JP2011087348A - 船舶用配電システム - Google Patents

Abstract

【課題】必要時に必要な量の電力をだけ発生させて駆動装置に給電可能とした船舶用配電システムを提供すること。
【解決手段】
発電機によって発電させた電気を、各種駆動装置に給電可能とした船舶用配電システムにおいて、蓄電した電気を必要に応じて給電する補助電源装置を備え、前記補助電源装置は、前記駆動装置の駆動により生じるピーク電力を賄うだけの電気を蓄電可能であり、前記駆動装置の駆動により一定電力を超える電力が消費されると判断された場合に限り、蓄電した電気を給電するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は船舶用配電システムに関し、詳しくは、船舶内の発電機によって発電させた電気を配電盤を介して給電することにより、例えばウインチなどの駆動装置を駆動させる船舶用配電システムに関する。

一般的な船舶は、出入港時には発電機で三相交流を発生させて、その三相交流を配電盤を介して制御盤に給電し、制御盤に給電された三相交流によりウインチを駆動することにより、船舶を停泊させるようにしている。

かかる船舶におけるウインチをはじめとする荷役ポンプ及び送風ファンなどの駆動装置を駆動させるための船舶用配電システムとして、従来、船舶内において、発電機で発電させた電気を配電盤を介して各種の駆動装置にそれぞれ給電し、その給電した電気によって駆動装置を駆動するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−０８１０５４号公報

ところで、船舶内における電気は、上記ウインチや荷役ポンプなどのように電力消費量の大きな特定の駆動装置を駆動する必要があることから、特に出入港時には多く使用される。一方、通常の航行時には電気をあまり必要としないものの、例えば電灯などはどうしても使用するため、通常の航行時においても船舶内では一定の電力消費がなされることから、発電機は常に動作させる必要がある。

このように、出入港時には、ウインチなどの特定の駆動装置を駆動させるために多くの電力が必要となってピーク電力が発生するため、発電機の容量を大きくする必要があるが、通常の航行時にはあまり電力を必要とせず、またその必要としない期間も長い。したがって、従来のように、容量の大きい発電機を使用することは船舶にとって極めて非効率である。

この発明は、上記課題を解決するために、大きな電力を、必要時に必要な量だけ発生させて駆動装置に給電可能とした船舶用配電システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、発電機によって発電させた電気を、各種駆動装置に給電可能とした船舶用配電システムにおいて、蓄電した電気を必要に応じて給電する補助電源装置を備え、前記補助電源装置は、前記駆動装置の駆動により生じるピーク電力を賄うだけの電気を蓄電可能であり、前記駆動装置の駆動により一定電力を超える電力が消費されると判断された場合に限り、蓄電した電気を給電することとした。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の船舶用配電システムにおいて、前記補助電源装置は、前記発電機によって発電した電気及び／又は前記駆動装置によって発生する回生電力を蓄電することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の船舶用配電システムにおいて、前記補助電源装置は、前記発電機で発生した電気及び／又は前記駆動装置によって発生した回生電力を直流に変換して取り込む充電機と、この充電機で取り込んだ直流を蓄電する蓄電池と、この蓄電池に蓄電された直流を交流に変換するインバータと、このインバータで変換した交流を、前記駆動装置の駆動に適応した交流に変換する正弦波コンバータと、を具備することを特徴とする。

（１）請求項１記載の本発明では、例えば、出入港時にピーク電力が生じる場合には、補助電源装置から電気を駆動装置に給電するようにし、通常の航行時には発電機を用いて駆動装置に給電するようにしているので、駆動装置の駆動時に多くの電力が必要なときだけ給電することができ、船舶内での電気の有効利用が図れる。そのため、発電機の容量を小さくでき、発電機の小型化を図ることができる。

そして、発電機を小型化することによって、発電機の最適な燃焼状態を保ちながらＣＯ_２の削減にも寄与することもできる。また、発電機を含む電源装置の小型化を達成することができるので、燃料消費の削減にも寄与することができる。

（２）請求項２記載の本発明では、発電機で発生する電気に加え、あるいはこれに代えて駆動装置で発生する回生電力を蓄電しておき、これを必要時に給電できるようにしているため、船舶内の電気を有効に利用することができる。

（３）請求項３記載の本発明では、蓄電池に蓄電された直流を交流に変換するインバータを具備しているため、より省エネルギ化を図ることができる。

この発明の実施例における船舶用配電システムの全体構造を示したブロック図である。 この発明の実施例における航行時または入港時における電力使用量の関係を示したグラフである。 従来の船舶用配電システムの構造を示したブロック図である。

本実施形態における船舶用配電システムは、基本的構造として、船舶内において、発電機で発生させた交流を、配電盤を介して給電して、各種の駆動装置を駆動させるものである。

船舶内の駆動装置としては、例えば電灯なども含まれるが、船舶が停泊時に使用するウインチ、船荷に積み下ろしを行う荷役ポンプ、送風ファンなどが挙げられる。

そして、本願発明は、特徴的な構成として、蓄電した電気を必要に応じて給電する補助電源装置を備えており、この補助電源装置は、前記駆動装置の駆動により生じるピーク電力を賄うだけの電気を蓄電可能であり、しかも、前記駆動装置の駆動により一定電力を超える電力が消費されると判断された場合に限り、蓄電した電気を給電することとしている。

補助電源装置は、駆動装置を駆動させるために大きな電力が必要となる時に、その必要な電力を補充するようにしたものである。大きな電力が必要な場合とは、例えば出入港時である。すなわち、出入港時には、上記ウインチや荷役ポンプに搭載された電動モータを駆動するので、大きな電力が必要であり、通常、かかる出入港時にピーク電力が発生する。なお、出入港時に限られず、例えば、暑い時期での冷房機を駆動したり、漁時に多く電灯を多く使用したりする場合に補助電源装置より給電するようにしてもよい。

そして、上記補助電源装置は、前記発電機によって発電した電気及び／又は前記駆動装置によって発生する回生電力を蓄電するようにしている。そして、その具体的な構成としては、前記発電機で発生した電気及び／又は前記駆動装置によって発生した回生電力を直流に変換して取り込む充電機と、この充電機で取り込んだ直流を蓄電する蓄電池と、この蓄電池に蓄電された直流を交流に変換するインバータと、このインバータで変換した交流を、前記駆動装置の駆動に適応した交流に変換する正弦波コンバータと、を具備する構成としている。

すなわち、発電機で発生させた交流及び／又は制御盤での駆動装置で発生させた回生電力を取り込む充電機と、上記充電機で取り込んだ交流及び／又は回生電力を直流に変換して蓄電する蓄電池と、上記蓄電池に蓄電された直流を交流に変換するインバータと、上記インバータで変換した交流を、駆動装置を駆動させる交流に変換する正弦波コンバータと、を具備している。

充電機は、発電機によって発生させた交流、駆動装置によって発生させた回生電力、又はこれらを同時に取り込むことができる。また、使用する蓄電池としては、リチウム電池やバッテリなどの鉛蓄電池などが挙げられる。なお、蓄電池に蓄電する蓄電量は、船舶内の駆動装置の駆動時の電力量に応じて適宜決定される。

以下、図面を参照して、図１は船舶用配電システムの全体構造を示したブロック図である。

船舶用配電システム１０は、図１に示すように、船舶内の電力の配電を統括する配電盤１１と、船舶内の電力を発電する発電機１２と、ウインチ１８や荷役ポンプ１９や送風ファン２０などの各駆動装置と、配電盤１１から制御信号を受けてウインチ１８などに搭載される電動モータを駆動させる複数個の制御盤１７と、大容量の電力使用時に電力を供給する補助電源装置２１とを有する。

配電盤１１は、船舶内における配電システム全体を統括するものであり、コンピュータ管理している。そして、発電機１２からの三相交流を制御盤１７に給電して各駆動装置を駆動させるようにしている。配電盤１１は、図示しない母線を介して船舶内の各部に電力を供給するようにしている。

このように、配電盤１１のコンピュータ管理により、出入港時のピーク電力を補助電源装置２１により供給し、通常時には発電機１２により供給するようにしているので、電力を無駄なく発生させてそれを利用することができる。

発電機１２は、船舶内で使用する三相交流を発電するものであり、配電盤１１からの制御により所定電圧、所定周波数の交流信号を発生させるものである。発電機１２は、複数個配設することができるが、通常二つで構成しており、一方の発電機１２が故障しても他方の発電機１２が船舶内の各駆動装置に対して給電できるようにしている。

制御盤１７は駆動装置毎に付設されており、配電盤１１からの交流を受けて、駆動装置の駆動制御を行う装置である。従来の制御盤２２は、図３に示すように、フィルタ用コンデンサ、ＡＣリアクトル、正弦波コンバータ及びインバータ（図示せず）で構成されていた。そして、従来の制御盤２２は、ＰＷＭインバータ交流−直流−交流変換して電動モータ等の駆動装置に給電していた。このため、従来の制御盤２２は、複数個の装置を設置する設置スペースを大きく取る必要があった。また、従来の制御盤は、電源回生機能を有していなかった。

これに対して、本実施形態では、制御盤１７としてマトリックスコンバータを使用し、交流から交流への直接変換を行って、電動モータ等の駆動装置に給電するようにしている。マトリクスコンバータは、入力側と出力側を繋ぐ双方向スイッチによって、電源電圧を直接スイッチングすることにより出力側に任意の電圧・周波数を有する交流を出力することができる。マトリクスコンバータとして、例えば、安川電機株式会社製のＶａｒｉｓｐｅｅｄＡＣ品を用いることができる。

本実施形態では、制御盤１７として上記マトリクスコンバータを使用することにより、単に省電力化を図るのみならず、電源高調波を無くして発電機１２の保護に寄与することができる。また、三相交流電源を直流に変換することなく、駆動装置に適応した周波数・電圧に形成して、各駆動装置を駆動するようにしている。そして、マトリクスコンバータは、従来では別個に設けていたフィルタ用コンデンサ、ＡＣリアクトルと、正弦波コンバータ及びインバータを一つの筐体内に収納しており、狭いスペースでの設置が可能である。

しかも、制御盤１７としてのマトリクスコンバータは、制動抵抗器などで熱として放出していたモータの回生エネルギを電源側に戻すように電源回生機能を有している。

このようにして、本願発明では制御盤１７としてマトリクスコンバータを使用することにより、配電盤１１からの発電機１２によって発生させた三相交流、または、補助電源装置２１からの交流の供給によりウインチ１８に搭載された電動モータなどを駆動することができる。

次に、船舶用配電システム１０における補助電源装置２１について説明する。補助電源装置２１は配電盤１１に接続され、この配電盤１１を介して、発電機１２で発生させた交流及び／又はウインチ１８などを含む駆動装置で発生させた回生電力を、制御盤１７を介して取り込む充電機１４と、上記充電機１４で取り込んだ交流及び／又は回生電力を蓄電する蓄電池１３と、上記蓄電池１３に蓄電された直流を交流に変換するインバータ１５と、上記インバータ１５で変換した交流を、駆動装置を駆動させる交流に変換する正弦波コンバータ１６と、を具備している。

充電機１４は、発電機１２で発生させた一部の電気と、制御盤１７からの回生電力との少なくともいずれかを取り込むようにしている。取り込んだ電気は、ダイオード等で整流することによって直流に変換してバッテリ等の蓄電地で蓄電するようにしている。

蓄電池１３は、上記充電機１４で取り込んだ発電機１２で発電した交流と、駆動装置からの回生電力との少なくともいずれかを蓄電するものである。蓄電池１３は、リチウム電池やバッテリなどの鉛蓄電池などを用いることができる。蓄電池１３に蓄電する蓄電量は、船舶内の駆動装置の駆動時の電力量に応じて適宜決定される。

インバータ１５は、蓄電池１３に蓄電された直流を交流に変換する。すなわち、各駆動装置の駆動には交流に変換する必要があり、このインバータ１５を用いて蓄電池１３に蓄電された直流を交流に変換するようにしている。

正弦波コンバータ１６は、インバータ１５で変換した交流を、駆動装置を駆動させる交流に変換する。すなわち、ウインチ１８などに搭載された電動モータを駆動させるのに必要な電圧・周波数に変換して配電盤１１を介してウインチ１８などの駆動用の制御盤１７に給電するようにしている。

そして、補助電源装置２１は、充電機１４で制御盤１７の回生電力と発電機１２の発生電力を取り込み、取り込んだ電力を直流の電池などで充電し、そして、電池などで充電した電力をインバータ１５で交流を直流に変換し、変換した交流を負荷に対応した周波数に変換して各駆動装置１８〜２０に供給している。

このようにして、出入港時に多く電力を必要とする場合には、補助電源装置２１から電気を配電盤１１を介して駆動装置に給電するようにし、通常の航行時には発電機１２を用いて給電するようにしている。

図２は、航行時または出入港時における電力使用量の関係のグラフを示す。図２に示すように、出入港時には停泊するためにウインチ１８を用いたり、荷役ポンプ１９などを駆動したりするので、そのウインチ１８を駆動させるので大きな電力を必要とする。これに対して、通常航行時には、あまり電力を必要としない。

そこで、ウインチ１８などの駆動装置の駆動により、一定電力を超える電力が消費されると判断された場合に限り、補助電源装置２１より蓄電した電気を給電するようにしている。本実施形態では、図２に示す電力ピーク時（例えば最大電力使用量に対して７０％以上電力使用時）に、補助電源装置２１より電力を供給するようにしている。

このように、出入港時などのように多く電力を必要とする場合には、補助電源装置２１から電気を制御盤１７を介して駆動装置に給電し、通常の航行時には発電機１２を用いて電気を各駆動装置に給電するようにしている。

以上のように、出入港時に電力を多く使用した場合に補助電源装置２１から供給しているので、通常の航行時の少ない電気を発電機１２によって発生させて給電するので、発電機１２の容量を小さくして小型化することができる。

また、発電機１２の小型化により、発電機１２の最適な燃焼状態を保ちながらＣＯ２の削減にも寄与することができる。また、発電機１２を含む電源装置の小型化を達成することができるので、燃料消費の削減にも寄与することができる。

また、配電盤１１のコンピュータ管理により、出入港時のピーク電力を補助電源装置２１により供給し、通常時には発電機１２により供給するようにしているので、電力を無駄なく発生及び利用ができる。

さらに、補助電源装置２１は、電源回生機能を有しているので、他の負荷で発生する回生電力を使用して駆動装置を駆動することができるので、電力を効率良く使用することができる。

１０ 船舶用配電システム
１１ 配電盤
１２ 発電機
１３ 蓄電池
１４ 充電機
１５ インバータ
１６ 正弦波コンバータ
１７ 制御盤
１８ ウインチ（駆動装置）
１９ 荷役ポンプ（駆動装置）
２０ 送風ファン（駆動装置）
２１ 補助電源装置

Claims (3)

1. 発電機によって発電させた電気を、各種駆動装置に給電可能とした船舶用配電システムにおいて、
   蓄電した電気を必要に応じて給電する補助電源装置を備え、
   前記補助電源装置は、
   前記駆動装置の駆動により生じるピーク電力を賄うだけの電気を蓄電可能であり、前記駆動装置の駆動により一定電力を超える電力が消費されると判断された場合に限り、蓄電した電気を給電することを特徴とする船舶用配電システム。
2. 前記補助電源装置は、
   前記発電機によって発電した電気及び／又は前記駆動装置によって発生する回生電力を蓄電することを特徴とする請求項１に記載の船舶用配電システム。
3. 前記補助電源装置は、
   前記発電機で発生した電気及び／又は前記駆動装置によって発生した回生電力を直流に変換して取り込む充電機と、
   この充電機で取り込んだ直流を蓄電する蓄電池と、
   この蓄電池に蓄電された直流を交流に変換するインバータと、
   このインバータで変換した交流を、前記駆動装置の駆動に適応した交流に変換する正弦波コンバータと、
   を具備することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の船舶用配電システム。

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