KR101211966B1 - 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박의 주엔진이나 과급기에서 나오는 고온의 폐열(폐가스)을 회수하여 전기로 발전하고 이를 선박의 전원으로 사용하거나 대용량의 2차 배터리에 저장하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템은 선박을 추진하는 주엔진에서 발생하는 고온의 폐가스를 순환하는 열매체 및 유기작동유체와 열교환하거나, 열매체 순환과정없이 유기작동유체와 열교환하여 고온고압의 유기작동유체에 의해 터빈을 회전시킴으로써 전기를 생성하는 유기랭킨발전장치를 포함하되; 상기 유기랭킨발전장치의 앞이나 뒤에 상기 고온의 폐가스로 인한 고압의 나트륨(Na) 증기가 온도차에 의해 베타 알루미나 고체전해질(BASE)을 통과하는 과정에서 Na+ 이온화에 의한 전자발생으로 전기를 생성하는 AMTEC 발전장치와, 상기 고온의 폐가스와 냉각기의 물 또는 공기와의 온도차에 의한 열에너지를 교대로 배치되는 P형 반도체와 N형 반도체의 열전 효과를 이용해 전기에너지로 변환시켜 전기를 생성하는 TEG 발전장치 중 하나 이상이 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템 {Hybrid Power Generation System Using Waste Heat of Ship Engines}
본 발명은 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박의 주엔진이나 과급기에서 나오는 고온의 폐열(폐가스)을 회수하여 전기로 발전하고 이를 선박의 전원으로 사용하거나 대용량의 2차 배터리에 저장하는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 선박 운항을 위해서 사용되는 전체 에너지(100%) 중에서 주엔진에서 선박 추진력으로 45~50% 에너지를 소비하고, 나머지 50~55% 에너지는 열손실 및 폐가스로 버려지고 있는 실정이다.
현재 이러한 폐가스를 이용해 폐열의 일부를 회수하는 여러 시스템이 활발하게 도입되어 있다.
이러한 폐열 재활용 기술은, 에너지 절약의 이점은 물론이고, 이산화탄소(CO2), 산화질소(NOx), 황산화물(SOx) 등의 유해물질의 양을 줄여주는 이점도 제공한다.
그 가운데에서 버려지고 있는 50~55% 에너지 중, 일부 열에너지를 회수하여 보일러를 통해 열교환시켜 선박에 필요한 온수로 사용하거나, 또는 보일러를 통해 스팀을 만들어 스팀터빈을 구동하여 전기를 생산하고 이를 선박의 전원으로 활용하기도 한다.
하지만, 이러한 방법을 버려지고 있는 막대한 양의 에너지를 고효율적이고 고부가가치적으로 활용하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 선박 운항 중에 버려지는 폐가스를 회수하여 고효율의 유기랭킨발전장치와 이 유기랭킨발전장치에 부가된 다른 발전장치를 통해 전기에너지로 변환시켜 일부는 선박에 이용하고, 나머지는 대용량의 2차 배터리에 저장시켜 다양한 목적의 전원으로 활용할 수 있으며, 또한 대기로 방출되는 환경 오염물질을 줄일 수 있는 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템은 선박을 추진하는 주엔진에서 발생하는 고온의 폐가스를 순환하는 열매체 및 유기작동유체와 열교환하거나, 열매체 순환과정없이 유기작동유체와 열교환하여 고온의 유기작동유체에 의해 터빈을 회전시킴으로써 전기를 생성하는 유기랭킨발전장치를 포함하되;
상기 유기랭킨발전장치의 앞이나 뒤에 상기 고온의 폐가스로 인한 고압의 나트륨(Na)분자 증기가 온도차에 의해 베타 알루미나 고체전해질(BASE, Beta-Alumina Solid Electrolyte)을 통과하는 과정에서 Na+ 이온화에 의한 전자발생으로 전기를 생성하는 AMTEC 발전장치와, 상기 고온의 폐가스와 냉각기의 물 또는 공기와의 온도차에 의한 열에너지를 교대로 배치되는 P형 반도체와 N형 반도체의 열전 효과를 이용해 전기에너지로 변환시켜 전기를 생성하는 TEG 발전장치 중 하나 이상이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템은 선박을 추진하는 주엔진에서 발생하는 고온의 폐가스로 내부의 물을 가온하여 온수와 고온고압의 스팀을 만드는 온수 보일러;
상기 고온고압의 스팀을 이용하여 내부의 증기터빈을 회전하고, 상기 증기터빈에 축결합된 발전기를 회전시켜 전기를 생성하는 증기터빈 발전장치; 및
상기 증기터빈 발전장치에서 나오는 고온의 스팀을 순환하는 열매체 및 유기작동유체와 열교환하거나, 열매체 순환과정없이 유기작동유체와 열교환하여 고온고압의 유기작동유체에 의해 터빈을 회전시킴으로써 전기를 생성하는 유기랭킨발전장치를 포함하여 구성된다.
상술한 과제 해결 수단에 의하면, 선박 운항 중에 버려지는 폐가스를 회수하여 고효율의 유기랭킨발전장치와 이 유기랭킨발전장치에 부가된 다른 발전장치를 통해 전기에너지로 변환시켜 일부는 선박에 이용하고, 나머지는 대용량의 2차 배터리에 저장시켜 다양한 목적의 전원으로 활용할 수 있으며, 또한 대기로 방출되는 환경 오염물질을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 발전시스템의 구성도,
도 2는 도 1의 상세 구성도,
도 3은 도 1에 나타낸 AMTEC 발전장치의 상세도,
도 4는 도 1에 나타낸 TEG 발전장치의 상세도,
도 5는 도 1에 나타낸 유기랭킨발전장치의 상세도,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 발전시스템의 구성도,
도 7a와 도 7b는 도 6의 상세 구성도,
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 발전시스템의 구성도,
도 9는 도 8의 상세 구성도,
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드 발전시스템의 구성도.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 발전시스템의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 주엔진(10), 과급기(20), 유기랭킨발전장치(30), 2차 배터리(40), 온수 보일러(50), 선박내 설비(60), AMTEC 발전장치(70) 및 TEG 발전장치(80)를 포함하여 구성된다.
주엔진(10)은 연료를 이용하여 프로펠러를 회전시켜 선박을 추진하고, 과급기(20)는 주엔진(10)에서 발생하는 폐가스를 이용해 주엔진(10)의 연소효율을 높인다.
상기 선박을 추진하는 주엔진(10)에서 발생하는 폐가스는 과급기(turbocharger)(20)로 보내져 압축된 공기를 주엔진(10)으로 주입시키는 과급기(20) 내의 터빈을 작동시켜 주엔진(10)에서의 연소효율을 높이는 작용을 한다.
즉, 상기 과급기(20)는 선박의 주엔진(10)에서 배출되는 폐가스를 이용하여 과급기(20) 내의 터빈을 돌리고, 상기 터빈과 동일 축에 연결된 컴프레서 휠이 회전하면서 에어 클리너(air cleaner)를 통해 들어오는 공기를 압축하여 주엔진(10)의 연소실로 보냄으로써 주엔진(10)의 연소효율을 향상시킨다.
AMTEC 발전장치(70)는 주엔진(10)에서 발생하는 고온의 폐가스 또는 과급기(20)에서 주엔진(10)의 연소효율을 높인 후 배기하는 고온의 폐가스를 이용한 고압의 나트륨(Na)이온 증기가 온도차에 의해 베타 알루미나 고체전해질(BASE, Beta-Alumina Solid Electrolyte)(71)을 통과하는 과정에서 Na+ 이온화에 의한 전자발생으로 전기를 생성한다.
유기랭킨발전장치(30)는 상기 AMTEC 발전장치(70)에서 배기하는 고온의 폐가스를 유기작동유체와 열교환하여 가열한 후, 상기 가열된 유기작동유체로 유기랭킨발전장치(30)의 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성한다.
또는 상기 폐가스가 증발기(37)에서 유기작동유체를 증발시키기에 너무 높은 온도의 경우는 열매체의 순환과정을 통해 고온의 폐가스와 열교환하는 열매체와 유기작동유체를 열교환하여 가열한 후, 가열된 고온고압의 유기작동유체로 유기랭킨발전장치(30)의 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성한다.
즉, 유기랭킨발전장치(30)는 고온의 폐가스가 열매체 및 유기작동유체와 열교환되거나, 열매체 순환과정없이 유기작동유체와 열교환되어 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성한다.
TEG 발전장치(80)는 상기 유기랭킨발전장치(30)에서 배기하는 고온의 폐가스와 냉각기(35) 또는 별도로 설치된 냉각기(35-1)의 물 또는 공기와의 온도차에 의한 열에너지를 교대로 배치되는 P반도체(83)와 N형 반도체(84)의 열전 효과를 이용해 전기에너지로 변환시켜 전기를 생성한다.
이와 같이 주엔진(10)이나 과급기(20)에서 나오는 고온의 폐가스가 AMTEC 발전장치(70), 유기랭킨발전장치(30), TEG 발전장치(80)를 차례로 거치면서 그 온도는 점차적으로 하강한다.
상기 TEG 발전장치(80)에 공급되어 전기를 생성한 폐가스의 온도가 어느 정도 높은 경우 다시 온수 보일러(50)에 공급되어 온수 보일러(50) 내의 물을 가온하고 난 후 배기통을 통해 외부로 배출되고, 이때 가온된 물 즉, 온수는 선박내 설비(60)에 공급된다.
상기 AMTEC 발전장치(70), 유기랭킨발전장치(30) 및 TEG 발전장치(80)에 의해 생성된 전기는 직접 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 하고, 필요에 따라 대용량의 2차 배터리(40)를 통해 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 한다.
이때 2차 배터리(40)에서는 2차 배터리(40)에 공급된 전기 중 일부(약 20-30%)는 선박내 설비(60)의 전원으로 공급하고, 나머지(70~80%)는 충전하여 추후 지상에서 전원으로 사용할 수 있도록 판매할 수도 있다.
또한, 2차 배터리(40)를 사용하는 경우에는 AMTEC 발전장치(70), 유기랭킨발전장치(30) 및 TEG 발전장치(80)에 의해 전기가 생성되지 않을 때에도 2차 배터리(40)에 충전된 전기를 이용해 선박내 설비(60)에 안정적으로 전원을 공급할 수 있다.
상기 유기랭킨발전장치(30)는 상술한 유기랭킨사이클 뿐만 아니라 폐가스의 열에너지를 암모니아+물의 혼합체와 열교환하여 가열한 후 암모니아증기로 터빈을 구동시켜 전기를 생성하는 칼리나사이클(Kalina Cycle), 이의 유사변종된 우에하라사이클(Uehara Cycle) 및 기타 유사한 방법으로 터빈(32)을 구동하는 것을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 상세 구성도로서, AMTEC 발전장치(70)에서 배기되는 폐가스의 열에너지를 유기작동유체와 열교환하여 가열한 후, 상기 가열된 고온고압의 유기작동유체로 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성하는 경우의 구성도이다.
도시된 바와 같이 유기랭킨발전장치(30)는 열교환기(31), 터빈(32), 발전기(33), 복수기(34), 냉각기(35) 및 펌프(36a)를 포함하여 구성된다.
펌프(36a)에 의해 유기작동유체가 열교환기(31)에 공급되는 상태에서 AMTEC 발전장치(70)에서 나와 열교환기(31)에 공급되는 고온의 폐가스와 열교환됨으로써 고온고압의 증기가 되어 터빈(32)으로 공급된다.
이때 상기 고온고압의 유기작동유체의 열에너지는 터빈(32)을 회전시켜 운동에너지로 변환된다.
발전기(33)는 상기 터빈(32)과 한 개의 축으로 연결되어 터빈(32)이 회전함에 따라 같이 회전하며, 거대한 자석인 회전자와 고정자에서 3상유도 전류가 발생하여 전기를 생산하게 된다.
이 전기는 직접 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 하고, 필요에 따라 대용량의 2차 배터리(40)를 통해 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 한다.
상기 터빈(32)을 거친 저온저압의 유기작동유체는 복수기(34)로 이송되어 공랭식 또는 수냉식을 갖는 냉각기(35) 등에 의해 냉각 및 응축되고 액체 상태로 변환된 후, 다시 펌프(36a)에 의해 열교환기(31)에 공급되어 순환된다.
즉, 상기 유기작동유체는 펌프(36a)에 의해 열교환기(31) -> 터빈(32) -> 복수기(34) -> 열교환기(31)를 반복 순환하면서 터빈(32)을 회전시켜 전기를 생성한다.
상기 복수기(34)에 공급되어 유기작동유체를 냉각시킴으로써 온도가 상승한 물 또는 공기는 냉각기(35)에 공급되어 냉각된 후 후 유기작동유체를 냉각 및 응축시키기 위해 다시 복수기(34)에 공급된다.
즉 물 또는 공기는 복수기(34) -> 냉각기(35) -> 복수기(34)를 반복 순환하면서 유기작동유체를 냉각 및 응축시킨다.
도 3은 도 1에 나타낸 AMTEC 발전장치의 상세도이다.
AMTEC(Alkali Metal Thermal to Electric Convertor) 발전장치(70)는 열에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 특성이 있는 열변환 전기발생장치로서, 이온전도성을 갖는 베타 알루미나 고체전해질(BASE, Beta-Alumina Solid Electrolyte)(71의 양측에 양극(72)과 음극(73)을 형성하고 주엔진(10)의 폐가스와 냉각기(35)의 물 또는 공기로 양단에 온도차(ΔT)를 주면, 셀 내부에 충전된 액체 Na의 증기압 차가 추진력이 되어 느슨하게 결합하고 있는 격자산소 틈새 층으로 Na+ 이온의 이동이 일어나게 된다.
상기 BASE(71)를 통과하는 나트륨(Na)분자는 나트륨 이온화(Na+)가 되면서 전자를 방출하여 전기를 발생하게 된다.
즉, 알카리금속인 나트륨증기가 주엔진(10)의 고온의 폐가스에 의해 고압영역에서 증기상태로 베타 알루미나 고체전해질(BASE)(71)을 통과하고, 자유전자들은 양극(72)으로부터 전기부하로 통과하여 음극(73)으로 돌아와서 저압영역의 BASE(71) 표면에서 나오는 이온과 재결합함으로써 직류 전기를 발생한다.
중성의 나트륨증기는 저압영역에서 냉각기(35) 또는 별도로 설치된 냉각기(35-1)의 물 또는 공기의 냉각에 의해 응축되며 응축된 나트륨증기는 고압영역으로 귀환하여 싸이클을 완료하게 된다.
상기한 온도 차에 의한 나트륨의 증발 응축으로 열변환 전기가 발생한다.
이때 발생한 전기는 축전지(74)를 통해 저장된 후 DC/AC 컨버터(75)를 거쳐 교류로 변환되어 선박내 설비(50)나 대용량의 2차 배터리(40)에 공급된다.
도 4는 도 1에 나타낸 TEG 발전장치의 상세도이다.
TEG 발전장치(80)는 열전효과(Seebeck Effect)를 이용하여 온도차에 의한 열에너지를 전기에너지로 변환하는 장치로서, 제1전극부(81)는 고온부(82)에 고정되며, 제1전극부(81)에는 각각 열전자를 방출하고 포집하는 P형 반도체(83)와 N형 반도체(84)가 교대로 배치되어 접촉되고, 그 P형 반도체(83)와 N형 반도체(84)는 저온부(85)에 고정되는 제2전극부(86)에 접촉된다.
그리고 제2전극부(86)는 축전지(87)와 연결된다.
제1전극부(81)는 고온과 접촉하게 되며, 이는 주엔진/열교환기(10/31)에서 배기되어 온수보일러/열교환기(50/31)에 공급되는 고온의 폐가스일 수 있다.
제2전극부(86)는 제1전극부(81)보다 상대적으로 낮은 온도에 접촉하며, 바람직하게는 제1전극부(81)가 접촉하는 온도와는 큰 온도 차가 나는 것이 바람직하다.
예를 들어 제2전극부(86)는 강제적으로 물 또는 공기의 흐름을 유도하여 냉각이 이루어지도록 하는 냉각기(35) 또는 별도로 설치된 냉각기(35-1)의 물 또는 공기일 수 있다.
잉여전자를 갖는 N형 반도체(84)와, 자유전자를 수용할 수 있는 홀을 갖는 P형 반도체(83)는 고온과 접촉하는 제1전극부(81)와 저온과 접촉하는 제2전극부(86) 사이의 온도차에 의해 기전력을 발생하고 이에 의해 열전류가 흐른다.
상기 발생된 전기에너지는 축전지(87)에 저장된 후 DC/AC 컨버터(88)를 거쳐 교류로 변환되어 선박내 설비(60) 또는 대용량의 2차 배터리(40)에 공급된다.
도 5는 도 1에 나타낸 유기랭킨발전장치의 상세도로서, 순환과정을 통해 AMTEC 발전장치(70)에서 배기된 고온의 폐가스와 열교환하는 열매체와 유기작동유체를 열교환하여 가열한 후, 상기 가열된 고온고압의 유기작동유체로 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성하는 경우의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 유기랭킨발전장치(30)는 열교환기(31), 터빈(32), 발전기(33), 복수기(34), 냉각기(35), 펌프(36a,36b), 증발기(37), 예열기(38) 및 회복기(39)를 포함하여 구성된다.
펌프(36b)에 의해 열매체가 열교환기(31)에 공급되는 상태에서 AMTEC 발전장치(70)에서 나와 열교환기(31)에 공급되는 고온의 폐가스와 열교환됨으로써 고온의 열매체가 되고, 이 고온의 열매체는 증발기(37)에 공급된다.
상기 회복기(39)를 거쳐 예열기(38)로 들어오는 유기작동유체는 증발기(37)에서 예열기(38)로 들어오는 열매체와 열교환됨으로써 가열되어 증발기(37)로 공급된다.
상기 증발기(37)로 들어오는 유기작동유체는 열교환기(31)에서 증발기(37)로 들어오는 고온의 열매체와 열교환됨으로써 고온고압의 증기가 되어 터빈(32)으로 공급된다.
상기 증발기(37)에서 고온의 열매체로부터 열을 흡수한 고온고압의 증기가 터빈(32)에 공급되며, 고온고압의 유기작동유체의 열에너지는 터빈(32)을 회전시켜 운동에너지로 변환된다.
상기 터빈(32)을 거친 대부분의 유기작동유체는 회복기(39)를 거쳐 복수기(34)로 배기되어 냉각기(35)에 의해 냉각 및 응축되고 액체 상태로 변환된 후, 펌프(36a)에 의해서 회복기(39)에 공급되어 순환한다.
즉, 상기 유기작동유체는 증발기(37) -> 터빈(32) -> 회복기(39) -> 복수기(34) -> 펌프(36a) -> 회복기(39) -> 예열기(38) -> 증발기(37)를 반복 순환하면서 터빈(32)을 회전시켜 전기를 생성한다.
여기서 상기 회복기(39)는 복수기(34)를 통과한 유기작동유체를 이용하여 터빈(32)에서 배기된 유기작동유체가 가지고 있는 불안정한 물질상태를 안정화시킨다.
상기 증발기(37)에서 열교환된 열매체는 예열기(38)에서 유기작동유체와 만나 열교환되고 빠져나와 펌프(36b)에 의해 다시 열교환기(31)에 공급됨으로써 순환한다.
즉 상기 열매체는 펌프(36b)에 의해 열교환기(31) -> 증발기(37) -> 예열기(38) -> 열교환기(31)를 반복 순환하면서 폐가스에 의해 고온이 된 후 유기작동유체를 고온고압의 증기가 되도록 한다.
한편, 상기 터빈(32)과 한 축으로 연결된 발전기(33)는 터빈(32)이 회전함에 따라 같이 회전하며, 거대한 자석인 회전자와 고정자에서 3상유도 전류가 발생하여 전기를 생산하게 된다.
즉 상기 발전기(33)는 운동에너지를 전기에너지로 변환한다.
이 전기는 직접 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 하고, 필요에 따라 대용량의 2차 배터리(40)를 통해 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 한다.
상기한 바와 같이 터빈(32)을 거친 유기작동유체는 회복기(39), 복수기(34)를 거쳐 펌프(36a)를 통해 다시 회복기(39)로 공급되는 바, 유기작동유체는 상기 복수기(34)에서 물 또는 공기 등에 의해 냉각 및 응축되고 액체 상태로 변환된다.
상기 복수기(34)에 공급되어 유기작동유체를 냉각시킴으로써 온도가 상승한 물 또는 공기는 냉각기(35)에 공급되어 물 또는 공기에 의해 냉각된 후 유기작동유체를 냉각 및 응축시키기 위해 다시 복수기(34)에 공급된다.
즉 해수는 복수기(34) -> 냉각기(35) -> 복수기(34)를 반복 순환하면서 유기작동유체를 냉각 및 응축시킨다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 발전시스템의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 주엔진(10), 과급기(20), 유기랭킨발전장치(30), 2차 배터리(40), 온수 보일러(50), 선박내 설비(60) 및 TEG 발전장치(80a,80b)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 TEG 발전장치(80b,80a)는 폐가스의 온도나 열량에 따라 유기랭킨발전장치(30)의 뒷단 및/또는 앞단에 구비될 수 있다.
주엔진(10)은 연료를 이용하여 프로펠러를 회전시켜 선박을 추진하고, 과급기(20)는 주엔진(10)에서 발생하는 폐가스를 이용해 주엔진(10)의 연소효율을 높인다.
상기 선박을 추진하는 주엔진(10)에서 발생하는 폐가스는 과급기(turbocharger)(20)로 보내져 압축된 공기를 주엔진(10)으로 주입시키는 과급기(20) 내의 터빈을 작동시켜 주엔진(10)에서의 연소효율을 높이는 작용을 한다.
즉, 상기 과급기(20)는 선박의 주엔진(10)에서 배출되는 폐가스를 이용하여 과급기(20) 내의 터빈을 돌리고, 상기 터빈과 동일 축에 연결된 컴프레서 휠이 회전하면서 에어 클리너(air cleaner)를 통해 들어오는 공기를 압축하여 주엔진(10)의 연소실로 보냄으로써 주엔진(10)의 연소효율을 향상시킨다.
TEG 발전장치(80)는 상기 유기랭킨발전장치(30)에서 배기되는 고온의 폐가스와 냉각기(35) 또는 별도로 설치된 냉각기(35-1)의 물 또는 공기의 온도차에 의한 열에너지를 교대로 배치되는 P형 반도체(83)와 N형 반도체(84)의 열전 효과를 이용해 전기에너지로 변환시켜 전기를 생성한다.
유기랭킨발전장치(30)는 상기 TEG 발전장치(80a)에서 배기하는 고온의 폐가스를 유기작동유체와 열교환하여 가열한 후, 상기 가열된 유기작동유체로 유기랭킨발전장치(30)의 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성한다.
또는 상기 폐가스가 증발기(37)에서 유기작동유체를 증발시키기에 너무 높은 온도의 경우는 열매체의 순환과정을 통해 고온의 폐가스와 열교환하는 열매체와 유기작동유체를 열교환하여 가열한 후, 상기 가열된 고온고압의 유기작동유체로 유기랭킨발전장치(30)의 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성한다.
즉, 유기랭킨발전장치(30)는 고온의 폐가스가 열매체 및 유기작동유체와 열교환되거나, 열매체 순환과정없이 유기작동유체와 열교환되어 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성한다.
TEG 발전장치(80b)는 상기 유기랭킨발전장치(30)에서 배기되는 고온의 폐가스와 냉각기(35) 또는 별도로 설치된 냉각기(35-1)의 물 또는 공기의 온도차에 의한 열에너지를 교대로 배치되는 P형 반도체(83)와 N형 반도체(84)의 열전 효과를 이용해 전기에너지로 변환시켜 전기를 생성한다.
상기 TEG 발전장치(80b)에 공급되어 전기를 생성한 폐가스는 다시 온수 보일러(50)에 공급되어 온수 보일러(50) 내의 물을 가온하고 난 후 배기통을 통해 외부로 배출되고, 이때 가온된 물 즉, 온수는 선박내 설비(60)에 공급된다.
상기 유기랭킨발전장치(30), TEG 발전장치(80a,80b)에 의해 생성된 전기는 직접 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 하고, 필요에 따라 대용량의 2차 배터리(40)를 통해 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 한다.
이때 2차 배터리(40)에서는 2차 배터리(40)에 공급된 전기 중 일부(약 20-30%)는 선박내 설비(60)의 전원으로 공급하고, 나머지(70~80%)는 충전하여 추후 지상에서 전원으로 사용할 수 있도록 판매할 수도 있다.
또한, 2차 배터리(40)를 사용하는 경우에는 유기랭킨발전장치(30), TEG 발전장치(80a,80b)에 의해 전기가 생성되지 않을 때에도 2차 배터리(40)에 충전된 전기를 이용해 선박내 설비(60)에 안정적으로 전원을 공급할 수 있다.
상기 유기랭킨발전장치(30)는 상술한 유기랭킨사이클 뿐만 아니라 칼리나사이클(Kalina Cycle), 이의 유사변종된 우에하라사이클(Uehara Cycle) 및 기타 유사한 방법으로 터빈(32)을 구동하는 것을 포함할 수 있다.
도 7a와 도 7b는 도 6의 상세 구성도로서, 도 7a는 TEG 발전장치(80b)가 유기랭킨발전장치(30)의 후단에, 도 7b는 TEG 발전장치(80a)가 전단에 구비되는 경우의 구성도이다.
도 7a에 도시된 바와 같이 유기랭킨발전장치(30)는 열교환기(31), 터빈(32), 발전기(33), 복수기(34), 냉각기(35) 및 펌프(36a)를 포함하여 구성된다.
펌프(36a)에 의해 유기작동유체가 열교환기(31)에 공급되는 상태에서 주엔진(10) 또는 과급기(20)에서 나와 열교환기(31)에 공급되는 고온의 폐가스와 열교환됨으로써 고온고압의 증기가 되어 터빈(32)으로 공급된다.
이때 상기 고온고압의 유기작동유체의 열에너지는 터빈(32)을 회전시켜 운동에너지로 변환된다.
발전기(33)는 상기 터빈(32)과 한 개의 축으로 연결되어 터빈(32)이 회전함에 따라 같이 회전하며, 거대한 자석인 회전자와 고정자에서 3상유도 전류가 발생하여 전기를 생산하게 된다.
이 전기는 직접 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 하고, 필요에 따라 대용량의 2차 배터리(40)를 통해 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 한다.
상기 터빈(32)을 거친 저온저압의 유기작동유체는 복수기(34)로 배기되어 공랭식 또는 수냉식을 갖는 냉각기(35) 등에 의해 냉각 및 응축되고 액체 상태로 변환된 후, 다시 펌프(36a)에 의해 열교환기(31)에 공급되어 순환된다.
즉, 상기 유기작동유체는 펌프(36a)에 의해 열교환기(31) -> 터빈(32) -> 복수기(34) -> 열교환기(31)를 반복 순환하면서 터빈(32)을 회전시켜 전기를 생성한다.
상기 복수기(34)에 공급되어 유기작동유체를 냉각시킴으로써 온도가 상승한 물 또는 공기는 냉각기(35)에 공급되어 냉각된 후 유기작동유체를 냉각 및 응축시키기 위해 다시 복수기(34)에 공급된다.
즉 물 또는 공기는 복수기(34) -> 냉각기(35) -> 복수기(34)를 반복 순환하면서 유기작동유체를 냉각 및 응축시킨다.
한편, 유기랭킨발전장치(30)의 열교환기(31)에 공급되어 유기작동유체와 열교환한 후 배기되는 고온의 폐가스는 TEG 발전장치(80b)에 공급되고, 상기 TEG 발전장치(80b)는 고온의 폐가스와 냉각기(35) 또는 별도로 설치된 냉각기(35-1)의 물 또는 공기와의 온도차에 의한 열에너지를 교대로 배치되는 P형 반도체(83)와 N형 반도체(84)의 열전 효과를 이용해 전기에너지로 변환시켜 전기를 생성한다.
이 전기는 직접 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 하고, 필요에 따라 대용량의 2차 배터리(40)를 통해 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 한다.
상기 TEG 발전장치(80b)에서 배기된 폐가스는 온수 보일러(50)에 공급되어 온수 보일러(50)의 물을 가온하게 된다.
또한 도 7b에 도시된 바와 같이 유기랭킨발전장치(30)는 열교환기(31), 터빈(32), 발전기(33), 복수기(34), 냉각기(35) 및 펌프(36a)를 포함하여 구성된다.
TEG 발전장치(80a)는 주엔진(10) 또는 과급기(20)에서 배기되는 고온의 폐가스와 냉각기(35) 또는 별도로 설치된 냉각기(35-1)의 물 또는 공기와의 온도차에 의한 열에너지를 교대로 배치되는 P형 반도체(83)와 N형 반도체(84)의 열전 효과를 이용해 전기에너지로 변환시켜 전기를 생성한다.
이 전기는 직접 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 하고, 필요에 따라 대용량의 2차 배터리(40)를 통해 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 한다.
펌프(36a)에 의해 유기작동유체가 열교환기(31)에 공급되는 상태에서 상기 TEG 발전장치(80a)에서 나와 열교환기(31)에 공급되는 고온의 폐가스와 열교환됨으로써 고온고압의 증기가 되어 터빈(32)으로 공급되고, 열교환기(31)에서 배기되는 폐가스는 온수 보일러(50)에 공급된다.
상기 고온고압의 유기작동유체의 열에너지는 터빈(32)을 회전시켜 운동에너지로 변환된다.
발전기(33)는 상기 터빈(32)과 한 개의 축으로 연결되어 터빈(32)이 회전함에 따라 같이 회전하며, 거대한 자석인 회전자와 고정자에서 3상유도 전류가 발생하여 전기를 생산하게 된다.
이 전기는 직접 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 하고, 필요에 따라 2차 배터리(40)를 통해 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 한다.
상기 터빈(32)을 거친 유기작동유체는 복수기(34)로 배기되어 공랭식 또는 수냉식을 갖는 냉각기(35) 등에 의해 냉각 및 응축되고 액체 상태로 변환된 후, 다시 펌프(36a)에 의해 열교환기(31)에 공급되어 순환된다.
즉, 상기 유기작동유체는 펌프(36a)에 의해 열교환기(31) -> 터빈(32) -> 복수기(34) -> 열교환기(31)를 반복 순환하면서 터빈(32)을 회전시켜 전기를 생성한다.
상기 복수기(34)에 공급되어 유기작동유체를 냉각시킴으로써 온도가 상승한 물 또는 공기는 냉각기(35)에 공급되어 냉각된 후 유기작동유체를 냉각 및 응축시키기 위해 다시 복수기(34)에 공급된다.
즉 물 또는 공기는 복수기(34) -> 냉각기(35) -> 복수기(34)를 반복 순환하면서 유기작동유체를 냉각 및 응축시킨다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 발전시스템의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 주엔진(10), 과급기(20), 유기랭킨발전장치(30), 2차 배터리(40), 온수 보일러(50), 선박내 설비(60) 및 AMTEC 발전장치(70)를 포함하여 구성된다.
주엔진(10)은 연료를 이용하여 프로펠러를 회전시켜 선박을 추진하고, 과급기(20)는 주엔진(10)에서 발생하는 폐가스를 이용해 주엔진(10)의 연소효율을 높인다.
상기 선박을 추진하는 주엔진(10)에서 발생하는 폐가스는 과급기(turbocharger)(20)로 보내져 압축된 공기를 주엔진(10)으로 주입시키는 과급기(20) 내의 터빈을 작동시켜 주엔진(10)에서의 연소효율을 높이는 작용을 한다.
즉, 상기 과급기(20)는 선박의 주엔진(10)에서 배출되는 폐가스를 이용하여 과급기(20) 내의 터빈을 돌리고, 상기 터빈과 동일 축에 연결된 컴프레서 휠이 회전하면서 에어 클리너(air cleaner)를 통해 들어오는 공기를 압축하여 주엔진(10)의 연소실로 보냄으로써 주엔진(10)의 연소효율을 향상시킨다.
AMTEC 발전장치(70)는 주엔진(10)에서 발생하는 고온의 폐가스 또는 과급기(20)에서 주엔진(10)의 연소효율을 높인 후 배기하는 고온의 폐가스로 인한 고압의 나트륨(Na) 증기가 온도차에 의해 베타 알루미나 고체전해질(BASE, Beta-Alumina Solid Electrolyte)(71)을 통과하는 과정에서 Na+ 이온화에 의한 전자발생으로 전기를 발생한다.
유기랭킨발전장치(30)는 상기 AMTEC 발전장치(70)에서 배기하는 고온의 폐가스를 유기작동유체와 열교환하여 가열한 후, 상기 가열된 유기작동유체로 유기랭킨발전장치(30)의 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성한다.
또는 상기 폐가스가 증발기(37)에서 유기작동유체를 증발시키기에 너무 높은 온도의 경우는 열매체의 순환과정을 통해 고온의 폐가스와 열교환하는 열매체와 유기작동유체를 열교환하여 가열한 후, 상기 가열된 고온고압의 유기작동유체로 유기랭킨발전장치(30)의 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성한다.
즉, 유기랭킨발전장치(30)는 고온의 폐가스가 열매체 및 유기작동유체와 열교환되거나, 열매체 순환과정없이 유기작동유체와 열교환되어 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성한다.
상기 유기랭킨발전장치(30)에 공급되어 전기를 생성한 폐가스는 다시 온수 보일러(50)에 공급되어 온수 보일러(50) 내의 물을 가온하고 난 후 배기통을 통해 외부로 배출되고, 이때 가온된 물 즉, 온수는 선박내 설비(60)에 공급된다.
상기 AMTEC 발전장치(70), 유기랭킨발전장치(30)에 의해 생성된 전기는 직접 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 하고, 필요에 따라 대용량의 2차 배터리(40)를 통해 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 한다.
이때 2차 배터리(40)에서는 2차 배터리(40)에 공급된 전기 중 일부(약 20-30%)는 선박내 설비(60)의 전원으로 공급하고, 나머지(70~80%)는 충전하여 추후 지상에서 전원으로 사용할 수 있도록 판매할 수도 있다.
또한, 2차 배터리(40)를 사용하는 경우에는 AMTEC 발전장치(70), 유기랭킨발전장치(30)에 의해 전기가 생성되지 않을 때에도 2차 배터리(40)에 충전된 전기를 이용해 선박내 설비(60)에 안정적으로 전원을 공급할 수 있다.
상기 유기랭킨발전장치(30)는 상술한 유기랭킨사이클 뿐만 아니라 칼리나사이클(Kalina Cycle), 이의 유사변종된 우에하라사이클(Uehara Cycle) 및 기타 유사한 방법으로 터빈(32)을 구동하는 것을 포함할 수 있다.
도 9는 도 8의 상세 구성도이다.
도시된 바와 같이 유기랭킨발전장치(30)는 열교환기(31), 터빈(32), 발전기(33), 복수기(34), 냉각기(35) 및 펌프(36a)를 포함하여 구성된다.
펌프(36a)에 의해 유기작동유체가 열교환기(31)에 공급되는 상태에서 AMTEC 발전장치(70)에서 나와 열교환기(31)에 공급되는 고온의 폐가스와 열교환됨으로써 고온고압의 증기가 되어 터빈(32)으로 공급된다.
이때 상기 고온고압의 유기작동유체의 열에너지는 터빈(32)을 회전시켜 운동에너지로 변환된다.
발전기(33)는 상기 터빈(32)과 한 개의 축으로 연결되어 터빈(32)이 회전함에 따라 같이 회전하며, 거대한 자석인 회전자와 고정자에서 3상유도 전류가 발생하여 전기를 생산하게 된다.
이 전기는 직접 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 하고, 필요에 따라 대용량의 2차 배터리(40)를 통해 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 한다.
상기 터빈(32)을 거친 저온저압의 유기작동유체는 복수기(34)로 배기되어 공랭식 또는 수냉식을 갖는 냉각기(35) 등에 의해 냉각 및 응축되고 액체 상태로 변환된 후, 다시 펌프(36a)에 의해 열교환기(31)에 공급되어 순환된다.
즉, 상기 유기작동유체는 펌프(36a)에 의해 열교환기(31) -> 터빈(32) -> 복수기(34) -> 열교환기(31)를 반복 순환하면서 터빈(32)을 회전시켜 전기를 생성한다.
상기 복수기(34)에 공급되어 유기작동유체를 냉각시킴으로써 온도가 상승한 물 또는 공기는 냉각기(35)에 공급되어 냉각된 후 후 유기작동유체를 냉각 및 응축시키기 위해 다시 복수기(34)에 공급된다.
즉 물 또는 공기는 복수기(34) -> 냉각기(35) -> 복수기(34)를 반복 순환하면서 유기작동유체를 냉각 및 응축시킨다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드 발전시스템의 구성도이다.
주엔진(10), 과급기(20), 유기랭킨발전장치(30), 2차 배터리(40), 온수 보일러(50), 선박내 설비(60) 및 증기터빈 발전장치(90)를 포함하여 구성된다.
주엔진(10)은 연료를 이용하여 프로펠러를 회전시켜 선박을 추진하고, 과급기(20)는 주엔진(10)에서 발생하는 폐가스를 이용해 주엔진(10)의 연소효율을 높인다.
상기 선박을 추진하는 주엔진(10)에서 발생하는 폐가스는 과급기(turbocharger)(20)로 보내져 압축된 공기를 주엔진(10)으로 주입시키는 과급기 내(20)의 터빈을 작동시켜 주엔진(10)에서의 연소효율을 높이는 작용을 한다.
즉, 상기 과급기(20)는 선박의 주엔진(10)에서 배출되는 폐가스를 이용하여 과급기(20) 내의 터빈을 돌리고, 상기 터빈과 동일 축에 연결된 컴프레서 휠이 회전하면서 에어 클리너(air cleaner)를 통해 들어오는 공기를 압축하여 주엔진(10)의 연소실로 보냄으로써 주엔진(10)의 연소효율을 향상시킨다.
온수 보일러(50)는 주엔진(10)에서 발생하는 고온의 폐가스 또는 과급기(20)에서 주엔진(10)의 연소효율을 높인 후 배기하는 고온의 폐가스에 의해 내부의 물을 가온하여 온수와 고온고압의 스팀을 만든다.
상기 온수 보일러(50)를 통과한 저온의 폐가스는 배기통을 통해 외부로 배출되고, 온수는 선박내 설비(60)에 공급되며, 고온고압의 스팀은 증기터빈 발전장치(90)에 공급된다.
상기 증기터빈 발전장치(90)는 공급된 고온고압의 스팀에 의해 내부의 증기터빈을 회전시켜 운동에너지로 변환하고, 발전기는 상기 증기터빈과 한 개의 축으로 연결되어 터빈이 회전함에 따라 같이 회전하면서 전기를 생산하게 된다.
유기랭킨발전장치(30)는 상기 증기터빈 발전장치(90)에서 배기하는 고온의 스팀을 유기작동유체와 열교환하여 가열한 후, 상기 가열된 고온고압의 유기작동유체로 유기랭킨발전장치(30)의 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성한다.
또는 상기 폐가스가 증발기(37)에서 유기작동유체를 증발시키기에 너무 높은 온도의 경우는 열매체의 순환과정을 통해 고온의 폐가스와 열교환하는 열매체와 유기작동유체를 열교환하여 가열한 후, 상기 가열된 고온고압의 유기작동유체로 유기랭킨발전장치(30)의 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성한다.
즉, 유기랭킨발전장치(30)는 고온의 스팀이 열매체 및 유기작동유체와 열교환되거나, 열매체 순환과정없이 유기작동유체와 열교환되어 터빈(32)을 구동시켜 전기를 생성한다.
상기 증기터빈 발전장치(90), 유기랭킨발전장치(30)에 의해 생성된 전기는 직접 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 하고, 필요에 따라 대용량의 2차 배터리(40)를 통해 선박내 설비(60)의 전원으로 공급되기도 한다.
이때 2차 배터리(40)에서는 2차 배터리(40)에 공급된 전기 중 일부(약 20-30%)는 선박내 설비(60)의 전원으로 공급하고, 나머지(70~80%)는 충전하여 추후 지상에서 전원으로 사용할 수 있도록 판매할 수도 있다.
또한, 2차 배터리(40)를 사용하는 경우에는 증기터빈 발전장치(90), 유기랭킨발전장치(30)에 의해 전기가 생성되지 않을 때에도 2차 배터리(40)에 충전된 전기를 이용해 선박내 설비(60)에 안정적으로 전원을 공급할 수 있다.
상기 유기랭킨발전장치(30)는 상술한 유기랭킨사이클 뿐만 아니라 칼리나사이클(Kalina Cycle), 이의 유사변종된 우에하라사이클(Uehara Cycle) 및 기타 유사한 방법으로 터빈(32)을 구동하는 것을 포함할 수 있다.
그리고 상기 유기랭킨발전장치(30)는 도 2 또는 도 5의 구성으로 이루어질 수 있음은 물론이다.
이상에서와 같이 본 발명은 선박의 주엔진(10)이나 과급기(20) 후단에 기본적으로 유기랭킨발전장치(30)를 구비하고, AMTEC 발전장치(70)나 TEG 발전장치(80) 또는 증기터빈 발전장치(90)를 선택적으로 부가하는 하이브리드 발전시스템을 구현함으로써 주엔진(10)이나 과급기(20)에서 나오는 폐가스를 이용해 고효율로 발전을 할 수 있다.
이때 상기 AMTEC 발전장치(70)나 TEG 발전장치(80) 또는 유기랭킨발전장치(30)의 배치 순서는 배기되는 폐가스의 온도나 열량에 따라 선택적으로 구비할 수 있다.
예를 들어 AMTEC 발전장치(70)는 600℃ 이상의 온도에서 고효율로 발전하고, 유기랭킨발전장치(30)는 200~300℃의 온도에서 고효율로 발전하고, TEG 발전장치(80)는 100~400℃의 온도에서 고효율로 발전하는 바, AMTEC 발전장치(80)에서 나오는 폐가스의 온도가 200~300℃인 경우에는 유기랭킨발전장치(30)를 후단에 배치하고, 300~400℃인 경우에는 TEG 발전장치(80)를 후단에 구비하여 배치하는 것이 바람직하다.
10: 주엔진 20: 과급기
30: 유기랭킨발전장치 40: 2차 배터리
50: 온수 보일러 60: 선박내 설비
70: AMTEC 발전장치 80: TEG 발전장치
90: 증기터빈 발전장치

Claims (16)

  1. 선박을 추진하는 주엔진에서 발생하는 고온의 폐가스를 순환하는 열매체 및 유기작동유체와 열교환하여 고온고압의 유기작동유체에 의해 터빈을 회전시킴으로써 전기를 생성하고, 상기 고온고압의 유기작동유체에 의해 회전하여 열에너지를 운동에너지로 변환하는 터빈과, 상기 터빈에 축결합되어 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 발전하는 발전기와, 상기 터빈을 거친 저온저압의 유기작동유체를 냉각 및 응축하여 액체 상태로 변환하는 복수기와, 상기 유기작동유체를 순환하는 펌프와, 상기 고온의 폐가스와 열매체 간에 열교환하는 열교환기와, 상기 복수기를 통과한 유기작동유체를 이용하여 터빈에서 배기된 유기작동유체가 가지고 있는 불안정한 물질상태를 안정화시키는 회복기와, 상기 복수기에서 나와 회복기를 통과하여 예열기로 들어오는 유기작동유체를 증발기에서 예열기로 들어오는 열매체와 상호 열교환하여 가열하는 예열기와, 상기 예열기에서 증발기로 들어오는 유기작동유체를 열교환기에서 증발기로 들어오는 열매체와 상호 열교환하여 고온고압의 증기를 생성하는 증발기로 이루어지는 유기랭킨발전장치를 포함하되;
    상기 유기랭킨발전장치의 앞이나 뒤에 상기 고온의 폐가스로 인한 고압의 나트륨(Na) 증기가 온도차에 의해 베타 알루미나 고체전해질(BASE, Beta-Alumina Solid Electrolyte)을 통과하는 과정에서 Na+ 이온화에 의한 전자발생으로 전기를 생성하는 AMTEC 발전장치와, 상기 고온의 폐가스와 냉각기의 물 또는 공기와의 온도차에 의한 열에너지를 교대로 배치되는 P형 반도체와 N형 반도체의 열전 효과를 이용해 전기에너지로 변환시켜 전기를 생성하는 TEG 발전장치 중 하나 이상이 구비되는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주엔진의 폐가스를 이용하여 주엔진에 압축공기를 보냄으로써 연소효율을 높이고 폐가스를 배기하는 과급기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 AMTEC 발전장치와 유기랭킨발전장치로 이루어지되,
    상기 AMTEC 발전장치는 주엔진에서 발생하는 폐가스나 과급기에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하고, 상기 유기랭킨발전장치는 AMTEC 발전장치에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유기랭킨발전장치와 TEG 발전장치로 이루어지되,
    상기 유기랭킨발전장치는 주엔진에서 발생하는 폐가스나 과급기에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하고, 상기 TEG 발전장치는 유기랭킨발전장치에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유기랭킨발전장치와 2개의 TEG 발전장치로 이루어지되,
    하나의 TEG 발전장치는 주엔진에서 발생하는 폐가스나 과급기에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하고, 상기 유기랭킨발전장치는 하나의 TEG 발전장치에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하며, 다른 하나의 TEG 발전장치는 상기 유기랭킨발전장치에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 AMTEC 발전장치와 유기랭킨발전장치 및 TEG 발전장치로 이루어지되,
    상기 AMTEC 발전장치는 주엔진에서 발생하는 폐가스나 과급기에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하고, 상기 유기랭킨발전장치는 AMTEC 발전장치에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하며, 상기 TEG 발전장치는 유기랭킨발전장치에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 AMTEC 발전장치와 유기랭킨발전장치 및 2개의 TEG 발전장치로 이루어지되,
    상기 AMTEC 발전장치는 주엔진에서 발생하는 폐가스나 과급기에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하고, 하나의 TEG 발전장치는 상기 AMTEC 발전장치에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하며, 상기 유기랭킨발전장치는 하나의 TEG 발전장치에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하며, 다른 하나의 TEG 발전장치는 상기 유기랭킨발전장치에서 배기되는 폐가스를 이용해 전기를 생성하는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 발전장치 중 제일 뒤에 구비된 발전장치에서 나온 폐가스의 열에너지를 이용하여 내부의 물을 가온하는 온수 보일러가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 발전장치 뒤에 각 발전장치에서 생성한 전기의 일부를 선박내 설비의 전원으로 공급하고, 나머지 전기를 충전하는 2차 배터리가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템.
  12. 선박을 추진하는 주엔진에서 발생하는 고온의 폐가스로 내부의 물을 가온하여 온수와 고온고압의 스팀을 만드는 온수 보일러;
    상기 고온고압의 스팀을 이용하여 내부의 증기터빈을 회전하고, 상기 증기터빈에 축결합된 발전기를 회전시켜 전기를 생성하는 증기터빈 발전장치; 및
    상기 증기터빈 발전장치에서 나오는 고온의 스팀을 순환하는 열매체 및 유기작동유체와 열교환하여 고온고압의 유기작동유체에 의해 터빈을 회전시킴으로써 전기를 생성하고, 상기 고온고압의 유기작동유체에 의해 회전하여 열에너지를 운동에너지로 변환하는 터빈과, 상기 터빈에 축결합되어 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 발전하는 발전기와, 상기 터빈을 거친 저온저압의 유기작동유체를 냉각 및 응축하여 액체 상태로 변환하는 복수기와, 상기 유기작동유체를 순환하는 펌프와, 상기 고온의 폐가스와 열매체 간에 열교환하는 열교환기와, 상기 복수기를 통과한 유기작동유체를 이용하여 터빈에서 배기된 유기작동유체가 가지고 있는 불안정한 물질상태를 안정화시키는 회복기와, 상기 복수기에서 나와 회복기를 통과하여 예열기로 들어오는 유기작동유체를 증발기에서 예열기로 들어오는 열매체와 상호 열교환하여 가열하는 예열기와, 상기 예열기에서 증발기로 들어오는 유기작동유체를 열교환기에서 증발기로 들어오는 열매체와 상호 열교환하여 고온고압의 증기를 생성하는 증발기로 이루어지는 유기랭킨발전장치;
    를 포함하는 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 주엔진과 온수 보일러 사이에는 주엔진의 폐가스를 이용하여 주엔진에 압축공기를 보내고, 폐가스를 온수 보일러에 공급하는 과급기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 유기랭킨발전장치나 증기터빈 발전장치 후단에 유기랭킨발전장치나 증기터빈 발전장치에서 생성한 전기의 일부를 선박내 설비의 전원으로 공급하고, 나머지 전기를 충전하는 2차 배터리가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 하이브리드 발전시스템.
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