KR20180081241A - 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대기 공기 기화기에 관한 것으로서, 상세하게는 가스가 지나가는 관로 내부에 홈을 형성하거나 와이어 스크린 메쉬를 설치하여 열교환 면적을 증대시킴으로써 대기 공기 기화기의 열전달량을 증대시켜 효율을 증대시킬 수 있도록 하는 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기에 관한 것이다.

Description

열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기{AMBIENT AIR VAPORIZER}

본 발명은 대기 공기 기화기에 관한 것으로서, 상세하게는 가스가 지나가는 관로 내부에 홈을 형성하거나 와이어 스크린 메쉬를 설치하여 열교환 면적을 증대시키도록 하는 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기에 관한 것이다.

액화가스는 LNG, 액화산소, 액화질소, 액화알곤, 액화암모니아, 액화이산화탄산가스, 액화산화에틸렌 등과 같이 상용온도에서 비교적 낮은 압력으로 특정온도(영하 -196~50℃)에서 액화될 수 있는 가스를 액화시켜 용기 내에 저장 또는 특정 목적으로 사용하는 액체 상태 가스를 말한다.

그리고, 대기 공기 기화기는 액화 가스 저장조에서 자동적 또는 강제적으로 배출된 초저온 액화가스를 기화시키는 장치로서 기화기에서 기화시킨 액화가스는 가스 상태로 소비처에 공급하기도 하고, 때로는 압력 용기에 충전사용하기도 한다.

초저온 액화 가스를 소비처에서 사용하기 위하여서는 일정한 상태의 온도 조건을 확보하여야 한다. 그러나 일정한 상태의 온도 조건을 확보하기 위하여서는 가온과 방열 시스템을 적절하게 조화시켜야 하며, 외부 조건도 맞추어야만 가능하다.

이러한 대기 공기 기화기의 일례로 국내 특허등록공보 제10-1506946호(고압용 대기식 초저온 가스 기화기)가 개시되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 고압용 대기식 초저온 가스 기화기는 기화기틀(10)에 설치되고, 메니폴드(30)에 연결되어 고압의 초저온 액화가스가 통과되며 오스테나이트계 스테인레스강 재질로 이루어지는 파이프(20)와, 파이프(20)과 대기 중에 열교환이 이루어지도록 하며 알루미늄합금 또는 오스테이이트계 스테인레스강 재질로 이루어진 핀튜브(40)를 포함하여서 이루어지고, 핀튜브(40)는 파이프(20)의 둘레에 밀착되는 결합보스(41)와, 결합보스(41)의 둘레에 방사상으로 복수개 형성되고 둘레에 길이방향을 방열홈(43)들이 형성되어 있는 방열핀(42)들로 이루어진다.

한편, 액화가스는 각 전열관 속을 내부를 통과하면서 외부의 온도와 전열핀과 온도차에 의한 열교환으로 내부유체의 온도가 상승하면서 기화한 가스가 상부의 매니폴드를 통하여 사용처로 보내어지게 된다.

그러나, 이러한 종래 대기 공기 기화기의 경우 파이프 내부가 원형으로 형성되어 있기 때문에 열교환 면적이 상대적으로 작은 문제점이 있다.

국내 특허등록공보 제10-1506946호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가스가 지나가는 관로 내부에 홈을 형성하거나 와이어 스크린 메쉬를 설치하여 열교환 면적을 증대시키도록 하는 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

고압의 초저온 액화가스가 통과되는 파이프와, 상기 파이프의 둘레에 결합되어 액화 가스가 대기와 열교환이 이루어지도록 하는 핀튜브로 이루어지는 대기 공기 기화기에 있어서, 상기 파이프는 열교환 면적을 증대시키도록 내측면에서 요철홈이 둘레 방향으로 연속적으로 형성된다.

여기에서 또한, 상기 요철홈은 사각형태, 사다리꼴 형태, 반구형, 원형, 다각형중 선택된 어느 하나의 형태로 형성된다.

여기에서 또, 상기 요철홈은 연결관의 연결이 가능하도록 일정 깊이 이후부터에 형성된다.

본 발명의 다른 특징은,

고압의 초저온 액화가스가 통과되는 파이프와, 상기 파이프의 둘레에 결합되어 액화 가스가 대기와 열교환이 이루어지도록 하는 핀튜브로 이루어지는 대기 공기 기화기에 있어서, 상기 파이프는 열교환 면적을 증대시키도록 내측면에서 와이어 스크린 메쉬가 부착된다.

여기에서, 상기 와이어 스크린 메쉬는 연결관의 연결이 가능하도록 일정 깊이 이후부터에 설치된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기에 따르면, 가스가 지나가는 관로 내부에 홈을 형성하거나 와이어 스크린 메쉬를 설치하여 열교환 면적을 증대시킴으로써 대기 공기 기화기의 열전달량을 증대시켜 효율을 증대시킬 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 고압용 대기식 초저온 가스 기화기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 정단면도이다.
도 5는 도 3의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6의 정단면도이다.
도 8은 도 6의 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시예들에 따른 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

《제 1실시예》

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 정단면도이며, 도 5는 도 3의 평면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 따른 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기(100)는 파이프(110)와, 핀튜브(120)로 구성된다.

먼저, 파이프(110)는 원기둥 형태로 형성되고, 오스테나이트계 스테인레스강 재질로 이루어진다.

이때, 파이프(110)는 열교환 면적을 증대시키도록 내측면에서 요철홈(111)이 둘레 방향으로 연속적으로 형성되고, 요철홈(111)은 사각형태, 사다리꼴 형태, 반구형, 원형, 다각형중 선택된 어느 하나의 형태로 형성되는 것이 바람직하며, 도면에서는 사각 형태로 도시하였고, 길이 방향으로 직선 또는 사선 형태로 형성될 수 있다.

한편, 요철홈(111)은 메니폴드 등과 같은 연결관의 연결이 가능하도록 일정 깊이 이후에 형성되는 것이 바람직하나 처음부터 형성할 수도 있고, 요철홈(111)을 형성하는 방법은 먼저 요철홈(111)을 가공한 다음 요철홈(111)의 양끝단부분을 확관시켜 형성한다.

그리고, 핀튜브(120)는 파이프(110)의 둘레에 결합되고, 파이프(110)과 대기 중에 열교환이 이루어지도록 하며, 알루미늄합금 또는 오스테나이트계 스테인레스강 재질로 이루어진다.

여기에서, 핀튜브(120)는 파이프(110)의 둘레에 밀착되는 결합보스(121)와, 결합보스(121)의 둘레에 방사상으로 복수개 형성되고, 둘레에 길이방향을 방열홈(111)이 형성되어 있는 방열핀(123)으로 이루어진다. 이때, 방열핀(123)에는 길이방향으로 복수의 방열홈(125)이 형성된다.

이하, 본 발명의 제 실시예에 따른 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 대기 공기 기화기의 효율을 구하는 공식은 Q = UㅧAㅧLMTD인데, U는 총괄전열계수이고, A는 전열면적이며, LMTD는 대수평균온도차이다.

이러한 효율은 총괄전달계수 및 전열면적과 직결되고, 공기가 저온의 액화가스와 열 교환을 하면 온도가 낮아지기 때문에 승화되어 기화기 주변에 서리가 발생하기 때문에 서리가 없는 초기상태와, 어느 정도 열 교환이 이루어진 후에 서리가 발생한 나중 상태에서 총괄전달계수 및 전열면적을 모델링을 수행하면, 총괄전달계수 및 전열면적이 증가(열 교환 효율 증가)하면 LMTD가 줄어들기 때문에 효율(Q)이 증대된다.

따라서, 본 발명에서는 전열면적(액화가스가 흐르는 통로의 면적)을 증가시켜 효율(Q)을 증대시키는 방법이 적용되었다.

즉, 파이프(110) 내에 요철홈(111)을 형성하여 면적을 증가시키면 효율(Q)이 아래의 표 1과 같이 비약적으로 증가되는 것을 확인할 수 있다.

서리가 없을 때 열전달량
파이프 내부 면적	기본	2배	3배	4배	5배
열전달량	3.653635	5.051781	5.790388	6.247072	6.557377
서리가 있을 때 열전달량
파이프 내부 면적	기본	2배	3배	4배	5배
열전달량	3.346792	4.483428	5.035775	5.400483	5.630883

표 1의 값은 파이프(110)의 반지름 0.0105m, 두께 0.00231m, 결합보스(121)의 두께 0.0029m, 방열핀(123)이 30°마다 12개이고, 두께 0.0025m, 길이 0.35992m인 조건에서 계산한 값이다.

《제 2실시예》

도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6의 정단면도이며, 도 8은 도 6의 평면도이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2실시예에 따른 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기(100)는 파이프(110)와, 핀튜브(120) 및 와어어 스크린 메쉬(130)로 구성된다.

먼저, 파이프(110)는 원기둥 형태로 형성되고, 오스테나이트계 스테인레스강 재질로 이루어진다.

그리고, 핀튜브(120)는 파이프(110)의 둘레에 결합되고, 파이프(110)과 대기 중에 열교환이 이루어지도록 하며 알루미늄합금 또는 오스테나이트계 스테인레스강 재질로 이루어진다.

여기에서, 핀튜브(120)는 파이프(110)의 둘레에 밀착되는 결합보스(121)와, 결합보스(121)의 둘레에 방사상으로 복수개 형성되고, 둘레에 길이방향을 방열홈(111)이 형성되어 있는 방열핀(123)으로 이루어진다. 이때, 방열핀(123)에는 길이방향으로 복수의 방열홈(125)이 형성된다.

또한, 와이어 스크린 메쉬(130)는 파이프(110)의 열교환 면적을 증대시키도록 파이프(110) 내측면에 전체가 부착된다.

이때, 와이어 스크린 메쉬(130)는 파이프(110)와 동일 재질로 형성되는 것이 바람직하고, 1겹 이상 겹침 부착된다.

또, 와이어 스크린 메쉬(130)는 메니폴드 등과 같은 연결관의 연결이 가능하도록 일정 깊이 이후에 부착되는 것이 바람직하다.

따라서, 와이어 스크린 메쉬(130) 역시 제 1실시예의 요철홈(111)과 동일하게 면적을 증가시키기 때문에 효율(Q)을 증가시키게 된다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

20, 110 : 파이프 40, 120 : 핀튜브
41, 121 : 결합보스 42, 123 : 방열핀
111 : 요철홈 130 : 와이어 스크린 메쉬

Claims (5)

1. 고압의 초저온 액화가스가 통과되는 파이프와, 상기 파이프의 둘레에 결합되어 액화 가스가 대기와 열교환이 이루어지도록 하는 핀튜브로 이루어지는 대기 공기 기화기에 있어서,
   상기 파이프는,
   열교환 면적을 증대시키도록 내측면에서 요철홈이 둘레 방향으로 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 요철홈은,
   사각형태, 사다리꼴 형태, 반구형, 원형, 다각형중 선택된 어느 하나의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 요철홈은,
   연결관의 연결이 가능하도록 일정 깊이 이후부터에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기.
4. 고압의 초저온 액화가스가 통과되는 파이프와, 상기 파이프의 둘레에 결합되어 액화 가스가 대기와 열교환이 이루어지도록 하는 핀튜브로 이루어지는 대기 공기 기화기에 있어서,
   상기 파이프는,
   열교환 면적을 증대시키도록 내측면에서 와이어 스크린 메쉬가 부착되는 것을 특징으로 하는 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 와이어 스크린 메쉬는,
   연결관의 연결이 가능하도록 일정 깊이 이후부터에 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환 면적이 증대된 대기 공기 기화기.

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