KR101996558B1 - 액화가스 냉열 이용을 위한 융복합 냉각 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LNG 등의 액화가스를 기화시켜 이를 연료로 하여 전력을 생산하며, 아울러 액화가스를 기화시킬 때 발생되는 액화가스의 냉열을 냉동 및 냉장 창고 등의 물류창고의 냉열로 이용하여 에너지를 효율적으로 이용하며, 또한 부하용 증발기의 제상 운전이 필요할 때 부하용 액체 냉매를 직접 증발시키지 않고 부하용 액체 냉매를 기액분리기로 회수함으로써 제상 운전에 소요되는 시간과 경비를 최소화할 수 있는 액화가스 냉열 이용을 위한 융복합 냉각 시스템을 제공한다.

Description

액화가스 냉열 이용을 위한 융복합 냉각 시스템{REFRIGERATING SYSTEM UTILIZING COLD HEAT OF LIQUIFIED GAS}
본 발명은 LNG 등 액화가스의 냉열을 효율적으로 이용하여 냉장 또는 냉동 창고 등을 냉각하는 융복합 냉각 시스템에 관한 것이다.
친환경 에너지로서 LNG가 이용되고 있으며, LNG의 이용을 위하여 해안에는 다수의 엘엔지 액화가스 저장탱크가 설치되어 있는 LNG 기지가 건설되고 있다.
엘엔지 액화가스 저장탱크는 액화된 LNG 가스를 저장하고 있으며, 수요처에 적절한 양의 엘엔지 가스를 공급하기 위하여 액화 가스를 기화시킨 후 수요처(도시가스 등의 배관)에 공급하고 있다. 최근 친환경, 분산형 에너지정책에 따라 소형규모의 LNG 위성기지가 많이 필요로 하는 등 에너지사용의 패러다임이 변화하고 있다.
엘엔지 액화가스를 기화시키기 위하여 통상 기화기가 사용되며, 기화기는 외부로부터 물을 공급받아 열교환함으로써 액화가스를 상변화를 거쳐 상온의 가스 상태로 송출하게 된다.
이와 같은 기화기를 운영하기 위하여는 막대한 양의 물이 필요하게 되며, 또한 이러한 많은 양의 물을 공급하기 위한 펌프가 필요하여 막대한 전력 소모가 발생하게 된다.
이와 같이 기화기에 물을 공급하기 위하여 별도의 수조를 마련하고 이 수조에 저장된 물을 기화기로 순환시킬 수도 있지만, 대부분은 직접 바닷물을 이용하여 액화가스를 기화시키게 된다.
아울러 수조에 저장된 물을 기화기로 순환시키는 경우에도 수조에 저장된 물을 가열하기 위한 히터가 필요하게 되며, 아울러 히터의 구동을 위한 전력이 필요하게 되어, 기화기의 운영에 막대한 전력 소모가 발생하게 된다는 문제점이 있다.
한편 본 발명자는, 대한민국 특허등록 제10-0981398호 "엘엔지 액화가스 기화열을 이용한 물류창고 냉각시스템(2010. 9. 3. 등록)의 종래 기술을 제시한 바 있으며, 이 종래 기술은 LNG와 열교환 후 부하측으로 순환하는 2차냉매(브라인)는 상변화를 수반하지 않는 현열이용 시스템으로, 이와 같은 현열 이용 시스템은 2차냉매(브라인)를 보관할 큰 사이즈의 배관, 밸브, 수액기와 순환펌프가 필요로 하다는 문제가 있다.
한편 일반적인 냉각 시스템의 제상 운전에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다.
기액분리기(10)에는 내부 상부에 기체 상태의 냉매가 저장되며 내부 하부에 액체 상태의 냉매가 저장된다.
기액분리기(10)에는 증발부(20)와 응축부(30)가 각각 연결된다.
도 1에서 파란색은 부하용 액체 냉매가 유동하는 관을 표시한 것이며, 붉은색은 기체냉매가 유동하는 관을 도시한 것이다.
증발부(20)는 기액분리기(10)의 액체 상태의 냉매를 공급받아 기체 상태로 증발시킨 후 기액분리기(10)로 회수하기 위한 것이다.
이를 위하여 증발부(20)는, 증발관(21a)과 송풍기(21b)를 포함하여 이루어지는 증발기(21)와, 기액분리기(10)로부터 증발기(21)의 증발관(21a)에 부하용 액체 냉매를 공급하는 부하용 액체 냉매 공급관(22)과, 부하용 액체 냉매 공급관(22)에 마련되는 부하용 액체 냉매 이송 펌프(22a)와, 증발기(21)의 증발관(21a)에서 부하용 액체 냉매가 증발된 기체 상태의 부하용 기체 냉매를 기액분리기(10)로 회수하기 위한 부하용 기체 냉매 회수관(23)을 포함하여 이루어진다.
한편 부하용 액체 냉매 공급관(22)에는 증발기(21)로의 냉매 공급을 차단하기 위한 개폐 밸브(22b)가 마련된다.
아울러 응축부(30)는 기액분리기(10)의 기체 상태의 냉매를 공급받아 액체 상태로 응축시킨 후 기액분리기(10)로 회수하기 위한 것이다.
본 실시예에서 응축부(30)는, 여러가지 열교환기의 형태인 응축기(31)와, 기액분리기(10)로부터 응축기(31)에 기체 상태의 냉매를 공급하는 부하용 기체 냉매 공급관(32)과, 응축기(31)에서 부하용 기체 냉매가 응축된 액체 상태의 부하용 액체 냉매를 기액분리기(10)로 회수하기 위한 부하용 액체 냉매 회수관(33)을 포함하여 이루어진다.
응축부(30)는, 압축기에 의하여 저압의 부하용 기체 냉매를 고압의 부하용 기체 냉매로 압축한 후 이를 응축하거나, 혹은 압축 과정 없이 부하용 기체 냉매를 직접 부하용 액체 냉매로 응축할 수 있다.
한편 증발기(21)의 증발관(21a)의 표면에는 부하용 액체 냉매의 증발 과정에서 서리나 얼음이 발생하는 적상 현상이 발생하며, 증발 효율 내지 냉각 효율을 높이기 위하여는 적상을 제거하기 위하여 제상 운전이 간헐적으로 필요하다.
이를 위하여 증발기(21)에 제상 수단이 마련된다.
본 실시예에서 제상 수단은, 제상수가 저장되는 제상수 저장탱크(41)와, 증발기(21)의 상부에 마련되어 증발관(21a)의 표면에 제상수를 살수하기 위한 제상수 살수관(21c)과, 제상수 저장탱크(41)로부터 제상수 살수관(21c)에 제상수를 공급하는 제상수 공급관(42)과, 제상수 공급관(42)에 마련되는 제상수 공급 펌프(42a)와, 제상수 살수관(21c)에서 살수되어 증발기(21)에 모인 제상수를 제상수 저장탱크(41)로 회수하기 위한 제상수 회수관(43)을 포함하여 이루어진다.
제상 수단은, 이와 같은 살수식 이외에도 다양한 방식들이 널리 알려져 있다.
이와 같은 냉각 시스템의 구체적인 제상 운전에 대하여 설명한다.
통상 제상 운전은 1일 1~2회 정도 실시된다.
제상 운전을 위하여 먼저 부하용 액체 냉매 이송 펌프(22a)의 구동이 정지되고, 개폐 밸브(22b)가 닫히면서 증발관(21a)으로의 부하용 액체 냉매 공급이 정지된다.
그러나 부하용 액체 냉매 공급이 정지되는 경우에도 여전히 증발관(21a) 내부에는 부하용 액체 냉매가 잔존하며, 증발관(21a) 내부에 잔존하는 부하용 액체 냉매를 기화시키기 위하여 증발기(21)의 송풍기(21b)를 구동한다.
송풍기(21b)의 구동에 의하여 증발관(21a) 내부에 잔존하는 부하용 액체 냉매가 모두 증발한 후, 제상수 공급 펌프(42a)가 구동하여 제상 운전이 시작한다.
이와 같은 제상 운전에서 가장 시간을 많이 차지하는 것은 증발관(21a) 내부에 잔존하는 부하용 액체 냉매의 증발에 소요되는 시간이다. 즉 직접적인 제상 시간보다도 제상 운전을 위한 사전 준비에 더욱 많은 시간이 소요되는 것이다. 또한 이와 같이 긴 시간동안 송풍기(21b)가 구동되면서 전력이 낭비된다.
또한 제상 운전에 상당한 시간이 소요됨으로써, 즉 냉각 시스템이 작동 중지됨으로써 냉동 및 냉장 창고 등의 고내 온도가 항온성을 가지기 어렵다는 문제가 발생한다.
대한민국 특허등록 제10-0981398호 "엘엔지 액화가스 기화열을 이용한 물류창고 냉각시스템(2010. 9. 3. 등록) 대한민국 등록실용신안 제20-0194352호 "냉동기용 저온증발기의 제상수분사장치"(2000. 6.20. 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, LNG 등의 액화가스를 기화시켜 이를 연료로 하여 전력을 생산하며, 아울러 액화가스를 기화시킬 때 발생되는 액화가스의 냉열을 냉동 및 냉장 창고 등의 물류창고의 냉열로 이용하여 에너지를 효율적으로 이용하며, 또한 부하용 증발기의 제상 운전이 필요할 때 부하용 액체 냉매를 직접 증발시키지 않고 부하용 액체 냉매를 기액분리기로 회수함으로써 제상 운전에 소요되는 시간과 경비를 최소화할 수 있는 액화가스 냉열 이용을 위한 융복합 냉각 시스템을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 부하용 냉매의 증발잠열을 이용하는 시스템을 제공하여, 투자비 및 운전경비를 최소화할 수 있는 액화가스 냉열 이용을 위한 융복합 냉각 시스템을 제공하고자 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 액화가스가 저장되는 액화가스 탱크 ; 내부에 제1-1열매체가 유동하는 제1-1열매체 유동로와 제1-2열매체가 유동하는 제1-2열매체 유동로가 서로 열교환하도록 배치되며, 상기 액화가스 탱크에서 공급되는 액화가스가 제1-1열매체 유동로를 지나도록 이루어진 제1열교환기 ; 상기 제1열교환기의 제1-1열매체 유동로를 지나면서 기화된 액화가스를 이용하여 발전하는 발전기 ; 내부에 제2-1열매체가 유동하는 제2-1열매체 유동로와 제2-2열매체가 유동하는 제2-2열매체 유동로가 서로 열교환하도록 배치되는 제2열교환기 ; 내부에 제3-1열매체가 유동하는 제3-1열매체 유동로와 제3-2열매체가 유동하는 제3-2열매체 유동로가 서로 열교환하도록 배치되며, 상기 발전기에서 배출되는 배기 가스가 상기 제3-1열매체 유동로를 지나도록 이루어진 제3열교환기 ; 내부 상부에 기체 상태의 부하용 냉매가 저장되며 내부 하부에 액체 상태의 부하용 냉매가 저장되며 상기 제1열교환기의 위치 및 상기 제2열교환기의 위치보다 낮은 위치에 위치되는 기액분리기 ; 상기 기액분리기의 액체 상태의 부하용 냉매를 공급받아 기체 상태로 증발시킨 후 상기 기액분리기로 회수시키기 위한 것으로, 일단이 상기 기액분리기의 하부와 연통되며 타단이 상기 기액분리기의 상방을 향하여 연장되는 부하용 액체 냉매 공급관과, 상기 부하용 액체 냉매 공급관에 마련되는 부하용 액체 냉매 이송 펌프와, 일단이 상기 기액분리기의 상부와 연통되며 타단이 상기 기액분리기의 상방을 향하여 연장되는 부하용 기체 냉매 회수관과, 증발관과 송풍기를 포함하여 이루어지며 상기 기액분리기보다 높은 위치에 배치되는 복수의 부하용 증발기와, 상기 증발관의 표면에 발생하는 서리나 얼음을 제거하기 위한 제상 수단과, 상기 증발관의 상단과 상기 부하용 기체 냉매 회수관을 서로 연결하기 위하여 상기 증발관마다 마련되는 증발관용 기체 냉매 유출관과, 상기 증발관의 하단과 상기 부하용 액체 냉매 공급관을 서로 연결하기 위하여 상기 증발관마다 마련되는 증발관용 액체 냉매 유입관과, 상기 증발관용 액체 냉매 유입관마다 마련되는 증발관용 개폐 밸브와, 상단부가 상기 증발관용 개폐 밸브와 상기 증발관 사이의 상기 증발관용 액체 냉매 유입관에 연결되며 하단부가 상기 부하용 기체 냉매 회수관에 연결되도록 상기 증발관용 액체 냉매 유입관마다 마련되는 제상용 부하용 냉매 배출관과, 상기 제상용 부하용 냉매 배출관마다 마련되는 부하용 냉매 배출용 개폐 밸브를 포함하여 이루어지는 부하용 증발부 ; 상기 기액분리기로부터 기체 상태의 부하용 냉매를 상기 제1열교환기의 제1-2열매체 유동로 및 상기 제2열교환기의 제2-2열매체 유동로에 공급하는 부하용 기체 냉매 공급관 ; 상기 제1열교환기의 제1-2열매체 유동로 및 상기 제2열교환기의 제2-2열매체 유동로에서 응축된 부하용 냉매를 상기 기액분리기로 회수하기 위한 부하용 액체 냉매 회수관 ; 흡수식 냉매가 증발하는 흡수식 증발부, 증발된 흡수식 냉매가 흡수제에 흡수되는 흡수부, 흡수식 냉매를 흡수한 흡수제를 가열하여 흡수식 냉매와 흡수제를 서로 분리하는 발생부, 흡수제로부터 분리된 흡수식 냉매를 응축하는 흡수식 응축부를 포함하여 이루어지며 흡수식 냉매와 흡수제의 흡수식 싸이클을 형성하는 흡수식 냉각기 ; 상기 흡수식 냉각기의 발생부에 가열 열원을 공급하기 위하여 가열 열원이 상기 제3열교환기의 제3-2열매체 유동로와 상기 흡수식 냉각기를 순환하도록 마련되는 흡수식 냉각기용 가열 열원 순환 배관 ; 냉수가 저장되는 냉수 탱크 ; 상기 냉수 탱크의 냉수가 상기 흡수식 냉각기의 흡수식 증발부를 지나면서 냉각되도록 냉수가 상기 냉수 탱크와 상기 흡수식 냉각기를 순환하도록 마련되는 흡수식 냉각기용 냉수 순환 배관 ; 쿨링 타워용 열매체의 냉각을 위하여 마련되는 쿨링 타워 ; 쿨링 타워용 열매체가 상기 흡수식 냉각기의 흡수식 응축부 및 흡수부를 지나면서 가열되며 상기 쿨링 타워를 지나면서 냉각되도록 쿨링 타워용 열매체가 상기 흡수식 냉각기의 흡수식 응축부 및 흡수부와 상기 쿨링 타워를 순환하도록 마련되는 쿨링 타워용 열매체 순환 배관 ; 압축식 냉매의 압축 및 응축을 위하여 마련되는 압축식 냉각기 ; 상기 압축식 냉각기를 지나는 압축식 냉매가 상기 압축식 냉각기 및 상기 제2열교환기의 제2-1열매체 유동로를 순환하도록 마련되는 압축식 냉매 순환 배관 ; 상기 압축식 냉각기에서 응축된 압축식 냉매를 팽창시키기 위하여 상기 압축식 냉매 순환 배관에 마련되는 팽창 밸브 ; 상기 냉수 탱크의 냉수가 상기 압축식 냉각기의 응축 열원으로 이용되도록 상기 냉수 탱크와 상기 압축식 냉각기를 연결하는 응축 열원 순환 배관 ; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 본 발명은, LNG 등의 액화가스를 기화시켜 이를 연료로 하여 전력을 생산하며, 아울러 액화가스를 기화시킬 때 발생되는 액화가스의 냉열을 냉동 및 냉장 창고 등의 물류창고의 냉열로 이용하여 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.
또한 본 발명은, 부하용 증발기의 제상 운전이 필요할 때 부하용 액체 냉매를 직접 증발시키지 않고 부하용 액체 냉매를 기액분리기로 회수함으로써 제상 운전에 소요되는 시간과 경비를 최소화할 수 있다.
나아가 본 발명은 제상 운전에 따른 물류창고 냉각 시스템의 작동 중지 시간을 최소화함으로써 냉동 및 냉장 창고 등의 고내 온도의 항온성을 높일 수 있다.
또한 본 발명은 부하용 냉매의 증발잠열을 이용하는 시스템을 제공하여, 투자비 및 운전경비를 최소화할 수 있는 액화가스 냉열 이용을 위한 융복합 냉각 시스템을 제공할 수 있다. 즉 본 발명은 종래의 현열 이용 시스템이 2차냉매(브라인)를 보관할 큰 사이즈의 배관, 밸브, 수액기와 순환펌프가 필요로 하다는 문제를 해결한 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 냉각 시스템의 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 액화가스 냉열 이용을 위한 융복합 냉각 시스템의 개념도,
도 3은 도 2에서 제상 운전시의 부하용 냉매의 흐름도.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 액화가스 냉열 이용을 위한 융복합 냉각 시스템의 개념도이며, 도 3은 도 2에서 제상 운전시의 부하용 냉매의 흐름도이다.
도 2 및 도 3에서 파란색은 부하용 액체 냉매가 유동하는 관을 표시한 것이며, 붉은색은 기체냉매가 유동하는 관을 도시한 것이다.
도 2 및 도 3에서 기액분리기와 제1,2열교환기와 복수의 증발기는 설치되는 높이를 고려하여 도시한 것이다.
상기 및 이하에서 냉열을 이용하는 액화가스의 하나의 예로서 LNG를 기준으로 설명하지만, 액화가스는 LNG에 한정되는 것이 아니다.
LNG 탱크(210)에 LNG가 저장되어 있으며, 이는 액화가스 탱크의 일종이다.
LNG 탱크(210)의 LNG는 LNG 공급관(211)을 통하여 제1열교환기(310)를 거쳐발전기(220)에 공급된다.
제1열교환기(310)는, 내부에 제1-1열매체가 유동하는 제1-1열매체 유동로와 제1-2열매체가 유동하는 제1-2열매체 유동로가 서로 열교환하도록 배치되며, LNG 탱크(210)에서 공급되는 액상의 LNG는 제1-1열매체 유동로를 지나면서 기화된다.
제1열교환기(310)의 제1-1열매체 유동로를 지나면서 기화된 LNG는 발전기(220)에 공급되며, 발전기(220)는 기화된 LNG를 이용하여 발전하여 전력을 생산한다.
발전기(220)는 가스 발전기이거나 연료전지 발전기 등이 채택될 수 있다.
발전기(220)에서 배출되는 배기 가스는 제3열교환기(330)를 거쳐 외부로 배출된다.
제3열교환기(330)는, 내부에 제3-1열매체가 유동하는 제3-1열매체 유동로와 제3-2열매체가 유동하는 제3-2열매체 유동로가 서로 열교환하도록 배치되며, 제3-1열매체 유동로를 지나는 발전기의 배기 가스는 제3-2열매체 유동로를 지나는 열매체를 가열한다.
한편 제1열교환기(310)를 보조하기 위하여 제2열교환기(320)가 마련된다.
제2열교환기(320)는, 내부에 제2-1열매체가 유동하는 제2-1열매체 유동로와 제2-2열매체가 유동하는 제2-2열매체 유동로가 서로 열교환하도록 배치된 것이다.
제1열교환기(310)를 지나는 LNG를 기화시키고, 이때 기화되는 LNG의 냉열을 이용하기 위하여 기액분리기(110) 및 부하용 증발부(120)가 마련된다.
기액분리기(110)에는 내부 상부에 기체 상태의 부하용 냉매가 저장되며 내부 하부에 액체 상태의 부하용 냉매가 저장된다.
기액분리기(110)는 제1,2열교환기(310, 320)보다 낮은 위치에 배치된다.
기액분리기(110)에 부하용 증발부(120)가 각각 연결된다.
부하용 증발부(120)는 기액분리기(110)의 액체 상태의 부하용 냉매를 공급받아 기체 상태로 증발시킨 후 기액분리기(110)로 회수하기 위한 것이다.
증발부(120)의 구체적인 구성을 설명한다.
증발부(120)는 부하용 액체 냉매 공급관(121)과, 부하용 액체 냉매 이송 펌프(121a)와, 부하용 기체 냉매 회수관(122)과, 복수의 부하용 증발기(123-1~2)와, 복수의 증발관용 기체 냉매 유출관(124)과, 복수의 증발관용 액체 냉매 유입관(125)과, 복수의 증발관용 개폐 밸브(125a)와, 복수의 증발관용 유량 조절 밸브(125b)와, 복수의 제상용 냉매 배출관(126)과, 복수의 냉매 배출용 개폐 밸브(126a)를 포함하여 이루어진다.
부하용 액체 냉매 공급관(121)은, 일단이 기액분리기(110)의 하부와 연통되며 타단이 기액분리기(110)의 상방을 향하여 연장되는 형태이다. 부하용 액체 냉매 공급관(121)에는 부하용 액체 냉매 이송 펌프(121a)가 마련되어 기액분리기(110)의 부하용 액체 냉매를 강제 순환시킨다. 즉 본 부하용 증발부(120)는 액순환식 냉각 방식을 채택하고 있다. 시스템에 관한 것이다.
부하용 액체 냉매 공급관(121)에 대응하여 부하용 기체 냉매 회수관(122)이 마련되며, 부하용 기체 냉매 회수관(122)은 일단이 기액분리기(110)의 상부와 연통되며 타단이 기액분리기(110)의 상방을 향하여 연장되는 형태이다.
부하용 액체 냉매 공급관(121) 및 부하용 기체 냉매 회수관(122)에 연결되는 복수의 부하용 증발기(123-1, 123-2)가 마련된다.
본 실시예에서 각각의 부하용 증발기(123-1, 123-2)는 기액분리기(110)보다 높은 위치에 배치된다.
각각의 부하용 증발기(123-1, 123-2)는 부하용 액체 냉매가 부하용 기체 냉매로 증발되는 증발관(123a)과 증발관(123a)의 표면에 공기를 강제로 공급하는 송풍기(123b)를 포함하여 이루어진다. 이와 같은 각각의 부하용 증발기(123-1, 123-2)는 냉동 및 냉장 창고에 마련되어 고내 온도를 저온으로 유지하기 위한 것이다.
또한 각각의 부하용 증발기(123-1, 123-2)에는 증발관(123a)의 표면에 발생하는 서리나 얼음을 제거하기 위한 제상 수단(미도시)을 구비한다.
제상 수단은 살수 방식, 히터 방식 등 종래에 알려진 다양한 방식이 채택될 수 있다.
각각의 부하용 증발기(123-1, 123-2)의 증발관(123a)은, 그 상단이 증발관용 기체 냉매 유출관(124)을 매개하여 부하용 기체 냉매 회수관(122)과 연결되며, 그 하단이 증발관용 액체 냉매 유입관(125)을 매개하여 부하용 액체 냉매 공급관(121)과 연결된다.
즉 각각의 부하용 증발기(123-1, 123-2)의 증발관(123a)은 증발관용 기체 냉매 유출관(124) 및 증발관용 액체 냉매 유입관(125)에 연결된다.
각각의 증발관용 액체 냉매 유입관(125)에는 증발관용 개폐 밸브(125a)와 증발관용 유량 조절 밸브(125b)가 마련된다.
각각의 증발관용 유량 조절 밸브(125b)는 각각의 부하용 증발기(123-1, 123-2)의 증발관(123a)으로 적당량의 부하용 액체 냉매가 유입되도록 조절하는 역할을 하며, 초기 설치시에 소정의 유량으로 세팅된 후, 정상 운전시에는 미리 세팅된 유량으로 냉매가 유동하도록 한다.
각각의 증발관용 액체 냉매 유입관(125)마다 제상용 냉매 배출관(126)이 연결된다.
제상용 냉매 배출관(126)은, 상단부가 증발관용 개폐 밸브(125a)와 증발관(123a) 사이의 증발관용 액체 냉매 유입관(125)에 연결되며, 하단부가 부하용 기체 냉매 회수관(122)에 연결된다.
또한 제상용 냉매 배출관(126)마다 냉매 배출용 개폐 밸브(126a)가 마련된다.
한편 부하용 액체 냉매 공급관(121)과 부하용 기체 냉매 회수관(122)이 바이 패스(by-pass) 배관부에 의하여 연결되며, 바이 패스 배관부에는 부하용 액체 냉매 공급관(121)에서 부하용 기체 냉매 회수관(122)으로 바이 패스되는 부하용 액체 냉매의 유량을 조절하기 위하여 부하용 액체 냉매 바이 패스 유량 조절부가 마련된다.
본 실시예에서 바이 패스 배관부는, 일단이 부하용 액체 냉매 공급관(121)과 연결되며 타단이 부하용 기체 냉매 회수관(122)과 연결되는 복수의 바이 패스 배관(127-1, 127-2)으로 이루어지며, 부하용 액체 냉매 바이패스 유량 조절부는 복수의 바이 패스 배관(127-1, 127-2)마다 마련되는 바이 패스용 개폐 밸브(127a)이다.
복수의 바이 패스 배관(127-1, 127-2)마다 마련되는 바이 패스용 개폐 밸브(127a)는 복수의 부하용 증발기(123-1, 123-2)의 증발관(123a)마다 마련되는 증발관용 개폐 밸브(125a)의 동작에 대응하여 동작한다. 본 실시예에서 2개의 부하용 증발기(123-1, 123-2)에 대응하여 2개의 바이 패스용 개폐 밸브(127a)가 마련된다.
기액분리기(110)로 회수된 기체 상태의 부하용 냉매를 응축시키기 위하여 제1,2열교환기(310, 320)가 이용된다.
기액분리기(110)로부터 기체 상태의 부하용 냉매를 제1열교환기(310)의 제1-2열매체 유동로 및 제2열교환기(320)의 제2-2열매체 유동로에 공급하기 위하여 부하용 기체 냉매 공급관(142)이 마련되며, 제1열교환기(310)의 제1-2열매체 유동로 및 제2열교환기(320)의 제2-2열매체 유동로에서 응축된 부하용 냉매를 기액분리기(110)로 회수하기 위하여 부하용 액체 냉매 회수관(143)이 마련된다.
즉 기액분리기(110)의 부하용 기체는 제1열교환기(310)를 지나는 LNG의 냉열을 이용하여 응축되거나, 혹은 제2열교환기(320)의 제2-1열매체 유동로를 지나는 열매체의 냉열을 이용하여 응축된다.
발전기의 배기 가스가 가진 열량을 이용하기 위하여 흡수식 냉각기(410) 및 압축식 냉각기(440)가 더 마련된다.
흡수식 냉각기(410)는, 압축기의 냉매 압축을 이용하지 않고 가스의 연소열이나, 증기의 열을 이용하여 냉각을 수행하는 기기를 말한다.
흡수식 냉각기(410)는, 공지의 기술로서, 흡수식 냉매가 증발하는 흡수식 증발부, 증발된 흡수식 냉매가 흡수제에 흡수되는 흡수부, 흡수식 냉매를 흡수한 흡수제를 가열하여 흡수식 냉매와 흡수제를 서로 분리하는 발생부, 흡수제로부터 분리된 흡수식 냉매를 응축하는 흡수식 응축부를 포함하여 이루어지며, 흡수식 냉매와 흡수제의 흡수식 싸이클을 형성한다.
즉 흡수식 냉각기(410)에서 흡수식 냉매는, (1) 흡수식 증발부에서 증발된 후, (2) 흡수부에서 흡수제에 흡수된 후, (3) 발생부에서 기화되어 흡수제로부터 분리된 후, (4) 흡수식 응축부에서 액화된 후, (1) 다시 흡수식 증발부에서 증발되는 싸이클을 이루게 된다.
또한 흡수식 냉각기(410)에서 흡수제는, (1) 흡수부에서 흡수식 냉매를 흡수하여 고농도의 흡수제로 변환된 후, (2) 발생부에서 흡수식 냉매가 분리되어 저농도의 흡수제로 변환된 후, (1) 다시 흡수부에서 흡수식 냉매를 흡수하는 싸이클을 이루게 된다.
이와 같은 흡수식 냉각기(410)의 발생부에 가열 열원을 공급하기 위하여 흡수식 냉각기용 가열 열원 순환 배관(411)이 마련된다.
흡수식 냉각기용 가열 열원 순환 배관(411)은, 가열 열원이 제3열교환기(330)의 제3-2열매체 유동로와 흡수식 냉각기(410)를 순환하도록 마련되는 것이다.
즉 본 실시예에서 흡수식 냉각기의 가열 열원은 물이며, 제3열교환기(330)의 제3-2열매체 유동로를 지나면서 발전기의 배기 가스와 열교환하여 스팀으로 변환되며, 흡수식 냉각기(410)의 발생부를 지나면서 냉각되어 물로 변환된다.
냉수 탱크(420)에 냉수가 저장되어 있다.
냉수 탱크(420)의 냉수는 흡수식 냉각기(410)의 흡수식 증발부를 지나면서 냉각된 후 다시 냉수 탱크(420)로 회수된다.
이와 같이 냉수가 냉수 탱크(420)와 흡수식 냉각기(410)를 순환하도록 흡수식 냉각기용 냉수 순환 배관(412)가 마련된다.
쿨링 타워(430)는 쿨링 타워용 열매체를 냉각하기 위한 것이다.
또한 흡수식 냉각기(410)의 흡수식 응축부 및 흡수부를 지나면서 열을 흡수하기 위하여 쿨링 타워용 열매체가 쿨링 타워(430) 및 흡수식 냉각기(410)를 순환하도록 쿨링 타워용 열매체 순환 배관(413)이 마련된다.
즉 쿨링 타워용 열매체 순환 배관(413)을 지나는 쿨링 타워용 열매체는 흡수식 냉각기(410)의 흡수식 응축부 및 흡수부를 지나면서 가열된 후 쿨링 타워(430)를 지나면서 냉각되는 과정을 반복한다.
제2열교환기(320)를 지나는 부하용 기체 냉매를 응축하기 위하여 압축식 냉각기(440)가 마련된다.
압축식 냉각기(440)는 압축식 냉매의 압축 및 응축을 위하여 마련된다.
압축식 냉각기(440)를 지나는 압축식 냉매가 제2열교환기(320)의 제2-1열매체 유동로를 순환하도록 압축식 냉매 순환 배관(441)이 마련된다.
또한 압축식 냉매 순환 배관(441)에는 압축식 냉각기(440)에서 응축된 압축식 냉매를 팽창시키기 위한 팽창 밸브(441a)가 마련된다. ;
따라서 압축식 냉매는, 압축식 냉각기(440)에서 압축 및 응축 과정을 거치며, 이후 팽창 밸브(441a)에서 팽창된 후 제2열교환기(320)의 제2-1열매체 유동로에서 증발되면서, 제2열교환기(320)를 지나는 부하용 기체 냉매를 응축하게 된다.
한편 본 실시예는 압축식 냉각기(440)의 응축 열원으로 냉수 탱크(420)의 냉수를 이용한다.
이와 같이 냉수 탱크(420)의 냉수가 압축식 냉각기(440)의 응축 열원으로 이용되도록 냉수 탱크(420)와 압축식 냉각기(440)를 연결하는 응축 열원 순환 배관(442)이 마련된다.
본 실시예의 작동을 설명한다.
LNG 탱크(210)에 저장된 LNG는 제1열교환기(310)에서 기화된 후 발전기(220)에 공급되어 전력을 생산한다.
제1열교환기(310)는, 기화되는 LNG의 냉열을 이용하여 부하용 기체 냉매를 응축시켜 부하용 증발부(120)가 구동하도록 한다.
발전기(220)에서 배출되는 배기 가스의 폐열은 제3열교환기(330)에서 회수되어 흡수식 냉각기(410)에서 냉수를 생산하도록 하며, 이 냉수는 냉수 탱크(420)를 매개하여 압축식 냉각기(440)의 응축 열원으로 이용된다.
압축식 냉각기(440)는 냉수 탱크(420)에서 공급되는 냉수를 응축 열원으로 이용함으로서 냉각 효율을 상승시킬 수 있으며, 압축식 냉각기(440)의 압축식 냉매는 제2열교환기(320)에서 부하용 기체 냉매를 응축시켜 부하용 증발부(120)가 구동하도록 한다.
이와 같이 제1,2열교환기(310, 320)에서 부하용 기체 냉매가 응축된 부하용 액체 냉매는 기액분리기(110)로 회수된 후 부하용 증발부(120)를 통하여 냉동 및 냉장 창고 등을 저온 상태로 냉각하기 위하여 이용된다.
이때 도 2에 도시된 바와 같이 증발관용 개폐 밸브(125a)는 모두 개방된 상태이며, 냉매 배출용 개폐 밸브(126a) 및 바이 패스용 개폐 밸브(127a)는 모두 닫힌 상태이다.
따라서 부하용 액체 냉매는 기액분리기(110)에서 부하용 액체 냉매 공급관(121) 및 증발관용 액체 냉매 유입관(125)을 매개하여 각 부하용 증발기(123-1, 123-2)의 증발관(123a)으로 유입된 후 증발관(123a)에서 증발되면서 냉동 및 냉장 창고 내부를 냉각시키며, 증발관(123a)에서 증발된 부하용 기체 냉매는 증발관용 기체 냉매 유출관(124) 및 부하용 기체 냉매 회수관(122)을 거쳐 기액분리기(110)로 회수된다.
물론 증발관(123a)에서 미처 증발되지 않은 부하용 액체 냉매 또한 증발관용 기체 냉매 유출관(124) 및 부하용 기체 냉매 회수관(122)을 거쳐 기액분리기(110)로 회수될 수 있다.
이와 같은 정상적인 냉각 작동 상태를 유지하다가 각 부하용 증발기(123-1, 123-2)마다 하루에 1~2회 정도 제상 운전을 하게 되며, 각 부하용 증발기(123-1, 123-2)마다 교대로 제상 운전을 수행한다.
도 3에서는 부하용 증발기(123-2)에 대한 제상 운전을 수행하는 것을 예로들어 설명한다.
부하용 증발기(123-2)에 대한 증발관용 개폐 밸브(125a)가 닫히면서 부하용 증발기(123-2)의 증발관(123a)으로 부하용 액체 냉매의 유입이 중단된다.
아울러 부하용 증발기(123-2)에 대한 냉매 배출용 개폐 밸브(126a)가 열리면서 부하용 증발기(123-2)의 증발관(123a)에 잔존하는 부하용 액체 냉매는 부하용 증발기(123-2)에 대한 제상용 냉매 배출관(126) 및 부하용 기체 냉매 회수관(122)을 경유하여 기액분리기(110)로 회수된다. 이와 같은 부하용 액체 냉매의 배출에 의하여 제상 운전을 위하여 부하용 증발기(123-2)의 증발관(123a) 내부의 부하용 액체 냉매를 증발시킬 필요가 없게 된다.
이와 같이 부하용 증발기(123-2)의 증발관(123a) 내부의 부하용 액체 냉매가 배출된 후 제상 수단에 의하여 부하용 증발기(123-2)의 증발관(123a)에 대한 제상 운전이 수행된다.
따라서 매우 짧은 시간과 적은 비용으로 제상 운전이 가능하며, 또한 부하용 증발기(123-2)의 운전 중지 시간을 대폭 절감하여 냉동 및 냉장 창고의 항온성을 높일 수 있다.
한편 부하용 증발기(123-2)의 증발관(123a)으로 부하용 액체 냉매의 유입이 중단되면서 다른 부하용 증발기(123-1)로 과도한 부하용 액체 냉매가 공급되는 것을 방지하기 위하여 부하용 증발기(123-2)에 대응하는 바이 패스 배관(127-2)의 바이 패스용 개폐 밸브(127a)가 열리면서 정상 운전에서 부하용 증발기(123-2)의 증발관(123a)으로 공급되었던 냉매의 유량에 해당하는 만큼의 유량의 냉매가 바이 패스 배관(127-2)을 통하여 부하용 기체 냉매 회수관(122)으로 바이 패스 배출되어 기액분리기(110)로 회수된다. 따라서 다른 부하용 증발기(123-1)는 정상 운전과 제상 운전 모두에서 동일한 부하용 액체 냉매가 공급되어 고내 온도의 항온성을 높일 수 있다.
이와 같은 제상 운전이 완료되면, 증발관용 개폐 밸브(125a)가 열리고, 냉매 배출용 개폐 밸브(126a) 및 바이 패스용 개폐 밸브(127a)가 닫히면서 정상 운전이 수행된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 기액분리기
120 : 부하용 증발부
121 : 부하용 액체 냉매 공급관 121a : 부하용 액체 냉매 이송 펌프
122 : 기체 냉매 회수관
123-1~2 : 부하용 증발기 123a : 증발관
123b : 송풍기
124 : 증발관용 기체 냉매 유출관
125 : 증발관용 액체 냉매 유입관 125a : 증발관용 개폐 밸브
125b : 증발관용 유량 조절 밸브
126 : 제상용 냉매 배출관 126a : 냉매 배출용 개폐 밸브
127-1~2 : 바이 패스 배관 127a : 바이 패스용 개폐 밸브
142 : 부하용 기체 냉매 공급관
143 : 부하용 액체 냉매 회수관
210 : LNG 탱크
211 : LNG 공급관
220 : 발전기
310 : 제1열교환기
320 : 제2열교환기
330 : 제3열교환기
410 : 흡수식 냉각기
411 : 흡수식 냉각기용 가열 열원 순환 배관
412 : 흡수식 냉각기용 냉수 순환 배관
413 : 쿨링 타워용 열매체 순환 배관
420 : 냉수 탱크
430 : 쿨링 타워
440 : 압축식 냉각기
441 : 압축식 냉매 순환 배관
442 : 응축 열원 순환 배관

Claims (1)

  1. 액화가스가 저장되는 액화가스 탱크 ;
    내부에 제1-1열매체가 유동하는 제1-1열매체 유동로와 제1-2열매체가 유동하는 제1-2열매체 유동로가 서로 열교환하도록 배치되며, 상기 액화가스 탱크에서 공급되는 액화가스 제1-1열매체 유동로를 지나도록 이루어진 제1열교환기 ;
    상기 제1열교환기의 제1-1열매체 유동로를 지나면서 기화된 액화가스를 이용하여 발전하는 발전기 ;
    내부에 제2-1열매체가 유동하는 제2-1열매체 유동로와 제2-2열매체가 유동하는 제2-2열매체 유동로가 서로 열교환하도록 배치되는 제2열교환기 ;
    내부에 제3-1열매체가 유동하는 제3-1열매체 유동로와 제3-2열매체가 유동하는 제3-2열매체 유동로가 서로 열교환하도록 배치되며, 상기 발전기에서 배출되는 배기 가스가 상기 제3-1열매체 유동로를 지나도록 이루어진 제3열교환기 ;
    내부 상부에 기체 상태의 부하용 냉매가 저장되며 내부 하부에 액체 상태의 부하용 냉매가 저장되며 상기 제1열교환기의 위치 및 상기 제2열교환기의 위치보다 낮은 위치에 위치되는 기액분리기 ;
    상기 기액분리기의 액체 상태의 부하용 냉매를 공급받아 기체 상태로 증발시킨 후 상기 기액분리기로 회수시키기 위한 것으로, 일단이 상기 기액분리기의 하부와 연통되며 타단이 상기 기액분리기의 상방을 향하여 연장되는 부하용 액체 냉매 공급관과, 상기 부하용 액체 냉매 공급관에 마련되는 부하용 액체 냉매 이송 펌프와, 일단이 상기 기액분리기의 상부와 연통되며 타단이 상기 기액분리기의 상방을 향하여 연장되는 부하용 기체 냉매 회수관과, 증발관과 송풍기를 포함하여 이루어지며 상기 기액분리기보다 높은 위치에 배치되는 복수의 부하용 증발기와, 상기 증발관의 표면에 발생하는 서리나 얼음을 제거하기 위한 제상 수단과, 상기 증발관의 상단과 상기 부하용 기체 냉매 회수관을 서로 연결하기 위하여 상기 증발관마다 마련되는 증발관용 기체 냉매 유출관과, 상기 증발관의 하단과 상기 부하용 액체 냉매 공급관을 서로 연결하기 위하여 상기 증발관마다 마련되는 증발관용 액체 냉매 유입관과, 상기 증발관용 액체 냉매 유입관마다 마련되는 증발관용 개폐 밸브와, 상단부가 상기 증발관용 개폐 밸브와 상기 증발관 사이의 상기 증발관용 액체 냉매 유입관에 연결되며 하단부가 상기 부하용 기체 냉매 회수관에 연결되도록 상기 증발관용 액체 냉매 유입관마다 마련되는 제상용 부하용 냉매 배출관과, 상기 제상용 부하용 냉매 배출관마다 마련되는 부하용 냉매 배출용 개폐 밸브를 포함하여 이루어지는 부하용 증발부 ;
    상기 기액분리기로부터 기체 상태의 부하용 냉매를 상기 제1열교환기의 제1-2열매체 유동로 및 상기 제2열교환기의 제2-2열매체 유동로에 공급하는 부하용 기체 냉매 공급관 ;
    상기 제1열교환기의 제1-2열매체 유동로 및 상기 제2열교환기의 제2-2열매체 유동로에서 응축된 부하용 냉매를 상기 기액분리기로 회수하기 위한 부하용 액체 냉매 회수관 ;
    흡수식 냉매가 증발하는 흡수식 증발부, 증발된 흡수식 냉매가 흡수제에 흡수되는 흡수부, 흡수식 냉매를 흡수한 흡수제를 가열하여 흡수식 냉매와 흡수제를 서로 분리하는 발생부, 흡수제로부터 분리된 흡수식 냉매를 응축하는 흡수식 응축부를 포함하여 이루어지며 흡수식 냉매와 흡수제의 흡수식 싸이클을 형성하는 흡수식 냉각기 ;
    상기 흡수식 냉각기의 발생부에 가열 열원을 공급하기 위하여 가열 열원이 상기 제3열교환기의 제3-2열매체 유동로와 상기 흡수식 냉각기를 순환하도록 마련되는 흡수식 냉각기용 가열 열원 순환 배관 ;
    냉수가 저장되는 냉수 탱크 ;
    상기 냉수 탱크의 냉수가 상기 흡수식 냉각기의 흡수식 증발부를 지나면서 냉각되도록 냉수가 상기 냉수 탱크와 상기 흡수식 냉각기를 순환하도록 마련되는 흡수식 냉각기용 냉수 순환 배관 ;
    쿨링 타워용 열매체의 냉각을 위하여 마련되는 쿨링 타워 ;
    쿨링 타워용 열매체가 상기 흡수식 냉각기의 흡수식 응축부 및 흡수부를 지나면서 가열되며 상기 쿨링 타워를 지나면서 냉각되도록 쿨링 타워용 열매체가 상기 흡수식 냉각기의 흡수식 응축부 및 흡수부와 상기 쿨링 타워를 순환하도록 마련되는 쿨링 타워용 열매체 순환 배관 ;
    압축식 냉매의 압축 및 응축을 위하여 마련되는 압축식 냉각기 ;
    상기 압축식 냉각기를 지나는 압축식 냉매가 상기 압축식 냉각기 및 상기 제2열교환기의 제2-1열매체 유동로를 순환하도록 마련되는 압축식 냉매 순환 배관 ;
    상기 압축식 냉각기에서 응축된 압축식 냉매를 팽창시키기 위하여 상기 압축식 냉매 순환 배관에 마련되는 팽창 밸브 ;
    상기 냉수 탱크의 냉수가 상기 압축식 냉각기의 응축 열원으로 이용되도록 상기 냉수 탱크와 상기 압축식 냉각기를 연결하는 응축 열원 순환 배관 ;
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화가스 냉열 이용을 위한 융복합 냉각 시스템.
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