(57)【要約】  ガスタービンエンジンを含む天然ガス運搬船のような航洋船用の組み合わされた推進システムが記載されている。この船は、少なくとも１つの電気推進駆動装置と、それぞれが発電機を駆動するために直接連結される異なるタイプの複数の原動機とを有する。いくつかの発電機の出力が少なくとも２つの配電盤に接続されて船の電力要求を供給し、配電盤または原動機または両方における単一障害の場合に電力が両方の推進駆動装置で維持されることができるように、各電気推進駆動装置がいずれかの配電盤から選択的に電力を受けるように交差連結されてなる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの電気推進駆動装置を備えた航洋船用の組み合わされた推進システムであって、各駆動装置が異なる配電盤から電力を受けるように接続されてなる２つの電気制御システムを有し、複数の異なるタイプの原動機がそれぞれ発電機を駆動するように直接連結されており、前記発電機の出力が前記船の電力要求を供給するように少なくとも２つの配電盤に接続されており、各電気推進駆動装置が、配電盤もしくは原動機または両方において単一故障が起きた場合に両方の推進駆動装置に電力を供給できるように、いずれかの配電盤から選択的に電力を受けるように交差連結されてなることを特徴とする、航洋船用の組み合わされた推進システム。
【請求項２】
前記複数の原動機が、ガスタービン、蒸気タービンおよびディーゼルエンジンを含む、請求項１に記載の航洋船用の組み合わされた推進システム。
【請求項３】
前記ガスタービンからの熱い排気ガスを利用して、前記蒸気タービン原動機で蒸気を発生させる、請求項２に記載の航洋船用の組み合わされた推進システム。
【請求項４】
少なくとも前記ガスタービンのための燃料が天然ガスである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の航洋船用の組み合わされた推進システム。
【請求項５】
前記天然ガスが前記船の貨物からのボイルオフガスである、請求項４に記載の組み合わされた推進システム。
【請求項６】
添付図面の図における前記推進システム構成を参照して上記の通り実質的に記載および例証される、航洋船用の組み合わされた推進システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航洋船用の組み合わされた推進システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特に、本発明は、いくつかの異なる燃料源から電力が供給されるいくつかの原動機である、原動機の組み合わせを有する船舶推進システムのための電力管理構成に関する。船舶操縦者は、様々な船舶操作プロファイルおよびスピードに適応することができ、かつ全ての状況で要求に応じて十分な電力を伝達可能な、フレキシブルで効率的な推進装置を必要としている。様々な燃料で操作する数多くの電源が入手可能であり、その各々が個別の利点および欠点を有している。
【０００３】
海洋電力システムが数多くの問題に対処するために必要とされている。すなわち、海洋電力システムは全ての時間および全ての条件において船舶の電力要求を満たす能力を持たなくてはならないが、船舶の所有者および操縦者は、環境規約および貨物スペース経済を満たすことができるように、経済的な操作をも必要とする。初期の電力要求は航海の様々な段階を通して変化する。推進が必要とされない港および荷積みでは、システムは、船舶内の要求を含む要求および貨物取り扱い設備の要求を満たさなければならない。係留所、港等を出入りする際に低速で操縦すると、瞬時に変化し得る、潜在的に広範囲な電力要求レベルを推進システムは必要とする。一方、海では、電力要求は、長時間ないし数時間にわたって巡航速度で、多かれ少なかれ一定である。
【０００４】
蒸気タービン推進装置が、低グレードの燃料の使用が可能であると共に高出力が得られるため、今日の船隊において多く用いられている。しかしながら、その効率は他の電力源ほど良くはないため、燃費が高く、電力要求の変化に対する反応性が比較的遅くなり得る。ディーゼルエンジンは、より効率的で、かつ電力要求変化に迅速に反応することができる。ガスタービンエンジンは、急速な積載量変化に対してディーゼルエンジンほど反応性が良いのではないが、他の原動機よりも軽くて小さいため、高出力での連続操作に最適である。
【０００５】
プロペラシャフトが電気モータによって駆動される電気駆動装置を用いることにより、数個の原動機／発電機セットを配設して電力要求を供給し、かつ広く普及している条件に最適な原動機を選択することが可能となる。原動機／発電機セットは、プロペラシャフトへの機械的接続の制約によって決められる位置よりもむしろ、船体内の一般に好まれる場所に位置されてよい。しかしながら、これは配電システムのデザインやレイアウトに重点を置くものであり、供給の継続性を常に確実にしながらシステムを確実に耐故障性にする。本発明はこれらの基準を満たすことを意図されたものである。
【発明の概要】
【０００６】
本発明によれば、少なくとも１つの電気推進駆動装置を備えてなり、複数の異なるタイプの原動機がそれぞれ発電機を駆動するように直接連結されており、発電機の出力が船の電力要求を供給するように少なくとも２つの配電盤に接続されており、各電気推進駆動装置が、配電盤もしくは原動機または両方において単一故障が起きた場合に推進駆動装置に電力を供給できるように、いずれかの配電盤から選択的に電力を受けるように交差連結されてなる、航洋船用の組み合わされた推進システムおよび電力システムが提供される。
【０００７】
好ましくは、複数の原動機は、ガスタービン、蒸気エンジンおよびディーゼルエンジンを含む。
【０００８】
本発明をどのようにして実施することができるかについての実施例を添付図面中の図を参照しながら以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】大型船の原動機の構成の概略図である。
【図２】船が入港して積荷している際に図１の原動機が本発明に従ってどのようにして操作されうるかを説明する図である。
【図３】船が進み出し、出港して限定海域を操縦している際に図１の原動機が本発明に従ってどのようにして操作されうるかを説明する図である。
【図４】航海形態において図１の原動機が本発明に従ってどのようにして操作されうるかを説明する図である。
【図５】船が入港して荷物を積むまたは降ろす際に図１の原動機が本発明に従ってどのようにして操作されうるかを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面の図を参照しながら、複合されたガスタービン、電気および蒸気（ＣＯＧＥＳ）電力装置を利用した、天然ガス（ＬＮＧ）運搬船用の原動機の構成を図示的に説明する。添付の図面中の図において、対応する部品には対応する参照番号が付されている。
【００１１】
天然ガスは極低温溶液として輸送され、その結果、一定の沸騰状態にあり、ボイルオフガスは貨物空間から脱気されて貨物コンテナに戻されなければならない。貨物を管理するために、低い貨物温度を維持し、かつボイルオフガスを再圧縮して貨物タンクに圧送して戻すように、極低温装置が絶えず作動される。しかし、ボイルオフガスは燃料源であるため、ボイルオフガスの一部または全部が船原動機によって消費されてもよい。大型ＬＮＧ運搬船は、貨物ボイルオフガス（ＢＯＧ）や伝統的なバンカー液体ディーゼル燃料を消費可能な、ガスタービンを含む、二元燃料原動機を利用する。ガスタービン推進は、頑強で、環境に優しく、経済的な解決策をＬＮＧ船に提供する。しかしながら、ガスタービンは、全ての操作条件において最も効率的でコスト効率の良い解決策ではなく、全ての電力要求を満たすべくバランスの採れた継続的供給を与えるために、複数の原動機の組み合わせが望ましいと考えられる。
【００１２】
全ての極低温ポンプの追加的補助装置および他の装置のための電力要求は、高くかつ実質的に一定である。ＬＮＧ運搬船のような大型船については、推進システム電力要求は、また、長期間にわたって高くかつ実質的に一定であり、ガスタービンが理想的に適する環境である。天然ガスはガスタービンエンジンに適した燃料であり、貨物ボイルオフガスの少なくとも一部を利用できるように理想的に適合している。ディーゼルエンジン技術における新たな開発によって、船に搭載された（ship-borne）ディーゼルが天然ガスまたはより従来型の燃料オイルのいずれかで作動することを可能とする二元燃料能力が結果的にもたらされた。しかしながら、燃料の選択は、少なくともＬＮＧ運搬船の場合、船が貨物ボイルオフガスを利用して、運搬されるバンカー燃料の量を低減できることを意味する。高温タービン排気中のエネルギーが、配電システムに接続された発電機に連結された蒸気タービンを介して回収することがさらに提案される。
【００１３】
本発明に従い、図１に、大型コンテナ船（図示せず）に適した、特にＬＮＧの輸送用に具体的に設計された、原動機および交流発電機／発電機の構成が示される。その船は、左舷および右舷が指定される２，４で一般的に示される、２つの電気的に駆動される推進システムを有する。電気モータ６，８はそれぞれ二重の電気供給コントロール／スイッチ構成を有する。左舷駆動モータは、図中の１０に参照される電力変換器「左舷駆動ユニット１」または１２に参照される電力変換器「左舷駆動ユニット２」のいずれかを介して、電力を受ける。右舷駆動モータ８は、図中の１４に参照される電力変換器「右舷駆動ユニット１」または１６に参照される「右舷駆動ユニット２」のいずれかを介して電力を受ける。
【００１４】
原動機の構成は、ガスタービンと交流発電機の組み合わせ２０、蒸気タービン交流発電機２２、２つの補助ディーゼル交流発電機２４，２６を含む。発電機が１１ｋＶで発電することが記載される例において、本発明は発電機出力電圧だけに限定されるのではなく、１３．８ｋＶ以上の交流標準電圧とともに採用することができる。本発明によれば、原動機および電力システムの提案される構成がＬＮＧ運搬船の要件を満たすのに適している。ガスタービン交流発電機２０が蒸留損ガスまたは液体ディーゼル燃料で作動するように構成される。ガスタービン排気からの熱を用いて熱回収蒸気発生機を介して蒸気を発生させながら、または予備燃焼ボイラーを用いて蒸気装置中に蒸気を発生させることにより、蒸気タービン交流発電機２２を作動してもよい。この例において、構成を完結する２つの予備ディーゼル発電機２４，２６もまた、ボイルオフまたは液体燃料のいずれでも作動することが可能である。
【００１５】
原動機と交流発電機の組み合わせによって、船の電気的ニーズの全てが提供される。発電機出力は、一対の配電盤２８，３０を含む主要配電構成に接続される。図面では、これらの配電盤２８，３０は、左舷ＳＷＢＤと名付けられる左舷配電盤、および右舷ＳＷＢＤと名付けられる右舷配電盤としてそれぞれ言及される。通常はこの送電系統（grid）から、推進、スラスタ（thrusters）、補助装置および船システムを含む全ての負荷が供給され、合計負荷は一つの原動機／発電機セットによって供給されてもよいし、または作動中の発電機間で共有されてもよい。電力装置の電圧レベルは、船の合計電力要求および装置の技術的限界に従って選択される。一般的に、より高い電力レベル要求に応じて、より高い電力発生電圧が選択される。このため、例えば８〜１０ＭＷ以上の範囲の合計設備電力レベルを有するシステムにおいては、発電装置は１１ｋＶで電気的出力を供給するように構成される。典型的には、船舶システムおよび予備装置は６．６ｋＶで作動し、収容設備／船内要求４４０Ｖとなるように選択される。図面において、非推進電気負荷が概略的に次のように表される：左舷配電盤２８から負荷供給される左舷低電圧（４４０ｖ）３２、右舷配電盤３０から負荷供給される右舷低電圧（４４０ｖ）３４、左舷配電盤２８から供給される左舷中電圧（６．６ｋｖ）負荷３６、および右舷配電盤３０から供給される右舷中電圧（６．６ｋｖ）負荷３８。これらの負荷の各々が概略的に表されるが、一次供給電圧を、必要に応じて、１１ｋｖの配電盤／発電機電圧から６．６ｋｖまたは４４０ｖのいずれかの消費者分配電圧に下げるため電力変圧器手段を含むものと解されるべきである。
【００１６】
左舷および右舷推進モータ６，８への配電は、両方のモータが、それらの各々の左舷モータ用電力変換器１０，１２および右舷モータ用電力変換器１４，１６のいずれかを介して選択的に駆動されてよいように構成される。電力変換器１０および１４は左舷配電盤２８から１１ｋＶで電力を受けるように接続され、電力変換器１２および１６は右舷配電盤３０から電力を受けるように接続される。こうして、万が一、配電盤２８または３０のいずれかが作動しなくなった場合でも、電力が両方の推進モータで維持されることができる。この左舷および右舷推進システム駆動装置への供給の交差接続によって、配電盤および原動機の障害によって両方の推進シャフトへの電力の供給が妨げられる可能性を最小限にすることができる。
【００１７】
原動機／発電機セット２０，２２，２４および２６からの出力は、それぞれ配電盤２８，３０の基礎を形成する母線４０，４２に接続される。ガスタービン駆動発電機２０からの電気出力は、図示される構成において、左舷配電盤２８の母線４０に接続される。蒸気タービン駆動発電機２２からの電気出力および２つのディーゼル駆動発電機２４，２６は配電盤３０の母線４２に接続される。
【００１８】
左舷負荷３２，３６は母線４０に接続されるように構成され、右舷負荷３４，３８は右舷配電盤３０の母線４２に接続されるように構成される。母線４０，４２は接続リンク４４によって示されるように連結されてよい。発電機出力の全て、負荷および推進電力変換器の全てがそれらの各々の母線に回路遮断機を介して連結され、発電機および負荷の任意の組み合わせが選択的に接続されかつ供給されることができるようにされてなる。
【００１９】
図２は、入港して積荷している際の電力システム構成を図示するものである。予備ディーゼル発電機２４，２６の一つまたは両方がオンラインで電力を電気回路網に供給する。
【００２０】
図３は、船が進み出して出港している際の電力システム構成を図示しており、ＢＯＧによって燃料を供給されるガスタービン交流発電機２０から電力を発生するように電力システムが構成され、ＢＯＧによって燃料を供給される予備燃焼ボイラーを用いて蒸気タービン交流発電機２２用の蒸気を発生する。この構成において、電気システムは単母線として構成され、リンク４４が閉じられる。この構成におけるシステムは、単一障害点からの立ち直りが速い。いかなる単一原動機故障も、推進の損失や操縦速度（約１０ノットと仮定される）の低下を招かないであろう。さらに、原動機は、航海形態に備えて構成される。限界海域での低速操縦に関して、例えばスエズ運河では、構成は図３と同じである。この原動機構成は、単一原動機障害からの立ち直りが早く、推進電力が最大１０ノットまで維持されることを可能とする。
【００２１】
図４は、航海形態における電力システムを図示するものである。予備燃焼ボイラーはスイッチが切られ、ガスタービン排気が熱を４６で示される蒸気発電機に与えて蒸気タービン交流発電機２２用の蒸気を発生する。これは、単純サイクルガスタービンまたはディーゼル電気推進構成と比較して、非常に高い熱効率性を伴った非常に経済的な操作モードである。
【００２２】
図５は、ＬＮＧ貨物を積むまたは降ろすための入港用の電力システム構成を図示するものである。ガスタービン交流発電機２０および２つのディーゼル発電機２４，２６のこの構成はいかなる単一原動機障害に対しても立ち直りが早く、安全な操縦速度が常に維持されることを可能にする。さらに、蒸気発生器および蒸気交流発電機システム２２が港湾職務のために安全に操業停止される。ディーゼル発電機２４，２６のみによって電力が入港中に供給され、それ故、この構成によって、入港構成への途切れのない移行が保証される。
【図１】
2010522109.tif 000002
【図２】
2010522109.tif 000003
【図３】
2010522109.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年4月14日(2009.4.14)
【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】
２つの電気推進駆動装置（６，８）を備えた航洋船用の組み合わされた推進システムであって、各駆動装置（６，８）が異なる配電盤（２８，３０）から電力を受けるように接続されてなる２つの電気制御システム（それぞれ１０，１２または１４，１６）を有し、複数の異なるタイプの原動機（２０，２２，２４，２６）がそれぞれ発電機を駆動するように直接連結されており、前記発電機の出力が前記船の電力要求を供給するように少なくとも２つの配電盤（２８，３０）に接続されており、各電気推進駆動装置（６，８）が、配電盤（２８または３０）もしくは原動機（２０，２２，２４，２６）または両方において単一故障が起きた場合に両方の推進駆動装置（６，８）に電力を供給できるように、いずれかの配電盤（２８または３０）から選択的に電力を受けるように交差連結されてなることを特徴とする、航洋船用の組み合わされた推進システム。
【請求項２】
前記複数の原動機が、ガスタービン（２０）、蒸気タービン（２２）およびディーゼルエンジン（２４，２６）を含む、請求項１に記載の航洋船用の組み合わされた推進システム。
【請求項３】
前記ガスタービン（２０）からの熱い排気ガスを利用して、前記蒸気タービン（２２）原動機で蒸気を発生させる、請求項２に記載の航洋船用の組み合わされた推進システム。
【請求項４】
少なくとも前記ガスタービン（２０）のための燃料が天然ガスである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の航洋船用の組み合わされた推進システム。
【請求項５】
前記天然ガスが前記船の貨物からのボイルオフガスである、請求項４に記載の組み合わされた推進システム。
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月3日(2010.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010522109.tif 000007
【図２】
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【図３】
2010522109.tif 000009
【図４】
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【国際調査報告】
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2010522109.tif 000013