KR101927814B1 - 증기발생기 및 이를 구비하는 원전 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플레이트형 증기발생기에 관한 것으로, 열을 전달하기 위한 제1유로로 제1유체가 흐르는 일차계통과, 상기 제1유체와 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하는 제2유체가 흐르는 이차계통과, 상기 이차계통에 상기 제2유체를 공급하는 입구헤더, 상기 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체가 흘러가는 제2유체 유로, 상기 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체가 제2유체 유로를 통과하며 액체에서 증기로 변화되고 상기 증기가 배출되는 출구헤더, 상기 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체가 상기 이차계통의 내부에 누적된 오염물질을 포함하며 흐르는 하나 이상의 세정유로 및 상기 세정유로를 통과하는 상기 누적된 오염물질을 포함한 상기 제2유체가 배출되는 하나 이상의 세정헤더를 포함한다.

Description

증기발생기 및 이를 구비하는 원전 {STEAM GENERATOR AND NUCLEAR POWER PLANT HAVING THE SAME}

본 발명은 원전의 증기발생기에 관한 것으로, 일차계통과 이차계통을 포함하는 증기발생기 및 이를 구비하는 원전에 관한 것이다.

원전은 원자로에서 연료인 원자의 핵분열에 의해 만들어진 열에너지로부터 전기를 생산하는 시설이다. 핵분열에 의하여 발생한 열을 이용하여 고온, 고압의 증기를 만들어 터빈발전기를 돌려 발전하는 방식이 일반적이다. 원자로에서 발생한 고온의 열에 의해 유체를 증기로 변환하는 증기발생기가 필요하며, 상기 증기발생기는 원자로 주위를 감싸도록 구성되어, 열교환에 의하여 유체가 액체에서 증기로 변환된다.

인쇄기판형(printed circuit type) 증기발생기는 기술은 영국 Heatric 사(Patent: US 4665975, 1987)에서 개발되어 일반 산업분야에 매우 다양하게 이용되고 있다. 인쇄기판형 증기발생기는 광화학적 식각 기술(Photo-chemical etching technique)에 의한 조밀한 유로배치 및 확산접합 기술을 이용하여 증기발생기의 판 사이의 용접을 없앤 구조의 증기발생기이다. 이에 따라 인쇄기판형 증기발생기는 고온 고압의 환경에 적용 가능하고, 고집적도와 우수한 열교환 성능을 갖추고 있다. 인쇄기판형태의 제작 기술은 광화학적 식각 기술(Photo-chemical etching technique)을 이용하므로 일반 가공 방식보다는 매우 자유롭게 가공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 인쇄기판형 증기발생기 고온 고압의 환경에 대한 내구성과 우수한 열교환 성능과 고집적도 등의 장점으로 냉난방시스템, 연료전지, 자동차, 화학 공정, 의료기기, 원자력, 정보 통신 장비, 극저온 환경 등의 증발기, 응축기, 냉각기, 라디에이터, 증기발생기, 반응기 등 매우 다양한 분야로 적용범위가 확대되고 있다.

하지만 인쇄기판형 열교환기는 이상(two phase) 유동이 발생하는 증발기 등의 분야에서는 운전조건이 제한된 범위에서 이용되고 있다. 인쇄기판형 열교환기가 쉘&튜브(shell and tube)형 등 다른 형태의 열교환기에 비해 열전달 효율이 매우 우수함에도 불구하고, 유로채널에서의 유동불안 문제를 가지고 있기 때문 증기발생기로 광범위하게 사용되지 못하였다.

일반적으로 유로채널(flow channel)로 구성된 이상(two-phase) 유동이 발생하는 증기발생기에서는 증기가 형성되면서 밀도가 급격히 증가하고, 이로 인한 밀도파가 유로방향의 앞뒤로 전파되어 유동이 불안해진다. 단상 영역과 이상 영역의 압력강하 위상차가 서로 되먹임을 하며 유동불안을 증폭시키기 때문이다. 특히 공통헤더에 연결된 복수개의 유로채널로 구성된 증기발생기의 경우 이러한 현상은 유로채널간의 시간차 유동불안 (parallel channel oscillation) 으로 발전해 증기발생기로서의 기능을 상실하게 한다. 이러한 현상은 증기발생기의 기동 혹은 다른 목적의 저출력운전모드가 필요한 운전범위가 넓은 응용의 경우 특히 중요한 문제가 된다.

이러한 유동현상을 완화하고자 일반적으로 운전범위가 넓은 쉘&튜브(shell and tube) 형 증기발생기, 특히 튜브를 이차 유로로 이용하는 경우에는 튜브의 입구 영역에 유로저항이 큰 오리피스를 설치한다(한국 SMART 원자로).

이와 같은 기술을 마이크로 채널(micro channel)에 도입하는 개념이 발표되어 있다. 그러나 참고문서에 발표된 단순히 유로면적을 줄이는 종래의 기술은 유로오염(fouling) 문제 등을 유발할 수 있고, 이로 인해 원자력과 같이 긴 수명(long life time)이 요구되는 환경에는 적용이 제한될 수 있다. 즉, 증기발생기를 장기간 운전하면서, 각종 불순물이 누적됨에 따라 유로 단면적이 좁아지거나 막혀 급수유량에 영향을 주는 파울링 현상으로 인하여, 입구 유로단면적이 작을수록 이러한 현상이 가속되는 문제점이 있다.

다른 증기발생기의 예의 하나로 활용할 판형(plate type) 증기발생기는 100년 넘게 산업계에서 광범위하게 적용되고 있다. 판형 증기발생기는 일반적으로 판을 압출하여 유로 채널을 형성하고, 판 사이를 개스킷을 사용하거나 일반 용접 또는 브레이징 용접을 사용하여 결합시킨다. 이에 따라 인쇄기판형 증기발생기와 적용분야는 유사하나 압력이 낮은 저압 환경에서 더 많이 이용되고 있다. 열교환 성능은 인쇄기판형 증기발생기보다는 작고 쉘 앤 튜브(shell and tube)형 증기발생기보다 는 우수한 특성이 있다. 또한 인쇄기판형 증기발생기에 비해서는 제작이 간편한 특성이 있다.

상기 인쇄기판형 증기발생기와 상기 판형 증기발생기를 가공 방법이나 접합 방법에 차이에 따라 구분없이 플레이트형 증기발생기라 포괄적으로 지칭하며, 상기 플레이트형 증기발생기는 원전에 적용될 수 있다.

상세하게, 플레이트형 증기발생기는 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하는 유체가 흐르는 유로채널을 구비한다. 구체적으로 상기 유로채널에서는 단상 유체(물)가 유입되어(단상유체 영역) 열전달에 의해 온도가 상승하고, 열전달에 의해 국부적으로 온도가 포화온도를 넘어서면서 점차 기화되면서 이상 유체로 변하고(이상유체 영역), 열전달에 의해 대부분의 유체(물)이 기화되면 과열 유체(증기)로 변화한다(과열유체영역).

일반적인 증기발생기에서 단상 유체(물)가 과열 유체(증기)로 상(phase)이 바뀌는 과정에서 단상 유체(물)에 함유되어 있는 오염물질(불순물)이 증발하지 않고 누적될 수 있다.

따라서, 종래의 플레이트형 증기발생기에서는 상기 오염물질을 제거하기 위해서는 약 18개월 동안 증기발생기를 가동한 후 정지하여 유지보수를 시행하였다. 즉, 증기발생기 가동이 정지하였을 때, 유체를 공급하는 헤더 또는 유체가 방출되는 헤더를 통해 세정유체를 공급하고 유체를 공급하는 헤더 또는 유체가 방출되는 헤더를 통해 세정유체를 방출하는 세정운전을 하였다. 하지만, 오염물질은 원전이 운전하는 동안 증기발생기에 각 운전 주기별로 누적되며 생성되었으므로 원전의 운전 시간이 증가할수록 증기발생기의 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

이에 본 발명에서는 세정유로를 구비하여, 원전의 정상운전 시에도 플레이트형 증기발생기의 오염물질을 제거하는 세정운전이 가능한 증기발생기에 대하여 제시한다.

본 발명의 일 목적은 플레이트형 증기발생기 정상운전 시 증기발생기에 발생하는 오염물질을 제거할 수 있는 증기발생기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 플레이트형 증기발생기 정상운전 시 증기발생기에 발생하는 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있는 증기발생기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 유지보수를 위해 플레이트형 증기발생기 정지하고 증기발생기에 누적되는 오염물질을 제거할 때, 오염물질이 효율적으로 제거될 수 있는 세정유로를 가지는 증기발생기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 플레이트형 증기발생기는 열을 전달하기 위한 제1유로로 제1유체가 흐르는 일차계통과 상기 제1유체와 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하는 제2유체가 흐르는 이차계통, 상기 이차계통에 상기 제2유체를 공급하는 입구헤더, 상기 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체가 흘러가는 제2유체 유로, 상기 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체가 제2유체 유로를 통과하며 액체에서 증기로 변화되고 상기 증기가 배출되는 출구헤더, 상기 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체가 상기 이차계통의 내부에 누적된 오염물질을 포함하며 흐르는 하나 이상의 세정유로 및 상기 세정유로를 통과하는 상기 누적된 오염물질을 포함한 상기 제2유체가 배출되는 하나 이상의 세정헤더를 포함한다.

실시예에 있어서, 상기 일차계통과 상기 이차계통은 판형(plate type) 또는 인쇄기판형(printed circuit type) 플레이트를 포함한다.

실시예에 있어서, 상기 일차계통과 상기 이차계통 플레이트의 적층 비율은 상기 일차계통과 상기 이차계통 중 적어도 하나의 유로면적이 증가되도록 일 대 복수로 구비된다.

실시예에 있어서, 상기 일차계통의 제1유체 유로와 상기 이차계통의 제2유체 유로 사이에 미세유로를 포함하는 감시유로를 더 구비하여 상기 제1유체 유로와 상기 제2유체 유로의 손상을 감지한다.

실시예에 있어서, 상기 제2유체 유로는 상기 입구헤더를 통해 공급된 상기 제2유체가 통과하는 입구영역과 상기 입구영역을 통하여 공급된 상기 제2유체에 열을 전달하여 상기 제2유체의 온도가 상승하고, 상기 제2유체가 유입되어 발생하는 유동 불안정을 해소하기 위해 유로 저항이 증가하는 유로저항부, 상기 유로저항부를 통해 방출되는 상기 제2유체가 원활하게 하류로 재분배되도록 상기 제2유체를 분배하는 유량재분배부, 상기 유량재분배부에서 분배된 제2유체가 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하면서 상승하는 주열전달영역 및 상기 주열전달영역을 통과하여 증기로 변한 제2유체가 상기 출구헤더를 통해 배출되기 위해 상기 제2유체가 통과하는 출구영역을 포함한다.

실시예에 있어서, 상기 세정유로는 상기 입구영역의 하부 또는 상기 세정유로의 세정헤더는 상기 입구헤더의 반대방향에 배치되는 것을 특징으로 한다.

실시예에 있어서, 상기 세정유로는 상기 주열전달영역 하부에 또는 상기 세정유로의 세정헤더는 상기 주열전달영역의 하부 측면 양쪽에 배치되는 것을 특징으로 한다.

실시예에 있어서, 상기 주열전달영역은 상기 제2유체가 단상(single-phase) 액체상이며 열전달에 의해 온도가 상승하는 단상영역, 상기 열전달에 의해 온도가 상승된 상기 액체상의 제2유체가 포화온도를 넘어서면서 기화되어 이상(two-phase) 유체가 되는 이상영역 및 상기 이상의 제2유체가 기화되어 증기상으로 변화하는 과열유체영역을 포함한다.

실시예에 있어서, 증기발생기 정상운전 시 상기 입구헤더를 통해 공급된 상기 제2유체의 일부가 상기 세정유로를 통과하여 적어도 하나의 상기 세정헤더로 방출되면서 세정운전을 하는 것을 특징으로 한다.

실시예에 있어서, 증기발생기 정상운전 시 상기 세정헤더를 통해 세정수가 공급되고 상기 세정수가 세정유로를 통과하여 적어도 하나의 상기 세정헤더로 방출되면서 세정운전 되는 것을 특징으로 한다.

실시예에 있어서, 증기발생기 정지 시 상기 입구헤더 또는 적어도 하나의 상기 세정헤더를 통해 공급된 세정유체가 상기 세정유로와 상기 제2유체 유로의 오염물질을 제거하는 세정을 하고, 상기 세정유체가 공급된 헤더를 제외한 상기 입구헤더, 상기 출구헤더 또는 상기 세정헤더 중 어느 하나 이상의 헤더로 세정유체가 방출되는 세정운전이 시행되는 것을 특징으로 한다.

실시예에 있어서, 상기 세정유체는 고압증기를 포함하거나 상기 세정유체는 오염물질을 제거하기 위한 첨가제를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 원전에 있어서, 열을 전달하기 위한 제1유체 유로로 제1유체가 흐르는 일차계통, 상기 제1유체와 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하는 제2유체 유로로 제2유체가 흐르는 이차계통과 상기 이차계통에 상기 제2유체를 공급하는 입구헤더, 상기 이차계통을 통과하여 액체에서 증기로 변화된 제2유체가 배출되는 출구헤더, 상기 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체가 상기 이차계통에 누적된 오염물질을 포함하며 흐르는 세정유로 및 상기 세정유로를 통과하는 상기 누적된 오염물질을 포함한 상기 제2유체가 배출되는 하나 이상의 세정헤더를 포함하는 플레이트형 증기발생기를 구비한다.

실시예에 있어서, 원전은 상기 일차계통과 상기 이차계통은 판형(plate type) 또는 인쇄기판형(printed circuit type) 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기를 구비한다.

본 발명에 따른 플레이트형 증기발생기는 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하는 제2유체가 흐르는 이차계통에 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체의 일부가 세정유로를 통과하여 상기 이차계통에 누적된 오염물질을 포함하며 세정헤더로 배출되므로 증기발생기 정상운전 시 이차계통에 누적된 오염물질이 제거될 수 있다. 따라서, 증기발생기 운전 중에도 세정운전이 가능하기 때문에 원전의 운전 주기별 증기발생기의 누적되는 오염물질에 따른 플레이트형 증기발생기의 성능 저하를 완화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 플레이트형 증기발생기는 적어도 하나 이상의 세정헤더를 통하여 세정유로를 다양한 조합으로 운용하여 정상운전 시 오염물질이 제거되는 효율이 증가될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 플레이트형 증기발생기는 유지보수를 위해 증기발생기 정지하고 증기발생기에 누적된 오염물질을 제거하는 세정운전이 시행될 때, 입구헤더, 출구헤더 또는 하나 이상의 세정헤더를 통해 세정유체가 공급되는 다양한 조합의 세정유로를 사용하여 플레이트형 증기발생기의 오염물질이 효과적으로 제거될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 플레이트형 증기발생기를 원전에 적용하면 증기발생기 정상운전시에 오염물질이 제거되어 증기발생기의 열전달 효율이 증가된다. 따라서, 플레이트형 증기발생기의 활용성을 증진시켜 원전과 같은 다양한 산업분야로 확대할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 플레이트형 증기발생기를 원전에 적용하는 경우, 증기발생기의 크기를 축소할 수 있으며, 이로 인하여 증기발생기와 원자로 크기가 축소된다. 즉, 원전의 콤팩트한 구성이 가능하게 되여 원전 경제성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 이차계통의 개념도이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 관련된 이차계통의 개념도이다.
도 2b 내지 2m은 본 발명의 도 2a의 실시예에 관련된 증기발생기의 다양한 운전모드를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 이차계통의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 이차계통의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 이차계통의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 이차계통의 개념도이다.
도 7은 비교예에 관련된 이차계통의 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 이차계통(100)의 개념도이다.

이차계통(100)는 원자로(미도시) 내부에 배치되며, 일차계통(미도시)과 이차계통(100)을 포함한다. 상기 일차계통은 냉각재가 유입되고, 빠져나가 도록 형성될 수 있다. 제1유체는 액체 상태의 단상(single-phase) 유동을 나타내고, 상기 일차계통을 따라 하강하면서 온도가 감소된다.

도 1을 참조하면, 이차계통(100)은 상기 일차계통과 열교환하도록, 상기 일차계통과 인접하게 형성된다. 상기 이차계통(100)의 내부에는 제2유체가 흐를 수 있는 플레이트 상에 제2유체 유로(10)가 구비되고 이는 구조물(12)에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 일차계통과 이차계통(100)은 판형(plate type)으로 형성되거나, 인쇄기판형(printed circuit type)으로 형성될 수도 있다.

덧붙여, 상기 일차계통과 이차계통(100) 플레이트의 적층 비율은 상기 일차계통과 이차계통(100) 중 적어도 하나의 유로면적이 증가되도록 일 대 복수로 구비될 수 있으며, 유로면적이 증가한 상기 일차계통 또는 이차계통(100)은 유로면적의 증가로 압력 손실이 감소해 유동이 원활하게 이루어질 수 있다.

또한, 상기 일차계통의 제1유체 유로와 이차계통(100)의 제2유체 유로(10) 사이는 미세유로를 포함하는 감시유로(미도시)를 구비하여 상기 제1유체 유로와 제2유체 유로(10)의 유로 손상을 감지할 수 있다.

감시유로는 상기 일차계통 플레이트와 이차계통(100) 플레이트 사이에 형성되어 상기 제1유체 유로 또는 제2유체 유로(10)가 손상되어 감시유로 내부로부터 제1유체 또는 제2유체가 흘러 들어오거나, 감시유로의 유체가 상기 제1유체 유로 또는 제2유체 유로(10)로 흘러 나가는 경우, 감시유로의 상태 변화를 통해 상기 제1유체 유로와 제2유체 유로(10)의 손상을 인지하도록 구성된다.

입구헤더(110)는 제2유체 유로(10)로 상기 제2유체를 공급한다. 상기 제2유체는 제2유체 유로(10)를 지나면서 상기 제1유체와의 열교환에 의하여 온도가 상승하고, 도시된 화살표의 방향으로 상승하며 이동한다. 액체 상태의 제2유체의 온도가 비등점(boiling point)을 넘어가면, 상기 액체는 점차 증기 상태의 유체로 변화 되고, 증기와 액체가 함께 유동하는 이상(two-phase) 유동으로 전환된다.

나아가, 제2유체는 제2유체 유로(10)을 따라 더 상승하면서 증기의 온도가 포화온도를 넘어간다. 이에 제2유체는 과열증기 상태로 변화되어 증기 상태로 모두 변한다. 상기 증기 상태의 제2유체는 출구헤더(120)을 통하여 배출된다.

입구헤더(110)와 출구헤더(120)는 이차계통(100)의 측면에 배치될 수 있으며, 구체적으로 입구헤더(110)이 이차계통(100)의 측면의 하측에 구비되어 액체상태의 유체를 공급하는 역할을 하고, 출구헤더(120)은 이차계통(100)의 측면의 상측에 구비되어 증기상태의 유체를 배출하는 역할을 한다.

또한, 다른 실시예에서 입구헤더(110)와 출구헤더(120)는 이차계통(100)의 상, 하측으로 배치될 수 있으며, 구체적으로 입구헤더(110)이 이차계통(100)의 하측에 구비되어 액체상태의 유체를 공급하는 역할을 하고, 출구헤더(120)은 이차계통(100)의 상측에 구비되어 증기상태의 유체를 배출하는 역할을 한다.

나아가, 또 다른 실시예에서 입구헤더(110)와 출구헤더(120)는 이차계통(100)의 상, 하방향과 측면 방향이 혼합된 위치에 배치될 수 있다. 상기 입구헤더(110)와 출구헤더(120)에 관한 위 열거 사항은 예시적일 뿐 유체가 공급되고, 배출하는 것에 지장이 없다는 그 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.

이차계통(100)의 제2유체 유로(10)는 입구영역(140), 유로저항부(150), 유량재분배부(160), 주열전달영역(170) 및 출구영역(180)를 포함한다.

이차계통(100)의 제2유체 유로(10)는 구조물(12)에 의하여 유체가 흘러갈 수 있도록 형성될 수 있다. 제2유체 유로(10)의 구조물(12)은 전반에 걸쳐서 동일한 형태의 구조물이 배치될 수도 있다. 이와 같이 동일한 형태의 구조물을 가지는 제2유체 유로(10)인 경우, 증기발생기의 크기가 증가하는 단점이 있을 수 있다. 반면 동일한 형태의 구조물의 형성으로 인하여 제작이 용이해지는 장점을 가질 수 있다.

한편, 제2유체 유로(10)의 구조물(12)은 영역별로 다른 형태의 구조물이 배치될 수도 있다. 즉, 유로(10)의 구조물(12)은 제2유체 유로(10)의 영역별 요구 특성에 맞추어 각 영역에 적합한 구조의 구조물일 수 있다. 각 구조물(12)로 형성되는 제2유체 유로(10)는 영역별로 열전달계수 특성에 적합하게 설계될 수 있다. 상세하게, 유체의 밀도가 작아 열전달계수가 매우 나쁜 과열유체영역에서는 조밀한 구조물을 배치하여 적용할 경우 증기발생기의 열전달 효율이 증가하여, 전체적인 크기(길이)가 효과적으로 감소될 수 있다.

구조물(12)에 의한 제2유체 유로(10)는 전영역에 걸쳐 개방형-직선형 형태를 가진다. 구조물의 형태는 개방형 유로, 유선형 유로, 주변 유로채널과 소통하지 않는 패쇄형 유로 또는 이들의 혼합 형태인 혼합형 유로일 수도 있다.

입구영역(140)은 제2유체 유로(10)의 일부이며, 입구헤더(110)를 통해 공급된 유체가 통과하는 부분이다. 또한, 입구영역(140)은 경우에 따라서 후술될 세정유로(11)로 공급된 유체가 통과될 수도 있다.

유로저항부(150)는 입구영역(140) 다음으로 제2유체가 통과하는 영역이다. 유로저항부(150)는 일차계통과 열교환을 하며 제2유체의 온도를 상승시킨다. 또한, 유로저항부(150)는 입구영역(140)의 유동불안정 현상을 완화를 위하여 구조물(12)에 의하여 유로저항을 가지고, 제2유체가 유로저항에 의하여 유로저항부(150)의 유로로 유량이 비교적 균등하게 분배하는 기능을 가진다.

나아가, 유로저항부(150)를 통한 유량분배는 유로저항부(150)의 유로저항이 클수록 균일해 질 수 있다. 유량을 비교적 균등하게 분배하기 위하여 유로저항부(150)의 유로저항을 증가시키는 방법은 지그재그 유로의 도입과 같이 유로면적을 줄이고 길이를 증가시키거나, 유로면적을 크게 하고 유로 개수를 줄이는 방법이 있을 수 있다. 즉, 유로저항부(150)는 하류에서 증기가 형성되면서 발생하는 압력변동이 상류로 전파될 때 유로저항을 통해 이를 억제하여 유동불안정 현상을 완화한다.

유량재분배부(160)는 유로저항부(150) 다음으로 제2유체가 통과하는 영역이다. 일 실시예에서, 유로저항부(150)와 유량재분배부(160)의 유로가 1:2로 배치된다. 유로저항부(150)와 유량재분배부(160)의 유로 배치는 증기발생기의 요구 특성에 따라 다르게 구성할 수도 있으므로 1:2 배치는 예시적일 뿐 이에 한정하는 것은 아니다.

유량재분배부(160)는 유로저항부(150)를 통해 방출된 상기 제2유체가 압력손실이 작으면서도 하류로 원할하게 재분배되도록 하는 기능을 가진다.

주열전달영역(170)은 유량재분배부(160) 다음으로 제2유체가 통과하는 영역이다. 주열전달영역(170) 제2유체가 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하면서 상승하는 영역이며, 단상(single-phase)영역(170a), 이상(two-phase)영역(170b) 및 과열유체영역(170c)으로 나누어 질 수 있다.

상세하게, 단상영역(170a)은 제2유체의 온도가 제2유체의 압력에 해당하는 포화온도보다 낮은 과냉각 액체만이 흐르는 영역이며, 제2유체 유로(10)을 따라 흐르면서 제2유체의 온도가 상승한다. 나아가, 단상영역(170a)에서의 열전달계수는 수백 내지 수천 W/m²K의 범위를 갖는다. 단 열전달계수는 유체, 유동 및 유로구조의 특성에 따라 크게 다를 수 있으므로 열전달계수에 관한 사항은 예시적일 뿐 상기 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

이상영역(170b)은 제2유체가 포화상태의 액체와 증기로 변환되는 영역이다. 즉, 이상영역(170b)에서 제2유체는 포화상태의 액체와 증기가 함께 흐른다. 이상영역(170b)에서 증기(기포)에 의한 유동 교반이 발생한다. 이로 인해 이상영역(170b)의 열전달계수는 수천 내지 수만 W/m²K의 범위를 가지며, 주열전달영역(170) 내의 다른 영역보다 높은 열전달계수를 가진다. 이상영역(170b)은 상류에서부터 과냉비등구간(미도시), 포화핵비등구간(미도시), 포화막비등구간(미도시)으로 구분할 수 있다. 이상영역(170b)을 흐르는 유체가 모두 비등(혹은 증발)하여 증기만 흐르게 되면 증기는 포화온도 이상으로 과열되기 시작하며 과열유체영역(170c)으로 천이한다.

과열유체영역(170c)은 유체의 온도가 유체의 압력에 해당하는 포화온도보다 높은 과열증기만 흐르는 영역이다. 과열유체영역(170c)은 전술된 단상영역(170a)과 이상영역에 비해 낮은 수십 내지 수백 W/m²K의 범위의 열전달계수를 가진다.

주열전달영역(170)을 통과하여 증기로 변한 제2유체는 출구영역(180)을 통하여 출구헤더(120)으로 배출된다. 이상에서 전술한 이차계통에 대한 설명은 본 발명의 증기발생기의 정상운전 중 제2유체의 유동 흐름에 관하여 설명하였다.

전술한 것과 같이 이차계통(100)에서 액체의 제2유체가 증기로 상(phase)이 바뀌는 과정에서 제2유체에 함유되어 있는 오염물질(불순물)이 증발하지 않고 누적될 수 있다. 또한 액체와 함께 유입된 오염물질(불순물)이 증기발생기의 이차계통(100) 하부에 누적될 수 있다. 전술된 과정에서 상기 불순물은 제거되지 않고 이차계통(100) 내부에 잔류할 수 있다. 일반적으로 상기 오염물질을 제거하기 위해 증기발생기 가동을 정지한 후, 입구헤더(110)와 출구헤더(120)를 이용하여 세정유체를 공급하고 방출하는 방식이 시행되었었다. 나아가, 종래의 원전에 적용되고 있는 쉘&튜브형 증기발생기는 약 18개월 동안 운전을 지속한 뒤 정지하고 유지보수를 시행하였으며, 유지보수 시에 증기발생기의 오염물질이 제거되었다.

쉘&튜브형 증기발생기는 플레이트형 증기발생기 보다 상대적으로 큰 유로를 이차계통(100)에 적용하고 있다(쉘쪽 또는 튜브쪽). 한편, 플레이트형 증기발생기는 비교적 작은 유로를 이차계통(100)에 적용하고 있어 동일한 사용주기를 적용하는 경우 오염물질에 의한 성능저하율이 증가할 수 있다. 또한 상기 오염물질은 증기발생기의 사용주기가 길어지는 경우 누적되는 양이 증가하므로 18개월 이상의 사용주기를 적용하고자 하는 증기발생기에서 정상운전 중에도 성능이 더 저하될 수 있다.

이하에서, 증기발생기의 이차계통(100)에 세정유로(11) 및 세정헤더(130)가 적용되어 증기발생기 정상 운전 중에도 세정운전이 가능하도록 개선된 증기발생기에 대하여 설명한다.

증기발생기 정상 운전 중에 세정유로(11)는 누적된 오염물질을 포함하는 제2유체가 흐른다. 세정유로(11)을 통과하는 누적된 오염물질을 포함한 제2유체는 세정헤더(130)를 통하여 배출된다. 일반적으로 가벼운 불순물은 제2유체의 유동에 의해 제거될 수 있지만, 전술하여 설명한 누적된 오염물질은 무게가 무겁기 때문에 증기발생기의 하부, 즉, 입구영역(140)에 누적될 가능성이 크다.

따라서, 일 실시예에서 세정유로(11)는 입구영역(140)의 하부에 배치될 수 있다. 또한, 세정헤더(130)은 입구헤더(110)의 반대방향에 배치되어 증기발생기 정상운전 시에도 입구헤더(110)를 통해 공급된 제2유체의 일부가 세정유로(11)를 용이하게 통과하여 세정헤더(130)로 방출되면서 세정운전을 할 수 있다. 또한, 입구영역(140)에 세정유로(11)가 배치되므로 세정운전을 시행하는 제2유체는 단상의 액체이다. 전술한 것과 같이 증기발생기 운전 중에도 제2유체를 이용한 세정운전이 가능하기 때문에 원전의 운전 주기별 증기발생기의 누적되는 오염물질에 따른 증기발생기의 성능 저하를 완화할 수 있다.

즉, 플레이트형 증기발생기의 이차계통(100)에 세정헤더(130)과 세정유로(11)을 구비하여, 세정 운전을 통해 증기발생기의 열전달 효율이 증가될 수 있으며, 증기발생기 열전달 효율 증가에 따라 증기발생기의 크기가 축소될 수 있다. 따라서, 본 발명의 증기발생기를 원전에 적용할 경우, 증기발생기 및 원자로 크기를 축소할 수 있으며, 이에 따라 원전 경제성이 향상될 수 있다. 단, 세정운전 중에는 세정유로(11)로 방출되는 유체가 일부 가열되어 다소 에너지 손실이 발생할 수 있어, 증기발생기로 방출되는 증기 유량이 감소해 터빈출력이 다소 감소할 수 있다.

덧붙여, 증기발생기 정지 시에도 입구헤더(110) 또는 세정헤더(130)로 세정유체가 공급되어 제2유체 유로(10)와 세정유로(11)의 오염물질을 제거하는 세정을 하고, 상기 세정유체가 공급된 헤더를 제외한 다른 헤더(입구헤더(110), 출구헤더(120) 또는 세정헤더(130)) 중 어느 하나 이상의 헤더로 세정유체가 방출되는 세정운전이 시행될 수도 있다. 상세하게, 상기 세정유체는 고압증기를 포함할 수 있다. 또한 세정유체는 오염물질을 제거하기 위한 첨가제가 더 포함할 수도 있다. 상기와 같이 다양한 유로를 통한 세정운전으로 증기발생기 오염물질을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.

또한, 이하 설명되는 다른 실시예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.

도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 관련된 이차계통(200)의 개념도이다.

도 2a를 참조하면, 이차계통(200)은 제1세정헤더(230a), 제2세정헤더(230b), 제3세정헤더(230c), 제1세정유로(21a), 제2세정유로(21b) 및 제3세정유로(21c)를 더 포함한다.

제1세정유로(21a)는 입구영역(240)의 하부에 배치될 수 있다. 또한, 제1세정헤더(230a)은 입구헤더(210)의 반대방향에 배치되어 증기발생기 정상운전 시에도 입구헤더(210)를 통해 공급된 제2유체의 일부가 제1세정유로(21a)를 용이하게 통과하여 제1세정헤더(230a)로 방출되면서 입구영역(240)의 하부를 세정할 수 있다. 또한, 입구영역(240)에 제1세정유로(21a)가 배치되므로 세정운전을 시행하는 제2유체는 단상의 액체이다.

제2세정유로(21b)와 제3세정유로(21c)는 주열전달영역(270) 하부에 배치될 수 있다. 덧붙여, 제2세정유로(21b)와 제3세정유로(21c)는 주열전달영역(270) 하부 측면 양쪽에 배치된다. 증기발생기 정상운전 시에도 입구헤더(210)를 통해 공급된 제2유체가 제2세정유로(21b)와 제3세정유로(21c)를 통과하여 제2세정헤더(230b)와 제3세정헤더(230c)로 방출되면서 세정운전을 할 수 있다. 이때, 제2세정헤더(230b)와 제3세정헤더(230c)로 방출되는 제2유체는 단상의 액체로써, 주열전달영역(270) 하부의 오염물질을 제거할 수 있다. 이와 같이, 플레이트형 증기발생기 운전 중에도 제2유체를 이용한 세정운전이 가능하기 때문에 원전의 운전 주기별 증기발생기의 누적되는 오염물질에 따른 증기발생기의 성능 저하를 완화할 수 있다.

또한, 플레이트형 증기발생기의 정상 운전 시, 이차계통(200)의 세정운전의 조합에 따라 제1세정헤더(230a), 제2세정헤더(230b) 및 제3세정헤더(230c)로 세정유체를 공급할 수도 있으며, 상기 세정유체는 제2유체와 동일한 유체일 수 있으며, 세정운전에 따라 다른 유체가 될 수도 있다. 이에 제1내지 제3세정헤더(230a, 230b, 230c)를 통하여 제1내지 제3세정유로(21a, 21b, 21c)를 다양한 조합으로 운용하여 정상운전 시 오염물질이 제거되는 효율이 증가될 수 있다.

나아가, 플레이트형 증기발생기 정지 시에도 입구헤더(210) 또는 제1내지 제3세정헤더(230a, 230b, 230c)로 세정유체가 공급되어 제2유체 유로(20)와 제1내지 제3세정유로(21a, 21b, 21c)의 오염물질을 제거하는 세정을 하고, 상기 세정유체가 공급된 헤더를 제외한 다른 헤더(입구헤더(210), 출구헤더(220) 또는 제1내지 제3세정헤더(230a, 230b, 230c)) 중 어느 하나 이상의 헤더로 세정유체가 방출되는 세정운전이 시행될 수도 있다. 상세하게, 상기 세정유체는 고압증기를 포함할 수 있다. 또한 세정유체는 오염물질을 제거하기 위한 첨가제가 더 포함할 수도 있다. 이와 같은 세정유체가 공급되는 다양한 조합의 세정운전으로 증기발생기의 오염물질이 효과적으로 제거될 수 있다.

도 2b 내지 2m은 본 발명의 도 2a의 실시예에 관련된 이차계통(200)의 다양한 운전 모드를 도시한 개념도이다.

도 2b 내지 2m을 참조하면, 제1 내지 제3세정헤더(230a, 230b, 230c)는 제1 내지 제3세정유로(21a, 21b, 21c)와 대응되어 연결된다. 또한 제1 내지 제3세정헤더(230a, 230b, 230c)에 대응하는 제1 내지 제3격리밸브(290a, 290b, 290c)가 설치되어 제1 내지 제3세정유로(21a, 21b, 21c)를 사용할 경우 격리밸브(290a, 290b, 290c)는 개방되고, 세정유로(21a, 21b, 21c)를 사용하지 않을 경우 격리밸브(290a, 290b, 290c)는 폐쇄된다.

도 2b 내지 도2k는 정상운전 시 제1 내지 제3격리밸브(290a, 290b, 290c)의 개폐를 통한 세정유로(21a, 21b, 21c)들의 다양한 조합으로 증기발생기의 불순물을 제거하는 운전 모드에 관한 실시예들이다. 또한, 도 2l과 도2m은 유지보수를 위하여 증기발생기 정시 시 제1 내지 제3격리밸브(290a, 290b, 290c)의 개폐를 통한 세정유로(21a, 21b, 21c)들의 다양한 조합으로 증기발생기의 불순물을 제거하는 운전 모드에 관한 실시예들이다.

도 2b를 참조하면, 격리밸브(290a, 290b, 290c)가 모두 폐쇄되어 세정운전을 진행하지 않는 정상운전의 예시이다. 입구헤더(210)는 제2유체 유로(20)로 제2유체를 공급한다. 상기 제2유체는 제2유체 유로(20)를 지나면서 제1유체와의 열교환에 의하여 온도가 상승하고, 화살표(A)의 방향으로 상승하며 이동한다.

도 2c를 참조하면, 상기 제2유체는 제2유체 유로(20)를 지나면서 상기 제1유체와의 열교환에 의하여 온도가 상승하고, 화살표(A)의 방향으로 상승하며 이동하는 정상운전과 세정운전이 동시에 실시되는 운전 모드의 일 실예시이다. 상세하게, 제1격리밸브(290a)가 개방되어, 입구헤더(210)를 통해 공급된 상기 제2유체의 일부가 제1세정유로(21a)를 통과하여 제1세정헤더(230a)로 방출된다.

화살표(a)와 같이 액체 상태의 단일상의 상기 제2유체 일부가 유동을 형성하고, 입구영역(240)을 세정하는 세정운전이 실시된다. 이에 입구영역(240)에 누적된 무거운 오염물질이 제거될 수 있으며, 증기발생기의 사용주기가 늘어남에 따른 오염물질의 누적에 의한 증기발생기의 열교환 효율 저하를 방지할 수 있다.

도 2d를 참조하면, 상기 제2유체는 제2유체 유로(20)를 지나면서 상기 제1유체와의 열교환에 의하여 온도가 상승하고, 화살표(A)의 방향으로 상승하며 이동하는 정상운전과 세정운전이 동시에 실시되는 운전 모드의 다른 실시예이다. 상세하게, 제2격리밸브(290b)가 개방되어, 입구헤더(210)를 통해 공급된 상기 제2유체의 일부가 제2세정유로(21b)를 통과하여 제2세정헤더(230b)로 방출된다.

화살표(b)와 같이 입구헤더(210)로 공급된 액체 상태의 단일상의 상기 제2유체의 일부가 유동을 형성하고, 주열전달영역(270)의 하부를 세정하는 세정운전을 실시된다. 이에 주열전달영역(270)의 하부에 누적된 무거운 오염물질이 제거될 수 있으며, 증기발생기의 사용주기가 늘어남에 따른 오염물질의 누적에 의한 증기발생기의 열교환 효율 저하를 방지할 수 있다.

도 2e를 참조하면, 상기 제2유체는 제2유체 유로(20)를 지나면서 상기 제1유체와의 열교환에 의하여 온도가 상승하고, 화살표(A)의 방향으로 상승하며 이동하는 정상운전과 세정운전이 동시에 실시되는 운전 모드의 또 다른 실시예이다. 상세하게, 제3격리밸브(290c)가 개방되어, 입구헤더(210)를 통해 공급된 상기 제2유체의 일부가 제3세정유로(21c)를 통과하여 제3세정헤더(230c)로 방출된다.

화살표(c)와 같이 입구헤더(210)로 공급된 액체 상태의 단일상의 상기 제2유체의 일부가 유동을 형성하고, 주열전달영역(270)의 하부를 세정하는 세정운전을 실시된다. 이에 주열전달영역(270)의 하부에 누적된 무거운 오염물질이 제거될 수 있으며, 증기발생기의 사용주기가 늘어남에 따른 오염물질의 누적에 의한 증기발생기의 열교환 효율 저하를 방지할 수 있다.

도 2f를 참조하면, 상기 제2유체는 제2유체 유로(20)를 지나면서 상기 제1유체와의 열교환에 의하여 온도가 상승하고, 화살표(A)의 방향으로 상승하며 이동하는 정상운전과 세정운전이 동시에 실시되는 운전 모드의 또 다른 실시예이다. 상세하게, 제1 내지 제3격리밸브(290a, 290b, 290c) 모두가 개방되어, 입구헤더(210)를 통해 공급된 상기 제2유체의 일부가 제1 내지 제3세정유로(21a, 21b, 21c)를 통과하여 제1 내지 제3세정헤더(230a, 230b, 230c)로 방출된다.

화살표(a, b, c)와 같이 입구헤더(210)로 공급된 액체 상태의 단일상의 상기 제2유체의 일부가 유동을 형성하고, 입구영역(240)과 주열전달영역(270)의 하부를 세정하는 세정운전을 실시된다. 이에 입구영역(240)과 주열전달영역(270)의 하부에 누적된 무거운 오염물질이 제거될 수 있으며, 증기발생기의 사용주기가 늘어남에 따른 오염물질의 누적에 의한 증기발생기의 열교환 효율 저하를 방지할 수 있다.

도 2g를 참조하면, 상기 제2유체는 제2유체 유로(20)를 지나면서 상기 제1유체와의 열교환에 의하여 온도가 상승하고, 화살표(A)의 방향으로 상승하며 이동하는 정상운전과 세정운전이 동시에 실시되는 운전 모드의 또 다른 실시예이다. 상세하게, 제2격리밸브(290b)와 제3격리밸브(290c)가 개방되고, 제2격리밸브(290b)와 연결된 제2세정헤더(230b)를 통해 세정유체가 추가로 공급된다. 따라서, 제2유체의 일부와 제2세정헤더(230b)를 통해 공급된 상기 세정유체가 제3세정유로(21c)를 통과하여 제3세정헤더(230c)로 방출된다.

제2세정헤더(230b)를 통해 공급된 상기 세정유체는 화살표(b')와 같이 공급되며, 입구헤더(210)로 공급된 액체 상태의 단일상의 상기 제2유체의 일부와 함께 유동을 형성하고, 주열전달영역(270)의 하부를 세정하는 세정운전을 실시된다. 이에 주열전달영역(270)의 하부에 누적된 무거운 오염물질이 화살표(c)를 따라 제거될 수 있으며, 증기발생기의 사용주기가 늘어남에 따른 오염물질의 누적에 의한 증기발생기의 열교환 효율 저하를 방지할 수 있다.

도 2h를 참조하면, 상기 제2유체는 제2유체 유로(20)를 지나면서 상기 제1유체와의 열교환에 의하여 온도가 상승하고, 화살표(A)의 방향으로 상승하며 이동하는 정상운전과 세정운전이 동시에 실시되는 운전 모드의 또 다른 실시예이다. 상세하게, 제1격리밸브(290a)와 제2격리밸브(290b)가 개방되고, 제2격리밸브(290b)와 연결된 제2세정헤더(230b)를 통해 세정유체가 추가로 공급된다. 따라서, 제2유체의 일부와 제2세정헤더(230b)를 통해 공급된 상기 세정유체가 제1세정유로(21a)를 통과하여 제1세정헤더(230a)로 방출된다.

제2세정헤더(230b)를 통해 공급된 상기 세정유체는 화살표(b')와 같이 공급되며, 입구헤더(210)로 공급된 액체 상태의 단일상의 상기 제2유체의 일부와 함께 유동을 형성하고, 주열전달영역(270)의 하부와 입구영역(240)을 세정하는 세정운전을 실시된다. 이에 주열전달영역(270)의 하부와 입구영역(240)에 누적된 무거운 오염물질이 화살표(a)를 따라 제거될 수 있으며, 증기발생기의 사용주기가 늘어남에 따른 오염물질의 누적에 의한 증기발생기의 열교환 효율 저하를 방지할 수 있다.

도 2i를 참조하면, 상기 제2유체는 제2유체 유로(20)를 지나면서 상기 제1유체와의 열교환에 의하여 온도가 상승하고, 화살표(A)의 방향으로 상승하며 이동하는 정상운전과 세정운전이 동시에 실시되는 운전 모드의 또 다른 실시예이다. 상세하게, 제2격리밸브(290b)와 제3격리밸브(290c)가 개방되고, 제3격리밸브(290c)와 연결된 제3세정헤더(230c)를 통해 세정유체가 추가로 공급된다. 따라서, 상기 제2유체의 일부와 제3세정헤더(230c)를 통해 공급된 상기 세정유체가 제2세정유로(21b)를 통과하여 제2세정헤더(230b)로 방출된다.

제3세정헤더(230c)를 통해 공급된 상기 세정유체는 화살표(c')와 같이 공급되며, 입구헤더(210)로 공급된 액체 상태의 단일상의 상기 제2유체의 일부와 함께 유동을 형성하고, 주열전달영역(270)의 하부를 세정하는 세정운전을 실시된다. 이에 주열전달영역(270)의 하부에 누적된 무거운 오염물질이 화살표(b)를 따라 제거될 수 있으며, 증기발생기의 사용주기가 늘어남에 따른 오염물질의 누적에 의한 증기발생기의 열교환 효율 저하를 방지할 수 있다.

도 2j를 참조하면, 상기 제2유체는 제2유체 유로(20)를 지나면서 상기 제1유체와의 열교환에 의하여 온도가 상승하고, 화살표(A)의 방향으로 상승하며 이동하는 정상운전과 세정운전이 동시에 실시되는 운전 모드의 또 다른 실시예이다. 상세하게, 제1격리밸브(290a)와 제3격리밸브(290c)가 개방되고, 제1격리밸브(290a)와 연결된 제1세정헤더(230a)를 통해 세정유체가 추가로 공급된다. 따라서, 제2유체의 일부와 제1세정헤더(230a)를 통해 공급된 상기 세정유체가 제3세정유로(21c)를 통과하여 제3세정헤더(230c)로 방출된다.

제1세정헤더(230a)를 통해 공급된 상기 세정유체는 화살표(a')와 같이 공급되며, 입구헤더(210)로 공급된 액체 상태의 단일상의 상기 제2유체의 일부와 함께 유동을 형성하고, 주열전달영역(270)의 하부를 세정하는 세정운전을 실시된다. 이에 주열전달영역(270)의 하부에 누적된 무거운 오염물질이 화살표(c)를 따라 제거될 수 있으며, 증기발생기의 사용주기가 늘어남에 따른 오염물질의 누적에 의한 증기발생기의 열교환 효율 저하를 방지할 수 있다.

도 2k를 참조하면, 상기 제2유체는 제2유체 유로(20)를 지나면서 상기 제1유체와의 열교환에 의하여 온도가 상승하고, 화살표(A)의 방향으로 상승하며 이동하는 정상운전과 세정운전이 동시에 실시되는 운전 모드의 또 다른 실시예이다. 상세하게, 제1격리밸브(290a)와 제3격리밸브(290c)가 개방되고, 제3격리밸브(290c)와 연결된 제3세정헤더(230c)를 통해 세정유체가 추가로 공급된다. 따라서, 제2유체의 일부와 제3세정헤더(230c)를 통해 공급된 상기 세정유체가 제1세정유로(21a)를 통과하여 제1세정헤더(230a)로 방출된다.

제3세정헤더(230c)를 통해 공급된 상기 세정유체는 화살표(c')와 같이 공급되며, 입구헤더(210)로 공급된 액체 상태의 단일상의 상기 제2유체의 일부와 함께 유동을 형성하고, 주열전달영역(270)의 하부와 입구영역(240)을 세정하는 세정운전을 실시된다. 이에 주열전달영역(270)의 하부와 입구영역(240)에 누적된 무거운 오염물질이 화살표(a)를 따라 제거될 수 있으며, 증기발생기의 사용주기가 늘어남에 따른 오염물질의 누적에 의한 증기발생기의 열교환 효율 저하를 방지할 수 있다.

도 2l를 참조하면, 유지보수를 위하여 증기발생기 정시 시 세정운전이 실시되는 운전 모드의 일 실시예이다. 상세하게, 제1 내지 제3격리밸브(290a, 290b, 290c)가 개방되고, 제1격리밸브(290a)와 연결된 제1세정헤더(230a)를 통해 세정유체가 공급된다. 따라서, 제1세정헤더(230a)를 통해 공급된 상기 세정유체가 제2세정유로(21b)와 제3세정유로(21c)를 통과하여 제2세정헤더(230b)와 제3세정헤더(230c)로 방출된다.

제1세정헤더(230a)를 통해 공급된 상기 세정유체는 화살표(a")와 같이 공급되며, 유동을 형성하고, 주열전달영역(270)의 하부와 입구영역(240)을 세정하는 세정운전을 실시된다. 이에 주열전달영역(270)의 하부와 입구영역(240)에 누적된 무거운 오염물질이 화살표(b, c)를 따라 제거될 수 있으며, 오염물질을 제거하여 증기발생기의 열교환 효율 저하를 방지할 수 있다.

도 2m를 참조하면, 유지보수를 위하여 증기발생기 정시 시 세정운전이 실시되는 운전 모드의 일 실시예이다. 상세하게, 제2격리밸브(290b)와 제3격리밸브(290c)가 개방되고, 출구헤더(220)를 통해 세정유체가 공급된다. 따라서, 출구헤더(220)를 통해 공급된 상기 세정유체가 입구헤더(210), 제2세정헤더(230b) 및 제3세정헤더(230c)로 방출된다.

출구헤더(220)를 통해 공급된 상기 세정유체는 화살표(A')와 같이 공급되며, 유동을 형성하고, 주열전달영역(270)의 하부와 입구영역(240)을 세정하는 세정운전을 실시된다. 이에 주열전달영역(270)의 하부와 입구영역(240)에 누적된 무거운 오염물질이 화살표(a^*, b, c)를 따라 제거될 수 있으며, 오염물질을 제거하여 증기발생기의 열교환 효율 저하를 방지할 수 있다.

나아가, 전술된 세정유체(a',a?,b',c', A')는 제2유체와 동일한 유체일 수 있으며, 경우에 따라 세정력을 향상시키기 위해 고압증기 또는 오염물질을 제거하기 위한 첨가제를 더 포함할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 이차계통(300)의 개념도이다.

도 3을 참조하면, 입구헤더(310)와 출구헤더(320)는 이차계통(300)의 상, 하측으로 배치될 수 있다. 구체적으로 입구헤더(310)이 이차계통(100)의 하측에 구비되어 액체상태의 유체를 공급하는 역할을 하고, 출구헤더(320)은 이차계통(300)의 상측에 구비되어 증기상태의 유체를 배출하는 역할을 한다. 이때, 입구영역(미도시)과 출구영역(미도시)은 따로 배치되지 않으며, 입구헤더(310)에서 제2유체 유로(30)의 시작부분이 상기 입구영역에 해당되고 제2유체 유로(30)의 종료부분이 상기 출구영역에 해당한다.

구조물(32)에 의한 제2유체 유로(30)는 전영역에 걸쳐 개방형-지그재그형 형태를 가진다.

제1세정유로(31a)와 제2세정유로(31b)는 주열전달영역(370) 하부에 배치될 수 있다. 덧붙여, 제1세정유로(31a)와 제2세정유로(31b)는 주열전달영역(370) 하부 측면 양쪽에 배치된다. 증기발생기 정상운전 시에도 입구헤더(310)를 통해 공급된 제2유체가 제1세정유로(31a)와 제2세정유로(31b)를 통과하여 제1세정헤더(330a)와 제2세정헤더(330b)로 방출되면서 세정운전을 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 이차계통(400)의 개념도이다.

도 4를 참조하면, 구조물(42)에 의한 제2유체 유로(40)는 영역별로 상이한 형태를 가진다. 유로저항부(450)와 유량재분배부(460)는 구조물(42)에 의하여 개방형-직선형 형태를 가지고, 주열전달영역(470)은 개방형-유선형 형태를 가진다. 상세하게, 단상영역(470a)는 개방형-유선형 작은 유로의 형태이고, 이상영역(170b)는 개방형-유선형 큰 유로의 형태이며, 과열유체영역(170c)는 개방형-유선형 작은 유로 형태로 서로 상이한 유로 형태를 가진다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 이차계통(500)의 개념도이다.

도 5를 참조하면, 구조물(52)에 의한 제2유체 유로(50)는 영역별로 상이한 형태를 가진다. 입구영역(540), 유로저항부(550) 및 유량재분배부(560)는 구조물(52)에 의하여 개방형-직선형 형태를 가지고, 주열전달영역(570)은 혼합 형태를 가진다. 상세하게, 단상영역(570a)는 개방형-유선형 작은 유로의 형태이고, 이상영역(570b)는 개방형-직선형 형태이며, 과열유체영역(570c)는 개방형-직선형 작은 유로 형태로 서로 상이한 유로 형태를 가진다. 또한, 출구영역(580)은 과열유체영역(570c)보다 더 작은 개방형-직선형 작은 유로 형태를 가진다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 이차계통(600)의 개념도이다.

도 6을 참조하면, 유로저항부(650)와 유량재분배부(660)의 유로가 1:다수로 배치된다. 구조물(62)에 의한 제2유체 유로(60)는 영역별로 상이한 형태를 가진다. 입구영역(640)은 구조물(62)에 의하여 개방형-직선형 형태를 가지고, 유로저항부(650)는 개방형-지그재그 형태를 가진다. 상기와 같이 다양한 조합으로 이차계통 유로를 구성할 수 있으므로 어떤 특수한 유로형태를 한정하는 것은 아니다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예들에 따르면, 증기발생기 이차계통에 세정유로와 세정헤더 구비하여, 증기발생기 정상운전 시 일정유량을 세정유로를 통해 우회함으로써, 증기발생기로부터 불순물을 제거하여 누적되는 불순물을 줄여줄 수 있다. 덧붙여, 세정유로를 복수로 구비하고, 세정유로들의 다양한 조합으로 운용하여 정상운전 시 불순물의 제거 효율을 증가시킬 수 있다. 이에 증기발생기는 열전달 효율이 사용주기에 따라 저하되는 것이 방지된다.

또한, 유지보수를 위하여 증기발생기 정시 시에도 각 세정유로와 급수 및 증기 유로를 다양한 조합하여 운용하여 불순물의 제거 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.

나아가, 증기발생기 열전달 효율 증가에 따라 증기발생기 크기 축소가 가능하게 된다. 따라서 본 발명의 실시예의 증기발생기를 일체형원자로에 적용할 경우 원전의 콤팩트한 구성 가능하게 된다. 즉, 증기발생기 및 원자로 크기 축소에 따른 원전 경제성이 향상될 수도 있다.

도 7은 비교예에 관련된 이차계통(700)의 개념도이다.

도 7을 참조하면, 이상에서 설명된 본 발명의 실시예들과 달리 세정유로 및 세정헤더를 구비하지 않는다. 따라서, 오염물질을 제거하기 위해서는 약 18개월 동안 증기발생기를 가동한 후 증기발생기를 정지하여 유지보수를 시행하였다. 즉, 오염물질은 원전이 운전하는 동안 증기발생기에 각 운전 주기별로 누적되며 생성되며 원전의 운전 시간이 증가할수록 증기발생기의 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 : 이차계통
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710 : 입구헤더
120, 220, 320, 420, 520, 620, 720 : 출구헤더
130 : 세정헤더
230a, 330a, 430a, 530a, 630a : 제1세정헤더
230b, 330b, 430b, 530b, 630b : 제2세정헤더
230c, 530c, 630c : 제3세정헤더
140, 240, 540, 640, 740 : 입구영역
150, 250, 350, 450, 550, 650, 750 : 유로저항부
160, 260, 360, 460, 560, 660, 760 : 유량재분배부
170, 270, 370, 470, 570, 670, 770 : 주열전달영역
170a, 270a, 370a, 470a, 570a, 670a, 770a : 단상영역
170b, 270b, 370b, 470b, 570b, 670b, 770b : 이상영역
170c, 270c, 370c, 470c, 570c, 670c, 770c : 과열유체영역
180, 280, 580, 680, 780 : 출구영역
190a, 190b, 190c : 격리밸브
10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 :제2유체 유로
11 : 세정유로
21a, 31a, 41a, 51a, 61a : 제1세정유로
21b, 31b, 41b, 51b, 61b : 제2세정유로
21c, 51c, 61c : 제3세정유로
12, 22, 32, 42, 52, 62, 72 : 구조물

Claims (17)

1. 열을 전달하기 위한 제1유로로 제1유체가 흐르는 일차계통;
   상기 제1유체와 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하는 제2유체가 흐르는 이차계통;
   상기 이차계통에 상기 제2유체를 공급하는 입구헤더;
   상기 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체가 흘러가는 제2유체 유로;
   상기 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체가 제2유체 유로를 통과하며 액체에서 증기로 변화되고 상기 증기가 배출되는 출구헤더;
   상기 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체가 상기 이차계통의 내부에 누적된 오염물질을 포함하며 흐르는 하나 이상의 세정유로; 및
   상기 세정유로를 통과하는 상기 누적된 오염물질을 포함한 상기 제2유체가 배출되는 하나 이상의 세정헤더를 포함하고,
   상기 제2유체 유로는,
   상기 입구헤더를 통해 공급된 상기 제2유체가 통과하는 입구영역;
   상기 입구영역을 통하여 공급된 상기 제2유체에 열을 전달하여 상기 제2유체의 온도가 상승하고, 상기 제2유체가 유입되어 발생하는 유동 불안정을 해소하기 위해 유로 저항이 증가하는 유로저항부;
   상기 유로저항부를 통해 방출되는 상기 제2유체가 원활하게 하류로 재분배되도록 상기 제2유체를 분배하는 유량재분배부;
   상기 유량재분배부에서 분배된 제2유체가 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하면서 상승하는 주열전달영역; 및
   상기 주열전달영역을 통과하여 증기로 변한 제2유체가 상기 출구헤더를 통해 배출되기 위해 상기 제2유체가 통과하는 출구영역을 포함하고,
   상기 주열전달영역은,
   상기 제2유체가 단상(single-phase) 액체상이며 열전달에 의해 온도가 상승하는 단상영역;
   상기 열전달에 의해 온도가 상승된 상기 액체상의 제2유체가 포화온도를 넘어서면서 기화되어 이상(two-phase) 유체가 되는 이상영역; 및
   상기 이상의 제2유체가 기화되어 증기상으로 변화하는 과열유체영역을 포함하고,
   상기 세정유로는 상기 이상영역보다 하부에 배치되고,
   증기발생기 정상운전 시 상기 입구헤더를 통해 상기 세정유로로 유입되는 유체가 상기 세정헤더로 방출되면서 세정운전을 수행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 일차계통과 상기 이차계통은 판형(plate type) 또는 인쇄기판형(printed circuit type) 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 일차계통과 상기 이차계통의 적층 비율은 상기 일차계통과 상기 이차계통 중 적어도 하나의 유로면적이 증가되도록 일 대 복수로 구비되는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 일차계통의 제1유체 유로와 상기 이차계통의 제2유체 유로 사이에 미세유로를 포함하는 감시유로를 더 구비하여 상기 제1유체 유로와 상기 제2유체 유로의 손상을 감지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 세정유로는 상기 입구영역의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 세정유로의 세정헤더는 상기 입구헤더의 반대방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 세정유로의 세정헤더는 상기 주열전달영역의 측면 양쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기.
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,
    증기발생기 정상운전 시 상기 입구헤더를 통해 세정유로로 유입되고 세정헤더로 방출되는 유체는 제2유체의 일부이고,
    상기 제2유체의 일부가 상기 세정유로를 통과하여 적어도 하나의 상기 세정헤더로 방출되면서 세정운전을 하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기.
12. 제1항에 있어서,
    증기발생기 정상운전 시 상기 입구헤더를 통해 세정유로로 유입되고 세정헤더로 방출되는 유체는 세정수이고,
    상기 세정수가 세정유로를 통과하여 적어도 하나의 상기 세정헤더로 방출되면서 세정운전을 하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기.
13. 제1항에 있어서,
    증기발생기 정지 시 상기 입구헤더 또는 적어도 하나의 상기 세정헤더를 통해 공급된 세정유체가 상기 세정유로와 상기 제2유체 유로의 오염물질을 제거하는 세정을 하고,
    상기 세정유체가 공급된 헤더를 제외한 상기 입구헤더, 상기 출구헤더 또는 상기 세정헤더 중 어느 하나 이상의 헤더로 세정유체가 방출되는 세정운전이 시행되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기.
14. 제13항에 있어서,
    상기 세정유체는 고압증기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기.
15. 제13항에 있어서,
    상기 세정유체는 오염물질을 제거하기 위한 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기.
16. 열을 전달하기 위한 제1유로로 제1유체가 흐르는 일차계통;
    상기 제1유체와 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하는 제2유체가 흐르는 이차계통;
    상기 이차계통에 상기 제2유체를 공급하는 입구헤더;
    상기 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체가 흘러가는 제2유체 유로;
    상기 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체가 제2유체 유로를 통과하며 액체에서 증기로 변화되고 상기 증기가 배출되는 출구헤더;
    상기 입구헤더를 통하여 공급된 상기 제2유체가 상기 이차계통의 내부에 누적된 오염물질을 포함하며 흐르는 하나 이상의 세정유로; 및
    상기 세정유로를 통과하는 상기 누적된 오염물질을 포함한 상기 제2유체가 배출되는 하나 이상의 세정헤더를 포함하고,
    상기 제2유체 유로는,
    상기 입구헤더를 통해 공급된 상기 제2유체가 통과하는 입구영역;
    상기 입구영역을 통하여 공급된 상기 제2유체에 열을 전달하여 상기 제2유체의 온도가 상승하고, 상기 제2유체가 유입되어 발생하는 유동 불안정을 해소하기 위해 유로 저항이 증가하는 유로저항부;
    상기 유로저항부를 통해 방출되는 상기 제2유체가 원활하게 하류로 재분배되도록 상기 제2유체를 분배하는 유량재분배부;
    상기 유량재분배부에서 분배된 제2유체가 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하면서 상승하는 주열전달영역; 및
    상기 주열전달영역을 통과하여 증기로 변한 제2유체가 상기 출구헤더를 통해 배출되기 위해 상기 제2유체가 통과하는 출구영역을 포함하고,
    상기 주열전달영역은,
    상기 제2유체가 단상(single-phase) 액체상이며 열전달에 의해 온도가 상승하는 단상영역;
    상기 열전달에 의해 온도가 상승된 상기 액체상의 제2유체가 포화온도를 넘어서면서 기화되어 이상(two-phase) 유체가 되는 이상영역; 및
    상기 이상의 제2유체가 기화되어 증기상으로 변화하는 과열유체영역을 포함하고,
    상기 세정유로는 상기 이상영역보다 하부에 배치되고,
    증기발생기 정상운전 시 상기 입구헤더를 통해 상기 세정유로로 유입되는 유체가 상기 세정헤더로 방출되면서 세정운전을 수행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플레이트형 증기발생기를 구비하는 것을 특징으로 하는 원전.
17. 제16항에 있어서,
    상기 일차계통과 상기 이차계통은 판형(plate type) 또는 인쇄기판형(printed circuit type) 플레이트를 포함하는 플레이트형 증기발생기를 구비하는 것을 특징으로 하는 원전.

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