KR20170117144A

KR20170117144A - 경사 튜브 시트를 구비한 증기 발생기

Info

Publication number: KR20170117144A
Application number: KR1020177025453A
Authority: KR
Inventors: 타마스 리츠카이
Original assignee: 뉴스케일 파워, 엘엘씨
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2017-10-20
Also published as: WO2016130186A1; KR102540327B1; CN107112056A; US20160232996A1; PL3256778T3; ES2806623T3; CA2968823A1; EP3256778B1; EP3256778A1; JP2018504573A; JP6657523B2; US10685752B2; CA2968823C

Abstract

증기 발생 시스템은 증기 발생 시스템의 2차 냉각제를 순환시키도록 구성된 복수의 열전달 튜브를 포함할 수 있다. 증기 발생 시스템은 원자로 용기(1320)에 열적으로 결합될 수 있고, 원자로 용기는 1차 냉각제를 수용하도록 구성될 수 있다. 원자로 용기 내로부터 발생된 열은 1차 냉각제로부터 2차 냉각제로 전달될 수 있다. 증기 발생 시스템은 복수의 열전달 튜브에 유체적으로 결합된 경사 튜브 시트(1300)를 더 포함할 수 있다. 경사 튜브 시트는 비-수평적 방위로 원자로 용기의 벽에 부착될 수 있다.

Description

경사 튜브 시트를 구비한 증기 발생기

[정부 관심]

본 발명은 에너지부에 의해 부여된 계약번호 DE-NE0000633 하에서 정부의 지원을 받은 것이다. 정부는 본 발명에 대해 소정의 권리를 갖는다.

[기술 분야]

본 발명은 일반적으로 증기 발생 시스템에 관련된 시스템, 장치, 구조, 및 방법에 관한 것이다.

증기 발생기로부터 효과적으로 전기를 발생시키는 능력을 포함하는 원자로 성능은 다양한 설계 고려사항들에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 증기 발생기 튜브들의 갯수, 길이, 및 벽 두께가 증기 발생기 시스템과 관련된 유량 및 붕괴열 제거에 영향을 줄 수 있다. 유사하게, 격납 구조물과 관련된 전체적인 체적 및 벽 두께가 발전 플랜트의 허용 시스템 압력 또는 정상 작동 압력의 결정에 부분적으로 영향을 줄 수 있다.

효율과 관련된 설계 고려사항들 뿐만 아니라, 발전 플랜트와 관련된 다양한 시스템의 부품들은 종종 엄격한 안전 요구사항들 및 규제사항들을 충족시켜야 한다. 압력 하에 격납된 증기 및/또는 액체로 작동하는 발전 플랜트는, 상기 부품들이 사고 또는 과압 이벤트(over-pressurization event) 동안에 고장나지 않도록 하기 위하여, 통상적으로 정상 작동 조건을 초과하는 압력을 견디도록 설계된다.

불가피하게, 안전 요구사항들 및 규제사항들은 종종 부품들의 설계가 보다 튼튼하게 되는 결과를 낳는데, 이것은 소정 부품들의 제조에 사용되는 재료의 양이 증가되는 결과를 초래하는 경향이 있다. 부품들의 크기 또는 하중이 증가함에 따라서 원자로 모듈의 제작 동안의 제조 및 운반에 관련된 비용도 유사하게 증가하며, 따라서 발전 플랜트의 전체적인 비용 및 이에 의해 발생되는 전기의 가격이 전체적으로 증가한다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점 및 다른 문제점을 해결함을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 청구범위에 기재된 발명에 의해 달성된다.

도 1 에는 예시적인 원자로 모듈이 도시되어 있다.
도 2 에는 원자로 모듈을 위한 예시적인 증기 발생 시스템이 도시되어 있다.
도 3 에는 예시적인 하측 플레넘 조립체(lower plenum assembly)의 평면도가 도시되어 있다.
도 4 에는 도 3 의 예시적인 하측 플레넘 조립체의 측면도가 도시되어 있다.
도 5 에는 일체형 원자로 용기 튜브 시트를 구비한 예시적인 원자로 용기 시스템이 도시되어 있다.
도 6 에는 도 5 의 예시적인 상측 플레넘 조립체(upper plenum assembly)의 확대도가 도시되어 있다.
도 7 에는 도 5 의 예시적인 하측 플레넘 조립체의 확대도가 도시되어 있다.
도 8 에는 수직 튜브 시트들을 포함하는 예시적인 증기 발생 시스템의 부분도가 도시되어 있다.
도 9 에는 예시적인 튜브 시트 조립체의 확대도가 도시되어 있다.
도 9a 에는 도 9 의 예시적인 튜브 시트 조립체의 단순화된 부분 평면도가 도시되어 있다.
도 10 에는 예시적인 열전달 튜브 굽힘 구성형태가 도시되어 있다.
도 11 에는 다른 예시적인 열전달 튜브 굽힘 구성형태가 도시되어 있다.
도 12 에는 경사 튜브 시트들을 포함하는 예시적인 증기 발생 시스템의 부분도가 도시되어 있다.
도 13 에는 예시적인 튜브 시트 조립체의 확대도가 도시되어 있다.
도 14 에는 예시직언 구멍 패턴(hole pattern)을 구비한 튜브 시트 조립체가 도시되어 있다.
도 15 에는 다른 예시적인 구멍 패턴을 구비한 튜브 시트 조립체가 도시되어 있다.
도 16 에는 증기 발생기의 조립을 위한 예시적인 방법이 도시되어 있다.

도 1 에는 격납 용기(10), 원자로 용기(20), 및 열교환기(40)를 포함하는 예시적인 원자로 모듈(100)이 도시되어 있다. 열교환기(40)는 하나 이상의 증기 발생기를 포함할 수 있다. 원자로 코어(5)는 원자로 용기(20)의 저부 부분에 위치할 수 있다. 원자로 코어(5)는 예를 들어 수년 동안의 기간에 걸쳐서 발생할 수 있는 제어된 반응을 발생시키도록 구성된 소정량의 핵분열 물질을 포함할 수 있다.

격납 용기(10)는 원자로 용기(20) 안에 격납된 1차 냉각제(15)의 누설을 방지하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서는, 격납 용기(10)가 대략적으로 원통형의 성상을 가질 수 있고, 그리고/또는 하나 이상의 타원형, 돔형, 또는 구형 단부들을 가질 수 있다. 격납 용기(10)는 주위에 대하여 용접 또는 다른 방식으로 밀봉될 수 있으며, 따라서 액체 및/또는 기체가 격납 용기(10)를 출입할 수 없게 된다. 다양한 예들에서, 원자로 용기(20) 및/또는 격납 용기(10)는 저부에서 지지되거나, 상부에서 지지되거나, 중간에서 지지되거나, 또는 이들이 조합된 방식으로 지지될 수 있다.

원자로 용기(20)의 내측 표면은 냉각제 및/또는 증기를 포함하는 젖은 환경에 노출될 수 있고, 원자로 용기(20)의 외측 표면은 일부 예 및/또는 작동 모드에서는 실질적으로 건조한 환경에 노출될 수 있다. 원자로 용기(20)는 스테인리스 스틸, 카본 스틸, 다른 유형의 재료 또는 복합재, 또는 이들의 조합으로 이루어지거나 만들어질 수 있다.

격납 용기(10)는 격납 영역(14) 내의 원자로 용기(20)를 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 격납 영역(14)은 일부 예들 및/또는 작동 모드들에서 건조한 환경, 비어 있는 환경, 및/또는 기체성 환경을 포함할 수 있다. 격납 영역(14)은 격납 용기(10)와 원자로 용기(20) 간의 열전달을 증가시키는 유체 및/또는 기체로 적어도 부분적으로 채워질 수 있다. 격납 영역(14)은 아르곤, 다른 유형의 기체, 또는 이들의 조합과 같은 신규한 기체와 소정량의 공기를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 격납 영역(14)은 대기압, 또는 예를 들어 부분 진공인 대기압 미만의 압력으로 유지될 수 있다. 다른 예들에서, 격납 영역(14)은 실질적으로 완전한 진공으로 유지될 수 있다. 격납 용기(10) 내의 기체 또는 기체들은, 원자로 모듈(100)의 작동 이전에 소거(evacuation) 그리고/또는 제거될 수 있다.

어떤 기체들은 원자로 시스템의 내부가 겪는 작동 압력 하에서 응축불가능한 것일 수 있다. 이와 같은 응축불가능한 기체들에는 예를 들어 수소 및 산소가 포함될 수 있다. 비상 작동 동안에는 증기가 연료봉들과 화학적으로 반응하여 높은 레벨의 수소를 발생시킬 수 있다. 수소가 공기 또는 산소와 혼합되는 때에는 이로 인하여 연소가능한 혼합물이 생성될 수 있다. 격납 용기(10)로부터 공기 또는 산소의 실질적인 부분량을 제거함으로써, 혼합가능한 수소 및 산소의 양이 최소화 또는 제거될 수 있다.

격납 영역(14) 내에 남아 있는 임의의 공기 또는 다른 기체는, 비상 상황이 검출된 때에 제거 또는 비워질 수 있다. 격납 영역(14)으로부터 비워지거나 또는 소거되는 기체들에는 응축불가능한 기체들 및/또는 응축가능한 기체들이 포함될 수 있다. 응축가능한 기체들에는 격납 영역(14) 안으로 배기되는 임의의 증기가 포함될 수 있다.

비상 작동 동안에는 수증기 및/또는 증기가 원자로 용기(20)로부터 격납 영역(14) 안으로 배기될 수 있는 한편, 격납 영역(14) 안으로 배기 또는 유출될 수 있는 (수소와 같은) 임의의 응축불가능한 기체는 연소가능한 기체 혼합물을 생성할 수 있을 정도의 충분한 양이 되지 못할 것이다.

따라서 일부 예들에서는, 수소 기체가 증기와 함께 격납 영역(14) 안으로 실질적으로 배기되지 않으며, 따라서 격납 영역(14) 내에 존재할 수 있는 산소와 함께하는 수소의 양 및/또는 레벨은 연소불가능한 레벨로 유지된다. 또한, 이와 같이 연소불가능한 레벨의 산소-수소 혼합물은 수소 재결합기(hydrogen recombiner)를 이용하지 않는 채로 유지될 수 있다. 일부 예들에서는, 원자로 용기(20)로부터의 분리된 배기 라인들이, 원자로의 시동, 가열, 냉각, 및/또는 중단(shut down) 동안에 응축불가능한 기체들을 제거하도록 구성될 수 있다.

공기 중에서 대류 열전달의 제거는 일반적으로 대략 절대압력 50 torr (50 mmHG)에서 발생하지만, 대류 열전달의 감소는 대략 절대압력 300 torr (300 mmHG) 에서 관찰될 수 있다. 일부 예들에서는, 격납 영역(14)에 300 torr (300 mmHG) 의 압력이 제공되거나, 또는 격납 영역(14)이 그 미만의 압력으로 유지된다. 다른 실시예에서는, 격납 영역(14)에 50 torr (50 mmHG) 의 압력이 제공되거나, 또는 격납 영역(14)이 그 미만의 압력으로 유지된다. 격납 영역(14)에는 격납 용기(10)와 원자로 용기(20) 간의 전도성 및/또는 대류성 열전달 모두를 실질적으로 방지하는 압력 레벨이 제공되거나, 또는 그러한 압력 미만으로 격납 영역(14)이 유지될 수 있다. 진공 펌프, 증기-공기 제트 배출기, 다른 유형의 진공 장치, 또는 이들의 조합의 작동에 의해서, 완전한 또는 부분적인 진공이 제공 및/또는 유지될 수 있다.

격납 영역(14)을 진공 또는 부분 진공으로 유지함으로써, 격납 영역(14) 내의 수분(moisture)이 제거될 수 있으며, 이로써 전기 및 기계 부품들의 부식 또는 고장이 방지될 수 있다. 또한, 상기 진공 또는 부분 진공은 (예를 들어, 과압 또는 과열의 이벤트로 인한) 비상 작동 동안에, 별도의 펌프 도는 고위 보유 탱크(elevated holding tank)를 이용하지 않고서도 냉각제가 격납 영역(14) 안으로 이끌려 오게 작용할 수 있다. 상기 진공 또는 부분 진공은 연료 보급 과정 동안에 격납 영역(14)을 냉각제로 채우거나 침수시키는 방법을 제공하는 작용을 할 수도 있다.

격납 영역(14) 내의 진공은 원자로 모듈의 정상 작동 동안에 일 유형의 단열재로서의 작용을 할 수 있으며, 이로써 원자로 용기(20) 내에 열 및 에너지를 유지시켜서 전력 발생을 위해 계속적으로 이용되게 할 수 있다. 그 결과, 원자로 용기(20)의 설계안에 상대적으로 적은 양의 단열 재료가 사용될 수 있다. 일부 예들에서는, 통상적인 단열재에 추가하여 또는 그 대신에, 반사성 단열재(reflective insulation)가 사용될 수 있다. 반사성 단열재는 격납 용기(10) 및 원자로 용기(20) 중 어느 하나 또는 그 모두에 포함될 수 있다. 반사성 단열재는 종래의 단열재에 비하여 물에 의한 손상에 대한 저항성이 더 강할 수 있다. 또한 반사성 단열재는 비상 상황 동안에 원자로 용기(20)로부터의 열전달을 종래의 단열재만큼 저지하지 않을 수 있다. 예를 들어, 원자로 용기(20)의 외부의 스테인리스 스틸 표면은 격납 영역(14) 내에 위치한 임의의 냉각제와 직접적으로 접촉할 수 있다.

격납 용기(10) 및 원자로 용기(20) 중 어느 하나 또는 그 모두는 예를 들어 연료 보급, 중단, 또는 이송과 같은 소정의 작동 모드 동안에 냉각제 및/또는 물에 노출될 수 있다. 일부 예들에서, 격납 용기(10)는 물 또는 다른 유체 냉각제의 풀(pool) 안에 완전히 또는 부분적으로 잠겨질(submerged) 수 있다. 또한, 원자로 코어(5)는, 예를 들어 물로 이루어지고 보론 또는 다른 첨가제를 포함할 수 있는 1차 냉각제(15) 내에 완전히 또는 부분적으로 잠겨질 수 있다.

열전달 시스템(40)은 하나 이상의 증기 발생기들 및/또는 열전달 튜브들의 세트들을 포함할 수 있다. 또한 열전달 시스템(40)은, 열전달 시스템(40)을 통하여 급수(feedwater) 및/또는 증기를 포함하는 2차 냉각제를 순환시키도록 구성된 하나 이상의 하측 플레넘 조립체(55) 및 하나 이상의 상측 플레넘 조립체(50)를 포함할 수 있다. 원자로 코어(5)에 의하여 가열된 1차 냉각제(15)는 상승기 섹션(30)을 통해 상승하여, 열전달 시스템(40)과 연계된 2차 냉각제에 열을 전달할 수 있다.

도 2 에는 원자로 모듈을 위한 예시적인 증기 발생 시스템(200)이 도시되어 있다. 증기 발생 시스템(200)은 복수의 열전달 튜브(230)를 통하여 급수 및/또는 증기를 포함하는 2차 냉각제를 순환시키도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서는, 2차 냉각제가 증기 발생 시스템(200)을 통해서 지나갈 수 있고, 원자로 용기(250) 내의 1차 냉각제와 열전달 튜브(230)들 내의 2차 냉각제 간의 열전달로 인하여 과열된 증기로 될 수 있다. 증기 발생 시스템(200) 내의 2차 냉각제는 항상 원자로 용기(250) 내의 1차 냉각제로부터 격리된 채로 유지될 수 있으므로, 이들이 서로 직접적으로 접촉하게 되거나 혼합될 수는 없다.

열전달 튜브(230)들은 원자로 용기(250) 내의 상승기 칼럼(riser column; 240) 주위를 감싸는 다수의 나선 코일들을 포함할 수 있다. 가열된 1차 냉각제는 상승기 칼럼(240)을 통하여 상승하여 열전달 튜브(230)들의 외부 표면과 접촉할 수 있다. 일부 예들에서는 원자로 용기(250) 내에 위치한 1차 냉각제가 대기압 초과의 압력으로 유지될 수 있으며, 이로써 1차 냉각제가 증기화(즉, 비등) 없이 고온으로 유지되도록 할 수 있다. 열전달 튜브(230)들 내의 2차 냉각제의 온도가 증가함에 따라서, 2차 냉각제는 비등을 시작하고 그리고/또는 증기로 변화할 수 있다.

기화된 냉각제는 증기 발생 시스템(200)의 상측 플레넘 조립체(210)으로부터의 경로를 따라 이동하여 하나 이상의 터빈을 구동할 수 있다. 상측 플레넘 조립체(210)는 증기 발생 시스템(200)의 유출 포트에 위치할 수 있다. 응축 이후, 2차 냉각제는 증기 발생 시스템(200)의 하측 플레넘 조립체(220)으로 복귀할 수 있다. 하측 플레넘 조립체(220)는 증기 발생 시스템(200)의 입력 포트에 위치할 수 있다. 열전달 튜브(230)들의 피드 단부(feed end)들은, 원자로 용기(250)와 상승기 칼럼(240) 사이의 고리형 영역 내에 적어도 부분적으로 그리고 방사상으로 위치할 수 있는 하측 플레넘 조립체(220)로의 경로로 안내될 수 있다.

도 3 에는 하측 플레넘 조립체(300)의 평면도가 도시되어 있다. 일부 예들에서, 하측 플레넘 조립체(300)는 도 2 의 하측 플레넘 조립체(220)와 유사한 방식으로 작동하는 것으로 고려될 수 있다. 하측 플레넘 조립체(300)는 피드 플레넘 접근 포트(feed plenum access port; 340) 안으로 2차 냉각제를 도입시키도록 구성되는 피드 노즐(feed nozzle) 또는 유입부(330)를 포함할 수 있다. 피드 플레넘 접근 포트(340)는 2차 냉각제가, 적어도 부분적으로 원자로 용기(320) 내에 위치한 피드 플레넘(370)으로 진행하기 위한 접근로를 제공하도록 구성될 수 있다.

또한, 하측 플레넘 조립체(300)는 피드 플레넘(370) 및/또는 피드 플레넘 접근 포트(340)의 내부 부분에 대한 접근을 제공하도록 구성된 커버 플레이트(350)를 포함할 수 있다. 하측 플레넘 조립체(300)는 격납 용기(310) 내에 완전히 또는 실질적으로 위치할 수 있다. 일부 예들에서는, 유지보수, 검사, 및 설치와 같은 하나 이상의 작업 동안에, 커버 플레이트(350)가 피드 플레넘 접근 포트(340)에 설치 및/또는 피드 플레넘 접근 포트(340)로부터 분리될 수 있고, 원자로 용기(320)가 격납 용기(310)부터 분리될 수 있도록 구성될 수 있다.

커버 플레이트(350) 및/또는 커버 플레이트(350)의 고정에 사용되는 하나 이상의 볼트와 격납 용기(310) 사이의 공칭 간극(nominal clearance; 360)의 크기는, 열 성장(thermal growth), 압력으로 인한 팽창, 제조 공차, 지진 움직임, 설치, 유지보수, 검사, 접근성, 및/또는 증기 발생기 및/또는 원자로 용기(320)의 취급시 고려사항을 고려하여 정해질 수 있다.

도 4 에는 도 3 의 하측 플레넘 조립체(300)의 측면도가 도시되어 있다. 유입부(330)로부터의 2차 냉각제의 피드 유동(feed flow; 410)은, 복수의 열전달 튜브들을 위한 튜브 단부들이 위치할 수 있는 곳인 튜브 시트(470)로부터 소정의 거리를 두고 피드 플레넘 접근 포트(340) 안으로 진입하도록 구성될 수 있다. 커버 플레이트(350)를 피드 플레넘 접근 포트(340)에 부착시킴으로써, 피드 유동(410)의 실질적인 모두가 튜브 시트(470)로 향하게 될 수 있다. 튜브 시트(470)는 복수의 채널 또는 관통 구멍(490)을 포함할 수 있는데, 이들을 통해서는 2차 냉각제가 튜브 시트(470)를 통과하여 열전달 튜브들 안으로 진행할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 열전달 튜브들의 튜브 단부들은 관통 구멍(490)들 안으로 삽입, 및/또는 다른 방식으로 유체적으로 결합, 기계적으로 결합, 및/또는 구조적으로 결합될 수 있다.

유동 제어 장치(450)가 튜브 시트(470) 옆에 장착되거나, 또는 튜브 시트(470)에 부착될 수 있다. 유동 제어 장치(450)는 튜브 시트(470)를 통과하는 2차 냉각제의 유동을 통제, 제한, 변형, 분산, 균일화, 또는 다른 방식으로 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서는, 유동 제어 장치(450)가 관통 구멍(490)들의 갯수에 대응되는 유동 제한기(flow restrictor)들을 구비한 플레이트를 포함할 수 있다.

튜브 시트(470)는 유입부(330)로부터 일 피트 이상의 위치에 배치될 수 있다. 이와 같은 공간상 분리는, 유동 제한기 및 유동 제어 장치(450)의 장착용 하드웨어에 부딪치는 2차 냉각제의 유동 속도를 완화시키기 위한 것일 수 있다. 또한, 상기 공간상 분리는 2차 냉각제가 열전달 튜브들에 진입하는 위치들에서의 정적 압력의 균일성, 감속, 및 유동 혼합을 위한 기회를 제공할 수 있다. 일부 예에서, 유동 제어 장치(450)의 손실 계수(loss coefficient) 및 상기 공간상 분리의 조합으로 인하여, 2차 냉각제가 각 열전달 튜브 안으로 상대적으로 균일하게 유동함이 용이하게 될 수 있다.

도 5 에는 일체형 원자로 용기 튜브 시트(550)를 구비한 예시적인 원자로 용기 시스템(500)이 도시되어 있다. 일부 예에서, 상기 일체형 튜브 시트(550)는 가압기 배플 플레이트(pressurizer baffle plate), 편향기 쉴드(deflector shield), 및/또는 증기 발생기 튜브 시트와 관련된 기능들의 모두 또는 일부를 수행할 수 있다. 상기 일체형 튜브 시트(550)는 원자로 용기 시스템(500)을 위한 콤팩트한 공간 절약 구성을 제공하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 일체형 튜브 시트(550)는 원자로 용기(510)의 상부 부분에 또는 그 가까이에 위치한 충만한 디스크(full disk) 및/또는 충만한 시트를 포함할 수 있다. 상기 일체형 튜브 시트(550) 위에는 가압기 체적(520)이 위치할 수 있으며, 이것은 상측 원자로 용기 쉘, 용기, 및/또는 헤드에 의하여 경계가 정해질 수 있다. 상기 일체형 튜브 시트(550)는 일체형 튜브 시트(550) 위에 위치한 가압기 유체를 일체형 튜브 시트(550) 아래에 위한 원자로 냉각제 시스템 유체로부터 분리시키는 가압기 배플 플레이트를 작동시키도록 구성될 수 있다. 일체형 튜브 시트(550)는 가압기 체적(520)과 원자로 냉각제 시스템 간의 유체 체적의 교환을 허용하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서는, 상기 원자로 용기 시스템(500)이 별도의 가압기 배플 플레이트를 필요로 하지 않고, 일체형 튜브 시트(550)가 가압기 배플 플레이트와 일체로 될 수 있다.

상승기(540)는 상기 일체형 튜브 시트(550) 아래에서 끝맺음 및/또는 종료되도록 구성될 수 있다.

상승기(540) 위로 흐른 원자로 냉각제 시스템의 유동은 일체형 튜브 시트(550) 아래에서 선회하여, 복수의 증기 발생기 튜브들을 지나고 상승기(540)의 외측 둘레에서 아래로 하강할 수 있다. 가압기 체적(520)의 내부, 예를 들어 하나 이상의 상측 플레넘 조립체(600)와 관련된 증기 발생기 돔들 사이에는 하나 이상의 가열기가 위치할 수 있다. 일부 예에서는, 상승기(540)의 높이 및/또는 원자로 용기 시스템(500)과 관련된 제어봉들의 높이가 별도의 배플 플레이트들 및 튜브 시트들을 포함하는 원자로 모듈에 비하여 감소될 수 있다.

원자로 용기 시스템(500)은 원자로 용기(510)를 위한 열 제어 시스템을 포함할 수 있다. 일부 예에서는, 일체형 튜브 시트(550)가 원자로 용기(510)의 벽에 부착된 실질적으로 원형 형상을 갖는 플레이트를 포함할 수 있다. 일체형 튜브 시트(550)는 원자로 용기(510)를 상측 원자로 용기 영역과 하측 원자로 용기 영역으로 나누도록 구성될 수 있다. 상기 상측 원자로 용기 영역은 가압기 체적(520)과 상측 플레넘 조립체들(600)을 포함할 수 있다. 하측 원자로 용기 영역은 하나 이상의 하측 플레넘 조립체들(700) 뿐만 아니라, 1차 냉각제 안에 잠겨진 원자로 코어 및/또는 상승기(540)를 포함할 수 있다. 일체형 튜브 시트(550)는, 상기 하측 원자로 용기 영역 내에 위치한 1차 냉각제와 가압기 체적(520) 사이에 액체 및/또는 열의 장벽을 제공하도록 구성될 수 있다.

일체형 튜브 시트(550) 및/또는 상측 플레넘 조립체(600)는, 열전달 튜브들을 2차 냉각 시스템 및/또는 증기 발생기 안에 설치하기 전에 원자로 용기(510)에 용접될 수 있다. 일부 예에서는, 열전달 튜브들이 설치된 이후에, 하나 이상의 하측 플레넘 조립체들(700)이 용접 및/또는 설치될 수 있다. 열전달 튜브들은 거꾸로된 원자로 용기(510) 안으로 개별적으로 하강될 수 있고, 상측 플레넘 조립체(600)의 적용가능한 증기 플레넘 튜브 시트 구멍 안으로 삽입될 수 있다. 튜브와 관련된 튜브 지지부들 및 튜브들의 최외측 칼럼들의 조립이 완료된 때, 다음 튜브 칼럼의 조립이 시작될 수 있으며, 점진적으로 튜브들의 최내측 칼럼으로 작업이 진행된다. 튜브 칼럼들 및 관련된 튜브 지지부들은, 모든 튜브들 및 지지부들이 제 위치에 있게 될 때까지 순차적으로 설치될 수 있다.

모든 열전달 튜브들 및 지지부들이 제 위치에 있게 된 후, 증기 발생기 시스템의 최종 설치를 위하여 하측 플레넘 조립체(700)의 적어도 일부분이 조립된 튜브 단부들 위로 하강될 수 있다. 하측 플레넘 조립체들(700)은 튜브 단부들이 대응되는 튜브 시트 안으로 삽입된 이후에 플레넘 접근 포트들에 용접되는 플레넘들을 포함할 수 있다. 튜브 단부들이 튜브 시트 안으로 삽입된 이후의 하측 플레넘 조립체들(700)의 설치로 인하여, 튜브 단부들을 고정된 튜브 시트 구멍들과 정렬시키기 위하여 튜브들을 밀거나 다른 방식으로 움직여야 한다면 발생할 수 있는 열전달 튜브들의 임의의 소성 변형이 제거 또는 감소될 수 있다. 일부 실시예에서는, 예를 들어 하측 플레넘 조립체들(700)과 같은 복수의 플레넘 조립체들이 원자로 용기(510)에 별도로 용접될 수 있다.

열전달 튜브들의 피드 단부는 상승기(540)와 원자로 용기(510)의 벽 사이에 있는 고리형 영역 안의 하측 플레넘 조립체들(700)의 하나 이상의 튜브 시트 안으로 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서는, 둘 이상의 나선형 코일 증기 발생기가 상기 고리형 영역을 점유할 수 있다. 각각의 증기 발생기는 둘 이상의 피드 플레넘과, 튜브들이 연결되는 둘 이상의 증기 플레넘을 포함할 수 있다. 또한, 증기 발생기들 각각은 21개 이상의 튜브 칼럼을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는, 21개 미만의 칼럼들이 존재할 수 있다. 튜브들의 연속적인 칼럼들은, 예를 들어 하측 플레넘 조립체들(700)인 하측 피드 플레넘들로부터 예를 들어 상측 플레넘 조립체(600)인 상측 증기 플레넘들까지 시계방향과 반시계방향으로 교번적으로 감는 구성으로 이루어질 수 있다. 또한, 튜브들의 각 칼럼은 각각의 피드 플레넘에서 시작하는 동등한 갯수의 튜브, 그리고 이에 따르 증기 발생기들 각각으로부터의 동등한 갯수의 튜브를 포함할 수 있다. 추가적인 예로서, 튜브의 최외측 칼럼은 총 80개 이상의 튜브를 포함할 수 있는바, 각각의 피드 플레넘으로부터 20개 이상의 튜브들과, 각 증기 발생기로부터 적어도 40개의 튜브들이 그것이다.

도 6 에는 도 5 의 예시적인 상측 플레넘 조립체(600)의 확대도가 도시되어 있다. 일체형 튜브 시트(550)는 원자로 용기(510)의 벽에 부착되고 실질적으로 수평인 플레이트를 포함할 수 있다. 일체형 튜브 시트(550)는, 원자로 용기(510)의 내측 벽 주변부와 밀종을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 일체형 튜브 시트(550)는 가압기 배플 부분(620) 및 증기 발생기 튜브 시트 부분(630)을 포함하는, 둘 이상의 통합된 부분들을 포함할 수 있다.

가압기 배플 부분(620)은, 예를 들어 증기 발생기 돔(660)인 하나 이상의 증기 발생기 돔과, 원자로 용기(510)의 내측 벽 주변부에 의하여 실질적으로 경계가 정해질 수 있다. 증기 발생기 돔(660)은 플레넘/증기 발생기 노즐 조립체(650)와 연계될 수 있다. 일부 실시예에서, 증기 발생기 튜브 시트 부분(630)은 증기 발생기 돔(660) 내부 및/또는 아래에 위치할 수 있다. 증기 발생기 돔(660)은, 복수의 열전달 튜브들이 원자로 용기(510)의 벽을 통과할 수 있는 통로를 제공하는 하나 이상의 플레넘과 연계될 수 있다.

복수의 열전달 튜브는, 일체형 튜브 시트(550)에 위치한 다수의 관통 구멍들을 거쳐서 일체형 튜브 시트(550)에 연결될 수 있다. 관통 구멍들은 증기 발생기 튜브 시트 부분(630)을 통과하는 것으로 도시되어 있다. 또한, 증기 발생기 돔(660)과 연계된 상기 하나 이상의 플레넘은, 용접 및/또는 다른 방식에 의하여 일체형 튜브 시트(550)에 부착될 수 있다. 복수의 열전달 튜브는 증기 발생기 돔(660) 아래 및/또는 상기 하나 이상의 플레넘 아래에서 일체형 튜브 시트(550)에 연결될 수 있다. 열전달 튜브들은, 증기 발생 시스템으로부터의 2차 냉각제가 일체형 튜브 시트(550)를 통과하고 원자로 용기(510)의 하측 원자로 용기 영역 안으로 진행함을 허용하도록 구성될 수 있다.

일체형 튜브 시트(550)는 다수의 오리피스(orifice; 670)를 포함할 수 있는바, 상기 오리피스들은 가압기 배플 부분(620)을 통과하는 것으로 예시되어 있으며, 1차 냉각제가 일체형 튜브 시트(550)을 통과해서 원자로 용기(510)의 상측 원자로 용기 영역 안으로 진행하고, 원자로 용기(510)의 하측 원자로 용기 영역으로 되돌아 재순환함을 제어가능하게 허용하도록 구성된다. 하나 이상의 오리피스(670)는 예를 들어 폐쇄 위치에서 1차 냉각제가 일체형 튜브 시트(550)을 통과함을 방지하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 1차 냉각제 및 2차 냉각제 모두는 서로 혼합이 허용되지 않는 채로 그리고/또는 혼합되지 않도록 일체형 튜브 시트(550)를 통과한다.

일체형 튜브 시트(550)는 중실의 플레이트를 포함할 수 있다. 또한, 일체형 튜브 시트(550)는 클래드 로우 합금 스틸(clad low alloy steel), SA-508 로우 합금 스틸(SA-508 low alloy steel), 스테인리스 스틸, 다른 종류의 재료, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하거나, 실질적으로 이로서 이루어질 수 있다. 일부 예에서는, 일체형 튜브 시트(550)가 완전 침투 용접(full penetration weld)에 의하여 원자로 용기(510)에 연결될 수 있다. 일체형 튜브 시트(550)는 유사한 조성을 갖는 원자로 용기에 용접될 수 있다. 유사한 종류의 재료 및/또는 조성물을 용접함으로써, 그렇지 않다면 원자로 용기(510)의 작동 동안에 발생할 수 있는 임의의 열 응력이 최소화될 수 있다.

일체형 튜브 시트(550)와 원자로 용기(510) 사이의 용접은 원자로 용기 내측 벽의 내측 벽으로부터 수 센티미터 떨어져 위치할 수 있으며, 이로써 용접으로 인한 최외측 튜브 구멍들의 비틀림의 최소화 및/또는 용접을 위한 공간의 제공이 가능하게 된다. 일부 예에서는, 용접 영역의 수용을 위하여 원자로 용기의 "외부 돌출부(bump-out)" 또는 직경 증가 부위가 제공될 수 있다. 열전달 튜브들의 단부는 원자로 용기의 중앙으로 옮겨지고 그리고/또는 굽혀짐으로써 추가적인 양의 용접 공간을 제거 또는 최소화할 수 있다. 예를 들어, 열전달 튜브들이 원자로 용기 벽으로부터 멀리 굽혀짐으로써, 더 안쪽에서 일체형 튜브 시트(550)와 만날 수 있다. 상대적으로 대형인 일체형 튜브 시트(550)는, 플레넘/증기 발생기 노즐 조립체(650) 내의 어느 곳에서 그리고 어떻게 열전달 튜브들이 종료될 것인가에 관하여 보다 유연성있는 방안을 제공할 수 있다.

일체형 튜브 시트(550)의 상부의 상대적으로 대형인 접근 공간은, 용접, 부품 설치, 장비 장착, 및 검사를 위한 접근을 제공하도록 구성될 수 있다. 증기 돔 용접부들에 대한 접근은, 플레넘의 둘 이상의 측부들로부터 예를 들어 증기 돔 커버들 및/또는 가압기 가열기 개구들을 통해서 제공될 수 있다.

일부 실시예에서, 일체형 튜브 시트(550) 및 관련된 튜브들은 원자로 용기(510) 내부에서 조립될 수 있다. 튜브 지지부들을 위한 반경방향 캔틸레버 비임(radial cantilever beam)들이 일체형 튜브 시트(550) 아래에 맞도록 구성될 수 있고, 일부 실시예에서는 지지 바아들이 상기 캔틸레버 비임 및/또는 바로 아래의 일체형 튜브 시트(550)에 용접될 수 있다. 지지 바아들을 일체형 튜브 시트(550)에 용접함으로써, 압력 경계 용접(pressure boundary welds)이 제거 또는 감소될 수 있으며 또한 지지 바아들에 보다 큰 강성이 제공될 수 있다.

일체형 튜브 시트(550)는 원자로 용기(510)의 외측 직경을 향하여 통과하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 일체형 튜브 시트(550)는, 상측 및 하측 용기 실린더들에 용접되는 일체형 플랜지들을 포함할 수 있다. 하측 실린더는 열전달 튜브들의 삽입 이전에 일체형 튜브 시트(550)의 플랜지에 용접될 수 있다. 일부 실시예에서, 튜브 연결 작업은 상기 용기 내부에서 수행될 수 있다. 일체형 튜브 시트(550)는 원자로 용기(510)의 내측 직경에서의 링 빌드업(ring buildup)에 용접되는 실질적으로 원통형인 디스크를 포함할 수 있다. 용접은 열전달 튜브들의 삽입 이전에 완료될 수 있다. 일부 예에서, 일체형 튜브 시트(550)는 상기 하측 원자로 용기 영역에 인접한, 타원형, 돔형, 오목형, 또는 반구형 형상의 하측 표면을 포함할 수 있으며, 이로써 원자로 코어를 통하는 1차 냉각제의 유동 및/또는 재순환이 용이하게 될 수 있다.

도 7 에는 도 5 의 예시적인 하측 플레넘 조립체(700)의 확대도가 도시되어 있다. 하측 플레넘 조립체(700)는 피드 플레넘 접근 포트(740) 안으로 2차 냉각제를 도입시키도록 구성된 피드 노즐 또는 유입부(730)를 포함할 수 있다. 피드 플레넘 접근 포트(740)는 적어도 부분적으로 원자로 용기(510) 내에 위치한 피드 플레넘(760) 안으로 2차 냉각제가 진행함을 위한 접근로를 제공하도록 구성될 수 있다. 튜브 시트(770)의 표면 또는 면은, 피드 플레넘(760)에 의하여 적어도 부분적으로 에워싸질 수 있다. 또한, 하측 플레넘 조립체(700)는 피드 플레넘(760) 및/또는 피드 플레넘 접근 포트(740)의 내부 부분에 대한 접근을 제공하도록 구성된 커버 플레이트(750)를 포함할 수 있다.

피드 플레넘(760)은, 열전달 튜브들이 튜브 시트(770) 안에 삽입된 이후에, 원자로 용기(510)의 벽 및/또는 피드 플레넘 접근 포트(740)에 용접될 수 있다. 피드 플레넘(760) 및 관련 용접부는 Ni-Cr-Fe 합금 690 (합금 690)을 포함하거나 이것으로 제작될 수 있다. 일부 예에서는 하측 플레넘 조립체(700)의 설치를 용이하게 하기 위하여, 원자로 용기(510)의 내측 표면에 합금 690 링 용접 빌드업(Alloy 690 ring weld build-up)이 적용될 수 있다.

피드 플레넘 접근 포트(740)는 원자로 용기(510)에 용접될 수 있는 플랜지 영역을 포함하는 스틸 합금 구조물을 포함할 수 있다. 피드 플레넘 접근 포트(740)는 스테인리스 스틸과 클래딩될 수 있다. 유입부(730)는, 피드 플레넘 접근 포트(740)에 부착된 수 인치의 직경을 가진 피드 파이프(feed pipe)를 포함할 수 있다.

도 8 에는 하나 이상의 튜브 시트 조립체(850)를 포함하는 예시적인 증기 발생 시스템(800)의 부분도가 도시되어 있다. 하나 이상의 튜브 시트 조립체(850)는 원자로 용기(820)에 개별적으로 용접될 수 있다. 또한, 증기 발생 시스템(800)은 도 6 의 상측 플레넘 조립체(600)와 유사한, 하나 이상의 상측 튜브 시트 조립체를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상기 하나 이상의 상측 튜브 시트 조립체는 도 5 의 일체형 튜브 시트(550)와 유사한 일체형 튜브 시트를 포함할 수 있다.

또한, 증기 발생 시스템(800)은, 열전달 튜브들의 피드 단부들을 튜브 시트 조립체(850)를 향해 반경방향 외향으로 경로 안내하도록 구성된 하나 이상의 증기 발생기(830)를 포함할 수 있다. 증기 발생기(830)는, 상승기 조립체와 원자로 용기(820)의 벽 사이에서 상측 원자로 용기 내에 있는 고리형 영역을 점유하는 나선형 코일 형태의 열전달 튜브들을 포함할 수 있다.

도 9 에는 도 8 의 상기 하나 이상의 튜브 시트 조립체(850)와 유사하게 구성될 수 있는, 예시적인 튜브 시트 조립체(900)의 확대도가 도시되어 있다. 튜브 시트 조립체(900)는 복수의 채널들 또는 관통 구멍(990)들을 구비한 실질적으로 수직인 튜브 시트(970)를 포함할 수 있으며, 상기 관통 구멍(990)을 통해서는 2차 냉각제가 튜브 시트(970)를 통과하여 열전달 튜브(995)들 안으로 진행할 수 있다. 수직 튜브 시트(970)는 (도 4 에 도시된) 튜브 시트(470)의 전체적으로 수평인 방위로부터 대략 90도의 경사를 이루는 튜브 시트를 포함할 수 있다.

튜브 시트 조립체(900)는 접근 포트(940) 안으로 2차 냉각제를 도입시키도록 구성된 피드 노즐 또는 유입부(930)을 포함할 수 있다. 접근 포트(940)는 2차 냉각제가 열전달 튜브(995)들 안으로 진행함을 위한 접근로를 제공하도록 구성될 수 있다. 수직 튜브 시트(970)에 인접하여서는 유동 제어 장치(975)가 배치될 수 있다. 일부 예에서는, 수직 튜브 시트(970)의 두께가 수 인치 정도이거나, 또는 대략 1피트의 절반 정도일 수 있다. 수직 튜브 시트(970)는, 예를 들어 열전달 튜브(995)들이 삽입될 수 있는 측부 및/또는 접근 포트(940)를 대면하는 측부 중 일 측부 또는 둘 다의 측부에서 클래딩 재료(cladding material)를 포함할 수 있다. 또한 수직 튜브 시트(970)는 실질적으로 원형의 형상을 가질 수 있다.

일부 예에서, 유동 제어 장치(975)는 튜브 시트의 일 면에 부착된 하나 이상의 장착 플레이트에 부착, 삽입, 또는 다른 방식으로 형성된 하나 이상의 유동 제한기를 포함할 수 있다. 상기 유동 제한기는, 상기 튜브들을 통하는 유량을 안정화시키기 위하여, 관통 구멍(990) 및/또는 각각의 열전달 튜브(995)의 유입부에 사용될 수 있다.

도 4 의 유입부(330)와 비교하면, 유입부(930)는 튜브 시트(970)의 면에 상당히 가깝게 위치될 수 있다. 일부 예에서는, 냉각제의 유입부 피드 유동 속도가 유동 제어 장치(975)의 저부 에지에 거의 직접적으로 부딪칠 수 있고, 그 표면에 걸쳐 가로지를 수 있다. 유동 제어 장치(975)에 부착될 수 있는 구멍이 형성된 유동 배분기(980)가 이용됨으로써, 유동 제어 장치(975)에서의 국지적인 속도를 감소시키고 튜브 유입부들 가까이에서 보다 균일한 유동 속도가 얻어지도록 할 수 있다. 유동 배분기(980)는 유입부(930) 가까이의 접근 포트(940)의 저부 부분에 배치될 수 있다.

또한 튜브 시트 조립체(900)는 접근 포트(940)의 내부 부분에 대한 접근을 제공하도록 구성된 커버 플레이트(950)를 포함할 수 있다. 튜브 시트 조립체(900)는 원자로 모듈(910)안에 완전히 또는 실질적으로 배치될 수 있다. 일부 예에서, 커버 플레이트(950)는 유지보수, 검사, 설치와 같은 하나 이상의 작업 동안에 접근 포트(940)로부터 분리되고 그리고/또는 접근 포트(940)에 설치될 수 있다. 커버 플레이트(950)와 격납 용기(910)의 내측 표면 사이, 또는 커버 플레이트(950)를 접근 포트(940)에 고정시키기 위하여 사용된 하나 이상의 볼트(955)와 격납 용기(910)의 내측 표면 사이의 공칭 간극(960)의 크기는, 열 성장, 압력으로 인한 팽창, 제조 공차, 지진 움직임, 설치, 유지보수, 검사, 접근성, 및/또는 열전달 튜브(995)들 및/또는 원자로 용기(920)의 취급시 고려사항을 고려하여 정해질 수 있다. 일부 예에서, 공칭 간극(960)은 대략 1인치의 절반일 수 있다.

튜브 시트 조립체(900) 및/또는 수직 튜브 시트(970)가 원자로 용기 벽(920)에 부착 및/또는 용접될 수 있다. 튜브 시트 조립체(900)는 제1 용접 표면(921)에서 원자로 용기 벽(920)에 용접될 수 있다. 제1 용접 표면(921)은 원자로 용기 벽(920)의 수직 표면 상에 상대적으로 큰 직경의 용접부를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 튜브 시트 조립체(900)는 대안적인 제2 용접 표면(922)에서 원자로 용기에 용접될 수 있다. 제2 용접 표면(922)은 접근 포트 벽(945)에 대해 상대적으로 작은 직경의 용접부를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 수직 튜브 시트(970)는 대안적인 제3 용접 표면(923)에서 접근 포트 벽(945)에 용접될 수 있다.

열전달 튜브(995)들은 증기 발생기 조립체로부터 수직 튜브 시트(970)로의 천이(transition)를 위하여 구성될 수 있다. 천이 길이에 걸쳐서 9 인치 이하의 최소 튜브 굽힘 반경이 특정될 수 있다. 일부 예에서, 상기 최소 튜브 굽힘 반경은 대략 7 인치일 수 있다. 최소 튜브 반경은 튜브 굽힘 잔류 인장 응력을 제한하도록 구성될 수 있는바, 이로써 가동중 응력 침식 크랙킹(stress corrosion cracking)에 대한 잠재성이 감소되고, 구조적 무결성을 위한 튜브 타원형 제한을 충족시킴이 용이하게 되며, 그리고/또는 튜브 검사가 용이하게 될 수 있다.

열전달 튜브(995)들의 대략 1인치는 튜브의 직선형 부분으로서 구성될 수 있는바, 이것은 완전히 삽입된 열 튜브로 수직 튜브 시트(970) 밖으로 연장된다. 상기 튜브의 직선형 부분은, 관통 구멍(940)들 안으로 튜브들을 설치/삽입하는 동안에 열전달 튜브(995)들이 튜브 팽창으로 인한 잔류 응력을 받을 수 있는 곳인 수직 튜브 시트(970)의 면으로부터 약간의 거리를 두고 천이 굽힘부의 시작부가 위치함을 보장하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 튜브의 직선 길이는, 열전달 튜브(995)들의 상기 팽창 천이 영역의 검사를 용이하게 하도록 구성될 수 있다.

도 9a 에는 도 9 의 튜브 시트 조립체(900)의 단순화된 부분 평면도가 도시되어 있다. 격납 용기(910)는 곡선형 내측 표면을 포함하는 것으로 도시되어 있고, 커버 플레이트(950)는 전체적으로 수직이거나 편평한 플레이트로서 도시되어 있다. 따라서 일부 예에서는, 격납 용기(910)와 커버 플레이트(950) 사이의 공칭 간극(960)이 커버 플레이트(950)의 측부에 또는 그 가까이에 존재하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 공칭 간극(960)은 격납 용기(910)의 곡선형 내측 표면이 커버 플레이트(950)의 측부에 비하여 중심으로부터 더 멀리 있는 결과로서 커버 플레이트(950)의 대략적인 중심으로부터의 간극(965)보다 작을 수 있다.

도 10 에는 예시적인 열전달 튜브 굽힘 구성형태(1000)가 도시되어 있는바, 여기에는 원자로 용기(1010)에 부착된 예시적인 튜브 시트(1040)가 포함된다. 튜브 시트(1040)는 실질적으로 수직인 튜브 시트로서 구성될 수 있다. 다른 예에서는, 튜브 시트(1040)들이 경사 튜브 시트로 구성될 수 있다. 열전달 튜브(1030)들은 나선 형상의 튜브들의 세트로서 구성 또는 배치될 수 있으며, 상기 나선 형상의 튜브들은 튜브 시트(1040)에 대해 삽입 및/또는 다른 방식으로 유체적으로 결합, 기계적으로 결합, 또는 구조적으로 결합될 수 있다. 천이 굽힘부(1032)들의 제1 세트는 열전달 튜브(1030)들을 증기 발생기 시스템의 나선 부분으로부터 실질적인 수직 방위로 경로 안내하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서는 천이 굽힘부(1032)들의 제1 세트가 열전달 튜브(1030)들의 나선 부분과 동이한 나선 평면에 포함될 수 있다. 또한, 천이 굽힘부(1034)들의 제2 세트는 열전달 튜브(1030)들을 수직 방위로부터 튜브 시트(1040)에의 삽입을 위한 실질적인 수평 방위로 경로 안내하도록 구성될 수 있다.

일부 예에서는, 천이 굽힘부(1032)들의 제1 세트 및 천이 굽힘부(1034)들의 제2 세트가 열전달 튜브(1030)들을 튜브 시트(1040)의 관통 구멍들과 정렬시키는 단일의 복합 굽힘부로 조합될 수 있다. 단일의 복합 굽힘부는, 열전달 튜브(1030)들 안으로 검사 탐침을 삽입 및 인출함에 대하여 적은 저항을 갖도록 구성될 수 있다.

열전달 튜브(1030)들의 수직 그룹 각각은 튜브 시트(1040) 내의 관통 구멍들의 수평 열로 천이되도록 구성될 수 있다. 튜브 시트(1040) 내의 관통 구멍들의 수평 열들은, 튜브 시트(1040)의 직경을 최소화시키도록 삼각 피치 패턴으로 배치될 수 있다. 일부 예에서, 튜브 시트(1040)의 직경은 대략 2 피트일 수 있다. 또한 관통 구멍들 사이의 피치 또는 거리는 대략 1 인치 이하일 수 있다. 열전달 튜브(1030)들을 튜브 시트(1040)로 경로 안내하는 열전달 튜브 굽힘 구성형태(1000)와 관련하여 대략 6 인치의 최소 튜브 굽힘 반경이 적용될 수 있다. 또한, 천이 굽힘부(1032)들 및 천이 굽힘부(1034)들에 걸쳐서의 최소 튜브 간격은 대략 1/4 인인치일 수 있다.

도 11 에는 다른 예시적인 열전달 튜브 굽힘 구성형태(1100)가 도시되어 있는데, 여기에는 원자로 용기(1010)에 부착된 예시적인 튜브 시트(1140)가 포함된다. 일부 예에서는, 튜브 시트(1140)가 일체형 튜브 시트를 포함할 수 있다. 또한 튜브 시트(1140)는 원자로 용기(1010)의 내측 표면 상의 용접 빌드업(weld buildup)에 용접된 실질적으로 원형인 튜브 시트를 포함할 수 있다. 튜브 시트(1140)는 원자로 용기(1010)의 벽에 부착된 경사 플레이트(inclined plate) 또는 실질적으로 수직인 플레이트를 포함할 수 있다. 복수의 열전달 튜브(1130)가 플레넘(1100) 내에 위치한 다수의 관통 구멍들을 관통할 수 있다. 일부 예에서, 튜브 시트(1140)는 원자로 용기(1010)의 벽의 일부분을 형성할 수 있다.

열전달 튜브(1130)들의 조립은 원자로 용기(1010) 내부에서 수행될 수 있다. 또한 열전달 튜브(1130)들이 조립된 이후에 튜브 시트(1140)가 열전달 튜브(1130)들의 단부들 상으로 하강될 수 있다. 튜브 시트(1140)는 원자로 용기 내부에 위치한 제2 튜브 시트와 조합되어 이용될 수 있다. 예를 들어, 열전달 튜브(1130)들의 제1 단부가 튜브 시트(1140)에 유체적으로 결합(fluidly couple) 및/또는 구조적으로 결합(structurally couple)될 수 있으며, 열전달 튜브(1130)들의 제2 단부가 제2 튜브 시트에 유체적으로 결합 및/또는 구조적으로 결합될 수 있다. 제2 튜브 시트는 원자로 용기 내에서, 본원의 다양한 도면들에 도시되어 있는 하나 이상의 상측 튜브 시트와 실질적으로 동일한 위치에 배치될 수 있다. 제2 튜브 시트 및 튜브 시트(1140)는 열교환기의 조립 이전에 원자로 용기에 용접될 수 있다. 일부 예에서, 튜브 시트(1140)는 통상적인 노즐 삽입 유형의 용접에 의하여 원자로 용기에 용접될 수 있다.

원자로 용기(1010)는 튜브 조립을 위하여 거꾸로 될 수 있고, 열전달 튜브들(1130)이 튜브 시트(1140) 안에 삽입될 수 있다. 튜브 조립 이전에는 일체형 플레이트의 하측에 하나 이상의 증기-단부 튜브 지지 캔틸레버 비임이 용접될 수 있다. 또한, 튜브 조립 이전에 하나 이상의 튜브 단부 튜브 지지 캔틸레버 비임이 원자로 용기(1010)에 용접될 수 있다.

열전달 튜브(1130)들의 증기 단부가 상측 플레넘과 연계된 튜브 시트 안에 삽입되고, 열전달 튜브(1130)들의 피드 단부가 튜브 시트(1140) 안에 삽입된 상태에서, 종기 발생기의 조립은 튜브들의 최외측 칼람으로부터 튜브들의 최내측 칼럼으로 점진적으로 진행될 수 있다. 또한, 튜브 지지부들은 열교환기의 조립 동안에 칼럼 별로 설치될 수 있다. 열전달 튜브(1130)들의 피드 단부는 튜브 시트(1140) 안으로의 설치 동안에 압축될 수 있다.

도 10 의 열전달 튜브 굽힘 구성형태(1000)에서는 튜브들을 나선으로부터 수직 방위로 제1 굽힘을 수행하고 뒤이어 튜브 시트를 향하는 수평 방위로 제2 굽힘을 수행함으로써 열전달 튜브들의 수직 그룹 각각을 나선형 방위로부터 튜브 시트 상의 관통 구멍들의 수평 열로 천이시키도록 구성되는 한편, 열전달 튜브 굽힘 구성형태(1100)는 열전달 튜브 굽힘 구성형태(1000)에 비하여 보다 직접적으로, 예를 들어 복합 굽힘부(1132)에 의하여, 열전달 튜브(1130)들의 수직 그룹 각각을 나선 부분으로부터 튜브 시트(1140) 상의 "원호" 패턴(1150)으로 굽힘으로써 구성될 수 있다.

일부 예에서는, 열전달 튜브(1130)들의 수직 그룹 각각이 튜브 시트(1140) 상의 관통 구멍들의 원호(1150)로 천이되도록 구성될 수 있다. 튜브 시트(1140) 내에 있는 관통 구멍들은 튜브 번들(tube bundle)의 나선 부분에서 대응되는 열전달 튜브(1130)들보다 더 가깝게 이격될 수 있다.

도 10 의 열전달 튜브 굽힘 구성형태(1000) 및 도 11 의 열전달 튜브 굽힘 구성형태(1100) 중 하나 또는 둘 다에서, 열전달 튜브들을 원자로 용기 안으로 도입시키고 튜브 단부들을 튜브 시트 관통 구멍들을 통해 삽입시키기 위하여 배치하는 조립 동안에 일부 튜브의 변형이 발생할 수 있다. 다음의 예들 중 일부는 도 11 에 도시된 다양한 부품들을 중심으로 하여 설명하지만, 도 10 과 관련하여 설명된 것을 포함하여, 본원의 다른 곳에서 도시 및/또는 설명된 다른 튜브 시트들 및 조립체들도 유사하게 구성될 수 있다.

열전달 튜브(1130)들은 튜브 시트(1140)의 림(rim; 1160)에 닿지 않는 방식으로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 열전달 튜브(1130)들의 적어도 일부는 보다 점진적인 굽힘 천이를 제공하기 위하여, 림(1160)을 통과하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예에서는, 튜브 시트가 원자로 용기(1110)의 내측 벽에 또는 그 내측 벽 내부에 위치하여 림에 대한 고려가 사실상 없게 될 수 있다.

튜브 조립 이후에 튜브 시트(1140)가 원자로 용기(1110)에 조립 및 용접된다면, 열전달 튜브(1130)들에 대한 임의의 변형이 원자로 용기 내측에 튜브들을 배치시키는 것으로 국한될 수 있으며, 이것은 튜브의 어떠한 소성 변형도 유발하지 않으면서 수행될 수 있다. 일부 예에서는, 모든 튜브들이 제 위치로 조힙된 이후에 튜브 시트(1140)가 최종의 위치에 끼워지고 용접될 수 있다. 예를 들어, 튜브 시트(1140)가 최종의 조립 위치로 이동되기 전에, 열전달 튜브(1130)들 모두가 그들 각각의 관통 구멍 안으로 삽입될 수 있다.

또 다른 예에서, 튜브 시트(1140)는 최종의 설치 위치의 외부로 반경방향으로 소정의 거리를 두고 임시로 고정될 수 있다. 튜브 시트(1140)가 이와 같이 위치되어 있는 상태에서, 열전달 튜브(1130)들이 개별적으로 조립되되 튜브 단부들의 대략 1 인치가 튜브 시트(1140)의 대응되는 관통 구멍 안으로 삽입된 채로 조립될 수 있다. 이와 같은 방안은 사실상 튜브 시트(1140)를 고정물로 활용함으로써, 튜브 단부들을 정확히 배치시키고, 튜브 시트(1140)가 최종 설치 위치로 이동됨에 따라서 튜브 단부들이 관통 구멍들 안으로 동시에 삽입됨을 용이하게 한다.

여기에서 설명되는 다양한 예들에서는 다양한 기하형태의 열교환기가 사용될 수 있다. 열교환기는 예를 들어 최대 튜브 길이와 같은, 소정의 길이로 제약받거나 또는 제약되지 않는 튜브 길이를 포함할 수 있다. 또한, 피드 튜브 시트들로부터 증기 플레넘들까지의 횡단에 있어서, 완전한 나선 선회의 1/4 및 3/4 의 증분을 갖는 튜브가 사용될 수 있다.

수직 튜브 시트를 포함하는 예와 같이, 여기에서 설명되는 다양한 예들에서, 상승기 내부에는 돌출부가 없을 수 있다. 따라서, 상측 상승기는 튜브 시트 조립체 및/또는 증기 발생기 조립체를 분해하지 않고서 원자로 용기로부터 분리될 수 있다.

상측 상승기의 분리는, 열교환기의 내측 영역을 검사하기 위한 접근을 용이하게 할 수 있다.

튜브들은 튜브 시트의 대응되는 관통 구멍들 안으로 삽입될 수 있고, 관통 구멍들 안으로 수력학적으로 확장되어 밀착 끼움을 형성하고 그리고/또는 다른 방식으로 튜브 주위의 임의의 간극을 폐쇄한다. 또한, 튜브들은 튜브 시트에 용접될 수 있다. 다른 예에서는 각각의 튜브가, 미국 특허 제8,752,510호에 개시된 하나 이상의 예와 관련하여 설명된 바와 유사하게, 튜브 시트의 일 면에서 기계가공된 짧은 원통형 스터브(stub)에 완전 침투 용접될 수 있다. 상기 특허 문헌은 그 전체가 참조로서 여기에 포함된다. 또 다른 예에서는, 튜브 세그먼트를 관통 구멍 안에서 확장시킴으로써 짧은 튜브 세그먼트가 튜브 시트에 부착될 수 있고, 상기 튜브를 튜브 시트의 면에 필렛 용접(fillet welding)한 다음에, 튜브를 상기 튜브 세그먼트에 맞대기 용접(butt welding)시킬 수 있다. 맞대기 용접부는 튜브 시트의 면으로부터 대략 1 인치 떨어져 위치할 수 있다.

도 12 에는 하나 이상의 경사 튜브 시트 조립체(1250)를 포함하는 예시적인 증기 발생 시스템(1200)의 부분도가 도시되어 있다. 상기 하나 이상의 경사 튜브 시트 조립체(1250)는 개별적으로 원자로 용기(1220)에 용접될 수 있다. 또한 증기 발생 시스템(1200)은 도 6 에 도시된 상측 플레넘 조립체(600)와 유사한, 하나 이상의 튜브 시트 조립체를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 상측 튜브 시트 조립체는 도 5 의 일체형 튜브 시트(550)와 유사한 일체형 튜브 시트를 포함할 수 있다.

증기 발생 시스템(1200)은 열전달 튜브들의 피드 단부들을 경사 튜브 시트 조립체(1250)를 향하여 반경방향 외향으로 경로 안내하도록 구성된 하나 이상의 증기 발생기(1230)를 포함할 수 있다. 증기 발생기(1230)는 상승기 조립체와 원자로 용기(1220)의 벽 사이에서 상측 원자로 용기 내에 있는 고리형 영역을 점유하는 나선형 코일 형태의 열전달 튜브들을 포함할 수 있다.

도 13 에는 예시적인 튜브 시트 조립체(1300)의 확대도가 도시되어 있는데, 이것은 도 12 의 하나 이상의 경사 튜브 시트 조립체(1250)와 유사하게 구성될 수 있다. 튜브 시트 조립체(1300)는 2차 냉각제를 경사 튜브 시트(1370)을 통하여 열전달 튜브들 안으로 통과시키도록 구성된 복수의 채널들 또는 관통 구멍(1390)들을 구비한 경사 튜브 시트(1370)를 포함할 수 있다. 경사 튜브 시트(1370)는 수직과 수평 사이에서의 소정의 경사 각도(1375)로 경사진 튜브 시트를 포함할 수 있다. 경사 각도(1375)는 수직으로부터의 10도와 수직으로부터의 80도 사이의 임의의 각도일 수 있다. 일부 예에서, 경사 각도(1375)는 수직으로부터 대략 30도일 수 있다. 또 다른 예에서는, 경사 각도(1375)가 수직으로부터 대략 45도일 수 있다.

튜브 시트 조립체(1300)는 2차 냉각제를 접근 포트(1340) 안으로 도입시키도록 구성된 피드 노즐 또는 유입부(1330)를 포함할 수 있다. 접근 포트(1340)는 2차 냉각제를 열전달 튜브들 안으로 전달하도록 구성될 수 있다. (도 9 에 도시된) 유동 제어 장치(975)와 유사한 유동 제어 장치가 경사 튜브 시트(1370)에 인접하게 배치될 수 있다. 일부 예에서는, 경사 튜브 시트(1370)의 두께가 수 인치이거나 또는 대략 반 피트일 수 있다. 또한 경사 튜브 시트(1370)는 실질적으로 원형의 형상을 가질 수 있다.

튜브 시트 조립체(1300)는 접근 포트(1340)의 내부 부분에 대한 접근을 제공하도록 구성된 커버 플레이트(1350)를 포함할 수 있다. 튜브 시트 조립체(1300)는 실질적으로 또는 완전히 격납 용기(1310) 내에 배치될 수 있다. 일부 예에서는, 유지보수, 검사, 및 설치와 같은 하나 이상의 작업 동안에, 커버 플레이트(1350)가 접근 포트(1340)로부터 분리되고 그리고/또는 접근 포트(1340)에 설치될 수 있다. 커버 플레이트(1350)는 격납 용기(1310) 안에 완전히 들어맞도록 구성될 수 있다. 또한 커버 플레이트(1350)는 원자로 용기(1320)의 외부에 완전히 들어맞도록 구성될 수 있다.

커버 플레이트(1350)와 격납 용기(1310)의 내측 표면 사이, 또는 커버 플레이트(1350)를 접근 포트(1340)에 고정시키는데에 시용되는 하나 이상의 볼트와 격납 용기(1310)의 내측 표면 사이에 있는 공칭 간극(1360)의 크기는, 열 성장, 압력으로 인한 팽창, 제조 공차, 지진 움직임, 설치, 유지보수, 검사, 접근성, 및/또는 증기 발생기 및/또는 원자로 용기(1320)의 취급시 고려사항을 고려하여 정해질 수 있다. 일부 예에서, 공칭 간극(1360)은 대략 반 인치일 수 있다. 다른 예에서는 공칭 간극(1360)이 1 내지 2 인치 사이일 수 있다.

튜브 시트 조립체(1300) 및/또는 경사 튜브 시트(1370)는 원자로 용기(1320)의 벽에 부착 및/또는 용접될 수 있다. 열전달 튜브들은 증기 발생기 조립체로부터 경사 튜브 시트(1370)로 천이되도록 구성될 수 있다. 천이 길이에 걸쳐서 9 인치 이하의 최소 튜브 굽힘 반경이 특정될 수 있다. 일부 예에서, 상기 최소 튜브 굽힘 반경은 대략 7 인치일 수 있다. 또한 열전달 튜브들의 대략 1 인치는 튜브의 직선형 부분으로 구성될 수 있는바, 이것은 완전히 삽입된 열 튜브에 의해서 경사 튜브 시트(1370) 밖으로 연장된다. 상기 튜브의 직선형 부분은, 천이 굽힘부의 시작이 경사 튜브 시트(1370)의 면으로부터 소정의 거리를 두고 위치함을 보장하도록 구성될 수 있다. 또한 상기 튜브의 직선형 부분은 열전달 튜브들의 팽창 천이 영역의 검사를 용이하게 하도록 구성될 수 있다.

튜브 시트 조립체(1300)는, 경사 튜브 시트(1370)의 제1 부분이 원자로 용기(1320)의 제1 측 또는 내부에 위치되고 경사 튜브 시트(1370)의 제2 부분이 원자로 용기(1320)의 제2 측 또는 외부에 위치되도록 구성될 수 있다. 일부 예에서는, 경사 튜브 시트(1370)의 대략적인 중심선이 경사 각도(1375)로 원자로 용기(1320)의 벽과 교차하도록 구성될 수 있다. 또한 튜브 시트 조립체(1300)는, 접근 포트(1340)의 제1 부분이 원자로 용기(1320)의 내측에 위치하고 접근 포트(1340)의 제2 부분이 원자로 용기(1320)의 외측에 위치하도록 구성될 수 있다.

경사 각도(1375)가 증가되면, 경사 튜브 시트(1370)의 저부가 원자로 용기(1320)의 벽으로부터 내향으로 이동하게 되고 튜브 천이 굽힘부 길이를 감소시키는데, 이것은 튜브의 말단 지점도 내향으로 이동되기 때문이다. 튜브 천이 굽힘부의 감소는 최소 튜브 굽힘 반경을 증가시키는 작용을 할 수 있는데, 왜냐하면 튜브 굽힘부들에서의 각도가 감소될 수 있기 때문이다. 경사 튜브 시트(1370)는 임의의 튜브 변형이 제거 및/또는 감소되도록 구성될 수 있는데, 그렇지 않다면 튜브의 말단 지점이 내향으로 이동되고 관통 구멍(1390)들 안으로의 삽입을 위하여 튜브를 배치시키기 위한 튜브의 내향 변위가 다른 구성에 비하여 적게되는 결과를 초래할 수 있기 때문에, 그러한 변형이 튜브 조립 동안에 발생할 수 있다. 경사 튜브 시트와 관련된 튜브 조립 변형은 수직 튜브 시트와 관련된 튜브 조립 변형보다 적을 수 있다.

도 13 에는 접근 포트(1340)의 상부에서 또는 그 가까이에서 유입부(1330)의 위치가 도시되어 있는데, 유입부(1330)는 충분한 공간 또는 간극을 갖는 접근 포트(1340)의 원주 주위의 임의의 위치에 달리 배치될 수 있다. 유입부가 접근 포트(1340)의 저부에 위치하도록 함으로써, 예를 들어 증기 발생기가 건조하게 되는 때와 같은 비정상적인 작동의 발생 동안에 증기가 피드 라인으로 진입함이 제한 또는 방지될 수 있다. 다른 한편으로는, 피드 파이프의 경로가, 접근 포트(1340)의 높이 아래에서 공통 피드 라인(common feed line)이 연장되고, 여기에서 개별의 피드 라인들로 분기되어 접근 포트(1340)까지 연장되는 것이라면, 상부 진입 지점을 구비한 피드 라인에는 제한된 양의 증기만이 수집될 수 있다.

일부 예에서는 유입부(1330)가 도 13 에 도시된 바와 같이 접근 포트(1340)의 벽에 대해 직각이기보다는 실질적으로 수직인 방위를 가질 수 있다. 유입부(1330)를 실질적으로 수직인 방위로 배치시킴으로써, 피드 유동을 경사 튜브 시트(1370)에 인접하게 배치될 수 있는 유동 제한기 또는 유동 제한기 장착용 플레이트 및/또는 경사 튜브 시트(1370)로부터 멀리 향하게 할 수 있으며, 또한 열전달 튜브들 안으로 향하는 유동의 균일성을 더 향상시킬 수 있다.

튜브 시트 조립체(1300)는 증기 발생기 시스템의 분해없이 원자로 용기(1320) 내로부터 상측 상승기를 분리함을 허용하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 튜브 시트 조립체(1300)는 격납 용기(1310)로부터 원자로 용기(1320)를 분리함을 허용할 수 있다. 일부 예에서, 커버 플레이트(1350)는, 원자로 용기(1320)가 격납 용기(1310)로부터 분리된 이후에 접근 포트(1340)로부터 분리될 수 있다. 다른 예에서는, 원자로 용기(1320)가 격납 용기(1310) 내에 남아 있는 채로 커버 플레이트(1350)를 분리하기에 충분한 공간을 공칭 간극(1360)이 제공할 수 있다. 또 다른 예에서는, 접근 포트(1340)에 인접하게 위치한 원자로 모듈(1310)의 하측 부분이 격납 용기(1310)의 상측 부분으로부터 분리된 이후에, 커버 플레이트(1350)가 접근 포트(1340)로부터 분리될 수 있다.

예를 들어 수직 튜브 시트(970) 또는 경사 튜브 시트(1370)와 같은 경사 튜브 시트와 관련된 열 성능 및/또는 효율은 전체적으로 수직의 방위로 배치된 튜브 시트보다 더 클 수 있다. 열전달 명적의 증가는 부분적으로, 튜브 길이 및/또는 열교환기의 나선 부분의 높이 증가로 인한 것일 수 있다. 수직 튜브 시트 및 경사 튜브 시트 설계안으로 인하여, 피드 포트에 대한 플레넘 및 단부 캡에 대한 플레넘의 용접부가 없게 될 수 있으며, 따라서 수평 방위의 튜브 시트보다 용접부가 더 적게 될 수 있다. 일부 예에서, 수직 튜브 시트 및 경사 튜브 시트 설계안으로 인하여, 튜브 천이 영역에서 보다 효율적인 교차 유동이 제공될 수 있고 그리고/또는 유동 경로에서의 유동 손실이 감소될 수 있다.

또한, 경사 튜브 시트 설계안은 튜브 조립체의 변형을 감소시킬 수 있고 튜브 천이 굽힘부들의 길이를 감소시킬 수 있다. 먼저 튜브들을 제 위치에 조립하고 나서 그 조립된 튜브의 단부들 위로 플레넘들을 삽입시킴으로써, 튜브 조립체의 소성 변형이 방지 또는 감소될 수 있다. 튜브 시트는 튜브 조립 이전에 원자로 용기에 용접될 수 있다. 다른 예에서는, 먼저 튜브들이 튜브 시트 안에 삽입되고 나서, 튜브 시트가 상기 조립된 튜브 단부들 위로 슬라이딩될 수 있다.

도 14 에는 튜브 시트(1440)에 있는 복수의 열전달 튜브 관통 구멍들을 위한 예시적인 구멍 패턴(1470)를 갖는 튜브 시트 조립체(1400)가 도시되어 있다. 구멍 패턴(1470)은, 나선 형상의 증기 발생기 시스템으로부터 수직 방위로 굽혀진 열전달 튜브들에 유체적으로 결합 및/또는 구조적으로 결합되도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 나선을 이루는 수직 튜브들의 그룹이 튜브 시트(1440)에서 튜브들의 수평 열로 천이된다.

튜브 시트(1440)의 직경(1425)을 최소화시키기 위하여 구멍들의 수평 열들이 구멍들 사이의 간격 또는 피치(1450)를 가진 삼각 피치 패턴으로 배치될 수 있다. 삼각 피치 패턴에서 임의의 인접한 세 개의 관통 구멍들 사이의 피치(1450)는 동일할 수 있다. 일부 예에서, 피치(1450)는 1/4 내지 1 인치 사이일 수 있고, 직경(1425)은 대략 2 피트일 수 있다. 피치(1450)는, 열전달 튜브들이 나선 튜브 번들에서 이격되어 있는 것보다 튜브 시트(1440)에서 보다 가깝게 이격되도록하는 크기를 가질 수 있다. 따라서, 튜브 간격은 나선 부분으로부터 튜브 시트(1440)까지의 천이 굽힘 영역에 걸쳐서 연속적으로 변화할 수 있다.

튜브 시트(1440)는, 구멍 패턴(1470)이 형성되어 있는 실질적으로 원형인 플레이트(1460)를 포함할 수 있다. 플레이트(1460)의 외측 에지와 최외측 관통 구멍 사이에서 튜브 간극(1475)이 유지될 수 있다. 튜브 시트 조립체(1400)는 튜브 시트(1440)를 원자로 용기 벽에 부착시키기 위한 장착용 구조물 또는 플랜지 부분(1470)을 포함할 수 있다. 일부 예에서는, 구멍 패턴(1470)이 도 10 의 열전달 튜브 굽힘 구성형태(1000)와 같은 열전달 튜브 굽힘 구성형태와 연계될 수 있다.

도 15 에는 튜브 시트(1540)에 있는 복수의 열전달 튜브 관통 구멍들을 위한 다른 예시적인 구멍 패턴(1570)을 가진 튜브 시트 조립체(1500)가 도시되어 있다. 구멍 패턴(1470)은 튜브 시트(1540)에의 끼움을 위하여 나선 부분으로부터 반경방향 외향으로 굽혀진 열전달 튜브들에 유체적으로 결합 및/또는 구조적으로 결합되도록 구성될 수 있다. 튜브 시트(1540)는 대략 2 피트의 직경(1525)을 가진 실질적으로 원형의 플레이트(1560)를 포함할 수 있다.

나선 부분에 있는 튜브들의 수직 그룹 각각은 튜브 시트(1540)에 있는 튜브 구멍들의 수직 원호(1540)로의 천이를 위하여 구성될 수 있다. 튜브 구멍들은 1/4 내지 1 인치 사이의 간격으로 서로로부터 이격될 수 있다. 일부 예에서는, 구멍 패턴(1570)이 도 11 의 열전달 튜브 굽힘 구성형태(1100)와 같은 열전달 튜브 굽힘 구성형태와 연계될 수 있다.

도 16 에는 증기 발생기를 조립하기 위한 예시적인 방법이 도시되어 있다. 작업단계 1610 에서는, 복수의 열전달 튜브가 원자로 용기의 제1 절반부에 부착될 수 있다. 일부 예에서, 열전달 튜브들은 원자로 용기의 하나 이상의 상측 플레넘에 또는 그 가까이에 위치한 튜브 시트에서 원자로 용기에 부착될 수 있다. 원자로 용기는 1차 냉각제를 수용하도록 구성될 수 있다. 원자로 용기 내로부터 발생된 열은 1차 냉각제로부터, 복수의 열전달 튜브를 통하여 순환되는 2차 냉각제로 전달될 수 있다. 일부 예에서, 1차 냉각제 및 2차 냉각제는 항상 서로 유체적으로 혼합되지 않도록 될 수 있다.

작업단계 1620 에서는, 미국 특허 제8,752,510호의 하나 이상의 예와 관련하여 설명된 것과 유사하게, 상기 복수의 열전달 튜브가 튜브들의 수직 그룹을 포함하는 나선 형상의 구성형태로 형성될 수 있다. 상기 특허 문헌은 그 전체가 참조로서 여기에 포함된다. 상기 튜브들의 수직 그룹 또는 칼럼들은 원자로 용기 내의 상승기 칼럼 주위로 동심적으로 배치될 수 있다. 원자로 용기의 벽 가까이에 위치한 튜브들의 외측 그룹은 상승기 칼럼의 벽 가까이에 위치한 튜브들의 내측 그룹에 비하여 더 큰 곡률반경으로 구성될 수 있다.

작업단계 1630 에서, 상기 복수의 열전달 튜브의 튜브 삽입 단부들은 적어도 2 방향으로 굽혀질 수 있다. 천이 굽힘부들의 제1 세트는 상기 열전달 튜브들을 상기 증기 발생기 시스템의 나선 부분으로부터 실질적으로 수직인 방위로 경로 안내하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서는, 천이 굽힘부들의 제1 세트가 열전달 튜브들의 나선 부분으로서 동일한 나선 평면 또는 칼럼에 포함될 수 있다. 또한 천이 굽힘부들의 제2 세트는 튜브 시트에의 삽입을 위하여 상기 열전달 튜브들을 수직 방위로부터 실질적으로 수평인 방위로 경로 안내하도록 구성될 수 있다.

일부 예에서는 열전달 튜브들의 수직 그룹 각각이 튜브 시트 내의 관통 구멍들의 수평 열로 천이되도록 구성될 수 있다. 다른 예에서는, 열전달 튜브들의 수직 그룹 각각이 튜브 시트에 있는 관통 구멍들의 원호로 천이되도록 구성될 수 있다. 천이 굽힘부들 중 둘 이상이 조합되어서, 열전달 튜브들을 튜브 시트의 관통 구멍들과 정렬시키는 단일의 복합 굽힘부로 구성될 수 있다.

작업단계(1640)에서는, 복수의 열전달 튜브의 튜브 삽입 단부들이 경사 튜브 시트 안으로 삽입되거나 다른 방식에 의하여 경사 튜브 시트에 부착될 수 있으며, 이로써 복수의 열전달 튜브를 경사 튜브 시트에 유체적으로 결합 및/또는 구조적으로 결합시킬 수 있다. 열전달 튜브들의 단부들은 경사 튜브 시트에 용접될 수 있다. 열전달 튜브들 각각은 경사 튜브 시트를 관통하는 별도의 관통 구멍과 연계될 수 있다.

작업단계(1650)에서, 경사 튜브 시트는 비-수평적 방위로 원자로 용기의 제2 절반부에 부착될 수 있다. 경사 튜브 시트는 원자로 용기의 하나 이상의 하측 플레넘 내부에 위치할 수 있다. 상기 경사 튜브 시트 및/또는 플레넘 중 하나 또는 모두는 원자로 용기의 벽에 용접될 수 있다. 일부 예에서, 경사 튜브 시트가 실질적으로 수직인 방위로 원자로 용기에 부착될 수 있다. 다른 예에서는, 경사 튜브 시트가 수직으로부터 대략 30도의 각도로 원자로 용기에 부착될 수 있다. 그러나 여기에서, 수평 방위 보다 크고 수직 방위까지를 포함하는 다른 부착 각도도 고찰될 수 있다.

작업단계(1660)에서, 2차 냉각제는 열전달 튜브들을 통해 순환하여 원자로 용기에 의하여 발생된 열을 제거할 수 있다. 열전달 튜브들은 원자로 용기 내에 위치한 1차 냉각제를 통과할 수 있다. 1차 냉각제와 관련된 열은 열전달 튜브들의 벽을 통과하여 열전달 튜브들 내에 포함된 2차 냉각제로 전달될 수 있다.

작업단계(1670)에서, 유동 배분기는 경사 튜브 시트로부터 열전달 튜브들로 전달되는 2차 냉각제를 분산시키도록 구성될 수 있다. 유동 배분기는 구멍 구조를 포함할 수 있다. 유동 배분기는 경사 튜브 시트에 인접하게 배치될 수 있으며, 또한 원자로 용기의 하측 플레넘에 배치될 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 여기에서 제공되는 예들 중 적어도 일부가 가압수 원자로 및/또는 경수 원자로에서의 작동은 물론, 다른 유형의 발전 시스템에도 적용될 수 있다는 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 예들 또는 변형예들 중 하나 이상이 비등수 원자로 나트륨 액체 금속 원자로, 기체 냉각식 원자로, 페블-베드(pebble-bed) 원자로, 및/또는 다른 유형의 원자로 설계안에서 작동할 수도 있다. 여기에서 제공되는 임의의 값들 및 비율들은 단지 예로서 제공된 것이라는 점에 유의해야 할 것이다. 실물 크기 또는 축소 모델의 원자로 시스템을 건설하는 등의 방법에 의한 실험을 통해서 다른 값들 및 비율들이 결정될 수 있다.

여기에서는 다양한 예들에 대해 설명 및 도시하였으나, 배치 및 상세사항의 면에서 다른 예들로 변형될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 본 출원인은 하기의 청구범위의 취지 및 범위 내에 속하는 모든 변형예들에 대한 권리를 주장한다.

Claims

복수의 열전달 튜브 및 상기 복수의 열전달 튜브에 유체적으로 결합된(fluidly coupled) 경사 튜브 시트(inclined tube sheet)를 포함하는 증기 발생 시스템으로서,
상기 열전달 튜브들은 증기 발생 시스템의 2차 냉각제를 순환시키도록 구성되고, 상기 증기 발생 시스템은 1차 냉각제를 수용하도록 구성된 원자로 용기에 열적으로 결합되며(thermally coupled), 상기 원자로 용기 내부로부터 발생된 열은 1차 냉각제로부터 2차 냉각제로 전달되고,
상기 경사 튜브 시트는 비-수평적 방위(non-horizontal orientation)로 상기 원자로 용기의 벽에 부착되는, 증기 발생 시스템.
제1항에 있어서,
상기 경사 튜브 시트는 경사 튜브 시트의 일 면을 통과하는 복수의 관통 구멍을 포함하고, 경사 튜브 시트는 경사 튜브 시트의 상기 면이 원자로 용기 벽과 60도 미만의 부착 각도(attachment angle)를 형성하도록 원자로 용기에 부착되는, 증기 발생 시스템.
제2항에 있어서,
상기 원자로 용기의 벽과 경사 튜브 시트의 상기 면 사이의 부착 각도는 15 내지 45 도 사이인, 증기 발생 시스템.
제2항에 있어서,
상기 원자로 용기의 벽과 경사 튜브 시트의 상기 면 사이의 부착 각도는 대략 30 도인, 증기 발생 시스템.
제3항에 있어서,
상기 경사 튜브 시트의 상기 면의 제1 부분은 원자로 용기 벽의 외부에 위치하고, 상기 경사 튜브 시트의 상기 면의 제2 부분은 원자로 용기 벽의 내부에 위치하는, 증기 발생 시스템.
제1항에 있어서,
상기 원자로 용기는 1차 냉각제가 원자로 용기 밖으로 배출됨을 방지하도록 구성되고, 1차 냉각제 및 2차 냉각제의 혼합은 허용되지 않는, 증기 발생 시스템.
제1항에 있어서,
상기 경사 튜브 시트는, 경사 튜브 시트의 내부 면을 관통하고 경사 튜브 시트의 외부 면으로 연장되는 복수의 관통 구멍을 포함하고, 상기 복수의 열전달 튜브는 상기 내부 면에서 경사 튜브 시트에 유체적으로 결합되는, 증기 발생 시스템.
제7항에 있어서,
상기 복수의 관통 구멍은 상기 경사 튜브 시트의 내부 면에 삼각 피치 패턴(triangular pitch pattern)으로 배치되고, 임의의 세 개의 인접한 관통 구멍들은 서로로부터 동등하게 떨어져 이격되는, 증기 발생 시스템.
제7항에 있어서,
상기 복수의 관통 구멍들의 적어도 일부는 관통 구멍들로 이루어진 다수의 수평 열(horizontal row)로 배치되고, 상기 복수의 열전달 튜브의 적어도 일부는 상기 튜브들로 이루어진 수직 칼럼(vertical column)으로 배치되며, 상기 튜브들의 수직 칼럼이 상기 튜브 시트 내의 관통 구멍들의 수평 열로 천이(transition)되는, 증기 발생 시스템.
제7항에 있어서,
상기 복수의 관통 구멍의 적어도 일부는 관통 구멍들로 이루어진 다수의 동심 원호(concentric arc)로 배치되고, 상기 복수의 열전달 튜브의 적어도 일부는 상기 튜브들로 이루어진 수직 칼럼으로 배치되며, 상기 튜브들의 수직 칼럼이 상기 튜브 시트 내의 관통 구멍들의 원호로 천이되는, 증기 발생 시스템.
제7항에 있어서,
상기 증기 발생 시스템은 상기 외부 면을 실질적으로 둘러싸는 플레넘을 포함하고, 상기 플레넘은 인접한 격납 구조물로부터 떨어져 이격되어 상기 격납 구조물 내부에 수용된 원자로 용기의 열 팽창을 허용하는, 증기 발생 시스템.
제11항에 있어서,
상기 플레넘은 상기 인접한 격납 구조물로부터 적어도 1/2 인치, 그리고 2 인치 미만으로 떨어져 이격된, 증기 발생 시스템.
제11항에 있어서,
상기 플레넘은 경사 튜브 시트의 외부 면에 대한 접근을 제공하도록 구성된 커버 플레이트(cover plate)를 포함하고, 상기 접근 플레이트는 상기 인접한 격납 구조물로부터 2 인치 미만으로 떨어져 이격된, 증기 발생 시스템.
제1항에 있어서,
상기 열전달 튜브들은 상기 원자로 용기 내부에서 나선 형상(helix-shape)의 구성형태로 배치되고, 상기 열전달 튜브들의 튜브 삽입 단부들은 상기 나선 형상 구성형태로부터 상기 경사 튜브 시트로의 천이 과정에서 적어도 2 방향으로 굽혀지는, 증기 발생 시스템.
제1항에 있어서,
상기 증기 발생 시스템은:
상기 경사 튜브 시트를 부분적으로 에워싸는 플레넘으로서, 2차 냉각제를 수용하도록 구성된 접근 포트(access port)를 형성하는, 플레넘;
상기 2차 냉각제를 상기 접근 포트 안으로 주입시키도록 구성된 유입부(inlet); 및
상기 경사 튜브 시트에 인접하게 위치된 유동 배분기(flow distributor)로서, 상기 접근 포트 안으로 주입된 2차 냉각제를 상기 경사 튜브 시트를 통과하는 복수의 관통 구멍으로 배분시키는, 유동 배분기;를 더 포함하는, 증기 발생 시스템.
제15항에 있어서,
상기 유동 배분기는 상기 접근 포트 내에서 상기 유입부 가까이에 위치한 구멍 구조(perforated structure)를 포함하고, 상기 구멍 구조는 상기 접근 포트 안으로 주입된 2차 냉각제를 분산시키는 작용을 하는, 증기 발생 시스템.
증기 발생 시스템의 2차 냉각제를 순환시키는 순환 수단, 및 상기 순환 수단에 유체적으로 결합된 경사 튜브 시트를 포함하는 증기 발생 시스템으로서,
상기 순환 수단은 1차 냉각제를 수용하도록 구성된 원자로 용기에 열적으로 결합되고(thermally coupled), 상기 원자로 용기 내로부터 발생된 열은 상기 1차 냉각제로부터 2차 냉각제로 전달되며,
상기 경사 튜브 시트는 비-수평적 방위로 상기 원자로 용기의 벽에 부착되는, 증기 발생 시스템.
제17항에 있어서,
상기 경사 튜브 시트를 적어도 부분적으로 둘러싸는 수용 수단으로서, 상기 경사 튜브 시트는 복수의 관통 구멍을 포함하고, 상기 수용 수단은 2차 냉각제를 수용하도록 구성되는, 수용 수단; 및
상기 2차 냉각제를 분산시키는 분산 수단으로서, 상기 분산 수단은 상기 수용 수단 안에 위치하고, 상기 분산 수단은 2차 냉각제를 상기 복수의 관통 구멍들로 균등하게 배분하도록 구성된, 분산 수단;을 더 포함하는, 증기 발생 시스템.
제17항에 있어서,
상기 경사 튜브 시트는 경사 튜브 시트의 일 면을 통과하는 복수의 관통 구멍을 포함하고, 상기 경사 튜브 시트는, 경사 튜브 시트의 상기 면의 제1 부분이 원자로 용기의 벽 외부에 위치하도록 그리고 경사 튜브 시트의 상기 면의 제2 부분이 원자로 용기의 벽 내부에 위치하도록 원자로 용기에 부착되는, 증기 발생 시스템.
1차 냉각제를 수용하도록 구성된 원자로 용기의 제1 절반부(first half)에 복수의 열전달 튜브를 부착시키는 단계로서, 원자로 용기 내로부터 발생된 열은 1차 냉각제로부터 상기 복수의 열전달 튜브를 통해 순환하는 2차 냉각제로 전달되는, 열전달 튜브 부착 단계;
상기 복수의 열전달 튜브를, 튜브들의 수직 그룹을 포함하는 나선 형상의 구성형태로 형성하는, 형성 단계;
상기 복수의 열전달 튜브의 튜브 삽입 단부들을 적어도 2 방향으로 굽히는, 굽힘 단계;
상기 복수의 열전달 튜브가 경사 튜브 시트에 유체적으로 결합되도록 상기 튜브 삽입 단부들을 경사 튜브 시트 안으로 삽입하는, 삽입 단계; 및
상기 경사 튜브 시트를 상기 원자로 용기의 제2 절반부에 비-수평적 방위로 부착시키는, 경사 튜브 시트 부착 단계;를 포함하는 조립 방법.