KR20210145312A - 증류 프로브 및 유체를 샘플링하고 조절하기 위한 방법 - Google Patents

증류 프로브 및 유체를 샘플링하고 조절하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

증류 프로브는 중심축을 갖는 도관을 포함하고 있다. 또한, 증류 프로브는 도관에 내에 배치되어 있는 배플 조립체를 포함하고 있다. 배플 조립체는 도관 내에서 적층체로 하나가 다른 하나 위에 위치되어 있는 복수의 축방향으로 이격된 배플을 포함하고 있다. 또한, 증류 프로브는 도관에 감겨져 있는 제1 나선형 냉각 코일을 포함하고 있다. 또한, 증류 프로브는 도관 주위에 배치되며 제1 나선형 냉각 코일을 캡슐화하는 열 전도층을 포함하고 있다. 열 전도층은 제1 나선형 냉각 코일과 도관 사이에 열 에너지를 전달하도록 구성되어 있다.

Description

증류 프로브 및 유체를 샘플링하고 조절하기 위한 방법{DISTILLATION PROBES AND METHODS FOR SAMPLING AND CONDITIONING A FLUID}
본 출원은 2017년 3월 22일 출원되고 발명의 명칭이 "Distillation Probes and Methods for Sampling and Conditioning a Fluid"인 미국 가특허출원 제62/474,977호의 이점을 주장하며, 이 출원의 내용은 그 전체가 원용되어 본 명세서에 포함된다.
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
해당없음
본 발명은 전반적으로 유체 샘플을 분석하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 탄화수소 유체 샘플 스트림 내의 가스로부터 액체를 분리하여 후속 분석을 위하여 가스를 조절하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
정제 공장 및 화학 플랜트에서, 분석 기기는 다양한 단계에서 사용되어 처리되고 있는 다양한 유체의 조성물을 분석한다. 대부분의 경우, 소형 유체 샘플이 공정 스트림에서 채취되며 분석을 수행하는 기기로 보내진다. 기기 및 분석 유형에 따라 그렇지 않으면 기기를 손상시키길 수 있거나 분석 결과에 부정적인 영향을 줄 수 있는 (예를 들어, 제품 수율 결과와 같은 분석 결과를 왜곡할 수 있는) 액체 또는 오염물을 제거하기 위해 유체 샘플은 기기로 들어가 전에 "조절될(conditioned)" 필요가 있을 수 있다.
증류 프로브의 실시예가 본 명세서 내에 개시되어 있다. 일 실시예에서, 증류 프로브는 중심축을 갖는 도관을 포함하고 있다. 또한, 증류 프로브는 도관 내에 배치된 배플 조립체를 포함하고 있다. 배플 조립체는 도관 내에서 적층체로 하나가 다른 하나 위에 위치되어 있는, 복수의 축방향으로 이격된 배플을 포함하고 있다. 또한, 증류 프로브는 도관에 감겨져 있는 제1 나선형 냉각 코일을 포함하고 있다. 더욱이, 증류 프로브는 도관 주위에 배치되고 제1 나선형 냉각 코일을 캡슐화하는 열 전도층을 포함하고 있다. 열 전도층은 제1 나선형 냉각 코일과 도관 사이에서 열 에너지를 전달하도록 구성되어 있다.
유체 샘플링 시스템의 실시예가 본 명세서 내에 개시되어 있다. 일 실시예에서, 유체 샘플링 시스템은 유체 분리기 조립체를 포함하고 있다. 유체 분리기 조립체는 도관 및 도관 내에 배치된 배플(baffle) 조립체를 포함하고 있다. 도관은 중심축을 갖고 있다. 배플 조립체는 도관 내의 적층체 내에서 하나가 다른 하나 위에 위치되어 있는, 복수의 축방향으로 이격된 배플 및 배플 각각을 통해 연장되는 가요성 케이블을 포함하고 있다. 또한, 유체 샘플링 시스템은 도관에 장착되고 도관에 반경 방향으로 인접하여 위치된 복수의 냉각 도관을 포함하고 있다. 냉각 도관은 유체 분리기 조립체를 냉각시키도록 구성되어 있다.
본 명세서에 설명된 실시예는 어떠한 선행 기술의 디바이스, 시스템 및 방법과 관련된 다양한 단점을 다루도록 의도된 특징 및 장점의 조합을 포함하고 있다. 전술한 내용은 이하의 본 발명의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있도록 본 발명의 특징 및 기술적 장점을 약간 넓게 개요를 설명하였다. 다른 특징뿐만 아니라 위에서 설명된 다양한 특징은 다음의 상세한 설명을 읽고 첨부 도면을 참조함으로써 당 업자에게 쉽게 명백할 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예가 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위하여 다른 구조를 수정 또는 설계하기 위한 기초로서 쉽게 이용될 수 있다는 점이 당업자에 의하여 인식되어야 한다. 또한, 이러한 등가적인 구성은 첨부된 청구범위에 제시된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 점이 당업자에 의하여 또한 인식되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명을 위하여, 첨부 도면에 대한 참조가 이루어질 것이다:
도 1은 벌크 화학 물질 또는 탄화수소 유체 스트림을 샘플링하기 위한 시스템의 실시예의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 유체 컨디셔너의 측면도이다.
도 3은 단열재, 보호 커버 또는 열 전도층이 없는 도 2의 유체 컨디셔너의 측면도이다.
도 4는 도 2의 절단부 4-4를 따라 절취된 도 2의 유체 컨디셔너의 부분 확대 횡단면도이다.
도 5는 도 2의 유체 컨디셔너의 분리기 조립체의 횡단면도이다.
도 6은 도 5의 분리기 조립체의 유체 도관의 횡단면도이다.
도 7은 도 5의 분리기 조립체의 배플 조립체의 측면도이다.
도 8은 도 7의 배플 조립체의 배플들 중 한 배플의 평면도이다.
도 9는 도 8의 절단부 9-9를 따라 절취된 도 8의 배플의 횡단면 측면도이다.
도 10은 도 7의 배플 조립체의 배플들 중 한 배플의 평면도이다.
도 11은 도 7의 배플 조립체의 배플들 중 한 배플의 평면도이다.
도 12는 도 2의 유체 컨디셔너의 보호 커버의 사시도이다.
도 13은 도 12의 보호 커버의 평면도이다.
도 14는 벌크 화학 물질 또는 탄화수소 유체 스트림을 샘플링하기 위한 시스템의 실시예의 개략적인 도면이다.
도 15는 도 14의 유체 컨디셔너의 측면도이다.
도 16은 도 15의 절단부 16-16을 따라 절취된 도 15의 유체 컨디셔너의 횡단면 평면도이다.
도 17은 외부 하우징 및 단열재가 제거된 도 15의 유체 컨디셔너의 측면도이다.
도 18은 도 17의 절단부 18-18에서 절취된 도 15의 유체 컨디셔너의 횡단면 평면도이다.
다음의 논의는 본 발명의 다양한 실시예에 관한 것이다. 하나 이상의 이 실시예가 바람직할 수 있지만, 개시된 실시예는 청구 범위를 포함하는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되거나 달리 사용되어서는 안된다. 또한, 당업자는, 다음의 설명이 광범위한 응용을 가지며, 임의의 실시예의 논의는 그 실시예의 예시일 뿐이라는 것을 의미하고 청구 범위를 포함하는 본 발명의 범위를 시사하기 위한 것은 아니며, 그 실시예로 제한된다는 점을 이해할 것이다.
어떤 용어는 다음의 설명 및 청구 범위 전체에서 특정 특징 또는 구성 요소를 지칭하기 위해 사용된다. 당업자가 이해할 바와 같이, 다른 사람은 동일한 특징 또는 구성 요소를 다른 명칭으로 지칭할 수 있다. 본 문헌은 명칭은 다르지만 기능은 다르지 않은 구성 요소들 또는 특징들을 구별하기 위한 것은 아니다. 도면들은 반드시 일정한 비율로 축적되는 것은 아니다. 본 명세서의 어떠한 특징부 및 구성 요소는 규모가 과장되거나 다소 개략적인 형태로 보여질 수 있으며, 종래의 요소의 일부 세부 사항은 명확함 및 간결성을 위하여 보이지 않을 수 있다.
다음 설명 및 청구범위에서, 용어 "구비하는(including)" 및 "포함하는(comprising)"은 개방형 방식(open ended fashion)에서 사용되며, 따라서 "~~를 포함하지만, 이에 제한되지 않는"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 용어 "결합(couple 또는 couples)"은 간접적인 또는 직접적인 연결을 의미하는 것으로 의도된다. 따라서, 제1 디바이스가 제2 디바이스에 연결되면, 그 연결은 직접 연결을 통한 것일 수 있거나, 다른 디바이스, 구성 요소 및 연결부를 통한 간접 연결을 통한 것일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "축방향" 및 "축방향으로"는 일반적으로 중심축 (예를 들어, 몸체 또는 포트의 중심축)을 따르는 또는 이에 평행한 것을 의미하는 반면, 용어 "반경 방향" 및 "반경 방향으로"는 일반적으로 중심축에 수직인 것을 의미한다. 예를 들어, 축방향 거리는 중심축을 따라 또는 중심축에 평행하게 측정된 거리를 지칭하며, 반경 방향 거리는 중심축에 수직으로 측정된 거리를 의미한다.
이제 도 1을 참조하면, 벌크 유체 스트림(12)을 샘플링하기 위한 시스템(10)의 실시예가 보여지고 있다. 일반적으로, 유체 스트림(12)은 조성물 분석이 요구되는 임의의 탄화수소 또는 화학 유체 스트림일 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 스트림(12)은 탄화수소 분해 또는 열분해 작업 내에서의 디코크(decoke) 또는 그린 오일(green oil) 유체 스트림과 같은 탄화수소 유체 스트림이다. 시스템(10)은 유체 컨디셔너(100) 및 컨디셔너(100)의 하류에 있는 분석 기기(30)를 포함하고 있다. 벌크 유체 스트림(12)은 처리 작업에 대한 이해(insight)를 제공하기 위해 샘플링되고 분석된다. 예를 들어, 탄화수소 분해 작업에서, 유체 스트림(12)은 하나 이상의 원하는 생성물의 수율 (예를 들어, 단위 시간당 분해 공정에 의해 생성된 에틸렌 또는 프로필렌의 체적)을 결정하기 위해 샘플링되고 분석되는 벌크 디코크 유체 스트림일 수 있다.
시스템(10)은 유체 스트림(12)으로부터 샘플(13)을 뽑아 낸다. 샘플(13)이 초기에 공정 유체 스트림(12)으로부터 뽑아 내어질 때, 샘플은 분석될 가스(14)와 바람직하지 않은 화합물, 또는 물, 비교적 무거운 탄화수소 (즉, C6 및 중질)와 입자상 물질과 같은 오염물(15)의 혼합물을 함유할 수 있으며, 이는 하류 설비 (예를 들어, 기기(30))를 오염 및/또는 손상시킬 수 있거나, 기기(30)에 의해 생성된 분석 결과의 정확도에 부정적인 영향을 미칠 수 있거나, 그 조합을 야기할 수 있다. 따라서, 시스템(10)에서, 샘플(13)은 분석 기기(30)로 향하기 전에 유체 컨디셔너(100)로 보내지고 유체 컨디셔너에 의하여 조절되어 오염물(15)을 제거한다. 따라서, 컨디셔너(100)는 샘플(13)을 벌크 유체 스트림(12)으로 다시 공급되는 오염물(15) 및 분석을 위하여 분석 기기(30)로 전달되는 잔여 가스(14)로 분리한다. 분석 기기(30)는 가스(14)를 분석하여 가스(14)의 하나 이상의 특성 (예를 들어, 가스(14)의 조성, 가스(14)의 생산율 등)을 결정하며, 이 특성은 플랜트 운영자에게 전달된다. 분석 후, 가스(14)는 기기로부터 벌크 유체 스트림(12)으로 다시 공급된다. 하나의 시스템(10)과 관련 컨디셔너(100)만이 도 1에서 보여지고 있지만, 하나 이상의 시스템(10)과 컨디셔너(100)가 화학 물질 또는 탄화수소 처리 작업에 사용되어 유체를 샘플링하고 처리 작업에 따른 상이한 단계 또는 위치에서 샘플링된 유체를 조절할 수 있다는 점이 인식되어야 한다.
앞서 설명된 바와 같이, 컨디셔너(100)는 임의의 적합한 화학 물질 또는 탄화수소 처리 작업과 관련하여 사용되어, 기기(30)로 분석하기 전에 오염물(15)과 가스(14)를 분리할 수 있다. 한 예시적인 실시예에서, 시스템(10)은 분해 작업 동안 에틸렌 및/또는 프로필렌 수율을 결정하기 위해 탄화수소 분해 작업으로부터 디코크 유체 샘플을 샘플링하고 분석하기 위해 사용된다. 이러한 실시예에서, 유체 샘플(13)은 오염물(15) (예를 들어, 물, 비교적 무거운 탄화수소 (즉, 6개 이상의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 분자) 및 소량의 입자상 물질) 및 비교적 가벼운 탄화수소 (즉, 에틸렌, 프로필렌, 메탄, 에탄 및 프로판과 같은, 5개 이하의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 분자)를 포함하는 가스(14)를 포함하고 있는 조절되지 않은 디코크 유체 샘플이다.
이제 도 2를 참조하면, 유체 컨디셔너(100)가 개략적으로 보여지고 있다. 컨디셔너(100)는 유체 분리기(110) 및 분리기(110)에 연결된 샘플 모니터링 및 제어 시스템(190)을 포함하고 있다. 도 2에서, 유체 분리기(110)는 부분 횡단면도로 보여지고 있으며, 샘플 모니터링 및 제어 시스템(190)은 개략적으로 보여지고 있다. 시스템(190)의 구성 요소가 도 1에 개략적으로 보여지고 있으며 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
유체 분리기(110)는 벌크 유체 스트림(12)으로부터 획득된 유체 샘플(13)을 오염물(15) 및 조절된 가스(14)로 분리하고, 조절된 가스는 분석을 위하여 기기(30)로 향한다. 따라서, 분리기(110)는 유체 컨디셔너 또는 유체 조절 디바이스로서 설명될 수 있다. 또한, 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 분리기(110)는 증류를 이용하여 오염물(15)과 가스(14)를 분리한다. 다시 말해, 분리기(110)로 컨디셔닝하는 동안, 유체 샘플(13)은 냉각되며, 결과적으로 물과 비교적 무거운 탄화수소와 같은 기상(gaseous) 오염물(15)은 분리기(110) 내에서 합쳐지는 액적(liquid droplet)들로 상-변화한다. 유체 샘플(13)이 분리기(110) 내에서 냉각되고 기상 오염물(15)이 액체로서 분리되지만, 조절된 가스(14)는 유체 샘플(13)보다 낮은 온도이지만 가스로 남아 있는다. 따라서, 분리기(110)는 또한 증류 디바이스 또는 프로브(probe)로서 설명될 수 있다.
샘플 모니터링 및 제어 시스템(190)은 샘플 분리 공정과 관련된 다수의 설정 매개변수를 측정하며 분리기(110) 내에서 샘플 분리 공정을 제어한다. 예를 들어, 시스템(190)은 측정된 매개변수에 기초하여 (즉, 사람의 개입 없이) 및/또는 원격 작업자로부터의 입력에 응답하여 분리기(110) 내에서 샘플 분리 공정을 자동으로 조정할 수 있다.
이제 도 2 내지 도 4를 참조하면, 유체 분리기(110)는 중심 또는 길이 방향 축(115), 제1 또는 하단(110a) 및 제2 또는 상단(110b)을 갖고 있다. 이 실시예에서, 분리기(110) 및 그의 중심 축(115)은 수직적으로 배향되어 있다. 도 4에서 가장 잘 보여지는 바와 같이, 축(115)으로부터 반경 방향으로 외측으로 이동하면서, 유체 분리기(110)는 분리기 조립체(120), 분리기 조립체(120) 주위에 배치된 복수의 관형 냉각 도관(150), 분리기 조립체(120) 주위에 배치되고 도관(150)을 캡슐화하는 열 전도층(160), 층(160) 주위에 배치된 보호 관형 커버(170), 및 커버(170) 주위에 배치된 단열재(180)를 포함하고 있다. 따라서, 도관(150)과 층(160)은 커버(170)와 분리기 조립체(120) 사이에 반경 방향으로 위치되며, 커버(170)는 단열재(180)와 층(160) 사이에 반경 방향으로 위치되어 있다. 커버(170)는 도관(150)과 분리기 조립체(120)가 충격을 받고 손상되는 것을 방지하는 강성 쉴드(shield)를 제공할 뿐만 아니라 시스템(190)을 장착하기 위한 안전한 베이스를 제공한다 (즉, 시스템(190)은 커버(170)에 고정 가능하게 고정된다). 도 3에서는, 분리기 조립체(120), 냉각 도관(150), 및 이들 사이의 관계를 보다 명확하게 나타내기 위하여 층(160), 커버(17) 그리고 단열재(180)는 보여지지 않는다.
계속해서 도 4를 참조하면, 커버(170)와 분리기 조립체(120) 사이에는 환형 갭, 공간 또는 공동(void)이 제공되지 않는다. 특히, 도관(150)은 분리기 조립체(120)와 직접적으로 맞물리고 접촉하며, 층(160)은 도관(150)을 완전히 둘러싸고 분리기 조립체(120)와 커버(170) 사이에서 반경 방향으로 연장된다. 따라서, 층(160)은 도관(150)들 사이의 공간, 도관(150)과 분리기 조립체(120) 사이의 공간, 그리고 커버(170)와 도관(150) 사이의 공간을 채운다. 단열재(180)는 커버(170)에 감겨져 있으며, 커버(170)와 직접 맞물린다.
이제 도 5를 참조하면, 분리기 조립체(120)는 반경방향 외측 관형 도관(121) 및 도관(121) 내에 동축적으로 배치된 배플 조립체(130)를 포함하고 있다. 도 5 및 도 6에서 가장 잘 보여지고 있는 바와 같이, 도관(121)은 중심 또는 길이 방향 축(125), 제1 또는 하부 말단(121a), 제2 또는 상부 말단(121b), 말단(121a, 121b)들 사이에서 축방향으로 연장되는 반경방향 외측 표면(122) 및 말단(121a, 121b)들 사이에서 축방향으로 연장되는 반경방향 내측 표면(123)을 갖고 있다. 내측 표면(123)은 말단(121a, 121b)들 사이에서 축방향으로 연장되는 관통 보어 또는 통로(124)를 한정한다. 환형 립(lip) 또는 숄더(shoulder; 123a)는 하부 말단(121a)에 근위인 내측 표면(123)을 따라 제공되어 있다. 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 숄더(123a)는 도관(121) 내에서 배플 조립체(130)를 지지하고 있다.
도관(121)은 또한 표면(122, 123)을 통해 통로(124)로부터 반경 방향으로 연장되는 포트(126)를 포함하고 있다. 이 실시예에서, 표면(122, 123)은 원통형 표면이다. 특히, 내측 표면(123)은 축(125)으로부터 반경 방향으로 측정된 반경(R123)에 배치되어 있다. 분리기(110)가 도 2에서 보여진 바와 같이 조립될 때, 축(115, 125)들은 동축적으로 정렬되며, 도관(121)의 말단(121a, 121b)들은 분리기(110)의 말단(110a, 110b)들을 각각 한정한다.
이제 도 3 내지 도 6을 참조하면, 이 실시예에서, 각 말단(121a, 121b)은 장착 플랜지(127, 128)를 각각 포함하고 있다. 하부 플랜지(127)는 유체 분리기(110)를 샘플(13)의 흐름에 대해 분리기(110)의 상류에 위치된 다른 디바이스(들) 및/또는 유체 도관(들)에 연결시키며, 그에 의하여 하부 말단(121a)에서 통로(124) 내로의 그리고 통로 밖으로의 흐름을 허용한다. 캡(147)은 상부 플랜지(128)에 고정되어 있으며, 그에 의하여 상단(121b)에서 통로(124)를 폐쇄한다.
아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 샘플링 작업 동안, 유체 샘플(13)은 도관(121)의 하부 말단(121a)에서 분리기(110)와 통로(124)로 들어가며, 샘플(13)은 통로(124) 내에서 가스(14)와 오염물(15)로 분리되고, 통로(124) 내의 가스(14)는 포트(126)를 통해 통로(124)와 분리기(110)를 나가며, 또한 통로(124) 내의 오염물(15)은 하부 말단(121a)을 통해 통로(124)와 분리기(110)를 나간다. 즉, 하부 말단(121a)은 유입구와 배출구 모두의 역할을 한다. 따라서, 도관(121)의 하부 말단(121a)은 분리기(110)의 샘플 유입구(111) 및 오염물 배출구(112)를 한정하며, 포트(126)는 분리기(110)의 조절된 가스 배출구(113)를 한정한다.
도 5 및 도 6에서 가장 잘 보여지고 있는 바와 같이, 도관(121)은 또한 복수의 센서 포트(129)를 포함하고 있으며, 각 포트(129)는 도관(121)을 통해 반경 방향으로 연장되고 통로(124)에 대한 접근을 제공한다. 각 센서 포트(129)는 통로(124) 내의 유체 (예를 들어, 샘플(13), 가스(14) 및 오염물(15))의 온도를 측정하고 전달하는 온도 센서(148)를 수용하고 있다. 이 실시예에서, 하나의 센서 포트(129)는 상부 말단(121b) 근위에 축방향으로 위치되어 있으며, 다른 센서 포트(129)는 하부 말단(121a) 근위에 축방향으로 위치되어 있다. 명확성 및 추가 설명의 목적을 위하여, 상부 말단(121b) 근위에 위치되어 있는 센서 포트(129) 및 대응하는 온도 센서(148)는 상부 센서 포트(129) 및 상부 온도 센서(148)로 각각 지칭될 수 있으며; 하부 말단(121a) 근위에 위치되어 있는 센서 포트(129) 및 대응 온도 센서(148)는 하부 센서 포트(129) 및 하부 온도 센서(148)로 지칭될 수 있다. 상부 센서 포트(129)는 플랜지(128)와 가스 배출구(113) 사이에 축방향으로 위치되어 있으며 가스 배출구(113)로부터 각도적으로 180° 이격되어 있다. 따라서, 상부 센서 포트(129) 및 상부 온도 센서(148)는 가스 배출구(113) 위에 그리고 도관(121)의 반대 측 상에 위치되어 있다. 하부 센서 포트(129)는 숄더(123a)와 플랜지(127) 사이에 축방향으로 위치되어 있으며, 가스 배출구(113)와 각도적으로 정렬되어 있다. 따라서, 하부 센서 포트(129)와 하부 온도 센서(148)는 샘플 유입구(111) 근위에 그리고 가스 배출구(113)와는 도관(121)의 동일한 측부 상에 위치되어 있다.
이제 도 5 및 도 7을 참조하면, 배플 조립체(130)는 복수의 배플(131), 최상부 플레이트(136), 배플(131)과 최상부 플레이트(136)를 통해 연장되는 복수의 가요성 케이블(140) 및 최상부 플레이트(136)와 배플(131)의 간격을 유지하기 위한 복수의 스페이서(145)를 포함하고 있다. 도 5에서 가장 잘 보여지고 있는 바와 같이, 최상부 플레이트(136)는 포트(126) 위에 위치되어 있는 반면에, 모든 배플(131)은 포트(126) 아래에 위치되어 있다. 배플 조립체(130)는 배플 조립체(130)가 도관(121)에 안착될 때 축(115, 125)들과 대체로 동축적으로 정렬되는 중심 길이 방향 축을 갖고 있다.
이 실시예에서, 2개의 균일하게 원주 방향으로 이격된 케이블(140)이 제공된다. 따라서, 케이블(140)들은 각도적으로 180° 서로 이격되어 있다. 스페이서(145)들은 인접한 배플들(131)의 각 쌍의 사이 및 최상부 플레이트(136)와 최상부 배플(131) 사이에서 케이블(140)들에 슬라이딩 가능하게 장착된 강성 관형 부재이다. 특히, 하나의 스페이서(145)는 축방향으로 인접한 배플들(131)의 각 쌍의 사이 그리고 최상부 플레이트(136)와 최상부 배플(131) 사이에서 각 케이블(140) 주위에 배치되어 있다. 임의의 주어진 쌍의 축방향으로 인접한 배플(131) 사이에 위치되어 있는 2개의 스페이서(145)는 동일한 축방향 높이를 갖고 있어 배플(131)들이 수직의 적층 배열체로 유지되는 것을 가능하게 한다. 최상부 플레이트(136)와 최상부 배플(131) 사이에 위치된 2개의 스페이서(145)는 더 큰 축방향 높이를 갖고 있으며, 따라서 최상부 플레이트(136)와 최상부 배플(131) 사이의 거리는 임의의 쌍의 축방향으로 인접한 배플(131) 사이의 거리보다 크다.
터미널 말단 캡(141)이 각 케이블(140)의 하부 말단에 고정 가능하게 고정되어 배플(131)과 스페이서(145)가 케이블(140)에서 미끄러지는 것을 방지한다. 또한, 각 케이블(140)의 상부 말단은 루프(142)로 형성되며, 이는 배플 조립체가 도관(121)에 설치되거나 도관)으로부터 제거될 때 작업자가 배플 조립체(130)를 위치시키고 조작하는 것을 가능하게 한다.
도 5를 계속해서 참조하면, 배플 조립체(130)를 도관(121)에 설치하여 분리기 조립체(120)를 형성하기 위해, 캡(147)이 도관(121)의 상부 말단(121a)으로부터 제거되어 상부 말단(121a)을 통한 통로(124)로의 접근을 제공한다. 다음으로, 배플 조립체(130)는 작업자에 의해 루프(142)를 통해 들어 올려지고 지지되며, 그 후 최하부 배플(131)이 숄더(123a)에 안착될 때까지 통로(124) 내로 내려간다. 최하부 배플(131)이 숄더(123a)에 안착된 상태에서, 배플 조립체(130)의 무게는 케이블(140)에서 도관(121)으로 옮겨지며, 이에 의하여 작업자가 루프(142)를 해제하고 캡(147)을 상부 말단(121a)에 재부착하여 분리기 조립체(120)를 형성하는 것을 허용한다. 특히, 배플 조립체(130)의 무게는 배플(131)과 스페이서(145)를 통해 최하부 플레이트(131')로 전달되며, 이는 숄더(123a)에 의해 직접적으로 지지된다. 도 5에서 가장 잘 보여지는 바와 같이, 배플 조립체(130)가 도관(121)에 배치되면, 배플(131)들은 축방향으로 이격되고 하나가 다른 하나 위에 적층되며, 케이블(140)은 축(115, 125)에 평행하게 배향되지만 반경 방향으로 오프셋되고 축(115, 125)으로부터 이격된다. 또한, 앞서 설명된 바와 같이, 배플(131)이 포트(126) 아래에 위치되어 있는 반면에 최상부 플레이트(136)는 포트(126) 위에 위치되어 있다. 도관(121)으로부터의 배플 조립체(130)의 제거는 설치 공정을 역순으로 수행함으로써 달성된다.
가요성 케이블(140)은 배플 조립체가 도관(121) 내로 삽입되고 도관으로부터 빼내질 때 배플 조립체(130)의 일부 굽힘을 허용한다는 점이 인식되어야 한다. 특히, 하부 말단에서 배플 조립체(130)의 중심 길이 방향 축이 수직적으로 배향되는 반면에 상부 말단에서 배플 조립체(130)의 중심 길이 방향 축이 수평적으로 배향되도록 배플 조립체(130)는 그의 길이 방향 축을 따라 적어도 90°로 굽혀질 수 있다. 이러한 굽힘은 다른 설비의 존재로 인하여 오버헤드(overhead) 공간 (즉, 유체 컨디셔너(100) 위의 공간)이 제한되는 적용에서 이점을 제공한다. 즉, 배플 조립체(130)의 휨 및 굽힘 능력은 배플 조립체(130)를 도관(121)에 설치하고 이로부터 제거하는데 필요한 도관(121) 위의 수직 간극을 실질적으로 감소시킨다. 또한, 배플 조립체(130)의 가요성은 개별 배플(131)들이 서로에 대해 제한된 정도로 측방향으로 이동하는 것을 허용하며, 이는 개별 배플(131)과 도관(121) 사이의 접촉을 향상시킬 수 있고, 이에 의하여 배플 조립체(130)와 도관(121) 사이의 증가된 열전달의 가능성을 제공한다. 배플(131)을 통과하는 복수의 평행한 케이블(140)이 또한 도관(121) 내에서의 배플 조립체(130)의 설치 동안 및 후에 배플 조립체(130)의 중심 길이 방향 축 주위에서 개별 배플(131)들이 서로에 대해 회전하는 것을 제한 및/또는 방지한다는 점이 인식되어야 한다.
일반적으로, 분리기 조립체(120)의 구성 요소 (예를 들어, 도관(121), 배플(131), 케이블(140) 및 스페이서(145))는 금속(들) 및 금속 합금 (예를 들어, 알루미늄, 강 등), 비금속 (예, 세라믹, 중합체 등), 복합재 또는 이들의 조합과 같은 임의의 적합한 물질을 포함할 수 있다. 그러나, 분리기 조립체(110)의 구성 요소는 바람직하게는 조절되지 않은 샘플(13)에 의해 부과되는 비교적 가혹한 조건 (예를 들어, 온도, 부식 효과 등)에의 장기간 노출을 견딜 수 있는 강하고 내구성이 있는 물질을 포함하고 있다. 분리기 조립체(110)의 구성 요소를 위한 적합한 물질의 예는 스테인리스 스틸 (예를 들어, 316 스테인리스 스틸), 니켈 합금과 초합금 (예를 들어, Monel, Monel 400, Inconel, Inconel 625, Haynes international, Inc.의 Hastelloy® 등), 탄탈륨과 탄탈륨 합금, 티타늄과 티타늄 합금, 또는 이들의 조합을 포함한다. 이 실시예에서, 분리기 조립체(120)의 구성 요소는 316 스테인리스 스틸로 만들어진다.
이제 도 8 내지 도 11을 참조하면, 배플 조립체(130)의 3개의 예시적인 배플(131)이 보여지고 있다. 각 배플(131)은 평면 하부 표면(132a), 표면(132a)에 평행하게 배향된 평면 상부 표면(132b), 표면(132a, 132b)들 사이에서 연장되는 반경방향 외측 원통형 표면(133), 표면(132a, 132b)들 사이에서 축방향으로 연장되는 제1 복수의 케이블 구멍(134) 및 표면(132a, 132b)들 사이에서 축방향으로 연장되는 제2 복수의 유체 오리피스(135)를 갖는 둥근 편평한 디스크 또는 플레이트이다. 또한, 각 배플(131)은 외부 반경(R131) 및 두께(T131)를 갖고 있다. 이 실시예에서, 각 배플(131)은 동일한 외부 반경(R131)과 두께(T131)를 갖고 있다. 특히, 각 배플(131)의 반경(R131)은 도관(121)의 내부 반경(R123)과 동일하거나 이보다 약간 작다 (예를 들어, <5% 미만). 따라서, 도 5에서 가장 잘 보여지고 있는 바와 같이, 배플 조립체(130)가 도관(121) 내에 배치될 때 배플(131)의 원통형 외측 표면(133)은 도관(121)의 원통형 내측 표면(123)과 슬라이딩식으로 맞물린다. 각 배플(131)의 두께(T131)는 바람직하게는 약 1/16 인치 내지 약 1/4 인치이다. 이 실시예에서, 외부 반경(R131)은 1.14 인치이고 두께(T131)는 1/8 인치이다.
이제 도 8 내지 도 11을 참조하면, 각 배플(131)은 2개의 케이블 구멍(134) 및 적어도 2개의 유체 오리피스(135)를 포함하고 있다. 각 배플(131)의 케이블 구멍(134)들은 원주 방향으로 균일하게 이격되어 있다. 각 배플(131)에는 2개의 구멍(134)이 제공되기 때문에, 구멍(134)들은 각도적으로 180° 이격되어 있다. 또한, 각 구멍(134)은 배플(134)의 중심으로부터 측정된 동일한 반경(R134)에 위치되며, 이 배플의 중심은 배플 조립체(130)가 도관(121) 내에 배치될 때 축(125)과 일치한다. 이 실시예에서, 각 배플(131)의 케이블 구멍(134)은 배플(131)의 외부 주변부 근위에 위치되어 있다. 특히, 각 구멍(134)의 반경(R134)은 바람직하게는 반경(R131)의 적어도 70%, 더욱 바람직하게는 반경(R131)의 적어도 80%이다.
배플(131)과 유사하게, 최상부 플레이트(136)는 평면 하부 표면, 평면 상부 표면 및 배플 조립체(130)가 도관(121) 내에 배치될 때 도관(121)의 원통형 내측 표면(123)과 슬라이딩식으로 맞물리는 반경방향 외측 원통형 표면을 갖는 둥근 편평한 디스크 또는 플레이트이다. 또한, 최상부 플레이트(136)는 2개의 케이블 구멍(134)을 포함하고 있어 케이블(140)이 이를 통과하는 것을 허용한다. 그러나, 배플(131)과 달리, 최상부 플레이트(136)는 임의의 유체 오리피스 또는 다른 구멍을 포함하지 않는다.
이제 도 5 내지 도 7을 참고하면, 이전에 설명된 바와 같이, 케이블(140)은 배플(131)과 최상부 플레이트(136)를 통해 연장된다. 특히, 각 케이블(140)은 각 배플(131)과 최상부 플레이트(136)의 내의 하나의 케이블 구멍(134)을 통하여 연장된다. 배플(131)과 최상부 플레이트(136)는 케이블 구멍(134)들이 동축적으로 정렬되도록 배플 조립체(130) 내에 배치되어 있다. 배플(131)과 최상부 플레이트(136) 내의 구멍(134)들의 위치 결정 및 간격은 배플(131)의 외부 주변부에 근위인, 최상부 플레이트(136)의 외부 주변부에 근위인 그리고, 도관(121)의 내측 표면(123)의 근위인, 케이블(140)의 180°각도 간격 및 케이블(40)의 위치 결정을 (즉, 앞서 설명된 바와 같이 축(125)에서 반경 방향으로 오프셋)을 가능하게 한다. 각 케이블 구멍(134)은 케이블(140)의 외부 직경과 실질적으로 동일하거나 이보다 약간 큰 직경을 갖고 있다. 따라서, 케이블(140)은 구멍(134) 내에 배치될 때 배플(131) 및 최상부 플레이트(136)와 슬라이딩식으로 맞물리고, 또한 구멍(134)을 통한 유체 흐름을 제한 및/또는 방지한다. 결과적으로, 도관(121)을 통해 흐르는 유체는 케이블 구멍(134)이 아니라 주로 오리피스(135)를 통해 흐른다. 최상부 플레이트(136)는 유체 오리피스(135)가 없기 때문에, 최상부 플레이트(136)는 대체로 이를 통한 유체의 흐름을 차단 또한 제한하며, 이에 의하여 도관(121) 내에서 위로 흐르는 유체를 포트(126)를 향하게 한다. 전술한 바와 같이 배플 조립체(130)의 충분한 굴곡을 가능하게 하기 위해, 각 케이블(140)은 바람직하게는 약 1/16 인치 내지 1/4 인치의 직경을 가지며, 각 케이블 구멍(134)은 케이블(140)을 슬라이딩식으로 수용하기 위해 대응 직경을 갖고 있다. 이 실시예에서, 각 케이블(140)은 1/8 인치의 직경을 갖고 있다.
도 8 내지 도 11을 다시 참조하면, 복수의 유체 오리피스(135)가 각 배플(130)에 제공되어 있다. 각 유체 오리피스(135)는 케이블 구멍(134)과 케이블(140)의 직경보다 큰 직경(D135)을 갖고 있다. 각 유체 오리피스(135)의 직경(D135)은 바람직하게는 1/8 인치 내지 1/2 인치이다. 이 실시예에서, 각 유체 오리피스의 직경(D135)은 1/4 인치이다. 이 실시예에서 각 오리피스(135)는 동일한 직경(D135)을 갖지만, 상이한 배플(131) 내의 유체 오리피스(135)의 수는 변할 수 있다. 일반적으로, 배플 조립체(130)를 따라 위로 이동하면서 배플(131) 내의 오리피스(135)의 수는 줄어든다. 보다 구체적으로, 이 실시예에서, 배플 조립체(130)는 83개의 배플(131)을 포함하고 있다. 배플 조립체(130)를 따라 위로 이동하면서, 배플(131)들은 다음과 같이 배치된다: 각각 22개의 유체 오리피스(135)를 포함하는 제1 쌍의 배플(131)(최하부의 2개의 배플(131); 각각 10개의 유체 오리피스(135)를 포함하는 다음의 10개의 배플(131); 각각 8개의 유체 오리피스(135)를 포함하는 다음의 10개의 배플(131); 각각 6개의 유체 오리피스(135)를 포함하는 다음의 10개의 배플(131); 각각 4개의 유체 오리피스(135)를 포함하는 다음의 10개의 배플(131); 및 각각 2개의 유체 오리피스(135)를 포함하는 다음의 40개의 배플(131)(최상부 40개의 배플(131)). 앞서 설명된 바와 같이, 최상부 플레이트(136)는 유체 오리피스(135)를 포함하지 않고 있다. 계속해서 도 5 및 도 7을 참조하면, 축방향으로 인접한 배플들(131)의 각 쌍에서 유체 오리피스(135)는 축방향으로 인접한 배플(131)들의 오리피스(135)가 동 축적으로 정렬되지 않도록 반경 방향 및/또는 원주 방향으로 오프셋된다. 배플(131) 및 유체 오리피스(135)의 이러한 배치는 도관(121)의 통로(124)를 통해 흐르는 유체에 대해 더 구불구불한 경로를 생성한다.
아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 유체 오리피스(135)는 도관(121)의 통로(124) 내의 유체가 각 배플(131)을 통해 축방향으로 흐르게 한다. 특히, 오리피스(135)는, 전형적으로 일부 부유 입자상 물질을 갖는 기상(gaseous phase) 상태인 조절되지 않은 샘플(13)이 유입구(121a)를 통해 분리기 조립체(120) 내로 흐르게 하며, 또한 전형적으로 액상 상태인 오염물(15)이 배출구(121a)를 통해 축방향으로 아래로 그리고 분리기 조립체(120) 밖으로 흐르게 한다. 또한, 오리피스(135)는 조절된 가스(14)가 통로(124)를 통해 포트(126)로 그리고 배출구(113)를 거쳐 통하여 분리기 조립체(121) 밖으로 흐르게 한다.
이제 도 3 및 도 4를 참조하면, 이 실시예에서, 냉각 도관(150)은 도관(121) 주위에서 나선형으로 연장되어 있다. 결과적으로, 냉각 도관(150)은 나선형 형상을 가지며 본 명세서에서는 나선형 냉각 코일로 지칭될 수 있다. 특히, 나선형 냉각 코일(150)은 코일(150)이 도관(121)의 외측 표면(122)과 직접 접촉하고 맞물리도록 도관(121) 주위에 단단히 감겨 있다. 일부 실시예에서, 열 전도성 물질 (예를 들어, 층(160)을 형성하기 위해 사용되는 열 전도성 에폭시)의 얇은 코팅막은 코일(150)로 감싸여 있는 표면 도관(121)의 일부분을 따라 도관(121)의 외측 표면(122)에 도포될 수 있다. 또한, 코일(150)은 코일(150)의 축방향으로 인접한 턴(turn)들이 서로 직접 접촉하도록 축방향으로 압축되어 있다. 　이 실시예에서, 2개의 나선형 냉각 코일(150)이 제공되고, 또한 코일(150)들은 서로 맞물려 있다. 즉, 주어진 코일(150)의 인접한 턴들은 축방향으로 이격되어 있으면서, 다른 코일(150)의 한 턴은 그들 사이에 배치되어 있다. 도 3에서 가장 잘 보여지고 있는 바와 같이, 제조 동안 코일(150)을 원하는 위치에 유지하기 위해, 코일(150)은 복수의 부착점(152)에서 도관(121)의 외측 표면(122)에 가용접(tack welded)되어 있다.
도 3에서 가장 잘 보여지는 바와 같이, 이 실시예에서, 코일(150)은 실질적으로 도관(121)의 전체 길이를 따라서 축방향으로 연장되어 있다. 특히, 코일(150)은 포트(126) 바로 위의 도관(121)을 따른 상부 위치로부터 하부 플랜지(127)에 근위인 도관(121)을 따른 하부 위치로 축방향으로 연장되어 있다.
도 3 및 도 4를 다시 참조하면, 각 코일(150)은 제1 또는 상부 말단(150a), 제2 또는 하부 말단(150b) 및 말단(150a, 150b)들 사이에서 연장되는 내부 관통 보어 또는 흐름 통로(151)를 갖는 세장형 관형 부재이다. 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 코일(150)은 도관(121) 및 그 내부의 유체 (예를 들어, 샘플(13))를 냉각시키기 위해 사용된다. 특히, 냉각 유체 또는 매체(153)는 코일의 상부 말단(150a)에서 각 코일(150)의 통로(151) 내로 그리고 코일의 하부 말단(150b)에서 각 코일(150)의 통로(151) 밖으로 흐른다. 도 2에서 가장 잘 보여지는 바와 같이, 냉각 디바이스(155)는 각 코일(150)의 말단(150a)에 제공되어 냉각 유체가 코일(150)로 들어갈 때 냉각 유체(153)를 냉각시킨다. 도관(121) 내의 비교적 뜨거운 샘플(13)과 비교적 차가운 냉각 유체(153) 사이의 온도 차이로 인하여, 열 에너지는 도관(121)과 코일(150)을 통하여 샘플(13)로부터 냉각 유체(153)로 전달되며, 그에 의하여 도관(121) 내의 샘플(13)의 온도를 감소시킨다. 도관(121)과 코일(150) 간의 열 에너지의 전달을 향상시키기 위해, 코일(150)과 도관(121)의 외측 표면(122) 사이의 접촉 표면적은 위에서 설명된 바와 같이 최대화되며, 또한 코일(150)은 구리 또는 알루미늄과 같은, 비교적 높은 열 전도성을 갖는 물질로 만들어진다. 이 실시예에서, 코일(150)은 구리로 만들어진다. 말단(150b)에서 코일(150)이 나가면, 냉각 유체(153)는 외부 환경으로 배출될 수 있거나 냉각 디바이스(155)로 복귀되고 재냉각되며, 그후 코일(150)을 통해 다시 재순환될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 냉각 유체(153)는 말단(150a)에서 통로(151)로 들어가며 말단(150b)에서 통로(151)를 나간다. 따라서, 각 말단(150a)은 각 코일(150)에 대한 유입구(156)를 한정하며, 각 말단(150b)은 각 코일(150)의 배출구(157)를 한정한다. 　일반적으로, 각 냉각 디바이스(155)는 열전 냉각 디바이스를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 냉각 유체(153)의 온도를 감소시킬 수 있는 임의의 적합한 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 냉각 유체(153)는 공기, 물, 프로판 또는 프레온ⓡ을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 유형의 냉각 매체 (액체 및/또는 가스)일 수 있다. 이 실시예에서, 각 냉각 디바이스(155)는 오하이오주 신시내티의 ITW Air Management Co.에서 구입 가능한 1,000 BTU(공기의 15 SCFM(분당 표준 입방 피트)) Vortex CoolerTM 및 오하이오주 어바나의 Rittal Corporation에서 구입 가능한 Vortex Koolers이다. 냉각 유체(153) 및 관련 냉각의 충분한 체적 흐름을 가능하게 하기 위해, 각 코일(150)은 바람직하게는 0.32 인치 내지 0.625 인치의 내부 직경 및 3/8 인치와 1/2 인치의 외부 직경을 갖고 있다.
이제 도 4를 참조하면, 열 전도층(160)은 코일(150)을 둘러싸고 또한 캡슐화하며, 도관(121)과 보호 커버(170) 사이에서 반경 방향으로 연장되어 있다. 층(160)은 열 전도적으로 설계되어 관형 도관(121)과 코일(150) 간의 열 에너지의 전달을 용이하게 한다. 이 실시예에서, 층(160)은 액체 상태에서 도포되고 (예를 들어, 칠해지고) 그 후 냉각 코일과 관형 도관(121) 주위에서 건조 및 경화되는 열 전도성 에폭시이다. 따라서, 이 실시예에서, 층(160)은 "인-시튜(in-situ)" 형성되는 것으로 설명될 수 있다. 이 실시예에서, 층(160)은 미네소타주 메이플우드의 3MTM으로부터 구입 가능한 열 전도성 에폭시 접착제 TC-2810으로 제조된다. 열 전도성 에폭시 접착제 TC-2810은 23℃에서 62×10-6/℃ 및 120℃에서 205×10-6/℃의 열 팽창 계수; 0.80 내지 1.4 w/m-°K의 열 전도성; 0.05℃ 인치2/W(2 mil)의 열 임피던스; 750 볼트/밀(mil)의 유전 강도; 4.6의 유전 상수; 및 25㎍/g 미만의 탄화수소 아웃가싱(outgassing)을 갖고 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 열 전도성 에폭시의 얇은 층이 코일(150)과 도관(121) 사이에서 반경 방향으로 위치되도록, 층(160)을 형성하기 위해 사용된 열 전도성 에폭시의 얇은 코팅부는 코일(150)을 장착하기 전에 도관(121)의 외측 표면(122)에 도포될 수 있다. 도관(121) 주위에 코일(150)을 둘러싼 후, 열 전도성 에폭시가 코일(150)에 도포되어 코일(150) 사이의 임의의 공기 갭을 채우며, 그 후 도포되어 코일(150)을 완전히 코팅하고 감싼다. 본 명세서에 설명된 실시예에서, 코일(150)로부터 반경 방향으로 연장되는 열 전도층(160) 일부분의 반경 방향 두께 (즉, 코일(150)의 최상부에 배치된 층(160)의 반경 방향 두께)는 바람직하게는 적어도 1/8 인치이다.
이제 도 2, 도 4, 도 12 및 도 13을 참조하면, 보호 커버(170)는 층(160) 주위에 배치되며, 코일(150)은 층(160) 내에 내장되어 있다. 커버(170)는 중심 또는 길이 방향 축(175), 제1 또는 상부 말단(170a), 제2 또는 하부 말단(170b), 말단(170a, 170b)들 사이에서 축방향으로 연장되는 원통형 반경방향 내측 표면(171), 및 말단(170a, 170b)들 사이에서 축방향으로 연장되는 원통형 반경방향 외측 표면(172)을 갖고 있는 세장형 관형 부재이다. 도 12 및 도 13에서 가장 잘 보여지는 바와 같이, 이 실시예에서, 커버(170)는 180° 간격으로 이격된 시임(seam; 173, 174)을 따라 함께 용접되는 2개의 반원통형 반분(170', 170")으로 제조된다.
커버(170)는 그 내부에 배치된 구성 요소 (예를 들어, 코일(150))가 의도하지 않게 손상되는 것을 방지한다 (예를 들어, 이 구성 요소를 충격 부하로부터 보호한다). 따라서, 커버(170)는 바람직하게, 강, 스테인리스 스틸, 구리 또는 알루미늄과 같은 내구성이 강한 강성 물질로 만들어진다. 커버(170)는 또한 샘플 모니터링 및 제어 시스템(190)이 안전하게 연결될 수 있는 베이스를 제공한다. 이 실시예에서, 한 쌍의 축방향으로 이격된 마운트 또는 커넥터(176)는 커버(170)의 반분(170")으로부터 반경 방향으로 연장되어 있다. 커넥터(176)는 샘플 모니터링 및 제어 시스템(190)을 분리기(110)에 고정하기 위한 수단을 제공한다.
단열재(180)는 커버(170)를 둘러싸고 있으며 그 안에 배치된 구성 요소를 단열시킨다. 일반적으로, 단열재(180)는 코일과 주변 환경 사이의 열 에너지의 전달을 제한하는 기능을 하여 도관(121) 내의 샘플(13)과 코일(150) 내의 냉각 유체(153) 간의 열 에너지의 전달을 용이하게 한다. 일반적으로, 단열재(180)는 커버(170)를 감겨져 있는, 당 업계에 알려진 임의의 적합한 단열재일 수 있다. 이 실시예에서, 단열재(180)는 아이오와주 어바나의 EcoFoil®로부터 구입 가능한 Ecofoil 단열 블랭킷이다.
다시 도 1을 참조하면, 샘플 모니터링 및 제어 시스템(190)은 분리기(110) 내에서 유체 샘플(13)의 조절을 모니터링 및 제어하기 위해 함께 작동하는 복수의 온도 센서, 복수의 흐름 제어 밸브, 및 대응하는 액추에이터들을 포함하고 있다. 샘플링 작업 동안 시스템(190)에 의해 획득된 정보는 하드와이어 또는 무선으로 컴퓨터 시스템에 전달되며, 여기서 정보는 플랜트 운영자에 의해 모니터링될 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터 시스템은 현장에 있을 수 있거나 처리 작업으로부터 떨어져 있을 수 있다. 획득된 정보에 응답하여, 컴퓨터 시스템 및/또는 플랜트 운영자는 제어 밸브 및 밸브 액추에이터를 통해 분리 공정에 대한 다양한 조정을 이룰 수 있다.
이 실시예에서, 시스템(190)은 상부 온도 센서(148), 하부 온도 센서(148), 각 냉각 디바이스(155)와 대응 유입구(156)를 위한 온도 센서(149) 및 각 배출구(157)를 위한 온도 센서(149)를 포함하고 있다. 상부 온도 센서(148)는 상부 말단(121b)에 근위인 조절된 가스(13)의 온도를 측정하고 전달한다. 하부 센서(148)는 샘플 유체(13)의 온도를 측정하고 전달한다. 온도 센서(149)는 냉각 유체(153)의 온도를 측정한다-유입구(156)에서의 2개의 센서(149)는 유입구(156)에서의 냉각 유체(153)의 온도를 측정하며, 배출구(157)에서의 2개의 센서(149)는 배출구에서의 냉각 유체(153)의 온도를 측정한다.
시스템(190)은 또한 각 냉각 디바이스(155)를 위한 제어 밸브(191) 그리고 관련 밸브 제어 액추에이터(192), 및 가스 배출구(113)를 위한 제어 밸브(193) 그리고 관련 밸브 제어 액추에이터(194)를 포함하고 있다. 밸브 제어 액추에이터(192)는 밸브(191)를 통해 냉각 디바이스(155) 및 분리기(110)의 코일(150)의 유입구(156) 내로의 냉각 유체(153)의 흐름을 제어한다. 특히, 밸브(191)는 개방 위치에 있으며, 냉각 유체(153)는 냉각 디바이스(155) 및 유입구(156)로 흐르지만, 밸브(191)가 폐쇄 위치에 있을 때, 냉각 유체(153)는 냉각 디바이스(155)와 유입구(156)로 흐르는 것이 제한 및/또는 방지된다. 밸브 제어 액추에이터(192)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 밸브(191)를 작동시킨다. 또한, 각 밸브(191)가 자신의 액추에이터(192)를 포함하고 있음에 따라, 각 밸브(191)는 독립적으로 제어될 수 있다. 각 냉각 디바이스(155)는 또한 각 냉각 디바이스(155)에 의해 출력되는 냉각력의 정도뿐만 아니라 특정 냉각 디바이스(155)가 온 또는 오프인지를 독립적으로 제어하는 냉각 디바이스 액추에이터(158)를 포함하고 있다.
액추에이터(194)는 분리기(110)의 배출구(113)를 통한 조절된 가스(14)의 흐름을 밸브(193)를 통해 제어한다. 특히, 밸브(193)는 개방 위치에 있으며, 조절된 가스(14)는 분리기(110)로부터 분석 기기(30)로 흐르지만, 밸브(193)가 폐쇄 위치에 있을 때, 조절된 가스(14)는 배출구(113)를 통해 분리기(110)로부터 분석 기기(30)로 흐르는 것이 제한 및/또는 방지된다. 밸브 제어 액추에이터(194)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 밸브(193)를 작동시킨다. 일반적으로, 각 제어 액추에이터 (예를 들어, 액추에이터(192, 194, 158))는 전자식, 유압식 또는 공압식 액추에이터를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 유형의 액추에이터일 수 있다.
앞서 설명된 온도 센서 (예를 들어, 온도 센서(148, 149)), 밸브 (예를 들어, 밸브(191, 193)) 및 액추에이터 (예를 들어, 액추에이터(192, 194, 158))을 사용함으로써, 시스템(190)은 (a) 각 유입구(156)에서의 그리고 각 배출구(157)에서의 냉각 유체(153)의 온도; (b) 배출구(113)에서의 조절된 가스(14)의 온도; (c) 각 밸브(191, 193)의 상태 및 위치 (예를 들어, 개방된, 폐쇄된 등); 그리고 (d) 각 냉각 디바이스(155)의 상태 (예를 들어, 온, 오프 등)를 실시간으로 획득할 수 있다. 또한, 액추에이터(192, 158)로 밸브(191)와 냉각 디바이스(155)를 각각 제어함으로써, 시스템(190)은 유입구(156)에서의 냉각 유체(153)의 온도를 제어할 수 있으며, 이는 결과적으로 시스템(190)이 유체(13, 14)의 온도를 제어하는 것은 물론 코일(150)과 배출구(157) 내의 냉각 유체(153)의 온도를 제어하게 한다. 또한, 액추에이터(194)로 밸브(193)를 제어함으로써, 시스템(190)은 분리기(110)로부터 분석 기기(30)로 흐르는 조절된 가스(14)의 흐름을 제어할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 이 실시예에서, 시스템(190)의 구성 요소 (예를 들어, 밸브(191, 193), 관련 액추에이터(192, 194) 및 온도 센서(148, 149 등))는 분리기(110)에 연결된 하우징(195) 내에 배치되어 있다. 또한, 온도 센서(148, 149)와 액추에이터(158, 192, 193)를 위한 케이블류(cabling)는 하우징(195)으로 보내진다(routed). 시스템(1290)으로 획득된 정보 (즉, 코일(150)의 유입구(156) 및 배출구(157)에서의 냉각 유체(153)의 온도; 밸브(191, 193)의 상태 및 위치; 냉각 디바이스(155)의 상태 및 냉각력; 및 조절된 가스(14)의 온도)는 하우징(195)에서 제어실로 전달되며, 조절된 가스(14)는 분석 기기(30)로 전달된다.
다시 도 1을 참조하면, 샘플링 작업 동안, 냉각 디바이스(155)는 액추에이터(158)로 켜지고, 각 냉각 디바이스(155)에 대한 밸브(191)는 대응하는 액추에이터(192)로 열린 위치에서 유지된다. 결과적으로, 냉각 유체(153)는 밸브(191)를 통해 냉각 디바이스(155)로 흐르며, 냉각 디바이스는 냉각 유체(153)의 온도를 감소시킨다. 각 코일(150)의 유입구(156)에서의 냉각 유체(153)의 온도는 바람직하게는 -30℉ 내지 110℉, 더욱 바람직하게는 38℉ 내지 42℉이다. 유입구 온도 센서(149)는 유입구(156)에서의 냉각 유체(153)의 온도를 측정하며, 또한 유입구(156)에서의 냉각 유체(153)의 온도에 기초하여 냉각 디바이스(155)는 액추에이터(158)를 통해 제어되어 냉각 유체가 통과함에 따라 냉각 유체(153)의 온도를 유지, 증가 또는 감소시켜 유입구(156)에서의 냉각 유체(153)에 대한 원하는 온도를 달성한다. 냉각 유체(153)는 냉각 디바이스(155)에 의해 냉각되며 유입구(156)를 통해 코일(150) 내로 흐르고, 그후 도관(121) 주위의 나선형 코일(150)을 통해 배출구(157)로 흐른다. 냉각 유체(153)가 코일(150)을 통해 흐름에 따라, 냉각 유체는 코일(150) 및 열 전도층(160)을 냉각시키며, 코일과 열 전도층 모두는 도관(121)과 직접 접촉한다. 동시에, 조절되지 않은 유체 샘플(13)은 벌크 유체 스트림(12)으로부터 뽑아 내어진다. 유체 스트림(12) 및 따라서 조절되지 않은 유체 샘플(13)은 700℉의 높은 온도를 가질 수 있으며 (예를 들어, 벌크 디코크 유체 스트림은 전형적으로 350 내지 700℉의 온도를 갖는다), 일부 부유 입자상 물질을 갖는 가스 상태일 수 있다. 조절된 유체 샘플(13)은 도관(121)의 하부 말단(121a)에서 유입구(111)로 들어가며 이를 통해 흐른다. 따라서, 도관(121)은 비교적 차가운 코일(150) 및 층(160)과 직접 접촉하며, 비교적 뜨거운 유체 샘플(13)과 직접 접촉한다. 그 결과, 도관(121), 코일(150) 및 층(160) 사이에서 전도성 열전달이 발생한다. 특히, 유체 샘플(13) 내의 열 에너지는 도관(121), 층(160) 및 코일(150)을 가로 질러 냉각 유체(153)로 전달되며, 그에 의하여 코일(150)을 통해 이동함에 따라 냉각 유체(153)의 온도를 증가시키고 도관(121)을 통해 위로 이동함에 따라 유체 샘플(13)의 온도를 감소시킨다. 다시 말하면, 냉각 유체(153)의 온도는 유입구(156)에서 가장 차갑고, 도관(121)을 주위를 나선형으로 그리고 코일(150)을 통해 배출구(157)를 향하여 축방향으로 하향 이동함에 따라 함에 따라 꾸준하게 증가하며, 배출구(157)에서 가장 따뜻하다; 또한 유체 샘플(13)의 온도는 유입구(111)에서 가장 크고, 도관(121)을 통해 축방향으로 위로 이동함에 따라 꾸준하게 감소하며, 조절된 가스 배출구(113)에서 가장 차갑다. 따라서, 분리기(110)는 유체 샘플(13)로부터 냉각 유체(153)로 열 에너지를 전달한다.
이제 도 1 및 도 5를 참조하면, 조절되지 않은 유체 샘플(13)은 하부 말단(110a, 121a)에서 유입구(111)로 들어가며 도관(121)을 통해 위로 이동한다. 도관(121) 내로 유입되면, 조절되지 않은 유체 샘플(13)은 도관(121) 및 배플(131)과 접촉한다. 분리기(110) 내에서, 조절되지 않은 유체 샘플(13)은 유입구(111)에서 그의 최대 온도를 갖는다. 앞서 설명된 바와 같이, 도관(121)은 코일(150) 및 층(160)과의 직접 접촉을 통해 냉각된다. 또한, 도관(121)과 직접 접촉하는 배플(131)은 도관(121)과의 직접 접촉을 통해 냉각된다. 결과적으로, 도관(121)과 배플(131)은 유입구(111)에서 조절되지 않은 유체 샘플(13)보다 낮은 온도를 갖는다. 조절되지 않은 유체 샘플(13)이 도관(121) 및 배플(131)과 접촉함에 따라, 이 유체 샘플은 냉각되며 배플(131)의 유체 오리피스(135)를 통해 흐른다. 전반적으로, 조절되지 않은 유체 샘플(13)은 배플(131)의 유체 오리피스(135)를 통해 자유롭게 흐른다. 그러나, 축방향으로 인접한 배플(131)들의 오리피스(135)들이 정렬 상태에서 벗어나기 때문에 조절되지 않은 유체 샘플(13)은 각 배플(131)의 하부 표면(132a)과 마주칠 때 반경 방향으로 바깥쪽 또는 안쪽으로 이동하도록 압박(urged)된다. 결과적으로, 비교적 뜨거운 조절되지 않은 유체 샘플(13)이 본질적으로 통로(124) 내에서 축방향으로 위로 상승하고 싶어함에 따라 조절되지 않은 유체 샘플(13)의 대부분은 대체로 유체 오리피스(135)를 향하여 안내되거나 좁은 공간을 이동(funneled)하게 된다.
도관(121)과 유사하게, 배플(131)의 온도는 조절되지 않은 유체 샘플(13)의 온도보다 낮다. 유체 샘플(13)이 도관(121)을 따라서 그리고 배플(131)을 가로 질러 흐름에 따라, 열 에너지는 상대적으로 따뜻한 샘플 유체(13)로부터 상대적으로 차가운 도관(121) 및 배플(131)로 전달되며, 유체 샘플(13)의 온도는 감소한다. 또한, 축방향으로 인접한 배플(131)들의 유체 오리피스(135)들이 축(115, 125)을 중심으로 상이한 각도 위치에 배치되기 때문에, 조절되지 않은 유체 샘플(13)이 분리기 조립체(120)를 통해 위로 이동함에 따라 구불구불한 경로를 따라 방향을 변경하도록 강제된다. 결과적으로, 조절되지 않은 유체 샘플이 분리기 조립체(120)를 통해 유입구(111)로부터 배출구(113)를 향하여 이동함에 따라, 조절되지 않은 유체 샘플(13)의 속도는 점차적으로 감소하고 조절되지 않은 유체 샘플(13)의 압력은 점차적으로 증가한다. 따라서, 조절되지 않은 유체 샘플(13)의 압력은 배출구(113) 및 상부 말단(121b) 근위에서 가장 크며, 이는 또한 조절되지 않은 유체 샘플(13), 도관(121) 및 배플(131)의 온도가 가장 낮은 영역이기도 하다. 이러한 조건 (유체 샘플(13)의 온도 감소 및 압력 증가)은 조절되지 않은 유체 샘플(13) 내의 분자들을 서로 더 가깝게 하고 오염물(15) (즉, 물 및 중질 탄화수소)의 합체를 용이하게 하며, 이는 중력 하에서 배플(131)의 표면(132a, 132a, 132b)을 따라서 그리고 오리피스(135)를 통하여 아래로 빠져나가고 흐르는 비교적 무거운 액적을 형성한다. 소량의 합쳐진 액체 오염물(15)은 또한 케이블(140)과 배플(131) 사이의 구멍(134) 내의 임의의 작은 통로를 통해 떨어질(drip) 수 있다. 유체 샘플(13) 내의 입자상 물질은 이러한 방울에 포획될 수 있으며, 방울과 함께 표면(132a, 132a, 132b)을 따라 그리고 오리피스(135)를 통해 축방향으로 아래로 흐를 수 있다. 오염물(15)은 표면(132a, 132a, 132b)을 따라 그리고 오리피스(135)를 통해 하부 말단(121a)으로 흐르며, 그후 오염물 배출구(112)를 통해 벌크 유체 스트림(12)으로 다시 도관(121)을 나간다. 그러나, 오염물(15)들이 합체되고 빠져나감에 따라, 일부 오염물(15)의 제거에 의해 적어도 부분적으로 조절된 나머지 조절되지 않은 유체 샘플(13)은 유체 오리피스(135)를 통해 배출구(113)로 계속 위로 이동한다.
앞서 설명된 방식으로, 조절되지 않은 유체 샘플(13)은 오염물(15)의 점진적인 분리 및 제거에 의하여 조절된 가스(14)로 점차 변환된다. 오염물(15)은 분리기 조립체(120)를 통해 이동함에 따라 조절되지 않은 유체 샘플(13)로부터 연속적으로 분리되고 제거된다. 유체 샘플(13)은 분리기 조립체(120)를 통해 이동함에 따라 "조절되지 않은" 것으로서 설명되고, 가스(14)는 분리기 조립체(120)를 나갈 때 "조절된" 것으로서 설명되지만, 유체 샘플(13)은 분리기 조립체(120)를 통한 그의 전체 이동을 따라 점차적으로 조절되며 배출구(113)를 통해 분리기 조립체(120)를 나갈 때 가장 잘 "조절된" 상태에 있다는 점이 인식되어야 한다.
앞서 설명된 바와 같이, 시스템(190)은 (a) 각 유입구(156) 및 각 배출구(157)에서의 냉각 유체(153)의 온도; (b) 상부 말단(121b)에서의 조절된 가스(14)의 온도; (c) 각 밸브(191, 193)의 상태 및 위치 (예를 들어, 개방, 폐쇄 등); 및 (d) 각 냉각 디바이스(155)의 상태 (예를 들어, 온, 오프 등)와 관련된 실시간 정보를 획득한다. 또한, 액추에이터(192, 158)로 밸브(191)와 냉각 디바이스(155)를 각각 제어함으로써, 시스템(190)은 유입구(156)에서의 냉각 유체(153)의 온도를 제어할 수 있으며, 이는 결과적으로 시스템(190)이 냉각 유체(13)의 온도를 제어하는 것뿐만 아니라 코일(150) 및 배출구(157) 내의 냉각 유체(153)의 온도를 제어하는 것을 허용한다. 또한, 액추에이터(194)로 밸브(193)를 제어함으로써, 시스템(190)은 분리기(110)로부터 분석 기기(30)로 흐르는 조절된 가스(14)의 흐름을 제어할 수 있다. 또한, 앞서 설명된 바와 같이, 조절되지 않은 유체 샘플(13)로부터의 오염물(15)의 분리 및 제거는 조절되지 않은 유체 샘플(13)의 냉각, 조절되지 않은 유체 샘플(13)의 압력 증가, 및 오염물(15)의 액적으로의 합체에 기인한다. 따라서, 분리기 조립체(120)를 통하여 이동함에 따라, 조절되지 않은 유체 샘플(13)의 온도는 분리 공정에서 중요한 요소이다-조절되지 않은 유체 샘플(13)의 온도가 분리기 조립체(120) 내에서 충분히 감소되지 않는 경우, 그러면 오염물(15)의 충분한 분리 및 제거가 없을 수 있다. 오염물(15)의 충분한 분리 및 제거가 없다면, 분석 기기(30)는 오염 및/또는 손상될 수 있다.
유입구(156)에서의 냉각 유체(153)의 온도는 바람직하게는 -30℉ 내지 110℉, 보다 바람직하게는 38℉ 내지 42℉에서 유지된다. 냉각 유체(153)를 위한 이 온도 범위는 조절되지 않은 유체 샘플(13)로부터의 충분한 열전달을 초래하여 조절되지 않은 유체 샘플(13)을 위한 허용 가능한 온도 (즉, 오염물(15)의 원하는 분리 및 제거를 달성하기에 충분히 낮은 온도)를 달성한다. 특히, -30℉ 내지 110℉, 보다 바람직하게는 38℉ 내지 42℉의 냉각 유체 유입구 온도는 0℉ 내지 110℉, 보다 바람직하게는 60℉ 내지 90℉의 조절된 가스(14) 배출구 온도를 야기한다. 온도 센서(149)에 의해 측정된 바와 같이, 유입구(156)에서의 냉각 유체(153)의 온도가 너무 낮으면, 냉각 디바이스(155)에 의해 제공되는 냉각 정도는 액추에이터(158)를 통해 감소될 수 있다. 한편, 온도 센서(149)에 의해 측정된 바와 같이, 유입구(156)에서의 냉각 유체(153)의 온도가 너무 높으면, 냉각 디바이스(155)에 의해 제공되는 냉각 정도는 액추에이터(158)를 통해 증가될 수 있다. 일부 경우에, 조절되지 않은 유체 샘플(13) 및 조절된 가스(14)의 온도는 여전히 너무 높을 수 있다. 예를 들어, 벌크 유체 스트림(12)의 온도는 예상치 못하게 급증(spike)할 수 있으며, 모든 냉각 디바이스(155)는 최대 용량으로 작동할 수 있지만 유입구(156)에서의 냉각 유체(153)를 위한 바람직한 온도를 여전히 달성할 수는 없다. 상부 온도 센서(148)에 의해 측정된 바와 같이, 조절된 가스(14)의 온도가 상부 말단(121b)에서 충분히 높아 불충분한 양의 오염물(15)이 분리 및 제거된다면, 그후 시스템(190)은 액추에이터(194)로 밸브(193)를 폐쇄 위치로 작동시킬 수 있으며, 이에 의하여 조절된 가스(14)가 분석 기기(30)로 흐르는 것을 제한 및/또는 방지한다.
이제 도 14를 참조하면, 벌크 유체 스트림(12)을 샘플링하기 위한 시스템(10')의 실시예가 보여지고 있다. 시스템(10')은 유체 컨디셔너(100)가 아래에서 더 상세히 설명되는 유체 컨디셔너(200)로 대체된다는 것을 제외하고는 앞서 설명되고 도 1에 보여지고 있는 시스템(10)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 시스템(10')은 유체 컨디셔너(200) 및 컨디셔너(200)에서 하류에 있는, 앞서 설명된 바와 같은 분석 기기(30)를 포함하고 있다. 시스템(10')은 유체 스트림(12)으로부터 샘플(13)을 받아들이며, 유체 계측기(200)로 샘플(13)을 조절하여 분석 기기(30)로 향하기 전에 오염물(15)을 제거한다. 특히, 컨디셔너(200)는 샘플(13)을 벌크 유체 스트림(12)으로 다시 공급되는 오염물(15) 및 분석을 위해 분석 기기(30)로 전달되는 잔류 가스(14)로 분리한다. 분석 후, 가스(14)는 기기로부터 벌크 유체 스트림(12)으로 다시 공급된다.
컨디셔너(100)와 유사하게, 컨디셔너(200)는 기기(30)로 분석하기 전에 오염물(15)과 가스(14)를 분리하기 위해 임의의 적절한 화학적 또는 탄화수소 처리 작업과 관련하여 사용될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 시스템(10')은 탄화수소 크래킹 작업으로부터 디코크 유체 샘플을 샘플링 및 분석하기 위해 사용되어 분해 작업 동안 에틸렌 및/또는 프로필렌 수율을 결정한다. 이러한 실시예에서, 유체 샘플(13)은 오염물(15) (예를 들어, 물, 비교적 무거운 탄화수소 (즉, 6개 이상의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 분자) 및 소량의 입자상 물질)을 포함하는 조절되지 않은 디코크 유체 샘플이며, 가스(14)는 비교적 가벼운 탄화수소 (즉, 에틸렌, 프로필렌, 메탄, 에탄 및 프로판과 같은 5개 이하의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 분자)를 포함하고 있다.
이제 도 14 및 도 15를 참조하면, 유체 컨디셔너(200)는 나선형 냉각 도관(150)이 선형 냉각 도관으로 교체되고 냉각 디바이스를 나가는 냉각 유체가 매니폴드로 냉각 도관에 분배되며 열 전도층(160)이 제공되지 않는다는 점을 제외하고는 앞서 설명된 유체 컨디셔너(100)와 유사하다. 보다 구체적으로, 컨디셔너(200)는 유체 분리기(210) 그리고 분리기(210)에 연결된 샘플 모니터링 및 제어 시스템(190)을 포함하고 있다. 샘플 모니터링 및 제어 시스템(190)은 앞서 설명된 것과 같으며, 도 15에는 샘플 모니터링 및 제어 시스템(190)이 개략적으로 보여지고 있다.
앞서 설명된 유체 분리기(110)와 유사하게, 분리기(210)는 오염물(15)과 가스(14)를 분리하기 위해 증류를 사용한다. 즉, 분리기(210)로 조절하는 동안, 유체 샘플(13)은 냉각되며, 결과적으로 물 및 비교적 무거운 탄화수소와 같은 기상 오염물(15)은 분리기(210) 내에서 합체되는 액적들로 상-변화한다. 유체 샘플(13)이 분리기(210) 내에서 냉각되고 기상 오염물(15)이 액체로서 분리되지만, 조절된 가스(14)는 유체 샘플(13)보다 낮은 온도이지만 가스로 남아 있는다. 따라서, 분리기(210)는 또한 증류 디바이스 또는 프로브로서 설명될 수 있다.
이제 도 15 내지 도 17을 참조하면, 유체 분리기(210)는 중심 또는 길이 방향 축(215), 제1 또는 하부 말단(210a) 및 제2 또는 상부 말단(210b)을 갖고 있다. 도 16에서 가장 잘 보여지고 있는 바와 같이, 축(215)으로부터 반경 방향으로 외측으로 이동하면서, 유체 분리기(210)는 분리기 조립체(120), 분리기 조립체(120) 주위에 배치된 복수의 원주 방향으로 이격된 관형 냉각 도관(250), 분리기 조립체(120)와 도관(250) 주위에 배치된 단열재(280) 및 보호 외부 하우징 또는 관형 커버(270)를 포함하고 있다. 따라서, 도관(250)과 단열재(280)는 분리기 조립체(120)와 커버(270) 사이에 반경 방향으로 위치되어 있다. 　커버(270)는 도관(250), 단열재(280) 그리고 분리기 조립체(120)가 충격을 받고 손상되는 것을 방지하는 강성 쉴드를 제공할 뿐만 아니라 시스템(190)을 장착하기 위한 안전한 베이스를 제공한다 (즉, 시스템(190)은 커버(270)에 고정 가능하게 고정된다). 분리기 조립체(120)는 앞서 설명된 것과 같다. 도 17에서, 분리기 조립체(120), 냉각 도관(250), 및 이들 사이의 관계를 보다 명확하게 도시하기 위해 단열재(280)와 보호 커버(270)는 보여지지 않는다. 이 실시예에서, 분리기(210)와 그 중심 축(215)은 수직으로 배향되며, 각각은 축(125)과 동축적으로 정렬되어 있다.
도 16에서 가장 잘 보여지고 있는 바와 같이, 환형 갭, 공간 또는 공동이 커버(270)와 분리기 조립체(120) 사이에 제공되지 않는다. 특히, 도관(250)은 분리기 조립체(120)와 직접 맞물리고 접촉하며, 단열재(280)는 도관(250)과 조립체(120)를 완전히 둘러싸고 캡슐화한다. 단열재(280)는 커버(270)로부터 도관(250)과 조립체(120)까지 반경 방향으로 연장되며, 특히 단열재(280)는 커버(270), 도관(250) 및 도관(250)들 사이에서 원주 방향으로 위치된 외측 표면(122)의 노출된 부분과 직접 맞물린다. 따라서, 단열재(280)는 도관(250)들 사이에 원주 방향으로 배치된 공간을 채우며 또한 커버(270)와 도관(250) 사이에 반경 방향으로 위치된 공간을 채운다.
이제 도 16 및 도 17을 참조하면, 이 실시예에서, 냉각 도관(250)은 도관(121)의 외측 표면(122)을 따라 선형적으로 (즉, 직선) 연장되어 있다. 특히, 복수의 평행한 냉각 도관(250)은 외측 표면(122) 주위에서 수직적으로 배향되고 원주 방향으로 이격되어 있다. 각 냉각 도관(250)은 제1 또는 상부 말단(250a) 및 말단(250a)과 반대인 제2 또는 하부 말단(250b)을 갖고 있다. 이 실시예에서, 각 냉각 도관(250)은 도관(121)의 외측 표면(122)에 직접적으로 그리고 고정 가능하게 고정된 세장형의 얇은 스트립 또는 밴드(251)를 포함하고 있다. 보다 구체적으로, 각 밴드(251)는 말단(250a)을 한정하는 제1 또는 상부 말단(251a), 말단(250b)을 한정하는 제2 또는 하부 말단(251b), 말단(251a, 251b) 사이에서 축방향으로 연장되는 원주 방향으로 이격된 측부(251c, 251d)들, 도관(121)을 향하는 제1 또는 내측 표면(252) 및 도관(121)에서 먼 쪽을 향하는 제2 또는 외측 표면(253)을 포함하고 있다. 표면(252, 253)들 사이에서 측정된 각 밴드(251)의 반경 방향 두께는 그의 축방향 길이 및 원주 폭을 따라 균일하고 일정하다. 도 16에서 가장 잘 보여지고 있는 바와 같이, 각 밴드(251)는 한 쌍의 원주 방향으로 이격된 측면 부착 피트(feet) 또는 부분(section; 254, 255) 및 부착 부분(254, 255)들 사이에 위치된 중간 아치형 또는 벌징(bulging) C-형 부분(256)을 포함하고 있다. 각 부분(254, 255)은 대응하는 측면(251c, 251d)으로부터 각 중간 부분(256)까지 원주 방향으로 각각 연장되며고, 각 부분(254, 255)은 상부 말단(251a)으로부터 하부 말단(251b)까지 축방향으로 연장된다. 중간 부분(256)은 부착 부분(254, 255)들 사이에 원주 방향으로 위치되어 있으며 상부 말단(251a)에서 하부 말단(251b)까지 축방향으로 연장되어 있다. 부착 부분(254, 255)을 따라, 내측 표면(252)은 오목하며, 특히 도관(121)의 외부 반경 (즉, 외측 표면(122)의 반경)과 동일한 곡률 반경에 배치되어 있다. 중간 부분(256)을 따라, 내측 표면(252)은 또한 오목하지만, 도관(121)의 외부 반경보다 작은 곡률 반경에 배치되어 있다.
부착 부분(254, 255)을 도관(121)의 외측 표면(122)에 직접적으로 고정함으로써 밴드(251)는 도관(121)에 연결된다. 부분(254, 255)을 따르는 내측 표면(252)과 외측 표면(122)의 곡률 반경의 맞춤(matching)으로 인하여, 부분(254, 255)은 대체로 도관(121)의 외측 표면(122)에 맞춰지고 일치한다. 그러나, 중간 부분(256)을 따른 내측 표면(252)의 곡률 반경이 외측 표면(122)의 곡률 반경보다 작기 때문에, 중간 섹션(256)은 도관(121)에 대해 반경 방향으로 외측으로 불룩(bulge)해지고 외측 표면(122)으로부터 반경 방향으로 이격되어 있다. 결과적으로, 각 냉각 도관(250)은 중간 부분(256)을 따른 내측 표면(252)과 부착 부분(254, 255)들 사이에 원주 방향으로 배치된 외측 표면(122)의 부분 사이에 위치된 흐름 통로(257)를 한정한다.
이 실시예에서, 각 밴드(251)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 구리와 같은 내구성, 열 전도성 금속 또는 금속 합금으로 만들어진다. 일반적으로, 부착 부분(254, 255)은 접착제, 용접 등을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는 당 업계에 공지된 임의의 적절한 수단으로 도관(121)에 직접 고정될 수 있다. 이 실시예에서, 부착 부분(254, 255)은 내구성 접착제 (예를 들어, 열 페이스트)로 도관에 직접 고정되며, 복수의 축방향으로 이격된 환형 호스 클램프 (도시되지 않음)는 밴드(251) 주위에 배치되어 외측 표면(122)에 대하여 부착 부분(254)을 반경 방향으로 압착 및 압축한다.
이 실시예에서, 4개의 냉각 도관(250)이 제공되지만, 다른 실시예에서는 상이한 수의 냉각 도관 (예를 들어, 도관(250))이 제공될 수 있다. 도 15 내지 도 17에서 가장 잘 보여지고 있는 바와 같이, 냉각 도관(250)들은 가스 배출구(113)를 방해하지 않도록 원주 방향으로 위치되어 있다. 결과적으로, 이 실시예에서, 냉각 도관(250)들은 도관(121) 주위에 원주 방향으로 균일하게 이격되어 있지 않다.
이제 도 17 및 도 18을 참조하면, 매니폴드(260)는 상부 말단(121b)에 근위인 도관(121) 주위에 배치되며 냉각 도관(250)의 상부 말단(251a)에 연결되어 있다. 이 실시예에서, 매니폴드(260)는 원주 방향으로 이격된 말단(261a, 261b)을 포함하는 전체적으로 C-형상의 몸체(361), 말단(261a, 261b)들 사이에서 원주 방향으로 연장되는 반경방향 내측 표면(261c), 말단(261a, 261b)들 사이에서 원주 방향으로 연장되는 반경방향 외측 표면(261d), 표면(261c, 261d)들 사이에 반경 방향으로 연장되는 제1 또는 상부 평면 표면(262) 및 표면(261c, 261d)들 사이에 반경 방향으로 연장되는 제2 또는 하부 평면 표면(263)을 갖고 있다. 또한, 매니폴드(260)는 말단(261a, 261b)들 사이에서 대체로 원주 방향으로 연장되는 내부 흐름 통로(264), 상부 표면(262)으로부터 흐름 통로(264)까지 축방향으로 (수직적으로) 연장되는 한 쌍의 유입구 포트(265) 및 하부 표면(263)으로부터 흐름 통로(264)로 축방향으로 (수직적으로) 연장되는 복수의 배출구 포트(266)를 포함하고 있다. 따라서, 포트(265, 266)와 흐름 통로(264)는 유체 연통 상태에 있다. 흐름 통로(264)는 통로(264)와 주변 환경 사이의 유체 연통을 방지하기 위해 각 말단(261a, 261b)에서 틀어막히거나 캡핑(capped)된다. 앞서 설명된 바와 같은 냉각 디바이스(155)는 각 포트(265)에 연결되어 있으며 냉각 유체 또는 매체(153)를 포트(265)를 통해 통로(264)로 공급한다.
냉각 도관(250)의 상부 말단(251a)은 매니폴드(260)의 하부 표면(263)에 직접 부착되면서, 각 흐름 통로(257)는 대응하는 포트(266)와 원주 방향으로 정렬되고 유체 연통된다. 따라서, 포트(265, 266)와 흐름 통로(264, 257)는 유체 연통 상태에 있다. 이 실시예에서, 상부 말단(251a)은 하부 표면(263)에 용접되어 있으며, 그에 의하여 냉각 도관(250)을 매니폴드(260)에 고정 가능하게 그리고 밀봉적으로 고정시킨다.
도 17 및 도 18을 다시 참조하면, 몸체(261)의 내측 표면(261c)은 도관(121)의 외측 표면(122)과 동일하거나 약간 더 큰 반경에 배치된 원통형 표면이며, 따라서 이 표면(261c, 122)들은 맞춰지고 슬라이딩식으로 맞물린다. 이 실시예에서, 매니폴드(260)는 말단(261a, 261b)들 사이에 원주상으로 위치된 포트(126) 및 관련 가스 배출구(113)를 갖는 도관(121) 주위에 위치되어 있다. 따라서, 매니폴드(260)는 배출구(113)와 축방향 (수직적)으로 정렬된다. 일반적으로, 매니폴드(260)는 접착제, 용접 등을 포함하는, 그러나 제한되지 않는 당 업계에 공지된 임의의 적절한 수단에 의해 도관(121)에 고정될 수 있다. 이 실시예에서, 매니폴드(260)는 매니폴드(260) 주위에 배치된 환형 호스 클램프(도시되지 않음)로 외측 표면(122)에 대해 반경 방향으로 압착되고 압축되는, 말단-대-말단(end-to-end)으로 위치된 복수의 원주 방향 세그먼트를 포함하고 있다.
이제 도 17을 참조하면, 이 실시예에서, 냉각 도관(250)은 실질적으로 도관(121)의 전체 길이를 축방향으로 연장되어 있다. 특히, 상부 말단(250a)은 가스 배출구(113)에 근위인 도관(212)을 따라 위치되어 있으며, 하부 말단(250b)은 하부 플랜지(127)에 근위인 도관(212)을 따라 위치되어 있다.
앞서 설명된 나선형 냉각 코일(150)과 유사하게, 냉각 도관(250)은 도관(121) 및 그 내부의 유체 (예를 들어, 샘플(13))를 냉각시키기 위해 사용된다. 특히, 냉각 유체(153)는 냉각 디바이스(155)로부터 매니폴드(260)의 포트(265) 내로 흐르며, 이 포트는 냉각 유체(153)를 도관(250)의 흐름 통로(257)로 분배한다. 특히, 냉각 유체 또는 매체(153)는 유입구 포트(265)를 통해 매니폴드(260)로 들어가고, 흐름 통로(264)를 통해 배출구 포트(266)로 흐르며, 그후 배출구 포트(266)를 통해 냉각 도관(250)의 상부 말단(250a)에서 통로(257)로 흐른다. 냉각 유체(153)는 통로(257)를 통해 상부 말단(250a)에서 하부 말단(250b)으로 흐르고, 여기서 냉각 유체는 도관(250)을 나간다. 도관(121) 내의 상대적으로 뜨거운 샘플(13)과 비교적 차가운 냉각 유체(153) 간의 온도 차이로 인하여, 열 에너지는 도관(121) 및/또는 도관(250)을 통해 샘플(13)로부터 냉각 유체(153)로 전달되며, 그에 의하여 도관(121) 내의 샘플(13)의 온도를 감소시킨다. 도관(121)과 냉각 유체(153) 간의 열 에너지의 전달을 향상시키기 위하여, 도관(250)과 도관(121)의 외측 표면(122) 사이의 접촉 표면적은 부착 부분(254, 255)을 통해 향상되며, 또한 도관(250)은 구리, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸과 같은, 비교적 높은 열 전도도를 갖는 물질로 이루어져 있다. 말단(250b)에서 도관(250)을 나가면, 냉각 유체(153)는 외부 환경으로 배출되거나, 냉각 디바이스(155)로 되돌아가 재냉각되고 이후 도관(250)을 통해 다시 재순환될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 냉각 유체(153)는 말단(250a)에서 통로(257)로 들어가며, 말단(250b)에서 통로(257)를 나간다. 따라서, 각 흐름 통로(257)는 대응하는 도관(250)의 상부 말단(250a)에서의 유입구 및 대응하는 도관(250)의 하부 말단(250b)에서의 배출구를 갖고 있다. 냉각 유체(153)의 충분한 체적 흐름을 가능하게 하기 위해, 각 흐름 통로(257)는 바람직하게는 0.50 인치 내지 1.0 인치의 직경 또는 폭을 갖고 있다.
이제 도 15 및 도 16을 참조하면, 보호 커버(270)는 분리기 조립체(120)뿐만 아니라 분리기 조립체(120)의 외부에 장착된 매니폴드(260)와 도관(260) 주위에 배치되어 있다. 커버(270)는 중심 또는 길이 방향 축(275), 제1 또는 상부 말단(270a), 제2 또는 하부 말단(270b), 말단(270a, 270b)들 사이에서 축방향으로 연장되는 원통형 반경방향 내측 표면(271) 및 말단(270a, 270b)들 사이에서 축방향으로 연장되는 원통형 반경방향 외측 표면(272)을 갖는 세장형 관형 부재이다. 앞서 설명된 커버(170)와 달리, 이 실시예에서의 커버(270)는 매니폴드(260)와 도관(250)이 조립체(120)에 장착된 후 조립체(120), 매니폴드(260) 및 도관(250)에 맞도록 크기가 설정된 단일 원통 관형 부재로 제조된다. 즉, 이 실시예에서, 커버(270)는 함께 부착된 2개의 반원통형 반분들로 만들어지지 않는다.
커버(270)는 그 내부에 배치된 구성 요소 (예를 들어, 매니폴드(260), 도관(250), 단열재(280) 등)가 부주위로 손상되는 것을 방지한다 (예를 들어, 이 구성 요소를 충격 하중으로부터 보호한다). 따라서, 커버(270)는 바람직하게는, 강, 스테인리스 스틸, 구리 또는 알루미늄과 같은 내구성을 갖는 강성 물질로 만들어진다. 커버(270)는 또한 샘플 모니터링 및 제어 시스템(190)이 안전하게 연결될 수 있는 베이스를 제공한다. 이 실시예에서, 한 쌍의 축방향으로 이격된 마운트 또는 커넥터(176)는 커버(270)로부터 반경 방향으로 연장된다. 커넥터(176)는 샘플 모니터링 및 제어 시스템(190)을 분리기(210)에 고정하기 위한 수단을 제공한다.
단열재(280)는 커버(270)와 매니폴드(260), 도관(250)과 조립체(120) 사이의 환형 공간을 채운다. 또한, 단열재(280)는 내부에 배치된 구성 요소를 단열시킨다. 일반적으로, 단열재(280)는 도관(121, 250)과 주변 환경 간의 열 에너지의 전달을 제한하는 기능을 하여 도관(121) 내의 샘플(13)과 도관(250) 내의 냉각 유체(153) 간의 열 에너지의 전달을 용이하게 한다. 일반적으로, 단열재(280)는 당 업계에 공지된 임의의 적합한 단열재일 수 있다. 이 실시예에서, 단열재(280)는 (i) 매니폴드(260), 도관(250) 및 조립체(120) 주위에 커버를 배치한 후 커버(270)와 매니폴드(260), 도관(250) 및 조립체(120) 사이의 환형부에 주입되고, 그리고 (ⅱ) 환형부를 완전히 채우고 매니폴드(260), 도관(250), 및 커버(270) 내에 배치된 조립체(120)의 일부를 캡슐화하기 위해 팽창, 경화 및 건조되는 것이 허용되는 폐쇄 쉘 발포체(closed cell foam)이다.
일반적으로, 시스템(10') 및 관련 유체 컨디셔너(200)는 앞서 설명된 시스템(10) 및 유체 컨디셔너(100)와 동일한 방식으로 기능을 한다. 즉, 샘플링 작업 동안, 냉각 디바이스(155)는 액추에이터(158)로 켜지며, 냉각 디바이스(155)의 밸브(191)는 대응하는 액추에이터(192)로 개방 위치에서 유지된다. 결과적으로, 냉각 유체(153)는 밸브(191)를 통해 냉각 디바이스(155)로 흐르며, 이는 각 냉각 디바이스(155)를 나가는 냉각 유체(153)의 온도를 감소시킨다. 이 실시예에서, 각 냉각 디바이스(155)에 의해 공급되는 냉각 유체(153)는 냉각된 공기이다. 각 도관(250)의 유입구에서 냉각 유체(153)의 온도는 바람직하게는 0℉ 내지 50℉, 더욱 바람직하게는 38℉ 내지 42℉이다. 각 도관(250)의 유입구에서 냉각 유체(153)의 온도는 매니폴드(260)의 각 유입구(265)에서의 냉각 유체(153)의 온도를 측정하는, 냉각 디바이스(155)와 관련된 유입구 온도 센서(149)로 간접적으로 측정된다. 각 유입구(265)에서의 냉각 유체(153)의 온도에 기초하여, 냉각 디바이스(155)는 액추에이터(158)를 통해 제어되어 유입구(265)에서 냉각 유체(153)에 대한 원하는 온도를 달성하도록 냉각 유체(153)의 온도를 유지, 증가 또는 감소시킨다.
냉각 유체(153)는 냉각 디바이스(155)에 의해 냉각되며 앞서 설명된 바와 같이 매니폴드(260) 및 도관(260)을 통해 흐른다. 냉각 유체(153)가 도관(250)을 통해 흐름에 따라, 냉각 유체는 도관(250)과 도관(121)을 냉각시킨다. 도관(250)은 도관(121)과 직접 접촉하며, 따라서 도관(121)을 또한 냉각시킨다. 동시에, 조절되지 않은 유체 샘플(13)은 벌크 유체 스트림(12)으로부터 뽑아 내어지며, 도관(121)의 하부 말단(121a)에서 유입구(111)로 들어가고 이를 통해 흐른다. 따라서, 도관(121)은 상대적으로 차가운 도관(150) 및 통로(257)를 통해 흐르는 냉각 유체(153)와 직접 접촉하며, 상대적으로 뜨거운 유체 샘플(13)과 직접 접촉한다. 그 결과, 도관(121)과 도관(250) 사이에 전도성 열전달이 일어난다. 특히, 유체 샘플(13)의 열 에너지는 도관(121) 및 도관(250)에 걸쳐 냉각 유체(153)로 전달되며, 그에 의하여 도관(250)을 통해 이동함에 따라 냉각 유체(153)의 온도를 증가시키고 도관(121)을 통해 위로 이동함에 따라 유체 샘플(13)의 온도를 감소시킨다. 따라서, 분리기(210)는 유체 샘플(13)로부터 냉각 유체(153)로 열 에너지를 전달한다.
조절되지 않은 유체 샘플(13)은 하부 말단(110a, 121a)에서 유입구(111)로 들어가며, 앞서 설명된 것과 같은 동일한 방식으로 도관(121)을 통해 위로 이동한다. 도관(121) 내에서 위로 이동함에 따라 유체 샘플(13)의 온도가 감소하는 것과 압력이 증가하는 것은 조절되지 않은 유체 샘플(13) 내의 분자들을 서로 더 가깝게 하고 오염물(15) (즉, 물 및 중질 탄화수소)의 합체를 용이하게 하며, 이는 중력 하에서 하부 말단(121a)으로 아래로 빠져나가고 흐르며 그후 오염물 배출구(112)를 통하여 벌크 유체 스트림(12)으로 다시 도관(121)을 나가는 비교적 무거운 액적을 형성한다. 일부 오염물(15)의 제거에 의해 적어도 부분적으로 조절된, 나머지 조절되지 않은 유체 샘플(13)은 유체 오리피스(135)를 통해 배출구(113)로 계속 위로 이동한다. 따라서, 조절되지 않은 유체 샘플(13)은 오염물(15)의 점진적인 분리 및 제거에 의하여 조절된 가스(14)로 점차적으로 변환된다. 오염물(15)은 분리기 조립체(120)를 통해 이동함에 따라 조절되지 않은 유체 샘플(13)로부터 연속적으로 분리되고 제거된다.
유체 컨디셔너(200)를 이용한 샘플링 작업 동안, 시스템(190)은 (a) 매니폴드(260)의 유입구(265) 및 각 도관(260)의 배출구에서의 냉각 유체(153)의 온도; (b) 상부 말단(121b)에서의 조절된 가스(14)의 온도; (c) 각 밸브(191, 193)의 상태 및 위치 (예를 들어, 개방, 폐쇄 등); 및 (d) 각 냉각 디바이스(155)의 상태 (예를 들어, 온, 오프 등)와 관련된 실시간 정보를 획득한다. 또한, 액추에이터(192, 158)로 밸브(191) 및 냉각 디바이스(155)를 각각 제어함으로써, 시스템(190)은 유입구(265)에서의 냉각 유체(153)의 온도를 제어할 수 있으며, 이는 결과적으로 시스템(190)이 냉각 샘플(13)의 온도를 제어하게 함은 물론 도관(250) 및 각 도관(250)의 배출구 내의 냉각 유체(13)의 온도를 제어하게 한다. 또한, 액추에이터(194)로 밸브(193)를 제어함으로써, 시스템(190)은 분리기(210)로부터 분석 기기(30)로 흐르는 조절된 가스(14)의 흐름을 제어할 수 있다.
매니폴드(260)의 각 유입구(265)에서의 냉각 유체(153)의 온도는 바람직하게는 0℉ 내지 50℉, 보다 바람직하게는 38℉ 내지 42℉에서 유지된다. 냉각 유체(153)를 위한 이 온도 범위는 조절되지 않은 유체 샘플(13)로부터의 충분한 열전달을 초래하여 조절되지 않은 유체 샘플(13)을 위한 허용 가능한 온도 (즉, 오염물(15)의 원하는 분리 및 제거를 달성하기에 충분히 낮은 온도)를 달성한다. 특히, 0℉ 내지 50℉, 보다 바람직하게는 38℉ 내지 42℉의 냉각 유체 유입구 온도는 40℉ 내지 65℉의 조절된 가스(14) 배출구 온도를 야기한다. 온도 센서(149)에 의해 측정된 바와 같이, 유입구(265)에서의 냉각 유체(153)의 온도가 너무 낮으면, 냉각 디바이스(155)에 의해 제공되는 냉각 정도는 액추에이터(158)를 통해 감소될 수 있다. 한편, 온도 센서(149)에 의해 측정된 바와 같이, 유입구(265)에서의 냉각 유체(153)의 온도가 너무 높으면, 냉각 디바이스(155)에 의해 제공되는 냉각 정도는 액추에이터(158)를 통해 증가될 수 있다. 일부 경우에, 조절되지 않은 유체 샘플(13) 및 조절된 가스(14)의 온도는 계속해서 너무 높을 수 있다. 일부 경우에, 조절되지 않은 유체 샘플(13) 및 조절된 가스(14)의 온도는 여전히 너무 높을 수 있다. 예를 들어, 벌크 유체 스트림(12)의 온도는 예상치 못하게 급증(spike)할 수 있으며, 모든 냉각 디바이스(155)는 최대 용량으로 작동할 수 있지만 유입구(156)에서의 냉각 유체(153)를 위한 바람직한 온도를 여전히 달성할 수는 없다. 상부 온도 센서(148)에 의해 측정된 바와 같이, 조절된 가스(14)의 온도가 상부 말단(121b)에서 충분히 높아 불충분한 양의 오염물(15)이 분리 및 제거된다면, 그후 시스템(190)은 액추에이터(194)로 밸브(193)를 폐쇄 위치로 작동시킬 수 있으며, 이에 의하여 조절된 가스(14)가 분석 기기(30)로 흐르는 것을 제한 및/또는 방지한다.
본 명세서에 설명된 실시예는 기존의 샘플링 조절 디바이스에 비해 몇 가지 개선 가능성을 제공한다. 예를 들어, 폐 루프 냉각 시스템 (예를 들어, 재순환된 냉각 매체(153))을 사용하는, 본 명세서 내에 설명된 유체 컨디셔너 (예를 들어, 유체 컨디셔너(100, 200))의 실시예는 공기, 물, 가스 및 프레온을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는 다양한 상이한 냉각 유체(153)로 작동될 수 있다. 다른 예로서, 본 명세서에서 설명된 가요성 배플 조립체 (예를 들어, 배플 조립체(130))의 실시예는 제한된 오버헤드 공간이 있는 적용에 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 유체 컨디셔너의 실시예는 유사한 크기 및 용량의 일부 일반적인 유체 컨디셔너와 비교하여 개선된 냉각 효율에 대한 가능성을 제공한다. 특히, 본 명세서에 설명된 실시예는 약 30% 미만의 냉각 유체 체적 유량을 갖는 분당 약 12 리터까지의 샘플 유량을 허용한다 (동일한 샘플 유량을 위한 40 CFM의 냉각 공기에 비해 30 CFM의 냉각 공기).
본 명세서에서 보여지고 설명된 일부 실시예는 에틸렌 및/또는 프로필렌 수율을 결정하기 위해 탄화수소 분해 작업으로부터 디코크 유체 샘플을 컨디셔닝하는 문맥에서 논의되지만, 일반적으로, 본 명세서에 설명된 실시예는 다른 유체 샘플을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 컨디셔너(100)의 실시예는 높은 수분 함량, 중질 탄화수소, 입자상 물질 및/또는 이들의 조합이 조절되지 않은 샘플에 존재할 수 있고 분석 전에 제거될 필요가 있는 경우에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 실시예는 재순환 가스로부터 또는 노 디코크 헤더(furnace decoke header) 상의 "그린 오일"을 제거하여 물 및 무거운 미립자를 제거하는 데 사용될 수 있다.
바람직한 실시예가 보여지고 설명되었지만, 실시예의 변경은 본 명세서에서의 범위 또는 교시를 벗어나지 않고 당 업자에 의해 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 설명된 실시예는 단지 예시적인 것이며 제한적인 것은 아니다. 본 명세서에 설명된 시스템, 장치 및 공정의 많은 변형 및 변경이 가능하며 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 다양한 부품의 상대적인 치수, 다양한 부품이 제조되는 물질 및 다른 매개변수가 변경될 수 있다. 따라서, 보호 범위는 본 명세서에서 설명된 실시예로 제한되지 않으며, 다음의 청구범위에 의해서만 제한되고, 그의 범위는 청구범위의 주제의 모든 등가물을 포함할 것이다. 달리 명시되지 않는 한, 방법 청구항의 단계들은 임의의 순서로 수행될 수 있다. 방법 청구항에서의 단계 앞의 (a), (b), (c) 또는 (1), (2), (3)과 같은 식별자의 언급은 단계들에 대한 특정 순서를 특정하기 위한 것이 아니며 또한 특정하지 않으며, 오히려 이러한 단계들에 대한 후속 참조를 단순화하기 위해 사용된다.

Claims (11)

  1. 증류 프로브에 있어서,
    중심축을 갖는 도관;
    상기 도관 내에 배치되며, 상기 도관 내에서 적층체로 하나가 다른 하나 위에 위치하는 복수의 축방향으로 이격된 배플을 포함하는 배플 조립체;
    상기 도관에 감겨져 있고 도관에 접촉하는 제1 나선형 냉각 코일;
    상기 도관 및 제1 나선형 냉각 코일 주위에 배치되고, 상기 제1 나선형 냉각 코일을 캡슐화하며, 상기 제1 나선형 냉각 코일과 상기 도관 사이에 열 에너지를 전달하도록 구성되는 열 전도층; 및
    상기 배플 조립체의 배플들 각각을 통하여 축방향으로 연장되는 복수의 가요성 케이블을 포함하되, 각각의 가요성 케이블은 상기 중심축으로부터 반경 방향으로 이격되어 있는, 증류 프로브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 나선형 코일은 상기 도관에 반경 방향으로 인접하게 위치된, 증류 프로브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열 전도층 주위에 배치된 단열재; 및
    상기 단열재와 열 전도층 사이에 위치된 보호 커버를 더 포함하는, 증류 프로브.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도관에 감겨져 있는 제2 나선형 냉각 코일을 더 포함하며, 상기 제1 나선형 냉각 코일과 상기 제2 나선형 냉각 코일은 상호 맞물려 있는(intermeshed), 증류 프로브.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 나선형 코일과 상기 제2 나선형 코일은 상기 도관에 반경 방향으로 인접하게 위치된, 증류 프로브.
  6. 제1항에 있어서, 각 배플은 이를 통해 축방향으로 연장되는 복수의 케이블 구멍 및 이를 통해 축방향으로 연장되는 적어도 하나의 유체 오리피스를 포함하며, 각각의 가요성 케이블이 각 배플의 상기 복수의 케이블 구멍 중 하나를 통해 연장되는, 증류 프로브.
  7. 제6항에 있어서, 각 배플은 복수의 유체 오리피스를 포함하며, 축방향으로 인접한 배플들의 각 쌍에서 상기 유체 오리피스들은 정렬되어 있지 않는, 증류 프로브.
  8. 제7항에 있어서, 각 유체 오리피스는 1/8 인치 내지 1/2 인치의 직경을 갖는, 증류 프로브.
  9. 제1항에 있어서,
    각 배플은 상부 평면 표면, 하부 평면 표면 및 상기 상부 평면 표면과 상기 하부 평면 표면 사이에서 축방향으로 연장되는 외부 원통형 표면을 갖는 편평한 디스크이며;
    각 배플의 상기 외부 원통형 표면은 상기 도관의 내부 원통형 표면과 슬라이딩식으로 맞물리는, 증류 프로브.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 도관은 상부 말단 및 하부 말단을 가지며;
    제1 나선형 냉각 코일은 상기 상부 말단에 근위인 유입구 및 상기 하부 말단에 근위인 배출구를 갖고;
    상기 도관은 상기 하부 말단에서의 유입구, 상기 하부 말단에서의 배출구 및 상기 상부 말단에 근위인 배출구를 포함하는, 증류 프로브.
  11. 제1항에 있어서, 각각의 가요성 케이블의 상부 말단은, 배플 조립체를 도관 내에 설치하는 것과 배플 조립체를 도관으로부터 제거하는 것을 가능하게 하도록 구성되는 루프를 포함하는, 증류 프로브.
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