KR102008920B1

KR102008920B1 - Lng냉열을 이용한 냉동탑차의 냉동시스템

Info

Publication number: KR102008920B1
Application number: KR1020180014796A
Authority: KR
Inventors: 신성수; 정세진
Original assignee: (주)삼진야드
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2019-08-09
Anticipated expiration: 2038-02-06

Abstract

본 발명에서는 각종 냉동 식품이나 저온 식품을 운송하는데 적용되는 냉동탑차의 연료로 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 사용하되, LNG가 기화할 때 방출되는 초저온(-160∼-163℃)의 LNG냉열을 이용하여 급속냉동이 가능하도록 함으로써 에너지효율을 1.3∼2배 향상시킬 수 있도록 하고, 디젤연료 대비 연료비를 30% 절감할 수 있도록 하는 한편, 차량의 정지 및 운휴 상태에서도 냉동효과가 발생되도록 한 새로운 LNG냉열을 이용한 냉동탑차의 냉동시스템이 개시된다.
본 발명은 냉동탑차의 하부 일측에 설치되며, 액화천연가스(LNG)가 -160∼-163℃의 초저온의 액상으로 저장되는 LNG탱크와; 상기 LNG탱크와 관(管) 연결된 상태에서 LNG탱크로부터 공급되는 초저온의 액상 LNG가 냉매의 열을 흡수하여 기화(氣化)되도록 하는 LNG기화기(Vaporizer)와; 상기 LNG기화기로부터 배출되는 기화된 천연가스가 냉동탑차의 가스엔진으로 유입되기 전에 적정 온도로 가열되도록 하는 히터와; 상기 냉동탑차상의 냉동실 일측에 설치된 상태에서 저온저압의 냉매액이 유입되어 냉동실의 열을 흡수함과 동시에 냉매는 증발하여 저온저압의 증기상태로 배출되도록 하는 증발기와; 상기 증발기와 관(管)연결된 상태에서 상기 증발기로부터 배출되는 저온저압의 냉매증기와 고온고압의 냉매액 사이의 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기와; 상기 열교환기와 관(管)연결된 상태에서 고온고압의 냉매액과 열교환된 저온저압의 냉매증기를 고온고압의 냉매증기로 압축하는 압축기와; 상기 압축기와 관(管)연결된 상태에서 상기 압축기로부터 공급되는 고온고압의 냉매증기가 LNG냉열에 의하여 고온고압의 냉매액으로 응축되도록 하는 응축기와; 상기 열교환기와 증발기 사이에 관(管)연결되며, 상기 응축기로부터 배출된 후 열교환기를 통과하면서 저온저압의 냉매증기와 열교환되는 고온고압의 냉매액이 증발기로 유입되기 전에 저온저압의 냉매액으로 변환되도록 하는 모세관을 포함하여 구성된다.

Description

LNG냉열을 이용한 냉동탑차의 냉동시스템{Refrigerating system using LNG thermal energy for refrigerator truck}

본 발명은 LNG냉열을 이용한 냉동탑차의 냉동시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 냉동 식품이나 저온 식품을 운송하는데 적용되는 냉동탑차의 연료로 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 사용하되, LNG가 기화할 때 방출되는 초저온(-160∼-163℃)의 LNG냉열을 이용하여 급속냉동이 가능하도록 함으로써 에너지효율을 1.3∼2배 향상시킬 수 있도록 하고, 디젤연료 대비 연료비를 30% 절감할 수 있도록 하는 한편, 차량의 정지 및 운휴 상태에서도 냉동효과가 발생되도록 한 LNG냉열을 이용한 냉동탑차의 냉동시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 냉동탑차는 각종 냉동 식품이나 저온 식품 같이 상온에서는 보관하거나 운반할 수 없는 식품이나 물품을 운송하기 위한 것으로, 이러한 냉동탑차에는 차량 적재부에 함체 형태의 컨테이너를 설치하되 차량의 헤드 또는 컨테이너의 상부 일측에 냉각장치를 설치하여 냉각장치의 증발기를 통해 컨테이너의 내부 온도가 저온 상태가 유지되도록 구성된다.

한편, 기존의 냉동탑차에 적용되는 냉동장치의 일 예로서, 대한민국 등록특허 제10-841257호(명칭: 냉동탑차용 에어컨 겸용 냉동장치, 이하 '선행기술1'이라 함)가 제안되었다.

상기 선행기술1은 압축기와 응축기 및 증발기 등의 순서로 순환관을 따라 냉매를 순환시키는 냉매사이클이 그대로 적용되는데, 압축기가 구동됨에 따라 고온고압 상태의 냉매는 응축기에 이르러 중온고압 상태가 되고, 응축기로부터 제공되는 냉매는 팽창밸브를 통과하여 증발기로 유입된다.

또, 상기 팽창밸브를 통과하여 증발기로 유입된 액체상태의 냉매는 순간적으로 기화되면서 주변의 열을 흡수하므로 증발기의 주변에는 차가운 공기가 형성되며, 이 때 별도의 배기팬에 의해 차가운 공기가 컨테이너 내부로 토출되어 컨테이너 내부의 냉동이 이루어지도록 구성되는 것이다.

상기한 선행기술1에 따른 냉각사이클은 지속적으로 순환 반복되므로 컨테이너의 내부는 설정된 저온상태를 유지하게 되며, 이러한 냉각사이클을 통해 냉동탑차는 냉동 및 냉장을 요하는 모든 식음료 및 저온 보관 물품 등을 최적의 온도로 안전하게 운반할 수 있게 되는 것이다.

그러나, 상기한 선행기술1에서는 냉동탑차의 엔진 정지시 냉동시스템을 작동하기 위해서는 추가의 콤프레셔 구동용 엔진을 별도로 구비해야 되기 때문에 차량의 중량을 증가시켜 비용 상승 및 소음이 발생하는 문제점이 있음은 물론, 설비의 비용 부담이 가중된다는 문제가 있다.

또한, 상기한 선행기술1에서는 냉매로 프레온가스를 사용하기 때문에 심각한 환경 문제를 야기시키게 되는 것은 물론, 통상적인 냉동사이클의 에너지 효율한계를 넘을 수 없으며, 냉동시스템의 부피를 줄이는 데 한계가 있다는 문제점이 있다.

또한, 상기 선행기술1에서는 냉각사이클을 운용하기 위해서는 별도의 보조엔진을 필요로 하기 때문에 차량의 연료소비가 가중된다는 문제가 있다.

이와 같은 선행기술1의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2015-0086950호(명칭: 액화질소를 이용한 냉동시스템, 이하 '선행기술2'라 함)가 제안되었다.

상기 선행기술2는 도 1에 도시된 바와 같이, '냉동실의 내부 또는 외부 일측에 설치되어지되 내부에는 액화질소가 충진되는 압력용기; 압력용기의 출구단에 설치되어지되 온/오프(on/off) 제어에 의해 개폐되어 충진된 액화질소를 유출 또는 차단시키는 개폐밸브; 개폐밸브로부터 냉동실의 내부 천장과 벽면에 일정 패턴으로 설치 고정되는 배관라인; 배관라인에 일정 간격으로 설치되어 개폐밸브의 온(on) 제어에 의해 압력용기로부터 개폐밸브를 경유하여 유출되는 액화질소를 냉동실의 내부에 분사하는 분사노즐; 냉동실의 내부에 설치되어 하나 이상 설치되어 냉동실 내부의 온도를 감지하는 온도감지센서; 및 온도감지센서에 의해 감지된 신호를 통해 냉동실 내부의 설정 온도에 따라 개폐밸브를 온/오프(on/off) 제어하는 제어부'를 포함하여 구성된다.

상기 선행기술2는 상기한 구성을 통하여 냉동탑차나 냉동선박 및 냉동보관창고 등의 내부 온도가 설정 온도 이상으로 올라가는 경우 분사노즐을 통해 액화질소를 분사하는 냉동시스템을 구성함으로써 보다 빠른 시간에 냉각효과가 이루어질 수 있도록 한 것이다.

그러나, 상기한 선행기술2의 경우에는 냉동탑차의 냉동실 내부에 액화질소를 분사하기 위한 별도의 배관라인이 설치되어야 하고, 상기 배관라인을 통한 액화질소의 분사작용을 제어하기 위한 별도의 제어수단이 구비되어야 하기 때문에 냉동실의 내부 구조가 매우 복잡해지는 것은 물론, 설치 및 운용비용이 증가하기 때문에 경제적으로도 불리하다는 문제가 있다.

1. 대한민국 등록등록공보 등록번호 제10-841257호, "냉동탑차용 에어컨 겸용 냉동장치." 2. 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2015-0086950호, "액화질소를 이용한 냉동시스템."

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 각종 냉동 식품이나 저온 식품을 운송하는데 적용되는 냉동탑차의 연료로 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 사용하되, LNG가 기화할 때 방출되는 초저온(-160∼-163℃)의 LNG냉열을 이용하여 급속냉동이 가능하도록 함으로써 에너지효율을 1.3∼2배 향상시킬 수 있도록 한 새로운 LNG냉열을 이용한 냉동탑차의 냉동시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 LNG를 연료를 사용함으로써 디젤연료 대비 연료비를 30% 절감할 수 있도록 한 새로운 LNG냉열을 이용한 냉동탑차의 냉동시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 차량의 정지 및 운휴 상태에서도 냉동효과가 발생되도록 한 새로운 LNG냉열을 이용한 냉동탑차의 냉동시스템을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 냉동탑차의 하부 일측에 설치되며, 액화천연가스(LNG)가 -160∼-163℃의 초저온의 액상으로 저장되는 LNG탱크와; 상기 LNG탱크와 관(管) 연결된 상태에서 LNG탱크로부터 공급되는 초저온의 액상 LNG가 냉매의 열을 흡수하여 기화(氣化)되도록 하는 LNG기화기(Vaporizer)와; 상기 LNG기화기로부터 배출되는 기화된 천연가스가 냉동탑차의 가스엔진으로 유입되기 전에 적정 온도로 가열되도록 하는 히터와; 상기 냉동탑차상의 냉동실 일측에 설치된 상태에서 저온저압의 냉매액이 유입되어 냉동실의 열을 흡수함과 동시에 냉매는 증발하여 저온저압의 증기상태로 배출되도록 하는 증발기와; 상기 증발기와 관(管)연결된 상태에서 상기 증발기로부터 배출되는 저온저압의 냉매증기와 고온고압의 냉매액 사이의 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기와; 상기 열교환기와 관(管)연결된 상태에서 고온고압의 냉매액과 열교환된 저온저압의 냉매증기를 고온고압의 냉매증기로 압축하는 압축기와; 상기 압축기와 관(管)연결된 상태에서 상기 압축기로부터 공급되는 고온고압의 냉매증기가 LNG냉열에 의하여 고온고압의 냉매액으로 응축되도록 하는 응축기와; 상기 열교환기와 증발기 사이에 관(管)연결되며, 상기 응축기로부터 배출된 후 열교환기를 통과하면서 저온저압의 냉매증기와 열교환되는고온고압의 냉매액이 증발기로 유입되기 전에 저온저압의 냉매액으로 변환되도록 하는 모세관을 포함하여 구성된다.

본 발명에서 상기 열교환기와 압축기 사이의 관로상에는 저압게이지와 저압스위치가 설치되고, 상기 압축기와 응축기 사이의 관로상에는 고압게이지와 카트리지 압력스위치가 설치되는 한편; 상기 열교환기와 응축기 사이의 관로와 상기 증발기와 모세관 사이의 관로상에는 저압볼밸브가 설치되고, 상기 증발기와 열교환기 사이의 관로와 상기 압축기와 응축기 사이의 관로상에는 고압볼밸브가 설치되도록 구성된 특징을 갖는다.

본 발명을 적용하면, 각종 냉동 식품이나 저온 식품을 운송하는데 적용되는 냉동탑차의 연료로 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)가 사용됨과 동시에 상기 LNG가 기화할 때 방출되는 초저온(-160∼-163℃)의 LNG냉열을 이용하여 급속냉동이 가능하기 때문에 에너지효율이 1.3∼2배 향상된다는 효과가 있으며, LNG를 연료를 사용하기 때문에 디젤연료 대비 연료비를 30% 절감할 수 있다는 현저한 효과가 있다.

또, 본 발명에서는 초저온(-160∼-163℃)의 LNG냉열에 의하여 냉동이 이루어지고 냉동지속시간이 길어져 차량의 정지 및 운휴 상태에서도 냉동효과가 지속됨에 따라 별도의 보조엔진을 구동할 필요가 없어 차량의 연료소비를 크게 줄일 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 선행기술2의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 LNG냉열을 이용한 냉동탑차의 냉동시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 냉동탑차에 본 발명에 따른 LNG 냉열을 이용한 냉동시스템이 적용되어 사용되는 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 LNG냉열을 이용한 냉동탑차의 냉동시스템(10)에서는 액화천연가스(LNG)가 -160∼-163℃의 초저온의 액상으로 저장되는 LNG탱크(20)가 냉동탑차(11)의 하부 일측에 설치되며, 상기 LNG탱크(20)에는 LNG탱크(20)로부터 공급되는 초저온의 액상 LNG가 냉매의 열을 흡수하여 기화(氣化)되도록 하는 LNG기화기(Vaporizer:30)가 관(管) 연결되도록 구성된다.

또, 상기 LNG기화기(30)로부터 배출되는 기화된 천연가스는 냉동탑차(11)의 가스엔진(12)으로 유입되기 전에 적정 온도로 가열되어야 하는데, 이를 위하여 상기 LNG기화기(30)와 가스엔진(12) 사이의 관로에는 히터(13)가 설치된다.

본 발명에서 상기 냉동탑차(11)상의 냉동실에는 저온저압의 냉매액이 유입되어 냉동실의 열을 흡수함과 동시에 냉매는 증발하여 저온저압의 증기상태로 배출되도록 하는 증발기(40)가 설치되며, 상기 증발기(40)에는 별도의 열교환기(50)가 관(管)연결되어 상기 증발기(40)로부터 배출되는 저온저압의 냉매증기와 고온고압의 냉매액 사이의 열교환이 이루어지도록 구성된다.

또, 상기 열교환기(50)에는 고온고압의 냉매액과 열교환된 저온저압의 냉매증기를 고온고압의 냉매증기로 압축하는 압축기(60)가 관(管)연결되며, 상기 압축기(60)에는 응축기(70)가 관(管)연결되어 상기 압축기(60)로부터 공급되는 고온고압의 냉매증기가 LNG냉열에 의하여 고온고압의 냉매액으로 응축되도록 구성된다.

또, 상기 열교환기(50)와 증발기(40) 사이에는 상기 응축기(70)로부터 배출된 후 열교환기(50)를 통과하면서 저온저압의 냉매증기와 열교환되는 고온고압의 냉매액이 증발기(40)로 유입되기 전에 저온저압의 냉매액으로 변환되도록 하는 모세관(80)이 관(管)연결되도록 구성된다.

이와 같은 본 발명에서 상기 열교환기(50)와 압축기(60) 사이의 관로상에는 저압게이지(14)와 저압스위치(15)가 설치되고, 상기 압축기(60)와 응축기(70) 사이의 관로상에는 고압게이지(16)와 카트리지 압력스위치(17)가 설치되도록 구성된다.

또, 상기 열교환기(50)와 응축기(60) 사이의 관로와 상기 증발기(40)와 모세관(80) 사이의 관로상에는 저압볼밸브(18)가 설치되고, 상기 증발기(40)와 열교환기 (50)사이의 관로와 상기 압축기(60)와 응축기(70) 사이의 관로상에는 고압볼밸브(19)가 설치되도록 구성된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 작용은 다음과 같다.

본 발명의 작용을 LNG가 냉동탑차(11)의 가스엔진(12)에 사용되는 ①LNG 사이클과, LNG냉열이 냉동실의 냉동시스템에 사용되는 ②냉동사이클로 구분하여 설명한다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, LNG가 냉동탑차(11)의 가스엔진(12)에 사용되는 LNG 사이클에서는 LNG탱크(20)에 -160∼-163℃의 초저온의 액체상태로 LNG가 LNG기화기(30)로 공급되면, 상기 LNG기화기(30)에서 LNG가 냉매의 열을 흡수함에 따라 LNG는 열을 받아 기화한다.

이와 같이 상기 LNG기화기(30)에서 기화된 천연가스(NG)는 히터(13)에 의하여 적정 온도로 가열된 후 냉동탑차(11)의 가스엔진(12)로 공급되어 연소된다.

한편, LNG냉열이 냉동실의 냉동시스템에 사용되는 냉동사이클에서는 냉동탑차(11)의 냉동실에 설치되는 증발기(40)에 저온저압의 냉매액이 공급되면서 냉동실의 열을 흡수하여 냉동실의 온도를 낮춰줌과 동시에 냉매는 증발하여 저온저압의 증기상태가 된다.

상기 증발기(40)에서 증발되는 저온저압의 냉매증기는 고압볼밸브(19)를 통하여 열교환기(50)로 유입되는데, 상기 열교환기(50)에서는 증발기(40)로부터 유입되는 저온저압의 냉매증기와 별도의 관로를 통하여 유입되는 고온고압의 냉매액 사이에서 열교환이 이루어진다.

상기 열교환기(50)를 통과한 저온저압의 냉매증기는 상기 압축기(60)로 유입된 후 압축되어 고온고압의 냉매증기가 되며, 상기 압축기(60)에서 배출되는 고온고압의 냉매증기는 상기 응축기(7))로 유입된다.

상기 응축기(70)에 유입된 고온고압의 냉매증기는 상기한 LNG기화기(30)에서 방출되는 LNG냉열의 냉각작용에 의하여 고온고압의 냉매액으로 상태변화된다.

상기 응축기(70)에서 배출되는 고온고압의 냉매액은 다시 열교환기(50)로 유입되어 증발기(40)로부터 공급되는 저온저압의 냉매증기와 열교환되며, 상기 열교환기(50)를 통과한 고온고압의 냉매액은 모세관(80)을 통과하면서 저온저압의 냉매액으로 변환된 후 증발기(40)로 유입되어 증발되는 냉동사이클이 반복 순환되며, 이 같은 냉동사이클을 통하여 냉동탑차의 냉동실의 냉동상태가 유지되는 것이다.

본 발명에서 상기 열교환기(50)와 압축기(60) 사이의 관로상에는 저압게이지(14)와 저압스위치(15)가 설치되고, 상기 압축기(60)와 응축기(70) 사이의 관로상에는 고압게이지(16)와 카트리지 압력스위치(17)가 설치된다.

또, 상기 열교환기(50)와 응축기(60) 사이의 관로와 상기 증발기(40)와 모세관(80) 사이의 관로상에는 저압볼밸브(18)가 설치되고, 상기 증발기(40)와 열교환기 (50)사이의 관로와 상기 압축기(60)와 응축기(70) 사이의 관로상에는 고압볼밸브(19)가 설치되는데, 이에 따라 상기한 냉동사이클이 안정적으로 이루어지도록 제어할 수 있고 점검할 수 있게 된다.

상기한 고온고압의 냉매증기가 응축기(70)에서 응축되는 과정에서 상기한 LNG기화기(30)에서 방출되는 LNG냉열이 적용되기 때문에 고온고압의 냉매증기가 용이하게 고온고압의 냉매액으로 상태변화되는데, 이에 따라 하절기의 외부온도 45℃는 NG냉열을 이용한 열교환작용에 의하여 20℃ 하강됨에 따라 냉동효과가 30% 상승된다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 각종 냉동 식품이나 저온 식품을 운송하는데 적용되는 냉동탑차(11)의 연료로 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)가 사용됨과 동시에 상기 LNG가 기화할 때 방출되는 초저온(-160∼-163℃)의 LNG냉열을 이용하여 급속냉동이 가능하기 때문에 에너지효율이 1.3∼2배 향상되고, LNG를 연료를 사용하기 때문에 디젤연료 대비 연료비를 30% 절감할 수 있게 되는 것이다.

또, 초저온(-160∼-163℃)의 LNG냉열에 의하여 냉동이 이루어지고 냉동지속시간이 길어져 차량의 정지 및 운휴 상태에서도 냉동효과가 지속됨에 따라 별도의 보조엔진을 구동할 필요가 없어 차량의 연료소비를 크게 줄일 수 있게 되는 것이다.

10 : LNG냉열을 이용한 냉동탑차의 냉동시스템
11 : 냉동탑차 12 : 가스엔진
13 : 히터(Heater) 20 : LNG탱크
30 : LNG기화기(Vaporizer) 40 : 증발기
50 : 열교환기 60 : 압축기
70 : 응축기 80 : 모세관.

Claims

냉동탑차(11)의 하부 일측에 설치되며, 액화천연가스(LNG)가 -160∼-163℃의 초저온의 액상으로 저장되는 LNG탱크(20)와;
상기 LNG탱크(20)와 관(管) 연결된 상태에서 LNG탱크(20)로부터 공급되는 초저온의 액상 LNG가 냉매의 열을 흡수하여 기화(氣化)되도록 하는 LNG기화기(Vaporizer:30)와;
상기 LNG기화기(30)로부터 배출되는 기화된 천연가스가 냉동탑차(11)의 가스엔진(12)으로 유입되기 전에 적정 온도로 가열되도록 하는 히터(13)와;
상기 냉동탑차(11)상의 냉동실 일측에 설치된 상태에서 저온저압의 냉매액이 유입되어 냉동실의 열을 흡수함과 동시에 냉매는 증발하여 저온저압의 증기상태로 배출되도록 하는 증발기(40)와;
상기 증발기(40)와 관(管)연결된 상태에서 상기 증발기(40)로부터 배출되는 저온저압의 냉매증기와 고온고압의 냉매액 사이의 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기(50)와;
상기 열교환기(50)와 관(管)연결된 상태에서 고온고압의 냉매액과 열교환된 저온저압의 냉매증기를 고온고압의 냉매증기로 압축하는 압축기(60)와;
상기 압축기(60)와 관(管)연결된 상태에서 상기 압축기(60)로부터 공급되는 고온고압의 냉매증기가 LNG냉열에 의하여 고온고압의 냉매액으로 응축되도록 하는 응축기(70)와;
상기 열교환기(50)와 증발기(40) 사이에 관(管)연결되며, 상기 응축기(70)로부터 배출된 후 열교환기를 통과하면서 저온저압의 냉매증기와 열교환되는 고온고압의 냉매액이 증발기(40)로 유입되기 전에 저온저압의 냉매액으로 변환되도록 하는 모세관(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG냉열을 이용한 냉동탑차의 냉동시스템.
제1항에 있어서,
상기 열교환기(50)와 압축기(60) 사이의 관로상에는 저압게이지(14)와 저압스위치(15)가 설치되고, 상기 압축기(60)와 응축기(70) 사이의 관로상에는 고압게이지(16)와 카트리지 압력스위치(17)가 설치되는 한편;
상기 열교환기(50)와 응축기(70) 사이의 관로와 상기 증발기(40)와 모세관(80) 사이의 관로상에는 저압볼밸브(18)가 설치되고, 상기 증발기(40)와 열교환기(50) 사이의 관로와 상기 압축기(60)와 응축기(70) 사이의 관로상에는 고압볼밸브(19)가 설치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 LNG냉열을 이용한 냉동탑차의 냉동시스템.