KR20230042036A - 원자로용 열교환기 구성 - Google Patents

원자로용 열교환기 구성 Download PDF

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KR20230042036A
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찰스 그레고리 프리맨
파벨 헤즐라
칼렌 카네코
데이비드 엠 루코프
크리스토퍼 에이 마틴
다니엘 엘 피어스
토마스 이 리오단
마크 알 워너
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테라파워, 엘엘씨
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Abstract

원자로는 1차 원자로 냉각재로부터 2차 냉각재로 열 에너지를 전달하는 열교환기를 포함한다. 열교환기는 소형 플레이트형 열교환기이며, 원자로 용기 주위에 하나 이상의 열교환기가 배치될 수 있다. 복수의 열교환기가 원자로 용기 주위에 수직형, 방사형, 및/또는 원주형으로 이격될 수 있다. 제1 열교환기는 제2 열교환기와 유체 연통될 수 있다. 2개 이상의 열교환기는 열 부하를 공유할 수 있으므로 열 응력을 공유할 수 있다. 열교환기는 제3 유체 유동 경로와 제3 유체를 가질 수 있다. 제3 유체는 핵분열 생성물을 제거하고, 누출 감지에 사용되고, 활성화 생성물의 이동을 억제하기 위한 산화층을 생성하고 및/또는 추가적인 열 전달을 제공하는 데 사용될 수 있다

Description

원자로용 열교환기 구성
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 8월 17일자 출원된, "원자로용 열교환기 구성"이란 제목의 미국 가특허 출원 번호 제63/066,788호의 35 USC § 119(e)에 따른 이익을 주장하며, 그 내용은 그 전체가 참조로 여기에 포함된다.
열교환기는 작동 중인 원자로의 원자로 노심으로부터 2차 유체로 열 에너지를 전달하여 유용한 목적으로 열 에너지를 사용하도록 하는 장치이다. 경우에 따라, 열 에너지는 예컨대 증기 터빈을 통해 발전에 사용되는 증기 생성에 사용된다.
많은 경우에, 열교환기는 상당히 크며 원자로의 원자로 용기 내에서 상당한 공간을 차지한다. 많은 경우에, 열교환기는 원자로 설계의 주요 설계 요소이며, 대부분 원자로 용기의 전체 높이를 결정하며, 이는 격납 구조물 및 다른 컴포넌트의 전체 크기에 영향을 미핀다.
또한, 대형 열교환기는 비교적 높은 중성자 활동을 받는 원자로 노심 근처에 필수적으로 유동 경로의 일부를 구비할 수 있다. 열교환기와 그 유동 경로를 차폐하면 비용, 복잡성 및 원자로 용기 내에 설치하는 데 필요한 컴포넌트의 수가 증가한다.
열교환기 내에서 순환하는 유체에 따라 문제가 악화된다. 예를 들어, 나트륨 냉각 고속 원자로에서 1차 냉각재는 나트륨이고 1차 냉각재로부터 열 에너지를 받는 2차 유체도 나트륨일 수 있다. 2차 냉각재로 나트륨을 선택하면 그 열전도율 때문에 열교환기에 대한 많은 설계 결정이 내려진다. 열전도율이 낮은 2차 냉각재를 사용하는 원자로에서는 열교환기가 더 커야 할 수 있다. 예를 들어, 나트륨을 1차 냉각재로 사용하고 용융염을 2차 냉각재로 사용하는 원자로에서 열교환기는 반드시 나트륨/나트륨 열교환기보다 훨씬 더 커야 할 것이다. 이는 대부분 용융 냉각 염이 나트륨보다 100배 정도 더 낮은 열전도율을 가지기 때문이다. 결과적으로, 일부의 경우, 유사한 열 에너지 전달을 제공하기 위해 나트륨/염 열교환기가 나트륨/나트륨 열교환기 높이의 2배 이상이다.
역사적으로 주요 열교환기에 사용할 수 있는 냉각재는 필요한 열교환기 크기에 의해 제한될 수 있다. 더욱이, 전형적인 열교환기의 크기는 적어도 부분적으로는 원자로 용기의 높이를 결정한다. 공정에서 원자로 용기의 전체 크기를 줄이면서 원자로 용기 내에 하나 이상의 열교환기를 배치하기 위한 옵션뿐만 아니라 1차 및 2차 냉각재를 선택하는 데 더 많은 유연성을 갖는 것이 당업계에서 상당한 장점이 될 것이다. 이들 및 다른 장점은 다음의 설명 및 첨부된 도면을 참조하면 분명해질 것이다.
일부 실시예에 따르면, 원자로용 플레이트형 열교환기는: 복수의 플레이트; 제1 유체 유입구, 제1 유체 유출구 및 상기 제1 유체 유입구와 상기 제1 유체 유출구 사이를 유체 연통하고 상기 복수의 플레이트에서 가이드 채널로서 형성되는 제1 유체 경로; 및 제2 유체 유입구, 제2 유체 유출구 및 상기 제2 유체 유입구와 상기 제2 유체 유출구 사이를 유체 연통하는 제2 유체 경로로서, 상기 복수의 플레이트에서 제2 가이드 채널로서 형성되고, 상기 제1 유체 경로와 유체 연통되지 않는 제2 유체 경로를 포함한다.
일부 예에서, 상기 플레이트형 열교환기는 제3 유체 유입구, 제3 유체 유출구 및 제3 유체 경로를 추가로 포함하고, 상기 제3 유체 경로는 상기 제3 유체 유입구와 제3 유체 유출구 사이를 유체 연통하며, 상기 제1 유체 경로 및 상기 제2 유체 경로와 유체 연통되지 않다. 제3 유체 경로는 열 에너지 전달 이외의 목적으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 유체 경로는 제1 유체 및 제2 유체와는 상이한 제3 유체를 수용하도록 구성될 수 있으며, 제1 유체, 제2 유체 또는 이들 모두의 누출 감지에 사용될 수 있다. 선택적으로, 상기 제3 유체는 상기 제3 유체 경로 내에 산화층을 생성하는 데 사용될 수 있다. 경우에 따라, 상기 제3 유체는 예를 들어 삼중수소와 같은 핵분열 생성물 또는 활성화 생성물을 포획하는 데 사용될 수 있다.
일부 예에 따르면, 상기 제1 유체 유입구와 상기 제1 유체 유출구는 상기 플레이트형 열교환기의 동일한 측면에 형성된다. 일부 경우에, 동축 도관이 상기 제1 유체 유입구 및 상기 제1 유체 유출구에 결합되고, 상기 동축 도관은 내부 유체 도관 및 외부 유체 도관을 획정하고, 상기 내부 유체 도관은 상기 제1 유체 유입구 및 상기 제1 유체 유출구 중 하나에 유체 연통되게 결합되고, 상기 외부 유체 도관은 상기 제1 유체 유입구 및 상기 제1 유체 유출구 중 다른 하나에 유체 연통되게 결합된다.
상기 제3 유체는 수소, 헬륨, CO2 또는 이들의 조합일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 유체는 상기 제1 유체 경로에 있고, 상기 제2 유체는 상기 제2 유체 경로에 있다. 상기 제1 유체와 상기 제2 유체는 서로 다른 유체일 수 있으며, 경우에 따라, 동일한 유체일 수 있다. 상기 제1 유체는 나트륨일 수 있고, 일부 경우, 상기 제2 유체는 용융염일 수 있다.
일부 경우에, 상기 플레이트형 열교환기는 제1 플레이트형 열교환기이고, 제2 플레이트형 열교환기가 상기 제1 플레이트형 열교환기에 유체 연통되게 결합될 수 있다. 예를 들어, 2개, 3개, 4개, 6개, 8개 또는 그 이상의 열교환기와 같이 2개 이상의 열교환기가 함께 유체 연통되게 결합되는 열교환기들의 어레이가 제공될 수 있다.
일부 경우에, 상기 제1 플레이트형 열교환기의 상기 제1 유체 유출구는 상기 제2 플레이트형 열교환기의 제1 유체 유입구와 유체 연통한다. 원자로의 열부하를 처리하기 위해 복수의 열교환기가 협동하도록 구성될 수 있다.
일부 예에서, 상기 복수의 열교환기 중 적어도 일부는 유체 헤더에 의해 유체 연통한다. 즉, 유체 헤더는 공통 소스로부터 상기 복수의 열교환기 중 일부로 유체를 전달할 수 있다.
일부 경우에, 상기 복수의 열교환기 중 적어도 일부는 직렬로 배관된다. 일부 경우에, 상기 복수의 열교환기 중 적어도 일부는 병렬로 배관된다. 예를 들어, 상기 열교환기 중 일부는 직렬로 배관될 수 있고, 다른 열교환기는 병렬로 배관될 수 있다. 일부 경우에, 제1 그룹의 열교환기가 직렬로 배관될 수 있는 반면, 다른 그룹의 열교환기가 병렬로 배관될 수 있으며, 일부 경우, 상기 2개 그룹은 서로 유체 연통되게 배관된다.
일부 실시예에 따르면, 원자로의 열교환기 내의 원자로 냉각재로부터 핵분열 생성물 또는 활성화 생성물을 제거하는 방법은: 원자로 용기 내에 플레이트형 열교환기를 위치시키는 단계; 상기 플레이트형 열교환기의 제1 유체 경로를 통해 1차 냉각재를 통과시키는 단계; 상기 플레이트형 열교환기의 제2 유체 경로를 통해 제2 냉각재를 통과시키는 단계; 상기 플레이트형 열교환기의 제3 유체 경로를 통해 제3 유체를 통과시키는 단계로서, 상기 제3 유체는 상기 핵분열 생성물 또는 활성화 생성물을 유인하도록 선택되는 것인 단계; 및 상기 플레이트형 열교환기로부터 상기 제3 유체와 함께 상기 핵분열 생성물 또는 활성화 생성물을 제거하는 단계를 포함한다.
첨부된 도면을 참조로 상세한 설명을 기술한다. 도면에서, 참조 번호의 가장 좌측 숫자(들)는 참조 번호가 처음 나타나는 도면을 식별한다. 다른 도면에서 사용되는 동일한 참조 번호는 유사하거나 동일한 컴포넌트 또는 특징부를 나타낸다.
도 1a는 고온 유체에서 저온 유체로 열 에너지를 전달하기 위한 일부 실시예에 따른 플레이트형 열교환기의 개략도이고;
도 1b는 동축 유입구 및 유출구를 갖는 일부 실시예에 따른 플레이트형 열교환기의 개략도이고;
도 2a는 쉘(shell) 및 튜브형 열교환기를 갖는 일부 실시예에 따른 나트륨 냉각 고속 원자로의 개략도를 예시하며;
도 2b는 플레이트형 열교환기를 갖는 일부 실시예에 따른 나트륨 냉각 고속 원자로의 개략도를 예시하며;
도 3a는 인라인 구성을 갖는 일부 실시예에 따른 플레이트형 열교환기의 도면을 예시하며;
도 3b는 일부 실시예에 따른 도 3a의 플레이트형 열교환기의 단면도를 예시하며;
도 4b는 일부 실시예에 따른 측면 구성을 갖는 플레이트형 열교환기의 도면을 예시하며;
도 4b는 일부 실시예에 따른 도 4a의 플레이트형 열교환기의 단면도를 예시하며;
도 5는 헤더에 결합된 일부 실시예에 따른 열교환기 코어의 배열을 예시하며;
도 6은 배관에 의해 헤더에 결합된 일부 실시예에 따른 열교환기 코어의 배열을 예시하며;
도 7은 호형으로 배열된 일부 실시예에 따른 복수의 열교환기 코어를 예시하며;
도 8은 적층 배열로 배열된 일부 실시예에 따른 복수의 열교환기 코어를 예시하며;
도 9는 원자로 용기의 일부 주위에 원주 방향으로 배열된 일부 실시예에 따른 복수의 열교환기 코어를 예시하며;
도 10은 복수의 행과 열로 배열되고 원자로 용기의 내부 벽을 따라 연장되도록 구성된 일부 실시예에 따른 복수의 열교환기 코어를 예시하며;
도 11은 수직에 대해 소정 각도로 배열되고 배관에 의해 헤더와 유체 연통되게 배열된 일부 실시예에 따른 복수의 열교환기 코어를 예시하며;
도 12는 일부 실시예에 따른 원자로 용기 내의 열교환기 코어들의 배열의 예시적인 위치를 예시한다.
본 개시 내용은 개괄적으로 원자로용 열교환기 장치에 관한 것이다. 또한, 본 개시 내용은 원자로 용기 전체에 걸친 다중 열교환기의 배치 및 위치에 관한 것이다. 일부 경우, 열교환기는 사용되는 열교환기의 배치, 배향 및 갯수에 유연성을 허용한다. 또한, 설명된 열교환기에 광범위한 2차 냉각재가 사용될 수 있으며, 일부 경우에, 제3 유체 경로가 하나 이상의 열교환기를 통해 제공될 수 있다.
일부 실시예에서, 소형 열교환기가 원자로의 원자로 용기 내에 제공되어 상기 원자로 노심 내의 1차 냉각재로부터 2차 냉각재로 열을 전달한다. 일부 경우에, 상기 열교환기는 나트륨으로부터 염으로 열 에너지를 전달한다. 예를 들어, 나트륨 냉각 고속 원자로("SFR")에서 나트륨은 원자로 용기 내의 1차 냉각재로 사용될 수 있다. 나트륨이 자연 순환, 하나 이상의 순환 펌프 또는 순환 방식의 조합을 통해 원자로 용기 전체를 순환할 때, 반응성이 높은 영역에 더 근접한 나트륨은 열 에너지를 받아 가열된다. 가열된 나트륨은 열교환기를 통해 흐르게 될 수 있으며, 여기서 열 에너지는 1차 나트륨 냉각재로부터 2차 냉각재로 전달되며, 2차 냉각재는 일부 경우에 나트륨, 염 또는 일부 다른 2차 냉각재이다.
플레이트형 열교환기는 열 에너지를 1차 냉각재(예를 들어, 나트륨)에서 2차 냉각재(일부 경우에 용융염일 수 있음)로 전달하는 데 사용될 수 있다. 일부 경우에, 플레이트형 열교환기는 2개의 유입구와 2개의 유출구를 가질 수 있다. 예를 들어, 플레이트형 열교환기는 나트륨을 위한 유입구와 유출구, 염을 위한 유입구와 유출구를 가질 수 있다. 이러한 액체의 흐름 경로는 열교환기의 각 플레이트 내의 채널에 의해 정의될 수 있으며, 플레이트들은 액체를 분리된 상태로 유지하고 플레이트가 고온 유체에서 저온 유체로 열 에너지를 전도할 때 열 연통 상태를 유지한다.
경우에 따라, 제3 유입구 및 유출구가 제공될 수 있으며, 열교환기의 하나 이상의 플레이트에 의해 제3 유체 유동 경로가 정의된다. 예를 들어, 고온 유체 또는 저온 유체의 열교환기에서의 누출을 감지하기 위한 추가적인 열전달, 핵분열 생성물 또는 활성화 생성물(예를 들어, 삼중수소)의 제거, 또는 일부 다른 목적과 같은 임의의 목적을 위해 제3 유체가 제공될 수 있다. 일부 경우에, 수소가 열교환기 내에서 제3 유체로 사용될 수 있다. 일부 경우에, CO2가 열교환기 내에서 제3 유체로 사용될 수 있다. 일부 경우에, 헬륨이 열교환기 내에서 제3 유체로 사용될 수 있다.
어떤 경우든, 제3 유체는 누출 감지에 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 검출기가 열교환기의 하류에 있는 제3 유체 스트림에 배치될 수 있고, 제3 유체가 열교환기로 진입하기 전에 제3 유체에 존재하지 않았던 일종 이상의 물질의 포함 여부에 대해 제3 유체가 테스트될 수 있다. 예를 들어, 제3 유체는 열교환기를 통과한 이후의 염에 대해 테스트될 수 있으며, 제3 유체(액체 또는 증기 형태)에 염이 존재하면 열교환기 내의 염 누출을 지시한다.
열교환기 내의 제3의 유체는 핵분열 및 활성화 생성물을 유인하기 위해 부가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제3 유체(예를 들어, 헬륨, 수소 등)는 삼중수소를 저감하기 위한 제3 유체로 사용될 수 있다. 제3 유체는 핵분열 생성물 또는 활성화 생성물이 냉각재 염보다는 제3 유체에 대해 더 높은 친화성을 갖도록 선택 및/또는 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 염과 같은 냉각 유체는 열교환기에 제3 유체가 없을 때보다 감소된 양의 삼중수소를 획득한다.
일부 경우에, 열교환기의 제3 유체는 열교환기 내에 산화층을 형성하는 데 사용될 수 있다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 산화층은 삼중수소의 침투를 감소시키는 것으로 나타났다. 나트륨/염 열교환기에서, 예로서, 나트륨 유동 경로는 유동 경로 내에 상당한 산화층을 갖지 않을 가능성이 높으며, 염 유동 경로는 측정 가능한 산화층을 형성하여 삼중수소 침투를 어느 정도 감소시킬 수 있다. 산화층을 생성하도록 구성된 제3 유체를 도입함으로써 삼중수소 침투는 산화층이 없는 경우와 비교하여 극적으로 영향을 받고 감소될 수 있다.
예를 들어, CO2와 같은 제3 유체가 제3 유체 경로를 통해 열교환기를 통과하여 열교환기 내의 표면에 의도적으로 산화층을 형성할 수 있다. 제3 유체는 본 명세서에 기술된 바와 같이 누출 감지와 같은 다른 목적을 위해 추가로 사용될 수 있다. 경우에 따라, CO2와 같은 제3 유체가 제3 유체 경로를 통과한 다음, 제4 유체가 제3 유체 경로를 통과할 수 있다. 예를 들어, CO2가 제3 유체 경로를 통해 흐른 다음, 다른 시간에 헬륨이 제3 유체 경로를 통해 흐를 수 있다. 이러한 방식으로, 제3 유체 경로는 예컨대, 제한없이, 산화층의 형성, 핵분열 생성물 또는 활성화 생성물의 포획, 누출 감지에 사용되는 추가적인 열전달의 제공, 또는 일부 다른 목적과 같은 다양한 목적을 위해 사용될 수 있다. 열교환기 내에서 포획될 수 있는 이러한 활성화 생성물 중 하나는 삼중수소이다.
삼중수소는 모든 원자로에서 노심(연료 및 기타 노심 컴포넌트)과 감속재/냉각재에서의 핵 반응에 의해 생성된다. 삼중수소 원자는 이동성이 매우 높고, 클래딩 및 기타 금속 장벽을 통해 확산될 수 있으며, "매립되어(trapped)" 규제된 방사성 폐기물로 폐기되지 않는 한 환경으로 방출될 수 있다. LWR(경수로) 및 SFR의 삼중수소 생성은 유사하지만, 방출 분율(방출된 삼중수소/생성된 삼중수소)은 양자의 반응기 유형에서 분명히 상이하다. SFR보다 LWR에서 훨씬 더 많은 삼중수소가 환경으로 방출된다.
일부 경우에, 환경으로의 삼중수소 방출을 제어하기 위해 나트륨 시스템 콜드 트랩(cold trap)이 사용된다. 콜드 트랩은 일부 경우에 약 70%일 수 있는 콜드 트랩 효율을 위해 낮은 입구 온도(예를 들어, 약 115 ℃)로 작동할 수 있다. 증기 발생기의 유무에 무관하게 나트륨 냉각 고속 원자로는 일반적으로 1차 및 2차 콜드 트랩에서 높은 트랩 효율을 유지하고 환경으로의 삼중수소 방출을 규정 미만으로 유지하기 위해 1차 나트륨에서 (n,p) 반응에 의해 충분한 1H를 생성할 수 있다.
나트륨 시스템 배관 및 컴포넌트의 금속 표면에 대한 산화는 금속 장벽을 통한 삼중수소 확산 속도를 약 88배까지 감소시킬 수 있다. 경우에 따라, 액체 나트륨과 접촉하는 금속 표면은 나트륨이 산소를 제거하기 때문에 산화물 코팅이 거의 없기 때문에 일반적으로 공기에 노출된 표면만 산화물 코팅을 형성할 것이다.
혼합 산화물 연료(MOX) 또는 3원계 합금 금속 연료를 사용하는 SFR의 경우, 3원계 핵분열 생성에 의한 삼중수소 생성은 대략 16.9 mCi/MWD이다. TWR이 이원 합금 금속 연료를 사용하는 일부 경우에, U-235의 삼중수소 수율이 Pu-239 수율 값의 76%이기 때문에 삼중수소의 삼원 핵분열 생성률은 약 13.6 mCi/MWD이다.
삼중수소는 이동성이 높으며 대부분의 금속 장벽을 통해 확산된다. 따라서, 많은 경우, 정상적인 발전소 운영 중에 일부 삼중수소가 원자로 노심에서 일반 환경으로 방출될 것이다. 삼중수소는 또한 사고와 관련된 방사선 소스 항목을 평가할 때 우려되는 방사성 동위원소이다. 삼중수소는 연료의 3원 핵분열과 제어봉 및 방사형 차폐물에 있는 붕소(B)의 중성자 포획에 의해 원자로 노심에서 생성된다.
연료 또는 B4C 흡수제에서 생성된 삼중수소 원자는 일반적으로 핀 클래딩을 통해 나트륨과 화학적으로 반응하여 Na3H(삼산화나트륨)를 형성하는 1차 나트륨으로 확산된다. 많은 경우에, Na3H의 대부분은 1차 나트륨 루프의 벽을 통해 불활성 셀 중 하나로 확산될 수 있기 이전에 1차 콜드 트랩에 포획될 수 있다. 일부 삼중수소는 I 열교환기(중간 열교환기) 배관을 통해 나트륨과 반응하여 Na3H를 형성할 수 있는 3개의 보조 루프 중 하나로 확산되는 경향이 있을 수 있으며, Na3H는 2차 콜드 트랩에 포획될 수 있다.
"2차 콜드 트랩"에 포획되지 않은 삼중수소는 2차 나트륨 루프 배관의 벽을 통해 격납 구조물 외부의 배관으로 확산될 수 있으며, 덤프 열교환기(D 열교환기)의 "튜브 벽"을 통해 확산되는 삼중수소와 함께 외부 환경으로 배출될 수 있다.
삼중수소는 작은 원자이므로 대부분의 금속 장벽을 통해 확산될 것으로 예상된다. 그러나, 금속 표면에 산화물 코팅이 있는 경우, 삼중수소 확산 속도는 약 88배로 크게 감소된다. 이 효과는 환경으로의 3H의 방출률을 크게 억제한다.
일부 실시예에서, 환경으로의 삼중수소 방출은 나트륨 시스템 콜드 트랩 성능에 의해 제어될 수 있다. 나트륨 냉각 LMR의 경우, 나트륨 냉각재의 불순물은 클래딩 무결성을 보호하기 위해 지정된 농도 미만으로 유지된다. 불순물 농도는 오리피스 플레이트를 가로지른 나트륨 유동 압력 강하(ΔP)를 측정하는 장치인 플러깅 온도 인디케이터(Plugging Temperature Indicator: PTI)로 모니터링된다. ΔP의 증가는 나트륨 불순물(산화물 및 수소화물)이 침전되기 시작했음을 나타내는 데, 이는 나트륨 냉각재 내의 나트륨 불순불의 농도가 허용 범위 이상으로 증가했기 때문이다. 나트륨 처리 시스템 콜드 트랩은 기술적 사양에서 요구하는 농도 이하로 불순물 수준을 유지한다.
경우에 따라, 1차 나트륨 처리 시스템의 콜드 트랩을 사용하여 대부분의 삼중수소 핵분열 생성물을 제거할 수 있지만, 일부 삼중수소는 예를 들어, 나트륨-염 열교환기를 통해 냉각재 염으로 전달될 수 있다. 일부 경우에, 염 루프에 있는 하나 이상의 콜드 트랩을 사용하여 냉각재 염 루프에서 삼중수소를 제거하여 염 루프 내의 삼중수소 양을 줄일 수 있다. 그러나, 예를 들어, 삼중수소가 하류에 포획되도록 열교환기를 통과할 때 삼중수소를 포획할 수 있는 열교환기를 통해 유체를 통과시키는 것에 의해 열교환기 자체 내에서 삼중수소가 제거될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 임의의 적절한 수의 플레이트(102(1), 102(2), 102(n))에 의해 2종 이상의 유체가 분리되는 플레이트형 열교환기로 형성될 수 있는 소형 열교환기(100)를 예시한다. 플레이트는 내부에 형성된 유체 유동 채널을 가질 수 있으며, 이는 기계 가공, 화학적 에칭, 레이저 에칭 또는 일부 다른 적절한 프로세스를 통해 형성될 수 있다. 플레이트는 예를 들어, 물질 전도를 통해 2종 이상의 유체 사이에 열 연통을 제공할 수 있다. 일부 경우에, 플레이트들은 함께 융합되어 모놀리식 구조를 형성할 수 있다. 예시된 바와 같이, 나트륨일 수 있는 1차 원자로 냉각재(104)가 해당 냉각재가 플레이트들의 채널을 통해 흐르는 상부 유입구(106)로부터 열교환기로 유입되고 유출구(108)에서 열교환기의 반대측을 빠져나간다. 염일 수 있는 2차 냉각재 유체를 위한 제2 유입구(110)가 열교환기(100)의 하나 이상의 위치에 제공될 수 있다. 2차 냉각재 유체 유출구(112)는 2차 냉각재가 열교환기(100)를 빠져나갈 수 있게 한다. 일부 경우에, 제2 냉각재 루프는 내부 파이프가 외부 파이프를 통해 연장되는 동축 파이프를 포함한다. 내부 파이프는 열교환기의 유입구에 연결될 수 있고 외부 파이프는 열교환기의 유출구에 연결될 수 있다.
이 구성에서 염 유입구와 유출구는 열교환기의 동일측에 형성될 수 있다.
일부 경우에, 제1 열교환기(100(1))의 유출구(108)는 제2 열교환기(100(2))에 입력을 제공한다. 일부 경우에, 2개 이상의 열교환기는 제1 열교환기의 유체 유출구가 제2 열교환기에 대한 유체 유입구를 제공하도록 서로 유체 연통되게 직접 결합될 수 있다. 이러한 배열은 열교환기에 가해지는 열 응력을 감소시키고 더 큰 효율을 허용하면서 더 작은 열교환기가 원자로 용기 내에서 활용되도록 허용할 수 있다.
예를 들어, 열교환기의 유입구와 유출구 사이에 원하는 온도 차이(ΔT)가 있는 경우, 열 에너지를 전달하기 위해 단일 열교환기를 제공하면 해당 열교환기에 열 응력이 발생한다. 2개 이상의 열교환기를 사용하여 동일한 ΔT에 영향을 미치면 각 열교환기는 원하는 전체 ΔT보다 작은 열전달을 담당할 수 있다. 이러한 방식으로, 2개 이상의 열교환기는 각각 전체 ΔT를 담당하는 단일 열교환기보다 작은 열 응력을 경험한다.
일부 실시예에서, 2개 이상의 열교환기는 함께 유체 연통되게 결합되지만 구조적으로 함께 결합되지 않으므로, 2개 이상의 열교환기는 각각 서로 독립적으로 자유롭게 왜곡되고 팽창/수축된다. 즉, 2개 이상의 열교환기는 열 응력을 독립적으로 처리한다. 그 결과, 열 응력을 여러 열교환기에 분산시킴으로써 열교환기에 대한 전체 열 응력을 줄이면서 열 전달을 관리할 수 있는 견고한 열 전달 시스템이 얻어진다. 유동 저항 및 압력 강하가 증가할 수 있지만, 이러한 손실은 열교환기의 설계, 관통 유동 경로 및 열 전달 시스템의 수명 증가에 의해 완화될 수 있다.
또한, 열교환기의 크기가 작을수록 원자로 용기 내의 적절한 위치에 열교환기를 배치할 기회가 더 많아진다. 예를 들어, 다수의 열교환기를 활용함으로써 이들 열교환기는 원자로 용기 전체에 걸쳐 방사형, 수직형, 원주형 또는 이들의 조합형으로 이격될 수 있다.
적절한 열교환기(100)는, 제한없이, 인쇄 회로 열교환기, 플레이트형 열교환기, 성형 플레이트형 열교환기, 또는 2종 이상의 매체가 하나 이상의 결합된 플레이트의 양측에서 흐르는 하이브리드 열교환기를 포함한다. 냉각 매체는 고압 상태일 수 있지만 일부 실시예에서는 저압 상태에 있다. 일부 실시예에서 나트륨 및 염인 작동 유체는 2D 또는 3D 플레이트 패턴을 통해 하나 이상의 결합된 플레이트의 양측에서 흐르게 될 수 있다. 2D 또는 3D 플레이트 패턴은 원하는 열적 길이와 압력 강하를 생성하도록 구성될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 나트륨 및 염은 나트륨이 원자로 노심 내의 냉각 유체로서 사용되고 염이 원자로 용기 외부로 열 에너지를 전달하기 위한 열 전달 유체로서 사용되어 열교환기 내의 예시적인 작동 유체로서 사용될 것이다. 일부 실시예에서, 열교환기는 나트륨 풀형(sodium pool-type) 원자로와 함께 사용된다.
일부 실시예에 따르면, 열교환기(100)의 일측에 인접하게 나트륨 유입구(106)가 형성되고, 열교환기(100)의 대향측에 나트륨 유출구(108)가 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 나트륨 유입구(106)는 열교환기(100)의 상부 표면에 인접할 수 있고, 나트륨 유출구(108)는 원자로 용기 내에 설치된 구성 내의 열교환기(100)의 바닥 표면에 인접할 수 있다. 일부 실시예에서, 나트륨 유입구(106)는 나트륨 유출구(108)보다 높을 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 나트륨 유입구(106)는 열교환기(100)의 임의의 측면 상에 또는 그에 인접할 수 있고, 나트륨 유출구(108)는 열교환기(100)의 임의의 다른 측면 상에 또는 그에 인접할 수 있다. 많은 경우에, 나트륨 유입구(106) 및 나트륨 유출구(108)는 열교환기(100)의 양측에 있다.
염 유입구(110)는 나트륨 유입구(106)가 구성된 측면에 직교하는 측면일 수 있는 열교환기(100)의 일측 또는 그에 인접하게 위치될 수 있다. 염 유출구(112)는 원자로 용기의 동일 측에서 출입할 수 있는 염 루프 배관을 수용하도록 염 유입구(110)와 동일한 측면에 형성될 수 있다. 그러나, 염 유입구(110)와 염 유출구(112)는 열교환기(100)의 서로 다른 표면에 형성될 수 있다. 경우에 따라, 염 유입구(110)와 염 유출구(112)는 동축일 수 있고 외부 도관으로 둘러싸인 내부 도관으로 형성될 수 있다.
열교환기(100)는 플레이트들(102)이 함께 결합될 때 일련의 채널을 형성하도록 서로 인접하게 배치되는 표면 홈(114)을 갖는 일련의 평행 플레이트(102(1), 102(2), 102(n))로 형성될 수 있다. 표면 홈(114)은 플레이트의 표면에 광화학적으로 에칭되거나, 기계적으로 형성되거나, 일부 다른 프로세스를 통해 형성될 수 있고, 유체 경로 길이 및 압력 강하와 같은 원하는 유동 특성을 제공하는 크기 및 배열을 가질 수 있다.
많은 경우에, 플레이트들(102)은 서로 확산 결합되며, 이는 결합물을 모재 금속 강도로 되돌리고 우수한 열적-수력 성능을 허용하고 열교환기(100)를 통한 2D 및/또는 3D 유체 경로의 설계 최적화를 허용하는 고체 상태 용접 프로세스이다.
제2 유체를 위한 통로(116)가 제1 유체를 안내하기 위한 채널을 갖는 플레이트를 통해 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 동축 도관(118)이 제2 유체의 유입구 및 유출구에 사용될 수 있다. 경우에 따라, 제2 유체의 유입구와 유출구는 배관 단순화를 위해 열교환기(100)의 일측에 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 열교환기(100)의 모든 층을 통해 동시에 유체 연통 경로를 제공하는 유체 유입구 또는 유출구에 헤더 또는 매니폴드(미도시)가 부착될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 열교환기(100)에 일체형 헤더를 제공하기 위해 플레이트 형성 단계 중에 포트가 구성될 수 있다. 일부 경우에, 열교환기(100)는 매니폴드에 의해 연결된 헤더 및 포트의 혼합물로 세미 포트가 형성될 수 있다.
열교환기(100)는 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있고 의도된 용도에 적절한 크기로 형성될 수 있다. 많은 경우에, 열교환기(100)는 동일한 용도를 위한 쉘(shell) 및 튜브형 열교환기보다 실질적으로 더 작게 형성될 수 있다. 즉, 원자로 용기 내에서 사용될 때, 나트륨/염 열교환기로 설계된 열교환기(100)는 유사한 열 에너지 전달 능력을 갖는 나트륨/염 열 전달을 위해 구성된 쉘 및 튜브형 열교환기보다 실질적으로 더 작을 수 있다. 일부 경우에, 열교환기(100)는 유사한 적용을 위한 비슷한 쉘 및 튜브형 열교환기보다 약 7배 적은 부피를 필요로 한다.
도시된 예에서, 1차 나트륨은 열교환기(100)의 플레이트 사이에 형성된 채널을 통해 아래로 상면에 형성된 나트륨 유입구(106)로부터 개방 슬롯을 통해 열교환기(100) 바닥면에 형성된 나트륨 유출구(108)로 흐른다. 염은 유입구(110)로 유입되고 분배기를 통해 저온 채널로 분배되고 열교환기(100)에 형성된 채널 내에서 위로 흐르고 염 유출구(112)에서 배출된다. 고온 유체가 열교환기의 상부 근처로부터 유입/유출되고 저온 유체가 열교환기 바닥 근처에서 유입/유출되는 이와 같은 구성은 자연 대류 사이클을 이용하여 효율적인 유체 흐름을 촉진한다. 예를 들어, 유체의 온도 차이는 통상적으로 더 높은 온도의 유체가 해당 유체의 더 차가운 부분보다 더 낮은 밀도를 갖게 한다. 결과적으로, 가열된 유체는 상승하는 경향이 있고 더 차가운 유체는 중력에 의해 하강할 것이다.
허용 가능한 압력 강하는 지정될 수 있으며, 일반적으로 더 낮은 압력 강하가 작동 비용을 줄이고 주기 효율을 향상시키는 데 바람직하다. 일부 실시예에서, 열교환기(100)에 걸친 나트륨 압력 강하는 약 6 psi 미만, 또는 약 5 psi 미만, 또는 약 4 psi 미만, 또는 약 3 psi 미만이다. 더 낮은 압력 강하는 일반적으로 냉각재의 낮은 점도와 짧은 유동 길이를 필요로 할 수 있으며, 이는 해당 열 전달 계수에 직접적인 영향을 미친다. 압력 강하는 유동 길이, 유체 점도 및/또는 유동 폭의 변경을 통해 조정될 수 있으며, 전체 열 전달은 마찬가지로 층들의 수와 열 전달 영역의 변경을 통해 영향을 받을 수 있다.
플레이트 표면 유형은 특정 목적에 맞게 조정될 수 있으며, 표면 밀도 및 열 전달 계수를 향상시키기 위해 형성될 수 있으며, 톱니형, 헤링본형(herringbone) 또는 천공형과 같은 임의의 적절한 배열을 갖는 핀으로 형성될 수 있다. 물론, 본원에서는 다른 배열이 가능하고 고려된다. 조합하여 또는 대안적으로, 통로는 임의의 적절한 방식을 통해 플레이트에 직접 형성될 수 있지만, 일부 경우에는 광화학 에칭에 의해 형성된다.
통로는 임의의 적절한 크기 및 단면 형상일 수 있다. 일부 실시예에서, 형성된 채널은 약 .5 mm, 또는 약 .75 mm, 또는 약 1 mm의 반경을 갖는 반원형이다. 물론, 열교환기의 설계 유동 파라미터에 따라 다른 적절한 단면 형상 및 크기가 고려된다.
도 2a 및 도 2b는 나트륨/나트륨 쉘 및 튜브형 열교환기(200)(도 2a)와 나트륨/염 소형 열교환기(100)(도 2b) 사이의 상대적인 크기 차이를 예시한다. 특히, 나트륨/염 쉘 및 튜브형 열교환기(200)는 도 2a에 도시된 나트륨/나트륨 쉘 및 튜브형 열교환기(100)보다 상당히 크다.
도 2a는 나트륨/나트륨 열 전달용으로 설계된 쉘 및 튜브형 열교환기(200)를 갖는 원자로(202)의 개략도를 예시한다. 알 수 있는 바와 같이, 나트륨/나트륨 열교환기(200)는 원자로 용기(204) 내의 가장 큰 컴포넌트 중 하나이며, 원자로(202) 설계에 있어서 주요한 설계 요소이다. 실제, 나트륨/나트륨 열교환기(200)는 대부분 원자로 용기(204)의 높이를 결정하며, 이는 결국 격납 구조물 및 다른 컴포넌트의 전체 크기에 영향을 미친다.
더욱이, 나트륨/나트륨 열교환기(200)는 나트륨/나트륨 열교환기(200)가 비교적 높은 중성자 활동을 받는 노심(206)에 인접하기 때문에 차폐하기가 어렵고 비용이 많이 든다. 차폐는 원자로 용기(204) 내의 공간 제약과 열교환기(200)의 크기 때문에 어렵다. 쉘 및 튜브형 나트륨/나트륨 열교환기(200)를 쉘 및 튜브형 나트륨/염 열교환기로 교체할 때, 언급된 고려 사항은 나트륨/염 쉘 및 튜브형 열교환기가 도시된 나트륨/나트륨 쉘 및 튜브형 열교환기(200)보다 상당히 크기 때문에 악화된다.
많은 일반적인 구성에서, 냉각재 염은 나트륨보다 약 100배 낮은 열전도도를 가진다. 결과적으로, 나트륨/염 쉘 및 튜브형 열교환기는 나트륨/나트륨 열교환기보다 훨씬 더 큰 열교환기를 필요로 한다. 일부 경우에, 나트륨/염 열교환기는 나트륨/나트륨 쉘 및 튜브형 열교환기(200) 높이의 2배가 넘는다. 일부 경우에, 염이 예컨대 통합된 에너지 시스템에서의 작동 유체이고 염이 열 에너지 저장 매체인 나트륨/염 열교환기를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 나트륨/염 열교환기에 의존함으로써, 원자로 용기(204) 내의 1차 냉각재로부터 열 에너지를 수용하고 그것을 원자로 용기(204) 외부의 염 루프로 전달하는 전형적인 중간 나트륨 루프가 제거될 수 있다. 그러나, 나트륨/염 쉘 및 튜브형 열교환기를 가능케 하기 위해 원자로 용기(204)가 상당히 더 커야(예를 들어, 2배 더 큰 정도) 하기 때문에 중간 나트륨 루프의 제거로부터 실현된 어떤 이득도 빠르게 손실된다. 마찬가지로, 격납 구조물도 더 큰 원자로 용기(204)를 수용하기 위해 크기를 증가시켜야 한다.
일부 실시예에서, 원자로 용기(204) 내의 열교환기는 원자로 용기(204)의 크기에서 중요한 역할을 한다. 열교환기의 크기를 줄임으로써, 원자로 용기의 크기가 그에 따라 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 본 명세서의 실시예 전반에 걸쳐 실질적으로 설명된 바와 같은 소형 열교환기(100)가 원자로 용기(204) 내의 1차 나트륨/염 열교환기(100)로서 사용된다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 열교환기(100)가 노심(206)으로부터 소정 거리 이격된 위치에서 원자로 용기(204) 내에 위치될 수 있다. 일부 경우에, 간격은 방사선 노출 측면에서 중요하다. 예를 들어, 열교환기(100)가 노심(206)으로부터 멀어질수록 열교환기(100)가 복사 에너지에 덜 노출된다. 결과적으로, 열교환기(100)가 노심(206)으로부터 더 멀리 배치될수록 염 루프 내의 염 활성화를 감소시키는 데 더 적은 차폐가 요구된다. 또한, 노심(206)으로부터 열교환기(100)의 거리가 멀어지면 원자로 용기(204) 내의 나트륨의 자연 순환이 개선되고 순환 펌프(208)의 크기가 감소될 수 있으므로 추가적인 효율 및 크기 상의 이점을 얻을 수 있다. 일부 경우에, 원자로 용기(204) 내에 하나 이상의 열교환기(100)를 사용하면 원자로(202)가 더 많은 양의 열 에너지를 출력하거나 열 에너지 출력의 양을 희생하지 않고 크기가 축소될 수 있다.
열교환기가 노심(206)에 인접하고 열 전달 유체의 활성화를 줄이기 위해 많은 양의 차폐가 필요한 도 2a의 쉘 및 튜브형 열교환기(200)와 비교하여, 열교환기(100)는 작고 노심(206)으로부터 더 멀리 떨어져 있어 필요한 차폐량을 감소시킨다. 따라서, 열교환기(100)는 설계, 구성, 차폐, 배관 및 필요한 비용을 크게 단순화하여 풀형(pool) 원자로 설계를 허용한다. 일부 실시예에서, 열교환기(100)는 풀형 원자로에 사용된다. 일부 실시예에서, 풀형 원자로는 나트륨 풀형 원자로이다. 경우에 따라, 나트륨 풀형 원자로는 고속 중성자 스펙트럼에서 작동한다.
일부 실시예에서, 열교환기(100) 내의 염 루프의 압력은 열교환기(100)의 나트륨 루프 내의 압력보다 더 높은 압력에 있다. 결과적으로, 열교환기(100)에서의 임의의 누출은 염을 나트륨으로 흐르게 할 것이다. 열교환기(100)에서의 임의의 잠재적인 누출은 원자로(202)의 커버 가스 시스템에서 검출될 수 있다. 열교환기(100)의 크기 및 위치는 열교환기(100)의 제거 및 교체를 용이하게 하여, 쉘 및 튜브형 열교환기(200)에 비해 열교환기(100)의 유지보수 및 교체 효율을 증가시킨다.
일부 실시예에서, 풀형 원자로에 다수의 열교환기가 활용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 나트륨 유입구는 열교환기(100)에서 보다 높은 고도에 위치될 수 있고, 나트륨 유출구는 열교환기(100)에서 보다 낮은 고도에 위치될 수 있다. 염 유입구 및 유출구는 열교환기(100)의 동일한 측면에 위치될 수 있고, 열교환기(100)의 설치, 배관, 및 선택적인 교체의 효율을 향상시키도록 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 염 유입구 및 유출구는 동축 유입구 및 유출구 파이프에 의해 제공될 수 있다. 물론, 열교환기(100)의 인접면 또는 대향편에 위치될 수 있는 염 유입구 및 유출구의 다른 배열뿐만 아니라 별도의 비동축 파이프와 같은 다른 구성도 가능하다.
2개 이상의 열교환기로부터의 나트륨 유출구는 냉각된 나트륨을 노심(206)으로 되돌리는 단일 나트륨 유출구로 병합될 수 있다. 원자로(202)로부터 열 에너지를 수용하고 이를 열 에너지 저장 시스템으로 전달하기 위한 작동 유체로서 염을 활용하는 것에 의해, 추가적인 나트륨 루프가 제거되어 나트륨 방화(fire protection) 및 차폐성을 갖는 대형 나트륨 파이프의 필요성을 개선하여 시공 및 관련 비용을 더욱 단순화한다.
예시적인 열교환기(100)가 나트륨 풀형 원자로와 함께 설명되었지만, 여기에 설명된 특징 및 장점은 다른 원자로 유형에 동등하게 적용될 수 있다. 마찬가지로, 설명된 냉각 매체는 예로서 염을 사용하지만, 이는 예시적인 것이며 다른 매체 및 매체 유형이 가능하다.
도 3a는 샘플 열교환기(300)를 도시하고, 도 3b는 열교환기(300)의 단면을 도시한다. 열교환기(300)는 하우징(302)을 포함하고, 열교환기(300)를 장착 및/또는 배치하는 데 사용될 수 있는 플랜지와 같은 하나 이상의 장착 표면(304)을 포함할 수 있다. 열교환기(300)는 2종의 작동 유체가 열교환기(300)를 통과하도록 하여 하나의 유체가 다른 유체로부터 열 에너지를 받도록 2쌍의 유입구/유출구를 포함할 수 있다.
열교환기(300)는 원하는 위치 및 배향의 유입구 및 유출구를 갖도록 설계 및 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 염과 같은 작동 유체를 열교환기(300)로 전달하기 위한 두 가지 옵션은 인라인 또는 측면 인터페이스이다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 인라인 인터페이스는 유입구와 유출구가 열교환기의 대향측에 위치되는 인터페이스인 반면, 측면 인터페이스는 유입구와 유출구가 대향하지 않고 오히려 직교 측면 또는 동일한 측면에 있을 수 있는 인터페이스이다.
경우에 따라, 인라인 라우팅 옵션은 라우팅 옵션의 최소 높이/폭을 제공하는 동시에 잠재적으로 길이를 추가한다. 인라인 옵션은 또한 인터페이스 배관을 고온 및 저온 나트륨 유동으로 직접 유도할 수 있다. 대안은 하나의 유체 경로가 인라인 라우팅으로 구성되고 제2 유체 경로가 측면 라우팅으로 구성되는 혼합 라우팅이다. 유체 경로 라우팅은 필요한 연결 및 배관과 함께 원자로 용기 내의 위치 및 배향에 기초하여 필요에 따라 결정될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 유입구(402) 및 유출구(404)가 열교환기(400)의 동일한 측면에 제공되는 측면 유체 경로를 갖는 샘플 열교환기(400)를 예시한다. 일부 경우에, 원자로 용기 내부의 나트륨 풀 내에서 고온 풀로부터 저온 풀로 들어가는 큰 누출을 방지하기 위해 열교환기(400) 코어는 밀봉된다. 일부 경우에, 모든 누출을 방지하기 위해 열교환기(400)를 설계하기보다는 설계를 단순화할 수 있는 고온 풀과 저온 풀 사이에서의 측정된 누출이 열교환기에서 설계된다. 이것은 또한 열교환기(400) 내의 누출을 억제하기 위해 전형적으로 사용되는 배플(baffle)의 생략을 허용할 수 있다.
일부 경우에, 열교환기(400)는 열교환기(400)에 열 응력을 야기하는 유입구(402)의 고온 풀과 유출구(404)의 저온 풀 사이의 온도 차이를 경험한다. 따라서, 열교환기는 열교환기(400)의 축방향 및 수직 방향(측면 방향이 더 중요함)의 상대 이동을 고려하도록 설계될 수 있다. 일부 경우에, 유체 유동 경로를 유지하면서 종방향으로 열교환기의 열팽창 및 수축을 허용하기 위해 슬라이딩 래비린스 밀봉부(labyrinth seal)(406)가 사용된다. 물론, 유체 밀봉을 유지하면서 열팽창 및 수축을 허용하기 위해 다른 적절한 구조가 제공될 수 있다.
일부 경우에, 슬라이딩 래비린스 밀봉부(406)는 열교환기(400)가 배관 또는 인접한 열교환기(400) 사이의 고정된 공간에 삽입되거나 그로부터 제거될 수 있게 한다. 일부 경우에, 슬라이딩 래비린스 밀봉부(406)는 열교환기(400)의 전체 길이가 고정 길이 위치로 삽입되도록 축소된 다음, 인접한 구조에 결합되도록 확장되게 할 수 있다. 물론, 열교환기(400)에 대한 유체 밀봉뿐만 아니라 안전한 부착을 제공하기 위해 별도의 밀봉 플레이트와 같은 다른 구조체가 선택적으로 부착될 수 있다.
열교환기(400)에서의 열 응력을 관리하는 하나의 방법은 열교환기(400)의 적어도 일부를 둘러싸는 방열 슬리브(408)를 제공하고 고온 풀로부터의 일부 유체가 방열 슬리브(408)로 누출되도록 하는 것이다. 고온 유체의 일부를 방열 슬리브로 유도하는 것은 열교환기 벽에 대한 주기적 열 응력을 약화시킬 수 있다.
도 5는 교번하는 고온 및 저온 플레넘(plenum) 및 헤더를 사용하는 열교환기 코어(510)의 배열(500)을 예시한다. 일부 경우에, 고온 플레넘(502)은 고온 헤더(504)와 공통적으로 유체 연통할 수 있다. 유사하게, 저온 플레넘(506)은 저온 헤더(508)와 공통적으로 유체 연통할 수 있다. 저온 헤더(508)는 열교환기의 플레이트 내에서 흐르는 1차 냉각재(예를 들어, 나트륨)로부터의 열 에너지를 수용하는 유입 염을 제공할 수 있다. 고온 헤더(504)는 고온 유체(예를 들어, 염)가 고온 플레넘(502)으로부터 배출되도록 유동 경로를 제공할 수 있다.
열교환기 코어(510)는 본 명세서의 다양한 실시예에서 설명된 바와 같이 유체 경로를 각각 규정하는 복수의 결합된 플레이트로 형성될 수 있다. 열교환기 코어(510)의 플레이트는 교번하는 고온 플레넘(502)과 저온 플레넘(506) 사이를 분리할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 결합된 플레이트들의 그룹은 열교환기 코어(510)로 지칭될 수 있다. 제시된 예에서, 여러 개의 교환기 코어가 공유된 열교환기 본체 내에서 함께 사용된다. 임의의 적절한 수의 열교환기 코어가 열교환기 본체 내에 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 원자로의 열 부하 요건을 충족시키기 위해 복수의 열교환기 코어가 제공된다. 열교환기 코어의 수는 원자로의 전체 열 부하, 열교환기의 설계된 주기적 열 응력, 유입 및 유출 유체의 ΔT에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 경우에, 원자로의 열 부하를 처리하기 위해 12, 24, 36, 48, 50개 이상의 열교환기 코어가 제공될 수 있다. 열교환기는 임의의 적절한 배열로 코어 주위에 이격될 수 있고 서로 유체 연통할 수 있다. 일부 예에서, 복수의 열교환기 중 일부는 복수의 열교환기 중 다른 것과 유체 연통한다.
열 부하에 응답하여 열교환기 코어(510)의 열팽창 및 수축을 허용하기 위해, 용접된 벨로우즈 또는 인접한 열교환기 코어 또는 인접한 열교환기 사이의 커플링의 제한된 이동을 허용하는 일부 다른 팽창 밀봉부와 같은 밀봉부가 제공될 수 있다.
도 6은 저온 헤더(604) 및 고온 헤더(606)가 개별 열교환기 코어(608)와 저온 헤더(604) 또는 고온 헤더(606) 사이에 유체 연통을 제공하는 배관(608)에 의해 개별 열교환기 코어(602)에 결합되는 열교환기 코어(602(1), 602(2), 602(n))의 배열(600)을 도시한다. 열교환기 코어(602)는 열교환기 실시예에 대해 본 명세서에서 실질적으로 설명된 바와 같을 수 있고, 수직 또는 수평으로 또는 일부 다른 배향으로 배향될 수 있다.
일부 경우에, 이 배열은 개별 코어(602)가 효율적으로 설치, 제거 및/또는 교체될 수 있게 하고, 열팽창 및 수축을 수용하기 위해 개별 코어(602) 사이에 충분한 공간을 추가로 허용한다. 일부 경우에, 열교환기 코어(602)는 모두 병렬 배관 구성으로 공통 헤더(604)와 연통하는 반면, 다른 경우에 열교환기 코어(602)는 제1 열교환기 코어의 유출구가 제2 열교환기 코어의 유입구로 연결될 수 있는 직렬 배관된다. 직렬 또는 병렬 배관시, 열교환기 코어들의 회로는 각각 열교환기의 전체 온도 변화의 일부만 담당할 수 있다. 일부 경우에, 각각의 열교환 기 코어(602)는 열교환기의 총 열부하 내에서 특정 온도 범위를 처리하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 열교환기 코어는 원자로에서 1차 냉각재의 열 한계에 있는 유체 작동 온도를 처리하도록 설계될 수 있다. 즉, 제1 열교환기 코어는 제2 열교환기 코어와 다르게 설계 및 구성될 수 있다. 개별 코어는 다른 재료, 유동 경로 길이, 압력 강하 및/또는 열교환기 코어의 다른 특성을 활용할 수 있다.
도 7은 열교환기 코어(702(1), 702(2), 702(n))에 대한 적층 구성(700)을 도시한다. 열교환기 코어(702)는 열교환기 실시예와 관련하여 본 명세서에서 실질적으로 설명된 바와 같을 수 있다. 코어(702)는 수직, 수평 또는 일부 다른 배향으로 배향될 수 있다. 일부 경우에, 코어(702)는 원자로 용기 주위에 원주 방향으로 및/또는 방사형으로 배열될 수 있다. 일부 경우에, 노심(704)의 외부 링은 노심(706)의 내부 링보다 원자로 용기의 벽에 더 가깝게 위치된다. 개별 노심(702(1), 702(2)) 사이의 간격은 냉각재 라우팅을 위한 반경 및 액세스 요구에 따라 달라질 수 있다. 임의의 적절한 수의 열교환기 코어(702)가 직렬, 병렬 또는 이들의 조합과 같은 임의의 적절한 구성으로 제공되고 배관될 수 있다.
도 8은 열교환기 코어(802(1), 802(2), 802(n))에 대한 예시적 적층 구성(800)을 도시한다. 열교환기 코어(802)는 열교환기 실시예에 대해 본 명세서에서 실질적으로 설명된 바와 같을 수 있고, 수평, 수직 또는 일부 다른 배향으로 배향될 수 있다. 코어(802)는 원자로 용기 주위에 원주 방향으로 및/또는 방사형으로 배열될 수 있다. 도시된 바와 같이, 일부 경우에는 2개 이상의 코어(802)가 수직으로 서로 적층될 수 있다. 일부 경우에, 원자로 용기 고온 풀로부터의 유동 경로는 상부 열(804)의 코어(802)로 들어갈 수 있고 추가로 하부 열의 코어(806)로 들어가서 코어(802)로의 원자로 노심 고온 풀로부터의 병렬 경로 및/또는 다중 유입구를 정의할 수 있다.
다수의 열교환기 코어(802)의 모든 예시적인 구성이 그러하듯이, 개별 코어는 직렬, 병렬 또는 이들의 조합으로 배관될 수 있다. 예시된 적층 구성(800)에서, 제1 열교환기 본체(808)는 상부 열(804)의 코어(802)를 포함할 수 있고, 제2 열교환기 본체(810)는 하부 열(806)의 코어(802)를 포함할 수 있다. 각각의 열은 1차 냉각재가 원자로 용기 내에서 순환하고 열교환기로 들어갈 수 있도록 원자로 용기 고온 풀로부터 분리된 유입구를 가질 수 있다. 상부 열(804) 및 하부 열(806)은 마찬가지로 1차 냉각재를 코어(802)로 안내하기 위해 헤더(미도시)를 활용하거나 추가로 또는 대안적으로 1차 냉각재를 하나 이상의 코어(802)로 안내하기 위해 배관을 활용할 수 있다.
도 9는 원자로 용기(904)의 내부 둘레에 원주형으로 배열된 열교환기 코어(902(1), 902(2), 902(n))의 예시적인 위치를 도시한다. 코어(902)는 본 명세서에서 실질적으로 설명되는 바와 같이 배열될 수 있고, 일부 경우에 원자로 노심(미도시)으로부터 멀리 떨어진 곳에 위치된다. 열교환기 코어(902) 및 원자로 노심 내의 높은 중성자 활동 영역에 대한 그 근접부의 비교적 작은 크기는 열교환기 코어(902)가 많은 중성자 활동을 회피할 수 있게 하여 열교환기가 훨씬 더 크거나 원자로 노심에 더 가까운 냉각재 유동 경로를 정의한 경우보다 차폐를 훨씬 덜 요구한다.
도 10은 열교환기 코어(1002(1), 1002(2), 1002(n))의 구성(1000)을 도시한다. 코어(1002)는 실질적으로 열교환기 실시예와 관련하여 본 명세서에 기술된 바와 같을 수 있다. 코어(1002)는 원자로 용기 주위에 원주형으로 배열될 수 있고 추가로 여러 열로 적층될 수 있다. 예시된 바와 같이, 총 20개의 코어(1002)에 대해 5개 높이로 적층된 4개의 열의 코어(1002)가 존재한다. 물론, 더 적거나 더 많은 수의 코어(1002)가 원자로의 열부하 요건에 기초하여 유사하게 배열될 수 있다. 추가 코어(1002)가 인접한 행, 추가 열로 위치될 수 있거나, 별도의 열교환기 구성(1000)이 원자로 용기의 다른 부분에 위치된 임의의 적절한 수의 열 및/또는 행을 포함할 수 있다.
도 11은 원자로의 열 부하를 수용하기 위해 임의의 적절한 수의 열 및 행을 포함하는 열교환기 코어(1102)의 구성(1100)을 도시한다. 열교환기 코어는 실질적으로 본 명세서에 기술된 바와 같을 수 있고, 열교환기 코어(1102)가 직렬로, 병렬로 또는 그 조합으로 배관되는 것과 같은 임의의 적절한 배관 배열을 사용하도록 설계될 수 있다. 도시된 바와 같이, 열교환기 구성(1100)은 저온 헤더(1104), 고온헤더(1106), 및 유체가 열교환기 코어(1102)를 출입하는 유로를 정의하는 배관(1108)을 포함할 수 있다. 코어(1102)는 예시된 바와 같이 수평, 수직 또는 임의의 적절한 각도와 같은 임의의 적절한 배향으로 배향될 수 있다. 일부 경우에, 제1 열교환기 코어의 유출구는 제2 열교환기 코어의 유입구에 유체 연통되게 연결되어, 제1 및 제2 열교환기 코어가 서로 직렬로 배관된다.
저온 헤더(1104) 및 고온 헤더(1106)는 염일 수 있는 2차 냉각재를 위한 유체 경로를 형성하는 데 사용될 수 있다. 경우에 따라, 코어는 순환하는 1차 냉각재(나트륨일 수 있음)가 개별 열교환기 코어로 들어갈 수 있게 하는 개별 유입구를 가진다.
도 12는 도 11의 열교환기 코어(1102)에 대한 예시적인 배향 및 위치를 도시한다. 원자로(1200)는 원자로 용기(1202) 및 하나 이상의 펌프(1204)를 포함한다. 펌프(1204)는 원자로 용기 내의 1차 냉각재를 열교환기 코어(1102)로 보낼 수 있다. 일부 경우에, 펌프(1204)는 예컨대, 1차 냉각재를 하나 이상의 열교환기 코어 유입구와 유체 연통하는 플레넘으로 가압하는 것에 의해 1차 냉각재를 고온 풀로부터 열교환기로 유도한다.
예시된 바와 같이, 열교환기 코어(1102)는 중성자 활동이 낮은 영역인 원자로 용기(1202)의 상부 근처에 위치된다. 따라서, 경우에 따라, 염일 수 있는 2차 냉각재는 원자로 노심 근처에 유동 경로를 정의하는 일반적인 열교환기보다 훨씬 낮은 정도로 활성화된다. 더욱이, 열교환기 코어의 콤팩트한 구성은 중성자 활성화로부터 2차 냉각재를 보호하기 위해 차폐물(1206)을 훨씬 적게 필요로 한다. 또한, 일부 실시예에서, 설명된 열교환기 코어 및 원자로 용기 내의 이들의 다양한 위치는 원자로 용기 내의 염 활성화 문제를 개선하는 나트륨-염 열교환기를 허용한다.
본 명세서에 기술된 열교환기 코어의 구성에 따라, 개별 코어는 구조적으로 개별적으로 지지될 수 있으며, 이는 하나의 열교환기 코어를 다른 열교환기 코어로부터 기계적으로 분리하고 개별 코어가 서로 독립적으로 뒤틀리고 팽창되게 한다. 따라서, 열교환기 코어는 열 응력을 개별적으로 처리하지만, 함께 유체 연통되게 결합된 상태를 유지할 수 있다.
전형적으로, 1차 나트륨이 열 에너지를 중간 나트륨 루프로 전달하는 중간 루프가 SFR 내에 제공된다. 그런 다음 중간 나트륨 루프는 물, 염 또는 기타 작동 유체를 포함할 수 있는 제3 루프에 열 에너지를 전달한다. 본 명세서에 도시되고 설명된 소형 열교환기를 활용함으로써, 중간 루프가 제거될 수 있고, 따라서 나트륨/염 열교환기의 요구되는 크기 및 염 활성화의 회피와 같은 종래 구현예에서의 많은 문제를 회피하는 나트륨-염 열교환기가 얻어질 수 있다.
본 명세서에 기술된 임의의 실시예에서와 같이, 열교환기 코어는 고온 유동 경로와 저온 유동 경로 사이에 제3 유체 유동 경로를 정의할 수 있다. 제3 유체 유동 경로는 누출 감지 및 2차 냉각재로부터의 1차 냉각재의 추가로 분리에 사용될 수 있다. 제3 유체가 열교환기에서 배출되면, 1차 또는 2차 냉각재의 포함 여부가 테스트될 수 있다. 예를 들어, 헬륨이 제3 유체 유동 경로를 통과하고 그 유출구에서 1차 또는 2차 냉각재의 존재 여부가 테스트될 수 있다.
일부 예에서, 제3 유체 유동 경로는 열교환기 코어 내의 고온 및 저온 플레이트의 산화를 촉진하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, CO2와 같은 산화성 유체가 유동 채널 내에 산화층이 형성되도록 제3 유체 유동 경로를 통과할 수 있다. 산화층은 삼중수소와 같은 활성화 생성물의 이동을 억제하는 것으로 나타났다.
경우에 따라, 제조 과정에서 열교환기 코어 내에 산화층이 형성될 수 있다. 예를 들어, 열교환 코어 플레이트를 형성할 때, 적층 제조, 기상 성막, 인쇄 또는 일부 다른 재료 적층 프로세스를 통해 플레이트에 재료를 적층하여 플레이트가 함께 접합되기 전에 플레이트에 산화층을 형성할 수 있다.
또한, 제3 유체 유동 경로는 삼중수소와 같은 활성화 생성물을 유인하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 헬륨과 같은 유체가 염으로 통과하기 전에 삼중수소를 포획할 수 있는 제3 유체 경로를 통과할 수 있다. 삼중수소는 2차 냉각재보다 제3 유체에 더 끌릴 수 있다. 그런 다음 포획된 삼중수소는 헬륨으로부터 제거될 수 있다. 방법은 제1 유체 유동 경로, 제2 유체 유동 경로 및 제3 유체 유동 경로를 갖는 열교환기 코어를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 삼중수소와 같은 활성화 생성물을 끌어당기기 위해 선택된 제3 유체를 제3 유체 유동 경로를 통해 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 제3 유체가 열교환기 코어를 통과한 후 제3 유체를 회수한 다음 활성화 생성물을 격리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 경우에, 방법은 제3 유체 유동 경로를 통해 제4 유체를 통과시키는 단계를 포함할 수 있고, 제4 유체는 누출 감지, 산화층의 생성 또는 일부 다른 목적과 같은 기타 목적을 위해 사용될 수 있다.
본 설명에서는 "열교환기" 및 "열교환기 코어"라는 용어를 사용하고 있다. 경우에 따라, 열교환기는 하나 이상의 열교환기 코어로 구성될 수 있다. 이와 같이 단일 코어가 다른 열교환기 코어와 독립적으로 독립형 열교환기로 기능할 수 있으므로 상기 용어는 호환적으로 사용될 수 있다. 경우에 따라, 복수의 열교환기 코어가 협력하여 복수형으로 열교환기로 지칭될 수 있다.
본 개시 내용은 예시적인 실시예를 설명하며, 이로써 본 개시 내용 및 첨부된 청구범위의 범위를 어떤 식으로든 제한하려고 의도되지 않는다. 특정 컴포넌트, 기능 및 이들의 관계의 구현을 예시하는 기능적 구성 블록의 도움으로 여러 실시예를 위에서 설명하였다. 이러한 기능적 구성 블록의 경계는 설명의 편의를 위해 여기에서 임의로 정의되었다. 지정된 기능 및 이들의 관계가 적절하게 수행되는 범위 내에서 다른 경계를 정의할 수 있다.
특정 실시예에 대한 전술한 설명은 다른 사람들이 당업자의 지식을 적용함으로써 과도한 실험 없이 본 개시 내용의 실시예의 일반적인 개념을 벗어나지 않고 특정 실시예와 같은 다양한 응용을 위해 쉽게 변형 및/또는 조정할 수 있도록 본 개시 내용의 실시예의 일반적인 특성을 충분히 드러낼 것이다. 따라서, 이러한 조정 및 변형은 여기에 제시된 교시 및 지침에 기초하여 개시된 실시예의 균등물의 의미 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서의 표현 또는 용어는 설명의 목적을 위한 것이므로, 명세서의 용어 또는 표현은 본 명세서에 제시된 교시 및 지침에 비추어 관련 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 해석되어야 한다.
본 개시 내용의 실시예의 폭과 범위는 전술한 예시적인 실시예에 의해 제한되어서는 안되며, 다음의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.
예컨대 무엇보다도 "할 수 있다"와 같은 조건부 언어는 달리 구체적으로 언급되지 않거나 사용된 문맥 내에서 달리 이해되지 않으면 일반적으로 특정 구현예가 다른 구현예가 포함하지 않는 특정 특징, 요소 및/또는 동작을 포함할 수 있음을 의미하는 것으로 의도된다. 따라서, 이러한 조건부 언어는 일반적으로 특징, 요소 및/또는 동작이 하나 이상의 구현예에 어떤 식으로든 필요하거나 하나 이상의 구현예가 사용자 입력 또는 프롬프트의 유무에 무관하게 이러한 특징, 요소 및/또는 동작이 임의의 특정 구현예에 포함되는 지 또는 그러한 구현예로 수행되는지 여부를 판단하기 위한 로직을 반드시 포함하는 것을 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
당업자는 본 명세서에 개시된 임의의 프로세스 또는 방법이 여러 방식으로 변형될 수 있음을 인식할 것이다. 본 명세서에 설명 및/또는 도시된 단계의 프로세스 파라미터 및 순서는 단지 예로서만 제공되며 원하는 대로 변경될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 예시 및/또는 설명된 단계들은 특정 순서로 도시되거나 논의될 수 있지만, 이러한 단계들은 반드시 예시되거나 논의된 순서로 수행될 필요는 없다.
본 명세서에 기술 및/또는 예시된 다양한 예시적인 방법은 또한 본 명세서에 기술 또는 예시된 단계 중 하나 이상을 생략하거나 개시된 단계에 더하여 추가 단계를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 임의의 방법의 단계는 본 명세서에 개시된 임의의 다른 방법의 임의의 하나 이상의 단계와 조합될 수 있다.
물론, 본 개시 내용의 다양한 특징을 설명하기 위한 목적으로 요소 및/또는 방법의 모든 가능한 조합을 설명하는 것은 가능하지 않지만, 당업자는 개시된 특징의 많은 추가적인 조합 및 순열이 가능하다는 것을 인식한다. 따라서, 본 개시 내용의 범위 또는 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 개시 내용에 대한 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 또한, 본 개시 내용의 다른 실시예는 명세서 및 첨부된 도면을 고려하고, 여기에 제시된 개시된 실시예의 실행으로부터 분먕할 수 있다. 명세서 및 첨부된 도면에 제시된 예는 모든 면에서 예시적이며 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 한다. 본 명세서에서 특정 용어가 사용되더라도, 이들은 포괄적이고 설명적인 의미로만 사용되며 제한의 목적으로 사용되지 않는다.
달리 명시되지 않는 한, 명세서에서 사용된 "연결된", "결합된", "유체 연통된"(및 이들의 파생어)이라는 용어는 직접적 및 간접적(즉, 다른 요소 또는 컴포넌트를 통한) 연결 모두를 허용하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태의 용어는 "~중 적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 마지막으로, 사용의 편의를 위해, 본 명세서에서 사용되는 "포함하는" 및 "가지는"(및 이들의 파생어)이라는 용어는 "구성하는"이란 단어와 호환 가능하며 동일한 의미를 갖는다.
전술한 내용 및 첨부된 도면으로부터, 예시를 목적으로 특정 구현예가 설명되었지만, 첨부된 청구범위 및 그 인용된 요소의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 특정 양태가 특정 청구항 형태로 아래에 제시되지만, 발명자는 다양한 양태를 임의의 이용 가능한 청구항 형태로 고려한다. 예를 들어, 일부 양태만이 특정 구성으로 구현되는 것으로 현재 인용될 수 있지만, 다른 양태도 마찬가지로 그렇게 구현될 수 있다. 본 개시 내용의 이익을 갖는 당업자에게 자명한 바와 같이 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 이것은 이러한 모든 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도되며, 따라서 위의 설명은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 의미로 간주되어야 한다.

Claims (20)

  1. 원자로용 플레이트형 열교환기(plate heat exchanger)로서,
    복수의 플레이트;
    제1 유체 유입구, 제1 유체 유출구, 및 상기 제1 유체 유입구와 상기 제1 유체 유출구 사이를 유체 연통하고 상기 복수의 플레이트에서 가이드 채널로서 형성되는 제1 유체 경로; 및
    제2 유체 유입구, 제2 유체 유출구 및 상기 제2 유체 유입구와 상기 제2 유체 유출구 사이를 유체 연통하는 제2 유체 경로로서, 상기 복수의 플레이트에서 제2 가이드 채널로서 형성되고, 상기 제1 유체 경로와 유체 연통되지 않는 제2 유체 경로
    를 포함하는, 플레이트형 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    제3 유체 유입구, 제3 유체 유출구 및 제3 유체 경로
    를 추가로 포함하고, 상기 제3 유체 경로는 상기 제3 유체 유입구와 상기 제3 유체 유출구 사이를 유체 연통하며, 상기 제1 유체 경로 및 상기 제2 유체 경로와 유체 연통되지 않으며, 열 에너지 전달 이외의 목적으로 구성되는 것인, 플레이트형 열교환기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제3 유체 경로는 제1 유체 및 제2 유체와는 상이한 제3 유체를 수용하도록 구성되는 것인, 플레이트형 열교환기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제3 유체는 제1 유체, 제2 유체 또는 이들 모두의 누출 감지에 사용되는 것인, 플레이트형 열교환기.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제3 유체는 상기 제3 유체 경로 내에 산화층을 생성하는 데 사용되는 것인, 플레이트형 열교환기.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제3 유체는 핵분열 생성물 또는 활성화 생성물을 포획하는 데 사용되는 것인, 플레이트형 열교환기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제3 유체는 삼중수소를 포획하는 것인, 플레이트형 열교환기.
  8. 제3항에 있어서, 상기 제3 유체는 수소, 헬륨, 또는 CO2 인 것인, 플레이트형 열교환기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 유체 유입구와 상기 제1 유체 유출구는 상기 플레이트형 열교환기의 동일한 측면에 형성되는 것인, 플레이트형 열교환기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 유체 유입구 및 상기 제1 유체 유출구에 결합되는 동축 도관
    을 더 포함하고, 상기 동축 도관은 내부 유체 도관 및 외부 유체 도관을 획정하고, 상기 내부 유체 도관은 상기 제1 유체 유입구 및 상기 제1 유체 유출구 중 하나에 유체 연통되게 결합되고, 상기 외부 유체 도관은 상기 제1 유체 유입구 및 상기 제1 유체 유출구 중 다른 하나에 유체 연통되게 결합되는 것인, 플레이트형 열교환기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유체 경로에 있는 제1 유체 및
    상기 제2 유체 경로에 있는 제2 유체
    를 더 포함하는, 플레이트형 열교환기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 유체는 나트륨인 것인, 플레이트형 열교환기.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제2 유체는 용융염인 것인, 플레이트형 열교환기.
  14. 제1항에 있어서, 상기 플레이트형 열교환기는 제1 플레이트형 열교환기이고, 상기 제1 플레이트형 열교환기에 유체 연통되게 결합된 제2 플레이트형 열교환기를 더 포함하는, 플레이트형 열교환기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 플레이트형 열교환기의 상기 제1 유체 유출구는 상기 제2 플레이트형 열교환기의 제1 유체 유입구와 유체 연통되는 것인, 플레이트형 열교환기.
  16. 제1항에 있어서, 상기 플레이트형 열교환기는 제1 플레이트형 열교환기이고, 원자로의 열부하를 처리하기 위해 협력하도록 구성된 복수의 열교환기를 더 포함하는, 플레이트형 열교환기.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복수의 열교환기 중 적어도 일부는 유체 헤더(fluid header)에 의해 유체 연통되는 것인, 플레이트형 열교환기.
  18. 제16항에 있어서, 상기 복수의 열교환기 중 적어도 일부는 직렬로 배관되는 것인, 플레이트형 열교환기.
  19. 제16항에 있어서, 상기 복수의 열교환기 중 적어도 일부는 병렬로 배관되는 것인, 플레이트형 열교환기.
  20. 원자로의 열교환기 내의 원자로 냉각재로부터 핵분열 생성물 또는 활성화 생성물을 제거하는 방법으로서,
    원자로 용기 내에 플레이트형 열교환기를 위치시키는 단계;
    상기 플레이트형 열교환기의 제1 유체 경로를 통해 1차 냉각재를 통과시키는 단계;
    상기 플레이트형 열교환기의 제2 유체 경로를 통해 제2 냉각재를 통과시키는 단계;
    상기 플레이트형 열교환기의 제3 유체 경로를 통해 제3 유체를 통과시키는 단계로서, 상기 제3 유체는 상기 핵분열 생성물 또는 활성화 생성물을 유인하도록 선택되는 것인 단계; 및
    상기 플레이트형 열교환기로부터 상기 제3 유체와 함께 상기 핵분열 생성물 또는 활성화 생성물을 제거하는 단계
    를 포함하는, 방법.
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