KR101868198B1 - 액화 가스용 기화기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 기화기는, 액화 가스를 열매체로 가열해서 기화시키는 것으로, 열매체가 보충가능하게 수용되는 열매체 용기(1, 2)와, 상기 열매체 용기(1, 2)의 하부에서부터 상부로 연장되고 다시 하부로 되접어 꺾이도록 연장되는 나선 형상의 전열관(3)을 포함한다. 상기 전열관(3)의 상단부를 고정시키지 않고, 해당 전열관의 하단부만을 상기 열매체 용기(1, 2)에 지지시켜, 상기 전열관(3)에 기화시켜야 할 액화 가스를 연속적으로 흘려보내서 기화시키도록 하고 있다.

Description

액화 가스용 기화기{VAPORIZER FOR LIQUEFIED GAS}

본 발명은 질소, 산소, 아르곤이나 LNG(액화 천연 가스), 프로판 등 액화된 가스를 기화 증발시켜 가스 상태로 수요자에게 공급하는 기화기에 관한 것이다.

액화 질소, 액화 산소, 액화 아르곤 및 액화 탄산 가스 등으로 대표되는 산업용 가스에 부가해서, LNG(액화 천연 가스), LPG(액화 프로판 가스) 등의 연료 가스를 액상으로 탱크에 축적하고, 기화기 등에서 증발 기화시켜서 가스 상태로 해서 공급하는 것은 각 산업분야에서 액화 가스의 저장과 소비를 반복하는 중요한 공업적 수법으로서 이용되고 있다. 기화기의 가열원으로서는, 가스의 물성에 따라서 다양한 것을 사용할 수 있지만, 분위기 공기를 사용하는 것이 일반적이다. 이 경우, 액화 질소, 액화 산소나 액화 아르곤은 -180℃ 이하에서, 액화 탄산 가스는 -25℃ 이하로, LNG는 -160℃ 이하에서, LPG은 -40℃ 이하의 저온에서 저장하고 있으므로, 기화기에서 증발 기화시킬 때에는 분위기 공기 중의 수분이 동결되어 전열관에 얼음이 축적되어서 전열저항이 현저하게 증대한다. 따라서, 예를 들어, LNG 새틀라이트(satellite)(중추가 되는 대형의 LNG 저장 시설로부터 떨어진 복수 개소에 설치되는 중간 규모 또는 소규모의 LNG 저장 시설을 지칭함)에 있어서는, 기화기는 적어도 2기 병렬 설치되어, 소정 시간(예를 들어, 4시간)마다 2기를 전환하여 운전하여, 한쪽의 기화기로 기화 운전을 행하고 있는 사이에, 빙결된 다른 쪽의 기화기를 정지시켜서 해빙을 행하도록 하고 있다. 또, 가열원으로서 바닷물 등의 액체매체를 이용하는 기화기도 공지되어 있다. 가열원으로서 바닷물이나 분위기 공기를 이용하는 종래의 기화기는, 예를 들어, 하기 특허문헌 1 내지 3에 개시되어 있다.

예를 들어, 대표적인 액화 가스인 LNG를 가온시켜 기화시키는 기화기의 경우, 일본국 공개 특허 평 5-203098호 공보(특허문헌 1)에서 볼 수 있는 바와 같이, LNG를 통과시키는 복수의 전열관과 그들에 용접 고정된 관판(tube plate)으로 칸막이된 실로 구성되는, 소위 셸 앤드 튜브식의 열교환기가 사용되고 있었다. 이것은 복수의 전열관을 관판 사이에 짜넣고, 셀 측에 바닷물을 흘려보내 LNG를 가온시켜 증발 기화시키는 것이었다.

또, 일본국 공개 특허 평 5-332499호 공보(특허문헌 2)는, 오픈 랙식이라 불리는 기화기를 개시하는 것으로, 2중관 구조의 전열관을 세로 방향으로 복수개 연립시켜, 상하의 매니폴드에 용접 고정함으로써, 전체로서 패널 형상의 구조로 하고, 외부에 바닷물을 살수시켜서 가온 증발시키고 있었다.

또한, 일본국 공개 특허 제2005-156141호 공보(특허문헌 3)는, 분위기 공기를 이용해서 가온시키는 기화기를 개시하고 있고, 도 5에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 상하 방향으로 간격을 둔 매니폴드(21), (22) 사이에 핀(fin) 부착 전열관(23)(핀은 도시 생략)을 병렬로 배치하고 있다. 기화되는 LNG는, 하부 매니폴드(21)로부터 도입되어, 복수의 핀 부착 전열관(23)에 나뉘어서 흐르는 사이에 공기와의 열교환에 의해 증발하고, 상부 매니폴드(22)에서 합류되어 회수되어서, 도출관(24)을 개재해서 도시하지 않은 이용 장소에 공급된다. 또한, 도 5에 있어서, 부호 (25)는 전열관(23)과 상하의 매니폴드(21), (22)의 용접부를 나타내고 있다.

이상과 같이, 종래 기술에 의한 기화기는 공통적으로 파이프를 복수개 세워서, 그 상하에 칸막이실이나 매니폴드를 설치하여 용접 고정해서 사용되는 것으로, LNG는 우선 하부에서부터 공급되고, 다음에 각 전열관 속을 상승하면서 기화한 가스가 상부의 매니폴드나 칸막이실에 모아지고, 외기에 의해 가온되어서 인출되는 것이었다.

특허문헌 1에 개시된 기화기에 있어서는, 가열은 바닷물로 가온하고 있으므로 바닷물이 충분량 흐르고 있을 경우에는 -160℃에 가까운 온도로 송입되는 LNG에 의해서 바닷물이 빙결되는 문제는 일어나지 않지만, 전열관이 상하의 관판에 용접 고정되어 있으므로 LNG의 송입량에 의해 가온의 정도가 변하면 전열관이 신축해 관판과의 용접 개소에 열응력이 가해진다. 그 결과, 송입량이 변화를 계속하면 이 열응력의 반복이 일어나, 최후에는 열피로에 의해 관판에 고정되어 있는 용접부가 파괴된다. 또, 전열관이 복수개 있으므로 이 내부에서의 LNG의 액분산이 나쁘면 관판에 고정되어 있는 각 용접부의 온도의 편차가 일어나 관판에 왜곡이 생겨, 상기 열피로를 가속시킨다.

마찬가지의 문제는, 관판에 상당하는 매니폴드에 전열관이 용접 고정되어 있는 특허문헌 2에 기재된 기화기에서도 일어난다.

한편, 도 5에 나타낸 특허문헌 3의 공기가열식의 기화기에서는, 전열관(23)의 내부에는 -160℃ 가까운 저온 액체가 도입됨과 동시에 외부로부터 분위기 공기로 가열되기 때문에, 공기 중의 수분이 전열관(23)의 표면에서 결빙(결빙부를 부호 (FZ)로 나타냄)되어, 전열효율이 현저하게 저하한다. 또한, 하부 매니폴드(21)로부터 상부 매니폴드(22)를 향해 복수개의 전열관(23)에 LNG를 균일하게 나누어서 흐르게 하는 것은 곤란하고, 특히 LNG의 유량을 저감시켜 증발 부하를 작게 했을 경우에는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상이한 전열관(23)마다 결빙부(FZ)의 길이도 달라, 상이한 전열관(23) 사이에서 온도차가 생기고, 이 온도차의 상위로부터 각 전열관의 신축의 길이도 달라지게 된다. 예를 들어, 전열관(23)의 재료로서 알루미늄을 채용했을 경우에 있어서 100℃의 온도차의 상위가 생기면 1m당 2.3㎜의 신축량의 상위가 생기고, 스테인레스 강으로 이루어진 전열관에서는 1m당 1.5㎜의 신축량의 상위가 생기며, 철제의 전열관에서는 1m당 1.2㎜의 신축량의 상위가 생긴다. 이 때문에, 매니폴드(21), (22)에 고정되어 있는 용접부(25)에 과잉의 응력이 가해져서, 기화기를 간헐 운전하면 용접부(25)에 균열이 생기는 문제를 자주 일으키고 있었다.

또한, 액화 가스 기화기는 고압 가스 보안법의 가스 설비로 지정되어 있기 때문에, 기화기는 3년간 1회, 반드시 용접부 및 내부 구성의 공적인 개방 검사가 필요해지고, 그 때문에 점검 시 간단히 용접부도 포함시켜서 내부 구성을 육안 검사할 수 있도록 하는 바와 같은 구조가 요구되고 있었다.

JPH5-203098 A JPH5-332499 A JP 2005-156141 A

이상의 내용을 감안하여, 본 발명이 해결하고자 하는 주된 과제는, 반복 열응력이 부하되어도 전열관의 용접부에 파괴 등의 문제를 일으키는 것이 극히 적은 기화기를 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 보충적인 과제는, 분위기 공기로 가온시킬 경우와 같은 전열관 표면에서의 습기의 동결에 의한 열교환율의 저하 때문에, 동일한 기화기를 2기 설치해서, 교대로 운전과 해빙을 행할 필요가 없는 기화기를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 보충적인 과제는, 고압 가스 보안법의 대상이 되는 가스 설비로서, 용접부 및 내부 구성 전체의 공적 검사를 받기 쉬운 바와 같은 구조의 기화기를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 다음과 같은 수단을 제기하여 채용하였다.

즉, 본 발명은 액화 가스를 열매체로 가열해서 기화시키는 기화기로서, 열매체가 보충가능하게 수용되는 열매체 용기와, 상기 열매체 용기의 하부로부터 상부로 연장되고 다시 하부로 되접어 꺾이도록 연장되는 나선 형상의 전열관을 포함하되, 상기 전열관의 상단부를 고정시키지 않고, 해당 전열관의 하단부만을 상기 열매체 용기에 지지시켜, 상기 전열관에 기화시켜야 할 액화 가스를 연속적으로 흐르게 해서 기화시키도록 한 기화기를 제공한다.

이상의 구성에 따르면, 전열관은 나선 형상이며, 전열관은 증발량의 변동에 의해 냉각과 가온을 반복해서 신축해도 길이의 변화를 흡수할 수 있도록 하고 있다. 따라서, 전열관의 열매체 용기에 대한 지지부(접합부)에 과대한 응력이 부하되는 것을 회피할 수 있어, 지지부의 파괴 등의 문제를 해소 또는 경감할 수 있다. 게다가, 전열관의 권취수나 권취 밀도를 조정함으로써, 연장 길이를 조정하는 것에 의해 전열면적을 변화시키는 것도 가능하다.

또한, 분위기 공기나 바닷물을 이용할 경우와는 달리, 온수 등의 열매체로 상온 이상의 온도, 예를 들어, +60℃에서 전열관을 가온시킨다. 따라서, 전열관의 표면에 동결은 일어나지 않는다. 그 결과, 동결된 기화기를 대기시켜서 해빙시킬 필요가 없기 때문에 2기의 기화기를 설치할 필요가 없어지고, 1기만으로 기화를 계속하는 것이 가능해진다. 게다가, 공기나 바닷물로 가온했을 경우와 비교해서, 예를 들어, +60℃의 온수를 이용하면 가열 측과 피가열 측과의 온도차가 커지므로, 전열면적을 대폭 저감시켜, 기화기를 컴팩트하게 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 전열관은, 그 상류 측에서부터 하류 측에 걸쳐서 내경이 단계적으로 커지도록 구성하고 있다. 이것에 의해, LNG 등의 액화 가스가 액체로부터 기체로 변화되어 가는 과정에서 용적이 70배 이상에 달해도, 전열관 내의 증발량에 맞춰서 액체 혹은 기체의 유속을 최적화시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 전열관은, 그 하류 측의 가장 굵은 부분의 내경 단면적이 상류 측의 가장 가는 부분의 내경 단면적의 1.5배 내지 10배의 범위로 되도록, 내경이 단계적으로 커지게끔 구성하고 있다.

바람직하게는, 상기 열매체 용기는, 밑판과, 상기 밑판에 착탈가능하게 접합된 본체 하우징을 포함하고 있어, 상기 전열관의 상류 측 단부와 하류 측 단부는 상기 밑판에만 고정되어 있다. 이 구성에 따르면, 덮개로 되어 있는 본체 하우징을 밑판으로부터 떼어내는 것만으로 전열관을 내장한 모든 구성물을 직접 점검 정비할 수 있다.

바람직하게는, 상기 전열관의 상류 측 단부와 하류 측 단부는 각각 캡(cap)을 개재해서 상기 밑판에 대해서 지지되어 있고, 상기 캡은 제1용접부를 개재해서 상기 상류 측 단부 또는 하류 측 단부에 접합되는 동시에, 제2용접부를 개재해서 상기 밑판에 접합되어 있다. 이 구성에 따르면, 전열관과 캡의 신축에 따르는 응력을 각각 제1용접부와 제2용접부에 분산시킬 수 있어, 응력 집중을 회피할 수 있다.

바람직하게는, 상기 캡은 곡면 형상의 천장벽을 가지고 있고, 상기 전열관은 상기 캡 천장벽을 관통하고 있으며, 상기 제1용접부는 상기 전열관 및 상기 캡 천장벽을 둔각에 걸쳐서 접합하고 있다. 이 구성에 의해서도 용접부에의 응력집중을 더욱 효과적으로 회피할 수 있다.

바람직하게는, 상기 열매체 용기에는, 그 내부에 열매체를 공급하기 위한 열매체 도입 노즐이 설치되어 있고, 상기 열매체 도입 노즐의 개구부는 상기 열매체 용기의 외주벽의 원주방향을 따라서 열매체를 분사한다. 이것에 의해, 열매체에 의한 액화 가스에의 열교환 효율이 향상된다.

바람직하게는, 상기 열매체 용기에는, 그 내부에 있어서의 열매체의 액면을 규정하는 열매체 오버플로(overflow) 관이 설치되어 있고, 그 열매체 오버플로관의 상단 개구부를 초월해서 오버플로하는 열매체를 상기 열매체 용기의 외부로 배출하도록 구성되어 있다.

바람직하게는, 상기 열매체 용기에 있어서 상기 전열관으로부터 누설된 액화 가스를 검지하기 위한 가스 누설 검출 수단이 더 설치된다. 이것에 의해, 가스가 누설된 상태인 채로 운전이 계속되는 것을 회피할 수 있다.

본 발명의 기화기는, 액화 천연 가스(LNG)를 기화시키는데 특히 적합한 것이지만, LNG의 기화뿐만 아니라, 비점이 -183℃인 액화 산소, -186℃인 액화 아르곤, -196℃인 액화 질소, -42℃인 프로판 등을 액상으로 저온저장된 액화 가스를 기화시킬 경우에도 적용할 수 있다.

본 발명의 더 한층의 특징과 작용·효과에 대해서는, 이하에 첨부 도면에 의거해서 설명하는 실시형태로부터 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 기화기의 개략 구성과 그 내부에 있어서의 전열관 코일의 구성을 주체적으로 나타낸 부분종단면도;
도 2는 상기 기화기에 있어서의 전열관 이외의 부재의 개략 구성을 주체적으로 나타낸 부분종단면도;
도 3은 상기 기화기의 개략 구성을 나타낸 횡단면도;
도 4는 상기 기화기에 있어서의 용접 개소의 구조를 나타낸 확대 단면도;
도 5는 종래의 기화기에 있어서의 요부를 나타낸 개략 구성도.

도 1 내지 도 4는, 본 발명의 실시형태에 따른 액화 가스용 기화기의 구성을 나타내고 있고, 해당 기화기는, 주로, 밑판(1)과, 셸 형상의 본체 하우징(2)과, 전열관(3)과, 열매체 도입 노즐(4)과, 열매체 오버플로관(5)과, 열매체 배출관(6)과, 가스 누설 검출관(7)을 포함하고 있다. 또, 이들 도 1 내지 도 4에 있어서, 본체 하우징(2), 전열관(3), 열매체 도입 노즐(4), 열매체 오버플로관(5), 열매체 배출관(6) 등의 두께는 간략화를 위하여 도시 생략하고 있다. 또한, 이하에 있어서는, 기화되는 액화 가스가 액화 천연 가스(LNG)이며, 가열 매체가 온수인 것으로 해서 설명을 진행시키는 경우도 있지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.

밑판(1)은, 예를 들어, 스테인레스 강으로 이루어지고, 복수의 전열관 삽입통과구멍(1a), (1b)(도 1에서는 2개의 전열관 삽입통과구멍)과, 복수의 볼트 구멍(1c)을 지니고 있다. 밑판(1)은, LNG 새틀라이트(단락 [0002]의 정의 참조)의 발판널을 겸하는 것이어도 된다.

본체 하우징(2)은, 예를 들어, 스테인레스 강으로 이루어지고, 하단부는 개구되어 있으며, 상단부는 부분 구면 형상 또는 곡면 형상의 천장벽(2a)으로 폐쇄되어 있다. 따라서, 본체 하우징(2)은 거의 조종(釣鐘) 형상의 형태를 가지고 있다. 본체 하우징(2)의 개구부 하단부의 외주에는 원환 형상의 플랜지(2b)가 일체 형성되고 있어, 해당 플랜지(2b)에는 밑판(1)의 볼트 구멍(1c)에 대응하는 볼트 구멍(2c)이 형성되어 있다. 본체 하우징(2)과 밑판(1)은, 각각의 볼트 구멍(1c), (2c)에 삽입되는 볼트(도시 생략)에 의해서 서로 밀봉 상태로 고정되어 있다. 따라서, 도시되지 않은 볼트를 푸는 것에 의해서, 본체 하우징(2)은 밑판(1)으로부터 용이하게 떼어낼 수 있어, 내부 구조를 용이하게 육안에 의해 검사할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 밑판(1)과 본체 하우징(2)에 의해 온수 등의 열매체를 수용하기 위한 열매체 용기가 규정된다. 또, 도시하고 있지는 않지만, 본체 하우징(2)의 플랜지(2b)와 밑판(1) 사이에는 적당한 밀봉재가 삽입되어 있어, 밀봉 상태가 유지되도록 되어 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 전열관(3)은, 밑판(1)의 한쪽의 전열관 삽입통과구멍(1a)을 개재해서 본체 하우징(2)의 내부에 끌어들여져, 나선 형상으로 위쪽으로 연장된 후, 아래쪽으로 되접어 ?여서 밑판(1)의 다른 쪽의 전열관 삽입통과구멍(1b)을 개재해서 외부에 도출된다. 이 결과, 전열관(3)이 온도변화에 의해 신축되어도, 나선 형상으로 연장되는 부분에 의해 충분히 흡수할 수 있고, 밑판(1)에 대한 접속 부분(그 구조의 상세는 후술함)에 응력이 전달되기 어려워지고 있다.

도시한 실시형태에 있어서는, 전열관(3)은, 그 상류 측에서부터 하류 측으로 연장됨에 따라서 단계적으로 직경이 커지고 있고, 상류 측의 소직경부(3a)와, 이 소직경부(3a)로부터 되접어 꺾인 정상부까지 연장되는 중간 직경부(3b)와, 이 중간 직경부(3b)로부터 밑판(1)을 향해서 연장되는 대직경부(3c)를 포함하고 있다. 소직경부(3a)와 중간 직경부(3b) 사이는 리듀서(reducer)(3d)(직경이 다른 관체를 접속하는 공지의 요소)에 의해 접속되어 있고, 중간 직경부(3b)와 대직경부(3c) 사이는 리듀서(3e)에 의해 접속되어 있다. 구체적으로는, 소직경부(3a)는 예를 들면 내경 27.2㎜Φ의 스테인레스 강관이고, 중간 직경부(3b)는 예를 들면 내경 35.5㎜Φ 혹은 내경 52.7㎜Φ의 스테인레스 강관(단면적비로 1.7배로부터 3.8배의 굵기로 크게 함)이며, 또한 대직경부(3c)는 내경 65.9㎜Φ의 스테인레스 강관(단면적비로 중간 직경부(3b)에 대해서 1.6배로부터 3.4배로 크게 함)이다. 단, 전열관(3)의 내경을 2단계로 증대시켜도 되고(이 경우, 내경 27.2㎜Φ로부터 내경 65.9㎜Φ까지 단면적비로 한번에 5.9배로 크게 함), 4단계 이상으로 나누어서 내경을 증대시켜도 된다.

전열관(3)의 소직경부(3a)는, 그 상류 단부에 있어서, 예를 들어, LNG 저장탱크로부터 연장되는 배관에 접속되어 있다. 한편, 전열관(3)의 대직경부(3c)는, 그 하류 단부에 있어서, 예를 들어, 천연 가스 이용 부위(도시 생략)에 연결되는 배관에 접속되어 있다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 열매체 도입 노즐(4)은, 예를 들어, 스테인레스 강관으로 이루어지고, 도시되어 있지 않은 열매체 공급원(온수 공급원)으로부터 연장되는 배관에 접속되어 있는 동시에, 밑판(1)을 관통해서 위쪽으로 연장되어 있다. 열매체 도입 노즐(4)의 상단부는, 본체 하우징(2)의 하부에 있어서 외주벽의 원주방향을 따라서 개구되어 있고, 본체 하우징(2)의 내부에 도입된 열매체가 와류로 되도록 열매체를 분사하게끔 되어 있다. 열매체로서는, 온수, 에탄올 또는 에틸렌 글라이콜 등의 액체를 사용할 수 있지만, 비용과 취급의 용이성을 고려하면 온수를 이용하는 것이 바람직하다.

열매체 오버플로관(5)은, 예를 들어, 스테인레스 강관으로 이루어지고, 밀봉된 상태에서 밑판(1)을 관통해서 연장되어 있다. 열매체 오버플로관(5)의 상단 개구부(5a)는, 본체 하우징(2)의 천장벽(2)의 근방에 위치하고, 열매체 도입 노즐(4)로부터 열매체가 순차 공급됨으로써 오버플로하는 열매체를 외부에 배출한다. 열매체 오버플로관(5)을 개재해서 배출된 열매체는, 도시하지 않은 재가열 수단에 의해 재가열되어, 재차 도시하지 않은 열매체 공급원으로 순환된다.

열매체 배출관(6)은, 본체 하우징(2)을 밑판(1)으로부터 떼어내서 내부를 보수 점검하기에 앞서서, 내부의 열매체를 배출하기 위한 것이고, 밑판(1)의 관통 구멍을 개재해서 밀봉된 상태에서 본체 하우징(2)의 내부에 연통하고 있다. 열매체 배출관(6)은, 예를 들어, 스테인레스 강관으로 구성된다.

가스 누설 검출관(7)은, LNG 등의 액화 가스가 본체 하우징(2)의 내부에서 누설되었을 때의 체크용 노즐로서의 기능을 하기 위해서 설치되어 있으며, 그 상단부(7a)는 오버플로관(5)의 상단 개구부(5a)(열매체의 액면을 규정)와 본체 하우징(2)의 천장벽(2a) 사이에 위치하고 있다. 본체 하우징(2)의 내부에서 누설된 액화 가스는, 기체로 되어서 가스 누설 검출관(7)에 의해 외부로 도출되고, 해당 가스 누설 검출관(7)에 접속된 도시하지 않은 센서에 의해서 검지된다. 액화 가스의 누설이 검출된 경우에는, 점검 수리가 실시되게 된다.

다음에, 전열관(3)의 밑판(1)에 대한 접속 구조에 대해서 설명한다. 전열관(3)은, 밑판(1)에 대해서, 2개소, 즉, 전열관 삽입통과구멍(1a), (1b)의 위치에서 접속되어 있지만, 직경의 대소의 차이는 있으나, 기본적인 접속 구조는 같으므로, 대표예로서 소직경부(3a)의 전열관 삽입통과구멍(1a)에 있어서의 접속 구조에 대해서 도 4를 참조해서 설명하기로 한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 전열관 삽입통과구멍(1a)은 캡(8)에 의해 막혀 있고, 이 캡(8)의 반구면 형상 또는 곡면 형상 천장벽(8a)의 중앙부를 전열관(3)의 소직경부(3a)가 관통하고 있다. 전열관(3)의 소직경부(3a)와 캡(8)의 천장벽(8a) 사이는 용접부(9a)에 의해 접합되어 있고, 캡(8)의 소매부와 밑판(1) 사이는 용접부(9b)에 의해 접합되어 있다. 이 결과, 전열관(3)과 캡(8)은 각각 다른 점에서 접합 고정되어 있으므로, 전열관(3)의 신축과 캡(8)의 신축은 따로따로 자유롭게 되어 2개의 열응력은 2개소의 용접부(9a), (9b)로 분산된다. 또한, 전열관(3)에 대한 용접부(9a)에 대해서는, 캡(8)에 있어서의 반구면 형상 또는 곡면 형상 천장벽(8a)에 의한 응력 분산 효과가 추가적으로 작용한다. 따라서, 전열관(3)을 나선 구조로 한 것에 의한 신축 흡수 효과와 더불어, 용접부(9a), (9b)에의 응력집중은 일어나지 않게 된다. 또한, 캡(8)은 전열관(3)과 마찬가지의 예를 들어 스테인레스 강으로 이루어진 것이 바람직하다.

이상의 구성의 기화기를 운전함에 있어서는, 열매체 도입 노즐(4)을 개재해서 본체 하우징(2)에 예를 들어 +60℃ 정도의 온수가 공급되어서, 본체 하우징(2)의 내부를 거의 채운다. 공급된 온수는, 본체 하우징(2)의 내부를 와류로 되어서 상승하고, 과잉으로 된 온수는 열매체 오버플로관(5)을 개재해서 외부로 배출되어, 재가열된 뒤에 열매체 공급원(도시 생략)에 순환된다.

한편, 액화 가스인 LNG는 나선 형상으로 감긴 전열관(3) 내를 일단 상승하고, 이어서 하강하는 사이에 열매체인 온수에 의한 가열을 받아서 액체로부터 기체로 변화된다. 그 과정에서 액체인 LNG는, 0.3㎫G에서 -145℃의 가스로 변화되어 가면, 그 용적이 약 70배로 증가한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 전열관(3)의 내경은 단계적으로 증가하고 있으므로, 유체의 흐름에 대한 저항이 상승할 일은 없고, LNG 또는 기화한 가스의 최적인 유속이 확보된다. 기화된 천연 가스는, 전열관(3)의 내부에서 최종적으로는 상온 부근까지 가열되어 배출된다.

예를 들면, 600㎏/h의 LNG를 증발 기화하는데 +60℃의 온수를 이용하면, 전열관(3)의 표면적은 약 13㎡ 정도 필요로 되지만, 이것을 공기나 바닷물로 가온하게 되면 전열면적은 약 2배 이상 필요해지고, 기기 높이가 높아짐과 동시에 설치 면적도 커진다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 기화기의 소형화와 설치 면적의 축소화를 실현할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 해당 실시형태에 의한 효과를 정리하면 이하와 같다.

(1) 전열관(3)을 나선 형상으로 했으므로 온도변화에 의한 전열관의 신축 변화를 흡수할 수 있고, 용접부에 응력이 가해지기 어려우며, 용접부의 파괴도 일어나기 어렵다. 특히, 도시한 실시형태와 같이, 1개의 나선 형상의 전열관을 이용할 경우에는, 복수의 전열관을 이용할 경우와 같은 전열관마다의 열응력차가 없고 열피로도 더욱 일어나기 어렵다. 또한, 나선 형상의 전열관(3)을 채용함으로써, 나선의 권취수와 권취 밀도를 조정하는 것에 의해, 총 전열관 길이를 조정하는 것으로 용이하게 전열면적을 변화시킬 수 있다.

(2) 전열관(3)의 밑판(1)에 대한 접합을 캡(8)을 개재해서 2군데의 용접부(9a), (9b)로 나누어서 행하고 있으므로, 전열관(3)과 캡(8)의 각각의 신축에 따르는 열응력을 간섭시키는 일 없이 분산시킬 수 있다. 게다가, 전열관(3)에 대한 용접부(9a)에 대해서는, 캡(8)에 있어서의 반구면 형상 또는 곡면 형상 천장벽(8a)에 의한 응력 분산 효과가 추가적으로 작용하므로, 전체로서의 응력 분산 효과가 더 높아진다.

(3) LNG가 액체로부터 기체로 변화되어 가는 과정에서 용적은 70배 이상에 달해도, 전열관(3) 내의 증발량에 맞춰서 전열관(3)의 내경을 단계적으로 크게 하고 있으므로, 액체 혹은 기체의 유속을 최적화가 가능하다.

(4) 온수 등의 열매체를 이용하므로 가열 측과 피가열 측의 온도차가 커지게 되어 전열면적을 작게 해서, 컴팩트하게 할 수 있다. 또, 열매체를 이용하기 위하여, 동결한 기화기를 대기시켜서 해빙시킬 필요가 없기 때문에 2기의 기화기를 설치할 필요가 없어 1기만으로 기화가 가능하다.

(5) 전열관(3)을 덮는 본체 하우징(2)을 조종 형상 또는 캡 형상으로 하여 밑판(1)에 착탈 가능하게 접합하고 있으며, 게다가 전열관(3)을 밑판(1)에만 용접 접합하고 있으므로, 본체 하우징(2)을 밑판(1)으로부터 떼어내는 것만으로, 전열관(3)의 상태나 용접 개소를 용이하게 육안으로 점검 정비할 수 있다.

본 발명은 그 기본사상으로부터 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 예를 들어, 도시한 실시형태에서는, 전열관(3) 등의 소재를 스테인레스 강으로 만들었지만, 경량화가 요망될 경우에는 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 구성하는 것도 가능하다. 또한, 도시한 실시형태에서는 1개의 전열관(3)을 이용하고 있지만, 복수의 나선 형상의 전열관을 서로 배치상 간섭하지 않도록 설치해도 되고, 각각의 전열관에 대해서 밑판(1)에 대하여 도 4에 나타낸 바와 같은 접합 구조를 채용할 수 있다. 또, 본 발명의 기화기는, LNG의 기화뿐만 아니라, 비점이 -183℃인 액화 산소, -186℃인 액화 아르곤, -196℃인 액화 질소, -42℃인 프로판 등을 액상으로 저온저장된 액화 가스를 기화시킬 경우에도 적용할 수 있는 것이다.

1: 밑판 2: 본체 하우징
2a: 본체 하우징 천장벽 2b: 본체 하우징의 플랜지
3: 전열관 3a: 전열관의 소직경부
3b: 전열관 중간 직경부 3c: 전열관의 대직경부
4: 열매체 도입 노즐 4a: 열매체 도입 노즐의 개구부
5: 열매체 오버플로관 5a: 열매체 오버플로관의 상단 개구부
6: 열매체 배출관 7: 가스 누설 검출관
7a: 가스 누설 검출관의 상단부 8: 캡
8a: 캡 천장벽 9a, 9b: 용접부

Claims (10)

1. 액화 가스를 열매체로 가열해서 기화시키는 기화기로서, 열매체가 보충가능하게 수용되는 열매체 용기와, 상기 열매체 용기의 하부에서부터 상부로 연장되고 다시 하부로 되접어 꺾이도록 연장되는 나선 형상의 전열관을 포함하되, 상기 열매체 용기는, 밑판과, 상기 밑판에 착탈가능하게 접합된 본체 하우징을 포함하고, 상기 전열관의 상단부를 고정시키지 않고, 상기 전열관의 상류 측 단부와 하류 측 단부는 상기 밑판에만 고정되어 있고, 상기 본체 하우징을 상기 밑판으로부터 떼어내는 것에 의해, 상기 전열관의 상기 밑판에 대한 용접 개소를 육안에 의해 점검할 수 있도록 구성하고, 상기 전열관에 기화시켜야 할 액화 가스를 연속적으로 흐르게 해서 기화시키도록 한 것인, 기화기.
2. 제1항에 있어서, 상기 전열관은, 해당 전열관의 상류 측에서부터 하류 측에 걸쳐서 내경이 단계적으로 커지는 것인 기화기.
3. 제2항에 있어서, 상기 전열관은, 해당 전열관 하류 측의 가장 굵은 부분의 내경 단면적이 상류 측의 가장 가는 부분의 내경 단면적의 1.5배 내지 10배의 범위로 되도록, 내경이 단계적으로 커지는 것인 기화기.
4. 제1항에 있어서, 상기 전열관의 상류 측 단부와 하류 측 단부는 각각 캡을 개재해서 상기 밑판에 대해서 지지되어 있고, 상기 캡은 제1용접부를 개재해서 상기 전열관의 상류 측 단부 또는 하류 측 단부에 접합되는 동시에, 제2용접부를 개재해서 상기 밑판에 접합되어 있는 것인 기화기.
5. 제4항에 있어서, 상기 캡은 곡면 형상의 천장벽을 지니고 있고, 상기 전열관은 상기 캡 천장벽을 관통하고 있으며, 상기 제1용접부는 상기 전열관 및 상기 캡 천장벽을 둔각에 걸쳐서 접합하고 있는 것인 기화기.
6. 제1항에 있어서, 상기 열매체 용기에는, 내부에 열매체를 공급하기 위한 열매체 도입 노즐이 설치되어 있고, 상기 열매체 도입 노즐의 개구부는 상기 열매체 용기의 외주벽의 원주방향을 따라서 열매체를 분사하는 것인 기화기.
7. 제1항에 있어서, 상기 열매체 용기에는, 내부에 있어서의 열매체의 액면을 규정하는 열매체 오버플로관이 설치되어 있고, 그 열매체 오버플로관의 상단 개구부를 초월해서 오버플로(overflow)하는 열매체를 상기 열매체 용기의 외부에 배출하는 것인 기화기.
8. 제1항에 있어서, 상기 열매체 용기에 있어서 상기 전열관으로부터 누설된 액화 가스를 검지하기 위한 가스 누설 검출 수단을 더 포함하는 기화기.
9. 제1항에 있어서, 상기 액화 가스는 액화 천연 가스(LNG)이며, LNG 새틀라이트(satellite)에 제공되는 것인 기화기.
10. 삭제

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