KR20090068509A - 액화가스 기화용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수분을 함유하는 고온부의 가스로부터 수열하여 액화가스 기화기에 있어서 극저온인 액화가스의 입구측을 열교환기의 고온측과 열교환되도록 전열관의 유동패턴을 변경하여 고온가스가 흐르는 통로 내에 가스 중의 수증기가 결빙되지 않도록 전열관을 특별하게 구성한 액화가스 기화용 열교환기에 관한 것이다.

본 발명의 주요구성은 고온의 가스가 지나는 열매가스입구부와 열매가스출구부 사이에 형성되는 통로와, 상기 통로에 고온 가스의 유동방향에 대해 수직하게 배치되는 전열관을 가지는 액화가스 기화용 열교환기에 있어서, 상기 전열관은 입구측이 상기 고온의 열매가스입구부에 인접한 상기 통로의 상부에 형성되어 열매가스 중의 수분이 빙결이 발생하지 않도록 병행류를 구성하고, 상기 기화된 가스의 출구측은 상기 통로의 중간부에 형성되되, 상기 전열관은 상부에 형성된 입구측에서 상기 열매가스출구부에 인접한 상기 통로의 하부를 경유함으로서 열매가스의 흐름과는 대향류를 형성할 수 있도록 하부에서 중간부로 연결된 것을 특징으로 한다.

액화가스, 증발기, 수분결빙, 전열관, 병행류, 대향류, 유동패턴

Description

액화가스 기화용 열교환기{Heat exchanger for cryogenic liquid vaporizer}

본 발명은 상대적으로 수분의 빙결을 일으킬 수 있는 저온 액화가스의 입구측을 열교환기 가열원인 고온측 열매가스와 열교환되도록 전열관의 유동패턴을 변경하여 열매가스가 흐르는 통로 내에 수증기의 결빙을 방지하고 열교환 효율을 높일 수 있는 액화가스 기화용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 산소, 이산화탄소, 질소, 천연가스 등은 운반 및 저장상의 편리를 고려하여 극저온의 액체상태로 공급된다.

이에 따라 액체상태인 액화가스를 사용하고자 하는 경우에는 기화시켜 사용해야 하며, 액화가스의 기화속도를 증가시키고 기화를 위한 열교환기의 크기를 줄이기 위해 온수나 고온가스 내에 포함된 열을 이용하고 있다.

그 한 예로서 연소 후 공정에서 사용되고 대기로 버려지는 수분함유 열매가스를 액화가스를 기화시키는 열원으로 사용할 수 있는 액화가스 기화용 열교환기가 고안되고 있다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 종래의 액화가스 기화용 열교환기는 대향류(counter flow) 방식으로써, H₂O를 포함하는 수분함유 열매가스가 유입되는 열매가스입구부(11)에 전열관의 출구측(17)이 위치하고, 수분함유 열매가스가 배출되는 열매가스 출구부(12)에 전열관의 입구측(16)이 위치한다. 그리고 상기 전열관(15)은 수분함유 열매가스와의 전열면적을 증가시키기 위해 수회 적층된 상기 통로를 관통하고 있다.

그러므로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 액화가스 기화용 열교환기(10)에서 상대적으로 저온인 전열관(15)의 입구측(16)이 연소용 배기가스의 저온측(액체산소의 경우 -183℃)과 열교환을 일으키므로, 수분함유 열매가스에 포함된 H₂O가 전열관의 주위에 결빙(18)하게 되고 이러한 결빙에 의한 얼음의 성장으로 인하여 수분함유 열매가스의 통로(13)가 막히게 된다. 결국, 수분함유 열매가스의 유동을 막아 수분함유 열매가스가 흐르지 못하여 연소장치가 파손되는 문제와 함께 별도의 장비를 이용하여 결빙을 제거해야 하는 번거로운 문제가 있다.

본 발명의 목적은 극저온인 액화가스를 기화시키는 열교환기에 있어서 액화가스의 입구측을 열교환기의 고온측과 열교환되도록 전열관의 유동패턴을 변경하여 열매가스가 흐르는 통로 내에 수증기의 결빙을 방지할 수 있는 액화가스 기화용 열교환기를 제공함에 있다.

본 발명은 수분함유열매가스가 지나는 열매가스입구부와 열매가스출구부 사이에 형성되는 통로와, 상기 통로에 열매가스의 유동방향에 대해 수직하게 배치되는 전열관을 가지는 액화가스 기화용 열교환기에 있어서, 상기 전열관은 입구측이 상기 열매가스입구부에 인접한 상기 통로의 상부에 형성되고, 상기 출구측은 상기 통로의 중간부에 형성되되, 상기 전열관은 상부에 형성된 입구측에서 상기 열매가스출구부에 인접한 상기 통로의 하부에 형성된 하부를 경유한 후 중간부로 연결된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 전열관의 상부는 열매가스의 흐름방향과 동일한 방향으로 이동되는 병행류형식의 열교환이 이루어지고, 상기 전열관의 하부는 열매가스의 흐름방향과 반대방향으로 이동되면서 대향류형식의 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 열매가스입구부에 인접한 상부의 전열관은 수분함유열매가 스가 극저온의 액화가스에 의해서 열매가스에 포함된 수분이 빙결되지 않도록 전열면적이 확보되어야 하며, 이를 위해서는 유입되는 열매가스의 온도가 너무 낮지 않게 제어되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 온도제어는 전열면적인 상기 통로의 단위면적당 전열관의 통과수로 결정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액화가스 기화용 열교환기는 수분함유열매가스의 출구부의 온도를 상승시켜 액화가스 기화용 열교환기 내부에 발생되는 수분함유열매가스에 의한 결빙현상을 방지할 수 있다.

또한, 수분함유열매가스의 결빙현상으로 인해 발생되는 열교환설비나 관로의 파손을 방지하며, 액화가스 기화용 열교환기의 열교환효율도 상승하게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 따른 액화가스 기화용 열교환기의 개략도이다.

도시된 바와 같이, 액화가스 기화용 열교환기(20)는 열매가스입구부(21)와 열매가스출구부(22) 사이에 열매가스의 통로(23)가 형성되며, 열매가스의 통로(23)에 대해 열매가스 유동방향에 직각방향으로 전열관(25)이 설치된다.

전열관의 입구측(26)은 열매가스입구부(21)에 인접한 상부에 형성되고, 전열관의 출구측(27)은 통로의 중간부에 형성된다. 이때, 전열관(25)은 상부의 열매가스입구부에 연결되고, 하부의 열매가스출구부(22)를 경유한 후에 중간부의 출구측(27)에 연결된다.

이에 따라, 전열관의 입구측(26)으로 유입된 액화가스는 액화가스 기화용 열교환기(20)에서 가장 고온인 부분인 열매가스입구부(21)에 인접한 상부에서 연소용배기가스의 흐름방향과 동일한 방향으로 이동되면서 1차로 예열되고, 1차로 예열된 액화가스는 액화가스 기화용 열교환기(20)에서 가장 저온인 열매가스출구부(22)에 인접한 하부로 이동하여 중간부까지 연소용배기가스의 흐름방향과 반대방향으로 이동되면서 2차 예열된 후에 중간부에 형성된 전열관의 출구측(27)으로 배출된다.

결국, 액화가스 기화용 열교환기(20)에서 가장 고온인 부분인 열매가스입구부에 인접한 상부에서 1차적으로 액화가스와 열매가스 사이에 열교환이 일어나게 되고, 예열된 액화가스가 상기 열매가스출구부(22) 측으로 유입되므로, 열매가스 내의 수증기의 결빙현상을 방지할 수 있게 된다.

특히, 액화가스의 예열시, 열매가스입구부(21)에 인접하게 형성되는 상부의 전열관(25)은 병행류 열교환이 이루어지는데, 이때 전열관(25) 표면에서 수분의 결빙이 이루어지지 않을 만큼 전열면적을 크게 하는 것이 바람직하며, 열교환효율을 증가시키기 위해서는 하부의 대향류형식 전열관의 전열면적을 크게 하는 것이 바람직하다.

상기 전열면적의 증가는 전열관(25)의 외주면을 감싸는 핀(fin)을 형성하여 증가시키거나 또는 상기 통로의 단위면적당 전열관(25)의 통과수로 증가시킬 수 있으나 부피를 작게 하기 위해서는 핀형전열관을 사용한다.

본 발명은 상술한 바람직한 실시예들에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 간주한다.

도 1a은 종래기술에 의한 액화가스 기화용 열교환기의 개략도이다.

도 1b는 1a의 절단면도

도 2는 본 발명에 따른 액화가스 기화용 열교환기의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20: 액화가스 기화용 열교환기 21: 열매가스입구부

22: 열매가스출구부 25: 전열관

26: 전열관의 입구측 27: 전열관의 출구측

Claims (4)

1. 수분함유 열매가스가 지나는 열매가스입구부와 열매가스출구부 사이에 형성되는 통로와, 상기 통로에 열매가스의 유동방향에 대해 수직하게 배치되는 전열관을 가지는 액화가스 기화용 열교환기에 있어서,

   상기 전열관은 입구측이 상기 열매가스입구부에 인접한 상기 통로의 상부에 형성되고, 상기 출구측은 상기 통로의 중간부에 형성되되,

   상기 전열관은 상부에 형성된 입구측에서 상기 열매가스출구부에 인접한 상기 통로의 하부에 형성된 하부를 경유한 후 중간부로 연결된 것을 특징으로 하는 액화가스 기화용 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 전열관의 상부는 열매가스의 흐름방향과 동일한 방향으로 이동되는 병행류형식의 열교환이 이루어지고, 상기 전열관의 하부는 열매가스의 흐름방향과 반대방향으로 이동되면서 대향류형식의 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화가스 기화용 열교환기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열매가스입구부에 인접한 상부의 병행류 전열관은 액화가스에 의한 수분결빙이 발생하지 않도록 전열면적 큰 것을 특징으로 하는 액화가스 기화용 열교환기.
4. 제3항에 있어서, 상기 전열면적은 상기 통로의 단위면적당 전열관의 통과수로 증가시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 기화용 열교환기.

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