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천연가스(NG)를 혼합냉매를 사용하여 여러 번의 열교환을 통해 액화 천연가스(LNG)로 변환해주는 사이클장치에 있어서,
혼합냉매를 내부에서 고압으로 생성하여 관(P7)을 통해 일측으로 이송시키는 압축기(100)와;
상기 압축기(100)와 연결되어 고압의 혼합냉매를 기상과 액상으로 분리하는 제 1,2기-액 분리기(300,310)와;
상기 제 2기-액 분리기(310)의 기상 냉매가 열교환 후, 과열 증기 상태의 냉매를 내부에서 낮은 온도의 냉매로 변화시키는 터빈팽창기(500)와;
상기 천연가스가 관을 통해 유입되고, 상기 제 1,2기-액 분리기(300,310) 및 터빈팽창기(500)에서 유입된 기상의 냉매와 열교환시키도록 제 1,2기-액 분리기(300,310) 및 터빈팽창기(500)와 관으로 연결되는 다수개의 열교환기(200,210,220,230,240);를 포함하여 구성되고,
상기 제 1,2기-액 분리기(300,310)의 액상 냉매를 낮은 온도로 변환시키도록 제 1,2기-액 분리기(300,310)와 각각 관으로 연결되는 제 1,2팽창밸브(400,410)가 설치되고, 상기 제 1,2팽창밸브(400,410)에서 낮은 온도로 변환된 냉매를 제 1,2팽창밸브(400,410)와 연결된 열교환기에 이송시켜 천연가스와 열교환되도록 형성되며,
상기 다수개의 열교환기(200,210,220,230,240)는 상기 제 1기-액 분리기(300)의 액상 냉매를 제 1팽창밸브(400)에서 변환된 낮은 온도의 냉매와 외부에서 유입된 천연가스를 열교환시키는 제 1열교환기(200)와, 상기 제 1열교환기(200)에서 열교환되어 유입된 천연가스와, 상기 제 2기-액 분리기(310)의 기상 냉매를 열교환시키는 제 2열교환기(210)와, 상기 터빈팽창기(500)에서 변환된 낮은 온도의 냉매와 천연가스를 열교환하는 제 4열교환기(230)와, 상기 제 4열교환기(230)에서 열교환되어 유입된 냉매와 제 2팽창밸브(410)에서 변환된 낮은 온도의 냉매가 혼합되어 유입된 냉매와 상기 제 2열교환기(210)에서 열교환되어 유입된 천연가스를 열교환시키는 제 3열교환기(220)와, 상기 제 3열교환기(220)에서 열교환된 냉매와 상기 제 1기-액 분리기(300)의 기상 냉매를 열교환시키는 제 5열교환기(240)를 포함하여 구성되고,
상기 제 1,2,3,4열교환기(200,210,220,230)를 연속해서 관통되어 연결시켜 천연가스를 이송시키도록 관(P1)이 형성되고, 상기 제 1기-액 분리기(300)의 기상이 이송되도록 제 1기-액 분리기(300)의 기상부위에서부터 제 1열교환기(200)와 제 5열교환기(240)에 관통되어 제 2기-액 분리기(310)까지 연결되는 관(P2)가 형성되고, 상기 제 1기-액 분리기(300)의 액상이 이송되도록 제 1기-액 분리기(300)의 액상부위에서부터 제 1열교환기(200)를 관통하여 외부의 압축기(100)까지 연결되는 관(P3)이 형성되고, 상기 제 1기-액 분리기(300)의 액상부위에 연결되는 관(P3)의 일단부에는 제 1팽창밸브(400)가 형성되며, 상기 제 2기-액 분리기(310)의 기상이 이송되도록 제 2기-액 분리기(310)의 기상부위에서부터 제 2열교환기(210)를 관통하여 터빈팽창기(500)까지 연결되는 관(P4)이 형성되고, 상기 터빈팽창기(500)에서부터 제 4,3,5열교환기(230,220,240)를 순서적으로 관통하여 상기 관(P3)의 일단부에 연결되는 관(P5)이 형성되고, 상기 제 2기-액 분리기(310)의 액상이 이송되도록 제 2기-액 분리기(310)의 액상부위에서부터 제 3,4열교환기(220,230) 사이에 형성되는 관(P5)에 연결되는 관(P6)이 형성되며, 상기 제 2기-액 분리기(310)의 기상부위에 연결되는 관(P6)의 일단부에는 제 2팽창밸브(410)가 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈팽창기를 사용하는 혼합냉매 천연가스 액화 사이클장치
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압축기(100)를 이용해 생성된 고압의 혼합 냉매를 관(P7)을 통해 제 1기-액 분리기(300)에 이송시켜 상기 제 1기-액 분리기(300)에서 기상과 액상으로 분리하고, 상기 액상의 냉매를 제 1팽창밸브(400)를 통해 팽창하면서 낮은 온도로 관(P3)을 통해 제 1열교환기(200)에 이송시키며, 상기 제 1열교환기(200)를 통해 제 1기-액 분리기(300)에서 관(P2)를 통해 이송되는 기상의 냉매와 관(P1)을 통해 이송되는 천연가스를 냉각시켜 후, 액상의 냉매는 다시 관(P3)를 통해 압축기(100)의 저압부(미도시)로 돌아가고,
상기 제 1기-액 분리기(300)를 통과한 기상의 냉매를 관(P2)을 통해 제 1,5열교환기(200,240)를 관통하여 예냉하고, 상기 제 2기-액 분리기(310)에 이송되어 다시 기상과 액상으로 분리하며, 상기 제 2기-액 분리기(310)에서 나온 기상의 냉매를 관(P4)를 통해 제 2열교환기(210)를 관통하여 터빈팽창기(500)에 이송하는데, 이때, 상기 제 2열교환기(210)를 관통하면서 천연가스를 냉각시키고, 포화 증기 상태의 냉매가 터빈팽창기(500)로 유입될 경우, 터빈팽창기(500) 내부에서 냉매는 이상 (two-phase) 상태가 되어 터빈팽창기(500)의 효율을 급격히 떨어뜨리면서 수명을 감소시키는 원인이 되기 때문에 제 2열교환기(210)을 통해 가열시켜 포화 증기 상태의 냉매를 과열 증기 상태의 냉매로 변환하여 터빈팽창기(500) 내부에 유입하며,
상기 터빈팽창기(500)를 통과한 저압의 냉매는 그 후 남은 냉열을 재생 (regeneration)하기 위해 제 3,4,5열교환기(220,230,240)를 관(P5)을 통해 냉매 및 천연가스와 열교환한 후 압축기(100)로 돌아가고,
상기 제 2기-액 분리기(310)를 통과한 액상의 냉매를 제 2팽창밸브(410)를 통해 팽창한 후 관(P6)을 통해 이송되고, 상기 관(P6)은 관(P5)의 일단부에 연결되어 제 2팽창밸브(410)를 통해 과냉 상태의 냉매를 관(P5)에 이송시켜 제 3,5열교환기(220,240)에서 천연가스와 기상의 냉매를 예냉시킨 후, 상기 관(P5)의 끝단부에 연결된 관(P3)을 통해 압축기(100)로 돌아가는 것을 특징으로 하는 터빈팽창기를 사용하는 혼합냉매 천연가스 액화 사이클장치의 작동방법
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