JP2015003641A - 船 - Google Patents

Abstract

【課題】発電用のタービンが破損し難い船を提供する。【解決手段】船首側から船尾側に延びるキール２１を船底の中央に備える船２０において、キール２１は、船首側先端から船尾側後端まで貫通したパイプ状であるとともに、キール２１の内部に配置され、船２０が前進することで流入する海水によって回転する第一タービン２２と、第一タービン２２の回転エネルギーを電力に変換する第一発電機を備え、外殻と内殻との間に船首側から船尾側に延びるパイプ状の水流トンネル２３と、水流トンネル２３の内部に配置され、船２０が前進することで流入する海水によって回転する第二タービン２４と、第二タービン２４の回転エネルギーを電力に変換する第二発電機をさらに備える。【選択図】図１

Description

本発明は、船首側から船尾側に延びるキールを船底の中央に備える船に関するものである。

近年、自然環境の悪化や化石燃料の枯渇といった環境問題が深刻化しているので、自然エネルギーの活用やエネルギーのリサイクルが注目されている。
自然エネルギーを利用して陸上で発電可能なものには、風車による風力発電や太陽光パネルによる太陽光発電等がある。

一方、海においても発電は可能で、例えば海流によってタービンを回す潮力発電等があるが、海で発電するためにはタービンは海中の固定物等に対して必ずしも固定されている必要はなく、図８に示すようにタービンを備えて航行する船１０も開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−７３４５５号公報

図８の船１０は、船底Ｂの中央に船首側から船尾側に延びるキール１１と、船底Ｂにおける左右両側にタービン１２と、タービン１２の回転エネルギーを電力に変換する発電機を備える。
このタービン１２の軸は鉛直方向に延びており、海水の流れによってタービン１２が回転するので、安全でクリーンに発電することができる。

しかしながら、図８の船１０は、船底Ｂからタービン１２が突出して外部（海中）に剥き出しになっているので、航行する船１０においてはタービン１２が何らかの障害物にぶつかってしまう可能性がある。

ここで、タービン１２は発電するために回転するので、強固に固定しておき障害物への衝突に対して備えておくことができない。また、タービン１２はこのように可動部であるので、タービン１２を船底Ｂの外殻ほど丈夫に作ることもできない。
このため、タービン１２が海中の何らかの障害物にぶつかるとタービン１２が破損してしまうので、発電効率が急激に低下してしまう。

そこで、本発明の目的とするところは、発電用のタービンが破損し難い船を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の船（２０）は、船首側から船尾側に延びるキール（２１）を船底（Ｂ）の中央に備える船（２０）において、前記キール（２１）は、船首側先端から船尾側後端まで貫通したパイプ状であるとともに、船内に配置され、前記船（２０）が前進することで前記キール（２１）の内部に流入する海水によって回転する第一タービン（２２）と、前記第一タービン（２２）の回転エネルギーを電力に変換する第一発電機を備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の船（２０）は、前記第一タービン（２２）は前記キール（２１）の内部に配置されたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の船（２０）は、前記キール（２１）に接続され前記キール（２１）の内部に流入した海水を前記船底（Ｂ）の船内側に導く第一バイパス管（２５）をさらに備え、前記第一タービン（２２）は前記船底（Ｂ）の船内側に配置され、前記第一バイパス管（２５）からの海水によって前記第一タービン（２２）を回転させることを特徴とする。

また、請求項４に記載の船（２０）は、前記船底（Ｂ）は外殻（Ｐ）及び内殻（Ｑ）より構成されるダブルハル構造であって、前記外殻（Ｐ）と内殻（Ｑ）との間に船首側から船尾側に延びるパイプ状の水流トンネル（２３）と、船内に配置され、前記船（２０）が前進することで前記水流トンネル（２３）の内部に流入する海水によって回転する第二タービン（２４）と、前記第二タービン（２４）の回転エネルギーを電力に変換する第二発電機をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項５に記載の船（２０）は、前記船底（Ｂ）における左右両側から外部に突出するとともに船首側から船尾側に延びるパイプ状の水流トンネル（２３）と、船内に配置され、前記船（２０）が前進することで前記水流トンネル（２３）の内部に流入する海水によって回転する第二タービン（２４）と、前記第二タービン（２４）の回転エネルギーを電力に変換する第二発電機をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項６に記載の船（２０）は、前記第二タービン（２４）は前記水流トンネル（２３）の内部に配置されたことを特徴とする。

また、請求項７に記載の船（２０）は、前記水流トンネル（２３）に接続され前記水流トンネル（２３）の内部に流入した海水を前記船底（Ｂ）の船内側に導く第二バイパス管をさらに備え、前記第二タービン（２４）は前記船底（Ｂ）の船内側に配置され、前記第二バイパス管からの海水によって前記第二タービン（２４）を回転させることを特徴とする。

また、請求項８に記載の船（２０）は、船上に風車又は太陽光パネルのうち少なくとも一方と、前記風車の回転エネルギー又は太陽光エネルギーを電力に変換する第三発電機をさらに備えることを特徴とする。

ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。

本発明の請求項１に記載の船によれば、第一タービンと、第一タービンの回転エネルギーを電力に変換する第一発電機を備えるので、海において自然エネルギーによる発電が可能である。これは、船の航行時だけでなく、停泊時の海流や河川等の水流によっても発電可能であることを意味する。
しかも、キールは、船首側先端から船尾側後端まで貫通したパイプ状であるとともに、第一タービンが船内に配置されるので、第一タービンが船内で保護され、船の航行中も第一タービンが破損し難い。
また、船首側から船尾側に延びるパイプ状のキールの内部に海水が流入するので、通常のキールを備える場合よりも船の直進性が増す。これにより、船の航行時には横揺れや縦揺れを抑制できる。

また、その第一タービンを、例えば軸流型水力タービンとすることで、請求項２に記載の発明のようにキールの内部に配置することができる。これにより、直進的な海水の流れを妨げ難いので、エネルギーのロスが少なく効率よく発電可能である。

一方、請求項３に記載の船のように、キールに接続されキールの内部に流入した海水を船底の船内側に導く第一バイパス管をさらに備えることで、軸流型水力タービンよりも広い設置場所が必要な、例えば羽根車型水力タービンを船底の船内側に配置して発電可能である。

また、請求項４に記載の船によれば、請求項１乃至３に記載の発明の作用効果に加え、第二タービンと、第二タービンの回転エネルギーを電力に変換する第二発電機をさらに備えるので、船において自然エネルギーによる発電量が増加する。
また、外殻と内殻との間に船首側から船尾側に延びるパイプ状の水流トンネルを備え、第二タービンが船内に配置されるので、第二タービンが船内で保護され、船の航行中も第二タービンが破損し難い。
さらに、パイプ状の水流トンネルの内部に海水が流入するので、一層船の直進性が増す。

また、請求項５に記載の船によれば、請求項１乃至３に記載の発明の作用効果に加え、第二タービンと、第二タービンの回転エネルギーを電力に変換する第二発電機をさらに備えるので、船において自然エネルギーによる発電量が増加する。
また、パイプ状の水流トンネルを備え、第二タービンが船内に配置されるので、第二タービンが船内で保護され破損し難い。
しかも、水流トンネルは船底における左右両側から外部に突出するとともに船首側から船尾側に延びるので、船のローリングが防止されるとともに、水流トンネルが防舷材にもなる。また、船の航行時だけではなく、停泊時の横揺れも防止できる。

また、その第二タービンを、例えば軸流型水力タービンとすることで、請求項６に記載の発明のように水流トンネルの内部に配置することができる。これにより、直進的な海水の流れを妨げ難いので、エネルギーのロスが少なく効率よく発電可能である。

一方、請求項７に記載の船のように、水流トンネルに接続され水流トンネルの内部に流入した海水を船底の船内側に導く第二バイパス管をさらに備えることで、軸流型水力タービンよりは広い設置場所が必要な、例えば羽根車型水力タービンを船底の船内側に配置して発電可能である。

また、請求項８に記載の船によれば、請求項１乃至７に記載の発明の作用効果に加え、船上に風車又は太陽光パネルのうち少なくとも一方と、風車の回転エネルギー又は太陽光エネルギーを電力に変換する第三発電機をさらに備えるので、自然エネルギーによってさらに多くの電力を発電可能である。

なお、本発明の船のように、キールをパイプ状として、第一タービンを船内に配置する点は、上述した特許文献１には全く記載されていない。

本発明の第一実施形態に係る船を示す斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る船を示す要部拡大断面図である。 本発明の第二実施形態に係る船を示す要部拡大断面図である。 本発明の第三実施形態に係る船を示す斜視図である。 図４におけるキールと第一バイパス管の接続状態を示す要部拡大斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る船を示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る船を示す斜視図である。 従来例に係る船を示す正面図である。

（第一実施形態）
図１及び図２を参照して、本発明の第一実施形態に係る船２０を説明する。
この船２０は、船底Ｂが外殻Ｐ及び内殻Ｑより構成されるダブルハル構造の撒積貨物船２０であって、キール２１と、水流トンネル２３と、第一タービン２２と、第二タービン２４と、第一発電機（図示しない）と、第二発電機（図示しない）を備える。

キール２１は、船底Ｂの中央、つまり船底Ｂの最下部に船首側から船尾側に延びるように断面台形状に設けられている。
通常の船２０ではキール２１は中実であるが、本実施形態ではキール２１はその船首側先端から船尾側後端まで貫通したパイプ状となっている。
このパイプ状とは、中空のキール２１の船首側端部と船尾側端部が開口していることをいい、キール２１の外形が円筒状（円柱状）に限られることを意味するものではない。

また、パイプ状といってもキール２１の中空部分が必ずしも直線状に形成されている必要はなく、例えば船底Ｂやキール２１自体が上下方向に湾曲している場合にはその曲率に従って中空部分も形成されている。なお、後述する発電との関係からキール２１内には海水がより多く流入するほうがよいので、キール２１の中空部分を直線状かつ水平に延ばしてキール２１内部に海水を効率よく流入させることが望ましい。
さらに、キール２１の内部に第一タービン２２を配置し、かつその位置において第一タービン２２を回転させるので、その回転時に第一タービン２２がキール２１の内壁に一切干渉しないように、キール２１の中空部分が形成されている。

水流トンネル２３は、ダブルハル構造の外殻Ｐと内殻Ｑとの間、つまりタンクＴ内において船首側から船尾側に延びるパイプ状のものである。
ここでは、その水流トンネル２３はタンクＴ内でも特に外殻Ｐに隣接して、左右対称に二つ設けられている。この水流トンネル２３は、図２に示すように角パイプ状であってもよいし、円筒状であってもよい。
水流トンネル２３は、船首側端部及び船尾側端部が開口しており、その両端部から水流トンネル２３内に海水が流入可能になっている。

船２０が航行すると水流トンネル２３には船首側から海水が内部に流入し、その海水は水流トンネル２３の船尾側から排出される。
水流トンネル２３は船首側端部と船尾側端部しか開口していないので、水流トンネル２３に流入した海水はタンクＴには入り込まず、もちろんその逆も同様でタンクＴの海水も水流トンネル２３には入り込まない。
また、水流トンネル２３は船底Ｂ外殻Ｐよりも内側に位置するので、海中の障害物に水流トンネル２３が直接衝突することはない。
さらに、キール２１と同様に、水流トンネル２３の内部に第二タービン２４が配置され、かつ第二タービン２４を回転させるので、その回転時に第二タービン２４が水流トンネル２３の内壁に一切干渉しないように、水流トンネル２３も形成されている。

第一タービン２２は、キール２１の内部に一つ配置された多段の軸流型水力タービンであり、船２０が前進することでキール２１内に流入する海水によって回転する。図１においては第一タービン２２を塗り潰して示した。
一般的な軸流型水力タービンでは、プロペラ水車やカプラン水車と呼ばれるタイプが採用されることが多いが、本実施形態の軸流型水力タービンには、軸流型であるにもかかわらず比速度が大変小さく、しかも高圧力で使用可能なものを採用した。
ここで、第一タービン２２の軸はキール２１が延びる方向、つまり前後方向に平行である。
また、第一タービン２２を配置する場所は、キール２１の内部であるならば船首側、船尾側、中央のいずれであってもよい。

第二タービン２４は、二つの水流トンネル２３の内部にそれぞれ配置された多段の軸流型水力タービンであり、船２０が前進することで水流トンネル２３内に流入する海水によって回転する。
本実施形態では、第二タービン２４は第一タービン２２と同じタービンである。つまり、本実施形態では一つの船２０に第一タービン２２として一つ、第二タービン２４として二つ、合計三つの同じタービン２２，２４が設けられている。

第一発電機は、第一タービン２２の回転エネルギーを電力に変換する。第一発電機を設置する場所は第一タービン２２から離れていないほうが好ましいが、特に限定されるものではない。また、第一タービン２２と第一発電機が一体型になっていてもよい。
ここで発電された電気は集電総合パネルを介して蓄電池に蓄電されてもよいし、船２０において消費されてもよい。
電気を消費する場合には、船２０がより大きな推進力を得るために電気モーターにより消費することや、水を電気分解してそれにより生じた水素を水素エンジンの燃料とすることが考えられる。また、発電した電気を船２０内での他の用途に消費してもよい。また、電力により海水を淡水化することもできる。

第二発電機は、第二タービン２４の回転エネルギーを電力に変換する。
第二発電機で作られた電力も上記同様に使用可能である。
ここで、このように第一発電機と第二発電機をそれぞれ設けなくてもよく、第一発電機か第二発電機のいずれか一方のみで第一タービン２２と二つの第二タービン２４の回転エネルギーを電力に変換可能であれば、発電機は一台だけであってもよい。

以上のように構成された船２０によれば、第一タービン２２と、第一タービン２２の回転エネルギーを電力に変換する第一発電機を備えるので、海において自然エネルギーによる発電が可能である。これは、船２０の航行時だけでなく、停泊時の海流や河川等の水流によっても発電可能であることを意味する。
しかも、キール２１は、船首側先端から船尾側後端まで貫通したパイプ状であるとともに、第一タービン２２がキール２１の内部に配置されるので、第一タービン２２がキール２１の内部で保護され、船２０の航行中も第一タービン２２が破損し難い。
また、船首側から船尾側に延びるパイプ状のキール２１の内部に海水が流入するので、通常のキール２１を備える場合よりも船２０の直進性が増す。これにより、船２０の航行時には横揺れや縦揺れを抑制できる。

さらに、第一タービン２２を軸流型水力タービンとしてキール２１の内部に配置したので、キール２１内における直進的な海水の流れを妨げ難い。よって、海水の流れが妨げられることにより生じるエネルギーのロスが少ないので、効率よく発電可能である。

そして、第二タービン２４と、第二タービン２４の回転エネルギーを電力に変換する第二発電機をさらに備えるので、船２０において自然エネルギーによる発電量が増加する。
また、外殻Ｐと内殻Ｑとの間に船首側から船尾側に延びるパイプ状の水流トンネル２３を備え、第二タービン２４が水流トンネル２３の内部に配置されるので、第二タービン２４が水流トンネル２３の内部で保護され、船２０の航行中も第二タービン２４が破損し難い。
さらに、パイプ状の水流トンネル２３の内部に海水が流入するので、船２０の直進性が増す。

（第二実施形態）
次に図３を参照して、本発明の第二実施形態に係る船２０を説明する。なお、第一実施形態と同一部分には同一符号を付した。
本実施形態の第一実施形態との違いは、船底がシングルハルであることと、水流トンネル２３の位置であり、その他の構成要素に関しては第一実施形態と同一である。

本実施形態において水流トンネル２３は、船底Ｂにおける左右両側から外部に突出するとともに船首側から船尾側に延びる。
つまり、水流トンネル２３は船底Ｂのキール２１と喫水線との間に位置し、海水中に露出する。
そしてその水流トンネル２３の内部に第二タービン２４が配置され、第一実施形態と同様に、船２０の前進に伴う海水の流入によって第二タービン２４が回転することで第二発電機において発電可能である。

以上のように構成された船２０によれば、水流トンネル２３は船底Ｂにおける左右両側から外部に突出するとともに船首側から船尾側に延びるので、船２０のローリングが防止されるとともに、水流トンネル２３が防舷材にもなる。また、船２０の航行時だけではなく、停泊時の横揺れも防止できる。

（第三実施形態）
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第三実施形態に係る船２０を説明する。なお、第一実施形態と同一部分には同一符号を付した。
本実施形態の第一実施形態との違いは、第一タービン２２が配置された位置と、第一タービン２２の種類である。

本実施形態においては、第一バイパス管２５を備え、その第一バイパス管２５をキール２１の貫通孔２１ａに接続した。
その接続は、図５に示すように第一バイパス管２５がキール２１の貫通孔２１ａに対して後方から深く嵌め込まれ、嵌め込まれた貫通孔２１ａの残りの部分の長さＬは貫通孔２１ａの直径Ｄの略１／２になっている。このＬは貫通孔２１ａの直径Ｄの１／２以下が好ましい。

この第一バイパス管２５は、船底Ｂの船内側において羽根車型水力タービン２２（第一タービン）を収容する水密箱に接続されている。
これにより、船首側からキール２１に流入した海水を、第一バイパス管２５を介して船底Ｂの船内側に導くことができ、その第一バイパス管２５からの海水によって羽根車型タービン２２が回転する。
そして、その海水は舵のほう（船尾側）へ排出される。

以上のように構成された船２０によれば、キール２１に接続されキール２１の内部に流入した海水を船底Ｂの船内側に導く第一バイパス管２５をさらに備えるので、軸流型水力タービンよりも広い設置場所が必要な羽根車型水力タービン２２を船底Ｂの船内側に配置して発電可能である。

なお、第三実施形態において、第一バイパス管２５を備えたときに第一タービン２２を羽根車型水力タービンとしたが、これに限られるものではなく、図６に示すように軸流型水力タービンとしてこれを第一バイパス管２５に配置してもよい。

また、第一タービン２２で使用した海水を船尾側に排水したが、これに限られるものではなく、図７に示すように排水を再びキール２１の貫通孔２１ａに戻して船底Ｂへ排出してもよい。

また、第一タービン２２を、第一バイパス管２５を介して船底Ｂの船内側で回転させたが、第二タービン２４についても同様にしてもよい。つまり、船底Ｂの船内側に第二タービン２４を配置して、水流トンネル２３の内部に流入した海水を第二バイパス管を介して第二タービン２４に供給して第二タービン２４を回転させてもよい。もちろん、この第二タービン２４は、羽根車型水力タービンでも、第二バイパス管内に配置された軸流型水力タービンでもよい。

さらに、第一乃至第三実施形態において、船上に風車又は太陽光パネルのうち少なくとも一方と、風車の回転エネルギー又は太陽光エネルギーを電力に変換する第三発電機をさらに備えてもよい。
これにより、自然エネルギーによってさらに多くの電力を発電可能である。
それに加えて、船上において太陽熱により発電してもよい。太陽光パネルの光電変換効率は１５％程度だが、太陽熱発電の熱電変換効率は５０〜７０％にも及ぶので、さらに発電効率が高く、クリーンエネルギーによる大容量発電が可能となる。

また、第一実施形態において、第一タービン２２をキール２１内に一台、第二タービン２４を水流トンネル２３内に一台ずつ設けたが、これに限られるものではなく、例えばキール２１内や水流トンネル２３内に第一タービン２２や第二タービン２４を複数台ずつ設けてもよい。

また、水流トンネル２３を設けて、第二タービン２４を水流トンネル２３内に配置したが、これに限られるものではなく、少なくともキール２１をパイプ状として第一タービン２２を回転させることができればよい。

さらに、船２０は撒積貨物船２０であるとしたがこれに限られるものではなく、他の大型船であってもよいし、小型船であってもよい。

また、第一実施形態において、水流トンネル２３を外殻Ｐに隣接して配置したが、これに限られるものではなく、例えば内殻Ｑに隣接させてもよい。

１０ 船
１１ キール
１２ タービン
２０ 船
２１ キール
２１ａ 貫通孔
２２ 第一タービン
２３ 水流トンネル
２４ 第二タービン
２５ 第一バイパス管
Ｂ 船底
Ｐ 外殻
Ｑ 内殻
Ｔ タンク

Claims (8)

1. 船首側から船尾側に延びるキールを船底の中央に備える船において、
   前記キールは、船首側先端から船尾側後端まで貫通したパイプ状であるとともに、
   船内に配置され、前記船が前進することで前記キールの内部に流入する海水によって回転する第一タービンと、
   前記第一タービンの回転エネルギーを電力に変換する第一発電機を備えることを特徴とする船。
2. 前記第一タービンは前記キールの内部に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の船。
3. 前記キールに接続され前記キールの内部に流入した海水を前記船底の船内側に導く第一バイパス管をさらに備え、
   前記第一タービンは前記船底の船内側に配置され、前記第一バイパス管からの海水によって前記第一タービンを回転させることを特徴とする請求項１に記載の船。
4. 前記船底は外殻及び内殻より構成されるダブルハル構造であって、
   前記外殻と内殻との間に船首側から船尾側に延びるパイプ状の水流トンネルと、
   船内に配置され、前記船が前進することで前記水流トンネルの内部に流入する海水によって回転する第二タービンと、
   前記第二タービンの回転エネルギーを電力に変換する第二発電機をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の船。
5. 前記船底における左右両側から外部に突出するとともに船首側から船尾側に延びるパイプ状の水流トンネルと、
   船内に配置され、前記船が前進することで前記水流トンネルの内部に流入する海水によって回転する第二タービンと、
   前記第二タービンの回転エネルギーを電力に変換する第二発電機をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の船。
6. 前記第二タービンは前記水流トンネルの内部に配置されたことを特徴とする請求項４又は５に記載の船。
7. 前記水流トンネルに接続され前記水流トンネルの内部に流入した海水を前記船底の船内側に導く第二バイパス管をさらに備え、
   前記第二タービンは前記船底の船内側に配置され、前記第二バイパス管からの海水によって前記第二タービンを回転させることを特徴とする請求項４又は５に記載の船。
8. 船上に風車又は太陽光パネルのうち少なくとも一方と、
   前記風車の回転エネルギー又は太陽光エネルギーを電力に変換する第三発電機をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一つに記載の船。