KR20050044609A

KR20050044609A - 선박 추진 시스템

Info

Publication number: KR20050044609A
Application number: KR1020047008086A
Authority: KR
Inventors: 베른트 왁커
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2005-05-12
Also published as: DE10158805A1; EP1448438A1; WO2003047963A1; US20040262924A1

Abstract

선박 추진 유닛은 하나 이상의 전기 모터, 상기 하나 이상의 전기 모터에 의해서 구동될 수 있는 하나 이상의 추진 유닛과 에너지 발생기 유닛(5), 상기 에너지 발전기 유닛에 의해 상기 하나 이상의 전기 모터는 전기가 공급되고, 구동 유닛으로서 가스 터빈(6)과 전기 에너지를 발생시키기 위한, 상기 가스 터빈(6)에 의해 구동되는 발전기(7)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 그러한 선박 추진 시스템에서는 동일한 전력하에서도 효율이 증가되고, 부피와 중량이 감소함으로써, 그 결과 상기 가스 터빈(6)은 기어박스 없이도 직접 상기 발전기(7)에 연결되고, 상기 발전기(7)는 저온 유닛(8)에 의해서 냉각된, 저온 유지 장치 안에 배열된 고온의 초전도체 극 권선을 포함한 동기식 유닛으로 구현된다.

Description

선박 추진 시스템 {MARINE PROPULSION UNIT}

본 발명은 하나 이상의 전기 모터, 상기 하나 이상의 전기 모터에 의해 구동가능한 하나 이상의 추진 시스템을 구비하고, 구동 장치 및 발전기로서 가스 터빈을 구비한 전력 생산 시스템을 구비한 선박 추진 시스템에 관한 것으로, 상기 전력 생산 시스템에 의해서 상기 하나 이상의 전기 모터에 전력이 공급될 수 있고, 상기 전력 생산 시스템은 전력 생산을 위해 상기 가스 터빈에 의해 구동된다.

이러한 종류의 공지된 선박 추진 시스템에 있어서는, 가스터빈이 전력 생산 시스템용 구동장치로서 사용되고, 각각의 경우에 회전 속도, 압축 비, 기계적인 디자인과 효율 사이의 균형을 최적화하기 위하여 감속 기어박스가 상기 가스 터빈과 발전기 사이에 배열된다. 이러한 경우에, 기어박스 전송률(transmission ratio)이 더 높아질 수록 회전 속도는 더 높아지고, 가스 터빈은 더 작아진다. 전송률이 증가함에 따라 기어 박스의 효율이 지수적으로 감소하고, 이는 기어박스의 효율에서 심각한 역효과를 가져온다.

본 발명은 서두에 언급한 형태의 선박 추진 시스템으로서, 전력 생산 시스템의 효율은 매우 증가하고, 구동 전력을 변화시키지 않으면서도 그 부피 및 무게는 매우 감소하게 되는 선박 추진 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은 상기 가스터빈이 상기 발전기에 어떠한 기어박스도 직접 연결됨이 없이 결합되고, 상기 발전기가 동기식 장치(synchronous machine)이고 저온 냉각 시스템에 의해서 냉각되는 저온 유지 장치 안에 배열된 HTSC(고온 초전도체) 극 권선을 구비함으로써 달성된다. 본 발명에 따른 선박 추진 시스템은 이러한 시스템에 일반적으로 제공되는 50 또는 60 Hz 의 전력 공급 시스템 주파수를 이용하지 않는다. 소정의 기계적인 감속 기어박스가 제거되면 본 발명에 따른 고속 발전기가 더 신뢰할만하고, 더 효율적이며, 소음이 덜 발생하고, 더 가볍도록 하고, 오일 냉각기, 펌프 등과 같은 보조 장치를 덜 구비하도록 하며, 전반적으로 비용을 감소하도록 한다. 동기식 장치 및 HTSC 극 권선을 구비한 장비와 같은 발전기의 형상은 상기 발전기가 선박 추진 시스템에 적합하고 일반적으로 2MW 및 100MW 사이인 속도를 갖도록 발전기를 설계하는 것을 가능하게 한다. 적합한 발전기의 로터부를 구비한 HTSC 극 권선이 존재하기 때문에, 전기자 암페어가 변하고, 에어-갭 유도가 바람직한 정도까지 증가할 수 있다. 본 발명에 따른 선박 추진 시스템에 있어서, HTSC 극 권선을 구비한 동기식 기계의 형태를 띠고 있는 발전기는, 영구자석 여기 형태의 동기식 기계와 달리, 요구되는 무효 성분(wattless component)을 자체적으로 생산하고, 로터부가 더 간결하게 설계될 수 있으면서도, 더 높은 이용 계수(utilization coefficient) 가지고 있다. 이러한 발전기는 99% 이상의 효율성을 달성할 수 있다.

하나의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 전력 생산 시스템은 둘 이상의 가스 터빈을 구비하고, 상기 가스 터빈은 각각 전력을 발생시키기 위하여 연관된 발전기를 구비한다.

바람직하게는 HTSC 극 권선은 발전기의 로터부에 배열된다. 냉각을 위하여 이용가능한 표면적이 비교적 작음에도 불구하고 발전기 속도를 더 증가시키기 위해서는 상기 발전기가, 저온 냉각 시스템에 의해 냉각되는 저온 유지 장치에 배열된 HTSC 권선을 구비한 고정자를 구비하는 것이 유리하다. 본 발명에 따르면, 이는 에어-갭 유도(air-gap induction)가 2T보다 크도록 만든다.

본 발명에 따라 달성될 수 있는 증가된 전기자 암페어 회수(armature ampere turns)에 기인하여, 상기 발전기의 고정자는 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 추가적인 실시예에 따라, 어떠한 강철 슬롯(iron slot)도 구비하지 않을 수 있다. 제공되는 것은 자기 복귀 경로용 강철 요크뿐이다.

본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 발전기는 두개 이상의 권선을 구비할 수 있는데, 이는 고정자부 또는 고정자에서 선회되도록 설계된다. 만일, 50 Hz 또는 60 Hz의 일반 전력 공급 시스템 주파수의 부족으로 인하여, 상기 발전기가 정류기에 의해 DC전압 전력 공급 시스템에 연결된다면, 이때 DC 전압측에서 DC 전압에서의 리플이 거의 발생하지 않도록 한다.

DC전압의 크기는 HTSC 극 권선을 구비한 발전기의 조절가능한 여기(excitation)에 의해 설정될 수 있다. 이는 DC 전압 회로의 전압의 질이 영향을 받도록 한다.

본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 바람직한 실시예에 따르면, 이러한 선박 추진 시스템은 액화 천연 가스 탱크, 액체 질소 탱크, 액체 수소 탱크 등의 갑판 위에 배열되고, 이러한 경우에, 액화 천연 가스, 액체 질소, 액체 수소 등은 저온 냉각 수단을 위한 냉각제로서 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 저온 냉각 시스템안에 사용가능하다. 증발된 형태인 액체 헬륨, 액체 네온 및 액체 질소가 예를 들어, 저온 냉각 수단으로 사용될 수도 있다.

액화 천연 가스, 액체 질소, 및 액체 수소는 각각 1바의 압력에서 -162℃, -196℃ 및 -253℃의 끓는 점을 가지고 있다는 점을 주의해야 하며; 이와 관련하여 액체 네온 및 액체 헬륨의 끓는점은 각각 -246℃ 및 -269℃이다.

추가적으로, 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 가스 터빈은 증발된 액화 천연 가스 수단에 의해 작동할 수 있다.

액화된 천연 가스의 증발동안 생산된 냉 에너지는 추가 적용례, 예를 들어 발전기의 고정자 부분, 컨버터, 냉장된 물품용 냉각 시스템, 공기 조화 시스템등을 위한 냉각을 위하여도 또한 사용될 수 있슴은 자명하다.

본 발명에 따른 선박 추진 시스템에서의 발전기는 컨버터 또는 정류기, 바람직하게는 다이오드 정류기에 연결되는 것이 바람직한데, 이에 의해 발전기의 400Hz까지 범위에 있는 높은 발전 주파수가 DC전압 전력 공급 시스템을 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 발전기에 의해서 생성되는 주파수는 102Hz, 131Hz, 183Hz, 208Hz, 또는 375Hz 일 수 있다.

부하는 인버터를 통하여 DC전압 전력 공급 시스템에 연결되는 것이 바람직하다.

만일 열 교환 유닛이 액체 연료 탱크로부터 가스터빈으로 연료공급 라인 안에 배열된다면, 이러한 열 교환 유닛 안의 액체 연료에 의해서 저온 냉각 시스템용 저온 냉각 수단, 예를 들면, 액체 질소를 냉각시킬 수 있다. 혼합된 냉각 기계를 작동하거나 열 플레이트를 제공하는 것이 가능하다.

제 2 열 교환 유닛이 액체 연료 탱크로부터 가스 터빈으로 연료 공급 라인 안에 제공되는 것이 바람직하고, 이때 연소 공기 공급 라인을 통하여 가스 터빈으로 공급되는 제 2 열 교환 유닛 연소 공기는 액체 연료에 의해 냉각될 수 있는데, 즉 액화 천연 가스는 연소 공기에 의해 가열될 수 있다.

만일 제 3 열 교환 유닛이 연료 공급 라인에 배열된다면, 에너지 변환을 위한 냉각 시스템의 냉각 수단은 이에 의해 냉각될 수 있다.

식료품 등과 같은 것을 냉각하는 장치에 사용되는 냉각 수단은 추가의 제 4 열 교환 유닛에 의해 냉각될 수 있다.

본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 추가적인 실시예에 따라, 제 5 열 교환 유닛이 액체 연료 탱크로부터 가스 터빈으로 연료공급 라인 안에 배열되고, 상기 제 5 열 교환 유닛에 의해, 공기 조화시스템 등을 위한 상기 발전기 및 상기 냉각 수단 또는 그들 중 어느 하나와 연계된 냉각수 회로가 냉각될 수 있다.

제 6 열 교환 유닛은 상기 발전기에 연계된 증기 터빈의 입력측과 출력측 사이의 물 및 증기 회로에서 재순환하는 증기 및 물 또는 이들 중 어느 하나에 의해 연료를 가열하기 위하여 사용될 수 있다.

연료는 연료 교환 유닛을 통하여 가스 터빈용 버너로 공급되는 것이 바람직하다.

과정을 시작하기 위하여, 또는 열교환 유닛이 이용가능하지 않은 경우에, 연료 교환 유닛이 제 2 열 교환 유닛의 하류로 뻗은 관다발에 의해 연결되는 것이 바람직한데, 이때 과열기가 상기 관다발에 배열되고, 이에 의해 상기 가스 터빈에서의 연소를 위하여 적합한 온도로 연료가 가열될 수 있다.

표준 연료 저장 수단을 제공하기 위하여, 또한 가스 모터가 상기 연료 충전 유닛에 연결되는 것이 바람직한데, 상기 연료 충전 유닛의 가스 모터에 의해 대기 또는 비상 발전기가 구동될 수 있다. 이는 시작 모드, 예를 들어 정박 작업을 위한대기 모드, 및 비상 모드를 제공하는 것을 가능하게 한다. 그러한 가스 모터는 둘 또는 그 이상일 수 있다.

추가적으로 연료 전지 스택이 제공될 수 있고, 이는 이와 마찬가지로 천연 가스를 사용하여 작동될 수 있고, 가스 모터와 같은 동일한 작업을 수행할 수 있다.

제 7 열 교환 유닛은 상기 가스 터빈을 통하여 출력 라인에 배열되는 것이 바람직한데, 상기 제 7 열 교환 유닛에 의해서 상기 가스 터빈으로부터 온 배기 가스로부터의 열 에너지는 제 6 열 교환 유닛의 하류 및 상기 증기 터빈의 입구의 상류에 위치한 상기 증기 터빈의 물 및 증기 회로로 전달가능하다.

이러한 제 7 열교환 유닛은 천연 가스에 의해서 작동되는 추가 버너를 구비한 보일러로서 설치될 수 있는 것이 바람직한데, 이러한 경우에는 제 7 열 교환 유닛의 작동을 위하여 가스터빈을 작동할 필요가 없다.

추가 가열 회로가 상기 제 7 열 교환 유닛 내의 가스 터빈으로부터 온 배기 가스로부터 열에너지를 공급받을 수 있는 것이 바람직한데, 이러한 경우에 이러한 가열 회로는 수영장의 작동, 공기 조화 시스템, 세탁소, 음식 준비 등을 위하여 물을 제어하는데 사용될 수 있다.

추가적인 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 전력 발생 시스템은 추가 전력 공급 시스템를 구비하고, 이는 종래의 50Hz 또는 60 Hz AC 전력 공급 시스템이다.

전력 발생 시스템의 DC전압 전력 공급 시스템은 AC/DC컨버터를 통하여 종래의 50Hz 또는 60Hz AC 전력 공급 시스템에 연결될 수 있다.

상기 AC/DC컨버터는 하나 또는 그 이상의 회전 또는 고정 컨버터를 구비할 수 있다.

만일 본 발명에 따른 선박 추진 시스템이 전력 공급을 위한 구동 유닛으로서 추가적인 독립 디젤 발전기 세트를 구비하고 있다면, 하나 이상의 디젤 발전기 안의 디젤 엔진은 가스 터빈으로의 연소 공기 공급 라인에 연결되는 것이 바람직하다.

추가적으로, 하나 이상의 디젤 발전기 세트 안의 디젤 엔진은 상기 제 7 열 교환 유닛에 연결된 가열 회로 안에 일체로 형성될 수 있다.

원칙적으로, 액화된 또는 증발된 천연 가스, 액체 또는 가스 수소, 액체 또는 가스 질소 등을 냉각 수단 또는 연료로서 사용하는 것이 가능하고, 본 발명에 따른 선박 추진 시스템은 관련 액체 연료 탱크를 구비한 선박의 보드에 배열된다.

본 발명은 도면을 참고하여 실시예를 사용하여 하기 내용에서 더 자세하게 설명될 수 있는데, 이 때:

도 1은 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 제 1 실시예의 전력 생산 시스템의 기본 도면이고;

도 2는 본 발명에 따른 선박 추진 시스템용 전력 생산 시스템에 대하여, 도 1로부터 수정된 실시예를 도시하고 있으며;

도 3은 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 전력 공급 시스템의 제 1 실시예를 도시하고 있으며; 그리고

도 4는 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 전력 공급 시스템의 도 3으로부터 수정된 실시예를 도시하고 있다.

도 1 내지 4에서 다수개의 대안적인 실시예로 도시된, 본 발명에 따른 선박 추진 시스템은 도 3 및 4에 보여지는 바와 같이, 두개의 전기 모터(1, 2)를 구비하고, 실시예에 도시된 것과 같이 그 각각이 개별적인 선박 프로펠러(3, 4)에 의해서 형성된 추진 시스템을 구동한다.

도 1에 도시된 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 실시예에서, 전기 모터(1, 2)는 구동 기계로서 가스 터빈(6)을 구비한 전력 발생 시스템(5)에 의해 전력이 공급된다.

상기 가스 터빈(6)은 발전기(7)의 로터 부분에 어떠한 기어박스 없이 직접 연결된다.

이러한 로터 부분에서, 발전기(7)는 HTSC(고온 초전도체) 극 권선을 구비하고, 이는 도 1에서 외형성으로만 도시된, 저온 냉각 시스템(8)에 의해서 자체가 냉각되는 저온 유지 장치 안에 배열된다.

도 1에서 보여지는 선박 추진 시스템의 실시예에서는, 액화 천연 가스 탱크(9)를 구비한 액화 천연 가스 탱크의 구성 요소들이 나타나 있다. 최초에 액화된 형태이고, 액화된 천연 가스 탱크(9)로부터 수용되는 천연 가스는 가스 터빈(6)용 연료로서 사용된다.

대안적으로, 연료로서 액화된 천연 가스 대신에 액화 수소를 사용하는 것도 물론 가능하다.

상기에서 이미 언급한 바와 같이, 도 1에서 보여지는 실시예의 경우에 있어서, 가스 터빈(6)은 액화 천연 가스 탱크(9)로부터 수용된 천연 가스로부터 전력이 공급된다. 이를 위하여, 액화 천연 가스는 연료 공급 라인(10)을 통하여 연료 충전 유닛(11)으로 공급되고, 상기 연료 공급 라인(10)에 의해 천연 가스는 가스 터빈(6)용 버너(12)에 공급될 수 있다.

액화 천연 가스는 하기에서 서술되는 장치 부분에 의해서 연료 공급 라인(10)에서 증발되고, 이때 생산된 냉 에너지는 저온 냉각 시스템(8)을 작동할 뿐만 아니라, 냉각을 위한 추가적인 구성부, 예를 들어 발전기(7)의 고정자 부분, 컨버터, 냉장 물품용 냉각 시스템, 공기 조화 시스템 등을 위하여 사용된다.

액화 천연 가스 탱크 측의 단부에 가깝게, 제 1 열 교환 유닛(13)에는 연료 공급 라인(10)이 제공되고, 상기 제 1 열 교환 유닛(13)에서 저온 냉각 시스템(8)용 냉각 수단은 예를 들어, 액화 질소일 수 있는데, 액화 천연 가스에 의해서 냉각될 수 있다.

천연 가스의 유동 방향에서 제 1 열 교환 유닛(13)의 하류에, 제 2 열 교환 유닛(14)이 연료 공급 라인(10)안에 배열되고, 가스 터빈(6)의 압축기(16)를 위한 공기 입구로 연소 공기가 지나가는 연소 공기 공급 라인(15)에 일체로 형성된다. 제 2 열 교환 유닛(14)에서, (연소 공기 공급 라인(15)으로 들어갈 때 -40℃와 +40℃사이의 온도인) 연소 공기는 천연 가스를 가열하는데 사용된다.

상기 제 2 열 교환 유닛(14)의 하류에, 제 3 열 교환 유닛(17)이 연료 공급 라인에 배열되고, 상기 제 3 열 교환 유닛에 의해서 (도 12에서 외형선으로만 도시된) 냉각 시스템(18)용 냉각 수단은 에너지 변환을 위하여 냉각될 수 있다.

제 4 열 교환 유닛(19)은 연료 공급 라인(10) 안에서 상기 제 3 열교환 유닛(17)의 하류에 배열되고, 상기 제 4 열교환 유닛에 의해서, 도 1에 외형선으로만 도시된 식료품 등을 위한 냉각 장치(20)용 냉각 수단이 냉각될 수 있다.

냉각 용수 회로 시스템(22)은 연료 공급 라인(10)에서 제 4 열 교환 유닛(19)의 하류에 배열된 제 5 열 교환 유닛(21)안에서 냉각될 수 있는데, 이러한 냉각 수 회로 시스템(22)은 상기 발전기(7)와 관련된 냉각 수 회로(23)를 구비한다. 냉각 수 회로 시스템(22)의 잔여 부분은 도 1에서 외형선 형태로만 도시되고, 예를 들어 공기 조화 시스템 등의 구성 요소일 수 있다.

천연 가스는 제 6 열 교환 유닛(24)에서 추가로 가열되는데, 상기 제 6 열 교환 유닛은 연료 공급 라인(10)에서 제 5 열 교환 유닛(21)의 하류에 배열된다. 이러한 제 6 열 교환 유닛(24)은 물 및 증기 회로(25)에 일체로 형성되고, 이는 증기 터빈(26)을 구동하는데, 이는 마찬가지로 발전기(7)의 로터 부분에 작용한다. 상기 제 6 열 교환 유닛(24)은 상기 증기 및 물의 유동 방향에서 증기 터빈(26)의 입력측과 출력측의 사이에 이러한 물 및 증기 회로(25)에 배열된다. 천연 가스는 이러한 제 6 열 교환 유닛(24)에서 연소를 위하여 적합한 온도까지 증가한다. 제 6 열 교환 유닛(24)은 증기 터빈(26)을 위한 컨덴서일 수 있다. 상기 천연가스는 상기 제 6 열 교환 유닛(24)으로부터 상기 연료 충전 유닛(11)으로 지나가는데, 상기 연료 충전 유닛은 상기 버너(12)의 상류에 연결된다. 연료 충전 유닛(11)은 상기 제 2 열 교환 유닛(14)의 하류에 배열된 연료 공급 라인(10)의 섹션으로 통하는 관다발(27)에 의해 연결된다. 과열기(28)가 상기 관다발(27)에 배열되고, 상기 관다발에 의해 상기 천연 가스는 열 교환 유닛이 가용하지 않을 때, 또는 상기에서 서술한 시스템이 시작되는때에 조차 상기 가스 터빈(6)에서 연소에 적합한 온도로 가열될 수 있다.

상기 가스 터빈(6)용 버너(12)에의 연결은 별도로 하더라도, 또한 상기 연료 충전 유닛(11)은 예를 들어, 대기 또는 비상 발전기(30)를 구동하고, 2MW까지의 속도를 가질 수 있는 가스 모터(29)에 연결되고, 상기 가스 모터(29)는 시작 모드, 예를 들어 정박작업을 위한 대기 모드 및 긴급 모드를 위하여 제공된다. 물론, 둘 또는 그 이상의 가스 모터(29)가 또한 제공될 수 있다.

추가적으로, 도 1에서 보여지는 실시예에서, 연료 전지 스택(32)은 리포머(reformer)(31)를 통하여 상기 연료 충전 유닛(11)에 연결되고, 상기 연료 충전 유닛(11)은 이와 마찬가지로 천연가스를 사용하고, 예를 들어, 가스 모터(29)와 같은 일을 수행할 수 있다.

이미 상기에서 언급한 바와 같이, 만일 액화 천연 가스 대신에 액체 수소가 사용된다면, 상기 연료 전지 스택(32)의 상류에 상기 리포머(31)가 전혀 필요없다.

제 7 열 교환 유닛(34)은 가스 터빈(6)으로부터 출구 라인(33)에 배열된다. 이러한 제 7 열 교환 유닛(34)은, 도시된 실시예에서 증기 발생기의 형태이고, 상기 증기 터빈(26)과 연계된 물 및 증기 회로(35)에서 증기 발생기를 위한 가스 터빈(6)으로부터 온 배기 가스로부터 열 에너지를 추출하는데 사용될수 있다.

제 7 열 교환 유닛(34)은 상기 증기 터빈(26)의 물 및 증기 회로(25) 안에 증기 터빈(26)의 입구의 상류 및 상기 제 6 열 교환 유닛의 하류에 배열된다, 제 7 열 교환 유닛 및 상기 증기 발생기(34) 또는 그들 중 어느 하나는 또한 추가 버너를 구비한 보일러의 형태일 수 있고, 이러한 경우에 천연 가스는 이와 마찬가지로 연료로서 사용될 수 있으며, 상기 가스 터빈(6)의 작동은 필요하지 않다.

도 1에서 보여지는 실시예와 같이, 제 7 열 교환 유닛(34)이 사용될 수 있는데, 이는 상기 가스 터빈(6)으로부터 온 배기 가스로부터 열 에너지를 구비한 추가 가열 회로(35)를 공급하기 위함이다. 이러한 가열 회로(35)는 예를 들어, 물의 조절, 수영장의 작동, 공기조화 시스템, 세탁소, 주방을 작동하는 등의 여러가지 목적을 위하여 사용될 수 있다.

발전기(7)는 이와 마찬가지로, 그 정류자 부분에 HTSC 권선을 구비할 수 있는데, 저온 유지 장치는 이와 마찬가지로, 저온 냉각 시스템(8)에 의해서 냉각될 수 있다.

고정자 또는 고정자 부분에서, 상기 발전기(7)는 선회되도록 설계되는 둘 또는 그 이상의 권선을 구비할 수 있다. 그 결과 DC 전압 측에서 DC전압에 거의 리플(ripple)이 발생하지 않는다. DC전압의 크기는 발전기(7)의 여기를 제어함으로써 설정되는데, 이는 동기식 기계의 형태이다. 이는 DC전압 회로에서 전압의 질을 향상시킨다.

도 2에 도시된 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 실시예는 하나 이상의 독립적인 디젤 발전기 세트(36)가 제공된다는 점에서 본질적으로 도 1에 도시된 실시예와 구별된다. 도 1에서 보여지는 가스 모터(29)를 구비한 실시예와 같이, 이러한 디젤 발전기 세트(36)가 예를 들어, 시작 모드, 대기 작동, 및 비상 작동을 위하여 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 추가적인 디젤 연료 탱크가 요구된다. 그럼에도 불구하고 연료 전지 스택(32) 및 가스 모터(29)rk 제공될 수 있다.

상기 디젤 발전기 세트(36)의 디젤 엔진(37)은, 도 2에 도시된 실시예에서, 가스 터빈(6)용 연소 공기 공급 라인(15)에 연결된다.

추가적으로, 상기 디젤 엔진(37)은 가열 회로(35)에 일체로 형성되는데, 이는 제 7 열 교환 유닛(34)에 연결된다. 한편, 이는 가열 회로(35)에서 작동하는 동안 디젤 엔진(37)으로부터 열 손실을 사용하는 것을 가능하도록 만든다. 다른 한편으로, 상기 디젤 엔진(37)은 대기 모드에서 예열될 수 있다.

두개의 발전기(7)가 (도 3에 보여지는 바와 같이) 선박 추진 시스템용 전력 공급 시스템에 제공되고, 조합된 가스 및 증기 터빈 시스템(38)에 의해서 동일한 방법으로 작동된다. 그 결과, 상기 발전기(7)는 보통보다 더 높은 주파수를 생성하기 때문에, 그것은 관련된 컨버터 또는 다이오드 정류기의 형태인 정류기(39)를 구비할 수 있다. 이는 선박 추진 시스템용 DC 전압 전력 공급 시스템(40) 또는 전기적 추진 시스템에 연료를 공급한다.

예를 들어, 선박 프로펠러(3, 4)용 전기 모터(1, 2)에 연결된 부하 또는 장비는 인버터(41, 42)를 통하여 DC 전압 전력 공급 시스템(40)으로부터 연료가 공급된다.

또한 가스 모터는 DC전압 전력 공급 시스템(40)에 연결될 수 있고, 이와 마찬가지로 동시에 컨버터가 사용된다.

인버터, 예를 들어, 전기 모터(1, 2)와 연계된 인버터(41, 42)는 DC전압 전력 공급 시스템(40)으로부터 온 DC전압을 부하에 의해서 요구되는 바와 같이, 동일한 주파수 또는 변형가능한 주파수에서의 AC 전압으로 전환하도록 사용된다.

도 4에서 도시된 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 전력 공급 시스템의 실시예에서, 전력 발전기 시스템(5)은 DC전압 전력 공급 시스템(40)에 추가하여 종래의 50Hz 또는 60Hz AC 전압 전력 공급 시스템(43)을 구비하고 있다. 상기 DC 전압 전력 공급 시스템(40)은 또한 도 4에서 보여지는 실시예에서 둘 또는 그 이상의 조합된 가스 및 증기 터빈 시스템(38)을 구비한다. AC전력 공급 시스템(43)이 도 4에 도시된 실시예에서 두개의 디젤 발전기 세트(36)에 의해 연료가 공급된다.

상기 전력 발생기 시스템(5)에서의 DC전압 전력 공급 시스템(40)은, 도 4에서 도시된 실시예에서, 종래의 AC전력 공급 시스템(43)에 AC/DC 컨버터(44)를 통하여 연결된다. 상기 AC/DC컨버터(44)는 하나 또는 그 이상의 회전 또는 고정 컨버터를 구비할 수 있다.

Claims

하나 이상의 전기 모터(1, 2)와 상기 하나 이상의 전기 모터(1, 2)에 의해서 구동될 수 있는 하나 이상의 추진 시스템(3, 4)을 구비하고, 상기 하나 이상의 전기 모터에 전기를 공급할 수 있고 가스 터빈(6)을 구동장치로서 구비한 전력 발생기 시스템(5)과 전력의 생산을 위하여 상기 가스 터빈(6)에 의해서 구동되는 발전기(7)를 구비한 선박 추진 시스템에 있어서,

상기 가스 터빈(6)은 어떤 기어박스에도 연결되지 않고 직접 상기 발전기(7)에 연결되고, 상기 발전기(7)는 동기식 장치이고 저온 냉각 시스템(8)에 의해서 냉각되는 저온 유지 장치에 배열된, HTSC(고온 초전도체) 극 권선을 구비한 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 전력 발생기 시스템(5)은 전력 생산을 위해 각각 연계된 발전기(7)를 구비한 두개 이상의 가스 터빈(6; 38)을 구비한 선박 추진 시스템.
제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 HTSC 극 권선은 상기 발전기(7)의 로터 부분에 배열된 선박 추진 시스템.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전기(7)는 상기 저온 냉각 시스템(8)에 의해서 냉각된 저온 유지 장치 안에 배열된 고정자 부분에 HTSC 극 권선을 구비한, 선박 추진 시스템.
제 4항에 있어서, 상기 발전기(7)의 고정자 부분은 강철 슬롯을 구비하지 않은, 선박 추진 시스템.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 부분 또는 상기 발전기(7)의 고정자 부분은 회전되도록 설계된 둘 또는 그 이상의 권선을 구비한, 선박 추진 시스템.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전기(7)의 여기는 상기 HTSC 극 권선에 의해서 제어될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선박 추진 시스템은 액화 천연 가스 탱크, 액체 질소 탱크, 액체 수소 탱크 등의 갑판 위에 배열되고, 상기 저온 냉각 시스템(8)에서는, 예를 들어 증발된 액체 질소, 액체 헬륨 또는 액체 네온, 액화 천연 가스, 액체 질소, 액체 수소 등이 저온 냉각 수단용으로 냉매로서 사용될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 1항 내지 제 8항중 어느 한 항에 있어서, 상기 선박 추진 시스템은 액화 천연 가스 탱크의 갑판위에 배열되고, 상기 가스 터빈(6)은 증발된 액화 천연 가스에 의해 작동될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 8항 또는 제 9항에 있어서, 액화 천연 가스의 증발동안 생산된 냉 에너지는 예를 들어, 발전기(7)의 고정자 부분, 컨버터(39), 냉장 물품, 공기 조화 시스템용 냉각 시스템 등을 위한 추가적인 냉각 장치에 사용될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 1 항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전기(7)에는 컨버터 또는 정류기, 바람직하게는 다이오드 정류기(39)가 연결되고, 상기 컨버터 또는 정류기에 의해, 400Hz까지의 범위 내에 있는 상기 발전기(7)의 고 발생 주파수가 DC전압 전력 공급 시스템(40)의 형태로 사용될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 11항에 있어서, 상기 부하(1, 2)는 인버터(41, 42)를 통하여 DC 전압 전력 공급 시스템(40)에 연결된, 선박 추진 시스템.
제 8항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 연료 탱크(9)로부터 상기 가스 터빈(6)으로의 연료 공급 라인(10) 안에 열 교환 유닛(13)이 배열되고, 상기 열 교환 유닛(13) 내부에, 저온 냉각 시스템(8)을 위한 예컨대 액체 질소와 같은 저온 냉각 수단이 액체 연료 탱크에 의해 냉각될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 8항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 연료 탱크(9)로부터 상기 가스 터빈(6)으로의 상기 연료 공급 라인(10)안에 제 2 열 교환 유닛(14)이 배열되고, 상기 제 2 열 교환 유닛(14) 안에, 연소 공기 공급 라인(15)을 통하여 가스터빈(6)으로 공급되는 연소 공기가 상기 액체 연료 탱크에 의해 냉각될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 8항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 연료 탱크(9)로부터 상기 가스 터빈(6)으로의 상기 연료 공급 라인(10)안에 제 3 열 교환 유닛(17)이 배열되고, 상기 제 3 열 교환 유닛(17)에 의해서 에너지 전환을 위한 냉각 시스템의 냉각 수단이 냉각될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 8항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 탱크(9)로부터 상기 가스 터빈(6)으로의 상기 연료 공급 라인(10)에 제 4 열 교환 유닛(19)이 배열되고, 상기 제 4 열 교환 유닛(19)에 의해서 식료품 등을 위한 냉각 장치의 냉각 수단이 냉각될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 8항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 연료 탱크(9)로부터 상기 가스 터빈(6)으로의 상기 연료 공급 라인(10)안에 제 5 열 교환 유닛(21)이 배열되고, 상기 제 5 열 교환 유닛(21)에 의해서 발전기(7) 및/또는 공기 조화 시스템 등을 위한 냉각 수단과 관련된 냉각수 회로가 냉각될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 8항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 연료 탱크(9)로부터 상기 가스 터빈(6)으로의 상기 연료 공급 라인(10)안에 제 6 열 교환 유닛(24)이 배열되고, 상기 제 6 열 교환 유닛(24)에 의해서 상기 연료는 상기 발전기(7)와 연계된 증기 터빈(26)의 출구측과 입구측 사이에서 물 및 증기 회로(25)안에서 재활용되는 증기 및/또는 물에 의해 가열될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 8항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 연료 탱크(9)로부터 상기 가스 터빈(6)으로의 상기 연료 공급 라인(10) 안에서, 연료 충전 유닛(11)이 상기 가스 터빈(6)을 위한 버너(12)의 상류에 직접 배열되는, 선박 추진 시스템.
제 19항에 있어서, 상기 연료 충전 유닛(11)은 상기 제 2 열 교환 유닛(14)의 하류측으로 관다발(27)에 의해 연결되고, 상기 관다발(27) 안에 과열기(28)가 배열되고, 상기 과열기에 의해 상기 연료는 상기 가스 터빈(6)에서 연소에 적합한 온도로 가열될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 19항 또는 제 20항에 있어서, 상기 연료 충전 유닛(11)에 가스 모터(29)가 연결되고, 상기 가스 모터(29)에 의해 대기 또는 비상 발전기(30)가 구동될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 19항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 충전 유닛(11)에 리포머(31)를 통하여 연료 전지 스택(32)이 연결된, 선박 추진 시스템.
제 18항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 터빈(6)으로부터 출구 라인(33)에 제 7 열 교환 유닛(34)이 배열되고, 상기 제 7 열 교환 유닛(34)에 의해서, 상기 가스 터빈(6)으로부터 온 배기 가스로부터의 열에너지가 상기 제 6 열 교환 유닛(24)의 하류 및 상기 증기 터빈(26)으로의 입구 상류의, 증기 터빈(26)의 물 및 증기 회로(25)로 전달될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 23항에 있어서, 상기 제 7 열 교환 유닛(34)은 천연 가스에의해서 작동되는 추가 버너가 보일러로서 설치된, 선박 추진 시스템.
제 23항 또는 제 24항에 있어서, 상기 제 7 열 교환 유닛(34) 안에서 상기 가스 터빈(6)으로부터 온 상기 배기 가스로부터 추가 가열 회로(35)가 열에너지를 공급받을 수 있고, 이 때, 상기 가열 회로(35)는 수영장의 작동, 공기 조화 시스템, 세탁소, 음식 준비 등을 위한 용수의 조절을 위해 사용될 수 있는, 선박 추진 시스템.
제 1항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 발생기 시스템(5)은 공지의 50Hz 또는 60Hz AC 전력 공급 시스템(43)인 추가 전력 공급 시스템을 구비한, 선박 추진 시스템.
제 26항에 있어서, 상기 전력 발생기 시스템(5)의 DC 전압 전력 공급 시스템(40)은 공지의 50Hz 또는 60Hz AC 전력 공급 시스템(43)으로 AC/DC 컨버터(44)를 통하여 연결된, 선박 추진 시스템.
제 27항에 있어서, 상기 AC/DC 컨버터(44)는 하나 또는 그 이상의 회전 컨버터를 구비한, 선박 추진 시스템.
제 27항에 있어서, 상기 AC/DC컨버터(44)는 하나 또는 그 이상의 고정 컨버터를 구비한, 선박 추진 시스템.
제 1항 내지 제 29항 중 어느 한항에 있어서, 하나 이상의 추가적인 독립 디젤 발전기 세트(36)가 제공되는, 선박 추진 시스템.
제 30항에 있어서, 상기 하나 이상의 디젤 발전기 세트(36) 안의 디젤 엔진(37)이 상기 가스 터빈(6)으로 연결된 연소 공기 공급 라인(15)에 연결된, 선박 추진 시스템.
제 31항에 있어서, 상기 하나 이상의 디젤 발전기 세트(36)안의 상기 디젤 엔진(37)은 상기 제 7 열 교환 유닛(34)으로 연결된 가열 회로(35)안에 일체로 형성된, 선박 추진 시스템.