KR20120025637A - 열교환기 관판 상단의 스케일 및 슬러지 제거를 위한 분절형 초음파 세정장치 - Google Patents

열교환기 관판 상단의 스케일 및 슬러지 제거를 위한 분절형 초음파 세정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열교환기 관판 상단의 스케일 및 슬러지 제거를 위한 분절형 초음파 세정장치에 관한 것으로, 증기발생기의 핸드홀을 통해 금속 와이어로 느슨하게 연결된 초음파 소자용 세그먼트부와 가이드레일 지지용 세그먼트로 구성된 다수의 그룹을 증기발생기의 내벽을 따라서 관판 상단에 배치하고, 금속 와이어를 플랜지부의 와이어 풀리를 통해 죄여 일렬로 배열된 세그먼트들을 고리형상으로 단단히 고정시킨 후에, 초음파 소장용 세그먼트부에 구비된 초음파 트랜스듀서에서 방사된 초음파를 관판 표면을 따라 전파되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

열교환기 관판 상단의 스케일 및 슬러지 제거를 위한 분절형 초음파 세정장치 {Segmental ultrasonic cleaning equipment for removing the scale and sludge on the top of tube-sheet in a heat exchanger}
본 발명은 열교환기 내에 스케일 및 슬러지를 초음파를 이용하여 제거할 수 있는 초음파 세정장치에 관한 것으로, 특히 원자력 발전소 증기발생기의 전열관(tube)을 지지하는 관판 상단에 침적된 스케일 및 슬러지를 제거하기 위해 초음파 에너지를 증기발생기의 관판 상단 표면에 집중시키도록 되어 있다.
통상적으로 산업용 열교환기에는 이미 알려진 바와 같이 열교환이 일어나면서, 전열관 표면과 전열관을 지지하고 있는 관판(tube-sheet)에 스케일 및/또는 슬러지가 침전된다. 특히, 원자력발전소의 증기발생기는 내부로 유입되는 계통수의 수질을 지속적으로 관리함에도 불구하고 금속성 스케일 및/또는 슬러지가 침적되어 열교환 효율을 저하시켜 원자력발전소의 출력에 영향을 미치게 될 뿐만 아니라 증기발생기의 부식을 초래하여 증기발생기의 수명주기를 단축시키는 결과를 초래한다.
이에, 원자력발전소에서는 주기적으로 증기발생기를 세정하는데, 현재 사용되는 방법으로는 크게 화학적 세정과 고압수 분사방식의 세정을 사용하고 있다. 화학적 세정은 증기발생기의 전 영역을 세정할 수는 있지만 세정작업에 상당한 비용을 필요로 하고 증기발생기의 화학적 손상과 폐액처리의 문제로 인해 필요한 경우에만 실시하고 있다. 반면에, 고압수 분사방식의 세정은 예방정비기간마다 실시하여 증기발생기의 관판 상단의 스케일 및/또는 슬러지를 제거하고 있다. 그러나 고압수 분사방식의 세정은 통상적으로 분사된 고압수가 도달할 수 있는 영역에서만 세정 작업이 이루어지는바, 예컨대 한국표준형 원자력발전소 증기발생기는 다른 유형의 증기발생기 보다 내부에 전열관이 많이 설치되어 전열관 사이의 간격이 매우 협소하여 일부 고압수가 도달하지 않는 영역(shadow zone)이 존재하므로 고압수 분사방식의 세정이 효과적으로 실시되지 않는 한계가 있다.
원자력발전소에서 증기발생기를 세정하기 위해 종종 초음파 소자를 이용하여 세정하는 방법이 실시되기도 하는데, 이는 증기발생기 내부에 물 또는 액상 세정보조제로 충전하고 초음파 소자를 잠기게 하여 초음파 방사를 통해 증기발생기 관판 상부에 스케일 및/또는 슬러지를 제거하고 있다. 통상적으로, 초음파의 특성상 액체와 접촉되는 부분으로 초음파가 전파되는데, 초음파는 음원과 멀어질수록 초음파의 도달 범위가 넓어지는 반면에 초음파 에너지 밀도는 현저하게 낮아지는 문제점을 갖는다.
본 발명은 전술된 단점과 문제점을 해결하기 위해 창출된 것이다.
본 발명은 열교환기 및 증기발생기의 관판 상단에 침적된 스케일 및/또는 슬러지를 제거할 수 있도록 관판 표면에 초음파 에너지를 집중시킬 수 있도록 창출된 분절형 초음파 세정장치를 제공하는 것이다.
상기와 같이 초음파 에너지를 증기발생기의 관판 표면에 집중시키기 위해서, 본 발명은 표면파의 생성원리를 이용하여 초음파를 전달시켜 관판을 가진 열교환기나 증기발생기의 관판 상단에 스케일 및 슬러지를 효과적으로 제거할 수 있도록 되어 있는 분절형 초음파 세정장치에 관한 것이다.
본 발명은, 열교환기 혹은 증기발생기 하부에 위치된 핸드홀을 통해 금속 와이어로 느슨하게 연결된 초음파 소자용 세그먼트부와 가이드레일 지지용 세그먼트로 구성된 다수의 그룹을 증기발생기의 내벽을 따라서 관판 상단에 링형상으로 배치하고, 금속 와이어를 플랜지부의 와이어 풀리를 통해 죄여 일렬로 배열된 세그먼트들을 고리형상으로 단단히 고정시킨 후에, 초음파 소장용 세그먼트부에 구비된 초음파 트랜스듀서에서 방사된 초음파를 관판 표면을 따라 방사한다.
이를 위해서, 본 발명은 직육면체형상으로 되어 있고 길이방향을 따라 관통구를 구비한 가이드레일의 일 측면 상에, 방사판과, 자왜물질 팩, 자기장 코일, 및 각도조절부를 갖춘 초음파 트랜스듀서를 구비한 초음파 소자용 세그먼트부와; 가이드레일의 일 측면 상에, 다리부와 이 다리부 하단부에 위치된 바퀴를 갖춘 지지대를 구비한 가이드레일 지지용 세그먼트부; 다수의 가이드레일에 형성된 관통구를 따라 안내될 금속 와이어; 및 열교환기 혹은 증기발생기의 핸드홀에 설치된 플랜지와, 금속 와이어의 끝을 고정하는 와이어 풀리, 및 가이드레일의 양쪽 끝을 연결하는 가이드레일 결합부를 구비한 플랜지부;로 이루어지는 한편, 증기발생기의 관판과 소정의 각도로 초음파 트랜스듀서의 방사판을 경사지게 배치한 하나 이상의 초음파 소자용 세그먼트부와 하나 이상의 가이드레일 지지용 세그먼트부로 이루어진 그룹을 다수 개 구비하고 이들을 금속 와이어를 매개로 증기발생기의 관판 상단에 내벽을 따라 일렬로 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서의 방사판은 상기 증기발생기(100)의 관판(103)과 소정의 각도로 상단 중심을 향해 기울어져 있는 것을 특징으로 한다.
이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 통상적으로 초음파 에너지의 밀도가 높을수록 세정효율이 높아지므로 증기발생기의 관판 표면으로 초음파 에너지의 밀도를 향상시켜 증기발생기 관판에 침적된 스케일 및/또는 슬러지를 확실하게 제거할 수 있는 분절형 초음파 세정장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 관판 표면에 초음파를 집중시켜 관판 표면으로부터 스케일 및/또는 슬러지를 효과적으로 박리시킬 수 있을 뿐만 아니라 초음파의 공동현상(cavitation)으로 스케일 및/또는 슬러지를 분해시킬 수 있다.
도 1a는 분절형 초음파 세정장치를 장착한 증기발생기의 내부를 도시한 도면이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 분절형 초음파 세정장치를 장착한 증기발생기의 평면도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 분절형 초음파 세정장치의 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 분절형 초음파 세정장치의 일부 확대도로서, 하나의 초음파 소자용 세그먼트부와 2개의 가이드레일 지지용 세그먼트부를 하나의 그룹으로 구성하고 있다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 각각의 세그먼트부에 구비될 가이드레일의 사시도이다.
도 4a는 가이드레일의 평면도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 등변사다리꼴형상으로 형성된 가이드레일의 외형 크기를 산출하는 참조도면이다.
도 5a는 초음파 소자용 세그먼트부의 사시도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 초음파 소자용 세그먼트부의 좌측면도이다.
도 6은 본 발명의 초음파 소자용 세그먼트부와 증기발생기 관판의 배열상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 가이드레일 지지용 세그먼트부의 사시도이다.
도 8은 증기발생기의 핸드홀에 설치된 플랜지부의 상세도이다.
이제, 본 발명에 따른 분절형 초음파 세정장치는 첨부도면을 참조로 하여 더욱 구체적으로 설명될 것이다.
도 1a는 원자력발전기의 열교환기 또는 증기발생기 내부에 본 발명에 따른 분절형 초음파 세정장치를 배열한 도면이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 분절형 초음파 세정장치를 장착한 증기발생기의 평면도이다. 참고로, 증기발생기(100)는 그 상부에 관판(103)과 이 관판(103)을 관통하는 다수의 전열관(104)을 구비한다. 도 1b에서는 본 발명을 구성하고 있는 구성부재의 이해를 돕기 위해서 관판(103)의 가장자리를 따라 설치된 전열관(104) 만을 도해하고 있다(참고로, 도 1a에서는 전열관을 생략하였음).
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 분절형 초음파 세정장치는 증기발생기(100)의 관판(103) 상단에 침적된 스케일 및/또는 슬러지를 제거하는 것을 목적으로 하는바, 이를 위해 본 발명은 증기발생기(100) 내벽의 직경과 동일한 곡률로 배열된 가이드레일에 초음파 트랜스듀서 혹은 가이드레일용 지지대를 부착한 다수의 세그먼트부(segment)를 금속 와이어와 같은 수단으로 하여 일렬로 연결하여 증기발생기(100)의 내벽을 따라 배치된다.
도 2a를 참조로, 본 발명은 금속 와이어로 서로 연결되어 있는 다수의 세그먼트부를 증기발생기(100)의 핸드홀(101)을 통해 증기발생기(100) 내부에 만곡되게 삽입되고, 증기발생기의 하부 핸드홀(101)에 구비된 플랜지부(700)로 금속 와이어를 죄여 다수의 세그먼트부 사이에 유격 없이 단단하게 밀착시켜 증기발생기(100) 내벽과 평행하게 위치될 수 있도록 한다.
도 2b는 도 2a에 도시된 본 발명에 따른 분절형 초음파 세정장치의 일부, 다시 말하자면 초음파 소자용 세그먼트부와 가이드레일 지지용 세그먼트부로 구성된 그룹을 도해한 것이다.
가이드레일(200)은 그 일 측면, 바람직하기로는 증기발생기의 중심을 향하게 초음파 트랜스듀서(251;Ultrasonic Transducer) 혹은 지지대(261)를 선택적으로 부착할 수 있다.
여기서, 초음파 소자용 세그먼트부라는 용어는 가이드레일(200)에 초음파 트랜스듀서(251)를 부착하여 증기발생기 관판 위에 채워진 물, 수용액 혹은 액상 세정보조제에 초음파를 발생시켜 스케일 및/또는 슬러지를 제거할 수 있도록 하는 설비이며, 이와 달리 가이드레일 지지용 세그먼트부라는 용어는 가이드레일(200)에 기지대(261)를 부착하여 증기발생기의 내벽과 관판 간에 일정한 이격거리를 유지할 수 있도록 하는 한편 증기발생기 내부의 관판 위로 이동을 용이하게 하는 설비이다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 한 그룹은 하나의 초음파 소자용 세그먼트부(250;도 5a 참조)와 2개의 가이드레일 지지용 세그먼트부(260;도 7 참조)로 구성되되, 다수의 그룹은 금속 와이어(300)를 매개로 하여 일렬로 배열되어 도 2a에 도시되었듯이 증기발생기의 내벽 형상과 유사한 링(ring)형상을 형성한다.
도 2b에 도시된 분절형 초음파 세정장치를 구성하는 일련의 그룹은 하나의 초음파 소자용 세그먼트부와 2개의 가이드레일 지지용 세그먼트부로 되어 있지만, 작업자의 편이와 작업 효율성을 고려하여, 분절형 초음파 세정장치를 이루는 그룹의 구성은 예컨대, 하나의 가이드레일 지지용 세그먼트부와 하나의 초음파 소자용 세그먼트부, 하나의 가이드레일 지지용 세그먼트부와 2개의 초음파 소자용 세그먼트부 등과 같이 다양하게 배열할 수 있다.
도 3은 각각의 세그먼트부를 구성하는 가이드레일의 사시도로서, 구체적으로 도 3a는 좌측에서 바라본 가이드레일의 사시도이고, 도 3b는 우측에서 바라본 가이드레일의 사시도이며, 도 3c는 2개의 가이드레일을 일렬로 배치한 상태를 도시한 도면이다.
가이드레일(200)은 전반적으로 직육면체형상으로 이루어지는데, 특히 가이드레일의 좌측면은 가이드레일의 우측면과 상호 대응되는 형상으로 이루어져 서로 맞물릴 수 있게 되어 있다.
다시 말하자면, 가이드레일(200)의 좌측면은 이의 중심에서 길이방향으로 돌출되어 있는 하나의 돌출부(203)와, 이 돌출부(203)와는 별도로 좌측면 하단 가장자리에 형성된 돌기부(204), 및 가이드레일(200) 내부에 길이방향으로 천공되어 있는 2개의 관통구(205)를 구비하는 한편, 가이드레일(200)의 우측면에는 양쪽 가장자리에서 길이방향으로 평행하게 돌출되어 있는 2개의 돌출부(213)와, 이 돌출부(213)의 하단에 돌기부(204)를 수용할 수 있는 홈(206), 및 관통구(205)를 형성한다. 관통구(205)는 가이드레일(200)의 길이방향을 따라 내부에 형성되되, 가이드레일(200)의 좌측면에서 우측면까지 천공되어 있는데, 이 관통구(205)를 통해 금속 와이어가 일렬로 배열될 다수의 가이드레일(200)을 결속시킬 수 있다.
좌측면의 돌출부(203)와 우측면의 돌출부(213) 및 돌기부(204)는 상부 가장자리를 만곡되게 모따기되어 있고, 홈(206)의 상부도 그 폭을 확장되게 모따기 되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 독특한 형상을 통해 나란하게 배치될 다수의 가이드레일(200)에서, 가이드레일(200)의 우측면에 형성된 2개의 돌출부(213) 사이에 다른 가이드레일(200)의 좌측면 돌출부(203)가 위치되는 한편, 좌측면에서 뻗어 나온 돌기부(204)는 다른 가이드레일의 우측면에 돌출부(213)의 일 측면 상에 형성된 홈(206)에 안착된다. 특히, 도 3c에 도시된 바와 같이 각 구성부재 상부에 형성된 모따기형상으로 인하여 일렬로 배치된 각각의 가이드레일(200)이 상방으로는 쉽게 휘어질 수 있지만 하방으로는 휘어지지 않는 구조로 되어 있다.
금속 와이어는 각각의 가이드레일(200)의 관통구(205)를 통과하면서 가이드레일을 일렬로 배열하고, 금속 와이어로 연결된 일렬의 가이드레일(200)을 구부려 증기발생기(100)의 핸드홀(101)을 통해 증기발생기(100) 내부로 삽입시킬 수 있다(도 2 참조).
선택가능하기로, 가이드레일(200)은 증기발생기의 내벽과 마주보는 측면 상에 스페이서(207)를 구비하여, 가이드레일과 증기발생기 사이에 일정한 이격거리를 유지할 수 있도록 하고, 스페이서(207)의 선단부에는 볼 베어링(208)을 추가로 구비한다. 볼 베어링은 가이드레일과 증기발생기의 내벽 사이의 마찰을 줄여 가이드레일의 설치시 이동을 돕는다(도 7 참조).
도 4a는 본 발명에 따른 분절형 초음파 세정장치가 증기발생기의 내부형상과 유사하게 링형상으로 배열될 수 있게 하는 가이드레일의 상부면을 도시한 것으로, 가이드레일의 양쪽 좌?우측면에 곡률 각도(θ)를 적용하고 있다.
본 발명에 따른 분절형 초음파 세정장치에 적용된 가이드레일(200)은 원통형상의 증기발생기 내벽 형상과 동일하게 만곡되게 배치되는 것을 특징으로 하는바, 금속 와이어를 통해 링형상으로 연결된 다수의 가이드레일(200)이 특정 곡률, 바람직하기로는 증기발생기 내벽과 평행하게 배열될 수 있게 곡률을 형성할 수 있도록 독특한 형상으로 이루어진다. 바람직하기로, 가이드레일(200)을 위에서 바라보면 증기발생기의 내벽과 중심을 향해 있는 가이드레일의 배면과 정면이 평행하고, 좌?우측면이 직사각형상에서 특정 각도(θ)로 경사져 있는, 예컨대 등변사다리꼴형상(isosceles trapezoid)을 유지한다.
도 4b의 도면을 참조로 하여, 본 발명의 가이드레일과 증기발생기의 중심 사이에 기하학적으로 작도하여 가이드레일의 길이(a)와 폭(b) 크기를 산출할 수 있다.
여기서, a는 가이드레일의 길이방향으로 뻗어 있는 길이를 나타내고, b는 가이드레일의 폭을 나타낸다. θ는 가이드레일의 좌?우측면에 곡률을 제공하기 위해 경사진 각도이며, r0는 링형상으로 배열된 가이드레일의 중심점에서 가이드레일의 가장 먼 거리(예컨대, 가이드레일의 배면의 양 끝점)이고, ri는 두께와 관련된 내부반지름이다.
본 발명의 가이드레일에 특정 각도(θ)가 주어지면, 아래의 수학식 1을 통해서 가이드레일(200)의 길이(a)를 산출할 수 있다.
Figure pat00001
또한, 본 발명의 가이드레일에 특정 각도(θ)가 주어지면, 가이드레일의 폭(b)은 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00002
위의 수학식 1과 수학식 2를 통해서, 증기발생기의 중심에서 가이드레일의 최외각 길이(r0)와 증기발생기의 중심에서 가이드레일의 최내각 길이(ri) 및 각도(θ)의 매개변수를 통해서 가이드레일의 길이(a)와 폭(b)을 계산해 낼 수 있다.
예컨대, r0 = 1970mm, ri = 1940mm, θ = 1.5°라면, 상기 수학식 1과 수학식 2에 대입시켜 가이드레일의 길이(a)는 103.15mm, 폭(b)은 30mm로 결정된다.
덧붙여서 이러한 형상의 가이드레일을 갖춘 각각의 세그먼트부들은 증기발생기의 핸드홀로 안내되어야 하기 때문에, 가이드레일의 크기는 핸드홀의 크기에 종속될 것이다.
이상 본 발명에 따른 가이드레일의 크기와 형상에 대해서 기술하였다.
도 5a와 도 5b를 참조로 하여, 본 발명의 초음파 소자용 세그먼트부(250)는 전술된 바와 같이 가이드레일(200)의 일 측면 상에 초음파 트랜스듀서(251)를 구비한다.
즉, 초음파 트랜스듀서(251)는 증기발생기의 내부를 가로질러 배열된 관판 상단과 소정의 각도로 경사져 가이드레일(200)의 일 측면에 장착된다. 바람직하기로 이들은 나사체결방식으로 결합하여 가이드레일에서 초음파 트랜스듀서의 탈부착을 용이하게 할 수 있고, 이외의 다른 방식으로도 결합가능하다.
초음파 트랜스듀서(251)는 방사판(252)과, 자왜물질 팩(253), 자기장 코일(254), 및 각도조절부(255)로 이루어진다. 초음파 트랜스듀서(251)는 자왜물질 팩(253)에 감겨진 자기장 코일(254)에 전기가 흐르면 자왜물질이 왜곡현상을 일으켜 방사판(252)를 진동시켜 초음파를 발생하는데, 초음파 트랜스듀서는 이미 당해분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있는 주지관용적 기술로서 이에 대해서 구체적인 설명은 배제한다.
특히 초음파 트랜스듀서(251)는 방사판으로 발생된 초음파를 관판 위에 수용된 액체에 방사하면, 이 초음파는 증기발생기의 관판과 특정 각도(β)를 이루어 스넬의 법칙에 의해 관판 표면을 따라 표면파를 생성하여 초음파 에너지를 발생시킨다.
초음파 트랜트듀서(251) 하부에 위치된 방사판(252)과 증기발생기의 관판 사이의 특정 각도를 조절 및 유지하기 위해서, 초음파 소자용 세그먼트부(250)는 가이드레일(200)과 초음파 트랜스듀서(251) 사이에 각도조절부(255)를 구비한다.
추가로, 가이드레일(200)의 하부면에는 후크부(280)가 구비되어, 초음파 트랜스듀서(251)의 전선을 정렬?정리하는 데에 사용한다.
도 6을 참조로 하여, 초음파 소자용 세그먼트부(250)의 방사판(252)과 증기발생기(100)의 관판(103) 사이의 각도(β)는, 임의의 파동이 하나의 등방성(等方性) 매질에서 다른 종류의 등방성 매질로 진행할 때에, 입사각과 굴절각의 사인값(sin)의 비율은 매질이 변하지 않는다면 항상 일정하다는 관계를 보여주는 아래의 수학식 3에 기술된 스넬의 법칙(Sneel's Law)을 통해 입사각을 결정하게 된다.
다시 말하자면, 서로 다른 매질이 경계를 이루고 있고, 방사판(252)에서 방사될 음파가 β1의 각도로 경계면에 입사되면 경계면에서 β2의 각도로 굴절되어 다른 매질에서 전파되되, m1은 제1매질을 의미하고 m2는 제2매질을 의미하다. 또한, c1은 제1매질의 전파속도이고 c2는 제2매질의 전파속도이다.
Figure pat00003
이상과 같이, 스넬의 법칙을 원자력발전소의 증기발생기 관판 상단의 스케일 및/또는 슬러지를 제거하기 위한 본 발명의 분절형 초음파 세정장치에 적용하기 위해서, 초음파 소자용 세그먼트부에 장착된 초음파 트랜스듀서에서 방사되는 초음파를 증기발생기의 관판(103) 표면(여기서는 경계면으로 기술하고 있음)에서 β2=90°가 되면 표면파가 형성되어 초음파가 증기발생기의 관판 표면을 따라 전파하게 되는 원리를 이용하는데, 예컨대 유체매질로 물을 증기발생기의 관판 상단 위에 채우고 평면 방사판(252)을 구비한 초음파 트랜스듀서(251)에서 방사되는 초음파가 완전한 평면파라고 가정하면, 수학식 3에 표기된 스넬의 법칙에 따라 β1=β, β2=90°, 제1매질 = 물, 제2매질 = 관판(예컨대, S45C 탄소강으로 제작됨)에서 초음파의 입사각(β)을 모델링할 수 있다.
여기서 CLW는 종파속도(longitudinal wave speed)로 일반적으로 알려진 물의 종파속도는 1,480m/sec이고, CR은 S45C 탄소강으로 제작된 증기발생기의 관판에서의 레일리 전파속도(Rayleigh wave speed)로 S45C 탄소강의 물성치로부터 이론적으로 계산할 수도 있다.
바람직하기로, CLW와 CR은 직접 측정하여 스넬의 법칙에 적용하면 더욱 정확한 입사각을 획득할 수 있을 것이다.
초음파 소자용 세그먼트부(250)의 방사판(252)과 증기발생기의 관판(103)의 각도(β)는 수학식 3에 대입시켜 계산하면 대략 30.2°로 계산된다.
이는, 물속에 감져진 방사판(252)이 S45C로 제작된 관판(103)과 대략 30.2°만큼 경사지게 배열하면, 방사판에서 방사된 초음파와 관판 표면을 따라 표면파를 생성하게 되고, 이로 인해 초음파 에너지가 관판의 표면에만 머무르게 되어 세정효율을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 가이드레일 지지용 세그먼트부(260)는 도 7에 도시되었듯이 가이드레일(200)의 일 측면 상에 지지대(261)를 구비한다. 지지대(261)는 초음파 트랜스듀서(251)와 동일하게 증기발생기의 중심을 향해 있는 가이드레일(200)의 측면 상에 장착된다. 바람직하기로, 이들은 나사체결방식으로 결합하여 가이드레일에서 지지대의 탈부착을 용이하게 할 수 있고, 이외의 다른 방식으로도 결합가능하다.
도시된 바와 같이, 지지대(261)는 수직하방으로 길이연장된 다리부(262)와 다리부(262) 하단부에 고정된 바퀴(263)로 구성되되, 다리부(262)는 초음파 트랜스듀서(251;도 5b 참조)의 높이와 동일하거나 이보다 길어 초음파 트랜스튜서가 관판 상단과 충돌하지 않도록 한다.
지지대(261)의 바퀴(263)는 증기발생기의 관판 상단을 부드럽게 이동할 수 있게 한다.
가이드레일(200)은 도 7에 도시된 바와 같이 증기발생기의 내벽과 마주보는 측면 상에 스페이서(207)와 볼 베어링(208)을 추가로 구비할 수 있다.
도 8은 증기발생기의 핸드홀에 설치된 플랜지부를 도시한 도면이다.
플랜지부(700)는 핸드홀(101)에 설치된 플랜지(701;plange)와, 금속 와이어의 끝이 고정될 와이어 풀리(704;pulley), 및 일렬로 배열된 세그먼트부의 양쪽 끝을 연결하는 가이드레일 결합부(705,706)로 이루어진다.
다수의 가이드레일(200)에 형성된 관통구(205)를 통과하면서 길게 뻗어 있는 금속 와이어(300;도 4 참조)의 양쪽 끝은 가이드레일 결합부(705,706)과 핸드홀(101)을 지나 증기발생기 외부에 위치된 와이어 풀리(704)에 고정되되, 와이어 풀리(704)를 회전시켜 금속 와이어를 조이거나 풀 수 있다. 금속 와이어가 죄여지면, 금속 와이어에 결속되어 있는 다수의 가이드레일(200)이 서로 링처럼 단단하게 고정되는 반면에, 금속 와이어가 풀리면, 다수의 가이드레일(200)이 결합정도가 느슨해져 어느 정도 유동될 수 있다.
본 발명에 따른 분절형 초음파 세정장치는 기술된 실시예와 첨부도면으로만 국한되지 않고, 아래의 청구범위의 범주와 범위 내에서 변형 및 변경 가능함을 미리 밝혀둔다.
100 ----- 열교환기 혹은 증기발생기,
101 ----- 핸드홀,
200 ----- 가이드레일,
250 ----- 초음파 소자용 세그먼트부,
251 ----- 초음파 트랜스듀서,
260 ----- 가이드레일 지지용 세그먼트부,
261 ----- 지지대,
300 ----- 금속 와이어,
700 ----- 플랜지부,
β ----- 편평한 관판과 초음파 트랜스듀서의 방사판 사이의 각도,
θ ----- 가이드레일의 좌?우측면의 양 끝각.

Claims (10)

  1. 열교환기 혹은 증기발생기의 관판 상단에 침적된 스케일 및/또는 슬러지를 제거하는 초음파 세정장치에 있어서,
    직육면체형상으로 되어 있고 길이방향을 따라 관통구(205)를 구비한 가이드레일(200)의 일 측면 상에, 방사판(252)과, 자왜물질 팩(253), 자기장 코일(254), 및 각도조절부(255)를 갖춘 초음파 트랜스듀서(251)를 구비한 초음파 소자용 세그먼트부(250)와;
    상기 가이드레일(200)의 일 측면 상에, 다리부(262)와 이 다리부(262) 하단부에 위치된 바퀴(263)를 갖춘 지지대(261)를 구비한 가이드레일 지지용 세그먼트부(260);
    상기 다수의 가이드레일(200)에 형성된 관통구(205)를 따라 안내될 금속 와이어(300); 및
    상기 열교환기 혹은 증기발생기의 핸드홀(101)에 설치된 플랜지(701;plange)와, 상기 금속 와이어(300)의 끝을 고정하는 와이어 풀리(704;pulley), 및 상기 가이드레일(200)의 양쪽 끝을 연결하는 가이드레일 결합부(705,706)를 구비한 플랜지부(700);로 이루어지고,
    상기 증기발생기의 관판(103)과 소정의 각도(β)로 상기 초음파 트랜스듀서(251)의 방사판(252)을 경사지게 배치한 하나 이상의 초음파 소자용 세그먼트부(250)와 하나 이상의 가이드레일 지지용 세그먼트부(260)로 이루어진 다수의 그룹을 상기 금속 와이어(300)를 매개로 상기 증기발생기의 관판 상단에 내벽을 따라 일렬로 배열되는 것을 특징으로 하는, 열교환기 관판 상단의 스케일 및 슬러지 제거를 위한 분절형 초음파 세정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가이드레일(200)의 좌측면은 이의 중심에서 길이방향으로 돌출되어 있는 하나의 돌출부(203)와 돌기부(204)를 구비하는 한편, 상기 가이드레일(200)의 우측면은 일렬로 배열될 다른 가이드레일의 좌측면과 대응될 수 있게 양쪽 가장자리에서 길이방향으로 돌출되어 있는 2개의 돌출부(213)와 이 돌출부(213)의 하단에 상기 돌기부(204)를 수용할 수 있는 홈(206)을 형성하는 것을 특징으로 하는 분절형 초음파 세정장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가이드레일(200)에서 우측면의 돌출부(203)와 좌측면의 돌출부(213) 및 돌기부(204)은 상부 가장자리를 만곡되게 모따기되어 있고, 상기 홈(206)의 상부도 그 폭을 확장되게 모따기 되어 있어, 일렬로 배치된 각각의 가이드레일(200)이 상방으로는 쉽게 휘어질 수 있지만 하방으로는 휘어지지 않는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 분절형 초음파 세정장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 초음파 소자용 세그먼트부(250)는 상기 각도조절부(255)를 통해 상기 초음파 트랜스듀서(251)의 방사판(252)과 상기 증기발생기(100)의 관판(103) 사이의 끼인각(β)을 조절할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 분절형 초음파 세정장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 초음파 트랜스듀서(251)의 방사판(252)은 상기 증기발생기(100)의 관판(103) 상단 중심을 향해 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 분절형 초음파 세정장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 초음파 소자용 세그먼트부(250)의 방사판(252)과 상기 증기발생기(100)의 관판(103) 사이의 각도(β)는,
    Figure pat00004

    로 계산될 수 있는데,
    여기서, CLW은 상기 증기발생기의 관판 위에 채워진 매질의 종파속도(longitudinal wave speed)이고, CR은 상기 증기발생기의 관판에서의 레일리 전파속도(Rayleigh wave speed)로 되어 있는 것을 특징으로 하는 분절형 초음파 세정장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가이드레일(200)은 상기 증기발생기(100)의 내벽과 마주보는 측면 상에 스페이서(207)와 상기 스페이서(207)의 선단부에는 볼 베어링(208)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 분절형 초음파 세정장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가이드레일(200)의 하부면에는 후크부(280)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 분절형 초음파 세정장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 일렬로 배열된 다수의 가이드레일(200)은 상기 증기발생기의 내벽과 평행하게 링형상으로 배열되도록, 상기 가이드레일(200)의 좌?우측면의 양 끝각(θ) 만큼 경사진 등변사다리꼴형상(isosceles trapezoid)으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 분절형 초음파 세정장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 등변사다리꼴형상의 가이드레일(200)의 양 끝각(θ)으로, 상기 가이드레일(200)의 길이방향 길이(a)와 폭(b)은,
    Figure pat00005

    Figure pat00006

    로 계산될 수 있는데,
    여기서, r0는 고리형상으로 배열된 가이드레일의 중심에서 가이드레일의 가장 먼 거리의 반지름이고, ri는 두께와 관련된 내부반지름으로 구성되는 것을 특징으로 하는 분절형 초음파 세정장치.
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