JP2008081054A

JP2008081054A - 船舶の電力供給システム

Info

Publication number: JP2008081054A
Application number: JP2006266003A
Authority: JP
Inventors: Tsunemitsu Tsuji; 恒充辻
Original assignee: TSUJI HEAVY IND; TSUJI SANGYO KK
Current assignee: TSUJI HEAVY IND; TSUJI SANGYO KK
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-10
Also published as: KR20080067324A; CN101331055A; KR100953906B1; WO2008041498A1; CN101331055B

Abstract

【課題】船舶の船内電気設備に効率よく電力を供給する。
【解決手段】船舶に搭載され電気設備２００に電力を供給する電力供給システム４００であって、電力を発生する発電機１４２、１４４と、電力の供給を受けて荷役対象１２１を上昇させるとともに、荷役対象１２１を降下させる場合に電力を発生する回生ユニット３５０を含むデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８と、回生ユニット３５０が発生した電力を蓄積する蓄電器２６０と、発電機１４０、蓄電器２６０、電気設備２００および回生ユニット３５０が共通に結合された母線１５２とを備え、母線１５２に基づいて、当該船舶におけるデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８以外の電気設備２００に電力を供給する。
【選択図】図４

Description

本発明は、船舶の電力供給システムに関する。より詳細には、回生制動機を含む起重機を備えた船舶において、船内の電気設備に電力を供給するシステムに関する。

船舶は電力を供給することにより動作する電気設備を搭載する。船舶における電力設備の例は、灯火機器、通信機器、測位装置等の他、ムアリングウインチ、ウインドラス等である。また、船舶の居住区には、調理器具、照明器具、空調装置等の電気器具も搭載される。更に、船舶の用途により、起重機、電動ハッチ等が装備される場合もある。

下記の特許文献１には船舶用電源装置が記載される。この船舶用電源装置は、配電線を含む配電盤を介して船内負荷に接続された常用発電機に加え、電力供給源として太陽電池ユニットを備える。これにより、船舶が太陽光線から得たエネルギーを有効活用して発電用の燃料消費を抑制することができる。

また、下記の特許文献２にも船舶用電源装置が記載される。この船舶用電源装置は、母線を直流化することにより電力供給システムを簡素化している。更に、下記特許文献３には、水中翼船に容量の大きな燃料電池を搭載して、停泊中の船内電気設備に対する電力を燃料電池から供給することが記載されている。
特開平１０−０３２９４２号公報特開平１１−２６６５３２号公報特開２００４−０６６９１７号公報

しかしながら、太陽電池ユニットの発電効率は低く、太陽電池ユニットにより獲得された電力で船内電気設備の電力を賄うことは難しい。また、燃料電池は、発電のための燃料または燃料生成手段を用いるので、航海中の船舶の電力設備を当該燃料電池で使用する場合にはその分の燃料等を船舶に搭載しなければならないという不具合がある。

本発明の第１の形態として、船舶に搭載され電気設備に電力を供給する電力供給システムであって、電力を発生する発電機と、電力の供給を受けて荷役対象を上昇させるとともに、荷役対象を降下させる場合に電力を発生する回生制動機を有する起重機と、回生制動機が発生した電力を蓄積する蓄電器と、発電機、蓄電器、電気設備および回生制動機が共通に結合された電力母線とを備え、電力母線に基づいて、当該船舶における起重機以外の電気設備に電力を供給する電力供給システムが提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る電力供給システム４００を装備した貨物船１００の外観を模式的に示す斜視図である。同図に示すように、この貨物船１００は、船体１１０の内部に複数の貨物室を備える。それぞれの貨物室の天面は、ハッチカバー２３２により開閉される。また、ハッチカバー２３２の各々の近傍には、それぞれ、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８が設けられる。このような設備を備えた貨物船１００は、ハッチカバー２３２が開いた状態で、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８を稼働させることにより、船体１１０内の船倉に荷役対象１２１を運び込み、また、運び出すことができる。

更に、貨物船１００の船体１１０の後端近傍には、船員が搭乗する居住区を含む船橋１３０が配置される。また、船橋１３０の下方の船体１１０内には、後述する発電機１４０および配電盤１５０が搭載される。配電盤１５０は、後述する母線１５２を介して船内の各部に電力を供給する。

図２は、貨物船１００の船内において、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８を含む電気設備２００を模式的に示す図である。デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８の各々は、船体１１０に対して固定されたベース部３０１の上端に装着された旋回塔３１０を備える。旋回塔３１０は、ベース部３０１に対して旋回する。更に、旋回塔３１０は、昇降できるジブ３３０を有する。ジブ３３０は、それ自体が昇降すると共に、その先端から垂下したワイヤを巻上げまたは巻き下げて、ワイヤの先端に懸架された荷役対象１２１を昇降させることができる。

デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８が荷役対象１２１を上昇させる場合は、荷役対象１２１の重量に応じた電力が消費される。一方、荷役対象１２１を降下させる場合は、荷役対象１２１およびジブ３３０の重量に対抗して可動部に制動をかけながら、適切な速度で降下させる。

また、この貨物船１００の電気設備２００は、ウインドラス２１０、ムアリングウインチ２２０、および、電動ハッチ２３０を有する。これらウインドラス２１０、ムアリングウインチ２２０は、この貨物船１００の母線１５２に接続される。ウインドラス２１０は、重量の大きなアンカー２１２を巻上げるのに用いられるが、この場合に電力を消費する。また、ムアリングウインチ２２０も、ムアリングワイヤ２２２（ムアリングチェーン）を巻上げるのに用いられるが、この場合に電力を消費する。電動ハッチ２３０は、船体１１０の甲板上に設けられたハッチカバー２３２を電動で開閉する。

さらに、電気設備２００は、船橋１３０の居住区に、ブロワ２４２、投光機２４４、室内灯２４６、航海灯２４８等、電力を消費する居住区電気設備２４０を有する。図示は省略したが、居住区電気設備２４０には、通信機器、レーダー、航法装置、調理機器等が含まれる。これらの居住区電気設備２４０も、母線１５２に接続されて電力の供給を受けるが、相対的に電力消費が少ないこと、陸上の商用電源を前提として製造された機器が多いことから、居住区電気設備２４０には、１００Ｖ程度の電圧で電源が供給される。

更に、この貨物船１００は、上記の電力設備２００に供給する電力を発生または保持する二次電池２５０、蓄電器２６０および発電機１４０を搭載する。発電機１４０は母線１５２に接続され、母線１５２を介して船内の各部に４４０Ｖ程度の高圧で電力を供給する。このように、船舶において、母線１５２に接続された発電機１４０を備えることにより、船内の電気設備２００の稼働に大きな電力が求められる場合に、発電機１４０を稼働させて十分な電力を供給できる。

二次電池２５０および蓄電器２６０は、それぞれ個別の制御装置２５２、２６２を介して母線１５２に接続され、過充電等を防止する。なお、二次電池２５０は、主に停泊中に居住区電気設備２４０に電力を供給する場合に利用される。

蓄電器２６０は、二次電池２５０に対してより大きな容量を有して、後述する回生ユニット３５０が発生した大きな電力を蓄積する。これにより、より大きな電力を備蓄して船内の電力消費が増大した場合の電力供給を補うことができる。換言すれば、蓄電器２６０を搭載することにより、発電機１４０のピーク発電容量を抑制することができる。

このように、母線１５２に接続された蓄電器２６０を更に備え、蓄電器２６０は、回生制動機として動作する回生ユニット３５０が発生した電力を蓄積することができる。これにより、船内の電気設備２００に対する電力需要に柔軟に対応して、無駄なく回生電力を利用できる。

このような用途で用いる蓄電器２６０としては、電気二重層キャパシタを用いた蓄電装置が使用されることが好ましい。電気二重層キャパシタは、電極および電解液の境界に発生した電気二重層に電荷を蓄積する。電気二重層は１分子相当という極限まで薄いギャップを形成するので、非常に大きなエネルギー密度で電力を蓄積できる。ただし、印加電圧が耐圧を越えると電気二重層が破れるので、印加電圧を管理する制御装置２６２と組み合わせて蓄電装置が形成される。

このように、蓄電器２６０として、電気二重層キャパシタを用いた蓄電装置を用いることができる。これにより、高いエネルギー密度で電力を蓄積して、船舶内の電気設備２００を稼働させる電力として利用できる。

図３は、図１および図２に示したデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８として使用する起重機３００の電気的な構造を模式的に示す図である。なお、図３は、旋回塔３１０を抜き出して描かれている。

同図に示すように、旋回塔３１０の外側には、起重機３００の操縦装置が配置されたキャビン３２０が設けられる。また、旋回塔３１０の外側には、ジブ３３０が側方に装着される。

旋回塔３１０の内部には、ジブ３３０を昇降させるジブモータ３４２、フックを懸架したワイヤを巻上げるホイストモータ３４４、旋回塔３１０自体を旋回させる旋回モータ３４６がそれぞれ配置される。また、母線１５２から供給される電力を制御してこれらジブモータ３４２、ホイストモータ３４４および旋回モータ３４６に供給する逆変換器３４０も装備される。各モータを駆動する電力は、旋回塔３１０の底部に設けられたスリップリング３６０を介して母線１５２より供給される。

このように、上記電力供給システム４００において、起重機３００は、逆変換器３４０を有する電動起重機とすることができる。これにより、電動機を動力源とする起重機３００を効率よく稼働させることができる。

更に、旋回塔３１０には、回生ユニット３５０が装備される。回生ユニット３５０は、起重機３００が取り扱う荷役対象１２１が降下する場合に、荷役対象１２１およびジブ３３０の運動エネルギーを電力に変換することにより、荷役対象１２１およびジブ３３０の降下速度を低減させる。回生ユニット３５０により発生した電力は、スリップリング３６０を介して船体１１０内の母線１５２に戻される。

なお、起重機３００は、荷役対象１２１が懸架されていない場合においても、ジブ３３０の重量およびワイヤの先端に装着されたフックの重量によりジブ３３０を降下させて、回生ユニット３５０から電力を発生させることができる。この場合に発生した電力も、蓄電器２６０および二次電池２５０に蓄積させて、船内の他の居住区電気設備２４０において利用することができる。

図４は、貨物船１００の船内の電力供給システム４００の構造を模式的に示す図である。同図に示すように、この電力供給システム４００は、配電盤１５０に設けられた母線１５２に対して、電気設備２００の各々が遮断器１５６を介して接続される。また、蓄電器２６０および二次電池２５０も、それぞれ制御装置２４１、２５２、２６２を介して母線１５２に接続される。更に、発電機１４０も、遮断器１５４を介して母線１５２に接続される。なお、発電機１４０は、常用発電機１４２および非常用発電機１４４を含み、それぞれ個別に、遮断器１５４を介して母線１５２に接続される。

上記のような電力供給システム４００においては、遮断器１５４、１５６および制御装置２４１、２５２、２６２が電気的な接続を遮断していない限り、電気設備２００の各々は母線１５２に電気的に結合されている。従って、この母線１５２に対する電力源となる発電機１４０、二次電池２５０、蓄電器２６０および回生ユニット３５０のいずれかにより十分な電力が供給されていれば、電気設備２００は稼働できる。

例えば、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８、ウインドラス２１０、ムアリングウインチ２２０、電動ハッチ２３０のように電力消費の大きな機器が稼働している場合は、発電機１４０を稼働させて消費電力に見合った電力が供給される。また、例えば停泊中で、表示灯等の小さい電力を消費する場合は、二次電池２５０が電力を供給する。

一方、例えば荷役作業中は４基のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８を稼働させるので、それに見合った電力を供給することが求められる。そのような電力を発電機１４０から供給するには、発電量の大きな発電機１４０を装備しなければならない。しかしながら、この電力供給システム４００では、４基のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８のうち、荷役対象１２１を降下させているものが装備する回生ユニット３５０からも電力が母線１５２に供給される。従って、この電力供給システム４００では発電機１４０に求められる最大発電量を抑制することができる。

このように、この電力供給システム４００においては、船舶は共通の母線１５２に接続された起重機３００を複数備え、起重機３００のひとつが荷役対象１２１を降下させる場合に当該起重機３００の回生制動機が発生した電力を、荷役対象１２１を上昇させる起重機３００の他のひとつに供給することができる。これにより、回生電力を効率よく利用して起重機３００を経済的に稼働させることができる。

図５は、図１に示した貨物船１００において、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８のいずれかを稼働させた場合の電力量の推移を示すグラフである。この貨物船１００の電力供給システム４００は図４に示す構造を有する。なお、蓄電器２６０としては、内部抵抗が十分に小さな電気二重層キャパシタを備えた蓄電装置（以下、「ＥＤＬＣ」と記載する）を用いた。

図５に示すように、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８のひとつが荷役対象１２１に対して巻上げ、巻下げおよびジブ３３０の昇降を行った場合、動作開始当初は電動機の突入電流等により消費電力が２５０ｋＷを越える。その後、荷役対象１２１またはジブ３３０を上昇させる動作の場合は電力消費が継続するが、降下させる動作の場合は回生電力が発生する。また、荷役対象１２１またはジブ３３０を上昇させる動作においても、各動作期間の終期に回生電力が発生する。従って、これら回生電力を有効利用することにより、発電機１４０の負荷が低減される。なお、容量の大きな蓄電器２６０を備えるので、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８が休止した場合は、発電機１４０を停止させても、居住区電気設備２４０等の小さな電力消費を賄うことができる。

このように、船舶に搭載されて当該船舶における起重機３００以外の電気設備２００に電力を供給する電力供給システム４００であって、巻下げる場合に電力を発生する回生制動機を含む起重機３００と、電気設備２００および回生制動機が共通に結合された母線１５２とを備える電力供給システム４００が提供される。これにより、起重機３００において荷役対象１２１を降下させる場合に熱エネルギーとして放散されていたエネルギーを効率よく回収して、船内の電気設備２００の稼働に利用できる。また、回生電力の利用先を多種の電気設備２００とすることにより、回生電力の多寡に関係なく、回生電力を効率よく利用できる。

また、回生ユニット３５０を装備した起重機３００で発生した電力を、電気設備２００の起重機３００以外の電気機器にも供給する電力供給システム４００により、電力供給のための燃料消費を低減できる。これにより、燃料費の削減に加えて、炭酸ガス、窒素酸化物、硫黄酸化物等の排出量も抑制でき、環境負荷も低減できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本発明の実施形態に係る貨物船１００の外観を模式的に示す斜視図である。貨物船１００の船内の電気設備２００を模式的に示す図である。起重機３００の電気的な構造を模式的に示す図である。貨物船１００の船内の電力供給システム４００の構造を模式的に示す図である。電力供給システム４００における電力量の推移を示すグラフである。

符号の説明

１００貨物船、１１０船体、１２１荷役対象、１２２、１２４、１２６、１２８デッキクレーン、１３０船橋、１４０発電機、１４２常用発電機、１４４非常用発電機、１５０配電盤、１５２母線、１５４、１５６遮断器、２００電気設備、２１０ウインドラス、２１２アンカー、２２０ムアリングウインチ、２２２ムアリングワイヤ、２３０電動ハッチ、２３２ハッチカバー、２４０居住区電気設備、２４１、２５２、２６２制御装置、２４２ブロワ、２４４投光機、２４６室内灯、２４８航海灯、２５０二次電池、２６０蓄電器、３００起重機、３１０旋回塔、３２０キャビン、３３０ジブ、３４０逆変換器、３４２ジブモータ、３４４ホイストモータ、３４６旋回モータ、３５０回生ユニット、３６０スリップリング、４００電力供給システム

Claims

船舶に搭載され電気設備に電力を供給する電力供給システムであって、
電力を発生する発電機と、
電力の供給を受けて荷役対象を上昇させるとともに、荷役対象を降下させる場合に電力を発生する回生制動機を有する起重機と、
前記回生制動機が発生した電力を蓄積する蓄電器と、
前記発電機、前記蓄電器、前記電気設備および前記回生制動機が共通に結合された電力母線と
を備え、
前記電力母線に基づいて、当該船舶における起重機以外の電気設備に電力を供給する電力供給システム。
前記船舶は共通の前記母線に接続された前記起重機を複数備え、前記起重機のひとつが荷役対象を降下させる場合に当該起重機の前記回生制動機が発生した電力を、荷役対象を上昇させる前記起重機の他のひとつに供給する請求項１に記載の電力供給システム。
前記起重機が、逆変換器を有する電動起重機である請求項１または請求項２に記載の電力供給システム。
前記母線は、交流電力を伝達する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電力供給システム。