JP2010537890A - 海洋船における負荷応答性を改善する構造及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、エンジン２と、ジェネレータ３と、メインスイッチボード４と、電気推進ユニット５とを含む推進システム１を含む海洋船における負荷応答性を改善する構造に関する。電源バンク６は、メインスイッチボード４に接続され、これにより、電源バンク６は、メインスイッチボード４によってジェネレータ３により供給される追加の電気エネルギを蓄えるように構成される。電源バンク６に蓄えられる追加の電気エネルギは、所与の時間にて電気推進ユニット５への負荷応答性を増加させるために、ジェネレータ３により供給される電気エネルギと共に使用されるように構成される。

Description

本発明は、海洋船における負荷応答性を改善する構造に関し、請求項１のプリアンブルに記載するように、海洋船は、エンジンと、ジェネレータと、メインスイッチボードと、電気推進ユニットとを含む推進システムを含む。本発明は、また、請求項７のプリアンブルに記載する方法に関する。

ディーゼルエンジンを用いた負荷を増大させる従来の方法は、シリンダへの燃料の供給を増大させることであった。ターボチャージャーの遅れに起因して、エンジンは、いくらかの時間、低い空燃比で運転するが、エンジンの負荷は増加していく。“ディーゼルモード”の二元燃料エンジンの場合、エンジンは、この原理で作動するが、“ガスモード”では、エンジンは、いわゆるオットーサイクルに従って運転する。ガスモード（オットーサイクル）では、負荷を増大させるために短時間で燃料の量を増加させることは、エンジンにとって望ましくない状況である過早点火（ノッキング）を起こしうる。

環境の意識が高まっているので、ガスエンジンは、その低いエミッションレベルに起因して海洋用途においても動力生成のためにより一般的になってきている。

タグボードのような、特別な船のタイプでは、エンジンの負荷応答性が最重要な問題である。

本発明の目的は、海洋船における負荷応答性を改善する構造であって、簡易で信頼性の高い解決策を提供し、従来技術に関連して生じる問題を回避する構造を提供することである。

これらの目的は、請求項１による構造及び請求項７による方法によって達成される。

本発明の基本的な考えは、海洋船において高い負荷応答性を送る環境的に適切な方法を提供することである。これは、海洋船上のメインスイッチボードに電源バンクを接続することによって達成される。電源バンクは、メインスイッチボードによってジェネレータにより供給される追加の電気エネルギを蓄えるように構成される。負荷応答性を増加させることを目的とし、電源バンクに蓄えられる追加の電気エネルギは、所与の時間での高い付加応答性を満たすために、ジェネレータにより供給される電気エネルギと共に、海洋船の電気推進ユニットに供給される。

電気推進ユニットは、全体の推進力を提供し、これにより、モータの全体の推進力は、瞬間的な負荷の変化に対して使用することができる。

海洋船は、更に、ホテルの負荷のような、他のエネルギ消費体を含んでよい。この場合、電源バンクに蓄えられる追加の電気エネルギは、所与の時間にて他のエネルギ消費体への負荷応答性を増加させるために、他のエネルギ消費体に同様に電力供給するためにジェネレータにより供給される電気エネルギと共に使用されるように構成される。

環境的な観点から、エンジンは、効果的には、主にガスを燃料として使用するように構成される。その結果、エンジンが二元燃料エンジンである場合は、二元燃料エンジンは、好ましくは、ガスモードで駆動されるように構成される。二元燃料エンジンは、同様のディーゼル燃料エンジンよりも応答性が低い。

しかしながら、ディーゼルモードで駆動される二元燃料エンジン及びディーゼルエンジンも、負荷応答性が最重要な用途で広く使用される。本発明は、また、ディーゼルエンジンと同様、ディーゼルモードで駆動される二元燃料エンジンに効果的に適用されることができる。ディーゼル駆動エンジンは、また、平均有効圧力が増加するので（エンジン出力及び効率に対応する）、より長い負荷応答時間に向かう。

本発明の更なる効果は、電源バンクが港の動作の全体の電気負荷をカバーするように使用されることもできることである。電源バンクは、負荷の過渡時に推力をアシストするために使用されることができ、若しくは、例えばホテルの負荷のような、他の消費体のための主要なエネルギ源として使用されることができる。これは、港のような、エミッションに繊細な領域において、海洋船は、エンジンを運転させること無く動作することができる。

電源バンクは、効果的には、バッテリ、キャパシタ、フライホイールジェネレータ若しくはこれらの任意の組み合わせである。

本発明による方法の好ましい実施例は、請求項８−１２に付与される。

本発明による構造の第１実施例を示す図。 本発明による構造の第２実施例を示す図。

以下、添付図面を参照して、本発明の例示的な説明を行う。

図１は、本発明による構造の第１実施例における海洋船の推進システム１の一般的なレイアウトを示す。推進システムは、この実施例では、３つのいわゆるゲンセット（genset）、即ち３つのジェネレータ３を備える３つのエンジン２を含む。ジェネレータ３は、メインスイッチボード（ＡＣ）４に結合される。推進システム１は、また、３つの電気推進ユニット５を含む。電気推進ユニットの２つは、方位スラスターとして示され、１つはトンネルスラスターとして示される。当然ながら、電気推進ユニットの数及び種類は、海洋船のタイプに依存して変化しうる。電気推進ユニット５の可変速度駆動は、通常的に、電気推進ユニット５とメインスイッチボード（ＡＣ）４の間のコンバータ（ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ）５１を使用して達成される。

本発明による構造は、更に、２つの電源バンク（ＤＣ）６を含み、２つの電源バンク（ＤＣ）６は、それぞれのインバータ（ＤＣ−ＡＣ）６１を介してメインスイッチボード（ＡＣ）に接続される。電源バンクは、バッテリ、キャパシタ、フライホイールジェネレータ若しくはこれらの任意の組み合わせでありうる。

参照符号８は、ホテル負荷（hotel load）のような、追加のエネルギ消費体を指し、追加のエネルギ消費体は、また、メインスイッチボード（ＡＣ）４に接続される。

上述のような推進システムを含む海洋船では、エンジン２は、ジェネレータ３を駆動し、ジェネレータ３は、メインスイッチボード（ＡＣ）４に電気エネルギを送る。電気エネルギは、次いで、メインスイッチボード４により電気推進ユニット５及びこれを駆動するコンバータ（ＡＣ−ＤＣ−ＡＣ）５１に供給される。これと同時に、電源バンク６は、蓄電のためにメインスイッチボード（ＡＣ）４及びインバータ（ＤＣ−ＡＣ）６１を介して供給される電気エネルギが負荷されてもよい。

ジェネレータが従来的に供給できるよりも大きい、必要とされる出力電力の観点から急な負荷の増大の要求があった場合、電気エネルギは、１つ以上の電気推進ユニット５へのより大きい負荷応答性を提供するために、ジェネレータ３及び電源バンク６の双方から送られることができる。

電気推進ユニットは、全体の推進力を提供し、これにより、ユニットの全体の出力は、瞬間的な負荷の変化に対して使用することができる。

本発明による構造において、海洋船のマスターにより必要とされる電力は、自動システム内に組み込まれたブリッジ制御計器から取られる。自動システムは、現在供給されているエンジン負荷の状態及び電源バンクの現在の充電状態を評価する。供給されたエンジン負荷は、電力、即ちジェネレータ（複数も可）で生成されている電気エネルギをサンプリングすることによって自動化システムにより評価される。電源バンクの充電状態は、自動システムにおける電子機器により評価される。

システム情報のこれらの２つのポイントは、どのようにして電力要求が達成されるかを算出するために重要である。

エンジン負荷を変更することは、プロトコルが従われることを必要とする。このプロトコルは、自動システムに組み込まれる。エンジン負荷の状態が与えられると、エンジンは、自動システムにより必要とされる出力電力を達成するために負荷ステップを通される。この負荷ステップを実行する時間が与えられると、自動システムは、負荷応答性を増大するために電源バンク（複数も可）を放電するための最適な手順を決定する。自動システムは、電源バンク（複数も可）の現在の充電状態を考慮し、現在のエンジン出力に対する必要とされる電力の差を十分にカバーするように電源バンク（複数も可）が放電されることを保証する。

放電の程度の制御は、また、自動システムにより実行され、電源バンク（複数も可）が電源バンク寿命の損失まで放電されないように保証する。

他のエネルギ消費体８のための急な負荷増大の要求がある場合、これは、上述の電気エネルギの組み合わせの供給によりジェネレータ３及び電源バンク６の双方から同一の方法で満たすことができる。

本発明は、特に、燃料としてガスを主に用いるエンジンを使用するのが効果的である。二元燃料エンジンの場合、二元燃料エンジンは、好ましくは、ガスモードで駆動される。ガス動作における負荷応答性は、ディーゼル動作の観点から劣るが、その反面、ガス動作は、ディーゼル動作よりも明らかにより環境にやさしい。設定された電源バンクにより提供される増加した負荷応答能力は、従って、少なくとも同等レベルまでガス動作の負荷応答性レベルを上昇させるために使用でき、若しくは、ディーゼル動作における負荷応答性レベルよりも高いレベルまでも上昇させるために使用できる。

ディーゼルモードで動作する二元燃料エンジンも、しかしながら、負荷応答性が最重要な用途で広く使用される。本発明は、また、ディーゼルエンジンと同様、ディーゼルモードで駆動される二元燃料エンジンに効果的に適用されることができる。ディーゼル駆動エンジンは、また、平均有効圧力が増加するので（エンジン出力及び効率に対応する）、より長い負荷応答時間に向かう。

図２は、本発明による構造の第２実施例における海洋船の推進システム１の一般的なレイアウトを示す。推進システムは、この実施例では、３つのいわゆるゲンセット、即ち３つのジェネレータ３を備える３つのエンジン２を含む。ジェネレータ３は、それぞれの整流器（ＡＣ−ＤＣ）３１を介してメインスイッチボード（ＤＣ）４に結合される。推進システム１は、また、３つの電気推進ユニット５を含む。電気推進ユニットの２つは、例えば方位スラスターでありうり、１つは例えばトンネルスラスターでありうる。当然ながら、電気推進ユニットの数及び種類は、海洋船のタイプに依存して変化しうる。電気推進ユニット５は、メインスイッチボード（ＤＣ）４にそれぞれのインバータ（ＤＣ−ＡＣ）５２を介して接続される。

本発明による構造は、更に、２つの電源バンク（ＤＣ）６を含み、２つの電源バンク（ＤＣ）６は、メインスイッチボード（ＤＣ）４に接続される。この実施例では、電源バンク６の１つは、バッテリ６２、即ち化学蓄電器であり、他の電源バンクは、フライホイール６３、即ち機械的な貯蔵器である。或いは、電源バンクは、キャパシタ若しくはこれらの任意の組み合わせでありうる。

参照符号８は、ホテル負荷（hotel load）のような、追加のエネルギ消費体を指し、追加のエネルギ消費体は、また、インバータ（ＤＣ−ＡＣ）８１を介してメインスイッチボード（ＤＣ）４に接続される。当該エネルギ消費体８は、また、接続８２で示すようにそれぞれの整流器（ＡＣ−ＤＣ）３１とジェネレータ３の間のＡＣバスに接続されてもよい。従って、エネルギは、ジェネレータ３から当該エネルギ消費体に直接送られうる。

参照符号９は、推進力が負である状況下で、即ちプロペラが電気推進ユニットを回転させているときに、逆電力を緩和する余剰負荷熱放熱器を指す。

上述のような推進システムを含む海洋船では、エンジン２は、ジェネレータ３を駆動し、ジェネレータ３は、整流器（ＡＣ−ＤＣ）３１を介してメインスイッチボード（ＤＣ）４に電気エネルギを送る。電気エネルギは、次いで、メインスイッチボード４により電気推進ユニット５及びこれを駆動するインバータ（ＤＣ−ＡＣ）５２に供給される。これと同時に、電源バンク６は、蓄電のためにメインスイッチボード（ＤＣ）４を介して供給される電気エネルギが負荷されてもよい。

ジェネレータが従来的に供給できるよりも大きい、必要とされる出力電力の観点から急な負荷の増大の要求があった場合、電気エネルギは、１つ以上の電気推進ユニット５へのより大きい負荷応答性を提供するために、ジェネレータ３及び電源バンク６の双方から送られることができる。

電気推進ユニットは、全体の推進力を提供し、これにより、ユニットの全体の出力は、瞬間的な負荷の変化に対して使用することができる。

本発明による構造において、海洋船のマスターにより必要とされる電力は、自動システム内に組み込まれたブリッジ制御計器から取られる。自動システムは、現在供給されているエンジン負荷の状態及び電源バンクの現在の充電状態を評価する。供給されたエンジン負荷は、電力、即ちジェネレータ（複数も可）で生成されている電気エネルギをサンプリングすることによって自動化システムにより評価される。電源バンクの充電状態は、自動システムにおける電子機器により評価される。

システム情報のこれらの２つのポイントは、どのようにして電力要求が達成されるかを算出するために重要である。

エンジン負荷を変更することは、プロトコルが従われることを必要とする。このプロトコルは、自動システムに組み込まれる。エンジン負荷の状態が与えられると、エンジンは、自動システムにより必要とされる出力電力を達成するために負荷ステップを通される。この負荷ステップを実行する時間が与えられると、自動システムは、負荷応答性を増大するために電源バンク（複数も可）を放電するための最適な手順を決定する。自動システムは、電源バンク（複数も可）の現在の充電状態を考慮し、現在のエンジン出力に対する必要とされる電力の差を十分にカバーするように電源バンク（複数も可）が放電されることを保証する。

放電の程度の制御は、また、自動システムにより実行され、電源バンク（複数も可）が電源バンク寿命の損失まで放電されないように保証する。

他のエネルギ消費体８のための急な負荷増大の要求がある場合、これは、上述の電気エネルギの組み合わせの供給によりジェネレータ３及び電源バンク６の双方から同一の方法で満たすことができる。

この実施例では、メインスイッチボード４はＤＣスイッチボードであり、これは、ＤＣタイプの電源バンク６に接続することを容易にする。電源バンクから電気推進ユニットへの電力の鎖では、これは、整流器を省略しても良いことを更に意味する。結果として、これは、低減された送電損を備える簡易なシステムを提供する。

本発明は、特に、燃料としてガスを主に用いるエンジンを使用するのが効果的である。二元燃料エンジンの場合、二元燃料エンジンは、好ましくは、ガスモードで駆動される。ガス動作における負荷応答性は、ディーゼル動作の観点から劣るが、その反面、ガス動作は、ディーゼル動作よりも明らかにより環境にやさしい。設定された電源バンクにより提供される増加した負荷応答能力は、従って、少なくとも同等レベルまでガス動作の負荷応答性レベルを上昇させるために使用でき、若しくは、ディーゼル動作における負荷応答性レベルよりも高いレベルまでも上昇させるために使用できる。

ディーゼルモードで動作する二元燃料エンジンも、しかしながら、負荷応答性が最重要な用途で広く使用される。本発明は、また、ディーゼルエンジンと同様、ディーゼルモードで駆動される二元燃料エンジンに効果的に適用されることができる。ディーゼル駆動エンジンは、また、平均有効圧力が増加するので（エンジン出力及び効率に対応する）、より長い負荷応答時間に向かう。

上述の２つの実施例は、単なる例であり、構成要素を変化させた多数の変形が本発明を実施する際に可能であることを明らかに示している。

本説明及び図面は、本発明の基本的な考えを明確化する意図のためだけである。本発明は、添付の請求項の範囲内で変更しうる。

Claims (12)

1. エンジンと、ジェネレータと、メインスイッチボードと、電気推進ユニットとを含む推進システムを含む海洋船における負荷応答性を改善する構造において、
   電源バンクは、前記メインスイッチボードに接続され、前記電源バンクは、前記メインスイッチボードによって前記ジェネレータにより供給される追加の電気エネルギを蓄えるように構成され、前記電源バンクに蓄えられる追加の電気エネルギは、所与の時間にて前記電気推進ユニットへの負荷応答性を増加させるために、前記ジェネレータにより供給される電気エネルギと共に使用されるように構成される、構造。
2. 前記海洋船は、ホテルの負荷のような、他のエネルギ消費体を更に含み、
   前記電源バンクに蓄えられる追加の電気エネルギは、所与の時間にて前記他のエネルギ消費体への負荷応答性を増加させるために、前記ジェネレータにより供給される電気エネルギと共に使用されるように構成される、請求項１に記載の構造。
3. 前記エンジンは、主にガスを燃料として使用するように構成される、請求項１に記載の構造。
4. 前記エンジンは、二元燃料エンジンである、請求項１に記載の構造。
5. 前記エンジンは、ディーゼルエンジンである、請求項１に記載の構造。
6. 前記電源バンクは、バッテリ、キャパシタ、フライホイールジェネレータ若しくはこれらの任意の組み合わせである、請求項１に記載の構造。
7. エンジンと、ジェネレータと、メインスイッチボードと、電気推進ユニットとを含む推進システムを含む海洋船における負荷応答性を改善する方法において、
   前記エンジンは、前記ジェネレータを駆動し、前記ジェネレータは、前記電気推進ユニットを駆動する電気エネルギを供給し、
   当該方法は、前記メインスイッチボードに接続された電源バンクを使用し、前記ジェネレータは、更に、前記メインスイッチボードによって前記電源バンクに追加の電気エネルギを供給し、前記追加の電気エネルギは、前記電源バンクに蓄えられ、前記電源バンクに蓄えられる追加の電気エネルギは、所与の時間にて前記電気推進ユニットへの負荷応答性を増加させるために、前記ジェネレータにより供給される電気エネルギと共に、前記電気推進ユニットに供給される、方法。
8. 前記海洋船は、ホテルの負荷のような、他のエネルギ消費体を更に含み、
   前記電源バンクに蓄えられる追加の電気エネルギは、所与の時間にて前記他のエネルギ消費体への負荷応答性を増加させるために、前記ジェネレータにより供給される電気エネルギと共に前記他のエネルギ消費体に供給される、請求項７に記載の方法。
9. 主にガスを燃料として使用するエンジンを使用する、請求項７に記載の方法。
10. 二元燃料エンジンの形態のエンジンを使用する、請求項７に記載の方法。
11. ディーゼルエンジンの形態のエンジンを使用する、請求項７に記載の方法。
12. バッテリ、キャパシタ、フライホイールジェネレータ若しくはこれらの任意の組み合わせが前記電源バンクとして使用される、請求項７に記載の方法。

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