KR102624952B1 - 혼합 냉매 응축기 출구 매니폴드 분리기 - Google Patents

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Abstract

냉매 유체를 응축 및 상 분리하는 시스템은 냉매 증기의 스트림을 수용하도록 구성된 응축기 입구 헤더를 포함한다. 응축기는 응축기 헤더와 유체 연통하고, 증기를 수용하고 혼합 상 유체 스트림을 생성하도록 구성된다. 다중 혼합 상 입구를 포함하는 세장형 매니폴드 분리기는 응축기로부터 수용된 혼합 상 유체를 분리하도록 구성된다. 생성된 증기 및 액체 스트림은 매니폴드 분리기의 증기 및 액체 출구를 빠져나간다.

Description

혼합 냉매 응축기 출구 매니폴드 분리기
우선권 주장
본 출원은 2017년 9월 14일자로 출원된 미국 가출원 제 62/558,706 호의 이익을 주장하며, 그 내용은 참고로 본원에 인용된다.
본 발명은 일반적으로 냉매 유체 처리 시스템에 관한 것으로, 특히 혼합 냉매의 상을 분리하기 위한 응축기 출구 매니폴드 및 시스템에 관한 것이다.
천연 가스와 같은 가스는 종종 저장 및 수송을 위해 액화된다. 가스를 액화시키는 시스템은 전형적으로 열 교환기(통상적으로 "콜드 박스(cold box)" 내부에 있는) 내의 냉매와의 간접 열 교환을 통해 가스를 냉각시킨다. 에너지 사용의 관점에서 효율은 액화 시스템에 대한 주요 문제이다. 시스템의 냉각 사이클(들)에서 혼합 냉매의 사용은 냉매의 가온 곡선이 가스의 냉각 곡선과 더욱 근접하게 일치한다는 점에서 효율을 증가시킨다.
액화 시스템에 대한 냉동 사이클은 전형적으로 혼합 냉매를 컨디셔닝 또는 처리하기 위한 압축 시스템을 포함한다. 혼합 냉매의 처리는 액체 상 및 증기 상을 분리하여 이들이 열 교환기의 부분으로 보내져서 보다 효율적인 냉각을 제공할 수 있도록 하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 시스템의 예는 Gushanas 등에게 허여된 공동 소유의 미국 특허 제 9,441,877 호, Ducote, Jr. 등의 미국 특허 출원 공개 제 2014/0260415 호 및 Ducote, Jr. 등의 미국 특허 출원 공개 제 2018/0298898 호에 제공되어 있으며, 이들 각각의 내용은 참조로 본원에 인용된다.
혼합 냉매 압축 시스템은 전형적으로 하나 이상의 스테이지를 포함하며, 각 스테이지는 압축기, 응축기 및 분리 및 액체 어큐뮬레이터 장치를 포함한다. 압축기로부터 배출되는 증기는 응축기에서 냉각되고, 생성된 2-상 또는 혼합 상 스트림은 분리 및 액체 어큐뮬레이터 장치로 보내지고, 이로부터 증기 및 액체 출구는 추가의 처리 및/또는 방향을 위해 액화 열 교환기로 보내진다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술의 혼합 냉매(mixed refrigerant: MR) 액화 시스템 설계에서, MR 냉동 압축기 방출은 일반적으로 튜브 번들(20a, 20b, 20c, 20d)을 포함하는 다수의 공기 냉각기 베이의 뱅크에서 공기 냉각된다. 압축기 방출은 초기에 입구 분배 헤더(22)로 보내지고, 라인(24a, 24b, 24c, 24d)을 통해 공기 냉각기 튜브 번들에 분배된다. 각 튜브 번들로부터의 2-상 또는 혼합 상 공기 냉각기 출구 스트림은 라인(28a, 28b, 28c, 28d)을 통해 수집 헤더(28)로 보내지고, 다음에 라인(34)을 통해 대형 MR 분리 및 액체 어큐뮬레이터 용기(MR 어큐뮬레이터)(32)로 보내진다. MR 어큐뮬레이터(32)는 분리기 입구 장치(36)를 포함하며, 액체는 증기가 상부로 보내지는 동안에 MR 어큐뮬레이터(32)의 바닥으로 보내진다. 증기는 라인(38)을 통해 MR 어큐뮬레이터(32)의 상부로부터 배출되고, 간접 열 교환을 통해 액화되는 가스를 냉각시키는데 사용하기 위해 액화 콜드 박스(42)(및 내부 열 교환기 내부)로 이동한다. 액체는 라인(44)을 통해 MR 어큐뮬레이터(32)의 바닥으로부터 배출되고, 또한 가스를 냉각시키는데 사용하기 위해 콜드 박스(42)(및 내부 열 교환기)로 이동한다
도 1 및 도 2의 구성요소가 플롯 레이아웃 단순화로 잘 실행되지만, MR 압축 회로에서 감소된 압력 강하 및 감소된 비용이 요구된다.
일 양태에서, 냉매 유체를 응축 및 상 분리하기 위한 시스템은 냉매 증기의 스트림을 수용하도록 구성된 응축기 입구 헤더를 포함한다. 응축기 입구 헤더는 또한 응축기 헤더 출구를 갖는다. 시스템은 또한 응축기 헤더 출구와 유체 연통하는 증기 입구, 및 혼합 상 유체 출구를 갖는다. 응축기는, 증기 입구를 통해 증기를 수용하고, 혼합 상 출구를 통해 응축기를 빠져나가는 혼합 상 유체 스트림을 생성하도록 구성된다. 다수의 혼합 상 입구를 포함하는 세장형 매니폴드 분리기는 응축기의 혼합 상 출구와 유체 연통한다. 매니폴드 분리기는 혼합 상 입구를 통해 수용된 혼합 상 유체를 증기 및 액체로 분리하도록 구성되고, 생성된 증기 스트림이 매니폴드 분리기를 빠져나가는 증기 출구 및 생성된 액체 스트림이 매니폴드 분리기를 빠져나가는 액체 출구를 포함한다. 증기 수집 헤더는 매니폴드 분리기 증기 출구로부터 증기 스트림을 수용하도록 구성된 입구를 가지며, 또한 증기 수집 헤더 출구를 갖는다. 액체 수집 헤더는 매니폴드 분리기 액체 출구로부터의 액체 스트림을 수용하도록 구성된 입구를 가지며, 또한 액체 수집 헤더 출구를 갖는다.
다른 양태에서, 매니폴드 분리기는 분리 챔버를 형성하고, 혼합 상 유체가 분리 챔버 내에 수용되도록 구성된 다수의 혼합 상 입구를 포함하는 세장형 본체를 구비한다. 본체는 또한 증기 스트림이 분리 챔버를 빠져나갈 수 있도록 구성된 증기 출구, 및 액체 스트림이 분리 챔버를 빠져나갈 수 있도록 구성된 액체 출구를 포함한다.
또 다른 양태에서, 액화 시스템은 하나 이상의 냉동 통로, 따뜻한 단부 및 저온 단부를 갖는다. 액화 열 교환기는 따뜻한 단부에서 공급 가스를 수용하고, 가스를 액화시키고, 그리고 저온 단부로부터 액화 가스를 분배하도록 구성된다. 액화 시스템은 또한 냉매 증기의 스트림을 수용하도록 구성된 응축기 입구 헤더를 갖는 압축 시스템을 포함한다. 응축기 입구 헤더는 또한 응축기 헤더 출구를 갖는다. 시스템은 또한 응축기 헤더 출구와 유체 연통하는 증기 입구, 및 혼합 상 유체 출구를 갖는 응축기를 갖는다. 상기 응축기는, 증기 입구를 통해 증기를 수용하고, 혼합 상 출구를 통해 응축기를 빠져나가는 혼합 상 유체 스트림을 생성하도록 구성된다. 다수의 혼합 상 입구를 포함하는 세장형 매니폴드 분리기는 응축기의 혼합 상 출구와 유체 연통한다. 매니폴드 분리기는 혼합 상 입구를 통해 수용된 혼합 상 냉매 유체를 증기 및 액체로 분리하도록 구성되고, 생성된 증기 스트림이 매니폴드 분리기를 빠져나가는 증기 출구 및 생성된 액체 스트림이 매니폴드 분리기를 빠져나가는 액체 출구를 포함한다. 입구를 갖는 증기 수집 헤더는 매니폴드 분리기 증기 출구로부터 증기 스트림을 수용하도록 구성되며, 또한 열 교환기의 하나 이상의 냉동 통로 중 하나와 유체 연통하는 액체 수집 헤더를 구비한다. 입구를 갖는 액체 수집 헤더는 매니폴드 분리기 액체 출구로부터 액체 스트림을 수용하도록 구성되며, 또한 열 교환기의 하나 이상의 냉동 통로 중 하나와 유체 연통하는 액체 수집 헤더 출구를 구비한다.
도 1은 종래 기술의 응축기 및 혼합 냉매 분리기 및 어큐뮬레이터 시스템을 도시하는 공정 흐름 다이아그램 및 개략의 측면도이다.
도 2는 도 1의 공정 흐름 다이아그램 및 개략의 정면도이다.
도 3은 본 개시의 혼합 냉매 응축기 출구 매니폴드 분리기의 일 실시예를 포함하는 응축 및 분리 시스템을 도시하는 공정 다이아그램 및 개략의 측면도이다.
도 4는 도 3의 공정 다이아그램 및 개략의 정면도이다.
도 5는 본 개시의 혼합 냉매 응축기 출구 매니폴드 분리기의 일 실시예에서 배플 플레이트 분리기 입구 장치의 평면도이다.
도 6은 도 5의 배플 플레이트 분리기 입구 장치의 정면도이다.
도 7은 본 개시의 혼합 냉매 응축기 출구 매니폴드 분리기의 일 실시예에서 반부 파이프 분리기 입구 장치의 평면도이다.
도 8은 도 7의 반부 파이프 분리기 입구 장치의 측면도이다.
도 9는 본 개시의 혼합 냉매 응축기 출구 매니폴드 분리기의 일 실시예에서 액체 배플 플레이트의 측면도이다.
도 10은 도 9의 액체 배플 플레이트의 정면도이다.
도 11은 본 개시의 혼합 냉매 응축기 출구 매니폴드 분리기의 일 실시예를 포함하는 응축 및 분리 시스템을 도시하는 공정 흐름 다이아그램 및 개략의 측면도이다.
도 12는 도 1의 공정 흐름 다이아그램 및 개략도의 정면도이다.
도 13은 혼합 냉매 압축 시스템의 단순화된 공정 흐름 다이아그램 및 개략도이다.
아래에서 설명되고 청구되는 방법, 장치 및 시스템에서 개별적으로 또는 함께 구현될 수 있는 본 발명의 요지의 여러 양태가 존재한다. 이들 양태는 단독으로 또는 본 발명에서 설명되는 요지의 다른 양태와 조합으로 사용될 수 있으며, 이들 양태의 설명은 이들 양태의 사용을 개별적으로 배제하거나 그러한 양태를 개별적으로 청구하거나 본 발명에 첨부된 청구범위에 기재된 것과 상이한 조합으로 청구하는 것을 배제하지 않는다.
혼합 냉매 응축 및 분리 시스템은 일반적으로 도 3 및 도 4에서 도면부호(50)로 표시되어 있다. 압축기(도 13)는 선택적으로 콜드 박스(도 3의 도면부호(52)) 내에 위치된 액화 열 교환기에서 가온된 혼합 냉매 증기를 수용하며, 이를 입구(56)(도 4에서 점선으로 표시됨)와 같은 응축기 입구 분배 헤더(54)로 보낸다.
응축기는 응축기 입구 분배 헤더(54)로부터 증기를 수용한다. 단지 예로서, 응축기는 일반적으로 도면부호(58a, 58b)로 표시된 한쌍의 열 교환기를 포함할 수 있다. 물론, 대안적인 개수의 열 교환기는 1개의 열 교환기 또는 2개 이상의 열 교환기를 포함하는 응축기에 사용될 수 있다.
열 교환기(57)는 바람직하게는 공기 냉각기 베이(58a, 58b)에서 다중 튜브 번들(60a, 60b, 60c, 60d)을 특징으로 하는 공냉식 열 교환기(air cooled heat exchanger: ACHX)이다. 열 교환기의 튜브 번들은 배관 라인(62a, 62b, 62c, 62d)을 통해 응축기 입구 분배 헤더(54)로부터 증기를 수용한다. 단지 예로서, 적합한 ACHX는 미국 조지아주 칸톤에 소재하는 챠트 인더스트리즈, 인크.(Chart Industries, Inc.)로부터 입수가능한 CSC, HAPPY, ESEX 및 TRI-THERMAL forced draft 및 induced draft Models을 포함한다.
용어 라인, 배관 및 파이프는 본 개시 전반에 걸쳐 상호교환가능하게 사용되며, 유체의 스트림을 운반할 수 있는 구조를 나타낸다.
열 교환기는 대신에 수냉될 수도 있고, 또는 당업계에 공지된 다른 유형의 응축기 또는 열 교환기가 대안적으로 사용될 수도 있다.
응축기 튜브 번들(60a, 60b, 60c, 60d)로부터의 결과적인 2-상 또는 혼합 상 출구 스트림은 배관 또는 라인(66a, 66b, 66c, 66d)을 통해 세장형 응축기 출구 매니폴드 분리기(64)로 보내진다. 매니폴드 분리기는 매니폴드 분리기 본체에 형성된 대응 입구를 통해 배관(66a 내지 66d)으로부터의 혼합 상 스트림을 수용하는 내부 분리 챔버를 형성하는 본체를 포함한다. 매니폴드 분리기는 (폐쇄 단부를 갖는)대체로 파이프-형상의 본체 그리고 그에 따라 원통형 분리 챔버를 갖는 것으로 도시되어 있으며, 매니폴드는 대안적으로 다른 기하학적 형상을 사용할 수 있다.
매니폴드 분리기(64)에 도달하면, 2-상 또는 혼합 상 스트림은 매니폴드 분리기의 바닥에서 수집되는 액체, 및 매니폴드 분리기 내의 액체 위의 헤드스페이스에서 수집되는 증기로 분리된다.
세장형 매니폴드 분리기(64)의 헤드스페이스로부터의 증기는, 증기 출구 파이프(68a, 68b)를 경유하여, 매니폴드 분리기 본체의 상부 부분에 형성된 증기 출구를 통해 매니폴드 분리기의 분리 챔버를 빠져나온 후에 증기 수집 헤더(72)로 이동한다. 매니폴드 분리기(64)의 바닥으로부터의 액체는, 액체 출구 파이프(74a 및 74b)를 경유하여, 매니폴드 분리기 본체의 바닥 부분에 형성된 액체 출구를 통해 매니폴드 분리기의 분리 챔버를 빠져나간 후에 액체 수집 헤더(76)로 이동한다.
증기는 열 교환기를 통과하는 가스를 액화시키는데 사용하기 위한 배관(78)을 통해 증기 수집 헤더(72)로부터 액화 열 교환기/콜드 박스(52) 내의 대응 통로로 보내지거나, 이러한 사용을 위한 준비로 냉각된다. 액체 수집 헤더(76)로부터의 액체는 배관(84)을 통해 혼합 냉매 액체 서지 드럼 또는 용기(82)로 보내진다. 도 3 및 도 4에서 도면부호(86)로 표시된 바와 같이, 일정 양의 액체가 서지 드럼 또는 용기(82) 내에 모인다. 서지 드럼(82)으로부터의 액체는 열 교환기를 통과하는 가스를 액화시키는데 사용하기 위한 배관(88)을 통해 액화 열 교환기/콜드 박스(52) 내의 대응 통로로 보내지거나, 이러한 사용을 위한 준비로 냉각된다.
액체 서지 드럼(82)은 수평(도시된 바와 같이) 또는 수직 디자인일 수 있으며, 그 위치에 제한되지 않는다. 그 가장 높은 의도된 액체 충전 레벨이 매니폴드 분리기(64)의 높이 아래에 있도록 위치되는 한 등급으로, 파이프 랙 또는 모듈 내에, 또는 콜드 박스 내부에 독립적으로 위치될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도면부호(90)로 표시된 압력 균등화 라인은 혼합 냉매 액체 서지 드럼(82)의 상부로부터 라인(78)으로 연장되며, 상기 라인(78)은 증기 수집 헤더(72)로부터 콜드 박스 또는 증기 수집 헤더(72)로 이어진다.
매니폴드 분리기(84)는 각각의 베이(58a, 58b) 내의 번들로부터 전체 2개의 입구 중 최소를 갖는 번들(60a 내지 60d)당 적어도 하나의 혼합 상 입구를 구비한다. 입구는 베어 노즐일 수 있거나 또는 배플 플레이트, 베인형 분리기 입구 장치 또는 당업계에 공지된 다른 분리기 입구 장치와 같은 분리기 입구 장치(92a 내지 92d)(도 4)를 선택적으로 구비할 수 있다. 적합한 분리기 입구 장치는 스위스 윈터투로 소재의 Sulzer Chemtech로부터 입수가능한 SHELL SCHOEPENTOETER and TREEINLET를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
분리기 입구 장치의 다른 예는 배플 플레이트 분리기 입구 장치이며, 그 예는 도 5 및 도 6에서 도면부호(92a)로 일반적으로 표시된다(유입 분리기 장치(92b 내지 92d)는 유사한 구성을 특징으로 할 수 있다). 장치의 정면도가 도 5에 제공되어 있는 한편, 장치의 정면도가 도 6에 제공되어 있다. 이러한 장치에서, 유입 파이프(66a)는 실제로 매니폴드 분리기(64)의 후방 측면(도 4에 도시된 전방 측면에 대향된 측면)에 진입한다. 배플 플레이트 입구 장치는 개방 단부를 갖는 박스형 구조를 특징으로 한다. 보다 구체적으로, 상부 플레이트(102)및 하부 플레이트(104)는 각각 매니폴드 분리기(64)의 벽의 내부 표면으로부터 병렬 방식으로 매니폴드 분리기(64)의 내부로 연장된다. 전방 플레이트(106)는 상부 및 하부 플레이트(102, 104)의 원위 단부에 결합되어, 한쌍의 개방 측면(108, 110)이 형성된다.
분리기 입구 장치의 다른 예는 반부 파이프 분리기 입구 장치이며, 그 예는 도 7 및 도 8에서 일반적으로 도면부호(92a)로 표시되어 있다(입구 분리기 장치(92b 내지 92d)는 유사한 구성을 특징으로 할 수 있다). 장치의 평면도가 도 7에 제공되고 장치의 측면도가 이러한 장치에 의해 도 8에 제공된다. 이러한 장치를 구비하면, 유입 파이프(66a)는 실제로 매니폴드 분리기(64)의 후방 측면(도 4에 도시된 전방 측면의 반대의 측면)에 진입한다. 반부 파이프 입구 장치는 매니폴드 분리기(64)의 벽의 내부 표면으로부터 매니폴드 분리기(64)의 내부로 연장되는 아치형 후드(112)를 특징으로 하여, 개방된 바닥(113)이 형성된다. 반원형 전방 플레이트(114)는 후드의 내측 단부를 폐쇄한다.
각각의 응축기 베이에 대해, 매니폴드 분리기 입구 또는 입구 노즐은 바람직하게는 각각의 번들의 외부 에지에 또는 각각의 베이의 외부 에지(도 4에 도시된 바와 같이)에 배치되는 것과 같이 유사하게 위치된다. 이것은, 입구 노즐을 가로질러 수평으로 이동할 때(우측에서 좌측으로 또는 좌측에서 우측으로), 홀수 n에 대한 다음 입구 노즐에 대해 긴 거리와, 짝수 n에 대한 다음 입구 노즐에 대한 짧은 거리를 갖는, n 번째 및 n+1 번째 입구 노즐 사이의 교호 거리를 야기시킨다. 예를 들어, 입구 장치(92a)를 특징으로부터 하는 노즐로부터 입구 장치(92b)를 특징으로 하는 노즐까지의 수평 거리는 입구 장치(92b)를 특징으로 하는 노즐과 입구 장치(92c)를 특징으로 하는 노즐 사이의 수평 거리보다 훨씬 더 길다.
매니폴드 분리기(64)의 증기 및 액체 출구 노즐(각각 라인(68a 내지 68b 및 74a 내지 74b)과 연통함)은 입구 노즐(라인(66a 내지 66d)과 연통함) 사이의 긴 거리에 배치된다. 이들 출구 노즐은 2개의 가장 가까운 입구 노즐로부터 각 상의 전체 유동을 위한 크기로 되어 있다.
매니폴드 분리기의 증기 출구는 선택적으로 증기/액체 분리 장치(94a, 94b)를 갖는(또는 갖지 않는) 출구 노즐을 구비할 수 있으며, 이는 단지 예로서, 메시 패드, 베인 팩, 또는 스위스 윈터투로 소재의 Sulzer Chemtech로부터 입수가능한 KNITMESH, KNITMESH V-MISTER, MELLACHEVRON 및 SHELL SWIRLTUBE 미스트 제거기를 포함한 본 기술 분야에 공지된 다른 미스트 제거 장치를 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다.
도 4, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 매니폴드 분리기의 액체 출구는 선택적으로 모듈 분리기(64)의 종축에 수직인(또는 없이) 배플(96a, 96b)이 그 위치되거나(또는 위치되지 않은) 출구 노즐을 구비하여 해양 적용 또는 불균일한 설치에서 운동을 설명할 수 있다. 배플 플레이트(96a, 96b)는 바람직하게는 일반적으로 직사각형 절결부(도 9의 플레이트(96a)에 대해 도면부호(116)로 도시됨)를 구비하여, 배플 플레이트의 양 측면에 개방된 노즐 공간을 제공한다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 도 3 및 도 4의 혼합 냉매 응축 및 분리 시스템은 액체 서지 드럼(82)이 생략되도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 액체 수집 헤더(76)의 바닥을 빠져나가는 라인(84)은 액화 열 교환기(52) 내의 대응 통로로 직접 이어진다. 또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 도 4의 분리 입구 장치(92a 내지 92d)는 매니폴드 분리기(64)로부터 생략될 수 있다. 미스트 제거 장치(94a, 94b) 및 도 4의 액체 배플(96a, 96b)은 또한 도 12에 도시된 바와 같이 매니폴드 분리기(64)로부터 생략될 수 있다.
상술한 매니폴드 분리기 및 혼합 냉매 응축 및 분리 시스템이 사용될 수 있는 종래 기술의 혼합 냉매 압축 시스템의 예는 도 13에 도시되어 있다. 도 13의 압축 시스템에서, 2개의 별개의 서비스 또는 스테이지가 있다. 제 1 스테이지에 있어서, 혼합 냉매 압축기의 제 1 섹션(120)의 배출에서, 증기는 냉각되고 부분적으로 응축되고, 그 후 액체와 분리되어, 액화 열 교환기의 전용 통로로 보내진다. 분리된 증기는 혼합 냉매 압축기 제 2 섹션(122)의 흡입 입구로 보내진다. 제 2 스테이지 있어서, 혼합 냉매 압축기의 제 2 섹션(122)의 배출에서, 증기는 냉각되고 부분적으로 응축되고, 그 후 액체 및 증기와 분리되어, 각각 액화 열 교환기의 전용 통로로 보내진다. 도 13의 점선 블록(124, 126) 내에 위치된 종래 기술의 구성요소는 도 1 및 도 2를 참조하여 전술되어 있다. 본 개시에 따르면, 도 3 및 도 4의 구성요소(열 교환기(52)를 뺀 것) 또는 도 11 및 도 12의 구성요소(열 교환기(52)를 뺀 것)가 대신 사용되어, 도 13의 점선 블록(124, 126) 내에 구성요소를 제공할 수 있다.
도 13은 액화 공정의 2-스테이지 압축 시스템에 관한 것이지만, 본 개시의 혁신은 멀티-베이 공냉식(또는 다른 냉각제) 응축기와 증기-액체 분리기가 뒤따르는 임의의 서비스를 위해 사용될 수 있다.
따라서, 본 개시의 매니폴드 분리기의 상기 실시예는 응축기(예시된 실시예에서 공기 냉각기 뱅크)의 길이를 따라 다중-입구, 다중-출구 수평 분리기로서 작용한다. 본질적으로, 매니폴드 분리기는 종래의 혼합 냉매 어큐뮬레이터의 분리 기능을 수행하는 반면, 혼합 냉매 액체 서지 드럼은 종래의 혼합 어큐뮬레이터의 액체 저장 기능을 수행한다.
매니폴드 분리기(64)의 비율 및 배향은 도 3, 도 4, 도 11 및 도 12에 도시된 것으로부터 변경될 수 있다. 예를 들어, 매니폴드 분리기의 수평 길이는 응축기의 수평 길이보다 길거나 짧을 수 있으며, 및/또는 매니폴드 분리기의 종축은 응축기 뱅크의 종축에 평행하거나 평행하지 않을 수 있다.
도 1 및 도 2의 시스템과 동일하거나 유사한 증기/액체 분리를 성취하면서, 전술한 본 발명의 실시예의 일부 이점은 다음과 같다: 1) 플롯 레이아웃이 단순화될 수 있고, 2) 혼합 냉매 압축 회로에서 압력 강하가 감소될 수 있고, 그에 따라 압축력 요건을 감소시키고, 3) 전체 시스템 금속 질량 및 비용이 감소될 수 있고, 4) 혼합 냉매 액체 서지 드럼은 콜드 박스 내에 용이하게 배치될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 설명되었지만, 당업자에게는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 변경 및 수정이 이루어질 수 있으며, 그 범위는 첨부된 청구 범위에 의해 정의된다는 것이 명백할 것이다.

Claims (27)

  1. 냉매 유체를 응축 및 상 분리하기 위한 시스템에 있어서,
    a. 냉매 증기의 스트림을 수용하도록 구성되고, 응축기 헤더 출구를 갖는 응축기 입구 헤더;
    b. 상기 응축기 헤더 출구와 유체 연통하는 증기 입구, 및 복수의 혼합 상 출구를 갖는 응축기― 상기 응축기는, 증기 입구를 통해 증기를 수용하고, 복수의 혼합 상 출구를 통해 응축기를 빠져나가는 혼합 상 유체 스트림을 생성하도록 구성됨 ―;
    c. 매니폴드 분리기 종축이 제 1 매니폴드 분리기 단부로부터 제 2 매니폴드 분리기 단부로 연장되는 상태의 제 1 매니폴드 분리기 단부 및 제 2 매니폴드 분리기 단부를 갖고, 상기 응축기의 복수의 혼합 상 출구와 유체 연통하는 복수의 혼합 상 입구를 포함하는 원통형 매니폴드 분리기― 상기 매니폴드 분리기는 복수의 혼합 상 입구를 통해 수용된 혼합 상 유체를 증기 및 액체로 분리하도록 구성되고, 상기 매니폴드 분리기는 생성된 증기 스트림이 매니폴드 분리기를 빠져나가는 복수의 매니폴드 분리기 증기 출구 및 생성된 액체 스트림이 매니폴드 분리기를 빠져나가는 복수의 매니폴드 분리기 액체 출구를 포함함 ―;
    d. 증기 수집 헤더 종축이 제 1 증기 수집 헤더 단부로부터 제 2 증기 수집 헤더 단부로 연장되는 상태의 제 1 증기 수집 헤더 단부 및 제 2 증기 수집 헤더 단부, 제 1 증기 수집 헤더 단부에 인접하게 위치된 제 1 증기 스트림 입구, 및 제 2 증기 수집 헤더 단부에 인접하게 위치된 제 2 증기 스트림 입구를 구비하는 원통형 증기 수집 헤더― 상기 제 1 및 제 2 증기 스트림 입구는 복수의 매니폴드 분리기 증기 출구로부터의 증기 스트림을 수용하도록 구성되고, 상기 증기 수집 헤더는 증기 수집 헤더 종축에 대해 제 1 증기 스트림 입구와 제 2 증기 스트림 입구 사이에 위치된 증기 수집 헤더 출구를 더 포함함 ―; 및
    e. 액체 수집 헤더 종축이 제 1 액체 수집 헤더 단부로부터 제 2 액체 수집 헤더 단부로 연장되는 상태의 제 1 액체 수집 헤더 단부 및 제 2 액체 수집 헤더 단부, 제 1 액체 수집 헤더 단부에 인접하게 위치된 제 1 액체 스트림 입구, 및 제 2 액체 수집 헤더 단부에 인접하게 위치된 제 2 액체 스트림 입구를 구비하는 원통형 액체 수집 헤더― 상기 제 1 및 제 2 액체 스트림 입구는 복수의 매니폴드 분리기 액체 출구로부터의 액체 스트림을 수용하도록 구성되고, 상기 액체 수집 헤더는 액체 수집 헤더 종축에 대해 제 1 액체 스트림 입구와 제 2 액체 스트림 입구 사이에 위치된 액체 수집 헤더 출구를 더 포함함 ―를 포함하고,
    f. 상기 매니폴드 분리기 종축, 상기 증기 수집 헤더 종축 및 상기 액체 수집 헤더 종축은 서로 평행한
    시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    g. 상기 액체 수집 헤더 출구로부터의 액체 스트림을 수용하도록 구성된 입구를 갖는 액체 서지 용기― 상기 액체 서지 용기는 서지 용기 액체 출구를 더 포함함 ―를 더 포함하는
    시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액체 서지 용기의 헤드스페이스와 상기 증기 수집 헤더 또는 상기 증기 수집 헤더 출구로부터 연장되는 라인 사이에서 연장되며, 상기 액체 서지 용기의 헤드스페이스 및 상기 증기 수집 헤더 또는 상기 증기 수집 헤더 출구로부터 연장되는 라인과 유체 연통하는 압력 균등화 라인을 더 포함하는
    시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 매니폴드 분리기의 복수의 혼합 상 입구는 각각 분리기 입구 장치를 구비하는
    시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각각의 분리기 입구 장치는 배플 플레이트 분리기를 포함하는
    시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    각각의 분리기 입구 장치는 반부 파이프 분리기를 포함하는
    시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 매니폴드 분리기의 각각의 증기 출구는 증기/액체 분리 장치를 포함하는
    시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 매니폴드 분리기 액체 출구의 각각은 매니폴드 분리기 내에 위치된 배플을 포함하는
    시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    각각의 배플은, 상기 매니폴드 분리기의 종축에 수직인 평면 내에 전체적으로 위치되며 상기 복수의 매니폴드 분리기 액체 출구 중 대응하는 하나 위에 그리고 그에 걸쳐서 위치되는 평면형 배플 플레이트를 포함하는
    시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    각각의 배플 플레이트는 상기 복수의 매니폴드 분리기 액체 출구 중 상기 대응하는 하나 위에 절결부를 포함하는
    시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 매니폴드 분리기의 증기 출구 및 액체 출구는 상기 복수의 혼합 상 입구 중 적어도 2개 사이에 위치되는
    시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 응축기는 공냉식 열 교환기인
    시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 응축기는 복수의 튜브 번들을 포함하며, 상기 복수의 튜브 번들 각각은 상기 매니폴드 분리기 내에 라인을 가지며 상기 복수의 혼합 상 입구 중 대응하는 하나에 연결되는
    시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 튜브 번들은 적어도 4개의 튜브 번들을 포함하고, 상기 매니폴드 분리기는 적어도 4개의 복수의 혼합 상 입구를 구비하되, 복수의 혼합 상 입구 중 제 1 혼합 상 입구와 복수의 혼합 상 입구 중 제 2 혼합 상 입구 사이의 제 1 간격이 복수의 혼합 상 입구 중 제 2 혼합 상 입구와 복수의 혼합 상 입구 중 제 3 혼합 상 입구 사이의 제 2 간격과는 상이하지만, 상기 제 1 간격이 복수의 혼합 상 입구 중 제 3 혼합 상 입구와 복수의 혼합 상 입구 중 제 4 혼합 상 입구 사이의 제 3 간격과는 동일한
    시스템.
  15. 액화 시스템에 있어서,
    a. 하나 이상의 냉동 통로, 따뜻한 단부 및 저온 단부를 갖는 액화 열 교환기― 상기 액화 열 교환기는 따뜻한 단부에서 공급 가스를 수용하고, 공급 가스를 액화시키고, 그리고 저온 단부로부터 액화 가스를 분배하도록 구성됨 ―; 및
    b. 압축 시스템을 포함하며,
    상기 압축 시스템은,
    ⅰ) 압축기;
    ⅱ) 상기 압축기로부터의 증기의 스트림을 수용하도록 구성되고, 응축기 헤더 출구를 갖는 응축기 입구 헤더;
    ⅲ) 상기 응축기 헤더 출구와 유체 연통하는 증기 입구, 및 복수의 혼합 상 출구를 갖는 응축기― 상기 응축기는, 증기 입구를 통해 증기를 수용하고, 복수의 혼합 상 출구를 통해 응축기를 빠져나가는 혼합 상 유체 스트림을 생성하도록 구성됨 ―;
    ⅳ) 매니폴드 분리기 종축이 제 1 매니폴드 분리기 단부로부터 제 2 매니폴드 분리기 단부로 연장되는 상태의 제 1 매니폴드 분리기 단부 및 제 2 매니폴드 분리기 단부를 갖고, 상기 응축기의 복수의 혼합 상 출구와 유체 연통하는 복수의 혼합 상 입구를 포함하는 원통형 매니폴드 분리기― 상기 매니폴드 분리기는 복수의 혼합 상 입구를 통해 수용된 혼합 상 유체를 증기 및 액체로 분리하도록 구성되고, 상기 매니폴드 분리기는 생성된 증기 스트림이 매니폴드 분리기를 빠져나가는 복수의 매니폴드 분리기 증기 출구 및 생성된 액체 스트림이 매니폴드 분리기를 빠져나가는 복수의 매니폴드 분리기 액체 출구를 포함함 ―;
    ⅴ) 증기 수집 헤더 종축이 제 1 증기 수집 헤더 단부로부터 제 2 증기 수집 헤더 단부로 연장되는 상태의 제 1 증기 수집 헤더 단부 및 제 2 증기 수집 헤더 단부, 제 1 증기 수집 헤더 단부에 인접하게 위치된 제 1 증기 스트림 입구, 및 제 2 증기 수집 헤더 단부에 인접하게 위치된 제 2 증기 스트림 입구를 구비하는 원통형 증기 수집 헤더― 상기 제 1 및 제 2 증기 스트림 입구는 복수의 매니폴드 분리기 증기 출구로부터의 증기 스트림을 수용하도록 구성되고, 상기 증기 수집 헤더는, 제 1 증기 스트림 입구와 제 2 증기 스트림 입구 사이에 위치되며 액화 열 교환기의 하나 이상의 냉동 통로 중 하나와 유체 연통하는 증기 수집 헤더 출구를 더 포함함 ―; 및
    ⅵ) 액체 수집 헤더 종축이 제 1 액체 수집 헤더 단부로부터 제 2 액체 수집 헤더 단부로 연장되는 상태의 제 1 액체 수집 헤더 단부 및 제 2 액체 수집 헤더 단부, 제 1 액체 수집 헤더 단부에 인접하게 위치된 제 1 액체 스트림 입구, 및 제 2 액체 수집 헤더 단부에 인접하게 위치된 제 2 액체 스트림 입구를 구비하는 원통형 액체 수집 헤더― 상기 제 1 및 제 2 액체 스트림 입구는 복수의 매니폴드 분리기 액체 출구로부터의 액체 스트림을 수용하도록 구성되고, 상기 액체 수집 헤더는, 제 1 액체 스트림 입구와 제 2 액체 스트림 입구 사이에 위치되며 액화 열 교환기의 하나 이상의 냉동 통로 중 하나와 유체 연통하는 액체 수집 헤더 출구를 더 포함함 ―를 포함하고,
    ⅶ) 상기 매니폴드 분리기 종축, 상기 증기 수집 헤더 종축 및 상기 액체 수집 헤더 종축은 서로 평행한
    액화 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 액체 수집 헤더 출구로부터의 액체 스트림을 수용하도록 구성된 입구를 갖는 액체 서지 용기를 더 포함하고,
    상기 액체 서지 용기는 액화 열 교환기의 하나 이상의 냉동 통로 중 하나와 유체 연통하는 서지 용기 액체 출구를 더 포함하는
    액화 시스템.
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