JPH07106720B2 - 軸発電動機の出力制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、船舶の出力軸に装着される発電動機（選択
により、発電機あるいは電動機として動作するものをい
う。本明細書において、軸発電動機という）の出力制御
方法、特に電動機として運転する際の出力制御方法に関
する。

（従来技術） 近年、船舶においても他の分野と同様省エネルギー化が
促進されている。

例えば、省エネルギー化の一環として、船舶の主機から
の排気ガスに含まれる熱エネルギーをエコノマイザー
（排気ガスボイラー）等で回収し、この熱エネルギーで
蒸気を発生させてターボジェネレータを回転させること
により発電し、この電気で船内所要電力（船内で消費す
る電力をいう）を賄い、さらに上記発電量が船内所要電
力を上回る場合にはその余剰分でプロペラシャフトに取
着された軸発電動機を回転させ（この運転状態を電動機
運転時という）、主機の負担を軽減することによって主
機の燃費を向上させるよう構成されている推進補助動力
システムがある。

このシステムにおいては、船内所要電力が増加した場
合、エコノマイザーの汚れにより上記蒸気の発生量が低
下した場合、あるいは減速等による主機の回転数の減少
によって上記発電量が減少した場合、または外気温度が
低下した場合等の原因により、上記排気ガスから得られ
る発電量が船内所要電力を下回った際には、主機の駆動
力を用い上記軸発電動機で発電して（この運転状態を発
電機運転時という）、不足電力を補充するよう構成され
ている。

ところで、上記システムにおいて、船内所要電力と排気
ガスの熱エネルギーから得られる電力とを比較し、上記
軸発電動機を電動機として用いるか、あるいは発電機と
して用いるかの切換に関する制御方法は、本出願人等に
より既に提供されている（特公昭56−30238号，特開昭5
7−49005号，特開昭57−143112号）。

しかし、排気ガス中の熱エネルギーから得られる電力が
船内所要電力を上回っている場合に、どの程度の電力を
軸発電動機に供給するかの判断（電動機運転時の出力制
御）は、専ら操作員が適宜その時の排気ガスエネルギー
から回収できる電力と船内所要電力を予測することによ
りなされ、手動で調整されていた。即ち、専ら操作員の
長年の経験による勘等によって、上記軸発電動機への電
力の供給を調整するボリュームを適宜操作することによ
り、電動機運転時の軸発電動機の出力制御がなされてい
た。

（発明が解決しようとする問題点） このため、例えば、排気ガスの熱エネルギーから回収で
きる電力より上記電動機運転時軸発電動機と船内所要電
力に供給する合計電力の方が上回った場合には、上記タ
ーボジェネレータにそのときの供給蒸気圧力から出し得
る出力以上の負荷を強いることになり、この結果、ター
ボジェネレータの蒸気供給弁が全開となり、供給蒸気を
急速に消費していくため、供給蒸気圧力が低下し、電動
機運転ができなくなる。

また、逆の場合には、余剰エネルギーが上記ターボジェ
ネレータへ供給される蒸気圧力の上昇という形で蓄積さ
れ、この圧力が所定圧力以上になると余剰蒸気ダンプ弁
が開弁して蒸気を外方に放出するか、または、復水器に
導き復水する。かかる場合、推進補助動力として利用で
きる排気ガス中の熱エネルギーの一部を無駄に外部に捨
ててしまうことになり、省エネルギー化の思想に反する
ことになる。

一方、操作員にとっても、船内所要電力の変化、主機の
回転数の変化あるいは外気温度の変化等に絶えず注意を
払い、その都度どの程度電動機運転時の軸発電動機に電
力を供給すればよいかを判断して、上記ボリュームをこ
まめに調整するという煩わしい作業を強いられるととな
る。

このように、ボリューウムを調整するということは、タ
ーボジェネレータの蒸気供給弁の開度を頻繁に調整する
ことにつながり、効率的な運転とは言えない。

本発明は、上記現況に鑑み行われたもので、自動的に、
排気ガス中の熱エネルギーを最も有効に利用できるよう
な、軸発電動機の電動機運転時の出力制御方法を提供す
ることを目的とする。

（問題を解決するための手段） 本発明にかかる軸発電動機の電動機運転時の出力制御方
法は、船舶における主機の排気ガス中の熱エネルギーを
利用して蒸気を発生させ、この蒸気でターボジェネレー
タを介して発電させ、この発電で得た電力を船内所要電
力として供給した後の余剰電力を電動機運転時の軸発電
動機へ供給する際の該軸発電動機の出力制御方法であっ
て、 ターボジェネレータへ供給される蒸気圧力を検出して、
その検出値における該ターボジェネレータの最大発生可
能電力を予め求められ記憶されているデータにもとづい
て算出するとともに、そのときの船内所要電力を検出
し、上記最大発生可能電力から上記船内所要電力を減算
した値を余剰電力とみなし、この値にもとづいて軸発電
動機の出力の値を設定するとともに該設定した出力の値
になるよう軸発電動機の出力を制御することにより、変
動する余剰電力に対応させて上記軸発電動機の出力制御
を自動的に行い、ターボジェネレータが常に安定して運
転されるよう構成したことを特徴とする。

（作用） しかして、本発明にかかる軸発電動機の出力制御方法
は、上述のように、そのときの排気ガス中の熱エネルギ
ーで生ずる蒸気圧から常に発生可能な最大発生可能電力
を予め記憶されているデータから算出するとともに、そ
のときの船内所要電力を検出し、上記最大発生可能電力
から上記船内所要電力を減算した値を余剰電力として、
この余剰電力の値に等しく軸発電動機の出力を設定する
ことに起因して、蒸気圧力の変動に対応して軸発電動機
の出力が調整されるため、排気ガス中の熱エネルギーは
常に且つ自動的に最も効率よく推進補助動力として利用
できる。しかも、蒸気圧力の変動に対応して負荷である
軸発電動機の出力が調整されるため、ターボジェネレー
タの蒸気供給弁の開度は、ほぼ一定に保たれ、しぼり損
失のない一番効率のよいところでターボジェネレータを
安定した状態で運転することが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本実施例にかかる制御方法を実施するための装
置の構成を示す全体構成図、第２図は制御装置のメモリ
内に予め記憶されている「蒸気圧−ターボジェネレータ
最大発生可能電力」関係図、第３図は本実施例にかかる
制御方法を示すフローチャートである。

まず、本実施例にかかる制御方法を実施するための装置
について説明する。第１図において、１は推進軸を駆動
する主機で、この主機１の排ガス通路1aにはエコノマイ
ザー２が配設されている。そして、このエコノマイザー
２には、破線で示される配管３及び供給弁（蒸気供給
弁）11を介してターボジェネレータ４が接続され、エコ
ノマイザー２で発生した蒸気をターボジェネレータ４に
供給するよう構成されている。そして、上記ターボジェ
ネレータ４のインレット側4aには、供給される蒸気圧力
を検出する検出器５が装着されている。

また、先端に推進用のプロペラ13を備えた上記推進軸に
は軸発電動機６が装着されており、この軸発電動機６
は、サイリスタ変換器を具備した制御盤７を介して、船
内電力線に接続されている。負荷分担装置８は、船内電
力線に接続され、ターボジェネレータと軸発電動機の電
力分担を制御している。また、船内電力線９には、船内
所要電力を検出する検出器12が配設されている。

上記検出器５、検出器12、負荷分担装置８及び供給弁11
は、電気的に、制御装置10に接続されている。この制御
装置10は、軸発電動機６の出力制御値を演算し、その出
力制御値にもとづいて、負荷分担装置８に制御信号を出
力するマイクロコンピュータ（図示せず）を備えてい
る。このマイクロコンピュータのメモリ内には、予めデ
ータとして求められた第２図に示す「蒸気圧−ターボジ
ェネレータ最大発生可能電力」関係図がデータとして予
め記憶されている。

しかして、このように構成された装置において、軸発電
動機は以下のように制御される。

即ち、第３図のフローチャートに示すように、軸発電動
機６がある出力を得られるような状態、例えば、蒸気圧
5.5Kg/cm²・Ｇで稼働中に、エコノマイザー２からター
ボジェネレータ４への供給される蒸気圧が6Kg/cm²・Ｇ
に上昇したとすると、この変化を検出器５が検出し、こ
の値を制御装置10に伝達する。この検出器５からの変化
した値の入力により、制御装置10のマイクロコンピュー
タは、この蒸気圧においてターボジェネレータの最大発
生可能電力が得られるよう供給弁11を制御する。つま
り、制御装置10のマイクロコンピュータは、第２図に示
すデータにもとづいて、当該蒸気圧におけるターボジェ
ネレータ４の最大発生可能電力（本実施例の場合、550K
w:第２図参照）を算出し、この値から、この時点での船
内所要電力（例えば、500Kw）を減算した値、即ち50Kw
（550Kw:最大発生可能電力−500Kw:船内所要電力）を軸
発電動機６の制御出力値（目標値）としてみなし、その
値に見合った制御信号を負荷分担装置８に出力し、負荷
分担装置８は、この制御信号にもとづいて、出力を調整
する。この結果、軸発電動機６は、50Kwの出力値に制御
されるとともに、上記供給弁11が負荷である軸発電動機
６の出力の変化に従って制御される。

また、上記蒸気圧が一定である場合において、船内所要
電力が例えば500Kwから480Kwに減少した場合には、その
ときの最大発生可能電力（550Kw）から船内所要電力（4
80Kw）を減算した値70Kwを軸発電動機６の制御出力値と
みなし、その値に見合った制御信号を負荷分担装置８に
出力して、上記と同様に制御される。

このように、エコノマイザー２からターボジェネレータ
４に供給される蒸気圧力の変動、あるいは船内所要電力
の変化に対応して、負荷である軸発電動機６の出力が制
御されるため、ターボジェネレータ４への供給弁11の開
度はほぼ一定に保たれ、この結果、しぼり損失のない一
番効率のよいところでターボジェネレータ４を運転でき
ることとなる。

従って、予め第２図に示す如き、「蒸気圧−ターボジェ
ネレータ最大発生可能電力」関係図を、当該船舶のエコ
ノマイザーとターボジェネレータ等の機器性能から計算
してデータとして入力しておくだけで、主機からの排気
ガスの有する熱エネルギーを最も効率よく、且つターボ
ジェネレータ等に無理な負荷をかけることなく得ること
ができる。

尚、本発明にかかる出力制御方法は、排気ガスターボジ
ェネレータと組み合わせて使用する軸発電動機の電動機
運転時の出力制御として、すべてのタイプの軸発電動機
に適用できる。

（発明の効果） 本発明にかかる軸発電動機の出力制御方法は、以下のよ
うな種々の優れた効果を有する。

（１）．エコノマイザーで回収される熱エネルギーが無
駄なく最大限に推進補助動力として利用でき、（２）．
特に、主機出力の変動、エコノマイザーの汚れ等による
排気ガスエネルギーから回収できる電力の変動、及び船
内所要電力の変動に追従した適切な軸発電動機出力の制
御が可能になり、（３）．余剰電力を軸発電動機出力と
して考えることにより、ターボジェネレータは常時その
時の蒸気条件に見合った最大発生可能電力を発生すれば
よく、安定的な運転が可能になり、（４）．軸発電動機
出力が自動的に制御されるので、その時の排気ガスエネ
ルギーより回収できる電力の予測とか、出力設定変更操
作等の人為的な操作が不用となり、このため操作員も煩
わしい作業から開放される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の全体の構成を示す全体構成図、第２
図は制御装置のメモリ内に予め記憶されている「蒸気圧
−ターボジェネレータ出力」関係図、第３図は本実施例
にかかる出力制御方法の流れを示すフローチャート図で
ある。 １…主機、２…エコノマイザー、４…ターボジェネレー
タ、５…蒸気圧力の検出器、６…軸発電動機、12…船内
所要電力の検出器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川端 庸弘 香川県坂出市川崎町１番地 川崎重工業株 式会社坂出工場内 (56)参考文献 特開 昭57−143112（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−49005（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−53531（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】船舶における主機の排気ガス中の熱エネル
   ギーを利用して蒸気を発生させ、この蒸気でターボジェ
   ネレータを介して発電させ、この発電で得た電力を船内
   所要電力として供給した後の余剰電力を電動機運転時の
   軸発電動機へ供給する際の該軸発電動機の出力制御方法
   であって、ターボジェネレータへ供給される蒸気圧力を
   検出して、その検出値における該ターボジェネレータの
   最大発生可能電力を予め求められ記憶されているデータ
   にもとづいて算出するとともに、そのときの船内所要電
   力を検出し、上記最大発生可能電力から上記船内所要電
   力を減算した値を余剰電力とみなし、この値にもとづい
   て軸発電動機の出力の値を設定するとともに該設定した
   出力の値になるよう軸発電動機の出力を制御することに
   より、変動する余剰電力に対応させて上記軸発電動機の
   出力制御を自動的に行い、ターボジェネレータが常に安
   定して運転されるよう構成したことを特徴とする軸発電
   動機の電動機運転時の出力制御方法。