KR20130077602A

KR20130077602A - 증기발생기

Info

Publication number: KR20130077602A
Application number: KR1020110146402A
Authority: KR
Inventors: 하창훈; 김진선; 현성택; 정현준; 이지훈
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-07-09

Abstract

본 발명의 원자력발전소의 핵증기공급계통을 구성하고 있는 증기발생기의 일 실시예는, 증기발생기의 외관을 형성하는 본체; 고온의 유체가 공급되어 상기 본체 내부에서 유동되는 경로를 형성하는 복수개의 전열관; 및 상기 전열관을 지지하는 복수개의 지지체;를 포함하고, 상기 지지체는 상호 교차되는 제1지지바와 제2지지바를 포함하여 격자를 형성하고, 상기 전열관은 상기 지지체의 제1지지바와 제2지지바에 의해 형성된 격자에 수용되어 점접촉을 통해 지지되는 것을 특징으로 한다.

Description

증기발생기{STEAM GENERATOR}

본 발명은 가압경수로형 원자력발전소 증기발생기에 관한 것으로, 증기발생기의 전열관 수직직관부에 개량형 전열관 지지 격자판을 설치하여 전열관의 진동을 저감시키고 이물질이 축적되지 않도록 하는 구조를 가지는 증기발생기에 관한 것이다.

증기발생기는 원자력 발전소의 증기 공급 계통의 설비로서, 터빈과 발전기를 구동시키는 증기를 생산한다. 또한, 원자로에서 발생하는 열에너지를 열교환을 통해 제거하는 기능을 한다.

원자로 내부에는 제어봉 및 연료집합체가 구비되어 있으며, 원자로 내부에서 발생하는 열에너지는 1차 냉각재를 통해 원자로 외부로 열교환 된다. 상기 1차 냉각재는 증기발생기를 통과하여 순환된다.

여기서 증기발생기 내부에는 상기 1차 냉각재와 열교환되는 2차 냉각재가 공급된다. 2차 냉각재는 고온 고압의 1차 냉각재와 열교환하여 증기화된다. 상기 증기발생기에서 생성된 증기는 터빈과 발전기를 구동시켜 전기에너지를 생성한다.

상기 냉각재들은 폐순환을 한다. 즉, 1차 냉각재와 2차 냉각재는 폐쇄된 경로로 순환된다. 따라서, 1차 냉각재와 2차 냉각재는 증기 발생기 내부에서 분리되어 순환된다.

도 1은 종래의 증기발생기의 개략도이다. 도 1을 참고하면, 증기발생기는 외관을 형성하는 쉘(1) 내부에 원자로에 공급되었던 방사성 유체인 1차 냉각재가 밀폐되어 순환될 수 있는 전열관(3) 다발들이 구비되어 있다.

상기 쉘(1) 내부에는 1차 냉각재와 2차 냉각재의 열교환이 이루어질 수 있는 공간을 형성하는 슈라우드(2)가 구비되어 있다. 상기 슈라우드 내부에는 상기 전열관의 수직한 부분을 지지하는 지지판(4)이 구비된다.

상기 지지판(4)은 원판형상의 부재로 다수개의 관통공이 형성되어 있으며, 상기 관통공으로 전열관들이 관통하고 있다. 상기 슈라우드 내부에서 상기 지지판들은 수직방향으로 따라 복수개가 구비되어 있다. 그에 따라, 상기 전열관들은 상기 지지판에 의해 수직한 부분들이 지지된다.

하지만, 종래의 증기발생기 전열관 지지판은, 원판형 부재이기 때문에 운전 중 발생하는 이물질들이 지지판 위에 축적되고 경화될 수 있다. 그에 따라 지지판을 통과하는 2차 냉각재인 유체의 유로가 막히게 되어 열효율이 저감되는 문제점이 발생한다.

또한, 상기 경화된 이물질들은 인접 전열관에 기계적 하중 및 화학반을을 야기시켜 덴팅(denting), 입계부식(intergranular attack), 입계응력부식균열(intergranular stress corrosion cracking) 등을 유발하여 전열관의 열화(degradation)를 가속화시킬 가능성이 매우 높은 문제점을 가진다.

또한, 유체의 유로가 막힘에 따라 지지판 하부의 압력이 증가하여 증기발생기 내 수위 진동을 유발시키는 인자로 작용한다. 그에 따라 수위가 급격히 진동하게 될 경우 원자력 발전소를 불시 정지시킬 수 있는 가능성이 있는 문제점이 있다. 특히 현재 가동 중인 대부분의 원자력 발전소의 전기출력이 1000MWe에 달하는 대용량 설비라는 점을 감안하면, 불시 정지에 의한 경제적 손실이 크다는 문제점을 가진다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명은 가압경수로형 원자력 발전소 증기발생기 전열관의 수직직관부에 개량된 형태의 지지 격자판을 설치하여 증기 발생기 내 열전달 및 1차측과 2차측의 압력 경계 역할을 수행하는 전열관의 진동을 저감시키고, 증기발생기 운전 중 발생하는 이물질이 전열관을 지지하는 구조물에 축적되지 않는 구조를 가지는 증기발생기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 전술한 과제를 달성하기 위해 다음과 같은 구성을 제공한다.

상기 증기발생기는 상기 제1지지바와 교차되어 격자를 형성하는 제1보조지지바를 더 포함하고, 상기 전열관은 상기 제1보조지지바에 추가적으로 점접촉되어 지지된다.

또한, 상기 증기발생기는 상기 제2지지바와 교차되어 격자를 형성하는 제2보조지지지바를 더 포함하고, 상기 전열관은 상기 제2보조지지바에 추가적으로 점접촉되어 지지된다.

상기 전열관은 상기 제1지지바, 제2지지바, 제1보조지지바 및 제2보조지지바와 각각 한점에서 점접촉되어 지지된다.

상기 제1지지바, 제2지지바, 제1보조지지바 및 제2보조지지바는 각각 복수개의 슬롯이 형성되어, 상호 슬롯들간의 결합에 의해 상호지지될 수 있다.

여기서, 상기 슬롯들은 소정의 각도를 가지고 형성되어, 상기 제1지지바, 제2지지바, 제1보조지지바 및 제2보조지지바들은 상호 상기 소정의 각도를 가지고 교차되고 결합된다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 전열관의 진동을 저감시키고, 이물질 축적을 방지함으로써 전열관 운전 수명 증대와 열효율 감소를 방지하는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 원자력 발전소의 불시 정지를 예방하고 관리 비용을 감소시켜 가압 경수로 내 핵증기공급계통의 안정적인 운전을 보장하는 효과를 가진다.

도 1은 종래의 증기발생기의 개략도.
도 2는 본 발명의 전열관 지지체의 사시도.
도 3은 전열관과 전열관 지지체의 접촉상태를 개략적으로 보여주는 개략도.
도 4는 전열관 지지체를 구성하는 지지바의 개략도.
도 5는 전열관이 전열관 지지체에 의해 지지되는 상태를 보여주는 개략도.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 전열관 지지체의 사시도를, 도 3은 전열관과 전열관 지지체의 접촉상태를 개략적으로 보여주는 개략도를, 도 4는 전열관 지지체를 구성하는 지지바의 개략도를, 도 5는 전열관이 전열관 지지체에 의해 지지되는 상태를 보여주는 개략도를 보여준다.

본 발명의 원자력발전소의 핵증기공급계통을 구성하고 있는 증기발생기의 일 실시예는, 증기발생기의 외관을 형성하는 본체, 고온의 유체가 공급되어 상기 본체 내부에서 유동되는 경로를 형성하는 복수개의 전열관, 및 상기 전열관을 지지하는 복수개의 지지체를 포함하여 구성된다.

상기 증기발생기의 본체와 복수개의 전열관 등의 기본 구성들은 도 1에 도시된 종래의 증기발생기의 기본적인 구성과 크게 다르지 않다. 따라서, 이에 대해서 상세한 설명은 생략한다.

상기 증기발생기의 본체 내부에는 상기 전열관의 수직직관부를 지지하는 격자형 지지체(100)가 구비된다. 도 2를 참고하면, 상기 지지체(100)는 상호 교차되는 제1지지바(10)와 제2지지바(20)를 포함하여 격자를 형성한다.

또한, 상기 지지체(100)는 상기 제1지지바(10)와 교차되어 격자를 형성하는 제1보조지지바(15), 상기 제2지지바(20)와 교차되어 격자를 형성하는 제2보조지지지바(25)를 더 포함하여 격자를 형성한다.

여기서 전열관의 단면은 원형이고 상기 지지바들의 평판형이다. 따라서, 도 3과 같이 상기 전열관(30)은 상기 지지바들 중 어느 하나에 점접촉을 하게 된다. 도 3에는 예시적으로 상기 제2지지바와 전열관이 접촉되는 형상을 보여준다.

상기 지지바들(10,15,20,25)은 어느 일측 단부의 두께가 두껍게 형성된 접촉부(21)를 구비하고 있다. 즉 상기 지지바들의 단면은 도 3과 같이 면봉형태를 가진다. 따라서, 상기 전열관(30)은 상기 접촉부(21)에만 접촉될 수 있다.

도 4에는 예시적으로 제2지지바를 상세하게 보여준다. 다른 제1지지바, 제1보조지지바 및 제2보조지지바의 형상도 도 4의 제2지지바와 크게 다르지 않고, 크기만 차이가 날수 있을 뿐이다.

도 4를 참고하면, 상기 제1지지바, 제2지지바, 제1보조지지바 및 제2보조지지바는 각각 복수개의 슬롯(22)이 형성되어 있다. 또한, 상기 지지바들의 슬롯이 형성된 반대측에는 전술한 접촉부(21)가 형성되어 있다.

상기 지지바들(10,15,20,25)은 슬롯(22)들간의 결합에 의해 도 2와 같이 상호지지될 수 있다. 도 2에서는 상기 지지바들의 슬롯들이 상호 결합되어 격자를 형성한 상태를 보여준다.

여기서, 상기 슬롯(22)들은 도 4와 같이 소정의 각도(θ)를 가지고 형성되어 있다. 그에 따라 상기 제1지지바, 제2지지바, 제1보조지지바 및 제2보조지지바들은 상호 상기 소정의 각도(θ)를 가지고 교차 결합된다.

도 5에는 상기 소정의 각도를 가지고 교차 결합된 지지바들에 의한 지지체를 보여준다. 도 5를 참고하면, 각 지지바들은 소정의 각도(θ)를 형성하고 있다. 따라서, 상기 지지체(100)의 격자는 마름모 형태를 형성하게 된다.

도 5는 전열관이 전열관 지지체에 의해 지지되는 상태를 보여준다. 상기 전열관(30)은 상기 제1지지바(10), 제2지지바(20), 제1보조지지바(15) 및 제2보조지지바(25)와 각각 한점에서 점접촉되어 지지된다.

도 5를 참고하면, 상기 전열관(30)은 상기 제1지지바(10)와 D지점에서, 상기 제2지지바(20)와 A지점에서, 상기 제1보조지지바(15)와 C지점에서, 상기 제2보조지지바와 B지점에서 각각 점접촉되어 있음을 알 수 있다.

상기 구성의 측면은, 전열관의 수직직관부를 지지하는 지지체를 격자형으로 형성하여, 2차 냉각재인 유체가 격자와 전열관의 사이(E)를 통해 원할하게 유동될 수 있도록 하였다. 그에 따라, 지지체에 의한 이물질 축적을 방지함으로써 전열관 운전 수명 증대와 열효율 감소를 방지하는 효과를 가진다.

또한, 전열관과 지지체가 점접촉에 의해 지지될 수 있도록 하였다. 그에 따라, 지지체와 전열관의 접촉부위를 최소한으로 하여 지지체에 의한 전열관의 손상을 방지할 수 있다.

나아가, 소정의 각도를 가지도록 격자형으로 형성하여 전열관과 지지체가 4점에서 접촉될 수 있도록 하여 접촉면적이 줄어들어 발생할 수 있는 전열관의 진동을 최대한 방지하였다.

이상 첨부도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 그러한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니되고 후술하는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 결정된다. 그리고 특허청구범위에 기재되어 있는 발명의 당업자에게 자명한 개량, 변경, 수정 등도 본 발명의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.

10 : 제1지지바 15 : 제1보조지지바
20 : 제2지지바 21 : 접촉부
22 : 슬롯 25 : 제2보조지지바
30 : 전열관 100 : 지지체

Claims

원자력발전소의 핵증기공급계통을 구성하고 있는 증기발생기에 있어서,
증기발생기의 외관을 형성하는 본체;
고온의 유체가 공급되어 상기 본체 내부에서 유동되는 경로를 형성하는 복수개의 전열관; 및
상기 전열관을 지지하는 복수개의 지지체;를 포함하고,
상기 지지체는 상호 교차되는 제1지지바와 제2지지바를 포함하여 격자를 형성하고,
상기 전열관은 상기 지지체의 제1지지바와 제2지지바에 의해 형성된 격자에 수용되어 점접촉을 통해 지지되는 것을 특징으로 하는,
증기발생기.
제1항에 있어서,
상기 제1지지바와 교차되어 격자를 형성하는 제1보조지지바를 더 포함하고,
상기 전열관은 상기 제1보조지지바에 추가적으로 점접촉되어 지지되는 것을 특징으로 하는,
증기발생기.
제2항에 있어서,
상기 제2지지바와 교차되어 격자를 형성하는 제2보조지지지바를 더 포함하고,
상기 전열관은 상기 제2보조지지바에 추가적으로 점접촉되어 지지되는 것을 특징으로 하는,
증기발생기.
제3항에 있어서,
상기 전열관은 상기 제1지지바, 제2지지바, 제1보조지지바 및 제2보조지지바와 각각 한점에서 점접촉되어 지지되는 것을 특징으로 하는,
증기발생기.
제4항에 있어서,
상기 제1지지바, 제2지지바, 제1보조지지바 및 제2보조지지바는 각각 복수개의 슬롯이 형성되어, 상호 슬롯들간의 결합에 의해 상호지지되는 것을 특징으로 하는, 증기발생기.
제5항에 있어서,
상기 슬롯들은 소정의 각도를 가지고 형성되어,
상기 제1지지바, 제2지지바, 제1보조지지바 및 제2보조지지바들은 상호 상기 소정의 각도를 가지고 교차되고 결합되는 것을 특징으로 하는,
증기발생기.