WO2018008997A1 - System using cold energy - Google Patents

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superconducting
fuel
cold heat
liquefied
storage tank
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PCT/KR2017/007226
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명섭 리마이클
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주식회사 싸이트로닉
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
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    • F01K25/10Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • Embodiments according to the concept of the present invention relates to a system using cold heat, and more particularly to a cold heat utilization system that efficiently utilizes the cold heat contained in the cryogenic liquefied fuel.
  • Superconductivity is a phenomenon in which a material has an electrical resistance of zero and pushes back an internal magnetic field.
  • Superconductor is a material that exhibits this superconductivity.
  • An object of the present invention is to provide a cold heat utilization system that efficiently utilizes cold heat contained in liquefied fuel.
  • the system for using cold heat includes a fuel storage tank for storing liquefied fuel, a reformer for extracting reformed gas from BOG generated from liquefied fuel stored in the fuel storage tank, and the reformed gas delivered from the reformer.
  • a reformed gas liquefaction apparatus for producing liquefied reformed gas by liquefaction, a heat exchanger for transferring cool heat contained in the liquefied fuel delivered from the fuel storage tank and the liquefied reformed gas delivered from the reformed gas liquefaction apparatus to a refrigerant, or one Two or more superconducting devices and a refrigerant line for supplying the refrigerant from the heat exchanger to the reforming gas liquefaction device or the one or more superconducting devices, wherein the reforming gas liquefaction device or the one or more superconducting devices comprises The refrigerant delivered from the heat exchanger To, and operates in a superconducting state.
  • the system for using cold heat includes a fuel storage tank for storing liquefied fuel, a reformer for extracting reformed gas from BOG generated from liquefied fuel stored in the fuel storage tank, and the reformed gas delivered from the reformer.
  • a reformed gas liquefaction apparatus for producing liquefied reformed gas by liquefaction, a heat exchanger for transferring cold heat contained in the liquefied fuel delivered from the fuel storage tank and the liquefied reformed gas delivered from the reformed gas liquefaction apparatus to a refrigerant, the heat exchanger
  • An engine that generates mechanical energy using gaseous fuel delivered from a gas, a superconducting generator that maintains a superconducting state by using cooling heat included in the refrigerant, and a superconducting generator that converts mechanical energy delivered from the engine into electrical energy and the refrigerant Maintain superconductivity by using cold heat contained in
  • a superconducting power apparatus comprising a reformed gas liquefaction apparatus, and the consumption of the electric energy to maintain a superconducting state by using the cold heat contained in the refrigerant, operate in the superconducting state.
  • the cold heat utilization system includes a fuel storage tank for storing liquefied fuel, a BOG storage tank for storing BOG generated from liquefied fuel stored in the fuel storage tank, and the BOG transferred from the BOG storage tank.
  • a liquefaction apparatus for liquefying and delivering a liquefied BOG to the fuel storage tank, a reformer for extracting reformed gas from the BOG delivered from the BOG storage tank, and a liquefied reformed gas by liquefying the reformed gas delivered from the reformer.
  • a reforming gas liquefaction apparatus to be produced a heat exchanger for transferring cold heat contained in the liquefied fuel delivered from the fuel storage tank and the liquefied reformed gas delivered from the reformed gas liquefaction apparatus to a refrigerant, one or more superconducting devices, and The fuel liquefaction device, the reformed gas liquefaction device from the heat exchanger Or a coolant line for supplying the coolant to the one or more superconducting devices, wherein the fuel liquefaction device, the reforming gas liquefaction device or the one or more superconducting devices utilize superconductivity using cold heat contained in the coolant. Maintain state and operate in the superconducting state.
  • the cold heat utilization system has the effect of utilizing the cold heat contained in the liquefied fuel in various ways.
  • the cold heat utilization system can build the cryogenic environment of devices that require cryogenic environment, such as a liquefied device or a superconducting device, to cool the heat contained in the liquefied fuel (or liquefied reformed gas), thereby efficiently saving energy. Can be used.
  • the system for using a cold heat maintains the superconducting state of a superconducting generator using the cold heat contained in the liquefied fuel stored in a fuel storage tank and simultaneously converts the mechanical energy generated from the engine using the liquefied fuel into the superconducting generator. It can be converted into electrical energy by using, it is possible to use energy efficiently.
  • FIG 1 conceptually illustrates an energy conversion system according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example in which a portion of a fuel delivery line surrounds an energy conversion device in a coil form according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG 3 conceptually illustrates an energy conversion system according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a numerical analysis for the diagnosis / control function of the energy conversion system and the monitoring / measuring method according to the embodiments of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for synchronizing transmission time of a signal related to measurement of an energy conversion system according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 6 conceptually illustrates a hybrid system including an energy conversion system according to embodiments of the present invention and utilizing cold heat of a liquefied fuel.
  • an energy conversion system 100 may include a fuel storage tank (or a fuel storage device 110), an energy conversion device 120, a fuel delivery line 130, and a condition control device. 140 may be included.
  • the fuel storage tank 110 stores liquefied fuel. Liquefied fuel stored in the fuel storage tank 110 may be supplied to a driving device or a fuel cell.
  • the driving device may be an engine or an internal combustion engine, but is not limited thereto. Although one fuel storage tank 110 is shown in FIG. 1, the fuel storage tank 110 may be one or more.
  • Liquefied fuel stored in fuel storage tank 110 may be in a low temperature (eg, below zero) or high pressure state.
  • the liquefied fuel may include at least one of liquefied petroleum gas (LPG), liquefied natural gas (LNG), and liquefied hydrogen (liquefied hydrogen).
  • LPG, the LNG, and the liquefied hydrogen are gas phases at 25 ° C. and 1 atmosphere (eg, standard state), so that the LPG, the LNG, and the liquefied hydrogen are brought into the liquid phase.
  • the fuel storage tank 110 should be in a low temperature or high pressure state.
  • Liquefied fuel stored in the fuel storage tank 110 may be replaced by electrical energy (or electric power) or mechanical energy (or power) before being transferred from the fuel storage tank 110 to the energy conversion device 120.
  • the fuel storage tank 110 may transfer the converted electrical energy or mechanical energy to the energy conversion device 120.
  • the energy conversion device 120 may convert the electrical energy transferred from the fuel storage tank 110 into mechanical energy (for example, by using a motor) or convert the transmitted mechanical energy into electrical energy (for example, using a generator).
  • the energy conversion device 120 may exhibit an optimal conversion efficiency in a specific low temperature section. According to embodiments, the energy conversion device 120 may provide an optimal energy conversion efficiency in the cryogenic section.
  • the energy conversion device 120 may be implemented as a superconductor motor or a superconducting generator having an optimal conversion efficiency in the specific cryogenic section.
  • the ultra low temperature means a temperature at which superconductivity can be exhibited (or observed).
  • the ultra low temperature may mean a temperature of 40 degrees or less of the absolute temperature, but is not limited thereto.
  • the fuel delivery line 130 may be a passage or a device for delivering liquefied fuel stored in the fuel storage tank 110 to a driving device or a fuel cell.
  • the fuel delivery line 130 using the heat generated in the energy conversion device 120, vaporizes the liquefied fuel supplied from the fuel storage tank 110, the vaporized fuel is the drive unit or the fuel Can be delivered to the battery.
  • some of the fuel delivery line 130 may surround the exterior of the energy conversion device 120.
  • some of the fuel delivery lines 130 may have a pipe structure surrounding the energy conversion device 120 in the form of a coil.
  • the fuel delivery line 130 may also wrap the power line, thereby minimizing power loss while using the heat exchanger.
  • At least some of the fuel delivery line 130 may be implemented to surround all external volumes of the energy conversion device 120.
  • the condition control device 140 When the temperature of the energy conversion device 120 is lowered as a part of the energy conversion device 120 and the fuel delivery line 130 exchanges heat, the condition control device 140 has a temperature of ( The fuel delivery line 130 may be controlled to be set to a reference temperature section.
  • the condition control device 140 may include a temperature sensor that can measure the temperature of the energy conversion device 120.
  • the condition controller 140 may monitor the temperature of the energy conversion device 120 using a temperature sensor, and detect whether the temperature of the energy conversion device 120 is out of the reference temperature range according to the result of the monitoring. have.
  • the energy conversion system 100 illustrated in FIG. 1 may be included in a vessel, a vehicle, a rocket, or a generator, but is not limited thereto.
  • the energy conversion system 100 may operate to prevent accidents related to liquefied fuel stored in the fuel storage tank 110.
  • the energy conversion system 100 may provide cool heat energy (or cold heat) related to liquefied fuel stored in the fuel storage tank 110 to a superconducting motor, generator, power cable, secondary cell, or fuel cell through a refrigerant.
  • a refrigerant may be inert gases.
  • the superconducting motor, the generator, the power cable, the secondary cell, or the fuel cell can operate under optimal conditions (eg, conditions that can lead to superconducting conditions) and thus can provide optimum efficiency. .
  • the energy conversion system 100 may further include a gas analyzer capable of monitoring inert gas or air.
  • the gas analyzer may have an input terminal (between the fuel storage tank 110 and the energy conversion device 120) or an output terminal (between the fuel delivery line 130 and the drive unit, or the fuel delivery line) of inert gas or air. 130) and the fuel cell).
  • the gas analyzer may be an analyzer using absorption spectrometry, combustion analysis, chemical analysis, and / or instrumental analysis.
  • the gas analyzer may be a spectrometer or a gas absorption technique based analyzer.
  • the energy conversion system 100 can monitor inert gas or air and use the monitor results to prevent possible explosions.
  • the energy conversion system 100 may measure the structure including the energy conversion system 100 or the energy conversion system 100 using an electrical measuring technique or an optical measuring technique.
  • the energy conversion system 100 may be included in a ship, a car, a rocket, or a generator that generates power in response to external force (eg, a wind generator, a tidal current generator, a hydroelectric generator, or an ocean current generator). It may mean a ship, the vehicle, the rocket, or the generator.
  • the energy conversion system 100 may measure the external force acting on the structure or the response of the structure to the external force by using an electrical measurement technology or an optical measurement (or light measurement) technology.
  • the external force may be wind load, wave load, or current load
  • the response of the structure to the external force may be displacement, deformation, or movement. motion or vortex.
  • the energy conversion system 100 may measure the internal force acting on the structure or the response of the structure to the internal force by using an electrical measurement technique or an optical measurement technique.
  • the load capacity may be included in the energy conversion system 100 (eg, fuel storage tank 110 or 320, energy conversion device 120 or 330, fuel delivery line 130 or 140, or condition control device 140).
  • the energy conversion system 100 may include a rider, particle tracking velocimetry, particle image velocimetry, strain sensor, accelerometer, ammeter, acoustic Acoustic emission tester, seismometer, current meter, thermal sensor or optical time domain reflectometer (OTDR), distinctive temperature sensor (DTS), BOTRA It can be measured using a brillouin optical time domain reflectometry analyzer (BOTDR), a brillouin optical time domain reflectometry (BOTDR), a distributed acoustic sensor (DAS), or a distributed vibration sensor (DVS).
  • BOTDR brillouin optical time domain reflectometry analyzer
  • BOTDR a brillouin optical time domain reflectometry
  • DAS distributed acoustic sensor
  • DVD distributed vibration sensor
  • the energy conversion system 100 may perform a diagnostic function or a prognostic function through a result of measurement or condition based maintenance.
  • the energy conversion system 100 may have a control function including predictive control (temperature and gas or fluid dynamics and pressure, instrumentation, diagnostics and control) or self control, or EC (emergency control) or ESD (emergency) safety features including shut down).
  • the energy conversion system 100 may monitor the condition or position of the operator of the offshore structure through a heart beat or behavior sensor or a position sensor, depending on the results of the monitor An alarm or alarm can be generated when the worker is in a dangerous state.
  • the energy conversion system 100 may provide a maintenance function through state-based maintenance.
  • the energy conversion system 100 When the structure to be measured is a conductor or when the energy conversion system 100 performs measurement in an electromagnetic field, the energy conversion system 100 performs experiments (or observations) using optical measurement (for example, optical wired measurement or optical wireless measurement). Error range of the measurement result or the empirical data can be minimized. According to embodiments, the energy conversion system 100 may process (or process) the measurement result or the proof data by using context awareness technology to minimize an error range of the measurement result or the proof data. have.
  • the energy conversion system 100 can eliminate the uncertainty of the measurement and can improve the accuracy or repeatability of the measurement.
  • an error range of the measurement result or the empirical data may be minimized by using artificial intelligence or machine learning.
  • the energy conversion system 100 can be (semi) automated.
  • the energy conversion system 100 may perform an optical wired measurement function using an optical fiber sensor.
  • the optical fiber sensor may measure the temperature or tension of the structure to be measured.
  • the optical fiber sensor may include an optical signal transmission fiber.
  • the optical fiber sensor may include an optical signal transmission fiber including silica, quartz, or polymer, and the optical signal transmission fiber is functional for temperature insulation function or tension reinforcement function.
  • the composite can be a coated or packaged fiber.
  • the energy conversion system 300 includes a fuel generating device 310, a fuel storage tank 320, an energy conversion device 330, a fuel delivery line 340, and a condition control device 350. can do.
  • the energy conversion system 300 of FIG. 3 may be included in a generator that can use water.
  • energy conversion system 300 may be included in a water wind generator, a tidal current generator, an ocean current generator, or a hydroelectric generator.
  • the energy conversion system 300 of FIG. 3 further includes a fuel generating device 310 for generating hydrogen fuel, which differs from the energy conversion system 100 of FIG. 1 in that hydrogen fuel is used among liquefied fuels. .
  • a fuel generating device 310 for generating hydrogen fuel which differs from the energy conversion system 100 of FIG. 1 in that hydrogen fuel is used among liquefied fuels.
  • Each of the energy conversion device 330, the fuel delivery line 340, and the condition control device 350 of FIG. 3 is the energy conversion device 120, the fuel delivery line 130, and the condition control device 140 of FIG. 1. It may be understood that among the respective functions, the functions related to the hydrogen fuel may be performed, and thus, detailed descriptions of these 320, 330, 340, and 350 are omitted.
  • the fuel generating device 310 generates hydrogen fuel using water available to the energy conversion system 300 (eg, water adjacent to the energy conversion system 300), and generates the generated hydrogen fuel in the fuel storage tank 320. Can be supplied as The fuel storage tank 320 may store the hydrogen fuel delivered from the fuel generating device 310.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a numerical analysis or a monitoring (or measuring) method for a diagnostic function (or control function) of an energy conversion system according to embodiments of the present invention.
  • an energy conversion system 100 or 300 may be a gas, using numerical analysis (or numerical modeling) based on multiphysics or similar techniques.
  • the result of dynamic simulation of fluid or thermal dynamics may be set as a boundary condition (S410).
  • the condition may be a condition related to external force or internal force.
  • the energy conversion system 100 uses a fluid structure interaction (FSI) technique or the like for the above conditions to perform numerical (or numerical) modeling for the diagnostic (or control) function in the experiment (or observation). Optimization (or validation) according to the measurement result or the empirical data by the method, and extracts the optimal (or simple) method (or equation) according to the result of the optimization (S420). For example, the energy conversion system 100 may optimize the numerical analysis method for the diagnostic function (or control function) in a method suitable for the measurement result.
  • FSI fluid structure interaction
  • the energy conversion system 100 monitors, measures, or analyzes at least one of gas, fluid, or thermodynamics, position, and shape based on the optimal method extracted in step S420 to control (eg, feed forward or It can be predicted (S430).
  • the energy conversion system 100 may reduce fuel consumption of the energy conversion system 100 (or a structure including the energy conversion system 100), perform a safe operation, or extend a safe operation time.
  • the energy conversion system 100 may perform steps S410 to S430 of FIG. 4 using artificial intelligence or machine learning techniques.
  • the energy conversion system 100 can thus be (semi) automated.
  • the energy conversion system 100 performs measurement on the structure, and according to the measurement result, the appearance of the structure may be processed by using a pulsed laser (ie, laser scanning) and processed into a 3D image for display. Can be.
  • a pulsed laser ie, laser scanning
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for synchronizing transmission time of a signal related to measurement of an energy conversion system according to embodiments of the present disclosure.
  • the energy conversion system 100 measures a first time required for the first signal generated by the measuring instrument to be transferred from the measuring instrument to the sensor mounted on the structure (S510).
  • the first signal may be a signal that enables or activates the sensor.
  • the first signal may be a turn-on signal or an operating voltage.
  • the energy conversion system 100 measures a second time required for the second signal generated by the sensor to be transferred from the sensor to the measuring instrument in response to the first signal (S520).
  • the second signal may be a detection signal generated by the sensor.
  • the second signal may include measurement information.
  • the energy conversion system 100 measures the third time required to quantify the measurement information included in the second signal, and extract the measurement value corresponding to the measurement information according to the result of the quantification. (S530).
  • the energy conversion system 100 synchronizes the measured first time, the measured second time, or the measured third time with the standard time used in the energy conversion system 100 (S540).
  • FIG. 6 conceptually illustrates a hybrid system including an energy conversion system according to embodiments of the present invention and utilizing cold heat of a liquefied fuel.
  • renewable power 601 and boiler turbine power 602 such as wind, tidal, wave, geothermal, or solar energy, are transmitted to a turbine (or steam turbine) 603.
  • Turbine 603 may be a generator capable of generating electrical energy. According to embodiments, the turbine 603 may produce electrical energy using the transmitted powers 601 and 602.
  • the turbine 603 may receive the cold heat energy of the liquefied fuel through the heat exchange 604 to produce electric energy (or electricity).
  • the produced electrical energy is stored via battery charge 613.
  • the heat exchanger 604 of FIG. 6 may be the energy conversion device 120 of FIG. 1.
  • the turbine 603 may be included in a hybrid vehicle, a ship, a rocket, or the like.
  • the vehicle generator is connected to the engine of the vehicle through a belt.
  • the belt is connected to a rotating body (eg, a rotor) of the vehicle generator, and when the engine is driven, the rotating body of the vehicle generator rotates, and thus the vehicle generator produces electric energy. That is, the vehicle generator converts the mechanical energy generated by the engine into electrical energy.
  • the vehicle generator induces a predetermined AC voltage according to the rotation of the rotating body, rectifies the AC voltage to generate a DC component voltage, and is connected between the output terminal of the generator and the ground and the electrical energy supplied from the generator.
  • it may include a detection device for controlling to turn on the warning light by turning on the warning light driving transistor.
  • a protection diode may be connected between the terminals, and a load may be connected to an output terminal of the generator.
  • the vehicle generator has a warning light when one of the terminals is short-circuited, the other terminal that is not short-circuited to continue to generate electricity is supplied to the storage battery or load without interruption.
  • the heat exchanger 604 heat-exchanges the liquefied fuel stored in the fuel container 605 through the BOG 607 made through the BOG (boiled off gas) Liquification 606 to generate cold heat energy.
  • the fuel container 605 may be the fuel storage tank 110 of FIG. 1.
  • the cold heat energy may be delivered to the gas supply system 608.
  • the gas air raid system 608 may be a fueled gas supply system.
  • the gas supply system 608 may be the condition control device 104 of FIG. 1.
  • the gas supply system 608 may include at least one of a motor for compressor, a pump, and a valve.
  • the gas supply system 608 may transfer the received cold heat energy to the first engine 609 and the second engine 610.
  • the first engine 609 may be driven through the cold heat energy, and operate the turbine 603 to produce electricity.
  • the first engine 609 may store the CO 2 liquefied gas in the CO 2 reservoir 612 according to the CO 2 liquefaction or hydrate process 611.
  • the first engine 609 may be a low pressure engine.
  • the second engine 610 may be driven according to the received cold heat energy, and may drive a propellant 615 in cooperation with a motor 614 driven by receiving electrical energy from the turbine 603.
  • the propellant 615 may be a propeller or a wheel, but is not limited thereto.
  • the second engine 610 may be a high pressure engine and may operate in the range of 2 to 3000 RPM.
  • BOG 607 may be passed to reformer 616.
  • the reformer 616 may extract hydrogen from the BOG 607 and store the extracted hydrogen in a hydrogen reservoir 617.
  • the hydrogen liquefied fuel generated by the liquefaction process 620 may be stored in the hydrogen reservoir 617.
  • the liquefaction process 620 may use the cold heat energy generated through the heat exchange 604.
  • the hydrogen liquefied fuel may be supplied to the fuel cell 619.
  • the hydrogen or oxygen reformer 618 may use the energy (eg, electrical energy) delivered to the motor 614 to extract oxygen or hydrogen and deliver the extracted oxygen or hydrogen to the fuel cell 619.
  • energy eg, electrical energy
  • the hydrogen or oxygen reformer 618 may process the extracted hydrogen in the liquefaction process 620 and store the liquefied hydrogen in the hydrogen reservoir 617.
  • the hydrogen or oxygen reformer 618 may process the extracted oxygen in a liquefaction process 620 and store the liquefied oxygen in an oxygen storage container.
  • the hybrid system of FIG. 6 is illustrated as including one hydrogen reservoir 617, the hybrid system may include a separate oxygen reservoir in addition to the hydrogen reservoir 617.
  • a cold heat utilization system 700 includes a fuel storage tank 710, a heat exchanger 720, a reformer 730, a reforming gas liquefaction device 740, a fuel cell 750, and a superconducting device. 760 may include.
  • the cold heat utilization system 700 may further include a boil off gas (BOG) storage tank 712, a fuel liquefaction apparatus 714, and / or a reformed gas storage tank 732.
  • BOG boil off gas
  • the cold heat utilization system 700 of FIG. 7 may correspond to the hybrid system shown in FIG. 6.
  • the fuel storage tank 710 may correspond to the fuel container 605 of FIG. 6, the heat exchanger 720 may correspond to the heat exchange 604 of FIG. 6, and the reformer 730 may be the reformer 616 of FIG. 6. ),
  • the reformed gas liquefaction apparatus 740 may correspond to the liquefaction process 620 of FIG. 6, the fuel cell 750 may correspond to the fuel cell 619 of FIG. 6, and superconductivity.
  • the apparatus 760 may correspond to the turbine 603, the first engine 609, the second engine 610, or the motor 614 of FIG. 6, but is not limited thereto.
  • the fuel storage tank 710 may store the liquefied fuel LF.
  • Liquefied fuel LF has a state of very low temperature, and thus has a cold heat energy.
  • the cold heat energy refers to ultra low temperature heat energy contained in a low temperature object.
  • the liquefied fuel LF may be any one of LPG, LNG, and liquefied hydrogen, but is not limited thereto.
  • the liquefied fuel LF may include all materials including hydrogen and capable of storing cold heat.
  • the liquefied fuel (LF) may be a natural chemical or a synthetic chemical including at least one of hydrogen, carbon, and oxygen.
  • ultra low temperature means the temperature at which superconductivity can be exhibited (or observed).
  • the ultra low temperature may mean a temperature of 40 degrees or less of the absolute temperature, but is not limited thereto.
  • the fuel storage tank 710 may further include a control device for maintaining the interior of the fuel storage tank 710 at a low temperature or a high pressure state.
  • fuel storage tank 710 may comprise a temperature sensor or a pressure sensor.
  • the fuel storage tank 710 may deliver the liquefied fuel LF to the heat exchanger 720.
  • Liquefied fuel LF may be delivered through a fuel line connected between fuel storage tank 710 and heat exchanger 720.
  • BOG (BG) generated from fuel storage tank 710 may be delivered to reformer 730.
  • BOG BG refers to a gas generated as the liquefied fuel LF stored in the fuel storage tank 710 naturally evaporates.
  • the BOG (BG) may be a gas generated from the liquefied fuel LF at a standard state (eg, 25 ° C or 1 atmosphere).
  • the fuel storage tank 710 may include a relief valve 711.
  • the relief valve 711 automatically opens when the pressure in the fuel storage tank 710 exceeds the reference pressure as the BOG (BG) is generated in the fuel storage tank 710. And to the BOG storage tank 712.
  • the BOG storage device 712 may store the BOG (BG) delivered from the fuel storage tank 710.
  • BOG storage 712 may deliver BOG (BG) to fuel liquefaction device 714 and / or reformer 730.
  • the fuel liquefaction apparatus 714 may liquefy the delivered BOG (BG) and deliver the liquefied BOG to the fuel storage tank 710.
  • the liquefied BOG may be the same material as the liquefied fuel LF.
  • the fuel liquefaction apparatus 714 liquefies the BOG (BG) and cools the liquefied BOG to the fuel storage tank 710 by using the cold heat included in the cryogenic refrigerant REF delivered from the heat exchanger 720. ) Can be delivered.
  • BG BOG
  • REF cryogenic refrigerant
  • the BOG (BG) generated from the fuel storage tank 710 may be stored in the BOG storage device 712.
  • the heat exchanger 720 may transfer the cool heat included in the liquefied fuel LF delivered from the fuel storage tank 710 and the liquefied reformed gas LRG delivered from the reformed gas liquefaction apparatus 740 to the refrigerant REF. .
  • the refrigerant REF may be a material capable of transferring thermal energy (eg, cold heat energy).
  • the refrigerant REF may be a liquefied fuel LF or any one of an inert gas, ammonia, nitrogen, and an antifreeze, but is not limited thereto. Means a material that can maintain.
  • the heat exchanger 720 passes the liquefied fuel line (or the liquefied hydrogen line through which the liquefied reforming gas LRG is delivered) to the refrigerant REF, thereby passing the liquefied fuel LF. (Or liquefied reforming gas (LRG)) may be transferred to the coolant (REF).
  • the heat exchanger 720 may vaporize the liquefied fuel LF to generate the vaporized fuel GF, and may transmit the cold heat of the liquefied fuel LF to the refrigerant REF by using the generated vaporized heat. have.
  • the heat exchanger 720 may deliver the refrigerant REF to the devices included in the cold heat utilization system 700. According to embodiments, the heat exchanger 720 may deliver the refrigerant REF to the fuel liquefaction apparatus 714, the reformed gas liquefaction apparatus 740, or the superconductor 760.
  • the cold heat utilization system 700 may further include a refrigerant line 722 for delivering the refrigerant REF to each device.
  • the heat exchanger 720 may deliver the vaporized fuel GF to the engine 770.
  • a heat exchanger 720 is a vaporizer for heating the liquefied fuel to produce a vaporized fuel, a compressor for compressing the vaporized fuel delivered from the vaporizer to a high pressure or an injector for delivering the compressed vaporized fuel to the engine. It may include.
  • the reformer 730 may reform the BOG (BG) delivered from the fuel storage tank 710 (or BOG storage tank 712) and extract the reformed gas RG from the BOG (BG) as a result of the reforming. have. According to embodiments, the reformer 730 may extract hydrogen, oxygen, or carbon from BOG (BG).
  • the reforming gas RG may include hydrogen, oxygen, carbon, or a combination thereof.
  • the reforming gas RG may be hydrogen gas, oxygen gas, carbon gas, hydrocarbon or hydrocarbon oxide, but is not limited thereto.
  • the extracted reformed gas RG may be stored in the reformed gas storage tank 732.
  • the cold heat utilization system 700 is shown in FIG. 7 as including one reformed gas storage tank 732, in some embodiments, the cold heat utilization system 700 may include a plurality of reformed gas storage tanks.
  • the reformed gas RG may be stored separately according to its properties.
  • the reformer 730 may extract the reformed gas (RG) from the BOG (BG) by using the heat energy generated by the operation of the engine 770.
  • the reformer 730 may deliver the extracted reformed gas RG to the reformed gas liquefaction apparatus 740 and / or the fuel cell 750. According to embodiments, the reformer 730 may deliver the extracted reformed gas RG to the reformed gas storage tank 732.
  • the reformed gas storage tank 732 may deliver the stored reformed gas RG to the reformed gas liquefaction apparatus 740 and / or the fuel cell 750.
  • the reformed gas liquefaction apparatus 740 may liquefy the delivered reformed gas (RG), generate liquefied reformed gas (LRG), and deliver the resulting liquefied reformed gas (LRG) to the heat exchanger 720.
  • the reformed gas liquefaction apparatus 740 may liquefy the reformed gas RG by using the cold heat included in the cryogenic refrigerant REF transferred from the heat exchanger 720.
  • the fuel cell 750 may generate electrical energy (or electric power PW) using the reformed gas RG delivered from the reformer 730. According to embodiments, the fuel cell 750 may generate electrical energy PW using hydrogen gas or oxygen gas delivered from the reformer 730.
  • the fuel cell 750 may transfer the generated electrical energy PW to the superconducting device 760.
  • the superconducting device 760 may be a device including a superconductor.
  • the superconducting device 760 may be a device that operates using a superconducting phenomenon in an ultra low temperature state. According to embodiments, the superconducting device 760 may maintain the superconducting state by using the cold heat included in the refrigerant REF transferred from the heat exchanger 720, and operate in the superconducting state.
  • the cold heat utilization system 700 may include one superconducting device 760 or two or more superconducting devices 760.
  • the superconducting devices 760 may include a superconducting generator 761, a superconducting power device 763, and / or a superconducting power storage device 765. Can be.
  • the superconducting generator 761 may maintain the superconducting state by using the cold heat stored in the refrigerant REF, and generate electric energy (or electric power PW) in the superconducting state. According to embodiments, the superconducting generator 761 may convert the mechanical energy ME transmitted from the engine 770 into the electrical energy PW in the superconducting state.
  • the superconducting generator 761 may include a superconducting electromagnet and a superconducting rotor (eg, a coil).
  • the superconducting electromagnet may surround the superconducting coil and generate an electromagnetic field.
  • the superconducting coil may rotate in an electromagnetic field generated by the superconducting electromagnet to convert mechanical energy ME into electrical energy PW.
  • the superconducting power device 763 may maintain the superconducting state by using the cold heat stored in the refrigerant REF, and consume electric energy PW in the superconducting state. According to embodiments, the superconducting power device 763 may consume electrical energy PW delivered from the fuel cell 750.
  • the superconducting power storage device 765 maintains the superconducting state by using the cold heat stored in the refrigerant REF, and stores the electrical energy PW produced from the superconducting generator 761 in the superconducting state.
  • the superconducting power storage device 765 may deliver the stored electrical energy PW to a device (eg, superconducting power device 763) included in the cold heat utilization system 700.
  • the superconducting power storage device 765 converts and stores the electrical energy PW produced from the superconducting generator 761 into magnetic energy, and converts the stored magnetic energy into electrical energy PW to store the superconducting power device. (763).
  • the superconducting power storage device 765 may be a flywheel for converting and storing electrical energy PW generated from the superconducting generator 761 into mechanical energy.
  • the superconducting devices 760 may further include a superconducting cable 767 for transferring electrical energy (PW) between the devices 750, 761, 763 or 765.
  • the superconducting cable 767 may deliver electrical energy PW generated in the superconducting generator 761 or the fuel cell 750 to respective devices of the cold heat utilization system 700.
  • the superconducting cable 761 may be surrounded by the refrigerant line 721.
  • superconducting cable 761 may be comprised of a composite cable that transfers electrical energy PW and refrigerant REF between devices 750, 761, 763 or 765.
  • Engine 770 may be an internal combustion engine that produces mechanical energy using gaseous fuel GF delivered from heat exchanger 720. According to embodiments, thermal energy generated by the engine 770 may be used by the reformer 730.
  • engine 770 may be a rocket engine or a jet engine.
  • the cold heat contained in the liquefied fuel LF (or liquefied reforming gas LRG) can be constructed in the cryogenic environment of devices that require an ultra low temperature environment such as a liquefied device or a superconducting device, Energy can be used efficiently.
  • the superconducting devices 760 are maintained in the superconducting state by using the cold heat included in the liquefied fuel LF, and the gaseous hydrogen GH extracted from the liquefied fuel LF is stored.
  • the generated power energy may be supplied to the superconducting devices 760.
  • An embodiment according to the concept of the present invention relates to a cold heat utilization system using cold heat.

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Abstract

According to embodiments of the present invention, a system using cold energy comprises: a fuel storage tank for storing a liquefied fuel; a reformer for extracting a reformed gas from boiled-off gas (BOG) naturally generated from the liquefied fuel stored in the fuel storage tank; a hydrogen liquefaction device for generating liquefied hydrogen by liquefying the hydrogen gas transferred from the reformer; a heat exchanger for transferring, to a refrigerant, cold energy contained in the liquefied fuel transferred from the fuel storage tank and the liquefied hydrogen transferred from the hydrogen liquefaction device; one or more superconducting devices; and a refrigerant line for supplying the refrigerant from the heat exchanger to the hydrogen liquefaction device or to the one or more superconducting devices, wherein the hydrogen liquefaction device or the one or more superconducting devices maintain the superconductive state by means of the cold energy contained in the refrigerant and are operated in the superconductive state.

Description

냉열을 이용하는 시스템Cold heat system
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 냉열을 이용하는 시스템에 관한 것으로, 특히 초저온의 액화 연료에 포함된 냉열을 효율적으로 이용하는 냉열 이용 시스템에 관한 것이다.Embodiments according to the concept of the present invention relates to a system using cold heat, and more particularly to a cold heat utilization system that efficiently utilizes the cold heat contained in the cryogenic liquefied fuel.
초전도 현상(superconductivity)은 어떤 물질이 전기 저항이 0이 되고 내부 자기장을 밀쳐내는 등의 성질을 보이는 현상이다. 초전도체(superconductor)는 이러한 초전도 현상이 나타나는 물질이다.Superconductivity is a phenomenon in which a material has an electrical resistance of zero and pushes back an internal magnetic field. Superconductor is a material that exhibits this superconductivity.
일반적으로 초전도체를 포함하는 초전도 장치를 사용하는 초전도 시스템의 경우, 상기 초전도체의 온도를 임계 온도 이하로 냉각시키기 위한 별도의 냉각 설비들이 필요하다. 그러나 이러한 별도의 냉각 설비들은 많은 공간을 차지하고, 상기 냉각 설비의 운용 및 유지, 관리가 어려운 문제점이 있다.In general, in the case of a superconducting system using a superconducting device including a superconductor, separate cooling facilities are required to cool the temperature of the superconductor below a critical temperature. However, these separate cooling facilities occupy a lot of space, there is a problem that the operation, maintenance, management of the cooling system is difficult.
LNG 저장탱크의 LNG를 초전도 장치를 순환하는 냉매의 냉각제로 공급하여, 냉각 설비를 대체하는 기술이 있지만, 상기 LNG를 냉매의 냉각제로서만 사용하므로, 다양한 에너지원이 활용되는 시스템에서는 그 활용도가 낮고, 에너지 효율이 낮은 문제점이 있다.There is a technology to replace the cooling facilities by supplying LNG from the LNG storage tank to the refrigerant of the refrigerant circulating in the superconducting device, but since the LNG is used only as the refrigerant of the refrigerant, its utilization is low in a system using various energy sources. However, there is a problem of low energy efficiency.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 액화 연료에 포함된 냉열을 효율적으로 이용하는 냉열 이용 시스템을 제공하는 것에 있다. An object of the present invention is to provide a cold heat utilization system that efficiently utilizes cold heat contained in liquefied fuel.
본 발명의 실시 예들에 따른 냉열 이용 시스템은, 액화 연료를 저장하는 연료 저장 탱크, 상기 연료 저장 탱크에 저장된 액화 연료로부터 생성된 BOG로부터 개질 기체를 추출하는 개질기, 상기 개질기로부터 전달된 상기 개질 기체를 액화시킴으로써 액화 개질 기체를 생성하는 개질 기체 액화 장치, 상기 연료 저장 탱크로부터 전달된 상기 액화 연료와 상기 개질 기체 액화 장치로부터 전달된 상기 액화 개질 기체에 포함된 냉열을 냉매로 전달하는 열교환기, 하나 또는 둘 이상의 초전도 장치들 및 상기 열교환기로부터 상기 개질 기체 액화 장치 또는 상기 하나 또는 둘 이상의 초전도 장치로 상기 냉매를 공급하는 냉매 라인을 포함하고, 상기 개질 기체 액화 장치 또는 상기 하나 또는 둘 이상의 초전도 장치들은 상기 열교환기로부터 전달된 냉매를 이용하여, 초전도 상태에서 작동한다.The system for using cold heat according to embodiments of the present invention includes a fuel storage tank for storing liquefied fuel, a reformer for extracting reformed gas from BOG generated from liquefied fuel stored in the fuel storage tank, and the reformed gas delivered from the reformer. A reformed gas liquefaction apparatus for producing liquefied reformed gas by liquefaction, a heat exchanger for transferring cool heat contained in the liquefied fuel delivered from the fuel storage tank and the liquefied reformed gas delivered from the reformed gas liquefaction apparatus to a refrigerant, or one Two or more superconducting devices and a refrigerant line for supplying the refrigerant from the heat exchanger to the reforming gas liquefaction device or the one or more superconducting devices, wherein the reforming gas liquefaction device or the one or more superconducting devices comprises The refrigerant delivered from the heat exchanger To, and operates in a superconducting state.
본 발명의 실시 예들에 따른 냉열 이용 시스템은, 액화 연료를 저장하는 연료 저장 탱크, 상기 연료 저장 탱크에 저장된 액화 연료로부터 생성된 BOG로부터 개질 기체를 추출하는 개질기, 상기 개질기로부터 전달된 상기 개질 기체를 액화시킴으로써 액화 개질 기체를 생성하는 개질 기체 액화 장치, 상기 연료 저장 탱크로부터 전달된 상기 액화 연료와 상기 개질 기체 액화 장치로부터 전달된 상기 액화 개질 기체에 포함된 냉열을 냉매로 전달하는 열교환기, 상기 열교환기로부터 전달된 기체 연료를 이용하여, 역학적 에너지를 생성하는 엔진, 상기 냉매에 포함된 냉열을 이용하여 초전도 상태를 유지하고, 상기 엔진으로부터 전달된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 초전도 발전기 및 상기 냉매에 포함된 냉열을 이용하여 초전도 상태를 유지하고, 상기 전기 에너지를 소비하는 초전도 전력 기기를 포함하고, 상기 개질 기체 액화 장치는 상기 냉매에 포함된 냉열을 이용하여 초전도 상태를 유지하고, 상기 초전도 상태에서 작동한다.The system for using cold heat according to embodiments of the present invention includes a fuel storage tank for storing liquefied fuel, a reformer for extracting reformed gas from BOG generated from liquefied fuel stored in the fuel storage tank, and the reformed gas delivered from the reformer. A reformed gas liquefaction apparatus for producing liquefied reformed gas by liquefaction, a heat exchanger for transferring cold heat contained in the liquefied fuel delivered from the fuel storage tank and the liquefied reformed gas delivered from the reformed gas liquefaction apparatus to a refrigerant, the heat exchanger An engine that generates mechanical energy using gaseous fuel delivered from a gas, a superconducting generator that maintains a superconducting state by using cooling heat included in the refrigerant, and a superconducting generator that converts mechanical energy delivered from the engine into electrical energy and the refrigerant Maintain superconductivity by using cold heat contained in And, a superconducting power apparatus comprising a reformed gas liquefaction apparatus, and the consumption of the electric energy to maintain a superconducting state by using the cold heat contained in the refrigerant, operate in the superconducting state.
본 발명의 실시 예들에 따른 냉열 이용 시스템은, 액화 연료를 저장하는 연료 저장 탱크, 상기 연료 저장 탱크에 저장된 액화 연료로부터 생성된 BOG를 저장하는 BOG 저장 탱크, 상기 BOG 저장 탱크로부터 전달된 상기 BOG를 액화시키고, 액화된 BOG를 상기 연료 저장 탱크로 전달하는 연료 액화 장치, 상기 BOG 저장 탱크로부터 전달된 상기 BOG로부터 개질 기체를 추출하는 개질기, 상기 개질기로부터 전달된 상기 개질 기체를 액화시킴으로써 액화 개질 기체를 생성하는 개질 기체 액화 장치, 상기 연료 저장 탱크로부터 전달된 상기 액화 연료와 상기 개질 기체 액화 장치로부터 전달된 상기 액화 개질 기체에 포함된 냉열을 냉매로 전달하는 열교환기, 하나 또는 둘 이상의 초전도 장치들 및 상기 열교환기로부터 상기 연료 액화 장치, 상기 개질 기체 액화 장치 또는 상기 하나 또는 둘 이상의 초전도 장치들로 상기 냉매를 공급하는 냉매 라인을 포함하고, 상기 연료 액화 장치, 상기 개질 기체 액화 장치 또는 상기 하나 또는 둘 이상의 초전도 장치들은 상기 냉매에 포함된 냉열을 이용하여 초전도 상태를 유지하고, 상기 초전도 상태에서 작동한다.The cold heat utilization system according to the embodiments of the present invention includes a fuel storage tank for storing liquefied fuel, a BOG storage tank for storing BOG generated from liquefied fuel stored in the fuel storage tank, and the BOG transferred from the BOG storage tank. A liquefaction apparatus for liquefying and delivering a liquefied BOG to the fuel storage tank, a reformer for extracting reformed gas from the BOG delivered from the BOG storage tank, and a liquefied reformed gas by liquefying the reformed gas delivered from the reformer. A reforming gas liquefaction apparatus to be produced, a heat exchanger for transferring cold heat contained in the liquefied fuel delivered from the fuel storage tank and the liquefied reformed gas delivered from the reformed gas liquefaction apparatus to a refrigerant, one or more superconducting devices, and The fuel liquefaction device, the reformed gas liquefaction device from the heat exchanger Or a coolant line for supplying the coolant to the one or more superconducting devices, wherein the fuel liquefaction device, the reforming gas liquefaction device or the one or more superconducting devices utilize superconductivity using cold heat contained in the coolant. Maintain state and operate in the superconducting state.
본 발명의 실시 예들에 따른 냉열 이용 시스템은 액화 연료에 포함된 냉열을 다방면으로 활용할 수 있는 효과가 있다.The cold heat utilization system according to the embodiments of the present invention has the effect of utilizing the cold heat contained in the liquefied fuel in various ways.
본 발명의 실시 예들에 따른 냉열 이용 시스템은 액화 연료(또는 액화 개질 기체)에 포함된 냉열을 액화 장치 또는 초전도 장치 등 초저온의 환경이 필요한 장치들의 상기 초저온 환경을 구축할 수 있으므로, 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.The cold heat utilization system according to the embodiments of the present invention can build the cryogenic environment of devices that require cryogenic environment, such as a liquefied device or a superconducting device, to cool the heat contained in the liquefied fuel (or liquefied reformed gas), thereby efficiently saving energy. Can be used.
본 발명의 실시 예들에 따른 냉열 이용 시스템은 연료 저장 탱크에 저장된 액화 연료에 포함된 냉열을 이용하여 초전도 발전기의 초전도 상태를 유지함과 동시에 상기 액화 연료를 사용하는 엔진으로부터 생성된 역학적 에너지를 상기 초전도 발전기를 이용하여 전기 에너지로 변환할 수 있으므로, 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.The system for using a cold heat according to embodiments of the present invention maintains the superconducting state of a superconducting generator using the cold heat contained in the liquefied fuel stored in a fuel storage tank and simultaneously converts the mechanical energy generated from the engine using the liquefied fuel into the superconducting generator. It can be converted into electrical energy by using, it is possible to use energy efficiently.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 변환 시스템을 개념적으로 나타낸다.1 conceptually illustrates an energy conversion system according to embodiments of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따라, 연료 전달 라인 중 일부가 에너지 변환 장치를 코일 형태로 둘러싸는 예시를 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating an example in which a portion of a fuel delivery line surrounds an energy conversion device in a coil form according to embodiments of the present disclosure.
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 변환 시스템을 개념적으로 나타낸다.3 conceptually illustrates an energy conversion system according to embodiments of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 변환 시스템의 진단/제어 기능을 위한 수치해석 및 이에 따른 모니터링/계측 방법을 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a numerical analysis for the diagnosis / control function of the energy conversion system and the monitoring / measuring method according to the embodiments of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 변환 시스템의 계측 관련 신호의 전달 소요시간 동기화 방법을 나타내는 흐름도이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for synchronizing transmission time of a signal related to measurement of an energy conversion system according to embodiments of the present disclosure.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 변환 시스템을 포함하고, 액화 연료의 냉열을 활용하는 하이브리드 시스템을 개념적으로 나타낸다.6 conceptually illustrates a hybrid system including an energy conversion system according to embodiments of the present invention and utilizing cold heat of a liquefied fuel.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 냉열 이용 시스템을 개념적으로 나타낸다.7 conceptually illustrates a cold heat utilization system according to embodiments of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 변환 시스템을 개념적으로 나타낸다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 변환 시스템(100)은 연료 저장 탱크(또는 연료 저장 장치, 110), 에너지 변환 장치(120), 연료 전달 라인(130), 및 조건 제어 장치(140)를 포함할 수 있다.1 conceptually illustrates an energy conversion system according to embodiments of the present invention. Referring to FIG. 1, an energy conversion system 100 according to embodiments of the present invention may include a fuel storage tank (or a fuel storage device 110), an energy conversion device 120, a fuel delivery line 130, and a condition control device. 140 may be included.
연료 저장 탱크(110)는 액화 연료(liquefied fuel)를 저장한다. 연료 저장 탱크(110)에 저장된 액화 연료는 구동 장치 또는 연료 전지(fuel cell)로 공급될 수 있다. 상기 구동 장치는 엔진(engine) 또는 내연 기관(internal combustion engine)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 비록 도 1에서는 하나의 연료 저장 탱크(110)가 도시되어 있으나, 연료 저장 탱크(110)는 하나 또는 그 이상일 수 있다.The fuel storage tank 110 stores liquefied fuel. Liquefied fuel stored in the fuel storage tank 110 may be supplied to a driving device or a fuel cell. The driving device may be an engine or an internal combustion engine, but is not limited thereto. Although one fuel storage tank 110 is shown in FIG. 1, the fuel storage tank 110 may be one or more.
연료 저장 탱크(110)에 저장된 액화 연료는 저온(예컨대, 영하) 또는 고압의 상태일 수 있다. 예컨대, 상기 액화 연료는 LPG(liquefied petroleum gas), LNG (liquefied natural gas), 및 액화 수소(liquefied hydrogen) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 LPG, 상기 LNG, 및 상기 액화 수소는 25℃ 와 1기압에서(예컨대, 표준 상태(standard state))에서 기체 상(gas phase)이므로, 상기 LPG, 상기 LNG, 및 상기 액화 수소를 액체 상으로 유지하기 위해서는 연료 저장 탱크(110) 내부는 저온 또는 고압의 상태이어야 한다.Liquefied fuel stored in fuel storage tank 110 may be in a low temperature (eg, below zero) or high pressure state. For example, the liquefied fuel may include at least one of liquefied petroleum gas (LPG), liquefied natural gas (LNG), and liquefied hydrogen (liquefied hydrogen). The LPG, the LNG, and the liquefied hydrogen are gas phases at 25 ° C. and 1 atmosphere (eg, standard state), so that the LPG, the LNG, and the liquefied hydrogen are brought into the liquid phase. In order to maintain, the fuel storage tank 110 should be in a low temperature or high pressure state.
연료 저장 탱크(110)에 저장된 액화 연료는, 연료 저장 탱크(110)로부터 에너지 변환 장치(120)로 전달되기 이전에 전기 에너지(또는 전력(electric power)) 또는 역학적 에너지(또는 동력(power))로 변환될 수 있고, 연료 저장 탱크(110)는 변환된 전기 에너지 또는 역학적 에너지를 에너지 변환 장치(120)로 전달할 수 있다.Liquefied fuel stored in the fuel storage tank 110 may be replaced by electrical energy (or electric power) or mechanical energy (or power) before being transferred from the fuel storage tank 110 to the energy conversion device 120. The fuel storage tank 110 may transfer the converted electrical energy or mechanical energy to the energy conversion device 120.
에너지 변환 장치(120)는 연료 저장 탱크(110)로부터 전달된 전기 에너지를 역학적 에너지로 변환하거나(예컨대, 모터(motor)를 이용하여 변환), 전달된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다(예컨대, 발전기(generator)를 이용하여 변환).The energy conversion device 120 may convert the electrical energy transferred from the fuel storage tank 110 into mechanical energy (for example, by using a motor) or convert the transmitted mechanical energy into electrical energy ( For example, using a generator).
에너지 변환 장치(120)는 특정한 저온 구간에서 최적의 변환 효율을 나타낼 수 있다. 실시 예들에 따라, 에너지 변환 장치(120)는 초저온 구간에서 최적의 에너지 변환 효율을 제공할 수 있다. 예컨대, 에너지 변환 장치(120)는 상기 특정한 초저온 구간에서 최적의 변환 효율을 갖는 초전도(superconductor) 모터 또는 초전도 발전기로 구현될 수 있다.The energy conversion device 120 may exhibit an optimal conversion efficiency in a specific low temperature section. According to embodiments, the energy conversion device 120 may provide an optimal energy conversion efficiency in the cryogenic section. For example, the energy conversion device 120 may be implemented as a superconductor motor or a superconducting generator having an optimal conversion efficiency in the specific cryogenic section.
본 명세서에서, 초저온이라 함은 초전도 현상(superconductivity)이 발휘될 수 있는(또는 관찰될 수 있는) 온도를 의미한다. 예컨대, 상기 초저온은 절대 온도 40도 이하의 온도를 의미할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.In the present specification, the ultra low temperature means a temperature at which superconductivity can be exhibited (or observed). For example, the ultra low temperature may mean a temperature of 40 degrees or less of the absolute temperature, but is not limited thereto.
연료 전달 라인(130)은 연료 저장 탱크(110)에 저장된 액화 연료를 구동 장치 또는 연료 전지로 전달하는 통로 또는 장치일 수 있다.The fuel delivery line 130 may be a passage or a device for delivering liquefied fuel stored in the fuel storage tank 110 to a driving device or a fuel cell.
실시 예들에 따라, 연료 전달 라인(130)은, 에너지 변환 장치(120)에서 발생한 열을 이용하여, 연료 저장 탱크(110)로부터 공급되는 액화 연료를 기화시키고, 기화된 연료를 상기 구동부 또는 상기 연료 전지로 전달할 수 있다.According to embodiments, the fuel delivery line 130, using the heat generated in the energy conversion device 120, vaporizes the liquefied fuel supplied from the fuel storage tank 110, the vaporized fuel is the drive unit or the fuel Can be delivered to the battery.
실시 예들에 따라, 연료 전달 라인(130) 중에서 일부는 에너지 변환 장치 (120)의 외부를 감쌀 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 연료 전달 라인 (130) 중에서 일부는 에너지 변환 장치(120)를 코일 형태로 둘러싸는 파이프 구조를 가질 수 있다. 이때, 연료 전달 라인(130)은 전력선도 함께 감쌀 수 있으며, 이에 따라 열교환기로 이용하면서 전력 손실을 최소화할 수 있다.According to embodiments, some of the fuel delivery line 130 may surround the exterior of the energy conversion device 120. For example, as shown in FIG. 2, some of the fuel delivery lines 130 may have a pipe structure surrounding the energy conversion device 120 in the form of a coil. In this case, the fuel delivery line 130 may also wrap the power line, thereby minimizing power loss while using the heat exchanger.
실시 예들에 따라, 연료 전달 라인(130) 중에서 적어도 일부는 에너지 변환 장치(120)의 외부 체적을 모두 감싸는 형태로 구현될 수 있다.According to embodiments, at least some of the fuel delivery line 130 may be implemented to surround all external volumes of the energy conversion device 120.
조건 제어 장치(140)는, 에너지 변환 장치(120)와 연료 전달 라인(130) 중에서 일부가 열교환을 함에 따라 에너지 변환 장치(120)의 온도가 낮아질 때, 에너지 변환 장치(120)의 온도가 (미리 설정된) 기준 온도 구간으로 설정되도록 연료 전달 라인(130)을 제어할 수 있다.When the temperature of the energy conversion device 120 is lowered as a part of the energy conversion device 120 and the fuel delivery line 130 exchanges heat, the condition control device 140 has a temperature of ( The fuel delivery line 130 may be controlled to be set to a reference temperature section.
실시 예들에 따라, 조건 제어 장치(140)는 에너지 변환 장치(120)의 온도를 측정할 수 있는 온도 감지 센서를 포함할 수 있다. 조건 제어 장치(140)는 온도 감지 센서를 이용하여 에너지 변환 장치(120)의 온도를 모니터하고, 모니터의 결과에 따라 에너지 변환 장치(120)의 온도가 상기 기준 온도 구간을 벗어났는지를 감지할 수 있다.According to embodiments, the condition control device 140 may include a temperature sensor that can measure the temperature of the energy conversion device 120. The condition controller 140 may monitor the temperature of the energy conversion device 120 using a temperature sensor, and detect whether the temperature of the energy conversion device 120 is out of the reference temperature range according to the result of the monitoring. have.
도 1에 도시된 에너지 변환 시스템(100)은 선박(vessel), 차량(vehicle), 로켓(rocket), 또는 발전기(generator) 등에 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The energy conversion system 100 illustrated in FIG. 1 may be included in a vessel, a vehicle, a rocket, or a generator, but is not limited thereto.
에너지 변환 시스템(100)은 연료 저장 탱크(110)에 저장된 액화 연료에 관련된 사고를 방지할 수 있도록 동작할 수 있다.The energy conversion system 100 may operate to prevent accidents related to liquefied fuel stored in the fuel storage tank 110.
에너지 변환 시스템(100)은 연료 저장 탱크(110)에 저장된 액화 연료에 관련된 냉열 에너지(또는 냉열)를 냉매(refrigerant)를 통해 초전도 모터, 발전기, 전력 케이블, 2차 전지, 또는 연료 전지로 제공할 수 있다. 예컨대, 상기 냉매는 비활성 기체(inert gases)일 수 있다. 따라서, 상기 초전도 모터, 상기 발전기, 상기 전력 케이블, 상기 2차 전지, 또는 상기 연료 전지 는 최적의 조건(예컨대, 초전도 상태에 이를 수 있는 조건) 하에서 작동할 수 있으므로 최적의 효율을 제공할 수 있다.The energy conversion system 100 may provide cool heat energy (or cold heat) related to liquefied fuel stored in the fuel storage tank 110 to a superconducting motor, generator, power cable, secondary cell, or fuel cell through a refrigerant. Can be. For example, the refrigerant may be inert gases. Thus, the superconducting motor, the generator, the power cable, the secondary cell, or the fuel cell can operate under optimal conditions (eg, conditions that can lead to superconducting conditions) and thus can provide optimum efficiency. .
에너지 변환 시스템(100)은 비활성 가스 또는 공기를 모니터할 수 있는 가스 분석기(gas analyzer)를 더 포함할 수 있다. 실시 예들에 따라, 상기 가스 분석기는 비활성 가스 또는 공기의 입력단(연료 저장 탱크(110)와 에너지 변환 장치(120)의 사이) 또는 출력단(연료 전달 라인(130)과 구동부 사이, 또는 연료 전달 라인 (130)과 연료 전지의 사이)에 위치할 수 있다.The energy conversion system 100 may further include a gas analyzer capable of monitoring inert gas or air. According to embodiments, the gas analyzer may have an input terminal (between the fuel storage tank 110 and the energy conversion device 120) or an output terminal (between the fuel delivery line 130 and the drive unit, or the fuel delivery line) of inert gas or air. 130) and the fuel cell).
예컨대, 상기 가스 분석기는 흡수 분석법(absorption spectrometry), 연소 분석법(combustion analysis), 화학 분석법(chemistry analysis) 및/또는 기기 분석법(instrumental analysis)을 이용하는 분석기일 수 있다. 예컨대, 상기 가스 분석기는 분광기(spectrometer) 또는 가스 흡수기법 기반 분석기일 수 있다.For example, the gas analyzer may be an analyzer using absorption spectrometry, combustion analysis, chemical analysis, and / or instrumental analysis. For example, the gas analyzer may be a spectrometer or a gas absorption technique based analyzer.
따라서, 에너지 변환 시스템(100)은 비활성 가스 또는 공기를 모니터하고, 모니터 결과를 이용하여, 발생할 수 있는 폭발을 미연에 방지(preventive explosion)할 수 있다.Thus, the energy conversion system 100 can monitor inert gas or air and use the monitor results to prevent possible explosions.
에너지 변환 시스템(100)은 전기식 계측(electrical measuring) 기술 또는 광학식 계측(optical measuring) 기술을 이용하여 에너지 변환 시스템(100) 또는 에너지 변환 시스템(100)이 포함되는 구조물을 계측할 수 있다. 예컨대, 에너지 변환 시스템(100)은 선박, 자동차, 로켓, 또는 외력에 반응하여 동력을 생성하는 발전기(예컨대, 풍력 발전기, 조류 발전기, 수력 발전기 또는 해류 발전기 등)에 포함될 수 있으므로, 상기 구조물은 상기 선박, 상기 자동차, 상기 로켓, 또는 상기 발전기를 의미할 수 있다.The energy conversion system 100 may measure the structure including the energy conversion system 100 or the energy conversion system 100 using an electrical measuring technique or an optical measuring technique. For example, the energy conversion system 100 may be included in a ship, a car, a rocket, or a generator that generates power in response to external force (eg, a wind generator, a tidal current generator, a hydroelectric generator, or an ocean current generator). It may mean a ship, the vehicle, the rocket, or the generator.
실시 예들에 따라, 에너지 변환 시스템(100)은 전기식 계측 기술 또는 광학 계측(또는 광 계측) 기술을 이용하여 구조물에 대해 작용하는 외력(external force) 또는 상기 외력에 대한 상기 구조물의 반응을 측정할 수 있다. 예컨대, 상기 외력은 풍력 하중(wind load), 파력 하중(wave load) 또는 부하 전류(current load)일 수 있고, 상기 외력에 대한 상기 구조물의 반응은 변위(displacement), 변형(deformation), 움직임(motion) 또는 와류(vortex)일 수 있다. According to embodiments, the energy conversion system 100 may measure the external force acting on the structure or the response of the structure to the external force by using an electrical measurement technology or an optical measurement (or light measurement) technology. have. For example, the external force may be wind load, wave load, or current load, and the response of the structure to the external force may be displacement, deformation, or movement. motion or vortex.
실시 예들에 따라, 에너지 변환 시스템(100)은 전기식 계측 기술 또는 광학 계측 기술을 이용하여 구조물에 대해 작용하는 내력(internal force) 또는 상기 내력에 대한 상기 구조물의 반응을 측정할 수 있다. 예컨대, 상기 내력은 에너지 변환 시스템(100)에 포함되는 구성(예컨대, 연료 저장 탱크(110 또는 320), 에너지 변환 장치(120 또는 330), 연료 전달 라인(130 또는 140) 또는 조건 제어 장치(140 또는 350))에 가해지는 슬로싱 부하(sloshing load), 류부하(flow load), 압력 부하(pressure load) 또는 열 부하(thermal load)일 수 있고, 상기 내력에 대한 상기 구조물의 반응은 변위, 변형, 움직임, 워킹(walking), 좌굴(buckling) 또는 와류일 수 있다.According to embodiments, the energy conversion system 100 may measure the internal force acting on the structure or the response of the structure to the internal force by using an electrical measurement technique or an optical measurement technique. For example, the load capacity may be included in the energy conversion system 100 (eg, fuel storage tank 110 or 320, energy conversion device 120 or 330, fuel delivery line 130 or 140, or condition control device 140). Or 350) a sloshing load, a flow load, a pressure load, or a thermal load, wherein the response of the structure to the load is dependent on displacement, It may be deformation, movement, walking, buckling or vortex.
예컨대, 에너지 변환 시스템(100)은 라이더(lidar), 입자 추적 속도계(particle trackingd velocimetry), 입자 영상 유속계(particle image velocimetry), 스트레인 센서(strain sensor), 가속도계(accelerometer), 전류계(ammeter), 음향방출검사기(acoustic emission tester), 지진감지기(seismometer), 유속계(current meter), 온도센서(thermal sensor) 또는 거리분할 광손실 측정기(optical time domain reflectometer(OTDR)), DTS(distrivuted temperature sensor), BOTRA(brillouin optical time domain reflectometry analyzer), BOTDR(brillouin optical time domain reflectometry), DAS(distributed acoustic sensor) 또는 DVS(distributed vibration sensor)를 이용하여 계측할 수 있다.For example, the energy conversion system 100 may include a rider, particle tracking velocimetry, particle image velocimetry, strain sensor, accelerometer, ammeter, acoustic Acoustic emission tester, seismometer, current meter, thermal sensor or optical time domain reflectometer (OTDR), distinctive temperature sensor (DTS), BOTRA It can be measured using a brillouin optical time domain reflectometry analyzer (BOTDR), a brillouin optical time domain reflectometry (BOTDR), a distributed acoustic sensor (DAS), or a distributed vibration sensor (DVS).
에너지 변환 시스템(100)은 계측의 결과 또는 상태 기준 보수(condition based maintenance)를 통한 진단(diagnostic) 기능 또는 예지(prognostic) 기능을 수행할 수 있다. The energy conversion system 100 may perform a diagnostic function or a prognostic function through a result of measurement or condition based maintenance.
실시 예들에 따라, 에너지 변환 시스템(100)은 예측 제어(온도, 기체 또는 유체 역학의 흐름과 압력, 계측, 진단 및 제어) 또는 자체 제어를 포함한 제어 기능, 또는 EC(emergency control) 또는 ESD(emergency shut down)를 포함한 안전 기능을 제공할 수 있다.According to embodiments, the energy conversion system 100 may have a control function including predictive control (temperature and gas or fluid dynamics and pressure, instrumentation, diagnostics and control) or self control, or EC (emergency control) or ESD (emergency) safety features including shut down).
실시 예들에 따라, 에너지 변환 시스템(100)은 심박(heart beat) 또는 거동 (behavior) 센서 또는 위치 센서를 통해 해양 구조물의 작업자의 상태(condition) 또는 위치를 모니터할 수 있고, 모니터의 결과에 따라 상기 작업자가 위험한 상태에 있을 때 경보 또는 알람을 발생할 수 있다.According to embodiments, the energy conversion system 100 may monitor the condition or position of the operator of the offshore structure through a heart beat or behavior sensor or a position sensor, depending on the results of the monitor An alarm or alarm can be generated when the worker is in a dangerous state.
실시 예들에 따라, 에너지 변환 시스템(100)은 상태 기준 보수를 통한 유지보수 기능 등을 제공할 수 있다.According to embodiments, the energy conversion system 100 may provide a maintenance function through state-based maintenance.
에너지 변환 시스템(100)은 계측 대상 구조물이 전도체이거나 또는 에너지 변환 시스템(100)이 전자기장 내에서 계측을 수행할 경우, 광 계측(예컨대, 광 유선 계측 또는 광 무선 계측)을 이용하여 실험(또는 관찰)에 의한 계측 결과 또는 실증 데이터(empirical data)의 오차 범위를 최소화할 수 있다. 실시 예들에 따라, 에너지 변환 시스템(100)은 상기 계측 결과 또는 상기 실증 데이터를 상황 인식(context awareness) 기술을 이용하여 처리(또는 가공)함으로써 상기 계측 결과 또는 상기 실증 데이터의 오차 범위를 최소화할 수 있다. When the structure to be measured is a conductor or when the energy conversion system 100 performs measurement in an electromagnetic field, the energy conversion system 100 performs experiments (or observations) using optical measurement (for example, optical wired measurement or optical wireless measurement). Error range of the measurement result or the empirical data can be minimized. According to embodiments, the energy conversion system 100 may process (or process) the measurement result or the proof data by using context awareness technology to minimize an error range of the measurement result or the proof data. have.
따라서, 에너지 변환 시스템(100)은 계측의 불확실성을 배제할 수 있고, 계측의 정밀도 또는 반복도를 개선할 수 있다. Therefore, the energy conversion system 100 can eliminate the uncertainty of the measurement and can improve the accuracy or repeatability of the measurement.
실시 예들에 따라, 인공 지능(artificial intelligence) 또는 머신 러닝(machine learning) 기법을 이용하여 상기 계측 결과 또는 상기 실증 데이터의 오차 범위를 최소화 할 수 있다. 따라서, 에너지 변환 시스템(100)은 (반)자동화될 수 있다.According to embodiments, an error range of the measurement result or the empirical data may be minimized by using artificial intelligence or machine learning. Thus, the energy conversion system 100 can be (semi) automated.
실시 예들에 따라, 에너지 변환 시스템(100)은 광 섬유 센서(optical fiber sensor)를 이용하여 광 유선 계측 기능을 수행할 수 있다. 실시 예들에 따라, 광 섬유 센서는 계측 대상 구조물의 온도 또는 장력을 측정할 수 있다.According to embodiments, the energy conversion system 100 may perform an optical wired measurement function using an optical fiber sensor. According to embodiments, the optical fiber sensor may measure the temperature or tension of the structure to be measured.
광 섬유 센서는 광신호 전달용 섬유를 포함할 수 있다. 상기 광 섬유 센서는 실리카(silica), 석영(quartz) 또는 폴리머(polymer)를 포함하는 광신호 전달용 섬유를 포함할 수 있고, 상기 광신호 전달용 섬유는 온도 단열 기능 또는 장력 보강 기능을 위한 기능성 복합재가 코팅 또는 패키지된 섬유일 수 있다.The optical fiber sensor may include an optical signal transmission fiber. The optical fiber sensor may include an optical signal transmission fiber including silica, quartz, or polymer, and the optical signal transmission fiber is functional for temperature insulation function or tension reinforcement function. The composite can be a coated or packaged fiber.
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 변환 시스템을 개념적으로 나타낸다. 도 3을 참조하면, 에너지 변환 시스템(300)은 연료 생성 장치(310), 연료 저장 탱크(320), 에너지 변환 장치(330), 연료 전달 라인(340), 및 조건 제어 장치 (350)를 포함할 수 있다. 실시 예들에 따라, 도 3의 에너지 변환 시스템(300)은 물(water)을 이용할 수 있는 발전기에 포함될 수 있다. 예컨대, 에너지 변환 시스템(300)은 수상 풍력 발전기, 조류 발전기, 해류 발전기 또는 수력 발전기에 포함될 수 있다.3 conceptually illustrates an energy conversion system according to embodiments of the present invention. Referring to FIG. 3, the energy conversion system 300 includes a fuel generating device 310, a fuel storage tank 320, an energy conversion device 330, a fuel delivery line 340, and a condition control device 350. can do. According to embodiments, the energy conversion system 300 of FIG. 3 may be included in a generator that can use water. For example, energy conversion system 300 may be included in a water wind generator, a tidal current generator, an ocean current generator, or a hydroelectric generator.
도 3의 에너지 변환 시스템(300)은 수소 연료를 생성하는 연료 생성 장치(310)를 더 포함하고, 액화 연료들 중에서 수소 연료를 사용한다는 점에서 도 1의 에너지 변환 시스템(100)과 차이가 있다. 도 3의 에너지 변환 장치(330), 연료 전달 라인(340), 및 조건 제어 장치(350) 각각은 도 1의 에너지 변환 장치(120), 연료 전달 라인(130), 및 조건 제어 장치(140) 각각의 기능들 중에서 수소 연료에 관련된 기능을 수행할 수 있는 것으로 이해될 수 있고, 따라서 이들(320, 330, 340, 및 350)에 대한 상세한 설명은 생략한다.The energy conversion system 300 of FIG. 3 further includes a fuel generating device 310 for generating hydrogen fuel, which differs from the energy conversion system 100 of FIG. 1 in that hydrogen fuel is used among liquefied fuels. . Each of the energy conversion device 330, the fuel delivery line 340, and the condition control device 350 of FIG. 3 is the energy conversion device 120, the fuel delivery line 130, and the condition control device 140 of FIG. 1. It may be understood that among the respective functions, the functions related to the hydrogen fuel may be performed, and thus, detailed descriptions of these 320, 330, 340, and 350 are omitted.
연료 생성 장치(310)는 에너지 변환 시스템(300)이 이용 가능한 물(예컨대, 에너지 변환 시스템(300)과 인접한 물)을 이용하여 수소 연료를 생성하고, 생성된 수소 연료를 연료 저장 탱크(320)로 공급할 수 있다. 연료 저장 탱크(320)는 연료 생성 장치(310)로부터 전달된 수소 연료를 저장할 수 있다.The fuel generating device 310 generates hydrogen fuel using water available to the energy conversion system 300 (eg, water adjacent to the energy conversion system 300), and generates the generated hydrogen fuel in the fuel storage tank 320. Can be supplied as The fuel storage tank 320 may store the hydrogen fuel delivered from the fuel generating device 310.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 변환 시스템의 진단 기능(또는 제어 기능)을 위한 수치해석 또는 이에 따른 모니터링(또는 계측) 방법을 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a numerical analysis or a monitoring (or measuring) method for a diagnostic function (or control function) of an energy conversion system according to embodiments of the present invention.
도 1부터 도 4를 참조하면, 에너지 변환 시스템(100 또는 300; 이하에서 100으로 표기)은 멀티피직스(multiphysics) 또는 유사 기법에 기반한 수치 해석(numeric analysis)(또는 수치 모델링)을 이용하여 기체, 유체 또는 열 역학을 동적 시뮬레이션(dynamic simulation)한 결과를 조건(boundary condition)으로서 설정할 수 있다(S410). 예컨대, 상기 조건은 외력 또는 내력에 관련된 조건일 수 있다.1 through 4, an energy conversion system 100 or 300 (hereinafter referred to as 100) may be a gas, using numerical analysis (or numerical modeling) based on multiphysics or similar techniques. The result of dynamic simulation of fluid or thermal dynamics may be set as a boundary condition (S410). For example, the condition may be a condition related to external force or internal force.
에너지 변환 시스템(100)은 상기 조건에 대한 FSI(fluid structure interaction) 기법 또는 이와 유사한 기법을 이용하여, 진단 기능(또는 제어 기능)을 위한 수치 해석(또는 수치 해석 모델링)을 실험(또는 관찰)에 의한 계측 결과 또는 실증 데이터에 따라 최적화(optimization)(또는 유효화(validation))하고, 상기 최적화의 결과에 따라 최적의(또는 단순의) 방법(또는 식)을 추출한다(S420). 예컨대, 에너지 변환 시스템(100)은 상기 진단 기능(또는 제어 기능)을 위한 수치 해석 방법을 상기 계측 결과에 적합한 방법으로 최적화 할 수 있다.The energy conversion system 100 uses a fluid structure interaction (FSI) technique or the like for the above conditions to perform numerical (or numerical) modeling for the diagnostic (or control) function in the experiment (or observation). Optimization (or validation) according to the measurement result or the empirical data by the method, and extracts the optimal (or simple) method (or equation) according to the result of the optimization (S420). For example, the energy conversion system 100 may optimize the numerical analysis method for the diagnostic function (or control function) in a method suitable for the measurement result.
에너지 변환 시스템(100)은 단계 S420에서 추출된 최적 의 방법에 기초하여 기체, 유체 또는 열 역학, 위치, 형상 중에서 적어도 하나를 모니터링, 계측, 또는 분석하여 제어(예컨대, 피드 포워드(feed forward) 또는 예지(predictive))할 수 있다(S430).The energy conversion system 100 monitors, measures, or analyzes at least one of gas, fluid, or thermodynamics, position, and shape based on the optimal method extracted in step S420 to control (eg, feed forward or It can be predicted (S430).
따라서 에너지 변환 시스템(100)은 에너지 변환 시스템(100)(또는 에너지 변환 시스템(100)이 포함된 구조물)의 연료 소모량을 절감하거나, 안전 운영을 하거나 또는, 안전 운영 시간을 연장할 수 있다.Accordingly, the energy conversion system 100 may reduce fuel consumption of the energy conversion system 100 (or a structure including the energy conversion system 100), perform a safe operation, or extend a safe operation time.
실시 예들에 따라, 에너지 변환 시스템(100)은 인공 지능 또는 머신 러닝 기법을 이용하여 도 4의 단계들(S410 내지 S430)을 수행할 수 있다. 따라서 에너지 변환 시스템(100)은 (반)자동화 될 수 있다.According to embodiments, the energy conversion system 100 may perform steps S410 to S430 of FIG. 4 using artificial intelligence or machine learning techniques. The energy conversion system 100 can thus be (semi) automated.
에너지 변환 시스템(100)은 구조물에 대한 계측을 수행하고, 계측 결과에 따라, 상기 구조물의 외형을 펄스 레이저(pulsed laser)를 이용하여 스캐닝하여(즉, 레이저 스캐닝하여) 3D 이미지로 가공하여 표시할 수 있다.The energy conversion system 100 performs measurement on the structure, and according to the measurement result, the appearance of the structure may be processed by using a pulsed laser (ie, laser scanning) and processed into a 3D image for display. Can be.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 변환 시스템의 계측 관련 신호의 전달 소요시간 동기화 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1부터 도 5를 참조하면, 에너지 변환 시스템(100)은 계측기에서 생성된 제1신호가 상기 계측기로부터 구조물에 탑재된 센서까지 전달되는데 소요되는 제1시간을 측정한다(S510). 상기 제1신호는 상기 센서를 활성화 또는 작동 가능하도록 인에이블(enable) 시키는 신호일 수 있다. 예컨대, 상기 제1신호는 turn-on 신호 또는 작동 전압일 수 있다. 에너지 변환 시스템(100)은 상기 제1신호에 반응하여 상기 센서에 의해 생성된 제2신호가 상기 센서로부터 상기 계측기까지 전달되는데 소요되는 제2시간을 측정한다(S520). 상기 제2신호는 상기 센서에 의해 생성된 검출 신호일 수 있다. 예컨대, 상기 제2신호는 측정 정보를 포함할 수 있다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for synchronizing transmission time of a signal related to measurement of an energy conversion system according to embodiments of the present disclosure. 1 to 5, the energy conversion system 100 measures a first time required for the first signal generated by the measuring instrument to be transferred from the measuring instrument to the sensor mounted on the structure (S510). The first signal may be a signal that enables or activates the sensor. For example, the first signal may be a turn-on signal or an operating voltage. The energy conversion system 100 measures a second time required for the second signal generated by the sensor to be transferred from the sensor to the measuring instrument in response to the first signal (S520). The second signal may be a detection signal generated by the sensor. For example, the second signal may include measurement information.
에너지 변환 시스템(100)은 상기 계측기가 상기 제2신호에 포함된 측정 정보를 정량화하고, 상기 정량화의 결과에 따라 상기 측정 정보에 해당하는 측정 값을 추출하는 과정에 소요되는 제3시간을 측정한다 (S530).The energy conversion system 100 measures the third time required to quantify the measurement information included in the second signal, and extract the measurement value corresponding to the measurement information according to the result of the quantification. (S530).
에너지 변환 시스템(100)은 측정된 제1시간, 측정된 제2시간, 또는 측정된 제3시간을 에너지 변환 시스템(100)에서 사용되는 표준 시간과 동기화한다(S540).The energy conversion system 100 synchronizes the measured first time, the measured second time, or the measured third time with the standard time used in the energy conversion system 100 (S540).
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 변환 시스템을 포함하고, 액화 연료의 냉열을 활용하는 하이브리드 시스템을 개념적으로 나타낸다. 6 conceptually illustrates a hybrid system including an energy conversion system according to embodiments of the present invention and utilizing cold heat of a liquefied fuel.
도 6을 참조하면, 풍력, 조력, 파력, 지열, 또는 태양 에너지 등의 신재생 동력(601)과 보일러 터빈 동력(602)은 터빈(또는 스팀 터빈; 603)으로 전달된다. 터빈 (603)은 전기 에너지를 생성할 수 있는 발전기(generator)일 수 있다. 실시 예들에 따라, 터빈(603)은 전달된 동력들(601과 602)을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다.Referring to FIG. 6, renewable power 601 and boiler turbine power 602, such as wind, tidal, wave, geothermal, or solar energy, are transmitted to a turbine (or steam turbine) 603. Turbine 603 may be a generator capable of generating electrical energy. According to embodiments, the turbine 603 may produce electrical energy using the transmitted powers 601 and 602.
터빈(603)은 열교환(604)을 통해 액화 연료의 냉열 에너지를 전달받아 전기 에너지(또는 전기)를 생산할 수 있다. 생산된 전기 에너지는 배터리 충전 (613)을 통해 저장된다. 실시 예들에 따라, 도 6의 열교환(604)는 도 1의 에너지 변환 장치(120)일 수 있다.The turbine 603 may receive the cold heat energy of the liquefied fuel through the heat exchange 604 to produce electric energy (or electricity). The produced electrical energy is stored via battery charge 613. In some embodiments, the heat exchanger 604 of FIG. 6 may be the energy conversion device 120 of FIG. 1.
실시 예들에 따라, 터빈(603)은 하이브리드 차량이나 선박, 로켓 등에 포함될 수 있다.According to embodiments, the turbine 603 may be included in a hybrid vehicle, a ship, a rocket, or the like.
하이브리드 차량에 포함되는 차량용 발전기가 예시적으로 설명된다. 상기 차량용 발전기는 벨트를 통해 차량의 엔진과 연결된다. 이때, 상기 벨트는 상기 차량용 발전기의 회전체(예컨대, 로터(rotor))와 연결되고, 상기 엔진이 구동하면 상기 차량용 발전기의 회전체가 회전하고 이에 따라 상기 차량용 발전기는 전기 에너지를 생산하게 된다. 즉, 상기 차량용 발전기는 엔진에 의해 발생된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환한다. An on-vehicle generator included in a hybrid vehicle is described by way of example. The vehicle generator is connected to the engine of the vehicle through a belt. In this case, the belt is connected to a rotating body (eg, a rotor) of the vehicle generator, and when the engine is driven, the rotating body of the vehicle generator rotates, and thus the vehicle generator produces electric energy. That is, the vehicle generator converts the mechanical energy generated by the engine into electrical energy.
차량용 발전기는 회전체의 회전에 따른 소정의 교류 전압을 유도하고, 상기 교류 전압을 정류하여 직류 성분의 전압을 발생하는 발전기와, 상기 발전기의 출력단과 접지 사이에 연결되어 상기 발전기로부터 공급되는 전기 에너지를 축적하는 축전지와, 상기 발전기의 출력단에 일측단이 연결된 경고등과, 상기 경고등의 타측단과 접지 사이에 연결된 경고등 구동 트랜지스터와, 상기 발전기의 출력을 입력으로 하는 단자들을 포함하고, 상기 단자들이 단락되는 경우 상기 경고등 구동 트랜지스터를 턴-온(turn-on) 시킴으로써 상기 경고등을 점등하도록 제어하는 검출 장치를 포함할 수 있다. 상기 단자들 사이에는 보호 다이오드가 연결되고, 상기 발전기의 출력단에는 부하(load)가 연결될 수 있다.The vehicle generator induces a predetermined AC voltage according to the rotation of the rotating body, rectifies the AC voltage to generate a DC component voltage, and is connected between the output terminal of the generator and the ground and the electrical energy supplied from the generator. A storage battery for accumulating the battery, a warning light having one end connected to an output terminal of the generator, a warning light driving transistor connected between the other end of the warning light and ground, and terminals configured as inputs, and the terminals being short-circuited. In this case, it may include a detection device for controlling to turn on the warning light by turning on the warning light driving transistor. A protection diode may be connected between the terminals, and a load may be connected to an output terminal of the generator.
상기 차량용 발전기는 상기 단자들 중에서 하나가 단락되면 경고등이 점등되고, 단락 되지 않은 다른 단자는 계속적으로 발전하게 되어 축전지나 부하에 전기에너지가 중단없이 공급된다.The vehicle generator has a warning light when one of the terminals is short-circuited, the other terminal that is not short-circuited to continue to generate electricity is supplied to the storage battery or load without interruption.
열교환(604)은 연료통(605)에 저장된 액화 연료를 BOG(boiled off gas) Liquification(606)을 거쳐서 만들어진 BOG(607)를 열교환 처리하여 냉열 에너지를 생성한다. 실시 예들에 따라, 연료통(605)는 도 1의 연료 저장 탱크(110)일 수 있다.The heat exchanger 604 heat-exchanges the liquefied fuel stored in the fuel container 605 through the BOG 607 made through the BOG (boiled off gas) Liquification 606 to generate cold heat energy. According to embodiments, the fuel container 605 may be the fuel storage tank 110 of FIG. 1.
상기 냉열 에너지는 가스 공급 시스템(608)로 전달될 수 있다. 실시 예들에 따라, 가스 공습 시스템(608)은 연료 가스 공급 시스템(fueled gas supply system)일 수 있다. The cold heat energy may be delivered to the gas supply system 608. According to embodiments, the gas air raid system 608 may be a fueled gas supply system.
가스 공급 시스템(608)은 도 1의 조건 제어 장치(104)일 수 있다.The gas supply system 608 may be the condition control device 104 of FIG. 1.
실시 예들에 따라, 가스 공급 시스템(608)은 압축기용 전동기(motor for compressor), 펌프(pump) 및 밸브(valve) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to embodiments, the gas supply system 608 may include at least one of a motor for compressor, a pump, and a valve.
가스 공급 시스템(608)은 상기 전달받은 냉열 에너지를 제1엔진(609)과 제2엔진(610)으로 전달할 수 있다.The gas supply system 608 may transfer the received cold heat energy to the first engine 609 and the second engine 610.
제1엔진(609)은 상기 냉열 에너지를 통해 구동되고, 터빈(603)을 동작시켜 전기를 생산할 수 있다. 또한, 제1엔진(609)은 CO2 액화 또는 hydrate 공정 (611)에 따라, CO2 액화 가스를 CO2 저장통(612)에 저장할 수 있다. 예컨대, 제1엔진(609)는 저압 엔진(low pressure engine)일 수 있다.The first engine 609 may be driven through the cold heat energy, and operate the turbine 603 to produce electricity. In addition, the first engine 609 may store the CO 2 liquefied gas in the CO 2 reservoir 612 according to the CO 2 liquefaction or hydrate process 611. For example, the first engine 609 may be a low pressure engine.
제2엔진(610)은 상기 전달받은 냉열 에너지에 따라 구동되고, 터빈(603)으로부터 전기 에너지를 공급받아 구동되는 모터(614)와 연동하여 추진체(propellant)(615)를 구동시킬 수 있다. 추진체(615)는 프로펠러 또는 바퀴일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The second engine 610 may be driven according to the received cold heat energy, and may drive a propellant 615 in cooperation with a motor 614 driven by receiving electrical energy from the turbine 603. The propellant 615 may be a propeller or a wheel, but is not limited thereto.
예컨대, 제2엔진(610)은 고압 엔진(high pressure engine)일 수 있고, 2~3000 RPM의 범위에서 작동할 수 있다. For example, the second engine 610 may be a high pressure engine and may operate in the range of 2 to 3000 RPM.
BOG(607)는 개질기(616)로 전달될 수 있다. 개질기(616)는 BOG(607)로부터 수소를 추출하고, 추출된 수소를 수소 저장통(617)에 저장할 수 있다. 실시 예들에 따라, 수소 저장통(617)에는 액화공정(620)에 따라 생성된 수소 액화 연료가 저장될 수 있다. 예컨대, 액화공정(620)은 열교환(604)을 통해 생성된 냉열 에너지를 이용할 수 있다. BOG 607 may be passed to reformer 616. The reformer 616 may extract hydrogen from the BOG 607 and store the extracted hydrogen in a hydrogen reservoir 617. According to embodiments, the hydrogen liquefied fuel generated by the liquefaction process 620 may be stored in the hydrogen reservoir 617. For example, the liquefaction process 620 may use the cold heat energy generated through the heat exchange 604.
상기 수소 액화 연료는 연료 전지(619)에 공급될 수 있다.The hydrogen liquefied fuel may be supplied to the fuel cell 619.
수소 또는 산소 개질기 (618)는 모터(614)로 전달되는 에너지(예컨대, 전기 에너지)를 이용하여, 산소 또는 수소를 추출하고, 추출된 산소 또는 수소를 연료 전지(619)로 전달할 수 있다.The hydrogen or oxygen reformer 618 may use the energy (eg, electrical energy) delivered to the motor 614 to extract oxygen or hydrogen and deliver the extracted oxygen or hydrogen to the fuel cell 619.
수소 또는 산소 개질기 (618)는 추출된 수소를 액화공정(620) 처리하고, 액화된 수소를 수소 저장통(617)에 저장할 수 있다.The hydrogen or oxygen reformer 618 may process the extracted hydrogen in the liquefaction process 620 and store the liquefied hydrogen in the hydrogen reservoir 617.
수소 또는 산소 개질기(618)는 추출된 산소를 액화공정(620) 처리하고, 액화된 산소를 산소 저장통에 저장할 수 있다.The hydrogen or oxygen reformer 618 may process the extracted oxygen in a liquefaction process 620 and store the liquefied oxygen in an oxygen storage container.
비록 도 6의 하이브리드 시스템은 하나의 수소 저장통(617)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 실시 예들에 따라 상기 하이브리드 시스템은 수소 저장통(617) 외에 별도의 산소 저장통을 포함할 수 있다.Although the hybrid system of FIG. 6 is illustrated as including one hydrogen reservoir 617, the hybrid system may include a separate oxygen reservoir in addition to the hydrogen reservoir 617.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 냉열 이용 시스템을 개념적으로 나타낸다. 도 7을 참조하면, 냉열 이용 시스템(700)은 연료 저장 탱크(710), 열교환기 (720), 개질기(reformer; 730), 개질 기체 액화 장치(740), 연료 전지(750), 및 초전도 장치(760)를 포함할 수 있다. 실시 예들에 따라, 냉열 이용 시스템(700)은 BOG(boil off gas) 저장 탱크(712), 연료 액화 장치(714), 및/또는 개질 기체 저장 탱크(732)를 더 포함할 수 있다.7 conceptually illustrates a cold heat utilization system according to embodiments of the present invention. Referring to FIG. 7, a cold heat utilization system 700 includes a fuel storage tank 710, a heat exchanger 720, a reformer 730, a reforming gas liquefaction device 740, a fuel cell 750, and a superconducting device. 760 may include. According to embodiments, the cold heat utilization system 700 may further include a boil off gas (BOG) storage tank 712, a fuel liquefaction apparatus 714, and / or a reformed gas storage tank 732.
도 7의 냉열 이용 시스템(700)은 도 6에 도시된 하이브리드 시스템과 대응될 수 있다.The cold heat utilization system 700 of FIG. 7 may correspond to the hybrid system shown in FIG. 6.
연료 저장 탱크(710)는 도 6의 연료통(605)에 해당할 수 있고, 열교환기(720)는 도 6의 열교환(604)에 해당할 수 있고, 개질기(730)는 도 6의 개질기(616)에 해당할 수 있고, 개질 기체 액화 장치 (740)는 도 6의 액화 공정(620)에 해당할 수 있고, 연료 전지(750)는 도 6의 연료 전지(619)에 해당할 수 있고, 초전도 장치(760)는 도 6의 터빈(603), 제1엔진(609), 제2엔진(610) 또는 모터(614)에 해당할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The fuel storage tank 710 may correspond to the fuel container 605 of FIG. 6, the heat exchanger 720 may correspond to the heat exchange 604 of FIG. 6, and the reformer 730 may be the reformer 616 of FIG. 6. ), The reformed gas liquefaction apparatus 740 may correspond to the liquefaction process 620 of FIG. 6, the fuel cell 750 may correspond to the fuel cell 619 of FIG. 6, and superconductivity. The apparatus 760 may correspond to the turbine 603, the first engine 609, the second engine 610, or the motor 614 of FIG. 6, but is not limited thereto.
연료 저장 탱크(710)는 액화 연료(LF)를 저장할 수 있다. 액화 연료 (LF)는 초저온(very low temperature)의 상태를 가지며, 이에 따라 냉열 에너지를 가진다. 냉열 에너지라 함은 저온의 물체에 포함된 초저온의 열 에너지를 의미한다.The fuel storage tank 710 may store the liquefied fuel LF. Liquefied fuel LF has a state of very low temperature, and thus has a cold heat energy. The cold heat energy refers to ultra low temperature heat energy contained in a low temperature object.
실시 예들에 따라, 액화 연료(LF)는 LPG, LNG, 및 액화 수소 중에서 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 수소(hydrogen)를 포함하고, 냉열을 저장할 수 있는 물질을 모두 의미할 수 있다. 예컨대, 액화 연료(LF) 수소, 탄소, 및 산소 중 적어도 하나를 포함하는 천연 물질(natural chemical) 또는 합성 물질(synthetic chemical)일 수 있다.According to embodiments, the liquefied fuel LF may be any one of LPG, LNG, and liquefied hydrogen, but is not limited thereto. The liquefied fuel LF may include all materials including hydrogen and capable of storing cold heat. . For example, the liquefied fuel (LF) may be a natural chemical or a synthetic chemical including at least one of hydrogen, carbon, and oxygen.
앞에서 설명한 바와 같이, 초저온은 함은 초전도 현상(superconductivity)이 발휘될 수 있는(또는 관찰될 수 있는) 온도를 의미한다. 예컨대, 상기 초저온은 절대 온도 40도 이하의 온도를 의미할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.As described above, ultra low temperature means the temperature at which superconductivity can be exhibited (or observed). For example, the ultra low temperature may mean a temperature of 40 degrees or less of the absolute temperature, but is not limited thereto.
연료 저장 탱크(710)는 연료 저장 탱크(710)의 내부를 저온 또는 고압 상태로 유지하기 위한 제어 장치를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 연료 저장 탱크(710)는 온도 센서 또는 압력 센서를 포함할 수 있다.The fuel storage tank 710 may further include a control device for maintaining the interior of the fuel storage tank 710 at a low temperature or a high pressure state. For example, fuel storage tank 710 may comprise a temperature sensor or a pressure sensor.
연료 저장 탱크(710)는 열교환기(720)로 액화 연료(LF)를 전달할 수 있다. 액화 연료(LF)는 연료 저장 탱크(710)와 열교환기(720) 사이에 연결된 연료 라인을 통해 전달될 수 있다.The fuel storage tank 710 may deliver the liquefied fuel LF to the heat exchanger 720. Liquefied fuel LF may be delivered through a fuel line connected between fuel storage tank 710 and heat exchanger 720.
연료 저장 탱크(710)로부터 생성된 BOG(BG)는 개질기(730)로 전달될 수 있다. BOG(BG)는 연료 저장 탱크(710)에 저장된 액화 연료(LF)가 자연적으로 증발됨에 따라 생성된 가스를 의미한다. 실시 예들에 따라, BOG(BG)는 표준 상태(예컨대, 25℃ 또는 1 기압)에서 액화 연료(LF)로부터 생성된 가스일 수 있다.BOG (BG) generated from fuel storage tank 710 may be delivered to reformer 730. BOG BG refers to a gas generated as the liquefied fuel LF stored in the fuel storage tank 710 naturally evaporates. According to embodiments, the BOG (BG) may be a gas generated from the liquefied fuel LF at a standard state (eg, 25 ° C or 1 atmosphere).
실시 예들에 따라, 연료 저장 탱크(710)는 릴리프 밸브(711)를 포함할 수 있다. 릴리프 밸브(711)는 연료 저장 탱크(710) 내에서 BOG(BG)가 생성됨에 따라, 연료 저장 탱크(710)의 압력이 기준 압력을 초과할 때, 자동으로 개방되어 생성된 BOG(BG)를 BOG 저장 탱크(712)로 전달할 수 있다.According to embodiments, the fuel storage tank 710 may include a relief valve 711. The relief valve 711 automatically opens when the pressure in the fuel storage tank 710 exceeds the reference pressure as the BOG (BG) is generated in the fuel storage tank 710. And to the BOG storage tank 712.
BOG 저장 장치(712)는 연료 저장 탱크(710)로부터 전달된 BOG(BG)를 저장할 수 있다. BOG 저장 장치(712)는 BOG(BG)를 연료 액화 장치(714) 및/또는 개질기(730)로 전달할 수 있다.The BOG storage device 712 may store the BOG (BG) delivered from the fuel storage tank 710. BOG storage 712 may deliver BOG (BG) to fuel liquefaction device 714 and / or reformer 730.
연료 액화 장치(714)는 전달된 BOG(BG)를 액화시키고, 액화된 BOG를 연료 저장 탱크(710)로 전달할 수 있다. 상기 액화된 BOG는 액화 연료(LF)와 동일한 물질일 수 있다. The fuel liquefaction apparatus 714 may liquefy the delivered BOG (BG) and deliver the liquefied BOG to the fuel storage tank 710. The liquefied BOG may be the same material as the liquefied fuel LF.
실시 예들에 따라, 연료 액화 장치(714)는 열교환기(720)로부터 전달된 초저온의 냉매(REF)에 포함된 냉열을 이용하여, BOG(BG)를 액화시키고 액화된 BOG를 연료 저장 탱크(710)로 전달할 수 있다.According to embodiments, the fuel liquefaction apparatus 714 liquefies the BOG (BG) and cools the liquefied BOG to the fuel storage tank 710 by using the cold heat included in the cryogenic refrigerant REF delivered from the heat exchanger 720. ) Can be delivered.
연료 저장 탱크(710)로부터 생성된 BOG(BG)는 BOG 저장 장치(712)에 저장될 수 있다. The BOG (BG) generated from the fuel storage tank 710 may be stored in the BOG storage device 712.
열교환기(720)는 연료 저장 탱크(710)로부터 전달된 액화 연료(LF)와 개질 기체 액화 장치(740)로부터 전달된 액화 개질 기체 (LRG)에 포함된 냉열을 냉매(REF)로 전달할 수 있다. The heat exchanger 720 may transfer the cool heat included in the liquefied fuel LF delivered from the fuel storage tank 710 and the liquefied reformed gas LRG delivered from the reformed gas liquefaction apparatus 740 to the refrigerant REF. .
냉매(REF)는 열 에너지(예컨대, 냉열 에너지)를 전달할 수 있는 물질일 수 있다. 실시 예들에 따라, 냉매(REF)는 액화 연료(LF)이거나, 또는 비활성 기체(inert gas), 암모니아, 질소, 및 부동액 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 초저온 또는 고온에서 액체 상을 유지할 수 있는 물질을 의미한다.The refrigerant REF may be a material capable of transferring thermal energy (eg, cold heat energy). In some embodiments, the refrigerant REF may be a liquefied fuel LF or any one of an inert gas, ammonia, nitrogen, and an antifreeze, but is not limited thereto. Means a material that can maintain.
실시 예들에 따라, 열교환기(720)는 액화 연료(LF)가 전달되는 액화 연료 라인(또는 액화 개질 기체(LRG)가 전달되는 액화 수소 라인)을 냉매(REF)에 통과시킴으로써, 액화 연료(LF)(또는 액화 개질 기체(LRG))에 포함된 냉열을 냉매(REF)로 전달할 수 있다.According to embodiments, the heat exchanger 720 passes the liquefied fuel line (or the liquefied hydrogen line through which the liquefied reforming gas LRG is delivered) to the refrigerant REF, thereby passing the liquefied fuel LF. (Or liquefied reforming gas (LRG)) may be transferred to the coolant (REF).
실시 예들에 따라, 열교환기(720)는 액화 연료(LF)를 기화시켜 기화 연료(GF)를 생성하고, 이에 따라 발생한 기화열을 이용하여 냉매(REF)에 액화 연료(LF)의 냉열을 전달할 수 있다.According to embodiments, the heat exchanger 720 may vaporize the liquefied fuel LF to generate the vaporized fuel GF, and may transmit the cold heat of the liquefied fuel LF to the refrigerant REF by using the generated vaporized heat. have.
열교환기(720)는 냉매(REF)를 냉열 이용 시스템(700)에 포함된 장치들로 전달할 수 있다. 실시 예들에 따라, 열교환기(720)는 냉매(REF)를 연료 액화 장치(714), 개질 기체 액화 장치(740) 또는 초전도 장치(760)에 전달할 수 있다.The heat exchanger 720 may deliver the refrigerant REF to the devices included in the cold heat utilization system 700. According to embodiments, the heat exchanger 720 may deliver the refrigerant REF to the fuel liquefaction apparatus 714, the reformed gas liquefaction apparatus 740, or the superconductor 760.
실시 예들에 따라, 냉열 이용 시스템(700)은 냉매(REF)를 각 장치들로 전달하는 냉매 라인(722)을 더 포함할 수 있다.According to embodiments, the cold heat utilization system 700 may further include a refrigerant line 722 for delivering the refrigerant REF to each device.
열교환기(720)는 기화 연료(GF)를 엔진(770)으로 전달할 수 있다. 실시 예들에 따라, 열교환기(720)는 상기 액화 연료를 가열시켜 기화 연료를 생성하는 기화기, 상기 기화기로부터 전달된 상기 기화 연료를 고압으로 압축시키는 압축기 또는 상기 압축된 기화 연료를 엔진으로 전달하는 분사기를 포함할 수 있다.The heat exchanger 720 may deliver the vaporized fuel GF to the engine 770. According to embodiments, a heat exchanger 720 is a vaporizer for heating the liquefied fuel to produce a vaporized fuel, a compressor for compressing the vaporized fuel delivered from the vaporizer to a high pressure or an injector for delivering the compressed vaporized fuel to the engine. It may include.
개질기(730)는 연료 저장 탱크(710)(또는 BOG 저장 탱크(712))로부터 전달된 BOG(BG)를 개질하고, 개질의 결과에 따라 BOG(BG)로부터 개질 기체(RG)를 추출할 수 있다. 실시 예들에 따라, 개질기(730)는 BOG(BG)로부터 수소(hydrogen), 산소(oxygen) 또는 탄소(carbon)을 추출할 수 있다.The reformer 730 may reform the BOG (BG) delivered from the fuel storage tank 710 (or BOG storage tank 712) and extract the reformed gas RG from the BOG (BG) as a result of the reforming. have. According to embodiments, the reformer 730 may extract hydrogen, oxygen, or carbon from BOG (BG).
실시 예들에 따라, 개질 기체(RG)는 수소, 산소, 탄소 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예컨대, 개질 기체(RG)는 수소 기체, 산소 기체, 탄소 기체, 탄화수소(hydro carbon) 또는 탄소 산화물(oxide of carbon)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to embodiments, the reforming gas RG may include hydrogen, oxygen, carbon, or a combination thereof. For example, the reforming gas RG may be hydrogen gas, oxygen gas, carbon gas, hydrocarbon or hydrocarbon oxide, but is not limited thereto.
추출된 개질 기체(RG)는 개질 기체 저장 탱크(732)에 저장될 수 있다. 비록 도 7에는 냉열 이용 시스템(700)이 하나의 개질 기체 저장 탱크(732)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 실시 예들에 따라, 냉열 이용 시스템(700)은 복수 개의 개질 기체 저장 탱크를 포함할 수 있고, 개질 기체(RG)는 그 성질에 따라 분리되어 저장될 수 있다.The extracted reformed gas RG may be stored in the reformed gas storage tank 732. Although the cold heat utilization system 700 is shown in FIG. 7 as including one reformed gas storage tank 732, in some embodiments, the cold heat utilization system 700 may include a plurality of reformed gas storage tanks. The reformed gas RG may be stored separately according to its properties.
실시 예들에 따라, 개질기(730)는 엔진(770)의 작동에 따라 발생한 열에너지를 이용하여, BOG(BG)로부터 개질 기체(RG)를 추출할 수 있다.According to embodiments, the reformer 730 may extract the reformed gas (RG) from the BOG (BG) by using the heat energy generated by the operation of the engine 770.
개질기(730)는 추출된 개질 기체(RG)를 개질 기체 액화 장치(740) 및/또는 연료 전지(750)로 전달할 수 있다. 실시 예들에 따라, 개질기(730)는 추출된 개질 기체(RG)를 개질 기체 저장 탱크(732)로 전달할 수 있다.The reformer 730 may deliver the extracted reformed gas RG to the reformed gas liquefaction apparatus 740 and / or the fuel cell 750. According to embodiments, the reformer 730 may deliver the extracted reformed gas RG to the reformed gas storage tank 732.
개질 기체 저장 탱크(732)는 저장된 개질 기체(RG)를 개질 기체 액화 장치(740) 및/또는 연료 전지(750)로 전달할 수 있다.The reformed gas storage tank 732 may deliver the stored reformed gas RG to the reformed gas liquefaction apparatus 740 and / or the fuel cell 750.
개질 기체 액화 장치(740)는 전달된 개질 기체(RG)를 액화시키고, 액화 개질 기체(LRG)를 생성하고, 생성된 액화 개질 기체(LRG)를 열교환기(720)로 전달할 수 있다. 실시 예들에 따라, 개질 기체 액화 장치(740)는 열교환기(720)로부터 전달된 초저온의 냉매(REF)에 포함된 냉열을 이용하여, 개질 기체(RG)를 액화시킬 수 있다.The reformed gas liquefaction apparatus 740 may liquefy the delivered reformed gas (RG), generate liquefied reformed gas (LRG), and deliver the resulting liquefied reformed gas (LRG) to the heat exchanger 720. According to embodiments, the reformed gas liquefaction apparatus 740 may liquefy the reformed gas RG by using the cold heat included in the cryogenic refrigerant REF transferred from the heat exchanger 720.
연료 전지(fuel cell; 750)는 개질기(730)로부터 전달된 개질 기체(RG)를 이용하여 전기 에너지(또는 전력; PW)를 생성할 수 있다. 실시 예들에 따라, 연료 전지(750)는 개질기(730)로부터 전달된 수소 가스 또는 산소 가스를 이용하여 전기 에너지(PW)를 생성할 수 있다.The fuel cell 750 may generate electrical energy (or electric power PW) using the reformed gas RG delivered from the reformer 730. According to embodiments, the fuel cell 750 may generate electrical energy PW using hydrogen gas or oxygen gas delivered from the reformer 730.
연료 전지(750)는 생성된 전기 에너지(PW)를 초전도 장치(760)로 전달할 수 있다.The fuel cell 750 may transfer the generated electrical energy PW to the superconducting device 760.
초전도 장치(760)는 초전도체를 포함하는 장치일 수 있다. 초전도 장치(760)는 초저온의 상태에서, 초전도 현상을 이용하여 작동하는 장치일 수 있다. 실시 예들에 따라, 초전도 장치(760)는 열교환기(720)로부터 전달된 냉매(REF)에 포함된 냉열을 이용하여 초전도 상태를 유지하고, 상기 초전도 상태에서 작동할 수 있다. The superconducting device 760 may be a device including a superconductor. The superconducting device 760 may be a device that operates using a superconducting phenomenon in an ultra low temperature state. According to embodiments, the superconducting device 760 may maintain the superconducting state by using the cold heat included in the refrigerant REF transferred from the heat exchanger 720, and operate in the superconducting state.
냉열 이용 시스템(700)은 하나의 초전도 장치(760) 또는 둘 이상의 초전도 장치들(760)을 포함할 수 있다.The cold heat utilization system 700 may include one superconducting device 760 or two or more superconducting devices 760.
실시 예들에 따라, 둘 이상의 초전도 장치들(760)을 포함할 때, 초전도 장치들(760)은 초전도 발전기(761), 초전도 전력 기기(763) 및/또는 초전도 전력 저장 장치(765)를 포함할 수 있다. According to embodiments, when including two or more superconducting devices 760, the superconducting devices 760 may include a superconducting generator 761, a superconducting power device 763, and / or a superconducting power storage device 765. Can be.
초전도 발전기(761)는 냉매(REF)에 저장된 냉열을 이용하여 초전도 상태를 유지하고, 초전도 상태에서 전기 에너지(또는 전력; PW)를 생성할 수 있다. 실시 예들에 따라, 초전도 발전기(761)는 초전도 상태에서, 엔진(770)으로부터 전달된 역학적 에너지(ME)를 전기 에너지(PW)로 변환할 수 있다. The superconducting generator 761 may maintain the superconducting state by using the cold heat stored in the refrigerant REF, and generate electric energy (or electric power PW) in the superconducting state. According to embodiments, the superconducting generator 761 may convert the mechanical energy ME transmitted from the engine 770 into the electrical energy PW in the superconducting state.
실시 예들에 따라, 초전도 발전기(761)는 초전도 전자석과 초전도 회전자(예컨대, 코일)를 포함할 수 있다. 상기 초전도 전자석은 상기 초전도 코일을 감쌀 수 있고, 전자기장을 생성할 수 있다. 상기 초전도 코일은 엔진(770)이 회전할 때, 상기 초전도 전자석에 의해 생성된 전자기장 내에서 회전하여 역학적 에너지(ME)를 전기 에너지(PW)로 변환할 수 있다.According to embodiments, the superconducting generator 761 may include a superconducting electromagnet and a superconducting rotor (eg, a coil). The superconducting electromagnet may surround the superconducting coil and generate an electromagnetic field. When the engine 770 rotates, the superconducting coil may rotate in an electromagnetic field generated by the superconducting electromagnet to convert mechanical energy ME into electrical energy PW.
초전도 전력 기기(763)는 냉매(REF)에 저장된 냉열을 이용하여 초전도 상태를 유지하고, 초전도 상태에서 전기 에너지(PW)를 소비할 수 있다. 실시 예들에 따라, 초전도 전력 기기(763)는 연료 전지(750)로부터 전달된 전기 에너지(PW)를 소비할 수 있다.The superconducting power device 763 may maintain the superconducting state by using the cold heat stored in the refrigerant REF, and consume electric energy PW in the superconducting state. According to embodiments, the superconducting power device 763 may consume electrical energy PW delivered from the fuel cell 750.
초전도 전력 저장 장치(765)는 냉매(REF)에 저장된 냉열을 이용하여 초전도 상태를 유지하고, 초전도 상태에서 초전도 발전기(761)로부터 생산된 전기 에너지(PW)를 저장할 수 있다. 초전도 전력 저장 장치(765)는 저장된 전기 에너지(PW)를 냉열 이용 시스템(700)에 포함된 장치(예컨대, 초전도 전력 기기(763))로 전달할 수 있다.The superconducting power storage device 765 maintains the superconducting state by using the cold heat stored in the refrigerant REF, and stores the electrical energy PW produced from the superconducting generator 761 in the superconducting state. The superconducting power storage device 765 may deliver the stored electrical energy PW to a device (eg, superconducting power device 763) included in the cold heat utilization system 700.
실시 예들에 따라, 초전도 전력 저장 장치(765)는 초전도 발전기(761)로부터 생산된 전기 에너지(PW)를 자기 에너지로 변환하여 저장하고, 저장된 자기 에너지를 전기 에너지(PW)로 변환하여 초전도 전력 기기(763)로 공급할 수 있다.According to embodiments, the superconducting power storage device 765 converts and stores the electrical energy PW produced from the superconducting generator 761 into magnetic energy, and converts the stored magnetic energy into electrical energy PW to store the superconducting power device. (763).
실시 예들에 따라, 초전도 전력 저장 장치(765)는 초전도 발전기(761)로부터 생산된 전기 에너지(PW)를 역학적 에너지로 변환하여 저장하는 플라이 휠(flywheel)일 수 있다.According to embodiments, the superconducting power storage device 765 may be a flywheel for converting and storing electrical energy PW generated from the superconducting generator 761 into mechanical energy.
실시 예들에 따라, 초전도 장치들(760)은 전기 에너지(PW)를 장치들(750, 761, 763 또는 765) 사이에서 전달하는 초전도 케이블(767)을 더 포함할 수 있다. 실시 예들에 따라, 초전도 케이블(767)은 초전도 발전기(761) 또는 연료 전지(750)에서 생성된 전기 에너지(PW)를 냉열 이용 시스템(700)의 각 장치들로 전달할 수 있다.According to embodiments, the superconducting devices 760 may further include a superconducting cable 767 for transferring electrical energy (PW) between the devices 750, 761, 763 or 765. According to embodiments, the superconducting cable 767 may deliver electrical energy PW generated in the superconducting generator 761 or the fuel cell 750 to respective devices of the cold heat utilization system 700.
실시 예들에 따라, 초전도 케이블(761)은 냉매 라인(721)에 의해 둘러싸일 수 있다. 예컨대, 초전도 케이블(761)은 전기 에너지(PW) 및 냉매(REF)를 장치들(750, 761, 763 또는 765) 사이에서 전달하는 복합 케이블로 구성될 수 있다.According to embodiments, the superconducting cable 761 may be surrounded by the refrigerant line 721. For example, superconducting cable 761 may be comprised of a composite cable that transfers electrical energy PW and refrigerant REF between devices 750, 761, 763 or 765.
엔진(770)은 열교환기(720)로부터 전달된 기체 연료(GF)를 이용하여 역학적 에너지를 생산하는 내연기관일 수 있다. 실시 예들에 따라, 엔진(770)에서 발생한 열에너지는 개질기(730)에 의해 사용될 수 있다. 예컨대, 엔진(770)은 로켓 엔진 또는 제트 엔진(jet engine)일 수 있다. Engine 770 may be an internal combustion engine that produces mechanical energy using gaseous fuel GF delivered from heat exchanger 720. According to embodiments, thermal energy generated by the engine 770 may be used by the reformer 730. For example, engine 770 may be a rocket engine or a jet engine.
냉열 이용 시스템(700)에 따르면, 액화 연료(LF)(또는 액화 개질 기체(LRG))에 포함된 냉열을 액화 장치 또는 초전도 장치 등, 초저온의 환경이 필요한 장치들의 상기 초저온 환경을 구축할 수 있으므로, 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.According to the cold heat utilization system 700, since the cold heat contained in the liquefied fuel LF (or liquefied reforming gas LRG) can be constructed in the cryogenic environment of devices that require an ultra low temperature environment such as a liquefied device or a superconducting device, Energy can be used efficiently.
예컨대, 냉열 이용 시스템(700)에 따르면, 액화 연료(LF)에 포함된 냉열을 이용하여 초전도 장치들(760)의 초전도 상태를 유지하고, 액화 연료(LF)로부터 추출된 기체 수소(GH)를 이용하여 생성된 전력 에너지를 초전도 장치들(760)로 공급할 수 있다.For example, according to the cold heat utilization system 700, the superconducting devices 760 are maintained in the superconducting state by using the cold heat included in the liquefied fuel LF, and the gaseous hydrogen GH extracted from the liquefied fuel LF is stored. The generated power energy may be supplied to the superconducting devices 760.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 냉열을 이용하는 냉열 이용 시스템에 관한 것이다.An embodiment according to the concept of the present invention relates to a cold heat utilization system using cold heat.

Claims (24)

  1. 액화 연료를 저장하는 연료 저장 탱크;A fuel storage tank for storing liquefied fuel;
    상기 연료 저장 탱크에 저장된 액화 연료로부터 생성된 BOG(boiled off gas)로부터 개질 기체를 추출하는 개질기;A reformer for extracting reformed gas from a boiled off gas (BOG) generated from liquefied fuel stored in the fuel storage tank;
    상기 개질기로부터 전달된 상기 개질 기체를 액화시킴으로써 액화 개질 기체를 생성하는 개질 기체 액화 장치;A reforming gas liquefaction apparatus for producing a liquefied reforming gas by liquefying the reformed gas delivered from the reformer;
    상기 연료 저장 탱크로부터 전달된 상기 액화 연료와 상기 개질 기체 액화 장치로부터 전달된 상기 액화 개질 기체에 포함된 냉열을 냉매로서 전달하는 열교환기;A heat exchanger for transferring cold heat contained in the liquefied fuel delivered from the fuel storage tank and the liquefied reformed gas delivered from the reformed gas liquefaction apparatus as a refrigerant;
    하나 또는 둘 이상의 초전도 장치들; 및One or more superconducting devices; And
    상기 열교환기로부터 상기 개질 기체 액화 장치 또는 상기 하나 또는 둘 이상의 초전도 장치들로 상기 냉매를 공급하는 냉매 라인을 포함하고,A refrigerant line for supplying said refrigerant from said heat exchanger to said reforming gas liquefaction device or said one or more superconducting devices,
    상기 개질 기체 액화 장치, 또는 상기 하나 또는 둘 이상의 초전도 장치들은 상기 냉매에 포함된 냉열을 이용하여 초전도 상태에서 작동하는 냉열 이용 시스템.The reformed gas liquefaction apparatus, or the one or more superconducting apparatuses, operates in a superconducting state using the cold heat contained in the refrigerant.
  2. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 냉열 이용 시스템은 엔진을 더 포함하고,The cold heat utilization system further comprises an engine,
    상기 열교환기는 상기 연료 저장 탱크로부터 전달된 상기 액화 연료를 기화시킴으로써 기화 연료를 생성하고, 상기 기화 연료를 상기 엔진으로 전달하고,The heat exchanger generates vaporized fuel by vaporizing the liquefied fuel delivered from the fuel storage tank, delivers the vaporized fuel to the engine,
    상기 엔진은 상기 기화 연료를 이용하여 역학적 에너지를 생산하는 냉열 이용 시스템.And the engine uses the vaporized fuel to produce mechanical energy.
  3. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 냉열 이용 시스템은,The cold heat utilization system,
    역학적 에너지를 생성하는 엔진; 및An engine generating mechanical energy; And
    상기 둘 이상의 초전도 장치들을 더 포함하고,Further comprising the two or more superconducting devices,
    상기 둘 이상의 초전도 장치들은 초전도 발전기, 초전도 케이블, 및 초전도 전력 기기를 포함하고,The two or more superconducting devices include a superconducting generator, a superconducting cable, and a superconducting power device,
    상기 초전도 발전기는, 상기 초전도 상태에서, 상기 엔진으로부터 전달된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하고,The superconducting generator, in the superconducting state, converts the mechanical energy delivered from the engine into electrical energy,
    상기 초전도 케이블은, 상기 초전도 상태에서, 상기 초전도 발전기 에 의해 생성된 상기 전기 에너지를 상기 초전도 전력 기기로 공급하고,The superconducting cable, in the superconducting state, supplies the electrical energy generated by the superconducting generator to the superconducting power device,
    상기 초전도 전력 기기는, 상기 초전도 상태에서, 상기 전기 에너지를 소비하는 냉열 이용 시스템.And the superconducting power device consumes the electrical energy in the superconducting state.
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 냉열 이용 시스템은,The cold heat utilization system,
    역학적 에너지를 생성하는 구동 엔진; 및A drive engine for generating mechanical energy; And
    상기 둘 이상의 초전도 장치들을 더 포함하고,Further comprising the two or more superconducting devices,
    상기 둘 이상의 초전도 장치들은 초전도 발전기, 초전도 저장 장치, 초전도 케이블, 및 초전도 전력 기기를 포함하고,The two or more superconducting devices include a superconducting generator, a superconducting storage device, a superconducting cable, and a superconducting power device,
    상기 초전도 발전기는, 상기 초전도 상태에서, 상기 엔진으로부터 전달된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하고,The superconducting generator, in the superconducting state, converts the mechanical energy delivered from the engine into electrical energy,
    상기 초전도 케이블은, 상기 초전도 상태에서, 상기 초전도 발전기 에 의해 생성된 상기 전기 에너지를 상기 초전도 저장 장치로 공급하고,The superconducting cable, in the superconducting state, supplies the electrical energy generated by the superconducting generator to the superconducting storage device,
    상기 초전도 저장 장치는 상기 초전도 발전기로부터 생산된 전기 에너지를 자기 에너지로 변환하여 저장하고, 저장된 자기 에너지를 상기 전기 에너지로 변환하여 상기 초전도 케이블을 통해 상기 초전도 전력 기기로 공급하고,The superconducting storage device converts and stores electrical energy produced from the superconducting generator into magnetic energy, converts stored magnetic energy into the electrical energy, and supplies the superconducting power device to the superconducting power device through the superconducting cable.
    상기 초전도 전력 기기는 상기 초전도 케이블을 통해 상기 초전도 저장 장치로부터 공급된 상기 전기 에너지를 소비하는 냉열 이용 시스템.And the superconducting power device consumes the electrical energy supplied from the superconducting storage device via the superconducting cable.
  5. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 냉열 이용 시스템은 역학적 에너지를 생성하는 구동 엔진을 더 포함하고,The cold heat utilization system further includes a drive engine for generating mechanical energy,
    상기 개질기는 상기 엔진의 작동에 따라 발생한 열에너지를 이용하여, 상기 BOG로부터 상기 개질 기체를 추출하는 냉열 이용 시스템.And the reformer extracts the reformed gas from the BOG using heat energy generated according to the operation of the engine.
  6. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 개질기로부터 전달된 상기 개질 기체를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 연료 전지를 더 포함하는 냉열 이용 시스템.And a fuel cell that generates electrical energy using the reformed gas delivered from the reformer.
  7. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 개질 기체는 수소, 산소 및 탄소 중 적어도 하나를 포함하는 냉열 이용 시스템.And the reforming gas comprises at least one of hydrogen, oxygen, and carbon.
  8. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 냉매는 상기 액화 연료, 또는 비활성 기체, 암모니아 및 질소 중 어느 하나인 냉열 이용 시스템.And the coolant is one of the liquefied fuel or an inert gas, ammonia, and nitrogen.
  9. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 냉매 라인은 상기 열교환기, 상기 개질 기체 액화 장치 또는 상기 하나 또는 둘 이상의 초전도 장치들의 적어도 일부를 둘러싸는 파이프 구조를 가지는 냉열 이용 시스템.And the refrigerant line has a pipe structure surrounding at least a portion of the heat exchanger, the reforming gas liquefaction device, or the one or more superconducting devices.
  10. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 냉열 이용 시스템은 선박, 자동차, 로켓, 또는 발전기에 포함되는 냉열 이용 시스템.The cold heat utilization system is included in a ship, a car, a rocket, or a generator.
  11. 액화 연료를 저장하는 연료 저장 탱크;A fuel storage tank for storing liquefied fuel;
    상기 연료 저장 탱크에 저장된 액화 연료로부터 생성된 BOG(boiled off gas)로부터 개질 기체를 추출하는 개질기;A reformer for extracting reformed gas from a boiled off gas (BOG) generated from liquefied fuel stored in the fuel storage tank;
    상기 개질기로부터 전달된 상기 개질 기체를 액화시킴으로써 액화 개질 기체를 생성하는 개질 기체 액화 장치;A reforming gas liquefaction apparatus for producing a liquefied reforming gas by liquefying the reformed gas delivered from the reformer;
    상기 연료 저장 탱크로부터 전달된 상기 액화 연료와 상기 개질 기체 액화 장치로부터 전달된 상기 액화 개질 기체에 포함된 냉열을 냉매로서 전달하고, 상기 액화 연료를 기화함으로써 기체 연료를 생성하는 열교환기;A heat exchanger which transfers the cold heat contained in the liquefied fuel delivered from the fuel storage tank and the liquefied reformed gas delivered from the reformed gas liquefaction apparatus as a refrigerant, and generates a gaseous fuel by vaporizing the liquefied fuel;
    상기 열교환기로부터 전달된 기체 연료를 이용하여, 역학적 에너지를 생성하는 엔진;An engine that generates mechanical energy using gaseous fuel delivered from the heat exchanger;
    상기 냉매에 포함된 냉열을 이용하여 초전도 상태를 유지하고, 상기 엔진으로부터 전달된 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 초전도 발전기; 및A superconducting generator that maintains a superconducting state by using cold heat included in the refrigerant and converts mechanical energy transferred from the engine into electrical energy; And
    상기 냉매에 포함된 냉열을 이용하여 초전도 상태를 유지하고, 상기 전기 에너지를 소비하는 초전도 전력 기기을 포함하고,A superconducting power device that maintains a superconducting state by using cold heat contained in the refrigerant and consumes the electrical energy;
    상기 개질 기체 액화 장치는 상기 냉매에 포함된 냉열을 이용하여 초전도 상태를 유지하고, 상기 초전도 상태에서 작동하는 냉열 이용 시스템.The reformed gas liquefaction apparatus maintains a superconducting state by using cold heat contained in the refrigerant, and operates in the superconducting state.
  12. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 열교환기로부터 상기 개질 기체 액화 장치, 또는 상기 하나 또는 둘 이상의 초전도 장치들로 상기 냉매를 공급하는 냉매 라인을 더 포함하는 냉열 이용 시스템.And a refrigerant line for supplying said refrigerant from said heat exchanger to said reforming gas liquefaction device or said one or more superconducting devices.
  13. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 냉매에 포함된 냉열을 이용하여 초전도 상태를 유지하고, 상기 초전도 발전기 에 의해 생성된 상기 전기 에너지를 상기 초전도 전력 기기로 공급하는 초전도 케이블을 더 포함하는 냉열 이용 시스템.And a superconducting cable for maintaining a superconducting state by using the cold heat contained in the refrigerant, and supplying the electric energy generated by the superconducting generator to the superconducting power device.
  14. 제13항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 초전도 케이블은 상기 열교환기로부터 전달된 냉매를 초전도 발전기와 초전도 전력 기기으로 전달하는 냉열 이용 시스템.The superconducting cable is a cold heat utilization system for transferring the refrigerant delivered from the heat exchanger to a superconducting generator and a superconducting power device.
  15. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 초전도 발전기로부터 생산된 전기 에너지를 저장하고, 저장된 전기 에너지를 상기 초전도 전력 기기로 공급하는 초전도 전력 저장 장치를 더 포함하는 냉열 이용 시스템.And a superconducting power storage device for storing the electrical energy produced from the superconducting generator and supplying the stored electrical energy to the superconducting power device.
  16. 액화 연료를 저장하는 연료 저장 탱크;A fuel storage tank for storing liquefied fuel;
    상기 연료 저장 탱크에 저장된 액화 연료로부터 생성된 BOG(boiled off gas)를 저장하는 BOG 저장 탱크;A BOG storage tank storing BOG (boiled off gas) generated from liquefied fuel stored in the fuel storage tank;
    상기 BOG 저장 탱크로부터 전달된 상기 BOG를 액화시키고, 액화된 BOG를 상기 연료 저장 탱크로 전달하는 연료 액화 장치;A fuel liquefaction apparatus for liquefying the BOG delivered from the BOG storage tank and delivering the liquefied BOG to the fuel storage tank;
    상기 BOG 저장 탱크로부터 전달된 상기 BOG로부터 개질 기체를 추출하는 개질기;A reformer for extracting reformed gas from the BOG delivered from the BOG storage tank;
    상기 개질기로부터 전달된 상기 개질 기체를 액화시킴으로써 액화 개질 기체를 생성하는 개질 기체 액화 장치;A reforming gas liquefaction apparatus for producing a liquefied reforming gas by liquefying the reformed gas delivered from the reformer;
    상기 연료 저장 탱크로부터 전달된 상기 액화 연료와 상기 개질 기체 액화 장치로부터 전달된 상기 액화 개질 기체에 포함된 냉열을 냉매로서 전달하는 열교환기;A heat exchanger for transferring cold heat contained in the liquefied fuel delivered from the fuel storage tank and the liquefied reformed gas delivered from the reformed gas liquefaction apparatus as a refrigerant;
    하나 또는 둘 이상의 초전도 장치들; 및One or more superconducting devices; And
    상기 열교환기로부터 상기 연료 액화 장치, 상기 개질 기체 액화 장치 또는 상기 하나 또는 둘 이상의 초전도 장치들로 상기 냉매를 공급하는 냉매 라인을 포함하고,A refrigerant line for supplying said refrigerant from said heat exchanger to said fuel liquefaction device, said reforming gas liquefaction device or said one or more superconducting devices,
    상기 연료 액화 장치, 상기 개질 기체 액화 장치 또는 상기 하나 또는 둘 이상의 초전도 장치들은 상기 냉매에 포함된 냉열을 이용하여 초전도 상태를 유지하고, 상기 초전도 상태에서 작동하는 냉열 이용 시스템.And the fuel liquefaction apparatus, the reforming gas liquefaction apparatus, or the one or more superconducting devices maintain a superconducting state using cold heat contained in the refrigerant, and operate in the superconducting state.
  17. 제16항에 있어서, 상기 냉열 이용 시스템은,The method of claim 16, wherein the cold heat utilization system,
    광 계측 기능, 상태 기준 보수를 통한 진단 기능, 예측 제어 또는 자체 제어를 포함한 제어 기능, EC(emergency control) 또는 ESD(emergency shut down)를 포함한 안전 기능, 작업자의 상태의 모니터링 기능, 상기 작업자의 위치의 모니터링 기능, 또는 상기 상태 기준 보수를 통한 유지보수 기능을 제공하는 냉열 이용 시스템.Optical measurement function, diagnostic function through condition-based maintenance, control function including predictive control or self control, safety function including emergency control (EC) or emergency shut down (ESD), monitoring function of worker status, location of the worker A cold heat utilization system that provides a monitoring function of, or maintenance by the condition-based maintenance.
  18. 제17항에 있어서, The method of claim 17,
    상기 냉열 이용 시스템은,The cold heat utilization system,
    광 섬유 센서를 이용하여 온도 측정 또는 장력 측정 기능을 수행하는 냉열 이용 시스템.A cold heat utilization system that performs a temperature measurement or a tension measurement function using an optical fiber sensor.
  19. 제18항에 있어서,The method of claim 18,
    상기 광 섬유 센서는 온도 단열 기능 또는 장력 보강 기능을 위한 기능성 복합재가 코팅 또는 패키지 된 광신호 전달용 섬유를 포함하는 냉열 이용 시스템.The optical fiber sensor is a cold heat utilization system comprising a fiber for optical signal transmission coated or packaged with a functional composite for thermal insulation or tension reinforcement.
  20. 제17항에 있어서, 상기 냉열 이용 시스템은,The method of claim 17, wherein the cold heat utilization system,
    멀티피직스 기법에 기반한 수치모델링을 이용하여 기체, 유체 또는 열 역학을 동적 시뮬레이션한 결과를 조건으로 설정하고,Using numerical modeling based on multiphysics techniques to condition dynamic simulations of gas, fluid, or thermal dynamics,
    상기 조건에 대한 FSI 기법을 이용하여, 상기 진단 기능 또는 상기 제어 기능을 위한 최적의 단순 식을 추출하고,Extracts an optimal simple equation for the diagnostic function or the control function using the FSI technique for the condition,
    상기 추출된 최적의 단순 식에 기초하여 상기 기체, 상기 유체 또는 상기 열 역학 중 적어도 하나를 모니터링하고,Monitor at least one of the gas, the fluid or the thermodynamics based on the extracted simple equation,
    상기 모니터링의 결과에 따라 상기 제어 기능을 수행하는 냉열 이용 시스템.And a cold heat utilization system that performs the control function according to the monitoring result.
  21. 제20항에 있어서, 상기 냉열 이용 시스템은 머신 러닝 기법을 이용하여 상기 제어 기능을 수행하는 냉열 이용 시스템.21. The cold heat utilization system of claim 20, wherein the cold heat utilization system performs the control function using a machine learning technique.
  22. 제17항에 있어서, 상기 냉열 이용 시스템은,The method of claim 17, wherein the cold heat utilization system,
    광 계측 기술을 이용하여 상기 냉열 이용 시스템이 포함된 구조물을 계측하고, 상기 계측에 따른 계측 결과를 상황 인식 기술을 이용하여 처리하고, 처리 결과에 따라 상기 계측 결과의 오차 범위를 최소화하는 냉열 이용 시스템.An optical heat utilization system that measures a structure including the cold heat utilization system using optical measurement technology, processes the measurement result according to the measurement by using situation recognition technology, and minimizes an error range of the measurement result according to the processing result. .
  23. 제22항에 있어서, 상기 냉열 이용 시스템은 머신 러닝 기법을 이용하여 상기 계측 결과의 오차 범위를 최소화 하는 냉열 이용 시스템.23. The cold heat utilization system of claim 22, wherein the cold heat utilization system minimizes an error range of the measurement result by using a machine learning technique.
  24. 제16항에 있어서, 상기 냉열 이용 시스템은, The method of claim 16, wherein the cold heat utilization system,
    계측기에 의해 생성된 제1신호가 계측기로부터 구조물에 탑재된 센서까지 전달되는 데 소요되는 제1시간, 상기 제1신호에 반응하여 상기 센서에 의해 생성된 제2신호가 상기 센서로부터 상기 계측기까지 전달되는 데 소요되는 제2시간, 또는 상기 제2신호가 상기 계측기에 도달하여 정량화되어 추출되는데 소요되는 제3시간을 표준 시간과 동기화하는 냉열 이용 시스템.The first time required for the first signal generated by the meter to be transmitted from the meter to the sensor mounted on the structure, and the second signal generated by the sensor in response to the first signal is transmitted from the sensor to the meter. And a second time required for the second time, or a third time required for the second signal to arrive at the measuring device and to be quantified and extracted with the standard time.
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