적용시스템 모델 2

3.3 LNG 냉열이용 부유식 냉동시스템

3.3.4 적용시스템 모델 2

1) 필요 LNG 1-1) 소요 LNG량

Fig. 3.37의 모델 2에서는 각 창고용 열교환기를 별도로 4대 사용함으로써 각 열교환기의 열 낙차를 줄일 수 있는 시스템으로서 히트밸런스를 계산하면 아 래와 같다.

열교환기1에 들어가는 압력 8.85bar, 온도 –150℃인 LNG가 열교환기2, 3, 4를 거쳐 열교환기4의 출구압력 0.8bar, 온도가 5℃의 NG로 되면 Fig. 3.32의 그래 프에서 엔탈피변화량은 823.329Joule/g으로 Joule당 0.2388459cal/J이다. 따라서 냉동냉장창고 및 선실냉방 총 693,837kcal/h의 냉열을 위해 필요한 LNG를 식 (28)로 계산하면 3,528kg/h이다.

필요량  엔탈피변화량×당

냉동창고총냉열량

(28)

 ×



   min

1-2) LNG 펌프 동력

137 liter/min의 LNG를 8.85bar로 공급하는 펌프의 용량을 아래의 식(29)으로 계산하면 2.5kW가 된다.

_소요동력  sec당×min×펌프효율

^min유량×물양정×_^물비중량

×여유율

  × ×

 × ×

× ≒ (29)

2) 급속 어류냉동실

Fig. 3.38 Fish refrigeration system using cold LNG model 2 2-1) 브라인 순환량

열교환기 1에서 입구온도 –130℃의 에틸알코올브라인이 출구온도 –70℃로 나올 경우 히트밸런스에 의한 브라인의 순환량을 아래의 식(30)으로 계산하면 348.3 liter/min이다.

^  밀도^×비열 ^ ×∆^ 필요열량

 ^×^ ×^



≒^   min (30) - __ 비열C: 0.5kcal/kg℃

- __ 비중g: 0.789 - __ 밀도: 789^

2-2) 브라인펌프 동력

3bar로 349min의 브라인을 공급하는 펌프용량을 아래의 식(31)으로 계산하 면 2.63kW가 된다.

_소요동력  sec당×min×펌프효율

^min유량×물기준양정×_^물의비중량

×여유율

  × ×

 × ×

× ≒ (31)

2-3) LNG 열낙차

Fig. 3.39 Enthalpy change on inlet temp. -150℃ to outlet –95.3℃

3,528kg/h의 –150℃ LNG를 열교환기1에 공급하여 급속냉동창고의 총 필요 냉열에너지 494,688kcal/h를 전달하고 배출되는 LNG의 온도를 구하기 위해 아 래 식(32)으로 계산하면 587.01이며 Fig. 3.39의 엔탈피 변화그래프를 이용하 면 이에 해당하는 출구온도는 –95.3℃에 해당된다.

엔탈피변화량_{  }

순환량×당

필요열량

  × 



  (32)

3) 일반육류냉동창고 시스템

Fig. 3.40 Refrigeration system using LNG cold energy model 2 3-1) 브라인 순환량

일반육류냉동시스템인 Fig. 3.40의 열교환기2에서 입구온도 –60℃의 에틸알코 올브라인이 출구온도 –35℃로 나올 경우 히트밸런스에 의한 브라인의 순환량을 아 래의 식(33)으로 계산하면 120min이다.

^  밀도^×비열 ^ ×∆^ 필요열량

 ^×^ ×^



≒^   min (33) - __ 비열C: 0.5kcal/kg℃

- __ 비중g: 0.789 - __ 밀도: 789^

3-2) 브라인펌프 동력

3bar로 120 liter/min의 브라인을 공급하는 펌프 용량을 아래의 식(34)으로 계 산하면 0.91kW가 된다.

_소요동력  sec당×min×펌프효율

^min유량×물의양정×_^물비중량

×여유율

  × ×

 × ×

× ≒ (34)

3-3) LNG 열낙차

Fig. 3.41 Enthalpy change on inlet temp. -95.3℃ to outlet –58.6℃

3,528kg/h의 –95.3℃ LNG를 열교환기2에 공급하여 일반육류냉동창고의 총 필 요 냉열에너지 71,398kcal/h를 전달하고 배출되는 LNG의 온도를 구하기 위해 아래 식(35)으로 계산하면 84.72J/g이며 Fig. 3.41의 엔탈피 변화그래프를 이용 하면 이에 해당하는 출구온도는 –58.6℃에 해당된다.

엔탈피변화량_{  }

순환량×당

필요열량

  × 



  (35)

4) 야채 냉장창고시스템 4-1) 브라인 순환량

Fig. 3.42 Vegetable refrigerator using LNG cold energy model 2

야채냉장시스템인 Fig. 3.42의 열교환기3에서 입구온도 –20℃의 에틸알코올 브 라인이 출구온도 –5℃로 나올 경우 히트밸런스에 의한 브라인의 순환량을 아래의 식(36)으로 계산하면 39min이다.

^  밀도^×비열 ^ ×∆^ 필요열량

 ^×^ ×^



≒^ ≒ min (36) - __ 비열C: 0.5kcal/kg℃

- __ 비중g: 0.789 - __ 밀도: 789^

4-2) 브라인 펌프 동력

3bar로 39min의 브라인을 공급하는 펌프 용량을 아래의 식(37)으로 계산하 면 0.29kW가 된다.

_소요동력  sec당×min×펌프효율

^min유량×물기준양정×_^물의비중량

×여유율

  × ×

 × ×

× ≒ (37)

4-3) LNG 열낙차

3,551.93kg/h의 –58.6℃ LNG를 열교환기3에 공급하여 야채과일 냉장창고의 총 필요 냉열에너지 16,778kcal/h를 전달하고 배출되는 LNG의 온도를 구하기 위해 아래 식(38)으로 계산하면 19.55J/g이며 Fig. 3.43의 엔탈피 변화그래프를 이용하면 이에 해당하는 출구온도는 –51.3℃에 해당된다.

Fig. 3.43 Enthalpy change on inlet temp. -58.6℃ to outlet –51.3℃

엔탈피변화량_{  }

순환량 ×당

필요열량

  × 



  (38)

5) 선실냉방시스템 5-1) 브라인 순환량

Fig. 3.44 Air conditioning system using LNG cold energy model 2

2차 냉매인 브라인으로 에틸알코올은 –100℃까지 식품의 초저온 동결에 사용할 수 있어 급속냉동, 일반냉동 및 야채과일 냉장고에 적용하였지만, 누설할 경우에는 마 취성과 인화성이 있어 선실냉방에는 일반적으로 많이 사용되는 염화칼슘을 적용하였다.

선실냉방시스템인 Fig. 3.44의 열교환기4에서 입구온도–20℃의 염화칼슘 브라인이 출구온도 5℃로 나올 경우 히트밸런스에 의한 브라인의 순환량을 아래의 식(39)으 로 계산하면 91min이다.

^  비중^×비열 ^ ×∆^ 필요열량

^×^ ×^



≒^ ≒min (39) - 염화칼슘_ 비열C: 0.65kcal/kg℃

- 염화칼슘_ 비중g: 1.286 - 염화칼슘_ 밀도: 1,286^

5-2) 브라인펌프 동력

3bar로 91min의 브라인을 공급하는 펌프 용량을 아래의 식(40)으로 계산하 면 0.7kW가 된다.

_소요동력  sec당×min×펌프효율

^min유량×물기준양정×_^물의비중량

×여유율

  × ×

 × ×

× ≒ (40)

5-3) LNG 열낙차

3,528kg/h의 –51.3℃ LNG를 열교환기4에 공급하여 선실냉방시스템의 총 필요 냉열에너지 113,994kcal/h를 전달하고 배출되는 LNG의 온도를 구하기 위해 아 래 식(41)으로 계산하면 135.27J/g이며 Fig. 3.45의 엔탈피 변화그래프를 이용하 면 이에 해당하는 출구온도는 5.1℃에 해당된다.

Fig. 3.45 Enthalpy change on inlet temp. -51.3℃ to outlet 5.1℃

엔탈피변화량_{  }

순환량 ×당

필요열량

  × 



  (41)

모델2는 열교환기를 창고별로 각각 별도로 4대 사용함으로써 각 열교환기의 열 낙차를 줄일 수 있는 장점이 있으나 급속냉동실 용량이 전체 시스템의 70%에 달할 정도로 커고 시스템이 다소 복잡하다.