KR100543795B1 - 기화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기화장치에 관한 것으로, 그 구성은 액체 가스가 유입되는 액체유입구와, 그 중앙부에 관통공을 가지는 밑판을 포함하는 밀폐형의 하우징부재와, 상기 하우징부재 내부에 수용되며, 밀폐된 고압 압력용기로 이루어진 증발관과, 상기 증발관 내부에 수용되며, 상기 액체유입구와 연통된 알루미늄관과, 상기 증발관의 외부표면에 접촉되며, 상기 알루미늄관에 열을 지속적으로 공급하는 밴드히터와, 상기 밑판의 관통공을 관통하여 그 밑판으로부터 돌출되며, 상기 하우징부재의 외부와 연통된 가스배출구를 포함하여, 상기 액체주입구로부터 고압의 가스 액체가 주입되어 상기 알루미늄관을 통과하면서 상기 밴드히터로부터 제공되는 열에 의해 상기 가스 액체가 기화되어 상기 가스배출구를 통하여 배출되는 것을 특징으로 하는 것으로서, 기화한 고압가스의 온도를 낮게 하여 주변기기들의 안전성을 확보할 수 있으며, 결빙을 방지하여 추운 지방에서도 사용이 가능하며, 부식을 방지하여 그 부품의 손상을 방지할 수 있으며, 수명이 길고 열효율이 높아 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

기화장치{Apparatus for vaporization}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기화장치의 단면도

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도

도 3은 도 1에 도시된 장치의 밴드히터와 알루미늄관 부위의 상세도

도 4는 도 1에 도시된 장치의 사용 상태를 설명하기 위한 배관도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10. 액체유입구 20. 하우징부재

30. 증발관 35. 알루미늄호일

40. 알루미늄관 50. 밴드히터

55. 단열재 57. 온도조절기

60. 가스배출구 70. 온도감지부

80. 콤비네이션밸브 85. 액차단 복귀레버

본 발명은 기화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압의 액체 가스를 기화시키는 기화장치에 관한 것이다.

일반적으로 각종의 고압가스를 소비하는 형태는 대부분의 경우, 그 저장은 액체 상태로 하고 그 소비는 가스 상태로 한다. 따라서 비교적 많은 양의 고압가스를 소비하는 경우에는 액체를 기화하기 위해 기화기(증발기)를 필요로 한다.

이러한 종래의 기화기는 열교환기의 일종으로써 온수 또는 수증기 금속관을 통해서 열교환을 행하여 액체를 증발시키는 방식이었다. 또 일부의 고압가스에서는 대기중의 열을 이용하고 있는 경우도 있다. 이렇게 기화기를 사용하는 주된 고압가스는 액체산소, 액체질소, 액화탄산가스, LPG, 암모니아, 염소 및 LNG이다.

이중에서 비점이 낮은 액체산소나 LNG 등은 온수 또는 증기 등을 이용하는 기화기는 결빙이 발생되기 쉬워서 추운지방에서 사용하기 어렵다는 문제점이 있었으며, 또한 열매체로서 온수나 증기를 사용함으로써 부식 등에 의해 기화기의 수명이 짧다는 문제점이 있었다. 이러한 결빙을 방지하기 위해 대기 온도를 이용한 기화기는 열전달을 위하여 교반 방식을 채택하여야만 하므로 단위 기화량에 비하여 기화기의 크기가 매우 크다는 단점이 있었다.

또한, 액화탄산가스나 LPG 등은 유입액체의 포화압력 상태에서 기화기로 유 입되어 열교환을 하는 방식이다. 그러나, 이러한 방식 역시 그 열매체와 기화한 가스의 온도가 높아서 열손실이 많다는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 높은 열 때문에 기화기에 접속한 주변기기의 사용상의 제한이 많다는 단점이 있었다. 예를 들어, 기화가스의 출구에는 압력조정기가 장착되어 있으나, 그 압력조정기의 주요 부품인 다이어프램 및 밸브시트는 고무재질로서 80 ℃ 이상의 온도에서는 사용할 수 없다는 단점이 있었다. 또한, 기화기에는 보통 안전밸브가 장착되어 있는데 그 안전밸브의 밸브시트는 테프론재질로서 180 ℃ 이상의 온도에서는 강도상 사용이 불가능하다는 단점이 있었다.

또한 온수를 열매로 하는 방식의 대부분은 저장식이며 열교환기에 들어간 온수탱크 내에 히터를 삽입하여 물을 가열해 물의 온도를 높이는 방식이나, 열매체의 오염에 의해서 증발능력이 저하되고, 온수에 의한 부식 등으로 열교환기의 파손 등으로 고압가스의 유출이나 물의 누수에 따른 사고가 발생한다는 단점이 있었다. 또한, 열의 도달시간이 길어서 작업의 효율성이 낮다는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 기화한 고압가스의 온도를 낮게 하여 주변기기들의 안전성을 확보할 수 있으며, 결빙을 방지하여 추운 지방에서도 사용이 가능하며, 부식을 방지하여 그 부품의 손상을 방지할 수 있으며, 수명이 길고 열효율이 높아 에너지를 절감할 수 있는 기화장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기화장치는, 액체 가스가 유입되는 액체유입구와, 그 중앙부에 관통공을 가지는 밑판을 포함하는 밀폐형의 하우징부재와, 상기 하우징부재 내부에 수용되며, 밀폐된 고압 압력용기로 이루어진 증발관과, 상기 증발관 내부에 수용되며, 상기 액체유입구와 연통된 알루미늄관과, 상기 증발관의 외부표면에 접촉되며, 상기 알루미늄관에 열을 지속적으로 공급하는 밴드히터와, 상기 밑판의 관통공을 관통하여 그 밑판으로부터 돌출되며, 상기 하우징부재의 외부와 연통된 가스배출구를 포함하여, 상기 액체주입구로부터 고압의 가스 액체가 주입되어 상기 알루미늄관을 통과하면서 상기 밴드히터로부터 제공되는 열에 의해 상기 가스 액체가 기화되어 상기 가스배출구를 통하여 배출되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기화장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기화장치를 도시한 것으로, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기화장치의 단면도를, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도를, 도 3은 도 1에 도시된 장치의 밴드히터와 알루미늄관 부위의 상세도를, 도 4는 도 1에 도시된 장치의 사용 상태를 설명하기 위한 배관도를 각각 나타낸 것이다.

상기 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 기화장치(100)는 액체유입구(10)와, 하우징부재(20)와, 알루미늄관(40)과, 밴드히터(50)와, 가스배출구(60)와, 콤비네이션밸브(80)를 포함하고 있다.

상기 액체유입구(10)는 고압의 액체 가스가 유입되는 관이다.

상기 하우징부재(20)는 그 중앙부에 관통공(14)을 가지는 밑판(12)을 포함하는 밀폐형의 부재로서, 알루미늄 재질로 구성되는 되는 것이 바람직하다.

상기 증발관(30)은 상기 하우징부재(20) 내부에 수용되며, 밀폐된 고압 압력용기로 이루어진다.

그리고, 본 실시예에서는 상기 하우징부재(20)와 증발관(30) 사이의 밀폐된 내부공간에 질소가스층이 더 구비되어 있다. 이 질소가스층에 채워지는 질소가스에 의해 상기 하우징부재(20)와 증발관(30) 사이의 공간에 공기가 유입되는 방지하여 후술하는 밴드히터(50)에 습기가 발생되는 것을 방지하여 밴드히터(50)의 수명이 길어진다.

상기 알루미늄관(40)은 상기 증발관(30) 내부에 수용되며, 상기 액체유입구(10)와 연통되어 있다. 이 알루미늄관(40)은 열원으로부터 열을 흡수 받아 그 흡수된 열을 축열하면서 상기 액체유입구(10)로부터 유입되는 액화가스를 기화시킨다.

상기 밴드히터(50)는 상기 증발관(30)의 외부표면에 접촉되며, 상기 알루미늄관(40)에 열을 지속적으로 공급한다. 즉, 상기 밴드히터(50)로부터 발생된 열은 증발관(30)을 통하여 열이동되어 상기 알루미늄관(40)으로 전달되는 것이다.

그리고, 본 실시예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 밴드히터(50)와 증발관(30) 사이에 알루미늄호일(35)이 더 설치되며 탄성변형이 가능하다. 상기 알루미늄호일(35)은 상기 밴드히터(50)와 상기 증발관(30) 사이의 미세한 이격 간격 을 감소시켜 밀착도를 높힘으로 해서 상기 밴드히터(50)에서 제공되는 열을 더욱 용이하게 상기 증발관(30)을 통하여 상기 알루미늄관(40)으로 전달시키기 위한 것이다.

또한, 본 실시예에서는 상기 밴드히터(50) 공급되는 열을 일정하게 유지하기 위하여, 온도조절기(57)가 더 구비되어 있다. 상기 온도조절기(57)는 상기 하우징부재(20)의 내부에 위치되며, 상기 밴드히터(50)와 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 상기 온도조절기(57)는 본 실시예에 따른 기화장치(100)의 전원공급부(미도시)와 연결되어 상기 밴드히터(50)의 온도와 기화한 가스의 온도를 감지하여, 그 온도에 이상이 발생하면 상기 전원공급부의 전원을 차단하는 자동제어의 기능을 겸비하고 있다.

또한, 본 실시예에서는 상기 밴드히터(50)의 외부에 단열재(55)가 설치되어 있다. 상기 단열재(55)는 상기 밴드히터(50)에서 제공되는 열을 더욱 용이하게 상기 알루미늄관(40)으로 전달시키기 위하여 마련된 것으로서, 상기 밴드히터(50)의 상기 알루미늄관(40)이 위치된 방향과 반대되는 면에 접촉된다. 즉, 상기 밴드히터(50)의 외주를 단열재(55)가 둘러싸고 있는 것이다.

상기 가스배출구(60)는 상기 밑판(12)의 관통공(14)을 관통하여 그 밑판(12)으로부터 돌출되며, 상기 하우징부재의 외부와 연통된다. 상기 가스배출구(60)로부터 배출되는 기화된 가스를 사용자는 사용하게 되는 것이다.

상기 콤비네이션밸브(80)는 상기 액체유입구(10)와 상기 알루미늄관(40) 사이에 설치된다. 또한, 본 실시예에서는 상기 증발관(30) 내의 가스의 온도를 감지 하는 온도감지부(70)가 더 구비되어 있다.

상기 콤비네이션밸브(80)는 상기 온도감지부(70)의 온도가 설정된 온도보다 낮을 경우는 상기 온도감지부(70)로부터 신호를 인가 받아 작동하여 상기 알루미늄관(40)으로의 액체 유입을 차단하는 것이다. 즉, 정전이나 전기계통의 고장 등으로 밴드히터(50)가 작동되지 않을 경우 고압 가스의 액체는 기화되지 않고 가스배출구(60)로 유출된다. 이 경우 액체 자체의 증발로 인하여 그 온도가 저하한다. 따라서, 상기 온도감지부(70)는 그 온도를 감지하여 온도가 낮아질 경우 신호를 발생하게 되고 콤비네이션밸브(80)는 그 신호를 인가받아 액체의 유입을 차단하는 것이다.

또한, 상기 콤비네이션밸브(80)는 유입되는 고압가스 액체의 압력을 감소시켜 낮은 온도에서도 액체가 기화되도록 하며, 또한, 증발관(30)의 내부 압력이 상승하면 알루미늄관(40)으로의 액체의 유입을 차단하는 기능을 한다.

또한, 본 실시예에서는 상기 콤비네이션밸브(80)의 하부에 그 콤비네이션밸브(80)와 결합되는 액차단 복귀레버(85)가 더 구비되어 있다. 상기 액차단 복귀레버(85)는 상기 콤비네이션밸브(80)가 작동하여 상기 알루미늄관(40)으로의 액체 유입이 차단된 후 수동조작에 의해 상기 알루미늄관(40)으로 다시 액체가 유입되게 하기 위한 것이다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 기화장치(100)는 다음과 같이 사용된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 고압의 액체가스는 상기 액체유입구(10)를 통하여 유입이 된다. 이렇게 유입된 액체가스는 개폐밸브(310)를 통해 스트레이너(320)를 통과하면서 이물질이 제거되어 여과된 후 상기 콤비네이션밸브(80)에서 필요한 압력으로 감압되어 상기 증발관(30) 내의 알루미늄관(40)으로 유입된다. 이렇게 액체가스를 감압함으로써 액체 내부에서 증발이 발생하게 되므로 유입액체의 온도가 저하되어 상기 알루미늄관(40)의 온도가 낮은 경우에도 열교환이 가능하게 되어 액체가스가 기화되며 또한 기화된 고압가스의 온도도 낮아진다.

이어서, 상기 알루미늄관(40)으로 유입된 액체가스는 기화되는데, 상기 알루미늄관(40)은 상기 밴드히터(50)에 의해 가열되고 축열되어 있는 것이다. 이 때 상기 알루미늄관(40)의 재질은 열전도율이 좋은 알루미늄으로 구성하였다.

또한, 상기 밴드히터(50)와 증발관(30) 사이의 미세한 이격 공간은 상기 알루미늄호일(35)에 의하여 제거된다. 따라서, 미세한 이격 공간에서 유입되는 공기가 없으므로 열전도율이 높게 된다. 또한 열전도율이 좋은 알루미늄 재질이므로 열이동이 양호하게 되는 것도 물론이다. 또한, 상기 밴드히터(50)는 상기 온도조절기(57)에 의해 일정한 온도의 열을 발생시키도록 제어된다. 그리고 상기 밴드히터(50)의 외주는 단열재(55)에 의해 감싸여져 있으므로 상기 밴드히터(50)에서 발생되는 열은 모두 상기 알루미늄관(40)으로 전달되는 것이다.

또한, 상기 하우징부재(20)와 증발관(30) 사이에는 질소가스로 치환해 외부로부터의 공기 등의 유입이 방지된다.

이렇게 감압이 된 후의 액체는 그 압력이 약 0.2 MPa 이고 상기 알루미늄관(40)의 온도는 약 60 ℃ 정도이다.

상기 알루미늄관(40)에서 기화된 고압가스는 상기 가스배출구(60)를 통해 수동개폐식 밸브(360)를 통과한 후 스트레이너(370)에서 이물질이 제거된 후 압력조정기(380)에서 필요한 공급압력으로 조정되어 소비자 측에 공급된다.

또한, 상기 가스배출구(60)와 수동개폐식 밸브(360) 사이에 안전밸브(330)와 온도계(340)와 압력계(350)를 각각 설치한다. 상기 안전밸브(330)는 상기 증발관(30)을 포함하여 가스에 접하는 부분을 내압의 이상 상승에 따른 파손으로부터 장치를 보호하기 위한 것으로, 내부가 설계압력 이상으로 되면 자동적으로 내부 가스를 방출하여 압력을 낮추고, 설계압력 미만으로 되면 자동적으로 닫히게 하는 자동방출밸브이다.

상기 안전밸브(330)는 통상적인 장치이므로 자세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 온도계(340)는 공급가스의 온도를 계측하기 위한 것이며, 상기 압력계(350)는 가스의 압력을 표시하는 것이다.

또한, 상기 하우징부재(20)에는 드레인용 수동식 밸브(390)가 구비되어 필요시마다 드레인 된다.

한편, 상기 콤비네이션밸브(80)에 의해서 자동적으로 액체가스의 유입이 차단된 경우, 즉 상기 증발관(30) 내의 가스의 온도가 낮아지고 상기 온도감지부(70)에서 이것이 감지되는 경우나, 상기 증발관(30)의 내부압력이 높아지는 경우 등에 그 고장 또는 이상 발생의 원인을 규명해서 보수 등을 행한다. 그 뒤 상기 액차단 복귀레버(85)를 회동시켜 다시 액체가스를 기화시키면 된다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 기화장치에 의하면, 기화한 고압가스의 온도를 낮게 하여 주변기기들의 안전성을 확보할 수 있으며, 결빙을 방지하여 추운 지방에서도 사용이 가능하며, 부식을 방지하여 그 부품의 손상을 방지할 수 있으며, 수명이 길고 열효율이 높아 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. 액체유입구를 일체로 한 하우징부재에 있어서, 하우징부재 내부에 수용되며, 밀폐된 고압용기로 이루어진 증발관과 증발관 내부에 수용되며 액체유입구와 연통된 알루미늄관으로 된 이중구조로, 증발관의 외부표면에 접촉되는 밴드히터와, 밑판의 하단에 돌출되며 하우징 부재의 외부와 연통된 가스배출구를 포함하며, 액체 주입구로 부터 고압의 가스 액체가 주입되어 알루미늄관을 통과하면서 밴드히터로부터 제공되는 열에 의해 가스 액체가 기화되어 가스배출구를 통하여 배출되는 것을 특징으로 한 기화장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 밴드히터와 상기 증발관 사이에 위치되며, 탄성 변형이 가능한 알루미늄호일부재를 더 구비하여,

   상기 밴드히터와 상기 증발관 사이의 미세한 이격 간격을 감소시켜 상기 밴 드히터에서 제공되는 열을 용이하게 상기 증발관으로 전달시키는 것을 특징으로 하는 기화장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징부재는 알루미늄 재질을 가지며,

   상기 하우징부재와 상기 증발관 사이의 밀폐된 공간에 채워지는 질소가스층을 구비하여,

   상기 질소가스층의 질소가스에 의해, 상기 하우징부재와 증발관 사이의 공간에 공기의 유입을 방지하여 상기 밴드히터에 습기가 접촉되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 기화장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 밴드히터에서 공급되는 열을 일정하게 유지하기 위하여,

   상기 하우징부재의 내부에 위치되며, 상기 밴드히터와 전기적으로 연결된 온도조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기화장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 밴드히터에서 제공되는 열을 더욱 용이하게 상기 알루미늄관으로 전달시키기 위하여,

   상기 밴드히터의 상기 알루미늄관이 위치된 방향과 반대되는 면에 접촉되는 단열재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기화장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 액체유입구와 상기 알루미늄관 사이에 설치되며, 액체유입구로 유입되는 액체의 압력을 감소시키며, 상기 액체유입구로 유입되는 액체의 유입을 차단할 수 있는 콤비네이션밸브와,

   상기 알루미늄관과 가스배출구 사이의 가스의 온도를 감지하는 온도감지부를 구비하여,

   상기 온도감지부의 온도가 설정된 온도보다 낮을 경우는 상기 온도감지부로부터 신호를 인가 받아, 상기 콤비네이션밸브가 작동하여 상기 알루미늄관으로의 액체 유입을 차단하는 것을 특징으로 하는 기화장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 콤비네이션밸브의 하부에 그 콤비네이션밸브와 결합되는 액차단 복귀레버가 더 구비되어,

   상기 콤비네이션밸브가 작동하여 상기 알루미늄관으로의 액체 유입이 차단된 후 상기 액차단 복귀레버의 수동조작에 의해 상기 알루미늄관으로 다시 액체가 유입되는 것을 특징으로 하는 기화장치.

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