KR20220151558A - 스터드들에 의해 형성된 적어도 하나의 유체 공급 및 분배 구역을 갖는 채널들을 포함하는 플레이트 구비 유형의 열교환기 모듈 - Google Patents

스터드들에 의해 형성된 적어도 하나의 유체 공급 및 분배 구역을 갖는 채널들을 포함하는 플레이트 구비 유형의 열교환기 모듈 Download PDF

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자비에 자넹그로
줄리앙 그로스
줄리앙 세르
세바스띠앙 뱅상
리오넬 까숑
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

적어도 2 개의 유체 회로들을 규정하는 플레이트들 (10, 20; 10', 20') 의 스택을 포함하는 종축 (X) 의, 적어도 2 개의 유체 회로들을 구비하는 열교환기 모듈 (1, 1') 로서, 상기 플레이트들의 적어도 일부는 각각 유체 순환 채널들을 포함하고, 상기 2 개의 유체 회로들 중 적어도 하나 (제 1 회로로 지칭됨) 의 채널들은,
- 유체 프리헤더를 형성하는, 상기 스택의 외부로부터 유체를 공급 및 분배하기 위한 적어도 하나의 유체 공급 및 분배 구역 (ZH) 으로서, 이 구역에서, 채널들 (13) 은 상기 플레이트의 표면에 걸쳐 분포된 스터드들 (14, 14') 에 의해 한정되는, 상기 적어도 하나의 유체 공급 및 분배 구역 (ZH),
- 상기 프리헤더와 연속적인 교환 구역 (ZE) 으로서, 리브 (16) 에 의해 서로 분리되고 상기 종축 (X) 을 따라 연장되는 홈 (15) 에 의해 상기 채널들이 각각 한정되는, 상기 교환 구역 (ZE) 을 구비하는, 열교환기 모듈.

Description

스터드들에 의해 형성된 적어도 하나의 유체 공급 및 분배 구역을 갖는 채널들을 포함하는 플레이트 구비 유형의 열교환기 모듈{HEAT EXCHANGER MODULE OF THE TYPE HAVING PLATES COMPRISING CHANNELS INCORPORATING AT LEAST ONE FLUID SUPPLY AND DISTRIBUTION ZONE FORMED BY STUDS}
본 발명은 적어도 2 개의 유체 회로를 포함하는, 금속 플레이트들의 스택을 갖는 열교환기 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 보다 상세하게는 모듈의 콤팩트성을 손상시킴이 없이 양호한 열 효율 및 만족스러운 열 기계적 로딩을 보장하면서 다양한 내부 유체 순환 채널들의 분포의 균일성을 개선하기 위한 정상 타입의 열교환기 모듈의 생성에 관한 것이다.
공지된 열교환기는 내부 유체 순환 채널들을 갖는 적어도 2 개의 회로를 포함한다. 하나의 단일 회로를 갖는 교환기에서, 열교환은 회로와 그것이 침지되는 주위 유체 사이에서 수행된다. 적어도 2 개의 유체 회로를 갖는 교환기들에서, 열교환은 두 유체 회로 사이에서 이루어진다.
소량의 공반응물이 제 1 유체 회로의 입구에 동시에 주입되고, 바람직하게는 믹서가 구비되며, 수득된 화학 생성물이 상기 제 1 회로의 출구에서 회수되는, 연속적인 공정을 수행하는 화학 반응기가 알려져 있다. 이 공지된 화학 반응기들 중에서, 일부는 종종 유틸리티 회로로 지칭되는 제 2 유체 회로를 포함하고, 그 기능은 반응에 필요한 열을 공급함으로써 또는 다른 한편으로는 그에 의해 방출되는 열을 제거함으로써 화학 반응을 열적으로 제어하는 것이다. 유틸리티를 갖는 2 개의 유체 회로를 구비하는 그러한 화학 반응기는 종종 교환기-반응기라고 지칭된다.
본 발명은 단독으로 열 교환 기능을 갖고 2 개의 유체 회로를 포함하는 열교환기 모듈의 생성에 관한 것이고, 동일하게 교환기 반응기의 생성에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 맥락에서, "적어도 2 개의 유체 회로들을 갖는 열교환기 모듈" 은 열 단독으로 열교환 기능을 갖는 열교환기 모듈, 또는 동일하게 교환기 반응기를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 두 유체 사이에서 교환하는 교환기 모듈의 주요 사용은 두 유체 중 하나로서 가스와 함께 사용하는 것이다. 이는 유리하게는 액체 금속 및 가스, 예를 들어 액체 나트륨 및 질소일 수 있다.
본 발명에 따른 교환기 모듈이 의도되는 주요 적용은 2차 루프로부터의 액체 금속, 예컨대 액체 나트륨과, 액체 금속 냉각 고속 중성자 반응기, 예컨대 SFR (sodium fast reactor) 또는 Na-냉각 FNR 의 3차 루프의 가스로서의 질소 사이의 열 교환이며, 이는 소위 4세대 반응기 패밀리의 일부를 형성한다.
본 발명에 따른 열교환 모듈은, 바람직하게는 높은 화력 (thermal power) 과 함께 콤팩트한 교환기를 가질 필요가 있을 때, 액체와 가스와 같은 두 유체 사이의 교환을 필요로 하는 임의의 다른 적용에서 구현될 수도 있다.
본 발명의 맥락에서, "1차 유체" 는 열역학에서 그것의 통상적인 의미를 가지며, 즉, 차가운 유체인 2차 유체에 그것의 열을 전달하는 뜨거운 유체이다.
대조적으로, 본 발명의 맥락에서, "2차 유체" 는 열역학에서의 통상적인 의미를 가지며, 즉 1차 유체의 열을 전달받는 차가운 유체이다.
주요 적용에서, 1차 유체는 SFR 의 열 전환 사이클의 소위 2차 루프에서 순환하는 나트륨인 반면, 2차 유체는 상기 사이클의 3차 루프에서 순환하는 질소이다.
공지된 튜브 교환기는, 예를 들어, 직선형 또는 U자형 또는 나선형으로 감긴 튜브들의 다발이 천공 플레이트에 고정되고 셸로 알려진 유체 기밀 인클로저 내부에 위치되는 셸 및 튜브 교환기이다. 이러한 셸 및 튜브 교환기에서, 유체 중 하나는 튜브 내에서 순환하고, 다른 유체는 셸 내에서 순환한다. 이러한 셸 튜브 교환기는 부피가 커서 전혀 콤팩트하지 않다.
기존의 소위 플레이트 열교환기는 기존의 소위 튜브 교환기에 비해, 특히 유리하게 높은 열 교환 표면적 대 부피 비 덕분에 열 성능 및 콤팩트성의 측면에서, 상당한 이점들을 제공한다. 콤팩트 플레이트 교환기는 많은 산업 분야에서 사용된다. 이러한 콤팩트 플레이트 교환기 분야에서, 열 교환 패턴을 규정하는 다수의 기본적인 형상이 개발되었다.
핀들을 포함하는 플레이트 교환기들을 우선 언급할 수 있고, 여기서 열 교환 패턴은 핀들에 의해 한정된 구조에 의해 규정되고, 구조들은 2 개의 금속 플레이트들 사이에 부착되고 매우 다양한 기하학적 구조들을 가질 수 있다. 교환 패턴은 교환기의 두 유체 회로들 중 하나와 다른 하나 사이에서 상이할 수 있다. 금속 플레이트들 사이의 조립은 일반적으로 브레이징 또는 확산 용접에 의해 이루어진다.
파형 또는 주름형 플레이트 교환기도 알려져 있다. 파형 주름부는 두 유체 회로들을 분리하는 시트를 프레싱함으로써 생성된다. 그 결과, 교환기 패턴은 두 유체 회로의 각각에 대해 동일하다.
이러한 유형의 교환 패턴에 의해 생성된 유체 유동은 3차원이고, 그 결과 매우 잘 수행된다. 플레이트들 사이의 조립은 볼트 연결 또는 주변 용접 (종래의 용접 또는 확산 용접) 에 의해 이루어진다.
마지막으로, 기계가공된 홈을 갖는 플레이트 교환기가 알려져 있으며, 기계가공은 기계적 또는 전기화학적 기계가공이다. 기계가공 작업에 의해 규정된 채널은 밀리미터 규모의 횡단면을 가지며, 일반적으로 균일한 지그재그 프로파일로 연속적이다. 플레이트들은 두 인접한 플레이트들 사이의 모든 접촉점에서 용접을 허용하는 확산 용접에 의해 조립된다. 따라서, 이러한 유형의 기계가공된 홈구비 플레이트 교환기는 본질적으로 압력을 잘 견딜 수 있다.
본 발명의 발명자들 중 일부는 소위 4세대 반응기 패밀리의 원자로의 생성의 맥락에서, 즉 우수한 열전달 유체, 액체 금속, 전형적으로 액체 나트륨 (Na) 과 상당히 열등한 열전달 특성을 갖는 유체, 가스, 전형적으로 질소 (N2) 사이의 열 교환을 위한 구성에서 가스와 액체 금속 사이의 열 교환을 위해 적층된 플레이트들의 모듈들을 갖는 교환기를 설계하였다.
따라서, 특허출원 WO2015/028923 A1 은 열교환기를 기술하고 청구하며, 여기서 열 교환 모듈들이 가스의 압력에 의해, 전형적으로 약 180 bar 에서, 지지 및 보유 구조물에 의해 압력 용기 내부에 배열되고 압력 용기에 견고하게 고정되는 반면, 액체 금속 분배 배관은 이러한 지지 구조물에 고정되지 않는다.
그 설계에서, 유체 밀폐 용기는 가스 회로를 위한 수집기로서 작용하고, 열교환기 모듈의 사이징은 가스에 의해 최우선으로 구동되는데, 그 이유는 두 유체 중 그것이 열을 전달하는데 가장 덜 효과적이기 때문이다.
가스 순환 채널들의 교환 패턴의 크기는 열-유압 성능 제약들에 엄격하게 의존하는 반면, 액체 금속 순환 채널들의 크기는 액체 금속의 순환과 관련된 폐색의 위험을 고려할 필요가 있고, 이는 이 액체를 위한 순환 채널들의 최소 횡단면을 제한한다. 가스와 액체 금속 사이의 물리적 특성, 특히 밀도에서의 차이를 또한 고려할 때, 결과적인 교환기 모듈은 매우 낮은, 전형적으로 40 mbar 정도의 액체 금속 순환 채널에서의 압력 강하를 나타낸다.
더욱이, 콤팩트성을 위해, 각각의 교환기 모듈은 수십 MWth 정도의 개별 열 출력을 가지며, 이는 사이징에 대한 규칙과 함께, 모듈이 전형적으로 약 5000 과 동일한 매우 많은 수의 유체 순환 채널을 가질 필요가 있다는 것을 지시한다.
고려되어야 하는 또 다른 제약은 각 모듈이 가스에 의해 가압된 용기 내부에 배치된다는 사실에서 기인한다.
작동시, 헤더 및 분배 배관으로 이루어진, 액체 금속을 공급하고 수집하는 구조물은, 고압에서 압축 하중을 받을 수 있고, 특별한 대책이 없다면 이는 크리프와 함께 버클링에 의한 손상을 초래할 수 있다. 또한, 열기계적 관점에서, 이 구조물은 가능한 콤팩트하게 설계될 필요가 있다.
다시 말해, 상기한 출원 WO2015/028923 A1 에 따른, 가스에 의해 가압된 용기 내의 열교환기 모듈의 구성은 모듈당 매우 많은 수의 채널을 수반하고, 콤팩트성이 크다.
이러한 구성은 각각의 교환기 모듈 내의 채널들 내의 액체 금속의 불균일한 분포를 초래할 수 있으며, 이는 한편으로 교환기의 전체 열 효율에 불리할 수 있고, 다른 한편으로 교환기의 구조물의 열기계적 무결성에 불리할 수 있다.
사실, 본 발명자들이 직면한 열교환기 모듈 기능적 요건 사양은 다음과 같이 요약될 수 있다:
- 정상 상태와 과도 상태 모두에서 압력 및 온도 하에 기계적 무결성을 보장한다;
- 추가적인 압력 강하를 제어하면서 열 교환 채널들 사이에 균질한 흐름 분배를 보장한다;
- 급속한 전이 동안 열 응력의 진폭을 제한하기 위해 낮은 열 관성을 나타낸다;
- 유체 회로의 유량 및 압력과 양립 가능한 파워 목적을 충족시키기 위해 다양한 모듈 배열체 (병렬/직렬, 스택형 등) 와 양립 가능하다.
불량한 유동 분포는 특정 열 교환 채널들이 다른 특정 열 교환 채널들의 희생으로 과잉 공급받는 것을 특징으로 한다.
만족스러운 분포를 보장하기 위해, 본 출원인은 특허 FR3054879B1 에서, 적절한 교환 구역의 상류 또는 하류 연속성에서, 그 특허에서 Z3 로 참조되는 포크형 구역을 생성하는 것을 포함하는 해법을 제안하였다. 요약하면, 일정한 유량에서, 주어진 입구를 위한 4 개의 포크를 생성함으로써, 보어 섹션은 4 배만큼 감소되고, 채널 다발의 압력 강하는 16 배만큼 증가된다. 따라서, 이 해법은 다발에 압력 강하를 빠르게 추가한다는 주된 이점을 제공하지만, 이는 또한 단점이 될 수도 있다. 이는, 추가적인 압력 강하를 최소화하면서 분포를 조절하기 위해, 특허 FR3054879B1 이 또한 그 특허에서 균질화 구역 (Z1) 을 제안하는 이유이다. 흡입 아래에 위치된 격자의 방식으로, 이러한 균질화 구역은 제트의 효과를 파괴하고, 압력들을 동등하게 하기 위해 하나의 동일한 유체 회로의 채널들 및 플레이트들을 서로 연통하게 위치시킨다. 이러한 균질화 구역의 이점은 그것이 플레이트의 설계에 직접 통합된다는 것이다. 이것은 부가된 요소가 아니며, 그 부착은 열기계적 하중과 양립 불가능하게 될 수 있다. 그 특허 FR3054879B1 의 구역들 Z1, Z2, 및 Z3 은 일종의 프리헤더를 형성한다.
이 특허 FR3054879B1 의 개선은 축 대칭을 갖는 플레이트들을 생성하는 것이며, 균질화 구역은 SFR 원자로 교환기 적용에서 액체 나트륨 및 가스를 각각 순환시키기 위한 플레이트에 대해 도 1a 및 도 1b 에 도시된 바와 같이 플레이트들의 종축의 각 측에 대칭적으로 배치된다. 따라서, 나트륨 순환 플레이트 (10) 는 축방향 입구 (100) 및 축방향 출구 (200) 에서 포크를 갖는 균질화 구역 (Z1), 및 이 두 구역 (Z1) 사이의 직선형 채널들을 갖는 열교환 구역 (Z2) 을 포함한다. 마찬가지로, 가스 순환 플레이트 (20) 는 2 개의 입구 (200) 및 2 개의 출구 (201) 가 개방되어 있는 포크를 마찬가지로 갖는 균질화 구역 (Z1), 및 이 두 구역 (Z1) 사이의 직선형 채널들을 마찬가지로 갖는 열 교환 구역 (Z2) 을 포함하며, 플레이트 (20) 의 이 구역 (Z2) 은 플레이트 (10) 와 동일한 길이를 갖는다. 이러한 개선은 공보 [1] 에서 설명된다. 이러한 개선으로, 플레이트들 (10, 20) 의 전체 열 관성이 개선되고, 열 교환 모듈들이 적층될 수 있으며, 이는 벌크의 측면에서 유리하다.
그럼에도 불구하고, 이 구성은 여전히 여러 단점이 남아 있다.
우선, 균질화 구역들 (ZI) 로 이루어진 프리헤더의 배열은, 나트륨 순환 플레이트의 경우에는 축방향이고 가스 순환 플레이트의 경우에는 종축에 대해 측방향인, 교환 채널들의 연속에 유체들이 도달한다는 것을 의미한다. 이제, 양호한 많은 적용에서, 특히 SSR 적용에서, 특히 순환 파이핑의 길이를 최소화함으로써, 모듈 외부에서 보다 용이하게 순환 파이핑을 작동시키기 위해 교환 모듈의 면 상에 흡입부를 위치시킬 수 있는 것이 특히 바람직할 것이다.
또한, 압력 강하에 대한 제어를 유지하면서 분포를 개선하기 위해, 이러한 압력 강하를 매우 신속하게 증가시키는 포크들을 분배하는 것이 유리할 것이다.
마지막으로, 이 구성에서는 도 1b 의 점선의 원 (Z.I) 으로 표시된 것처럼, 궁극적으로 여전히 열 관성 영역이 남아 있으며, 이를 줄이는 것이 유리하다.
따라서, 특히 유체가 모듈 외부에서 순환하는 배관을 단순화하고, 모듈 내의 압력 강하를 감소시키고, 열 관성 구역을 더 감소시키고 모듈들을 서로 적층할 가능성을 유지하면서 그렇게 하기 위해, 플레이트 열교환기 모듈을 더 개선할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 이러한 필요를 다루는 것이다.
이를 행하기 위해, 본 발명은, 적어도 2 개의 유체 회로들을 규정하는, 플레이트들의 스택을 포함하는 종축 (X) 의, 적어도 2 개의 유체 회로들을 구비하는 열교환기 모듈에 관한 것으로, 플레이트들의 적어도 일부는 각각 유체 순환 채널들을 포함하고, 2 개의 유체 회로들 중 적어도 하나 (제 1 회로로 지칭됨) 의 채널들은 다음을 구비한다:
- 유체 프리헤더를 형성하는, 스택의 외부로부터 유체를 공급 및 분배하기 위한 적어도 하나의 유체 공급 및 분배 구역 (ZH) 으로서, 이 구역에서, 채널들은 플레이트의 표면에 걸쳐 분포된 스터드들에 의해 한정되는, 상기 적어도 하나의 유체 공급 및 분배 구역 (ZH).
- 프리헤더와 연속적인 교환 구역 (ZE) 으로서, 리브에 의해 서로 분리되고 종축 (X) 을 따라 연장되는 홈에 의해 채널들이 각각 한정되는, 상기 교환 구역 (ZE).
일 유리한 실시형태에 따르면, 모듈은 스택의 종방향 단부들 중 하나에 각각 배치된 2 개의 제 1 회로 프리헤더들을 포함하고, 2 개의 프리헤더들 중 하나는 유체 입구 프리헤더를 형성하고, 다른 하나는 유체 출구 프리헤더를 형성한다.
다른 유리한 실시형태에 따르면, 2 개의 회로들 중 다른 하나 (제 2 회로로 지칭됨) 의 채널들은 다음을 구비한다:
- 유체 프리헤더를 형성하는, 스택의 외부로부터 유체를 공급 및 분배하기 위한 적어도 하나의 유체 공급 및 분배 구역 (ZH) 으로서, 이 구역에서, 채널들은 플레이트의 표면에 걸쳐 분포된 스터드들에 의해 한정되는, 상기 적어도 하나의 유체 공급 및 분배 구역 (ZH),
- 프리헤더와 연속적인 교환 구역 (ZE) 으로서, 리브에 의해 서로 분리되고 종축 (X) 을 따라 연장되는 홈에 의해 채널들이 각각 한정되는, 상기 교환 구역 (ZE).
이 실시형태에 따르면, 모듈은 유리하게는 스택의 종방향 단부들 중 하나에 각각 배치된 2 개의 제 2 회로 프리헤더들을 포함하고, 2 개의 프리헤더들 중 하나는 유체 입구 프리헤더를 형성하고, 다른 하나는 유체 출구 프리헤더를 형성한다.
제 1 유리한 변형예에 따르면, 제 1 회로 및/또는 제 2 회로의 스터드들은 솔리드이다.
제 2 유리한 변형예에 따르면, 제 1 회로 및/또는 제 2 회로의 스터드들은 제 1 또는 제 2 회로의 공급 및 분배 구역의 플레이트들의 채널들 사이의 연통을 허용하지만 제 2 또는 제 1 회로 각각의 플레이트들의 채널들로는 허용하지 않도록 유지되고 개방 단부이다.
일 유리한 실시형태에 따르면, 모듈은, 스택의 종방향 단부들 중 적어도 하나에, 스택의 측방향 베이스 플레이트 상으로 개방되는 유체 헤더를 포함하고, 이 베이스 플레이트 상으로 제 1 회로 프리헤더의 채널들은 개방되지만 제 2 회로 프리헤더의 채널들은 개방되지 않는다.
이 실시형태에 따르면, 모듈은 유리하게는 종방향 단부들 중 하나에, 제 1 회로 입구 헤더를 형성하는 유체 헤더를 포함하고, 종방향 단부들 중 다른 하나에, 제 1 회로 출구 헤더를 형성하는 유체 헤더를 포함한다.
다른 유리한 실시형태에 따르면, 모듈은 적어도 스택의 하나의 측방향 측면에, 축 (X) 에 대해 횡방향으로 스택을 통과하고 제 2 회로의 프리헤더의 제 2 채널들 상으로 개방되지만 제 1 회로의 채널들 상으로는 개방되지 않는 유체 헤더를 포함한다.
이 실시형태에 따르면, 모듈은 유리하게는 적어도 스택의 하나의 동일한 측방향 측면에, 제 2 회로 입구 헤더를 형성하는 유체 헤더 및 제 2 회로 출구 헤더를 형성하는 유체 헤더를 포함한다.
대안적인 구성에 따르면, 스터드들은 삼각형 패턴으로 프리헤더의 플레이트의 표면에 걸쳐 엇갈린 (staggered) 구성으로 균일하게 분포된다.
다른 대안예에 따르면, 스터드들은 직사각형 또는 정사각형 패턴으로 프리헤더의 플레이트의 표면에 걸쳐 균일하게 분포된다.
추가의 선호로서, 스터드들은 실린더형 전체 형상이다.
추가의 선호로서, 제 1 회로 및 제 2 회로의 교환 구역의 채널들은 직선형이고, 상호 평행하며, 종축 (X) 에 평행하게 연장된다.
유리하게는, 스택은 금속 플레이트들 사이에 확산 용접을 획득하기 위해 HIP (hot isostatic pressing) 또는 UHP (uniaxial hot pressing) 에 의해 또는 브레이징에 의해 서로 조립되는 금속 플레이트들로 구성되거나, 또는 적층가공 (additive manufacturing) 을 이용하여 생산된다.
일 유리한 구성에 따르면, 제 1 회로의 플레이트는 적어도 스택의 중앙부에서 제 2 회로의 2 개의 플레이트들 사이에 개재된다.
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 복수의 열교환기 모듈을 포함하는 열교환기에 관한 것이다.
유리한 구성에 따르면, 상기한 모듈들이 나란히 배치되고, 제 2 회로 입구 및 출구 헤더들이 모듈들을 통과하여 측방향으로 연결한다.
본 발명은 또한 전술한 열교환기의 용도에 관한 것으로, 제 1 회로의 유체는 1차 유체로서 액체 금속이고, 제 2 회로의 유체는 2차 유체로서 가스 또는 가스 혼합물이다.
변형예에서, 제 2 회로의 유체는 주로 질소를 함유하고, 제 1 회로의 유체는 액체 나트륨이다.
제 1 또는 제 2 회로의 유체는 원자로로부터 나올 수 있다.
본 발명은 또한 액체 금속 고속 중성자 원자로, 특히 SFR (sodium fast reactor) 또는 Na-called SNR 및 전술한 바와 같은 복수의 교환기 모듈을 포함하는 열교환기를 포함하는 핵 시설에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 본질적으로 적층되는 또는 적층 가공에 의해 제조되는 플레이트들을 갖는 교환기 모듈을 제조하는 것으로 구성되며, 여기서 유체 회로들 중 하나의 유체 회로의 프리헤더들 중 적어도 하나는 플레이트의 표면에 걸쳐 분포된 스터드들로 제조되고, 유체가 그의 열 교환 구역에 도달하기 전에 순환하는 채널들을 한정한다.
이러한 스터드들은 낮은 열 관성을 갖는 동시에 압력 하의 플레이트의 무결성을 보장한다.
스터드들은 압력 강하의 추가를 최소화하면서 유체의 균질한 분배를 보장하고, 열 교환 구역의 채널의 기하학적 구조와 독립적으로 그렇게 한다.
이러한 스터드들의 기하학적 형상 및 분포는, 구상된 적용 및 그 제약에 따라, 특히 온도 및 압력의 관점에서, 유체의 분포를 제어하기 위해 원하는 대로 수정될 수 있다.
프리헤더 내의 스터드들의 밀도가 또한 변경될 수 있다.
따라서, 특허 FR　3054879B1 에 따른 포크 대신에 본 발명에 따른 스터드에 의해, 본 발명은 도 1b 에 도시된 바와 같은 열 관성 구역 (Z.I) 을 없앤다.
더욱이, 본 발명에 따른 스터드들은, 모듈들의 나란한 배열을 얻고 그들 사이의 파이핑의 길이를 최소화하기 위해, 모듈의 하나의 동일한 종방향 면 상에 유체 입구 및 출구를 갖는 양호한 교환기 모듈 기하학적 구조를 수행할 수 있게 한다.
모든 유형의 원자로, GEN 3, GEN 4, SMR (Small Medium Reactor), 도시 가열 네트워크, EHT 전해조, 오일 및 가스 산업, 태양 에너지 산업, 화학 산업 등을 포함하는, 열교환기 또는 증기 발생기를 필요로 하는 모든 적용이 본 발명에 따른 교환기 모듈로 구상될 수 있다.
추가의 이점 및 특징은 첨부 도면을 참조하여 예시적이고 비제한적인 예로서 주어진 상세한 설명을 읽으면 더 분명해질 것이다.
도 1a 는 SFR 반응기를 위한, 선행 기술에 따른 열교환기 모듈용 액체 나트륨 순환 채널들을 갖는 플레이트의 도면이다.
도 1b 는 도 1a 에 따른 나트륨 순환 플레이트를 갖는 교환기 모듈에 대한 가스 순환 채널들을 갖는 플레이트의 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 열교환기 모듈의 종방향 측면도이다.
도 3 은 도 2 에 따른 열교환기 모듈의 정면도이다.
도 4a 는 본 발명의 제 1 대안예에 따른 교환기 모듈의 부분 절결부를 갖는 사시도이며, 도 4a 는 전용 채널 플레이트 내의 액체 나트륨의 순환을 도시한다.
도 4b 는 본 발명의 제 1 대안예에 따른 교환기 모듈의 부분 절결부를 갖는 사시도이며, 도 4b 는 전용 채널 플레이트 내에서의 가스, 전형적으로 N2 의 순환을 도시한다.
도 4c 는 균질화 구역들의 영역에서 액체 나트륨 및 가스 순환 플레이트들의 교대 스택을 도시하는 도 4a 의 상세도이다.
도 5 는 본 발명의 제 1 대안예에 따른 액체 나트륨 순환 채널들을 갖는 플레이트의 정면도이다.
도 5a 는 도 5 에 따른 플레이트의 부분 사시도이다.
도 6 은 본 발명의 제 1 대안예에 따른 가스 순환 채널들을 갖는 플레이트의 정면도이다.
도 6a 는 도 6 에 따른 플레이트의 부분 사시도이다.
도 7a 는 본 발명의 제 2 대안예에 따른 교환기 모듈의 부분 절결부를 갖는 사시도이고, 도 7a 는 전용 채널 플레이트 내의 액체 나트륨의 순환을 도시한다.
도 7b 는 본 발명의 제 2 대안예에 따른 교환기 모듈의 부분 절결부를 갖는 사시도이며, 도 7b 는 전용 채널 플레이트 내에서의 가스, 전형적으로 N2 의 순환을 도시한다.
도 7c 는 균질화 구역의 영역에서 액체 나트륨 및 가스 순환 플레이트들의 교대 스택을 도시하는 도 7a 의 상세도이다.
도 8 은 본 발명의 제 2 대안예에 따른 액체 나트륨 순환 채널들을 갖는 플레이트의 정면도이다.
도 8a 는 도 8 에 따른 플레이트의 부분 사시도이다.
도 9 는 본 발명의 제 2 대안예에 따른 가스 순환 채널들을 갖는 플레이트의 정면도이다.
도 9a 는 도 9 에 따른 플레이트의 부분 사시도이다.
도 10 은 본 발명에 따른 채널 플레이트의 스터드들의 정삼각형 패턴에서의 엇갈린 분포를 도시하는 정면 상세도이다.
도 11 은 본 발명에 따른 채널 플레이트의 스터드들의 정사각형 패턴에서의 분포를 도시하는 정면 상세도이다.
도 12a 는 액체 나트륨 운반 변형예에 따른 교환기 모듈의 부분 절결부를 갖는 사시도이며, 도 12a 는 전용 채널 플레이트 내의 액체 나트륨의 순환을 도시한다.
도 12b 는 액체 나트륨 운반 변형예에 따른 교환기 모듈의 부분 절결부를 갖는 사시도이고, 도 12b 는 전용 채널 플레이트 내에서의 가스의 순환을 도시한다.
도 13 은 본 발명에 따른 여러 교환기 모듈들의 유리한 배치를 도시하는 개략도이다.
도 14 는 9 개의 N2 순환 플레이트들의 스택에 대해 본 발명에 따른 프리헤더를 형성하는 균질화 구역 내의 유체의 유동을 보여주는 수치 시뮬레이션을 도시한다.
도 15 는 10 개의 Na 순환 플레이트들의 스택에 대해 본 발명에 따른 프리헤더를 형성하는 균질화 구역에서의 유체의 유동을 보여주는 수치 시뮬레이션을 도시한다.
명확성을 위하여, 동일한 요소들은 선행 기술 및 본 발명에 따라 동일한 도면 부호로 나타낸다.
본 출원에 걸쳐 용어 "입구", "출구", "상류", "하류" 는 본 발명에 따른 열 교환 모듈에서 유체가 순환에 관계하는 방향과 관련하여 이해되어야 한다는 것을 강조한다.
선행 기술에 관한 도 1a 및 도 1b 는 서문에서 이미 설명되었다. 따라서, 이하에서 이들은 언급되지 않을 것이다.
도 2 및 도 3 은 예로서 액체 나트륨 (Na) 과 질소 (N2) 사이의 교환을 위해 사용되는, 2 개의 유체 회로를 갖는 본 발명에 따른 열교환기 모듈의 일 실시형태를 도시한다.
모듈 (1) 은 바람직하게는 HIP 기술을 사용하여 용융용접에 의해 서로 조립되거나 또는 적층가공에 의해 제조된 금속 플레이트들 (10, 20) 의 교대 스택으로 구성된다.
이 도면들에서 볼 수 있는 바와 같이, 중심축 (X) 을 따라 연장되는 이 모듈 (1) 은 2 개의 헤더들 (11, 12) 을 포함하고, 이들 각각은 액체 나트륨 (Na) 입구 및 출구이며, 이들 중 하나는 축 (X) 을 따라 모듈의 상부에 배열되고, 다른 하나는 또한 모듈의 축 (X) 을 따라 저부에 배열된다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 헤더들 (11, 12) 의 각각은 플레이트들의 스택의 측방향 베이스 플레이트 상으로 개방되고, 이 베이스 플레이트 상으로 Na 회로의 채널들이 개방되지만, N2 회로의 채널들은 개방되지 않는다.
모듈 (1) 은 또한 2 개의 헤더들 (21, 22) 을 포함하고, 이들은 각각 모듈의 저부 및 모듈의 상부에서, 하나의 동일한 종방향 면 상에 배치되는, 질소 (N2) 입구 및 출구 헤더이다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 이들 입구 헤더 (21) 및 출구 헤더 (22) 각각은 축 (X) 에 대해 횡방향으로 스택을 통과하고 N2 회로의 채널들 상으로 개방되지만 Na 회로 상으로는 개방되지 않는다.
따라서, 이러한 모듈 (1) 에서, 유체 (Na, N2) 의 순환은 역류 (counterflow) 순환이다.
도 4a 및 도 4b 는 Na 순환 플레이트 (10) 및 N2 순환 플레이트 (20) 내의 스택 및 순환을 각각 도시하며, 화살표는 관련된 각각의 플레이트 내의 각각의 유체의 순환을 나타낸다.
도 5 및 도 5a 는 Na 순환 플레이트 (10) 를 도시한다.
플레이트 (10) 는 유체 프리헤더를 각각 형성하는 2 개의 공급 및 분배 구역들 (ZH) 을 포함하고, 이들은 열 교환 구역 (ZE) 의 각 측면에 하나씩 배치된다.
본 발명에 따르면, 프리헤더 (ZH) 의 채널들 (13) 은 플레이트의 표면에 걸쳐 분포된 솔리드 실린더형 스터드들 (14) 에 의해 한정된다. 바람직하게는, 도 4a, 도 5 및 도 5a 에 도시된 바와 같이, 솔리드 실린더형 스터드들 (14) 은 프리헤더의 플레이트의 표면에 엇갈린 구성으로 균일하게 분포된다. 보다 구체적으로, 이러한 엇갈린 분포는 프리헤더 (ZH) 의 플레이트 (10) 의 전체 표면에 걸쳐 동일하게 유지되는 삼각형 패턴으로 존재한다. 삼각형 패턴의 분포는 스터드들 (14) 에 의한 프리헤더의 체적의 더 양호한 충전을 가능하게 하고, 압력을 견디는 교환기 모듈의 능력을 보장하기 위해 선호된다.
솔리드 실린더형 스터드들 (14) 에 의해 한정된 채널들 (13) 은 프리헤더와 연속하는 열 교환 구역 (ZE) 의 채널들 (15) 상으로 개방된다. 도시된 바와 같이, 교환 구역의 채널들 (15) 은, 림 (16) 에 의해 서로 분리되고 종축 (X) 을 따라 연장되는 홈 (15) 에 의해 각각 한정된다. 바람직하게는, 도시된 바와 같이, 이들은 직선형이고, 상호 평행하며, 모듈 (1) 의 종축 (X) 에 평행하게 연장된다.
스터드들 (14) 은 이들이 플레이트 (20) 에 대해 직접 지탱하게 되는 높이를 가질 수 있다. 도 4c 에 도시된 바와 같이, 높이가 채널 (13) 의 높이의 일부를 나타내고 일단 플레이트들이 서로 조립되고 나면 채널의 전체 높이를 규정하는 실린더형 스터드들 (14) 을 갖는 2 개의 인접한 플레이트들 (10) 을 구상하는 것도 가능하다. 이는 리브 (16) 에도 적용된다. 스터드들 (14) 의 배치는 압력을 견디는 플레이트 (10) 의 능력을 보장한다.
링 (17) 이 원형 단면의 2 개의 구멍들 (18, 19) 각각의 주위에 연장되며, 각각은 프리헤더 중 하나 내에서 플레이트 (10) 를 통해 개방된다. 이 개방 단부 구멍들 (18, 19) 은 다른 N2 회로의 각각의 입구 및 출구 순환 헤더의 튜브의 일부를 형성한다. 따라서, 링 (17) 은 플레이트들 (10) 의 프리헤더들의 영역에서 Na 와 N2 회로들 사이에 유체 밀폐 장벽을 형성한다.
이러한 플레이트 (10) 에 의해, 도 4a 에 부분적으로 도시된 바와 같이, 액체 나트륨은 스터드들 (14) 에 의해 한정된 채널들 (13) 의 입구 (11) 로부터 분배되도록 입구 튜브형 헤더 (11) 로부터 공급된다. 액체 나트륨은 열 교환 구역 (ZE) 의 채널 (15) 에 도달하도록 입구 프리헤더의 스터드들 (14) 주위의 채널들 (13) 에서 순환하고, 이어서 출구 프리헤더의 스터드들 (14) 주위에서 순환하여 채널들 (13) 의 출구 (101) 를 통해 제거되고 출구 헤더 (12) 에 의해 회수된다.
도 6, 도 6a 는 Na 순환 플레이트 (10) 와 유사한 방식으로 제조된 N2 순환 플레이트 (20) 를 도시한다.
따라서, 플레이트 (20) 는 유체 프리헤더를 각각 형성하는 2 개의 공급된 분배 구역 (ZH) 을 포함하고, 이들은 열교환 구역 (ZE) 의 각 측에 하나씩 배치된다.
프리헤더 (ZH) 의 채널들 (23) 은 플레이트의 표면에 걸쳐 분포된 측 실린더형 스터드들 (24) 에 의해 한정된다. 바람직하게는, 도 4b, 도 6 및 도 6a 에 도시된 바와 같이, 솔리드 실린더형 스터드들 (24) 은 프리헤더의 플레이트의 표면에 걸쳐 엇갈린 구성으로 균일하게 분포된다. 여기서 다시, 이러한 엇갈린 구성은 프리헤더 (ZH) 의 플레이트들 (20) 의 전체 표면에 걸쳐 동일하게 유지되는 삼각형 패턴으로 되어 있다. 삼각형 패턴의 분포는 스터드들 (24) 에 의한 프리헤더의 체적의 더 양호한 충전을 가능하게 하고, 압력을 견디는 교환기 모듈의 능력을 보장하기 위해 선호된다.
솔리드 실린더형 스터드들 (24) 에 의해 한정된 채널들 (23) 은 프리헤더와 연속하는 열 교환 구역 (ZE) 의 채널들 (25) 상으로 개방된다. 도시된 바와 같이, 교환 구역의 채널들 (25) 은, 리브 (26) 에 의해 서로 분리되고 종축 (X) 을 따라 연장되는 홈 (25) 에 의해 각각 한정된다. 바람직하게는, 도시된 바와 같이, 이들은 직선형이고, 상호 평행하며, 모듈 (1) 의 종축 (X) 에 평행하게 연장된다.
스터드들 (24) 은 이들이 플레이트 (20) 에 대해 직접 지탱하게 되는 높이를 가질 수 있다. 도 4c 에 도시된 바와 같이, 높이가 채널 (23) 의 높이의 일부를 나타내고 일단 플레이트들이 서로 조립되고 나면 채널의 전체 높이를 규정하는 실린더형 스터드들 (24) 을 갖는 2 개의 인접한 플레이트들 (20) 을 구상하는 것도 가능하다. 이는 리브 (26) 에도 적용된다. 스터드들 (24) 의 배치는 압력을 견디는 플레이트 (20) 의 능력을 보장한다.
원형 단면의 2 개의 구멍들 (28, 29) 은 각각 프리헤더들 중 하나에서 플레이트 (20) 를 통해 개방된다. 이 개방 단부 구멍들 (28, 29) 은 다른 N2 회로의 각각의 입구 및 출구 순환 헤더의 튜브의 일부를 형성한다.
사다리꼴 형상의 스터드들 (27) 은 각각의 구멍 (28, 29) 주위에 균일하게 분포되어, 균일한 치수의 입구 (200) 또는 출구 (201) 채널들을 한정하며, 따라서 각각의 구멍 (28, 29) 을 각각의 입구 및 출구 프리헤더 (ZH) 중 하나에 연결한다.
이러한 플레이트 (10) 에 의해, 도 4b 에 부분적으로 도시된 바와 같이, 질소는 플레이트들 (10, 20) 의 스택을 통과하는 입구 튜브형 헤더 (21) 로부터 공급되어 입구 채널들 (200) 내로 분배되고, 이어서 스터드들 (24) 에 의해 한정된 채널들 (23) 내로 분배된다. 질소는 열 교환 구역 (ZE) 의 채널들 (25) 에 도달하도록 입구 프리헤더의 스터드들 (24) 주위에서 순환하고, 이어서 출구 프리헤더의 스터드들 (24) 주위에서 채널들 (23) 내에서 순환하여 출구 채널들 (201) 에 의해 제거되고 출구 헤더 (22) 에 의해 회수된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 스터드들 (14, 24) 은 열 교환 구역 (ZE) 의 채널들 (15, 25) 의 기하학적 구조와 무관하게 각각의 유체, 즉 액체 나트륨 및 질소 각각의 균질한 분포를 보장하고, 낮은 열 관성을 가지며 추가된 압력 강하를 최소화하면서 이 모든 것을 행한다. 또한, 이미 언급된 바와 같이, 스터드들 (14, 24) 은 압력을 견디는 능력을 보장하도록 치수 결정된다. 전형적으로, 스터드들 (24) 은 180 bar 정도의 질소 압력을 견디는 능력을 보장하도록 치수 결정된다.
도 4a 내지 도 6a 에 도시된 모듈의 대안예에서, 두 (Na, N2) 유체 회로들의 플레이트들 (10, 20) 의 스터드들 (14, 24) 은 정렬되며, 즉 스터드 (14) 의 회전축이 스터드 (24) 의 회전축과 정렬된다. 각각의 플레이트 (10 또는 20) 에 대해, 하나의 동일한 플레이트의 스터드들 (14 또는 24) 의 배치는 열 교환 구역 (ZE) 의 채널 (17, 25) 을 향하는 스터드 (14, 24) 를 갖도록 엇갈린 구성으로 되어 있다.
오프셋, 즉, 플레이트들의 표면에 걸친 스터드들의 측방향 오프셋을 구상하는 것도 또한 가능하다. 이러한 오프셋은 개방 단부 구멍들로 천공된 스터드들을 생성할 수 있게 한다. 이러한 오프셋은 이전의 대안예로 도시된 바와 같이 삼각형 패턴의 분포로부터 직사각형 또는 정사각형 패턴의 분포로의 변화를 수반한다.
하나의 동일한 표면에 걸쳐, 삼각형 패턴으로 분포될 때보다 직사각형 또는 정사각형 패턴으로 분포되는 때 더 적은 스터드가 존재한다. 결과적으로, 이는 압력을 견디는 능력을 손상시키지만, 스터드들을 유지하기 위한 공간을 남긴다.
모듈 (1') 의 이러한 대안적인 실시형태가 도 7a 내지 도 9a 에 도시되어 있으며, 여기서 플레이트들 (10', 20') 의 스터드들 (14', 24') 은 각각 구멍 형성되어, 하나의 동일한 유체 (Na 또는 N2) 회로의 플레이트들 (10 또는 10) 사이에서 개방된다.
따라서, 도 7c 에 도시된 바와 같이, 구멍 스터드들 (14', 24') 은 프리헤더 (ZH) 의 영역에서 하나의 동일한 (Na 또는 N2) 회로의 플레이트들 (10, 20) 사이에 연통을 생성하면서, 동시에 다른 (각각 N2 또는 Na) 회로와 유체 기밀성을 유지한다.
개방 단부 구멍 스터드들 (14', 24') 을 갖는 이러한 대안예는 유체 압력이 플레이트들 (10', 20') 사이에서 동등하게 될 수 있게 한다.
도 10 은 피치 간격 (P1) 에 의해 규정되는 정삼각형 패턴의 Na 회로의 플레이트 (10) 의 스터드들 (14) 의 대안적인 엇갈린 구성을 상세히 도시한다.
도 11 은 스터드들 (14) 이 피치 간격 (P2) 에 의해 규정된 정사각형 패턴으로 분포되는 다른 대안적인 분포를 도시한다.
이 대안들 중 하나 또는 다른 것이 다른 회로의 플레이트들 (20) 의 스터드들 (24) 에 대해 구현될 수 있다.
도 2, 3, 4a, 4b, 7a, 7b 에서, 각각의 입구 및 출구 헤더 (11, 12) 의 튜브는, 플레이트들의 스택의 외부에서, 종축 (X) 을 따라 배치된다.
헤더 튜브들의 다른 배치도 또한 구상될 수 있다.
따라서, 변형 배치가 도 12a 및 12b 에 도시되어 있고, 이에 의해 축 (X) 에 직교하게 배치되어서 질소 회로 입구 및 출구 헤더 (21, 22) 에 평행하게 배치된 2 개의 튜브 (11, 12) 가 구상된다. 도 12a, 도 12b 에 도시된 바와 같이, 이러한 배치는 여전히 플레이트들 (10) 이 교환기 모듈 (1) 의 종축을 따라 액체 나트륨을 공급받을 수 있게 한다.
이미 명시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스터드 (14, 24) 를 갖는 프리헤더를 생성하는 것은, 유체 중 하나를 위한 입구 및 출구 헤더 (21, 22) 가 모듈 (1) 의 하나의 동일한 종방향 면 상에 배치될 수 있게 한다.
이러한 배치는 유리하게는 여러 모듈들의 상대적 배치를 용이하게 하고 이들을 연결하는 파이핑의 길이를 최소화한다.
이러한 교환 모듈들의 배치의 일례가 도 13 에 도시되어 있으며, 이는 나란히 배치되고 질소 회로 입구 및 출구 헤더의 튜브들 (21, 22) 에 의해 서로 직접 연결되는 3 개의 교환기 모듈 (1.1, 1.2, 1.3) 을 묘사하며, 이 튜브들은 직선형이다.
본 발명자들은 SFR 원자로와 관련하여 나트륨 (Na) 과 가스 (N2) 사이의 열 교환에 사용하기 위해 본 발명에 따른 교환기 모듈 (1, 1') 을 이미 기계적으로 예비치수화하였다.
Na 및 N2 회로들에서의 온도 및 압력은 하기 표 1 에 요약되어 있다.
Na 순환 플레이트 (10) N2 순환 플레이트 (20)
T 입구 (℃) 530 290
T 출구 (℃) 345 515
압력 (bar) 5 180
예비치수화는 채널들 (13, 23) 의 삼각형 피치 간격의 범위, 즉 스터드들 (14, 24) 사이의 6 내지 12 mm 간격 및 실린더형 스터드들 (14, 24) 의 4 내지 8 mm 의 직경으로 수행되었다.
이와 같이 획득된 이러한 기계적 예비치수화로, 본 발명자들은 본 발명에 따른 교환기 모듈 (1) 이 압력을 견디는 양호한 능력을 갖는다고 결론을 내렸다.
더욱이, 행해진 유체 동역학 연구는 CFD (computational fluid dynamics) 의 반복적인 프로세스를 통해 가능하고, 행해진 CAD (computer aided design) 는 유체의 이상분포 (maldistribution), 즉 모든 채널 (13, 23, 15, 25) 에 걸쳐 5% 미만인 하나의 동일한 유체에 대한 교환 채널들 사이의 유량의 표준 편차를 갖는 교환 모듈 (1) 의 설계에 수렴하도록 가능하다.
도 14 및 도 15 는 각각 9 개의 N2 순환 플레이트들 (20) 및 10 개의 Na 순환 플레이트들 (10) 의 스택들에 대한 스터드들을 갖는 프리헤더들에서의 유동을 도시한다. 이러한 프리헤더들을 갖는 모듈들 (1) 은 각각 4.0% (N2) 및 4.7% (Na) 의 이상분포를 나타낸다.
본 발명의 범위를 벗어남이 없이 추가의 변형예 및 개선예를 구상할 수 있다.
스터드 기하학적 구조 및 직사각형, 정사각형 또는 삼각형 패턴의 피치 간격과 그 분포의 주기성은 사이징, 압력을 견디는 기계적 능력, 압력 강하, 및 채널 내의 유체 유동 분포의 일반적인 규칙을 따름으로써 적용에 따라 결정될 필요가 있다.
도시된 모든 예에서, 모든 플레이트 (10, 20) 는 스터드 (14, 24) 를 갖는 프리헤더를 사용하여 제조되지만, 단일 유체 회로의 것에 대해서만 이러한 접근법을 사용하는 것이 가능하며, 다른 것은 종래의 프리헤더를 포함하는 것이 가능하다.
실린더형 스터드 (14, 24) 이외의 형상을 구상할 수 있다. 예를 들어, 타원형, 눈물방울 등의 기하학적 구조를 구상할 수 있다.
2 개의 대안예, 즉, 솔리드 스터드를 갖는 하나의 회로의 플레이트 (예컨대, 도면 부호 10) 와 개방 단부 구멍구비 스터드를 갖는 다른 회로의 플레이트 (예컨대, 도면 부호 20) 의 조합을 구상하는 것이 가능하다.
또한, 도시된 예들에서, 열 교환 구역 (ZE) 의 채널들은 직선형 채널들이지만, 본 발명에 따른 프리헤더는 이러한 특정 기하학적 구조에 독립적이며, 따라서 열 교환 채널 (ZE) 에 대한 다른 기하학적 구조, 예컨대 곡선형, 지그재그형, 이중 지그재그형 등의 형상의 채널을 구상할 수 있다. 또한, 채택된 기하학적 구조에 관계없이, 궁극적으로 교환 채널의 깊이가 본 발명에 따른 프리헤더의 스터드의 높이를 결정한다.
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Claims (21)

  1. 적어도 2 개의 유체 회로들을 규정하는 플레이트들 (10, 20; 10', 20') 의 스택을 포함하는 종축 (X) 의, 적어도 2 개의 유체 회로들을 구비하는 열교환기 모듈 (1, 1') 로서, 상기 플레이트들의 적어도 일부는 각각 유체 순환 채널들을 포함하고, 상기 2 개의 유체 회로들 중 적어도 하나 (제 1 회로로 지칭됨) 의 채널들은,
    - 유체 프리헤더를 형성하는, 상기 스택의 외부로부터 유체를 공급 및 분배하기 위한 적어도 하나의 유체 공급 및 분배 구역 (ZH) 으로서, 이 구역에서, 채널들 (13) 은 상기 플레이트의 표면에 걸쳐 분포된 스터드들 (14, 14') 에 의해 한정되는, 상기 적어도 하나의 유체 공급 및 분배 구역 (ZH).
    - 상기 프리헤더와 연속적인 교환 구역 (ZE) 으로서, 리브 (16) 에 의해 서로 분리되고 상기 종축 (X) 을 따라 연장되는 홈 (15) 에 의해 상기 채널들이 각각 한정되는, 상기 교환 구역 (ZE) 을 구비하고,
    상기 2 개의 유체 회로들 중 다른 하나 (제 2 회로로 지칭됨) 의 채널들은,
    - 유체 프리헤더를 형성하는, 상기 스택의 외부로부터 유체를 공급 및 분배하기 위한 적어도 하나의 유체 공급 및 분배 구역 (ZH) 으로서, 이 구역에서, 채널들 (23) 은 상기 플레이트의 표면에 걸쳐 분포된 스터드들 (24, 24') 에 의해 한정되는, 상기 적어도 하나의 유체 공급 및 분배 구역 (ZH),
    - 상기 프리헤더와 연속적인 교환 구역 (ZE) 으로서, 리브 (26) 에 의해 서로 분리되고 상기 종축 (X) 을 따라 연장되는 홈 (25) 에 의해 상기 채널들이 각각 한정되는, 상기 교환 구역 (ZE) 을 구비하는, 열교환기 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기 모듈은 상기 스택의 종방향 단부들 중 하나에 각각 배치된 2 개의 제 1 회로 프리헤더들을 포함하고, 이 2 개의 프리헤더들 중 하나는 유체 입구 프리헤더를 형성하고, 다른 하나는 유체 출구 프리헤더를 형성하는, 열교환기 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기 모듈은 상기 스택의 종방향 단부들 중 하나에 각각 배치된 2 개의 제 2 회로 프리헤더들을 포함하고, 이 2 개의 프리헤더들 중 하나는 유체 입구 프리헤더를 형성하고, 다른 하나는 유체 출구 프리헤더를 형성하는, 열교환기 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 회로 및/또는 제 2 회로의 스터드들 (14, 24) 은 솔리드인, 열교환기 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 회로 및/또는 제 2 회로의 스터드들 (14', 24') 은 상기 제 1 회로 또는 상기 제 2 회로의 공급 및 분배 구역의 플레이트들의 채널들 사이의 연통을 허용하지만 상기 제 2 회로 또는 제 1 회로 각각의 플레이트들의 채널들로는 허용하지 않도록 유지되고 개방 단부인, 열교환기 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기 모듈은, 상기 스택의 종방향 단부들 중 적어도 하나에, 상기 스택의 측방향 베이스 플레이트 상으로 개방되는 유체 헤더 (11, 12) 를 포함하고, 이 베이스 플레이트 상으로 상기 제 1 회로 프리헤더의 채널들은 개방되지만 상기 제 2 회로 프리헤더의 채널들은 개방되지 않는, 열교환기 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 종방향 단부들 중 적어도 하나에, 제 1 회로 입구 헤더 (11) 를 형성하는 유체 헤더를 포함하고, 상기 종방향 단부들 중 다른 하나에, 제 1 회로 출구 헤더 (12) 를 형성하는 유체 헤더를 포함하는, 열교환기 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 스택의 하나의 측방향 측면에, 상기 종축 (X) 에 대해 횡방향으로 상기 스택을 통과하고 상기 제 2 회로의 프리헤더의 제 2 채널들 상으로 개방되지만 상기 제 1 회로의 채널들 상으로는 개방되지 않는 유체 헤더 (21, 22) 를 포함하는, 열교환기 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    적어도 상기 스택의 하나의 동일한 측방향 측면에, 제 2 회로 입구 헤더 (21) 를 형성하는 유체 헤더 및 제 2 회로 출구 헤더 (22) 를 형성하는 유체 헤더를 포함하는, 열교환기 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스터드들은 삼각형 패턴으로 프리헤더의 플레이트의 표면에 걸쳐 엇갈린 (staggered) 구성으로 균일하게 분포되는, 열교환기 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 스터드들은 직사각형 또는 정사각형 패턴으로 프리헤더의 플레이트의 표면에 걸쳐 균일하게 분포되는, 열교환기 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 스터드들은 실린더형 전체 형상인, 열교환기 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 회로 및 상기 제 2 회로의 교환 구역의 채널들 (15, 25) 은 직선형이고, 상호 평행하며, 상기 종축 (X) 에 평행하게 연장되는, 열교환기 모듈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 스택은 금속 플레이트들 사이에 확산 용접을 획득하기 위해 HIP (hot isostatic pressing) 또는 UHP (uniaxial hot pressing) 에 의해 또는 브레이징에 의해 서로 조립되는 금속 플레이트들로 구성되거나, 또는 적층가공을 이용하여 생산되는, 열교환기 모듈.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 회로의 플레이트는 적어도 상기 스택의 중앙부에서 상기 제 2 회로의 2 개의 플레이트들 사이에 개재되는, 열교환기 모듈.
  16. 제 1 항에 따른 복수의 열교환기 모듈 (1.1, 1.2, 1.3) 을 포함하는 열교환기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    제 7 항에 따른 모듈들이 나란히 배치되고, 제 2 회로 입구 및 출구 헤더들이 상기 모듈들을 통과하여 측방향으로 연결하는, 열교환기.
  18. 제 16 항에 있어서,
    제 1 회로의 유체는 1차 유체로서 액체 금속이고, 제 2 회로의 유체는 2차 유체로서 가스 또는 가스 혼합물인, 열교환기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 회로의 유체는 주로 질소를 함유하고, 상기 제 1 회로의 유체는 액체 나트륨인, 열교환기.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2 회로의 유체는 원자로로부터 나오는, 열교환기.
  21. 액체 금속 고속 중성자 원자로 및 제 1 항에 따른 복수의 교환기 모듈을 포함하는 열교환기를 포함하는 핵 시설.
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