(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機付き主機とプロペラを推進軸で連結し、当該推進軸に軸駆動発電機を設け、前記軸駆動発電機に接続された周波数変換装置を備えた船舶推進システムにおいて、
前記主機の過給機に直結されて余剰排気エネルギーを回収して発電する高速発電機と、
前記周波数変換装置と船内電源系統との間を接続する第１の遮断器と、
前記高速発電機を前記周波数変換装置および前記第１の遮断器の接続部に接続する第２の遮断器とを備え、
前記軸駆動発電機を推進電動機として使用する場合、前記第１の遮断器を開にするとともに前記第２の遮断器を閉にして前記高速発電機で発電した電力を前記第２の遮断器を経て前記周波数変換装置で前記主機の回転周波数に変換して前記軸駆動発電機に供給し、
前記軸駆動発電機を発電機として使用する場合、前記第１の遮断器を閉にするとともに前記第２の遮断器を開にして前記軸駆動発電機で発電した電力を前記周波数変換装置で船内電源周波数に変換して前記船内電源系統に供給することを特徴とする船舶推進システム。
【請求項２】
過給機付き主機とプロペラを推進軸で連結し、当該推進軸に軸駆動発電機を設け、前記軸駆動発電機に接続された周波数変換装置を備えた船舶推進システムにおいて、
前記主機の過給機に直結されて余剰排気エネルギーを回収して発電する高速発電機と
、
前記周波数変換装置と船内電源系統との間を接続する第１の遮断器と、
前記軸駆動発電装置と前記周波数変換装置との間を接続する第３の遮断器と、
前記高速発電機を前記周波数変換装置の前記第１の遮断器側の接点あるいは前記周波数変換装置の前記第３の遮断器側の接点に接続する切替器とを備え、
前記高速発電機で発生した電力を前記船内電源系統に供給する場合、前記第３の遮断器を開、前記第１の遮断器を閉、前記切替器を前記第３の遮断器側の接点に接続して前記高速発電機で発電した電力を前記切替器を経て前記周波数変換装置で前記船内電源系統の周波数に変換して前記船内電源系統に供給し、
前記軸駆動発電機を推進電動機として使用する場合、前記第１の遮断器を開、前記第３の遮断器を閉、前記切替器を前記第１の遮断器側の接点に接続して前記高速発電機で発電した電力を前記切替器を経て前記周波数変換装置で前記主機の回転周波数に変換して前記軸駆動発電機に供給することを特徴とする船舶推進システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は船舶の省エネルギー化が可能な船舶推進システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、船舶推進システムにおける省エネルギーの方法として、主機の排ガスをエコノマイザーに供給して蒸気を発生させタービンを駆動し、発電や推進加勢する方法や、主機の排ガスでパワータービン／発電機を駆動し発電する方法、あるいは主機の過給機に発電機を取付け発電する方法等が提案されている。しかし、このような方法は、設置スペースやメンテナンスコストの問題から一般的に普及するに至っていない。
【０００３】
図６を参照して従来の船舶推進システムを説明すると、図に示すように主機１の過給機４に第１発電電動機５ａを設置し、この第１発電電動機５ａと推進軸３に減速機６を介して設置された第２発電電動機１０とを電気的に接続している。主機１が低負荷でプロペラ２を回転するときは第２発電電動機１０で発電した電力で第１発電電動機５ａを駆動し過給機４を加勢し、主機１が定格運転でプロペラ２を回転する時は第１発電電動機５ａで発電した電力で第２発電電動機１０を駆動し、主機１を加勢するものである（特許文献１参照）が、主機１の負荷変動に対し過給機４の回転数の応答にずれが生じるため、減速機６に大きな負荷がかかる場合があり、信頼性が低下することになる。また、一般に過給機回転数は数万回転で運転され、主機回転数は数十回転の低速度で運転されるため、回転数を合わせるためには多段の減速機が必要となり、設置スペースやメンテナンスコストの増大を招き、信頼性が低下することになる。
【０００４】
また、図７を参照して従来の他の船舶推進システムを説明すると、排ガスエコノマイザー７で発生した余剰蒸気で推進加勢タービン９を駆動し、減速機６を介してプロペラ２へ推進力を加勢している（特許文献２参照）。なお、４は過給機、５ｂは発電機、８は蒸気タービンである。
【０００５】
図７に示すような船舶推進システムにおいて、主機１の負荷変動時には、排ガスエコノマイザー７の発生蒸気量の細かな制御は困難であり、推進加勢タービン９の回転数を主機１の所望する回転数に追従させることは難しく、減速機６に大きな負荷がかかる場合があり、信頼性が低下することになる。また、主機１の回転数は数十回転の低速度で運転されるため、回転数を合わせるためには多段の減速機が必要となり、設置スペースやメンテナンスコストの増大を招くことになる。
【特許文献１】特公昭６３−５５６５号公報
【特許文献２】特公昭６１−５５６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その課題は最適な機器構成で省エネルギー化が可能でかつ効率も高く、様々な船舶の運転状況にも対応可能な船舶推進システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、請求項１記載の発明は、過給機付き主機とプロペラを推進軸で連結し、当該推進軸に軸駆動発電機を設け、前記軸駆動発電機に接続された周波数変換装置を備えた船舶推進システムにおいて、前記主機の過給機に直結されて余剰排気エネルギーを回収して発電する高速発電機と、前記周波数変換装置と船内電源系統との間を接続する第１の遮断器と、前記高速発電機を前記周波数変換装置および前記第１の遮断器の接続部に接続する第２の遮断器とを備え、前記軸駆動発電機を推進電動機として使用する場合、前記第１の遮断器を開にするとともに前記第２の遮断器を閉にして前記高速発電機で発電した電力を前記第２の遮断器を経て前記周波数変換装置で前記主機の回転周波数に変換して前記軸駆動発電機に供給し、前記軸駆動発電機を発電機として使用する場合、前記第１の遮断器を閉にするとともに前記第２の遮断器を開にして前記軸駆動発電機で発電した電力を前記周波数変換装置で船内電源周波数に変換して前記船内電源系統に供給することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、過給機付き主機とプロペラを推進軸で連結し、当該推進軸に軸駆動発電機を設け、前記軸駆動発電機に接続された周波数変換装置を備えた船舶推進システムにおいて、前記主機の過給機に直結されて余剰排気エネルギーを回収して発電する高速発電機と、前記周波数変換装置と船内電源系統とを接続する第１の遮断器と、前記軸駆動発電装置と前記周波数変換装置との間を接続する第３の遮断器と、前記高速発電機を前記周波数変換装置の前記第１の遮断器側の接点あるいは前記周波数変換装置の前記第３の遮断器側の接点に接続する切替器とを備え、前記高速発電機で発生した電力を前記船内電源系統に供給する場合、前記第３の遮断器を開、前記第１の遮断器を閉、前記切替器を前記第３の遮断器側の接点に接続して前記高速発電機で発電した電力を前記切替器を経て前記周波数変換装置で前記船内電源系統の周波数に変換して前記船内電源系統に供給し、前記軸駆動発電機を推進電動機として使用する場合、前記第１の遮断器を開、前記第３の遮断器を閉、前記切替器を前記第１の遮断器側の接点に接続して前記高速発電機で発電した電力を前記切替器を経て前記周波数変換装置で前記主機の回転周波数に変換して前記軸駆動発電機に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、過給機に直結した発電機で発電した電力を周波数変換装置で主機の所望する周波数に即時変換して、軸駆動発電機を電動機として推進加勢できるので、主機の負荷変動時も推進電動機に大きな負荷がかかることがなく信頼性が向上する。また、回転数を合わせるための多段の減速機を必要とせず、機器設置スペースの削減、機器配置の自由度向上、及び貨物等の積載量の増加と共にメンテナンスコストの低減が可能となる。さらに、軸駆動発電機が故障して船内に電力を供給できなくなった時は、過給機に直結した発電機で発電した電力を周波数変換装置を介して船内電源周波数に即時変換して、船内電源系統に供給することが可能となるので、システムの冗長性が向上する。よって、最適な機器構成でエネルギー効率が高く、船舶の様々な運転状況に対応可能な船舶推進システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の最良の実施形態を、図を参照して説明する。  
図１は、本発明の第１実施形態の構成図であり、インラインタイプの軸駆動発電システムに適用した例である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態は、主機１とプロペラ２は推進軸３により連結され、推進軸３には軸駆動発電機１１ａが設置されている。主機１には主機排ガスで駆動する過給機４が設置され、過給機４には高速発電機１６が直結されている。高速発電機１６は遮断器１４ｂ，１４ａを介して船内電源系統１５に接続されている。軸駆動発電機１１ａは周波数変換装置１２，遮断器１４ａを介して船内電源系統１５に接続されている。同期調相機１３は軸駆動発電機１１ａの出力電圧と周波数を調整する。
【００１３】
次に、本実施形態の作用について説明すると、軸駆動発電機１１ａを発電機として使用する場合は、発電電力を周波数変換装置１２で船内電源周波数に変換し、遮断器１４ａを閉、遮断器１４ｂを開とし、船内電源系統１５に接続する。また、軸駆動発電機１１ａを推進電動機として駆動し主機１を推進加勢する場合は、遮断器１４ａを開、遮断器１４ｂを閉とし、過給機４に直結した高速発電機１６で発電した電力を周波数変換装置１２を介して主機１の回転周波数に変換して給電する。
【００１４】
本実施形態は、上記のように構成されているので、過給機４に直結した発電機１６で発電した電力を周波数変換装置１２で主機１の所望する周波数に即時変換して推進加勢できる。従って、主機１の負荷変動時も推進電動機に大きな負荷がかかることがなく信頼性が向上する。また、回転数を合わせるための多段の減速機を必要とせず、機器設置スペースの削減並びに機器配置の自由度が向上し、さらに貨物等の積載量の増加と共にメンテナンスコストの低減が可能となる。
【００１５】
次に、本実施形態の変形例を図２ないし図４について説明する。
図２は図１の第１実施形態の第１変形例であり、オーバーハングタイプの軸駆動発電システムに適用した例である。すなわち、本変形例では主機１とプロペラ２は推進軸３により連結し、主機１の軸端に軸駆動発電機１１ｂを設置し、周波数変換装置１２を介し遮断器１４ａを経て船内電源系統１５に接続されている。主機１には主機排ガスで駆動する過給機４が設置され、過給機４には高速発電機１６が直結されている。高速発電機１６は遮断器１４ｂ，１４ａを経て船内電源系統１５に接続されている。
この第１実施形態の第１変形例において、高速発電機１６で発電した電力で軸駆動発電機１１ｂを推進加勢する場合には、遮断器１４ｂを閉、遮断器１４ａを開にして高速発電機１６で発電した電力を遮断器１４ｂを経て周波数変換装置１２で所望する周波数に即時変換して軸駆動発電機１１ｂに供給し推進加勢する。同期調相機１３は軸駆動発電機１１ｂの出力電圧と周波数を調整する。
【００１６】
図３は第１実施形態の第２変形例であり、ステップアップタイプの軸駆動発電システムに適用した例である。すなわち、本変形例では主機１とプロペラ２の間の推進軸３に設けたステップアップギヤー１７を介して軸駆動発電機１１ｃを設置している。主機１には主機排ガスで駆動する過給機４が設置され、過給機４には高速発電機１６が直結されている。高速発電機１６は遮断器１４ｂ，１４ａを経て船内電源系統１５に接続されている。
この第１実施形態の第２変形例において、高速発電機１６で発電した電力で軸駆動発電機１１ｃを推進加勢する場合には、遮断器１４ｂを閉、遮断器１４ａを開にして高速発電機１６で発電した電力を遮断器１４ｂを経て周波数変換装置１２で所望する周波数に即時変換して軸駆動発電機１１ｃに供給し推進加勢する。同期調相機１３は軸駆動発電機１１ｃの出力電圧と周波数を調整する。
【００１７】
図４は第１実施形態の第３変形例であり、パワーテイクオフタイプの軸駆動発電システムに適用した例である。すなわち、本変形例では主機１に設けたステップアップギヤー１７を介して軸駆動発電機１１ｄを設置している。主機１には主機排ガスで駆動する過給機４が設置され、過給機４には高速発電機１６が直結されている。高速発電機１６は遮断器１４ｂ，１４ａを経て船内電源系統１５に接続されている。
この第１実施形態の第３変形例において、高速発電機１６で発電した電力で軸駆動発電機１１ｄを推進加勢する場合には、遮断器１４ｂを閉、遮断器１４ａを開にして高速発電機１６で発電した電力を遮断器１４ｂを経て周波数変換装置１２で所望する周波数に即時変換して軸駆動発電機１１ｄに供給し推進加勢する。同期調相機１３は軸駆動発電機１１ｄの出力電圧と周波数を調整する。
【００１８】
図２乃至図４の第１乃至第３変形例は、上記した機能および効果以外の機能および効果はいずれも第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００１９】
図５は、本発明の第２実施形態の構成図であり、既に説明した図１の第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明する。
【００２０】
図５に示すように、本実施形態では主機１とプロペラ２は推進軸３により連結され、推進軸３には軸駆動発電機１１ａが設置されている。主機１には主機排ガスで駆動する過給機４が設置され、過給機４には高速発電機１６が直結されている。高速発電機１６は切替器１８によって周波数変換装置１２の船内電源系統１５側の接点１９ａまたは軸駆動発電機１１ａ側の接点１９ｂに接続できるようになっている。また、軸駆動発電機１１ａは遮断器１４ｃ，周波数変換装置１２，遮断器１４ａを経て船内電源系統１５に接続できるようになっている。同期調相機１３は軸駆動発電機１１ａの出力電圧と周波数を調整する。
【００２１】
本実施形態は上記のように構成されているので、例えば、軸駆動発電機１１ａが故障して船内に電力を供給できなくなった場合は、遮断器１４ｃを開とし、遮断器１４ａを閉、切替器１８を接点１９ｂに接続して過給機４に直結した高速発電機１６で発電した電力を周波数変換装置１２を介して船内電源周波数に即時変換して、船内電源系統１５に供給することができる。このように、軸駆動発電機１１ａの故障時には、過給機４に直結した発電機１６で発電した電力を周波数変換器１２で船内電源周波数に即時変換して船内電源系統１５に供給できるので、システムの冗長性を向上することが可能となる。なお、軸駆動発電機１１ａが正常に動作している場合は、図１の第１実施形態と同様の機能を有し同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態の構成図。
【図２】本発明の第１実施形態の第１変形例の構成図。
【図３】本発明の第１実施形態の第２変形例の構成図。
【図４】本発明の第１実施形態の第３変形例の構成図。
【図５】本発明の第２実施形態の構成図。
【図６】従来の船舶推進システムの構成図。
【図７】従来の他の船舶推進システムの構成図。
【符号の説明】
【００２３】
１…主機、２…プロペラ、３…推進軸、４…過給機、５ａ…第１発電電動機、５ｂ…発電機、６…減速機、７…排ガスエコノマイザー、８…蒸気タービン、９…推進加勢タービン、１０…第２発電電動機、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…軸駆動発電機、１２…周波数変換装置、１３…同期調相機、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…遮断器、１５…船内電源系統、１６…高速発電機、１７…ステップアップギヤー、１８…切替器、１９ａ，１９ｂ…接点。
【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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