KR20090031606A - 가스 튜브 스팀 보일러에 스팀을 생성하는 방법 및 상기 방법을 사용하는 가스 튜브 스팀 보일러 - Google Patents

가스 튜브 스팀 보일러에 스팀을 생성하는 방법 및 상기 방법을 사용하는 가스 튜브 스팀 보일러 Download PDF

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보딜 이리네 모세케아르 닐센
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알보르그 인더스트리 에이/에스
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Abstract

본 발명은, 수면(2A)을 형성하는 용수로 채워진 열교환실(2)과, 대체로 수직인 축(10)을 갖춘 원통 벽(1) 및 상판(4)에 의해 경계가 이루어지는, 수면 위의 스팀 헤드 공간(5)과, 스팀 헤드 공간(5)과 연통하는 스팀 출구(6)와, 열교환실(2)과 스팀 헤드 공간(5)을 통해 연장되는 가스 튜브(3)와, 가스 튜브(3)와 용수 사이의 열교환에 의해 상기 수면(2A)으로부터 스팀 유동을 발생시키기 위하여 가스 튜브(3)에 가열된 가스를 공급하는 수단과, 수면(2A)으로부터 스팀 출구(6)로 스팀 유동을 인도하기 위해 스팀 헤드 공간(5)에 배치된 스팀 유동 도관(7' 및 7")을 포함하고, 스팀 유동이 가스 튜브(3)에 횡방향으로, 바람직하게는 대체로 직교하는 방향으로 유동하도록 가스 튜브(3)들 중 하나 이상이 도관을 통해 횡방향으로 연장되고, 도관의 구조는, 유동의 스팀의 반 이상, 바람직하게는 대체로 전체가 유동 경로를 따라 유동하도록 제한되게 하고, 유동 경로는 수평면에 투영될 시 벽(1)의 제1 지점과 제1 지점에 수평으로 대향되는 벽(1)의 제2 지점 사이의 최단 거리와 적어도 동일한 길이를 갖고, 상기 거리는 벽(1)이 원형 원통형일 경우 원형 원통 벽의 직경(D)인, 가스 튜브 스팀 보일러에 관한 것이다.
스팀 보일러, 가스 튜브, 스팀 유동, 열교환실

Description

가스 튜브 스팀 보일러에 스팀을 생성하는 방법 및 상기 방법을 사용하는 가스 튜브 스팀 보일러{METHOD OF PRODUCING STEAM IN A GAS TUBE STEAM BOILER AND GAS TUBE STEAM BOILER FOR IMPLEMENTING SAID METHOD}
본 발명은 가스 튜브 스팀 보일러(gas tube steam boiler)에 스팀을 생성하는 방법 및 상기 방법을 사용하는 가스 튜브 스팀 보일러에 관한 것이다.
이러한 방법 및 장치와 관련하여, 소정의 에너지 출력에 대한 보일러의 전체 크기를 줄이기 위하여 가스 튜브로부터 용수와 스팀으로의 에너지 전달을 최적화하는 것이 중요하다. 전형적으로, 주요 설계 인자는, 입력 가스 온도, 배기 가스 온도, 및 희망하는 최대 에너지 출력을 포함한다. 즉, 공급 용수 온도, 스팀 압력, 온도, 및 질량 유동이다. 바람직하게는 스팀은 건조해야 하고, 더 바람직하게는 과열(superheat)되어야 한다.
보일러 벽을 따라 환형 개구를 제공하는 배플판(baffle plate)를 갖춘 가스 튜브 스팀 보일러로서, 수면으로부터의 스팀 유동이 수면으로부터 환형 개구로 그리고 이로부터 중앙에 위치된 스팀 출구로 유동하도록 제한되는 가스 튜브 스팀 보일러가 US 1,546,665호에서 제공된다는 것이 알려져 있다. 이러한 구조에서, 발생된 스팀의 대부분은 가스 튜브 보일러 직경의 대략 1/2에 해당하는 거리밖에 가스 튜브를 통과하지 못하여, 가스 튜브와 발생된 스팀 사이의 열교환이 불충분하게 될 것이다.
전적으로 그렇지는 않지만, 특히 선박용(marine) 보일러에서, 제한된 유효 공간 때문에 보일러의 크기는 매우 중요하고, 따라서 본 발명의 일목적은 보일러의 공간 요구사항을 감소시키는 형식의 장치와 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면 이러한 목적은,
- 수면을 형성하는 용수로 채워진 열교환실과, 대체로 수직인 축을 갖춘 원통 벽 및 상판에 의해 경계가 이루어진, 상기 수면 위의 스팀 헤드(head) 공간과, 상기 스팀 헤드 공간과 연통하는 스팀 출구와, 상기 열교환실과 상기 스팀 헤드 공간을 통해 연장되는 하나 이상의 가스 튜브를 포함하는 가스 튜브 스팀 보일러를 제공하는 단계와,
- 상기 가스 튜브와 상기 열교환실의 상기 용수 사이의 열교환에 의해 상기 수면으로부터 스팀 유동을 발생시키기 위하여 상기 가스 튜브에 가열된 가스를 공급하는 단계와,
- 상기 스팀 유동을 상기 스팀 헤드 공간을 통해 상기 수면으로부터 상기 스팀 출구로 유동하게 하는 단계로서, 상기 헤드 공간의 상기 유동 내의 스팀의 반 이상이, 바람직하게는 대체로 전체가 유동 경로를 따라 상기 가스 튜브에 대해 횡방향으로, 바람직하게는 대체로 직교하는 방향으로 유동하도록 제한되고, 상기 유동 경로는 수평면에 투영될 시 상기 벽의 제1 지점과 상기 제1 지점에 수평으로 대향된 상기 벽의 제2 지점 사이의 최단 거리와 적어도 동일한 길이를 갖고, 상기 거리는 상기 벽이 원형 원통형일 경우 상기 원형 원통 벽의 직경인, 단계를 포함하고, 이에 따라 상기 가스 튜브의 잔류 열이 상기 스팀 유동에 전달되는, 방법에 의해 달성된다.
본 명세서에서 가스 튜브로부터 스팀 헤드 공간의 스팀으로의 열전달이 현저하게 개선되어, 보일러의 효율이 증가되는 동시에, 발생된 스팀은 건조되고 가능하면 과열됨으로써 보다 높은 품질을 구비한다.
본 발명에 따른 방법의 현재 바람직한 실시예에서, 상기 유동 경로의 상기 수평 투영은 상기 거리의 2배 이상이다. 이러한 방법에서 가스 튜브와 수면으로부터 스팀 출구로의 스팀 유동 사이의 접촉이 증가되어 스팀 헤드 공간 내의 열전달이 증가한다.
본 발명에 따른 방법의 현재 바람직한 실시예에서, 스팀 출구는 벽의 축으로부터 이격되어 위치되고, 바람직하게는 헤드 공간의 벽 부근에 위치되어 스팀 유동이 스팀 출구를 통해 이탈하기 전에 모든 가스 튜브를 따라 옆쪽으로 유동하도록 제한한다.
본 발명에 따른 방법의 현재 바람직한 실시예에서, 유동 경로의 수평 투영은, 상기 축을 통과한 상기 벽의 제1 지점 또는 그 부근으로부터 상기 제1 지점에 대향되는 상기 벽의 제2 지점 또는 그 부근으로 연장되고, 바람직하게는 제2 지점으로부터 거꾸로 연장되어 적어도 상기 제1 지점 부근으로 거꾸로 연장된다. 이러한 방법에서 스팀 유동은, 바람직하게는 스팀 출구를 통해 이탈하기 전 2번 이상 모든 가스 튜브를 통과하여 이동하게 된다.
본 발명에 따른 방법의 현재 바람직한 실시예에서, 스팀 유동 속도는, 제1 지점 부근으로부터 제2 지점으로 유동할 때보다 상기 제2 지점으로부터 상기 제1 지점으로 유동할 때 더 낮고, 수면과 스팀 출구 사이의 거리의 일부분에서 상대적으로 높은 속도, 바람직하게는 대략 15 m/s 내지 30 m/s, 더 바람직하게는 15 m/s 내지 25 m/s의 속도를 제공하여, 수면으로부터 스팀 출구로의 경로의 남은 부분 위에서는 감소된 속도로, 바람직하게는 대략 10 m/s 내지 15 m/s로 가스 튜브를 통과하고, 이로써 높은 속도는 가스 튜브 주변에 난류를 제공하여 높은 열전달을 보장하고 스팀 내 가능한 액적(droplet)이 튜브에 충돌하여 증발되는 것을 보장한다.
본 발명에 따른 방법의 현재 바람직한 실시예에서, 가스 튜브를 위한 고온 가스는, 기름(oil), 카본 더스트(carbon dust), 천연가스 등의 연료를 연소시는 연소 챔버로부터 제공되지만, 내연 모터(internal combustion motor) 또는 가스 터빈으로부터의 고온 배기 가스 등도 사용될 수 있다. 연소 챔버로부터의 고온 가스를 사용할 때, 연소 챔버로부터 직접 용수에 추가 가열을 전달하기 위하여 상기 연소 챔버는 열교환실의 용수와 접촉하여 제공될 수 있다.
본 발명의 제2 태양은,
- 수면을 형성하는 용수로 채워진 열교환실과,
- 대체로 수직인 축을 갖춘 원통 벽 및 상판에 의해 경계가 이루어진, 상기 수면 위의 스팀 헤드 공간과,
- 상기 스팀 헤드 공간과 연통하는 스팀 출구와,
- 상기 열교환실과 상기 스팀 헤드 공간을 통해 연장되는 하나 이상의 가스 튜브와,
- 상기 가스 튜브와 상기 열교환실의 상기 용수 사이의 열교환에 의해 상기 수면으로부터 스팀 유동을 발생시키기 위하여 상기 가스 튜브에 가열된 가스를 공급하는 수단과,
- 상기 수면으로부터 상기 스팀 출구로 상기 스팀 유동을 인도하기 위해 상기 스팀 헤드 공간에 배치된 스팀 유동 도관으로서, 상기 스팀 유동이 상기 가스 튜브에 대해 횡방향으로, 바람직하게는 대체로 직교하는 방향으로 유동하도록 상기 가스 튜브들 중 하나 이상이 상기 도관을 통해 횡방향으로 연장되고, 상기 도관은 상기 유동의 스팀의 반 이상, 바람직하게는 대체로 전체가 유동 경로를 따라 유동하도록 구성되고, 상기 유동 경로는 수평면에 투영될 시 상기 벽의 제1 지점과 상기 제1 지점에 수평으로 대향되는 상기 벽의 제2 지점 사이의 최단 거리와 적어도 동일한 길이를 갖고, 상기 거리는 상기 벽이 원형 원통형일 경우 상기 원형 원통 벽의 직경인, 스팀 유동 도관을 포함하는 가스 튜브 스팀 보일러에 관한 것이다.
이러한 가스 튜브 스팀 보일러는 특히 상기 방법을 실행하는데 적합하다.
본 발명의 제3 태양은,
- 수면을 형성하는 용수로 채워진 열교환실과,
- 대체로 수직인 축을 갖춘 원형 원통 벽 및 상판에 의해 경계가 이루어지는, 상기 수면 위의 스팀 헤드 공간과,
- 상기 스팀 헤드 공간과 연통하는 스팀 출구와,
- 상기 열교환실과 상기 스팀 헤드 공간을 통해 연장되는 하나 이상의 가스 튜브와,
- 상기 가스 튜브와 상기 열교환실의 상기 용수 사이의 열교환에 의해 상기 수면으로부터 스팀 유동을 발생시키기 위하여 상기 가스 튜브에 가열된 가스를 공급하는 수단과,
- 상기 수면으로부터 상기 스팀 출구로의 상기 스팀 유동을 인도하기 위해 상기 스팀 헤드 공간에 배치된 스팀 유동 도관을 포함하고,
- 상기 스팀 유동 도관은, 상기 상판 아래로 수직 거리(h1)에 배치된 대체로 수평인 제1 판을 포함하되, 상기 제1 판은 상기 제1 판과 상기 벽 사이에 제1 스팀 유동 간극을 제공하기 위해 상기 벽으로부터 이격되어 배치된 제1 간극 형성 연부를 구비하는, 가스 튜브 스팀 보일러에 관한 것이다.
본 발명의 제2 태양과 제3 태양에 따른 가스 튜브 스팀 보일러의 바람직한 실시예는 예하의 청구항 11 내지 21 및 23 내지 31에 나타나고, 이들의 장점은 후술하는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
이하, 본 발명은 도면에 예시로서 도시된 실시예를 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보일러의 A-A 단면을 따라 취한 수직 단면도를 개략적으로 도시한다.
도1a는 도1의 보일러를 위로부터 바라본 것을 개략적으로 도시하고, 도1 및 도2에서 단면도를 취한 선들을 나타낸다.
도2는 도1의 단면에 직각인 B-B를 따라 취한 수직 단면도를 개략적으로 도시한다.
도3은 배플판(baffle plate) 구조의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도4 내지 도7은 본 발명에 따른 보일러 스팀 헤드 공간의 4개의 다른 가능한 구조들을 도시한다.
도1에 도시된 가스 튜브 스팀 보일러는 수면(2a)을 형성하는 용수로 채워진 열교환실(2)과, 대체로 수직인 축(10)을 갖춘 원통 벽(1), 상판(4), 및 직경(D)으로 경계가 이루어진, 수면 위의 스팀 헤드 공간(5)을 포함한다. 스팀 출구(6)는 스팀 헤드 공간(5)에 연결되고, 수개의 가스 튜브(3)들은 열교환실(2)과 스팀 헤드 공간(5)을 통해 연장된다. 가스 튜브(3)와 열교환실(2)의 용수 사이의 열교환에 의해 수면으로부터 스팀 유동을 발생시키기 위하여, 가열된 가스가 가스 튜브(3)를 통해 유동한다.
도1 내지 도3, 및 도5에 도시된 실시예에서, 수면으로부터의 스팀 유동은 배플판들(7' 및 7")에 의해 경계가 이루어진 도관을 따라 유동하게 되어, 상기 스팀은 가스 튜브(3)에 횡방향으로 유동하게 되고, 유동 내의 모든 스팀은, 2개의 배플판들(7' 및 7") 사이에서 수평 방향으로 유동하여 상부 배플판(7")과 상판(4) 사이에서 거꾸로 반대 수평 방향으로 유동하고 스팀 출구(6)를 통해 나가도록 제한된다.
도2 및 도3에 도시된 바와 같이 2개의 배플판(7' 및 7") 각각은 스팀 헤드 공간(5)의 단면적보다 작은 면적을 커버하고, 2개의 배플판(7' 및 7")의 연부는, 상판(4)으로부터 하부 배플판(7')으로 수직 방향으로 하향 연장되어 스팀 헤드 공간(5)의 원통 벽 상의 개별 위치들 사이를 모두 가로질러 수평 방향으로 연장되는 수직 판(9)들에 연결된다.
가스 튜브(3)는 보일러의 바닥으로부터, 혹은 도2에 도시된 바와 같이 연소 챔버(14)로부터, 용수로 채워진 열교환실(2) 및 스팀 헤드 공간(5)을 통해 위로 연장되되, 스팀 헤드 공간(5)에서 가스 튜브(3)는 판(7' 및 7") 및 상판(4)의 구멍을 통해 연장되어 가스가 가스 배기구(11)을 통해 이탈한다.
가스 튜브와 용수 사이의 열교환은 수면에서 스팀 헤드 공간(5)에 유입하는 스팀을 생성할 것이고, 판(7')은, 도1에 도시된 바와 같이 스팀이 왼쪽으로 이동하여 간극 형성 연부(12)를 돌아서 도1에 도시된 바와 같이 2개의 판들(7' 및 7") 사이에서 오른쪽으로 이동하고 간극 형성 연부(13)를 돌아 판(7")과 상판(4) 사이를 이동하여 스팀 출구(6)로 이동하도록 한다. 이러한 방법으로, 스팀은, 보일러(1)의 직경의 대략 2배에 해당하는 거리를 가스 튜브(3)에 대해 횡방향으로 이동하도록 강제된다. 이러한 작은 간극 내의 스팀은 튜브 벽과 매우 근접하게 되어 그 자리에서 가열될 것이기 때문에 판(7' 및 7")의 개구와 가스 튜브(3) 사이의 적은 스팀 누출은 문제되지 않을 것이다. 가스 튜브와 스팀 유동 사이의 충분한 열교환을 제공하기 위하여, 헤드 공간의 유동 내의 모든 스팀의 반 이상은 유동 경로를 따라 상기 가스 튜브에 횡방향으로, 바람직하게는 대체로 직교하는 방향으로 유동하도록 제한되고, 유동 경로는 수평면에 투영될 시 원형 원통 벽의 직경과 적어도 동일한 길이를 갖는다. 이러한 구조에 의해 본 발명은, 원형 원통 벽 직경의 3/4 미만에 해당하는 거리를 스팀의 반 미만이 유동하는, 전술한 US 1,546,665호와 구별된다.
스팀이 수면을 이탈할 때 전형적으로는 작은 물 액적을 포함하고, 비교적 높은 유동 속도로 가스 튜브(3)를 가로지르는 가압된 유동에 의해 상기 물 액적은 가스 튜브(3)에 충돌하여 증발하고, 또한 스팀의 비교적 높은 속도는 스팀 헤드 공간(5)에서 스팀과 가스 튜브 사이에 열교환을 제공하게 되는바, 이러한 열교환은, 판(7' 및 7") 없이 개방된 스팀 헤드 공간에서 가스 튜브(3)에 주로 평행하게 천천히 유동하여 수면으로부터 스팀 출구로 스팀이 단순하게 이동하는 전통적인 보일러 구조와 비교했을 때 증가된다. 또한, 스팀 출구(6)를 이탈하는 스팀 내의 물 액적의 농도가 높은 것을 피하기 위해 일반적으로 비교적 길었던, 용수 레벨과 상판 사이의 거리가 감소될 수 있다.
보일러(1)의 용수가 비등하지 않을 때, 보일러 내부의 용수 레벨은, 2개의 주지된 레벨 사이의 압력차, 용수 레벨 글라스(water level glasses) 등과 같은 다른 전통적 장비로 측정된 레벨에 대응된다. 그러나, 보일러 내부에서 보여진 실제 용수 레벨은 용수 영역 내부의 많은 양의 스팀 버블(bubble)의 존재로 인해 높아질 것이고, 용수 레벨은 히트 로드(heat load)와 스팀 압력에 의존하여 다소 변동하게 될 것이다. 가장 높은 용수 레벨은 가스 튜브(3) 주변에 있을 것이고, 따라서 가스 튜브는 이러한 용수 레벨까지 용수에 의해 젖게 되는데, 이러한 용수 레벨은 전형적으로는, 냉한 조건(cold condition)의 후술하는 지정된 수면에서, 측정된 용수 레벨 위로 약 250 mm이다.
스팀 헤드 공간(5)의 전체 높이(h)는, 상판(4)과 제1 판(7") 사이의 거리(h1)와, 제1 판(7")과 제2 판(7') 사이의 거리(h2)와, 마지막으로 제2 판(7')과 냉한 조건에서의 수면 사이의 거리(h3)로 나누어진다.
바람직한 실시예에서 거리(h1 및 h2)는, 상판(4)과 제1 판(7") 사이의 스팀 속도가 대략 10 m/s 내지 15 m/s이고 2개의 판들(7' 및 7") 사이의 스팀 속도는 대략 20 m/s 내지 30 m/s이 되도록 치수화된다. 즉, 거리(h1)는 거리(h2)의 대략 2배이다. 거리(h3)는 모든 상황에서, 완전 로드(full load)에서 비등되는 동안 실제 용수 레벨이 제2 판(7') 아래로 대략 200 mm가 되는 것을 보장하기에 충분해야한다.
스팀 헤드 공간에서, 전술된 바와 같이, 가스 튜브(3)에 직각인 스팀의 유동은 2개의 판들(7' 및 7") 사이에서 비교적 빠르고 상판(4)과 판(7") 사이에서 약간 느리고, 수면과 판(7') 사이에서도 가스 튜브(3)에 대한 임의의 교차 유동이 존재할 것이다. 스팀 헤드 공간(5)이 스팀을 튜브에 대체로 평행하게 낮은 속도로 이동시키는 전통적 상황과 비교했을 때, 스팀 속도는 가스 튜브(3)로부터 스팀으로의 보다 높은 열전달 계수를 제공한다. 실제로, 열전달은, 용수가 가스 튜브(3)와 직접 접촉하는, 용수로 채워진 열교환실(2)에 존재하는 열전달과 거의 동일하다.
생성된 스팀은 스팀 출구(6)을 통해 보일러를 이탈할 때 물 액적이 없을 뿐 아니라 실제로 과열된다. 이러한 과열은 염(salt)이 보일러를 이탈하지 못하게 보장하여 그 결과 보일러로부터 사용자로의 스팀 파이프에 침전(deposit)이 생기지 않게 할 것이다. 또한, 스팀 출구 뒤의 가능한 스팀 출구 밸브는 보다 높은 스팀 속도로 치수화 될 수 있다. 즉, 밸브의 크기가 축소될 수 있어 공간 및 상기 스팀 출구 밸브의 중량과 비용 모두 절약할 수 있다. 또한, 전체 가열면은 증가된 열전달로 인하여 축소될 수 있다. 즉, 튜브 길이, 튜브 개수, 보일러 높이가 감소되어 보일러의 중량과 비용 모두 감소된다.
이하 표에서 본 발명에 따른 가스 튜브 스팀 보일러에 대한 처리 데이터가 표시된다.
보일러 스팀 수용량 kg/h 3700
스팀의 작동 압력 barg 6.5
포화점(saturation point) ℃ 167
연료 유동(HFO) kg/h 250
염관(flue) 가스 유동 kg/h 3900
스모크(smoke) 튜브 치수 mm ø18×2
스모크 튜브의 개수 pcs 300
[노(furnace) 상판에서 보일러 상판 까지의] 전체 튜브 길이 mm 1440
보일러 쉘(shell)(내경) mm ø1276
h1(보일러 상판과 상부 배플판 사이 거리) mm 125
h2(2개의 배플판 사이 거리) mm 75
h3[하부 배플판과 측정된 용수레벨(Normal Water Level) 사이 거리] mm 450
보일링 업(boiling up)(측정된 용수 레벨 위의 젖은 가열면) mm 250
젖은 튜브 길이 mm 1040
(2개의 배플판 사이의) 2. 패스(pass) 최대 스팀 속도 m/s 16
(상부 배플판과 보일러 상판 사이의) 3. 패스 최대 스팀 속도 m/s 10
(측정된 NWL까지의) 스팀 공간 볼륨 로드(volume load) h-1 1100
(노를 이탈하는) 입구 가스 온도 ℃ 1360
(튜브 입구에서의) 가스 속도 m/s 107
실제 용수 레벨에서의 스모크 튜브 내 가스 온도(젖은 가열면 상부) ℃ 550
출구 가스 온도 ℃ 400
출구 스팀 온도 ℃ 220
이하 표는, 전통적으로 치수화된 가스 튜브 스팀 보일러('표준'으로 지시함)와, 본 발명에 따른 가스 튜브 스팀 보일러('신규'로 지시함)를 비교한다. 두 보 일러는, 동일한 스팀 수용량, 열효율(즉, 동일한 염관 가스 출구 온도), 및 동일한 압력 강하를 갖도록 설계되었다.
구분 단위 표준 신규
튜브 치수 mm 18×2 18×2
튜브 개수 pcs 375 300
젖은 튜브 길이 mm 1370 1040
정상 용수 레벨까지의 길이(측정치) mm 1120 790
측정된 용수 레벨까지의 스팀 공간 mm 840 650
전체 튜브 길이 mm 1960 1440
보일러 내 전체 튜브 길이 m 735 432
본 발명을 사용함에 따른 직접적인 결과, 표준 보일러 설계의 튜브의 대략 40%(대략 240 kg)가 절약될 수 있다는 것을 볼 수 있다. 또한, 튜브 길이가 짧아짐에 따라 보일러 높이가 520 mm만큼 짧아져, 보일러 직경 1300 mm 및 판 두께 12 mm일 때 대략 200 kg의 판 중량 차이를 제공한다.
상기에서 본 발명은 바람직한 실시예와 관련하여 기술되었지만, 이하의 청구항들을 벗어남 없이 많은 변형이 예견될 수 있다. 그러한 변형 중에서, 제2 판(7')의 생략은 더 간단한 구조가 되게 하지만, 여전히, 상기 헤드 공간(5)의 유동 내 대부분의 스팀이 보일러(1)의 직경에 해당하는 길이를 갖는 유동 경로를 따라 가스 튜브에 횡방향으로 유동하도록 제한되는 방식으로, 수면으로부터 스팀 출구(6)로 스팀 헤드 공간(5)을 통해 스팀 유동을 제공한다. 이러한 가능성이 도4에 도시되고, 전술된 바람직한 실시예는 도5에 개략적으로 도시된다. 다른 가능성들은, 도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 스팀이 통과하는 중앙 구멍을 구비한 제1 판 및 상기 제1 판 위의 제2 판에 의해 제한된, 수면으로부터 스팀 출구로의 스팀 유동을 제공하되, 상기 제2 판은 보일러 벽을 따라 환형의 개구를 제공하여, 먼저 방사상 외향으로, 이어서 중앙에 위치된 스팀 출구(6)를 향해 방사상 내향으로 가스 튜브를 가로질러 스팀 유동이 유동하도록 제한된다.
도7의 실시예에서, 중앙 튜브와 보일러(1)의 외부벽 사이에 위치된 나선형 판에 의해 스팀 유동은 나선형 유동 경로로 제한되고, 상기 스팀 유동은 다시, 적어도 보일러(1)의 벽의 대향되는 2개의 지점 사이의 거리에 해당하는 길이를 갖는다.

Claims (31)

  1. 수면을 형성하는 용수로 채워진 열교환실과, 대체로 수직인 축을 갖춘 원통 벽 및 상판에 의해 경계가 이루어진, 상기 수면 위의 스팀 헤드 공간과, 상기 스팀 헤드 공간과 연통하는 스팀 출구와, 상기 열교환실과 상기 스팀 헤드 공간을 통해 연장되는 하나 이상의 가스 튜브를 포함하는 가스 튜브 스팀 보일러를 제공하는 단계와,
    상기 가스 튜브와 상기 열교환실의 용수 사이의 열교환에 의해 상기 수면으로부터 스팀 유동을 발생시키기 위하여 상기 가스 튜브에 가열된 가스를 공급하는 단계와,
    상기 스팀 유동을 상기 스팀 헤드 공간을 통해 상기 수면으로부터 상기 스팀 출구로 유동하게 하는 단계로서, 상기 헤드 공간의 유동 내의 스팀의 반 이상이, 바람직하게는 대체로 전체가 유동 경로를 따라 상기 가스 튜브에 대해 횡방향으로, 바람직하게는 대체로 직교하는 방향으로 유동하도록 제한되고, 상기 유동 경로는 수평면에 투영될 시 상기 벽의 제1 지점과 상기 제1 지점에 수평으로 대향된 상기 벽의 제2 지점 사이의 최단 거리와 적어도 동일한 길이를 갖고, 상기 거리는 상기 벽이 원형 원통형일 경우 상기 원형 원통 벽의 직경인, 단계를 포함하고,
    이에 따라 상기 가스 튜브의 잔류 열이 상기 스팀 유동에 전달되는
    스팀을 발생시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 튜브의 잔류 열은, 상기 스팀 출구를 통해 상기 스팀 공간을 이탈하는 모든 스팀이 과열되는 범위까지 상기 스팀 유동에 전달되는
    스팀을 발생시키는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유동 경로의 수평 투영의 길이는 상기 거리의 2배 이상인
    스팀을 발생시키는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스팀 출구는 상기 벽의 축으로부터 이격되어, 바람직하게는 상기 벽 부근이나 상기 벽에 위치되는
    스팀을 발생시키는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동 경로의 수평 투영은 상기 축을 통과한 상기 벽의 제1 지점 또는 그 부근으로부터 상기 제1 지점에 대향된 상기 벽의 제2 지점 또는 그 부근으로 연장되는
    스팀을 발생시키는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유동 경로의 수평 투영은 상기 제2 지점으로부터 거꾸로 연장되어 적어도 상기 제1 지점 부근으로 거꾸로 연장되는
    스팀을 발생시키는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유동의 유동 속도는, 상기 제1 지점의 부근으로부터 상기 제2 지점으로 유동할 때보다 상기 제2 지점으로부터 상기 제1 지점으로 유동할 때 더 낮은
    스팀을 발생시키는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유동의 유동 속도는, 상기 제2 지점으로부터 상기 제1 지점으로 유동할 때 대략 10 m/s 내지 15 m/s이고, 상기 제1 지점 부근으로부터 상기 제2 지점으로 유동할 때는 바람직하게는 대략 15 m/s 내지 30 m/s이고, 더 바람직하게는 15 m/s 내지 25 m/s인
    스팀을 발생시키는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열된 가스는, a) 연소 챔버, b) 가스 터빈, c) 내연 모터, d) 선박 추진 또는 발전, 가열 공정, 산업 설비 및 전력 설비 등에 사용되는 가스 엔진이나 기름을 땔감으로 하는 엔진, 중 임의의 소스로부터 공급되는
    스팀을 발생시키는 방법.
  10. 수면을 형성하는 용수로 채워진 열교환실과,
    대체로 수직인 축을 갖춘 원통 벽 및 상판에 의해 경계가 이루어진, 상기 수면 위의 스팀 헤드 공간과,
    상기 스팀 헤드 공간과 연통하는 스팀 출구와,
    상기 열교환실과 스팀 헤드 공간을 통해 연장되는 하나 이상의 가스 튜브와,
    상기 가스 튜브와 상기 열교환실의 용수 사이의 열교환에 의해 상기 수면으로부터 스팀 유동을 발생시키기 위하여 상기 가스 튜브에 가열된 가스를 공급하는 수단과,
    상기 수면으로부터 상기 스팀 출구로 상기 스팀 유동을 인도하기 위해 상기 스팀 헤드 공간에 배치된 스팀 유동 도관으로서, 상기 스팀 유동이 상기 가스 튜브에 대해 횡방향으로, 바람직하게는 대체로 직교하는 방향으로 유동하도록 상기 가스 튜브들 중 하나 이상은 상기 도관을 통해 횡방향으로 연장되고, 상기 도관은 상기 유동의 스팀의 반 이상, 바람직하게는 대체로 전체가 유동 경로를 따라 유동하도록 구성되고, 상기 유동 경로는 수평면에 투영될 시 상기 벽의 제1 지점과 상기 제1 지점에 수평으로 대향되는 상기 벽의 제2 지점 사이의 최단 거리와 적어도 동일한 길이를 갖고, 상기 거리는 상기 벽이 원형 원통형일 경우 상기 원형 원통 벽의 직경인, 스팀 유동 도관을 포함하는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스팀 출구는 상기 벽의 축으로부터 이격되어, 바람직하게는 상기 벽 부근의 상기 상판에 위치되는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 스팀 유동 도관은 상기 상판 아래로 수직 거리(h1)에 배치된 대체로 수평인 제1 판을 포함하되, 상기 제 1판은 상기 제1 판과 상기 벽 사이에 제1 스팀 유동 간극을 제공하기 위해 상기 벽으로부터 이격되어 배치된 제1 간극 형성 연부를 구비하는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스팀 유동 도관은 상기 제1 판 아래로 수직 거리(h2)에 배치된 대체로 수평인 제2 판을 포함하되, 상기 제2 판은 상기 제2 판과 상기 벽 사이에 제2 스팀 유동 간극을 제공하기 위해 상기 벽으로부터 이격되어 배치된 제2 간극 형성 연부를 구비하는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 간극과 제2 간극은 상기 축에 대하여 서로 대향되게 위치되는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스팀 출구는 상기 축에 대하여 상기 제1 간극에 대향된 상기 벽 또는 그 부근에 위치되는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스팀 유동의 유동 속도가 상기 제1 판과 제2 판 사이에 위치된 상기 도관 부분에서보다 상기 상판과 제1 판 사이에 위치된 상기 도관 부분에서 더 낮도록 상기 거리(h1)는 상기 거리(h2)보다 큰
    가스 튜브 스팀 보일러.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가스 튜브 모두는 상기 제1 판과 제2 판을 통해 연장되는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용수의 냉한 조건에서의 상기 수면은 상기 상판 아래로 수직 거리(h)에 위치되고, 상기 거리(h1)는 상기 거리(h)의 대략 15% 내지 25%, 바람직하게는 18% 내지 22%이고, 상기 거리(h2)는 상기 거리(h)의 대략 7% 내지 13%, 바람직하게는 8% 내지 12%인
    가스 튜브 스팀 보일러.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 판과 제2 판은 상기 스팀 헤드 공간의 단면적보다 작은 면적을 갖고, 상기 제1 간극 형성 연부와 제2 간극 형성 연부로부터 연장된 상기 제1 판과 제2 판의 연부들 각각은 수직 판들에 의해 서로 연결되어 튜브를 형성하는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  20. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 판은 상기 스팀 헤드 공간의 단면적보다 작은 면적을 갖고, 상기 제1 간극 형성 연부로부터 연장된 상기 제1 판의 연부들 각각은 수직 판들에 의해 상기 상판에 서로 연결되어 튜브를 형성하는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  21. 제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 판과 제2 판은 대체로 직각인
    가스 튜브 스팀 보일러.
  22. 수면을 형성하는 용수로 채워진 열교환실과,
    대체로 수직인 축을 갖춘 원형 원통 벽 및 상판에 의해 경계가 이루어지는, 상기 수면 위의 스팀 헤드 공간과,
    상기 스팀 헤드 공간과 연통하는 스팀 출구와,
    상기 열교환실과 스팀 헤드 공간을 통해 연장되는 하나 이상의 가스 튜브와,
    상기 가스 튜브와 상기 열교환실의 용수 사이의 열교환에 의해 상기 수면으로부터 스팀 유동을 발생시키기 위하여 상기 가스 튜브에 가열된 가스를 공급하는 수단과,
    상기 수면으로부터 상기 스팀 출구로의 상기 스팀 유동을 인도하기 위해 상기 스팀 헤드 공간에 배치된 스팀 유동 도관을 포함하고,
    상기 스팀 유동 도관은 상기 상판 아래로 수직 거리(h1)에 배치된 대체로 수평인 제1 판을 포함하되, 상기 제 1판은 상기 제1 판과 상기 벽 사이에 제1 스팀 유동 간극을 제공하기 위해 상기 벽으로부터 이격되어 배치된 제1 간극 형성 연부를 구비하는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 스팀 유동 도관은 상기 제1 판 아래로 수직거리(h2)에 배치된 대체로 수평인 제2 판을 포함하되, 상기 제2 판은 상기 제2 판과 상기 벽 사이에 제2 스팀 유동 간극을 제공하기 위해 상기 벽으로부터 이격되어 배치된 제2 간극 형성 연부를 구비하는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 간극과 제2 간극은 상기 축에 대하여 서로 대향되게 위치되는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스팀 출구는 상기 축에 대하여 상기 제1 간극에 대향된 상기 벽 또는 그 부근에 위치되는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스팀 유동의 유동 속도가 상기 제1 판과 제2 판 사이에 위치된 상기 도관 부분에서보다 상기 상판과 제1 판 사이에 위치된 상기 도관 부분에서 더 낮도록 상기 거리(h1)는 상기 거리(h2)보다 큰
    가스 튜브 스팀 보일러.
  27. 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 튜브 모두는 상기 제1 판과 제2 판을 통해 연장되는
    가스 튜브 스팀 보일러.
  28. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용수의 냉한 조건에서의 상기 수면은 상기 상판 아래로 수직 거리(h)에 위치되고, 상기 거리(h1)는 상기 거리(h)의 대략 15% 내지 25%, 바람직하게는 18% 내지 22%이고, 상기 거리(h2)는 상기 거리(h)의 대략 7% 내지 13%, 바람직하게는 8% 내지 12%인
    가스 튜브 스팀 보일러.
  29. 제22항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 판과 제2 판은 상기 스팀 헤드 공간의 단면적보다 작은 면적을 갖고, 상기 제1 간극 형성 연부와 제2 간극 형성 연부로부터 연장된 상기 제1 판과 제2 판의 연부들 각각은 수직 판들에 의해 서로 연결되어 튜브를 형성하는
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  30. 제22항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 판은 상기 스팀 헤드 공간의 단면적보다 작은 면적을 갖고, 상기 제1 간극 형성 연부로부터 연장된 상기 제1 판의 연부들 각각은 수직 판들에 의해 상기 상판에 서로 연결되어 튜브를 형성하는
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  31. 제22항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
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