KR20140123021A - 발전소용 개선된 간접 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

발전소(10)용 간접 냉각 시스템(12)은, 제1 열전달 유체와 제2 열전달 유체 사이에서 열을 교환하고, 제2 열전달 유체의 유동에 배치되고, 제1 열전달 유체가 순환하는 내부 공간(38)을 구획하고 주변 외면(40)을 가진 적어도 하나의 튜브(36), 및 튜브(36)의 주변 외면에 고정된 다수의 핀들(46)을 가진, 적어도 하나의 열교환기(32)를 구비한다. 튜브(36)는 알루미늄으로 제조되고; 각각의 핀(46)은 알루미늄으로 제조되고; 각각의 핀(46)은 납땜에 의해 튜브(36)의 주변 외면(40)에 고정된다..

Description

발전소용 개선된 간접 냉각 시스템{Improved indirect cooling system for a power plant}

본 발명은 발전소용 개선된 간접 냉각 시스템에 관한 것이다.

석탄 발전소, 핵 발전소, 지열 발전소, 태양열 전기 발전소, 쓰레기 소각 발전소뿐만 아니라 천연 가스 발전소와 같은 대부분의 발전소들은 발전을 위해 증기를 사용한다.

그러한 발전소는 보일러, 터빈, 발전기 및 컨덴서를 구비한다.

보일러의 연료가 연소되면 보일러의 물이 가열되어, 이러한 물은 고압 증기로 변환된다. 이러한 고압 증기는 터빈으로 유도되어 고압 증기는 터빈을 회전시킨다.

또한, 발전기는 터빈과 결합되어 회전되는 샤프트를 구비한다. 잘 알려진 바와 같이, 발전기는 샤프트의 회전으로부터 전력을 생산한다.

터빈으로부터 나오는 배기 증기는 보일러로 프드백되기 전에 물로 응축되어야 한다. 이를 위해, 배기 증기는 컨덴서로 유도되어 냉각된다.

그러한 컨덴서는 외부 냉각 수단을 구비할 필요가 있다. 특히, 간접 냉각 시스템은 잘 알려져 있다. 그러한 간접 냉각 시스템은 배기 증기와 열교환을 위해 컨덴서에서 순환하는 제1 열전달 유체(일반적으로, 물)를 냉각시켜 물을 응축시킨다.

이를 위해, 간접 냉각 시스템은 제1 열전달 유체와 제2 열전달 유체(일반적으로, 공기) 사이의 열 교환을 위한 적어도 하나의 열교환기를 구비한다. 열교환기는 대체적으로 제1 열전달 유체가 흐르게 될 내부 공간의 범위를 정하고, 제2 열전달 유체의 흐름에 배치된 주변의 외면과, 주변의 외면에 고정된 다수의 핀들을 포함하는 튜브를 구비한다.

튜브와 핀들 사이의 결합이 상대적으로 약하고 열전달이 적정하지 못하기 때문에, 알려진 열교환기들은 일반적으로 만족스럽지 못하다.

본 발명은 선행기술의 이러한 단점들을 극복하기 위해 착상된 것으로서, 본 발명의 하나의 목적은 열전달이 향상되고, 보다 개선된 구조를 가진 열교환기를 구비하는 간접 냉각 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 발전소용 간접 냉각 시스템은, 제1 열전달 유체와 제2 열전달 유체 사이에서 열을 교환하기 위한 적어도 하나의 열교환기를 구비하고, 열교환기는 제2 열전달 유체의 유동에 배치되고, 제1 열전달 유체가 순환되는 내부 공간을 구획하고, 주변 외면을 가진 적어도 하나의 내부 튜브; 튜브의 주변 외면에 고정된 다수의 핀들을 구비하고, 튜브는 알루미늄으로 제조되고, 각각의 핀은 알루미늄으로 제조되고, 각각의 핀은 납땜에 의해 튜브의 주변 외면에 고정된다.

알루미늄 핀을 알루미늄 튜브에 납땜하면 결합력을 강하게 하여 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 열교환기를 특히 강화시킨다.

또한, 알루미늄은 양호한 열전달 물질이기 때문에 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 열교환기 역시 특히 효율적으로 된다.

본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 간접 냉각 시스템은 다음과 같은 하나 또는 그 이상의 특징들을 개별적으로 또는 조합적으로 포함한다.

- 튜브는 내부 공간을 구획하는 2개의 평행 벽들(walls) 및 내부 공간을 방사상으로 밀폐시키기 위해 2개의 평행 벽들을 연결하는 2개의 곡선 벽들을 구비하는 평판관(flat tube)이다.

- 핀들은 평판관의 평행 벽들에 고정된다.

- 횡단면에서, 2개의 평행 벽들은 10mm 내지 20mm 간격으로 이격된다.

- 횡단면에서, 2개의 곡선 벽들은 100mm 내지 200mm 간격으로 이격된다.

- 핀들은 웨이브 쉬트(waved sheet)에 의해 형성되고, 웨이브 쉬트는 내부 크레스트(crest)와 외부 크레스트 사이에서 각각 연장하는 핀 벽들을 구비하고, 각각의 내부 크레스트는 튜브의 외면에 고정되어 있다.

- 간접 냉각 시스템은 제2 열전달 유체가 유동하고, 적어도 하나의 열 교환기가 배치되는 덕트를 구비하는 냉각 장치, 및 발전소의 컨덴서와 냉각 장치 사이에 배치되어 컨덴서와 적어도 하나의 열교환기 사이에서 제1 열전달 유체를 이송하기 위한 파이프 세트를 포함한다.

- 제1 열전달 유체는 물이다.

- 제2 열전달 유체는 공기이다.

또한, 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 발전소는, 전술한 간접 냉각 시스템; 및 제1 열전달 유체가 순환하는 컨덴서를 구비하고; 간접 냉각 시스템은 냉각된 제1 열전달 유체를 컨덴서 방향으로 이송한다.

본 발명의 장점들은 첨부된 도면들과 함께 이어지는 발명의 상세한 설명을 읽을 때 더 명백해 진다. 첨부된 도면들은 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 간접 냉각 시스템을 비제한적인 예로서 설명할 뿐이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 간접 냉각 시스템을 가진 발전소의 개략도이다.
도 2는 도 1의 간접 냉각 시스템의 열 교환기의 축방향 단면도이다.
도 3은 납땜 공정 전의 열교환기의 상세도이다.
도 4는 납땜 공정 후의 열교환기를 나타내는 도 3의 유사 도면이다.
도 5는 도 2의 열교환기의 종단면도이다.

도 1을 참조하면, 발전소(10)는 간접 냉각 시스템(12)을 구비한다.

발전소(10)는 예를 들어, 석탄 발전소, 핵 발전소, 지열 발전소, 태양열 전기 발전소, 폐기물 소각 발전소, 또는 천연 가스 발전소이다.

발전소(10)는 적절한 파이프들(18)을 통해 보일러(14)에 연결된 터빈(16)을 구비하고, 고압 증기는 보일러(14)로부터 터빈(16)을 향해 이송될 수 있다.

발전소(10)의 미도시된 발전기는 터빈(16)에 연결된 샤프트를 구비하고, 터빈이 고압 증기에 의해 회전될 때 이러한 샤프트는 회전된다. 잘 알려진 바와 같이, 발전기는 샤프트의 회전으로부터 전력을 생산할 수 있다.

터빈(16)을 회전시키는데 사용되는 증기는 "배기 증기"로 명명되고, 적절한 파이프들(20)을 통해 터빈(16)으로부터 컨덴서(22)를 향해 소개된다.

이러한 배기 증기는 컨덴서(22)에서 냉각되어 물을 피드백시킨다. 이러한 물은 적절한 파이프들(24)과 적어도 하나의 펌프(26)를 통해 보일러(14)로 다시 이송된다.

간접 냉각 시스템(12)은 냉각된 제1 열전달 유체를 컨덴서를 향해 이송시키고, 이러한 냉각된 제1 열전달 유체는 컨덴서(22)에서 순환되고 컨덴서(22)에서 배기 증기와 함께 열을 교환한다. 제1 열전달 유체는 예를 들어, 물이다.

간접 냉각 시스템(12)은 제2 열전달 유체가 흐르는 덕트(30)를 포함하는 냉각 장치(28)를 구비한다. 제2 열전달 유체는 예를 들어, 공기이다. 냉각 장치(28)는 예를 들어, 강화 콘크리트로 제조고 천연 기류(air draft)가 순환하는 수직 덕트(30)를 가진, 잘 알려진 냉각 타워이다.

적어도 하나의 열교환기(32)는 덕트(30)에 배치된다. 따라서, 열교환기(32)는 제2 열전달 유체의 유동에 배치된다.

제1 열전달 유체는 열교환기(32) 안에서 순환됨으로써, 덕트(30)의 제2 열전달 유체와 열을 교환시킨다. 보다 더 상세하게, 제1 열전달 유체는 열교환기(32)를 통해 제2 열전달 유체에 열량을 제공하여 냉각시킨다.

파이프 세트(34)는 컨덴서(22)와 냉각 장치(28) 사이에 배치되어, 컨덴서(22)와 적어도 하나의 열교환기(32) 사이에서 제1 열전달 유체를 이송시킨다. 구체적으로, 제1 파이프(34A)는 컨덴서(22)로부터 열교환기(32) 방향으로 고온의 제1 열전달 유체를 이송하고, 제2 파이프(34B)는 열교환기(32)로부터 컨덴서(22) 방향으로 냉각된 제1 열전달 유체를 이송한다.

바람직하게, 제2 파이프(34B)에는 냉각 장치(28)로부터 컨덴서(22) 방향으로 제1 열전달 유체를 유도하기 위한 펌프(35)가 마련된다.

본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 열교환기(32)는 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명될 것이다.

열교환기(32)는 제1 열전달 유체가 순환하는 내부 공간(38)을 구획하고 외면(40)을 가진 적어도 하나의 튜브(36)를 구비한다. 이러한 튜브(36)는 완전히 알루미늄으로 제조된다.

바람직하게, 도 5에 도시된 바와 같이, 튜브(36)는 내부 공간(38)을 구획하는 2개의 평행 벽들(42), 및 내부 공간(38)을 방사상으로 밀폐하기 위해 평행 벽들을 연결하는 2개의 곡선 벽들(44)을 구비하는 평판관이다.

평행 벽들(42)과 곡선 벽들(44)은 명확히 구별되는 요소들을 조립하여 만들 수 있고, 또는 변형예로서 동일한 요소로 제조될 수 있다.

열교환기(32)는 제2 열전달 유체 유동에 배치되어 평행 벽들(42)이 이러한 유동의 메인 방향에 평행하게 된다는 사실에 유의해야 한다. 따라서, 이러한 유동은 곡선 벽들(44)의 어느 하나와 만난 후, 핀들(46)을 통해 평행 벽들(42)을 따라 흐르게 된다. 다시 말해, 평판관(36)은 공기 역학적 프로파일을 가짐으로써, 제2 열전달 유체의 유동을 방해하지 않는다.

바람직하게, 도 5의 횡단면에서, 2개의 평행 벽들(42)은 10mm 내지 20mm의 간격(E) 만큼 이격되고, 2개의 곡선 벽들은 100mm 내지 200mm의 간격(H) 만큼 이격된다.

또한, 열교환기(32)는 튜브(36)의 주변 외면(40)에 고정된 다수의 핀들(46)을 구비한다. 이러한 핀들(46)은 각각 전체적으로 알루미늄으로 제조된다.

구체적으로, 튜브(36)가 전술한 바와 같이 평판관일 때, 각각의 핀 세트(46)는 평판관(46)의 각각의 평행 벽(42)에 고정된다.

바람직한 실시예에서, 각각의 핀 세트(46)는 웨이브 쉬트에 의해 형성된다. 이러한 쉬트는 굴곡져 있고, 내부 크레스트(crest)(50A)와 외부 크레스트(50B) 사이에서 돌출하는 핀 벽들(48)을 구비한다. 이 경우, 각각의 내부 크레스트는 튜브(36)의 외면(40)에 고정된다.

각각의 핀(46)은 납땜에 의해 튜브(36)의 주변 외면(40)에 고정된다.

납땜 공정은 선행기술에서 잘 알려져 있다. 특히, Nocolok 납땜 공정이라는 이름에 의해 알려진 납땜 공정은 특히 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기를 구현하는데 잘 활용된다.

주요한 납땜 공정은 도 3 및 도 4에 도시된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 핀들(46)을 형성하는 웨이브 쉬트의 내부 크레스트(50A)는 튜브(36)의 외면(40)에 접촉하도록 배치된다.

튜브(36)와 핀들(46)의 조립체는 적절한 온도로 가열되어 판들의 알루미늄의 일부분이 튜브(36)와 핀들(46)의 계면을 향해 침투하는 것을 허용하여 도 4에 도시된 바와 같은 남땜된 계면을 형성하게 된다.

본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며 추가적인 특징 또는 변형들을 포함할 수 있음을 유의해야 한다.

예를 들어, 변형예에 있어서, 간접 냉각 시스템은 서로 평행하게 배치된 다수의 열교환기들을 구비한다.

다른 변형예에 있어서, 열교환기는 서로 평행하게 배치된 다수의 튜브들을 구비하고, 각각의 튜브는 핀들을 통해 적어도 인접한 튜브에 연결된다. 이 경우, 핀들을 형성하는 웨이브 쉬트의 일측의 크레스트들은 제1 튜브에 연결되고, 타측의 크레스트들은 제2 튜브에 연결된다.

10...발전소 12...간접 냉각 시스템
14...보일러 16...터빈
20...파이프 22...컨덴서
24...파이프 26...펌프
28...냉각 장치 30...덕트
32...열교환기 35...펌프
36...튜브 38...내부 공간
40...외면 42...평행 벽
44...곡선 벽 46...핀

Claims (10)

1. 제1 열전달 유체와 제2 열전달 유체 사이에서 열을 교환하고, 제2 열전달 유체의 유동에 배치되고, 제1 열전달 유체가 순환하는 내부 공간(38)을 구획하고 주변 외면(40)을 가진 적어도 하나의 튜브(36), 및 튜브(36)의 주변 외면에 고정된 다수의 핀들(46)을 가진, 적어도 하나의 열교환기(32)를 구비하는 발전소(10)용 간접 냉각 시스템(12)에 있어서,
   튜브(36)는 알루미늄으로 제조되고;
   각각의 핀(46)은 알루미늄으로 제조되고;
   각각의 핀(46)은 납땜에 의해 튜브(36)의 주변 외면(40)에 고정된 것을 특징으로 하는 간접 냉각 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   튜브(36)는 내부 공간(38)을 구획하는 2개의 평행 벽들(42), 및 내부 공간(38)을 방사상으로 밀폐하기 위해 2개의 평행 벽들(42)을 연결하는 2개의 곡선 별들(44)을 구비하는 평판관(flat tube)인 것을 특징으로 하는 간접 냉각 시스템.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   핀들(46)은 평판관(36)의 평행 벽들(42)에 고정된 것을 특징으로 하는 간접 냉각 시스템.
   
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   횡단면에서, 2개의 평행 벽들(42)은 10mm 내지 20mm의 간격에 의해 이격되는 것을 특징으로 하는 간접 냉각 시스템.
   
5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   횡단면에서, 2개의 곡선 벽들(44)은 100mm 내지 200mm의 간격에 의해 이격되는 것을 특징으로 하는 간접 냉각 시스템.
   
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   핀들(46)은 내부 크레스트(50A)와 외부 크레스트(50B) 사이에서 각각 연장하는 핀 벽들(48)을 구비하는 웨이브 쉬트(waved sheet)에 의해 형성되고,
   각각의 내부 크레스트(50A)는 튜브(36)의 외면(40)에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 간접 냉각 시스템.
   
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   - 제2 열전달 유체가 유동하고, 적어도 하나의 열교환기(32)가 내부에 배치되는 덕트(30)를 포함하는 냉각 장치(28); 및
   - 발전소(10)의 컨덴서(22)와 냉각 장치(28) 사이에 배치되어, 컨덴서(22)와 적어도 하나의 열교환기(32) 사이에서 제1 열전달 유체를 이송하는 파이프들(34)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 간접 냉각 시스템.
   
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
   제1 열전달 유체는 물인 것을 특징으로 하는 간접 냉각 시스템.
   
9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
   제2 열전달 유체는 공기인 것을 특징으로 하는 간접 냉각 시스템.
   
10. 발전소(10)에 있어서,
    청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 간접 냉각 시스템; 및
    제1 열교환 유체가 순환하는 컨덴터(22)를 구비하고;
    간접 냉각 시스템(12)은 냉각된 제1 열전달 유체를 컨덴서(22)를 향해 이송시키는 것을 특징으로 하는 발전소.
    

Images