KR20160141564A - 증기발생기 및 이를 구비하는 원전 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 열을 전달하기 위한 제1 유체가 흐르는 제1 유로와, 상기 제1 유체와의 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하는 제2 유체가 흐르는 제2 유로와, 상기 제2 유체가 공급되는 상기 제2 유로의 입구영역에 배치되어 유로저항을 증가시키도록 형성되는 유로저항부, 및 상기 유로저항부가 형성된 구간에서 발생하는 상기 제1 및 제2 유체 간의 열교환 현상을 억제시키도록 이루어지는 열전달 억제부를 포함하는 증기발생기를 제공한다.

Description

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

본 발명은 저유량 조건에서도 유동이 안정적으로 이루어지는 증기발생기 및 이를 구비하는 원전에 관한 것이다.

도 1a는 튜브(12b)의 입구영역에 나선형 유로가 적용되어 유로저항을 발생시키는, 종래의 일반적인 쉘&튜브형 증기발생기(10)의 일 예를 나타낸 개념도이고, 도 1b는 튜브(22b)의 입구영역(10a,20a)에 오리피스 구조가 적용되어 유로저항을 발생시키는, 종래의 일반적인 쉘&튜브형 증기발생기(20)의 일 예를 나타낸 개념도이다. 여기서, 도 1a의 (a)와 (b)는, 각각 도 1a의 라인 A-A와 B-B를 따라 취한 단면도이고, 도 1b의 (a)와 (b)는, 각각 도 1b의 라인 C-C와 D-D를 따라 취한 단면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 일반적으로 유로채널(flow channel)로 구성된 이상 유동(two phase)이 발생하는 증기발생기(10,20)에서는 증기가 형성되면서 밀도가 급격히 증가하고, 이로 인한 밀도파가 유로방향의 앞뒤로 전파되어 유동이 불안해진다. 그 이유는, 단상영역과 이상영역의 압력강하 위상차가 서로 되먹임을 하며 유동불안을 증폭시키기 때문이다. 특히 공통헤더에 연결된 복수개의 유로채널로 구성된 증기발생기(미도시)의 경우 이러한 현상은 유로채널 간의 시간차 유동불안(parallel channel oscillation)으로 발전해 증기발생기로서의 기능을 상실하게 한다. 이러한 현상은 증기발생기(10,20)의 기동 혹은 다른 목적의 저출력 운전모드가 필요한 운전범위가 넓은 응용의 경우 특히 중요한 문제가 된다.

이러한 유동현상을 완화하고자 일반적 운전범위가 넓은 쉘&튜브(shell and tube)형 증기발생기(10,20)에서, 쉘(미도시)의 내부에 일차 유체(11a,21a)가 흐르는 일차 유로(11,21)가 형성되고, 상기 쉘 내부에 수용되는 튜브(12b,22b)에 이차 유체(12a,22a)가 흐르는 이차 유로(12,22)가 형성되는 경우에, 튜브(12b,22b)의 입구영역(10a,20a)에 유로저항이 큰 오리피스(13,23)를 설치할 수 있다. 여기서, 이차 유체(12a,22a)는, 증기발생기(10,20)의 주 열전달 영역(10b,20b)을 지나면서 액체 상태에서 증기(12a',22a') 상태로 변화한다.

한편, 인쇄기판(printed circuit)형 열교환기 기술은 영국 Heatric사(미국 특허공보 US4665975, 1987.05.19. 공고)에서 개발되어 일반 산업분야에 매우 다양하게 이용되고 있다. 인쇄기판형 열교환기는 광화학적 식각 기술(Photo-chemical etching technique)에 의한 조밀한 유로배치 및 확산접합 기술을 이용하여 열교환기의 판 사이의 용접을 없앤 구조의 열교환기이다. 이에 따라, 인쇄기판형 열교환기는 고온 고압의 환경에 적용 가능하고, 고집적도와 우수한 열교환 성능을 갖추고 있다. 인쇄기판형 열교환기 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, 열교환기, 반응기 등 매우 다양한 분야로 적용범위가 확대되고 있다.

그러나 종래의 인쇄기판형 열교환기는 이상 유동(two phase)이 발생하는 증발기 등의 분야에서는 운전조건이 제한된 범위에서 이용되어 왔다. 인쇄기판형 열교환기가 쉘&튜브(shell and tube)형 등 다른 형태의 열교환기에 비해 열전달 효율이 매우 우수함에도 불구하고 증기발생기로 광범위하게 사용되지 못했던 이유는 유로채널에서의 유동불안 문제 때문이었다.

이러한, 유동불안을 완화하기 위해 입구영역에 오리피스(orifice)와 같이 유로저항을 증가시키는 기술을 미세유로(micro channel)에 도입하는 개념이 제시되었다.

한편, 단순히 유로면적을 줄이는 종래의 기술은 파울링(fouling) 문제 등을 유발할 수 있어, 원자력 환경과 같이 장기간의 수명을 갖아야 하는 환경에는 적용이 제한될 수 있다. 이러한 파울링 현상을 완화하고자, 입구영역에 유로저항 증가 영역을 만들고 유로길이를 증가시키기거나 다양한 형상을 채용하여 유로면적을 증가시키는 기술이 제안되었다.

그러나, 종래의 기술을 적용하는 쉘&튜브형 증기발생기(10,20)나 플레이트형 증기발생기(미도시)의 경우에도 유량이 매우 적은 구간에서는 유동불안 현상이 발생하므로 일반적으로 저유량 영역에서는 운전을 제한하고 있다. 이에 따라, 원전의 정상운전 중에 증기발생기는 유동불안이 발생하는 저유량 영역을 피해 일정유량 이상 영역에서 운전하도록 설계된다. 하지만, 이러한 설계에서도 원전에서 사고와 같은 상황이 발생하여 펌프에 의해 강제순환 유량을 형성할 수 없고 피동잔열제거계통을 적용하는 원전의 경우와 같이 자연순환에 의해 저유량 유동이 형성되는 경우에는 여전히 유동불안 현상을 피하기가 어려운 문제가 있다.

저유량 조건에서 이와 같이 유동불안이 발생하게 되는 주요 원인은, 유로저항이 큰 증기발생기(10,20)의 입구 오리피스 영역(10a,20a)에서 이루어지는 열전달에 의해 유체의 기화가 발생하기 때문이다.

따라서, 일정유량 이상 조건에서뿐만 아니라, 저유량 조건에서도 안정적으로 운영이 가능한 증기발생기의 개발이 고려될 수 있다.

본 발명은, 저유량 조건에서 발생되는 유동불안 현상을 방지하고자, 입구영역에서의 기화 현상을 억제하도록 이루어지는 증기발생기 및 이를 구비하는 원전을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 증기발생기는, 열을 전달하기 위한 제1 유체가 흐르는 제1 유로와, 상기 제1 유체와의 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하는 제2 유체가 흐르는 제2 유로와, 상기 제2 유체가 공급되는 상기 제2 유로의 입구영역에 배치되어 유로저항을 증가시키도록 형성되는 유로저항부, 및 상기 유로저항부가 형성된 구간에서 발생하는 상기 제1 및 제2 유체 간의 열교환 현상을 억제시키도록 이루어지는 열전달 억제부를 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 유로는 튜브(tube)의 내부에서 상기 제2 유체가 흐르도록 형성되고, 상기 제1 유로는 상기 튜브 바깥의 쉘(shell)에서 상기 제1 유체가 상기 튜브의 외면를 따라 흐르도록 형성될 수 있다.

상기 열전달 억제부는, 상기 튜브에서 상기 유로저항부가 형성된 구간의 외면이 상기 제1 유체와 닿지 않도록 상기 튜브의 외면과 이격된 상태에서 상기 튜브를 감싸도록 형성되는 단열부를 구비할 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 유로는 각각 복수로 형성되는 제1 및 제2 유로 채널을 구비하고, 상기 제1 및 제2 유체는 각각 상기 제1 및 제2 유로 채널을 흐르며 열교환되도록 이루어질 수 있다.

상기 열전달 억제부는, 상기 제2 유로 채널에서 상기 유로저항부가 형성된 구간에 상기 제1 유로 채널이 지나지 않도록, 상기 제1 유로 채널이 상기 제2 유로 채널의 상기 유로저항부가 형성된 구간을 우회하도록 형성될 수 있다.

상기 유로저항부는, 상기 제2 유로 채널에서 상기 제2 유체가 공급되는 입구영역의 유로면적이 적어도 일부 좁아지도록 형성되고, 상기 제2 유로 채널의 입구영역에서의 유로길이를 증가시키도록 상기 제2 유로 채널의 입구영역에서의 유로가 복수의 곡선 유로를 통과하면서 유로저항이 증가하도록 주름지게 형성될 수 있다.

상기 제2 유로 채널은 상기 제2 유로 채널의 입구영역에서의 유로에 형성되어 상기 제2 유체에 유로저항을 발생시키는 저항부재를 구비할 수 있다.

상기 저항부재는 상기 제2 유체가 흐르는 방향의 반대 방향으로 발생되는 유로저항이 더 크도록 형성될 수 있다.

상기 제2 유로 채널에서 상기 제2 유체가 증기 상태로 흐르는 증기영역은, 상기 제2 유체에 대한 유로저항을 감소시키도록 형성될 수 있다.

상기 제2 유로 채널을 통해 흐르는 상기 제2 유체의 유량을 증가시키도록, 상기 제1 및 제2 유로 채널은 복수로 구비되며 서로 인접하게 배치될 수 있다.

상기 유로저항부는, 상기 제2 유체가 흐르는 방향과 그 반대 방향에서 발생하는 유로저항의 크기가 서로 다르게 형성될 수 있다.

상기 제1 및 제2 유로 채널은 판형(plate type)으로 형성될 수 있다.

상기 제1 및 제2 유로 채널은 인쇄기판형(printed circuit type)으로 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 열전달 억제부는, 상기 제2 유로의 입구영역까지의 유로 및 상기 제2 유로에 구비되는 증기발생기 입구 헤더 중 적어도 하나 이상에 배치되어, 상기 제1및 제2 유체 간의 열교환 현상을 억제하도록 이루어지는 단열부재를 구비할 수 있다.

또한, 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 증기 상태의 제1 유체가 흐르는 제1 유로와, 상기 제1 유체와의 열교환에 의해 상기 제1 유체를 응축시키는 제2 유체가 흐르는 제2 유로와, 상기 제2 유체가 공급되는 상기 제2 유로의 입구영역에 배치되어 유로저항을 증가시키도록 형성되는 유로저항부, 및 상기 유로저항부가 형성된 구간에서 발생하는 상기 제1 및 제2 유체 간의 열교환 현상을 억제시키도록 이루어지는 열전달 억제부를 포함하는 열교환기를 제공한다.

또한, 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 피동잔열제거계통을 포함하는 원전을 제안한다. 상기 원전은, 원자로를 수용하는 격납부, 및 상기 원자로의 현열 및 노심의 잔열을 제거하도록 이루어지는 피동잔열제거계통을 포함하고, 상기 피동잔열제거계통은 상기 열교환기를 포함한다.

또한, 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 피동격납부냉각계통을 포함하는 원전을 제안한다. 상기 원전은, 원자로를 수용하는 격납부, 및 상기 원자로의 사고 발생 시 상기 격납부 내부의 높아진 열과 압력을 감소시키도록 이루어지는 피동격납부냉각계통을 포함하고, 상기 피동격납부제거계통은 상기 열교환기를 포함한다.

또한, 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 원자로의 노심에 의해 가열된 냉각재를 공급받아, 급수를 증기로 만들어 배출시키는 증기발생기를 포함하는 원전을 제공한다. 여기서, 상기 증기발생기는, 열을 전달하기 위한 제1 유체가 흐르는 제1 유로와, 상기 제1 유체와의 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하는 제2 유체가 흐르는 제2 유로와, 상기 제2 유체가 공급되는 상기 제2 유로의 입구영역에 배치되어 유로저항을 증가시키도록 형성되는 유로저항부, 및 상기 유로저항부가 형성된 구간에서 발생하는 상기 제1 및 제2 유체 간의 열교환 현상을 억제시키도록 이루어지는 열전달 억제부를 포함한다.

본 발명의 증기발생기 및 이를 구비하는 원전에 의하면, 유로저항부가 형성된 구간에서 이루어지는 제1 및 제2 유체 간의 열교환 현상을 억제시키는 열전달 억제부를 구비하여, 유로저항부가 형성되는 구간에서 발생되는 유체의 기화 현상을 근원적으로 배제시킬 수 있다. 결과적으로, 저유량 조건에서도 유동 불안정 현상 없이 안정적인 운영이 이루어질 수 있다.

또한, 원자로의 안전계통으로 피동잔열제거계통 등을 포함하는 피동형 원전에서 사고 발생 시, 자연순환에 의해 저유량 유동이 형성되는 경우에도 유동 불안정 현상을 크게 완화하여 원전의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1a는 튜브의 입구영역에 나선형 유로가 적용되어 유로저항을 발생시키는, 종래의 일반적인 쉘&튜브형 증기발생기의 일 예를 나타낸 개념도.
도 1b는 튜브의 입구영역에 오리피스 구조가 적용되어 유로저항을 발생시키는, 종래의 일반적인 쉘&튜브형 증기발생기의 일 예를 나타낸 개념도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 쉘&튜브형 증기발생기를 나타낸 개념도들.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플레이트형 증기발생기의 제1 유로의 일 예들을 나타낸 개념도들.
도 4a 내지 도 4f는 도 3a 내지 도 3e에 도시된 제1 유로에 대응되는 제2 유로의 일 예들을 나타낸 개념도들.

이하, 본 발명의 증기발생기 및 이를 구비하는 원전에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일하거나 유사한 구성에 대해서는 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 쉘&튜브형 증기발생기(100)를 나타낸 개념도들이다. 여기서, 도 2a의 (a)와 (b)는, 각각 도 2a의 라인 A'-A'와 B'-B'를 따라 취한 단면도이고, 도 1b의 (a)와 (b)는, 각각 도 1b의 라인 C'-C'와 D'-D'를 따라 취한 단면도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 증기발생기(100)는, 제1 유로(110), 제2 유로(120), 유로저항부(130) 및 열전달 억제부(140)를 포함한다.

제1 유로(110)는, 열교환에 필요한 열을 전달하기 위한 제1 유체(110a)가 흐르도록 형성된다.

제2 유로(120)는, 제1 유체(110a)와의 열교환에 의해 액체 상태에서 증기 상태로 변화하는 제2 유체(120a)가 흐르도록 형성된다. 여기서, 제2 유체(120a)는 열을 전달받아 증기 상태로 변화되도록, 제1 유체(110a)보다 낮은 온도로 공급된다.

예를 들어, 제2 유로(120)는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 전열관(heat-transfer tube or pipe) 역할을 하는 튜브(120b,tube) 내부에서 제2 유체(120a)가 흐르도록 형성되고, 제1 유로(110)는, 튜브(120b) 바깥의 쉘(미도시,shell)에서 제1 유체(110a)가 튜브(120b)의 외면을 따라 흐르도록 형성될 수 있다. 또한, 튜브(120b)는 복수로 구비될 수 있다.

유로저항부(130)는, 제2 유체(120a)가 공급되는 제2 유로(120)의 입구영역(100a)에 배치되어 유로저항을 증가시키도록 형성된다. 예를 들어, 유로저항부(130)는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 튜브(120b)의 입구영역(100a)에 나선형 유로가 적용되어 제2 유체(120a)에 대한 유로저항을 발생시키거나, 도 2b에 도시된 바와 같이, 튜브(120b)의 입구영역(100a)에 오리피스(orifice) 구조가 적용되어 상기 제2 유체(120a)에 대한 유로저항을 발생시키도록 형성될 수 있다. 유로저항부(130)의 이러한 구성에 의하면, 제2 유체(120a)의 흐름에 저항을 발생시켜 유동 불안정 현상을 일부 완화시킬 수 있다.

또한, 유로저항부(130)는, 제2 유체(120a)가 흐르는 방향과 그 반대 방향에서 발생하는 유로저항의 크기가 서로 다르게 형성될 수 있다.

열전달 억제부(140)는, 유로저항부(130)가 형성된 구간에서 발생하는 제1 및 제2 유체(110a,120a) 간의 열교환 현상을 억제시키도록 이루어진다. 예를 들어, 열전달 억제부(140)는 단열부(142)를 구비할 수 있다.

단열부(142)는, 도시된 바와 같이, 튜브(120b)에서 유로저항부(130)가 형성된 구간의 외면이 제1 유체(110a)와 닿지 않도록, 튜브(120b)의 외면과 이격된 상태에서 튜브(120b)를 감싸도록 형성될 수 있다. 상기 단열부(142)는, 열전도율(thermal conductivity)이 낮은 단열재(heat insulating material)로 이루어지거나, 상기 단열재로 이루어지는 단열층(미도시)을 구비할 수 있다.

한편, 본 도면에서는 도시되지 않았으나, 단열부(142)는, 이중 또는 다중으로 구성되는 배관(pipe)이 튜브(120b)를 감싸도록 형성될 수 있다.

또한, 열전달 억제부(140)는, 제2 유로(120)의 입구영역(100a)까지의 유로 및 제2 유로(120)에 구비되는 증기발생기 입구 헤더(미도시)에 배치되어, 제1 및 제2 유체(110a,120a) 간의 열교환 현상을 억제하도록 이루어지는 단열부재(미도시)를 구비할 수 있다.

상기 단열부(142)의 구성에 의하면, 제2 유로(120)의 입구영역(100a)에서, 제1 유체(110a)로부터 제2 유체(120a)로 발생되는 열전달 현상을 차단 또는 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 저유량 운전 조건에서 증기발생기(100)의 유동 불안정 현상의 원인이되는, 유로저항부(130)가 형성된 입구영역(110a)에서의 제2 유체(120a)의 기화 현상을 감소시켜, 증기발생기(100)의 운전을 보다 안정적으로 유지시킬 수 있다.

이하, 본원발명의 증기발생기(100)에서 이루어지는 유체의 유동에 대하여 설명한다.

우선, 제1 유체(110a)는, 액체 상태의 단상(single phase)유동을 나타내고, 제1 유로(110)를 따라 하강하면서 온도가 감소된다.

제2 유체(120a)는, 액체 상태로 제2 유로(120)에 공급되며 유로저항부(130)와, 주 열전달 영역(100b)을 따라 상승하면서 온도가 증가한다. 이때, 제2 유체(120a)는, 열전달 억제부(140)에 의해 유로저항부(130)가 형성된 구간에서 제1 유체(110a)와 열교환 현상 억제되며, 특히, 저유량 조건에서 제1 유체(110a)와의 열교환에 의한 기화 현상이 방지된다.

이후, 제2 유체(120a)는, 온도가 상승하고 비등점(boiling point)을 넘어가면서 점차 증기로 변화되어, 증기와 액체가 함께 유동하는 이상(two phase)유동으로 전환된다. 그리고, 제2 유체(120a)는, 주 열전달 영역(100b)를 따라 더 상승하여 증기의 온도가 포화온도를 넘어서면서 과열증기(120a') 상태로 변화된다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플레이트형 증기발생기(200)에 대하여 도 3a 내지 도 3e, 도 4a 내지 도 4f를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플레이트형 증기발생기(200)의 제1 유로(210)의 일 예들을 나타낸 개념도들이고, 도 4a 내지 도 4f는 도 3a 내지 도 3e에 도시된 제1 유로(210)에 대응되는 제2 유로(220)의 일 예들을 나타낸 개념도들이다.

도 3a 내지 도 4f를 참조하면, 증기발생기(200)는, 제1 유로(210), 제2 유로(220), 유로저항부(230) 및 열전달 억제부(240)를 포함한다. 여기서, 제1 유로(210), 제2 유로(220), 유로저항부(230) 및 열전달 억제부(240)는, 위에서 설명한 증기발생기(100)의 제1 유로(110), 제2 유로(120), 유로저항부(130) 및 열전달 억제부(140)와 기능 및 효과적인 측면에서 유사한 특징들을 갖는다.

제1 유로(210)와 제2 유로(220)는 각각, 복수로 형성되는 제1 및 제2 유로 채널(212,222)을 구비하고, 제1 유로 체널(212)에는 제1 유체(210a)가 흐르며, 제2 유로 채널(222)에는 제2 유체(220a)가 흐르도록 형성될 수 있다. 제1 및 제2 유체(210a,220a)는, 위에서 설명한 증기발생기(100)의 제1 및 제2 유체(110a,120a)와 유사하게 유동이 이루질 수 있다. 예를 들어, 제1 유체(210a)는 제1 유로 채널(212)을 하강하고, 제2 유체(220a)는 제2 유로 채널(222)을 상승하며 서로 열교환되어, 액체 상태로 공급되는 제2 유체(220a)를 증기 상태로 변화시킬 수 있다.

또한, 증기발생기(200)에는 제1 및 제2 유체(210a,220a)가 출입하기 위한 제 1 및 제2 교차영역(200c,200d)이 형성되고, 제2 유로(220)에는 유로저항부(230)와 제2 교차영역(200d)의 유로를 연결하는 유로확대부가 형성된다.

또한, 제1 및 제2 유로 채널(212,222)은, 판형(plate type)으로 형성되거나, 인쇄기판형(printed circuit type)으로 형성될 수도 있다.

열전달 억제부(240)는, 도시된 바와 같이, 제2 유로 채널(222)에서 유로저항부(230)가 형성된 구간에 제1 유로 채널(212)이 지나지 않도록, 제1 유로 채널(212)이 제2 유로 채널(222)의 유로저항부(230)가 형성된 구간을 우회하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 유로 채널(222)의 유로저항부(230)가 형성된 구간에서 제1 및 제2 유체(210a,220a) 간의 열교환 현상이 억제되어 제2 유체(220a)의 기화 현상을 방지할 수 있으며, 결과적으로, 저유량 조건에서 증기발생기(200)의 유동 불안정 현상을 크게 완화시킬 수 있다.

유로저항부(230)는, 제2 유체(220a)가 흐르는 방향과 그 반대 방향에서 발생하는 유로저항의 크기가 서로 다르게 형성될 수 있고, 도 4a 내지 도 4f에 도시된 바와 같이, 제2 유로 채널(222)에서 제2 유체(220a)가 공급되는 입구영역(200a)의 유로면적이 적어도 일부 좁아지도록 형성되며, 제2 유로 채널(222)의 입구영역(200a)에서의 유로길이를 증가시키도록, 제2 유로 채널(222)의 입구영역(200a)에서의 유로가 복수의 곡선 유로를 통과하면서 유로저항이 증가하도록 주름지게 형성될 수 있다. 단, 입구영역(200a)의 유로는 보다 다양한 형태로 형성되어 유로저항부(230)를 형성할 수 있으므로, 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 유로저항부(230)는 일반적인 오리피스(orifice)와 같이 유로 폭을 매우 좁게 제한하는 형태가 아니며, 유로 폭을 넓히고 유로 길이를 증가시키는 형태이다.

이와 같은, 유로저항부(230)의 구성에 따르면, 열전달 억제부(240)에 의해 열전달이 억제되어 기화 현상 과정에서 발생할 수 있는 이물질의 생성이 억제되고 또한, 오리피스(orifice) 보다는 넓은 유로가 적용되므로 제2 유로 채널(222)에 발생될 수 있는, 파울링(fouling) 현상을 방지하거나 크게 억제할 수 있다. 상기 파울링 현상은, 유체의 흐름을 방해하는 이물질이 유로 상에 형성되는 현상을 의미한다.

또한, 제2 유로 채널(222)은 저항부재(미도시)를 구비할 수 있다.

상기 저항부재는, 제2 유로 채널(222)의 입구영역(200a)에서의 유로에 형성되어 상기 제2 유체에 유로저항을 발생시키도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 저항부재는 상기 입구영역(200a)에서의 유로 중 어느 일 구간이 좁아지도록 제2 유로 채널(222)의 내면으로부터 돌출되게 형성될 수 있다.

또한, 상기 저항부재는, 제2 유체(220a)가 흐르는 방향의 반대 방향으로 발생되는 유로저항이 더 크도록 형성될 수도 있다.

또한, 도 4f에 도시된 바와 같이, 제2 유로 채널(222)에서 제2 유체(220a)가 증기 상태로 흐르는 증기영역은, 제2 유체(220a)에 대한 유로저항을 감소시키도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 증기영역은 도시된 바와 같이, 주 열전달 영역(200b)의 후단부와 제1 교차영역(200c)과 같이 부분적으로 형성될 수 있다. 또한, 본 도면에서는 도시되지 않았으나, 상기 증기영역은, 주 열전달 영역(200b)과 제1 및 제2 교차영역(200c,200d) 전체에 형성될 수도 있다.

또한, 제2 유로 채널(222)을 통해 흐르는 제2 유체(220a)의 유량을 증가시키도록, 제1 및 제2 유로 채널(212,222)은, 복수로 구비되며 서로 인접하게 배치될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 종래의 증기발생기에 비교적 간단한 구조를 적용하는 것으로 구현이 가능하며, 저유량 조건에서의 유동 불안정 현상을 효과적으로 완화시켜 운전의 안정성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 도면에서는 도시되지 않았으나, 본 발명은, 원자로의 노심에 의해 가열된 냉각재를 공급받아, 급수를 증기로 만들어 배출시키는 증기발생기(미도시)를 포함하는 원전(미도시)를 제안한다. 여기서, 상기 증기발생기는, 제1 유로, 제2 유로, 유로저항부 및 열전달 억제부를 포함하며, 상기 제1 유로, 제2 유로, 유로저항부 밀 열전달 억제부는, 위에서 설명한 증기발생기(100,200)의 제1 유로(110,210), 제2 유로(120,220), 유로저항부(130,230) 및 열전달 억제부(140,240)와 기능 및 효과적인 측면에서 유사한 특징들을 갖는다.

한편, 본 도면에서는 도시되지 않았으나, 본 발명은, 제1 유로, 제2 유로, 유로저항부 및 열전달 억제부를 포함하는 열교환기(응축기, 미도시)를 제안한다. 상기 열교환기는 서로 다른 온도를 갖는 2개의 유체 사이에 열교환이 이루어지는 장치라는 점에서, 상기 증기발생기(100,200)와 유사한 기술적 특징을 갖는다. 다만, 상기 증기발생기(100,200)가 공급되는 액체를 증기로 변화시키는 것을 목적으로 하는 반면, 상기 열교환기는 증기를 액체로 변화시키는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여, 상기 열교환기의 제1 유로는, 증기 상태의 제1 유체가 흐르도록 형성되고, 상기 열교환기의 제2 유로는, 상기 제1 유체와의 열교환에 의해 상기 제1 유체를 응축시키는 제2 유체가 흐르도록 형성된다. 또한, 상기 제2 유체는 상기 제1 유체와의 열전달에 의해 온도가 상승하고 기화될 수 있다.

또한, 상기 열교환기의 유로저항부 및 열전달 억제부는, 위에서 설명한 증기발생기(100,200)의 유로저항부(130,230) 및 열전달 억제부(140,240)와 기능 및 효과적인 측면에서 유사한 특징들을 갖는다.

한편, 본 도면에서는 도시되지 않았으나, 본 발명은, 상기 열교환기를 포함하는 원전(미도시)을 제안한다.

상기 원전은, 원자로를 수용하는 격납부와, 상기 원자로의 현열 및 노심의 잔열을 제거하도록 이루어지는 피동잔열제거계통을 포함하고, 상기 피동잔열제거계통은 상기 열교환기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 원전은, 원자로를 수용하는 격납부와, 상기 원자로의 사고 발생 시, 상기 격납부 내부의 높아진 열과 압력을 감소시키도록 이루어지는 피동격납부냉각계통을 포함하고, 상기 피동격납부냉각계통은 상기 열교환기를 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 원자로의 피동형 안전계통을 포함하는 원전에서 사고 발생 시, 자연순환에 의해 저유량 유동이 형성되는 경우에도 유동 불안정 현상을 크게 완화하여 원전의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.

다만, 본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정됨은 아니고, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. 또한, 특허청구범위로부터 파악되는 본 발명의 권리범위와 비교하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자 수준에서 변형, 부가, 삭제, 치환 가능한 발명 등 모든 균등한 수준의 발명에 대하여는 모두 본 발명의 권리 범위에 속함은 자명하다.

100 : 증기발생기 110 : 제1 유로
120 : 제2 유로 130 : 유로저항부
140 : 열전달 억제부

Claims (18)

1. 열을 전달하기 위한 제1 유체가 흐르는 제1 유로;
   상기 제1 유체와의 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하는 제2 유체가 흐르는 제2 유로;
   상기 제2 유체가 공급되는 상기 제2 유로의 입구영역에 배치되어 유로저항을 증가시키도록 형성되는 유로저항부; 및
   상기 유로저항부가 형성된 구간에서 발생하는 상기 제1 및 제2 유체 간의 열교환 현상을 억제시키도록 이루어지는 열전달 억제부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 유로는, 튜브(tube)의 내부에서 상기 제2 유체가 흐르도록 형성되고,
   상기 제1 유로는, 상기 튜브 바깥의 쉘(shell)에서 상기 제1 유체가 상기 튜브의 외면를 따라 흐르도록 형성되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 열전달 억제부는,
   상기 튜브에서 상기 유로저항부가 형성된 구간의 외면이 상기 제1 유체와 닿지 않도록, 상기 튜브의 외면과 이격된 상태에서 상기 튜브를 감싸도록 형성되는 단열부를 구비하는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 유로는 각각 복수로 형성되는 제1 및 제2 유로 채널을 구비하고,
   상기 제1 및 제2 유체는 각각 상기 제1 및 제2 유로 채널을 흐르며 열교환되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 열전달 억제부는,
   상기 제2 유로 채널에서 상기 유로저항부가 형성된 구간에 상기 제1 유로 채널이 지나지 않도록, 상기 제1 유로 채널이 상기 제2 유로 채널의 상기 유로저항부가 형성된 구간을 우회하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
6. 제4항에 있어서,
   상기 유로저항부는,
   상기 제2 유로 채널에서 상기 제2 유체가 공급되는 입구영역의 유로면적이 적어도 일부 좁아지도록 형성되고, 상기 제2 유로 채널의 입구영역에서의 유로길이를 증가시키도록, 상기 제2 유로 채널의 입구영역에서의 유로가 복수의 곡선 유로를 통과하면서 유로저항이 증가하도록 주름지게 형성되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 유로 채널은, 상기 제2 유로 채널의 입구영역에서의 유로에 형성되어 상기 제2 유체에 유로저항을 발생시키는 저항부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 저항부재는, 상기 제2 유체가 흐르는 방향의 반대 방향으로 발생되는 유로저항이 더 크도록 형성되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
9. 제6항에 있어서,
   상기 제2 유로 채널에서 상기 제2 유체가 증기 상태로 흐르는 증기영역은, 상기 제2 유체에 대한 유로저항을 감소시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
10. 제6항에 있어서,
    상기 제2 유로 채널을 통해 흐르는 상기 제2 유체의 유량을 증가시키도록, 상기 제1 및 제2 유로 채널은, 복수로 구비되며 서로 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
11. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유로저항부는, 상기 제2 유체가 흐르는 방향과 그 반대 방향에서 발생하는 유로저항의 크기가 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
12. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유로 채널은 판형(plate type)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
13. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유로 채널은 인쇄기판형(printed circuit type)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
14. 제1항에 있어서,
    상기 열전달 억제부는,
    상기 제2 유로의 입구영역까지의 유로 및 상기 제2 유로에 구비되는 증기발생기 입구 헤더 중 적어도 하나 이상에 배치되어, 상기 제1및 제2 유체 간의 열교환 현상을 억제하도록 이루어지는 단열부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 증기발생기.
15. 증기 상태의 제1 유체가 흐르는 제1 유로;
    상기 제1 유체와의 열교환에 의해 상기 제1 유체를 응축시키는 제2 유체가 흐르는 제2 유로;
    상기 제2 유체가 공급되는 상기 제2 유로의 입구영역에 배치되어 유로저항을 증가시키도록 형성되는 유로저항부; 및
    상기 유로저항부가 형성된 구간에서 발생하는 상기 제1 및 제2 유체 간의 열교환 현상을 억제시키도록 이루어지는 열전달 억제부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
16. 원자로를 수용하는 격납부; 및
    상기 원자로의 현열 및 노심의 잔열을 제거하도록 이루어지는 피동잔열제거계통을 포함하고,
    상기 피동잔열제거계통은, 상기 제15항에 따르는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 원전.
17. 원자로를 수용하는 격납부; 및
    상기 원자로의 사고 발생 시, 상기 격납부 내부의 높아진 열과 압력을 감소시키도록 이루어지는 피동격납부냉각계통을 포함하고,
    상기 피동격납부냉각계통은, 상기 제15항에 따르는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 원전.
18. 원자로의 노심에 의해 가열된 냉각재를 공급받아, 급수를 증기로 만들어 배출시키는 증기발생기를 포함하는 원전에 있어서,
    상기 증기발생기는,
    열을 전달하기 위한 제1 유체가 흐르는 제1 유로;
    상기 제1 유체와의 열교환에 의해 액체에서 증기로 변화하는 제2 유체가 흐르는 제2 유로;
    상기 제2 유체가 공급되는 상기 제2 유로의 입구영역에 배치되어 유로저항을 증가시키도록 형성되는 유로저항부; 및
    상기 유로저항부가 형성된 구간에서 발생하는 상기 제1 및 제2 유체 간의 열교환 현상을 억제시키도록 이루어지는 열전달 억제부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원전.

Images