JP2007326391A - 船舶推進システム - Google Patents

Abstract

【課題】最適な機器構成で省エネルギー効率の高く、様々な運転状況に対応可能な船舶推進システムを提供する。
【解決手段】過給機付き主機とプロペラを推進軸で連結し、前記推進軸に軸発電装置を設けた船舶推進システムにおいて、前記主機の過給機に余剰排気エネルギーを回収して発電する発電機を取り付け、前記発電機を船内電源系統に接続しているので、排ガスエコノマイザーや蒸気タービンを設置することなく、排ガスからエネルギー回収ができる。したがって、軸発電装置の省エネルギー効果に加え、少ない機器構成でより高い省エネルギー効果が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は船舶の省エネルギー化が可能な船舶推進システムに関する。

従来の船舶推進システムは例えば特許文献１，２に開示されている。特許文献１では、主機の排ガスにより作動される過給機の回転軸に第１発電電動機を接続し、主機の推進軸に減速機を介して第２発電電動機を接続し、第１、第２発電電動機を互いに電気的に接続した構成が提案されている。特許文献２では、排ガスエコノマイザー過熱蒸気で推進加勢タービンを運転し、減速機を介して推進力を供給する構成が提案されている。
特公昭６３−５５６５号公報 特公昭６１−５５６０２号公報

通常、船舶の省エネルギー化として、主機に軸発電装置を取り付ける方法、排ガスエコノマイザーで蒸気を発生させタービンを駆動し，発電や推進加勢する方法、あるいは主機の過給機に発電機を取り付け発電する方法が提案されている。
しかし、これらの方法はいずれも省エネルギー効果に対して設置機器の増大によるコスト高や設置スペース、メンテナンスコストの点から一般的に普及するに至っていない。

従来の船舶推進システムは、図４に示すように主機１の過給機４に第１発電電動機５１を設置し、この第１発電電動機５１と推進軸３に減速機６を介して設置された第２発電電動機５２とを電気的に接続している。主機１が低負荷でプロペラ２を回転する時は第２発電電動機５２で発電した電力で第１発電電動機５１を駆動し過給機４を加勢し、主機１が定格運転でプロペラ２を回転する時は第１発電電動機５１で発電した電力で第２発電電動機５２を駆動し、主機１を加勢するものである（特許文献１参照）が、一般に過給機回転数は数万回転で運転され、主機回転数は数十回転の低速度で運転されるため、回転数を合わせるためには多段の減速機が必要となり、設置スペースとメンテナンスコストの増大を招き、信頼性が低下することになる。

また、他の従来の船舶推進システムは、図５に示すように排ガスエコノマイザー７で発生した余剰蒸気で推進タービン９を駆動し、減速機６を介してプロペラ２へ推進力を加勢している（特許文献２参照）が、主機１の回転数は数十回転の低速度で運転されるため、回転数を合わせるためには多段の減速機が必要となり、設置スペースとメンテナンスコストの増大を招くことになる。また、主機１の回転数の変化時に、排ガスエコノマイザー７の発生蒸気量の細かな制御は困難で、推進加勢タービン９の回転数を追従させることは難しく、さらに減速機６に大きな負荷がかかる場合があり、信頼性が低下することになる。なお、５は発電機、８は蒸気タービンである。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その課題は最適な機器構成で省エネルギー効率が高く、様々な運転状況に対応可能な船舶推進システムを提供することにある。

上記課題を達成するために、請求項１記載の発明は、過給機付き主機とプロペラを推進軸で連結し、前記推進軸に軸発電装置を設けた船舶推進システムにおいて、前記主機の過給機に余剰排気エネルギーを回収して発電する発電機を取り付け、前記発電機を船内電源系統に接続することを特徴とする。

請求項１記載の発明によると、軸発電装置の省エネルギー効果に加え、排ガスエコノマイザーや蒸気タービンを設置することなく、排ガスからエネルギー回収できるので、少ない機器構成でより高い省エネルギー効果が得られる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の船舶推進システムにおいて、前記主機の過給機に取り付ける発電機は、過給機軸に直結した高速発電機で、この高速発電機は周波数変換装置を介して船内電源系統に接続することを特徴とする。

請求項２記載の発明によると、主機過給機同軸上に高速発電機を直結した構造であるので、過給機と発電機の間に減速機が不要となり、機器設置スペースの削減と減速機のメンテナンスコストを低減することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の船舶推進システムにおいて、前記主機の過給機に取り付ける発電機は、前記主機起動時に軸発電装置と船内電源系統の両方、又はどちらか一方から電力供給を受けてモータとして駆動することが可能であることを特徴とする。

請求項３記載の発明によると、主機起動時の排ガスエネルギーが小さい場合や低負荷時で、過給機の過給が不足している状態において、発電機をモータとして駆動することで過給を加勢できるので、通常行われる補助ブロワーでの送風量が削減でき、補助ブロワーの台数・容量を削減することができる。また、過給機直結の高速発電機の場合は回転周波数を周波数変換装置で可変できるので、主機の必要過給量や過給圧の変化に容易に追従できる。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３記載のいずれかの船舶推進システムにおいて、前記軸発電装置の発電出力と前記過給機に取り付けた発電機の発電出力を前記主機の負荷状況に応じて調整可能としたことを特徴とする。

請求項４記載の発明によると、荒天時などに推進力や過給が必要になった場合に、軸発電装置の発電出力と過給機に設置した発電機の発電出力を調整することで、推進軸の出力を大きくすることができる。また過給機の過給量、過給圧を可変することができ、安定した航行をすることができる。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４記載のいずれかの船舶推進システムにおいて、前記軸発電装置は、前記過給機の余剰排気エネルギーを回収して得られた発電出力と前記船内電源系統の両方、又はどちらか一方から前記周波数変換装置を介して電力供給を受けてモータとして駆動し推進加勢することを特徴とする。

請求項５記載の発明によると、荒天時などに推進力が必要になった場合に、軸発電装置をモータとして駆動し主機を加勢できるので、推進軸の出力を大きくすることができ、主機の加勢に減速機が不要で機器設置スペースの削減とメンテナンスコストの低減ができる。また、軸発電装置の回転周波数は周波数変換装置で可変できるので主機の回転周波数変化に容易に追従できるため、安定した航行をすることができる。

請求項６記載の発明は、請求項３ないし請求項５記載の船舶推進システムにおいて、船舶推進用電源系統と船内電源系統とを切り離すことが可能であることを特徴とする。
請求項６記載の発明によると、推進用電源系統と船内電源系統を任意に切り離すことができるので、軸発電装置もしくは過給機に取り付けた発電機の出力変動が大きい場合でも、船内電源は安定した状態を保つことができる。

本発明によれば、最適な機器構成で省エネルギー効率が高く、様々な運転状況に対応可能な船舶推進システムを提供することができる。

以下、本発明の最良の実施形態を、図を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の構成図である。
図に示すように、本実施形態である船舶推進システムは、主機１とプロペラ２は推進軸３により連結され、推進軸３には軸発電装置１０が設置されている。主機１には主機排ガスで駆動する過給機４が設置され、過給機４には減速機６を介して発電機５が設置されている。軸発電装置１０の発電電力は周波数変換装置１１で船内周波数に変換し、遮断器１３を通じて船内電源系統１４に供給するように接続されている。同期調相機１２は軸発電装置１０の出力電圧と周波数を調整する。

本実施形態の船舶推進システムは、上記のように構成されているので、軸発電装置の省エネルギー効果に加え、排ガスエコノマイザーや蒸気タービンを設置することなく、排ガスからエネルギー回収でき、これにより高い省エネルギー効果が得られる。

図２は本発明の第２の実施形態の構成図である。
図に示すように、本実施形態である船舶推進システムが上記図１の第１の実施形態と異なる構成は、過給機４に高速発電機１７が直結され、発電電力は周波数変換装置１８で船内周波数に変換し、遮断器１３を通じて船内電源系統１４に接続する点であり、その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

本実施形態は上記のように構成されているので、第１の実施形態と同様の効果に加え、過給機と高速回転機の間に減速機が不要となり、機器設置スペースの削減と減速機のメンテナンスコストを低減することができる。

本発明の第３の実施形態は図１もしくは図２において、主機起動時や低負荷時に排ガス量が少なく、過給機による過給が十分ではない状態において、軸発電装置１０で発電した電力と船内電源系統１４の両方、又はどちらか一方からの電力を発電機５または高速発電機１７に供給し、モータリングして過給機４を加勢する。高速発電機１７に電力供給する場合は、周波数変換装置１８で所望の回転周波数に変換して過給機４を加勢する。

本実施形態は上記のように構成されているので、主機起動時の排ガスエネルギーが小さい場合や低負荷時で、過給機の過給が不足している状態において、過給機に設置した発電機をモータとして駆動することで過給を加勢できる。従って、通常行われる補助ブロワーでの送風量が削減でき、補助ブロワーの台数・容量を削減することができる。また、高速発電機をモータリングする場合は、回転周波数を周波数変換装置で可変できるので、主機の必要過給量や過給圧の変化に容易に追従できる。

図３は本発明の第４の実施形態の構成図である。
図において、本実施形態である船舶推進システムが上記図１の第１の実施形態と異なる構成は、軸発電装置１０の周波数変換装置１１と高速発電機１７の周波数変換装置１８は主機センサー１９の信号により常に最適な出力となるよう発電量を制御する点であり、その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。

本実施形態は上記のように構成されているので、荒天時などに推進力や過給が必要になった場合に、軸発電装置の発電出力と過給機に設置した発電機の発電出力を調整することで、推進軸の出力、または過給機の過給量や過給圧を可変することができ、安定した航行をすることができる。

本発明の第５の実施形態は図１もしくは図２において、発電機５もしくは高速発電機１７で発電した電力と船内電源系統１４の両方、又はどちらか一方の電力を周波数変換装置１１で主機の回転周波数に変換して給電し、軸発電装置１０をモータリングし、主機１を加勢する。

本実施形態は上記のように構成されているので、荒天時などに推進力が必要になった場合に、軸発電装置をモータとして駆動し主機を加勢できるので、推進軸の出力を大きくすることができ、主機の加勢に減速機が不要で機器設置スペースの削減とメンテナンスコストの低減ができる。また、軸発電装置の回転周波数は周波数変換装置で可変できるので、主機の回転周波数変化に容易に追従できるため、安定した航行をすることができる。

本発明の第６実施形態は図１から図３において、遮断器１３を開放し、軸発電装置１０および発電機５もしくは高速発電機１７の推進用電源系統と船内電源系統１４を切り離す。

本実施形態は上記のように構成されているので、軸発電装置もしくは過給機に取り付けた発電機の出力変動が大きい場合でも、船内電源は安定した状態を保つことができる。

本発明の第１の実施形態の構成図。 本発明の第２の実施形態の構成図。 本発明の第４の実施形態の構成図。 従来の船舶推進システムの構成図。 従来の他の船舶推進システムの構成図。

符号の説明

１…主機、２…プロペラ、３…推進軸、４…過給機、５，５１，５２…発電機、６…減速機、７…排ガスエコノマイザー、８…発電タービン、９…推進加勢タービン、１０…軸発電装置、１１…周波数変換装置、１２…同期調相機、１３…遮断器、１４…船内電源系統、１５…主発電機、１６…船内負荷、１７…高速発電機、１８…周波数変換装置、１９…主機センサー。

Claims (6)

1. 過給機付き主機とプロペラを推進軸で連結し、前記推進軸に軸発電装置を設けた船舶推進システムにおいて、前記主機の過給機に余剰排気エネルギーを回収して発電する発電機を取り付け、前記発電機を船内電源系統に接続することを特徴とする船舶推進システム。
2. 請求項１記載の船舶推進システムにおいて、前記主機の過給機に取り付ける発電機は、過給機軸に直結した高速発電機で、この高速発電機は周波数変換装置を介して船内電源系統に接続することを特徴とする船舶推進システム。
3. 請求項１または請求項２記載の船舶推進システムにおいて、前記主機の過給機に取り付ける発電機は、前記主機起動時に軸発電装置と船内電源系統の両方、又はどちらか一方から電力供給を受けてモータとして駆動することが可能であることを特徴とする船舶推進システム。
4. 請求項１ないし請求項３記載のいずれかの船舶推進システムにおいて、前記軸発電装置の発電出力と前記過給機に取り付けた発電機の発電出力を前記主機の負荷状況に応じて調整可能としたことを特徴とする船舶推進システム。
5. 請求項１ないし請求項４記載のいずれかの船舶推進システムにおいて、前記軸発電装置は、前記過給機の余剰排気エネルギーを回収して得られた発電出力と前記船内電源系統の両方、又はどちらか一方から前記周波数変換装置を介して電力供給を受けてモータとして駆動し推進加勢することを特徴とする船舶推進システム。
6. 請求項３ないし請求項５記載の船舶推進システムにおいて、船舶推進用電源系統と船内電源系統とを切り離すことが可能であることを特徴とする船舶推進システム。

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