KR860000002B1 - 기체-액체 분리기 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

기체-액체 분리기
제1도는 본 발명을 사용하는 증기발생기의 개략도.
제2도는 제1도 증기발생기에 응용되는 종래 기술의 기체-액체 분리기의 정면도.
제3도는 제2도 3-3선의 부분 평면도.
제4도는 라이저(수직파이프)에 연결된 만곡 아암(arm)의 부분확대 정면도.
제5도는 본 발명에 따른 기체-액체 분리기의 정면도.
제6도는 제5도 6-6선의 부분적인 평면도.
제7도는 라이저에 연결된 한쌍의 인접 만곡아암의 부분확대 정면도.
제8도는 본 발명에서 자유흐름 부위를 설명한 기체-액체 분리기의 다른 평면도.
제9도는 본 발명과 종래 기술을 나타내는 구조에 대한 수분상향운반의 시험결과 도표.
제10도는 본 발명과 종래 기술을 나타내는 구조에 대한 물 누출의 시험결과 도표.
제11도는 본 발명과 종래 기술을 나타내는 구조에 대한 증기하향 운반의 시험결과 도표.
본 발명은 원자력발전소 재순환 증기발생기에 일반적으로 사용되는 유형의 개량된 기체-액체 분리기에 관한 것이다.
특히 이 개량된 기체-액체 분리기는 압력용기의 상부에 수직으로 배치되며, 저부에는 기체-액체 혼합물의 상향수직흐름을 위한 입구가 형성되어 있으며, 상(相)의 분리는 원심력에 의하여 달성된다. 이 분리기를 사용하는 증기발생기는 통상 수직으로 배치되며, 압력용기의 상부에 설치될 수 있는 일백개 이상의 여러개의 분리기는 압력용기의 직경을 포함한 실제적인 이유에 의하여 제한되고 있다. 증기 및 전력발전에서의 기술적 진보와 개발로 인하여, 현존하는 분리기 구조로는 증기품질과 증기발생기순환 특성에 관련하여 현재의 엄격한 요건을 더 이상 충족시킬 수 없다.
본 발명은 압력용기에 수직으로 배치되는 개량된 기체-액체 분리기에 관한 것이며, 이 압력용기는 이상(二相)혼합물이 다양한 내부직경의 도관 즉 라이저로 들어갈 수 있게 한 저부가 형성되어 있다. 라이저의 상부는 라이저내로 연장하고 그를 통하여 흐르는 혼합물을 수용하는 다수의 만곡아암에 의하여 관통되어 있다. 하측의 다수의 만곡아암이 라이저내로 관통하여 연장되어 있으며, 각각의 아암은 대응하는 다수의 상측아암의 직하에서 그에 적촉하여 위치되어 있다. 아암은 그속에서 흐르는 유체를 라이저로부터 방사상으로 일정한 거리를 두고 동심원상에 있는 원통형 동체 즉, 가상드럼에 의하여 형성된 환상부로 배출한다. 분리된 기체는 드럼의 상부 개방단부를 빠져나오고 분리된 액체는 하단부에 배치된 수단을 통하여 드럼을 빠져나온다.
본 발명을 첨부도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도를 참고하면 증기발생기(10)는 압력용기(28)를 포함하고 있다. 고온유체는 입구노즐(12)를 통하여 압력용기(28)로 들어가 튜우브시이트(22)에 고정된 튜우브(20)에서 상향으로 흐른 다음 하향으로 흘러 출구노즐(14)을 통하여 압력용기(28)를 빠져나간다. 냉각유체는 노즐(16)을 통하여 압력용기(28)로 들어가 튜우브(20) 위와 그 주위로 통과하여 열전달을 하면서 기체와 액체의 이상(二相) 혼합물로서 플리넘(plenum) (24)으로 들어간다. 다수의 기체-액체 분리기가 압력용기(28)의 상부에 설치되어 라이저(riser)(40)를 통하여 플리넘(24)과 흐름이 이루어지게 되어 있다. 기체-액체 혼합물은 분리기(26)에서 분리되어 기체는 출구노즐(1)을 통하여 압력 용기(28)를 빠져나가고 액체는 인입냉각유체와 함께 재순환을 하기 위하여 압력용기(28)의 하부로 복귀한다.
제2도, 제3도 및 제4도는 종래 기술을 나타내는 기체-액체 분리(30)(디자인 A라 칭함)를 도시한 것이다. 기체-액체 혼합물은 플리넘(24)(제1도)으로부터 라이저(32)로 들어가 상단부가 폐쇄된 라이저(32)내를 수직상향으로 이동한다. 다수의 만곡아암(38)이 라이저(32)로 들어가 상단의 한평면에 방사상으로 배치되어 있으며 라이저와 함께 흐름이 이루어지게 되어 있다. 기체-액체 혼합물은 라이저(32)로부터 만곡아암(38)으로 들어가 보호판(shroud)(34)과 라이저(32) 사이에 형성된 환상부(annulus)(33)로 배출된다. 혼합물의 액상 및 기상은 원심작용에 의하여 만곡아암(38)과 환상부(33)내에서 분리된다. 보호판(34)은 라이저(32)로부터 방사상으로 일정한 간격을 두고 동심원을 이루고 있으며 분리된 기체의 배출을 위하여 상부가 개방되어 있다. 보호판(34)의 하단부에는 분리된 액체의 배출을 위한 수단이 설치되어 있다. 보호판(34)과 방사상으로 일정한 간격을 두고 동심원을 이루고 있는 것은 가상드럼(36)이다. 보호판(34)과 유사하게 가상드럼(36)은 분리된 기체의 배출을 위하여 상단부가 개방되어 있으며, 그 하단부에는 분리된 액체의 배출을 위한 수단이 결합되어 있다.
중요하게 관심이 두어지는 것은 만곡아암(38)이 라이저에 접촉하지만 라이저를 관통하여 설치되지 않았다는 것이다. 더욱 중요한 것은 만곡아암(38)이 동일한 수평면상에서 라이저(32)주위 둘레로 일정한 간격을 두고 있다는 것이다. 시험결과 디자인 A에는 바람직하지 못한 두가지의 특징이 나타났는데, 이들 바람직하지 못한 특징은 가상드럼(36)을 넘어 몰 누출이 있게 되고 수분의 높은 상향운반 수준에 관계없이 혼합물 흐름의 용량을 제한되게 하는 것이다.
제5도, 제6도 및 제7도는 공지기술을 개량한 기체-액체 분리기(이후 디자인B라 칭함)를 도시한 것이다.
기체-액체 혼합물은 플리넘(24)(제1도)으로부터 라이저(40)로 들어가 상단부가 폐쇄된 라이저(40)내를 수직상향으로 이동한다. 라이저(40)의 하단부분은 상단부분의 직경보다 적으며 이 하단부분은 절두-원추형 부분에 의하여 상단부분에 연결되어 있다. 이러한 구조는 최대드럼 용적을 이루어지게 하여 만곡아암(44)에 접근하는 라이저 혼합물 속도를 디자인 B에 유지시키면서 물의 수준의 변동을 조절할 수 있게 한다. 기체-액체 혼합물은 라이저(40)의 상부에 위치된 상측의 다수의 만곡아암(44)을 통하여 라이저(40)로부터 배출된다.
만곡아암(44)은 형태가 절두원환체(torus)와 유사하며, 장방형 단면을 갖고 있으며, 그의 양단부는 동일평면상에 있다. 만곡아암(44)은 라이저(40)내로 연장하고 있으며 라이저(40)와 가상드럼(42) 사이에 형성된 환상부(41)에서 종단되어 있다. 디자인 A의 보호판(34)은 배제되어 있다. 하측의 다수의 만곡아암이 상기 상측의 만곡아암 직하에 위치되어 그에 접촉되어 있다. 각각의 만곡아암의 가로 세로비, 즉 만곡아암 높이와 만곡아암 폭의 비는 약 3.6이다. 시험결과 상분리가 만곡아암내에서 그리고 가상드럼벽에서 일어나는 것으로 나타났다. 또한 이러한 시험결과 충분한 자유드럼부위(46)(제8도)는 분리된 기체가 만곡아암 부근으로부터 배기되어 나오도록 유지되어야 함을 보여주었다. 이는 만곡아암을 적층시키고 디자인 A의 보호판(34)(제2도)을 배제함으로서 달성되었다. 만곡아암(44)을 라이저(40)내로 연장시키면 몇가지 중요한 효과가 얻어진다. 시험결과 만곡아암내에서의 상분리는 평균아암의 반경(R)과 그의 협각(D)(제6도)의 적(積)을 최대로 하면서 가상드럼 공간에 대하여 아암을 적당히 유지시키므로서 증진됨을 보여주었다. 오목한 아암(라이저로 연장하는)을 사용하면 가상드럼의 직경을 동일하게 유지시키면서 RD를 증가시킬 수 있다. 또한 오옥한 아암의 부가적인 새로운 잇점은 아암으로부터의 흐름배출을 좋게 한다는 것이다. 기체-액체 혼합물의 흐름은 먼저 라이저(40)에서 수직상향으로 향하게 된다. 이 흐름의 방향은 라이저에서의 수직방향으로부터 만곡아암의 출구에서의 수평방향으로 기체-액체 분리기에서 변화되어야 한다. 디자인 A의 증기-물 시험은 아암(38)(제3도)으로부터 수직성분의 배출흐름을 보여주었는 바, 이는 기체-액체 분리기의 상부 위로 물이 누출되고 그에 따라 필연적으로 수분이 상향운반되는 원인이 되었다.
디자인 B에 대한 시험은 본 발명의 오목한 아암구조의 특징인 수평방향의 흐름배출과 감소된 수분상향운반을 보여주었다. 디자인 A에 비하여 디자인 B의 기체-액체 분리기의 또 다른 장점은 라이저와 아암을 통한 압력강하의 시험치에 의하여 나타났다. 제1도에 도시된 유형의 재순환 증기발생기에서 높은 순환비를 유지시키기 위하여는, 기체-액체 분리기에서 흐름에 대한 저항을 최소로 할 필요가 있다.
증기-물 시험은 동일한 증기흐름 상태에서 디가인 B에 대한 물 40인치의 압력손실에 비하여 디자인 A분리기에 있어서는 물 80인치의 압력손실을 보여주었는 바, 이는 주로 이미 발표된 라이저와 아암의 설계의 개량에 의하여 디장인B 분리기에서 허용가능한 혼합물 속도를 보다 낮게 할 수 있기 때문이다.
가상드럼(42)은 라이저(40)와 방사상으로 그 주위에 일정한 간격을 이루면서 동심원을 이루고 있다(제6도). 가상드럼(42)은 분리된 기체의 배출을 위하여 상단부가 개방되어 있으며 그 하단부에는 분리된 액체의 배출을 위한 수단이 설치되어 있다.
제9도는 디자인 A와 디자인 B 분리기에 대한 증기흐름 대 수분상향운반(중량%)의 시험결과의 도표를 나타낸 것으로 디자인 B 분리기의 용량이 보다 큼을 설명하고 있다. 0.25%의 수분상향운반치에 대하여, 디자인 A와 디자인 B 분리기의 증기용량은 각각 약 32.000lb/hr와 46.000lb/hr이다.
제10도는 전도율 측정에 의하여 표시한 것으로 디자인 A와 디자인B 분리기에 대한 가상드럼의 상부를 넘어 누출되는 물의 누출량을 설명한 것이다. 디자인 A 분리기에서는 모든 상태에서 가상드럼 위로 물이 누출되고 디자인 B 분리기에서는 단지 설계하중의 140% 이상에서만 물이 누출되었다.
제11도는 디자인 A와 디자인 B 분리기에 대한 증기흐름 대 증기하향운반(중량%)의 시험결과를 도표로 나타낸 것으로 본 발명의 개량된 성능 특성을 보여주고 있다. 증기하향운반은 유체밀도를 측정하기 위한 정지압력 탭(tap)을 사용하여 측정된 것이다. 종래 기술을 나타내는 디자인 A에서 정지압력탭은 보호판(34)과 가상드럼(36)(제3도)에 의하여 형성된 환상부에 위치되었다.
본 발명에서 탭은 라이저(40)와 가상드럼(42)(제5도) 사이의 환상부에서 하향운반량을 측정하였다. 시험결과 디자인 B에서는 설계흐름 제한치내에서 하향운반이 없었으나, 그에 반하여 디자인 A에서는 모든 흐름에서 하향운반이 있었음을 보여주었다.
요약하면, 종래기술의 분리기에 비하여 본 발명의 적층형의 오목한 아암 분리기는 용량의 증가, 증기의 하향운반 및 수분의 상향운반의 감소, 가상드럼 위로의 물누출의 실질적인 배제 및 분리기 압력손실의 현저한 감소를 가져왔다.

Claims (1)

  1. 원통형 드럼(42)을 유체의 이상(二相)흐름용 도관으로 작용하는 라이저(40)와 일정한 간격을 두고 동심상으로 수직배치하여 그 사이에 환상부(41)를 형성시키되, 드럼(42)의 하단부에는 분리된 액체의 배출수단을 또 그 상단부에는 분리된 기체의 배출수단을 형성시키고, 라이저(40)의 하단부는 기체-액체 혼합물을 도입하도록 개방시키고 그 상단부는 폐쇄시키고, 또 라이저(40)를 절두원추형 부분에 의하여 상호 연결된 상단부분과 하단부분으로 형성시키되 상단부분의 내경을 하단부분의 내경보다 크게 형성시켰으며, 상측의 다수의 만곡아암(44)을 라이저(40)의 상단부분에 방사상으로 배열시켜서 각 아암의 일측단부는 라이저(40)내료 연장되어 라이저(40)와 함께 흐름이 연통되게 하고, 타측단부는 유체의 배출을 위한 환상부(41)내로 연장시키고, 또 하측의 다수의 만곡아암(44)을 상측의 다수의 만곡아암(44)의 하측에 연접하여 설치하되, 이들 만곡아암의 양단부들 동일평면상에 위치시킨 것을 특징으로 하는 기체-액체 분리기.
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