JP2015196496A

JP2015196496A - 船舶の推進装置

Info

Publication number: JP2015196496A
Application number: JP2014084998A
Authority: JP
Inventors: 卯征小野寺; Shigemasa Onodera
Original assignee: ONODERA TEKKOSHO KK
Current assignee: ONODERA TEKKOSHO KK
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-11-09

Abstract

【課題】船舶が慣性で航行していたり、停泊していたりする際の、船体と水との相対的な動きによるプロペラの回転を利用して、電気エネルギーを得ることが可能な、船舶の推進装置を提供する。【解決手段】主機関１ａとプロペラ４ａとの間に介在するマリンギヤに、発電機３ａを接続し、航行中は、主機関１ａの回転をプロペラ４ａに伝達するクラッチを連結し、慣性による航行状態や停泊状態では、主機関１ａの回転をプロペラ４ａに伝達するクラッチを遮断し、プロペラ４ａの潮流などによる回転力を、プロペラ４ａの回転を発電機３ａに伝達するクラッチを連結することで、発電機を回転させる構成とする。これによって、慣性航行や停泊の際に遊転するプロペラ４ａの回転エネルギーを電気エネルギーに変換して様々な用途に使用可能で、船舶の省エネルギーに寄与することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、船舶の推進装置に関わり、特に慣性で航行する際の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する機構を備えた推進装置に関わるものである。

人力や風力以外で、船舶の推進動力として最初に実用化されたのは、蒸気機関である。初期のものはレシプロ式であったが、熱効率を向上した蒸気タービンが発明され、さらには、蒸気タービンで作動させた発電機の電力で、モータを推進力として用いるものなどが実用化されている。

現在でも、たとえばＬＮＧ船のように、蒸気タービンを採用している船舶もあるが、近年の省エネルギーや環境への負荷の低減の必要性から、熱効率の優れたディーゼル機関を採用したものが多くなっている。しかしながら、燃料に着目すると、船舶においては、重油が使用されることが多いために、窒素化合物、硫黄化合物のような有害物質を生じ、その対策が必要となる他、より一層の省エネルギーが求められている。

そのような対策の一例として、非特許文献１には、ディーゼル主機関の排熱回収によって得られる電力を、推進動力や船内で用いるシステムが開示されている。これによって、一定の省エネルギー効果が得られるが、システムがやや複雑で、初期コストの節減などの観点で改善の余地がある。

一方では、船舶においては、目的の水域との距離や潮流の状態などで、主機関の出力を調整する必要があり、大型の船舶の場合では慣性力が大きいため、目的の港湾から数１０ｋｍ離れたところで、主機関の出力を低下させたり、停止したりして、慣性力で航行することがある。このよう状況では、運動エネルギーを何らかの形で回収することが、省エネルギーの観点で重要と考えられる。

このような観点で、従来技術を概観すると、特許文献１には、ガスエンジンとモータを備え、停泊中において、潮流によって回転するプロペラを利用して、モータを回転させて電力の回生が行われる船舶が開示されている。しかし、ここに開示されている船舶は、動力が発電機とそれによって作動するモータに限られ、ディーゼルエンジンに比較すると、必ずしも熱効率や汎用性が十分ではない。

また、特許文献２には、主機関としてのディーゼルエンジンと、補助機関としての電動発電機を備え、船舶の航行状況に応じて、湿式多板油圧クラッチを用いて両者の負荷を適宜配分することにより、エネルギー効率の向上を図ったハイブリッド推進システムが開示されている。このように主機関と電動発電機を、適宜使い分けるシステムは、他にも多数開示されているが、いずれにおいても慣性で航行している船舶の運動エネルギーを、電気エネルギーとして回収する機構が開示されていない。

三菱重工技報Ｖｏｌ．５０Ｎｏ．３（２０１３）７３−７７

特開２００８−１２６８３０号公報特開２０１３−２３００７９号公報

従って、本発明の課題は、船舶が慣性で航行していたり、停泊していたりする際の、船体と水との相対的な動きによるプロペラの回転を利用して、電気エネルギーを得ることが可能な船舶の推進装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題解決のため、一般的な船舶は、ディーゼルエンジンなどの主機関の他に、船内で用いる電気を得るための発電機と、発電機や船舶に搭載されている荷役用の装置などを作動させるための補機関を備えていることに鑑み、主機関とプロペラを連結するクラッチの構成を再検討した結果、プロペラの回転を用いて発電機を作動させることに想到してなされたものである。

即ち、本発明は、回転力を伝達するギヤと原動軸と従動軸を連結または遮断するクラッチを有するマリンギヤと、主機関と、前記主機関より駆動されるプロペラ及び発電機と、充電可能な電池とを有する船舶の推進装置であって、前記主機関を用いた航行においては、前記クラッチにより前記主機関の回転軸と前記プロペラの回転軸を連結してプロペラを回転させ、慣性による航行中または停泊中においては、前記クラッチにより前記主機関の回転軸と前記プロペラの回転軸を遮断するとともに、前記発電機の回転軸と前記プロペラの回転軸とを連結し、船舶と水との相対的な運動による前記プロペラの回転により、前記発電機の回転軸を回転させ、電力を得る機能を有することを特徴とする、船舶の推進装置である。

また、本発明は、回転力を伝達するギヤと原動軸と従動軸を連結または遮断するクラッチを有するマリンギヤと、主機関と、前記主機関により駆動されるプロペラと、前記プロペラの回転軸の回転を伝達する回転力伝達手段及び前記マリンギヤとは別途に設けられた外部クラッチを介して回転する発電機と、充電可能な電池とを有する船舶の推進装置であって、前記主機関を用いた航行においては、前記マリンギヤに内蔵されるクラッチにより主機関の回転軸と前記プロペラの回転軸を連結してプロペラを回転させ、慣性による航行または停泊中においては、前記マリンギヤに内蔵されるクラッチにより前記主機関の回転軸と前記プロペラの回転軸を遮断するとともに、前記外部クラッチにより前記回転力伝達手段と前記発電機の回転軸を連結することにより、前記発電機の回転軸を回転させ、電力を得る機能を有することを特徴とする、船舶の推進装置である。

海洋における波の力を利用して推進することが可能な、波浪推進船が試験的に製作されている。これは波の力で上下動する翼を船体の下に設置して、翼の動きにより航行するものである。しかし、これまでの実績では、６０００ｋｍの航行に約３箇月を要し、航行距離と所要時間から単純に計算すると、平均速度は２ノット弱ということになり、実用的ではない。

波浪推進船は論外であるにしても、慣性航行や潮流を利用した航行において、プロペラの空転を発電に利用することは、極めて実用的で、船が大型で航行距離が長いほど、その効果は大きいと考えられる。

つまり、前記のように目的港に近づいて、エンジンを停止して慣性によって航行する際にも、当然のことながら、船体と水との間には相対的な速度が生じるので、プロペラが回転する。この際、主機関とプロペラとの間のクラッチを遮断し、プロペラと発電機との間のクラッチを連結することにより、発電が可能となる。

また、岸壁に接岸して停泊する場合でも、潮流の影響を受けることもあるが、沖合に停泊する場合では、投錨しても流されるくらいに潮流が強い場合もある。このような状態であれば、プロペラの回転も速くなるので、発電には好都合である。得られる電気は直ちに船内で用いることができ、余剰の電気が生じた場合は電池を充電して、必要に応じて使用することができる。

本発明に係る船舶の推進装置の構成の一例を示す図。本発明に係る船舶の推進装置におけるマリンギヤの一例を示す図。本発明に係る船舶の推進装置の構成の他の例を示す図。本発明におけるエネルギーの回収状態の一例を視覚的に示した図。

次に、本発明の実施の形態を具体的な図に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る船舶の推進装置の構成の一例を示す図である。図１において、１ａは主機関、２ａはマリンギヤを内蔵するギヤボックス、３ａは発電機、４ａはプロペラである。ここに示したプロペラ４ａの回転軸の軸受けには、オイルバス、樹脂製などの摩擦係数の低いものを採用することが望ましい。

図２は、図１における、マリンギヤの一例を示す図である。図２において、５ａは第一のクラッチ、５ｂは第二のクラッチ、５ｃは第三のクラッチ、６ａは第一のギヤ、６ｂは第二のギヤ、６ｃは第三のギヤ、６ｄは第四のギヤ、６ｅは第五のギヤ、６ｆは第六のギヤ、７は主機関に接続されている入力回転軸、８はプロペラに接続されている第一の出力回転軸、９は発電機に接続されている第二の出力回転軸である。

図２に示したマリンギヤの例においては、それぞれのギヤとして、平歯車、やまば歯車、はすば歯車などを用いることができる。第一のクラッチ５ａを連結、第二のクラッチ５ｂ、第三のクラッチ５ｃを遮断した状態では、主機関１ａにより回転する入力回転軸７の回転力が、第五のギヤ６ｅと第六のギヤ６ｆを介して、第一の出力回転軸８に伝達され、それに伴って、プロペラ４ａが、船舶が前進する向きに回転する。この際、第三のクラッチ５ｃを連結すると、第三のギヤ６ｃを介して第二の出力回転軸９も回転し、発電を行うことができる。

そして、第一のクラッチ５ａ、第三のクラッチ５ｃを遮断し、第二のクラッチ５ｂを連結すると、第二のギヤ６ｂと第四のギヤ６ｄを介して、第六のギヤ６ｆに回転力が伝達され、前記のように第一のクラッチ５ａを連結した場合とは逆の向きに、第六のギヤ６ｆが回転し、それに伴い、プロペラ４ａは、船舶が後進する向きに回転する。この際、第三のクラッチ５ｃを連結すると、第三のギヤ６ｃと第五のギヤ６ｅを介して第二の出力回転軸９が前記の場合とは逆向きに回転し、発電を行うことができる。

また、船舶が目的港に近づいて、主機関１ａを停止して慣性航行となった状態や、停泊している状態では、第一のクラッチ５ａと、第二のクラッチ５ｂを遮断し、第三のクラッチ５ｃを連結すると、プロペラ４ａの回転が、第六のギヤ６ｆ、第五のギヤ６ｅ、第三のギヤ６ｃを介して、第二の出力回転軸９が回転して発電できる。

図３は、本発明に係る船舶の推進装置の構成の、他の例を示す図である。図３において、１ｂは主機関、２ｂはマリンギヤを内蔵するギヤボックス、３ｂは発電機、４ｂはプロペラ、５ｄはマリンギヤとは別途に設けられた外部クラッチ、１０は回転力伝達手段である。ここに示した例においては、回転力伝達手段としてプーリーとベルトを用いているが、ローラチェーンとスプロケットの組み合わせも使用可能であることは勿論である。

ここに示した例においては、船舶の慣性航行状態や、停泊状態において、マリンギヤを内蔵するギヤボックス２ｂ内の、主機関１ｂとプロペラ４ｂとの間のクラッチを遮断し、外部クラッチ５ｄを連結することにより、潮流などによって回転するプロペラ４ｂの回転力を、発電機に伝達し発電することができる。

図４は、本発明におけるエネルギーの回収状態の一例を、視覚的に示した図である。ここに示したのは、航行状態から、主機関を停止して主機関とプロペラとの間のクラッチを遮断した後、プロペラの遊転停止までの間の運動エネルギーを、電気エネルギーに変換する回収状態である。図におけるハッチングを施した部分が回収エネルギーである。

また、言うまでもないが、本発明の船舶の推進装置は、電池に蓄えた電気エネルギーを利用して、発電機をモータとして機能させることで、プロペラを作動させることも可能である。以上に説明したように、本発明によれば、慣性航行や停泊中におけるプロペラの回転を利用して、エネルギーを回収し得る船舶の推進装置を提供できる。そして、本発明は、従来の船舶のマリンギヤと発電機への入力の構成を変更するだけなので、既存の船舶に本発明の機能を付与することが、比較的容易であることも、大きな特長である

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る、各種変形、修正を含む、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。

１ａ，１ｂ・・・主機関２ａ，２ｂ・・・マリンギヤを内蔵するギヤボックス
３ａ，３ｂ・・・発電機４ａ，４ｂ・・・プロペラ
５ａ・・・第一のクラッチ５ｂ・・・第二のクラッチ５ｃ・・・第三のクラッチ
５ｄ・・・外部クラッチ
６ａ・・・第一のギヤ６ｂ・・・第二のギヤ６ｃ・・・第三のギヤ
６ｄ・・・第四のギヤ６ｅは第五のギヤ６ｆ・・・第六のギヤ
７・・・主機関に接続されている入力回転軸
８・・・プロペラに接続されている第一の出力回転軸
９・・・発電機に接続されている第二の出力回転軸
１０・・・回転力伝達手段

１ａ，１ｂ…主機関２ａ，２ｂ…マリンギヤを内蔵するギヤボックス
３ａ，３ｂ…発電機４ａ，４ｂ…プロペラ
５ａ…第一のクラッチ５ｂ…第二のクラッチ５ｃ…第三のクラッチ
５ｄ…外部クラッチ
６ａ…第一のギヤ６ｂ…第二のギヤ６ｃ…第三のギヤ
６ｄ…第四のギヤ６ｅ…第五のギヤ６ｆ…第六のギヤ
７…主機関に接続されている入力回転軸
８…プロペラに接続されている第一の出力回転軸
９…発電機に接続されている第二の出力回転軸
１０…回転力伝達手段

Claims

回転力を伝達するギヤと原動軸と従動軸を連結または遮断するクラッチを有するマリンギヤと、主機関と、前記主機関より駆動されるプロペラ及び発電機と、充電可能な電池とを有する船舶の推進装置であって、前記主機関を用いた航行においては、前記クラッチにより前記主機関の回転軸と前記プロペラの回転軸を連結してプロペラを回転させ、慣性による航行中または停泊中においては、前記クラッチにより前記主機関の回転軸と前記プロペラの回転軸を遮断するとともに、前記発電機の回転軸と前記プロペラの回転軸とを連結し、船舶と水との相対的な運動による前記プロペラの回転により、前記発電機の回転軸を回転させ、電力を得る機能を有することを特徴とする、船舶の推進装置。
回転力を伝達するギヤと原動軸と従動軸を連結または遮断するクラッチを有するマリンギヤと、主機関と、前記主機関により駆動されるプロペラと、前記プロペラの回転軸の回転を伝達する回転力伝達手段及び前記マリンギヤとは別途に設けられた外部クラッチを介して回転する発電機と、充電可能な電池とを有する船舶の推進装置であって、前記主機関を用いた航行においては、前記マリンギヤに内蔵されるクラッチにより主機関の回転軸と前記プロペラの回転軸を連結してプロペラを回転させ、慣性による航行または停泊中においては、前記マリンギヤに内蔵されるクラッチにより前記主機関の回転軸と前記プロペラの回転軸を遮断するとともに、前記外部クラッチにより前記回転力伝達手段と前記発電機の回転軸を連結することにより、前記発電機の回転軸を回転させ、電力を得る機能を有することを特徴とする、船舶の推進装置。