JP2015199413A - 船舶用発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】主機関で発電装置を駆動する船舶の発電システムにおいてエネルギー消費の効率化を実現する。
【解決手段】主機関１でプロペラ５を駆動して推進する船舶の船舶用発電システムは、主機関１で駆動される主発電装置２と、補機関３で駆動される補機発電装置４と、主機関の排熱で駆動されるバイナリー発電装置１１と、プロペラ軸遊転発電装置50と、風力発電装置60と、ローリング発電装置70を有している。主発電装置２からの交流AC2 はPWM 電源装置25を経て安定した交流AC1 としてバス26に供給される。各発電装置50,60,70からの交流AC2 はPWM 電源装置で直流DCとなってリチウムイオン電池40に充電され、必要時に電池から電源装置に供給され交流AC1 となってバスに供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、主機関により推進器を駆動して推進する船舶に設けられ、船舶内に交流を供給するための船舶用発電システムに係り、特に主機関の駆動軸に連動する主発電装置の他に、主機関の駆動軸以外を駆動源として交流の発電を行う補助発電装置を備えた省エネルギータイプの船舶用発電システムに関するものである。

特許文献１及び２には、主機関により推進器を駆動して推進する船舶の発電又は給電システムに関する発明が開示されている。これらの発明を含む従来の一般的な船舶では、推進器を駆動する主機関の駆動軸に発電装置を連結して船内需要を満たすための発電を行うとともに、これとは別に、出航時や非常時等に使用するため、補機関で駆動する発電装置を予備も含めて複数セット（通常は２セット）をスタンバイさせている場合があった。そして、出航時には補機関で運転する発電装置で電力を供給し、主機関を始動して出航した後は主機関が軸発電装置を駆動して必要な電流を供給していた。

特開２０１１−１８５１５１号公報 特許第４３１９４１０号公報

前記特許文献１及び２に記載されたような発電乃至給電システムを備えた船舶も含め、主機関の駆動軸で発電装置を駆動するとともに補機関で駆動する発電装置を複数組備えた従来の船舶によれば、主機関の燃焼消費率は発電用補機関の燃焼消費率に比較すると１０％以上良いと言われている。従って、主機関の駆動軸での発電を出来るだけ有効に活用し、補機関での発電を出来るだけ可及的に少なくすることが要望されていた。トータルエネルギー消費の低減化も強く要望されていた。

本発明は、以上説明した先行技術における課題を解決するためになされたものであり、主機関で駆動する発電装置を備えた船舶の発電システムにおいて、エネルギー消費の効率化及び設備の簡素化を実現することを目的としている。

課題を解決するための手段を、本発明の各請求項の記載に基づいて説明する。また、課題を解決するための手段を構成する各構成要件の定義についても必要に応じて説明を行う。なお、課題を解決するための手段の説明では、便宜上「発明を実施するための形態」において各構成を示す参照符合を用いたが、これは本発明の技術的範囲を実施形態の内容に限定することを意味するものではない。本項の後に説明する「効果」における参照符合の使用も同趣旨である。

請求項１に記載された船舶用発電システムは、主機関１により推進器５を駆動して推進する船舶に設けられて船舶内に交流ＡＣ１を供給する船舶用発電システムであって、
前記主機関１の駆動軸Ｓ１に連動連結されて交流ＡＣ２の発電を行う主発電装置２と、
補機関３により発電を行なう補機発電装置４と、
前記主機関１の駆動軸Ｓ１と前記補機関３の発電駆動力とに依存せずに交流ＡＣ２の発電を行う１以上の補助発電装置５０，６０，７０と、
前記主発電装置２及び前記補助発電装置５０，６０，７０ごとに設けられ、入力された交流ＡＣ２を直流ＤＣに変換する機能と直流ＤＣを交流ＡＣ１に変換して船舶内の電気供給系統２６に出力する機能を備えた複数の変換装置２５と、
前記変換装置２５が変換した直流ＤＣを蓄電するとともに蓄電した直流ＤＣを前記変換装置２５に供給する蓄電池４０と、
を具備することを特徴としている。

主機関１とは、船舶を推進させるためのエンジンであり、その燃料の種類や作動原理を問わない。
主発電装置２とは、主機関１の機械的エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する装置である。
補機関３による補機発電装置４とは、主機関１とは別に補助的に設けた補機関４によって船舶内の電力を生成する従たる発電装置であり、予備又は電力不足時に使用される。
変換装置２５とは、その外部から入力された交流を直流に変換する機能と、直流を交流に変換して外部に出力する機能を備えた装置であり、より具体的には、交流を直流に変換するコンバータと、直流を交流に変換するインバータの両機能を備えた装置である。さらに具体的には、このような装置としては、ダイオード整流回路２７によって交流ＡＣ２を直流ＤＣに変換( コンバータ）し、ＩＧＢＴ２９によって主機関１の回転数の変動とは無関係な一定周波数の交流ＡＣ１に逆変換( インバータ）して出力するＰＷＭ電源装置２５等が利用できる。このＰＷＭ電源装置２５によれば、発電装置等で発生した周波数の大きく変化する交流ＡＣ２を一定周波数の交流ＡＣ１に変換して出力することができる。このような変換装置は、前記主発電装置２と、前記補助各発電装置５０，６０，７０の各々について各個に設ける必要があるが、装置としては別体であっても一体化されていてもどちらでもよい。
一定回転数で使用する通常の発電機とは異なり、船舶に搭載する主発電装置２では、動力源である主機関１の回転数が変動するような場合がある。例えば、船舶の推進器であるプロペラ５が固定ピッチプロペラ（ＦＰＰ）であるために主機関１の回転数を最低速から定格回転数まで変化させて船速を制御するような場合であると、主発電装置２の出力する交流ＡＣ２の周波数は一定にならない。このような場合でも、前記変換装置２５を使用することにより、主機関１の回転数の変動に係わらず、主発電装置２は周波数の安定した交流ＡＣ１を生成することができ、一例を挙げれば発電機が１０００ｍｉｎ^-1（５０Ｈｚ）〜２０００ｍｉｎ^-1（１００Ｈｚ）の範囲で出力する交流に対応することができる。
蓄電池４０は、二次電池、バッテリーとも呼ばれ、いったん外部回路を通して放電した後、充電することにより再びもとの状態に復し、繰り返して使用することができる電池である。例えば、リチウムイオン電池４０、ニッケルカドミウム電池、アルカリ蓄電池、鉛蓄電池等が含まれる。

請求項２に記載された船舶用発電システムは、請求項１記載の船舶用発電システムにおいて、
前記主機関１の高温冷却水Ａを熱源とし前記主機関１の低温冷却水Ｂを冷却源として作動する作動媒体によってタービンを駆動して発電を行うバイナリー発電装置１１を利用することを特徴としている。

バイナリー発電装置１１とは、比較的低い温度、例えば７０℃〜１００℃程度の熱媒体（温水等）によって内部の作動媒体（例えばフッ素系媒体）を加熱し、これを蒸気にしてタービン発電機等の発電手段を駆動して安定した周波数の交流を発電することができる発電装置である。

請求項３に記載された船舶用発電システムは、請求項２記載の船舶用発電システムにおいて、
前記補助発電装置として、
プロペラ軸遊転発電装置５０と、風力発電装置６０と、ローリング発電装置７０と、からなる群から任意に選択された１以上の発電装置を利用することを特徴としている。

プロペラ軸遊転発電装置５０とは、主機関１の駆動軸Ｓ１等の駆動系統と推進器５とが接続されていない場合に、遊転している推進器５によって駆動される発電装置である。このプロペラ軸遊転発電装置５０によれば、主機関１の駆動軸Ｓ１等の駆動系統と推進器５との連結が解除されて以降、推進器５が停止するまでのエネルギーを回収できる。また、潮流等による推進器５の逆転エネルギーも回収できる。
風力発電装置６０とは、風の運動エネルギーを電気エネルギーへ変換する装置である。
ローリング発電装置７０とは、内部に液体を入れた左右のタンクを通路で連通させて船舶の横揺れ( ローリング）時に液体の移動と船の動揺を干渉させることでローリングを減衰させるアンチローリング装置が設けられている場合において、このアンチローリング装置における液体の移動のエネルギーで発電機を廻し発電する装置である。

請求項１に記載された船舶用発電システムによれば、主機関１が定格で作動しているときには、主機関１の駆動軸Ｓ１に連動連結された主発電装置２が交流の発電を行う。主機関１の回転数が変動する等の理由で主発電装置２が発生する交流ＡＣ２の周波数に変動がみられたとしても、この交流ＡＣ２は変換装置２５によって安定した周波数の交流ＡＣ１に変換されて船舶内の電源供給系統２６に給電される。また、主機関１の駆動軸Ｓ１以外のものを駆動源とする補助発電装置５０，６０，７０も交流の発電を行う。その駆動源の性質等に起因して補助発電装置５０，６０，７０が発生する交流ＡＣ２の周波数に変動がみられたとしても、この交流ＡＣ２は変換装置２５によって直流ＤＣに変換されて蓄電池４０に貯えられるので、主発電装置２による交流ＡＣ２だけでは船舶内の需要に追いつかない場合は、蓄電池４０から供給される直流ＤＣを変換装置２５によって周波数の安定した交流ＡＣ１に変換し、船舶内の電源供給系統２６に給電すればよい。

このように、常時運転される主機関１で効率的に駆動できる主発電装置２によって必要な交流ＡＣ２をコンスタントに供給し、これによって、従来一般的には二組以上設けられていた補機関３による補機発電装置４を一組に減じて設備コストを低減することができる。また駆動源を主機関１の直接の駆動力に頼らない他の補助発電装置５０，６０，７０を蓄電池４０の充電手段として補助的に用いることにより、主発電装置２に過剰な負荷がかからないようにして主機関１の燃料の浪費を防止し、運転コストの低減を実現できる。

請求項２に記載された船舶用発電システムによれば、バイナリー発電装置１１を駆動するために主機関１の高温冷却水Ａを熱源として利用し、主機関１の低温冷却水Ｂを冷却源として利用することができるので、従来利用されていなかった主機関１の廃熱を有効利用することができ、船舶内の電力需要が増大したときでも主発電装置２に過剰な負荷が加わることを可及的に防止して、主機関１の燃料の消費を効果的に低減することができる。

請求項３に記載された船舶用発電システムによれば、主発電装置２を補助する蓄電池４０の充電手段として、プロペラ軸遊転発電装置５０と、風力発電装置６０と、ローリング発電装置７０と、を利用できる。これらは化石燃料を直接のエネルギー源としないので、このような補助発電装置をそれぞれの性質を考慮して精妙に組み合わせて使用することにより、主発電装置２の負荷を抑えて主機関１における消費燃料の低減を一層確実に達成することができる。

実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 実施形態において使用される変換装置であるＰＷＭ電源装置の回路構成と、主発電装置及び主機関を示すシステム構成図である。

本発明の実施形態である船舶の発電システムについて図１及び図２を参照して説明する。図１は、実施形態の発電システムを搭載した船舶の全体構成を模式的に示す機能ブロック図である。図１中、各構成要素である主機関１、主発電装置２、補機関３、補機発電装置４等の主要な構成はブロックで示される。また図１中、各ブロック及びその他の構成の間、又はこれらを経て描かれた矢印付きの各種類の線は、高温清水Ａ（図中太実線で示す）、低温清水Ｂ（図中細実線で示す）、海水Ｃ（図中太破線で示す）、空気Ｄ１又は排ガスＤ２（図中細破線で示す）、電気ＡＣ１、ＡＣ２、ＤＣ（図中太破線で示す）の各供給系又は循環系を示している。これらの各系では、分岐点又は合流点は交差部に表示した黒丸で表し、同一系間又は異なる系間において合流等はせずに単に交差する箇所では、視認性の便宜から、一方が他方の下を通過するように表示した。また、図１中の丸付き数字は、各系において図示上の都合で分断した箇所相互の接続関係を示している。

本実施形態の船舶は、推進器としての固定ピッチプロペラ５を主機関１で駆動して推進する。この船舶には、主機関１やその他の舶用機器、船内設備等を運転又は使用するために必要な交流電力を賄うために船舶用発電システムが設けられている。この船舶用発電システムは、プロペラ５を駆動する主機関１で駆動される主発電装置２と、補機関３によって駆動される補機発電装置４と、主機関１の駆動軸以外の駆動源で駆動される補助発電装置（後述するプロペラ軸遊転発電装置５０等）を備えている。

まず、この船舶の動力系統について説明する。
図１に示すように、主機関１の駆動軸Ｓ１には減速逆転機６を介してプロペラ５が連結されている。主機関１には、図示しない燃料供給系から燃料が供給されるとともに、その排気で駆動される過給機７によって圧縮された空気Ｄ１が供給され、燃料を燃焼させて運転を行い、駆動軸Ｓ１を駆動してプロペラ５を回転させることにより推進力を得る。主機関１の過給機７には、低負荷時に圧縮空気を加熱する加熱器（ヒータ）８と、高負荷時に圧縮空気を冷却する冷却器（クーラ）９とが設けられており、主機関１の運転状況に応じて効率的に空気Ｄ１を取り込めるようになっている。

図１に示すように、本発電システムには、主機関１及び補機関３を冷却する高温清水Ａの流通ルートである高温冷却系が設けられている（図中太実線で示す）。高温清水Ａは、高温清水ポンプ１０によって加熱器８を経て主機関１に入り、主機関１の各部を冷却して高温になった後で外部に導出され、後述するバイナリー発電装置１１等を経て高温清水ポンプ１０に還流する。

この高温清水Ａの冷却系には、高温清水ポンプ１０の上流側に分岐点Ｐ１があり、補機高温清水ポンプ１２によって高温清水Ａは補機関３に導かれるようになっている。補機関３を冷却して排出された高温清水Ａは、前記高温清水ポンプ１０の上流側の合流点に還流するようになっている。

補機関３からの高温清水Ａの合流点の下流には、三方弁である第１温度調節弁Ｖ１が設けられており、補機関３からの高温清水Ａが、補機関３の性能によって決まる所定の温度（例えば６０℃）よりも低い場合は一方の流路から高温清水Ａを前記分岐点Ｐ１の直上流側に戻して特に冷却は行なわない。しかし、補機関３からの高温清水Ａが前記所定の温度よりも高い場合は、他方の流路から高温清水Ａを三方弁である第２温度調節弁Ｖ２に送る。この第２温度調節弁Ｖ２は、主機関１の性能によって決まる所定の温度（例えば８５℃）よりも高温清水Ａの温度が低い場合には、高温清水Ａを前記分岐点Ｐ１の直上流側に戻して特に冷却を行なわないが、高温清水Ａの温度が前記所定の温度よりも高い場合には、流路を切り替え、高温清水Ａを高温清水冷却器１５に送って冷却する。なお、この高温清水冷却器１５は、後述する低温冷却系である低温清水Ｂによって高温清水Ａを冷却するものである。

なお、これら第１及び第２温度調節弁Ｖ１、Ｖ２は、弁体による機械的な切り替え動作を行なうことから動作的な遅延は避けられず、また、環境温度に感応して作動することから設定温度に対して±５℃程度の範囲の誤差もあることから、設定された所定の各温度で開閉がデジタル的に一気に切り替わることはできず、設定温度付近では２つのルートの両方に対して流路が開いている状況になる場合もある。後述する第３温度調節弁Ｖ３も同様である。

また、第２温度調節弁Ｖ２の上流には、３つの切り替え弁を介して往復配管が分岐しており、この往復配管には高温清水Ａを熱源とする各種ヒータ類１６が設けられている。各種ヒータ類１６とは、具体的に例示すれば船舶内で使用されるエアコンや給湯等の加熱手段等である。

図１に示すように、本発電システムには、低温清水Ｂの循環ルートである低温冷却系が設けられている（図中細実線で示す）。低温清水Ｂは、主機関１及び補機関３等を循環する潤滑油や、高温冷却系の高温清水Ａ等を冷却する。

図１に示すように、低温冷却系では、本システム各部を冷却することにより温度が上昇した低温清水Ｂが低温清水ポンプ１７に還流し、同ポンプ１７によって再び系に送り出される。送り出された低温清水Ｂは２つに分岐した管路に従い、低温清水冷却器１８と、三方弁である第３温度調節弁Ｖ３に送られる。低温清水冷却器１８には、海水ポンプ１９が海水Ｃを供給しており、海水Ｃは低温清水冷却器１８で低温清水Ｂを冷却した後に船外に排出される。第３温度調節弁Ｖ３に供給された低温清水Ｂの温度が所定の温度（例えば３６℃）よりも低い場合は、第３温度調節弁Ｖ３は低温清水冷却器１８へ通じる管路を閉じ、供給側下流への管路を開くように制御されるので、低温清水冷却器１８へ導かれた低温清水Ｂが下流に出ることはなく、低温清水ポンプ１７から出た低温清水Ｂはそのまま下流に流れて特に冷却は行なわれない。しかし、第３温度調節弁Ｖ３に供給された低温清水Ｂの温度が前記所定の温度よりも高い場合は、低温清水ポンプ１７から第３温度調節弁Ｖ３に供給された低温清水Ｂは第３温度調節弁Ｖ３を通過できずに遮断され、低温清水ポンプ１７から出た低温清水Ｂの全量が低温清水冷却器１８を通過して冷却され、所定の温度に冷却された後、第３温度調節弁Ｖ３を通過して下流へと供給されるように制御される。

次に、この船舶の発電系統について説明する。
図１に示すように、主機関１の駆動軸Ｓ１には、増速機２０を介して主発電装置２が連動連結されている。主発電装置２から出力される交流ＡＣ２は周波数が安定せず、変換装置としてのＰＷＭ電源装置２５で所定周波数の安定した交流ＡＣ１に変換され、船舶内の配電盤（ＭＳＢ）の電気供給系統である母線（「バス」と呼ぶ。）２６に供給される。ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）とは、パルス波のデューティー比を変化させる変調方法を意味しており、このＰＷＭ電源装置２５によれば、少なくとも、その外部から入力された交流を直流に変換する機能と、直流を交流に変換して安定的に外部に出力する機能を備えた装置であることが必要である。実施形態では一例として図２に示すような構成を含んでいる。すなわち図２に示すＰＷＭ電源装置２５は、主発電装置２からの不規則な交流ＡＣ２を直流ＤＣに変換（コンバータ）するダイオード整流器２７と、続いてこの直流ＤＣを平滑化するＤＬＣ（直流リアクトル）２８と、さらにこれを一定周波数の交流ＡＣ１に逆変換（インバータ）するＩＧＢＴ２９を有している。さらにＰＷＭ電源装置２５は、この交流ＡＣ１を波形成型するＬＣＬフィルターＡＣＬ１，ＡＣＬ２を有しており、これによって通常のディーゼル発電機と同等の電気的特性を持つ３相の交流ＡＣ１としてバス２６に給電することができる。なお、図２では、減速逆転機６の図示は省略している。

このように、ＰＷＭ電源装置２５によれば、動力源である主機関１の回転数が変動しても安定した周波数の交流ＡＣ１を生成することができる。通常の発電機は一定回転数で使用する場合が多いが、本実施形態のように船舶に搭載する発電機では、主機関１の回転数が変動する場合がある。例えば、本実施形態ではプロペラ５が固定ピッチプロペラ５（ＦＰＰ）であり、主機関１の回転数を最低速から定格回転数まで変化させて船速を制御することとしているが、本実施形態では主機関１の回転数の変動によって主発電装置２が例えば１０００ｍｉｎ^-1（５０Ｈｚ）〜２０００ｍｉｎ^-1（１００Ｈｚ）の範囲で変動する交流ＡＣ２を出力しても、ＰＷＭ電源装置２５によって所定の安定した周波数の交流ＡＣ１を生成・供給することができる。

図１に示すように、本発電システムには、前述した補機関３によって駆動される補機発電装置４が設けられている。補機発電装置４が発電した安定した所定周波数の交流ＡＣ１はバス２６に給電される。

図１に示すように、本発電システムには、補機関３の補機発電装置４の他に、所定周波数の交流ＡＣ１を安定して生成できる発電装置として、バイナリー発電装置１１が設けられている。バイナリー発電装置１１は、地熱発電に用いられている技術であり、外部から供給される熱源系統及び冷却源系統と、実際にタービンを駆動するために循環する内部の低沸点媒体の系統の２系統を有するため、バイナリーとの称呼を有するものである。

このバイナリー発電装置１１によれば、内部の作動媒体（例えばフッ素系媒体）は、蒸発器３０において、比較的低い温度、例えば７０℃〜１００℃程度の熱媒体（本実施形態では高温清水Ａ）に加熱されて蒸発し、蒸発した作動媒体が発電機Ｇのタービンを回転させて発電を行う。タービン駆動後の作動媒体は、凝縮器３１において、高温清水Ａよりも低い温度、例えば約３０℃程度の冷却媒体（本実施形態では低温清水Ｂ）に冷却されて再び液化し、液化した作動媒体は循環ポンプ３２によって再び蒸発器３０に送られる。

熱媒体である高温清水Ａは、主機関１から出た後、過給機７の排気管に設けられた排ガスエコノマイザー３５によって排ガスＤ２の熱で加熱された後、蓄熱タンク３６に貯えられ、この蓄熱タンク３６からバイナリー発電装置１１の作動媒体を蒸発させるための熱源として蒸発器３０に供給される。このように、バイナリー発電装置１１では、主機関１を冷却した高温清水Ａの熱と、排ガスＤ２の熱を有効利用しているので、主発電装置２の負荷を可及的に低減し、主機関１の燃料消費を抑える効果が得られる。また、蓄熱タンク３６に相当量の高温清水Ａを貯え、ここからバイナリー発電装置１１に供給するので、主機関１の運転状態が変動してもバイナリー発電装置１１の発電には影響が出にくい。

バイナリー発電装置１１で発電された所定周波数の交流ＡＣ１はバス２６に給電される。このように、バイナリー発電装置１１は、主機関１の廃熱を利用するために運転状態は安定しており、所定周波数の交流ＡＣ１を供給できるが、本実施形態では、特に、排ガスエコノマイザーを使用して排ガスの熱をも利用するとともに、蓄熱タンク３６も備えているため、その運転状態はさらに一層安定している。

なお、図２を参照して先に説明したように、ＰＷＭ電源装置２５は、主発電装置２からの不規則な交流ＡＳ２を直流ＤＣに変換（コンバータ）するダイオード整流器２７と、この直流Ｅ２を平滑化するＤＬＣ（直流リアクトル）２８と、これを一定周波数の交流ＡＣ１に逆変換（インバータ）するＩＧＢＴ２９を有しており、図２では、ＰＷＭ電源装置２５が、このような構成を一組有しているように図示されているが、このような構造の変換装置は、前記主発電装置２と、複数の補助発電装置の各々について各個ごとに設ける必要がある。しかし、これら複数の変換装置は、装置としては各々別体であってもよいし、一体化されていてもよい。本実施形態では、図には示していないが、図１に示すＰＷＭ電源装置２５の内部には、図２に示す構成以外に、これと同等の構成の複数の変換装置が補助発電装置ごとに設けられ、対応する変換装置と補助発電装置が互いに接続されているものとする。

図１に示すように、本発電システムには、主機関１以外の駆動源で駆動される補助発電装置として、プロペラ軸遊転発電装置５０が設けられている。プロペラ軸遊転発電装置５０は減速逆転機６に接続されている。

減速逆転機６は、単一の入力軸と、第１及び第２の出力軸を備えている。入力軸は主機関１の駆動軸Ｓ１に接続され、第１の出力軸はプロペラ５の主軸５ａに連結され、第２の出力軸６ａはプロペラ軸遊転発電装置５０の入力軸に連結されている。減速逆転機６の内部において、入力軸と第１の出力軸との間には、前進用クラッチと後進用クラッチを備えた連動機構が設けられており、これら両クラッチの択一的な接続によって主機関１の駆動軸Ｓ１に接続された入力軸の回転を、プロペラ５の主軸５ａに正転又は逆転として伝達することができる。また、減速逆転機６の内部において、入力軸と第２の出力軸６ａとの間には、発電用クラッチを備えた連動機構が設けられている。発電用クラッチは、前進用クラッチと後進用クラッチがいずれも接続されていない場合にのみ接続されるように構成されており、これが接続された場合には、主機関１の駆動軸Ｓ１とは接続されていないプロペラ５の主軸５ａと第２の出力軸６ａを連動させるように構成されている。

従って、前進用クラッチ又は後進用クラッチが接続された場合には、発電用クラッチは離脱状態にあり、主機関１の駆動によってプロペラ５は正転又は逆転する。また、前進用クラッチ及び後進用クラッチが共に離脱状態にある場合において、発電用クラッチを接続すれば、主機関１から切り離されたプロペラ５の遊転が発電用クラッチ及び第２の出力軸６ａを介してプロペラ軸遊転発電装置５０の入力軸を回転させ、プロペラ軸遊転発電装置５０は交流Ｅ１を発電することができる。

プロペラ軸遊転発電装置５０で発電された交流ＡＣ２は、ＰＷＭ電源装置２５に送られ、ここで直流ＤＣに変換された後、ＰＷＭ電源装置２５に接続された蓄電池であるリチウムイオン電池４０に蓄電される。リチウムイオン電池４０に貯えられた電気を使用する場合は、リチウムイオン電池４０から直流ＤＣをＰＷＭ電源装置２５に送り、ＰＷＭ電源装置２５で所定の周波数の交流ＡＣ１に変換してバス２６に給電する。

このプロペラ軸遊転発電装置５０によれば、主機関１の駆動軸とプロペラ５との連結が解除されて以降、プロペラ５の回転が停止するまでのエネルギーを電気として回収することができる。また、潮流等によるプロペラ５の逆転エネルギーも電気として回収できる。

図１に示すように、本発電システムには、主機関１以外の駆動源で駆動される他の補助発電装置として、さらに風力発電装置６０が設けられている。風力発電装置６０とは、風を受けてこれを軸の回転力に変換するブレードと、軸の回転を増大させる増速機と、増速機の出力によって駆動される発電機等を備えており、風の運動エネルギーを電気エネルギーへ変換することができる。

風力発電装置６０で発電された交流ＡＣ２は、ＰＷＭ電源装置２５に送られ、ここで直流ＤＣに変換された後、ＰＷＭ電源装置２５に接続された蓄電池であるリチウムイオン電池４０に蓄電される。リチウムイオン電池４０に貯えられた電気を使用する場合は、リチウムイオン電池４０から直流ＤＣをＰＷＭ電源装置２５に送り、ＰＷＭ電源装置２５で所定の周波数の交流ＡＣ１に変換してバス２６に給電する。

図１に示すように、本発電システムには、主機関１以外の駆動源で駆動される他の補助発電装置として、さらにローリング発電装置７０が設けられている。本実施形態の船舶は、横揺れ( ローリング）減衰させるアンチローリング装置を備えている。アンチローリング装置とは、内部に液体を入れたタンクを船体の左右に設けておき、両タンクを通路で連通させて船舶がローリングすると両タンクの間を液体が移動できるようにした装置である。船舶のローリング時、両タンク間の液体の移動と船の動揺とを干渉させることにより、ローリングを減衰させることができる。ローリング発電装置７０は、このアンチローリング装置における液体の移動のエネルギーで発電機を廻して発電する装置である。

ローリング発電装置７０で発電された交流ＡＣ２は、ＰＷＭ電源装置２５に送られ、ここで直流ＤＣに変換された後、ＰＷＭ電源装置２５に接続された蓄電池であるリチウムイオン電池４０に蓄電される。リチウムイオン電池４０に貯えられた電気を使用する場合は、リチウムイオン電池４０から直流ＤＣをＰＷＭ電源装置２５に送り、ＰＷＭ電源装置２５で所定の周波数の交流ＡＣ１に変換してバス２６に給電する。

以上説明した発電システムを搭載する本実施形態の船舶を運航する場合には、次の手順により行なう。
まず、補機関３を始動して補機発電装置４で発電を開始し、バス２６に交流ＡＣ１を供給する。なお、出航の段階でリチウムイオン電池４０の充電量が主機関１の始動その他の用途の必要量に足りていれば、補機関３を始動しないでリチウムイオン電池４０からの電力供給だけでもよい。いずれにしても、係る電力の供給によって各種ポンプ等の必要な電動機器を作動させ、主機関１を始動し、主機関１の暖機運転を行なう。暖機運転後、主機関１でプロペラ５を駆動して船舶を出航させるとともに、主発電装置２を始動してバス２６に対する電力供給を開始し、補機関３による補機発電装置４の運転は停止する。また、バイナリー発電装置１１を始動するとともに、可能であれば風力発電装置６０、ローリング発電装置７０及びプロペラ軸遊転発電装置５０を適時作動させてリチウムイオン電池４０を充電し、またその充電量が常に適量を保つように適時充電を行なう。

以上説明した本実施形態の発電システムは、主機関１により駆動される主発電装置２と、補機関３により駆動される補機発電装置４と、主機関１及び補機関３の直接的な駆動力には依存しないが主機関１の排熱を利用しているバイナリー発電装置１１と、さらに船舶の惰性による移動の運動エネルギーを利用するプロペラ軸遊転発電装置５０、波や風のエネルギーを利用するローリング発電装置７０、風力発電装置６０のような補助発電装置群を備えている。本実施形態によれば、船舶の運航目的を達成するために必要な主機関１及び補機関３の運転計画を基本とし、これによって主発電装置２や補機発電装置４で発電可能な電力を基本にするとともに、これに安定した電源として期待できるバイナリー発電装置１１による発電量も加味し、さらに過去の運航実績等や波及び風等の気象条件等を含む外部条件に基づいて予測される各補助発電装置の発電量や変動の可能性及び予測される変動のパターン等を考慮し、リチウムイオン電池４０の充電量が常に適量を維持できるように各発電装置の運転状態を制御する。主機関１の廃熱を有効利用するバイナリー発電装置１１を使用するとともに、補助発電装置群による発電量を最大限に高めることにより、主発電装置２で発電するために主機関１に加わる負荷をできる限り低減させることができ、これによって主機関１の燃料消費量を低減させることができる。このようにして、主機関１及び補機関３の使用燃料量を可及的に削減しつつ、電力の船内需要を安定して満足させることができる。このような主機関１及び補機関３の運転と、これに同期した主発電装置２、補機発電装置４、バイナリー発電装置１１、その他の各発電装置５０，６０，７０の運転制御は、図示はしないが、船舶の運転及び発電システムの全体を統括して制御する制御装置によって行なうことができる。

また、補機関３に比べれば大型の主機関１の方がエネルギー効率（又は燃費）がよく、実施形態では常時運転される主機関１で効率的に駆動する主発電装置２によって必要な交流をコンスタントに供給しているので、これにより従来は二組以上設けていた補機関３による補助発電装置を一組に減じて設備コストを低減することができる。

１…主機関
２…主発電装置
３…補機関
４…補機発電装置
５…推進器としてのプロペラ
６…減速逆転機
１１…バイナリー発電装置
２５…変換装置としてのＰＷＭ電源装置
４０…蓄電池としてのリチウムイオン電池
５０…補助発電装置としてのプロペラ軸遊転発電装置
６０…補助発電装置としての風力発電装置
７０…補助発電装置としてのローリング発電装置
Ｓ１…主機関の駆動軸
Ａ…高温冷却水としての高温清水
Ｂ…低温冷却水としての低温清水
Ｃ…海水
Ｄ１…空気
Ｄ２…排ガス
ＡＣ１…周波数の安定した交流
ＡＣ２…周波数が安定していない交流
ＤＣ…直流

Claims (3)

1. 主機関により推進器を駆動して推進する船舶に設けられて船舶内に交流を供給する船舶用発電システムであって、
   前記主機関の駆動軸に連動連結されて交流の発電を行う主発電装置と、
   補機関により発電を行なう補機発電装置と、
   前記主機関の駆動軸と前記補機関の発電駆動力とに依存せずに交流の発電を行う１以上の補助発電装置と、
   前記主発電装置及び前記補助発電装置ごとに設けられ、入力された交流を直流に変換する機能と直流を交流に変換して船舶内の電気供給系統に出力する機能を備えた複数の変換装置と、
   前記変換装置が変換した直流を蓄電するとともに蓄電した直流を前記変換装置に供給する蓄電池と、
   を具備することを特徴とする船舶用発電システム。
2. 前記主機関の高温冷却水を熱源とし前記主機関の低温冷却水を冷却源として作動する作動媒体によってタービンを駆動して発電を行うバイナリー発電装置を利用することを特徴とする請求項１記載の船舶用発電システム。
3. 前記補助発電装置として、
   プロペラ軸遊転発電装置と、風力発電装置と、ローリング発電装置と、からなる群から任意に選択された１以上の発電装置を利用することを特徴とする請求項２記載の船舶用発電システム。

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