KR102155683B1 - 수중 침지식 초저온 유체 기화장치 - Google Patents

수중 침지식 초저온 유체 기화장치 Download PDF

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Abstract

수중 침지식 초저온 유체 기화장치가 개시된다. 상기 수중 침지식 초저온 유체 기화장치는 저수조 내의 액체의 수중에 설치되는 수중 침지식 초저온 유체 기화장치로서, 입구부를 갖는 상부는 상기 액체의 외부로 노출되고 하부는 상기 액체의 수중에 침수되도록 상기 저수조의 바닥에 근접하게 연장되는 초저온 유체 주입관 및 상기 초저온 유체 주입관의 하부에 유체 소통 가능하게 연결되고 상기 액체의 수중에 위치하도록 상기 저수조 내에 설치되는 초저온 유체 배출부를 포함하는 초저온 유체 공급부; 상기 초저온 유체 공급부와 이웃하며 배출구를 갖는 상부가 상기 액체의 외부로 노출되고 하부는 상기 액체의 수중에 침수되어 상기 초저온 유체 공급부보다 높게 위치하도록 상기 저수조 내에 설치되는 기화가스 배출부; 일단부는 상기 초저온 유체 공급부의 하부에 유체 소통 가능하게 연결되고 타단부는 상기 기화가스 배출부의 하부를 향해 지그재그 형태로 연장되어 상기 기화가스 배출부에 유체 소통 가능하게 연결되며 일방향으로 배열되는 복수의 열교환 튜브를 포함하는 초저온 유체 열교환 부재; 상기 초저온 유체 열교환 튜브의 길이방향에 평행하게 배치되는 스팀 분지 영역 및 스팀이 공급되는 스팀 공급 입구부를 포함하는 스팀 공급 헤드 및 상기 스팀 분지 영역의 길이방향을 따라 배열되고 상기 스팀 분지 영역에 공급되는 스팀을 상기 액체의 수중에서 상기 수조의 바닥으로부터 상기 열교환 튜브 방향으로 분사하도록 구성되는 다수의 스팀분사부를 포함하는 스팀분배 매니폴드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수중 침지식 초저온 유체 기화장치{WATER BATH TYPE CRYOGENIC FLUID VAPORIZER}
본 발명은 초저온 유체 기화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수중에서 열교환되는 수중 침지식 초저온 유체 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.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고온의 스팀이 열교환 튜브의 표면에 접촉하지 않아서 재료의 열화 등을 발생시키지 않으며, 안전한 사용이 가능해지도록 한 수중 침지식 초저온 유체 기화장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치는 저수조 내의 액체의 수중에 설치되는 수중 침지식 초저온 유체 기화장치로서, 입구부를 갖는 상부는 상기 액체의 외부로 노출되고 하부는 상기 액체의 수중에 침수되도록 상기 저수조의 바닥에 근접하게 연장되는 초저온 유체 주입관 및 상기 초저온 유체 주입관의 하부에 유체 소통 가능하게 연결되고 상기 액체의 수중에 위치하도록 상기 저수조 내에 설치되는 초저온 유체 배출부를 포함하는 초저온 유체 공급부; 상기 초저온 유체 공급부와 이웃하며 배출구를 갖는 상부가 상기 액체의 외부로 노출되고 하부는 상기 액체의 수중에 침수되어 상기 초저온 유체 공급부보다 높게 위치하도록 상기 저수조 내에 설치되는 기화가스 배출부; 일단부는 상기 초저온 유체 공급부의 하부에 유체 소통 가능하게 연결되고 타단부는 상기 기화가스 배출부의 하부를 향해 지그재그 형태로 연장되어 상기 기화가스 배출부에 유체 소통 가능하게 연결되며 일방향으로 배열되는 복수의 열교환 튜브를 포함하는 초저온 유체 열교환 부재; 상기 초저온 유체 열교환 튜브의 길이방향에 평행하게 배치되는 스팀 분지 영역 및 스팀이 공급되는 스팀 공급 입구부를 포함하는 스팀 공급 헤드 및 상기 스팀 분지 영역의 길이방향을 따라 배열되고 상기 스팀 분지 영역에 공급되는 스팀을 상기 액체의 수중에서 상기 수조의 바닥으로부터 상기 열교환 튜브 방향으로 분사하도록 구성되는 다수의 스팀분사부를 포함하는 스팀분배 매니폴드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 각각의 열교환 튜브의 외면에는 열교환 튜브의 길이방향을 따라 방열핀이 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치는 상기 스팀분사부는, 상기 스팀 분지 영역으로부터 아래로 수직하게 연장되는 수직배관부 및 상기 수직배관부와 직교하도록 상기 수직배관부의 끝에서 수평으로 연장되며 상기 저수조의 바닥에 위치하는 수평배관부를 포함하는 스팀공급 분기관; 및 상기 수평배관부 상에 상기 수평배관부의 길이방향을 따라 배열되고, 출구방향이 상기 초저온 유체 열교환 튜브를 향하도록 설치되는 스팀분사노즐을 포함하고, 상기 스팀분배 매니폴드는 상기 수직배관부의 내부의 하부에 구비되는 와류기체공급수단을 더 포함하고, 상기 와류기체공급수단은, 상기 수직배관부와 평행하게 배치되는 하우징; 상기 하우징의 내면에 밀착하여 상기 하우징 내부의 상부에 수용되는 제1 환형링, 상기 제1 환형링보다 작은 직경으로 구비되고 상기 제1 환형링 내측에 위치하는 제1 베어링수용링, 상기 제1 환형링의 내면 및 상기 제1 베어링수용링의 외면에 연결되어 상기 제1 환형링 및 제1 베어링수용링을 연결하는 복수의 제1 연결리브, 및 상기 제1 베어링수용링 내에 설치되는 제1 베어링을 포함하는 제1 스크류회전부재; 상기 제1 환형링과 일정 거리 이격되어 상기 제1 환형링과 마주하도록 상기 하우징의 내면에 밀착하여 상기 하우징의 내부의 하부에 수용되는 제2 환형링, 상기 제2 환형링보다 작은 직경으로 구비되고 상기 제2 환형링 내측에 위치하는 제2 베어링수용링, 상기 제2 환형링의 내면 및 상기 제2 베어링수용링의 외면에 연결되어 상기 제2 환형링 및 제2 베어링수용링을 연결하는 복수의 제2 연결리브, 및 상기 제2 베어링수용링 내에 설치되는 제2 베어링을 포함하는 제2 스크류회전부재; 및 원기둥의 외면의 길이방향을 따라 나선형으로 형성되는 스크류날개를 포함하고, 상기 원기둥의 일단은 상기 제1 베어링에 연결되고 상기 원기둥의 다른 일단은 상기 제2 베어링에 연결되어 상기 하우징 내에서 회전 가능하게 구성되는 와류형성스크류를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치는 초저온 유체를 기화시키는 열교환기로서 작용하며, 열교환 튜브의 가열이 저수조 내의 액체를 가열하는 것에 의해 이루어지며, 스팀분사노즐은 고온의 스팀을 열교환 튜브로 직접 분사하지 않게 구성되므로 고온의 스팀이 열교환 튜브의 표면에 직접 접촉하지 않아서 재료의 열화 등을 발생시키지 않으며, 안전한 사용이 가능해지는 이점이 있다.
도 1은 종래의 대류식 기화기를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치를 설명하기 위한 단면도 및 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 초저온 유체 공급부, 기화가스 배출부 및 열교환 부재의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 스팀분배 매니폴드의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 3에 도시된 스팀분사노즐을 확대 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 스팀분사노즐의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치의 열교환 튜브의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 와류기체공급수단을 확대 도시하는 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수중 침지식 초저온유체 기화장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치를 설명하기 위한 단면도 및 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 초저온 유체 공급부, 기화가스 배출부 및 열교환 부재의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 3에 도시된 스팀분배 매니폴드의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 3에 도시된 스팀분사노즐을 확대 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 스팀분사노즐의 평면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치는 저수조(110)의 액체의 수중에 침지되게 설치되며, 초저온 유체 공급부(120), 기화가스 배출부(130), 초저온 유체 열교환 부재(140), 스팀분배 매니폴드(150)를 포함할 수 있다.
초저온 유체 공급부(120)는 초저온 유체 주입관(121) 및 초저온 유체 배출부(122, 123, 124)를 포함할 수 있다.
초저온 유체 주입관(121)은 상부에 입구부(121a)를 갖고, 상기 입구부(121a)가 액체의 외부로 노출되고 하부는 상기 액체의 수중에 침지되도록 상기 저수조(110)의 바닥에 근접하게 연장될 수 있다.
초저온 유체 배출부(122, 123, 124)는 상기 초저온 유체 주입관(121)의 하부에 유체 소통 가능하게 연결되고, 상기 액체의 수중에 위치하도록 저수조(110) 내에 설치될 수 있다. 일 예로, 초저온 유체 배출부(122, 123, 124)는 상기 초저온 유체 주입관(121)의 하단에 유체 소통 가능하게 연결되고 상기 초저온 유체 주입관(121)의 길이방향에 수직하게 배치되는 제1 초저온 유체 배출관(122), 상기 제1 초저온 유체 배출관(122)과 일정 거리 이격되어 배치되는 제2 초저온 유체 배출관(123), 및 상기 제1 초저온 유체 배출관(122) 및 제2 초저온 유체 배출관(123)을 서로 유체 소통 가능하게 연결하는 복수의 연결관(124)을 포함할 수 있다.
기화가스 배출부(130)는 초저온 유체 공급부(120)와 이웃하며 배출구(132a)를 갖는 상부가 상기 액체의 외부로 노출되고 하부는 상기 액체의 수중에 침수되어 상기 초저온 유체 공급부(120)보다 높게 위치하도록 상기 저수조(110) 내에 설치될 수 있다.
일 예로, 기화가스 배출부(130)는 상기 제1 초저온 유체 배출관(122) 및 제2 초저온 유체 배출관(123)과 평행하게 배치되는 수평의 기화가스 유입관(131) 및 상기 기화가스 유입관(131)으로부터 상부로 수직하게 연장되고 상부에 상기 배출구(132a)를 갖는 기화가스 배출관(132)을 포함할 수 있다.
초저온 유체 열교환 부재(140)는 복수의 열교환 튜브(141)를 포함한다. 복수의 열교환 튜브(141)는 상기 제2 초저온 유체 배출관(123) 및 기화가스 유입관(131)의 배열방향으로 배열되고, 하단부는 상기 제2 초저온 유체 배출관(123)에 유체 소통 가능하게 연결되고 상단부는 기화가스 배출부(130)의 하부, 즉 상기 기화가스 배출관(132)을 향해 지그재그 형태로 연장되어 기화가스 배출관(132)에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다.
스팀분배 매니폴드(150)는 스팀 공급 헤드(151) 및 다수의 스팀분사부(152)를 포함할 수 있다.
스팀 공급 헤드(151)는 상기 초저온 유체 열교환 튜브(141)의 길이방향에 평행하게 배치되는 스팀 분지 영역(1511) 및 스팀이 공급되는 스팀 공급 입구부(1512)를 포함할 수 있다.
다수의 스팀분사부(152)는 스팀공급 분기관(1521) 및 스팀분사노즐(1522)을 포함할 수 있다.
스팀공급 분기관(1521)은 스팀 분지 영역(1511)으로부터 아래로 수직하게 연장되는 수직배관부(1521a) 및 상기 수직배관부(1521a)와 직교하도록 수직배관부(1521a)의 끝에서 수평으로 연장되며 저수조(110)의 바닥에 위치하는 수평배관부(1521b)를 포함할 수 있다.
스팀분사노즐(1522)은 수평배관부(1521b) 상에 상기 수평배관부(1521b)의 길이방향을 따라 배열되고, 출구방향이 상기 초저온 유체 열교환 튜브(141)를 향하도록 설치될 수 있다. 스팀분사노즐(1522)의 내부에는 수중에서 노즐(1522)의 내부로 액체의 유입이 차단되도록 구성되는 체크밸브(미도시)가 구비될 수 있다.
또한, 도 6 및 도 7을 참조하면, 스팀분사노즐(1522)은 전단부의 토출면(1522a)에 토출부(1522b)가 형성되고, 상기 토출부(1522b)는 상기 토출면(1522a)의 중심에 형성되되 상기 토출면(1522a)의 높이보다 낮은 위치에 형성되는 토출구(1522b-1), 상기 토출구(1522b-1)의 둘레 사방에서 상기 토출면(1522a)을 향해 상향되게 연장되고 상기 토출구(1522b-1)와 멀어질수록 폭이 감소하게 형성되는 스팀토출가이드홈(1522b-2)을 포함할 수 있다. 이러한 스팀분사노즐(1522)은 상기 토출구(1522b-1)로 스팀이 분사될 때 스팀은 토출구(1522b-1) 사방의 스팀토출가이드홈(1522b-2)을 따라 토출 방향이 안내되어서 토출구(1522b-1)에서 분사 직전 분사압력이 감소하여 직선으로 뻗어서 토출되지 않고 토출구(1522b-1)의 주변으로 가이드되면서 토출구(1522b-1)의 주변으로 토출될 수 있다. 이에 의해, 고온의 스팀이 스팀분사노즐(1522) 상부에 위치하는 열교환 튜브(141)에 직접 접촉하지 않고 열교환 튜브(141) 주변의 액체를 가열하게 된다. 따라서, 열교화 튜브(141)의 표면에 고온의 스팀이 접촉하지 않으므로 열교환 튜브(141)가 고온에 의한 열화로 인해 녹아서 구멍이 생기는 문제를 방지할 수 있다.
이하에서는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치에서 초저온 유체가 기화되어 배출되는 과정을 설명한다.
먼저, 초저온 유체를 초저온 유체 공급부(120)로 주입하고, 고온의 스팀, 예를 들어, 170℃~180℃의 스팀을 스팀분배 매니폴드(150)로 주입한다. 일 예로, 상기 스팀은 발전소 및 산업플랜트 공정에서 나오는 폐열을 이용한 스팀일 수 있다.
주입된 초저온 유체는, 초저온 유체 주입관(121)의 입구부(121a)를 통해 초저온 유체가 유입되고, 초저온 유체는 초저온 유체 주입관(121)을 따라 초저온 유체 배출부(122, 123, 124)로 이송된 후, 순차적으로 제1 초저온 유체 배출관(122) 및 복수의 연결관(124)을 지나 제2 초저온 유체 배출관(123)으로 공급된다.
이어서, 제2 초저온 유체 배출관(123)으로부터 초저온 유체가 복수의 열교환 튜브(141)로 공급되고, 초저온 유체는 복수의 열교환 튜브(141)의 하부로부터 지그재그 형태의 경로를 따라 복수의 열교환 튜브(141)의 상부로 이동한다.
한편, 주입된 고온의 스팀은, 스팀 공급 헤드(151)의 스팀 공급 입구부(1512)를 통해 스팀 공급 헤드(151)로 유입되고, 유입된 스팀은 스팀 분지 영역(1511)으로 공급된다.
이어서, 스팀 분지 영역(1511)으로 공급되는 스팀은 스팀 분지 영역(1511)을 따라 이동하면서 스팀 분지 영역(1511)의 길이방향으로 배열된 스팀공급 분기관(1521) 각각으로 분기되어 공급된다.
각각의 스팀공급 분기관(1521)으로 분기되는 스팀은 수직배관부(1521a)로 유입되어 수직배관부(1521a)의 길이방향을 따라 수평배관부(1521b)로 이송되고, 스팀이 수평배관부(1521b)로 유입되면 수평배관부(1521b)의 길이방향을 따라 이송되면서 수평배관부(1521b)의 길이방향을 따라 배열된 스팀분사노즐(1522)을 통해 저수조(110) 내에 액체의 수중으로 분사된다.
이러한 스팀 분사에 따라 저수조(110) 내의 액체의 온도는 가열된다. 예를 들어, 120℃로 가열될 수 있다. 액체가 가열됨에 따라 초저온 유체가 흐르는 복수의 열교환 튜브(141)는 간접 가열되고, 이에 따라 복수의 열교환 튜브(141) 내의 초저온 유체가 가열되어 기화되며, 초저온 유체가 기화되어 생성된 기화가스는 기화가스 배출부(130)의 기화가스 유입관(131)으로 유입된 후 기화가스 배출관(132)으로 이송되어 기화가스 배출관(132)의 배출구(132a)를 통해 배출된다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치는 초저온 유체를 기화시키는 열교환기로서 작용하며, 열교환 튜브의 가열이 저수조 내의 액체를 가열하는 것에 의해 이루어지며, 스팀분사노즐(1522)은 고온의 스팀을 열교환 튜브(141)로 직접 분사하지 않게 구성되므로 고온의 스팀이 열교환 튜브의 표면에 직접 접촉하지 않아서 재료의 열화 등을 발생시키지 않으며, 안전한 사용이 가능해지는 이점이 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치의 열교환 튜브의 다른 실시예를 나타나는 도면이다.
한편, 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치의 열교환 튜브(141)는 외면에 열교환 튜브(141)의 길이방향을 따라 방열핀(142)이 구비될 수 있다. 이러한 경우 방열핀(142)에 의해 가열된 액체와의 열접촉 면적이 증가하므로 열교환 튜브(141)의 열교환 효율이 증대될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치를 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치와의 차이점을 중심으로 설명한다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시된 와류기체공급수단을 확대 도시하는 사시도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치는 스팀분배 매니폴드(150)가 와류기체공급수단(160)을 더 포함하는 것을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치와 동일하므로 이하에서는 와류기체공급수단(160)을 중심으로 설명한다.
와류기체공급수단(160)은 스팀분배 매니폴드(150)의 수직배관부(1521a)의 내부의 하부에 구비될 수 있다. 와류기체공급수단(160)은 하우징(161), 제1 스크류회전부재(162), 제2 스크류회전부재(163) 및 와류형성스크류(164)를 포함할 수 있다.
하우징(161)은 수직배관부(1521a)와 평행하게 배치될 수 있다. 일 예로, 하우징(161)은 스팀분배 매니폴드(150)의 수직배관부(1521a)의 하부와 수평배관부(1521b)의 전방에 결합되는 형태로 구비될 수 있다. 예를 들어, 하우징(161)은 수직배관부(1521a)의 하부 및 수평배관부(1521b)의 전방 사이에 나사 결합되는 형태로 구비될 수 있고, 수직배관부(1521a) 및 수평배관부(1521b)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 구비될 수 있다.
여기서, 하우징(161)은 스팀의 와류 형성을 위해 원통형인 것이 바람직하지만, 사각형으로 이루어질 수도 있다.
제1 스크류회전부재(162)는 제1 환형링(1621), 제1 베어링수용링(1622), 복수의 제1 연결리브(1623) 및 제1 베어링(1624)을 포함할 수 있다.
제1 환형링(1621)은 하우징(161)의 내면에 밀착하여 하우징(161) 내부의 상부에 수용될 수 있다.
제1 베어링수용링(1622)은 제1 환형링(1621)보다 작은 직경으로 구비되고, 제1 환형링(1621)의 내측에 위치할 수 있다.
복수의 제1 연결리브(1623)는 제1 환형링(1621)의 내면 및 제1 베어링수용링(1622)의 외면에 연결되어 제1 환형링(1621) 및 제1 베어링수용링(1622)을 연결할 수 있다.
제1 베어링(1624)은 제1 베어링수용링(1622) 내에 설치될 수 있다.
제2 스크류회전부재(163)는 제2 환형링(1631), 제2 베어링수용링(1632), 복수의 제2 연결리브(1633) 및 제2 베어링(1634)을 포함할 수 있다.
제2 환형링(1631)은 제1 환형링(1621)과 일정 거리 이격되어 제1 환형링(1621)과 마주하도록 하우징(161)의 내면에 밀착하여 하우징(161) 내부의 하부에 수용될 수 있다.
제2 베어링수용링(1632)은 제2 환형링(1631)보다 작은 직경으로 구비되고, 제2 환형링(1631) 내측에 위치하여 제1 베어링수용링(1622)과 마주하게 배치될 수 있다.
복수의 제2 연결리브(1633)는 제2 환형링(1631)의 내면 및 제2 베어링수용링(1632)의 외면에 연결되어 제2 환형링(1631) 및 제2 베어링수용링(1632)을 연결할 수 있다.
제2 베어링(1634)은 제2 베어링수용링(1632) 내에 설치될 수 있다.
와류형성스크류(164)는 원기둥(1641) 및 원기둥(1641)의 외면의 길이방향을 따라 나선형으로 형성되는 스크류날개(1642)를 포함할 수 있다. 상기 원기둥(1641)의 일단은 제1 베어링(1624)에 연결되고 원기둥(1641)의 다른 일단은 제2 베어링(1634)에 연결되어 와류형성스크류(164)가 하우징(161) 내에서 회전될 수 있다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치는 스팀분배 매니폴드(150)에서 스팀이 수직배관부(1521a)를 따라 이송될 때 수직배관부(1521a)의 하부에서 와류기체공급수단(160)을 지나면서 와류를 형성하여 수평배관부(1521b)로 공급될 수 있다.
즉, 수직배관부(1521a) 내의 스팀이 와류기체공급수단(160)의 하우징(161)의 내부로 유입되면, 스팀은 먼저 제1 환형링(1621) 및 제1 베어링수용링(1622) 사이를 통과하여 와류형성스크류(164)를 향해 공급된 후 하우징(161)의 길이방향을 따라 흐르면서 와류형성스크류(164)의 스크류날개(1642)에 부딪히고, 이에 의해 와류형성스크류(164)는 회전하게 되며, 와류형성스크류(164)가 회전됨에 따라 와류가 형성되면서 스팀은 와류 형성에 의해 제2 환형링(1631) 및 제2 베어링수용링(1632)의 사이를 통과하면서 수평배관부(1521b)로 빠르게 공급될 수 있고, 스팀은 스팀분사노즐(1522)을 통해 저수조(110)의 액체의 수중으로 배출된다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치는 스팀분사노즐(1522)을 향해 스팀이 공급될 때 와류를 형성하여 스팀분사노즐(1522)을 향해 빠르게 공급될 수 있고, 이에 따라, 스팀분사노즐(1522)이 배열되는 수평배관부(1521b) 내의 스팀의 분사 압력이 증가할 수 있고, 스팀분사노즐(1522)을 통해 강한 압력으로 스팀이 분사되어 빠르고 강하게 액체의 수중으로 스팀이 분사될 수 있다. 따라서, 액체의 수중에서 스팀이 분사될 때 수압에 의한 스팀의 분사 압력이 낮아질 수 있는 문제 없이 원활한 스팀의 분사가 가능해질 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치의 열교환 튜브(141)의 표면에는 금속표면의 부식현상을 방지하기 위한 부식방지도포층이 형성될 수 있다.
상기 부식방지도포층의 도포 재료는 벤즈트리아졸 15중량%, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 25중량%, 하프늄 20중량%, 유화몰리브덴(MoS2) 10중량%, 산화티타늄(TiO2) 15중량%, 페놀 노블락형 글리시딜에테르 15중량%로 구성되며, 코팅두께는 8㎛로 형성할 수 있다.
벤즈트리아졸, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 페놀 노블락형 글리시딜에테르는 부식 방지 및 변색 방지 등의 역할을 한다.
하프늄은 내부식성이 있는 전이 금속원소로서 뛰어난 방수성, 내식성 등을 갖도록 역할을 한다.
유화몰리브덴은 코팅피막의 표면에 습동성과 윤활성 등을 부여하는 역할을 한다.
산화티타늅은 내화도 및 화학적 안정성 등을 목적으로 첨가된다.
상기 구성 성분의 비율 및 코팅 두께를 상기와 같이 수치 한정한 이유는, 본 발명자가 수차례 실패를 거듭하면서 시험결과를 통해 분석한 결과, 상기 비율에서 최적의 부식방지 효과를 나타내었다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 수중 침지식 초저온 유체 기화장치의 스팀분사노즐(1522)의 외부면에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지도포용 조성물로 이루어진 오염방지도포층이 도포될 수 있다.
상기 오염 방지 도포용 조성물은 메르캅토벤조씨아졸 및 아미도알킬 베타인이 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 메르캅토벤조씨아졸과 아미도알킬 베타인의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~10 중량%이다.
상기 메르캅토벤조씨아졸과 아미도알킬 베타인은 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 기재의 도포성이 저하되거나 도포 후에 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.
상기 메르캅토벤조씨아졸 및 아미도알킬 베타인은 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 기재의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.
한편, 본 오염 방지 도포용 조성물을 기재 상에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기재 상의 최종 도포막 두께는 550 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1100 ~ 1900Å이다. 상기 도포막의 두께가 550 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.
또한, 본 오염 방지 도포용 조성물은 메르캅토벤조씨아졸 0.1 몰 및 아미도알킬 베타인 0.05몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
120 : 초저온 유체 공급부 130 : 기화가스 배출부
140 : 초저온 유체 열교환 부재 150 : 스팀분배 매니폴드

Claims (3)

  1. 저수조(110) 내의 액체의 수중에서 열교환하는 수중 침지식 초저온 유체 기화장치로서,
    입구부(121a)를 갖는 상부는 상기 액체의 외부로 노출되고 하부는 상기 액체의 수중에 침수되도록 상기 저수조(110)의 바닥에 근접하게 연장되는 초저온 유체 주입관(121) 및 상기 초저온 유체 주입관(121)의 하부에 유체 소통 가능하게 연결되고 상기 액체의 수중에 위치하도록 상기 저수조(110) 내에 설치되는 초저온 유체 배출부(122, 123, 124)를 포함하는 초저온 유체 공급부(120);
    상기 초저온 유체 공급부(120)와 이웃하며 배출구(132a)를 갖는 상부가 상기 액체의 외부로 노출되고 하부는 상기 액체의 수중에 침수되어 상기 초저온 유체 공급부(120)보다 높게 위치하도록 상기 저수조(110) 내에 설치되는 기화가스 배출부(130);
    일단부는 상기 초저온 유체 공급부(120)의 하부에 유체 소통 가능하게 연결되고 타단부는 상기 기화가스 배출부(130)의 하부를 향해 지그재그 형태로 연장되어 상기 기화가스 배출부(130)에 유체 소통 가능하게 연결되며 일방향으로 배열되는 복수의 열교환 튜브(141)를 포함하는 초저온 유체 열교환 부재(140);
    상기 초저온 유체 열교환 튜브(141)의 길이방향에 평행하게 배치되는 스팀 분지 영역(1511) 및 스팀이 공급되는 스팀 공급 입구부(1512)를 포함하는 스팀 공급 헤드(151) 및 상기 스팀 분지 영역(1511)의 길이방향을 따라 배열되고 상기 스팀 분지 영역(1511)에 공급되는 스팀을 상기 액체의 수중에서 상기 저수조(110)의 바닥으로부터 상기 열교환 튜브(141) 방향으로 분사하도록 구성되는 다수의 스팀분사부(152)를 포함하는 스팀분배 매니폴드(150)를 포함하고;
    상기 스팀분사부(152)는,
    상기 스팀 분지 영역(1511)으로부터 아래로 수직하게 연장되는 수직배관부(1521a) 및 상기 수직배관부(1521a)와 직교하도록 상기 수직배관부(1521a)의 끝에서 수평으로 연장되며 상기 저수조(110)의 바닥에 위치하는 수평배관부(1521b)를 포함하는 스팀공급 분기관(1521); 및
    상기 수평배관부(1521b) 상에 상기 수평배관부(1521b)의 길이방향을 따라 배열되고, 출구방향이 상기 초저온 유체 열교환 튜브(141)를 향하도록 설치되는 스팀분사노즐(1522)을 포함하고,
    상기 스팀분배 매니폴드(150)는 상기 수직배관부(1521a)의 내부의 하부에 구비되는 와류기체공급수단(160)을 더 포함하고,
    상기 와류기체공급수단(160)은,
    상기 수직배관부(1521a)와 평행하게 배치되는 하우징(161);
    상기 하우징(161)의 내면에 밀착하여 상기 하우징(161) 내부의 상부에 수용되는 제1 환형링(1621), 상기 제1 환형링(1621)보다 작은 직경으로 구비되고 상기 제1 환형링(1621) 내측에 위치하는 제1 베어링수용링(1622), 상기 제1 환형링(1621)의 내면 및 상기 제1 베어링수용링(1622)의 외면에 연결되어 상기 제1 환형링(1621) 및 제1 베어링수용링(1622)을 연결하는 복수의 제1 연결리브(1623), 및 상기 제1 베어링수용링(1622) 내에 설치되는 제1 베어링(1624)을 포함하는 제1 스크류회전부재(162);
    상기 제1 환형링(1621)과 일정 거리 이격되어 상기 제1 환형링(1621)과 마주하도록 상기 하우징(161)의 내면에 밀착하여 상기 하우징(161)의 내부의 하부에 수용되는 제2 환형링(1631), 상기 제2 환형링(1631)보다 작은 직경으로 구비되고 상기 제2 환형링(1631) 내측에 위치하는 제2 베어링수용링(1632), 상기 제2 환형링(1631)의 내면 및 상기 제2 베어링수용링(1632)의 외면에 연결되어 상기 제2 환형링(1631) 및 제2 베어링수용링(1632)을 연결하는 복수의 제2 연결리브(1633), 및 상기 제2 베어링수용링(1632) 내에 설치되는 제2 베어링(1634)을 포함하는 제2 스크류회전부재(163); 및
    원기둥(1641)의 외면의 길이방향을 따라 나선형으로 형성되는 스크류날개(1642)를 포함하고, 상기 원기둥(1641)의 일단은 상기 제1 베어링(1624)에 연결되고 상기 원기둥(1641)의 다른 일단은 상기 제2 베어링(1634)에 연결되어 상기 하우징(161) 내에서 회전 가능하게 구성되는 와류형성스크류(164)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    수중 침지식 초저온 유체 기화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 열교환 튜브(141)의 외면에는 열교환 튜브(141)의 길이방향을 따라 방열핀(142)이 구비되는 것을 특징으로 하는,
    수중 침지식 초저온 유체 기화장치.
  3. 삭제
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