JP7428722B2 - 船舶用の空気供給装置、空気供給装置を含む船舶および空気潤滑装置に空気を供給するための方法 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、水の摩擦抵抗を低減するための空気潤滑型の船舶の空気供給装置に関する。さらに、本開示の実施形態は、船舶の空気潤滑装置に空気を供給する方法に関する。

一般に、船舶は、航海中に船底の潜水表面で水の摩擦抵抗を受ける。特に、例えば貨物船舶のような大型船舶の場合、船体の抵抗の大部分は、船底での外側の水の相対的な流れによって生じる摩擦抵抗に起因する。

船体の摩擦抵抗を低減するために、特に船体の周囲に空気を排出することによって、空気潤滑を利用することができる。摩擦抵抗の低減は、燃費向上効果が大きく、ひいては、船舶のＣＯ_２排出量を削減する効果的な手段となる。

技術水準では、船体潤滑用の気泡を発生させるための様々なシステムおよびアプローチが存在する。例えば、船体潤滑のための気泡の生成のために、従来技術は、駆動エンジンの排気ガスを直接使用するか、または別個の電気コンプレッサまたは電気送風機を使用することを教示している。しかしながら、船体潤滑の既知のシステムは、特にエネルギー消費の点で幾つかの欠点を有している。

したがって、上記を考慮すると、船舶用の空気供給装置および船舶の空気潤滑装置に空気を供給する方法を改良して、特にエネルギー消費に関する技術水準の問題を少なくとも部分的に克服することが求められている。

上記に鑑みて、独立請求項に記載の、船舶用の空気供給装置および船舶の空気潤滑装置に空気を供給する方法が提供される。更なる態様、利点および特徴は、従属請求項、明細書および添付の図面から明らかである。

本開示の一態様によれば、船舶用の空気供給装置が提供される。空気供給装置は、主コンプレッサと主タービンとを有する主ターボチャージャを含む。主タービンは、主エンジンの排気ガスによって駆動可能である。付加的に、空気供給装置は、補助コンプレッサと補助タービンとを有する補助ターボチャージャを含む。補助タービンは、主タービンから供給される排気ガスによって駆動可能である。さらに、空気供給装置は、船舶の抵抗を低減するための空気潤滑装置を含む。補助コンプレッサは、空気潤滑装置に空気を供給するために、空気潤滑装置に接続されている。

したがって、本開示の空気供給装置は、空気潤滑型の船舶に使用される従来の装置と比較して改良されている。特に、本明細書に記載の空気供給装置の実施形態は、エネルギー効率に関して改善されている。より詳細には、本明細書に記載の実施形態により、主ターボチャージャの下流に補助ターボチャージャを備えた空気供給装置を提供することにより、空気潤滑装置用の低圧圧縮空気の塊を高いエネルギー効率で発生させることができるという利点が得られる。したがって、より一般的に言えば、ターボチャージャ付き船舶用エンジンには、エンジンの主ターボチャージャで膨張した後の排気ガスに関連したエネルギーを補助ターボチャージャの駆動に有利に使用することができるように、補助ターボチャージャを装備することができる。補助ターボチャージャは、低圧の空気を大量に圧縮し、続いて、船舶の、水と船体との摩擦を低減するために、船体の下に気泡を生成させるための空気潤滑装置に供給するために使用される。船体の摩擦が少ないため、船舶のエネルギー使用量が全体的に削減される。

さらに、従来では、主ターボチャージャからの排気ガスが排気管を通して捨てられることに留意されたい。したがって、主ターボチャージャからの排気ガスを使用して、空気潤滑装置に空気を供給するために使用される補助ターボチャージャを駆動することにより、船舶の燃料効率を大幅に改善することができる。換言すれば、本開示の実施形態は、船舶の全体的なエネルギー効率を向上させて燃料を節約し、それによって、運用コストを削減する可能性を有利に提供する。

本開示の更なる態様によれば、本明細書に記載のいずれかの実施形態による空気供給装置を含む船舶が提供される。

本開示の別の態様によれば、船舶の空気潤滑装置に空気を供給する方法が提供される。この方法は、主ターボチャージャの主タービンからの排気ガスを使用することによって、補助ターボチャージャを駆動することを含む。主ターボチャージャは、船舶を駆動するための主エンジンに過給するために使用される。さらに、この方法は、補助ターボチャージャの補助コンプレッサから空気潤滑装置に空気を供給することを含む。

したがって、本開示の実施形態は、空気供給装置、空気供給装置を含む船舶および船舶の空気潤滑装置に空気を供給する方法を提供し、これらは、運用コストを削減することができるようにエネルギー効率に関して改良されていることを理解されたい。特に、本明細書に記載の実施形態を採用することにより、エネルギー効率を５％～１０％またはそれ以上向上させることができる。

本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって行うことができる。添付の図面は、本開示の実施形態に関連し、以下に説明されている。

本明細書に記載の実施形態による空気供給装置の概略図である。 本明細書に記載の更なる実施形態による空気供給装置の概略図である。 本明細書に記載の実施形態による、船舶の空気潤滑装置に空気を供給する方法を説明するためのフローチャートを示す図である。

ここで、様々な実施形態を詳細に参照し、その１つ以上の例を各図に示す。各例は説明のために提供されており、限定を意味するものではない。例えば、一実施形態の一部として図示または記載された特徴は、他の任意の実施形態でまたは他の任意の実施形態と組み合わせて使用されて、さらに別の実施形態を生み出すことができる。本開示は、そのような修正および変形を含むことが意図されている。

以下の図面の説明内で、同一の参照番号は、同一のまたは類似のコンポーネントを指す。全体的に、個々の実施形態に関する相違のみが説明されている。別段の指定がない限り、一実施形態における部品または態様の説明は、別の実施形態における対応する部品または態様にも適用することができる。

図１および図２を例示的に参照して、本開示による空気供給装置１００について説明する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、空気供給装置１００は、主コンプレッサ１１１と主タービン１１２とを有する主ターボチャージャ１１０を含む。典型的には、主コンプレッサ１１１は、第１の空気供給管１６を介して主エンジン１２０に接続されている。主タービン１１２は、典型的には、第１の排気ガス管１１を介して主エンジン１２０に接続されている。主タービン１１２は、主エンジン１２０の排気ガスによって駆動可能である。

より詳細には、図２に例示的に示されているように、主コンプレッサ１１１は、第１の空気供給管１６を介して主エンジン１２０の空気レシーバ１２１に接続することができる。特に、第１の空気供給管１６は、図２に概略的に示されているように、給気冷却器１５０を含むことができる。

付加的に、図１および図２に例示的に示されるように、空気供給装置１００は、補助コンプレッサ１３１と補助タービン１３２とを有する補助ターボチャージャ１３０を含む。補助タービン１３２は、主タービン１１２から供給される排気ガスによって駆動可能である。特に、典型的には、補助タービン１３２は、第２の排気ガス管１２を介して主タービン１１２に接続されている。図１および図２に例示的に示されるように、典型的には、主コンプレッサ１１１および補助コンプレッサ１３１に空気を供給するために、空気取入口１８が設けられている。また、排気ガス出口配管１５を設けることもできる。特に、排気ガス出口配管１５は、補助タービン１３２に接続することができる。

また、図１および図２に概略的に示すように、空気供給装置１００は、船舶の抵抗を低減するための空気潤滑装置１４０を含む。補助コンプレッサ１３１は、空気潤滑装置１４０に空気を供給するために、特に第２の空気供給管１７を介して空気潤滑装置１４０に接続されている。特に、空気潤滑装置１４０は、船体潤滑のための気泡を生成するために構成されている。より詳細には、典型的には、空気潤滑装置は、喫水線の下の船体の外面に空気を排出することによって、船体の底面に空気層を生成または形成するように構成されている。これにより、船舶と水との間の摩擦抵抗を有利に低減することができる。

したがって、本明細書に記載の空気供給装置の実施形態は、空気潤滑型の船舶に使用される従来の装置と比較して、改良されたエネルギー効率を有利に提供する。特に、主ターボチャージャの下流に補助ターボチャージャを備えた空気供給装置を提供することにより、空気潤滑装置用の低圧圧縮空気の塊を高いエネルギー効率で発生させることができるという利点が得られる。さらに、本明細書に記載の実施形態による空気供給装置は、自己調整可能であるという利点を有する。より詳細には、船舶を速く駆動するほど、主ターボチャージャから補助ターボチャージャへの圧力が高くなり、空気潤滑装置への空気供給が増加し、ひいては船体の下でより多くの気泡が生成され、船舶の、水と船体との摩擦が低減する。

図２を例示的に参照すると、本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、主タービン１１２は、例えば第１の排気ガス管１１を介して、主エンジン１２０の排気ガスレシーバ１２２に接続されている。特に、図２に示すように、第１の排気ガス管１１は、排気ガスレシーバ１２２から主タービン１１２に供給される排気ガス流を制御するためのフローコントローラ１６０に接続することができる。フローコントローラ１６０は、主タービン１１２を迂回する第１のバイパス配管１３に設けることができる。したがって、有利には、主エンジン１２０から主タービン１１２に供給される排気ガスの量を制御することができる。その結果、フローコントローラ１６０を使用して、主タービン１１２の速度ひいては主タービン１１２から補助タービン１３２に供給される排気ガスの量を制御し、それによって、補助ターボチャージャ１３０の速度を制御することができる。したがって、補助ターボチャージャ１３０の速度を制御することによって、補助コンプレッサ１３１から空気潤滑装置１４０に供給される空気の量を制御することができる。

さらに、図２に例示的に示されるように、第２の排気ガス管１２は、主タービン１１２から補助タービン１３２に供給される排気ガス流を制御するためのバイパス弁１７０に接続することができる。より詳細には、バイパス弁１７０は、補助タービン１３２を迂回する第２のバイパス配管１４に設けることができる。したがって、有利には、主タービン１１２から補助タービン１３２に供給される排気ガスの量を制御することができる。その結果、バイパス弁１７０を使用して、補助ターボチャージャ１３０の速度ひいては補助コンプレッサ１３１から空気潤滑装置１４０に供給される空気の量を制御することができる。

したがって、図１および図２から、本開示の別の態様によれば、本明細書に記載のいずれかの実施形態による空気供給装置を含む船舶２００が提供されることを理解されたい。したがって、水と船体との摩擦を低減するためのよりエネルギー効率の高いシステムを備えた船舶を提供することができ、その結果、全体的な運用コストを削減することができる。

図３に示されるフローチャートを例示的に参照して、本開示による船舶の空気潤滑装置に空気を供給する方法３００の実施形態が説明する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、この方法は、主ターボチャージャ１１０の主タービン１１２からの排気ガスを使用することによって、補助ターボチャージャ１３０を駆動すること（図３のブロック３１０で表されている）を含む。主ターボチャージャ１１０は、船舶を駆動するための主エンジン１２０に過給するために使用される。さらに、方法３００は、補助ターボチャージャ１３０の補助コンプレッサ１３１から空気潤滑装置１４０に空気を供給すること（図３のブロック３２０によって表されている）を含む。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、方法３００は、補助ターボチャージャ１３０の回転速度を制御することによって、空気潤滑装置１４０に供給される空気の量を制御すること（図３のブロック３３０で表されている）をさらに含む。補助ターボチャージャ１３０の回転速度は、例えば、フローコントローラ１６０を使用すること（図３のブロック３３１によって表されている）により、主タービン１１２に供給される排気ガス流を制御することによって制御することができる。特に、フローコントローラ１６０は、図２に例示的に示されるように、主タービン１１２を迂回する第１のバイパス配管１３に設けることができる。付加的または代替的に、補助タービン１３２に供給される排気ガス流は、図２に例示的に示されるように、バイパス弁１７０を使用すること（図３のブロック３３２によって表されている）によって制御することができる。バイパス弁１７０は、補助タービン１３２を迂回する第２のバイパス配管１４に設けることができる。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、船舶の空気潤滑装置に空気を供給する方法３００は、本開示に記載されているいずれかの実施形態による空気供給装置を使用することによって実行することができることを理解されたい。

したがって、上記を考慮して、技術水準と比較して、本明細書に記載の実施形態は、燃料を節約してＣＯ_２排出量を削減することができるように、船舶のエネルギー効率を、特に１０％以上向上させることを有利に提供することを理解されたい。したがって、本開示の実施形態を採用することにより、運用コストの削減を達成することができる。

さらに、本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ターボチャージャ付き船舶用エンジンには、エンジンの１つ以上の主ターボチャージャで膨張した後の残りの排気ガス圧力を主にまたは部分的に使用する１つ以上の補助ターボチャージャを装備することができる。１つ以上の補助ターボチャージャを使用して、低圧空気（～１．０ｂａｒ）を大量に圧縮することができる。圧縮空気は、船体に対する滑り摩擦が水よりも小さい気泡として船体の下に供給することができるため、船体全体の滑り摩擦を低減することができる。船体潤滑が作用すると、船体の摩擦が低減し、船速が増加し、必要なプロペラ出力が削減される。これにより、船舶のより速い速度とより良い燃費とを達成することができる。

前述の内容は実施形態を対象としているが、他の更なる実施形態は、基本的な範囲から逸脱することなく創作することができ、範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

１１ 第１の排気ガス管
１２ 第２の排気ガス管
１３ 第１のバイパス配管
１４ 第２のバイパス配管
１５ 排気ガス出口配管
１６ 第１の空気供給管
１７ 第２の空気供給管
１８ 空気取入口
１００ 空気供給装置
１１０ 主ターボチャージャ
１１１ 主コンプレッサ
１１２ 主タービン
１１３ シャフト
１２０ 主エンジン
１２１ 空気レシーバ
１２２ 排気ガスレシーバ
１３０ 補助ターボチャージャ
１３１ 補助コンプレッサ
１３２ 補助タービン
１４０ 空気潤滑装置
１５０ 給気冷却器
１６０ フローコントローラ
１７０ バイパス弁
２００ 船舶
３００ 空気潤滑装置に空気を供給する方法
３１０，３２０，３３０，３３１，３３２ 本開示に記載されている方法のステップを表すブロック

Claims (11)

1. 船舶用の空気供給装置（１００）であって、
   主コンプレッサ（１１１）と、主エンジン（１２０）の排気ガスによって駆動可能である主タービン（１１２）とを有する主ターボチャージャ（１１０）と、
   補助コンプレッサ（１３１）と、前記主タービン（１１２）から供給される排気ガスによって駆動可能である補助タービン（１３２）とを有する補助ターボチャージャ（１３０）と、
   前記船舶の抵抗を低減するための空気潤滑装置（１４０）と
   を備え、
   前記補助コンプレッサ（１３１）が、前記空気潤滑装置（１４０）に空気を供給するために、前記空気潤滑装置（１４０）に接続されている、空気供給装置（１００）。
2. 前記主タービン（１１２）が、第１の排気ガス管（１１）を介して前記主エンジン（１２０）の排気ガスレシーバ（１２２）に接続されており、前記第１の排気ガス管（１１）が、前記排気ガスレシーバ（１２２）から前記主タービン（１１２）に供給される排気ガス流を制御するためのフローコントローラ（１６０）に接続されている、請求項１記載の空気供給装置（１００）。
3. 前記補助タービン（１３２）が、第２の排気ガス管（１２）を介して前記主タービン（１１２）に接続されており、前記第２の排気ガス管（１２）が、前記主タービン（１１２）から前記補助タービン（１３２）に供給される排気ガス流を制御するためのバイパス弁（１７０）に接続されている、請求項１または２記載の空気供給装置（１００）。
4. 前記主コンプレッサ（１１１）が、第１の空気供給管（１６）、特に給気冷却器（１５０）を備える第１の空気供給管（１６）を介して前記主エンジン（１２０）の空気レシーバ（１２１）に接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の空気供給装置（１００）。
5. 前記補助コンプレッサ（１３１）が、第２の空気供給管（１７）を介して前記空気潤滑装置（１４０）に接続されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の空気供給装置（１００）。
6. 前記フローコントローラ（１６０）が、前記主タービン（１１２）を迂回する第１のバイパス配管（１３）に設けられている、請求項２記載の空気供給装置（１００）。
7. 前記バイパス弁（１７０）が、前記補助タービン（１３２）を迂回する第２のバイパス配管（１４）に設けられている、請求項３記載の空気供給装置（１００）。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の空気供給装置（１００）を備える船舶（２００）。
9. 船舶の空気潤滑装置（１４０）に空気を供給する方法（３００）であって、
   前記船舶を駆動するための主エンジン（１２０）に過給するために使用される主ターボチャージャ（１１０）の主タービン（１１２）からの排気ガスを使用することによって、補助ターボチャージャ（１３０）を駆動すること（３１０）と、
   前記補助ターボチャージャ（１３０）の補助コンプレッサ（１３１）から前記空気潤滑装置（１４０）に空気を供給すること（３２０）と、
   を含む方法（３００）。
10. 特に前記主タービン（１１２）を迂回する第１のバイパス配管（１３）に設けられているフローコントローラ（１６０）を使用すること（３３１）によって、前記主タービン（１１２）に供給される排気ガス流を制御して、前記補助ターボチャージャ（１３０）の回転速度を制御することにより、前記空気潤滑装置（１４０）に供給される空気の量を制御すること（３３０）をさらに含む、請求項９記載の方法（３００）。
11. 補助タービン（１３２）を迂回する第２のバイパス配管（１４）に設けられているバイパス弁（１７０）を使用すること（３３２）によって、前記補助タービン（１３２）に供給される排気ガス流を制御して、前記補助ターボチャージャ（１３０）の回転速度を制御することにより、前記空気潤滑装置（１４０）に供給される空気の量を制御すること（３３０）をさらに含む、請求項９または１０記載の方法（３００）。

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