KR101998505B1

KR101998505B1 - 열교환기 시스템을 위한 헤더 디바이스, 열교환기 시스템, 및 유체를 가열하는 방법

Info

Publication number: KR101998505B1
Application number: KR1020177037646A
Authority: KR
Inventors: 요르겐슨 라르스 쉬테; 케네스 크리스텐센
Original assignee: 알파 라발 코포레이트 에이비
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2019-07-09
Also published as: PL3101339T3; CN107667271B; WO2016193095A1; CN107667271A; EP3101339A1; KR20180014067A; DK3101339T3; ES2870720T3; EP3101339B1

Abstract

헤더 디바이스(4), 가열될 유체를 위한 튜브 배열체를 포함하는 열교환기 시스템, 및 유체를 가열하는 방법이 개시되어 있다. 헤더 디바이스는 제1 유체를 위한 헤더 입구(33)를 갖는 입구 부분(31), 및 출구 부분의 벽(34)을 통해 연장하며 튜브 배열체에 연결되는, 헤더 출구(16)를 갖는 출구 부분(32)을 포함하는 헤더(30)를 포함한다. 헤더는 제1 유체가 출구 부분의 내부 공간(35) 내로 진입하게 하고 내부 공간으로부터 튜브 배열체로 유동하게 한다. 헤더 디바이스는 헤더에 연결되며 제2 유체를 헤더 내로 주입하여 제1 유체를 제2 유체와 함께 헤더 출구를 통해 그리고 튜브 배열체 내로 압박하도록 배열되는, 인젝터 파이프(40)를 포함하고, 가열될 유체는 제1 및 제2 유체를 포함한다.

Description

열교환기 시스템을 위한 헤더 디바이스, 열교환기 시스템, 및 유체를 가열하는 방법

본 발명은 열교환기 시스템을 위한, 예를 들어 증발될 물의 가열을 위한 소위 보일러를 위한 헤더 디바이스에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 가열될 유체를 반송하도록 구성되는 튜브 배열체를 포함하는 열교환기 시스템을 위한 헤더 디바이스로서, 헤더 디바이스는 서로 연통하는 입구 부분 및 출구 부분을 포함하는 헤더를 포함하고,

입구 부분은 제1 유체를 위한 헤더 입구를 포함하고,

출구 부분은 내부 공간을 포위하는 벽을 포함하고,

출구 부분은 벽을 통해 연장하며 튜브 배열체에 연결되도록 구성되는, 헤더 출구를 포함하고,

헤더는 제1 유체가 헤더 입구를 통해 내부 공간 내로 진입하게 하고 내부 공간으로부터 헤더 출구를 통해 튜브 배열체로 유동하게 하도록 구성되는,

헤더 디바이스에 관한 것이다.

본 발명은 또한 헤더 디바이스를 포함하는 열교환기 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 채널, 채널 내부측에 배열되는 튜브 배열체, 및 헤더 입구 그리고 튜브 배열체에 연결되는 헤더 출구를 갖는 헤더를 포함하는 열교환기 시스템 내에서 유체를 가열하는 방법으로서,

고온 유체를 채널을 통해 반송하는 단계; 및

제1 유체를 헤더 입구를 통해 헤더로 공급하는 단계

를 포함하는, 방법에 관한 것이다.

제US-4,351,277호는 수직 연장 원통형 케이싱을 갖는 형태의 이코노마이저(economizer)로서, 원통형 케이싱의 중심 수직 축에 대해 동심 관계로 서로 평행하게 배열되는 복수의 나선형 코일이 장착되는, 이코노마이저를 개시한다. 나선형 코일은 핀형(finned) 튜브 형태로 되어 있다. 열교환 유체가 나선형 코일을 통해 안내되고 그에 의해 코일은 보일러로부터 이코노마이저를 통해 상향으로 진행하는 배기 가스로부터 열을 추출할 수 있다. 이코노마이저는 가열될 유체를 수용하는 파이프를 포함하는 입구 헤더를 포함한다. 파이프는 외부 벽을 갖고, 내부 공간을 포위한다. 7개의 출구 개구가 벽을 통해 연장하고, 각각의 나선형 코일에 연결된다.

종래 기술에서, 상이한 증기 시스템을 사용하여 증기를 발생시키고 그에 따라 열 및/또는 전력의 발생을 성취하는 것이 공지되어 있다. 2개의 주요 형태의 증기 시스템은 강제 순환을 갖는 증기 시스템 그리고 자연 순환을 갖는 증기 시스템을 포함한다.

강제 순환을 갖는 증기 시스템은 열원, 예컨대 연도 가스, 태양 에너지 등에 의해 물을 가열하여 증발시키는 열교환기, 예를 들어 보일러를 포함할 수 있다. 가열 및 증발된 물은 열교환기로부터 소위 증기 드럼으로 반송될 수 있고, 여기서 물이 증기로부터 분리되고, 증기 드럼의 하부 부분 내에 수집된다. 증기는 이어서 증기 드럼으로부터 증기 소비처, 예를 들어 열교환기 또는 증기 터빈으로 반송될 수 있다. 증기 소비처에서, 열이 증기로부터 회수되고, 응축된 물이 소위 핫 웰(hot well) 내에 수집될 수 있다. 급수 펌프에 의해, 핫 웰로부터의 물이 증기 드럼으로 다시 반송될 수 있다. 증기 드럼 내에 수집된 물은 순환 펌프에 의해 입구 도관을 통해 열교환기의 물 입구로 반송될 수 있다. 순환 펌프는 예를 들어 약 1 바만큼 물의 압력을 상승시킬 수 있고, 그에 의해 물을 열교환기 내로 압박하고, 여기서 물은 또 다시 증발된다.

자연 순환을 갖는 증기 시스템은 순환 펌프가 긴 수직 입구 도관, 소위 다운 커머(down comer)에 의해 대체된다는 점에서 강제 순환을 갖는 증기 시스템과 상이할 수 있다. 그러면, 증기 드럼은 열교환기의 물 입구 위쪽의 상당한 높이에 배열되어야 한다. 예를 들어, 대략 10 m의 다운 커머의 높이는 약 1 바의 압력 증가를 생성할 수 있으며, 이는 물을 열교환기 내로 압박하여 증기 시스템 내에서 순환을 유지하는 데 충분할 수 있다.

본 발명의 목적은 다운 커머 및 순환 펌프에 대한 대안적인 해결책을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명은 순환 펌프 및/또는 다운 커머가 없어도 효율적인 순환을 유지하는, 대안적인 해결책을 목적으로 한다.

이러한 목적은 헤더 디바이스가, 헤더에 연결되며 제2 유체를 헤더 내로 주입하여 제1 유체를 제2 유체와 함께 헤더 출구를 통해 그리고 튜브 배열체 내로 압박하도록 배열되는, 인젝터 파이프를 포함하고, 가열될 유체가 제1 및 제2 유체를 포함하는, 것을 특징으로 하는, 앞에서 한정된 헤더 디바이스에 의해 성취된다.

그러한 헤더 디바이스에 의해, 제2 유체는 제1 유체를 이젝터 작용(ejector action)에 의해 튜브 배열체 내로 압박하도록 동작할 것이다. 결국, 헤더 디바이스에서 제1 유체를 위한 순환 펌프가 생략될 수 있다. 또한, 긴 다운 커머가 없어도 되는데, 이것은 증기 드럼이 튜브 배열체에 비교적 근접하게 위치될 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 튜브 배열체는 가열될 유체를 위한 다수의 튜브를 포함하고, 헤더 출구는 출구 부분의 벽을 통한 다수의 개구를 포함하고, 각각의 개구는 각각의 튜브에 연결되도록 구성된다. 개구 주위의 출구 부분의 벽은 평탄형이고, 특히 어떤 돌출 부분도 출구 부분의 벽으로부터 내부 공간 내로 연장하지 않을 수 있다.

튜브 배열체의 튜브의 개수는 하나의 단일 튜브 또는 복수의 튜브일 수 있다. 예를 들어, 튜브의 개수는 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 훨씬 더 많은 튜브일 수 있다.

출구 부분의 벽을 통한 개구의 개수는 튜브의 개수와 동일하거나, 그렇지 않을 수 있다. 따라서, 하나 이상의 개구가 단일의 튜브에 연결가능할 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 인젝터 파이프의 제1 부분이 인젝터 출구를 포함하고, 헤더의 내부 공간 내부측으로 연장한다. 내부 공간 내에 있는 인젝터 출구를 갖는 인젝터 파이프는 튜브 배열체 내에서의 제1 및 제2 유체의 순환을 추가로 증가시킬 수 있다.

추가적인 실시예에 따르면, 인젝터 출구는 인젝터 파이프의 벽을 통한 다수의 구멍을 포함한다. 구멍 주위의 인젝터 파이프의 벽은 평탄형이고, 특히 어떤 돌출 부분도 인젝터 파이프의 벽으로부터 내부 공간 내로 연장하지 않을 수 있다. 따라서, 구멍은 인젝터 출구를 형성하는 어떤 추가적인 요소도 갖지 않는 그냥 구멍일 수 있다.

구멍의 개수는 하나의 단일 구멍 또는 복수의 구멍일 수 있고, 예를 들어 인젝터 출구는 급송 파이프의 벽을 통한 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 더 많은 구멍일 수 있다.

인젝터 출구의 구멍은 상이한 면적, 또는 동일한 면적을 가질 수 있다. 각각의 구멍의 면적 및 위치를 선택함으로써, 튜브 배열체의 각각의 튜브에 대한 유동을 제어하고 또한 상이한 튜브에 대한 유동 분배를 고르게 하는 것이 가능할 수 있다. 이것은 유리할 수 있는데 튜브의 길이, 그에 따라 유동 저항이 상이할 수 있기 때문이다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 인젝터 파이프의 벽을 통한 구멍의 개수는 출구 부분의 벽을 통한 개구의 개수와 상이할 수 있다. 특히, 인젝터 파이프를 통한 구멍의 개수는 출구 부분의 벽을 통한 개구의 개수보다 작을 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 인젝터 출구의 구멍은 출구 부분의 개구와 대면한다. 구멍 및 개구의 중심 축이 일치하거나, 그렇지 않을 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 인젝터 파이프의 제1 부분은 내부 공간의 벽으로부터 이격되어 배열된다. 따라서, 인젝터 출구와 헤더 출구 사이에는 반경방향 거리가 있다. 특히, 인젝터 파이프의 제1 부분의 벽을 통한 구멍과 출구 부분의 벽을 통한 개구 사이에는 반경방향 거리가 있을 수 있다. 반경방향 거리는 헤더 입구로부터 튜브 배열체로의 제1 유체를 위한 자유 유동을 제공할 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 헤더 출구는 제1 유동 면적을 갖고, 인젝터 출구는 제2 유동 면적을 갖고, 제1 유동 면적은 제2 유동 면적보다 크다. 특히, 출구 부분의 벽을 통한 각각의 개구의 면적은 인젝터 파이프의 벽을 통한 각각의 구멍의 면적보다 클 수 있다. 인젝터 출구의 유동 면적에 비한 헤더 출구의 더 큰 유동 면적은 제1 유체의 유동이 제2 유체의 유동보다 크도록 할 수 있다. 따라서, 제2 유체의 작은 유동이 제1 유체의 큰 유동을 순환시키는 데 사용될 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 인젝터 파이프의 제1 부분의 길이방향 중심 축이 헤더의 출구 부분의 길이방향 중심 축에 평행하게 연장한다. 2개의 평행 축은 구멍 및 개구가 서로 정렬되게 할 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 입구 부분은 헤더의 제1 단부까지 연장하고, 출구 부분은 헤더의 제2 단부까지 연장하고, 제2 단부는 폐쇄된다. 따라서, 헤더 내로 진입하는 유체는 헤더 출구를 통해, 즉 출구 부분의 벽을 통한 개구 중 어느 하나를 통해 외부로 진행하여야 한다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 인젝터 파이프는 입구 부분을 통해 내부 공간 내로 연장한다.

제1 실시예에 따르면, 인젝터 파이프는 입구 부분의 벽을 통해 연장한다. 입구 부분의 벽은 출구 부분의 벽과 동일한 횡단방향 형상을 갖고, 그것과 동심일 수 있다.

제2 대안 실시예에 따르면, 입구는 제1 단부를 통해 연장한다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 인젝터 파이프는 내부 공간 내에 있는 저부 단부를 갖고, 저부 단부는 폐쇄된다.

상기 목적은, 또한, 열교환기 시스템으로서,

고온 유체를 위한 채널;

채널 내에 배열되고, 가열될 유체를 반송하도록 구성되는, 튜브 배열체로서, 고온 유체는 튜브 배열체 내의 유체와 열교환 관계에 있는, 튜브 배열체; 및

위에서 한정된 바와 같은 헤더 디바이스로서, 헤더 출구는 튜브 배열체에 연결되는, 헤더 디바이스

를 포함하는, 열교환기 시스템에 의해 성취된다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 튜브 배열체는 출구 부재 및 다수의 튜브를 포함하고, 다수의 튜브는 헤더 출구 및 출구 부재에 연결되며 이들 사이에서 연장한다. 튜브의 개수는 하나의 단일 튜브 또는 복수의 튜브, 예를 들어 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 훨씬 더 많은 튜브일 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 열교환기 시스템은,

유체를 튜브로부터 출구 부재를 통해 배출하도록 구성되는 출구 도관;

출구 도관을 통해 튜브 배열체에 연결되며 가열된 유체의 증기 및 물을 튜브 배열체로부터 수용하도록 구성되는, 증기 드럼;

증기 도관을 통해 증기 드럼에 연결되며 증기를 증기 드럼으로부터 수용하도록 구성되는, 증기 소비처;

증기 소비처에 연결되며 물을 증기 소비처로부터 수용하도록 구성되는, 핫 웰;

증기 드럼을 헤더 입구에 연결하며 제1 유체를 증기 드럼으로부터 헤더 입구로 반송하도록 구성되는, 입구 도관; 및

핫 웰을 인젝터 파이프에 연결하며 제2 유체를 핫 웰로부터 인젝터 파이프로 반송하도록 구성되는, 유체 급송 도관

을 포함한다.

그러한 열교환기 시스템에서, 헤더 디바이스의 인젝터 파이프에 연결되는 유체 급송 도관은 종래 기술의 다운 커머 및 순환 펌프 둘 모두를 대체할 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 열교환기 시스템은 제2 유체를 핫 웰로부터 인젝터 파이프로 압박하는 급수 펌프를 포함한다.

상기 목적은, 또한, 제2 유체를 헤더에 연결되는 인젝터 파이프를 통해 헤더 내로 주입하고, 그에 의해 제1 유체를 제2 유체와 함께 헤더 출구를 통해 그리고 튜브 배열체 내로 압박하는 단계로서, 가열될 유체는 제1 및 제2 유체를 포함하는, 단계; 및

가열될 유체를 채널 내의 고온 유체와 열교환 관계에 있는 튜브 배열체를 통해 반송하는 단계

를 포함하는, 앞에서 한정된 방법에 의해 성취된다.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 상기 방법은,

가열된 유체의 증기 및 물을 튜브 배열체로부터 증기 드럼으로 반송하는 단계;

증기를 증기 드럼으로부터 증기 소비처로 반송하는 단계;

물을 증기 소비처로부터 핫 웰로 반송하는 단계;

제1 유체를 증기 드럼으로부터 헤더 입구로 반송하는 단계; 및

제2 유체를 핫 웰로부터 인젝터 파이프로 반송하는 단계

를 추가로 포함한다.

본 발명이 이제부터 상이한 실시예의 설명을 통해 그리고 그에 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 열교환기 시스템의 용기 및 튜브 배열체를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 1의 열교환기 시스템의 헤더 디바이스의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 도 3의 헤더 디바이스의 단부도를 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 3의 선 V-V를 따른 길이방향 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 헤더 디바이스의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 7은 도 6의 헤더 디바이스의 단부도를 개략적으로 도시한다.
도 8은 도 6의 선 IIIV-IIIV을 따른 길이방향 단면도를 개략적으로 도시한다.

도 1은 용기(1)를 포함하는 열교환기 시스템(S)을 도시한다. 용기(1)는 고온 유체를 위한 채널(2)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 고온 유체는 버너(도시되지 않음)로부터의 연도 가스이다. 열교환기 시스템(S)은 또한, 채널(2) 내부측에 배열되며 가열될 유체를 반송하도록 구성된 튜브 배열체(3)를 포함한다. 고온 유체, 즉 연도 가스는 튜브 배열체(3) 내의 유체와 열교환 관계에 있다. 튜브 배열체는 헤더 디바이스(4) 및 출구 부재(5)를 포함한다.

또한, 용기(1)는 채널(2) 내로의 고온 유체를 위한 입구(6) 그리고 채널(2)로부터 외부로의 고온 유체를 위한 출구(7)를 포함한다. 채널(2)은 입구(6) 및 출구(7)를 통해 연장하는 길이방향 중심 축(x)(도 2 참조)을 갖는다.

도 2에서 관찰될 수 있는 바와 같이, 튜브 배열체(3)는 채널(2) 내에 제공되며 가열될 유체를 반송하도록 구성되는, 다수의 튜브, 도시된 실시예에서 4개의 튜브(11, 12, 13, 14)를 포함한다.

튜브(11-14)에는 임의적으로 핀 또는 다른 표면 확장 요소(도면에 도시되지 않음)가 제공될 수 있다.

튜브(11-14)는 헤더 디바이스(4)와 출구 부재(5) 사이에서 연장되며 이들에 연결된다.

튜브 배열체(3)의 각각의 튜브(11-14)는 복수의 권수를 갖는 나선형 코일을 포함하거나 나선형 코일로 형성된다. 튜브(11-14)의 나선형 코일은 길이방향 중심 축(x)과 동심이다. 튜브(11-14)는 도 2에서 관찰될 수 있는 바와 같이 서로 내에 배열된다.

열교환기 시스템(S)은 출구 부재(5)로부터 증기 드럼(21)까지 연장하는 출구 도관(20)을 포함한다. 출구 도관(20)은 튜브 배열체(3) 내에서 가열된 유체를 출구 부재(5)로부터 증기 드럼(21)으로 반송하도록 구성된다. 이러한 유체는 증기 및 물의 혼합물을 포함할 수 있고, 여기서 도 1에 도시된 바와 같이, 증기는 증기 드럼(21)의 상부 부분 내에 수집되고, 물은 증기 드럼(21)의 하부 부분 내에 수집된다.

또한, 열교환기 시스템(S)은 증기 드럼(21)과 증기 소비처(23) 사이에서 연장하며 이들을 연결하는, 증기 도관(22)을 포함한다. 따라서, 증기 드럼(21)으로부터의 증기는 증기 도관(22)을 통해 증기 소비처(23)로 반송된다. 증기 소비처(23)는 증기가 이용되는 임의의 장치 또는 장비, 예를 들어 열교환기 또는 증기 터빈일 수 있다.

또한, 열교환기 시스템(S)은 증기 소비처(23)에 연결되는 핫 웰(24)을 포함한다. 핫 웰(24)은 증기 소비처(23)에 인접하여 제공될 수 있다. 핫 웰(24)은 응축된 물을 증기 소비처(23)로부터 수용하도록 구성된다.

열교환기 시스템(S)의 입구 도관(25)은 증기 드럼(21)을 헤더 디바이스(4)에 연결하고, 본 명세서에서 제1 유체로서도 지칭되는, 증기 드럼(21)으로부터의 물을 헤더 디바이스(4)로 반송하도록 구성된다.

열교환기 시스템(S)의 유체 급송 도관(26)은 핫 웰(24)을 헤더 디바이스(4)에 연결하고, 본 명세서에서 제2 유체로서도 지칭되는, 핫 웰(24)로부터의 물을 급송 유체 또는 급수로서 헤더 디바이스(4)로 반송하도록 구성된다.

또한, 열교환기 시스템(S)은 유체 급송 도관(26) 상에 제공되어 제2 유체를 핫 웰(24)로부터 헤더 디바이스(4)로 압박하는 급수 펌프(27)를 포함한다.

헤더 디바이스(4)가 이제부터 도 3-5를 참조하여 더 면밀하게 설명될 것이다. 제1 실시예에 따른 헤더 디바이스(4)는 입구 부분(31) 및 출구 부분(32)을 포함하는 헤더(30)를 포함한다. 입구 부분(31) 및 출구 부분(32)은 도 3의 점선에 의해 분리된다. 입구 부분(31)은 증기 드럼(21)으로부터 입구 도관(25)을 통해 급송되는 제1 유체를 위한 헤더 입구(33)를 포함한다. 출구 부분(32)은 내부 공간(35)을 포위하는 벽(34)을 포함한다. 출구 부분(32)은 길이방향 중심 축(C) 및 내경(D)을 갖는다.

제1 실시예에서, 출구 부분(32)은 원형 원통형이고, 출구 부분(32)의 벽(34)은 입구 부분(31) 내로 계속되고, 입구 부분(31)의 벽(36)을 형성한다. 따라서, 벽(34, 36)은 하나의 실린더에 의해 형성될 수 있다.

입구 부분(31)은 헤더(30)의 제1 단부(30a)까지 연장한다. 출구 부분(32)은 헤더(30)의 제2 단부(30b)까지 연장한다. 제2 단부(30b)는 단부 요소(37)에 의해 폐쇄된다.

출구 부분(32)은 출구 부분(32)의 벽(34)을 통해 연장하며 튜브 배열체(3)에 연결되는, 헤더 출구(16)를 포함한다.

위에 언급된 바와 같이, 튜브 배열체(3)는 가열될 유체를 위한 4개의 튜브(11-14)를 포함한다. 헤더 출구(16)는 출구 부분(32)의 벽(34)을 통해 연장하는 대응하는 개수의 개구(38)를 포함할 수 있고, 각각의 개구(38)는 각각의 튜브(11-14)에 연결된다. 도 3-5에서, 3개의 개구(38)만 도시된다는 것이 주목되어야 한다. 그러나, 헤더(30)의 헤더 출구(16)는 또한 도 3 및 5에 지시된 바와 같이 열을 따라 배열되는 4개의 개구(38)를 포함할 수 있다는 것은 명백하다.

튜브 배열체(3)는 임의의 개수의 튜브(11-14), 예를 들어 단지 하나의 튜브, 또는 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 훨씬 더 많은 튜브를 포함할 수 있다는 것이 또한 주목되어야 한다. 어느 경우에나, 헤더(30)는 튜브 배열체(3)의 튜브(11-14)의 각각에 연결되는 대응하는 개수의 개구(38)를 갖는 헤더 출구(16)를 포함한다.

헤더 입구(33)는 입구 도관(25)(도 1 참조)에 연결된다. 따라서, 헤더(30)는 증기 드럼(21)으로부터의 제1 유체, 즉 물이 헤더 입구(33)를 통해 내부 공간(35) 내로 진입하게 하고 내부 공간(35)으로부터 헤더 출구(16)를 통해, 즉 헤더 출구(16)의 개구(38)를 통해 튜브 배열체(3)로 유동하게 하도록 구성된다.

헤더 디바이스(4)는 핫 웰(24)로부터 유체 급송 도관(26)(도 1 참조)을 통해 급송되는 제2 유체를 위한, 헤더(30)에 연결되는, 인젝터 파이프(40)를 또한 포함한다. 도 5에서 명확하게 관찰될 수 있는 바와 같이 인젝터 파이프(40)의 제1 부분(40')이 내부 공간(35) 내로 연장한다. 인젝터 파이프(40)는 제1 유체 및 제2 유체가 헤더 출구(16)를 통해, 즉 개구(38)를 통해 튜브 배열체(3) 내로 함께 방출되는 방식으로 내부 공간(35)으로의 제2 유체의 공급을 가능케 하도록 구성된다. 더 구체적으로, 제2 유체가 인젝터 파이프(40)로부터 방출될 때, 제1 유체는 제2 유체와 함께 헤더 출구(16)를 통해 그리고 튜브 배열체(3) 내로 압박된다. 따라서, 튜브 배열체(3) 내에서 가열될 유체는 제1 및 제2 유체를 포함한다.

그 목적으로, 인젝터 파이프(40)의 제1 부분(40')은 내부 공간(35)으로의 제2 유체의 공급을 가능케 하는, 인젝터 출구(17)를 포함한다. 인젝터 출구(17)는 인젝터 파이프(40)의 벽(42)을 통해 연장하는 다수의 구멍(41)을 포함한다. 인젝터 파이프(40)는, 적어도 인젝터 출구(17)의 영역에서, 길이방향 중심 축(c)을 한정하는 원통형, 특히 원형 원통형 형상을 갖는다. 인젝터 파이프(40)의 제1 부분(40')은 외경(d)을 갖는다.

도 5에서 관찰될 수 있는 바와 같이, 인젝터 파이프(40)의 제1 부분(40')은 다수의 구멍(41)과 다수의 개구(38) 사이에 반경방향 거리가 있는 방식으로 내부 공간(35) 내에 위치된다. 더 구체적으로, 내경(D)은 외경(d)보다 크고, 여기서 인젝터 파이프(40)의 그 길이를 따른 제1 부분(40')은 출구 부분(32)의 벽(34)의 내부 측면으로부터 반경방향 거리를 두고 위치된다.

인젝터 파이프(40)는 입구 부분(31)으로부터 내부 공간(35) 내로 연장한다. 제1 실시예에서, 인젝터 파이프(40)는 도 3-5에서 관찰될 수 있는 바와 같이 입구 부분(31)의 벽(36)을 통해 연장한다.

인젝터 파이프(40)는 내부 공간(35) 내에 제공되는 저부 단부(43)를 갖는다. 저부 단부(43)는 폐쇄된다. 제1 실시예에서, 저부 단부(43)는 헤더(30)의 폐쇄된 제2 단부(30b)에 인접하여 배열된다.

헤더 출구(16)는 모든 개구(38)의 총 면적일 수 있는, 제1 유동 면적을 갖는다. 인젝터 출구(17)는 모든 구멍(41)의 총 면적일 수 있는, 제2 유동 면적을 갖는다. 제1 유동 면적은 제2 유동 면적보다 크다. 특히, 각각의 개구(38)의 면적은 각각의 구멍(41)의 면적보다 클 수 있다. 구멍(41)의 면적은 동일하거나 상이한 구멍(41)에 대해 상이할 수 있다.

헤더 출구(16)는 출구 부분(32)의 벽(34)의 긴 영역(44) 내에 제공된다. 긴 영역(44)은 길이방향 중심 축(C)과 평행하게 연장한다. 제1 실시예에서, 영역(44)의 긴 측면은 개구(38)의 모서리에 접한다.

긴 영역(44)은 긴 측면들 사이의 폭(α)(도 3 참조), 즉 각거리를 갖는다. 폭(α)은 길이방향 중심 축(C)에 대해 60˚ 미만, 바람직하게는 길이방향 중심 축(C)에 대해 50˚ 미만, 더 바람직하게는 길이방향 중심 축(C)에 대해 40˚ 미만 그리고 가장 바람직하게는 길이방향 중심 축(C)에 대해 30˚ 미만이다.

도 3에서 관찰될 수 있는 바와 같이, 모든 개구(38)는 긴 영역(44) 내에 위치된다. 인젝터 출구(17)는 긴 영역(44)과 대면한다. 결국, 인젝터 출구(17)의 모든 구멍(41)은 긴 영역(44) 그에 따라 개구(38)와 대면한다.

제1 실시예에서, 각각의 구멍(41)은 도 3에서 명확하게 관찰될 수 있는 바와 같이 개구(38)에 대향으로 위치된다. 그러나, 위에 언급된 바와 같이, 구멍(41)의 개수는 개구(38)의 개수보다 작을 수 있다.

더욱이, 제1 실시예에서, 개구(38)는 길이방향 중심 축(C)과 평행한 선을 따라 위치된다. 또한, 구멍(41) 역시 길이방향 중심 축(C)과 평행한 이러한 선을 따라 위치된다. 특히, 구멍(41)은 이러한 선을 따라 개구(38)에 대해 변위되고, 특히 그에 따라 개구(38) 및 구멍(41)은 서로 쌍으로 정렬되지 않을 수 있다.

따라서, 열교환기 시스템(S)의 동작 중, 본 명세서에서 제2 유체로서도 지칭되는, 핫 웰(24)로부터의 물이 급수 펌프(27)에 의해 인젝터 파이프(40) 내로 급송될 것이다. 급수 펌프(27)는 핫 웰로부터의 물의 압력을 상승시키고, 그에 의해 물을 인젝터 출구(17)의 구멍(41) 외부로 압박한다. 구멍(41)으로부터 방출되는 물은 이어서 본 명세서에서 제1 유체로서도 지칭되는, 증기 드럼(21)으로부터의 물이 구멍(41)으로부터의 물과 함께 개구(38)를 통해 방출되게 할 것이다. 그러한 방식으로, 증기 드럼(21), 핫 웰(24) 및 튜브 배열체(3) 사이에서의 유체의 순환이 급수 펌프(27)로 전달되는 전력만으로 유지될 것이다.

헤더 디바이스(4)의 제2 실시예가 도 6-8에 도시된다. 동일한 도면 부호가 도시된 실시예에서 동일 또는 대응 기능을 갖는 요소에 사용된다. 제2 실시예의 헤더 디바이스(4)는, 인젝터 파이프(40)의 길이방향 중심 축(c)이 제1 실시예에서와 같이 출구 부분(32)의 길이방향 중심 축(C)에 대해 변위될 수 있지만, 입구 부분(31)이 곡선형이며 더 구체적으로 90˚만큼 벤딩되고, 반면에 인젝터 파이프(40)는 직선형이며 길이방향 중심 축(C)과 평행하게 연장하는 점에서 제1 실시예의 헤더 디바이스(4)와 상이하다. 제1 실시예에서, 인젝터 파이프(40)는 곡선형이고, 더 구체적으로 90˚만큼 벤딩되고, 반면에 입구 부분(31)은 직선형이다.

도 5 및 8에서 관찰될 수 있는 바와 같이, 인젝터 파이프(40)의 제1 부분(40')의 길이방향 중심 축(c)은 출구 부분(32)의 길이방향 중심 축(C)과 평행하다. 제1 및 제2 실시예에서, 인젝터 파이프(40)의 제1 부분(40')의 길이방향 중심 축(c)은 출구 부분(32)의 길이방향 중심 축(C)에 대해 반경방향으로 변위될 수 있다. 인젝터 파이프(40)의 제1 부분(40')의 길이방향 중심 축(c)은 출구 부분(32)의 길이방향 중심 축(C)과 일치할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.

본 발명은 도시된 실시예로 제한되지 않고, 하기의 청구범위의 범주 내에서 변화 및 변형될 수 있다.

예로서, 구멍(41) 및 개구(38)는 원형이 아니어도 되고, 임의의 다른 형상을 가질 수 있다.

Claims

가열될 유체를 반송하도록 구성되는 튜브 배열체(3)를 포함하는 열교환기 시스템(S)을 위한 헤더 디바이스(4)이며, 헤더 디바이스(4)는 서로 연통하는 입구 부분(31) 및 출구 부분(32)을 포함하는 헤더(30)를 포함하고,
입구 부분(31)은 제1 유체를 위한 헤더 입구(33)를 포함하고,
출구 부분(32)은 내부 공간(35)을 포위하는 벽(34)을 포함하고,
출구 부분(32)은 벽(34)을 통해 연장하며 튜브 배열체(3)에 연결되도록 구성되는, 헤더 출구(16)를 포함하고,
헤더(30)는 제1 유체가 헤더 입구(33)를 통해 내부 공간(35) 내로 진입하게 하고 내부 공간(35)으로부터 헤더 출구(16)를 통해 튜브 배열체(3)로 유동하게 하도록 구성되는, 헤더 디바이스(4)에 있어서,
헤더 디바이스(4)는 인젝터 파이프(40)를 포함하고, 인젝터 파이프는 헤더(30)에 연결되며 제2 유체를 헤더(30) 내로 주입하여 제1 유체를 제2 유체와 함께 헤더 출구(16)를 통해 그리고 튜브 배열체(3) 내로 압박하도록 배열되고, 가열될 유체는 제1 및 제2 유체를 포함하는,
것을 특징으로 하는, 헤더 디바이스(4).
제1항에 있어서, 튜브 배열체(3)는 가열될 유체를 위한 다수의 튜브(11-14)를 포함하고, 헤더 출구(16)는 출구 부분(32)의 벽(34)을 통한 다수의 개구(38)를 포함하고, 각각의 개구(38)는 튜브(11-14) 중 하나에 연결되도록 구성되는, 헤더 디바이스(4).
제2항에 있어서, 인젝터 파이프(40)의 제1 부분(40')은 인젝터 출구(17)를 포함하고, 헤더(30)의 내부 공간(35) 내부측으로 연장하는, 헤더 디바이스(4).
제3항에 있어서, 인젝터 출구(17)는 인젝터 파이프(40)의 벽(42)을 통한 다수의 구멍(41)을 포함하는, 헤더 디바이스(4).
제4항에 있어서, 인젝터 출구(17)의 구멍(41)은 출구 부분(32)의 개구(38)와 대면하는, 헤더 디바이스(4).
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 인젝터 파이프(40)의 제1 부분(40')은 내부 공간(35)의 벽(34)으로부터 이격되어 배열되는, 헤더 디바이스(4).
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 헤더 출구(16)는 제1 유동 면적을 갖고, 인젝터 출구(17)는 제2 유동 면적을 갖고, 제1 유동 면적은 제2 유동 면적보다 큰, 헤더 디바이스(4).
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 인젝터 파이프(40)의 제1 부분(40')의 길이방향 중심 축(c)이 헤더(30)의 출구 부분(32)의 길이방향 중심 축(C)에 평행하게 연장하는, 헤더 디바이스(4).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 입구 부분(31)은 헤더(30)의 제1 단부(30a)까지 연장하고, 출구 부분(32)은 헤더(30)의 제2 단부(30b)까지 연장하고, 제2 단부(30b)는 폐쇄되는, 헤더 디바이스(4).
열교환기 시스템(S)이며,
고온 유체를 위한 채널(2);
채널(2) 내에 배열되고, 가열될 유체를 반송하도록 구성되는, 튜브 배열체(3)로서, 고온 유체는 튜브 배열체(3) 내의 유체와 열교환 관계에 있는, 튜브 배열체; 및
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 헤더 디바이스(4)로서, 헤더 출구(16)는 튜브 배열체(3)에 연결되는, 헤더 디바이스(4)
를 포함하는, 열교환기 시스템(S).
제10항에 있어서, 튜브 배열체(3)는 출구 부재(5)와 다수의 튜브(11-14)를 포함하고, 다수의 튜브는 헤더 출구(16) 및 출구 부재(5)에 연결되며 이들 사이에서 연장하는, 열교환기 시스템(S).
제11항에 있어서, 열교환기 시스템(S)은,
유체를 튜브(11-14)로부터 출구 부재(5)를 통해 배출하도록 구성되는 출구 도관(20);
출구 도관(20)을 통해 튜브 배열체(3)에 연결되며 가열된 유체의 증기 및 물을 튜브 배열체(3)로부터 수용하도록 구성되는, 증기 드럼(21);
증기 도관(22)을 통해 증기 드럼(21)에 연결되며 증기를 증기 드럼(21)으로부터 수용하도록 구성되는, 증기 소비처(23);
증기 소비처(23)에 연결되며 물을 증기 소비처(23)로부터 수용하도록 구성되는, 핫 웰(24);
증기 드럼(21)을 헤더 입구(33)에 연결하며 제1 유체를 증기 드럼(21)으로부터 헤더 입구(33)로 반송하도록 구성되는, 입구 도관(25); 및
핫 웰(24)을 인젝터 파이프(40)에 연결하며 제2 유체를 핫 웰(24)로부터 인젝터 파이프(40)로 반송하도록 구성되는, 유체 급송 도관(26)
을 포함하는, 열교환기 시스템(S).
제12항에 있어서, 열교환기 시스템(S)은 제2 유체를 핫 웰(24)로부터 인젝터 파이프(40)로 압박하는 급수 펌프(27)를 포함하는, 열교환기 시스템(S).
채널(2), 채널(2) 내부측에 배열되는 튜브 배열체(3), 및 헤더 입구(33) 그리고 튜브 배열체(3)에 연결되는 헤더 출구(16)를 갖는 헤더(30)를 포함하는 열교환기 시스템 내에서 유체를 가열하는 방법이며,
고온 유체를 채널(2)을 통해 반송하는 단계; 및
제1 유체를 헤더 입구(33)를 통해 헤더(30)로 공급하는 단계
를 포함하는 방법에 있어서,
제2 유체를 헤더(30)에 연결되는 인젝터 파이프(40)를 통해 헤더(30) 내로 주입하고 그에 의해 제1 유체를 제2 유체와 함께 헤더 출구(16)를 통해 그리고 튜브 배열체(3) 내로 압박하는 단계로서, 가열될 유체는 제1 및 제2 유체를 포함하는, 단계; 및
가열될 유체를 채널(2) 내의 고온 유체와 열교환 관계에 있는 튜브 배열체(3)를 통해 반송하는 단계
를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제14항에 있어서, 가열된 유체의 증기 및 물을 튜브 배열체(3)로부터 증기 드럼(21)으로 반송하는 단계;
증기를 증기 드럼(21)으로부터 증기 소비처(23)로 반송하는 단계;
물을 증기 소비처(23)로부터 핫 웰(24)로 반송하는 단계;
제1 유체를 증기 드럼(21)으로부터 헤더 입구(33)로 반송하는 단계; 및
제2 유체를 핫 웰(24)로부터 인젝터 파이프(49)로 반송하는 단계
를 추가로 포함하는, 방법.