KR20080033314A - 습분 분리 가열기 - Google Patents

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Abstract

습분 분리 가열기(20)는 원통 형상의 본체 용기(1)와, 이 본체 용기(1)의 내주면과 간극을 갖도록 설치되고 본체 용기(1) 내의 공간 영역을 저온 영역(30)과 고온 영역(31)으로 나누는 구획판(5)과, 본체 용기(1)의 저온 영역(30)에 설치된 피가열 증기 입구(6)와, 본체 용기(1)의 고온 영역(31)에 설치된 피가열 증기 출구(7)와, 본체 용기(1) 내의 저온 영역(30)에 설치된 습분 분리기(8)와, 피가열 증기를 가열하는 가열 증기가 공급되는 U자 관(2)을 구비하고 있다. U자 관(2)은 왕로부(21)와, 복로부(22)와, 왕로부(21)와 복로부(22)를 연결하는 U자부(23)를 갖고 있다. U자 관(2)의 왕로부(21) 및 복로부(22)는 모두 구획판을 관통하여 저온 영역(30)과 고온 영역(31)에 걸쳐 배치되어 있다.
습분 분리 가열기, 구획판, 습분 분리기, U자 관, 드레인 탱크, 벤트 관

Description

습분 분리 가열기{MOISTURE SEPARATION HEATER}
본 발명은 습도가 높은 증기로부터 습분(濕分)을 제거하고, 또한 그 증기를 가열 증기에 의해 가열하는 습분 분리 가열기에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력 발전 플랜트에서 고압 터빈(turbine)으로 일을 끝낸 증기에는 12％ 정도의 습분이 포함되어 있다. 이 습분은 증기 중의 물방울 또는 장치나 배관의 벽면에 부착된 물의 상태로 존재한다.
증기 중의 습분이 많아지면, 해당 습분은 터빈에 설치된 터빈 블레이드 등의 장치의 벽면에 충돌하여, 에로존(erosion) 침식이 발생해서 기기를 손상할 우려가 있다. 또한, 저압 터빈은 이 저압 터빈에 공급되는 증기의 온도가 높을수록 터빈효율이 높아진다.
그래서, 고압 터빈으로부터 증기 중의 습분을 제거함과 동시에 보다 고온의 증기를 저압 터빈에 보내기 위해서, 증기의 습분을 분리하여 가열하는 습분 분리 가열기를 고압 터빈과 저압 터빈 사이에 설치하고 있다. 이러한 습분 분리 가열기로서는, 예를 들면 일본국 특허공개 평2-242001호 공보 및 일본국 특허공개 평9-329302호 공보에 그 구성이 기재되어 있다.
종래의 습분 분리 가열기에 대해서 도 9 및 도 10을 참조해서 설명한다. 도 9는 종래의 습분 분리 가열기(70)의 구성을 나타내는 횡단면도이며, 도 10은 도 9의 습분 분리 가열기(70)를 E-E방향으로부터 본 종단면도이다.
도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 습분 분리 가열기(70)는 측면이 원통 형상인 본체 용기(51)와, 본체 용기(51)에 내장되어 피가열 증기(85)의 습분을 제거하는 습분 분리기(58)와, 습분 분리기(58)의 상방에 설치되고 피가열 증기(85)를 가열하는 U자 관(52)을 갖고 있다.
이러한 구성에서, 습분 분리 가열기(70)는 본체 용기(51)의 길이 방향의 중심 위치에 있는 가상의 중심 면 F-F에 대하여 대칭으로 배치되어 있다.
이 U자 관(52) 중에는 피가열 증기(85)를 가열하는 가열 증기(86)가 보내진다. 이 가열 증기(86)로서는, 원자력 플랜트의 고압 터빈으로부터 추출된 증기 또는 원자로(爐)로부터 공급된 주요 증기를 고려할 수 있다.
U자 관(52)은 왕로부(往路部)(521)와, 왕로부(521)의 하방으로 설치된 복로부(復路部)(522)와, 왕로부(521)와 복로부(522)를 연결하는 U자부(523)를 갖고, 각 U자 관(52)은 본체 용기(51)의 외부에 배치되고 가열 증기(86)의 공급 및 배출을 행하는 헤더(53)에 부착되어 관다발(54)을 구성하고 있다.
또한, 본체 용기(51) 내의 하방으로는, 예를 들면 3대의 습분 분리기(58)가 길이 방향을 따라 배치되어 있다.
본체 용기(51)의 하부에는 피가열 증기(85)가 이 본체 용기(51)로 들어가는 피가열 증기 입구(56)가 설치되고, 또한 본체 용기(51)의 상부에는 피가열 증기(85)가 이 본체 용기(51)로부터 배출되는 피가열 증기 출구(57)가 설치되어 있 다.
고압 터빈으로부터 이송되어 피가열 증기 입구(56)로부터 본체 용기(51) 내에 공급된 피가열 증기(85)는 습분 분리기(58)를 통과함으로써 습분이 제거되고, U자 관(52)의 왕로부(521) 및 복로부(522)와 직교하여 본체 용기(51) 내를 하방으로부터 상방으로 흐른다. 이것에 의해, 피가열 증기(85)는 U자 관(52) 속으로 흐르는 가열 증기(86)에 의해 가열되고, 피가열 증기 출구(57)에 의해 본체 용기(51)로부터 배출된다. 도 10에서 피가열 증기(85)의 쇄선 화살표는 이 피가열 증기(85)가 본체 용기(51) 내를 흐르는 방향을 나타낸다.
그러나, 종래의 습분 분리 가열기(70)에서 피가열 증기(85)는 하방으로부터 상방으로의 흐름 방향을 따라 서서히 그 온도가 상승한다. 이 때문에, U자 관(52)의 복로부(522)와 왕로부(521) 사이에 온도 차이가 발생하고, U자 관(52) 내의 가열 증기(86)의 관 내에서의 냉각에 의한 응축량에 큰 차이가 발생한다.
즉, U자 관(52)의 복로부(522)에서는 접촉하는 피가열 증기(85)의 온도가 낮기 때문에, 이 복로부(522) 내의 가열 증기(86)는 과도하게 냉각되어 응축이 과도하게 진행된다. 한편, U자 관(52)의 왕로부(521)에서는 접촉하는 피가열 증기(85)의 온도가 복로부(522)에 비하여 높기 때문에, 왕로부(521) 내의 가열 증기(86)는 냉각되는 정도가 작아서 미응축 증기가 많이 남는다.
이러한 상태에서는 U자 관(52) 내의 가열 증기(86)의 유량 분배가 불안정하게 되고, U자 관(52)의 주기적인 온도 변화가 야기되어 이 U자 관(52)이 열피로에 의해 손상을 입는 경우가 있다.
상기의 문제를 방지하기 위해서, 가열 증기(86) 중 비응축성의 증기를 벤트(배출)하는 벤트 관(도시 생략)을 U자 관(52)의 입구 측에 접속하고, 벤트 관으로 보내지기 전의 가열 증기(86)의 총유량의 약 5％를 응축시키지 않고 벤트 관에 이송하는 방법이 이용되고 있다.
그러나, 벤트 관에 보내지는 가열 증기(86)의 벤트 유량이 많으면, U자 관(52)에 보내지는 가열 증기(86)의 양이 적어지고, 습분 분리 가열기(70) 전체의 열효율이 저하하므로, 이 벤트 유량의 저감이 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 점을 고려해서 이루어진 것으로서, U자 관 내의 가열 증기의 응축량의 차이에 의해 발생하는 U자 관의 열피로에 의한 손상을 억제하고, 벤트 관에 보내지는 가열 증기의 벤트 유량을 저감하여도 U자 관 내의 가열 증기의 흐름이 불안정하게 되지 않는 구성으로 함으로써, 열효율을 향상시킬 수 있는 습분 분리 가열기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 피가열 증기의 습분을 분리해서 가열하는 습분 분리 가열기에서, 원통 형상의 본체 용기와, 본체 용기 내에 이 본체 용기의 내주면(內周面)과 간극(間隙)을 갖도록 설치되어 본체 용기 내의 공간 영역을 저온 영역과 고온 영역으로 나누는 구획판과, 본체 용기의 저온 영역에 설치되고 피가열 증기가 이 본체 용기에 들어가는 피가열 증기 입구와, 본체 용기의 고온 영역에 설치되고 피가열 증기가 이 본체 용기로부터 배출되는 피가열 증기 출구와, 본체 용기 내의 저온 영역에 설치되어 피가열 증기 입구로부터 저온 영역으로 보내진 피가열 증기의 습분을 분리하는 습분 분리기와, 본체 용기 내에 설치되고 왕로부와, 복로부와, 왕로부와 복로부를 연결하는 U자부를 갖고 피가열 증기를 가열하는 가열 증기가 공급되는 U자 관을 구비하고, U자 관의 왕로부 및 복로부는 모두 구획판을 관통하여 저온 영역과 고온 영역에 걸쳐 배치되는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기이다.
이러한 습분 분리 가열기에서는, 구획판은 본체 용기의 길이 방향에 대하여 직교하여 설치되어 있고, U자 관의 왕로부 및 복로부는 본체 용기의 길이 방향에 대하여 평행하게 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 피가열 증기의 습분을 분리해서 가열하는 습분 분리 가열기에서, 원통 형상의 본체 용기와, 본체 용기 내에 이 본체 용기의 길이 방향에 대하여 직교해서 설치되고 본체 용기 내의 공간 영역을 서로 독립된 2 이상의 독립 영역으로 나누는 제 1 구획판과, 본체 용기 내에 이 본체 용기의 내주면과 간극을 갖고 제 1 구획판과 직교하여 설치되어 본체 용기 내의 각 독립 영역을 저온 영역과 고온 영역으로 나누는 제 2 구획판과, 본체 용기의 각 저온 영역에 설치되고 피가열 증기가 이 본체 용기에 들어가는 각각의 피가열 증기 입구와, 본체 용기의 각 고온 영역에 설치되고 피가열 증기가 이 본체 용기로부터 배출되는 각각의 피가열 증기 출구와, 본체 용기 내의 각 저온 영역에 설치되고 각 피가열 증기 입구로부터 각 저온 영역으로 보내진 피가열 증기의 습분을 분리하는 각각의 습분 분리기와, 본체 용기 내의 각 독립 영역에 설치되고 왕로부와, 복로부와, 왕로부와 복로부를 연결하는 U자부를 갖고, 피가열 증기를 가열하는 가열 증기가 보내지는 U자 관을 구비하고, 하나의 독립 영역의 저온 영역은 다른 독립 영역의 고온 영역에 인접하며, 각 U자 관의 왕로부 및 복로부는 모두 제 2 구획판을 관통하여 각 저온 영역과 각 고온 영역에 걸쳐서 배치되는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기이다.
이러한 습분 분리 가열기에서, U자 관의 입구 측에 접속되어 가열 증기를 벤트하는 벤트 관과, 벤트 관에 설치된 압력 조절 밸브 또는 유체 저항체를 구비하고, 압력 조절 밸브 또는 유체 저항체는 벤트 관에 보내지는 가열 증기의 벤트 유량을 가열 증기가 벤트되기 전의 총유량의 0.5∼1％로 하는 것이 바람직하다.
이러한 습분 분리 가열기에서, U자 관은 복수 설치되어 있고, 각 U자 관은 본체 용기 외부에 배치되어 가열 증기의 공급 및 배출을 행하는 헤더(header)에 부착되어 관다발을 구성하고, 하나의 관다발의 헤더는 본체 용기에 대하여 이웃하는 다른 관다발의 헤더의 반대 측에 부착되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 습분 분리 가열기에서는, 복수의 관다발은 서로 직렬로 접속된 복수의 그룹별로 배치되고, 동일 그룹 내의 관다발은 병렬로 연결되는 동시에 그룹 내의 관다발의 수는 가열 증기의 흐름의 상류 측으로부터 하류 측을 향해서 감소하도록 설치되어 있고, U자 관에서 가열 증기가 피가열 증기로 냉각되어 응축된 응축 드레인(drain)을 저장하는 드레인 탱크를 구비하고, 각 관다발의 헤더에 드레인관을 통하여 드레인 탱크가 접속되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 습분 분리 가열기에서, 헤더로부터 드레인관을 거쳐서 드레인 탱크에 보내진 응축 드레인은, 그 일부가 본체 용기의 고온 영역에 드레인 이송 관에 의해 보내져 고온 영역을 냉각하는 것이 바람직하다.
이러한 습분 분리 가열기에서, 관다발은 공장에서 복수의 U자 관과 헤더가 미리 조립된 것을 사용하고, 현장에서 본체 용기에 이 관다발을 부착하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 습분 분리 가열기에서, U자 관의 각 부분에서의 온도 차이를 작게 함으로써, 이 U자 관 내의 가열 증기의 응축량의 차이에 의해 발생하는 U자 관의 열피로에 의한 손상을 억제하고, 벤트 관에 보내지는 가열 증기의 벤트 유량을 저감하여도 U자 관 내의 가열 증기의 흐름이 불안정하게 되지 않는 구성으로 함으로써, 열효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 제 1 실시예의 습분 분리 가열기를 위에서 본 구성을 나타내는 상면도.
도 2는 도 1의 습분 분리 가열기를 A-A 방향에서 본 횡단면도.
도 3은 도 1의 습분 분리 가열기를 B-B 방향에서 본 종단면도
도 4는 도 1의 습분 분리 가열기의 본체 용기 내에서의 U자 관의 왕로부 및 복로부에 접촉하는 피가열 증기의 온도 변화를 나타내는 설명도.
도 5는 제 2 실시예의 습분 분리 가열기를 위에서 본 구성을 나타내는 상면도.
도 6은 도 5의 습분 분리 가열기를 C-C 방향에서 본 종단면도.
도 7은 제 3 실시예에서의 습분 분리 가열기의 U자 관에의 가열 증기의 공급 경로를 나타내는 횡단면도.
도 8은 도 7의 가열 증기의 공급 경로를 D-D 방향에서 본 종단면도.
도 9는 종래의 습분 분리 가열기의 구성을 나타내는 횡단면도.
도 10은 도 9의 습분 분리 가열기를 E-E 방향에서 본 종단면도.
제 1 실시예
도 1 내지 도 4를 이용해서 제 1 실시예에 관하여 설명한다.
도 1은 제 1 실시예의 습분 분리 가열기(20)를 위에서 본 구성을 나타내는 t상면도이고, 도 2는 도 1의 습분 분리 가열기(20)를 A-A 방향에서 본 횡단면도이며, 도 3은 도 1의 습분 분리 가열기(20)를 B-B 방향에서 본 종단면도이다. 또한, 도 4는 본체 용기(1) 내에서의 U자 관(2)의 왕로부(21) 및 복로부(22)에 접촉하는 피가열 증기(35)의 온도 변화를 나타내는 설명도이다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 습분 분리 가열기(20)는 측면이 원통 형상인 본체 용기(1)와, 이 본체 용기(1) 내에 상기 본체 용기(1)의 천장 측의 내주면과 간극(32)을 갖도록 설치되고, 본체 용기(1) 내의 공간 영역을 저온 영역(30)과 고온 영역(31)으로 나누는 구획판(5)과, 본체 용기(1)의 저온 영역(30) 측의 하방으로 설치되고 피가열 증기(35)가 이 본체 용기(1)에 들어가는 피가열 증기 입구(6)와, 본체 용기(1)의 고온 영역(31) 측의 하방으로 설치되고 피가열 증기(35)가 이 본체 용기(1)로부터 배출되는 피가열 증기 출구(7)를 구비하고 있다. 본체 용기(1) 내의 저온 영역(30)에 피가열 증기 입구(6)로부터 저온 영역(30)으로 보내진 피가열 증기(35)의 습분을 분리하는 습분 분리기(8)가 설치되고, 또한 본체 용기(1)에 U자 관(2)이 설치되어 있다. 이 U자 관(2) 내에는 습분 분리기(8)를 관 통하여 습분이 분리된 피가열 증기(35)를 가열하는 가열 증기(36)가 보내지도록 되어 있다.
도 2 및 도 3에서의 피가열 증기(35)의 쇄선 화살표는 이 피가열 증기(35)가 본체 용기(1) 내를 흐르는 방향을 나타낸다.
구획판(5)은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본체 용기(1)의 길이 방향의 중심 위치에서 이 길이 방향에 대하여 직교하여 설치되어 있다.
U자 관(2)은 왕로부(21)와, 이 왕로부(21)의 하방으로 설치된 복로부(22)와, 왕로부(21)와 복로부(22)를 연결하는 U자부(23)를 갖고 있고, 이 U자 관(2)의 왕로부(21) 및 복로부(22)는 본체 용기(1)의 길이 방향에 대하여 평행하게 설치되어 있다.
이 U자 관(2)의 왕로부(21) 및 복로부(22)의 길이는 본체 용기(1)의 길이 방향의 길이와 대략 동일하다.
U자 관(2)의 왕로부(21) 및 복로부(22)는 모두 구획판(5)을 관통하여 저온 영역(30)과 고온 영역(31)에 걸쳐 배치되어 있다.
여기에서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 왕로부(21)는 저온 영역(30)에 배치된 저온 영역 왕로부(211)와 고온 영역(31)에 배치된 고온 영역 왕로부(212)로 이루어지고, 복로부(22)는 저온 영역(30)에 배치된 저온 영역 복로부(221)와 고온 영역(31)에 배치된 고온 영역 복로부(222)로 이루어져 있다.
상술한 U자 관(2)은 본체 용기(1)에 복수 설치되어 있고, 각 U자 관(2)은 본체 용기(1)의 외부에 배치되어 가열 증기(36)의 공급 및 배출을 행하는 헤더(3)에 부착되어 관다발(4)을 구성하고 있다. 이 관다발(4)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 3 세트로 설치되어 있고, 각 관다발(4)의 높이는 3 세트와도 대략 동일하다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 하나의 관다발(4)의 헤더(3)는 본체 용기(1)에 대하여 이웃하는 다른 관다발(4)의 헤더(3)의 반대 측에 부착되어 있다. 본 발명에 의하면, 관다발(4)의 헤더(3)가 본체 용기(1)에 대하여 모두 같은 방향에 설치된 것에 비하여, 본체 용기(1)에서의 길이 방향의 온도 분포를 더 균일하게 할 수 있다.
또한, U자 관(2)의 입구 측에 가열 증기(36) 중 비응축성의 증기를 벤트하는 벤트 관(도시 생략)이 접속되고, 이 벤트 관에 압력 조절 밸브(도시 생략)가 설치되어 있다.
압력 조절 밸브는 벤트 관에 보내지는 가열 증기(36)의 벤트 유량을 가열 증기(36)가 벤트되기 전의 총유량의 0.5∼1％로 조절하는 기능을 갖는다.
또한, 압력 조절 밸브 대신에 같은 작용을 나타내는 유체 저항체를 이용할 수도 있다.
벤트 관 및 압력 조절 밸브를 설치함으로써, U자 관(2)에 보내지는 가열 증기(36)의 유량을 조절할 수 있다. 구체적으로, 가열 증기(36)의 벤트 유량을 벤트되기 전의 총유량의 0.5％ 이상으로 함으로써, U자 관(2)에 보내지는 가열 증기(36)의 유량이 과대가 되는 것을 방지할 수 있고, U자 관(2)에서 가열 증기(36)의 응축이 과도하게 진행되어 응축 드레인이 과잉으로 발생하는 것을 억제할 수 있 다. 한편, 가열 증기(36)의 벤트 유량을 벤트되기 전의 총유량의 1％이하로 함으로써, U자 관(2)에 보내지는 가열 증기(36)의 유량이 과소가 되는 것을 방지할 수 있고, 습분 분리 가열기(20)의 열효율이 저하하는 것을 억제할 수 있다.
다음으로, 이러한 구성으로 이루어지는 본 실시예의 작용에 관하여 설명한다.
도 2에서, 피가열 증기 입구(6)로부터 본체 용기(1) 내의 저온 영역(30)에 보내진 피가열 증기(35)는, 이 저온 영역(30)의 하방으로부터 상방으로 보내져 최초로 본체 용기(1) 내의 습분 분리기(8)에 의해 습분이 제거된다.
습분 분리기(8)를 통과한 피가열 증기(35)는 우선 U자 관(2)의 저온 영역 복로부(221)에서 가열 증기(36)에 의해 가열되고, 이어서 U자 관(2)의 저온 영역 왕로부(211)에서 가열 증기(36)에 의해 더 가열된다. 그리고, 이렇게 하여 저온 영역(30)에서 가열된 피가열 증기(35)는, 본체 용기(1)의 천장 측의 내주면과 구획판(5) 사이의 간극(32)을 통과한다. 그리고, 이 피가열 증기(35)는 고온 영역(31)을 상방으로부터 하방으로 보내져, U자 관(2)의 고온 영역 왕로부(212)에서 가열 증기(36)에 의해 가열되고, 이어서 U자 관(2)의 고온 영역 복로부(222)에서 가열 증기(36)에 의해 더 가열된다. 이렇게 하여 고온 영역(31)에서 한층더 가열된 피가열 증기(35)는 피가열 증기 출구(7)로부터 본체 용기(1)의 외부로 배출된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, U자 관(2) 내의 가열 증기(36)가 열교환을 행하는 피가열 증기(35)의 온도는, 상기 가열 증기(36)가 고온 영역 복로부(222)를 흐르고 있을 때 가장 높고, 고온 영역 왕로부(212), 저온 영역 왕로부(211), 저온 영역 복 로부(221)의 순으로 서서히 낮아진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본체 용기(1) 내에 구획판(5)을 설치하여 본체 용기(1) 내를 저온 영역(30)과 고온 영역(31)으로 나눔으로써, 피가열 증기(35)의 U자 관(2)에 접촉하는 부분이 세분화된다. 예를 들면, 복로부(22)는 저온 영역 복로부(221)에서 피가열 증기(35)의 최저 온도 부분에 접촉함과 동시에 고온 영역 복로부(222)에서 피가열 증기(35)의 최고 온도 부분이 접촉하므로, 상기 복로부(22)가 접촉하는 피가열 증기(35)의 온도가 평준화된다.
이와 같이, U자 관(2)의 왕로부(21)와 복로부(22) 사이에서, 가열 증기(36)와 열교환을 행하는 피가열 증기(35) 온도의 평균 크기의 차이가 작아진다. 이 때문에, 이들 왕로부(21)와 복로부(22) 사이에서, 가열 증기(36)가 냉각되어서 응축하는 응축량의 차이가 작아진다.
도 4를 이용하여 더 상세하게 본체 용기(1) 내에서의 피가열 증기(35)의 가열 과정에 대해서 설명한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 피가열 증기(35)가 본체 용기(1) 내를 흐를 때 관다발(4)의 최외주(最外周)에 설치된 최외주 U자 관(201)에서는, 처음에 최외주 U자 관(201)의 저온 영역 복로부(221)에 피가열 증기(35)의 최저 온도 부분 A가 접촉하고, 다음에 저온 영역 왕로부(211)에 피가열 증기(35)의 중간 온도 부분 B이 접촉한다. 다음에, 최외주 U자 관(201)의 고온 영역 왕로부(212)에 피가열 증기(35)의 온도가 더 상승한 부분 C가 접촉하고, 최후에 고온 영역 복로부(222)에 피가열 증기(35)의 최고 온도 부분 D가 접촉한다.
한편, 관다발(4)의 최내주(最內周)에 설치된 최내주 U자 관(202)에서는, 처 음에 최내주 U자 관(202)의 저온 영역 복로부(221)에 피가열 증기(35)의 최저 온도 부분 A보다도 약간 온도가 높은 준최저 온도 부분 E가 접촉하고, 다음에 저온 영역 왕로부(211)에 피가열 증기(35)의 중간 온도 부분 B보다도 약간 온도가 낮은 준중간 온도 부분 F가 접촉한다. 다음에, 최내주 U자 관(202)의 고온 영역 왕로부(212)에 피가열 증기(35)의 부분 C보다도 약간 온도가 높은 부분 G가 접촉하고, 최후에 고온 영역 복로부(222)에 피가열 증기(35)의 최고 온도 부분 D보다도 약간 온도가 낮은 준최고 온도 부분 H가 접촉한다.
이하, 최외주 U자 관(201) 및 최내주 U자 관(202)에 접촉하는 피가열 증기(35)의 온도의 비교에 대하여 설명한다.
우선, 최외주 U자 관(201)의 복로부(22)와, 최내주 U자 관(202)의 복로부(22)를 비교한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 최외주 U자 관(201)에 접촉하는 피가열 증기(35)의 최저 온도 부분 A 및 최고 온도 부분 D의 온도의 평균값과, 최내주 U자 관(202)에 접촉하는 피가열 증기(35)의 준최저 온도 부분 E 및 준최고 온도 부분 H의 온도의 평균값은 대략 동일한 값을 갖는다.
또한, 최외주 U자 관(201)의 왕로부(21)와, 최내주 U자 관(202)의 왕로부(21)에 관해서도 마찬가지로 비교하면, 최외주 U자 관(201)에 접촉하는 피가열 증기(35)의 온도의 평균값과, 최내주 U자 관(202)에 접촉하는 피가열 증기(35)의 온도의 평균값 와는 대략 동일한 값을 갖는다.
이와 같이, 각 U자 관(2)에 대해서 U자 관(2)에 접촉하는 피가열 증기(35)의 온도의 평균값을 비교하면, 각 U자 관(2)에서의 상호 온도의 평균값의 차이가 작아 져 균일화되고 있다. 이 때문에, 각 U자 관(2)의 상호에서의 가열 증기(36)의 응축량의 차이도 작아진다.
상술한 바와 같이, 본체 용기(1)에 설치된 U자 관(2)에서의 왕로부(21) 및 복로부(22) 내의 가열 증기(36)의 응축량의 차이, 및 각 U자 관(2)끼리의 가열 증기(36)의 응축량의 차이가 작아지므로, 왕로부(21) 및 복로부(22) 내의 가열 증기(36)가 과도하게 응축하여 응축 드레인이 과잉으로 발생하는 일은 없다. 이 때문에, 벤트 관에 보내지는 가열 증기의 벤트 유량을 작게 할 수 있다.
따라서, 피가열 증기(35)를 가열하기 위해서 각 U자 관(2)에 공급되는 가열 증기(36)의 유량이 증가하므로, 습분 분리 가열기(20)의 열효율을 향상시킬 수 있다.
그런데, 상술한 습분 분리 가열기(20)를 조립할 경우, 관다발(4)로서는 공장에서 복수의 U자 관(2)과 헤더(3)가 미리 조립된 것을 이용하고, 습분 분리 가열기(20)의 설치 현장에서 본체 용기(1)에 이 관다발(4)을 부착한다.
이러한 조립 방법을 사용함으로써, 설치 현장에의 구성 부품의 반입을 용이하게 할 수 있고, 또한 설치 현장에서의 공사 기간을 단축할 수 있다.
제 2 실시예
다음으로, 도 5 및 도 6에 의해 본 발명의 제 2 실시예 에 관하여 설명한다.
도 5는 제 2 실시예의 습분 분리 가열기(40)를 위에서 본 구성을 나타내는 상면도이며, 도 6은 도 5의 습분 분리 가열기(40)를 C-C 방향에서 본 종단면도이다.
도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 습분 분리 가열기(40)는 원통 형상의 본체 용기(1)와, 이 본체 용기(1) 내에 상기 본체 용기(1)의 길이 방향에 대하여 직교하여 설치되고 본체 용기(1) 내의 공간 영역을 서로 독립된 2 이상의 독립 영역(33)으로 나누는 제 1 구획판(16)과, 이 본체 용기(1)의 내주면과 간극(32)을 갖고 제 1 구획판(16)과 직교하여 설치되고 본체 용기(1) 내의 각 독립 영역(33)을 저온 영역(30)과 고온 영역(31)으로 나누는 제 2 구획판(15)을 구비하고 있다. 본체 용기(1)의 각 저온 영역(30) 측의 하방에 피가열 증기(35)가 이 본체 용기(1)로 들어가는 피가열 증기 입구(6)가 설치되고, 본체 용기(1)의 각 고온 영역(31) 측의 하방에 피가열 증기(35)가 이 본체 용기(1)로부터 나가는 피가열 증기 출구(7)가 설치되어 있다. 또한, 본체 용기(1) 내의 각 저온 영역(30)에 각 피가열 증기 입구(6)로부터 각 저온 영역(30)에 보내진 피가열 증기(35)의 습분을 분리하기 위해서 습분 분리기(8)가 각각 설치되어 있다. 또한, 본체 용기(1) 내의 각 독립 영역(33)에는, 가열 증기(36)가 보내지는 U자 관(2)이 본체 용기(1)의 길이 방향과 직교하여 설치되고, 이 U자 관(2) 내의 가열 증기(36)는 피가열 증기(35)를 가열하도록 되어 있다. 또한, 복수의 U자 관(2)과 헤더(3)로 관다발(4)이 구성되고, 이 관다발(4)은 습분 분리 가열기(40)에 예를 들면 6개 설치되어 있다.
도 5 및 도 6에 도시한 본 실시예에서, 도 1 내지 도 3에 나타내는 제 1 실시예와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙여서 상세한 설명은 생략한다.
이러한 습분 분리 가열기(40)에서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 하나의 독립 영역(33)의 저온 영역(30)은 다른 독립 영역(33)의 고온 영역(31)에 인접하고 있다. 또한, 각 U자 관(2)의 왕로부(21) 및 복로부(22)는 모두 제 2 구획판(15)을 관통해서 각 저온 영역(30)과 각 고온 영역(31)에 걸쳐 배치되어 있다.
본 실시예의 습분 분리 가열기(40)에서는 제 1 실시예에서의 작용 효과에 더하여, 다음과 같은 작용 효과를 나타낸다. 즉, U자 관(2)은 본체 용기(1)의 길이 방향과 직교하여 설치되어 있어 왕로부(21) 및 복로부(22)의 길이가 짧아지므로, 각 관다발(4)을 소형화할 수 있고, 설치 현장으로의 각 관다발(4)의 반입을 용이하게 할 수 있다. 또한, 본체 용기(1) 내의 공간이 복수의 독립 영역(33)으로 분할되고 있어, 하나의 독립 영역(33)의 저온 영역(30)은 다른 독립 영역(33)의 고온 영역(31)에 인접하고 있으므로, 본체 용기(1)의 수평면에서의 온도 분포를 평준화시킬 수 있고, 본체 용기(1)의 큰 열변형을 방지할 수 있다.
제 3 실시예
다음으로, 도 7 및 도 8에 의해 본 발명의 제 3 실시예에 관하여 설명한다.
도 7은 제 3 실시예에서 습분 분리 가열기(40)의 U자 관(2)에의 가열 증기(36)의 공급 경로를 나타내는 횡단면도이며, 도 8은 도 7의 가열 증기(36)의 공급 경로를 D-D 방향에서 본 종단면도다. 도 7 및 도 8에 도시한 본 실시예에서 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 동일 부분에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예의 습분 분리 가열기(40)에서, 도 7에 나타낸 바와 같이 복수의 관다발(4)은 서로 직렬로 접속된 복수의 그룹별로 배치되고, 동일 그룹 내의 관다 발(4)은 서로 병렬로 연결됨과 동시에 그룹 내의 관다발(4)의 수는 가열 증기(36) 흐름의 상류측에서 하류측을 향하여 감소하고 있다. 그 밖의 구성은 다른 도 5 및 도 6에 도시된 제 2 실시예와 대략 동일하다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 복수의 관다발(4)은 상류 그룹(41)을 구성함과 동시에 서로 병렬로 배열 설치된 2개의 관다발(4)과, 하류 그룹(42)을 구성하는 1개의 관다발(4)로 구분되어 있다.
도 7에서, 원자력 플랜트의 고압 터빈으로부터 추출 증기 또는 원자로로부터 공급된 주요 증기에 의한 가열 증기(36)는, 병렬로 설치된 상류 그룹(41)의 2개의 관다발(4)의 헤더(3)에 상류측 가열 증기 공급 배관(24)을 통하여 공급된다. 다음에, 상류 그룹(41)의 2개의 관다발(4)의 헤더(3)로부터 배출된 가열 증기(36)는 하류측 가열 증기 공급 배관(25)을 통하여 하류 그룹(42)의 1개의 관다발(4)의 헤더(3)에 공급된다. 하류 그룹(42)의 1개의 관다발(4)의 헤더(3)로부터 배출된 가열 증기(36)는 습분 분리 가열기(40)의 바깥 쪽에 가열 증기 배출 배관(26)을 통하여 보내진다.
또한, 각 관다발(4)의 헤더(3)는 상류측의 가열 증기(36)를 받아들이기 위한 가열 증기 입구(9)와, 가열 증기(36)를 하류측으로 보내기 위한 가열 증기 출구(11)를 갖고 있다. 또한, 도 7에서는 상류 그룹(41)은 2개의 관다발(4)로 이루어지고, 또한 하류 그룹(42)은 1개의 관다발(4)로 이루어져 있지만, 그룹 내의 관다발(4)의 수는 가열 증기(36) 흐름의 상류측에서 하류측을 향해서 감소하는 것이라면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 U자 관(2)의 길이나 U자 관(2) 내의 가열 증기(36)의 유속에 의해 정해진다.
또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, 각 U자 관(2)에서 가열 증기(36)가 피가열 증기(35)로 냉각되어 응축된 응축 드레인을 저장하는 드레인 탱크(101)가 설치되어 있고, 각 관다발(4)의 헤더(3)에는 응축 드레인을 드레인 탱크(101)에 보내는 드레인 관(10)이 각각 부착되어 있다.
다음으로, 이러한 구성으로 이루어지는 본 실시예의 작용에 관하여 설명한다.
습분 분리 가열기(40)에 보내진 가열 증기(36)는 최초에 상류측 가열 증기 공급 배관(24)을 통하여 병렬로 설치된 상류 그룹(41)의 2개의 관다발(4)에 동시에 공급되고, 본체 용기(1) 내의 피가열 증기(35)와 열교환을 행한다. 그리고, 상류 그룹(41)의 2개의 관다발(4)로부터 배출된 가열 증기(36)는 하류측 가열 증기 공급 배관(25)에 의해 하류 그룹(42)의 1개의 관다발(4)에 공급되어, 다시 본체 용기(1) 내의 피가열 증기(35)와 열교환을 행한다. 최후에, 하류 그룹(42)의 1개의 관다발(4)로부터 배출된 가열 증기(36)는 가열 증기 배출 배관(26)에 의해 습분 분리 가열기(40)의 바깥쪽으로 보내진다.
한편, 각 관다발(4)의 U자 관(2) 내의 가열 증기(36)는 피가열 증기(35)로 냉각되어서 응축함으로써 응축 드레인이 발생하지만, 각 관다발(4)에서 발생한 응축 드레인은 각 헤더(3)에 부착된 각 드레인관(10)으로 보내져 드레인 탱크(101)에 일괄적으로 모인다.
이와 같이, 가열 증기(36)를 한번에 공급하는 관다발(4)의 개수를 제한하여, 응축 드레인을 각 그룹의 관다발(4)에서 차례로 드레인 관(10)에 의해 배출함으로써, 관다발(4)의 U자 관(2) 내의 가열 증기(36)의 유속을 크게 할 수 있고, 또한 관다발(4)의 U자 관(2) 내에 응축 드레인이 가득 차는 것을 억제할 수 있다.
그런데, 본 실시예의 습분 분리 가열기(40)에서, 관다발(4)의 헤더(3)로부터 드레인 관(10)을 거쳐서 드레인 탱크(101)에 보내진 응축 드레인의 일부를, 드레인 이송 관(102)을 통하여 본체 용기(1)의 고온 영역(31)으로 보내고, 이 고온 영역(31)을 냉각하여도 좋다.
이러한 방법을 사용함으로써, 저온 영역(30)과 고온 영역(31)의 온도 차이를 작게 할 수 있고, 본체 용기(1)의 수평면에서의 습도 분포를 평준화할 수 있다.

Claims (13)

  1. 피가열 증기의 습분(濕分)을 분리해서 가열하는 습분 분리 가열기에 있어서,
    원통 형상의 본체 용기와,
    본체 용기 내에 이 본체 용기의 내주면(內周面)과 간극을 갖도록 설치되고, 본체 용기 내의 공간 영역을 저온 영역과 고온 영역으로 나누는 구획판과,
    본체 용기의 저온 영역에 설치되고, 피가열 증기가 이 본체 용기에 들어가는 피가열 증기 입구와,
    본체 용기의 고온 영역에 설치되고, 피가열 증기가 이 본체 용기로부터 배출되는 피가열 증기 출구와,
    본체 용기 내의 저온 영역에 설치되고, 피가열 증기 입구로부터 저온 영역에 보내진 피가열 증기의 습분을 분리하는 습분 분리기와,
    본체 용기 내에 설치되고, 왕로부(往路部)와, 복로부(復路部)와, 왕로부와 복로부를 연결하는 U자부를 갖고 피가열 증기를 가열하는 가열 증기가 보내지는 U자 관을 구비하고,
    U자 관의 왕로부 및 복로부는 모두 구획판을 관통해서 저온 영역과 고온 영역에 걸쳐 배치되는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    구획판은 본체 용기의 길이 방향에 대하여 직교하여 설치되어 있고,
    U자 관의 왕로부 및 복로부는 본체 용기의 길이 방향에 대하여 평행하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    U자 관의 입구 측에 접속되어 가열 증기를 벤트하는 벤트 관(vent pipe)과,
    벤트 관에 설치된 압력 조절 밸브 또는 유체 저항체를 구비하고,
    압력 조절 밸브 또는 유체 저항체는 벤트 관에 공급되는 가열 증기의 벤트 유량을, 가열 증기가 벤트되기 전의 총유량의 0.5∼1％로 하는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    U자 관은 복수 설치되어 있고,
    각 U자 관은 본체 용기 외부에 배치되어 가열 증기의 공급 및 배출을 행하는 헤더(header)에 부착되어 관다발을 구성하고,
    하나의 관다발의 헤더는 본체 용기에 대하여 이웃하는 다른 관다발의 헤더의 반대측에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    복수의 관다발은 서로 직렬로 접속된 복수의 그룹별로 배치되어, 같은 그룹 내의 관다발은 병렬로 연결되는 동시에 그룹 내의 관다발의 수는 가열 증기 흐름의 상류측으로부터 하류측을 향하여 감소하도록 설치되어 있고,
    U자 관에서 가열 증기가 피가열 증기로 냉각되어서 응축된 응축 드레인(drain)을 저장하는 드레인 탱크를 구비하고,
    각 관다발의 헤더에 드레인 관을 통하여 드레인 탱크가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    헤더로부터 드레인 관을 거쳐서 드레인 탱크에 보내진 응축 드레인은, 그 일부가 본체 용기의 고온 영역에 드레인 이송 관에 의해 보내져 고온 영역을 냉각하는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    관다발은 공장에서 복수의 U자 관과 헤더가 미리 조립된 것을 이용하여, 현장에서 본체 용기에 이 관다발을 부착하는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기.
  8. 피가열 증기의 습분을 분리해서 가열하는 습분 분리 가열기에 있어서,
    원통 형상의 본체 용기와,
    본체 용기 내에 이 본체 용기의 길이 방향에 대하여 직교하여 설치되고, 본체 용기 내의 공간 영역을 서로 독립된 2 이상의 독립 영역으로 나누는 제 1 구획판과,
    본체 용기 내에 이 본체 용기의 내주면과 간극을 갖고 제 1 구획판과 직교하여 설치되어, 본체 용기 내의 각 독립 영역을 저온 영역과 고온 영역으로 나누는 제 2 구획판과,
    본체 용기의 각 저온 영역에 설치되고, 피가열 증기가 이 본체 용기로 들어가는 각각의 피가열 증기 입구와,
    본체 용기의 각 고온 영역에 설치되고, 피가열 증기가 이 본체 용기로부터 배출되는 각각의 피가열 증기 출구와,
    본체 용기 내의 각 저온 영역에 설치되어, 각 피가열 증기 입구로부터 각 저온 영역에 보내진 피가열 증기의 습분을 분리하는 각각의 습분 분리기와,
    본체 용기 내의 각 독립 영역에 설치되어 왕로부와, 복로부와, 왕로부와 복로부를 연결하는 U자부를 갖고, 피가열 증기를 가열하는 가열 증기가 보내지는 U자 관을 구비하고,
    하나의 독립 영역의 저온 영역은 다른 독립 영역의 고온 영역에 인접하며,
    각 U자 관의 왕로부 및 복로부는 모두 제 2 구획판을 관통하여 각 저온 영역과 각 고온 영역에 걸쳐서 배치되는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    U자 관의 입구 측에 접속되어 가열 증기를 벤트하는 벤트 관과,
    벤트 관에 설치된 압력 조절 밸브 또는 유체 저항체를 구비하고,
    압력 조절 밸브 또는 유체 저항체는 벤트 관에 공급되는 가열 증기의 벤트 유량을, 가열 증기가 벤트되기 전의 총유량의 0.5∼1％로 하는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    U자 관은 복수 설치되어 있고,
    각 U자 관은 본체 용기 외부에 배치되어 가열 증기의 공급 및 배출을 행하는 헤더에 부착되어 관다발을 구성하고,
    하나의 관다발의 헤더는 본체 용기에 대하여 이웃하는 다른 관다발의 헤더의 반대측에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    복수의 관다발은 서로 직렬로 접속된 복수의 그룹별로 배치되고, 동일 그룹 내의 관다발은 병렬로 연결되는 동시에 그룹 내의 관다발의 수는 가열 증기 흐름의 상류측으로부터 하류측을 향하여 감소하도록 설치되어 있고,
    U자 관에서 가열 증기가 피가열 증기로 냉각되어서 응축된 응축 드레인을 저장하는 드레인 탱크를 구비하고,
    각 관다발의 헤더에 드레인 관을 통하여 드레인 탱크가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    헤더로부터 드레인 관을 거쳐서 드레인 탱크에 보내진 응축 드레인은, 그 일부가 본체 용기의 고온 영역에 드레인 이송 관에 의해 보내져 고온 영역을 냉각하는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기.
  13. 제 8 항에 있어서,
    관다발은 공장에서 복수의 U자 관과 헤더가 미리 조립된 것을 이용하여, 현장에서 본체 용기에 이 관다발을 부착하는 것을 특징으로 하는 습분 분리 가열기.
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