KR20230071687A - 이중벽단일통과-증기발생기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 납 또는 증기로 인한 전열관의 부식을 방지할 수 있고, 납냉각 고속 원자로의 안전성, 건전성 및 열전달 효율을 증진시킬 수 있는 납냉각 고속 원자로의 이중벽단일통과-증기발생기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 납냉각 고속 원자로의 이중벽단일통과-증기발생기는, 상부에 냉각수가 유입되는 유입구와 증기가 배출되는 증기배출구가 각각 형성되어 있는 용기; 상기 용기 내부를 상하방향으로 일직선으로 관통하도록 설치되며, 내부에 납 또는 납 - 비스무스 냉각재가 유동하는 복수의 전열관; 상기 용기의 내주면과 상기 복수의 전열관 사이의 공간을 분리하도록 설치되며, 상단이 상기 유입구의 상측에서 용기의 내주면에 연결되고, 하단이 개방되게 형성되어 상기 유입구를 통해 유입되는 냉각수를 용기의 하단부로 유도하면서 예열하는 열전도성 금속 재질의 배럴(barrel); 상기 용기의 상부에서 상기 복수의 전열관의 상부를 지지하는 상부전열관고정부; 상기 용기의 하부에서 상기 복수의 전열관의 하부를 지지하는 하부전열관고정부; 및, 상기 배럴의 내측에 설치되어 상기 복수의 전열관을 지지하는 전열관 지지판;을 포함한다.

Description

이중벽단일통과-증기발생기{Once Through Inverted Steam Generator with Double Walled Tubes}
본 발명은 원자로의 증기발생기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제4세대 원자로 중 하나로서 납, 또는 납 - 비스무스를 냉각재로 사용하는 납냉각 고속 원자로의 이중벽단일통과-증기발생기에 관한 것이다.
납 냉각 고속 원자로에서 사용되는 증기발생기는 기존 경수로와 다르게 납을 냉각재로 사용하며 납으로 인한 심각한 부식 현상이 일어난다. 특히 납 환경에서 기존 구조재료는 액체금속 취화(Liquid Metal Embrittlement)가 일어나며 납과 같은 액체금속이 금속 표면에 노출되어 있는 결정립계(Grain boundary)를 통해 침투하기 때문에 주로 인장응력(Tensile Stress)이 발생하는 기존 경수로의 전열관처럼 설계할 경우 결정립계가 늘어나기 때문에 납이 더 많이 침투할 수 있고, 따라서 액체금속취화가 더 활발하게 일어나게 된다.
또한 증기발생기 설계가 목표하고 있는 소형모듈원자로(Small modular reactor) 개념을 바탕으로 노심 핵연료를 장수명, 또는 전수명 무교체로 운용할 필요가 있으므로 장기간 동안 부식을 방지할 수 있어야 함과 동시에 기계적으로 원자로 내부의 환경에서 견딜 수 있어야 한다. 예기치 못한 현상으로 인해 전열관이 파손됐을 경우 심각한 문제가 생길 가능성이 있다. 납 냉각 고속 원자로는 주로 풀(Pool) 형태의 구조를 가지기 때문에 발전의 효율이 떨어진다.
대한민국 등록특허 제10-1752717호 대한민국 등록특허 제10-1038399호 대한민국 등록특허 제10-1082058호
본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 납, 또는 납 - 비스무스를 냉각재로 사용하는 납냉각 고속 원자로에 있어서 납 또는 증기로 인한 전열관의 부식을 방지할 수 있고, 전열관에 걸리는 인장응력을 최소화하면서 압축응력(Compressive Stress)이 전열관에 발생하게 하여 전열관의 부식이나 손상을 방지할 수 있도록 함으로써 납냉각 고속 원자로의 안전성, 건전성 및 열전달 효율을 증진시킬 수 있는 납냉각 고속 원자로의 이중벽단일통과-증기발생기를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 납냉각 고속 원자로의 이중벽단일통과-증기발생기는, 상부에 냉각수가 유입되는 유입구와 증기가 배출되는 증기배출구가 각각 형성되어 있는 용기; 상기 용기 내부를 상하방향으로 일직선으로 관통하도록 설치되며, 내부에 납 또는 납 - 비스무스 냉각재가 유동하는 복수의 전열관; 상기 용기의 내주면과 상기 복수의 전열관 사이의 공간을 분리하도록 설치되며, 상단이 상기 유입구의 상측에서 용기의 내주면에 연결되고, 하단이 개방되게 형성되어 상기 유입구를 통해 유입되는 냉각수를 용기의 하단부로 유도하면서 예열하는 열전도성 금속 재질의 배럴(barrel); 상기 용기의 상부에서 상기 복수의 전열관의 상부를 지지하는 상부전열관고정부; 상기 용기의 하부에서 상기 복수의 전열관의 하부를 지지하는 하부전열관고정부; 및, 상기 배럴의 내측에 설치되어 상기 복수의 전열관을 지지하는 전열관 지지판;을 포함한다.
상기 복수의 전열관 각각은, 내부에 납 또는 납 - 비스무스 냉각재가 유동하는 내층과, 상기 내층의 외측에 내층과 일정 거리 이격되어 내층과의 사이에 전열관의 손상 상태를 감지하는 헬륨(He) 가스가 유동하는 공극을 형성하는 외층를 포함할 수 있다.
상기 내층의 내면은 알루미늄 형성 오스테나이트강 또는 납의 부식방지 기능성 재료로 코팅되거나 내층 전체가 알루미늄 형성 오스테나이트강 또는 납의 부식방지 기능성 재료로 이루어지고, 상기 외층은 15 - 15Ti 합금으로 코팅되거나 외층 전체가 15 - 15Ti 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 상부전열관고정부는 허니콤 구조로 이루어지며, 상부전열관고정부에 형성되는 공간을 통해 상기 전열관의 공극으로 유입되거나 전열관의 공극으로부터 배출되는 헬륨(He) 가스가 유동할 수 있다.
상기 하부전열관고정부는 허니콤 구조로 이루어지며, 하부전열관고정부에 형성되는 공간을 통해 상기 전열관의 공극으로부터 배출되거나 전열관의 공극으로 유입되는 헬륨(He) 가스가 유동할 수 있다.
상기 배럴의 외면에 냉각수의 유속을 저하시키면서 배럴의 내측 공간을 따라 상승하는 유체와 배럴의 외측 공간을 따라 하강하는 냉각수와의 열교환을 수행하는 복수의 열교환핀(fin)이 돌출되게 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 증기발생기의 전열관의 부식, 1차 및 2차계통 누설로 인한 전열관의 건전성 손상, 열전달 효율 감소 등의 문제점들을 전열관의 이중관(이중벽) 설계와, 전열관의 각기 다른 재료로 이루어지는 복합층 코팅, 다양한 기계적 특성 강화 구조물 및 급수 예열기 설계를 바탕으로 해결할 수 있으며 납냉각 고속 원자로의 안전성, 건전성 및 열전달 효율을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
즉, 전열관은 내면이 납의 부식방지 기능성 재료로 코팅된 내층과, 외면이 증기로 인한 부식을 방지할 수 있는 외층의 이중벽 구조로 이루어져 부식을 방지할 수 있으며, 내층과 외층 사이의 공극을 통해 헬륨(He) 가스를 유동시켜 전열관의 손상에 따른 납 누설을 신속하게 감지하여 안전사고에 대처할 수 있다.
그리고 전열관이 용기 내에서 굴곡진 부분없이 일직선형으로 관통하게 설치되는 단일통과(Once Through) 설계를 통해 굴곡진 부분에서의 파단 가능성을 배제할 수 있다.
또한 전열관의 외부의 압력이 전열관의 내부의 압력보다 높은 역증기발생기(Inverted Steam Generator) 설계를 통해, 전열관에 인장응력이 걸리지 않고 압축응력(Compressive Stress)이 걸리게 함으로써 결정립계가 넓어지지 않게 되어, 결과적으로 납이 재료로 침투하기 어려워져 재료의 액체금속취화, 즉 재료의 부식을 방지할 수 있는 효과도 있다.
또한 용기 내부에 설치되는 배럴에 의한 급수 예열기(Economizer) 설계를 통해 증기가 열을 교환하기 전에 급수 예열기에서 냉각수가 충분한 예열과정을 거치게 되어 전열관 부분에서의 열교환이 보다 안정적이고 효율적으로 이루어질 수 있게 되며, 열충격도 완화할 수 있는 효과가 있다.
이러한 본 발명에 따른 이중벽단일통과-증기발생기 설계는 향후 우수한 열전달 효과 및 안정성을 고려해야하는 다른 분야(예를 들어 Sodium Fast Reactor 등)에도 직, 간접적으로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중벽단일통과-증기발생기의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중벽단일통과-증기발생기의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중벽단일통과-증기발생기를 구성하는 전열관의 구조를 나타낸 횡단면도 및 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중벽단일통과-증기발생기에 구성된 급수 예열기(Economizer) 구성을 나타낸 사시도이다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 납냉각 고속로 환경에 기반한 이중벽단일통과-증기발생기에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
또한 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중벽단일통과-증기발생기는 용기(10)와, 복수의 전열관(20), 배럴(barrel)(60), 상부전열관고정부(30), 하부전열관고정부(40), 전열관 지지판(50)을 포함한다.
상기 용기(10)는 상하로 긴 원통형으로 이루어지며, 상부 일측에 냉각수를 공급하는 급수관(미도시)과 연결되는 유입구(11)가 형성되고, 상기 유입구(11)보다 상측에 증기가 배출되는 증기배출구(12)가 각각 형성되어 있다. 증기배출구(12)는 증기배출관(미도시)과 연결되어 용기(10) 내부에서 발생한 증기를 외부로 배출한다.
용기(10)의 최소 두께는 내부 압력, 구조재료의 설계응력강도값(Design Stress Intensity)을 기반으로 설계되며, ASME 압력용기 설계 최소 기준에 여유도를 10% 이상 주는 것으로 설계할 수 있다.
상기 용기(10)에는 납 또는 납 - 비스무스 냉각재가 유동하는 복수의 전열관(20)이 용기 내부를 상하방향으로 일직선으로 관통하도록 설치된다. 단일통과(Once Through) 설계를 위해 전열관(20)의 길이는 2~6 m 직선으로 설계될 수 있지만, 이에 한정하지는 않는다. 상기 전열관(20)은 이중관 구조로 이루어지는데, 이에 대해서는 아래에 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
용기(10)의 내부 공간에는 전열관(20)의 외측을 둘러싸면서 용기(10)의 내주면과 복수의 전열관(20) 사이의 공간을 분리하는 원통형으로 된 열전도성 금속 재질의 배럴(barrel)(60)이 설치된다. 상기 배럴(60)은 용기(10) 상부의 유입구(11)를 통해 유입된 냉각수를 하측으로 유도하면서 예열하는 기능을 한다. 좀 더 구체적으로, 상기 배럴(60)은 용기(10)의 내주면과 소정의 간격(예를 들어 최대 10 ㎝)을 가지며, 상단이 상기 유입구(11)의 상측에서 용기(10)의 내주면에 연결되고, 하단이 개방되게 형성되어 상기 유입구(11)를 통해 유입되는 냉각수를 하측으로 유도하는 챔버를 형성한다.
이와 같이 배럴(60)은 유입구(11)를 통해 유입되는 냉각수가 하측으로 유도하며, 배럴(60)의 내측 공간에서 전열관(20)의 외면을 따라 상측으로 흐르는 유체(증기)의 열을 배럴(60)의 외측에서 하측으로 흐르는 냉각수에 전달하여 예열하는 급수 예열기(Economizer)의 작용을 하게 된다.
이러한 배럴(60)에 의한 급수 예열기(Economizer) 설계를 통해서 증기가 열을 교환하기 전에 급수 예열기에서 충분한 예열과정을 거치게 되어 전열관(20) 부분에서 열교환이 보다 안정적이고 효율적으로 이루어질 수 있게 되며, 열충격도 완화할 수 있는 이점이 있다. 배럴(60)의 두께는 최대 3 ㎝로 설계될 수 있다.
또한 도 4에 도시한 것과 같이 배럴(60)의 외면에는 유입구(11)를 통해 유입된 냉각수의 유속을 저하시키면서 배럴(60)의 내측 공간을 따라 상승하는 유체와 배럴(60)의 외측 공간을 따라 하강하는 냉각수와의 열교환을 증진시키는 복수의 열교환핀(fin)(62)이 돌출되게 형성될 수 있다. 상기 열교환핀(62)은 평판 형태로 이루어질 수 있지만, 이와 다른 임의의 형태를 가질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상부전열관고정부(30)는 용기(10)의 상부에서 복수의 전열관(20)의 상부를 고정되게 지지하도록 된 것으로, 원전 운전 중 발생하는 하중을 효과적으로 견디면서 상기 전열관(20) 내로 유입되는 헬륨(He) 가스가 유동하는 공간을 갖는 허니콤 구조(Honeycomb Structure)로 이루어지는 것이 바람직하다. 상부전열관고정부(30)는 대략 20~60 ㎝의 높이를 가질 수 있지만, 이에 한정하지는 않는다.
또한 하부전열관고정부(40)는 용기(10)의 하부에서 복수의 전열관(20)의 하부를 고정되게 지지하도록 된 것으로, 상부전열관고정부(30)와 마찬가지로 대략 20~60 ㎝의 높이의 허니콤 구조(Honeycomb Structure)로 이루어질 수 있다. 따라서 전열관(20)의 하단부를 통해 배출되는 헬륨(He) 가스가 하부전열관고정부(40)에 형성되는 공간을 통해 유동할 수 있게 된다.
상기 전열관 지지판(50)은 상기 배럴(60)의 내측에 설치되며, 상기 복수의 전열관(20)이 통과하면서 지지되는 다수의 구멍을 갖는 원형의 평판 형태로 되어 용기(10) 내측에서 복수의 전열관(20)을 지지한다. 전열관 지지판(50)은 복수개가 상하로 소정의 간격을 두고 배열되는데, 2m 길이의 전열관(20)에는 상하방향으로 3개가 설치될 수 있으며, 전열관(20)의 길이가 50 ㎝ 늘어날 때 마다 전열관 지지판(50)은 1개씩 추가될 수 있다.
전열관 지지판(50)이 용기(10) 내측에서 복수의 전열관(20)의 중간 부분을 지지함으로써 전열관(20)의 진동을 방지할 수 있는데, 특히 진동이 더 많이 발생하는 전열관(20) 상부 부분에서 진동을 중점적으로 방지하여 증기발생기의 기계적 건전성을 확보할 수 있다.
도 3에 도시한 것과 같이, 전열관(20)은 내층(21)과, 상기 내층(21)의 외측에 일정 거리 이격되게 배치된 외층(22)의 이중벽(Double Walled) 구조로 이루어지며, 내층(21)과 외층(22) 사이의 공극을 따라 헬륨(He) 가스가 유동할 수 있도록 하여 전열관(20) 손상으로 인한 납의 2차계통으로의 누설을 감지할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 전열관(20)은 내부에 납 또는 납 - 비스무스 냉각재가 유동하는 내층(21)과, 상기 내층(21)의 외측에 내층(21)과 일정 거리 이격되어 내층(21)과의 사이에 전열관(20)의 손상 상태를 감지하는 헬륨(He) 가스가 유동하는 공극(23)을 형성하는 외층(22)를 포함한다. 상기 공극(23)은 내층(21)과 외층(22) 사이의 간격, 즉 공극(23)은 10~100 ㎛로 형성될 수 있다.
상기 공극(23)을 통해서 헬륨(He) 가스가 순환 유동하게 되는데, 헬륨(He) 가스는 상부전열관고정부(30)에서 전열관(20)의 상단 측면에 형성된 통기공(미도시)을 통해서 유입된 후 전열관(20)을 따라 하측으로 유동하다가 전열관(20)의 하단 측면에 형성된 통기공(미도시)을 통해서 하부전열관고정부(40)로 배출될 수 있다. 물론 이와 반대로 헬륨(He) 가스는 하부전열관고정부(40)에서 전열관(20)의 하단 측면에 형성된 통기공(미도시)을 통해서 유입된 후 전열관(20)을 따라 상측으로 유동하다가 전열관(20)의 상단 측면에 형성된 통기공(미도시)을 통해서 상부전열관고정부(30)로 배출될 수도 있을 것이다. 이와 같이 전열관(20)을 따라 하측 또는 상측으로 유동하다가 하부전열관고정부(40) 또는 상부전열관고정부(30) 내로 흘러 들어간 헬륨(He) 가스를 채집하여 방사선을 측정하고, 압력 변화, 온도 변화, 기체 건도 변화를 측정함으로써 전열관(20)의 파손을 신속하게 감지할 수 있다.
전열관(20)의 전체 두께는 1~3 ㎜로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 상기 내층(21)의 내면은 알루미늄 형성 오스테나이트강 또는 납의 부식방지 기능성 재료로 코팅되거나 내층(21) 전체가 알루미늄 형성 오스테나이트강 또는 납의 부식방지 기능성 재료로 이루어질 수 있다. 또한 상기 외층(22)은 증기에 의한 부식 저항성이 있으며 높은 기계적 강도를 가지고 있는 15 - 15Ti 합금으로 코팅되거나 외층 전체가 15 - 15Ti 합금으로 이루어질 수 있다.
이러한 증기발생기는 다음과 같이 작동한다.
급수관(미도시)을 통해 냉각수가 용기(10) 상부의 유입구(11)를 통해 유입되면, 냉각수는 용기(10)의 내면과 배럴(60)의 외면 사이에 형성된 챔버를 따라서 하측으로 유동한 다음, 배럴(60)의 개방된 하단부를 통해서 용기(10)의 하단부 내측으로 유입된 후 상승하면서 전열관(20)의 납 또는 납-비스무스 냉각재와 열교환하게 된다.
이 때, 배럴(60)의 내측 공간에서 전열관(20)의 외면을 따라 상승하는 유체의 열이 배럴(60)과 열교환핀(62)을 통해 배럴(60)의 외측에서 하측으로 유동하는 냉각수로 전달되어 냉각수가 예열되므로 전열관(20) 부분에서 열교환이 안정적이고 효율적으로 이루어질 수 있다.
전열관(20)의 외면을 따라 상승하면서 열교환된 냉각수는 증기로 상변환하여 증기배출구(12)를 통해 용기(10)의 외부로 배출된다.
한편, 상술한 것과 같이 용기(10) 내측으로 냉각수가 유입되어 전열관(20)의 냉각재와 열교환하여 증기가 발생하는 동안, 전열관(20)의 내층(21)과 외층(22) 사이의 공극(23)으로는 헬륨(He) 가스가 유동하게 된다. 전열관(20) 내부를 따라 유동하는 헬륨(He) 가스를 채집하고, 방사선, 압력 변화, 온도 변화, 기체 건도 변화를 측정함으로써 전열관(20)의 파손을 신속하게 감지한다.
이와 같은 본 발명의 증기발생기는 전열관(20)이 굴곡진 부분 없이 용기(10)의 상단부에서 하단부를 일직선형으로 관통하도록 설치되므로, 굴곡진 부분에서의 파단 가능성을 없앨 수 있다.
또한 전열관(20)의 외부의 압력이 전열관(20)의 내부의 압력보다 높은 역증기발생기(Inverted Steam Generator) 설계를 통해, 전열관(20)에 인장응력이 걸리지 않고 압축응력(Compressive Stress)이 걸리게 함으로써 결정립계가 넓어지지 않게 되고, 결과적으로 납이 재료로 침투하기 어려워져 재료의 액체금속취화, 즉 재료의 부식을 방지할 수 있는 이점이 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 증기발생기 용기 11 : 유입구
12 : 증기배출구 20 : 전열관
21 : 내층 22 : 외층
23 : 공극 30 : 상부전열관고정부
40 : 하부전열관고정부 50 : 전열관 지지판
60 : 배럴(barrel) 62 : 열교환핀(fin)

Claims (6)

  1. 상부에 냉각수가 유입되는 유입구와 증기가 배출되는 증기배출구가 각각 형성되어 있는 용기;
    상기 용기 내부를 상하방향으로 일직선으로 관통하도록 설치되며, 내부에 납 또는 납 - 비스무스 냉각재가 유동하는 복수의 전열관;
    상기 용기의 내주면과 상기 복수의 전열관 사이의 공간을 분리하도록 설치되며, 상단이 상기 유입구의 상측에서 용기의 내주면에 연결되고, 하단이 개방되게 형성되어 상기 유입구를 통해 유입되는 냉각수를 용기의 하단부로 유도하면서 예열하는 열전도성 금속 재질의 배럴(barrel);
    상기 용기의 상부에서 상기 복수의 전열관의 상부를 지지하는 상부전열관고정부;
    상기 용기의 하부에서 상기 복수의 전열관의 하부를 지지하는 하부전열관고정부; 및,
    상기 배럴의 내측에 설치되어 상기 복수의 전열관을 지지하는 전열관 지지판;
    을 포함하는 이중벽단일통과-증기발생기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전열관 각각은, 내부에 납 또는 납 - 비스무스 냉각재가 유동하는 내층과, 상기 내층의 외측에 내층과 일정 거리 이격되어 내층과의 사이에 전열관의 손상 상태를 감지하는 헬륨(He) 가스가 유동하는 공극을 형성하는 외층를 포함하는 이중관으로 된 이중벽단일통과-증기발생기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 내층의 내면은 알루미늄 형성 오스테나이트강 또는 납의 부식방지 기능성 재료로 코팅되거나 내층 전체가 알루미늄 형성 오스테나이트강 또는 납의 부식방지 기능성 재료로 이루어지고, 상기 외층은 15 - 15Ti 합금으로 코팅되거나 외층 전체가 15 - 15Ti 합금으로 이루어진 이중벽단일통과-증기발생기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 상부전열관고정부는 허니콤 구조로 이루어지며, 상부전열관고정부에 형성되는 공간을 통해 상기 전열관의 공극으로 유입되거나 전열관의 공극으로부터 배출되는 헬륨(He) 가스가 유동하는 이중벽단일통과-증기발생기.
  5. 제6항에 있어서, 상기 하부전열관고정부는 허니콤 구조로 이루어지며, 하부전열관고정부에 형성되는 공간을 통해 상기 전열관의 공극으로부터 배출되거나 전열관의 공극으로 유입되는 헬륨(He) 가스가 유동하는 이중벽단일통과-증기발생기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 배럴의 외면에 냉각수의 유속을 저하시키면서 배럴의 내측 공간을 따라 상승하는 유체와 배럴의 외측 공간을 따라 하강하는 냉각수와의 열교환을 수행하는 복수의 열교환핀(fin)이 돌출되게 형성된 이중벽단일통과-증기발생기.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60240988A (ja) * 1984-05-04 1985-11-29 ノヴアトーム 二流体を使用する熱交換器用二重壁管
JP2010014583A (ja) * 2008-07-04 2010-01-21 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd 蒸気発生装置
KR101038399B1 (ko) 2008-09-17 2011-06-01 한국수력원자력 주식회사 Ｏｎ-ｌｉｎｅ 전열관 파손감지 기능을 갖는 소듐 냉각 고속로용 증기발생기
KR101082058B1 (ko) 2009-02-18 2011-11-10 한국수력원자력 주식회사 나노크기의 이산화티타늄 제조방법 및 이를 이용한 원자로 증기발생기 전열관의 응력부식균열 억제방법
KR20120113192A (ko) * 2011-04-04 2012-10-12 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 증기 발생기
KR20160096718A (ko) * 2014-01-31 2016-08-16 스테이트 에토믹 에너지 코퍼레이션 “로사톰” 납-냉각 고속 원자로를 구비한 원자로 시스템

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60240988A (ja) * 1984-05-04 1985-11-29 ノヴアトーム 二流体を使用する熱交換器用二重壁管
JP2010014583A (ja) * 2008-07-04 2010-01-21 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd 蒸気発生装置
KR101038399B1 (ko) 2008-09-17 2011-06-01 한국수력원자력 주식회사 Ｏｎ-ｌｉｎｅ 전열관 파손감지 기능을 갖는 소듐 냉각 고속로용 증기발생기
KR101082058B1 (ko) 2009-02-18 2011-11-10 한국수력원자력 주식회사 나노크기의 이산화티타늄 제조방법 및 이를 이용한 원자로 증기발생기 전열관의 응력부식균열 억제방법
KR20120113192A (ko) * 2011-04-04 2012-10-12 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 증기 발생기
KR20160096718A (ko) * 2014-01-31 2016-08-16 스테이트 에토믹 에너지 코퍼레이션 “로사톰” 납-냉각 고속 원자로를 구비한 원자로 시스템
KR101752717B1 (ko) 2014-01-31 2017-06-30 스테이트 에토믹 에너지 코퍼레이션 “로사톰” 온 비핼프 오브 더 러시안 페더레이션 납-냉각 고속 원자로를 구비한 원자로 시스템

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