KR20010067295A - 유동 분배 배플을 포함하는 증기 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 유동 분배 배플(14)은 증기 발생기의 번들 래퍼(7) 내측에서 그 하부에 증기 발생기 튜브판 근방에 배치된다. 상기 유동 분배 배플(14)을 통해 증기 발생기 번들의 튜브 및 급수의 통로를 위한 개구(17, 18)가 형성된다. 상기 유동 분배 배플(14)은 상기 증기 발생기의 축을 그 축으로서 가지면서 상기 번들 래퍼(7)의 내경(R)의 40% 보다 작은 반경(R₁)을 가지는 일반적으로 원형인 중앙 영역(15)을 포함하고, 상기 유동 분배 배플(14)의 외부 에지와 상기 중앙 영역 사이에 일반적으로 환형인 외주 영역을 포함한다. 중앙 영역(15)에서, 상기 유동 분배 배플내의 급수와 튜브의 통로를 위한 개구(17)는 단면(S₁)을 가지고, 상기 단면(S₁)의 단면적은 상기 외주 영역내의 급수와 튜브의 통로를 위한 개구(18)의 단면(S₂)의 단면적 보다 크다. 상기 외주 영역(16)내의 급수의 통로를 위한 전체 표면적은 상기 중앙 영역(15)내의 급수의 통로를 위한 전체 표면적 보다 크다.

Description

유동 분배 배플을 포함하는 증기 발생기{Steam generator comprising a flow distribution baffle}

본 발명은 증기 발생기에 관한 것으로, 특히, 증기 발생기내에서 급수를 분배하는 배플을 포함하는 가압수형 원자로 증기 발생기에 관한 것이다.

가압수형 원자로는 원자로 냉각에 사용되는 물에 의해 운반되는 열을 사용하여 급수를 가열 및 기화하는 증기 발생기를 포함하고 있다.

상기 증기 발생기는 작동시 수직 방향으로 배열되는 전체가 원통형인 외피를 포함하고, 그 내부에서 급수가 가열되어 증기로 전환되게 된다. 상기 원자로 냉각수는 증기 발생기 외피 내측에서 동축으로 고정된 번들 래퍼내측에 배열된 번들의 튜브 내측에서 증기 발생기를 통해 유동하게 된다. 상기 번들의 각 튜브는 일반적으로 두 개의 직립형 레그를 포함하고, 상기 레그의 단부는 각각 증기 발생기 외피내측에 횡단방향으로, 즉, 증기 발생기의 번들 래퍼와 외피에 공통되는 축인 증기 발생기의 축에 직각 방향으로 고정된 튜브판을 통과하는 개구내로 크림핑(crimping)되어 고정되어 있다.

외피내에서, 상기 증기 발생기의 번들 래퍼는 상기 증기 발생기의 수직 축방향으로 연장되는 환형 공간을 한정하고, 상기 증기 발생기는 상기 환형 공간의 상부로 급수를 도입 및 분배하기 위한 수단을 포함한다. 부가적으로, 상기 번들 래퍼는 튜브판의 상면 위에 소정 거리로 위치된 하부 에지를 구비하고, 그래서, 상기 환형 공간의 상부로 도입된 급수는 처음에 상단부로부터 환형 공간 내로 유동하고, 그후, 상기 튜브판과 상기 번들 래퍼의 하부 사이에 형성된 개구를 경유하여 상기 번들 래퍼로 진입하며, 그후, 원자로 냉각수가 순환되는 튜브의 외면과 접촉하면서 저면으로부터 상기 번들 래퍼 내측으로 상향 유동된다.

따라서, 상기 급수는 상기 번들의 튜브와 접촉하면서 유동할 때 점진적으로 가열되고 증기로 전환된다.

상기 증기 발생기의 출구에서 얻어진 증기는 원자력 스테이션 터빈으로 보내지고, 그후, 응축액의 형태로 복귀되며, 상기 응축액은 급수가 유동하는 증기 발생기의 이차 회로를 통해 재순환된다. 상기 증기 발생기 및 이차 회로를 통해 유동할 때, 상기 급수는 급수내에 용융된 입자 형태의 산화물 등의 고형 물질을 많이 싣고 있게 된다. 이 입자는 급수가 저속으로 유동하게되는 이차 회로의 영역에 침전되게 된다. 특히, 이 용융 물질은 튜브판의 상면상에 침전되기 쉬우며, 이는 외주로부터의 급수가 증기 발생기의 중앙부를 향해 안내되어 상기 급수의 흐름이 번들의 튜브와 접촉하면서 점진적으로 수직 방향으로 상향 안내되도록 하기 위해 외주 환형 공간으로부터 도입되는 급수의 흐름을 편향시키게 된다.

용융된 물질의 입자는 유동 속도가 가장 작은 튜브판의 특정 영역, 특히, 튜브판의 중앙부에 침전되는 경향을 갖는다.

각각 두 개의 직선형 레그를 포함하는 번들의 튜브는 횡단방향 튜브 지지판, 즉, 래퍼의 축에 직각 방향으로 위치되어 증기 발생기의 축방향으로 분포된 판에의해 래퍼 내측에서 유지되고, 그래서, 상기 튜브 지지판을 통과하는 개구내에 결합되는 튜브의 직선형 레그는 상기 증기 발생기의 축에 평행하게 유지되며 상기 래퍼의 횡단 평면내에서 격자 형태로 배열된다. 상기 튜브 지지판을 통과하느 개구는 한편으로는 번들의 튜브를 횡단 방향으로 유지하고, 다른 한편으로는 급수가 번들의 튜브와 접촉하는 상태로 연속적인 튜브 지지판을 통과하도록 하는 방식으로 제조된다. 상기 급수내에 용융된 물질이 침전되게되는 영역인 상기 급수가 튜브판과 접촉하면서 저속으로 유동하는 영역을 제한하기 위해, 번들 래퍼의 저부에 배열된 급수의 유동을 분배하는 배플을 사용하는 방법이 제안되어 있으며, 여기서, 상기 배플은 튜브 지지판과 마찬가지로 번들의 튜브의 통로를 위한 개구를 구비하고, 튜브판 위에서 외주로부터 번들의 중앙부를 향해 급수의 유동을 촉진하는 방식으로 제조되어 있다. 이를 위해, 상기 급수의 유동을 분배하는 배플은 그 중앙부에 원형 구멍을 구비하도록 제조되어 튜브판 위의 양호하게 한정된 높이에 배열될 수 있다.

상기 번들의 각 튜브의 두 개의 레그는 튜브 지지판의 개구의 격자와 유사한 격자 구조로 배열된 튜브판을 통과하는 구멍내로 그 단부를 크림핑(crimping) 및 용접함으로써 고정된다. 상기 튜브판을 관통하는 구멍은 구멍이 없는 중앙 영역의 각 측면상에 분포되고, 그래서, 공간 또는 중앙 튜브 레인이 번들 내측에서 구멍이 없는 튜브판의 영역과 수직 방향으로 일직선상에 형성되며, 튜브판의 직경방향 영역을 점유하게 된다.

급수가 높은 유동율로 증기 발생기 튜브 레인 아래로 유동하는 것을 방지하기 위하여, 번들의 튜브에 의해 점유되는 영역을 향해 급수를 강제로 안내하도록 튜브 레인 내측에 블로킹 오프 디바이스를 배치하는 방법이 제안된다.

상술한 바와 같은 디바이스의 경우에, 튜브 지지판을 관통하는 튜브의 통로를 위한 개구와, 유동 분배 배플을 통과하는 구멍은 천공 및/또는 브로칭에 의해 형성되고, 세 개의 둥근 돌출부를 가진 형상 또는 네 개의 둥근 돌출부를 가진 형상의 단면, 즉, 냉각수가 튜브 둘레로 통과하게 하는 셋 또는 네 개의 둥근 돌출부에 의해 반경방향으로 연장되며 중앙부에 번들의 튜브를 포획 및 유지하는 단면 형상을 가질 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같은 유동 분배 배플을 사용함으로써, 튜브 번들의 중앙부를 향해 안내되는 급수의 대부분이 배플의 외주 영역에서보다 높은 속도로 그 중앙 개구를 경유하여 유동 분배 배플을 통과하게 되는 형태의 급수의 유동을 촉진할 수 있다. 이 중앙 개구를 구비한 유동 분배 배플을 사용함으로써, 튜브판상에 침전물이 침전되는 것을 제한하는 것이 가능하지만, 한편으로는, 급수속에서 따라 운반되는 용융된 물질들이 유동 분배 배플위에서 튜브 지지판을 향해 위치된 튜브 번들의 이들 영역을 향해 유동하는 것을 촉진하게될 수 있다.

용융된 물질이 급수를 따라 튜브 번들의 상부를 향해 운반되는 양을 가능한 제한하기 위해서, 증기 발생기의 하부를 전체에 걸친 속도의 보다 균일한 분배를 가능하게 하는 방식이 고안되어 왔다.

따라서, 본 발명의 목적은 각각 두 개의 직선형 레그를 가지는 번들의 튜브내측으로 순환되는 고온 유체와 열적으로 접촉하는 상태로 유동하는 급수를 가열 및 기화하기 위해 사용되는 증기 발생기, 특히, 가압수형 원자로 증기 발생기에 관한 것으로, 상기 증기 발생기는 전체가 원통형인 외피와; 번들의 튜브의 직선형 레그의 단부를 수용하는 개구가 천공되어 있고, 상기 외피의 축에 수직으로 배열되어 고정된 튜브판과; 튜브의 번들이 상기 튜브판위에 튜브 번들의 하부 에지가 배열되고, 튜브 번들의 직선형 레그가 증기 발생기의 축에 평행해지는 상태로 그 내부에 위치되며, 상기 외피의 내측에 동축으로 배열되는 번들 래퍼와; 상기 번들 래퍼 내측에서 상기 증기 발생기의 축의 방향으로 분포되는 배열되고, 그를 통해 상기 번들의 튜브의 각 레그의 통로를 위한 개구가 형성되며, 급수의 유동을 위한 공간을 형성하는, 상기 튜브판에 평행 또는 실질적으로 평행한 다수의 횡단판과; 튜브판위의 번들 래퍼와 외피 사이의 환형 공간내로 급수를 도입하여 상기 급수가 먼저 상기 환형 공간내에서 상부로부터 하향 유동하고, 그후, 상기 번들 래퍼의 하부 에지 아래를 통과한 이후에 상기 번들의 튜브와 접촉하면서 상기 번들 래퍼내에서 저부로부터 상향 유동하도록하는 수단을 포함하고, 이 증기 발생기는 증기 발생기의 하부 전체에 걸쳐 균일한 속도 분배를 얻을 수 있게 해준다.

이를 위해서, 유동 분배 배플로서 공지되고, 상기 튜브판에 인접하게 배열된 상기 횡단판은 번들 래퍼의 내경에 실질적으로 동일한 횡단판의 반경의 최대 40%의 반경을 가지면서 상기 증기 발생기의 축을 그 축으로서 구비하는 실질적으로 원형인 중앙 영역에서, 제 1 단면(S₁)을 가지면서 급수와 튜브의 통로를 형성하는 개구를 가지고, 상기 중앙 영역의 외주에 있는 제 2 영역에서 상기 제 1 단면(S₁)의 단면적 보다 작은 단면적의 제 2 단면(S₂)을 가지면서 급수와 튜브의 통로를 형성하는 개구를 가진다.

상기 증기 발생기의 중앙 튜브 레인이 급수의 순환을 방해하는 블로킹 오프 디바이스를 구비하지 않는 것이 바람직하며, 이는 유동 분배 배플의 중앙 영역에서 급수의 통로를 위한 순환 구멍의 부재로 인하여 발생하는 튜브판의 특정 영역과 접촉하는 저속 유동으로 인해, 급수내에 용융된 물질의 입자들이 침전되기 쉬운 튜브판을 청소하는 것이 용이해진다.

상기 외주 영역내에서 보다 중앙 영역 내에서 튜브의 통로를 위한 개구의 개별적인 단면이 큰 경우에도 중앙 영역에서보다 외주 영역에서 상기 유동 분배 배플을 통한 급수의 통로를 위한 전체 표면적이 큰 것이 바람직하다.

도 1은 가압수형 원자로의 증기 발생기의 일부를 도시하는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 유동 분배 배플을 포함하는 증기 발생기의 하부의 부분 분해 사시도.

도 3은 도 2의 증기 발생기의 하부의 중앙 튜브 레인(lane)을 따른 축방향 단면도.

도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 증기 발생기의 유동 분배 배플의 사분면의 평면도.

도 5는 도 4의 증기 발생기의 유동 분배 배플의 중앙부를 통과하는 개구의 확대도.

도 6은 도 4의 증기 발생기의 유동 분배 배플의 외주부를 통과하는 개구의 확대도.

도 7은 본 발명에 따른 증기 발생기의 하부의 급수 분배 속도의 다이어그램.

*도면의 주요 부분에 대한 간단한 부호의 설명*

2 : 외피 3 : 튜브판

5 : 튜브 6 : 번들

7 : 번들 래퍼 10 : 횡단판

14 : 유동 분배 배플 17, 18 : 개구

본 발명을 보다 양호하게 이해할 수 있도록 하기 위하여, 첨부된 도면을 참조로하는 실시예를 통해 본 발명에 따른 유동 분배 배플을 설명한다.

도 1은 가압수형 원자로 증기 발생기(1)를 도시하고 있으며, 상기 증기 발생기는 작동시 그 축이 수직방향인 상태로 배열되는 전체가 원통형 형상인 외피(2)를 포함한다.

상기 외피는 그 하부에서 횡단방향으로 지향된, 즉, 외피의 축에 직각으로 지향된 튜브판(3)에 고정되어 있다. 상기 튜브판(3)을 개구가 통과하고 있고, 상기 개구 각각에 굴곡된 U형 튜브 번들(6)의 튜브(5)의 직선형 레그가 결합된다.

격벽에 의해 이격된 두 부분(4a, 4b)으로 제조된 워터박스(4)가 상기 튜브판(3)아래에 고정된다.

튜브판(3)을 통과하는 튜브(5)의 직선형 레그의 단부의 결합 및 부착을 위한 개구는 개구가 형성되어 있지 않은 튜브판(3)의 중앙영역(3a)의 각 측면상으로 퍼져나가는 형상으로 형성되어 있다. 상기 번들의 각 튜브(5)는 직선형 레그와 제 2 직선형 레그를 가지며, 상기 직선형 레그의 단부는 상기 튜브판(3)의 직경 방향의 중앙부(3a)의 일 측면상에 위치된 개구내로 고정되고, 상기 제 2 직선형 레그의 단부는 상기 직경방향 중앙부(3a)의 다른 측면상에서 튜브판(3)을 통과하는 개구내에 고정되어 있다.

대응 튜브의 직선형 레그의 일측면에서 중앙 영역(3a)의 일측면에 위치된 상기 튜브(5)의 단부의 부착을 위한 개구는 워터박스의 유입 구획(4a)내로 개방되고, 대응 튜브의 직선형 레그와 직경 방향 중앙 영역의 다른측면상에 위치되어 튜브판(3)을 통과하는 개구는 워터박스의 유출 구획(4b)내로 개방된다.

증기 발생기가 작동할 때, 반응기 코어를 포함하는 용기로부터의 고온 반응기 냉각수가 유입 구획(4a)내로 도입되고, 상기 번들의 각 튜브(5)내로 분배된다. 냉각수는 그 전체 길이를 따라 튜브(5)를 통해 유동하고, 그래서, 워터박스의 유출 구획(4b)으로 배출된다.

상기 증기 발생기에 소속된 튜브(5)의 번들(6)은 증기 발생기의 외피(2)의 소직경 하부내에서 동축으로 내측에 배열된 전체 형상이 원통형인 번들 래퍼(7;wrapper)내측에 배열된다. 상기 번들 래퍼(7)와 외피(2)에 공통되는 축은 상기 번들(6)의 축이 된다. 이 축은 작동시 수직 방향으로 배열된 증기 발생기의 축이다.

번들 래퍼(7)는 튜브판(3)의 상면위 소정 거리에 배열된 하부 에지를 구비한다.

외피(2)와 번들 래퍼(7)는 그 사이에 환형 공간(8)을 형성하고, 상기 환형 공간은 그 하부에서 증기 발생기의 튜브(5)의 번들(6)을 포함하는 번들 래퍼(7)의 내부 공간과 소통한다.

급수 또는 이차 유체는 증기 발생기가 작동할 때, 환형 공간(8)의 상부 위에 배열된 급수 분배 디바이스와 노즐(9)을 경유하여 환형 공간(8)내로 도입된다.

상기 번들(6)의 튜브는 번들 래퍼(7)의 축방향으로 펼쳐진 횡단 튜브 지지판(10)에 의해 번들 래퍼(7) 내측에서 횡단방향으로 유지된다.

상기 튜브 지지판(10)을 개구의 격자가 통과하고 있으며, 이는 튜브판(3)을 통과하는 튜브(5)의 직선형 레그의 단부가 결합되는 개구의 구성과 유사하다. 튜브 지지판(10)내의 튜브의 통로를 위한 개구는 상기 개구의 에지에 의해 횡단방향으로 유지되는 튜브 둘레에서 상기 증기 발생기 급수를 위한 통로를 형성한다.

튜브(5)의 단부의 부착 및 결합을 위한 개구를 가지지 않은 튜브판(3)의 중앙 영역(3a)과 수직방향 직선으로 공간(11) 또는 중앙 튜브 레인이 상기 증기 발생기 번들(6) 내측에 형성된다.

상기 증기 발생기가 작동할 때, 상술한 바와 같이, 고온 원자로 냉각수는 번들의 튜브(5)내측을 따라 유동하며, 급수는 노즐(9)을 경유하여 도입되어 환형 공간(8)의 상부내에 분배된다.

환형 공간(8)내로 도입된 물은 번들 래퍼(7)의 하부 에지와 튜브판(3)의 상면 사이에 형성되어 상기 급수를 번들 래퍼(7)내로 통과하게 하는 환형 개구와 동일한 높이에 도달할때까지 상면으로부터 상기 환형 공간내에서 하향으로 유동하고, 상기 환형 개구에서 상기 급수는 저면으로부터 상향으로 실질적으로 수직 방향으로 유동하게 되며, 급수중 일부는 외주부로부터 번들의 중앙부를 향해 안내된다.

번들의 튜브와 접촉하면서 유동하는 급수는 가열되어 증기가 되게 되고, 증기 발생기의 외피의 하부에서 증기 형태로 배출되게 된다.

상기 튜브판(3)에 가장 인접하게 배치된, 즉, 상기 튜브판(3) 바로위에 위치된 횡단판(10)은 유동 분배 배플 형태로 제조될 수 있고, 상기 유동 분배 배플은 번들의 중앙부에서의 양호한 순환을 촉진하며, 급수내에 용융된 고체 물질이 튜브판(3)의 상면상에 침전되는 것을 가능한 제한한다.

도 2 및 도 3에 그 번들의 하부가 도시되어 있는 본 발명에 따른 증기 발생기의 경우에, 증기 발생기 튜브판 바로 위에 배열되어 번들 래퍼 내측에 고정된 판은 배플 형태로 제조될 수 잇고, 상기 배플은 증기 발생기의 하부내의 냉각수의 속도가 균일하게 분배되도록 급수의 유동을 분배 및 제어한다.

도1의 소자들과 동일한 소자들은 도 2 및 도 3에서 동일한 참조 부호로 도시되어 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 증기 발생기의 하부를 도시하고 있으며, 이는 외피(2)의 하부에 고정된 튜브판(3)의 근방 영역이다.

증기 발생기 번들(6)의 튜브(5)의 직선형 레그의 단부를 부착하기 위한 개구(12)가 튜브판(3)을 관통하고 있다.

직경 방향 중앙부(3a)에서 상기 튜브판(3)은 튜브(5)의 레그의 단부를 부착하기 위한 개구를 갖고 있지 않으며, 상기 개구(12)는 직경방향 중앙 영역(3a)의 각 측면상에 개구의 격자 형태로 배열되어 있다.

직경 방향 중앙 영역(3a) 위의 튜브가 없는 영역은 증기 발생기의 튜브 레인(11)을 구성한다. 상기 중앙 튜브 레인(11)의 단부에서, 상기 외피(2)는 원형 개구를 구비하며, 상기 원형 개구는 증기 발생기 번들 내측의 검사 및 중재를 허용하는 조작 구멍(13)을 형성한다.

도 2 및 도 3에 부분적으로 도시되어 있는 본 발명에 따른 상기 증기 발생기는 번들 래퍼(7)내측에서 횡단방향으로 고정되어 번들의 축방향으로 펼쳐지는 튜브 지지판 세트를 포함한다.

상기 번들의 튜브의 통로를 위한 개구의 격자는 튜브판(3)을 통과하는 개구의 격자와 유사한 배열로 횡단 튜브 지지판을 관통한다. 횡단판내에서의 튜브의 통로를 위한 개구는 상기 튜브를 적소에서 횡단방향으로 유지하고, 외단판내의 개구내에 결합된 상기 각 튜브 둘레에서 증기 발생기 급수를 위한 통로를 구비하고 있다.

본 발명에 따라서, 상기 튜브판(3)에 가장 근접하게 위치된 횡단판(14), 즉, 상기 번들 래퍼(7) 내측에서 가장 아래에 위치된 횡단판(14)은 유동 분배 배플 형태로 제조되고, 상기 배플은 후술할 바와 같이, 증기 발생기의 하부내의 유동율과급수 속도의 균일한 분배를 얻는 것을 가능하게 한다.

상기 유동 분배 배플(14)은 증기 발생기의 번들의 길이가 약 10m인 경우에 450mm 내지 550mm 사이의 거리로 튜브판(3) 위에 배열된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 유동 분배 배플(14)은 튜브판(3)의 영역(3a)과 직선으로 상기 중앙 튜브 레인(11)을 따라 배열된 직경 방향 영역(14a)을 제외한 전체 표면에 걸쳐 분배된 튜브의 통로를 위한 개구를 포함하고 있다.

상기 유동 분배 배플(14)은 두 개의 영역을 구비하고, 상기 두 개의 영역은 급수와 튜브의 통로를 위한 개구를 상이한 형상 및 단면으로 가지고 있다.

증기 발생기의 축 및 번들 래퍼의 축을 그 축으로서 가지는 실질적으로 원형 형상의 제 1 영역(15)에서, 상기 유동 분배 배플을 관통하는 개구(17)는 제 1 단면(S₁)을 가지고, 상기 배플(14)의 외주 에지와 제 1 영역(15)의 원형 외주 한계선 사이에 위치된 제 2 외주 영역(16)에서는 제 2 단면(S₂)을 갖는 제 2 개구(18)가 상기 배플(14)을 관통하며, 이 제 2 단면의 단면적은 상기 개구(17)의 단면(S₁)의 단면적 보다 작다.

실제로, 상기 제 1 중앙 영역(15)은 유동 분배 배플(14)의 직경방향 영역(14a)에 의해 분리된 실질적으로 반원 형상의 두 부분을 구비하고 있으며, 상기 직경 방향 영역(14a)에서는 상기 유동 분배 배플이 튜브나 물의 통로를 위한 개구를 구비하고 있지 않다. 마찬가지로, 외주 영역(16)은 유동 분배 배플의 직경 방향 영역(14a)에 의해 분리된 두 개의 부분으로 구성되어 있다. 상술한 바와 같이, 상기 유동 분배 배플(14)은 냉각수의 유동을 촉진하기 위한 원형 중앙 개구를 구비하지 않고, 상기 배플의 중앙부는 직경방향 영역(14a)의 일부를 포함하고 있으며, 상기 직경 방향 영역(14a)은 그를 통과하는 튜브의 통로를 위한 개구를 구비하지 않는다.

상기 직경방향 영역(14a)의 외측의 그 전체면에서 외주 영역은 개구를 구비하며, 상기 개구를 통해 튜브가 통과하게되고, 이들 개구는 번들의 튜브의 격자 형상으로 분배되어 있다.

개구(18)의 특정 위치(19)는 유동 분배 배플(14)을 포함하는 번들 래퍼(7) 내측의 횡단판을 현수시키기 위해 사용되는 관통 볼트를 통과 또는 부착시키기 위해 사용된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 번들 래퍼(7)는 증기 발생기 번들의 중앙 튜브 레인(11)의 단부에서 축방향으로 연장부(7a, 7'a)를 구비하고 있고, 상기 레인은 그 하부에서 튜브판(3)의 직경방향 영역(3a)에 의해 한정되고, 그 상부에서, 상기 유동 분배 배플(14)의 직경 방향 영역(14a)에 의해 한정되며, 상기 직경방향 영역(3a, 14a)은 튜브의 통로를 위한 개구를 구비하지 않는다. 상기 중앙 튜브 레인(11)은 또한 두 개의 상기 번들의 튜브 열에 의해 측방향으로 한정되며, 상기 열은 최소의 굴곡 반경을 가진 타이트 U형 굴곡 튜브라 공지되어 있는 튜브(5)의 직선형 레그로 구성되어 있다. 마지막으로, 중앙 튜브 레인은 번들 래퍼(7)의 연장부(7a, 7'a)에 의해 한정되어 있고, 상기 연장부는 실질적으로 튜브판(3)의 상면까지 중앙 튜브 레인에 대향하여 번들을 연장한다. 번들 래퍼(7)의 하부 에지의 잔여 부분은 종래 기술의 증기 발생기의 경우와 마찬가지로 튜브판(3)의 상면 위에 소정 거리로 배열되어 상단으로부터 환형 공간(8)을 통해 하향 유동하는 증기 발생기 급수의 통로를 형성한다.

상기 번들 래퍼(7)의 연장부(7a, 7'a)는 물의 순환을 방지하기 위한 디바이스 및 튜브(5)가 존재하지 않는 중앙 튜브 레인(11)으로 급수가 쉽게 진입되지 않도록 해준다.

상기 외피(2)내에서 조작 구멍(13)과 축방향으로 정렬되어 잇는 개구(21, 21')는 번들 래퍼(7)를 통과하여 번들 래퍼의 연장부(7a, 7'a)의 존재에도 불구하고 중앙 튜브 레인(11)으로의 억세스를 가능하게 한다. 따라서, 특히, 취급 구멍(13)과 대응 개구(21, 21')는 튜브판의 상면을 청소하기 위해 중앙 튜브 레인(11)내로 하나 이상의 바늘을 도입할 수 있게 해주며, 상기 바늘의 도입 및 이동은 중앙 튜브 레인(11)을 막고있는 소정의 장애물에 방해를 받지 않는다. 그 중앙부에 원형 구멍을 가지고 있지 않은 유동 분배 배플(14)을 사용하는 경우에 튜브판을 용이하게 청소할 수 있다는 장점을 갖는다. 이는 상술한 바와 같이, 튜브판(3) 위에 저속 영역이 존재하기 때문에 급수내에 용융된 물질이 튜브판상에 침전되는 경향이 있기 때문이다.

도 5 및 도 6은 중앙 영역(15)내에서 유동 분배 배플(14)을 관통하는 개구(17)와, 외주 영역(16)에서 유동 분배 배플(14)을 관통하는 개구(18)를 각각 확대하여 도시하고 있다.

개구(17, 18)는 삼각형 그물눈(mesh)의 격자로 배열되고, 세 개의 인접한 개구의 중앙은 정삼각형의 정점에 위치된다.

상기 개구(17, 18)는 세 개의 둥근 돌출부를 가진 형상으로 구성되어 있고, 이들 개구는 상기 개구의 외측을 향해 연장되는 반경방향 지향 돌출부를 구비한다.

도 5 및 도 6 각각은 유동 분배 배플내의 관통 개구 내측의 증기 발생기의 튜브(5)의 단면의 외부 윤곽을 도시하고 있다. 상기 대응 개구의 세 개의 둥근 돌출부는 튜브(5)의 외주에서 유동 분배 배플(14)을 통한 증기 발생기 급수의 통로의 단면을 구성한다.

도 5 및 도 6을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 유동 분배 배플의 중앙부(15)의 개구(17)내에서 물의 통로를 위한 둥근 돌출부는 유동 분배 배플의 외주부(16)에서 개구(18)내의 물의 통로를 위한 둥근 돌출부 보다 반경방향으로 큰 치수를 가지고 잇다. 상기 개구(17)내에서 물의 통로를 위한 둥근 돌출부는 외향 연장되며, 원주방향으로 확대되고, 그 이유는 그들이 단부가 상기 개구의 직선형 에지로부터 각도방향으로 발산되는 측방향 에지를 가지고 잇기 때문이다.

물의 통로를 위한 더 큰 크기의 둥근 돌출부가 존재하기 때문에, 상기 개구(17)는 상기 배플(14)의 외주부를 통과하는 개구(18)의 단면(S₂)의 단면적보다 큰 단면적을 가지는 단면(S₁)을 갖는다.

예로서, 튜브가 약 285mm²의 외부 단면을 가진 증기 발생기의 경우에, 상기 유동 분배 배플의 중앙부내의 개구(17)는 단면적이 약 540mm²인 단면(S₁)을 가지고,상기 외주부(16)를 관통하는 개구(18)는 단면적이 약 435mm²인 단면(S₂)을 갖는다.

따라서, 중앙 영역(15)에서, 각 개구(17)의 수로를 위한 공간, 즉, 각 개구의 수로 단면의 합은 약 250mm²이고, 외주 영역(16)에서 수로를 위한 단면은 개구(18)당 단지 약 150mm²이다.

그러나, 하나 실질적으로 원형인 중앙 영역은 예로서, 튜브판의 반경(R)의 단지 1/3인 반경(R₁)을 가지기 때문에, 유동 분배 배플의 외주 영역에서의 유체의 통로를 위한 전체 표면적은 중앙 영역(15)에서 급수의 통로를 위한 단면 보다 4 내지 5배 크다.

일반적으로, 중앙 영역은 상기 유동 분배 배플의 반경의 최대 40%에 달하는 반경, 즉, 유동 분배 배플이 실질적으로 간격없이 수납되는 번들 래퍼(7)의 내경의 40%에 달하는 반경을 가진다.

상기 중앙 영역의 반경(R₁)은 유동 분배 배플의 반경(R)의 1/4 내지 1/3 사이가 되도록 선택되는 것이 바람직하다.

모든 경우에, 외주 영역에서 물의 통로를 위한 전체 단면은 증기 발전기의 중앙부에서 물의 통로를 위한 단면보다 상당히 크다.

도 7에 도시된 바와 같이, 증기 발생기의 저부에서 급수 속도 및 유동율의 균일한 분배를 허용하는 이 배열은 종래 기술의 디바이스에 비해 튜브판의 중앙 영역의 침전물의 양을 증가시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 튜브판은 중앙 튜브 레인내의 블로킹 오프 디바이스가 없기 때문에 용이하게 청소될 수 있다.

유동 분배 배플의 외주부에 위치된, 그리고, 중앙부에 위치된 개구(18, 17)는 천공 및 천공후 브로칭(broaching)함으로써 제조될 수 있고, 그래서, 완전히 균일한 형성 및 크기의 개구를 얻을 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 개구(17 또는 18) 사이의 유동 분배 노즐의 잔여부(20, 20')는 외주 영역과 중앙 영역에서 상이한 폭을 갖는다.

유동 분배 배플의 잔여부(20)는 중앙부에서 튜브의 통로를 위한 개구의 크기가 크기 때문에 외주부에서 보다 유동 분배 배플의 중앙부(15)에서 더 작은 폭을 갖는다.

따라서, 본 발명에 따른 발생기는 증기 발생기의 저부에서 균일한 급수 유동류의 분배를 가능하게하고, 이것이 특히, 번들의 튜브를 적소에 유지하는 지지판 위와, 증기 발생기 번들의 상부에서 유동 분배 배플위의 급수를 따라 과도한 량의 입자가 용융되어 이동되는 것을 피할 수 있게 한다. 튜브판상의 용융 물질의 침전의 증가는 튜브판의 상부면으로부터 용이하게 청소하는 것이 가능하기 때문에 중대한 문제점을 발생시키지 않는다. 대조적으로, 번들의 상부내의 튜브 지지판의 청소는 수행하기에 매우 어려운 작업이다.

본 발명은 상술한 실시예에 제한되지 않는다.

따라서, 배플의 외주부와 중앙부내의 유동 분배 배플내의 개구는 예로서 네개의 둥근 돌출부를 구비한 형상 등의 상술한 바와 상이한 형상을 가질 수 있고, 이 개구는 예로서 정사각형 그물눈 격자 패턴으로 배열되는 등의 삼각형 그물눈과는 상이한 형태의 그리드 패턴으로 배열될 수 있다.

본 발명은 본 명세서에서 언급한 것과는 상이한 단면의 튜브에도 적용된다.

본 발명은 가압수형 원자로를 위한 증기 발생기 뿐만 아니라, 번들의 튜브를 통해 일차 유체를 유동시킴으로서 공급되는 열에 의해 이차 유체가 증기로 전환되는 소정의 증기 발전기에 사용될 수 있다.

본 발명은 또한, 이차 유체가 순환되고 일차 유체가 순환되는 열 교환기에 적용될 수도 있다.

Claims (11)

1. 전체가 원통형인 외피(2)와,

   번들(6)의 튜브(5)의 직선형 레그의 단부를 수용하는 개구(12)가 천공되어 있고, 상기 외피(2)의 축에 수직으로 배열되어 고정된 튜브판(3)과,

   튜브(5)의 번들이 상기 튜브판(3)위에 상기 튜브의 번들의 하부 에지가 배열되고, 상기 튜브 번들의 직선형 레그가 증기 발생기의 축에 평행해지는 상태로 상기 튜브(5)의 번들이 그 내부에 위치되며, 상기 외피(2)의 내측에 동축으로 배열되어 있는 번들 래퍼(7)와,

   상기 번들 래퍼(7) 내측에서 상기 증기 발생기의 축방향으로 분포된 상태로 배열되고, 그를 통해, 상기 번들(6)의 튜브(5)의 각 레그의 통로를 위한 개구가 형성되며, 급수의 유동을 위한 공간을 형성하는, 상기 튜브판(3)에 평행 또는 실질적으로 평행한 다수의 횡단판(10)과,

   튜브판(3)위의 번들 래퍼(7)와 외피(2) 사이의 환형 공간(8)내로 급수를 도입하여 상기 급수가 먼저 상기 환형 공간(8)내에서 상부로부터 하향 유동하고, 그후, 상기 번들 래퍼(7)의 하부 에지 아래를 통과한 이후에 상기 번들(6)의 튜브(5)와 접촉하면서 상기 번들 래퍼(7)내에서 저부로부터 상향 유동하도록하는 수단(9)을 포함하고,

   각각 두 개의 직선형 레그를 구비하는 번들(6)의 튜브(5) 내측에서 순환되는 고온 유체와 열적으로 접촉하면서 유동하는 급수를 가열 및 기화하기 위해 사용되는 증기 발생기, 특히, 가압수형 원자로 증기 발생기에 있어서,

   유동 분배 배플(14)로서 지칭되는, 상기 튜브판에 가장 인접하게 배열된 상기 횡단판(14)은 번들 래퍼(7)의 내경과 실질적으로 동일한 횡단판의 반경의 최대 40%의 반경을 가지면서 상기 증기 발생기의 축을 그 축으로서 구비하는 실질적으로 원형인 중앙 영역에서, 제 1 단면(S₁)을 가지면서 급수와 튜브(5)의 통로를 형성하는 개구(17)를 가지고,

   상기 중앙 영역(15)의 외주에 있는 제 2 영역(16)에서 상기 제 1 단면(S₁)의 단면적 보다 작은 단면적의 제 2 단면(S₂)을 가지면서 급수와 튜브(5)의 통로를 형성하는 개구(18)를 가지는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유동 분배 배플(14)의 중앙 영역(15)의 반경(R₁)은 상기 유동 분배 배플의 반경(R)의 1/4 내지 1/3 사이인 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 외주 영역(16)의 개구(18)를 통한 급수의 통로의 전체 표면적은 상기 중앙 영역(15)의 개구(17)를 통한 급수의 통로의 전체 표면적 보다 큰 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 외주 영역내의 급수의 통로를 위한 전체 표면적은상기 중앙 영역(15)내의 급수의 통로를 위한 표면적 보다 약 4 내지 5배 큰 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 그 외부 단면이 약 285mm²의 단면적을 가지는 튜브(5)의 번들을 포함하고,

   상기 유동 분배 배플(14)의 중앙부(15)내의 개구(17)는 약 540mm²의 단면적을 가지고,

   상기 유동 분배 배플(14)의 외주부(16)내의 개구(18)는 약 435mm²의 단면적을 가지고,

   상기 중앙 개구내에 결합된 각 튜브(5)의 외주에서 남겨진 급수의 통로를 위한 공간은 약 250mm²이며,

   상기 유동 분배 배플(14)의 외주부(16)에서 개구(18)에 결합된 각 튜브(5) 둘레에 남겨진 물의 통로를 위한 공간은 약 150mm²인 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유동 분배 배플(14)의 외주부(16)와 중앙부(15)내의 튜브의 통로를 위한 개구(17, 18)는 상기 개구(17, 18)의 외측을 향해 반경방향으로 연장되는 번들(6)의 튜브(5) 둘레에 물의 통로를 위한 단면 또는 둥근 돌출부를 구비하며,

   상기 유동 분배 배플(14)의 중앙부(15)내의 개구(17)의 둥근 돌출부는 상기 유동 분배 배플(14)의 외주부(16)내의 개구(18)의 둥근 돌출부의 반경 방향 치수 보다 큰 반경방향 치수를 가지는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유동 분배 배플(14)내의 개구(17, 18)는 천공 및 브로칭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 10m 높이의 증기 발생기의 번들의 경우에, 상기 유동 분배 배플은 튜브판에 대하여 450mm 내지 550mm의 거리에 위치되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 번들의 튜브(5)를 수용하기 위한 개구를 구비하지 않는, 직경을 가로지르는 중앙 영역(3a)을 구비한 튜브판을 포함하고,

   상기 유동 분배 배플(14)은 급수 및 튜브(5)의 통로를 위한 개구(17, 18)를 구비하지 않는 직경방향 중앙 영역(14a)을 포함하고, 그래서, 중앙 튜브 레인(11)이라 지칭되는 공간이 튜브판(3)의 직경 방향 중앙 영역(3a)과, 상기 유동 분배 배플(14)의 직경방향 중앙 영역(14a)과, 상기 증기 발생기 번들(6)의 튜브(5)의 두 직선형 레그 열 사이에서 상기 번들 래퍼(7) 내측에 한정되고,

   상기 레그는 수용 개구를 구비하지 않은 직경 방향 중앙 영역(3a)에 인접한 튜브판(3)내의 수용 구멍(12)에 결합되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 번들 래퍼(7)는 상기 번들 래퍼의 하부 에지에 대한 축방향 연장부(7a, 7'a)를 구비하고,

    상기 축방향 연장부는 직경 방향으로 상기 중앙 튜브 레인(11)의 두 단부에 대향하게 튜브판(3)의 상면까지 연장되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 중앙 튜브 레인(11)의 직경방향 단부의 중앙 튜브 레인(11)을 억세스 할 수 있도록 하는 취급 구멍을 구비하고,

    상기 번들 래퍼는 상기 취급 구멍(13)과 축방향으로 정렬되어 있는 중앙 튜브 레인을 억세스하기 위한 구멍(21, 21')을 구비하는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.