(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の主機関からの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の一部をバイパスして取り出す取出手段と、取り出した前記加圧空気を、船体の喫水下に設けた空気供給口に供給する空気供給経路と、前記過給機の回転を加勢するモータ手段と、前記取出手段による前記加圧空気の取出量を設定する取出量設定手段と、前記主機関の負荷と前記船舶の喫水を考慮し、前記取出量設定手段による前記取出量の設定に応じて前記モータ手段を制御する制御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制御システム。
【請求項２】
前記制御手段では、前記主機関の前記負荷により定まる前記過給機の掃気圧と、前記船舶の前記喫水により定まる喫水圧を考慮して前記モータ手段を制御する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制御システム。
【請求項３】
前記制御手段では、前記取出量が前記過給機の過給機能力と、前記掃気圧又は前記喫水圧から定まる所定量を越えた場合に前記モータ手段を運転する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制御システム。
【請求項４】
前記所定量を前記掃気圧と前記喫水圧のいずれか高い方と、前記過給機能力より定めたことを特徴とする請求項３に記載の空気潤滑式船舶の空気供給制御システム。
【請求項５】
前記制御手段では、前記過給機から前記主機関までの間の経路に設けた空気冷却機の下流側の前記掃気圧を所定圧に保つように前記モータ手段を制御することを特徴とする請求項２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制御システム。
【請求項６】
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１から請求項５のいずれか１項に記載の空気潤滑式船舶の空気供給制御システム。
【請求項７】
前記制御手段では、前記モータ手段を駆動して前記過給機の回転を加勢した時に、取り出した前記加圧空気の圧力が十分でない場合に、前記アシストブロワを駆動することで、取り出した前記加圧空気を更に加圧することを特徴とする請求項６に記載の空気潤滑式船舶の空気供給制御システム。
【請求項８】
前記制御手段では、前記船舶の喫水に基づいて前記アシストブロワを駆動し、前記主機関の前記負荷に対応して必要な前記加圧空気の前記圧力が十分でない場合に、前記モータ手段を運転することを特徴とする請求項６に記載の空気潤滑式船舶の空気供給制御システム。
【請求項９】
前記過給機が可変ノズルを有し、前記制御手段では、前記モータ手段を駆動する前に、前記可変ノズルを制御することで、前記加圧空気を更に加圧することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の空気潤滑式船舶の空気供給制御システム。
【請求項１０】
前記掃気圧を検出する掃気圧検出器を設けたことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項、又は請求項２を引用する請求項６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制御システム。
【請求項１１】
前記過給機の回転数を検出する過給機回転数検出器を設け、前記回転数と過給機特性とに基づいて前記掃気圧を求めることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項、又は請求項２を引用する請求項６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制御システム。
【請求項１２】
前記加圧空気の前記取出量を、前記船体への取り出した前記加圧空気の供給により達成される省エネルギー量と、前記船体への取り出した前記加圧空気の供給に必要なエネルギー量との関係に基づいて設定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制御システム。
【請求項１３】
複数個設けた前記空気供給口への取り出した前記加圧空気の供給量を制御する複数の供給量制御弁と、前記船舶の前記船体のローリングを検出するローリング検出手段を備え、前記制御手段では、前記ローリング検出手段の検出結果に基づいて複数の前記供給量制御弁を制御して、喫水圧が低い方の前記空気供給口への取り出した前記加圧空気の供給量を減少させることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の空気潤滑式船舶の空気供給制御システム。
【請求項１４】
複数個設けた前記空気供給口への取り出した前記加圧空気の供給量を制御する複数の供給量制御弁と、前記船舶の前記船体のヒールを検出するヒール検出手段を備え、前記制御手段では、前記ヒール検出手段の検出結果に基づいて複数の前記供給量制御弁を制御して、喫水圧が低い方の前記空気供給口への取り出した前記加圧空気の供給量を減少させることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の空気潤滑式船舶の空気供給制御システム。
【請求項１５】
複数個設けた前記空気供給口への取り出した前記加圧空気の供給量を制御する複数の供給量制御弁と、前記船舶の前記船体のピッチングを検出するピッチング検出手段を備え、前記制御手段では、前記ピッチング検出手段の検出結果に基づいて複数の前記供給量制御弁を制御して、喫水圧の変動に応じて前記空気供給口への取り出した前記加圧空気の供給量を増減させることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の空気潤滑式船舶の空気供給制御システム。
【請求項１６】
前記空気供給経路に空気溜を設け、取り出した前記加圧空気の前記空気供給口への供給を安定化したことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の空気潤滑式船舶の空気供給制御システム。
【請求項１７】
前記制御手段では、前記加圧空気の取り出しの開始時に前記空気溜より下流側に設けた経路開閉弁を閉成して、前記取出手段で前記加圧空気を取り出して前記空気溜に溜め、その後に前記経路開閉弁を開成したことを特徴とする請求項１６に記載の空気潤滑式船舶の空気供給制御システム。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の空気潤滑式船舶の空気供給制御システムを前記船舶に搭載したことを特徴とする空気潤滑式船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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制御システム及び空気潤滑式船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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制御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制御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。
また、特許文献４では、船舶の摩擦抵抗低減装置において、電動モータにより駆動される流体機械からの圧縮空気を船底に設けられた噴射口から吐出するとともに、エンジンの排気ガスにより駆動されて圧縮空気をエンジンに供給する過給機から吐出された圧縮空気の一部が噴射口に供給される構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１９３６２４号公報
【特許文献２】特開２００８−２４０５８５号公報
【特許文献３】特開２０１２−１７１５８２号公報
【特許文献４】特開２０１４−１１３８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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出量の設定に応じて過給機を加勢するものはない。
また、特許文献４は、エンジンの負荷と船舶の喫水を考慮し、掃気等の加圧空気の取出量の設定に応じて過給機を加勢するものではない。
【０００６】
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、また、船舶の喫水圧や主機関の負荷に変動が生じても、主機関の運転効率を低下させずに効率よく空気潤滑を行うことができる空気潤滑式船舶の空気供給制御システム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】
【０００７】
請求項１記載に対応した空気潤滑式船舶の空気供給制御システムにおいては、船舶の主機関からの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の一部をバイパスして取り出す取出手段と、取り出した加圧空気を、船体の喫水下に設けた空気供給口に供給する空気供給経路と、過給機の回転を加勢するモータ手段と、取出手段による加圧空気の取出量を設定する取出量設定手段と、主機関の負荷と船舶の喫水を考慮し、取出量設定手段による取出量の設定に応じてモータ手段を制御する制御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、加圧空気の取出量の設定に応じて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を過給機から効率よく取り出すことができる。また、主機関の負荷と船舶の喫水を考慮することによって、船舶の喫水や主機関の負荷に変動が生じても、主機関の運転効率を低下させずに効率よく空気潤滑を行うことができる。
【０００８】
請求項２記載の本発明は、制御手段では、主機関の負荷により定まる過給機の掃気圧と、船舶の喫水により定まる喫水圧を考慮してモータ手段を制御することを特徴とする。請求項２に記載の本発明によれば、掃気圧により主機関の負荷を考慮し、また喫水圧により船舶の喫水を考慮して、加圧空気の取出量の設定に応じてモータ手段によって過給機の回転を加勢することができる。
【０００９】
請求項３記載の本発明は、制御手段では、取出量が過給機の過給機能力と、掃気圧又は喫水圧から定まる所定量を越えた場合にモータ手段を運転することを特徴とする。請求項３に記載の本発明によれば、加圧空気の取出量が、過給機の過給機能力と掃気圧又は喫水圧から定まる所定量を越えて、例えば掃気圧が低下した場合に、モータ手段によって過給機を加勢することで主機関の運転に支障をきたすことがない。また、船舶の積荷量の変動、船速の変化や船体の動揺等のダイナミック変動に対しても空気潤滑を効率よく行うことができる。
【００１０】
請求項４記載の本発明は、所定量を掃気圧と喫水圧のいずれか高い方と、過給機能力より定めたことを特徴とする。請求項３に記載の本発明によれば、掃気圧と喫水圧のいずれか高い方を基準としてモータ手段を運転することで、より確実に、主機関の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
【００１１】
請求項５記載の本発明は、制御手段では、過給機から主機関までの間の経路に設けた空気冷却機の下流側の掃気圧を所定圧に保つようにモータ手段を制御することを特徴とする。請求項５に記載の本発明によれば、掃気圧を所定圧に保つことで主機関の運転効率を低下させずに、空気潤滑を行うことができる。
【００１２】
請求項６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６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加圧空気を更に加圧することができる。
【００１３】
請求項７記載の本発明は、制御手段では、モータ手段を駆動して過給機の回転を加勢した時に、取り出した加圧空気の圧力が十分でない場合に、アシストブロワを駆動することで、取り出した加圧空気を更に加圧することを特徴とする。請求項７に記載の本発明によれば、モータ手段によって過給機の回転を加勢しても加圧空気の圧力が十分でない場合に、アシストブロワによって空気潤滑に適した圧力まで加圧空気を更に加圧することができる。
【００１４】
請求項８記載の本発明は、制御手段では、船舶の喫水に基づいてアシストブロワを駆動し、主機関の負荷に対応して必要な加圧空気の圧力が十分でない場合に、モータ手段を運転することを特徴とする。請求項８に記載の本発明によれば、主機関の負荷に対応して必要な加圧空気の圧力が十分な場合には、先ず喫水に基づいてアシストブロワが駆動されるので、モータ手段の運転頻度を抑え加圧空気の供給に必要なエネルギー量を低減することができる。
【００１５】
請求項９記載の本発明は、過給機が可変ノズルを有し、制御手段では、モータ手段を駆動する前に、可変ノズルを制御することで、加圧空気を更に加圧することを特徴とする。請求項９に記載の本発明によれば、まず可変ノズルによって主機関に適した掃気圧にでき、可変ノズルでは十分な掃気圧にできない場合にモータ手段を駆動することで、エネルギー効率を高めることができる。
【００１６】
請求項１０記載の本発明は、掃気圧を検出する掃気圧検出器を設けたことを特徴とする。請求項１０に記載の本発明によれば、掃気圧検出器を設けることで、掃気圧検出器の検出値を用いて掃気圧を所定圧に精度良く保つことができる。
【００１７】
請求項１１記載の本発明は、過給機の回転数を検出する過給機回転数検出器を設け、回転数と過給機特性とに基づいて掃気圧を求めることを特徴とする。請求項１１に記載の本発明によれば、掃気圧検出器を設けなくても、過給機の回転数と過給機特性から掃気圧を算出し、その算出値を用いて掃気圧を所定圧に保つことができる。
【００１８】
請求項１２記載の本発明は、加圧空気の取出量を、船体への取り出した加圧空気の供給により達成される省エネルギー量と、船体への取り出した加圧空気の供給に必要なエネルギー量との関係に基づいて設定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、エネルギー効率の良い加圧空気の取出量とすることができる。
【００１９】
請求項１３記載の本発明は、複数個設けた空気供給口への取り出した加圧空気の供給量を制御する複数の供給量制御弁と、船舶の船体のローリングを検出するローリング検出手段を備え、制御手段では、ローリング検出手段の検出結果に基づいて複数の供給量制御弁を制御して、喫水圧が低い方の空気供給口への取り出した加圧空気の供給量を減少させることを特徴とする。請求項１３に記載の本発明によれば、船体がローリングにより揺れて傾いても、喫水圧が低い方の空気供給口への加圧空気の供給量を減少させることで空気潤滑を効率よく行える。
【００２０】
請求項１４記載の本発明は、複数個設けた空気供給口への取り出した加圧空気の供給量を制御する複数の供給量制御弁と、船舶の船体のヒールを検出するヒール検出手段を備え、制御手段では、ヒール検出手段の検出結果に基づいて複数の供給量制御弁を制御して、喫水圧が低い方の空気供給口への取り出した加圧空気の供給量を減少させることを特徴とする。請求項１４に記載の本発明によれば、船体がヒールにより傾き続けても、喫水圧が低い方の空気供給口への加圧空気の供給量を減少させることで空気潤滑を効率よく行える。
【００２１】
請求項１５記載の本発明は、複数個設けた空気供給口への取り出した加圧空気の供給量を制御する複数の供給量制御弁と、船舶の船体のピッチングを検出するピッチング検出手段を備え、制御手段では、ピッチング検出手段の検出結果に基づいて複数の供給量制御弁を制御して、喫水圧の変動に応じて空気供給口への取り出した加圧空気の供給量を増減させることを特徴とする。請求項１５に記載の本発明によれば、船体がピッチングにより揺れて喫水圧が変動しても、喫水圧が低い時には空気供給口への加圧空気の供給量を減少させることで空気潤滑を効率よく行える。
【００２２】
請求項１６記載の本発明は、空気供給経路に空気溜を設け、取り出した加圧空気の空気供給口への供給を安定化したことを特徴とする。請求項１６に記載の本発明によれば、実海域において、例えば主機関の負荷変動や船体運動による喫水圧の変動が生じても、空気供給経路の流量変動や圧力変動を緩和することで、主機関に導入される空気量の変動や空気潤滑への圧力や流量の変動を緩和して、効率の高いシステムを提供できる。
【００２３】
請求項１７記載の本発明は、制御手段では、加圧空気の取り出しの開始時に空気溜より下流側に設けた経路開閉弁を閉成して、取出手段で加圧空気を取り出して空気溜に溜め、その後に経路開閉弁を開成したことを特徴とする。請求項１７に記載の本発明によれば、加圧空気の取り出し開始時に、主機関における掃気圧低下を緩和できる。
【００２４】
請求項１８記載に対応した空気潤滑式船舶においては、空気潤滑式船舶の空気供給制御システムを船舶に搭載したことを特徴とする。請求項１８に記載の本発明によれば、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。また、主機関の負荷と船舶の喫水を考慮することによって、船舶の喫水や主機関の負荷に変動が生じても、主機関の運転効率を低下させずに効率よく空気潤滑を行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、加圧空気の取出量の設定に応じて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を過給機から効率よく取り出すことができる。また、主機関の負荷と船舶の喫水を考慮することによって、船舶の喫水や主機関の負荷に変動が生じても、主機関の運転効率を低下させずに効率よく空気潤滑を行うことができる。
【００２６】
また、制御手段では、主機関の負荷により定まる過給機の掃気圧と、船舶の喫水により定まる喫水圧を考慮してモータ手段を制御する場合には、掃気圧により主機関の負荷を考慮し、また喫水圧により船舶の喫水を考慮して、加圧空気の取出量の設定に応じてモータ手段によって過給機の回転を加勢することができる。
【００２７】
また、制御手段では、取出量が過給機の過給機能力と、掃気圧又は喫水圧から定まる所定量を越えた場合にモータ手段を運転する場合には、例えば掃気圧が低下した場合に、モータ手段によって過給機を加勢することで主機関の運転に支障をきたすことがない。また、船舶の積荷量の変動、船速の変化や船体の動揺等のダイナミック変動に対しても空気潤滑を効率よく行うことができる。
【００２８】
また、所定量を掃気圧と喫水圧のいずれか高い方と、過給機能力より定めた場合には、掃気圧と喫水圧のいずれか高い方を基準としてモータ手段を運転することで、より確実に、主機関の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
【００２９】
また、制御手段では、過給機から主機関までの間の経路に設けた空気冷却機の下流側の掃気圧を所定圧に保つようにモータ手段を制御する場合には、掃気圧を所定圧に保つことで主機関の運転効率を低下させずに、空気潤滑を行うことができる。
【００３０】
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加圧空気を更に加圧することができる。
【００３１】
また、制御手段では、モータ手段を駆動して過給機の回転を加勢した時に、取り出した加圧空気の圧力が十分でない場合に、アシストブロワを駆動することで、取り出した加圧空気を更に加圧する場合には、モータ手段によって過給機の回転を加勢しても加圧空気の圧力が十分でない場合に、アシストブロワによって空気潤滑に適した圧力まで加圧空気を更に加圧することができる。
【００３２】
また、制御手段では、船舶の喫水に基づいてアシストブロワを駆動し、主機関の負荷に対応して必要な加圧空気の圧力が十分でない場合に、モータ手段を運転する場合には、先ず喫水に基づいてアシストブロワが駆動されるので、モータ手段の運転頻度を抑え加圧空気の供給に必要なエネルギー量を低減することができる。
【００３３】
また、過給機が可変ノズルを有し、制御手段では、モータ手段を駆動する前に、可変ノズルを制御することで、加圧空気を更に加圧する場合には、まず可変ノズルによって主機関に適した掃気圧にでき、可変ノズルでは十分な掃気圧にできない場合にモータ手段を駆動することで、エネルギー効率を高めることができる。
【００３４】
また、掃気圧を検出する掃気圧検出器を設けた場合には、掃気圧検出器を設けることで、掃気圧検出器の検出値を用いて掃気圧を所定圧に精度良く保つことができる。
【００３５】
また、過給機の回転数を検出する過給機回転数検出器を設け、回転数と過給機特性とに基づいて掃気圧を求める場合には、掃気圧検出器を設けなくても、過給機の回転数と過給機特性から掃気圧を算出し、その算出値を用いて掃気圧を所定圧に保つことができる。
【００３６】
また、加圧空気の取出量を、船体への取り出した加圧空気の供給により達成される省エネルギー量と、船体への取り出した加圧空気の供給に必要なエネルギー量との関係に基づいて設定した場合には、エネルギー効率の良い加圧空気の取出量とすることができる。
【００３７】
また、複数個設けた空気供給口への取り出した加圧空気の供給量を制御する複数の供給量制御弁と、船舶の船体のローリングを検出するローリング検出手段を備え、制御手段では、ローリング検出手段の検出結果に基づいて複数の供給量制御弁を制御して、喫水圧が低い方の空気供給口への加圧空気の供給量を減少させる場合には、船体がローリングにより揺れて傾いても、喫水圧が低い方の空気供給口への取り出した加圧空気の供給量を減少させることで空気潤滑を効率よく行える。
【００３８】
また、複数個設けた空気供給口への取り出した加圧空気の供給量を制御する複数の供給量制御弁と、船舶の船体のヒールを検出するヒール検出手段を備え、制御手段では、ヒール検出手段の検出結果に基づいて複数の供給量制御弁を制御して、喫水圧が低い方の空気供給口への取り出した加圧空気の供給量を減少させる場合には、船体がヒールにより傾き続けても、喫水圧が低い方の空気供給口への加圧空気の供給量を減少させることで空気潤滑を効率よく行える。
【００３９】
また、複数個設けた空気供給口への取り出した加圧空気の供給量を制御する複数の供給量制御弁と、船舶の船体のピッチングを検出するピッチング検出手段を備え、制御手段では、ピッチング検出手段の検出結果に基づいて複数の供給量制御弁を制御して、喫水圧の変動に応じて空気供給口への取り出した加圧空気の供給量を増減させる場合には、船体がピッチングにより揺れて喫水圧が変動しても、喫水圧が低い方の空気供給口への加圧空気の供給量を減少させることで空気潤滑を効率よく行える。
【００４０】
また、空気供給経路に空気溜を設け、取り出した加圧空気の空気供給口への供給を安定化した場合には、実海域において、例えば主機関の負荷変動や船体運動による喫水圧の変動が生じても、空気供給経路の流量変動や圧力変動を緩和することで、主機関に導入される空気量の変動や空気潤滑への圧力や流量の変動を緩和して、効率の高いシステムを提供できる。
【００４１】
また、制御手段では、加圧空気の取り出しの開始時に空気溜より下流側に設けた経路開閉弁を閉成して、取出手段で加圧空気を取り出して空気溜に溜め、その後に経路開閉弁を開成した場合には、加圧空気の取り出し開始時に、主機関における掃気圧低下を緩和できる。
【００４２】
また、本発明によれば、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、また、主機関の負荷と船舶の喫水を考慮することによって、船舶の喫水や主機関の負荷に変動が生じても、主機関の運転効率を低下させずに効率よく空気潤滑を行うことができる空気潤滑式船舶を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態による空気供給制御システムを搭載した空気潤滑式船舶の概略構成図
【図２】同空気潤滑式船舶の空気供給制御システムの概略構成図
【図３】過給機の掃気量と掃気圧の関係を示す図
【図４】圧力と掃気の取出量との関係を示す図（条件１）
【図５】圧力と掃気の取出量との関係を示す図（条件２）
【図６】圧力と掃気の取出量との関係を示す図（条件３）
【図７】圧力と掃気の取出量との関係を示す図（条件４）
【図８】圧力と掃気の取出量との関係を示す図（条件５）
【図９】圧力と掃気の取出量との関係を示す図（条件２（圧力低下許容範囲考慮））
【図１０】主機関の任意の負荷における掃気圧（圧力）と掃気の取出量との関係を示す図
【図１１】他の例による圧力と掃気の取出量との関係を示す図（条件３）
【図１２】他の例による圧力と掃気の取出量との関係を示す図（条件５）
【図１３】掃気の取出量の算出方法を示す図
【図１４】本発明の他の実施形態による空気潤滑式船舶の空気供給制御システムのブロック図
【発明を実施するための形態】
【００４４】
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制御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制御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制御システムの概略構成図である。
【００４５】
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の喫水下の船底３に設けている。空気供給口４から船体１の船底３に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のみならず、船側や船首部２など、複数の部位に組み合わせて設けてもよい。
【００４６】
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に送ることが可能である。
【００４７】
次に、図２を用いて同空気潤滑式船舶の空気供給制御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掃気圧を制御することができる。
なお、可変ノズル２３を用いずに空気供給制御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。
【００４８】
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よりも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、高温の空気が継続的に供給されることによる船体１の塗膜劣化も防止することができる。
【００４９】
取り出した加圧空気は、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絞り量可変の取出バルブ３２と、空気供給経路３１の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。モータ手段５１を駆動して過給機２０の回転を加勢しても取り出した加圧空気の圧力が十分でない場合に、過給機２０により加圧された加圧空気を更にアシストブロワ３３で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、多くの空気を空気供給口４に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。
【００５０】
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、取出バルブ３２より上流側の過給機２０に近い空気供給経路３１には、掃気圧を検出する掃気圧検出器４１を設けている。なお、掃気圧検出器４１は空気冷却機２４と主機関１０との間の掃気経路に設けてもよい。過給機２０に近い空気供給経路３１は、取出バルブ３２の上流側であるため、掃気経路とほぼ等しい掃気圧の計測が可能である。また、空気供給経路３１と掃気経路の双方の経路に掃気圧検出器４１を設けることも可能である。双方の経路に掃気圧検出器４１を設けた場合は、平均化処理等によりより精度良く掃気圧の検出が可能となる。また、既存の主機関１０や過給機２０に本空気供給制御システムを適用する場合は、掃気圧検出器４１は空気供給経路３１に設けた方が、作業が容易である。
【００５１】
また、本実施形態による空気供給制御システムは、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時などは、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。アシストブロワ３３を使用しないときには、バイパス経路３５に設けたバイパス経路選択手段３６を開成し、アシストブロワ３３の前後に設けたバイパス経路選択手段３６を閉成する。また、アシストブロワ３３を使用するときには、バイパス経路３５に設けたバイパス経路選択手段３６を閉成し、アシストブロワ３３の前後に設けたバイパス経路選択手段３６を開成する。これらの制御は、アシストブロワ３３の運転と連動して行われる。
【００５２】
また、大気から吸い込んだ空気をアシストブロワ３３へ送る大気吸込経路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。アシストブロワ３３で大気から空気を吸い込み空気供給口４へ空気を供給する場合は、大気吸込経路選択手段３８を開成するとともに、バイパス経路３５に設けたバイパス経路選択手段３６とアシストブロワ３３の前に設けたバイパス経路選択手段３６を閉成し、アシストブロワ３３の後に設けたバイパス経路選択手段３６を開成する。この場合、取出バルブ３２も閉成し加圧空気の取り出しは行わない。大気からの空気をアシストブロワ３３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、大気からの空気を船底３から放出することができ、例えば主機関１０の負荷が低く空気量が不足する場合や喫水圧が低い場合等には、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。
【００５３】
本実施形態による空気供給制御システムは、過給機２０の回転を加勢するモータ手段５１と、取出バルブ３２を動作させて加圧空気の一部を取り出す取出手段５２と、取出手段５２による加圧空気の取出量を設定する取出量設定手段５３と、主機関１０の負荷と船舶の喫水を考慮して取出量設定手段５３による取出量の設定に応じてモータ手段５１を制御する制御手段５４を備えている。取出量設定手段５３は、取出量ゼロの設定が可能であり、空気潤滑の運転／停止の設定機能を併せて有している。
モータ手段５１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できる。また、加勢が不要な場合はモータ手段５１を発電機として利用し、回生電力を得ることもできる。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あるため、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５１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。
【００５４】
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の一部を取り出し、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５１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５１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ても対応できる。
【００５５】
取出バルブ３２を開成して加圧空気の一部を取り出す場合、モータ手段５１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出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５１や可変ノズル２３を利用しても、喫水圧が高くなり取り出した加圧空気の圧力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。
【００５６】
制御手段５４は、取出量設定手段５３での加圧空気の取出量の設定に従ってモータ手段５１を制御する。取出量設定手段５３によって空気潤滑の運転設定が行われ、取出量が所定量を越えた場合に、モータ手段５１は制御される。このように、加圧空気の取出量の設定に応じてモータ手段５１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。
【００５７】
取出量設定手段５３によって空気潤滑の運転設定が行われていない場合には、モータ手段５１は運転、制御されない。また、取出量設定手段５３によって空気潤滑の運転設定が行われていても、取出量が設定された所定量を越えない場合には、モータ手段５１は運転、制御されない。しかし、取出量設定手段５３によって空気潤滑の運転設定が行われていない場合に、空気潤滑以外の目的でモータ手段５１を制御することを妨げるものではない。
取出量設定手段５３は、例えば空気潤滑を行うか、行わないかを選択するスイッチや取出バルブ３２の開閉スイッチを一体的に設けて構成することができる。また、取出量設定手段５３は、主機関１０の運転状態や空気潤滑式船舶の航行状態が決められた条件となった場合、自動的に空気潤滑を開始／停止する形式であってもよい。例えば、主機関１０の回転数や船速に各々閾値を設けて、入港時や停泊時には主機関１０の回転数や船速が閾値以下であることを検出して空気潤滑を自動的に停止し、外洋に出て回転数や船速度が閾値以上となったことを検出して空気潤滑を自動的に開始することができる。
【００５８】
制御手段５４では、加圧空気の取出量が取出量設定手段５３によって設定された所定量を越えた時に、モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢する。このように、加圧空気の取出量が所定量を越えて掃気圧が低下しかけた場合に、モータ手段５１によって過給機２０を加勢することで主機関１０の運転に支障をきたすことがない。
【００５９】
また、制御手段５４では、掃気圧を所定圧に保つようにモータ手段５１を制御する。このように、掃気圧を所定圧に保つことで主機関１０の運転効率を低下させずに、空気潤滑を行うことができる。
ここで、所定圧は、過給機２０の過給機能力と、掃気圧又は喫水圧に基づいて定める。掃気圧は主機関１０の負荷により定まり、喫水圧は船舶の喫水により定まる。
従って、船舶の喫水や主機関１０の負荷の変動が生じても、主機関１０の運転効率を低下させずに、空気潤滑を行うことができる。
【００６０】
また、制御手段５４では、モータ手段５１を駆動して掃気圧を所定圧とした時に、取り出した加圧空気の圧力が十分でない場合に、アシストブロワ３３を駆動することで、取り出した加圧空気を更に加圧する。
従って、掃気圧を所定圧に保ちつつ、アシストブロワ３３によって空気潤滑に適した圧力まで加圧空気を更に加圧することができる。
【００６１】
また、制御手段５４では、モータ手段５１を駆動する前に、可変ノズル２３を制御することで、加圧空気を更に加圧する。
従って、まず可変ノズル２３によって主機関１０に適した掃気圧にでき、可変ノズル２３では十分な掃気圧にできない場合にモータ手段５１を駆動することで、エネルギー効率を高めることができる。
【００６２】
制御手段５４には、掃気圧検出器４１からの検出値が入力され、制御手段５４では、検出される掃気圧が所定圧となるようにモータ手段５１を駆動する。
掃気圧検出器４１を設ける代わりに、過給機２０の回転数を検出する過給機回転数検出器４２を設けてもよい。
過給機２０の回転数と過給機特性と経路抵抗とに基づいて掃気圧を求めることができ、過給機回転数検出器４２で検出される回転数から掃気圧を算出することができる。ここで、経路抵抗には、可変ノズル２３による抵抗の他に、過給機２０と主機関１０との間の経路による抵抗、及び空気供給経路３１全体の抵抗が含まれる。
【００６３】
加圧空気の取出量は、船体１への取り出した加圧空気の供給により達成される省エネルギー量と、船体１への取り出した加圧空気の供給に必要なエネルギー量との関係に基づいて設定することで、エネルギー効率の良い最適掃気取出量とすることができる。なお、前述したように主機関１０の負荷や船舶の喫水圧によって必要なエネルギー量が変動するところ、省エネルギー量も変動し、この最適掃気取出量も主機関１０の負荷や船舶の喫水圧により変動する。
【００６４】
なお、主機関１０の負荷は、負荷検出手段４３で検出する。負荷検出手段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。負荷検出手段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。
負荷検出手段４３で検出された主機関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力も十分な場合が多いが、負荷が低い場合は、加圧空気の量や圧力が不足しがちである。このような場合に、モータ手段５１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。
【００６５】
また、主機関１０の始動時に負荷検出手段４３で負荷の立ち上がりを検出し、モータ手段５１で主機関１０の始動にも対応できる。
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５１で過給機２０の回転を加勢することができる。
【００６６】
船舶の喫水圧は、船体１に設けた喫水圧検出手段４４で検出する。負荷検出手段４３からの検出値及び喫水圧検出手段４４からの検出値は制御手段５４に入力され、掃気圧の所定圧が決定される。なお、負荷検出手段４３は、主機関１０の回転数とトルクから負荷を算出する手段、主機関１０のガバナー１３の設定値から負荷を求める手段等を含むものとする。また、喫水圧検出手段４４には、載荷量から喫水を求める手段を含むものとする。
【００６７】
取出量設定手段５３で設定する加圧空気の取出量は、船舶の喫水に応じて変化させる。すなわち、取出量設定手段５３で設定する所定量は、喫水圧検出手段４４で検出される船舶の喫水圧に応じて変化させる。所定量を船舶の喫水に応じて変化させることで、載荷量の大小により喫水が変化する場合のみならず、船体１の動揺等のダイナミック変動に対しても空気潤滑を効率よく行うことができる。なお、「喫水に応じて」とは喫水圧検出手段４４を用いずに、喫水の大小に関連する載荷量に応じた所定量を予め定めておいて、載荷量を設定することに連動して適正量を自動設定すること等も含むものとする。
【００６８】
また、本実施形態による空気供給制御システムは、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、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。
【００６９】
また、分岐路３９の途中に分岐路３９を開閉する経路開閉弁３４を設けている。経路開閉弁３４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、経路開閉弁３４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ることができる。また、波浪中において船体１が傾き、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経路開閉弁３４の開度を絞るか、又は閉成することによって、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量を減らすか、又は放出を止めて、取り出した加圧空気が無駄に消費されることを防止できる。
【００７０】
また、空気潤滑を行わない時に経路開閉弁３４によって分岐路３９を閉成することにより、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。
経路開閉弁３４を操作した空気供給口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、モータ手段５１を適宜、調節あるいは運転して対応できる。
【００７１】
空気供給経路３１には、空気溜５５を設けている。空気溜５５を設けることで、取り出した加圧空気の空気供給口４への供給を安定させることができる。すなわち、実海域において、主機関１０の負荷変動や船体運動による喫水圧の変動が生じても、空気供給経路３１の流量変動や圧力変動を緩和することで、主機関１０に導入される空気量の変動や空気潤滑への圧力や流量の変動を緩和して、安定した効率の高いシステムを提供できる。
制御手段５４では、加圧空気の取り出しの開始時、すなわち取出バルブ３２の開成時に、空気溜５５より下流側に設けた経路開閉弁３４を閉成して、取出手段５２で取出バルブ３２を徐々に開成して加圧空気の一部を取り出して空気溜５５に溜める。空気溜５５の圧力が上昇しきった後に経路開閉弁３４を開成することで、加圧空気の取り出し開始時に、主機関１０における掃気圧の過度な低下を緩和できる。
【００７２】
空気供給経路３１には流量センサ４５ａを設け、分岐路３９にはそれぞれ流量センサ４５ｂを設けている。流量センサ４５ａは空気供給経路３１を流れる加圧空気の量を検出し、流量センサ４５ｂはそれぞれの分岐路３９を流れる加圧空気の量を検出する。
流量センサ４５ａ、流量センサ４５ｂで検出された流量値は制御手段５４に伝えられ、空気潤滑の空気量制御に使用される。なお、流量センサ４５aは、より上流側の空気供給経路３１に設けてもよいが、図２に示す位置に設けることにより、アシストブロワ３３を使用する／しない、大気からの空気吸い込みを行う/行わない等の場合に対応して、共通的に１つの流量センサ４５aで対応することができる。流量センサ４５a、流量センサ４５ｂは質量流量センサであることが好ましいが体積流量センサでもよい。質量流量センサとしては熱線式流量センサ等が、また体積流量センサとしては渦流型流量センサ等が利用可能である。
【００７３】
図３に、過給機の掃気量と掃気圧の関係を示す。
掃気の一部を加圧空気として取り出すと、過給機２０の回転数は低下し、掃気圧が低下するとともに主機関１０への空気量が減少する。
過給機２０を通過する空気は、主機関１０にとって性能、信頼性を保証する上で重要であり、その空気量は適正に確保されねばならない。主機関１０で必要な空気量の確保に当たっては、掃気を利用する場合のみならず給気を利用する場合も含めて、空気冷却機２４以降の掃気圧を適正に保つように制御することが好ましい。従って、高効率な特性点で過給機２０を作動させるために、モータ手段５１で過給機２０の回転数を上げることで、図３に示すように、主機関１０に必要な掃気圧を維持するように制御する。
【００７４】
図４から図９は圧力と掃気の取出量との関係を示す図であり、縦軸は圧力、横軸は掃気の取出量ΔＱである。
図４から図９を用いて、制御手段５４によるモータ手段５１及びアシストブロワ３３に対する制御の例を説明する。主機関１０の負荷と船舶の喫水は変動するので、制御手段５４は、主機関１０の負荷と船舶の喫水を考慮し、掃気の取出量に応じてモータ手段５１及びアシストブロワ３３を制御する。
【００７５】
図４は、船舶の喫水が小さく、かつ主機関１０が低負荷運転時の場合である（条件１）。
条件１において、主機関１０の性能及び信頼性を維持するために必要な掃気圧（以下、「必要掃気圧」という）はＰｓｏ１であり、喫水圧はＰｄＬである。なお、喫水圧ＰｄＬは、喫水に応じて空気供給口４から船底３に空気を気泡として放出するために必要な圧力、すなわち喫水からの必要圧でもある。このように、必要掃気圧Ｐｓｏ１及び喫水圧ＰｄＬは、条件１により定まる。条件１においては、必要掃気圧Ｐｓｏ１よりも、喫水圧ＰｄＬのほうが高い。
図４中の実線で示す斜線αは、過給機２０の特性による掃気圧（可変ノズル２３込み）を示す。また、ΔＱ０１は最適な掃気の取出量を示している。なお、最適な掃気の取出量の算出方法については後述する。
【００７６】
掃気の取出量ΔＱが取出量ΔＱ１１までは、過給機２０の余剰能力による掃気圧が必要掃気圧Ｐｓｏ１及び喫水圧ＰｄＬを上回り、掃気を取り出すことができる（区間Ｘ1）。
掃気の取出量ΔＱが増加して取出量ΔＱ１１を越えた場合には、過給機２０の余剰能力による掃気圧が喫水圧ＰｄＬを下回ってしまうので、制御手段５４はモータ手段５１を駆動させる。モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢することで、掃気圧が喫水圧ＰｄＬを上回り、掃気を取り出すことができる（区間Ｙ１）。このように制御手段５４では、掃気の取出量ΔＱが、過給機２０の過給機能力と、喫水圧ＰｄＬから定まる所定量（取出量ΔＱ１１）を越えた場合にモータ手段５１を運転する。なお、条件１では必要掃気圧Ｐｓｏ１よりも喫水圧ＰｄＬのほうが高いため、所定量（取出量ΔＱ１１）は、喫水圧ＰｄＬと過給機２０の過給機能力とから定められる。必要掃気圧Ｐｓｏ１と喫水圧ＰｄＬのいずれか高い方を基準としてモータ手段５１を運転することで、より確実に、主機関１０の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
掃気の取出量ΔＱが更に増加して取出量ΔＱ２１を越えた場合には、モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢したときの最大掃気圧（モータアシストの限界圧）が喫水圧ＰｄＬを下回ってしまうので、制御手段５４はアシストブロワ３３を駆動させる。取り出した加圧空気をアシストブロワ３３で更に加圧することで、取り出した加圧空気の圧力が喫水圧ＰｄＬを上回り、空気潤滑として適正な空気量を空気供給口４から供給することができる（区間Ｚ１）。
掃気の取出量ΔＱが更に増加して取出量ΔＱ３１を越えた場合には、モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢したときの最大掃気圧が必要掃気圧Ｐｓｏ１を下回ってしまうので、掃気の取り出しができなくなる（区間Ｎ１）。したがって、空気潤滑を行うことができるのは、取出量ΔＱ３１を越えない範囲までである。なお、仮にアシストブロワ３３を備えない場合には、空気潤滑を行うことができるのは、取出量ΔＱ２１を越えない範囲までである。
このように制御手段５４では、主機関１０の負荷により定まる過給機２０の掃気圧と、船舶の喫水により定まる喫水圧を考慮してモータ手段５１及びアシストブロワ３３を制御する。したがって、船舶の喫水や主機関１０の負荷に変動が生じても、主機関１０の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
【００７７】
図５は、船舶の喫水が小さく、かつ主機関１０が中負荷運転時の場合である（条件２）。  条件２において、必要掃気圧はＰｓｏ２であり、喫水圧はＰｄＬである。必要掃気圧Ｐｓｏ２及び喫水圧ＰｄＬは条件２により定まる。条件２においては、必要掃気圧Ｐｓｏ２のほうが、喫水圧ＰｄＬよりも高い。
図５中の実線で示す斜線αは過給機２０の特性による掃気圧（可変ノズル２３込み）を示す。また、ΔＱ０２は最適な掃気の取出量を示している。
【００７８】
掃気の取出量ΔＱが取出量ΔＱ１２までは、過給機２０の余剰能力による掃気圧が必要掃気圧Ｐｓｏ２及び喫水圧ＰｄＬを上回り、掃気を取り出すことができる（区間Ｘ２）。
掃気の取出量ΔＱが増加して取出量ΔＱ１２を越えた場合には、過給機２０の余剰能力による掃気圧が必要掃気圧Ｐｓｏ２を下回ってしまうので、制御手段５４はモータ手段５１を駆動させる。モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢することで、必要掃気圧Ｐｓｏ２が維持され、掃気を取り出すことができる（区間Ｙ２）。このように制御手段５４では、掃気の取出量ΔＱが、過給機２０の過給機能力と、必要掃気圧Ｐｓｏ２から定まる所定量（取出量ΔＱ１２）を越えた場合にモータ手段５１を運転する。なお、条件２では必要掃気圧Ｐｓｏ２のほうが喫水圧ＰｄＬよりも高いため、所定量（取出量ΔＱ１２）は、必要掃気圧Ｐｓｏ２と過給機２０の過給機能力とから定められる。必要掃気圧Ｐｓｏ２と喫水圧ＰｄＬのいずれか高い方を基準としてモータ手段５１を運転することで、より確実に、主機関１０の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
掃気の取出量ΔＱが更に増加して取出量ΔＱ２２を越えた場合には、モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢したときの最大掃気圧が必要掃気圧Ｐｓｏ２を下回ってしまうので、掃気の取り出しができなくなる（区間Ｎ２）。なお、アシストブロワ３３は、取り出した加圧空気を更に加圧するものであり、取り出す前の加圧空気（掃気）を加圧することはできない。したがって、空気潤滑を行うことができるのは、取出量ΔＱ２２を越えない範囲までである。
このように制御手段５４では、主機関１０の負荷により定まる過給機２０の掃気圧と、船舶の喫水により定まる喫水圧を考慮してモータ手段５１及びアシストブロワ３３を制御する。したがって、船舶の喫水や主機関１０の負荷に変動が生じても、主機関１０の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
【００７９】
図６は、船舶の喫水が大きく、かつ主機関１０が低負荷運転時の場合である（条件３）。条件３において、必要掃気圧はＰｓｏ３であり、喫水圧はＰｄＨである。必要掃気圧Ｐｓｏ３及び喫水圧ＰｄＨは条件３により定まる。条件３においては、必要掃気圧Ｐｓｏ３よりも、喫水圧ＰｄＨのほうが高い。
図６中の実線で示す斜線αは過給機２０の特性による掃気圧（可変ノズル２３込み）を示す。また、ΔＱ０３は最適な掃気の取出量を示している。
【００８０】
掃気の取出量ΔＱが取出量ΔＱ１３より多く取出量ΔＱ２３より少ない場合であっても、過給機２０の余剰能力による掃気圧が喫水圧ＰｄＨを下回ってしまうので、制御手段５４はモータ手段５１を駆動させる。モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢することで、掃気圧が喫水圧ＰｄＨを上回り、空気潤滑として適正な空気量を空気供給口４から供給することができる（区間Ｙ３）。このように制御手段５４では、掃気の取出量ΔＱが、過給機２０の過給機能力と、喫水圧ＰｄＨから定まる所定量（取出量ΔＱ１３）を越えた場合にモータ手段５１を運転する。なお、条件３では必要掃気圧Ｐｓｏ３よりも喫水圧ＰｄＨのほうが高いため、所定量（取出量ΔＱ１３）は、喫水圧ＰｄＨと過給機２０の過給機能力とから定められる。必要掃気圧Ｐｓｏ３と喫水圧ＰｄＨのいずれか高い方を基準としてモータ手段５１を運転することで、より確実に、主機関１０の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
掃気の取出量ΔＱが増加して取出量ΔＱ２３を越えた場合には、モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢したときの最大掃気圧が喫水圧ＰｄＨを下回ってしまうので、制御手段５４はアシストブロワ３３を駆動させる。取り出した加圧空気をアシストブロワ３３で更に加圧することで、取り出した加圧空気の圧力が喫水圧ＰｄＨを上回り、空気潤滑として適正な空気量を空気供給口４から供給することができる（区間Ｚ３）。
掃気の取出量ΔＱが更に増加して取出量ΔＱ３３を越えた場合には、取り出した加圧空気をアシストブロワ３３で更に加圧したときの最大圧力（ブロワアシストの限界圧）が喫水圧ＰｄＨを下回ってしまうので、空気潤滑として適正な空気量を空気供給口４から供給することができなくなる（区間Ｎ３）。したがって、空気潤滑を行うことができるのは、取出量ΔＱ３３を越えない範囲までである。なお、仮にアシストブロワ３３を備えない場合には、空気潤滑を行うことできるのは、取出量ΔＱ２３を越えない範囲までである。
このように制御手段５４では、主機関１０の負荷により定まる過給機２０の掃気圧と、船舶の喫水により定まる喫水圧を考慮してモータ手段５１及びアシストブロワ３３を制御する。したがって、船舶の喫水や主機関１０の負荷に変動が生じても、主機関１０の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
【００８１】
図７は、船舶の喫水が大きく、かつ主機関１０が高負荷運転時の場合である（条件４）。  条件４において、必要掃気圧はＰｓｏ４であり、喫水圧はＰｄＨである。必要掃気圧Ｐｓｏ４及び喫水圧ＰｄＨは条件４により定まる。条件４においては、必要掃気圧Ｐｓｏ４のほうが、喫水圧ＰｄＨよりも高い。
図７中の実線で示す斜線αは過給機２０の特性による掃気圧（可変ノズル２３込み）を示す。また、ΔＱ０４は最適な掃気の取出量を示している。
【００８２】
掃気の取出量ΔＱが取出量ΔＱ１４までは、過給機２０の余剰能力による掃気圧が必要掃気圧Ｐｓｏ４及び喫水圧ＰｄＨを上回り、掃気を取り出すことができる（区間Ｘ４）。
掃気の取出量ΔＱが増加して取出量ΔＱ１４を越えた場合には、過給機２０の余剰能力による掃気圧が必要掃気圧Ｐｓｏ４を下回ってしまうので、制御手段５４はモータ手段５１を駆動させる。モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢することで、必要掃気圧Ｐｓｏ４が維持され、掃気を取り出すことができる（区間Ｙ４）。このように制御手段５４では、掃気の取出量ΔＱが、過給機２０の過給機能力と、必要掃気圧Ｐｓｏ４から定まる所定量（取出量ΔＱ１４）を越えた場合にモータ手段５１を運転する。なお、条件４では必要掃気圧Ｐｓｏ４のほうが喫水圧ＰｄＨよりも高いため、所定量（取出量ΔＱ１４）は、必要掃気圧Ｐｓｏ４と過給機２０の過給機能力とから定められる。必要掃気圧Ｐｓｏ４と喫水圧ＰｄＨのいずれか高い方を基準としてモータ手段５１を運転することで、より確実に、主機関１０の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
掃気の取出量ΔＱが更に増加して取出量ΔＱ２４を越えた場合には、モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢したときの最大掃気圧が必要掃気圧Ｐｓｏ４を下回ってしまうので、掃気の取り出しができなくなる（区間Ｎ４）。なお、アシストブロワ３３は、取り出した加圧空気を更に加圧するものであり、取り出す前の加圧空気（掃気）を加圧することはできない。したがって、空気潤滑を行うことができるのは、取出量ΔＱ２４を越えない範囲までである。
このように制御手段５４では、主機関１０の負荷により定まる過給機２０の掃気圧と、船舶の喫水により定まる喫水圧を考慮してモータ手段５１及びアシストブロワ３３を制御する。したがって、船舶の喫水や主機関１０の負荷に変動が生じても、主機関１０の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
【００８３】
図８は、船舶の喫水が大きく、かつ主機関１０が中負荷運転時の場合である（条件５）。  条件５において、必要掃気圧はＰｓｏ５であり、喫水圧はＰｄＨである。必要掃気圧Ｐｓｏ５及び喫水圧ＰｄＨは条件５により定まる。条件５においては、必要掃気圧Ｐｓｏ５よりも、喫水圧ＰｄＨのほうが高い。
図８中の実線で示す斜線αは過給機２０の特性による掃気圧（可変ノズル２３込み）を示す。また、ΔＱ０５は最適な掃気の取出量を示している。
【００８４】
掃気の取出量ΔＱが取出量ΔＱ１５より多く取出量ΔＱ２５より少ない場合であっても、過給機２０の余剰能力による掃気圧が喫水圧ＰｄＨを下回ってしまうので、制御手段５４はモータ手段５１を駆動させる。モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢することで、掃気圧が喫水圧ＰｄＨを上回り、空気潤滑として適正な空気量を空気供給口４から供給することができる（区間Ｙ５）。このように制御手段５４では、掃気の取出量ΔＱが、過給機２０の過給機能力と、喫水圧ＰｄＨから定まる所定量（取出量ΔＱ１５）を越えた場合にモータ手段５１を運転する。なお、条件５では必要掃気圧Ｐｓｏ５よりも喫水圧ＰｄＨのほうが高いため、所定量（取出量ΔＱ１５）は、喫水圧ＰｄＨと過給機２０の過給機能力とから定められる。必要掃気圧Ｐｓｏ５と喫水圧ＰｄＨのいずれか高い方を基準としてモータ手段５１を運転することで、より確実に、主機関１０の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
掃気の取出量ΔＱが増加して取出量ΔＱ２５を越えた場合には、モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢したときの最大掃気圧が喫水圧ＰｄＨを下回ってしまうので、制御手段５４はアシストブロワ３３を駆動させる。取り出した加圧空気をアシストブロワ３３で更に加圧することにで、取り出した加圧空気の圧力が喫水圧ＰｄＨを上回り、空気潤滑として適正な空気量を空気供給口４から供給することができる（区間Ｚ５）。
掃気の取出量ΔＱが更に増加して取出量ΔＱ３５を越えた場合には、取り出した加圧空気をアシストブロワ３３で更に加圧したときの最大圧力が喫水圧ＰｄＨを下回ってしまうので、空気潤滑として適正な空気量を空気供給口４から供給することができなくなる（区間Ｎ５）。したがって、空気潤滑を行うことができるのは、取出量ΔＱ３５を越えない範囲までである。なお、仮にアシストブロワ３３を備えない場合には、空気潤滑を行うことができるのは、取出量ΔＱ２５を越えない範囲までである。
このように制御手段５４では、主機関１０の負荷により定まる過給機２０の掃気圧と、船舶の喫水により定まる喫水圧を考慮してモータ手段５１及びアシストブロワ３３を制御する。したがって、船舶の喫水や主機関１０の負荷に変動が生じても、主機関１０の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
【００８５】
図９を用いて、掃気を取り出すにあたって、必要掃気圧からの圧力低下許容範囲を考慮した場合を説明する。なお、条件２（図５）を例にして説明する。
取出量設定手段５３には、必要掃気圧Ｐｓｏ２から所定の圧力低下許容幅βを持たせている。なお、圧力低下許容幅βは、主機関１０の特性や最適取出量ΔＱ０１から定める。
したがって、掃気の取出量ΔＱが増加して取出量ΔＱ２２を越え、モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢したときの最大掃気圧が必要掃気圧Ｐｓｏ２を下回った場合であっても、圧力低下許容幅βの下限を下回らない範囲までは掃気を取り出すことができる（区間Ｅ２）。すなわち、掃気の取り出し量の限度が右にシフトし、必要掃気圧Ｐｓｏ２の圧力低下許容幅βの範囲で掃気の取出量を増大させることができる。
【００８６】
図１０に主機関の任意の負荷における掃気圧（圧力）と掃気の取出量との関係を示す。
図４から図９を用いて、モータ手段５１及びアシストブロワ３３に対する制御手段５４の制御の例を説明したが、あらためて図１０を用いて、掃気の取り出しによる掃気圧の低下を防ぎ、主機関１０に必要な掃気圧を維持する方法を説明する。
図１０において、Ｐｓ０は任意の負荷における主機関１０の必要掃気圧（圧力）、Ｐｄ１はノーマルバラスト喫水圧、Ｐｄ２はＨｅａｖｙバラスト喫水圧、Ｐｄ３は満載喫水圧を示している。
【００８７】
必要掃気圧Ｐｓ０が喫水圧Ｐｄ１，Ｐｄ２より高い場合、つまり主に船舶がバラストコンディションの場合には、掃気の取出量をΔＱ１とすると、この掃気の取出量ΔＱ１による掃気圧の低下は、まず可変ノズル２３で補う。
可変ノズル２３を一定にして掃気の取り出しを始めると掃気圧は下がろうとするが、掃気圧が下がらないように制御するのが基本である。 掃気圧は主機関１０の負荷出力によっても上がり下がりするので、負荷出力に応じた掃気圧となるよう制御する。例えば、任意の負荷出力、可変ノズル２３の位置におけるバイパス時の掃気圧を予め求めておき制御する。
更に掃気の取出量を増加させ、取出量ΔＱ２とすると、掃気圧は低下するが、モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢することで、必要掃気圧Ｐｓ０を維持することができる。
【００８８】
必要掃気圧Ｐｓ０が喫水圧Ｐｄ３より低い場合、つまり主に船舶が満載条件の場合には、まず可変ノズル２３にて掃気圧を上昇させ、次にモータ手段５１で過給機２０の回転を加勢する。しかし、主機関１０に必要な必要掃気圧Ｐｓ０が満たされても、空気潤滑として適正な空気量を供給する上で、掃気圧が喫水圧より低いため、取り出した加圧空気をアシストブロワ３３で更に加圧する。
【００８９】
このように、制御手段５４では、掃気の取出量が所定量を越えた場合にモータ手段５１が過給機２０を加勢するように制御することで、主機関１０の運転に支障をきたすことがない。
この所定量とは、例えば図１０においては掃気の取出量ΔＱ１が相当する。このΔＱ１を越えて掃気の取出量が設定されると、可変ノズル２３で改善できる掃気圧が右肩下がりとなっているところ、必要掃気圧Ｐｓ０を維持するためにモータ手段５１が運転され掃気圧を補う。
また、その所定量を喫水に応じて変化させることで、船舶の積荷量の変動、船速の変化や船体の動揺等のダイナミック変動に対しても空気潤滑を効率よく行うことができる。ここで所定量を喫水に応じて変化させるとは、例えば図１０において、バラスト状態では喫水圧Ｐｄ２での空気潤滑を行う際に必要掃気圧Ｐｓ０でよかったものが、満載喫水圧Ｐｄ３の場合は空気潤滑に必要な空気圧も上がるため、モータ手段５１が運転される運転開始の掃気の取出量（所定量）を小さく設定し、低くなり過ぎない掃気圧を利用することをいう。
なお、上記の説明では取出量ΔＱ１を越えたらモータ手段５１を運転し過給機２０を加勢する制御の説明を行ったが、これは必要掃気圧Ｐｓ０を下回ったらモータ手段５１を運転し過給機２０を加勢するということと技術的に等価である。この点に関しては、図１０に示されるように、過給機２０の特性による掃気圧（可変ノズル２３込み）を表す斜線αに対し、取出量ΔＱ１と必要掃気圧Ｐｓ０とは１対１で対応している点から明らかである。また、取出量ΔＱ１と必要掃気圧Ｐｓ０以外の取出量と必要掃気圧についても同様である。
なお、可変ノズル２３とモータ手段５１のみを利用して満載条件の喫水圧Ｐｄ３を満たすことができるシステムや運転条件の場合においては、アシストブロワ３３を使用しないシステムや運転状態があり得る。また、可変ノズル２３を用いない過給機２０や可変ノズル２３の付いていない既存船への適用の場合に、モータ手段５１とアシストブロワ３３のみでの空気潤滑を行う場合や、モータ手段５１のみで空気潤滑を行う場合があり得る。
【００９０】
図１１及び図１２を用いて、上述した条件３及び条件５における制御手段５４によるモータ手段５１及びアシストブロワ３３に対する制御の他の例を説明する。図１１は条件３における他の例による圧力と掃気の取出量との関係を示す図であり、図１２は条件５における他の例による圧力と掃気の取出量との関係を示す図である。図１１及び図１２において、縦軸は圧力、横軸は掃気の取出量ΔＱである。
主機関１０の負荷と船舶の喫水は変動するので、制御手段５４は、主機関１０の負荷と船舶の喫水を考慮し、掃気の取出量に応じてモータ手段５１及びアシストブロワ３３を制御する。
【００９１】
図１１は、船舶の喫水が大きく、かつ主機関１０が低負荷運転時の場合である（条件３）。条件３において、必要掃気圧はＰｓｏ３であり、喫水圧はＰｄＨである。必要掃気圧Ｐｓｏ３及び喫水圧ＰｄＨは条件３により定まる。条件３においては、必要掃気圧Ｐｓｏ３よりも、喫水圧ＰｄＨのほうが高い。
図１１中の実線で示す斜線αは過給機２０の特性による掃気圧（可変ノズル２３込み）を示す。また、ΔＱ０３は最適な掃気の取出量を示している。
【００９２】
掃気の取出量ΔＱが取出量ΔＱ１３’より多く取出量ΔＱ２３’より少ない場合は、過給機２０の余剰能力による掃気圧が、必要掃気圧Ｐｓｏ３は上回るものの喫水圧ＰｄＨを下回ってしまうので、制御手段５４はアシストブロワ３３を駆動させる。取り出した加圧空気をアシストブロワ３３で更に加圧することで、取り出した加圧空気の圧力が喫水圧ＰｄＨを上回り、空気潤滑として適正な空気量を空気供給口４から供給することができる（区間Ｙ３’）。このように制御手段５４では、過給機２０の余剰能力による掃気圧が必要掃気圧Ｐｓｏ３を上回り喫水圧ＰｄＨを下回るときは、モータ手段５１よりも先にアシストブロワ３３を駆動する。
掃気の取出量ΔＱが増加して取出量ΔＱ２３’を越えた場合には、過給機２０の余剰能力による掃気圧が必要掃気圧Ｐｓｏ３を下回ってしまうので、制御手段５４はモータ手段５１を駆動させる。モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢することで、必要掃気圧Ｐｓｏ３が維持され、掃気を取り出すことができる。また、取り出した加圧空気の圧力は喫水圧ＰｄＨを下回るが、取り出した加圧空気をアシストブロワ３３で更に加圧することで、  取り出した加圧空気の圧力が喫水圧ＰｄＨを上回り、空気潤滑として適正な空気量を空気供給口４から供給することができる（区間Ｚ３’）。
掃気の取出量ΔＱが更に増加して取出量ΔＱ３３’を越えた場合には、取り出した加圧空気をアシストブロワ３３で更に加圧したときの最大圧力（ブロワアシストの限界圧）が喫水圧ＰｄＨを下回ってしまうので、空気潤滑として適正な空気量を空気供給口４から供給することができなくなる（区間Ｎ３’）。したがって、空気潤滑を行うことができるのは、取出量ΔＱ３３’を越えない範囲までである。
このように制御手段５４では、主機関１０の負荷により定まる過給機２０の掃気圧と、船舶の喫水により定まる喫水圧を考慮してモータ手段５１及びアシストブロワ３３を制御する。したがって、船舶の喫水や主機関１０の負荷に変動が生じても、主機関１０の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
また、制御手段５４では、船舶の喫水に基づいてアシストブロ３３を駆動し、主機関１０の負荷に対応して必要な加圧空気の圧力が十分でない場合に、モータ手段５１を運転するので、主機関１０の負荷に対応して必要な加圧空気の圧力が十分な場合には、先ず喫水に基づいてアシストブロワ３３が駆動される。したがってモータ手段５１の運転頻度を抑え加圧空気の供給に必要なエネルギー量を低減することができる。喫水が深い条件では、先にモータ手段５１を運転するよりも、アシストブロワ３３を運転した方が効率面から加圧空気の供給に必要な電力を低減することができる場合が多い。
【００９３】
図１２は、船舶の喫水が大きく、かつ主機関１０が中負荷運転時の場合である（条件５）。  条件５において、必要掃気圧はＰｓｏ５であり、喫水圧はＰｄＨである。必要掃気圧Ｐｓｏ５及び喫水圧ＰｄＨは条件５により定まる。条件５においては、必要掃気圧Ｐｓｏ５よりも、喫水圧ＰｄＨのほうが高い。
図１２中の実線で示す斜線αは過給機２０の特性による掃気圧（可変ノズル２３込み）を示す。また、ΔＱ０５は最適な掃気の取出量を示している。
【００９４】
掃気の取出量ΔＱが取出量ΔＱ１５’より多く取出量ΔＱ２５’より少ない場合は、過給機２０の余剰能力による掃気圧が、必要掃気圧Ｐｓｏ５は上回るものの喫水圧ＰｄＨを下回ってしまうので、制御手段５４はアシストブロワ３３を駆動させる。取り出した加圧空気をアシストブロワ３３で更に加圧することで、取り出した加圧空気の圧力が喫水圧ＰｄＨを上回り、空気潤滑として適正な空気量を空気供給口４から供給することができる（区間Ｙ５’）。このように制御手段５４では、過給機２０の余剰能力による掃気圧が必要掃気圧Ｐｓｏ５を上回り喫水圧ＰｄＨを下回るときは、モータ手段５１よりも先にアシストブロワ３３を駆動する。
掃気の取出量ΔＱが増加して取出量ΔＱ２５’を越えた場合には、過給機２０の余剰能力による掃気圧が必要掃気圧Ｐｓｏ５を下回ってしまうので、制御手段５４はモータ手段５１を駆動させる。モータ手段５１で過給機２０の回転を加勢することで、必要掃気圧Ｐｓｏ５が維持され、掃気を取り出すことができる。また、取り出した加圧空気の圧力は喫水圧ＰｄＨを下回るが、取り出した加圧空気をアシストブロワ３３で更に加圧することで、取り出した加圧空気の圧力が喫水圧ＰｄＨを上回り、空気潤滑として適正な空気量を空気供給口４から供給することができる（区間Ｚ５’）。
掃気の取出量ΔＱが更に増加して取出量ΔＱ３５’を越えた場合には、取り出した加圧空気をアシストブロワ３３で更に加圧したときの最大圧力が喫水圧ＰｄＨを下回ってしまうので、空気潤滑として適正な空気量を空気供給口４から供給することができなくなる（区間Ｎ５’）。したがって、空気潤滑を行うことができるのは、取出量ΔＱ３５’を越えない範囲までである。
このように制御手段５４では、主機関１０の負荷により定まる過給機２０の掃気圧と、船舶の喫水により定まる喫水圧を考慮してモータ手段及びアシストブロワ３３を制御する。したがって、船舶の喫水や主機関１０の負荷に変動が生じても、主機関１０の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができる。
また、制御手段５４では、船舶の喫水に基づいてアシストブロ３３を駆動し、主機関１０の負荷に対応して必要な加圧空気の圧力が十分でない場合に、モータ手段５１を運転するので、主機関１０の負荷に対応して必要な加圧空気の圧力が十分な場合には、先ず喫水に基づいてアシストブロワ３３が駆動される。したがってモータ手段５１の運転頻度を抑え加圧空気の供給に必要なエネルギー量を低減することができる。
【００９５】
図１３を用いて掃気の取出量の算出方法について説明する。
図１３に示すように、空気潤滑において空気供給量を増加すると、船体１の摩擦抵抗が減ることで省エネルギー量が増えるが、空気を供給するためのエネルギー量が多くなる。
船体１への取り出した加圧空気の供給により達成される省エネルギー量と、船体１への取り出した加圧空気の供給に必要なエネルギー量との関係から、最適な掃気の取出量ΔＱ０を決定することができる。最適掃気取出量ΔＱ０は、船舶の実運転により又は計算により各負荷条件で予め決定し、決定した最適掃気取出量ΔＱ０で制御する。なお、前述したように主機関１０の負荷や船舶の喫水圧によって必要なエネルギー量が変動するところ、省エネルギー量も変動し、この最適掃気取出量ΔＱ０も主機関１０の負荷出力や船舶の喫水圧により変動する。
【００９６】
図１４は、他の実施形態による空気潤滑式船舶の空気供給制御システムのブロック図である。
主機関１０は、主機関操作盤１１で操作される。主機関操作盤１１では、停止はレバー１１ａを中立位置に操作し、前進はレバー１１ａを一方に倒す操作を行い、後退はレバー１１ａを他方に倒す操作を行う。レバー１１ａの一方又は他方に倒す度合いによって主機関１０の回転数を設定できる。
主機関制御器１２は、主機関操作盤１１での設定に従って停止、前進・後退（逆回転又はギヤ切り換え）、回転数の変更の制御を実行する。
この主機関操作盤１１の設定に従って、機関負荷に対応した主機関１０の回転数が定まり、主機関１０の燃焼に必要な掃気圧（掃気量）が定まる。
【００９７】
ガバナー１３は、設定回転数を燃料量に変換し、回転数に応じた燃料量を調整する。ガバナー１３では、主機関１０に設けた回転数検出器４３ａで検出される回転数をフィードバックすることで、設定回転数になるように燃料量が調整される。
燃料噴射弁１４では、ガバナー１３で制御された燃料量を主機関１０で噴射する。
回転数検出器４３ａでは、主機関１０の出力軸（プロペラ６の駆動軸）の回転数を検出し、トルク検出器４３ｂでは、主機関１０の出力軸（プロペラ６の駆動軸）のトルクを検出する。
【００９８】
機関負荷算出部１２ａでは、回転数検出器４３ａで検出した回転数と、トルク検出器４３ｂで検出したトルクとから機関負荷を算出する。図１４では、回転数検出器４３ａとトルク検出器４３ｂとで負荷検出手段４３を構成している。なお、機関負荷は、回転数と燃料ポンプマークからも算出することができる。
過給機２０は、主機関１０の運転に従って制御することができる。また、空気潤滑は、主機関１０の運転に従って利用することができる。すなわち、制御シーケンス的に主機関操作盤１１で、前進又は後退が設定されているときのみ過給機２０の制御が可能となる。
【００９９】
過給機制御器５４ａは可変ノズル２３及び過給機モータ５１を制御する。過給機制御器５４ａは特性記憶部５４ｃを有している。特性記憶部５４ｃでは、過給機２０、可変ノズル２３、及びモータ手段（過給機モータ）５１のモータ特性を記憶している。
過給機制御器５４ａは、ある負荷における主機関１０での必要掃気量を確保するために、可変ノズル２３及び過給機モータ５１を制御する。過給機制御器５４ａは、排気温検出器４８で検出される排気温度や掃気圧検出器４１で検出される掃気圧に基づいて制御される。
掃気圧と排気温度は、主機関１０の熱負荷に関連した物理量として重要であり、物理量として取り出して一定の変数として用いることで、過給機２０を支障なく好適に制御できる。
なお、可変ノズル２３は、空気潤滑を行わない時でも機関負荷が大きい時に制御される。
【０１００】
過給機モータ５１は、主機関１０の運転開始時に、加圧空気（掃気）量を確保するためにも駆動される。運転開始時には過給機２０の回転数が低いため、十分に加圧空気量が得られないが、過給機モータ５１で過給機２０を加勢することにより、始動に必要な加圧空気量を確保することができる。
主機関１０の必要掃気量を確保するために、掃気圧を検出してまず、可変ノズル２３を制御して掃気圧が所定圧になるように制御し、可変ノズル２３の制御が限界に達すると過給機モータ５１を制御し掃気圧が所定圧になるように制御する。
取出量設定手段５３を含む空気潤滑設定器５３ａは、主機関１０の運転設定時に空気潤滑スイッチをオンとすることができる。
【０１０１】
空気潤滑設定器５３ａでは、空気供給口４の数や加圧空気（掃気）の取出量を設定することができる。加圧空気（掃気）の取出量の設定は、流量として設定することも、また船舶の載荷状態（満載、バラスト）を設定し予め定めた適正流量と対応付けることも、喫水に応じた適正量を自動設定することも可能である。
加圧空気（掃気）の取出量の最適値（最適掃気取出量）は、図１３の関係に従い予め求められ、最適値記憶部５４ｄに記憶されている。
空気潤滑制御器５４ｂでは、空気潤滑設定器５３ａで空気潤滑スイッチがオンされ、空気潤滑の開始が設定されると、取出手段５２によって取出バルブ３２を開成する。取出バルブ３２は、設定した加圧空気（掃気）の取出量が得られる開度に調節される。
取出バルブ３２を全開しても設定した取出量が得られない場合は、過給機制御器５４ａによって可変ノズル２３を制御し、その後に過給機モータ５１を制御する。
【０１０２】
加圧空気の取出量は流量センサ４５ａで検出され、空気潤滑制御器５４ｂで設定値と比較され、加圧空気の取出量が設定値となるように、取出バルブ３２の開度が調整され、過給機制御器５４ａによって可変ノズル２３と過給機モータ５１とが制御される。
載荷量（なお、積載量は喫水圧検出器４４でも検出できる。）が多く、可変ノズル２３及び過給機モータ５１を制御しても取出量が不足する場合には、空気潤滑制御器５４ｂはアシストブロワ３３を運転させる。
【０１０３】
ここで、図１４では、過給機制御器５４ａ及び空気潤滑制御器５４ｂは制御手段５４を構成している。
空気潤滑開始時は、経路開閉弁３４を閉成した状態で取出バルブ３２及びバイパス経路３５のバイパス経路選択手段３６を開成し、空気溜５５に取り出した加圧空気を貯えてから経路開閉弁３４を開成する。
船速検出器４６は船速を、喫水圧検出器（喫水圧検出手段）４４は船体１の喫水を、傾斜検出器４７は船体１のローリング、ヒール、ピッチング等を検出する。
なお、ヒールとは、船体１が幅方向に継続的に一方に傾いた状態を指す。
傾斜検出器４７は、例えば加速度センサで構成され、船舶の船体１の揺れとしてのローリングを検出するローリング検出手段、船舶の揺れとしての船体１のピッチングを検出するピッチング検出手段として機能する。
また、船体１のヒールを検出するヒール検出手段としては、加速度センサは使用できないため傾斜計等が用いられる。
船速検出器４６で検出される船速、喫水圧検出器４４で検出される船体１の喫水、及び傾斜検出器４７で検出される船体１の傾きによって、加圧空気の取出量の変更や経路開閉弁３４の開閉が制御され、適正に空気潤滑を行うことができる。
【０１０４】
複数に分岐した分岐路３９にそれぞれ設けた経路開閉弁３４を、それぞれの空気供給口４への取り出した加圧空気の供給量を制御する供給量制御弁３４として、また傾斜検出器（加速度センサ）４７を船舶の船体１のローリングを検出するローリング検出手段として機能させ、空気潤滑制御器５４ｂでは、ローリング検出手段の検出結果に基づいて複数の供給量制御弁３４を制御して、喫水圧が低い方の空気供給口４への取り出した加圧空気の供給量を減少させる。従って、船体１がローリングにより傾いても、喫水圧が低い方の空気供給口４への取り出した加圧空気の供給量を減少させることで空気潤滑を効率よく行える。なお、取り出した加圧空気の供給量の減少には、供給量の停止を含み、例えば喫水よりも上方に空気供給口４が開口した場合は、開口した空気供給口４については、取り出した加圧空気の供給を停止することが好ましい。また、喫水圧が高い方の空気供給口４への取り出した加圧空気の供給量を増加させることも有効であるが、それ以前と同レベルに維持してもよい。
【０１０５】
また、複数に分岐した分岐路３９にそれぞれ設けた経路開閉弁３４を、それぞれの空気供給口４への取り出した加圧空気の供給量を制御する供給量制御弁３４として、また傾斜検出器（傾斜計）４７を船舶の船体１のヒールを検出するヒール検出手段として機能させ、空気潤滑制御器５４ｂでは、ヒール検出手段の検出結果に基づいて複数の供給量制御弁３４を制御して、喫水圧が低い方の空気供給口４への取り出した加圧空気の供給量を減少させる。従って、船体１がヒールにより傾いても、喫水圧が低い方の空気供給口４への取り出した加圧空気の供給量を減少させることで空気潤滑を効率よく行える。なお、取り出した加圧空気の供給量の減少には、供給量の停止を含み、例えば喫水よりも上方に開口した場合は、開口した空気供給口４については、取り出した加圧空気の供給を停止することが好ましい。また、喫水圧が高い方の空気供給口４への取り出した加圧空気の供給量を増加させることも有効であるが、それ以前と同レベルに維持してもよい。
【０１０６】
また、複数に分岐した分岐路３９にそれぞれ設けた経路開閉弁３４を、それぞれの空気供給口４への取り出した加圧空気の供給量を制御する供給量制御弁３４として、また傾斜検出器（加速度センサ）４７を船舶の船体１のピッチングを検出するピッチング検出手段として機能させ、空気潤滑制御器５４ｂでは、ピッチング検出手段の検出結果に基づいて複数の供給量制御弁３４を制御して、喫水圧の変動に応じて空気供給口４への取り出した加圧空気の供給量を増減させる。従って、船体１がピッチングにより喫水圧が変動しても、喫水圧が低い時には空気供給口４への取り出した加圧空気の供給量を減少させることで空気潤滑を効率よく行える。なお、取り出した加圧空気の供給量の減少には供給量の停止を含み、また喫水圧が高い時には空気供給口４への取り出した加圧空気の供給量を増加させることも有効であるが、それ以前と同レベルに維持してもよい。
【０１０７】
空気潤滑を停止する場合は、空気潤滑設定器５３ａで空気潤滑スイッチをオフとすると、
空気潤滑制御器５４ｂは、先に経路開閉弁３４を閉成し、後から取出手段５２によって取出バルブ３２を閉成する。なお、アシストブロワ３３が運転されている場合は、先に経路開閉弁３４を閉成し、次にアシストブロワ３３の運転を停止し、最後に取出バルブ３２を閉成する。
これらの制御は、空気供給口４から空気供給経路３１内に水が逆流することを防止するためである。これらの停止制御中に、空気溜５５には取り出した加圧空気が溜められ、経路開閉弁３４よりも後に取出バルブ３２を閉成することによって、空気溜５５に取り出した加圧空気が保持されるため、空気潤滑を行わないときに経路開閉弁３４に微少漏れが発生しても、空気供給経路３１内に水が逆流することを防止できる。
また、主機関１０が継続して運転される場合には、これらの停止制御中に、主機関１０に供給される加圧空気量が過剰とならないように、過給機モータ５１及び可変ノズル２３は過給機制御器５４ａにより適宜制御される。
【０１０８】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明の空気潤滑式船舶の空気供給制御システムは、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、また、主機関の負荷と船舶の喫水を考慮することによって、船舶の喫水や主機関の負荷に変動が生じても、主機関の運転効率を低下させずに空気潤滑を行うことができるため、大型から小型の船舶のみならず船舶と同様な主機関と過給機を備えて航行する、浮体や水中航行体にも適用できる。
【符号の説明】
【０１１０】
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
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  経路開閉弁（供給量制御弁）
３９  分岐路
４１  掃気圧検出器
４２  過給機回転数検出器
４３  負荷検出手段
４３a  回転数検出器
４３b  トルク検出器 
４４  喫水圧検出手段（喫水圧検出器）
４５ａ  流量センサ
４５ｂ  流量センサ
４７  傾斜検出器（ローリング検出手段、ヒール検出手段、ピッチング検出手段）
５１  モータ手段（過給機モータ）
５２  取出手段
５３  取出量設定手段
５３a  空気潤滑設定器
５４  制御手段
５４a  過給機制御器
５４b  空気潤滑制御器 
５５  空気溜
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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