(57)【要約】      （修正有）【課題】船舶の推進性能を低減せずに、新たなエネルギーを投入することなく、プロペラから発生するプロペラ起振力を減衰して船体振動を低減し、更に、そのエネルギーを回収、利用することができる船舶および発電装置を提供する。【解決手段】プロペラ２により推進する船舶において、前記プロペラ２の周囲に位置する船体構造部に、前記プロペラ２から発生するプロペラ起振力４を電力に変換する発電装置１３を備えている。このことにより、プロペラ２からのプロペラ起振力４が、水中を伝播し発電装置１３に作用すると、プロペラ起振力４によって引き起こされる船体振動は低減し、かつ、電力を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラにより推進する船舶において、
前記プロペラの周囲に位置する船体構造部に、前記プロペラから発生するプロペラ起振力を電力に変換する発電装置を備えたことを特徴とする船舶。
【請求項２】
前記発電装置は、前記船体構造部に対して独立して振動する振動機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の船舶。
【請求項３】
前記振動機構は、空気室と、前記空気室を区画するピストンとを備えたことを特徴とする請求項２に記載の船舶。
【請求項４】
前記振動機構は、前記船体構造部の前記プロペラ側表面よりも船体内側に設置されることを特徴とする請求項２または３に記載の船舶。
【請求項５】
前記振動機構の共振周波数は、前記プロペラの回転数に翼数を乗じた翼周波数の整数倍であることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の船舶。
【請求項６】
前記発電装置は、前記船体構造部のプロペラ側表面に設けられた圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載の船舶。
【請求項７】
前記発電装置は、前記プロペラの上方に位置する前記船体構造部に備えられたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の船舶。
【請求項８】
船舶を推進させるプロペラの周囲に位置する船体構造部に設けられ、該プロペラから発生するプロペラ起振力を電力に変換することを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶および発電装置に関し、より具体的には、船舶の構造、特に船舶の振動の抑制および利用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶に推進力を与えるプロペラが回転することによりプロペラ周囲の水が流動し、その流動によって、船舶の推進に寄与しない変動圧力として、プロペラ起振力が発生する。プロペラ起振力が発生する原因は、主に、プロペラの翼自体が水を押し退ける際に発生する圧力変動と、翼面上に発生するキャビテーションにより発生する圧力変動がある。
このプロペラ起振力は、水中を伝播し、プロペラ周辺の船体構造部に作用して船体に振動を起こし、振動による不快感や振動騒音などの問題をもたらしている。
これらの問題に対し、従来は、プロペラ起振力を低減する技術や、プロペラ起振力の船体への伝播を阻害する技術が提案されている。
プロペラ起振力を低減する技術では、プロペラへ水が流入する流場にフィンなどの整流化構造を設け、流れを整流し均一化する方法がある。
また、プロペラ起振力を低減する別の技術として、プロペラの形状を工夫したり、プロペラの翼面上およびその近傍に穴を開け水流を噴出させるなどの機構を設けたりすることで、キャビテーションを抑制させる技術がある。
プロペラ起振力の船体への伝播を阻害する技術としては、プロペラと船体の間、若しくは、船底部に、プロペラ起振力の伝播を阻害または減衰するための弾性構造を設置する方法（特許文献１）や、上流側から気泡流を流して気泡にプロペラ起振力を吸収させることで伝播を阻害する方法がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６４８９４号公報（段落［００１２］〜［００１３］，及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、プロペラ起振力を低減するために、フィンなどの整流化構造により流れを整流均一化する方法は、整流化構造自体が抵抗増加を招き推進力を低下させる恐れがあり、また、プロペラ起振力の受動部分になり振動を船体へ伝えるという問題がある。
プロペラ形状を工夫したり、翼面上に水流を噴出させるなどの機構を設けたりすることでキャビテーションを抑制する方法は、プロペラ効率の低下や、水流噴出などの機構へのエネルギー投入が必要となり、構造も複雑になるという問題がある。
プロペラ起振力の船体への伝播を阻害するために、プロペラ起振力を吸収・減衰するための構造を設ける方法は、船体への振動を吸収するのみで、その他のメリットが得られず、構造による船体抵抗の増加や、気泡投入のためのエネルギー投入が必要となるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、船舶の推進性能を低減せず、新たなエネルギーを投入することもなく、船舶のプロペラから発生するプロペラ起振力を減衰し、かつ船体振動を低減し、更に、そのエネルギーを回収、利用することができる船舶および発電装置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、本発明の船舶および発電装置は以下の手段を採用する。
本発明の船舶は、プロペラにより推進する船舶において、前記プロペラの周囲に位置する船体構造部に、前記プロペラから発生するプロペラ起振力を電力に変換する発電装置を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
このような船舶によれば、プロペラからの変動圧力が水中を伝播し、船体構造部にプロペラ起振力が作用したとき、プロペラ周囲の船体構造部には、プロペラ起振力を電力に変換する発電装置が設けられているので、プロペラ起振力を電力に変換し、起振力を低減し、かつ電力を得ることができる。
【０００８】
上記の発明における第１の態様は、前記発電装置は、前記船体構造部に対して独立して振動する振動機構を備えたことを特徴とする。
発電装置が船体構造に対して独立して振動する振動機構を備えているので、プロペラ起振力が作用すると振動機構は船体構造から独立した振動運動をする。これにより、プロペラ起振力を振動運動へと有効に変換することができる。
【０００９】
上記の発明における第１の態様において、前記振動機構は、空気室と、前記空気室を区画するピストンとを備えていることが好ましく、これにより、プロペラ起振力による変動圧力が水中を伝播して空気室の外側からピストンに作用し、ピストンは往復運動を行う。このようにピストンが往復運動を行うことによって、ピストンで区画された内側にある空気室内の体積が変動し発電に利用できる。
【００１０】
上記の発明における第１の態様において、前記振動機構は、前記船体構造部の前記プロペラ側表面よりも船体内側に設置されることが好ましく、これにより前記振動機構は、船体表面ライン上から構造がはみ出すことがない。したがって、振動機構による抵抗増加と、それに伴う推進力の低下は小さくなる。
【００１１】
上記の発明における第１の態様において、前記振動機構の共振周波数は、前記プロペラの回転数に翼数を乗じた翼周波数の整数倍とすることが好ましく、これにより、振動機構とプロペラ起振力は共振するため、より大きな振動エネルギーを取り出すことができ、発電効率を向上させることができる。
【００１２】
上記の発明における第２の態様は、前記発電装置は、前記船体構造部のプロペラ側表面に設けられた圧電素子であることを特徴とするものである。
前記発電装置を圧電素子とすることによって、プロペラ起振力を直接電力へと変換することができる。また、圧電素子は、前記船体構造部のプロペラ側表面に設けられているので、プロペラ起振力を直接受けることができ、効率よく電力エネルギーに変換することができる。
【００１３】
上記の発明において、前記発電装置は、前記プロペラの上方に位置する前記船体構造部に備えられることが好ましく、前記発電装置が、プロペラ上方の船体構造部に備えられることで、大きな振幅の変動圧力を受けることができる。
【００１４】
本発明の発電装置は、船舶を推進させるプロペラの周囲に位置する船体構造部に設けられ、該プロペラから発生するプロペラ起振力を電力に変換することを特徴とするものである。
この発電装置により、プロペラから発生するプロペラ起振力を電力に変換し、電力を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明によれば、船舶のプロペラから発生するプロペラ起振力によるエネルギーを電力に変換することで、船舶の推進性能を低下させたり、新たなエネルギーを投入したりということがなく、プロペラ起振力に起因する船体振動に対する不快感や騒音を低減し、さらに、変換した電力を利用することができるという格別の効果が得られる。また、発電した電力は、従来は船体振動や水中への伝播により失われるエネルギーを回収、再利用するものであるので、環境にも優しい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係る発電装置を装備した船舶の船尾部の側面を示す。船体１の後方に位置する船尾部には、船体１を推進するためのプロペラ２が備えられている。プロペラ２のさらに後方には、舵３が備えられている。舵３は、プロペラ２の回転によって発生する水流の方向を誘導し、船舶の進行方向を制御する。
プロペラ２が回転することにより、プロペラ２の周囲の水が流動し、その流動によって、船舶の推進に寄与しない変動圧力であるプロペラ起振力４が発生する。プロペラ起振力４は、プロペラ２の回転中心から半径方向に向かって、変動圧力として水中を伝播する。プロペラ起振力４が伝播し作用する船体１の底部、すなわちプロペラ２の周囲でかつ上方に位置する船体構造部には、船体１の外面から内方向に向かって形成されたリセス８が設けられている。リセス８内には、ピストン５が配置されており、このピストン５によって、このリセス８内に形成された空気室６が区画されている。ピストン５は、リセス８内にて、船体から独立して往復運動を行うようになっている。
リセス８内の空気室６に空気を充填することで、空気室６が形成される。空気室６には、空気室６よりも狭い流路断面積を有するダクト７が設けられている。ダクト７には、空気室６の体積変動による空気の流れを回転エネルギーに変換する羽根車１１が設置されている。羽根車１１には、その回転エネルギーを電力に変換する発電部１０が接続されている。発電部１０には、発電機、インバータ、蓄電池等が設けられている。このように、羽根車１１及び発電部１０によって発電装置１３が構成されている。
上述したリセス８内に形成された空気室６およびピストン５等によって、振動機構が構成されている。振動機構は、船体１のプロペラ側表面となる船体表面ライン９よりも内側に設置されている。空気室６およびピストン５によって形成される振動系の共振周波数は、プロペラ２の回転数に翼数を乗じた翼周波数の整数倍とされている。
【００１７】
本実施形態に係る船舶によれば、プロペラ２から発生したプロペラ起振力４は、水中を伝播し、船体１に設けられた空気室６の外側からピストン５に作用する。プロペラ起振力４がピストン５に作用すると、ピストン５は、空気室６内の空気を圧縮膨張させながら船体１とは独立して往復運動を行い、プロペラ起振力４を吸収して、運動エネルギーに変換する。このような、ピストン５の運動エネルギーへの変換によって、プロペラ起振力４による振動が船体１内部へと伝達されるのを防止する。
また、ピストン５が振動する共振周波数がプロペラ２の翼周波数の整数倍とされているので、ピストン５は共振し、より大きな運動エネルギーを取り出すことができる。
ピストン５の往復運動によって、空気室６の空気の体積が増減変動する。すると、空気室６の体積変動によって空気室６に連通するダクト７内を空気が流動し、流動する気体が羽根車１１を回転させる。羽根車１１の回転エネルギーは、発電部１０により電力に変換される。
【００１８】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
水中を伝播したプロペラ起振力４は、船体１に設けられたピストン５が往復する運動エネルギーとして吸収、変換されるので、船体１に振動を伝えることが無く、振動による不快感や振動騒音などの問題を低減することができる。
船体表面ライン９から振動機構が突出しないようにすることで、船体抵抗の増加を最小限に抑えることができる。
振動機構をプロペラ２の上方に配置することとしたので、より大きなプロペラ起振力４を受けることが可能となる。
振動機構のピストン５が振動する共振周波数をプロペラ２の回転数に翼数を乗じた翼周波数の整数倍とし、プロペラ起振力４によって振動機構が共振することとしたので、より大きな振動エネルギーを取り出すことができる。これにより、発電装置１３による発電効率を向上させることが可能となり、さらに大きな電力を得ることができる。
プロペラ起振力４を一度運動に変換することで、既存の様々なエネルギー変換装置を利用でき費用や冗長性にも優れる。
【００１９】
なお、発電装置１３は、羽根車１１を利用したタービンに限定されるものではなく、ほかのエネルギー変換装置を利用してもよい。
空気室６内の空気については、運動効率をより高めるために圧縮率の小さい気体を使用したり、リセス８内の酸化防止のために酸素を含まない気体を使用したりするなど、空気以外の気体を使用してもよい。
また、設置する振動機構は船舶の規模や必要に応じて、複数個となっても構わない。
【００２０】
次に、本発明の第２実施形態について、図２を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、振動機構に代えて圧電素子を採用した点で相違する。したがって、この相違点について主として説明し、それ以外の構成については同一符号を付しその説明を省略する。
図２は、本実施形態に係る発電装置を装備した船舶の船尾部の側面を示す。プロペラ起振力４が伝播し作用する部分の船体１には、振動エネルギーを電圧に変換することで発電する圧電素子１２が設置されている。圧電素子１２は、プロペラ起振力４を受けるために必要な面積に対して複数個が面状に敷き詰められており、必要な起電力が得られるように複数の素子が直列接続されている。圧電素子１２は、図示しない回路を通して電力を蓄電するデバイスとしての蓄電装置に接続されている。敷き詰められた圧電素子は海水と接することが無いように、発電を阻害しない程度の剛性をそなえた保護膜で覆われている。圧電素子１２としては、例えば、ピエゾ素子や水晶振動子が用いられる。
【００２１】
本実施形態に係る船舶によれば、プロペラ２から発生したプロペラ起振力４は、水中を伝播し、船体１に設けられた圧電素子１２の表面に作用する。プロペラ起振力４が圧電素子１２に作用することで、プロペラ起振力４によるエネルギーは、圧電素子１２を変形させることによって生じる圧電効果により電力に変換され図示しない蓄電装置に蓄電され吸収される。
【００２２】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
水中を伝播したプロペラ起振力４は、水中を伝播し、船体１に設けられた圧電素子１２に直接作用するので、振動機構を設ける必要がなく、プロペラ起振力４によるエネルギーが吸収され、電力に変換し蓄電されて、その電力を活用することが可能になる。振動機構のような稼動部分を有していないので、第１実施形態と比較して維持管理性能に優れている。
また、本実施形態は、設置のために船体１にリセス等を設けずに、圧電素子１２を貼り付ければ良いので、現在就航している船舶の修繕時などにも、比較的容易に設置することができ、船舶の機能性向上にも貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる船舶の船尾部側面図である。
【図２】本発明の第２実施形態にかかる船舶の船尾部側面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  船体
２  プロペラ
３  舵
４  プロペラ起振力
５  ピストン
６  空気室
７  ダクト
８  リセス
９  船体表面ライン
１０  発電部
１１  羽根車
１２  圧電素子
１３  発電装置
【図１】
2010095030.tif 000003
【図２】
2010095030.tif 000004