KR20230151754A - 나선형 증기발생기를 포함하는 소형모듈형 원자로 - Google Patents

나선형 증기발생기를 포함하는 소형모듈형 원자로 Download PDF

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KR20230151754A
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Abstract

본 발명은 나선형 증기발생기를 포함하는 소형모듈형 원자로에 관한 것으로, 상부 원자로 본체; 상기 상부 원자로 본체와 결합 및 분리되며 상기 나선형 증기발생기와 노심을 수용하는 하부 원자로 본체를 포함하며, 상기 나선형 증기발생기는, 상기 노심을 통과하여 상승하는 냉각수의 상승 유로를 형성하는 내주면; 및 상기 하부 원자로 본체의 내면과 마주하는 외주면을 포함하며, 상기 외주면이 상기 하부 원자로 본체의 내면에 지지되어 있다.

Description

나선형 증기발생기를 포함하는 소형모듈형 원자로{SMR comprising helical type steam generator}
본 발명은 나선형 증기발생기를 포함하는 소형모듈형 원자로에 관한 것이다.
다수의 소형모듈형 원자로의 증기발생기는 충분한 열전달 면적을 확보하고 소형의 원자로 용기 내에 증기발생기 전열관을 배치하기 위해 헬리컬 코일 형태, 즉 나선형의 증기발생기 전열관 설계를 채택하고 있다.
종래 소형모듈형 원자로 용기는 상/하부 원자로 용기로 분리되도록 설계되어 있으며 상부 원자로 용기에 용기와 일체형으로 제작된 나선형 전열관 설계를 채택하고 있어 정비 및 유지 보수에 불편한 문제가 있다.
나선형 전열관을 고정하기 위해서는 전열관 중간을 지지하기 위한 지지대 설계가 필수적이다. 지지대의 존재 및 나선형 형상의 복잡함에 기인하여 설치 및 유지/보수에 용이한 원자로 설계에 큰 어려움이 존재한다.
교체가 가능하도록 카세트 타입의 다수의 증기발생기를 원자로에 삽입한 형태의 소형모듈형 원자로도 존재하고 있으나, 열효율적인 문제 및 체적 증가의 문제를 가지고 있다.
한국등록특허 제10-2095653호(2020년 3월 31일 공고)
따라서 본 발명의 목적은 설치와 유지보수가 용이한 나선형 증기발생기를 포함하는 소형모듈형 원자로를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 나선형 증기발생기를 포함하는 소형모듈형 원자로에 있어서, 상부 원자로 본체; 상기 상부 원자로 본체와 결합 및 분리되며 상기 나선형 증기발생기와 노심을 수용하는 하부 원자로 본체를 포함하며, 상기 나선형 증기발생기는, 상기 노심을 통과하여 상승하는 냉각수의 상승 유로를 형성하는 내주면; 및 상기 하부 원자로 본체의 내면과 마주하는 외주면을 포함하며, 상기 외주면이 상기 하부 원자로 본체의 내면에 지지되어 있는 것에 의해 달성된다.
상기 외주면에 돌출되어 고정되어 있는 돌출고정부를 더 포함하며, 상기 하부 원자로 본체에는 상기 돌출고정부를 수용하는 함몰고정부가 형성되어 있을 수 있다.
상기 돌출고정부는 복수개이며, 상기 나선형 증기발생기의 길이방향을 따라 이격배치되어 있으며, 상기 함몰고정부는 상기 돌출고정부에 대응하여 이격배치되어 있을 수 있다.
상기 하부 원자로 본체에는 상기 함몰고정부와 연결되어 있으며 상기 나선형 증기발생기의 길이방향으로 길게 형성된 함몰연장부가 더 형성되어 있으며, 상기 함몰연장부에 삽입되어 있으며, 상기 외주면에 의해 상기 함몰연장부로부터의 이탈이 방지되며, 상기 함몰고정부에 수용된 상기 돌출고정부의 움직임을 제한하는 고정바를 더 포함할 수 있다.
상기 나선형 증기발생기와 상기 하부 원자로 본체의 결합과정에서, 상기 돌출고정부는 상기 함몰연장부에 수용되어 하부로 이동한 후, 상기 나선형증기발생기의 회전에 의해 상기 함몰고정부에 수용될 수 있다.
상기 내주면과 결합되어 상기 나선형 증기발생기를 지지하는 내부지지체를 더 포함하며, 상기 내부 지지체는; 상기 내주면과 결합는 제1부분; 및 상기 제1부분에서 절곡연장되어 있으며, 적어도 일부가 상기 원자로 본체에 결합되어 있는 제2부분을 포함할 수 있다.
상기 제2부분은 상기 제1부분에서 절곡연장되어 상기 나선형 증기발생기의 상부면 및 하부면 중 어느 하나와 마주하며, 상기 제2부분에는 냉각수를 통과시키는 유로가 형성되어 있을 수 있다.
상기 제1부분은 상기 내주면과 마주하는 파이프 형상이며, 상기 제2부분의 적어도 일부는 상기 상부 원자로 본체 및 상기 하부 원자로 본체 사이에 위치할 수 있다.
상기 하부 원자로 본체는, 상기 나선형 증기발생기를 수용하는 제1하부 본체; 및 상기 제1하부 본체의 하부에 위치하며, 상기 제1하부 본체와 결합 및 분리되며, 상기 노심을 수용하는 제2하부 본체를 포함할 수 있다.
상기 제1부분은 상기 내주면과 마주하는 파이프 형상이며, 상기 제2부분의 적어도 일부는 상기 제1하부 본체 및 상기 제2하부 본체 사이에 위치할 수 있다.
본 발명에 따르면 설치와 유지보수가 용이한 나선형 증기발생기를 포함하는 소형모듈형 원자로가 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 소형모듈형 원자로의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 소형모듈형 원자로에서 하부 원자로 본체의 내부면을 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 소형모듈형 원자로에서 나선형 증기발생기를 나타낸 것이고,
도 4는 도 3의 IV-IV'을 따른 단면을 나타낸 것이고,
도 5는 도 3의 V-V'를 따른 단면을 나타낸 것이고,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 소형모듈형 원자로에서 내부지지체를 나타낸 것이고,
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 소형모듈형 원자로의 조립방법을 나타낸 것이고,
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 소형모듈형 원자로의 단면을 나타낸 것이고,
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 소형모듈형 원자로의 결합관계를 설명하기 위한 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 또한 첨부된 도면은 각 구성요소 간의 관계를 설명하기 위해 크기와 간격 등이 실제와 달리 과장되어 있을 수 있다.
본 발명은 나선형 증기발생기의 분해 조립을 고려한 일체형 원자로 설계를 제공한다. 본 발명에 따르면 종래의 상부 원자로 용기를 별도로 분리하여 나선형 증기발생기의 유지보수를 용이하게 하기 위한 설계를 제공한다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 소형모듈형 원자로를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 소형모듈형 원자로의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 소형모듈형 원자로에서 하부 원자로 본체의 내부면을 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 소형모듈형 원자로에서 나선형 증기발생기를 나타낸 것이고, 도 4는 도 3의 IV-IV'를 따른 단면을 나타낸 것이고, 도 5는 도 3의 V-V'를 따른 단면을 나타낸 것이고, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 소형모듈형 원자로에서 내부지지체를 나타낸 것이다.
소형모듈형 원자로(1)는 원자로 본체(10), 노심(20), 나선형 증기발생기(30) 및 내부지지체(40)를 포함한다.
소형모듈형 원자로(1)는 이 외에 돌출고정부(510), 고정바(520, 도 8 참조), 고정부재(530) 및 결합부재(540a, 540b)를 포함한다.
원자로 본체(10)는 상부 원자로 본체(110)와 하부 원자로 본체(120)를 포함하며, 하부 원자로 본체(120)는 제1하부 본체(121)와 제2하부 본체(122)를 포함한다.
제1하부 본체(121)는 나선형 증기발생기(30)를 수용하며 제2하부 본체(122)는 노심(20)을 수용한다. 다른 실시예에서는 제1하부 본체(121)와 제2하부 본체(122)가 일체로 형성될 수 있다.
각 본체(110, 121, 122)에는 외부로 돌출된 결합부(110a, 121a, 121b, 122a)가 형성되어 있으며, 결합부재(540a, 540b)에 의해 서로 결합되어 있다. 결합부재(540a, 540b)는 볼트 및 너트를 포함할 수 있다.
제1하부 본체(121)의 내부면에는 도 2와 같이 함몰고정부(121c)와 함몰연장부(121d)가 형성되어 있다.
함몰고정부(121c)는 나선형 증기발생기(30)의 길이방향을 따라 복수개가 이격배치되어 있다. 함몰연장부(121d)는 나선형 증기발생기(30)의 길이방향을 따라 길게 연장되어 있다. 함몰고정부(121c)와 함몰연장부(121d)는 서로 연결되어 있다.
나선형 증기발생기(30)는 도 3 및 도 4와 같이 속이 비어 있는 원통형상이며, 내주면(30a)과 외주면(30b)을 가진다.
나선형 증기발생기(30)의 전열관(31)은 제1하부 본체(121)의 내경을 따라 나선형으로 설계되어 있다.
외부관과 연결되는 전열관(31)의 상부와 하부 구성은 원자로 용기(10)의 형태 등에 따라 변경될 수 있다.
외주면(30b)에는 도 5와 같이 돌출고정부(510)가 결합되어 있다. 돌출고정부(510)는 함몰고정부(121c)에 대응하도록 다수개가 나선형 증기발생기(30)의 길이방향을 따라 이격배치되어 있다.
내부지지체(40)는 가운데가 비어 있는 원통형의 제1부분(410)과 가운데가 비어 있는 원판형의 제2부분(420)을 포함한다. 제1부분(410)과 제2부분(420)은 일체로 형성되어 있으며, 제2부분(420)은 제1부분(410)에서 절곡연장되어 있다.
제1부분(410)의 외면은 나선형 증기발생기(30)의 내주면(30a)과 마주하며, 제1부분(410)에는 고정공(411)이 형성되어 있다. 나선형 증기발생기(30)은 고정공(411) 및 고정부재(530)를 통해 내부지지체(40)에 의해 지지된다. 고정부재(530)는 볼트 및 너트와 같은 다양한 구성을 사용할 수 있으며, 필요에 따라 나선형 증기발생기(30)의 내부면에 결합공 등을 형성할 수 있다.
제2부분(420)은 나선형 증기발생기(30)의 상부면을 덮고 있다. 제2부분(420)의 최외곽 둘레부분에는 결합공(421)이 형성되어 있으며, 결합공(421) 및 결합부재(540a)을 통해 원자로 본체(10)에 고정된다. 제2부분(420) 중 원자로 본체(10)의 내부에 위치하는 영역에는 통과공(422)이 형성되어 있다.
노심에서 가열된 냉각수는 제1부분(410)의 내부를 통해 상부로 이동한 후 통과공(422)을 통해 하부로 이동하여 나선형 증기발생기(30)에서 열교환한다. 통과공(422)의 형상 및 배치는 다양하게 변화할 수 있으며, 메시 형태로 마련될 수도 있다.
이상과 같이 본 발명에 따르면 나선형 증기발생기(30)의 내주면(30a)은 내부지지체(40)에 의해 결합지지되고, 외주면(30b)은 제1하부 본체(121)에 의해 결합지지된다. 따라서, 본 발명에 따르면 별도의 지지대가 없어도 나선형 증기발생기(30)의 지지가 가능하다. 또는 나선형 증기발생기(30)는 내주면(30a)과 외주면(30b)의 양 면에서 지지되어 원자로 본체(10)에 안정적으로 지지된다.
이하 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 소형모듈형 원자로의 결합방법에 대해 설명한다.
먼저 도 7과 같이, 원자로 본체(10)의 외부에서 나선형 증기발생기(30)의 내주면(30a)을 고정공(411) 및 고정부재(530)를 통해 내부지지체(40)에 결합시킨다.
다음 도 8의 (a)와 같이 나선형 증기발생기(30)에 결합되어 있는 돌출고정부(510)를 제1하부 본체(121)의 함몰연장부(121d)와 정렬한 후, 나선형 증기 발생기(30)를 제1하부 본체(121) 내로 도입한다. 이 과정에서 돌출고정부(510)는 함몰연장부(121d)에 수용된다.
다음 도 8의 (b)와 같이 돌출고정부(510)가 함몰고정부(121c)의 측면에 정렬된 상태에서, 나선형 증기발생기(30)를 회전시켜 돌출고정부(510)가 함몰고정부(121c)에 수용되도록 한다.
이후 도 8의 (c) 및 (d)와 같이, 고정바(520)을 함몰연장부(121d) 내에 삽입한다.
고정바(520)는 함몰연장부(121d)에 대응하는 막대형태이며, 삽입에 의해 나선형 증기발생기(30)의 회전을 방지한다.
돌출고정부(510) 및 고정바(520)은 원자로 용기(10)보다 열팽창계수가 높은 재료로 마련하여, 원자로 가동 시 나선형 증기발생기(30)의 지지의 안정성을 높일 수 있다.
마지막으로 결합부재(540a)를 이용하여 상부 원자로 본체(10), 내부지지체(20) 및 제1하부 본체(121)을 결합한다.
이상의 설명에서 결합의 순서는 변경될 수 있으며, 구조물 간의 상대적 이동관계 역시 변경될 수 있다. 나선형 증기발생기(30)를 원자로 본체(10)로부터의 분리에서는 위 과정을 역으로 수행한다.
본 발명에 따르면 나선형 증기발생기(30)의 조립 및 분리가 용이하여, 설치 및 유지보수에 유리하다.
도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 소형모듈형 원자로를 설명한다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 소형모듈형 원자로의 단면을 나타낸 것이고, 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 소형모듈형 원자로의 결합관계를 설명하기 위한 도면이다.
제2실시예에서 내부지지체(40)의 제2부분(420a, 420b)은 제1부분(410)의 상부 및 하부에 각각 위치하며, 나선형 증기발생기(30)의 상면과 하면을 마주한다.
두 개의 제2부분(420a, 420b)은 각각 상부 원자로 본체(110)의 제1하부 본체(121)의 사이 및 제1하부 본체(121)와 제2하부 본체(122)의 사이에서 원자로 본체(10)와 결합된다.
제2실시예에 따르면 내부지지체(40)와 원자로 본체(10)간의 결합이 더욱 안정적으로 이루어져, 결국 나선형 증기발생기(30)가 원자로 본체(10)에 안정적으로 지지된다.
전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 나선형 증기발생기를 포함하는 소형모듈형 원자로에 있어서,
    상부 원자로 본체;
    상기 상부 원자로 본체와 결합 및 분리되며 상기 나선형 증기발생기와 노심을 수용하는 하부 원자로 본체를 포함하며,
    상기 나선형 증기발생기는,
    상기 노심을 통과하여 상승하는 냉각수의 상승 유로를 형성하는 내주면; 및
    상기 하부 원자로 본체의 내면과 마주하는 외주면을 포함하며,
    상기 외주면이 상기 하부 원자로 본체의 내면에 지지되어 있는 소형모듈형 원자로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외주면에 돌출되어 고정되어 있는 돌출고정부를 더 포함하며,
    상기 하부 원자로 본체에는 상기 돌출고정부를 수용하는 함몰고정부가 형성되어 있는 소형모듈형 원자로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌출고정부는 복수개이며,
    상기 나선형 증기발생기의 길이방향을 따라 이격배치되어 있으며,
    상기 함몰고정부는 상기 돌출고정부에 대응하여 이격배치되어 있는 소형모듈형 원자로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하부 원자로 본체에는 상기 함몰고정부와 연결되어 있으며 상기 나선형 증기발생기의 길이방향으로 길게 형성된 함몰연장부가 더 형성되어 있으며,
    상기 함몰연장부에 삽입되어 있으며, 상기 외주면에 의해 상기 함몰연장부로부터의 이탈이 방지되며, 상기 함몰고정부에 수용된 상기 돌출고정부의 움직임을 제한하는 고정바를 더 포함하는 소형모듈형 원자로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 나선형 증기발생기와 상기 하부 원자로 본체의 결합과정에서,
    상기 돌출고정부는 상기 함몰연장부에 수용되어 하부로 이동한 후, 상기 나선형증기발생기의 회전에 의해 상기 함몰고정부에 수용되는 소형모듈형 원자로.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 내주면과 결합되어 상기 나선형 증기발생기를 지지하는 내부지지체를 더 포함하며,
    상기 내부 지지체는;
    상기 내주면과 결합는 제1부분; 및
    상기 제1부분에서 절곡연장되어 있으며, 적어도 일부가 상기 원자로 본체에 결합되어 있는 제2부분을 포함하는 소형모듈형 원자로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2부분은 상기 제1부분에서 절곡연장되어 상기 나선형 증기발생기의 상부면 및 하부면 중 어느 하나와 마주하며,
    상기 제2부분에는 냉각수를 통과시키는 유로가 형성되어 있는 소형모듈형 원자로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1부분은 상기 내주면과 마주하는 파이프 형상이며,
    상기 제2부분의 적어도 일부는 상기 상부 원자로 본체 및 상기 하부 원자로 본체 사이에 위치하는 소형모듈형 원자로.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 하부 원자로 본체는,
    상기 나선형 증기발생기를 수용하는 제1하부 본체; 및
    상기 제1하부 본체의 하부에 위치하며, 상기 제1하부 본체와 결합 및 분리되며, 상기 노심을 수용하는 제2하부 본체를 포함하는 소형모듈형 원자로.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1부분은 상기 내주면과 마주하는 파이프 형상이며,
    상기 제2부분의 적어도 일부는 상기 제1하부 본체 및 상기 제2하부 본체 사이에 위치하는 소형모듈형 원자로.
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