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JP2007083851A - Superconducting equipment cooling system and liquefied natural gas tanker - Google Patents

Superconducting equipment cooling system and liquefied natural gas tanker Download PDF

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JP2007083851A
JP2007083851A JP2005274416A JP2005274416A JP2007083851A JP 2007083851 A JP2007083851 A JP 2007083851A JP 2005274416 A JP2005274416 A JP 2005274416A JP 2005274416 A JP2005274416 A JP 2005274416A JP 2007083851 A JP2007083851 A JP 2007083851A
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natural gas
liquefied natural
cooling
cooling medium
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Toru Okazaki
徹 岡崎
Ryosuke Hata
良輔 畑
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

【課題】 超電導モータを用いて効率の良い推進力を得ると共に、別途の冷熱源や大がかりな冷却装置を用いることなく超電導モータを低温状態に保つことができる超電導機器の冷却システムおよび液化天然ガスタンカを提供するを提供する。
【解決手段】 液化天然ガスを搬送する液化天然ガスタンカの推進装置に用いられる超電導モータを収容した状態で超電導冷却媒体が充填されることにより超電導モータを低温状態に保つことができる保冷容器と、気化した超電導冷却媒体を圧縮することによりこれを昇温させる圧縮手段と、昇温させた超電導冷却媒体を液化天然ガスの冷熱源によって冷却する熱交換手段と、冷却させた超電導冷却媒体を減圧することによりこれを降温させる減圧手段とを備える。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling system for a superconducting device and a liquefied natural gas tanker capable of obtaining efficient propulsion using a superconducting motor and maintaining the superconducting motor at a low temperature without using a separate cooling source or a large cooling device. Provide offer.
A cooling container capable of keeping a superconducting motor at a low temperature by being filled with a superconducting cooling medium in a state in which the superconducting motor used in a propulsion device for a liquefied natural gas tanker that conveys liquefied natural gas is accommodated, and vaporization A compressing means for raising the temperature of the superconducting cooling medium by compressing it, a heat exchanging means for cooling the heated superconducting cooling medium with a cold source of liquefied natural gas, and depressurizing the cooled superconducting cooling medium And a pressure reducing means for lowering the temperature.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、超電導機器の冷却システムおよび液化天然ガスタンカに関し、詳しくは、液化天然ガスタンカに搭載された液化天然ガスを用いて推進力を得る液化天然ガスタンカと、この推進力を得るための超電導機器の冷却に利用するものである。   The present invention relates to a cooling system for a superconducting device and a liquefied natural gas tanker, and more particularly, to a liquefied natural gas tanker that obtains propulsion using liquefied natural gas mounted on a liquefied natural gas tanker, and a superconducting device for obtaining this propulsive force. It is used for cooling.

図5は従来の液化天然ガスタンカ90の構成を示す図であり、この液化天然ガスタンカ90は液化天然ガスを収容するタンク部91と、運搬対照となっている液化天然ガスの温度が高くなって気化した天然ガスを燃焼させて得られる熱を用いて発生させた蒸気により蒸気タービンを回して駆動力を得る蒸気タービン機関92と、この蒸気タービン機関92によって得られた駆動力を液化天然ガスタンカ90の外部に伝達するシャフト93と、この駆動力を用いて推進力を得るプロペラ94と、タンカ90の進行方向を制御するための舵板95とを備える。   FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional liquefied natural gas tanker 90. This liquefied natural gas tanker 90 is vaporized when the temperature of the liquefied natural gas serving as a transport reference is increased and the tank portion 91 that stores the liquefied natural gas. The steam turbine engine 92 that obtains driving force by rotating the steam turbine with the steam generated using the heat obtained by burning the natural gas, and the driving force obtained by the steam turbine engine 92 A shaft 93 that transmits to the outside, a propeller 94 that obtains a propulsive force using this driving force, and a rudder plate 95 for controlling the traveling direction of the tanker 90 are provided.

また、前記液化天然ガスタンカ90では、二重船殻構造(ダブル・ハルと呼ばれている)にすることによりタンク部91を船底から離れた位置に配置して、衝突や座礁事故に伴う搬送物の流出を防止することが行われている。また、特開平10−7071号(特許文献1)には、幾つかの区画に分けてタンク部91a〜91cを形成し、船首部のタンク部91aを船底からより離れた位置に配置することにより、特に衝突時に最も損害を受けやすい部分において、タンク部91aの破損を防止することができることが記載されている。   The liquefied natural gas tanker 90 has a double hull structure (referred to as a double hull) so that the tank portion 91 is disposed at a position away from the bottom of the ship so that it can be transported in the event of a collision or grounding accident. Preventing spillage is being done. Japanese Patent Laid-Open No. 10-7071 (Patent Document 1) discloses that tank portions 91a to 91c are formed in several sections, and the tank portion 91a of the bow portion is arranged at a position further away from the ship bottom. In particular, it is described that the tank portion 91a can be prevented from being damaged particularly in a portion that is most easily damaged during a collision.

特開平10−7071号公報JP-A-10-7071

ところが、従来の液化天然ガスタンカ90では駆動力を生成する重量のある蒸気タービン機関92が船体の中心に配置され、この蒸気タービン機関92からプロペラ94まで動力を伝達するためのシャフト93を設ける必要があるので、二重船殻構造の形成が難しくなるという問題があった。つまり、蒸気タービン機関92とシャフト93を設けた部分が二重船殻構造の邪魔になり、タンク部91b,91cの容積を小さくせざるを得ないという問題が生じていた。   However, in the conventional liquefied natural gas tanker 90, a heavy steam turbine engine 92 that generates driving force is disposed at the center of the hull, and it is necessary to provide a shaft 93 for transmitting power from the steam turbine engine 92 to the propeller 94. As a result, there is a problem that it is difficult to form a double hull structure. That is, the portion where the steam turbine engine 92 and the shaft 93 are provided interferes with the double hull structure, causing a problem that the volumes of the tank portions 91b and 91c have to be reduced.

そこで、前記蒸気タービン機関92からの駆動力をそのままプロペラ94に伝達する構成の代わりに、図6に示すように、蒸気タービン機関92から得られた駆動力を発電機96によって一旦電気エネルギーに変換した後に、この電気エネルギーによってポッド型推進装置97を駆動することにより、推進力を得ることが考えられている。このポッド型推進装置97には大型のモータ98を内蔵することによりより大きな推進力を得られるように構成すると共に、これに加えてポッド型推進装置97の数を増やすことによって十分な推進力を得られるようにしていた。   Therefore, instead of the configuration in which the driving force from the steam turbine engine 92 is directly transmitted to the propeller 94, the driving force obtained from the steam turbine engine 92 is temporarily converted into electric energy by a generator 96 as shown in FIG. Then, it is considered to obtain a propulsive force by driving the pod type propulsion device 97 with this electric energy. The pod type propulsion device 97 is configured so as to obtain a larger propulsive force by incorporating a large motor 98, and in addition to this, a sufficient propulsive force can be obtained by increasing the number of pod type propulsion devices 97. I was trying to get it.

しかしながら、大型のポッド型推進装置97を複数形成する場合、その製造コストが引き上げられるだけでなく、各ポッド型推進装置97内のモータ98においてそれぞれ損失が生じるので、燃料消費率が悪くなるという問題があった。そこで、ポッド型推進装置97に設けるモータ98を超電導モータにすることにより、モータの小型化と高出力化および消費エネルギーの削減を図ることが考えられるが、この場合、超電導モータを冷却するための冷却装置が別途必要となったり、超電導モータを冷却するための冷熱源となる液体窒素などを収容するタンクを別途設ける必要が生じるなど、種々の不都合が生じることは避けられなかった。   However, when a plurality of large pod type propulsion devices 97 are formed, not only the manufacturing cost is increased, but also a loss occurs in each motor 98 in each pod type propulsion device 97, so that the fuel consumption rate is deteriorated. was there. Therefore, it is conceivable that the motor 98 provided in the pod type propulsion device 97 is a superconducting motor, so that the motor can be reduced in size, increased in output and reduced in energy consumption. In this case, the superconducting motor is cooled. Various inconveniences such as a separate cooling device and a need to separately provide a tank for storing liquid nitrogen or the like serving as a cooling heat source for cooling the superconducting motor are inevitable.

本発明は前記問題を考慮に入れてなされたものであり、その目的は、超電導機器を用いて効率の良い推進力を得ると共に、別途の冷熱源や大がかりな冷却装置を用いることなく超電導機器を低温状態に保つことができる超電導機器の冷却システムおよび液化天然ガスタンカを提供することである。   The present invention has been made in consideration of the above problems, and its purpose is to obtain an efficient driving force using a superconducting device, and to provide a superconducting device without using a separate cooling heat source or a large-scale cooling device. To provide a cooling system for a superconducting device and a liquefied natural gas tanker that can be kept at a low temperature.

前記課題を解決するため、本発明は、
液化天然ガスを搬送する液化天然ガスタンカの推進装置に用いられる超電導機器と、
前記超電導機器を収容した状態で超電導冷却媒体が充填されることにより超電導機器を低温状態に保つことができる保冷容器と、
気化した超電導冷却媒体を圧縮することによりこれを昇温させる圧縮手段と、
昇温させた超電導冷却媒体を液化天然ガスの冷熱源によって冷却する熱交換手段と、
冷却させた超電導冷却媒体を減圧することによりこれを降温させる減圧手段とを備えることを特徴とする超電導機器の冷却システムを提供している。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
Superconducting equipment used in propulsion devices for liquefied natural gas tankers that transport liquefied natural gas;
A cooling container capable of keeping the superconducting device in a low temperature state by being filled with a superconducting cooling medium in a state in which the superconducting device is accommodated;
Compression means for heating the vaporized superconducting cooling medium by compressing it,
A heat exchange means for cooling the heated superconducting cooling medium with a cold source of liquefied natural gas;
There is provided a cooling system for a superconducting device, comprising a pressure reducing means for reducing the temperature of the cooled superconducting cooling medium by reducing the pressure.

前記構成によれば、圧縮手段によって圧縮して昇温させた超電導冷却媒体を熱交換手段において液化天然ガスによって冷却し、さらに、減圧手段によって減圧して降温させることにより超電導冷却媒体を液化天然ガスの温度(110K)より低温となるように冷却する。超電導機器を冷却するだけのために別途の冷熱源を設けることなく、既存の液化天然ガスを有効利用して超電導機器を十分に冷却し、その超電導状態を維持することができる。これにより、電気エネルギーと駆動力との間の効率のよい変換を行うと共に、より小型の超電導機器を用いてより大きな駆動力を得ることができる。   According to the above configuration, the superconducting cooling medium heated by compression by the compressing means is cooled by the liquefied natural gas in the heat exchanging means, and further, the superconducting cooling medium is liquefied natural gas by reducing the temperature by reducing the pressure by the depressurizing means. It cools so that it may become a temperature lower than the temperature (110K). Without providing a separate heat source just for cooling the superconducting equipment, the existing liquefied natural gas can be effectively used to sufficiently cool the superconducting equipment and maintain the superconducting state. Thus, efficient conversion between electric energy and driving force can be performed, and a larger driving force can be obtained using a smaller superconducting device.

なお、前記超電導機器とは、電気エネルギーを駆動力に変換する超電導モータや、駆動力を電気エネルギーに変換する超電導発電機や、超電導電力貯蔵装置(SMES)などを含むものである。   The superconducting device includes a superconducting motor that converts electric energy into driving force, a superconducting generator that converts driving force into electric energy, a superconducting power storage device (SMES), and the like.

前記超電導冷却媒体は液化温度(沸点)がLNGより低いガスであれば何を用いてもよく、窒素、ネオン、水素、ヘリウムに加えて、アルゴンや酸素などを用いてもよい。また、超電導冷却媒体は不活性なものであることが好ましく、以下の説明は窒素を用いる例を示し、この場合、超電導機器の温度は70K程度に下げることができる。ここで、超電導機器の温度を室温(約300K)から70K程度まで下げるには多くのエネルギーが必要であるが、LNGの温度(約110K程度)から70K程度まで下げるのは比較的少ないエネルギーで行うことができる。   Any superconducting cooling medium may be used as long as it has a liquefaction temperature (boiling point) lower than that of LNG, and in addition to nitrogen, neon, hydrogen, and helium, argon or oxygen may be used. Further, the superconducting cooling medium is preferably inert, and the following description shows an example using nitrogen, and in this case, the temperature of the superconducting device can be lowered to about 70K. Here, a large amount of energy is required to lower the temperature of the superconducting device from room temperature (about 300K) to about 70K, but it is performed with relatively little energy from the temperature of the LNG (about 110K) to about 70K. be able to.

また、本発明は、
液化天然ガスを収容するタンク部と、
前記液化天然ガスが気化した天然ガスを用いて電気エネルギーを発電する発電装置と、
電気エネルギーを用いて駆動力を得る超電導モータを内蔵し、この超電導モータの駆動力を用いて推進力を得る推進装置とを有し、かつ、
前記超電導モータを収容した状態で超電導冷却媒体が充填されることにより超電導モータを低温状態に保つことができる保冷容器と、気化した超電導冷却媒体を圧縮することによりこれを昇温させる圧縮手段と、昇温させた超電導冷却媒体を液化天然ガスの冷熱源によって冷却する熱交換手段と、冷却させた超電導冷却媒体を減圧することによりこれを降温させる減圧手段とを備える冷却システムを有することを特徴とする液化天然ガスタンカを提供する。
The present invention also provides:
A tank section for storing liquefied natural gas;
A power generation device that generates electric energy using natural gas obtained by vaporizing the liquefied natural gas;
A superconducting motor that obtains driving force using electrical energy, and a propulsion device that obtains propulsive force using the driving force of this superconducting motor, and
A cooling container capable of maintaining the superconducting motor in a low temperature state by being filled with the superconducting cooling medium in a state in which the superconducting motor is accommodated, and compression means for raising the temperature by compressing the vaporized superconducting cooling medium; It has a cooling system comprising a heat exchanging means for cooling a heated superconducting cooling medium with a liquefied natural gas cooling source, and a decompressing means for lowering the temperature of the cooled superconducting cooling medium by reducing the pressure. A liquefied natural gas tanker is provided.

前記構成によれば、超電導モータが通常のモータに比べて小型かつ高出力であるから推進装置を小型化し、より少ない推進装置を用いて液化天然ガスタンカに十分な推進力を得ることができる。また、超電導モータを冷却するための冷熱源は発電装置を駆動するために消費される液化天然ガスであり、液化天然ガスタンカには別途の冷熱源を搭載する必要がない。   According to the said structure, since a superconducting motor is small and high output compared with a normal motor, a propulsion apparatus can be reduced in size and sufficient propulsive force can be obtained to a liquefied natural gas tanker using fewer propulsion apparatuses. Moreover, the cold heat source for cooling the superconducting motor is liquefied natural gas consumed for driving the power generation apparatus, and it is not necessary to mount a separate cold heat source on the liquefied natural gas tanker.

また、本発明は、
液化天然ガスを収容するタンク部と、
前記液化天然ガスが気化した天然ガスを用いて電気エネルギーを発電する超電導材料からなる巻き線を有する超電導発電装置と、
電気エネルギーを用いて駆動力を得るモータを内蔵し、このモータの駆動力を用いて推進力を得る推進装置とを有し、かつ、
前記超電導発電装置を収容した状態で超電導冷却媒体が充填されることにより超電導発電装置を低温状態に保つことができる保冷容器と、気化した超電導冷却媒体を圧縮することによりこれを昇温させる圧縮手段と、昇温させた超電導冷却媒体を液化天然ガスの冷熱源によって冷却する熱交換手段と、冷却させた超電導冷却媒体を減圧することによりこれを降温させる減圧手段とを備える冷却システムを有することを特徴とする液化天然ガスタンカを提供する。
The present invention also provides:
A tank section for storing liquefied natural gas;
A superconducting power generation device having a winding made of a superconducting material that generates electric energy using natural gas vaporized from the liquefied natural gas;
A motor that obtains driving force using electric energy, and a propulsion device that obtains driving force using the driving force of the motor; and
A cooling container capable of maintaining the superconducting power generation device in a low temperature state by being filled with the superconducting cooling medium in a state in which the superconducting power generation device is accommodated, and a compression means for raising the temperature by compressing the vaporized superconducting cooling medium. And a heat exchanging means for cooling the heated superconducting cooling medium with a liquefied natural gas cooling source, and a depressurizing means for lowering the temperature by depressurizing the cooled superconducting cooling medium. A liquefied natural gas tanker is provided.

前記構成によれば、超電導発電装置が通常の発電装置に比べて小型かつ高出力であるから、より少ない発電装置を用いて高出力のモータを駆動するために十分な電力を得ることができる。また、超電導発電装置はエネルギー損失が極めて小さいので、燃料消費率を飛躍的に改善することができる。加えて、超電導発電装置を冷却するための冷熱源は超電導発電装置を駆動するために消費される液化天然ガスであり、液化天然ガスタンカには別途の冷熱源を搭載する必要がない。さらに、超電導発電装置を収容した状態で超電導発電装置を低温状態に保つことができる保冷容器と、超電導モータを収容した状態で超電導モータを低温状態に保つことができる保冷容器とを組み合わせて用いることにより、燃料消費率を可及的に改善することができることはいうまでもない。   According to the above configuration, since the superconducting power generation device is smaller and has a higher output than a normal power generation device, sufficient power can be obtained to drive a high-output motor using fewer power generation devices. In addition, since the superconducting power generator has an extremely small energy loss, the fuel consumption rate can be dramatically improved. In addition, the cold heat source for cooling the superconducting power generation device is liquefied natural gas consumed to drive the superconducting power generation device, and it is not necessary to mount a separate cold heat source on the liquefied natural gas tanker. Furthermore, a combination of a cold insulation container that can keep the superconducting power generation apparatus in a low temperature state while accommodating the superconducting power generation apparatus and a cold insulation container that can keep the superconducting motor in a low temperature state while accommodating the superconducting motor is used. It goes without saying that the fuel consumption rate can be improved as much as possible.

発電装置はタンク部内で気化した天然ガスまたはタンク部内の液化天然ガスを用いて駆動力を得る蒸気タービン機関やディーゼル機関などのエンジンとこのエンジンの出力駆動軸に設けた発電機とからなることが考えられる。または、発電装置は天然ガスを水素に改質する改質装置と燃料電池とからなるものであってもよい。エンジンや燃料電池などの発電装置によって消費される天然ガスの温度は既に気化したものであったとしてもミスト状態であっても液化天然ガスの沸点の110K程度の冷熱源となり、外気温の約300Kに比べて十分に低温である。このような意味において、圧縮によって昇温させた超電導冷却媒体の冷熱源は液化天然ガスである。   The power generation device may comprise an engine such as a steam turbine engine or a diesel engine that obtains driving force using natural gas vaporized in the tank part or liquefied natural gas in the tank part, and a generator provided on the output drive shaft of the engine. Conceivable. Alternatively, the power generation device may include a reforming device that reforms natural gas into hydrogen and a fuel cell. Even if the temperature of the natural gas consumed by the power generator such as an engine or a fuel cell is already vaporized, even if it is in a mist state, it becomes a cold source of about 110K, which is the boiling point of liquefied natural gas, and the outside temperature is about 300K. It is sufficiently low in temperature. In this sense, the cold source of the superconducting cooling medium heated by compression is liquefied natural gas.

前記推進装置がポッド型推進装置であることが好ましい。この場合、液化天然ガスタンカの操舵と推進を同時に行うことができるので効率がよく、より強力な推進力を得ることができる超電導モータの特性を有効に活用できる。ポッド型推進装置は船体の外部に取り付けられるので船内スペースを広げることができる。さらに、ポット型推進装置においてモータが小型であることにより、ポッド本体の外径が細くその推進効率が向上することができる。   The propulsion device is preferably a pod type propulsion device. In this case, since the liquefied natural gas tanker can be steered and propelled at the same time, the characteristics of the superconducting motor that is efficient and can obtain a stronger propulsive force can be effectively utilized. Since the pod type propulsion device is attached to the outside of the hull, the space on the ship can be expanded. Further, since the motor is small in the pot type propulsion device, the outer diameter of the pod main body is thin and the propulsion efficiency can be improved.

二重船殻構造によって前記タンク部が船底から離れた位置に配置されることが好ましい。つまり、従来のようにプロペラ94に駆動力を伝達するためのシャフト93を用いる液化天然ガスタンカに比べて、ポッド型推進装置を採用することにより二重船殻構造を形成して、衝突時のタンク部の保護をしながら同時にタンク部の大きさを大きく保つことができる。   It is preferable that the tank part is disposed at a position away from the ship bottom by a double hull structure. In other words, compared to the conventional liquefied natural gas tanker using the shaft 93 for transmitting the driving force to the propeller 94, a double hull structure is formed by adopting a pod type propulsion device, and the tank at the time of collision The size of the tank part can be kept large at the same time while protecting the part.

前記発電装置がそれぞれ分担して電気エネルギーを発電する複数の発電部を有することが好ましい。各発電部が小型であることにより船内のデッドスペースとなっている部分に発電装置を配設し、タンク部の大きさを可及的に大きくすることができる。また、発電部は天然ガスを燃料として駆動力を生成するエンジンと、このエンジンの駆動力を用いて発電する発電機とからなるものであっても、天然ガスを改質して水素ガスを生成する改質装置と燃料電池とからなるものであってもよい。発電部に発電機を用いる場合、この発電機を超電導発電機(超電導機器)とすることが好ましく、この場合、液化天然ガスタンカは超電導発電機を冷却する冷却システムを有するものであることが好ましい。   It is preferable that each of the power generation devices has a plurality of power generation units that share electric power to generate electric energy. Since each power generation unit is small, a power generation device can be provided in a portion that is a dead space in the ship, and the size of the tank unit can be increased as much as possible. Even if the power generation unit consists of an engine that generates driving force using natural gas as fuel and a generator that generates power using the driving force of this engine, it generates hydrogen gas by reforming natural gas. It may consist of a reformer and a fuel cell. When a generator is used in the power generation unit, it is preferable that the generator is a superconducting generator (superconducting device). In this case, the liquefied natural gas tanker preferably has a cooling system for cooling the superconducting generator.

前述したように、本発明によれば、液化天然ガスタンカの推進装置に超電導モータなどの超電導機器を採用するときに問題となる超電導モータの冷却を、液化天然ガスタンカの推進力を得るために消費される液化天然ガスを用いて行うことができるので、特別な冷熱源を用いることなく、超電導機器を低温状態に保つことができる。約300Kの室温から超電導モータなどの超電導機器が安定して超電導状態を保つ低温状態(70K程度)にまで冷却するには多くのエネルギーが必要であるが、沸点である110K程度の液化天然ガスを用いることにより前記低温状態にまで容易に冷却することができる。   As described above, according to the present invention, cooling of a superconducting motor, which is a problem when a superconducting device such as a superconducting motor is employed in a propulsion device for a liquefied natural gas tanker, is consumed to obtain the propulsive force of the liquefied natural gas tanker. Therefore, the superconducting equipment can be kept at a low temperature without using a special cold heat source. It takes a lot of energy to cool from a room temperature of about 300K to a low temperature state (about 70K) where a superconducting device such as a superconducting motor is stably kept in a superconducting state, but liquefied natural gas having a boiling point of about 110K is required. By using it, it can be easily cooled to the low temperature state.

超電導モータを推進装置に用いることによって得られる推進力は、通常のモータによって得られる推進力よりもはるかに強く、超電導モータの大きさは通常のモータよりはるかに小さくすることができる。従って、超電導モータを採用したポッド型推進装置は、十分な推進力を得られると共にポッド部分を小径にすることができるので、推進効率を可及的に高めることができる。また、ポッド型推進装置は船外に配置されるものであるから、船内スペースをさらに有効活用することができる。   The propulsive force obtained by using the superconducting motor in the propulsion device is much stronger than that obtained by a normal motor, and the size of the superconducting motor can be made much smaller than that of a normal motor. Therefore, the pod type propulsion device employing the superconducting motor can obtain a sufficient propulsive force and can reduce the pod portion to have a small diameter, so that the propulsion efficiency can be increased as much as possible. Further, since the pod type propulsion device is disposed outside the ship, the space in the ship can be used more effectively.

さらに、タンク部内の液化天然ガスを用いて推進力を得るために、発電装置によって一旦電気エネルギーに変換するように構成しているので、各発電装置はそれぞれ分担して電気エネルギーを発電する複数の発電部を有するものであってもよい。これによって各発電部の大きさを小さくすることができ、船内のデッドスペースを有効に活用して、超電導モータを駆動するための十分な電気エネルギーを確保することができる。   Furthermore, in order to obtain propulsion using the liquefied natural gas in the tank portion, it is configured to be converted into electrical energy once by the power generator, so that each power generator shares a plurality of power to generate electrical energy. You may have a power generation part. As a result, the size of each power generation unit can be reduced, and sufficient electric energy for driving the superconducting motor can be secured by effectively utilizing the dead space in the ship.

上述したように、本発明の超電導機器の冷却システムおよび液化天然ガスタンカによれば、液化天然ガスタンカのタンク部のために十分な船内スペースを確保しながら、この液化天然ガスの幾らかを用いて極めて効率的な推進力を得ることができる。   As described above, according to the cooling system for a superconducting device and the liquefied natural gas tanker of the present invention, it is extremely possible to use some of this liquefied natural gas while securing a sufficient space for the tank of the liquefied natural gas tanker. Efficient driving force can be obtained.

図1は本発明の第1実施例に係る液化天然ガスタンカ1の構成を示す図であり、この液化天然ガスタンカ1は液化天然ガス(LNG:Liquefied Natural Gasであり、以下の説明では、単にLNGという)を収容するタンク部2と、天然ガスを用いて電気エネルギーを発電する発電装置3と、この発電装置3によって得られる電気エネルギーを用いて駆動力を得るポッド型推進装置4とを備える。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a liquefied natural gas tanker 1 according to a first embodiment of the present invention. The liquefied natural gas tanker 1 is liquefied natural gas (LNG: Liquefied Natural Gas). In the following description, it is simply referred to as LNG. ), A power generation device 3 that generates electric energy using natural gas, and a pod type propulsion device 4 that obtains a driving force using the electric energy obtained by the power generation device 3.

前記液化天然ガスタンカ1は二重船殻構造となるように形成されており、前記タンク部2は幾つかに区画されたタンク部2A,2Bからなる。また、船首1a側のタンク部2Aは船底1bから離れた位置に配置されている。これによって、万一液化天然ガスタンカ1が座礁するなどの問題が発生してもタンク部2A内のLNGが容易に漏出しないようにすることができる。   The liquefied natural gas tanker 1 is formed to have a double hull structure, and the tank portion 2 is composed of tank portions 2A and 2B divided into several sections. The tank portion 2A on the bow 1a side is disposed at a position away from the ship bottom 1b. Thereby, even if a problem such as stranded liquefied natural gas tanker 1 occurs, the LNG in the tank portion 2A can be prevented from easily leaking out.

前記発電装置3はそれぞれ100kW程度の電気エネルギーを分担して発電する十台の発電部3A,3B,…を有し、各発電部3A,3B,…は電力供給配線5に接続されて、合計1M(メガ)Wの電気エネルギーを得られるように構成している。また、各発電部3A,3B,…は気化したLNGを用いて駆動力を得るディーゼル機関などのエンジン6とこのエンジン6の出力駆動軸に設けた発電機7とからなる。   The power generation device 3 has ten power generation units 3A, 3B,... That generate electric power by sharing about 100 kW of electric energy, and each power generation unit 3A, 3B,. The electric energy of 1M (mega) W is obtained. Each of the power generation units 3A, 3B,... Includes an engine 6 such as a diesel engine that obtains driving force using vaporized LNG and a generator 7 provided on the output drive shaft of the engine 6.

前記ポッド型推進装置4は船尾1cの下面に水平方向に回動自在に取り付けられたポッド本体4aとプロペラ4bとを有し、ポッド本体4a内にはプロペラ4bを駆動するための超電導モータ8(超電導機器)が搭載される。超電導モータ8は大きな出力を得ることができるので、船尾1cに2つのポッド型推進装置4を形成するだけで、液化天然ガスタンカ1に十分な推進力を得ることができる。また、超電導モータ8は容易に小型化を達成できるので、この超電導モータ8を収容するポッド本体4aの直径を小さくすることができる。つまり、ポッド本体4aが細くなればそれだけプロペラ4bによって効率的に推進力を得ることができる。   The pod type propulsion device 4 has a pod main body 4a and a propeller 4b mounted on the lower surface of the stern 1c so as to be rotatable in the horizontal direction, and a superconducting motor 8 (for driving the propeller 4b) in the pod main body 4a. Superconducting equipment) is installed. Since the superconducting motor 8 can obtain a large output, a sufficient propulsive force can be obtained for the liquefied natural gas tanker 1 only by forming the two pod type propulsion devices 4 on the stern 1c. In addition, since the superconducting motor 8 can be easily downsized, the diameter of the pod body 4a that accommodates the superconducting motor 8 can be reduced. That is, if the pod main body 4a becomes thinner, it is possible to obtain a propulsive force efficiently by the propeller 4b.

加えて、前記超電導モータ8は超電導機器の冷却システム10によって、超電導状態を十分に保つことができる程度低温(例えば70K以下)に冷却される。超電導モータ8の巻き線はビスマス系の超電導材料からなり、このビスマス系の超電導材料は111Kで超電導状態となるが、この超電導モータ8を70K以下に冷却することにより、その性能を十分に発揮することができる。   In addition, the superconducting motor 8 is cooled by a cooling system 10 for superconducting equipment to a low temperature (for example, 70K or less) that can sufficiently maintain the superconducting state. The winding of the superconducting motor 8 is made of a bismuth-based superconducting material, and this bismuth-based superconducting material enters a superconducting state at 111K. However, by cooling the superconducting motor 8 to 70K or less, its performance is fully exhibited. be able to.

図2は超電導機器の冷却システム10の構成を説明する図である。図2において、11は超電導モータ8を収容した状態で超電導冷却媒体として液体窒素Nが充填される保冷容器、12は熱交換器、13は熱交換器12を制御して、保冷容器11内に収容した液体窒素Nの温度が70K以下となるように制御する制御部、14および15は保冷容器11内および熱交換器12内の温度をそれぞれ測定する温度センサ、16は熱交換器12に供給するLNGの流量を調整する流量制御弁である。   FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the cooling system 10 for superconducting equipment. In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a cold insulation container filled with liquid nitrogen N as a superconducting cooling medium in a state where the superconducting motor 8 is accommodated, 12 denotes a heat exchanger, 13 controls the heat exchanger 12, A control unit for controlling the temperature of the stored liquid nitrogen N to be 70 K or less, 14 and 15 are temperature sensors for measuring the temperatures in the cold insulation container 11 and the heat exchanger 12, and 16 is supplied to the heat exchanger 12. This is a flow rate control valve that adjusts the flow rate of LNG.

前記保冷容器11は、断熱層11aと、モータ8の回転軸8aを回動自在に枢支すると共に内部の液体窒素Nが外部に漏れないようにする軸受け11bと、液体窒素Nの流入口11cと、窒素ガスの流出口11dとを備える。   The cold insulating container 11 includes a heat insulating layer 11a, a bearing 11b that pivotally supports the rotating shaft 8a of the motor 8 and prevents the liquid nitrogen N from leaking outside, and an inlet 11c for the liquid nitrogen N And a nitrogen gas outlet 11d.

前記熱交換器12は冷却容器11の前記流入口11cおよび流出口11dに連通して窒素を流通する内部流路12aと、前記タンク部2に接続された燃料管2aに連通する内部流路12bとを備えて、冷却容器11の一面に当接する熱伝導性に優れた金属(例えばアルミニウムなど)からなるブロック体12c(熱交換手段)であり、その外周面には断熱層12dが形成されている。また、内部流路12aには窒素を圧縮によって昇温させる圧縮手段としてのポンプ12eと、減圧手段としての絞り部12fが形成されている。   The heat exchanger 12 communicates with the inflow port 11c and the outflow port 11d of the cooling container 11 to circulate nitrogen, and the internal flow channel 12b communicates with the fuel pipe 2a connected to the tank unit 2. And a block body 12c (heat exchange means) made of a metal (for example, aluminum) having excellent thermal conductivity that comes into contact with one surface of the cooling container 11, and a heat insulating layer 12d is formed on the outer peripheral surface thereof. Yes. Further, the internal flow path 12a is formed with a pump 12e as a compression means for raising the temperature of nitrogen by compression, and a throttle portion 12f as a pressure reduction means.

本実施例のように熱交換器12の熱交換手段12cが熱伝導性に優れた金属からなるブロック体12cであるから、2つの内部流路12a,12bを流れる流体間で効率よく熱交換を行うことができる。また、熱交換の効率が良いので小型化を達成することができる。また、本実施例の熱交換手段12cがブロック体であるから窒素ガスを流すための配管を複雑に配置した熱交換手段に比べて堅牢性に優れており、ガス漏れなどの問題が発生しにくい。   Since the heat exchanging means 12c of the heat exchanger 12 is a block body 12c made of a metal having excellent heat conductivity as in this embodiment, heat can be efficiently exchanged between fluids flowing through the two internal flow paths 12a and 12b. It can be carried out. Moreover, since the efficiency of heat exchange is good, downsizing can be achieved. Further, since the heat exchanging means 12c of this embodiment is a block body, it is more robust than the heat exchanging means in which piping for flowing nitrogen gas is arranged in a complicated manner, and problems such as gas leakage are unlikely to occur. .

前記制御部13は温度センサ15を用いて熱交換手段12cの温度を測定し、これをモニタしながら、温度センサ14を用いて測定した保冷容器11内の液体窒素Nの温度が70K以下になるように、ポンプ12eを駆動させる制御を行うものである。制御部13がポンプ12eを制御して内部流路12a内の窒素ガスの圧力を上げて、加圧により上昇した窒素ガスの温度を、液体窒素Nが気化した直後の温度よりも高く(110K以上に)し、この加圧によって昇温した窒素ガスを気化したLNGによって冷却する。また、LNGによって冷却された窒素ガスは絞り部12gを通るときに減圧して、再び元の圧力に戻して十分に冷却された液体窒素Nとして冷却容器11内に戻る。   The controller 13 measures the temperature of the heat exchanging means 12c using the temperature sensor 15, and the temperature of the liquid nitrogen N in the cold container 11 measured using the temperature sensor 14 becomes 70K or less while monitoring this. As described above, control for driving the pump 12e is performed. The controller 13 controls the pump 12e to increase the pressure of the nitrogen gas in the internal flow path 12a, and the temperature of the nitrogen gas increased by pressurization is higher than the temperature immediately after the liquid nitrogen N is vaporized (110K or more). Then, the nitrogen gas heated by the pressurization is cooled by vaporized LNG. Further, the nitrogen gas cooled by LNG is reduced in pressure when passing through the throttle portion 12g, returned to the original pressure again, and returned to the cooling vessel 11 as sufficiently cooled liquid nitrogen N.

このようにして、制御部13は温度センサ14によって測定した液体窒素Nの温度が70K程度になるように前記ポンプ12eを駆動させることにより、超電導モータ8をこれが超電導状態になる111Kに比べて十分に低温状態(70K以下)に冷却することができる。つまり、超電導モータ8の性能を十分に高めることができる。   In this way, the control unit 13 drives the pump 12e so that the temperature of the liquid nitrogen N measured by the temperature sensor 14 is about 70K, thereby making the superconducting motor 8 sufficiently more than 111K in which it is in the superconducting state. Can be cooled to a low temperature state (70K or less). That is, the performance of the superconducting motor 8 can be sufficiently improved.

前記流量制御弁16は燃料管2aに流れるLNG(あるいはLNGが気化した天然ガスやミスト状態の流体)の流量を調節するための流路開閉機構を備えた電磁弁であり、前記エンジン6に求められる出力の大きさに応じて適宜開閉されるものである。そして、このエンジン6から出力される駆動力は発電機7によって電気エネルギーに変換されて超電導モータ8に供給される。つまり、ポッド型推進装置4を用いて求められる推進力の大きさに応じて流量制御弁16が開かれ、流量制御弁16を通る流体の流量に応じて超電導モータ8を冷却することができる。   The flow rate control valve 16 is an electromagnetic valve provided with a flow path opening / closing mechanism for adjusting the flow rate of LNG (or natural gas vaporized by LNG or fluid in a mist state) flowing through the fuel pipe 2a. Depending on the size of the output to be generated, it is appropriately opened and closed. The driving force output from the engine 6 is converted into electric energy by the generator 7 and supplied to the superconducting motor 8. That is, the flow control valve 16 is opened according to the magnitude of the propulsive force required using the pod type propulsion device 4, and the superconducting motor 8 can be cooled according to the flow rate of the fluid passing through the flow control valve 16.

従って、超電導モータ8により大きな負荷をかけるときには、より強力な冷却を行うことができるので、たとえ超電導モータ8に大電流が流れることによって幾らかの発熱が生じることがあってもこれを十分に冷却することができる。   Therefore, when a larger load is applied to the superconducting motor 8, more powerful cooling can be performed, so that even if some heat is generated due to a large current flowing through the superconducting motor 8, this is sufficiently cooled. can do.

図3は前記液化天然ガスタンカ1の変形例を示す図であって、20は図1に示す前記発電装置3の発電機7を超電導発電機21(超電導機器)とした場合に用いる超電導機器の冷却システムである。本変形例において、超電導発電機21は例えばビスマス系の超電導材料からなる巻き線を形成した超電導機器であり、前記超電導モータ8と同じく111K以下の低温状態で超電導状態となるものである。   FIG. 3 is a view showing a modification of the liquefied natural gas tanker 1, and 20 is a cooling of the superconducting equipment used when the generator 7 of the power generating apparatus 3 shown in FIG. 1 is a superconducting generator 21 (superconducting equipment). System. In this modification, the superconducting generator 21 is a superconducting device in which a winding made of, for example, a bismuth-based superconducting material is formed, and is in a superconducting state at a low temperature state of 111 K or less, similar to the superconducting motor 8.

このような超電導発電機21を使用する場合に、保冷容器22は図2に示す前記保冷容器11と実質的に同じ構成であり、熱交換器23は前記熱交換器12と実質的に同じ構成である。また、保冷容器22を構成する各部22a〜22dは前記保冷容器11を構成する各部11a〜11dと同じであり、熱交換器23を構成する各部23a〜23fは前記熱交換器12を構成する各部12a〜12fと同じである。その他の点については、図2と符号を共通にすることにより、その詳細な説明を省略する。   When such a superconducting generator 21 is used, the cold insulation container 22 has substantially the same structure as the cold insulation container 11 shown in FIG. 2, and the heat exchanger 23 has substantially the same structure as the heat exchanger 12. It is. Moreover, each part 22a-22d which comprises the cold insulation container 22 is the same as each part 11a-11d which comprises the said cold insulation container 11, Each part 23a-23f which comprises the heat exchanger 23 is each part which comprises the said heat exchanger 12 It is the same as 12a-12f. About other points, the detailed description is abbreviate | omitted by making a code | symbol common with FIG.

すなわち、本例に示す超電導機器の冷却システム20は、超電導モータ21を収容した状態で液体窒素N(超電導冷却媒体の一例)が充填されることにより、超電導発電機21を低温状態に保つことができる保冷容器22と、気化した液体窒素Nを圧縮することによりこれを昇温させる圧縮手段23eと、昇温させた液体窒素NをLNGの冷熱源によって冷却する熱交換手段23cと、冷却させた液体窒素Nを再び減圧することによりこれを降温させる減圧手段23fとを備える。   That is, the superconducting equipment cooling system 20 shown in this example can keep the superconducting generator 21 at a low temperature by being filled with liquid nitrogen N (an example of a superconducting cooling medium) in a state where the superconducting motor 21 is accommodated. A cold storage container 22 that can be cooled, a compression means 23e that raises the temperature of the vaporized liquid nitrogen N by compressing it, a heat exchange means 23c that cools the heated liquid nitrogen N by a cold heat source of LNG, and Pressure reducing means 23f for reducing the temperature of the liquid nitrogen N by reducing the pressure again.

本例のように発電装置3に用いる発電機7も超電導発電機21としてこれを冷却システム20によって冷却することにより、液化天然ガスタンカにさらに効率よく推進力を与えることができる。   As in this example, the generator 7 used in the power generation apparatus 3 is also a superconducting generator 21 and is cooled by the cooling system 20, so that a propelling force can be applied to the liquefied natural gas tanker more efficiently.

従って、本例に示すように、本発明の超電導機器の冷却システム10は超電導モータだけでなく、超電導発電機21や超電導電力貯蔵装置(SMES)などの超電導機器を冷却するために応用することができる。   Therefore, as shown in this example, the superconducting equipment cooling system 10 of the present invention can be applied not only to superconducting motors but also to cool superconducting equipment such as superconducting generator 21 and superconducting power storage device (SMES). it can.

図4は本発明の第2実施例に係る液化天然ガスタンカ30の構成を示している。図4が図1と異なる点は、発電装置31がLNGを改質して水素ガスを生成する改質装置32と、改質によって得られた水素を用いて電気エネルギーを得る燃料電池33とからなる点である。本実施例のように構成することにより、発電装置31をさらに小型化することができ、船内スペースをさらに確保することができる。   FIG. 4 shows the configuration of the liquefied natural gas tanker 30 according to the second embodiment of the present invention. 4 differs from FIG. 1 in that a power generation device 31 reforms LNG to generate hydrogen gas, and a fuel cell 33 that obtains electric energy using hydrogen obtained by reforming. It is a point. By configuring as in the present embodiment, it is possible to further reduce the size of the power generator 31 and to further secure the space on the ship.

本発明の第1実施例に係る液化天然ガスタンカの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the liquefied natural gas tanker based on 1st Example of this invention. 前記液化天然ガスタンカに用いる超電導機器の冷却システムを示す図である。It is a figure which shows the cooling system of the superconducting apparatus used for the said liquefied natural gas tanker. 前記超電導機器の冷却システムの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the cooling system of the said superconducting apparatus. 本発明の第2実施例に係る液化天然ガスタンカの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the liquefied natural gas tanker based on 2nd Example of this invention. 従来の液化天然ガスタンカの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional liquefied natural gas tanker. 従来の別の液化天然ガスタンカの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of another conventional liquefied natural gas tanker.

符号の説明Explanation of symbols

1 液化天然ガスタンカ
1b 船底
2 タンク部
3,31 発電装置
3A,3B… 発電部
4 ポッド型推進装置
8 超電導モータ
10 超電導機器の冷却システム
N 超電導冷却媒体(液体窒素)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquefied natural gas tanker 1b Ship bottom 2 Tank part 3,31 Power generation apparatus 3A, 3B ... Power generation part 4 Pod type propulsion apparatus 8 Superconducting motor 10 Superconducting equipment cooling system N Superconducting cooling medium (liquid nitrogen)

Claims (6)

液化天然ガスを搬送する液化天然ガスタンカの推進装置に用いられる超電導機器と、
前記超電導機器を収容した状態で超電導冷却媒体が充填されることにより超電導機器を低温状態に保つことができる保冷容器と、
気化した超電導冷却媒体を圧縮することによりこれを昇温させる圧縮手段と、
昇温させた超電導冷却媒体を液化天然ガスの冷熱源によって冷却する熱交換手段と、
冷却させた超電導冷却媒体を減圧することによりこれを降温させる減圧手段とを備えることを特徴とする超電導機器の冷却システム。
Superconducting equipment used in propulsion devices for liquefied natural gas tankers that transport liquefied natural gas;
A cooling container capable of keeping the superconducting device in a low temperature state by being filled with a superconducting cooling medium in a state in which the superconducting device is accommodated;
Compression means for heating the vaporized superconducting cooling medium by compressing it,
A heat exchange means for cooling the heated superconducting cooling medium with a cold source of liquefied natural gas;
A cooling system for a superconducting device, comprising: a pressure reducing means for lowering the temperature of the cooled superconducting cooling medium by reducing the pressure.
液化天然ガスを収容するタンク部と、
前記液化天然ガスが気化した天然ガスを用いて電気エネルギーを発電する発電装置と、
電気エネルギーを用いて駆動力を得る超電導モータを内蔵し、この超電導モータの駆動力を用いて推進力を得る推進装置とを有し、かつ、
前記超電導モータを収容した状態で超電導冷却媒体が充填されることにより超電導モータを低温状態に保つことができる保冷容器と、気化した超電導冷却媒体を圧縮することによりこれを昇温させる圧縮手段と、昇温させた超電導冷却媒体を液化天然ガスの冷熱源によって冷却する熱交換手段と、冷却させた超電導冷却媒体を減圧することによりこれを降温させる減圧手段とを備える冷却システムを有することを特徴とする液化天然ガスタンカ。
A tank section for storing liquefied natural gas;
A power generation device that generates electric energy using natural gas obtained by vaporizing the liquefied natural gas;
A superconducting motor that obtains driving force using electrical energy, and a propulsion device that obtains propulsive force using the driving force of this superconducting motor, and
A cooling container capable of maintaining the superconducting motor in a low temperature state by being filled with the superconducting cooling medium in a state in which the superconducting motor is accommodated, and compression means for raising the temperature by compressing the vaporized superconducting cooling medium; It has a cooling system comprising a heat exchanging means for cooling a heated superconducting cooling medium with a liquefied natural gas cooling source, and a decompressing means for lowering the temperature of the cooled superconducting cooling medium by reducing the pressure. A liquefied natural gas tanker.
液化天然ガスを収容するタンク部と、
前記液化天然ガスが気化した天然ガスを用いて電気エネルギーを発電する超電導材料からなる巻き線を有する超電導発電装置と、
電気エネルギーを用いて駆動力を得るモータを内蔵し、このモータの駆動力を用いて推進力を得る推進装置とを有し、かつ、
前記超電導発電装置を収容した状態で超電導冷却媒体が充填されることにより超電導発電装置を低温状態に保つことができる保冷容器と、気化した超電導冷却媒体を圧縮することによりこれを昇温させる圧縮手段と、昇温させた超電導冷却媒体を液化天然ガスの冷熱源によって冷却する熱交換手段と、冷却させた超電導冷却媒体を減圧することによりこれを降温させる減圧手段とを備える冷却システムを有することを特徴とする液化天然ガスタンカ。
A tank section for storing liquefied natural gas;
A superconducting power generation device having a winding made of a superconducting material that generates electric energy using natural gas vaporized from the liquefied natural gas;
A motor that obtains driving force using electric energy, and a propulsion device that obtains driving force using the driving force of the motor; and
A cooling container capable of maintaining the superconducting power generation device in a low temperature state by being filled with the superconducting cooling medium in a state in which the superconducting power generation device is accommodated, and a compression means for raising the temperature by compressing the vaporized superconducting cooling medium. And a heat exchanging means for cooling the heated superconducting cooling medium with a liquefied natural gas cooling source, and a depressurizing means for lowering the temperature by depressurizing the cooled superconducting cooling medium. A featured liquefied natural gas tanker.
前記推進装置がポッド型推進装置である請求項2または請求項3に記載の液化天然ガスタンカ。   The liquefied natural gas tanker according to claim 2 or 3, wherein the propulsion device is a pod type propulsion device. 二重船殻構造によって前記タンク部が船底から離れた位置に配置される請求項4に記載の液化天然ガスタンカ。   The liquefied natural gas tanker according to claim 4, wherein the tank part is disposed at a position away from the ship bottom by a double hull structure. 前記発電装置がそれぞれ分担して電気エネルギーを発電する複数の発電部を有する請求項2乃至請求項5のいずれか1項に記載の液化天然ガスタンカ。   The liquefied natural gas tanker according to any one of claims 2 to 5, further comprising a plurality of power generation units that each share the power generation device to generate electrical energy.
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