JP2005022650A - ハイブリッド型舶用推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、船舶の主機関としてガスタービンとディーゼルエンジンとを併設することにより、巡航時にはガスタービンの運転を常に高出力で高効率の状態に維持しながら、ディーゼルエンジンの出力調整により航速を適切に制御して、燃料消費の効率を高く維持できるようにするとともに、操船性能の向上も図れるようにしたハイブリッド型舶用推進装置を提供することを課題とする。
【解決手段】船首部にガスタービン１と同ガスタービンにより駆動される第１発電機２とが設けられるとともに、ディーゼルエンジン１Ａも設けられ、同ディーゼルエンジン１Ａにより駆動される第２発電機２Ａが設けられる。両発電機２，２Ａから電力の供給を受けてプロペラ駆動用発電機５が作動するが、航行時にガスタービン１は高出力（定格出力）で高効率の状態に維持され、船速の調整はディーゼルエンジン１Ａの出力を加減して行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内航船に適した推進装置に関し、特に推進用の主機関としてガスタービンとディーゼルエンジンとを備えるとともに、これらの主機関の使い分けを巡航速度の設定に応じて適切に行えるようにしたハイブリッド型舶用推進装置に関する。

従来の内航船では、主機関としてディーゼルエンジンを用いることが一般的であり、図６に示すような航路における運航のスケジュールとしてＡ港からＢ港への航路では巡航速度を２３ノットに設定し、Ｂ港からＣ港への航路では出航および着港の時刻に対応して巡航速度を１８ノットに落とすとともに、Ｃ港からＡ港へ帰航する際には再び巡航速度を２３ノットに上げるというような場合に、２３ノット付近では機関出力を定格出力の９０％とし１８ノット付近では機関出力を定格出力の４０〜５０％とすることが行われている。

ところで、船舶の主機関としてガスタービンを用いると、ディーゼルエンジンよりも小型軽量化されるというメリットが得られるが、ガスタービンを高効率で用いるためには巡航時に定格出力で作動させることが必要とされるので、上述の内航船の場合のように航路に応じて機関出力を変化させると、ガスタービンでは不具合をきたすことになる。なお、図７および図８に、それぞれディーゼルエンジンの燃料消費特性とガスタービンの燃料消費特性とを示す。
特表平１０−５０８５５７号公報

本発明は、船舶の主機関としてガスタービンとディーゼルエンジンとを併設することにより、巡航時にはガスタービンの運転を常に高出力で高効率の状態に維持しながら、ディーゼルエンジンの出力調整により船速を適切に制御して、燃料消費の効率を高く維持できるようにするとともに、操船性能の向上も図れるようにしたハイブリッド型舶用推進装置を提供することを課題とする。

前述の課題を解決するため、本発明のハイブリッド型舶用推進装置は、船舶の主機関としてガスタービンとディーゼルエンジンとが船上に搭載されるとともに、上記ガスタービンにより駆動される第１発電機と上記ディーゼルエンジンにより駆動される第２発電機とが船上に搭載され、上記の第１発電機および第２発電機で発電された電力により作動するプロペラ駆動用主電動機と上記電力の余剰分を蓄えるバッテリーとが装備されており、上記ガスタービンが船首部に設けられるとともに、上記ディーゼルエンジンが船体中央部よりもやや後方の部分に上記ガスタービンの重量によるモーメントとバランスを図るように設けられていて、上記ガスタービンが上記ディーゼルエンジンよりも大きい定格出力を有していることを特徴としている。

また、本発明のハイブリッド型舶用推進装置は、上記バッテリーが、上記プロペラ駆動用電動機の近傍において船体下部に配設されていることを特徴としている。

上述の本発明のハイブリッド型舶用推進装置では、船舶の主機関として、第１発電機を駆動すべく巡航時に定格出力で作動しうるガスタービンと第２発電機を駆動すべく船速に応じて出力を調整しうるディーゼルエンジンとが併設されて、第１および第２発電機からの電力により作動するプロペラ駆動用電動機が設けられるので、航行時に上記ガスタービンを常に高出力に維持しながら、遠距離の航路などを高速で航行する場合は、上記ディーゼルエンジンも高出力とし、近距離の航路などを低速で航行する場合は上記ディーゼルエンジンを停止するかまたは低出力として、常に燃料消費の効率を高く維持しながら船舶の運航を行うことができる。そして、上記第１および第２発電機で発電された電力の余剰分はバッテリーに蓄えられるので、同バッテリーの電力は船内の照明等に利用することができる。
なお、低速航行する場合に、上記ガスタービンのみを定格出力で使用して、上記ディーゼルエンジンを使用しないことを原則とし、気象・海象による負荷変動についてはバッテリーに蓄えられた余剰電力で対応することとして、これが不足する場合にのみ、その不足分をディーゼエルエンジンで対応することにより、全体として常に燃料消費の効率を高く維持しながら船舶の運航を行うこともできる。

また、出力の割りに小型軽量の主機関としてのガスタービンが船首部に設けられて、出力の割りに比較的大重量となる他の主機関としてのディーゼルエンジンが、上記ガスタービンの重量によるモーメントとバランスを量るように船体中央部よりもやや後方の部分に配置されることにより、船体に負荷される重量の配分が適切に行われ、船体の姿勢保持が適切に行われるようになる。

そして、上記ガスタービンが上記ディーゼルエンジンよりも大きい定格出力を有しているので、運航時に上記ガスタービンは常に効率のよい高出力（定格出力）に保つことにより、全体として燃料の消費効率を高く維持できるようになる。
これに伴い、船舶からの二酸化炭素等の地球温暖化ガスの排出が低減されて、地球環境負荷の低減に寄与することができる。

さらに、上記バッテリーが上記プロペラ駆動用電動機の近傍において船体下部に配設されていると、上記バッテリーの重量が他の船内機器の配置との関係で船体の安定を保つように適切に配分されるようになる。

そして、ディーゼルエンジンを主機関とする既存の船舶についても、上述のようにガスタービンを増設することにより、船体について大規模な改造を要することなく推進性能の大幅な向上をもたらすことが可能になる。

図１は本発明の実施例１としてのハイブリッド型舶用推進装置を備えた船舶を模式的に示す縦断面図である。
図１に示すように、船首部に主機関として巡航時に定格出力で作動するガスタービン１と同ガスタービンにより駆動される第１発電機２とが設けられ、船尾部にはバッテリー３と同バッテリーの配電盤22から給電ライン３ａを通じ電力の供給を受けて船尾中央のプロペラ４を回転駆動する電動機５とが設けられている。そして、船首部の第１発電機２から船尾部のバッテリー３への電力供給が、給電ライン６を通じ、配電盤22を介して行われるようになっているが、第１発電機２から供給される電力により配電盤22を介して電動機５を直接駆動することも、もちろん可能になっている。

また、主機関として、ガスタービン１よりも定格出力を小さく設定され船速に応じて出力を調整しうるディーゼルエンジン１Ａが、船体中央部よりもやや後方の部分にガスタービン１の重量によるモーメントとバランスを図るように設けられており、同ディーゼルエンジン１Ａにより駆動される第２発電機２Ａが設けられて、同発電機２Ａで発電された電力も、給電ライン６ａ，配電盤22および給電ライン３ａを介し直接電動機５へ供給されたり、バッテリー３に蓄えられたりできるようになっている。

また、船首部の水面下における船体部分には、ガスタービン１の排気ガスを受けてマイクロバブルを船体外板面に沿い発生するための複数のマイクロバブル発生装置７が設けられている。すなわち、ガスタービン１の排気部に、排気流路切換手段８を介して煙突９へ到る第１排気流路10と、同排気流路切換手段８を介してマイクロバブル発生装置７へ到る第２排気流路11とが接続されていて、第２排気流路11には補助電動機12により作動するポンプ13が介装されており、同ポンプ13により圧送される排気ガスが、マニホルド14および分岐流路15を通じて複数のマイクロバブル発生装置７へ配分されるように構成されている。

補助電動機12への電力供給も、バッテリー３から配電盤22および給電ライン16を介して行われるようになっており、各給電ライン３ａ，６．16の配置や他の船内機器の配置を考慮してバッテリー３の配置が設定されている。すなわち、バッテリー３が大重量となることを考慮して、船首部に集中する主機関としてのガスタービン１の重量や同ガスタービンにより駆動される発電機２の重量とのバランスを図るため、バッテリー３の配置は船尾の電動機５の近傍において船体下部に設定される。なお、ディーゼルエンジン１Ａの排気部についても、煙突９へ到る排気流路10Ａが設けられている。

上述の実施例１のハイブリッド型舶用推進装置では、船舶の主機関として、第１発電機２を駆動するガスタービン１と第２発電機２Ａを駆動するディーゼルエンジン１Ａとが併設されて、第１および第２発電機２，２Ａからの電力により作動するプロペラ駆動用電動機５が設けられるので、航行時にガスタービン１を常に高出力（定格出力）に維持しながら、遠距離の航路などを高速で航行する場合は、ディーゼルエンジン１Ａも高出力とし、近距離の航路などを低速で航行する場合はディーゼルエンジン１Ａを停止するかまたは低出力とすることにより、可能な限り常に燃料消費の効率を高く維持しながら船舶の運航を行うことができる。そして、第１および第２発電機２，２Ａで発電された電力の余剰分はバッテリー３に蓄えられるので、同バッテリー３の電力は船内の照明等に利用することができる。

また、船首部には出力の割りに小型軽量の主機関としてのガスタービン１が船首部に配置され、同ガスタービン１の重量によるモーメントとバランスを図るように、比較的大型で大重量の主機関としてのディーゼルエンジン１Ａが、船体中央部よりもやや後方の部分に配置されるので、船体における排水量の小さい船首部と排水量の大きい船体中央部とへの両主機関１，１Ａの重量配分および配置構成が適切に行われる。

なお、低速航行する場合に、ガスタービン１のみを定格出力で使用して、ディーゼルエンジン１Ａを使用しないことを原則とし、気象・海象による負荷変動についてはバッテリーに蓄えられた余剰電力で対応することとして、これが不足する場合にのみ、その不足分をディーゼエルエンジン１Ａで対応することにより、全体として常に燃料消費の効率を高く維持しながら船舶の運航を行うこともできる。

また、ガスタービン１がディーゼルエンジン１Ａよりも大きい定格出力を有していて、運航時にガスタービン１は常に効率のよい高出力（定格出力）に保たれるので、全体として燃料の消費効率を高く維持できるようになる。

さらに、バッテリー３がプロペラ駆動用電動機５の近傍において船体下部に配設されているので、バッテリー３の重量が他の船内機器の配置との関係で船体の安定を保つように適切に配分されるようになる。

また、船首部にガスタービン１が設けられて、船首部の水面下における船体部分に、ガスタービン１の排気流路へ接続されたマイクロバブル発生装置７が設けられており、同装置７により生じたマイクロバブルが船首部から船尾部へ向かって水面下の船体外面を覆うようにしながら流れてゆくので、ガスタービン１の排気ガスの利用による船体抵抗（粘性抵抗）の軽減が効率よく行われるようになる。

図２および図３は本発明の実施例２としてのハイブリッド型舶用推進装置を備えた船舶を模式的に示すもので、図２は同船舶を模式的に示す縦断面図、図３は同船舶の要部を示す水平断面図である。
本実施例の場合も、図２に示すように、船首部に主機関としてのガスタービン１と同ガスタービンにより駆動される第１発電機２とが設けられ、船尾部にはバッテリー３と同バッテリーの配電盤22から給電ライン３ａを通じ電力の供給を受けて船尾中央のプロペラ４を回転駆動する電動機５とが設けられている。そして、船首部の第１発電機２から船尾部のバッテリー３への電力供給が、給電ライン６を通じ、配電盤22を介して行われるようになっているが、第１発電機２から供給される電力により配電盤22を介して電動機５を直接駆動することも、もちろん可能になっている。

また他の主機関として、ガスタービン１よりも定格出力の小さいディーゼルエンジン１Ａが船体中央部よりもやや後方の部分に設けられており、このディーゼルエンジン１Ａは、図２および図３に示すように、船底下から船外水を吸引するポンプ30を駆動するように構成されている。

そして、ポンプ30からの排出水は、排水管32により、切替弁31を付設された排水管分岐部32ａを介し、左右両舷のノズル33Ｐ，33Ｓから船外後方へ推進用ウォータージェットとして排出されるようになっている。

また、この実施例２においても、船首部の水面下における船体部分には、ガスタービン１の排気ガスを受けてマイクロバブルを船体外板面に沿い発生するための複数のマイクロバブル発生装置７が設けられている。すなわち、ガスタービン１の排気部に、排気流路切換手段８を介して煙突９へ到る第１排気流路10と、同排気流路切換手段８を介してマイクロバブル発生装置７へ到る第２排気流路11とが接続されていて、第２排気流路11には補助電動機12により作動するポンプ13が介装されており、同ポンプ13により圧送される排気ガスが、マニホルド14および分岐流路15を通じて複数のマイクロバブル発生装置７へ配分されるように構成されている。

補助電動機12への電力供給も、バッテリー３から配電盤22および給電ライン16を介して行われるようになっており、各給電ライン３ａ，６．16の配置や他の船内機器の配置を考慮してバッテリー３の配置が設定されている。すなわち、バッテリー３が大重量となることを考慮して、船首部に集中する主機関としてのガスタービン１の重量や同ガスタービンにより駆動される発電機２の重量とのバランスを図るため、バッテリー３の配置は船尾の電動機５の近傍において船体下部に設定される。なお、ディーゼルエンジン１Ａの排気部についても、煙突９へ到る排気流路10Ａが設けられている。

上述の実施例２としてのハイブリッド型舶用推進装置では、主機関として船舶に搭載されたガスタービン１により、発電機２および電動機５を介して船尾中央のプロペラ４が駆動される一方、他の主機関としてのディーゼルエンジン１Ａにより駆動されて船外水を吸引するポンプ30からの排出水が、左右両舷へ導かれて船外後方へ推進用ウォータージェットとして排出されるので、船速が大幅に増加するようになり、このようにして船体伴流も増加するため、プロペラ４の翼面におけるキャビテーションの発生を抑制できる効果も得られるようになる。

そして、港内などでは上記排水管分岐路32ａにおける切替弁31の操作により、左右両舷のうち所要の一方にのみウォータージェットを排出するようにして、船体の舵取りを行うことも可能になる。

さらに、この実施例２の場合も、航行時にガスタービン１を常に高出力（定格出力）に維持しながら、遠距離の航路などを高速で航行する場合は、ディーゼルエンジン１Ａも高出力とし、近距離の航路などを低速で航行する場合はディーゼルエンジン１Ａを停止するかまたは低出力として、常に燃料消費の効率を高く維持しながら船舶の運航を行うことができる。そして、第１および第２発電機２，２Ａで発電された電力の余剰分はバッテリー３に蓄えられるので、同バッテリー３の電力は船内の照明等に利用することができる。

なお、低速航行する場合に、ガスタービン１のみを定格出力で使用して、ディーゼルエンジン１Ａを使用しないことを原則とし、気象・海象による負荷変動についてはバッテリーに蓄えられた余剰電力で対応することとして、これが不足する場合にのみ、その不足分をディーゼエルエンジン１Ａで対応することにより、全体として常に燃料消費の効率を高く維持しながら船舶の運航を行うこともできる。

また、この実施例２の場合も、船首部にガスタービン１が設けられて、船首部の水面下における船体部分に、ガスタービン１の排気流路へ接続されたマイクロバブル発生装置７が設けられており、同装置７により生じたマイクロバブルが船首部から船尾部へ向かって水面下の船体外面を覆うようにしながら流れてゆくので、ガスタービン１の排気ガスの利用による船体抵抗（粘性抵抗）の軽減が効率よく行われるようになる。

図４および図５は本発明の実施例３としてのハイブリッド型舶用推進装置を備えた船舶を示すもので、図４は同船舶を模式的に示す縦断面図、図５は同船舶の要部を示す水平断面図である。
図４および図５に示すように、本実施例においても主機関としてガスタービン１と同ガスタービン１よりも定格出力の小さいディーゼルエンジン１Ａとが船上に設けられているが、ディーゼルエンジン１Ａは船尾中央のプロペラ４を駆動するように構成されている。

そして、ディーゼルエンジン１Ａより定格出力が大きくても小型で軽量のガスタービン１は船首部に設けられ、同ガスタービン１により駆動される発電機２からの電力が、バッテリー３に付設の配電盤22を介し、船尾部の両舷部内にそれぞれ設けられた電動機５Ｐ，５Ｓに供給されるようになっている。
また、電動機５Ｐ，５Ｓによりそれぞれ駆動されて船外水を吸引するポンプ30Ｐ，30Ｓが設けられて、同ポンプ30Ｐ，30Ｓからの排出水を船尾両舷部でそれぞれ船外後方へ推進用ウォータージェットとして噴出しうるノズル33Ｐ，33Ｓが設けられている。

さらに、船首部の水面下における船体部分には、ガスタービン１の排気ガスを受けてマイクロバブルを船体外板面に沿い発生するための複数のマイクロバブル発生装置７が設けられている。すなわち、ガスタービン１の排気部に、排気流路切換手段８を介して煙突９へ到る第１排気流路10と、同排気流路切換手段８を介してマイクロバブル発生装置７へ到る第２排気流路11とが接続されていて、第２排気流路11には補助電動機12により作動するポンプ13が介装されており、同ポンプ13により圧送される排気ガスが、マニホルド14および分岐流路15を通じて複数のマイクロバブル発生装置７へ配分されるように構成されている。
そして、補助電動機12への電力供給も、バッテリー３から配電盤22および給電ライン16を介して行われる。

上述の実施例３では、主機関として船体中央部よりもやや後方に搭載されたディーゼルエンジン１Ａにより船尾中央のプロペラ４が駆動されるとともに、船首部に設置された他の主機関としてのガスタービン１により駆動される発電機２から電力の供給を受けて作動する船尾両舷の電動機５Ｐ，５Ｓと、同電動機５Ｐ，５Ｓによりそれぞれ駆動されるポンプ30Ｐ，30Ｓとにより、船外後方へ推進用ウォータージェットが排出されるので、ディーゼルエンジン１Ａのみを搭載した在来船と比べて船速が著しく増加するようになり、プロペラ単独の場合と比べて船体伴流が増加するため、プロペラ翼面におけるキャビテーションの発生を抑制することができる。

そして、運航スケジュールに応じ、ガスタービン１は高出力（定格出力）に保ちながら、ディーゼルエンジン１Ａの出力を調整することにより、燃料の消費の抑制を図ることが可能になる。
また、ディーゼルエンジンのみを主機関として備えた既存の船舶についても、上述のようにガスタービンを増設することにより、船体について大規模な改造を要することなく推進性能の大幅な向上をもたらすことが可能になる。

さらに、この実施例３のハイブリッド型舶用推進装置においても、船首部にガスタービン１が設けられて、船首部の水面下における船体部分に、ガスタービン１の排気流路へ接続されたマイクロバブル発生装置７が設けられており、同装置７により生じたマイクロバブルが船首部から船尾部へ向かって水面下の船体外面を覆うようにしながら流れてゆくので、ガスタービン１の排気ガスの利用による船体抵抗（粘性抵抗）の軽減が効率よく行われるようになる。

また、上述の実施例３の変形例として、ガスタービン１を主機関とした駆動系における発電機２，バッテリー３および電動機５Ｐ，５Ｓを省略し、同ガスタービン１により直接駆動されて船外水を吸引するポンプを設け、同ポンプから船尾両舷のノズル30Ｐ，30Ｓへ給水するようにしてもよく、この場合は発電機２，バッテリー３および電動機５Ｐ，５Ｓを省略できるので、設備コストが大幅に節減されるようになる。

なお、上述の実施例２および実施例３における主機関としてのガスタービン１およびディーゼルエンジン１Ａの船体における配置については、いずれも実施例１と同様に構成されており、同様の作用効果が得られるようになっている。

本発明の実施例１としてのハイブリッド型舶用推進装置を備えた船舶を模式的に示す船体縦断面図である。 本発明の実施例２としてのハイブリッド型舶用推進装置を備えた船舶を模式的に示す船体縦断面図である。 図２の要部を模式的に示す水平断面図である。 本発明の実施例３としてのハイブリッド型舶用推進装置を備えた船舶を模式的に示す船体縦断面図である。 図４の要部を模式的に示す水平断面図である。 船舶の運航スケジュールの一例を示す説明図である。 ディーゼルエンジンの燃料消費特性を示すグラフである。 ガスタービンの燃料消費特性を示すグラフである。

符号の説明

１ ガスタービン
１Ａ ディーゼルエンジン
２ 第１発電機
２Ａ 第２発電機
３ バッテリー
３ａ 給電ライン
４ プロペラ
５ 電動機
５Ｐ，５Ｓ 電動機
６ 給電ライン
７ マイクロバブル発生装置
８ 排気流路切換手段
９ 煙突
10 第１排気流路
10Ａ 排気流路
11 第２排気流路
12 補助電動機
13 ポンプ
14 マニホルド
15 分岐流路
16 給電ライン
22 配電盤
30 ポンプ
30Ｐ，30Ｓ ポンプ
31 切替弁
32ａ 排出管分岐部
33Ｐ，33Ｓ ノズル

Claims (2)

1. 船舶の主機関としてガスタービンとディーゼルエンジンとが船上に搭載されるとともに、上記ガスタービンにより駆動される第１発電機と上記ディーゼルエンジンにより駆動される第２発電機とが船上に搭載され、上記の第１発電機および第２発電機で発電された電力により作動するプロペラ駆動用主電動機と上記電力の余剰分を蓄えるバッテリーとが装備されており、上記ガスタービンが船首部に設けられるとともに、上記ディーゼルエンジンが船体中央部よりもやや後方の部分に上記ガスタービンの重量によるモーメントとバランスを図るように設けられていて、上記ガスタービンが上記ディーゼルエンジンよりも大きい定格出力を有していることを特徴とする、ハイブリッド型舶用推進装置。
2. 上記バッテリーが、上記プロペラ駆動用電動機の近傍において船体下部に配設されていることを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド型舶用推進装置。

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