KR20220082838A - Lng 공조 냉각 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LNG 공조 냉각 시스템에 관한 것으로, LNG 저장 탱크(101), 3중 매개체 고온도차 열교환기(201), 공조냉각유닛과 제어유닛(501)을 포함하며; LNG 저장 탱크(101)는 LNG를 저장하는 데 사용하며; 3중 매개체 고온도차 열교환기(201)는 하우징(204), 상부 열교환기(404)와 하부 열교환기(302)를 포함하고, 하우징(204)의 내부에는 챔버가 설치되고, 챔버의 내부에는 기체-액체 전환 특성을 갖는 축냉제가 설치되고, 축냉제는 기체상태를 이루는 기상(gaseous phase) 축냉제(203)와 액체상태를 이루는 액상(liquid phase) 축냉제(202)를 포함하며; 공조냉각유닛은 팬 코일 열교환 유닛(304)과 순환 펌프(309)를 포함하고, 하부 열교환기(302)와 코일 열교환기(315) 및 순환 펌프(309)는 파이프를 통해 연통하고, 공조냉각유닛의 파이프 내부에 냉매(317)를 구비하며; 팬 코일 열교환 유닛(304)은 팬(314)과 코일 열교환기(315)를 포함하고, 팬(314)은 코일 열교환기(315)의 일측에 위치하며; 제어유닛(501)은 순환 펌프(309) 및 팬(314)과 제어하도록 연결한다.냉각시스템은 3중 매개체 열교환방안을 이용함으로써, 2중 매개체 열교환을 실시할 경우에 발생하는 냉매 동결 및 열교환 불량 문제를 해결하는 동시에, 축냉 공조의 기능을 더 구비한다.

Description

LNG 공조 냉각 시스템
본 발명은 LNG 공조 냉각 분야에 관한 것으로, 상세하게는 LNG 공조 냉각 시스템에 관한 것이다.
중국의 에너지 소비구조가 심도있게 전환됨에 따라, LNG는 청정 에너지로서, 발열량이 높고, 가격이 저렴하고, 연소된 후에 오염이 적고, 환경에 친화적인 등 장점을 갖고 있어 큰 성장을 이루고 다양한 분야에서 폭 넓게 응용되고 있다. LNG는 연료로서, 안전하고 효율높고 오염없이 깨끗하며, 중국 에너지 구조의 전환을 촉진하는 동시에, 연소 폐가스 방출로 발생되는 환경 오염을 효과적으로 줄인다.
LNG는 연소 전의 기화과정에서 대량의 냉각에너지를 방출하는 데, 통상적으로 이 부분의 냉각 능력(cooling capacity)은 직접 대기 환경에 배출되어 냉각 능력을 낭비하게 된다. 종래의 공조 냉각 시스템은 통상적으로 압축기를 냉각시스템의 핵심 설비로 사용하지만, 압축기는 일정한 경제적 원가가 필요하고 작동할 때 소음이 발생된다. 종래기술은 LNG에 기반한 공조 냉각 시스템도 창출하였는 데, 이런 냉각시스템은 통상적으로 냉매가 LNG와 직접 열교환을 실시하는 2중 매개체 열교환 방안을 이용하며, 이 경우, LNG와 냉매 간의 지나치게 큰 열교환 온도차는 냉각시스템에 냉매 동결과 열교환 불량 문제를 쉽게 발생시켜 냉가기스템의 안정된 운행을 보장할 수 없다.
본 발명은 종래기술이 LNG 공조 냉각 시스템에서 나타난 냉매 동결과 열교환 불량 문제를 해결하기 위해 창출된 것으로, 그 목적은 LNG 공조 냉각 시스템을 제공해 상기 문제를 해결하는 데 있다.
본 발명이 이 기술문제를 해결하기 위하여 아래의 기술방안을 이용한다.
LNG 공조 냉각 시스템은 LNG 저장 탱크, 3중 매개체 고온도차 열교환기, 공조냉각유닛과 제어유닛을 포함하며;
상기 LNG 저장 탱크는 LNG를 저장하는 데 사용하며;
상기 3중 매개체 고온도차 열교환기는 하우징, 상부 열교환기와 하부 열교환기를 포함하고, 상기 하우징의 내부에는 챔버가 설치되고, 상기 챔버의 내부에는 기체-액체 전환 특성을 갖는 축냉제가 설치되고, 상기 축냉제는 기체상태를 이루는 기상(gaseous phase) 축냉제와 액체상태를 이루는 액상(liquid phase) 축냉제를 포함하며; 상기 상부 열교환기는 상기 LNG 저장 탱크와 연통하고, 상기 상부 열교환기는 상기 챔버의 내부에 위치하여 상기 기상 축냉제와 충분히 접촉하며; 상기 하부 열교환기는 상기 챔버의 내부에 위치하여 상기 액상 축냉제와 충분히 접촉하며;
상기 공조냉각유닛은 팬 코일 열교환 유닛과 순환 펌프를 포함하고, 상기 팬 코일 열교환 유닛은 팬과 코일 열교환기를 포함하며; 상기 코일 열교환기의 진입구단은 파이프를 통해 상기 하부 열교환기의 출구단과 연통하고, 상기 코일 열교환기의 출구단은 상기 순환 펌프의 진입구단과 연통하고, 상기 순환 펌프의 출구단은 상기 하부 열교환기의 진입구단과 연결하고, 상기 하부 열교환기와 코일 열교환기 및 순환 펌프가 연통하여 구성한 회로 중에 냉매를 구비하며;
상기 팬은 상기 코일 열교환기의 일측에 위치하고, 상기 코일 열교환기의 다른 일측은 바람 출구가 설치되고, 상기 팬이 바람을 불어주는 방향은 상기 코일 열교환기를 향하며; 상기 제어유닛과 상기 순환 펌프 및 팬은 제어되도록 연결한다.
바람직하게, 동력유닛을 더 포함하고, 상기 동력유닛은 천연가스를 연료로 사용하는 열에너지 응용 설비이고, 상기 동력유닛은 주요 매개체 파이프라인을 통해 상기 LNG 저장 탱크와 연통하고, 상기 주요 매개체 파이프라인이 상기 LNG 저장 탱크에 가까운 일단에 제1 수동 스톱 밸브가 설치되며;
상기 상부 열교환기의 진입구단은 축냉 파이프라인 입구 파이프를 통해 상기 주요 매개체 파이프라인과 연통하고, 상기 축냉 파이프라인 입구 파이프와 주요 매개체 파이프라인의 연결 지점은 상기 제1 수동 스톱 밸브와 동력유닛 사이에 위치하고, 상기 축냉 파이프라인 입구 파이프에 제2 수동 스톱 밸브가 설치되며;
상기 상부 열교환기의 출구단은 축냉 파이프라인 출구 파이프를 통해 상기 주요 매개체 파이프라인와 연통하고, 상기 축냉 파이프라인 출구 파이프와 주요 매개체 파이프라인의 연결 지점은 상기 축냉 파이프라인 입구 파이프 및 주요 매개체 파이프라인의 연결 지점과 상기 주요 매개체 파이프라인 및 동력유닛의 연결 지점 사이에 위치한다.
바람직하게, 상기 3중 매개체 고온도차 열교환기에는 제1 온도 센서, 압력 센서, 액위 센서와 안전 밸브가 설치되고, 상기 제1 온도 센서는 상기 액상 축냉제의 온도를 모니터링하는 데 사용하고, 상기 압력 센서는 상기 기상 축냉제의 압력을 모니터링하는 데 사용하고, 상기 액위 센서는 상기 액상 축냉제의 액위 높이를 측량하는 데 사용하고, 상기 안전 밸브는 상기 기상 축냉제의 압력이 기준을 초과할 경우, 자동으로 점프해 압력을 방출하며;
상기 코일 열교환기의 진입구단 지점에 제2 온도 센서가 설치되고, 상기 코일 열교환기의 출구단 지점에 제3 온도 센서가 설치되고, 상기 바람 출구의 근처에 제4 온도 센서가 설치되며;
상기 제어유닛은 상기 제1 온도 센서, 압력 센서, 액위 센서, 제2 온도 센서, 제3 온도 센서 및 제4 온도 센서와 통신하도록 연통한다.
바람직하게, 상기 축냉 파이프라인 입구 파이프에 제1 전자기 조절 밸브가 설치되고, 상기 제1 전자기 조절 밸브는 상기 제2 수동 스톱 밸브와 상부 열교환기의 진입구단 사이에 위치하며;
상기 주요 매개체 파이프라인에 제2 전자기 조절 밸브가 설치되고, 상기 제2 전자기 조절 밸브는 상기 축냉 파이프라인 출구 파이프 및 주요 매개체 파이프라인의 연결 지점과 상기 축냉 파이프라인 입구 파이프 및 주요 매개체 파이프라인의 연결지점 사이에 위치하며;
상기 제어유닛은 상기 제1 전자기 조절 밸브 및 제2 전자기 조절 밸브와 제어되도록 연결하며;
상기 순환 펌프의 진입구단에 연결한 파이프라인에 제3 수동 스톱 밸브가 설치되고, 상기 순환 펌프의 출구단에 연결한 파이프라인에 제4 수동 스톱 밸브가 설치된다.
바람직하게, 냉매 완충 탱크를 더 포함하고, 상기 냉매 완충 탱크는 상기 제3 수동 스톱 밸브와 코일 열교환기의 출구단 사이에 위치한다.
본 발명은 아래의 기술효과를 이룬다.
(1) LNG의 냉각에너지를 회수해 공조 냉각 시스템의 한랭원으로 사용함으로써, LNG의 기화로 대량의 냉각 능력(cooling capacity)이 낭비되는 것을 피하고, 전통적인 증기 압축 냉각 순환에 필수적이고 소비 전력이 높은 부재인 압축기를 제거하고, 동력유닛의 연료 소모와 폐가스 방출을 줄이고, 에너지 절약 및 오염물질 배출저감 효과가 뚜렷하다.
(2) 발명을 혁신하고 3중 매개체 고온도차 열교환기를 이용해 LNG의 냉각에너지를 회수할 경우, LNG와 냉매의 2개 매개체가 실시하는 열교환이 뚫을 수 없는 고온도차 열교환 장애를 극복하고, 2개의 매개체가 열교환을 실시할 경우의 냉매 동결 및 열교환 불량 문제를 해소하고, LNG 공조 냉각 시스템의 안정적이고 안전한 운행을 보장하고, 액상(liquid phase) 축냉제의 축냉을 통해 LNG 축냉 공조 기능을 실현하고, 시스템 효율이 높고, 프로세스가 간단하다.
이하, 도면과 실시예를 결합해 본 발명을 한층 더 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 LNG 공조 냉각 시스템의 바람직한 실시예에 대한 구조 설명도이고;
도 2는 본 발명에 따른 LNG 공조 냉각 시스템에서 LNG가 동력유닛에 진입하는 과정을 도시하였고;
도 3은 본 발명에 따른 LNG 공조 냉각 시스템의 축냉 과정을 도시하였고;
도 4는 본 발명에 따른 LNG 공조 냉각 시스템의 냉각 과정을 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제공하는 LNG 공조 냉각 시스템은 3중 매개체 2단 열교환시스템, LNG 파이프라인 시스템, 공조냉각유닛, 모니터링시스템, LNG 저장 탱크(101), 동력유닛(105)과 제어유닛(501)을 포함한다.
LNG 파이프라인 시스템은 주요 매개체 파이프라인(103), 축냉 파이프라인 입구 파이프(401)와 축냉 파이프라인 출구 파이프(405)를 포함한다.
주요 매개체 파이프라인(103)은 LNG 저장 탱크(101)와 동력유닛(105)을 연통하는 데 사용하며, 주요 매개체 파이프라인(103)은 일단이 LNG 저장 탱크(101)와 연결하고 다른 일단이 동력유닛(105)과 연결하며, 주요 매개체 파이프라인(103)이 LNG 저장 탱크(101)에 가까운 일단에 제1 수동 스톱 밸브(102)가 설치된다. LNG 저장 탱크(101)는 LNG를 저장하는 용기이고, 동력유닛(105)은 천연가스를 연료로 사용하는 열에너지 응용 설비이고, 제1 수동 스톱 밸브(102)가 개방된 후에야 LNG는 주요 매개체 파이프라인(103)에서부터 동력유닛(105)로 진입할 수 있다.
LNG가 동력유닛(105)에 진입하는 과정은 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저, 제1 수동 스톱 밸브(102)를 개방하고, LNG 저장 탱크(101)에서부터 LNG가 흘러나와 주요 매개체 파이프라인(103)에 진입하고, 그 다음, 동력유닛(105)의 내부에 진입해 연소되어 공작한다. LNG 저장 탱크(101)에 대한 교체 또는 유지보수 조작이 필요할 경우, 작업자는 먼저 제1 수동 스톱 밸브(102)를 닫고, 그 다음, LNG 저장 탱크(101)에 대한 교체와 유지보수 조작을 진행해야 한다.
3중 매개체 2단 열교환시스템은 3중 매개체 고온도차 열교환기(201)와 축냉제를 포함하고, 3중 매개체 고온도차 열교환기(201)는 하우징(204), 상부 열교환기(404)와 하부 열교환기(302)를 포함한다.
상부 열교환기(404)는 축냉 파이프라인 입구 파이프(401)와 축냉 파이프라인 출구 파이프(405)를 통해 주요 매개체 파이프라인(103)에 병렬시킨다. 상부 열교환기(404)의 진입구단은 축냉 파이프라인 입구 파이프(401)를 통해 주요 매개체 파이프라인(103)과 연통하고, 상부 열교환기(404)의 출구단은 축냉 파이프라인 출구 파이프(405)를 통해 주요 매개체 파이프라인(103)과 연통한다. 축냉 파이프라인 입구 파이프(401)과 주요 매개체 파이프라인(103)의 연결 지점은 제1 수동 스톱 밸브(102)와 동력유닛(105) 사이에 위치하고, 축냉 파이프라인 출구 파이프(405)와 주요 매개체 파이프라인(103)의 연결 지점은 축냉 파이프라인 입구 파이프(401)와 주요 매개체 파이프라인(103)의 연결 지점과 동력유닛(105) 사이에 위치한다. 제1 수동 스톱 밸브(102)가 개방된 후, LNG는 LNG 저장 탱크(101)에서부터 주요 매개체 파이프라인(103)에 진입하고, 축냉 파이프라인 입구 파이프(401)에서부터 상부 열교환기(404)의 내부에 진입한다.
본 실시예에서, 축냉 파이프라인 입구 파이프(401)에 제2 수동 스톱 밸브(402)가 설치된다. LNG 공조 냉각 시스템은 통상적으로 날씨가 더울때만 작동한다. 겨울철이 되었거나 또는 장시간 공조 운행이 필요없을 경우에는 수동으로 제2 수동 스톱 밸브(402)를 닫아 LNG의 축냉 파이프라인 입구 파이프(401) 진입을 정지시키고, 주요 매개체 파이프라인(103)을 통해서만 동력유닛(105)의 내부에 진입해 연소를 진행하고 에너지를 공급하도록 할 수 있다.
하우징(204) 내부에 챔버가 설치되고, 축냉제는 챔버 내부에 위치한다. 축냉제는 기체-액체 전환 특성을 갖고, 기체상태를 이루는 기상(gaseous phase) 축냉제(203)와 액체상태를 이루는 액상(liquid phase) 축냉제(202)를 포함한다. 기상 축냉제(203)와 액상 축냉제(202)는 축냉제가 존재하는 2개의 형태로서, 응고 온도가 LNG 저장 탱크(101) 내부의 LNG 온도보다 낮고, 즉, 어떤 상황에서도 모두 LNG 냉각 능력(cooling capacity)을 흡수해 동결이 발생하지 않으며; 비교적 높은 액화 온도와 비교적 낮은 액화 압력을 갖고 있어 고온(예를 들어, 50℃)에서 액체 상태를 유지할 경우, 챔버 내부의 압력이 너무 높지 않으며(예를 들어, 1MPa); 기체 상태와 액체 상태일 경우, 모두 비교적 높은 열전도 계수를 구비하고 비교적 높은 기화 잠열을 갖는다. 챔버에서, 기상 축냉제(203)는 액상 축냉제(202)이 상방에 위치한다.
상부 열교환기(404)와 하부 열교환기(302)는 모두 하우징(204) 내부의 챔버 내부에 위치하고, 상부 열교환기(404)는 하부 열교환기(302)의 상방에 위치한다. 상부 열교환기(404)는 기상 축냉제(203)와 충분히 접촉하고, 상부 열교환기(404)의 내부에 LNG가 존재한다. 하부 열교환기(302)는 액상 축냉제(202)와 충분히 접촉하고, 하부 열교환기(302)의 내부에 냉매(317)가 존재한다.
챔버의 내부에서, 기상 축냉제(203)의 온도는 액상 축냉제(202)의 온도보다 높고, 기상 축냉제(203)는 LNG 냉각 능력을 흡수하는 방식을 통해 액상 축냉제(202)로 액화될 수 있고, 액상 축냉제(202)는 열량을 흡수하는 방식을 통해 기상 축냉제(203)로 기화될 수 있다.
LNG 공조 냉각 시스템의 축냉 과정은 먼저, 제2 수동 스톱 밸브(402)를 개방하고, LNG 저장 탱크(101)에서부터 흘러나간 다른 일부의 LNG는 축냉 파이프라인 입구 파이프(401)에 진입해 상부 열교환기(404)의 내부에 흘러들어가 상부 열교환기(404)의 내부에서 기상 축냉제(203)와 열교환을 진행하고, 상부 열교환기(404)와 충분히 접촉한 기상 축냉제(203)는 LNG의 냉각에너지를 흡수해 액화되고, 액화된 후의 기상 축냉제(203)는 중력에 의해 액상 축냉제(202)까지 리턴해 흘러 축냉을 실현한다. 열을 흡수한 후의 LNG는 상부 열교환기(404)의 내부에서 기화되고, 기화된 후의 LNG는 축냉 파이프라인 출구 파이프(405)를 통해 다시 주요 매개체 파이프라인(103)에 진입하고, 그 다음, 동력유닛(105)에 진입하여 연소를 진행한다.
종래기술에서 이용하는 LNG 기반의 냉각시스템은 모두 LNG와 냉매(317)가 직접 열교환을 실시하는 2중 매개체 1단 열교환방안을 이용한다. LNG의 온도가 비교적 낮아(예를 들어, -150℃이고, 심지어 더 낮음) 냉매(317) 간의 열교환 온도차가 비교적 크므로(100℃ 내지 120℃), 양자는 열교환을 실시할 경우, 불가피하게 냉매(317) 온도가 너무 낮은 원인으로 응결 현상이 발생하여 열교환기의 파이프가 막히게 된다.
3중 매개체 고온도차 열교환기(201) 내부에서, 기상 축냉제(203)가 LNG냉각 능력을 흡수해 지속적으로 액화되고, 상기 챔버 내부의 압력이 점차 낮아지고, 압력이 상기 액상 축냉제(202)의 증발 압력보다 낮을 경우, 액상 축냉제(202)의 증발이 빨라지며, 이렇게 되풀이하여 냉각 능력의 간접 전달과 저장을 실현한다. 제1 온도 센서(206)에 의해 액상 축냉제(202)의 온도가 냉매(317)의 응고 온도(예를 들어, -60℃)에 가까운 상태가 모니터링되었을 경우, 제어시스템(501)은 축냉 파이프라인 입구 파이프(401)의 제1 전자기 조절 밸브(403)를 조절하고, 상부 열교환기(404)의 내부에 진입하는 LNG의 흐름량을 제어함으로써, 3중 매개체 고온도차 열교환기(201)의 냉각 능력 입력에 대한 제어를 실현한다. 3중 매개체 고온도차 열교환기(201) 내부의 액상 축냉제(202)는 질량과 비열용량(specific heat capacity)이 비교적 크므로, LNG의 흐름량를 제어하는 정밀도가 낮고 제1 전자기 조절 밸브(403)가 닫긴 후에도 상부 열교환기(404)와 축냉 파이프라인 출구 파이프(405)의 내부에 남겨진 LNG에 지속적으로 냉방을 공급하여 액상 축냉제(202)의 온도가 너무 낮게 되는 경우를 효과적으로 피하고, 더 나아가, 냉매(317)의 동결문제를 근절해 LNG와 냉매(317)의 2중 매개체 열교환이 뚫을 수 없는 고온도차 열교환 장애를 극복한다.
공조냉각유닛은 냉매 파이프라인(307), 순환 펌프(309), 팬 코일 열교환 유닛(304)과 냉매 완충 탱크(306)를 포함한다. 냉매 파이프라인(307), 순환 펌프(309), 하부 열교환기(302), 팬 코일 열교환 유닛(304)과 냉매 완충 탱크(306)는 파이프를 통해 연통하고, 공조냉각유닛의 파이프 내부는 냉매(317)를 구비한다.
팬 코일 열교환 유닛(304)은 팬(314), 코일 열교환기(315)와 열교환 핀(fin)(306)을 포함한다. 코일 열교환기(315)의 진입구단은 코일 진입구 파이프(303)를 통해 하부 열교환기(302)의 출구단과 연통하고, 코일 열교환기(315)의 출구단은 코일 출구 파이프(305)를 통해 냉매 완충 탱크(306)의 진입구단과 연통하고, 냉매 완충 탱크(306)의 출구단은 냉매 파이프라인(307)을 통해 순환 펌프(309)의 진입구단과 연통하고, 순환 펌프(309)의 출구단은 파이프를 통해 하부 열교환기(302)의 진입구단과 연통한다.
팬(314)은 코일 열교환기(315)의 일측에 설치하고, 코일 열교환기(315)의 다른 일측에 바람 출구가 설치되고, 팬(314)이 바람을 불어주는 방향은 코일 열교환기(315)를 향한다.
냉매 완충 탱크(306)는 공조냉각유닛 중의 냉매(317)를 일시적으로 저장하는 데 사용하고, 냉매(317)에 대해, 자체적인 온도 변화로 발생되는 용적 변동에 대해 보상을 진행하여 공조냉각유닛이 안정적으로 작동되도록 보장한다.
공조냉각유닛이 작동할 경우, 제어유닛(501)은 팬(314)과 순환 펌프(309)의 작동을 제어하고, 냉매(317)는 순환 펌프(309)의 작용하에 공조냉각유닛 내부에서 순환하면서 유동하고, 냉매(317)는 하부 열교환기(302)의 내부에서 액상 축냉제(202)의 냉각 능력을 흡수하며, 냉매(317)는 온도가 낮아진 다음, 코일 열교환기(315)에 흘러들어가고, 팬(314)은 냉각공간(301) 내부의 공기가 코일 열교환기(315)와 열교환 핀(fin)(316)을 흘러지나 열교환을 진행하도록 강요하며, 공기는 냉매(317)의 냉각 능력을 흡수해 온도가 낮아지고, 상기 바람 출구에서부터 불려나가 냉각공간(301)의 온도를 낮춘다. 제어유닛(501)은 팬(314) 및 순환 펌프(309)와 제어하도록 연결함으로써, 팬(314)과 순환 펌프(309)의 작동, 폐쇄와 회전 속도 조절을 제어할 수 있다.
본 실시예에서, 순환 펌프(309)는 가변 주파수 순환 펌프(309)이고, 팬(314)은 가변주파수 팬이다. 코일 열교환기(315)는 핀(fin) 파이프식 열교환기를 이용하고, 코일 열교환기(315)에 열교환 핀(316)이 설치된다.
종래의 공조 냉각 시스템은 통상적으로 압축기를 냉각시스템의 핵심 설비로 사용하고, 압축기는 동력설비에 속하며, 작동할 때 대량의 전기에너지를 소모하고 진동과 소음이 비교적 크며, 압축기를 매입하고 유지보수하는 측면에서 별도의 비용을 지불해야 하므로, 사용 원가가 비교적 높다. 본 발명이 제공하는 LNG 공조 냉각 시스템은 3중 매개체 고온도차 열교환기(201)로 LNG의 냉각에너지를 회수해 공조 냉각 시스템의 한랭원으로 이용함으로써, 전통적인 증기 압축 냉각 순환에 필수적이고 소비 전력이 높은 부재인 압축기를 제거할 수 있으며, 3중 매개체 고온도차 열교환기(201)는 작동할 때 어떤 전기에너지도 소모하지 않고 유지보수도 필요없으므로, 전통적인 냉각시스템에 대비해, 아주 우수한 경제효과와 친환경 효과를 이룰 수 있다.
모니터링시스템은 제1 온도 센서(206), 압력 센서(205), 액위 센서(208), 제2 온도 센서(312), 제3 온도 센서(311), 제4 온도 센서(313), 제1 전자기 조절 밸브(403), 제2 전자기 조절 밸브(104), 팬(314)과 순환 펌프(309)를 포함한다.
제어유닛(501)은 데이터를 수신하여 처리하는 능력을 구비한 설비이고, 제어유닛(501)은 제1 온도 센서(206), 압력 센서(205), 액위 센서(208), 안전 밸브(207), 제2 온도 센서(312), 제3 온도 센서(311) 및 제4 온도 센서(313)와 통신하도록 연결하고, 제어유닛(501)은 제1 전자기 조절 밸브(403) 및 제2 전자기 조절 밸브(104)와 제어하도록 연결한다.
기능 측면에서, 모니터링시스템은 온도제어시스템, 압력시스템, 안전시스템과 액위시스템을 포함한다.
온도제어시스템은 제1 온도 센서(206), 제2 온도 센서(312), 제3 온도 센서(311), 제4 온도 센서(313), 제1 전자기 조절 밸브(403), 팬(314)과 순환 펌프(309)을 포함한다.
제1 온도 센서(206)는 3중 매개체 고온도차 열교환기(201)에 위치하고, 제1 온도 센서(206)는 액상 축냉제(202)의 온도를 측정하는 데 사용한다.
제2 온도 센서(312)와 제3 온도 센서(311)는 모두 공조냉각유닛의 내부에 위치하고, 제2 온도 센서(312)는 하부 열교환기(302)의 출구단과 코일 열교환기(315)의 진입구단 사이에 위치하고, 제3 온도 센서(311)는 코일 열교환기(315)의 출구단과 냉매 완충 탱크(306) 사이에 위치하고, 제2 온도 센서(312)는 코일 열교환기(315)에 진입하는 냉매(317)의 온도를 측정하는 데 사용하고, 제3 온도 센서(311)는 코일 열교환기(315)에서부터 흘러나온 냉매(317)의 온도를 측정하는 데 사용한다.
제4 온도 센서(313)는 냉각공간(301)의 내부에 위치하여 냉각공간(301)의 온도를 측정하는 데 사용한다. 제1 전자기 조절 밸브(403)는 축냉 파이프라인 입구 파이프(401)에 설치하고, 제1 전자기 조절 밸브(403)는 제2 수동 스톱 밸브(402)와 상부 열교환기(404)의 진입구단 사이에 위치하고, 제어유닛(501)은 제1 전자기 조절 밸브(403)를 통해 축냉 파이프라인 입구 파이프(401)에 진입하는 LNG의 흐름량을 제어한다.
압력시스템은 압력 센서(205)를 포함하고, 압력 센서(205)는 3중 매개체 고온도차 열교환기(201)에 위치하여 주로 기상 축냉제(203)의 압력을 모니터링하는 데 사용한다.
액위시스템은 액위 센서(208)를 포함하고, 액위 센서(208)는 3중 매개체 고온도차 열교환기(201)에 위치하여 주로 액상 축냉제(202)의 액위 높이를 검측하는 데 사용한다.
안전시스템은 안전 밸브(207)를 포함하고, 안전 밸브(207)는 3중 매개체 고온도차 열교환기(201)의 상단에 설치된다. 안전 밸브(207)는 점프하는 임계값을 미리 설치 완료함으로써, 기상 축냉제(203)의 압력이 점프 임계값을 초과할 경우, 안전 밸브(207)는 자동으로 점프해 압력을 방출하여 3중 매개체 고온도차 열교환기(201)의 안전한 작동을 보장한다.
동력유닛(105)과 공조 냉각 시스템이 동시에 운행할 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 액상 축냉제(202)는 냉매(317)의 열량을 흡수해 온도가 높아지고 지속적으로 기화되며, 기상 축냉제(203)는 LNG의 냉각 능력을 흡수해 지속적으로 액화되어 액상 축냉제(202)를 형성한다.
기상 축냉제(203)의 액화 속도가 액상 축냉제(202)의 기화 속도보다 빠를 경우, 액상 축냉제(202)의 온도가 냉매(317)의 응고 온도까지 낮아지게 되고, 이 경우, 제어유닛(501)은 제1 전자기 조절 밸브(403)의 개방도를 제어하고 감소해 상부 열교환기(404)에 진입하는 LNG의 흐름량을 줄인다.
기상 축냉제(203)의 액화 속도가 액상 축냉제(202)의 기화 속도보다 늦을 경우, 액상 축냉제(202)의 온도가 지속적으로 높아지고, 이 때 제어유닛(501)은 제1 전자기 조절 밸브(403)의 개방도를 제어하고 증가해 상부 열교환기(404)에 진입하는 LNG의 흐름량을 증가함으로써, 냉각 능력의 입력을 향상시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, LNG 공조 냉각 시스템의 축냉 과정에서 제어유닛(501)은 축냉 파이프라인 입구 파이프(401)의 제1 전자기 조절 밸브(403)를 제어해 개방시키고, LNG 저장 탱크(101)에서부터 흘러나간 다른 일부의 LNG는 축냉 파이프라인 입구 파이프(401)를 거쳐 상부 열교환기(404)의 내부에 흘러들어가 상부 열교환기(404)의 내부에서 기상 축냉제(203)와 열교환을 진행하고, 기상 축냉제(203)는 상부 열교환기(404) 내부의 LNG의 냉각 능력을 흡수해 액화되고, 액화된 후의 기상 축냉제(203)는 중력에 의해 액상 축냉제(202)까지 리턴해 흘러 축냉을 실현한다. 제1 온도 센서(206)에 의해 액상 축냉제(202)의 온도가 냉매(317)의 응고 온도(예를 들어, -60℃)에 가까운 상태가 모니터링되었을 경우, 제어시스템(501)은 제1 전자기 조절 밸브(403)를 닫아 LNG의 공급을 정지시켜 축냉 과정을 정지시킨다. LNG는 상부 열교환기(404)의 내부에서 열을 흡수한 후 기화되고, 기화된 LNG는 축냉 파이프라인 출구 파이프(405)를 통해 다시 주요 매개체 파이프라인(103)에 진입하고, 그 다음, 동력유닛(105)에 진입하여 연소를 진행한다.
본 실시예에서, LNG 공조 냉각 시스템은 냉각 시간을 연장시키는 기능을 더 구비한다.
동력유닛(105)이 작동을 정지할 경우, 제어유닛(501)은 제1 전자기 조절 밸브(403)와 제2 전자기 조절 밸브(104)를 닫고, LNG는 상부 열교환기(404)의 진입을 정지한다. 3중 매개체 고온도차 열교환기(201)에서, 온도가 낮은 액상 축냉제(202)에 대량의 냉각 능력이 비축되어 있으므로, 냉매(317)가 하부 열교환기(302)를 통해 액상 축냉제(202)에서부터 냉각 능력을 획득할 수 있고, 공조냉각유닛이 여전히 냉각 조작을 진행할 수 있고, 냉각 시간을 연장시키는 효과를 이루고, 축냉 공조의 기능을 구비한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 축냉 공조 냉각 과정에서 액상 축냉제(202)는 공조 냉각 시스템이 지속적으로 운행함에 따라 온도가 점차 높아져 지속적으로 기상 축냉제(203)로 기화된다. 제1 온도 센서(206)에 의해 액상 축냉제(202)의 온도가 팬 코일 열교환 유닛(304)을 운행하는 데 필요한 냉매(317)의 최고 온도(예를 들어, 7℃)에 도달한 상태가 모니터링되었을 경우, 제어유닛(501)은 순환 펌프(309)를 닫아 축냉 공조 냉각 과정을 종료한다.
제어유닛(501)은 제4 온도 센서(313)에 의해 냉각공간(301)의 온도를 획득하고, 제2 온도 센서(312)와 제3 온도 센서(311)를 통해 냉매(317)의 냉각 전 및 냉각 후 온도를 획득한다. 제어유닛(501)이 냉각공간(301) 내부 공기가 설정된 온도에 도달한 것을 모니터링 하였을 경우, 제어유닛(501)은 순환 펌프(309)의 회전 속도에 대한 조절을 통해 냉매(317)의 흐름량을 정밀하게 제어하며, 제3 온도 센서(311)와 제4 온도 센서(312)에 의해 모니터링된 냉매(317)가 팬 코일 열교환 유닛(304)을 흘러 지나가는 냉각 전 및 냉각 후 온도 데이터를 분석하여 냉각공간(301) 내부의 온도를 정확하게 제어한다. 이와 동시에, 사용자는 제어유닛(501)을 통해 팬(314)의 회전 속도를 조절하고 냉각공간(301)의 온도를 낮추는 속도를 조절할 수 있다.
다른 실시예에 따라 본 발명은 제3 수동 스톱 밸브(308), 제4 수동 스톱 밸브(310)와 냉매 완충 탱크(306)를 더 포함한다.
제3 수동 스톱 밸브(308)는 순환 펌프(309)의 진입구단과 연통한 파이프라인에 설치하고, 제4 수동 스톱 밸브(310)는 순환 펌프(309)의 출구단과 연통한 파이프라인에 설치한다. 순환 펌프(309)를 교체 또는 유지보수하려 할 경우, 작업자는 먼저, 수동으로 제3 수동 스톱 밸브(308)와 제4 수동 스톱 밸브(310)를 닫고, 이어서, 순환 펌프(309)를 꺼내 공조냉각유닛의 냉매(317)가 누출되는 것을 피할 수 있다.
상기 실시예는 본 발명의 바람직한 실시방식을 기재하였을 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하지 않으며, 본 기술분야의 통상적인 기술자들이 본 발명의 설계 정신을 벗어나지 않는 전제하에 본 발명의 기술방안에 대해 진행한 다양한 변형과 개선은 모두 본 발명에 따른 특허청구범위에 확정된 보호범위 내에 포함되어야 할 것이다.
도면에서,
101:LNG 저장 탱크 102:제1 수동 스톱 밸브
103:주요 매개체 파이프라인 104:제2 전자기 조절 밸브
105:동력유닛 201:3중 매개체 고온도차 열교환기
202:액상(liquid phase) 축냉제 203:기상(gaseous phase) 축냉제
204:하우징 205:압력 센서
206:제1 온도 센서 207:안전 밸브
208:액위 센서 301:냉각공간
302:하부 열교환기 303:코일 진입구 파이프
304:팬 코일 열교환 유닛 305:코일 출구 파이프
306:냉매 완충 탱크 307:냉매 파이프라인
308:제3 수동 스톱 밸브 309:순환 펌프
310:제4 수동 스톱 밸브 311:제3 온도 센서
312:제2 온도 센서 313:제4 온도 센서
314:팬 315:코일 열교환기
316:열교환 핀(fin) 317:냉매
401:축냉 파이프라인 입구 파이프 402:제2 수동 스톱 밸브
403:제1 전자기 조절 밸브 404:상부 열교환기
405:축냉 파이프라인 출구 파이프 501:제어유닛

Claims (5)

  1. LNG 저장 탱크, 3중 매개체 고온도차 열교환기, 공조냉각유닛과 제어유닛을 포함하며;
    상기 LNG 저장 탱크는 LNG를 저장하는 데 사용하며;
    상기 3중 매개체 고온도차 열교환기는 하우징, 상부 열교환기와 하부 열교환기를 포함하고, 상기 하우징의 내부에는 챔버가 설치되고, 상기 챔버의 내부에는 기체-액체 전환 특성을 갖는 축냉제가 설치되고, 상기 축냉제는 기체상태를 이루는 기상(gaseous phase) 축냉제와 액체상태를 이루는 액상(liquid phase) 축냉제를 포함하며; 상기 상부 열교환기는 상기 LNG 저장 탱크와 연통하고, 상기 상부 열교환기는 상기 챔버의 내부에 위치하여 상기 기상 축냉제와 충분히 접촉하며; 상기 하부 열교환기는 상기 챔버의 내부에 위치하여 상기 액상 축냉제와 충분히 접촉하며;
    상기 공조냉각유닛은 팬 코일 열교환 유닛과 순환 펌프를 포함하고, 상기 팬 코일 열교환 유닛은 팬과 코일 열교환기를 포함하며; 상기 코일 열교환기의 진입구단은 파이프를 통해 상기 하부 열교환기의 출구단과 연통하고, 상기 코일 열교환기의 출구단은 파이프를 통해 상기 순환 펌프의 진입구단과 연통하고, 상기 순환 펌프의 출구단은 파이프를 통해 상기 하부 열교환기의 진입구단과 연결하고, 상기 하부 열교환기와 코일 열교환기 및 순환 펌프가 연통하여 구성한 회로 중에 냉매를 구비하며;
    상기 팬은 상기 코일 열교환기의 일측에 위치하고, 상기 코일 열교환기의 다른 일측은 바람 출구가 설치되고, 상기 팬이 바람을 불어주는 방향은 상기 코일 열교환기를 향하며; 상기 제어유닛과 상기 순환 펌프 및 팬은 제어되도록 연결하는 것을 특징으로 하는 LNG 공조 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    동력유닛을 더 포함하고, 상기 동력유닛은 천연가스를 연료로 사용하는 열에너지 응용 설비이고, 상기 동력유닛은 주요 매개체 파이프라인을 통해 상기 LNG 저장 탱크와 연통하고, 상기 주요 매개체 파이프라인이 상기 LNG 저장 탱크에 가까운 일단에 제1 수동 스톱 밸브가 설치되며;
    상기 상부 열교환기의 진입구단은 축냉 파이프라인 입구 파이프를 통해 상기 주요 매개체 파이프라인과 연통하고, 상기 축냉 파이프라인 입구 파이프와 주요 매개체 파이프라인의 연결 지점은 상기 제1 수동 스톱 밸브와 동력유닛 사이에 위치하고, 상기 축냉 파이프라인 입구 파이프에 제2 수동 스톱 밸브가 설치되며;
    상기 상부 열교환기의 출구단은 축냉 파이프라인 출구 파이프를 통해 상기 주요 매개체 파이프라인와 연통하고, 상기 축냉 파이프라인 출구 파이프와 주요 매개체 파이프라인의 연결 지점은 상기 축냉 파이프라인 입구 파이프 및 주요 매개체 파이프라인의 연결 지점과 상기 주요 매개체 파이프라인 및 동력유닛의 연결 지점 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 LNG 공조 냉각 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 3중 매개체 고온도차 열교환기에는 제1 온도 센서, 압력 센서, 액위 센서와 안전 밸브가 설치되고, 상기 제1 온도 센서는 상기 액상 축냉제의 온도를 모니터링하는 데 사용하고, 상기 압력 센서는 상기 기상 축냉제의 압력을 모니터링하는 데 사용하고, 상기 액위 센서는 상기 액상 축냉제의 액위 높이를 측량하는 데 사용하고, 상기 안전 밸브는 상기 기상 축냉제의 압력이 기준을 초과할 경우, 자동으로 점프해 압력을 방출하며;
    상기 코일 열교환기의 진입구단 지점에 제2 온도 센서가 설치되고, 상기 코일 열교환기의 출구단 지점에 제3 온도 센서가 설치되고, 상기 바람 출구의 근처에 제4 온도 센서가 설치되며;
    상기 제어유닛은 상기 제1 온도 센서, 압력 센서, 액위 센서, 제2 온도 센서, 제3 온도 센서 및 제4 온도 센서와 통신하도록 연통하는 것을 특징으로 하는 LNG 공조 냉각 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 축냉 파이프라인 입구 파이프에 제1 전자기 조절 밸브가 설치되고, 상기 제1 전자기 조절 밸브는 상기 제2 수동 스톱 밸브와 상부 열교환기의 진입구단 사이에 위치하며;
    상기 주요 매개체 파이프라인에 제2 전자기 조절 밸브가 설치되고, 상기 제2 전자기 조절 밸브는 상기 축냉 파이프라인 출구 파이프 및 주요 매개체 파이프라인의 연결 지점과 상기 축냉 파이프라인 입구 파이프 및 주요 매개체 파이프라인의 연결지점 사이에 위치하며; 상기 제어유닛은 상기 제1 전자기 조절 밸브 및 제2 전자기 조절 밸브와 제어되도록 연결하며;
    상기 순환 펌프의 진입구단에 연결한 파이프라인에 제3 수동 스톱 밸브가 설치되고, 상기 순환 펌프의 출구단에 연결한 파이프라인에 제4 수동 스톱 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 LNG 공조 냉각 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    냉매 완충 탱크를 더 포함하고, 상기 냉매 완충 탱크는 상기 제3 수동 스톱 밸브와 코일 열교환기의 출구단 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 LNG 공조 냉각 시스템.
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