KR101482676B1 - 광범위한 작동 온도에 대한 관류형 수직 증발기 - Google Patents

광범위한 작동 온도에 대한 관류형 수직 증발기 Download PDF

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Abstract

증기 발생을 위한 증발기(100)가 제공된다. 증발기(100)는 복수의 1차 증발기 스테이지(110) 및 2차 증발기 스테이지(150)를 포함한다. 각각의 1차 스테이지(110)는 열교환 튜브(120, 160)의 하나 이상의 1차 어레이, 어레이(120, 160)에 결합된 출구 매니폴드(135) 및 매니폴드(135)에 결합된 하강관(137)을 포함한다. 1차 어레이(120)의 각각은 유체를 수용하기 위한 입구를 갖고 증발기(110)를 통한 가스의 유동에 횡방향으로 배열된다. 가스는 어레이(120, 160)를 통해 유동하는 유체를 가열하여 2상 유동을 형성한다. 출구 매니폴드(135)는 어레이(120, 160)로부터 2상 유동을 수용하고, 하강관(137)은 1차 스테이지 유동의 성분으로서 유동을 분배한다. 복수의 1차 증발기 스테이지(110) 중 하나 이상은 2상 유동의 각각의 성분으로부터 1차 스테이지 유동을 선택적으로 형성하고, 2차 증발기 스테이지(150)의 입구에 1차 스테이지 유동을 제공한다.

Description

광범위한 작동 온도에 대한 관류형 수직 증발기{ONCE-THROUGH VERTICAL EVAPORATORS FOR WIDE RANGE OF OPERATING TEMPERATURES}
본 발명은 일반적으로 관류형 증발기(once-through evaporator)에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 광범위한 작동 조건에 걸쳐 향상된 신뢰성 및 성능을 위해 유동 불안정성을 최소화하는 관류형 증발기에 관한 것이다.
일반적으로 말하면, 관류 증발기 기술은 예를 들어 증기 발생 시스템과 같은 발생 시스템 내에 이용될 수 있고, 다수의 열교환 섹션 또는 스테이지를 포함할 수 있다. 통상적으로, 2개의 열교환 스테이지가 존재한다. 제 1 또는 1차 증발기 스테이지에서, 예를 들어 공급수와 같은 유체가 부분적으로 증발되어 증기/물 혼합물을 생성한다. 제 2 또는 2차 증발기 스테이지에서, 유체는 건조 상태로 더 증발되고 증기는 과열된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 관류형 증발기(10)는 열교환 스테이지, 예를 들어 열교환 튜브(22, 32)의 평행 어레이를 각각 포함하는 1차 증발기 스테이지(20) 및 2차 증발기 스테이지(30)를 포함한다. 튜브(22, 32)의 내부 부분 내의 질량 유량은 부력, 예를 들어 튜브 내의 유체로의 열전달에 의해 유도된 밀도차에 의해 제어되어, 질량 유량이 튜브(22, 32)의 어레이 내의 각각의 개별 튜브에 입력된 열에 비례하게 된다. 일 유형의 증발기는 개별 튜브 번들의 순차적인 어레이로서 배열된 수직 튜브를 사용한다. 하프(harp)라 또한 칭하는 각각의 튜브 번들[예를 들어, 도 1의 번들(32A)]은 고온 가스(40)(예를 들어, 연도 가스)의 유동에 횡방향인 튜브의 하나 이상의 열을 갖는다. 개별 하프(32A)는 하류측 하프[예를 들어, 하프(32B)]가 상류측 하프(32A)보다 낮은 온도의 가스로부터 열을 흡수하도록 가스 유동의 방향에 배열된다. 이 방식으로, 가스 유동의 방향에서 각각의 하프에 의해 흡수된 열은 상류측 하프에 의해 흡수된 열보다 작다.
도 1에 도시된 바와 같이, 1차 증발기 스테이지(20)[예를 들어, 튜브(22)의 어레이]는 입구 매니폴드(24)에서 유체(12)(예를 들어, 공급수)를 수용하고, 1차 증발기 스테이지(22)의 출구 매니폴드(26)로부터 건조 및 과열이 발생하는 2차 증발기 스테이지(30)[예를 들어, 튜브(32)의 어레이]로 물/증기 혼합물(14)(예를 들어, 2상 유동)을 분배한다. 2차 증발기 스테이지(30)는 2차 증발기 스테이지(30)의 하프 번들의 각각에 하나 이상의 입구인 복수의 입구(34)를 포함한다. 이와 같이, 2상 유동(14)은 2차 스테이지(30)의 각각의 분기, 예를 들어 하프(32A, 32B) 및 이들 사이에 배치된 하프를 통해 통과된다.
작동 경험은 유동 불안정성이 1차 증발기 스테이지(20)에서 발생할 수 있고, 이는 2차 증발기 스테이지(30)의 튜브(32) 내의 변동하는 온도를 유도할 수 있다는 것을 나타내고 있다. 변동하는 온도는 튜브 내에 변동하는 열 응력을 유도할 수 있고, 예를 들어 튜브 균열과 같은 다양한 튜브 고장을 야기할 수 있다. 1차 증발기 스테이지 내의 유동 불안정성을 최소화하기 위한 기술이 알려져 있다. 예를 들어, 튜브(22)의 어레이 내의 개별 하프를 가로지르는 압력 강하를 증가함으로써, 일반적으로 부력에 의해 제어될 것인 유량이 극복될 수 있다는 것이 알려져 있다. 이용된 기술은 튜브(22)의 각각의 열의 입구 내에 오리피스를 설치하거나 입구 또는 튜브 자체의 내경을 감소시키는 것을 포함한다.
계산은 1차 증발기 내의 튜브의 각각의 열에 대한 저항의 상이한 분포가 작동 조건의 범위에 걸쳐 안정성을 유지하는 것을 나타내고 있다. 그러나, 이는 소정의 1차 증발기 구성에 대해 안정한 작동 범위를 제한한다. 예를 들어, 최대 부하 조건에서 안정성을 제공하도록 설계된 오리피스의 세트는 부분 부하 작동에서 효율적이지 않을 수도 있다. 이와 같이, 불안정성은 부분 부하에서 작동 중에 발생할 수도 있다. 더욱이, 낮은 부하에서 증발기의 작동을 제한할 수 있는 부가의 문제점은 낮은 질량 유량에서, 하강관(downcomer), 예를 들어 1차 증발기 스테이지(20)의 출구 매니폴드(26)로부터 2차 증발기 스테이지(30)로 2상 유동(14)을 통과시키는 도 1의 도관(28) 내의 속도가 출구 매니폴드(26)로부터 아래로 이격하여 증기 기포를 전달하기에 너무 낮게 될 수 있다는 것이다. 그 결과, 하강관[도관(28)]의 상부 부분 및/또는 1차 증발기 출구 매니폴드(26) 중 하나 또는 모두에 증기의 축적이 있을 수 있다. 증기의 축적은 부가의 유동 불안정성을 유도할 수도 있다.
따라서, 튜브 고장을 최소화하기 위해 그로부터 발생할 수 있는 유동 불안정성 및 변동하는 열 응력을 완화하기 위한 시스템 및 방법을 개발하는 요구가 존재한다.
본 명세서에 예시된 양태에 따르면, 증기 발생용 증발기가 제공된다. 증발기는 복수의 1차 증발기 스테이지 및 2차 증발기 스테이지를 포함한다. 복수의 1차 증발기 스테이지의 각각은 열전달 튜브의 하나 이상의 1차 어레이, 튜브의 하나 이상의 1차 어레이에 결합된 출구 매니폴드 및 출구 매니폴드에 결합된 하강관을 포함한다. 튜브의 1차 어레이의 각각은 유체를 수용하기 위한 입구를 갖고 증발기를 통한 가스의 유동에 횡방향으로 배열된다. 가스의 유동은 튜브의 1차 어레이를 통해 유동하는 유체를 가열하여 2상 유동을 형성한다. 출구 매니폴드는 튜브의 1차 어레이로부터 2상 유동을 수용한다. 하강관은 1차 스테이지 유동의 성분으로서 출구 매니폴드로부터 2상 유동을 분배한다. 복수의 1차 증발기 스테이지 중 하나 이상은 2상 유동의 각각의 성분으로부터 1차 스테이지 유동을 선택적으로 형성하고, 2차 증발기 스테이지에 1차 스테이지 유동을 제공한다. 2차 증발기 스테이지는 열전달 튜브의 하나 이상의 2차 어레이를 포함한다. 튜브의 2차 어레이의 각각은 입구에 결합되고 증발기를 통한 가스의 유동에 횡방향으로 배열된다.
일 실시예에서, 튜브의 2차 어레이의 각각의 입구는 1차 스테이지 유동이 튜브의 2차 어레이의 모두를 가로질러 평행하게 수용되도록 튜브의 2차 어레이의 모두에 대한 공통 입구로 구성된다. 다른 실시예에서, 튜브의 2차 어레이의 각각의 입구는 튜브의 2차 어레이의 각각에 대해 개별 입구로 구성된다. 개별 입구는 개별 입구가 하강관으로부터 1차 스테이지 유동의 성분을 수용하도록 복수의 1차 증발기 스테이지의 각각의 것의 하강관에 결합된다.
또 다른 실시예에서, 증발기는 튜브의 1차 어레이의 각각의 입구에 결합된 적어도 하나의 밸브를 추가로 포함한다. 밸브는 튜브의 선택된 1차 어레이를 폐쇄하도록 선택적으로 제어된다. 예를 들어, 밸브는 1차 어레이의 하나 이상 사이의 압력 강하 및 질량 유량 중 적어도 하나를 조절하여 1차 증발기 스테이지 내의 증기 축적을 최소화한다.
이제, 예시적인 실시예이고 유사한 요소가 유사한 도면 부호로 표시되어 있는 도면을 참조한다.
도 1은 종래의 2 스테이지 관류형 증발기의 개략 블록 다이어그램.
도 2는 일 실시예에 따라 구성되고 작동하는 관류형 증발기의 개략 블록 다이어그램.
도 3은 다른 실시예에 따라 구성되고 작동하는 관류형 증발기의 개략 블록 다이어그램.
도 4는 다른 실시예에 따라 구성되고 작동하는 관류형 증발기의 개략 블록 다이어그램.
예를 들어 발전 설비 내에 이용된 관류형 증발기와 같은 증발기 내의 압력, 질량 유량 및 온도차 중 적어도 하나의 제어 및 최적화를 위한 시스템 및 방법이 본 명세서에 개시된다. 제어 및 최적화 시스템은 증발기 유동의 튜브 내의 압력, 질량 유동 및/또는 온도를 선택적으로 조정하여 불안정성 및 변동하는 열 응력을 제거하고 그리고/또는 실질적으로 최소화하여 예를 들어 튜브의 작동 수명을 향상시키고 그리고/또는 연장한다.
도 2에 도시된 일 실시예에서, 관류형 증발기(100)는 2개의 열교환 스테이지, 1차 증발기 스테이지(110) 및 2차 증발기 스테이지(150)를 포함한다. 각각의 스테이지는 일반적으로 도면 부호 120 및 160으로 도시되어 있는 열교환 튜브의 복수의 평행 어레이를 포함한다. 각각의 어레이(120, 160)는 하나 이상의 하프를 포함한다. 예를 들어, 1차 증발기 스테이지(110)는 하프(122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138)를 갖는 어레이(120)를 포함한다. 2차 증발기 스테이지(150)는 하프(162, 164, 166, 168)를 갖는 어레이(160)를 포함한다. 각각의 하프는 증발기(100)를 통한 가스(180)(예를 들어, 고온 가스, 연도 가스 등)의 유동에 횡방향인 튜브의 하나 이상의 열을 포함한다. 예를 들어, 하프(122)는 하부 튜브(122a)로부터 상부 튜브(122e)를 통해 상향으로 수직으로 연장하고 유체 연통하는 하나 이상의 하부 튜브(122a), 하나 이상의 하부 헤더(122b), 하나 이상의 중간 튜브(122c), 하나 이상의 상부 헤더(122d) 및 하나 이상의 상부 튜브(122e)를 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 하프(124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138, 162, 164, 166, 168)는 하프(122)와 유사하게 구성된다. 본 개시 내용의 한정이 아니라 명료화를 위해, 도 2 내지 도 4는 각각의 하프의 어레이(120, 160, 210, 250, 310, 320)가 하나의 하부 튜브, 하나의 하부 헤더, 하나의 중간 튜브, 하나의 상부 헤더 및 하나의 상부 튜브를 포함하는 것으로서 도시되어 있다는 것이 이해되어야 한다.
증발기(100)에서, 1차 증발기 스테이지(110)는 유체(112)(예를 들어, 공급수)를 수용한다. 유체(112)는 1차 증발기 스테이지(110)에서 적어도 부분적으로 증발하고, 1차 증발기 스테이지(110)의 출구 매니폴드(135)로부터 도관(137)(예를 들어, 하강관)을 경유하여 2차 증발기 스테이지(150) 내로 2상 유동(139)(예를 들어, 물/증기 혼합물)으로서 분배된다. 2차 증발기 스테이지(150)에서, 유동(139)의 건조 및 과열이 발생한다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 증발기의 튜브의 내부 부분 내의 질량 유량은 통상적으로 부력, 예를 들어 튜브 내의 유체로의 열전달에 의해 유도된 밀도차에 의해 제어된다. 도 2에서, 하나 이상의 밸브(140)가 1차 증발기 스테이지(110) 내의 튜브(120)의 어레이 중 하나 이상에 대한 가변 압력 강하를 제공하는데 사용된다. 예를 들어, 밸브(122f, 124f, 126f, 128f, 130f, 132f, 134f, 136f, 138f)는 각각 하프(122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138)의 하부 튜브에 결합된다. 밸브(140)는 개별적으로, 전체로 또는 이들의 임의의 조합으로 1차 증발기 스테이지(110) 내의 튜브(120)의 어레이 내의 적어도 하나의 압력 및/또는 질량 유동을 조절하도록 선택적으로 제어된다. 예를 들어, 낮은 유량에서, 밸브(140)는 1차 증발기 스테이지(110)의 어레이(120) 중 하나 이상 내의 액체(예를 들어, 공급수)의 유동을 완전히 정지시키도록 제어된다. 선택적 어레이(120)[예를 들어, 하프(122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138) 중 하나 이상] 내의 유동의 정지는 예를 들어 어레이(120)의 나머지 것들을 통한 유동의 증가를 허용한다. 1차 증발기 스테이지(110)를 통한 액체의 유동을 균형화하는 이 능력은 1차 증발기 스테이지(110) 내의 증기 발생 또는 너무 높은 출구 액체 품질을 방지하거나 또는 적어도 실질적으로 최소화한다. 일 실시예에서, 1차 증발기(110)의 후방부[예를 들어, 후방은 가스 유동(180)의 방향으로부터 이격한 방향임]에서 하프들[예를 들어, 하프(138)에서 시작하여 하프(136)로 진행하고, 다음에 하프(134)로, 이어서 하프(132) 등으로]은 더 낮은 온도에서 가스 유동(180)을 수용한다. 후방부에서 하프의 하나 이상은 선택적으로 유체가 없이 작동될 수 있다. 부가적으로, 밸브(142)는 2차 증발기 스테이지(150)의 하프(162, 164, 166, 168) 내로의 유동[예를 들어, 2상 유동(139)의 부분]을 조절하고 균형화하도록 선택적으로 제어되어 더 균일한 출구 품질 및/또는 온도를 유지하여 튜브간 온도차를 제어한다.
더욱이, 1차 증발기 스테이지(110)의 밸브(122f, 124f, 126f, 128f, 130f, 132f, 134f, 136f, 138f) 및/또는 2차 증발기 스테이지(150)의 밸브(142)는 하프의 하나 이상을 떠나는[예를 들어, 하프(122)의 상부 튜브(122e)와 같은 상부 튜브를 경유하는] 유동이 온도 또는 품질의 요구된 또는 사전 결정된 값으로 가열되도록 각각의 하프 내로의 유량을 선택적으로 제어할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 하프를 통한 유량의 이 선택적 제어의 적어도 하나의 인식된 장점은 모든 작동 조건에서 유동의 불안정성의 제거 또는 실질적인 최소화이다.
도 3에 도시된 다른 실시예에서, 관류형 증발기(200)는 복수의 1차 증발기 스테이지(210)[예를 들어, 3개의 스테이지(210A, 210B, 210C)가 예시를 위해 도시되어 있음] 및 2차 증발기 스테이지(250)를 포함한다. 복수의 1차 증발기 스테이지(210)는 유체(112)를 수용한다. 유체(112)는 1차 증발기 스테이지(210)의 하나 이상 내에서 적어도 부분적으로 증발하고, 1차 증발기 스테이지(210)로부터 2상 유동(239)(예를 들어, 물과 증기의 유동)으로서 분배된다. 예를 들어, 복수의 1차 증발기 스테이지(210)는 2차 증발기 스테이지(250)에 2상 유동(239)을 제공하도록 선택적으로 협력한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1의 1차 증발기 스테이지(210A)는 출구 매니폴드(235A)로부터 제 1 도관 또는 하강관(237A)을 통한 유동(239)의 제 1 성분(239A)을 제공하고, 제 2의 1차 증발기 스테이지(210B)는 출구 매니폴드(235B)로부터 제 2 도관 또는 하강관(237B)을 통한 유동(239)의 제 2 성분(239B)을 제공하고, 제 3의 1차 증발기 스테이지(210C)는 출구 매니폴드(235C)로부터 제 3 도관 또는 하강관(237C)을 통한 유동(239)의 제 3 성분(239C)을 제공한다. 2상 유동의 성분(239A, 239B, 239C) 중 하나 이상은 2차 증발기 스테이지(250)를 위한 공통 입구(234)에 제공된 복수의 1차 증발기 스테이지(210)로부터 2상 유동(239)을 형성하도록 조합될 수 있다.
복수의 1차 증발기 스테이지(210)의 사용은 예를 들어 저부하 조건[예를 들어, 증발기(200)의 최대 부하의 약 40 퍼센트(40%)]에서, 1차 증발기 스테이지(210A, 210B, 210C) 중 하나 이상이 폐쇄될 수 있는 것을 제공한다는 것이 이해되어야 한다. 1차 증발기 스테이지(210A, 210B, 210C)의 하나 이상을 폐쇄함으로써, 나머지 하강관, 예를 들어 하강관(237A, 237B, 237C) 중 하나 이상 내의 속도는 증기 기포 상승 및 축적의 문제점을 제거하거나 적어도 부분적으로 실질적으로 제거하기 위해 적절한 또는 바람직한 크기에서 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 증발기(200)는 복수의 1차 증발기 스테이지(210A, 210B, 210C)의 개별 하프 뿐만 아니라 2차 증발기 스테이지(250)의 하프로의 유동을 제어하도록 이용된 밸브[도 2의 밸브(140, 142)와 같은]를 포함할 수 있다. 밸브는 하나 이상의 선택된 1차 증발기 스테이지를 폐쇄하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 증발기 스테이지는 예를 들어 1차 증발기 스테이지의 "후방"에서 시작하여 운전 정지될 수 있고, 여기서 스테이지(210)의 전방 및 후방은 증발기(200)를 통한 가스 유동의 방향에 의해 정의된다. 스테이지는 불안정성이 예를 들어 2차 증발기(250)의 출구에서 변동하는 온도에 의해 결정된 바와 같이 발생하는 조건에서 운전 정지될 수 있다. 이러한 불안정성은 예를 들어 1차 증발기 출구 매니폴드(235A 내지 235C) 내의 증기 축적 및/또는 하강관(237A 내지 237C)을 통한 유동의 비교적 낮은 속도에 기인할 수 있다.
도 4에 도시된 다른 실시예에서, 관류형 증발기(300)는 복수의 1차 증발기 스테이지(310)[예를 들어, 4개의 1차 증발기 스테이지(310A, 310B, 310C, 310D)가 예시를 위해 도시되어 있음] 및 2차 증발기 스테이지(320)를 포함한다. 각각의 1차 증발기 스테이지(310)는 유체(112)를 수용한다. 유체(112)는 1차 증발기 스테이지(310) 중 하나 이상 내에서 적어도 부분적으로 증발하고, 2차 증발기 스테이지(320)로 2상 유동(339)(예를 들어, 물과 증기의 유동)으로서 분배된다. 예를 들어, 복수의 1차 증발기 스테이지(310A, 310B, 310C, 310D)는 각각의 출구 매니폴드(335A 내지 335D)로부터 각각의 도관 또는 하강관(337A 내지 337D)을 통해 2차 증발기 스테이지(320)[예를 들어, 열교환 튜브(320A, 320B, 320C, 320D)의 복수의 2차 어레이의 입구(334A 내지 334D)]의 개별 입구(334A 내지 334D)에 유동(339)의 성분(339A 내지 339D)을 공급하도록 협동한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1의 1차 증발기 스테이지(310A)는 출구 매니폴드(335A)로부터 제 1 도관 또는 하강관(337A)을 통해 튜브(320A)의 2차 어레이 중 제 4 어레이의 입구(334A)로의 유동(339)의 제 1 성분(339A)을 제공하고, 제 2의 1차 증발기 스테이지(310B)는 출구 매니폴드(335B)로부터 제 2 도관 또는 하강관(337B)을 통해 튜브(320B)의 2차 어레이 중 제 3 어레이의 입구(334B)로의 유동(339)의 제 2 성분(339B)을 제공하고, 제 3의 1차 증발기 스테이지(310C)는 출구 매니폴드(335C)로부터 제 3 도관 또는 하강관(337C)을 통해 튜브(320C)의 2차 어레이 중 제 2 어레이의 입구(334C)로의 유동(339)의 제 3 성분(339C)을 제공하고, 제 4의 1차 증발기 스테이지(310D)는 출구 매니폴드(335D)로부터 제 4 도관 또는 하강관(337D)을 통해 튜브(320D)의 2차 어레이 중 제 1 어레이의 입구(334D)로의 유동(339)의 제 4 성분(339D)을 제공한다. 전술된 1차 대 2차 증발기 스테이지 배열은, 예를 들어 최저 품질을 갖는 최후방 1차 증발기[예를 들어, 제 4의 1차 증발기 스테이지(310D)]로부터의 유동이 가스 온도가 최고인 2차 증발기 스테이지[예를 들어, 튜브(320D)의 2차 어레이 중 제 1 어레이]의 최전방 어레이로 진행함에 따라 2차 증발기(320)로부터 더 균일한 출구 온도를 제공한다는 것이 이해되어야 한다. 유사한 방식으로, 품질이 가스 유동의 방향에서 점진적으로 전방으로 1차 증발기 스테이지로부터 증가함에 따라, 이들 스테이지로부터 2상 유동(339)의 성분은 점진적으로 낮은 가스 온도를 갖는 튜브(320A 내지 320C)의 2차 어레이의 각각의 것들로 진행한다.
복수의 1차 증발기 스테이지(310)의 사용은, 예를 들어 저부하 조건에서, 1차 증발기 스테이지(310A, 310B, 310C, 310D) 중 하나 이상이 나머지 하강관, 예를 들어 하강관(337A 내지 337D) 중 하나 이상 내의 속도를 조절하도록 폐쇄될 수 있는 것을 제공한다는 것이 이해되어야 한다. 일 실시예에서, 증발기(300)는 복수의 1차 증발기 스테이지(310)의 개별 하프 뿐만 아니라 2차 증발기 스테이지(320)의 하프로의 유동을 제어하도록 이용된 밸브[도 2의 밸브(140, 142)와 같은]를 포함할 수 있다.
이해될 수 있는 바와 같이, 각각의 증발기 스테이지[예를 들어, 1차 증발기 스테이지(210, 310) 및 2차 증발기 스테이지(250, 320)] 내의 튜브(예를 들어, 하프)의 수는 1차 증발기 스테이지 내의 증기 발생을 회피하고, 각각의 2차 증발기 스테이지 내의 최적의 또는 바람직한 과열을 성취하고, 대응 2차 증발기 스테이지로의 최적의 또는 바람직한 질량 유동을 성취하여 열전달을 최대화하도록 선택된다.
본 발명의 개시 내용이 다양한 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 다양한 변경이 이루어질 수 있고 등가물이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 그 요소를 대체할 수 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 게다가, 다수의 변형예가 그 본질적인 범주로부터 벗어나지 않고 본 발명의 교시에 특정 상황 또는 재료를 적응시키도록 이루어질 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 최선의 모드로서 개시된 특정 실시예에 한정되도록 의도된 것은 아니고, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 모든 실시예를 포함할 수 있다.
100: 관류형 증발기 110: 1차 증발기 스테이지
120: 어레이 160: 어레이
122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138, 162, 164, 166, 168: 하프
140: 밸브 150: 2차 증발기 스테이지
200: 관류형 증발기 210: 1차 증발기 스테이지
250: 2차 증발기 스테이지 300: 관류형 증발기

Claims (10)

  1. 증기 발생용 증발기로서,
    복수의 1차 증발기 스테이지들로서, 상기 복수의 1차 증발기 스테이지의 각각은
    열전달 튜브들의 하나 이상의 1차 어레이들로서, 상기 튜브들의 1차 어레이의 각각은 유체를 수용하기 위한 입구를 갖고 상기 증발기를 통한 가스의 유동에 횡방향으로 배열되고, 상기 가스의 유동은 상기 튜브들의 하나 이상의 1차 어레이들을 통해 유동하는 유체를 가열하여 2상 유동을 형성하는, 상기 열전달 튜브들의 하나 이상의 1차 어레이들,
    상기 튜브들의 하나 이상의 1차 어레이들에 결합되고 그로부터 상기 2상 유동을 수용하는 출구 매니폴드, 및
    상기 출구 매니폴드에 결합된 하강관(downcomer)으로서, 1차 스테이지 유동의 성분으로서 상기 출구 매니폴드로부터 상기 2상 유동을 분배하는, 상기 하강관을 포함하고,
    상기 복수의 1차 증발기 스테이지들 중 하나 이상은 상기 2상 유동의 각각의 성분들로부터 1차 스테이지 유동을 선택적으로 형성하는, 상기 복수의 1차 증발기 스테이지; 및
    열전달 튜브들의 하나 이상의 2차 어레이들을 포함하는 2차 증발기 스테이지로서, 상기 튜브들의 2차 어레이들의 각각은 공통 입구에 결합되고 상기 증발기를 통한 가스의 유동에 횡방향으로 배열되고, 상기 튜브들의 하나 이상의 2차 어레이들은 상기 1차 스테이지 유동을 수용하는, 상기 2차 증발기 스테이지;를 포함하고,
    상기 복수의 1차 증발기 스테이지들은, 상기 복수의 1차 증발기 스테이지들 중 하나 이상이 상기 증발기의 최대 부하의 40%에서 폐쇄되고, 두 개의 인접한 1차 증발기 스테이지들 중에서, 상기 가스의 유동의 방향으로 하류에 위치한 1차 증발기 스테이지가 상기 가스의 유동의 방향으로 상류에 위치한 1차 증발기 스테이지보다 먼저 폐쇄되도록 구성되는 증발기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브들의 1차 어레이들의 각각의 입구에 결합된 적어도 하나의 밸브를 추가로 포함하고, 상기 적어도 하나의 밸브는 상기 튜브들의 선택된 1차 어레이를 폐쇄하도록 선택적으로 제어되는 증발기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 밸브는 상기 튜브들의 하나 이상의 1차 어레이들 사이의 압력 강하 및 질량 유량 중 적어도 하나를 조절하여 상기 1차 증발기 스테이지 내의 증기 축적을 최소화하는 증발기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브들의 2차 어레이들의 각각의 입구는 상기 1차 스테이지 유동이 상기 튜브들의 2차 어레이들의 모두를 가로질러 평행하게 수용되도록 상기 튜브들의 2차 어레이들의 모두에 대해 공통 입구로 구성되는 증발기.
  5. 증기 발생용 증발기로서,
    복수의 1차 증발기 스테이지들로서, 상기 복수의 1차 증발기 스테이지의 각각은
    열전달 튜브들의 하나 이상의 1차 어레이들로서, 상기 튜브들의 1차 어레이의 각각은 유체를 수용하기 위한 입구를 갖고 상기 증발기를 통한 가스의 유동에 횡방향으로 배열되고, 상기 가스의 유동은 상기 튜브들의 하나 이상의 1차 어레이들을 통해 유동하는 유체를 가열하여 2상 유동을 형성하는, 상기 열전달 튜브들의 하나 이상의 1차 어레이들,
    상기 튜브들의 하나 이상의 1차 어레이들에 결합되고 그로부터 상기 2상 유동을 수용하는 출구 매니폴드, 및
    상기 출구 매니폴드에 결합된 하강관으로서, 1차 스테이지 유동의 성분으로서 상기 출구 매니폴드로부터 상기 2상 유동을 분배하는, 상기 하강관을 포함하고,
    상기 복수의 1차 증발기 스테이지들 중 하나 이상은 상기 2상 유동의 각각의 성분들로부터 1차 스테이지 유동을 선택적으로 형성하는, 상기 복수의 1차 증발기 스테이지; 및
    열전달 튜브들의 하나 이상의 2차 어레이들을 포함하는 2차 증발기 스테이지로서, 상기 튜브들의 2차 어레이들의 각각은 입구에 결합되고 상기 증발기를 통한 가스의 유동에 횡방향으로 배열되고, 상기 튜브들의 하나 이상의 2차 어레이들은 상기 1차 스테이지 유동을 수용하는, 상기 2차 증발기 스테이지;를 포함하고,
    상기 튜브들의 2차 어레이들의 각각의 입구는 상기 튜브들의 2차 어레이들의 각각에 대해 개별 입구로 구성되고, 상기 개별 입구는 상기 복수의 1차 증발기 스테이지들의 각각의 것의 하강관에 결합되고, 상기 개별 입구는 상기 하강관으로부터 상기 1차 스테이지 유동의 성분을 수용하는 증발기.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 증기 발생용 증발기로서,
    복수의 1차 증발기 스테이지들로서, 상기 복수의 1차 증발기 스테이지들의 각각은
    열전달 튜브들의 하나 이상의 1차 어레이들로서, 상기 튜브들의 1차 어레이들의 각각은 유체를 수용하는 입구를 갖고 상기 증발기를 통한 가스의 유동에 횡방향으로 배열되고, 상기 가스의 유동은 상기 튜브들의 하나 이상의 1차 어레이들을 통해 유동하는 유체를 가열하여 2상 유동을 형성하는, 상기 열전달 튜브들의 하나 이상의 1차 어레이들,
    상기 튜브들의 하나 이상의 1차 어레이들에 결합되고 그로부터 상기 2상 유동을 수용하는 출구 매니폴드, 및
    상기 출구 매니폴드에 결합된 하강관으로서, 1차 스테이지 유동의 성분으로서 상기 출구 매니폴드로부터 상기 2상 유동을 분배하는, 상기 하강관을 포함하고,
    상기 복수의 1차 증발기 스테이지들 중 하나 이상은 상기 2상 유동의 각각의 성분들로부터 상기 1차 스테이지 유동을 선택적으로 형성하는, 상기 복수의 1차 증발기 스테이지; 및
    열전달 튜브들의 하나 이상의 2차 어레이들을 포함하는 2차 증발기 스테이지로서, 상기 튜브들의 2차 어레이들의 각각은 입구를 갖고 상기 증발기를 통한 가스의 유동에 횡방향으로 배열되고, 상기 하나 이상의 2차 어레이들의 입구들의 각각은 상기 복수의 1차 증발기 중 하나의 하강관으로부터 상기 2상 유동의 성분들 중 하나를 수용하는, 상기 2차 증발기 스테이지를 포함하는 증발기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 튜브들의 1차 어레이들의 각각의 입구에 결합된 밸브를 추가로 포함하고, 상기 밸브는 상기 튜브들의 선택된 1차 어레이를 폐쇄하도록 선택적으로 제어되는 증발기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 튜브들의 2차 어레이들의 각각의 입구에 결합된 밸브를 추가로 포함하고, 상기 밸브는 상기 튜브들의 선택된 2차 어레이를 폐쇄하도록 선택적으로 제어되는 증발기.
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