電気で走る船

Question

電気自動車は商品化され街中を走っていますね。
船のモ－タ－エンジンの燃料はガソリンが使われていますよね？つい先ごろ知り合いとの会話．．．「船のエンジンの燃料も電気に変わるかなぁ？」「船のエンジンの燃料は電気にはならないよ」「どうして？車にも使われてきてるんだよ」「おっきな船を動かす馬力はガソリンじゃなきゃ無理だよ」と、、、、

ジェットスキ－、モ－タ－ボ－ト、クル－ザ－、客船、貨物船．．．船のおおきさにもいろいろ。小さいものもあれば、大きいものまで。市場原理に基づけば需要がすくないと生産性はあがらない開発に力を注がないのもわかるんだけれど、はなっから「無理」はなんだかなぁ～。

実際のところ電気の開発どこまで進んでいるんだろう？

ソ－ラ－システム．．．．海に浮かぶ船、太陽いっぱい吸収できるのに(晴れた日はね)

海には水がいっぱいある。海の水を使って燃料にはならないのかなぁ－？

馬力がうんと上がらないのは何でなんだろう？
なんでガソリンを燃料にすると馬力がおおきいんだろう？

noname#2748 · Accepted Answer

話を広げたついでにもう一つ広げて見ましょう。地球の衛星軌道上に太陽光発電用の人工衛星を打ち上げて、マイクロ波で地上に送電しようという計画が以前あったと思いますが、マイクロ波を送信する衛星側で的を絞れる範囲がピンポイントにできず、地上に送るには周囲の影響を考えると不向きであるということで打ち切りになったと思いますが、外洋上であれば周囲に電磁波に対して無防備な船舶がいない状況では利用可能な気がします。もしできれば地上に太陽電池を設置するよりはるかに効率の良い環境で太陽電池を利用できるので、現在の大型船舶のエンジンの替わり同等の出力の数万馬力のモーターを搭載しても燃料を搭載しなくて良いことで重量増加やペイロードの減少は相殺できるかもしれません。また外部から大量の電力の供給ができればモーターとプロペラによるよりも理論的には効率の良い電磁推進の可能性も出てきます。ソーラーバッテリーの一番の弱点はその変換効率の低さ（これは改善の余地があります）と地上に着く前に大半が大気や水蒸気に熱として吸収されてしまうため、エネルギー密度がかなり低くなってしまうことです。それでも真夏の地上に降り注ぐ太陽光のエネルギーは１平方メートルあたり９００Ｗにもなるそうで、一平方メートルに一台の電気ストーブを置いたようなものです。このエネルギーを熱以外のエネルギーに変換できればかなりのエネルギーが利用できることになります。あくまで想像上の話で実際に検証したデータなどはありませんが、理屈の上では可能かと思われます。

noname#2748 · Answer

もう一つ面白い船？を思い出したので（これなんかエネルギー消費が小さいので太陽電池＋蓄電池でいけるかも）書いておきます。船といって潜水艦なのですが、この船には推進装置らしきものがありません。あるのは潜航・浮上をコントロールするバラストタンクと飛行機のような翼（もっともずっと小さいが）だけです。これでどうやって走るのかというと。まず、潜航するようにバラストタンク内に注水します。この時に飛行機が降下する時のような姿勢をとらせます。こうすることで翼で推進力が生まれ前進します。ある程度の深さまで潜航したらバラストタンク内の水を排水し（この時にエネルギーが必要です）上昇しながら前進していきます。これを繰返すことで行きたい方向に進めるというわけです。いわば水中グライダーのような物です。

それからコージェネレーションの話ですが大型船で実際に行っています。ディーゼルの大型船では排気の熱を回収して低圧の蒸気タービンを回し電力の供給に使用したりしていますし。ガスタービンエンジン（ジェットエンジンの親戚です。ジェットエンジンの噴射口にタービンを設けて噴射のエネルギーを回転力に変えるエンジンで回転軸の出力を利用できる物としては、もっとも軽量で大出力が得られます）を搭載した船（高速の巡洋艦など）では排気がかなりの温度を持っているためより高い圧力での蒸気の利用ができますし。排気ガス自体の流速もかなり速いので低圧のタービンを回してのエネルギーの回収も可能です。

cse_ri2 · Answer

No.8の発言の一部訂正です。

＞エンジンのサイズや重量、燃料の貯蔵方法（従来はガソ
＞リン、 HONDAの燃料電池車では液体水素）の違いを考慮
＞して船を設計しなくてはいけませんが、単純計算では
＞不可能ではなさそうです。 

HONDAの燃料電池車「FCX」の燃料である水素は、高圧水素
タンクに貯蔵されていました。液体水素ではなかったです。

参考URL：http://www.honda.co.jp/news/2002/4020725-fcx.html

cse_ri2 · Answer

ヤマハ発動機のHPをみて、レジャー向けボートのエンジン
馬力を調べてみたのですが、小さい船で50PS(馬力)、大きい
船では、435PS×2なんて船までありました。

現状で実用化されていて一番クリーンなのは燃料電池車だ
と思うので、ホンダのHPで調べたところ、燃料電池車の
「ＦＣＸ」で82PSの出力でした。

エンジンのサイズや重量、燃料の貯蔵方法（従来はガソリン、
HONDAの燃料電池車では液体水素）の違いを考慮して船を
設計しなくてはいけませんが、単純計算では不可能では
なさそうです。

後は、商業ベースにのれるかどうかですね。
技術的に可能であっても、値段が高くてだれも買ってくれない
のでは作った意味がありません。


＞海には水がいっぱいある。海の水を使って燃料にはなら
＞ないのかなぁ－？ 

できますよ。水を電気分解して水素を作ればいいんです。
水を電気分解するのに必要なエネルギーが、水素を酸化さ
せて得られるエネルギーより少ないことが前提となりますが。


＞馬力がうんと上がらないのは何でなんだろう？ 
＞なんでガソリンを燃料にすると馬力がおおきいんだろう？

巨大なモータを使えばいくらでも大出力が得られますが、
モータを巨大にすれば船体も大きくする必要があり、バランス
が悪くなる傾向があります。
重量や格納サイズが小さくて、大出力を得られるエンジン
は内燃機関がベストなんです。今のところは。

ガソリンエンジンが何で多いかというと、自動車やバイク
など他でも使われていて、ノウハウが一番貯まっているから。
一度技術が確立されると、よほどの事情や市場環境の変化
がない限り、そう滅多には捨てられないものです。


詳しいことを知りたければ、機械工学を教えてくれる大学
に入って、機械設計や内燃機関の勉強を一からしてみて
下さい。

一度でも設計の勉強や実務に関われば、ガソリンエンジン
がどれだけ便利なシロモノか実によくわかります。

＃だからといって、未来永劫ガソリンエンジンを使い続ける
＃わけにはいかないんですけどね。
＃環境を考えれば、水素が燃料なのがベストですからね。
＃水しか排出しないのであれば、これほど無害なものは
＃ないですし。

SCNK · Answer

「SCNKさん、おそくまでお付き合いいただきありがとうございます！(*^^*)/ 」

実はわけあって仕事が早でだったので早起きしたのです。

「艦船、蒸気タ―ビンなどで発電機を回すとありましたが、船内の温度上がりますよね？このときの熱は冷却装置かなにかで下げるのですか？それとも、放散された熱を集めて再利用しているのでしょうか？ 
船のエンジンがある船室は暑いところというイメ―ジがあります。放散された熱を上手く再利用すれば補充用の燃料になるのでは？ダブルの力になれば馬力の小さいという欠点を改良することにはなりませんか？ 
(*^^*)>素朴な疑問なんです。 」

蒸気機関の艦船はレシプロでもタービンでも昔から暑いのが相場でした。だから昔の船ではラッパのようなものが甲板の上に沢山突き出していたのです。
熱の再利用ですが、コゼネレーションというものが最近開発されていますけれども、そもそも熱というのはエントロピー、つまり不規則性の最も高いエネルギーであり、再利用の効率は低いのです。船の動力にできるようなものではなかったのです。
それでもシリンダーを多段式にするなどの工夫が行われてきました。

noname#2748 · Answer

電気推進ということで変り種を一つ紹介しておきましょう。まだ実験段階ですが、この船にはプロペラやポンプジェット等の機械的に水に力を加える装置がありませんし、ホーバークラフトのように空気中にプロペラなどの推進装置を持っているわけでもありません。この船の推進装置は超伝導磁石によって発生する強力な磁力の中に水をおき、その水に電流を流すとフレミングの法則に従って水自体に力が働き流れができます。この流れを推進力に使うという物です。

まだ実験段階ですが、理論上はプロペラなどの推進装置では不可能な高速船が作れる可能性もあります。本題からはチョット離れるかもしれませんが、面白そうでしょ。

参考ＵＲＬに詳細が出ています。

参考URL：http://www.kshosen.ac.jp/news/ssdnews/html/shinsen2/

SCNK · Answer

実は電気推進の艦船の歴史は古いのです。戦前から戦艦などに実用化されていますよ。ただしバッテリーで電気を貯めるておくわけではなく、蒸気タービンなどで発電機を回すのです。電気推進が用いられるのは速度の変更が容易だからです。常にエンジンは最適な効率で運転できるわけですから、燃費も良いし、なにしろ負荷変動がないのでエンジンの出力もより小さいものですむわけです。ただし電動機は重量あたりの馬力が小さいという欠点はあります。艦船で早い時期に実用化できたのは容積や重量の面で自動車や航空機より余裕があるからでしょう。現在でも砕氷艦には利用されています。

noname#2748 · Answer

船舶が電気推進になる可能性はあまり高くないように思えます。現時点ではディーゼル潜水艦が潜航時に電気推進を使用していますので、電気モーターで推進力が不十分ということはないでしょうが、船舶は自動車のように頻繁に加速・減速を繰返すことが少ないためと、可変ピッチプロペラ（プロペラの羽の角度が変えられるようになっていてエンジンは常に最高の効率が得られる回転数でまわしておき、プロペラのピッチを変える事で速度制御する）の採用などで、電気モーターに置き換えたことによる効率の向上が自動車ほど望めないからです。一定の回転数で常にまわすことができるのであれば蒸気タービンやガスタービンエンジンのようなガソリンエンジンより効率の高いエンジンが使用できますし、太陽エネルギーを利用するのであれば効率の低い太陽電池に頼り、バッテリーに蓄電し電気モーターを回す（各ステップでロスがあり効率的には非常に低い物になってしまうでしょう）より、太陽熱で蒸気を作りタービンを回してしまった方が効率が高いでしょう。

モーターボート等のプレジャーボート程度の規模であれば出力の変更も頻繁ですし、ある意味考えられなくはないのですが、モーターボート（私の知り合いの船で３５Ｆｔ程度の船でも４００ＰＳのエンジンが２機搭載されています）では車とは比べものにならないほど大きな電力が必要でしょう。この種の乗り物で一番簡単に実用できそうなのがヨットでしょう。私はヨット乗りなのですが、私の船３５Ｆｔ（１０メーター強）の船でもエンジンは３０ＰＳ程度ですし、出向後風をつかんでしまえばエンジンは止めてしまいます。環境にもよるかと思いますが１回の出航でエンジンを使用する時間はせいぜい２時間程度です。ヨットの推進力は風ですが、言うなればこれ自体もソーラーシステムの一部ですからソーラーシステムを利用した電気推進に一番近いのもあたりまえかもしれませんね。走行用としてではありませんが、船内の電力をまかなうために太陽電池や風力発電などの装置はすでに市販されていますので、これを大規模にすれば可能かも知れません。ヨットの場合船底にバラストキール（風を受けた時の船の安定を保つための錘と、横風で船が流されないようにするフィンの役目を果たす物）が付いており、数１００キログラムから１トン以上の重量がありますので、この部分をうまく利用して蓄電池スペースにすることもできるかもしれませんね。

noname#4118 · Answer

電気でも十分な馬力は得られます。
新幹線は電気で動いていますもんね。

ただ、電気は保存できません。
ガソリンや軽油といった化石燃料と同じだけのエネルギーを
バッテリーに蓄えるとすると、ものすごく大きく、重いバッテリーが必要です。

大きな客船、貨物船のほとんどのスペースがバッテリーで、
人や荷物は隅っこの開いている場所では、意味ないですからね。

効率のよい太陽電池やバッテリー、燃料電池が実用化されれば、
変わって来るかもしれませんね。

marimo_cx · Answer

何を書いて良いんだかわからないので適当に書きます。（＾＾；）

船舶用の電磁推進装置でしたら映画だと『レッドオクトーバーを追え！』に出てくるソ連の原子力潜水艦に搭載されていた『キャタピラー』がMHD推進機です。
推進原理はフレミングの左手の法則によって、スクリューを用いずに電力と磁力で推力を得るためにスクリューの音（キャビテーションノイズ）がなくなるために、先の映画で軍事利用されたという設定になっています。三菱重工もなにやら実用船の研究をしているようですが、こちらは騒音ではなく超高速船の建造を目的にしていたかと思います（結局現在はジェットフォイルが実用になっていて、それでも十分速いから先は無いかも……）。スクリューとMHDはプロペラ機とジェットエンジンと同じような関係になりますので。
実は自分もMHD推進機は高校の時、部活で太陽電池駆動させようという動機で研究していたのですが、まず推進機に使う電極材料が難しかったです。当初電極の腐食を防ぐために電極に交流電源を使っていたのですが、そうなると磁石が常伝導電磁石を使わざるを得ず、莫大な電力を消費するにも関わらず推力はあまり得られませんでした。結局ネオジウム磁石で直流電源を使いましたが、電極は解けるわ、こんなんじゃ公害撒き散らして使えないわで、多分続きは誰もやっていないんだろうなぁ……。

なお三菱重工の実験船は実用にはまだ程遠いようです。（磁石に超伝導磁石を使っているから電極問題もあるし、最低でも液体窒素冷却が必要では小型船舶には無理ですね……）


あと違う側面。
自動車は陸上を走るだけですから航続距離300kmもあれば良いですけれど、船舶はそんな短距離航行しか出来ないのでは使い物になりません。実用船は無給油で何日も航行できなければいけないのですから。

参考URL：http://www.mhi.co.jp/power/topics/kobe/yamato.htm

電気で走る船

話を広げたついでにもう一つ広げて見ましょう。

もう一つ面白い船？を思い出したので（これなんかエネルギー消費が小さいので太陽電池＋蓄電池でいけるかも）書いておきます。

No.8の発言の一部訂正です。

ヤマハ発動機のHPをみて、レジャー向けボートのエンジン

「SCNKさん、おそくまでお付き合いいただきありがとうございます！(*^^*)/ 」

電気推進ということで変り種を一つ紹介しておきましょう。

実は電気推進の艦船の歴史は古いのです。

船舶が電気推進になる可能性はあまり高くないように思えます。

電気でも十分な馬力は得られます。

何を書いて良いんだかわからないので適当に書きます。

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