TWI526663B - 蒸汽乾燥器的葉片結構、及蒸汽乾燥器的葉片的配置方法 - Google Patents

Description

蒸汽乾燥器的葉片結構、及蒸汽乾燥器的葉片的配置方法

本發明相關於用於核子反應器的水分分離器(moisture separator)的葉片結構。

圖1為傳統的反應器壓力容器(reactor pressure vessel)的剖面側視圖。參考圖1，多個蒸汽乾燥器102及多個蒸汽分離器104被配置在反應器壓力容器100內，以將水液滴從流出反應器核心106的濕蒸汽移除。結果，濕蒸汽被分離成為乾蒸汽及液體水。初始的蒸汽分離發生在蒸汽分離器104內，而其餘的蒸汽分離發生在蒸汽乾燥器102內。乾蒸汽使其所有的水分子處於氣體狀態。相較之下，濕蒸汽含有懸浮的水液滴，其(於高速時)可能會侵蝕蒸汽渦輪機(steam turbine)的葉片。因此，乾蒸汽被饋送至渦輪機(未顯示)，而液體水被再循環至反應器核心106。

圖2為圖1的反應器壓力容器的切開的部份立體圖，顯示反應器壓力容器內的傳統的筆直蒸汽乾燥器。參考圖2，筆直蒸汽乾燥器102的每一個具有伸長狀本體，並且被平行配置。濕蒸汽從下方進入蒸汽乾燥器102，並且經由每一個蒸汽乾燥器102的直立蒸汽出口表面成為乾蒸汽離開。蒸汽乾燥器102被定向成為使得蒸汽出口表面面向反應器壓力容器100的中心。

圖3為圖1及2所示的傳統的筆直蒸汽乾燥器中的一個的切開的立體圖。參考圖3，蒸汽乾燥器102在其伸長狀本體的一側具有傾斜機罩(hood)130，且在其伸長狀本體的另一側具有直立蒸汽出口表面。多個波紋板134被配置在蒸汽乾燥器102內，以在波紋板134之間形成蒸汽通道。波紋板134被對準排列，以使彼此互相平行而同時垂直於蒸汽乾燥器102的伸長狀本體的縱向軸線。多孔板132也被設置在蒸汽乾燥器102的機罩側及蒸汽出口側，以分別防護蒸汽通道的入口及出口。

在核子反應器的操作期間，濕蒸汽從下方進入蒸汽乾燥器102。濕蒸汽在一開始是在蒸汽乾燥器102的機罩130的下方向上移動，並且通過多孔板132而至蒸汽通道內。由於波紋板134，濕蒸汽的流動方向隨著其行進通過蒸汽通道會改變極多次。在蒸汽通道內的此極多次的方向改變對於濕蒸汽中的較重的水液滴而言成為障礙。結果，乾蒸汽離開蒸汽通道且通過蒸汽乾燥器102的蒸汽出口表面的多孔板。但是，傳統的筆直蒸汽乾燥器具有低的固有頻率(natural frequency)，並且易於由於由系統中的激發源(excitation source)所造成的疲勞而破裂。

根據本發明的例示性實施例的蒸汽乾燥器的葉片結構可包含以繞一中心線且與此中心線間隔開的放射狀圖型(radial pattern)被配置的多個主葉片，此多個主葉片的每一個為具有交替的主凸脊及主溝槽的主波紋片，並且相鄰的主葉片界定蜿蜒的流動路徑，而此流動路徑具有相對於中心線的入口及出口。

根據本發明的例示性實施例的蒸汽乾燥器的葉片的配置方法可包含將多個主葉片以繞一中心線且與此中心線間隔開的放射狀圖型(radial pattern)配置，此多個主葉片的每一個為具有交替的主凸脊及主溝槽的主波紋片，並且相鄰的主葉片界定蜿蜒的流動路徑，而此流動路徑具有相對於中心線的入口及出口。

此處的非限制性實施例的特徵及有利點在檢閱連同所附的圖式的詳細敘述時會更為顯明。所附的圖式只是被提供用於舉例說明的目的，且不應被解讀為限制申請專利範圍請求項的範圍。除非明白地表示，否則所附的圖式不應被視為照比例繪製。為清晰的目的，圖式的各種不同的尺寸可能已被誇大。

應瞭解當一元件或層被稱為在另一元件或層「之上」或「連接於」、「耦接於」、或「覆蓋」另一元件或層時，此元件或層可能是直接在另一元件或層之上或直接連接於、耦接於、或覆蓋另一元件或層，或是二者之間可能有中介元件或層。相反的，當一元件被稱為「直接在」另一元件或層「之上」或「直接連接於」或「直接耦接於」另一元件或層時，二者之間就不存在有任何中介元件或層。相同的數字在整個說明書中指示相同的元件。此處所使用的術語「及/或」包含相關聯的所列事項中的一或多個的任何及全部的組合。

應瞭解雖然術語「第一」、「第二」、「第三」等可能在此處被使用來敘述不同的元件、組件、區域、層、及/或區段，但是這些元件、組件、區域、層、及/或區段不應被這些術語限制。這些術語只是被用來將一個元件、組件、區域、層、或區段與另一個元件、組件、區域、層、或區段作區別。因此，在不離開例示性實施例的教示下，以下所討論的第一元件、組件、區域、層、或區段也可用第二元件、組件、區域、層、或區段來稱呼。

空間上的相對術語(例如「底下」、「下方」、「較低」、「上方」、「較高」、及類似者)可能在此處被使用以易於描述如在圖中所示的一個元件或特徵與其他元件或特徵的關係。應瞭解空間上的相對術語係意欲用來在除了圖中所示的定向外還涵蓋裝置在使用或操作中的不同定向。舉例而言，如果圖中的裝置被翻轉，則被敘述成為在其他元件或特徵的「下方」或「底下」的元件屆時會被定向成為在其他元件或特徵的「上方」。因此，術語「下方」可能涵蓋上方及下方的兩個定向。裝置也可能有其他定向(例如旋轉90度或於其他定向)，因而此處所用的空間上的相對描述術語應據此被解讀。

此處所用的術語只是用於描述各種不同實施例的目的，而不應成為例示性實施例的限制。此處所用的單數形式的冠詞「一」、「此」、及「該」也意欲用來包含複數形式，除非上下文清楚地表示並非如此。應進一步瞭解此說明書中所用的術語「包含」及/或「包括」係明確界定所述的特徵、數字、步驟、操作、元件、及/或組件的存在，但是並不排除一或多個其他特徵、數字、步驟、操作、元件、組件、及/或其群類的存在或附加。

例示性的實施例在此處是參考示意地顯示例示性實施例的理想化實施例(及中間結構)的剖面圖式而被敘述。因此，可以預期會有由於例如製造技術及/或公差的結果所造成的圖中的形狀的變化。因此，例示性實施例不應被解讀為被限制於此處所示的區域的形狀，而應包含導因於例如製造的形狀上的偏差。舉例而言，顯示為矩形的植入區域典型上會有圓角或曲線狀的特徵，及/或在其邊緣處的植入濃度的梯度，而非只是從植入區域至未植入區域的二元變化。同樣地，由植入所形成的埋入區域(buried region)可能導致在埋入區域與植入表面(植入經由此表面而發生)之間的區域有一些植入。因此，圖中所示的區域在本質上為示意性質，並且其形狀並非意欲要顯示裝置的區域的實際形狀，且並非意欲要限制例示性實施例的範圍。

除非另外定義，否則此處所使用的所有術語(包括技術及科學術語)具有如例示性實施例所屬技術領域中具有通常知識者所普遍瞭解的相同意義。應進一步瞭解術語(包括在一般使用的字典中所定義的術語)應被解讀為具有與其在相關技術的上下文中的意思一致的意思，而不應被解讀為理想化或過度形式化的意涵，除非是明白地如此定義。

圓形乾燥器由於較為強固的圓形設計而具有與傳統的筆直乾燥器相比較高的固有頻率。結果，圓形乾燥器與傳統的筆直乾燥器相比對於破裂有較高的阻抗。多個圓形乾燥器可被同心地配置而形成用於反應器壓力容器的乾燥器組(dryer bank)。

圖4為根據本發明的例示性實施例的圓形蒸汽乾燥器的立體圖。參考圖4，圓形蒸汽乾燥器402具有環狀本體，而環狀本體具有成為乾燥器的外側壁的傾斜機罩430、及成為乾燥器的內側壁的多孔板432。多個乾燥器葉片可被配置在圓形蒸汽乾燥器402內(在機罩430與多孔板432之間)，以便利乾蒸汽的輸出。雖然機罩430的表面在圖4中顯示成為傾斜狀，但是應瞭解也可能有其他的實施例。舉例而言，機罩430的表面可被直立地設置。

如圖4所示，多個圓形蒸汽乾燥器可繞一中心線C被同心地配置而形成蒸汽乾燥器組。因此，內側的圓形蒸汽乾燥器會比外側的圓形蒸汽乾燥器小，以容許同心配置。

在蒸汽乾燥器組的操作期間，濕蒸汽從下方進入個別圓形蒸汽乾燥器。例如，關於圓形蒸汽乾燥器402，濕蒸汽在一開始是在機罩430的下方向上升高，且行進通過在圓形蒸汽乾燥器402內的乾燥器葉片(未顯示)。水液滴在濕蒸汽行進通過乾燥器葉片(未顯示)時從濕蒸汽被移除。結果，乾蒸汽離開乾燥器葉片(未顯示)，並且朝向蒸汽乾燥器組的中心線C而通過圓形蒸汽乾燥器402的多孔板432。

圖5為根據本發明的例示性實施例的另一圓形蒸汽乾燥器的立體圖。參考圖5，圓形蒸汽乾燥器502具有環狀本體，而環狀本體具有成為乾燥器的內側壁的機罩530、及成為乾燥器的外側壁的多孔板532。多個乾燥器葉片可被配置在圓形蒸汽乾燥器502內(在機罩530與多孔板532之間)，以便利乾蒸汽的輸出。

如圖5所示，多個圓形蒸汽乾燥器可繞一中心線C被同心地配置而形成蒸汽乾燥器組。因此，內側的圓形蒸汽乾燥器會比外側的圓形蒸汽乾燥器小，以容許同心配置。

在蒸汽乾燥器組的操作期間，濕蒸汽從下方進入個別圓形蒸汽乾燥器。例如，關於圓形蒸汽乾燥器502，濕蒸汽在一開始是在機罩530的下方向上升高，且行進通過在圓形蒸汽乾燥器502內的乾燥器葉片(未顯示)。水液滴在濕蒸汽行進通過乾燥器葉片(未顯示)時從濕蒸汽被移除。結果，乾蒸汽離開乾燥器葉片(未顯示)，並且背對蒸汽乾燥器組的中心線C而通過圓形蒸汽乾燥器502的多孔板532。

雖然圓形蒸汽乾燥器在圖4及5中被顯示成為具有相同的高度，但是應瞭解也可有其他的實施例。舉例而言，圓形蒸汽乾燥器的高度可隨著朝向蒸汽乾燥器組的中心線C的距離的減小而增加。相反地，圓形蒸汽乾燥器的高度可隨著朝向蒸汽乾燥器組的中心線C的距離的減小而減小。

圖6為根據本發明的例示性實施例的蒸汽乾燥器的乾燥器葉片的分解平面圖。參考圖6，乾燥器葉片包含主葉片(primary vane)602及多個副葉片(secondary vane)604。主葉片602為具有交替的主凸脊602R及主溝槽602F的主波紋片。類似地，副葉片604的每一個為具有副凸脊604R及相應的副溝槽604F(但是可選擇性地設置多個副凸脊及副溝槽)的副波紋片。主及副波紋片可由合適的材料(例如不銹鋼)形成。雖然在圖6中未顯示，但是所述的多個副葉片604可附加(例如熔接)於主葉片602。多個乾燥器葉片可用合適的組態被配置而用在蒸汽乾燥器中。

圖7為用於圖4的蒸汽乾燥器的葉片結構或組態的部份平面圖。參考圖7，葉片結構包含以繞中心線C且與中心線C間隔開的放射狀圖型被配置的多個主葉片602。此葉片結構可被定位在圖4的圓形蒸汽乾燥器402的環狀本體內。

主葉片602的每一個為具有交替的主凸脊及主溝槽的主波紋片(例如不銹鋼)。結果，相鄰的主葉片602會界定具有入口606及出口608的蜿蜒的流動路徑。如圖7所示，流動路徑的截面面積從入口606至出口608減小，其中出口608係在離開中心線C與入口606相比較小的徑向距離處。

或者，主葉片602可被操縱以補償葉片結構的徑向會聚，以對流動路徑達成從入口606至出口608的相當恆定的截面面積。舉例而言，主葉片602可被操縱成使得主葉片602的每一個主溝槽的角度從流動路徑的入口606至出口608增加，其中出口608係在離開中心線C與入口606相比較小的徑向距離處。

多個副葉片604可被附加(例如熔接)於主葉片602，其中副葉片604延伸至由相鄰的主葉片602所界定的流動路徑內。副葉片604的每一個為具有與副凸脊604R相關聯的第一表面及與相應的副溝槽604F相關聯的相反的第二表面的副波紋片(例如不銹鋼)，其中第二表面聯接於主葉片602的主凸脊602R，使得副凸脊604R在與主凸脊602R以一偏移距離間隔開之下被定向於與主凸脊602R相同的方向。上述的偏移距離可從流動路徑的入口606至出口608減小，其中出口608係在離開中心線C與入口606相比較小的徑向距離處。

由於蜿蜒的流動路徑，濕蒸汽的流動方向隨著其行進通過此葉片結構會改變極多次。在葉片結構內的此極多次的方向改變對於濕蒸汽中的較重的水液滴而言成為障礙。結果，乾蒸汽離開葉片結構且通過圖4的蒸汽乾燥器402的多孔板432。

圖8為用於圖5的蒸汽乾燥器的葉片結構的部份平面圖。參考圖8，葉片結構包含附加有多個副葉片604的多個主葉片602。主葉片602以繞中心線C且與中心線C間隔開的放射狀圖型被配置。此葉片結構可被定位在圖5的圓形蒸汽乾燥器502的環狀本體內。

主葉片602及副葉片604可為以上與圖7一起敘述者。但是，由相鄰的主葉片602所界定的流動路徑的特性可與圖7所示者不同，至少是由於圖8的葉片結構係與圖5的圓形蒸汽乾燥器502一起使用。如圖8所示，葉片結構成為使得流動路徑的截面面積從入口606至出口608增加，其中出口608係在離開中心線C與入口606相比較大的徑向距離處。副葉片604的副凸脊與主葉片602的主凸脊之間的偏移距離也可從流動路徑的入口606至出口608增加，其中出口608係在離開中心線C與入口606相比較大的徑向距離處。

或者，主葉片602可被操縱以補償葉片結構的徑向會聚，以對流動路徑達成從入口606至出口608的相當恆定的截面面積。舉例而言，主葉片602可被操縱成使得主葉片602的每一個主溝槽的角度從流動路徑的入口606至出口608減小，其中出口608係在離開中心線C與入口606相比較大的徑向距離處。

圖9為用於圖4的蒸汽乾燥器的另一葉片結構的部份平面圖。參考圖9，葉片結構包含附加有多個副葉片604的多個主葉片602。主葉片602以繞中心線C且與中心線C間隔開的放射狀圖型被配置。此葉片結構可被定位在圖4的圓形蒸汽乾燥器402的環狀本體內。

主葉片602及副葉片604可為以上與圖7一起敘述者。但是，不像圖7，圖9的主葉片602的厚度從流動路徑的入口606至出口608減小，其中出口608係在離開中心線C與入口606相比較小的徑向距離處。因為主葉片602的逐漸減小的厚度補償葉片結構的徑向會聚，所以流動路徑的截面面積從入口606至出口608維持相當恆定。

圖10為用於圖5的蒸汽乾燥器的另一葉片結構的部份平面圖。參考圖10，葉片結構包含附加有多個副葉片604的多個主葉片602。主葉片602以繞中心線C且與中心線C間隔開的放射狀圖型被配置。此葉片結構可被定位在圖5的圓形蒸汽乾燥器502的環狀本體內。

主葉片602及副葉片604可為以上與圖7一起敘述者，而葉片結構可類似於圖8所示者。但是，不像圖8，圖10的主葉片602的厚度從流動路徑的入口606至出口608增加，其中出口608係在離開中心線C與入口606相比較大的徑向距離處。因為主葉片602的逐漸增加的厚度補償葉片結構的徑向會聚，所以流動路徑的截面面積從入口606至出口608維持相當恆定。

根據本發明的例示性實施例的蒸汽乾燥器的葉片的配置方法可包含將多個主葉片以繞一中心線且與此中心線間隔開的放射狀圖型配置。此多個主葉片的每一個為具有交替的主凸脊及主溝槽的主波紋片。結果，相鄰的主葉片界定蜿蜒的流動路徑，而此流動路徑具有相對於中心線的入口及出口。

流動路徑的截面面積可從入口至出口有變化(例如增加、減小)。另外，主葉片的厚度可從流動路徑的入口至出口有變化(例如增加、減小)。另外，主葉片的每一個主溝槽的角度可從流動路徑的入口至出口有變化(例如增加、減小)。流動路徑截面面積、主葉片厚度、及主溝槽角度的變化可被分開地實施或組合地實施。

多個副葉片也可被附加於主葉片成為使得副葉片延伸至由相鄰的主葉片所界定的流動路徑內。副葉片的每一個為具有與副凸脊相關聯的第一表面及與相應的副溝槽相關聯的相反的第二表面的副波紋片。副葉片的第二表面可聯接於主葉片的主凸脊，使得副凸脊在與主凸脊以一偏移距離間隔開之下被定向於與主凸脊相同的方向。此偏移距離可從流動路徑的入口至出口有變化(例如增加、減小)。

雖然此處已揭示數個例示性實施例，但是應瞭解也可有其他的變化。舉例而言，雖然以上的例子係就圓形乾燥器而進行討論，但是應瞭解此處的教示也可應用於筆直乾燥器。此種變化不應被視為離開本揭示的精神及範圍，並且所有對於熟習此項技術者而言顯而易知的修改係意欲被包含在附隨的申請專利範圍請求項的範圍內。

100．．．反應器壓力容器

102．．．蒸汽乾燥器

104．．．蒸汽分離器

106．．．反應器核心

130．．．機罩

132．．．多孔板

134．．．波紋板

402．．．圓形蒸汽乾燥器

430．．．機罩

432．．．多孔板

502．．．圓形蒸汽乾燥器

530．．．機罩

532．．．多孔板

602．．．主葉片

602F．．．主溝槽

602R．．．主凸脊

604．．．副葉片

604F．．．副溝槽

604R．．．副凸脊

606．．．入口

608．．．出口

C．．．中心線

圖1為傳統的反應器壓力容器的剖面側視圖。

圖2為圖1的反應器壓力容器的切開的部份立體圖，顯示反應器壓力容器內的傳統的筆直蒸汽乾燥器。

圖3為圖1及2所示的傳統的筆直蒸汽乾燥器中的一個的切開的立體圖。

圖4為根據本發明的例示性實施例的圓形蒸汽乾燥器的立體圖。

圖5為根據本發明的例示性實施例的另一圓形蒸汽乾燥器的立體圖。

圖6為根據本發明的例示性實施例的蒸汽乾燥器的乾燥器葉片的分解平面圖。

圖7為用於圖4的蒸汽乾燥器的葉片結構的部份平面圖。

圖8為用於圖5的蒸汽乾燥器的葉片結構的部份平面圖。

圖9為用於圖4的蒸汽乾燥器的另一葉片結構的部份平面圖。

圖10為用於圖5的蒸汽乾燥器的另一葉片結構的部份平面圖。

602．．．主葉片

604．．．副葉片

606．．．入口

608．．．出口

Claims (17)

1. 一種蒸汽乾燥器的葉片結構，包含：多個主葉片，其以繞一中心線的放射狀圖型被配置，該多個主葉片與該中心線間隔開，該多個主葉片的每一個為具有交替的主凸脊及主溝槽的主波紋片，並且相鄰的主葉片界定蜿蜒的流動路徑，該流動路徑具有相對於該中心線的入口及出口；及多個副葉片，其被附加於該主葉片，該副葉片延伸至由相鄰的主葉片所界定的流動路徑內，其中該副葉片的每一個為具有與副凸脊相關聯的第一表面及與相應的副溝槽相關聯的相反的第二表面的副波紋片，該第二表面聯接於主葉片的主凸脊，使得該副凸脊在與該主凸脊以一偏移距離間隔開之下被定向於與該主凸脊相同的方向，且其中該偏移距離從該流動路徑的該入口至該出口有變化。
2. 如申請專利範圍第1項所述的蒸汽乾燥器的葉片結構，其中該流動路徑的截面面積從該入口至該出口減小，該出口係在離開該中心線與該入口相比較小的徑向距離處。
3. 如申請專利範圍第1項所述的蒸汽乾燥器的葉片結構，其中該流動路徑的截面面積從該入口至該出口增加，該出口係在離開該中心線與該入口相比較大的徑向距離處。
4. 如申請專利範圍第1項所述的蒸汽乾燥器的葉片 結構，其中該主葉片的厚度從該流動路徑的該入口至該出口減小，該出口係在離開該中心線與該入口相比較小的徑向距離處。
5. 如申請專利範圍第1項所述的蒸汽乾燥器的葉片結構，其中該主葉片的厚度從該流動路徑的該入口至該出口增加，該出口係在離開該中心線與該入口相比較大的徑向距離處。
6. 如申請專利範圍第1項所述的蒸汽乾燥器的葉片結構，其中該主葉片的每一個主溝槽的角度從該流動路徑的該入口至該出口增加，該出口係在離開該中心線與該入口相比較小的徑向距離處。
7. 如申請專利範圍第1項所述的蒸汽乾燥器的葉片結構，其中該主葉片的每一個主溝槽的角度從該流動路徑的該入口至該出口減小，該出口係在離開該中心線與該入口相比較大的徑向距離處。
8. 如申請專利範圍第1項所述的蒸汽乾燥器的葉片結構，其中該偏移距離從該流動路徑的該入口至該出口減小，該出口係在離開該中心線與該入口相比較小的徑向距離處。
9. 如申請專利範圍第1項所述的蒸汽乾燥器的葉片結構，其中該偏移距離從該流動路徑的該入口至該出口增加，該出口係在離開該中心線與該入口相比較大的徑向距離處。
10. 一種蒸汽乾燥器的葉片的配置方法，包含： 將多個主葉片以繞一中心線的放射狀圖型配置，該多個主葉片與該中心線間隔開，該多個主葉片的每一個為具有交替的主凸脊及主溝槽的主波紋片，並且相鄰的主葉片界定蜿蜒的流動路徑，該流動路徑具有相對於該中心線的入口及出口；及將多個副葉片附加於該主葉片，使得該副葉片延伸至由相鄰的主葉片所界定的流動路徑內，該副葉片的每一個為具有與副凸脊相關聯的第一表面及與相應的副溝槽相關聯的相反的第二表面的副波紋片，該第二表面聯接於主葉片的主凸脊，使得該副凸脊在與該主凸脊以一偏移距離間隔開之下被定向於與該主凸脊相同的方向，且其中該偏移距離從該流動路徑的該入口至該出口有變化。
11. 如申請專利範圍第10項所述的蒸汽乾燥器的葉片的配置方法，另外包含：使該流動路徑的截面面積從該入口至該出口有變化。
12. 如申請專利範圍第10項所述的蒸汽乾燥器的葉片的配置方法，另外包含：將該主葉片的厚度從該流動路徑的該入口至該出口減小，該出口係在離開該中心線與該入口相比較小的徑向距離處。
13. 如申請專利範圍第10項所述的蒸汽乾燥器的葉片的配置方法，另外包含：將該主葉片的厚度從該流動路徑的該入口至該出口增加，該出口係在離開該中心線與該入口相比較大的徑向距 離處。
14. 如申請專利範圍第10項所述的蒸汽乾燥器的葉片的配置方法，另外包含：將該主葉片的每一個主溝槽的角度從該流動路徑的該入口至該出口增加，該出口係在離開該中心線與該入口相比較小的徑向距離處。
15. 如申請專利範圍第10項所述的蒸汽乾燥器的葉片的配置方法，另外包含：將該主葉片的每一個主溝槽的角度從該流動路徑的該入口至該出口減小，該出口係在離開該中心線與該入口相比較大的徑向距離處。
16. 如申請專利範圍第10項所述的蒸汽乾燥器的葉片的配置方法，另外包含：將該偏移距離從該流動路徑的該入口至該出口減小，該出口係在離開該中心線與該入口相比較小的徑向距離處。
17. 如申請專利範圍第10項所述的蒸汽乾燥器的葉片的配置方法，另外包含：將該偏移距離從該流動路徑的該入口至該出口增加，該出口係在離開該中心線與該入口相比較大的徑向距離處。