JP2013129406A - 船舶の空気潤滑システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、廃棄されていた余剰エネルギーを回収利用して潤滑用の空気を水中に吹き出すことで空気潤滑による省エネ効果が一段と高まる船舶の空気潤滑システム、空気潤滑船、及び船舶の空気潤滑方法を提供することである。
【解決手段】船舶の空気潤滑システムは、蒸気発生部３０と、蒸気タービン４０と、コンプレッサ又はブロワ４１と、空気吹出部４２とを具備する。蒸気発生部３０は、船舶のプロペラ５を駆動するエンジン６の排ガスから熱を回収して蒸気を生成する。蒸気タービン４０は、その蒸気によって駆動される。コンプレッサ又はブロワ４１は、蒸気タービン４０によって駆動される。空気吹出部４２は、コンプレッサ又はブロワ４１が供給する潤滑用空気を船舶の船体１から水中に吹き出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、船体の表面を気体で覆うことにより船体と水との間の抵抗を低減する技術に関する。

気体を水中に吹き出して船体の表面を覆うことにより船体と水との間の抵抗を低減する技術が知られている。気体を水中に吹き出すためのエネルギー源として、燃料を使用した船内発電による電力を使用することが大半である。省エネ効果を一段と高めるためには、廃棄されていた余剰エネルギーを回収利用して気体を水中に吹き出すことが有効である。

船内発電による電力を使用しないで気体を水中に吹き出す技術の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、船舶の主機間の排ガス又は主機間の過給機が生成した圧縮空気を水中に吹き出している。

廃棄されていた余剰エネルギーを回収利用して空気を水中に吹き出すことで空気潤滑による省エネ効果を一段と高める他の技術が必要とされる。

特開２０１０−２３６３１号公報

本発明の目的は、廃棄されていた余剰エネルギーを回収利用して潤滑用の空気を水中に吹き出すことで空気潤滑による省エネ効果が一段と高まる船舶の空気潤滑システム、空気潤滑船、及び船舶の空気潤滑方法を提供することである。

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の一の観点による船舶の空気潤滑システムは、船舶のプロペラ（５）を駆動するエンジン（６）の排ガスから熱を回収して蒸気を生成する蒸気発生部（３０）と、前記蒸気によって駆動される蒸気タービン（４０）と、前記蒸気タービンによって駆動されるコンプレッサ又はブロワ（４１）と、前記コンプレッサ又はブロワが供給する潤滑用空気を前記船舶の船体（１）から水中に吹き出す空気吹出部（４２）とを具備する。

上記船舶の空気潤滑システムは、前記コンプレッサ又はブロワを駆動する電動モータ（４３）を更に具備する。

上記船舶の空気潤滑システムは、前記潤滑用空気を貯える空気リザーブタンク（５６）と、前記空気リザーブタンクと前記空気吹出部とを接続する潤滑用空気供給ライン（５７）と、前記排ガスのエネルギーを利用して圧縮空気を生成するターボチャージャー（１０）と前記エンジンとを接続するエンジン用空気供給ライン（１１）から分岐して前記空気リザーブタンクに接続される空気ライン（５８）とを更に具備する。

本発明の他の観点による空気潤滑船は、船体（１）と、プロペラ（５）と、前記プロペラを駆動するエンジン（６）と、前記エンジンの排ガスから熱を回収して蒸気を生成する蒸気発生部（３０）と、前記蒸気によって駆動される蒸気タービン（４０）と、前記蒸気タービンによって駆動される第１のコンプレッサ又はブロワ（４１）と、前記第１のコンプレッサ又はブロワが供給する潤滑用空気を前記船舶の船体（１）から水中に吹き出す第１の空気吹出部（４２）とを具備する。

上記空気潤滑船は、前記排ガスから熱を回収して蒸気を生成する排ガスエコノマイザ（８）を更に具備する。

前記蒸気発生部は、前記排ガスから熱を回収する排ガスエコノマイザ（３４）と、ボイラ（３３）と、前記排ガスエコノマイザと前記ボイラとの間で流体状態の水を循環するポンプ（３５）とを備える。上記空気潤滑船は、前記ボイラと前記蒸気タービンを接続するタービン用蒸気ライン（５３）と、前記ボイラに接続された雑用蒸気ライン（５４）とを更に具備する。

上記空気潤滑船は、電動モータ（４６）によって駆動される第２のコンプレッサ又はブロワ（４４）と、前記第２のコンプレッサ又はブロワが供給する潤滑用空気を前記船体から水中に吹き出す第２の空気吹出部（４５）とを更に具備する。前記第１の空気吹出部は、前記エンジンより船首側に配置される。前記第２の空気吹出部は、前記第１の空気吹出部より船首側に配置される。

本発明の他の観点による船舶の空気潤滑方法は、船舶のプロペラ（５）を駆動するエンジン（６）の排ガスから熱を回収するステップと、前記熱を用いて蒸気を生成するステップと、前記蒸気によって蒸気タービン（４０）を駆動するステップと、前記蒸気タービンによってコンプレッサ又はブロワ（４１）を駆動するステップと、前記コンプレッサ又はブロワが供給する潤滑用空気を前記船舶の船体（１）から水中に吹き出すステップとを具備する。

本発明によれば、廃棄されていた余剰エネルギーを回収利用して潤滑用の空気を水中に吹き出すことで空気潤滑による省エネ効果が一段と高まる船舶の空気潤滑システム、空気潤滑船、及び船舶の空気潤滑方法が提供される。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る空気潤滑船の概略図である。 図２は、第１の実施形態に係る空気潤滑システムにおける蒸気タービンの回転数制御のための一の構成を示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態に係る空気潤滑システムにおける蒸気タービンの回転数制御のための他の構成を示すブロック図である。 図４は、第１の実施形態に係る空気潤滑船の変形例の熱回収系を示すブロック図である。 図５は、本発明の第２の実施形態に係る空気潤滑船の概略図である。 図６は、本発明の第３の実施形態に係る空気潤滑船の概略図である。

添付図面を参照して、本発明による船舶の空気潤滑システム、空気潤滑船、及び船舶の空気潤滑方法を実施するための形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る空気潤滑船を説明する。空気潤滑船は、船体１と、舵４と、プロペラ５と、エンジン６と、排ガス流路７Ａと、空気潤滑システム２０とを備える。舵４及びプロペラ５は、船体１の船尾３に設けられる。エンジン６はプロペラ５を駆動する。エンジン６は主機であっても補機であってもよい。エンジン６の排ガスは排ガス流路７Ａを通って大気中に排出される。空気潤滑システム２０は、蒸気発生部３０と、蒸気タービン４０と、コンプレッサ又はブロワ４１と、空気吹出部４２と、タービン用蒸気ライン５１を備える。蒸気発生部３０は、排ガス流路７Ａに設けられたボイラ３１を備える。タービン用蒸気ライン５１は、ボイラ３１から蒸気タービン４０に蒸気が供給されるようにボイラ３１と蒸気タービン４０とを接続する。尚、蒸気タービン４０からボイラ３１に蒸気を戻すための戻りライン及び復水器は図示省略されている。蒸気タービン４０とコンプレッサ又はブロワ４１とは回転力の伝達が可能なように接続されている。例えば、蒸気タービン４０の羽根車とコンプレッサ又はブロワ４１の羽根車とが動力伝達シャフトを介して結合されている。空気吹出部４２は、船体１の喫水線より下の部分に設けられる。空気吹出部４２が船体１の船底に設けられる場合が図示されているが、空気吹出部４２は船体１の船側に設けられてもよい。空気吹出部４２は、船体１の船首２の近傍に設けられることが好ましい。

次に、本実施形態に係る船舶の空気潤滑方法を説明する。ボイラ３１は、エンジン６の排ガスから熱を回収して蒸気を生成する。蒸気はタービン用蒸気ライン５１により蒸気タービン４０に供給される。蒸気タービン４０は蒸気によって駆動される。コンプレッサ又はブロワ４１は蒸気タービン４０によって駆動される。コンプレッサ又はブロワ４１は、空気を加圧して潤滑用空気を生成し、潤滑用空気を空気吹出部４２に供給する。空気吹出部４２は、潤滑用空気を水中に吹き出す。船体１の表面が潤滑用空気で覆われて船体１の摩擦抵抗が低減される。

本実施形態によれば、廃棄されていた排ガスの熱エネルギーを回収利用して潤滑用空気を水中に吹き出しているため、空気潤滑による省エネ効果が一段と高まる。また、エンジン６の排ガス自体を水中に吹き出す方法やエンジン６の過給機が生成した圧縮空気を水中に吹き出す方法では、エンジン６の動作への影響を考慮してエンジン６と空気潤滑システム２０の統合的な制御を実施する必要があるが、本実施形態に係る空気潤滑方法によればその必要がない。本実施形態によれば、エンジン６の排ガスの流量を調整することなく、蒸気タービン４０に供給される蒸気量を調整することで、蒸気タービン４０の回転数を変動させ、空気吹出部４２が水中に吹き出す空気量の制御をすることが可能である。そのため、エンジン６の動作に影響を及ぼさない。

図２を参照して、蒸気タービン４０の回転数を制御するための一の構成を説明する。タービン用蒸気ライン５１に蒸気を捨てるためのダンプバルブ６１が設けられる。ダンプバルブ６１の開度を操作することで蒸気タービン４０に供給される蒸気量を調整する。これにより、蒸気タービン４０の回転数が制御される。

図３を参照して、蒸気タービン４０の回転数を制御するための他の構成を説明する。この例では、蒸気発生部３０は、排ガス流路７Ａに設けられたボイラ３２を更に備える。タービン用蒸気ライン５２は、ボイラ３２から蒸気タービン４０に蒸気が供給されるようにボイラ３２と蒸気タービン４０とを接続する。尚、蒸気タービン４０からボイラ３２に蒸気を戻すための戻りライン及び復水器は図示省略されている。ボイラ３１及び３２の両方を用いて蒸気を生成する動作とボイラ３１及び３２の一方を用いて蒸気を生成する動作とを切り替えることで蒸気タービン４０に供給される蒸気量を調整する。これにより、蒸気タービン４０の回転数が制御される。

更に、蒸気タービン４０とコンプレッサ又はブロワ４１との間にトランスミッション（不図示）を設け、トランスミッションを用いてコンプレッサ又はブロワ４１の回転数を制御することで空気吹出部４２が水中に吹き出す空気量の制御をしてもよい。

尚、空気潤滑システム２０を、船内発電による電力を使用して空気を水中に吹き出す空気潤滑システムの補助として使用してもよい。この場合であっても、一定の省エネ効果が得られる。

図４を参照して、本実施形態に係る空気潤滑船の変形例を説明する。この変形例では、エンジン６の排ガスから熱を回収して蒸気を生成する排ガスエコノマイザ８が設けられている。エンジン６からの排ガスを分岐してボイラ３１及び排ガスエコノマイザ８にそれぞれ供給することで、排ガスエコノマイザ８への影響を防ぐことができる。具体的には、排ガスエコノマイザ８を通る排ガス流路７Ｂとボイラ３１を通る排ガス流路７Ａとが並列関係を有するように構成する。排ガスエコノマイザ８で生成された蒸気は雑用蒸気ライン９によって蒸気が必要とされる場所に供給される。尚、排ガスエコノマイザ８を通る排ガス流路７Ｂとボイラ３１を通る排ガス流路７Ａとが直列関係を有するように構成してもよい。

（第２の実施形態）
図５を参照して、本発明の第２の実施形態に係る空気潤滑船を説明する。尚、第１の実施形態と共通する構成には共通する番号を付してその説明を省略する。空気潤滑船は、船体１と、舵４と、プロペラ５と、エンジン６と、排ガス流路７Ａと、ターボチャージャー１０と、エンジン用空気供給ライン１１と、空気潤滑システム２０とを備える。空気潤滑システム２０は、蒸気発生部３０と、蒸気タービン４０と、コンプレッサ又はブロワ４１と、空気吹出部４２と、電動モータ４３と、タービン用蒸気ライン５３と、雑用蒸気ライン５４と、ダンプバルブ５５と、空気リザーブタンク５６と、潤滑用空気供給ライン５７と、空気ライン５８と、抽気率調節バルブ６２と、圧力センサ７１と、制御盤７２とを備える。舵４及びプロペラ５は、船体１の船尾３に設けられる。エンジン６はプロペラ５を駆動する。エンジン６は主機であっても補機であってもよい。エンジン６の排ガスは排ガス流路７Ａを通って大気中に排出される。ターボチャージャー１０は、排ガス流路７Ａに設けられ、エンジン６の排ガスのエネルギーを利用して圧縮空気を生成する。エンジン用空気供給ライン１１は、圧縮空気をエンジン６に供給するようにターボチャージャー１０とエンジン６とを接続する。

蒸気発生部３０は、ボイラ３３と、排ガス流路７Ａに設けられた排ガスエコノマイザ３４と、ポンプ３５とを備える。ポンプ３５は、排ガスエコノマイザ３４とボイラ３５との間で流体状態の水を循環するように設けられている。タービン用蒸気ライン５３は、ボイラ３３から蒸気タービン４０に蒸気が供給されるようにボイラ３３と蒸気タービン４０とを接続する。尚、蒸気タービン４０からボイラ３３に蒸気を戻すための戻りライン及び復水器は図示省略されている。雑用蒸気ライン５４がボイラ３３に接続されている。蒸気タービン４０とコンプレッサ又はブロワ４１とは回転力の伝達が可能なように接続されている。電動モータ４３は、コンプレッサ又はブロワ４１を駆動することが可能なようにコンプレッサ又はブロワ４１に接続されている。電動モータ４３は、燃料を使用した船内発電による電力を使用してコンプレッサ又はブロワ４１を駆動する。コンプレッサ又はブロワ４１は、空気の供給が可能なように空気リザーブタンク５６に接続される。空気リザーブタンク５６に圧力センサ７１が設けられる。潤滑用空気供給ライン５７は、空気リザーブタンク５６と空気吹出部４２とを接続する。空気ライン５８は、エンジン用空気供給ライン１１から分岐して空気リザーブタンク５６に接続される。抽気率調節バルブ６２は空気ライン５８に設けられる。空気吹出部４２は、船体１の喫水線より下の部分に設けられる。

次に、本実施形態に係る船舶の空気潤滑方法を説明する。排ガスエコノマイザ３４は、排ガスから熱を回収する。ボイラ３３は、排ガスから回収された熱を利用して蒸気を生成する。尚、ボイラ３３は、燃料を使用する加熱装置を備えてもよい。蒸気はタービン用蒸気ライン５３により蒸気タービン４０に供給される。雑用蒸気ライン５４は、ボイラ３３が生成した蒸気を空気潤滑以外の用途に使用する場所に供給する。ダンプバルブ５５は、余剰な蒸気を捨てるために用いられる。蒸気タービン４０は蒸気によって駆動される。コンプレッサ又はブロワ４１は蒸気タービン４０によって駆動される。電動モータ４３は、必要に応じてコンプレッサ又はブロワ４１の駆動を補助する。コンプレッサ又はブロワ４１は、空気を加圧して潤滑用空気を生成し、潤滑用空気を空気リザーブタンク５６に供給する。空気ライン５８は、ターボチャージャー１０が生成する圧縮空気の一部を潤滑用空気として空気リザーブタンク５６に供給する。圧力センサ７１は、空気リザーブタンク５６の圧力を検出する。制御盤７２は、空気リザーブタンク５６の圧力に基づいて抽気率調節バルブ６２の開度を調節してエンジン用空気供給ライン１１から空気リザーブタンク５６に供給される圧縮空気の割合（抽気率）を制御する。空気リザーブタンク５６は潤滑用空気を貯える。潤滑用空気供給ライン５７は、潤滑用空気を空気リザーブタンク５６から空気吹出部４２に供給する。空気吹出部４２は、潤滑用空気を水中に吹き出す。船体１の表面が潤滑用空気で覆われて船体１の摩擦抵抗が低減される。

本実施形態によれば、以下の効果が提供される。ボイラ３３、排ガスエコノマイザ３４、及びポンプ３５により、蒸気タービン４０を駆動するための蒸気と、他の用途のための蒸気とを効率的に生成することができる。電動モータ４３により、蒸気タービン４０だけではコンプレッサ又はブロワ４１の駆動力が不足する場合でも必要な潤滑空気量を確保できる。空気ライン５８によりターボチャージャー１０が生成した圧縮空気を空気潤滑に利用できる。潤滑用空気が足りている場合、圧力センサ７１、制御盤７２、及び抽気率調節バルブ６２により抽気率を絞ってエンジン６の燃費を上げることができる。

（第３の実施形態）
図６を参照して、本発明の第３の実施形態に係る空気潤滑船を説明する。本実施形態に係る空気潤滑船は、以下の説明を除いて第１の実施形態に係る空気潤滑船と同様である。本実施形態に係る空気潤滑システム２０は、蒸気発生部３０と、蒸気タービン４０と、コンプレッサ又はブロワ４１と、空気吹出部４２と、タービン用蒸気ライン５１に加えて、コンプレッサ又はブロワ４４と、空気吹出部４５と、電動モータ４６とを備える。電動モータ４６は、コンプレッサ又はブロワ４４を駆動することが可能なようにコンプレッサ又はブロワ４４に接続されている。空気吹出部４５は、船体１の喫水線より下の部分に設けられる。空気吹出部４５が船体１の船底に設けられる場合が図示されているが、空気吹出部４５は船体１の船側に設けられてもよい。空気吹出部４５は、船体１の船首２の近傍に設けられることが好ましい。空気吹出部４２は、エンジン６より船首２側に配置される。空気吹出部４５は、空気吹出部４２より船首２側に配置される。

次に、本実施形態に係る船舶の空気潤滑方法を説明する。蒸気発生部３０と、蒸気タービン４０と、コンプレッサ又はブロワ４１と、空気吹出部４２と、タービン用蒸気ライン５１の動作は第１の実施形態と同様である。電動モータ４６は、燃料を使用した船内発電による電力を使用してコンプレッサ又はブロワ４４を駆動する。コンプレッサ又はブロワ４４は、空気を加圧して潤滑用空気を生成し、潤滑用空気を空気吹出部４５に供給する。空気吹出部４５は、潤滑用空気を水中に吹き出す。船体１の表面が潤滑用空気で覆われて船体１の摩擦抵抗が低減される。

本実施形態によれば、エンジン６の排ガスから回収された熱を利用して生成された潤滑用空気を水中に吹き出す空気吹出部４２がエンジン６の近くに配置されるため、配管長を短くすることができる。

以上、実施の形態を参照して本発明による船舶の空気潤滑システム、空気潤滑船、及び船舶の空気潤滑方法を説明したが、本発明による船舶の空気潤滑システム、空気潤滑船、及び船舶の空気潤滑方法は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に変更を加えたり上記実施形態どうしを組み合わせたりすることが可能である。

１…船体
２…船首
３…船尾
４…舵
５…プロペラ
６…エンジン
７Ａ、７Ｂ…排ガス流路
８…排ガスエコノマイザ
９…雑用蒸気ライン
１０…ターボチャージャー
１１…エンジン用空気供給ライン
２０…空気潤滑システム
３０…蒸気発生部
３１〜３３…ボイラ
３４…排ガスエコノマイザ
３５…ポンプ
４０…蒸気タービン
４１、４４…コンプレッサ又はブロワ
４２、４５…空気吹出部
４３、４６…電動モータ
５１〜５３…タービン用蒸気ライン
５４…雑用蒸気ライン
５５…ダンプバルブ
５６…空気リザーブタンク
５７…潤滑用空気供給ライン
５８…空気ライン
６１…ダンプバルブ
６２…抽気率調節バルブ
７１…圧力センサ
７２…制御盤

Claims (8)

1. 船舶のプロペラを駆動するエンジンの排ガスから熱を回収して蒸気を生成する蒸気発生部と、
   前記蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンによって駆動されるコンプレッサ又はブロワと、
   前記コンプレッサ又はブロワが供給する潤滑用空気を前記船舶の船体から水中に吹き出す空気吹出部と
   を具備する
   船舶の空気潤滑システム。
2. 請求項１の船舶の空気潤滑システムであって、
   前記コンプレッサ又はブロワを駆動する電動モータを更に具備する
   船舶の空気潤滑システム。
3. 請求項１又は２の船舶の空気潤滑システムであって、
   前記潤滑用空気を貯える空気リザーブタンクと、
   前記空気リザーブタンクと前記空気吹出部とを接続する潤滑用空気供給ラインと、
   前記排ガスのエネルギーを利用して圧縮空気を生成するターボチャージャーと前記エンジンとを接続するエンジン用空気供給ラインから分岐して前記空気リザーブタンクに接続される空気ラインと
   を更に具備する
   船舶の空気潤滑システム。
4. 船体と、
   プロペラと、
   前記プロペラを駆動するエンジンと、
   前記エンジンの排ガスから熱を回収して蒸気を生成する蒸気発生部と、
   前記蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンによって駆動される第１のコンプレッサ又はブロワと、
   前記第１のコンプレッサ又はブロワが供給する潤滑用空気を前記船舶の船体から水中に吹き出す第１の空気吹出部と
   を具備する
   空気潤滑船。
5. 請求項４の空気潤滑船であって、
   前記排ガスから熱を回収して蒸気を生成する排ガスエコノマイザを更に具備する
   空気潤滑船。
6. 請求項４の空気潤滑船であって、
   前記蒸気発生部は、
   前記排ガスから熱を回収する排ガスエコノマイザと、
   ボイラと、
   前記排ガスエコノマイザと前記ボイラとの間で流体状態の水を循環するポンプと
   を備え、
   前記ボイラと前記蒸気タービンを接続するタービン用蒸気ラインと、
   前記ボイラに接続された雑用蒸気ラインと
   を更に具備する
   空気潤滑船。
7. 請求項４乃至６のいずれかに記載の空気潤滑船であって、
   電動モータによって駆動される第２のコンプレッサ又はブロワと、
   前記第２のコンプレッサ又はブロワが供給する潤滑用空気を前記船体から水中に吹き出す第２の空気吹出部と
   を更に具備し、
   前記第１の空気吹出部は、前記エンジンより船首側に配置され、
   前記第２の空気吹出部は、前記第１の空気吹出部より船首側に配置される
   空気潤滑船。
8. 船舶のプロペラを駆動するエンジンの排ガスから熱を回収するステップと、
   前記熱を用いて蒸気を生成するステップと、
   前記蒸気によって蒸気タービンを駆動するステップと、
   前記蒸気タービンによってコンプレッサ又はブロワを駆動するステップと、
   前記コンプレッサ又はブロワが供給する潤滑用空気を前記船舶の船体から水中に吹き出すステップと
   を具備する
   船舶の空気潤滑方法。

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