KR101996286B1 - 부유식 발전플랜트의 ｌｎｇ를 이용한 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템 - Google Patents

부유식 발전플랜트의 ｌｎｇ를 이용한 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템 Download PDF

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Abstract

액화가스 저장탱크로부터 액화가스를 공급받아 발전을 수행하는 발전설비를 구비한 부유식 발전플랜트의 상기 액화가스로부터 냉열을 공급받을 수 있도록 구성되는 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템이 개시된다.
일 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C)와; 상기 복수의 냉동창고 각각을 통과하도록 냉매가 순환되는 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C)과; 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 발전설비에 공급되는 상기 액화가스와 상기 복수의 순환배관을 순환하는 각각의 냉매와의 사이에서 열교환이 이루어지는 단일의 열교환기(240); 를 포함할 수 있다.

Description

부유식 발전플랜트의 ＬＮＧ를 이용한 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템 {REFRIGERANT CIRCULATION SYSTEM OF MULTIPLE COLD STORAGE USING LNG FROM FLOATING STORAGE POWER PLANT}
본 발명은 부유식 발전플랜트의 LNG를 이용한 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 FSPP의 LNG를 냉동부하의 변동에 따라 급속 또는 일반 냉동 등 소망하는 설정 온도 범위에서 냉동 보관 가능하게 열교환 냉매로 활용할 수 있도록 한 부유식 발전플랜트의 LNG를 이용한 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템에 관한 것이다.
종래의 부유식 발전플랜트(Floating Storage Power Plant, 이하 FSPP)는 LNG를 기화시켜 가스터빈 또는 엔진의 연료로 공급한다.
이때 종래의 FSPP에서는 LNG를 기화시키기 위해 주로 해수를 사용해 왔으며, 최근에는 LNG 기화기의 내부에 얼음이 어는 것을 방지하고자 글리콜 워터(Glycol water)를 이용하여 간접적으로 LNG를 기화시키는 방식으로 전환하고 있는 추세이다.
종래의 FSPP에서는 LNG를 기화시키기 위하여 해수가 사용될 때 열교환이 끝나면 해수를 다시 해상으로 방류하고, LNG 기화용으로 글리콜 워터가 사용될 때는 냉각된 글리콜 워터를 해수와 열교환시켜 재순환시키게 된다.
등록특허 제10-1291947호의 "해양선박의 냉매 순환로에의 냉각 에너지 공급장치 및 방법"(이하 선행기술)과 같은, 해수를 이용한 기존의 가열 방식은 섭씨 영하 162도 내외인 LNG를 상온까지 끌어올리기 위하여 많은 양의 해수가 필요하며, 이렇게 활용한 해수를 열교환이 끝나면 해상으로 방류하므로 에너지 관리 측면에서는 매우 비효율적이라 할 수 있다.
특히, 선행기술은 액화가스를 이용한 추진시스템을 구비한 해양선박의 객실내의 냉각 에너지를 공급하는 용도로는 적절할 수 있으나, 극저온 상태의 급속냉동이 필요한 냉동창고에 적용하기에는 무리가 있었다.
등록특허 제10-1291947호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, FSPP의 LNG를 냉동부하의 변동에 따라 급속 또는 일반 냉동 등 소망하는 설정 온도 범위에서 열교환 매체로 활용할 수 있도록 하는, 부유식 발전플랜트의 LNG를 이용한 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 저장탱크로부터 액화가스를 공급받아 발전을 수행하는 발전설비를 구비한 부유식 발전플랜트의 상기 액화가스로부터 냉열을 공급받을 수 있도록 구성되는 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템으로서, 복수의 냉동창고와; 상기 복수의 냉동창고 각각을 통과하도록 냉매가 순환되는 복수의 순환배관과; 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 발전설비에 공급되는 상기 액화가스와 상기 복수의 순환배관을 순환하는 각각의 냉매와의 사이에서 열교환이 이루어지는 단일의 열교환기; 를 포함하는, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템이 제공될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 발전설비에 공급되는 상기 액화가스는 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 발전설비까지 연장하는 메인배관을 통하여 유동하며, 상기 단일의 열교환기는 상기 메인배관 상에 배치될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 순환배관 모두는 상기 단일의 열교환기를 통과하도록 구성되며, 상기 복수의 순환배관 내에서 각각 유동하는 냉매의 유량은 순환배관마다 서로 상이하게 조절될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 순환배관은, 상기 메인배관 내에서 유동하는 상기 액화가스와의 열교환에 의해 제1 냉동창고에 냉열을 전달하도록 제1 유량의 제1 냉매가 순환하는 제1 순환배관과, 상기 메인배관 내에서 유동하는 상기 액화가스와의 열교환에 의해 제2 냉동창고에 냉열을 전달하도록 제2 유량의 제2 냉매가 순환하는 제2 순환배관과, 상기 메인배관 내에서 유동하는 상기 액화가스와의 열교환에 의해 제3 냉동창고에 냉열을 전달하도록 제3 유량의 제3 냉매가 순환하는 제3 순환배관을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 유량은 상기 제2 유량보다 많고, 상기 제2 유량은 상기 제3 유량보다 많을 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 순환배관은, 상기 메인배관 내에서 유동하는 상기 액화가스와의 열교환에 의해 제1 냉동창고에 냉열을 전달하도록 제1 유량의 제1 냉매가 순환하는 제1 순환배관과, 상기 제1 냉매와의 열교환에 의해 제2 냉동창고에 냉열을 전달하도록 제2 유량의 제2 냉매가 순환하는 제2 순환배관과, 상기 제2 냉매와의 열교환에 의해 제3 냉동창고에 냉열을 전달하도록 제3 유량의 제3 냉매가 순환하는 제3 순환배관을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 냉매는 상기 제2 냉매보다 낮은 온도로 냉각될 수 있고, 상기 제2 냉매는 상기 제3 냉매보다 낮은 온도로 냉각될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 냉매는 CO2이며, 상기 제1 냉매의 냉매온도는 섭씨 영하 50도 내지 섭씨 영하 70도, 혹은 섭씨 영하 65도 내지 섭씨 영하 70도일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 냉매는 암모니아이며, 상기 제2 냉매의 냉매온도는 섭씨 영하 15도 내지 섭씨 영하 35도, 혹은 섭씨 영하 25도 내지 섭씨 영하 30도일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제3 냉매는 R134-a 또는 칠드 워터(chilled water)이며, 상기 제3 냉매의 냉매온도는 섭씨 영하 3도 내지 섭씨 영하 10도, 혹은 섭씨 영하 7도 내지 섭씨 영하 10도일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 냉동창고는 서로 다른 설정 온도 범위를 가질 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 상기 복수의 순환배관에 각각 설치되어 상기 순환배관 내에서 유동하는 냉매의 순환을 제어하는 냉매처리 유닛을 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 냉매처리 유닛은, 냉매가 일시 저장될 수 있는 버퍼탱크와, 냉매를 유동시키기 위한 냉매순환 펌프와, 냉매의 유량을 조절하기 위한 냉매제어 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 해상에 부유된 상태로 전기를 생산하기 위한 부유식 발전플랜트로서, 발전을 수행하는 발전설비와; 상기 발전설비에 연료로서 공급되는 액화가스를 저장하고 있는 액화가스 저장탱크와; 상기 발전설비에 공급되는 상기 액화가스로부터 냉열을 공급받을 수 있도록 구성되는 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템; 을 포함하며, 상기 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 복수의 냉동창고, 상기 복수의 냉동창고 각각을 통과하도록 냉매가 순환되는 복수의 순환배관, 그리고 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 발전설비에 공급되는 상기 액화가스와 상기 복수의 순환배관을 순환하는 각각의 냉매와의 사이에서 열교환이 이루어지는 단일의 열교환기를 포함하는, 부유식 발전플랜트가 제공될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 부유식 발전플랜트는, 상기 메인배관 상에서 상기 액화가스 저장탱크의 하류측에 설치되어, 상기 복수의 열교환기에 상기 액화가스를 공급하는 액화가스 공급 펌프; 및 상기 메인배관 상에서 상기 발전설비의 상류측에 설치되어, 상기 발전설비에 공급되는 상기 액화가스의 온도를 상기 발전설비에서 요구하는 온도로 조절하는 트림 히터; 를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 냉동창고는, 상기 부유식 발전플랜트에 설치되거나, 상기 부유식 발전플랜트로부터 이격된 외부장소에 설치될 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, FSPP의 LNG를 냉동부하의 변동에 따라 급속 또는 일반 냉동 등 소망하는 설정 온도 범위에서 열교환 매체로 활용할 수 있도록 하는, 부유식 발전플랜트의 LNG를 이용한 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템이 제공될 수 있다.
그에 따라 본 발명의 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템에 의하면, FSPP의 LNG가 가진 증발잠열의 에너지 대부분을 복수의 냉동창고들이 공급받을 수 있으므로 기존의 냉매순환시스템에 비하여 LNG 기화시에 필요한 해수의 소요량을 대폭적으로 저감할 수 있으므로 에너지 및 자원의 효율적인 관리가 가능하게 될 수 있다.
또한, FSPP에서는 발전기를 운전하기 위해 지속적으로 연료로서의 LNG가 발전설비 측으로 공급되기 때문에, 냉동창고들에서 필요로 하는 냉열원이 안정적으로 확보될 수 있다.
본 발명은 추가적인 동력이나 에너지의 투입이 필요없이 복수의 냉동창고에 수용된 저장물을 각각의 설정 온도에 맞게 보관할 수 있다는 점에서 에너지와 전력 사용량을 획기적으로 저감할 수 있다.
본 발명에 따르면, LNG를 복수의 냉동창고 각각의 저장물 보관에 필요한 설정 온도 범위 유지를 위한 열교환 매체로 활용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 다양한 종류의 냉동 저장물의 보관에 적극적이며 유기적으로 대응할 수 있게 되므로 다양한 수요처에 신뢰도 높은 설비의 제공이 가능하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 부유식 발전플랜트의 LNG를 이용한 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 개념도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 부유식 발전플랜트의 LNG를 이용한 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 개념도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 본 명세서에서 별도로 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 부유식 발전플랜트의 LNG를 이용한 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 개념도이다.
본 발명의 제1 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 부유식 발전플랜트에서 발전설비의 연료로서 공급되는 액화가스, 예컨대 LNG로부터 냉열을 공급받을 수 있도록 구성된다. 부유식 발전플랜트(Floating Storage Power Plant, 이하 FSPP)는, 액화가스, 예컨대 LNG를 저장하는 액화가스 저장탱크(101)와, 이 액화가스 저장탱크(101)에 저장된 액화가스를 공급받아 발전을 수행하는 발전설비(도시생략)를 포함한다.
또, 제1 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 서로 다른 설정 온도 범위를 가진 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C)와, 상기 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각을 통과하도록 냉매가 순환하는 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C)과, FSPP에 설치된 액화가스 저장탱크(101)로부터 발전설비에 공급되는 LNG와 상기 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C)을 순환하는 냉매를 열교환시키는 열교환기(140A, 140B, 140C)를 포함할 수 있다.
도 1에는 3개의 냉동창고(120A, 120B, 120C)가 도시되어 있으며, 이어지는 설명에서는 3개의 냉동창고 중 액화가스 저장탱크(101)에 가장 가깝게 배치된 제1 순환배관(130A)에 설치된 냉동창고를 제1 냉동창고(120A)라고 지칭하고, 액화가스의 유동방향을 기준으로, 제1 냉동창고(120A)의 하류측에 배치된 냉동창고를 제2 냉동창고(120B)라고 지칭하고, 제2 냉동창고(120B)의 하류측에 배치된 냉동창고를 제3 냉동창고(120C)라고 지칭한다. 하지만, 냉동창고는 2개 이하, 혹은 4개 이상이 포함될 수 있으며, 본 발명은 냉동창고의 개수에 의해 한정되지 않는다.
또한, 도 1에는 3개의 순환배관(130A, 130B, 130C)이 도시되어 있으며, 이어지는 설명에서는 3개의 냉동창고 중 제1 냉동창고(120A)에 냉열을 전달하기 위한 순환배관을 제1 순환배관(130A)이라고 지칭하고, 제2 냉동창고(120B)에 냉열을 전달하기 위한 순환배관을 제2 순환배관(130B)이라고 지칭하고, 제3 냉동창고(120C)에 냉열을 전달하기 위한 순환배관을 제3 순환배관(130C)이라고 지칭한다. 하지만, 순환배관은 2개 이하, 혹은 4개 이상이 포함될 수 있으며, 본 발명은 순환배관의 개수에 의해 한정되지 않는다. 또한, 하나의 순환배관에 하나 이상의 냉동창고가 설치될 수 있다.
제1 실시형태에 있어서, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, FSPP에 설치되어 액화가스가 저장되는 액화가스 저장탱크(101)와, 상기 액화가스 저장탱크(101)로부터 수요처, 즉, 발전설비에 연료로서 공급되는 액화가스, 예컨대 LNG를 수요처에서 요구하는 온도로 조절하는 트림 히터(trim heater)(114)를 더 포함할 수 있다. 이를 위해, 액화가스 저장탱크(101)와 발전설비와의 사이는 액화가스가 유동할 수 있는 메인배관(110)으로 연결되며, 이 메인배관(110) 상에서 액화가스 저장탱크(101)와 발전설비 사이에는 트림 히터(114)가 설치된다.
또한, 열교환기(140A, 140B, 140C)는, 메인배관(110) 상에서 액화가스 저장탱크(101)와 트림 히터(114) 사이에 설치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 복수의 열교환기(140A, 140B, 140C)가 메인배관(110) 상에서 직렬로 배열된다. 도 1에는 3개의 열교환기(140A, 140B, 140C)가 도시되어 있으며, 이어지는 설명에서는 3개의 열교환기 중 액화가스 저장탱크(101)에 가장 가깝게 배치된 열교환기를 제1 열교환기(140A)라고 지칭하고, 액화가스의 유동방향을 기준으로, 제1 열교환기(140A)의 하류측에 배치된 열교환기를 제2 열교환기(140B)라고 지칭하고, 제2 열교환기(140B)의 하류측에 배치된 열교환기를 제3 열교환기(140C)라고 지칭한다. 하지만, 열교환기는 2개 이하, 혹은 4개 이상이 포함될 수 있으며, 본 발명은 열교환기의 개수에 의해 한정되지 않는다.
열교환기(140A, 140B, 140C)를 통한 액화가스의 유동이 원활하게 이루어질 수 있도록, 메인배관(110) 상에는 액화가스 공급 펌프(112)가 설치되어, 액화가스 저장탱크(101)에 저장된 액화가스를 열교환기(140A, 140B, 140C) 측으로 이송시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 냉동부하에 따라서, 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각의 냉매순환량을 조절할 수 있는 냉매처리 유닛(150A, 150B, 150C)을 더 포함할 수 있다.
각각의 냉동창고(120A, 120B, 120C)는 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 중 대응하는 하나의 순환배관 상에 설치될 수 있다. 각각의 냉동창고(120A, 120B, 120C)는, 서로 다른 설정 온도로 저장물을 냉각 또는 냉동시켜 보관하는 공간을 구비한다.
냉매처리 유닛(150A, 150B, 150C)은, 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C)에 각각 장착되어 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각을 흐르는 냉매의 유량을 조절하고, 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 설정 온도 범위에 맞게 냉매를 순환시키거나 순환을 정지 또는 지속시키는 역할을 수행할 수 있다.
각각의 열교환기(140A, 140B, 140C)에서는, FSPP에 설치된 액화가스 저장탱크(101)로부터 공급되는 LNG와, 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각을 순환하는 냉매와의 열교환이 이루어질 수 있다.
더욱 상세하게는, 제1 내지 제3 열교환기(140A, 140B, 140C) 중에서 제1 열교환기(140A)는 메인배관(110) 상에서 LNG의 유동방향을 기준으로 가장 상류측에 설치되어 있으므로, 제1 열교환기(140A)에서 냉각된 냉매는 제2 열교환기(140B) 및 제3 열교환기(140C)에서 냉각되는 냉매보다 낮은 온도로 냉각될 수 있다.
제1 열교환기(140A)에서 냉매와 열교환하면서 가열된 LNG는, 계속해서 제2 열교환기(140B)에 공급되며, 제2 열교환기(140B)에서 냉매와 열교환한다. 제2 열교환기(140B)에서 냉각된 냉매는 제1 열교환기(140A)에서 냉각되는 냉매보다는 높은 온도이고 제3 열교환기(140C)에서 냉각되는 냉매보다는 낮은 온도로 냉각될 수 있다.
제1 열교환기(140A) 및 제2 열교환기(140B)를 순차적으로 통과하면서 냉매와 열교환하면서 가열된 LNG는, 계속해서 제3 열교환기(140C)에 공급되며, 제3 열교환기(140C)에서 냉매와 열교환한다. 제3 열교환기(140C)에서 냉각된 냉매는 제2 열교환기(140B)에서 냉각되는 냉매보다는 높은 온도로 냉각될 수 있다.
그에 따라 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 중 제1 냉동창고(120A)는 내부온도를 가장 낮은 온도까지 급속도로 냉각시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 냉동창고(120A)는 급속냉동창고로서 사용될 수 있으며, 냉매로서 예컨대 CO2를 사용할 수 있다. 냉매온도는, 예를 들어, 섭씨 영하 50도 내지 섭씨 영하 70도, 혹은 섭씨 영하 65도 내지 섭씨 영하 70도 정도로 설정될 수 있다.
예를 들어, 제2 냉동창고(120B)는 일반적인 냉동창고로서 사용될 수 있으며, 냉매로서 예컨대 암모니아를 사용할 수 있다. 냉매온도는, 예를 들어, 섭씨 영하 15도 내지 섭씨 영하 35도, 혹은 섭씨 영하 25도 내지 섭씨 영하 30도 정도로 설정될 수 있다.
예를 들어, 제3 냉동창고(120C)는 일반적인 냉장창고로서 사용될 수 있으며, 냉매로서 예컨대 R134-a 또는 칠드 워터(chilled water)를 사용할 수 있다. 냉매온도는, 예를 들어, 섭씨 영하 3도 내지 섭씨 영하 10도, 혹은 섭씨 영하 7도 내지 섭씨 영하 10도 정도로 설정될 수 있다.
또한, 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 내부 설정 온도는, 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 내부에 수용되는 저장물의 보관에 필요한 냉동부하에 대응하여, 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각을 순환하는 냉매의 순환량을 조절함으로써 미세하게 제어될 수도 있다.
한편, 냉매처리 유닛(150A, 150B, 150C)은, 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각에 배치되어 냉매가 일시 저장되는 공간을 구비한 버퍼탱크(151A, 151B, 151C)와, 냉매를 유동시키기 위한 냉매순환 펌프(152A, 152B, 152C)와, 냉매의 유량을 조절하기 위한 냉매제어 밸브(154A, 154B, 154C)를 포함할 수 있다.
참고로, 도면에서 미설명 부호로 "LT"는 버퍼탱크(151A, 151B, 151C) 내부에 수용된 냉매의 액위를 표시하는 레벨 트랜스미터(Level Transmitter)를 가리킨다.
여기서, 냉매순환 펌프(152A, 152B, 152C)는 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 상에 각각 장착되어 버퍼탱크(151A, 151B, 151C)의 출구측에 배치되며, 냉매가 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각을 순환하는 압력을 발생시킬 수 있다.
냉매제어 밸브(154A, 154B, 154C)는 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 상에 각각 장착되어 냉매순환 펌프의 출구측과 냉동창고 사이에 배치되며, 버퍼탱크(151A, 151B, 151C)로부터 냉매가 냉동창고(120A, 120B, 120C)측으로 흐르는 것을 허용 또는 차단하거나, 냉매의 유량을 조절하도록 구성될 수 있다.
아울러, 각각의 냉동창고(120A, 120B, 120C)의 설정 온도 범위는 냉매순환 펌프(152A, 152B, 152C)의 주파수 및 냉매제어 밸브(154A, 154B, 154C)의 개방도에 의하여 조절될 수 있다.
제1 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 설정 온도 범위에 신속하게 도달하고 가동정지후 제상 및 재가동에 소요되는 시간의 단축을 위하여 냉각팬(122A, 122B, 122C)과 제상히터(124A, 124B, 124C)를 더 구비할 수도 있음은 물론이다.
냉각팬(122A, 122B, 122C)은 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 내부에 장착되어 냉동창고(120A, 120B, 120C)를 관통하는 순환배관(130A, 130B, 130C)에 장착된 증발기(126A, 126B, 126C)측을 향하여 강제 대류에 따른 냉각 효과를 구현함으로써 설정 온도 범위에 도달할 때까지 가동될 수 있다.
제상히터(124A, 124B, 124C)는 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 내부에 장착되어 설정 온도 범위에 도달하여 냉각팬(122A, 122B, 122C)과 냉매순환 펌프의 가동이 정지됨과 동시에 냉매제어 밸브의 유로 차단이 실시되면 가동을 시작하여 증발기(126A, 126B, 126C)의 제상을 실시할 수 있다.
냉각팬(122A, 122B, 122C)과 제상히터(124A, 124B, 124C)는 설정 온도 범위에 도달할 때까지, 그리고 가동 정지후 재가동 준비를 할 때까지의 짧은 시간만 선택적으로 가동될 수 있으므로 동력 및 에너지의 소모를 극소화할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 실시형태에 따르면, 복수의 순환배관은, 크게 제1 내지 제3 순환배관(130A, 130B, 130C)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 순환배관(130A, 130B, 130C)은 메인배관(110)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.
제1 순환배관(130A)에는 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 중 제1 냉동창고(120A)가 설치되며, 제1 온도 범위로 설정되도록 제1 냉매가 순환하는 유로를 형성할 수 있다. 제1 순환배관(130A)에는, 제1 냉동창고(120A)와, 복수의 냉매제어 밸브 중 제1 냉매제어 밸브(154A)와, 복수의 냉매순환 펌프 중 제1 냉매순환 펌프(152A)가 각각 장착될 수 있다. 예를 들어, 제1 순환배관(130A)은 제1 온도 범위로 설정되도록 제1 냉매제어 밸브(154A)에 의하여 제1 개방도로 유로가 개방된 상태에서 제1 냉매순환 펌프(152A)에 의하여 제1 냉매가 순환하는 유로를 형성할 수 있다.
제2 순환배관(130B)에는 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 중 제2 냉동창고(120B)가 설치되며, 제1 온도 범위보다 높은 제2 온도 범위로 설정되도록 제2 냉매가 순환하는 유로를 형성할 수 있다. 제2 순환배관(130B)에는, 제2 냉동창고(120B)와, 복수의 냉매제어 밸브 중 제2 냉매제어 밸브(154B)와, 복수의 냉매순환 펌프 중 제2 냉매순환 펌프(152B)가 각각 장착될 수 있다. 제2 순환배관(130B)은 제1 온도 범위보다 높은 제2 온도 범위로 설정되도록, 제2 냉매제어 밸브(154B)에 의하여 제2 개방도로 유로가 개방된 상태에서 제2 냉매순환 펌프(152B)에 의하여 제2 냉매가 순환하는 유로를 형성할 수 있다.
제3 순환배관(130C)에는 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 중 제3 냉동창고(120C)가 설치되며, 제2 온도 범위보다 높은 제3 온도 범위로 설정되도록 제3 냉매가 순환하는 유로를 형성할 수 있다. 제3 순환배관(130C)에는, 제3 냉동창고(120C)와, 복수의 냉매제어 밸브 중 제3 냉매제어 밸브(154C)와, 복수의 냉매순환 펌프 중 제3 냉매순환 펌프(152C)가 각각 장착될 수 있다. 제3 순환배관(130C)은 제2 온도 범위보다 높은 제3 온도 범위로 설정되도록, 제3 냉매제어 밸브(154C)에 의하여 제3 개방도로 유로가 개방된 상태에서 제3 냉매순환 펌프(152C)에 의하여 제3 냉매가 순환하는 유로를 형성할 수 있다.
제1 온도 범위는, 예를 들어, 섭씨 영하 50도 내지 섭씨 영하 70도, 혹은 섭씨 영하 65도 내지 섭씨 영하 70도일 수 있으며, 참치 등과 같은 어류의 급속 냉동이 필요한 경우에 적절할 수 있다. 제2 온도 범위는, 예를 들어, 섭씨 영하 15도 내지 섭씨 영하 35도, 혹은 섭씨 영하 25도 내지 섭씨 영하 30도일 수 있으며, 제3 온도 범위는, 예를 들어, 섭씨 영하 3도 내지 섭씨 영하 10도, 혹은 섭씨 영하 7도 내지 섭씨 영하 10도일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른 부유식 발전플랜트의 LNG를 이용한 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템의 작용 및 효과에 대하여 다음과 같이 살펴보고자 한다.
제1 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, FSPP에 설치된 액화가스 저장탱크(101)로부터 발전설비로 공급되는 액화가스와 열교환하기 위한 냉매가 순환하는 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C)과; 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각에 장착되어 서로 다른 설정 온도로 저장물을 냉각 또는 냉동시켜 보관하는 냉동창고(120A, 120B, 120C)와; 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각에 장착되어 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각을 흐르는 냉매를 저장하고, 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 설정 온도 범위에 맞게 냉매를 순환시키거나 순환을 정지 또는 지속시키는 냉매처리 유닛(150A, 150B, 150C)과; 발전설비로 공급되는 액화가스, 즉, LNG와 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각을 순환하는 냉매와의 열교환이 이루어지도록 메인배관(110)을 따라 복수개가 직렬로 배열되는 열교환기(140A, 140B, 140C)를 포함할 수 있으며, LNG가 가진 냉열 대부분을 복수의 냉동창고들이 공급받을 수 있어 기존의 냉매순환시스템에 비하여 LNG 기화시에 필요한 해수의 소요량을 대폭적으로 저감할 수 있으므로 에너지 및 자원의 효율적인 관리가 가능하게 될 수 있다.
특히, 본 발명은 추가적인 동력이나 에너지의 투입이 필요없이 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C)에 수용된 저장물을 각각의 설정 온도에 맞게 보관할 수 있다는 점에서 에너지와 전력 사용량을 획기적으로 저감할 수 있다.
그리고, 제1 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, FSPP에 구비되어 LNG가 저장되는 액화가스 저장탱크(101)와, 액화가스 저장탱크(101)로부터 수요처로 공급될 LNG의 온도를 수요처, 예컨대 발전설비의 요구 온도에 맞춰 최종적으로 조절하는 트림 히터(114)와, 액화가스 저장탱크(101)와 트림 히터(114)를 연결하며 LNG가 흐르는 유로를 형성하는 메인배관(110)을 더 포함할 수 있으며, 각각의 열교환기(140A, 140B, 140C)의 내부에 메인배관(110)과 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각의 일정 구간을 수용함으로써, LNG를 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 저장물 보관에 필요한 설정 온도 범위 유지를 위한 열교환 매체로 활용하는데 큰 도움을 줄 수 있을 것이다.
그리고, 제1 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 액화가스 저장탱크(101)와 열교환기(140A, 140B, 140C) 사이의 메인배관(110) 상에 장착되어 액화가스 저장탱크(101)를 열교환기(140A, 140B, 140C)측으로 이송시키는 액화가스 공급 펌프(112)를 더 구비함으로써, 열교환 매체로서의 LNG를 원활하게 지속적으로 공급하여 냉동부하를 저감하면서도 냉동 보관 성능의 향상을 도모할 수 있게 될 것이다.
그리고, 제1 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템에 따르면, 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 내부 설정 온도는, 메인배관(110) 상에서 유동 방향을 기준으로 상류에서 하류측으로 갈수록 순차적으로 높아질 수 있다. 즉, 메인배관(110) 상에서 유동 방향을 기준으로 가장 상류측에 설치된 제1 순환배관(130A)의 제1 냉매는, 메인배관(110)을 통하여 유동하는 LNG로부터 상대적으로 많은 냉열을 공급받을 수 있기 때문에 제1 냉동창고(120A)의 내부 설정 온도는 가장 낮게 정해질 수 있다. 계속해서, 메인배관(110) 상에서 하류측으로 갈수록, 메인배관(110) 내에서 유동하는 LNG의 온도가 점차 높아지기 때문에, 제2 냉동창고(120B)의 내부 설정 온도는 제1 냉동창고(120A)의 내부 설정 온도보다 높게 정해지게 되고, 제3 냉동창고(120C)의 내부 설정 온도는 제2 냉동창고(120B)의 내부 설정 온도보다 높게 정해지게 된다.
본 명세서에서, 액화가스 저장탱크(101)에 저장된 액화가스가 LNG인 경우, LNG의 액화온도는 상압에서 대략 섭씨 영하 162도 내외이므로, 제1 열교환기(140A)에서의 열교환시 LNG는 적어도 부분적으로 기화될 수 있다. 이와 같이 LNG는 메인배관(110)을 통해 유동하는 동안 적어도 부분적으로 혹은 완전히 기화될 수 있지만, 설명의 편의상 액체 상태인지 기체 상태인지 구분하지 않고 모두 LNG라고 지칭한다.
제1 실시형태에 따르면, 각각의 냉동창고(120A, 120B, 120C)의 내부 설정 온도가 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 내부에 수용되는 저장물의 보관에 필요한 냉동부하에 대응하여 결정되도록 함으로써, 다양한 종류의 냉동 저장물의 보관에 적극적이며 유기적으로 대응할 수 있게 되므로 다양한 수요처에 신뢰도 높은 설비의 제공이 가능하게 될 것이다.
그리고, 제1 실시형태에 있어서 냉매처리 유닛(150A, 150B, 150C)은, 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각에 배치되어 냉매가 일시 저장되는 공간을 구비한 버퍼탱크(151A, 151B, 151C)와, 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 상에 각각 장착되어 버퍼탱크(151A, 151B, 151C)의 출구측에 배치되며, 냉매가 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각을 순환하는 압력을 발생시키는 냉매순환 펌프와, 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 상에 각각 장착되어 냉매순환 펌프의 출구측과 냉동창고(120A, 120B, 120C) 사이에 배치되며, 버퍼탱크(151A, 151B, 151C)로부터 냉매가 냉동창고(120A, 120B, 120C)측으로 흐르는 것을 허용 또는 차단하는 냉매제어 밸브를 포함하며, 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 설정 온도 범위는 냉매순환 펌프의 주파수 및 냉매제어 밸브의 개방도 등에 의하여 조절되도록 함으로써, 다양한 종류의 냉동 저장물의 보관에 적극적이며 유기적으로 대응할 수 있게 되므로 다양한 수요처에 신뢰도 높은 설비의 제공이 가능하게 될 수 있다.
한편, 도 1에는 LNG에 의해 냉각된 냉매가 유동하는 순환배관(130A, 130B, 130C)이 냉동창고(120A, 120B, 120C)의 내부를 관통하여 연장하는 것으로 도시되어 있지만, 제1 실시형태의 변형예에 따르면, 각각의 냉동창고(120A, 120B, 120C)는, 중간 열매체가 순환하는 중간 열전달 회로(도시생략)를 통하여 순환배관(130A, 130B, 130C) 내의 냉매로부터 냉열을 공급받도록 구성될 수도 있다.
또한, 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C)는, 예를 들어, 부유식 발전플랜트의 선체 내부나 갑판 상과 같이 부유식 발전플랜트에 설치될 수도 있고, 부유식 발전플랜트로부터 이격된 장소, 예컨대 육상의 별도의 장소에 설치될 수도 있다.
냉동창고(120A, 120B, 120C)가 부유식 발전플랜트로부터 이격된 외부장소에 설치되는 경우, 순환배관 및 냉매처리 유닛의 일부 구성도 부유식 발전플랜트로부터 이격된 외부장소에 설치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 부유식 발전플랜트의 LNG를 이용한 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 개념도이다.
본 발명의 제2 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 제1 실시형태에서와 마찬가지로, 부유식 발전플랜트에서 발전설비의 연료로서 공급되는 액화가스, 예컨대 LNG로부터 냉열을 공급받을 수 있도록 구성된다. 부유식 발전플랜트(FSPP)는, 액화가스, 예컨대 LNG를 저장하는 액화가스 저장탱크(101)와, 이 액화가스 저장탱크(101)에 저장된 액화가스를 공급받아 발전을 수행하는 발전설비(도시생략)를 포함한다.
다만, 제2 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 복수의 열교환기가 직렬로 배열되는 제1 실시형태와는 달리, 하나의 열교환기를 갖는다. 또한, 제2 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 복수의 순환배관이 직렬로 배열된 열교환기마다 하나씩 설치되는 제1 실시형태와는 달리, 하나의 열교환기에 복수의 순환배관이 모두 연결되도록 구성된다는 점에서 차이점이 존재한다.
제2 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 서로 다른 설정 온도 범위를 가진 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C)와, 상기 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 각각을 통과하도록 냉매가 순환하는 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C)과, FSPP에 설치된 액화가스 저장탱크(101)로부터 발전설비에 공급되는 LNG와 상기 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C)을 순환하는 냉매를 열교환시키는 열교환기(240)를 포함할 수 있다.
도 2에는 3개의 냉동창고(220A, 220B, 220C)가 도시되어 있으며, 이어지는 설명에서는 3개의 냉동창고 중 제1 순환배관(230A)에 설치된 냉동창고를 제1 냉동창고(220A)라고 지칭하고, 제2 순환배관(230B)에 설치된 냉동창고를 제2 냉동창고(220B)라고 지칭하고, 제3 순환배관(230C)에 설치된 냉동창고를 제3 냉동창고(220C)라고 지칭한다. 하지만, 냉동창고는 2개 이하, 혹은 4개 이상이 포함될 수 있으며, 본 발명은 냉동창고의 개수에 의해 한정되지 않는다.
또한, 도 2에는 3개의 순환배관(230A, 230B, 230C)이 도시되어 있으며, 이어지는 설명에서는 3개의 냉동창고 중 제1 냉동창고(220A)에 냉열을 전달하기 위한 순환배관을 제1 순환배관(230A)이라고 지칭하고, 제2 냉동창고(220B)에 냉열을 전달하기 위한 순환배관을 제2 순환배관(230B)이라고 지칭하고, 제3 냉동창고(220C)에 냉열을 전달하기 위한 순환배관을 제3 순환배관(230C)이라고 지칭한다. 하지만, 순환배관은 2개 이하, 혹은 4개 이상이 포함될 수 있으며, 본 발명은 순환배관의 개수에 의해 한정되지 않는다. 또한, 하나의 순환배관에 하나 이상의 냉동창고가 설치될 수 있다.
제2 실시형태에 있어서, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, FSPP에 설치되어 액화가스가 저장되는 액화가스 저장탱크(101)와, 상기 액화가스 저장탱크(101)로부터 수요처, 즉, 발전설비에 연료로서 공급되는 액화가스, 예컨대 LNG를 수요처에서 요구하는 온도로 조절하는 트림 히터(114, trim heater)를 더 포함할 수 있다. 이를 위해, 액화가스 저장탱크(101)와 발전설비와의 사이는 액화가스가 유동할 수 있는 메인배관(110)으로 연결되며, 이 메인배관(110) 상에서 액화가스 저장탱크(101)와 발전설비 사이에는 트림 히터(114)가 설치된다.
또한, 열교환기(240)는, 메인배관(110) 상에서 액화가스 저장탱크(101)와 트림 히터(114) 사이에 설치된다.
여기서, 열교환기(240)는 메인배관(110)과 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각의 일정 구간을 내부에 수용하는 것일 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따르면, 열교환기(240)의 내부에 있어서, 복수의 순환배관 중 제1 순환배관(230A)은 메인배관(110)의 내부에서 유동하는 액화가스로부터 우선적으로 냉열을 공급받을 수 있도록 메인배관(110)과 가장 가깝게 배치될 수도 있다. 또한, 복수의 순환배관 중 제2 순환배관(230B)은 제1 순환배관(230A)의 내부에서 유동하는 냉매로부터 냉열을 공급받을 수 있도록 배치될 수도 있다. 또한, 복수의 순환배관 중 제3 순환배관(230C)은 제2 순환배관(230B)의 내부에서 유동하는 냉매로부터 냉열을 공급받을 수 있도록 배치될 수도 있다.
액화가스 저장탱크(101)와 열교환기(240) 사이의 메인배관(110) 상에는 액화가스 공급 펌프(112)가 장착되어 액화가스 저장탱크(101)를 열교환기(240)측으로 이송시키는 역할을 수행할 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 각각의 냉동부하에 따라서, 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각의 냉매순환량을 서로 다르게 조절할 수 있는 냉매처리 유닛(250)을 더 포함할 수 있다.
각각의 냉동창고(220A, 220B, 220C)는 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 중 대응하는 하나의 순환배관 상에 설치될 수 있다. 각각의 냉동창고(220A, 220B, 220C)는, 서로 다른 설정 온도로 저장물을 냉각 또는 냉동시켜 보관하는 공간을 구비한다.
냉매처리 유닛(250)은 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C)에 각각 장착되어 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각을 흐르는 냉매의 유량을 조절하고, 냉동창고(220A, 220B, 220C) 각각의 설정 온도 범위에 맞게 냉매를 순환시키거나 순환을 정지 또는 지속시키는 역할을 수행할 수 있다.
열교환기(240)에서는 FSPP에 설치된 액화가스 저장탱크(101)로부터 공급되는 LNG와, 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각을 순환하는 냉매와의 열교환이 이루어질 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따르면, 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 각각의 내부 설정 온도는, 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 각각의 내부에 수용되는 저장물의 보관에 필요한 냉동부하에 대응하여, 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각을 순환하는 냉매의 순환량에 의하여 결정될 수 있다.
예를 들어, 제1 냉매순환 펌프(252A)의 속도를 조절하여 제1 순환배관(230A)의 냉매 유량을 증가시키면 냉매 온도를 낮춰 제1 냉동창고(220A)의 내부 설정온도를 낮출 수 있다. 또한, 제2 냉매순환 펌프(252B)의 속도를 조절하여 제2 순환배관(230B)의 냉매 유량을 제1 순환배관(230A)의 냉매 유량보다 낮게 유지하면 제2 냉동창고(220B)의 내부 설정온도를 제1 냉동창고(220A)의 내부 설정온도보다 높게 유지할 수 있다. 또한, 제3 냉매순환 펌프(252C)의 속도를 조절하여 제3 순환배관(230C)의 냉매 유량을 제2 순환배관(230B)의 냉매 유량보다 낮게 유지하면 제3 냉동창고(220C)의 내부 설정온도를 제2 냉동창고(220B)의 내부 설정온도보다 높게 유지할 수 있다.
예를 들어, 제1 냉동창고(220A)는 급속냉동창고로서 사용될 수 있으며, 냉매로서 예컨대 CO2를 사용할 수 있다. 냉매온도는, 예를 들어, 섭씨 영하 50도 내지 섭씨 영하 70도, 혹은 섭씨 영하 65도 내지 섭씨 영하 70도 정도로 설정될 수 있다.
예를 들어, 제2 냉동창고(220B)는 일반적인 냉동창고로서 사용될 수 있으며, 냉매로서 예컨대 암모니아를 사용할 수 있다. 냉매온도는, 예를 들어, 섭씨 영하 15도 내지 섭씨 영하 35도, 혹은 섭씨 영하 25도 내지 섭씨 영하 30도 정도로 설정될 수 있다.
예를 들어, 제3 냉동창고(220C)는 일반적인 냉장창고로서 사용될 수 있으며, 냉매로서 예컨대 R134-a 또는 칠드 워터(chilled water)를 사용할 수 있다. 냉매온도는, 예를 들어, 섭씨 영하 3도 내지 섭씨 영하 10도, 혹은 섭씨 영하 7도 내지 섭씨 영하 10도 정도로 설정될 수 있다.
또한, 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 내부 설정 온도는, 복수의 냉동창고(120A, 120B, 120C) 각각의 내부에 수용되는 저장물의 보관에 필요한 냉동부하에 대응하여, 복수의 순환배관(130A, 130B, 130C) 각각을 순환하는 냉매의 순환량을 조절함으로써 미세하게 제어될 수도 있다.
한편, 냉매처리 유닛(250)은, 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각에 배치되어 냉매가 일시 저장되는 공간을 구비한 버퍼탱크(251A, 251B, 251C)와, 냉매를 유동시키기 위한 냉매순환 펌프(252A, 252B, 252C)와, 냉매의 유량을 조절하기 위한 냉매제어 밸브(254A, 254B, 254C)를 포함할 수 있다.
참고로, 도면에서 미설명 부호로 "LT"는 버퍼탱크(251A, 251B, 251C) 내부에 수용된 냉매의 액위를 표시하는 레벨 트랜스미터(Level Transmitter)를 가리킨다.
여기서, 냉매순환 펌프(252A, 252B, 252C)는 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 상에 각각 장착되어 버퍼탱크(251A, 251B, 251C)의 출구측에 배치되며, 냉매가 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각을 순환하는 압력을 발생시킬 수 있다.
냉매제어 밸브(254A, 254B, 254C)는 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 상에 각각 장착되어 냉매순환 펌프의 출구측과 냉동창고(220A, 220B, 220C) 사이에 배치되며, 버퍼탱크(251A, 251B, 251C)로부터 냉매가 냉동창고(220A, 220B, 220C)측으로 흐르는 것을 허용 또는 차단하거나, 내앰의 유량을 조절하도록 구성될 수 있다.
아울러, 각각의 냉동창고(220A, 220B, 220C)의 설정 온도 범위는 냉매순환 펌프(252A, 252B, 252C)의 주파수 및 냉매제어 밸브(254A, 254B, 254C)의 개방도에 의하여 조절될 수 있다.
제2 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 냉동창고(220A, 220B, 220C) 각각의 설정 온도 범위에 신속하게 도달하고 가동정지후 제상 및 재가동에 소요되는 시간의 단축을 위하여 냉각팬(222A, 222B, 222C)과 제상히터(224A, 224B, 224C)를 더 구비할 수도 있음은 물론이다.
냉각팬(222A, 222B, 222C)은 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 각각의 내부에 장착되어 냉동창고(220A, 220B, 220C)를 관통하는 순환배관(230A, 230B, 230C)에 장착된 증발기(226A, 226B, 226C)측을 향하여 강제 대류에 따른 냉각 효과를 구현함으로써 설정 온도 범위에 도달할 때까지 가동될 수 있다.
제상히터(224A, 224B, 224C)는 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 각각의 내부에 장착되어 설정 온도 범위에 도달하여 냉각팬(222A, 222B, 222C)과 냉매순환 펌프의 가동이 정지됨과 동시에 냉매제어 밸브의 유로 차단이 실시되면 가동을 시작하여 증발기(226A, 226B, 226C)의 제상을 실시할 수 있다.
냉각팬(222A, 222B, 222C)과 제상히터(224A, 224B, 224C)는 설정 온도 범위에 도달할 때까지, 그리고 가동 정지후 재가동 준비를 할 때까지의 짧은 시간만 선택적으로 가동될 수 있으므로 동력 및 에너지의 소모를 극소화할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 제2 실시형태에 따르면, 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C)은, 크게 제1 내지 제3 순환배관(230A, 230B, 230C)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 순환배관(230A, 230B, 230C) 모두는 하나의 열교환기(240)를 통과하도록 설치된다.
제1 순환배관(230A)에는 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 중 제1 냉동창고(220A)가 설치되며, 제1 온도 범위로 설정되도록 제1 유량의 제1 냉매가 순환하는 유로를 형성할 수 있다. 제1 순환배관(230A)에는, 제1 냉동창고(220A)와, 복수의 냉매제어 밸브 중 제1 냉매제어 밸브(254A)와, 복수의 냉매순환 펌프 중 제1 냉매순환 펌프(252A)가 각각 장착될 수 있다. 예를 들어, 제1 순환배관(230A)은 제1 온도 범위로 설정되도록 제1 냉매제어 밸브(254A)에 의하여 제1 개방도로 유로가 개방된 상태에서 제1 냉매순환 펌프(252A)에 의하여 제1 유량의 제1 냉매가 순환하는 유로를 형성할 수 있다.
제2 순환배관(230B)에는 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 중 제2 냉동창고(220B)가 설치되며, 제1 온도 범위보다 높은 제2 온도 범위로 설정되도록 제1 유량보다 작은 제2 유량의 제2 냉매가 순환하는 유로를 형성할 수 있다. 제2 순환배관(230B)에는, 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 중 제2 냉동창고(220B)와, 복수의 냉매제어 밸브 중 제2 냉매제어 밸브(254B)와, 복수의 냉매순환 펌프 중 제2 냉매순환 펌프(252B)가 각각 장착될 수 있다. 제2 순환배관(230B)은 제1 온도 범위보다 높은 제2 온도 범위로 설정되도록, 제2 냉매제어 밸브(254B)에 의하여 제1 개방도보다 작은 제2 개방도로 유로가 개방된 상태에서 제2 냉매순환 펌프(252B)에 의하여 제1 유량보다 작은 제2 유량의 제2 냉매가 순환하는 유로를 형성할 수 있다.
제3 순환배관(230C)에는 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 중 제3 냉동창고(220C)가 설치되며, 제2 온도 범위보다 높은 제3 온도 범위로 설정되도록 제2 유량보다 작은 제3 유량의 제3 냉매가 순환하는 유로를 형성할 수 있다. 제3 순환배관(230C)에는, 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 중 제3 냉동창고(220C)와, 복수의 냉매제어 밸브 중 제3 냉매제어 밸브(254C)와, 복수의 냉매순환 펌프 중 제3 냉매순환 펌프(252C)가 각각 장착될 수 있다. 제3 순환배관(230C)은 제2 온도 범위보다 높은 제3 온도 범위로 설정되도록, 제3 냉매제어 밸브(254C)에 의하여 제2 개방도보다 작은 제3 개방도로 유로가 개방된 상태에서 제3 냉매순환 펌프(252C)에 의하여 제2 유량보다 작은 제3 유량의 제3 냉매가 순환하는 유로를 형성할 수 있다.
제1 온도 범위는, 예를 들어, 섭씨 영하 50도 내지 섭씨 영하 70도, 혹은 섭씨 영하 65도 내지 섭씨 영하 70도일 수 있으며, 참치 등과 같은 어류의 급속 냉동이 필요한 경우에 적절할 수 있다. 제2 온도 범위는, 예를 들어, 섭씨 영하 15도 내지 섭씨 영하 35도, 혹은 섭씨 영하 25도 내지 섭씨 영하 30도일 수 있으며, 제3 온도 범위는, 예를 들어, 섭씨 영하 3도 내지 섭씨 영하 10도, 혹은 섭씨 영하 7도 내지 섭씨 영하 10도일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 따른 부유식 발전플랜트의 LNG를 이용한 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템의 작용 및 효과에 대하여 다음과 같이 살펴보고자 한다.
제2 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, FSPP에 설치된 액화가스 저장탱크(101)로부터 발전설비로 공급되는 액화가스와 열교환하기 위한 냉매가 순환하는 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C)과; 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각에 장착되어 서로 다른 설정 온도로 저장물을 냉각 또는 냉동시켜 보관하는 냉동창고(220A, 220B, 220C)와; 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각에 장착되어 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각을 흐르는 냉매를 저장하고, 냉동창고(220A, 220B, 220C) 각각의 설정 온도 범위에 맞게 냉매를 순환시키거나 순환을 정지 또는 지속시키는 냉매처리 유닛(250)과; 발전설비로 공급되는 액화가스, 즉, LNG와 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각을 순환하는 냉매와의 열교환이 이루어지는 하나의 열교환기(240)를 포함할 수 있으며, LNG가 가진 냉열의 대부분을 복수의 냉동창고들이 공급받을 수 있어 기존의 냉매순환시스템에 비하여 LNG 기화시에 필요한 해수의 소요량을 대폭적으로 저감할 수 있으므로 에너지 및 자원의 효율적인 관리가 가능하게 될 수 있다.
특히, 본 발명은 추가적인 동력이나 에너지의 투입이 필요없이 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C)에 수용된 저장물을 각각의 설정 온도에 맞게 보관할 수 있다는 점에서 에너지와 전력 사용량을 획기적으로 저감할 수 있게 되는 것이다.
그리고, 제2 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, FSPP에 구비되어 LNG가 저장되는 액화가스 저장탱크(101)와, 액화가스 저장탱크(101)로부터 수요처로 공급될 LNG의 온도를 수요처, 예컨대 발전설비의 요구 온도에 맞춰 최종적으로 조절하는 트림 히터(114)와, 액화가스 저장탱크(101)와 트림 히터(114)를 연결하며 LNG가 흐르는 유로를 형성하는 메인배관(110)을 더 포함할 수 있으며, 하나의 열교환기(240)의 내부에 메인배관(110)과 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각의 일정 구간을 수용함으로써, LNG를 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 각각의 저장물 보관에 필요한 설정 온도 범위 유지를 위한 열교환 냉매로 활용하는데 큰 도움을 줄 수 있을 것이다.
그리고, 제2 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 액화가스 저장탱크(101)와 열교환기(240) 사이의 메인배관(110) 상에 장착되어 액화가스 저장탱크(101)를 열교환기(240)측으로 이송시키는 액화가스 공급 펌프(112)를 더 구비함으로써, 열교환 매체로서의 LNG를 원활하게 지속적으로 공급하여 냉동부하를 저감하면서도 냉동 보관 성능의 향상을 도모할 수 있게 될 것이다.
그리고, 제2 실시형태에 따른 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템에 따르면, 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 각각의 내부 설정 온도는, 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 각각의 내부에 수용되는 저장물의 보관에 필요한 냉동부하에 대응하여, 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각을 순환하는 냉매의 순환량에 의하여 결정되도록 함으로써, 다양한 종류의 냉동 저장물의 보관에 적극적이며 유기적으로 대응할 수 있게 되므로 다양한 수요처에 신뢰도 높은 설비의 제공이 가능하게 될 것이다.
그리고, 제2 실시형태에 있어서 냉매처리 유닛(250)은, 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각에 배치되어 냉매가 일시 저장되는 공간을 구비한 버퍼탱크(251A, 251B, 251C)와, 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 상에 각각 장착되어 버퍼탱크(251A, 251B, 251C)의 출구측에 배치되며, 냉매가 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 각각을 순환하는 압력을 발생시키는 냉매순환 펌프와, 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 상에 각각 장착되어 냉매순환 펌프의 출구측과 냉동창고(220A, 220B, 220C) 사이에 배치되며, 버퍼탱크(251A, 251B, 251C)로부터 냉매가 냉동창고(220A, 220B, 220C)측으로 흐르는 것을 허용 또는 차단하는 냉매제어 밸브를 포함하며, 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 각각의 설정 온도 범위는 냉매순환 펌프의 주파수 및 냉매제어 밸브의 개방도에 의하여 서로 달라지도록 함으로써, 다양한 종류의 냉동 저장물의 보관에 적극적이며 유기적으로 대응할 수 있게 되고, 다양한 수요처에 신뢰도 높은 설비의 제공이 가능하게 될 것이다.
또한, 제2 실시형태에 있어서 복수의 순환배관(230A, 230B, 230C) 중 제1 순환배관(230A)에는, 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 중 제1 냉동창고(220A)와, 복수의 냉매제어 밸브 중 제1 냉매제어 밸브(254A)와, 복수의 냉매순환 펌프 중 제1 냉매순환 펌프(252A)가 각각 설치될 수 있으며, 제1 온도 범위로 설정되도록 제1 냉매제어 밸브(254A)에 의하여 제1 개방도로 유로가 개방된 상태에서 제1 냉매순환 펌프(252A)에 의하여 제1 유량의 제1 냉매가 순환하도록 구성될 수 있다. 또, 제2 순환배관(230B)에는, 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 중 제2 냉동창고(220B)와, 복수의 냉매제어 밸브 중 제2 냉매제어 밸브(254B)와, 복수의 냉매순환 펌프 중 제2 냉매순환 펌프(252B)가 각각 설치될 수 있으며, 제1 온도 범위보다 높은 제2 온도 범위로 설정되도록, 제2 냉매제어 밸브(254B)에 의하여 제1 개방도보다 작은 제2 개방도로 유로가 개방된 상태에서 제2 냉매순환 펌프(252B)에 의하여 제1 유량보다 작은 제2 유량의 제2 냉매가 순환하도록 구성될 수 있다. 또, 제3 순환배관(230C)에는, 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C) 중 제3 냉동창고(220C)와, 복수의 냉매제어 밸브 중 제3 냉매제어 밸브(254C)와, 복수의 냉매순환 펌프 중 제3 냉매순환 펌프(252C)가 각각 설치될 수 있으며, 제2 온도 범위보다 높은 제3 온도 범위로 설정되도록, 제3 냉매제어 밸브(254C)에 의하여 제2 개방도보다 작은 제3 개방도로 유로가 개방된 상태에서 제3 냉매순환 펌프(252C)에 의하여 제2 유량보다 작은 제3 유량의 제3 냉매가 순환하도록 구성될 수 있다.
그에 따라, 다양한 종류의 냉동 저장물의 보관에 적극적이며 유기적으로 대응할 수 있게 되므로 다양한 수요처에 신뢰도 높은 설비의 제공이 가능해질 수 있다.
한편, 도 2에는 LNG에 의해 냉각된 냉매가 유동하는 순환배관(230A, 230B, 230C)이 냉동창고(220A, 220B, 220C)의 내부를 관통하여 연장하는 것으로 도시되어 있지만, 제2 실시형태의 변형예에 따르면, 각각의 냉동창고(220A, 220B, 220C)는, 중간 열매체가 순환하는 중간 열전달 회로(도시생략)를 통하여 순환배관(230A, 230B, 230C) 내의 냉매로부터 냉열을 공급받도록 구성될 수도 있다.
또한, 복수의 냉동창고(220A, 220B, 220C)는, 예를 들어, 부유식 발전플랜트의 선체 내부나 갑판 상과 같이 부유식 발전플랜트에 설치될 수도 있고, 부유식 발전플랜트로부터 이격된 장소, 예컨대 육상의 별도의 장소에 설치될 수도 있다.
냉동창고(220A, 220B, 220C)가 부유식 발전플랜트로부터 이격된 외부장소에 설치되는 경우, 순환배관 및 냉매처리 유닛의 일부 구성도 부유식 발전플랜트로부터 이격된 외부장소에 설치될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시형태를, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
101: 액화가스 저장탱크
110: 메인배관
112: 액화가스 공급 펌프
114: 트림 히터
120A, 120B, 120C; 220A, 220B, 220C: 냉동창고
130A, 130B, 130C; 230A, 230B, 230C: 순환배관
140A, 140B, 140C; 240: 열교환기
150A, 150B, 150C; 250: 냉매처리 유닛
151A, 151B, 151C; 251A, 251B, 251C: 버퍼탱크
152A, 152B, 152C; 252A, 252B, 252C: 냉매순환 펌프
154A, 154B, 154C; 254A, 254B, 254C: 냉매제어 밸브

Claims (16)

  1. 액화가스 저장탱크로부터 액화가스를 공급받아 발전을 수행하는 발전설비를 구비한 부유식 발전플랜트의 상기 액화가스로부터 냉열을 공급받을 수 있도록 구성되는 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템으로서,
    복수의 냉동창고와;
    상기 복수의 냉동창고 각각을 통과하도록 냉매가 순환되는 복수의 순환배관과;
    상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 발전설비에 공급되는 상기 액화가스와 상기 복수의 순환배관을 순환하는 각각의 냉매와의 사이에서 열교환이 이루어지는 단일의 열교환기;
    를 포함하며,
    상기 발전설비에 공급되는 상기 액화가스는 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 발전설비까지 연장하는 메인배관을 통하여 유동하며, 상기 단일의 열교환기는 상기 메인배관 상에 배치되며,
    상기 복수의 순환배관 모두는 상기 단일의 열교환기를 통과하도록 구성되는, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 순환배관 내에서 각각 유동하는 냉매의 유량은 순환배관마다 서로 상이하게 조절되는, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 순환배관은,
    상기 메인배관 내에서 유동하는 상기 액화가스와의 열교환에 의해 제1 냉동창고에 냉열을 전달하도록 제1 유량의 제1 냉매가 순환하는 제1 순환배관과,
    상기 메인배관 내에서 유동하는 상기 액화가스와의 열교환에 의해 제2 냉동창고에 냉열을 전달하도록 제2 유량의 제2 냉매가 순환하는 제2 순환배관과,
    상기 메인배관 내에서 유동하는 상기 액화가스와의 열교환에 의해 제3 냉동창고에 냉열을 전달하도록 제3 유량의 제3 냉매가 순환하는 제3 순환배관
    을 포함하는, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 유량은 상기 제2 유량보다 많고, 상기 제2 유량은 상기 제3 유량보다 많은, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 순환배관은,
    상기 메인배관 내에서 유동하는 상기 액화가스와의 열교환에 의해 제1 냉동창고에 냉열을 전달하도록 제1 유량의 제1 냉매가 순환하는 제1 순환배관과,
    상기 제1 냉매와의 열교환에 의해 제2 냉동창고에 냉열을 전달하도록 제2 유량의 제2 냉매가 순환하는 제2 순환배관과,
    상기 제2 냉매와의 열교환에 의해 제3 냉동창고에 냉열을 전달하도록 제3 유량의 제3 냉매가 순환하는 제3 순환배관
    을 포함하는, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 냉매는 상기 제2 냉매보다 낮은 온도로 냉각될 수 있고, 상기 제2 냉매는 상기 제3 냉매보다 낮은 온도로 냉각될 수 있는, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템.
  8. 청구항 4 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 냉매는 CO2이며,
    상기 제1 냉매의 냉매온도는 섭씨 영하 50도 내지 섭씨 영하 70도, 혹은 섭씨 영하 65도 내지 섭씨 영하 70도인, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템.
  9. 청구항 4 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 냉매는 암모니아이며,
    상기 제2 냉매의 냉매온도는 섭씨 영하 15도 내지 섭씨 영하 35도, 혹은 섭씨 영하 25도 내지 섭씨 영하 30도인, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템.
  10. 청구항 4 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제3 냉매는 R134-a 또는 칠드 워터(chilled water)이며,
    상기 제3 냉매의 냉매온도는 섭씨 영하 3도 내지 섭씨 영하 10도, 혹은 섭씨 영하 7도 내지 섭씨 영하 10도인, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 냉동창고는 서로 다른 설정 온도 범위를 가지는, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 순환배관에 각각 설치되어 상기 순환배관 내에서 유동하는 냉매의 순환을 제어하는 냉매처리 유닛을 더 포함하는, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 냉매처리 유닛은, 냉매가 일시 저장될 수 있는 버퍼탱크와, 냉매를 유동시키기 위한 냉매순환 펌프와, 냉매의 유량을 조절하기 위한 냉매제어 밸브를 포함하는, 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템.
  14. 해상에 부유된 상태로 전기를 생산하기 위한 부유식 발전플랜트로서,
    발전을 수행하는 발전설비와;
    상기 발전설비에 연료로서 공급되는 액화가스를 저장하고 있는 액화가스 저장탱크와;
    상기 발전설비에 공급되는 상기 액화가스로부터 냉열을 공급받을 수 있도록 구성되는 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템;
    을 포함하며,
    상기 다중 냉동창고의 냉매순환 시스템은, 복수의 냉동창고, 상기 복수의 냉동창고 각각을 통과하도록 냉매가 순환되는 복수의 순환배관, 그리고 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 발전설비에 공급되는 상기 액화가스와 상기 복수의 순환배관을 순환하는 각각의 냉매와의 사이에서 열교환이 이루어지는 단일의 열교환기를 포함하며,
    상기 발전설비에 공급되는 상기 액화가스는 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 발전설비까지 연장하는 메인배관을 통하여 유동하며, 상기 단일의 열교환기는 상기 메인배관 상에 배치되며,
    상기 복수의 순환배관 모두는 상기 단일의 열교환기를 통과하도록 구성되는, 부유식 발전플랜트.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 메인배관 상에서 상기 액화가스 저장탱크의 하류측에 설치되어, 상기 복수의 열교환기에 상기 액화가스를 공급하는 액화가스 공급 펌프; 및
    상기 메인배관 상에서 상기 발전설비의 상류측에 설치되어, 상기 발전설비에 공급되는 상기 액화가스의 온도를 상기 발전설비에서 요구하는 온도로 조절하는 트림 히터;
    를 더 포함하는, 부유식 발전플랜트.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 복수의 냉동창고는, 상기 부유식 발전플랜트에 설치되거나, 상기 부유식 발전플랜트로부터 이격된 외부장소에 설치되는, 부유식 발전플랜트.
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