JP2010195382A - 上下可動式推進装置を備えた船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】従来積載していたバラスト水の量を大幅に削減でき、環境・生態系にも極力影響を及ぼさず効率のよい位置でプロペラを回転駆動することのできる船舶を提供する。
【解決手段】上下可動式推進装置を備えた船舶が、容器１内部にプロペラ３を駆動する駆動手段を備え３６０度水平回りに回転可能なプロペラ推進装置２と、該プロペラ推進装置２を船体１０側から支持する支持軸５と、該支持軸５を上下に駆動する駆動手段と、で構成される。電動モータは船内に設置した発電装置から取り出した電気で駆動する。上下駆動手段としてはボールねじ，ピニオンラック機構、油圧駆動装置を用いることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉱石運搬船、原油タンカーのように、往路航海では荷物（原油）を満載し、復路航海では貨物を降ろして積載しない軽貨物の状態で航海する上下可動式推進装置を備えた船舶に関する。

世界経済の急激な膨張、発展に伴い各種の専用船が開発され、さらに運搬効率を向上させるため大型化されている。例えばコンテナ船、自動車専用船、鉱石運搬船、原油タンカー等もそれぞれ大型化されている。雑貨や製品輸送に携わるコンテナ船では往復の貨物重量にそう大きな差異はないが、自動車専用船、鉱石運搬船、原油タンカーなどの殆どの大型船は往復のいずれかの航行時にのみ貨物を積載し、その逆の方向の航行では貨物を積載せずに空荷（軽貨物）で航海する。このため推進器（推進装置）であるスクリュープロペラが喫水線より水面に出る場合が多いため、それを没水させるために大量のバラスト水を搭載している。

図８は、在来型のタンカーの側面図であるが、図８（Ａ）に示すように、原油を満載した状態では喫水線Ｌより下部の水中深度が十分あるためエンジン１５で駆動されるプロペラ１３も十分にその推進力を発揮して航行することができる。しかし、図８（Ｂ）に示すように、原油を降ろした後のタンカー積荷用空間部分は空となり、喫水線Ｌもかなり低下し、喫水線より上の容積部分が大きくなり、且つ船前部も若干船首が上がり（トリムという）、荒天時には特に船首船底が露出すると共にプロペラ１３上部も空中露出し、危険な状態で航行することになる。そこで、図８（Ｃ）に示すように、空となったタンカーが安定を保つ程度にバラスト水を一定量注水し、喫水線Ｌを上げて航行する。このバラスト水を搭載することは、無用の重量物を輸送していることとなり、船のエネルギー効率を損ない、さらにバラスト水の交換が地域の生態系や環境に大きな影響を与える。そこで、近年はバラスト水のいらない船舶、即ち、ノンバラスト船がいくつか提案されている。

例えば、バラスト水の量を低減できる船舶として、水上を航行する排水型の船舶において、スクリュープロペラの翼数が７翼以上１０翼以下の多翼プロペラで推進器を構成し、軽荷運行状態における船尾喫水線を、軽荷運行状態における計画速度での航行時に前記多翼プロペラが全没する位置として（プロペラ深度を一定とする）構成し、さらに、船尾に船尾トンネルを形成するとともに、この船尾トンネル内に前記多翼プロペラを配置した構成の船舶が提案されている（特許文献１）。

また、船体に設けられた舵と、舵に略水平方向の回転軸を中心に回転可能に配置された反転台（回転体）と、反転台に回転軸と駆動軸とが偏芯するように接続された推進器と、を備え、船舶の推進器の水深位置を変更でき且つ浅喫水でも安全に航行できるような構成とした船舶の推進方法および装置が提案されている（特許文献２）。

プロペラ深度を喫水線により変更可能とする推進器としては、ポッド式電機推進器、ギア式全方位スラスター等がある。このような上下可動式推進器を採用したときの１番目の問題点は、これまで船舶の推進性能において活用してきた、船体の周りに水の粘性によって形成される流れの遅いウェーク内でプロペラを作動させることによる推進効率上のメリットを使えず、推進効率が悪化することから船舶の最大の特徴である極めて良好なエネルギー効率も悪化することである。しかし、軽荷状態（貨物を積載しない状態）において、排水量が大幅に減少することから、没水する船体の表面積および体積が減少するため、抵抗が大幅に減少する。従って、往復航海で考えると、トータルのエネルギー効率は向上する可能性が大きい。上下可動式推進器を採用したときの２番目の問題点は、軽荷時において喫水線が浅いことによって操縦性能および波浪中の運動性能が悪化することである。また、３番目の問題として経済性（船価の上昇に伴うコスト増、燃料消費削減によるコスト減少）を評価する必要がある点である。なお、ポッド式電機推進器とは、プロペラとプロペラを駆動する電気モータと、該電気モータを収納する胴部と、胴部を支持し船体に対して回転可能に取付けられた支持軸等から構成される推進装置である（特許文献３）。

従来のポッド式電機推進器を備えた船舶としては、図９（Ａ）に示すように、プロペラ１６ａと、ケーシング１６ｂと、該ケーシング１６ｂ内に格納させたモータ１６ｃと、ケーシング１６ｂを船尾に対して支持し上下動可能とするとともに舵の役割をなす舵部１７等から構成されるポッド型推進器１６が知られている。このポッド型推進器１６は、図９（Ｂ）に示すように、モータ１６ｃがプロペラ１６ａを回転駆動することによって推進力を発揮させるとともにプロペラ１６ａ及び舵部１７が鉛直軸線回りに方向を変えることによって操舵可能となっている。そして、空荷状態で喫水線が比較的浅いときにはポッド型推進器１６を下げることで該ポッド型推進器１６を完全に没水させ、満載状態のときには図９（Ａ）に示すように、喫水線が比較的深い場合にはポッド型推進器１６を上げることで浅瀬を航行することも可能となる（特許文献４）。

特開２００７−２５３７４３ 特開２００８−０６８７９６ 特許第３９６２６７８号 特開２００３−１０４２７９

最近の大型船の中には，上記するように、往路（片側）のみに貨物を積載して、その復路には貨物を積載しない船舶がある。貨物を積載しない状態では、復原性能の不足、耐航行性能の悪化、プロペラ没水深度の不足を招来することから往路（片側）のみに貨物を積載する船舶は大量のバラスト水を搭載している。
通常、バラスト水には、各種生物種が含まれており、このバラスト水の排出による外来種の侵入が環境・生態系に与える影響が深刻な問題となっている。更に、バラスト水を入港前に交換することを義務付けている国や地域も多く、外洋でのバラスト水交換によって大きく傾斜し転覆に至る事故も発生している。また、バラスト水を交換したり、大量のバラスト水を輸送することは、エネルギー効率上も好ましくない。

更に、プロペラは船舶の後部近傍のできるだけ遅い流れ（いわゆるウェーク）の中で作動させる方が大きな推力を出すことができる。すなわちウェークの中でプロペラを回転させる方がより高い効率を上げることができる。しかし、荷物の満載状態と軽荷重の状態とでは喫水線が異なるためプロペラは必ずしも効率の良い位置で回転させているとは限らず、喫水線が変化することにより推進効率が悪化することも考えられる。

しかしながら、上記する既に知られたノンバラスト水用船舶は、特殊な船型であり、貨物量にもかかわらず、喫水線が変化しないようにしてプロペラ深度を十分に保って航行することは技術的な問題（船の形状）も多く、実現されていない。本発明は上記する課題に対処するためになされたものであり、プロペラ深度を変えるとともに、従来積載していたバラスト水の量を大幅に削減でき、環境・生態系にも極力影響を及ぼさない船舶を提供すること及び推進効率の良い位置でプロペラを回転させることのできる船舶を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、上下可動式推進装置を備えた船舶が、船体１０後部に、容器１の外側にプロペラ３を配置するとともに、該容器１内部にプロペラ３を駆動する駆動手段を備え３６０度水平回りに回転可能なプロペラ推進装置２と、該プロペラ推進装置２を船体１０側から支持する支持軸５と、前記プロペラをウェーク位置で回転するよう前記支持軸５を上下に駆動する駆動手段と、を備えてなることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、前記船舶の船体１０内には、航海時に軽貨量の少ないもしくは無い状態でのバラスト水を最小限としたことを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、前記プロペラ３を駆動する駆動手段は、船内に設置した発電装置６から取り出した電気で駆動する電気モータまたは内燃機関またはタービンまたは燃料電池のいずれかであることを特徴とするものである。

更に、請求項４に記載の発明は、前記支持軸５を上下に駆動する駆動手段は、ボールねじ、またはピニオン・ラックまたは油圧駆動装置のいずれかであることを特徴とするものである。

更に、請求項５に記載の発明は、前記船体１０は、デッキ４を船首近傍に設置することによって重心を前方に移動して、軽荷重時のトリム（船首の上がり）を小さくしたことを特徴とするものである。

また、請求項６に記載の発明は、船体１０の船首船底にはスラミングによる影響を軽微とするため、船首船底を下方に突き出した凸部１１を形成したことを特徴とするものである。

更にまた、請求項７に記載の発明は、船体１０の船首船底には前・後に複数組のプロペラ推進装置（２、２、２、・・）を配設したことを特徴としている。

本発明の上下可動式推進装置を備えた船舶は、上記手段とすることによって、バラスト水の量を最小限に抑えることが可能となる。或いはバラスト水は無くすることも可能となる。その結果、水面下の船体表面積および水面下の船体体積を減らすことができるため、航行中の水からの抵抗が削減され、軽荷状態時のエネルギー効率が向上する。また、バラスト水の量が大幅に低減することから生態環境への負荷、バラスト水の交換作業、バラスト水の処理などを軽減することができる。

更に、上下可動装置に設けたプロペラは、船舶の航行時生じるウェークの位置で駆動することができるのでプロペラ効率を高めた状態で駆動することができる。本発明では、上部構造物または居住区（デッキ）は船舶の最前部近傍の位置に配設することから軽荷重時或いはパラスト水が無い状態でも船首の上がり（トリム）を無くするか軽微なものとすることができるので軽荷重状態でも安定して航行することができる。また、船体の船首船底の凸部によりスラミングの影響を軽微なものとすることができる。

本発明の上下可動式推進装置を備えた船舶の側面図でる。 図２（Ａ）は、図１のＰ部拡大図であり，図２（Ｂ）は同じく図１のＰ部分を斜視図で表した図である。 本発明の上下可動式推進装置を備えた船舶の側面図であって、積載した貨物を降ろした状態の側面図である。 図４（Ａ）は、本発明の上下可動式推進装置を備えた船舶の船体１０の後部から見た図であって、上下動可能なプロペラ推進装置２を中央に１組配設した場合の図であり、図４（Ｂ）は、船体の中央部の対称に２組配設した場合の図である。 図５（Ａ）は本発明の上下可動式推進装置を備えた船舶の第２の実施例の側面図であり、図５（Ｂ）は底面図である。 本発明の上下可動式推進装置を備えた船舶を後部から見た図である。 図７（Ａ）は本発明の上下可動式推進装置を備えた船舶の第３の実施例の側面図であり、図７（Ｂ）は底面図である。 在来型のタンカーの側面図であって、図８（Ａ）は、原油を満載した状態を示し、図８（Ｂ）は、原油を降ろした後の状態を示し、図８（Ｃ）は、空となったタンカーが安定を保つ程度にバラスト水を一定量注水し、喫水線Ｌを上げて航行する状態を示す図である。 図９（Ａ）は、プロペラと、ケーシングと、該ケーシング内に格納させたモータと、ケーシングを船尾に対して支持し上下動可能とするとともに舵の役割をなす舵部等から構成されるポッド型推進器を備えた荷物を積載した喫水線の深い状態の船舶を示し、図９（Ｂ）は、軽荷重状態で喫水線が浅い状態を示す図である。

図１は、本発明の上下可動式推進装置を備えた船舶の第１の実施例の側面図であり、図２（Ａ）は、図１のＰ部拡大図であり，図２（Ｂ）は同じく図１のＰ部分を斜視図で表した図である。この上下可動式推進装置を備えた船舶は、容器１内部にプロペラ３を駆動する駆動手段（図示省略）を備えたプロペラ推進装置２と、該プロペラ推進装置２を船体１０側から支持する支持軸５と、該支持軸５を上下に駆動する駆動手段（図示省略）と、を備えている。前記容器１内の駆動手段は電気モータを用いるのが良い。即ち、船体１０の中央部に設けたデッキ（上部構造物または居住区）４に発電装置（６、６、６）を設置し、電線８で船尾に設けた容器１内の電気モータに電流を流してプロペラ３を駆動する。このように、船体１０の中央部にデッキ４や発電装置６を設置するのは、船首トリム（船首の上がり）がつかないようにするためである。発電装置（６、６、６）としては、ディーゼルエンジンで発電機を駆動するもの、或いはタービンで発電機を駆動するものなど駆動装置と発電機とを組み合わせたもの、さらに将来的には燃料電池で駆動する等種々考えられる。

上記手段により、前記船舶の船体１０内には、貨物量の少ないもしくは無い状態での航海時にバラスト水を最小限とすることが可能となる。

次に、前記プロペラ３を駆動する駆動手段としては、電気モータの他に、内燃機関やタービン、或いは燃料電池等プロペラ３を回転駆動することのできる駆動手段ならば、その種類を問わないが、可能な限り軽量かつ発生動力の大きいものが良い。

図２（Ｂ）に示すように、前記プロペラ推進装置２は、該プロペラ推進装置２を船体１０側から支持する支持軸５で上下動可能に支持されている。この上下動可能な駆動装置としては、ボールねじやピニオン・ラック機構や油圧駆動装置等を利用することができる。この場合、ボールねじは、図示しない船体内の船尾にボールねじを駆動する例えばギヤ駆動装置を設置して駆動する。ピニオン・ラック機構の場合もギヤ機構を利用すれば良い。また、油圧駆動装置は、油圧ポンプを利用する。なお、支持軸５は舵としての機能を持たせることも可能である。

前記プロペラ推進装置２は、支持軸５により吊り下げるように設置するが、３６０°水平に回転させることができるよう全方位型推進装置とする。また、プロペラ推進装置２は、上下可動機構とすることによって、あらゆる喫水においてプロペラの没水深度を十分に確保し、バラスト水の積載を削減もしくは無くする場合に対処するようにしてある。

図３は、本発明の上下可動式推進装置を備えた船舶の側面図であって、積載した貨物を降ろした状態の側面図である。本発明ではデッキ４が船体の中央部に設けられていることから船首が上ることはなく、全体的に喫水線Ｌも一定である。通常なら、貨物を降ろした状態では喫水線が浅くなり、プロペラ３も一部が空中に露出した状態となる。しかし、本発明の上下可動式推進装置を備えた船舶のプロペラ推進装置２は、支持軸５により下方へ降ろすことができる。従って、バラスト水を大幅に低減することができるし、場合によっては無くすることも可能となる。

本発明のプロペラ推進装置２は、ディーゼルエンジンと発電機の組み合わせで発電し、電動モータでプロペラを回転駆動して推進する構成を説明したが、このように発電機６と電動モータによる推進駆動によれば、従来のようにディーゼルエンジンから減速装置を介してプロペラシャフトを駆動するよりもはるかに自由度が高い。すなわち、従来の駆動装置によればプロペラ推進装置を上下させるには歯車機構による減速装置を上下移動させなければならなくなり相当複雑な機構が必要である。また、このような機構は困難な製作、設置作業を必要とし、それだけ制約があり、コストもはるかに高価となる。しかし、発電機と電動モータによれば、電流を流す電線さえ上下移動可能にフレキシブルに設けることにより、プロペラ推進装置２を上下移動可能なように構成することが出来、簡単且つ安価に実現することができる。

図４は船体１０の後部から見た図である。図４（Ａ）に示すように、上下動可能なプロペラ推進装置２を中央に１組配設しても良いし、図４（Ｂ）に示すように、船底の凸部１１を挟んで対称に２組配設しても良い。この場合、プロペラ推進装置２は、支持軸５を上下させてウェークと呼ばれる船体１０近傍の流れの少し遅い位置に来るように配設される。プロペラ推進装置２を配設する位置は、ウェークという船体近傍の流れの遅い領域に配置するのが好ましい。すなわち、喫水線の位置により水流がウェークとなる位置を、予め水槽実験で確認しておいて支持軸５に設けられた上下可動するプロペラ推進装置２をそのときのウェーク位置へ移動させる。これにより、プロペラ効率の最も良いウェークの位置に駆動装置２を置くことができる。

図５（Ａ）は本発明の上下可動式推進装置を備えた船舶の第２の実施例の側面図であり、図５（Ｂ）は底面図である。図６は本発明の第２の実施例を後部から見た図である。本発明の第２の実施例では、プロペラ推進装置２は、船体１０の前後部に配設され（前部のみ或いは後部のみでも良い）、支持軸５でプロペラ３を備えた容器１を上下動させる。この場合、中心軸を対称としてプロペラ推進装置２は２箇所配設されているが、後述するように、このプロペラ推進装置２は１組でもよいし、或いは３組以上多数配設しても良い。本発名では発電装置６を設置した機関室４は船舶１０の最前部近傍に配設される。該機関室４を船舶の最前部近傍に配設することにより、軽荷重時の船首の上がり（トリム）を小さく抑えることが可能となる。また、この最前部近傍の船底には凸部１１を設けるとともに、該凸部１１の後部にはプロペラ推進装置２、２が配設される。この凸部１１は、波浪の大きな海を航行する際船首の船底が空中に飛び出し、次の瞬間落下して船首底部が海面に叩きつけられるいわゆるスラミングをなくするためのものであるが、同時に船首付近の重量増加により軽荷重時トリムを抑える作用をする。

図７（Ａ）は本発明の上下可動式推進装置を備えた船舶の第３の実施例の側面図であり、図７（Ｂ）は底面図である。本発明の第３の実施例では、プロペラ推進装置２は、船舶１０の前・後部に複数組配設（この場合も前部のみ或いは後部のみに配設しても良い）され、支持軸５でプロペラ３を備えた各容器１を上下動させる。この場合、中心軸を対称としてプロペラ推進装置２は対称に同数配設される。各プロペラ推進装置２のモータ等は、小型のものを多数配設することが可能となり且つ市販品でも取り付けることが可能となりコストを低減することができる。

１ 容器
２ プロペラ推進装置
３ プロペラ
４ 上部構造物または居住区
５ 支持軸
６ 発電装置
８ 電線
１０ 船体
１１ 船底の凸部

Claims (7)

1. 船舶後部に、容器の外側にプロペラを配置するとともに、該容器内部にプロペラ３を駆動する駆動手段を備え３６０度水平回りに回転可能なプロペラ推進装置と、該プロペラ推進装置を船体側から支持する支持軸と、前記プロペラを十分に没水させるとともに、ウェーク位置で回転するよう前記支持軸を上下に駆動する駆動手段と、を備えてなることを特徴とする上下可動式推進装置を備えた船舶。
2. 前記船舶の船体内には、航海時に軽貨量の少ないもしくは無い状態でのバラスト水を最小限としたことを特徴とする請求項１に記載の上下可動式推進装置を備えた船舶。
3. 前記プロペラを駆動する駆動手段は、船内に設置した発電装置から取り出した電気で駆動する電気モータまたは内燃機関またはタービンまたは燃料電池のいずれかである請求項１又は請求項２に記載の上下可動式推進装置を備えた船舶。
4. 前記支持軸を上下に駆動する駆動手段は、ボールねじ、またはピニオン・ラックまたは油圧駆動装置のいずれかであることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の上下可動式推進装置を備えた船舶。
5. 上下可動式推進装置を備えた船舶は、機関室および上部構造物を船首近傍に設置することによって重心を前方に移動して、軽荷重時のトリム（船首の上がり）を小さくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の上下可動式推進装置を備えた船舶。
6. 前記船体は、スラミングによる影響を軽微とするため、船首船底を下方に突き出した凸部を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の上下可動式推進装置を備えた船舶。
7. 前記船体の船首船底には前・後に複数組のプロペラ推進装置を配設したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の上下可動式推進装置を備えた船舶。

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