KR20190064953A

KR20190064953A - 태양열 발전 장치를 구비한 선박

Info

Publication number: KR20190064953A
Application number: KR1020170164319A
Authority: KR
Inventors: 김기범; 박기완
Original assignee: 충북대학교 산학협력단
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2019-06-11
Also published as: KR101995493B1

Abstract

태양열 발전기를 구비한 선박이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전 장치를 구비한 선박은 태양열 발전기를 구비한 선박에 있어서, 액화천연가스를 저장하는 LNG 저장 탱크; 상기 LNG 저장 탱크에 형성되는 반사경, 및 상기 반사경에서 반사된 태양열을 집열하는 집열부를 포함하는 집열기; 및 선박을 구동시키는 동력을 발생시키는 엔진;을 포함할 수 있다.

Description

태양열 발전 장치를 구비한 선박 {VESSLE HAVING SOLAR POWER GENERATOR}

본 발명은 태양열 발전 장치를 구비한 선박에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 선박에 구비되는 LNG 저장 탱크에 태양열을 집열하는 집열기를 설치하여 태양열 발전을 수행할 수 있는 태양열 발전 장치를 구비한 선박에 관한 것이다.

최근 선박의 주연료인 벙커유(380CST)의 가격이 상승하고, 온실가스 배출 감축 규제가 해상 수송 수단에서 적용됨에 따라 친환경 선박의 개발 필요성이 높아지고 있다.

선박에서 배출되는 이산화탄소량은 10억 4,600만 톤으로 전 세계 이산화탄소 배출량의 3.3%를 차지하고 있으며, 개별 산업 단위로는 최고치를 기록하였다. 국제해사기구(IMO)는 해운산업의 이산화탄소 배출 비중이 현재 4%에서 2050년에 최대 18%까지 증가할 것으로 예상하여, 2030년까지 CO₂배출량을 30%저감하는 목표를 설정하고 있다.

IMO는 CO₂배출 감축 방안(EEDI, SEEMP)을 강제 규정으로 채택하였으며, 국제항만협회가 환경선박 지수(ESI)를 도입하여 친환경선박에게 인센티브를 제공하는 조치를 시행하는 등 선박에서 배출되는 온실가스 저감을 위해 많은 노력들이 기울여지고 있다. 이러한 환경규제와 고유가로 인하여 친환경선박의 수요가 증가하고 있으며, 선주들의 친환경 선박 발주 추세는 더욱 가속화 될 것으로 예상된다.

이러한 친환경 선박은 액화천연가스(LNG)를 수송하는 LNG 선박에도 필수적이다. 종래에는 LNG를 수송하는 과정에서 기화되는 천연가스를 다시 액화하는 대신 엔진으로 보내 추진을 위한 연료로 사용하는 기술이 개발되어 있다. 하지만, 이러한 기술만으로는 온실가스 배출을 줄이는 데는 명백한 한계가 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 온실가스 배출을 감소시킬 수 있는 새로운 구조의 태양열 발전 장치를 구비한 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전 장치를 구비한 선박은 태양열 발전기를 구비한 선박에 있어서, 액화천연가스를 저장하는 LNG 저장 탱크; 상기 LNG 저장 탱크에 형성되는 반사경, 및 상기 반사경에서 반사된 태양열을 집열하는 집열부를 포함하는 집열기; 및 선박을 구동시키는 동력을 발생시키는 엔진;을 포함할 수 있다.

상기 반사경은 상기 LNG 저장 탱크의 외부에 일체로 형성되고, 선박의 주행 방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다.

상기 반사경은 상기 LNG 저장 탱크의 양측에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전 장치를 구비한 선박은 상기 LNG 저장 탱크에 저장되어 기화된 천연가스가 상기 집열기를 통해 집열된 태양열에 의해 가열되는 히터; 상기 히터를 통해 가열된 기화된 액화천연가스에 의해 작동하는 터빈; 및 상기 터빈의 회전에 의해 전력을 발전하는 발전기;를 더 포함할 수 있다.

상기 엔진에서 배출되는 배기 가스의 일부는 상기 히터로 공급되는 상기 LNG 저장 탱크에 저장되어 기화된 액화천연가스를 가열할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전 장치를 구비한 선박은 상기 LNG 저장 탱크와 상기 히터 사이에 구비되고, 상기 LNG 저장 탱크에서 기화된 액화천연가스와 상기 엔진에서 배출되는 배기 가스가 열교환되는 환열기;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전 장치를 구비한 선박은 상기 LNG 저장 탱크와 상기 히터 사이에 구비되고, 상기 LNG 저장 탱크에 저장되어 기화된 액화천연가스와 상기 엔진에서 배출되는 배기 가스에 의해 전력을 발전하는 열전 발전기;를 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 태양열 발전 장치를 구비한 선박에 의하면, 기존의 LNG 저장 탱크에 태양열 집열기를 일체로 설치하고, 집열기를 통해 모아진 태양열을 이용하여 기화된 천연가스를 가열하여 발전을 할 수 있다.

또한, 신재생 에너지를 이용하기 위해 기존의 선체에 별도의 구조물(예를 들어, 풍력 발전기, 또는 태양광 패널 등)을 설치할 필요가 없기 때문에, 선박의 구조 변경에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전 장치를 구비한 선박의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전 장치를 구비한 선박의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 발전 장치를 구비한 선박의 구성을 도시한 블록도이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 태양열 발전 장치를 구비한 선박에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전 장치를 구비한 선박의 구성을 도시한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양열 발전 장치를 구비한 선박의 구성을 도시한 블록도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 발전 장치를 구비한 선박의 구성을 도시한 블록도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 태양열 발전 장치를 구비한 선박은 LNG 저장 탱크(10), 집열기(20), 및 엔진(80)을 포함할 수 있다.

상기 LNG 저장 탱크(10)는 액화천연가스(LNG: liquefied natural gas)를 저장하는 용기로, 대략 원통 모양으로 형성된다.

상기 집열기(20)는 상기 LNG 저장 탱크(10)에 형성되는 반사경(21), 및 상기 반사경(21)에서 반사된 태양열을 집열하는 집열부(23)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 반사경(21)은 상기 LNG 저장 탱크(10)의 외측에 오목하게 형성되어 태양열을 모으는 역할을 수행한다. 상기 반사경(21)의 중앙(초점 부분)에 설치되는 집열부(23)는 상기 반사경(21)을 통해 반사된 태양열은 상기 집열부(23)에 모아진다.

바람직하게는, 상기 반사경(21)은 상기 LNG 저장 탱크(10)의 길이 방향(선박이 주행하는 방향)으로 길게 연장되어 오목하게 형성된다. 이와 같이, 반사경(21)이 LNG 저장 탱크(10)의 길이 방향으로 길게 연장되어 형성됨으로써, 선박이 주행할 때 발생하는 공기 저항을 최소화하는 효과가 발생한다. 또한, 반사경(21)에 의해 태양열이 반사되기 때문에, 태양열이 LNG 저장 탱크(10)에 저장된 액화천연가스의 온도가 증가하는 것을 억제할 수 있다.

상기 엔진(80)은 선박이 주행하는 필요한 동력을 발생시키는 것으로, 예를 들어, 디젤 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 디젤 엔진(80)일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 태양열 발전기를 구비한 선박은 히터(30), 터빈(40), 및 발전기(50)를 더 포함할 수 있다.

상기 히터(30)는 상기 LNG 저장 탱크(10)에 저장되어 기화된 액화천연가스(이하, '기화된 천연가스'라 한다)를 가열하기 위한 것으로, 상기 히터(30)는 상기 집열기(20)를 통해 집열된 태양열에 의해 상기 LNG 저장 탱크(10)에 저장되어 기화된 천연가스를 가열한다. 기화된 천연가스의 온도는 약 섭씨 -160도 정도이다. 따라서, 기화된 천연가스는 상기 가열기를 통해 가열되어 온도가 상승하고 부피는 증가하게 된다. 또는, 상기 엔진(80)에서 배출되는 배기 가스는 배기 라인(92)을 통해 상기 히터(30)로 공급되어 기화된 천연가스를 가열할 수도 있다.

상기 터빈(40)은 상기 히터(30)를 통해 가열되어 부피가 증가한 기화된 천연가스에 의해 작동(회전)한다.

상기 발전기(50)는 상기 터빈(40)의 회전에 의해 전력을 발전하는 장치로, 상기 발전기(50)에서 발전된 전력은 배터리에 저장되거나, 선박의 전기 장치를 구동하는데 사용될 수 있다.

상기 LNG 저장 탱크(10)에서 기화된 천연가스는 가스 라인(90)을 통해 상기 히터(30), 상기 터빈(40)을 경유하여 상기 엔진(80)으로 공급된다.

본 발명의 실시 예에 따른 태양열 발전기(50)를 구비한 선박은 상기 LNG 저장 탱크와 상기 히터(30) 사이의 가스 라인(90)에 구비되어 상기 LNG 저장 탱크(10)에서 기화된 천연가스를 가열하기 위한 환열기(60)(Recuperator)를 더 포함할 수 있다.

상기 환열기(60)는 열교환기(heat exchanger)의 일종으로, 상기 환열기(60)에서 상기 LNG 저장 탱크(10)에서 저온의 기화된 천연가스는 상기 히터(30)와 상기 터빈(40)을 경유한 상대적으로 고온의 기화된 천연가스와 열교환(heat-exchange)이 이루어져 기화된 천연가스의 온도가 상승하게 된다.

또는, 본 발명의 실시 예에 따른 태양열 발전기(50)를 구비한 선박은 상기 LNG 저장 탱크와 상기 히터(30) 사이의 가스 라인(90)에 구비되어 저온의 기화된 천연가스와 상기 엔진(80)에서 배출되는 고온의 배기 가스에 의해 전력을 발전하는 열전 발전기(70)(thermoelectric generator)를 더 포함할 수 있다.

이를 위해, 상기 열전 발전기(70)는 고온부, 저온부, 및 상기 고온부와 저온부의 사이에 구비되는 열전 모듈을 포함한다. 상기 고온부는 상기 엔진(80)에서 배출되는 고온의 배기 가스에 의해 가열되고, 상기 저온부는 상기 LNG 저장 탱크(10)에서 기화된 저온의 액화천연가스에 의해 냉각된다. 그리고 상기 열전 모듈은 상기 고온부와 저온부의 온도 차이에 의해 발생되는 기전력을 통해 전력을 발전한다.

상기 열전 발전기(70)에서 발전된 전력은 배터리에 저장되거나, 선박의 전기 장치를 구동하는데 사용될 수 있다.

이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 태양열 발전기(50)를 구비한 선박의 동작에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2를 참조하면, 상기 LNG 저장 탱크(10)에 저장된 액화천연가스가 기화되면, 상기 가스 라인(90)을 통해 상기 환열기(60)를 거쳐 상기 히터(30)로 공급된다. 그리고 상기 LNG 저장 탱크(10)에 형성된 집열기(20)를 통해 집열된 태양열은 상기 히터(30)로 공급된다. 이때, 상기 히터(30)에서는 상기 집열기(20)를 통해 집열된 태양이 저온의 기화된 천연가스를 가열하여, 기화된 천연가스의 온도가 증가하고 부피가 팽창한다.

상기 히터(30)를 경유하여 온도가 증가하고 부피가 팽창한 기화된 천연가스는 상기 터빈(40)을 회전시키고, 상기 터빈(40)의 회전에 의해 상기 발전기(50)는 전력을 생산한다.

상기 터빈(40)을 경유한 기화된 천연가스는 상기 환열기(60)로 재유입된다. 이때, 상기 LNG 저장 탱크(10)에서 기화된 저온의 천연가스는 상기 히터(30)와 터빈(40)을 경유한 상대적으로 고온의 기화된 천연가스와 열교환이 이루어진다.

상기 환열기(60)를 경유한 기화된 천연가스는 상기 엔진(80)으로 공급되어 연소됨으로써, 동력을 발생시킨다.

도 3을 참조하면, 상기 LNG 저장 탱크(10)에 저장된 액화천연가스가 기화되면, 상기 가스 라인(90)을 통해 상기 열전 발전기(70)의 저온부를 거쳐 상기 히터(30)로 공급된다. 그리고 상기 LNG 저장 탱크(10)에 형성된 집열기(20)를 통해 집열된 태양열은 상기 히터(30)로 공급된다. 이때, 상기 히터(30)에서는 상기 집열기(20)를 통해 집열된 태양이 저온의 기화된 천연가스를 가열하여, 기화된 천연가스의 온도가 증가하고 부피가 팽창한다.

상기 터빈(40)을 경유한 기화된 천연가스는 상기 열전 발전기(70)의 고온부로 유입된다. 이때, 상기 열전 발전기(70)의 저온부와 고온부 사이의 온도차가 발생하기 때문에, 상기 열전 모듈은 저온부와 고온부 사이의 온도차에 의해 발생하는 기전력을 통해 전력을 발전한다. 또는, 상기 엔진(80)에서 배출되는 고온의 배기 가스가 배기 라인(92)을 통해 상기 열전 발전기(70)의 고온부를 가열함으로써, 열전 모듈이 전력을 생산할 수도 있다.

상기 열전 발전기(70)의 고온부를 경유한 기화된 천연가스는 상기 엔진(80)으로 공급되어 연소됨으로써, 동력을 발생시킨다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 태양열 발전기(50)를 구비한 선박은 기존의 LNG 저장 탱크(10)에 태양열 집열기(20)를 일체로 설치하고, 집열기(20)를 통해 모아진 태양열을 이용하여 기화된 천연가스를 가열하여 발전을 할 수 있다.

또한, 신재생 에너지를 이용하기 위해 기존의 선체에 별도의 구조물(예를 들어, 풍력 발전기(50), 또는 태양광 패널 등)을 설치할 필요가 없기 때문에, 선박의 구조 변경에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10: LNG 저장 탱크
20: 집열기
21: 반사경
23: 집열부
30: 히터
40: 터빈
50: 발전기
60: 환열기
70: 열전 발전기
71: 저온부
73: 고온부
75: 열전 모듈
80: 엔진
90: 가스 라인
92: 배기 라인

Claims

태양열 발전기를 구비한 선박에 있어서,
액화천연가스를 저장하는 LNG 저장 탱크;
상기 LNG 저장 탱크에 형성되는 반사경, 및 상기 반사경에서 반사된 태양열을 집열하는 집열부를 포함하는 집열기; 및
선박을 구동시키는 동력을 발생시키는 엔진;
을 포함하는 태양열 발전기를 구비한 선박.
제1항에 있어서,
상기 반사경은 상기 LNG 저장 탱크의 외부에 일체로 형성되고, 선박의 주행 방향을 따라 연장되어 형성되는 태양열 발전기를 구비한 선박.
제2항에 있어서,
상기 반사경은 상기 LNG 저장 탱크의 양측에 형성되는 태양열 발전기를 구비한 선박.
제1항에 있어서,
상기 LNG 저장 탱크에 저장되어 기화된 천연가스가 상기 집열기를 통해 집열된 태양열에 의해 가열되는 히터;
상기 히터를 통해 가열된 기화된 액화천연가스에 의해 작동하는 터빈; 및
상기 터빈의 회전에 의해 전력을 발전하는 발전기;
를 더 포함하는 태양열 발전기를 구비한 선박.
제4항에 있어서,
상기 엔진에서 배출되는 배기 가스의 일부는 상기 히터로 공급되는 상기 LNG 저장 탱크에 저장되어 기화된 액화천연가스를 가열하는 태양열 발전기를 구비한 선박.
제4항에 있어서,
상기 LNG 저장 탱크와 상기 히터 사이에 구비되고, 상기 LNG 저장 탱크에서 기화된 액화천연가스와 상기 엔진에서 배출되는 배기 가스가 열교환되는 환열기;
를 더 포함하는 태양열 발전기를 구비한 선박.
제4항에 있어서,
상기 LNG 저장 탱크와 상기 히터 사이에 구비되고, 상기 LNG 저장 탱크에 저장되어 기화된 액화천연가스와 상기 엔진에서 배출되는 배기 가스에 의해 전력을 발전하는 열전 발전기;
를 더 포함하는 태양열 발전기를 구비한 선박.