Beschreibungdescription
Elektrische Schiffsausrüstung mit Energieerzeugungs-, -verteilungs- und - erbraucheranlagen, insbesondere für Über- wasserschiffeElectrical ship equipment with energy generation, distribution and consumer systems, in particular for surface vessels
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schiffsaus- rustung mit Energieerzeugungs-, -verteilungs- und -verbraucheranlagen, insbesondere für Uberwasserschiffe, mit zumin- dest einem in HTSL-Bauart ausgeführten Generator, zumindest einem in HTSL-Bauart ausgef hrten Motor und einer Kryoversorgungseinrichtung, mittels der der zumindest eine HTSL-Generator und der zumindest eine HTSL-Motor mit einem kryotechnischen Kuhlmittel versorgbar sind.The invention relates to electrical ship furnishing with energy generation, distribution and consumer systems, in particular for surface vessels, with at least one generator designed in the HTSL design, at least one motor designed in the HTSL design and a cryosupply device, by means of which the at least one HTSL generator and the at least one HTSL motor can be supplied with a cryotechnical cooling agent.
Unter- und Uberwasserschiffe haben üblicherweise eine aufwendige elektrische Schiffsausrüstung, was zu einem hohen Gewichts- und Volumenanteil an elektrischen Energieerzeugungs-, -verteilungs- und -verbraucheranlagen fuhrt. Darüber hinaus müssen unterschiedlichste Komponenten der elektrischenSubmarine and surface vessels usually have complex electrical ship equipment, which leads to a high proportion by weight and volume of electrical energy generation, distribution and consumer systems. In addition, the most diverse components of the electrical
Schiffsausrüstung von Kreuzfahrtschiffen, Handelsschiffen, Fangschiffen, Containerschiffen, Fregatten und U-Booten ud.dgl. aufwendig gekühlt werden, wofür zum Beispiel Zwi- schenkuhlkreislaufe, die mit Seewasser ruckgekuhlt werden, Luftungsschachte, mittels denen beispielsweise Maschinenräume entwarmt werden können, zusatzliche Ventilatoren etc., eingesetzt werden. Darüber hinaus haben weitere Komponenten elektrischer Schiffsausrüstungen, beispielsweise Transformatoren, elektrische Maschinen sowie Schmiervorrichtungen ud.dgl., für deren Betrieb häufig die Benutzung von 01 erforderlich ist, hohe Brandlasten zur Folge, die aufwendige Sicherungsmaßnahmen erfordern.Ship equipment for cruise ships, merchant ships, fishing vessels, container ships, frigates and submarines and the like. can be cooled in a complex manner, for which purpose, for example, intermediate cooling circuits that are recooled with sea water, ventilation ducts, by means of which, for example, machine rooms can be dewarmed, additional fans, etc., are used. In addition, other components of electrical ship equipment, for example transformers, electrical machines and lubrication devices and the like, for the operation of which the use of 01 is often required, result in high fire loads, which require complex safety measures.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schiffsausrüstung der vorstehend geschilderten Art derart weiterzubilden, dass sie unter Reduzierung des Einbauvolumens
und des Einbaugewichts mit einem geringeren wirtschaftlichen Aufwand herstellbar ist.The object of the invention is to develop an electrical ship's equipment of the type described above in such a way that it reduces the installation volume and the installation weight can be produced with less economic effort.
Diese Aufgabe wird er indungsgemäß dadurch gelöst, dass wei- tere Komponenten und Betriebsmittel der Energieerzeugungs-, -verteilungs- und - erbraucheranlagen in HTSL-Bauart ausgebildet und mittels der Kryoversorgungseinrichtung mit kryo- technischem Kühlmittel versorgbar sind. Die Ausgestaltung weiterer Komponenten und Betriebsmittel in HTSL-Bauart in Verbindung mit deren Kühlung mittels der Kryoversorgungseinrichtung hat zur Folge, dass die Komponenten und Betriebsmittel unter erheblicher Reduzierung sowohl des Einbauvolumens als auch des Einbaugewichtes mit geringerem wirtschaftlichen Aufwand herstellbar sind, wobei einerseits bei bekannten elektrischen Schiffsausrüstungen vorhandene Brandlasten im Falle der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung erst gar nicht entstehen und andererseits das für Kühl- und Wärmeabfuhrmaßnahmen erforderliche Schiffsvolumen erheblich reduziert werden kann.This task is solved in accordance with the fact that further components and operating resources of the energy generation, distribution and consumer systems are designed in HTSL design and can be supplied with cryotechnical coolant by means of the cryosupply device. The design of further components and equipment in the HTSL design in connection with their cooling by means of the cryosupply means that the components and equipment can be produced with a significant reduction in both the installation volume and the installation weight with less economic effort, with known electrical ship equipment on the one hand Existing fire loads do not arise at all in the case of the electrical ship equipment according to the invention and, on the other hand, the ship volume required for cooling and heat dissipation measures can be considerably reduced.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der elektrischen Schiffsausrüstung wird erreicht, dass entweder die Ladungskapazität eines ansonsten unveränderten Überwasserschiffes erheblich erhöht ist bzw. andererseits ein Überwasserschiff mit der gleichen Ladungskapazität erheblich kleiner ausgeführt werden kann. Die Raumnot an Bord von U-Booten kann gemildert werden. Ihre Reichweite bei Unterwasserfahrt kann vergrößert werden.The configuration of the electrical ship equipment according to the invention ensures that either the charge capacity of an otherwise unchanged surface ship is significantly increased or, on the other hand, a surface ship with the same charge capacity can be made considerably smaller. The lack of space on board submarines can be alleviated. Your range when underwater can be increased.
Wenn die als Synchronmaschine mit supraleitenden Polrad- und Luftspaltwicklungen ausgebildeten HTSL-Generatoren der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung supraleitende Lager aufweisen, die mittels der Kryoversorgungseinrichtung mit kryotechnischem Kühlmittel versorgbar sind, ergibt sich im Vergleich zu konventionellen Generatoren eine Verbesserung des Wirkungsgrads von ca. 95 % auf ca. 98,5 %, wobei der energietechnische Aufwand für den Betrieb der Kryoversor-
gungseinrichtung berücksichtigt ist, und eine Verringerung der Maschinenmassen und des Maschinenvolumens auf ca. 50 %.If the HTSL generators of the electrical marine equipment according to the invention, which are designed as synchronous machines with superconducting magnet wheel and air gap windings, have superconducting bearings that can be supplied with cryotechnical coolant by means of the cryosupply device, there is an improvement in efficiency from approx. 95% to approx . 98.5%, whereby the energy expenditure for the operation of the cryosupply is taken into account, and a reduction in the machine masses and the machine volume to about 50%.
Hiermit vergleichbare Volumen-, Massen- und Wirkungsgradvorteile hinsichtlich der motorischen Ausrüstung der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung sind erzielbar, wenn statt konventioneller Motoren HTSL-Motoren mit supraleitenden Lagern vorgesehen werden, die mittels der Kryoversorgungseinrichtung mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt werden.Comparable volume, mass and efficiency advantages with regard to the motor equipment of the electrical ship equipment according to the invention can be achieved if instead of conventional motors HTSL motors with superconducting bearings are provided which are supplied with cryotechnical coolant by means of the cryosupply device.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung ist zumindest ein Rotationsum- form-Motor-Generator derselben als Synchronmaschine in HTSL- Bauart ausgebildet, wobei dessen supraleitende Polrad- und Luftspaltwicklungen mittels der Kryoversorgungseinrichtung mit kryotechnischem Kühlmittel versorgbar sind. Hierdurch erhöht sich der Wirkungsgrad im Vergleich zu einem konventionellen Rotationsumform-Motor-Generator von 95 % auf ca. 98,5 %, wobei der für die Kühlung betriebene energetische Aufwand berücksichtigt ist; die Maschinenmasse und das Maschinenvolumen reduziert sich im Vergleich zu einer konventionellen Ausführungsform auf ca. 50 %, wobei die vorstehenden Prozentangaben insbesondere dann mit einem relativ geringen Aufwand erreichbar sind, wenn der HTSL-Rotationsumform-Motor- Generator supraleitende Lager aufweist, die mittels der Kryoversorgungseinrichtung mit kryotechnischem Kühlmittel versorgbar sind.According to an advantageous further development of the electrical marine equipment according to the invention, at least one rotary forming motor generator is designed as a synchronous machine of the HTSL type, the superconducting magnet wheel and air gap windings being able to be supplied with cryotechnical coolant by means of the cryosupply device. This increases the efficiency in comparison to a conventional rotary forming motor generator from 95% to approx. 98.5%, taking into account the energy expenditure required for cooling; the machine mass and the machine volume are reduced in comparison to a conventional embodiment to approximately 50%, the above percentages being achievable, in particular, with relatively little effort if the HTSL rotary forming motor generator has superconducting bearings which are provided by means of the cryosupply device can be supplied with cryotechnical coolant.
Zweckmäßigerweise können mit vergleichbaren erreichbaren Vor- teilen supraleitende Lager für weitere rotierende Komponenten der elektrischen Schiffsausrüstung, z.B. für Turbinen, vorgesehen werden, wobei auch diese supraleitenden Lager mittels der Kryoversorgungseinrichtung mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt werden. Durch die supraleitenden Lager läßt sich ei- ne Verringerung von Reibungsverlusten, eine Wirkungsgradverbesserung um bis zu 0,7 %, eine Verringerung des Wartungsaufwandes und der Wegfall von Schmierölkreisen und -kühlem,
welche hohe Brandlasten darstellen, erreichen; es sind lediglich Nothilfslager für den Fall des Ausfalls der Versorgung mit kryotechnischem Kühlmittel notwendig.With comparable achievable advantages, superconducting bearings can expediently be provided for further rotating components of the electrical ship equipment, for example for turbines, these superconducting bearings also being supplied with cryotechnical coolant by means of the cryosupply device. The superconducting bearings reduce friction losses, improve efficiency by up to 0.7%, reduce maintenance and eliminate lubricating oil circuits and coolers. which represent high fire loads; only emergency storage facilities are necessary in the event of a failure of the cryotechnical coolant supply.
Wenn die erfindungsgemäße elektrische Schiffsausrüstung in HTSL-Bauart ausgebildete Transformatoren mit supraleitenden Transformatorwicklungen aufweist, die mittels der Kryoversorgungseinrichtung mit kryotechnischem Kühlmittel versorgbar sind, läßt sich der Wirkungsgrad der Transformatoren von ca. 98 % auf ca. 99 %, wobei der energetische Aufwand für dieIf the electrical marine equipment according to the invention has a HTSL design and has transformers with superconducting transformer windings which can be supplied with cryotechnical coolant by means of the cryosupply device, the efficiency of the transformers can be increased from approx. 98% to approx. 99%, the energy expenditure for the
Kühlung berücksichtigt ist, erhöhen, wobei darüber hinaus ei¬ ne Verringerung des elektrischen Maschinenvolumens und der elektrischen Maschinenmasse um ca. 30 bis 40 % erreicht wer¬ den kann. Dies gilt sowohl für Stromrichter- als auch für Verteilertransformatoren.Cooling is taken into account, increase, whereby furthermore achieved ei ¬ ne reduction in the electric machinery volume and mass of the electrical machine by approximately 30 to 40% who can ¬. This applies to both converter and distribution transformers.
Falls in Stromzwischenkreisumrichtern vorgesehene Stromzwischenkreisdrosseln in HTSL-Bauart ausgebildet und mittels der Kryoversorgungseinrichtung mit kryotechnischem Kühlmittel versorgbar sind, kann der Wirkungsgrad im Vergleich mit einer konventionellen Stromzwischenkreisdrossel von ca. 98 % auf ca. 99 %, wobei der energetische Aufwand für die Kühlung berücksichtigt ist, erhöht werden; die Reduzierung des Volumens und der Masse beträgt ca. 40 bis 50 %.If the DC link chokes provided in the DC link converters are HTSL-type and can be supplied with cryotechnical coolant by means of the cryosupply device, the efficiency in comparison with a conventional DC link choke can be increased from approx. 98% to approx. 99%, taking into account the energy expenditure for cooling. increase; the reduction in volume and mass is approximately 40 to 50%.
Durch eine kryogene Kühlung von Stromrichtern mittels der Kryoversorgungseinrichtung läßt sich eine erhebliche Reduzierung der Durchlasswiderstände erreichen, die zum .Beispiel bei MOSFETs bei einer Kühlung mit 77 K im Vergleich zur Raumtem- peratur von ca. 300 K maximal ca. 87 % betragen kann.A cryogenic cooling of converters by means of the cryosupply device can achieve a considerable reduction in the on-state resistances, which, for example in the case of MOSFETs, can be a maximum of approx. 87% with a cooling of 77 K compared to the room temperature of approx. 300 K.
Wenn Stromschienen bzw. -kabel, die kryotechnisch gekühlte Komponenten elektrisch miteinander verbinden, in HTSL-Bauart ausgebildet und mittels der Kryoversorgungseinrichtung mit kryotechnischem Kühlmittel versorgbar sind, können Verluste, die ansonsten aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen der
Kryotemperatur und der Raumtemperatur auftreten, erheblich reduziert werden.If busbars or cables that electrically connect cryogenically cooled components to one another are designed in a HTSL design and can be supplied with cryotechnical coolant by means of the cryosupply device, losses can otherwise occur due to the temperature difference between the Cryogenic temperature and room temperature can be significantly reduced.
Vorteilhaft lassen sich in Zwischenkreisu richtern vorgesehene Stromzwischenkreisdrosseln gemeinsam mit netzseitigen und aschinenseitigen Leistungsumrichtermodulen so verbinden und in einem gemeinsamen Kryostat unterbringen, dass Stromzuführungen und damit verursachte Verluste auf ein Mindestmaß reduziert werden können.Advantageously, DC link chokes provided in DC link rectifiers can be connected together with line-side and machine-side power converter modules and housed in a common cryostat in such a way that power supplies and the losses caused thereby can be reduced to a minimum.
Damit vergleichbare Einsparungen an Verlusten sind erzielbar, wenn in Spannungszwischenkreisumrichtern vorgesehene Span- nungszwischenkreiskondensatoren in kryotauglicher oder HTSL- Bauart ausgebildet und gemeinsam mit netzseitigen Leistung- sumrichtermodulen und maschinenseitigen Leistungsumrichtermodulen mittels der Kryoversorgungseinrichtung mit kryotechnischem Kühlmittel versorgbar sind. Hierdurch ist die Unterbringung in einem Kryostaten möglich, wodurch mehrere Stromzuführungen als Hauptverlusteinträger in den Kryostaten ent- fallen können.Comparable savings can thus be achieved if voltage intermediate circuit capacitors provided in voltage intermediate circuit converters are designed in cryogenic or HTSL design and can be supplied with cryogenic coolant by means of the cryosupply device together with network-side power converter modules and machine-side power converter modules. This makes it possible to accommodate them in a cryostat, which means that several power supply lines as main loss carriers in the cryostat can be dispensed with.
HTSL-Stromschienen bzw. HTSL-Stromkabel sind insbesondere zur elektrischen Verbindung kryotechnisch gekühlter Lastzentralen und kryotechnisch gekühlter Verbraucherzentralen vorteilhaft.HTSL busbars or HTSL power cables are particularly advantageous for the electrical connection of cryogenically cooled load centers and cryogenically cooled consumer centers.
Sofern bei der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung als Sicherheitselemente in HTSL-Bauart ausgebildete Strombegrenzer vorgesehen sind, die mittels der Kryoversorgungseinrichtung mit kryotechnischem Kühlmittel versorgbar sind, kann der Betrieb des Bordnetzes dadurch verbessert werden, dass nunmehr die Möglichkeit der Kupplung bisher getrennter Anlagenteile sowie eine Verringerung der dynamischen und thermischen Auswirkungen von Kurzschlussströmen möglich ist, was insgesamt zu einer Verbesserung der Versorgungssi- cherheit und einer durch Erhöhung der Kurzschlussleistung erzielten Verbesserung der Auswirkungen von durch Stromrichterlasten verursachten Netzrückwirkungen führt.
Vorteilhaft können auch Magnetenergiespeicher der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung in HTSL-Bauart ausgebildet sein und mittels der Kryoversorgungseinrichtung mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt werden.If current limiters designed as HTSL-type safety elements are provided in the electrical ship equipment according to the invention and can be supplied with cryotechnical coolant by means of the cryosupply device, the operation of the on-board electrical system can be improved by the fact that now the possibility of coupling previously separate system parts and reducing the dynamic ones and thermal effects of short-circuit currents is possible, which leads overall to an improvement in the security of supply and an improvement in the effects of line perturbations caused by converter loads which is achieved by increasing the short-circuit power. Magnetic energy stores of the electrical ship equipment according to the invention can advantageously also be designed in a HTSL design and can be supplied with cryotechnical coolant by means of the cryosupply device.
Die Kryoversorgungseinrichtung der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung ist zur Erhöhung der Sicherheit des Schiffsbetriebs zweckmäßigerweise zumindest teilweise redundant ausgebildet.The cryosupply device of the electrical ship equipment according to the invention is expediently at least partially redundant in order to increase the safety of ship operation.
Wenn die Kryoversorgungseinrichtung der erfindungsgemäßen e- lektrischen Schiffsausrüstung als zentrales Kühlsystem ausgebildet ist, lassen sich Vorteile hinsichtlich des wirtschaftlichen Aufwands für die Kryokühlung erzielen; darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik bekannte Kryoversorgungsein- richtungen, die industriell eingesetzt werden, ohne großen wirtschaftlich-technischen Aufwand an die Erfordernisse des Schiffsbaus anpaßbar. Die Ausgestaltung als zentrales Kühlsystem ermöglicht darüber hinaus einen höheren Carnot-Wir- kungsgrad im Vergleich zu kleinere Kapazitäten aufweisenden Einzelanlagen.If the cryosupply device of the electrical marine equipment according to the invention is designed as a central cooling system, advantages in terms of the economic outlay for cryocooling can be achieved; Furthermore, cryosupply devices known from the prior art, which are used industrially, can be adapted to the requirements of shipbuilding without great economic and technical outlay. The design as a central cooling system also enables a higher Carnot efficiency compared to individual systems with smaller capacities.
Die Ausgestaltung der Kryoversorgungseinrichtung als dezentrales Kühlsystem geht vorteilhaft mit kürzeren Transferlei- tungen einher, wobei darüber hinaus durch die dezentrale Ausgestaltung erreicht wird, dass nicht sämtliche HTSL-Komponen- ten von einer einzigen Kryoanlage abhängen.The design of the cryosupply device as a decentralized cooling system is advantageously accompanied by shorter transfer lines, with the decentralized design also ensuring that not all HTSL components depend on a single cryogenic system.
Je nach Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung ist es vorteilhaft, wenn deren Kryoversorgungseinrichtung zentral ausgebildete und dezentral ausgebildete Teilkühlsysteme aufweist, wobei ein zentral ausgebildetes Teilkühlsystem vorteilhaft einer Lastzentrale mit einer Vielzahl Kühlmittelverbraucher zugeordnet ist, in der ledig- lieh kurze Transferleitungen vorhanden sind.
Dezentral ausgebildete Teilkühlsysteme eignen sich bei vereinzelt und entfernt von anderen Kühlmittelverbrauchern angeordneten Kühlmittelverbrauchern.Depending on the design of the electrical ship equipment according to the invention, it is advantageous if its cryosupply device has centrally designed and decentrally designed partial cooling systems, a centrally designed partial cooling system advantageously being associated with a load center with a large number of coolant consumers, in which only short transfer lines are provided. Decentralized partial cooling systems are suitable for isolated and remote coolant consumers.
Darüber hinaus ist ein dezentral ausgebildetes Teilkühlsystem dann erforderlich, wenn Kühlmittelverbraucher vorgesehen sind, die mit einem anderen als dem in der übrigen Kryoversorgungseinrichtung vorgesehenen Kühlmittel gekühlt werden. Für Überwasser-Marineschiffe, bei denen eine Beschädigung aufgrund eines Treffers nicht zum Ausfall der gesamten Fahranlage führen darf, ist es besonders vorteilhaft, wenn ein dezentral ausgebildetes Teilkühlsystem der Kryoversorgungseinrichtung jeweils einem Antriebsstrang mit zumindest einem Stromrichtertransformator, zumindest einem Stromrichter und einem Motor zugeordnet ist.In addition, a decentralized partial cooling system is required if coolant consumers are provided which are cooled with a coolant other than that provided in the rest of the cryogenic supply device. For surface marine vessels, where damage due to a hit must not lead to failure of the entire propulsion system, it is particularly advantageous if a decentralized partial cooling system of the cryosupply device is assigned to a drive train with at least one converter transformer, at least one converter and a motor.
Wenn die Kryoversorgungseinrichtung mit flüssigem Stickstoff als Kühlmittel arbeitet, der eine üblicherweise für eine kry- ogene Kühlung ausreichende Siedetemperatur von 77 K aufweist, sind insoweit Vorteile erreichbar, als flüssiger Stickstoff nicht brennbar ist und als flüssiger Stickstoff aus Luft, deren Hauptbestandteil Stickstoffgas ist, ohne weiteres gewonnen werden kann, wobei die entsprechenden Verfahrenstechniken umweltfreundlich sind und Stickstoff nicht toxisch ist.If the cryosupply works with liquid nitrogen as the coolant, which has a boiling temperature of 77 K which is usually sufficient for cryogenic cooling, advantages can be achieved in so far as liquid nitrogen is non-combustible and as liquid nitrogen from air, the main component of which is nitrogen gas, without can be obtained, the corresponding process technologies are environmentally friendly and nitrogen is not toxic.
Als weitere Kühlmittel, z.B. als Sekundärkühlmittel und/oder als Kühlmittel von dezentral ausgebildeten Teilkühlsystemen der kryotechnischen Versorgungseinrichtung können flüssiges Erdgas, flüssiger Sauerstoff, Helium, Neon, Argon und/oder Luft vorgesehen sein. Flüssiges Erdgas ist zum Beispiel inAs additional coolants, e.g. Liquid natural gas, liquid oxygen, helium, neon, argon and / or air can be provided as secondary coolant and / or as coolant of decentralized partial cooling systems of the cryotechnical supply device. Liquid natural gas, for example, is in
Erdgastankern verfügbar, als Kühlmittel des weiteren einsetzbarer flüssiger Wasserstoff ist beispielsweise in Kraftstoffbehältern für den Betrieb von Brennstoffzellen verfügbar; Helium kommt zum Beispiel als Kühlmittel bei besonders niedri- gen Temperaturen sowie als Arbeitsgas für die Versorgung von Kaltköpfen von Refrigeratoren zum Einsatz.
Mittels der Kryoversorgungseinrichtung sind vorteilhaft auch Schockgefriereinrichtungen, Kühlcontainer ud.dgl., die beispielsweise an Bord von fischverarbeitenden Schiffen vorhanden sind, mit kryotechnischem Kühlmittel versorgbar.Natural gas tankers are available, and liquid hydrogen, which can also be used as a coolant, is available, for example, in fuel tanks for operating fuel cells; For example, helium is used as a coolant at particularly low temperatures and as a working gas for the supply of cold heads to refrigerators. The cryogenic supply device can also be used to supply shock-freezing devices, refrigerated containers and the like, which are present, for example, on board fish-processing ships, with cryotechnical coolant.
Zur Erzeugung flüssigen Stickstoffs kann die Kryoversorgungseinrichtung vorteilhaft eine Luftverflüssigungsanlage aufweisen. Luft zum Betrieb der Luftverflüssigungsanlage steht praktisch unbegrenzt zur Verfügung.The cryosupply device can advantageously have an air liquefaction system for generating liquid nitrogen. There is practically unlimited air available to operate the air liquefaction system.
Der flüssige Stickstoff kann vorteilhaft in einem Sammelbehälter gepuffert werden, so daß die Kryoversorgungseinrichtung in einer Grundlast gefahren werden kann, wohingegen die Kühlmittelverbraucher an Bord des Überseeschiffes je nach Be- darf mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt werden können. Für den Fall eines Ausfalls der elektrischen Anlage können aus dem Sammelbehälter die Kühlmittelverbraucher für eine bestimmte Zeit kalt gehalten werden.The liquid nitrogen can advantageously be buffered in a collection container so that the cryosupply device can be operated in a base load, whereas the coolant consumers on board the overseas ship can be supplied with cryotechnical coolant as required. In the event of a failure of the electrical system, the coolant consumers can be kept cold from the collection container for a certain time.
Als dezentral ausgebildete Teilkühlsysteme haben sich insbesondere Refrigeratoren als besonders vorteilhaft erwiesen, wobei die Refrigeratoren zweckmäßigerweise jeweils ein geschlossenes System bilden.Refrigerators have proven to be particularly advantageous as decentralized partial cooling systems, the refrigerators expediently each forming a closed system.
Den Refrigeratoren zugeordnete Kompressoren sind zweckmäßigerweise mittels Wasser rückkühlbar, wobei zu diesem Zweck entweder individuelle Rückkühlkreisläufe aufgebaut werden oder mehrere Refrigeratoren ein ihnen gemeinsames Zwischen- kreiskühlsystem aufweisen können.Compressors assigned to the refrigerators can expediently be recooled by means of water, for which purpose either individual recooling circuits are set up or several refrigerators can have an intermediate circuit cooling system common to them.
Abhängig von der lokalen Unterbringung der Refrigeratoren ist beispielsweise eine Kühlung über die Bordwand mittels Seewasser möglich.Depending on the local location of the refrigerators, cooling via the side wall by means of sea water is possible, for example.
Wenn der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung zumindest eine Brennstoffzelle zugeordnet ist, kann diese vor-
teilhaft mit in der Luftverflüssigungsahlage in großen Mengen anfallendem flüssigen Sauerstoff betrieben werden.If at least one fuel cell is assigned to the electrical ship equipment according to the invention, this can be partially operated with liquid oxygen accumulating in large quantities in the air liquefaction inventory.
An Bord von Kühlschiffen sowie von Fangschiffen wird verfah- renstechnische Kälte für die Lebensmittelkühlung benötigt. Eine vorstehend beschriebene Kryoversorgungseinrichtung läßt sich unter Berücksichtigung aller denkbaren Verbraucher auslegen, wobei verschiedene Kühltemperaturniveaus für unterschiedliche Zwecke erreicht werden können; hierzu ist bei- spielsweise der Einsatz von Wärmetauschern mit verschiedenen oder gleichen Kältemitteln möglich.Process refrigeration for food cooling is required on board cooling vessels and fishing vessels. A cryosupply device described above can be designed taking into account all conceivable consumers, wherein different cooling temperature levels can be achieved for different purposes; For this purpose, the use of heat exchangers with different or the same refrigerants is possible.
Es sei darauf hingewiesen, dass das vorstehend bereits als Kühlmittel erwähnte flüssige Erdgas in den Tanks von Flüssig- gastankern in großen Mengen vorhanden ist. Das flüssige Erdgas hat bei einem Druck von 1 atm eine Siedetemperatur von 111 K und ist daher für bestimmte Kühlzwecke als Kältemittel einsetzbar. Darüber hinaus haben die Tanks natürliche Verdampfungsraten. Das so anfallende gasförmige Erdgas, gegebe- nenfalls auch zweckgerichtet verdampftes Erdgas, kann zum Antrieb der Turbine der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung eingesetzt werden. Das flüssige Erdgas läßt sich als kryogenes Kältemittel bei denjenigen HTSL-Komponenten nutzen, bei denen als Kühltemperatur 111 K ausreichend sind, zum Beispiel in Wärmeschilden oder gegebenenfalls direkt bei Supraleiter-Sprungtemperaturen, die über 111 K liegen.It should be noted that the liquid natural gas already mentioned above as a coolant is present in large quantities in the tanks of liquid gas tankers. The liquid natural gas has a boiling temperature of 111 K at a pressure of 1 atm and can therefore be used as a refrigerant for certain cooling purposes. In addition, the tanks have natural evaporation rates. The resulting gaseous natural gas, possibly also appropriately evaporated natural gas, can be used to drive the turbine of the electrical marine equipment according to the invention. The liquid natural gas can be used as a cryogenic refrigerant in those HTSL components for which the cooling temperature of 111 K is sufficient, for example in heat shields or, if appropriate, directly at superconductor transition temperatures which are above 111 K.
Die erfindungsgemäße elektrische Schiffsausrüstung ist vorteilhaft mit Hochgeschwindigkeits-Halbleiterschaltern ausge- rüstet, die mittels der Kryoversorgungseinrichtung mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt werden, so dass ihre dauernd auftretenden Durchlassverluste erheblich reduziert werden können.The electrical ship equipment according to the invention is advantageously equipped with high-speed semiconductor switches, which are supplied with cryotechnical coolant by means of the cryosupply device, so that their continuously occurring transmission losses can be considerably reduced.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen :In the following the invention is explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawing. Show it :
FIGUR 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung mit Energieerzeu- gungs-, -verteilungs- und -verbraucheranlagen fürFIGURE 1 is a schematic diagram of an electrical ship equipment according to the invention with energy generation, distribution and consumer systems for
Uberwasserschiffe; FIGUR 2 eine Prinzipdarstellung einer als zentrales Kühlsystem ausgebildeten Kryoversorgungseinrichtung der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsaus- rüstung in nicht redundanter Ausführungsform mit einem geschlossenen Kreislauf; FIGUR 3 eine Prinzipdarstellung einer als zentrales Kühlsystem ausgebildeten Kryoversorgungseinrichtung der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsaus- rüstung in redundanter Ausführungsform mit ge-About surface ships; FIGURE 2 shows a basic illustration of a cryosupply device, designed as a central cooling system, of the electrical ship equipment according to the invention in a non-redundant embodiment with a closed circuit; FIG. 3 shows a basic illustration of a cryosupply device, designed as a central cooling system, of the electrical ship equipment according to the invention in a redundant embodiment with
1 schlossenem Kreislauf; FIGUR 4 eine Prinzipdarstellung einer als zentrales Kühlsystem ausgebildeten Kryoversorgungseinrichtung einer erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsaus- rüstung in nicht redundanter Ausführungsform mit offenem Kreislauf; FIGUR 5 eine Prinzipdarstellung einer als zentrales Kühlsystem ausgebildeten Kryoversorgungseinrichtung der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsaus- rüstung in redundanter Ausführungsform mit geschlossenem Kreislauf; FIGUR 6 eine Prinzipdarstellung einer als kombiniertes 1 closed circuit; FIG. 4 shows a schematic diagram of a cryosupply device, designed as a central cooling system, of an electrical ship equipment according to the invention in a non-redundant embodiment with an open circuit; FIGURE 5 shows a basic illustration of a cryosupply device, designed as a central cooling system, of the electrical ship equipment according to the invention in a redundant embodiment with a closed circuit; FIGURE 6 is a schematic diagram of a combined
Kühlsystem ausgebildeten Kryoversorgungseinrichtung der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffs- ausrüstung in teilweise nicht redundanter und teilweise redundanter Ausführungsform mit geschlossenem Kreislauf; FIGUR 7 eine als dezentrales Kühlsystem ausgebildete Kryoversorgungseinrichtung der erfindungsgemäßen elek- frischen Schiffsausrüstung;Cooling system designed cryosupply device of the electrical ship equipment according to the invention in a partially non-redundant and partially redundant embodiment with a closed circuit; FIGURE 7 shows a cryosupply device, designed as a decentralized cooling system, of the electrical marine equipment according to the invention;
FIGUR 8 eine weitere Ausführungsform einer als dezentralesFIGURE 8 shows another embodiment of a decentralized
Kühlssystem ausgebildeten Kryoversorgungseinrichtung
der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung; FIGUR 9 eine dritte Ausführungsform einer als dezentralesCooling system trained cryosupply facility the electrical marine equipment according to the invention; FIGURE 9 shows a third embodiment as a decentralized
Kühlsystem ausgebildeten Kryoversorgungseinrichtung einer erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung; FIGUR 10 eine Prinzipdarstellung eines konkreten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung; und FIGUR 11 eine Ausführungsform einer bei dem Ausführungsbeispiel gemäß FIGUR 10 der erfindungsgemäßen elektrischen Schiffsausrüstung einsetzbaren Kryoversorgungseinrichtung.Cooling system trained cryosupply of an electrical marine equipment according to the invention; FIGURE 10 is a schematic diagram of a specific embodiment of an electrical marine equipment according to the invention; and FIG. 11 shows an embodiment of a cryosupply device that can be used in the exemplary embodiment according to FIG. 10 of the electrical ship equipment according to the invention.
Eine in FIGUR 1 prinzipiell dargestellte erfindungsgemäße e- lektrische Schiffsausrüstung für Uberwasserschiffe hat Energieerzeugungs-, -verteilungs- und -verbraucheranlagen.An electrical ship equipment for surface vessels according to the invention shown in principle in FIGURE 1 has energy generation, distribution and consumer systems.
Als Energieerzeugungsanlagen für das elektrische Schiffsnetz werden im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Turbinen 1 eingesetzt, die jeweils einen Generator 2 antreiben.In the exemplary embodiment shown, two turbines 1, each of which drives a generator 2, are used as energy generation systems for the electrical ship network.
Die beiden Turbinen 1 haben supraleitende Lager, die mittels einer anhand der FIGUREN 2 bis 9 noch zu erläuternden Kryo- Versorgungseinrichtung 3 mit einem kryotechnischen Kältebzw. Kühlmittel versorgt werden. Lediglich für den Fall eines Ausfalls der Kryoversorgungseinrichtung 3 sind Nothilfslager für die Turbinen 1 vorgesehen.The two turbines 1 have superconducting bearings, which have a cryogenic refrigeration or cooling device 3 by means of a cryogenic supply device 3 to be explained with reference to FIGS. Coolant are supplied. Emergency bearings for the turbines 1 are provided only in the event of a failure of the cryosupply device 3.
Die Generatoren 2 sind in HTSL-Bauweise als Synchronmaschinen mit supraleitenden Polrad- und Luftspaltwicklungen ausgebildet. Auch die HTSL-Generatoren 2 weisen supraleitende Lager entsprechend denen der Turbinen 1 auf. Die supraleitenden Lager der HTSL-Generatoren 2 sowie letztere werden mittels der Kryoversorgungseinrichtung 3 mit dem kryotechnischen Kühlmittel versorgt.
Die beiden HTSL-Generatoren 2 speisen jeweils einen Netzabschnitt 4 bzw. 5 des in FIGUR 1 in prinzipieller Darstellung gezeigten elektrischen Schiffsnetzes 4, 5.The generators 2 are designed in a HTSL design as synchronous machines with superconducting magnet wheel and air gap windings. The HTSL generators 2 also have superconducting bearings corresponding to those of the turbines 1. The superconducting bearings of the HTSL generators 2 and the latter are supplied with the cryogenic coolant by means of the cryosupply device 3. The two HTSL generators 2 each feed a network section 4 or 5 of the electrical ship network 4, 5 shown in FIG. 1 in a basic illustration.
Zwischen den beiden Netzabschnitten 4, 5 ist ein in HTSL- Bauart ausgebildeter Strombegrenzer 6 angeordnet, der durch die Kryoversorgungseinrichtung 3 mit dem kryotechnischen Kühlmittel versorgt wird. Mittels des HTSL-Strombegrenzers 6 ist es möglich, bisher getrennte Anlagenteile zu kuppeln, wo- durch der Betrieb des Schiffsnetzes erheblich verbessert wird; dynamische und thermische Auswirkungen von Kurzschlussströmen werden durch den HTSL-Strombegrenzer 6 reduziert. Durch die Kupplung bisher getrennter Anlagen kann die Versorgungssicherheit verbessert werden, wobei durch die Erhöhung der Kurzschlussleistung die Auswirkungen von Netzrückwirkungen, die durch Stromrichterlasten verursacht werden, verbessert werden können.Between the two network sections 4, 5, a current limiter 6 is arranged, which is supplied by the cryosupply device 3 with the cryogenic coolant. Using the HTSL current limiter 6, it is possible to couple previously separate system parts, which considerably improves the operation of the ship's network; Dynamic and thermal effects of short-circuit currents are reduced by the HTSL current limiter 6. By coupling previously separate systems, the security of supply can be improved, and by increasing the short-circuit power, the effects of network perturbations caused by converter loads can be improved.
Der bei der Darstellung in FIGUR 1 untere Netzabschnitt 4 verzweigt sich in drei Netzzweige. In einem Netzzweig ist ein Rotationsumform-Motor-Generator 7 vorgesehen, mittels dem beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung des Überwasserschiffes betrieben werden kann. Der Rotationsumform-Motor- Generator 7 ist in HTSL-Bauweise als Synchronmaschine mit supraleitenden Polrad- und Luftspaltwicklungen ausgebildet und wird mittels der Kryoversorgungseinrichtung 3 mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt.The lower network section 4 in the illustration in FIGURE 1 branches into three network branches. A rotary forming motor generator 7 is provided in a network branch, by means of which, for example, an illumination device of the surface ship can be operated. The rotary forming motor generator 7 is designed in a HTSL design as a synchronous machine with superconducting magnet wheel and air gap windings and is supplied with cryotechnical coolant by means of the cryosupply device 3.
In einem weiteren Netzzweig des in FIGUR 1 unteren Netzab- Schnitts 4 ist ein Antriebsstrang mit einem Stromrichtertransformator 8, einem Stromrichter 9 und einem Motor 10 vorgesehen, mittels dem ein Schiffspropeller 11 antreibbar ist.In a further network branch of the lower network section 4 in FIG. 1, a drive train with a converter transformer 8, a converter 9 and a motor 10 is provided, by means of which a ship propeller 11 can be driven.
Der Stromrichtertransformator 8 ist in HTSL-Bauweise mit sup- raleitenden Wicklungen ausgeführt und wird durch die Kryoversorgungseinrichtung 3 mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt .
Auch die Komponenten des Stromrichters 9 werden mittels der Kryoversorgungseinrichtung 3 bzw. des durch diese zur Verfügung gestellten kryotechnischen Kühlmittels gekühlt.The converter transformer 8 is designed in a HTSL design with superconducting windings and is supplied with cryotechnical coolant by the cryosupply device 3. The components of the converter 9 are also cooled by means of the cryosupply device 3 or the cryotechnical coolant provided thereby.
Der Motor 10 ist ebenfalls in HTSL-Bauweise hergestellt und wird durch die Kryoversorgungseinrichtung 3 mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt. Die Lager des HTSL-Motors 10 sind als supraleitende Lager entsprechend denjenigen des HTSL- Generators 2 bzw. der Turbine 1 ausgebildet.The motor 10 is also manufactured in a HTSL design and is supplied with cryotechnical coolant by the cryosupply device 3. The bearings of the HTSL motor 10 are designed as superconducting bearings corresponding to those of the HTSL generator 2 or the turbine 1.
Im bei der Darstellung in FIGUR 1 oberen Netzzweig des unte¬ ren Netzabschnitts 4 des Schiffsnetzes sind ein Stromrichtertransformator 12 und ein Spannungszwischenkreisumrichter 13 vorgesehen, über die unterschiedliche elektrische Verbraucher versorgt werden.At the top in the illustration of FIGURE 1 power branch of the power unte ¬ ren portion 4 of the ship network is a converter transformer 12 and a voltage source 13 is provided, are supplied via the different electrical loads.
Der Stromrichtertransformator 12 ist in HTSL-Bauweise mit supraleitenden Wicklungen ausgebildet und wird durch die Kryoversorgungseinrichtung 3 mit kryotechnischem Kühlmittel ver- sorgt.The converter transformer 12 is designed in a HTSL design with superconducting windings and is supplied with cryotechnical coolant by the cryosupply device 3.
Der Spannungszwischenkreisumrichter hat ein netzseitiges Leistungsumrichtermodul 14, einen Spannungszwischenkreiskon- densator 15 und ein maschinenseitiges Leistungsumrichtermodul 16. Der Spannungszwischenkreiskondensator 15 ist in HTSL-Bauweise ausgebildet und wird gemeinsam mit dem netzseitigen Leistungsumrichtermodul 14 und dem maschinenseitigen Leistungsumrichtermodul 16 durch die Kryoversorgungseinrichtung 3 mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt.The voltage intermediate circuit converter has a network-side power converter module 14, a voltage intermediate circuit capacitor 15 and a machine-side power converter module 16. The voltage intermediate circuit capacitor 15 is designed in a HTSL design and is supplied with cryotechnical coolant by the cryosupply device 3 together with the network-side power converter module 14 and the machine-side power converter module 16.
In einem Netzzweig des in FIGUR 1 oberen Netzabschnitts 5 des Schiffsnetzes sind ein weiterer Stromrichtertransformator 17, ein Stromzwischenkreisumrichter 18 und ein weiterer Motor 19 angeordnet, mittels dem ein zweiter Schiffspropeller 20 an- treibbar ist.
Der weitere Stromrichtertransformator 17 ist in HTSL-Bauart mit supraleitenden Wicklungen ausgestaltet und wird mittels der Kühlversorgungseinrichtung 3 mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt.A further converter transformer 17, a current intermediate circuit converter 18 and a further motor 19 are arranged in a network branch of the upper network section 5 of the ship's network in FIG. 1, by means of which a second ship propeller 20 can be driven. The further converter transformer 17 is designed in a HTSL design with superconducting windings and is supplied with cryotechnical coolant by means of the cooling supply device 3.
Der Stromzwischenkreisumrichter 18 hat ein netzseitiges Leitungsumrichtermodul 21, eine Stromzwischenkreisdrossel 22 und ein maschinenseitiges Leistungsumrichtermodul 23. Die Stromzwischenkreisdrossel 22 ist in HTSL-Bauart ausgebildet und wird gemeinsam mit dem netzseitigen Leistungsumrichtermodul 21 und dem maschinenseitigen Leistungsumrichtermodul 23 mittels der Kryoversorgungseinrichtung 3 mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt.The DC link converter 18 has a line-side line converter module 21, a current link choke 22 and a machine-side power converter module 23. The DC link choke 22 is designed in a HTSL design and is supplied with cryogenic coolant together with the line-side power converter module 21 and the machine-side power converter module 23 by means of the cryosupply device 3.
Der weitere Motor 19 ist ebenfalls in HTSL-Bauart ausgeführt und mittels supraleitender Lager gelagert. Der HTSL-Motor 19 und seine supraleitenden Lager werden mittels der Kryoversorgungseinrichtung 3 mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt. In den weiteren Netzzweigen des in FIGUR 1 oberen Netzab- Schnitts 5 sitzt jeweils ein Stromrichtertransformator 12, der wie der in dem betreffenden Netzzweig des unteren Netzabschnitts 4 angeordnete Stromrichtertransformator 12 ausgebildet ist.The further motor 19 is also of HTSL design and is supported by means of superconducting bearings. The HTSL motor 19 and its superconducting bearings are supplied with cryotechnical coolant by means of the cryosupply device 3. In each of the other network branches of the upper network section 5 in FIG. 1 there is a converter transformer 12, which is designed like the converter transformer 12 arranged in the relevant network branch of the lower network section 4.
Die beiden in FIGUR 1 unteren Stromrichtertransformatoren 12 im oberen Netzabschnitt 5 sind gemeinsam mit jeweils einem Magnetenergiespeicher 24 in einem Netzzweig angeordnet.The two lower converter transformers 12 in FIG. 1 in the upper network section 5 are arranged together with a magnetic energy store 24 in a network branch.
Die beiden Magnetenergiespeicher 24 sind jeweils in HTSL- Bauart ausgeführt und werden durch die Kryoversorgungseinrichtung 3 mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt.The two magnetic energy stores 24 are each of HTSL design and are supplied with cryotechnical coolant by the cryosupply device 3.
Der im in FIGUR 1 oberen Netzzweig des oberen Netzabschnitts 5 vorgesehene Stromrichtertransformator 12 speist über einen Spannungszwischenkreisu richter 25, der in seiner technischkonstruktiven Ausgestaltung und in seinem Aufbau mit dem Spannungszwischenkreisu richter 13 im in FIGUR 1 unteren
Netzabschnitt 4 übereinstimmt, mehrere in FIGUR 1 nicht gezeigte Verbraucher.The converter transformer 12 provided in the upper network branch in FIG. 1 of the upper network section 5 feeds via a voltage intermediate circuit 25 which, in its technical construction and in its structure, is connected to the voltage intermediate circuit 13 in the lower one in FIG Network section 4 coincides, several consumers, not shown in FIGURE 1.
Der Spannungszwischenkreisumrichter 25 sowie der in FIGUR 1 obere HTSL-Magnetspeicher 24 sind über ein ununterbrechbares Energieversorgungsglied 26 miteinander verbunden. Das Energieversorgungsglied 26 wird durch von der Kryoversorgungseinrichtung 3 zur Verfügung gestelltes Kühlmittel gekühlt.The voltage intermediate circuit converter 25 and the upper HTSL magnetic memory 24 in FIG. 1 are connected to one another via an uninterruptible energy supply element 26. The energy supply element 26 is cooled by coolant provided by the cryosupply device 3.
In den FIGUREN 2 bis 9 sind unterschiedliche Ausgestaltungen der Kryoversorgungseinrichtung 3 der elektrischen Schiffsausrüstung gezeigt.FIGURES 2 to 9 show different configurations of the cryosupply device 3 of the electrical ship equipment.
Die in FIGUR 2 gezeigte Ausführungsform der Kryoversorgung- seinrichtung 3 ist als zentrales Kühlsystem ausgebildet. Zu dieser Kryoversorgungseinrichtung 3 gehört eine Kühlanlage bzw. Luftverflüssigungsanlage 27. In dieser Kühl- bzw. Luftverflüssigungsanlage 27 wird flüssiger Stickstoff erzeugt und über isolierte Leitungen in einen Sammelbehälter 28 eingelei- tet. Aus dem Sammelbehälter 28 heraus werden HTSL-Transforma- toren 29, HTSL-Generatoren 30, HTSL-Strombegrenzer 31, HTSL- Motoren 32 sowie weitere vorstehend geschilderte Bestandteile 33 der elektrischen Schiffsausrüstung über isolierte Leitungen mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt. Eine stromab der genannten Komponenten vorgesehene isolierte Sammelleitung führt das kryotechnische Kühlmittel über lediglich auf eine höhere Temperatur zu kühlende Bestandteile 34 der elektrischen Schiffsausrüstung zu einem weiteren Sammelbehälter 35, in dem der gasförmige Stickstoff speicherbar ist, bevor er wieder in die Kühl- bzw. Luftverflüssigungsanlage 27 eingeleitet wird. Die vorstehend anhand von FIGUR 2 geschilderte Kryoversorgungseinrichtung 3 ist nicht redundant ausgebildet und hat einen geschlossenen Kreislauf für das kryotechnische Kühlmittel .The embodiment of the cryosupply device 3 shown in FIGURE 2 is designed as a central cooling system. A cooling system or air liquefaction system 27 belongs to this cryosupply device 3. Liquid nitrogen is generated in this cooling or air liquefaction system 27 and introduced into a collecting container 28 via insulated lines. HTSL transformers 29, HTSL generators 30, HTSL current limiters 31, HTSL motors 32 and other components 33 of the ship's electrical equipment described above are supplied with cryotechnical coolant from the collecting container 28 via insulated lines. An insulated header line provided downstream of the components mentioned leads the cryotechnical coolant via components 34 of the electrical ship's equipment that are only to be cooled to a higher temperature to a further header tank 35, in which the gaseous nitrogen can be stored before it is returned to the cooling or air liquefaction system 27 is initiated. The cryosupply device 3 described above with reference to FIGURE 2 is not designed redundantly and has a closed circuit for the cryotechnical coolant.
Die in FIGUR 3 gezeigte Ausführungsform der Kryoversorgungseinrichtung 3 unterscheidet sich von der in FIGUR 2 gezeig-
ten dadurch, dass sie redundant ausgebildet ist und entsprechend zwei Kühl- bzw. Luftverflüssigungsanlagen 27a, 27b, zwei Sammelbehälter 28a, 28b für flüssigen Stickstoff und zwei Sammelbehälter 35a, 35b für gasförmigen Stickstoff sowie entsprechend zwei isolierte Leitungssysteme aufweist.The embodiment of the cryosupply device 3 shown in FIG. 3 differs from that shown in FIG. This is due to the fact that it is designed to be redundant and accordingly has two cooling or air liquefaction systems 27a, 27b, two collecting tanks 28a, 28b for liquid nitrogen and two collecting tanks 35a, 35b for gaseous nitrogen, and correspondingly two insulated line systems.
Die in FIGUR 4 gezeigte Ausführungsform der Kryoversorgungseinrichtung 3 unterscheidet sich von der in FIGUR 2 gezeigten dadurch, dass der Kühlmittelkreislauf offen gestaltet ist, wobei statt einer Kühl- bzw. Luftverflüssigungsanlage 27 und eines Sammelbehälters 28 ein Speicher 36 für flüssigen Stickstoff vorgesehen ist, aus dem der flüssige Stickstoff über isolierte Leitungen entnommen und den zu kühlenden HTSL- Teilen sowie den weiteren zu kühlenden Bestandteilen zuge- führt wird. Stromab der zu kühlenden Teile entweicht der dann gasförmige Stickstoff in die Atmosphäre.The embodiment of the cryosupply device 3 shown in FIG. 4 differs from that shown in FIG. 2 in that the coolant circuit is designed to be open, with a store 36 for liquid nitrogen being provided instead of a cooling or air liquefaction system 27 and a collecting container 28, from which the liquid nitrogen is removed via insulated pipes and fed to the HTSL parts to be cooled and the other parts to be cooled. Downstream of the parts to be cooled, the then gaseous nitrogen escapes into the atmosphere.
Die in FIGUR 5 gezeigte redundante Ausführungsform der Kryoversorgungseinrichtung 3 unterscheidet sich von der anhand von FIGUR 3 beschriebenen dadurch, daß lediglich HTSL-Trans- formatoren 29, HTSL-Generatoren 30, HTSL-Strombegrenzer 31 sowie HTSL-Motoren 32 mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt werden.The redundant embodiment of the cryosupply device 3 shown in FIG. 5 differs from that described with reference to FIG. 3 in that only HTSL transformers 29, HTSL generators 30, HTSL current limiters 31 and HTSL motors 32 are supplied with cryotechnical coolant.
FIGUR 6 zeigt eine Kryoversorgungseinrichtung 3, die ein zentral ausgebildetes Teilkühlsystem 37 und ein dezentral ausgebildetes Teilkühlsystem 38 aufweist.FIGURE 6 shows a cryosupply device 3 which has a centrally designed partial cooling system 37 and a decentrally designed partial cooling system 38.
Das zentral ausgebildete Teilkühlsystem 37 entspricht hin- sichtlich seines Aufbaus und seiner Funktion der anhand vonThe centrally designed partial cooling system 37 corresponds in terms of its structure and its function to that of FIG
FIGUR 2 näher beschriebenen Kryoversorgungseinrichtung 3. Das dezentral ausgebildete Teilkühlsystem 38 der in FIUGR 6 gezeigten Kryoversorgungseinrichtung 3 hat zwei Refrigeratoren 39a, 39b, die zur Kühlung eines einem Schiffspropeller zuge- ordneten HTSL-Motors 32 vorgesehen sind. Entsprechend ist das dezentral ausgebildete Teilkühlsystem 38 redundant.
FIGUR 7 zeigt eine dezentral ausgebildete Kryoversorgungseinrichtung 3, die zwei nicht redundante, jeweils in sich zentral ausgebildete Teilkühlsysteme 37 aufweist, von denen jedes der anhand von FIGUR 3 erläuterten Kryoversorgungseinrichtung 3 entspricht.FIGURE 2 of the cryosupply device 3 described in more detail. The decentralized partial cooling system 38 of the cryosupply device 3 shown in FIUGR 6 has two refrigerators 39a, 39b which are provided for cooling an HTSL motor 32 assigned to a ship's propeller. Accordingly, the decentralized partial cooling system 38 is redundant. FIGURE 7 shows a decentralized cryosupply device 3, which has two non-redundant, in each case centrally designed partial cooling systems 37, each of which corresponds to the cryosupply device 3 explained with reference to FIGURE 3.
Eine in FIGUR 8 gezeigte, dezentral ausgebildete Kryoversorgungseinrichtung 3 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel sechs Refrigeratoren 39, mittels denen ein HTSL-Transformator 29 mit zugehörigen Komponenten 40, ein HTSL-Generator 30, ein HTSL-Motor 32, ein erster HTSL-Strombegrenzer 31, ein zweiter HTSL-Strombegrenzer 31 sowie ein HTSL-Stromkabel 41, mit kryotechnischem Kühlmittel versorgt werden. Die in FIGUR 8 gezeigte Kryoversorgungseinrichtung 3 ist nicht redundant aus- gebildet.A decentralized cryosupply device 3 shown in FIG. 8 has six refrigerators 39 in the exemplary embodiment shown, by means of which an HTSL transformer 29 with associated components 40, an HTSL generator 30, an HTSL motor 32, and a first HTSL current limiter 31 second HTSL current limiter 31 and a HTSL power cable 41, are supplied with cryogenic coolant. The cryosupply device 3 shown in FIGURE 8 is not designed to be redundant.
Die in FIGUR 9 gezeigte Kryoversorgungseinrichtung 3 unterscheidet sich von der in FIGUR 8 gezeigten dadurch, daß sie redundant ausgebildet ist und entsprechend jedem zu kühlenden Element zwei Refrigeratoren 39a, 39b zugeordnet sind.The cryosupply device 3 shown in FIG. 9 differs from the one shown in FIG. 8 in that it is designed redundantly and two refrigerators 39a, 39b are assigned to each element to be cooled.
Eine in FIGUR 10 mit Leistungsangaben dargestellte elektrische Schiffsausrüstung hat zwei gleichgestaltete Netzabschnitte 42, 43, die über einen HTSL-Strombegrenzer 44 it- einander koppelbar sind. Jeder Netzabschnitt 42 bzw. 43 hat drei HTSL-Generatoren, die jeweils eine Nominalleistungsabga- be von 14 MVA aufweisen. Des weiteren hat jeder der beiden Netzabschnitte 42, 43 einen HTSL-Propellermotor 46, mittels dem ein Schiffspropeller 47 antreibbar ist.An electrical ship equipment shown in FIGURE 10 with performance data has two identically configured network sections 42, 43 which can be coupled to one another via a HTSL current limiter 44. Each network section 42 or 43 has three HTSL generators, each of which has a nominal power output of 14 MVA. Furthermore, each of the two network sections 42, 43 has a HTSL propeller motor 46, by means of which a ship's propeller 47 can be driven.
Die Polradwicklungen der sechs HTSL-Generatoren 45 und der beiden HTSL-Propellermotoren 46 sind auf 25 K gekühlt; je HTSL-Generator 45 ist eine Kryokühlleistung von 200 W, je HTSL-Propellermotor 46 eine Kryoleistung von 300 W erforder- lieh. Insgesamt ergibt sich zur Kühlung der sechs HTSL-Generatoren 45 und der zwei HTSL-Propellermotoren 46 eine zu installierende Kryokühlleistung von 1800 W.
In jedem Netzabschnitt 42 bzw. 43 sind für den HTSL-Propellermotor 46 vier HTSL-Stromrichtertransformatoren mit einer Nennleistung von jeweils 9,2 MVA vorgesehen, die den HTSL- Propellermotor über vier Stromrichter 49 versorgen.The magnet windings of the six HTSL generators 45 and the two HTSL propeller motors 46 are cooled to 25 K; a cryogenic cooling output of 200 W is required per HTSL generator 45, a cryogenic output of 300 W is required per HTSL propeller motor 46. In total, the cooling of the six HTSL generators 45 and the two HTSL propeller motors 46 results in a cryogenic cooling capacity of 1800 W. In each network section 42 or 43, four HTSL converter transformers with a nominal output of 9.2 MVA each are provided for the HTSL propeller motor 46, which supply the HTSL propeller motor via four converters 49.
Des weiteren sind in jedem Netzabschnitt 42 bzw. 43 sieben HTSL-Verteilertransformatoren 50 vorgesehen, mittels denen weitere, in FIGUR 10 nicht dargestellte Verbraucher od.dgl. versorgt werden. Von den sieben HTSL-Verteilertransformatoren 50 je Netzabschnitt 42 bzw. 43 weisen drei eine Nennleistung von 1,8 MVA, drei eine Nennleistung von 2,2 MVA und einer eine Nennleistung von 4,4 MVA auf.In addition, seven HTSL distribution transformers 50 are provided in each network section 42 or 43, by means of which further consumers or the like, not shown in FIG. be supplied. Of the seven HTSL distribution transformers 50 per network section 42 or 43, three have a nominal power of 1.8 MVA, three have a nominal power of 2.2 MVA and one has a nominal power of 4.4 MVA.
Der zwischen den beiden Netzabschnitten 42, 43 vorgesehene HTSL-Strombegrenzer 44 hat einen Lastfluss von maximal 28 MVA.The HTSL current limiter 44 provided between the two network sections 42, 43 has a maximum load flow of 28 MVA.
Der HTSL-Strombegrenzer 44, die acht HTSL-Stromrichtertrans- formatoren 48 und die vierzehn HTSL-Verteilertransformatoren 50 werden jeweils auf eine Temperatur von 77 K gekühlt.The HTSL current limiter 44, the eight HTSL converter transformers 48 and the fourteen HTSL distribution transformers 50 are each cooled to a temperature of 77 K.
Für die acht hat HTSL-Stromrichtertransformatoren 48 ergibt sich jeweils eine zu installierende Kryokühlleistung von 9500 W, d.h. insgesamt 76000 W, für die sechs HTSL-Verteilertrans- formatoren mit der Nennleistung von 1,8 MVA jeweils eine zu installierende Kryokühlleistung von 3000 W, somit insgesamt 18000 W, für die sechs HTSL-Verteilertransformatoren 50 mit der Nennleistung von 2,2 MVA eine zu installierende Kryokühlleistung von jeweils 3500 W, somit insgesamt 21000 W, für die zwei HTSL-Verteilertransformatoren mit der Nennleistung von 4,4 MVA eine zu installierende Kryokühlleistung von jeweils 6000 W, somit insgesamt 12000 W, und für den HTSL-Strombegrenzer 44 eine zu installierende Kühlleistung von 1000 W.For the eight HTSL converter transformers 48, the cryogenic cooling capacity to be installed is 9500 W, i.e. a total of 76000 W, for the six HTSL distribution transformers with a nominal output of 1.8 MVA each a cryogenic cooling capacity of 3000 W to be installed, thus a total of 18000 W, one for the six HTSL distribution transformers 50 with a nominal output of 2.2 MVA Installed cryogenic cooling capacity of 3500 W each, thus a total of 21000 W, for the two HTSL distribution transformers with a nominal output of 4.4 MVA, a cryogenic cooling capacity of 6000 W each, thus a total of 12000 W, and one for the HTSL current limiter 44 installing cooling capacity of 1000 W.
Die insgesamt für die auf 77 K zu kühlenden Komponenten zu installierende Kryokühlleistung beläuft sich somit auf insgesamt 128000 W.
cπ cπ tr Hi rr DJ φ σ N _<_ tr» ω <l w tr rt N <xThe total cryogenic cooling capacity to be installed for the components to be cooled to 77 K thus amounts to a total of 128000 W. cπ cπ tr Hi rr DJ φ σ N _ <_ tr »ω <lw tr rt N <x
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