JP2010089769A

JP2010089769A - 小型船舶の発電装置及び蓄電システム

Info

Publication number: JP2010089769A
Application number: JP2008298750A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Morishita; 博之森下; Kazuyuki Kunigome; 一幸国米; Kazunori Nishina; 一徳仁科; Makoto Yasunobu; 誠安延
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-04-22

Abstract

【課題】小型船舶に取り付けられた発電装置で停泊時や走行時に効率良く発電し、その電力を、船体内にあるメイン蓄電池に蓄電したり、港での係留時において、港に設置してある基幹蓄電装置に送電して蓄電し、港単位の複数の船舶で利用する。
【解決手段】電気動力で走行する小型船舶に取付ける水車型の発電装置で、停泊時にその回転翼が船体後部の喫水線より上の位置に取付けられていて、港を航行する船舶の波や船体後部で打ち返した波のエネルギーにより発電を行う。また、走行時に船体後部の両側面側から船体後方の中央に巻き込むように発生する山状の水流で、頂から内側に巻き込みながら落下する水流をエネルギーとして発電を行う。
【選択図】図９

Description

本発明は、電気動力で走行する小型船舶に必要な電力を効率良く発電したり、単一の港湾内で、発電並びに蓄電した電力を、その港湾内の他の小型船舶に対し供給し、有効に利用することが可能なシステムに関するものである。

小型船舶の動力源としてはガソリンエンジンや軽油を利用するディーゼルエンジンが一般的で、セルモーターや灯火に必要な電力はエンジンに付帯する発電機に、そのエンジンが発生させる動力の一部を利用して発電を行うようにしている。

この種の発電方法としては、特許文献１に記載されているように、過給機付き主機とプロペアを推進軸で直結し、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るようにしている。

このシステムにより排ガスエコノマイザーや蒸気タービンを設置しなくても排ガスからエネルギー回収ができるため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ようになっている。

次に、特許文献２に記載されている船舶用の発電方法は、発電船舶の推進の為のプロペラを駆動する交流電動機が、航行中に減速時や潮流などの影響で発電機として駆動されることにより交流電力を発生するようにしている。

このシステムは、ディーゼルエンジンにより駆動される交流発電機により発電された電力が、プロペアを駆動するための交流発電機へ供給されるようになっていて、航行中にプロペアが水車として作動して交流電動機に発電作用を行わせる際に生じた交流電力を、コンバータを介し直流電力に変換しキャパシタに蓄えられ、インバータを介し推進用交流電動機に使用されるようになっている。

特開２００７−３２６３９１号公報特開２００８−２４１８７号公報

ところが、従来のガソリンエンジンやディーゼルエンジンを動力源に用いたものの場合、燃料油のパイプや居給装置等の経年劣化等により燃料油やオイル漏れが発生することがあり、それが海上に流出して水質を汚濁するようなことが発生している。
また、燃料油を用いて駆動する小型船舶の場合、その燃料油が給油された船舶だけでそのエネルギーを消化することが一般的で、停泊時や走行時に効率良く発電された電力は、灯火等の当該船の内部でしか利用されていないため、多くの小型船舶が係留されている港単位で考えると、毎日乗船する船舶ばかりではないため、
蓄電された電力が自然放電により有効に利用されていないと言う問題がある。

課題を解決する手段

上記課題を解決するために、第１の発明の電気動力で走行する小型船舶の発電装置の発電方法は、小型船舶に取付ける水車型の発電装置で、停泊時にその回転翼が船体後部の喫水線より上の位置に取り付けられていて、港を航行する船舶の波や船体後部で打ち返した波のエネルギーにより発電を行うようにしている。

第２の発明の小型船舶の発電装置の発電方法は、
船体後部に取付けられた発電装置が、走行時に船体後部の両側面側から船体後方の中央に巻き込むように発生する山状の水流で、頂から内側に巻き込みながら落下する水流をエネルギーとして発電するようにしている。

第３の発明の前記発電装置により発電された電力の蓄電システムとしては、前記第１及び第２の発明において発電された電力を、固有の船体内にあるバッテリーに蓄電したり、港での係留時において、港に設置してある蓄電装置に送電して蓄電を行ったり、更にその蓄電装置から、優先度の高い他の船や長距離の走行用に別途積み込むためのスペアーの蓄電池に電力を供給するようなシステムである態様を例示する。

図１〜図９は本発明を具体化した一実施形態の電気動力を用いた小型船舶用の発電装置並びにその利用システムを示している。以下、本発明をこの発電装置に具体化し実施する発電方法、同発電装置により発電された電力の利用システムについて図面を参照して説明する。図１に示すように、通常港に小型船舶１を係留させる場合、岸壁２や浮き桟橋３に船の先端方向を向けて係留するようにしている。このため停泊時において、港内の航路を走行する船舶の波や港の外から入り込む波のエネルギーを有効に利用しようとすると、船尾の左右２箇所の垂直面４に水車型の発電装置５の水車が通常の喫水線６より上になるように装着し、角度が一定ではないが船尾の垂直面４に接触し、更に反射角方向に打ち返すように伝播される波のエネルギーにより水車を回転させ発電を行えるようになっている。

次に、図２を基にこの左右一対の発電装置５について説明する。この水車型の発電装置５はその取り付け角度が船尾の垂直面４を０度と仮定した場合、該発電装置５の水車の回転軸の取り付け角度である、内側の角度７が４５度、外側の角度８が１３５度の角度で回転するようになっていて、更に水車９の羽１０の中心部が窪んだような鱗片状になっていて、係留中に喫水線を越えて到達する波のエネルギーにより該発電装置５の水車９を廻すようになっている。

次に、図３を基に前期発電装置の取り付け位置について説明する。全長が比較的短い小型船舶は、停泊時においては喫水線６に対し、図３の（ア）の図の角度であり、前進走行時においては船首部分が揚がり船尾部分が沈むようになるため喫水線６に対し、図３の（イ）の角度へ船体の角度が変わる。この船体の傾きの角度は船体の前進する速度に略比例したもので、走行を始めると同時に変化が起きるのであるが、同時に船尾底部１１と船体後方側面１２から第２の立体的な喫水線１３が発生するため、前記発電装置５、水車９、羽１０は、船体が最大に傾いた状態では通常の喫水線より下に来るようになる。そこで図３の（ウ）の第２の立体的な喫水線１３の外側、船体後方側面１２側から、船体の後方の中央方向に、板状に内側に巻き込むように発生する、峰状に巻き込む水流１７の頂１８から内側の水流の裾野１９に落下する水流２０を水車９の羽１０が受けて発電機１４を回転させるようにしているため、走行を阻害するような摩擦抵抗を発生することにはなり難い。

この発電装置について図４を基に説明する。この発電装置５は船尾の垂直面４に本体が固定されていて、発電機１４を軸として、鱗片形の羽１０が複数枚取り付けられている水車９が回るようになっている。更に、上下に可動するスプリング２１と斜め方向に可動するスプリング２２の力により、上下方向の位置と角度が調整され、船尾の垂直面の取り付けられた傾斜板１５と位置調整具１６により、第２の立体的な喫水線の峰状に発生した水流の頂から内側に落下する水流をスプリングの力により均一に食い込むように受けることが出来るようになっている。

この船体の後方の第２の立体的な喫水線の外側に峰状に巻き込むように発生する水流１７は、船底や船体側面の形状によってその違いがあるが、一般的に、走行する速度に比例してその角度と、船体の傾きにより高さも変化するのであるが、図４に記載しているように該発電装置５には位置調整具１６により、該水流の高さや角度に変化が発生しても、内蔵されたスプリングの力により、巻き込みながら落下する水流、つまり弾き飛ばそうとする水流に対して、常時一定量の水流を受けるように、その水車の羽を突き出そうとするようになっているため効率良く発電を行える。

図５は走行時に後方に発生した第２の立体的な喫水線を表した平面図で、船舶の進行方向２３に対し、略逆方向に峰状に巻き込む水流１８ａ及び１８ｂが発生し、水流方向２４のように流れていて、Ａ−Ａ´断面を表したものが図６（ア）及び（イ）で、峰状に巻き込む水流１７の頂１８から内側に落下する水流２０が発生し、その中にスプリングの設定された応力により水車が突き出され、落下する水流２０が羽１０に当たり水車９を回転させ発電機１４を回し、発電することが出来る。

次に、前進走行時に該発電装置を当該箇所に取り付けた場合において、船舶の走行に対する抵抗性が増大するかどうかについて試験を行った。図７の（ア）に見られるように、一定の水量が流れる水路に、架台に船体模型を、走行時を想定した特定の角度で、船体への抵抗性により該船体が上下するように（イ）の図にあるように側面と後方の左右４箇所に抵抗物として模型のプロペアを取り付けた小型モーターを取り付け、水流に１ｃｍ差し込み、スケール２６で高さを測定した。図８は各測定ポイント２５に抵抗となる抵抗物を設置した時の抵抗値を表に表したもので、最大の抵抗値を示したものが船体側面であり、第二の立体的な喫水線から内側に落下する部分においては非常に小さな値であった。

このことから、走行時に発電機を設置しても走行を阻害するような抵抗の発生が少ない場所として、船体後部で、立体的な水流のうち、内側に落下するように発生する水流を利用することが最良のものと考えられる。

次に、前記発電装置を装着した小型船舶が発電した電力を、固有の船体内にあるバッテリーに蓄電したり、港での係留時において、港に設置してある蓄電装置に送電して蓄電を行ったり、更に該蓄電装置から他の船舶に電力を供給するシステムについて説明する。図９は漁港の港湾内に停泊した船舶及び港の配電設備をレイアウトしたもので、各船舶は船舶に設置された様々な発電装置と搭載された蓄電池を結ぶ配線、該発電装置と港の基幹蓄電装置を結ぶ配線、港の基幹蓄電装置から各々の船舶の蓄電装置を結ぶ配線、港に設置してある発電装置から港の基幹蓄電装置２７に電力を送致するための配線が施されている。

前記船舶に設置された様々な発電装置とは、前記請求項１及び２で説明した発電装置も含まれるが、既存の技術で容易に取り付けることが可能な、小型の風力発電装置や、ソーラー発電装置を、走行時や停泊時の安全性を阻害しない範囲で取り付け、使用の頻度が高い船舶、つまり優先順位の高い船舶から順に充電が行えるように、基幹蓄電装置２７には、不要電力を電力会社等に販売する為の売電用配線２８と必要な電力を購入する為の電力購入用配線２９が配設され、また夫々の船舶の蓄電池を含む全ての蓄電池の充電レベルを表すモニターと設定された優先度により送電を実行するリレースイッチを電子的にコントロール出来るようになっている。

また、基幹蓄電装置２７では、小型船舶に搭載された蓄電器の容量では不足が予想されるような遠方への出漁に対応するため、持ち運びが可能な小型の補充用バッテリー３０への充電をするための分岐があり、それにより充電された補充用バッテリーを必要に応じて船舶に積み込み、補充用の配線に接続して電力の補完をすることが可能となる。

更に、基幹蓄電装置２７から夫々の船舶の蓄電状況や電力のやり取りを行なう場合、桟橋に接岸された船舶固有のコンセント３１が設けられていて、それに船舶のメインプラグを接続することにより、船内のメイン回路３４を介して、船に搭載された発電装置に接続するための配線具３２、補充用バッテリー用の配線具３３、船用メイン蓄電池３５との接続が可能となる。

以上のように構成された小型船舶の発電装置及び蓄電システムによれば、停泊時においては、港に出入りする船舶が起こす波により、また、船舶の走行時に走行を阻害するような負のエネルギーの発生を極力抑え、効率良く発電を行うことが出来、更に、それらの発電方法により得られた電力を港単位で効率良く供給することが可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）船舶に搭載する発電装置が、太陽光によるものであること。
（２）船舶に搭載する発電装置が、風力によるものであること。
（３）基幹蓄電装置をコントロールするプログラムがコンピューターを含むコンピューターシステムで実行されるように構成すること。
（４）各種発電装置、蓄電装置及び動力源であるモーターにおいて、夫々が直流と交流の違った電力を利用する場合においては、夫々の間に変換装置を設けるようにすること。

本発明を具体化した一実施形態に係る発電装置を小型船舶に取り付けるための位置を表した斜視図である。同発電装置の取り付け位置を表した平面図である。船舶の前進走行時に発生する第二の立体的な喫水線を表した断面図である。本発明の発電装置を表した斜視図である。同発電装置がエネルギーとして利用する水流を表した平面図である。（ア）走行時に船体後部に発生する立体的な水流を表した断面図である、（イ）は、その水流の回転方向に発電機の羽が食い込み、エネルギーを受け取る状態を表した断面斜視図である。（ア）水路に設置した試験用の船舶模型を表す断面図で、（イ）は同船舶模型に抵抗物を取り付けた位置を表す斜視図である。試験結果を表す表である。港単位での電力の供給システムを表す図である。

符号の説明

１小型船舶
２岸壁
３浮き桟橋
４船尾垂直面
５発電装置
６喫水線
７内側の角度
８外側の角度
９水車
１０羽
１１船尾底部
１２船体後方側面
１３第２の立体的な喫水線
１４発電機
１５傾斜板
１６位置調整具
１７峰状に巻き込む水流
１８頂
１９水流の裾野
２０落下する水流
２１上下に可動するスプリング
２２斜め方向に可動するスプリング
２３船舶の進行方向
２４水流方向
２５測定ポイント
２６スケール
２７基幹蓄電装置
２８売電用配線
２９電力購入用配線
３０補充用バッテリー
３１船舶固有のコンセント
３２船に搭載された発電装置に接続された配線具
３３補充用バッテリー用配線具
３４船内のメイン回路
３５船用メイン蓄電池

Claims

電気動力で走行する小型船舶に取付ける水車型の発電装置で、停泊時にその回転翼が船体後部の喫水線より上の位置に取付けられていて、港を航行する船舶の波や船体後部で打ち返した波のエネルギーにより発電を行うことを特徴とする小型船舶の発電装置。
前記発電装置が、走行時に船体後部の両側面側から船体後方の中央に巻き込むように発生する山状の水流で、頂から内側に巻き込みながら落下する水流をエネルギーとして発電することを特徴とする小型船舶の発電装置。
前記発電装置を装着した小型船舶が発電した電力を、固有の船体内にあるバッテリーに蓄電したり、港での係留時において、港に設置してある蓄電装置に送電して蓄電を行ったり、更に当該蓄電装置から他の船舶に電力を供給することを特徴とする小型船舶の発電並びに蓄電システム。