열 교환기

열 교환기는 reactor의 열을 500°C 증기으로 바꿔 증기 터빈에 공급하는 건물입니다. 이 건물은 10 MW의 열을 소비하고 초당 약 103 증기을 출력하므로, 원자력 열과 전력 생산 사이의 핵심 중간 단계가 됩니다.

실제로는 열 교환기 하나가 물을 받아 아주 뜨거운 증기으로 바꾸며, 유체의 온도를 일반적인 입력 온도인 15°C에서 출력 온도인 500°C까지 올립니다. 증기 터빈은 500°C 증기을 공급받을 때 초당 60 증기을 소비하고 5.82 MW를 생산하므로, 열 교환기 하나로 전부 출력 기준에서 약 한 개 반이 조금 넘는 turbine을 지원할 수 있습니다. 또한 증기은 물에서 10:1 비율로 만들어지므로, 열 교환기의 출력은 초당 약 10.3 물를 소비하는 것으로도 자주 표현됩니다.

열 교환기를 이해하는 유용한 방식은, 이것이 사실상 에너지-대-증기 변환기라는 점입니다. 이 장치의 10 MW 열 소비량은 총합으로 초당 50,000 단위-°C만큼 작동 유체를 가열하는 것에 해당합니다. 이를 500°C 증기까지의 전체 온도 상승에 나누어 적용하면, 익숙한 약 103 증기/s의 생산량이 나옵니다.

핵 발전 설비에서는 보통 열 교환기를 원자로 열에 연결된 열 파이프에서 직접 열을 끌어올 수 있도록 배치합니다. 이 건물의 역할은 turbines가 다시 그 증기를 전기로 바꾸는 데 필요한 500°C 증기를 안정적으로 공급하는 것입니다. 열 교환기의 출력은 열 소비량에 의해 고정되므로, 증기 발전 블록의 주요 병목은 대개 열 교환기 자체보다는 열 공급, 물 공급, 그리고 증기 분배입니다.

그 처리량을 보면 몇 가지 실용적인 점을 알 수 있습니다.

• 열 교환기 하나는 1.5 증기 터빈를 조금 넘는 양의 증기를 생산합니다.
• 열 교환기의 출력은 500°C 증기를 기준으로 합니다. 더 낮은 온도의 증기는 위에서 사용한 turbines 수치와 맞지 않습니다.
• 10 MW의 열을 소비하므로, 충분한 원자로 열만 있다면 여러 열 교환기를 연결해서 핵 발전 출력을 확장할 수 있습니다.
• 물 수요는 증기 출력에 비해 적어서, 열 교환기 하나당 약 10.3 물/s 정도입니다.

전체적으로 열 교환기는 핵 발전에서 중심이 되는 열 변환 건물로, 원자로의 열을 turbines에 필요한 고온 증기로 바꿔 줍니다.