KR20210080946A - Swirl vane type steam separator - Google Patents

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KR20210080946A
KR20210080946A KR1020190173042A KR20190173042A KR20210080946A KR 20210080946 A KR20210080946 A KR 20210080946A KR 1020190173042 A KR1020190173042 A KR 1020190173042A KR 20190173042 A KR20190173042 A KR 20190173042A KR 20210080946 A KR20210080946 A KR 20210080946A
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swirl vane
liquid film
separation device
vane type
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KR1020190173042A
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조래진
김성수
김종인
김태훈
김종하
김기환
어동진
김우식
이재봉
이연원
전준호
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(주)이엠씨
한국원자력연구원
두산중공업 주식회사
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Abstract

One embodiment of the present invention relates to a moisture separator which is provided at a nuclear reactor steam generator and separates moisture from wet steam to supply dry steam to a turbine side. Provided is a swirl vane type moisture separator comprising a riser and a swirl vane. The riser comprises an inner pipe and an outer pipe, wherein the inner pipe has therein a steam flow path for enabling wet steam to be introduced through a lower part and dry steam to be discharged through an upper part, and has, at a circumference of an upper end part, a liquid film passing hole for enabling a liquid film formed by droplet separated from the wet steam to pass therethrough; and the outer pipe is provided to surround at least upper circumference of the internal pipe and forms a downcomer where the liquid film passed through the liquid film passing hole flows downward to be discharged therethrough. The swirl vane is provided at a predetermined position of the steam flow path to be able to rotate, and separates the droplet from the wet steam moving along the steam flow path based on centrifugal force.

Description

스월 베인형 습분 분리장치{SWIRL VANE TYPE STEAM SEPARATOR}Swirl vane type moisture separator {SWIRL VANE TYPE STEAM SEPARATOR}

본 발명은 원자로 증기발생기에 구비되는 습분 분리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원심력을 통해 상기 증기유로를 따라 이동하는 습증기로부터 액적을 분리하는 스월 베인을 포함하는 스월 베인형 습분 분리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a moisture separation device provided in a reactor steam generator, and more particularly, to a swirl vane type moisture separation device including a swirl vane that separates droplets from wet steam moving along the steam passage through centrifugal force. .

원자력 발전은 핵분열 연쇄반응을 통해서 발생한 에너지로 만든 수증기를 이용하여 터빈 발전기를 돌려 전기를 생산하는 발전 방식이다.Nuclear power generation is a power generation method that produces electricity by turning a turbine generator using steam made from energy generated through a nuclear fission chain reaction.

도 1에 도시된 바와 같이, 원자력 발전 과정은 핵연료가 수용되고 제어봉(210)이 구비되는 원자로(200), 가압기(300), 증기발생기(100)를 포함하는 1차 계통에 의해 열에너지가 증기로 변환되고, 이와 같이 1차 계통에서 생성된 증기를 통해 2차 계통에서는 터빈(600)을 회전시켜 발전기(700)로 전기에너지를 생성하게 된다. 그리고 2차 계통에 구비되는 급수펌프(400)는 작동유체로서의 물을 순환시키고, 복수기(500)는 이와 같이 순환되는 물을 냉각시키게 된다.As shown in FIG. 1 , in the nuclear power generation process, thermal energy is converted to steam by a primary system including a nuclear reactor 200 , a pressurizer 300 , and a steam generator 100 in which nuclear fuel is accommodated and a control rod 210 is provided. In this way, through the steam generated in the primary system, the secondary system rotates the turbine 600 to generate electrical energy to the generator 700 . And the water supply pump 400 provided in the secondary system circulates water as a working fluid, and the condenser 500 cools the circulated water in this way.

이들 중 증기발생기(100)는 원자로 노심에서 생성된 고온의 열을 이용하여 물을 증기로 변환시키는데 사용되는 열교환기이다. 또한 이와 같은 증기발생기(100) 내부에는 열에너지를 통해 발생한 증기로부터 습분을 분리하기 위한 습분분리기가 복수 개 구비된다.Among them, the steam generator 100 is a heat exchanger used to convert water into steam using high-temperature heat generated in a nuclear reactor core. In addition, a plurality of moisture separators for separating moisture from steam generated through thermal energy are provided inside the steam generator 100 .

다만, 종래의 증기발생기(100)에 구비되는 습분분리기는 습분의 분리 효율이 환경에 따라 좌우되는 경향을 가지며, 최적의 조건이 갖추어지지 않을 경우에는 습분분리기를 통과한 증기의 건도가 크게 떨어지는 문제가 있었다.However, in the moisture separator provided in the conventional steam generator 100, the efficiency of separation of moisture tends to depend on the environment, and when optimal conditions are not provided, the dryness of the steam passing through the moisture separator is greatly reduced. there was

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 습증기로부터 습분을 효율적으로 분리함에 따라 최종적인 증기의 건도를 비약적으로 향상시킬 수 있도록 하는 습분 분리장치를 제공하기 위한 목적을 가진다.An object of the present invention is to provide a moisture separation device capable of remarkably improving the dryness of final steam by efficiently separating moisture from wet steam.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 원자로 증기발생기에 구비되며, 습증기로부터 습분을 분리하여 건증기를 터빈 측에 공급하는 습분 분리장치에 있어서, 하부로 습증기가 유입되며, 상부로 건증기가 배출되는 증기유로가 내부에 형성되고, 상단부의 둘레에는 상기 습증기로부터 분리된 액적이 형성하는 액막이 통과하는 액막통과홀이 형성된 내부관과, 상기 내부관의 적어도 상부 둘레를 감싸도록 구비되며, 상기 액막통과홀을 통과한 액막이 하부로 유동되어 배출되는 다운코머를 형성하는 외부관을 포함하는 라이저 및 상기 증기유로의 소정 위치에 회전 가능하게 구비되어, 원심력을 통해 상기 증기유로를 따라 이동하는 습증기로부터 액적을 분리하는 스월 베인을 포함하는 스월 베인형 습분 분리장치를 제공한다.In order to achieve the above technical object, an embodiment of the present invention is a moisture separation device provided in a reactor steam generator, separating moisture from wet steam and supplying dry steam to a turbine side, wherein the wet steam is introduced to the lower part, and the upper part A steam flow path through which the dry steam is discharged is formed therein, and a liquid film passage hole formed by a liquid film formed by droplets separated from the wet steam passes through the upper periphery of the inner tube, and the inner tube is provided to surround at least the upper periphery of the inner tube and a riser including an outer tube forming a downcomer through which the liquid film passing through the liquid film passage hole flows downward and is discharged and is rotatably provided at a predetermined position of the vapor passage, and moves along the vapor passage through centrifugal force It provides a swirl vane type moisture separation device comprising a swirl vane for separating droplets from wet steam.

이때 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 스월 베인은, 상하 방향의 회전축을 기준으로 회전되는 축샤프트 및 상기 축샤프트의 둘레를 따라 배열되는 복수 개의 블레이드를 포함할 수 있다.At this time, in an embodiment of the present invention, the swirl vane may include a shaft shaft that rotates with respect to a vertical axis of rotation and a plurality of blades arranged along the circumference of the shaft shaft.

또한 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 블레이드는 수평면에 대해 30° 이하의 각도를 이루도록 구비될 수 있으며, 특히 수평면에 대해 20°의 각도를 이루도록 구비될 수 있다.In addition, in an embodiment of the present invention, the plurality of blades may be provided to form an angle of 30° or less with respect to the horizontal plane, and in particular, may be provided to achieve an angle of 20° with respect to the horizontal plane.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 블레이드는 수평면에 대해 이루는 각도가 서로 다르게 형성될 수 있으며, 상기 스월 베인은 상기 증기유로의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격되어 구비될 수 있다.And according to an embodiment of the present invention, the plurality of blades may be formed to have different angles with respect to the horizontal plane, and a plurality of the swirl vanes may be provided to be spaced apart from each other in the longitudinal direction of the steam passage.

여기서 본 발명의 실시예에 따르면 상기 복수 개의 스월 베인 중 서로 다른 스월 베인에 구비되는 블레이드는 수평면에 대해 이루는 각도가 서로 다르게 형성될 수 있다.Here, according to an embodiment of the present invention, the blades provided in different swirl vanes among the plurality of swirl vanes may have different angles with respect to the horizontal plane.

한편 본 발명의 실시예에 따르면 상기 스월 베인은 상기 외부관이 상기 내부관을 감싸는 영역에 구비될 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the swirl vane may be provided in a region where the outer tube surrounds the inner tube.

더불어 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 라이저의 상단부에는 상기 액막통과홀을 통과한 액막이 측 방향으로 배출되도록 하는 탄젠트 노즐이 형성될 수 있다.In addition, in an embodiment of the present invention, a tangent nozzle may be formed at the upper end of the riser so that the liquid film passing through the liquid film passage hole is discharged in the lateral direction.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 라이저의 상단부에는 상부로 건증기가 배출되도록 하며, 상기 내부관보다 직경이 작게 형성되는 오리피스가 형성될 수 있다.And according to an embodiment of the present invention, an orifice having a diameter smaller than that of the inner tube may be formed at the upper end of the riser so that the dry steam is discharged to the upper part.

본 발명의 실시예에 따르면, 라이저의 내부를 통과하는 증기가 스월 베인에 의해 회전 운동을 하게 되고, 습분이 원심력을 통해 액적 형태로 라이저의 내벽에 도달하여 액막을 형성한 후 배출될 수 있으므로 증기로부터 습분을 효과적으로 제거하여 최종적인 증기의 건도를 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.According to the embodiment of the present invention, the steam passing through the riser rotates by the swirl vane, and moisture reaches the inner wall of the riser in the form of droplets through centrifugal force, forms a liquid film, and then can be discharged. It has the advantage of effectively removing moisture from the steam and greatly improving the dryness of the final steam.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 스월 베인의 블레이드 각도를 수평면에 대해 30° 이하, 바람직하게는 20°로 구성하여 출구에서의 건도를 액적 크기에 상관없이 100%로 유지하도록 할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, the blade angle of the swirl vane is configured to be 30° or less, preferably 20° with respect to the horizontal plane, so that the dryness at the outlet can be maintained at 100% regardless of the droplet size. have.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 원자력 발전의 각 계통을 구성하는 구성요소를 개략화하여 나타낸 도면;
도 2는 증기발생기의 구조를 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 습분 분리장치의 구조를 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 습분 분리장치에 있어서, 스월 베인의 구조를 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 습분 분리장치에 있어서, 스월 베인의 블레이드 각도에 따른 압력 강하 그래프;
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 습분 분리장치에 있어서, 액적 크기 및 스월 베인의 블레이드 각도에 따른 라이저 내벽면 흡착에 의한 습분제거율을 나타낸 그래프;
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 습분 분리장치에 있어서, 액적 크기 및 스월 베인의 블레이드 각도에 따른 오리피스에서의 건도를 나타낸 그래프; 및
도 8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 습분 분리장치의 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the components constituting each system of nuclear power generation;
Figure 2 is a view showing the structure of the steam generator;
3 is a view showing the structure of a moisture separation device according to an embodiment of the present invention;
4 is a view showing the structure of a swirl vane in the moisture separation device according to an embodiment of the present invention;
5 is a pressure drop graph according to the blade angle of the swirl vane in the moisture separation device according to an embodiment of the present invention;
6 is a graph showing the moisture removal rate by adsorption on the inner wall of the riser according to the droplet size and the blade angle of the swirl vane in the moisture separation device according to an embodiment of the present invention;
7 is a graph showing the dryness in the orifice according to the droplet size and the blade angle of the swirl vane in the moisture separation device according to an embodiment of the present invention; and
8 is a view showing the structure of a moisture separation device according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in several different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected (connected, contacted, coupled)” with another part, it is not only “directly connected” but also “indirectly connected” with another member interposed therebetween. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further provided without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 증기발생기(100)의 구조를 나타낸 도면이다.2 is a view showing the structure of the steam generator (100).

도 2에 도시된 바와 같이, 증기발생기(100)는 하부에 1차 계통의 물이 유입되는 인렛(102) 및 1차 계통의 물이 배출되는 아웃렛(104)이 형성되며, 1차 계통의 물이 유동되며, 튜브지지프레임(120)에 의해 지지되는 U튜브(110)를 포함한다.As shown in Figure 2, the steam generator 100 is formed with an inlet 102 through which the water of the primary system is introduced and the outlet 104 through which the water of the primary system is discharged, the water of the primary system is formed at the bottom. This flow includes a U tube 110 supported by the tube support frame 120 .

또한 2차 계통에서 유입된 급수는 1차 계통의 고온의 물에 의해 가열되어 증기로 상 변화되며, 이와 같이 생성된 증기는 상부의 습분 분리장치(150) 측으로 유입된다.In addition, the feedwater introduced from the secondary system is heated by the high-temperature water of the primary system and phase-changed into steam, and the steam generated in this way is introduced into the upper moisture separation device 150 side.

상기 습분 분리장치(150)에서는 증기의 습분을 제거하며, 이에 의해 건도가 향상된 증기는 상단의 증기 배출구(106)를 통해 터빈 측으로 배출된다. 또한 상기 습분 분리장치(150)에 의해 분리된 습분은 증기발생기(100)의 습분유로(108)를 통해 낙하하게 된다.The moisture separation device 150 removes moisture from the steam, whereby the steam with improved dryness is discharged to the turbine side through the steam outlet 106 at the top. In addition, the moisture separated by the moisture separation device 150 falls through the wet powder passage 108 of the steam generator 100 .

본 발명은 습증기로부터 습분을 효율적으로 분리함에 따라 최종적인 증기의 건도를 비약적으로 향상시킬 수 있도록 하는 습분 분리장치(150)를 제공하기 위한 것으로, 이하에서는 이와 같은 습분 분리장치(150)에 대해 집중하여 설명하도록 한다.The present invention is to provide a moisture separation device 150 that can dramatically improve the final steam dryness by efficiently separating moisture from wet steam. Hereinafter, the moisture separation device 150 will be focused on to explain it.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 습분 분리장치(150)의 구조를 나타낸 도면이다.3 is a view showing the structure of the moisture separation device 150 according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 습분 분리장치(150)는 라이저(160, 165)와, 스월 베인(170)을 포함한다. 그리고 상기 라이저(160, 165)는 내부관(160) 및 외부관(165)을 포함한다.As shown in FIG. 3 , the moisture separation device 150 according to an embodiment of the present invention includes risers 160 and 165 and a swirl vane 170 . And the riser (160, 165) includes an inner tube (160) and an outer tube (165).

상기 내부관(160)의 내부에는 증기유로(162)가 형성된다. 구체적으로, 상기 증기유로(162)의 하단부에는 습증기가 유입되는 증기 유입구(164)가 형성되며, 상기 증기유로(162)의 상단부에는 건증기가 배출되도록 상기 내부관(160)에 연결되는 오리피스(166)가 형성된다.A steam passage 162 is formed inside the inner tube 160 . Specifically, a steam inlet 164 through which wet steam is introduced is formed at the lower end of the steam flow path 162, and an orifice connected to the inner pipe 160 so that dry steam is discharged at the upper end of the steam flow path 162 ( 166) is formed.

이때 상기 오리피스(166)는 상기 내부관(160)보다 직경이 작게 형성될 수 있으며, 이는 증기의 유동 속도를 보다 증가시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.In this case, the orifice 166 may be formed to have a smaller diameter than the inner tube 160 , which is to further increase the flow rate of steam.

또한 상기 내부관(160)의 상단부 둘레에는, 상기 습증기로부터 분리된 액적이 형성하는 액막이 통과하는 액막통과홀(161)이 형성된다.In addition, a liquid film passage hole 161 is formed around the upper end of the inner tube 160 through which a liquid film formed by droplets separated from the wet steam passes.

그리고 상기 외부관(165)은 상기 내부관(160)의 적어도 상부 둘레를 감싸도록 구비되며, 상기 액막통과홀(161)을 통과한 액막이 하부로 유동되어 배출되는 다운코머를 형성한다.In addition, the outer tube 165 is provided to surround at least the upper circumference of the inner tube 160 , and forms a downcomer through which the liquid film passing through the liquid film passage hole 161 flows downward and is discharged.

추가적으로, 상기 라이저(160, 165)의 상단부에는 상기 액막통과홀(161)을 통과한 액막이 측 방향으로 배출되도록 하는 탄젠트 노즐(180)이 더 형성될 수 있다.Additionally, a tangent nozzle 180 for allowing the liquid film passing through the liquid film passage hole 161 to be discharged laterally may be further formed at the upper end of the risers 160 and 165 .

상기 스월 베인(160)은 상기 증기유로(162)의 소정 위치에 회전 가능하게 구비되어, 원심력을 통해 상기 증기유로(162)를 따라 이동하는 습증기로부터 액적을 분리하여 상기 내부관(160)의 내벽면 측에 부착시켜 액막을 형성하도록 한다.The swirl vane 160 is rotatably provided at a predetermined position of the steam flow path 162, and separates droplets from the wet steam moving along the steam flow path 162 through centrifugal force. It is attached to the wall side to form a liquid film.

또한 본 실시예에서 상기 스월 베인(170)은 상기 외부관(165)이 상기 내부관(160)을 감싸는 영역에 구비될 수 있다.In addition, in this embodiment, the swirl vane 170 may be provided in a region where the outer tube 165 surrounds the inner tube 160 .

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 습분 분리장치(150)에 있어서, 스월 베인(170)의 구조를 나타낸 도면이다.4 is a view showing the structure of the swirl vane 170 in the moisture separation device 150 according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 스월 베인(170)은 상하 방향의 회전축을 기준으로 회전되는 축샤프트(172)와, 상기 축샤프트(172)의 둘레를 따라 배열되는 복수 개의 블레이드(174)를 포함한다.As shown in FIG. 4 , in this embodiment, the swirl vane 170 has a shaft shaft 172 that is rotated based on a rotation axis in the vertical direction, and a plurality of blades arranged along the circumference of the shaft shaft 172 . (174).

이때 상기 블레이드(174)는 수평면에 대해 기 설정된 각도를 이루도록 구비되어, 습증기로부터 액적을 효과적으로 분리하도록 할 수 있다.At this time, the blade 174 is provided to form a preset angle with respect to the horizontal plane, it is possible to effectively separate the droplets from the wet steam.

상기 블레이드(174)의 각도는 액적 흡착에 의한 제거율 및 출구 건도, 압력강하에 영향을 미치는 중요 변수로서, 본 발명에서는 이와 같은 블레이드(174) 각도의 영향을 확인하기 위하여 각 액적 사이즈 및 날개 각도에 따른 액적 제거 효율을 CFD 해석을 통해 계산하였다.The angle of the blade 174 is an important variable that affects the removal rate by droplet adsorption, the outlet dryness, and the pressure drop. In the present invention, in order to confirm the effect of such blade 174 angle, each droplet size and blade angle are The droplet removal efficiency was calculated through CFD analysis.

이와 같은 해석 과정의 목표는 블레이드(174)의 접촉에 의한 습분제거율 및 출구 건도 향상을 위한 것이다.The goal of this analysis process is to improve the moisture removal rate and outlet dryness due to the contact of the blade 174 .

본 과정에서는, 20˚, 30˚, 40˚의 3가지 블레이드(174) 각도와, 0.01㎛, 0.1㎛, 1㎛, 10㎛, 30㎛, 50㎛의 여섯 가지 크기의 액적을 통해 해석을 진행하였다. 더불어 ANSYS ICEM CFD를 사용하여 TETRA AND PRISM 격자를 생성하였으며, 격자 민감성 테스트를 진행한 후 13,500,000 ELEMENTS AND 4,900,000 NODES 격자를 사용하였다.In this process, analysis is performed through three blade 174 angles of 20˚, 30˚, and 40˚, and six sizes of droplets of 0.01 µm, 0.1 µm, 1 µm, 10 µm, 30 µm, and 50 µm. did. In addition, a TETRA AND PRISM grid was created using ANSYS ICEM CFD, and a 13,500,000 ELEMENTS AND 4,900,000 NODES grid was used after the grid sensitivity test.

먼저, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 습분 분리장치(150)에 있어서, 스월 베인(170)의 블레이드(174) 각도에 따른 압력 강하 그래프이다.First, FIG. 5 is a pressure drop graph according to the angle of the blade 174 of the swirl vane 170 in the moisture separation device 150 according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 스월 베인(170)은 블레이드(174)의 각도가 10°씩 작아질수록 압력 강하 값이 2배 가까이 커지는 것을 확인할 수 있다. 즉 40°의 블레이드(174) 각도에서 최소의 압력 강하 값을 가지는 것으로 나타난다.As shown in Figure 5, the swirl vane 170, it can be seen that as the angle of the blade 174 decreases by 10°, the pressure drop value increases by almost two times. That is, it appears to have a minimum pressure drop value at a blade 174 angle of 40°.

또한 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 습분 분리장치(150)에 있어서, 액적 크기 및 스월 베인(170)의 블레이드(174) 각도에 따른 라이저(160, 165) 내벽면 흡착에 의한 습분제거율을 나타낸 그래프이다.6 shows the moisture removal rate by adsorption of the inner wall surfaces of the risers 160 and 165 according to the droplet size and the angle of the blade 174 of the swirl vane 170 in the moisture separation device 150 according to an embodiment of the present invention. is a graph showing

도 6에 나타난 바와 같이, 액적 크기가 1㎛ 이하인 경우 액적 크기에 따른 변화는 보이지 않으나, 블레이드(174)의 각도가 20°인 경우 30%, 블레이드(174)의 각도가 30°의 경우 23%, 블레이드(174)의 각도가 40°의 경우 12.7%로 블레이드(174)의 각도가 작을수록 제거율이 크게 나타난다.As shown in FIG. 6 , when the droplet size is 1 μm or less, there is no change according to the droplet size, but when the angle of the blade 174 is 20° 30%, when the angle of the blade 174 is 30° 23% , when the angle of the blade 174 is 40°, the removal rate is greater as the angle of the blade 174 is 12.7%.

이는 액적 크기가 1㎛ 이상일 경우, 액적 크기가 커질수록 전반적인 벽면 흡착에 의한 습분 제거율이 증가하며, 블레이드(174) 크기가 작을수록 전반적인 벽면 흡착에 의한 습분제거율이 증가함을 나타낸다.This indicates that, when the droplet size is 1 μm or more, as the droplet size increases, the overall moisture removal rate by adsorption on the wall increases, and as the size of the blade 174 decreases, the moisture removal rate by the overall wall adsorption increases.

여기서 크리티컬 액적 크기(벽면 흡착에 의한 제거율이 100%가 되는 최소 액적 크기, 이 액적 크기보다 클 경우 100% 벽면 흡착에 의해 제거됨)를 정의하면 다음과 같다.Here, the critical droplet size (the minimum droplet size at which the removal rate by wall adsorption becomes 100%; if it is larger than this droplet size, it is removed by 100% wall adsorption) is as follows.

블레이드(174) 각도 20° 모델의 경우 크리티컬 액적 크기가 10~30㎛ 사이이며, 블레이드(174) 각도 30° 모델의 경우 크리티컬 액적 크기가 30~50㎛ 사이이고, 블레이드(174) 각도 40° 모델의 경우 크리티컬 액적 크기가 50㎛ 보다 큰 것으로 나타난다.For the blade 174 angle 20° model, the critical droplet size is between 10-30 μm, for the blade 174 angle 30° model the critical droplet size is between 30-50 μm, and the blade 174 angle 40° model. In the case of , the critical droplet size is larger than 50 μm.

즉 30㎛ 이상의 액적이라면 전부 제거 가능한, 각도 20°의 각도를 가지는 블레이드(174)의 성능이 우수함을 확인할 수 있다.That is, it can be confirmed that the performance of the blade 174 having an angle of 20°, which can be removed all droplets of 30 μm or more, is excellent.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 습분 분리장치(150)에 있어서, 액적 크기 및 스월 베인(170)의 블레이드(174) 각도에 따른 오리피스(166)에서의 건도를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the dryness in the orifice 166 according to the droplet size and the blade 174 angle of the swirl vane 170 in the moisture separation device 150 according to an embodiment of the present invention.

여기서 오리피스(166)에서의 건도(STEAM QUALITY)는 아래와 같은 식을 통해 계산하였다.Here, the steam quality in the orifice 166 was calculated through the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

이와 같은 그래프를 도출한 것은 오리피스(166)를 통과한 증기가 터빈으로 향하게 되기 때문으로, 본 발명은 오리피스(166)에서의 높은 건도를 목표로 한다.Such a graph is derived because the steam passing through the orifice 166 is directed to the turbine, and the present invention aims at a high degree of dryness in the orifice 166 .

도 7에 도시된 바와 같이, 액적 사이즈와 상관없이 블레이드(174)각도 20° 모델의 경우 오리피스(166)의 건도는 항상 100%를 나타낸다.As shown in FIG. 7 , regardless of the droplet size, in the case of the blade 174 angle 20° model, the dryness of the orifice 166 always shows 100%.

또한 블레이드(174) 각도 30°의 경우 액적 크기 1㎛ 이하에서 평균 62% 출구 건도를 나타내며, 액적 크기가 커질수록 건도 또한 커지다가 30㎛ 이상에서 100% 건도를 나타낸다.In addition, in the case of the blade 174 angle of 30°, an average of 62% outlet dryness is exhibited at a droplet size of 1 μm or less, and the dryness also increases as the droplet size increases, and shows 100% dryness at 30 μm or more.

그리고 블레이드(174)각도 40°의 경우 액적 크기 1㎛ 이하에서 평균 32.3% 출구 건도를 보여주고, 액적 크기가 커질수록 건도 또한 커지다가 50㎛ 이상에서 100% 건도를 보여줌.In the case of the blade 174 angle of 40°, an average of 32.3% exit dryness is shown at a droplet size of 1 μm or less, and the dryness also increases as the droplet size increases, showing 100% dryness at 50 μm or more.

이와 같이, 블레이드(174) 각도 20° 모델의 성능이 가장 우수한 것으로 판단된다.As such, it is determined that the performance of the blade 174 angle 20° model is the best.

이상과 같은 해석 결과에 따라, 본 실시예에서 상기 스월 베인(170)의 각 블레이드(174)는 수평면에 대해 30° 이하의 각도를 이루도록 구비될 수 있으며, 특히 바람직하게는 수평면에 대해 20°의 각도를 이루도록 구비될 수 있다.According to the analysis results as described above, in this embodiment, each blade 174 of the swirl vane 170 may be provided to form an angle of 30° or less with respect to the horizontal plane, and particularly preferably 20° with respect to the horizontal plane. It may be provided to form an angle.

이에 따라 본 발명은 오리피스(166)에서의 건도를 액적 크기에 상관없이 100%로 유지할 수 있게 된다.Accordingly, according to the present invention, the dryness in the orifice 166 can be maintained at 100% regardless of the droplet size.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described.

도 8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 습분 분리장치(150)의 구조를 나타낸 도면이다.8 is a view showing the structure of the moisture separation device 150 according to another embodiment of the present invention.

도 8에 도시된 본 발명의 다른 실시예는, 전체적으로 전술한 일실시예와 동일한 구성요소를 가지나, 상기 스월 베인(170a, 170b)이 상기 증기유로(162)의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격되어 구비된다는 점이 다르다.Another embodiment of the present invention shown in FIG. 8 has the same components as the one embodiment described above as a whole, but a plurality of the swirl vanes 170a and 170b are spaced apart along the longitudinal direction of the steam flow path 162. The difference is that they are available.

이에 따라 본 실시예는 습증기가 복수의 스월 베인(170a, 170b)을 통과하도록 구성함으로써 오리피스(166)에서의 건도를 보다 향상시킬 수 있다.Accordingly, in the present embodiment, the dryness in the orifice 166 can be further improved by configuring the wet steam to pass through the plurality of swirl vanes 170a and 170b.

특히 본 실시예에서 상기 복수 개의 스월 베인(170a, 170b) 중 서로 다른 스월 베인(170a, 170b)에 구비되는 블레이드(174)는 수평면에 대해 이루는 각도가 서로 다르게 형성될 수 있다.In particular, in the present embodiment, the blades 174 provided on different swirl vanes 170a and 170b among the plurality of swirl vanes 170a and 170b may have different angles with respect to the horizontal plane.

또한 어느 하나의 스월 베인(170a, 170b)에 구비되는 복수 개의 블레이드(174)는, 수평면에 대해 이루는 각도가 서로 다르게 형성될 수 있다.In addition, the plurality of blades 174 provided in any one of the swirl vanes 170a and 170b may be formed to have different angles with respect to the horizontal plane.

이는 각 스월 베인(170a, 170b)에서의 습분 분리 경향을 서로 다르게 하여 복합적인 효과를 얻을 수 있도록 하기 위함이다.This is to obtain a complex effect by differentiating the moisture separation tendency in each of the swirl vanes 170a and 170b.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 증기발생기
150: 습분 분리장치
160: 내부관
161: 액막통과홀
162: 증기유로
165: 외부관
166: 오리피스
170: 스월 베인
172: 축샤프트
174: 블레이드
180: 탄젠트 노즐100: steam generator
150: moisture separator
160: inner tube
161: amulet passage hall
162: steam flow path
165: exterior
166: orifice
170: swirl vane
172: shaft shaft
174: blade
180: tangent nozzle

Claims (10)

원자로 증기발생기에 구비되며, 습증기로부터 습분을 분리하여 건증기를 터빈 측에 공급하는 습분 분리장치에 있어서,
하부로 습증기가 유입되며, 상부로 건증기가 배출되는 증기유로가 내부에 형성되고, 상단부의 둘레에는 상기 습증기로부터 분리된 액적이 형성하는 액막이 통과하는 액막통과홀이 형성된 내부관과, 상기 내부관의 적어도 상부 둘레를 감싸도록 구비되며, 상기 액막통과홀을 통과한 액막이 하부로 유동되어 배출되는 다운코머를 형성하는 외부관을 포함하는 라이저; 및
상기 증기유로의 소정 위치에 회전 가능하게 구비되어, 원심력을 통해 상기 증기유로를 따라 이동하는 습증기로부터 액적을 분리하는 스월 베인;
을 포함하는 스월 베인형 습분 분리장치.A moisture separation device provided in a reactor steam generator, separating moisture from wet steam and supplying dry steam to a turbine side, comprising:
An inner pipe in which wet steam is introduced to the lower part and a vapor flow path through which dry steam is discharged to the upper part is formed therein, and a liquid film passage hole formed by a liquid film formed by droplets separated from the wet steam passes through an upper end of the inner tube a riser including an outer tube provided to surround at least the upper periphery of the liquid film, and forming a downcomer through which the liquid film passing through the liquid film passage hole flows downward; and
a swirl vane rotatably provided at a predetermined position of the steam flow path to separate droplets from wet steam moving along the steam flow path through centrifugal force;
A swirl vane type moisture separator comprising a. 제1항에 있어서,
상기 스월 베인은,
상하 방향의 회전축을 기준으로 회전되는 축샤프트; 및
상기 축샤프트의 둘레를 따라 배열되는 복수 개의 블레이드;
를 포함하는 스월 베인형 습분 분리장치.According to claim 1,
The swirl vane,
Shaft shaft rotating based on the vertical axis of rotation; and
a plurality of blades arranged along the circumference of the shaft;
A swirl vane type moisture separator comprising a. 제2항에 있어서,
상기 복수 개의 블레이드는 수평면에 대해 30° 이하의 각도를 이루도록 구비되는 스월 베인형 습분 분리장치.3. The method of claim 2,
The plurality of blades is a swirl vane type moisture separation device that is provided to form an angle of 30 ° or less with respect to the horizontal plane. 제3항에 있어서,
상기 블레이드는 수평면에 대해 20°의 각도를 이루도록 구비되는 스월 베인형 습분 분리장치.4. The method of claim 3,
The blade is a swirl vane type moisture separation device that is provided to form an angle of 20 ° with respect to the horizontal plane. 제3항에 있어서,
상기 복수 개의 블레이드는 수평면에 대해 이루는 각도가 서로 다르게 형성되는 스월 베인형 습분 분리장치.4. The method of claim 3,
A swirl vane type moisture separation device in which the plurality of blades have different angles with respect to the horizontal plane. 제3항에 있어서,
상기 스월 베인은 상기 증기유로의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격되어 구비되는 스월 베인형 습분 분리장치.4. The method of claim 3,
The swirl vane is a swirl vane type moisture separation device provided with a plurality of spaced apart along the longitudinal direction of the steam passage. 제6항에 있어서,
상기 복수 개의 스월 베인 중 서로 다른 스월 베인에 구비되는 블레이드는 수평면에 대해 이루는 각도가 서로 다르게 형성되는 스월 베인형 습분 분리장치.7. The method of claim 6,
A swirl vane type moisture separation device in which the blades provided on different swirl vanes among the plurality of swirl vanes have different angles with respect to the horizontal plane. 제1항에 있어서,
상기 스월 베인은 상기 외부관이 상기 내부관을 감싸는 영역에 구비되는 스월 베인형 습분 분리장치.According to claim 1,
The swirl vane is a swirl vane type moisture separation device that is provided in a region in which the outer tube surrounds the inner tube. 제1항에 있어서,
상기 라이저의 상단부에는 상기 액막통과홀을 통과한 액막이 측 방향으로 배출되도록 하는 탄젠트 노즐이 형성된 스월 베인형 습분 분리장치.According to claim 1,
A swirl vane type moisture separation device having a tangent nozzle formed at the upper end of the riser so that the liquid film passing through the liquid film passage hole is discharged in the lateral direction. 제1항에 있어서,
상기 라이저의 상단부에는 상부로 건증기가 배출되도록 하며, 상기 내부관보다 직경이 작게 형성되는 오리피스가 형성되는 스월 베인형 습분 분리장치.According to claim 1,
A swirl vane type moisture separation device in which an orifice having a diameter smaller than that of the inner tube is formed at the upper end of the riser so that dry steam is discharged upward.
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