特開 2023-139882 船舶、及び制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023139882

(43)【公開日】2023-10-04

(54)【発明の名称】船舶、及び制御装置

(51)【国際特許分類】

   B63H 9/02 20060101AFI20230927BHJP

【ＦＩ】

B63H9/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022045635

(22)【出願日】2022-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】503218067

【氏名又は名称】住友重機械マリンエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】新井 祐司

(72)【発明者】

【氏名】舛谷 明彦

(57)【要約】

【課題】帆走時における推進効率を向上できる船舶、及び制御装置を提供する。
【解決手段】船舶１は、ロータ帆３１を回転させることで、風力によって船体を推進させる複数の風力推進部１０を備える。そのため、船舶１は、風が吹いたときには、ロータ帆３１を回転させることで風力による帆走を行うことができる。ここで、船舶１は、複数の風力推進部１０を制御することで、船体１１を旋回させるモーメントを抑制する。これにより、船舶１は、舵１５の操作による抵抗の発生を抑制して、帆走時における船体１１の旋回を抑制することができる。以上により、帆走時における推進効率を向上できる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

船体と、
ロータ帆を回転させることで、風力によって前記船体を推進させる複数の風力推進部と、を備え、
複数の前記風力推進部を制御することで、前記船体を旋回させるモーメントを抑制する、船舶。

【請求項2】

複数の前記風力推進部は、前記船体に前後方向に並ぶように配置され、
前記前後方向における端部側に配置される前記風力推進部の推力を調整する、請求項１に記載の船舶。

【請求項3】

船体と、
ロータ帆を回転させることで、風力によって前記船体を推進させる複数の風力推進部と、を備え、
複数の前記風力推進部は、前記船体に前後方向に並ぶように配置され、
前記前後方向における端部側に配置される前記風力推進部を、他の前記風力推進部とは異なる動作となるように制御する、船舶。

【請求項4】

船体と、
ロータ帆を回転させることで、風力によって前記船体を推進させる複数の風力推進部と、を備える船舶を制御する制御装置であって、
複数の前記風力推進部を制御することで、前記船体を旋回させるモーメントを抑制する、制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、船舶、及び制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、ＣＯ_２等のＧＨＧガスの削減のために、風力等の再生可能エネルギーを用いて推力を発生する船舶が知られている。例えば、特許文献１に記載された船舶は、プロペラによる推進器に加えて、船体上に、風力によって船体を推進させる風力推進部を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－４５０１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、上述のような船舶は、ロータ帆を有する風力推進部を船体に複数備えている。船舶は、全ての風力推進部において最大の推力が得られるように各風力推進部を制御する。船舶においては、風速の変化によって船体が旋回してしまうことがあり、当該旋回に対して舵の操作（当て舵）を行うことで、当該旋回に対処していた。しかしながら、このような当て舵の抵抗によって帆走の推進効率が低下するという問題があった。

【0005】

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、帆走時における推進効率を向上できる船舶、及び制御装置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】

本発明に係る船舶は、船体と、ロータ帆を回転させることで、風力によって船体を推進させる複数の風力推進部と、を備え、複数の風力推進部を制御することで、船体を旋回させるモーメントを抑制する。

【0007】

本発明に係る船舶は、ロータ帆を回転させることで、風力によって船体を推進させる複数の風力推進部を備える。そのため、船舶は、風が吹いたときには、ロータ帆を回転させることで風力による帆走を行うことができる。ここで、船舶は、複数の風力推進部を制御することで、船体を旋回させるモーメントを抑制する。これにより、船舶は、舵の操作による抵抗の発生を抑制して、帆走時における船体の旋回を抑制することができる。以上により、帆走時における推進効率を向上できる。

【0008】

複数の風力推進部は、船体に前後方向に並ぶように配置され、前後方向における端部側に配置される風力推進部の推力を調整してよい。この場合、複数の風力推進部に対する揚力中心の位置を変化させやすくなるため、効率よく旋回のモーメントを抑制することができる。

【0009】

本発明に係る船舶は、船体と、ロータ帆を回転させることで、風力によって船体を推進させる複数の風力推進部と、を備え、複数の風力推進部は、船体に前後方向に並ぶように配置され、前後方向における端部側に配置される風力推進部を、他の風力推進部とは異なる動作となるように制御する。

【0010】

本発明に係る船舶は、ロータ帆を回転させることで、風力によって船体を推進させる複数の風力推進部を備える。そのため、船舶は、風が吹いたときには、ロータ帆を回転させることで風力による帆走を行うことができる。ここで、船舶は、前後方向における端部側に配置される風力推進部を、他の風力推進部とは異なる動作となるように制御する。これにより、複数の風力推進部に対する揚力中心の位置を変化させやすくなるため、効率よく旋回のモーメントを抑制することができる。従って、船舶は、舵の操作による抵抗の発生を抑制して、帆走時における船体の旋回を抑制することができる。以上により、帆走時における推進効率を向上できる。

【0011】

本発明に係る制御装置は、船体と、ロータ帆を回転させることで、風力によって船体を推進させる複数の風力推進部と、を備える船舶を制御する制御装置であって、複数の風力推進部を制御することで、船体を旋回させるモーメントを抑制する。

【0012】

本発明に係る制御装置は、複数の風力推進部を制御することで、船体を旋回させるモーメントを抑制する。これにより、制御装置は、舵の操作による抵抗の発生を抑制して、帆走時における船体の旋回を抑制することができる。以上により、帆走時における推進効率を向上できる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、帆走時における推進効率を向上できる船舶、及び制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る船舶の一例を示す概略断面図である。

【図2】（ａ）はロータ帆の原理について説明する図であり、（ｂ）は船舶の平面図である。

【図3】本実施形態に係る制御装置を備える制御システムを示すブロック図である。

【図4】回頭モーメントについて説明するための概略平面図である。

【図5】制御装置の制御内容について説明するための概略平面図である。

【図6】変形例を示す図である。

【図7】変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、「前」「後」の語は船体の進行方向に対応するものであり、「横」の語は船体の左右（幅）方向に対応するものであり、「上」「下」の語は船体の上下方向に対応するものである。

【0016】

図１は、本発明の実施形態に係る船舶の一例を示す概略断面図である。船舶１は、例えば原油や液体ガス等の石油系液体貨物を運搬する船舶であり、例えば、オイルタンカーである。なお、船舶は、オイルタンカーに限定されず、例えば、バルクキャリア、その他、様々な種類の船舶であってよい。

【0017】

船舶１は、図１に示すように、船体１１と、推進器１２と、複数の風力推進部１０と、を備えている。船体１１は、船首部２と、船尾部３と、機関室４と、ポンプ室５と、貨物室６と、を有している。船体１１の上部には（または船内には）上甲板１９が設けられている。船首部２は、船体１１の前方側に位置している。船尾部３は、船体１１の後方側に位置している。

【0018】

船首部２は、例えば満載喫水状態における造波抵抗の低減が図られた形状を有している。推進器１２は、船体１１の推力を機械的に発生させるものであり、例えばスクリューシャフトが用いられている。推進器１２は、推進時に船尾部３における喫水線（海Ｗの水面）よりも下方に設置される。また、船尾部３における喫水線よりも下方には、推進方向を調整するための舵１５が設置されている。図１に示す例では、船舶１は、複数の推進器１２Ａ，１２Ｂを備える。複数の推進器１２Ａ，１２Ｂは、前後方向に互いに対向するように配置されている。

【0019】

機関室４は、船尾部３の船首側に隣り合う位置に設けられている。機関室４は、推進器１２（前側の推進器１２Ａ）に駆動力を付与するためのメインエンジン１６を配置するための区画である。上甲板１９上には、機関室４の上方に居住区２２、及び排気用の煙突２３が設けられる。ポンプ室５は、機関室４の船首側に隣り合う位置に設けられている。ポンプ室５は、ポンプ１７等が配置される区画である。貨物室６は、船首部２とポンプ室５との間に設けられている。貨物室６は、石油系貨物を収容するための区画である。貨物室６は、外板２０と内底板２１の二重船殻構造を採用することによって、複数のカーゴオイルタンク２６と複数のバラストタンク２７とに区画されている。カーゴオイルタンク２６は、船舶１によって運搬される石油系貨物を積載する。バラストタンク２７は、船の大きさ等に応じた量のバラスト水を収容する。

【0020】

風力推進部１０は、風力によって船体１１を推進させる機構である。本実施形態では、風力推進部１０としてロータ式の風力推進機構が採用されている。風力推進部１０は、船体１１の上甲板１９上に前後方向に並ぶように複数（ここでは四個）設けられている。図２（ａ）に示すように、風力推進部１０は、上下方向に延びる円柱状のロータ帆３１と、ロータ帆３１を回転させる電動機３２と、を備える。ロータ帆３１に対して横側から風ＷＤが吹き込むと、後側ではロータ帆３１の回転方向と風ＷＤの向きが互いに反対となり、前側ではロータ帆３１の回転方向と風ＷＤの向きが一致する。これによって、ロータ帆３１の前後で圧力差が発生することで、前側へ向かう推力ＰＦが発生する（マグナス効果）。図２（ｂ）に示すように、船体１１に対して横側から風ＷＤが吹くことで、各風力推進部１０の推力ＰＦにより、船体１１は前方へ進む。なお、以降の説明においては、複数の風力推進部１０を前から順に「１０Ａ」「１０Ｂ」「１０Ｃ」「１０Ｄ」と称する場合がある。

【0021】

図３を参照して、本実施形態に係る制御装置５０を備える制御システム１００について説明する。制御装置５０は、上述のような複数の風力推進部を有する船舶１を制御する装置である。制御装置５０は、複数の風力推進部１０を制御することで、船体１１を旋回させるモーメントを抑制する。制御装置５０は、前後方向における端部側に配置される風力推進部１０を、他の風力推進部１０とは異なる動作となるように制御する。これにより、船舶１は、複数の風力推進部１０を制御することで、船体１１を旋回させるモーメントを抑制する。船舶１は、前後方向における端部側に配置される風力推進部１０を、他の風力推進部１０とは異なる動作となるように制御する。

【0022】

具体的に、制御システム１００は、前述の複数の風力推進部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄと、推進器１２と、舵１５と、を備える。また、制御システム１００は、これらの機器を制御する制御装置５０と、情報検出部５１と、を備える。

【0023】

制御装置５０は、プロセッサ、メモリ、ストレージ、通信インターフェースを備え、一般的なコンピュータとして構成されている。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算器である。メモリは、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶媒体である。ストレージは、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶媒体である。通信インターフェースは、データ通信を実現する通信機器である。プロセッサは、メモリ、ストレージ、通信インターフェースを統括し、後述する制御部３０の機能を実現する。制御部３０では、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。制御部３０は、複数のコンピュータから構成されていてもよい。

【0024】

制御装置５０は、風力推進部１０の電動機３２へ制御信号を出力することで、ロータ帆３１を所望の回転数で回転させる。制御装置５０は、推進器１２の駆動部（メインエンジン１６等）へ制御信号を出力することで、推進器１２を動作させる。制御装置５０は、舵１５の駆動部へ制御信号を出力することで、舵が所望の角度となるように動作させる。

【0025】

情報検出部５１は、制御装置５０の演算に必要な各種情報を検出する。情報検出部５１は、風向き、及び風速などの風に関する情報を検出可能な風向風速計を有する。情報検出部５１は、舵１５の角度を検出する舵角計を備える。情報検出部５１は、船体１１の姿勢・動揺の計測器を備える。また、情報検出部５１は、天気予報等の予め風の状態を把握しておくことができるような情報受信部を備える。情報検出部５１は、ＧＰＳなど、船体１１の位置を検出可能な計測器を備える。情報検出部５１は、検出した情報を制御装置５０へ送信する。

【0026】

制御装置５０の制御内容について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、全ての風力推進部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを最大の推力で制御した場合の様子を示す概念図である。図４（ａ）に示すように、船舶１に向かって横側から風ＷＤが吹くと、風力推進部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄにて揚力が発生する。これらの揚力を合算した場合の中心を揚力中心ＣＥ（Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｅｆｆｏｒｔ）とする。当該揚力中心ＣＥにて船舶１全体の揚力ＬＦが発生する。揚力ＬＦは、船体１１の前後方向の成分ＬＦｘと、船体１１の横方向の成分ＬＦｙと、を有する。

【0027】

一方、船舶１に風ＷＤが吹き付けることにより当該風ＷＤに対する抗力が発生する。このときの、横方向における抗力ＲＦの中心を抵抗中心ＣＬＲ（Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｌａｔｅｒａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｅ）とする。当該抵抗中心ＣＬＲにて、横方向における抗力ＲＦが発生する。抗力ＲＦは、揚力ＬＦの横方向の成分ＬＦｙとは力の向きが反対である。

【0028】

ここで、揚力中心ＣＥの高さ位置と、抵抗中心ＣＬＲの高さ位置との間には、差がある（図１参照）。そのため、風ＷＤが強くなって船体１１及び風力推進部１０全体が水平方向に対して傾斜するように傾く（左舷側で風を受けるので、右舷側に対して浮くように傾く）と、揚力中心ＣＥと抵抗中心ＣＬＲとの間に、前後方向及び左右方向のズレが生じる。なお、完全な横風であれば、揚力中心ＣＥが抵抗中心ＣＬＲに対して左右方向にのみズレる。この場合、舵１５の操作を行っていないにも関わらず、船体１１を旋回させるような回頭モーメントＭＴが発生してしまう。このような回頭モーメントＭＴを打ち消して船体１１の旋回を回避するために舵１５を切った場合（図４（ｂ）の仮想線の舵１５参照）、舵１５による抵抗が増加してしまい、船舶１が減速してしまう。

【0029】

上述のような回頭モーメントＭＴを抑制するために、制御装置５０は、次のような演算を行う。まず、制御装置５０は、情報検出部５１で検出された風ＷＤの風向及び風速等の情報に基づいて、揚力中心ＣＥの位置、及び揚力ＬＦの大きさや向きを演算する。また、制御装置５０は、抵抗中心ＣＬＲの位置を演算する。これにより、図５（ａ）に示すように、制御装置５０は、船体１１に回頭モーメントＭＴが作用し得ることを（あるいは作用していること）把握する。

【0030】

次に、制御装置５０は、揚力中心ＣＥと抵抗中心ＣＬＲとが釣り合うような風力推進部１０の制御内容を演算する。図５（ａ）に示す例では、揚力中心ＣＥが抵抗中心ＣＬＲよりも後側にずれている。従って、制御装置５０は、後端部側に配置される風力推進部１０Ｄの推力を低下させることによって、揚力中心ＣＥを前側に移動させる。このとき、制御装置５０は、揚力中心ＣＥをどの程度前側へ移動させればよいかを演算し、そのための後端部側の風力推進部１０Ｄの回転数を演算する。次に、制御装置５０は、風力推進部１０Ｄのロータ帆３１が演算に係る回転数にて回転するように、制御信号を電動機３２へ出力する。あるいは、後端部側に配置される風力推進部１０Ｄの推力を低下させる代わりに、前端部側に配置される風力推進部１０Ａの推力を他の風力推進部１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄよりも高めることで、揚力中心ＣＥを前側に移動させても良い。この場合も、回頭モーメントＭＴを抑制することができる。

【0031】

回頭モーメントＭＴが発生した場合に後端部側の推力を低下させる場合は、風力推進部１０Ｄの推力を下げるために、風力推進部１０Ｄを駆動させるための電力を抑えることができる。一方で、回頭モーメントＭＴが発生した場合に、前端部側の風力推進部１０Ａの推力を高める場合は、その分推力が高まるので、船の推進力を高めることができる。

【0032】

運転の状況に応じて船主が燃料消費量（電力消費量低減）を優先するか推進力を優先するかのどちらかを選択してもよい。この場合、ユーザーがどちらのモードを優先するかを予め選択できるモード選択部を有して良い。さらに、モード選択部によって選択されたモードに応じて制御装置５０が風力推進部を制御することができる。

【0033】

なお、制御装置５０は、実際に船舶１が強い風ＷＤによって傾斜してから、上記演算を行ってもよいし、強い風ＷＤを検出（あるいは強い風ＷＤが吹くことを予測）したことに基づいて、実際に船舶１が傾く前段階で揚力中心ＣＥ及び抵抗中心ＣＬＲを推定して演算を行ってもよい。

【0034】

図６（ａ）に示すように、図５（ａ）とは反対回りの回頭モーメントＭＴが作用する場合、制御装置５０は、前端部側の風力推進部１０Ａの推力を低下させる。

【0035】

図６（ｂ）に示すように、図５（ａ）とは反対回りの回頭モーメントＭＴが作用する場合、制御装置５０は、後端部側の風力推進部１０Ｄの推力を増加させる。図６（ａ）でも図６（ｂ）でも回頭モーメントＭＴを当て舵無で抑制することが可能となる。なお、図６（ａ）の方が、図６（ｂ）に対して風力推進部１０Ａの推力を低くすることができるので、電力消費量の面では図６（ａ）の方が好ましく、推進力の面では図６（ｂ）の方が好ましい。

【0036】

次に、本実施形態に係る船舶１、制御装置５０の作用・効果について説明する。

【0037】

本実施形態に係る船舶１は、船体１１と、ロータ帆３１を回転させることで、風力によって船体を推進させる複数の風力推進部１０と、を備え、複数の風力推進部１０を制御することで、船体１１を旋回させるモーメントを抑制する。

【0038】

本実施形態に係る船舶１は、ロータ帆３１を回転させることで、風力によって船体を推進させる複数の風力推進部１０を備える。そのため、船舶１は、風が吹いたときには、ロータ帆３１を回転させることで風力による帆走を行うことができる。ここで、船舶１は、複数の風力推進部１０を制御することで、船体１１を旋回させるモーメントを抑制する。これにより、船舶１は、舵１５の操作による抵抗の発生を抑制して、帆走時における船体１１の旋回を抑制することができる。以上により、帆走時における推進効率を向上できる。

【0039】

複数の風力推進部１０は、船体１１に前後方向に並ぶように配置され、前後方向における端部側に配置される風力推進部１０Ａ，１０Ｄの推力を調整してよい。この場合、複数の風力推進部１０に対する揚力中心ＣＥの位置を変化させやすくなるため、効率よく旋回のモーメントを抑制することができる。例えば、中央側の風力推進部１０Ｂ，１０Ｃの推力を低下させても、揚力中心ＣＥの移動効果が少ない反面、船舶１全体としての揚力低下の影響が大きくなってしまう。

【0040】

本実施形態に係る船舶１は、船体１１と、ロータ帆３１を回転させることで、風力によって船体を推進させる複数の風力推進部１０と、を備え、複数の風力推進部１０は、船体１１に前後方向に並ぶように配置され、前後方向における端部側に配置される風力推進部１０Ａ，１０Ｄを、他の風力推進部１０とは異なる動作となるように制御する。

【0041】

本実施形態に係る船舶１は、ロータ帆３１を回転させることで、風力によって船体１１を推進させる複数の風力推進部１０を備える。そのため、船舶１は、風が吹いたときには、ロータ帆３１を回転させることで風力による帆走を行うことができる。ここで、船舶１は、前後方向における端部側に配置される風力推進部１０Ａ，１０Ｄを、他の風力推進部１０とは異なる動作となるように制御する。これにより、複数の風力推進部１０に対する揚力中心ＣＥの位置を変化させやすくなるため、効率よく旋回のモーメントを抑制することができる。従って、船舶１は、舵の操作による抵抗の発生を抑制して、帆走時における船体１１の旋回を抑制することができる。以上により、帆走時における推進効率を向上できる。

【0042】

本実施形態に係る制御装置５０は、船体１１と、ロータ帆３１を回転させることで、風力によって船体を推進させる複数の風力推進部１０と、を備える船舶１を制御する制御装置５０であって、複数の風力推進部１０を制御することで、船体１１を旋回させるモーメントを抑制する。

【0043】

本実施形態に係る制御装置５０は、複数の風力推進部１０を制御することで、船体１１を旋回させるモーメントを抑制する。これにより、制御装置５０は、舵１５の操作による抵抗の発生を抑制して、帆走時における船体１１の旋回を抑制することができる。以上により、帆走時における推進効率を向上できる。

【0044】

本発明は、上述の実施形態に限定されない。

【0045】

例えば、風力推進部の数や配置など、船体に対してどのように設けるかなどは特に限定されない。例えば、横方向にずれるような風力推進部を設けてもよい。

【0046】

また、推力を増減させる風力推進部１０の数は一つに限定されない。例えば、図７（ａ）に示すように、五つの風力推進部１０Ａ～１０Ｅを有する場合、端部側の二つの風力推進部１０Ｄ，１０Ｅの推力を増減させてもよい。

【0047】

また、推力を増減させる方法は特に限定されない。例えば、図７（ｂ）に示すように、ロータ帆３１の高さを変化することによって、風力推進部１０の推力を増減させてもよい。船体１１には、ロータ帆３１を収容するための収容部７０が形成されている。収容部７０は、ロータ帆３１の一部を上甲板１９よりも低い位置に収容することができる。これにより、上甲板１９よりも上側に突出するロータ帆３１の長さを短くできるため、ロータ帆３１の推力発生に寄与できる長さを増減できる。

【0048】

船体１１の構造も図１に示すものに限定されず、用途等に応じて適宜変更してよい。

【符号の説明】

【0049】

１…船舶、１１…船体、１０…風力推進部、５０…制御装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】