KR20100107242A - 직화 노통 연소식 온수 기화기 - Google Patents

직화 노통 연소식 온수 기화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기화기 몸체내에서 연소를 할 수 있는 직화 노통 온수 방식의 가열부를 구성하고 있고, 열교환매체를 여러번 반복적으로 가열할 수 있는 장치를 구성하고, 또한, 가열된 열교환매체를 초저온 유체의 초기 유입영역으로 가이드 하는 적어도 하나 이상의 가이드부를 구성한 직화 노통 연소식 온수 기화기에 관한 것으로서, 이를 위해 직화 노통 연소식 온수 기화기에 있어서, 그 내부에 열교환매체를 구비하는 몸체와, 상기 몸체에 결합되어 초저온 유체를 유입시키는 유체 유입구와 기화된 가스를 배출하는 가스 배출구를 구비한 열교환부와, 초저온 유체의 회전 및 열전달을 좋게 하기위해 이 열교환부의 안쪽에 구비도는 스페셜 튜브 인서트(Special tube Insert)와, 상기 몸체에 결합되어 연소할 수 있는 가열부와, 상기 몸체내에 구비되어 상기 가열부에 의해 가열됨과 아울러 상기 열교환매체를 상기 가열부의 가열원에 의해 여러번 가열시키는 적어도 하나 이상의 가열관과, 상기 몸체내에 구비되어 가열된 상기 열교환매체를 상기 유체 유입구쪽으로 가이드 하여 상기 유체의 초기 유입영역의 열교환을 증가시키는 가이드부를 포함함을 특징으로 하며, 이에 따라, 대용량의 초저온 유체를 용이하게 기화시킬 수 있으며, 별도의 증기 생산 보일러등의 부대설비 등을 가지지 않아도 되며, 초기 투자비 및 유지비용을 절감할 수 있고, 또한, 제품의 열교환부의 결빙 및 파손을 방지하고, 이로인해 제품의 성능을 향상시킬뿐만 아니라, 대용량 기화기의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이있다.
Figure P1020090025432
기화기, 가열부, 직화 노통방식 온수 기화기. 가이드부.

Description

직화 노통 연소식 온수 기화기{FIRED-WATER BATH CRYOGENIC VAPORIZER}
본 발명은 열교환 매체를 담은 몸체에 연소실과 기화기를 가지며, 열교환 매체를 여러번 반복적으로 가열할 수 있는 장치를 구성하고, 가열된 열교환매체의 결빙을 방지하기 위하여, 초저온 유체의 초기 유입 영역으로 열교환 매체를 많이 흐르게 하는 적어도 하나 이상의 가이드부를 가지며, 열교환부로 유입되는 초저온 유체의 혼합 및 열전달이 빠르게 일어날 수 있도록 스페셜 튜브 인서트(Special Tube Inset)를 열교환부의 안쪽에 삽입하며, 열교환 매체의 열전달 성능을 향상 시키기 위한 순환 펌프로 구성된 직화 노통 연소식 온수 기화기에 관한 것이다.
일반적으로, 기화기 장치는 열매체를 이용하여 액화연료를 기화하여 소비처에서 사용할 수 있는 형태인 기체가스로 변환시켜주는 장치로서, 주위 온도를 이용하여 유체를 가열하는 자연식 기화기 장치와 열원인 열매체를 이용하여 유체를 기화시키는 강제식 기화기 장치로 크게 구분된다.
상기 자연식 기화기 장치는 대기식 및 태양열 집화식 기화기 장치가 있지만 날씨가 춥거나, 흐리거나 비가 올때에는 충분한 열교환이 이루어지지가 않아 보조 장비가 필요하거나 사용이 원활하지 못하는 단점이 있었다.
상기 강제식 기화기 장치는 전기 가열 온수식, 외부 공급 스팀식, 가연성 방폭식등으로 이루어지고, 중간 열매체를 통한 강제 접촉 방식이기 때문에 상시 운전이 가능하고 열매체의 온도 조절이 가능하여 주로 사용되고 있다.
이러한 강제 기화기 장치중 전기 가열 온수식 기화기는 이미 대한민국 특허청에 특허등록번호 제 20-0426477호에 기출원되어 있고, 이 장치의 구성을 살펴보면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 액화 또는 기화 가스가 수용된 가스 탱크(1)와, 유체를 기화시키는 기화기(2)로 구성되고, 상기 기화기(2)는 유체 소정의 물을 담수할 수 있는 본체(3)와, 가열하는 전열히터(4)와, 상기 전열히터(4)에 의해 가열된 물과 열교환되며 유체가 그 내부를 흐르게 하여 유체를 열교환시키는 열교환관(5)과, 유체 유입구(6)와, 배출구(7)로 구성된다.
이러한 , 상기 종래의 전기 가열 온수식 기화기 장치은 주로 소형이므로 온도 조절 및 초기 가동시의 가동시간은 빠르지만, 대용량 기화시 전기 가열히터의 많은 전력이 필요하여 운전 비용이 상승하거나, 전압설비 등을 만들어야 하기 때문에 부대 비용의 상승이 컸다.
그리고, 외부 공급 스팀 방식은 스팀 생성 보일러 설치(설치 면적 필요) 및 스팀 공급, 응축수 회수 배관, 이를 이송할 펌프등을 고려해야 해 초기 투자비(장치비)와 운전 비용, 그리고 파이프를 통한 열손실을 감안해야 한다.
위에 열거한 모든 기화기 장치는 초저온 유체를 유체 유입구를 통해 유입하 고, 열교환관을 따라가면서 기화하게되는데 최종 기체 상태로 가스 출입구로 나오게된다.
이때, 상기 유체 유입구를 통해 투입되는 유체의 온도는 보통 영하(-250~ -20 도)가 되는데 전열 부분인 전기 열히터의 열전달이 잘 일어나지 않게 될 경우 상기 유체 유입구의 초기 부분에 결빙이 생겨 열교환 성능 감소 및 심할 경우는 열교환관을 밀어내어 균열이 발생되어 운전을 정지시켜야 하는 비상사태를 발생시키는 문제점이 있다.
따라서, 이와 같은 문제점들을 개선하기 위해 기화기 장치에 직접 연소실을 장착하고, 가열 시간 최소화 및 전열면적을 최소화를 할 수 있는 장치가 필요한 실정이고, 또한, 초저온 유체의 초기 유입영역의 결빙을 방지하고, 기화기 장치의 열교환관의 파손을 방지할 수 있는 장치 및 방안이 필요한 실정이다.
본 발명은 기화기 몸체내에서 버너등의 가열부를 결합하고 열교환매체를 여러번 반복적으로 가열할 수 있는 장치를 구성함으로써, 초기 투자비와 장치비 및 유지비용을 절감할 수 있도록 한 직화 노통 연소식 온수 기화기를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 기화기 몸체내에서 가열된 열교환매체를 초저온 유체의 초기 유입영역으로 가이드 하는 적어도 하나 이상의 가이드부를 구성함으로써, 열교 환부의 결빙 및 파손을 방지하고, 이로인해 제품의 성능을 향상시킬뿐만 아니라. 신뢰성도 향상시킬 수 있도록 한 직화 노통 연소식 온수 기화기를 제공하는데 있다.
본 발명은, 직화 노통 연소식 온수 기화기에 있어서,
그 내부에 열교환매체를 구비하는 몸체;
상기 몸체에 결합되어 초저온 유체를 유입시키는 유체 유입구와 기화된 가스를 배출하는 가스 배출구를 구비한 열교환부;
상기 몸체에 결합되는 가열부;
상기 몸체내에 구비되어 가열부에 의해 가열됨과 아울러 열교환매체를 가열부의 가열원에 의해 여러번 가열시키는 적어도 하나 이상의 가열관; 및
상기 몸체내에 구비되어 가열된 열교환매체를 유체 유입구쪽으로 가이드 하여 유체의 초기 유입영역의 열교환을 증가시키는 적어도 하나 이상의 가이드부를 포함함을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 직화 노통 연소식 온수 기화기에 의하면,
기화기 몸체내에 가열부를 결합시켜 스팀 생성 및 공급등의 부대설비 및 전열히터 사용에 따른 대형 전기 변압설비등을 갖추지 않아도 되며, 열교환매체를 여 러번 반복적으로 가열할 수 있는 장치를 구성함으로써, 초기 투자비와 장치비 및 유지비용을 절감할 수 있고, 또한, 가열된 열교환매체를 초저온 유체의 초기 유입영역으로 가이드 하는 적어도 하나 이상의 가이드부를 구성하고 순환 펌프로 열교환 매체의 순환을 빠르게 하여, 제품 열교환부의 결빙 및 파손을 방지하고, 이로인해 제품의 성능을 향상시킬뿐만 아니라, 대용량 기화기의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형예들이 있음을 이해하여야 한다.
도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 직화 노통 연소식 온수 기화기(10)는 몸체(20)와, 열교환부(30)와, 가열부(40)와, 적어도 하나 이상의 가열관(50)과, 적어도 하나 이상의 가이드부(60)로 구성되어 있고, 상기 몸체(20)의 내부는 밀폐 또는 개방 상태이고, 상기 열교환부(30)와, 가열부(40)와, 가열관(50)들 및 가이드부(60)들을 구비할 수 있도록 되어 있으며, 상기 몸체(20)의 내부에는 초저온 유체(C1)를 기체 상태로 기화시킬 수 있도록 열교환매체(B1)가 구비되어 있고, 상기 열교환부(30)는 상기 초저온 유체(C1)를 유입시키는 유체 유입구(31)와 기체 상태 로 기화된 가스(C2)를 배출하는 가스 배출구(32)를 구비하도록 상기 몸체(20)에 결합되어 있으며, 상기 열교환부(30)는 그 내부로 상기 초저온 유체(C1)를 흐르게 하여 후술하는 가열부(40)를 통해 가열된 상기 열교환매체(B1)에 의해 열가열되도록 열교환관으로 이루어져 있고, 그 안에 스페셜 튜브 인서트(Special Tube Insert)(70)를 삽입하여 상기 초저온 유체(C1)이 더 잘 혼합되어 열전달을 잘 할 수 있게 하며, 상기 가열부(40)는 후술하는 가열관(50)들을 가열하도록 상기 몸체(20)에 결합되어 있으며, 상기 가열관(50)들은 상기 가열부(40)에 의해 가열됨과 아울러 상기 열교환매체(B1)를 상기 가열부(40)의 가열원에 의해 여러번 가열시킬 수 있도록 상기 몸체(20)내에 구비되어 있고, 상기 가이드부(60)들은 가열된 열교환매체(B1)를 상기 초저온 유체 유입구(31)쪽으로 가이드 하여 상기 유체(C1)의 초기 유입영역의 열효율을 증가시킬 수 있도록 상기 몸체(20)내에 구비되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(20)에는 상기 열교환매체(B1)를 순환시킬 수 있도록 순환펌프(21)가 구비되어 있고, 상기 몸체(20)에는 온도를 유지시킬 수 있게 간헐적인 증기를 분사할 수 있게 증기 공급관(22)이 연결되어 있으며, 상기 몸체(20)에는 상기 몸체(20)의 내부에 발생된 증기를 다시 냉각시켜 순환시키지만 고압발생시 안정을 위한 안전밸브(미도시 됨)가 구비되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가열부(40)는 연소용 버너로 이루어지고, 버너는 화염(A1) 및 연소 가스(A2)로 이루어져 있고, 상기 가열부(40)는 버너이외에도 화염(A1) 및 연소가스(A2)를 배출하는 모든 가열부로 이루어지는 것이 바람직하다,
도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 가열관(50)은 제 1, 2 ,3 가열관(51)(52)(53)와, 가스 배기구(54)로 구성되어 있고, 상기 제 1 가열관(51)은 버너(40)의 화염(A1)을 통해 가열되어 열교환매체(B1)를 가열시킬 수 있도록 버너(40)에 연결되어 있고, 상기 제 2 가열관(52)은 버너(40)의 연소 가스(A2)를 통해 가열되어 열교환매체(B1)를 한번 더 가열시킬 수 있도록 제 1 가열관(51)에 연결되어 있으며, 상기 제 3 가열관(53)은 제 2 가열관(52)을 지난 연소 가스(A2)를 통해 가열되어 열교환매체(B1)를 또 한번 더 가열시킬 수 있도록 제 2 가열관(52)에 연결되어 있고, 상기 가스 배기구(54)는 제 3 가열관(53)과 연결되어 제 3 가열관(53)을 지난 연소 가스(A2)를 외부로 배출하도록 몸체(20)의 외부에 장착되어 있다.
상기 가열관(50)는 제 1, 2, 3 가열관(51)(52)(53)이외에 추가로 더 구성가능하고, 이로인해 상기 열교환매체(B1)는 여러번 더 반복적으로 가열되는 것이 바람직하다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가이드부(60)들은 상기 열교환매체(B1)를 상기 유체(C1)의 초기 유입영역으로 가이드 하도록 소정의 각도로 경사지게 형성되어 있고, 상기 가이드부(60)들은 후술하는 분리막(62)의 모양에 따라 하부에서 상부로 갈수록 좁아지도록 가이드 경사면(61)이 형성되어 있으며, 초저온 유체의 유입 부분에 더 많은 열전달 매체가 갈수 있게 하기 위하여 하부 경사각을 좁게 하고 하부의 면적은 넓게 가져가야 바람직하다. 상기 가이드부(60)들은 경사지게 형성될 수 있게 지지하도록 분리막(62)이 구비되어 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 일실시 예에 의한 직화 노통 연소식 온수 기화기의 동작과정을 첨부된 도 3 내지 도 8을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 직화 노통 연소식 온수 기화기(10)는 그 내부에 열교환매체(B1)를 구비하는 몸체(20)와, 열교환부(30)와, 버너로 이루어진 가열부(40)와, 적어도 하나 이상의 가열관(50)과, 적어도 하나 이상의 가이드부(60)로 구성된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(20)의 내부에는 제 1, 2 ,3 가열관(51)(52)(53)을 구비하고, 상기 가이드부(60)들을 구비한다. 상기 몸체(20)의 일측면에 버너(40)를 구비하고, 상기 몸체(20)의 타 일측면에는 가스 배기구(54)를 구비하며, 상기 가열부(40)의 상부에 열교환부(30)를 구비한다. 상기 몸체(20)의 하부에는 순환 펌프(21)를 구비하고, 상기 몸체(20)의 상부에는 증기 배출구(23)를 구비한다.
이 상태에서, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 기화기 장치(10)를 작동시키면, 먼저 상기 버너(40)를 작동시켜 화염(A1)을 발생시키고, 상기 화염(A1)에 의해 상기 제 1 가열관(50)이 가열됨과 아울러 상기 몸체(20)의 내부에 구비된 열교환매체(B1)를 가열시킨다.
이때, 상기 제 1 가열관(51)의 일단에 연결된 상기 제 2 가열관(52)은 상기 버너(40)의 연소 가스(A2)에 의해 가열됨과 아울러 상기 열교환매체(B1)를 한번 더 가열시킨다.
상기 연소 가스(A2)는 상기 제 2 가열관(50)을 지나 상기 제 3 가열관(50)으로 이동함과 아울러 상기 제 3 가열관(53)은 상기 열교환매체(B1)를 한번 더 가열시킨다.
이와 같이, 상기 열교환매체(B1)는 상기 제 1, 2 ,3 가열관(51)(52)(53)에 의해 여러번 가열됨과 아울러 상기 가이드부(60)들에 의해 상기 초저온 유체(C1)의 초기 유입영역으로 가이드 이동한다
도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 열교환부(30)는 상기 유체 유입구(31)를 통해 유입되는 상기 초저온 유체(C1)를 흐르게 하고, 초기 유입영역으로 흐르는 상기 초저온 유체(C1)를 가이드부(60)에 의해 가이드 되는 가열된 상기 열교환매체(B1)를 통해 신속하고 빠르게 열교환을 진행하여 최종 기체 상태의 가스(C2)로 기화시켜 가스 배출구(32)를 통해 배출한다. 이때 열교환매체와 온도교환을 더 잘 할수 있도록 상기 열교환부(30)의 안쪽에 스페셜 튜브 인서트(Special Tube Insert)(70)을 삽입한다.
상기 배출된 기화된 가스는 사용처(미도시 됨)로 이동한다.
이와 같이, 상기 초저온 유체(C1)는 상기 열교환부(30)로 초기 유입시 가열된 상기 열교환매체(B1)에 의해 빠른 속도로 기체상태로 진행된다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 열교환매체(B1)는 가열부(40)에서 가열되어 상부로 이동하고, 상기 열교환부(30)를 거치면서 상향으로 이동하면서 냉각되고, 궁극적으로는 분리막(62)의 외곽을 통해 하향하여, 다시 제 1, 2 3 가열 관(51)(52)(53)을 통하여 상향으로 이동하며 가열되어 상기 가이드부(60)들에 의해 상기 열교환부(30)의 초기 유입영역으로 이동하여 상기 초저온 유체(C1)를 다시 열교환시킨다.
가열부(40)에서 끓은 열교환 매체(B1)는 가이드부(62)의 경사각도가 각각 다른 가이드 경사면(61)을 따라 초저온 유체(C1)의 유입부쪽으로 더 많은 유체(C1)가 흐르게 된다.
상기 열교환매체(B1)는 상기 몸체(20)의 내부에서 계속적으로 순환하여 상기 열교환부(30)에 열전달을 빠르게 한다.
또한, 상기 버너(40)의 초기 가동시 필요한 경우에 상기 몸체(20)에 연결된 증기 공급관(22)을 통해 상기 몸체(20)의 내부로 간헐적으로 상기 열교환부(30)에 증기를 분사시켜 상기 몸체(20)의 내부의 온도를 일정하게 유지시킨다.
상기 몸체(20)의 내부 유지 온도는 대략 60~85도 이다.
상기와 같이, 가열된 상기 열교환매체(B1)는 상기 초저온 유체(C1)의 초기 유입 영역으로 가이드 이동하여 상기 열교환부(30)의 열교환을 신속하고, 빠르게 진행함으로써, 초저온 유체(C1)의 초기 유입으로 인한 열교환부(30)의 결빙 및 파손을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 직화 노통 연소식 온수 기화기는 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 종래의 기화기 장치의 구성을 나타낸 개략도.
도 2는 종래의 기화기 장치의 구성을 나타낸 절단된 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직화 노통 연소식 온수 기화기의 구성을 나타낸 절단된 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직화 노통 연소식 온수 기화기의 구성을 나타낸 내부 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직화 노통 연소식 온수 기화기의 구성 중 가이드부를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 직화 노통 연소식 온수 기화기의 작동 상태를 나타낸 절단된 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 직화 노통 연소식 온수 기화기의 구성 중 스페셜 튜브 인서트(Special Tube Insert)를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 직화 노통 연소식 온수 기화기의 구성을 나타낸 절단된 정면도.

Claims (7)

  1. 직화 노통 연소식 온수 기화기에 있어서,
    그 내부에 열교환매체를 구비하는 몸체;
    상기 몸체에 결합되어 초저온 유체를 유입시키는 유체 유입구와 기화된 가스를 배출하는 가스 배출구를 구비한 열교환부;
    상기 몸체에 결합되는 가열부;
    상기 몸체내에 구비되어 상기 가열부에 의해 가열됨과 아울러 상기 열교환매체를 상기 가열부의 가열원에 의해 여러번 가열시키는 적어도 하나 이상의 가열관; 및
    상기 몸체내에 구비되어 가열된 상기 열교환매체를 상기 유체 유입구쪽으로 가이드 하여 상기 유체의 초기 유입영역의 열교환을 증가시키는 적어도 하나 이상의 가이드부를 포함함을 특징으로 하는 직화 노통 연소식 온수 기화기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 몸체에는 상기 열교환매체를 순환시키는 순환펌프가 구비되고,
    상기 몸체에는 상기 몸체의 내부로 증기를 공급하는 증기공급관이 연결되며,
    상기 몸체에는 상기 몸체의 내부에 발생된 증기를 다시 냉각시켜 순환시키지만 고압 발생시 안전을 위한 안전 밸브가 구비됨을 특징으로 하는 직화 노통 연소 식 온수 기화기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가열부는 버너로 이루어지고, 상기 버너의 가열원은 화염 및 연소가스로 이루어짐을 특징으로 하는 직화 노통 연소식 온수 기화기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 가열관은, 상기 버너에 연결되어 상기 버너의 화염을 통해 상기 열교환매체를 가열시키는 제 1 가열관과,
    상기 제 1 가열관에 연결되어 상기 버너의 연소가스를 통해 가열되어 상기 열교환매체를 한번 더 가열시키는 제 2 가열관과,
    상기 제 2 가열관과 연결되어 상기 제 2 가열관을 지난 상기 연소가스를 통해 가열되어 상기 열교환매체를 또 한번 더 가열시키는 제 3 가열관과,
    상기 몸체의 외부에 장착됨과 아울러 상기 제 3 가열관과 연결되어 상기 제 3 가열관을 지난 상기 연소가스를 외부로 배출하는 가스 배기구로 구성됨을 특징으로 하는 직화 노통 연소식 온수 기화기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드부들은 소정의 각도로 경사지게 형성되고,
    초저온 유체가 유입되는 부분의 유량을 늘려주기 위해 유입부쪽의 가이드가 많이 기울려져 열교환 매체가 많이 흐르게 하며, 뒷 부분으로 갈수록 가이드 경사가 수직형태로 변해 가는 형태이며, 하부에서 상부로 갈수록 좁아지는 가이드 경사면이 형성됨을 특징으로 하는 직화 노통 연소식 온수 기화기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드부들은 경사지게 형성되도록 지지하는 지지 플레이트 역활의 분리막이 구비됨을 특징으로 하는 직화 노통 연소식 온수 기화기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 초저온 유체가 흐르는 열교환부의 열교환관 안쪽에는 초저온 유체들의 혼합 및 열전달이 이루어 질 수 있도록 스페셜 튜브 인서트(Special Tube Insert)가 삽입됨을 특징으로 하는 직화 노통 연소식 온수 기화기.
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