KR102548450B1 - Lng용 저온 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG용 저온 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 저장탱크와 기화기 사이에 저온 열교환기를 설치한 후, LNG에서 발생하는 냉열을 열교환기를 통하여 냉열이 회수되게 하며, 회수된 냉열은 냉동시시템에 적용 사용될 수 있도록 한 LNG용 저온 열교환기에 관한 것이다.
이를 위하여 액화천연가스(LNG)가 저장되는 LNG 저장탱크와, LNG 저장탱크내에 저장된 액화천연가스를 기체가스로 변환시키는 기화기 사이에 저온 열교환기를 설치하되, 저온 열교환기 몸체 일부는 상기한 LNG 저장탱크와 기화기 사이에 연결되고, 나머지 몸체 일부는 제빙기에 연결 사용되는 것에 그 특징이 있다.

Description

LNG용 저온 열교환기{Low-temperature heat exchanger for LNG}

본 발명은 LNG용 저온 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 저장탱크와 기화기 사이에 저온 열교환기를 설치한 후, LNG에서 발생하는 냉열이 열교환기를 통하여 회수되게 하며, 회수된 냉열은 냉동시시템에 적용 사용될 수 있도록 한 LNG용 저온 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 천연가스는 천연가스는 주성분인 메탄에 에탄, 프로판, 부탄 등이 섞여 있는 혼합물로이고, 이를 대량 수송과 저장이 용이하도록 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)의 상태로 만들어진 후 LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 운반된다. LNG는 천연가스를 상압에서 약 -163℃의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로서, 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG 재기화 선박에 설치되는 LNG 재기화 시스템은, LNG 저장탱크에 저장되어 있는 저압의 LNG를 가스 수요처에서 요구하는 압력으로 압축시키는 고압펌프(high pressure pump) 및 가스 배관망(regas network)에서 요구하는 온도까지 가열하여 기화시키는 기화기(high pressure vaporizer)를 포함한다. 고압펌프 및 기화기를 통해 기화된 재기화 가스는 가스 배관망을 통해 가스 수요처(consumer)로 이송된다.

기화기는 열 매체를 이용하여 액화가스를 가스 소비처에서 사용할 수 있는 형태인 기체가스로 변환시켜 주는 장치로, 주위 온도를 이용하여 액화가스를 가열하는 자연식 기화기와 열 매체를 강제로 액화가스에 접촉시켜 기화시키는 강제식 기화기로 크게 구분되며, 자연식 기화기는 추운 날씨에서는 충분한 전열작용이 이루어지지 않는 관계로 강제식 기화기가 주로 사용된다. 최근에는 상기 강제식 기화기 중 열 매체에 안정된 열공급이 가능하고 온도를 조절하기가 용이한 전기식 기화기가 널리 사용되고 있다.

이와 같이 LNG를 이용하기 위해서는 기화시스템을 이용해야 하며, 기화시스템에서의 냉열을 회수하지 못하는 구조로 되어 있기 때문에 이로 인한 에너지 손실이 발생할 뿐 아니라, 회수한다 하더라도 냉열의 이용이 1% 미만으로 활용도가 거의 없어 이에 대한 연구개발이 요구되고 있는 실정이다.

또한, 기존 기계식 냉동시스템의 냉각방식은 다수의 열원기기를 가지고 있기 때문에 전체 시스템이 복잡할 뿐 아니라, 유지 보수에 많은 비용이 소비되는 등의 제반 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, LNG 저장탱크와 기화기 사이에 저온 열교환기를 설치한 후, LNG에서 발생하는 냉열이 열교환기를 통하여 회수되게 하며, 회수된 냉열은 각종 냉동시시템에 적용 사용될 수 있도록 한 NG용 저온 열교환기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 냉열 회수시 간접 열교환기 내부에 설치된 순환팬을 통하여 열전달 매체인 건조질소가 저온코일과 고온코일을 통과하면서 열이 이동하면서 열교환 될 수 있도록 한 NG용 저온 열교환기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 열전달 매체로서 수분이 없는 기체상태의 건조질소를 사용함으로써, 저온 열교환기 가동시 열교환부(저온코일, 고온코일)측의 동결을 방지하여 지속적인 작동을 할 수 있도록 한 NG용 저온 열교환기를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로, 액화천연가스(LNG)가 저장되는 LNG 저장탱크와, LNG 저장탱크내에 저장된 액화천연가스를 기체가스로 변환시키는 기화기 사이에 저온 열교환기를 설치하되, 저온 열교환기 몸체 일부는 상기한 LNG 저장탱크와 기화기 사이에 연결되고, 나머지 몸체 일부는 수요처(초저온냉동, 제빙, 냉장, 냉방장치에 연결 사용하는 것과,

저온 열교환기는 몸체와; 상기 몸체 내부에 위치하고 내부를 이중으로 분리 구획하는 분리벽; 상기 분리벽을 기준으로 한쪽에 형성되는 저온실; 상기 분리벽을 기준으로 다른 한쪽에 형성되는 고온실;을 포함하는 것과,

저온실 내부에 설치되는 저온코일; 일단은 상기 저온코일측에 연결되고 타단은 LNG 저장탱크와 연결되는 LNG 입구관; 일단은 저온코일측에 연결되고 타단은 기화기에 연결되는 LNG 출구관;으로 구성되며, LNG 저장탱크에 저장된 액화 천연가스가 저온코일, 기화기측으로 흐르게 하는 것과,

고온실 내부에 설치되는 코온코일; 일단은 상기 고온코일측에 연결되고 타단은 제빙기 입구와 연결되는 브라인 입구관; 일단은 상기 고온코일측에 연결되고 타단은 제빙기 출구와 연결되는 브라인 출구관;으로 구성되며, 브라인이 고온코일 내부를 순환되게 하는 것과,

분리벽 좌,우측에 각각 순환팬이 설치된 상태에서 상기 순환팬이 가동되면 저온실과 고온실에 충진되어 있던 열전달 매체인 건조질소가 저온코일과 고온코일을 각각 통과하면서 열을 이동 교환시키는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, LNG 저장탱크와 기화기 사이에 저온 열교환기가 설치되어 있다. 따라서 LNG에서 발생하는 냉열을 열교환기를 통하여 냉열이 회수 가능하기 때문에 회수된 냉열은 각종 냉동시시템에 적용 사용될 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은 냉열 회수시 간접 열교환기 내부에 설치된 순환팬을 통하여 열전달 매체인 건조질소가 저온코일과 고온코일을 통과하면서 열이 이동하면서 열교환 될 수 있는 것이다.

또한, 열전달 매체로서 수분이 없는 기체상태의 건조질소를 사용하기 때문에 본발명에 따른 저온 열교환기 가동시 열교환부(저온코일, 고온코일)측의 동결을 방지 가능하기 때문에 작동을 계속적으로 운행할 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 LNG용 저온 열교환기의 사시도.
도2는 본 발명에 따른 몸체의 내부를 평면에서 바라본 구성도.
도3은 본 발명에 따른 LNG용 저온 열교환기의 설치 사용 상태를 나타낸 구성도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

따라서 본 발명에서는 액화천연가스((LNG)), 기화기를 통하여 기체가스로 변환 사용되는 기술 내용은 이하에서는 생략하기로 한다.

도3은 본 발명에 따른 LNG용 저온 열교환기가 LNG 저장탱크, 기화기, 제빙기와의 설치 사용 상태를 나타낸 구성도이다.

본 발명의 도3에서와 같이 액화천연가스(LNG)가 저장되는 LNG 저장탱크(10)와, LNG 저장탱크(10)내에 저장된 액화천연가스를 기체가스로 변환시키는 기화기(20) 사이에 본 발명에 따른 저온 열교환기(100)가 설치 사용된다. 이러한 저온 열교환기(100) 몸체(200) 일부는 상기한 LNG 저장탱크(10)와 기화기(20) 사이에 연결되고, 나머지 몸체(200) 일부는 제빙기(30)에 연결 사용된다.

상기와 같은 연결 구조는 LNG 저장탱크(10)에 저장된 액화천연가스는 LNG 입구관(310), 저온코일(300), LNG 출구관(320)을 통하여 기화기(20)측으로 흐르고, 브라인은 제빙기 입구(31)측과 연결된 브라인 입구관(410), 고온코일(400), 제빙기 출구(32)측과 연결된 브라인 출구관(420) 제빙기(30)를 순환하는 구조를 갖는다.

도1은 본 발명에 따른 LNG용 저온 열교환기의 사시도이고, 도2는 본 발명에 따른 몸체의 내부를 평면에서 바라본 구성도이다.

도1 내지 도2에서와 같이 저온 열교환기(100)는 크게 몸체(200), 몸체(200) 내부에 설치 사용되는 저온코일(300), 코온고일(400) 및 순환팬(500)(510)이 기본적으로 동원된다.

저온 열교환기(100)는 몸체(200) 내부를 이중으로 분리 구획하는 분리벽(210)이 형성된다. 분리벽(210)을 기준으로 한쪽에는 저온실(220)이 형성되고, 분리벽(210)을 기준으로 다른 한쪽에는 고온실(230)이 분리 구획된다.

저온실(220) 내부에는 저온코일(300)이 설치된다. 이러한 저온코일(20) 한쪽에는 LNG 저장탱크(10)와 연결되는 LNG 입구관(310)이 형성되며, 저온코일(300) 다른 한쪽에는 기화기(30)측에 연결되는 LNG 출구관(320)이 형성된다. 이러한 구조는 LNG 저장탱크(10)에 저장된 액화 천연가스가 저온코일(300), 기화기(30)측으로 흐르게 하는 역할을 수행하기 때문에 가스 소비처에서 사용할 수 있는 형태인 기체가스로 변환 사용된다.

고온실(230) 내부에는 코온코일(400)이 설치 사용된다. 이러한 고온코일(400) 한쪽에는 제빙기 입구(31)와 연결되는 브라인 입구관(410)이 형성되며, 고온코일(400)측 다른 한쪽에는 제빙기 출구(32)와 연결되는 브라인 출구관(420)이 형성된다. 이러한 구조는 브라인이 고온코일(400) 내부를 순환되게 하는 역할을 수행한다.

상기와 같이 몸체(200) 내부에 형성된 저온실(220)과 고온실(230)은 외부와 밀폐된 구조로 되어 있고, 열전달 매체로서 기체가 사용되는데, 기체는 수분이 없는 건조상태의 건조질소가 충진 사용된다. 이와 같이 건조질소는 저온 열교환기(100) 가동시 열교환부에 해당하는 저온코일(300), 고온코일(400), 순환팬(500)(510)측에 동결에 의한 착상을 방지하는 기능을 수행한다.

한편, 분리벽(210) 좌,우측에 각각 순환팬(500)(510)이 설치되고, 싱기 2개소의 순환팬(500)(510)이 가동되면 저온실(220)과 고온실(230)에 충진되어 있던 열전달 매체인 건조질소가 저온코일(300)과 고온코일(400)을 각각 통과하면서 열을 이동 교환시키는 것이다.
또한, 순환팬(500)(510)에는 각각 접촉면(500a)(510a)을 더 포함한다. 접촉면(500a)(510a)에는 상기 분리벽(210) 양단부가 밀착 결합되어 2개소의 순환팬(500)(510)을 통하여 저온실(220)과 고온실(230)에 충진되어 있던 열전달 매체인 건조질소가 더욱 원활하게 이동 교환될 수 있도록 하였다.

상기와 같은 순환팬(500)(510)은 공지의 구조와 같이 인버터가 적용된 구동모터와, 다익형의 날개로 이루어지는데, 날개 부분은 몸체(200) 내부에 설치하여 저온실(300)과 고온실(400)의 열을 이동 교환시킬 수 있도록 하고, 구동모터측은 몸체(100)외부로 설치하여 전기적인 안전사고와 유지 보수가 용이하게 할 수 있도록 하였다.

상기와 같은 간접 열교환기(100)는 LNG에서 발생하는 냉열은 저온 열교환기(100)를 통하여 회수되며, 회수된 냉열은 제빙기(30)측으로 회수 공급되기 때문에 냉열을 이용하여 얼음등을 생산할 수 있는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 ; LNG 저장탱크 20 ; 기화기
30 ; 제빙기 31 ; 제빙기 입구
32 ; 제빙기 출구 100 ; 간접 열교환기
200 ; 몸체 210 ; 분리벽
220 ; 저온실 230 ; 고온실
300 ; 저온코일 310 ; LNG 입구관
320 ; LNG 출구관 400 ; 고온코일
410 ; 브라인 입구관 420 ; 브라인 출구관
500,510 ; 순환팬 500a,510a 접촉면

Claims (5)

1. 액화천연가스(LNG)가 저장되는 LNG 저장탱크와, LNG 저장탱크내에 저장된 액화천연가스를 기체가스로 변환시키는 기화기 사이에 설치 사용되는 LNG용 저온 열교환기에 있어서,
   상기 저온 열교환기 몸체 일부는 상기한 LNG 저장탱크와 기화기 사이에 연결되고, 나머지 몸체 일부는 제빙기에 연결 사용되 것과,
   상기 저온 열교환기는 몸체와; 상기 몸체 내부에 위치하고 내부를 이중으로 분리 구획하는 분리벽; 상기 분리벽을 기준으로 한쪽에 형성되는 저온실; 상기 분리벽을 기준으로 다른 한쪽에 형성되는 고온실;을 포함하는 것과,
   상기 분리벽 좌,우측에 각각 순환팬이 설치되고, 2개소의 상기 순환팬이 가동되면 저온실과 고온실에 충진되어 있던 열전달 매체인 건조질소가 저온코일과 고온코일을 각각 통과하면서 열을 이동 교환시키게 하되,
   상기 분리벽 양단부는 순환팬에 형성된 접촉면에 밀착 결합되는 것을 특징으로 하는 LNG용 저온 열교환기.
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