KR20180102004A

KR20180102004A - 기화장치

Info

Publication number: KR20180102004A
Application number: KR1020180020455A
Authority: KR
Inventors: 토시히로 히라야마; 준지 야마자키
Original assignee: 스미토모 세이미츠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2018-09-14
Also published as: JP6887830B2; JP2018146033A; KR102515452B1

Abstract

본 발명은, 새로운 구조의 기화장치를 제공하는 것이다.
기화장치(수중 연소식 기화장치(1))는, 수조(11)와, 고온가스를, 기포분출공(22)을 통해 수중으로 분출시키도록 구성된 기포분출기구(2)와, 수조 내에서 수직방향으로 연장 설치된 다운커머(13)와, 전열관(31)을 가지며 또한, 전열관 안을 흐르는 저온 액화가스를 기화시키도록 구성된 열교환기(3)를 구비한다. 전열관은, 다운커머의 주위를 둘러싸도록, 다운커머의 하부로부터 상부를 향해 나선형으로 설치된다.

Description

기화장치{VAPORIZER}

여기에 개시하는 기술은 수중 연소식 기화장치와 같은 고온가스를 이용하는 기화장치에 관한 것이다.

특허문헌 1에는 기화장치의 일례로서 수중 연소식 기화장치가 기재되었다. 이 수중 연소식 기화장치는, 직육면체형 수조 내에 수직방향으로 다단 굽힘 성형된 전열관이 수평방향으로 다수 나열 설치됨으로써 구성된 열교환기를 구비하였다. 수조 내에는, 버너의 연소에 의한 고온가스를 기포로서 수중으로 분출시키는 기포분출기구가 설치되었다. 기포분출기구는, 수조 내 바닥부에, 수평방향으로 연장 설치된 매니폴드(manifold)와, 매니폴드에 직교하도록 접속되고 또한 매니폴드의 길이방향으로 다수 나열 설치된 스파지 파이프(sparge pipe)를 가지고 구성되었다. 기포분출기구로부터 분출된 기포에 의해 물이 교반됨과 더불어 가열됨으로써, 전열관 안을 흐르는 극저온의 액화가스가 기화된다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 2015－169357호 공보

그런데, 특허문헌 1에 기재된 수중 연소식 기화장치는 기화 능력이 비교적 큰 장치이다. 여기서 말하는 “기화 능력”은, 예를 들어 수중 연소식 기화장치가 단위 시간당 공급할 수 있는 기화된 가스량을 의미하는 것으로 하여도 된다. 이에 반해, 기화 능력이 작은 이른바 소형의 수중 연소식 기화장치는, 특허문헌 1에 기재된 구조의 수중 연소식 기화장치를 단순히 작게 한 것만으로는 기화장치로서 성립되지 않는 점을 본원 발명자들은 깨달았다.

즉, 수중 연소식 기화장치의 열교환기는, 극저온의 액화가스가 전열관 안을 통과하는 동안 기화되어 상온까지 승온되기 때문에, 전열관은 어느 정도 이상의 길이를 필요로 한다. 여기서, 특허문헌 1에 기재된 수중 연소식 기화장치에서는, 전열관을 수직방향으로 다단 굽힘 변형함으로써 그 길이를 길게 하였다. 수직방향으로 다단 굽힘 변형된 전열관을 수평방향으로 나열 설치함으로써 구성한 열교환기에서, 수중 연소식 기화장치의 기화 능력을 작게 하고자 하면 전열관의 길이를 짧게 하는 데에는 제한이 있기 때문에, 전열관의 수를 적게 해야 한다. 전열관의 수가 적어지면, 전열관의 나열방향으로 열교환기가 작아진다. 즉, 열교환기의 폭이 좁아진다.

또, 특허문헌 1에 기재된 구조의 수중 연소식 기화장치는, 매니폴드와 복수의 스파지 파이프를 직교하도록 접속함으로써 기포분출기구를 구성하였다. 수중 연소식 기화장치의 기화 능력을 작게 하면 버너의 연소도 작아도 되며, 결과적으로 연소에 필요한 공기도 소량으로 충분하다. 그러나 기포분출기구가 전술한 구성인 채로 적은 공기를 흐르게 하면 특정 스파지 파이프에 연소가스가 편류되어 버려 열교환 성능이 저하되어 버린다는 문제가 있다.

또, 스파지 파이프를 짧게 함과 더불어, 짧아진 스파지 파이프를 폭이 좁은 열교환기 하에 배치했다 하더라도, 어느 정도의 편류는 발생하는 것으로 생각할 수 있다. 또한, 기포분출기구 및 열교환기를 각각 소형화한 형태로 하여도, 짧아진 스파지 파이프의 길이나, 좁게 한 열교환기의 폭에 비례할 정도로 수조의 체적은 작아지지 않아 공간 효율이 악화된다. 여기서, 공간 효율이란, 수중 연소식 기화장치의 기화 능력에 비해, 과대한 토목 공사나 구조 부재가 필요하게 되는 것을 가리킨다.

따라서, 기화 능력이 작은 소형의 수중 연소식 기화장치는, 지금까지와는 구조가 전혀 다른 새로운 구조를 채용해야 한다. 또한, 전술한 과제의 적어도 일부는, 수중 연소식 기화장치로 한정되는 것이 아니며, 고온가스를 이용하는 기화장치 전반에도 해당된다.

여기에 개시하는 기술은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는 새로운 구조의 기화장치를 제공하는 데 있다.

구체적으로, 여기에 개시하는 기술은 기화장치에 관한 것이다. 이 기화장치는, 수조와, 상기 수조 내에 설치되고 또한, 고온가스를, 기포분출공을 통해 수중으로 분출시키도록 구성된 기포분출기구와, 상기 수조 내에서 수직방향으로 연장 설치되고 또한, 상기 기포분출기구로 상기 고온가스를 유도하도록 구성된 다운커머(downcomer)와, 상기 수조 내에 침지된 전열관을 가지며 또한, 상기 기포분출기구로부터 분출된 기포에 의한 물의 교반 및 가열에 의해, 상기 전열관 안을 흐르는 저온 액화가스를 기화시키도록 구성된 열교환기를 구비하고, 상기 열교환기의 상기 전열관은, 상기 다운커머의 주위를 둘러싸도록, 상기 다운커머의 하부로부터 상부를 향해, 나선형으로 설치된다.

이 구성에 의하면, 전열관을 나선형으로 함으로써, 전열관의 길이가 길어진다. 기포분출공으로부터 분출된 기포가, 수조 내의 물을 교반함과 더불어 물을 가열함으로써, 전열관 안을 흐르는 저온 액화가스는 기화된다. 여기서, “나선”은, 다운커머의 주위를 회전하면서 수직방향으로 상승하는 곡선을 의미한다.

나선형의 전열관은 다운커머의 주위를 둘러싸도록 설치된다. 다운커머와 열교환기를 공간 효율 좋게 설치함으로써, 기화장치를 콤팩트하게 구성할 수 있다. 기화장치의 새로운 구조는 특히, 전열관의 수가 적을 때 공간을 효율적으로 활용하여 열교환기를 설치함에 있어 유리하다. 단, 이 구성의 기화장치는 기화 능력이 작은 기화장치로 한정되지 않는다.

상기 기포분출기구는, 복수의 상기 기포분출공이 둘레면에 형성된 스파지 파이프로 구성되고, 상기 스파지 파이프는, 상기 다운커머로부터 지름방향의 바깥쪽을 향해 연장되도록 상기 다운커머 하부에 접속되어도 된다.

이와 같이 함으로써, 스파지 파이프의 기포분출공으로부터 분출된 기포는, 다운커머의 주위를 다운커머를 따라 위쪽으로 부상하므로, 다운커머의 주위에 설치된 나선형의 전열관에 기포가 효율적으로 부딪치게 된다. 그 결과, 열교환기의 효율이 향상된다.

상기 스파지 파이프는, 상기 다운커머의 둘레방향으로 등각도 간격을 두고 복수 개 설치되어도 된다.

이와 같이 함으로써, 스파지 파이프는 다운커머를 중심으로 방사형으로 설치된다. 다운커머로부터 복수 개의 스파지 파이프로 고온가스가 균등하게 분배된다. 그리고, 둘레방향으로 균등하게 설치된 스파지 파이프로부터 다운커머의 주위로, 기포를 둘레방향으로 균등하게 분출시킬 수 있다. 그 결과 나선형의 전열관에 대해, 기포가 둘레방향으로 균등하게 부딪치게 되므로 열교환기의 효율이 한층 더 향상된다.

상기 기화장치는, 상기 다운커머의 주위에 설치되고 또한, 상기 전열관의 도중 부분을 지지하도록 구성된 서포터를 구비하고, 상기 서포터의 설치 위치는, 상기 스파지 파이프의 설치 위치를 기준으로 둘레방향으로 어긋나도 된다.

다운커머의 주위에 설치되는 서포터를, 스파지 파이프의 설치 위치를 기준으로 둘레방향으로 어긋나게 설치함으로써, 스파지 파이프로부터 분출된 기포와 서포터가 간섭하지 않는다. 기포는 전열관에 부딪치게 되므로, 열교환기의 효율이 향상된다.

상기 서포터는, 상기 다운커머의 주위에서, 지름방향으로 연장됨과 더불어, 상기 다운커머를 따라 수직방향으로 연장되는 판상 부재이며, 상기 전열관이 판두께방향으로 관통하는 지지공을 가지고, 상기 서포터는 또한, 상기 다운커머의 주위에서 둘레방향으로 등각도 간격을 두고 복수 설치되며, 상기 스파지 파이프는, 인접하는 상기 서포터와 상기 서포터 사이에 상당하는 영역 내에, 적어도 1개 설치되어도 된다.

판상의 서포터를, 다운커머의 주위에서 둘레방향으로 등각도 간격을 두고 복수 설치함으로써, 다운커머의 주위에, 나선형으로 설치된 전열관을 적절히 지지할 수 있다.

판상의 서포터가 간격을 두고 복수 설치됨으로써, 다운커머의 주위는 복수의 영역으로 구분된다. 영역과 영역 사이가 서포터에 의해 구획되므로, 물 및 기포가 영역과 영역 사이를 왕래하기 어려워진다. 상기 구성에서는, 인접하는 서포터와 서포터 사이에 상당하는 영역 내에, 적어도 1개의 스파지 파이프를 설치하므로, 복수 영역 각각에서 전열관에 기포가 부딪치게 된다. 그 결과, 다운커머의 주위가 복수 영역으로 구분되어도, 나선형의 전열관에 대해, 둘레방향으로 균등하게 기포를 부딪치게 할 수 있으므로 열교환기의 효율이 향상된다.

상기 기화장치는, 상기 전열관의 외부 둘레에, 수직방향으로 연장되고 또한, 상기 열교환기를 둘러싸도록 구성된 포위부를 구비하고, 상기 포위부는, 상기 수조 내를, 기포가 상승함과 더불어 상기 열교환기가 설치된 영역과, 당해 영역보다 지름방향 바깥쪽 영역으로 구획하여도 된다.

포위부는, 기포분출기구로부터 분출된 기포가 지름방향 바깥쪽으로 흐르는 것을 억제한다. 이에 따라, 포위부 안에 설치된 나선형의 전열관에, 기포가 효율 좋게 부딪치게 되므로 열교환기의 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 수조는, 바닥이 있는 원통 형태여도 된다.

다운커머 주위에 설치된 나선형의 전열관에 대응하여, 수조를 바닥이 있는 원통 형태로 구성함으로써, 수조를 포함한 기화장치 전체가 콤팩트하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 상기 기화장치에 의하면 열교환기를 구성하는 전열관을 다운커머의 주위를 둘러싸도록 다운커머의 하부로부터 상부를 향해 나선형으로 설치함으로써, 전열관을 소정 이상의 길이로 하면서도 다운커머와 열교환기를 공간 효율 좋게 설치함으로써, 기화장치를 콤팩트하게 구성할 수 있다.

도 1은, 수중 연소식 기화장치의 구성예를 나타낸 정면에서 본 단면도.
도 2는, 수중 연소식 기화장치의 구성예를 나타낸 위에서 본 단면도.
도 3은, 기포분출기구를 구성하는 스파지 파이프의 설치 구성을 예시한 위에서 본 단면도.
도 4는, 전열관의 설치 구성을 예시한 정면도.
도 5는, 전열관의 서포터와 스파지 파이프의 설치 구성을 예시한 평면도.
도 6은, 기포분출기구의 변형예를 나타낸 사시도.

이하, 기화장치의 실시예를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 기화장치의 일례이다. 도 1은, 기화장치의 하나인 수중 연소식 기화장치(1)의 전체 구성을 예시한 정면에서 본 단면도이고, 도 2는, 수중 연소식 기화장치(1)의 전체 구성을 예시한 위에서 본 단면도이다. 그리고, 도 1에서는, 수중 연소식 기화장치(1)의 구성을 이해하기 쉽도록 전열관(31)의 일부 도시를 생략한다. 수중 연소식 기화장치(1)는 극저온 액화가스 기화장치 중 하나이다. 여기서 예시하는 수중 연소식 기화장치(1)는, 액화 천연가스(LNG)를 기화시켜 천연가스(NG)가 되도록 구성된다. 이 장치는, 액화 천연가스뿐만 아니라 그 밖의 액화가스의 기화에도 사용할 수 있다. 또, 이 장치는 가스히터로서도 사용할 수 있다.

수중 연소식 기화장치(1)는, 수조(11)와, 수조(11) 안에 침지된 열교환기(3)와, 수조(11) 내에 설치된 다운커머(13)와, 고온가스를 기포분출공(22)을 통해 수중으로 분출시키는 기포분출기구(2)를 구비한다. 여기서 도시는 생략하나, 수중 연소식 기화장치(1)는, 이 밖에도 후술하는 버너(15)에 공기를 공급하는 블로워(blower)나 전열관(31)으로 LNG를 공급하는 공급원 등의 부대 설비를 구비한다.

수조(11)는 바닥이 있는 원통 형태이다. 수조(11)의 크기는 수중 연소식 기화장치(1)의 기화 능력 크기에 맞게 적절히 설정할 수 있다. 덮개판(14)은 수조(11)의 상단 개구를 막는다. 덮개판(14)은 복수의 개구를 가진다. 후술하는 다운커머(13)나, LNG의 유입관(33) 및 NG의 유출관(36)은, 덮개판(14)의 개구를 관통한다.

다운커머(13)는, 수조(11)의 중심 위치에서 수직방향으로 연장 설치된다. 다운커머(13)의 하단부는, 수조(11) 내에 설치한 마운트(16)로 지지된다. 다운커머(13)의 상단에는 버너(15)가 설치된다. 버너(15)는, 연료공급원으로부터 공급되는 연료와 블로워를 통해 공급되는 공기를 연소시키도록 구성된다. 연료는 수중 연소식 기화장치(1)가 기화시킨 NG의 일부를 이용하여도 된다. 도시한 예의 수중 연소식 기화장치(1)에서 버너(15)는, 화염을 하향으로 분출시키도록 구성된다. 연소가스(즉, 고온가스)는, 버너(15)로부터 다운커머(13)를 향해 하향으로 흐른다.

여기서 도시는 생략하나 버너(15)의 설치 위치는 다운커머(13) 상단으로 한정되지 않는다. 버너(15)는 임의의 위치에 설치되는 것이 가능하다. 그 경우, 버너(15)와, 수조(11) 내에서 수직방향으로 연장 설치되는 다운커머(13)와의 사이를 적절히 접속시킴으로써, 버너(15)의 연소가스를 다운커머(13)의 상단으로 유도하면 된다. 또, 버너(15)가 화염을 분출시키는 방향은, 버너(15)의 설치 위치에 관계없이 상향이어도 되고 하향이어도 된다. 즉, 여기서 개시하는 기술에서 다운커머(13)는, 버너(15)로부터의 고온가스를 수조(11) 내의 바닥부로 유도하도록 수조(11) 내에서 수직방향으로 연장 설치된 관이면 된다.

도 3은, 기포분출기구(2)의 구성을 나타낸다. 기포분출기구(2)는, 복수 개의(도면 예에서는 6개의) 스파지 파이프(21)를 구비하여 구성된다.

스파지 파이프(21)는, 도 1∼3에 나타내는 바와 같이, 다운커머(13)의 하단부에, 다운커머(13)에 직접 접속된다. 스파지 파이프(21)는, 다운커머(13)의 둘레면으로부터 지름방향의 바깥쪽을 향해 연장되도록 다운커머(13)에 접속된다. 6개의 스파지 파이프(21)는, 다운커머(13)의 둘레방향으로 등각도 간격을 두고 설치된다. 따라서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 위에서 봤을 때, 복수 개의 스파지 파이프(21)는, 다운커머(13)를 중심으로 방사형으로 설치된다. 여기서, 스파지 파이프(21)의 수는 적절하게 조정할 수 있다.

각 스파지 파이프(21)는 그 선단이 폐색된다. 각 스파지 파이프(21)의 둘레면에는 복수의 기포분출공(22)이 형성된다. 기포분출공(22)은, 스파지 파이프(21)의 기단부에서 선단까지에 걸쳐 형성된다. 복수의 기포분출공(22)은, 도 3의 예에서는, 스파지 파이프(21)의 상방향 둘레면에서 거의 균등하게 엇갈리게 배치된다. 기포분출공(22)의 배치 구성에 대해 특별히 제한은 없고, 복수의 기포분출공(22)은 적절한 구성으로 배치하면 된다. 또, 기포분출공(22)의 수도 특별히 제한은 없고, 기포분출공(22)의 수는 적절히 조정할 수 있다. 기포분출공(22)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 스파지 파이프(21)의 둘레면에 상방향으로 형성하는 것 이외에도, 스파지 파이프(21)의 둘레면에 횡방향으로 형성하거나 하방향으로 형성할 수 있다. 또한, 모든 기포분출공(22)의 지름 크기는 동일할 필요는 없다. 기포분출공(22)의 지름 크기는 달라도 된다.

다운커머(13) 내부를, 위에서 아래를 향해 흐르는 고온가스는, 다운커머(13)의 하단부에서 복수 개의 스파지 파이프(21) 각각으로 유입된다. 복수 개의 스파지 파이프(21)는 둘레방향으로 등각도 간격을 두고 설치되므로, 고온가스는 복수 개의 스파지 파이프(21)로 균등하게 분배되어 각 스파지 파이프(21)로 유입된다. 각 스파지 파이프(21)로 유입된 고온가스는, 복수의 기포분출공(22)의 각각에서 수중으로 분출된다. 분출된 고온가스는 기포가 되어 다운커머(13)의 주위를 부상한다. 기포는 물을 교반함과 더불어 물을 가열한다. 전술한 바와 같이, 고온가스가, 복수 개의 스파지 파이프(21)로 균등하게 분배됨과 더불어, 복수 개의 스파지 파이프(21)가 다운커머(13)의 둘레방향으로 등각도 간격으로 배치되므로, 부상하는 기포량 또한, 다운커머(13)의 둘레방향으로 균등해진다.

도 4는, 열교환기(3)의 구성을 나타낸다. 열교환기(3)는, 일단으로부터 LNG가 유입됨과 더불어, 도중에 기화된 천연가스(NG)가 타단으로부터 유출되는 전열관(31)을 다수 개 구비한다.

각 전열관(31)은, 수조(11) 내 바닥부에서 유입헤더탱크(32)에 접속된다. 유입헤더탱크(32)는, 수조(11) 내 바닥부에서 수평방향으로 연장 설치된다. 유입헤더탱크(32)의 일단부에 LNG의 유입관(33)이 접속된다. LNG의 유입관(33)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 수조(11) 내를 위에서 아래를 향해 연장된다. LNG의 유입관(33)은, 도시하는 않는 LNG 공급원에 접속된다.

도 4에 예시하는 바와 같이, 유입헤더탱크(32)에는 3개의 분배관(34)이 접속된다. 전열관(31)은, 분배관(34)을 개재하여 유입헤더탱크(32)에 접속된다. 3개의 분배관(34)은, 유입헤더탱크(32)가 연장되는 방향(즉, 도 2의 지면(紙面) 상하방향)으로 나열 배치된다. 3개의 분배관(34)은 각각, 유입헤더탱크(32)에 직교하도록 유입헤더탱크(32)에 접속된다. 이하에서, 3개의 분배관(34)을 구별하여 설명할 경우는, 설명의 편의상 제 1 분배관(341), 제 2 분배관(342) 및 제 3 분배관(343)이라 칭한다.

제 1 분배관(341)에는 2개의 전열관(31)이 접속되고, 제 2 분배관(342) 및 제 3 분배관(343)에는 각각 3개의 전열관(31)이 접속된다. 각 분배관(34)에 접속된 복수 개의 전열관(31)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 분배관(34)이 연장되는 방향(즉, 도 1의 지면 좌우방향)으로 나열 배치되고, 각각, 분배관(34)에 직교하도록 분배관(34)에 접속된다.

제 1 분배관(341)에 접속된 2개의 전열관(31)은 위쪽으로 연장된 후, 나열 상태인 채로 거의 수평방향으로 굴곡되고, 그 후, 다운커머(13)의 주위를 둘러싸도록, 다운커머(13)의 아래에서 위를 향해, 나선형으로 연장 설치된다. 제 1 분배관(341)에 접속된 2개의 전열관(31)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 다운커머(13)를 기준으로, 지름방향에 가장 가까운 위치에 설치된다.

제 3 분배관(343)에 접속된 3개의 전열관(31)도 마찬가지로, 위쪽으로 연장된 후, 나열 상태인 채로 거의 수평방향으로 굴곡되고, 그 후, 다운커머(13)의 주위를 둘러싸도록, 다운커머(13)의 아래에서 위를 향해 나선형으로 연장 설치된다. 제 3 분배관(343)에 접속된 3개의 전열관(31)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 다운커머(13)를 기준으로, 지름방향에서 가장 먼 위치에 설치된다.

제 2 분배관(342)에 접속된 3개의 전열관(31)도 마찬가지로, 위쪽으로 연장된 후, 나열 상태인 채로 거의 수평방향으로 굴곡되고, 그 후, 다운커머(13)의 주위를 둘러싸도록, 다운커머(13)의 아래에서 위를 향해 나선형으로 연장 설치된다. 제 2 분배관(342)에 접속된 3개의 전열관(31)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 다운커머(13)를 기준으로, 지름방향 중간 위치에 설치된다.

열교환기(3)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 다운커머(13)의 주위를 전열관(31)이 3중으로 둘러싸 구성된다.

각 전열관(31)은, 수조(11) 내 상부에서 유출헤더탱크(35)에 접속된다. 유출헤더탱크(35)는, 수조(11) 내 상부에서 수평방향으로 연장 설치된다. 유출헤더탱크(35)의 일단부에 NG의 유출관(36)이 접속된다. NG의 유출관(36)은 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 수조(11) 외부로까지 상향으로 연장된다.

도 4에 예시하는 바와 같이, 유출헤더탱크(35)에는 3개의 집합관(37)이 접속된다. 전열관(31)은, 집합관(37)을 개재하여 유출헤더탱크(35)에 접속된다. 3개의 집합관(37)은, 유출헤더탱크(35)가 연장되는 방향(즉, 도 2의 지면(紙面) 상하방향)으로 나열 배치된다. 3개의 집합관(37)은 각각, 유출헤더탱크(35)에 직교하도록 유출헤더탱크(35)에 접속된다. 이하에서, 3개의 집합관(37)을 구별하여 설명할 경우는, 설명의 편의상 제 1 집합관(371), 제 2 집합관(372) 및 제 3 집합관(373)이라 칭한다.

제 1 집합관(371)에는 2개의 전열관(31)이 접속되고, 제 2 집합관(372) 및 제 3 집합관(373)에는 각각 3개의 전열관(31)이 접속된다. 각 집합관(37)에 접속된 복수 개의 전열관(31)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 집합관(37)이 연장되는 방향(즉, 도 1의 지면 좌우방향)으로 나열 배치되고, 각각, 집합관(37)에 직교하도록 집합관(37)에 접속된다.

제 1 집합관(371)에 접속된 2개의 전열관(31)은 다운커머(13)를 기준으로, 지름방향에 가장 가까운 위치에 설치된 전열관(31)이다. 2개의 전열관(31)은, 나선 종단에서, 나열 상태인 채로 거의 수직방향으로 굴곡된 후, 위쪽으로 연장되어 제 1 집합관(371)에 접속된다.

제 2 집합관(372)에 접속된 3개의 전열관(31)은 다운커머(13)를 기준으로, 지름방향 중간 위치에 설치된 전열관(31)이다. 3개의 전열관(31)도, 나선 종단에서, 나열 상태인 채로 거의 수직방향으로 굴곡된 후, 위쪽으로 연장되어 제 2 집합관(372)에 접속된다.

제 3 집합관(373)에 접속된 3개의 전열관(31)은 다운커머(13)를 기준으로, 지름방향에서 가장 먼 위치에 설치된 전열관(31)이다. 3개의 전열관(31)도, 나선 종단에서, 나열 상태인 채로 거의 수직방향으로 굴곡된 후, 위쪽으로 연장되어 제 3 집합관(373)에 접속된다.

나선형으로 설치된 전열관(31)의 도중 부분은, 서포터(4)로 지지된다. 서포터(4)는, 다운커머(13)의 주위에서 지름방향으로 연장됨과 더불어, 다운커머(13)를 따라 수직방향으로 연장되는 판상 부재로 구성된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 서포터(4)에는 판두께방향으로 관통하는 지지공(41)이 다수 형성되고, 각 전열관(31)은 지지공(41)을 관통하여 설치된다. 전술한 바와 같이 전열관(31)은, 다운커머(13)의 주위에 지름방향으로 3중으로 설치됨과 더불어 다운커머(13)의 아래에서 위로 나선형으로 연장되므로, 서포터(4)에는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 복수의 지지공(41)이 수직방향으로 나열 구성되는 구멍의 열이 지름방향으로 3열, 나열 형성된다.

서포터(4)는 상세한 구성은 생략하나, 각 열의 지지공(41)의 중앙위치에서 분할된 복수의 직사각형 부재를 지름방향으로 나열하여 하나의 판상으로 구성하여도 된다. 이렇게 하면, 서포터(4)의 설치가 용이해진다. 서포터(4)는 또한, 내부식성을 고려하여 페놀계 수지 등의 합성수지(예를 들어 베이클라이트)로 구성하여도 된다. 서포터(4)는, 그 상단이 위쪽으로 연장되는 지지부(42)를 개재하여 덮개판(14)으로 지지됨과 더불어, 그 하단이 아래쪽으로 연장되는 지지부(43)를 개재하여 마운트(16)로 지지된다.

서포터(4)는, 도 2 또는 도 5에 나타내는 바와 같이, 다운커머(13)의 주위에서 둘레방향으로 등각도 간격을 두고 복수(도면 예에서는, 3개) 설치된다. 3개의 서포터(4)에 의해, 다운커머(13)의 주위는 3개의 영역으로 구획되게 된다. 그리고 서포터(4)의 수는 열교환기(3)의 크기에 맞게 적절히 설정하면 된다.

도 5에서 분명히 알 수 있듯이, 스파지 파이프(21)는, 인접하는 서포터(4)와 서포터(4) 사이에 상당하는 영역 내에 2개 설치된다. 스파지 파이프(21)는, 서포터(4)를 기준으로 둘레방향으로 위치가 어긋난다.

여기서, 스파지 파이프(21)는, 인접하는 서포터(4)와 서포터(4) 사이에 상당하는 영역 내에, 적어도 1개 설치되면 된다.

도 2 및 도 5에 나타내는 구성예에서는, 서포터(4)의 외부 둘레에 포위부(5)가 설치된다. 포위부(5)는 생략할 수도 있다. 포위부(5)는, 수직방향으로 연장되고, 전열관(31)을 구비한 열교환기(3)를 둘러싸도록 원통형으로 구성된다. 포위부(5)는 도 5에 나타내는 바와 같이, 위에서 보았을 때 원호형을 이루는 3개의 부재(51)로 분할된다. 서포터(4)의 지름방향의 외부 둘레부에는, 도 4 또는 도 5에 나타내는 바와 같이, 상하방향으로 간격을 두고 3개의 장착편(44)이 장착된다. 각 부재(51)의 둘레방향 양단부가, 각 서포터(4)의 장착편(44)(도 4도 참조)에 장착됨으로써, 원통형의 포위부(5)가 형성된다.

도 5에서 분명히 알 수 있듯이, 스파지 파이프(21)의 선단은, 포위부(5)보다 지름방향의 안쪽에 위치한다. 포위부(5)는, 수조(11) 내를, 기포가 상승함과 더불어 열교환기(3)가 설치된 안쪽 영역과, 당해 영역보다 지름방향 바깥쪽 영역으로 구획한다.

이상 설명한 수중 연소식 기화장치(1)에 의하면, 열교환기(3)를 구성하는 전열관(31)은, 수조(11) 내에서 수직방향으로 연장 설치된 다운커머(13)의 하부로부터 상부를 향해, 나선형으로 설치된다. 이 구성에 따라, 전열관(31)의 길이를 길게 할 수 있다. LNG는, 전열관(31) 안을 흐르는 도중에 기화될 수 있다.

전열관(31)은, 다운커머(13)의 주위를 둘러싸도록 설치된다. 다운커머(13)와 열교환기(3)를 공간 효율 좋게 설치함으로써, 수중 연소식 기화장치(1)를 콤팩트하게 구성할 수 있다. 이 수중 연소식 기화장치(1)의 구조는 특히, 전열관(31)의 수가 적을 때 공간을 효율적으로 활용하여 열교환기(3)를 설치함에 있어 유리하다. 이 구성의 수중 연소식 기화장치(1)는 특히, 기화 능력이 작은 기화장치에 적합하다. 단, 이 구성의 수중 연소식 기화장치(1)는 기화 능력이 작은 기화장치로 한정되지 않는다.

스파지 파이프(21)는, 다운커머(13)로부터 지름방향의 바깥쪽을 향해 연장되도록, 다운커머(13)의 하부에 접속되므로, 스파지 파이프(21)의 기포분출공(22)으로부터 분출된 기포는, 다운커머(13)의 주위를 다운커머(13)를 따라 위쪽으로 부상한다. 다운커머(13)의 주위에 설치된 나선형의 전열관(31)에 기포가 효율적으로 부딪치게 되므로, 열교환기(3)의 효율이 향상된다.

보다 상세하게, 스파지 파이프(21)는, 다운커머(13)의 둘레방향으로 등각도 간격을 두고 복수 개 설치되므로, 다운커머(13)로부터 각 스파지 파이프(21)로 고온가스를 균등하게 분배할 수 있고, 둘레방향으로 균등하게 설치한 복수의 스파지 파이프(21)로부터, 다운커머(13)의 주위로 기포를 둘레방향으로 균등하게 분출시킬 수 있다. 그 결과, 다운커머(13)의 주위에 설치된 나선형의 전열관(31)에 기포가 균등하게 부딪치게 되므로, 열교환기(3)의 효율이 한층 더 향상된다.

판상의 서포터(4)를, 다운커머(13)의 주위에서 둘레방향으로 등각도 간격을 두고 복수 설치함으로써, 다운커머(13)의 주위에서 나선형으로 설치된 전열관(31)을 적절히 지지할 수 있다.

이 구성에서, 다운커머(13)의 주위에 설치된 서포터(4)의 설치 위치를, 스파지 파이프(21)의 설치 위치를 기준으로 둘레방향으로 어긋나게 함으로써, 스파지 파이프(21)로부터 분출된 기포와 서포터(4)가 간섭하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 판상의 서포터(4)를 다운커머(13)의 주위에 복수 설치함으로써, 다운커머(13)의 주위가 복수의 영역으로 구분되어, 영역과 영역 사이를 물 및 기포가 왕래하기 어렵게 되나, 인접하는 서포터(4)와 서포터(4) 사이의 영역 내에, 2개의 스파지 파이프(21)를 설치하므로, 복수 영역 각각에서 개별로 기포를 분출시킬 수 있다. 그 결과, 나선형의 전열관(31)에 대해, 둘레방향으로 균등하게 기포를 부딪치게 할 수 있으므로, 열교환기(3)의 효율이 향상된다.

또, 전열관(31)의 외부 둘레에 포위부(5)를 설치함으로써, 스파지 파이프(21)로부터 분출된 기포가 지름방향 바깥쪽으로 흐르는 것을 억제할 수 있다. 포위부(5) 안에 설치된 나선형의 전열관(31)에, 기포가 효율 좋게 부딪치게 되므로 열교환기(3)의 효율을 향상시킬 수 있다. 또, 포위부(5) 안에서, 기포와 함께 수조(11)의 바닥부로부터 상부를 향해 상승된 물의 흐름이, 포위부(5) 밖에서, 수조(11)의 상부로부터 바닥부를 향해 하강하는 흐름으로 변환되는 결과, 포위부(5)를 개재한 안팎에서 수조(11) 내에 물의 환류 형성을 기대할 수 있다. 이러한 환류를 수조(11) 내에 형성하는 것은, 열교환기(3)의 효율을 향상시키는 데 있어 유리하다.

또한, 수조(11)를 바닥이 있는 원통 형태로 함으로써, 수중 연소식 기화장치(1) 전체가 콤팩트해진다. 수중 연소식 기화장치(1)를 콤팩트하게 하면 수중 연소식 기화장치(1)를 자주(自走)하는 차량에 적재할 수 있게 되어 수중 연소식 기화장치(1)를 운반 가능하게 할 수 있다.

여기서, 수중 연소식 기화장치(1)는 전술한 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들어 도 6은, 기포분출기구의 다른 구성예를 나타낸다. 도 6에 나타내는 기포분출기구(20)는, 다운커머(13)의 하단부에 설치된 중공의 하우징부(210)로 구성된다. 도시는 생략하나, 하우징부(210)의 내부는 다운커머(13)로 연통된다. 하우징부(210)는, 다운커머(13)보다 지름이 큰 원 형태이며, 그 상면에는 다수의 관통공(220)이 형성된다. 관통공(220)은, 하우징부(210)의 상면 전체에 걸쳐 균등하게 배치된다.

다운커머(13)를 위에서 아래로 흐른 고온가스는, 하우징부(210) 안으로 들어간 후, 각 관통공(220)을 통해 수중으로 분출된다. 이와 같은 기포분출기구(20)라도 다운커머(13)의 주위에서 나선형으로 설치된 전열관(31)에 기포를 균등하게 부딪치게 할 수 있다.

또, 수중 연소식 기화장치(1)에 있어서, 전열관(31)은 다운커머(13)의 주위에 3중으로 설치하는 것으로 한정되지 않는다. 전열관(31)은, 다운커머(13)의 주위에 1중 또는 2중으로 설치할 수 있으며, 4중 이상으로 설치할 수도 있다.

또한, 여기에 개시하는 기술은 수중 연소식 기화장치에 적용하는 것으로 한정되지 않는다. 즉, 고온가스를 수조 내에 공급하는 설비는 버너가 아니어도 된다. 버너를 생략함과 더불어, 예를 들어 기화장치와는 다른 장치에서의 잉여 고온 배기가스나 증기를 이용하여 기화장치를 구성하여도 된다.

1 : 수중 연소식 기화장치(기화장치)
11 : 수조
13 : 다운커머
2, 20 : 기포분출기구
21 : 스파지 파이프
3 : 열교환기
31 : 전열관
4 : 서포터
5 : 포위부

Claims

수조와,
상기 수조 내에 설치되고 또한, 고온가스를, 기포분출공을 통해 수중으로 분출시키도록 구성된 기포분출기구와,
상기 수조 내에서 수직방향으로 연장 설치되고 또한, 상기 기포분출기구로 상기 고온가스를 유도하도록 구성된 다운커머와,
상기 수조 내에 침지된 전열관을 가지며 또한, 상기 기포분출기구로부터 분출된 기포에 의한 물의 교반 및 가열에 의해, 상기 전열관 안을 흐르는 저온 액화가스를 기화시키도록 구성된 열교환기를 구비하고,
상기 열교환기의 상기 전열관은, 상기 다운커머의 주위를 둘러싸도록, 상기 다운커머의 하부로부터 상부를 향해 나선형으로 설치되는 기화장치.
청구항 1에 있어서,
상기 기포분출기구는, 복수의 상기 기포분출공이 둘레면에 형성된 스파지 파이프로 구성되고,
상기 스파지 파이프는, 상기 다운커머로부터 지름방향의 바깥쪽을 향해 연장되도록 상기 다운커머 하부에 접속되는 기화장치.
청구항 2에 있어서,
상기 스파지 파이프는, 상기 다운커머의 둘레방향으로 등각도 간격을 두고 복수 개 설치되는 기화장치.
청구항 2에 있어서,
상기 다운커머의 주위에 설치되고 또한, 상기 전열관의 도중 부분을 지지하도록 구성된 서포터를 구비하고,
상기 서포터의 설치 위치는, 상기 스파지 파이프의 설치 위치를 기준으로 둘레방향으로 어긋나는 기화장치.
청구항 3에 있어서,
상기 다운커머의 주위에 설치되고 또한, 상기 전열관의 도중 부분을 지지하도록 구성된 서포터를 구비하고,
상기 서포터의 설치 위치는, 상기 스파지 파이프의 설치 위치를 기준으로 둘레방향으로 어긋나는 기화장치.
청구항 4에 있어서,
상기 서포터는, 상기 다운커머의 주위에서 지름방향으로 연장됨과 더불어, 상기 다운커머를 따라 수직방향으로 연장되는 판상 부재이며, 상기 전열관이 판두께방향으로 관통하는 지지공을 가지고,
상기 서포터는 또한, 상기 다운커머의 주위에서 둘레방향으로 등각도 간격을 두고 복수 설치되며,
상기 스파지 파이프는, 인접하는 상기 서포터와 상기 서포터 사이에 상당하는 영역 내에, 적어도 1개 설치되는 기화장치.
청구항 5에 있어서,
상기 서포터는, 상기 다운커머의 주위에서 지름방향으로 연장됨과 더불어, 상기 다운커머를 따라 수직방향으로 연장되는 판상 부재이며, 상기 전열관이 판두께방향으로 관통하는 지지공을 가지고,
상기 서포터는 또한, 상기 다운커머의 주위에서 둘레방향으로 등각도 간격을 두고 복수 설치되며,
상기 스파지 파이프는, 인접하는 상기 서포터와 상기 서포터 사이에 상당하는 영역 내에, 적어도 1개 설치되는 기화장치.
청구항 1∼청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전열관의 외부 둘레에는, 수직방향으로 연장되고 또한, 상기 열교환기를 둘러싸도록 구성된 포위부를 구비하고,
상기 포위부는, 상기 수조 내를, 기포가 상승함과 더불어 상기 열교환기가 설치된 영역과, 당해 영역보다 지름방향 바깥쪽 영역으로 구획하는 기화장치.
청구항 1∼청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수조는, 바닥이 있는 원통 형태인 기화장치.
청구항 8에 있어서,
상기 수조는, 바닥이 있는 원통 형태인 기화장치.