KR20150087462A

KR20150087462A - 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치

Info

Publication number: KR20150087462A
Application number: KR1020140006985A
Authority: KR
Inventors: 김형남; 이상훈; 주경문; 허남용; 남민우; 박정진
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: KR101556102B1

Abstract

용접식 밀봉장치에서는 적용할 수 없는 상황에서도 사용 가능하도록 용접이 수반되지 않는 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치가 개시된다. 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치는 관판과 상기 관판에 끼워지는 전열관 간의 밀봉을 수행하는 것으로서, 상기 전열관의 내부에 삽입되어 전열관의 내경면에 지지되는 지지부와; 상기 전열관의 일 측으로 삽입되어 지지부에 결합되는 구속부; 및 상기 지지부와 구속부의 사이에 구비되어 구속부를 지지부에 결합 시 관판의 일면을 밀착하는 밀봉부를 포함하여 이루어진다. 따라서, 간단한 적용을 통해서 빠른 작업이 가능하고, 용접없이 기계적 체결력만을 이용하여 용접식 적용이 불가능한 경우에 사용이 가능하며, 열교환기에 영구변형을 일으키지 않아 제거 및 시공의 반복이 가능할 뿐 아니라, 밀봉성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치{Mechanical plugging equipment for heat exchanger tube}

본 발명은 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열교환기의 관막음 시 용접식 밀봉장치의 단점을 극복하기 위한 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 열교환기 전열관에 결함이 발생하여 관통되면 전열관을 경계로 전열관 내,외부의 유체가 서로 섞이게 되어 열교환 능력을 상실하게 된다. 이로 인해, 원자력발전소의 증기 발생기 및 기타 산업체 주요 열교환기의 경우 주기적으로 전열관의 비파괴검사를 수행하고 있다. 이와 같은 비파괴검사 결과, 허용치 이상의 마모, 부식 등의 전열관 열화가 발견되거나 누설이 탐지되면 해당 전열관은 플러그를 이용하여 전후단을 관막음하여 유체유입을 차단하게 된다.

상기 열교환기의 제작시에는 관판(Tube sheet)에 전열관을 끼우고 전열관을 확관하여 전열관과 관판 사이의 틈을 없앰으로써 밀봉을 유지하게 된다. 그러나, 전열관의 확관을 하더라도 전열관과 관판 사이에는 미세한 틈이 존재하므로, 열교환기는 확실한 밀봉을 위해서 전열관의 끝부분과 관판을 용접하여 밀봉하게 된다. 전열관과 관판이 동일 재질일 경우 쉽게 용접이 가능 하지만, 다른 재질일 경우 용접이 불가능하다.

일반적으로, 전열관은 스테인리스강(Stainless Steel)계열이며, 관판은 탄소강(Carbon Steel)을 사용하고 있다. 이런 경우에 관판 표면에 전열관과 같은 재질로 덧 입히는 클래딩(Cladding)을 하여 전열관과 관판 간의 용접성을 확보하게 된다.

종래에는, 전술한 구조로 이루어진 열교환기의 전열관이 손상되서 관막음을 하게 되면, 와인병의 코르크 마개와 같이 테이퍼진 스테인리스 계열 또는 구리 합금의 플러그를 전열관 내에 삽입하고, 전열관 끝단, 플러그, 전열관 주변 관판(클래딩부)을 용접으로 결속하는 용접식 플러그를 사용하고 있다.

하지만, 종래의 용접식 밀봉방법은 관막음 하고자 하는 전열관 주변 클래딩이 손상되어 용접성이 떨어진 경우, 제작시 관판에 클래딩을 안한 경우 등과 같은 상황에서는 적용할 수 없는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 용접식 관막음은 한번 시공하게 되면 복원이 불가능하므로, 관막음 후에 검사 등을 위하여 관막음 제거 작업이 예상되는 경우 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

(문헌 1) 일본공개특허공보 제2012-189230호(2012.10.04) (문헌 2) 일본공개특허공보 제1998-211537호(1998.08.11) (문헌 3) 일본등록특허공보 제2554695호(1996.08.22) (문헌 4) 일본공개특허공보 제1998-281676호(1998.10.23)

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 용접식 밀봉장치에서는 적용할 수 없는 상황에서도 사용 가능하도록 용접이 수반되지 않는 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치는 관판과 상기 관판에 끼워지는 전열관 간의 밀봉을 수행하는 것으로서, 상기 전열관의 내부에 삽입되어 전열관의 내경면에 지지되는 지지부와; 상기 전열관의 일 측으로 삽입되어 지지부에 결합되는 구속부; 및 상기 지지부와 구속부의 사이에 구비되어 구속부를 지지부에 결합 시 관판의 일면을 밀착하는 밀봉부를 포함하여 이루어진다.

상기에서, 지지부는: 상기 전열관의 내부에 삽입되며 내측에 제1 테이퍼가 형성된 테이퍼 유닛과; 상기 테이퍼 유닛의 내부에 삽입되며, 외측에 상기 제1 테이퍼와 대응되는 형상의 제2 테이퍼가 형성되고, 일 측에 나사산이 마련되어 상기 구속부를 삽입 체결시키는 체결공이 형성된 암나사 유닛으로 구성된다.

상기에서, 제1 테이퍼 및 제2 테이퍼는 상기 구속부를 향할수록 직경이 작아지도록 하향 경사지게 연장된다.

상기에서, 구속부는, 일 측에 나사산이 마련되어 지지부에 삽입 체결되는 단부와, 상기 단부의 반대 측에 단부의 직경보다 큰 직경으로 이루어져 밀봉부를 밀착하는 헤드부로 이루어진 볼트 유닛으로 구성된다.

상기 밀봉부는, 상기 구속부를 관통시키는 관통홀이 형성되어 상기 전열관의 내부로 삽입되는 몸체와, 상기 몸체의 외주면으로부터 측 방향으로 연장되어 상기 관판의 일면을 밀착하는 연장부로 구성된다.

상기에서, 연장부는 몸체의 측면으로부터 상부 방향으로 경사지게 연장 형성되며, 상기 구속부가 지지부에 결합 시 구속부의 가압에 의해 관판에 밀착되면서 수평으로 펴진다.

상기에서, 연장부의 상면에 요철부가 형성된다.

상기에서, 몸체의 외주면은 지지부를 향해 갈수록 직경이 작아지도록 상형 경사지게 연장된 경사면을 형성한다.

본 발명에 따른 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치는 간단한 적용을 통해서 빠른 작업이 가능하고, 용접없이 기계적 체결력만을 이용하여 용접식 적용이 불가능한 경우에 사용이 가능하며, 열교환기에 영구변형을 일으키지 않아 제거 및 시공의 반복이 가능할 뿐 아니라, 밀봉성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 열교환기의 전열관 구조를 도시한 단면도이고,
도 2는 도 1의 "A" 부위를 확대 도시한 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치가 조립된 상태를 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치의 지지부를 도시한 것이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치의 구속부 및 밀봉부(70)를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치의 결합 상태를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면에 따라서 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 열교환기의 전열관 구조를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 "A" 부위를 확대 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 통상의 열교환기의 제작 시 관판(3)에 전열관(1)을 끼우고, 관판(3)과 전열관(1) 간의 확실한 밀봉을 위해서 전열관(1)의 끝부분과 관판(3)을 용접하여 밀봉 용접부(5)를 형성한다. 이 경우, 상기 관판(3)의 표면에 전열관(1)과 같은 재질로 덧 입히는 클래딩(Cladding:7)을 하여 전열관(1)과 관판(3) 간의 용접성을 확보한다.

한편, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치가 조립된 상태를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치의 지지부를 도시한 것이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치의 구속부 및 밀봉부(70)를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치의 결합 상태를 도시한 것이다.

이하의 설명에서, 도 3의 좌우 방향이 "반경 방향"이고, 상하 방향이 "지지부와 구속부의 결합 방향"이다.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치는 관판(30)과 상기 관판(30)에 끼워지는 전열관(10) 간의 밀봉을 수행하는 것으로서, 지지부와, 구속부 및 밀봉부(70)를 포함하여 이루어진다.

지지부는 상기 전열관(10)의 내부에 삽입되어, 전열관(10)의 내경면에 지지되는 것으로서, 테이퍼 유닛(50)과, 암나사 유닛(40)으로 구성된다. 테이퍼 유닛(50)은 상하측이 관통된 관 형상으로 이루어져, 상기 전열관(10)의 내부에 삽입되며 내측에 제1 테이퍼(51)가 형성된다. 테이퍼 유닛(50)의 외주면(53)은 전열관(10)의 내벽에 밀착된다.

암나사 유닛(40)은 상기 테이퍼 유닛(50)의 내부에 삽입되며, 외측에 제1 테이퍼(51)와 대응되는 형상의 제2 테이퍼(41)가 형성된다. 암나사 유닛(40)의 일 측, 즉 하면에 체결공(43)이 요입 형성된다. 체결공(43)의 내경면에는 나사산이 마련되어, 구속부를 삽입 체결시킨다.

상기 제1 테이퍼(51) 및 제2 테이퍼(41)는 상기 구속부를 향할수록 직경이 작아지도록 하향 경사지게 연장된다.

구속부는 전열관(10)의 일 측으로 삽입되어, 지지부에 결합된다. 상기 구속부는 볼트 유닛(60)으로 구성된다. 상기 볼트 유닛(60)은 단부(61)와, 헤드부(63)로 구성된다. 단부(61)는 외주면에 나사산이 마련되어 지지부의 체결공(43)에 스크류 방식으로 삽입 체결된다. 헤드부(63)는 상기 단부(61)의 반대 측에 형성되는 것으로서, 단부(61)의 직경보다 큰 직경으로 이루어져 밀봉부(70)를 밀착한다.

밀봉부(70)는 상기 지지부와 구속부의 사이에 구비되어, 구속부를 지지부에 결합 시 관판(30)의 일면을 밀착한다. 상기 밀봉부(70)는 몸체와, 연장부(73)로 구성된다. 몸체는 구속부를 관통시키는 관통홀(71)이 형성되어, 전열관(10)의 내부로 삽입된다.

연장부(73)는 상기 몸체의 외주면으로부터 측 방향으로 연장되어, 관판(30)의 일면을 밀착한다. 상기 연장부(73)는 몸체의 측면으로부터 상부 방향으로 경사지게 연장 형성되며, 구속부가 지지부에 결합 시 구속부의 가압에 의해 관판(30)에 밀착되면서 수평으로 펴진다.

상기 연장부(73)의 상면에 요철부(75)이 형성되는 것이 바람직하다. 요철부(75)는 관판(30)의 하면에 밀착 시 밀착성을 향상시켜 기밀성을 향상시키는 기능을 한다.

상기 몸체의 외주면은 지지부를 향해 갈수록 직경이 작아지도록 상형 경사지게 연장된 경사면(77)을 형성한다. 경사면(77)은 밀봉부(70)가 전열관(10)의 내부로 삽입 시 전열관(10)의 내벽에 밀착되어 기밀성을 더욱 향상시킨다.

이와 같이 구성되는 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치는, 전열관(10) 내에 암나사 유닛(40)과 테이퍼 유닛(50)을 삽입하고, 암나사 유닛(40)을 하부 방향으로 당기면 테이퍼 유닛(50)과 암나사 유닛(40)이 접촉면의 테이퍼 각도에 의하여 테이퍼 유닛(50)은 전열관(10) 내벽 방향의 하중이 발생하게 되며, 테이퍼 유닛(50)이 전열관(10)의 내벽에 강력하게 지지하게 된다. 이와 같이, 암나사 유닛(40) 및 테이퍼 유닛(50)은 전열관(10) 내부에서 지지 역할을 수행한다.

지지부가 전열관(10) 내부에 견고하게 고정되면, 볼트 유닛(60)에 밀봉부(70)를 끼워 넣고 볼트 유닛(60)의 나사산이 있는 부분을 전열관(10)의 내부로 삽입하여 암나사 유닛(40)의 체결공(43)과 불트 유닛(60)의 숫나사 부위를 전열관(10)의 외부에서 체결이 가능하다.

이 경우, 지지부는 조임에 의하여 전열관(10) 내벽을 미는 힘이 더욱 강해져서 강력하게 지지가 이루어진다. 암나사 유닛(40)과 볼트 유닛(60) 간의 체결력이 커질수록, 볼트 유닛(60)에 끼어있는 밀봉부(70)는 관판(30)과의 접촉저항이 증가하여, 밀봉력을 극대화할 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10 : 전열관 30 : 관판
40 : 암나사 유닛 41 : 제2 테이퍼
43 : 체결공 50 : 테이퍼 유닛
51 : 제1 테이퍼 60 : 볼트 유닛
61 : 단부 63 : 헤드부
70 : 밀봉부 71 : 관통홀
73 : 연장부 75 : 요철부
77 : 경사면

Claims

관판(30)과 상기 관판(30)에 끼워지는 전열관(10) 간의 밀봉을 수행하는 것으로서,
상기 전열관(10)의 내부에 삽입되어 전열관(10)의 내경면에 지지되는 지지부와;
상기 전열관(10)의 일 측으로 삽입되어 지지부에 결합되는 구속부; 및
상기 지지부와 구속부의 사이에 구비되어 구속부를 지지부에 결합 시 관판(30)의 일면을 밀착하는 밀봉부(70)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치.
제1 항에 있어서,
상기 지지부는:
상기 전열관(10)의 내부에 삽입되며 내측에 제1 테이퍼(51)가 형성된 테이퍼 유닛(50)과;
상기 테이퍼 유닛(50)의 내부에 삽입되며, 외측에 상기 제1 테이퍼(51)와 대응되는 형상의 제2 테이퍼(41)가 형성되고, 일 측에 나사산이 마련되어 상기 구속부를 삽입 체결시키는 체결공(43)이 형성된 암나사 유닛(40)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치.
제2 항에 있어서,
상기 제1 테이퍼(51) 및 제2 테이퍼(41)는 상기 구속부를 향할수록 직경이 작아지도록 하향 경사지게 연장되는 것을 특징으로 하는 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치.
제1 항에 있어서,
상기 구속부는,
일 측에 나사산이 마련되어 지지부에 삽입 체결되는 단부(61)와, 상기 단부(61)의 반대 측에 단부(61)의 직경보다 큰 직경으로 이루어져 밀봉부(70)를 밀착하는 헤드부(63)로 이루어진 볼트 유닛(60)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치.
제1 항에 있어서,
상기 밀봉부(70)는,
상기 구속부를 관통시키는 관통홀(71)이 형성되어 상기 전열관(10)의 내부로 삽입되는 몸체와, 상기 몸체의 외주면으로부터 측 방향으로 연장되어 상기 관판(30)의 일면을 밀착하는 연장부(73)로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치.
제5 항에 있어서,
상기 연장부(73)는 몸체의 측면으로부터 상부 방향으로 경사지게 연장 형성되며, 상기 구속부가 지지부에 결합 시 구속부의 가압에 의해 관판(30)에 밀착되면서 수평으로 펴지는 것을 특징으로 하는 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치.
제5 항에 있어서,
상기 연장부(73)의 상면에 요철부(75)가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치.
제5 항에 있어서,
상기 몸체의 외주면은 지지부를 향해 갈수록 직경이 작아지도록 상형 경사지게 연장된 경사면(77)을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기 전열관의 기계식 관막음 장치.