JP6175281B2 - 船舶推進加勢システム - Google Patents

Description

本発明は軸駆動発電機を利用した船舶推進加勢システムに関する。

船舶を推進する推進プロペラは、ディーゼルエンジンなどで構成された主機が連結されており、通常時は、この主機の駆動により船舶が推進されるようになっている。また推進プロペラに連結する主機軸には、軸駆動発電機が連結されており、この軸駆動発電機は、通常時に主機軸の駆動により発電し、発電した電力をコンバータとインバータを有する電力変換装置で周波数変換、電圧変換して船内母線に電力を供給できるようになっている。

また、船内母線を介して供給される電力をこの電力変換装置で周波数変換し、この電力により軸駆動発電機を同期電動機として運転することで主機軸を駆動して、非常時航走や主機の推進加勢に用いている。すなわち軸駆動発電機は発電機および電動機の両用で使用されている。

軸駆動発電機４の運転には発電機として使用する「発電モード」と、電動機として使用する「非常航走モード」と「推進加勢モード」の２つの運転モードがある。従来の「推進加勢モード」について図３により説明する。

主機１は船舶の推進源であり、主機軸１ａに連結したステップアップギア２を介して推進プロペラ３を減速駆動し船舶を推進させる。同時に「発電モード」として、ステップアップギア２を介して軸駆動発電機４を増速駆動する。この軸駆動発電機４で発生した電力は、周波数を変換する機能を備える電力変換装置５により、船内母線６を通して船内に所望の電力を供給する。

軸駆動発電機４を推進電動機として使用する場合は、船内母線６から電力を電力変換装置５に供給し、供給した電力を電力変換装置５で軸駆動発電機４の回転数に見合った周波数に変換した後、軸駆動発電機４に電力を供給し、電動機としてステップアップギア２を介して推進プロペラ３を減速駆動する。この場合「非常航走モード」と「推進加勢モード」の２つの運転モードがある。

「非常航走モード」は、主機１が故障等により停止したときに、船舶の漂流を防ぐために軸駆動発電機４を電動機として運転するモードであり、主機１の運転が完全に停止した状態から軸駆動発電機４を電動機として駆動し、船舶の推進を電動機の駆動力のみによって行う。

「推進加勢モード」は、主機１が駆動している状態で、さらに推進力を得たい場合や、船内の電力に余剰があるときに主機１の駆動力を減らし、この余剰電力を使って軸駆動発電機４を電動機として運転するモードであり、船舶の推進は主機１と電動機として運転する軸駆動発電機４の駆動力によって行われる。

特開２００４−５１０５０号公報

このような軸駆動発電機を電動機として使用する場合、「非常航走モード」では、主機１が停止した状態から所望の回転数まで回転を上げるために、電力変換装置５によって周波数を変えながら電動機を運転する必要がある。

一方の「推進加勢モード」では、主機１の回転数の変化に応じて、電力変換装置５によって周波数を常に変えながら電動機を運転する必要がある。

このように「非常航走モード」と「推進加勢モード」の双方の運転モードも周波数を制御する必要があるので電力変換装置５が必要である。しかしながらこの電力変換装置５を介すると周波数を変換するときに１０％程度の電力の損失が生じるので、その結果、電力変換効率が悪くなるという問題が生じる。この電力損失は勿論「発電モード」でも生じる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので推進加勢モードにおいて、ある一定の条件を満たした場合に、電力変換装置５を使用することなく、電力効率の優れた船舶推進加勢システムを提供することにある。

本発明は、推進プロペラを駆動する主機が駆動している状態で、軸駆動発電機を利用した船舶推進加勢システムに関し、推進プロペラを駆動する主機と、前記主機によって駆動され周波数及び電圧を制御する電力変換装置を介して船内母線に電力供給する軸駆動発電機を具備し、前記主機を推進加勢する場合に、前記軸駆動発電機を前記船内母線から電力供給を受け推進電動機として駆動し前記主機を推進加勢するよう構成される船舶推進加勢システムにおいて、前記船内母線から前記電力変換装置を介さずに直接的に前記軸駆動発電機に電力を供給可能とする切替装置を備え、前記主機に対し推進加勢が必要となり、推進加勢モードにおいて、前記軸駆動発電機の出力周波数および電圧が前記船内母線の周波数および電圧と一致したときに、前記切替装置により前記軸駆動発電機を前記船内母線に同期投入し、前記船内母線の電力によって前記軸駆動発電機を直接的に推進電動機として駆動することによって前記主機を推進加勢することを特徴とするものである。

さらに、周波数および電圧の条件が揃った時に前記切替装置の切替操作を自動化することにある。

さらに、推進プロペラを可変ピッチプロペラ（CPP：Controllable Pitch Propeller）とし、前記主機の回転数が一定で、前記軸駆動発電機の出力周波数および電圧が船内母線の周波数および電圧となったときに、前記切替手段により軸駆動発電機に船内母船の電力を同期投入し、直接電動機として駆動することにある。

本発明の実施形態１の概略構成図。 本発明の実施形態２の概略構成図。 従来の船舶推進加勢システムの概略構成図。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図３で説明した部分と同一の符号の部分は同様のものを示す。

（実施形態１）
図１に示すように本実施形態において、主機１は例えばディーゼルエンジンであり、船舶を推進する推進プロペラ３を駆動する。主機１と推進プロペラ３間にステップアップギア２が配置されて、主機軸１ａの回転数を減速して推進プロペラ３に伝達する。さらにこのステップアップギア２に軸駆動発電機４が連結され主機軸１ａの回転に同期して増速回転される。この軸駆動発電機４に電圧や周波数を変換する電力変換装置５が接続される。さらにこの軸駆動発電機５は船内母線６に接続される。

軸駆動発電機４、電力変換装置５および船内母線６間の各接続回路に切替装置となる開閉器７，８，９が挿入される。

電力変換装置５を介して軸駆動発電機４の電力が船内母線６に供給され、または船内母線６の電力で電力変換装置５を介して軸駆動発電機４を電動機として駆動できるようになっている。船内母線６には船内負荷１２とディーゼル発電機１１が接続されている。また図示しないが電力変換装置の船内母線側に同期調相機が接続されている。

電力変換装置５は交流電力を一旦直流に変換するコンバータと変換された直流を所要の周波数の交流に変換し同時に電圧を制御するインバータを備え例えばサイリスタで構成されている。

本実施形態は軸駆動発電機４を電動機として、推進プロペラ３を駆動する推進加勢モードに適用する船舶推進加勢システムに係わり、電流経路を切替える切替装置として開閉器７，８，９と軸駆動発電機の回転を検知し船内母線の周波数を対比して開閉器を制御する制御装置１０が設けられる。

第１の開閉器７は船内母線６と軸駆動発電機４の間に電力変換装置５をバイパスして取り付け、さらに電力変換装置５の両端にそれぞれ第２の開閉器８と第３の開閉器９を設ける。開閉器７，８，９は、例えば電磁接触器で構成される電気回路の通電を断続する装置である。

「発電モード」では軸駆動発電機４は主機軸１ａの回転に同期して駆動されるために発電される電力の周波数が主機軸の回転に応じて変動する。

一方、船内母線６はディーゼル発電機１１を備えており、一定の例えば６０Ｈｚの交流を船内負荷１２に供給している。

電力変換装置５は軸駆動発電機４の周波数の電力と船内母線６の一定の周波数の電力を変換調整することによって相互給電を可能にしており、「発電モード」では軸駆動発電電力を船内母線６に、「非常航走モード」および「推進加勢モード」では船内母線６の電力を軸駆動発電機４に給電して電動機として動作させ、ステップアップギア２を介して推進プロペラ３を付勢する。

前記開閉器７，８，９は「発電モード」および「非常時航走モード」では第２開閉機８、第３開閉器９が閉、第１開閉器７が開の状態になっている。

開閉器７，８，９の切替は「推進加勢モード」において選択的に動作させるものである。すなわち通常、第２、第３開閉器８および９が閉になっていて電力変換器５を動作させるが、軸駆動発電機４の回転数が６０Ｈｚ相当であるときに限り、すなわち船内母線６と軸駆動発電機４の周波数、電圧が一致した時に第２、第３開閉器８および９を開いて電力変換装置５を通る回路を遮断する、と同時に第１開閉器７を閉じて同期投入し電気回路を通電することによって、船内母線６からの電力を開閉器７を介して直接、軸駆動発電機４に供給し、変換効率の低い電力変換装置５を回避して推進電動機として主機１を加勢する。これにより電力効率に優れた船舶推進加勢システムを得ることができる。

なお、この時、船舶は外洋等をほぼ一定速度で航行している状況で、主機１は回転数を変えず、一定回転数を維持している状態である。軸駆動発電機４を電動機として駆動する６０Ｈｚで、主機の回転数と同期させる。

また、開閉器の操作は自動切替にすることが望ましい。制御装置１０は船内母線６と軸駆動発電機４の電圧と周波数の条件が揃った時を検知し、すなわち軸駆動発電機４を推進電動機として「推進加勢モード」で運転できる条件が揃った時に、開閉器７と開関器８および９の開閉動作を自動で切替え、同期投入し「推進加勢モード」にすることで、さらにタイムリーに電力変換効率に優れた期間を長く継続できる船舶推進加勢システムを得ることができる。

（実施形態２）
図２で実施形態２を説明する。図において、実施形態１との相違点は推進プロペラ３を可変ピッチプロペラ３ａに置き換えたことである。可変ピッチプロペラ（CPP：Controllable Pitch Propeller）は、プロペラの翼のピッチ角を変えることができるので、常に主機１を最も効率のよい回転数で回転させたまま船舶の速度を自在に調整することができる利点があり、近年広く使われるようになっている技術である。本実施形態は、この可変ピッチプロペラ３ａを用いることによって、主機１は一定回転数のまま、船内母線６と軸駆動発電機４の周波数、電圧を一致させて、船舶の速度の所定の変動幅を可変ピッチプロペラで対応させ、船舶の速度によらず長い期間一致させるようにする。この状態で制御装置１０により第１開閉器７を閉路、第２、第３開閉器８および９を開にして軸駆動発電機４に船内母線６の電力を同期投入し直接電動機として駆動する。これにより、電力損失が生じる電力変換装置５を回避して電力変換効率に優れた期間をより長く継続できる船舶推進加勢システムを得ることができる。

また、最も効率のよい主機の回転数を軸駆動発電機４の回転数６０Ｈｚに設定することで、さらに燃費が良く電力変換効率に優れた船舶推進加勢システムを得ることができる。

以上に述べたように本発明の船舶推進加勢システムによれば、船内母線から電力変換装置を介さずに直接電力を供給する切替手段を備え、この切替手段により軸駆動発電機を電動機として駆動することによって、効率に優れた船舶推進加勢システムを得ることができる。

なお本発明上記実施形態により説明したが、これらに限られるものではなく発明の範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

１：主機
２：ステップアップギア
３：推進プロペラ
３ａ：可変ピッチプロペラ
４：軸駆動発電機
５：電力変換装置
６：船内母線
７：第１開閉器
８：第２開閉器
９：第３開閉器
１０：制御装置

Claims (4)

1. 推進プロペラを駆動する主機が駆動している状態で、軸駆動発電機を利用した船舶推進加勢システムに関し、推進プロペラを駆動する主機と、前記主機によって駆動され周波数及び電圧を制御する電力変換装置を介して船内母線に電力供給する軸駆動発電機を具備し、
   前記主機を推進加勢する場合に、前記軸駆動発電機を前記船内母線から電力供給を受け推進電動機として駆動し前記主機を推進加勢するよう構成される船舶推進加勢システムにおいて、前記船内母線から前記電力変換装置を介さずに直接的に前記軸駆動発電機に電力を供給可能とする切替装置を備え、
   前記主機に対し推進加勢が必要となり、推進加勢モードにおいて、前記軸駆動発電機の出力周波数および電圧が前記船内母線の周波数および電圧と一致したときに、前記切替装置により前記軸駆動発電機を前記船内母線に同期投入し、前記船内母線の電力によって前記軸駆動発電機を直接的に推進電動機として駆動することによって前記主機を推進加勢することを特徴とする船舶推進加勢システム。
2. 請求項１記載の船舶推進加勢システムにおいて、前記軸駆動発電機と前記船内母線の周波数および電圧の同期投入条件が揃った時に前記切替装置の切替操作を自動化したことを特徴とする船舶推進加勢システム。
3. 請求項１記載の船舶推進加勢システムにおいて、前記推進プロペラを可変ピッチプロペラとし、前記主機の回転数が一定で、前記軸駆動発電機の出力周波数および電圧が前記船内母線の周波数および電圧となったときに、前記切替装置により前記軸駆動発電機を前記船内母線に同期投入し、直接的に推進電動機として駆動することを特徴とする船舶推進加勢システム。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の船舶推進加勢システムにおいて、前記切替装置として前記軸駆動発電機と前記船内母線間、前記軸駆動発電機と前記電力変換装置間および前記電力変換装置と前記船内母線間に挿入された開閉器で構成していることを特徴とする船舶推進加勢システム。
   

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