JP5146878B2 - 船舶推進システム - Google Patents
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Description
本発明は船舶の省エネルギーが可能な船舶推進システムに関する。
従来の船舶推進システムは例えば特許文献１では、主機の排ガスにより作動される過給器の回転軸に第１発電電動機を接続し、また主機の推進軸に減速機を介して第２発電電動機を接続し、この第１および第２発電電動機を互いに電気的に接続した船舶推進システムが提案されている。また、特許文献２では排ガスエコノマイザー過熱蒸気で推進加勢タービンを運転し、減速機を介して推進力を加勢するようにした船舶推進システムが提案されている。
通常、船舶の省エネルギーの手段として、主機の排ガスをエコノマイザーに供給し、蒸気を発生させてタービンを駆動し、発電や推進加勢する方法、主機の排ガスでパワータービン／発電機を駆動し発電する方法、あるいは主機の過給器に発電機を取付け発電する方法等が提案されているが、いずれも設置スペースやメンテナンスコストの観点から一般的に普及するに至っていない。
次に、従来の船舶推進システムの一例を図７を参照して説明する。図に示すように、主機１の過給器４に第１発電電動機５ａを設置し、この第１発電電動機５ａと推進軸３に減速機６を介して設置された第２発電電動機１０ａとを電気的に接続する。主機１が低負荷でプロペラ２を回転する時は第２発電電動機１０ａで発電した電力で第１発電電動機５ａを駆動し過給器４を加勢する。主機１が定格運転でプロペラ２を回転する時は第１発電電動機５ａで発電した電力で第２発電電動機１０ａを駆動し、主機１を加勢している（特許文献１参照）が、一般に主機１の負荷変動に対し過給器４の回転数の応答にずれが生じるため、減速機６に大きな負荷がかかる場合があり、信頼性が低下することになる。また、一般に過給器回転数は数万回転で運転され、主機回転数は数十回転の低速度で運転されるため、回転数を合わせるためには多段の減速機が必要となり、設置スペースとメンテナンスコストの増大を招き、かつ信頼性が低下することになる。
また、他の従来の船舶推進システムを図８を参照して説明する。図に示すように、排ガスエコノマイザー７で発生した余剰蒸気で推進タービン９を駆動し、減速機６を介してプロペラ２へ推進力を加勢している（特許文献２参照）が、主機１の負荷変動時に、排ガスエコノマイザー７の発生蒸気量の細かな制御は困難で、推進加勢タービン９の回転数を主機１の所望する回転数に追従させることは難しく、減速機６に大きな負荷がかかる場合があり、信頼性が低下することになる。また、主機１の回転数は数十回転の低速度で運転されるため、回転数を合わせるためには多段の減速機が必要となり、設置スペースとメンテナンスコストの増大を招くことになる。なお、５ｂは発電機、８は蒸気タービンである。
特公昭６３−５５６５号公報
特公昭６１−５５６０２号公報
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その課題は最適な機器構成で省エネルギー効果が高く、様々な運転状況に対応可能な船舶推進システムを提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、過給器付き主機とプロペラを推進軸で連結し、前記推進軸に推進加勢用電動機を設けた船舶推進システムにおいて、前記主機の過給器に余剰排気エネルギーを回収して発電する発電機を直結すると共に、前記推進加勢用電動機と前記発電機とを船内電源系統を経由せずに、周波数変換装置を介して接続し、前記主機に負荷変動が生じても前記発電機で発電した電力を前記周波数変換装置で前記主機が所望する周波数に即時変換して前記推進加勢用電動機を推進加勢し、前記推進加勢用電動機および過給機に急激な負荷変動を生じさせなくすることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、推進用電動機とプロペラを推進軸で連結し、過給機付き機関で駆動する発電装置で発生した電力を第１の周波数変換装置を介して前記推進用電動機に供給する船舶推進システムにおいて、前記推進用電動機を多巻線型に構成し、この多巻線の一方の巻線に前記第１の周波数変換装置を介して前記発電装置の発電電力を供給すると共に、前記発電装置の機関に設置された過給器に余剰排気エネルギーを回収して発電する発電機を直結し、前記発電機から発電された電力を船内電源系統を経由せずに、第２の周波数変換装置を介して前記多巻線の他方の巻線に供給するように構成され、前記発電装置に負荷変動が生じても前記発電機の電力を前記第２の周波数変換装置で前記推進用電動機の所望する周波数に即時変換して推進加勢し、前記推進電動機および過給機に急激な負荷変動を生じさせなくすることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、過給器付き主機とプロペラを推進軸で連結し、前記推進軸に軸駆動発電機を設けた船舶推進システムにおいて、前記軸駆動発電機を多巻線型に構成し、この多巻線の一方の巻線を第１の周波数変換装置を介して船内母線に接続すると共に、前記主機の過給器に余剰排気エネルギーを回収して発電する発電機を直結し、前記発電機で発電した電力を船内電源系統を経由せずに、第２の周波数変換装置を介して前記軸駆動発電機の多巻線の他方の巻線に供給し、前記主機に負荷変動が生じても前記発電機の電力をこの第２の周波数変換装置で前記主機の所望する周波数に即時変換して前記軸駆動発電機を推進加勢し、前記軸駆動発電機および過給機に急激な負荷変動を生じさせなくすることを特徴とする。
本発明によれば、過給器に直結した発電機で発電した電力を周波数変換機で主機の所望する周波数に即時変換して推進加勢できるので、主機の負荷変動時も推進電動機に大きな負荷がかかることがなく信頼性が向上する。また、回転数を合わせるための多段の減速機を必要とせず、機器設置スペースの削減、機器配置の自由度向上、及び貨物等の積載量の増加と共にメンテナンスコストの低減が可能となる。さらに、船内電源系統と独立させ、排ガスエネルギーを駆動力として回収するので、船内負荷が小さい船舶でも省エネルギーを測ることが可能となると共に、多巻線の推進電動機とすることで、船内電源または過給器に直結した発電機のどちらか一方の電力供給が途絶えた場合でも、もう一方でプロペラを推進することが可能でありシステムの冗長性が向上する。
以下、本発明の最良の実施形態を、図を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の構成図である。
図１に示すように、本実施形態では、主機１とプロペラ２は推進軸３により連結され、推進軸３には推進加勢用電動機１０が設置されている。主機１には主機排ガスで駆動する過給器４が設置され、過給器４には発電機５を直結する。発電機５の発電電力は周波数変換装置１１ａで主機１が所望する回転周波数に変換して推進加勢用電動機１０に給電し、主機１を加勢する。
図１は、本発明の第１実施形態の構成図である。
図１に示すように、本実施形態では、主機１とプロペラ２は推進軸３により連結され、推進軸３には推進加勢用電動機１０が設置されている。主機１には主機排ガスで駆動する過給器４が設置され、過給器４には発電機５を直結する。発電機５の発電電力は周波数変換装置１１ａで主機１が所望する回転周波数に変換して推進加勢用電動機１０に給電し、主機１を加勢する。
本実施形態の船舶推進システムによると、過給器４を直結した発電機５で発電した電力を周波数変換装置１１ａで主機１の所望する周波数に即時変換して推進加勢できるので、主機１の負荷変動時も推進加勢用電動機１０に大きな負荷がかかることがなく信頼性が向上する。また、回転数を合わせるための多段の減速機を必要とせず、機器設置スペースの削減、機器配置の自由度向上、及び貨物等の積載量の増加と共にメンテナンスコストの低減が可能となる。さらに船内電源系統と独立させ、排ガスエネルギーを駆動力として回収するので、船内負荷が小さい船舶でも省エネルギーを図ることが可能となる。
図２は、本発明の第２実施形態の構成図である。
図２に示すように、本実施形態では、推進電動機１２とプロペラ２は推進軸３により連結され、機関１７と過給器４と発電機５ｃから構成される発電装置１３の発電出力は配電盤１４を介して船内電源系統、及び周波数変換装置１１ｂを介して推進電動機１２に給電する。機関１７には機関排ガスで駆動する過給器４が設置され、過給器４には発電機５を直結する。発電機５の発電電力は周波数変換装置１１ａで推進電動機１２が所望する回転周波数に変換して給電し、加勢する。推進電動機１２は多巻線型とすることで、発電装置１３で発生した電力と過給器４に直結した発電機５で発生した電力の両方、または片方で運転可能である。過給器４に直結した発電機５で発電した電力は船内電源系統とは独立している。なお、発電装置１３は複数設置してもよい。その場合は、発電装置１３の機関１７に設置された過給器４の数に応じた発電機５を設置し、推進電動機１２は船内電力系統と発電機５の設置数に応じた多巻線とすればよい。
図２に示すように、本実施形態では、推進電動機１２とプロペラ２は推進軸３により連結され、機関１７と過給器４と発電機５ｃから構成される発電装置１３の発電出力は配電盤１４を介して船内電源系統、及び周波数変換装置１１ｂを介して推進電動機１２に給電する。機関１７には機関排ガスで駆動する過給器４が設置され、過給器４には発電機５を直結する。発電機５の発電電力は周波数変換装置１１ａで推進電動機１２が所望する回転周波数に変換して給電し、加勢する。推進電動機１２は多巻線型とすることで、発電装置１３で発生した電力と過給器４に直結した発電機５で発生した電力の両方、または片方で運転可能である。過給器４に直結した発電機５で発電した電力は船内電源系統とは独立している。なお、発電装置１３は複数設置してもよい。その場合は、発電装置１３の機関１７に設置された過給器４の数に応じた発電機５を設置し、推進電動機１２は船内電力系統と発電機５の設置数に応じた多巻線とすればよい。
本実施形態の船舶推進システムによると、過給器４に直結した発電機５で発電した電力を周波数変換装置１１ａで主機の所望する周波数に即時変換して推進できるので、回転数を合わせるための多段の減速機を必要とせず、機器設置スペースの削減、機器配置の自由度向上、及び貨物等の積載量の増加と共にメンテナンスコストの低減が可能となる。さらに船内電源系統と独立させ、排ガスエネルギーを駆動力として回収するので、船内負荷が小さい船舶でも省エネルギーを図ることが可能となると共に、多巻線の推進電動機とすることで、船内電源または過給器に直結した発電機のどちらか一方の電力供給が途絶えた場合でも、もう一方でプロペラを推進することが可能であり、システムの冗長性が向上する。
図３は、本発明の第３実施形態の構成図である。
図３に示すように、本実施形態では、主機１とプロペラ２は推進軸３により連結され、推進軸３には軸駆動発電機１５が設置されている。軸駆動発電機１５は周波数変換装置１１ｃを介して船内電源系統に接続される。同期調相機１６は軸駆動発電機１５の出力電圧と周波数を調整するために設けている。主機１には主機排ガスで駆動する過給器４が設置され、過給器４には発電機５を直結する。軸駆動発電機１５を推進加勢電動機として運転する際に、発電機５の発電電力は周波数変換装置１１ａで主機１が所望する周波数に変換して軸駆動発電機１５に給電し、推進加勢する。軸駆動発電機１５は多巻線型とすることで、船内電源系統から周波数変換装置１１ｃを介して供給される電力と過給器４に直結した発電機５で発生した電力の両方、または片方で運転可能である。過給器４に直結した発電機５で発電した電力は船内電源系統と独立している。
図３に示すように、本実施形態では、主機１とプロペラ２は推進軸３により連結され、推進軸３には軸駆動発電機１５が設置されている。軸駆動発電機１５は周波数変換装置１１ｃを介して船内電源系統に接続される。同期調相機１６は軸駆動発電機１５の出力電圧と周波数を調整するために設けている。主機１には主機排ガスで駆動する過給器４が設置され、過給器４には発電機５を直結する。軸駆動発電機１５を推進加勢電動機として運転する際に、発電機５の発電電力は周波数変換装置１１ａで主機１が所望する周波数に変換して軸駆動発電機１５に給電し、推進加勢する。軸駆動発電機１５は多巻線型とすることで、船内電源系統から周波数変換装置１１ｃを介して供給される電力と過給器４に直結した発電機５で発生した電力の両方、または片方で運転可能である。過給器４に直結した発電機５で発電した電力は船内電源系統と独立している。
本実施形態の船舶推進システムによると、過給器４に直結した発電機５で発電した電力を周波数変換装置１１ａで主機１の所望する周波数に即時変換して推進加勢できるので、主機１の負荷変動時も推進電動機に大きな負荷がかかることがなく信頼性が向上する。また、回転数を合わせるための多段の減速機を必要とせず、機器設置スペースの削減、機器配置の自由度向上、及び貨物等の積載量の増加と共にメンテナンスコストの低減が可能となる。さらに船内電源系統と独立させ、排ガスエネルギーを駆動力として回収するので、船内負荷が小さい船舶でも省エネルギーを図ることが可能となると共に、多巻線の推進電動機とすることで、船内電源または過給器に直結した発電機のどちらか一方の電力供給が途絶えた場合でも、もう一方でプロペラを推進することが可能であり、システムの冗長性が向上する。
なお、図３の第３実施形態はインラインタイプの軸駆動発電システムに適用した例であるが、下記の図４〜図６の各変形例に示すように種種のタイプに適用することができる。
図４は本発明の第３の実施形態の第１変形例の構成図であり、主機１の軸端に軸駆動発電機１５ａを設置したオーバーハングタイプとした構成のみが図３の第３実施形態と異なる点である。
図５は本発明の第３の実施形態の第１変形例の構成図であり、主機１とプロペラ２の間の推進軸３に設けたステップアップギヤー１８を介して軸駆動発電機１５ｂを設置したステップアップタイプとした構成のみが図３の第３実施形態と異なる点である。
図６は本発明の第３の実施形態の第１変形例の構成図であり、主機１に設けたステップアップギヤー１８を介して軸駆動発電機１５ｃを設置したパワーテイクオフタイプとした構成のみが図３の第３実施形態と異なる点である。
これら図４〜図６の各構成においても第３実施形態と同様の効果、すなわち回転数を合わせるための多段の減速機を必要とせず、機器設置スペースの削減、機器配置の自由度向上、及び貨物等の積載量の増加と共にメンテナンスコストの低減が可能となる。さらに船内電源系統と独立させ、排ガスエネルギーを駆動力として回収するので、船内負荷が小さい船舶でも省エネルギーを図ることが可能となると共に、多巻線の推進電動機とすることで、船内電源または過給器に直結した発電機のどちらか一方の電力供給が途絶えた場合でも、もう一方でプロペラを推進することが可能であり、システムの冗長性が向上する等の効果が得られる。
１…主機、２…プロペラ、３…推進軸、４…過給器、５，５ａ，５ｂ，５ｃ…発電機、６…減速機、７…排ガスエコノマイザー、８…発電タービン、９…推進加勢タービン、１０，１０ａ…推進加勢用電動機、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…周波数変換装置、１２…推進電動機、１３…発電装置、１４…配電盤、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…軸駆動発電機、１６…同期調相機、１７…機関、１８…ステップアップギヤー。
Claims (3)
- 過給器付き主機とプロペラを推進軸で連結し、前記推進軸に推進加勢用電動機を設けた船舶推進システムにおいて、前記主機の過給器に余剰排気エネルギーを回収して発電する発電機を直結すると共に、前記推進加勢用電動機と前記発電機とを船内電源系統を経由せずに、周波数変換装置を介して接続し、前記主機に負荷変動が生じても前記発電機で発電した電力を前記周波数変換装置で前記主機が所望する周波数に即時変換して前記推進加勢用電動機を推進加勢し、前記推進加勢用電動機および過給機に急激な負荷変動を生じさせなくすることを特徴とする船舶推進システム。
- 推進用電動機とプロペラを推進軸で連結し、過給機付き機関で駆動する発電装置で発生した電力を第１の周波数変換装置を介して前記推進用電動機に供給する船舶推進システムにおいて、前記推進用電動機を多巻線型に構成し、この多巻線の一方の巻線に前記第１の周波数変換装置を介して前記発電装置の発電電力を供給すると共に、前記発電装置の機関に設置された過給器に余剰排気エネルギーを回収して発電する発電機を直結し、前記発電機から発電された電力を船内電源系統を経由せずに、第２の周波数変換装置を介して前記多巻線の他方の巻線に供給するように構成され、前記発電装置に負荷変動が生じても前記発電機の電力を前記第２の周波数変換装置で前記推進用電動機の所望する周波数に即時変換して推進加勢し、前記推進電動機および過給機に急激な負荷変動を生じさせなくすることを特徴とする船舶推進システム。
- 過給器付き主機とプロペラを推進軸で連結し、前記推進軸に軸駆動発電機を設けた船舶推進システムにおいて、前記軸駆動発電機を多巻線型に構成し、この多巻線の一方の巻線を第１の周波数変換装置を介して船内母線に接続すると共に、前記主機の過給器に余剰排気エネルギーを回収して発電する発電機を直結し、前記発電機で発電した電力を船内電源系統を経由せずに、第２の周波数変換装置を介して前記軸駆動発電機の多巻線の他方の巻線に供給し、前記主機に負荷変動が生じても前記発電機の電力をこの第２の周波数変換装置で前記主機の所望する周波数に即時変換して前記軸駆動発電機を推進加勢し、前記軸駆動発電機および過給機に急激な負荷変動を生じさせなくすることを特徴とする船舶推進システム。
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