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図面 (3)

課題

風況に応じ発電電力船内用途及び船体駆動用として、航行中二酸化炭素の発生をおさえた発電帆船を提供する。

解決手段

甲板上に立てたと、タービンプロペラと、タービン作動時にプロペラによって駆動される発電機・電動機と、電気エネルギー貯留する装置とを備え、強風時にはタービンが作動して発電して船内需要電力として消費されつつ、残余部がエネルギー貯留装置に蓄えられ、弱風時には発電機・電動機が電動機作動し、プロペラ作動し、エネルギー貯留装置から取り出された電力の一部が船内需要電力として消費され残余部が電動機作動する発電機・電動機の駆動電力として消費され、更に海洋風況予測データに基づいてエネルギー貯留装置内の貯留電力を消尽しないように航路選択するプログラムを内蔵する航路選択装置を備える。

概要

背景

本出願人は、特許文献1において、甲板上に立設されたと、船外に取り付けられたタービンと、タービンによって駆動される発電機と、発電機の発電電力によって駆動される水電解装置と、水電解装置で発生した水素芳香族化合物とを反応させて水素化芳香族化合物を生成する水素化芳香族化合物生成装置と、芳香族化合物/水素化芳香族化合物貯留タンクとを備え、海上風力エネルギー電力に変換し、電力を水素に変換し、水素を安定した水素化芳香族化合物に変換して、基地まで安全に水素を輸送する発電帆船を提案した。

概要

風況に応じ発電電力を船内用途及び船体駆動用として、航行中二酸化炭素の発生をおさえた発電帆船を提供する。甲板上に立てた帆と、タービン・プロペラと、タービン作動時にプロペラによって駆動される発電機・電動機と、電気エネルギー貯留する装置とを備え、強風時にはタービンが作動して発電して船内需要電力として消費されつつ、残余部がエネルギー貯留装置に蓄えられ、弱風時には発電機・電動機が電動機作動し、プロペラ作動し、エネルギー貯留装置から取り出された電力の一部が船内需要電力として消費され残余部が電動機作動する発電機・電動機の駆動電力として消費され、更に海洋風況予測データに基づいてエネルギー貯留装置内の貯留電力を消尽しないように航路選択するプログラムを内蔵する航路選択装置を備える。

目的

本発明は、特許文献1の発電帆船を一歩進めて、風の状況に応じて発電電力を船内消費電力或いは船内消費電力及び船体駆動電力として利用することにより、二酸化炭素の排出をにしたゼロエミッション航行を実現できるゼロエミッション発電帆船を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

甲板上に立設されたと、タービンプロペラと、タービン・プロペラのタービン作動時にタービン・プロペラによって駆動されると共にタービン・プロペラのプロペラ作動時にタービン・プロペラを駆動する発電機・電動機と、電気エネルギーを直接に或いは物質に変換して貯留するエネルギー貯留装置とを備え、強風時にはタービン・プロペラがタービン作動し、発電機・電動機が発電機作動して発電し、発電電力の一部が船内需要電力として消費され残余部がエネルギー貯留装置に蓄えられ、弱風時には発電機・電動機が電動機作動し、タービン・プロペラがプロペラ作動し、エネルギー貯留装置から取り出された電力の一部が船内需要電力として消費され残余部が電動機作動する発電機・電動機の駆動電力として消費され、更に海洋風況予測データに基づいてエネルギー貯留装置内の貯留電力を消尽しないように航路選択するプログラムを内蔵する航路選択装置を備えることを特徴とするゼロエミッション発電帆船

請求項2

発電機・電動機の発電電力によって駆動される水電解装置と、水電解装置で発生した水素芳香族化合物とを反応させて水素化芳香族化合物を生成する水素化芳香族化合物生成装置と、芳香族化合物貯留タンクと、水素化芳香族化合物貯留タンクと、水素化芳香族化合物を水素と芳香族化合物とに分離する水素分離装置と、水素を燃料とする発電装置を備えることを特徴とする請求項1に記載のゼロエミッション発電帆船。

請求項3

水素を燃料とする発電装置は水素ディーゼル発電機であることを特徴とする請求項2に記載のゼロエミッション発電帆船。

請求項4

水素を燃料とする発電装置は燃料電池であることを特徴とする請求項2に記載のゼロエミッション発電帆船。

請求項5

芳香族化合物はベンゼントルエン、又はナフタレンであり、水素化芳香族化合物はシクロヘキサンメチルシクロヘキサン、又はデカリンであることを特徴とする請求項2乃至4の何れか1項に記載のゼロエミッション発電帆船。

技術分野

0001

本発明は、ゼロエミッション発電帆船に関するものである。

背景技術

0002

本出願人は、特許文献1において、甲板上に立設されたと、船外に取り付けられたタービンと、タービンによって駆動される発電機と、発電機の発電電力によって駆動される水電解装置と、水電解装置で発生した水素芳香族化合物とを反応させて水素化芳香族化合物を生成する水素化芳香族化合物生成装置と、芳香族化合物/水素化芳香族化合物貯留タンクとを備え、海上風力エネルギー電力に変換し、電力を水素に変換し、水素を安定した水素化芳香族化合物に変換して、基地まで安全に水素を輸送する発電帆船を提案した。

0003

特許第6320356号公報

先行技術

0004

風力推進最適航路選択ソフトWCNavi:ウインドチャレンジャー計画成果報告講演資料集p43−52,2017年9月30日

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、特許文献1の発電帆船を一歩進めて、風の状況に応じて発電電力を船内消費電力或いは船内消費電力及び船体駆動電力として利用することにより、二酸化炭素の排出をにしたゼロエミッション航行を実現できるゼロエミッション発電帆船を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上記課題を解決するために、本発明においては、甲板上に立設された帆と、タービン・プロペラと、タービン・プロペラのタービン作動時にタービン・プロペラによって駆動されると共にタービン・プロペラのプロペラ作動時にタービン・プロペラを駆動する発電機・電動機と、電気エネルギーを直接に或いは物質に変換して貯留するエネルギー貯留装置とを備え、強風時にはタービン・プロペラがタービン作動し、発電機・電動機が発電機作動して発電し、発電電力の一部が船内需要電力として消費され残余部がエネルギー貯留装置に蓄えられ、弱風時には発電機・電動機が電動機作動し、タービン・プロペラがプロペラ作動し、エネルギー貯留装置から取り出された電力の一部が船内需要電力として消費され残余部が電動機作動する発電機・電動機の駆動電力として消費され、更に海洋風況予測データに基づいてエネルギー貯留装置内の貯留電力を消尽しないように航路選択するプログラムを内蔵する航路選択装置を備えることを特徴とするゼロエミッション発電帆船を提供する。
強風時には風力エネルギーを電気エネルギーに変換して一部を船内需要電力として消費し残余部をエネルギー貯留装置に蓄え、弱風時にはエネルギー貯留装置に蓄えた電力を取り出して一部を船内需要電力と消費し残余部を船体駆動電力として消費すると共に、航路選択プログラムを内蔵する航路選択装置が海洋風況予測データに基づいてエネルギー貯留装置内の貯留電力を消尽しないように航路選択することにより、二酸化炭素の発生を零に抑えたゼロエミッション航行が可能になる。

0007

本発明の好ましい態様においては、ゼロエミッション発電帆船は、発電機・電動機の発電電力によって駆動される水電解装置と、水電解装置で発生した水素と芳香族化合物とを反応させて水素化芳香族化合物を生成する水素化芳香族化合物生成装置と、芳香族化合物貯留タンクと、水素化芳香族化合物貯留タンクと、水素化芳香族化合物を水素と芳香族化合物とに分離する水素分離装置と、水素を燃料とする発電装置とを備える。
水素化芳香族化合物は常温常圧液体状態の安定した物質である。従って、電気エネルギーを水素化芳香族化合物に変換することにより、電気エネルギーの安定した貯留が実現される。
本発明の好ましい態様においては、水素を燃料とする発電装置は水素ディーゼル発電機である。
本発明の好ましい態様においては、水素を燃料とする発電装置は燃料電池である。
水素を燃料とする発電装置は水素ディーゼル発電機でも良く、或いは燃料電池でも良い。水素を燃料とする発電装置として燃料電池を採用することにより窒素酸化物の発生を防止できる。
本発明の好ましい態様においては、芳香族化合物はベンゼントルエン、又はナフタレンであり、水素化芳香族化合物はシクロヘキサンメチルシクロヘキサン、又はデカリンである。
ベンゼン、トルエン、ナフタレンは水素キャリアとして好ましい。

発明の効果

0008

本発明により、風の状況に応じて発電電力を船内消費電力或いは船内消費電力及び船体駆動電力として利用することにより、航行中の二酸化炭素の発生を零にしたゼロエミッション発電帆船が提供される。

図面の簡単な説明

0009

本発明の第1実施例に係るゼロエミッション発電帆船の構造図である。
本発明の第2実施例に係るゼロエミッション発電帆船の構造図である。

実施例

0010

本発明の実施例に係るゼロエミッション発電帆船を説明する。
図1に示すように、発電帆船1は、甲板上に立設された複数の上下に伸縮可能な硬帆2と、タービン・プロペラ3と、タービン・プロペラ3のタービン作動時にタービン・プロペラ3によって駆動されると共にタービン・プロペラ3のプロペラ作動時にタービン・プロペラ3を駆動する発電機・電動機4と、発電機・電動機4の発電電力によって駆動される水電解装置5と、水電解装置5で発生した水素H2と芳香族化合物であるトルエンTOLとを反応させて水素化芳香族化合物であるメチルシクロヘキサンMCHを生成する水素化芳香族化合物生成装置6と、トルエン貯留タンク7aと、メチルシクロヘキサン貯留タンク7bと、メチルシクロヘキサンを水素とトルエンとに分離する水素分離装置8と、水素ディーゼル発電機9とを備えている。発電機・電動機4と水電解装置5はインバーター配電盤10を介して接続されており、同様に水素ディーゼル発電機9と発電機・電動機4もインバーター配電盤10を介して接続されている。
タービン・プロペラ3は船尾部の船体外に配設されており、発電機・電動機4、水電解装置5、水素化芳香族化合物生成装置6、トルエン貯留タンク7a、メチルシクロヘキサン貯留タンク7b、水素分離装置8、水素ディーゼル発電機9、インバーター配電盤10は後部船体内に配設されている。
発電帆船1は貨物船であり、貨物区画11、船首バラストタンク12、操舵室13、居住区14、図示しない各種ポンプ荷役設備等の貨物船としての各種設備を備えている。
操舵室13には、海洋風況予測データに基づいて、エネルギー貯留装置内の貯留電力を消尽しないように、より具体的にはメチルシクロヘキサン貯留タンク7b内のメチルシクロヘキサンを消尽しないように、航路を選択するプログラムを内蔵する航路選択装置15が配設されている。

0011

発電帆船1の作動を説明する。
出航時には、トルエン貯留タンク7aにはトルエンが、メチルシクロヘキサン貯留タンク7bにはメチルシクロヘキサンが、それぞれタンク容量の半分程度、貯留されている。
発電帆船1は基本的に硬帆2に風を受けて帆走航行する。
強風時には、発電帆船1は発電モードで航行する。水素ディーゼル発電機9とインバーター配電盤10との接続が遮断される。風力エネルギーが硬帆2を介して発電帆船1の運動エネルギーに変換され、発電帆船1が前進する。
発電帆船1の前進により、タービン・プロペラ3に対する海水相対水流惹起される。海水の相対水流がタービン・プロペラ3を回転駆動し、タービン・プロペラ3がタービン作動して発電機・電動機4を回転駆動し、発電機・電動機4が発電機作動して発電する。
発電したAC電力の一部がインバーター配電盤10を介してAC電力として操舵室13、居住区14、硬帆2の駆動モータ、各種ポンプ等に供給され、船内需要電力として消費される。
発電したAC電力の残余部がインバーター配電盤10を介してDC電力に変換されて水電解装置5に供給され、水電解装置5が水を電気分解して水素を生成する。生成した水素が水素化芳香族化合物生成装置6へ供給される。トルエン貯留タンク7aから水素化芳香族化合物生成装置6へトルエンがポンプ流送され、水素化芳香族化合物生成装置6内でトルエンと水素とが反応してメチルシクロヘキサンが生成される。水素化芳香族化合物生成装置6からメチルシクロヘキサン貯留タンク7bへメチルシクロヘキサンがポンプ流送されて貯留される。
硬帆2が受け取る風力エネルギーの一部が電気エネルギーに変換されて船内で消費され且つ船内に貯留されることにより、強風下での発電帆船1の適正前進速度が維持される。

0012

弱風時には、発電帆船1は電力駆動モードで航行する。水電解装置5とインバーター配電盤10との接続が遮断される。
メチルシクロヘキサン貯留タンク7bから水素分離装置8へメチルシクロヘキサンがポンプ流送され、水素分離装置8がメチルシクロヘキサンを水素とトルエンとに分離する。分離されたトルエンはトルエン貯留タンク7aへポンプ流送されて貯留される。分離された水素は水素ディーゼル発電機9に供給され、水素ディーゼル発電機9が水素を燃料として作動して発電する。
発電したAC電力の一部がインバーター配電盤10を介してAC電力として操舵室13、居住区14、硬帆2の駆動モータ、各種ポンプ等に供給されて、船内需要電力として消費される。発電したAC電力の残余部がインバーター配電盤10を介してAC電力として発電機・電動機4に供給されて、発電機・電動機4の駆動電力として消費される。発電機・電動機4が電動機作動してタービン・プロペラ3を回転駆動し、タービン・プロペラ3がプロペラ作動して発電帆船1を駆動し、前進させる。この結果、弱風下での硬帆2が受け取る風力エネルギーの減少をプロペラによる駆動エネルギー補完し、発電帆船1の適正前進速度が維持される。

0013

発電帆船1においては、硬帆2の寸法や設置数、トルエンタンク貯留7aとメチルシクロヘキサン貯留タンク7bの貯留量等を適正化して、発電電力の貯留量を適正化し、更に海洋風況予測データに基づく航路選択プログラムを内蔵する航路選択装置15を用いて、メチルシクロヘキサン貯留タンク7b内のメチルシクロヘキサンを消尽しないように航路選択し、発電モード航行と電力駆動モード航行とを海洋風況に応じて適宜切り換えることにより、貨物船としての機能を全うしつつ、二酸化炭素の排出を零にしたゼロエミッション航行を実現することができる。尚、海洋風況予測データとして、日本のJRA-25, JRA-55、米国のNCEP/NCAR Reanalysis, NCEP
CFSR, NCEP-MERA、欧州のERA-20C, ERA-interim等が公開されており、これらを利用して帆船の最適航路を選択する最適航路選択プログラムが、例えば東京大学により既に開発されている(非特許文献1を参照されたい)。従って、例えば東京大学の最適航路選択プログラムを参考にして、海洋風状況予測データに基づいて、メチルシクロヘキサン貯留タンク7b内のメチルシクロヘキサンを消尽しないように、航路を選択するプログラムを開発することが可能である。

0014

上記実施例では、水素を燃料とする発電装置として水素ディーゼル発電機9を用いたが、図2に示すように、水素ディーゼル発電機9に代えて燃料電池16を用いても良い。この場合は発電したDC電力がインバーター配電盤10を介してAC電力に変換されて、船内需要電力及び発電機・電動機4の駆動電力として消費される。燃料電池16を使用することにより窒素酸化物の発生を防止できる。
上記実施例では、固定軸のタービン・プロペラ3に連結した発電機・電動機4を船体内に配設したが、図2に示すように、タービン・プロペラ3に連結した発電機・電動機をポッド内に設置したポッド型発電機・電動機17を船外に配設しても良い。タービン・プロペラ3の向きを適宜変更することにより、発電効率操船性が向上する。
上記実施例では、水素キャリアとしてとしてトルエンを使用したが、ベンゼン、ナフタレン等の他の芳香族化合物を水素キャリアとして使用しても良い。ベンゼン、ナフタレンを水素キャリアとして使用する場合は、水素と反応してシクロヘキサン、デカリンが生成される。
上記実施例では水素をメチルシクロヘキサンに変換して貯留したが、水素をアンモニアに変換して貯留しても良く、ランタンセリウム等の希土類ニッケルコバルト等を組み合わせた水素吸蔵合金に水素を吸着させて貯留しても良い。
水素を他の物質に変換し、或いは他の物質に吸着させて、貯留するのに代えて、水素を高圧圧縮し、或いは低温液化して貯留しても良い。
発電電力を直接蓄電池に貯留しても良い。この場合は水電解装置5、水素化芳香族化合物生成装置6、トルエン貯留タンク7a、メチルシクロヘキサン貯留タンク7b、水素分離装置8、水素ディーゼル発電機9に代えて蓄電池を配設することになる。

0015

本発明は、発電帆船に広く利用可能である。

0016

1発電帆船
2 硬帆
3タービン・プロペラ
4 発電機・電動機
5水電解装置
6水素化芳香族化合物生成装置
7aトルエン貯留タンク
7bメチルシクロヘキサン貯留タンク
8水素分離装置
9水素ディーゼル発電機
10インバーター配電盤
11貨物区画
12船首バラストタンク
13操舵室
14居住区
15航路選択装置
16燃料電池
17ポッド型発電機・電動機

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