KR101792708B1 - 유체냉각장치 - Google Patents

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KR101792708B1
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이동훈
김문규
민준호
박현기
이치훈
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삼성중공업(주)
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Abstract

본 발명은 간결한 과정으로 유체의 다양한 구간의 온도 범위를 적절히 냉각시켜 유체의 액상 과정의 효율을 향상시키는 유체냉각장치에 관한 것이다. 이러한 유체냉각장치는 복수 개의 경로로 냉매를 각각 공급받아 각각 팽창시켜 서로 다른 온도의 냉매로 배출시키는 복수 개의 팽창기를 포함하는 팽창유닛, 팽창유닛으로부터 각각 서로 다른 온도의 냉매를 공급받아 다단계로 유체를 냉각시키는 열교환기, 열교환기를 통과한 냉매를 각각 입력 받아 각각 압축하되, 서로 동일한 압력으로 냉매를 배출하는 복수 개의 프리압축기를 포함하는 프리압축유닛, 프리압축유닛으로부터 배출되는 냉매를 혼합하여 공급하는 혼합관 및 혼합관에 연결되어 냉매를 압축하여 팽창유닛으로 공급하는 메인압축유닛을 포함한다.

Description

유체냉각장치{Apparatus of fluid cooling}
본 발명은 유체냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 간결한 과정으로 가스의 다양한 구간의 온도 범위를 적절히 냉각시켜 적은 에너지로 가스의 액화 효율을 향상시킬 수 있는 유체냉각장치에 관한 것이다.
유정(Oil well)으로부터 추출된 유수혼합물은 분리기(separator)에서 물과 탄화수소계 액체 및 가스 성분으로 분리된다. 분리기에서 분리된 가스 성분은 SMR(Steam methan reforming) 및 액화시스템의 전처리 과정 등을 거쳐 불순물이 제거된 천연가스(Natural Gas: NG)를 형성하며, 천연가스는 천연가스 액화시스템에 공급되어 일련의 과정을 거친 후 액화천연가스가 된다.
천연가스 액화시스템은 극저온 상태에서 천연가스의 액화 작업이 진행되므로 중탄화수소가 포함된 천연가스가 그대로 액화시스템에 유입될 경우, 결빙되어 장치 고장을 유발할 뿐만 아니라 천연가스의 액화효율이 저하될 수 있는 문제가 있다.
현재에는 이러한 문제를 해결하는 방안으로 액화천연가스를 재액화 시키는 공정 사이클에 대해 많은 개발이 이루어 지고 있다. 일 예로, 이중 팽창 사이클(Double Expander Cycle)이 개발되었다. 그러나 이중 팽창 사이클은 복수 개의 압축기 및 팽창기를 이용하여 유체의 냉각 효율을 높일 뿐, 복수 개의 압축기의 배치 관계가 복잡하며, 작동 효율이 높지 못한 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-0381108호 (2003.04.26)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 복수 개의 압축기와 다른 장치들간 배치 관계를 간결하게 하고, 복수 개의 압축기에서 동일한 압력의 냉매를 배출하게 하며, 배출된 냉매를 단일 흐름으로 혼합한 후 냉각시켜 다시 압축하여 가스를 액화 시키는데 사용함으로써, 가스를 액화 하는데 소비되는 에너지를 감소시킬 수 있는 유체냉각장치에 관한 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 유체냉각장치는, 복수 개의 경로로 냉매를 각각 공급받아 각각 팽창시켜 서로 다른 온도의 냉매로 배출시키는 복수 개의 팽창기를 포함하는 팽창유닛, 상기 팽창유닛으로부터 각각 서로 다른 온도의 냉매를 공급받아 다단계로 유체를 냉각시키는 열교환기, 상기 열교환기를 통과한 냉매를 각각 입력받아 각각 압축하되, 서로 동일한 압력으로 냉매를 배출하는 복수 개의 프리압축기를 포함하는 프리압축유닛, 상기 프리압축유닛으로부터 배출되는 냉매를 혼합하여 공급하는 혼합관 및 상기 혼합관에 연결되어 냉매를 압축하여 상기 팽창유닛으로 공급하는 메인압축유닛을 포함한다.
상기 팽창유닛과 상기 프리압축유닛은 상기 팽창기와 상기 프리압축기가 각각 서로 연동되어 동작할 수 있다.
상기 복수 개의 팽창기는 서로 다른 온도의 냉매를 팽창시키는 제1팽창기, 제2팽창기 및 제3팽창기를 포함하고, 상기 복수 개의 압축기는 상기 제1팽창기와 동일 축으로 연결되고 상기 제1팽창기로부터 배출된 냉매를 압축하는 제1프리압축기, 상기 제2팽창기와 동일축으로 연결되고 상기 제2팽창기로부터 배출된 냉매를 압축하는 제2프리압축기 및 상기 제3팽창기와 동일축으로 연결되고 상기 제3팽창기로부터 배출된 냉매를 압축하는 제3프리압축기를 포함할 수 있다.
상기 메인압축유닛은 복수 개의 압축기가 직렬로 연결되고, 상기 혼합관으로 공급되는 냉매는 상기 복수 개의 압축기를 순차적으로 통과하여 가압될 수 있다.
상기 프리압축유닛과 상기 메인압축유닛 사이에 상기 혼합관에 연결되어 냉매를 냉각시키는 냉각기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 유체냉각장치는 복수 개의 압축기와 다른 장치들 간 배치 관계를 간결하게 하여, 압축기의 작동 효율을 높인다. 그리고, 복수 개의 압축기에서 동일한 압력의 냉매를 배출하고 하나로 혼합된 후, 냉매의 온도를 하강 시켜 압축기로 유입시켜, 압축기의 작동 효율을 높인다.
또한, 압축된 냉매를 이용해 유체를 다양한 온도 구간에서 냉각시켜 유체가 효율적으로 냉각될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체냉각장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2 및 도 3은 유체냉각장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 따른 유체냉각장치에서 냉매를 사용하여 유체를 액화시키는 과정 중의 온도와 에너지 간 관계의 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 일 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 일 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체냉각장치에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체냉각장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체냉각장치(1)는 유체의 넓은 온도 범위 구간을 3단계의 열 교환 루프로 냉각시켜 유체의 액화 효율을 높인다. 이러한 유체냉각장치(1)에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면, 유체냉각장치(1)는 각각의 단에서 서로 다른 온도 및 압력으로 배출된 냉매를 프리압축기(precompressor, 31~33)를 통해 동일한 압력의 냉매로 배출한다. 그리고 배출된 냉매를 혼합관(40)에서 하나로 혼합시키고 냉각기(60)에서 다시 온도를 낮춘 후, 메인압축유닛(50)에서 압축시킨다. 아울러, 메인압축유닛(50)에서 배출된 압축 냉매를 열교환기(20)에서 순환되도록 하여, 냉매가 여러 단계로 유체를 냉각할 수 있도록 한다. 특히, 유체냉각장치(1)는 유체의 -80℃~0℃ 온도 구간에서 열 교환이 원활히 일어날 수 있도록 하여, 유체의 예냉(precooling)과 과냉(subcooling) 사이의 과정에 속하는 액상화(liquefaction) 과정의 효율을 한층 향상시킬 수 있다.
이러한 유체냉각장치(1)는 서로 다른 온도의 냉매를 배출하는 팽창유닛(10), 팽창유닛(10)의 일측에 연결된 열교환기(20), 열교환기(20)로부터 배출되는 냉매를 입력 받아 동일한 압력으로 배출하는 프리압축유닛(30), 프리압축유닛(30)에서 배출된 냉매를 혼합하여 공급하는 혼합관(40), 혼합관(40)과 열교환기(20)사이에 개재된 메인압축유닛(50)을 포함한다. 아울러, 유체냉각장치(1)는 프리압축유닛(30)과 메인압축유닛(50) 사이에 혼합관(40)과 연결되는 냉각기(60)를 더 포함할 수 있다.
이하, 유체냉각장치(1)를 구성하는 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다.
팽창유닛(10)은 열교환기(20)를 통해 복수 개의 경로로 냉매를 서로 다른 량으로 공급 받아 서로 다른 온도의 냉매로 팽창시켜 다시 열교환기(20)로 공급한다. 이러한 팽창유닛(10)은 서로 다른 양의 냉매를 공급 받으며, 서로 다른 온도의 냉매를 배출하는 복수 개의 팽창기 즉, 제1팽창기(11), 제2팽창기(12) 및 제3팽창기(13)를 포함할 수 있다. 여기서, 각 팽창기(11~13)는 서로 다른 비율로 다양한 양의 냉매를 공급받을 수 있다. 일 예로, 냉매의 전체 량 가운데 제1팽창기(11)는 31.3%, 제2팽창기(12)는 43.5% 그리고 제3팽창기(13)는 25.2%를 공급받을 수 있다. 이러한 각 팽창기(11~13)는 공급된 냉매 량에 대응하여 냉매와 유체간 온도 간격을 조절하여 유체를 액화시키는 각 과정을 조정할 수 있다. 일 예로, 제3팽창기(13)는 공급되는 냉매 량으로 -158℃~-109.2℃에 해당하는 저온(Cold) 영역에서 냉매와 유체간 온도 간격을 조절하여 과냉의 과정을 조정할 수 있고, 제2팽창기(12)는 공급되는 냉매 량으로 -109.3℃~-91.66℃에 해당하는 중온(Intermediate)영역에서 냉매와 유체간 온도 간격을 조절하여 액상화 과정을 조정할 수 있다. 그리고, 제1팽창기(11)는 공급되는 냉매 량으로 -91.67℃~상온에 해당하는 고온(Warm)영역에서 냉매와 유체간 온도 간격을 조절하여 예냉의 과정을 조정할 수 있다. 즉, 팽창유닛(10)은 유체의 액화 과정인 예냉, 액상화 및 과냉 전체를 용이하게 조정할 수 있다.
열교환기(20)는 팽창유닛(10)에서 각각 서로 다른 온도의 냉매를 공급받아 유체를 다단계로 냉각시킨 후, 유체를 외부로 배출하고 냉매를 프리압축유닛(30)으로 배출한다. 이러한 열교환기(20)에는 서로 다른 온도 구간을 냉각시키는 냉각루프가 형성될 수 있다. 즉, 열교환기(20)에는 팽창유닛(10)에서 공급되는 -91.67℃의 냉매가 순환할 수 있는 고온(Warm)루프, -109.3℃의 냉매가 순환할 수 있는 중온(Intermediate)루프 및 -158℃의 냉매가 순환할 수 있는 저온(Cold)루프가 형성될 수 있다. 이러한 냉각루프는 서로 다른 구간의 온도영역의 유체를 냉각시켜 유체와 냉매간 열교환을 높일 수 있다.
프리압축유닛(30)은 열교환기(20)를 통과한 냉매를 각각 입력 받는 복수 개의 프리압축기(precompressor) 즉, 제1프리압축기(31), 제2프리압축기(32) 및 제3프리압축기(33)를 포함할 수 있다. 이때, 제1프리압축기(31)는 제1팽창기(11)와 동일 축으로 연결되어 제1팽창기(11)로부터 배출된 냉매를 압축하며, 제2프리압축기(32)는 제2팽창기(12)와 동일 축으로 연결되어 제2팽창기(12)로부터 배출된 냉매를 압축하고, 제3프리압축기(33)는 제3팽창기(13)와 동일 축으로 연결되어 제3팽창기(13)로부터 배출된 냉매를 압축한다. 따라서, 각 프리압축기는 각 팽창기가 냉매를 팽창할 때, 각 팽창기에서 냉매를 팽창하는 크기에 비례하여 각 팽창기로부터 배출된 냉매를 압축할 수 있다. 이러한 각 프리압축기와 각 팽창기는 서로 연동되어 동작하는 하나의 컴팬더(compander)로 형성될 수 있다.
이와 같은 프리압축유닛(30)은 열교환기(20)를 통과한 냉매를 각각 입력 받아 각각 압축하되, 서로 동일한 압력의 냉매를 배출한다. 이렇게 배출된 냉매는 혼합관(40)에서 혼합되어 이송된다. 이때, 배출되는 동일한 크기의 압력의 냉매는 고온(Warm)루프, 중온(Intermediate)루프, 저온(Cold)루프에 연결된 각 팽창기의 유입 온도, 고온(Warm)루프, 중온(Intermediate)루프, 저온(Cold)루프에 연결된 각 팽창기의 배출 온도, 고온(Warm)루프, 중온(Intermediate)루프, 저온(Cold)루프로 유입되는 냉매의 비율과 유입되는 냉매의 최대 압력 등이 변수로 작용될 수 있다. 또한, 이러한 변수의 에너지 들은 열교환기(20) 내에서 에너지 평형 상태(energy balance)가 되었을 때, 냉각기(60)의 온도 분포와 프리압축유닛(30)으로부터 배출되는 냉매의 압력 상태를 결정할 수 있다. 그리고, 이러한 변수들은 열교환기(20)에서 배출되는 액화천연가스의 온도, 팽창유닛(10) 및 프리압축유닛(30)의 작동에 있어서도 영향을 줄 수 있다. 프리압축유닛(30)은 이러한 변수를 통해 압력의 크기가 19. 56bar가 되는 냉매를 지속적으로 배출할 수 있다. 그리고, 프리압축유닛(30)은 항상 일정한 크기의 압력의 냉매를 배출하여 제1프리압축기(31), 제2프리압축기(32) 및 제3프리압축기(33)가 항상 단일 구동되도록 한다. 따라서, 제1프리압축기(31) 내지 제3프리압축기(33)는 제어가 간단하게 되며,작동효율이 향상된다.또한, 출력된 냉매의 압력이 동일하게 되어 메인압축유닛(50)의 압축 효율을 높일 수 있다.
혼합관(40)은 프리압축유닛(30)으로부터 배출되는 냉매를 혼합하여 메인압축기(50) 및 냉각기(60)로 공급한다. 이때, 혼합관(40)은 각 프리압축기(31~33)의 일단에 연결되어 각 프리압축기(31~33)에서 배출되는 동일한 압력의 냉매를 공급받는다. 이때, 혼합관(40)은 냉매의 압력이 일정한 상태로 유지될 수 있게 형성된다.메인압축유닛(50)은 혼합관(40)과 열교환기(20) 사이에 개재되어 냉매를 압축하여 열교환기(20)로 공급한다. 뿐만 아니라 냉매를 팽창유닛(10)으로 공급할 수 있다. 이러한 메인압축유닛(50)은 제1압축기(51)와 제2압축기(52)가 직렬로 연결되고, 제1압축기(51)와 제2압축기(52) 사이에 제1냉각유닛(53)이 연결되고, 제2압축기(52)와 열교환기(20) 사이에 제2냉각유닛(54)이 연결된 구조로 형성될 수 있다. 혼합관(40)에서 공급된 냉매는 이러한 구조의 메인압축유닛(50)의 구성요소들을 제1압축기(51), 제1냉각유닛(53), 제2압축기(52) 및 제2냉각유닛(54) 순으로 통과하며 가압 및 냉각된다.
냉각기(60)는 프리압축유닛(30)과 메인압축유닛(50) 사이에 설치되어 일단이 혼합관(40)과 연결되고, 타단이 프리압축유닛(30)의 타단에 연결된 냉각공급관(70)과 연결된다. 이러한 냉각기(60)는 냉각공급관(70)을 통해 유입되는 냉매를 이용해 혼합관(40)을 통해 유입되는 냉매를 일정하게 냉각시켜 일정한 압력 상태의 냉매를 일정한 온도로 메인압축유닛(50)에 공급할 수 있다.
따라서, 냉각기(60)는 냉매의 온도를 낮춰, 메인압축유닛(50)에 발생되는 부하를 줄이며, 작동 효율을 높여 메인압축유닛(50)에서 냉매 전체를 효율적으로 압축할 수 있게 한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 유체냉각장치(1)의 동작에 관해 좀 더 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3은 유체냉각장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체냉각장치(1)는 복수 개의 프리압축기(31~33)에서 동일한 압력의 냉매를 배출하고, 혼합관(40)에서 배출된 냉매를 하나로 혼합하여 단일 압축과정으로 압축하여 유체와 열교환 시키며 유체의 액화 효율을 향상시킬 수 있다. 이러한 유체냉각장치(1)에서 사용되는 냉매는 단일 냉매로서 냉각 대상 유체의 냉각 온도 보다 낮은 온도를 달성하는 매질이 될 수 있다. 일 예로, 냉매는 질소 및 탄화수소 등이 될 수 있다.
본 명세서 상에서는 냉매는 타 기체에 비해 안정한 상태를 유지할 수 있는 19bar의 압력 및 30℃ 상태의 질소를 일 예로 한다. 그리고, 이러한 냉매에 의해 냉각되는 유체는 천연가스를 일 예로 하여 설명한다. 그러나, 이는 하나의 일 예일 뿐, 질소의 상태 및 유체의 종류가 이로써 한정되지는 않는다.
이하, 도 2를 참조하여 설명하면 19bar의 압력과 30℃의 온도를 갖는 질소 냉매는 외부로부터 메인압축유닛(50)의 제1압축기(51)를 통하여 압축되어 30bar의 압력과 90℃의 온도를 갖는 냉매로 배출될 수 있다. 배출된 냉매는 제1냉각유닛(53)을 통과하며, 통과하는 동안 30℃로 냉각된다. 이후 냉각된 냉매는 제2압축기(52)로 유입된다. 제2압축기(52)는 유입된 냉매를 55bar의 압력과 90℃의 온도를 갖는 냉매로 변환하여 배출한다. 배출된 냉매는 제2냉각유닛(54)을 통해 30℃로 다시 냉각되고, 이렇게 배출된 냉매는 열교환기(20)로 공급된다.
열교환기(20)로 공급된 냉매는 열교환기(20)를 거치는 동안 천연가스 및 팽창유닛(10)을 통해 다시 유입되는 냉매와 열교환 하며 고온(Warm)루프에서 10℃ 의 온도로 냉각될 수 있고, 중온(Intermediate)루프에서 -24℃ 의 온도로 냉각될 수 있다. 그리고 저온(Cold)루프에 -106℃의 온도로 냉각될 수 있다.
이와 같이 각 루프에 따라 각각 다른 온도로 냉각된 냉매는 열교환기(20)와 팽창유닛(10) 사이에 형성된 밸브 등을 통해 제1팽창기(11)에 31.3%, 제2팽창기(12)에 43.5% 그리고 제3팽창기(13)에 25.2%로 공급될 수 있다. 각 팽창기로 공급된 냉매는 제1팽창기(11)를 통해 8.85bar의 압력과 -91.67℃의 온도로 배출되고, 제2팽창기(12)를 통해 10.22bar의 압력과 -109.3℃의 온도로 배출되며, 제3팽창기(13)를 통해 14.78bar의 압력과 -158℃의 온도로 배출될 수 있다.
이렇게 서로 다른 압력 및 온도로 배출된 냉매는 다시 열교환기(20)로 유입되어, 외부에서 유입되는 질소와 열교환 하여, 질소가 일정한 온도로 변화되어 각 팽창기(11~13)로 공급될 수 있도록 한다. 또한 이렇게 가공된 냉매는 각 팽창기(11~13)와 연동하는 각 프리압축기(31~33)에 공급되어 19. 56bar의 동일한 압력으로 배출된다. 배출된 냉매는 혼합관(40)에서 하나의 냉매로 혼합된다.
도 3을 참조하여 설명하면, 혼합된 냉매는 냉각기(60)를 통해 냉각되어 일정 온도로 하강 된 후, 제1압축기(51), 제1냉각유닛(53), 제2압축기(52) 및 제2냉각유닛(54)을 순차적으로 거쳐 압축 및 냉각 되어 열교환기(20)로 유입된다.
이때, 혼합된 냉매는 전체가 메인압축유닛(50)을 거쳐 2단 압축이 되어 열교환기(20)로 유입된다. 이후, 냉매는 단일 흐름으로 유체 냉각을 지속적으로 진행한다.
이와 같은 냉매의 흐름은 냉매에 의해 열교환기(20)에서 열 교환되는 천연가스를 예냉(precooling), 액상화(liquefaction) 및 과냉(subcooling) 과정으로 -158℃의 극저온의 온도로 액화 시킬 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 유체냉각장치(1)의 동작에 관해 좀 더 상세히 설명한다.
도 4는 도 2 및 도 3에 따른 유체냉각장치에서 냉매를 사용하여 유체를 액화시키는 과정 중의 온도와 에너지 간 관계의 그래프이다.
그래프에서 x축은 각 팽창기 및 압축기의 듀티(duty)를 통해 열교환기에서 발생되는 열의 흐름량을 나타내고, y축은 온도를 나타낸다. 그리고, 상측에 위치된 곡선(composite curve)은 유체인 온도 곡선(Hot composite)을 나타내고, 하측에 위치된 곡선(composite curve)은 냉매인 온도 곡선(Cold composite)을 나타낸다.
본 발명의 유체냉각장치(1)는 고온(Warm)루프, 중온(Intermediate)루프 및 저온(Cold)루프로 이루어져 있다. 각 루프는 온도 곡선을 고려하여 다양한 온도 범위에서 작동된다. 일 예로, 저온(Cold)루프는 냉매가 순환하며, -158℃까지 냉각된 후 27℃가 될 때까지 작동될 수 있고, 중온(Intermediate)루프는 냉매가 순환하며, -109℃에서 27℃가 될 때까지 작동될 수 있다. 그리고, 고온(Warm)루프는 냉매가 순환하며, -92℃에서 27℃가 될 때까지 작동될 수 있다. 이러한 각 루프를 순환하는 냉매의 양 또는 비율 변화는 온도 곡선에 큰 영향을 미칠 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 저온(Cold)루프를 순환하는 냉매 량의 변동은 -158℃ 에서 -109℃ 사이의 과냉 영역에 큰 영향을 미칠 수 있고, 중온(Intermediate)루프를 순환하는 냉매 량의 변동은 -109℃ 에서 -92℃ 사이의 액상화 영역에 큰 영향을 미칠 수 있다. 그리고, 고온(Warm)루프를 순환하는 냉매 량의 변동은 -92℃이상에서 주로 영향을 미칠 수 있다.
이와 같이 유체냉각장치(1)는 각 루프를 순환하는 냉매 량을 조절해 각 루프의 온도를 조절하여, 각 루프에서 주로 담당하는 온도 범위 구간의 유체와 냉매 간 온도 곡선 간격을 효과적으로 줄일 수 있다. 또한, 프리압축유닛(30)에서 배출되는 냉매의 압력 크기를 동일하게 하여 혼합한 후 메인압축유닛(30)에 유입시킴으로써, 냉매의 압축 효율을 높일 수 있다.
즉, 유체냉각장치(1)는 간결한 과정으로 냉매의 압축효율을 높이고, 유체를 효과적으로 냉각시켜 유체를 액화시키는데 소비되는 에너지를 감소시킴으로써, 유체의 액화 과정의 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 유체냉각장치
10: 팽창유닛 11: 제1 팽창기
12: 제2 팽창기 13: 제3 팽창기
20: 열교환기 30: 프리압축유닛
40: 혼합관 50: 메인압축유닛
51: 제1압축기 52: 제2압축기
53: 제1냉각유닛 54: 제2냉각유닛
60: 냉각기 70: 냉각공급관

Claims (5)

  1. 복수 개의 경로로 냉매를 각각 공급받아 각각 팽창시켜 서로 다른 온도의 냉매로 배출시키는 복수 개의 팽창기를 포함하는 팽창유닛;
    상기 팽창유닛으로부터 각각 서로 다른 온도의 냉매를 공급받아 다단계로 유체를 냉각시키는 열교환기;
    상기 열교환기를 통과한 냉매를 각각 입력받아 각각 압축하되, 서로 동일한 압력으로 냉매를 배출하는 복수 개의 프리압축기를 포함하는 프리압축유닛;
    상기 프리압축유닛으로부터 배출되는 냉매를 혼합하여 공급하는 혼합관;
    상기 혼합관에 연결되어 냉매를 압축하여 상기 팽창유닛으로 공급하는 메인압축유닛; 및
    상기 프리압축유닛과 상기 메인압축유닛 사이에 상기 혼합관에 연결되어 상기 혼합관을 통해 혼합되어 유입되는 냉매를 냉각시키는 냉각기를 포함하며,
    상기 팽창유닛과 상기 프리압축유닛은 상기 팽창기와 상기 프리압축기가 각각 서로 연동되어 동작하며,
    상기 복수 개의 팽창기는, 상기 메인압축유닛으로부터 동일한 라인을 통해 상기 열교환기로 유입되어 상기 열교환기 내에서 열 교환되어 상이한 온도로 냉각된 냉매를 순차 공급받도록 구성되는 유체냉각장치.
  2. 복수 개의 경로로 냉매를 각각 공급받아 각각 팽창시켜 서로 다른 온도의 냉매로 배출시키는 복수 개의 팽창기를 포함하는 팽창유닛;
    상기 팽창유닛으로부터 각각 서로 다른 온도의 냉매를 공급받아 다단계로 유체를 냉각시키는 열교환기;
    상기 열교환기를 통과한 냉매를 각각 입력받아 각각 압축하되, 서로 동일한 압력으로 냉매를 배출하는 복수 개의 프리압축기를 포함하는 프리압축유닛;
    상기 프리압축유닛으로부터 배출되는 냉매를 혼합하여 공급하는 혼합관; 및
    상기 혼합관에 연결되어 냉매를 압축하여 상기 팽창유닛으로 공급하는 메인압축유닛을 포함하며,
    상기 복수 개의 팽창기는, 상기 메인압축유닛으로부터 동일한 라인을 통해 상기 열교환기로 유입되어 상기 열교환기 내에서 열 교환되어 상이한 온도로 냉각된 냉매를 순차 공급받도록 구성되는 유체냉각장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 팽창기는 서로 다른 온도의 냉매를 팽창시키는 제1팽창기, 제2팽창기 및 제3팽창기를 포함하고,
    상기 복수 개의 압축기는 상기 제1팽창기와 동일 축으로 연결되고 상기 제1팽창기로부터 배출된 냉매를 압축하는 제1프리압축기, 상기 제2팽창기와 동일축으로 연결되고 상기 제2팽창기로부터 배출된 냉매를 압축하는 제2프리압축기 및 상기 제3팽창기와 동일축으로 연결되고 상기 제3팽창기로부터 배출된 냉매를 압축하는 제3프리압축기를 포함하는 유체냉각장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 메인압축유닛은 복수 개의 압축기가 직렬로 연결되고, 상기 혼합관으로 공급되는 냉매는 상기 복수 개의 압축기를 순차적으로 통과하여 가압되는 유체냉각장치.
  5. 복수 개의 경로로 냉매를 각각 공급받아 각각 팽창시켜 서로 다른 온도의 냉매로 배출시키는 복수 개의 팽창기를 포함하는 팽창유닛;
    상기 팽창유닛으로부터 각각 서로 다른 온도의 냉매를 공급받아 다단계로 유체를 냉각시키는 열교환기;
    상기 열교환기를 통과한 냉매를 각각 입력받아 각각 압축하되, 서로 동일한 압력으로 냉매를 배출하는 복수 개의 프리압축기를 포함하는 프리압축유닛;
    상기 프리압축유닛으로부터 배출되는 냉매를 혼합하여 공급하는 혼합관;
    상기 혼합관에 연결되어 냉매를 압축하여 상기 팽창유닛으로 공급하는 메인압축유닛; 및
    상기 프리압축유닛과 상기 메인압축유닛 사이에 상기 혼합관에 연결되어 상기 혼합관을 통해 혼합되어 유입되는 냉매를 냉각시키는 냉각기를 포함하며,
    상기 복수 개의 팽창기는, 상기 메인압축유닛으로부터 동일한 라인을 통해 상기 열교환기로 유입되어 상기 열교환기 내에서 열 교환되어 상이한 온도로 냉각된 냉매를 순차 공급받도록 구성되는 유체냉각장치.
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