KR100203196B1 - 동결방지된 환기응축기가 구비된 증기응축장치 - Google Patents

동결방지된 환기응축기가 구비된 증기응축장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 튜브열을 계속적으로 일소시킴으로써 튜브내에 동결이 방지된 2단계 증기응축기에 관한 것으로, 이같은 연속적인 일소는 증기가 튜브열내로 역류하는 것을 방지하여 응축물 또는 비응축성 기체가 그 내부에 적체되어 있을 가능성을 제거하는 바, 이는 응축기의 2단계내의 각 튜브열을 격리시켜 임의의 튜브열내의 압력이 다른 인접한 튜브열내에서 발생하는 압력에 노출되지 않도록 함으로써 달성되어진다. 상기한 2단계내의 여러개의 튜브열내에 수집된 응축물은 이 튜브열내의 다양한 압력을 조절하기 위해 유압적으로 평형화된 공통의 배수조로 이송되어진다. 또한 상기한 유압 평형은 임의의 튜브열로부터 다른 튜브열로부터 다른 튜브열로의 역류를 방지함과 더불어, 증기응축기의 상기한 2단계내에서, 증기와 최종적인 응축물 모두는 동시에 하방으로 유동하는 한편, 모든 비응축성 기체들은 상기한 증기와 응축물흐름에 역행하여 상방으로 배기되어진다.

Description

동결방지된 환기응축기가 구비된 증기응축장치
본 발명은 일반적으로 증기응축의 열전달시스템에 관한 것으로, 특히 개별적인 열교환배관으로의 임의의 역류를 제거함으로써 달성되어지는 내장된 냉동방지기능을 갖는 2단계 공냉식 증기응축기에 관한 것이다.
많은 공장들은 수증기 또는 증기를 응축시키기 위해 열전달설비를 사용하는바, 이와같은 설비는 일반적으로 저압 터빈의 배기부에 연결되어 증기를 액체로 응축시킴으로써 재활용한다. 증기응축기의 주기능은 터빈배기부에서 통상적으로 1.0 내지 6.0인치 수은 절대치의 범위내의 낮은 역압(back - pressure)을 제공하도록 하여 터빈이 최대 효율로 작동하도록 하는데 있다.
기본적으로 2가지 타입의 가용한 증기응축기가 있는 바, 하나는 수냉식이며, 다른 하나는 공냉식인데, 현재에 수냉식 증기응축기가 유력한 기술인 반면에, 공냉식 증기응축기는 엄격한 환경요건에 부합하기 위해 종종 사용된다.
일단계 공냉식 증기응축 시스템은 일반적으로 삼각형의 정점에 증기관 또는 다기관이 위치되고 그 바닥부에 송풍기가 구비된 A자형상 프레임구조로 구조되어지는데, 상기 송풍기는 2개의 경사진 측면의 응축기의 튜브일단으로 공기를 강제하기 위해 사용된다. 초기에 증기는 상부 끝단으로 상기 튜브일단으로 유입되고, 증기와 최종적인 응축물은 공통의 하부헤더쪽으로 하방으로 흐른다.
일반적으로 각 튜브일단은 개별적인 튜브로 구성된 다수개의 열 또는 층으로 구성되는 바, 연속적인 각각의 열을 통하여 공기가 통과하게 되면, 그 온도는 자연적으로 증가되어, 공기와 임의의 이어진 튜브열 사이의 온도차는 감소하는 결과를 초래한다. 결과적으로 보다 적은 응축물과 증기유동이 각각의 연속적인 튜브열내에서 발생하게 되어 이로써 그 튜브열에서의 증기압 저하가 감소되게 된다.
공통의 하부헤더로 배출되는 여러 튜브열을 구비하는 응축기 디자인에 있어서, 문제점이 발생하는데, 이는 각각의 튜브열에 따른 상이한 증기배출압에 기인한다. 결과적으로, 고압축된 튜브(즉 송풍기로부터 가장 멀리 이격된 튜브)로부터 증기와 비응축성 기체는 보다 덜 압축된 튜브(즉 송풍기로부터 가장 근접한 튜브)의 끝단개구부로 유입하게 되고, 여기에 잔류하게 된다. 비응축성 기체, 통상적으로 공기는 증기배관연결부 또는 터빈밀봉부에서의 누출에 기인하여 시스템내에 발생한다. 따라서 상기 증기가 이제 튜브의 양끝단으로 유입하게 되므로, 적체되었던 응축물은 추운 날씨에 동결되거나 배관을 파열하고, 또한 온하한 날씨중에는 상기한 응축물의 적체는 열수행에 있어서의 손실의 결과를 초래한다. 또한 상기한 공기적 체부는 튜브의 열전달면을 차단하여, 그 냉각력을 감소시키게 된다.
결과적으로 공냉식 증기응축기의 주된 기술적 도전은 응축물을 효과적으로 배출시키고 임의의 비응축성기체들을 튜브로부터 제거하여 터빈의 역압도 최소화시키는데 있다. 이에 대한 하나의 해결책으로는 라린오프(Larinoff)의 미국특허 제4,129,180호로 기재된 일단계 응축기를 들 수 있는 바, 본 일단계설비에서는 다수개의 튜브열의 완전하고도 총제적인 분리가 유지된다. 이에, 다수개의 튜브열은 공통 하부헤더로 배출되기 보다는 분할된 하부헤더로 배출되어 서로부터의 격리를 유지하게 된다. 이와 같은 하부헤더의 각 분할은 이후에 상이한 압력의 균형을 잡는 방수밀봉을 구비하는 공통의 배수조로 개별적으로 연통 또는 연결된다. 더불어, 여러 튜브열들 사이의 이와 같은 완전하고도 총제적인 분리를 유지하기 위해, 경사진 튜브내에서 상방으로 유동하는 비응축성 기체들을 배출시키는데 사용되는 배기관들은 독립적으로 개별 진공펌프 또는 배출기와 연결되어 대기로 배출시킨다.
한편 라린오프의 미국특허 제4,903,49호는 일단계 응축기의 개별 튜브열들사이의 상이한 압력의 균형을 이루기 위해 일단계 응축기에 사용되는 방수밀봉의 변형실시예를 제시하는 바, 상기한 문제점에 대한 다른 해결책으로 2단계 응축기의 사용을 들 수 있는데, 이러한 설비의 사용에 있어서, 제1응축기 또는 주응축기는 유입되는 증기의 대략 3분의 2를 응축시키면서 최종적인 응축물과 잉여증기는 공통의 하부헤더로 배출한다. 주응축기를 거쳐 유동하는 상기 잉여증기는 상기한 튜브열들을 계속적으로 일소하고, 또한 각 튜브열을 가로지른 압력저하를 균일화하여 튜브내로의 역류를 방지하게 된다.
이후에 상기한 잉여증기(와 그 내부의 임의의 비응축성 기체)는 제2응축기, 통상적으로 증기응축장치(dephlegmator)로 이송되어지는데, 이 제2응축기는 일반적으로 그 하부에 위치된 송풍기가 공기를 측면의 경사진 튜브일단으로 강제하는 A자형상을 갖는 주응축기와 유사하게 구조된다. 일반적으로, 이러한 제2응축기는 2단계 응축기의 총 응축기표면적의 4분의 일 또는 3분의 일을 구비하여, 주응축기를 통하여 잉여증기가 통과하는 것을 보장하도록 형상지워진다.
상기 제2응축장치에 있어서, 증기와 비응축성 기체들은 공통의 하부 유입헤더로부터 튜브열로 유입되어 그 내부에서 공통의 상부 배출헤더쪽으로 상방으로 유동한다. 이와는 반대로 최종적인 응축물은 하방으로 유동하여 공통의 하부 유입헤더내로 역류하는 증기와 마주치게 된다. 이와 같은 공통의 하부 유입헤더는 이후에 상기한 응축물을 배수관으로 보내고, 주응축기로부터 배출된 잉여증기가 증기응축장치의 하부 유입헤더로 통과할 수 있는 통로를 제공하게 된다.
불행하게도, 전술한 2단계 디자인은 대체로 증기유동과, 상온 및 , 공기유동율의 디자인 작동조건하에서만 최적으로 작동하는 바, 이같은 디자인조건이 약간만이라도 바뀌게 되는 경우에는 응축기의 작동특성을 현저하게 바꾸게 된다. 예를 들어, 증기유동의 감소는 주응축기를 통하여 제2응축기로 유동하는 잉여증기를 감소시키게 되는데, 이같은 잉여증기상의 감소는 증기배출압력과 증기 및 비응축성 기체의 주응축기 또는 제2응축기중 하나 또는 모두의 임의의 튜브열로의 역류가능성을 바꾸게 된다.
전술한 파이프내의 적체와 동결 문제에 대한 다른 해결책으로 고정 구멍 또는 선회식 밸브가 사용되어 상기한 튜브열들 사이의 압력저하를 균등화시키게 된다. 또한 튜브핀(fin)의 간격과, 핀의 높이, 또는 열과 열사이에 핀이 구비된 길이를 변경하여 균형하여 균형잡힌 증기응축물과 튜브열을 따른 압력저하를 달성하게 된다. 또한 다른 해결책으로는 다수개의 통로가 구비된 수평으로 설치된 튜브열을 들 수 있는 바, 이같은 설비에 있어서, 각 수평 튜브를 통한 유동은 유사한 냉각력을 경험하게 되어 유사한 응축율과 압력저하를 유지하게 된다. 그러나 어떠한 경우에도, 상기한 모든 해결책은 전술된 디자인 작동조건하에서만 수행되거나, 가격/수익 비율이 높게 되어 그 경쟁력을 감소시킨다.
이에 본 발명은 적체된 비응축성 기체와 관련된 문제점들을 제거하는 2단계 증기응축기를 제공하는데 그 목적이 있으며, 본 발명의 다른 목적은 수집된 응축물이 동결방지되어지면서 터빈에서의 낮은 역압을 유지하는 증기응축기를 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 또다른 목적은 디자인 조건하에서만이 아닌, 다양한 조건하에서도 작동이 가능하면서 이러한 다양한 조건하에서 냉동방지되는 2단계 증기응축기를 제공하는데 있고, 본 발명의 또다른 목적은 응축물과 공기의 제거 배관의 필요를 감소시켜 증기응축기의 제조에 따른 비용을 절감시키는데 있다. 또한 본 발명의 또다른 목적은 튜브열의 연속적인 일소를 보장하여, 어떠한 역류도 방지하는데 있는 바, 본 발명의 상기한 목적과 이외의 목적 및, 장점들은 이하의 상세한 설명에서 보다 분명해질 것이다.
본 발명은 그 내부의 증기를 부분적으로 응축시키는 주응축기가 구비된 2단계 공냉식 증기응축기에 관한 것으로, 이 주응축기는 그 내부의 잉여증기를 수집하고 임의의 응축물을 배수조로 배출하는 공통의 하부헤더를 구비한다. 한편 환기응축기는 상기한 주응축기의 하류에 연결되어 이 환기응축기는 주응축기로부터 수용된 잉여증기를 응축시키기에 알맞는 크기와 형상을 갖는다. 상기한 환기응축기에는 공통의 상부 유입헤더로부터의 잉여증기를 수용하는 다수개의 독립적인 튜브열이 합체되어지는 바, 배관 조립체는 잉여증기를 상기한 주응축기의 공통의 하부 배출헤더로부터 환기응축기의 공통의 상부 유입헤더로 이송하여, 이로써 잉여증기와 최종적인 임의의 응축물 모두는 동시에 환기응축기내에서 하방으로 유동하게 된다. 구획된 배출헤더는 배기 응축기의 하부 배출지역과 결합되고, 여기서 각 구획부는 개별 튜브열과 연결되어 각 구획부내의 응축물을 분리시켜 수집하게 된다. 배수조내의 위어(weir)조립체는 배수조로부터 응축물을 제거하는 바, 이는 각 배수조립체의 배출끝단의 상부에 위치된 높이에 유입개구가 구비되는 형상을 갖는다.
제1도는 그 내부로 유동하는 증기와, 응축물 및, 비응축성 기체의 일반적인 유동방향이 도시된 통상적인 A자형상 프레임 단일단계 증기응축장치의 일부를 도시한 단면도.
제2도는 그 내부로 유동하는 증기와, 응축물 및, 비응축성 기체의 일반적인 유동방향이 도시된 주응축기와 제2응축기가 구비된 통상적인 2단계 증기응축장치의 일부를 도시한 사시도.
제3도는 그 내부로 유동하는 증기와, 응축물 및, 비응축성 기체의 유동방향이 도시된 주응축기와 제2응축기가 도시된 본 발명을 구비한 2단계 증기응축기의 일실시예의 사시도.
제4도는 제3도으로 도시된 발명의 주응축기부분의 4-4선상의 부분절개단면도.
제5도는 제3도로 도시된 발명의 배기 응축부의 5-5선상의 부분절개단면도.
제5a도는 제5도로 도시된 부분의 확대사시도.
제6도는 그 내부로 유동하는 증기와, 응축물 및, 비응축성 기체의 유동방향이 도시된 주응축기와 환기응축기가 도시된 본 발명을 구비하는 2단계 증기응측기의 다른 실시예의 사시도.
제7도는 제6도로 도시된 환기응축기 부분의 제6도의 7-7선상의 부분절개단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 증기응축기 12 : 증기헤더
14,76 : 송풍기 16,78 : 튜브일단
18 : 하부헤더 20 : 응축물 배출관
22 : 배기관 24 : 튜브열
26 : 증기와 응축물 28 : 공기
40 : 2단계 증기응축기 42,72 : 주응축기
44 : 제2응축기 46 : 주증기헤더
48 : 유입증기 50 : 잉여증기
52 : 응축물 54 : 공통 하부헤더
56,62,80,102 : 튜브열 58,94 : 비응축성 기체
60,100 : 최종적인 응축물 61 : 공통의 상부 배출헤더
70 : 2단계 공냉식 증기응축기 74 : 증기조립체
90,98 : 모듈 92 : 환기응축기
96 : 파이프 104 : 공기제거시스템
106 : 개별 배수관 108 : 분할된 하부 배출헤드
112 : 위어(weir)파이프 114 : 배수조
116 : 개구부 끝단 118 : 작은 홀
120 : 환기튜브 122 : 최하부 구획부
124 : 주공기제거파이프 126 : 증기응축장치(dephlegmator)
128 : 새로운 환기응축기 130 : 공통의 하부헤더
우선 제1도에 있어서, 본 도면은 현재 사용되고 있는 대다수의 일단계 응축기의 특색을 이루는 통상적인 일단계 증기응축기(10)를 도시하는 바, 증기응축기(10)는 송풍기(14)가 삼각형의 바닥면을 이루고 증기헤더(12)가 삼각형의 정점을 형성하는 A자형상의 프레임구조를 갖는 바, 경사진 튜브일단(16)은 상기 증기헤더(12)로부터 하방으로 연장되어 상기한 A자형상 프레임구조의 마주보는 측면을 형성하게된다. 이러한 경사진 튜브일단은 개별적인 응축물관(20)과 배기관(22)을 보유하는 분할된 하부헤더(18)로 배출되어진다. 하부헤더(18)로부터의 상기한 독립적인 응축물관(20)은 각 튜브열(24)내의 상이한 압력을 균등화시키는데 사용되는 방수밀봉이 구비된 공통의 배수조로 연장되어 응축물이 배출된다. 하부헤더(18)로부터의 독립적인 배기관(22)은 개별적인 진공펌프 또는 배출기에 독립적으로 연결되어 대기로 배출시킨다. 도시된 바와 같이, 증기와 응축물(26) 모두는 증기헤더(12)로부터 하부헤드(18)쪽으로 하방으로 동일한 방향으로 유동하는 한편, 공기(28)는 송풍기(14)를 통하여 상방으로 유동한다.
제2도에 있어서, 현재 사용되고 있는 대다수의 2단계 응축기의 특색을 이루는 통상적인 2단계 증기응축기(40)가 도시되어진 바, 이와 같은 2단계 응축기(40)는 주응축기(42)와, 통상적으로 응축장치(dephlegmator)인 하류의 제2응축기를 구비한다. 일반적으로 주응축기(42)에는 유입되는 증기를 완전히 응축시키는데 필요한 열교환기 표면면적의 대략 3분의 2를 구성하는 반면, 제2응축기(44)는 상기한 면적의 나머지를 구성하여 주응축기(46)로부터 수용된 잉여증기를 완전히 응축시키게 된다. 상기한 주응축기(42)의 크기는 유입되는 모든 증기(48)를 응축시키도록 정해지지 않으므로, 잉여증기(50)뿐 아니라 임의의 응축물(52) 모두는 공통 하부헤더(54)내로 동시에 하방으로 유동한다. 이러한 잉여증기(50)는 주응축기(42)내의 각튜브열(56)을 가로지른 압력저하를 균등화시켜, 상기한 임의의 튜브열(56) 내에서의 어떠한 역류도 방지하기 위한 것이다. 이후에 잉여증기(50)는 공통 하부헤더(54)를 매개로 응축장치(44)의 하부유입부로 이송된다. 여기 응축장치(44)내에서, 상기한 증기(50)와 임의의 비응축성 기체(58; 일반적으로 배관연결부 또는 설비밀폐부를 통한 시스템으로의 공기의 누출)는 상방으로 유동하고, 최종적인 응축물(60)은 공통 하부헤더(54)쪽으로 역류하여 후방으로 유동한다. 이후에, 응축물(60)은 일반적인 채널을 통하여 하부헤더(54)로부터 제거되어진다. 비응축성 기체(58)는 공통 상부 배출헤더(61)내로 유입되고 공통 도관(63)에 의해 배출되어지는데, 이러한 디자인에는 제2응축기(44)의 다수개의 투브열(62) 사이에 발생가능한 압력상의 차이를 균등화시키기 위한 어떠한 타입의 압력균등구조가 포함되어 있지 않다.
결과적으로, 상기한 제2응축기(44)내에서는 임의의 튜브열(62; 즉 송풍기로부터 최대로 이격된 튜브열)로부터의 고압은 다른 튜브열(62; 즉 송풍기와 가장 근접한 튜브열)내로의 역류를 일으키는 경향이 있다. 또한 상기한 통상적인 2단계 증기응축기(40)내에서는 주응축기(42) 내에서의 하류 튜브(즉 증기터빈으로부터 가장 멀리 이격된 튜브)는 인접한 상류 튜브(즉 증기터빈과 가장 근접한 튜브)보다도 낮은 압력에 영향을 받는 경향이 있는 바, 결과적으로 이러한 하류 튜브내에서 역류가 발생하여 그 내부에 응축물(52)을 가두게 될 가능성이 있다. 추가적으로 주응축기(42)내에서와 이 최대 하류 부분에서, 상부튜브로부터 하부튜브(즉 송풍기로부터 가장 멀리 이격된 튜브로부터 송풍기와 가장 근접한 튜브로)로 역류하게 된다.
이에, 2단계 응축기(40)의 디자인 작동조건이 소정하는 바와 같이 유지되지 않는 경우에, 주응축기(42)로부터 배출되는 잉여증기(50)의 배출압력은 변하게 되어, 이로써 상기한 증기(50)와 비응축성 기체(58)들이 주응축기의 하나 또는 다수개의 튜브열(56)내로 역류하게 되는 가능성을 만들게 된다(지역; 64에 도시됨). 더불어, 잉여증기(50)의 배출압력상의 변화는 증기(50)와 비응축성 기체들이 제2응축기(44)의 하나 또는 다수개의 튜브열(62)내로 역류하는 것도 허용하게 된다. 이에 동결과 튜브파열의 가능성은 여전히 남아 있게 된다.
한편 제3도 내지 제5도에 있어서, 제1도과 제2도로 도시된 통상적인 일단계와 2단계 증기응축기의 단점을 극복하도록 고안된 것을 예상되는 본 발명의 일실시예가 도시된 바, 본 발명에 따르면, 2단계 공냉식 증기응축기(70)는 하나 또는 다수개의 송풍기(76)가 그 바닥부를 형성하고 삼각형의 정점에 증기다기관(74)이 구비된 통상적인 A자형상으로 구조된 주응축기(72)로 형상지워진다. 각각 그 내부에 대체로 4개(보다 많거나 적게)가 합체된, 각진 또는 경사진 튜브일단(78)은 증기다기관(74)으로부터 하방으로 연장되어 주응축기(72)의 삼각형의 마주보는 측면을 형성하게 된다. 이들 각 튜브열(80)은 도시된 일반적인 방식으로 주응축기(72)에 부착된 공통 하부헤더(82)로 연통되어 배수된다. 또한 증기다기관(74)으로부터의 증기(84)와 임의의 최종적인 응축물(86)은 모두 공통 하부헤드(82)쪽으로 주응축기(72)를 통하여 하방으로 유동한다.
상기 주응축기(72)의 열전달표면적과 송풍기(76)의 공기유동은 전작동조건에 걸쳐서 증기(84)가 주응축기(72)내에서 완전히 응축되지 않는 대신에, 수증기(88)는 계속적으로 각 튜브일단(78)의 각 튜브열(80)을 통하여 배출되어 주응축기(72)의 튜브열(80)로부터 연속적으로 그 내부의 비응축성 기체들을 일소하게 된다. 일반적으로, 주응축기(72)는 모듈(90; 통상적으로 8 내지 15피트의 폭을 갖는)로 구조되어 이송과 구조를 촉진하는 바, 주응축기(72)의 이같은 타입은 공통적으로 사용되며 제2도를 참조로 이상에서 전술된 바와 유사하다.
공냉식 증기응축기(70)의 새로운 특징은 수증기(88)를 완전히 응축시키는 인접한 환기응축기(92)의 형상에 두는 바, 이경우에 주응축기(72)로부터의 증기(88)와 임의의 비응축성 기체(94)는 도시된 바와 같이 환기응축기(92)의 상부로 도관(96)내에서 상방으로 보내지는데, 이는 인접한 제2응축기의 바닥으로 상기한 산물을 보내는, 기술분야에서 공지되고 공용되는 것과 대조된다(제2도로 도시됨). 본 발명에 따른 환기응축기(92)는 응축기 유동모듈(98)내에 독립적인 튜브열(102)로 개별적으로 적치됨으로써 냉동방지되어진다. 이송과 구조를 촉진시키도록 각각이 일반적으로 8 내지 15피트의 폭을 갖는 다수개의 응축기 유동모듈(98)은 결합되어 환기응축기(92)를 형성한다.
환기응축기(92)내에는, 재공급된 수증기(88)와 최종적인 응축물(100) 모두는 환기응축기(92)의 상부지역으로부터 동시에 하방으로 유동한다(상기한 산물들이 반대방향으로 유동하는 제2도로 도시된 유동설비와 비교하여). 환기응축기(92)의 각 튜브열(102)내의 유체는 독립적인 공기제거시스템(104)을 매개로 그리고 여러개의 배수관(106)내의 방수밀봉에 의해 인접한 튜브열(102)내의 튜브열로부터 분리되어 보유된다. 이러한 독립적인 튜브열(102)와 공기제거시스템(104)은 튜브열(102) 내에서의 증기(88)의 역류뿐만 아니라 냉동으로 이어질 수 있는 비응축성 기체(94)의 배관내의 적체를 방지하게 된다. 분리된 배수관(106)은 도시된 바와 같이, 분할된 하부 배출헤더(108)의 각 구획부에 연결되어진다. 이러한 배수관(106)은 환기응축기(92)로부터의 최종적인 응축물(100)을 하부 배출헤더(108)의 하부에 위치된 공통의 파이프(110)로 보낸다. 각 배수관(106)내의 수위(또는 응축물; 100의 높이)는 분할된 배출헤더(108) 사이의 압력차를 균등화시키기 때문이다. 그러나 소정한 바와같이 작동하도록 배수관(106)에 의해 제공된 밀봉을 위해, 공통의 파이프(110)는 완전히 충전되어, 인접한 배수관(106)과 하부 배출헤더(108) 사이의 기체의 어떠한 교환도 막아야만 한다.
공통 파이프(110)내의 상기한 수위는 배수조(114)내에 위치된 위어파이프(112)에 의해 유지되는 바, 이러한 위어파이프(112)는 공통 파이프(110)의 수위 상부로 상부 개구부 끝단(116)이 구비되도록 고안된다. 또한 이같은 공통파이프(110)내의 수위의 유지는 주응축기(72)의 하부 헤더(82)로부터 비응축성 기체(88)가 환기응축기(92)의 분할된 배출헤더(108)로 유입되는 것을 막는다. 그러나, 2단계 공냉식 증기응축기(70)는 관리를 요하므로, 공통 파이프(110)내와 주응축기(72)의 하부헤더(82)로부터의 이같은 액체의 배수는 배수조(114)내의 위어파이프(112)의 기저부 둘레로 작은 홀(118)들을 삽입함으로써 달성되어진다. 이와 같은 작은 홀(118)들은 증기응축기(70)가 작동되지 않는 경우에도 배수조(114)로부터 액체를 배출시키도록 그 크기가 정해지지만, 이러한 작은 홀(118)들은 위어파이프(112)의 개방선단(116)내로 전체 액체흐름을 통과시키기에는 너무 작은 크기를 갖는다. 또한 도시된 바와 같이 주응축기의 공통 하부헤더(82)는 배수조(114)와 연결되어 그 내부에 수집된 모든 응축물(86)은 위어파이프(112)의 개방선단(116) 또는 위어파이프내의 작은 홀(118)들을 통하여 배출되어진다.
이제 제5도와 제5a도를 참조로 하면, 환기응축기(92)의 공기제거시스템(104)에는 분할된 배출헤더(108)의 여러 구획부로부터 환기응축기(92)의 상부 또는 외부 튜브열(102)내에 주로 위치되는 여러개의 핀이 구비된 응축튜브로 연결되어진 배기 튜브(120)들을 구비한다. 예들 들어 제5a도에 있어서, 배기튜브(120)는 분할된 배출헤더(108)의 최하부 구획부(122)내로 연장되며, 환기응축기(92)의 제3튜브열(102;바닥으로부터 상부로 세었을 때)내의 핀이 구비된 튜브와 연결된다. 대체로 비응축성 기체(94)는 환기응축기(92)내에 농축되어지므로, 다수개의 배기튜브(120)는 각 모듈(98)내의 각 분할된 배출헤더(108)에 필요하게 된다. 상기한 여러개의 튜브열(102)의핀이 구비된 개별 튜브는 수증기(88)가 응축되도록 하며, 분할된 하부 배출헤더(108)쪽으로 하방으로 유동하도록 하는 반면에 비응축성 기체(94)는 배출되어지는 환기응축기(92)의 상부쪽으로 상방으로 유동하도록 한다. 이와 같은 공기제거시스템(104)은 핀이 구비된 개별 튜브를 일단 또는 모듈(98)내에 연결시킴으로써, 동일한 튜브열(102)내에 위치한 다른 일단 또는 모듈(98)로부터 각 튜브열(102)의 독립을 유지한다. 따라서 4개의 튜브열(102)이 구비된 환기응축기(92)는 공기제거시스템(104)과 관련된 4개의 주공기제거파이프(124)를 구비한다. 이같은 각각의 주공기제거파이프(124)는 주변대기로 비응축성 기체(94)를 배출시키는 배출기 또는 진공펌프조립체(도시되지 않음)에 개별적으로 연결된다.
한편 제6도 내지 제7도에 있어서, 제3도 내지 제5도로 도시된 실시예의 본 발명에 따른 다른 실시예가 도시되어진 바, 이와 같은 2단계 공냉식 증기응축기(70)의 변형실시예는 수증기(88)와 비응축성 기체(94)를 전술한 바와 같이 상방으로 도관(96)을 통하여 인접한 환기응축기(92)로 이송하지 않는 대신에, 본 변형실시예에 의하면 독립적인 증기응축장치(126)의 여러 열이 적치되어 함께 새로운 환기응축기(128)를 구성하게 된다. 이러한 각각의 독립적인 증기응축장치(126)내에서, 증기(88)와 비응축성 기체(94)는 동시에 상방으로 유동하는 반면, 응축물(100)은 하방으로 유동한다. 이와 같은 설비는 배수관(106)과 제3도 내지 제5도로 도시된 공통 파이프(110)를 필요로 하지 않는 바, 공통 파이프(110)는 여러개의 증기응축장치(126)들 사이에서 분할되거나 구획되어진 단일 공통 하부헤더(130)로 대체가능하기 때문인데, 이는 주응축기(72)와 이같은 새로운 디자이의 환기응축기(128) 사이의 응축물 및 증기배관을 단순화시킨다.
상기한 적치된 증기응축장치(126)들은 제2도로 도시된 종래의 증기응축장치(44)와 상이한 바, 상기한 적치된 증기응축장치(126)의 각 튜브열에 이 튜브열에 고정된 개별적인 공기제거시스템(132)이 구비된다는데 차이가 있다. 이러한 독립적인 공기제거시스템(132)은 각 증기응축장치(126)의 튜브열의 하부끝단내로 증기(88)가 역류하는 것을 방지함과 더불어, 또한 공기제거시스템(132)는 튜브열의 파열 또는 동결을 초래할 수 있는 모든 튜브열내의 비응축성 기체(94)의 적체를 방지한다.
2단계 공냉식 증기응축기(70)의 다른 변형실시예로는 주응축기(72)와 환기응축기(92 또는 128) 사이의 열전달 표면적의 상이한 비율을 포함하는 바, 여기에 기술된 실시예는 증기응축기(70)의 총 열전달 표면적의 대략 3분의 일을 구비하는 환기응축기(92와 128)를 도시하고 있으나, 상기한 수치 또는 비율은 소정 정도의 냉동방지량에 따라 변경될 수 있다. 환기응축기(92 또는 128)의 표면적비율의 증가는 냉동방지성을 증가시키지만, 이같은 증가는 증기응축기(70)의 비용을 상승시키는 경향이 있다.
또한 환기응축기(92 또는 128)에 4개의 독립적인 튜브열이 구비되어 도시되었으나, 조건과 설비구조에 따라 실제로는 이보다 많은 또는 적은 튜브열이 가능하다. 또한 주응축기(72)가 환기응축기(92 및/또는 128)의 튜브열과 상이한 개수의 튜브열(80)을 구비하기도 한다.
공냉식 증기응축기(70)의 상기한 실시예와 관련된 장점으로는 현재의 모델 및 디자인과 비교하여 응축물과 공기 제거시스템배관의 필요성의 감소에 있는 바, 이같은 배관의 감소는 현저한 비용절감을 초래함과 더불어, 공냉식 증기응축기(70)의 새로운 디자인 환기응축기(92 또는 128)내에서 발생하게 되는 동결가능성을 제거하게 되어, 이는 종래의 증기응축기 디자인의 손상키셔 왔던 주된 문제점을 해결하게 된다.
결과적으로, 증기응축기(70)는 본 명세서로 도시된 A자형상의 프레임 디자인과는 상이한 형상을 가질 수 있는 바, 예를 들어, A자형상의 프레임이 역위되어 이와 관련된 송풍기가 증기응축기의 하부가 아닌 상부에 위치되어지는 것도 가능한데, 이는 응축기의 튜브일단이 V자형상의 디자인을 갖게 되는 결과로 이어진다. 또한 상기한 튜브일단은 본 명세서로 제시된 60도의 통상적인 각도가 아닌 다른 각도로 경사지어질 수 있다. 또한 이와는 달리 초안에 따른 시스템에는 송풍기가 아예 구비되어지지 않을 수도 있다.

Claims (12)

  1. 그 내부의 증기를 부분적으로 응축시키고, 그 내부의 잉여증기를 수집하면서 응축물을 배수조로 배출시키는 공통의 하부 배출헤더가 구비된 주응축기수단과; 상기 주응축기수단의 하류에 결합되어 상기한 잉여증기를 응축시키며, 공통의 상부 유입헤더로부터의 상기 잉여증기를 수용하는 다수개의 독립적인 튜브열을 구비하는 환기응축기수단; 상기한 잉여증기를 주응축기수단의 공통의 하부 배출헤더로부터 상기 배기응축수단의 공통의 상부 유입헤더로 이송하는데 사용되어, 이로써 잉여증기와 최종적인 응축물이 환기응축기수단내에서 동시에 하방으로 유동하게 되는 배관수단; 상기 환기응축기수단과 고정되고, 각각의 구획부가 튜브열과 연결되어 그 내부의 응축물을 분리하여 수집하는 구획된 하부 배출헤더; 상기 각 구획부와 연결되어 상기한 분리된 응축물을 개별적으로 상기 배수조로 배출시키는 개별적인 배수수단 및; 상기 배수조로부터 응축물을 제거하는데 사용되고, 상기 각 배수수단의 배출끝단의 상부 높이에 위치되는 유입개구가 구비된 위어수단을 구비하는, 2단계 공냉식 증기응축기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배수수단에 구획된 하부 배출헤더와 배수조를 매개하는 파이프가 구비되고, 이 파이프가 상기 위어수단의 유입개구의 높이보다 낮은 높이로 배수조내로 배출되어지는 것을 특징으로 하는 2단계 공냉식 증기응축기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 위어수단의 바닥부에 배수조의 내부에 적어도 하나의 배수구가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 2단계 공냉식 증기응축기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 배관수단이 배수조로 배출되어지는 것을 특징으로 하는 2단계 공냉식 증기응축기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 주응축기수단과 환기응축기수단이 모듈식인 것을 특징으로 하는 2단계 공냉식 증기응축기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 환기응축기수단의 하부 배출헤더의 각 구획부와 연결된 공기 배출기수단이 추가로 구비되어, 공기가 개별적으로 배출되어지고, 이러한 공기의 배출이 상기 환기응축기수단내의 잉여증기와 최종적인 응축물의 흐름과 역으로 일어나는 것을 특징으로 하는 2단계 공냉식 증기응축기.
  7. 그 내부의 잉여증기를 수집하면서 응축물을 배수조쪽으로 배출시키는 공통의 하부 배출헤더가 구비된 주응축기조립체내에서 증기를 부분적으로 응축시키는 단계와; 공통의 상부 유입헤더로부터의 잉여증기를 수용하는 개별적인 다수개의 튜브열을 구비하고, 상기 주응축기조립체의 하류에 연결된 환기응축기조립체내에서 잉여증기를 응축시키는 단계; 상기 주응축기조립체의 공통의 상부 유입헤더로부터 환기응축기조립체의 공통의 상부 유입헤더로 연장되는 배관조립체를 매개로 상기한 잉여증기를 이송하여, 이 잉여증기와 최종적인 응축물이 상기 환기응축기조립체내에서 하방으로 동시에 유동하도록 하는 단계; 각각의 구횝구가 튜브열과 연결되어 그 내부의 응축물이 분리되어 수집되도록 하는, 상기 환기응축기조립체에 구획된 하부 배출헤더를 고정시키는 단계; 상기 각 구획부에 분리된 배수수단을 연결시켜, 상기 배수조로 응축물을 분리시켜 배출시키는 단계 및; 상기 각 배수수단의 배출끝단의 상부의 높이에 위치된 유입개구가 구비된 위어수단내로 위어조립체를 구조하고 설치하여, 상기 배수조로부터 응축물을 제거하는 단계들을 구비하는, 2단계 공냉식 증기응축기내에서의 증기응축방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 구획된 하부 배출헤더와 배수조를 매개하는 파이프를 상기 배수수단에 구조하고 설치하는 단계가 추가로 구비되고, 상기 파이프가 위어조립체의 유입개구의 높이보다 아래에 위치된 높이로 배수조로 배출되어지는 것을 특징으로 하는 2단계 공냉식 증기응축기 내에서의 증기응축방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 위어조립체의 바닥에 배수조의 내부에 적어도 하나의 배수구를 구조하고 설치하는 단계가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 2단계 공냉식 증기응축기 내에서의 증기응축방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 배수조로 배관조립체를 배출시키는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 2단계 공냉식 증기응축기 내에서의 증기응축방법.
  11. 제10항에 있어서, 분리된 모듈의 조합체로서 상기 주응축기조립체와 배기응축기조립체를 구조하고 설치하는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 2단계 공냉식 증기응축기 내에서의 증기응축방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 환기응축기조립체의 하부 배출헤더의 각 구획부에 공기배출기조립체를 결합시키는 단계가 추가로 구비되어, 공기를 독립적으로 배출시키고, 이같은 공기의 배출이 상기 잉여증기와 상기 환기응축기조립체 내에서의 최종적인 응축물의 흐름과 역으로 일어나는 것을 특징으로 하는 2단계 공냉식 증기응축기 내에서의 증기응축방법.
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