JP5819753B2

JP5819753B2 - 電気推進船

Info

Publication number: JP5819753B2
Application number: JP2012049791A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　達也; 達也鈴木
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: JP2013184517A

Description

本発明は、エンジンで発電機を回し得られた電気で、推進用電動機を回転させ推進力を得る電気推進船に関する。

コンテナ船、タンカー、バラ積み船等の大型貨物船舶において、ガスエンジンで電気を発電し、この電気で推進用電動機（以下、推進用モータという）を回転させて航行する電気推進船が開示されている（例えば特許文献１参照）。

図２に、従来の電気推進船１Ｘの構成図の概略を示す。電気推進船１Ｘは、ガスエンジン３０Ｘと、ガスエンジン３０Ｘから動力を伝達され発電を行う発電機３と、船舶の推進用のプロペラ９を有する推進用モータ５を有している。この発電機３は、推進用モータ５及び電気で作動する複数の船内機器６に、一点鎖線で示す電線１４を介して電力供給を行うように構成されている。また、ガスエンジン３０Ｘは、気体燃料タンク１１から燃料パイプ１５Ｘを介して、天然ガス又はメタンガス等の気体燃料Ｆｇの供給を受け、排気ガス通路１６を介して排気ガスＧを大気中に放出するように構成されている。

電気推進船１Ｘは、ガスエンジン３０Ｘを採用する構成により、重油等の液体燃料を燃焼させるディーゼルエンジンに比べ、環境に与える負荷を抑制することができる。

しかしながら、上記の電気推進船１Ｘは、いくつかの問題点を有している。第１に、電気推進船１Ｘの安定した航行を実現することが困難であるという問題を有している。これは、ガスエンジン３０Ｘが構造上の特性として負荷変動に弱く、負荷変動発生時に故障等を引き起こす可能性があるからである。ここで、負荷変動とは、船舶内で使用する機器（船内機器６）の電力消費量の急激な増減や、ガスエンジン３０Ｘに設置した過給器の応答の遅れ等により、発電機の負荷が急激に変化し、ガスエンジンにかかる負荷が変化することをいう。特に、ガスエンジンは、供給される気体燃料と空気の質量比の変動を±１０％以内に抑えなければならない繊細なエンジンであるため、負荷変動により故障等が発生しやすい。

第２に、電気推進船１Ｘの燃費を向上することが困難であるという問題を有している。ガスエンジン３０Ｘは、負荷変動の許容量を増やすために、気体燃料Ｆｇの供給量を多めに設定されることが多いからである。このため、ガスエンジン３０Ｘの燃焼室には、ほとんどの場合、必要以上の気体燃料Ｆｇが供給されている状態（リッチな状態）となっていた。

第３に、電気推進船１Ｘは、その燃料コストを低減することが困難であるという問題を有している。これは、重油等の液体燃料に比べ天然ガス等の気体燃料Ｆｇの方が、単位エネルギーあたりの購買コストが高いからである。また、ガスエンジン３０Ｘは、気体燃料Ｆｇがリッチな状態となるように調整されているため、燃料消費量が多くなり、更に燃料コストを低減することが困難であった。

特開２００８−１２６８３０号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、発電機に動力を伝達し発電を行うエンジンと、発電機から電力の供給を受ける推進用電動機及び船内機器を有する電気推進船において、電気推進船の安定した航行を実現し、燃費を向上し、且つ燃料コストを低減することのできる電気推進船を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る電気推進船は、動力を発生させるエンジンと、このエンジンの動力により発電を行なう発電機と、この発電機から電力の供給を受ける推進用電動機及び船内機器とを有する電気推進船において、気体燃料及び液体燃料を選択的に使用することができるデュアルフューエル型のエンジンと、このエンジンの排気通路に設置される選択還元型触媒と、前記推進用電動機及び船内機器と前記発電機との間に設
置される二次電池とを備え、航行する海域の排気ガス規制の厳しさに基づいて前記気体燃料と前記液体燃料のいずれかを選択して使用し、排気ガス規制の厳しい海域では、前記気体燃料を供給された前記エンジンが前記発電機に動力を伝達すると共に、排気ガスを前記選択還元型触媒で浄化し、前記発電機から前記二次電池を介して前記推進用電動機及び前記船内機器に電気を供給する第１制御を行ない、排気ガス規制の比較的緩い海域では、重油または軽油から成る前記液体燃料を供給された前記エンジンが前記発電機に動力を伝達すると共に、前記発電機から前記二次電池を介して前記推進用電動機及び前記船内機器に電気を供給する第２制御を行なう構成を備えたことを特徴とする。

この構成により、電気推進船の安定した航行を実現し、且つ燃費を向上することができる。これは、二次電池の設置により発電機の負荷変動を抑制し、エンジンを効率のよい回転数の範囲内で定速運転することができるからである。具体的には、エンジンに気体燃料を供給する際の燃費を１０〜２０％向上することができる。

また、環境負荷を低減させながら、且つ燃料コストを低減した電気推進船の航行を実現することができる。これは、排気ガス規制の緩い海域では燃料コストの安い重油及び軽油等の液体燃料を使用し（第２制御）、排気ガス規制の厳しい海域では天然ガス及びメタン等の気体燃料を使用することができるからである（第１制御）。

排気通路に連結されて選択還元型触媒をバイパスするバイパスラインを備え、第２制御の際にエンジンから排出される排気ガスがバイパスラインを通過する構成にすることができる。

エンジンを停止し、二次電池から推進用電動機及び船内機器に電気を供給する第３制御を行えるように構成することができる。この構成により、電気推進船の前進及び逆進を多用し負荷変動の大きくなる港湾等においても、電気推進船の安定した航行を実現することができる。また、港湾等における排気ガスの排出を防止することができる。これらは、エンジンを停止しても、二次電池により電気推進船の航行及び船内機器の使用を行うことができるからである。

本発明による電気推進船によれば、発電機に動力を伝達し発電を行うエンジンと、発電機から電力の供給を受ける推進用電動機及び船内機器を有する電気推進船において、電気推進船の安定した航行を実現し、燃費を向上し、且つ燃料コストを低減することのできる電気推進船を提供することができる。

本発明に係る実施の形態の電気推進船の構成の概略を示した図である。従来の電気推進船の構成の概略を示した図である。

以下、本発明に係る実施の形態の電気推進船について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明に係る実施の形態の電気推進船１の構成の概略を示す。電気推進船１は、気体燃料及び液体燃料を選択的に使用することができるデュアルフューエル型のエンジン２と、エンジン２に連結した発電機３と、エンジン２の排気通路１６に設置された選択還元型触媒（以下、ＳＣＲという）７と、発電機３と推進用電動機（以下、推進用モータという）５及び船内機器６の間に設置された二次電池４を有している。

ここで、デュアルフューエル型のエンジン２とは、液体燃料を燃焼室に直接吹き込み燃焼させる運転と、吸気エアーに燃料ガスを混合して燃焼室に送り込み燃焼させる運転の両方を行うことのできるエンジンを示す。また、ＳＣＲとは、排気ガスＧ中に尿素水又はアンモニア水を供給してＮＯｘを還元し、Ｎ_２（窒素）とＨ_２Ｏ（水蒸気）にして大気中に放出する機能を有するものである。更に、船内機器６とは、船舶内で使用され電気を動力とする機器であり、制御盤、コンピュータ、照明等を示す。なお、一点鎖線は電線１４を示している。

この電気推進船１は、エンジン２に気体燃料Ｆｇを供給する気体燃料タンク１１と、液体燃料Ｆｌを供給する液体燃料タンク１２を有している。このタンク１１、１２は、それぞれ燃料パイプ１５及びバルブ（第１バルブ２１、第２バルブ２２）を介してエンジン２に連結されている。また、電気推進船１は、排気ガスＧ中のＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ（以下、ＰＭという）を捕集するＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ（以下、ＤＰＦという）８を有している。このＤＰＦ８は、ＳＣＲ７と共に排気ガス通路１６に設置されている。

次に、電気推進船１の動作について説明する。まず、排気ガス規制の厳しい海域で行う気体燃料運転（第１制御という）について説明する。第１バルブ２１を開放し第２バルブ２２を閉止し、エンジン２に天然ガス又はメタン等の気体燃料Ｆｇを供給する。エンジン２から動力を受けた発電機３は、電気を発電し、電気を二次電池４に送る。推進用モータ５及び船内機器６は、二次電池４から電力の供給を受け、作動する。エンジン２から排出される排気ガスＧは、ＳＣＲ７でＮＯｘを浄化され、ＤＰＦ８でＰＭを捕集され、大気中に排出される。この構成により、電気推進船１は、厳しい排気ガス規制に対応することができる。

次に、排気ガス規制の比較的緩い海域で行う液体燃料運転（第２制御という）について説明する。第１バルブ２１を閉止し第２バルブ２２を開放し、エンジン２に重油又は軽油等の液体燃料Ｆｌを供給する。エンジン２から動力を受けた発電機３は、電気を発電し、電気を二次電池４に送る。

ここで、エンジン２から排出される排気ガスＧは、ＳＣＲ７を通過させずに大気中に排出することが望ましい。具体的には、排気通路１６にバイパスライン１７及びバイパスバルブ２７を設け、このバイパスバルブ２７の開放制御により実現する。これは、液体燃料Ｆｌを燃焼させた際の排気ガスＧ中には硫黄酸化物が比較的多く含まれており、この硫黄酸化物がＳＣＲ７から供給される尿素水等と反応し、ＳＣＲ７の触媒に目詰りを発生させてしまうことを防止するためである。この構成により、電気推進船１の燃料コストを低減することができる。

次に、排気ガス規制の特に厳しい港湾等で行う無排気ガス運転（第３制御という）について説明する。電気推進船１は、エンジン２を停止し、二次電池４のエネルギーで航行及び船内機器６の運転を行う。

上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第１に、電気推進船１は、推進用モータ５及び船内機器６の消費電力の変化に伴う発電機３の負荷変動を抑制すること
ができる。これは、発電機３と負荷（推進用モータ５及び船内機器６）との間に二次電池４を設置し、負荷の変動分を二次電池からのエネルギー供給で補う構成により、エンジン２が発電すべきエネルギー量を経過時間に対して平準化することができるからである。また、エンジン２の負荷に大きな変動が無くなるため、エンジン２に故障が発生する可能性を低減することができる。

第２に、電気推進船１の燃費を向上することができる。これは、二次電池４により発電機３及びエンジン２の負荷変動を抑制する構成により、燃料と空気の質量比を最も効率の良い狭い範囲で設定することができるからである。つまり、負荷変動が発生し、エンジン２に故障等を生じさせる恐れがなくなるため、最も効率のよい燃料と空気の質量比を選択することが可能となる。

第３に、電気推進船１の燃料コストを低減することができる。これは、前述の第１制御、第２制御及び第３制御を選択的に行う構成により、電気推進船１が航行する海域の排気ガス規制に応じて、調達コストの低い液体燃料Ｆｌと、環境負荷の小さい気体燃料Ｆｇを使い分けることができるからである。

また、二次電池４を設置する構成により、エンジン２の回転数を一定の範囲内に維持する定速運転を実現することができるため、最適な量の燃料をエンジン２に供給することができ、燃費を向上することができるからである。

１電気推進船
２エンジン（デュアルフューエル型エンジン）
３発電機
４二次電池
５推進用電動機（推進用モータ）
６船内機器
７選択還元型触媒（ＳＣＲ）
８ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）
１６排気通路
Ｆｇ気体燃料
Ｆｌ液体燃料
Ｇ排気ガス

Claims

動力を発生させるエンジンと、このエンジンの動力により発電を行なう発電機と、この発電機から電力の供給を受ける推進用電動機及び船内機器とを有する電気推進船において、
気体燃料及び液体燃料を選択的に使用することができるデュアルフューエル型のエンジンと、このエンジンの排気通路に設置される選択還元型触媒と、前記推進用電動機及び船内機器と前記発電機との間に設置される二次電池とを備え、
航行する海域の排気ガス規制の厳しさに基づいて前記気体燃料と前記液体燃料のいずれかを選択して使用し、排気ガス規制の厳しい海域では、前記気体燃料を供給された前記エンジンが前記発電機に動力を伝達すると共に、排気ガスを前記選択還元型触媒で浄化し、前記発電機から前記二次電池を介して前記推進用電動機及び前記船内機器に電気を供給する第１制御を行ない、
排気ガス規制の比較的緩い海域では、重油または軽油から成る前記液体燃料を供給された前記エンジンが前記発電機に動力を伝達すると共に、前記発電機から前記二次電池を介して前記推進用電動機及び前記船内機器に電気を供給する第２制御を行なう構成を備えたことを特徴とする電気推進船。
前記排気通路に連結されて前記選択還元型触媒をバイパスするバイパスラインを備え、前記第２制御の際に前記エンジンから排出される排気ガスが前記バイパスラインを通過する構成を有する請求項１に記載の電気推進船。