KR102457000B1 - Vaporizer for low-temperature liquefied gas - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저온 액화가스의 기화장치에 있어서 전열관의 열응력 및 열피로를 억제하는 것이다.
저온 액화가스의 기화장치(수중 연소식 기화장치(1))는 표면에 다수의 기포분출공(孔)(151)이 형성된 복수의 스파지 파이프(15)를 가짐과 동시에, 고온의 가스를 기포분출공을 통하여 수중(水中)에 분출시키도록 구성된 기포분출기구(100)와, 수조 내(內)에 있어서 기포분출기구의 상측(上側)에 배치되며, 또한 스파지 파이프(sparge pipe)로부터 분출된 기포에 의한 물의 교반과 가열에 의해 전열관(31)의 내부를 흐르는 저온 액화가스를 기화시키도록 구성된 열교환기를 구비한다. 기포분출기구는 스파지 파이프로부터 분출된 기포를 우회시키면서 열교환기의 전열관에 도달시키도록 구성된다.The present invention is to suppress thermal stress and thermal fatigue of a heat transfer tube in a low-temperature liquefied gas vaporizer.
The low-temperature liquefied gas vaporizer (underwater combustion type vaporizer 1) has a plurality of sparging pipes 15 having a plurality of bubble ejection holes 151 formed on the surface, and at the same time, the high-temperature gas is bubbled. The bubble jetting mechanism 100 configured to blow out into the water through the jetting hole, and disposed on the upper side of the bubble jetting mechanism in the water tank, and blown out from the sparge pipe A heat exchanger configured to vaporize the low-temperature liquefied gas flowing through the heat transfer tube 31 by stirring and heating the water by the air bubbles. The bubble ejection mechanism is configured to reach the heat transfer tube of the heat exchanger while bypassing the air bubbles ejected from the sparge pipe.
Description
여기에 개시하는 기술은 저온 액화가스의 기화장치에 관한 것이다.The technology disclosed herein relates to an apparatus for vaporizing low-temperature liquefied gas.
특허문헌 1에는 저온 액화가스의 기화장치 중의 하나로서 수중 연소식 기화장치(Submerged Combustion Vaporizer)가 기재되어 있다. 수중 연소식 기화장치는 액화 천연가스 등 저온 액화가스의 기화장치 중의 하나이며, 수조(水槽) 내(內)에 침지(浸漬)되고 또한, 버너로부터의 연소가스를 표면에 형성된 기포분출공(孔)을 통하여 수중(水中)에 분출시키는 복수의 스파지 파이프(sparge pipe)와, 수조 내에 있어서 스파지 파이프의 상측(上側)에 배치된 전열관을 갖는 열교환기를 구비한다. 수중에 기포로서 분출된 연소가스가 수조 내의 물을 교반하면서 전열관 내(內)를 흐르는 저온 액화가스를 가열한다. 이에 의해 저온 액화가스를 기화시킨다.
또, 수중 연소식 기화장치와 마찬가지로, 수조 내에 배치한 스파지 파이프로부터 고온의 가스를 기포로서 분출함으로써 수조 내에 침지된 전열관 내를 흐르는 저온 액화가스를 기화시키는 기화장치로서, 스팀 이젝터(steam ejector) 방식 기화장치 등의 중간 열매체식 기화장치도 알려져 있다.In addition, similarly to the underwater combustion type vaporizer, a vaporizer for vaporizing the low-temperature liquefied gas flowing in the heat transfer tube immersed in the water tank by ejecting the hot gas as bubbles from the sparge pipe arranged in the water tank, a steam ejector An intermediate heat medium type vaporizer, such as an anticorrosive vaporizer, is also known.
전술한 바와 같이, 수조 내에 배치된 각 스파지 파이프에는 그 표면에 기포분출공이 형성되며, 이 기포분출공은 스파지 파이프의 상면(上面) 부분에 형성되는 것이 일반적이다. 이 기포분출공을 통하여 수중에 분출된 기포는 그대로 상승하여 열교환기의 전열관에 도달한다. 수조 내에 분출되는 가스의 온도는 1000℃ 가까운데 반하여, 전열관 내를 흐르는 저온 액화가스의 온도는 -160℃ 정도이다. 수중에 분출된 기포 및 이에 따라 가열된 물은 스파지 파이프로부터 분출된 기세 그대로 상승을 함으로써, 기포 및 그 주위의 물은 전열관에 강하게 충돌하여 전열관에 있어서의 열전달이 강해진다. 또, 스파지 파이프로부터 분출된 기포가 온도가 저하되기 전에 전열관에 바로 도달하여 전열관의 외측을 가열하게 된다. 따라서, 전열관 내외(內外)의 온도차가 커져서 전열관에 작용하는 열응력이 커진다.As described above, each sparge pipe disposed in the water tank has a bubble blowing hole formed on the surface thereof, and the bubble blowing hole is generally formed on an upper surface of the sparge pipe. The bubbles ejected into the water through the bubble blowing hole rise as they are and reach the heat transfer tube of the heat exchanger. The temperature of the gas ejected into the water tank is close to 1000°C, while the temperature of the low-temperature liquefied gas flowing in the heat transfer tube is about -160°C. The bubbles ejected into the water and the water heated by it rise as they are with the force ejected from the sparge pipe, so that the bubbles and the water around them strongly collide with the heat transfer tube, and heat transfer in the heat transfer tube becomes strong. In addition, the bubbles ejected from the sparge pipe directly reach the heat transfer tube before the temperature is lowered to heat the outside of the heat transfer tube. Therefore, the temperature difference between the inside and outside of the heat pipe increases, and the thermal stress acting on the heat pipe increases.
수중 연소식 기화장치와 중간 열매체식 기화장치는 급격한 수요 증가를 커버하기 위한 긴급용으로서도 사용되는 것이므로, 기동과 정지가 반복되는 경우가 있다. 따라서, 전열관 내외의 온도차가 커지는 것은 전열관의 열피로를 초래한다.Since the submerged combustion type vaporizer and the intermediate heat medium type vaporizer are also used for emergencies to cover a sudden increase in demand, starting and stopping may be repeated. Therefore, an increase in the temperature difference between the inside and outside of the heat pipe causes thermal fatigue of the heat pipe.
여기에 개시하는 기술은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 저온 액화가스의 기화장치에 있어서 전열관의 열응력 및 열피로를 억제하는 데 있다.The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and is intended to suppress thermal stress and thermal fatigue of the heat transfer tube in a low-temperature liquefied gas vaporizer.
여기에 개시하는 기술은, 저온 액화가스의 기화장치에 관한 것이고, 이 기화장치는 수조 내에 침지되고 또한 표면에 다수의 기포분출공이 형성된 복수의 스파지 파이프를 가짐과 동시에, 고온의 가스를 상기 기포분출공을 통하여 수중에 분출시키도록 구성된 기포분출기구와, 상기 수조 내에 있어서 상기 기포분출기구의 상측에 배치되며, 또한 상기 스파지 파이프로부터 분출된 기포에 의한 물의 교반과 가열에 의해 전열관의 내부를 흐르는 저온 액화가스를 기화시키도록 구성된 열교환기를 구비한다.The technology disclosed herein relates to a vaporizer for a low-temperature liquefied gas, the vaporizer having a plurality of sparging pipes immersed in a water tank and having a plurality of bubble ejection holes formed on the surface, and simultaneously evaporating the high-temperature gas into the bubbles A bubble jetting mechanism configured to blow out into water through a jetting hole, and disposed above the bubble jetting device in the water tank, the inside of the heat transfer tube is heated by stirring and heating of water by the bubbles jetted from the sparge pipe. and a heat exchanger configured to vaporize the flowing low-temperature liquefied gas.
그리고, 복수의 상기 스파지 파이프는 각각 상기 고온의 가스의 유입단인 기단(基端)으로부터 소정의 방향으로 연장되어 배치됨과 동시에, 그 선단(先端)은 폐색되며, 상기 기포분출기구는 상기 스파지 파이프의 적어도 일부의 상기 기포분출공으로부터 분출된 기포를 우회시키면서 상기 열교환기의 상기 전열관에 도달시키도록 구성된다.And, the plurality of sparge pipes are arranged extending in a predetermined direction from the base end, which is the inlet end of the high-temperature gas, respectively, and at the same time, the front end is closed, and the bubble ejection mechanism is the spar and to reach the heat transfer tube of the heat exchanger while diverting the bubbles ejected from the bubble blowing hole of at least a part of the branch pipe.
이 구성에 의하면, 수조 내에서는 스파지 파이프를 갖는 기포분출기구가 하측에, 전열관을 갖는 열교환기가 상측에 배치된다. 스파지 파이프로부터 분출된 고온의 가스의 기포는 상승을 하여 수조 내의 물을 교반함과 동시에, 기포에 의해 가열된 물과 함께 전열관 내를 흐르는 저온 액화가스를 가열한다. 이와 같이 저온 액화가스가 기화한다.According to this structure, in the water tank, the bubble blowing mechanism which has a sparge pipe is arrange|positioned at the lower side, and the heat exchanger which has a heat transfer tube is arrange|positioned at the upper side. Bubbles of the high-temperature gas ejected from the sparge pipe rise and stir the water in the water tank, and at the same time heat the low-temperature liquefied gas flowing through the heat transfer tube together with the water heated by the bubbles. In this way, the low-temperature liquefied gas is vaporized.
상기 구성에서는 스파지 파이프의 적어도 일부의 기포분출공으로부터 분출된 기포는 우회하여 열교환기의 전열관에 도달한다. "기포가 우회한다"란 스파지 파이프의 기포분출공으로부터 수중에 분출된 기포가 분출된 기세 그대로 상승을 하여 바로 열교환기의 전열관에 도달하는 것이 아니라, 멀리 돌아간 후에 열교환기의 전열관에 도달하는 것을 의미한다. 우회함으로써 기포는 분출된 기세 그대로 상승을 하지 않고, 기세가 약해진 후 주로 부력에 의해 상승을 하여 전열관에 도달한다. 이와 같이, 기포 및 그 주위의 물이 전열관에 강하게 충돌하는 것이 회피되므로, 전열관에 있어서의 열전달이 그 만큼 약해진다.In the above configuration, the bubbles ejected from the bubble blowing holes of at least a part of the sparge pipe bypass and reach the heat transfer tube of the heat exchanger. "Bubble bypasses" means that the bubbles ejected into the water from the bubble blowing hole of the sparge pipe rise as they are and reach the heat transfer tube of the heat exchanger immediately, rather than reaching the heat transfer tube of the heat exchanger after returning far away. it means. By bypassing, the bubble does not rise as it is with the ejected force, but rises mainly by buoyancy after the force is weakened to reach the heat pipe. In this way, since it is avoided that air bubbles and the water around it strongly collide with the heat transfer tube, heat transfer in the heat transfer tube becomes weak by that much.
또한, 우회를 함으로써, 기포는 스파지 파이프로부터 수중에 분출된 후 그대로 상승을 하여 바로 열교환기의 전열관에 도달하는 거리보다 긴 거리를 이동하여 전열관에 도달한다. 또는, 바로 전열관에 도달하기보다 긴 시간을 들여 전열관에 도달한다. 우회하고 있는 동안에 기포와 수조 내의 물과의 사이에서 열교환이 이루어지므로, 기포의 온도가 저하된다. 기포가 전열관에 도달했을 때의 기포의 온도는 기포가 우회하지 않고 전열관에 도달했을 경우보다 낮아진다.In addition, by bypassing the bubble, after being ejected from the sparge pipe in water, it rises as it is, and moves a longer distance than the distance to reach the heat transfer tube of the heat exchanger directly to reach the heat transfer tube. Alternatively, it takes a longer time to reach the heat pipe than directly to the heat pipe. Since heat exchange is made between a bubble and the water in a water tank while bypassing, the temperature of a bubble falls. When the bubble reaches the heat pipe, the temperature of the bubble is lower than when the bubble reaches the heat pipe without bypassing it.
이와 같이, 전열관 내외의 온도차가 작아져서 전열관에 작용하는 열응력이 억제된다. 또한, 전열관의 열피로도 억제된다.In this way, the temperature difference between the inside and outside of the heat transfer tube becomes small, and the thermal stress acting on the heat transfer tube is suppressed. In addition, thermal fatigue of the heat transfer tube is also suppressed.
상기 스파지 파이프의 표면에 형성된 상기 기포분출공의 적어도 일부는 그 구멍 축이 수평선보다 하향이 되도록 형성된 우회 기포분출공이 될 수 있다.At least a part of the bubble blowing hole formed on the surface of the sparge pipe may be a bypass bubble blowing hole formed so that the axis of the hole is downward than the horizontal line.
구멍 축이 하향인 우회 기포분출공으로부터 분출된 기포는 수조 내를 하향으로 이동함과 동시에, 이 분출된 기세가 거의 없어진 후에 상승으로 전환되어 전열관에 도달한다. 기포 및 그 주위의 물은 전열관에 강하게 충돌하지 않으므로, 전열관에 있어서의 과잉된 열전달이 억제된다.The bubbles ejected from the bypass bubble blast hole with the hole axis downward move downward in the water tank, and after almost disappearing the ejected force, they are converted to rise and reach the heat transfer tube. Since the bubble and the surrounding water do not strongly collide with the heat transfer tube, excessive heat transfer in the heat transfer tube is suppressed.
또한, 하향으로 이동하는 만큼 기포는 우회하게 되어 전열관에 도달했을 때의 기포의 온도는 낮아진다. 특히 스파지 파이프의 하단 근처에 기포분출공을 형성하면 구멍 축이 거의 바로 아래를 향하게 되므로, 수조 내를 하향으로 이동하고 상승으로 전환된 후, 스파지 파이프를 피하면서 상승을 하여 전열관에 도달한다. 이 경우는 기포의 우회 거리가 더욱 길어지거나, 또는 전열관에 도달하기까지의 시간이 더욱 길어지므로, 전열관에 도달했을 때의 기포의 온도는 더욱 낮아진다.In addition, as the bubble moves downward, the bubble is detoured, and the temperature of the bubble when it reaches the heat transfer tube is lowered. In particular, when a bubble vent is formed near the lower end of the sparge pipe, the hole axis is almost directly downward, so it moves downward in the water tank and switches to rising, then ascends while avoiding the sparge pipe to reach the heat pipe. . In this case, since the bypass distance of the bubble becomes longer, or the time until reaching the heat transfer tube becomes longer, the temperature of the bubble when it reaches the heat transfer tube is further lowered.
기포분출공의 구멍 축은 수평선보다 하향으로 함으로써 전열관의 열응력 억제 및 열피로 억제가 각각 유효하게 이루어진다.By setting the hole axis of the bubble vent hole downward from the horizontal line, thermal stress suppression and thermal fatigue suppression of the heat transfer tube are effectively made respectively.
상기 우회 기포분출공은 상기 스파지 파이프의 기단부(基端部)에 형성되어도 된다.The bypass bubble ejection hole may be formed in a proximal end of the sparge pipe.
스파지 파이프의 기단부는 선단부(先端部)와 비교하여 기포의 분출량이 상대적으로 많아지기 쉬우나, 스파지 파이프의 기단부에 형성하는 기포분출공을 우회 기포분출공으로 함으로써, 전술한 바와 같이, 스파지 파이프의 기단부 상방(上方)에 위치하는 전열관에 기포와 그 주위의 물이 강하게 충돌하는 것이 없어져서 전열관의 열응력 억제 및 열피로 억제가 도모된다.The proximal end of the sparge pipe tends to relatively increase the amount of air bubble ejection compared to the front end, but by making the air bubble ejection hole formed at the base end of the sparge pipe the bypass bubble ejection hole, as described above, the sparge pipe Air bubbles and the surrounding water do not collide strongly with the heat transfer tube located above the base end of the heat transfer tube, thereby suppressing thermal stress and thermal fatigue of the heat transfer tube.
여기서, 스파지 파이프의 기단부는 소정의 방향으로 연장되는 스파지 파이프에 있어서 기포분출공이 형성되는 부분을 상기 소정의 방향으로 2등분했을 때의 기단측 부분의 적어도 일부로 하여도 되며, 또한 스파지 파이프의 선단부는 기포분출공이 형성되는 부분을 2등분했을 때의 선단측 부분의 적어도 일부로 하여도 된다.Here, the proximal end portion of the sparge pipe may be at least a part of the proximal end portion when the portion in which the bubble ejection hole is formed in the sparge pipe extending in the predetermined direction is divided into two equal parts in the predetermined direction, and further, the sparge pipe The tip portion may be at least a part of the tip side portion when the portion where the bubble ejection hole is formed is divided into two equal parts.
상기 우회 기포분출공은 상기 스파지 파이프의 기단부로부터 선단부까지에 걸쳐 형성되어도 된다.The bypass bubble blowing hole may be formed from the base end to the front end of the sparge pipe.
이와 같이 함으로써, 스파지 파이프의 기단부로부터 선단부까지 전체에 걸쳐, 그 상방에 위치하는 전열관에 기포와 그 주위의 물이 강하게 충돌하는 것이 없어져서 전열관의 열응력 억제 및 열피로 억제가 도모된다.In this way, from the base end to the front end of the sparge pipe, air bubbles and the surrounding water do not strongly collide with the heat transfer tube located above the sparge pipe, thereby suppressing the thermal stress and thermal fatigue of the heat transfer tube.
또한, 스파지 파이프 내에 고온의 가스가 공급되었을 때, 고온의 가스는 스파지 파이프 내의 상부(上部)에 고이게 된다. 기포분출공이 스파지 파이프의 상면(上面) 부분에 형성되는 경우, 스파지 파이프 내의 기단부로부터 상부에 고인 고온의 가스가 차례로 분출되게 된다. 이 결과, 스파지 파이프의 선단부까지 고온의 가스가 골고루 퍼지는 것이 어려워진다. 즉, 스파지 파이프의 기단부는 기포의 분출량이 많고 선단부는 기포의 분출량이 적어져서, 기포의 분출량이 스파지 파이프의 길이방향으로 불균등하게 되기 쉽다.In addition, when a high-temperature gas is supplied into the sparge pipe, the high-temperature gas accumulates in the upper part of the sparge pipe. When the bubble ejection hole is formed in the upper surface of the sparge pipe, the high-temperature gas accumulated in the upper part from the proximal end in the sparge pipe is ejected in turn. As a result, it becomes difficult to evenly spread the hot gas to the tip of the sparge pipe. That is, the proximal end portion of the sparge pipe has a large amount of bubbles ejected and the tip portion has a small amount of bubbles ejected, so that the amount of bubbles ejected tends to be uneven in the longitudinal direction of the sparge pipe.
이에 반해, 구멍 축이 수평선 이하가 된 우회 기포분출공은 (일반적으로 단면 원형상의) 스파지 파이프의 하측 부분에 형성되게 된다. 따라서, 스파지 파이프의 기단부로부터 선단부까지에 걸쳐 우회 기포분출공을 형성하는 구성에서는, 스파지 파이프 내의 상부에 고온의 가스가 고여도 스파지 파이프의 하측에 형성된 우회 기포분출공으로부터 고온의 가스가 분출되지 않고 스파지 파이프의 선단으로부터 기단까지의 상부 전체에 가스가 고인 후, 스파지 파이프의 선단으로부터 기단까지 전체에 걸쳐 일제히 하향의 우회 기포분출공을 통하여 고온의 가스가 분출되게 된다. 즉, 스파지 파이프의 기단부로부터 선단부까지에 걸쳐 우회 기포분출공을 형성하는 구성은 스파지 파이프의 길이방향으로 기포 분출량의 균등화를 도모하는 것이 가능하다.On the other hand, the bypass bubble vent with the hole axis below the horizontal line is formed in the lower part of the sparge pipe (generally circular in cross-section). Therefore, in the configuration in which the bypass bubble blowing hole is formed from the proximal end to the front end of the sparge pipe, even if the high-temperature gas accumulates in the upper part of the sparge pipe, the high-temperature gas is discharged from the bypass bubble blowing hole formed in the lower side of the sparge pipe. After the gas accumulates in the entire upper part from the tip to the base end of the sparge pipe without being ejected, the hot gas is ejected through the downward bypass bubble blast hole all at once from the tip to the base end of the sparge pipe. That is, the configuration in which the bypass bubble blowing hole is formed from the proximal end to the front end of the sparge pipe makes it possible to equalize the bubble blowing amount in the longitudinal direction of the sparge pipe.
이와 같이 스파지 파이프의 길이방향으로 기포 분출량의 균등화가 도모된 결과로서, 스파지 파이프의 기단부 상방에 위치하는 전열관의 열응력과 열피로를 억제하는 것도 가능해진다.As a result of the equalization of the amount of bubble ejection in the longitudinal direction of the sparge pipe in this way, it is also possible to suppress the thermal stress and thermal fatigue of the heat transfer tube located above the base end of the sparge pipe.
상기 스파지 파이프의 기단부에 형성된 상기 우회 기포분출공의 구멍 축은 연직방향의 상방(上方)에 대한 각도가 상기 스파지 파이프의 선단부에 형성된 상기 기포분출공의 구멍 축의 상기 각도보다 커도 된다.The angle of the hole axis of the bypass bubble ejection hole formed at the proximal end of the sparge pipe with respect to the vertical direction may be greater than the angle of the hole axis of the bubble ejection hole formed at the tip of the sparge pipe.
여기서, 스파지 파이프의 선단부에 형성된 기포분출공은 그 구멍 축이 수평선보다 하향인 우회 기포분출공이 될 수 있으며, 구멍 축이 수평선을 따르거나, 또는 수평선보다 상향인 기포분출공이 될 수 있다.Here, the bubble blower formed at the tip of the sparge pipe may be a bypass bubble blowing hole whose hole axis is downward than the horizontal line, and the hole axis may be a horizontal bubble blowing hole along a horizontal line or upwards than a horizontal line.
상기 구성에 의하면, 스파지 파이프의 기단부에 형성된 우회 기포분출공의 구멍 축은 연직방향의 상방에 대한 각도가 크므로, 당해 우회 기포분출공으로부터 분출된 기포는 하향으로 크게 이동을 한 후에 상승하여 전열관에 도달한다. 이에 의해 기포의 우회 거리가 보다 한층 길어지므로, 전열관에 도달했을 때의 기포의 온도가 더욱 낮아짐과 동시에, 기포 및 그 주위의 물이 전열관에 강하게 충돌하는 것이 회피된다.According to the above configuration, since the hole axis of the bypass bubble blowing hole formed at the proximal end of the sparge pipe has a large angle with respect to the upper side in the vertical direction, the bubbles ejected from the bypass bubble blowing hole move greatly downward and then rise and rise to the heat pipe. to reach Since the bypass distance of a bubble becomes further longer by this, while the temperature of the bubble when it reaches a heat exchanger tube becomes still lower, it is avoided that a bubble and the surrounding water collide strongly with a heat exchanger tube.
상기 스파지 파이프의 하측에는 냉수 영역이 형성되어도 된다. 이와 같이 함으로써, 구멍 축이 수평선보다 하향이 된 우회 기포분출공을 통하여 수조 내에 하향으로 분출된 기포는 스파지 파이프의 하측에 형성된 냉수 영역에서 열교환이 촉진된다. 이 결과, 전열관에 도달했을 때의 기포의 온도를 더욱 낮게 하는 것이 가능해진다.A cold water region may be formed below the sparge pipe. By doing in this way, the bubbles ejected downward in the water tank through the bypass bubble ejection hole whose hole axis is lower than the horizontal line are promoted for heat exchange in the cold water region formed at the lower side of the sparge pipe. As a result, it becomes possible to further lower the temperature of the bubble when it reaches|attains a heat exchanger tube.
상기 기포분출기구는 상기 스파지 파이프와 상기 전열관과의 사이에 배치되는 배플 플레이트(baffle plate)를 가지며, 상기 스파지 파이프로부터 분출된 기포의 적어도 일부는 상기 배플 플레이트를 우회하여 상기 전열관에 도달하여도 된다.The bubble ejection mechanism has a baffle plate disposed between the sparge pipe and the heat transfer tube, and at least some of the air bubbles ejected from the sparge pipe bypass the baffle plate and reach the heat transfer tube. also be
이 구성에 의하면, 스파지 파이프로부터 분출된 기포의 적어도 일부는 배플 플레이트를 우회하여 전열관에 도달한다. 우회를 할 시에 분출된 기세가 약해지므로, 기포 및 그 주위의 물이 전열관에 강하게 충돌하는 것이 회피된다.According to this configuration, at least a portion of the bubbles ejected from the sparge pipe bypass the baffle plate and reach the heat transfer tube. Since the force ejected at the time of making a detour weakens, it is avoided that a bubble and the water around it collide strongly with a heat exchanger tube.
또한, 배플 플레이트를 우회하는 동안에 기포는 수조 내의 물과 열교환을 하므로, 전열관에 도달했을 때의 기포의 온도를 낮게 하는 것이 가능해진다.Moreover, since the bubble exchanges heat with water in the water tank while bypassing the baffle plate, it becomes possible to lower the temperature of the bubble when it reaches the heat transfer tube.
이 결과, 상기와 마찬가지로, 전열관 내외의 온도차를 작게 하여 열응력을 억제하는 것이 가능해짐과 동시에, 열피로를 억제하는 것이 가능해진다.As a result, similarly to the above, it becomes possible to suppress the thermal stress by reducing the temperature difference between the inside and outside of the heat transfer tube, and at the same time, it becomes possible to suppress thermal fatigue.
여기서, 스파지 파이프에 형성하는 기포분출공은 그 구멍 축이 수평선보다 하향인 우회 기포분출공이 될 수 있으며, 구멍 축이 수평선을 따르거나, 또는 수평선보다 상향인 기포분출공이 될 수 있다.Here, the bubble vent formed in the sparge pipe may be a bypass bubble vent whose hole axis is downward from the horizontal line, and the hole axis may be a horizontal bubble vent or an upward bubble vent from the horizontal line.
상기 배플 플레이트는 상기 스파지 파이프의 기단부에 배치되어도 된다.The baffle plate may be disposed at the proximal end of the sparge pipe.
이와 같이 함으로써, 스파지 파이프의 기단부에서는 배플 플레이트에 의해 기포를 우회시켜 전열관에 도달시키는 것이 가능해지므로, 스파지 파이프의 기단부 상방에 위치하는 전열관에 기포와 그 주위의 물이 강하게 충돌하는 것이 없어져서 전열관의 열응력 억제 및 열피로 억제가 도모된다.In this way, at the base end of the sparge pipe, air bubbles can be bypassed by the baffle plate to reach the heat transfer tube, so that the air bubbles and the surrounding water do not strongly collide with the heat transfer tube located above the base end of the sparge pipe. of thermal stress suppression and thermal fatigue suppression.
상기 배플 플레이트는 상기 스파지 파이프의 기단부로부터 선단부까지에 걸쳐 배치되어도 된다.The baffle plate may be disposed from a proximal end to a distal end of the sparge pipe.
이와 같이 함으로써, 스파지 파이프의 기단부로부터 선단부까지 전체에 걸쳐, 그 상방에 위치하는 전열관에 기포와 그 주위의 물이 강하게 충돌하는 것이 없어져서 전열관의 열응력 억제 및 열피로 억제가 도모된다.In this way, from the base end to the front end of the sparge pipe, air bubbles and the surrounding water do not strongly collide with the heat transfer tube located above the sparge pipe, thereby suppressing the thermal stress and thermal fatigue of the heat transfer tube.
상기 배플 플레이트는 상기 스파지 파이프와 상기 전열관과의 사이에 있어서 상기 전열관 쪽에 배치되어도 된다.The baffle plate may be disposed on the side of the heat transfer tube between the sparge pipe and the heat transfer tube.
이와 같이 함으로써, 기포 및 그 주위의 물이 전열관에 대해 강하게 충돌하는 것을 보다 한층 확실히 방지하는 것이 가능해진다.By doing in this way, it becomes possible to prevent further reliably that a bubble and the water around it collide strongly with respect to a heat exchanger tube.
상기 배플 플레이트에는 관통공(孔)이 형성되어도 된다. 이와 같이 함으로써, 일부의 기포는 배플 플레이트의 관통공을 통과하게 되나 이 때, 상승 속도가 저감하게 되어 기포 및 그 주위의 물이 전열관에 강하게 충돌하는 것이 방지된다. 또한, 배플 플레이트의 관통공을 통과한 후의 기포의 크기가 작아지도록 하면, 상승 속도의 저감과 동시에, 기포가 전열관에 도달하기까지의 동안에 기포와 물과의 열교환이 촉진된 결과, 전열관에 도달했을 때의 기포의 온도 저하가 도모된다.A through hole may be formed in the baffle plate. In this way, some of the bubbles pass through the through hole of the baffle plate, but at this time, the rising speed is reduced, so that the bubbles and the surrounding water are prevented from strongly colliding with the heat transfer tube. In addition, if the size of the bubble after passing through the through hole of the baffle plate is made small, the rising speed is reduced and heat exchange between the bubble and water is promoted while the bubble reaches the heat pipe. A decrease in the temperature of the bubbles at the time is achieved.
그리고, 배플 플레이트에 관통공을 형성하는 경우, 적어도 일부의 기포는 배플 플레이트를 우회하여 전열관에 도달할 정도로 배플 플레이트에 관통공을 형성하는 것이 바람직하다.In the case of forming the through hole in the baffle plate, it is preferable to form the through hole in the baffle plate to such an extent that at least some of the air bubbles bypass the baffle plate and reach the heat transfer tube.
이상 설명한 바와 같이, 상기 저온 액화가스의 기화장치에 의하면, 스파지 파이프로부터 분출된 기포를 우회시키면서 열교환기의 전열관에 도달시키도록 함으로써, 기포 및 그 주위의 물이 전열관에 강하게 충돌하는 것이 회피됨과 동시에, 기포와 수조 내의 물과의 열교환이 촉진되어 전열관에 도달했을 때의 기포의 온도를 낮게 하는 것이 가능해진다. 이 결과, 전열관 내외의 온도차가 작아져서 열응력이 억제됨과 동시에, 전열관의 열피로가 억제된다.As described above, according to the vaporizer of the low-temperature liquefied gas, the bubbles and the surrounding water strongly collide with the heat transfer tube by allowing the air bubbles ejected from the sparge pipe to reach the heat transfer tube while bypassing the heat transfer tube. At the same time, heat exchange between the bubbles and the water in the water tank is promoted, and it becomes possible to lower the temperature of the bubbles when they reach the heat transfer tube. As a result, the temperature difference between the inside and outside of the heat transfer tube is small, so that the thermal stress is suppressed and the thermal fatigue of the heat transfer tube is suppressed.
도 1은 수중 연소식 기화장치의 전체 구성을 나타낸 개념도이다.
도 2는 수조 내에 배치된 열교환기와 기포분출기구를 나타낸 정면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 열교환기와 기포분출기구의 평면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 열교환기와 기포분출기구의 측면도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 기포분출기구의 스파지 파이프를 나타낸 저면도이다.
도 6은 도 2에 나타낸 기포분출기구의 단면설명도이다.
도 7은 변형예에 관한 스파지 파이프를 나타낸 저면도이다.
도 8은 다른 실시예에 관한 열교환기와 기포분출기구를 나타낸 평면도이다.
도 9는 도 8에 나타낸 열교환기와 기포분출기구의 측면도이다.
도 10은 도 8에 나타낸 기포분출기구의 단면설명도이다.
도 11은 변형예에 관한 열교환기와 기포분출기구의 측면도이다.1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of an underwater combustion type vaporizer.
2 is a front view showing a heat exchanger and a bubble ejection mechanism disposed in a water tank.
3 is a plan view of the heat exchanger and bubble ejection mechanism shown in FIG. 2 .
4 is a side view of the heat exchanger and bubble ejection mechanism shown in FIG. 2 .
5 is a bottom view showing the sparge pipe of the bubble ejection mechanism shown in FIG.
Fig. 6 is a cross-sectional explanatory view of the bubble ejection mechanism shown in Fig. 2;
7 is a bottom view showing a sparge pipe according to a modified example.
8 is a plan view showing a heat exchanger and a bubble ejection mechanism according to another embodiment.
Fig. 9 is a side view of the heat exchanger and the bubble ejection mechanism shown in Fig. 8;
Fig. 10 is a cross-sectional explanatory view of the bubble ejection mechanism shown in Fig. 8;
11 is a side view of a heat exchanger and a bubble ejection mechanism according to a modification.
이하, 저온 액화가스의 기화장치의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 수중 연소식 기화장치(1) 전체의 개략을 나타낸다. 도 2 내지 도 4는 각각 수조(11) 내에 침지된 열교환기(32) 및 기포분출기구(100)의 구성을 나타낸다. 수중 연소식 기화장치(1)는 저온 액화가스의 기화장치 중의 하나이며, 여기에서는 액화 천연가스(LNG)를 기화시킨다.Hereinafter, an embodiment of an apparatus for vaporizing low-temperature liquefied gas will be described with reference to the drawings. 1 shows the outline of the entire underwater
수중 연소식 기화장치(1)는 예를 들어 직방체 형상의 수조(11) 내에 침지됨과 동시에, LNG의 유로(流路)가 되는 다수의 전열관(31)이 다단(多段)으로 굽힘 성형되어 구성된 열교환기(32)를 구비한다. 각 전열관(31)의 일단(一端)은 LNG의 입구가 되는 LNG 유입관(12b)에 연이어 통하고, 타단(他端)이 기화한 천연가스(NG)를 배출시키는 NG 배출관(12c)에 연이어 통한다. 도 1에서는 전열관(31)은 간이화하여 도시되나, 실제로는 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 다수의 전열관(31)이 Y 방향으로 나열 배치되고, 각 전열관(31)은 LNG 유입관(12b)에 접속되는 헤더탱크(33)와, NG 배출관(12c)에 접속되는 헤더탱크(34) 각각에 연이어 통한다. 전열관(31)의 개수와 그 배치는 수중 연소식 기화장치(1)의 성능에 따라 적절히 결정된다.The submerged
수조(11)는 예를 들어 직사각형 판형상의 천판(top plate)(11a)에 의해 덮인다. 이 천판(11a)은 작업자가 걸을 수도 있고, 그 소정 부위에 원통 형상의 다운커머(downcomer)(13)가 수조(11) 내에 침지되도록 배치된다.The
다운커머(13)의 상단(上端)에는 도면 외의 연료 공급원으로부터 연료공급관(6)을 개재하여 공급된 연료가스와, 블로워(blower)(14)를 통하여 공급된 공기를 연소시키는 버너(2)가 설치된다.At the upper end of the
수조(11)의 저부(底部)에는 다운커머(13)에 연이어 통함과 동시에, 버너(2)의 연소가스가 분출되는 다수의 기포분출공(여기서, 도 1 등에서는 도시를 생략함)이 형성된 스파지 파이프(sparge pipe)(15)가 배치된다. 이 스파지 파이프(15)도 도 1에서는 1개밖에 그리지 않았으나, 실제로는 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 각각이 Y 방향으로 연장됨과 동시에 X 방향으로 다수 나열되고, 열교환기(32) 전체에 연소가스를 포함하는 기포(B)가 공급되게 된다. 스파지 파이프(15)의 개수와 그 배치는 특별히 한정되지 않는다. 복수의 스파지 파이프(15)에 의해, 연소가스를 기포(B)로서 수조(11) 내에 분출시키는 기포분출기구(100)가 구성된다.At the bottom of the
다운커머(13)와 각 스파지 파이프(15)와의 사이에는 매니폴드(manifold)(17)가 배치된다. 매니폴드(17)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 다운커머(13)의 하단부에 접속됨과 동시에, 도 3에 나타낸 바와 같이, X 방향으로 연장되어 배치된다. 여기서, 도 1과 도 4에서는 매니폴드(17)의 배치 및 스파지 파이프(15)의 방향이 역전된다. 각 스파지 파이프(15)의 기단(基端)은 매니폴드(17)에 연이어 통하며, 매니폴드(17)는 버너(2)로부터의 연소가스를 각 스파지 파이프(15)에 분배하는 기능을 가진다. 여기서, 각 스파지 파이프(15)의 선단(先端)은 폐색(閉塞)된다.A manifold 17 is disposed between the
수조(11)의 천판(11a)에는 수조(11) 내에 분출된 연소가스를 배기하는 연통형상의 스택(stack)(16)이 설치되고, 그 상단(上端)은 대기에 개방된다.The
수중 연소식 기화장치(1)는 버너(2)의 연소가스를 스파지 파이프(15)의 기포분출공을 통하여 수조(11) 내에 기포(B)로서 분출시킴으로써, 수조(11) 내의 물을 교반하면서 전열관(31) 내를 흐르는 LNG를 가열한다. 이에 따라, LNG를 기화시켜 NG로 하고, 이를 NG 배출관(12c)의 출구로부터 송출하도록 구성된다. 수중 연소식 기화장치(1)는 연소가스를 기포(B)로서 수조(11) 내에 분출시켜 수조(11) 내의 물을 교반하는 것, 및 스택(16)으로부터 배출하는 배기가스의 온도를 수조(11) 내의 온수 온도와 거의 동등하게 낮게 함으로써 연소가스 중의 연소 생성수를 100% 재응축시켜서 이 잠열(latent heat)을 모두 온수에 부여하는 것이 가능하므로 열효율이 매우 높다는 특징이 있다.The underwater combustion type vaporizer (1) agitates the water in the water tank (11) by blowing the combustion gas of the burner (2) into the water tank (11) as bubbles (B) through the bubble blowing holes of the sparge pipe (15) While heating the LNG flowing in the
이어서, 스파지 파이프(15)를 갖는 기포분출기구(100)의 구성에 대해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 이와 같은 수중 연소식 기화장치(1)에서는 수조(11) 내에 분출되는 연소가스의 온도는 1000℃ 가까운데 반해, 전열관(31) 내를 흐르는 LNG의 온도는 -160℃ 정도이다. 따라서, 전열관(31) 내외의 온도차가 커져서 전열관(31)에 작용하는 열응력이 커진다. 또, 수중 연소식 기화장치(1)는 급격한 수요 증가를 커버하기 위한 긴급용으로서도 사용되는 것이므로, 그 기동과 정지가 반복되는 경우도 있다. 전열관(31) 내외의 온도차가 큼에 따라 전열관(31)의 열피로를 초래한다.Next, the configuration of the
따라서, 이 수중 연소식 기화장치(1)에서는 열교환기(32)의 전열관(31)의 열응력 및 열피로가 억제되도록 기포분출기구(100)가 구성된다. 도 5는 스파지 파이프(15)의 저면도이다. 스파지 파이프(15)에는 전술한 바와 같이, 그 표면에, 다수의 기포분출공(151)이 형성된다. 기포분출공(151)은 스파지 파이프(15)의 폐색된 선단측(도 5의 좌측)으로부터 매니폴드(17)에 접속되는 기단측(도 5의 우측)까지의 길이방향으로 넓은 범위에 걸쳐 형성된다. 기포분출공(151)은 도면 예에서는 스파지 파이프(15)의 길이방향으로 연장되는 구멍의 열이 둘레방향으로 5열을 이루도록 형성됨과 동시에, 인접하는 기포분출공(151)의 구멍의 열은 마름모꼴 격자 형상이 되도록 배치된다. 여기서, 기포분출공(151)의 배치는 마름모꼴 격자 형상에 한정되지 않는다. 기포분출공(151)은 예를 들어 직사각형 격자 형상으로 배치하여도 된다. 또, 그 밖의 구성도 적절히 채용하는 것이 가능하다. 기포분출공(151)의 지름은 모두 동일하다.Therefore, in this submerged
도 6은 도 5의 VI-VI 단면을 나타낸다. 스파지 파이프(15)는 단면 원형상이고, 기포분출공(151)은 수조(11) 내에 있어서 스파지 파이프(15)의 하면(下面) 부분에 형성된다. 각 기포분출공(151)은 그 구멍 축이 원의 중심을 지나도록 스파지 파이프(15)를 관통하여 형성된다. 전술한 바와 같이, 둘레방향으로 5열을 이루도록 형성되는 기포분출공(151)(도 6에 나타내는 단면에는 3열이 그려져 있음)은 스파지 파이프(15)의 하단을 중앙으로 한 둘레방향 양측 각각에서 소정의 각도 범위 내에 형성되게 된다. 도면 예에서는 기포분출공(151)의 구멍 축이 이루는 각도(θ)는 60°로 설정된다. 각 기포분출공(151)의 구멍 축의 연직방향 상방에 대한 각도는 180°±30°의 범위에 포함된다. 이에 따라, 스파지 파이프(15)에 형성되는 기포분출공(151)의 구멍 축은 모두 도 6에 파선으로 나타내는 수평선보다 하향이 되도록 설정되어, 각 기포분출공(151)을 통하여 분출되는 기포(B)는 수평선보다 하향으로 수중에 분출된다. 이들 기포분출공(151)은 우회 기포분출공에 해당되며, 이 스파지 파이프(15)에는 우회 기포분출공이 스파지 파이프(15)의 기단부로부터 선단부까지에 걸쳐 형성되게 된다.FIG. 6 shows a cross section VI-VI of FIG. 5 . The
도 6에 화살표로 나타낸 바와 같이, 스파지 파이프(15)의 하면 부분에 형성된 기포분출공(151)으로부터 하향으로 수중에 분출된 기포(B)는 일단 하향으로 이동을 하고 분출된 기세가 약해진 후, 주로 부력에 의해 상승으로 전환된다. 그리고, 기포(B)는 도 6에서는 가상적으로 나타내나, 스파지 파이프(15)의 상측에 배치된 전열관(31)에 도달하게 된다. 특히 스파지 파이프(15)의 하단 부근에 형성된 기포분출공(151)으로부터 분출되는 기포(B)는 거의 바로 아래로 이동을 한 후 상승으로 전환되나, 이 기포(B)는 스파지 파이프(15)를 우회하면서 상승을 하여 전열관(31)에 도달하게 된다. 이와 같이, 기포분출공(151)의 구멍 축을 하향으로 함으로써, 기포(B)는 분출된 기세 그대로 상승을 하는 것이 아니라 우회를 하여 전열관(31)에 도달하게 되어, 기포 및 그 주위의 물이 전열관(31)에 강하게 충돌하는 것이 회피된다. 또, 우회한 만큼 기포(B)는 수조(11) 내를 이동하는 거리가 길어진다. 또는, 전열관(31)에 도달하기까지의 시간이 길어진다. 그 동안에 기포(B)와 수조(11) 내의 물과의 사이에서 열교환이 이루어지므로, 전열관(31)에 도달할 때의 기포(B)의 온도가 낮아진다.As shown by the arrow in Fig. 6, the bubble (B) ejected in the water downward from the
또, 도 2 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 수조(11) 내에 있어서 스파지 파이프(15)와 수조(11) 바닥과의 사이에는 비교적 넓은 간격이 형성되고, 이 스파지 파이프(15)와 수조(11) 바닥과의 사이는 수온이 상대적으로 낮은 냉수 영역(110)이 된다. 하향으로 분출된 기포(B)는 이 냉수 영역(110)에서 열교환이 촉진된 결과, 그 온도가 더욱 저하된다. 이와 같이, 기포(B)가 우회를 하여 전열관(31)에 도달했을 때의 온도는 기포(B)가 우회하지 않고 전열관(31)에 도달했을 때의 온도보다 낮아진다.Moreover, as shown in FIG.2 and FIG.4, in the
전술한 바와 같이, 스파지 파이프(15)로부터 분출되는 연소가스의 온도와 전열관(31) 내를 흐르는 LNG의 온도의 차이는 크고, 스파지 파이프(15)로부터 분출된 기포(B)는 스파지 파이프(15)로부터 분출된 기세 그대로 상승을 하여 고온인 채로 주위의 물과 함께 전열관(31)에 충돌했을 경우에는 전열관(31)에 있어서의 열전달이 강해짐과 동시에 전열관(31) 내외의 온도차가 커짐에 반해, 전술한 기포분출기구(100)는 기포(B)가 우회하여 전열관(31)에 도달하도록 구성되므로, 기포 및 그 주위의 물이 전열관에 강하게 충돌하는 것이 방지됨과 동시에, 전열관(31)에 도달했을 때의 기포(B)의 온도를 낮게 하는 것이 가능해진다. 이 결과, 전열관(31) 내외의 온도차가 작아져서 전열관(31)에 작용하는 열응력이 억제된다. 또, 기동과 정지가 반복되는 수중 연소식 기화장치(1)에서는 전열관(31) 내외의 온도차를 작게 함으로써 전열관(31)의 열피로도 억제하는 것이 가능해진다.As described above, the difference between the temperature of the combustion gas ejected from the
스파지 파이프(15) 내에 연소가스가 공급될 때에는, 도 6에 가상적으로 수면을 나타낸 바와 같이, 스파지 파이프(15) 내의 상부(上部)에 연소가스가 고인다. 이 기포분출기구(100)에 있어서, 기포분출공(151)은 스파지 파이프(15)의 하면(下面) 부분에 형성되고, 상면 부분에는 형성되지 않는다. 따라서, 스파지 파이프(15)의 길이방향으로 전 영역에 걸쳐, 그 상부에 연소가스가 고인 후에 그 길이방향으로 전 영역의 기포분출공(151)으로부터 일제히 연소가스가 기포(B)로서 분출되게 된다. 이는 스파지 파이프(15)의 길이방향으로 기포 분출량을 균등화하게 된다. 즉, 기포분출공이 스파지 파이프의 상면 부분에 형성되었던 종래 구성의 수중 연소식 기화장치에서는 스파지 파이프 내의 상부에 고인 연소가스가 스파지 파이프의 기단측에 형성한 기포분출공으로부터 차례로 분출되므로, 스파지 파이프의 선단측까지 연소가스가 골고루 퍼지는 것이 어려워진다. 이 결과, 스파지 파이프의 기단부는 기포 분출량이 상대적으로 많고, 선단부는 기포 분출량이 상대적으로 적었다. 따라서, 스파지 파이프의 기단부 상방에 위치하는 전열관은 특히 전술한 열응력의 영향과 열피로를 받기 쉬웠다.When the combustion gas is supplied into the
이에 반해, 상기 구성의 기포분출기구(100)는 스파지 파이프(15)의 길이방향으로 기포 분출량의 균등화를 도모할 수 있으므로, 스파지 파이프(15)의 기단부 상방에 위치하는 전열관(31)의 열응력과 열피로를 억제하는 것이 가능해진다.On the other hand, since the
그리고, 스파지 파이프(15)의 표면에 형성되는 기포분출공(151)은 그 구멍 축이 수평선보다 하향이 되도록 하면 된다. 따라서, 단면 원형상의 스파지 파이프(15)에 있어서 구멍 축이 원의 중심을 지나도록 스파지 파이프(15)의 표면에 기포분출공(151)을 형성하는 경우, 스파지 파이프(15)의 하반(下半) 부분에 기포분출공(151)을 형성하면 된다. 단, 기포(B)의 우회거리를 가능한 한 길게 하기 위해서는 기포분출공(151)은 스파지 파이프(15) 하단 근처에 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 스파지 파이프(15) 하단을 중앙으로 한 둘레방향 양측 각각에 있어서, 기포분출공(151)의 구멍 축이 이루는 각도(θ)가 90° 이내가 되는 각도 범위에서 기포분출공(151)을 형성하여도 된다.In addition, the
또, 기포분출공(151)의 지름은 모두 동일하게 하는 것이 아니라, 스파지 파이프(15)의 길이방향의 위치에 따라 변경하여도 된다. 예를 들어 스파지 파이프(15)의 기단부에 형성되는 기포분출공(151)의 지름은 상대적으로 작게, 스파지 파이프(15)의 선단부에 형성되는 기포분출공(151)의 지름은 상대적으로 크게 하여도 된다. 이는 스파지 파이프(15)의 길이방향으로 기포 분출량이 불균등하게 되는 것을 억제한다.In addition, the diameter of the
또한 변형예로서, 스파지 파이프(15)의 길이방향의 위치에 따라 기포분출공(151)의 구멍 축의 연직방향 상방에 대한 각도를 변경하여도 된다. 예를 들어 도 7은 변형예에 관한 스파지 파이프(15)의 저면도이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 스파지 파이프(15)에서 기포분출공(151)이 형성되는 부분을 기단부, 중간부 및 선단부로 3등분했을 때의 기단부에는 기포분출공(151)을 스파지 파이프(15)의 하면에 형성하는 한편, 선단부에는 기포분출공(151)을 스파지 파이프(15)의 측면에 형성하고, 또한 중간부에는 기포분출공(151)을 스파지 파이프(15)의 하면과 측면과의 사이에 형성하여도 된다. 각 기포분출공(151)은 그 구멍 축이 원의 중심을 지나도록 형성된다. 이 구성은 스파지 파이프(15)의 기단부에 형성된 기포분출공(151)의 구멍 축의 연직방향 상방에 대한 각도(즉, 약 180°)가 스파지 파이프(15)의 선단부에 형성된 기포분출공(151)의 구멍 축의 각도(즉, 약 90°)보다 크게 한 구성이다.Further, as a modification, the angle of the hole axis of the
이와 같이 함으로써, 스파지 파이프(15)의 기단부 및 중간부에는 적어도 우회 기포분출공이 형성되게 되고, 스파지 파이프(15)의 기단부 및 중간부의 상방에 위치하는 전열관(31)에 있어서 열응력의 억제 및 열피로의 억제가 각각 도모된다. 이 구성은 또한 스파지 파이프(15)의 길이방향으로 기포 분출량이 불균등하게 되는 것이 억제된다.By doing in this way, at least bypass bubble blowing holes are formed in the proximal end and the middle portion of the
그리고, 도 7의 구성예와는 달리, 스파지 파이프(15)의 선단부에는 기포분출공(151)을 스파지 파이프(15)의 상면에 형성하여도 된다. 이 경우, 스파지 파이프(15)의 중간부에는 기포분출공(151)을 스파지 파이프(15)의 측면에 형성하여도 된다.And, unlike the configuration example of FIG. 7 , a
또, 도 7의 구성예는 스파지 파이프(15)의 선단측으로부터 기단측을 향하여 기포분출공(151)의 구멍 축의 각도를 단계적으로 변경하게 되나, 이와는 달리 스파지 파이프(15)의 선단측으로부터 기단측을 향하여 기포분출공(151)의 구멍 축의 각도를 연속적으로 변경한 결과, 기단부에 형성하는 기포분출공(151)은 그 구멍 축이 수평선보다 하향이 되어도 된다.In addition, in the configuration example of FIG. 7, the angle of the hole axis of the
또한, 도 7의 예에서는 스파지 파이프(15)의 기포분출공(151)이 형성된 부분을 선단부, 중간부 및 기단부 3개로 등분하고, 각 부분에서 기포분출공(151)의 구멍 축의 각도를 다르게 하나, 예를 들어 스파지 파이프(15)의 기포분출공(151)이 형성된 부분을 선단부 및 기단부 2개로 등분한 후에, 기단부에서는 기포분출공(151)의 구멍 축이 수평선보다 하향이 되도록 연직방향의 상방에 대한 각도를 상대적으로 크게 하고, 선단부에서는 구멍 축의 각도를 상대적으로 작게 하여도 된다. 이 때, 선단부에 형성되는 기포분출공(151)은 그 구멍 축이 수평선보다 하향이 되어도 되고, 수평선을 따르거나, 또는 수평선보다 상향이 되어도 된다. 구멍 축이 수평선보다 하향이 된 우회 기포분출공은 스파지 파이프(15)의 기단부에만 형성하여도 된다. 여기서, 기포분출공(151)의 높이 위치의 변경에 관한 분할 수(數)는 2나 3에 한정되지 않고, 4 이상으로 적절히 설정하여도 된다.In addition, in the example of FIG. 7, the portion in which the
그리고, 스파지 파이프(15)의 표면에 형성되는 기포분출공(151)은 그 구멍 축이 원의 중심을 지나도록 형성되는 것으로 한정되지 않는다.And, the
도 8 내지 도 10은 기포분출기구의 다른 구성을 나타낸다. 이 기포분출기구(101)는 스파지 파이프(15)와 배플 플레이트(baffle plate)(152)를 가지고 구성된다. 배플 플레이트(152)는 각 스파지 파이프(15)에 대응하여 스파지 파이프(15)와 전열관(31)과의 사이에 배치된다.8 to 10 show another configuration of the bubble ejection mechanism. The
이 기포분출기구(101)에 있어서, 기포분출공(151)은 도 10에 나타낸 바와 같이, 스파지 파이프(15)의 상면 부분에 형성된다. 기포분출공(151)은 스파지 파이프(15)의 상단을 중앙으로 한 둘레방향 양측 각각에서 소정의 각도 범위 내에 형성된다. 따라서, 상기 구성과는 반대로, 기포분출공(151)의 구멍 축은 수평선보다 상향이다. 또, 스파지 파이프(15)의 상면 부분에 형성된 기포분출공(151)은 도 5에 나타낸 기포분출공(151)의 배치와 마찬가지로 구성되며, 스파지 파이프(15)의 폐색된 선단측(도 5의 좌측)에서 매니폴드(17)에 접속되는 기단측(도 5의 우측)까지의 길이방향으로 넓은 범위에 걸쳐 소정의 배치로 형성된다.In this
배플 플레이트(152)는 도 8에 나타낸 바와 같이, 그 횡단면 형상이 위로 볼록하게 되는 거의 원호 형상을 이룸과 동시에, 도 9에 나타낸 바와 같이, 스파지 파이프(15)의 길이방향을 따라 연장되어 배치된다. 이에 의해, 배플 플레이트(152)는 스파지 파이프(15)에 형성된 기포분출공(151) 전체를 덮도록 둘레방향으로 넓어져 감과 동시에 길이방향으로 연장된다.As shown in FIG. 8, the
도 10에 나타낸 바와 같이, 이 구성의 기포분출기구(101)에서는 기포분출공(151)이 스파지 파이프(15)의 상면 부분에 형성되므로, 기포분출공(151)으로부터 상향으로 분출된 기포(B)는 수중을 상승하나 배플 플레이트(152)에 의해 막힌다. 따라서, 기포(B)는 스파지 파이프(15)로부터 분출된 기세 그대로 전열관(31)에 도달할 수 없고, 도 10에 화살표로 나타낸 바와 같이, 배플 플레이트(152)를 우회하여 전열관(31)에 도달하게 된다. 상기 구성과 마찬가지로, 우회함으로써 기포는 주로 부력에 의해 상승하게 되어 기포 및 그 주위의 물이 전열관(31)에 강하게 충돌하는 것이 회피됨과 동시에, 우회하는 만큼 기포(B)의 이동하는 거리가 길어진다. 또는, 전열관(31)에 도달하기까지의 시간이 길어진다. 이에 의해, 전열관(31)에 도달할 시의 기포(B)의 온도를 낮게 하는 것이 가능해진다. 따라서, 이 구성의 기포분출기구(101)에서도 전열관(31) 내외의 온도차를 작게 하여 전열관(31)의 열응력 및 열피로를 억제하는 것이 가능해진다.As shown in Fig. 10, in the
또, 위로 볼록하게 되는 횡단면 원호 형상의 배플 플레이트(152)는 그 하면에 기포(즉, 연소가스)가 고인 후, 배플 플레이트(152)의 측단으로부터 넘친 기포(B)가 상승을 하여 전열관(31)에 도달하게 된다. 여기서, 기포분출공(151)이 스파지 파이프(15)의 상면 부분에 형성되므로, 전술한 바와 같이, 스파지 파이프(15)의 기단부는 기포 분출량이 상대적으로 많고, 선단부는 기포 분출량이 상대적으로 적어진다. 그러나, 스파지 파이프(15)와 전열관(31)과의 사이에 배치된 배플 플레이트(152)의 하면에 가스가 고이도록 구성함으로써, 스파지 파이프(15)로부터 분출되는 기포(B)의 분출량은 길이방향으로 불균등하더라도 배플 플레이트(152)로부터 전열관(31)에 공급되는 기포(B)의 공급량은 길이방향으로 거의 균등하게 되는 것이 가능해진다. 따라서, 이 기포분출기구(101)에서도 스파지 파이프(15)의 기단부 상방에 위치하는 전열관(31)의 열응력과 열피로를 억제하는 것이 가능해진다.In addition, in the
여기서, 도 8 등에 나타낸 구성예에서는 단면 원호 형상의 배플 플레이트(152)를 예시한 것이지만, 배플 플레이트의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다. 도시는 생략하나, 예를 들어 단면 역 V자 형상의 배플 플레이트를 채용하여도 된다. 또, 기포(B)를 우회시키는 기능을 얻을 뿐이라면, 평판(平板) 형상의 배플 플레이트를 채용하는 것도 가능하다.Here, although the structural example shown in FIG. 8 etc. exemplifies the
또한, 도 8 등에 나타낸 구성예에서는 스파지 파이프(15)의 상면 부분에 기포분출공(151)을 형성한 것이지만, 배플 플레이트(152)를 갖는 기포분출기구(101)에 있어서 도 6에 나타낸 구성예와 마찬가지로, 스파지 파이프(15)의 하면 부분에 기포분출공(151)을 형성하여도 된다. 즉, 스파지 파이프(15)의 하면 부분에 기포분출공(151)을 형성하는 것과 배플 플레이트(152)를 조합하여도 된다.In addition, in the structural example shown in FIG. 8 etc., although the
또, 기포분출공(151)의 지름은 모두 동일하게 하는 것이 아니라, 스파지 파이프(15)의 길이방향의 위치에 따라 변경하여도 된다. 예를 들어 스파지 파이프(15)의 기단부에 형성되는 기포분출공(151)의 지름은 상대적으로 작게, 스파지 파이프(15)의 선단부에 형성되는 기포분출공(151)의 지름은 상대적으로 크게 하여도 된다. 이는 스파지 파이프(15)의 길이방향으로 기포 분출량이 불균등하게 되는 것을 억제한다.In addition, the diameter of the
또한, 스파지 파이프(15)의 길이방향의 위치에 따라 기포분출공(151)의 구멍 축의 연직방향 상방에 대한 각도를 변경하여도 된다. 예를 들어 도 7에 나타낸 바와 같이, 스파지 파이프(15)의 기단부에 형성되는 기포분출공(151)은 구멍 축의 상기 각도를 상대적으로 크게 하고, 스파지 파이프(15)의 선단부에 형성되는 기포분출공(151)은 구멍 축의 상기 각도를 상대적으로 작게 하여도 된다. 이는, 스파지 파이프(15)의 길이방향으로 기포 분출량이 불균등하게 되는 것을 억제한다.In addition, you may change the angle with respect to the vertical direction upper direction of the hole axis|shaft of the
또 변형예로서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 스파지 파이프(15)의 기단부 상방에만 배플 플레이트(153)를 배치하여도 된다. 이와 같이 함으로써, 스파지 파이프(15)의 기단부에서는 상승하는 기포가 배플 플레이트(153)에 의해 막히게 된다. 스파지 파이프(15)의 기단부는 기포 분출량이 상대적으로 많아지기 쉬우나, 배플 플레이트(153)에 의해 스파지 파이프(15)의 기단부 상방에 위치하는 전열관(31)의 열응력과 열피로를 억제하는 것이 가능해진다.As a modification, as shown in FIG. 11 , the
그리고 도 11의 예는 스파지 파이프(15)의 기포분출공(151)이 형성되는 부분을 선단부, 중간부 및 기단부 3개로 분할했을 때의 기단부에 배플 플레이트(153)를 배치한 구성을 일례로서 나타낸 것이지만, 스파지 파이프(15)의 길이방향에 대해 배플 플레이트(153)를 배치하는 범위는 적절한 범위로 설정하는 것이 가능하다.And the example of FIG. 11 is a configuration in which the
또 도 11에 나타낸 구성예에서, 스파지 파이프(15)에 형성되는 기포분출공(151)은 도 5에 나타낸 구성예와 마찬가지로, 스파지 파이프(15)의 기단부로부터 선단부 전체에 걸쳐 그 하면 부분에 형성하여도 되고, 도 7에 나타낸 구성예와 같이, 스파지 파이프(15)의 길이방향의 위치에 따라 기포분출공(151)의 구멍 축의 연직방향 상방에 대한 각도를 변경하여도 된다.In addition, in the structural example shown in FIG. 11, the
그리고, 도 8 등에 나타낸 구성예에서는 스파지 파이프(15)와 전열관(31)과의 사이에 있어서 배플 플레이트(152, 153)를 스파지 파이프(15)에 가까운 쪽에 배치하나, 배플 플레이트(152, 153)를 전열관(31)에 가까운 쪽에 배치하여도 된다. 예를 들어, 배플 플레이트(152, 153)를 전열관(31)의 바로 아래에 배치하여도 된다. 전열관(31)의 바로 아래에 배치되는 배플 플레이트(152, 153)는 전열관(31)을 따르도록 배치하여도 된다. 이 구성은 기포 및 그 주위의 물이 전열관(31)에 강하게 충돌하는 것을 확실히 방지함에 있어서 유리하게 된다.In the configuration example shown in FIG. 8 and the like, the
또, 배플 플레이트(152, 153)에는 하나 또는 복수의 관통공이 형성되어도 된다. 이와 같이 함으로써 배플 플레이트(152, 153)에 의해 막힌 기포의 일부는 배플 플레이트(152, 153)의 관통공을 통과하게 되나, 이 때, 상승 속도가 저감하게 되어 기포 및 그 주위의 물이 전열관(31)에 강하게 충돌하는 것이 방지된다. 또한, 관통공의 지름을 비교적 작게 하여 배플 플레이트(152, 153)의 관통공을 통과한 후의 기포의 크기가 작아지도록 하면, 상승 속도의 저감과 함께 기포가 전열관(31)에 도달하기까지의 동안에 기포와 물과의 열교환이 촉진되게 된다. 이 결과, 전열관에 도달했을 때의 기포의 온도 저하를 도모하는 것이 가능해진다. 여기서, 적어도 일부의 기포는 배플 플레이트(152, 153)를 우회하도록 관통공을 형성하는 것이 바람직하다.In addition, one or a plurality of through holes may be formed in the
또한 도시는 생략하나, 배플 플레이트는 스파지 파이프(15)의 기단측에 배치되는 배플 플레이트와 스파지 파이프(15)의 선단측에 배치되는 배플 플레이트의 구성, 및/또는 배치를 서로 다르게 하여도 된다. 예를 들어, 스파지 파이프(15)의 기단측에 배치되는 배플 플레이트와 선단측에 배치되는 배플 플레이트의 크기를 서로 다르게 하여도 된다. 또, 스파지 파이프(15)의 기단측에 배치되는 배플 플레이트의 높이 위치와 선단측에 배치되는 배플 플레이트의 높이 위치를 서로 다르게 하여도 된다. 또한, 만곡(彎曲)한 배플 플레이트를 이용하는 경우, 스파지 파이프(15)의 기단측에 배치되는 배플 플레이트와 선단측에 배치되는 배플 플레이트의 만곡의 곡률(曲率)을 서로 다르게 하여도 된다. 또한, 배플 플레이트에 관통공을 형성하는 경우, 스파지 파이프(15)의 기단측에 배치되는 배플 플레이트와 선단측에 배치되는 배플 플레이트의 관통공의 수나 크기 등을 서로 다르게 하여도 된다.In addition, although not shown, the baffle plate may be configured and/or arranged differently between the baffle plate disposed on the proximal side of the
그리고, 여기에 개시하는 기술은 수조 내에 배치된 스파지 파이프를 갖는 스팀 이젝터 방식의 기화장치를 비롯한 중간 열매체식 기화장치에 적용하는 것도 가능하다.In addition, the technology disclosed herein can also be applied to an intermediate heat medium type vaporizer including a steam ejector type vaporizer having a sparge pipe disposed in a water tank.
1 : 수중 연소식 기화장치(기화장치) 11 : 수조
15 : 스파지 파이프 100, 101 : 기포분출기구
110 : 냉수 영역 151 : 기포분출공
152, 153 : 배플 플레이트 31 : 전열관
32 : 열교환기1: Underwater combustion type vaporizer (evaporator) 11: Water tank
15:
110: cold water area 151: bubble blowing hole
152, 153: baffle plate 31: heat pipe
32: heat exchanger
Claims (15)
상기 수조 내에 있어서 상기 기포분출기구의 상측(上側)에 배치되며, 또한 상기 스파지 파이프로부터 분출된 기포에 의한 물의 교반과 가열에 의해 전열관의 내부를 흐르는 저온 액화가스를 기화시키도록 구성된 열교환기를 구비하고,
복수의 상기 스파지 파이프는 각각 상기 고온의 가스의 유입단인 기단(基端)으로부터 소정의 방향으로 연장되어 배치됨과 동시에 그 선단(先端)은 폐색되며,
상기 기포분출기구는 상기 스파지 파이프의 적어도 일부의 상기 기포분출공으로부터 분출된 기포를 우회시키면서 상기 열교환기의 상기 전열관에 도달시키도록 구성되고,
상기 스파지 파이프의 표면에 형성된 상기 기포분출공의 적어도 일부는 그 구멍 축이 수평선보다 하향이 되도록 형성된 우회 기포분출공인 저온 액화가스의 기화장치.It has a plurality of sparge pipes that are immersed in a water tank and have a plurality of bubble blowing holes formed on the surface, and at the same time, hot gas is discharged into the bubble blowing holes. A bubble ejection mechanism configured to eject into water through
A heat exchanger disposed on the upper side of the bubble ejection mechanism in the water tank and configured to vaporize the low-temperature liquefied gas flowing through the heat transfer tube by stirring and heating water by the bubbles ejected from the sparge pipe do,
The plurality of sparge pipes are arranged extending in a predetermined direction from the base end, which is the inlet end of the high-temperature gas, respectively, and the front end is blocked,
The bubble blowing mechanism is configured to reach the heat transfer tube of the heat exchanger while bypassing the bubbles ejected from the bubble blowing hole of at least a part of the sparge pipe,
At least a part of the bubble blowing hole formed on the surface of the sparge pipe is a bypass bubble blowing hole formed so that the axis of the hole is downward from the horizontal line.
상기 우회 기포분출공은 상기 스파지 파이프의 기단부(基端部)에 형성되는 저온 액화가스의 기화장치.According to claim 1,
The vaporizing device of the low-temperature liquefied gas is formed at the base end of the sparge pipe in the bypass bubble ejection hole.
상기 우회 기포분출공은 상기 스파지 파이프의 기단부로부터 선단부(先端部)까지에 걸쳐 형성되는 저온 액화가스의 기화장치.According to claim 1,
The bypass bubble blowing hole is a vaporizer of low-temperature liquefied gas that is formed from the base end to the front end of the sparge pipe.
상기 스파지 파이프의 기단부에 형성된 상기 우회 기포분출공의 구멍 축은 연직방향의 상방(上方)에 대한 각도가 상기 스파지 파이프의 선단부에 형성된 상기 기포분출공의 구멍 축의 상기 각도보다 큰 저온 액화가스의 기화장치.3. The method of claim 2,
The hole axis of the bypass bubble ejection hole formed at the base end of the sparge pipe has an angle with respect to the upper side in the vertical direction greater than the angle of the hole axis of the bubble ejection hole formed at the tip of the sparge pipe. vaporizer.
상기 스파지 파이프의 기단부에 형성된 상기 우회 기포분출공의 구멍 축은 연직방향의 상방에 대한 각도가 상기 스파지 파이프의 선단부에 형성된 상기 기포분출공의 구멍 축의 상기 각도보다 큰 저온 액화가스의 기화장치.4. The method of claim 3,
The hole axis of the bypass bubble blowing hole formed at the base end of the sparge pipe has an angle with respect to the upper side in the vertical direction greater than the angle of the hole axis of the bubble jet hole formed at the tip of the sparge pipe.
상기 스파지 파이프의 하측(下側)에는 냉수 영역이 형성되는 저온 액화가스의 기화장치.According to claim 1,
A low-temperature liquefied gas vaporizer in which a cold water region is formed on the lower side of the sparge pipe.
상기 우회 기포분출공은 상기 스파지 파이프의 하단을 중앙으로 한 둘레 방향의 양측 각각에 형성되는 동시에, 상기 우회 기포분출공은 상기 스파지 파이프의 횡단면에 있어서, 그 구멍 축들이 이루는 각도가 90°이내가 되는 각도 범위에 마련되는 저온 액화가스의 기화 장치.According to claim 1,
The bypass bubble blower is formed on each of both sides of the circumferential direction with the lower end of the sparge pipe as the center, and the bypass bubble blower has an angle formed by the axis of the hole in the cross section of the sparge pipe at 90° A vaporization device for low-temperature liquefied gas provided in an angle range within the range.
상기 수조 내에 있어서 상기 기포분출기구의 상측에 배치되며, 또한 상기 스파지 파이프로부터 분출된 기포에 의한 물의 교반과 가열에 의해 전열관의 내부를 흐르는 저온 액화가스를 기화시키도록 구성된 열교환기를 구비하고,
복수의 상기 스파지 파이프는 각각 상기 고온의 가스의 유입단인 기단으로부터 소정의 방향으로 연장되어 배치됨과 동시에 그 선단은 폐색되며,
상기 기포분출기구는 상기 스파지 파이프의 적어도 일부의 상기 기포분출공으로부터 분출된 기포를 우회시키면서 상기 열교환기의 상기 전열관에 도달시키도록 구성되고,
상기 기포분출기구는 상기 스파지 파이프와 상기 전열관과의 사이에 배치되는 배플 플레이트(baffle plate)를 가지며, 상기 스파지 파이프로부터 분출된 기포의 적어도 일부는 상기 배플 플레이트를 우회하여 상기 전열관에 도달하는 저온 액화가스의 기화장치.A bubble blowing mechanism immersed in a water tank and having a plurality of sparge pipes having a plurality of bubble jetting holes formed on the surface, and configured to jet high temperature gas into the water through the bubble blowing holes;
A heat exchanger disposed above the bubble ejection mechanism in the water tank and configured to vaporize the low-temperature liquefied gas flowing through the heat transfer tube by stirring and heating water by the bubbles ejected from the sparge pipe;
Each of the plurality of sparge pipes is arranged extending in a predetermined direction from the base end, which is the inlet end of the high-temperature gas, and at the same time the front end is closed,
The bubble blowing mechanism is configured to reach the heat transfer tube of the heat exchanger while bypassing the bubbles ejected from the bubble blowing hole of at least a part of the sparge pipe,
The bubble ejection mechanism has a baffle plate disposed between the sparge pipe and the heat transfer tube, and at least some of the air bubbles ejected from the sparge pipe bypass the baffle plate and reach the heat transfer tube. A vaporizer for low-temperature liquefied gas.
상기 배플 플레이트는 상기 스파지 파이프의 기단부에 배치되는 저온 액화가스의 기화장치.9. The method of claim 8,
The baffle plate is a low-temperature liquefied gas vaporizer disposed at the proximal end of the sparge pipe.
상기 배플 플레이트는 상기 스파지 파이프의 기단부로부터 선단부까지에 걸쳐 배치되는 저온 액화가스의 기화장치.9. The method of claim 8,
The baffle plate is a low-temperature liquefied gas vaporizer disposed from the proximal end to the front end of the sparge pipe.
상기 배플 플레이트는 상기 스파지 파이프와 상기 전열관과의 사이에 있어서 상기 전열관 쪽에 배치되는 저온 액화가스의 기화장치.11. The method according to any one of claims 8 to 10,
The baffle plate is a low-temperature liquefied gas vaporizer disposed on the side of the heat transfer tube between the sparge pipe and the heat transfer tube.
상기 배플 플레이트에는 관통공(孔)이 형성되는 저온 액화가스의 기화장치.11. The method according to any one of claims 8 to 10,
A device for vaporizing low-temperature liquefied gas in which a through hole is formed in the baffle plate.
상기 배플 플레이트에는 관통공(孔)이 형성되는 저온 액화가스의 기화장치.12. The method of claim 11,
A device for vaporizing low-temperature liquefied gas in which a through hole is formed in the baffle plate.
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