제 3 장 LNG냉열이용 부유식 냉동창고 설계
냉각된 액체냉매는 냉동창고에서 팽창밸브에 의해 팽창된 냉매는 기화되어 기 화열을 흡수함으로써 냉동기의 역할을 완료하고 열교환기에서 액체냉매를 다 시 과냉각시킨 후에 압축기의 흡입 측으로 되돌아온다.
3.1.2 LNG냉열이용 냉동창고
Fig. 3.2 Conventional cold chamber system
일본은 1974년부터 Fig. 3.2와 같은 프로세스로 LNG냉열을 이용한 냉동창고 를 운영하기 시작하였다. JSF사는 도쿄가스가 요코하마 니기시기지에서 공급하 는 LNG냉열을 이용하여 냉동창고를 운영하고 있으며, SEG사는 후쿠오카의 서 부가스 엔지니어링사에서 공급하는 LNG냉열을 이용하여 냉동창고를 운영하고 있다. 이들 기업들이 운영하고 있는 냉동창고의 수용능력은 연간 60,960톤이며, LNG사용량은 17ton/h으로 기존 전기식설비를 사용할 때에 비해 50%의 운전비 절감효과를 가지고 있는 것으로 나타났다.
일본 LNG냉열이용 동결냉장 및 냉동식품 사업현황 실태조사에 따르면 LNG 냉열이용은 일본초저온(주)의 냉장보관사업은 에너지절감(65%)형 초저온(-55℃) 대형냉장고로 일본뿐만 아니라 세계적으로 최초의 냉장업체이다.
이 회사건설 시 입지선정, 경제성검토, 기술성, 공해상의 검토 등을 거쳐 완 성된 업체로서 시설규모는 냉장 20,000M/T, 1일 LNG공급량 90M/T으로 현재 가동 중이며 대부분의 동결 및 냉장품목은 참치가 83%를 차지하고 기타 17%
였으며 냉장고의 가동 율은 75%로 매우 높은 편이였다,
LNG식 냉동장치의 가장 큰 장점은 일반적인 냉동방식 전력비의 1/3밖에 소 요되지 않는다. 액화질소의 냉열이용업체인 근기냉열(주)은 오사카의 천북에 있으며, 액화질소를 자가생산하여 면류생산공장으로 직송하고 동결 제조하여 품질의 고급화 및 위생식품을 제조판매하고 있다. 규모는 년간 2,000만식을 생 산하고 주 생산제품은 조리면 및 냉동우동 등이다. 액화질소의 소비가격은 전 기식 냉동기에 비하여 5~9배의 고액이 소요되는 것이 결점이다[8].
3.1.3 LNG냉열이용 냉동창고의 장단점
LNG냉열이용 냉동창고는 시스템이 단순해지면서 초기투자비가 절감되고 냉 열을 만드는 것이 아니라 사용하는 것이기 때문에 운전비용이 크게 절감되고 시스템의 단순화로 유지보수가 쉽고 압축기사용 시 발생되는 진동소음도 현저 히 줄일 수 있고 또한 초저온냉열의 사용으로 실온을 빠르게 낮출 수가 있다.
하지만 냉열이송을 위해서는 가스공급기지로부터 lkM 이내에 설치되는 것이 적합하지만 운송비용. 부지확보 등도 고려해야하기 때문에 입지조건의 제약이 따든다. 또한 대체로 농산물의 저장온도는 -5℃ 이상이며 축산물의 저장온도 또한 -20℃에 불과하다 다시 말해 -50℃ 이하에서 냉동이 필요한 품목이 많지 않아 상업적 이용을 위해서는 대규모시설이 적합하나 우리나라 시장여건상 저 장물량을 확보하는 것이 쉽지 않다[9].
3.1.4 LNG냉열이용의 국내여건
LNG생산기지에서 LNG냉열에너지를 회수할 수 있는 과정은 탱크에서 BOG재 액화기까지의 저압구간과 고압펌프후단에서 기화기전단까지의 고압구간이며 앞장에서 언급한 LNG를 소비자에게 도시가스로 공급하는 데 소비되는 냉열에 너지가 60%에 달하여 활용이 가능한 냉열에너지는 기화기에서 열 교환되는 30%정도이다.
이는 LNG생산기지의 지정학적인 특성상 원거리에 있는 수요처에 도시가스를 보내기위해 승압해야하기 때문에 어쩔 수가 없다.
하지만 LNG수요처와 냉열이용처가 LNG공급시스템에 인접하게 설치되어있다
면 대부분의 LNG냉열을 활용할 수가 있다.
기존 압축식 냉동시스템의 경우는 냉매의 상변화를 위한 압축기를 구동하는 데 사용온도가 낮을 경우 다단압축 및 다원냉동사이클을 채용해야하므로 사용 온도가 낮으면 낮을수록 설비가 복잡해지고 초기투자비 및 전력소비량도 급격 히 증가한다.
하지만 LNG의 냉열에너지를 이용하는 경우에는 이러한 압축기의 구동동력이 없이도 초저온의 LNG를 기화시키는 과정에서 바닷물에 버리는 냉열을 바로 이용하므로 –160°C이하로 냉동하지 않는 한 특별한 장비를 추가로 사용하지 않 아도 쉽게 필요온도에 도달하므로 열매체를 순환시키는 펌프만 필요하여 많은 에너지 절감을 이룰 수가 있으며 또한 바닷물에 냉열을 버리지 않아 해양환경 에도 많은 도움이 된다.
따라서 기계식보다 경제적이면서 쉽게 저온에 도달할 수 있는 장점 때문에 가능한 한 저온환경을 요구하는 품목을 저장하는 것이 유리하다.
LNG냉열을 이용한 저장창고는 일본에서 1970년대에 이미 실용화 되었으며 최근에는 냉장물류센터가 일본 후쿠오카에 설치되어 운영 중에 있지만 우리나 라의 경우 LNG냉열에너지를 회수하기 위한 각종 시스템들이 앞에서 언급한 것처럼 LNG냉열 공급을 위해 생산기지와 가까이 있어야 된다는 지역적인 문 제 등 여러 가지 제약으로 부적합하다고 결론이 났으며 국내에서는 LNG냉열 이용 냉동창고가 한 곳도 운용되지 않고 있으며 약 10여 년 동안 더 이상의 기술검토와 투자도 없었다.
따라서 이러한 지역적인 문제를 해소하기 위해 LNG 공급설비와 LNG냉열을 이용한 냉동장치 그리고 LNG냉열을 공급하고 기화된 천연가스의 사용처인 발 전플랜트를 하나의 선박에 설치한 복합플랜트시스템에 대한 연구가 본 논문에 서 하고자 하는 개념이다.