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Patent Searching and Data


Title:
MARINE PROPULSION UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/047963
Kind Code:
A1
Abstract:
A marine propulsion unit has at least one electric motor, at least one propulsion unit, which may be driven by the at least one electric motor and an energy generation unit (5), by means of which the at least one electric motor may be supplied with electrical energy and which comprises a gas turbine (6) as driving unit and a generator (7), driven by the gas turbine (6), for generation of electrical energy. According to the invention, such a marine propulsion unit may be embodied with increased efficiency, reduced mass and reduced weight with the same power, whereby the gas turbine (6) is directly connected to the generator (7) without a gearbox and the generator (7) is embodied as a synchronous unit with a high-temperature superconducting pole winding, which is arranged in a cryostat, cooled by a cryogenic unit (8).

Inventors:
WACKER BERND (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/004381
Publication Date:
June 12, 2003
Filing Date:
November 28, 2002
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
WACKER BERND (DE)
International Classes:
B63H23/24; B63J99/00; H02K7/18; H02K55/04; (IPC1-7): B63H23/24; B63J5/00; H02K55/02
Domestic Patent References:
WO2001041283A22001-06-07
Foreign References:
DE2237400A11974-02-21
SU565349A11977-07-15
US4417878A1983-11-29
DE2324670A11974-12-05
DE19804208A11999-08-05
EP0690550A21996-01-03
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Schiffsantrieb mit zumindest einem Elektromotor (1, 2), zumindest einer Propulsionsanlage (3,4), die mittels dem zu mindest einen Elektromotor (1, 2) antreibbar ist, und einer Energieerzeugungsanlage (5), mittels der der zumindest eine Elektromotor (1, 2) mit elektrischer Energie versorgbar ist und die eine Gasturbine (6) als Antriebsmaschine und einen von der Gasturbine (6) angetriebenen Generator (7) zur Erzeu gung elektrischer Energie aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gasturbine (6) getriebe frei direkt mit dem Generator (7) gekuppelt ist und dass der Generator (7) als Synchronmaschine ausgebildet ist und eine HTSL (Hochtemperatursupraleiter)Polwicklung aufweist, die in einem von einer Kryokühlanlage (8) gekühlten Kryostaten angeordnet ist.
2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dessen Energieerzeugungs anlage (5) zumindest zwei Gasturbinen (6 ; 38) aufweist, die jeweils einem Generator (7) zur Erzeugung elektrischer Ener gie zugeordnet sind.
3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die HTSL Polwicklung an einem Rotorteil des Generators (7) angeordnet ist.
4. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Generator (7) am Ständerteil HTSLWicklungen aufweist, die in einem von der Kryokühlanlage (8) gekühlten Kryostaten angeordnet sind.
5. Schiffsantrieb nach Anspruch 4, bei dem das Ständerteil des Generators (7) ohne Eisennuten ausgebildet ist.
6. /.
7. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Ständerteil bzw. der Stator des Generators (7) mehrere geschwenkt ausgeführte Wicklungen aufweist.
8. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Erregung des Generators (7) mit der HTSLPolwicklung re gelbar ist.
9. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der an Bord eines Flüssigerdgas, Flüssigstickstoff, Flüssigwasser stofftankers od. dgl. angeordnet ist und in dessen Kryokühlan lage (8) als Kältemittel für deren kryogenes Kühlmittel, z. B. verdampften Flüssigstickstoff, Flüssighelium oder Flüssigne on, Flüssigerdgas, Flüssigstickstoff, Flüssigwasserstoff od. dgl. einsetzbar ist.
10. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der an Bord eines Flüssigerdgastankers angeordnet ist und dessen Gasturbine (6) mittels verdampftem Flüssigerdgas betreibbar ist.
11. Schiffsantrieb nach Anspruch 8 oder 9, bei dem bei der Verdampfung des Flüssigerdgases anfallende Kälteenergie zur Kühlung weiterer Aggregate, z. B. des Ständerteils des Genera tors (7), von Umrichtern (39), Kühlanlagen für Gefriergut, Klimaanlagen etc. einsetzbar ist.
12. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem dem Generator (7) Umbzw. Gleichrichter, vorzugsweise Dio dengleichrichter (39) nachgeordnet sind, mittels denen die im Bereich bis zu 400 Hz betragende hohe Erzeugungsfrequenz des Generators (7) zur Ausbildung eines Gleichspannungsnetzes (40) nutzbar ist.
13. Schiffsantrieb nach Anspruch 11, bei dem die Verbraucher (1, 2) über Wechselrichter (41,42) an das Gleichspannungs netz (40) angeschlossen sind.
14. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem in einer Brennstoffzuleitung (10) vom Flüssigbrennstofftank (9) zur Gasturbine (6) eine Wärmetauscheinheit (13) angeord net ist, in der das kryogene Kühlmittel, z. B. Flüssigstick stoff, der Kryokühlanlage (8) durch den Flüssigbrennstoff tank kühlbar ist.
15. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem in der Brennstoffzuleitung (10) vom Flüssigbrennstofftank (9) zur Gasturbine (6) eine zweite Wärmetauscheinheit (14) ange ordnet ist, in der der Gasturbine (6) durch eine Verbren nungsluftzuleitung (15) zugeführte Verbrennungsluft durch den Flüssigbrennstofftank kühlbar ist.
16. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem in der Brennstoffzuleitung (10) vom Flüssigbrennstofftank (9) zur Gasturbine (6) eine dritte Wärmetauscheinheit (17) ange ordnet ist, mittels der das Kühlmittel einer Kühlanlage für die Energieumwandlung kühlbar ist.
17. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 15, bei dem in der Brennstoffzuleitung (10) vom Flüssigbrennstofftank (9) zur Gasturbine (6) eine vierte Wärmetauscheinheit (19) ange ordnet ist, mittels der das Kühlmittel einer Kühlvorrichtung für Lebensmittel ud. dgl. kühlbar ist.
18. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 16, bei dem in der Brennstoffzuleitung (10) vom Flüssigbrennstofftank (9) zur Gasturbine (6) eine fünfte Wärmetauscheinheit (21) ange ordnet ist, mittels der ein dem Generator (7) zugeordneter Kühlwasserkreislauf (23) und/oder das Kühlmittel einer Klima anlage od. dgl. kühlbar ist.
19. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 17, bei dem in der Brennstoffzuleitung (10) vom Flüssigbrennstofftank (9) zur Gasturbine (6) eine sechste Wärmetauscheinheit (24) ange ordnet ist, mittels der der Brennstoff durch in einem Wasser und Dampfkreislauf (25) einer dem Generator (7) zugeordneten Dampfturbine (26) zwischen deren Ausund Eingangsseite re zirkulierenden Dampf bzw. Wasser erwärmbar ist.
20. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 18, bei dem in der Brennstoffzuleitung (10) vom Flüssigbrennstofftank (9) zur Gasturbine (6) unmittelbar stromauf von Brennern (12) der Gasturbine (6) eine Brennstoffladeeinheit (11) angeordnet ist.
21. Schiffsantrieb nach Anspruch 19, bei dem die Brennstoff ladeeinheit (11) durch einen Leitungsabzweig (27) an die stromabwärtige Seite der zweiten Wärmetauscheinheit (14) an geschlossen ist, in dem ein Überhitzer (28) angeordnet ist, mittels dem der Brennstoff auf die zur Verbrennung in der Gasturbine (6) geeignete Temperatur erhitzbar ist.
22. Schiffsantrieb nach Anspruch 19 oder 20, bei dem an die Brennstoffladeeinheit (11) ein Gasmotor (29) angeschlossen ist, mittels dem ein Stand bybzw. Notgenerator (30) antreibbar ist.
23. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem an die Brennstoffladeeinheit (11) über einen Reformer (31) ein Brennstoffzellenstack (32) angeschlossen ist.
24. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 18 bis 22, bei dem in einer Auslassleitung (33) der Gasturbine (6) eine siebte Wärmetauscheinheit (34) angeordnet ist, mittels der Wärmeenergie aus dem Abgas der Gasturbine (6) stromab der sechsten Wärmetauscheinheit (24) und stromauf des Einlasses der Dampfturbine (26) in den Wasserund Dampfkreislauf (25) derselben übertragbar ist.
25. Schiffsantrieb nach Anspruch 23, bei dem die siebte Wär metauscheinheit (34) als Kessel mit erdgasbetriebenem Zusatz feuer ausgerüstet ist.
26. Schiffsantrieb nach Anspruch 23 oder 24, bei dem in der siebten Wärmetauscheinheit (34) ein weiterer Heizkreislauf (35) mit Wärmeenergie aus dem Abgas der Gasturbine (6) ver sorgbar ist, wobei dieser Heizkreislauf (35) für die Aufbe reitung von Wasser, den Betrieb eines Schwimmbades, eine Kli maanlage, eine Wäscherei, die Nahrungsmittelzubereitung od. dgl. einsetzbar ist.
27. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 25, bei dem die Energieerzeugungsanlage (5) ein weiteres Stromnetz auf weist, welches als konventionelles 50 Hzoder 60 HzWechsel stromnetz (43) ausgebildet ist.
28. Schiffsantrieb nach Anspruch 26, bei dem das Gleichspan nungsnetz (40) der Energieerzeugungsanlage (5) über einen AC/DCUmformer (44) mit dem konventionellen 50 Hzoder 60 HzWechselstromnetz (43) verbunden ist.
29. Schiffsantrieb nach Anspruch 27, bei dem der AC/DC Umformer (44) einen oder mehrere rotierende Umformer auf weist.
30. Schiffsantrieb nach Anspruch 27, bei dem der AC/DC Umformer (44) einen oder mehrere statische Umformer aufweist.
31. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 29, bei dem zumindest ein zusätzlicher unabhängiger Dieselgeneratorsatz (36) vorgesehen ist.
32. Schiffsantrieb nach Anspruch 30, bei dem ein Dieselmotor (37) des zumindest einen Dieselgeneratorsatzes (36) an die Verbrennungsluftzuleitung (15) der Gasturbine (6) angeschlos sen ist.
33. Schiffsantrieb nach Anspruch 31, bei dem der Dieselmotor (37) des zumindest einen Dieselgeneratorsatzes (36) in den an die siebte Wärmetauscheinheit (34) angeschlossenen Heizkreis lauf (35) integriert ist.
Description:
Beschreibung Schiffsantrieb Die Erfindung bezieht sich auf einen Schiffsantrieb mit zu- mindest einem Elektromotor, zumindest einer Propulsionsanla- ge, die mittels dem zumindest einen Elektromotor antreibbar ist, und einer Energieerzeugungsanlage, mittels der der zu- mindest eine Elektromotor mit elektrischer Energie versorgbar ist und die eine Gasturbine als Antriebsmaschine und einen von der Gasturbine angetriebenen Generator zur Erzeugung e- lektrischer Energie aufweist.

Bei bekannten derartigen Schiffsantrieben, bei denen als An- triebsmaschine der Energieerzeugungsanlage eine Gasturbine dient, ist zwischen der Gasturbine und dem Generator jeweils ein Reduziergetriebe angeordnet, um eine Balance zwischen Drehzahl, Verdichtungsverhältnis, mechanischer Konstruktion und Wirkungsgrad zu optimieren. Hierbei ist das Getriebeüber- setzungsverhältnis um so größer, je höher die Drehzahl und je kleiner die Gasturbine ist. Hieraus ergibt sich eine erhebli- che Beeinträchtigung des Getriebewirkungsgrads, da dieser ex- ponentiell mit der Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses sinkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schiffsan- trieb der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei dem der Wirkungsgrad der Energieerzeugungsanlage erheblich erhöht und dessen Masse und Gewicht bei gleicher Antriebsleistung erheb- lich reduziert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gasturbine getriebefrei direkt mit dem Generator gekuppelt ist und dass der Generator als Synchronmaschine ausgebildet <BR> <BR> ist und eine HTSL (Hochtemperatursupraleiter) -Polwicklung auf- weist, die in einem von der Kryokühlanlage gekühlten Kryosta- ten angeordnet ist. Im Falle des erfindungsgemäßen Schiffsan-

triebs wird auf die üblicherweise für derartige Anwendungs- zwecke vorgesehenen Netzfrequenzen von 50 oder 60 Hz verzich- tet. Mit den erfindungsgemäßen schnelllaufenden Generatoren lassen sich aufgrund des Verzichts auf ein mechanisches Redu- ziergetriebe eine höhere Zuverlässigkeit, ein besserer Wir- kungsgrad, geringere Geräusche, weniger Masse, weniger Hilfs- betriebe, wie Ölkühler, Pumpen etc., und insgesamt geringere Kosten erzielen. Durch die Ausgestaltung des Generators als Synchronmaschine und dessen Ausrüstung mit einer HTSL-Pol- wicklung ist es möglich, den Generator mit einer für Schiffs- antriebe zweckmäßigen Leistung auszugestalten, die zwischen 2 MW und 100 MW üblicherweise liegt. Bei realisierbaren Abmes- sungen des Rotorteils des Generators können der Ankerstrombe- lag und die Luftspaltinduktion aufgrund des Vorhandenseins der HTSL-Polwicklung im gewünschten Ausmaß erhöht werden. Der als Synchronmaschine mit HTSL-Polwicklung ausgebildete Gene- rator des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs erzeugt im Gegen- satz zu einer permanent magneterregten Synchronmaschine die benötigte Blindleistung selbst, er hat eine höhere Ausnut- zungsziffer, sein Rotorteil kann kompakter gebaut werden. Mit einem derartigen Generator lassen sich Wirkungsgrade errei- chen, die oberhalb von 99 % liegen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Energieer- zeugungsanlage des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs zumin- dest zwei Gasturbinen aufweisen, die jeweils einem Generator zur Erzeugung elektrischer Energie zugeordnet sind.

Vorteilhaft ist die HTSL-Polwicklung an einem Rotorteil des Generators angeordnet. Um trotz der vergleichsweise geringen zur Kühlung zur Verfügung stehenden Oberfläche die Generator- leistung weiter zu erhöhen, ist es zweckmäßig, wenn der Gene- rator ein Ständerteil mit HTSL-Wicklungen aufweist, die in einem von der Kryokühlanlage gekühlten Kryostaten angeordnet sind. Erfindungsgemäß lassen sich so Luftspaltinduktionen er- reichen, die oberhalb von 2T liegen.

Aufgrund des höheren Ankerstrombelags, der erfindungsgemäß erreichbar ist, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs das Ständerteil des Genera- tors ohne Eisennuten ausgebildet werden. Es ist lediglich ein Eisenjoch für den magnetischen Rückschluss vorhanden.

Der Generator des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs kann an seinem Ständerteil bzw. Stator mehrere Wicklungen aufweisen, die geschwenkt ausgeführt sind. Wird der Generator wegen Ver- zichts auf die üblichen Netzfrequenzen von 50Hz bzw. 60 Hz mittels Gleichrichtern an ein Gleichspannungsnetz angeschlos- sen, so wird hierdurch auf der Gleichspannungsseite eine ge- ringe Welligkeit der Gleichspannung erzeugt.

Durch eine regelbare Erregung des Generators mit der HTSL- Polwicklung kann die Höhe der Gleichspannung eingestellt wer- den. Hierdurch kann die Qualität der Spannung des Gleichspan- nungskreises beeinflusst werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Schiffsantriebs ist dieser an Bord eines Flüssigerdgas-, Flüssigstickstoff-, Flüssigwasserstofftankers od. dgl. ange- ordnet, wobei in der Kryokühlanlage des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs als Kältemittel für deren kryogenes Kühlmit- tel Flüssigerdgas, Flüssigstickstoff, Flüssigwasserstoff od. dgl. einsetzbar ist. Als kryogene Kühlmittel kommen z. B.

Flüssighelium, Flüssigneon und Flüssigstickstoff in verdampf- ter Form in Betracht.

Es sei darauf verwiesen, dass Flüssigerdgas, Flüssigstick- stoff und Flüssigwasserstoff bei einem Druck von 1 bar eine Siedetemperatur von-162 Grad C, -196 Grad C bzw. -253 Grad C aufweisen ; die entsprechenden Siedetemperaturen von Flüssig- neon und Flüssighelium betragen-246 Grad C bzw. -269 Grad C.

Darüber hinaus kann die Gasturbine des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs mittels verdampftem Flüssigerdgas betrieben werden.

Die bei der Verdampfung des Flüssigerdgases anfallende Kälte- energie kann zweckmäßigerweise zur Kühlung weiterer Aggrega- te, z. B. des Ständerteils des Generators, von Umrichtern, Kühlanlagen für Gefriergut, Klimaanlagen etc. eingesetzt er- den.

Vorteilhaft sind dem Generator des erfindungsgemäßen Schiffs- antriebs Um-bzw. Gleichrichter, vorzugsweise Diodengleich- richter, nachgeordnet, mittels denen die im Bereich bis zu 400 Hz betragende hohe Erzeugungsfrequenz des Generators zur Ausbildung eines Gleichspannungsnetzes nutzbar ist. Die Er- zeugungsfrequenz des Generators kann beispielsweise 102 Hz, 131 Hz, 183 Hz, 208 Hz oder 375 Hz betragen.

Zweckmäßigerweise sind die Verbraucher über Wechselrichter an das Gleichspannungsnetz angeschlossen.

Wenn in einer Brennstoffzuleitung vom Flüssigbrennstofftank zur Gasturbine eine Wärmetauscheinheit angeordnet ist, ist es möglich, in dieser das kryogene Kühlmittel, z. B. Flüssig- stickstoff, der Kryokühlanlage durch den Flüssigbrennstoff zu kühlen. Es ist möglich, eine Gemischkältemaschine zu betrei- ben oder Wärmeschilde vorzusehen.

Vorteilhaft ist in der Brennstoffzuleitung vom Flüssigbrenn- stofftank zur Gasturbine eine zweite Wärmetauscheinheit vor- handen, in der der Gasturbine durch eine Verbrennungsluftzu- leitung zugeführte Verbrennungsluft durch den Flüssigbrenn- stoff kühlbar ist bzw. das Flüssigerdgas durch die Verbren- nungsluft erwärmbar ist.

Sofern in der Brennstoffzuleitung eine dritte Wärmetauschein- heit angeordnet ist, kann das Kühlmittel einer Kühlanlage für die Energieumwandlung durch diese gekühlt werden.

Durch eine weitere, vierte Wärmetauscheinheit kann das Kühl- mittel einer Kühlvorrichtung für Lebensmittel od. dgl. gekühlt werden.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Schiffsantriebs ist in der Brennstoffzuleitung vom Flüssigbrennstofftank zur Gasturbine eine fünfte Wärme- tauscheinheit angeordnet, mittels der ein dem Generator zuge- ordneter Kühlwasserkreislauf und/oder das Kühlmittel einer Klimaanlage od. dgl. kühlbar ist.

Durch eine sechste Wärmetauscheinheit kann der Brennstoff durch in einem Wasser-und Dampfkreislauf einer dem Generator zugeordneten Dampfturbine zwischen deren Aus-und Eingangs- seite rezirkulierenden Dampf bzw. Wasser erwärmt werden.

Vorteilhaft wird der Brennstoff über eine Brennstoffladeein- heit Brennern der Gasturbine zugeführt.

Für den Anfahrprozess oder wenn momentan keine Wärmetausch- einheiten zur Verfügung stehen, ist es zweckmäßig, wenn die Brennstoffladeeinheit durch einen Leitungsabzweig an die stromabwärtige Seite der zweiten Wärmetauscheinheit ange- schlossen ist, wobei in diesem Leitungsabzweig ein Überhitzer angeordnet ist, mittels dem der Brennstoff auf die zur Verbrennung in der Gasturbine geeignete Temperatur erhitzt werden kann.

Um eine einheitliche Brennstofflagerung zu realisieren ist es darüber hinaus zweckmäßig, wenn an die Brennstoffladeeinheit ein Gasmotor angeschlossen ist, mittels dem ein Stand by- bzw. Notgenerator antreibbar ist. Hierdurch kann der Anfahr- betrieb, der Stand by-Betrieb, z. B. der Hafenbetrieb, und der

Notbetrieb realisiert werden. Derartige Gasmotoren können mehrfach vorhanden sein.

Darüber hinaus kann ein Brennstoffzellenstack vorgesehen sein, für dessen Betrieb ebenfalls Erdgas verwendet werden kann und der die gleichen Aufgaben wie der Gasmotor überneh- men kann. zweckmäßigerweise ist in einer Auslassleitung der Gasturbine eine siebte Wärmetauscheinheit angeordnet, mittels der Wärme- energie aus dem Abgas der Gasturbine stromab der sechsten Wärmetauscheinheit und stromauf des Einlasses der Dampfturbi- ne in den Wasser-und Dampfkreislauf derselben übertragbar ist.

Diese siebte Wärmetauscheinheit kann vorteilhaft als Kessel mit erdgasbetriebenem Zusatzfeuer ausgerüstet sein, wobei dann für den Betrieb der siebten Wärmetauscheinheit der Be- trieb der Gasturbine nicht benötigt wird.

In der siebten Wärmetauscheinheit kann vorteilhaft ein weite- rer Heizkreislauf mit Wärmeenergie aus dem Abgas der Gastur- bine versorgt werden, wobei dieser Heizkreislauf für die Auf- bereitung von Wasser, den Betrieb eines Schwimmbades, eine Klimaanlage, eine Wäscherei, die Nahrungsmittelzubereitung od. dgl. einsetzbar ist.

Gemäß einer weiterer vorteilhaften Ausführungsform weist die Energieerzeugungsanlage des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs ein weiteres Stromnetz auf, welches als konventionelles 50 Hz-oder 60 Hz-Wechselstromnetz ausgebildet ist.

Das Gleichspannungsnetz der Energieerzeugungsanlage kann mit dem konventionellen 50 Hz-oder 60 Hz-Wechselstromnetz über einen AC/DC-Umformer verbunden sein.

Der AC/DC-Umformer kann einen oder mehrere rotierende oder statische Umformer aufweisen.

Wenn der erfindungsgemäße Schiffsantrieb über einen zusätzli- chen unabhängigen Dieselgeneratorsatz als Antriebseinheit seiner Stromversorgung verfügt, ist es vorteilhaft, wenn der Dieselmotor des zumindest einen Dieselgeneratorsatzes an die Verbrennungsluftzuleitung der Gasturbine angeschlossen ist.

Darüber hinaus kann der Dieselmotor des zumindest einen Die- selgeneratorsatzes in den an die siebte Wärmetauscheinheit angeschlossenen Heizkreislauf integriert sein.

Grundsätzlich ist es möglich, flüssiges bzw. verdampftes Erd- gas, flüssigen bzw. gasförmigen Wasserstoff, flüssigen bzw. gasförmigen Stickstoff od. dgl. als Kältemittel bzw. Brenn- stoff einzusetzen, sofern der erfindungsgemäße Schiffsantrieb an Bord eines Schiffes mit einem entsprechenden Flüssigbrenn- stofftank angeordnet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zei- gen : FIG 1 eine prinzipielle Darstellung einer Energieerzeugungs- anlage einer ersten Ausführungsform eines erfindungsge- mäßen Schiffsantriebs ; FIG 2 eine im Vergleich zu FIG 1 abgewandelte Ausführungsform der Energieerzeugungsanlage des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs ; FIG 3 eine erste Ausführungsform eines elektrischen Netzes des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs ; und FIG 4 eine im Vergleich zu FIG 3 abgewandelte Ausführungsform des elektrischen Netzes des erfindungsgemäßen Schiffs- antriebs.

Ein anhand der FIG 1 bis 4 in mehreren alternativen Ausfüh- rungsformen dargestellter erfindungsgemäßer Schiffsantrieb hat, wie sich aus den FIG 3 und 4 ergibt, zwei Elektromotoren 1, 2, von denen-in den dargestellten Ausführungsformen- jeder eine als Schiffspropeller 3 bzw. 4 ausgebildete Propul- sionsanlage antreibt.

Die Versorgung der Elektromotoren 1, 2 mit elektrischer Ener- gie wird bei der in FIG 1 gezeigten Ausführungsform des er- findungsgemäßen Schiffsantriebs mittels einer Energieerzeu- gungsanlage 5 gewährleistet, die als Antriebsmaschine eine Gasturbine 6 aufweist.

Die Gasturbine 6 ist getriebefrei direkt mit einem Rotorteil eines Generators 7 verbunden.

Der Generator 7 hat an seinem Rotorteil eine HTSL- (Hoch- temperatursupraleiter) -Polwicklung, die in einem Kryostaten angeordnet ist, der seinerseits mittels einer in FIG 1 ledig- lich prinzipiell dargestellten Kryokühlanlage 8 gekühlt wird.

Bei dem in FIG 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Schiffsan- triebs ist dieser Bestandteil eines Flüssigerdgastankers mit einem Flüssigerdgastank 9. Als Brennstoff für die Gasturbine 6 dient aus dem Flüssigerdgastank 9 entnommenes zunächst flüssiges Erdgas.

Alternativ ist es selbstverständlich möglich, dass flüssiger Wasserstoff anstelle flüssigen Erdgases als Brennstoff einge- setzt wird.

Wie vorstehend bereits erwähnt, wird im Falle des in FIG 1 gezeigten Ausführungsbeispiels die Gasturbine 6 mit Erdgas befeuert, das aus dem Flüssigerdgastank 9 entnommen wird.

Hierzu wird das flüssige Erdgas durch eine Brennstoffzulei- tung 10 einer Brennstoffladeeinheit 11 zugeführt, mittels der das Erdgas Brennern 12 der Gasturbine 6 zuleitbar ist.

In der Brennstoffzuleitung 10 wird das flüssige Erdgas mit- tels im folgenden zu beschreibender Vorrichtungsteile ver- dampft, wobei die anfallende Kälteenergie außer zum Betrieb der Kryokühlanlage 8 noch zur Kühlung weiterer Aggregate, z. B. des Ständerteils des Generators 7, von Umrichtern, Kühl- anlagen für Gefriergut, Klimaanlagen etc. eingesetzt wird.

Nahe ihres flüssigerdgastankseitigen Endes ist in der Brenn- stoffzuleitung 10 eine erste Wärmetauscheinheit 13 vorgese- hen, in der das Kältemittel der Kryokühlanlage 8, bei dem es sich beispielsweise um Flüssigstickstoff handeln kann, durch das Flüssigerdgas kühlbar ist.

In Strömungsrichtung des Erdgases stromab der ersten Wärme- tauscheinheit 13 ist in der Brennstoffzuleitung 10 eine zwei- te Wärmetauscheinheit 14 angeordnet, die in eine Verbren- nungsluftzuleitung 15 integriert ist, durch die hindurch Verbrennungsluft zu einem Lufteinlass eines Verdichters 16 der Gasturbine 6 geleitet wird. In der zweiten Wärmetausch- einheit 14 wird die Verbrennungsluft, die bei ihrem Eintritt in die-Verbrennungsluftzuleitung 15 zwischen-40 Grad C und +40 Grad C temperiert ist, zur Erwärmung des Erdgases ge- nutzt.

Stromab der zweiten Wärmetauscheinheit 14 ist in der Brenn- stoffzuleitung eine dritte Wärmetauscheinheit 17 angeordnet, mittels der das Kühlmittel einer in FIG 1 lediglich prinzi- piell gezeigten Kühlanlage 18 für die Energieumwandlung bzw.

- konversion kühlbar ist.

Stromab der dritten Wärmetauscheinheit 17 ist innerhalb der Brennstoffzuleitung 10 eine vierte Wärmetauscheinheit 19 an- geordnet, mittels der das Kühlmittel einer in FIG 1 lediglich prinzipiell dargestellten Kühlvorrichtung 20 für Lebensmittel od. dgl. kühlbar ist.

In einer stromab der vierten Wärmetauscheinheit 19 in der Brennstoffzuleitung 10 angeordneten fünften Wärmetauschein- heit 21 ist eine Kühlwasserkreislaufanlage 22 kühlbar, wobei zu dieser Kühlwasserkreislaufanlage 22 ein dem Generator 7 zugeordneter Kühlwasserkreislauf 23 gehört. Die übrige Kühl- wasserkreislaufanlage 22 ist in FIG 1 lediglich prinzipiell dargestellt und kann beispielsweise Bestandteil einer Klima- anlage od. dgl. sein.

In einer stromab der fünften Wärmetauscheinheit 21 in der Brennstoffzuleitung 10 angeordneten sechsten Wärmetauschein- heit 24 wird das Erdgas weiter erwärmt. Diese sechste Wärme- tauscheinheit 24 ist in einen Wasser-und Dampfkreislauf 25 integriert, der eine Dampfturbine 26 antreibt, die ebenfalls auf das Rotorteil des Generators 7 arbeitet. In diesem Was- ser-und Dampfkreislauf 25 ist die sechste Wärmetauscheinheit 24 in Strömungsrichtung des Dampfes bzw. Wassers zwischen der Ausgangsseite und der Eingangsseite der Dampfturbine 26 ange- ordnet. In dieser sechsten Wärmetauscheinheit 24 wird das Erdgas auf eine für die Verbrennung taugliche Temperatur ge- bracht. Die sechste Wärmetauscheinheit 24 kann als Kondensa- tor der Dampfturbine 26 ausgeführt sein. Von der sechsten Wärmetauscheinheit 24 gerät das Erdgas in die den Brennern 12 vorgeschaltete Brennstoffladeeinheit 11. Die Brennstofflade- einheit 11 ist durch einen Leitungsabzweig 27 mit dem stromab der zweiten Wärmetauscheinheit 14 angeordneten Abschnitt der Brennstoffzuleitung 10 verbunden. In dem Leitungsabzweig 27 ist ein Überhitzer 28 angeordnet, mittels dem das Erdgas auch dann auf die zur Verbrennung in der Gasturbine 6 geeignete Temperatur erhitzbar ist, wenn die vorstehend geschilderte Anlage angefahren wird oder wenn momentan keine Wärmetausch- einheit zur Verfügung steht.

An die Brennstoffladeeinheit 11 ist außer den Brennern 12 der Gasturbine 6 ein Gasmotor 29 angeschlossen, der beispielswei- se eine Leistung bis zu 2 MW aufweisen kann und welcher einen Stand by-bzw. Notgenerator 30 antreibt, der für den Anfahr-

betrieb, den Stand by-Betrieb, z. B. den Hafenbetrieb, und den Notbetrieb vorgesehen ist. Selbstverständlich können auch mehrere derartiger Gasmotoren 29 vorgesehen sein.

Außerdem ist bei dem in FIG 1 gezeigten Ausführungsbeispiel über einen Reformer 31 ein Brennstoffzellenstack 32 an die Brennstoffladeeinheit 11 angeschlossen, der ebenfalls Erdgas verwendet und der beispielsweise die gleichen Aufgaben wie der Gasmotor 29 übernehmen kann.

Wenn, wie vorstehend bereits beschrieben, anstelle des Flüs- sigerdgases Flüssigwasserstoff eingesetzt wird, kann der dem Brennstoffzellenstack 32 vorgeschaltete Reformer 31 entfal- len.

In einer Auslassleitung 33 der Gasturbine 6 ist eine siebte Wärmetauscheinheit 34 angeordnet. In dieser siebten Wärme- tauscheinheit 34, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Dampferzeuger ausgebildet ist, wird Wärmeenergie aus dem Abgas der Gasturbine 6 zur Dampferzeugung im der Dampfturbine 26 zugeordneten Wasser-und Dampfkreislauf 25 eingesetzt.

Die siebte Wärmetauscheinheit 34 ist innerhalb des Wasser- und Dampfkreislaufs 25 der Dampfturbine 26 stromab der sechs- ten Wärmetauscheinheit und stromauf des Einlasses der Dampf- turbine 26 angeordnet. Die siebte Wärmetauscheinheit bzw. der Dampferzeuger 34 kann auch als Kessel mit Zusatzfeuer ausge- rüstet sein, wobei als Brennstoff ebenfalls Erdgas verwendet werden kann und der Betrieb der Gasturbine 6 nicht benötigt wird.

Die siebte Wärmetauscheinheit 34 kann, wie im in FIG 1 ge- zeigten Ausführungsbeispiel, dazu dienen, einen weiteren Heizkreislauf 35 mit Wärmeenergie aus dem Abgas der Gasturbi- ne 6 zu versorgen. Dieser Heizkreislauf 35 kann für eine Vielzahl von Anwendungszwecken eingesetzt werden, z. B. für die Aufbereitung von Wasser, den Betrieb eines Schwimmbades,

eine Klimaanlage, eine Wäscherei, für den Küchenbetrieb od. dgl.

Der Generator 7 kann an seinem Ständerteil ebenfalls HTSL- Wicklungen aufweisen, deren Kryostat ebenfalls mittels der Kryokühlanlage 8 gekühlt werden kann.

Der Generator 7 kann an seinem Stator bzw. Ständerteil mehre- re Wicklungen haben, welche geschwenkt ausgeführt sind. Hier- durch wird auf der Gleichspannungsseite eine geringe Wellig- keit der Gleichspannung erzeugt. Die Höhe der Gleichspannung wird durch die Regelung der Erregung des als Synchronmaschine ausgebildeten Generators 7 eingestellt. Hierdurch kann die Qualität der Spannung des Gleichspannungskreises beeinflusst werden.

Die in FIG 2 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs unterscheidet sich von der in FIG 1 gezeigten Ausführungsform im wesentlichen dadurch, dass zumindest ein zusätzlicher unabhängiger Dieselgeneratorsatz 36 vorgesehen ist. Ein derartiger Dieselgeneratorsatz 36 kann, wie der Gas- motor 29 der Ausführungsform gemäß FIG 1, z. B. für den An- fahrbetrieb, den Stand by-Betrieb und den Notbetrieb einge- setzt werden. Bei dieser Ausführungsform ist ein zusätzlicher Dieseltreibstofftank erforderlich. Der Brennstoffzellenstack 32 bzw. der Gasmotor 29 können trotzdem vorgesehen sein.

Ein Dieselmotor 37 des Dieselgeneratorsatzes 36 ist bei der in FIG 2 gezeigten Ausführungsform an die Verbrennungsluftzu- leitung 15 der Gasturbine 6 angeschlossen.

Des weiteren ist der Dieselmotor 37 in den an die siebte Wär- metauscheinheit 34 angeschlossenen Heizkreislauf 35 integ- riert. Einerseits wird hierdurch die Verlustwärme des Diesel- motors 37 bei Betrieb desselben im Heizkreislauf 35 nutzbar.

Andererseits kann der Dieselmotor 37 im Stand by-Betrieb vor- gewärmt werden.

Bei dem in FIG 3 gezeigten elektrischen Netz des Schiffsan- triebs sind zwei Generatoren 7 vorgesehen, die gleichermaßen mittels einer kombinierten Gas-und Dampfturbinenanlage 38 betrieben werden. Da der Generator 7 aufgrund dessen eine hö- here Frequenz als üblich erzeugt, ist ihm ein Um-bzw.

Gleichrichter 39 zugeordnet, der als Diodengleichrichter aus- gebildet ist. Dieser speist das Gleichspannungsnetz 40 bzw. die elektrische Fahranlage des Schiffsantriebs.

Daran angeschlossene Verbraucher bzw. Betriebsmittel, z. B. die Elektromotoren 1, 2 der Schiffspropeller 3,4, werden ü- ber Wechselrichter 41,42 aus dem Gleichspannungsnetz 40 ge- speist.

Ein Gasmotor kann zusätzlich an das Gleichspannungsnetz 40 angeschlossen werden, wobei ebenfalls ein Umrichter zum Ein- satz kommt.

Mittels der Wechselrichter, beispielsweise der den Elektromo- toren 1, 2 zugeordneten Wechselrichter 41,42, wird die Gleichspannung des Gleichspannungsnetzes 40 in eine von den Verbrauchern benötigte Wechselspannung gleicher oder verän- derbarer Frequenz umgeformt.

Bei der in FIG 4 gezeigten Ausführungsform des elektrischen Netzes des erfindungsgemäßen Schiffsantriebs weist die Ener- gieerzeugungsanlage 5 zusätzlich zu dem Gleichspannungsnetz 40 ein konventionelles 50 Hz-oder 60 Hz-Wechselstromnetz 43 auf. Das Gleichspannungsnetz 40 kann auch bei der in FIG 4 gezeigten Ausführungsform mehrere kombinierte Gas-und Dampf- turbinenanlagen 38 aufweisen. Das Wechselstromnetz 43 wird bei der in FIG 4 gezeigten Ausführungsform mittels zweier Dieselgeneratorsätze 36 gespeist.

Das Gleichspannungsnetz 40 der Energieerzeugungsanlage 5 ist bei dem in FIG 4 gezeigten Ausführungsbeispiel über einen AC/DC-Umformer 44 mit dem konventionellen Wechselstromnetz 43 verbunden. Der AC/DC-Umformer 44 kann einen oder mehrere ro- tierende oder statische Umformer aufweisen.