KR20220161740A - 일체형금속열교환기 및 이를 구비하는 원전 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일체형금속열교환기 및 이를 구비하는 원전에 관한 것으로써, 경수형 원전의 붕괴열 제거계통에서 중간열침원을 일체형금속열교환기로 사용함으로써 구성의 간소화함에 따른 경제적인 이익을 달성하고, 붕괴열의 열전달을 안정적으로 수행함으로써 원전의 안전성을 높일 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 일체형금속열교환기 및 이를 구비하는 원전에 관한 것이다.
원자로는 주요기기의 설치위치에 따라 주요기기(증기발생기, 가압기, 펌프 임펠러 등)가 원자로용기 외부에 설치되는 분리형원자로(예, 상용 원자로: 국내)와 주요기기가 원자로용기 내부에 설치되는 일체형원자로(예, SMART 원자로: 국내)로 나뉜다.
또한 원자로는 안전계통의 구현 방식에 따라 능동형원자로와 피동형원자로로 나뉜다. 능동형원자로는 안전계통을 구동하기 위해 비상발전기 등의 전력에 의해 작동하는 펌프와 같은 능동 기기를 사용하는 원자로이며, 피동형원자로는 안전계통을 구동하기 위해 중력 또는 가스압력 등의 피동력에 의해 작동하는 피동 기기를 사용하는 원자로이다.
피동형원자로에서 피동안전계통(passive safety system)은 사고가 발생하는 경우 규제요건에서 요구하는 시간 (72시간) 이상 동안 운전원 조치나 비상 디젤 발전기와 같은 안전등급의 교류(AC) 전원이 없이 계통에 내장되어 있는 자연력만으로도 원자로를 안전하게 유지하고, 72시간 이후는 안전계통이 운전원 조치나 비안전계통의 도움을 받아도 되는 계통이다.
원전사고에 대비하여 원자력 발전소의 설계에는 피동형 안전개념의 피동형안전계통이 적극적으로 검토되고 도입이 되고 있다. 이러한 피동형 안전개념이 적용된 SMART원전에 적용된 것으로 피동형잔열제거계통(PRHRS: Passive Residual Heat Removal System)이 있으며, 이는 격납건물 내부에 설치되어 원전사고 시 원자로로부터 붕괴열을 제거하는 수단으로 사용된다.
이런 계통에 사용되는 열전달 장치는 통상적인 열교환기를 사용하는데 피동형잔열제거계통에는 수조에 튜브번들이 잠긴 형태의 수조형 열교환기를 사용한다.
이런 방식의 열교환기는 냉각재로 사용하는 물이 고갈되면 더 이상 기능을 발휘하지 못하기 때문에 기능회복을 위해서는 별도의 설계가 고려되어야 하는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해 피동형잔열제거계통과 바다나 대기와 같은 최종 열침원(Heat Sink)을 연결한다.
이와 같이, SMART 원전에서의 피동형잔열제거계통은 원자로에서 발생한 붕괴열을 최종열침원에 전달하기 위한 중간열침원의 역할을 감당한다.
원자로의 안전성을 확보하기 위해서는 중간 열침원도 지속적으로 작동하는 개념 유지될 필요가 있으며 실제 원자로의 격납건물에는 이를 지원하기 위한 별도의 보완계통이 필요하게 되는 것이다.
이와 같이 원자력 발전소에는 중간 열침원과 최종 열침원 사이에 격납건물이라는 물리적인 방호벽이 존재함으로 인하여 최종 열침원으로의 열전달에는 추가적인 연결계통이 도입되어야 하는 것이다.
하지만 이러한 중간 열침원에서 최종 열침원으로 열을 전달하기 위해 구비하는 추가적이 연결계통은 열전달 효율을 낮출뿐만 아니라, 원전 사고에 의해 추가적인 연결계통의 운행이 중단되어 원전 내부 열원의 열을 외부로 배출하지 못하는 상황이 발생하면 매우 큰 피해를 발생시킬 수도 있다.
따라서, 원자력 발전소의 중간 열침원과 최종 열침원 사이의 열전달 과정을 간소화하여 열전달 효율을 높이면서도 안정적인 동작으로 안전성에도 문제가 되지 않는 단순한 열전달 계통의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 경수형 원전의 붕괴열 전달경로에서 별도의 연결계통이 필요없는 중간열침원 역할을 수행하는 일체형금속열교환기 및 이를 구비하는 원전을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 제 1 유체가 흐르는 제 1 유로부; 제 2 유체가 흐르는 제 2 유로부; 및 상기 제 1 유로부와 상기 제 2 유로부를 구비하여, 내부에서 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체가 열교환하는 금속용기부; 를 포함하는 일체형금속열교환기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 금속용기부는, 내부에 열전달수단으로 채워진, 일체형금속열교환기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 1 유로부 및 제 2 유로부는, 상기 금속용기부 내부에서 상기 열전달수단을 가로지르도록 구비되는, 일체형금속열교환기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 열전달수단을 매개로 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체는 열교환하는, 일체형금속열교환기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 열전달수단은, 금속볼인, 일체형금속열교환기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 열전달수단은, 액체금속인, 일체형금속열교환기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 금속볼은, 구리볼인, 일체형금속열교환기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 열전달수단은, 상기 금속용기부 내부에서 서로 압착하여 채워진 일체형금속열교환기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 1 유로부 및 상기 제 2 유로부는 상기 금속용기부 내부에서 구부러진 경로를 형성하는, 일체형금속열교환기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 1 유로부 및 상기 제 2 유로부는 상기 금속용기부 내부에서 일정한 간극을 형성하는, 일체형금속열교환기가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 격납건물 내부에 열원을 포함하고, 상기 격납건물 외부에 최종열침원을 형성하는 원전에 있어서, 상기 열원에 의해 가열되어 순환하는 제 1 유체; 상기 최종열침원에 의해 냉각되어 순환하는 제 2 유체; 및 상기 격납건물 내부에 구비되어, 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체가 내부에서 열교환하는 일체형금속열교환기; 를 포함하는 원전이 제공될 수 있다.
또한, 상기 일체형금속열교환기는, 금속용기부; 상기 금속용기부 내부에 배치되어 상기 제 1 유체가 흐르는 제 1 유로부; 및 상기 금속용기부 내부에 배치되어 상기 제 2 유체가 흐르는 제 2 유로부; 를 포함하는, 원전이 제공될 수 있다.
또한, 상기 금속용기부는, 내부에 열전달수단으로 채워진, 원전이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 1 유로부 및 제 2 유로부는, 상기 금속용기부 내부에서 상기 열전달수단을 가로지르도록 구비되는, 원전이 제공될 수 있다.
또한, 상기 열전달수단을 매개로 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체는 열교환하는, 원전이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 일체형금속열교환기 및 이를 구비하는 원전은 경수형 원전의 붕괴열 제거계통에서 중간열침원을 일체형금속열교환기로 사용함으로써 붕괴열의 열전달을 안정적으로 수행함으로써 원전의 안전성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 중간열침원과 최종열침원을 연결하는 연결계통을 제거함으로써 구성의 간소화를 달성할 수 있어 경제적인 이익도 달성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형금속열교환기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형금속열교환기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일체형금속열교환기를 포함하는 원전을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형금속열교환기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일체형금속열교환기를 포함하는 원전을 나타낸 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현할 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략한다.
본 발명의 설명에서, 달리 명시되지 않는 한, "상", "하" 등의 용어로 표시된 방향 또는 위치 관계는 도면에 표시된 방향 또는 위치 관계를 기반으로 하며, 본 출원의 설명을 용이하게 하고 설명을 간소화하기 위한 것일 뿐 표시되는 장치 또는 요소가 반드시 특정 방향을 갖고 특정 방향으로 구성 및 동작되는 것을 의미하거나 암시하는 것이 아니다. 따라서, 본 출원에 대한 한정으로 이해해서는 안된다.
달리 명확하게 규정되고 한정되지 않는 한, "연결"이라는 용어는 넓은 의미로 이해되어야 하며, 예를 들어 고정적으로 연결될수 있고, 탈부착 가능하게 연결 또는 일체로 연결될 수 있으며; 직접적으로 연결 또는 중간매개를 통해 간접적으로 연결될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 구체적인 상황에 따라 발명에서 상기 용어의 구체적인 의미를 이해할 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참고로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형금속열교환기의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형금속열교환기의 구성을 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일체형금속열교환기를 포함하는 원전을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일체형금속열교환기는, 제 1 유체(121)가 흐르는 제 1 유로부(120); 제 2 유체(131)가 흐르는 제 2 유로부(130); 및 상기 제 1 유로부(120)와 상기 제 2 유로부(130)를 구비하여, 내부에서 상기 제 1 유체(121)와 상기 제 2 유체(131)가 열교환하는 금속용기부(110); 를 포함한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형금속열교환기(100)는 원전(10) 내부의 열원(12)(reactor)에서 발생한 열을 외부로 배출하여 원전의 안전성을 높이기 위한 것으로써, 열원(12)의 열을 외부의 바다와 같은 최종열침원(20)으로 바로 배출한다.
도 1을 참조하면, 일체형금속열교환기(100)는 금속용기부(110)의 내부에 제 1 유로부(120) 및 제 2 유로부(130)를 구비한다.
제 1 유로부(120)에는 제 1 유체(121)가 흐르는데, 제 1 유로부(120)는 제 1 유체(121)가 순환하도록 열원(12)과 연결된다. 제 1 유로부(120)는 금속용기부(110)에 내장된 상태에서 일단과 타단이 열원(12)과 연결되어 제 1 유체(121)가 열원(12)에서 금속용기부(110) 내부를 지나 다시 열원(12)으로 순환하도록 구성된다.
제 2 유로부(130)에는 제 2 유체(131)가 흐르는데, 제 2 유로부(130)는 제 2 유체(131)가 순환하도록 최종열침원(20)과 연결된다. 제 2 유로부(130)는 금속용기부(110)에 내장된 상태에서 일단과 타단이 최종열침원(20)과 연결되어 제 2 유체(131)가 최종열침원(20)에서 금속용기부(110) 내부를 지나 다시 열원(12)으로 순환하도록 구성된다.
제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)는 금속용기부(110) 내부에서 열교환을 하는데, 제 1 유로부(120)를 흐르는 제 1 유체(121)에서 제 2 유로부(130)를 흐르는 제 2 유체(131)로 열을 교환한다. 즉, 제 1 유로부(120)의 고온의 제 1 유체(121)는 제 제 2 유로부(130)의 저온의 제 2 유체(131)와 열교환을 하는 것이다.
열원(12)에서 증기 상태의 제 1 유체(121)는 제 1 유로부(120)를 통해 금속용기부(110)로 들어간다. 이때, 차가운 액체 상태의 제 2 유체(131)는 제 2 유로부(130)를 통해 금속용기부(110)로 들어온다. 그리고, 증기 상태의 제 1 유체(121)와 차가운 액체 상태의 제 2 유체(131)가 서로 열교관을 일으켜, 증기 상태의 제 1 유체(121)는 액체 상태로 변환하여 다시 열원(12)으로 순환하고, 차가운 액체 상태의 제 2 유체(131)는 뜨거운 액체 상태로 변환하여 다시 최종열침원(20)으로 순환하다.
제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)는 다수의 관으로 이루어진 튜브 번들로 구성할 수 있으며, 용이한 열교환을 위해서 금속용기부(110) 내부에서 서로 인접하도록 배치될 수 있다.
상기 금속용기부(110)는, 내부에 열전달수단(111)으로 채워진다.
금속용기부(110)는 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)에서 열교환이 용이하게 이루어질 수 있도록 내부가 열전달수단(111)으로 가득 채워질 수 있다.
열전달수단(111)은 제 1 유로부(120)에서 흐르는 제 1 유체(121)에서 제 2 유로부(130)로 흐르는 제 2 유체(131)로 열을 전달하는 매개체 역할을 하는 것으로써, 열전달수단(111)은 일반적인 물과 같은 냉각제와 비교하여 열전달 효율을 높여줄 뿐만 아니라 소모에 따른 교체가 필요없다.
상기 제 1 유로부(120) 및 제 2 유로부(130)는, 상기 금속용기부(110) 내부에서 상기 열전달수단(111)을 가로지르도록 구비되어, 상기 열전달수단(111)을 매개로 상기 제 1 유체(121)와 상기 제 2 유체(131)는 열교환한다.
제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)는 열전달수단(111)으로 채워진 금속용기부(110)의 내부에 구비되는데, 열전달수단(111) 사이를 가로지르도록 구비된다. 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)의 사이에는 열전달수단(111)으로 채워지는 것이다.
제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)의 사이에 채워진 열전달수단(111)을 매개로 하여 제 1 유체(121)와 제 2 유체(131)는 열교환한다. 고온의 제 1 유체(121)에서 저온의 제 2 유체(131)로 열전달수단(111)을 매개로 하여 열교환이 이루어진다.
열전달수단(111)은 열전달률이 높은 금속볼로 형성할 수 있으며, 금속볼은 구리볼로 형성할 수 있다.
또한, 열전달수단(111)은 액체금속을 사용할 수 있으며, 액체금속은 소듐 또는 납으로 형성할 수 있다.
이러한 열전달수단(111)은 상기에서 언급한 구리볼이나 소듐 또는 납으로 한정되는 것은 아니며, 열전도계수가 큰 재료로 구성하는 것이 바람직할 것이다. 열전달수단(111)의 열전도계수가 클수록 고온의 제 1 유체(121)에서 저온의 제 2 유체(131)로의 열교환이 높은 효율로 이루어질 수 있다.
금속용기부(110)의 내부를 열전달수단(111)으로 채우는 경우, 열전달수단(111)들 사이사이에 빈 공간인 기공이 형성될 수 있다. 이러한 기공은 열전달률을 떨어뜨릴 수 있다.
상기 열전달수단(111)은, 상기 금속용기부(110) 내부에서 서로 압착하여 채워질 수 있다.
열전달수단(111)들 사이의 기공을 최대한 줄일 수 있도록 열전달수단(111)을 압착하여 금속용기부(110)의 내부를 채우는 경우, 제 1 유로부(120)와 열전달수단(111) 및 제 2 유로부(130)와 열전달수단(111)이 밀착하게 되고, 열전달수단(111)들도 서로 밀착하게 되어 열전달 효율이 매우 높아질 수 있다.
이를 통해 제 1 유로부(120)의 고온측 에너지를 제 2 유로부(130)의 저온측으로 원활하게 전달할 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형금속열교환기이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형금속열교환기(100)는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형금속열교환기(100)와 구성에 있어서는 동일하다. 차이점으로는, 상기 제 1 유로부(120) 및 상기 제 2 유로부(130)가 상기 금속용기부(110) 내부에서 구부러진 경로를 형성할 수 있다.
즉, 도 2에 도시한 것처럼, 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)가 서로 지그제그의 경로를 가지도록 형성될 수도 있고, 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)가 나선형태의 경로를 가지도록 형성될 수 있다.
이는, 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)의 경로를 길게 형성함으로써, 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)가 금속용기부(110)의 내부에서 직선형태로 구성되는 것보다 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)를 흐르는 제 1 유체(121)와 제 2 유체(131)가 금속용기부(110)의 내부에 좀 더 오래 머물도록 함으로써 열전달효율을 더 높일 수 있다.
또한, 상기 제 1 유로부(120) 및 상기 제 2 유로부(130)는 상기 금속용기부(110) 내부에서 일정한 간극(gap)을 형성할 수 있다.
제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)는 열전달수단(111)을 사이에 두고 일정한 간극을 형성하면서 금속용기부(110)의 내부에 배치될 수 있다. 이는 열전달효율이 높아 열저항을 최소화할 수 있는 열전달수단(111)에 의해 제 1 유로부(120)의 제 1 유체(121)에서 제 2 유로부(130)의 제 2 유체(131)로 열교환이 효과적으로 일어날 수 있도록 하는 것이다.
제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)가 서로 일정한 간극을 유지하도록 구성됨으로써, 제 1 유로부(120) 및 제 2 유로부(130) 전체에 결쳐 열교환이 균일하게 일어나도록 할 수 있다.
이는 제 1 유로부(120) 및 제 2 유로부(130)의 배치가 직선형태의 경로를 가지거나 나선형태의 경로를 가질때에도 동일하게 적용할 있다.
도 3에 도시한 것처럼, 본 발명의 실시예들에 따른 일체형금속열교환기(100)를 구비한 원전(10)은 원전(10) 내부의 열원(12)에서 발생하는 붕괴열을 외부로 효과적으로 배출할 수 있다.
격납건물(11) 내부에 열원(12)을 포함하고, 상기 격납건물(11) 외부에 최종열침원(20)을 형성하는 원전(10)에 있어서, 상기 열원(12)에 의해 가열되어 순환하는 제 1 유체(121); 상기 최종열침원(20)에 의해 냉각되어 순환하는 제 2 유체(131); 및 상기 격납건물(11) 내부에 구비되어, 상기 제 1 유체(121)와 상기 제 2 유체(131)가 내부에서 열교환하는 일체형금속열교환기(100); 를 포함한다.
열원(12)에서 발생한 붕괴열은 증기의 형태로 제 1 유로부(120)를 통해 중간열침원 역할을 수행하는 일체형금속열교환기(100)로 들어간 후 다시 열원(12)으로 되돌아가 순환한다.
일체형금속열교환기(100)는 제 2 유로부(130)를 통해 격납건물(11)의 외부의 최종열침원(20)과 연결되어 있으며, 최종열침원(20)의 냉각제는 제 2 유로부(130)를 통해 일체형금속열교환기(100)와 최종열침원(20) 사이를 순환한다.
상기 일체형금속열교환기(100)는, 금속용기부(110); 상기 금속용기부(110) 내부에 배치되어 상기 제 1 유체(121)가 흐르는 제 1 유로부(120); 및 상기 금속용기부(110) 내부에 배치되어 상기 제 2 유체(131)가 흐르는 제 2 유로부(130); 를 포함한다.
제 1 유로부(120) 및 제 2 유로부(130)의 내부를 흐르는 유체는 일체형금속열교환기(100)에서 열교환을 일으켜 열원의 고온의 에너지를 외부로 배출할 수 있는 것이다.
원전(10)에 구비된 일체형금속열교환기(100)는 금속용기부(110)의 내부에 제 1 유로부(120) 및 제 2 유로부(130)를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일체형금속열교환기(100)는, 제 1 유로부(120)에는 제 1 유체(121)가 흐르는데, 제 1 유로부(120)는 제 1 유체(121)가 순환하도록 열원(12)과 연결된다. 제 1 유로부(120)는 금속용기부(110)에 내장된 상태에서 일단과 타단이 열원(12)과 연결되어 제 1 유체(121)가 열원(12)에서 금속용기부(110) 내부를 지나 다시 열원(12)으로 순환하도록 구성된다.
제 2 유로부(130)에는 제 2 유체(131)가 흐르는데, 제 2 유로부(130)는 제 2 유체(131)가 순환하도록 최종열침원(20)과 연결된다. 제 2 유로부(130)는 금속용기부(110)에 내장된 상태에서 일단과 타단이 최종열침원(20)과 연결되어 제 2 유체(131)가 최종열침원(20)에서 금속용기부(110) 내부를 지나 다시 열원(12)으로 순환하도록 구성된다.
제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)는 금속용기부(110) 내부에서 열교환을 하는데, 제 1 유로부(120)를 흐르는 제 1 유체(121)에서 제 2 유로부(130)를 흐르는 제 2 유체(131)로 열을 교환한다. 즉, 제 1 유로부(120)의 고온의 제 1 유체(121)는 제 제 2 유로부(130)의 저온의 제 2 유체(131)와 열교환을 하는 것이다.
열원(12)에서 증기 상태의 제 1 유체(121)는 제 1 유로부(120)를 통해 금속용기부(110)로 들어간다. 이때, 차가운 액체 상태의 제 2 유체(131)는 제 2 유로부(130)를 통해 금속용기부(110)로 들어온다. 그리고, 증기 상태의 제 1 유체(121)와 차가운 액체 상태의 제 2 유체(131)가 서로 열교관을 일으켜, 증기 상태의 제 1 유체(121)는 액체 상태로 변환하여 다시 열원(12)으로 순환하고, 차가운 액체 상태의 제 2 유체(131)는 뜨거운 액체 상태로 변환하여 다시 최종열침원(20)으로 순환하다.
제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)는 다수의 관으로 이루어진 튜브 번들로 구성할 수 있으며, 용이한 열교환을 위해서 금속용기부(110) 내부에서 서로 인접하도록 배치될 수 있다.
상기 금속용기부(110)는, 내부에 열전달수단(111)으로 채워진다.
금속용기부(110)는 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)에서 열교환이 용이하게 이루어질 수 있도록 내부가 열전달수단(111)으로 가득 채워질 수 있다.
열전달수단(111)은 제 1 유로부(120)에서 흐르는 제 1 유체(121)에서 제 2 유로부(130)로 흐르는 제 2 유체(131)로 열을 전달하는 매개체 역할을 하는 것으로써, 열전달수단(111)은 일반적인 물과 같은 냉각제와 비교하여 열전달 효율을 높여줄 뿐만 아니라 소모에 따른 교체가 필요없다.
상기 제 1 유로부(120) 및 제 2 유로부(130)는, 상기 금속용기부(110) 내부에서 상기 열전달수단(111)을 가로지르도록 구비되어, 상기 열전달수단(111)을 매개로 상기 제 1 유체(121)와 상기 제 2 유체(131)는 열교환한다.
제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)는 열전달수단(111)으로 채워진 금속용기부(110)의 내부에 구비되는데, 열전달수단(111) 사이를 가로지르도록 구비된다. 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)의 사이에는 열전달수단(111)으로 채워지는 것이다.
제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)의 사이에 채워진 열전달수단(111)을 매개로 하여 제 1 유체(121)와 제 2 유체(131)는 열교환한다. 고온의 제 1 유체(121)에서 저온의 제 2 유체(131)로 열전달수단(111)을 매개로 하여 열교환이 이루어진다.
열전달수단(111)은 열전달률이 높은 금속볼로 형성할 수 있으며, 금속볼은 구리볼로 형성할 수 있다.
또한, 열전달수단(111)은 액체금속을 사용할 수 있으며, 액체금속은 소듐 또는 납으로 형성할 수 있다.
금속용기부(110)의 내부를 열전달수단(111)으로 채우는 경우, 열전달수단(111)들 사이사이에 빈 공간인 기공이 형성될 수 있다. 이러한 기공은 열전달률을 떨어뜨릴 수 있다.
상기 열전달수단(111)은, 상기 금속용기부(110) 내부에서 서로 압착하여 채워질 수 있다.
열전달수단(111)들 사이의 기공을 최대한 줄일 수 있도록 열전달수단(111)을 압착하여 금속용기부(110)의 내부를 채우는 경우, 제 1 유로부(120)와 열전달수단(111) 및 제 2 유로부(130)와 열전달수단(111)이 밀착하게 되고, 열전달수단(111)들도 서로 밀착하게 되어 열전달 효율이 매우 높아질 수 있다.
이를 통해 제 1 유로부(120)의 고온측 에너지를 제 2 유로부(130)의 저온측으로 원활하게 전달할 수 있는 것이다.
도 2의 다른 실시예에 따른 일체형금속열교환기는, 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형금속열교환기(100)와 구성에 있어서는 동일하다. 차이점으로는, 상기 제 1 유로부(120) 및 상기 제 2 유로부(130)가 상기 금속용기부(110) 내부에서 구부러진 경로를 형성할 수 있다.
즉, 도 2에 도시한 것처럼, 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)가 서로 지그제그의 경로를 가지도록 형성될 수도 있고, 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)가 나선형태의 경로를 가지도록 형성될 수 있다.
이는, 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)의 경로를 길게 형성함으로써, 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)가 금속용기부(110)의 내부에서 직선형태로 구성되는 것보다 제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)를 흐르는 제 1 유체(121)와 제 2 유체(131)가 금속용기부(110)의 내부에 좀 더 오래 머물도록 함으로써 열전달효율을 더 높일 수 있다.
또한, 상기 제 1 유로부(120) 및 상기 제 2 유로부(130)는 상기 금속용기부(110) 내부에서 일정한 간극(gap)을 형성할 수 있다.
제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)는 열전달수단(111)을 사이에 두고 일정한 간극을 형성하면서 금속용기부(110)의 내부에 배치될 수 있다. 이는 열전달효율이 높아 열저항을 최소화할 수 있는 열전달수단(111)에 의해 제 1 유로부(120)의 제 1 유체(121)에서 제 2 유로부(130)의 제 2 유체(131)로 열교환이 효과적으로 일어날 수 있도록 하는 것이다.
제 1 유로부(120)와 제 2 유로부(130)가 서로 일정한 간극을 유지하도록 구성됨으로써, 제 1 유로부(120) 및 제 2 유로부(130) 전체에 결쳐 열교환이 균일하게 일어나도록 할 수 있다.
이는 제 1 유로부(120) 및 제 2 유로부(130)의 배치가 직선형태의 경로를 가지거나 나선형태의 경로를 가질때에도 동일하게 적용할 있다.
이렇듯 본 발명에 따른 일체형금속열교환기 및 이를 구비하는 원전은 기존의 중간열침원에서 최종열침원으로 열을 전달하기 위한 연결계통을 제거함으로써 구성을 간소화하는 것과 동시에 효율을 높이고, 열원의 붕괴열을 안정적으로 외부로 배출할 수 있는 것이다
또한, 경수형 원전의 붕괴열 제거계통에서 중간열침원을 일체형금속열교환기로 사용함으로써 붕괴열의 열전달을 안정적으로 수행함으로써 원전의 안전성을 높일 수 있으며, 중간열침원과 최종열침원을 연결하는 연결계통을 제거함으로써 구성의 간소화를 달성할 수 있어 경제적인 이익도 달성할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해하여야 한다.
10 : 원전
12 : 열원
20 : 최종열침원
100 : 일체형금속열교환기
11 : 격납건물
110 : 금속용기부
111 : 열전달수단
120 : 제 1 유로부
121 : 제 1 유체
130 : 제 2 유로부
131 : 제 2 유체
12 : 열원
20 : 최종열침원
100 : 일체형금속열교환기
11 : 격납건물
110 : 금속용기부
111 : 열전달수단
120 : 제 1 유로부
121 : 제 1 유체
130 : 제 2 유로부
131 : 제 2 유체
Claims (15)
- 제 1 유체가 흐르는 제 1 유로부;
제 2 유체가 흐르는 제 2 유로부; 및
상기 제 1 유로부와 상기 제 2 유로부를 구비하여, 내부에서 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체가 열교환하는 금속용기부; 를
포함하는 일체형금속열교환기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 금속용기부는, 내부에 열전달수단으로 채워진, 일체형금속열교환기.
- 제 2 항에 있어서,
기 제 1 유로부 및 제 2 유로부는, 상기 금속용기부 내부에서 상기 열전달수단을 가로지르도록 구비되는, 일체형금속열교환기.
- 제 3 항에 있어서,
상기 열전달수단을 매개로 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체는 열교환하는, 일체형금속열교환기.
- 제 2 항에 있어서,
상기 열전달수단은, 금속볼인, 일체형금속열교환기.
- 제 2 항에 있어서,
상기 열전달수단은, 액체금속인, 일체형금속열교환기.
- 제 5 항에 있어서,
상기 금속볼은, 구리볼인, 일체형금속열교환기.
- 제 2 항에 있어서,
상기 열전달수단은, 상기 금속용기부 내부에서 서로 압착하여 채워진 일체형금속열교환기.
- 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 유로부 및 상기 제 2 유로부는 상기 금속용기부 내부에서 구부러진 경로를 형성하는, 일체형금속열교환기.
- 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 유로부 및 상기 제 2 유로부는 상기 금속용기부 내부에서 일정한 간극을 형성하는, 일체형금속열교환기.
- 격납건물 내부에 열원을 포함하고, 상기 격납건물 외부에 최종열침원을 형성하는 원전에 있어서,
상기 열원에 의해 가열되어 순환하는 제 1 유체;
상기 최종열침원에 의해 냉각되어 순환하는 제 2 유체; 및
상기 격납건물 내부에 구비되어, 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체가 내부에서 열교환하는 일체형금속열교환기; 를
포함하는 원전.
- 제 11 항에 있어서,
상기 일체형금속열교환기는,
금속용기부;
상기 금속용기부 내부에 배치되어 상기 제 1 유체가 흐르는 제 1 유로부; 및
상기 금속용기부 내부에 배치되어 상기 제 2 유체가 흐르는 제 2 유로부; 를
포함하는, 원전.
- 제 12 항에 있어서,
상기 금속용기부는, 내부에 열전달수단으로 채워진, 원전.
- 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 유로부 및 제 2 유로부는, 상기 금속용기부 내부에서 상기 열전달수단을 가로지르도록 구비되는, 원전.
- 제 14 항에 있어서,
상기 열전달수단을 매개로 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체는 열교환하는, 원전.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210069835A KR20220161740A (ko) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 일체형금속열교환기 및 이를 구비하는 원전 |
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| KR (1) | KR20220161740A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101502393B1 (ko) | 2013-07-30 | 2015-03-13 | 한국원자력연구원 | 피동안전계통 및 이를 구비하는 원전 |
-
2021
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