KR101784908B1 - Lng 운반 선박의 재액화시스템 및 그 마이크로 채널 플레이트형 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 LNG 운반 선박의 재액화시스템 및 그 마이크로 채널 플레이트형 열교환기는, LNG 저장탱크로부터 배출되는 저압의 증발가스가 분배되어 열교환될 수 있도록 복수개가 적층되며, 각각에는 상기 저압의 증발가스가 유동되는 마이크로 채널이 형성되는 저압 유로 플레이트들; 상기 저압의 증발가스와 열교환되는 고압의 증발가스가 분배될 수 있도록 상기 복수개의 저압 유로 플레이트들과 교대로 적층되며, 각각에는 상기 고압의 증발가스가 유동되는 마이크로 채널이 형성되는 고압 유로 플레이트들; 및 저압용 흡기 매니폴드, 저압용 배기 매니폴드, 고압용 흡기 매니폴드, 고압용 배기 매니폴드를 포함하며; 상기 각각의 고압 유로 플레이트의 마이크로 채널은 상기 고압의 증발가스가 상기 저압의 증발가스와 다단계에 걸쳐 순차적으로 열교환될 수 있도록 열교환 단계에 따라 독립되는 복수개의 유닛들로 분리되며; 상기 고압용 흡기 매니폴드와 상기 고압용 배기 매니폴드는 각각 복수개가 구비되어 상기 고압 유로 플레이트들의 어느 한 유닛으로부터 상기 어느 한 고압용 배기 매니폴드로 포집되어 배출된 유체가 다시 상기 어느 한 고압용 흡기 매니폴드를 통해 상기 고압 유로 플레이트들의 다음 유닛에 분배되게 하는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명에 의한 LNG 운반 선박의 재액화시스템 및 그 마이크로 채널 플레이트형 열교환기를 이용하면, 단위 열교환 용량 당 열교환 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

LNG 운반 선박의 재액화시스템 및 그 마이크로 채널 플레이트형 열교환기{Re-liquefaction system of LNG vessel and micro-channel plate type heat exchanger for the same}
본 발명은 LNG 운반 선박의 재액화시스템 및 그 마이크로 채널 플레이트형 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LNG 저장탱크의 증발가스의 재액화 등을 위한 열교환에 이용될 수 있는 LNG 운반 선박의 재액화시스템 및 그 마이크로 채널 플레이트형 열교환기에 관한 것이다.
천연가스는 통상 액화되어 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 상태로 원거리에 걸쳐 수송된다. 액화천연가스는 천연가스를 대략 상압 -163℃ 근처의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다. 그러나 액화천연가스 저장탱크를 단열하여도 외부의 열을 완벽하게 차단시키기에는 한계가 있고, 액화천연가스 내부로 전달되는 열에 의해 액화천연가스는 저장탱크 내에서 지속적으로 기화하게 된다.
저장탱크 내부에서 기화된 액화천연가스를 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)라고 한다. 증발가스의 발생으로 인하여 저장탱크의 압력이 설정된 안전압력 이상이 되면, 증발가스는 안전밸브를 통하여 저장탱크의 외부로 배출된다. 저장탱크 외부로 배출된 증발가스는 선박의 연료로 사용되거나 재액화되어 다시 저장탱크로 돌려보내진다.
통상 증발가스 재액화 장치는 냉동 사이클을 가지며, 이 냉동 사이클에 의해 증발가스를 냉각시킴으로써 증발가스를 재액화시킨다. 증발가스를 냉각시키기 위하여 냉각 유체와 열교환을 시키는데, 증발가스 자체를 냉각 유체로 사용하여 자가 열교환 시키는 재액화 시스템(PRS; Partial Re-liquefaction System)이 사용되고 있다.
도 1은 종래의 LNG 운반 선박에 적용되는 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 LNG 운반 선박에 적용되는 재액화 시스템은, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를, 제1밸브(20)를 통과시킨 후 자가 열교환기(30)로 보낸다. 자가 열교환기(30)에서 냉매로서 열교환된 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 다수개의 압축 실린더(40) 및 다수개의 냉각기(50)를 포함하는 다단압축기에 의해 다단계의 압축과정을 거친 후, 일부는 엔진으로 보내져 연료로 사용되고, 나머지 일부는 다시 자가 열교환기(30)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환되어 냉각된다. 다단계의 압축과정을 거친 후 자가 열교환기(30)에 의해 냉각된 증발가스는, 감압장치(60)를 거치며 일부가 재액화되고, 기액분리기(70)에 의해 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스가 분리된다. 기액분리기(70)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(10)로 보내지고, 기액분리기(70)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 제 2 밸브(80)를 지나, 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스와 통합되어 자가 열교환기(30)로 보내진다.
한편, 저장탱크(10)로부터 배출된 후 자가 열교환기(30)를 지난 증발가스 중 일부는, 다단계의 압축과정 중 일부의 압축과정만 거친 후 분기되어 제 3 밸브(90)를 지난 후 발전기로 보내진다. 발전기에서는 고압 엔진에서 필요로 하는 압력보다 낮은 압력의 천연가스를 요구하므로, 일부 압축과정만을 거친 증발가스를 발전기에 공급하는 것이다.
도 2는 종래의 LNG 운반 선박의 재액화장치에 적용되는 자가 열교환기의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 자가 열교환기 구조를 회로 방식으로 도시한 개략도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면 종래의 자가 열교환기는, 일정 높이 내지 일정 두께로 적층되는 플레이트(32)들에 증발가스의 유동을 안내하는 유로인 마이크로 채널(micro-channel)이 형성된 마이크로 채널 플레이트형 열교환기로서, 복수개의 플레이트(32)들은 제1플레이트와 제1 플레이트와 번갈아 적층되는 제2플레이트가 다수 적층되는 형태로 구성된다. 제1흡기 매니폴드(34)와, 제1배기 매니폴드(35)와, 제2흡기 매니폴드(36)와, 제2배기 매니폴드(37)를 포함한다.
따라서 저압의 증발가스가 상기 제1흡기 매니폴드(34)의 입구(34a)를 통해 상기 제1흡기 매니폴드(34)에 유입되어 상기 제1흡기 매니폴드(34)를 통해 상기 복수개의 플레이트(32)들 중 제1 플레이트의 마이크로 채널에 각각 흐르게 되고, 고압의 증발가스가 상기 제2흡기 매니폴드(36)의 입구(36a)를 통해 상기 제2흡기 매니폴드(36)에 유입되어 상기 제2흡기 매니폴드(36)를 통해 상기 복수개의 플레이트(32)들 중 나머지 제2플레이트의 마이크로 채널에 각각 흐르게 된다. 상기 저압의 증발가스와 상기 고압의 증발가스가 상기 마이크로 채널을 따라 유동되면서 서로 열교환되며, 각각 상기 제1배기 매니폴드(35)의 출구(35a)와 상기 제2배기 매니폴드(37)의 출구(37a)를 통해 배출된다.
그러나 도 2에 도시된 종래기술에 따른 자가 열교환기는 상기 제1,제2흡기매니폴드의 입구들로부터 거리가 가까운 플레이트(32)의 마이크로 채널과 그 거리가 먼 마이크로 채널 간에 유동량 차이가 발생하여 열분포가 균일하지 못한 문제점이 지적된다. 즉 상기 제1,제2흡기 매니폴드(34, 36)의 입구(34a, 36a)를 중심으로 수직 방향으로 입구(34a,36a)에서 가까운 쪽에 위치하는 플레이트에 형성된 마이크로 채널에서 흐르는 가스 유량이 많고, 입구(34a)에서 수직방향으로 거리가 먼 곳에 위치하는 플레이트(32)에 형성된 마이크로 채널 내에 흐르는 가스 유량이 적어지는 현상이 발생하게 된다.
도 4는 도 2에 도시된 자가 열교환기 내의 플레이트(32)에 형성된 마이크로 채널 흐름방향으로 가스의 온도 변화를 도시한 그래프이다. 도 4에서 위의 두개의 그래프(A)는 제1,제2흡기 매니폴드(34, 36)의 입구(34a, 36a)를 중심으로 수직 방향으로 입구(34a,36a)에서 먼 쪽(양단)에 위치하는 플레이트에 형성된 마이크로 채널에서 흐르는 가스의 온도를 나타낸 것이고, 도 4에서 위의 두개의 그래프(B)는 제1,제2흡기 매니폴드(34, 36)의 입구(34a, 36a)를 중심으로 수직 방향으로 입구(34a,36a)에서 가까운 곳에 위치하는 플레이트에 형성된 마이크로 채널에서 흐르는 가스의 온도를 나타낸 것이다.
즉 도 4의 'L1'은 저압의 증발가스가 유동되는 마이크로 채널들 중 상기 제1흡기 매니폴드의 입구에 가장 먼 쪽 플레이트의 마이크로 채널 상 저압의 증발가스의 흐름방향으로 온도 분포로서, 그래프의 오른쪽 끝단이 시작점으로서 대략 -140℃로 유입되어 그래프 왼쪽 끝단인 대략 40℃로 배출된다. 한편 'H1'는 고압의 증발가스가 유동되는 마이크로 채널들 중 상기 제2흡기 매니폴드의 입구에서 가장 먼 플레이트의 마이크로 채널 상 고압의 증발가스의 흐름 방향으로의 온도 분포로서, 그래프의 왼쪽 끝단이 시작점으로서 대략 40℃로 유입되어 그래프 오른쪽 끝단인 대략 -90℃로 배출되는 것을 알 수 있다.
도 4의 'L2'는 저압의 증발가스가 유동되는 마이크로 채널들 중 상기 제1흡기 매니폴드의 입구에서 가장 가까운(중앙) 플레이트의 마이크로 채널 상 저압의 증발가스의 온도 분포로서, 'L1'과 마찬가지로 그래프의 오른쪽 끝단이 시작점으로서 대략 -140℃로 유입되지만 그래프 왼쪽 끝에서 알 수있는 바와 같이 'L1'과 달리 마이크로 채널 끝부분에서는 대략 -6~-8℃로 배출된다. 도 4의 'H2'는 고압의 증발가스가 유동되는 마이크로 채널들 중 상기 제2흡기 매니폴드의 입구에 가장 가까운 마이크로 채널 상 고압의 증발가스의 온도 분포로서, 'H1'과 마찬가지로 그래프의 왼쪽 끝단이 시작점으로서 대략 40℃로 유입되지만 'H1'과 달리 그래프 오른쪽 끝단에서 알 수있는 바와 같이 대략 -140℃로 배출된다.
따라서 기존의 열교환기의 구조는 위 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 플레이트 위치에 따른 유동 불균일이 발생되어 플레이트 상하위치에 따른 큰 온도편차가 존재하여, 이 결과 열교환 성능이 낮다. 즉 도 4의 'G'로 도시된 바와 같이, 같은 온도의 저압의 증발가스가 상기 플레이트의 마이크로 채널에 유입되더라도 상기 제1흡기 매니폴드를 통해 분배된 위치에 따라 그 배출 온도 차이가 크다. 고압의 증발가스 또한 같은 온도로 유입되더라도 그 분배 위치에 따라 그 배출 온도 차이가 있다.
한편 상기한 낮은 열교환 성능 문제를 해결하기 위해서는 열교환기의 용량을 늘려야 한다. 현재로서는 마이크로 채널 플레이트 제작 방식에 따른 제약 때문에 현실적으로 가능한 단위 마이크로 채널 플레이트의 최대 크기는 대략 0.6m×1.5m로서, 따라서 열교환기의 용량을 증가시키기 위해서는 적층되는 마이크로 채널 플레이트의 수를 증가시켜야 한다. 그런데 적층되는 마이크로 채널 플레이트의 수를 증가시키면 유동 불균일이 더욱 커져 열교환 성능을 향상시키는데 한계가 있으며, 전반적인 크기 제약 문제 및 비용 상승 등의 문제점이 수반된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1623169호(등록일자; 2016년 5월 16일)
본 발명의 목적은, 열교환 도중 불균일한 유동을 혼합하여 재유입한 후 다시 열교환이 이루어지게 하여 최종적으로 열교환 위치에 따른 온도 편차를 줄일 수 있는 LNG 운반 선박의 재액화시스템 및 그 마이크로 채널 플레이트형 열교환기를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 LNG 운반 선박의 재액화시스템은, LNG 저장탱크로부터 배출되는 저압의 증발가스가 분배되어 열교환될 수 있도록 복수개가 적층되며, 각각에는 상기 저압의 증발가스가 유동되는 마이크로 채널이 형성되는 저압 유로 플레이트들; 상기 저압의 증발가스가 상기 복수개의 저압 유로 플레이트들에 분배되게 하는 저압용 흡기 매니폴드; 상기 복수개의 저압 유로 플레이트들로부터 유체가 포집되어 배출되게 하는 저압용 배기 매니폴드; 상기 저압의 증발가스와 열교환되는 고압의 증발가스가 분배될 수 있도록 상기 복수개의 저압 유로 플레이트들과 교대로 적층되며, 각각에는 상기 고압의 증발가스가 유동되는 마이크로 채널이 형성되는 고압 유로 플레이트들; 상기 고압의 증발가스가 상기 복수개의 고압 유로 플레이트들에 분배되게 하는 고압용 흡기 매니폴드; 상기 복수개의 고압 유로 플레이트들로부터 유체가 포집되어 배출되게 하는 고압용 배기 매니폴드;를 포함하며, 상기 각각의 고압 유로 플레이트의 마이크로 채널은 상기 고압의 증발가스가 상기 저압의 증발가스와 다단계에 걸쳐 순차적으로 열교환될 수 있도록 열교환 단계에 따라 독립되는 복수개의 유닛들로 분리되며, 상기 고압용 흡기 매니폴드와 상기 고압용 배기 매니폴드는 각각 복수개가 구비되어 상기 고압 유로 플레이트들의 어느 한 유닛으로부터 상기 어느 한 고압용 배기 매니폴드로 포집되어 배출된 유체가 다시 상기 어느 한 고압용 흡기 매니폴드를 통해 상기 고압 유로 플레이트들의 다음 유닛에 분배되게 한다.
상기 저압 유로 플레이트와 상기 고압 유로 플레이트는 서로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
상기 하나의 고압 유로 플레이트에는 상기 마이크로 채널의 복수개의 유닛들이 함께 형성될 수 있다.
상기 각각의 저압 유로 플레이트의 마이크로 채널은 상기 저압 유로 플레이트의 한쪽 끝에서 그 반대쪽 끝을 향해 일방향으로 형성되며; 상기 각각의 고압 유로 플레이트의 복수개의 유닛들은 상기 일방향을 따라 열교환 단계 순으로 배열될 수 있다.
상기 고압 유로 플레이트의 복수개의 유닛들 각각은 입구에서 출구를 향해 복수회 절곡될 수 있다.
상기 고압 유로 플레이트의 복수개의 유닛들 각각은 그 입구와 출구가, 상기 저압 유로 플레이트의 입,출구와 교차되며, 서로 상기 저압 유로 플레이트의 마이크로 채널의 일방향을 따라 이격될 수 있다.
상기 고압 유로 플레이트의 복수개의 유닛들의 입구들은 상기 고압 유로 플레이트의 한쪽 끝단에 일렬로 위치되며, 상기 고압 유로 플레이트의 그 반대쪽 끝단에는 상기 고압 유로 플레이트의 복수개의 유닛들의 출구들이 일렬로 위치될 수 있다.
상기 고압 유로 플레이트들로부터 상기 고압용 배기 매니폴드를 통해 배출되는 유체를 다음의 고압용 흡기 매니폴드로 안내하는 유로 상에 설치되어 상기 배출된 유체를 혼합시키는 유체 혼합기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마이크로 채널 플레이트형 열교환기는, 제1유체가 분배되어 열교환될 수 있도록 복수개가 적층되며, 각각에는 상기 제1유체가 유동되는 마이크로 채널이 형성되는 제1플레이트들; 상기 제1유체가 상기 복수개의 제1플레이트들에 분배되게 하는 제1흡기 매니폴드; 상기 복수개의 제1플레이트들로부터 유체가 포집되어 배출되게 하는 제1배기 매니폴드; 상기 제1유체와 열교환되는 제2유체가 분배될 수 있도록 상기 복수개의 제1플레이트들과 교대로 적층되며, 각각에는 상기 제2유체가 유동되는 마이크로 채널이 형성되는 제2플레이트들; 상기 제2유체가 상기 복수개의 제2플레이트들에 분배되게 하는 제2흡기 매니폴드; 상기 복수개의 제2플레이트들로부터 유체가 포집되어 배출되게 하는 제2배기 매니폴드;를 포함하며, 상기 각각의 제2플레이트의 마이크로 채널은 상기 제2유체가 상기 제1유체와 다단계에 걸쳐 순차적으로 열교환될 수 있도록 열교환 단계에 따라 독립되는 복수개의 유닛들로 분리되며, 상기 제2흡기 매니폴드와 상기 제2배기 매니폴드는 각각 복수개가 구비되어 상기 제2플레이트들의 어느 한 유닛으로부터 상기 어느 한 제2배기 매니폴드로 포집되어 배출된 제2유체가 다시 상기 어느 한 제2흡기 매니폴드를 통해 상기 제2플레이트들의 다음 유닛에 분배되게 한다.
상기 각각의 제1플레이트의 마이크로 채널은 상기 제1플레이트의 한쪽 끝에서 그 반대쪽 끝을 향해 일방향으로 형성되며; 상기 제2플레이트의 복수개의 유닛들은 상기 일방향을 따라 열교환 단계 순으로 배열된 제1,제2유닛들로 이루어질 수 있다.
상기 제2플레이트의 제1,제2유닛 각각은 그 입구와 출구가, 상기 제1플레이트의 입,출구와 교차되게 형성되며, 그 입구에서 출구를 향해 복수회 절곡되게 형성될 수 있다.
상기 제2플레이트들로부터 상기 제2배기 매니폴드를 통해 배출되는 제2유체를 다음의 제2흡기 매니폴드로 안내하는 유로 상에 설치되어 상기 배출된 제2유체를 혼합시키는 유체 혼합기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 LNG 운반 선박의 재액화시스템 및 그 마이크로 채널 플레이트형 열교환기는, 고압의 증발가스가 순차적으로 분배되어 저압의 증발가스와 일부 열교환 후 혼합되고 다시 분배되어 저압의 증발가스와 다단계에 걸쳐 순차적으로 열교환하기 때문에 열교환을 마친 저압의 증발가스와 고압의 증발가스의 온도 편차가 줄어들어 비교적 균일하게 유동될 수 있기 때문에 단위 열교환 용량 대비 열교환 성능이 월등히 향상될 수 있다.
또한 본 발명은, 기존의 고압 유로 플레이트의 마이크로 채널을 복수개의 독립된 유닛들로 분리하여 고압의 증발가스가 열교환 단계에 따라 순차적으로 유동될 수 있게 형성하고, 기존과 비교하여 추가되는 고압용 흡기 매니폴드와 고압용 배기 매니폴드, 그리고 유체 혼합기를 기존의 여유 공간에 구성하는 것이므로 열교환기의 전체적인 사이즈 증가가 거의 없다고 볼 수 있고, 구조적 간섭 또한 방지될 수 있다.
도 1은 종래의 LNG 운반 선박에 적용되는 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 종래의 LNG 운반 선박의 재액화장치에 적용되는 자가 열교환기의사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 자가 열교환기 구조를 회로 방식으로 도시한 개략도이다.
도 4는 도 2에 도시된 자가 열교환기 내의 플레이트에 형성된 마이크로 채널 흐름방향으로 가스의 온도 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LNG 운반 선박에 적용되는 재액화 시스템에 관한 것으로서, 마이크로 채널 플레이트형 열교환기의 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 열교환기의 플레이트 적층 구조 및 고압 증발가스의 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 열교환기의 플레이트 단면 일부를 도시한 도면이다.
도 8은 도 5에 도시된 열교환기 구조를 회로 방식으로 도시한 개략도이다.
도 9는 도 5에 도시된 자가 열교환기 내의 플레이트(32)에 형성된 마이크로 채널 흐름방향으로 가스의 온도 변화를 도시한 그래프이다
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능, 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 채널 플레이트형 열교환기는, 제1유체 유동을 안내하는 마이크로 채널이 형성된 복수개의 제1플레이트들과, 제2유체 유동을 안내하는 마이크로 채널이 형성된 복수개의 제2플레이트들과, 하나의 제1흡기 매니폴드와, 하나의 제1배기 매니폴드와, 복수개의 제2흡기 매니폴드와, 복수개의 제2배기 매니폴드를 포함한다.
상기한 마이크로 채널 플레이트형 열교환기는, LNG를 연료를 이용하는 엔진을 장착한 선박에 있어서 LNG 저장탱크에서 배출되는 저압의 증발가스를 고압의 증발가스를 이용하는 자가 열교환 방식으로 재액화시키는 시스템에 적합하다. 이하 설명의 편의를 위해 LNG 운반 선박의 재액화시스템에 적용되는 마이크로 채널 플레이트형 열교환기에 한정하여 설명하며, 아울러 상기 제1유체는 저압의 증발가스로, 상기 제2유체는 고압의 증발가스로, 상기 제1플레이트는 저압 유로 플레이트(102)로, 상기 제2플레이트는 고압 유로 플레이트(104)로, 상기 제1흡기 매니폴드는 저압용 흡기 매니폴드(110)로, 상기 제1배기 매니폴드는 저압용 배기 매니폴드(120)로, 상기 제2흡기 매니폴드는 고압용 흡기 매니폴드(130,150)로, 상기 제2배기 매니폴드는 상기 고압용 배기 매니폴드(140,160)로 한정하여 설명한다.
상기 저압 유로 플레이트(102)들과 상기 고압 유로 플레이트(104)들은 상기 저압의 증발가스와 상기 고압의 증발가스가 서로 열교환되기 쉽도록 열전도율이 좋은 금속 재질로 형성될 수 있다. 상기 저압 유로 플레이트(102)들과 상기 고압 유로 플레이트(104)들은 다양한 형태, 크기로 이루어질 수 있으며, 예컨대 도시된 바와 같이 서로 동일한 크기의 직사각형으로 이루어질 수 있다. 상기 저압 유로 플레이트(102)들과 상기 고압 유로 플레이트(104)들은 인쇄 회로 열교환기(printed circuit heat exchanger)의 일종으로 에칭 가공을 통하여 반구 형상 등의 마이크로 채널이 형성될 수 있다. 이 경우 상기 저압 유로 플레이트(102)들과 상기 고압 유로 플레이트(104)들은 마이크로 채널 형성에 따라 단위 체적당 전열 면적이 매우 높고, 마이크로 채널이 미세하게 됨에 따라 내압성이 월등히 우수한 장점을 가진다. 상기 저압 유로 플레이트(102)들과 상기 고압 유로 플레이트(104)들은 교대로 적층될 수 있다. 즉 맨 위에는 상기 저압 유로 플레이트(102)가 배열되고, 그 바로 밑에는 상기 고압 유로 플레이트(104)가 배열되며, 또 그 밑에는 상기 저압 유로 플레이트(102)가 배열되는 등 2개의 저압 유로 플레이트(102)들 사이에 하나의 고압 유로 플레이트(104)가 개재되고, 또한 2개의 고압 유로 플레이트(104)들 사이에 하나의 저압 유로 플레이트(102)가 개재될 수 있다. 상기와 같이 적층되는 복수개의 저압 유로 플레이트(102)들과 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들은 확산 접합(diffusion welding)될 수 있다. 따라서 상기 복수개의 저압 유로 플레이트(102)들과 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들이 일체로 결합되어 하나의 열교환부(100)를 구성할 수 있으며, 상기 플레이트들의 적층방향을 따라 상기 저압의 증발가스와 상기 고압의 증발가스가 흡기 매니폴드(110,130,150)에 의해서 상기 복수개의 저압 유로 플레이트(102)들과 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들에 분산되어 서로 열교환될 수 있다.
상기 각각의 저압 유로 플레이트(102)의 마이크로 채널(102a)은 상기 저압용 흡기 매니폴드(110)를 통해 유입되는 저압의 증발가스 유동을 안내하는 유로로서, 유동량, 압력 등에 따라 다양한 형상을 취할 수 있으며, 예컨대 도시된 바와 같이 상기 저압 유로 플레이트(102)의 한쪽 끝에서 그 반대쪽 끝을 향해 일방향으로 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 후술하는 바와 같이 상기 고압 유로 플레이트(104)의 복수개의 마이크로 채널이 직사각형의 장변을 따라 배열될 수 있도록, 상기 저압 유로 플레이트(102)의 마이크로 채널(102a)은 직사각형의 장변에 평행한 일자형으로 형성될 수 있으며, 하나의 저압 유로 플레이트(102)에 여러개가 나란히 형성될 수 있다. 상기 저압의 유로 플레이트의 마이크로 채널은 상기 저압용 흡기 매니폴드(110) 및 상기 저압용 배기 매니폴드(120)와 연통될 수 있도록, 직사각형의 단변에 위치되는 그 양 끝이 각각 개방될 수 있다.
상기 각각의 고압 유로 플레이트(104)의 마이크로 채널(104a,104b)은 상기 고압용 흡기 매니폴드(130,150)를 통해 유입되는 고압의 증발가스 유동을 안내하는 유로로서, 유동량, 압력 등에 따라 다양한 형상을 취할 수 있다. 특히 상기 고압 유로 플레이트(104)의 마이크로 채널(104a,104b)은 상기 고압의 증발가스가 열교환 단계에 따라 순차적으로 유출입되면서 상기 저압의 증발가스와 다단계에 걸쳐 열교환될 수 있도록 하나의 고압 유로 플레이트(104)에 열교환 단계에 따라 독립되는 복수개의 유닛(104a,104b)들로 분리, 형성될 수 있다. 예컨대 도시된 바와 같이 열교환기 용량 등에 따라 제1유닛(104a)과 제2유닛(104b) 2개가 형성될 수 있다. 상기 고압 유로 플레이트(104)의 제1,제2유닛(104a,104b)들은 직사각형의 장변을 따라 배열될 수 있도록, 즉 상기 저압 유로 플레이트(102)의 마이크로 채널(102a)의 일방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다. 상기 고압 유로 플레이트(104)의 제1,제2유닛(104a,104b)들은 단위 면적당 전열 면적이 많이 확보될 수 있도록 1회 이상, 보다 바람직하게는 복수회 절곡된 형상일 수 있다. 예컨대 도시된 바와 같이 상기 고압 유로 플레이트(104)의 제1,제2유닛(104a,104b)들은 각각 대략 'ㄹ'자 패턴(patten)이 여러 개 겹친 형태로 형성될 수 있다. 상기 고압 유로 플레이트(104)의 제1,제2유닛(104a,104b)들의 입구와 출구는 각각, 상기 저압 유로 플레이트(102)의 마이크로 채널(102a)의 입,출구와 교차되게 형성될 수 있다. 즉 상기 고압 유로 플레이트(104)의 제1,제2유닛(104a,104b)들은 그 입구와 출구가 각각, 직사각형의 장변에 위치될 수 있다. 상기 고압 유로 플레이트(104)의 제1,제2유닛(104a,104b)들의 입구들은 직사각형의 한 쌍의 장변 중 어느 하나에 상기 저압 유로 플레이트(102)의 마이크로 채널(102a)의 일방향을 따라 일렬로 서로 일정 거리 이격되어 형성되고, 상기 고압 유로 플레이트(104)의 제1,제2유닛(104a,104b)들의 출구들은 직사각형의 나머지 장변에 상기 일방향을 따라 일렬로 서로 일정 거리 이격되어 형성될 수 있다. 따라서 열교환기의 전체적인 구조적 간섭이 방지될 수 있고, 전반적인 고압 증발가스의 유로 또한 단순해질 수 있다.
상기 저압용 흡기 매니폴드(110)는 상기 저압의 증발가스를 상기 복수개의 저압 유로 플레이트(102)들의 마이크로 채널(102a)들에 분배시키는 것이다. 상기 저압용 흡기 매니폴드(110)는 상기 복수개의 저압 유로 플레이트(102)들의 적층방향을 따라 상기 저압의 증발가스가 분배될 수 있도록 상기 적층방향을 따라 긴 유로를 갖는 파이프 구조로 형성될 수 있다.
상기 저압용 흡기 매니폴드(110)는 상기 열교환부(100)의 일측에 접합될 수 있다. 바람직하게는 상기 저압용 흡기 매니폴드(110)는 상기 저압 유로 플레이트(102)의 마이크로 채널(102a)의 입구가 위치되는 직사각형의 단변에 접합될 수 있다. 이 경우 상기 저압용 흡기 매니폴드(110)는 상기 열교환부(100) 측 일면이 평면으로 형성되어 출구(미도시)가 형성될 수 있고, 그 반대쪽 면의 중앙 측에 상기 저압의 증발가스가 유입되는 입구(110a)가 형성될 수 있다.
상기 저압용 배기 매니폴드(120)는 상기 복수개의 저압 유로 플레이트(102)들로부터 열교환 후 배출되는 유체를 한 곳으로 포집하여 배출하는 것이다. 상기 저압용 배기 매니폴드(120)는 상기 저압용 흡기 매니폴드(110)와 동일한 형태로 파이프로 구조로 형성되어 상기 저압 유로 플레이트(102)의 마이크로 채널(102a)의 출구가 위치되는 직사각형의 단변에 접합될 수 있다. 상기 저압용 배기 매니폴드(120)에는 상기 열교환부(100) 측 일면이 평면으로 형성되어 입구(미도시)가 형성될 수 있고, 그 반대쪽 면의 중앙 측에 상기 저압 유로 플레이트(102)들로부터 배출되는 유체가 배출되는 출구(120a)가 형성될 수 있다.
상기 고압용 흡기 매니폴드(130,150)는 상기 고압의 증발가스를 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들의 마이크로 채널(104a,104b)들에 분배시키는 것이다. 상기 고압용 흡기 매니폴드(130,150)는 마이크로 채널(104a,104b)의 유닛 갯수에 대응하여 복수개 구성될 수 있다. 예컨대 상기 고압용 흡기 매니폴드(130,150)는 하나의 고압 유로 플레이트(104)에 제1,제2유닛(104a,104b)이 형성된 경우, 그에 맞춰 2개 구성될 수 있다. 즉 제1고압용 흡기 매니폴드(130)와 제2고압용 흡기 매니폴드(150)가 구성될 수 있다. 상기 제1,제2고압용 흡기 매니폴드(130,150)는 각각 상기 저압용 흡기 매니폴드(110)와 마찬가지로 파이프 구조로 형성되어 상기 고압 유로 플레이트(104)의 제1,제2유닛(104a,104b)들의 입구가 위치되는 직사각형의 장변에 접합될 수 있다. 이 경우 상기 제1,제2고압용 흡기 매니폴드(130,150)는 각각 상기 열교환부(100) 측 일면이 평면으로 형성되어 출구(미도시)가 형성될 수 있고, 그 반대쪽 면의 중앙 측에 상기 고압의 증발가스가 유입되는 입구(130a,150a)가 형성될 수 있다.
상기 고압용 배기 매니폴드(140,160)는 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들로 유체를 한 곳으로 포집하여 배출하는 것이다. 상기 고압용 배기 매니폴드(140,160)는 하나의 고압 유로 플레이트(104)에 형성된 마이크로 채널(104a,104b)의 유닛 갯수에 대응하여 복수개 구성될 수 있다. 예컨대 제1고압용 배기 매니폴드(140)와 제2고압용 배기 매니폴드(160)가 구성될 수 있다. 상기 제1,제2고압용 배기 매니폴드(140,160)는 각각 상기 저압용 흡기 매니폴드(110)와 마찬가지로 파이프 구조로 형성되어 상기 고압 유로 플레이트(104)의 제1,제2유닛(104a,104b)들의 출구가 위치되는 직사각형의 장변에 접합될 수 있다. 이 경우 상기 제1,제2고압용 배기 매니폴드(140,160)는 각각 상기 열교환부(100) 측 일면이 평면으로 형성되어 입구(미도시)가 형성될 수 있고, 그 반대쪽 면의 중앙 측에 상기 고압 유로 플레이트(104)들로부터 배출되는 유체가 배출되는 출구(140a,160a)가 형성될 수 있다.
도 6은 도 5의 열교환기의 구성 중 플레이트의 적층 구조 및 고압유로 플레이트(104)를 마이크로 채널을 통과하는 고압의 증발가스의 흐름을 설명하는 개략도로서 편의상 도 5에 도시된 다른 메니폴드(104, 110,130,160)을 생략하고 도시한 것이다.
한편 도 6에서와 같이 상기 고압 유로 플레이트(104)들의 제1유닛(104a)으로부터 배출되는 유체를 다시 상기 고압 유로 플레이트(104)의 제2유닛(104b)으로 유입시키기 위해 상기 제1고압용 배기 매니폴드(140)와 상기 제2고압용 흡기 매니폴드(150)를 연결하는 유로는 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들로부터 배출되는 유체가 균일하게 충분히 혼합될 수 있도록 긴 파이프로 구성된다.
또한 도 6에 도시한 바와 같이 상기 제1고압용 배기 매니폴드(140)와 상기 제2고압용 흡기 매니폴드(150)를 연결하는 유로 상에는 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들로부터 배출되는 유체가 외력에 의해 신속하고 균일하게 충분히 혼합될 수 있도록 믹서(mixer) 등의 유체 혼합기(170)가 설치될 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 운반선박의 재액화시스템 등에 적합한 마이크로 채널 플레이트형 열교환기의 열교환 작용을 좀 더 자세히 살펴보면 다음과 같다.
LNG 저장탱크로부터 저압(대략 0.6 bar)의 증발가스가 대략 -140℃로 배출되어 상기 저압용 흡기 매니폴드(110)의 입구(110a)를 통해 상기 저압용 흡기 매니폴드(110)로 유입된 후, 상기 저압용 흡기 매니폴드(110)를 통해 복수개의 저압 유로 플레이트(102)들로 분배된다.
그리고 상기 저압의 증발가스가 재액화 과정을 거친 후 여전히 액화되지 않은 고압(약 300bar)의 증발가스가 대략 45℃정도로 상기 제1고압용 흡기 매니폴드(130)의 입구(130a)를 통해 상기 제1고압용 흡기 매니폴드(130)로 유입된 후, 상기 제1고압용 흡기 매니폴드(130)를 통해 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들의 제1유닛(104a)들로 분배된다.
따라서 상기 복수개의 저압 유로 플레이트(102)의 마이크로 채널(102a)로 분배된 저압의 증발가스와 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)의 제1유닛(104a)으로 분배된 고압의 증발가스가 플레이트(102,104)에서의 열전도에 의해서 서로 열교환된다. 그 결과 상기 복수개의 저압 유로 플레이트(102)들 중 중앙 측 플레이트들로 분배된 저압의 증발가스는 대략 -40℃ 정도로 온도 상승되고, 상기 복수개의 저압 유로 플레이트(102)들 중 양 가장자리 측 플레이트들로 분배된 저압의 증발가스는 대략 -70℃ 정도로 온도가 상승하는 것을 확인하였다. 그리고 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들 중 중앙 측 플레이트들로 분배된 고압의 증발가스는 대략 -65℃ 정도로 냉각되었고, 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들 중 양 가장자리 측 플레이트들로 분배된 고압의 증발가스는 대략 -18℃ 정도로 냉각됨을 알 수 있었다.
상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)의 제1유닛(104a)을 통과한 고압의 증발가스는 상기 제1고압용 배기 매니폴드(140)로 포집되어 상기 제1고압용 배기 매니폴드(140)의 출구(140a)를 통해 배출된다. 상기 제1고압용 배기 매니폴드(140)의 출구(140a)로 배출된 고압의 증발가스는 상기 유체 혼합기(170)를 통과하면서 혼합되어 대략 -40℃ 균일해질 수 있다.
상기 유체 혼합기(170)에서 균일해진 고압의 증발가스 등 유체는 상기 제2고압용 흡기 매니폴드(150)의 입구(150a)를 통해 상기 제2고압용 흡기 매니폴드(150)로 유입된 후, 상기 제2고압용 흡기 매니폴드(150)를 통해 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)의 제2유닛(104b)으로 분배된다.
상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)의 제2유닛(104b)으로 분배된 고압의 증발가스는 상기 복수개의 저압 유로 플레이트(102)의 마이크로 채널(102a)을 따라 유동 중인 저압의 증발가스와 플레이트(102,104) 내의 열전도에 의해서 다시 열교환을 하게 된다. 그 결과 상기 복수개의 저압 유로 플레이트(102)들 중 중앙 측 플레이트로부터 배출되는 저압의 증발가스는 대략 40℃ 정도로 온도 상승되고, 상기 복수개의 저압 유로 플레이트(102)들 중 양 가장자리 측 플레이트로부터 배출되는 저압의 증발가스는 대략 8℃ 정도로 온도 상승됨을 알 수 있었다. 그리고, 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들 중 중앙 측 플레이트로부터 배출되는 고압의 증발가스는 대략 -133℃정도로 냉각되고, 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들 중 양 가장자리 측 플레이트로부터 배출되는 고압의 증발가스는 대략 -112℃정도로 냉각될 수 있다. 상기 복수개의 저압 유로 플레이트(102)들로부터 배출되는 저압의 증발가스 등 유체는 상술한 바와 같이 열교환 위치 차이에도 불구하고 그 온도차가 크지 않기 때문에 상기 제1저압용 배기 매니폴드(120)의 출구(120a)를 통해 배출되어 전반적으로 균일하게 유동될 수 있다. 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들로부터 배출되는 고압의 증발가스 등 유체 또한 상술한 바와 같이 열교환 위치 차이에도 불구하고 그 온도차가 크지 않기 때문에 상기 제2고압용 배기 매니폴드(160)의 출구(160a)를 통해 배출되어 전반적으로 균일하게 유동될 수 있다. 즉 도 9를 참조하는 바와 같이, 상기 복수개의 저압 유로 플레이트(102)들 중 중앙 측에 분배된 저압의 증발가스(L1)와 그 양 가장자리 측에 분배된 저압의 증발가스(L2)가 그래프 오른쪽 끝에서 동일한 온도로 열교환 시작하였다가 그래프 왼쪽 끝에서 크지 않은 온도 차로 열교환이 끝날 수 있음을 확인할 수 있다. 그리고 상기 복수개의 고압 유로 플레이트(104)들 중 중앙 측에 분배된 고압의 증발가스(H2)와 그 양 가장자리 측에 분배된 고압의 증발가스(H1)가 그래프 왼쪽 끝에서 동일한 온도로 열교환 시작하였다가 그래프 오른쪽 끝에서 크지 않은 온도 차로 열교환이 끝날 수 있음을 볼 수 있다.
본 발명에 따른 열교환기에 의하면, 상술한 바와 같이 열교환 위치 차이에도 불구하고 상기 저압의 증발가스와 상기 고압의 증발가스의 온도 차이가 종래보다는 현격히 줄어들어 비교적 균일해질 수 있기 때문에 그 열교환 성능이 월등히 향상될 수 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
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Claims (12)

  1. LNG 저장탱크로부터 배출되는 저압의 증발가스가 분배되어 열교환될 수 있도록 복수개가 적층되며, 각각에는 상기 저압의 증발가스가 유동되는 마이크로 채널이 형성되는 저압 유로 플레이트들; 상기 저압의 증발가스가 상기 복수개의 저압 유로 플레이트들에 분배되게 하는 저압용 흡기 매니폴드; 상기 복수개의 저압 유로 플레이트들로부터 유체가 포집되어 배출되게 하는 저압용 배기 매니폴드; 상기 저압의 증발가스와 열교환되는 고압의 증발가스가 분배될 수 있도록 상기 복수개의 저압 유로 플레이트들과 교대로 적층되며, 각각에는 상기 고압의 증발가스가 유동되는 마이크로 채널이 형성되는 고압 유로 플레이트들; 상기 고압의 증발가스가 상기 복수개의 고압 유로 플레이트들에 분배되게 하는 고압용 흡기 매니폴드; 상기 복수개의 고압 유로 플레이트들로부터 유체가 포집되어 배출되게 하는 고압용 배기 매니폴드;를 포함하며,
    상기 각각의 고압 유로 플레이트의 마이크로 채널은 상기 고압의 증발가스가 상기 저압의 증발가스와 다단계에 걸쳐 순차적으로 열교환될 수 있도록 열교환 단계에 따라 독립되는 복수개의 유닛들로 분리되며,
    상기 고압용 흡기 매니폴드와 상기 고압용 배기 매니폴드는 각각 복수개가 구비되어 상기 고압 유로 플레이트들의 어느 한 유닛으로부터 상기 어느 한 고압용 배기 매니폴드로 포집되어 배출된 유체가 다시 상기 어느 한 고압용 흡기 매니폴드를 통해 상기 고압 유로 플레이트들의 다음 유닛에 분배되게 하는;
    LNG 운반 선박의 재액화시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저압 유로 플레이트와 상기 고압 유로 플레이트는 서로 동일한 크기로 형성되는 LNG 운반 선박의 재액화시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나의 고압 유로 플레이트에는 상기 마이크로 채널의 복수개의 유닛들이 함께 형성되는 LNG 운반 선박의 재액화시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 각각의 저압 유로 플레이트의 마이크로 채널은 상기 저압 유로 플레이트의 한쪽 끝에서 그 반대쪽 끝을 향해 일방향으로 형성되며;
    상기 각각의 고압 유로 플레이트의 복수개의 유닛들은 상기 일방향을 따라 열교환 단계 순으로 배열되는 LNG 운반 선박의 재액화시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 고압 유로 플레이트의 복수개의 유닛들 각각은 입구에서 출구를 향해 복수회 절곡되는 LNG 운반 선박의 재액화시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 고압 유로 플레이트의 복수개의 유닛들 각각은 그 입구와 출구가, 상기 저압 유로 플레이트의 입,출구와 교차되며, 서로 상기 저압 유로 플레이트의 마이크로 채널의 일방향을 따라 이격되는 LNG 운반 선박의 재액화시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 고압 유로 플레이트의 복수개의 유닛들의 입구들은 상기 고압 유로 플레이트의 한쪽 끝단에 일렬로 위치되며,
    상기 고압 유로 플레이트의 그 반대쪽 끝단에는 상기 고압 유로 플레이트의
    복수개의 유닛들의 출구들이 일렬로 위치되는 LNG 운반 선박의 재액화시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압 유로 플레이트들로부터 상기 고압용 배기 매니폴드를 통해 배출되는 유체를 다음의 고압용 흡기 매니폴드로 안내하는 유로 상에 설치되어 상기 배출된 유체를 혼합시키는 유체 혼합기를 더 포함하는 LNG 운반 선박의 재액화시스템.
  9. 제1유체가 분배되어 열교환될 수 있도록 복수개가 적층되며, 각각에는 상기 제1유체가 유동되는 마이크로 채널이 형성되는 제1플레이트들; 상기 제1유체가 상기 복수개의 제1플레이트들에 분배되게 하는 제1흡기 매니폴드; 상기 복수개의 제1플레이트들로부터 유체가 포집되어 배출되게 하는 제1배기 매니폴드; 상기 제1유체와 열교환되는 제2유체가 분배될 수 있도록 상기 복수개의 제1플레이트들과 교대로 적층되며, 각각에는 상기 제2유체가 유동되는 마이크로 채널이 형성되는 제2플레이트들; 상기 제2유체가 상기 복수개의 제2플레이트들에 분배되게 하는 제2흡기 매니폴드; 상기 복수개의 제2플레이트들로부터 유체가 포집되어 배출되게 하는 제2배기 매니폴드;를 포함하며,
    상기 각각의 제2플레이트의 마이크로 채널은 상기 제2유체가 상기 제1유체와 다단계에 걸쳐 순차적으로 열교환될 수 있도록 열교환 단계에 따라 독립되는 복수개의 유닛들로 분리되며,
    상기 제2흡기 매니폴드와 상기 제2배기 매니폴드는 각각 복수개가 구비되어 상기 제2플레이트들의 어느 한 유닛으로부터 상기 어느 한 제2배기 매니폴드로 포집되어 배출된 제2유체가 다시 상기 어느 한 제2흡기 매니폴드를 통해 상기 제2플레이트들의 다음 유닛에 분배되게 하는;
    마이크로 채널 플레이트형 열교환기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 각각의 제1플레이트의 마이크로 채널은 상기 제1플레이트의 한쪽 끝에서 그 반대쪽 끝을 향해 일방향으로 형성되며;
    상기 제2플레이트의 복수개의 유닛들은 상기 일방향을 따라 열교환 단계 순으로 배열된 제1,제2유닛들로 이루어지는 마이크로 채널 플레이트형 열교환기.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2플레이트의 제1,제2유닛 각각은 그 입구와 출구가, 상기 제1플레이트의 입,출구와 교차되게 형성되며, 그 입구에서 출구를 향해 복수회 절곡되게 형성되는 마이크로 채널 플레이트형 열교환기.
  12. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2플레이트들로부터 상기 제2배기 매니폴드를 통해 배출되는 제2유체를 다음의 제2흡기 매니폴드로 안내하는 유로 상에 설치되어 상기 배출된 제2유체를 혼합시키는 유체 혼합기를 더 포함하는 마이크로 채널 플레이트형 열교환기.


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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019113302A (ja) * 2017-12-21 2019-07-11 ドゥサン ヘヴィー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド 気液分離構造を含む印刷基板型熱交換器および気液分離器
JP2020012490A (ja) * 2018-07-13 2020-01-23 株式会社三井Ｅ＆Ｓマシナリー 気化器
WO2021106984A1 (ja) * 2019-11-26 2021-06-03 三菱重工マリンマシナリ株式会社 冷熱回収システム、冷熱回収システムを備える船舶、および冷熱回収方法
CN113028867A (zh) * 2021-03-24 2021-06-25 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 一种多股流体换热用微通道换热器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013538112A (ja) 2010-07-20 2013-10-10 ウニヴァルシテ ドゥ サヴォワ 流体循環モジュール

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013538112A (ja) 2010-07-20 2013-10-10 ウニヴァルシテ ドゥ サヴォワ 流体循環モジュール

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019113302A (ja) * 2017-12-21 2019-07-11 ドゥサン ヘヴィー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド 気液分離構造を含む印刷基板型熱交換器および気液分離器
JP6991954B2 (ja) 2017-12-21 2022-01-13 ドゥサン ヘヴィー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド 気液分離構造を含む印刷基板型熱交換器および気液分離器
US11248853B2 (en) 2017-12-21 2022-02-15 Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. Printed circuit-type heat exchanger and gas-liquid separating device having gas-liquid separating structure
JP2020012490A (ja) * 2018-07-13 2020-01-23 株式会社三井Ｅ＆Ｓマシナリー 気化器
WO2021106984A1 (ja) * 2019-11-26 2021-06-03 三菱重工マリンマシナリ株式会社 冷熱回収システム、冷熱回収システムを備える船舶、および冷熱回収方法
JP2021085443A (ja) * 2019-11-26 2021-06-03 三菱重工マリンマシナリ株式会社 冷熱回収システム、冷熱回収システムを備える船舶、および冷熱回収方法
CN114651148A (zh) * 2019-11-26 2022-06-21 三菱重工船用机械株式会社 冷能回收系统、具备冷能回收系统的船舶以及冷能回收方法
EP4035985A4 (en) * 2019-11-26 2022-11-23 Mitsubishi Heavy Industries Marine Machinery & Equipment Co., Ltd. COLD RECOVERY SYSTEM, SHIP WITH COLD RECOVERY SYSTEM AND COLD RECOVERY PROCESS
JP7288842B2 (ja) 2019-11-26 2023-06-08 三菱重工マリンマシナリ株式会社 冷熱回収システム、冷熱回収システムを備える船舶、および冷熱回収方法
CN114651148B (zh) * 2019-11-26 2023-12-01 三菱重工船用机械株式会社 冷能回收系统、具备冷能回收系统的船舶以及冷能回收方法
CN113028867A (zh) * 2021-03-24 2021-06-25 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 一种多股流体换热用微通道换热器

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