상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 열원유체와의 열교환을 통해 액상의 중간매체를 기화하기 위한 중간매체기화기와, 기화된 기상의 중간매체와의 열교환을 통해 액화천연가스를 저온의 천연가스로 기화하기 위한 액화천연가스기화기와, 열원유체와의 향류방식의 열교환을 통해 저온의 천연가스를 가열하기 위한 천연가스가온기를 포함하며, 열원유체는 천연가스가온기를 거쳐 중간매체기화기로 흐르는 것을 특징으로 하는 중간매체식 기화기를 제공한다.
여기서, 천연가스가온기는 열원유체가 흐르는 다수의 열원관 및 열원관을 가로지르는 다수의 격판을 구비하며, 저온의 천연가스는 다수의 격판에 의해 열원관을 수회 가로지르면서 열교환이 일어나는 것을 특징으로 한다.
또한, 열원유체는 저온의 천연가스와의 열교환에 의해, 즉 천연가스가온기를 거치면서 약 0.8℃ 정도의 온도강하가 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한, 열원유체는 저온의 천연가스와의 열교환과 액상의 중간매체와의 열교환에 의해, 즉 중간매체기화기를 거치면서 약 3℃ 정도의 온도강하가 발생하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예는 열원유체와의 열교환을 통해 액상의 중간매체를 기화하기 위한 중간매체기화기와, 기화된 기상의 중간매체와의 열교환을 통해 액화천연가스를 저온의 천연가스로 기화하기 위한 액화천연가스기화기와, 열원유체와의 열교환을 통해 저온의 천연가스를 가열하기 위한 천연가스가온기를 포함하며, 열원유체는 중간매체기화기와 천연가스가온기에 각각 독립적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 중간매체식 기화기를 제공한다.
여기서, 천연가스가온기는 열원유체가 흐르는 다수의 열원관 및 열원관을 가로지르는 다수의 격판을 구비하며, 저온의 천연가스는 다수의 격판에 의해 열원관을 수회 가로지르면서 열교환이 일어나는 것을 특징으로 한다.
또한, 열원유체와 저온의 천연가스와의 열교환은 대향류방식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 열원유체는 천연가스가온기 및 중간매체기화기를 거치면서 각각 약 2.5℃ 정도의 온도강하가 발생하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 기화장치에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 기화장치(100)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 기화장치(100)는 중간매체기화기(120), 액화천연가스기화기(140), 천연가스가온기(160)를 포함한다. 또한, 해수와 같은 열원유체가 통과하는 경로로, 입구실(101), 다수의 열원관(102), 중간실(103), 다수의 열원관(104) 및 출구실(105)이 순서대로 구비되며, 여기서 열원관(102)은 천연가스가온기(160) 안에 설치되고, 열원관(104)은 중간매체기화기(120) 안에 설치된다.
액화천연가스기화기(140)는 격벽(144)으로 구분되는 입구실(141)과 출구실(142) 및 입출구실(141,142)을 연통하는 다수의 전열관(143)이 구비된다. 각 전열관(143)은 대략 U자 모양을 하고 중간매체기화기(120) 안의 상부에 돌출된다. 출구실(142)은 천연가스도관(145)에 의해 천연가스가온기(160)에 연결된다.
상술한 기화장치(100)는 열원유체인 해수가 입구실(101), 열원관(102), 중간실(103) 및 열원관(104)을 통과하고 출구실(105)에 이르며, 이때 열원관(104)을 통과하는 해수는 중간매체기화기(120) 안의 액상중간매체(LM)와 열교환하고 해당 중간매체(LM)를 기화시킨다. 본 실시예는 중간매체(LM)로 프로판가스를 사용하였고, 이 가스는 결빙점이 -190℃이고 비등점이 -43.2℃로 장치 내에서 액화천연가스의 공급온도인 -162℃ 이상에서 전혀 결빙되지 않고 액화천연가스를 기화시킬 수 있다.
한편, 기화 대상인 극저온(-157.0℃)의 액화천연가스는 입구실(141)로부터 전열관(143)으로 도입되고, 이때 전열관(143) 안의 액화천연가스와 중간매체기화기(120) 안의 기화된 중간매체(GM)가 열교환되어 해당 중간매체(GM)이 응축됨과 동시에 그 응축열을 얻어 액화천연가스가 전열관(143) 안에서 기화되고 저온(-40.8℃)의 천연가스가 된다. 또한, 이 저온의 천연가스는 출구실(142)로부터 천연가스도관(145)을 통해 천연가스가온기(160)로 도입되고 열원관(102)을 흐르는 해수와의 열교환을 통해 약 0.6℃까지 가열된 후 해당 수요처로 공급된다.
이때, 저온의 천연가스와 열원관(102)을 흐르는 해수와의 열교환이 종래의 대향류방식이 아닌 향류방식으로 이루어지기 때문에 열교환을 마친 해수의 온도차는 약 0.8℃ 정도로 종래에 비해 매우 작게 된다. 또한, 저온의 천연가스는 열원관(102)을 가로지르게 구비된 다수의 격판(162)에 의해 화살표와 같이 열원관(102)을 수회 가로지르면서 유동하기 때문에 열교환이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
본 실시예의 기화장치(100)는 해수온도차가 약 3℃정도로 조금 크기는 하지만(그러나, 종래의 5~6℃에 비해 약 절반정도임), 세 개의 열교환기, 즉 중간매체기화기(120), 액화천연가스기화기(140), 천연가스가온기(160)를 일체로 연결할 수 있는 장점이 있다. 또한, 저온의 천연가스와 해수 간의 열교환이 대향류방식으로 이루어지기 때문에 종래의 향류방식에 비해 성능을 다소 떨어지나 열교환 후 온도 강하가 적어 해수 온도가 1℃ 이하인 경우에도 원하는 기화률을 얻을 수 있는 장점이 있다.
본 실시예에 따른 기화장치(100)의 설계사양은 표 1과 같다.
액화천연가스 유량(tons/hr) |
10.0 |
액화천연가스 입구압력(kg/㎠) |
75.0 |
액화천연가스 입구온도(℃) |
-157.0 |
저온 천연가스 출구온도(℃) |
-40.8 |
저온 천연가스 입구온도(℃) |
-40.8 |
천연가스 출구온도(℃) |
0.6 |
천연가스측 해수유량(tons/hr) |
516.9 |
천연가스측 해수 입구온도(℃) |
3.0 |
천연가스측 해수 출구온도(℃) |
2.2 |
액화천연가스측 해수유량(tons/hr) |
516.9 |
액화천연가스측 해수 입구온도(℃) |
2.2 |
액화천연가스측 해수 출구온도(℃) |
-0.3 |
프로판가스 포화압력(kg/㎠) |
3.3 |
프로판가스 기상온도(℃) |
-10.8 |
프로판가스 액상온도(℃) |
-10.8 |
다음, 도 2를 참조로 본 발명의 다른 실시예에 따른 기화장치(200)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 기화장치(200)는 중간매체기화기(220), 액화천연가스기화기(240) 및 천연가스가온기(260)를 포함한다. 중간매체기화기(220)와 액화천연가스기화기(240)는 일체로 구성되며, 천연가스가온기(260)는 중간매체기화기(220)의 외부 상부에 결합된다.
중간매체기화기(220)는 해수가 통과하는 경로로 입구실(221), 다수의 열원관(222) 및 출구실(223)을 순서대로 구비하며, 열원관(222)은 중간매체기화기(220) 안에 설치된다.
천연가스기화기(240)는 격벽(244)으로 구분되는 입구실(241)과 출구실(242) 및 입출구실(241,242)을 연통하는 다수의 전열관(243)이 구비된다. 각 전열관(243)은 대략 U자 모양을 하고 중간매체기화기(220) 안의 상부에 돌출된다. 출구실(242)은 천연가스도관(245)에 의해 천연가스가온기(260)에 연결된다.
천연가스가온기(260)는 해수가 통과하는 경로로 입구실(261), 다수의 열원관(262) 및 출구실(263)을 순서대로 구비하며, 열원관(262)은 천연가스가온기(260) 안에 설치된다.
상술한 기화장치(200)는 열원유체인 해수가 중간매체기화기(220)에 구비된 입구실(221), 열원관(222)을 통과하고 출구실(223)에 이르며, 이때 열원관(222)을 통과하는 해수는 중간매체기화기(220) 안의 액상중간매체(LM)와 열교환하고 해당 중간매체(LM)를 기화시킨다. 본 실시예는 중간매체(LM)로 프로판가스를 사용하였고, 이 가스는 결빙점이 -190℃이고 비등점이 -43.2℃로 장치 내에서 액화천연가스의 공급온도인 -162℃ 이상에서 전혀 결빙되지 않고 액화천연가스를 기화시킬 수 있다.
한편, 기화 대상인 극저온(-157.0℃)의 액화천연가스는 입구실(241)로부터 전열관(243)으로 도입되고, 이때 전열관(243) 안의 액화천연가스와 중간매체기화기(220) 안의 기화된 중간매체(GM)가 열교환되어 해당 중간매체(GM)이 응축됨과 동시에 그 응축열을 얻어 액화천연가스가 전열관(243) 안에서 기화되고 저온(-40.8℃)의 천연가스가 된다. 또한, 이 저온의 천연가스는 출구실(242)로부터 천연가스도관(245)을 통해 천연가스가온기(260)로 도입된다.
또한, 기화장치(200)는 열원유체인 해수가 천연가스가온기(260)에 구비된 입구실(261), 열원관(262)을 통과하고 출구실(263)에 이르며, 이때 천연가스도관(245)을 통해 유입된 저온의 천연가스는 열원관(262)을 통과하는 해수와 열교환하여 약 0.2℃까지 가열된 후 해당 수요처로 공급된다. 이 경우, 저온의 천연가스는 열원관(262)을 가로지르게 구비된 다수의 격판(264)에 의해 화살표와 같이 열원관(262)을 수회 가로지르면서 유동하기 때문에 열교환이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
본 실시예의 기화장치(200)는 중간매체기화기(220)에 각각 직접 해수가 공급되기 때문에 천연가스기화기를 거친 후 중간매체기화기로 해수가 공급되었던 종래의 기화장치에 비해 입출구실의 온도 강하가 적어 해수 온도가 1℃이하로 낮은 경우에도 우수한 기화률을 갖는 장점이 있다. 또한, 저온의 천연가스와 해수와의 열교환이 대향류방식으로 이루어지기 때문에 앞선 도 1의 기화장치(100)에 비해 우수한 기화성능을 갖는 장점이 있다.
본 실시예에 따른 기화장치(200)의 설계사양은 표 2과 같다.
액화천연가스 유량(tons/hr) |
10.0 |
액화천연가스 입구압력(kg/㎠) |
75.0 |
액화천연가스 입구온도(℃) |
-157.0 |
저온 천연가스 출구온도(℃) |
-40.8 |
저온 천연가스 입구온도(℃) |
-40.8 |
천연가스 출구온도(℃) |
0.2 |
천연가스측 해수유량(tons/hr) |
163.7 |
천연가스측 해수 입구온도(℃) |
3.0 |
천연가스측 해수 출구온도(℃) |
0.5 |
액화천연가스측 해수유량(tons/hr) |
516.9 |
액화천연가스측 해수 입구온도(℃) |
3.0 |
액화천연가스측 해수 출구온도(℃) |
0.5 |
프로판가스 포화압력(kg/㎠) |
3.3 |
프로판가스 기상온도(℃) |
-10.8 |
프로판가스 액상온도(℃) |
-10.8 |
이상, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조로 본 발명의 기화장치에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.