KR20060049344A - 열전기력 유니트와 액상으로 저장된 천연가스를 사용하는에너지시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화천연가스를 수용하는 적어도 하나의 탱크(3)에 액상으로 저장된 천연가스를 연료로 사용하는 에너지시스템에 관한 것으로, 시스템은 액화천연가스(1a) 또는 천연가스증기(1b)를 가열하는 가열설비(15)를 갖춘 공급설비(13)와 로타리식 전기기기(9)를 구비한 열전기력 유니트(5)를 사용하는바, 이 시스템은 추가로 로타리식 전기기기(9)을 냉각하는 냉각설비(11)에 결합된 제1열교환기시스템(25)과 가열설비(15)에 결합된 제2열교환기시스템(27)으로 이루어지며, 제1열교환기시스템(25)은 냉각설비(11)에서 가열설비(15)로 열을 전달하기 위해 제2열교환기(27)에 연결되어 있다.

Description

열전기력 유니트와 액상으로 저장된 천연가스를 사용하는 에너지시스템{An energy system making use of a thermoelectric power unit and natural gas stored in liquid form}

도 1은 액상으로 저장된 천연가스를 사용하고 본 발명에 따른 냉각설비를 갖춘 제1열교환기와 가열설비를 갖춘 제2열교환기로 이루어진 에너지시스템의 개략적인 도면이다.

도 2는 제1열교환기가 제2열교환기시스템보다 낮은 높이로 배치되어 있는 도 1의 변형예를 도시한 도면이다.

도 3은 가스 파이프라인을 공급하고 본 발명의 에너지시스템을 구비하는 재가스화터미널의 개략적인 도면이다.

도 4는 도 2로 도시된 바와 같이 열교환기시스템을 구비한 전기추진되는 메탄유조선의 개략적인 도면이다.

도 5는 종래기술에 따른 에너지시스템의 개략적인 도면이다.

본 발명은 로타리식 전기기기를 구비한 열전기력 유니트에 에너지를 공급하는 분야에 관한 것으로, 특히 전기를 생산하는 선박 또는 시스템에 로타리식 전기기기를 냉각하는 에너지시스템에 관한 것이다.

전기추진될 선박, 특히 메탄유조선은 연료로서 액상으로 저장된 천연가스를 사용한다.

이러한 유형의 선박에서는, 천연가스가 약 -160℃의 온도와 대기압에서 액체상태로 운송된다. 화물을 수용한 탱크가 비록 열적으로 단열되었어도, 단열에 따른 열통과 때문에 화물의 비율이 매일 통상적으로 0.1~0.3%씩 증발한다.

선박이 운항중일 경우에, 유사한 천연가스증기는 선박의 적어도 추진부에 제공되는 연료로써 사용되는 것이 바람직하다. 최근까지, 이러한 메탄유조선은 스팀추진되었다. 스팀을 만드는 보일러는 천연가스로 작동하는 버너와 중연료(heavy fuel)로 작동하는 버너를 갖춘다. 선박에 필요한 에너지와 화물에서 발산되는 천연가스증기의 비율 때문에, 스팀생성은 중연료용 버너로 공급될 전력과 더불어 천연가스증기로 공급될 전력을 사용하기 위해 조정될 수 있다.

또한, 조합형태의 추진은 선박의 필요로 하는 에너지가 보일러로 공급될 전력보다 적을 때에는 대기단계 도중에 또는 스팀가 느리게 생성될 때에 일어날 수 있기에 초과증기를 선박의 추진시스템을 대신하여 응축기에 직접 노출시킨다.

그럼에도 불구하고 이러한 추진유형은 특히 디젤유(diesel oil), 가스터빈 또는 중연료를 갖춘 디젤을 기본으로 한 추진시스템보다 작은 효율을 갖고, 대형의 기계실로 인해 선체크기에서 화물에 가용될 수 있는 용적을 줄여야 하며, 상대적으로 일반적이지 않은 기술을 기본으로 한 추진이기에 유지와 승무원의 교육에 어려움을 갖는 등의 단점을 갖는다.

그러므로 이러한 형태의 추진은 선박의 에너지요구량이 흡수될 증기로 충당되지 않을 때마다 화물에서 발산될 천연가스증기를 재액화하거나 소진시킬 수 있는 설비에 연결된 디젤엔진 또는 가스터빈을 사용하는 기술과 현재 경합중이다. 엔진과 터빈은 하나 이상의 추진모터에 전력을 공급하도록 교대로 사용될 전기발전기를 구동하기 위한 연료로써 천연가스 또는 연료유를 사용할 수 있다.

가용가능한 천연가스증기는 선박의 열에너지요구량을 제공하기에는 불충분할 경우 연료유에서 추가적인 에너지를 취하는 대신에, 액상에서 증발되어 탱크에서 직접적으로 펌핑된 액화천연가스를 취한다.

매우 차가운 온도(대략 -130~160℃)와 매우 낮은 압력의 탱크에서 취해진 천연가스증기와 액화천연가스는 선박의 추진시스템에서 직접적으로 사용될 수 없다. 그러므로 사용하기 전에 주변온도와 유사하게 온도가 상승되고 수 바아(bar)의 압력으로 압축시킬 필요가 있다.

도 5는 종래기술에 따른 메탄유조선용 전기추진시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

시스템은 탱크(103)에서 발산된 천연가스증기(101b)를 취하는 제1서킷(119)로 이루어진다. 천연가스증기(101b)는 하나 이상의 압축기(117)에 직접 안내된 다음에 선박의 추진시스템의 엔진(107)에 맞는 온도와 압력으로 증기를 맞추기 위해 서 열교환기(115a)로 가열된다.

선박의 요구량에 필요한 추가적인 에너지를 제공하기 위해서, 시스템은 액화천연가스(101a)를 취하는 제2서킷(121)을 구비하되, 제2서킷은 하나 이상의 액화천연가스탱크(101a)에 침수될 하나 이상의 펌프(123)와 엔진(107)에 맞는 온도와 압력으로 액화가스(105a)를 올리는 다른 가열용 열교환기(115b)로 이루어진다.

열교환기(115a,115b)는 열원(201;증기 또는 전기)로부터 열을 공급받아서 천연가스증기(101b)와 액화천연가스(101a)가 가열될 수 있다.

선박의 추진시스템은 파워 일렉트로닉스(109c;power electroincs)를 매개로 공급된 전기모터(109c)와 커플러 또는 감속기어박스(145)를 매개로 구동하는 하나 이상의 프로펠러(147)로 이루어진다.

덧붙여서, 모터(109b), 교류발전기(109a) 및 파워 일렉트로닉스(109c)는 공기와 물을 이용한 냉각시스템(203b,203a,203c)으로 냉각된다.

그럼에도 불구하고, 이러한 전기추진시스템의 에너지효율은 높지 않다.

그러므로, 본 발명은 열전기력 유니트를 구비하고 액상으로 저장된 천연가스를 사용하는 에너지시스템의 효율을 향상시키는 것이다.

다른 목적은 신뢰도와 안전도를 향상하는 한편 시스템의 전반적인 크기를 줄이는 것이다.

또 다른 목적은 유지보수가 용이하고 비용을 저감시키는 것이다.

이러한 목적들은 액화천연가스를 저장하고 있는 적어도 하나의 탱크에서 액상으로 저장된 천연가스를 연료로 사용하는 에너지시스템으로 성취가능하되, 시스템은 액화천연가스 또는 천연가스증기를 가열하고 로타리식 전기기기를 구비한 열전기력 유니트를 사용하는 가열설비를 갖춘 공급설비로 이루어지며, 이 시스템은 추가로 로터리식 전기기기를 냉각하는 냉각설비에 결합된 제1열교환기시스템과 가열설비에 결합된 제2열교환기시스템을 구비하는바, 제1열교환기시스템은 냉각설비에서 가열설비로 열을 전달하기 위해서 제2열교환기에 연결된다.

그러므로, 전기추진모터와 다른 전기구성부재의 작동온도를 줄이기 위해서는 탱크에서 발산될 천연가스증기와 상기 탱크에서 취해질 액화천연가스르 사용하는 열흡수장치(heat sink)의 비율로서 효율이 현적하게 향상되고 비용과 크기를 줄인다.

덧붙여서, 본 발명은 천연가스의 재가스화 또는 가열하는 로타리식 전기기기의 구성부재에서의 열손실을 사용하여 시스템의 에너지비축량을 현저하게 향상시킬 수 있다.

바람직하기로, 각각의 제1 및 제2열교환기시스템은 다수의 열교환기로 이루어져 있다.

제1열교환기시스템과 제2열교환기시스템 사이의 연결이 2개의 상을 갖는 냉매를 함유한 적어도 하나의 열전달서킷으로 이루어진다.

바람직하기로, 제1열교환기시스템은 증발기시스템으로 되어 있고 제2열교환기시스템은 응축기시스템으로 되어 있으며, 냉매가 제1열교환기시스템에서는 가스 상으로 존재하고 제2열교환기시스템에서는 액상으로 존재하여, 냉매가 단지 중력의 영향으로 상기 적어도 하나의 열전달서킷을 순환한다.

냉매는 아르곤, 질소 또는 액화천연가스로 응축될 수 있는 다른 유체에서 선별된 유체로 이루어지며, 이 유체는 다른 것이 섞이지 않은 순수물 또는 혼합물의 형태로 되어 있다.

본 발명에 따른 특징으로, 상기 적어도 하나의 열전달서킷은 적어도 하나의 유속조정부재를 구비한다.

본 발명에 따른 다른 특징으로, 상기 적어도 하나의 열전달서킷은 보조열원과 결합된 추가적인 적어도 하나의 열교환기를 구비한다.

본 발명의 양상에서, 공급설비는 액화천연가스의 상기 적어도 하나의 탱크에서 발산될 천연가스증기를 취하는 제1서킷으로 이루어지는바, 상기 제1서킷은 적어도 하나의 압축기와 제2열교환기시스템에 결합된 적어도 하나의 제1가열열교환기로 이루어진다.

본 발명의 다른 양상에서, 공급설비는 추가로 액화천연가스를 취하는 제2서킷으로 이루어지는바, 제2서킷은 액화천연가스의 상기 적어도 하나의 탱크에 침수된 적어도 하나의 펌프와 제2열교환기시스템에 결합된 적어도 하나의 제2가열열교환기로 이루어진다.

본 발명에 따른 또 다른 특징으로, 냉각설비는 공기조절유니트(air-conditioning unit)를 구비한다.

또한, 본 발명은 전술된 특성을 갖춘 에너지시스템을 구비한 선박을 제공하 되, 천연가스가 선박추진을 위해 열전기력 유니트의 연료로 사용된다.

바람직하기로, 공급설비는 선박의 상부구조물에서 미리 결정된 안정거리만큼 떨어진 선박의 갑판에 화물영역에 설치되고, 열전기력 유니트는 기계실에 설치된다.

특히, 선박은 액화천연가스를 운송하고 이를 연료로 사용하는 메탄유조선이다.

또한, 본 발명은 전술된 특성을 갖춘 에너지시스템으로 이루어진 전기추진시스템을 제공하고, 로타리식 전기기기는 전기를 생산하는 교류발전기로 이루어진다.

특히, 본 발명은 액화천연가스를 재가스화시키는 터미널에 사용될 수 있으며, 액화천연가스의 재가스화공정 중에 사용되는 열흡수장치가 터미널에 전력을 제공하는 전기발전기 또는 교류발전기를 냉각하는 데에 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 특징과 방법의 장점 및 장치는 첨부도면을 참조로 하되 이에 국한되지 않는다.

도 1은 하나 이상의 탱크(3;하나만 도시됨)에 액상으로 저장된 천연가스(1a,1b)를 사용하는 에너지시스템으로 열전기력 유니트(5)와의 결합을 개략적으로 도시한 것으로, 엔진(7)과 로타리식 전기기기(9)로 이루어진다.

로타리식 전기기기(9)는 교류발전기(9a)와 파워 일렉트로닉스(9c)를 매개로 전력공급될 전기모터(9b)로 이루어진다.

이러한 로타리식 전기기기(9)는 종래방식에서 열교환기(11a,11b)를 설치한 서킷으로 이루어진 냉각설비(11)로 냉각된다. 그러므로 냉각설비(11)가 교류발전기(9a), 전기모터(9b) 및 파워 일렉트로닉스(9c)를 적당하게 작동한다.

덧붙여서, 에너지시스템은 열전기력 유니트(5;도 1)의 엔진(7) 또는 가스파이프라인(도 3에 도시함)에 공급하기 위해 액화천연가스(1a) 또는 천연가스증기(1b)를 취하여 공정처리하는 공급설비(13)를 구비한다.

이에, 공급설비(13)는 대기온도와 유사하게 액화천연가스(1a) 또는 천연가스증기(1b)를 가열하는 하나 이상의 열교환기(15a,15b)를 갖춘 가열설비(15)와 천연가스증기(1b)를 압축하는 하나 이상의 압축기(17)를 구비한다.

그런 다음에, 공급설비(13)는 액화천연가스(1a)를 수용하는 탱크(3)에서 발산될 천연가스증기(1b)를 취하는 제1서킷(19)으로 이루어진다. 제1서킷(19)은 적어도 하나의 압축기(17)와 제1가열열교환기(15a)로 이루어진다.

더우기, 열전기력 유니트(5)의 필요양을 만회하기 위해 추가적인 임의의 에너지를 제공하도록, 공급설비(13)은 액화천연가스(1a)를 취하는 제2서킷(21)을 구비한다. 제2서킷(21)은 액화천연가스(1a)를 수용하는 탱크(3)에 침수될 적어도 하나의 펌프(23)와 제2가열열교환기(15b)로 이루어진다.

덧붙여서 본 발명에 따르면, 에너지시스템은 로타리식 전기기기(9)를 냉각하는 설비(11)에 결합된 제1열교환기(25)와 열전기력 유니트(5)에 공급될 액화천연가스(1a) 또는 천연가스증기(1b)를 가열하는 설비(15)에 결합된 제2열교환기시스템(27)으로 이루어진다.

제1열교환기시스템(25)은 하나 이상의 열교환기(25a)로 이루어진다. 유사하게, 제2열교환기(27)는 하나 이상의 열교환기(27a)로 이루어진다. 단순화시킬 목적으로, 제1 및 제2열교환기시스템(25,27)은 오로지 하나의 열교환기(25a,27a)만을 도시하였다.

제1열교환기시스템(25)은 냉각설비(11)에서 가열설비(15)로 열에너지(화살표로 표기)를 전달하도록 제2열교환기시스템(27)과 연결된다. 그러므로, 탱크(3)에서 발산될 천연가스증기(1b)와 상기 탱크(3)에서 취해진 액화천연가스(1a)에서 사용되는 열흡수장치의 비율이 로타리식 전기기기(9)의 작동온도를 낮추거나 상기 기기를 더욱 효과적으로 냉각시킨다.

제1열교환기시스템(25)과 제2열교환기시스템(27) 사이의 연결은 차가운 유체를 운반하는 적어도 하나의 열전달서킷(29)을 형성하는 덕트(29a,29b)를 매개로 실현된다.

열전달서킷(29)은 제1서킷(19)으로 공급된 차가운 천연가스증기(1b)를 제1가열열교환기(15a)으로 그리고 탱크(3)에서 취해진 액화천연가스(1a)를 제2가열열교환기(15b)를 매개로 제2서킷(21)으로 전달된 것을 가열하는 루프(loop)를 형성한다.

이러한 열전달루프 또는 서킷(29)은 가차운 유체를 수용하며, 이 유체의 조성은 필요한 열실행기능을 최적화하고, 특히 제1 및 제2열교환기시스템(25,27)의 작동온도기능을 최적화할 수 있다.

도 2는 도 1의 시스템과 다른 에너지시스템을 도시한 것으로, 제1열교환기시 스템(25)이 제2열교환기시스템(27)보다 아래에 위치된다. 제1시스템(25)이 제2시스템(27)보다 높은 온도로 되어 있어, 제1열교환기시스템(25)를 관통하여 흐르는 차가운 유체와 제2열교환기(27)를 관통하여 흐르는 유체 사이의 밀도차 때문에 차가운 유체를 위한 중력펌프를 구비한다.

바람직하기로, 차가운 유체는 2개의 상을 갖는 유체로, 예컨대 아르곤, 질소 또는 액화천연가스증기로 응축될 수 있는 다른 냉매(예컨대, 탄화수소)로 되어 있으며, 불순물이 혼합되지 않은 순수물 또는 혼합물의 형태로 되어 있다. 하나 또는 나머지 제1 및 제2열교환기(25,27)에서 차가운 유체의 상변화는 열전달서킷(29)의 성능을 향상시키고 크기와 부재의 크기를 줄일 수 있다.

특히, 제1열교환기시스템(25)은 증발기시스템이며 제2열교환기시스템(27)은 냉매용 응축시스템으로 되어 있다. 그러므로, 냉매는 제1열교환기시스템(25)에서는 가스상으로 존재하고 제2열교환기시스템(27)에서는 액상으로 존재하여, 중력의 영향만으로도 열전달서킷(29)의 순환을 향상시킨다.

로타리식 전기기기(9)의 필요에 따라 제1열교환기시스템(25)의 열전달력을 조정할 수 있도록, 열전달서킷(29)은 선택적으로 냉매작용을 위해서 적어도 하나 이상의 유속조정부재(31;점괘선으로 도시됨)를 구비한다.

덧붙여서, 열전달서킷(29)은 선택적으로 보조열원(35;점괘선으로 되시됨)에 결합된 적어도 하나의 보조열교환기(33)를 구비하되, 예컨대 물서킷, 전기가열기 또는 스팀공급원으로 이루어질 수 있다.

열전달서킷(29)에서 보조열교환기(33)를 구비함으로써 냉각설비(11)에서 제1 열교환기시스템(25)으로 모아진 열이 충분하지 않으면 제1 및 제2가열열교환기(15a,15b)를 관통하여 흐르는 천연가스증기(1b)와 액화천연가스의 증발 및 가열을 돕는다.

더우기, 냉각설비(11)는 공기조절유니트(37)를 구비한다. 향상을 위해서, 다른 부재들 중에서 로타리식 전기기기(9)의 온도가 조정될 수 있고, 제1열교환기시스템(25)을 매개로 사용될 열흡수장치는 이러한 기기들에 의해서 직접 사용되지 않는 대신에 공기조절유니트(37)를 매개로 대신한다.

그러므로, 에너지시스템은 전기생산을 위한 시스템에 사용될 수 있으며, 특히 전방을 향해 있는 가스터미널은 에너지요구량을 제공하기 위해서 액화천연가스(1a) 또는 천연가스증기(1b)를 사용한다. 이러한 환경하에서, 로타리식 전기기기(9)는 전기를 생산하도록 발전기 또는 교류발전기(9a)로 이루어진다.

도 3은 본 발명의 에너지시스템으로 이루어지고 가스파이프라인(30)에 공급하는 적어도 하나의 탱크(3)에서 액상으로 저장될 천연가스(1a)를 사용하는 재가스화터미널을 개략적으로 도시한 도면이다. 도면에 부재는 도 1 및 도 2에 표기된 참조부호와 동일하다.

고압가스를 파이프라인(30)으로 공급하기 위한 필요에 따라서, 탱크(3)에 수용된 액화가스(1a)는 실제로 주변온도에서 파이프라인(30)으로 전송하기 전에 재가스화되도록 액화가스(1a)를 가열설비(15)로 전달하는 고압펌프(24)까지 탱크(3)에 침수된 펌프(23)으로 이송된다.

본 발명에 따른 동일한 방식으로, 제1열교환기시스템(25)은 제2열교환기시스 템(27)에 연결되어 냉각설비(11)에서 가열설비(15)로 열이 전달될 수 있다.

그러므로, 탱크(3)에 저장된 액화천연가스(1a)를 재가스화하는 가열설비(15)로 제공된 열흡수장치는 제1 및 제2열교환기(25,27)를 매개로 로타리식 전기기기(9)를 냉각하는 데에 사용된다.

터미널의 열전기력 유니트(5)에 엔진(7)은 선택적으로 탱크(3)에 저장된 액화천연가스(1a) 또는 천연가스증기(1b)를 개략적으로 표시함에 따라 도해되지 않은 서킷을 사용하여 공급된다.

또한, 에너지시스템은 연료로서 액상으로 저장된 천연가스를 사용하는 선박에 사용된다. 특히, 시스템은 액화천연가스를 운송하는 메탄유조선에 사용될 수 있다.

도 4는 액상으로 저장된 연료로서 천연가스를 사용하는 전기추진 메탄유조선을 개략적으로 도시한 것이다.

메탄유조선은 도 2로 도시된 에너지시스템으로 이루어지고 도면을 단순화시키기 위해 몇몇 부재만을 도해하였다. 그러나, 이러한 에너지시스템의 구조물은 항해하는 메탄유조선에 설치되어 결합될 구속물에 따른다.

그런 다음에, 에너지시스템을 만드는 다양한 장비가 안전상의 이유로 항해하는 선박에 다른 장소에 위치된다.

가스공급장비(13)는 선박의 화물영역(41)에 설치된다. 대조적으로, 선박을 추진하는 열전기력 유니트(5)는 기계실영역(43)에 설치된다.

그러므로, 화물영역(41)은 화물을 감지하고 선박의 추진시스템에 연료로 사 용되는 보조장비를 수용하며, 특히 탱크(3)의 압력을 감지하고, 제1서킷(19)으로 취해진 천연가스증기(1b)를 가열하며, 가열설비(15)에서 가스증기를 가열하고 압축기(17)에서 압축하고, 제2서킷(21)으로 취하여 보조연료로 사용하는 가열설비(15)를 수단으로 액화천연가스(1a)를 가열한다.

더우기, 기계실영역(43)은 다른 부재들 중에서 엔진(7), 교류발전기(9a), 파워 일렉트로닉스(9c) 및 하나 이상의 프로펠러(47)를 구동하는 감속기어박스(45) 또는 커플러를 매개로 작동하는 전기추진모터(9b)를 수용한다.

안전표준이 화물영역(41)에 필요로 하되, 선박의 갑판과 선박의 상부구조물(49)에서 미리 결정된 안정거리를 위험성을 위해서 고려해야 하고, 또한 기계실이 부분적으로 수면 아래에 위치되면 환기상의 어려움이 있기 때문에 기계실(43)내에 위험장비의 갯수를 줄일 필요가 있다.

결과적으로 메탄유조선에서, 화물영역(41)과 기계실(43)에 안착된 로타리식 전기기기(9) 사이의 열전달서킷(29)은 거리와 높이차를 만회해야할 필요가 있다. 예컨대, 화물영역(41)과 선박의 상부구조물(49) 아래에 위치된 기계실(43) 사이의 거리는 약 100m, 그리고 화물영역(41)과 기계실(43)의 높이차는 약 30m로 한다.

결국, 열전달서킷(29)의 덕트(29a,29b)에서의 헤드손실이 상당하다. 이는 서킷에서의 헤드손실을 극복하기 위해서 열전달서킷(29)에 펌프(49;점괘선으로 도시됨)을 설치할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 화물영역(41)과 기계실(43) 사이의 높이차가 냉매를 차가운 덕트(29a)와 뜨거운 덕트(29b) 사이의 유체밀도차를 이용한 중력의 영향만으 로 순환할 수 있되, 특히 냉매가 응축기로 작동되도록 제2열교환기시스템(27)과 증발기로 제1열교환기시스템(27)를 사용할 수 있다. 그런 다음에, 차가운 덕트(29a)는 액체로 충전되는 반면에, 뜨거운 덕트(29b)는 가스로 충전된다.

예컨대, 냉매가 2Mpa의 압력하에 있는 아르곤을 선택하면, 아르곤의 액화온도는 이 압력에서 -140℃이다.

제2열교환기시스템(27)에서, 아르곤이 냉각될 수 있으며, 가열열교환기(15a)를 매개로 대략 -30℃온도에서 차가운 천연가스증기(1b)와 접촉하고 제2가열열교환기(15b)를 매개로 대약 -160℃온도에서 액화천연가스(1a)와 접촉하여 액화된다.

이러한 상황하에서, 차가운 덕트(29a)의 바닥면에서 액체칼럼의 유체정역학적 압력은 대략 0.3MPa이다. 예컨대, 제1열교환기시스템(25)에서 배출된 아르곤의 온도는 약 0℃이며, 뜨거운 덕트(29b)는 가스로 가득채워지고, 상응하는 유체정역학적 압력은 0.03MPa이다. 이러한 열전달서킷(29)의 2개의 브랜치 사이의 압력차가 펌프(49)의 사용없이 열서킷(29)에서 헤드손실을 극복하기 위해 사용될 수 있으므로 에너지시스템의 신뢰성을 증대시키고 비용의 저감을 가져오게 하다.

약 3kg/s의 유속으로 흐르는 아르곤은 엔진실(43)과 화물영역(41) 사이에서 약 600kW의 속도로 열을 전달시킬 수 있으며, 헤드손실이 파이프(29a,29b)가 20cm와 5cm의 직경을 갖으면 뜨거운 덕트(29b)와 차가운 덕트(29a) 사이의 유체정역학적 압력으로 극복된다.

그러므로, 이러한 덕트(특히 차가운 덕트(29b))가 단열형태의 몇 cm의 두께를 사용하여 지체될 필요가 있어도, 화물영역(41)과 기계실(43) 사이에 항해하는 선박 상으로 설치하는 것은 특별한 문제점을 갖지 않는다.

일상작동중에 열전달서킷(29)에 평균압력이 약 2MPa이면, 선박이 가스를 갖지 않고 서킷(29)이 주변온도와 유사할 때에 고압(대략 5MPa)를 수용할 수 있는 크기로 될 필요가 있다.

다른 해결책은 열전달서킷(29), 예컨대 화물영역(41)에서 완충탱크(51;점괘선으로 표시)를 안착하여서 압력상승을 제한한다. 크기를 줄이기 위해서, 완충탱크(51)는 선택적으로 주변보다 낮은 온도에서 지체되고 유지되며, 저온온도하에서 열교환기 또는 증발기(53)이 액화천연가스(1a)로 충전되어 아르곤을 액상으로 저장할 수 있다.

열전달서킷(29)의 열전달성능을 향상시키고 작동압력을 줄이기 위해서는 차가운 유체의 선택이 아르곤으로 한정하지 않고, 다른 유체가 사용될 수 있고 유체의 혼합물도 사용된다.

덧붙여서 메탄유조선에 적용하기 위해서, 본 발명은 연료로 액상으로 저장될 천연가스를 사용하는 임의의 선박에서도 사용될 수 있다. 특히, 액화천연가스의 연료탱크가 메탄유조선에 탱크보다 작은 환경에서는 액화천연가스에서 열의 누출이 제한되고 필요한 연료의 대부분은 액상을 취한다. 동일한 전력으로 추진하기 위해서는, 사용가능한 열흡수장치가 상대적으로 커지고, 통상적으로 2~3배정도 커져 심지어 낮은 온도에서도 작동할 수 있는 로타리식 전기기기를 사용한다. 이러한 환경하에서, 열흡수장치와 같이 탱크에서 증기를 사용할 필요가 없으며 결과적으로 가스를 취하는 제1서킷을 선택적으로 생략할 수도 있다.

그러므로, 전력을 생산하는 시스템 또는 선박에 사용될 때에 본 발명의 에너지시스템이 가열하는 천연가스증기(1a) 또는 액화천연가스(1a)와 냉각하는 로타리식 전기기기(9) 사이에 열을 사용하는 시너지효과를 제공한다.

천연가스증기(1b) 또는 액화천연가스(1a)에 제공될 열흡수장치는 차가운 매개물와 일치하여 각각 개폐되는 냉각서킷을 갖춘 기기에 사용될 종래의 물 또는 공기보다 차가워진다.

그러므로, 낮은 온도를 향해 로타리식 전기기기(9)의 작동지점을 이동하기 위해, 주울(joule)효과로 낮은 손실이 발생한다. 결과적으로, 이러한 기기의 효율이 증가되어 엔진(7)의 에너지소비가 줄어들고 오염물질의 방출을 줄인다.

또한, (BV, DNV, ABS 등의) 종래분류로 한정된 작동온도에서 로타리식 전기기기(9)를 연속적으로 사용할 수 있게 냉각이 더욱 효율적이다. 이러한 환경하에서, 로타리식 전기기기(9)의 유니트 무게당 전력이 증가하여서 더욱 간소하게 만들수 있다.

Claims (15)

1. 액화천연가스(1a) 또는 천연가스증기(1b)를 가열하는 가열설비(15)를 갖춘 공급설비(13)로 이루어지고, 로타리식 전기기기(9)를 구비한 열전기력 유니트(5)를 사용하는 액화천연가스를 수용하는 적어도 하나의 탱크(3)에 액상으로 저장된 천연가스를 연료로 사용하는 에너지시스템에서,

   상기 로타리식 전기기기(9)를 냉각하는 냉각설비(11)에 결합된 제1열교환기시스템(25)과 상기 가열설비(15)에 결합된 제2열교환기시스템(27)으로 이루어지고, 상기 제1열교환기시스템(25)은 냉각설비(11)에서 가열설비(15)까지 열을 전달하도록 제2열교환기(27)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 제1 및 제2열교환기시스템(25,27)은 다수의 열교환기(25a,27a)로 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1열교환기시스템(25)과 제2열교환기시스템(27) 사이의 연결은 2개의 상을 갖는 냉매를 수용한 적어도 하나의 열전달서킷(29)으로 구성되어 있는 에너지시스템.
4. 제3항에 있어서, 제1열교환기시스템(25)은 증발기시스템이며 제2열교환기시스템(27)은 응축기시스템으로 사용되되, 상기 냉매는 제1열교환기시스템(25)에서 가스상으로 있고 제2열교환기시스템(27)에서는 액상으로 존재하여 상기 냉매가 단지 중력의 영향으로도 상기 적어도 하나의 열전달서킷(29)을 순환하는 것을 특징으로 하는 에너지시스템.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 냉매는 아르곤, 질소 또는 액화천연가스증기로 응축될 수 있는 다른 유체에서 선택되는 유체로서, 상기 유체는 순수물 또는 혼합물의 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지시스템.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전달서킷(29)은 적어도 하나의 유속조정부재(31)를 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지시스템.
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전달서킷(29)은 보조열원(35)에 결합된 적어도 하나의 보조열교환기(33)를 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지시스템.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 공급설비(13)는 액화천연가스(1a)의 상기 적어도 하나의 탱크(3)에서 발산되는 천연가스가스(1b)를 취하는 제1서킷(19)으로 이루어지고, 상기 제1서킷(19)은 적어도 하나의 압축기(17)와 제2열교환기시스템(27)에 결합된 적어도 하나의 제1가열열교환기(15a)로 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급설비(13)는 추가로 액화천연가스를 취하는 제2서킷(21)으로 이루어지고, 상기 제2서킷은 액화천연가스(1a)의 상기 적어도 하나의 탱크(3)에 침수된 적어도 하나의 펌프(23)와 제2열교환기시스템(27)에 결합된 적어도 하나의 제2가열열교환기(15b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지시스템.
10. 제1항에 있어서, 냉각설비(11)는 공기조절유니트(27;air-conditioning unit)를 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지시스템.
11. 천연가스(1a,1b)가 선박을 추진하는 열전기력 유니트(5)의 연료로 사용되도록 청구범위 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 에너지시스템을 갖춘 것을 특징으로 하는 선박.
12. 제11항에 있어서, 공급설비(13)는 선박의 상부구조물(49)에서 미리 결정된 안정거리만큼 떨어져 선박의 갑판 상의 화물영역(41)에 설치되고, 상기 열전기력 유니트(5)는 기계실(43)에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 선박은 액화천연가스(1a)를 운송하는 메 탄유조선으로 이를 연료로 사용하는 것을 특징으로 하는 선박.
14. 로타리식 전기기기(9)는 전기를 생산하는 교류발전기(9a)로 이루어지며 청구범위 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 에너지시스템을 갖춘 것을 특징으로 하는 전기생산시스템.
15. 가스파이프라인(30)으로 가스를 공급하는 액화천연가스를 재가스화하는 청구범위 제14항에 따른 전기생산시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 터미널.

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