JP2008126830A

JP2008126830A - 船舶

Info

Publication number: JP2008126830A
Application number: JP2006313942A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Fukuhara; 政明福原; Tetsuji Yamanaka; 哲治山中; Shigeo Tanaka; 茂雄田中; Kazuhiro Ogawa; 和洋小川; Takayuki Nishimoto; 孝行西本
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-11-21
Also published as: JP4753843B2

Abstract

【課題】停泊中の燃料消費を抑え、環境性に優れた船舶を提供する。
【解決手段】船舶１０は、船体１１と、船体１１内に設けられたガスエンジン発電機１２と、ガスエンジン発電機１２からの電力が一時的に蓄えられるバッテリー１３と、バッテリー１３からの電力供給を受けて駆動される二重反転ポッドプロペラ１４と、ガスエンジン発電機１２へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給部１５と、バッテリー１３からの電力供給を受ける船内電気設備１６と、これらのシステムを制御するシステム制御部１７とを備えている。航行中の船舶１０は、モーターＭ１、Ｍ２でプロペラＰ１、Ｐ２をそれぞれ回転させることにより推進力を得ている。停泊中においては、潮流によりプロペラＰ１、Ｐ２を回転させてモーターＭ１、Ｍ２で発電する電力回生が行われる。プロペラＰ１、Ｐ２の回転によってモーターＭ１、Ｍ２で発生した電力はバッテリー１３に蓄えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶に関し、特に、電気駆動推進機構を備えた船舶に関するものである。

船舶の主機関には従来からディーゼル機関が採用されており、その燃料には重油が使用されているが、ＣＯ_２、ＮＯｘ、ＳＯｘといった大気汚染物質が排出されるため、それを抑制するための制御や設備投資（低速運行、高効率機関や低排ガスエンジンの採用等）が必要となる。また、衝突や座礁により燃料の重油が海上に流出した場合には重大な環境破壊を起こすおそれがある。

そこで、地球環境への配慮から電気駆動推進機構が注目されている。電気駆動推進機構は、ディーゼル機関を原動機として発電した電力によってモーターを回し、モーターに直結したプロペラを回すことにより推進力を得るものである。船舶を電気推進化した場合、一般には、発電機、制御装置および電動モーターなどによるエネルギー伝達ロスがあり、通常の船舶に比べて燃費が悪化するため、特殊用途の船舶などに限定して採用されることが多い。しかし、高効率の電気推進システムを採用することにより、このエネルギー伝達ロスを最小限にするとともに、二重反転プロペラ等を採用することにより燃費を改善することができる。また、プロペラの回転をモーターで行うことによるパワーの一元管理から高い経済性を有し、加減速制御応答も優れ、操船性能の向上を図ることができる。さらに、原動機、減速機、プロペラのメカニカルな連結が不要となり、船内のレイアウトの柔軟性からの利用空間の増大、建造コストの低減、騒音や振動の低減による船内環境の向上を図ることができる。

また、船舶の燃料として天然ガスエネルギーが注目されている（非特許文献１参照）。天然ガスエネルギーとしては、液化天然ガス（ＬＮＧ）がよく知られているが、ＬＮＧは−１６２℃の極低温下で製造・貯蔵されるため、取り扱いが非常に難しいという問題を有している。また、タンクの温度上昇によりＬＮＧが少しずつ蒸発してボイルオブガスが多量に発生するという問題がある。特に、船舶が２〜３日動かないような場合には、タンク内部の圧力が非常に高くなるため、ボイラーで燃焼するなどしてボイルオブガスを取り除く必要があり、燃料の無駄な消費によりコストが増加するという問題がある。

そのため、最近は、新たな天然ガスエネルギーとしてＮＧＨが注目されている。ＮＧＨは、メタン、エタン、プロパンなどを主成分とする天然ガスの分子（ゲスト）が水分子のクラスタ中に取り込まれた包接水和物であり、−２０℃の大気圧環境下で約１７０倍のガスを包蔵することができるため、製造、輸送、貯蔵、ガス化というシステム全体面でＬＮＧよりも有利な点が多い。
三井造船株式会社、"天然ガスハイドレート（ＮＧＨ)−三井造船"、[online]、[平成１８年１１月２１日検索]、インターネット<URL：http://www.mes.co.jp/mes_technology/ngh.html>

しかしながら、重油を燃料とするディーゼル機関を備えた従来の船舶においては、電力を生成するためディーゼル機関を稼働させて発電機を回しており、停泊時においても船内の電気設備を使用するためにはディーゼル機関を稼働させて発電機を回さなければならなかった。そのため、停泊時において必要以上の電力を発電しており、燃料消費が大きかった。電気駆動推進機構を備えた従来の船舶もまた、停泊中の電力供給のために発電機を稼働させなければならず、ディーゼル直結駆動の推進システムよりも無駄な燃料消費は少ないが、ある程度の燃料を消費することから、さらなる改良が求められている。

したがって、本発明の目的は、停泊中の燃料消費を抑え、環境性に優れた船舶を提供することにある。

本発明の上記目的は、発電機と、前記発電機によって生成された電力により駆動されるモーターと、前記モーターによって駆動されるプロペラとを備え、航行中においては、前記モーターによって前記プロペラを回転させて推進し、停泊中においては、潮流により前記プロペラを回転させて電力を回生することを特徴とする船舶によって達成される。

本発明においては、前記プロペラの向きを回転させる推進方向制御機構をさらに備え、前記潮流の向きに合わせてプロペラの向きを制御することが好ましい。

本発明においては、前記電力の回生による発電量を監視し、所定の発電レベルを下回る場合に前記発電機を稼働させることが好ましく、船内の電力需要を監視し、前記電力の回生による発電量が前記船内の電力需要を下回る場合に前記発電機を稼働させることが特に好ましい。本発明においては、目標とする電力量を得ることが大事ではなく、その時々における潮流に合わせて最大限の回生電力が得られ、得られた回生電力により少しでも節電できればよく、これにより本発明の目的は達成される。つまり、回生電力で足りればそれでよく、余りはバッテリーに充電すればよく、足りなければ発電機を稼動させて補給すればよい。

本発明においては、前記モーター及び前記プロペラが二重反転ポッドプロペラを構成していることが好ましい。これによれば、高効率な電気駆動推進機構を実現できると共に、高効率な電力回生を実現することができる。

本発明の船舶は、ＮＧＨが貯蔵されたＮＧＨタンクと、前記ＮＧＨタンクより供給されるＮＧＨを分解して燃料ガスを生成するＮＧＨ分解装置とをさらに備えることが好ましく、前記発電機は、前記ＮＧＨガス化装置により生成された燃料ガスを用いて電力を生成するガスエンジン発電機であることが好ましい。

このように、本発明によれば、停泊中の燃料消費を抑え、環境性に優れた船舶を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態に係る船舶の構成を示す模式図である。

図１に示すように、この船舶１０は、船体１１と、船体１１内に設けられたガスエンジン発電機１２と、ガスエンジン発電機１２からの電力が一時的に蓄えられるバッテリー１３と、バッテリー１３からの電力供給を受けて駆動される二重反転ポッドプロペラ１４と、ガスエンジン発電機１２へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給部１５と、バッテリー１３からの電力供給を受ける船内電気設備１６と、これらのシステムを制御するシステム制御部１７とを備えている。

二重反転ポッドプロペラ１４は、二重反転プロペラとポッド式電気推進機構とを組み合わせたものである。二重反転プロペラは、前プロペラＰ１と後プロペラＰ２とを備え、各プロペラが別々のモーターＭ１、Ｍ２によって駆動されるように構成されている。そのため、低船速でも強い推進力を得ることができ、また一方の推進系列が故障してももう一方の推進系列での運航が可能である。プロペラ回転用のモーターＭ１、Ｍ２はポッド１４ａ内に収納されて船外に設けられている。船体１１への取り付け支持部１４ｂはラダー（舵）となっており、ポッド１４ａは取り付け支持部１４ｂと共に３６０°回転するように構成されている。この回転はシステム制御部１７と共に推進方向制御機構を構成するモーターＭ３によって行われる。

図２は、燃料ガス供給部１５の構成を示す模式図である。

本実施形態の船舶１０では、燃料としてＮＧＨが使用されている。そのため、図２に示すように、燃料ガス供給部１５は、球状に固形化されたＮＧＨ（ＮＧＨペレット）を貯蔵するＮＧＨタンク２１と、ＮＧＨをガス化するＮＧＨ分解装置２２とを備えて構成されている。上述の通り、天然ガスエネルギーとしては液化天然ガス（ＬＮＧ）がよく知られているが、ＬＮＧはボイルオフガスの発生等、その取り扱いが非常に難しく、ボイルオフガスを取り除く必要もあるが、ＮＧＨによれば、製造、輸送、貯蔵、ガス化というシステム全体面でＬＮＧよりも有利であるため、船舶の燃料として好適である。

ＮＧＨ分解装置２２は、ＮＧＨタンク２１から供給されるＮＧＨペレット１００を分解するためのＮＧＨ分解槽１０１と、ＮＧＨ分解用の温水をＮＧＨ分解槽１０１内のＮＧＨペレット１００の上方から噴霧するノズル１０２とを備えている。ＮＧＨ分解用の温水としては、特に限定されるものではないが、ＮＧＨを分解することによって得られる水（ＮＧＨ分解水）を温水器で加熱し、ＮＧＨ分解水を循環して使用してもよく、海水との熱交換によって温度上昇したＮＧＨ分解水を用いてもよい。或いは、ガスエンジン発電機や空調システムとの間の熱交換によって温度上昇したＮＧＨ分解水を用いてもよい。ＮＧＨペレット１００に温水を噴霧することにより、ＮＧＨペレット１００は溶解し、燃料ガスと水が生成される。このとき得られる水は冷水であり、水温は−５〜１０℃と常温よりも十分に低い。ＮＧＨ分解槽１０１の内部にはネット１０３が設けられており、このネット１０３によりＮＧＨ分解槽１０１内のＮＧＨペレット１００とＮＧＨ分解水１０４とが上下に分離される。ＮＧＨ分解槽１０１内で発生した燃料ガスはＮＧＨ分解槽１０１の上方に設けられたガス排出口１０１ａから取り出され、ＮＧＨ分解槽１０１内で発生した水１０４はＮＧＨ分解槽１０１の下方に設けられた排水口１０１ｂから取り出される。

航行中において、船舶１０は、モーターＭ１、Ｍ２でプロペラＰ１、Ｐ２をそれぞれ回転させることにより推進力を得ている。このとき、ガスエンジン発電機１２からの電力がバッテリー１３を介してモーターＭ１、Ｍ２に供給され、これによりプロペラＰ１、Ｐ２が回転する。本実施形態においては、ガスエンジン発電機１２とバッテリー１３とを組み合わせることにより、ガスエンジン発電機１２の一定運転を行うことができ、余った電力をバッテリー１３に蓄えることができる。

一方、停泊中においては、潮流によりプロペラＰ１、Ｐ２を回転させてモーターＭ１、Ｍ２で発電する電力回生が行われる。プロペラＰ１、Ｐ２の回転によってモーターＭ１、Ｍ２で発生した電力はバッテリー１３に蓄えられる。こうして生成された電力は、電灯、冷蔵庫、テレビ、ラジオ、無線通信機器、空調システム等の船内電気設備１６に使用される。通常、ガスエンジン発電機１２は停止しているが、船内電気設備１６による電力消費量がプロペラＰ１、Ｐ２による回生電力量を上回る場合には、ガスエンジン発電機１２を稼働させて発電し、バッテリー１３への電力供給が強化される。

本実施形態においては、潮流による発電効率を高めるため、プロペラＰ１、Ｐ２の向きを潮流の向きに合わせる制御が行われる。二重反転ポッドプロペラ１４は、ポッド１４ａ及び取り付け支持部１４ｂの向きを回転させるモーターＭ３を備えていることから、このモーターＭ３を駆動してプロペラＰ１、Ｐ２の向きを変更する。この制御では、モーターＭ１、Ｍ２による発電量を監視しながらプロペラＰ１、Ｐ２の向きを調整し、発電量が最も大きくなる方向にプロペラＰ１、Ｐ２の向きを合わせる。したがって、潮流によるプロペラＰ１、Ｐ２の回転力を常に最大にすることができる。

電力回生による発電量及び船内電気設備１６による電力需要量は、電力監視部１８により監視されている。これらの監視信号は、システム制御部１７に送られ、システム制御部１７により管理されている。そして、回生電力量が船内電気設備１６による電力需要量を下回る場合には、システム制御部１７がガスエンジン発電機１２を稼働させて、バッテリー１３に電力を供給するようになっている。

以上説明したように、本実施形態の船舶１０は、電気駆動推進機構を採用し、電気駆動推進機構を構成するプロペラＰ１、Ｐ２及びモーターＭ１、Ｍ２を発電手段として利用し、停泊中において潮流によりプロペラＰ１、Ｐ２を回転させて電力を回生するので、停泊中の燃料消費量を削減することができる。また、電気駆動推進方式とバッテリーとを組み合わせることにより、ガスエンジン発電機１２を定格で運用することが可能となり、出航時や速度変更時の騒音や振動を抑制することが可能である。また、本実施形態によれば、燃料ガスとしてＮＧＨを採用し、ＮＧＨを分解することにより得られる燃料ガスを用いてガスエンジン発電機１２を駆動して発電するので、燃料ガスエネルギーを容易に取り扱うことができ、環境性に優れた船舶を実現することができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、これらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態においては、船舶の燃料としてＮＧＨを用いたが、本発明はＮＧＨに限定されるものではなく、ＬＮＧを用いることも可能である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る船舶１０の構成を概略的に示す模式図である。図２は、燃料ガス供給部１５の構成を示す模式図である。

符号の説明

１０船舶
１１船体
１２ガスエンジン発電機
１３バッテリー
１４二重反転ポッドプロペラ
１４ａポッド
１４ｂ船体取り付け支持部
１５燃料ガス供給部
１６船内電気設備
１７システム制御部
１８電力監視部
２１ＮＧＨタンク
２２ＮＧＨ分解装置
１００ＮＧＨペレット
１０１ａガス排出口
１０１ｂ排水口
１０１ＮＧＨ分解槽
１０２ノズル
１０３ネット
１０４ＮＧＨ分解水
Ｍ１モーター
Ｍ３モーター
Ｐ１前プロペラ
Ｐ２後プロペラ

Claims

発電機と、前記発電機によって生成された電力により駆動されるモーターと、前記モーターによって駆動されるプロペラとを備え、
航行中においては、前記モーターによって前記プロペラを回転させて推進し、
停泊中においては、潮流により前記プロペラを回転させて電力を回生することを特徴とする船舶。
前記プロペラの向きを回転させる推進方向制御機構をさらに備え、前記潮流の向きに合わせてプロペラの向きを制御することを特徴とする請求項１に記載の船舶。
前記電力の回生による発電量を監視し、所定の発電レベルを下回る場合に前記発電機を稼働させることを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶。
船内の電力需要を監視し、前記電力の回生による発電量が前記船内の電力需要を下回る場合に前記発電機を稼働させることを特徴とする請求項３に記載の船舶。
前記モーター及び前記プロペラが二重反転ポッドプロペラを構成していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の船舶。
ＮＧＨが貯蔵されたＮＧＨタンクと、前記ＮＧＨタンクより供給されるＮＧＨを分解して燃料ガスを生成するＮＧＨ分解装置とをさらに備え、
前記発電機は、前記ＮＧＨガス化装置により生成された燃料ガスを用いて電力を生成するガスエンジン発電機であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の船舶。