(57)【要約】【課題】船体を推進するための推進電動機に電力を供給するための蓄電池を搭載した船舶において、多量の蓄電池を搭載しても積荷等のための余剰空間を確保でき、しかも船体を適切に安定調節することができるものを提供する。【解決手段】本発明の船舶は、船舶底に二重底バラストタンクを有し、二重底バラストタンクが、船舶の幅方向にわたって中央タンクとその両側にそれぞれ形成される左舷側タンク及び右舷側タンクに分割され、左舷側タンクと右舷側タンクにより船舶のヒール調整を行なうように構成され、蓄電池が、二重底バラストタンクの左舷側タンク及び右舷側タンクのそれぞれの上方に搭載されている。さらに、二重底バラストタンクの左舷側タンク及び右舷側タンクが、船舶の長手方向にわたって３つ以上に分割され、船首側タンク及び船尾側タンクにより船舶のトリム調整を行なうように構成されている。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体を推進するための推進電動機と、推進電動機に電力を供給するための蓄電池とを有する船舶であって、
船舶が、船舶底に二重底バラストタンクを有し、二重底バラストタンクが、船舶の幅方向にわたって中央タンクとその両側にそれぞれ形成される左舷側タンク及び右舷側タンクに分割され、左舷側タンクと右舷側タンクにより船舶のヒール調整を行なうように構成されていること、及び
蓄電池が、二重底バラストタンクの左舷側タンク及び右舷側タンクのそれぞれの上方に搭載されていることを特徴とする船舶。
【請求項２】
二重底バラストタンクの左舷側タンク及び右舷側タンクが、船舶の長手方向にわたって３つ以上に分割され、船首側タンク及び船尾側タンクにより船舶のトリム調整を行なうように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の船舶。
【請求項３】
蓄電池の容量が１０００ｋＷ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶。
【請求項４】
推進電動機が、主機関の補助機関として使用されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の船舶。
【請求項５】
主機関が内燃機関であることを特徴とする請求項４に記載の船舶。
【請求項６】
船舶が内航貨物船であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船体を推進するための推進電動機と、それに電力を供給するための蓄電池とを備えた船舶において、大きな重量体積を占める蓄電池の搭載位置を最適化したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶は、他の交通機関に比べて高い省エネ性・低二酸化炭素排出性能を持ち、国内貨物輸送の内航海運へのモーダルシフトが、国家的規模で推奨されているものの、未だに動きは大きくない。モーダルシフトの推進のためにも、環境負荷及び運送コスト削減を実行できる高経済性船舶が広く求められている。
【０００３】
加えて近年の少子高齢化の人口構造による影響を多分に受け、内航船員不足も大きく表面化し、その解決策の一つとして革新的技術・新技術を用い、省エネ性の高い運航能力を有した船舶が内航船分野において出現することが期待されている。
【０００４】
船舶のエネルギー効率を高める方法としては、従来からディーゼル機関等の主機関とは別に推進電動機を補助機関として設けた船舶が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、主機関とプロペラ軸との間に発電及び駆動を行うことができる軸駆動発電機を介在させることにより、主機関なしで低速推進を可能とする船舶推進装置が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の装置の軸駆動発電機は、主機関が作動不能な状態のときに緊急避難的に船舶を推進することができる程度のものであり、使用する電源装置から得る電気容量もあまり大きくする必要がない。従って、特許文献１では、軸駆動発電機で発電された電力を蓄電するために多量の蓄電池を船舶に搭載する必要がなく、それによって生じる問題が考慮されていない。
【０００７】
また、特許文献２では、主機関と補助駆動手段と発電手段と蓄電手段とエネルギー収支計画立案手段とを備え、さらにエネルギー収支計画に基づいて発電手段から蓄電手段への充電、蓄電手段から補助駆動手段への放電、停泊後の荷役に必要な電力を残すように補助駆動手段への放電の制御を行う蓄電制御手段を設けた船舶のハイブリッド運航システムが提案されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献２のシステムは、もっぱら停泊後の荷役に必要な電力を残すように船が目的地に到達した後のエネルギー需給を含むエネルギー需給バランスを最適化しようとするものであり、蓄電手段が、港内又は湾内のような短距離低速航海を含めた様々な運航状況に対応して電力を供給できる容量のものとして設計されていない。従って、特許文献２では、多量の蓄電池を船舶に搭載する必要がなく、それによって生じる問題が考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３５９１１２号公報
【特許文献２】特許第６０４４９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の現状に鑑み創案されたものであり、その目的は、船体を推進するための推進電動機と、それに電力を供給するための蓄電池とを有する船舶において、多量の蓄電池を搭載した場合でも積荷等のために必要な余剰空間を確保でき、しかも船体を適切に安定調節することができるものを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、かかる目的を達成するために鋭意検討した結果、船舶底に設けられる二重底バラストタンクを幅方向に中央タンクとその両側の左舷側タンク及び右舷側タンクに分割し、左舷側タンク及び右舷側タンクのそれぞれの上方に（即ち、従来のサイドタンクの位置に）蓄電池を搭載することにより、積荷等の空間を確保しながら左舷側タンクと右舷側タンクにより船舶のヒール調整を行なうことができ、さらに左舷側タンクと右舷側タンクを船舶の長手方向にわたって３つ以上に分割することにより、それらの船首側タンク及び船尾側タンクにより船舶のトリム調整を行なうことができることを見出し、本発明の完成に至った。
【００１２】
即ち、本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、以下の（１）〜（６）の構成を有するものである。
（１）船体を推進するための推進電動機と、推進電動機に電力を供給するための蓄電池とを有する船舶であって、
船舶が、船舶底に二重底バラストタンクを有し、二重底バラストタンクが、船舶の幅方向にわたって中央タンクとその両側にそれぞれ形成される左舷側タンク及び右舷側タンクに分割され、左舷側タンクと右舷側タンクにより船舶のヒール調整を行なうように構成されていること、及び
蓄電池が、二重底バラストタンクの左舷側タンク及び右舷側タンクのそれぞれの上方に搭載されていることを特徴とする船舶。
（２）二重底バラストタンクの左舷側タンク及び右舷側タンクが、船舶の長手方向にわたって３つ以上に分割され、船首側タンク及び船尾側タンクにより船舶のトリム調整を行なうように構成されていることを特徴とする（１）に記載の船舶。
（３）蓄電池の容量が１０００ｋＷ以上であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の船舶。
（４）推進電動機が、主機関の補助機関として使用されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の船舶。
（５）主機関が内燃機関であることを特徴とする（４）に記載の船舶。
（６）船舶が内航貨物船であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の船舶。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の船舶は、船体を推進するための推進電動機に十分な電力を供給するために多量の蓄電池を搭載しながら、積荷等のための余剰空間を確保することができ、しかも船舶のヒール調整、さらにはトリム調整を適切に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の船舶として採用可能なハイブリッド推進式船舶の基本構成の概略図である。
【図２】図２は、従来の船舶におけるバラストタンクの配置例を示し、（ａ）は、側方から見た配置、（ｂ）は、上方から見た配置を示す。
【図３】図３は、従来の船舶におけるバラストタンクの配置例を中央断面図で示す。
【図４】図４は、従来の船舶の空荷状態におけるバラストタンクの海水張込箇所を示し、（ａ）は側方から見た海水張込箇所、（ｂ）は、上方から見た海水張込箇所を示す。
【図５】図５は、従来の船舶の空荷状態におけるバラストタンクの海水張込箇所を中央断面図で示す。
【図６】図６は、従来の船舶の積荷満載状態におけるバラストタンクの海水張込箇所を示し、（ａ）は側方から見た海水張込箇所、（ｂ）は、上方から見た海水張込箇所を示す。
【図７】図７は、従来の船舶の積荷満載状態におけるバラストタンクの海水張込箇所を中央断面図で示す。
【図８】図８は、本発明の船舶におけるバラストタンクの配置例を示し、（ａ）は、側方から見た配置、（ｂ）は、上方から見た配置を示す。
【図９】図９は、本発明の船舶におけるバラストタンクの配置例を中央断面図で示す。
【図１０】図１０は、本発明の船舶の空荷状態におけるバラストタンクの海水張込箇所を中央断面図で示す。
【図１１】図１１は、本発明の船舶の積荷満載状態におけるバラストタンクの海水張込箇所を中央断面図で示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の推進用蓄電池を搭載した船舶を説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００１６】
本発明の船舶は、船舶の大きさや種類に関係なく様々な船舶に適用可能であるが、現実的な実現性の観点から総トン数１００Ｔ以上、特に総トン数が１００Ｔ以上５０００Ｔ未満の内航船（特に内航貨物船）を対象とすることが好ましい。
【００１７】
本発明の船舶は、船体を推進するための推進電動機と、推進電動機に電力を供給するための蓄電池とを有するものを対象とし、特に推進電動機が補助機関として機能し、推進電動機とは別に船舶を推進するための主機関（例えば内燃機関）を持つものが好ましい。
【００１８】
まず本発明の船舶として採用可能なハイブリッド推進式船舶の一例の基本構成を図１に示す。図１では、主に各構成部間のエネルギーの流れを説明するため、船尾に主要な構成を集めて概略図が示されている。
【００１９】
図１において、１０は、主機関であり、一般には駆動力の高い内燃機関、例えばディーゼル機関、ＬＮＧ機関が採用される。主機関１０は、クラッチ２０を介して船舶の推進手段３０（例えばプロペラ）に推進力を与えることができる。さらに、主機関１０は、推進手段３０に推進力を与える以外に、クラッチ２０を介して補助機関４０に回転エネルギーを与え、軸発電機として発電させることができる。
【００２０】
クラッチ２０及び推進手段３０は、特に限定されず、船舶に従来使用されているものを適宜採用することができる。推進手段３０は、例えばプロペラが使用され、特にプロペラの翼角（プロペラ・ピッチ）を制御することにより、全速から微速、停止、後進に必要な速度を容易に得ることができる可変ピッチプロペラを使用したものが好ましい。
【００２１】
補助機関４０は、上述のように、軸発電機として機能する以外に、船舶の推進手段３０に推進力を与えるための推進電動機としても機能することができる。補助機関４０が主機関１０から得たエネルギーにより軸発電機として機能する場合は、発電された電気は、インバータ５０を介して整流され、主配電盤６０を経て蓄電池７０に送られて蓄電されるか、又は船内電力として供給されることができる。補助機関４０が蓄電池７０から得たエネルギーにより推進電動機として機能する場合は、主機関１０の代わりに補助機関４０が推進手段３０に推進力を与えることができる。
【００２２】
蓄電池７０は、一回限りではなく充電を行うことにより電気を繰り返し蓄えることができ、しかも繰り返し電気を取り出して使用することができるものであり、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池やリチウムイオンポリマー二次電池などのリチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池などの従来公知の蓄電池を使用することができる。本発明では、蓄電池７０として重量あたりの蓄電量の大きさからリチウムイオン蓄電池を使用することが好ましい。蓄電池７０は、補助機関４０の軸発電機として発電された電気を蓄電でき、また補助機関４０の推進電動機が船舶の推進力として有効に機能でき、あるいは船内電力として電気を供給できる容量を持つことが好ましく、その容量は１０００ｋＷ〜１０００００ｋＷであることが好ましい。
【００２３】
次に、本発明の船舶における蓄電池の搭載位置を考慮したバラストタンクの構造について従来の内航貨物船のバラストタンクの構造と比較して説明する。
【００２４】
（従来船のバラストタンクの構造及び役割）
従来から、船舶、特に貨物船は、積載貨物などの重量物を積載することを第一条件として設計されているため、空荷の状態であると様々な支障が生じる。遭難の危険：船の重心の上昇、復元性低下（転覆し易い）し、喫水低下、横波や横風に対して不安定になる。また、外力に対する応力強度が低下する。衝突の危険として、喫水が下がると船橋視界が妨げられ、自船周囲の死角域が拡大し小型船が見えなくなる。推進効率の低下として、プロペラが水面近くなるので、軸動力が推進力に変換される効率が下がる。甚だしい場合はプロペラが空中に露出してしまう。同じ理由で舵も利きにくくなる。これらを防ぐため、従来から、船内に設けたバラストタンクに海水などを積んでウェイト代わりとし、船体を安定させる対策が取られている。
【００２５】
図２は、従来の一般的な内航貨物船におけるバラストタンクの配置例であり、（ａ）は、側方から見た配置であり、（ｂ）は、上方から見た配置である。図３は、図２の船舶におけるバラストタンクの配置例を中央断面図で示したものである。図において、点線の×で示した部分は、二重底ウォーターバラストタンク（二重底ＷＢＴ）１であり、実線の×で示した部分は、サイドウォーターバラストタンク（サイドＷＢＴ）２である。図からわかるように、二重底ＷＢＴ１は、船舶底に広く設けられ、サイドＷＢＴ２は、二重底ＷＢＴ１の上の船の外壁側の両方に設けられている。
【００２６】
二重底ＷＢＴの役割は、主に船舶の重心を下げるために船舶の喫水の調整にある。船舶が空荷状態の場合に重心上昇による問題を生じないように船舶の喫水を上げるようにバラスト水を張り込んで調整する。
【００２７】
サイドＷＢＴの役割は、主に船舶の横方向の傾きの調整にある。積荷や艤装品、燃料や清水等の消費状況などの様々な要素により船舶は右舷、左舷にヒール（傾く）している。ヒールをそのままにして航行することは、安定航行や積載荷物への影響を鑑みると好ましくないため、サイドＷＢＴにバラスト水を張り込んでヒール調整する。
【００２８】
バラストタンクに水を張り込む主な理由は、前述の通りであり、主に荷物を積載していない状況（空荷）の際に起こりえる様々な外部影響を防ぐためにバラストタンクを活用することとなる。重心低下、復元性向上、推進効率上昇といった主たる目的のためには、なるべく船体下部のタンクに水を張り込むことが望ましいため、従来から前述した二重底ＷＢＴを活用することが多い。また、二重底ＷＢＴと同時にサイドＷＢＴに水を張り込むことにより、更なる重心低下等の好影響の恩恵を受けることも可能ではある。しかし、輸送手段といった側面で船舶を考慮すると、経済価値の無いバラスト水を張り込むことは船の重量を重くし、推進に必要なエネルギーを上昇させる。従って、船の燃費を考える上では最低限必要な量のバラスト水で対応するべきであり、不要なバラスト水の張り込みはマイナス要素であり、避けることが必要である。一般的な内航船であれば台風や異常な低気圧等の異常気象海象を除けば、二重底ＷＢＴに水を張り込めば航海は可能であるケースが多いため、空荷航海時には二重底ＷＢＴのみ水を張り込むケースが多数を占める。
【００２９】
図４は、従来の一般的な内航貨物船の空荷状態におけるバラストタンクの海水張込箇所の例を示し、（ａ）は、側方から見た海水張込箇所、（ｂ）は、上方から見た海水張込箇所である。図５は、従来の一般的な内航貨物船の空荷状態におけるバラストタンクの海水張込箇所の例を中央断面図で示したものである。図において、色付きの部分が海水張込箇所である。図からわかるように、空荷状態では、上述の目的のために、二重底ＷＢＴ１は、船舶の喫水を深くするようにバラスト水で全て張り込まれ、サイドＷＢＴ２は、主に両側とも船舶の横方向の傾斜を考慮しつつ一定量のバラスト水が張り込まれている。
【００３０】
図６は、従来の一般的な内航貨物船の積荷満載状態におけるバラストタンクの海水張込箇所の例を示し、（ａ）は、側方から見た海水張込箇所、（ｂ）は、上方から見た海水張込箇所である。図７は、従来の一般的な内航貨物船の空荷状態におけるバラストタンクの海水張込箇所の例を中央断面図で示したものである。図において、色付きの部分が海水張込箇所である。図からわかるように、積荷満載状態では、上述の目的のために、二重底ＷＢＴ１は、バラスト水で張り込まれる必要はなく、サイドＷＢＴ２は、主に両側とも船舶の横方向の傾斜を調整するためだけの少量のバラスト水が張り込まれている。
【００３１】
（本発明の船舶のバラストタンクの構造及び蓄電池の搭載位置）
本発明の船舶では、上述の従来船のバラストタンクのうちサイドＷＢＴの空間に蓄電池を搭載したことを特徴とする。具体的には、本発明の船舶は、図８，９に示すように、船舶底に二重底ＷＢＴを有し、二重底ＷＢＴが、船舶の幅方向にわたって中央タンク４とその両側にそれぞれ形成される左舷側タンク５及び右舷側タンク６に分割され、左舷側タンク５と右舷側タンク６により船舶のヒール調整を行なうように構成され、推進電動機に電力を供給するための蓄電池３が、二重底ＷＢＴの左舷側タンク５及び右舷側タンク６のそれぞれの上方、特に上方の側方に搭載されていることが特徴である。本発明の船舶では、サイドＷＢＴを蓄電池搭載スペースにしているため、サイドＷＢＴの主たる役割である船体のヒール調整をサイドＷＢＴではできなくなるが、その代わりに二重底ＷＢＴを従来は船の幅方向に２タンクであった構造を３タンク以上設けることによりヒール調整を行うことが可能である。
【００３２】
図８は、本発明の船舶におけるバラストタンクの配置例を示し、（ａ）は、側方から見た海水張込箇所、（ｂ）は、上方から見た海水張込箇所である。図９は、図８の船舶におけるバラストタンクの配置例を中央断面図で示したものである。図において、点線の×で示した部分は二重底ＷＢＴであり、実線の縦線で示した部分は蓄電池３の搭載部分である。図からわかるように、船舶底の二重底ＷＢＴは、船舶の幅方向にわたって中央タンク４とその両側にそれぞれ形成される左舷側タンク５及び右舷側タンク６に分割されており、左舷側タンク５と右舷側タンク６のそれぞれのバラスト水の張り込む量を調整することにより船舶のヒール調整を行うことができるように構成されている。
【００３３】
図１０は、本発明の船舶の空荷状態におけるバラストタンクの海水張込箇所の例を中央断面図で示す。図において、色付きの部分が海水張込箇所である。空荷状態では、上述の目的のためには、図５のように多量のバラスト水をバラストタンクに張り込む必要があるが、図１０からわかるように、本発明の船舶では、蓄電池３が船側の両方にサイドＷＢＴの位置に搭載されているため、その分、船舶の喫水が浅くなり、必要なバラスト水の量が少なくて済む。従って、中央タンク４のみバラスト水が完全に張り込まれるが、左舷側タンク５及び右舷側タンク６に対してはバラスト水は必要量だけ張り込めれば十分であり、これらのタンク５，６は、互いのバラスト水張込量を調整して船舶のヒール調整を行なうように構成されている。
【００３４】
図１１は、本発明の船舶の積荷満載状態におけるバラストタンクの海水張込箇所の例を中央断面図で示す。図において、色付きの部分が海水張込箇所である。積荷満載状態では、上述の目的のためには、図７のようにバラスト水をバラストタンクにほとんど張り込まず、ヒール調整のための必要量だけ張り込むが、図１１からわかるように、本発明の船舶では、中央タンク４はバラスト水を全く張り込まず、左舷側タンク５及び右舷側タンク６に対しては、バラスト水は必要量だけ張り込まれ、これらのタンク５，６は、互いのバラスト水張込量を調整して船舶のヒール調整を行なうように構成されている。
【００３５】
さらに、本発明の船舶は、図８に示すように二重底バラストタンクの左舷側タンク５及び右舷側タンク６が、船舶の長手方向にわたって３つ以上（図では３つ）に分割されることができる。これらの３つ以上に分割された左舷側タンク５のうち船首側タンク５′と船尾側タンク５′′、同様に分割された右舷側タンク６のうち船首側タンク６′と船尾側タンク６′′は、それぞれの互いの海水張込量を適切に調整することにより船舶のトリム調整（船舶の長手方向の水平調整）を行なうことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の船舶は、電動推進機に電力を供給するための蓄電池を多量に搭載した場合であっても積荷等のために必要な余剰空間を確保でき、しかも船体を適切に安定調節することができるので、ハイブリッド推進式船舶の実現に大きく寄与するものである。
【符号の説明】
【００３７】
１      二重底ＷＢＴ
２      サイドＷＢＴ
３      蓄電池
４      中央タンク
５      左舷側タンク
５′    左舷側タンクの船首側タンク
５′′  左舷側タンクの船尾側タンク
６      右舷側タンク
６′    右舷側タンクの船首側タンク
６′′  右舷側タンクの船尾側タンク
１０      主機関
２０      クラッチ
３０      推進手段
４０      補助機関
５０      インバータ
６０      主配電盤
７０      蓄電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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