KR102043583B1

KR102043583B1 - 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치

Info

Publication number: KR102043583B1
Application number: KR1020190005082A
Authority: KR
Inventors: 서진욱
Original assignee: 서진욱
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2019-11-11

Abstract

본 발명은 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치에 관한 것으로, 액화천연가스(LNG), 액화질소(LN2), 액화산소 등과 같은 초저온의 액화가스를 열유체 속에 침수된 밀폐형 판형 열교환기를 통해 신속하고 안정적으로 기화(氣化)시킬 수 있게 된다. 본 발명은, 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치에 있어서, 열유체가 내부에 담기며, 일측면에 형성된 커버로 밀폐되는 개폐부가 형성되며, 히터 장착부가 형성된 열유체 탱크; 상기 열유체 탱크의 내부에 투입되며 일측의 열유체 유입구로 유입된 열유체를 가열하여 타측 열유체 유출구로 배출하게 되는 가열부; 상기 열유체 유출구에 결합되는 열유체 튜브; 가열 또는 피가열 전열유로를 가지는 전열판의 모서리부에 포트홀이 각각 형성되며, 상기 열유체 튜브를 연결하여 열유체가 투입되는 열유체 유입구가 형성되고 액화가스 공급라인이 결합하여 액화가스가 투입되는 액화가스 유입구를 형성하여 상기의 액화가스를 열유체와 열교환시켜 기화하게 되며, 상기 열유체 탱크 내부로 연통되어 열유체를 배출하는 열유체 유출구가 형성되고 기체가스 공급라인이 연결되어 기체가스를 공급하게 되는 기체가스 유출구가 형성되며, 상기 열유체 탱크의 내측에 투입되어 열유체에 침수된 상태에서 열유체의 열이 외벽에 작용하게 되며, 액화가스 유입측 포트홀의 단면적이 액화가스 유입구 및 액화가스 공급라인의 내부 단면적보다 크게 형성되어져 액화가스가 팽창작용하게 되는 판형 열교환기; 상기 열유체 탱크 내부의 열유체를 흡입하고 상기 열유체 유입구로 투입시켜 강제 순환하기 위한 펌프; 로 구성된다.

Description

팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치{Submerged liquefied gas vaporizer with expansion function}

본 발명은 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치에 관한 것으로, 액화천연가스(LNG), 액화질소(LN2), 액화산소 등과 같은 초저온의 액화가스를 열유체 속에 침수된 밀폐형 판형 열교환기를 통해 신속하고 안정적으로 기화(氣化)시킬 수 있는 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치에 관한 것이다.

액화천연가스(LNG), 액화질소(LN2), 액화산소 등과 같은 고압의 초저온 액화가스(이하 '액화가스'라 통칭함)는 초저온의 온도(약 -163℃이하)로 액화(液化)시켜 액체상태로 저장 및 운반되고 소정의 기화과정을 통해 기화(氣化)시켜서 기체상태의 가스(연료 등)로 공급하게 된다.

일반적으로 종래의 LNG기화기(Vapourizer)에 관하여 도 1을 참조하여 살펴보면, LNG저장탱크(1)의 액화가스가 배관을 통해 기화기(2, Vapourizer)로 보내지면 대기중의 공기와 열접촉하면서 기화하여 사용처로 보내진다. 이러한 대류식 기화기는 길게 연장된 핀튜브(파이프 및 방열핀)을 통해 액화가스가 순환하면서 공기와 열접촉하여 기화하게 된다. 그런데 기존 대류식 기화기는 기화하는 과정에서 초저온의 액화가스로 인해 신축하면서 소음이나 진동이 발생하게 되며 파이프 및 배관의 연합부위(융접, 용접 등)가 손상 및 누설이 발생하는 등의 안전성이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한 대기중으로 열(초저온)에너지가 소실되어 에너지의 손실이 크며, 설치 지역(한랭지) 및 대기 온도, 기후 변화에 따라 기화효율이 불균일하고 생산량이 저하되는 문제점이 있었다. LN2, LNG와 같은 유체가 기화시에는 600~800배 정도의 부피증가로 인해 신뢰성에 많은 문제가 있으며, 폭발의 위험성이 높고 안전성이 불량한 문제점이 있었다. 또 기화(열교환)효율을 높이기 위해서는 파이프의 길이를 연장하거나 방열핀을 통한 대기와의 열접촉면적을 확장하는 등, 상대적으로 부피(가로 및 세로)가 비대해짐은 물론 기화기의 처리능력에 따라 상대적으로 부피 및 설치면적이 배가되고 공간 이용효율이 불량하며 제작 및 시설비용이 과다하게 소요되는 등의 여러가지 문제점들이 있었다.

여기서 상기한 액화가스 기화기와 관련한 종래의 선행기술(특허문헌)을 살펴보면, (특허문헌 001) 국내 등록특허공보 제10-1506946(등록일자 2015년03월24일)호의 '고압용 대기식 초저온가스 기화기'가 공지된 바에 있다. 이는 LNG 및 산업용 가스 등의 액체 상태 초저온 가스를 기화 상태로 변화시켜서 공급하는 고압용 대기식 초저온 가스 기화기에 있어서, 기화기틀; 기화기틀에 설치되고 고압의 초저온 액체 가스가 통과되며 오스테나이트계 스테인레스강 재질로 이루어지는 심레스관; 기화기틀에 설치되고 심레스관에 연결되는 메니폴드; 심레스관의 둘레에 결합되고 심레스관과 대기 중에 열교환이 이루어지도록 하며 알루미늄합금 또는 오스테이이트계 스테인레스강 재질로 이루어진 핀튜브;로 구성되어 있다. 그런데 상기와 같은 선행기술(특허문헌 001)은 내구성이 뛰어난 반면에 그 구성이 복잡다단하고 제작이 난해하며 누설의 위험성이 높고 제조원가 및 시설비용이 현저히 상승하는 등 비효율적이고 비경제적인 문제점이 있다. 또 앞서 언급한 것과 같이 핀튜브를 통한 자연 대류식 기화시스템으로 길게 연장된 핀튜브를 통해 기화함으로 기화 시간이 오래 걸리고 핀튜브의 가스 유입측에서 온도차이로 인해 성에 및 결빙현상을 유발하여 기화능력 및 열교환효율, 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

(특허문헌002) 국내 공개특허공보 제10-1787466(등록일자 2017년10월12일)호의 '초저온가스 기화기용 제상히터'가 공지된 바에 있다. 이는 제상히터, 앤드 플레이트, 지지플레이트, 배플, 다수의 냉매관, 하우징 등을 구성으로 되며, 냉매관을 통과하는 액체상태의 초저온 가스(냉매)와 하우징 내부의 열매체가 상호 열교환하면서 냉매를 기화하도록 구성되어 있다. 그런데 선행기술(특허문헌 002)은 냉매가 길게 연장된 다수의 냉매관을 통해 열접촉 및 기화하게 됨으로 열교환효율 및 기화효율이 떨어지고 생산성이 저하되며 장치의 구성이 복잡다단하여 제작이 어렵고 생산성이 저하되고 비용이 많이 소요되며 부피가 크고 비대하여 설치공간을 많이 차지하고 공간효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

그리고 기존 LNG, LN2의 기화기는 대류식(공랭식)으로 기화된 후에 유체의 비체적이 큰 제품을 공랭식으로 사용될 때에는 열전달계수가 낮아 많은 체적의 공간이 필요하다. 또 상황에 따라 이송이 불가하고, 1,000N㎥/hr이상의 용량을 사용할 시에는 유체의 종류에 따라 안전상 30m이상의 이격거리가 필요하다. 특히, 겨울철에 사용할 시에는 주변온도가 낮아서 충분한 용량을 사용하기에는 부적합한 문제점이 있었다. 더욱이 현재 LNG선박, LNG벙커링 등에 적용되는 기화기의 경우 가스 공급업체에 의해 임의대로 적용되고 있어 국제적인 표준화에 부합되지 않을 뿐만 아니라 국내 관련 기술의 표준화 및 정량화가 요구된다.

더불어 LNG연료추진선박, LNG벙커링의 경우 2017년 기준 119척의 LNG연료추진선박이 운영되고 있고, 2018년에는 114척 운항 예정이며, 2026년 총244척의 LNG연료추진선 운항 예측되며, 2025년까지 전 세계선박의 7%가 LNG연료추진선으로 업그레이드할 것으로 예측된다.(출처:DNV-GL LNGi status) 이에 국내 LNG 연관선박 5.5조원 규모 공공발주, LNG 연료선 관공선의 시범 발주, KOGAS(Korea Gas Corporation) 한국 내항용 LNG수송선 겸 벙커링선 발주, 척 신조 및 용선 계획, 해수부 LNG Bunkering Barge 500㎥ 국가 과제 검토, 국내연안 해역의 ECA(Emission Contorl Areas) 지정 검토로 인한 LNG 연료선으로 교체 확대 등과 함께 국내 대우조선해양, 현대중공업, 삼성중공업, 현대삼호중공업 등에서도 LNG선의 건조에 주력하고 있다. 특히 본 발명은 산업부의 '조선산업 경쟁력강화방안' 및 'LNG 연료추진선박 육성' 정책인 'LNG연료추진선박 및 LNG벙커링 관련기술개발' 정책에 부합하여 LNG벙커링, LNG연료추진선박 혹은 육상산업용 LNG, LN2가스의 핵심 기자재 중 하나인 'LNG Vaporizing & Reliqufied System'의 구성요소인 'LNG Vapourizer'의 관련 기술의 발전과 국산화를 앞당길 수 있는 기술개발이 시급한 실정이다.

국내 등록특허공보 제10-1506946(등록일자 2015년03월24일) 국내 공개특허공보 제10-1787466(등록일자 2017년10월12일)

본 발명의 목적은 판형 열교환기를 이용하여 액화가스를 기화함에 있어서, 가열부가 구비된 열유체 탱크 속에 판형 열교환기를 투입하여 열유체 속에 침수된 상태에서 액화가스를 고온의 열유체와 열교환하여 기화시킴과 함께 상기 판형 열교환기를 빠져나온 열유체는 열유체 탱크 내부의 가열부에 의해 재가열되어 판형 열교환기의 외벽에 작용하면서 가온(加溫) 및 기화효율을 높일 수 있게 되는 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치를 제공하는데 에 있다.

본 발명의 다른 목적은 외부에서 액화가스는 좁은 액화가스 공급배관과 액화가스 유입구를 통해 판형 열교환기로 공급되고 상기 판형 열교환기의 넓은 액화가스 유입측 포트홀 및 전열통로(전열판 사이의 여러 채널 및 전열통로, 순환유로)를 통하여 팽창 및 분산하면서 열유체와 열교환하게 되므로 기화효율이 향상되는 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치를 제공하는데 에 있다.

상기의 목적을 달성하고자, 본 발명은, 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치에 있어서, 열유체가 내부에 담기며, 일측면에 형성된 커버로 밀폐되는 개폐부가 형성되며, 히터 장착부가 형성된 열유체 탱크; 상기 열유체 탱크의 내부에 투입되며 일측의 열유체 유입구로 유입된 열유체를 가열하여 타측 열유체 유출구로 배출하게 되는 가열부; 상기 열유체 유출구에 결합되는 열유체 튜브; 가열 또는 피가열 전열유로를 가지는 전열판의 모서리부에 포트홀이 각각 형성되며, 상기 열유체 튜브를 연결하여 열유체가 투입되는 열유체 유입구가 형성되고 액화가스 공급라인이 결합하여 액화가스가 투입되는 액화가스 유입구를 형성하여 상기의 액화가스를 열유체와 열교환시켜 기화하게 되며, 상기 열유체 탱크 내부로 연통되어 열유체를 배출하는 열유체 유출구가 형성되고 기체가스 공급라인이 연결되어 기체가스를 공급하게 되는 기체가스 유출구가 형성되며, 상기 열유체 탱크의 내측에 투입되어 열유체에 침수된 상태에서 열유체의 열이 외벽에 작용하게 되며, 액화가스 유입측 포트홀의 단면적이 액화가스 유입구 및 액화가스 공급라인의 내부 단면적보다 크게 형성되어져 액화가스가 팽창작용하게 되는 판형 열교환기; 상기 열유체 탱크 내부의 열유체를 흡입하고 상기 열유체 유입구로 투입시켜 강제 순환하기 위한 펌프; 로 구성된 것을 특징으로 하는 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치를 제안한다.

본 발명에 따르면, 상기 가열부는 상기 히터 장착부에 결합하여 열유체 탱크의 내측에 투입되는 파이프; 상기 파이프의 내측에 투입되어 열유체를 가열하는 히터; 상기 파이프의 저부에 형성되며 저온 상태의 열유체가 인입되는 열유체 유입구 및 상기 파이프의 상부에 형성되며 고온의 열유체를 방출하는 열유체 유출구; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 판형 열교환기는 액화가스 유입측 포트홀의 액화가스가 전열통로들을 통해 분산하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 판형 열교환기는 상기 포트홀의 외측 모서리부를 따라 순환유로가 형성되어져 상기 열유체 탱크의 내부 열유체의 열이 판형 열교환기 내부에 가해져 열유체 및 액화가스와의 열교환효율이 상승하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 펌프는 열유체 탱크에 내장되는 수중펌프로 구성되어져 펌프에서 발생하는 열이 열유체에 전달되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치는 판형 열교환기를 밀폐된 탱크 내에 투입하여 판형 열교환기의 내부와 외부에서 동시에 가열매체와 피가열매체를 열교환하게 되므로 판형 열교환기 내부의 상변화를 촉진하여 피가열매체(액화가스 등)가 기체상태로 변환되며, 액화가스의 기화효율이 우수하고 생산성이 향상되며 대용량의 가스 공급이 안정화되는 효과가 있다.

본 발명은 탱크 속의 열유체에 판형 열교환기를 투입해서 완전히 침수시킴에 따라 판형 열교환기 내부로 흐르는 열유체와 액화가스가 안정적으로 열교환함과 동시에 열유체 탱크에 담긴 열유체의 열이 판형 열교환기 외벽에 작용하면서 전열작용 및 기화효율이 향상되는 효과가 있다. 그리고 기화장치의 운전 소음이나 진동, 맥동현상 등이 발생하지 않고 운전성 및 정숙성이 보장되며, 특히 판형 열교환기가 열유체 탱크 내부에서 외부와의 열손실이 완전히 차단된 상태에서 안정적으로 열교환이 이루어지게 됨은 물론 폭발 위험성이 없고 안전성 및 신뢰성이 우수하며, 운용효율성, 비용절감 등의 탁월한 효과를 가진다.

본 발명은 액화가스가 액화가스 공급라인 및 액화가스 유입구(좁은 통로)에서 판형 열교환기의 액화가스 유입측 포트홀 및 전열통로(상대적으로 넓은 통로)로 팽창 및 분산하면서 열유체와의 열교환 및 기화효율이 월등히 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 구성이 간소하고 부피가 작고 콤팩트한 구성으로 기화장치와 주변장치의 연결 배관이 간결해지고 공간 이용효율이 탁월한 효과가 있다. 이는 선행기술에 의한 튜브타입(파이프 및 방열핀)의 대류식 기화기에 비해 체적이 50%이상 축소된다. 또 완전 조립식으로 제작이 쉽고 수리 및 교체, 유지관리 등이 편리하고 생산비용 및 제품의 가격을 낮추고 유지 및 관리비용을 경감하는 등 매우 경제적이다.

본 발명은 열유체 탱크에 담긴 열유체가 가열부(히터가 내장된 파이프)를 거치면서 열유체의 가열시간을 현저히 단축할 수 있는 장점과 고온의 열유체를 판형 열교환기로 공급하여 열교환효율을 높이는 효과가 있다. 또 기존 튜브타입의 가열식 기화기에 비해 판형 열교환기를 적용함으로 강제대류를 일으켜 초기 가동시간이 80%정도 감소하는 효과를 가진다.

더불어 본 발명은 LNG, LN2 등과 같이 대형 LNG선박 및 LNG를 추진연료로 사용하는 선박, LNG벙커링, 광범위한 산업분야에서 확대 적용되고 있는 친환경 LNG 및 LN2 연관 산업분야의 국내 기술개발 및 국산화, 표준화를 앞당기고 LNG산업분야의 국산화 개발에 이바지할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 일반적인 액화가스 기화기를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치의 구성요소를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 판형 열교환기의 액화가스 유입측 포트홀(34c)을 부분적인 단면으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 판형 열교환기의 열유체 흐름을 예시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 액화가스 기화장치의 펌프가 열유체 탱크에 내장된 구성을 나타낸 도면이다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은, 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치에 있어서, 열유체(W)가 내부에 담기며, 일측면에 형성된 커버(12)로 밀폐되는 개폐부(14)가 형성되며, 히터 장착부(16)가 형성된 열유체 탱크(10); 상기 열유체 탱크(10)의 내부에 투입되며 일측의 열유체 유입구(26)로 유입된 열유체(W)를 가열하여 타측 열유체 유출구(27)로 배출하게 되는 가열부(20); 가열 또는 피가열 전열유로(33)를 가지는 전열판(32)의 모서리부에 포트홀(34a,34b,34c,34d)이 각각 형성되며, 상기 열유체 튜브(28)를 연결하여 열유체(W)가 투입되는 열유체 유입구(40)가 형성되고 액화가스 공급라인(46)이 결합하여 액화가스가 투입되는 액화가스 유입구(42)를 형성하여 상기의 액화가스를 열유체(W)와 열교환시켜 기화하게 되며, 상기 열유체 탱크(10) 내부로 연통되어 열유체(W)를 배출하는 열유체 유출구(41)가 형성되고 기체가스 공급라인(47)이 연결되어 기체가스를 공급하게 되는 기체가스 유출구(43)가 형성되며, 상기 열유체 탱크(10)의 내측에 투입되어 열유체(W)에 침수된 상태에서 열유체(W)의 열이 외벽에 작용하게 되며, 액화가스 유입측 포트홀(34c)의 단면적이 액화가스 유입구(42) 및 액화가스 공급라인(46)의 내부 단면적보다 크게 형성되어져 액화가스가 팽창작용하게 되는 판형 열교환기(30); 상기 열유체 탱크(10) 내부의 열유체(W)를 흡입하고 상기 열유체 유입구(26)로 투입시켜 강제 순환하기 위한 펌프(50); 로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치의 구성요소를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치는 도 2에서처럼, 열유체 탱크(10), 가열부(20), 판형 열교환기(30), 펌프(50)등으로 구성된다.

열유체 탱크(10)는 내부에 열유체(W)가 담기며, 일측면의 개구부에 형성된 개폐부(14)를 통해 개방 또는 차단되며, 상면 일측에 히터 장착부(16)가 형성된다. 개폐부(14)는 커버(12)가 구비되고 볼트 및 너트와 같은 체결구로 고정하여 개방 또는 차단 가능하도록 밀폐된다. 개폐부(14)는 판형 열교환기(30)를 조립하기가 용이하게 구성되며, 역으로 판형 열교환기(30)를 점검할 때에는 열유체를 모두 배출한 다음, 커버(12)를 열고 판형 열교환기(30)를 인출해서 점검 및 보수할 수 있게 된다. 열유체 탱크(10)는 상면에 열유체를 공급하는 열유체 투입구(17)가 형성되고 일측에 안전변(18)이 형성되며 저면 일측에 드레인(19)이 형성된다. 열유체 탱크(10)는 외부를 단열재(미도시)로 완전히 감싸서 열손실을 최소화하게 된다. 열유체(W)는 저온에서 결빙현상을 방지하고 열을 저장할 수 있는 열매유가 적합하며, 또는 얼지 않는 유체(부동액, 브라인(Brine), 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 등)이 바람직하다. 브라인(Brine)은 상태변화를 하지 않고 열의 흡수 전달을 행하여 간접적인 냉동 작용을 하는 중간 물질로 염화 칼슘, 염화 나트륨, 염화 마그네슘 등의 수용액 포함한다.

가열부(20)는 열유체(W)를 가열하기 위한 가열수단으로 열유체 탱크(10)의 내부에 투입시켜 열유체를 가열하게 되며, 하부 일측의 열유체 유입구(26)로 열유체가 유입되고 열유체를 가열한 후 상부 일측의 열유체 유출구(27)로 배출하게 된다.

본 발명에 따르면, 상기 가열부(20)는 상기 히터 장착부(16)에 결합하여 열유체 탱크(10)의 내측에 투입되는 파이프(22); 상기 파이프(22)의 내측에 투입되어 열유체(W)를 가열하는 히터(24); 상기 파이프(22)의 저부에 형성되며 저온 상태의 열유체(W)가 인입되는 열유체 유입구(26) 및 상기 파이프(22)의 상부에 형성되며 고온의 열유체(W)를 방출하는 열유체 유출구(27); 로 구성된 것을 특징으로 한다.

파이프(22)는 히터 장착부(16)에 상단부가 결합하여 열유체 탱크(10)의 내측에 투입되며, 저부 일측에 열유체 유입구(26)가 형성되고 상부 일측에 열유체 유출구(27)가 형성된다. 히터(24)는 파이프(22)의 내측에 투입되고 열유체 유입구(26)를 통해 파이프(22)로 유입된 열유체(W)를 가열하게 되며, 고온의 열유체(W)가 열유체 유출구(27)와 연결된 열유체 튜브(28)를 통해 판형 열교환기(30)로 공급된다. 가열부(20)는 열유체 탱크(10) 내부에 하나 또는 복수개로 구비되며, 열유체 탱크(10)가 두개 또는 그 이상의 복수개로 구비될 경우에는 판형 열교환기(30)와 연결되는 배관라인을 직렬로 구성하여 가열부의 개수에 따라 열매체의 가열온도를 높이고 가열시간을 단축할 수 있으며, 또는 배관라인을 병렬로 구성하여 처리용량을 증대할 수 있음은 자명하다.

열유체 튜브(28)는 열유체(W)를 판형 열교환기(30)로 전달함과 동시에 열이 외부로 소실되지 않고 열유체 탱크(10) 내부의 열유체와 열접촉하면서 가열작용하게 된다. 그리고 열유체 유출구(27)와 열유체 유입구(40)의 간격보다 길게 연장된다. 열유체 튜브(28)는 주름관 또는 호스가 바람직하며, 'U'자 또는 'S'자, 지그재그 형태로 길게 연장되어 있어서, 판형 열교환기(30)를 조립하거나 또는 커버(12)를 개방하고 판형 열교환기(30)를 분리시에 열유체 튜브(28)가 펼쳐지면서 분리가 용이하게 된다.

판형 열교환기(30)는 열유체 탱크(10)의 내측 바닥면에 안치되고 열유체(W)에 완전히 침수된 상태에서 열유체(W)의 열이 외벽에 작용하게 된다. 판형 열교환기(30)는 일측면에 열유체 유입구(40)와 열유체 유출구(41)가 형성되고, 타측면에 액화가스 유입구(42)와 기체가스 유출구(43)가 형성된다. 열유체 유입구(40)는 열유체 유출구(27)가 열유체 튜브(28)로 연결되어 열유체가 투입되고 열유체 유출구(41)를 통해 열유체 탱크(10) 내부로 열유체가 방출된다. 그리고 액화가스가 액화가스 유입구(42)로 투입되어 열유체와 열교환한 후, 이때 발생한 기체가스를 기체가스 유출구(43)로 방출하게 된다. 이때 판형 열교환기(30)는 내부의 전열유로로 흐르는 열유체와 함께 외벽에 열유체 탱크 내부의 열유체 열이 동시에 작용하므로 판형 열교환기가 외부에 노출된 상태에서보다 열교환효율 및 기화성능이 한층더 향상된다.

판형 열교환기(30)는 사각형 또는 원형(디스크 타입), 다각형으로 형성되며, 전열유로(33)를 가지는 전열판(32)들을 다단으로 적층하고 전열판(32)의 상부와 하부에는 커버가 결합한 상태로 브레이징 접합방식으로 일체화된다. 전열판(32)은 일정한 패턴으로 가열 또는 피가열 전열유로(33)가 형성되어 있으며 각 채널의 전열유로를 따라 열유체 또는 액화가스가 흐르면서 상호 열교환하게 된다. 전열판(32)은 양측 모서리부의 가장자리의 포트구역에 포트홀(34a,34b,34c,34d)을 형성하여 각 채널의 전열유로(32)와 연통하게 된다. 즉, 전열판(32)은 열유체가 일측의 열유체 유입측 포트홀(34a)로 유입되고 액화가스가 타측의 액화가스 유입측 포트홀(34c)로 투입되며, 열유체 및 액화가스가 포트홀(34a,34c)과 연통하는 각 채널의 가열 또는 피가열 전열유로(33)를 따라 흐르면서 상호 열교환된 후, 반대편의 열유체 유출측 포트홀(34b) 또는 액화가스 유출측 포트홀(34d)을 통해 각각 유출된다.

판형 열교환기(30)는 전열유로(33)를 가지는 전열판(32)의 모서리부에 포트홀(34a,34b,34c,34d)이 각각 형성되고 서로 다른 채널의 가열 또는 피가열 전열유로(33)를 따라 열유체(W)와 액화가스가 흐르면서 상호 열교환하게 된다. 이때 액화가스 유입측 포트홀(34c)의 단면적이 액화가스 유입구(42) 및 액화가스 공급라인(46)의 내부 단면적보다 크게 형성되어져 액화가스가 팽창작용하게 된다.
본 발명에 따르면, 상기 액화가스 유입측 포트홀(34c)의 액화가스가 전열통로(35)들을 통해 분산하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 판형 열교환기의 액화가스 유입측 포트홀(34c)을 부분적인 단면으로 나타낸 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 판형 열교환기의 열유체 흐름을 예시한 평면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면 액화가스가 좁은 통로인 액화가스 유입구(42) 및 액화가스 공급라인(46)을 통해서 판형 열교환기(30)로 유입될 때 상대적으로 넓은 공간의 액화가스 유입측 포트홀(34c)을 통해 팽창되고 또 포트홀과 연통하는 다수의 전열통로(35)를 통해 분산 및 기화하게 된다. 바람직하게는 액화가스 유입측 포트홀(34c)는 단면적이 액화가스 유입구(42)의 내부 통로의 단면적보다 2배 이상으로 크게 형성하여 팽창율을 높이고 액화가스(액상)가 원활히 기화하도록 구성된다.

본 발명에 따르면, 상기 판형 열교환기(30)는 상기 포트홀(34a,34b,34c,34d)의 외측 모서리부를 따라 순환유로(36)가 형성되어져 상기 열유체 탱크(10)의 내부 열유체(W)의 열이 판형 열교환기 내부에 가해져 열유체(W) 및 액화가스와의 열교환효율이 상승하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

전열판(32)은 도 4에서처럼, 외각 모서리부가 둥글게 형성되고 모서리부 중앙에 있는 포트홀(34a,34b,34c,34d)의 외측 둘레에 순환유로(36)를 형성하여 판형 열교환기(30)의 전열유로(전열면적)는 물론 모서리부와 외벽에도 열이 골고루 분포하게 된다. 즉, 판형 열교환기(30)의 외벽에 열유체 탱크(10)의 열유체(W)가 최대한 열접촉하면서 열교환효율을 최대로 높일 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따르는 판형 열교환(30)는 앞서, 본 발명과 동일한 발명자가 국내 등록특허공보 제10-1157711(2012.06.12., 등록)호의 '순환유로가 구비된 판형 열교환기'를 선 제안한 바에 있으며, 이를 참조하면 보다 용이하게 이해가 될 것으로 여겨지며, 이미 공지된 바에 따라 이에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

펌프(50)는 열유체 탱크(10) 내의 열유체(W)를 흡입하고 가열부(20) 및 판형 열교환기(30)를 거친 후, 다시 열유체 탱크(10) 내부로 강제 순환시키게 된다. 펌프(50)는 열유체 탱크(10)의 외부에 구비되는 외장형 펌프 또는 내장형 펌프로 구성이 가능하다. 외장형 펌프는 열유체 탱크(10)의 일측 또는 하부에 구비되며 열유체 탱크(10)의 저부의 열유체 흡입구(52)를 통해 열유체(W)를 흡입해서 가열부(20) 저부의 열유체 유입구(26)로 투입하도록 배관으로 연결하여 열유체가 강제 순환하도록 구성된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 액화가스 기화장치의 펌프가 열유체 탱크에 내장된 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따르면, 상기 펌프(50)는 열유체 탱크(10)에 내장되는 수중펌프로 구성되어져 상기 펌프(50)에서 발생하는 열이 열유체(W)에 전달되는 것을 특징으로 한다. 펌프(50)는 도 5에서처럼, 열유체 탱크(50) 내에 안치되는 내장형 펌프로 구성되며, 열유체 탱크(10)의 내측 바닥면에 안치되며 흡입측 입구를 통해 열유체(W)를 흡입해서 열유체 유입구(26)로 투입하게 된다. 이때 펌프(50)가 동작시 발생하는 열을 열유체(W)에서 흡수하여 폐열로 회수하게 되면서 에너지소비효율을 높일 수 있게 된다. 이때 내장형 펌프로는 수중펌프가 바람직하다.

액화가스 공급라인(46) 및 기체가스 공급라인(47)에는 개폐용 밸브(48)가 구비된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치는 열유체 탱크(10) 내부의 열유체(W)를 펌프(50)로 흡입하고 가열부(20)의 일측 열유체 유입구(26)로 투입시켜 히터(24)에 의해 신속히 가열된다. 이어 고온의 열유체가 가열부(20)의 타측 열유체 유출구(27)에 연결되어 있는 열유체 튜브(28)를 통해 판형 열교환기(30)의 일측 열유체 유입구(40)로 공급된다. 그리고 판형 열교환기(30)의 액화가스 유입구(42)로 유입되는 액화가스가 열유체와 열교환하여 기화하게 되며 발생한 기체가스는 판형 열교환기(30)의 타측 기체가스 유출구(43)를 통해 방출하여 기체가스 공급라인(47)을 통해 사용처로 보내진다. 이후 판형 열교환기(30)를 거친 열유체는 열유체 유출구(41)로 빠져나와 열유체 탱크(10)에 복귀되고 가열부(20)로 재순환하게 된다. 이처럼 가열부(20)는 내부를 순환하는 열유체를 신속히 가열함과 함께 외부로의 발열을 열유체 탱크(10) 내부의 열유체가 흡수하여 열손실을 최소화하게 되며, 이 열유체가 판형 열교환기(30)의 외표면에 작용하므로 열교환효율 및 기화성능이 한층더 향상된다.

10:열유체 탱크, 12:커버, 14:개폐부, 16:히터 결합부, 17:투입구, 18:안전변, 19:드레인, 20:가열부, 22:파이프, 24:히터, 26:열유체 유입구, 27:열유체 유출구, 28:열유체 튜브, 30:판형 열교환기, 32:전열판, 33:전열유로, 34a,34b,34c,34d:포트홀, 35:전열통로, 36:순환유로, 40:열유체 유입구, 42:액화가스 유입구, 46:액화가스 공급라인, 47:기체가스 공급라인, 50:펌프, 52:열유체 흡입구

Claims

팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치에 있어서,
열유체(W)가 내부에 담기며, 일측면에 형성된 커버(12)로 밀폐되는 개폐부(14)가 형성되며, 히터 장착부(16)가 형성된 열유체 탱크(10);
상기 열유체 탱크(10)의 내부에 투입되며 일측의 열유체 유입구(26)로 유입된 열유체(W)를 가열하여 타측 열유체 유출구(27)로 배출하게 되는 가열부(20);
상기 열유체 유출구(27)에 결합되는 열유체 튜브(28);
가열 또는 피가열 전열유로(33)를 가지는 전열판(32)의 모서리부에 포트홀(34a,34b,34c,34d)이 각각 형성되며, 상기 열유체 튜브(28)가 결합하여 열유체(W)가 투입되는 열유체 유입구(40)가 형성되고 액화가스 공급라인(46)이 결합하여 액화가스가 투입되는 액화가스 유입구(42)를 형성하여 상기의 액화가스를 열유체(W)와 열교환시켜 기화하게 되며, 상기 열유체 탱크(10) 내부로 연통되어 열유체(W)를 배출하는 열유체 유출구(41)가 형성되고 기체가스 공급라인(47)이 연결되어 기체가스를 공급하게 되는 기체가스 유출구(43)가 형성되며, 상기 열유체 탱크(10)의 내측에 투입되어 열유체(W)에 침수된 상태에서 열유체(W)의 열이 외벽에 작용하게 되며, 액화가스 유입측 포트홀(34c)의 단면적이 액화가스 유입구(42) 및 액화가스 공급라인(46)의 내부 단면적보다 크게 형성되어져 액화가스가 팽창작용하게 되는 판형 열교환기(30);
상기 열유체 탱크(10) 내부의 열유체(W)를 흡입하고 상기 열유체 유입구(26)로 투입시켜 강제 순환하기 위한 펌프(50); 로 구성된 것을 특징으로 하는 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치.
제1항에 있어서,
상기 가열부(20)는 상기 히터 장착부(16)에 결합하여 열유체 탱크(10)의 내측에 투입되는 파이프(22);
상기 파이프(22)의 내측에 투입되어 열유체(W)를 가열하는 히터(24);
상기 파이프(22)의 저부에 형성되며 저온 상태의 열유체(W)가 인입되는 열유체 유입구(26) 및 상기 파이프(22)의 상부에 형성되며 고온의 열유체(W)를 방출하는 열유체 유출구(27); 로 구성된 것을 특징으로 하는 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치.
제1항에 있어서,
상기 판형 열교환기(30)는 상기 액화가스 유입측 포트홀(34c)의 액화가스가 전열통로(35)들을 통해 분산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치.
제1항에 있어서,
상기 판형 열교환기(30)는 상기 포트홀(34a,34b,34c,34d)의 외측 모서리부를 따라 순환유로(36)가 형성되어져 상기 열유체 탱크(10)의 내부 열유체(W)의 열이 판형 열교환기 내부에 가해지고 열유체(W) 및 액화가스와의 열교환효율이 상승하도록 구성된 것을 특징으로 하는 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치.
제1항에 있어서,
상기 펌프(50)는 열유체 탱크(10)에 내장되는 수중펌프로 구성되어져 펌프(50)에서 발생하는 열이 열유체(W)에 전달되는 것을 특징으로 하는 팽창기능을 가지는 침수식 액화가스 기화장치.