KR20100132029A - 이퀄라이징 챔버를 가진 연속 스팀 발생기 - Google Patents
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Abstract
액체를 증발하기 증발기(10)는; 가열된 유체 흐름(22)(예를 들면, 가열된 가스 또는 배연 가스)이 상기 증발기(10)의 각 연속적인 하프들(20)의 열을 통과할 수 있도록 덕트 또는 챔버 내에 배치된다. 상기 하프들(20)의 각각은 하부 헤더(24)와, 복수의 하부 튜브들(26), 중간의 이퀄라이징 챔버(28), 복수의 상부 튜브들(30) 및, 상부 헤더(32)를 포함한다. 상기 하부 튜브들(30)은 상기 하부 헤더(24)와 유체 소통하고, 상기 하부 헤더로부터 상향 수직으로 연장한다. 상기 하부 튜브들(26)의 상부 단부들은 이퀄라이징 챔버(28)와 유체 소통한다. 상기 상부 튜브들(30)은 상기 이퀄라이징 챔버(28)와 유체 소통하고, 상기 이퀄라이징 챔버로부터 상향 수직으로 연장한다. 상기 상부 튜브들(30)의 상부 단부들은 상기 하부 헤더(32)와 유체 소통한다.
Description
본 발명은 제목이 "이퀄라이징 챔버를 가진 연속 스팀 발생기"이며 공동 계류 중인 미국 특허 가출원 제 61/039,965 호의 이점을 청구하고, 상기 특허는 참조로 본원에 합체된다.
본 발명은 대형 열 회수 스팀 발생기(large heat recovery steam generator)(HRSG)에 사용되는 관류(once-through) 증발기들에 관한 것으로서, 특히, 이퀄라이징 챔버(equalizing chamber)를 갖는 대형 HRSG에 사용되는 관류 증발기에 관한 것이다.
현재의 관류 증발기 기술은 2 스테이지의 열교환을 제공하기 위하여 대형 HRSG를 사용할 수 있다. 제 1 스테이지는 스팀/물 혼합물을 발생시킨다. 제 2 스테이지는 상기 물을 건조 상태(dryness)로 증발시키고, 상기 스팀을 과열(superheat)시킨다. 일반적으로, 상기 HRSG의 각 스테이지는 내부 질량 유량(internal mass flow rate)이 부력들(buoyancy forces)에 의해서 제어되는 평행한 열전달 튜브들의 어레이(parallel arry of heat transfer tubes)를 포함하고, 각 개별적인 튜브로의 열 입력에 비례한다. 한 형태의 증발기는 각 튜브 번들(bundles)의 연속적인 어레이로 정렬되는 수직 튜브들을 사용하고, 여기에서 각 튜브 번들(또는, 하프(harp))은 고온 가스의 흐름에 횡방향으로 있는 튜브들의 열(row)을 가진다. 상기 각각의 하프들은 가스 흐름 방향으로 정렬됨으로써, 각 하류 하프는 바로 상부의 하프보다 더 낮은 온도의 가스로부터 열을 흡수한다. 이러한 방법에서, 가스 흐름의 방향에서 각 하프에 의하여 흡수되는 열은 상기 상부 하프에 의하여 흡수되는 열보다 더 낮다. 이러한 형태의 증발기는 1999년 6월 14일자로 출원된 제목이 "스팀 발생기"인 미국 특허 제 6,189,491 호에 기재된 것과 유사하고, 상기 특허는 참조로 본원에 합체된다.
상기 원리를 사용하는 HRSG는 주 증발기(primary evaporator)의 출구로부터 보조 증발기(secondary evaporator) 내로 물/스팀 혼합물(2-상 흐름(two-phase flow))의 분배를 요구한다. 상기 보조 증발기는 저부 헤더(header) 상에서 복수의 입구들을 갖는 하나 이상의 하프 번들들(harp bundles)로 형성된다. 각 입구는 분기 연결부(branch connection)를 통하여 하부 헤더 내로 흐르는 2-상 흐름을 제공한다. 상기 보조 증발기의 헤더로의 각 입구는 주 증발기의 하류에 있는 혼합 장치로부터 2-상 흐름을 받는다.
하나의 입구 연결부로부터의 2-상 흐름은 상기 헤더부(a portion of header)의 길이를 따라서 상기 헤더의 상부의 출구 튜브들로 분배된다. 각 출구 튜브는 상기 보조 증발기의 각 흐름에서의 각 증발기 튜브이다.
2-상 흐름의 분리는 상기 보조 증발기의 저부 헤더에 발생될 수 있고, 이것은 특정 튜브 열(또는 하프) 내에서 상기 보조 증발기의 열교환기 튜브들 내로 물/스팀 혼합물의 불균일한(non-uniform) 분배로 이어진다는 사실은 당업자에게 잘 알려져 있다. 보다 높은 스팀 분류(steam fraction)를 수용하는 튜브들에서 동일한 질량 유량을 위하여, 상기 물/스팀 혼합물은 보다 빠르게 건조 상태로 증발하고, 이것은 각 튜브의 출구에서 보다 높은 과열도(degree of superheat)로 이어진다. 보다 높은 물 분류를 수용하는 튜브들에서, 상기 물/스팀 혼합물은 보다 늦게 건조 상태로 증발하게 되고, 이것은 각 튜브의 출구에서 보다 낮은 과열도로 이어진다. 각 증발기 튜브의 열팽창은 상기 튜브 길이를 따라서 내부 유체의 온도 상승의 인테그럴(integral)에 의하여 결정된다.
상기 출구에서 보다 높은 과열을 갖는 튜브의 인테그럴된(integrated) 평균 온도는 출구에서 보다 낮은 과열을 가진 튜브의 인테그럴된 평균 온도보다 더 높게 될 것이다. 각 하프 입구 헤더에서의 인접한 튜브들이 서로 다른 물/스팀 분류들을 수용할 때, 상기 튜브 온도의 인테그럴된 평균은 각 튜브용으로 서로 다르게 될 것이다. 상기 튜브들은 양 단부들에서 공통의 헤더(common header)에 결합됨으로써 상부 및 하부 단부에서 구속되기 때문에, 인접하거나 근처에 있는 튜브들에서의 시차 온도(differential temperature)는 상기 튜브들에서 시차 열 응력(differential thermal stress)을 발생시킬 것이다. 스타트업(startup) 및 로드 램프들(load ramps) 동안에, 상기 보조 증발기의 입구 헤더들에서의 불균일한 흐름 분배는 위치 및 각도에서 변하게 될 것이다. 높은 시차 열 응력의 위치는 이러한 상황들 동안에 변화게 될 것이라는 것은 증명되어져 왔다. 각 튜브는 스타트업 또는 로드 램프들 동안에 시차 열 응력이 없는 상태로부터 높은 응력 상태로 전이(transition)할 수 있다. 이러한 응력 변화는 분기 연결부의 튜브 조인트에서 교번하는 응력(alternating stress)으로 이어진다는 것이 밝혀져 왔다. 상기 응력의 크기가 충분히 크게 되고 또한 발생 수가 예측가능한 크기에 도달할 때, 상기 튜브 조인트는 낮은 사이클 피로(low cycle fatigue)로부터 실패로 이어지기 쉽게 된다.
본 발명의 증발기는, 이후에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 증발기의 제 2 스테이지의 입구에서 상기 2-상 흐름 분리의 영향을 완화시키기 위하여 상기 제 1 및/또는 제 2 스테이지 증발기 내에 이퀄라이징 챔버의 원리들을 적용시킨다.
본원에 기재된 특징들에 따라서, 액체를 증발하기 위한 증발기가 제공된다. 상기 증발기는 하부 헤더 및, 상부 단부와 하부 단부를 갖는 복수의 하부 튜브들을 포함한다. 상기 하부 튜브들의 하부 단부들은 상기 하부 헤더와 유체 소통되고, 상기 하부 튜브들의 상부 단부들은 중간 챔버와 유체 소통한다. 복수의 상부 튜브들은 상부 단부 및 하부 단부를 가진다. 상기 상부 튜브들의 하부 단부들은 상기 중간 챔버와 유체 소통된다. 상부 헤더는 상기 상부 튜브들의 상부 단부들과 유체 소통된다.
본 발명에 의해서는, 증발기의 제 2 스테이지 입구에서 2-상 흐름 분리의 영향을 완화시키게 된다.
다음은, 도면들을 참조하고, 상기 도면들은 전형적인 실시예들이며, 여기에서 유사 요소들은 유사한 도면 부호로 표시된다.
도 1a는 본 발명에 따라서, 덕트 내에 배치된 주 증발기 및 보조 증발기를 갖는 2-스테이지 증발기의 측면도로서, 여기에서 각 증발기는 도 1b에 도시된 것과 유사한 복수의 하프들을 포함하는 측면도이다.
도 1b는 본 발명에 따라서, 상부 헤더와 중간 이퀄라이징 챔버 사이에 상호 연결된 복수의 상부 튜브들과, 중간 이퀄라이징 챔버와 하부 헤더 사이에 상호 연결된 복수의 하부 튜브들을 포함하는 증발기의 하프의 정면도이다.
도 2a는 본 발명에 따라서, 덕트 내에 배치된 주 증발기 및 보조 증발기를 갖는 2-스테이지 증발기의 다른 실시예의 측면 사시도로서, 각 증발기는 도 2b에 도시된 것과 유사한 복수의 하프들을 포함하는 측면도이다.
도 2b는 본 발명에 따라서, 상부 헤더와 중간 이퀄라이징 챔버 사이에 상호 연결된 복수의 상부 튜브들과, 중간 이퀄라이징 챔버와 하부 헤더 사이에 상호 연결된 복수의 하부 튜브들을 포함하는 증발기의 하프의 정면도이다.
도 3a는 본 발명에 따라서, 덕트 내에 배치된 주 증발기 및 보조 증발기를 갖는 2-스테이지 증발기의 다른 실시예의 측면도로서, 여기에서 각 증발기는 도 3b에 도시된 것과 유사한 복수의 하프들을 포함하는 측면도이다.
도 3b는 본 발명에 따라서, 상부 헤더와 중간 이퀄라이징 챔버 사이에 상호 연결된 복수의 상부 튜브들과, 중간 이퀄라이징 챔버와 하부 헤더 사이에 상호 연결된 복수의 하부 튜브들을 포함하는 증발기의 하프의 정면도이다.
도 4a는 본 발명에 따라서, 덕트 내에 배치된 주 증발기 및 보조 증발기를 갖는 2-스테이지 증발기의 다른 실시예의 측면도로서, 여기에서 각 증발기는 도 4b에 도시된 것과 유사한 복수의 하프들을 포함하는 측면도이다.
도 4b는 본 발명에 따라서, 상부 헤더와 상부의 중간 이퀄라이징 챔버 사이에 상호 연결된 복수의 상부 튜브들과, 하부의 중간 이퀄라이징 챔버와 하부 헤더 사이에 상호 연결된 복수의 하부 튜브들을 포함하는 증발기의 하프의 정면도로서, 여기에서 상기 상부 및 하부 이퀄라이징 챔버들은 중간 튜브들에 의해서 상호 연결되는 정면도이다.
도 5a는 본 발명에 따라서, 덕트 내에 배치된 주 증발기 및 보조 증발기를 갖는 2-스테이지 증발기의 다른 실시예의 측면도로서, 여기에서 각 증발기는 도 5b에 도시된 것과 유사한 복수의 하프들을 포함하는 측면도이다.
도 5b는 본 발명에 따라서, 상부 헤더와 중간 이퀄라이징 챔버 사이에 상호 연결된 복수의 상부 튜브들과, 중간 이퀄라이징 챔버와 하부 헤더 사이에 상호 연결된 복수의 하부 튜브들을 포함하는 증발기의 하프의 정면도이다.
도 1a는 본 발명에 따라서, 덕트 내에 배치된 주 증발기 및 보조 증발기를 갖는 2-스테이지 증발기의 측면도로서, 여기에서 각 증발기는 도 1b에 도시된 것과 유사한 복수의 하프들을 포함하는 측면도이다.
도 1b는 본 발명에 따라서, 상부 헤더와 중간 이퀄라이징 챔버 사이에 상호 연결된 복수의 상부 튜브들과, 중간 이퀄라이징 챔버와 하부 헤더 사이에 상호 연결된 복수의 하부 튜브들을 포함하는 증발기의 하프의 정면도이다.
도 2a는 본 발명에 따라서, 덕트 내에 배치된 주 증발기 및 보조 증발기를 갖는 2-스테이지 증발기의 다른 실시예의 측면 사시도로서, 각 증발기는 도 2b에 도시된 것과 유사한 복수의 하프들을 포함하는 측면도이다.
도 2b는 본 발명에 따라서, 상부 헤더와 중간 이퀄라이징 챔버 사이에 상호 연결된 복수의 상부 튜브들과, 중간 이퀄라이징 챔버와 하부 헤더 사이에 상호 연결된 복수의 하부 튜브들을 포함하는 증발기의 하프의 정면도이다.
도 3a는 본 발명에 따라서, 덕트 내에 배치된 주 증발기 및 보조 증발기를 갖는 2-스테이지 증발기의 다른 실시예의 측면도로서, 여기에서 각 증발기는 도 3b에 도시된 것과 유사한 복수의 하프들을 포함하는 측면도이다.
도 3b는 본 발명에 따라서, 상부 헤더와 중간 이퀄라이징 챔버 사이에 상호 연결된 복수의 상부 튜브들과, 중간 이퀄라이징 챔버와 하부 헤더 사이에 상호 연결된 복수의 하부 튜브들을 포함하는 증발기의 하프의 정면도이다.
도 4a는 본 발명에 따라서, 덕트 내에 배치된 주 증발기 및 보조 증발기를 갖는 2-스테이지 증발기의 다른 실시예의 측면도로서, 여기에서 각 증발기는 도 4b에 도시된 것과 유사한 복수의 하프들을 포함하는 측면도이다.
도 4b는 본 발명에 따라서, 상부 헤더와 상부의 중간 이퀄라이징 챔버 사이에 상호 연결된 복수의 상부 튜브들과, 하부의 중간 이퀄라이징 챔버와 하부 헤더 사이에 상호 연결된 복수의 하부 튜브들을 포함하는 증발기의 하프의 정면도로서, 여기에서 상기 상부 및 하부 이퀄라이징 챔버들은 중간 튜브들에 의해서 상호 연결되는 정면도이다.
도 5a는 본 발명에 따라서, 덕트 내에 배치된 주 증발기 및 보조 증발기를 갖는 2-스테이지 증발기의 다른 실시예의 측면도로서, 여기에서 각 증발기는 도 5b에 도시된 것과 유사한 복수의 하프들을 포함하는 측면도이다.
도 5b는 본 발명에 따라서, 상부 헤더와 중간 이퀄라이징 챔버 사이에 상호 연결된 복수의 상부 튜브들과, 중간 이퀄라이징 챔버와 하부 헤더 사이에 상호 연결된 복수의 하부 튜브들을 포함하는 증발기의 하프의 정면도이다.
본 발명의 설명을 편리하게 하기 위하여, 이후에 본 발명은 보일러와 연관되어 또는 파워 플랜트(power plant) 내에 사용되는 증발기로서 설명된다. 그러나, 당업자는 상기 증발기가 액체 증발 또는 가스의 과열을 요구하는 어떠한 적용에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 2-스테이지 증발기(10)는 액체를 가스로 증발시키기 위한, 예를 들면, 물을 스팀으로 증발시키기 위한 주 증발기(12)와, 상기 주 증발기에 의하여 제공되는 가스 또는 가스/액체 혼합물을 과열하기 위한 보조 증발기(14)를 가진다. 각 증발기(12,14)는, 가열된 유체 흐름(22)(예를 들면, 가열된 가스 또는 배연 가스(flue gas))이 상기 증발기(10)의 하프들(20)의 각 연속적인 열을 통과할 수 있도록 덕트 또는 챔버(15) 내에 배치되는, 적어도 하나의 하프(20), 그러나 통상적으로는 복수의 하프들을 포함한다. 도 1b는 도 1a에 도시된 단일 하프(20)를 도시한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상기 하프들(20)의 각각은 하부 헤더(24), 복수의 하부 튜브들(26), 중간 이퀄라이징 챔버(28), 복수의 상부 튜브들(30) 및, 상부 헤더(32)를 포함한다. 도 1b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 상기 하부 튜브들(26)은 상기 하부 헤더(24)와 유체 소통되며, 상기 하부 헤더로부터 수직 상향으로 연장된다. 상기 하부 튜브들(26)의 상부 단부들은 상기 이퀄라이징 챔버(28)와 유체 소통된다. 상기 상부 튜브들(30)은 상기 이퀄라이징 챔버(28)와 유체 소통되고, 상기 이퀄라이징 챔버로부터 수직 상향으로 연장된다. 상기 상부 튜브들(30)의 상부 단부들은 상기 상부 헤더(32)와 유체 소통된다. 입구 파이프(들)(15)는 상기 주 증발기(12)의 상부 헤더(32)로부터 상기 보조 증발기(14)의 하부 헤더(24)로 액체 및/또는 스팀을 공급한다. 상기 스팀 및/또는 각 증발기(12,14)의 복수의 출구 파이프들(36)을 통하여 상기 상부 헤더(32)로부터 배출된다. 도 1b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 각 하프(20)의 하부 튜브들(26)은 각 상부 튜브들(30)과 수직으로 정렬된다.
도 1a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 상기 이퀄라이징 챔버(28)는 각 하프(20)의 하부 주 스테이지(16)와 상부 보조 스테이지(18)를 제공하기 위하여 상기 하부 헤더(24)와 상부 헤더(32) 중간에 배치된다. 상기 하부 주 스테이지(16)는 하프(20)의 하부 튜브들(26)을 포함하고, 상기 하프 튜브의 하부 2-상 섹션으로도 언급된다. 상기 이퀄라이징 챔버가 상기 상부 및 하부 헤더들(32,24) 사이에 대략적으로 동일 거리로 도시되어 있지만, 상기 이퀄라이징 챔버(28)는 상기 헤더들 사이 어떠한 위치에도 배치될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 상기 이퀄라이징 챔버의 위치는 파이프의 2-상 액체의 예상되는 양 또는 레벨에 의존할 수 있다. 예를 들면, 상기 이퀄라이징 챔버는 하프(20)의 2-상 유체 레벨의 예상되는 레벨에 또는 그 이상으로 배치될 수 있다.
본 발명은 각 하프(20)의 인접한 튜브들에서 시차 온도를 감소시키기 위하여 상기 주 및/또는 보조 증발기(12,14)의 수직 튜브들(26,30)의 적절한 위치에 상기 이퀄라이징 챔버(28)를 도입한다. 이러한 유리한 효과는 상기 증발기 튜브의 하부 2-상 섹션(16)(즉, 주 스테이지) 또는 상부 섹션(18)(즉, 보조 스테이지) 둘 다에서 성취될 수 있다. 상기 이퀄라이징 챔버는 각 튜브들로부터의 흐름들의 혼합을 용이하도록 하기 위하여 하나의 튜브 단면적에 비교하여 큰 단면적을 갖는 원통형 챔버가 될 수 있다.
상기 2-스테이지 증발기(10)의 작동에서, 상기 주 증발기(12)의 입력 파이프들(34)에 액체(예를 들면, 물)가 제공된다. 상기 물은 상기 입력 헤더(24)를 통하여 상기 하부 2-상 섹션(16)의 튜브들로 제공된다. 그 다음, 물은 그 안에 물/스팀 혼합물을 형성하기 위하여 가열되고, 이것은 각 튜브(26)로부터 배출되는 혼합물이 함께 혼합되는 상기 이퀄라이징 챔버(28)로 공급된다. 하프의 이퀄라이징 챔버(28)는 상기 하프(20)의 하부 2-상 섹션(16)으로부터 배출되는 인접한 튜브들(26)로부터 서로 다른 스팀 물 분류들을 혼합한다. 이러한 서로 다른 스팀/물 분류들의 혼합은 상기 이퀄라이징 챔버(28)를 나와서 상기 하프(20)의 상부 섹션(18)의 튜브들(30)로 흐르는 혼합물의 질(quality)을 보다 균일하게 증진시킨다. 상기 하프(20)의 상부 섹션(18)에서, 중간 이퀄라이징 챔버(28)에서 서로 다른 스팀 온도들을 갖는 유체 스트림들의 혼합은 상기 하프의 상부 섹션(18)의 튜브들(30)로 들어가는 온도를 보다 균일하게 증진시킬 것이다. 결과적으로, 상기 하프(20)의 상부 헤더(32)로 들어가는 가열되거나 또는 과열된 가스는 온도가 보다 균일하게 된다.
상기 2-상 증발기(10)의 주 증발기(12)에서, 상기 이퀄라이징 챔버(28)의 장점들은 상기 보조 증발기(14)에서 이퀄라이징 챔버(28)를 제공하는 것과 동일하다. 궁극적으로, 상기 보조 증발기(14)의 상부 헤더들(32)에 대한 입구에서의 최종 과열 가스의 온도를 발생시키는 이퀄라이징 챔버(들)(28)의 부가는 이퀄라이징 챔버(28)가 상기 증발기 튜브 흐름 경로 내로 도입될 때 보다 균일하게 될 것이다. 결과적으로, 상기 시차 열 응력들은 스타트업 및 로드 램프 동안에 감소하게 될 것이고, 헤더 연결부들에 대한 증발기 튜브의 수명을 연장시킨다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 2-스테이지 증발기(210)의 다른 실시예를 도시한다. 동일한 도면부호를 갖는 서로 다른 실시예들의 구성품들은 이전에 설명한 바와 동일하다. 도 2a를 참조하면, 상기 2-스테이지 증발기(210)는 주 증발기(12) 및 보조 증발기(14)를 포함하는 도 1a의 2-스테이지 증발기(10)와 유사하다. 도 2b는 증발기(12,14)의 하프(220)를 도시하고, 여기에서 상기 하프들(220)은, 하부 튜브들(26)과 상부 튜브들(30)이 (정렬되지 않고) 수직으로 오프셋(offset)된 것을 제외하고는, 도 1a 및 도 1b의 증발기(10)의 하프들(20)과 유사하다. 상기 하부 및 상부 튜브들의 오정렬(misalignment)은 상기 상부 튜브들(30)을 통과하기 이전에 상기 이퀄라이징 챔버(28)에서 유체 및 스팀의 혼합을 증진시킨다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 증발기(310)의 다른 실시예를 도시한다. 도 3a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 복수의 하프들(320)을 갖는 상기 증발기(310)는, 도 2b의 각 하부 튜브와 각 상부 튜브가 복수의 각 하부 튜브들(26a,26b,26c) 및 상부 튜브들(30a,30b,30c)(예를 들면, 3개의 튜브들)로 대체되는 것을 제외하고는, 도 2a 및 도 2b의 증발기(210)와 유사하고, 여기에서 상기 각 상부 및 하부 튜브들(26,30)은 상기 가열된 가스 흐름(22)의 방향으로 정렬된다. 튜브들의 각 열이 3개의 튜브들을 갖는 것으로 도시되지만, 2개 이상의 튜브들이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 상기 상부 및 하부 튜브들이 상기 유체 흐름(22)의 방향으로 정렬되는 것으로 도시되지만, 본 발명은 상기 상부 및 하부 튜브들이 주어진 하프(220) 상에서 서로로부터 수평방향으로 오프셋 될 수 있는 것으로 고려되고, 따라서 상기 튜브들의 상류는 상기 유체 흐름으로부터 하류의 상기 튜브를 차단하지 않는다. 이러한 오프셋 정렬은 증가된 열 전달의 장점을 가진다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 증발기(410)의 다른 실시예를 도시한다. 상기 증발기(410)는, 도 2b의 중간 이퀄라이징 챔버(28)가 상부 이퀄라이징 챔버(412) 및 하부 이퀄라이징 챔버(414)로 대체되는 것을 제외하고는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 증발기(21)와 유사한 복수의 하프들(420)을 가진다. 또한, 상기 하부 이퀄라이징 챔버(414)와 상부 이퀄라이징 챔버(412)는 복수의 중간 튜브들(416)에 의하여 유체 소통되고, 여기에서 상기 중간 튜브들은 서로 다른 수직면에 배치되는 상부 및 하부 이퀄라이징 챔버들(412,414)을 상호 연결한다. 예를 들어 도 4a를 참조하면, 전방의 하부 이퀄라이징 챔버는 복수의 중간 튜브들(416)에 의하여 후방의 상부 이퀄라이징 챔버에 상호 연결되는 반면에, 전방의 상부 이퀄라이징 챔버는 서로 다른 복수의 중간 튜브들(416)에 의하여 후방의 하부 이퀄라이징 챔버에 상호 연결된다. 이러한 점은 단일의 하프 뿐만 아니라 복수의 하프들을 통한 온도의 균일화를 증진시킨다. 중간 튜브들(416)에 의하여 상부 및 하부 이퀄라이징 챔버들(412,414) 사이의 복수의 상호 연결 장치가 도시되지만, 상기 상호 연결은 어떠한 형상으로도 될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 증발기(510)의 다른 실시예를 도시한다. 상기 증발기(510)는, 도 1a의 복수의 이퀄라이징 챔버들(28)이 단일 이퀄라이징 챔버(28)로 대체되는 것을 제외하고는, 도 1a 및 도 1b의 증발기(10)와 유사하고, 단일 이퀄라이징 챔버는 복수의 상부 및 하부 튜브들(30,26)용으로 작용한다. 3개 세트의 상부 및 하부 튜브들은 단일 이퀄라이징 챔버(28)에 상호 연결되는 것으로 도시되지만, 어떠한 수(예를 들면, 2 이상)의 하프들(520)도 상기 이퀄라이징 챔버에 상호 연결될 수 있다. 이러한 점은 단일 하프 뿐만 아니라 복수의 하프들을 통하여 균일한 온도를 증진시킨다.
상기 실시예들 각각에서, 상기 헤더들은 상기 덕트에 외부에 배치되는 것으로 도시되지만, 본 발명은 상기 상부 및/또는 하부 헤더들이 상기 덕트 내에 배치될 수 있다는 것을 고려한다.
본 발명은 다양한 실시예를 참조로 하여서 설명되었지만, 당업자는 다양한 변화들이 이루어질 수 있고 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 균등물들이 그 요소들을 위하여 대체될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 기본적인 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 교시들에 대하여 특정의 상황 또는 재료를 채택하기 위하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 실행하기 위하여 고려되는 가장 양호한 모드로서 기재된 특정 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 첨부된 청구범위들의 범위 내에 있는 모든 실시예를 포함할 수 있다.
10, 210, 310, 410, 510: 증발기
20, 220, 320, 420, 520: 하프
12: 주 증발기 14: 보조 증발기
15: 챔버 24: 하부 헤더
26: 하부 튜브들 28: 이퀄라이징 챔버
30: 상부 튜브들 32: 상부 헤더
20, 220, 320, 420, 520: 하프
12: 주 증발기 14: 보조 증발기
15: 챔버 24: 하부 헤더
26: 하부 튜브들 28: 이퀄라이징 챔버
30: 상부 튜브들 32: 상부 헤더
Claims (20)
- 액체를 증발시키기 위한 증발기로서,
하부 헤더와;
상부 단부 및 하부 단부를 갖는 복수의 하부 튜브들로서, 상기 하부 튜브들의 하부 단부들은 상기 하부 헤더와 유체 소통되는, 상기 복수의 하부 튜브들과;
상기 하부 튜브들의 상부 단부들과 유체 소통하는 중간 챔버와;
상부 단부 및 하부 단부를 갖는 복수의 상부 튜브들로서, 상기 상부 튜브들의 하부 단부들은 상기 중간 챔버와 유체 소통하는, 상기 복수의 상부 튜브들; 및
상기 상부 튜브들의 상부 단부들과 유체 소통하는 상부 헤더를 포함하는 증발기. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 튜브들은 상기 하부 헤더와 상기 중간 챔버 사이에 실질적으로 수직 배치되는 증발기. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 튜브들은 상기 중간 챔버와 상기 상부 헤더 사이에 실질적으로 수직 배치되는 증발기. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 튜브들 및 각각의 하부 튜브들은 수직으로 정렬되는 증발기. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 튜브들 및 각각의 하부 튜브들은 수직으로 오프셋되는 증발기. - 제 1 항에 있어서,
각각의 상부 및/또는 하부 튜브는 한 세트의 튜브들을 포함하고, 튜브들의 각각의 개별적인 세트의 튜브들은 열 흐름의 하류에 순차적으로 배치되는 증발기. - 제 6 항에 있어서,
순차적으로 배열된 상기 튜브들은 상기 흐름 방향으로 정렬되거나 및/또는 스태거(stagger)되는 증발기. - 제 1 항에 있어서,
상기 중간 챔버는 열 흐름의 하류에 순차적으로 배치된 복수의 상부 튜브들 및 하부 튜브들을 수용하는 증발기. - 제 1 항에 있어서,
중간 챔버는 한 쌍의 중간 챔버들 사이에 유체 소통을 제공하기 위하여 복수의 중간 튜브들에 의하여 서로 연결되는 상기 한 쌍의 중간 챔버를 포함하는 증발기. - 액체를 증발시키기 위한 증발기로서,
덕트에 순차적으로 배치된 복수의 하프들로서, 가열된 흐름이 상기 하프들을 순차적으로 통과하는 상기 덕트를 통과하는, 상기 복수의 하프들을 포함하고,
각각의 하프는,
하부 헤더와;
상부 단부 및 하부 단부를 갖는 복수의 하부 튜브들로서, 상기 하부 튜브들의 하부 단부들은 상기 하부 헤더와 유체 소통되는, 상기 복수의 하부 튜브들과;
상기 하부 튜브들의 상부 단부들과 유체 소통하는 중간 챔버와;
상부 단부 및 하부 단부를 갖는 복수의 상부 튜브들로서, 상기 상부 튜브들의 하부 단부들은 상기 중간 챔버와 유체 소통하는, 상기 복수의 상부 튜브들; 및
상기 상부 튜브들의 상부 단부들과 유체 소통하는 상부 헤더를 포함하는 증발기. - 제 10 항에 있어서,
각각의 하프의 상기 하부 튜브들은 각각의 개별적인 하부 헤더와 상기 중간 챔버 사이에 실질적으로 수직 배치되는 증발기. - 제 10 항에 있어서,
각각의 하프의 상기 상부 튜브들은 각각의 개별적인 중간 챔버와 상기 상부 헤더 사이에 실질적으로 수직 배치되는 증발기. - 제 10 항에 있어서,
각각의 하프의 상기 상부 튜브들 및 각각의 하부 튜브들은 수직으로 정렬되는 증발기. - 제 10 항에 있어서,
각각의 하프의 상기 상부 튜브들 및 각각의 하부 튜브들은 수직으로 오프셋되는 증발기. - 제 10 항에 있어서,
각각의 하프의 각각의 상부 및/또는 하부 튜브는 한 세트의 튜브들을 포함하고, 튜브들의 각각의 개별적인 세트의 상기 튜브들은 열 흐름의 하류에 순차적으로 배치되는 증발기. - 제 15 항에 있어서,
순차적으로 배치된 각각의 하프의 상기 튜브들은 상기 흐름 방향에 대하여 정렬되거나 및/또는 스태거(stagger)되는 증발기. - 제 10 항에 있어서,
상기 복수의 하프들은 공통의 중간 챔버를 가지고, 따라서 각각의 하프의 상기 상부 튜브들 및 하부 튜브들은 상기 공통의 중간 챔버와 유체 소통하는 증발기. - 제 10 항에 있어서,
각각의 하프의 상기 중간 챔버는 다른 하프들의 중간 챔버들 중의 하나 사이에 유체 소통을 제공하기 위하여 한 쌍의 중간 튜브들에 의해 상호 연결되는 한 쌍의 중간 챔버를 포함하는 증발기. - 제 10 항에 있어서,
상기 복수의 하프들은 평행하게 유체적으로 상호 연결되는 증발기. - 제 10 항에 있어서,
상기 복수의 하프들은 연속으로 유체적으로 상호 연결되는 증발기.
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