JPWO2016006258A1 - 空気潤滑式船舶の空気供給システム - Google Patents
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Abstract
主機関１０から排出される排ガスにより駆動され主機関１０に加圧空気を供給する過給機２０と、過給機２０と主機関１０との間から加圧空気の一部を取り出す取出手段３２と、取出手段３２により取り出した加圧空気を供給する空気供給経路３１と、空気供給経路３１を経て供給される加圧空気を放出する船体１の船底３に設けた空気供給口４と、加圧空気の供給時に過給機２０の回転を加勢するモータ手段３４とを備えたことを特徴とし、主機関１０の低負荷運転時においても、空気潤滑に必要な加圧空気を過給機２０から効率よく取り出すことができる空気潤滑式船舶の空気供給システムを提供すること。
Description
本発明は、航行中の船舶の喫水線以下の船体の外面に沿う水の摩擦抵抗を低減させるための空気潤滑式船舶の空気供給システムに関する。
航行中の船舶では、一般に船体の没水表面に水の摩擦抵抗を受けており、特に大型船の場合には、船体抵抗の大部分が没水表面における外水の相対流により生じる摩擦抵抗で占められている。
船体の周囲に空気を放出して摩擦抵抗を低減する空気潤滑による船体摩擦抵抗の軽減は省エネ効果が大きく、船舶からのＣＯ２排出削減に有効な手段である。
空気潤滑式船舶の空気供給方法には、主として電動ブロワで空気を送る方法と掃気バイパスによる方法がある。
船体の周囲に空気を放出して摩擦抵抗を低減する空気潤滑による船体摩擦抵抗の軽減は省エネ効果が大きく、船舶からのＣＯ２排出削減に有効な手段である。
空気潤滑式船舶の空気供給方法には、主として電動ブロワで空気を送る方法と掃気バイパスによる方法がある。
特許文献１は、電動ブロワで空気を送る方法と掃気バイパスによる方法とを併用する空気供給システムを提案している（図２及び図３に示す実施の形態）。
なお、エンジン低負荷時に同過給機を電気や油圧でアシストし、エンジンの起動や低負荷性能を改善する電動機付ターボチャージャは既に提案されている（例えば特許文献２）。
また、可変ノズルを備えた過給機も既に提案されており、特許文献３は、燃焼用空気を抽気して船体外表面に放出する場合は可変ノズルを絞り、かつ、燃焼用空気を抽気して船体外表面に放出しない場合は可変ノズルを開くように制御する船舶の圧縮空気供給システムを提案している。
特許文献３では、抽気して船底に空気を送る場合には、タービンノズルを絞って過給機タービンの出力を増加させて気泡放出に必要な空気量を確保し、さらに、船底に空気を送る必要がない場合には、タービンノズルを開いて抽気しない場合の掃気圧力上昇を抑えることができる。
なお、エンジン低負荷時に同過給機を電気や油圧でアシストし、エンジンの起動や低負荷性能を改善する電動機付ターボチャージャは既に提案されている（例えば特許文献２）。
また、可変ノズルを備えた過給機も既に提案されており、特許文献３は、燃焼用空気を抽気して船体外表面に放出する場合は可変ノズルを絞り、かつ、燃焼用空気を抽気して船体外表面に放出しない場合は可変ノズルを開くように制御する船舶の圧縮空気供給システムを提案している。
特許文献３では、抽気して船底に空気を送る場合には、タービンノズルを絞って過給機タービンの出力を増加させて気泡放出に必要な空気量を確保し、さらに、船底に空気を送る必要がない場合には、タービンノズルを開いて抽気しない場合の掃気圧力上昇を抑えることができる。
ところで、電動ブロワで空気を送る方法では、高性能の電動ブロワ（ターボ式）が必要であることに加え、エアクーラも必要である。
また、掃気バイパスによる方法では、船舶の減速運転時には主機関の負荷が低く、排ガスエネルギーが低くいために過給機から十分に空気を取り出せない場合がある。近年では、減速運転を採用することが多いため、過給機から十分に空気を取り出せない場合が多くなる。
特許文献１では、主機関の負荷が低い場合には過給機から十分に空気を取り出せない。
特許文献２のように電動機付ターボチャージャは多く提案され、また特許文献３のように可変ノズルを備えた過給機も既に提案されているが、掃気等の加圧空気の取り出しに応じて過給機を加勢するものはない。
また、掃気バイパスによる方法では、船舶の減速運転時には主機関の負荷が低く、排ガスエネルギーが低くいために過給機から十分に空気を取り出せない場合がある。近年では、減速運転を採用することが多いため、過給機から十分に空気を取り出せない場合が多くなる。
特許文献１では、主機関の負荷が低い場合には過給機から十分に空気を取り出せない。
特許文献２のように電動機付ターボチャージャは多く提案され、また特許文献３のように可変ノズルを備えた過給機も既に提案されているが、掃気等の加圧空気の取り出しに応じて過給機を加勢するものはない。
そこで、本発明は、主機関の低負荷運転時においても、空気潤滑に必要な加圧空気を過給機から効率よく取り出すことができる空気潤滑式船舶の空気供給システムを提供することを目的とする。
請求項１記載に対応した空気潤滑式船舶の空気供給システムにおいては、船体の周囲に空気を放出して摩擦抵抗を低減する空気潤滑式船舶の空気供給システムであって、主機関から排出される排ガスにより駆動され主機関に加圧空気を供給する過給機と、過給機と主機関との間から加圧空気又は排ガスの一部を取り出す取出手段と、取出手段により取り出した加圧空気又は排ガスを供給する空気供給経路と、空気供給経路を経て供給される取り出した加圧空気又は排ガスを放出する船体の船底に設けた空気供給口と、加圧空気又は排ガスの供給時に過給機の回転を加勢するモータ手段とを備えたことを特徴とする。請求項１に記載の本発明によれば、取出手段による加圧空気又は排ガスの供給時にモータ手段によって過給機の回転を加勢することで、主機関の低負荷運転時においても、空気潤滑に必要な加圧空気又は排ガスを過給機から効率よく供給することができる。また例えば、主機関に排気再循環を行う場合に循環経路が開いて加圧空気量又は排ガス量が減少したり、加圧空気圧又は排ガス圧が低下しても、モータ手段で過給機の回転を加勢することにより量や圧を回復することができる。
請求項２記載の本発明は、主機関の負荷を判定する負荷判定手段を備え、負荷判定手段の判定結果に従ってモータ手段を運転したことを特徴とする。請求項２に記載の本発明によれば、主機関の負荷に応じてモータ手段を運転することで、主機関の低負荷運転時においても、モータ手段を運転して過給機から十分な加圧空気を供給することができる。
請求項３記載の本発明は、負荷判定手段として主機関の回転数を検出する回転数検出手段を有し、回転数検出手段の検出結果に従ってモータ手段を運転したことを特徴とする。請求項３に記載の本発明によれば、主機関の回転数を検出してモータ手段を運転することで、過給機から十分な加圧空気を供給することができる。例えば、回転数検出手段で検出した回転数から主機関が低負荷運転であることを判定し、この判定結果に従ってモータ手段を運転して過給機の回転を加勢することができる。
請求項４記載の本発明は、過給機から加圧空気を供給する主機関までの間の経路に空気冷却機を設け、空気冷却機より下流側の掃気を加圧空気として取り出すことを特徴とする。請求項４に記載の本発明によれば、空気冷却機より下流側の掃気を空気潤滑に用いることで、エネルギー効率を更に高められる。また、塗膜劣化も防止することができる。
請求項５記載の本発明は、空気供給経路が複数に分岐した分岐路を有し、複数に分岐した分岐路のそれぞれに空気供給口を接続したことを特徴とする。請求項５に記載の本発明によれば、複数の空気供給口を設けることで、船体の周囲に放出する空気を多くでき、また必要に応じて任意の空気供給口から取り出した加圧空気を放出することにより、更に摩擦抵抗を効率よく低減できる。
請求項６記載の本発明は、分岐路の途中に分岐路を開閉する開閉バルブを設けたことを特徴とする。請求項６に記載の本発明によれば、開閉バルブの操作によって、空気を放出する空気供給口を選択することができ、また空気潤滑を行わないときには開閉バルブで分岐路を閉成し、水の逆流を防ぐことができる。
請求項７記載の本発明は、空気供給経路に、取り出した加圧空気を更に加圧するアシストブロワを備えたことを特徴とする。請求項７に記載の本発明によれば、アシストブロワによって空気潤滑に適した圧力まで取り出した加圧空気を更に加圧することができる。
請求項８記載の本発明は、空気供給経路から分岐しアシストブロワをバイパスして再び空気供給経路に合流するバイパス経路と、空気供給経路とバイパス経路を選択するバイパス経路選択手段を設けたことを特徴とする。請求項８に記載の本発明によれば、取り出した加圧空気を更に加圧する必要がないときなどは、アシストブロワをバイパスする経路を選択し取り出した加圧空気のみを供給することができる。
請求項９記載の本発明は、アシストブロアへ大気から空気を吸い込む大気吸込経路と、空気供給経路と大気吸込経路を選択する大気吸込経路選択手段を設け、大気吸込経路が選択された場合に大気からの空気をアシストブロアで加圧して供給したことを特徴とする。請求項９に記載の本発明によれば、大気からの空気を加圧して用いることで、取り出した加圧空気とは別に、大気からの空気を船底に放出することができる。例えば喫水圧が低い場合には、大気からの空気を直接船底に設けた空気供給口に供給し、エネルギー効率や省エネ効果を更に高めることができる。
請求項１０記載の本発明は、過給機が加圧空気の加圧特性を改善する可変ノズルを有したことを特徴とする。請求項１０に記載の本発明によれば、可変ノズルによって加圧空気の加圧特性を改善することができる。
請求項１１記載の本発明は、過給機と主機関までの間の加圧空気を供給する経路にトラップを設け、空気供給経路をトラップの下部に接続したことを特徴とする。請求項１１に記載の本発明によれば、加圧空気をトラップに通過させることで、加圧空気に含まれる水分を分離し加圧空気を取り出しやすくすることができる。
請求項１２記載の本発明は、モータ手段を、電動モータ又は油圧モータとしたことを特徴とする。請求項１２に記載の本発明によれば、利用することが容易な電動モータ又は油圧モータをモータ手段として用いることができる。
本発明によれば、取出手段による加圧空気又は排ガスの供給時にモータ手段によって過給機の回転を加勢することで、主機関の低負荷運転時においても、空気潤滑に必要な加圧空気又は排ガスを過給機から効率よく供給することができる。また例えば、主機関に排気再循環を行う場合に循環経路が開いて加圧空気量又は排ガス量が減少したり加圧空気圧又は排ガス圧が低下しても、モータ手段で過給機の回転を加勢することにより量や圧を回復することができる。
また、主機関の負荷を判定する負荷判定手段を備え、負荷判定手段の判定結果に従ってモータ手段を運転した場合には、主機関の負荷に応じてモータ手段を運転することで、主機関の低負荷運転時においても、モータ手段を運転して過給機から十分な加圧空気を供給することができる。
また、負荷判定手段として主機関の回転数を検出する回転数検出手段を有し、回転数検出手段の検出結果に従ってモータ手段を運転した場合には、主機関の回転数を検出してモータ手段を運転することで、過給機から十分な加圧空気を供給することができる。例えば、回転数検出手段で検出した回転数から主機関が低負荷運転であることを判定し、この判定結果に従ってモータ手段を運転して過給機の回転を加勢することができる。
また、過給機から加圧空気を供給する主機関までの間の経路に空気冷却機を設け、空気冷却機より下流側の掃気を加圧空気として取り出す場合には、空気冷却機より下流側の掃気を空気潤滑に用いることで、エネルギー効率を更に高められる。また、塗膜劣化も防止することができる。
また、空気供給経路が複数に分岐した分岐路を有し、複数に分岐した分岐路のそれぞれに空気供給口を接続した場合には、複数の空気供給口を設けることで、船体の周囲に放出する空気を多くでき、また必要に応じて任意の空気供給口から取り出した加圧空気を放出することにより、更に摩擦抵抗を効率よく低減できる。
また、分岐路の途中に分岐路を開閉する開閉バルブを設けた場合には、開閉バルブの操作によって、空気を放出する空気供給口を選択することができ、また空気潤滑を行わないときには開閉バルブで分岐路を閉成し、水の逆流を防ぐことができる。
また、空気供給経路に、取り出した加圧空気を更に加圧するアシストブロワを備えた場合には、アシストブロワによって空気潤滑に適した圧力まで取り出した加圧空気を更に加圧することができる。
また、空気供給経路から分岐しアシストブロワをバイパスして再び空気供給経路に合流するバイパス経路と、空気供給経路とバイパス経路を選択するバイパス経路選択手段を設けた場合には、取り出した加圧空気を更に加圧する必要がないときなどは、アシストブロワをバイパスする経路を選択し取り出した加圧空気のみを供給することができる。
また、アシストブロアへ大気から空気を吸い込む大気吸込経路と、空気供給経路と大気吸込経路を選択する大気吸込経路選択手段を設け、大気吸込経路が選択された場合に大気からの空気をアシストブロアで加圧して供給した場合には、大気からの空気を加圧して用いることで、取り出した加圧空気とは別に、大気からの空気を船底に放出することができる。例えば喫水圧が低い場合には、大気からの空気を直接船底に設けた空気供給口に供給し、エネルギー効率や省エネ効果を更に高めることができる。
また、過給機が加圧空気の加圧特性を改善する可変ノズルを有した場合には、可変ノズルによって加圧空気の加圧特性を改善することができる。
また、過給機と主機関までの間の加圧空気を供給する経路にトラップを設け、空気供給経路をトラップの下部に接続した場合には、加圧空気をトラップに通過させることで、加圧空気に含まれる水分を分離し加圧空気を取り出しやすくすることができる。
また、利用することが容易な電動モータ又は油圧モータをモータ手段として用いることができる。
以下に、本発明の実施形態による空気潤滑式船舶の空気供給システムについて説明する。
図１は本発明の実施形態による空気供給システムを搭載した空気潤滑式船舶の概略構成図、図２は同空気潤滑式船舶の空気供給システムの概略構成図、図３は同主機関と過給機の概略構成図である。
図１は本発明の実施形態による空気供給システムを搭載した空気潤滑式船舶の概略構成図、図２は同空気潤滑式船舶の空気供給システムの概略構成図、図３は同主機関と過給機の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態の空気潤滑式船舶は、船体１の船首部２の船底３には、空気供給口４が設けられている。空気供給口４は、船体１の喫水下に設けている。空気供給口４から船体１の船底３に加圧空気を気泡として放出し、海面Ｓ．Ｌ．よりも下の船底３の広い領域に気泡を供給して空気潤滑することにより、高い摩擦抵抗低減効果を得ることができる。なお、空気供給口４は、船底３の船首部のみならず、中央部や複数の部位に組み合わせて設けてもよい。
船体１の船尾５側には、プロペラ６を駆動する駆動源７を備えている。
駆動源７は、内燃機関である主機関１０と過給機２０を有する。過給機２０は、主機関１０からの排ガスにより駆動され、主機関１０に加圧空気を供給する。
主機関１０に供給される前の加圧空気の一部は、空気供給経路３１を通って空気供給口４に送られる。
駆動源７は、内燃機関である主機関１０と過給機２０を有する。過給機２０は、主機関１０からの排ガスにより駆動され、主機関１０に加圧空気を供給する。
主機関１０に供給される前の加圧空気の一部は、空気供給経路３１を通って空気供給口４に送られる。
次に、図２及び図３を用いて同空気潤滑式船舶の空気供給システムの構成について説明する。
過給機２０は、主機関１０の排気経路に設けられ排ガスから動力を取り出すタービン２１と、このタービン２１によって動作するコンプレッサー２２と、タービン２１の排ガス導入側に配置される可変ノズル２３とを有する。
可変ノズル２３は、ノズル翼の向きや角度あるいは排ガス通路を変化させて主機関１０から供給される排ガスの流速を調整して加圧空気の加圧特性を改善することができる。
なお、可変ノズル２３を用いずに空気供給システムを構成することもできる。
過給機２０から主機関１０までの間の経路には空気冷却機２４を有している。
コンプレッサー２２で加圧され高温となった空気は、空気冷却機２４で冷却されて主機関１０に導入される。
過給機２０は、主機関１０の排気経路に設けられ排ガスから動力を取り出すタービン２１と、このタービン２１によって動作するコンプレッサー２２と、タービン２１の排ガス導入側に配置される可変ノズル２３とを有する。
可変ノズル２３は、ノズル翼の向きや角度あるいは排ガス通路を変化させて主機関１０から供給される排ガスの流速を調整して加圧空気の加圧特性を改善することができる。
なお、可変ノズル２３を用いずに空気供給システムを構成することもできる。
過給機２０から主機関１０までの間の経路には空気冷却機２４を有している。
コンプレッサー２２で加圧され高温となった空気は、空気冷却機２４で冷却されて主機関１０に導入される。
空気供給経路３１の一端は、過給機２０と主機関１０との間に接続されており、過給機２０と主機関１０との間から加圧空気の一部が取り出される。空気冷却機２４より下流側の掃気を加圧空気として取り出すことが好ましいが、上流側の給気を加圧空気として取り出してもよい。空気冷却機２４より下流側の掃気を空気潤滑に用いることで、エネルギー効率を高められる。また、高温の空気が供給されることによる船体の塗膜劣化も防止することができる。なお、本実施形態においては、過給機２０と主機関１０までの間の経路にトラップ２５を設け、空気供給経路３１をトラップ２５の下部に接続している。このように加圧空気をトラップ２５に通過させることで、加圧空気を取り出しやすくすることができる。特に、空気冷却機２４により冷却されたことによる結露水や外来の水滴が加圧空気中に存在する場合に、トラップ２５で分離することができる。トラップ２５の最下部には水が溜まっていることがあり得るので、空気供給経路３１はトラップ２５の下部であっても水の溜り部を避けた部位に接続することが好ましい。
取り出された加圧空気は、空気供給経路３１を通って空気供給口４に供給される。
空気供給経路３１には、過給機２０と主機関１０との間から加圧空気の一部を取り出す取出バルブ３２と、空気供給経路３１の取り出した加圧空気を更に加圧するアシストブロワ３３とを設けている。取出バルブ３２は通常の開閉バルブで構成され、加圧空気の供給が必要な場合は取出バルブ３２を開成し、不要となった場合は取出バルブ３２を閉成することにより、空気潤滑の実行、停止が選択できる。また、過給機２０で加圧された加圧空気を取り出した後にアシストブロワ３３で更に加圧することにより、載荷量が多く喫水圧が高くなった場合や多くの空気を供給することにより圧力が不足した場合に対応ができる。
このアシストブロワ３３は、喫水圧の変動があっても空気量の変動が少ないルーツ型等の容積型ブロワであることが好ましい。
取り出された加圧空気は、空気供給経路３１を通って空気供給口４に供給される。
空気供給経路３１には、過給機２０と主機関１０との間から加圧空気の一部を取り出す取出バルブ３２と、空気供給経路３１の取り出した加圧空気を更に加圧するアシストブロワ３３とを設けている。取出バルブ３２は通常の開閉バルブで構成され、加圧空気の供給が必要な場合は取出バルブ３２を開成し、不要となった場合は取出バルブ３２を閉成することにより、空気潤滑の実行、停止が選択できる。また、過給機２０で加圧された加圧空気を取り出した後にアシストブロワ３３で更に加圧することにより、載荷量が多く喫水圧が高くなった場合や多くの空気を供給することにより圧力が不足した場合に対応ができる。
このアシストブロワ３３は、喫水圧の変動があっても空気量の変動が少ないルーツ型等の容積型ブロワであることが好ましい。
また、本実施形態による空気供給システムは、空気供給経路３１から分岐しアシストブロワ３３をバイパスして再び空気供給経路３１に合流するバイパス経路３５と、空気供給経路３１とバイパス経路３５のいずれかを選択するバイパス経路選択手段３６を設けている。このようにバイパス経路選択手段３６を設けることで、取り出した加圧空気を更に加圧する必要がないときなどは、バイパス経路選択手段３６でバイパス経路３５側を選択し、アシストブロワ３３をバイパスすることができる。
また、アシストブロア３３へ大気から空気を吸い込む大気吸込経路３７と、空気供給経路３１と大気吸込経路３７を選択する大気吸込経路選択手段３８を設けている。大気からの空気をアシストブロアで加圧して供給した場合には、大気からの空気を加圧して用いることで、取り出した加圧空気とは別に、大気からの空気を船底３から放出することができる。例えば喫水圧が低い場合には、大気からの空気を直接、船底３に設けた空気供給口４に供給し、エネルギー効率や省エネ効果を更に高めることができる。
本実施形態による空気供給システムは、過給機２０の回転を加勢するモータ手段３４を備えている。
モータ手段３４は外付け型として過給機２０のタービン２１とコンプレッサー２２の駆動軸を直接駆動してもよいが、駆動軸上に直接ロータを形成し周囲に設けたステータとによって駆動することも可能である。また、加勢が不要な場合はモータ手段３４を発電機として利用し、回生電力を得ることも可能である。更に、コンプレッサー２２側だけを加勢しタービン２１より回転速度を高める目的で、駆動軸にワンウェイクラッチ的な機構を装備することもできる。
なお、モータ手段３４としては、空気モータや水圧モータ等もあり得るが、電動モータ又は油圧モータを用いる方が、利用の容易性の面から好適である。
本実施形態によれば、空気潤滑が必要になった場合に取出バルブ３２を開成して加圧空気を取り出し、空気供給経路３１を経て空気供給口４に供給する。この取出バルブ３２による加圧空気の供給時に、モータ手段３４によって過給機２０の回転を加勢することで、主機関１０の低負荷運転時においても、空気潤滑に必要な加圧空気を過給機２０から効率よく取り出すことができる。
このモータ手段３４による過給機２０の回転の加勢は、主機関１０に排気再循環を行う場合に循環経路が開いて加圧空気量が減少したり、加圧空気圧が低下しときの量や圧の回復にも対応が可能である。
取出バルブ３２を開成して加圧空気を取り出す場合、モータ手段３４以外に可変ノズル２３を利用することもできる。すなわち取出バルブ３２の開度や加圧空気の取り出し量等の加圧空気の取り出し状況に応じて可変ノズル２３のノズル翼の向きや角度等を変化させて加圧空気の加圧特性を改善することができる。
また、モータ手段３４や可変ノズル２３によっても、喫水圧が高くなり加圧空気が不足する場合には、空気供給経路３１の取り出した加圧空気を更に加圧するアシストブロワ３３により補うことができる。
モータ手段３４は外付け型として過給機２０のタービン２１とコンプレッサー２２の駆動軸を直接駆動してもよいが、駆動軸上に直接ロータを形成し周囲に設けたステータとによって駆動することも可能である。また、加勢が不要な場合はモータ手段３４を発電機として利用し、回生電力を得ることも可能である。更に、コンプレッサー２２側だけを加勢しタービン２１より回転速度を高める目的で、駆動軸にワンウェイクラッチ的な機構を装備することもできる。
なお、モータ手段３４としては、空気モータや水圧モータ等もあり得るが、電動モータ又は油圧モータを用いる方が、利用の容易性の面から好適である。
本実施形態によれば、空気潤滑が必要になった場合に取出バルブ３２を開成して加圧空気を取り出し、空気供給経路３１を経て空気供給口４に供給する。この取出バルブ３２による加圧空気の供給時に、モータ手段３４によって過給機２０の回転を加勢することで、主機関１０の低負荷運転時においても、空気潤滑に必要な加圧空気を過給機２０から効率よく取り出すことができる。
このモータ手段３４による過給機２０の回転の加勢は、主機関１０に排気再循環を行う場合に循環経路が開いて加圧空気量が減少したり、加圧空気圧が低下しときの量や圧の回復にも対応が可能である。
取出バルブ３２を開成して加圧空気を取り出す場合、モータ手段３４以外に可変ノズル２３を利用することもできる。すなわち取出バルブ３２の開度や加圧空気の取り出し量等の加圧空気の取り出し状況に応じて可変ノズル２３のノズル翼の向きや角度等を変化させて加圧空気の加圧特性を改善することができる。
また、モータ手段３４や可変ノズル２３によっても、喫水圧が高くなり加圧空気が不足する場合には、空気供給経路３１の取り出した加圧空気を更に加圧するアシストブロワ３３により補うことができる。
主機関１０の負荷は、負荷判定手段４３で検出する。なお、負荷判定手段４３は、主機関１０の回転数を検出する回転数検出手段を含む。負荷判定手段４３の回転数検出手段で検出される主機関１０の回転数から、主機関１０の負荷を推定する。更に、主機関１０のトルクを検出し回転数と組み合わせると、より確実に主機関１０の負荷を判定できる。
負荷判定手段４３で判定された主機関１０の負荷が高い場合は、過給機２０も高速で回転し加圧空気の量や圧も十分な場合が多いが、負荷が低い場合は、加圧空気の量や圧が不足しがちである。このような場合に、モータ手段３４で過給機２０の回転を加勢することにより補うことができる。
また、主機関１０の始動時に負荷判定手段４３で負荷の立ち上がりを判定し、モータ手段３４で主機関１０の始動にも対応することが可能である。
このように、立ち上がり時や定常時において主機関１０で要求される空気量を確実に供給するようにモータ手段３４で過給機２０の回転を加勢することができる。
負荷判定手段４３で判定された主機関１０の負荷が高い場合は、過給機２０も高速で回転し加圧空気の量や圧も十分な場合が多いが、負荷が低い場合は、加圧空気の量や圧が不足しがちである。このような場合に、モータ手段３４で過給機２０の回転を加勢することにより補うことができる。
また、主機関１０の始動時に負荷判定手段４３で負荷の立ち上がりを判定し、モータ手段３４で主機関１０の始動にも対応することが可能である。
このように、立ち上がり時や定常時において主機関１０で要求される空気量を確実に供給するようにモータ手段３４で過給機２０の回転を加勢することができる。
また、本実施形態による空気供給システムは、空気供給経路３１が複数に分岐した分岐路３９を有し、複数に分岐した分岐路３９のそれぞれに空気供給口４を接続している。このように、複数の空気供給口４を設けることで、船体１の周囲に放出する空気を多くできる。また必要に応じて取り出した加圧空気を任意の空気供給口４から放出することにより、更に摩擦抵抗を効率よく低減できる。
また、分岐路３９の途中に分岐路３９を開閉する開閉バルブ４０を設けている。開閉バルブ４０の操作によって、空気を放出する空気供給口４を選択することができる。例えば、貨物を載荷していないバラスト状態の場合に、図２において開閉バルブ４０を操作して、取り出した加圧空気を中央部の２つの空気供給口４から放出し、左右両側の空気供給口４からの取り出した加圧空気の放出を止めたりすることができる。また、波浪中において船体１が傾き、図２において右側が持ち上がった場合、空気潤滑にあまり寄与しない右側の端にある開閉バルブ４０を閉じて、右側の端にある空気供給口４からの取り出した加圧空気の放出を止めて、無駄に取り出した加圧空気が消費されることを防止できる。
また、空気潤滑を行わないときに開閉バルブ４０の操作により分岐路３９を閉成することで、空気供給口４からアシストブロワ３３や主機関１０への水の逆流を防ぐことができる。
開閉バルブ４０の操作による空気供給口４の増減に伴う、加圧空気圧の変動に対しては、状況に応じ可変ノズル２３、アシストブロワ３３、又はモータ手段３４を適宜、調節あるいは運転して対応することが可能である。
また、分岐路３９の途中に分岐路３９を開閉する開閉バルブ４０を設けている。開閉バルブ４０の操作によって、空気を放出する空気供給口４を選択することができる。例えば、貨物を載荷していないバラスト状態の場合に、図２において開閉バルブ４０を操作して、取り出した加圧空気を中央部の２つの空気供給口４から放出し、左右両側の空気供給口４からの取り出した加圧空気の放出を止めたりすることができる。また、波浪中において船体１が傾き、図２において右側が持ち上がった場合、空気潤滑にあまり寄与しない右側の端にある開閉バルブ４０を閉じて、右側の端にある空気供給口４からの取り出した加圧空気の放出を止めて、無駄に取り出した加圧空気が消費されることを防止できる。
また、空気潤滑を行わないときに開閉バルブ４０の操作により分岐路３９を閉成することで、空気供給口４からアシストブロワ３３や主機関１０への水の逆流を防ぐことができる。
開閉バルブ４０の操作による空気供給口４の増減に伴う、加圧空気圧の変動に対しては、状況に応じ可変ノズル２３、アシストブロワ３３、又はモータ手段３４を適宜、調節あるいは運転して対応することが可能である。
以上のように本実施形態によれば、喫水圧変動の影響を対策するため余力を持たせたことにより高価である高性能な電動ブロワ（ターボ式）を装備することなく、主機関１０の低負荷運転時においても、空気潤滑に必要な加圧空気を過給機２０から効率よく取り出すことができる。
なお、上記の実施形態においては、過給機２０と主機関１０との間から加圧空気の一部を取り出す例を示したが、過給機２０と主機関１０との間から排ガスの一部を取り出すことにも本発明は適用できる。すなわち、排ガスを取り出すことによりタービン２１に加わる排ガスの圧力やタービン２１を通過する排ガスの量が減少する。この結果、タービン２１とコンプレッサー２２は同軸で駆動されるためコンプレッサー２２の圧力が低くなり、主機関１０で必要な加圧空気量が不足する。このような場合に、モータ手段３４で過給機２０を加勢することにより、主機関１０で必要な加圧空気量を確保した上で、排ガスを用いて摩擦抵抗を低減する空気潤滑が実現できる。
排ガスを空気潤滑に使用した場合は、空気供給口４から放出される高温の排ガスによる塗膜劣化の対策が必要ではあるが、排ガスが高温であることから水の摩擦係数が低くなり空気潤滑の効果を更に高めることが期待できる。
排ガスを空気潤滑に使用した場合は、空気供給口４から放出される高温の排ガスによる塗膜劣化の対策が必要ではあるが、排ガスが高温であることから水の摩擦係数が低くなり空気潤滑の効果を更に高めることが期待できる。
本発明の空気潤滑式船舶の空気供給システムは、高性能な電動ブロワ（ターボ式）を装備することなく、主機関の低負荷運転時においても、空気潤滑に必要な加圧空気を過給機から効率よく取り出すことができるため、大型から小型の船舶に広く適用できる。
１ 船体
４ 空気供給口
１０ 主機関
２０ 過給機
２３ 可変ノズル
２４ 空気冷却機
２５ トラップ
３１ 空気供給経路
３２ 取出バルブ（取出手段）
３３ アシストブロワ
３４ モータ手段
３５ バイパス経路
３６ バイパス経路選択手段
３７ 大気吸込経路
３８ 大気吸込経路選択手段
３９ 分岐路
４０ 開閉バルブ
４３ 負荷判定手段（回転数検出手段）
４ 空気供給口
１０ 主機関
２０ 過給機
２３ 可変ノズル
２４ 空気冷却機
２５ トラップ
３１ 空気供給経路
３２ 取出バルブ（取出手段）
３３ アシストブロワ
３４ モータ手段
３５ バイパス経路
３６ バイパス経路選択手段
３７ 大気吸込経路
３８ 大気吸込経路選択手段
３９ 分岐路
４０ 開閉バルブ
４３ 負荷判定手段（回転数検出手段）
Claims (12)
- 船体の周囲に空気を放出して摩擦抵抗を低減する空気潤滑式船舶の空気供給システムであって、
主機関から排出される排ガスにより駆動され前記主機関に加圧空気を供給する過給機と、
前記過給機と前記主機関との間から前記加圧空気又は前記排ガスの一部を取り出す取出手段と、
前記取出手段により取り出した前記加圧空気又は前記排ガスを供給する空気供給経路と、
前記空気供給経路を経て供給される取り出した前記加圧空気又は前記排ガスを放出する前記船体の船底に設けた空気供給口と、
前記加圧空気又は前記排ガスの供給時に前記過給機の回転を加勢するモータ手段と
を備えたことを特徴とする空気潤滑式船舶の空気供給システム。 - 前記主機関の負荷を判定する負荷判定手段を備え、前記負荷判定手段の判定結果に従って前記モータ手段を運転したことを特徴とする請求項１に記載の空気潤滑式船舶の空気供給システム。
- 前記負荷判定手段として前記主機関の回転数を検出する回転数検出手段を有し、前記回転数検出手段の検出結果に従って前記モータ手段を運転したことを特徴とする請求項２に記載の空気潤滑式船舶の空気供給システム。
- 前記過給機から前記加圧空気を供給する前記主機関までの間の経路に空気冷却機を設け、前記空気冷却機より下流側の掃気を前記加圧空気として取り出すことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の空気潤滑式船舶の空気供給システム。
- 前記空気供給経路が複数に分岐した分岐路を有し、複数に分岐した前記分岐路のそれぞれに前記空気供給口を接続したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の空気潤滑式船舶の空気供給システム。
- 前記分岐路の途中に前記分岐路を開閉する開閉バルブを設けたことを特徴とする請求項５に記載の空気潤滑式船舶の空気供給システム。
- 前記空気供給経路に、取り出した前記加圧空気を更に加圧するアシストブロワを備えたことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の空気潤滑式船舶の空気供給システム。
- 前記空気供給経路から分岐し前記アシストブロワをバイパスして再び前記空気供給経路に合流するバイパス経路と、前記空気供給経路と前記バイパス経路を選択するバイパス経路選択手段を設けたことを特徴とする請求項７に記載の空気潤滑式船舶の空気供給システム。
- 前記アシストブロアへ大気から空気を吸い込む大気吸込経路と、前記空気供給経路と前記大気吸込経路を選択する大気吸込経路選択手段を設け、前記大気吸込経路が選択された場合に大気からの空気を前記アシストブロアで加圧して供給したことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の空気潤滑式船舶の空気供給システム。
- 前記過給機が前記加圧空気の加圧特性を改善する可変ノズルを有したことを特徴とする請求項４から請求項９のいずれか１項に記載の空気潤滑式船舶の空気供給システム。
- 前記過給機と前記主機関までの間の前記加圧空気を供給する経路にトラップを設け、前記空気供給経路を前記トラップの下部に接続したことを特徴とする請求項４から請求項１０のいずれか１項に記載の空気潤滑式船舶の空気供給システム。
- 前記モータ手段を、電動モータ又は油圧モータとしたことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の空気潤滑式船舶の空気供給システム。
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