JP2011157907A - 船舶の動揺による発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 船体の動揺を発電に有効利用できるようにする。
【解決手段】 船体１のビルジ部２に、船体１に生じるローリングの揺動軸Ｏｒを中心とするロール方向に延びて船底部と喫水下の船側部を連通させる管路３を、船首尾方向に複数設ける。各管路３の途中位置にプロペラ式の水力タービン発電機４の水力タービン部５をそれぞれ設け、各管路３の外部に各水力タービン部５の出力により駆動される水力タービン発電機４の発電機本体６をそれぞれ設ける。船舶の航走時あるいは停泊時に船体１にローリングが生じると、船体１のビルジ部２に設けてある各管路３が水中でローリングの揺動軸Ｏｒを中心とする円周方向に往復移動することで各管路３内に相対的な水の流れを発生させ、この各管路３内の水の流れにより水力タービン発電機４の水力タービン部５を駆動し、その出力により発電機本体６で発電を行わせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、船体が動揺するときに発電を行うことができるようにするための船舶の動揺による発電装置に関するものである。なお、前記船体とは浮体による海洋構造物を含む意で用いるものとする。

船舶は、航行時あるいは停泊時に波浪等の影響を受けると、船体にローリングやピッチングの動揺が生じる。

上記船体に生じるローリングやピッチングの動揺は、主として波浪等の船体の外部より作用するエネルギーの影響によって生じる船体運動であるため、これらの船体運動のエネルギーを回収して有効利用することができれば、船内で消費される燃料の削減化を図ることができると考えられる。そこで、本発明者等は、上記船体に生じるローリングやピッチングの動揺を利用して発電を行うことを計画している。

ところで、海面に浮かぶ浮体構造物に波浪等が作用する際に、該浮体構造物に生じる動揺を利用して発電を行う手法については、以下のような種々の手法が従来提案されている。

すなわち、たとえば、波浪（入射波）による浮体の上下揺れ運動を、ばねに支持された重錘と共に浮体内部で上下振動するピストンと、該浮体内に位置固定されたシリンダとの相対運動に変換して、該ピストンとシリンダにより空気を圧縮し、該圧縮された空気により空気タービンを駆動して発電を行う手法（たとえば、特許文献１参照）や、波浪（入射波）による浮体の横揺れ運動を、振り子に支持された重錘と共に浮体内部で揺動するピストンと、浮体内に位置固定されたシリンダとの相対運動に変換して、該ピストンとシリンダにより空気を圧縮し、該圧縮された空気により空気タービンを駆動して発電を行う手法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

又、洋上構造物（浮体構造物）に、発電用エアー区画室と動揺増幅区画室を設け、且つ上記エアー区画室には、該洋上構造物の波により生じる動揺の方向に沿って下端側の開放された２つの室を設けて、上記洋上構造物の動揺により上記各室内で水面の位置が変化するときに該各室の頂部より出入りする空気を用いてタービンを回して発電を行うことができるようにし、更に、上記動揺増幅区画室には、底壁を設けて内部に動揺増幅用の流体を貯留すると共に、動揺増幅区画室の該洋上構造物の波により生じる動揺の方向の中央部に、底壁との間隔を調整できるようにした仕切壁を設けて、上記洋上構造物が波により傾くと、上記仕切壁と底壁との間の隙間を通して上記動揺増幅用の流体が上記仕切壁で仕切られた２つの室の間で移動するようにすることで、洋上構造物の波による動揺を増幅することにより、上記エアー区画室における各室でのエアーの出入する量を増幅して発電量を増大させるようにする手法が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

更に、海洋浮上構造物（浮体構造物）の内部の密閉空間の下部に液体を貯留すると共に、該密閉空間の上部に海洋浮上構造物の波による交互の傾きの方向に沿って下端の開放された２つの空気ピストン室を設けて、上記海洋浮上構造物が波により動揺する際に、上記密閉空間内で液体が傾斜した側へ流れることで、傾斜した側の空気ピストン室の空気が圧縮される一方、傾斜した側と反対側の空気ピストン室が減圧されることを利用して、この圧力差が生じる２つの空気ピストン室の間の空気の流れを利用してタービンを一方向に回転させて発電を行う手法も提案されている（たとえば、特許文献４参照）。

特開昭５２−５９２４１号公報 特開昭５２−５９２４０号公報 特開昭５３−１４３８４５号公報 特開２００１−１９３６２６号公報

ところが、上記特許文献１、２、３、４に示された浮体構造物の波による動揺を利用する発電装置では、該浮体構造物の動揺をばねや振り子による重錘の揺動の力に変換し、その力で空気を圧縮して空気タービンを駆動することで発電するようにしたり、区画された複数の室を設けて、該複数の室同士の間で移動する空気により空気タービンを駆動して発電を行うようにしてあるため、発電装置が大掛かりな形態とならざるを得ないというのが実状である。

しかも、上記各特許文献１、２、３、４に示されたものでは、浮体構造物における動揺する方向の中間部に、タービン等の発電を行うための機構が設けてあることから、船体中央部に積荷用の区画や機関の設置区画が設けてある船舶にそのまま適用することは困難である。

したがって、従来、船舶の船体に生じるローリングやピッチングの動揺を有効に活用して発電を行う手法は特に提案されていないというのが実状である。

そこで、本発明は、船舶の船体に生じるローリングやピッチングによる動揺時に発電を実施させることができる船舶の動揺による発電装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、船体のビルジ部に、船体に生じるローリングの揺動軸を中心とするロール方向に延びて船底部と喫水下の船側部を連通させる管路を設け、且つ該管路に水力タービン発電機を取り付けてなる構成とする。

又、請求項２に対応して、船体の船首尾部のいずれか一方又は双方に、船体に生じるピッチングの揺動軸を中心とするピッチ方向に延びて船首寄りの船底部と船首前面部、又は、船尾寄りの船底部と船尾後面部を連通させる管路を設けると共に、該管路の両端の開口部に開閉可能な蓋を備え、更に、上記管路に水力タービン発電機を取り付けてなる構成とする。

本発明の船舶の動揺による発電装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）船体のビルジ部に、船体に生じるローリングの揺動軸を中心とするロール方向に延びて船底部と喫水下の船側部を連通させる管路を設け、且つ該管路に水力タービン発電機を取り付けてなる構成としてあるので、船舶が停泊あるいは航行している際に船体に生じるローリングにより、相対的に上記管路内に水の流れを発生させ、この管路内の水の流れにより水力タービン発電機を駆動して発電を実施させることができる。
（２）更に、上記船体にローリングによる動揺が生じる際、上記管路内に生じる水の流れに上記水力タービン発電機を駆動するための抵抗を生じさせることで、上記船体のローリングによる動揺に対してダンピングとして寄与することができ、上記船体に生じるローリングによる動揺の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して消費させることができるため、航行中あるいは停泊中の船体のローリングに対する減揺の効果を得ることが可能になる。
（３）しかも、上記管路及び水力タービン発電機は、船体のビルジ部の設計変更や改造により設けることができるため、上記（１）の構成を有する船舶の動揺による発電装置を、船体の中央部の積荷用の区画や機関の設置区画に影響を与えることなく容易に船舶に適用することができる。
（４）船体の船首尾部のいずれか一方又は双方に、船体に生じるピッチングの揺動軸を中心とするピッチ方向に延びて船首寄りの船底部と船首前面部、又は、船尾寄りの船底部と船尾後面部を連通させる管路を設けると共に、該管路の両端の開口部に開閉可能な蓋を備え、更に、上記管路に水力タービン発電機を取り付けてなる構成としてあるので、管路の蓋を開操作することで、船舶が停泊している際に船体に生じるピッチングにより、相対的に上記管路内に水の流れを発生させ、この管路内の水の流れにより水力タービン発電機を駆動して発電を実施させることができる。
（５）更に、上記船体にピッチングによる動揺が生じる際、上記管路内に生じる水の流れに上記水力タービン発電機を駆動するための抵抗を生じさせることで、上記船体のピッチングによる動揺に対してダンピングとして寄与することができ、上記船体に生じるピッチングによる動揺の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して消費させることができるため、停泊中の船体のピッチングに対する減揺の効果を得ることが可能になる。
（６）しかも、上記管路及び水力タービン発電機は、船体の船首尾部の設計変更や改造により設けることができるため、上記（４）の構成を有する船舶の動揺による発電装置を、船体の中央部の積荷用の区画や機関の設置区画に影響を与えることなく容易に船舶に適用することができる。

本発明の船舶の動揺による発電装置の実施の一形態として、船体に生じるローリングによる動揺で発電を行う場合の適用例を示す概略切断正面図である。 図１の動揺による発電装置を装備した船舶の船体を示す概略側面図である。 本発明の実施の他の形態として、船体に生じるピッチングによる動揺で発電を行う場合の適用例を示す概略切断側面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明の船舶の動揺による発電装置の実施の一形態として、船舶の船体に生じるローリングによる動揺時に発電を行う場合の適用例を示すもので、以下のようにしてある。

すなわち、船舶の船体１の左右のビルジ部２に、該船体１に生じるローリングの揺動軸Ｏｒと直交する平面内で該ローリングの揺動軸Ｏｒを中心とするロール方向に延びて船底部と喫水下の船側部とを連通させる管路３を、船首尾方向に所要間隔で複数設ける。

更に、水力タービン発電機として、たとえば、タービン前後の水の圧力差からエネルギーを取り出すタイプであって、水位差が小さいが流量が大きい場合に高出力を得ることができる形式のプロペラ式の水力タービン発電機４の水力タービン部５を、上記各管路３内の途中位置にそれぞれ設けると共に、該各管路３の外部における上記各水力タービン部５の設置個所の近傍位置に、該各水力タービン部５の出力により駆動される上記水力タービン発電機４の発電機本体６をそれぞれ設けた構成とする。

なお、上記船体１の左右のビルジ部２に設ける各管路３は、たとえば、二重船殻構造としてある船体１のビルジ部２における内殻と外殻との間に図示しないタンクが形成されている場合は、該図示しないタンクを貫通する配置で設ける等、船体構造における主要な構造材を避ける位置に設けるようにすればよい。

なお、上記図１及び図２では、図示する便宜上、船体１の上部構造や内部構造、推進装置や舵の記載は省略してある（後述する図３も同様）。

以上の構成としてある本発明の船舶の動揺による発電装置を装備した船舶が停泊又は航行しているときに、波の影響等により船体１にローリングが生じると、上記船体１におけるローリングの揺動軸Ｏｒを中心とするロール方向に設けてある上記各管路３が、水面下にて上記ローリングの揺動軸Ｏｒを中心とする円周方向に往復移動するようになるため、該各管路３内に、船底側より船側側へ向かう水の流れと、船側側より船底側に向かう水の流れが交互に発生するようになる。

したがって、上記各管路３内で生じる水の流れにより、該各管路３内にそれぞれ設けてある各水力タービン発電機４の各水力タービン部５が駆動されるようになることから、該各水力タービン部５の出力により、対応する水力タービン発電機４の発電機本体６の運転が行われて発電が行われるようになる。

更に、図２に示すように、船首尾方向に所要間隔で設けてある複数の管路３のうち、船体１に生じるピッチングの揺動軸Ｏｐより離れた位置となる船体１の前部及び後部に配置されている各管路３では、船体１にピッチングが生じると、該各管路３が、水面下で上記ピッチングの揺動軸Ｏｐを中心とする円周方向に沿って上下に往復移動するようになるため、該各管路３内に、船底側より船側側へ向かう水の流れと、船側側より船底側に向かう水の流れが交互に発生するようになる。

したがって、上記船体１にピッチングが生じる際にも、上記船体１のピッチングの揺動軸Ｏｐより離れた各管路３内で生じる水の流れにより、該各管路３内にそれぞれ設けてある各水力タービン発電機４の各水力タービン部５が駆動され、該各水力タービン部５の出力により対応する水力タービン発電機４の発電機本体６の運転が行われて発電が行われるようになる。

上記のようにして船体１がローリングする際、及び、ピッチングする際に各管路３ごとに設けてある各水力タービン発電機４で発電された電力は、図示しない船内の電力系統に給電するか、又は、該船内の電力系統に設けてあるバッテリーへ給電するようにすればよい。

このように、本発明の船舶の動揺による発電装置によれば、船舶が停泊あるいは航行している際に船体１に生じるローリングやピッチングの動揺を有効に活用して発電を行うことができる。

更に、上記船体１にローリングやピッチングの動揺が生じる際、上記各管路３内に生じる水の流れに上記各水力タービン発電機４の水力タービン部５を駆動するための抵抗を生じさせることで、上記船体１の動揺に対してダンピングとして寄与することができる、すなわち、上記船体１に生じるローリングやピッチングの動揺による運動エネルギーを、上記各管路３に付設してある各水力タービン発電機４で電気エネルギーに変換することで、上記船体１の動揺による運動エネルギーを消費させることができるため、航行中あるいは停泊中の船舶の船体１のローリングやピッチングに対する減揺の効果も得ることが可能になる。

しかも、本発明の船舶の動揺による発電装置は、船体１のビルジ部２の設計変更や改造により設けることができるため、船体１の中央部の積荷用の区画や機関の設置区画に影響を与えることなく容易に船舶に適用することができる。

次に、図３は本発明の実施の他の形態として、船舶の船体に生じるピッチングによる動揺で発電を行う場合の適用例を示すもので、以下のようにしてある。

すなわち、船舶の船体１の船首部７に、該船体１に生じるピッチングの揺動軸Ｏｐを中心とするピッチ方向に延びて船首寄りの船底部と喫水下の船首前面部の所要個所とを連通させる管路８を、船幅方向に単数又は複数設ける。

上記管路８における船首前面側の開口部と船底側の開口部には、図示しない開閉機構により開閉可能とした蓋９をそれぞれ設ける。これにより、船舶の航行時には、図３に二点鎖線で示すように、上記管路８の船首前面側と船底側の各開口部をそれぞれ対応する蓋９により閉塞させることで、上記管路８内に船首前面側の開口部から船底側の開口部へ向かう一方向の流れが常に生じる虞を防止できるようにしてある。

又、上記船体１の船尾部１０に、該船体１に生じるピッチングの揺動軸Ｏｐを中心とするピッチ方向に延びて船尾寄りの船底部と喫水下の船尾後面部の所要個所とを連通させる管路１１を、船幅方向に単数又は複数設ける。

上記管路１１における船尾後面側の開口部と船底側の開口部には、図示しない開閉機構により開閉可能とした蓋１２をそれぞれ設ける。これにより、船舶の航行時には、図３に二点鎖線で示すように、上記管路１１の船尾後面側と船底側の各開口部をそれぞれ対応する蓋１２により閉塞させることで、上記管路１１内に船底側の開口部から船尾後面側の開口部へ向かう一方向の流れが常に生じる虞を防止できるようにしてある。

更に、上記各管路８及び１１における蓋９及び１２の開閉動作と干渉しない途中位置に、図１及び図２の実施の形態で示したと同様の水力タービン発電機４の水力タービン部５をそれぞれ設けると共に、該各管路８及び１１の外部における上記各水力タービン部５の設置個所の近傍位置に、該各水力タービン部５の出力により駆動される上記水力タービン発電機４の発電機本体６をそれぞれ設けた構成とする。

以上の構成としてある本実施の形態の船舶の動揺による発電装置を装備した船舶が停泊しているときには、上記船首部７の管路８の各開口部の蓋９、及び、船尾部１０の管路１１の各開口部の蓋１２は、図３に実線で示すように、それぞれ対応する図示しない開閉機構により開操作しておく。

この状態で、波の影響等により船体１にピッチングが生じると、該船体１の船首部７と船尾部１０に設けてある各管路８と１１が、水面下で上記船体１におけるピッチングの揺動軸Ｏｐを中心とする円周方向に往復移動するようになる。このため、上記船首部７の管路８内では、船底側より船首前面側へ向かう水の流れと、船首前面側より船底側に向かう水の流れが交互に発生するようになると共に、上記船尾部１０の管路１１では、船尾後面側より船底側へ向かう水の流れと、船底側より船尾後面側へ向かう水の流れが交互に発生するようになる。

したがって、上記船首部７の管路８及び船尾部１０の管路１１内で生じる水の流れにより、該各管路８，１１内にそれぞれ設けてある各水力タービン発電機４の各水力タービン部５が駆動されるようになることから、該各水力タービン部５の出力により、対応する水力タービン発電機４の発電機本体６の運転が行われて発電が行われるようになる。

上記のようにして船舶の停泊時に船体１がピッチングする際に各管路８，１１に設けてある個別の各水力タービン発電機４で発電された電力は、図示しない船内の電力系統に給電するか、又は、該船内の電力系統に設けてあるバッテリーへ給電するようにすればよい。

なお、船舶の航行時には、船体１の外側に、相対的に船首側から船尾側へ向かう水の流れが生じるため、上記船首部７の管路８及び船尾部１０の管路１１の両端の各開口部が開放されている場合は、上記船首部７の管路８では船首前面側の開口部から船底側の開口部へ向かう一方向の流れが常に生じ、又、上記船尾部１０の管路１１では船底側の開口部から船尾後面側の開口部へ向かう一方向の流れが常に生じるようになることから、船舶の推進力の一部が、上記船首部７及び船尾部１０の各管路８及び１１内にそれぞれ設けてある水力タービン発電機４の水力タービン部５の駆動に消費されるようになるが、本実施の形態では、船舶の航走時には、上記船首部７の管路８の各開口部に設けてある蓋９、及び、上記船尾部１０の管路１１の各開口部に設けてある蓋１２を、図３に二点鎖線で示すようにそれぞれ閉じることで、上記したような船舶の推進力の一部が水力タービン発電機４の水力タービン部５の駆動に消費される虞を防止できる。

このように、本実施の形態によれば、船舶が停泊している際に船体１に生じるピッチングの動揺を有効に活用して発電を行うことができる。

更に、上記船体１にピッチングの動揺が生じる際、上記船首部７と船尾部１０の各管路８，１１内に生じる水の流れに上記各水力タービン発電機４の水力タービン部５を駆動するための抵抗を生じさせることで、上記船体１のピッチングの動揺に対してダンピングとして寄与することができる、すなわち、上記船体１に生じるピッチングの動揺による運動エネルギーを、上記船首部７と船尾部１０の各管路８，１１に付設してある各水力タービン発電機４で電気エネルギーに変換することで、上記船体１に生じるピッチングの動揺による運動エネルギーを消費させることができるため、停泊中の船舶の船体１のピッチングに対する減揺の効果も得ることが可能になる。

しかも、本実施の形態の船舶の動揺による発電装置は、船体１の船首部７や船尾部１０の設計変更や改造により設けることができるため、船体１の中央部の積荷用の区画や機関の設置区画に影響を与えることなく容易に船舶に適用することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図１及び図２の実施の形態における船体１のビルジ部２に設ける管路３は、船体１にローリングが生じるときに、船体１の左右方向へ交互に傾く動作に応じて該管路３内に船底部側と船側部側へ交互に向かう水の流れを生じさせることができるようにしてあれば、船底部と船側部における開口部の位置は適宜変更してもよい。又、管路３の開口部寄りとなる両端部と、水力タービン発電機４の水力タービン部５が設けてある中間部とで流路断面積が変化していてもよい。更に、船体形状や船体構造に応じて、船首尾方向に設ける数や配置を適宜変更してもよい。

図３の実施の形態における船体１の船首部７に設ける管路８及び船尾部１０に設ける管路１１は、船体１にピッチングが生じるときに、船体１の船首尾方向へ交互に傾く動作に応じて各管路８及び１１内に船底部側と船首部前面側及び船底部側と船尾部後面側へ交互に向かう水の流れを生じさせることができるようにしてあれば、上記管路８の船底部と船首部前面における開口部の位置、及び、上記管路１１の船底部と船尾部後面における開口部の位置は適宜変更してもよい。又、上記各管路８，１１の開口部寄りとなる両端部と、水力タービン発電機４の水力タービン部５が設けてある中間部とで流路断面積が変化していてもよい。更に、船体形状や船体構造に応じて、船幅方向に設ける数や配置を適宜変更してもよく、更には、船首側と船尾側のいずれか一方を省略した構成としてもよい。又、管路の断面を長方形とし、管路内に複数のタービン部を設けてもよい。

図３の実施の形態における各管路８，１１の両端の各開口部に設ける蓋９，１２は、船舶の停泊時には管路８，１１の各開口部を開放でき、一方、船舶の航行時には管路８，１１の両端の各開口部を閉止させることができるようにしてあれば、どのような形式の蓋を採用してもよい。

図１及び図２の実施の形態の構成と、図３の実施の形態の構成を、一隻の船舶の船体１に共に適用するようにしてもよい。又、図１及び図２の実施形態を船舶以外の浮体構造物に適用してもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 船体
２ ビルジ部
３ 管路
４ 水力タービン発電機
７ 船首部
８ 管路
９ 蓋
１０ 船尾部
１１ 管路
１２ 蓋
Ｏｒ ローリングの揺動軸
Ｏｐ ピッチングの揺動軸

Claims (2)

1. 船体のビルジ部に、船体に生じるローリングの揺動軸を中心とするロール方向に延びて船底部と喫水下の船側部を連通させる管路を設け、且つ該管路に水力タービン発電機を取り付けてなる構成を有することを特徴とする船舶の動揺による発電装置。
2. 船体の船首尾部のいずれか一方又は双方に、船体に生じるピッチングの揺動軸を中心とするピッチ方向に延びて船首寄りの船底部と船首前面部、又は、船尾寄りの船底部と船尾後面部を連通させる管路を設けると共に、該管路の両端の開口部に開閉可能な蓋を備え、更に、上記管路に水力タービン発電機を取り付けてなる構成を有することを特徴とする船舶の動揺による発電装置。

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