KR20160004633A - 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템 및 냉각 방법 - Google Patents

극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템 및 냉각 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템 및 냉각 방법에 관한 것으로, 초전도 설비를 냉각시키기 위해서 순환되는 냉매의 냉각제로 LNG 저장탱크의 극저온의 LNG를 이용함으로써, 별도의 냉각장치를 구비할 필요 없고, 선박 내 장비를 설치하기 위한 공간적 이득을 얻을 수 있으며, 초전도 설비의 임계온도 유지를 위한 냉각 시스템의 관리 및 유지비용의 절감효과를 얻을 수 있다.

Description

극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템 및 냉각 방법{COOLING SYSTEM AND COOLING METHOD OF SUPERCONDUCTING EQUIPMENT FOR ARCTIC SHIP}
본 발명은 극지방 선박의 초전도 설비에 적용되는 냉각 시스템 및 냉각 방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 극지방 선박 내에 장착된 초전도 설비를 냉각시키기 위해서 순환 냉매의 냉각제로 LNG 저장탱크 안에 저장된 LNG의 극저온 냉열(冷熱)을 이용함으로써, 별도의 냉각장비를 필요로 하지 않고도 초전도 설비의 임계온도 유지를 위한 냉각 시스템의 관리 및 유지비용의 절감효과를 얻을 수 있는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템 및 냉각 방법에 관한 것이다.
화석 연료에 대한 세계의 수요가 증가함에 따라 에너지 회사들은 더 멀리 떨어진 영역에 위치된 탄화수소 자원을 추적하고 있다. 이러한 추적은 육상 및 해상의 모두에서 발생한다. 일 유형의 화석 연료는 천연 가스이다.
천연 가스는 또한 에탄, 프로판 및 헬륨, 질소, CO2 및 H2S의 미량 원소를 포함할 수 있으며, 상업적으로 입수 가능한 양의 천연 가스는 종종 현존하는 천연 가스 시장으로부터 멀리 떨어진 위치에서 발견된다.
따라서, 천연 가스를 상당한 거리로 운송할 필요가 있다. 이러한 것은 종종 거대 해역을 가로지르는 탱커에 의해 행해진다. 운송되는 기체 상품에 대한 탱크의 체적 용량을 증가시키기 위해, 천연 가스를 액화하는 것이 알려져 있다.
액화는 기체 상태 제품을 냉각하여 이를 액체 상태로 응축함으로써 행해진다. 응축된 천연 가스 제품은 통상적으로 액화 천연 가스 또는 "LNG"라 칭한다.
LNG는 기체 상태의 천연 가스의 체적의 약 1/600을 차지한다. LNG는 일반적으로, 무취, 무색, 비독성 및 비부식성이다. 특정화된 LNG 선박이 LNG를 운송하도록 설계되어 왔다. 게다가, 하역된 LNG를 수용하고 이를 재차 그 천연 가스 상태로 기화하는 LNG 터미널이 건립되어 있다.
하역된 LNG는 해안 또는 해안 부근의 탱크 내에 또는 지하 저장 탱크 내에 저장되거나, 현존하는 천연 가스 시장을 위한 천연 가스 공급망(Transmission Grid) 내로 배출된다. 원래 제조의 영역에서, 액화 프로세스가 LNG 설비에서 수행되는데, 이는 매우 자본 집약적일 수 있다.
대형 냉동 유닛이 액체 상태로의 상 변화를 위해 필요한 온도로 천연 가스를 냉각하는데 요구된다. 메탄의 경우에, 응축 점은 대략 -162℃(-260℉)이다. LNG 설비에서, 하나 이상의 냉매 스트림 제조 시에 천연 가스와 열 교환하여 배치된다.
냉매는 통상적으로 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 부탄, 펜탄 또는 이들 성분의 혼합물과 같은 순수 성분 탄화수소이다. 질소가 블렌드(Blend)로 또한 사용될 수 있다.
현재, LNG를 수송하는 LNG 선에 있어서는 적하(Cargo)로서의 LNG의 보일 오프 가스(BOG)를 디젤 발전기의 연료로 이용하고, 그 발전 전력으로 전동모터를 구동하여 추진하도록 한 가스 연소 전기 추진선이 운항되고 있지만, 보다 고효율의 전기 추진 시스템의 실현을 도모하기 위해 초전도 모터를 채용한 가스 연소 초전도 전기 추진선의 개발이 검토되고 있다.
최근 들어서 초전도 모터는 헬륨을 냉매로 하는 히트 펌프에 의해 -196℃ 부근까지 냉각되도록 되어 있으며, 더 나아가서, 미스무스 스트론튬 칼슘 구리 산화물(BSCCO)은 약 96K~107K(약 -178℃ ~ -166℃)에서 초전도 상태를 유지할 수 있도록 설계된다.
일반적으로 초전도 케이블, 초전도 한류기, 초전도 발전기, 초전도 모터 등 초전도 특성을 이용한 장치의 경우에는 초전도 시스템을 임계온도까지 온도를 낮추기 위해서 별도의 냉각시스템을 구비해야 한다.
소형의 초전도 기기에서는 크라이오스태트에 소형의 극저온 냉동기의 부착만으로도 액체 질소를 과냉할 수 있지만, 대용량의 초전도 전력 기기를 운전하기 위한 것으로서 초전도 발전기 및 모터와 같은 대형의 시스템에서는 과냉의 액체 질소를 생성 및 순환시키기 위한 별도의 냉각시스템이 필요하다. 이러한 냉각시스템은 초전도 전력 기기용 크라이오스태트(Cryostat)에 연결되어 초전도 시스템에 과냉 액체 질소를 일정한 온도와 압력으로 원활하게 공급, 순환시켜 주어야 하며, 66~80K의 과냉 액체 질소를 공급할 수 있어야 한다.
종래의 냉각시스템은 순수한 액체 질소만을 공급하기 위한 기액 분리기와, 공급된 액체 질소의 압력을 조절하는 액체 질소 압력탱크와, 냉동기용 냉각박스와, 감압식 냉각박스와, 냉각기 등과 각각의 장비를 연결하는 배관 등으로 구성되어 있다.
이와 같이 종래의 초전도 전력 기기용 냉각시스템은 각각의 기능을 하는 냉각기 및 냉각박스 및 탱크 등이 모두 분리되어 있어 배치 및 구성이 복잡하여, 특히 대형 초전도 시스템의 경우에는 설치공간을 상당히 많이 차지하면서 장비의 운용 및 유지, 관리가 어려운 문제점이 있다.
한국 특허공개번호 제2002-0059034호 한국 특허공개번호 제2014-0013199호
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 선박에 설치된 초전도 설비를 냉각시키기 위해서, 순환되는 냉매의 냉각제로 LNG 저장탱크의 LNG의 냉열(冷熱)을 이용함으로써, 별도의 냉각장치를 구비할 필요가 없고, 선박 내 장비 설치를 위한 공간적 이득을 얻을 수 있으며, 초전도 설비의 임계온도 유지를 위한 냉각시스템의 관리 및 유지비용의 절감효과를 얻을 수 있는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템 및 냉각 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 LNG 저장탱크와, 연료가스를 이용하여 전력을 생산하며 고온 초전도 발전기를 구비하는 가스 발전플랜트와, 상기 가스 발전플랜트에서 생산한 전기를 이용하여 추진력을 발생하며 고온 초전도 모터를 구비하는 아지포드 스러스터를 포함한 극지방 선박에 설치된 초전도 냉각시스템으로서, 상기 LNG 저장탱크에서 공급된 LNG가 순환되는 제 1 냉매 라인; 상기 고온 초전도 발전기와 상기 고온 초전도 모터를 냉각하기 위한 냉매가 순환되는 제 2 냉매 라인; 및 상기 제 1 냉매 라인의 냉열을 상기 제 2 냉매 라인의 냉매로 열 전달하기 위한 열교환기를 포함하되, 상기 LNG 저장탱크에서 공급된 LNG의 냉열을 이용하여, 상기 고온 초전도 발전기와 상기 고온 초전도 모터를 냉각하는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템을 제공한다.
상기 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템은, 상기 LNG 저장탱크의 BOG를 재액화시켜서 상기 LNG 저장탱크로 다시 피드백시키기 위하여 고온 초전도 모터를 구비하는 재액화 컴프레서를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 냉매 라인의 입구 측에는 상기 LNG 저장탱크에서 공급된 LNG를 강제 순환시키기 위한 순환 펌프가 구비될 수 있다.
상기 순환 펌프는 스트리핑 펌프를 사용할 수 있다.
상기 제 1 냉매 라인의 출구 측에는 BOG 분기라인이 분기되고, 그 BOG 분기라인에는 상기 제 1 냉매 라인을 순환하는 냉매를 기화시켜서 상기 가스 발전플랜트의 연료가스로 공급하기 위한 증발기가 설치될 수 있다.
상기 제 1 냉매 라인의 출구 측에는 상기 증발기에서 생성한 기화가스의 흐름을 제어하기 위한 제어밸브가 설치될 수 있다.
상기 제 2 냉매 라인에는 히트펌프가 설치될 수 있다.
상기 가스 발전플랜트는 디젤 발전유닛과 가스 터빈유닛을 포함한다.
상기 디젤 발전유닛과 상기 가스 터빈유닛에는 연료 오일 탱크가 추가로 연결될 수 있다.
한편, 본 발명은 고온 초전도 발전기를 구비하는 가스 발전플랜트와, 상기 가스 발전플랜트에서 생산한 전기를 이용하여 추진력을 발생하는 고온 초전도 모터를 구비하는 아지포드 스러스터와, LNG 저장탱크의 BOG를 재액화시켜서 상기 LNG 저장탱크로 다시 피드백시키기 위하여 고온 초전도 모터를 구비하는 재액화 컴프레서를 포함한 극지방 선박에 적용된 초전도 설비의 냉각 방법에 있어서, LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 제 1 냉매 라인으로 순환시키는 단계; 상기 고온 초전도 발전기와 상기 고온 초전도 모터를 냉각하기 위해서 제 2 냉매 라인으로 냉매를 순환시키는 단계; 및 상기 제 1 냉매 라인의 냉열을 상기 제 2 냉매 라인의 냉매로 전달하여 열 교환함으로써, 상기 고온 초전도 발전기와 상기 고온 초전도 모터를 냉각시키는 단계를 포함하는 극지방 선박의 초전도 설비의 냉각 방법을 제공한다.
상기 제 1 냉매 라인의 출구 측에 증발기를 장착하고, 선택적으로 상기 제 1 냉매 라인을 순환하는 LNG를 기화시켜서 상기 발전유닛의 연료가스로 공급할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 선박에 설치된 초전도 설비를 냉각시키기 위해서, 순환되는 냉매의 냉각제로 LNG 저장탱크의 극저온의 LNG를 이용함으로써, 별도의 냉각장치를 구비할 필요가 없고, 선박 내 장비를 설치하기 위한 공간적 이득을 얻을 수 있으며, 초전도 설비의 임계온도 유지를 위한 냉각 시스템의 관리 및 유지비용의 절감효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초전도 냉각시스템의 초전도 현상을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템을 보인 구성도로서,
도 2a는 디젤 발전유닛의 고온 초전도 발전기의 냉각을 설명하는 도면, 도 2b는 가스 터빈유닛의 고온 초전도 발전기의 냉각을 설명하는 도면, 도 2c는 아지포드 스러스터의 고온 초전도 모터의 냉각을 설명하는 도면, 도 2d는 재액화 컴프레서의 고온 초전도 모터의 냉각을 보인 도면이다.
그리고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템에서, 제 1 냉매 라인의 LNG를 기화시켜서 가스 발전플랜트에 연료가스로 공급하기 위한 증발기의 작동을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 방법을 보인 블록도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템 및 냉각 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 설명에서 소개되는 실시 예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 일 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초전도 설비 냉각 시스템의 초전도 현상을 설명하기 위한 그래프이다.
도 1의 그래프를 참조하면, 초전도라 함은 금속이 일정한 온도(Tc) 이하로 냉각되면 전기 저항이 완전히 사라져 전류를 무제한으로 흘려보내는 현상을 말한다. 초전도체가 아닌 금속(Non-superconductive Metal)의 경우에는 일정한 온도(Tc) 이하로 가더라도 소정의 저항을 가지나, 초전도체(Superconductor)의 경우, Tc 이하로 가게 되면 전기 저항이 완전히 사라짐을 확인할 수 있다. 따라서 초전도 설비를 채택한 장치의 에너지 효율을 극대화할 수 있다.
빙하로 둘러싸인 극지방을 항해하기 위해서 기존 선박에서 사용하였던 디젤 엔진과 연결된 축을 사용하지 않고, 아지포드 스러스터(AZIPOD THRUSTER)를 추진장치로 사용하는 기술이 제안되고 있으며, 아지포드 스러스터에 전력을 공급하기 위한 전력 생산장치로서 선박에 적어도 하나 이상의 가스 터빈 및/또는 디젤 발전기가 설치될 수 있다.
본 발명은 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템 및 냉각 방법에 관한 것으로, 극지방 선박 내에 장착된 초전도 설비를 냉각시키기 위해서 순환 냉매의 냉각제로 LNG 저장탱크 안에 저장된 LNG의 극저온 냉열(冷熱)을 이용함으로써, 별도의 냉각장비를 필요로 하지 않고도 초전도 설비의 임계온도 유지를 위한 냉각 시스템의 관리 및 유지비용의 절감효과를 얻을 수 있다. 이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
우선, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, LNG를 수송하는 극지방 선박에 있어서는, LNG 저장탱크(10)에서 발생하는 BOG를 가스 발전플랜트(20:30,40)의 연료로 사용하고, 그 가스 발전플랜트(20)에서 생산한 발전 전력으로 아지포드 스러스터(50)의 초전도 모터(51)를 구동하여 추진하도록 한 가스 연소 전기 추진선이 제안되고 있다. LNG 저장탱크(10)에서 발생하는 BOG는 제어밸브(119)의 개폐에 의해서 가스 발전플랜트(20)로 공급되도록 구성된다. 상기 가스 발전플랜트(20)는 가스 터빈유닛(30) 및/또는 디젤 발전유닛(40)을 포함한다.
주지하는 바와 같이, 초전도 모터는 헬륨을 냉매로 하는 히트 펌프에 의해 -196℃ 부근까지 냉각되도록 되어 있으며, 더 나아가서, 미스무스 스트론튬 칼슘 구리 산화물(BSCCO)은 약 96K~107K(약 -178℃ ~ -166℃)에서 초전도 상태를 유지할 수 있도록 설계된다. 초전도 케이블, 초전도 한류기, 초전도 발전기, 초전도 모터 등 초전도 특성을 이용한 장치의 경우에는 초전도 시스템을 임계온도까지 온도를 낮추기 위해서 별도의 냉각 시스템을 구비해야 한다.
LNG를 운송하는 극지방 선박에서는 극저온의 LNG가 고온 초전도 설비 냉각 시스템의 냉매로 사용할 수 있는바, 가스 터빈유닛(30) 및/또는 디젤 발전유닛(40)의 고온 초전도 발전기(31,41), 그리고 아지포드 스러스터(50)의 고온 초전도 모터(51)에도 본 발명의 고온 초전도 설비 냉각 시스템을 적용할 수 있다.
선박의 전력을 생산하기 위한 가스 터빈 발전유닛 또는 디젤 발전유닛의 연료로는 LNG 저장탱크(10)에서 발생한 BOG만 사용가능할 뿐 아니라 MGO, MDO, HFO 또한 사용 가능하고, 이러한 액체 연료를 저장하는 탱크가 선박 기관실에 탑재될 수 있다.
본 발명의 극지방 선박은, LNG 저장탱크(10)와, 연료가스를 이용하여 전력을 생산하며 고온 초전도 발전기(31)(41)를 구비하는 가스 발전플랜트(20:30,40)와, 상기 가스 발전플랜트(20)에서 생산한 전기를 이용하여 추진력을 발생하며 고온 초전도 모터(51)를 구비하는 아지포드 스러스터(50)를 포함한다.
추가로, 도 2d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 극지방 선박은 고온 초전도 모터(61)를 구비하는 재액화 컴프레서(60)를 포함한다.
상기 재액화 컴프레서(60)는 상기 LNG 저장탱크(10)의 BOG를 재액화시켜서 상기 LNG 저장탱크(10)로 다시 피드백시키기 위하여 고온 초전도 모터(61)를 구비한다. 상기 재액화 컴프레서(60)의 고온 초전도 모터(61)에도 본 발명의 고온 초전도 설비 냉각 시스템을 적용할 수 있다.
상기 가스 발전플랜트(20)는 디젤 발전유닛(30)과 가스 터빈유닛(40)을 포함하는바, 상기 디젤 발전유닛(30)과 상기 가스 터빈유닛(40)에는 연료 오일 탱크(11)가 연결될 수도 있다.
상기 가스 발전플랜트(20)는 LNG 저장탱크(10)에서 발생하는 BOG의 연료가스를 사용하거나, 연료 오일 탱크(11)의 연료가스를 사용할 수 있다.
상기 연료 오일 탱크(11)는 예비적 차원에서 설치되는 것으로, 정상 운전시에는 LNG 저장탱크(10)에서 발생하는 BOG의 연료가스를 사용하고 유지보수 또는 비상 운전시에만 연료 오일 탱크(11)의 연료가스를 사용하도록 구성할 수 있다.
본 발명의 초전도 설비 냉각 시스템은 극지방 선박에 적용되는 것으로, LNG 저장탱크(10)에서 공급된 LNG의 냉열(冷熱)을 이용하여 상기 고온 초전도 발전기(31)(41)와 상기 고온 초전도 모터(51)(61)를 냉각하기 위하여 상기 LNG 저장탱크(10)에서 공급된 LNG가 순환되는 제 1 냉매 라인(110)과, 상기 고온 초전도 발전기(31)(41)와 상기 고온 초전도 모터(51)(61)를 냉각하기 위한 냉매가 순환되는 제 2 냉매 라인(120)과, 상기 제 1 냉매 라인(110)의 냉열을 상기 제 2 냉매 라인(120)의 냉매로 열 전달하기 위한 열교환기(130)를 포함한다.
상기 제 1 냉매 라인(110)은 LNG 저장탱크(10)에서 공급된 극저온의 LNG가 순환되는 라인으로, LNG 저장탱크(10)의 하측에서 나와서 상측으로 연결되도록 배치된다.
상기 제 1 냉매 라인(110)의 입구 측에는 상기 LNG 저장탱크(10)에서 공급된 LNG를 강제 순환시키기 위한 순환 펌프(111)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 순환 펌프(111)는 스트리핑 펌프를 사용할 수 있다.
상기 제 1 냉매 라인(110)의 출구 측에는 상기 증발기(113)에서 생성한 기화가스의 흐름을 제어하기 위한 제어밸브(115)가 설치될 수 있다.
상기 제 1 냉매 라인(110)의 출구 측에는 BOG 분기라인(L)이 분기되고, 그 BOG 분기라인(L)에는 상기 제 1 냉매 라인(110)을 순환하는 냉매, 즉 LNG를 기화시켜서 상기 가스 발전플랜트(20)의 연료가스로 공급하기 위한 증발기(113)가 설치될 수 있다.
상기 BOG 분기라인(L)의 출구 측에는 상기 증발기(113)에 의해 기화된 BOG를 디젤 발전유닛(30)과 가스 터빈유닛(40) 쪽으로 공급되는 BOG를 제어하는 제어밸브(117)가 설치된다.
LNG가 상기 제 1 냉매 라인(110)을 순환하는 경우에는 상기 제어밸브(115)는 오픈되고, 상기 제어밸브(117)는 폐쇄된다.
상기 제 2 냉매 라인(120)은, 열교환기(130)를 통해서 상기 제 1 냉매 라인(110)의 냉매와 열교환하기 위한 라인으로, 디젤 발전유닛(30)의 고온 초전도 발전기(31)를 냉각하기 위한 냉매 라인(120a)과, 상기 가스 터빈유닛(40)의 고온 초전도 발전기(41)를 냉각하기 위한 냉매 라인(120b)과, 아지포드 스러스터(50)의 고온 초전도 모터(51)를 냉각하기 위한 냉매 라인(120c)을 포함한다.
더 나아가, 상기 제 2 냉매 라인(120)은, 재액화 컴프레서(60)의 고온 초전도 모터(61)를 냉각하기 위한 냉매 라인(120d)을 더 포함한다.
상기 제 2 냉매 라인(120)에는 상기 제 1 냉매 라인(110)의 냉매와 열교환하기 위한 냉매(예를 들어, 액화질소, 헬륨 등)가 흐르게 되는데, 이 냉매를 -196℃ 부근까지 냉각시키기 위하여 상기 제 2 냉매 라인(120)의 중간에 히트펌프(121)가 설치될 수 있다.
상기 제 2 냉매 라인(120)에는 냉매를 팽창시켜서 냉매의 온도를 하강시키기 위한 냉매 팽창부(125), 예를 들어, 팽창밸브가 설치될 수도 있다. 상기 냉매 팽창부(125)는 상기 제 2 냉매 라인(120)의 출구 측에 1개가 설치될 수도 있고, 도면에 도시하지는 않았으나 각각의 냉매 라인(120a-120d)의 입구 측에 각각 설치될 수도 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 방법을 보인 블록도이다.
도 2a 내지 도 2d, 및 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지방 선박의 초전도 설비의 냉각 방법을 설명한다.
우선, 도 2a 내지 도 2d에 보인 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지방 선박은, LNG 저장탱크(10)에서 발생하는 BOG를 디젤 발전유닛(30) 및 가스 터빈유닛(40)으로 공급하고, 디젤 발전유닛(30) 및 가스 터빈유닛(40)은 BOG를 압축하여 연료가스로 하여 전력을 생산한다.
가스 발전플랜트(20)에 의해 생산된 전력은 아지포드 스러스터(50)에 공급되어 극지방 선박이 추진된다.
또한, 재액화 컴프레서(60)는 BOG를 재액화시켜서 LNG 저장탱크(10)로 피드백시킨다.
본 발명의 극지방 선박은, 고온 초전도 발전기(31,41) 및 고온 초전도 모터(51,61)를 사용하는데, 이들 고온 초전도 발전기(31,41) 및 고온 초전도 모터(51)(61)는 특성상 임계온도 이하로 냉각되어야 한다.
따라서, 본 발명은 LNG 저장탱크(10)에 저장된 LNG의 극저온을 열 교환하여 활용하는 초전도 설비 냉각 방법을 제공한다.
즉, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지방 선박의 초전도 설비의 냉각방법은, LNG 저장탱크(10)에 저장된 LNG를 제 1 냉매 라인(110)으로 순환시키는 단계(S 10); 상기 고온 초전도 발전기(31,41)와 상기 고온 초전도 모터(51,61)를 냉각하기 위해서 제 2 냉매 라인(120)으로 냉매를 순환시키는 단계(S 20); 및 상기 제 1 냉매 라인(110)의 냉열을 상기 제 2 냉매 라인(120)의 냉매로 전달하여 열 교환함으로써, 상기 고온 초전도 발전기(31,41)와 상기 고온 초전도 모터(51,61)를 효율적으로 냉각시키는 단계를 포함한다(도 1b 내지 도 1d, 도 3 참조).
상기 단계(S 10)에서는, 순환펌프(111)에서 LNG 저장탱크(10)에 저장된 LNG를 제 1 냉매 라인(110)으로 강제 순환시킨다. 여기서 사용하는 순환펌프(111)는 스트리핑 펌프(Stripping pump)로서 LNG 저장탱크(10)의 바닥에 저장된 LNG를 펌핑하도록 한다.
상기 단계(S 20)에서는, 상기 고온 초전도 발전기(31,41)와 상기 고온 초전도 모터(51,61)를 냉각하기 위해서 제 2 냉매 라인(120)으로 냉매를 순환시키는 데, 히트펌프(121)는 냉매를 -196℃ 부근까지 냉각시키는 역할을 한다. 열 교환기(130)를 통해서 상기 제 1 냉매 라인(110)의 냉열을 상기 제 2 냉매 라인(120)의 냉매로 전달하여 열 교환함으로써, 상기 고온 초전도 발전기(31,41)와 상기 고온 초전도 모터(51,61)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 방법에서는, 상기 제 1 냉매 라인(110)의 출구 측에 증발기(113)를 장착하고, 선택적으로 상기 제 1 냉매 라인(110)을 순환하는 LNG를 기화시켜서 BOG를 상기 가스 발전플랜트(20)의 연료가스로 공급할 수 있다. 이때, 제어밸브(115)는 차단하고 제어밸브(117)는 개방하도록 함으로써, 증발기(113)에 의해 생성된 BOG가 LNG 탱크(10) 안으로 유입되지 않고 상기 가스 발전플랜트(20) 쪽으로 공급되도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 초전도 설비를 냉각시키기 위해서 순환되는 냉매의 냉각제로 LNG 저장탱크의 극저온의 LNG를 이용함으로써, 별도의 냉각장치를 구비할 필요가 없고, 선박 내 장비를 설치하기 위한 공간적 이득을 얻을 수 있으며, 초전도 설비의 임계온도 유지를 위한 냉각 시스템의 관리 및 유지비용의 절감효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
10: LNG 저장탱크
11: 연료 오일 탱크
20: 가스 발전플랜트
30: 가스 터빈
31: 고온 초전도 발전기
40: 디젤 발전기
41: 고온 초전도 발전기
50: 아지포드 스러스터
51: 초전도 모터
60: 재액화 컴프레서
61: 초전도 모터
110: 제 1 냉매 라인
111: 순환 펌프
113: 증발기
115,117,119: 제어밸브
120: 제 2 냉매 라인
121: 히트펌프
125: 팽창부
130: 열교환기
L: BOG 분기라인

Claims (14)

  1. LNG 저장탱크와, LNG를 이용하여 전력을 생산하며 고온 초전도 발전기를 구비하는 가스 발전플랜트와, 상기 가스 발전플랜트에서 생산한 전기를 이용하여 추진력을 발생하며 고온 초전도 모터를 구비하는 아지포드 스러스터를 포함한 극지방 선박에 설치된 초전도 설비 냉각 시스템으로서,
    상기 LNG 저장탱크에서 공급된 LNG가 순환되는 제 1 냉매 라인;
    상기 고온 초전도 발전기와 상기 고온 초전도 모터를 냉각하기 위한 냉매가 순환되는 제 2 냉매 라인; 및
    상기 제 1 냉매 라인의 냉열을 상기 제 2 냉매 라인의 냉매로 열 전달하기 위한 열교환기;를 포함하되,
    상기 LNG 저장탱크에서 공급된 LNG의 냉열을 이용하여, 상기 고온 초전도 발전기와 상기 고온 초전도 모터를 냉각하는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템.
  2. 청구항 1에서,
    상기 LNG 저장탱크의 BOG를 재액화시켜서 상기 LNG 저장탱크로 다시 피드백시키기 위하여 고온 초전도 모터를 구비하는 재액화 컴프레서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 냉매 라인의 입구 측에는 상기 LNG 저장탱크에서 공급된 LNG를 강제 순환시키기 위한 순환 펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 순환 펌프는 스트리핑 펌프를 사용하는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 냉매 라인의 출구 측에는 BOG 분기라인이 분기되고, 그 BOG 분기라인에는 상기 제 1 냉매 라인을 순환하는 냉매를 기화시켜서 상기 가스 발전플랜트의 연료가스로 공급하기 위한 증발기가 설치되는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1 냉매 라인의 출구 측에는 상기 증발기에서 생성한 기화가스의 흐름을 제어하기 위한 제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 냉매 라인에는 히트펌프가 설치되는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 냉매 라인에는 냉매를 팽창시켜서 냉매의 온도를 하강시키기 위한 냉매 팽창부가 설치되는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 발전플랜트는 디젤 발전유닛과 가스 터빈유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 디젤 발전유닛과 상기 가스 터빈유닛에는 연료 오일 탱크가 연결되는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템.
  11. LNG 저장탱크를 구비하는 극지방 선박에 설치된 초전도 설비의 냉각 시스템으로서, 상기 LNG 저장탱크에서 공급된 LNG의 냉열을 이용하여, 고온 초전도 발전기와 고온 초전도 모터를 냉각하는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 LNG 저장탱크에서 공급된 LNG가 순환되는 제 1 냉매 라인;
    상기 고온 초전도 발전기와 상기 고온 초전도 모터를 냉각하기 위한 냉매가 순환되는 제 2 냉매 라인; 및
    상기 제 1 냉매 라인의 냉열을 상기 제 2 냉매 라인의 냉매로 열 전달하기 위한 열교환기;를 포함하되,
    상기 LNG 저장탱크에서 공급된 LNG의 냉열을 이용하여, 상기 고온 초전도 발전기와 상기 고온 초전도 모터를 냉각하는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 시스템.
  13. 고온 초전도 발전기를 구비하는 가스 발전플랜트와, 상기 가스 발전플랜트에서 생산한 전기를 이용하여 추진력을 발생하는 고온 초전도 모터를 구비하는 아지포드 스러스터와, LNG 저장탱크의 BOG를 재액화시켜서 상기 LNG 저장탱크로 다시 피드백시키기 위하여 고온 초전도 모터를 구비하는 재액화 컴프레서를 포함한 극지방 선박에 적용된 초전도 설비의 냉각 방법에 있어서,
    LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 제 1 냉매 라인으로 순환시키는 단계;
    상기 고온 초전도 발전기와 상기 고온 초전도 모터를 냉각하기 위해서 제 2 냉매 라인으로 냉매를 순환시키는 단계; 및
    상기 제 1 냉매 라인의 냉열을 상기 제 2 냉매 라인의 냉매로 전달하여 열 교환함으로써, 상기 고온 초전도 발전기와 상기 고온 초전도 모터를 냉각시키는 단계;를 포함하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 1 냉매 라인의 출구 측에 증발기를 장착하고, 선택적으로 상기 제 1 냉매 라인을 순환하는 LNG를 기화시켜서 상기 발전유닛의 연료가스로 공급하는 것을 특징으로 하는 극지방 선박의 초전도 설비 냉각 방법.
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