KR20190097111A - 고온 열 차폐 조립체 - Google Patents
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Abstract
열 차폐 블래더는 제 1 및 제 2 시트 사이에 블래더를 형성하는 절연 물질의 제 1 및 제 2 시트를 포함한다. 적어도 하나의 반사 호일이 블래더 내에 배치되고, 다수의 스페이서가 블래더 내에 배치되고 절연 물질의 제 1 및 제 2 시트로부터 적어도 하나의 반사 호일을 이격시키도록 위치한다. 다수의 반사 호일이 각각의 반사 호일 사이의 스페이서에 의해 블래더 내에 배치될 수 있다. 열 차폐 블래더는 튜브 형상으로 롤링될 수 있고 파이프 내에서 사용되거나, 용기를 라이닝하는 데 사용될 수 있는 패널로 형성될 수 있다.
Description
관련
출원에 대한 교차 참조
본 출원은 35 U.S.C. §119(e) 하에 2016년 12월 12일 출원된 미국 가특허 출원 제62/433,082호의 이익을 주장하며, 본원에 완전히 명시된 것처럼 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
본 발명은 열 전달 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다량의 고온 유체 및 고온 유체를 수용하는 용기 사이에 열 분리를 제공하는 것에 관한 것이다.
전력 생산, 화학 합성 반응의 제어, 광석의 추출, 고효율 전기 배터리, 생산 지층에서의 오일의 2차 회수, 또는 임계 또는 미임계 핵분열 코어에서의 열 전달 및 중성자학과 같은 응용 분야에서의 사용을 위해 열을 저장하고 전달하기 위해 고온 유체의 사용을 필요로 하는 응용 분야가 있다. 일부 응용 분야에서, 가장 유리한 특성을 갖는 고온 유체는 용융 염이다. 대부분의 응용 분야의 경우, 공정의 성능과 에너지 효율은 최대 800℃의 온도로 향상된다. 이러한 응용 분야의 경우, 용기와 배관에서 일반적으로 사용되는 금속은 600℃ 이상의 온도의 용융 염과 접촉하여 안정적으로 작동할 수 없다. 이러한 응용 분야는 일반적으로 고온에서의 금속과 합금의 강도에 의해 그리고 금속 또는 합금의 화학적 부식에 의해 제한된다. 이러한 고온에서, 종래의 구조용 금속은 강도를 잃고, 금속 표면은 상당한 속도로 부식된다. 니켈 함량이 높은 금속 합금은 부식에 저항하면서 800℃에서 안정적으로 작동할 수 있다. 그러나, 이러한 합금은 매우 비싸고, 위에서 언급한 많은 응용 분야에서 탱크와 배관의 재료로서 가격이 맞지 않다.
용융 염과 같은 고온 유체를 수용하는 파이프 또는 탱크와 같은 용기 벽의 온도를 감소시키기 위해 밀폐형 열 차폐 블래더(hermetic heat shield bladder)가 사용되고, 따라서 안정적인 작동을 제공하면서 용기에 대해 저렴한 재료를 사용할 수 있는 가능성을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 고온 응용 분야에서 복사열(radiative heat)과 전도열(conductive heat) 전달을 제한하는 밀폐형 열 차폐 블래더에 관한 것이다. 밀폐형 열 차폐 블래더는 온도차를 유지하기 위해 적당한 열 전달만 필요로 하면서, 블래더의 대향면에 큰 온도차를 유지할 수 있게 한다. 응용 분야의 예는 용융 염을 이용하는 시스템, 집중 태양력에서의 열 저장, 안전한 핵분열 출력, 광석에서의 금속 추출, 및 고온을 필요로 하는 화학 합성을 포함한다.
또한, 고온의 용융 유체를 수용하는 용기의 내부 표면에 인접한 라이너(liner)로서 다층 블래더가 배치되는 방법이 개시되어 있다. 블래더는 시스(sheath) 내에 배치된, 전해연마된(electropolished) 니켈과 같은, 다수의 고 반사성 얇은 금속 호일을 갖는 완전 밀폐된 라미네이트(laminate)를 포함한다. 호일층(foil layer)은, 시스 면과 인접한 호일층 사이에 간격을 제공하는 세라믹 버튼(ceramic button) 또는 바(bar)와 같은 스페이서의 패턴에 의해 블래더 내에서 서로 이격된다. 시스는 두 장의 내식성 금속으로 형성되고, 시스는 시스의 내부가 밀폐되도록 두 장의 결합하는 주변 모서리를 따라 용접에 의해 밀봉된다. 일부 실시형태에서, 용접된 모서리는 블래더의 고온 측에서 멀리 폴딩(fold)되어 모든 용접부가 블래더의 저온 측에 배치됨으로써, 용접부는 저온 측의 온도에서 작동한다.
밀폐형 열 차폐 블래더는 블래더의 두 개의 면 사이의 다양한 형태의 열 전달(예를 들어, 전도, 복사, 대류)을 효과적으로 분리한다. 내부의 반사층은 다층 복사열 차폐부(multi-layer radiative heat shield)의 역할을 한다. 세라믹 버튼은 인접한 호일층의 접촉을 제한하는 간격을 제공한다. 블래더의 내부는 불활성 가스, 예를 들어, 아르곤 또는 크립톤으로 충전되어, 열 전달 메커니즘으로서의 전도 및 대류를 제한한다. 블래더를 충전하는 가스의 압력은 용기 내의 용융 유체의 충전으로부터의 유압에 대항하여 작동 온도에서 대략적인 압력 균형을 제공하기에 충분하다. 다양한 블래더 파라미터의 경우, 블래더에 의해 둘러싸인 공동을 통과하는 다량의 용융 유체(예를 들어, 도 2 참조)는 수용 용기의 벽 온도를 약 500℃로 제한하면서 800℃에서 유지될 수 있다. 용기의 벽 온도는 용기의 외벽과 열 접촉하도록 구성된 열 트레이스(heat trace)를 통해 흐르는 2차 열 전달 유체의 흐름에 의해 조절될 수 있다.
블래더는 세라믹 절연보다 열 전달을 더욱 효과적으로 제한할 수 있게 한다. 유체로부터의 열 전달을 제한함으로써 더욱 낮은 용기 온도를 제공하고, 이는 결과적으로 사용 수명을 길게 유지하면서 용기를 저렴한 재료로 제조할 수 있다. 블래더의 시스에서 사용되는 고가의 고-니켈 합금의 양은 용기와 배관의 양보다 훨씬 적고, 따라서 저렴한 금속이 조건 없이 사용될 수 있다.
밀폐형 열 차폐 블래더는 새로운 용기에 장착되거나 기존 용기에 재장착될 수 있는 반-유연성(semi-flexible) 열 장벽을 제공한다. 이는 평평하거나 곡선 형태로 제작되어 대형 파이프, 탱크 등과 같은 용기의 표면에 "벽지를 부착(wallpaper)"하거나, 배관에 설치하기 위해 원통형 또는 튜브 형태로 제작될 수 있다. 이러한 설비에서, 용융 유체는 열 차폐부의 양면에 존재하고, 따라서 층상 조립체(laminar assembly)는 용융 유체의 유압과 동등한 압력만을 지원할 필요가 있고, 용융 유체의 전체적인 억제를 지원할 필요는 없다.
밀폐형 열 차폐 블래더는 용기와 배관의 표면에서의 온도를 내부의 용융 유체의 온도에 비해 상당히 감소시킬 수 있게 한다. 결과적으로, 용기와 배관은 저렴한 합금, 예를 들어, 강철로 제조될 수 있다. 고온에서 부식에 대해 안정적인 열 차폐부의 얇은 표층(surface layer)은 고가의 합금으로 제조되는 유일한 요소이다. 블래더는 또한 예방 정비를 제공하거나 블래더가 고장이 날 때 쉽게 교체될 수 있다. 블래더의 총 제조 비용은 고가의 고온 내식성 합금으로 제조된 용기와 배관의 제조 비용 중 작은 부분일 수 있다.
복사열 차폐부는 극저온용으로 그리고 노 온도(furnace temperature)에서의 적용을 위해 제공되지만, 일반적으로 블래더가 진공 또는 비-부식성 분위기에서 작동하는 상황에서만 제공된다. 본 발명의 밀폐형 열 차폐 블래더의 뚜렷한 차이는 밀폐형 인클로저를 제공하는 것이며, 이의 내부에는 고-반사율 호일(high-reflectivity foil)의 층상 스택(laminar stack)이 적당한 간격으로 이격되어 있다. 반사면의 연속은 블래더의 한 면에서 다른 면으로의 복사열 전달을 억제한다. 호일층은 예를 들어 세라믹 탭 절연체(ceramic tab insulator)일 수 있는 스페이서에 의해 이격되고, 따라서 전도열 전달이 또한 감소된다. 블래더 내의 빈 공간은 전도열 전달이 더 차단되도록 열전도율이 낮은 불활성 가스로 충전된다. 두 개의 얇은 표층은 고온 내식성 합금, 예를 들어, 하스텔로이(hastelloy)로 제조되며, 두 개의 표층을 접합하는 용접부는 용기 또는 배관의 차가운 벽을 향하는 블래더 측에 배치되고, 따라서 용접부는 용기 내의 용융 유체의 저온 영역에서만 작동한다.
일부 실시형태에서, 밀폐형 열 차폐 블래더는, 제어된 분리에 의해 이웃하는 호일을 이격시키기 위해 배치된 세라믹 탭 또는 바의 어레이로 조립된, 예를 들어, 전해연마된 니켈과 같은 고-반사율 호일의 층상 조립체 및 고온 내식성 합금, 예를 들어 하스텔로이로 구성된 한 쌍의 시트를 포함하는 시스로 제조된다. 주어진 금속에 대한 반사율은 파장의 함수이다. 흑체 복사(blackbody radiation)에서 방출되는 빛의 스펙트럼은 온도의 함수이다. 본원에서 사용된 고-반사율이란 90% 이상의 반사율을 의미한다. 90% 미만의 반사율이 사용될 수 있지만, 더 높은 반사율에 비해 성능이 저하된다. 호일의 반사율은 호일을 제 2 재료로 코팅함으로써 증가될 수 있다. 예를 들어, 로듐 코팅이 니켈 호일의 표면에 포함되어 니켈 호일의 반사율을 향상시킬 수 있다. 코팅은 얇을 수 있다(예를 들어, 미크론 두께). 높은 용융 온도를 갖는 다른 반사 재료가 코팅(예를 들어, 금)으로 사용될 수 있다. 고온이란 용어는 본원에서 800℃ 범위의 온도를 확인하기 위해 사용되지만, 본 기술 분야의 숙련자는 이 온도가 더 낮은 온도와 더 높은 온도 사이에서 변화할 수 있음을 인지할 것이다. 한 쌍의 표층 시트는 용접에 의해 접합되고 밀봉되어, 블래더가 용기에 설치되고 용기가 용융 유체로 충전될 때 반사 호일(reflective foil)을 포함하는 폐쇄된 공간이 용융 유체에 노출되는 것을 방지하는 밀폐형 블래더의 시스를 형성한다. 일부 실시형태에서, 내부 표층 시트는, 예를 들어, 내부 표층 호일의 모서리가 블래더의 저온 측이 될 방향을 향해 배향된 립(lip)을 갖는 컬링된(curled) 또는 컵 형상을 형성하도록 다이-스탬핑(die-stamping)에 의해 성형된다. 이에 의해, 용접부는 용융 유체 온도차의 저온 단부에서 작동하며 부식에 덜 민감하다.
본 발명의 일 실시형태에서, 전체 밀폐형 열 차폐 블래더는 1 cm 내지 5 cm의 전체 두께로 제조될 수 있다. 유연한 형태 및 배제된 작은 부피는 상기한 응용에 대해 매력적인 밀폐형 열 차폐 블래더를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 대형 용융 염 저장 용기와 집중 태양력 설비에서의 배관에 사용하기 위한 밀폐형 열 차폐 블래더다. 특정 실시형태에서, 열 차폐 블래더는 기존의 용융 염 저장 설비를 개조하는 데 사용될 수 있다.
열 차폐 블래더는 내식성 금속 합금의 내부 및 외부 시트를 포함하며, 이들 시트는 그 경계에서 함께 밀봉되어 밀폐형 블래더를 형성한다. 적어도 하나의 반사 호일이 블래더 내에 반사 열 차폐를 형성하도록 배치되고, 블래더의 내부 및 외부 시트 사이의 공간에서 적어도 하나의 반사 호일을 이격시키도록 위치한다. 다수의 반사 호일이 각각의 층 사이의 스페이서에 의해 블래더 내에 배치될 수 있다. 열 차폐 블래더는 튜브 형상으로 형성되고 파이프의 내부를 라이닝하는 데 사용될 수 있고, 또는 평평하거나 곡선인 패널로 형성되어 탱크 또는 다른 저장 용기의 내벽을 라이닝하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 대한 보다 완전한 이해는 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 얻어질 수 있다, 도면에서:
도 1a는 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템의 등각도이고;
도 1b는 도 1a의 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템의 부분 단면도이고;
도 2는 파이프 내에 설치된 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템의 도면이고;
도 3은 탱크 내부에 설치된 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템의 도면이고; 및
도 4는 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템(400)의 일 실시형태의 부분 개략도이다.
도 1a는 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템의 등각도이고;
도 1b는 도 1a의 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템의 부분 단면도이고;
도 2는 파이프 내에 설치된 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템의 도면이고;
도 3은 탱크 내부에 설치된 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템의 도면이고; 및
도 4는 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템(400)의 일 실시형태의 부분 개략도이다.
본 발명의 실시형태(들)는 첨부된 도면을 참조하여 보다 완전하게 기술될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본원에 기술된 실시형태(들)에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명은 현재 존재하는 청구범위 및 이들의 균등물에 의해서만 제한되는 것으로 간주되어야 한다.
도 1a는 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템(100)의 등각도이고, 도 1b는 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템(100)의 부분 단면도이다. 도 1a 및 도 1b는 제 1 밀폐형 열 차폐 블래더(102(1))와 제 2 밀폐형 열 차폐 블래더(102(2))를 포함한다. 제 1 밀폐형 열 차폐 블래더(102(1))와 제 2 밀폐형 열 차폐 블래더(102(2))는 유사한 구성요소와 구조를 포함한다. 이하의 제 1 밀폐형 열 차폐 블래더(102(1))에 대한 설명은 제 2 밀폐형 열 차폐 블래더(102(2))에도 적용될 수 있다. 도 1a는 서로 나란히 배치된 모서리(10(1)) 및 (10(2))를 갖는 평평한 배열의 제 1 밀폐형 열 차폐 블래더(102(1))와 제 2 밀폐형 열 차폐 블래더(102(2))를 도시하고 있다. 밀폐형 열 차폐 블래더(102)는 브래킷(bracket), 타이(tie) 등을 사용하여 서로에 대해 그리고 용기 벽에 대해 고정될 수 있다. 도 1a에 도시된 배열은 용기의 벽에 "벽지를 부착"하는 데 사용될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 원하는 영역을 덮기 위해 필요한 경우 다수의 밀폐형 열 차폐 블래더(102)가 사용될 수 있다. 밀폐형 열 차폐 블래더(102)의 형상은 특정 설치를 위해 맞춤화될 수 있다. 예를 들어, 밀폐형 열 차폐 블래더(102)는 직사각형 형상일 필요는 없으며 용기 내에서 더욱 정확하게 맞도록 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 밀폐형 열 차폐 블래더(102)는 용기의 윤곽에 맞도록 다른 형상으로 폴딩되거나 처리될 수 있다.
대표적인 실시형태에서, 블래더 시스템(100)의 각각의 밀폐형 열 차폐 블래더(102)는 유사한 구조를 갖는다. 유사한 구성요소에는 도 1b에서 유사한 번호가 부여된다. 제 1 밀폐형 열 차폐 블래더(102(1))는 내부 시트(104(1))와 외부 시트(106(1))를 포함한다. 내부 시트(104(1))와 외부 시트(106(1)) 각각은 용기에 수용되는 유체와 접촉하는 장기간 작동에 대해 내식성인 금속 또는 합금으로 제조된다. 일부 실시형태에서, 내부 시트(104(1))와 외부 시트(106(1))는 하스텔로이로 제조된다. 다른 실시형태에서, C-276(57% 니켈), C-22(56% 니켈) 및 N(71% 니켈)과 같은 인콜로이(Incoloy) 합금 및 고-니켈 합금이 사용될 수 있다. 내부 시트(104(1))와 외부 시트(106(1))는 이들의 모서리에서 함께 접합되어 블래더의 내부를 완전히 밀봉한다. 모서리는 용접에 의해 함께 접합될 수 있다. 용접부를 고온으로부터 보호하기 위해, 용접부(114(1))가 내면(1)에서 멀리 그리고 외면(2)에 가까이 위치하도록 내부 시트(104(1))의 모서리는 뒤로 폴딩되거나 컬링될 수 있다. 내면(1)은 고온 유체(예를 들어 용융 염)에 노출되는 면을 말하고, 외면(2)은 유체 내에 포함되고 용기 벽에 인접한 면을 말한다. 일부 실시형태에서, 내면(1)은 약 800℃의 온도일 수 있는 반면, 외면(2)은 약 500℃의 온도일 수 있다. 용접부(114(1))를 내면(1)에서 멀리 배치하면, 용접부(114(1))의 내식성이 향상된다.
블래더(110(1)) 내에 적어도 하나의 반사 호일(108(1))이 배치된다. 적어도 하나의 반사 호일(108(1))은 블래더 시스템(100)의 내면(1)으로부터 블래더 시스템(100)의 외면(2)으로의 복사열 전달을 감소시키는 것을 돕는다. 사용 중에, 블래더(102(1))의 내면(1)의 유체는 원하는 고온, 예를 들어 800℃이고, 용기 벽과 블래더(102(1))의 외부 시트(106(1)) 사이의 영역에 있는 외면(2)의 유체는 용기 벽의 온도, 예를 들어 500℃에서 작동한다. 두 영역은 단일 유체 부피로 연결되고 따라서 수력학적으로 연결되지만, 내면(1)과 외면(2)의 유체는 서로 다른 온도에서 작동한다. 용기 벽에서의 유체의 온도는 유체의 용융 온도 이상으로 제한되고, 따라서 외면(2)의 유체는 동결되지 않는다. 일부 실시형태에서, 적어도 하나의 반사 호일(108(1))은 다수의 호일을 포함한다. 적어도 하나의 반사 호일(108(1))은 다수의 스페이서(112(1))에 의해 내부 시트(104(1))와 외부 시트(106(1))로부터 이격된다. 일부 실시형태에서, 적어도 하나의 반사 호일(108(1))은 니켈로 제조된다.
일부 실시형태에서, 내부 시트(104(1))와 외부 시트(106(1))는 각각 밀폐형 열 차폐 블래더(102(1))의 전체 둘레를 따라 함께 접합되는 별도의 시트를 포함한다. 일부 실시형태에서, 내부 시트(104(1))와 외부 시트(106(1))는 하나의 시트를 반으로 폴딩함으로써 형성될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 접히는 면은 접합될 필요가 없고, 나머지 모서리만 함께 접합된다.
일부 실시형태에서, 블래더(110(1))는 열 전달 메커니즘으로서의 대류를 제한하는, 예를 들어, 아르곤과 같은 저압 불활성 가스로 충전된다. 사용될 수 있는 다른 가스는 Ne, Ar, N2, CO2 및 Kr을 포함한다. 사용되는 가스는 블래더 내부의 호일과 접촉할 때 화학적으로 불활성이어야 한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 밀폐형 열 차폐 블래더(102(1))는 적어도 하나의 반사 호일(108(1))을 블래더(110(1)) 내에 배치하는 것을 돕는 다수의 스페이서(112)를 포함한다. 다수의 스페이서(112(1))는 내부 시트(104(1))와 외부 시트(106(1)) 사이의 적어도 하나의 반사 호일(108)의 간격을 유지하기 위해 원하는 경우 블래더(110(1)) 전체에 걸쳐 배치될 수 있다(예를 들어, 도 2 참조). 다수의 스페이서(112)는 세라믹(예를 들어, 섬유 강화 세라믹)을 포함하는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 일반적으로, 다수의 스페이서(112)는 밀폐형 열 차폐 블래더(102)가 노출되는 높은 온도에서 구조적 지지를 제공할 수 있는 재료로 제조될 수 있다.
도 2는 파이프(201) 내에 설치된 부분적인 단면의 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템(200)의 도면이다. 도 2의 블래더 시스템(200)은 파이프(201)의 전체 세그먼트 내에서 단부 사이에 위치하는 밀폐형 열 차폐 블래더(202)의 조립체로서 구성된다. 제 1 밀폐형 열 차폐 블래더(202(1))와 제 2 밀폐형 열 차폐 블래더(202(2))의 부분들이 도 2에 도시되어 있다. 제 1 밀폐형 열 차폐 블래더(202(1))와 제 2 밀폐형 열 차폐 블래더(202(2))는 유사한 구성요소와 구조를 포함한다. 이하의 제 1 밀폐형 열 차폐 블래더(202(1))에 대한 설명은 제 2 밀폐형 열 차폐 블래더(202(2))에도 적용될 수 있다. 블래더 시스템(200)은 블래더 시스템(200)을 통과하는 고온 유체로부터 파이프(201)를 절연시킨다. 제 1 밀폐형 열 차폐 블래더(202(1))와 제 2 밀폐형 열 차폐 블래더(202(2))는 도 1a 및 도 1b와 관련하여 상기한 밀폐형 열 차폐 블래더(102)와 유사한 구성이다. 유사한 부분에는 유사한 번호가 부여된다. 제 1 밀폐형 열 차폐 블래더(202(1))는 내부 튜브(204(1)), 외부 튜브(206(1)), 적어도 하나의 반사 호일 튜브(208(1)), 블래더(210(1)), 및 다수의 스페이서(212))(제 2 밀폐형 열 차폐 블래더(202(2))의 부분 단면도에 도시됨)를 포함한다.
내부 튜브(204(1))와 외부 튜브(206(1))는 각각 예를 들어 하스텔로이와 같은 고온 내식성 합금의 이음매 없는 튜브를 포함한다. 내부 튜브(204(1))와 외부 튜브(206(1))의 이음매 없는 구조는 튜브를 금속 덩어리로부터 원하는 치수로 인출하여 형성될 수 있다. 외부 튜브(206(1))는 내부 튜브(204(1))의 직경보다 크지만 파이프(201) 내부에 끼워지기에 충분한 작은 직경을 갖는다. 내부 튜브(204(1))와 외부 튜브(206(1)) 각각은 제 1 및 제 2 단부를 포함하고, 내부 튜브(204(1))의 제 1 단부는 내부 튜브(204(1))가 외부 튜브(206(1))에 삽입될 때 외부 튜브(206(1))의 제 1 단부에 인접한다. 내부 튜브(204(1))의 인접한 제 1와 제 2 단부는 각각 외부 튜브(206(1))의 제 1 및 제 2 단부에 접합되어, 내부 튜브(204(1))와 외부 튜브(204(1)) 사이의 환상 공간(annular space)에 블래더를 생성한다. 대표적인 실시형태에서, 내부 튜브(204(1))의 제 1 및 제 2 단부는 외부 튜브(206(1))를 향해 블래더(202(1))의 내면(10)에서 멀리 뒤로 컬링된다. 내부 튜브(204(1))의 제 1 및 제 2 단부를 컬링하면, 내부 튜브(204(1))와 외부 튜브(206(1))의 제 1 및 제 2 단부의 용접부를 유체 온도가 가장 높은 내면(10)에서 멀리 그리고 유체 온도가 더 낮은 외면(12)에 가까이 배치할 수 있다. 이러한 방식으로 용접부를 배치하면, 용접부의 내식성이 증가한다.
적어도 하나의 반사 호일 튜브(208(1))는 내부 튜브(204(1))와 외부 튜브(206(1)) 사이의 블래더(210(1))에 배치된다. 일부 실시형태에서, 적어도 하나의 반사 호일 튜브(208(1))는 다중 층의 반사 호일 튜브(208)를 포함한다. 각각의 반사 호일 튜브(208)는, 적절한 직경의 원통형 튜브 내에 반사 호일, 예를 들어, 니켈 시트를 형성하고 점 용접에 의해 시트의 모서리를 접합함으로써 제조된다. 연속적인 반사 호일 튜브(208)는 다수의 스페이서(212)를 사용하여 이격된다.
일부 실시형태에서, 블래더 시스템(200)을 통과하는 고온 유체는 약 800ºC 온도의 용융 염이다. 블래더 시스템(200)은 파이프(201)의 길이 내에 맞도록 원하는 길이의 원통형 쉘(shell)을 형성하도록 임의의 개수의 밀폐형 열 차폐 블래더(202)를 포함할 수 있다. 블래더 시스템(200)은 파이프(201)를 통과하는 유체의 열로부터 파이프(201)를 절연시키며, 이로써 파이프(201)는 더 낮은 내열성을 갖는 저렴한 재료로 제조될 수 있다.
도 3은 탱크(302) 내부에 설치된 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템(300)을 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 탱크(302)의 벽은 다수의 패널(304)로 라이닝된다. 탱크(302)의 내부는 예를 들어 용융 염과 같은 고온 유체를 수용할 수 있다. 다수의 패널(304)은 고온 유체로부터 탱크(302)를 보호하는 절연을 제공한다. 각각의 패널(304)은 (상기한 블래더(102, 202)와 유사한) 하나 이상의 블래더를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 패널(304)은 단일 블래더 또는 접합된 다수의 블래더로 형성될 수 있다. 각각의 패널(304)은 특정 용도를 위해 필요에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 직사각형의 파이(pie) 형상 패널(304)이 도시되어 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 패널(304)이 용도에 따라 다양한 형상으로 제조될 수 있다는 것을 알 것이다.
일부 실시형태에서, 다수의 튜브(306)가 추가의 온도 제어를 제공하기 위해 히트 싱크로서 탱크(302) 주위에 둘러싸일 수 있다. 이러한 실시형태에서, 다수의 튜브(306)를 통과하는 유체는 탱크(302)로부터 열을 흡수하여 이루부터 열을 제거한다.
도 4는 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템(400)의 일 실시형태의 부분 개략도이다. 밀폐형 열 차폐 블래더 시스템(400)은 탱크(404)의 벽에 대해 위치하는 다수의 밀폐형 열 차폐 블래더(402)를 포함한다. 밀폐형 열 차폐 블래더 402)는 상기한 밀폐형 열 차폐 블래더(102, 202 및 302)와 유사하게 구성될 수 있다. 도 4는 두 개의 밀폐형 열 차폐 블래더(402)를 도시하고 있지만, 추가의 블래더(402)가 포함될 수 있다. 다수의 밀폐형 열 차폐 블래더(402)의 각각의 블래더는 리드(lead, 408)를 통해 센서(406)에 결합된다. 리드(408)는 탱크(404)의 벽을 통과하여 센서(406)에 결합되도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 센서(406)는 전기 센서이다. 일부 실시형태에서, 센서(406)는 센서(406)로부터의 정보를 모니터링하여 각각의 밀폐형 열 차폐 블래더(402)의 상태를 모니터링하는 제어기(410)에 결합된다. 예를 들어, 센서(406)는 누출이 형성되었는지 확인하기 위해 각각의 밀폐형 열 차폐 블래더(402) 내의 화학적 특성을 모니터링할 수 있다. 일부 실시형태에서, 센서(406)는 밀폐형 열 차폐 블래더(402) 내의 불활성 가스의 저항을 측정한다.
밀폐형 열 차폐 블래더(402)가 누출을 형성하는 경우, 센서(406)는 블래더 내의 불활성 기체의 화학적 특성의 변화를 측정한다. 제어기(410)를 포함하는 실시형태에서, 제어기(410)는 밀폐형 열 차폐 블래더(402) 내의 화학적 특성의 변화를 검출한다. 이후 제어기(410)는 누출되는 밀폐형 열 차폐 블래더(402)를 식별할 수 있고, 적절한 조치가 취해질 수 있다. 예를 들어, 누출되는 밀폐형 열 차폐 블래더(402)는 수리되거나 교체될 수 있다. 일부 실시형태에서, 정기 정비로서 블래더를 교체하기 위해 블래더를 준비하는 일정 기간 동안 용융 염이 해당 블래더에 충전되는 것을 방지하기 위해, 누출되는 밀폐형 열 차폐 블래더(402) 내로 가스를 퍼지하기 위해 질소 가스와 같은 가스원이 압력 조절기에 연결된다.
달리 명시하지 않는 한, 또는 사용된 문맥 내에서 달리 이해되지 않는 한, 본원에서 사용되는 조건부 언어, 예를 들어, "할 수 있다", "할 수도 있다", "예를 들어" 등은 일반적으로 특정 실시형태가 특정 특징, 요소 및/또는 상태를 포함하지만, 다른 실시형태는 포함하지 않는다는 것을 전달하기 위한 것이다. 따라서, 이러한 조건부 언어는 일반적으로 특징, 요소 및/또는 상태가 어떠한 방식으로든 하나 이상의 실시형태에 필요하다는 것을 암시한다거나, 이들 특징, 요소 및/또는 상태가 임의의 특정 실시형태에 포함되거나 임의의 특정 실시형태에서 수행되어야 하는지를 저작자 입력(author input) 또는 프롬프팅(prompting)을 사용하여 또는 사용하지 않고 결정하기 위한 논리를 반드시 하나 이상의 실시형태가 포함한다는 것을 암시하기 위한 것은 아니다.
위의 상세한 설명은 다양한 실시형태에 적용되는 바와 같은 신규한 특징을 도시하고, 기술하고, 언급하였지만, 예시된 디바이스 또는 알고리즘의 형태 및 세부 사항에서 다양한 생략, 대체 및 변경이 본 개시의 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 알 것이다. 인식할 수 있는 바와 같이, 본원에 기술된 공정은, 일부 특징이 다른 것들과 별도로 사용되거나 실행될 수 있기 때문에, 본원에 명시된 모든 특징 및 이점을 제공하지 않는 형태로 구현될 수 있다. 보호 범위는 상기한 설명보다는 첨부된 청구범위에 의해 규정된다. 청구범위의 등가의 의미와 범위 내에 있는 모든 변경은 그 범위 내에 포함되어야 한다.
본 발명의 다양한 실시형태가 첨부된 도면들에 도시되고 상기한 상세한 설명에 기술되었지만, 본 발명은 개시된 실시형태에 한정되지 않고, 수많은 재배열, 수정 및 대체가 본원에 명시된 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 가능하다는 것을 알 것이다.
Claims (20)
- 내부 시트와 외부 시트의 주변에서 함께 접합되는 내부 시트와 외부 시트로서, 내부 및 외부 시트는 이들 사이에 블래더를 형성하는, 내부 및 외부 시트와;
블래더 내에 배치되는 적어도 하나의 반사 호일; 및
블래더 내에 배치되고 내부 및 외부 시트로부터 적어도 하나의 반사 호일을 이격시키도록 위치하는 다수의 스페이서를 포함하는 열 차폐 블래더.
- 제 1 항에 있어서,
블래더는 완전 밀폐된 블래더인, 열 차폐 블래더.
- 제 2 항에 있어서,
블래더 내에 배치되는 불활성 가스를 더 포함하는 열 차폐 블래더.
- 제 3 항에 있어서,
불활성 가스는 네온, 아르곤, 질소, 이산화탄소, 및 크립톤으로 이루어진 군에서 선택되는, 열 차폐 블래더.
- 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 반사 호일은 전해연마된 니켈 호일을 포함하는, 열 차폐 블래더.
- 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 반사 호일은 두 개의 반사 호일을 포함하고; 및
다수의 스페이서는, 적어도 두 개의 반사 호일 사이에 배치되어 적어도 두 개의 반사 호일을 서로 이격시키는 스페이서를 포함하는, 열 차폐 블래더.
- 제 1 항에 있어서,
내부 및 외부 시트 중 적어도 하나는 고온 내식성 합금을 포함하는, 열 차폐 블래더.
- 제 7 항에 있어서,
고온 내식성 합금은 하스텔로이, 인콜로이, C-276(57% 니켈), C-22(56% 니켈), 및 N(71% 니켈)로 이루어진 군에서 선택되는, 열 차폐 블래더.
- 제 1 항에 있어서,
내부 시트의 모서리는 내부 및 외부 시트의 접합된 모서리가 열 차폐 블래더의 내면에서 멀리 위치하도록 컬링되는, 열 차폐 블래더.
- 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 반사 호일은 반사율을 증가시키는 코팅을 포함하는, 열 차폐 블래더.
- 제 10 항에 있어서,
코팅은 로듐과 금으로 이루어진 군에서 선택되는, 열 차폐 블래더.
- 제 1 항에 있어서,
내부 및 외부 시트는 폴딩되는 단일 시트로 형성되는, 열 차폐 블래더.
- 용기 내부에 배치되는 제 1 항에 따른 열 차폐 블래더를 다수 포함하는 열 차폐 블래더 시스템으로서, 다수의 열 차폐 블래더의 각각의 내부 시트는 용기의 내부를 향하고 다수의 열 차폐 블래더의 각각의 외부 시트는 용기의 벽을 향하도록 배치되는, 열 차폐 블래더 시스템.
- 제 13 항에 있어서,
다수의 열 차폐 블래더 중 적어도 하나의 열 차폐 블래더에 결합되는 적어도 하나의 센서를 더 포함하고, 적어도 하나의 센서는 블래더의 특성을 측정하도록 구성되는, 열 차폐 블래더 시스템.
- 서로 인접하게 배치되어 제 1 및 제 2 열 차폐 블래더를 포함하는 튜브를 형성할 수 있는 제 1 및 제 2 열 차폐 블래더를 포함하는 열 차폐 블래더 시스템으로서, 제 1 및 제 2 열 차폐 블래더 각각은,
제 1 단부와 제 2 단부를 포함하는 내부 튜브 및 제 1 단부와 제 2 단부를 포함하는 외부 튜브로서, 내부 튜브는 외부 튜브 내부에 배치되고, 내부 및 외부 튜브의 제 1 및 제 2 단부는 각각 서로 접합되어 내부 및 외부 튜브 사이에 환상 공간에 블래더를 형성하는, 내부 튜브 및 외부 튜브와;
블래더 내에 배치되는 적어도 하나의 반사 호일; 및
블래더 내에 배치되어 내부 및 외부 튜브로부터 적어도 하나의 반사 호일을 이격시키는 다수의 스페이서를 포함하는, 열 차폐 블래더 시스템.
- 제 15 항에 있어서,
제 1 및 제 2 열 차폐 블래더의 각각의 블래더는 완전 밀폐된 블래더인, 열 차폐 블래더 시스템.
- 제 16 항에 있어서,
각각의 블래더 내에 배치되는 불활성 가스를 더 포함하고, 불활성 가스는 네온, 아르곤, 질소, 이산화탄소, 및 크립톤으로 이루어진 군에서 선택되는, 열 차폐 블래더 시스템.
- 제 15 항에 있어서,
적어도 하나의 반사 호일은 전해연마된 니켈 호일을 포함하는, 열 차폐 블래더 시스템.
- 제 15 항에 있어서,
적어도 하나의 반사 호일은 두 개의 반사 호일을 포함하고; 및
다수의 스페이서는, 적어도 두 개의 반사 호일 사이에 배치되어 적어도 두 개의 반사 호일을 서로 이격시키는 스페이서를 포함하는, 열 차폐 블래더 시스템.
- 제 15 항에 있어서,
각각의 내부 시트의 제 1 및 제 2 단부는 접합된 제 1 및 제 2 단부가 각각의 열 차폐 블래더의 내면에서 멀리 위치하도록 컬링되는, 열 차폐 블래더 시스템.
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