(57)【要約】      （修正有）【課題】風況に応じ発電電力を船内用途及び船体駆動用として、航行中の二酸化炭素の発生をおさえた発電帆船を提供する。【解決手段】甲板上に立てた帆と、タービン・プロペラと、タービン作動時にプロペラによって駆動される発電機・電動機と、電気エネルギーを貯留する装置とを備え、強風時にはタービンが作動して発電して船内需要電力として消費されつつ、残余部がエネルギー貯留装置に蓄えられ、弱風時には発電機・電動機が電動機作動し、プロペラ作動し、エネルギー貯留装置から取り出された電力の一部が船内需要電力として消費され残余部が電動機作動する発電機・電動機の駆動電力として消費され、更に海洋風況予測データに基づいてエネルギー貯留装置内の貯留電力を消尽しないように航路選択するプログラムを内蔵する航路選択装置を備える。【選択図】図１
2020045018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
甲板上に立設された帆と、タービン・プロペラと、タービン・プロペラのタービン作動時にタービン・プロペラによって駆動されると共にタービン・プロペラのプロペラ作動時にタービン・プロペラを駆動する発電機・電動機と、電気エネルギーを直接に或いは物質に変換して貯留するエネルギー貯留装置とを備え、強風時にはタービン・プロペラがタービン作動し、発電機・電動機が発電機作動して発電し、発電電力の一部が船内需要電力として消費され残余部がエネルギー貯留装置に蓄えられ、弱風時には発電機・電動機が電動機作動し、タービン・プロペラがプロペラ作動し、エネルギー貯留装置から取り出された電力の一部が船内需要電力として消費され残余部が電動機作動する発電機・電動機の駆動電力として消費され、更に海洋風況予測データに基づいてエネルギー貯留装置内の貯留電力を消尽しないように航路選択するプログラムを内蔵する航路選択装置を備えることを特徴とするゼロエミッション発電帆船。
【請求項２】
発電機・電動機の発電電力によって駆動される水電解装置と、水電解装置で発生した水素と芳香族化合物とを反応させて水素化芳香族化合物を生成する水素化芳香族化合物生成装置と、芳香族化合物貯留タンクと、水素化芳香族化合物貯留タンクと、水素化芳香族化合物を水素と芳香族化合物とに分離する水素分離装置と、水素を燃料とする発電装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のゼロエミッション発電帆船。
【請求項３】
水素を燃料とする発電装置は水素ディーゼル発電機であることを特徴とする請求項２に記載のゼロエミッション発電帆船。
【請求項４】
水素を燃料とする発電装置は燃料電池であることを特徴とする請求項２に記載のゼロエミッション発電帆船。
【請求項５】
芳香族化合物はベンゼン、トルエン、又はナフタレンであり、水素化芳香族化合物はシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、又はデカリンであることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のゼロエミッション発電帆船。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゼロエミッション発電帆船に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、特許文献１において、甲板上に立設された帆と、船外に取り付けられたタービンと、タービンによって駆動される発電機と、発電機の発電電力によって駆動される水電解装置と、水電解装置で発生した水素と芳香族化合物とを反応させて水素化芳香族化合物を生成する水素化芳香族化合物生成装置と、芳香族化合物／水素化芳香族化合物貯留タンクとを備え、海上風力エネルギーを電力に変換し、電力を水素に変換し、水素を安定した水素化芳香族化合物に変換して、陸上基地まで安全に水素を輸送する発電帆船を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６３２０３５６号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】風力推進船用最適航路選択ソフトＷＣＮａｖｉ：ウインドチャレンジャー計画成果報告会講演資料集ｐ４３−５２，２０１７年９月３０日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、特許文献１の発電帆船を一歩進めて、風の状況に応じて発電電力を船内消費電力或いは船内消費電力及び船体駆動電力として利用することにより、二酸化炭素の排出を零にしたゼロエミッション航行を実現できるゼロエミッション発電帆船を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明においては、甲板上に立設された帆と、タービン・プロペラと、タービン・プロペラのタービン作動時にタービン・プロペラによって駆動されると共にタービン・プロペラのプロペラ作動時にタービン・プロペラを駆動する発電機・電動機と、電気エネルギーを直接に或いは物質に変換して貯留するエネルギー貯留装置とを備え、強風時にはタービン・プロペラがタービン作動し、発電機・電動機が発電機作動して発電し、発電電力の一部が船内需要電力として消費され残余部がエネルギー貯留装置に蓄えられ、弱風時には発電機・電動機が電動機作動し、タービン・プロペラがプロペラ作動し、エネルギー貯留装置から取り出された電力の一部が船内需要電力として消費され残余部が電動機作動する発電機・電動機の駆動電力として消費され、更に海洋風況予測データに基づいてエネルギー貯留装置内の貯留電力を消尽しないように航路選択するプログラムを内蔵する航路選択装置を備えることを特徴とするゼロエミッション発電帆船を提供する。
強風時には風力エネルギーを電気エネルギーに変換して一部を船内需要電力として消費し残余部をエネルギー貯留装置に蓄え、弱風時にはエネルギー貯留装置に蓄えた電力を取り出して一部を船内需要電力と消費し残余部を船体駆動電力として消費すると共に、航路選択プログラムを内蔵する航路選択装置が海洋風況予測データに基づいてエネルギー貯留装置内の貯留電力を消尽しないように航路選択することにより、二酸化炭素の発生を零に抑えたゼロエミッション航行が可能になる。
【０００７】
本発明の好ましい態様においては、ゼロエミッション発電帆船は、発電機・電動機の発電電力によって駆動される水電解装置と、水電解装置で発生した水素と芳香族化合物とを反応させて水素化芳香族化合物を生成する水素化芳香族化合物生成装置と、芳香族化合物貯留タンクと、水素化芳香族化合物貯留タンクと、水素化芳香族化合物を水素と芳香族化合物とに分離する水素分離装置と、水素を燃料とする発電装置とを備える。
水素化芳香族化合物は常温常圧で液体状態の安定した物質である。従って、電気エネルギーを水素化芳香族化合物に変換することにより、電気エネルギーの安定した貯留が実現される。
本発明の好ましい態様においては、水素を燃料とする発電装置は水素ディーゼル発電機である。
本発明の好ましい態様においては、水素を燃料とする発電装置は燃料電池である。
水素を燃料とする発電装置は水素ディーゼル発電機でも良く、或いは燃料電池でも良い。水素を燃料とする発電装置として燃料電池を採用することにより窒素酸化物の発生を防止できる。
本発明の好ましい態様においては、芳香族化合物はベンゼン、トルエン、又はナフタレンであり、水素化芳香族化合物はシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、又はデカリンである。
ベンゼン、トルエン、ナフタレンは水素キャリアとして好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、風の状況に応じて発電電力を船内消費電力或いは船内消費電力及び船体駆動電力として利用することにより、航行中の二酸化炭素の発生を零にしたゼロエミッション発電帆船が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施例に係るゼロエミッション発電帆船の構造図である。
【図２】本発明の第２実施例に係るゼロエミッション発電帆船の構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施例に係るゼロエミッション発電帆船を説明する。
図１に示すように、発電帆船１は、甲板上に立設された複数の上下に伸縮可能な硬帆２と、タービン・プロペラ３と、タービン・プロペラ３のタービン作動時にタービン・プロペラ３によって駆動されると共にタービン・プロペラ３のプロペラ作動時にタービン・プロペラ３を駆動する発電機・電動機４と、発電機・電動機４の発電電力によって駆動される水電解装置５と、水電解装置５で発生した水素Ｈ２と芳香族化合物であるトルエンＴＯＬとを反応させて水素化芳香族化合物であるメチルシクロヘキサンＭＣＨを生成する水素化芳香族化合物生成装置６と、トルエン貯留タンク７ａと、メチルシクロヘキサン貯留タンク７ｂと、メチルシクロヘキサンを水素とトルエンとに分離する水素分離装置８と、水素ディーゼル発電機９とを備えている。発電機・電動機４と水電解装置５はインバーター配電盤１０を介して接続されており、同様に水素ディーゼル発電機９と発電機・電動機４もインバーター配電盤１０を介して接続されている。
タービン・プロペラ３は船尾部の船体外に配設されており、発電機・電動機４、水電解装置５、水素化芳香族化合物生成装置６、トルエン貯留タンク７ａ、メチルシクロヘキサン貯留タンク７ｂ、水素分離装置８、水素ディーゼル発電機９、インバーター配電盤１０は後部船体内に配設されている。
発電帆船１は貨物船であり、貨物区画１１、船首バラストタンク１２、操舵室１３、居住区１４、図示しない各種ポンプ、荷役設備等の貨物船としての各種設備を備えている。
操舵室１３には、海洋風況予測データに基づいて、エネルギー貯留装置内の貯留電力を消尽しないように、より具体的にはメチルシクロヘキサン貯留タンク７ｂ内のメチルシクロヘキサンを消尽しないように、航路を選択するプログラムを内蔵する航路選択装置１５が配設されている。
【００１１】
発電帆船１の作動を説明する。
出航時には、トルエン貯留タンク７ａにはトルエンが、メチルシクロヘキサン貯留タンク７ｂにはメチルシクロヘキサンが、それぞれタンク容量の半分程度、貯留されている。
発電帆船１は基本的に硬帆２に風を受けて帆走航行する。
強風時には、発電帆船１は発電モードで航行する。水素ディーゼル発電機９とインバーター配電盤１０との接続が遮断される。風力エネルギーが硬帆２を介して発電帆船１の運動エネルギーに変換され、発電帆船１が前進する。
発電帆船１の前進により、タービン・プロペラ３に対する海水の相対水流が惹起される。海水の相対水流がタービン・プロペラ３を回転駆動し、タービン・プロペラ３がタービン作動して発電機・電動機４を回転駆動し、発電機・電動機４が発電機作動して発電する。
発電したＡＣ電力の一部がインバーター配電盤１０を介してＡＣ電力として操舵室１３、居住区１４、硬帆２の駆動モータ、各種ポンプ等に供給され、船内需要電力として消費される。
発電したＡＣ電力の残余部がインバーター配電盤１０を介してＤＣ電力に変換されて水電解装置５に供給され、水電解装置５が水を電気分解して水素を生成する。生成した水素が水素化芳香族化合物生成装置６へ供給される。トルエン貯留タンク７ａから水素化芳香族化合物生成装置６へトルエンがポンプ流送され、水素化芳香族化合物生成装置６内でトルエンと水素とが反応してメチルシクロヘキサンが生成される。水素化芳香族化合物生成装置６からメチルシクロヘキサン貯留タンク７ｂへメチルシクロヘキサンがポンプ流送されて貯留される。
硬帆２が受け取る風力エネルギーの一部が電気エネルギーに変換されて船内で消費され且つ船内に貯留されることにより、強風下での発電帆船１の適正前進速度が維持される。
【００１２】
弱風時には、発電帆船１は電力駆動モードで航行する。水電解装置５とインバーター配電盤１０との接続が遮断される。
メチルシクロヘキサン貯留タンク７ｂから水素分離装置８へメチルシクロヘキサンがポンプ流送され、水素分離装置８がメチルシクロヘキサンを水素とトルエンとに分離する。分離されたトルエンはトルエン貯留タンク７ａへポンプ流送されて貯留される。分離された水素は水素ディーゼル発電機９に供給され、水素ディーゼル発電機９が水素を燃料として作動して発電する。
発電したＡＣ電力の一部がインバーター配電盤１０を介してＡＣ電力として操舵室１３、居住区１４、硬帆２の駆動モータ、各種ポンプ等に供給されて、船内需要電力として消費される。発電したＡＣ電力の残余部がインバーター配電盤１０を介してＡＣ電力として発電機・電動機４に供給されて、発電機・電動機４の駆動電力として消費される。発電機・電動機４が電動機作動してタービン・プロペラ３を回転駆動し、タービン・プロペラ３がプロペラ作動して発電帆船１を駆動し、前進させる。この結果、弱風下での硬帆２が受け取る風力エネルギーの減少をプロペラによる駆動エネルギーが補完し、発電帆船１の適正前進速度が維持される。
【００１３】
発電帆船１においては、硬帆２の寸法や設置数、トルエンタンク貯留７ａとメチルシクロヘキサン貯留タンク７ｂの貯留量等を適正化して、発電電力の貯留量を適正化し、更に海洋風況予測データに基づく航路選択プログラムを内蔵する航路選択装置１５を用いて、メチルシクロヘキサン貯留タンク７ｂ内のメチルシクロヘキサンを消尽しないように航路選択し、発電モード航行と電力駆動モード航行とを海洋風況に応じて適宜切り換えることにより、貨物船としての機能を全うしつつ、二酸化炭素の排出を零にしたゼロエミッション航行を実現することができる。尚、海洋風況予測データとして、日本のJRA-25, JRA-55、米国のNCEP/NCAR Reanalysis, NCEP
CFSR, NCEP-MERA、欧州のERA-20C, ERA-interim等が公開されており、これらを利用して帆船の最適航路を選択する最適航路選択プログラムが、例えば東京大学により既に開発されている（非特許文献１を参照されたい）。従って、例えば東京大学の最適航路選択プログラムを参考にして、海洋風状況予測データに基づいて、メチルシクロヘキサン貯留タンク７ｂ内のメチルシクロヘキサンを消尽しないように、航路を選択するプログラムを開発することが可能である。
【００１４】
上記実施例では、水素を燃料とする発電装置として水素ディーゼル発電機９を用いたが、図２に示すように、水素ディーゼル発電機９に代えて燃料電池１６を用いても良い。この場合は発電したＤＣ電力がインバーター配電盤１０を介してＡＣ電力に変換されて、船内需要電力及び発電機・電動機４の駆動電力として消費される。燃料電池１６を使用することにより窒素酸化物の発生を防止できる。
上記実施例では、固定軸のタービン・プロペラ３に連結した発電機・電動機４を船体内に配設したが、図２に示すように、タービン・プロペラ３に連結した発電機・電動機をポッド内に設置したポッド型発電機・電動機１７を船外に配設しても良い。タービン・プロペラ３の向きを適宜変更することにより、発電効率、操船性が向上する。
上記実施例では、水素キャリアとしてとしてトルエンを使用したが、ベンゼン、ナフタレン等の他の芳香族化合物を水素キャリアとして使用しても良い。ベンゼン、ナフタレンを水素キャリアとして使用する場合は、水素と反応してシクロヘキサン、デカリンが生成される。
上記実施例では水素をメチルシクロヘキサンに変換して貯留したが、水素をアンモニアに変換して貯留しても良く、ランタン、セリウム等の希土類とニッケル、コバルト等を組み合わせた水素吸蔵合金に水素を吸着させて貯留しても良い。
水素を他の物質に変換し、或いは他の物質に吸着させて、貯留するのに代えて、水素を高圧圧縮し、或いは低温液化して貯留しても良い。
発電電力を直接蓄電池に貯留しても良い。この場合は水電解装置５、水素化芳香族化合物生成装置６、トルエン貯留タンク７ａ、メチルシクロヘキサン貯留タンク７ｂ、水素分離装置８、水素ディーゼル発電機９に代えて蓄電池を配設することになる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は、発電帆船に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００１６】
１  発電帆船
２  硬帆
３  タービン・プロペラ
４  発電機・電動機
５  水電解装置
６  水素化芳香族化合物生成装置
７ａ  トルエン貯留タンク
７ｂ  メチルシクロヘキサン貯留タンク
８  水素分離装置
９  水素ディーゼル発電機
１０  インバーター配電盤
１１  貨物区画
１２  船首バラストタンク
１３  操舵室
１４  居住区
１５  航路選択装置
１６  燃料電池
１７  ポッド型発電機・電動機
【図１】
2020045018.tif 000003
【図２】
2020045018.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月5日(2019.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
甲板上に立設された帆と、タービン・プロペラと、タービン・プロペラのタービン作動時にタービン・プロペラによって駆動されると共にタービン・プロペラのプロペラ作動時にタービン・プロペラを駆動する発電機・電動機と、電気エネルギーを物質に変換して貯留するエネルギー貯留装置とを備え、強風時にはタービン・プロペラがタービン作動し、発電機・電動機が発電機作動して発電し、発電電力の一部が船内需要電力として消費され残余部がエネルギー貯留装置に蓄えられ、弱風時には発電機・電動機が電動機作動し、タービン・プロペラがプロペラ作動し、エネルギー貯留装置から取り出された電力の一部が船内需要電力として消費され残余部が電動機作動する発電機・電動機の駆動電力として消費されるゼロエミッション発電帆船であって、発電機・電動機の発電電力によって駆動される水電解装置と、水電解装置で発生した水素と芳香族化合物とを反応させて水素化芳香族化合物を生成する水素化芳香族化合物生成装置と、芳香族化合物貯留タンクと、水素化芳香族化合物貯留タンクと、水素化芳香族化合物を水素と芳香族化合物とに分離する水素分離装置と、水素を燃料とする発電装置を備えることを特徴とするゼロエミッション発電帆船。
【請求項２】
海洋風況予測データに基づいてエネルギー貯留装置内の貯留電力を消尽しないように航路選択するプログラムを内蔵する航路選択装置を備えことを特徴とする請求項１に記載のゼロエミッション発電帆船。
【請求項３】
水素を燃料とする発電装置は水素ディーゼル発電機であることを特徴とする請求項１又は２に記載のゼロエミッション発電帆船。
【請求項４】
水素を燃料とする発電装置は燃料電池であることを特徴とする請求項１又は２に記載のゼロエミッション発電帆船。
【請求項５】
芳香族化合物はベンゼン、トルエン、又はナフタレンであり、水素化芳香族化合物はシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、又はデカリンであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のゼロエミッション発電帆船。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明においては、甲板上に立設された帆と、タービン・プロペラと、タービン・プロペラのタービン作動時にタービン・プロペラによって駆動されると共にタービン・プロペラのプロペラ作動時にタービン・プロペラを駆動する発電機・電動機と、電気エネルギーを物質に変換して貯留するエネルギー貯留装置とを備え、強風時にはタービン・プロペラがタービン作動し、発電機・電動機が発電機作動して発電し、発電電力の一部が船内需要電力として消費され残余部がエネルギー貯留装置に蓄えられ、弱風時には発電機・電動機が電動機作動し、タービン・プロペラがプロペラ作動し、エネルギー貯留装置から取り出された電力の一部が船内需要電力として消費され残余部が電動機作動する発電機・電動機の駆動電力として消費されるゼロエミッション発電帆船であって、発電機・電動機の発電電力によって駆動される水電解装置と、水電解装置で発生した水素と芳香族化合物とを反応させて水素化芳香族化合物を生成する水素化芳香族化合物生成装置と、芳香族化合物貯留タンクと、水素化芳香族化合物貯留タンクと、水素化芳香族化合物を水素と芳香族化合物とに分離する水素分離装置と、水素を燃料とする発電装置を備えることを特徴とするゼロエミッション発電帆船を提供する。
強風時には風力エネルギーを電気エネルギーに変換して一部を船内需要電力として消費し残余部をエネルギー貯留装置に蓄え、弱風時にはエネルギー貯留装置に蓄えた電力を取り出して一部を船内需要電力と消費し残余部を船体駆動電力として消費することにより、二酸化炭素の発生を零に抑えたゼロエミッション航行が可能になる。
水素化芳香族化合物は常温常圧で液体状態の安定した物質である。従って、電気エネルギーを水素化芳香族化合物に変換することにより、電気エネルギーの安定した貯留が実現される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の好ましい態様においては、ゼロエミッション発電帆船は、海洋風況予測データに基づいてエネルギー貯留装置内の貯留電力を消尽しないように航路選択する航路選択プログラムを内蔵する航路選択装置を備える。
航路選択プログラムを内蔵する航路選択装置を備えるのが望ましい。
本発明の好ましい態様においては、水素を燃料とする発電装置は水素ディーゼル発電機である。
本発明の好ましい態様においては、水素を燃料とする発電装置は燃料電池である。
水素を燃料とする発電装置は水素ディーゼル発電機でも良く、或いは燃料電池でも良い。水素を燃料とする発電装置として燃料電池を採用することにより窒素酸化物の発生を防止できる。
本発明の好ましい態様においては、芳香族化合物はベンゼン、トルエン、又はナフタレンであり、水素化芳香族化合物はシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、又はデカリンである。
ベンゼン、トルエン、ナフタレンは水素キャリアとして好ましい。