This paper was studied for optimum design of the used vaporizer at a satellite station. Generally, the cold air is created by temperature drop on the vaporizer surface. In addition, the frost creates ice deposit layer, therefore, heat transfer on vaporizer decreases into the adiabatic condition. By ...
This paper was studied for optimum design of the used vaporizer at a satellite station. Generally, the cold air is created by temperature drop on the vaporizer surface. In addition, the frost creates ice deposit layer, therefore, heat transfer on vaporizer decreases into the adiabatic condition. By this reason, recent vaporizer system is installed as parallel type, and it takes three times of vaporizer capacity. But this vaporizer system requires much installation costs and restricted by some space. It is very important to solve this problem. This study paper is regarding $LN_2$ vaporizer where the utilization increases recently. There are three variable conditions which are used in this study research. First, fin lengths of 4000mm, 6000mm, 8000mm and 0, 4, 8 fin types were applied rut each vaporizer. Second, we applied four season condition which consist of humidity, temperature and air velocity to the experimental environment. Finally, pressure was applied to get flow rate during experiment. This paper objective is to propose vaporizer type and length data for best performance of vaporizer through experiment.
This paper was studied for optimum design of the used vaporizer at a satellite station. Generally, the cold air is created by temperature drop on the vaporizer surface. In addition, the frost creates ice deposit layer, therefore, heat transfer on vaporizer decreases into the adiabatic condition. By this reason, recent vaporizer system is installed as parallel type, and it takes three times of vaporizer capacity. But this vaporizer system requires much installation costs and restricted by some space. It is very important to solve this problem. This study paper is regarding $LN_2$ vaporizer where the utilization increases recently. There are three variable conditions which are used in this study research. First, fin lengths of 4000mm, 6000mm, 8000mm and 0, 4, 8 fin types were applied rut each vaporizer. Second, we applied four season condition which consist of humidity, temperature and air velocity to the experimental environment. Finally, pressure was applied to get flow rate during experiment. This paper objective is to propose vaporizer type and length data for best performance of vaporizer through experiment.
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문제 정의
이러한 성능저하 및 중복설비 등의 문제를 해결을 위해 성능해석 및 실험을 통해 설계기술을 최적화하는 것을 목적으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 3-4) 본 연구는 대기식기화기에 관하여 여러 가지 형상에 따른 실험을 수행하였고 각각의 변수를 통하여 실험을 진행 한 후 기화기 tj保과 길이에 대한 최적의 성능을 가지는 기화기에 대한 자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
Table 2에는 실험을 진행하는 동안의 각각의 변수를 나타내었다. Room의 온도는 293 K로 항상 일정하게 유지될 수 있도록 하고 정확한 실험을 위하여 ±0.5로서 온도를 보정하여 사용하였고 유입되는 풍속은 풍속조절 장치를 15% 개방하여 3.5 ~ 4.0 Ws로 덕트 및 배관을 통하여 일정하게 유입되도록 구성하여 실험을 진행하였다. 습도는 초음파 습도계를 사용하여 50%로 일정하게 유지되도록 하고 ±3%로서 보정하여 실험을 진행하는 동안 최적의 조건이 되도록 하였다.
온도, 습도, 풍속은 덕트를 통하여 순환하는 폐회로 형식이며 Control Panel 을 통하여 실험이 진행되는 동안 Room 내부를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 하였으며, 유량을 측정하기 위해 시작 시 应의 탱크 무게와 종료 시 LN2의 탱크의 무게 변화를 측정할 수 있는 저울을 사용하여 실험을 진행하였다. 데이터를 얻기 위해 관 내부와 Fin의 끝의 온도 변화를 측정하기 위해서는 K-type과 T-type의 열전대를 기화기 모델의 중앙부에 설치하여 1시간 동안 실험을 진행하며 PC및 Data Logger를 이용하여 6sec마다 Data를 취득하였다. 본 실험에 적용된 기화기는 Kong과 Yi 등同에 의한 선행 연구에서 CFD 를 이용한 수치해석과 실험을 통해 LNG용 대기 식기 화기의 열-유동 특성을 연구한 결과 기화기 핀의 두께가.
0 Ws로 덕트 및 배관을 통하여 일정하게 유입되도록 구성하여 실험을 진행하였다. 습도는 초음파 습도계를 사용하여 50%로 일정하게 유지되도록 하고 ±3%로서 보정하여 실험을 진행하는 동안 최적의 조건이 되도록 하였다. 압력은 절대압력 lk以aS로서 실험하는 동안의 유량을 측정하기 위해서 사용하였다.
1은 실험에 사용된 기화기 시스템의 개략도를 나타낸 것이다. 온도, 습도, 풍속은 덕트를 통하여 순환하는 폐회로 형식이며 Control Panel 을 통하여 실험이 진행되는 동안 Room 내부를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 하였으며, 유량을 측정하기 위해 시작 시 应의 탱크 무게와 종료 시 LN2의 탱크의 무게 변화를 측정할 수 있는 저울을 사용하여 실험을 진행하였다. 데이터를 얻기 위해 관 내부와 Fin의 끝의 온도 변화를 측정하기 위해서는 K-type과 T-type의 열전대를 기화기 모델의 중앙부에 설치하여 1시간 동안 실험을 진행하며 PC및 Data Logger를 이용하여 6sec마다 Data를 취득하였다.
초저온의 작동유체는 일반적으로 위성기지 또는 인수기지에서 사용하는 LNG의 특성과 비슷한 특성을 가지는 说를 실험에 적용하였다. Table 2에는 실험을 진행하는 동안의 각각의 변수를 나타내었다.
성능/효과
(1) 초저온 액화가스 기화기의 내부 유동은 극심한 난류에 의한 압력변화에 의해 기화구간에서 온도의 불규칙적인 온도분포특성을 보이며 기화 구간은 특정영역에 국한 되어 있는 것이 아니라 공급 유량 및 압력 변화 등에 의해 좌우된다.
(2) 핀이 없는 경우에는 Tube 2와 Tube 3 사이에서 액화가스가 기화되지만 핀이 있는 경우 전열 면적의 증가로 인해 Tube 1과 Tube 2 사이에서 기화가 일어난다.
(3) 기화기의 길이가 길어질수록 기화기의 최종출구의 가스온도는 상승하며 Fin이 있는 8000 mm의 경우 약 280 K 이상의 가스온도 분포가 나타났다.
Fig. 4(b) 의 최종 출구 단의 기화가스 온도는 210 K ~ 220 K로서 4000 mm 보다 높은 가스온도를 보이고 있다. Fig.
대부분 기화 공정에서는 이러한 냉열이 버려지게 되고, 상당량의 에너지가 추가로 소비되는 점을 감안할 때, 버려지는 냉열을 이용한다면 엄청난 비용의 에너지를 절감할 수 있다.I)LNG를 최종 수요처에서 사용할 수 있는 NG로 변환시키기 위한 공정 중에 하나인 대기식기화기는 대규모의 ■산업단지 등에 소형 LNG 위성 기지를 건설하여 이곳에 LNG 를 저장하였다가 필요시 대기의 공기를 이용하여 기화시키는 것이다. 공기의 경우 열용량이 작기 때문에 LNG의 부피가 600배 팽창되므로 주변에 NG 를 공급하기가 쉽다.
2mm인 경우가 가장 적합하고 핀의 개수는 반경 방향 90° 간격으로 4개를 설치한 경우가 비교적 우수한 성능을 가진다고 보고하였다. 그리고 수치해석 결과를 근거로 하여 대기 식기 화기의 배열 특성에 대한 실험 결과 4fin801e, 8fin551e 가장 최적 형상이라고 제시하였다. Fig.
4(c) 의 경우 출구단의 가스온도는 약 260K 이상으로서 Model 1 중 가장 높은 가스온도를 나타냈다. 따라서 Finless 기화기의 용적이 증가할수록 기화기 출구의 가스 온도는 증가하며, 약 0.39 kg/min 의 공급유량에서 Tube 3부터는 100% 가스로 토출됨을 알 수 있었다. 기화기의 길이가 증가함에 따라 출구단의 최종 가스의 온도는 그 만큼 증가하는 것을 알 수 있다.
하지만 본 실험 조건에서 공급되는 유량이 Model 2의 실험보다 비교적 작게 나타났기 때문에 정확한 기화 성능에 대한 비교는 공급유량별 대비로 판단해야 할 것이다. 전체적인 온도분포 특성은 다른 실험과 유사하며, 최종 출구의 가스온도는 약 200K ~ 268K 정도의 온도분포를 가진다. Fig.
나타난다. 최종 줄구의 가스온도는 270K - 2渕K로서 거의 상온에 도달함을 확인 할 수 있었다.
후속연구
이것은 기화기 자체의 성능보다 각 실험 시 내부로 공급되는 LN2의 유량과 외부 풍속 및 습도, Room 온도 등이 조금씩 다르기 때문에 나타난 결과라고 할 수 있다. 하지만 각 기화기 모델의 기화성능은 LN2 공급유량과 기화과정에서의 열량의 변화를 비교함으로써 정확한 기화성능 비교가 가능할 것으로 사료된다.
이것은 Model 2의 기화기의 액상이 존재하는 영역이 짧아진 것이다. 하지만 본 실험 조건에서 공급되는 유량이 Model 2의 실험보다 비교적 작게 나타났기 때문에 정확한 기화 성능에 대한 비교는 공급유량별 대비로 판단해야 할 것이다. 전체적인 온도분포 특성은 다른 실험과 유사하며, 최종 출구의 가스온도는 약 200K ~ 268K 정도의 온도분포를 가진다.
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