KR20170120302A - 열교환기 - Google Patents

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KR20170120302A
KR20170120302A KR1020160048583A KR20160048583A KR20170120302A KR 20170120302 A KR20170120302 A KR 20170120302A KR 1020160048583 A KR1020160048583 A KR 1020160048583A KR 20160048583 A KR20160048583 A KR 20160048583A KR 20170120302 A KR20170120302 A KR 20170120302A
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tunnel
gas
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temperature fluid
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이준채
유병용
정제헌
정해원
최동규
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

열교환기가 개시된다.
상기 열교환기는, 상부열교환기; 상기 상부열교환기의 아래쪽에 설치되는 하부열교환기; 상기 상부열교환기의 상단을 덮는 상부덮개; 및 상기 하부열교환기의 하단을 덮는 하부덮개;를 포함하고, 고온유체는 상기 상부열교환기 내부로 공급되어 1차로 열교환되어 냉각된 후, 상기 하부열교환기로 공급되어 2차로 열교환되어 냉각되고, 저온유체는 상기 하부열교환기 내부로 공급되어 1차로 상기 고온유체를 열교환시키는 냉매로 사용된 후, 상기 상부열교환기로 공급되어 2차로 상기 고온유체를 열교환시키는 냉매로 사용된다.

Description

열교환기{Heat Exchanger}
본 발명은 유체의 온도 및 유량 변화에도 열교환기의 효율을 유지할 수 있는 열교환기에 관한 것이다.
근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -162 ℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다. 이는 에탄 등 다른 저온 액화가스의 경우에도 마찬가지이다.
증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 및 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다. 특히, 후자의 방법을 채용한 시스템을 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)이라고 한다.
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE 및 ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.
DFDE은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.
ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다. 최근에는 연료 효율 및 추진 효율이 더 좋은 ME-GI 엔진에 대한 관심이 커지고 있는 추세이다.
도 1은 종래의 증발가스 재액화 시스템의 개략도이고, 도 3은 종래의 열교환기의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 증발가스 재액화 시스템은, 제1 열교환기(110), 압축기(200), 제2 열교환기(120), 감압장치(500), 및 기액분리기(400)를 포함한다. 압축기(200)는 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 및 다수개의 냉각기(310, 320, 330, 340, 350)를 포함한다.
종래의 증발가스 재액화 시스템에 의하면, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 제1 열교환기(110)를 통과한 후 압축기(200)에 의해 압축된다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는, 일부는 고압엔진으로 보내지고 다른 일부는 다시 제1 열교환기(110)로 보내진다. 압축기(200)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110)로 보내진 증발가스는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환되어 냉각된 후 제2 열교환기(120)로 보내지며, 압축기(200)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110)에서 1차로 냉각된 증발가스는 제2 열교환기(120)에서 2차로 냉각된 후 감압장치(500)에 의해 팽창된다. 압축기(200), 제1 열교환기(110), 제2 열교환기(120), 및 감압장치(500)를 통과한 증발가스는, 일부 또는 전부가 재액화된다.
기액분리기(400)는 감압장치(500) 후단에 설치되어, 재액화된 액화천연가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리한다. 기액분리기(400)에 의해 분리된 재액화된 액화천연가스는 저장탱크(T)로 돌려보내고, 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스는 제2 열교환기(120)로 보낸다.
기액분리기(400)에 의해 분리되어 제2 열교환기(120)로 보내진 증발가스는, 압축기(200)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110)를 통과한 유체를 냉각시키는 냉매로 사용된다. 즉, 압축기(200)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110)에 의해 1차로 냉각된 유체는, 제2 열교환기(120)에서 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스를 냉매로 2차로 냉각된다. 기액분리기(400)에 의해 분리된 후 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용된 증발가스는, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류되어 제1 열교환기(110)로 보내진다.
한편, 도 3을 참조하면, 종래의 열교환기는, 여러 단으로 분리되지 않고 하나의 단으로 구성되어, 고온유체(도 3의 실선)와 저온유체(도 3의 점선)가 하나의 단으로 구성된 열교환기에서 열교환된다.
종래의 열교환기는, 상단은 상부덮개(2)로 덮여 있고 하단은 하부덮개(4)로 덮여 있으며, 상부덮개(2)는 상부파이프(6a)와 연결되고, 하부덮개(4)는 하부파이프(6c)와 연결된다. 또한, 열교환기의 일측면의 상부는 제1 측면파이프(8a)와 연결되고, 타측면의 하부는 제2 측면파이프(8c)와 연결된다.
종래의 열교환기에 의하면, 고온유체는, 제1 측면파이프(8a)를 통해 열교환기 내부로 공급되어 저온유체와 열교환되어 냉각된 후, 제2 측면파이프(8c)를 통해 열교환기 외부로 배출되고, 저온유체는, 하부파이프(6c)를 통해 열교환기 내부로 공급되어 고온유체와 열교환되어 가열된 후, 상부파이프(6a)를 통해 열교환기 외부로 배출된다.
도 3에 도시된 종래의 열교환기가 도 1에 도시된 종래의 증발가스 재액화 시스템에 적용된 경우를 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 종래의 열교환기는 도 1의 제1 열교환기(110)로 사용될 수 있고, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 저온유체로서 제1 열교환기(110)로 공급될 수 있으며, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 고온유체로서 제1 열교환기(110)로 공급될 수 있다. 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는, 제1 열교환기(110)에서 하나의 단만을 통과하며 열교환된다.
PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger), DCHE(Diffusion-bonded Compact Heat Exchanger)는 유로를 새긴 판을 적층하는 방식의 열교환기인데, 보통 PCHE 또는 DCHE를 증발가스 재액화 시스템에서 사용한다. 그런데, PCHE나 DCHE는 유로의 직경이 1mm 내지 2mm 내외로 좁게 형성되어, 유체의 온도, 유량 등에 따라 각 유로에 유체의 유량을 균등하게 배분시키기 어려운 경우가 많다.
특히, 증발가스 재액화 시스템은 선박에 탑재된 저장탱크(T) 내부의 증발가스를 재액화시키는 시스템이므로, 저장탱크(T) 내부에서 발생되는 증발가스의 양이나, 선박의 운항 속도에 따라 엔진에서 사용되는 증발가스의 양에 따라, 열교환시키는 유체의 온도와 유량이 계속 변화한다.
따라서, 증발가스 재액화 시스템에 적용되는 열교환기의 경우, 열교환기의 각 유로에 유체의 유량을 균등하게 배분시키는 것이 더욱 어려워진다는 문제점이 있다.
본 발명은, 각 단 사이의 유로 연결을 유체의 유량 배분에 적합하게 변경할 수 있도록, 다단으로 구성된 열교환기를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 상부열교환기; 상기 상부열교환기의 아래쪽에 설치되는 하부열교환기; 상기 상부열교환기의 상단을 덮는 상부덮개; 및 상기 하부열교환기의 하단을 덮는 하부덮개;를 포함하고, 고온유체는 상기 상부열교환기 내부로 공급되어 1차로 열교환되어 냉각된 후, 상기 하부열교환기로 공급되어 2차로 열교환되어 냉각되고, 저온유체는 상기 하부열교환기 내부로 공급되어 1차로 상기 고온유체를 열교환시키는 냉매로 사용된 후, 상기 상부열교환기로 공급되어 2차로 상기 고온유체를 열교환시키는 냉매로 사용되는, 열교환기가 제공된다.
상기 열교환기는, 상기 상부열교환기의 타측면과 상기 하부열교환기의 타측면을 연결하는 연결파이프를 포함할 수 있고, 상기 고온유체는 상기 상부열교환기로부터 상기 연결파이프를 통해 상기 하부열교환기로 공급될 수 있다.
상기 열교환기는, 상기 상부열교환기의 하단을 덮는 하부덮개; 상기 하부열교환기의 상단을 덮는 상부덮개; 및 상기 상부열교환기의 하단을 덮는 하부덮개와 상기 하부열교환기의 상단을 덮는 상부덮개를 연결하는 중간파이프;를 포함할 수 있고, 상기 저온유체는 상기 하부열교환기로부터 상기 중간파이프를 통해 상기 상부열교환기로 공급될 수 있다.
상기 상부열교환기의 상단을 덮는 상부덮개 및 상기 하부열교환기의 상단을 덮는 상부덮개는 위로 볼록한 형태일 수 있고, 상기 상부열교환기의 하단을 덮는 하부덮개 및 상기 하부열교환기의 하단을 덮는 하부덮개는 아래로 볼록한 형태일 수 있다.
상기 열교환기는, 상기 상부열교환기의 하단과 상기 하부열교환기의 상단을 연결하는 터널을 포함할 수 있고, 상기 저온유체는 상기 하부열교환기로부터 상기 터널을 통해 상기 상부열교환기로 공급될 수 있다.
상기 터널의 상단은 상기 상부열교환기의 하단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있고, 상기 터널의 하단은 상기 하부열교환기의 상단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있다.
상기 상부열교환기의 수평 단면, 상기 터널의 수평 단면, 및 상기 하부열교환기의 수평 단면은 모두 동일한 가로 길이 및 세로 길이를 가지는 직사각형일 수 있고, 상기 상부열교환기, 상기 터널, 및 상기 하부열교환기가 이어진 형태는 하나의 직육면체일 수 있다.
상기 열교환기는, 상기 상부열교환기의 하단과 상기 하부열교환기의 상단을 연결하는 제2 터널을 포함할 수 있고, 상기 고온유체는 상기 상부열교환기로부터 상기 제2 터널을 통해 상기 하부열교환기로 공급될 수 있다.
상기 열교환기는, 상기 상부열교환기의 하단과 상기 하부열교환기의 상단을 연결하는 제1 터널을 포함할 수 있고, 상기 제1 터널과 상기 제2 터널은 동일 평면상에 위치할 수 있으며, 상기 저온유체는 상기 하부열교환기로부터 상기 제1 터널을 통해 상기 상부열교환기로 공급될 수 있다.
상기 제1 터널의 수평 단면은 상기 제2 터널의 수평 단면보다 넓을 수 있다.
상기 제1 터널의 상단 중 상기 제2 터널 측을 제외한 나머지는, 상기 상부열교환기의 하단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있고, 상기 제1 터널의 하단 중 상기 제2 터널 측을 제외한 나머지는, 상기 하부열교환기의 상단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있고, 상기 제2 터널의 상단 중 상기 제1 터널 측을 제외한 나머지는, 상기 상부열교환기의 하단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있고, 상기 제2 터널의 하단 중 상기 제1 터널 측을 제외한 나머지는, 상기 하부열교환기의 상단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있다.
상기 상부열교환기의 수평 단면, 상기 제1 터널의 수평 단면과 상기 제2 터널의 수평 단면이 결합된 단면, 및 상기 하부열교환기의 수평 단면은 모두 동일한 가로 길이 및 세로 길이를 가지는 직사각형일 수 있고, 상기 상부열교환기, 상기 제1 터널, 상기 제2 터널, 및 상기 하부열교환기가 이어진 형태는 하나의 직육면체일 수 있다.
상기 열교환기는, 상기 상부열교환기 하단의 일부를 덮는 하부덮개; 상기 하부열교환기 상단의 일부를 덮는 상부덮개; 및 상기 상부열교환기 하단의 일부를 덮는 하부덮개와 상기 하부열교환기 상단의 일부를 덮는 상부덮개를 연결하는 중간파이프;를 포함할 수 있고, 상기 저온유체는 상기 하부열교환기로부터 상기 중간파이프를 통해 상기 상부열교환기로 공급될 수 있다.
상기 상부열교환기 하단의 일부를 덮는 하부덮개; 상기 하부열교환기 상단의 일부를 덮는 상부덮개; 및 상기 중간파이프;가 연결된 부재는, 상기 제2 터널과 동일 평면상에 위치할 수 있다.
상기 상부열교환기 하단의 일부를 덮는 하부덮개가 상기 상부열교환기를 덮는 면적은 상기 제2 터널의 수평 단면보다 넓을 수 있고, 상기 하부열교환기 상단의 일부를 덮는 상부덮개가 상기 하부열교환기를 덮는 면적은 상기 제2 터널의 수평 단면보다 넓을 수 있다.
상기 상부열교환기, 상기 제2 터널, 및 상기 하부열교환기는 일체로 이루어진 하나의 부재일 수 있다.
상기 열교환기는 다수개의 유로판을 적층하는 방식일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 저장탱크 내부의 증발가스를 재액화 시키는 증발가스 재액화 시스템에 있어서, 상기 기재된 열교환기; 증발가스를 엔진의 요구 압력으로 압축시키는 압축기; 및 증발가스를 팽창시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스는, 상기 압축기에 의해 압축되고, 상기 열교환기에 의해 냉각되고, 상기 감압장치에 의해 팽창되어 일부 또는 전부가 재액화되고, 상기 열교환기로 공급되는 저온유체는 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스이고, 상기 열교환기로 공급되는 고온유체는 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스인, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 증발가스 재액화 시스템은, 상기 열교환기와 상기 감압장치 사이에 설치되는 제2 열교환기; 및 상기 감압장치 후단에 설치되는 기액분리기;를 포함할 수 있고, 상기 저장탱크로부터 배출된 후 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스는, 상기 열교환기에 의해 1차로 냉각되고, 상기 제2 열교환기에 의해 2차로 냉각된 후, 상기 감압장치에 의해 팽창될 수 있고, 상기 감압장치에 의해 팽창되며 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스는 상기 기액분리기에 의해 분리될 수 있고, 상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는 상기 제2 열교환기로 보내질 수 있고, 상기 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 제2 열교환기로 보내진 증발가스는, 상기 제1 열교환기에 의해 1차로 냉각된 유체를 2차로 냉각시키는 냉매로 사용될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 저장탱크 내부의 증발가스를 재액화 시키는 증발가스 재액화 시스템에 있어서, 상기 기재된 열교환기; 증발가스를 엔진의 요구 압력으로 압축시키는 압축기; 상기 열교환기 후단에 설치되는 제2 열교환기; 및 상기 제2 열교환기 후단에 설치되어 증발가스를 팽창시키는 감압장치; 및 상기 감압장치 후단에 설치되는 기액분리기;를 포함하고, 상기 열교환기로 공급되는 저온유체는 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스이고, 상기 열교환기로 공급되는 고온유체는 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스이고, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스는, 상기 압축기에 의해 압축되고, 상기 열교환기에 의해 1차로 냉각되고, 상기 제2 열교환기에 의해 2차로 냉각되고, 상기 감압장치에 의해 팽창되어 일부 또는 전부가 재액화되고, 상기 감압장치에 의해 팽창되며 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스는 상기 기액분리기에 의해 분리되고, 상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는 상기 제2 열교환기로 보내지고, 상기 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 제2 열교환기로 보내진 증발가스는, 상기 제1 열교환기에 의해 1차로 냉각된 유체를 2차로 냉각시키는 냉매로 사용되는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
본 발명의 열교환기에 의하면, 선박의 변화하는 운항 조건에서도 각 유로에 유체의 유량을 균등하게 배분시킬 수 있고, 열교환 효율을 유지할 수 있다.
도 1은 종래의 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 열교환기가 적용된 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 3은 종래의 열교환기의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예의 열교환기의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예의 열교환기의 유로판의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예의 열교환기의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예의 열교환기의 유로판의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제3 실시예의 열교환기의 개략도이다.
도 9은 본 발명의 바람직한 제3 실시예의 열교환기의 유로판의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제4 실시예의 열교환기의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제4 실시예의 열교환기의 유로판의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 제5 실시예의 열교환기의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 제5 실시예의 열교환기의 유로판의 개략도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있고, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 열교환기가 적용된 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 열교환기가 적용된 증발가스 재액화 시스템은, 도 1에 도시된 종래의 증발가스 재액화 시스템과 마찬가지로, 제1 열교환기(11), 압축기(200), 제2 열교환기(120), 감압장치(500), 및 기액분리기(400)를 포함한다. 압축기(200)는 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 및 다수개의 냉각기(310, 320, 330, 340, 350)을 포함할 수 있고, 다수개의 냉각기(310, 320, 330, 340, 350)는, 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 후단에 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250)와 교대로 설치될 수 있다.
본 발명의 열교환기가 적용된 증발가스 재액화 시스템에 의하면, 도 1에 도시된 종래의 증발가스 재액화 시스템과 마찬가지로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 제1 열교환기(11)를 통과한 후 압축기(200)에 의해 압축된다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는, 일부는 고압엔진으로 보내지고 다른 일부는 다시 제1 열교환기(11)로 보내진다. 압축기(200)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(11)로 보내진 증발가스는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환되어 냉각된 후, 제2 열교환기(120)로 보내진다.
압축기(200)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(11)에서 1차로 냉각된 증발가스는, 도 1에 도시된 종래의 경우와 마찬가지로, 제2 열교환기(120)에서 2차로 냉각된 후 감압장치(500)에 의해 팽창되며, 압축기(200), 제1 열교환기(11), 제2 열교환기(120), 및 감압장치(500)를 통과한 증발가스는, 일부 또는 전부가 재액화된다. 감압장치(500)는, 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일 수도 있고, 팽창기일수도 있다.
본 발명의 열교환기가 적용된 증발가스 재액화 시스템에 의하면, 도 1에 도시된 종래의 증발가스 재액화 시스템과 마찬가지로, 기액분리기(400)가 감압장치(500) 후단에 설치되어, 재액화된 액화천연가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하며, 기액분리기(400)에 의해 분리된 재액화된 액화천연가스는 저장탱크(T)로 돌려 보내지고, 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스는 제2 열교환기(120)로 보내진다.
기액분리기(400)에 의해 분리되어 제2 열교환기(120)로 보내진 증발가스는, 도 1에 도시된 종래의 경우와 마찬가지로, 압축기(200)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(11)를 통과한 유체를 냉각시키는 냉매로 사용된다. 즉, 압축기(200)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(11)에 의해 1차로 냉각된 유체는, 제2 열교환기(120)에서 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스를 냉매로 2차로 냉각된다. 기액분리기(400)에 의해 분리된 후 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용된 증발가스는, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류되어 제1 열교환기(11)로 보내진다.
본 발명의 열교환기가 적용된 증발가스 재액화 시스템에 의하면, 압축기(200)의 일부 실린더(210, 220)를 통과한 증발가스의 일부가 분기되어 저압엔진으로 보내질 수 있고, 저압엔진으로 보내지는 증발가스의 일부가 분기되어 가스연소장치로 보내질 수 있다.
단, 본 발명의 열교환기가 적용된 증발가스 재액화 시스템은, 종래의 증발가스 재액화 시스템과는 달리, 제1 열교환기(11)가 다단으로 구성된다. 도 2에는 제1 열교환기(11)가 2단으로 구성된 경우를 도시하였다. 이하, 본 발명의 열교환기가 2단으로 구성된 경우를 설명하나, 본 발명은 3단 이상으로 구성된 열교환기도 포함하며, 하기 실시예의 2단으로 구성된 열교환기는 3단 이상으로 구성된 열교환기에 응용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 열교환기(11)를 다단으로 구성하면, 유체의 유량 및 온도 변화에도 각 유로에 유체의 유량을 균등하게 배분시킬 수 있고, 열교환 효율을 유지할 수 있다는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예의 열교환기의 개략도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예의 열교환기의 유로판의 개략도이다. 도 5의 (a)는 고온유체가 흐르는 유로를 새긴 유로판을 개략적으로 도시한 것이고, 도 5의 (b)는 저온유체가 흐르는 유로를 새긴 유로판을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예의 열교환기(11)는, 상부열교환기(11a), 하부열교환기(11b), 중간파이프(6b), 및 연결파이프(8b)를 포함한다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)는 각각 직육면체 형태일 수 있다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)는 각각 상단은 상부덮개(2)에 의해 덮여 있고, 하단은 하부덮개(4)에 의해 덮여 있다. 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)의 상단을 각각 덮고 있는 상부덮개(2)는 위쪽으로 볼록한 형태일 수 있고, 도 3에 도시된 종래의 열교환기(110)의 상단을 덮고 있는 상부덮개(2)와 동일한 형태일 수 있다.
또한, 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)의 하단을 각각 덮고 있는 하부덮개(4)는, 아래쪽으로 볼록한 형태일 수 있고, 도 3에 도시된 종래의 열교환기(110)의 하단을 덮고 있는 하부덮개(4)와 동일한 형태일 수 있다. 하부덮개(4)가 아래쪽으로 볼록한 형태이면, 증발가스의 유로를 모아서 다음 단계로 보내줄 수 있다는 장점이 있다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 상부덮개(2)는 상부파이프(6a)와 연결되고, 하부열교환기(11b)의 하부덮개(4)는 하부파이프(6c)와 연결되며, 상부열교환기(11a)의 하부덮개(4)와 하부열교환기(11b)의 상부덮개(2)는 중간파이프(6b)에 의해 연결된다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 일측면은 제1 측면파이프(8a)와 연결되고, 하부열교환기(11b)의 일측면은 제2 측면파이프(8c)와 연결된다. 제1 측면파이프(8a)가 연결되는 상부열교환기(11a)의 일측면과, 제2 측면파이프(8c)가 연결되는 하부열교환기(11b)의 일측면은 같은 방향일 수 있다.
또한, 상부열교환기(11a)의 타측면과 하부열교환기(11b)의 타측면은 연결파이프(8b)에 의해 연결된다. 연결파이프(8b)가 연결되는 상부열교환기(11a)의 타측면과, 연결파이프(8b)가 연결되는 하부열교환기(11b)의 타측면은 같은 방향일 수 있다.
본 실시예의 열교환기(11)에 의하면, 고온유체는 제1 측면파이프(8a)를 통해 상부열교환기(11a) 내부로 공급되어 저온유체와 열교환되어 냉각된 후, 연결파이프(8b)를 통과하여 하부열교환기(11b)로 공급된다. 하부열교환기(11b)로 공급된 고온유체는 저온유체와 다시 한 번 열교환되어 냉각된 후, 제2 측면파이프(8c)를 통해 열교환기(11) 외부로 배출된다.
한편, 저온유체는 하부파이프(6c)를 통해 하부열교환기(11b) 내부로 공급되어 고온유체와 열교환되어 가열된 후, 중간파이프(6b)를 통과하여 상부열교환기(11a)로 공급된다. 상부열교환기(11a)로 공급된 저온유체는 고온유체와 다시 한 번 열교환되어 가열된 후 상부파이프(6a)를 통해 열교환기(11) 외부로 배출된다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예의 열교환기의 개략도이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예의 열교환기의 유로판의 개략도이다. 도 7의 (a)는 고온유체가 흐르는 유로를 새긴 유로판을 개략적으로 도시한 것이고, 도 7의 (b)는 저온유체가 흐르는 유로를 새긴 유로판을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예의 열교환기(11)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 상부열교환기(11a), 하부열교환기(11b), 및 연결파이프(8b)를 포함한다.
단, 본 실시예의 열교환기(11)는, 제1 실시예와는 달리, 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)를 연결하는 터널(Tunnel, 10)을 포함한다.
본 실시예의 상부열교환기(11a), 하부열교환기(11b), 및 터널(10)은 각각 직육면체 형태일 수 있다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 상단은, 제1 실시예와 마찬가지로, 상부덮개(2)에 의해 덮여 있고, 본 실시예의 하부열교환기(11b)의 하단은, 제1 실시예와 마찬가지로, 하부덮개(4)에 의해 덮여 있다.
본 실시예의 상부덮개(2)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 위쪽으로 볼록한 형태일 수 있고, 도 3에 도시된 종래의 열교환기(110)의 상부덮개(2)와 동일한 형태일 수 있다. 또한, 본 실시예의 하부덮개(4)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 아래쪽으로 볼록한 형태일 수 있고, 도 3에 도시된 종래의 열교환기(110)의 하부덮개(4)와 동일한 형태일 수 있다.
본 실시예의 터널(10)은, 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b) 사이에서 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)를 연결한다.
본 실시예의 터널(10)의 상단은, 상부열교환기(11a)의 하단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있도록 상부열교환기(11a)의 하단과 동일한 형태일 수 있고, 본 실시예의 터널(10)의 하단은, 하부열교환기(11b)의 상단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있도록 하부열교환기(11b)의 상단과 동일한 형태일 수 있다.
또한, 본 실시예의 상부열교환기(11a)의 수평 단면과, 터널(10)의 수평 단면과, 하부열교환기(11b)의 수평 단면은 모두, 동일한 가로 길이 및 세로 길이를 가지는 직사각형이고, 본 실시예의 상부열교환기(11a)와, 터널(10)과, 하부열교환기(11b)가 이어진 형태는 하나의 큰 직육면체일 수 있다.
본 실시예는 터널(10)을 포함함으로써, 제1 실시예와는 달리, 상부열교환기(11a) 하단을 덮는 하부덮개(4); 하부열교환기(11b) 상단을 덮는 상부덮개(2); 및 중간파이프(6b);를 생략할 수 있어, 제작 및 설치가 간편하다는 장점이 있다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 상부덮개(2)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 상부파이프(6a)와 연결되고, 하부열교환기(11b)의 하부덮개(4)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 하부파이프(6c)와 연결된다.
단, 상부열교환기(11a)의 하단과 하부열교환기(11b)의 상단은, 제1 실시예와는 달리, 터널(10)에 의해 연결된다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 일측면은, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 측면파이프(8a)와 연결되고, 하부열교환기(11b)의 일측면은, 제1 실시예와 마찬가지로, 제2 측면파이프(8c)와 연결된다. 제1 측면파이프(8a)가 연결되는 상부열교환기(11a)의 일측면과, 제2 측면파이프(8c)가 연결되는 하부열교환기(11b)의 일측면은, 제1 실시예와 마찬가지로, 같은 방향일 수 있다.
또한, 상부열교환기(11a)의 타측면과 하부열교환기(11b)의 타측면은, 제1 실시예와 마찬가지로, 연결파이프(8b)에 의해 연결된다. 연결파이프(8b)가 연결되는 상부열교환기(11a)의 타측면과, 연결파이프(8b)가 연결되는 하부열교환기(11b)의 타측면은, 제1 실시예와 마찬가지로, 같은 방향일 수 있다.
본 실시예의 열교환기(11)에 의하면, 고온유체는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 측면파이프(8a)를 통해 상부열교환기(11a) 내부로 공급되어 저온유체와 열교환되어 냉각된 후, 연결파이프(8b)를 통과하여 하부열교환기(11b)로 공급된다. 하부열교환기(11b)로 공급된 고온유체는 저온유체와 다시 한 번 열교환되어 냉각된 후, 제2 측면파이프(8c)를 통해 열교환기(11) 외부로 배출된다.
한편, 저온유체는, 제1 실시예와는 달리, 하부파이프(6c)를 통해 하부열교환기(11b) 내부로 공급되어 고온유체와 열교환되어 가열된 후, 터널(10)을 통과하여 상부열교환기(11a)로 공급된다. 상부열교환기(11a)로 공급된 저온유체는 고온유체와 다시 한 번 열교환되어 가열된 후 상부파이프(6a)를 통해 열교환기(11) 외부로 배출된다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제3 실시예의 열교환기의 개략도이고, 도 9는 본 발명의 바람직한 제3 실시예의 열교환기의 유로판의 개략도이다. 도 9의 (a)는 고온유체가 흐르는 유로를 새긴 유로판을 개략적으로 도시한 것이고, 도 9의 (b)는 저온유체가 흐르는 유로를 새긴 유로판을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예의 열교환기(11)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 상부열교환기(11a) 및 하부열교환기(11b)를 포함한다.
단, 본 실시예의 열교환기(11)는, 제1 실시예와는 달리, 연결파이프(8b)를 포함하지 않고, 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)를 연결하는 제1 터널(10a) 및 제2 터널(10b)을 포함한다.
본 실시예의 상부열교환기(11a), 하부열교환기(11b), 제1 터널(10a), 및 제2 터널(10b)은 각각 직육면체 형태일 수 있다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 상단은, 제1 실시예와 마찬가지로, 상부덮개(2)에 의해 덮여 있고, 본 실시예의 하부열교환기(11b)의 하단은, 제1 실시예와 마찬가지로, 하부덮개(4)에 의해 덮여 있다.
본 실시예의 상부덮개(2)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 위쪽으로 볼록한 형태일 수 있고, 도 3에 도시된 종래의 열교환기(110)의 상부덮개(2)와 동일한 형태일 수 있다. 또한, 본 실시예의 하부덮개(4)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 아래쪽으로 볼록한 형태일 수 있고, 도 3에 도시된 종래의 열교환기(110)의 하부덮개(4)와 동일한 형태일 수 있다.
본 실시예의 제1 터널(10a)과 제2 터널(10b)은, 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b) 사이에서 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)를 연결한다. 제1 터널(10a)과 제2 터널(10b)은 동일 평면상에 위치할 수 있고, 제1 터널(10a)의 일측면과 제2 터널(10b)의 타측면은 서로 접할 수 있다. 또한, 제1 터널(10a)의 수평 단면은 제2 터널(10b)의 수평 단면보다 더 넓은 면적을 가질 수 있으며, 본 실시예의 제1 터널(10a) 및 제2 터널(10b)은, 제2 실시예의 터널(10)을 칸막이로 나누어 형성된 공간일 수 있다.
본 실시예의 제1 터널(10a)의 상단 중 제2 터널(10b) 측을 제외한 나머지는, 상부열교환기(11a)의 하단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있도록 상부열교환기(11a)의 하단과 동일한 형태일 수 있고, 본 실시예의 제1 터널(10a)의 하단 중 제2 터널(10b) 측을 제외한 나머지는, 하부열교환기(11b)의 상단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있도록 하부열교환기(11b)의 상단과 동일한 형태일 수 있다.
본 실시예의 제2 터널(10b)의 상단 중 제1 터널(10a) 측을 제외한 나머지는, 상부열교환기(11a)의 하단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있도록 상부열교환기(11a)의 하단과 동일한 형태일 수 있고, 본 실시예의 제2 터널(10b)의 하단 중 제1 터널(10a) 측을 제외한 나머지는, 하부열교환기(11b)의 상단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있도록 하부열교환기(11b)의 상단과 동일한 형태일 수 있다.
또한, 본 실시예의 상부열교환기(11a)의 수평 단면과, 하부열교환기(11b)의 수평 단면은, 동일한 가로 길이 및 세로 길이를 가지는 직사각형일 수 있고, 제1 터널(10a)의 수평 단면과 제2 터널(10b)의 수평 단면을 결합한 단면은, 상부열교환기(11a) 및 하부열교환기(11b)의 수평 단면과 동일할 수 있다. 즉, 본 실시예의 상부열교환기(11a)와, 제1 터널(10a) 및 제2 터널(10b)과, 하부열교환기(11b)가 이어진 형태는 하나의 큰 직육면체일 수 있다.
본 실시예는 제1 터널(10a) 및 제2 터널(10b)을 포함함으로써, 제1 실시예와는 달리, 상부열교환기(11a) 하단을 덮는 하부덮개(4); 하부열교환기(11b) 상단을 덮는 상부덮개(2); 중간파이프(6b); 및 연결파이프(8b);를 생략할 수 있어, 제작 및 설치가 간편하다는 장점이 있다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 상부덮개(2)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 상부파이프(6a)와 연결되고, 하부열교환기(11b)의 하부덮개(4)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 하부파이프(6c)와 연결된다.
단, 상부열교환기(11a)의 하단과 하부열교환기(11b)의 상단은, 제1 실시예와는 달리, 제1 터널(10a) 및 제2 터널(10b)에 의해 연결된다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 일측면은, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 측면파이프(8a)와 연결되고, 하부열교환기(11b)의 일측면은, 제1 실시예와 마찬가지로, 제2 측면파이프(8c)와 연결된다. 제1 측면파이프(8a)가 연결되는 상부열교환기(11a)의 일측면과, 제2 측면파이프(8c)가 연결되는 하부열교환기(11b)의 일측면은, 제1 실시예와 마찬가지로, 같은 방향일 수 있다.
단, 본 실시예의 열교환기(11)는, 제1 실시예와는 달리, 상부열교환기(11a)의 타측면과 하부열교환기(11b)의 타측면을 연결하는 연결파이프(8b)를 포함하지 않는다.
본 실시예의 열교환기(11)에 의하면, 고온유체는, 제1 실시예와는 달리, 제1 측면파이프(8a)를 통해 상부열교환기(11a) 내부로 공급되어 저온유체와 열교환되어 냉각된 후, 제2 터널(10b)를 통과하여 하부열교환기(11b)로 공급된다. 하부열교환기(11b)로 공급된 고온유체는 저온유체와 다시 한 번 열교환되어 냉각된 후, 제2 측면파이프(8c)를 통해 열교환기(11) 외부로 배출된다.
한편, 저온유체는, 제1 실시예와는 달리, 하부파이프(6c)를 통해 하부열교환기(11b) 내부로 공급되어 고온유체와 열교환되어 가열된 후, 제1 터널(10a)을 통과하여 상부열교환기(11a)로 공급된다. 상부열교환기(11a)로 공급된 저온유체는 고온유체와 다시 한 번 열교환되어 가열된 후 상부파이프(6a)를 통해 열교환기(11) 외부로 배출된다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제4 실시예의 열교환기의 개략도이고, 도 11은 본 발명의 바람직한 제4 실시예의 열교환기의 유로판의 개략도이다. 도 11의 (a)는 고온유체가 흐르는 유로를 새긴 유로판을 개략적으로 도시한 것이고, 도 11의 (b)는 저온유체가 흐르는 유로를 새긴 유로판을 개략적으로 도시한 것이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 실시예의 열교환기(11)는, 제3 실시예와 마찬가지로, 상부열교환기(11a), 하부열교환기(11b), 및 제1 터널(10a)을 포함하고, 연결파이프(8b)는 포함하지 않는다.
단, 본 실시예의 열교환기(11)는, 제3 실시예와는 달리, 제2 터널(10b)이 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b) 사이에서 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)를 연결하는 것이 아니라, 상부열교환기(11a), 연결부(10c), 및 하부열교환기(11b)가 일체로 이루어진다.
즉, 본 실시예의 열교환기(11)는, 제3 실시예와 같이, 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)가 별도의 부재로 분리되고, 분리된 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)가 별도의 부재인 제2 터널(10b)에 의해 연결되는 것이 아니라, 상부열교환기(11a)와, 제3 실시예의 제2 터널(10b)에 해당되는 부분인 연결부(10c)와, 하부열교환기(11b)가 하나의 부재로 구성된다.
본 실시예의 상부열교환기(11a), 하부열교환기(11b), 제1 터널(10a), 및 연결부(10c)는 각각 직육면체 형태일 수 있다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 상단은, 제3 실시예와 마찬가지로, 상부덮개(2)에 의해 덮여 있고, 본 실시예의 하부열교환기(11b)의 하단은, 제3 실시예와 마찬가지로, 하부덮개(4)에 의해 덮여 있다.
본 실시예의 상부덮개(2)는, 제3 실시예와 마찬가지로, 위쪽으로 볼록한 형태일 수 있고, 도 3에 도시된 종래의 열교환기(110)의 상부덮개(2)와 동일한 형태일 수 있다. 또한, 본 실시예의 하부덮개(4)는, 제3 실시예와 마찬가지로, 아래쪽으로 볼록한 형태일 수 있고, 도 3에 도시된 종래의 열교환기(110)의 하부덮개(4)와 동일한 형태일 수 있다.
본 실시예의 제1 터널(10a)은, 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b) 사이에서 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)를 연결한다. 제1 터널(10a)은 연결부(10c)와 동일 평면상에 위치할 수 있고, 제1 터널(10a)의 일측면은 연결부(10c)의 타측면과 접할 수 있다. 또한, 제1 터널(10a)의 수평 단면은 연결부(10c)의 수평 단면보다 더 넓은 면적을 가질 수 있다.
본 실시예의 제1 터널(10a)의 상단 중 연결부(10c) 측을 제외한 나머지는, 상부열교환기(11a)의 하단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있도록 상부열교환기(11a)의 하단과 동일한 형태일 수 있고, 본 실시예의 제1 터널(10a)의 하단 중 연결부(10c) 측을 제외한 나머지는, 하부열교환기(11b)의 상단과 모든 둘레에서 맞닿을 수 있도록 하부열교환기(11b)의 상단과 동일한 형태일 수 있다.
또한, 본 실시예의 상부열교환기(11a)의 수평 단면과, 하부열교환기(11b)의 수평 단면은, 동일한 가로 길이 및 세로 길이를 가지는 직사각형일 수 있고, 제1 터널(10a)의 수평 단면과 연결부(10c)의 수평 단면을 결합한 형태는, 상부열교환기(11a) 및 하부열교환기(11b)의 수평 단면과 동일할 수 있다. 즉, 본 실시예의 상부열교환기(11a)와 연결부(10c)와 하부열교환기(11b)가 이어진 부재; 및 제1 터널(10a);이 결합된 형태는 하나의 큰 직육면체일 수 있다.
본 실시예는 본 실시예의 상부열교환기(11a), 연결부(10c), 및 하부열교환기(11b)를 일체로 구성하고, 제1 터널(10a)을 포함함으로써, 제3 실시예와 마찬가지로, 상부열교환기(11a) 하단을 덮는 하부덮개(4); 하부열교환기(11b) 상단을 덮는 상부덮개(2); 중간파이프(6b); 및 연결파이프(8b);를 생략할 수 있어, 제작 및 설치가 간편하다는 장점이 있다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 상부덮개(2)는, 제3 실시예와 마찬가지로, 상부파이프(6a)와 연결되고, 하부열교환기(11b)의 하부덮개(4)는, 제3 실시예와 마찬가지로, 하부파이프(6c)와 연결되며, 상부열교환기(11a)의 하단의 일부와 하부열교환기(11b)의 상단의 일부는 제1 터널(10a)에 의해 연결된다. 제1 터널(10a)에 의해 연결되지 않는 상부열교환기(11a)의 하단의 나머지 부분과, 하부열교환기(11b)의 하단의 나머지 부분은, 연결부(10c)와 일체를 이룬다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 일측면은, 제3 실시예와 마찬가지로, 제1 측면파이프(8a)와 연결되고, 하부열교환기(11b)의 일측면은, 제3 실시예와 마찬가지로, 제2 측면파이프(8c)와 연결된다. 제1 측면파이프(8a)가 연결되는 상부열교환기(11a)의 일측면과, 제2 측면파이프(8c)가 연결되는 하부열교환기(11b)의 일측면은, 제3 실시예와 마찬가지로, 같은 방향일 수 있다.
본 실시예의 열교환기(11)에 의하면, 고온유체는, 제3 실시예와는 달리, 제1 측면파이프(8a)를 통해 상부열교환기(11a) 내부로 공급되어 저온유체와 열교환되어 냉각된 후, 연결부(10c)를 통과하여 하부열교환기(11b)로 공급된다. 하부열교환기(11b)로 공급된 고온유체는 저온유체와 다시 한 번 열교환되어 냉각된 후, 제2 측면파이프(8c)를 통해 열교환기(11) 외부로 배출된다.
한편, 저온유체는, 제3 실시예와 마찬가지로, 하부파이프(6c)를 통해 하부열교환기(11b) 내부로 공급되어 고온유체와 열교환되어 가열된 후, 제1 터널(10a)을 통과하여 상부열교환기(11a)로 공급된다. 상부열교환기(11a)로 공급된 저온유체는 고온유체와 다시 한 번 열교환되어 가열된 후 상부파이프(6a)를 통해 열교환기(11) 외부로 배출된다.
도 12는 본 발명의 바람직한 제5 실시예의 열교환기의 개략도이고, 도 13은 본 발명의 바람직한 제5 실시예의 열교환기의 유로판의 개략도이다. 도 13의 (a)는 고온유체가 흐르는 유로를 새긴 유로판을 개략적으로 도시한 것이고, 도 13의 (b)는 저온유체가 흐르는 유로를 새긴 유로판을 개략적으로 도시한 것이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 실시예의 열교환기(11)는, 제4 실시예와 마찬가지로, 상부열교환기(11a)와 연결부(10c)와 하부열교환기(11b)가 이어진 부재를 포함하고, 연결파이프(8b)는 포함하지 않는다.
본 실시예의 열교환기(11)도, 제4 실시예와 마찬가지로, 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)가 별도의 부재인 것이 아니라, 상부열교환기(11a), 연결부(10c), 및 하부열교환기(11b)가 하나의 부재로 구성된다.
단, 본 실시예의 열교환기(11)는, 제4 실시예와 같이 제1 터널(10b)이 상부열교환기(11a)와 하부열교환기(11b)를 연결하는 것이 아니라, 제1 실시예와 유사하게, 상부열교환기(11a)의 하단은 하부덮개(4a)로 덮여 있고, 하부열교환기(11b)의 상단는 상부덮개(2a)로 덮여 있으며, 상부열교환기(11a) 하단을 덮는 하부덮개(4a)와 하부열교환기(11b) 상단을 덮는 상부덮개(2a)는 중간파이프(6b)에 의해 연결된다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 하단을 덮는 하부덮개(4a)는, 제1 실시예와 같이 상부열교환기(11a)의 하단을 전부 덮는 것이 아니라, 상부열교환기(11a)의 하단 중 연결부(10c)와 일체를 이루는 부분을 제외한 나머지 부분을 덮는다. 본 실시예의 하부열교환기(11b)의 상단을 덮는 상부덮개(2a)도 마찬가지로, 하부열교환기(11b)의 상단 중 연결부(10c)와 일체를 이루는 부분을 제외한 나머지 부분을 덮는다.
본 실시예의 상부열교환기(11a), 연결부(10c), 및 하부열교환기(11b)는, 제4 실시예와 마찬가지로, 각각 직육면체 형태일 수 있고, 본 실시예의 상부열교환기(11a)의 하단을 덮는 하부덮개(4a)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 아래쪽으로 볼록한 형태일 수 있으며, 본 실시예의 하부열교환기(11b)의 상단을 덮는 상부덮개(2a)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 위쪽으로 볼록한 형태일 수 있다.
단, 본 실시예의 상부열교환기(11a)의 하단을 덮는 하부덮개(4a)는, 제1 실시예에 비해 상부열교환기(11a)를 덮는 면적이 좁고, 본 실시예의 하부열교환기(11b)의 상단을 덮는 상부덮개(2a)는, 제1 실시예에 비해 하부열교환기(11b)를 덮는 면적이 좁다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 상단은, 제4 실시예와 마찬가지로, 상부덮개(2)에 의해 덮여 있고, 본 실시예의 하부열교환기(11b)의 하단은, 제4 실시예와 마찬가지로, 하부덮개(4)에 의해 덮여 있다.
본 실시예의 상부덮개(2)는, 제4 실시예와 마찬가지로, 위쪽으로 볼록한 형태일 수 있고, 도 3에 도시된 종래의 열교환기(110)의 상부덮개(2)와 동일한 형태일 수 있다. 또한, 본 실시예의 하부덮개(4)는, 제4 실시예와 마찬가지로, 아래쪽으로 볼록한 형태일 수 있고, 도 3에 도시된 종래의 열교환기(110)의 하부덮개(4)와 동일한 형태일 수 있다.
또한, 본 실시예의 상부열교환기(11a)의 수평 단면과 하부열교환기(11b)의 수평 단면은, 동일한 가로 길이 및 세로 길이를 가지는 직사각형일 수 있고, 본 실시예의 상부열교환기(11a)의 하단을 덮는 하부덮개(4a); 중간파이프(6b); 및 하부열교환기(11b)의 상단을 덮는 상부덮개(2a);가 결합된 부재는 연결부(11c)와 동일 평면상에 위치할 수 있다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 하단을 덮는 하부덮개(4a)가 덮는 상부열교환기(11a)의 표면; 및 연결부(10c)의 수평 단면;을 결합한 형태는, 상부열교환기(11a)의 수평 단면과 동일할 수 있으며, 본 실시예의 하부열교환기(11b)의 상단을 덮는 상부덮개(2a)가 덮는 하부열교환기(11b)의 표면; 및 연결부(10c)의 수평 단면;을 결합한 형태는, 하부열교환기(11b)의 수평 단면과 동일할 수 있다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 하단을 덮는 하부덮개(4a)가 상부열교환기(11a)를 덮는 면적; 및 하부열교환기(11b)의 상단을 덮는 상부덮개(2a)가 하부열교환기(11b)를 덮는 면적;은 각각, 연결부(10c)의 수평 단면보다 넓을 수 있다.
본 실시예는 본 실시예의 상부열교환기(11a), 연결부(10c), 및 하부열교환기(11b)를 일체로 구성함으로써 연결파이프(8b)를 생략할 수 있어, 제작 및 설치가 간편하다는 장점이 있다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 상부덮개(2)는, 제4 실시예와 마찬가지로, 상부파이프(6a)와 연결되고, 하부열교환기(11b)의 하부덮개(4)는, 제4 실시예와 마찬가지로, 하부파이프(6c)와 연결된다.
본 실시예의 상부열교환기(11a)의 일측면은, 제4 실시예와 마찬가지로, 제1 측면파이프(8a)와 연결되고, 하부열교환기(11b)의 일측면은, 제4 실시예와 마찬가지로, 제2 측면파이프(8c)와 연결된다. 제1 측면파이프(8a)가 연결되는 상부열교환기(11a)의 일측면과, 제2 측면파이프(8c)가 연결되는 하부열교환기(11b)의 일측면은, 제4 실시예와 마찬가지로, 같은 방향일 수 있다.
본 실시예의 열교환기(11)에 의하면, 고온유체는, 제4 실시예와 마찬가지로, 제1 측면파이프(8a)를 통해 상부열교환기(11a) 내부로 공급되어 저온유체와 열교환되어 냉각된 후, 연결부(10c)를 통과하여 하부열교환기(11b)로 공급된다. 하부열교환기(11b)로 공급된 고온유체는 저온유체와 다시 한 번 열교환되어 냉각된 후, 제2 측면파이프(8c)를 통해 열교환기(11) 외부로 배출된다.
한편, 저온유체는, 제4 실시예와는 달리, 하부파이프(6c)를 통해 하부열교환기(11b) 내부로 공급되어 고온유체와 열교환되어 가열된 후, 중간파이프(6b)를 통과하여 상부열교환기(11a)로 공급된다. 상부열교환기(11a)로 공급된 저온유체는 고온유체와 다시 한 번 열교환되어 가열된 후 상부파이프(6a)를 통해 열교환기(11) 외부로 배출된다.
도 2, 및 도 4 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 열교환기(11)로 공급되는 저온유체는, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스; 또는 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와, 기액분리기(400)에 의해 분리된 후 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용된 유체가 합류된 흐름;일 수 있고, 본 발명의 열교환기(11)로 공급되는 고온유체는, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스일 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110, 120, 11: 열교환기 200 : 압축기
210, 220, 230, 240, 250 : 압축실린더
310, 320, 330, 340, 350 : 냉각기
400 : 기액분리기 500 : 감압장치
11a : 상부열교환기 11b : 하부열교환기
2, 2a : 상부덮개 4, 4a : 하부덮개
6a : 상부파이프 6b : 중간파이프
6c : 하부파이프 8a, 8c : 측면파이프
8b : 연결파이프 10, 10a, 10b : 터널
10c : 연결부

Claims (20)

  1. 상부열교환기;
    상기 상부열교환기의 아래쪽에 설치되는 하부열교환기;
    상기 상부열교환기의 상단을 덮는 상부덮개; 및
    상기 하부열교환기의 하단을 덮는 하부덮개;를 포함하고,
    고온유체는 상기 상부열교환기 내부로 공급되어 1차로 열교환되어 냉각된 후, 상기 하부열교환기로 공급되어 2차로 열교환되어 냉각되고,
    저온유체는 상기 하부열교환기 내부로 공급되어 1차로 상기 고온유체를 열교환시키는 냉매로 사용된 후, 상기 상부열교환기로 공급되어 2차로 상기 고온유체를 열교환시키는 냉매로 사용되는, 열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부열교환기의 타측면과 상기 하부열교환기의 타측면을 연결하는 연결파이프를 포함하고,
    상기 고온유체는 상기 상부열교환기로부터 상기 연결파이프를 통해 상기 하부열교환기로 공급되는, 열교환기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부열교환기의 하단을 덮는 하부덮개;
    상기 하부열교환기의 상단을 덮는 상부덮개; 및
    상기 상부열교환기의 하단을 덮는 하부덮개와 상기 하부열교환기의 상단을 덮는 상부덮개를 연결하는 중간파이프;를 포함하고,
    상기 저온유체는 상기 하부열교환기로부터 상기 중간파이프를 통해 상기 상부열교환기로 공급되는, 열교환기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 상부열교환기의 상단을 덮는 상부덮개 및 상기 하부열교환기의 상단을 덮는 상부덮개는 위로 볼록한 형태이고,
    상기 상부열교환기의 하단을 덮는 하부덮개 및 상기 하부열교환기의 하단을 덮는 하부덮개는 아래로 볼록한 형태인, 열교환기.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부열교환기의 하단과 상기 하부열교환기의 상단을 연결하는 터널을 포함하고,
    상기 저온유체는 상기 하부열교환기로부터 상기 터널을 통해 상기 상부열교환기로 공급되는, 열교환기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 터널의 상단은 상기 상부열교환기의 하단과 모든 둘레에서 맞닿고,
    상기 터널의 하단은 상기 하부열교환기의 상단과 모든 둘레에서 맞닿는, 열교환기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 상부열교환기의 수평 단면, 상기 터널의 수평 단면, 및 상기 하부열교환기의 수평 단면은 모두 동일한 가로 길이 및 세로 길이를 가지는 직사각형이고,
    상기 상부열교환기, 상기 터널, 및 상기 하부열교환기가 이어진 형태는 하나의 직육면체인, 열교환기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부열교환기의 하단과 상기 하부열교환기의 상단을 연결하는 제2 터널을 포함하고,
    상기 고온유체는 상기 상부열교환기로부터 상기 제2 터널을 통해 상기 하부열교환기로 공급되는, 열교환기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 상부열교환기의 하단과 상기 하부열교환기의 상단을 연결하는 제1 터널을 포함하고,
    상기 제1 터널과 상기 제2 터널은 동일 평면상에 위치하며,
    상기 저온유체는 상기 하부열교환기로부터 상기 제1 터널을 통해 상기 상부열교환기로 공급되는, 열교환기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 터널의 수평 단면은 상기 제2 터널의 수평 단면보다 넓은, 열교환기.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 터널의 상단 중 상기 제2 터널 측을 제외한 나머지는, 상기 상부열교환기의 하단과 모든 둘레에서 맞닿고,
    상기 제1 터널의 하단 중 상기 제2 터널 측을 제외한 나머지는, 상기 하부열교환기의 상단과 모든 둘레에서 맞닿고,
    상기 제2 터널의 상단 중 상기 제1 터널 측을 제외한 나머지는, 상기 상부열교환기의 하단과 모든 둘레에서 맞닿고,
    상기 제2 터널의 하단 중 상기 제1 터널 측을 제외한 나머지는, 상기 하부열교환기의 상단과 모든 둘레에서 맞닿는, 열교환기.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 상부열교환기의 수평 단면, 상기 제1 터널의 수평 단면과 상기 제2 터널의 수평 단면이 결합된 단면, 및 상기 하부열교환기의 수평 단면은 모두 동일한 가로 길이 및 세로 길이를 가지는 직사각형이고,
    상기 상부열교환기, 상기 제1 터널, 상기 제2 터널, 및 상기 하부열교환기가 이어진 형태는 하나의 직육면체인, 열교환기.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 상부열교환기 하단의 일부를 덮는 하부덮개;
    상기 하부열교환기 상단의 일부를 덮는 상부덮개; 및
    상기 상부열교환기 하단의 일부를 덮는 하부덮개와 상기 하부열교환기 상단의 일부를 덮는 상부덮개를 연결하는 중간파이프;를 포함하고,
    상기 저온유체는 상기 하부열교환기로부터 상기 중간파이프를 통해 상기 상부열교환기로 공급되는, 열교환기.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 상부열교환기 하단의 일부를 덮는 하부덮개; 상기 하부열교환기 상단의 일부를 덮는 상부덮개; 및 상기 중간파이프;가 연결된 부재는, 상기 제2 터널과 동일 평면상에 위치하는, 열교환기.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 상부열교환기 하단의 일부를 덮는 하부덮개가 상기 상부열교환기를 덮는 면적은 상기 제2 터널의 수평 단면보다 넓고,
    상기 하부열교환기 상단의 일부를 덮는 상부덮개가 상기 하부열교환기를 덮는 면적은 상기 제2 터널의 수평 단면보다 넓은, 열교환기.
  16. 청구항 8 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부열교환기, 상기 제2 터널, 및 상기 하부열교환기는 일체로 이루어진 하나의 부재인, 열교환기.
  17. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기는 다수개의 유로판을 적층하는 방식인, 열교환기.
  18. 저장탱크 내부의 증발가스를 재액화 시키는 증발가스 재액화 시스템에 있어서,
    청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 열교환기;
    증발가스를 엔진의 요구 압력으로 압축시키는 압축기; 및
    증발가스를 팽창시키는 감압장치;를 포함하고,
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스는, 상기 압축기에 의해 압축되고, 상기 열교환기에 의해 냉각되고, 상기 감압장치에 의해 팽창되어 일부 또는 전부가 재액화되고,
    상기 열교환기로 공급되는 저온유체는 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스이고,
    상기 열교환기로 공급되는 고온유체는 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스인, 증발가스 재액화 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 열교환기와 상기 감압장치 사이에 설치되는 제2 열교환기; 및
    상기 감압장치 후단에 설치되는 기액분리기;를 포함하고,
    상기 저장탱크로부터 배출된 후 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스는, 상기 열교환기에 의해 1차로 냉각되고, 상기 제2 열교환기에 의해 2차로 냉각된 후, 상기 감압장치에 의해 팽창되고,
    상기 감압장치에 의해 팽창되며 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스는 상기 기액분리기에 의해 분리되고,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는 상기 제2 열교환기로 보내지고,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 제2 열교환기로 보내진 증발가스는, 상기 제1 열교환기에 의해 1차로 냉각된 유체를 2차로 냉각시키는 냉매로 사용되는, 증발가스 재액화 시스템.
  20. 저장탱크 내부의 증발가스를 재액화 시키는 증발가스 재액화 시스템에 있어서,
    청구항 16에 기재된 열교환기;
    증발가스를 엔진의 요구 압력으로 압축시키는 압축기;
    상기 열교환기 후단에 설치되는 제2 열교환기; 및
    상기 제2 열교환기 후단에 설치되어 증발가스를 팽창시키는 감압장치; 및
    상기 감압장치 후단에 설치되는 기액분리기;를 포함하고,
    상기 열교환기로 공급되는 저온유체는 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스이고,
    상기 열교환기로 공급되는 고온유체는 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스이고,
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스는, 상기 압축기에 의해 압축되고, 상기 열교환기에 의해 1차로 냉각되고, 상기 제2 열교환기에 의해 2차로 냉각되고, 상기 감압장치에 의해 팽창되어 일부 또는 전부가 재액화되고,
    상기 감압장치에 의해 팽창되며 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스는 상기 기액분리기에 의해 분리되고,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는 상기 제2 열교환기로 보내지고,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 제2 열교환기로 보내진 증발가스는, 상기 제1 열교환기에 의해 1차로 냉각된 유체를 2차로 냉각시키는 냉매로 사용되는, 증발가스 재액화 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190098319A (ko) * 2018-02-14 2019-08-22 주식회사 동화엔텍 선박용 증발가스 재액화 시스템
KR20220120300A (ko) * 2021-02-23 2022-08-30 한국원자력연구원 인쇄기판형 증기발생기 및 이를 구비하는 원전

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