KR100308868B1

KR100308868B1 - 배수로에의해상부영역에서이차수공급이일어나는열교환기

Info

Publication number: KR100308868B1
Application number: KR1019940000329A
Authority: KR
Inventors: 뿌쌩크리스토프
Original assignee: 피. 샤르통; 프라마톰
Priority date: 1993-01-11
Filing date: 1994-01-11
Publication date: 2001-12-15
Also published as: EP0607071A1; DE69402565T2; US5396948A; KR940018644A; CN1061139C; DE69402565D1; FR2700383A1; FR2700383B1; CA2113046A1; CN1093459A; EP0607071B1; TW229318B

Abstract

핵 발전소에서 주로 구비하고 있는 증기 발생기와 같은 열교환기에 있어서, 이차수는 공통의 수직 축을 구비하고 있는 외부 덮개(10)와 내부덮개(26) 사이에 형성되어 있는 환상의 공간(30)의 상부영역으로 도입이 된다. 도입은 배수로(62)로 돌출해 있는 공급관(44)에 의해 이루어 진다. 배수로(62)는 수평의 상부 가장자리(64)를 가지고 있으며, 이차수는 이 수평의 상부 가장자리로 부터 편향벽(54) 상으로 방출한다. 이차수는 이 벽을 따라서 환상의 공간(30)의 바닥을 향해 흐른다. 또한 이동 물체를 포획하는 장치(60)가 배수로(62)에 또는 배수로(62)와 편향벽(54) 사이에 위치할 수 있다.

Description

배수로에 의해 상부영역에서 이차수 공급이 일어나는 열교환기

제 1도는 본 발명에 따른 증기 발생기를 도식적으로 나타낸 부분 수직 정면도이다.

제 2도는 본 발명의 첫번째 구현예로서, 제 1도의 증기 발생기에 이차수를 공급하기 위한 장치의 확대 수직 단면도이다.

제 3도는 본 발명의 첫번째 구현예로서, 제 1도의 라인 Ⅲ-Ⅲ을 따라 자른 수직 단면도이다.

제 4도는 본 발명의 두번째 구현예로서, 제 2도에 상응하는 수직 단면도이다.

제 5도는 본 발명의 세번째 구현예로서, 제 2도 및 4도와의 비교도이다.

제 6도는 본 발명의 네번째 구현예로서, 제 2도, 4도 및 5도와 비교할 수 있는 수직 단면도이다.

제 7도는 본 발명의 다섯번째 구현예에 따른 이차수 공급 장치를 나타낸 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 ... 외부 덮개(outer envelope)

16 ... 도입콜렉터(admission collector)

18 ... 방출콜렉터(discharge collector)

20,22 ... 튜브

24 ... 튜브다발

26 ... 내부 덮개(bundle envelope)

30 ... 환상의 공간(annular space)

32 ... 이차수 공급 수단(secondary water supply means)

34 ... 스커트(skirt)

44 ... 이차수 공급관(secondary water supply pipe)

54 ... 편향벽

62 ... 배수로(overflow)

본 발명은 핵발소에서 구비하고 있는 증기 발생기(steam generator)와 같은 열교환기(heat exchanger)에 관한 것이다. 보다 상세하게 설명하면, 본 발명은 실질적으로 수직축 방향의 원통형 외부 덮개를 구비하고 있으며 상기의 외부 덮개 내에 열교환 튜브 다발을 포함하고 있는 원통형의 내부 덮개(bundle envelope)가 동축으로 배열되어 있는 열교환기에 관한 것이다.

이런 형태의 열교환기에서, 통상적으로 일차수(primary fluid)는 튜브 다발내에서 순환하며, 반면 이차수(secondary fluid)는 상기 튜브들의 바깥쪽에서 순환하고 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 이차수는 외부 덮개(outer envelope)와 내부 덮개 사이의 환상의 공간(annular space)내로 도입되며, 특히, 상기 공간의 상부영역 내로 도입되어 상기의 환상의 공간 내부로 떨어지고, 그런다음 다시 내부 덮개 내부로 올라와서 튜브 내에서 순환하고 있는 일차수에 의해 제공되는 열공급(heat supply)을 받는다.

외부 덮개와 내부 덮개 사이에 형성되어 있는 환상의 공간의 상부영역 내로 이차수를 도입하기 위한 공지의 해결책은 프랑스 공개 특허 제 2 477 265호에 개시되어 있다. 이차수는 공급관(supply pipe)에 의해 증기 발생기로 흘러 들어가며, 상기의 공급관은 환상의 공간의 꼭대기내에서 외곽방향으로 배열되어 있는 원추 또는 반원추곡선회전면체 모양의 밀폐된 공급 콜렉터(supply collector)에 단단히 고정되어 있다. 그것의 상단 모면(generatrix) 위에서, 상기 원추 또는 반원추곡선회전면체 모양의 콜렉터는 도립 J-자형 튜브들이 연결되어 있는 구멍들을 가지고 있어서 이차수를 환상의 공간 내로 도입하는 것을 가능케 해준다.

열교환기에서 이차수를 도입하기 위한 이런 방법은 상당한 결점들을 갖고 있다.

먼저, 특정 형태의 이차수용 도입 튜브(injection tubes)와 상기 튜브들이 장착되어 있는 환상의 공간의 상부영역 및 이러한 튜브에서 빠져나가는 이차수 흐름의 빠른 유속은 환상의 공간의 상부영역 내에 와류(eddies)를 발생시킨다. 이러한 와류들은 열교환기의 열효율(thermal efficiency)을, 특히 예열형 교환기인 경우에 열효율을 감소시키기 때문에 손해를 끼치는 것들이다.

이러한 단점들을 극복하기 위하여, 프랑스 공개특허 제 2 644 926호는 다양한 해결책을 제시하였으며, 이등 중 하나는 비회구성 판(non-return plate)으로 환상의 공간을 부분적으로 밀폐시키고, 또 비회귀성 판에 고정되어 있으면서 비회귀성 판을 통과하는 연장부(extension)에 의해 도립 J-자형 튜브들을 아래 방향으로 연장시키는 것으로 이루어져 있다. 그러나, 이런 구조의 시스템은 이차수를 열교환기 내로 도입하는 것을 가능케 하기는 하나 매우 복잡하고 비용이 많이 드는 단점이 있다.

더우기, 이런 구조체들을 열교환기 생산 사이클(production cycle)내로 통합시키는 것은 (아직 그들의 연장부가 제공되지 않은) 튜브들의 하부 말단과 비회귀성 판에 형성되어 있는 상응하는 구멍들 사이에 각각의 도립 J-자형 튜브에 대해 변형이 가능한 축 방향의 비정렬(misalignment)을 야기시켜서 상기 연장부의 통과를 허용하는 제조 공차를 포함하여 해결하기에 어려운 문제들을 야기시킨다. 이런 문제들은 열교환기를 위한 제조 사이클을 과도하게 확장하는 결과를 초래한다.

또한 연장부를 비회구성 판과 도립 J-자형 튜브의 말단에 고정하는 것은 교환기의 작동 기간과 정지 기간사이에 발생하는 차동적(差動的) 팽창(differential expansion)에 의해 만들어 지는 기계적 응력의 효과에 의해 연장부가 파열하는 위험을 야기시킬 수도 있다.

미국 공개특허 제 3 913 531호와 제 3 906 905호에는, 증기 발생기의 이차수 공급은 외부 덮개와 내부 덮개 사이에 형성되어 있는 환상의 공간의 꼭대기에 위치해 있는 원추곡선회전면체 모양의 콜렉터에 의해 이루어진다. 원추곡선회전면체 모양의 콜렉터는 그것의 하부 모면에 환상의 공간으로 직접 아래 방향으로 돌출해 있는 구멍들을 가지고 있다.

이런 배열은 매우 간단하다할 지라도, 이런 배열 또한 환상의 공간의 꼭대기 부분에 와류를 형성한다. 더우기, 이차수 공급이 중단되었을때 콜렉터를 완전히 비게 하여, 공급을 재개할때 수격작용(water hammer)을 일으키기도 한다.

본 발명은 더 상세하게는 이차수 도입이 급수 구조물(injection structure)에 의해 환상의 공간의 상부영역으로 일어나는 열교환기에 관한 것이며, 이 급수 구조물은 간단하고 빠르게 제조, 조립할 수 있으며, 작동과정 중에 와류가 발생하지 않으며, 차동적 팽창으로 인한 기계적 부분의 파일의 위험이나 수격작용과 같은 위험이 없다.

본 발명에 따르면, 이런 효과는 공통의 수직 축과 함께 외부 덮개와 내부 덮개를 구비하고 있으며, 외부 덮개와 내부 덮개 사이에 환상의 공간이 형성되어 있고, 튜브 다발들이 내부 덮개 내에 장착되어 있으며, 이차수 공급 장치는 환상의 공간이 상부영역에 위치해 있고, 공급관이 외부 덮개를 가로질러 이차수 공급 장치와 통해 있는 열교환기에 있어서, 상기 공급 장치는 배수로(overflow)와 편향벽(deflecting wall)으로 이루어지고, 상기 배수로는 환상의 공간의 상기 상부영역에 위치해 있고, 상기 공간의 원주의 최소 부분에 걸쳐서 뻗어 있으며, 상부의 가장자리가 수평이고, 공급관이 이 가장자리 수위 아래쪽 수위에서 전체에 걸쳐 배수로로 돌출해 있고; 상기 편향벽은 상기 가장자리 앞에 위치해 있으며, 상기 가장자리 아래에서 아래쪽으로 비스듬히 뻗어 있어서 이차수가 공급관에 의해 배수로로 들어갈 수 있으며, 가장자리 위를 거쳐 아래로 흘러 내려 상기 편향벽을 따라서 조금씩 상기 환상의 공간 내로 흘러들어 가는 것을 특징으로 하는 열교환기에 의해서 얻어질 수 있다.

이런 식으로 만들어진 열교환기에서, 이차수는 배수로나 댐에서 편향벽 위로 떨어진 후 환상의 공간의 바닥을 향하여 편향벽을 따라서 흘러내려 간다. 특히 이런 간단한 배열은 환상의 공간의 원주상에서, 특히 낮은 배수 공급 조건에서 급수의 외곽방향으로의 분배를 더 강화한다. 더우기, 급수의 조절은 와류를 발생을 방지하여 교환기의 열효율을 유지시킨다. 게다가, 배수로나 상기 배수로 내로 통과하는 공급관에서의 급수 중단 현상이 없다. 따라서, 수격현상의 위험 또한 없다.

차동적인 팽창 효과에 의한 기계적 부분의 파열을 막고 조립을 간편하게 하기 위해서, 공급관은 배수로와 편향벽으로 이루어져 있는 공급수단으로 부터 기계적으로 분리되어 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 특히 배수로의 수평의 상부 벽에 편향벽이 연결되어 있는 구현예에서, 상기 기계적 분리는 공급관이 상기 상부의 수평벽을 틈새(clearance)를 두고서 통과해 지나가고, 배수로와는 어떤 고정된 기계적 연결(강체 결합(rigid mechanical link)이 없을 때 이루어진다.

이런 바람직한 구현예에서, 수평의 상부 가장자리는 배수로의 측벽에 형성되어 있으며, 배수로는 외부 덮개와 내부 덮개에 공통된 수직 축에 대해 바깥쪽으로 향하여 굽어 있다.

하나 이상의 이동 물체 포획 장치는 편리하게도 이차수 공급 장치와 연결되어 있다. 그러므로, 이러한 장치들은 배수로의 외부 측벽과 편향벽 사이에 위치하게 된다.

변형의 예로서, 두개의 이동 물체 포획 장치는 공급관의 한쪽 측면에서 배수로 내에 위치해 있으며, 상기 배수로는 두개의 장치 사이에서 밀폐되어 있어, 모든 이차수가 공급관에 의해 이동 물체 포획 장치를 통과해서 흐를 수 있다.

각각의 이동 물체 포획 장치는 그리드, 격자 또는 이와 동등한 구조의 형태이다. 제작시 부주의로 인하여 이차 회로 내로 유입되었거나 공급관을 통하여 이차 순환로 내로 유입된 용접봉, 나사 등과 같은 물체들은 교환 튜브들 사이에 걸려서 튜브들을 손상시킬 위험이 있다. 실질적으로, 이동 물체 포획장치내에 형성되어 있는 통로의 구멍의 크기는 기껏해야 다발 튜브들 중 인접한 튜브 사이의 최소 간격과 같다.

배수로의 통풍을 편리하게 하기 위해서, 배수로의 수평의 상부 벽에 통풍구를 임의적으로 만들 수 있다.

본 발명에 따른 교환기에 배수로가 내부 덮개 위에서 또는 교환기의 외부 덮개를 그 내부에서 이중으로 만들어 주는 중간 스커트(skirt) 위에서 지탱하는 것을 가능케 해주는 지지대를 부가해야 하는 것을 피하기 위해서는 배수로의 어느 한쪽 측벽이 내부 덮개나 상기 중간 스커트로 이루어지는 것이 유리하다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 비제한적 구현예를 들어 본 발명을 더 상세하게 설명한다.

제 1도는 본 발명이 특별히 적용되는 예열형 증기 발생기를 나타낸 것이다. 그러나, 본 발명은 또한 보일러형 증기 발생기나 그와 유사한 구조를 갖는 다른 어떤 열교환기에도 사용할 수 있다.

제 1도에서, 참고번호 (10)는 수직 축 방향의 외부 덮개 나타낸 거싱며, 외부 덮개는 핵반응기의 일차수 회로와 이차수-증기 순환로 사이의 열 교환을 위한 증기 발생기의 회전을 덮는 것이다. 더욱 더 상세하게 설명하면 상기 외부 덮개 (10)는 상대적으로 작은 직경의 하부영역 (10a)과 상대적으로 큰 직경의 상부영역 (10b), 끝이 잘린 원추형의 중간영역 (10c)을 갖고 있다. 덮개 (10)는 밀폐된 내부 공간을 한정하고 있으며, 이 내부 공간은 하부영역 (10a)와 덮개의 반구형 바닥 사이의 연결부(junction)에서 덮개 (10)에 단단히 고정되어 있는 수평 튜브판 (12)에 의해 일차 하부영역과 이차 상부영역으로 나누어져 있다.

수직 격벽 (14)은 통상 물통(water box)라 불리는 일차 하부영역을 반응기의 일차 회로 내에서 순환하는 물을 위한 도입콜렉터(admission colletor) (16)와 방출콜렉터(discharge collector) (18)로 나눈다. 튜브 (20, 22)는 증기발생기의 외부 덮개 (10)의 반구형 바닥에 용접되어 있으며, 각각의 콜렉터 (16)와 (18)을 상기 일차 순환로에 연결시킨다.

도입 U-자형 튜브 다발 (24)는 튜브판 (12)에 의해 한정되는 이차 상부영역에서 튜브판 (12)에 단단하게 연결되어 있다. 더욱 더 상세하게 설명하면, 각각의 튜브 (24)의 두 말단은 각각 도입콜렉터 (16)과 방출콜렉터 (18) 내로 돌출해 있다.

튜브 다발 (24)은 외부 덮개 (10) 내에 동축 방향으로 위치해 있는 내부 덮개 (26)에 의해 둘러싸여 뒤덮여 있다. 상기 내부 덮개 (26)의 상부 벽은 실질적으로 외부 덮개 (10)의 상부영역 (10b)과 중간영역 (10c) 사이의 연결부와 같은 높이에 위치해 있다. 물-증기 분리기(water-steam separators)와 도시하지 않은 건조 장치(drying device)와 연결되어 있는 통로(passage)가 상기의 상부 벽을 가로질러 통과하며, 상기 건조 장치는 상부영역 (10b)에 위치해 있고 증기 방출관(steam discharge pipe) (28)에 의해 외부 덮개 (10)의 상부 말단에서 돌출해 있다. 증기 방출관 (28)은 도시하지 않은 이차 회로에 증기 발생기를 연결시킨다.

내부 덮개 (26)는 외부 덮개 (10)와 함께 환상의 공간 (30)을 한정하고 있다. 본 발명에 따르면, 이차수 공급 장치 (32)는 환상의 공간 (30)의 상부영역에 위치해 있다. 이차수 공급관(secondary water supply pipe) (44)은 전술한 이차 회로에 공급 수단 (32)을 연결시키며 외부 덮개 (10)를 통과한다. 공급 수단 (32)의 다른 구현예는 이하에서 상세하게 설명한다.

내부 덮개 (26)의 하부 가장자리는 튜브판과 일정 간격을 두고 위치해 있어서, 공급 장치 (32)에 의해 환상의 공간 (30)의 꼭대기로 도입된 이차수는 상기 환상의 공간 내로 방울져 떨어진 후 내부 덮개 (26) 내에 한정되어 있는 공간 (33) 내에서 튜브 (24) 주위로 상승한다. 상기의 상승 동안, 이차수는 튜브 (24)의 벽을 통하여 일차수와 이차수 사이에서 일어나는 열교환 효과에 의해 재가열된다. 결과적으로, 이차수가 공간 (33)의 상부영역에 도달했을때는 증기 상태에 있게 된다. 이렇게 만들어진 증기는, 증기 방출관 (28)을 통하여 증기 발생기에서 빠져 나가기 전에, 외부 덮개 (10)의 꼭대기에 위치해 있는 물-증기 분리기와 건조 장치를 거치게 된다.

제 1도에서 나타낸 바와 같이, 예열형 증기 발생기의 경우, 반원형 스커트 (34)는 방출콜렉터 (18)와 수직으로 위치해 있고 튜브 (24)의 찬 분기관으로 알려져 있는 하향 분기관들이 위치해 있는 내부 덮개 (26)를 일부 둘러싸고 있다. 더욱 더 상세하게 설명하면, 스커트 (34)는 내부 덮개 (26)에 단단하게 고정되어 있는 두개의 반지름 방향의 격벽들 (35)에 의해 그것의 원주상의 말단에서 끝난다(제 3도 참고). 스커트 (34)는 내부 덮개 (26)와 거의 같은 높이까지 뻗어 있으며, 그것의 하부 가장자리는 도시하지는 않았지만 준-고정(semi-tight)에 의해 튜브판 (12)에 연결되어 있다.

스커트 (34)와 내부 덮개 (26) 사이에 꼭대기까지 개방되어 있는 공급 공간(supply space) (36)이 한정되어 있다. 이 공급 공간 (36)은 내부 덮개의 하부 가장자리와 튜브판 (12) 사이에 형성되어 있는 통로에 의해 내부 덮개 (26) 내에 한정되어 있는 공간 (33)과 그것의 바닥에서 통하게 되어 있다.

스커트 (34)의 상부영역 (34a)은 위쪽으로 벌려져 있는 끝 잘린 원추형 모양을 갖고 있어서, 외부 덮개 (10)의 끝 잘린 원추형의 중간영역 (10c)과 평행하게 되어 있다.

예열형 또는 절약형 증기 발생기에서, 수직 판 (40)은 내부 공간 (33)의 하부영역에서 튜브 (24)의 뜨거운 분기관과 찬 분기관들 사이에서 튜브판 (12)에 고정되어 있다.

제 1도에서 나타낸 증기 발생기는 도시하지는 않았으나, 수평으로 일정 간격을 두고 있는 판들을 포함하고 있어 통상의 방법으로 튜브 (24)를 내부 덮개 (26) 내에 유지시킬 수 있다.

제 2도와 3도에서 더 상세하게 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 이차수 공급 장치(32)는 배수로 또는 댐 (62)과 편향벽 (54)을 필수적으로 구비하고 있다.

제 2도와 3도에서 나타낸 구현예에서, 공급관 (44)은 중간영역 (10c) 바로 위에서 증기 발생기의 외부 덮개 (10)의 상부영역 (10b)을 방사상으로 가로지르고 있다. 증기 발생기 내에서, 공급관 (44)은 아래 방향으로 90°기울어진 벤드(bend)(44a)와 그 다음에 도립 T-자형 파이프 (44b)를 가지고 있으며, 도립 T-자형 파이프 (44b)의 수직 분지가 벤드 (44a) 연결되어 있으며, 그것의 하부 수평 분지는 실질적으로 반대 방향의 수평으로 배수로 (62) 내에서 그것의 두 말단에서 돌출되어 있다. 제 3도에서 나타낸 바와 같이, 도립 T 자형 파이프(44b)의 수평의 하부 분지는 덮개 (10)와 (26)의 수직축에 중심을 둔 원호 축을 갖는다.

또한 제 3도에서 나타낸 바와 같이, 공급관 (44)은 튜브 (24)의 찬 분기관 쪽에서 증기 발생기로 들어오며, 더욱 더 상세하게 설명하면, 튜브 (24)의 뜨거운 분기관과 찬 분기관들을 분리하는 증기 발생기의 중앙 판에 수직으로 위치해 있는 축을 따라서 들어온다. T-자형 파이프 (44b)의 수평의 하부 분지에 의해 상기 공급관 (44)은 배수로 (62)내로 돌출해 있으며, 상기 T-자형 파이프 (44b)의 수평의 하부 분지는 대략 30°각에 상응하는 원호로 전술한 축의 한쪽에서 외곽방향으로 뻗어 있다.

배수로 (62)와 편향벽 (54)과 마찬가지로 T-자형 파이프 (44b)의 하부, 수평 분지도 환상의 공간 (32) 내에, 주로 스커트 (34)의 상부 가장자리 보다 약간 낮은 높이에 위치해 있으며, 이는 대략 외부 덮개 (10)의 상부영역 (10b)과 끝 잘린 원추형의 중간영역 (10c) 사이의 연결부와 일치한다.

배수로 (62)는 U-자형 단면을 갖는 수로(channel 또는 chute)를 갖고 있다. 예열형 증기 발생기에 대하여 나타낸 구현예에서, 배수로 (62)는 환상의 공간 (30)의 반원주 위로 뻗어 있으며, 이는 공급 공간 (36)과 일치한다. 그런 다음 배수로 (62)는 이 높이에서 공급 공간 (36)을 한정하는 방사상의 격벽 (35)과 일치하는 수직 벽에 의해 그것의 각각의 원주상의 말단에서 밀폐된다(제 3도).

제 2도와 3도에서 나타낸 구현예에서, 배수로 (62)는 내부 덮개 (26)과 스커트 (34)와는 완전히 독립적이며, 도시하지 않은 지지대를 배수로 (62)의 고정을 강화하기 위하여 이들 두 구조체 중 하나 또는 다른 하나에 제공하여야 한다. 배수로 (62)는 수직의 내부 측벽 (52), 수평 바닥 (53), 외부의 측벽 (62a)를 갖고 있다. 하부의 측벽 (52)은 교환기의 수직 축 상에 중심을 갖는 반원통형이며, 그것의 직경은 높이 전체에 걸쳐 동일하다. 그것은 내부 덮개 (26) 바로 옆에 위치해 있으며, 도면에 나타낸 바와 같은 경우에는, 예열형 증기 발생기에서 공급 공간 (36)에 상응하는 반원주 위로 뻗어 있다.

내부의 측벽 (52)은 배수로의 바닥 (53)보다 아래로 뻗어 있다. 내부의 측벽 (52)은 또한 외부의 측벽 (62a)의 수평의 상부 가장자리 (64) 보다 위로 뻗어 있어서, 배수로 (62)의 수평의 상부 벽 (50)을 지지할 수 있다.

수평의 상부 벽 (50)은 스커트 (34)의 상부 가장자리 보다 약간 위에 위치해 있다. 게다가, 수평의 상부 벽 (50)은 배수로 (62)를 완전히 덮고 있으며, 배구수의 외부의 측벽 (62a)을 넘어서 외곽방향으로 방사상으로 뻗어 있어서, 편향벽 (54)을 지지할 수 있다. 외부의 측벽 (62a)의 수평의 상부 가장자리 (64)는 벽 (64)과 일정 간격으로 떨어져 있어서, 공급관 (44)에 의해 배수로 (62)에 이차수가 들어갈 수 있게 하기 위한 통로를 제공받고 있다.

제 2도에서 특히 더 상세하게 나타낸 바와 같이, 수평의 상부 벽 (50)은 공급관의 T-자형 파이프 (44b)의 수직 분지가 가로지르고 있는 원형의 통로 (56)를 갖는다. 더욱 더 상세하게 설명하면, 상기의 원형의 통로 (56)는 상기 수직 분지의 외부 직경 보다 야간 큰 직경을 갖고 있어서, 두 구조체 사이에 유극을 만든다. 또한, 공급관 (44)과 배수로 (62)사이의 강체결합(rigid mechanical connection)이 없기 때문에, 이러한 틈새는 조립을 쉽게 하고, 증기 발생기의 작동 중 발생하는 차동적 팽창을 고려한 것이다. 이는 또한 작동 중에 배수로 (62) 내의 액체의 유량을 제한하여 배수로 (62)의 통풍(venting)을 허용한다. 또한, 구멍 (58)(제 3도 참조)을 배수로 (62)의 수평의 상부 벽 (50)에 만들 수 있으며, 이 또한 배수로의 통풍을 돕는다.

공급관 (44)이 T-자형 파이프 (44b)에 의해 배수로 (62) 내로 돌출해 있으며, 상기 T-자형 파이프 (44b)는 배수로 (62) 내에 위치해 있고, T-자형 파이프 (44b)의 입구(mouths)는 주로 수평의 상부 가장자리 (64)보다 아래에 위치해 있다. 좀 더 상세하게 설명하면, T-자형 파이프 (44b)의 수평의 하부 분지의 상부 모면은 가장자리 (64)보다 아래에 위치한다.

이러한 배열을 고려해 보면, 공급관 (44)에 의해 증기 발생기에 들어온 이차수는 먼저 배수로 (62)를 채우고, 다음에 가장자리 (64)로 흘러 나간다.

편향벽 (54)은 수평의 상부 벽 (50)의 외부의 원주의 가장자리로부터 아래 방향으로 뻗어 있다. 편향벽 (54)은 대부분의 높이에서, 외부 덮개 (10)의 중간영역 (10c)과 스커트 (34)의 상부영역 (34a)에 의해 이 높이에서 형성되어 있는 끝 잘린 원추형과 거의 평행하게 반-잘린(half-truncated) 원추형 모양을 갖는다. 벽 (54)에 의해 형성되어 있는 반-잘린 원추형의 각은 스커트 (34), 외부 덮개 (10)에 의해 형성된 각보다 약간 작아서, 편향벽 (54)와 스커트 (34)의 상부영역 (34a)의 사이에서 만들어진 통로가, 아래로 갈수록 점점 좁아지는 단면을 갖는다.

편향벽 (54)의 상부영역 (54a)은 그것의 높이 전체에 걸쳐서 일정 직경을 갖는 원통형이다. 편향벽 (54)은 배수로 (62)의 외부의 측벽 (62a) 바깥쪽에 위치해 있으며, 벽 (62a)과는 약간의 간격을 두고 있다. 즉, 편향벽 (54)은 배수로의 외부의 측벽 (62a)의 상부, 수평 가장자리 (64)와 마주보고 있으며 상기 가장자리 아래에서 아래방향으로 비스듬히 기울어져 뻗어 있다.

상기에서 설명한 배열의 결과로서, 수평의 상부 가장자리 (64)를 지나 흐르는 이차수는 편향벽 (54)을 향해 떨어지며 그런 다음 상기 편향벽을 따라서 공급관 (36) 내로 흘러내려 간다. 도면에서 나타낸 예열형 증기 발생기의 경우, 이런 특징은 튜브들의 찬 분기관 쪽으로부터 전체 이차수 흐름을 효과적으로 도입하게 하여 증기 발생기의 최적 효율을 강화한다.

또한, 이런 최적 효율을 매우 간단한 구조에서도 얻어지며, 이는 제조비를 종래의 구조에 비해 감소시킨다. 그러므로, 본 발명에 따른 이차수 공급 장치는 공장에서 쉽게 조립할 수 있어서, 증기 발생기의 조립 공정에서, 시간의 손실없이 쉽게 결합을 행할 수 있다. 이런 조립과정 동안, 배수로 (62)의 수평의 상부 벽 (50)은 또한 층계를 형성하여 조작자로 하여금 이런 목적을 위해 제공된 맨홀에 의해 증기 발생기로부터 빠져나가기 전에 외부 덮개 (10)의 꼭대기와 바닥부를 쉽게 조립할 수 있다. 증기 발생기의 정비 또한 본 발명에 따른 이차수 공급 장치의 간단한 구조에 의해 간편하게 할 수 있다.

제 2도와 3도에서 보는 바와 같이, 이동 물체 포획 장치도 또한 본 발명에 따른 이차수 공급 장치 내에 결합할 수 있다. 이런 이동 물체 포획 장치는 격자 (60) 또는 구멍 뚫린 판과 같은 이에 상당하는 어떤 다른 형태의 장치로 이루어져 있다. 격자 (60) 또는 이에 상당하는 어떤 다른 형태의 장치들은 통로를 한정하며, 통로의 크기는 적어도 튜브 다발 중에 가장 가까이 인접해 있는 튜브 (24)들의 거리가 비슷하다. 이동 물체들은 이차 순환로 내에 존재할 수도 있으며, 그것의 크기가 튜브 (24)들 사이에 걸릴 수 있을 정도이어서 상기 튜브 (24)들 사이를 막는 경우 튜브 (24)들을 손상시킬 수도 있으나, 격자 (60)에 의해 결과적으로 자동적으로 포획된다. 게다가, 상기 격자나 이에 상당하는 장치들은 이차수에 대한 통과 단면을 최소 가능한 범위까지 감소시키기 위해 선택되는 것이다.

제 2도 및 3도에서 나타낸 구현예에서, 격자 (60) 또는 이에 상당하는 장치는 환상의 공간 내에 수평으로 위치해 있고, 외부의 측벽 (62a)을 편향벽 (54)로부터 분리시키며, 전 공간을 차지하고 있다. 격자 (60)는 또한 배수로 (62) 아래에 벽 (52)와 (54) 사이에 및 방사상의 격벽 (35) 사이에 위치해 있을 수 있다.

제 2도 및 3도의 구현예에서, 배수로 (62)와 편향벽 (54)는 지지대에 의해 고정되어 있으며, 지지대는 개개의 경우에 따라서 내부 덮개 (26) 또는 스커트 (34)에 꼭 맞게 되어 있다. 더우기, 이차수 공급 장치 (32)는 제 4도에서 나타낸 바와 같이, 내부 덮개 (26) 위에 배수로 (62)의 하부의 측벽을 직접 형성함으로서 또는 제 5도에 나타낸 바와 같이 스커트 (34) 위에 편향벽 (54)을 직접적으로 형성함으로서 간단화 될 수 있다.

제 4도에서 보는 바와 같이, 배수로 (62)의 하부, 측벽이 내부 덮개 (26) 위에 형성되어 있는 경우, 수평의 상부 벽 (50)은 내부 덮개 (26)에 직접적으로 고정된다. 더우기, 공급 장치 (32)는 제 2도와 3도에서 각각 앞서 설명한 바와 완벽하게 같다. 제 4도의 구현예는 예열 공간(preheating space)내에서의 재순환수의 회수를 위해 지지대를 제거하였고, 배수로 (62) 내로 돌출해 있는 공급관 (44)의 말단에 물이 흐르지 않는 위험을 제거함으로써 구조가 간편해졌기 때문에 본 발명의 바람직한 구현예라 할 수 있다.

제 5도에서 나타낸 구현예에서, 편향벽은 직접 스커트 (34)의 상부의 끝 잘린 원뿔형 영역 (34a) 위에 바로 형성되어 있다. 이 상부영역 (34)은 상부의 원통형 영역 (34b)를 가지고 있으며, 이런 경우에 수평의 상부 벽 (50)은 스커트 (34)에 직접 고정된다.

제 4도 및 5도 각각에 대해 앞서 설명한 구현예들도, 제 2도와 3도의 구현예에서 배수로 (62)를 내부 덮 (26)에 도는 스커트 (34)에 연결시키는 지지대를 제거함으로서 이차수 공급 장치의 구조가 간단해지는 이점을 갖는다. 제 5도의 구현예와 비교하여, 제 4도의 구현예도 또한 제 2도와 3도의 구현예에서와 마찬가지로, 공급 공간 (36)에서 거의 대부분의 재순환수를 흡수하는 이점을 갖는다.

제 6도에서 보는 바와 같이, 공급관 (44)이 배수로 (62)내로 돌출하는데 이용되는 도립 T는 경우에 따라서 제거할 수도 있다. 이런 경우 공급관 (44)은 배수로 (62) 내로 수직 아래 방향으로 돌출해 있다. 이런 배열은 제 2도 내지 5도에서 나타낸 어떤 구현예에도 적용될 수 있음을 주목하여야 한다.

제 7도에 따르면, 배수로 (62)의 외부의 측벽 (62a)이 그것의 수평의 상부 가장자리 (64a)에서 일정 간격으로 떨어져 있으며 꼭대기 말단에서 수평의 상부 벽 (50)에 용접되어 결합되어 있는 텅(tongue) (65)를 구비하고 있음을 알수 있다. 이런 텅 (65)들은 구조체의 기계적인 힘에 기여하며, 이와 상당하는 어떤 형태의 기계적 연결 부재로 대체할 수 있다.

제 7도는 또한 이동 물체 포획 장치를 대신할 수 있는 다른 장치를 보여준다. 이 경우에, 상기 장치는 공급관 (44)의 말단 중 어느 한 쪽(즉, T-자형 형태 (44b))에서 배수로 (62)에 바로 위치해 있는 두개의 격자 (60)로 이루어져 있다. 격자 (60)들 사이의 영역에서, 배수로 (62)의 외부의 측벽 (62a0은 수평의 상부 벽 (50)까지 치솟아 있어서, 수로 내에 밀폐된 공급 지대를 만들며, 이차수가 격자 (60)를 통과해야만 이 공급 지대를 빠져나갈 수 있게 된다.

조립을 편리하게 하기 위해서, 수평의 상부 벽 (50)의 구획 (50a)은 상기의 공급 지대를 밀폐시키며, 상기 벽의 나머지 부분으로부터 분리되어 공급관 (44)과 연결될 수 있다. 이런 경우, 통상적으로 공급관 (44)과 벽 (50) 사이에 제공되는 기능적 틈새(functional clearance)는 구획 (50a)과 수평의 상부 벽(50)의 나머지 부분사이에서 형성된다.

분명하게, 본 발명은 이상에서 예를들어 설명한 구현예에 제한되지 않고 그것의 모든 변형을 포함한다. 그러므로, 미리 설명한 바와 같이, 본 발명은 예열 공간이나 통제도니 공급을 갖고 있지 않는 보일러형 증기 발생기에도 사용할 수 있으며 또한 유사한 구조의 열교환기에도 사용할 수 있다. 이런 경우, 배수로 (62)는 환상의 공간 (32)의 원주 반 이상에 걸쳐서 뻗어 있는 것 대신 원주 전체에 걸쳐서 뻗어 있을 수 있다. 더우기, 공급관 (44)에 형성된 벤드 (44a)를 제거할 수 있으며, 이런 경우 공급관 (44)은 T-자형 파이프 (44b)에서 편향벽 (54)을 틈새를 두고서 가로지르며, 공급관은 배수로 내로 돌출해 있다.

Claims

공통의 수직 축과 함께 외부 덮개(10)와 내부덮개(26)를 구비하고 있으며, 외부 덮개와 내부 덮개 사이에 환상의 공간(30)이 형성되어 있고, 튜브 다발들(24)이 내부 덮개 내에 장착되어 있으며, 이차수 공급 장치(32)는 환상의 공간의 상부영역에 위치해 있고, 공급관(44)이 외부 덮개(10)를 가로질러 이차수 공급 장치(32)와 통해 있는 열교환기에 있어서, 상기 이차수 공급 장치(32)는 배수로(62)와 편향벽(54)을 포함하며,

상기 배수로(62)는 환상의 공간(30)의 상기 상부영역에 위치해 있고, 상기 공간의 원주의 최소 부분에 걸쳐서 뻗어 있으며, 수평의 상부 가장자리(64)를 가지고 있고, 공급관(44)이 상기의 가장자리 보다 아래에서 전체에 걸쳐 배수로로 돌출해 있고,

상기 편향벽(54)은 상기 가장자리(64) 앞에 위치해 있으며, 상기 가장자리 아래에서 아래쪽으로 비스듬이 뻗어 있어서 이차수가 공급관에 의해 배수로(62)로 들어갈 수 있으며, 가장자리(64)를 거쳐서 아래로 흘러 내려 상기 편향벽(54)을 따라서 조금씩 상기 환상의 공간(30)내로 흘러들어 가는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항에 있어서, 배수로(62)는 편향벽(54)과 연결되어 있는 수평의 상부벽(50)을 갖고 있음을 특징으로 하는 열교환기.
제 2항에 있어서, 공급관(44)이 수평의 상부 벽(50)을 틈새를 두고서 가로지르며, 배수로(62)와는 어떤 형태의 강체 결합도 갖지 않음을 특징으로 하는 열교환기.
제 2항 또는 3항에 있어서, 상부, 수평 가장자리(64)가 일정 간격으로 떨어져 있는 연결 부재(connecting elements)(65)에 의해 수평의 상부 벽(50)과 연결되어 있음을 특징으로 하는 열교환기.
제 2항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상부의 수평 벽(50)이 통풍구(58)를 가짐을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상부의 수평 벽(50)이 공통의 수직 축에 대하여 배수로(62)의 외부의 측벽 상에 형성됨을 특징으로 하는 열교환기.
제 6항에 있어서, 이동 물체 포획 장치(60)가 배수로(62)의 외부의 측벽과 편향벽(54) 사이에 위치함을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 두개의 이동 물체 포획 장치(60)들이 공급관(44)의 어느 한쪽에서 배수로(62)내에 위치해 있으며, 배수로(62)는 상기 두 장치사이에서 밀폐되어 있어서 공급관(44)에 의해 흘러 들어온 모든 이차수들이 상기의 이동 물체 포획 장치들을 거쳐가게 됨을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 배수로(62)는 환상의 공간(30)의 원주의 일부 영역에만 걸쳐서 뻗어 있으며, 공급관(44)가 상기 영역의 중심 내로 돌출되어 있음을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 튜브 다발들(24)이 교환기의 수직 중앙판의 한쪽 면에 위치해 있는 상대적으로 뜨거운 분기관과 상대적으로 찬 분기관들을 가지고 있고, 공급관(44)이 상대적으로 찬 분기관들 쪽에서 돌출해 있음을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 덮개(26)가 배수로(62)의 내부의 측벽을 형성함을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 편향벽(54)이 상기 환상의 공간(32)의 높이와 원주의 최소 영역에 걸쳐서 외부 덮개(10)을 내부적으로 이중으로 만들어 주는 중간 스커트(34)에 의해 형성되어 있음을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 공급관(44)이 환상의 공간(30)의 원주에 대해 수평으로 위치해 있으며, 실질적으로 수평의 반대방향으로 배수로(62)내로 돌출해 있는 T-자형 파이프(44b)를 가짐을 특징으로 하는 열교환기.