KR20210058926A

KR20210058926A - 액체 기화 디바이스 및 방법

Info

Publication number: KR20210058926A
Application number: KR1020217011164A
Authority: KR
Inventors: 케네스 오. 톰슨; 케빈 워너; 윌리암 씨. 파루치
Original assignee: 무스탕 샘플링, 엘엘씨
Priority date: 2018-09-24
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2021-05-24
Also published as: US20200096426A1; CN113039386A; JP2022500664A; EP3857113A4; RU2761707C1; MX2021003417A; US11525761B2; CA3113934A1; GB202103763D0; US20210140859A1; AU2019350570B2; GB2591664B; EP3857113A1; US10613006B1; WO2020068325A1; US10921225B2; KR102517017B1; BR112021005708A2; AU2019350570A1; SG11202102807RA

Abstract

베이퍼라이저 디바이스(vaporizer device)(100) 및 관련 방법이 특히 천연 가스의 유통, 운송, 및 물리적 이송(custody transfer)에서 불완전한 기화로 인한 시스템 손상에 기인하는 액체 사전-기화(liquid pre-vaporization) 및 중단 시간(downtime)을 방지함으로써, 액체 샘플의 실질적으로 효율적이고 완전하며 균일한 단일 패스(single pass) 기화를 통해 정확한 샘플링을 제공하기 위해 제시된다. 베이퍼라이저 디바이스(100)는 액체 샘플을 수용하기 위한 적어도 하나의 입력 포트(input port)(104), 베이퍼라이저 코어(vaporizer core)(130)로 액체를 향하게 하기 위한 채널(120), 및 액체 샘플을 플래시 기화시키도록 구성되는 베이퍼라이저 코어(130) 내의 히팅 어셈블리(heating assembly)(131, 132, 133)를 포함한다. 그런 다음, 기화되는 샘플은 샘플 분석을 위해 출구(outlet)(118)로 전달될 수 있다.

Description

액체 기화 디바이스 및 방법

본 PCT 국체 출원은, 그 전체가 참조로서 여기에 포함되는, 2018년 9월 24일에 출원된 미국 출원 번호 제62/735,375호의 우선권을 주장하는, 2019년 8월 16일에 출원된 미국 출원 번호 제16/542,666호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 이종(heterogenous) 탄화수소(hydrocarbon) 함유 액체들, 특히 천연 가스 액체(natural gas liquid; NGL) 및 극저온 액체 천연 가스(cryogenic liquid natural gas; LNG)와 같은 천연 가스 액체들의 효율적인 기화를 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 샘플의 구성 성분들 또는 에너지 함량을 정확하게 결정하도록 샘플 기체(sample vapor)를 제공하기 위해 공급원으로부터 추출되는, 사전-기화(pre-vaporization) 없는, 액체 샘플의 균일한 플래시 기화에 유용하다.

천연 가스는 오늘날 다공성 암석 내의 지하 저장소들로부터 파쇄에 의해 종종 추출되는 여러 가지의 상이한 탄화수소 화합물들의 가연성 가스 혼합물이다. 천연 가스의 탄화수소 성분들은 저장소의 지리적 위치에 따라, 다르며, 심지어는 단일 공급원으로부터 추출되는 가스의 조성이 지역에 따라 다를 수 있다. 그러나, 어떤 차이들에 관계없이, 천연 가스의 주요 성분은 무색, 무취, 가스 포화(gaseous saturated) 탄화수소인 메탄(methane)이다. 일반적으로, 메탄은 어떤 천연 가스 샘플(sample)의 80 % 내지 95 %를 차지하며, 나머지는 다양한 양의 에탄(ethane), 프로판(propane), 부탄(butane), 펜탄(pentane), 및 다른 탄화수소 화합물들로 구성된다. 일부의 추출되는 천연 가스는 검출 및 제거가 필요한 소량의 불순물들(impurities)로 오염될 수 있다. 사워 가스(sour gas)는 수은(mercury)(Hg), 황화수소(hydrogen sulfide)(H₂S), 황화카르보닐(carbonyl sulfide)(COS), 메르캅탄(mercaptans)(RSH), 및 BTEX(벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 에틸벤젠(ethylbenzene), 및 자일렌(xylene))으로 알려진 그룹에 속하는 방향족 화합물들(aromatic compounds)과 같은 미량의 오염물들(contaminants)을 포함할 수 있다.

천연 가스는 주거, 상업, 및 산업 분야들에서 광범위하게 사용된다. 그것은, 천연 가스를 사용하는 미국 가정들의 절반 이상이 가정 난방을 위해 사용하는 주요 에너지이다. 또한, 천연 가스의 사용은 전력 생산에 있어서, 그리고 운송 연료로서 급격하게 증가하고 있다.

천연 가스는 그것이 내포하는 에너지의 양에 의해 상업적으로 측정된다. 미국에서의 일반적인 측정 단위는 BTU(British thermal unit)이다. 1 BTU는 1 파운드의 물의 온도를 대기압에서 화씨 1 도만큼 올리는 데 필요한 열에 해당한다. 1 입방 피트(cubic foot)의 천연 가스는 약 1,027 BTU(1083.54 kJ(kilojoules))를 갖는다. 일반적으로, 천연 가스는 웰헤드(wellhead), 즉 가스가 지구로부터 추출되는 지점에서, 수천 입방 피트(thousands of cubic feet; Mcf)의 표준 부피 측정으로 구매자들에게 판매된다. 그러나, 소비자 청구서들은 일반적으로 열 함량 또는 덤들(therms)로 측정된다. 1 덤은 100,000 BTU(105,505.59 kJ)에 해당하는 열의 단위이다.

천연 가스의 세 가지 분리되고 종종 독립적인 부문들이 천연 가스를 웰헤드로부터 소비자에게 전달하는 데 관여된다. 생산 회사들은 지반으로부터 천연 가스를 탐사, 시추, 및 추출하고, 전송 회사들은 가스전들(gas fields)을 주요 소비 지역들로 연결하는 파이프라인들을 운영하며, 유통 회사들은 천연 가스를 소비자에게 공급하는 지역 유틸리티들(local utilities)이다.

미국에서만, 천연 가스는 100만 마일을 넘는 지하 파이프들의 네트워크를 통해 2억 명에 가까운 소비자들에게 공급된다. 이 천연 가스를 생산하고 공급하기 위해, 25만 개 이상의 천연 가스정들(natural gas wells) 100 개 이상의 천연 가스 파이프라인 회사들, 및 50 개 주들 모두에 가스 서비스를 제공하는 1,000 개 이상의 지역 유통 회사들(local distribution companies)(LDC들)이 있다.

파이프라인 회사들은 생산자들 또는 마케팅 담당자들과 같은 판매자들로부터 전기 유틸리티들, 공장들, 및 LDC들과 같은 구매자들로 가스를 운송한다. LDC들은 천연 가스의 다양한 판매자들 사이에서 선택할 수 있으며, 소비자들은 LDC 공급 업체(supplier)를 선택할 수 있다. 유통 네트워크의 오너(owner)/운영자인 소비자의 LDC는 소비자에게 가스를 공급하지만, LDC는 가스의 공급에 대해서만 소비자에게 요금을 부과하고, 독립적인 공급 업체가 가스에 대해 청구한다. 지반으로부터 추출할 때뿐만 아니라 물리적 이송(custody transfer)의 단계들의 각각에서도, 에너지 함량 분석이 구매자에게 중요한 가치 정보를 제공한다.

가스 샘플 컨디셔닝(conditioning) 분야의 중요한 부분은 가스 파이프라인 또는 공급원에서 프로브(probe)를 통해 추출되는 액체 샘플의 기화 프로세스와 관련이 있다. 액체 샘플이 추출되면, 그것은 일반적으로 상대적으로 작은 직경을 갖는 스테인리스-스틸(stainless-steel) 튜브와 같은 부식-방지(corrosion-resistant) 초 합금(super alloy)을 통해 테이크-오프(take-off) 프로브로부터 기화, 압력 조절을 위해 샘플 컨디셔너로 전달되고, 궁극적으로 분석을 위해 크로마토그래피(chromatograph)와 같은 분석기(analyzer)로 전달된다.

액체 프로브 테이크오프 및 분석기 사이의 거리는 종종 30 피트(9,144 미터)를 초과하고, 100 피트(30.48 미터)를 초과할 수도 있다. 일반적으로, 추출되는 액체 샘플이 프로브 근처에서 기화될 때, 기화되는 샘플은 고압, 예컨대 2,000 psig(13789.51 kPa)의 프로브로부터 분석기로 물리적으로 이동하면서, 기체 단계(vapor stage)를 보존하고, 일반적인 분석기/크로파토그래프에 허용 가능한 압력인 상대적으로 저압의 영역(zone), 예컨대 10 내지 30 psig(68.9 kPa 내지 206.8 kPa)으로의 상당한 압력 감소를 겪는다. 프로세스 중에, 응축 형태에서 탄화수소 이슬점(dew point) 강하(dropout)의 위험을 최소화하기 위해, 기체 상 커브(vapor phase curve) 근처의 지점으로 기체를 냉각하지 않는 것이 중요하다.

그러한 응결이 발생하면, 분석기/크로마토그래프로의 입력이 액체로 오염된다(fouled). 그러한 액체의 도입은 칼럼 블리드(column bleed)에 의한 크로마토그래프 패킹(packing)를 손상시키고 그의 무결성(integrity)을 위태롭게 하여, 적어도 고스트 피크들(ghost peaks) 등으로부터 잘못된 판독 값들을 생성할 것이고, 최악의 경우 분석기를 파괴할 것이다. 결과적으로, 크로마토그래프 분석기 내로의 액체들의 도입은 적어도 잘못된 판독 값들로 인한 경제적 피해를 초래하고, 최악의 경우 완전한 교체 또는 작동상(operationally) 허용 가능한 상태로 복원을 위해 오염된 유닛을 오프라인으로 전환하는 것에 기인하는 저하된 시스템 운영 효율성을 초래한다.

따라서, 플래시 기화에서 분석 시간까지의 전체 기간 동안, 어떠한 상 변화없이, 기화되는 액체 샘플의 무결성을 유지하는 것이 중요하다.

특히, 탄화수소 기체 분석의 경우, 가스 샘플링에서 탄화수소 이슬점 강하의 문제가 해결되었다. 추출되는 파이프라인 샘플의 이슬점 강하 또는 상 전이(phase transition)는, 다운스트림 분석기/크로마토그래프 또는 기체 샘플 수집 용기(vessel)와 연통하는 동안, 기화 후의 샘플 가스와 접촉하는 압력 조절기들(pressure regulators), 가스 라인들(gas lines), 및 다른 컴포넌트들(components)의 적절한 포스트-기화(post-vaporization) 가열(heating)을 유지하는 것에 의해 방지된다. 이슬점-상 전이 엔빌로프(envelope)를 넘어서 기화되는 샘플의 압력과 온도를 유지하는 것은, 샘플이 다양한 기체 응축 라인들을 갖는 성분들의 이종 혼합물을 포함하는지, 또는 LNG와 같은 예측 가능한 상 엔빌로프 곡선(phase envelope curve)을 갖는 실질적으로 동종의(homogeneous) 조성을 포함하는지에 관계없이, 기체 가스 샘플이 액체로 되돌아가는 것을 방지한다.

그러나, 천연 가스 샘플링 시스템들은 일반적으로 열악한 환경들, 예컨대 실외 주변 온도들이 가스 이슬점 온도보다 훨씬 낮을 수 있는 곳, 및 위험한 폭발 가능성이 있는 가스 기체들이 주변 대기로 종종 침투하는 곳에 위치된다. 따라서, 사용되는 어떤 히팅 메커니즘은, 가스 샘플들 기체들을 대기에 노출 또는 방출하지 않고 낮은 주변 온도를 극복하기에 충분한 열을 생성하면서, 전기 배선으로의 기화되는 샘플 가스의 노출 등에 의해 야기되는 안전 문제들을 방지하기 위해, 엄격한 표준들을 준수해야 한다.

미국 석유 협회(American Petroleum Institute; API)는 공급원, 예컨대 파이프라인과 분석기 사이에 전달되는 가스 샘플에 대한 바람직하지 않은 온도 변화들을 방지하기 위해, 추출되는 샘플들의 온도 안정성을 유지하도록 촉매 히터들(catalytic heaters)을 사용할 것을 제안했다. API에 의해 석유 표준들의 설명서(Manual of Petroleum Standards)에서 언급되는 유형의 촉매 히터들은, 가열되는 샘플이 허용 가능한 압력에서 분석기 내로 도입되는 시스템의 선택된 부분 전체에 걸쳐 샘플 가스 스트림을 가열하는 것을 필요로 한다. 적절한 시스템 열 안정성을 달성하기 위한 바람직한 일 시스템은 테이크-오프에서 분석기로의 샘플 전달 동안 기화되는 샘플 경로(pathway)의 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 균일한 온도 유지를 보장하기 위해 히트 트레이싱(heat tracing)을 사용한다. 그러한 성능은 웨스트 버지니아 주 레이븐스우드의 무스탕 샘플링, 엘엘씨(Mustang Sampling, LLC)에서 입수할 수 있는 P53 샘플 컨디셔닝 시스템, 및 그 전체가 여기에 참조로서 포함되는, 미국 특허 US7,162,933호에 개시되고 설명되는 실시예들을 사용하여 달성된다.

기화 자체와 관련된 문제들을 살펴보면, 천연 가스 액체(NGL) 및 특히 극저온 LNG와 같은 저탄소 탄화수소 액체가 가열에 의해 기화되는 기화 디바이스들(vaporization devices)은 액체 샘플 입구 포트(entry port)에 근접하여 온도 변화들이 발생할 수 있다. 그러한 온도들이 기화열을 초과하는 경우, 액체 샘플의 사전 기화가 발생할 수 있다. 추출되는 액체 샘플이 베이퍼라이저(vaporizer) 입력에 근처에서 부분적 또는 완전한 기화의 대상이 될 때, 하지만 가열되는 기화 챔버에 도달하기 전에, 베이퍼라이저를 빠져나가는 기화되는 샘플의 무결성은 상이한 시간들에 분리되어 베이퍼라이저에 들어가는 프로덕트 컴포넌트들(product components)(빛들(lights), 중개물들(intermediaries), 및 중량물들(heavies))의 바람직하지 않은 분할(partitioning)에 의해 손상될 수 있다. 그러한 분할 또는 분리는 일반적으로 잘못된 에너지 함량 및 구성 분석으로 이어질 것이다. 또한, 사전-기화되는 샘플이 후속의 냉각 또는 압력 감소에 노출되어, 기화 챔버 내로 들어가는 동안 재응축이 일어나는 경우, 추가로 바람직하지 않은 층형성(stratification)/분할이 발생할 수 있다. 게다가, 사전-기화가 베이퍼라이저 입력에서 발생하는 경우, 가스로의 액체의 팽창에 의해 생성되는 냉각 효과는 입구 포트의 업스트림에서 외부 결빙을 생성하고, 이로써 샘플 균일성 및 무결성을 더욱 손상시키는 열 이상들(thermal anomalies)을 증가시킬 수 있다.

현장(field), 유통 시스템들 및 운송에 배치할 수 있는 분석을 위해 추출되는 천연 가스 샘플들의 기화에 대해 현재 수용되고 일반적으로 사용되는 시스템들 및 방법에 대한 개선이 필요하다. 특히 천연 가스의 유통, 운송, 및 물리적 이송에서 불완전한 기화로 인한 시스템 손상에 기인하는 액체 사전-기화 및 중단 시간(downtime)을 방지하는, 액체 샘플의 실질적으로 효율적이고 완전하며 균일한 단일 패스 기화를 통해 정확한 샘플링을 보장하는 개선된 베이퍼라이저를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 목적은 적어도 여기에 전술된 문제들을 겪지 않고, LNG 또는 NGL을 가스 기체로 변환하기 위한 보다 효율적이고 신뢰할 수 있는 베이퍼라이징 디바이스(vaporizing device)를 제공할 수 있는 디바이스, 시스템, 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 더 나은 열 분배를 제공하면서 디바이스 내 침착물들의 형성으로 이어지는 과열점들(hot spots)의 수를 감소시키는 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 더 콤팩트하고, 조절하기 쉬우며, 기계적 고장에 덜 취약하면서 작동 효율들도 제공하는 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상이한 조성 프로파일들을 갖는 상이한 유형들의 LNG 또는 NGL 샘플들을 효율적으로 기화시키는 디바이스 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 베이퍼라이저 자체 및/또는 다운스트림 분석기들에 대한 손상을 방지하기 위해 베이퍼라이저 디바이스를 빠져나가는 기체 샘플들의 온도를 모니터링하고 제어하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 물리적 이송을 위해 사용되는 BTU 값들의 보다 정확한 측정을 제공하는 데 사용될 수 있는 디바이스, 시스템, 및 방법을 제공하는 것이다. 또한, 사워 가스 샘플들로부터의 바람직하지 않은 방출을 모니터링하고 감소시키기 위해, 디바이스, 시스템, 및 방법은 수은(Hg), 황화수소(H₂S), 황화카르보닐(COS), 메르캅탄(RSH), 및 BTEX(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 및 자일렌)과 같은 방향족 화합물들(aromatics)과 같은 미량의 오염물들을 정확하게 측정하는 데 사용될 수도 있다.

본 발명의 예시적이고 비제한적인 실시예들은 연관 분야의 액체 기화 및 측정 시스템들과 관련된 전술된 및 다른 단점들을 극복할 수 있다. 또한, 본 발명은 상술된 단점들을 극복하기 위해 반드시 필요한 것은 아니며, 본 발명의 예시적이고 비제한적인 실시예는 상술된 문제들 중 어느 것도 극복하지 못할 수 있다.

상기의 및 다른 목적들을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 일 실시예는 다중 성분(multi component) 탄화수소 함유 액체 혼합물(liquid mixture)을 기화시키기 위한 베이퍼라이저(vaporizer)를 포함하며, 이는, 제1 단부를 정의하는 제1 세그먼트 및 제2 단부를 정의하는 제2 세그먼트를 갖는 대체로 세장형의(elongated) 튜브형 바디(tubular body); 상기 제1 세그먼트 내에 통합되어(integrally) 형성되는 액체 통로(liquid passage)에 연결되는 액체 샘플 포트(liquid sample port) - 상기 제1 액체 포트는 액체 입력을 위해 마련됨 -; 상기 베이퍼라이저의 중심 축을 따라 대체로 종방향으로 배치되고, 상기 튜브형 바디의 실질적으로 신장(elongation) 방향으로 연장되는 액체 채널(liquid channel) - 상기 액체 채널은 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 상기 액체 채널의 상기 제1 단부는 그 길이를 따라 통하는 상기 액체 샘플 포트로부터의 액체를 위한 유동 경로(flow path)를 제공하기 위해, 상기 액체 통로와 교차함 -; 상기 튜브형 바디의 상기 제1 세그먼트 내에 배치되고, 상기 액체 채널과 교차하도록 구성되는 액체 유동 제어 엘리먼트(liquid flow control element); 상기 튜브형 바디의 외부 표면에 형성되고 상기 튜브형 바디의 외부 표면으로부터 연장되는 갭(gap) - 상기 갭은 상기 액체 채널을 향해 내측으로 향하고 상기 액체 채널의 길이를 따라 배치되는 대체로 비-평행한 표면(non-parallel surface)을 정의함 -; 상기 튜브형 바디의 상기 제2 단부에서 상기 액체 채널의 상기 제2 단부까지 내부로 연장되는 베이퍼라이저 코어(vaporizer core); 상기 베이퍼라이저 코어 내로의 삽입을 위한 치수를 갖고(dimensioned), 상기 튜브형 바디에 밀봉 고정 가능한(sealingly securable) 히팅 어셈블리(heating assembly) - 상기 히팅 어셈블리는 상기 액체 채널로부터 도입되는 액체를 기화시키는 플래시 기화 히팅 엘리먼트(flash vaporizing heating element)를 가짐 -; 및 상기 튜브형 바디의 상기 제2 단부로부터 이격되는 상기 제2 세그먼트 내에서 상기 튜브형 바디 내에 형성되고, 상기 베이퍼라이저 코어와 교차하는 기체 배출 출구 포트(vapor discharge outlet port)에 의해 특징지어 진다.

본 발명은 이전의 실시예에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 바디는 원통형이고, 상기 제1 세그먼트는 상기 제2 세그먼트 위에 배치되는 상부(upper) 세그먼트인 것을 특징으로 하고, 상기 원통형 바디는, 상기 제1 세그먼트 내에 통합되어 형성되는 상기 액체 통로에 연결되는 제2 액체 샘플 포트 - 상기 제2 액체 샘플 포트는 액체 배출을 위해 마련됨 -; 및 상기 갭 내에 배치되는 단열재(thermal insulator)에 의해 더 특징지어 진다.

본 발명은 이전의 실시예에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 갭의 상기 대체로 비-평행한 표면은 편평한 테이퍼형(tapered)이고 평면이며, 상기 액체 샘플 포트 및 상기 제2 액체 샘플 포트는 서로에 대해 직교하여(orthogonally) 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이전의 두 실시예들 중 어느 하나에 대한 추가 실시예들 제공하며, 이는, 상기 제2 세그먼트로부터 상기 제1 세그먼트로의 열 전달(heat transfer)을 최소화하기 위해, 상기 단열재 내의 액체 유체 튜브(liquid fluid tube)에 근접한(proximate) 액체 테이크오프(liquid takeoff)에 의해 설정되는 능동 냉각 회로(active cooling circuit)에 의해 더 특징지어 진다.

본 발명은 이전의 실시예들 중 어느 하나에 대한 추가 실시예를 제공하며, 상기 액체 샘플 포트는 상기 원통형 바디의 축을 따라 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 목적들은 다중 성분 탄화수소 함유 액체 혼합물을 기화시키기 위한 베이퍼라이저 디바이스에 의해 충족되며, 이는, 바디; 상기 바디를 통해 액체 샘플(liquid sample)을 수용하도록 구성되는 하나 이상의 포트들; 상기 하나 이상의 포트들로부터 상기 액체 샘플을 수용하도록 구성되는 채널; 상기 바디의 외부에 형성되고 상기 채널을 반경 방향으로(radially) 둘러싸는 오목한(recessed) 테이퍼형 단열 갭(thermal isolation gap) - 상기 오목한 테이퍼형 단열 갭은 단열재를 수용하고 유지하도록 구성됨 -; 상기 채널을 빠져나가는 상기 액체 샘플을 기화시키도록 구성되는 히팅 어셈블리 - 상기 히팅 어셈블리는 상기 바디 내에 부착됨(affixed) -; 및 상기 기화되는 액체 샘플을 출력시키도록 구성되는 출구(outlet)에 의해 특징지어 진다.

본 발명은 이전의 실시예에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 히팅 어셈블리는 히팅 엘리먼트, 및 상기 히팅 엘리먼트를 동봉하는(enclosing) 금속 하우징(metal housing)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이전의 실시예에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 히팅 엘리먼트는 금속 피복(metal sheath)으로 동봉되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이전의 두 실시예들 중 어느 하나에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 금속 하우징은 금속 메쉬(metal mesh)에 의해 적어도 부분적으로 동봉되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이전의 실시예들 중 어느 하나에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 오목한 테이퍼형 단열 갭은 절연 재료로 충진되는(filled) 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이전의 실시예에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 절연 재료는 알루미나 실리케이트(alumina silicate), 칼슘 실리케이트(calcium silicate), 및 발포 세라믹(foamed ceramics)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이전의 실시예들 중 어느 하나에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 오목한 테이퍼형 단열 갭은 상기 채널을 향해 내측으로 테이퍼지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이전의 실시예들 중 어느 하나에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 채널로 들어가는 상기 액체 샘플의 유동을 제어하기 위해 상기 채널과 교차하도록 구성되는 액체 유동 제어 엘리먼트에 의해 더 특징지어 진다.

본 발명은 이전의 실시예들 중 어느 하나에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 히팅 어셈블리는 베이퍼라이저 코어 내에 부착되고, 상기 베이퍼라이저 코어는 상기 바디 내에 형성되는 오프닝(opening)이고, 상기 히팅 어셈블리보다 더 큰 반경 방향 및 축 방향 길이를 갖고, 이로써, 상기 채널로부터 상기 히팅 어셈블리의 외부 표면과 상기 바디의 내부 표면 사이의 영역, 및 상기 출구로의 액체 유동 경로를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이전의 실시예들 중 어느 하나에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 오목한 테이퍼형 단열 갭은 포트로부터의 액체 테이크오프에 의해 냉각되는 냉각 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이전의 실시예들 중 어느 하나에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 히팅 어셈블리는 상기 베이퍼라이저 디바이스의 출구 포트와 정렬하도록 구성되는 온도 센서를 포함하고, 상기 온도 센서는 상기 출구 포트에서 상기 기화되는 액체 샘플의 온도를 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이전의 실시예에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 온도 센서는 써모웰(thermowell) 내부에 부착되고 상기 히팅 어셈블리의 축 방향 길이에 평행한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이전의 실시예의 직전의 실시예에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 상기 온도 센서는 상기 히팅 어셈블리로부터의 돌출부(protrusion) 내에 경사지게 형성되는 써모웰 내에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 목적들은 다중 성분 탄화수소 함유 액체 혼합물을 기화시키는 방법에 의해 충족되며, 이는, 베이퍼라이징 디바이스(vaporizing device)의 바디 내의 적어도 하나의 포트를 통해 상기 베이퍼라이징 디바이스 내로 액체 샘플을 수용하는 단계; 상기 베이퍼라이징 디바이스 내의 채널 내로 상기 수용되는 액체 샘플을 선택적으로 향하게 하는 단계; 열 반사 손실(heat reflective loss)을 개선하고, 베이퍼라이저 코어로부터 상기 적어도 하나의 포트로의 열 이동(thermal migration)을 최소화하기 위해 상기 적어도 하나의 포트와 상기 베이퍼라이저 코어 사이에 배치되는 단열 갭을 설정하기 위해, 대체로 테이퍼형의 비-평행한 표면들에 의해 정의되는 오목한 테이퍼형 단열 갭을 통해 상기 채널 내에서 상기 액체 샘플을 선택적으로 향하게 하는 단계; 상기 채널을 빠져나가는 상기 액체 샘플을 상기 베이퍼라이저 코어 내로 선택적으로 향하게 하는 단계 - 상기 베이퍼라이저 코어는 상기 액체 샘플을 플래시(flash) 기화시키는 히팅 어셈블리를 가짐 -; 및 상기 기화되는 액체 샘플을 상기 베이퍼라이징 디바이스로부터 출구를 통해 출력시키는 단계에 의해 특징지어 진다.

본 발명은 이전의 실시예에 대한 추가 실시예를 제공하며, 이는, 액체 유동 제어 엘리먼트로 제1 튜브를 통한 액체 유동을 제어하는 단계에 의해 더 특징지어 진다.

본 발명의 양태들은 첨부된 도면을 참조하여, 그 예시적이고 비제한적인 실시예들을 상세히 설명함으로써, 보다 쉽게 명백해질 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이퍼라이저 디바이스를 도시하는 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이퍼라이저 디바이스의 평면도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이퍼라이저 디바이스의 측면도이다.
도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1e에 도시된 절개 사시도의 베이퍼라이저 디바이스의 2차원 단면도이다.
도 1e는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이퍼라이저 디바이스의 절개 사시도이다.
도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이퍼라이저 디바이스의 분해 사시도이다.
도 1g는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 메쉬(wire mesh)의 측면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1c의 이등분선을 따라 절단된, 능동 냉각 엘리먼트를 갖는 베이퍼라이저 디바이스의 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 2a의 베이퍼라이저 디바이스의 절개 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 대안적인 능동 냉각 엘리먼트를 갖는 베이퍼라이저 디바이스의 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3a의 베이퍼라이저 디바이스의 절개 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 대안적인 미터링 밸브(metering valve)를 갖는 베이퍼라이저 디바이스의 절개 사시도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 각진(angled) 써모웰 및 관련 써모커플(thermocouple)을 갖는, 도 4a의 베이퍼라이저 디바이스의 절개 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 직선형(straight) 써모웰 및 관련 써모커플을 갖는 베이퍼라이저 디바이스의 절개 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 직선형 써모웰 및 관련 써모커플을 갖는 베이퍼라이저 디바이스의 절개 사시도이다.

이하에서, 본 발명의 예시적이고 비제한적인 실시예들이 상세하게 설명된다. 특정 구성들 및 치수들이 명확한 이해를 제공하기 위해 설명되었지만, 설명된 치수들 및 구성들은 예시 목적으로만 제공된다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람은, 달리 명시되지 않는 한, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다른 치수들 및 구성들이 사용될 수 있음을 인식할 것이다.

여기에 사용된 “실질적으로”, “상대적으로”, “대체로”, “약”, 및 “대략”은 그렇게 수정된 특성으로부터 허용 가능한 변화를 나타내도록 의도된 상대적 변경 인자들(modifiers)이다. 그것들은, 그것이 수정하는 절대 값 또는 특성에 국한되지 않고, 오히려 그러한 물리적 또는 기능적 특성에 접근하거나 근사화하는 것이다.

상세한 설명에서, “일 실시예”, “한 실시예”, 또는 “실시예들에서”에 대한 참조들은 참조되는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 더욱이, “일 실시예”, “한 실시예”, 또는 “실시예들에서”에 대한 분리된 참조들은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니지만, 그러한 실시예들은 언급되지 않는 한, 그리고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 쉽게 명백해질 것을 제외하고, 상호 배타적이지 않다. 따라서, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들의 임의의 다양한 조합들 및/또는 통합들을 포함할 수 있다.

여기에 사용된 용어는 특정 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 사용된 바와 같이, 단수 형태들, “일”, “한”, 및 “하나의”는 문맥 상 달리 명확하게 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함하도록 의도된다. 루트 용어들(root terms) “포함하다” 및/또는 “갖다”는 본 명세서에서 사용될 때, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 성분들의 존재를 명시하지만, 적어도 하나의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분, 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다.

여기에 사용되는 용어들 “포함한다”, “포함하는”, “구비하다”, “구비하는”, “갖다”, “갖는”, 또는 이의 임의의 다른 변형은 비-배타적 포함(non-exclusive inclusion)을 포괄하도록 의도된 것임이 이해될 것이다. 예를 들어, 특징들의 목록을 포함하는 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치는 반드시 이 특징들로만 제한되는 것은 아니지만, 명시적으로 나열되지 않거나, 그러한 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치에 고유하지 않은 다른 특징들을 포함할 수 있다.

또한, 여기에 사용된 값들의 범위에 대한 어떤 참조는 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 상기 범위들의 종점들을 포함하여 그 범위 내의 모든 값을 포함하는 것으로 의도된 것임이 이해될 것이다.

여기에 사용된 “가스(gas)”는 천연 가스 액체들 및 액화 천연 가스, 이들의 가스 혼합물들, 및 등가물들을 포함하는 액체 물질(liquid matter)을 포함하는 모든 유형의, 가스의(gaseous), 기화성(vaporizable) 탄화수소를 의미한다.

여기에 사용된 “연결되는(connected)”은 물리적인 것, 직접적이거나 간접적인 것, 영구적으로 부착되는 것이나 조절 가능하게 장착되는 것을 포함한다. 따라서, 명시되지 않는 한, “연결되는”은 임의의 작동상 기능적 연결을 포함하는 것으로 의도된다.

다음의 설명에서, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 예시적인 실시예들을 나타내는 도시 목적들로 제공되는 첨부 도면이 참조된다. 이하에서 도시된 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명된다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 현재 알려진 구조적 및/또는 기능적 등가물들에 기초한 구조적 변화들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

이하의 상세한 설명이 주어지면, 본 발명이 종래 기술의 문제점들을 완화하면서 증가된 효율들을 제공하기 위한 신규한 액체 기화 디바이스 및 방법을 제공한다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 명백할 것이다.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이퍼라이저, 즉 베이퍼라이저 디바이스(100)의 다양한 도면들을 도시한다. 개관에서, 베이퍼라이저 디바이스(100)은 그 상부 단부에 베이퍼라이저 디바이스(100)의 내부로의 도입을 위한 통로(passage 또는 passageway)(113)와 각각 연관된 하나 이상의 액체 샘플 통로 오프닝(opening)/포트들(ports)(104)을 갖는 세장형의 튜브형 바디(102)를 포함한다. 액체 샘플 포트들(104)은 축 방향으로 배치되는 액체 샘플 도입 포트(104A), 및 하나 이상의 반경 방향으로 배치되는 액체 샘플 도입 포트들(104R) 또는 단지 다수의 반경 방향으로 배치되는 액체 샘플 도입 포트들(104R)을 포함할 수 있다. 특별히 지정되지 않는 한, 액체 샘플 포트(104)라는 용어는 포트들(104R 및 104A) 중 어느 하나에 적용될 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 베이퍼라이저 디바이스(100)는 단일의 반경 방향으로 배치되는 액체 샘플 도입 포트(10R)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 오프닝/포트(104)가 포함되는 경우, NGL 또는 LNG와 같은 액화 탄화수소들의 배출이 오프닝/포트들(104) 중 하나를 통해 이루어질 수 있다. 액체 샘플이 통로(113) 또는 오프닝/포트(104A)를 통해 오프닝/포트(104R)를 통과하여 흐르면, 액체 샘플의 적어도 일부는 액체 샘플을 베이퍼라이저 코어(130)로 전달하기 위해 축 방향 및 내측 방향으로 향하는 액체 샘플 채널(120)로 흐르며, 베이퍼라이저 코어(120)는 바디(102)의 하부 단부에서 채널(120)의 출구까지 내측 방향 및 축 방향으로 연장되는 세장형의 단차형 보어(stepped bore)(135) 내의 공간으로 형성된다. 베이퍼라이저 코어(130) 내부를 통과하는 액체 샘플의 기화 시, 지금(now)-기화되는 샘플은 기체 애뉼러스(annulus)(137)로, 그리고 축 방향으로 배향되는 기체 출구 통로(140)를 통해 전달되어, 기체 배출 출구 포트(118)를 통해 디바이스를 빠져나간다. 기체 출구 포트(118)는 바디(102)의 하부 단부에 근접하여 위치된다.

도 1d 및 도 1e에서, 이중 포트 실시예가 더 상세히 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 액체 샘플 연통 포트들(liquid sample communication ports)(104R) 및 관련 액체 샘플 통로들(113)은 바디(102)에 대해 대체로 공통된 단면의 평면에서 반경 방향 및 진경 방향으로 배치되거나, 갇힌(confined) 공간 제한 접근을 포함하는 특정 기하학적 구조에 의해 지시될 때 직교하여(orthogonally) 배치될 수 있다. 포트들(104R)은 결합 피팅(mating fitting)(도시되지 않음)으로 베이퍼라이저 디바이스(100)에 유체 입력 라인(fluid input line)을 밀봉식으로 고정하기 위해 나사산이 형성될 수 있다. 이에 대응하여, 기체 출구 포트(118)는 적절한 피팅(도시되지 않음)을 통해 가스 출력 라인(gas output line)을 고정하기 위해 내부 스레딩(internal threading)을 특징으로 할 수도 있다.

특정 설치의 기하학적 구조가 바디(102)의 상단을 통해 축 방향으로 배치되는 액체 샘플 도입 포트(104A)에 부여될 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 사용되지 않는 경우, 바디(102)의 상단 부분에 배치되는 축 방향 포트(104A)는 밀봉 스크류/플러그 엘리먼트(116)에 의해 밀봉될 수 있다. 포트(104A)는 결합 피팅(도시되지 않음)으로 베이퍼라이저 디바이스(100)에 유체 입력 라인을 밀봉식으로 고정하기 위해 나사산이 형성될 수 있다. 특정 기하학적 구조에 관계없이, 실시예는 플래시 기화(flash vaporization)를 위한 베이퍼라이징 디바이스(100)의 베이퍼라이저 코어(130)로의 액체 샘플 도입을 위해, 축 방향 및 내측 방향으로 향하는 채널(120)로의 포트(104)를 통한 기화성 액체의 도입을 고려한다.

포트(104)를 통해 베이퍼라이저 디바이스(100)로 도입되는 액체 샘플은 기화를 위해 축 방향 채널(120)로 전달된다. 베이퍼라이저 코어(10)로 전달되지 않는 어떤 액체 샘플을 수용하기 위해, 배출 포트(104A/R)를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 실시예는 댐밍(damming) 또는 배압(backpressure)에 의해 생성되는 유량 이상 등을 최소화하거나 방지하기 위해, 입력 포트 액체(104A/R)에 대해 위치되는, 배출 포트로서 역할을 하는, 포트(104A/R)을 통해 사용되지 않은 액체 샘플에 대한 통로를 제공한다. 따라서, 제2 포트(104)의 존재는, 하나의 입구 포트(104)를 통해 하우징(102)으로 들어가는 과잉 액체(excess liquid)가 입구가 반경 방향 또는 축 방향으로 배치되는 지와 관계없이 다른 포트(104)를 통해 기화되지 않은 액체로서 빠져나가도록, 허용한다.

이제 베이퍼라이저 디바이스(100)의 내부를 살펴보면, 액체 샘플 채널(120)은 통로(113)로부터 베이퍼라이저 코어(130)로 액체 샘플을 전달하기 위한 도관(conduit)을 설정하기 위해, 바디(102)를 통해 선택된 거리 동안 축 방향으로 연장된다. 개시된 실시예들은 액체 샘플 유동의 부피를 제어하기 위한 조절 가능한 밸브(107)의 형태로 도시된, 액체 유동 제어 엘리먼트를 포함한다. 조절 가능한 미터링 밸브(107)는 바디(102)의 측면에 나사 결합되고 채널(120)의 길이를 따라 그리고 포트들(104)의 아래에 수직으로 배치되는 반경 방향으로 배향되는 보닛(bonnet)(111) 내에 장착된다. 밸브(107)는 채널(120)과 교차하는 시트(seat)(119) 내로의 삽입을 위한 치수를 갖는(dimensioned) 테이퍼링 플런저(tapering plunger)(121)를 특징으로 한다. 채널(120) 유동 경로의 미터링 밸브(107)에 의한 막힘 정도(degree of blockage)는 조절기 엘리먼트(adjustor element)(109)를 통해 조절 가능하다. 슬롯형(slotted) 스크류 헤드의 형태를 취할 수 있는 조절기 엘리먼트(109)는 채널(120)에 대해 반경 방향으로 미터링 밸브 스템(stem)(107)의 플런저를 이동시키기 위해, 장착 보닛(111)에 대해 회전한다. 수동 조절기 엘리먼트(109)에 대한 자동화된 대안은 밸브(107)의 위치 조절을 제어하도록 작동 가능한 모터(도시되지 않음)와 연관되는 밸브(107)를 포함할 것이다. 반경 방향으로 조절 가능한 미터링 밸브(107)는, 예컨대 샘플 컨디셔닝 패널들(panels) 내에서 베이퍼라이징 디바이스(100)에 접근할 때 작업자들이 더 쉽게 제어할 수 있는 액체 유동 샘플의 부피를 조절하기 위해 채널(120)에 접근한다. 조절 가능한 밸브(107), 보닛(111), 및 테이퍼링 플런저(121) 대신에 베이퍼라이저 디바이스(100)에 통합될 수 있는 대안적인 조절 가능한 미터링 밸브(402)가 도 4 및 도 5와 관련하여 더 설명된다.

본 실시예의 주목할 만한 특징은 외부의 오목한, 환형의, 단열 갭(108)에 관한 것이며, 갭(108)은 바디(102) 내에 통합되어 형성되고, 샘플 포트들(104)과 베이퍼라이저 코어(130) 사이에 축 방향으로 배치되어, 갭(108) 위에 바디(102)의 제1 세그먼트를 형성하고 갭 아래에 바디(102)의 제2 세그먼트를 형성한다. 단열 성능을 최대화하기 위해, 외부의 환형 갭(108)은 대체로 디바이스(100)의 중심 축을 향해 축 방향 채널(120)에 접근하는 바디(102)에 대해 반경 방향 깊이를 연장하는 비-평행한 표면들로 정의된다. 도 1a 내지 도 1d의 도시된 실시예에서, 갭의 상부 및 하부 표면들은 편평한 평면형 표면 구성에서 내측으로 테이퍼진다. 또한, 갭을 정의하는 각각의 상부 및 하부 표면들은 아치형, 반원형 등과 같은 대안적인 기하학적 구조들을 가질 수 있으며, 이는 열 복사 입사각을 변경하고 평행하게 배치되는 대향하는 표면들에 비해 반사 손실을 개선하는 대체로 비-평행한 표면들을 제공한다. 베이퍼라이저 코어(130)로부터 베이퍼라이징 디바이스(100)의 상부 단부의 향상된 단열을 제공하기 위해, 도시된 실시예에는 선택적으로 제거 가능한 수동(passive) 단열재(106)가 제공된다. 도시된 바와 같이, 수동 단열재(106)는, 탄성의 o-링(o-ring)과 같은 절연체 리테이너(insulator retainer)(105)에 의해 갭에서 분기되고 유지된다. 대안적으로, 단열재(106)는 몰딩(molding) 또는 캐스팅(casting)에 의해 갭(108) 내에 영구적으로 위치될 수 있다.

단열 갭(108)의 비-평행한 컨투어링(contouring) 또는 테이퍼링은 다음의: 1) 특히 베이퍼라이저 코어(130) 내부의 액체 샘플 기화에 의해 생성되는 증가되는 압력에 저항하는 것과 관련하여, 베이퍼라이저 바디의 구조적 무결성 및 강도 증가; 2) 단열재(106)의 표면들과 테이퍼링 단열 갭(108)의 마주 보는 표면들 사이의 접촉 면적 최대화, 및 절연체 리테이너(105)로부터 인가되는 압축 반경 방향 후프 힘(compressive radial hoop force)에 의한 전위 분리 최소화; 3) 단열 갭(108)의 계면에서 단열재(106)와 바디(102) 사이에서의 응축 형성의 위험 감소; 4) 단열재(106)를 형성하는 재료가 인장 파괴(tensile failure)를 방지하도록 허용; 및 5) 더 큰 개구 표면적(aperture surface area)을 제공함으로써 반사를 통한 복사열 제거 개선을 포함하는 이점들 중 하나 이상을 제공한다. 도 2와 관련하여 후술되는 바와 같이, 단열재(106)는 루프형(looped) 비가열 액체 바이패스(unheated liquid by-pass)에 기초한 서브시스템과 같은 능동 냉각 엘리먼트들을 제공하기 위한 특징들을 선택적으로 포함할 수 있다.

수동 단열재(106)의 물리적 특성들로 이동하면, 바람직하게는 발포 알루미나(foamed alumina) 또는 칼슘 실리케이트 유리/섬유들, 발포 세라믹 등과 같은 치수 안정적이고, 비교적 단단하며, 매우 낮은 열전도성 재료로 구성된다. 재료는 갭(108)의 형태에 치수적으로 대응하는 사다리꼴의(trapezoidal), 도넛형의(toroidal) 형태로 형성/성형된다. 단열재(106)는, 채널(120)이 바디(102) 내에서 통과하는 축 방향 세그먼트에 치수적으로 대응하는 중앙 컷아웃(cutout)/커프(kerf) 각각 특징으로 하는 두 개의 마주 볼 수 있는(confrontable) 결합 피스들(mating pieces)로 절단될 수 있다. 결과적으로, 단열재(106)는 테이퍼형 단열 갭(108)을 통해 바디(102)의 상부 및 하부 부분들 사이에 단열을 확립하고, 베이퍼라이저 코어(130)에 도달하기 전의 바람직하지 않은 액체 샘플 사전-기화의 위험을 최소화한다. 베이퍼라이저 코어(130)로부터 바디(102)의 상부 부분으로의 열 이동을 최소화 및/또는 제거함으로써, 베이퍼라이저 코어 위의 사전-기화가 감소되어, 샘플 균일성이 향상되고 샘플 분석의 정확도가 증가되도록 이어진다. 더욱이, 그러한 사전-기화에 기인하는 포트들(104)에 근접한 바디(102) 외부에의 결빙 문제가 감소된다.

이제 베이퍼라이저 디바이스(100)가 완전히 조립될 때 베이퍼라이저 코어(130)와 관련되는 기화 엘리먼트들을 살펴보면, 특히 도 1f를 참조하면, 베이퍼라이저 코어(130)는 삽입 카트리지 히터, 즉 히팅 엘리먼트(131), 황동(brass), 구리(copper) 또는 열을 전달하기 위한 다른 재료로 만들어진 선택적(optional) 금속 피복(132), 및 스테인리스-스틸 또는 다른 금속으로 만들어진 상부(overlying) 히터 하우징(133)을 포함할 수 있는 히팅 어셈블리를 동봉한다. 삽입 카트리지 히터(131)는 전기 공급 라인들(112)에 의해 전력이 공급되고, 바디(102)의 베이스로부터 돌출되는 써모커플(110)을 통해 제어된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 바디(102)는 도 4 및 도 5에 대해 추가로 설명되는 바와 같이 베이퍼라이저를 떠나는 기화되는 샘플의 온도를 검출하는 추가 써모커플을 갖는 써모웰을 수용하기 위해, 출구 포트(118) 근처의 보어(bore) 및/또는 돌출부를 특징으로 할 수 있다.

써모커플(110)은 베이퍼라이저 디바이스(100)의 신호 피드백 및 제어를 제공하기 위해, 알렌 브레들리 850 시리즈 피엘씨(Allen Bradley 850 series PLC) 또는 이와 동등한 컨트롤러와 같은, PID(proportional-integral-derivative) 컨트롤러 및/또는 PLC(Programmable Logic Controller)(도시되지 않음)에 연결된다. 금속 피복(132)은 히터(131)로부터 상부 스테인리스-스틸 히터 하우징(133)으로의 열의 균일한 분배를 촉진하기 위해, 카트리지 히터(131)를 둘러싼다. 피복된 카트리지(131)는 바람직하게는 압축에 의해 꼭 맞게(snuggly) 안착되고, 차례로, 스테인리스-스틸 하우징(133)이 그 안에의 삽입을 위해 단차형 보어(135)의 내부 표면들에 치수적으로 일치한다. 스테인리스-스틸 히터 하우징(133)의 상부 단부는 베이퍼라이저 코어(130)보다 작은 직경을 갖고, 갭(128)을 남기면서 축 방향 위치로 돌출되어, 채널(120)로부터 히터 하우징(133)의 외부 표면과 보어(135)의 내부 표면 사이의 영역으로의 액체 샘플 유동을 허용한다. 비-반응성(non-reactive) 하우징(133)의 직경은, 유공성(foraminous)의 비-반응성 스테인리스-스틸 와이어 메쉬(129), 바디(102)와 스테인리스-스틸 하우징(133) 사이에 기체 애뉼러스(137)를 형성하기 위한 단차형 링, 및 바디(102)에 대한 안전한 밀봉 부착을 위한 장착 픽스처(fixture)(136)를 수용하기 위한 방식으로 상부 단부에서 하부 단부까지 치수적으로 단차형으로 되어 있다.

유공성의 비-반응성 스테인리스-스틸 와이어 메쉬(129)는 히터 하우징(133)의 상부 스텝(step) 부분 주위에 배치되고, 하우징(133)의 스텝과 보어(135)의 내부 표면 사이의 영역을 충진하도록 치수를 갖는다. 플래시 기화는 열 분배 피복(132)을 통해 전기 카트리지 히터(131)로부터 비-반응성 하우징(133)을 통해 균일하게 열 에너지의 효율적인 전달에 의해 와이어 메쉬와 액체 샘플이 접촉할 때 달성된다. 와이어 메쉬(129)는 다양한 이점들을 제공한다. 첫 번째는, 와이어 메쉬(129)의 이용은 균일한 액체 유동 및 기화를 얻기 위해 하우징(133)으로부터 외부로 열을 전달하기 위한 매우 큰 열 전달 표면적 및 액체 샘플 조성을 나타내는 본질적으로 동종의 기체를 최대화하고 그렇지 않으면 제공하는 경향이 있다.

보다 구체적으로, 메쉬(129)는 하우징(102)을 통해 그리고 배출구(118)에서 통과하는 균일한 유동의 형성에 도움이 되는 디퓨저(diffuser)로서의 역할을 한다. 이러한 균일한 유동은 액체의 가열 및 궁극적인 기화를 향상시키면서, 베이퍼라이저 코어(130) 내부의 과열점들 및 침착물들의 형성들을 감소시키기도 한다. 또한, 메쉬(129)는 열 전달 경로로서의 역할을 하고, 이로써 열이 히터 하우징(133)으로부터 하우징(133)과 보어(135)의 내부 표면 사이의 유체 유동 경로 내로 전달되도록 한다. 또한, 메쉬(129)는 메쉬(129)를 통과하는 유체로의 열 전달을 촉진하는 혼합(mixing)을 촉진한다. 따라서, 하우징(133)으로부터의 증가된 열 특성들을 갖는 메쉬(129)의 사용은 하우징(133)과 보어(135)의 내부 표면 사이의 캐비티(cavity)에서 가열된 액체의 표면적을 효율적으로 증가시킨다. 게다가, 메쉬(129)를 통한 유체의 전달은 베이퍼라이저 코어(130)로부터 액체의 유출(egress)을 방해하고, 이로써 이동하는 액체의 적절한 가열을 보장한다. 이러한 유리한 특징들은 베이퍼라이저 코어(130)를 통과하는 액체의 향상된 기화를 제공하고, 이로써 다운스트림 분석기를 손상시킬 수 있는 기화되지 않은 액체의 출력을 줄이거나 제거한다.

메쉬(129) 또는 고 다공성(porous) 재료의 사용은 캐스케이딩(cascading) 입력 액체 샘플로의 열 전달을 위한 표면적으로 최대화하고(LNG의 경우, 600-배(fold) 부피 팽창이 발생함), 기체 애뉼러스(137)를 통해 기체 출구 통로(140) 내 및 기체 샘플 배출 포트(118)로 빠져나가는 기체 통과 통로(vapor transit passage)를 설정한다. 튜브형 엘리먼트로 미리 형성된 경우, 메쉬(129)가 하우징(133) 및 보어(135)의 내부 표면 둘 다와의 접촉을 유지하도록, 메쉬(129)는 하우징(133)의 상부 단부의 외부 표면과 갭(128) 아래의 보어(135)의 내부 표면 사이의 모든 공간을 충진하기에 충분한 두께를 갖도록 치수를 가져야 한다. 일 실시예에서, 메쉬(129)는 단차형 보어(135) 내로 삽입될 때 일부 반경 방향 압축을 허용하도록 하우징(133) 주위에 크림핑되고(crimped) 나선형으로 감길 수 있다(wrapped). 단차형 보어(135)내에 삽입되면, 메쉬(129)는 풀리도록(unwrap) 허용되고, 이로써 하우징(133)의 외부 표면과 보어(135)의 내부 표면 사이의 영역을 충진할 수 있다.

일 실시예에서, 메쉬(129)는 도 1g에 도시된 바와 같이 균일하게 구부러질 수 있다. 본 실시예에서, 메쉬(129)에는 일련의 교번하는(alternating) 벤드들(bends)(134)이 마련되고, 이에 따라 메쉬가 하우징(133) 주위에 감길 때(coiled), 벤드들(134)이 이어지는 랩들(wraps)에서 서로 중첩되지 않는다. 벤드들(134)의 중첩은 메쉬(129)가 팽창하는 것을 방지하고, 메쉬(129)의 설치 및 조절의 용이성을 감소시키므로 바람직하지 않다. 메쉬(129)(풀렸을 때(uncoiled))의 양쪽 엣지(edge)에 비-평행한 선형 벤드를 제공하고, 메쉬 길이를 가로지르는 교번하는 방향으로 벤드를 반복하는 것에 의해, 메쉬(129)는 부수적으로(concomitantly) 중첩을 방지하고, 하우징(133)의 외부 표면과 보어(135)의 내부 표면 사이의 영역을 충진하도록 실질적으로 균일하게 팽창한다.

또한, 하우징(130)은 수집(collecting) 애뉼러스(137) 및, 바디(102) 내부에 베이퍼라이저 코어(130)를 밀봉하도록 스테인리스-스틸 하우징(133)의 외부 표면 상의 결합 스레딩과 나사식으로 상호 작용하기 위해 단차형 보어(135)의 베이스에 형성되는 내부 스레딩(141)에 근접하여 그들 사이에 위치되는 제1 축 방향으로 배치되는 o-링 씨일(138)을 포함한다. 기화되는 가스의 누출을 방지하기 위해 완전한 밀봉을 추가로 보장하기 위해, 바디(102)의 환형면(annular face)은 장착 픽스처(136)의 스테인리스-스틸 히터 바디의 마주 보는 결합면(mating face)에 대한 압축을 위해 o-링(139)을 포함할 수 있다. 베이퍼라이저 디바이스(100)의 도시된 단일 경로(single path) 버전(version)에서, 액체 샘플은 포트(104)를 통해 베이퍼라이저 디바이스(100)로 도입되고(그 중 일부는 미터링 밸브 스템(107)에 의해 지시되는 속도로 채널(120)로 들어감), 기화의 압력 하에서 플래시 기화하고 통과하도록 갭(108)에 의해 정의되는 열 분리 영역(thermal separation zone)을 통해, 포트(118)를 통해 베이퍼라이저를 빠져나가도록 수집 애뉼러스(137) 내로 통과한다.

따라서, 베이퍼라이저 디바이스의 상부 부분에 도입된 액체 샘플의 사전-기화는 베이퍼라이저 디바이스(100)의 플래시 기화 코어(130)로부터 상부 부분을 단열시킴으로써 방지된다.

베이퍼라이저 하우징(102)은 스테인리스-스틸 또는 알루미늄과 같은 부식-방지 초 합금의 단일 유닛으로 제작될 수 있다. 베이퍼라이저 코어(130)는 애뉼러스(137) 및 와이어 메쉬(129)를 위한 하우징(102) 내부의 공간을 반경 반향으로 제공하기 위해 선반(lathe) 상의 보링 바(boring bar)를 사용하여 하우징(102)의 하단 부분으로부터 단차-천공될(step-bored) 수 있다. 베이퍼라이저 코어(130)의 축 방향 길이는 하우징(133)의 축 방향 길이보다 약간 더 길고, 이에 따라 하우징(133)이 베이퍼라이저 코어(130) 내부에 끼워질 때, 갭(128)이 하우징(133)의 상단과 채널(120)의 출구 사이에 형성된다. 채널(120)은 이미-천공된 베이퍼라이저 코어(130)를 통과하는 드릴 비트(drill bit)를 사용하여 천공되고, 하우징(102)의 상단으로부터 축 방향으로 천공되는 축 방향 포트(104A)까지 연장될 수 있다. 반경 방향 포트들(104R)은 하우징(102)의 측면으로부터 반경 방향으로 천공될 수 있고, 통로들(113)은 반경 방향 포트들(104R)을 축 방향 포트(104A) 및 채널(120)에 연결하기 위해 이미 천공된 반경 방향 포트들(104R)을 사용하여 더 작은 비트로 천공될 수 있다. 조절 가능한 밸브(107)를 제공하기 위해, 다른 보어가 하우징(102)의 축 방향 길이를 따라 포트들(104)과 단열 갭(108) 사이에 형성된다. 그런 다음, 이 보어는 채널(120)의 단면을 가로질러 직교하여 형성되는 단차형 보어를 가공하는 데 사용되고, 이로써 채널(120) 내의 유동을 제어하기 위한 밸브(107)의 시트(seat)을 제공할 수 있다.

도 2a/도 2b 및 도 3a/도 3b에서, 베이퍼라이저 디바이스들(200, 300)의 능동 냉각 실시예들이 각각 도시되어 있다. 도 2a/도 2b 및 도 3a/도 3b에 도시된 실시예들은 도 1에 도시된 실시예와 유사하지만, 베이퍼라이저의 상부 부분으로의 열 전달 및 액체 샘플의 사전-기화를 방지하기 위해 능동 냉각 부속물(adjunct)을 더 특징으로 한다. 도 2a 및 도 2b는 단열재(106)에 형성되는 루프(loop)(204)로 액체 유동을 제공하기 위해 단열 갭(108) 위에 위치되는 채널(120)로부터 통합된(integrated) 유동 채널 테이크-오프(202)를 도시하고 있다. 따라서, 본 실시예에서, 단열재(106)에 능동 냉각 컴포넌트를 제공하기 위해, 채널(120) 내로 도입되는 액체의 일부는 채널(202)을 통해 루프(204)로 루프로 흐른다. 루프(204)를 통과하는 액체를 위한 출구(도시되지 않음)는 액체 배출 포트(104)에 연결되거나, 입력 포트(104R) 또는 통로(113)에서 액체 공급 스트림으로 재순환될 수 있다.

도 3a 및 도 3b에서, 능동 냉각 루프 테이크-오프(302)(점선들로 표시됨)는 단열재(106)에 매립되고 단열재(106)를 둘러싸는(encircling) 튜브(304)로 액체 샘플을 제공하기 위해, 입력 포트(104R)에 연결된다. 튜브(304)의 출구(도시되지 않음)는 베이퍼라이저 디바이스(300)로부터 다른 액체 배출 포트(104R)에 연결되고, 이를 통해 냉각 액체의 연속적인 유동을 제공한다. 이러한 경우, 테이크오프는 단열재(108) 내에 형성되는 애뉼러스 주위를 감거나 애뉼러스에 매립되는 입력 포트(104R)에 근접하여 유동 채널 테이크오프에 의해 제공된다. 가열되지 않은 액체는 액체 유체 튜브가 있는 튜브형 루프로 도시된 능동 냉각 회로를 통해 배출 속도 루프 등에 연결되는 드레인/출구(도시되지 않음)로 통과되는 입구 포트(104R)의 입력에서 배출된다(taken off). 이러한 방식으로, 냉각 유체의 새로운 공급은 바디(102)의 상부 부분이 가열되는 것을 방지하기 위해, 냉각을 증가시키도록 이용될 수 있다. 따라서, 액체 샘플의 유입 전에 사전-기화의 위험이 최소화된다.

도 4a는 본 발명의 일 실싱예에 따른, 교번하는 테이퍼형 미터링 밸브 스템(402)을 갖는 베이퍼라이저 디바이스(400)의 절개 사시도이다. 테이퍼형 미터링 밸브 스템(402)은 통로(113)와 단열 갭(108) 사이에서 축 방향으로 바디(102) 내로 반경 방향으로 천공되는 캐비티(403) 내에 마련된다. 테이퍼형 미터링 밸브 스템(402)은 그 위에 캐비티(403)를 밀봉하고 캐비티(403) 내의 압력 제어를 제공하는 복수의 o-링들(404, 408) 등을 포함할 수 있다. 캐비티(403)는, 테이퍼형 미터링 밸브(402)가 캐비티(403) 내에서 회전하고 미리 결정된 거리를 반경 방향으로 가로지르도록 허용하는, 나사형(threaded) 부분(407)을 포함할 수 있다. 테이퍼형 미터링 밸브 스템(402)은 테이퍼형 미터링 밸브 스템(402)의 주변 부분들에 대해 감소된 직경으로 원주 방향으로 테이퍼지고, 이로써 액체가 미터링 밸브 스템(402) 주위에서 및 스로트(throat) 또는 채널(120)을 통해 흐르도록 허용하는 실질적으로 중앙의 그루브(groove)(406)를 더 포함한다. 채널(120) 유동 경로의 테이퍼형 미터링 밸브 스템(402)에 의한 막힘 정도는 조절기 엘리먼트(401)를 통해 조절 가능하다. 슬롯형(slotted) 스크류 헤드의 형태를 취할 수 있는 조절기 엘리먼트(401)는 채널(120)에 대해 반경 방향으로 미터링 밸브 스템(402)의 그루브(406)를 이동시키기 위해, 스레딩(407)에 대해 회전한다. 따라서, 액체 유동이 제어되는 양은 채널(120)에 대한 테이퍼형 그루브(406)의 위치에 의해 결정된다. 수동 조절기 엘리먼트(401)에 대한 자동화된 대안은 밸브 스템(402)의 위치 조절을 제어하도록 작동 가능한 모터(도시되지 않음)와 연관되는 미터링 밸브 스템(402)을 포함할 것이다. 캐비티(403)를 동봉하고, 미터링 밸브 스템(402)의 압력에 의해 유도되는(pressure-induced) 방출(expulsion)을 방지하고, 캐비티(403) 내에서 미터링 밸브(402)의 이동을 제한하기 위해, 캡 또는 플러그(410)가 조절 가능한 엘리먼트(401) 반대편의 미터링 밸브(402)의 단부에 마련된다. 캡 또는 플러그(410)는 바디(102)와 같은 높이에 있도록(flush with), 베이퍼라이저 디바이스의 외부에 있거나 캐비티(403) 내부에 포함될 수 있다.

도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 테이퍼형 미터링 밸브(402)를 갖는 베이퍼라이저 디바이스(400)의 절개 사시도이다. 여기서, 테이퍼형 미터링 밸브(402)는 도 4a와 관련하여 설명된 바와 동일하고, 따라서 유사한 지시들이 반복된다. 그러나, 도 1d 내지 도 1f에 도시된 베이퍼라이저 디바이스(100)의 조절 가능한 미터링 밸브(107)의 구현은 테이퍼형 미터링 밸브(402) 구조 대신에 베이퍼라이저 디바이스(400) 내에 통합될 수 있다는 점에 주목해야 한다.

도 4b는 출구 포트(118)에 근접하고 도 4a에 도시된 바와 같은 히터 하우징(133)으로부터 돌출되는, 가공된 보스(machined boss)(412)와 같은, 돌출부 내에 형성되는 써모웰(417) 내에 마련되는 추가 써모커플(416)의 포함을 도시하고 있다. 써모웰(417)은 써모웰(417)의 상부 부분과 그 내부의 써모커플(416)이 고속 유동 영역에서 출구 포트(118)에 근접하여 위치되도록 각지고(angled), 이를 통해 베이퍼라이저 디바이스(400)를 빠져나가는 가스 샘플들의 온도에 대한 향상된 감도(sensitivity)와 보다 정확한 판독 값들(readings)을 제공한다. 가공된 보스(412)의 존재는 어떤 실질적인 방식으로, 유량을 제한하지 않고, 온도 감도를 증가시킨다.

써모커플(110)과 마찬가지로, 써모커플(416)은 베이퍼라이저 디바이스(400)의 신호 피드백 및 제어를 제공하기 위해, 리드(lead)(414)를 통해, 알렌 브레들리 850 시리즈 피엘씨(Allen Bradley 850 series PLC) 또는 이와 동등한 컨트롤러와 같은, PID(proportional-integral-derivative) 컨트롤러 및/또는 PLC(Programmable Logic Controller)(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 이는, 베이퍼라이저 디바이스(400)를 빠져나가는 가스 샘플들의 온도를 지속적으로 모니터링하고 제어하기 위한 제어 루프의 생성을 허용한다. 따라서, 베이퍼라이저 디바이스(400)에 연결된 장비를 기반으로, 베이퍼라이저 디바이스(400)를 빠져나가는 가스가 다운스트림 장비를 손상시키지 않을 것이라는 것을 보장하도록, 온도가 제어될 수 있다. 또한, 출구 포트(118)에 근접한 써모커플(416)의 포함은, 베이퍼라이저 디바이스(400)를 통해 흐르는 액체가 없는 유동 없음 상태(no flow condition)의 결과일 수 있는 바람직하지 않은 고온들을 모니터링할 수 있는 이점을 제공한다. 따라서, 내측에 위치되는 써모커플(416)은, 원격 디바이스가 유동 없음 상태로 인해 발생하는 높은 히터 온도들을 검출할 수 없고, 이로써 히팅 엘리먼트를 파괴하고 베이퍼라이저 디바이스(400)를 작동 불능으로 만들기 때문에, 출구에 부착되는 감지 디바이스(sensing device)로 출구 가스 온도를 원격 감지할 때를 개선한다. 또한, 하우징 내 써모커플(416)의 설치는 베이퍼라이저 디바이스(400)의 조립 중에 고장 모드들을 줄이면서, 종종 방폭형(explosion proof) 디자인 코드를 충족해야 하는 제어 시스템에 대한 보다 간단한 배선(wiring)을 제공한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 미터링 밸브(402)를 갖는 베이퍼라이저 디바이스(500)의 절개 사시도들이다. 여기서, 테이퍼형 미터링 밸브(402)는 도 4a와 관련하여 설명된 바와 동일하고, 따라서 유사한 지시들이 반복된다. 그러나, 도 1d 내지 도 1f에 도시된 베이퍼라이저 디바이스(100)의 조절 가능한 미터링 밸브(107)는 테이퍼형 미터링 밸브(402) 구조 대신에 베이퍼라이저 디바이스(500) 내에 통합될 수 있다는 점에 주목해야 한다.

도 5a 및 도 5b는 출구 포트(118)에 근접하고 히터 하우징(133) 내에 형성되는 직선형 써모웰(517) 내에 마련되는 추가 써모커플(516)의 포함을 도시하고 있다. 써모웰(517)은 하우징(133)과 평행하게 진행하고 출구 포트(118)에 근접하도록 축 방향으로 천공된다. 써모웰(517) 내에 제공되는 써모커플(516)은 베이퍼라이저 디바이스(500)를 빠져나가는 가스 샘플들의 온도에 대한 향상된 감도 및 판독 값들을 제공하기 위해, 고속 유동 영역에서 출구 포트(418)에 근접하여 위치된다.

써모커플(110)과 마찬가지로, 써모커플(516)은 베이퍼라이저 디바이스(500)의 신호 피드백 및 제어를 제공하기 위해, 리드(514)를 통해, 알렌 브레들리 850 시리즈 피엘씨(Allen Bradley 850 series PLC) 또는 이와 동등한 컨트롤러와 같은, PID(proportional-integral-derivative) 컨트롤러 및/또는 PLC(Programmable Logic Controller)(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 이는, 베이퍼라이저 디바이스(500)를 빠져나가는 가스 샘플들의 온도를 지속적으로 모니터링하고 제어하기 위한 제어 루프의 생성을 허용한다. 따라서, 베이퍼라이저 디바이스(500)에 연결되는 장비를 기반으로, 베이퍼라이저 디바이스(500)를 빠져나가는 가스가 다운스트림 장비를 손상시키지 않을 것이라는 것을 보장하도록, 온도가 제어될 수 있다. 또한, 출구 포트(118)에 근접한 써모커플(516)의 포함은, 베이퍼라이저 디바이스(500)를 통해 흐르는 액체가 없는 유동 없음 상태의 결과일 수 있는 바람직하지 않은 고온들을 모니터링할 수 있는 이점을 제공한다. 따라서, 내측에 위치되는 써모커플(516)은, 원격 디바이스가 유동 없음 상태로 인해 발생하는 높은 히터 온도들을 검출할 수 없고, 이로써 히팅 엘리먼트를 파괴하고 베이퍼라이저 디바이스(500)를 작동 불능으로 만들기 때문에, 출구에 부착되는 감지 디바이스로 출구 가스 온도를 원격 감지할 때를 개선한다. 또한, 하우징 내 써모커플(516)의 설치는 베이퍼라이저 디바이스(500)의 조립 중에 고장 모드들을 줄이면서, 종종 방폭형 디자인 코드를 충족해야 하는 제어 시스템에 대한 보다 간단한 배선을 제공한다.

상술된 능동 냉각 서브시스템 대신에 다른 잘 알려진 냉각 부속물들이 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 상술된 시스템들의 인식된 이점들은 냉각을 위해 소량의 액체 테이크오프 샘플을 전환하고, 전환된 양을 파이프라인으로 다시 주입하거나 잘 알려진 수집/재순환 시스템들 중 어느 하나를 통해 그것을 전달하는 간단한 방법에 의존한다는 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 상술된 추가적인 또는 대안적인 세부 사항들 중 어느 하나를 포함하는 장치 또는 방법이 청구범위 및 그의 어떤 등가물들에 기초하여 결정되는 바와 같이 본 발명의 범위 내에 속할 것이라는 점을 이해해야 한다. 본 발명의 다른 양태들, 목적들, 및 이점들은 주어진 도면 및 개시 내용으로부터 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 명백해야 한다.

본 발명은, 특히 천연 가스의 유통, 운송, 및 물리적 이송에서 불완전한 기화로 인한 시스템 손상에 기인하는 액체 사전-기화 및 중단 시간을 방지함으로써, 액체 샘플의 실질적으로 효율적이고 완전하며 균일한 단일 패스 기화를 통해 정확한 샘플링을 제공하는 데 유용하다. 또한, 본 발명은, 기체 샘플 내 미량의 오염물들을 측정하는 데 유용하며, 이로써 사워 가스 샘플들로부터 이러한 오염물들의 바람직하지 않은 방출의 감소를 허용한다.

Claims

다중 성분(multi component) 탄화수소(hydrocarbon) 함유 액체 혼합물(liquid mixture)을 기화시키기 위한 베이퍼라이저(vaporizer)에 있어서,
제1 단부를 정의하는 제1 세그먼트 및 제2 단부를 정의하는 제2 세그먼트를 갖는 대체로 세장형의(elongated) 튜브형 바디(tubular body);
상기 제1 세그먼트 내에 통합되어(integrally) 형성되는 액체 통로(liquid passage)에 연결되는 액체 샘플 포트(liquid sample port) - 상기 제1 액체 포트는 액체 입력을 위해 마련됨 -;
상기 베이퍼라이저의 중심 축을 따라 대체로 종방향으로 배치되고, 상기 튜브형 바디의 실질적으로 신장(elongation) 방향으로 연장되는 액체 채널(liquid channel) - 상기 액체 채널은 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 상기 액체 채널의 상기 제1 단부는 그 길이를 따라 통하는 상기 액체 샘플 포트로부터의 액체를 위한 유동 경로(flow path)를 제공하기 위해, 상기 액체 통로와 교차함 -;
상기 튜브형 바디의 상기 제1 세그먼트 내에 배치되고, 상기 액체 채널과 교차하도록 구성되는 액체 유동 제어 엘리먼트(liquid flow control element);
상기 튜브형 바디의 외부 표면에 형성되고 상기 튜브형 바디의 외부 표면으로부터 연장되는 갭(gap) - 상기 갭은 상기 액체 채널을 향해 내측으로 향하고 상기 액체 채널의 길이를 따라 배치되는 대체로 비-평행한 표면(non-parallel surface)을 정의함 -;
상기 튜브형 바디의 상기 제2 단부에서 상기 액체 채널의 상기 제2 단부까지 내부로 연장되는 베이퍼라이저 코어(vaporizer core);
상기 베이퍼라이저 코어 내로의 삽입을 위한 치수를 갖고(dimensioned), 상기 튜브형 바디에 밀봉 고정 가능한(sealingly securable) 히팅 어셈블리(heating assembly) - 상기 히팅 어셈블리는 상기 액체 채널로부터 도입되는 액체를 기화시키는 플래시 기화 히팅 엘리먼트(flash vaporizing heating element)를 가짐 -; 및
상기 튜브형 바디의 상기 제2 단부로부터 이격되는 상기 제2 세그먼트 내에서 상기 튜브형 바디 내에 형성되고, 상기 베이퍼라이저 코어와 교차하는 기체 배출 출구 포트(vapor discharge outlet port)
에 의해 특징지어 지는,
베이퍼라이저.
제1 항에 있어서,
상기 바디는 원통형이고,
상기 제1 세그먼트는 상기 제2 세그먼트 위에 배치되는 상부(upper) 세그먼트인
것을 특징으로 하고,
상기 원통형 바디는,
상기 제1 세그먼트 내에 통합되어 형성되는 상기 액체 통로에 연결되는 제2 액체 샘플 포트 - 상기 제2 액체 샘플 포트는 액체 배출을 위해 마련됨 -; 및
상기 갭 내에 배치되는 단열재(thermal insulator)
에 의해 더 특징지어 지는,
베이퍼라이저.
제2 항에 있어서,
상기 갭의 상기 대체로 비-평행한 표면은 편평한 테이퍼형(tapered)이고 평면이며,
상기 액체 샘플 포트 및 상기 제2 액체 샘플 포트는 서로에 대해 직교하여(orthogonally) 배치되는
것을 특징으로 하는,
베이퍼라이저.
제2 항 또는 제3 항에 있어서,
상기 제2 세그먼트로부터 상기 제1 세그먼트로의 열 전달(heat transfer)을 최소화하기 위해, 상기 단열재 내의 액체 유체 튜브(liquid fluid tube)에 근접한(proximate) 액체 테이크오프(liquid takeoff)에 의해 설정되는 능동 냉각 회로(active cooling circuit)
에 의해 더 특징지어 지는,
베이퍼라이저.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 샘플 포트는 상기 원통형 바디의 축을 따라 배치되는
것을 특징으로 하는,
베이퍼라이저.
다중 성분 탄화수소 함유 액체 혼합물을을 기화시키기 위한 베이퍼라이저 디바이스에 있어서,
바디;
상기 바디를 통해 액체 샘플(liquid sample)을 수용하도록 구성되는 하나 이상의 포트들;
상기 하나 이상의 포트들로부터 상기 액체 샘플을 수용하도록 구성되는 채널;
상기 바디의 외부에 형성되고 상기 채널을 반경 방향으로(radially) 둘러싸는 오목한(recessed) 테이퍼형 단열 갭(thermal isolation gap) - 상기 오목한 테이퍼형 단열 갭은 단열재를 수용하고 유지하도록 구성됨 -;
상기 채널을 빠져나가는 상기 액체 샘플을 기화시키도록 구성되는 히팅 어셈블리 - 상기 히팅 어셈블리는 상기 바디 내에 부착됨(affixed) -; 및
상기 기화되는 액체 샘플을 출력시키도록 구성되는 출구(outlet)
에 의해 특징지어 지는,
디바이스.
제6 항에 있어서,
상기 히팅 어셈블리는 히팅 엘리먼트, 및 상기 히팅 엘리먼트를 동봉하는(enclosing) 금속 하우징(metal housing)을 포함하는
것을 특징으로 하는,
디바이스.
제7 항에 있어서,
상기 히팅 엘리먼트는 금속 피복(metal sheath)으로 동봉되는
것을 특징으로 하는,
디바이스.
제7 항 또는 제8 항에 있어서,
상기 금속 하우징은 금속 메쉬(metal mesh)에 의해 적어도 부분적으로 동봉되는
것을 특징으로 하는,
디바이스.
제6 항 내제 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오목한 테이퍼형 단열 갭은 절연 재료로 충진되는(filled)
것을 특징으로 하는,
디바이스.
제10 항에 있어서,
상기 절연 재료는 알루미나 실리케이트(alumina silicate), 칼슘 실리케이트(calcium silicate), 및 발포 세라믹(foamed ceramics)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
것을 특징으로 하는,
디바이스.
제6 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오목한 테이퍼형 단열 갭은 상기 채널을 향해 내측으로 테이퍼지는
것을 특징으로 하는,
디바이스.
제6 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 채널로 들어가는 상기 액체 샘플의 유동을 제어하기 위해 상기 채널과 교차하도록 구성되는 액체 유동 제어 엘리먼트
에 의해 더 특징지어 지는,
디바이스.
제6 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히팅 어셈블리는 베이퍼라이저 코어 내에 부착되고,
상기 베이퍼라이저 코어는 상기 바디 내에 형성되는 오프닝(opening)이고, 상기 히팅 어셈블리보다 더 큰 반경 방향 및 축 방향 길이를 갖고, 이로써, 상기 채널로부터 상기 히팅 어셈블리의 외부 표면과 상기 바디의 내부 표면 사이의 영역, 및 상기 출구로의 액체 유동 경로를 생성하는
것을 특징으로 하는,
디바이스.
제14 항에 있어서,
상기 오목한 테이퍼형 단열 갭은 포트로부터의 액체 테이크오프에 의해 냉각되는 냉각 회로를 포함하는
것을 특징으로 하는,
디바이스.
제6 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히팅 어셈블리는 상기 베이퍼라이저 디바이스의 출구 포트와 정렬하도록 구성되는 온도 센서를 포함하고,
상기 온도 센서는 상기 출구 포트에서 상기 기화되는 액체 샘플의 온도를 제공하는
것을 특징으로 하는,
디바이스.
제16 항에 있어서,
상기 온도 센서는 써모웰(thermowell) 내부에 부착되고 상기 히팅 어셈블리의 축 방향 길이에 평행한
것을 특징으로 하는,
디바이스.
제16 항에 있어서,
상기 온도 센서는 상기 히팅 어셈블리로부터의 돌출부(protrusion) 내에 경사지게 형성되는 써모웰 내에 부착되는
것을 특징으로 하는,
디바이스.
다중 성분 탄화수소 함유 액체 혼합물을 기화시키는 방법에 있어서,
베이퍼라이징 디바이스(vaporizing device)의 바디 내의 적어도 하나의 포트를 통해 상기 베이퍼라이징 디바이스 내로 액체 샘플을 수용하는 단계;
상기 베이퍼라이징 디바이스 내의 채널 내로 상기 수용되는 액체 샘플을 선택적으로 향하게 하는 단계;
열 반사 손실(heat reflective loss)을 개선하고, 베이퍼라이저 코어로부터 상기 적어도 하나의 포트로의 열 이동(thermal migration)을 최소화하기 위해 상기 적어도 하나의 포트와 상기 베이퍼라이저 코어 사이에 배치되는 단열 갭을 설정하기 위해, 대체로 테이퍼형의 비-평행한 표면들에 의해 정의되는 오목한 테이퍼형 단열 갭을 통해 상기 채널 내에서 상기 액체 샘플을 선택적으로 향하게 하는 단계;
상기 채널을 빠져나가는 상기 액체 샘플을 상기 베이퍼라이저 코어 내로 선택적으로 향하게 하는 단계 - 상기 베이퍼라이저 코어는 상기 액체 샘플을 플래시(flash) 기화시키는 히팅 어셈블리를 가짐 -; 및
상기 기화되는 액체 샘플을 상기 베이퍼라이징 디바이스로부터 출구를 통해 출력시키는 단계
에 의해 특징지어 지는,
방법.
제19 항에 있어서,
액체 유동 제어 엘리먼트로 제1 튜브를 통한 액체 유동을 제어하는 단계
에 의해 더 특징지어 지는,
방법.