KR102170070B1 - 보일러 관, 보일러 관 유닛 및 노 - Google Patents

보일러 관, 보일러 관 유닛 및 노 Download PDF

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Abstract

본원에서 보일러 관 (2) 은 길이 방향 연장부 (L) 를 갖고, 길이 방향 연장부 (L) 의 적어도 제 1 부분 (5) 을 따라 연장되는 반경 방향 내측 및 외측 관부 (4, 6) 를 포함한다. 반경 방향 외측 관부 (6) 는 반경 방향 내측 관부 (4) 에 야금학적으로 결합된다. 센서 공간 (8) 이 반경 방향 내측 관부 (4) 와 반경 방향 외측 관부 (6) 사이에 배치되고, 센서 공간 (8) 은 반경 방향 외측 관부 (6) 의 물리적 특성을 검출하도록 배치된 센서를 수용하도록 구성된다. 덕트 (10) 가 센서 공간 (8) 에 연결되고 반경 방향 외측 관부 (6) 를 통해 반경 방향 외측 관부 (6) 의 표면의 출구부 (12) 로 연장된다. 반경 방향 내측 및 외측 관부는 상이한 화학적 조성의 재료들을 포함한다. 또한, 보일러 관 유닛 및 노 (furnace) 가 본원에 개시된다.

Description

보일러 관, 보일러 관 유닛 및 노
본 개시는 보일러 관 및 보일러 관 유닛에 관한 것이다. 본 개시는 또한 노 (furnace) 에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 보일러 관의 제조 방법에 관한 것이다.
산업용 보일러의 노는 소위 수벽 (waterwall) 패널을 포함하며, 이는 서로 용접된 복수의 평행 관, 보일러 관으로 형성된 패널이다. 수벽 패널은 노의 적어도 일부 주위에 배치된다. 보일러 관 내부에서, 노의 연소로 인한 고온 가스에 의해 물이 증기로 가열된다. 과열 증기는 산업 공정 및/또는 증기 터빈에서의 전기 생산에 사용될 수 있다.
보일러 관의 일부 또는 보일러 관의 부분은, 노의 내측을 향해 배치되고 고온 연소 물질 및/또는 연소 가스에 노출되는 보일러 관의 원주 (circumferential) 절반과 노의 외측을 향해 배치된 다른 원주 절반 간의 큰 온도차를 겪는다. 또한, 물 또는 증기가 흐르는 보일러 관의 내측과 연소 물질 및/또는 연소 가스에 노출되는 보일러 관의 측면 간에는 상당한 온도차가 있을 수 있다. 따라서, 보일러 관 중 적어도 일부는 거친 동작 조건에 노출되며, 이는 보일러 관에 다량의 응력을 제공한다.
머지 않아 가장 거친 동작 조건을 가진 노의 영역에 배치된 보일러 관은 파열될 것이다. 이는 노로의 물 또는 증기의 누출이 노에 손상을 야기할 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서, 보일러 관이 노의 내측에 노출되는 온도를 추적하는 것이 중요하다. 보일러 관의 재료 특성에 대한 지식으로, 노의 하나 이상의 보일러 관이 교체될 필요가 있을 때에 대한 예측이 이루어질 수 있다.
일반 온도 센서 및 배선이 노에서 생존하기에는 온도가 너무 높으므로, 노 내측의 보일러 관의 온도를 측정하는 것은 매우 어렵다.
WO 2010/100335 호는 열 교환기 벽에 센서를 장착하기 위한 구성을 개시하며, 열 교환기 벽은 멤브레인 벽을 형성하는 관 사이에 핀 (fin) 플레이트로 서로 옆에 용접된 강 관으로 형성된다. 센서 리드 (lead) 에 필요한 센서 챔버 및 전도체 채널은 강 관의 벽의 두꺼운 부분의 노 측 상에 위치된다. 관 벽에 부착될 센서 요소는 벽의 두꺼운 부분이 형성되는 적어도 하나의 길이의 강 관을 포함하는 균질한 강 피스 (piece) 로서 측정 센서 챔버용으로 형성된다.
US 2009/120383 호는 보일러에서 사용하기 위한 파이프 조립체를 개시한다. 파이프 조립체는 열 교환에 적합한 외벽을 갖는 파이프를 포함한다. 파이프는 그 외벽의 리세스 섹션에 위치된 열 감지 수단을 가지며, 여기서 파이프의 내부 보어 (bore) 는 열 감지 수단의 영역에서 실질적으로 일정한 단면을 갖는다.
DE 10248312 호는 압력 파이프 및 적어도 하나의 열적 요소를 포함하는 열 교환기용 측정 디바이스를 개시한다. 상기 압력 파이프에는 파이프 벽의 원주의 일부 영역에 걸쳐 연장되고 열적 요소를 수용하며 충진 재료로 채워지는 리세스를 포함하는 파이프 벽이 제공된다. 열적 요소는 리세스에 의해 변형되는 부분 영역 내에서 중심을 벗어나게 배치된다. 충진 재료로서 용접 재료가 제안되었다.
그러나, 보일러 관에 배치된 센서에 대한 신뢰성 있는 연결을 제공하는 것은 여전히 문제가 된다.
보일러 내측의 온도 측정과 관련된 상술한 문제점 중 적어도 일부를 극복하거나 적어도 완화시키는 것이 유리할 것이다. 이들 관심사 중 하나 이상을 더 잘 해결하기 위해, 독립 청구항에 정의된 특징을 갖는 보일러 관, 보일러 관 유닛 및 노가 제공된다.
본 개시의 양태에 따르면, 길이 방향 연장부 (L) 를 갖고, 길이 방향 연장부의 적어도 제 1 부분을 따라 연장되는 반경 방향 내측 관부 (tubular portion), 길이 방향 연장부의 제 1 부분을 따라 연장되고, 반경 방향 내측 관부에 야금학적으로 결합되는 반경 방향 외측 관부, 및 반경 방향 내측 관부와 반경 방향 외측 관부 사이에 배치되고, 반경 방향 외측 관부의 물리적 특성을 검출하도록 배치된 센서를 수용하도록 구성된 센서 공간을 포함하는 보일 관이 제공되며, 여기서, 덕트가 센서 공간에 연결되고 반경 방향 외측 관부를 통해 반경 방향 외측 관부의 표면의 출구부로 연장되고, 반경 방향 내측 관부 및 반경 방향 외측 관부는 상이한 화학적 조성의 재료들을 포함한다.
보일러 관은 반경 방향 내측 관부와 반경 방향 외측 관부 사이에 배치된 센서 공간을 포함하고, 센서 공간은 반경 방향 외측 관부의 물리적 특성을 검출하도록 배치된 센서를 수용하도록 구성되므로, 센서는 센서 공간 내측의 보일러 관의 벽 내에서 보호되도록 배치될 수 있다. 따라서, 센서가 노 내측의 고온 환경에 직접 노출되지 않고 예를 들어, 노 내측의 온도 또는 보일러 관 내의 응력을 검출하도록 센서가 배치될 수 있게 하는 보일러 관이 제공된다.
또한, 반경 방향 내측 관부 및 반경 방향 외측 관부는 상이한 화학적 조성의 재료를 포함하기 때문에, 반경 방향 내측 관부의 화학적 조성은 보일러 관 내측의 매체 및 압력과의 접촉을 위해 구성될 수 있고, 반경 방향 외측 관부의 화학적 조성은 노 내의 물질 및 연소 가스와의 접촉을 위해 구성될 수 있다. 또한, 덕트는 센서 공간에 연결되고 반경 방향 외측 관부를 통해 연장되므로, 연결부는 센서 공간으로부터 덕트를 통해 반경 방향 외측 관부의 표면의 출구부로 연장될 수 있다. 출구부가 반경 방향 내측 관부와 상이한 화학적 조성을 갖는 반경 방향 외측 관부 내에 제공되므로, 전체 덕트는 반경 방향 외측 관부 아래로 연장된다. 따라서, 전체 덕트 및 이를 통해 연장되는 도관은 노 내의 물질 및 연소 가스로부터의 보호와 같은, 반경 방향 외측 관부에 의해 제공되는 특성으로부터 이익을 얻는다.
보다 구체적으로, 반경 방향 외측 관부의 물리적 특성은 예를 들어, 반경 방향 외측 관부의 온도일 수 있다. 보일러 관의 외부 표면 상의 온도는 센서 공간 내의 반경 방향 외측 관부의 온도를 검출함으로써 검출될 수 있다. 센서 공간의 반경 방향 위치에 대한 지식으로, 보일러 관의 외부 표면에서 보일러 관의 내측까지 보일러 관의 벽을 통한 알려진 온도 구배는 센서 공간에서 센서에 의해 감지된 온도에 기초하여 보일러 관의 외측 상의 온도의 계산을 허용한다.
유사하게, 반경 방향 외측 관부의 물리적 특성은 예를 들어, 반경 방향 외측 관부의 응력일 수 있다. 보일러 관에서의 응력은 센서 공간 내에서 반경 방향 외측 관부의 응력을 검출함으로써 검출될 수 있다. 센서 공간의 반경 방향 위치에 대한 지식으로, 예를 들어, 보일러 관의 내경 및 외경과 같은 보일러 관의 크기를 아는 것은 센서 공간에서 센서에 의해 감지된 응력에 기초하여 보일러 관의 외측 또는 내측에 대한 응력의 계산을 허용한다.
보일러 관은 노의 일부를 형성한다. 보다 구체적으로, 보일러 관은 소위 노의 수벽 (waterwall) 패널의 일부를 형성한다. 보일러 관의 사용시, 보일러 관 내측에서, 물은 증기로 가열되고 선택적으로 과열 증기로 과열될 수 있다. 보일러 관의 사용시, 보일러 관의 제 1 원주부는 노 주위의 주위 온도에 영향을 받고, 보일러 관의 제 2 원주부는 노 내측의 고온 연소 물질 및/또는 연소 가스에 영향을 받는다.
관부라는 용어는 이와 같은 관형 부재를 지칭한다. 보다 구체적으로, 반경 방향 외측 관부는 관형 부재를 형성하고 반경 방향 내측 관부는 관형 부재를 형성한다. 상술한 바와 같이, 반경 방향 외측 관부는 반경 방향 내측 관부에 야금학적으로 결합된다. 따라서, 반경 방향 외측 관부는 전체의, 또는 실질적으로 전체의 반경 방향 내측 관부 주위에서 원주 방향으로 연장된다.
야금학적으로 결합된다는 용어는 금속 성분, 이 경우 반경 방향 내측 및 외측 관부 사이의 계면이 천이 구역을 형성함을 의미한다. 두 금속 성분 간에 명확한 계면 라인이 검출되지 않을 수 있다. 따라서, 보일러 관의 사용 동안, 보일러 관의 내측과 보일러 관의 외측 사이에 온도차가 존재하는 경우, 반경 방향 내측 관부와 반경 방향 외측 관부 사이의 야금학적 결합은 보일러 관의 내측으로부터 보일러 관의 외측으로 보일러 관 내부의 어떠한 단차도 없이 연속적인 반경 방향 온도 분포를 제공한다. 따라서, 열 전도성은 반경 방향 내측 관부와 반경 방향 외측 관부 사이의 계면에서 동일하거나 적어도 어떠한 급격한 단계적 변화를 나타내지 않을 수 있다. 유사하게, 야금학적 결합은 보일러 관의 단면에 걸쳐 연속적으로 응력이 분포되도록 제공된다.
센서는 예를 들어, 서미스터와 같은 온도 센서 또는 스트레인 게이지와 같은 응력 센서일 수 있다. 덕트는 예를 들어, 센서 공간으로 그리고 센서 공간으로부터 연장하는 전기적 접속을 위한 채널을 형성한다.
덕트는 센서 공간에 연결되고 반경 방향 외측 관부를 통해 반경 방향 외측 관부의 표면의 출구부로 연장되므로, 센서 공간에 배치된 센서에 대한 전기 커넥터는 덕트를 통해 연장될 수 있다. 따라서, 센서 공간에 배치된 센서는 노의 제어 장비에 연결될 수 있다.
실시형태에 따르면, 센서 공간은 보일러 관의 제 1 원주 절반에 배치될 수 있다. 덕트는 반경 방향 내측 관부 주위에서 부분적으로 연장될 수 있고, 출구부는 보일러 관의 제 2 원주 절반에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 센서 공간은 노의 내측을 향하도록 배치된 보일러 관의 원주 절반에 배치될 수 있으며, 출구부는 노 외측의 주위 환경을 향하도록 배치된 보일러 관의 다른 원주 절반에 배치된다. 따라서, 센서 공간에 배치된 센서로부터의 전기 커넥터는 노의 주위 환경을 향해 보일러 관을 빠져나올 수 있으며, 여기서 온도는 노의 내측에 비해 더 낮다.
실시형태에 따르면, 보일러 관은 센서 공간 내에 배치된 센서, 및 덕트를 통해 연장되는 센서에 연결된 도관을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 센서는 보일러 관, 그리고 간접적으로 보일러 관이 배치된 노의 하나 이상의 물리적 특성을 측정 또는 모니터링할 수 있다. 전기 도관일 수 있는 도관을 통해, 센서는 노의 제어 장비 또는 모니터링 장비에 연결될 수 있다.
실시형태에 따르면, 센서 공간 및 덕트는 반경 방향 내측 관부 상에 부분적으로 위치되고 반경 방향 외측 관부를 통해 연장되는 관에 의해 형성될 수 있고, 여기서 반경 방향 외측 관부는 관 주위에 구축될 수 있다. 이러한 방식으로, 관은 센서 공간 및 덕트가 보일러 관의 제조 동안 형성되는 것을 보장할 수 있다. 또한, 관이 반경 방향 외측 관부를 형성하기 전에 정확한 위치에 배치될 수 있으므로, 보일러 관 내의 센서 공간 및 덕트의 정확한 위치가 보장될 수 있다.
실시형태에 따르면, 반경 방향 외측 관부는 금속 분말의 열간 정수압 소결법 (hot isostatic pressing) 에 의해 형성될 수 있으며, 이에 의해 반경 방향 외측 관부는 반경 방향 내측 관부에 야금학적으로 결합된다. 이러한 방식으로, 야금학적 결합이 달성될 수 있다. 따라서, 보일러 관의 사용 동안, 보일러 관 내의 반경 방향 온도 분포 및/또는 반경 방향 응력 분포는 어떠한 단차도 없이 연속적일 수 있다.
실시형태에 따르면, 센서 공간 및 덕트는 반경 방향 외측 관부를 반경 방향 내측 관부 상에 적층 가공 (additive manufacturing) 하는 동안 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 반경 방향 내측 관부와 반경 방향 외측 관부 사이의 야금학적 결합이 달성될 수 있다. 따라서, 보일러 관의 사용 동안, 보일러 관 내의 반경 방향 온도 분포 및/또는 반경 방향 응력 분포는 어떠한 단차도 없이 연속적일 수 있다.
실시형태에 따르면, 보일러 관은 제 1 길이 방향 관부 및 제 2 길이 방향 관부를 포함할 수 있고, 제 1 길이 방향 관부 및 제 2 길이 방향 관부는 길이 방향 연장부 (L) 를 따라 연장되고, 여기서 제 1 길이 방향 관부는 제 2 길이 방향 관부에 야금학적으로 결합되고, 제 1 길이 방향 관부는 센서 공간을 포함한다. 이러한 방식으로, 보일러 관은 보일러 관의 길이 방향 연장부를 따라 상이한 부분을 포함할 수 있다. 따라서, 특히 센서 공간을 포함하는 제 1 길이 방향 관부는 제 1 제조 방법에 따라 제조될 수 있고, 제 2 길이 방향 관부는 제 2 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. 제 1 제조 방법은 예를 들어, 열간 정수압 소결법 또는 적층 가공을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 길이 방향 관부는 예를 들어, 용접을 통해 서로 야금학적으로 결합될 수 있다.
실시형태에 따르면, 제 1 길이 방향 관부는 굽은 관부를 포함할 수 있고, 센서 공간은 굽은 관부에 배치된다. 이러한 방식으로, 굽은 관부는 노의 수벽에 개구를 제공하기 위해 이용될 수 있다. 즉, 굽은 관부는 수벽의 개구 주위에서 적어도 부분적으로 연장될 수 있다. 종종 이러한 개구에서 수벽은 고온 및/또는 높은 응력을 받는다. 따라서, 굽은 관부에서의 센서 공간의 제공은 센서가 노에서 거친 조건이 우세한 수벽의 부분에 위치되도록 제공될 수 있다.
실시형태에 따르면, 보일러 관은, 반경 방향 외측 관부로부터 반경 방향으로 연장되고 길이 방향 연장부 (L) 를 따라 적어도 부분적으로 연장되는 적어도 하나의 핀을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 보일러 관에는 예를 들어, 수벽의 추가 보일러 관에 보일러 관을 부착하기 위한 부재가 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 적어도 하나의 핀은 수벽의 인접한 보일러 관에, 인접 보일러 관의 원주 표면에 직접 또는 인접 보일러 관의 핀에 용접될 수 있다.
실시형태에 따르면, 핀은 반경 방향 외측 관부와 일체로 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 핀은 반경 방향 외측 관부에 용접될 필요가 없다. 이러한 용접은 센서 공간과 외부 표면 부분 사이의 덕트를 손상시킬 것이다. 따라서, 이러한 실시형태에서, 덕트는 핀의 한 측으로부터 핀의 반대 측으로 연장될 수 있다. 덕트는 반경 방향 내측 관부를 따라 적절하게 연장되며, 따라서 핀 아래로 연장된다.
실시형태에 따르면, 적어도 하나의 핀은 반경 방향 내측 관부와 동일한 재료로 이루어진 층을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 핀은 반경 방향 내측 관부와 유사한 물리적 특성을 제공하게 될 수 있다. 예를 들어, 반경 방향 내측 관부의 재료의 열 전도성은 반경 방향 외측 관부의 재료의 열 전도성보다 우수할 수 있다. 따라서, 반경 방향 내측 관부와 동일한 재료로 이루어진 핀의 층으로, 핀을 통한 열 전도성은 반경 방향 외측 관부의 재료와 완전히 동일한 재료로 이루어진 핀의 열 전도성에 비해 개선될 수 있다. 적절하게는, 반경 방향 내측 관부와 동일한 재료로 이루어진 층은 핀의 주 방향, 즉, 2 개의 보일러 관 사이에서 연장된다.
또한, 이들 실시형태에서, 덕트는 반경 방향 내측 관부를 따라 적절하게 연장되고, 따라서 핀 아래로 연장된다. 덕트의 적절한 크기의 개구 또는 리세스는 반경 방향 내측 관부에 또는 그에 가까운 층에 제공될 수 있다.
본 개시의 추가 양태에 따르면, 제 1 보일러 관 및 제 2 보일러 관을 포함하는 보일러 관 유닛이 제공된다. 제 1 보일러 관은 본원에서 논의되는 양태 및/또는 실시형태 중 어느 하나에 따른 보일러 관이고 적어도 하나의 핀을 포함하며, 여기서 제 1 보일러 관 및 제 2 보일러 관은 적어도 하나의 핀을 통해 서로 연결되고, 덕트는 적어도 하나의 핀의 제 1 측면으로부터 적어도 하나의 핀의 제 2 측면으로 연장된다.
보일러 관 유닛은 적어도 하나의 핀을 통해 서로 연결된 제 1 보일러 관 및 제 2 보일러 관을 포함하고, 덕트는 적어도 하나의 핀의 제 1 측면으로부터 핀의 제 2 측면으로 연장되므로, 보일러 관 유닛은 제 1 보일러 관을 제 2 보일러 관에 용접할 필요 없이 노에 설치될 수 있다. 따라서, 덕트에 배치된 덕트 및 임의의 전기적 접속과 같은 임의의 접속은 용접 동작에서 발생되는 열에 의해 영향을 받거나 손상되지 않을 것이다.
본 개시의 추가 양태에 따르면, 적어도 제 1 수벽 패널을 포함하는 노가 제공되며, 제 1 수벽 패널은 다수의 보일러 관을 포함하고, 여기서 다수의 보일러 관 중 적어도 제 1 보일러 관은 본원에서 논의된 양태 및/또는 실시형태 중 어느 하나에 따른 보일러 관이다.
보일러 관은 센서 공간을 포함하므로, 상술한 바와 같이, 센서는 센서 공간 내측의 보일러 관의 벽 내에 보호되도록 배치될 수 있다. 따라서, 노 내측의 고온 환경에 센서가 직접 노출되지 않으면서 노 내측의 온도 및/또는 응력과 같은 물리적 특성을 검출하도록 센서가 배치될 수 있게 하는 제 1 수벽 패널을 갖는 노가 제공된다.
따라서, 보일러 관의 물리적 특성은 노의 특히 노출된 위치에서 연속적으로 모니터링될 수 있다. 적절하게 센서 공간은 이러한 노출된 위치에 배치된다. 연속적인 모니터링은 노 조작자가 노의 동작 조건에 대한 지식을 높이고 특정 동작 조건의 부정적인 결과 또는 프로세스 장애를 완화시키기 위해 이를 다른 방식으로 조정할 수 있게 할 수 있다. 동작 데이터의 지속적인 측정은 조기 경보가 보일러 관 교체 계획을 세울 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 노의 임계 영역에서의 온도 및/또는 응력과 같은 물리적 특성을 확립할 수 있는 것은 보일러 관의 과열 및 연소를 야기할 수 있는 보일러 관의 부분적 또는 완전한 막힘을 검출하는 데 유용할 수 있다.
제 1 수벽 패널은 서로 평행하게 연장되도록 배치된 복수의 보일러 관을 포함할 수 있다. 보일러 관은 직접 또는 간접적으로 서로 용접될 수 있다. 노의 적어도 일부 주위에 하나 이상의 수벽 패널이 배치될 수 있다.
실시형태에 따르면, 노는 본원에 논의되는 양태 및/또는 실시형태 중 어느 하나에 따른 보일러 관 유닛을 포함할 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 제 1 보일러 관은 보일러 관 유닛의 제 1 보일러 관을 형성한다. 이러한 방식으로, 노의 제 1 보일러 관의 설치를 위해 덕트를 걸친 용접이 필요하지 않다.
실시형태에 따르면, 노는 제 2 수벽 패널을 포함할 수 있으며, 제 1 수벽 패널은 노의 측벽의 적어도 일부를 형성할 수 있고 제 2 수벽 패널은 노의 바닥의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 물 및/또는 증기 및/또는 과열 증기가 노의 측벽 및 바닥 모두를 따라 유도될 수 있다.
제 1 보일러 관은 제 1 및 제 2 수벽 패널 모두의 일부를 형성할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제 2 수벽 패널은 본원에 논의되는 양태 및/또는 실시형태 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 보일러 관을 포함할 수 있다.
실시형태에 따르면, 제 1 보일러 관은 제 1 수벽 패널의 개구에 가까운 센서 공간을 갖도록 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 제 1 수벽 패널의 특히 노출된 부분일 수 있는 제 1 수벽 패널의 개구에서의 물리적 특성이 모니터링될 수 있다.
본 개시의 추가 양태에 따르면, 보일러 관을 제조하는 방법이 제공되며, 보일러 관은 길이 방향 연장부 (L) 를 갖고 길이 방향 연장부의 적어도 제 1 부분을 따라 연장되는 반경 방향 내측 관부, 길이 방향 연장부의 제 1 부분을 따라 연장되는 반경 방향 외측 관부를 포함한다. 본 방법은,
- 반경 방향 내측 관부를 제공하는 단계,
- 반경 방향 외측 관부를 형성하고, 상기 형성하는 단계 중에 동시에 반경 방향 외측 관부와 반경 방향 내측 관부 사이의 야금학적 결합을 달성하는 단계, 및
- 반경 방향 내측 관부와 반경 방향 외측 관부 사이에 센서 공간을 형성하는 단계로서, 센서 공간은 반경 방향 외측 관부의 물리적 특성을 검출하도록 배치된 센서를 수용하도록 구성되는, 센서 공간을 형성하는 단계를 포함한다.
본 개시의 추가 특징 및 이점은 첨부된 청구항 및 후술하는 상세한 설명을 연구할 때 명백해질 것이다.
특정의 특징 및 이점을 포함하여 본 개시의 다양한 양태 및/또는 실시형태는 후술하는 상세한 설명 및 첨부 도면에서 논의되는 예시적인 실시형태로부터 쉽게 이해될 것이다.
도 1 내지 도 4 는 실시형태에 따른 보일러 관을 도시한다.
도 5 는 보일러 관을 제조하는 방법의 실시형태를 도시한다.
도 6 은 실시형태에 따른 노를 도시한다.
도 7a 내지 도 7c 는 보일러 관 유닛의 실시형태를 도시한다.
본 개시의 양태 및/또는 실시형태가 이제 보다 완전하게 설명될 것이다. 유사한 도면부호는 전체에 걸쳐 유사한 요소를 지칭한다. 공지된 기능 또는 구성은 간결성 및/또는 명료성을 위해 반드시 상세하게 설명되지는 않을 것이다.
도 1 은 실시형태에 따른 보일러 관 (2) 을 나타낸다. 보일러 관 (2) 은 노의 일부를 형성할 수 있다. 보일러 관 (2) 은 길이 방향 연장부 (L) 를 갖는다. 보일러 관 (2) 은 제 1 길이 방향 관부 (14) 및 제 2 길이 방향 관부 (16) 를 포함한다. 제 1 길이 방향 관부 (14) 및 제 2 길이 방향 관부 (16) 는 길이 방향 연장부 (L) 를 따라 연장된다. 제 1 길이 방향 관부 (14) 는 제 2 길이 방향 관부 (16) 에 야금학적으로 결합된다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 길이 방향 관부 (14, 16) 는 용접에 의해 야금학적으로 결합될 수 있다.
단지 예로서 언급되는 바와 같이, 보일러 관 (2) 의 길이 방향 연장부 (L) 는 6 내지 16 m 의 범위 내에 있을 수 있다. 보일러 관 (2) 의 외경은 대략 60 mm 일 수 있고 보일러 관 (2) 의 내경은 대략 50 mm 일 수 있다.
여기서, 보일러 관 (2) 의 길이 방향 또는 길이 방향 연장은 보일러 관 (2) 의 축을 따라 연장된다. 따라서, 길이 방향/연장은 도 1 에서와 같이 직선이거나 도 3a 에서와 같이 구부러질 수 있다. 원주 방향은 보일러 관 (2) 주위에서 적어도 부분적으로 원형으로 연장된다. 반경 방향은 보일러 관 (2) 의 중심을 통해 반경 방향으로 내향 또는 외향으로 연장된다.
길이 방향 연장부 (L) 의 적어도 제 1 부분 (5) 을 따라, 보일러 관 (2) 은 반경 방향 내측 관부 및 반경 방향 외측 관부를 포함한다. 센서 공간은 제 1 부분 (5) 에 배치된다. 도 2a 내지 도 2d 를 참조하여 추가로 후술한다.
제 1 부분 (5) 은 도 1에 파선으로 표시된 바와 같이, 제 1 길이 방향 관부 (14) 의 일부만을 형성할 수 있다. 대안적으로, 제 1 부분 (5) 은 제 1 길이 관부 (14) 를 구성한다. 전자의 경우에, 제 1 부분 (5) 은 예를 들어, 용접에 의해 제 1 길이 방향 관부 (14) 의 나머지 부분에 야금학적으로 결합된다.
제 2 길이 방향 부분 (16) 및 제 1 부분 (5) 이 아닌 제 1 길이 방향 부분 (14) 의 부분은 반경 방향 내측 부분에서 저합금 강 또는 탄소 강으로 이루어질 수 있고, 반경 방향 외측 부분에서 내식성 스테인리스 강 또는 고합금 강으로 이루어질 수 있다. 2 개의 재료가 반경 방향 내측 및 외측 부분에서 2 개의 재료 사이에 생성된 확산 결합을 갖는 관으로 압출될 수 있다.
보일러 관 (2) 은 제 1 및 제 2 길이 방향 부분 (14, 16) 외에 하나 이상의 추가 길이 방향 부분을 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d 는 보일러 관 (2) 의 다양한 실시형태를 나타낸다. 도 2a 내지 도 2d 는 보일러 관 (2) 의 제 1 부분 (5) 의 상이한 실시형태를 나타낸다. 도 2a 에는 제 1 부분 (5) 의 사시도가 나타내어져 있다. 도 2b 에는 도 2a 의 B - B 라인을 따른 단면이 나타내어져 있다. 도 2c 및 도 2d 는 대안적인 실시형태에 따른 제 1 부분 (5) 의 도 2b 에서와 같은 대응하는 단면을 나타낸다. 이하의 논의에서, 도 2a 내지 도 2d 중 하나 이상에 대해 구체적으로 참조되지 않는 한 도 2a 내지 도 2d 모두에 대해 참조가 이루어진다.
보일러 관 (2) 의 길이 방향 연장부의 적어도 제 1 부분 (5) 을 따라, 보일러 관 (2) 은 반경 방향 내측 관부 (4) 및 반경 방향 외측 관부 (6) 를 포함한다. 반경 방향 외측 관부 (6) 는 반경 방향 내측 관부 (4) 에 야금학적으로 결합된다. 도 2a 내지 도 2d 에서, 반경 방향 내측 및 외측 관부 (4, 6) 사이의 천이 구역이 원형 라인으로 표시되어 있다. 실제로, 반경 방향 내측 및 외측 관부 (4, 6) 사이의 야금학적 결합은 반경 방향 연장부를 갖는 천이 구역을 형성하며, 즉, 반경 방향 내측 및 외측 관부 (4, 6) 사이의 계면이 구분되지 않는다. 계면은 두 재료, 즉, 반경 방향 내측 관부 (4) 의 재료와 반경 방향 외측 관부 (6) 의 재료 사이의 확산 결합에 의해 형성된다.
반경 방향 외측 관부 (6) 는 금속 분말의 열간 정수압 소결법 (hot isostatic pressing), HIP 에 의해 형성될 수 있다. HIP 동안, 반경 방향 외측 관부 (6) 는 또한 반경 방향 내측 관부 (4) 에 야금학적으로 결합된다.
대안적으로, 반경 방향 외측 관부 (6) 는 적층 가공에 의해 형성될 수 있다. 적층 가공 동안, 반경 방향 외측 관부 (6) 는 또한 반경 방향 내측 관부 (4) 에 야금학적으로 결합된다.
HIP 및 적층 가공은 공지된 제조 방법이며, 본원에서는 더 상세히 설명하지 않는다.
반경 방향 내측 관부 (4) 및 반경 방향 외측 관부 (6) 는 상이한 화학적 조성의 재료를 포함한다. 단지 예로서 언급되는 바와 같이, 반경 방향 내측 관부 (4) 는 탄소 강 또는 저합금 강을 포함할 수 있고, 반경 방향 외측 관부 (6) 는 스테인리스 강 또는 고합금 강을 포함할 수 있다. 탄소 강 또는 저합금 강 반경 방향 내측 관부 (4) 는 열간 압연 및/또는 냉간 인발에 의해 제조될 수 있다. 재료의 화학적 조성이라는 용어는 재료의 구성 성분의 비율과 관련된다. 보일러 관의 특정 부분이 제조되는 방식에 따라, 다른 부분의 구조가 다를 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 탄소 강은 표준 ASTM: EN 번호: 1.0425; EN 이름: P265GH 에 따른 탄소 강일 수 있으며, 이는 이하의 명목 화학 조성 (중량 %) 을 갖고:
탄소 (C) 최대 0.2;
망간 (Mn) 0.7 내지 1.4;
규소 (Si) 최대 0.4;
크롬 (Cr) 최대 0.3;
니켈 (Ni) 최대 0.3;
구리 (Cu) 최대 0.3;
몰리브덴 (Mo) 최대 0.080;
알루미늄 (Al) 최대 0.024;
티타늄 (Ti) 최대 0.030;
인 (P) 최대 0.025;
니오븀 (Nb) 최대 0.020;
바나듐 (V) 최대 0.020;
그리고 잔부로서 Fe 및 불가피한 불순물.
일부 실시형태에 따르면, 저합금 강은 표준 EN 번호: 1.5415 에 따른 저합금 강일 수 있으며, 이는 이하의 명목 화학 조성 (중량 %) 을 갖고:
0.12 내지 0.2 중량% C;
최대 0.35 중량% Si;
0.4 내지 0.9 중량% Mn;
최대 0.3 중량% Ni;
P ≤ 0.035 %;
S ≤ 0.035 %;
Cr ≤ 0.20 %;
0.25 내지 0.35 중량% Mo,
최대 0.012 중량% N;
최대 0.3 중량% 및
잔부로서 Fe 및 불가피한 불순물.
실시형태에 따르면, 스테인리스 강 또는 고합금 강은 표준 UNS N08825 또는 UNS N08028 또는 UNS N06690 또는 UNS N06625 에 따른 합금에 한정되지 않지만 이와 같은 니켈-크롬 합금으로부터 선택될 수 있다. 이들 합금은 이하의 조성을 갖는다:
UNS N08825 에 따른 합금은 중량% 로 이하의 조성을 갖고:
Ni 38.0 - 46.0;
Cr 19.5 - 23.5;
Mo 2.5 - 3.5;
Cu 1.5 - 3.0;
Ti 0.6 - 1.2;
C 최대 0.05;
S 최대 0.03;
P 최대 0.03;
Mn 최대 1.0;
Si 최대 0.5;
Al 최대 0.2;
잔부로서 Fe 및 불가피한 불순물.
UNS N08028 에 따른 합금은 중량% 로 이하의 조성을 갖고:
Ni 30 내지 34;
Cr 26 내지 28;
Mo 3.0 내지 4.0;
Mn 최대 2.5;
Cu 0.6 내지 1.4;
Si 최대 1.0;
C 최대 0.030;
P 최대 0.030;
S 최대 0.030;
잔부로서 Fe 및 불가피한 불순물.
UNS N06690 에 따른 합금은 중량% 로 이하의 조성을 갖고:
Cr 27.0 - 31.0;
Fe 7.0 - 11.0;
C 최대 0.05;
Si 최대 0.50;
Mn 최대 0.50;
S 최대 0.015;
P 최대 0.015;
Cu 최대 0.50;
잔부로서 Ni 및 불가피한 불순물.
UNS N06625 에 따른 합금은 중량% 로 이하의 조성을 갖고:
Cr 20.0 - 23.0;
Fe 최대 5.0;
Mo 8.0 - 10.0;
Nb (+Ta) 최대 0.10;
Mn 최대 0.50;
S 최대 0.50;
P 최대 0.015;
S 최대 0.015;
Al 최대 0.40;
Ti 최대 0.40;
Co 최대 1.0;
잔부로서 Ni 및 불가피한 불순물.
불순물의 예는 의도적으로 첨가되지 않았지만, 관련 강 또는 합금의 제조에 사용되는, 예를 들어, 미가공 재료 또는 추가 합금 원소에서 불순물로서 통상적으로 발생하기 때문에 완전히 피할 수 없는 원소 및 화합물이다.
센서 공간 (8) 은 반경 방향 내측 관부 (4) 와 반경 방향 외측 관부 (6) 사이에 배치된다. 센서 공간 (8) 은 반경 방향 외측 관부 (6) 의 물리적 특성을 검출하도록 배치된 센서를 수용하도록 구성된다. 덕트 (10) 가 센서 공간 (8) 에 연결되고, 반경 방향 외측 관부 (6) 를 통해 반경 방향 외측 관부 (6) 의 표면의 출구부 (12) 까지 연장된다.
덕트 (10) 의 목적은 두 가지이다. 첫째, 덕트 (10) 를 통해, 도관이 센서 공간 (8) 으로부터 보일러 관 (2) 외측으로 연장될 수 있다. 둘째, 원주 방향으로 덕트 (10) 의 연장은, 덕트 (10) 가 빠져나오는 출구부 (12) 가 노의 주위 환경에 대면하고, 따라서 노의 내측보다 더 적은 열을 받는 보일러 관 (2) 의 영역에 위치될 수 있게 한다.
덕트 (10) 는 도 2b 및 도 2d 에 나타낸 바와 같이, 반경 방향 내측 관부 (4) 의 일부 주위에서 원주 방향으로 연장되고 반경 방향 외측 관부 (6) 를 통해 반경 방향으로 연장될 수 있거나, 도 2c 에 나타낸 바와 같이, 반경 방향 외측 관부 (6) 를 통해 실질적으로 접선 방향으로 연장될 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 센서 공간 (8) 및 덕트 (10) 는 반경 방향 내측 관부 (4) 상에 부분적으로 위치되고 반경 방향 외측 관부 (6) 를 통해 연장되는 관 (7) 에 의해 형성될 수 있으며, 도 2c 를 참조한다. 반경 방향 외측 관부 (6) 는 반경 방향 외측 관부 (6) 의 제조 동안 관 (7) 주위에 구축될 수 있다. 관 (7) 은 반경 방향 외측 관부 (6) 와 동일한 화학적 조성을 포함할 수 있다. 따라서, 열 전도성은 반경 방향 외측 관부 (6) 및 관 (7) 에서 동일할 것이다. 따라서, 반경 방향 외측 관부 (6) 의 외측으로부터 센서 공간 (8) 의 센서로의 열 전달은 관 (7) 을 통할 때 반경 방향 외측 관부 (6) 를 통해 동일할 것이다.
반경 방향 외측 관부 (6) 는 열간 정수압 소결법, HIP에 의해 반경 방향 내측 관부 (4) 및 관 (7) 주위에 형성될 수 있다. 대안적으로, 반경 방향 외측 관부 (6) 는 적층 가공에 의해 반경 방향 내측 관부 (4) 및 관 (7) 주위에 형성될 수 있다.
단지 예로서 언급되는 바와 같이, 관 (7) 은 2 내지 4 mm 의 범위 내의 내경을 가질 수 있다. 관 (7) 은 원형, 타원형, 정사각형 또는 직사각형과 같은 임의의 적절한 단면 형상을 가질 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 센서 공간 (8) 및 덕트 (10) 는 반경 방향 외측 관부 (6) 를 반경 방향 내측 관부 (4) 상으로 적층 가공하는 동안 형성될 수 있다. 즉, 적층 가공 동안 상이한 층이 만들어지면서, 공극 공간이 생성된다. 공극 공간은 궁극적으로 완성된 반경 방향 외측 관부 (6) 에서 센서 공간 (8) 및 덕트 (10) 를 형성한다.
반경 방향 외측 관부 (6) 는 반경 방향 내측 관부 (4) 주위에서 원주 방향으로 연장된다. 다르게 말하면, 반경 방향 외측 관부 (6) 는 반경 방향 내측 관부 (4) 주위에 형성되어, 반경 방향 외측 관부 (6) 가 반경 방향 내측 관부 (4) 주위에서 원주 방향으로 연장된다.
도 2d 를 참조하면, 센서 공간 (8) 및 덕트 (10) 로 인해, 센서 공간 (8) 에 배치된 센서 (9) 는 덕트 (10) 를 통해 연장되는 전기 도관과 같은 도관 (11) 을 통해 연결될 수 있다. 따라서, 센서 (9) 는 보일러 관 (2) 이 그 일부를 형성하는 노의 제어 또는 모니터링 장비에 연결될 수 있다. 센서 (9) 는 보일러 관 (2) 및 그에 따라 간접적으로 노의 하나 이상의 물리적 특성을 측정 또는 모니터링하도록 구성된다.
일부 실시형태에 따르면, 보일러 관 (2) 은 센서 공간 (8) 에 적어도 부분적으로 센서 (9) 주위에 배치된 열 전도성 재료를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 반경 방향 외측 관부 (6) 로부터 센서 공간 내측의 센서 (9) 로의 우수한 열 전달이 보장될 수 있다. 예를 들어, 열 전도성 재료는 금속 분말을 포함할 수 있다.
센서 (9) 및 선택적으로 열 전도성 재료는 보일러 관 (2) 이 제조된 후 센서 공간 (8) 에서 도관 (11) 을 통해 설치될 수 있다. 예를 들어, 센서 (9) 는 보일러 관 (2) 이 노의 일부를 일단 형성하면 설치될 수 있다.
노 내의 연소 물질 및/또는 연소 가스로부터의 열은 보일러 관 (2) 을 통해 보일러 관 (2) 내측의 물, 증기 또는 과열 증기로 반경 방향으로 전달된다. 보일러 관 (2) 을 통한 반경 방향으로의 열 전달은 보일러 관 (2) 의 재료 또는 재료들의 열 전도성에 따른다. 반경 방향 내측 및 외측 관부 (4, 6) 사이의 야금학적 결합으로 인해, 반경 방향 내측 및 외측 관부 (4, 6) 사이의 열 전도성은 반경 방향 내측 및 외측 관부 (4, 6) 가 서로에 대해 단지 접하는 경우에 비해 우수하다. 따라서, 반경 방향 내측 및 외측 관부 (4, 6) 의 열 전도성을 알고, 센서 공간 (8) 에서의 온도, 즉, 센서 공간 (8) 에서의 반경 방향 외측 관부 (6) 의 온도를 측정하여, 반경 방향 외측 관부 (6) 및 보일러 관 (2) 의 외측 표면에서의 온도가 확립될 수 있다.
유사하게, 반경 방향 내측 및 외측 관부 (4, 6) 사이의 야금학적 결합으로 인해, 보일러 관 (2) 의 단면 내에서 반경 방향 내측 및 외측 관부 (4, 6) 사이에 응력이 분포될 수 있다. 따라서, 보일러 관의 기하 형태를 알고, 센서 공간 (8) 으로부터 보일러 관의 응력을 측정하여, 반경 방향 외측 관부 (6) 의 외측 표면, 및/또는 반경 방향 내측 관부 (4) 의 내측 표면, 즉, 응력이 가장 높을 수 있는 보일러 관 (2) 의 부분에서의 응력이 확립될 수 있다.
센서 공간 (8) 및 덕트 (10) 가 반경 방향 외측 관부 (6) 를 빠져나가는 외측 표면의 출구부 (12) 의 위치를 설명하기 위해, 보일러 관 (2) 은 도 2c 에서 직선의 일점 쇄선으로 표시된 바와 같이 2 개의 가상 원주 절반으로 분할될 수 있다. 제 1 원주 절반 (22) 은 노의 내측을 향해 내향하도록 구성되고, 제 2 원주 절반 (24) 은 노의 주위 환경을 향해 외향하도록 구성된다.
센서 공간 (8) 은 보일러 관 (2) 의 제 1 원주 절반 (22) 에 배치된다. 덕트 (10) 는 반경 방향 내측 관부 (4) 주위에 부분적으로 연장된다. 출구부 (12) 는 보일러 관 (2) 의 제 2 원주 절반 (24) 에 배치된다. 따라서, 센서 공간 (8) 은 보일러 관 (2) 의 원주 절반 (22) 에 노의 내측을 향하도록 배치되고, 출구부 (12) 는 보일러 관 (2) 의 다른 원주 절반 (24) 에 노의 외측을 향하도록 배치된다.
단지 예로서 언급되는 바와 같이, 도 2c 에 나타내는, 센서 공간 (8) 과 출구부 (12) 사이의 원주각 α는 도 2b 및 도 2d 에서와 같이 45 도 또는 대략 180 도만큼 작을 수 있거나, 도 2c 에서와 같이, 180 도보다 클 수 있다.
도 3a 내지 도 3c 는 실시형태에 따른 보일러 관 (2) 을 나타낸다. 도 3a 내지 도 3c 에서, 보일러 관 (2) 의 3개의 상이한 도면이 나타내어져 있다. 다시, 보일러 관 (2) 은 제 1 길이 방향 관부 (14) 및 제 2 길이 방향 관부 (16) 를 포함하고, 제 1 길이 방향 관부 (14) 및 제 2 길이 방향 관부 (16) 는 길이 방향 연장부 (L) 를 따라 연장된다. 제 1 길이 방향 관부 (14) 는 제 2 길이 방향 관부 (16) 에 야금학적으로 결합된다. 길이 방향 연장부 (L) 는 예를 들어, 6 내지 16 m 의 범위 내에 있을 수 있다.
다시, 보일러 관 (2) 의 적어도 일부는 서로 야금학적으로 결합된 반경 방향 내측 및 외측 관부를 포함하고, 센서 공간은 반경 방향 내측 및 외측 관부 사이에 배치된다. 도 3c 에는 센서 공간으로 이어지는 덕트가 빠져나오는 반경 방향 외측 관부의 표면의 출구부 (12) 가 나타내어져 있다.
이들 실시형태에서, 보일러 관 (2) 은 90-도 각도를 형성한다. 따라서, 보일러 관 (2) 은 노의 하나 초과의 수벽 패널에 걸쳐 연장될 수 있다. 예를 들어, 제 1 길이 방향 부분 (14) 은 노의 측벽의 수벽 패널 형성 부분의 일부를 형성할 수 있고, 제 2 길이 방향 부분 (16) 은 노의 바닥의 수벽 패널 형성 부분의 일부를 형성할 수 있거나 그 반대일 수 있다.
보일러 관 (2) 을 노의 수벽 패널을 형성하기 위해 다른 보일러 관에 연결하기 위해, 보일러 관 (2) 은 반경 방향 외측 관부 (6) 로부터 반경 방향으로 연장되는 적어도 하나의 핀 (20, 20') 을 포함한다. 적어도 하나의 핀 (20, 20') 은 길이 방향 연장부 (L) 를 따라 적어도 부분적으로 연장된다.
도 3a 내지 도 3c 의 실시형태에서, 보일러 관 (2) 은, 반경 방향 외측 관부 (6) 로부터 반경 방향으로 연장되고 길이 방향 연장부 (L) 를 따라 적어도 부분적으로 연장되는 2 개의 핀 (20, 20') 을 포함하고, 2 개의 핀 (20, 20') 은 대략 180 도의 각도만큼 원주 방향으로 분리된다.
적어도 하나의 핀 (20, 20') 은 수벽 패널의 인접 보일러 관에, 인접 보일러 관의 원주 표면에 직접 또는 인접 보일러 관의 핀에 용접될 수 있다.
또한, 도 2a 내지 도 2c 에서 핀 (20, 20') 을 포함하는 보일러 관 (2) 이 나타내어져 있다. 도 2a 및 도 2b 의 실시형태에서, 보일러 관 (2) 은 2 개의 핀 (20, 20') 을 포함한다. 도 2c 의 실시형태에서, 보일러 관 (2) 은 하나의 핀 (20) 을 포함한다.
이와 같이 핀 (20, 20') 은 보일러 관 (2) 의 제조 동안 보일러 관 (2) 의 둥근 부분에 야금학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 핀 (20) 은 보일러 관 (2) 의 둥근 부분에 용접될 수 있다.
대안적인 실시형태에 따르면, 핀 (20) 은 도 2c 에 나타낸 바와 같이, 반경 방향 외측 관부 (6) 와 일체로 형성될 수 있다. 적어도 제 1 부분 (5) 을 따라, 핀 (20) 은 반경 방향 외측 관부 (6) 와 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 핀 (20) 은 반경 방향 외측 관부 (6) 를 구축하는 동안 HIP 또는 적층 가공에 의해 형성될 수 있다.
도 2b 에 나타낸 바와 같이, 덕트 (10) 는 핀 (20') 의 제 1 측면으로부터 핀 (20') 의 반대쪽 제 2 측면으로 연장될 수 있다. 덕트 (10) 는 반경 방향 내측 관부 (4) 를 따라 연장될 수 있고, 따라서 핀 (20') 아래로 연장될 수 있다. "아래" 라는 상대적인 용어는 보일러 관 (2) 의 중심을 향해 보일러 관 (2) 의 반경 방향으로 핀 (20') 을 따른 방향으로 보여진다.
대안적인 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 핀 (20, 20') 은 반경 방향 내측 관부와 동일한 재료로 이루어진, 예를 들어, 핀의 코어층과 같은 층을 포함할 수 있으며, 도 7c 를 참조하여 추가로 후술한다.
도 4 는 실시형태에 따른 보일러 관 (2) 을 나타낸다. 다시, 보일러 관 (2) 의 적어도 일부는 서로 야금학적으로 결합된 반경 방향 내측 및 외측 관부를 포함하고, 반경 방향 내측 및 외측 관부 사이에 센서 공간 (8) 이 배치된다. 센서 공간으로 이어지는 덕트가 빠져나가는 표면의 출구부 (12) 가 도 4 에 나타내어져 있다.
이들 실시형태에서, 보일러 관 (2) 의 제 1 길이 방향 관부 (14) 는 굽은 관부 (18) 를 포함한다. 센서 공간은 굽은 관부 (18) 에 배치된다.
굽은 관부 (18) 가 노의 수벽에서 추가의 보일러 관 (3) 에 인접하게 배치될 때, 수벽 패널에 개구 (36) 가 형성될 수 있다. 굽은 관부 (18) 는 개구 (36) 주위에서 적어도 부분적으로 연장된다. 센서 공간이 굽은 관부 (18) 에 배치되기 때문에, 수벽 패널의 개구 (36) 에서의 온도 및/또는 응력은 센서 공간에 배치된 센서에 의해 평가될 수 있다.
굽은 부분 (18) 의 일부, 전체 굽은 부분 (18) 또는 전체 제 1 길이 방향 부분 (14) 은 서로 야금학적으로 결합된 반경 방향 내측 및 외측 관부를 포함할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c 는 보일러 관 유닛 (70) 의 다양한 실시형태를 나타낸다. 도 7a 에는 보일러 관 유닛 (70) 의 사시도가 나타내어져 있다. 도 7b에는 도 7a 의 B-B 라인을 따른 단면이 나타내어져 있다. 도 7c 는 대안적인 실시형태에 따른 보일러 관 유닛 (70) 의 대응 단면을 나타낸다. 이하의 논의에서, 도 7a 내지 도 7c 중 하나 이상에 대해 구체적으로 참조되지 않는 한 참조는 도 7a 내지 도 7c 전체에 대해 이루어진다.
보일러 관 유닛 (70) 은 제 1 보일러 관 (2) 및 제 2 보일러 관 (3) 을 포함한다. 제 1 보일러 관 (2) 은 본원에서 논의되는 적어도 하나의 핀 (20) 을 포함하는 양태 및/또는 실시형태 중 어느 하나에 따른 보일러 관 (2) 이다. 따라서, 제 1 보일러 관 (2) 은 반경 방향 내측 및 외측 관부 (4, 6), 센서 공간 (8) 및 반경 방향 외측 관부 (6) 의 표면의 출구부 (12) 로 연장되는 덕트 (10) 를 포함한다. 제 2 보일러 관 (3) 은 또한 본원에서 논의된 종류의 반경 방향 내측 및 외측 관부 (4', 6') 를 포함한다.
제 1 및 제 2 보일러 관 (2, 3) 은 적어도 하나의 핀 (20) 을 통해 서로 연결되어 있다. 도 7b 및 도 7c 의 단면에서 알 수 있는 바와 같이, 덕트 (10) 는 적어도 하나의 핀 (20) 의 제 1 측면 (73) 으로부터 적어도 하나의 핀 (20) 의 반대쪽의 제 2 측면 (75) 으로 연장된다. 센서 공간 (8) 은 적어도 하나의 핀 (20) 의 제 1 측면 (73) 상에 배치된다. 반경 방향 외측 관부 (6) 의 출구부 (12) 는 적어도 하나의 핀 (20) 의 제 2 측면 (75) 상에 배치된다.
보일러 관 유닛 (70) 은 노에 설치를 위해 준비된 유닛을 형성한다. 따라서, 관 유닛 (70) 이 노의 수벽에 설치될 때, 덕트 (10) 에 걸친 용접이 필요하지 않다. 따라서, 덕트 (10) 또는 그 내부에 배치된 임의의 전기적 접속 중 어느 것도 용접 작업으로부터의 임의의 열에 의해 영향을 받지 않을 것이다.
적어도 하나의 핀 (20) 에 대향하는 제 1 및 제 2 보일러 관 (2, 3) 의 측면에서, 덕트 (10) 또는 그 내부에 배치된 임의의 전기적 접속에 영향을 주지 않고 용접이 수행될 수 있다. 이를 위해, 제 1 및 제 2 보일러 관 (2, 3) 중 하나 또는 둘 모두에 추가 핀 (20') 이 제공될 수 있으며, 도 7b 및 도 7c 를 참조한다. 추가 핀 (20') 은 인접한 보일러 관의 핀 또는 인접한 보일러 관의 둥근 외측 표면에, 인접한 보일러 관에 용접되도록 구성된다.
도 2a 내지 도 2d 를 참조하여 상술한 바와 같이, 그리고 또한 도 7a 내지 도 7c 에 나타낸 바와 같이, 보일러 관 유닛 (70) 의 보일러 관 (2, 3) 에는 하나 또는 2 개의 핀 (20, 20') 이 제공될 수 있다. 보일러 관 (2, 3) 은 핀 (20) 을 공유하는 것으로 말할 수 있으며, 따라서 각각 핀 (20) 이 제공되는 것으로 말할 수 있다.
도 7b 에 나타낸 실시형태에서, 제 1 및 제 2 관 (2, 3) 을 연결하는 적어도 하나의 핀 (20) 은 반경 방향 외측 관부 (6, 6') 와 일체로 형성된다. 따라서, 관 유닛 (70) 을 제조할 때, 반경 방향 내측 관부 (4, 4') 가 제공되고, 반경 방향 외측 관부 (6, 6') 는 상술한 바와 같이, HIP 또는 적층 가공에 의해 형성된다. 반경 방향 외측 관부 (6, 6') 의 형성과 관련하여 핀 (20) 이 또한 형성된다. 따라서, 이들 실시형태에서, 핀 (20) 은 반경 방향 외측 관부 (6, 6') 와 완전히 동일한 재료로 형성된다. 추가의 핀 (20') 이 또한 반경 방향 외측 관부 (6, 6') 의 형성과 관련하여 동일한 재료로 형성될 수 있다.
도 7c 에 나타낸 실시형태에서, 제 1 및 제 2 관 (2, 3) 을 연결하는 적어도 하나의 핀 (20) 은 제 1 및 제 2 보일러 관 (2, 3) 의 반경 방향 내측 관부 (4, 4') 와 동일한 재료로 이루어진 층 (72) 을 포함한다. 따라서, 예를 들어, 핀 (20) 과 보일러 관 (2, 3) 사이의 열 전도성은, 층 (72) 과 반경 방향 내측 관부 (4, 4') 의 재료가 반경 방향 외측 관부 (6, 6') 의 재료에 대해 우수한 열 전도성을 가질 때 촉진될 수 있다.
관 유닛 (70) 을 제조할 때, 층 (72) 은 반경 방향 내측 관부 (4, 4') 에 용접될 수 있다. 그 후, 반경 방향 외측 관부 (6, 6') 는 상술한 바와 같이, HIP 또는 적층 가공에 의해 형성된다. 반경 방향 외측 관부 (6, 6') 의 형성과 관련하여, 핀 (20) 의 코어를 형성하는 층 (72) 에는 또한 반경 방향 외측 관부 (6, 6') 와 동일한 재료의 외부층 (74) 이 제공된다. 따라서, 이들 실시형태에서, 핀 (20) 은 반경 방향 내측 및 외측 관부 (4, 4', 6, 6') 와 동일한 2 개의 재료로 형성된다.
도 2a 내지 도 2d 를 참조하여 상술한 바와 같이, 또한 도 7a 내지 도 7c 의 실시형태에서, 덕트 (10) 는 반경 방향 내측 관부 (4) 를 따라 연장될 수 있고, 따라서 보일러 관 (2) 의 중심을 향해 보일러 관 (2) 의 반경 방향을 따르는 방향으로 보이는 핀 (20) 아래로 연장될 수 있다.
도 7c 의 실시형태에서, 덕트 (10) 가 핀 (20) 의 제 1 측면 (73) 으로부터 개구 또는 리세스를 통해 핀 (20) 의 제 2 측면 (75) 으로 연장되도록 반경 방향 내측 관부 (4) 에서 또는 그 가까이에서 층 (72) 에 적절한 크기의 개구 또는 리세스가 제공될 수 있다.
보일러 관 유닛 (70) 의 제 1 및 제 2 보일러 관 (2, 3) 중 하나 또는 둘 모두가 도 7c 에서 우측에 표시된 것과 같은 추가 핀 (20') 을 포함하는 경우, 또한 추가 핀 (20') 은 핀 (20) 과 동일한 방식으로 형성될 수 있다. 즉, 반경 방향 내측 관부 (4, 4') 와 동일한 재료의 코어층 (72') 및 반경 방향 외측 관부 (6, 6') 와 동일한 재료의 외부층 (74') 을 갖는다. 추가 핀 (20') 의 단부 표면은 인접한 관에 대한 용접을 용이하게 하도록 적절하게 경사져 있다.
도 7c 의 좌측에는 보일러 관 유닛 (70) 의 보일러 관 (2, 3) 중 하나 또는 둘 모두가 둥근 외부 측면을 갖는, 즉, 어떠한 일체화된 추가 핀 (20') 도 갖지 않는 실시형태에서 핀 (20") 이 제 1 및/또는 제 2 보일러 관 (2, 3) 에 어떻게 부착될 수 있는지 나타내어져 있다. 인접한 보일러 관의 핀 (20") 또는 별도의 핀 (20") 이 반경 방향 외측 관부 (6) 에 용접되며, 이와 같은 용접은 도 7c 에서 생략된다.
도 7c 의 좌측에 나타낸 핀 (20") 은 제 1 층 (76) 및 제 2 층 (78) 을 포함한다. 제 1 층 (76) 은 반경 방향 내측 관부 (4) 와 동일한 재료로 이루어지고 제 2 층 (78) 은 반경 방향 외측 관부 (6) 와 동일한 재료로 이루어진다. 제 2 층 (78) 은 노의 내측을 향한다. 따라서, 제 2 층에서 제 2 외측 관부의 재료의 특성은 노 내측의 조건으로부터 핀 (20") 을 보호하기 위해 이용된다. 제 1 층 (76) 은 노의 외측을 향하고, 따라서 제 2 층 (78) 과 동일한 공격적인 환경에 영향을 받지 않는다. 제 1 층 (76) 은 핀 (20") 으로부터 제 1 보일러 관 (2) 까지 그리고 미도시된 인접 보일러 관까지 우수한 열 전도성과 같은 다른 특성을 제공한다.
추가 실시형태에 따르면, 좌측 핀 (20") 과 유사한 방식으로, 또한 핀 (20) 및/또는 추가 핀 (20') 은 2 개의 층만을 포함할 수 있으며, 하나의 층은 노의 외측을 향하는 반경 방향 내측 관부 (4, 4') 와 동일한 재료로 이루어지고, 하나의 층은 노의 내측을 향하는 반경 방향 외측 관부 (6, 6') 와 동일한 재료로 이루어진다.
도 2a 내지 도 2d 와 관련하여 논의된 보일러 관 (2) 의 제 1 부분 (5) 과 유사하게, 보일러 관 유닛 (70) 은 예를 들어, 6 내지 16 m 의 보일러 관 유닛을 형성하기 위해 예를 들어, 관의 추가 길이에 용접함으로써 야금학적으로 결합되는 10 내지 20 cm 와 같은 짧은 길이로 제공될 수 있다.
예로서 언급되는 바와 같이, 도 7b 의 실시형태에서, 각각의 제 1 및 제 2 보일러 관 (2, 3) 은 대략 64 mm 의 외경 및 7 mm 의 벽 두께를 가질 수 있고, 각각의 중심 사이에서 대략 76 mm 의 거리를 가질 수 있다. 반경 방향 외측 관부 (6) 와 동일한 재료로만 이루어진 핀 (20) 은 대략 17 mm 까지의 폭을 가질 수 있다. 핀 (20) 의 폭은 제 1 및 제 2 보일러 관 (2, 3) 사이의 거리이다. 도 7c 의 실시형태에서, 제 1 및 제 2 보일러 관 (2, 3) 각각은 대략 76 mm 의 외경 및 7 mm 의 벽 두께를 가질 수 있고, 각각의 중심 사이에서 대략 102 mm 의 거리를 가질 수 있다. 반경 방향 내측 관부 (4) 와 동일한 재료로 이루어진 층은 대략 17 mm 초과의 폭을 갖는 핀 (20) 에 사용될 수 있다.
핀 (20) 은 4 mm 의 두께를 가질 수 있다. 반경 방향 내측 관부 (4, 4') 는 5 mm 의 벽 두께를 가질 수 있고, 반경 방향 외측 관부 (6, 6') 는 2 mm 의 벽 두께를 가질 수 있다.
도 5 는 보일러 관을 제조하는 방법 (100) 의 실시형태를 나타낸다. 보일러 관은 본원에서 논의된 양태 및/또는 실시형태 중 어느 하나에 따른 보일러 관 (2) 일 수 있다. 따라서, 보일러 관은 길이 방향 연장부를 가지며 길이 방향 연장부의 적어도 제 1 부분을 따라 연장되는 반경 방향 내측 관부, 및 길이 방향 연장부의 제 1 부분을 따라 연장되는 반경 방향 외측 관부를 포함한다. 본 방법 (100) 은,
- 반경 방향 내측 관부를 제공하는 단계 (102),
- 반경 방향 외측 관부를 형성하는 단계 (104),
- 반경 방향 외측 관부를 반경 방향 내측 관부 사이에 야금학적으로 결합시키는 단계 (106), 및
- 반경 방향 내측 관부와 반경 방향 외측 관부 사이에 센서 공간을 형성하는 단계 (108) 로서, 센서 공간은 반경 방향 외측 관부의 물리적 특성을 검출하도록 배치된 센서를 수용하도록 구성되는, 형성하는 단계를 포함한다.
반경 방향 외측 관부를 형성하는 단계 (104), 및 반경 방향 외측 관부를 반경 방향 내측 관부에 야금학적으로 결합시키는 단계 (106) 는 동시에 수행될 수 있다. 또한, 센서 공간을 형성하는 단계 (108) 는 반경 방향 외측 관부를 형성하는 단계 (104) 와, 반경 방향 외측 관부를 반경 방향 내측 관부에 야금학적으로 결합시키는 단계 (106) 와 동시에 수행될 수 있다.
본 방법 (100) 의 실시형태에 따르면, 센서 공간을 형성하는 단계 (108) 는:
- 반경 방향 내측 관부 상에 관을 부분적으로 위치시키는 단계 (110) 를 포함할 수 있고, 반경 방향 외측 관부를 형성하는 단계 (104) 는:
- 관 주위에 반경 방향 외측 관부를 구축하는 단계 (112) 를 포함할 수 있다.
위에서, 도 2c 를 참조하여, 관 (7) 이 논의되고, 이는 반경 방향 내측 관부 (4) 주위에 적어도 부분적으로 배치된다.
본 방법 (100) 의 실시형태에 따르면, 반경 방향 외측 관부를 형성하는 단계 (104) 는:
- 금속 분말의 열간 정수압 소결법 (114) 의 단계를 포함할 수 있으며, 이에 의해 반경 방향 외측 관부가 반경 방향 내측 관부에 야금학적으로 결합된다.
본 방법 (100) 의 대안적인 실시형태에 따르면, 반경 방향 외측 관부를 형성하는 단계 (104) 는:
- 반경 방향 내측 관부 상으로의 반경 방향 외측 관부의 적층 가공 (116) 의 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 적층 가공 단계 (116) 동안, 센서 공간을 형성하는 단계 (108) 가 수행된다.
본 방법 (100) 의 실시형태에 따르면, 보일러 관은 제 1 길이 방향 관부 및 제 2 길이 방향 관부를 포함하고, 여기서 제 1 길이 방향 관부는 센서 공간을 포함하고, 본 방법 (100) 은:
- 제 1 길이 방향 관부를 제 2 길이 방향 관부에 야금학적으로 결합시키는 단계 (118) 를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 길이 방향 연장부 (L) 를 갖는 보일러 관은 제 1 및 제 2 길이 방향 관부로부터 제조될 수 있다. 또한, 보일러 관에는 제 1 길이 방향 관부에 센서 공간이 제공될 수 있다.
도 6 은 실시형태에 따른 노 (30) 를 나타낸다. 노 (30) 는 적어도 제 1 수벽 패널 (34) 을 포함한다. 제 1 수벽 패널은 다수의 보일러 관을 포함하고, 여기서 다수의 보일러 관 중 적어도 하나의 제 1 보일러 관 (2) 은 본원에 논의된 양태 및/또는 실시형태 중 어느 하나에 따른 보일러 관 (2) 이다.
실시형태에 따르면, 노 (30) 는 도 7a 내지 도 7c 를 참조하여 상술한 바와 같은 보일러 관 유닛 (70) 을 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 제 1 보일러 관 (2) 은 보일러 관 유닛 (70) 의 제 1 보일러 관 (2) 을 형성한다. 보일러 관 유닛 (70) 은 또한 제 2 보일러 관 (3) 을 포함한다.
노 (30) 는 예를 들어, 펄프 및 제지 산업에서 사용되는 흑액 회수 보일러와 같은 보일러 또는 열 발전소의 일부를 형성할 수 있다.
보일러 관은 반경 방향 내측 관부와 반경 방향 외측 관부 사이에 배치된 센서 공간을 포함하고, 센서가 센서 공간 내에 배치될 수 있으므로, 노 (30) 의 온도 및/또는 응력을 측정하기 위한 센서가 보호된 환경에서 제공될 수 있다.
제 1 수벽 패널 (34) 은 서로 평행하게 연장된 복수의 보일러 관을 포함한다. 보일러 관은 상술한 바와 같이 핀 (도 6 에 미도시) 을 통해 간접적으로 서로 용접된다. 노 (30) 의 적어도 일부 주위에 하나 초과의 수벽 패널이 배치된다.
노 (30) 는 제 2 수벽 패널 (32) 을 포함한다. 이들 실시형태에서, 제 1 수벽 패널 (34) 은 노 (30) 의 측벽의 적어도 일부를 형성하고 제 2 수벽 패널 (32) 은 노 (30) 의 바닥의 적어도 일부를 형성한다.
제 1 보일러 관 (2) 은 제 1 수벽 패널 (34) 의 개구 (36) 에 가까운 센서 공간을 갖도록 배치된다. 이러한 방식으로, 특히 제 1 수벽 패널 (34) 의 노출된 부분일 수 있는 제 1 수벽 패널 (34) 의 개구에서의 온도 및/또는 응력이 모니터링될 수 있다.
제 1 보일러 관 (2) 은 제 1 및 제 2 수벽 패널 (32, 34) 모두의 일부를 형성할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제 2 수벽 패널 (32) 은 본원에 논의된 양태 및/또는 실시형태 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 보일러 관 (2') 을 포함할 수 있다.
노 (30) 내의 보일러 관의 외측 표면 상의 온도는 센서 공간 내의 반경 방향 외측 관부의 온도를 측정함으로써 검출될 수 있다. 센서 공간 내의 센서는 노 (30) 의 제어 또는 모니터링 장비 (40) 에 연결된다. 도관 (11) 은 센서를 제어 장비 (40) 와 연결할 수 있다. 보일러 관의 외측 표면으로부터 보일러 관의 내측으로, 보일러 관의 벽을 통한 알려진 온도 구배는, 센서 공간의 반경 방향 위치에 대한 지식으로 센서 공간의 센서에 의해 감지된 온도에 기초하여 제어 장비 (40) 가 보일러 관의 외측에 대한 온도를 계산할 수 있게 한다.
유사하게, 노 (30) 내의 보일러 관의 외측 표면 또는 보일러 관의 내측 표면에서의 응력은 센서 공간 내로부터 반경 방향 외측 관부의 응력을 측정함으로써 검출될 수 있다. 센서 공간 내의 센서는 노 (30) 의 제어 또는 모니터링 장비 (40) 에 연결된다. 도관 (11) 은 센서를 제어 장비 (40) 와 연결할 수 있다. 보일러 관의 외측 표면으로부터 보일러 관의 내측으로 보일러 관의 벽의 알려진 기하 형태는 센서 공간의 반경 방향 위치에 대한 지식으로 센서 공간의 센서에 의해 감지된 응력에 기초하여 제어 장비 (40) 가 보일러 관의 외측 및/또는 보일러 관의 내측에서의 응력을 계산할 수 있게 한다.
제 1 보일러 관 (2) 의 온도 및/또는 응력이 모니터링될 수 있다. 또한, 노 공간 (30) 의 바닥에 배치된 제 2 수벽 패널 (32) 에 배치된 추가 보일러 관 (2') 과 같이, 센서 공간에 배치된 센서가 제공된 하나 이상의 추가 보일러 관 (2') 의 온도 및/또는 응력이 모니터링될 수 있다.
제 1 보일러 관 (2) 및 다른 보일러 관 (2') 의 온도 및/또는 응력은 노 (30) 의 특히 노출된 부분에서 연속적으로 모니터링될 수 있다. 연속적인 모니터링은 노 조작자가 노 (30) 의 동작 조건에 대한 지식을 증가시킬 수 있게 하고 특정 동작 조건의 부정적인 결과 또는 프로세스 장애를 완화시키기 위해 상이한 방식으로 이를 조정할 수 있게 한다. 제 1 보일러 관 (2) 의 온도 및/또는 응력과 같은 동작 데이터의 지속적인 측정은 조기 경보를 가능하게 하고 보일러 관 교체 계획을 위한 가치 있는 입력을 제공할 수 있다.
제어 또는 모니터링 장비 (40) 는 실질적으로 임의의 적절한 유형의 프로세서 회로 또는 마이크로컴퓨터의 형태를 취할 수 있는 계산 유닛을 포함한다. 제어 장비 (40) 는 메모리 유닛을 포함할 수 있다. 계산 유닛은 메모리 유닛에 연결되며, 메모리 유닛은 계산 유닛에 예를 들어, 저장된 프로그램 코드 및/또는 계산 유닛이 계산을 수행하기 위해 이를 활성화시킬 필요가 있는 저장된 데이터를 제공한다. 계산 유닛은 또한 센서에 의해 측정된 하나 이상의 온도 값 및/또는 응력 값, 또는 노 (30) 내측의 하나 이상의 위치에서 계산된 온도 및/또는 응력과 같이, 메모리 유닛에서의 계산의 부분 또는 최종 결과를 저장하도록 구성될 수 있다.
상술한 내용은 다양한 예시적인 실시형태들을 예시하고, 본 개시는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정의된다는 것을 이해해야 한다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 첨부된 청구 범위에 의해 정의되는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고도 예시적인 실시형태가 수정될 수 있고, 예시적인 실시형태의 다른 특징이 본원에 설명된 것과 다른 실시형태를 생성하기 위해 조합될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 센서 공간 내에 2 개의 센서가 배치될 수 있으며, 예를 들어, 하나는 온도 센서이고 하나는 응력 센서이다.
실시형태의 항목화된 리스트는 다음과 같다.
1. 길이 방향 연장부 (L) 를 갖는 보일러 관 (2) 으로서,
상기 길이 방향 연장부 (L) 의 적어도 제 1 부분 (5) 을 따라 연장되는 반경 방향 내측 관부 (4),
상기 길이 방향 연장부 (L) 의 상기 제 1 부분 (5) 을 따라 연장되고, 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 에 야금학적으로 결합되는 반경 방향 외측 관부 (6), 및
상기 반경 방향 내측 관부 (4) 와 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 사이에 배치되고, 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 의 물리적 특성을 검출하도록 배치된 센서를 수용하도록 구성된 센서 공간 (8)
을 포함하고,
덕트 (10) 가 상기 센서 공간 (8) 에 연결되고 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 를 통해 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 의 표면의 출구부 (12) 로 연장되고,
상기 반경 방향 내측 관부 (4) 및 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 는 상이한 화학적 조성의 재료들을 포함한다.
2. 제 1 항목에 있어서, 상기 센서 공간 (8) 은 상기 보일러 관 (2) 의 제 1 원주 절반 (22) 에 배치되고, 상기 덕트 (10) 는 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 주위에서 부분적으로 연장되고, 상기 출구부 (12) 는 상기 보일러 관 (2) 의 제 2 원주 절반 (24) 에 배치된다.
3. 제 1 항목 또는 제 2 항목에 있어서, 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 는 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 주위에 형성되어, 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 는 상기 반경 방향 내측 관부 주위에서 원주 방향으로 연장된다.
4. 제 1 항목 내지 제 3 항목 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 센서 공간 (8) 및 상기 덕트 (10) 는, 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 상에 부분적으로 위치되고 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 를 통해 연장되는 관 (7) 에 의해 형성되고, 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 는 상기 관 (7) 주위에 구축된다.
5. 제 4 항목에 있어서, 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 는 금속 분말의 열간 정수압 소결법 (hot isostatic pressing) 에 의해 형성되고, 이에 의해 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 는 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 에 야금학적으로 결합된다.
6. 제 1 항목 내지 제 4 항목 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 센서 공간 (8) 및 상기 덕트는 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 를 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 상에 적층 가공 (additive manufacturing) 하는 동안 형성된다.
7. 제 1 항목 내지 제 6 항목 중 어느 한 항목에 있어서, 제 1 길이 방향 관부 (14) 및 제 2 길이 방향 관부 (16) 를 포함하고, 상기 제 1 길이 방향 관부 (14) 및 상기 제 2 길이 방향 관부는 상기 길이 방향 연장부 (L) 를 따라 연장되고, 상기 제 1 길이 방향 관부 (14) 는 상기 제 2 길이 방향 관부 (16) 에 야금학적으로 결합되고, 상기 제 1 길이 방향 관부 (14) 는 상기 센서 공간 (8) 을 포함한다.
8. 제 7 항목에 있어서, 상기 제 1 길이 방향 관부 (14) 는 굽은 관부 (18) 를 포함하고, 상기 센서 공간 (8) 은 상기 굽은 관부 (18) 에 배치된다.
9. 제 1 항목 내지 제 8 항목 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 로부터 반경 방향으로 연장되고 상기 길이 방향 연장부 (L) 를 따라 적어도 부분적으로 연장되는 적어도 하나의 핀 (20, 20') 을 포함한다.
10. 제 9 항목에 있어서, 상기 적어도 하나의 핀 (20, 20') 은 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 와 일체로 형성된다.
11. 제 9 항목 또는 제 10 항목에 있어서, 상기 적어도 하나의 핀 (20, 20') 은 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 와 동일한 재료로 이루어진 층 (72, 72', 76) 을 포함한다.
12. 제 1 보일러 관 (2) 및 제 2 보일러 관 (3) 을 포함하는 보일러 관 유닛 (70) 으로서, 상기 제 1 보일러 관 (2) 은 제 9 항목 내지 제 11 항목 중 어느 한 항목에 따른 보일러 관이고,
상기 제 1 보일러 관 (2) 및 상기 제 2 보일러 관 (3) 은 상기 적어도 하나의 핀 (20, 20') 을 통해 서로 연결되고,
상기 덕트 (10) 는 상기 적어도 하나의 핀 (20, 20') 의 제 1 측면 (73) 으로부터 상기 적어도 하나의 핀 (20, 20') 의 반대쪽의 제 2 측면 (75) 으로 연장된다.
13. 적어도 제 1 수벽 (waterwall) 패널 (34) 을 포함하는 노 (furnace) (30) 로서, 상기 제 1 수벽 패널 (34) 은 다수의 보일러 관을 포함하고,
상기 다수의 보일러 관 중 적어도 하나의 제 1 보일러 관 (2) 은 제 1 항목 내지 제 12 항목 중 어느 한 항목에 따른 보일러 관 (2) 이다.
14. 제 13 항목에 있어서, 상기 노는 제 12 항목에 따른 보일러 관 유닛 (70) 을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 1 보일러 관 (2) 은 상기 보일러 관 유닛 (70) 의 상기 제 1 보일러 관 (2) 을 형성한다.
15. 제 13 항목 또는 제 14 항목에 있어서, 상기 노는 제 2 수벽 패널 (32) 을 포함하고, 상기 제 1 수벽 패널 (34) 은 상기 노 (30) 의 측벽의 적어도 일부를 형성하고, 상기 제 2 수벽 패널 (32) 은 상기 노 (30) 의 바닥의 적어도 일부를 형성한다.
16. 제 15 항목에 있어서, 상기 제 1 보일러 관 (2) 은 상기 제 1 수벽 패널 (34) 의 개구 (36) 에 가까운 센서 공간 (8) 을 갖도록 배치된다.

Claims (16)

  1. 길이 방향 연장부 (L) 를 갖는 보일러 관 (2) 으로서,
    상기 길이 방향 연장부 (L) 의 적어도 제 1 부분 (5) 을 따라 연장되는 반경 방향 내측 관부 (4),
    상기 길이 방향 연장부 (L) 의 상기 제 1 부분 (5) 을 따라 연장되고, 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 에 야금학적으로 결합되는 반경 방향 외측 관부 (6), 및
    상기 반경 방향 내측 관부 (4) 와 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 사이에 배치되고, 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 의 물리적 특성을 검출하도록 배치된 센서를 수용하도록 구성된 센서 공간 (8)
    을 포함하고,
    덕트 (10) 가 상기 센서 공간 (8) 에 연결되고 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 를 통해 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 의 표면의 출구부 (12) 로 연장되고,
    상기 반경 방향 내측 관부 (4) 및 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 는 상이한 화학적 조성의 재료들을 포함하며,
    상기 센서 공간 (8) 및 상기 덕트 (10) 는, 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 상에 부분적으로 위치되고 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 를 통해 연장되는 관 (7) 에 의해 형성되고, 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 는 상기 관 (7) 주위에 구축되며,
    상기 반경 방향 외측 관부 (6) 는 금속 분말의 열간 정수압 소결법 (hot isostatic pressing) 에 의해 형성되고, 이에 의해 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 는 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 에 야금학적으로 결합되는, 보일러 관 (2).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 공간 (8) 은 상기 보일러 관 (2) 의 제 1 원주 절반 (22) 에 배치되고, 상기 덕트 (10) 는 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 주위에서 부분적으로 연장되고, 상기 출구부 (12) 는 상기 보일러 관 (2) 의 제 2 원주 절반 (24) 에 배치되는, 보일러 관 (2).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반경 방향 외측 관부 (6) 는 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 주위에 형성되어, 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 는 상기 반경 방향 내측 관부 주위에서 원주 방향으로 연장되는, 보일러 관 (2).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 공간 (8) 및 상기 덕트는 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 를 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 상에 적층 가공 (additive manufacturing) 하는 동안 형성되는, 보일러 관 (2).
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 1 길이 방향 관부 (14) 및 제 2 길이 방향 관부 (16) 를 포함하고, 상기 제 1 길이 방향 관부 (14) 및 상기 제 2 길이 방향 관부는 상기 길이 방향 연장부 (L) 를 따라 연장되고, 상기 제 1 길이 방향 관부 (14) 는 상기 제 2 길이 방향 관부 (16) 에 야금학적으로 결합되고, 상기 제 1 길이 방향 관부 (14) 는 상기 센서 공간 (8) 을 포함하는, 보일러 관 (2).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 길이 방향 관부 (14) 는 굽은 관부 (18) 를 포함하고, 상기 센서 공간 (8) 은 상기 굽은 관부 (18) 에 배치되는, 보일러 관 (2).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반경 방향 외측 관부 (6) 로부터 반경 방향으로 연장되고 상기 길이 방향 연장부 (L) 를 따라 적어도 부분적으로 연장되는 적어도 하나의 핀 (20, 20') 을 포함하는, 보일러 관 (2).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 핀 (20, 20') 은 상기 반경 방향 외측 관부 (6) 와 일체로 형성되는, 보일러 관 (2).
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 핀 (20, 20') 은 상기 반경 방향 내측 관부 (4) 와 동일한 재료로 이루어진 층 (72, 72', 76) 을 포함하는, 보일러 관 (2).
  10. 제 1 보일러 관 (2) 및 제 2 보일러 관 (3) 을 포함하는 보일러 관 유닛 (70) 으로서,
    상기 제 1 보일러 관 (2) 은 제 7 항에 따른 보일러 관이고,
    상기 제 1 보일러 관 (2) 및 상기 제 2 보일러 관 (3) 은 상기 적어도 하나의 핀 (20, 20') 을 통해 서로 연결되고,
    상기 덕트 (10) 는 상기 적어도 하나의 핀 (20, 20') 의 제 1 측면 (73) 으로부터 상기 적어도 하나의 핀 (20, 20') 의 반대쪽의 제 2 측면 (75) 으로 연장되는, 보일러 관 유닛 (70).
  11. 적어도 제 1 수벽 (waterwall) 패널 (34) 을 포함하는 노 (furnace) (30) 로서,
    상기 제 1 수벽 패널 (34) 은 다수의 보일러 관을 포함하고,
    상기 다수의 보일러 관 중 적어도 하나의 제 1 보일러 관 (2) 은 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 보일러 관 (2) 인, 노 (30).
  12. 적어도 제 1 수벽 패널 (34) 을 포함하는 노 (30) 로서,
    상기 제 1 수벽 패널 (34) 은 다수의 보일러 관을 포함하고,
    상기 다수의 보일러 관 중 적어도 하나의 제 1 보일러 관 (2) 은 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 보일러 관 (2) 이며,
    상기 노 (30) 는 제 10 항에 따른 보일러 관 유닛 (70) 을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 1 보일러 관 (2) 은 상기 보일러 관 유닛 (70) 의 상기 제 1 보일러 관 (2) 을 형성하는, 노 (30).
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 노는 제 2 수벽 패널 (32) 을 포함하고, 상기 제 1 수벽 패널 (34) 은 상기 노 (30) 의 측벽의 적어도 일부를 형성하고, 상기 제 2 수벽 패널 (32) 은 상기 노 (30) 의 바닥의 적어도 일부를 형성하는, 노 (30).
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 보일러 관 (2) 은 상기 제 1 수벽 패널 (34) 의 개구 (36) 에 가까운 센서 공간 (8) 을 갖도록 배치되는, 노 (30).
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