KR20150107247A - 결빙방지 기화장치 - Google Patents

결빙방지 기화장치

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KR20150107247A
KR20150107247A KR1020140029847A KR20140029847A KR20150107247A KR 20150107247 A KR20150107247 A KR 20150107247A KR 1020140029847 A KR1020140029847 A KR 1020140029847A KR 20140029847 A KR20140029847 A KR 20140029847A KR 20150107247 A KR20150107247 A KR 20150107247A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 결빙방지 기화장치는 액화연료가스가 인입되는 인입부와 기화연료가스가 인출되는 인출부를 연결시키는 복수 개의 이동관을 포함하고, 상기 이동관과 열교환하는 해수가 흐르는 공간을 제공하여 액화연료가스를 기화연료가스로 기화시키는 기화기, 상기 이동관을 통해 이동하는 상기 액화연료가스 및 상기 기화연료가스 중 적어도 하나와 상기 해수 사이의 온도 차이에 의해 발전 가능한 열전소자 및 상기 인입부 표면에 배치되어 상기 열전소자로부터 공급받은 전력을 이용하여 상기 인입부가 결빙되는 것을 방지하는 발열부를 포함한다.

Description

결빙방지 기화장치{ANTI-ICING VAPORIZATION DEVICE}
본 발명은 결빙방지 기화장치에 관한 것이다.
일반적으로, 기화연료가스는 액화되어 산지로부터 수요처까지 운송된다. 액화천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG)와 같은 액화연료가스는 기화연료가스에 비해 부피가 작으므로 운송의 효율을 높일 수 있다.
예를 들어, 무색 투명한 액화천연가스는 비점이 -162℃이고 부피가 기화연료가스의 600분의 1이며, 액화석유가스는 부피가 기화연료가스의 250분의 1에 달한다.
저장탱크에 저장된 액화연료가스는 기화기를 통하여 재기화된 후 사용될 수 있다. 기화기 내부에서 이동관을 통해 이동하는 액화연료가스와 해수의 열교환이 진행되고, 저온의 액화연료가스는 해수에 의해 가열되어 기체상태의 기화연료가스로 변화될 수 있다.
그러나, 액화연료가스와 해수의 온도 차이에 의해 기화기의 인입부와 인접한 액화연료가스 이동관 표면에 결빙이 발생되고 결빙으로 인해 이동관과 해수의 열교환이 원활하게 이루어지지 않기 때문에 기화기의 성능이 떨어지게 된다.
선행문헌은, 결빙을 방지하기 위해 해수를 강제 분사시키는 분사노즐을 사용하였다. 하지만 선행문헌의 분사노즐로 분사되는 해수는 액화연료가스를 가열하기 위한 해수의 온도보다 높거나 동일한 온도이어야 하기 때문에 분사노즐로 분사되는 해수의 온도에 대한 제한이 존재한다.
또한, 해수를 분사하기 위해 사용되는 펌프는 별도의 구동수단이 필요하여 전력소모가 발생하게 되고, 해수 사용으로 인해 기화기 표면이 부식될 가능성이 있다.
한국등록특허 10-0925193 (등록일: 2009.10.29)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액화연료가스의 기화 과정에서 결빙을 방지할 수 있는 결빙방지 기화장치를 제안하기 위한 것이다.
본 발명은 별도의 전력 소모 없이 결빙을 방지할 수 있는 결빙방지 기화장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 해수의 사용 없이 결빙을 방지할 수 있는 결빙방지 기화장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화연료가스가 인입되는 인입부와 기화연료가스가 인출되는 인출부를 연결시키는 이동관을 포함하고, 상기 이동관과 열교환하는 해수가 흐르는 공간을 제공하여 액화연료가스를 기화연료가스로 기화시키는 기화기; 상기 이동관을 통해 이동하는 상기 액화연료가스 및 상기 기화연료가스 중 적어도 하나를 포함하는 유체와 상기 해수 사이의 온도 차이에 의해 발전 가능한 열전소자; 및 상기 인입부 표면에 배치되어 상기 열전소자에 의하여 생성된 전력을 이용하여 상기 인입부와 인접한 상기 이동관 영역이 결빙되는 것을 방지하는 발열부를 포함하는 결빙방지 기화장치가 제공될 수 있다.
상기 기화기는, 상기 해수가 유입되는 해수인입부와 상기 해수가 배출되는 해수인출부를 포함할 수 있다.
상기 열전소자는, 상기 인출부에 비하여 상기 인입부에 가깝도록 배치될 수 있다.
상기 열전소자는 상기 이동관을 각각 둘러싸고, 상기 열전소자의 일측이 상기 이동관과 접촉하고 상기 열전소자의 타측이 상기 해수와 접촉할 수 있다.
상기 발열부는, 상기 인입부 표면이 미리 설정된 제1 온도 이상 유지되도록 상기 인입부 표면을 가열시킬 수 있다.
상기 인입부 표면의 온도가 상기 제1 온도와 상기 제1온도 보다 높은 제2 온도 사이에서 유지되도록 상기 열전소자에서 생산된 전력을 상기 발열부로 입력 또는 차단하는 스위치제어신호를 스위치에 출력하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 결빙방지 기화장치는, 해수와 액화연료가스의 온도차를 통하여 생산된 전력으로 결빙을 방지함으로써 인입부와 인접한 이동관이 결빙되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 이동관과 해수 사이 열교환이 원활하게 이루어짐으로써 기화기의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 결빙방지 기화장치는, 해수와 액화연료가스의 온도차를 통하여 생산된 전력으로 결빙을 방지함으로써 별도의 전력 소모 없이 결빙을 방지할 수 있다.
본 발명의 결빙방지 기화장치는, 해수와 액화연료가스의 온도차를 통하여 생산된 전력으로 결빙을 방지함으로써 해수의 사용 없이 결빙을 방지할 수 있고 이에 따라 부식 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 출원의 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 일반적인 기화연료가스 기화기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 결빙방지 기화장치를 나타낸다.
도 3은 열전반도체의 일 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 결빙방지 기화장치의 열전소자의 배치를 나타낸다.
도 5 및 도 6은 스위치, 열전소자 및 변환부 사이의 배치를 나타낸다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 실시예에 따른 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 실시예에 따른 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일반적인 기화연료가스 기화기의 단면도를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기화기(1)의 인입부(2)로 인입된 액화연료가스는 열교환 매체인 해수와 열교환 후 기체상태의 기화연료가스로 변하고, 기체상태의 기화연료가스는 기화기(1)의 인출부(3)로부터 배출될 수 있다.
액화연료가스가 기화기(1)를 통해 기화되는 과정에, 인입부(2)와 인접한 이동관(4) 영역이 액화연료가스와 해수에 의해 결빙이 발생할 수 있다. 인입부(2)와 인접한 이동관(4) 영역에 결빙이 발생하면 이동관(4)을 통과하는 액화연료가스와 해수 사이의 열교환이 원활하게 이루어지지 않기 때문에 기화기(1)의 성능이 저하될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 결빙방지 기화장치를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 결빙방지 기화장치는 기화기(1), 열전소자(5) 및 발열부(6)를 포함한다.
기화기(1)는 액화연료가스를 기화연료가스로 기화시키는 기기로서, 액화연료가스가 인입되는 인입부(2)와 기화연료가스가 인출되는 인출부(3)를 연결시키는 이동관(4)을 포함하고, 이동관(4)과 열교환하는 해수가 흐르는 공간을 제공할 수 있다.
열전소자(5)는 이동관(4)을 통해 이동하는 액화연료가스 및 기화연료가스 중 적어도 하나를 포함하는 유체와 해수 사이의 온도 차이에 의해 발전이 가능하다.
이동관(4)을 통과하는 과정에 액화연료가스는 액체상태로부터 기체상태인 기화연료가스로 변할 수 있다. 이에 따라 인입부(2)와 가까울수록 유체 중에 액상인 액화연료가스가 기상인 기화연료가스에 비하여 많고, 인출부(3)와 가까울수록 유체 중에 기화연료가스가 액화연료가스에 비하여 많을 수 있다.
발열부(6)는 인입부(2) 표면에 배치되어 열전소자(5)에 의하여 생성된 전력을 이용하여 인입부(2)와 인접한 이동관(4) 영역이 결빙되는 것을 방지할 수 있다.
발열부(6)는 히터 또는 하드와이어(hardwire)를 포함할 수 있으나, 이와 같은 발열부(6)는 일례일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 결빙방지 기화장치의 기화기(1)는 열교환 매체인 해수가 유입되는 해수인입부(10)와 해수가 배출되는 해수인출부(11)를 포함할 수 있다.
해수는 기화기(1) 내부에서 이동관(4)과 열교환 후 배출되므로 해수이동라인(12)은 해수의 이동을 위한 펌프(13)와 해수의 유량을 조절하는 밸브(60)가 포함될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 열전소자(5)는 이동관(4)을 둘러싸고, 열전소자(5)의 일측은 이동관(4)과 접촉하고, 열전소자(5)의 타측은 해수와 접촉할 수 있다.
열전소자(5)는 인출부(3)에 비하여 인입부(2)에 가깝도록 배치될 수 있다. 이는 이동관(4)을 통과하는 유체가 해수와 열교환하는 과정에서 인입부(2)로부터 인출부(3) 방향으로 갈수록 유체의 온도가 높아지기 때문이다.
즉 인출부(3) 방향으로 갈수록 이동관(4)과 해수의 온도 차이가 작아지기 때문에 열전소자(5)에서 생산되는 전력이 작아질 수 있다.
이에 비하여, 열전소자(5)가 인출부(3)에 비해 인입부(2)에 가깝도록 배치되면 상대적으로 많은 전력이 생산될 수 있다.
발열부(6)는 열전소자(5)로부터 입력받은 전력에 의해 인입부(2) 표면이 미리 설정된 제1 온도 이상 유지되도록 인입부(2) 표면을 가열시킬 수 있다. 이와 같이, 인입부(2) 표면이 가열되면 열이 인입부(2)와 인접한 이동관(4) 영역에 전달됨으로써 인입부(2)와 인접한 이동관(4) 영역이 결빙되는 것이 방지될 수 있다.
즉, 이동관(4)을 흐르는 유체와 해수 사이의 열교환을 저해하는 결빙이 방지됨으로써, 유체와 해수의 열교환이 원활하게 이루어져 기화기(1)의 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 결빙방지 기화장치는 제어부(30)를 더 포함할 수 있다.
제어부(30)는 인입부(2) 표면의 온도가 제1 온도와 제1 온도보다 높은 제2 온도 사이에서 유지되도록 열전소자(5)에서 생산된 전력을 발열부(6)로 입력 또는 차단하는 스위치제어신호를 스위치(20)에 출력할 수 있다.
한편, 인입부(2) 표면에 온도센서(31)를 설치할 수 있다. 온도센서(31)에 의해 측정된 인입부(2) 표면의 온도를 나타내는 온도센서신호는 제어부(30)에 입력될 수 있다.
제어부(30)는 인입부(2) 표면이 미리 설정된 제1 온도보다 낮을 때, 열전소자(5)에서 생산된 전력이 발열부(6)로 입력될 수 있도록 스위치(20)에 열전소자(5)와 발열부(6)를 전기적으로 연결시키는 스위치제어신호를 출력할 수 있다.
또한, 제어부(30)는 인입부(2) 표면이 제2 온도보다 높을 때, 열전소자(5)에서 생산된 전력이 발열부(6)에 입력되지 않도록 스위치(20)에 열전소자(5)와 발열부(6)를 전기적으로 차단시키는 스위치제어신호를 출력할 수 있다.
인입부(2) 표면의 온도가 제2 온도보다 높다는 것은 발열부(6)에 입력되는 전력이 과다함을 나타내고, 이로 인해 발열부(6)가 파손될 가능성이 있다.
즉, 제어부(30)는 인입부(2) 표면의 온도가 제1 온도와 제2 온도 사이에서 유지되도록 하여, 인입부(2)와 인접한 이동관(4) 영역이 결빙되는 것을 방지할 수 있고, 또한 발열부(6)가 과열로 인해 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 열전반도체의 일예를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 온도차가 있는 제1 매체와 제2 매체의 열이 열전반도체(40)의 일측 및 타측을 통하여 이동할 때 열전반도체(40)는 제백효과(Seebeck effect)를 통하여 전력을 생산할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 결빙방지 기화장치의 열전소자 사시도를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 열전반도체(40)들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 열전소자(5)가 구성될 수 있다.
열전소자(5)는 이동관(4)을 둘러싸고 있는데, 이 때 열전소자(5)의 일측은 이동관(4)과 접촉하고, 열전소자(5)의 타측은 해수와 접촉할 수 있다.
도 5 및 도 6은 스위치(20), 열전소자(5) 및 변환부(50) 사이의 배치를 나타낸다. 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 열전소자(5)에서 생산된 전력이 발열부(6)의 사용에 적합하지 않을 때 변환부(50)를 사용할 수 있다.
변환부(50)는 열전소자(5)에서 생산된 전력을 발열부(6)에 공급하기 적합한 전력으로 변환시킬 수 있다. 이와 같은 변환부(50)는 본 발명의 실시예에 따른 결빙방지 기화장치의 설치 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
예를 들어, 열전소자(5)가 생성한 전기의 전압이 발열부(6)의 정격 전압에 맞지 않을 경우 변환부(50)는 열전소자(5)의 전압을 발열부(6)의 정격 전압에 맞추기 위한 변압기 등을 포함할 수 있다.
도 5 및 도 6과 같이, 스위치(20)는 열전소자(5)와 변환부(50) 사이에 배치되거나 변환부(50)와 발열부(6) 사이에 배치될 수 있고, 또한, 제어부(30)에서 출력하는 스위치제어신호에 의해 열전소자(5)에서 생산한 전력을 발열부(50)로 입력 또는 차단시킬 수 있다.
이상에서 참조된 도면들에서 본 발명의 실시예에 따른 결빙방지 기화장치는 기화기(1)의 인입부(2)와 인접한 이동관(4) 영역이 결빙되는 것을 방지하고, 기화기(1)의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 결빙방지 기화장치는 해수와 액화연료가스의 온도 차이를 통하여 생산된 전력으로 결빙을 방지함으로써 별도의 전력 소모 없이 결빙을 방지할 수 있고, 해수의 사용 없이 결빙을 방지할 수 있어 기화기(1)의 부식 문제를 해결할 수 있다.
본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
1: 기화기 2: 인입부
3: 인출부 4: 이동관
5: 열전소자 6: 발열부
10: 해수인입부 11: 해수인출부
12: 해수이동라인 13: 펌프
20: 스위치 30: 제어부
31: 온도센서 40: 열전반도체
50: 변환부 60: 밸브

Claims (6)

  1. 액화연료가스가 인입되는 인입부와 기화연료가스가 인출되는 인출부를 연결시키는 이동관을 포함하고, 상기 이동관과 열교환하는 해수가 흐르는 공간을 제공하여 액화연료가스를 기화연료가스로 기화시키는 기화기;
    상기 이동관을 통해 이동하는 상기 액화연료가스 및 상기 기화연료가스 중 적어도 하나를 포함하는 유체와 상기 해수 사이의 온도 차이에 의해 발전 가능한 열전소자; 및
    상기 인입부 표면에 배치되어 상기 열전소자에 의하여 생성된 전력을 이용하여 상기 인입부와 인접한 상기 이동관 영역이 결빙되는 것을 방지하는 발열부; 를 포함하는 결빙방지 기화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기화기는, 상기 해수가 유입되는 해수인입부와 상기 해수가 배출되는 해수인출부를 포함하는 결빙방지 기화장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자는, 상기 인출부에 비하여 상기 인입부에 가깝도록 배치되는 결빙방지 기화장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자는 상기 이동관을 각각 둘러싸고, 상기 열전소자의 일측이 상기 이동관과 접촉하고 상기 열전소자의 타측이 상기 해수와 접촉하는 결빙방지 기화장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발열부는, 상기 인입부 표면이 미리 설정된 제1 온도 이상 유지되도록 상기 인입부 표면을 가열시키는 결빙방지 기화장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인입부 표면의 온도가 상기 제1 온도와 상기 제1온도 보다 높은 제2 온도 사이에서 유지되도록 상기 열전소자에서 생산된 전력을 상기 발열부로 입력 또는 차단하는 스위치제어신호를 스위치에 출력하는 제어부를 더 포함하는 결빙방지 기화장치.
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