JP3902157B2

JP3902157B2 - 船舶推進装置＿

Info

Publication number: JP3902157B2
Application number: JP2003160029A
Authority: JP
Inventors: 泰樹近田
Original assignee: 檜垣造船株式会社
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: JP2004359112A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主機関とプロペラ軸との間に発電及び駆動を行うことができる駆動発電機を介在させることにより、主機関なしで低速又は一時的な推進を可能とすると共に省エネ航行できるようにした船舶推進装置_に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より主機関を備えた船舶に、船舶推進用の補助エンジンを備えれば、主機関なしで一時的な推進が可能であることは当然知られている。
【０００３】
しかし、通常船舶に使用されている船用エンジンは、相当頑丈で、定期的な保守点検をしていれば、ほとんど故障することは考えられず、船舶推進用の補助エンジンは不要であると考えられるところである。仮に補助エンジンを設ける場合には、動力伝達軸の切換え装置が必要で、相当大掛りで、かつ高価な装置となる。
【０００４】
ところが、国際的なテロ活動が散見されるような時代において、船舶主機関のオーバホールのとき、寄港先で突然の港湾事故が生じ得ることを想定しなければならない場合がある。この場合、主機関は停止しているので、タグボートで航行するしかなく、タグボートが来るまでに炎上してしまう可能性がある。特に、船舶が石油又はガスのような燃焼物或いは爆発物を搭載しているような場合、被害が益々拡大する可能性がある。
【０００５】
そこで、重要船舶にあっては緊急避難等を目的として、前述補助エンジンを搭載することが考えられる。しかしながら、補助エンジンは前記の理由で、その設置が困難である。しかも、敢えて通常の補助エンジンを搭載した場合には、他に利用できず、もしもの事故が起こらない限り宝のもちぐされである。しかも、この補助エンジンは、使用しなくても、定期的な保守点検が必要で、それに要する費用も必要となる。
【０００６】
一方、近年、自動車をはじめ、エネルギー効率上昇を目的としてハイブリッド自動車が提案され、また船舶の分野でもハイブリッド式電源装置が提案されている。従来のハイブリッド式電源装置としては、例えば特許公開平１０−１４４３２７号公報に示されるものの例がある。これは、燃料電池と二次電池（鉛電池）とを併設して、燃料電池に対する負荷要求の平準化をはかろうとするものである。
【０００７】
このように、船舶では、エネルギー効率を高めようとする指向も強く、前記の緊急避難の必要性に加えて、これら目的に沿った船舶推進装置の必要性を伺うことができる。
【０００８】
【特許文献１】
特許公開平１０−１４４３２７号公報、第１頁
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑みて、構成簡易にして安価に製造でき、他の電源装置と連系させて多機能に利用できる軸駆動発電機を採用することにより、主機関が作動不能な状態であっても、自ら緊急避難も可能な船舶推進装置_を提供することを目的とする。
【００１０】
また、前記軸駆動発電機を他の電源装置と連系することにより、主機関利用可能なときでも、より効率的な運用を行うことができる船舶推進装置_を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することができる本発明の船舶推進装置は、主機関と、該主機関と直接結合されて動力断接を行うクラッチと、該クラッチの出力軸に直結されるプロペラ軸及びプロペラを有し、前記出力軸の途中には、この出力軸に直線的に連結される回転子を備えて、発電又は空転或いは動力補助を行う軸駆動発電機を設け、前記軸駆動発電機を電力中央連系盤に接続すると共に、この電力中央連系盤に前記クラッチを断とした上で前記軸駆動発電機を低速駆動するディーゼル駆動による複数の小型発電機を備えた電源装置を接続したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の船舶推進装置では、主機関に対しクラッチを介して接続される軸駆動発電機が介在され、これは、他の電源装置、例えば小型発電機や蓄電装置とも接続される電力中央連係盤と接続される。
【００１３】
電力中央連系盤は、指令のモードに従って、接続機器、即ち他の電源装置や船内電力負荷、そして軸駆動発電機を連系制御する。この連系制御の方式は、通常の電力連系方式に寄るもので、例えば交直変換や電力交換を行うものであり、交直又は電圧変換のインバータを中心として、接続機器間で電力交換を行うものである。
【００１４】
電力中央連系盤を介しての一制御例を示すと、軸駆動発電機を発電機として作用させ、主機関のプロペラ駆動の回転力で発電し、発電電力を蓄電し、或いは船内負荷に利用することができる。また、クラッチを断として主機関を切り離し、主機関なしでプロペラを回転駆動できる。ただし、通常、蓄電或いは小型発電機の出力は、主機関の出力の数分の１であるので、その範囲で低速航行するとき利用できる。
【００１５】
前記プロペラを回転させて船舶推進するとき、該プロペラの軸回転数は一定値以上必要である。このため、低速航行では、プロペラ軸の回転速度を調節するために変速機構を設ける必要がある。変速機構は、ギヤに代えて、プロペラのピッチ可変で対処するのが好ましい。構成容易で制御容易だからである。ピッチ可変のプロペラでは、低出力のとき、回転数はそのままでピッチ小として対応できる。
【００１６】
ピッチ可変のプロペラを用い、他の電源装置として小型発電機や蓄電装置を共に備え、前記電力中央連系盤に、これら全ての機器を接続連系して制御するとき、各種モードに応じて多様な制御を行うことができる。燃料電池を用いてのハイブリッド化も可能である。
【００１７】
多種モードとしては、例えば、通常モード、ハイブリッドモード、緊急モードの例がある。
【００１８】
通常モードでは、主機関を回転させて、発電を行うことができる。発電時期及び発電量は、他の電源装置と負荷の量に応じて適宜連係制御すれば良い。十分な量の発電を行うことができるので、船内負荷用の小型発電機の容量を極力小さくすることも可能であり、その保守、点検を船舶航行中に行うこと等も可能である。
【００１９】
固定ピッチプロペラでは、ハーバースピードテーブルにおけるデッドスロー未満での主機関の運転は、トルク不足で運転できず、主機関の起動及び停止を繰り返すか、タグボートで曳航するしかない。これに対し、本発明では、固定ピッチプロペラでも、軸駆動発電機をモータとして作用させ、本来デッドスロー未満で主機関の運転できない低速での航行が可能である。
【００２０】
ハイブリッドモードでは、通常航海中に発電して、そのエネルギーを蓄電しておき、港に入ってから５ノット程度の低速航行中に蓄電電力を用いてピッチ小とされたプロペラを回転し、低速航行し、省エネ運転できる。さらには、船に小型の風力発電機を備え、その発電電力でプロペラ回転し、推進することもできる。
【００２１】
緊急モードでは、故障やオーバホール等の理由で主機関が利用不能のとき、他の電源装置の電力を用いて低速航行することができる。主機関故障の場合には、自力で港に戻ることができ、位置を適切に保ちながら救助を求めることができる。また港で火災が発生したようなときは、自力で避難することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１、図２、図３は、本発明の一実施の形態に係る船舶推進装置の構成部材の配置を示す側面図及び平面図並びに断面図である。ただし、図２は、主機関及び小型発電機のみを示している。また図３の断面図は、図１のＦ３−Ｆ３に沿った方向から、主機関を含めた適宜の位置の断面で示している。
【００２３】
図示のように、船底ＢＤの船尾には、主機関１が配置され、油圧駆動の摩擦クラッチ２が配置されている。
【００２４】
前記摩擦クラッチ２の後段には、軸駆動発電機３が配置され、その出力端は、プロペラ軸４と直結され、プロペラ軸４の軸端には、可変ピッチプロペラ５が固定されている。
【００２５】
前記軸駆動発電機３は、その軸を回転子として軸発電機又は推進用モータとして駆動可能とされており、電力中央連系盤６を介して、その他の電源、即ちディーゼル駆動による第１、第２の小型発電機７、８及び蓄電設備９と接続されている。蓄電設備９は、本発明の必須要件ではないが、その設置により、より高度のハイブリッド化が可能となる。その高度性を示すため、本実施の形態では、これを含めた例で示す。
【００２６】
前記電力中央連系盤６は、力率改善用の軸駆動発電機用同期調相機１０と、軸駆動発電機用周波数変換器盤１１、主機関監視盤１２、主配電盤１３を含み、主配電盤１３には、船内負荷が接続されている。本発明では、前記軸駆動発電機３が制御主体となるので、ここでは、これらを総称して電力中央連系盤６と称するものとする。
【００２７】
前記第１及び第２の小型発電機７、８と、蓄電設備９と、周波数変換器盤１１は、フラットデッキＦＤに配置されている。前記主機関監視盤１２と主配電盤１３とは、アパーデッキＵＤに配置されている。蓄電設備９は、鉛バッテリで構成した例とするが、将来的には、より効率よいバッテリに変換する可能性がある。
【００２８】
図２には、フラットデッキＦＤから、その下方の船底ＢＤを覗き込んで主機関１を見た状態が示されている。図３に示すように、甲板ＰＤ直下にエンジンコントロールルーム１４が配置されている。主機関１及び小型発電機７、８の煙は、煙道１５を介してエコノマイザ１６を通り、熱回収される。
【００２９】
本船舶には、さらに、より高度のハイブリッド化を目的として、燃料電池や廃熱発電装置、或いはその他の省エネ機器を付属させることができる。この他、補助ボイラ、空気圧縮機、海水ポンプ、冷却ポンプ、潤滑油ポンプ、燃料油供給ポンプ、工作機械、その他の多数のポンプ類、タンク類、その他多数の設備を備えているが、本発明の推進装置に直接的には関係しないので、全て割愛して示している。
【００３０】
図４は、前記軸駆動発電機３がモータとして駆動されるときの回転数及び出力の関係を示すグラフである。図示のように、軸駆動発電機３は、クラッチ２を断としてプロペラ５を回転することができる。ただし、回転数には制限があり、モータ出力１７として推進負荷１８を得るには、所定の回転数Ｎ１〜Ｎ２の範囲でなければならない。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、軸駆動発電機３をモータとして駆動するとき、同時に可変ピッチのプロペラ５のピッチ調節をして、推力調節し、低速航行する。ピッチ調節は、手動であっても自動であっても良い。
【００３２】
図５は、各装置を機能化して示す制御系のブロック図である。軸駆動発電機３は、機能的には、軸発電機３Ｇと、推進モータ３Ｍとに分けて示すことができる。前記電力中央連系盤６には、船内負荷１９が接続される。既に示したように、電力中央連系盤６は、同期調相機１０、周波数変換器盤１１、主機関監視盤１２、主配電盤１３を含む。またこれらの盤は、電力連系に必要な各種電力制御部材、部品、付属品類を含むものとする。
【００３３】
以上の構成において、本発明の船舶推進装置の制御方法を３種のモードに分けて説明する。モード種別は、通常モードと、ハイブリッドモードと、緊急モードとする。
【００３４】
通常モードでは、主機関１を回転させて、軸発電機３Ｇで発電を行うことができる。発電時期及び発電量は、他の電源装置７、８と負荷１９の量に応じて適宜連係制御すれば良い。十分な量の発電を行うことができるので、船内負荷用の小型発電機７、８の容量を極力小さくすることも可能であり、その保守、点検を船舶航行中に行うこと等も可能である。船舶を低速航行するには、主機関の２７分の１の出力が必要であるとされている。従って、小型発電機７、８の容量は、この値を参照して定めれば良い。
【００３５】
ハイブリッドモードでは、通常航海中に発電して、そのエネルギーを蓄電しておき、港に入ってから５ノット程度の低速航行中に蓄電電力を用いてピッチ小とされたプロペラを回転し、低速航行し、省エネ運転することができる。さらには、船に小型の風力発電機を備え、その発電電力でプロペラ回転し、推進すること等もできる。
【００３６】
緊急モードでは、故障やオーバホール等の理由で主機関が利用不能のとき、他の電源装置、即ち２基の小型発電機７、８又は蓄電設備の電力を用いて低速航行する。主機関故障の場合には、自力で港に戻ることができ、位置を適切に保ちながら救助を求めることができる。また港で火災が発生したようなときは、自力で避難することができる。タグボートで曳航するときでも、自力で加勢し中速でより素速く航行できる。
【００３７】
以上のように、本発明の船舶推進装置は、構成簡易にして格別大きな効果を得ることができる。即ち、特別の補助エンジン及びその動力伝達機構を設けることなく、主機関１なくして低速航行できる。また、軸駆動発電機３を軸発電機３Ｇとして利用する場合には、所要の電力を発生できるので、小型発電機７、８の容量を最小量とすることができ、設備コストを低く抑えることができる。さらに、主機関１の故障やオーバホールのときであっても主機関なしで航行可能であるので、例え港で火災が発生しても即避難することができ、難を逃れて２次災害を発生することもない。また、さらに、電力中央連系盤６を介して省エネ効果の高いハイブリッド化ができるので、時代に即して省エネ航行ができる。
【００３８】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、適宜設計的変更を行うことができ、各種態様で実施できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の通り、本発明は、特許請求の範囲に記載の通りの船舶推進装置_であるので、補助エンジン及びその動力伝達機構を設けることなく、主機関１なくして低速航行できる。また、軸駆動発電機３を軸発電機３Ｇとして利用する場合には、所要の電力を発生できるので、小型発電機７、８の容量を最小量とすることができ、設備コストを低く抑えることができる。
【００４０】
さらに、主機関１の故障やオーバホールのときであっても主機関なしで航行可能であるので、例え港で火災が発生しても即避難することができ、難を逃れて２次災害を発生することもない。
【００４１】
また、さらに、電力中央連系盤６を介して電力ハイブリッド化できるので、時代に即して省エネ航行ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る船舶推進装置の主要部構成を示す側面配置図である。
【図２】図１に示す船舶推進装置の主機構及び小型発電機の配置を示す平面配置図である。
【図３】図１のＦ３−Ｆ３線に沿って示す主機関及び小型発電機並びに付属設備の配置を示す配置図である。
【図４】モータ制御の可能領域を示す回転数及び出力の線図である。
【図５】本発明の船舶推進装置の制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１主機関
２摩擦クラッチ
３軸駆動発電機
４プロペラ軸
５可変ピッチプロペラ
６電力中央連系盤
７、８第１、第２の小型発電機
９蓄電設備
１０軸駆動発電機用同期調相機
１１軸駆動発電機用周波数変換器盤
１２主機関監視盤
１３主配電_盤
１４エンジンコントロールルーム
１５煙道
１６エコノマイザ
１７モータ出力
１８推進負荷
１９船内負荷
ＢＤ船底
ＵＤアッパーデッキ
ＰＤ甲板

Claims

主機関と、該主機関と直接結合されて動力断接を行うクラッチと、該クラッチの出力軸に直結されるプロペラ軸及びプロペラを有し、
前記出力軸の途中には、この出力軸に直線的に連結される回転子を備えて、発電又は空転或いは動力補助を行う軸駆動発電機を設け、
前記軸駆動発電機を電力中央連系盤に接続すると共に、この電力中央連系盤に前記クラッチを断とした上で前記軸駆動発電機を低速駆動するディーゼル駆動による複数の小型発電機を備えた電源装置を接続したことを特徴とする船舶推進装置。
前記ディーゼル駆動による小型発電機は２基に分けられていることを特徴とする請求項１記載の船舶推進装置。
前記プロペラは、可変ピッチプロペラであることを特徴とする請求項１に記載の船舶推進装置。