(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体内に、船舶の推進力を発生させる推進用プロペラを駆動する主機を有すると共に、この主機から供給される排気ガスにより駆動されて圧縮空気を生成し、この圧縮空気を前記主機に供給する過給機を有する推進機構と、
船内電源により駆動され、外気を取り込んで圧縮空気を生成し、この圧縮空気を船底部外に噴出して船底部表面と水との間に微小気泡を発生させることにより、船底部と水との摩擦抵抗を低減させる、回転数制御が可能な気体供給装置とを具備した船舶の圧縮空気供給システムにおいて、
前記過給機から前記主機に供給している圧縮空気量と前記主機の要求する圧縮空気量とを比較し、少ない場合は、前記気体供給装置により生成される圧縮空気を前記主機に供給し、多い場合は、前記過給機から生成される圧縮空気と共に、あるいは単独で船底部外に噴出して微小気泡を発生させることを特徴とする船舶の圧縮空気供給システム。
【請求項２】
前記過給機から前記主機に供給している圧縮空気量が前記主機の要求する圧縮空気量より多く余剰圧縮空気がある場合は、この余剰圧縮空気分を前記過給機から船底部外に噴出すると共に前記気体供給装置から船底部外へ噴出する圧縮空気量を前記余剰圧縮空気分減らして噴出することを特徴とする請求項１に記載の船舶の圧縮空気供給システム。
【請求項３】
前記過給機から前記主機に供給している圧縮空気量が前記主機の要求する空気圧縮量より少なく不足している場合は、この不足している分の圧縮空気を前記気体発生装置より主機に供給すると共に前記気体発生装置から船底部外へ供給される圧縮空気量を調整して噴出することを特徴とする請求項１に記載の船舶の圧縮空気供給システム。
【請求項４】
前記主機へ供給した圧縮空気分を補充して前記気体発生装置から船底部外へ供給することを特徴とする請求項３に記載の船舶の圧縮空気供給システム。
【請求項５】
前記過給機から前記主機に供給している圧縮空気が前記主機の要求する圧縮空気量より多く余剰圧縮空気があり、更に前記気体供給装置から船底部外へ供給する圧縮空気を高圧にする場合は、前記過給機により生成される余剰圧縮空気を前記気体供給装置に供給して多段圧縮させ、この多段圧縮された圧縮空気を、船底部外に噴出することを特徴とする請求項１に記載の船舶の圧縮空気供給システム。
【請求項６】
船体内に、船舶の推進力を発生させる推進用プロペラを駆動する主機を有すると共に、この主機から供給される排気ガスにより駆動されるタービンおよびこのタービンにより駆動されて圧縮空気を生成する圧縮機を備え、この圧縮機により生成される圧縮空気を、掃気レシーバおよび第１の過給配管を介して前記主機に供給する過給機を有する推進機構と、
船内電源により駆動され、外気を取り込んで圧縮空気を生成する、回転数制御が可能な気体供給装置を有し、この気体供給装置により生成した圧縮空気を第１の調整弁および第１の送気配管を介して船底部外に噴出して船底部表面と水との間に微小気泡を発生させることにより、船底部と水との摩擦抵抗を低減させる微小気泡発生機構とを具備した船舶の圧縮空気供給装置において、
前記過給機から前記主機に供給している圧縮空気量が前記主機の要求している圧縮空気量より多い場合は、前記気体供給装置により生成した圧縮空気を前記第１の調整弁および前記第１の送気配管を介して船底部外に噴出させ、前記過給機から前記主機に供給している圧縮空気量が少ない場合は、前記掃気レシーバと前記気体供給装置とを、第２の調整弁および第２の過給配管を介して接続すると共に前記第１の調整弁および前記第２の調整弁を調整し、前記気体供給装置から前記主機に圧縮空気を供給するように構成したことを特徴とする船舶の圧縮空気供給装置。
【請求項７】
前記過給機から前記主機に供給している圧縮空気量が前記主機の要求している圧縮空気量より多く余剰圧縮空気がある場合は、前記第２の調整弁を閉じ、前記過給機により生成される前記余剰圧縮空気を、第３の調整弁および第２の送気配管を介して直接船底部外に噴出させるように構成すると共に前記第１の調整弁および前記第１の送気配管を介して前記気体供給装置から船底部外へ噴出する圧縮空気量を前記余剰圧縮空気分減らして噴出することを特徴とする請求項６に記載の船舶の圧縮空気供給装置。
【請求項８】
前記過給機から前記主機に供給している圧縮空気量が前記主機の要求する空気圧縮量より少なく不足している場合には、前記第２の調整弁を調整し、前記第２の過給配管を介してこの不足分の圧縮空気を前記気体発生装置より前記主機に供給すると共に前記第１の調整弁および前記第１の送気配管を介して、前記気体発生装置から船底部外へ圧縮空気を供給することを特徴とする請求項６に記載の船舶の圧縮空気供給装置。
【請求項９】
前記主機へ供給した圧縮空気分を補充して前記気体発生装置から船底部外へ圧縮空気を供給することを特徴とする請求項８に記載の船舶の圧縮空気供給装置。
【請求項１０】
前記過給機から前記主機に供給している圧縮空気量が前記主機の要求する圧縮空気量より多く余剰圧縮空気があり、更に前記気体供給装置から船底部外へ供給される圧縮空気を高圧にする場合は、前記第２の調整弁および前記第３の調整弁を閉じると共に前記過給機と前記気体供給装置とを、第４の調整弁および吸気配管を介して接続し、前記過給機により生成される余剰圧縮空気を前記気体供給装置に供給して多段圧縮させ、この多段圧縮された圧縮空気を、前記第１の調整弁および前記第１の送気配管を介して船底部外に噴出させるように構成したことを特徴とする請求項６に記載の船舶の圧縮空気供給装置。
【請求項１１】
前記微小気泡発生機構は、前記主機の回転数および燃料消費量から前記過給機の要求する圧縮空気量を算出し、その圧縮空気量と前記過給機から前記主機に供給している圧縮空気量との比較に応じて前記気体供給装置のモータの回転数および前記調整弁の開度を調整するコントローラを備えていることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の船舶の圧縮空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮空気を船底部表面に噴出させて微小気泡を発生させることにより、船底部と水との間の摩擦を低減させる省エネルギー技術を備えた船舶の圧縮空気供給システムとその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、船舶における省エネルギー技術の一つとして、船体内に設けた気体供給装置により圧縮空気を生成し、この圧縮空気を船底部表面に噴出させて微小気泡を発生させることにより、船底部と水の間の摩擦を低減させる技術が提案されている。
【０００３】
このような省エネルギー技術を備えた船舶は、一般に図４に示すような構造を有している。図４において、船舶の船体１内には、船舶の推進機構として、推進用プロペラ２を駆動させる主機（メインエンジン：Ｍ／Ｅ）３と、主機３の性能向上のためにこの主機３に燃料燃焼用の圧縮空気を供給する過給機４（ターボ・チャージャー：Ｔ／Ｃ）が設けられている。
【０００４】
主機３には一般的にディーゼル機関が採用されているが、船種によってはガスタービン機関や蒸気タービン機関などが採用される場合がある。過給機４は、タービン４ａと、このタービン４ａにより駆動される圧縮機４ｂを備えており、そのうちタービン４ａは、排気ガスを一時的に貯蔵する排気レシーバ５および排気配管６を介して主機３の排気側に接続され、圧縮機４ｂは、圧縮空気を一時的に貯めておく掃気レシーバ７および過給配管８を介して主機３の吸気側に接続されている。
【０００５】
また掃気レシーバ７には、主機３の始動時に圧縮空気を供給する補助ブロア９が接続されており、この補助ブロア９は、ブロア（送気装置）と、ブロアを駆動するためのモータから構成されている。
【０００６】
一方、微小気泡発生機構は、推進機構とは別に設けられており、外気吸気配管１０を介して外気を取り込んで圧縮空気を生成する気体供給装置１１と、気体供給装置１１で生成された圧縮空気を船底部表面に微小気泡が発生するように噴出する送気配管１２を有している。
【０００７】
なお、気体供給装置１１は、ブロアと、ブロアを駆動するためのモータと、ブロアを制御するための制御装置を備えており、船内電源により駆動されるようになっている。また送気配管１２には、圧縮空気の流量を調整するための調整弁１３が配設されている。
【０００８】
そして船舶の航行に際しては、主機３の始動時には、過給機４が十分に機能していない状態なので、補助ブロア９から掃気レシーバ７を介して圧縮空気を主機３に供給して燃焼を促進し、その後、主機３が駆動されると、主機３の排気ガスを利用して過給機４のタービン４ａを回転させ、その回転力を利用して圧縮機４ｂを駆動して圧縮空気を生成し、主機３に供給するように切り換えられる。
【０００９】
なお、この補助ブロア９は、主機３の始動時のみ動作させるため、回転数制御を行わない安価な製品が用いられている。
【００１０】
船舶が航行し始める際には、微小気泡発生機構の気体供給装置１１は、船内電源により駆動されて圧縮空気を生成しており、所定の航行速度になったときに調整弁１３を開いて船底部表面に圧縮空気を噴出させて微小気泡を発生させることにより、船底部と水との間の摩擦を低減させる。
【００１１】
ここで、微小気泡発生機構による摩擦抵抗の低減効果を主機３の燃料消費量低減（省エネルギー）に結び付けるには、微小気泡発生機構の動力をできるだけ少なくして効率を向上すると共に、微小気泡発生機構の設備コストをできるだけ抑制することが必要である。
【００１２】
そこで例えば特許文献１および特許文献２に記載されているように、微小気泡発生機構を設けずに、推進機構の過給機の排気ガスを利用して微小気泡を発生させる技術が考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−９７２７６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述の特許文献１および２に記載されているように、推進機構の過給機の排気ガスを利用すれば、微小気泡発生機構を別途設ける必要がないので、設備コストは低減できるが、主機の運転の変動に伴い、余剰の排気ガス量も変動するので、摩擦抵抗の低減効果を得るに十分な微小気泡を発生させる排気ガス量を確保することができないおそれがある。
【００１５】
また排気ガス量が変動すると、船舶の航行速度、船底部の喫水深さ、天候などの変化に対応させて微小気泡を噴出させる制御が複雑になるおそれがある。
【００１６】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、微小気泡を発生させる設備コストおよび電力使用量を低減し、しかも安定した圧縮空気量を確保して微小気泡による船舶の摩擦抵抗を低減できる船舶の圧縮空気供給システムおよびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明は、船体内に、船舶の推進力を発生させる推進用プロペラを駆動する主機を有すると共に、この主機から供給される排気ガスにより駆動されて圧縮空気を生成し、この圧縮空気を主機に供給する過給機を有する推進機構と、船内電源により駆動され、外気を取り込んで圧縮空気を生成し、この圧縮空気を船底部外に噴出して船底部表面と水との間に微小気泡を発生させることにより、船底部と水との摩擦抵抗を低減させる、回転数制御が可能な気体供給装置とを具備した船舶の圧縮空気供給システムにおいて、過給機から主機に供給している圧縮空気量と主機の要求する圧縮空気量とを比較し、少ない場合は、気体供給装置により生成される圧縮空気を主機に供給し、多い場合は、過給機から生成される圧縮空気と共に、あるいは単独で船底部外に噴出して微小気泡を発生させる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による船舶の圧縮空気供給システムおよびその装置によれば、船舶航行の状況、すなわち過給機から主機に供給している圧縮空気量と主機の要求する圧縮空気量との比較結果に応じて、過給機により生成される圧縮空気と、気体発生装置により生成される圧縮空気を必要に応じて融通できるようにしたので、船舶の始動時に過給機に圧縮空気を供給していた補助ブロアを省略することができ、設備コストを低減することができると共に、気体発生装置の電力使用量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による船舶の圧縮空気供給システムの第１実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明による船舶の圧縮空気供給システムの第２実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明による船舶の圧縮空気供給システムの第３実施の形態を示す概略構成図である。
【図４】従来の船舶の圧縮空気供給システムの一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明による船舶の圧縮空気供給システムの第１実施の形態を示す概略構成図である。
【００２１】
図１において、船舶の船体１内には、船舶の推進機構として、推進用プロペラ２を駆動させる主機（メインエンジン：Ｍ／Ｅ）３と、主機３の性能向上のためにこの主機３に燃料燃焼用の圧縮空気を供給する過給機４（ターボ・チャージャー：Ｔ／Ｃ）が設けられている。
【００２２】
主機３にはディーゼル機関が採用されている。過給機４は、タービン４ａと、このタービン４ａにより駆動される圧縮機４ｂを備えている。そのうちタービン４ａは、排気ガスを一時的に貯蔵する排気レシーバ５および排気配管６を介して主機３の排気側に接続され、主機３の排気ガスにより駆動され、排気ガスを大気に放出する。
【００２３】
圧縮機４ｂは、圧縮空気を一時的に貯めておく掃気レシーバ７および過給配管８（第１の過給配管）を介して主機３の吸気側に接続され、タービン４ａによって駆動されて外気を取り込み、圧縮空気を生成して掃気レシーバ７を介して主機３に供給する。
【００２４】
一方、微小気泡発生機構は、外気吸気配管１０を介して外気を取り込んで空気を圧縮して供給する気体供給装置１１と、気体供給装置１１から供給された圧縮空気を船底部表面に微小気泡が発生するように噴出する送気配管１２（第１の送気配管）を有している。この送気配管１２には、圧縮空気の流量を調整するための調整弁１３（第１の調整弁）が配設されている。また気体供給装置１１は、ルーツブロアまたはターボブロアなどのブロアと、ブロアを駆動するためのモータと、ブロアを制御するための制御装置を備えている。
【００２５】
本実施の形態では、従来設けられていた補助ブロアを省略し、気体発生装置１１を、調整弁１４（第２の調整弁）および過給配管１５（第２の過給配管）を介して掃気レシーバ７に接続し、気体供給装置１１から主機３に圧縮空気を供給できるようにしたところに特徴を有する。
【００２６】
このような構成において、主機３の始動時ないし低負荷時は、船舶が停止ないしは低速状態にあり、船体の摩擦抵抗を低減するために圧縮空気を船底部外に噴出させて微小気泡を発生させる必要がないので、第１の調整弁１３を閉じた状態とする。
【００２７】
一方、主機３の少なくとも始動時には、過給機３が機能していない状態にあるので、第２の調整弁１４を開き、第２の過給配管１５および掃気レシーバ７を介して気体供給装置１１から圧縮空気を主機３へ供給する。この場合、気体供給装置１１からの圧縮空気の供給は、必要に応じて主機３の低負荷時にも継続して行うことができる。
【００２８】
そしてその後の船舶の航行に際しては、主機３が駆動されることにより、主機３の排気ガスを利用して過給機４のタービン４ａが回転され、その回転力を利用して圧縮機４ｂが駆動されて圧縮空気が生成されるので、この圧縮空気を主機３に供給するように切り換える。
【００２９】
従ってこのような構成とすることにより、従来必要であった補助ブロアを不要とすることができ、補助ブロアの省略による機器コストの削減や省スペースを図ることができる。また図示していないが、インバータ等で気体供給装置１１のモータを回転数制御できるように構成し、主機３の回転数、負荷状態によって最適な圧縮空気量を供給するようにすれば、従来の回転数制御がない補助ブロアに比べ、少ない動力で圧縮空気を供給することができ、省エネルギーを図ることが可能となる。
【００３０】
図２は本発明による船舶の圧縮空気供給システムの第２実施の形態を示す概略構成図である。図２において、本実施の形態が第１実施の形態と異なる点は、過給機４と船底部との間に調整弁１６（第３の調整弁）および送気配管１７（第２の送気配管）を新たに設け、過給機４の圧縮空気を船底部外に噴出させて微小気泡を発生させるように構成したところにある。
【００３１】
船舶が低速航行するときは、主機３は低負荷となり、過給機４により生成される圧縮空気が主機３の要求する圧縮空気量より不足するため、低速航行中では第１実施の形態と同様に第２の調整弁１４および第２の過給配管１５を介して気体供給装置１１から掃気レシーバ７へ圧縮空気を供給すると共に第１の送気配管１２および第１の調整弁１３を介して気体供給装置１１から船底部に圧縮空気を供給し、船底部表面に微小気泡を発生させる。このとき主機３の要求する圧縮空気量に対し不足している圧縮空気量を後述するコントローラ１８により第２の調整弁１４および第１の調整弁１３を制御し調整してもよいし、また、気体供給装置１１から主機３へ供給した圧縮空気量を補充するように気体供給装置１１の回転数を増し、船底部外へ供給するように構成してもよい。また、主機３が気体供給装置１１からの圧縮空気が不要であれば第２の調整器１４を閉じてもよい。なお、この時第３の調整弁１６は閉じている。
【００３２】
過給機の効率が高く、主機３の負荷が６０％を超える領域では、主機３が必要とする圧縮空気量以上の圧縮空気すなわち余剰圧縮空気を過給機３が供給可能になっている。船舶が高速で航行するときには、主機３は高負荷となる反面、過給機３からの圧縮空気に余剰分が発生する。このとき第１の調整弁１３を閉じ、あるいは調整し、第２の調整弁１４は閉じ、第３の調整弁１６を開いて、この余剰分の圧縮空気を第２の送気配管１７を介して船底部外に噴出させることで、微小気泡を発生させる。
【００３３】
また主機３の回転数および燃料消費量から、主機が要求する圧縮空気量を基準に比較して、不足また余剰の圧縮空気量を算出するコントローラ１８を設け、船舶航行時は、その余剰圧縮空気量に応じて第１の調整弁１３、第３の調整弁１６および気体供給装置１１を制御することにより、気体供給装置１１から供給される圧縮空気より過給機４から供給される余剰圧縮空気を優先的に船底部外に噴出させることができる。
【００３４】
例えば高速航行時で、主機３による余剰圧縮空気が十分にある場合には、気体供給装置１１からの圧縮空気の供給を停止することが可能である。また主機３の余剰圧縮空気が足りない場合は、第１の調整弁１３を開き、気体供給装置１１からの圧縮空気を供給して補うことも可能である。
【００３５】
このような構成とすることにより、第１の実施の形態と同様の効果が得られると共に、船舶航行時においては、過給機４からの余剰圧縮空気を微小気泡の発生に利用できることから、気体供給装置１１を動作させる時間を減少させることができ、船舶の燃料費の削減が可能となる。
【００３６】
図３は本発明による船舶の圧縮空気供給システムの第３実施の形態を示す概略構成図である。図３において、本実施の形態が第２実施の形態と異なる点は、過給機４と気体供給装置１１との間に調整弁１９（第４の調整弁）および吸気配管２０（第２の吸気配管）を新たに設け、過給機４の余剰圧縮空気を気体供給装置１１に供給して圧縮空気の圧力をさらに高めて船底部外に噴出させて微小気泡を発生させるように構成したところにある。第４の調整弁１９は、コントローラ１８で主機の回転数および燃料消費量から算出された余剰圧縮空気量に応じて流量を制御する。
【００３７】
船舶の積荷の量が多い場合は、喫水が深くなり、船底部表面に微小気泡を発生させるためには、喫水に相当する水圧以上の圧縮空気が必要となる。圧縮空気の供給システムを計画する際に、最大喫水を想定して機器を選定すると、機器コストが高くなるほか、機器の設置スペースが大きくなる等の問題がある。
【００３８】
本実施の形態によれば、コントローラ１８で算出された余剰圧縮空気量に応じて第４の調整弁１９を開き、吸気配管２０を介して過給機４の余剰圧縮空気を気体供給装置１１に吸気させ、圧縮空気を多段に圧縮することで、喫水が深い場合でも、微小気泡を発生させるに十分な圧力の圧縮空気を船底部に供給することが可能となる。
【００３９】
そのため圧縮空気の供給システム計画時の喫水以上になった場合でも、微小気泡を船底部表面に発生させる圧縮空気の供給が可能となる。なお、このとき第２の調整弁１４と第３の調整弁１６は閉じておく。また外気吸気配管１０からの吸気も遮断できるように構成しておくことが望ましい。
【００４０】
本実施の形態によれば、第２実施の形態と同様の効果が得られるほか、気体供給装置１１の機器コストを最小限に抑えつつ、喫水が深い場合にも対応可能なシステムとすることができる。なお、本実施の形態における、過給機４と気体供給装置１１との間に調整弁１９（第４の調整弁）および吸気配管２０（第２の吸気配管）を新たに設ける構成は、図１に示す第１実施の形態に適用することもできる。
【００４１】
以上説明したように、本発明による船舶の圧縮気体供給システムおよびその装置によれば、微小気泡発生機構側の気体発生装置による圧縮空気と、推進機構側の過給機による圧縮空気を、船舶の航行状況、すなわち過給機から主機に供給している圧縮空気量と主機の要求する圧縮空気量との比較結果に応じて融通できるようにしたことにより、設備コストが低減でき、気体発生装置の電力使用量も低減できる効果がある。
【００４２】
なお、本発明は、海洋を航行する船舶に限らず、河川、湖などの水面を航行する船舶に適用できるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１…船体
２…推進用プロペラ
３…主機
４…過給機
４ａ…タービン
４ｂ…圧縮機
５…排気レシーバ
６…排気配管
７…掃気レシーバ
８…過給配管（第１の過給配管）
９…補助ブロア
１０…外気吸気配管
１１…気体供給装置
１２…送気配管（第１の送気配管）
１３…調整弁（第１の調整弁）
１４…調整弁（第２の調整弁）
１５…過給配管（第２の過給配管）
１６…調整弁（第３の調整弁）
１７…送気配管（第２の送気配管）
１８…コントローラ
１９…調整弁（第４の調整弁）
２０…吸気配管
【要約】      （修正有）【課題】微小気泡を発生させる設備コストおよび電力使用量を下げ、安定した圧縮空気量の確保と船舶の摩擦抵抗を低減する。【解決手段】船体１内に、船舶の推進力を発生させる推進用プロペラ２を駆動する主機３を有すると共に、この主機３から供給される排気ガスにより駆動されて圧縮空気を生成し、この圧縮空気を主機３に供給する過給機４を有する推進機構と、船内電源により駆動され、外気を取り込んで圧縮空気を生成し、この圧縮空気を船底部外に噴出して船底部表面と水との間に微小気泡を発生させることにより、船底部と水との摩擦抵抗を低減させる、回転数制御が可能な気体供給装置１１とを具備する。過給機４から主機に供給している圧縮空気量と主機の要求する圧縮空気量とを比較し、少ない場合は、気体供給装置１１により生成される圧縮空気を主機３へ供給し、多い場合は、過給機４から生成される圧縮空気と共に、あるいは単独で船底部外に噴出する。【選択図】図１【図１】
0005294135.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005294135.tif 000004
【図４】
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