船舶エネルギーシステム
【課題】船舶の入港時以降接岸時までの間、補機発電機を駆動する補機用原動機を効率よい領域で運転することにより、補機用原動機の使用する燃料を少なくし、排気ガスを減らすこと。
【解決手段】電気推進器部２００ａで消費する電力を検出する電力検出手段２０と、船内電力母線６に接続され、充放電動作する電力貯蔵装置２１と、バウスラスタ３００に始動指令を与える始動スイッチ１２と、電力検出手段の検出信号が閾値以下になると電力貯蔵装置を充電モードにし、始動スイッチの始動指令により放電モードにし、蓄電している電力を船内電力母線に放電させる制御回路２２とを備え、入港時に電気推進器部の推力を下げて推進する際にその消費電力が閾値以下になると制御回路により電力貯蔵装置を補機発電機４−１，４−２から充電させ、その充電動作中に始動スイッチの始動指令を受ける場合、電力貯蔵装置を放電動作させてバウスラスタにその放電電力を供給する。
【解決手段】電気推進器部２００ａで消費する電力を検出する電力検出手段２０と、船内電力母線６に接続され、充放電動作する電力貯蔵装置２１と、バウスラスタ３００に始動指令を与える始動スイッチ１２と、電力検出手段の検出信号が閾値以下になると電力貯蔵装置を充電モードにし、始動スイッチの始動指令により放電モードにし、蓄電している電力を船内電力母線に放電させる制御回路２２とを備え、入港時に電気推進器部の推力を下げて推進する際にその消費電力が閾値以下になると制御回路により電力貯蔵装置を補機発電機４−１，４−２から充電させ、その充電動作中に始動スイッチの始動指令を受ける場合、電力貯蔵装置を放電動作させてバウスラスタにその放電電力を供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バウスラスタを備えた船舶の推進および船内電力負荷に使用する電力を供給する船舶エネルギーシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶には、入港後タグボートの助けによらずに船体を岸壁までスムーズに移動するためにバウスラスタを備えるようにしたものがある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図７はプロペラを主機関で駆動する従来の主機関推進方式の構成図である。
図７において、１はディーゼル機関等の主機関（以降、主機という）であり、主機軸２に推進用プロペラ３を直結して主機１で直接駆動するようになっている。この主機１、主機軸２および推進用プロペラ３からなる部分を主機関推進器部１００と称する。
【０００４】
４−１〜４−ｎは図示しないディーゼル機関等の補機用原動機により駆動される同期発電機等の補機発電機であり、それぞれ発電機遮断器５−１〜５−ｎを介して船内電力母線６に給電するように接続されている。７は船内電力負荷であり、負荷遮断器８−１を介して前記船内電力母線６に接続されている。
【０００５】
また、この船内電力母線６には他の負荷遮断器８−２、始動装置９を介してバウスラスタ３００のモータ１０が接続され、このモータ１０によってプロペラ１１を駆動するように構成されている。バウスラスタとは、船首部に横向きにあけたトンネル部にプロペラを設置したもので、出入港、接岸作業時にプロペラを正転／逆転、増減速することにより、船首の向きを変えることを可能としたものである。なお、１２はバウスラスタ３００の始動スイッチである。
【０００６】
図８は図７のように構成された船舶エネルギーシステムを装備した船舶の入港時におけるタイムチャートであり、（ａ）は主機１の出力特性を、（ｂ）はバウスラスタ３００の負荷特性を、そして（ｃ）は補機発電機４の出力特性をそれぞれ示す。
【０００７】
船舶の外洋航行中は、プロペラ３を駆動するために主機関推進器部１００を稼働させるが、バウスラスタ３００は稼働させない。そして、船舶が港の近くまでくると、操船者は主機１の出力を図８（ａ）の特性（Ａ）のように急激に低下させて減速させ、その後緩やかに低下させることによって船舶を低出力・低速度で岸壁に向かって推進させる。
【０００８】
操船者は船舶が岸壁に近づくとバウスラスタ３００を稼働させるために、始動スイッチ１２を操作して始動装置９に始動指令を出力し、モータ１０によってプロペラ１１を駆動する。バウスラスタ３００の稼働によって船体は横方向に移動して接岸する。バウスラスタ３００が船体の接岸作業時に消費する電力（言い換えれば、バウスラスタ負荷）は、同図（ｂ）の特性（Ｂ）のようにバウスラスタ３００が始動し始めてから停止するまでの期間生じる。
【０００９】
バウスラスタ３００以外の負荷である船内電力負荷７による消費電力は外洋航行中および入港後を含めてほぼ一定であるので、補機発電機４の出力は、接岸作業でバウスラスタ３００が稼働する直前まではほぼ一定に保たれるが、バウスラスタ３００が始動始めてから停止するまでの間、同図（ｃ）の特性（Ｃ）のように増加する。
【００１０】
このため、補機発電機４を駆動する図示しない補機用原動機のガバナーは、船内電力負荷７の消費電力にバウスラスタ３００の消費電力を加算した電力を出力するように燃料供給量を増加させて補機発電機４の入力を増加させるように制御する。なお、以上ではバウスラスタ３００の稼働に合わせて２台の補機発電機４の出力を増加するようにガバナー制御するように説明したが、バウスラスタ３００の稼働に合わせて補機発電機４の運転台数を調整する様にしても良い。
【００１１】
図９はプロペラを主機で駆動する主機関推進方式に替わって、推進モータで駆動する電気推進方式を採用した別の従来例の構成図である。
【００１２】
図９において、２００は図８の主機関推進器部１００に替わって装備された電気推進器部であり、推進モータ１３、プロペラ１４および推進モータ１３を駆動するインバータ１５から構成されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１３】
インバータ１５は負荷遮断器１８−３を介して船内電力母線６に接続されて推進モータ１３を可変速制御しプロペラ１４を駆動して船舶を推進させる。なお、この電気推進方式の場合、推進モータ１３が大きな電力を消費するので、図７の主機関推進方式に比べて補機発電機４−３を１台増設しているが、その他の構成は図７の場合と同じである。
【００１４】
図１０は図９のように構成された船舶エネルギーシステムを装備した船舶の入港時におけるタイムチャートであり、（ａ）は推進モータ１３の出力特性を、（ｂ）はバウスラスタ３００の負荷特性を、そして（ｃ）は補機発電機４の出力特性をそれぞれ示す。
【００１５】
船舶の外洋航行中は、プロペラ１４を駆動する推進モータ１３の出力は図１０（ａ）のようにほぼ一定である。また、このときバウスラスタ３００を稼働させないのでバウスラスタ３００の消費電力は同図（ｂ）のようにゼロである。
【００１６】
この外洋航行中、補機発電機４は電気推進器部２００および船内電力負荷７の各消費電力分を発電すればよいので、補機発電機４を駆動する図示しないディーゼル機関等の補機用原動機はほぼ一定の出力で運転されている。
【００１７】
そして、船舶が港の近くまでくると、操船者はインバータ１５を制御して推進モータ１３の出力を図１０（ａ）の特性（Ａ）のように急激に低下させて減速させ、その後緩やかに低下させることによって船舶を低出力・低速度で岸壁に向かって推進させる。
【００１８】
操船者は船舶が岸壁に近づくと始動スイッチ１２を操作して始動装置９に始動指令を出力し、バウスラスタ３００を始動する。バウスラスタ３００の稼働によって船体は横方向に移動して接岸する。バウスラスタ３００が船体の接岸作業時に消費する電力（バウスラスタ負荷）は、同図（ｂ）の特性（Ｂ）のようにバウスラスタ３００が始動し始めてから停止するまでの期間生じる。
【００１９】
一方、補機発電機４は、外洋航行中高負荷の電気推進器部２００と、低負荷の船内電力負荷７の各消費電力分に見合った発電量を出力すればよいので、出力特性は同図（ｃ）のようにある一定の発電量を出力する。しかし、船舶が港の近くまでくると、推進モータ１３の出力を図１０（ａ）の特性（Ａ）のように急激に低下させるので、これに合わせて発電量を急激に下げ、その後は緩やかに下げる。そして船体が岸壁に近づき操船者がバウスラスタ３００を始動させると、バウスラスタ３００の消費電力分だけ（Ｃ）のように発電量を増加させなければならない。
【００２０】
前述したように、補機発電機４はディーゼル機関等の補機用原動機によって駆動されているため、発電機の発電量を増減されるたびに図示しないディーゼル補機のガバナーは、燃料供給量を変化するように制御しなければならない。
【特許文献１】特開２００２−３６２４９２号公報、
【特許文献２】特開２００１−２５１８９５号公報、
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
図７に示す第１の従来例の場合、船舶の入港時には主機１の出力を定格運転時よりも下げて運転せざるを得ないために、主機１の効率が悪くなるということが懸念される。また、船舶の入港時には、主機１の排出する排気ガスに含まれるNOx、SOxなどの大気汚染物質が港湾近くの地域住環境に悪影響を与える懸念もあるため、港の近くでは排気ガスの排出を減らすことが求められている。
【００２２】
図９に示す第２の従来例の場合も、船舶の入港時には推進モータ１３の出力を下げて運転するので、推進モータ１３に給電する補機発電機４の駆動用ディーゼル補機の出力も急激に下げて運転せざるを得ない。このため、補機発電機４を駆動する補機用原動機の効率が悪くなるということが懸念される。また、船の入港時には、補機発電機４を駆動する補機用原動機についても、排気ガスの排出を減らすことが求められている。
【００２３】
また、第１および第２の従来例において、接岸時にはバウスラスタ３００が電力を消費するために、その電力を供給する補機発電機４を駆動する補機用原動機からの排気ガスも増加する。この場合についても前述した理由により排気ガスの排出を減らすことが求められている。
【００２４】
そこで、本発明は、船舶の入港時以降接岸時までの間、補機発電機を駆動する補機用原動機を効率よい領域で運転することにより、補機発電機を駆動する補機用原動機の使用する燃料を少なくし、排気ガスを減らすことのできる船舶エネルギーシステムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、主機、主機軸およびプロペラからなる推進器部と、船内電力母線に接続され電力を供給する補機発電機と、前記船内電力母線に接続されたインバータ、このインバータにより駆動される推進モータおよびこの推進モータにより駆動されるプロペラからなる電気推進器部と、前記船内電力母線に接続されて当該船内電力母線の電力を使用して駆動するモータおよびこのモータにより駆動されるプロペラを備えたバウスラスタと、を備えた船舶エネルギーシステムにおいて、前記電気推進器部で消費する電力を検出する電力検出手段と、前記船内電力母線に接続され、充放電動作する電力貯蔵装置と、前記バウスラスタに始動指令を与える始動スイッチと、前記電力検出手段による検出信号を入力し、この検出信号が予め定めた閾値以下になると前記電力貯蔵装置を充電モードにして前記船内電力母線から充電させ、前記始動スイッチの始動指令を入力すると、前記電力貯蔵装置の充電を停止させて放電モードにし、蓄電している電力を前記船内電力母線に放電させる制御回路と、を備え、船舶が外洋航海時は前記推進器部と前記電気推進器部とにより船舶を推進させ、船舶の入港時に推進器部を停止させ、さらに電気推進器部の推力を下げて推進する際に前記電気推進器部の消費電力が予め定めた前記閾値以下になると前記制御回路を動作させて前記電力貯蔵装置を前記補機発電機から充電させ、その充電動作中に前記制御回路が前記始動スイッチの始動指令を受ける場合、前記電力貯蔵装置を放電動作させて前記バウスラスタのモータにその放電電力を供給するようにしたことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項２に係る発明は、船内電力母線に接続され電力を供給する補機発電機と、前記船内電力母線に接続されたインバータ、このインバータにより駆動される推進モータおよびこの推進モータにより駆動されるプロペラからなる電気推進器部と、前記船内電力母線に接続されて当該船内電力母線の電力を使用して駆動するモータおよびこのモータにより駆動されるプロペラを備えたバウスラスタと、を備えた船舶エネルギーシステムにおいて、前記電気推進器部で消費する電力を検出する電力検出手段と、前記船内電力母線に接続され、充放電する電力貯蔵装置と、前記バウスラスタに始動指令を与える始動スイッチと、前記電力検出手段による検出信号を入力し、この検出信号が予め定めた閾値以下になると、前記電力貯蔵装置を充電モードにして前記船内電力母線から充電させ、前記始動スイッチの指令を入力すると、前記電力貯蔵装置の充電を停止させて放電モードにし、蓄電している電力を前記船内電力母線に放電させる制御回路と、を備え、船舶が外洋航海時は前記電気推進器部により船舶を推進させ、船舶の入港時に前記電気推進器部の推力を下げて推進する際に前記電気推進器部の消費電力が予め定めた閾値以下になると、前記制御回路を動作させて前記電力貯蔵装置を前記補機発電機から充電させ、その充電動作中に前記始動スイッチの始動指令を受けた場合、前記電力貯蔵装置を放電動作させて前記バウスラスタのモータにその放電電力を供給するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る船舶エネルギーシステムによれば、船が入港時に推進力を下げる際は主機を停止させるので、主機の効率が低い領域で使用しないようにすることができさらに、推進力を下げることに伴い船内で消費される電力が減少した際には電力貯蔵装置に充電することで補機発電機の出力の低下を抑えて、補機発電機を駆動する補機用原動機を効率よい領域で運転し、接岸時には、電力貯蔵装置に蓄電された電力を利用してバウスラスタのモータを駆動することによって、補機用原動機の使用する燃料が少なくて済み、補機用原動機から排出される排気ガスを減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、各図中の同一部分については同一符号を付けることにより重複する説明は適宜割愛する。
【００２９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による船舶エネルギーシステムの構成例を示す図である。
本実施形態は、主機関推進器部および電気推進器部を備えたハイブリッド電気推進船に適用した船舶エネルギーシステムである。
【００３０】
図１において、１００は主機関推進器部であり、船尾側に向けて設置したプロペラ３を駆動する。２００ａは主機関推進器部１００の補助的推進器部として装備された電気推進器部であり、図９の電気推進器部２００と同様に推進モータ１３ａ、プロペラ１４ａおよび推進モータ１３ａを駆動するインバータ１５ａから構成され、インバータ１５ａを負荷遮断器１８−４を介して船内電力母線６に接続し、推進モータ１３ａを可変速制御してプロペラ１４ａを駆動する。なお、ハイブリッド電気推進船では、主機１で駆動されるプロペラ３とこのプロペラ３よりもさらに船尾側に設置されたプロペラ１４ａとを向かい合わせで設置することで、二重反転効果で推進効率を向上させるようにしている。
【００３１】
２０は電気推進器部２００ａで消費される電力すなわち、インバータ１５ａおよび推進モータ１３ａで消費される電力を検出する電力検出器である。２１は負荷遮断器１８−５を介して船内電力母線６に接続した電力貯蔵装置であり、電力貯蔵デバイス２１−１および充放電装置２１−２から構成されている。
【００３２】
この電力貯蔵デバイス２１−１は、例えば、二次電池（鉛電池、リチウムイオン電池など）、電気二重層コンデンサ、ＳＭＥＳ（超電導電力貯蔵）などを適用することができる。一方、充放電装置２１−２は、制御整流素子で構成され、電力貯蔵デバイス２１−１を船内電力母線６の電圧で充電するとき（充電モードという）は、船内電力母線６の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータとして動作し、逆に電力貯蔵デバイス２１−１に蓄積した電力を船内電力母線６に放電するとき（放電モードという）は、電力貯蔵デバイス２１−１の直流電圧を船内電力母線６の電圧および周波数と一致する交流電圧に変換するためのインバータとして動作する。
【００３３】
２２は制御回路であり、電力検出器２０の検出値および始動スイッチ１２からのバウスラスタ稼働指令を入力するように構成され、始動スイッチ１３からバウスラスタ稼働指令を入力していない状態のとき、電力検出器２０の検出値が後述する閾値Ｋ1よりも小さい場合、前記電力貯蔵装置２１の充放電装置２１−２に充電指令を出力して充電動作させ、始動スイッチ１３からバウスラスタ稼働指令が入力されると、充放電装置２１−２に出力していた充電指令を停止し、放電指令を出力する。
【００３４】
以下、図２に示す電気品の特性図を参照して、本実施の形態の動作を説明する。
船舶が外洋を通常に航行している時、主機関推進器部１００では主機軸２を介してプロペラ３を駆動して推進力を発生させ、電気推進器部２００ａでは、インバータ１５ａが船内電力母線６から電力を受けて推進モータ１４ａを駆動してプロペラ１３ａを駆動することにより推進力を発生させ、両推進器部１００、２００ａが協働して船舶を推進させる。このとき、バウスラスタ３００は停止している。
【００３５】
船舶が港に接近すると、操船者は推進力を下げる必要があるので、まず、主機関推進器部１００の主機１を停止させ（図２（ａ））、推進モータ１４ａの出力も徐々に低下させるようにインバータ１５ａを制御する（図２（ｂ））。主機１の停止後は、船舶は電気推進器部２００ａの推進力のみで推進する。このことにより、主機１は効率の悪い低出力での運転を回避できる。
【００３６】
船舶が岸壁に近づくにつれ、操船者がさらに船速を下げるためにインバータ１５ａを制御して推進モータ１４ａの出力を低下させると、図２（ｂ）に示すように、電力検出器２２で検出したインバータ１５ａの消費電力が減少する。このとき、補機発電機４の出力電圧、周波数を一定値に維持するために、図示しない補機発電機用原動機のガバナーが動作して補機発電機４の出力電力も減少する（図２（ｄ））。
【００３７】
図２（ａ）の時点（Ａ）において、インバータ１５ａの消費電力が閾値Ｋ１より小さくなると、制御回路２２は充放電装置２１−２に充電指令を出力して充電動作させる。
【００３８】
船舶が港湾内で岸壁に向かって推進しているときは、補機発電機４の出力を絞っている状態なので補機発電機４を駆動する補機用原動機の効率は良くないが、図２（ｃ）のように電力貯蔵装置２１を充電することで補機発電機４にとって負荷が増加することになり、補機発電機４を駆動する補機用原動機の出力を増加させることになるので、電力貯蔵装置２１を充電しない場合に比べ、補機用原動機を効率良い領域で運転することができる。
【００３９】
船舶を接岸させる時、操船者の操作により始動スイッチ１２から始動装置９に始動指令が出力され、バウスラスタ３００のモータ１０がプロペラ１１を駆動する。これに伴い、モータ１０が大きい電力を消費する（図２（ｅ））。始動スイッチ１２からの始動指令は、制御回路２２にも出力される。
【００４０】
制御回路２２は始動スイッチ１３の始動指令を受けると、充放電装置２１−２に出力していた充電指令を停止し、放電指令を出力する。電力貯蔵装置２１は放電指令により放電動作を行う（図２（ｃ））。効率良く発電した補機発電機４の電力を電力貯蔵装置２１に蓄電し、その電力を利用してバウスラスタ３００を駆動することになるので、補機発電機４を駆動する補機用原動機の燃料使用量が少なくて済み、補機用原動機の排出する排気ガスを減らすことができる。また、バウスラスタ３００を動作させる際には、電力負荷としては、ほぼ船内電力負荷７とバウスラスタ３００（インバータ１５ａの負荷は少ない）とになるので、電力負荷量と電力貯蔵装置の出力電力とのバランスから、補機発電機４の全部または一部を停止させれば、無駄に排気ガスが排出されることはない。
【００４１】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態による船舶エネルギーシステムの構成例を示す図である。
本実施形態は、図３で示すように、図１に示した第１の実施形態との違いは、主機関推進器部１００および電気推進器部２００ａを備えたハイブリッド電気推進方式に替えて、電気推進器部２００のみを備えた船舶エネルギーシステムであり、その他の点は図１の第１の実施形態と同じである。
【００４２】
以下、図４に示す電気品の特性図を参照して本実施の形態の動作を説明する。
電気推進器部２００では、インバータ１５が船内電力母線６から電力を受けて推進モータ１３を駆動する。推進モータ１３はプロペラ１４を駆動し、推進力を発生させる。
【００４３】
船舶が外洋を通常に航行している時は、電気推進器部２００が船を推進させ、バウスラスタ３００は停止している。
【００４４】
船舶が港に接近すると、操船者は推進力を下げる必要があるので、インバータ１５を制御して推進モータ１３の出力を低下させる。すると、図４（ａ）で示すように、電力検出器２０で検出されたインバータ１５の消費電力が減少する。このとき、補機発電機４の出力電圧、周波数を一定値に維持するために、図示しない補機発電機用原動機のガバナーが動作して補機発電機４の出力電力も減少する（図４（ｃ））。
【００４５】
図４（ａ）の時点（Ａ）において、インバータ１５の消費電力が閾値Ｋ１より小さ<なると、制御回路２２は充放電装置２１−２に充電指令を出力して充電動作させる（図４（ｂ））。
【００４６】
船舶が港湾内で岸壁に向かって推進しているときは、補機発電機４の出力を絞っている状態なので補機発電機４を駆動する補機用原動機の効率は良くないが、電力貯蔵装置２１を充電することで補機発電機４にとって負荷が増加することになり、補機発電機４を駆動する補機用原動機の出力を増加させることになるので、電力貯蔵装置２１を充電しない場合に比べ、補機用原動機を効率良い領域で運転することができる。
【００４７】
船舶を接岸させる時、操船者の操作により始動スイッチ１２から始動装置９に始動指令が出力され、バウスラスタ３００のモータ１０がプロペラ１１を駆動する。これに伴い、モータ１０が大きい電力を消費する（図４（ｄ））。始動スイッチ１２からの始動指令は、制御回路２２にも出力される。
【００４８】
制御回路２２は始動スイッチ１３の始動指令を受けると、充放電装置２１−２に出力していた充電指令を停止し、放電指令を出力する。電力貯蔵装置２１は放電指令により放電動作を行う（図４（ｂ））。効率良く発電した補機発電機４の電力を電力貯蔵装置２１に蓄電し、その電力を利用してバウスラスタ３００を駆動することになるので、捕機発電機４を駆動する補機用原動機の燃料使用量が少なくて済み、補機用原動機の排出する排気ガスを減らすことができる。また、バウスラスタ３００を動作させる際には、電力負荷としては、ほぼ船内電力負荷７とバウスラスタ３００（インバータ１５ａの負荷は少ない）になるので、電力負荷量と電力貯蔵装置の出力電力とのバランスから、補機発電機４の全部または一部を停止させれば、無駄に排気ガスが排出されることはない。
【００４９】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態による船舶エネルギーシステムの構成例を示す図である。
本実施形態は、推進器部として第１実施形態による船舶エネルギーシステムと同様に、主機関推進器部１００および電気推進器部２００ａを備えたハイブリッド電気推進船に適用した船舶のエネルギーシステムである。
【００５０】
本実施形態は、図５で示すように、図１に示した第１の実施形態との違いは、制御回路２２を制御回路２２ａに置換した点と、太陽光で発電するための太陽電池２３およびこの太陽電池２３で発電した直流電圧を交流に変換するＰＶインバータ２４で構成された太陽光発電装置４００を付加した点と、制御回路２２ａに充電指令を与える充電スイッチ２５を付加した点である。なお、太陽電池２３は例えば船の甲板等、太陽光を受けられる場所に設置する。
【００５１】
制御回路２２ａは、充電スイッチ２５から充電指令を与えられると、電力貯蔵装置２１の充放電装置２１−２に対して充電指令を出力し、電力貯蔵装置２１を船内電力母線６から充電動作させる。また、太陽光発電装置４００のＰＶインバータ２４は、太陽電池２３で発電した電力の情報を電力貯蔵装置２１の充放電装置２１−２に与えるように機能する。
【００５２】
以下、図６に示す電気品の特性図を参照して本実施形態の動作を説明する。
充電スイッチ２５がＯＦＦの時は、電力貯蔵装置２１は充電動作も放電動作も行わない。このとき、補機発電機４および太陽光発電装置４００により発電した電力は、船内電力負荷７およびインバータ１５ａで利用される。
【００５３】
充電スイッチ２５を、例えば船舶の外洋航行中に操船者がＯＮにすると、制御回路２２ａは充放電装置２１−２に対して充電指令を出力して船内電力母線６から充電動作させる（図６（ｃ））。この結果、補機発電機４にとって負荷が増加することになり、出力電力が増加し、補機発電機を駆動する補機用原動機は、効率よい領域で運転することになる（補機発電機４を効率良く運転して発電した電力の一部を充電する。）。
【００５４】
一方、太陽光発電装置４００の発電電力は太陽電池２３で受けた日光の強さに応じて変化する。この太陽電池２３で発電した電力の情報を、ＰＶインバータ２４より充放電装置２１−２へ与える。充放電装置２１−２は太陽電池２３で発電した電力量に応じて、充電電力が増加するように制御される。このようにして、太陽光発電装置４００の発電電力も電力貯蔵装置２１に充電される。
【００５５】
電力貯蔵装置２１が図６（ａ）の（Ａ）時点で満充電になると、図６（ｃ）で示すように充放電装置２１−２は充電を停止し、太陽光発電装置４００により発電した電力は、船内電力負荷７およびインバータ１５ａで利用される。
【００５６】
船舶が港に接近すると、操船者は推進力を下げる必要があるので、まず、主機関推進器部１００の主機１を停止させ（図６（ａ））、推進モータ１４ａの出力も徐々に低下させるようにインバータ１５ａを制御する（図６（ｂ））。主機１の停止後は、船舶は電気推進器部２００ａの推進力のみで推進する。このことにより、主機１は効率の悪い低出力での運転を回避できる。
【００５７】
船舶が岸壁に近づくにつれ、操船者がさらに船速を下げるために（Ｂ）のようにインバータ１５ａを制御して推進モータ１４ａの出力を低下させると、図６（ｂ）に示すように、電力検出器２２で検出したインバータ１５ａの消費電力が減少する。このとき、補機発電機４の出力電圧、周波数を一定値に維持するために、図示しない補機発電機を駆動する補機用原動機のガバナーが動作して補機発電機４の出力電力も減少する（図６（ｅ））。
【００５８】
図６（ｂ）の時点（Ｃ）において、インバータ１５ａの消費電力が閾値Ｋ１より小さくなると、制御回路２２ａは図６（ｃ）で充放電装置２１−２に放電指令を出力して放電動作させ、補機発電機４の運転を停止させる。なお、停止する代わりに運転台数を減少させてもよい。このことにより、本実施形態によれば、自然エネルギーを有効利用しつつ、補機発電機４を駆動する補機用原動機から排出される排気ガスを抑制することができる。
【００５９】
船舶を接岸させる時、操船者の操作により始動スイッチ１２から始動装置９に始動指令が出力され、バウスラスタ３００のモータ１０がプロペラ１１を駆動する。この時の挙動を図６（ｄ）の（Ｄ）に示す。
【００６０】
バウスラスタ３００のプロペラ１１の駆動に伴い、モータ１０が大きい電力を消費するが、この電力は電力貯蔵装置２１が放電動作しているので電力貯蔵装置２１から供給される。
【００６１】
このことにより、バウスラスタ３００を動作させた際に補機発電機４の出力電力を増加させずに、電力貯蔵装置２１より必要な電力を賄うことができるので、補機発電機４を駆動する補機用原動機から排出される排気ガスの増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態による船舶エネルギーシステムを示す構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態による電気品の特性図。
【図３】本発明の第２の実施形態による船舶エネルギーシステムを示す構成図。
【図４】本発明の第２の実施形態による電気品の特性図。
【図５】本発明の第３の実施形態による船舶エネルギーシステムを示す構成図。
【図６】本発明の第３の実施形態による電気品の特性図。
【図７】第１の従来例の船舶エネルギーシステムの構成を示す図。
【図８】図７の電気品の特性図。
【図９】第２の従来例の船舶エネルギーシステムの構成を示す図。
【図１０】図９の電気品の特性図。
【符号の説明】
【００６３】
１…主機、２…主機軸、３…プロペラ、４…補機発電機、５…発電機遮断器、６…船内電力母線、７…船内電力負荷、８…負荷遮断器、９…始動装置、１０…モータ、１１…プロペラ、１２…始動スイッチ、１３、１３ａ…推進モータ、１４、１４ａ…プロペラ、１５、１５ａ…インバータ、２０…電力検出器、２１…電力貯蔵装置、２１−１…蓄電デバイス、２１−２…充放電装置、２２、２２ａ…制御回路、２３…太陽電池、２４…ＰＶインバータ、２５…充電スイッチ、１００…主機関推進器部、２００、２００ａ…電気推進器部、３００…バウスラスタ、４００…太陽光発電装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バウスラスタを備えた船舶の推進および船内電力負荷に使用する電力を供給する船舶エネルギーシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶には、入港後タグボートの助けによらずに船体を岸壁までスムーズに移動するためにバウスラスタを備えるようにしたものがある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図７はプロペラを主機関で駆動する従来の主機関推進方式の構成図である。
図７において、１はディーゼル機関等の主機関（以降、主機という）であり、主機軸２に推進用プロペラ３を直結して主機１で直接駆動するようになっている。この主機１、主機軸２および推進用プロペラ３からなる部分を主機関推進器部１００と称する。
【０００４】
４−１〜４−ｎは図示しないディーゼル機関等の補機用原動機により駆動される同期発電機等の補機発電機であり、それぞれ発電機遮断器５−１〜５−ｎを介して船内電力母線６に給電するように接続されている。７は船内電力負荷であり、負荷遮断器８−１を介して前記船内電力母線６に接続されている。
【０００５】
また、この船内電力母線６には他の負荷遮断器８−２、始動装置９を介してバウスラスタ３００のモータ１０が接続され、このモータ１０によってプロペラ１１を駆動するように構成されている。バウスラスタとは、船首部に横向きにあけたトンネル部にプロペラを設置したもので、出入港、接岸作業時にプロペラを正転／逆転、増減速することにより、船首の向きを変えることを可能としたものである。なお、１２はバウスラスタ３００の始動スイッチである。
【０００６】
図８は図７のように構成された船舶エネルギーシステムを装備した船舶の入港時におけるタイムチャートであり、（ａ）は主機１の出力特性を、（ｂ）はバウスラスタ３００の負荷特性を、そして（ｃ）は補機発電機４の出力特性をそれぞれ示す。
【０００７】
船舶の外洋航行中は、プロペラ３を駆動するために主機関推進器部１００を稼働させるが、バウスラスタ３００は稼働させない。そして、船舶が港の近くまでくると、操船者は主機１の出力を図８（ａ）の特性（Ａ）のように急激に低下させて減速させ、その後緩やかに低下させることによって船舶を低出力・低速度で岸壁に向かって推進させる。
【０００８】
操船者は船舶が岸壁に近づくとバウスラスタ３００を稼働させるために、始動スイッチ１２を操作して始動装置９に始動指令を出力し、モータ１０によってプロペラ１１を駆動する。バウスラスタ３００の稼働によって船体は横方向に移動して接岸する。バウスラスタ３００が船体の接岸作業時に消費する電力（言い換えれば、バウスラスタ負荷）は、同図（ｂ）の特性（Ｂ）のようにバウスラスタ３００が始動し始めてから停止するまでの期間生じる。
【０００９】
バウスラスタ３００以外の負荷である船内電力負荷７による消費電力は外洋航行中および入港後を含めてほぼ一定であるので、補機発電機４の出力は、接岸作業でバウスラスタ３００が稼働する直前まではほぼ一定に保たれるが、バウスラスタ３００が始動始めてから停止するまでの間、同図（ｃ）の特性（Ｃ）のように増加する。
【００１０】
このため、補機発電機４を駆動する図示しない補機用原動機のガバナーは、船内電力負荷７の消費電力にバウスラスタ３００の消費電力を加算した電力を出力するように燃料供給量を増加させて補機発電機４の入力を増加させるように制御する。なお、以上ではバウスラスタ３００の稼働に合わせて２台の補機発電機４の出力を増加するようにガバナー制御するように説明したが、バウスラスタ３００の稼働に合わせて補機発電機４の運転台数を調整する様にしても良い。
【００１１】
図９はプロペラを主機で駆動する主機関推進方式に替わって、推進モータで駆動する電気推進方式を採用した別の従来例の構成図である。
【００１２】
図９において、２００は図８の主機関推進器部１００に替わって装備された電気推進器部であり、推進モータ１３、プロペラ１４および推進モータ１３を駆動するインバータ１５から構成されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１３】
インバータ１５は負荷遮断器１８−３を介して船内電力母線６に接続されて推進モータ１３を可変速制御しプロペラ１４を駆動して船舶を推進させる。なお、この電気推進方式の場合、推進モータ１３が大きな電力を消費するので、図７の主機関推進方式に比べて補機発電機４−３を１台増設しているが、その他の構成は図７の場合と同じである。
【００１４】
図１０は図９のように構成された船舶エネルギーシステムを装備した船舶の入港時におけるタイムチャートであり、（ａ）は推進モータ１３の出力特性を、（ｂ）はバウスラスタ３００の負荷特性を、そして（ｃ）は補機発電機４の出力特性をそれぞれ示す。
【００１５】
船舶の外洋航行中は、プロペラ１４を駆動する推進モータ１３の出力は図１０（ａ）のようにほぼ一定である。また、このときバウスラスタ３００を稼働させないのでバウスラスタ３００の消費電力は同図（ｂ）のようにゼロである。
【００１６】
この外洋航行中、補機発電機４は電気推進器部２００および船内電力負荷７の各消費電力分を発電すればよいので、補機発電機４を駆動する図示しないディーゼル機関等の補機用原動機はほぼ一定の出力で運転されている。
【００１７】
そして、船舶が港の近くまでくると、操船者はインバータ１５を制御して推進モータ１３の出力を図１０（ａ）の特性（Ａ）のように急激に低下させて減速させ、その後緩やかに低下させることによって船舶を低出力・低速度で岸壁に向かって推進させる。
【００１８】
操船者は船舶が岸壁に近づくと始動スイッチ１２を操作して始動装置９に始動指令を出力し、バウスラスタ３００を始動する。バウスラスタ３００の稼働によって船体は横方向に移動して接岸する。バウスラスタ３００が船体の接岸作業時に消費する電力（バウスラスタ負荷）は、同図（ｂ）の特性（Ｂ）のようにバウスラスタ３００が始動し始めてから停止するまでの期間生じる。
【００１９】
一方、補機発電機４は、外洋航行中高負荷の電気推進器部２００と、低負荷の船内電力負荷７の各消費電力分に見合った発電量を出力すればよいので、出力特性は同図（ｃ）のようにある一定の発電量を出力する。しかし、船舶が港の近くまでくると、推進モータ１３の出力を図１０（ａ）の特性（Ａ）のように急激に低下させるので、これに合わせて発電量を急激に下げ、その後は緩やかに下げる。そして船体が岸壁に近づき操船者がバウスラスタ３００を始動させると、バウスラスタ３００の消費電力分だけ（Ｃ）のように発電量を増加させなければならない。
【００２０】
前述したように、補機発電機４はディーゼル機関等の補機用原動機によって駆動されているため、発電機の発電量を増減されるたびに図示しないディーゼル補機のガバナーは、燃料供給量を変化するように制御しなければならない。
【特許文献１】特開２００２−３６２４９２号公報、
【特許文献２】特開２００１−２５１８９５号公報、
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
図７に示す第１の従来例の場合、船舶の入港時には主機１の出力を定格運転時よりも下げて運転せざるを得ないために、主機１の効率が悪くなるということが懸念される。また、船舶の入港時には、主機１の排出する排気ガスに含まれるNOx、SOxなどの大気汚染物質が港湾近くの地域住環境に悪影響を与える懸念もあるため、港の近くでは排気ガスの排出を減らすことが求められている。
【００２２】
図９に示す第２の従来例の場合も、船舶の入港時には推進モータ１３の出力を下げて運転するので、推進モータ１３に給電する補機発電機４の駆動用ディーゼル補機の出力も急激に下げて運転せざるを得ない。このため、補機発電機４を駆動する補機用原動機の効率が悪くなるということが懸念される。また、船の入港時には、補機発電機４を駆動する補機用原動機についても、排気ガスの排出を減らすことが求められている。
【００２３】
また、第１および第２の従来例において、接岸時にはバウスラスタ３００が電力を消費するために、その電力を供給する補機発電機４を駆動する補機用原動機からの排気ガスも増加する。この場合についても前述した理由により排気ガスの排出を減らすことが求められている。
【００２４】
そこで、本発明は、船舶の入港時以降接岸時までの間、補機発電機を駆動する補機用原動機を効率よい領域で運転することにより、補機発電機を駆動する補機用原動機の使用する燃料を少なくし、排気ガスを減らすことのできる船舶エネルギーシステムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、主機、主機軸およびプロペラからなる推進器部と、船内電力母線に接続され電力を供給する補機発電機と、前記船内電力母線に接続されたインバータ、このインバータにより駆動される推進モータおよびこの推進モータにより駆動されるプロペラからなる電気推進器部と、前記船内電力母線に接続されて当該船内電力母線の電力を使用して駆動するモータおよびこのモータにより駆動されるプロペラを備えたバウスラスタと、を備えた船舶エネルギーシステムにおいて、前記電気推進器部で消費する電力を検出する電力検出手段と、前記船内電力母線に接続され、充放電動作する電力貯蔵装置と、前記バウスラスタに始動指令を与える始動スイッチと、前記電力検出手段による検出信号を入力し、この検出信号が予め定めた閾値以下になると前記電力貯蔵装置を充電モードにして前記船内電力母線から充電させ、前記始動スイッチの始動指令を入力すると、前記電力貯蔵装置の充電を停止させて放電モードにし、蓄電している電力を前記船内電力母線に放電させる制御回路と、を備え、船舶が外洋航海時は前記推進器部と前記電気推進器部とにより船舶を推進させ、船舶の入港時に推進器部を停止させ、さらに電気推進器部の推力を下げて推進する際に前記電気推進器部の消費電力が予め定めた前記閾値以下になると前記制御回路を動作させて前記電力貯蔵装置を前記補機発電機から充電させ、その充電動作中に前記制御回路が前記始動スイッチの始動指令を受ける場合、前記電力貯蔵装置を放電動作させて前記バウスラスタのモータにその放電電力を供給するようにしたことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項２に係る発明は、船内電力母線に接続され電力を供給する補機発電機と、前記船内電力母線に接続されたインバータ、このインバータにより駆動される推進モータおよびこの推進モータにより駆動されるプロペラからなる電気推進器部と、前記船内電力母線に接続されて当該船内電力母線の電力を使用して駆動するモータおよびこのモータにより駆動されるプロペラを備えたバウスラスタと、を備えた船舶エネルギーシステムにおいて、前記電気推進器部で消費する電力を検出する電力検出手段と、前記船内電力母線に接続され、充放電する電力貯蔵装置と、前記バウスラスタに始動指令を与える始動スイッチと、前記電力検出手段による検出信号を入力し、この検出信号が予め定めた閾値以下になると、前記電力貯蔵装置を充電モードにして前記船内電力母線から充電させ、前記始動スイッチの指令を入力すると、前記電力貯蔵装置の充電を停止させて放電モードにし、蓄電している電力を前記船内電力母線に放電させる制御回路と、を備え、船舶が外洋航海時は前記電気推進器部により船舶を推進させ、船舶の入港時に前記電気推進器部の推力を下げて推進する際に前記電気推進器部の消費電力が予め定めた閾値以下になると、前記制御回路を動作させて前記電力貯蔵装置を前記補機発電機から充電させ、その充電動作中に前記始動スイッチの始動指令を受けた場合、前記電力貯蔵装置を放電動作させて前記バウスラスタのモータにその放電電力を供給するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る船舶エネルギーシステムによれば、船が入港時に推進力を下げる際は主機を停止させるので、主機の効率が低い領域で使用しないようにすることができさらに、推進力を下げることに伴い船内で消費される電力が減少した際には電力貯蔵装置に充電することで補機発電機の出力の低下を抑えて、補機発電機を駆動する補機用原動機を効率よい領域で運転し、接岸時には、電力貯蔵装置に蓄電された電力を利用してバウスラスタのモータを駆動することによって、補機用原動機の使用する燃料が少なくて済み、補機用原動機から排出される排気ガスを減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、各図中の同一部分については同一符号を付けることにより重複する説明は適宜割愛する。
【００２９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による船舶エネルギーシステムの構成例を示す図である。
本実施形態は、主機関推進器部および電気推進器部を備えたハイブリッド電気推進船に適用した船舶エネルギーシステムである。
【００３０】
図１において、１００は主機関推進器部であり、船尾側に向けて設置したプロペラ３を駆動する。２００ａは主機関推進器部１００の補助的推進器部として装備された電気推進器部であり、図９の電気推進器部２００と同様に推進モータ１３ａ、プロペラ１４ａおよび推進モータ１３ａを駆動するインバータ１５ａから構成され、インバータ１５ａを負荷遮断器１８−４を介して船内電力母線６に接続し、推進モータ１３ａを可変速制御してプロペラ１４ａを駆動する。なお、ハイブリッド電気推進船では、主機１で駆動されるプロペラ３とこのプロペラ３よりもさらに船尾側に設置されたプロペラ１４ａとを向かい合わせで設置することで、二重反転効果で推進効率を向上させるようにしている。
【００３１】
２０は電気推進器部２００ａで消費される電力すなわち、インバータ１５ａおよび推進モータ１３ａで消費される電力を検出する電力検出器である。２１は負荷遮断器１８−５を介して船内電力母線６に接続した電力貯蔵装置であり、電力貯蔵デバイス２１−１および充放電装置２１−２から構成されている。
【００３２】
この電力貯蔵デバイス２１−１は、例えば、二次電池（鉛電池、リチウムイオン電池など）、電気二重層コンデンサ、ＳＭＥＳ（超電導電力貯蔵）などを適用することができる。一方、充放電装置２１−２は、制御整流素子で構成され、電力貯蔵デバイス２１−１を船内電力母線６の電圧で充電するとき（充電モードという）は、船内電力母線６の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータとして動作し、逆に電力貯蔵デバイス２１−１に蓄積した電力を船内電力母線６に放電するとき（放電モードという）は、電力貯蔵デバイス２１−１の直流電圧を船内電力母線６の電圧および周波数と一致する交流電圧に変換するためのインバータとして動作する。
【００３３】
２２は制御回路であり、電力検出器２０の検出値および始動スイッチ１２からのバウスラスタ稼働指令を入力するように構成され、始動スイッチ１３からバウスラスタ稼働指令を入力していない状態のとき、電力検出器２０の検出値が後述する閾値Ｋ1よりも小さい場合、前記電力貯蔵装置２１の充放電装置２１−２に充電指令を出力して充電動作させ、始動スイッチ１３からバウスラスタ稼働指令が入力されると、充放電装置２１−２に出力していた充電指令を停止し、放電指令を出力する。
【００３４】
以下、図２に示す電気品の特性図を参照して、本実施の形態の動作を説明する。
船舶が外洋を通常に航行している時、主機関推進器部１００では主機軸２を介してプロペラ３を駆動して推進力を発生させ、電気推進器部２００ａでは、インバータ１５ａが船内電力母線６から電力を受けて推進モータ１４ａを駆動してプロペラ１３ａを駆動することにより推進力を発生させ、両推進器部１００、２００ａが協働して船舶を推進させる。このとき、バウスラスタ３００は停止している。
【００３５】
船舶が港に接近すると、操船者は推進力を下げる必要があるので、まず、主機関推進器部１００の主機１を停止させ（図２（ａ））、推進モータ１４ａの出力も徐々に低下させるようにインバータ１５ａを制御する（図２（ｂ））。主機１の停止後は、船舶は電気推進器部２００ａの推進力のみで推進する。このことにより、主機１は効率の悪い低出力での運転を回避できる。
【００３６】
船舶が岸壁に近づくにつれ、操船者がさらに船速を下げるためにインバータ１５ａを制御して推進モータ１４ａの出力を低下させると、図２（ｂ）に示すように、電力検出器２２で検出したインバータ１５ａの消費電力が減少する。このとき、補機発電機４の出力電圧、周波数を一定値に維持するために、図示しない補機発電機用原動機のガバナーが動作して補機発電機４の出力電力も減少する（図２（ｄ））。
【００３７】
図２（ａ）の時点（Ａ）において、インバータ１５ａの消費電力が閾値Ｋ１より小さくなると、制御回路２２は充放電装置２１−２に充電指令を出力して充電動作させる。
【００３８】
船舶が港湾内で岸壁に向かって推進しているときは、補機発電機４の出力を絞っている状態なので補機発電機４を駆動する補機用原動機の効率は良くないが、図２（ｃ）のように電力貯蔵装置２１を充電することで補機発電機４にとって負荷が増加することになり、補機発電機４を駆動する補機用原動機の出力を増加させることになるので、電力貯蔵装置２１を充電しない場合に比べ、補機用原動機を効率良い領域で運転することができる。
【００３９】
船舶を接岸させる時、操船者の操作により始動スイッチ１２から始動装置９に始動指令が出力され、バウスラスタ３００のモータ１０がプロペラ１１を駆動する。これに伴い、モータ１０が大きい電力を消費する（図２（ｅ））。始動スイッチ１２からの始動指令は、制御回路２２にも出力される。
【００４０】
制御回路２２は始動スイッチ１３の始動指令を受けると、充放電装置２１−２に出力していた充電指令を停止し、放電指令を出力する。電力貯蔵装置２１は放電指令により放電動作を行う（図２（ｃ））。効率良く発電した補機発電機４の電力を電力貯蔵装置２１に蓄電し、その電力を利用してバウスラスタ３００を駆動することになるので、補機発電機４を駆動する補機用原動機の燃料使用量が少なくて済み、補機用原動機の排出する排気ガスを減らすことができる。また、バウスラスタ３００を動作させる際には、電力負荷としては、ほぼ船内電力負荷７とバウスラスタ３００（インバータ１５ａの負荷は少ない）とになるので、電力負荷量と電力貯蔵装置の出力電力とのバランスから、補機発電機４の全部または一部を停止させれば、無駄に排気ガスが排出されることはない。
【００４１】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態による船舶エネルギーシステムの構成例を示す図である。
本実施形態は、図３で示すように、図１に示した第１の実施形態との違いは、主機関推進器部１００および電気推進器部２００ａを備えたハイブリッド電気推進方式に替えて、電気推進器部２００のみを備えた船舶エネルギーシステムであり、その他の点は図１の第１の実施形態と同じである。
【００４２】
以下、図４に示す電気品の特性図を参照して本実施の形態の動作を説明する。
電気推進器部２００では、インバータ１５が船内電力母線６から電力を受けて推進モータ１３を駆動する。推進モータ１３はプロペラ１４を駆動し、推進力を発生させる。
【００４３】
船舶が外洋を通常に航行している時は、電気推進器部２００が船を推進させ、バウスラスタ３００は停止している。
【００４４】
船舶が港に接近すると、操船者は推進力を下げる必要があるので、インバータ１５を制御して推進モータ１３の出力を低下させる。すると、図４（ａ）で示すように、電力検出器２０で検出されたインバータ１５の消費電力が減少する。このとき、補機発電機４の出力電圧、周波数を一定値に維持するために、図示しない補機発電機用原動機のガバナーが動作して補機発電機４の出力電力も減少する（図４（ｃ））。
【００４５】
図４（ａ）の時点（Ａ）において、インバータ１５の消費電力が閾値Ｋ１より小さ<なると、制御回路２２は充放電装置２１−２に充電指令を出力して充電動作させる（図４（ｂ））。
【００４６】
船舶が港湾内で岸壁に向かって推進しているときは、補機発電機４の出力を絞っている状態なので補機発電機４を駆動する補機用原動機の効率は良くないが、電力貯蔵装置２１を充電することで補機発電機４にとって負荷が増加することになり、補機発電機４を駆動する補機用原動機の出力を増加させることになるので、電力貯蔵装置２１を充電しない場合に比べ、補機用原動機を効率良い領域で運転することができる。
【００４７】
船舶を接岸させる時、操船者の操作により始動スイッチ１２から始動装置９に始動指令が出力され、バウスラスタ３００のモータ１０がプロペラ１１を駆動する。これに伴い、モータ１０が大きい電力を消費する（図４（ｄ））。始動スイッチ１２からの始動指令は、制御回路２２にも出力される。
【００４８】
制御回路２２は始動スイッチ１３の始動指令を受けると、充放電装置２１−２に出力していた充電指令を停止し、放電指令を出力する。電力貯蔵装置２１は放電指令により放電動作を行う（図４（ｂ））。効率良く発電した補機発電機４の電力を電力貯蔵装置２１に蓄電し、その電力を利用してバウスラスタ３００を駆動することになるので、捕機発電機４を駆動する補機用原動機の燃料使用量が少なくて済み、補機用原動機の排出する排気ガスを減らすことができる。また、バウスラスタ３００を動作させる際には、電力負荷としては、ほぼ船内電力負荷７とバウスラスタ３００（インバータ１５ａの負荷は少ない）になるので、電力負荷量と電力貯蔵装置の出力電力とのバランスから、補機発電機４の全部または一部を停止させれば、無駄に排気ガスが排出されることはない。
【００４９】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態による船舶エネルギーシステムの構成例を示す図である。
本実施形態は、推進器部として第１実施形態による船舶エネルギーシステムと同様に、主機関推進器部１００および電気推進器部２００ａを備えたハイブリッド電気推進船に適用した船舶のエネルギーシステムである。
【００５０】
本実施形態は、図５で示すように、図１に示した第１の実施形態との違いは、制御回路２２を制御回路２２ａに置換した点と、太陽光で発電するための太陽電池２３およびこの太陽電池２３で発電した直流電圧を交流に変換するＰＶインバータ２４で構成された太陽光発電装置４００を付加した点と、制御回路２２ａに充電指令を与える充電スイッチ２５を付加した点である。なお、太陽電池２３は例えば船の甲板等、太陽光を受けられる場所に設置する。
【００５１】
制御回路２２ａは、充電スイッチ２５から充電指令を与えられると、電力貯蔵装置２１の充放電装置２１−２に対して充電指令を出力し、電力貯蔵装置２１を船内電力母線６から充電動作させる。また、太陽光発電装置４００のＰＶインバータ２４は、太陽電池２３で発電した電力の情報を電力貯蔵装置２１の充放電装置２１−２に与えるように機能する。
【００５２】
以下、図６に示す電気品の特性図を参照して本実施形態の動作を説明する。
充電スイッチ２５がＯＦＦの時は、電力貯蔵装置２１は充電動作も放電動作も行わない。このとき、補機発電機４および太陽光発電装置４００により発電した電力は、船内電力負荷７およびインバータ１５ａで利用される。
【００５３】
充電スイッチ２５を、例えば船舶の外洋航行中に操船者がＯＮにすると、制御回路２２ａは充放電装置２１−２に対して充電指令を出力して船内電力母線６から充電動作させる（図６（ｃ））。この結果、補機発電機４にとって負荷が増加することになり、出力電力が増加し、補機発電機を駆動する補機用原動機は、効率よい領域で運転することになる（補機発電機４を効率良く運転して発電した電力の一部を充電する。）。
【００５４】
一方、太陽光発電装置４００の発電電力は太陽電池２３で受けた日光の強さに応じて変化する。この太陽電池２３で発電した電力の情報を、ＰＶインバータ２４より充放電装置２１−２へ与える。充放電装置２１−２は太陽電池２３で発電した電力量に応じて、充電電力が増加するように制御される。このようにして、太陽光発電装置４００の発電電力も電力貯蔵装置２１に充電される。
【００５５】
電力貯蔵装置２１が図６（ａ）の（Ａ）時点で満充電になると、図６（ｃ）で示すように充放電装置２１−２は充電を停止し、太陽光発電装置４００により発電した電力は、船内電力負荷７およびインバータ１５ａで利用される。
【００５６】
船舶が港に接近すると、操船者は推進力を下げる必要があるので、まず、主機関推進器部１００の主機１を停止させ（図６（ａ））、推進モータ１４ａの出力も徐々に低下させるようにインバータ１５ａを制御する（図６（ｂ））。主機１の停止後は、船舶は電気推進器部２００ａの推進力のみで推進する。このことにより、主機１は効率の悪い低出力での運転を回避できる。
【００５７】
船舶が岸壁に近づくにつれ、操船者がさらに船速を下げるために（Ｂ）のようにインバータ１５ａを制御して推進モータ１４ａの出力を低下させると、図６（ｂ）に示すように、電力検出器２２で検出したインバータ１５ａの消費電力が減少する。このとき、補機発電機４の出力電圧、周波数を一定値に維持するために、図示しない補機発電機を駆動する補機用原動機のガバナーが動作して補機発電機４の出力電力も減少する（図６（ｅ））。
【００５８】
図６（ｂ）の時点（Ｃ）において、インバータ１５ａの消費電力が閾値Ｋ１より小さくなると、制御回路２２ａは図６（ｃ）で充放電装置２１−２に放電指令を出力して放電動作させ、補機発電機４の運転を停止させる。なお、停止する代わりに運転台数を減少させてもよい。このことにより、本実施形態によれば、自然エネルギーを有効利用しつつ、補機発電機４を駆動する補機用原動機から排出される排気ガスを抑制することができる。
【００５９】
船舶を接岸させる時、操船者の操作により始動スイッチ１２から始動装置９に始動指令が出力され、バウスラスタ３００のモータ１０がプロペラ１１を駆動する。この時の挙動を図６（ｄ）の（Ｄ）に示す。
【００６０】
バウスラスタ３００のプロペラ１１の駆動に伴い、モータ１０が大きい電力を消費するが、この電力は電力貯蔵装置２１が放電動作しているので電力貯蔵装置２１から供給される。
【００６１】
このことにより、バウスラスタ３００を動作させた際に補機発電機４の出力電力を増加させずに、電力貯蔵装置２１より必要な電力を賄うことができるので、補機発電機４を駆動する補機用原動機から排出される排気ガスの増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態による船舶エネルギーシステムを示す構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態による電気品の特性図。
【図３】本発明の第２の実施形態による船舶エネルギーシステムを示す構成図。
【図４】本発明の第２の実施形態による電気品の特性図。
【図５】本発明の第３の実施形態による船舶エネルギーシステムを示す構成図。
【図６】本発明の第３の実施形態による電気品の特性図。
【図７】第１の従来例の船舶エネルギーシステムの構成を示す図。
【図８】図７の電気品の特性図。
【図９】第２の従来例の船舶エネルギーシステムの構成を示す図。
【図１０】図９の電気品の特性図。
【符号の説明】
【００６３】
１…主機、２…主機軸、３…プロペラ、４…補機発電機、５…発電機遮断器、６…船内電力母線、７…船内電力負荷、８…負荷遮断器、９…始動装置、１０…モータ、１１…プロペラ、１２…始動スイッチ、１３、１３ａ…推進モータ、１４、１４ａ…プロペラ、１５、１５ａ…インバータ、２０…電力検出器、２１…電力貯蔵装置、２１−１…蓄電デバイス、２１−２…充放電装置、２２、２２ａ…制御回路、２３…太陽電池、２４…ＰＶインバータ、２５…充電スイッチ、１００…主機関推進器部、２００、２００ａ…電気推進器部、３００…バウスラスタ、４００…太陽光発電装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主機、主機軸およびプロペラからなる推進器部と、
船内電力母線に接続され電力を供給する補機発電機と、
前記船内電力母線に接続されたインバータ、このインバータにより駆動される推進モータおよびこの推進モータにより駆動されるプロペラからなる電気推進器部と、
前記船内電力母線に接続されて当該船内電力母線の電力を使用して駆動するモータおよびこのモータにより駆動されるプロペラを備えたバウスラスタと、
を備えた船舶エネルギーシステムにおいて、
前記電気推進器部で消費する電力を検出する電力検出手段と、
前記船内電力母線に接続され、充放電動作する電力貯蔵装置と、
前記バウスラスタに始動指令を与える始動スイッチと、
前記電力検出手段による検出信号を入力し、この検出信号が予め定めた閾値以下になると前記電力貯蔵装置を充電モードにして前記船内電力母線から充電させ、前記始動スイッチの始動指令を入力すると、前記電力貯蔵装置の充電を停止させて放電モードにし、蓄電している電力を前記船内電力母線に放電させる制御回路と、を備え、
船舶が外洋航海時は前記推進器部と前記電気推進器部とにより船舶を推進させ、船舶の入港時に推進器部を停止させ、さらに電気推進器部の推力を下げて推進する際に前記電気推進器部の消費電力が予め定めた前記閾値以下になると前記制御回路を動作させて前記電力貯蔵装置を前記補機発電機から充電させ、その充電動作中に前記制御回路が前記始動スイッチの始動指令を受ける場合、前記電力貯蔵装置を放電動作させて前記バウスラスタのモータにその放電電力を供給するようにしたことを特徴とする船舶エネルギーシステム。
【請求項２】
船内電力母線に接続され電力を供給する補機発電機と、
前記船内電力母線に接続されたインバータ、このインバータにより駆動される推進モータおよびこの推進モータにより駆動されるプロペラからなる電気推進器部と、
前記船内電力母線に接続されて当該船内電力母線の電力を使用して駆動するモータおよびこのモータにより駆動されるプロペラを備えたバウスラスタと、
を備えた船舶エネルギーシステムにおいて、
前記電気推進器部で消費する電力を検出する電力検出手段と、
前記船内電力母線に接続され、充放電する電力貯蔵装置と、
前記バウスラスタに始動指令を与える始動スイッチと、
前記電力検出手段による検出信号を入力し、この検出信号が予め定めた閾値以下になると、前記電力貯蔵装置を充電モードにして前記船内電力母線から充電させ、前記始動スイッチの指令を入力すると、前記電力貯蔵装置の充電を停止させて放電モードにし、蓄電している電力を前記船内電力母線に放電させる制御回路と、を備え、
船舶が外洋航海時は前記電気推進器部により船舶を推進させ、船舶の入港時に前記電気推進器部の推力を下げて推進する際に前記電気推進器部の消費電力が予め定めた閾値以下になると、前記制御回路を動作させて前記電力貯蔵装置を前記補機発電機から充電させ、その充電動作中に前記始動スイッチの始動指令を受けた場合、前記電力貯蔵装置を放電動作させて前記バウスラスタのモータにその放電電力を供給するようにしたことを特徴とする船舶エネルギーシステム。
【請求項３】
太陽電池およびＰＶインバータで構成された太陽光発電装置を船舶に設置して当該ＰＶインバータを前記船内電力母線に接続し、かつ、当該ＰＶインバータから太陽電池で発電した電力の情報を前記電力貯蔵装置の充放電装置ヘ与えることにより前記電力貯蔵装置で充電する電力を増加させることを特徴とする請求項１または２記載の船舶エネルギーシステム。
【請求項４】
前記制御回路に対して充電指令を与える充電スイッチを設置し、当該充電スイッチがＯＮ操作された場合、前記制御回路を介して前記電力貯蔵装置の充放電装置に充電指令を出力し、船内電力母線から前記電力貯蔵装置を充電動作させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の船舶エネルギーシステム。
【請求項１】
主機、主機軸およびプロペラからなる推進器部と、
船内電力母線に接続され電力を供給する補機発電機と、
前記船内電力母線に接続されたインバータ、このインバータにより駆動される推進モータおよびこの推進モータにより駆動されるプロペラからなる電気推進器部と、
前記船内電力母線に接続されて当該船内電力母線の電力を使用して駆動するモータおよびこのモータにより駆動されるプロペラを備えたバウスラスタと、
を備えた船舶エネルギーシステムにおいて、
前記電気推進器部で消費する電力を検出する電力検出手段と、
前記船内電力母線に接続され、充放電動作する電力貯蔵装置と、
前記バウスラスタに始動指令を与える始動スイッチと、
前記電力検出手段による検出信号を入力し、この検出信号が予め定めた閾値以下になると前記電力貯蔵装置を充電モードにして前記船内電力母線から充電させ、前記始動スイッチの始動指令を入力すると、前記電力貯蔵装置の充電を停止させて放電モードにし、蓄電している電力を前記船内電力母線に放電させる制御回路と、を備え、
船舶が外洋航海時は前記推進器部と前記電気推進器部とにより船舶を推進させ、船舶の入港時に推進器部を停止させ、さらに電気推進器部の推力を下げて推進する際に前記電気推進器部の消費電力が予め定めた前記閾値以下になると前記制御回路を動作させて前記電力貯蔵装置を前記補機発電機から充電させ、その充電動作中に前記制御回路が前記始動スイッチの始動指令を受ける場合、前記電力貯蔵装置を放電動作させて前記バウスラスタのモータにその放電電力を供給するようにしたことを特徴とする船舶エネルギーシステム。
【請求項２】
船内電力母線に接続され電力を供給する補機発電機と、
前記船内電力母線に接続されたインバータ、このインバータにより駆動される推進モータおよびこの推進モータにより駆動されるプロペラからなる電気推進器部と、
前記船内電力母線に接続されて当該船内電力母線の電力を使用して駆動するモータおよびこのモータにより駆動されるプロペラを備えたバウスラスタと、
を備えた船舶エネルギーシステムにおいて、
前記電気推進器部で消費する電力を検出する電力検出手段と、
前記船内電力母線に接続され、充放電する電力貯蔵装置と、
前記バウスラスタに始動指令を与える始動スイッチと、
前記電力検出手段による検出信号を入力し、この検出信号が予め定めた閾値以下になると、前記電力貯蔵装置を充電モードにして前記船内電力母線から充電させ、前記始動スイッチの指令を入力すると、前記電力貯蔵装置の充電を停止させて放電モードにし、蓄電している電力を前記船内電力母線に放電させる制御回路と、を備え、
船舶が外洋航海時は前記電気推進器部により船舶を推進させ、船舶の入港時に前記電気推進器部の推力を下げて推進する際に前記電気推進器部の消費電力が予め定めた閾値以下になると、前記制御回路を動作させて前記電力貯蔵装置を前記補機発電機から充電させ、その充電動作中に前記始動スイッチの始動指令を受けた場合、前記電力貯蔵装置を放電動作させて前記バウスラスタのモータにその放電電力を供給するようにしたことを特徴とする船舶エネルギーシステム。
【請求項３】
太陽電池およびＰＶインバータで構成された太陽光発電装置を船舶に設置して当該ＰＶインバータを前記船内電力母線に接続し、かつ、当該ＰＶインバータから太陽電池で発電した電力の情報を前記電力貯蔵装置の充放電装置ヘ与えることにより前記電力貯蔵装置で充電する電力を増加させることを特徴とする請求項１または２記載の船舶エネルギーシステム。
【請求項４】
前記制御回路に対して充電指令を与える充電スイッチを設置し、当該充電スイッチがＯＮ操作された場合、前記制御回路を介して前記電力貯蔵装置の充放電装置に充電指令を出力し、船内電力母線から前記電力貯蔵装置を充電動作させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の船舶エネルギーシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１１６０７１（Ｐ２０１０−１１６０７１Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９１１７６（Ｐ２００８−２９１１７６）
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（０００１９５９５９）西芝電機株式会社 (172)
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（０００１９５９５９）西芝電機株式会社 (172)
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