JP2007326391A - Marine vessel propulsion system - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a ship propulsion system capable of saving energy of a ship.
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。
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。
Usually, to save energy on ships, a method of attaching a shaft generator to the main engine, a method of generating steam with an exhaust gas economizer to drive a turbine and generating or propelling power, or a generator attached to a turbocharger of the main engine to generate electricity A method has been proposed.
However, none of these methods has been widely used in terms of energy saving effect due to high cost due to an increase in installation equipment, installation space, and maintenance costs.
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。
As shown in FIG. 4, the conventional marine vessel propulsion system has a
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。
In another conventional marine vessel propulsion system, as shown in FIG. 5, the propulsion turbine 9 is driven by surplus steam generated by the
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a marine vessel propulsion system capable of responding to various driving situations with high energy saving efficiency with an optimum device configuration.
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。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a marine vessel propulsion system in which a main engine with a supercharger and a propeller are connected by a propulsion shaft, and a shaft power generator is provided on the propulsion shaft. A generator for recovering surplus exhaust energy and generating electricity is attached to the machine, and the generator is connected to an inboard power supply system.
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。 According to the first aspect of the present invention, in addition to the energy saving effect of the shaft power generator, energy can be recovered from the exhaust gas without installing an exhaust gas economizer or a steam turbine, so that a higher energy saving effect can be obtained with a small equipment configuration.
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。 According to a second aspect of the present invention, in the marine vessel propulsion system according to the first aspect, the generator attached to the supercharger of the main engine is a high-speed generator directly connected to the supercharger shaft, and the high-speed generator has a frequency converter. It is characterized by being connected to an inboard power supply system.
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。 According to the second aspect of the present invention, since the high speed generator is directly connected on the coaxial of the main turbocharger, a reduction gear is not required between the supercharger and the generator. The maintenance cost can be reduced.
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。 According to a third aspect of the present invention, in the marine vessel propulsion system according to the first or second aspect, the generator attached to the supercharger of the main engine is either or both of the shaft power generator and the inboard power system when the main engine is activated. It can be driven as a motor by receiving power supply from either of them.
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。
According to the invention described in
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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the marine vessel propulsion system according to any one of the first to third aspects, the power generation output of the shaft power generation device and the power generation output of the power generator attached to the supercharger are loaded on the load of the main engine. It can be adjusted according to the situation.
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。
According to the invention described in
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。 According to a fifth aspect of the present invention, in the marine vessel propulsion system according to any one of the first to fourth aspects, the shaft power generator is configured to generate power output obtained by collecting surplus exhaust energy of the supercharger and the power generation output. It is characterized in that power is supplied from both or one of the inboard power supply systems via the frequency converter and is driven as a motor for propulsion.
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。 According to the fifth aspect of the present invention, when a propulsive force is required during stormy weather or the like, the shaft generator can be driven as a motor to energize the main engine, so that the output of the propulsion shaft can be increased, It is not necessary to add a speed reducer, and the equipment installation space and maintenance cost can be reduced. Further, since the rotational frequency of the shaft generator can be varied by the frequency converter, it is possible to easily follow changes in the rotational frequency of the main engine, so that stable navigation is possible.
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。
According to a sixth aspect of the present invention, in the ship propulsion system according to the third to fifth aspects, the ship propulsion power supply system and the inboard power supply system can be separated.
According to the sixth aspect of the invention, since the propulsion power supply system and the shipboard power supply system can be arbitrarily separated, the shipboard power supply is stable even when the output fluctuation of the generator attached to the shaft generator or the turbocharger is large. Can be kept.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a marine vessel propulsion system that is highly energy-saving with an optimal device configuration and can cope with various driving situations.
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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
As shown in the figure, in the marine vessel propulsion system according to the present embodiment, the
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。 Since the ship propulsion system of the present embodiment is configured as described above, in addition to the energy saving effect of the shaft power generator, energy can be recovered from the exhaust gas without installing an exhaust gas economizer or a steam turbine, thereby achieving high energy savings. An effect is obtained.
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。
FIG. 2 is a block diagram of the second embodiment of the present invention.
As shown in the figure, the ship propulsion system according to this embodiment differs from the first embodiment in FIG. 1 in that a
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。 Since the present embodiment is configured as described above, in addition to the same effects as those of the first embodiment, a reduction gear is not required between the supercharger and the high-speed rotating machine, and a reduction in equipment installation space and a reduction gear are achieved. The maintenance cost can be reduced.
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。
In FIG. 1 or FIG. 2, the third embodiment of the present invention is the power generated by the
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。 Since the present embodiment is configured as described above, power generation installed in the supercharger when the exhaust gas energy at the time of starting the main engine is small or when the supercharger is insufficient at low load. Supercharging can be boosted by driving the machine as a motor. Accordingly, it is possible to reduce the amount of air blown by the auxiliary blower that is normally performed, and to reduce the number and capacity of the auxiliary blowers. Further, when motoring a high-speed generator, the rotation frequency can be varied by the frequency converter, so that it is possible to easily follow changes in the required supercharging amount and supercharging pressure of the main engine.
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。
FIG. 3 is a block diagram of the fourth embodiment of the present invention.
In the figure, the ship propulsion system according to this embodiment differs from the first embodiment of FIG. 1 in that the
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。 Since this embodiment is configured as described above, when a propulsive force or supercharging is required during stormy weather, the power generation output of the shaft power generator and the power generation output of the generator installed in the supercharger are By adjusting, the output of the propulsion shaft, or the supercharging amount and supercharging pressure of the supercharger can be varied, and stable navigation can be achieved.
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。
In the fifth embodiment of the present invention, in FIG. 1 or FIG. 2, the power generated by the
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。 Since the present embodiment is configured as described above, when a propulsive force is required during stormy weather, etc., the shaft generator can be driven as a motor and the main engine can be energized. It is possible to reduce the equipment installation space and maintenance costs by eliminating the need for a reduction gear to support the main engine. Further, since the rotational frequency of the shaft power generator can be varied by the frequency converter, it is possible to easily follow the rotational frequency change of the main engine, so that stable navigation is possible.
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。
In FIG. 1 to FIG. 3, the sixth embodiment of the present invention opens the
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。 Since the present embodiment is configured as described above, even when the output fluctuation of the generator attached to the shaft generator or the supercharger is large, the in-board power supply can maintain a stable state.
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。
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