KR102196660B1 - 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈 및 그의 증기발생기 - Google Patents

소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈 및 그의 증기발생기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈에 관한 것으로, 케이싱; 및 상기 케이싱 내부에 형성되는 열교환부를 포함한다. 상세하게, 상기 열교환부는, 제1유로방향으로 제1유체의 유동이 형성되는 일차계통; 제2유로방향으로 제1유체와 열교환하여 액체에서 증기로 변화하는 제2유체의 유동이 형성되는 이차계통; 및 상기 일차계통과 상기 이차계통 사이에서 상기 이차계통을 감싸도록 형성되는 보호부재를 포함하고, 상기 일차계통, 이차계통 및 보호부재는 서로 확산접합으로 접합되는 될 수 있다.

Description

소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈 및 그의 증기발생기{STEAM GENERATOR MODULE OF THE SODIUM-COOLED FAST REACTOR AND STEAM GENERATOR THEREOF}
본 발명은 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증기발생기의 전열관 파단이 발생하여 소듐과 물이 접촉하게 되는 소듐-물 반응(Sodium-Water Reaction, SWR)의 영향을 극소화할 수 있는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈 및 상기 증기발생기 모듈을 포함하는 증기발생기에 관한 것이다.
소듐냉각고속로(Sodium-cooled Fast Reactor, SFR)는 기존 경수로나 중수로와 달리 소듐(Na)을 냉각재로 사용하는 차세대 원전이다.
소듐냉각고속로(SFR)의 증기발생기에서 중간열전달계통소듐과 증기발생을 위한 물(급수) 사이에 이루어지는 열교환에서 증기발생기의 전열관 파손 사고가 발생하여 소듐과 물이 접촉하게 되면, 높은 열과 수소가 발생하는 소듐-물 반응사고(SWR)가 발생한다. 소듐-물 반응사고(SWR)는 증기발생기뿐만 아니라 계통의 건전성에도 영향을 줄 수 있으므로 소듐-물 반응사고(SWR) 발생 시 이를 빠르게 감지할 수 있는 수소감지기, 압력계 및 중간열전달계통 소듐을 신속히 배출시킬 수 있는 파열판을 포함한 소듐-물반응압력완화계통 등을 갖추고 있다.
또한 증기발생기 전열관 누설이 확인되면 급수 공급 차단, 급수 배출, 증기관 블로다운, 전열관 내 비활성기체 주입 등과 같은 일련의 조치를 통해 소듐-물 반응사고(SWR)가 종료되도록 한다. 하지만 이와 같은 설비들은 소듐냉각고속로(SFR)의 건설비가 높아지는 주요 요인으로 작용하며, 전열관 누설 사고 발생 후 증기발생기 수리 및 유지보수에 소요되는 발전소 정지 기간 또한 소듐냉각고속로(SFR)의 경제성을 떨어뜨리는 요인이 된다.
따라서, 소듐냉각고속로(SFR)에서는 소듐-물 반응사고(SWR)를 실질적으로 배제시키거나 사고의 영향을 극소화할 수 있는 증기발생기의 개발 연구가 이루어지고 있다. 이에, 본 발명에서는 소듐냉각고속로(SFR)의 증기발생기에 대하여 제시한다.
본 발명의 일 목적은 소듐냉각고속로(SFR)의 증기발생기에서의 소듐-물 반응사고(SWR)를 배제시키거나 사고의 영향을 극소화 할 수 있는 증기발생기 모듈 및 증기발생기를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 대규모의 증기발생기 제작에 용이하고, 증기발생기 용량 변화에 따라 설계를 유연하게 변경할 수 있는 증기발생기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈에 관한 것으로, 케이싱; 및 상기 케이싱 내부에 형성되는 열교환부를 포함한다. 상세하게, 상기 열교환부는, 제1유로방향으로 제1유체의 유동이 형성되는 일차계통; 제2유로방향으로 제1유체와 열교환하여 액체에서 증기로 변화하는 제2유체의 유동이 형성되는 이차계통; 및 상기 일차계통과 상기 이차계통 사이에서 상기 이차계통을 감싸도록 형성되는 보호부재를 포함하고, 상기 일차계통, 이차계통 및 보호부재는 서로 확산접합으로 접합되는 될 수 있다.
실시에 있어서, 상기 일차계통 및 이차계통은 상기 열교환부 내부에 다발로 설치되고, 상기 제1유로방향과 상기 제2유로방향은 서로 교차되도록 유동이 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1유로방향의 일단에는 상기 케이싱에 연장형성되는 제1유체 입구헤더가 배치되고, 상기 제1유로방향의 타단에는 상기 케이싱에 연장 형성되는 제1유체 출구헤더가 배치되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1유체 입구헤더는 상기 제1유체가 유입되도록 형성되고, 상기 일차계통의 다발로 상기 제1유체가 유입되어 상기 열교환부로 공급되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1유체 입구헤더 내부에는 상기 일차계통의 다발에 대응하도록 형성된 유동 분배기가 배치되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1유체 입구헤더는 상기 제1유로방향으로 연장 형성되는 제1유체 유입배관이 배치되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1유체 출구헤더는 상기 열교환부에서 열교환된 상기 제1유체가 배출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1유체 출구헤더는 상기 제1유로방향으로 연장 형성되는 제1유체 배출배관이 배치되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제2유로방향의 일단에는 제2유체 입구부가 배치되고, 상기 제2유체 입구부는 상기 제2유체가 유입되어 상기 열교환부로 공급되도록 형성되고, 상기 이차계통의 다발로 유입되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제2유체 입구부에는 상기 이차계통의 다발에 대응하도록 형성된 유동 분배기가 배치될 수 있는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제2유로방향의 타단에는 제2유체 출구부가 배치되고, 상기 제2유체 출구부는 상기 열교환부에서 열교환된 제2유체가 배출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제2유로방향의 일단에 위치하는 상기 이차계통의 다발에 대응하도록 형성된 오리피스가 배치되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 보호부재는 열전달부재인 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 열전달부재는 구리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 보호부재는 상기 일차계통과 상기 이차계통 사이에서 상기 이차계통 및 일차계통을 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 전술된 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 구비하는 증기발생기이고, 전술된 제2유로방향으로 상기 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈이 하나 이상 연장 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 소듐냉각고속로용 증기발생기는 상기 케이싱 내부에 다발로 설치된 상기 일차계통 및 이차계통을 포함하고, 상기 제1유로방향과 상기 제2유로방향은 서로 교차되도록 유동이 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1유로방향의 일단에 배치되는 제1유체 입구헤더; 상기 제1유로방향의 타단에 배치되는 제1유체 출구헤더; 상기 케이싱에 연장 형성되고 상기 제2유로방향의 일단에 배치되는 제2유체 입구부; 및 상기 제2유로방향의 타단에 배치되는 제2유체 출구부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 하나 이상의 모듈은, 제1증기발생기 모듈; 및 제2증기발생기 모듈을 포함하고, 상기 제1증기발생기 모듈의 상기 제1유체 출구헤더는 상기 소듐냉각고속로용 증기발생기의 제1면에 형성되고, 상기 제2증기발생기 모듈의 제1유체 입구헤더는 상기 소듐냉각고속로용 증기발생기의 제1면에 형성되고, 상기 제1증기발생기 모듈의 상기 제1유체 출구헤더와 상기 제2증기발생기 모듈의 제1유체 입구헤더는 연결배관으로 연장 연결되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1증기발생기 모듈의 상기 제2유체 입구부와 상기 제2증기발생기 모듈의 상기 제2유체 출구부는 서로 용접으로 연장 연결되어 제2유체의 연속적인 유동을 형성한다. 상세하게, 상기 제1증기발생기 모듈의 상기 제2유체 입구부와 상기 제2증기발생기 모듈의 상기 제2유체 출구부 사이에는 연결부재가 배치되어, 상기 연결부재에 의하여 상기 제1증기발생기 모듈과 상기 제2증기발생기 모듈이 서로 연장 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 포함하는 소듐냉각고속로용 증기발생기의 상기 제2유로방향의 일단의 말단에 위치하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈은 제1봉인부를 포함하고, 상기 제1봉인부는 제2유체 투입구가 배치되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 포함하는 소듐냉각고속로용 증기발생기의 상기 제2유로방향의 최하단에 위치하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈의 제2유체 입구부에는 상기 이차계통의 다발에 대응하도록 형성된 오리피스가 배치되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 포함하는 소듐냉각고속로용 증기발생기의 상기 제2유로방향의 타단의 말단에 위치하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈은 제2봉인부를 포함하고, 상기 제2봉인부는 제2유체 배출구가 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 있어서 소듐냉각고속로용 증기발생기를 포함하는 원전이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 소듐냉각고속로 증기발생기 모듈의 열교환부는 일차계통과 이차계통 사이에서 이차계통을 감싸도록 형성되는 보호부재를 포함하여 상기 일차계통과 이차계통이 상기 보호부재로 이격될 수 있으므로, 기계적 결함이나 용접 결함으로 인하여 일차계통 또는 이차계통의 파손이 발생하더라도, 일차계통 튜브, 보호부재 및 이차계통 튜브의 3중 방어벽이 구축될 수 있기 때문에, 상기 제1유체 및 제2유체가 서로 접촉하여 발생하는 소듐-물 반응사고(SWR)의 위험성을 줄일 수 있다.
덧붙여, 일차계통과 이차계통은 서로 교차되도록 유동이 형성되므로 제1유체 입구헤더, 제1유체 출구헤더와 제2유체 입구부, 제2유체 출구부가 서로 다른 방향으로 형성되므로 제1유체 입구헤더, 제1유체 출구헤더, 제2유체 입구부 또는 제2유체 출구부의 파손으로 제1유체 또는 제2유체가 유출되더라도 서로 접촉할 수 있는 확률이 줄어들어 소듐-물 반응사고(SWR)의 위험성을 줄일 수 있다.
또한, 소듐냉각고속로 증기발생기 모듈의 일차계통, 이차계통 및 보호부재는 서로 확산접합으로 접합되어 접촉계면에서 낮은 접촉 열저항으로 높은 열전도율을 확보하므로 열교환 효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 소듐냉각고속로 증기발생기는 하나 이상의 증기발생기 모듈을 연장 연결하므로 증기 발생기 용량 변화에 따라 증기발생기 모듈의 개수를 조절하여 유연하게 설계를 변경할 수 있으며, 대규모의 증기발생기를 용이하게 제작할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈의 정면도이다.
도 3a 내지 3c는 도 1의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈에 포함된 열교환부의 개념도이다.
도 4a 내지 4c는 다른 실시예의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈에 포함된 열교환부의 개념도이다.
도 5 및 도 6은 또 다른 실시예의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈의 개념도이다.
도 7a 본 발명의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 구비하는 소듐냉각고속로용 증기발생기의 결합을 도시하는 사시도이다.
도 7b는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 구비하는 소듐냉각고속로용 증기발생기의 결합을 도시하는 정면도이다.
도 8은 원전에 구비된 소듐냉각고속로용 증기발생기의 사시도이다.
도 9는 종래의 소듐냉각고속로용 증기발생기의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 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.
본 발명의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 설명하기에 앞서, 도 9에 도시된 종래의 소듐냉각고속로용 증기발생기(1')에 대하여 먼저 설명될 수 있다.
종래의 소듐냉각고속로용 증기발생기(1')는 소듐을 전열매체로 사용한다. 상세하게, 소듐냉각고속로용 증기발생기(1')는 일차계통(210') 및 이차계통(220')에 수용되어 유동을 가지는 유체들의 열교환으로 증기를 발생한다.
이때, 소듐은 일차계통(210') 측의 제1유체일 수 있다. 일차계통(210')으로는 소듐이 유입되고, 빠져나가도록 형성될 수 있다. 소듐은 액체 상태의 단상(single-phase) 유동을 나타내고, 일차계통(210')을 따라 하강하면서 온도가 감소된다.
한편, 이차계통(220')의 입구헤더(221')으로는 제2유체가 공급될 수 있다. 상기 제2유체는 급수일 수 있다. 상기 제2유체는 제2유체 유로(222')를 지나면서 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 변화되고, 증기와 액체가 함께 유동하는 이상(two-phase) 유동으로 전환된다.
나아가, 제2유체는 제2유체 유로(222')를 따라 더 상승하면서 증기의 온도가 포화온도를 넘어간다. 이에 제2유체는 과열증기 상태로 변화되어 증기 상태로 모두 변한다. 상기 증기 상태의 제2유체는 출구헤더(224')를 통하여 배출된다.
도 9의 도시와 같이 종래의 소듐냉각고속로용 증기발생기(1')는 얇은 전열관(223') 벽면을 경계로 하여 제2유체 유로(222') 내부로는 고온, 고압의 스팀이 흐르고 외부 쉘(shell) 측인 일차계통(210')으로는 소듐의 유동이 형성되는 쉘앤튜브형(shell-and-tube type)의 증기발생기를 사용하고 있다. 따라서, 기계적 결함이나 용접 결함으로 인한 전열관 파손(B)이 발생하는 경우, 고압의 물이나 스팀이 소듐 쪽으로 누출되어 소듐-물 반응 사고가 발생된다.
따라서, 소듐을 냉각재로 사용하는 소듐냉각고속로용 증기발생기에서는 소듐-물 반응 사고를 근본적으로 배제시킬 필요성이 있다. 이에 본 발명에서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 구조의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈(10)의 사시도이고, 도 2는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈(10)의 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈(10)은 케이싱(100), 열교환부(200), 제1유체 입구헤더(110), 제1유체 유입배관(111), 제1유체 출구헤더(120), 제1유체 배출배관(121), 제2유체 입구부(130), 제2유체 출구부(140)를 포함한다.
소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈(10)은 소듐을 전열매체로 사용하므로 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈(10)의 케이싱(100)은 소듐에 대하여 내식성을 가진 소재로 형성된다면 소재의 제한이 없다. 케이싱(100)은 바람직하게, 스테인리스 스틸(stainless steel)로 형성될 수 있다.
열교환부(200)는 케이싱(100)의 내부에 형성된다. 열교환부(200)는 일차계통 및 이차계통을 포함하고, 상기 일차계통 및 이차계통은 케이싱(100) 내부에 다발로 설치될 수 있다.
열교환부(200)의 상기 일차계통에서는 제1유체로 소듐이 유입되고, 빠져나가도록 형성될 수 있다. 소듐은 액체 상태의 단상(single-phase) 유동을 나타내고, 일차계통을 따라 하강하면서 온도가 감소된다. 이때, 상기 제1유체는 제1유로방향(x)으로 유동이 형성된다.
또한, 열교환부(200)의 상기 이차계통에서는 제2유체가 공급되어 제1유체와의 열교환에 의하여 온도가 상승하여 제2유체가 공급되는 액체상에서 점차 증기 상태의 유체로 변화되고, 증기와 액체가 함께 유동하는 이상(two-phase) 유동으로 전환된다. 이때 상기 제2유체는 제2유로방향(z)으로 유동이 형성된다.
열교환부(200)에 대한 상세한 설명은 도 3a 내지 도 3c에서 상세하게 후술될 수 있다.
제1유로방향(x)의 일단에는 케이싱(100)에 연장형성되는 제1유체 입구헤더(110)가 배치되어 열교환부(200)로 상기 제1유체를 공급하도록 형성될 수 있다. 상세하게, 제1유체 입구헤더(110) 상기 일차계통의 다발로 제1유체가 유입될 수 있도록 형성될 수 있다. 나아가, 제1유로방향의 타단에는 케이싱(100)에 연장형성되는 제1유체 출구헤더(120)가 배치되어 열교환부(200)를 통과한 제1유체를 배출하도록 형성될 수 있다.
제1유체 입구헤더(110) 및 제1유체 출구헤더(120)는 각각 상기 제1유체의 흐름이 형성될 수 있도록 제1유체 유입배관(111) 및 제1유체 배출배관(121)이 배치될 수 있다. 이에, 상기 제1유체는 제1유체 유입배관(111), 제1유체 입구헤더(110), 열교환부(200), 제1유체 출구헤더(120) 및 제1유체 배출배관(121)을 순차적으로 통과하는 유동이 형성될 수 있다.
제2유로방향(z)의 일단에는 케이싱(100)에 연장형성되는 제2유체 입구부(130)가 배치되어 열교환부(200)로 상기 제2유체를 공급하도록 형성될 수 있다. 상세하게, 제2유체 입구부(130) 상기 이차계통의 다발로 제2유체가 유입될 수 있도록 형성될 수 있다. 나아가, 제2유로방향의 타단에는 제2유체 출구부(140)가 배치되어 열교환부(200)를 통과한 제2유체를 배출하도록 형성될 수 있다. 이에, 상기 제2유체는 제2유체 입구부(130), 열교환부(200) 및 제2유체 출구부(140)를 순차적으로 통과하는 유동이 형성될 수 있다.
나아가, 제2유체 입구부(130), 제2유체 출구부(140)에는 연결부재(미도시)가 배치될 수 있다. 이에, 상기 연결부재는 다수의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈들이 서로 용접으로 연결될 수 있다. 다시 말해, 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈들 사이에 상기 연결부재가 배치될 수 있다.
더욱 상세하게, 상기 연결부재는 제2유체 입구부(130)에 연장 연결되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 연결부재는 제2유체 출구부(140)에 연장 연결될 수도 있다. 또한 다른 실시예에서 소듐냉각고소로용 증기발생기 모듈은 제2유체 입구부(130)에 연장 연결되도록 형성된 제1연결부재와 제2유체 출구부(140)에 연장 연결되도록 형성된 제2연결부재를 구비할 수 있다.
이에, 다수의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈들이 서로 용접으로 연결될 때, 상기 제1연결부재와 제2연결부재가 서로 용접으로 연결되어 결합이 형성될 수도 있다. 상기 연결부재를 통한 다수의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈들의 상세한 결합은 후술되는 도 7a, 도 7b 및 도 8에서 설명될 수 있다.
도 3a 내지 3c는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈(10)에 포함된 열교환부(200)의 개념도이다.
도 3a 내지 3c를 참조하면, 전술한 것과 같이 열교환부(200)의 일차계통(210) 및 이차계통(220)은 케이싱(100) 내부에 다발로 설치될 수 있다.
일차계통(210)은 전술된 제1유로방향(x)으로 제1유체의 유동이 형성되도록 튜브형으로 형성될 수 있다. 상세하게, 상기 제1유체와 제2유체의 열교환면적을 증가시키고 보호부재(구리)의 사용량을 줄이기 위해서 도시와 같이 사각튜브로 형성될 수 있다.
이차계통(220)은 전술된 제2유로방향(z)으로 제2유체의 유동이 형성되고, 상기 제2유체는 상기 제1유체와 열교환하여 액체에서 증기로 변화하도록 형성하는 제2유체의 유동이 형성된다. 이에, 이차계통(220)은 고압의 증기의 유동이 원활하게 이루어지면서 압력을 견디기 위해서 도시된 것과 같이 원형튜브로 형성될 수 있다.
또한, 열교환부(200)는 일차계통(210)과 이차계통(220) 사이에서 이차계통(220)을 감싸도록 형성되는 보호부재(230)를 포함할 수 있다. 이에, 상기 제1유체와 제2유체의 유동이 형성되는 일차계통(210)과 이차계통(220)이 보호부재(230)로 이격될 수 있으므로, 기계적 결함이나 용접 결함으로 인하여 일차계통(210) 또는 이차계통(220)의 파손이 발생하더라도, 일차계통(210) 튜브, 보호부재(230) 및 이차계통(220) 튜브의 3중 방어벽이 구축될 수 있기 때문에, 상기 제1유체 및 제2유체가 서로 접촉하여 발생하는 소듐-물 반응사고(SWR)의 위험성을 줄일 수 있다.
나아가, 일차계통(210), 이차계통(220) 및 보호부재(230)의 접촉계면은 서로 확산접합으로 접합될 수 있다. 이에, 접촉계면에서 낮은 접촉 열저항으로 높은 열전도율을 확보할 수 있다. 상기 확산접합은 열간 정수압 프레스법 혹은 열간 등방압 가압성형 공정(Hot Isostatic Pressing, HIP)으로 형성될 수 있다.
나아가, 일차계통(210)과 이차계통(220) 사이의 열전도율을 향상시키기 위해서 보호부재(230)는 열전달부재로 형성될 수 있다. 바람직하게, 상기 열전달부재는 열전도율이 우수한 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
한편, 일차계통(210)과 이차계통(220)은 서로 교차되도록 유동이 형성될 수 있다. 도시와 같이 일차계통(210)과 이차계통(220)은 서로 90°의 각도를 가지면서 서로 교차되도록 형성될 수 있다. 이에, 전술된 제1유체 입구헤더(110), 제1유체 출구헤더(120)와 제2유체 입구부(130), 제2유체 출구부(140)가 서로 다른 방향으로 형성되므로 제1유체 입구헤더(110), 제1유체 출구헤더(120), 제2유체 입구부(130) 또는 제2유체 출구부(140)의 파손으로 제1유체 또는 제2유체가 유출되더라도 서로 접촉할 수 있는 확률이 줄어들어 소듐-물 반응사고(SWR)의 위험성을 줄일 수 있다.
또한, 이하 설명되는 다른 실시 예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 4a 내지 4c는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈(10)에 포함된 다른 실시예의 열교환부(200a)의 개념도이다.
도 4a 내지 4c를 참조하면, 전술한 것과 같이 열교환부(200a)의 일차계통(210a) 및 이차계통(220a)은 케이싱(100) 내부에 다발로 설치될 수 있다.
또한, 열교환부(200a)는 일차계통(210a)과 이차계통(220a) 사이에서 이차계통(220a)을 감싸도록 형성되는 보호부재(230a)를 포함할 수 있다. 도시와 같이, 보호부재(230a)는 일차계통(210a) 또한 감싸도록 형성될 수 있다. 열교환부(200a)는 전술된 열교환부(200)에 비해 더욱 보강된 보호부재(230a)를 포함하므로 일차계통(210) 튜브, 보호부재(230) 및 이차계통(220) 튜브의 3중 방어벽이 더욱 견고하게 형성되어 제1유체 및 제2유체가 서로 접촉하여 발생하는 소듐-물 반응사고(SWR)의 위험성을 더욱 줄일 수 있다.
도 5 및 도 6은 다른 실시예의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈(10', 10")의 개념도이다.
도 5를 참조하면, 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈(10')의 제1유체 입구헤더(110) 내부에는 열교환부(200)의 일차계통(미도시)의 다발에 대응하도록 형성된 유동 분배기(112)가 추가로 배치될 수 있다. 이는 제1유체 유입배관(111)으로 공급되는 제1유체가 상기 일차계통에 균일하게 공급하여 열교환효율을 향상시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈(10")의 제2유체 입구부(130) 내부에는 열교환부(200)의 이차계통(미도시)의 다발에 대응하도록 형성된 유동 분배기(131)가 추가로 배치될 수 있다. 이는 제2유체 입구부(130)으로 공급되는 제2유체가 상기 이차계통에 균일하게 공급하여 열교환효율을 향상시킬 수 있다.
도 7a 본 발명의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 구비하는 소듐냉각고속로용 증기발생기의 결합을 도시하는 사시도이고, 도 7b는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 구비하는 소듐냉각고속로용 증기발생기의 결합을 도시하는 정면도이다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 소듐냉각고속로용 증기발생기는 전술된 증기발생기 모듈이 하나 이상이 전술된 제2유로방향으로 연장된다. 제1 내지 제5증기발생기 모듈들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)이 제2유로방향으로 서로 용접되어 결합이 형성된다.
제1 내지 제5증기발생기 모듈들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e) 간의 결합에 대하여 살펴보면, 상기 소듐냉각고속로용 증기발생기의 상부부터 제1 내지 제5증기발생기 모듈들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)이 순차적으로 배치된다.
제1유체는 도 7a 및 7b에 도시된 화살표를 따라 제1유체가 하강하는 유동이 형성되어, 제2유체와의 열교환이 수행된다. 제1유체의 연속적인 유동을 형성하기 위해서 제1 내지 제5증기발생기 모듈들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)은 연결배관들(150a, 150b, 150c, 150d)로 연결된다. 이에, 도시된 화살표를 따라 제1유체가 하강하는 유동이 형성되어, 제2유체와의 열교환이 수행된다.
덧붙여, 제2유체의 유동은 제1 내지 제5증기발생기 모듈들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)의 하부에서 상부로 곧게 상승하는 유동이 형성된다. 즉, 하부에 위치한 제5증기발생기 모듈(10e)에서부터 제4증기발생기 모듈(10d), 제3증기발생기 모듈(10c), 제2증기발생기 모듈(10b), 제1증기발생기 모듈(10a)을 순차적으로 통과하는 유동이 형성될 수 있다.
제2유체의 연속적인 유동을 형성하기 위해서 제1 내지 제5증기발생기 모듈들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)은 연결부재(160a, 160b, 160c, 160d)로 연결될 수 있다. 일 실시예에서 연결부재(160a, 160b, 160c, 160d)는 제2유체 입구부(130a, 130b, 130c, 130d)에 연장 연결되도록 형성될 수 있다. 또한, 다른 실시예에서 연결부재(160a, 160b, 160c, 160d)는 제2유체 출구부(140b, 140c, 140d, 140e)에 연장 연결될 수도 있다.
나아가, 또 다른 실시예에서 제2유체의 연속적인 유동을 형성하기 위해서 제1 내지 제5증기발생기 모듈들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)을 연결하기 위한 상기 연결부재는 제2유체 입구부(130a, 130b, 130c, 130d)에 연장 연결되도록 형성된 제1연결부재와 제2유체 출구부(140b, 140c, 140d, 140e)에 연장 연결되도록 형성된 제2연결부재를 구비할 수 있다. 이때, 제1 내지 제5증기발생기 모듈들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)의 용접은 상기 제1연결부재와 제2연결부재가 서로 용접연결되는 것으로 결합이 형성되어 제2유체의 연속적인 유동을 형성할 수도 있다.
상세하게, 제1증기발생기 모듈(10a)과 제2증기발생기 모듈(10b)의 결합으로 제1 내지 제5증기발생기 모듈들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e) 간의 결합을 설명할 수 있다.
상기 제1증기발생기 모듈(10a)과 제2증기발생기 모듈(10b)에서 제1유체의 유동을 연속적으로 형성하기 위해서, 제1증기발생기 모듈(10a)의 제1유체 출구헤더(120a)는 상기 소듐냉각고속로용 증기발생기의 제1면(1a)에 형성되고, 제2증기발생기 모듈(10b)의 제1유체 입구헤더(110b)는 상기 소듐냉각고속로용 증기발생기의 제1면(1a)에 형성된다. 즉, 제1증기발생기 모듈(10a)의 입구헤더(110a)와 제2증기발생기 모듈(10b)의 입구헤더(110b)는 서로 반대 방향으로 배치된다. 이에, 제1증기발생기 모듈(10a)의 출구헤더(120a)와 제2증기발생기 모듈(10b)의 출구헤더(120b)는 서로 반대 방향으로 배치될 수 있다.
상기 소듐냉각고속로용 증기발생기의 제1면(1a)으로 배치된 제1증기발생기 모듈(10a)의 제1유체 출구헤더(120a)와 제2증기발생기 모듈(10b)의 제1유체 입구헤더(110b)는 연결배관(150a)으로 연장 연결될 수 있다.
이때, 소듐냉각고속로용 증기발생기의 제1면(1a)과 마주하는 소듐냉각고속로용 증기발생기의 제2면(1b)을 살펴보면 제1증기발생기 모듈(10a)의 입구헤더(110a) 및 제2증기발생기 모듈(10b)의 출구헤더(120b)가 배치될 수 있다.
전술된 제1증기발생기 모듈(10a)과 제2증기발생기 모듈(10b)의 연장 연결과 같이 제3증기발생기 모듈 내지 제5증기발생기 모듈(10c, 10d, 10e)이 연장 연결될 수 있다. 이와 같이 하나 이상의 증기발생기 모듈을 연장 연결하므로 증기 발생기 용량 변화에 따라 증기발생기 모듈의 개수를 조절하여 유연하게 설계를 변경할 수 있으며, 대규모의 증기발생기를 용이하게 제작할 수 있다.
도 8은 원전에 구비된 소듐냉각고속로용 증기발생기(1)의 사시도이다.
도 8을 참조하면, 소듐냉각고속로용 증기발생기(1)는 일 실시예로 17개의 증기발생기 모듈이 연장 연결되어 형성될 수 있다. 17개의 증기발생기 모듈은 전술된 도 7a 및 도 7b의 설명과 같이 서로 연장 연결될 수 있다.
한편, 소듐냉각고속로용 증기발생기(1)의 제2유로방향의 일단의 말단에 위치하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈(10q)에는 제1봉인부(170)가 배치될 수 있다. 제1봉인부(170)는 증기발생기 모듈(10q)의 제2유체 입구부(130q)에 용접으로 결합될 수 있다. 나아가, 제1봉인부(170)에는 제2유체 투입구(171)가 구비되어 상기 제2유체가 공급될 수 있으며, 상기 제2유체는 급수일 수 있다.
한편, 소듐냉각고속로용 증기발생기(1)의 제2유로방향의 타단의 말단에 위치하는 소듐냉각고속로용 제1증기발생기 모듈(10a)에는 제2봉인부(180)가 배치될 수 있다. 제2봉인부(180)는 제1증기발생기 모듈(10a)의 제2유체 출구부(140a)에 용접으로 결합될 수 있다. 나아가, 제2봉인부(180)에는 제2유체 배출구(181)가 구비된다. 이에, 소듐냉각고속로용 증기발생기(1)의 상부에 배치된 제2유체 배출구(181)를 통하여 상기 제2유체가 배출될 수 있다. 제2유체 배출구(181)로 배출되는 제2유체는 급수가 상변화된 스팀일 수 있다.
한편, 제1유체의 공급 및 배출에 대하여 살펴보면, 제1증기발생기 모듈(10a)에 배치된 제1유체 유입배관(111a)으로 공급되어 증기발생기 모듈(10q)에 배치된 제1유체 배출배관(121q)으로 배출될 수 있다. 이에, 제1유체는 전술된 제2유체와 열교환이 이루어지도록 형성된다.
나아가, 소듐냉각고속로용 증기발생기(1)의 최하단에 배치된 증기발생기 모듈(10q)의 제2유체 입구부(130q) 내부에는 액체로 공급되어 상변화하는 제2유체의 유동불안정성을 해소하기 위해서 오리피스(190)가 더 배치될 수도 있다. 상세하게, 오리피스(190)는 하나 이상의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 포함하는 소듐냉각고속로용 증기발생기의 최하단에 위치하는 증기발생기 모듈(10q)의 제2유체 입구부(130q)에 상기 이차계통의 다발에 대응하는 오리피스가 배치될 수 있다.
덧붙여, 제1봉인부(170)의 하부 및 제2봉인부(180)의 상부에 배치되는 가동 중 검사포트(172, 182)는 가동중검사(In Service Inspection, ISI) 시 이차계통의 건전성 확인을 위한 센서가 투입되는 포트이다.
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.
1: 소듐냉각고속로용 증기발생기
10: 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈
100: 케이싱
110: 제1유체 입구헤더
111: 제1유체 유입배관
112: 유동 분배기
120: 제1유체 출구헤더
121: 제1유체 배출배관
130: 제2유체 입구부
131: 유동 분배기
140: 제2유체 출구부
150a, 150b, 150c, 150d: 연결배관
160a, 160b, 160c, 160d: 연결부재
170: 제1봉인부
171: 제2유체 투입구
172: 가동 중 검사 포트
180: 제2봉인부
181: 제2유체 배출구
182: 가동 중 검사 포트
190: 오리피스
200: 열교환부

Claims (24)

  1. 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈은,
    케이싱; 및
    상기 케이싱 내부에 형성되는 열교환부를 포함하고,
    상기 열교환부는,
    제1유로방향으로 제1유체의 유동이 형성되는 일차계통;
    제2유로방향으로 제1유체와 열교환하여 액체에서 증기로 변화하는 제2유체의 유동이 형성되는 이차계통; 및
    상기 일차계통과 상기 이차계통 사이에서 상기 이차계통을 감싸도록 형성되는 보호부재를 포함하고,
    상기 일차계통, 이차계통 및 보호부재는 서로 확산접합으로 접합되고,
    상기 제1유로방향의 일단에는 상기 케이싱에 연장형성되는 제1유체 입구헤더가 배치되고, 상기 제1유로방향의 타단에는 상기 케이싱에 연장 형성되는 제1유체 출구헤더가 배치되며,
    상기 제2유로방향의 일단에는 제2유체 입구부가 배치되고, 상기 제2유로방향의 타단에는 제2유체 출구부가 배치되며,
    상기 제1유체 입구헤더 내부에는 상기 일차계통의 다발에 대응하도록 형성된 유동 분배기가 배치되고, 상기 제2유체 입구부에는 상기 이차계통의 다발에 대응하도록 유동 분배기가 배치되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일차계통 및 이차계통은 상기 열교환부 내부에 다발로 설치되고,
    상기 제1유로방향과 상기 제2유로방향은 서로 교차되도록 유동이 형성되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1유체 입구헤더는 상기 제1유체가 유입되도록 형성되고,
    상기 일차계통의 다발로 상기 제1유체가 유입되어 상기 열교환부로 공급되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1유체 입구헤더는 상기 제1유로방향으로 연장 형성되는 제1유체 유입배관이 배치되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1유체 출구헤더는 상기 열교환부에서 열교환된 상기 제1유체가 배출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1유체 출구헤더는 상기 제1유로방향으로 연장 형성되는 제1유체 배출배관이 배치되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제2유체 입구부는 상기 제2유체가 유입되어 상기 열교환부로 공급되도록 형성되고,
    상기 이차계통의 다발로 유입되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈.
  10. 삭제
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제2유체 출구부는 상기 열교환부에서 열교환된 제2유체가 배출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2유로방향의 일단에 위치하는 상기 이차계통의 다발에 대응하도록 형성된 오리피스가 더 배치되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 보호부재는 열전달부재인 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 열전달부재는 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 보호부재는 상기 일차계통과 상기 이차계통 사이에서 상기 이차계통 및 일차계통을 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈.
  16. 제1항, 제2항, 제4항, 제6항 내지 제9항, 및 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 하나 이상 구비하고,
    상기 제2유로방향으로 상기 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈이 하나 이상 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기.
  17. 제16항에 있어서,
    소듐냉각고속로용 증기발생기에 있어서,
    상기 케이싱 내부에 다발로 설치된 상기 일차계통 및 이차계통을 포함하고,
    상기 제1유로방향과 상기 제2유로방향은 서로 교차되도록 유동이 형성되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기.
  18. 제16항에 있어서,
    소듐냉각고속로용 증기발생기에 있어서,
    상기 제1유로방향의 일단에 배치되는 제1유체 입구헤더;
    상기 제1유로방향의 타단에 배치되는 제1유체 출구헤더;
    상기 제2유로방향의 일단에 배치되고 상기 케이싱에 연장 형성되는 제2유체 입구부; 및
    상기 제2유로방향의 타단에 배치되는 제2유체 출구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기.
  19. 제18항에 있어서,
    하나 이상의 모듈은,
    제1증기발생기 모듈; 및
    제2증기발생기 모듈을 포함하고,
    상기 제1증기발생기 모듈의 상기 제1유체 출구헤더는 상기 소듐냉각고속로용 증기발생기의 제1면에 형성되고,
    상기 제2증기발생기 모듈의 제1유체 입구헤더는 상기 소듐냉각고속로용 증기발생기의 제1면에 형성되고,
    상기 제1증기발생기 모듈의 상기 제1유체 출구헤더와 상기 제2증기발생기 모듈의 제1유체 입구헤더는 연결배관으로 연장 연결되어 제1유체의 연속적인 유동을 형성하는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1증기발생기 모듈의 상기 제2유체 입구부와 상기 제2증기발생기 모듈의 상기 제2유체 출구부는 서로 용접으로 연장 연결되어 제2유체의 연속적인 유동을 형성하고,
    상기 제1증기발생기 모듈의 상기 제2유체 입구부와 상기 제2증기발생기 모듈의 상기 제2유체 출구부 사이에는 연결부재가 배치되어, 상기 연결부재에 의하여 상기 제1증기발생기 모듈과 상기 제2증기발생기 모듈이 서로 연장 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 포함하는 소듐냉각고속로용 증기발생기의 상기 제2유로방향의 최하단에 위치하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈은 제1봉인부를 포함하고,
    상기 제1봉인부는 제2유체 투입구가 배치되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 포함하는 소듐냉각고속로용 증기발생기의 상기 제2유로방향의 최하단에 위치하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈의 제2유체 입구부에는 상기 이차계통의 다발에 대응하도록 형성된 오리피스가 배치되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈을 포함하는 소듐냉각고속로용 증기발생기의 상기 제2유로방향의 타단의 말단에 위치하는 소듐냉각고속로용 증기발생기 모듈은 제2봉인부를 포함하고,
    상기 제2봉인부는 제2유체 배출구가 배치되는 것을 특징으로 하는 소듐냉각고속로용 증기발생기.
  24. 삭제
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