KR20150010358A - 액화가스 기화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가능한 액화가스 기화장치에 관한 것이다. 액화가스 기화장치는 액화가스가 공급되는 액화가스 공급관, 일단부에 액화가스 공급관이 연결되어 액화가스를 공급받고 외주면에 접하는 열전달 유체로부터 열을 전달받아 액화가스를 기화시키는 열교환부, 열교환부의 타단부에 연결되어 액화가스가 기화되어 형성된 천연가스를 배출하는 천연가스배출관, 내부에 열전달 유체를 저장하고 일측에 형성된 노즐부를 통하여 열전달 유체를 열교환부에 공급하는 챔버 및 챔버의 하부에 위치하여 챔버로부터 공급되는 열전달 유체를 열교환부로 흘러 보내는 분배판을 포함한다.

Description

액화가스 기화장치{Apparatus for liquefied gas vaporization}

본 발명은 액화가스 기화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박과 같은 움직이는 곳에 설치되더라도 항상 균일하게 액화가스를 기화시킬 수 있는 액화가스 기화장치에 관한 것이다.

액화가스 기화장치인 중 하나인 해수식기화기(ORV:Open Rack Vaporizer)는 해수를 열원으로 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 천연가스(Natural Gas)로 기화시키는 장치이다. 이러한 액화가스 기화장치는 선박 또는 해양구조물 등에 설치되어 액체 형태로 운반되어 온 액화천연가스를 기화시켜 수요처로 보내게 된다. 선박 또는 해양구조물 등은 해상에 설치되거나 떠다니는 구조이어서, 그 안에 설치된 액화가스 기화장치는 항상 불규칙적인 요동에 노출될 수 밖에 없다. 이로 인하여, 액화가스가 기화되는 열교환부에 해수가 균일하게 공급되지 않는 문제가 발생하게 된다. 특히, 기상조건이 좋지 않는 해양에서 선체가 요동치면, 열교환부에 해수가 원활하게 공급되지 않으면서 열교환부가 액화가스에 의해 결빙되는 문제가 발생한다.

따라서, 열교환부에 해수를 균일하게 공급하기 위하여 다양한 방법 및 구조가 고안되고 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2007-0089416호는 해수살수부의 길이방향에 전체에 걸쳐 양측벽을 따라 거의 균일하게 해수가 넘치도록 해수공급관 주위에 한 쌍의 유량조절판을 개시하고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2007-0089416호 2007.08.31

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 선박과 같은 움직이는 곳에 설치되더라도 항상 균일하게 액화가스를 기화시킬 수 있는 액화가스 기화장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 액화가스 기화장치는 액화가스가 공급되는 액화가스 공급관, 일단부에 상기 액화가스 공급관이 연결되어 상기 액화가스를 공급받고 외주면에 접하는 열전달 유체로부터 열을 전달받아 상기 액화가스를 기화시키는 열교환부, 상기 열교환부의 타단부에 연결되어 상기 액화가스가 기화되어 형성된 천연가스를 배출하는 천연가스배출관, 내부에 상기 열전달 유체를 저장하고 일측에 형성된 노즐부를 통하여 상기 열전달 유체를 상기 열교환부에 공급하는 챔버 및 상기 챔버의 하부에 위치하여 상기 챔버로 부 터 공급되는 열전달 유체를 상기 열교환부로 흘러보내는 분배판을 포함한다.

상기 열교환부는 복수 개로 형성되어 상기 분배판을 사이에 두고 양측에 배치되며, 상기 분배판은 상기 노즐부로부터 상기 열교환부를 향하여 하향 경사진 경사판을 더 포함할 수 있다.

상기 분배판은 양측으로 하향 경사진 상기 경사판의 중앙 첨부로부터 상기 노즐을 향하여 돌출된 수직판을 더 포함할 수 있다.

상기 수직판은 적어도 일단부가 상기 노즐 내부로 삽입될 수 있다.

상기 열교환부는, 상기 액화가스 공급관과 연결되어 상기 액화가스가 채워지는 제1 열결관, 상기 제1 열결관의 상부에 상기 제1 연결관과 나란히 배치되며, 상기 가스배출관과 연결되는 제2 연결관, 상기 제1 연결관과 상기 제2 연결관 사이를 수직으로 연결하며 상기 제1 연결관으로부터 상기 액화가스를 공급받아 상기 가스를 생성하는 복수의 열교환관을 더 포함할 수 있다.

상기 챔버는 내부를 구획하는 적어도 하나의 격벽을 포함하며, 상기 격벽에 적어도 하나의 유통홀이 형성될 수 있다.

상기 유통홀은 상기 노즐과 중첩되지 않도록 배칠 될 수 있다.

본 발명에 의한 액화가스 기화장치는 불규칙적인 요동이 발생하는 환경에 설치되더라도 열전달 유체인 해수의 공급을 일정하게 유지하여 액화가스가 항상 일정하게 기화될 수 있도록 한다.

또한, 열전달 유체가 중단되지 않고 일정하게 열교환부에 공급되어, 열교환부에 액화가스를 통해 국부적인 결빙의 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 기화장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 액화가스 기화장치를 A-A선으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 액화가스 기화장치가 수평을 유지하는 상태에서 액화가스가 균일하게 기화되는 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 1의 액화가스 기화장치가 기울어진 상태에서 액화가스가 균일하게 기화되는 동작을 설명하기 위한 단면도이다.

본 발명의 이점과 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 일 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 일 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 발명의 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 기화장치를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 기화장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 액화가스 기화장치를 A-A선으로 절단한 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 기화장치(1)는 선박 또는 해양구조물에 설치되는 해수식기화기로서, 선박 또는 해양구조물이 파도 등에 의해 요동하는 환경에서도 일정하게 액화가스를 기화시킬 수는 장치이다.

액화가스 기화장치(1)는 액화가스가 공급되는 액화가스 공급관(10), 액화가스를 기화하는 다수개의 열교환부(20), 기화된 천연가스를 배출하는 천연가스 배출관(30), 열전달 유체를 저장 및 공급하는 챔버(200) 및 열전달 유체를 균일하게 분배하는 분배판(100)을 포함한다.

이러한 액화가스 기화장치(1)는 분배판(100)을 이용하여 열전달 유체를 양측의 열교환부(20)로 균일하게 분배함으로써, 열교환부(20)가 액화가스에 의해 국부적으로 결빙되지 않도록 하여, 액화가스의 기화능력을 크게 향상시킬 수 있다.

이하, 액화가스 기화장치(1)를 이루는 각 구성요소들에 대해 구체적으로 설명한다.

액화가스 공급관(10)은 열교환부(20)의 하단부와 연결되며, 외부의 액화가스 저장탱크(미도시)와도 연결된다. 따라서, 액화가스는 액화가스 공급관(10)을 통해 열교환부(20)로 공급된다.

열교환부(20)는 외주면에 접하는 열전달 유체(예를 들어, 해수)로부터 열을 전달받아 액화가스 공급관(10)으로부터 공급되는 액화가스를 기체 상태의 가스로 기화시키는 장치이다. 열교환부(20)는 복수개로 형성되며 열전달 유체를 분배하는 분배판(100)을 사이에 두고 양측으로 배치될 수 있다. 이러한 열교환부(20)는 제1 연결관(20a), 제2 연결관(20c) 및 복수개의 열교환관(20b)을 포함한다.

제1 연결관(20a)의 상단부는 복수 개의 열교환관(20b)과 수직으로 연통 되며, 제1 연결관(20a)의 일단부는 액화가스 공급관(10)과 수직 방향으로 확장 연결 될 수 있다.

이와 같이 제1 연결관(20a)은 액화 가스 공급관(10) 및 열교환관(20b)과 연결되어 액화가스 공급관(10)으로부터 지속적으로 공급되는 초저온 액화가스를 저장 할 수 있다.

제2 연결관(20c)은 열교환부(20)의 상단부에 위치하며, 천연가스 배출관(30)과 수직 방향으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 연결관(20c)은 제1 연결관(20a)과 평행하게 배치되어, 열교환관(20b)과 수직으로 연통되며, 열교환관(20b)에서 기화된 천연가스를 천연가스 배출관(30)으로 이동시킨다.

열교환관(20b)은 열교환관(20b) 외주면에 흐르는 열전달 유체와 열교환관(20b)내부의 액화가스의 열교환을 통해 액화가스가 천연가스로 기화되도록 하는 관으로서, 제1 연결관(20a) 과 제2 연결관 (20c) 사이에 수직으로 연결된다. 한편, 열교환관(20b)의 단면 형상은 타원 형상으로 형성되며, 복수 개가 서로 인접하게 배치되어 전열면적을 크게 할 수 있다.

열교환부(20)에서 액화가스를 기화시켜 가스를 생성하는 과정에 관해서는 구체적으로 후술한다.

챔버(200)는 유체공급관(300)에서 공급되는 열전달 유체를 저장하며, 챔버(200)의 하부에 형성된 노즐부(210)를 통해 열교환부(20)로 공급하는 것이다. 챔버(200) 내부는 적어도 하나의 격벽(211)을 통해 복수 개의 격실(200a, 200b, 200c)로 이루어 진다. 또한, 각 격벽(211)에는 적어도 하나의 유통홀(201)이 형성된다.

유통홀(201)은 각 격벽(211)에 형성된 유통홀(201)과 서로 중첩되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 제1 격실(200a)과 제3 격실(200c)은 서로 직접 연통되지 않고, 제1 격실(200a)로부터 배출되는 열전달 유체는 제2 격실(200b)를 거쳐서 제3 격실(200c)로 유입되도록 한다.

한편, 제2 격실(200b)과 제3 격실(200c)사이의 격벽(211)에 형성된 유통홀(201)은 노즐부(210)와 서로 중첩되지 않도록 형성된다. 따라서, 제2 격실(200b)로부터 유입되는 열전달 유체가 직접 노즐부(210) 밖으로 배출되는 것을 방지한다.

이와 같이, 제1 격실(200a), 제2 격실(200b) 및 제3 격실(200c)에 채워진 열전달 유체는 항상 일정량이 노즐부(210)를 통하여 배출 될 수 있다.

노즐부(210)는 챔버(200)의 하부에 열교환부(20)의 연장 방향을 따라 길게 슬릿(slit)형상으로 형성된 개구부이다. 노즐부(210)는 분배판(100)을 향하여 아래로 점차 개구 영역이 좁아지도록 형성될 수 있다.

노즐부(210)가 하방을 향하여 점차 좁아지도록 형성됨으로써, 열전달 유체가 분배판(100)에 집중되어 균일하게 분배될 수 있도록 한다.

챔버(200)는 열전달 유체를 제1 격실(200a), 제2 격실(200b) 및 제3 격실(200c)에 단계적으로 저장됨으로써, 노즐부(210)를 통하여 공급되는 열전달 유체의 압력을 항상 동일하게 유지할 수 있다.

유체공급관(300)에서 챔버(200)로 공급되는 열전달 유체의 양이 노즐부(210)를 통하여 배출되는 열전달 유체의 양보다 크도록 하여 항상 챔버(200)내부에 열전달 유체가 일정하게 저장될 수 있어야 한다.

이때, 유체공급관(300)으로부터 챔버(200)로 공급되는 열전달 유체의 속도 및 양이 급격히 변하여 노즐부(210)를 통해 배출되는 유체의 속도에 비해 격실에 저장되는 열전달 유체의 속도가 느려지게 되더라도, 기존에 적어도 하나의 격실에 저장되어 있는 열전달 유체부터 단계적으로 노즐부(210)를 통해 배출됨으로써, 열교환부(20)에 공급되는 열전달 유체는 중단되지 않으며, 일정한 속도를 유지한다.

즉, 챔버(200)내부로 유입되는 열전달 유체의 양이 급격히 변하더라도 다수개의 격실(200a, 200b, 200c) 중 적어도 하나의 격실에 열전달 유체가 저장되어, 단계적으로 노즐부(210)를 통해 배출됨으로써, 열전달 유체는 중단되지 않으며, 일정한 속도로 열교환부(20)에 공급될 수 있다.

또한, 챔버(200)가 흔들리더라도 노즐부(210)를 통하여 배출되는 열전달 유체의 양은 항상 일정하게 유지될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 액화가스 기화장치(1)는 챔버(200) 내부에 3개의 격실을 포함하는 것을 예로써 설명하였으나, 필요에 따라 격실의 수는 다양하게 변경될 수 있을 것이다. 또한, 챔버(200)내부의 격벽(211)은 수평 방향에 한정될 것은 아니며, 수평 방향 격벽(211)에 일정한 높이의 수직 격벽이 추가될 수도 있을 것이다.

한편, 분배판(100)은 노즐부(210) 및 열교환부(20)사이에 위치하여 챔버(200)로부터 공급되는 열전달 유체를 열교환부(20)로 흘러 보내는 판재로서, 경사판(100a) 및 수직판(100b)을 포함한다.

수직판(100b)은 노즐부(210)를 통해 분출되는 열전달 유체를 양측으로 나누어 경사판(100b)으로 흘려 보낼 수 있도록 각각의 경사판(100a)의 중앙 첨부로부터 수직으로 돌출되어 적어도 일단부가 노즐부(210)의 내부에 삽입 될 수 있다. 수직판(100b)은 제3 격실(200c)의 격벽(211)으로부터 이격 되어 열전달 유체가 양측으로 균일하게 배출될 수 있도록 한다.

경사판(100a)은 노즐부(210)로부터 양측의 열교환부(20)를 향하여 하향 경사지게 형성되어, 열전달 유체가 양측의 열전달부(20)의 외주면을 따라 균일하게 흐르게 한다.

저장조(400)는 열교환부(20)의 하단에 위치하여 열교환부(20)의 표면을 따라 흘러내리는 열전달 유체 받아 저장하며, 내부로 만입된 용기 형상으로 형성될 수 있다. 저장조(400)로 모인 열전달 유체는 필요에 따라 일정한 처리를 거쳐 선체 밖으로 배출될 수 있다.

도 3은 도 1의 액화가스 기화장치가 수평을 유지하는 상태에서 액화가스가 균일하게 기화되는 동작을 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 도 1의 액화가스 기화장치가 기울어진 상태에서 균일하게 액화가스가 기화동작을 설명하기 위한 단면도이다.

먼저, 도 3을 참조하여 액화가스 기화장치(1)가 수평을 유지하는 상태에서 액화가스를 기화시키는 과정을 설명한다.

액화가스는 액화가스 공급관(10)을 통하여 열교환부(20)로 공급되며, 제1 연결관(20a)을 통하여 열교환관(20b)으로 분배된다. 즉, 액화가스는 1차적으로 제1 연결관(20a)에 채워진 후, 열교환관(20b)으로 균일하게 분배될 수 있다.

제1 연결관(20a)은 내부에 전체적으로 액화가스가 채워지며, 열교환관(20b)은 내부 중 일부분에 액화가스가 채워지고 나머지 영역은 기화된 천연가스가 채워지게 된다. 열교환관(20b)은 열전달 유체와 열교환을 통해 액화가스가 기화되는 공간이 되며, 열전달 유체를 통하여 공급되는 에너지 양에 따라 열교환관(20b)내부의 액화가스의 액위(채워진 높이)가 변할 수 있다.

열전달 유체는 노즐부(210)를 통해 분배판(100)으로 공급되어, 수직판(100b)의 양측으로 균일하게 나뉘어 흐르게 되며, 경사판(100a)을 따라 열교환부(20)에 공급된다.

한편, 경사판(100a)은 열교환 효율을 높이기 위하여 열전달 유체가 열교환관(20b)의 상단부부터 흐르도록 경사도가 조절되는 것이 바람직하다. 이때, 열전달 유체는 열교환부(20)의 표면을 따라 흐를 수 있도록 공급 압력과 유량이 조절되어야 한다.

액화가스 기화장치(1)가 수평을 이루는 상태에서, 열전달 유체는 열교환부(20)로 균일하게 공급되며, 열교환관(20b)의 외주면을 따라 흐르게 되면서 열교환이 효율적으로 이루어질 수 있다. 액화가스는 제1 연결관(20a)을 통하여 열교환관(20b)으로 공급되며, 열전달 유체는 열교환관(20b)과 제1 연결관(20a)의 외주면을 연속적으로 흘러 하부의 저장조(400)로 떨어진다.

액화가스는 열전달 유체의 지속적인 에너지 공급에 따라 제1 연결관(20a)과 열교환관(20b)을 순차적으로 지나면서 지속적으로 온도가 상승하며, 열교환관(20b) 내부에서 상변화를 하여 기체 상태의 천연가스가 된다. 액화가스는 열교환관(20b)내부에서 모두 상변화가 이루어져 제2 연결관(20c)으로 수집되며, 천연가스는 제2 연결관(20c)에 모여 천연가스 배출관(30)을 통하여 수요처로 공급된다.

이어서, 도 4를 참조하여 액화가스 기화장치(1)가 선박에 가해지는 해수의 요동에 의해 일측으로 기울어진 상태에서 균일하게 액화가스를 기화시키는 과정을 설명한다.

액화가스 기화장치(1)가 선박과 같이 요동이 발생하는 곳에 설치된 경우, 액화가스를 기화시키는 과정에서 항상 수평을 유지할 수 없다. 이와 같이 액화가스 기화장치(1)가 일측으로 기울어지는 상태에서도 항상 균일하게 액화가스를 기화시킬 수 있어야 한다.

열전달 유체는 유체공급관(300)을 통하여 챔버(200)로 공급된다. 챔버(200)는 내부에 항상 일정한 양의 액화가스를 저장하고 있으며, 항상 일정한 압력으로 노즐부(210)를 통해 열전달 유체를 배출시킨다. 이때, 열전달 유체는 액화가스 기화장치(1)가 한쪽으로 기울어지더라도 챔버(200)내부에서 한쪽 방향으로 쏠리지 않는다. 즉, 챔버(200)는 복수 개의 격실(200a, 200b, 200c)로 이루어져, 각 격실(200a, 200b, 200c)사이의 격벽(211)이 열전달 유체가 한쪽으로 쏠리는 것을 일시적으로 막아주는 역할을 한다. 따라서, 선박과 같이 좌우 방향으로 끊임없이 요동을 치는 경우에도 챔버(200)내부의 격벽(211)이 열전달 유체가 한쪽 방향으로 쏠리지 않고 일시적인 평형을 유지 할 수 있도록 도와준다.

열전달 유체는 노즐부(211)를 통해 배출되어 분배판(100)에 의해 열교환부(20)로 공급된다. 이때, 분배판(100)의 수직판(100b)은 액화가스 기화장치(1)가 기울어진 상태에서도 열전달 유체를 양측의 열교환부(20)로 균일하게 분배할 수 있도록 한다. 수직판(100b)은 노즐부(210)내부까지 연장되어 있고, 챔버(200)내부의 열전달 유체가 한쪽 방향으로 쏠리지 않고 평형을 유지하고 있어, 양측의 열교환부(20)로 분배되는 열전달 유체의 양은 균일하게 된다. 따라서. 양측의 열전달부(20)는 외주면이 항상 열전달 유체에 접하게 되어, 열전달부(20)가 국부적으로 결빙되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 간결한 설명이 되도록 반복적인 설명은 생략하도록 한다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서도 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 액화가스 기화장치 10: 액화가스 공급관
20: 열교환부 20a: 제1 연결관
20b: 열교환관 20c: 제2 연결관
30: 가스배출관 100: 분배판
100a: 경사판 100b: 수직판
200: 챔버 200a: 제1 격실
200b: 제2 격실 200c: 제3 격실
201: 유통홀 210: 노즐부
211: 격벽 300: 열전달 유체공급관
400: 저장조

Claims (7)

1. 액화가스가 공급되는 액화가스 공급관;
   일단부에 상기 액화가스 공급관이 연결되어 상기 액화가스를 공급받고 외주면에 접하는 열전달 유체로부터 열을 전달받아 상기 액화가스를 기화시키는 열교환부;
   상기 열교환부의 타단부에 연결되어 상기 액화가스가 기화되어 형성된 천연가스를 배출하는 천연가스배출관;
   내부에 상기 열전달 유체를 저장하고 일측에 형성된 노즐부를 통하여 상기 열전달 유체를 상기 열교환부에 공급하는 챔버; 및
   상기 챔버의 하부에 위치하여 상기 챔버로부터 공급되는 열전달 유체를 상기 열교환부로 흘러보내는 분배판을 포함하는 액화가스 기화장치
2. 제 1항에 있어서, 상기 열교환부는 복수 개로 형성되어 상기 분배판을 사이에 두고 양측에 배치되며, 상기 분배판은 상기 노즐부로부터 상기 열교환부를 향하여 하향 경사진 경사판을 포함하는 액화가스 기화장치
3. 제 2항에 있어서, 상기 분배판은 양측으로 하향 경사진 상기 경사판의 중앙 첨부로부터 상기 노즐을 향하여 돌출된 수직판을 더 포함하는 액화가스 기화장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 수직판은 적어도 일단부가 상기 노즐 내부로 삽입되는 액화가스 기화장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 열교환부는, 상기 액화가스 공급관과 연결되어 상기 액화가스가 채워지는 제1 열결관;
   상기 제1 열결관의 상부에 상기 제1 연결관과 나란히 배치되며, 상기 가스배출관과 연결되는 제2 연결관;
   상기 제1 연결관과 상기 제2 연결관 사이를 수직으로 연결하며 상기 제1 연결관으로부터 상기 액화가스를 공급받아 상기 가스를 생성하는 복수의 열교환관을 포함하는 액화가스 기화장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 챔버는 내부를 구획하는 적어도 하나의 격벽을 포함하며, 상기 격벽에 적어도 하나의 유통홀이 형성되는 액화가스 기화장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 유통홀은 상기 노즐과 중첩되지 않도록 배치되는 액화가스 기화장치.

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