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“
”
“
”
DME
はじめに
コンカレントエンジニアリング(Concurrent Engineering 略称 CE) という概念は機械,電気,
自動車を始めとする様々な製造業に適用されて大きな成果を上げており、以下に示すような同
時並行型問題解決手法である。
(1)製品開発における各工程のエンジニアが協力し合い同時進行でその作業を行う製品開発手法
(2)製品企画,設計,製造,販売,サービス,使用済後処理の一連の流れをすべて考慮して,開発の各段
階でそれぞれの技術者たちが協力し合いながら開発
この CE の概念を適用することにより、付加価値の高い船舶機関室の設計を目指すのが
コ
ンカレントマリンエンジニアリング(Concurrent Marine Engineering 略称 CME )"である。船
舶機関室の性能は、機関室を構成する多くの機械・機器類の個別の性能だけでなく、それらを
システムとしてとらえた場合の総合性能によって評価すべきである。すなわち、個々の機器類
の単独性能が高くても、システムとして考えた場合、総合性能を向上させるためには相互のマ
ッチングがキーポイントとなる。
CME は、機関室全体の総合性能を高め、機関室あるいは船舶全体として高い付加価値を有
する製品を開発するための概念であり、CME の設計概念を確立することによって、
「エンジン
の効率性」、「安全性」、「低環境負荷」を同時に実現できる機関室の構築を図り、船舶の CO2
排出削減に資することが期待される。
１．目的
本事業は、船舶の CO2 排出削減を研究目的として CME という新しい設計概念の実現に向けた
調査と CME に関連した研究を神戸大学と日本海事検定協会が共同で実施し、その成果を報告
書としてまとめて公表するものである。
船舶の温室効果ガス削減対策において、気候変動枠組条約・京都議定書は国際海運には適用
されておらず、同議定書第 2 条第 2 項に、IMO において CO2 排出量の抑制対策を検討するこ
ととしている。国際海運から排出される CO2 は、2007 年で約 8.7 億トンであるが、発展途上
国の海上貿易量の増加に伴い、将来的に大幅に増加していくことが予想されており、CO2 排出
抑制の国際的枠組みの確立が急務となっている状況である。
このような船舶の CO2 排出量削減が求められている状況にあって、本事業は船舶の CO2 排
出削減を研究目的として、
「エンジンの効率性」及び「低環境負荷」を同時に実現するために必
要な機関室の設計概念を調査研究することにより、地球環境の保全又は自然環境の保護に貢献
するものである。
参考文献
(1)福岡俊道,野村昌孝, コンカレントマリンエンジニアリング"による高付加価値機関室の
設計",日本マリンエンジニアリング学会誌,(2008),43-2,pp241-244.
(2)有泉徹, コンカレントエンジニアリングによる設計の改革術",(2000),日刊工業新聞社.
１
1 “
”
CME
CME
1
2
2 “
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CME
1
2
3
4
5
DME
6
7
8
9
3
NKKK
2
“
”
CE Concurrent Engineering
Marine Engineering
2
LNG
LPG
CME
1
1
2
3
1
10
3
CME Concurrent
CME
1
10
1 1
1
2
3
2
1 2
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1 3
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3 2
1
8
7
2
4
4 1
9
1
2
5 1
10
=2
1
3
10
5 2
CME
10
1
1[ 6] 2[ 5] 3[ 7]
[]
[]
0
2
5
2
5
[]
1)
[
3 CME
CME
6
]
7
8
9
10
11
12
13
14
15
JIS B1451
2
1
Frm1
F
Fnut
Fpl
4.1.1(a)
F
Fpl
Fhd
Frm2
(a)
4.1.1(b)
plate
reamer
bolt
plate
: interference
(b)
4.1.1
4.1.1(a)
16
plate
reamer
bolt
plate
<0 : clearance
4.1.2
JIS B1451
T
(1)
d rm 2
4
B n
2 2
reamer bolt
torque
T
n
4.1.2
n/2
JIS B1451
4.1.1(a)
(1)
4.1.1(a)
for upper plate
Rrm
R
Frm1 / F
Fnut Fpl / F
where F Frm1 Fnut
(2)
Fpl
for lower plate
Rrm
R
Frm 2 / F
Fhd Fpl / F
where F Frm 2 Fhd
(3)
Fpl
4.1.1(b)
± 20 m
<0
>0
M16
0.1, 0.2
17
upper plate
JIS B1451
=3
100MPa 200MPa
300MPa
4.1.3
2
1
reamer bolt
30034 25208
lower plate
4.1.3
10 50MPa
ABAQUS
100
= 50MPa
4.1.4(a),(b)
100MPa
80
R
300MPa
rm
60
= 0.1
50MPa
= 0.2
40
R
20
0
-20
<0
-15
-10
-5
(a)
4.1.4 (b)
0.2
5
10
15
20
= 100MPa
100
5 m
= 50MPa
0
1
80
80%
20%
0
Fit (interference or clearance) ( m)
0%
R
60
100%
= 0.1
= 0.2
40
20
R
rm
0
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Fit (interference or clearance) ( m)
(b)
4. 1. 4
18
= 300MPa
15
20
=1
=0
Propeller
Main Engine
Flange
4.1.5
Flange
rupture
4.1.3
100M
Pa
4.1.5
20M
Pa
120
4.1.6(a)
- 10 m
0. 2
axial stress (tension side)
100
80
axial stress (compression side)
60
40
bending stress
20
0. 1
0
bolt head side
4.1.6(b)
-20
-20
-15
z=0
nut side
-10
-5
0
5
10
Distance from Joint Interface (mm)
(a)
= -10 m,
15
=0.2
120
4.1.5
100
axial stress (tension side)
80
<0
axial stress (compression side)
60
40
bending stress
20
0
maximum bending stress
-20
bolt head side
-40
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Distance from Joint Interface (mm)
(b)
4.1.6
19
nut side
= -10 m,
=0.1
15
D
r
C
d3
2
H
12
P : pitch
B
A
: root radius
B'
H
4
d1
2
5 H
8
H
8
C'
d
2
D'
(a)
nominal diameter d
D
D'
B minor diameter d1
A2
C
A1
A3
A
thread root
C'
B'
4.2.1(a),(b)
(b)
4.2.2(a),(b)
4.2.1
4.2.1(a)
A B
B
C
C
D
r
r
P
2
D
max
2
A
2
d1
2
D
P
2
4
3
2
d1
2
4.2.1(b)
(a)
2
3
P
12
(b)
4.2.2
21
max
3
P
12
4.2.1(a)
r
r
d 7
H
2 8
H
d
2
d
2
1
3
P
P
/2
P2
4 2
2
2
2
7
H
8
0
1
1
(4.2.1)
2
2
2
7
8
3
P
12
H
3
P
2
4.2.1(b)
4.2.3(a),(b)
1
(a) one-pitch model of external thread
180
0.5
(b) cross section of nut model
4.2.4
4.2.5(a),(b)
4.2.3 1
4.2.4
M16
2mm
4.2.4
eq
b
z
10mm
10mm
0.5
22
z=0
1
6
6
5
5
2nd class
run out of thread
run out of thread
4
3rd class
4
3
3
= 0.05
2
2
= 0.20
1
1
nut loaded surface nut top face
nut loaded surface
nut top face
0
0
-10
-5
0
5
10
-10
15
-5
0
5
z (mm)
z (mm)
(a)
(b)
10
15
4.2.5
4.2.5(a)
1
z=-5mm
z=-10mm
b
4.2.5(b)
2
17.5mm 18.5mm
3
3
Helical Thread Model
Axi-symmetric Loading
W
nut
z
r
pressure
cone
z : distance from
nut loaded surface
24
bolt
upper plate
contact length
lower plate
deformation constraints
in -direction on
lower plate surface
24
17.5
bolt head
128
1
2007
5
(a)
(b)
4.2.6
23
1
4.2.6(a)
1
z
2
z
4.2.6(a)
M16
Fb=20.1kN
100MPa
W
4.2.6(b)
4.2.7(a)
r
16mm
W
0
1
4.2.7(b)
15
r=64mm
15
1st thread root
run out of thread
W=20.1kN (
10
W=13.4kN (
5
1st thread root
run out of thread
= 0.18)
W=20.1kN (
10
= 0.36)
W=13.4kN (
5
0
0.17)
= 0.36)
0
W=6.7kN (
-5
0.67)
-5
-10
W=6.7kN (
= 0.53)
-10
engaged threads
engaged threads
-15
-15
-10
-5
0
5
10
15
-10
-5
0
5
z (mm)
z (mm)
(a) r = 16mm
(b) r = 64mm
4.2.7
24
10
15
4.2.8(a)
48mm
plate
1
block
M16
4.2.8(b)
P = 2mm
4.2.8(c)
1
1
2
3
External Force
Torque
W
r
pressure
cone angle
bolt
Fb
8.75
48
plate
contact length
z
Helical Thread Model
48
block
z : distance from the interface
between plate and block
28
64
(c) Enlarged view around engaged threads
(a) Analytical model and
boundary conditions
(b) Finite element model
25
A -2
A -1
B
D eck 4
D eck 4
A -1
B
A -1
B
A -2
B
D eck 3
D eck 3
A /E
A -1
B
D /E
D eck 2
B
B
B
B
D eck 2
B
B
B
V apor
C ondensate
D eck 1
D eck 1
DB
DB
cL
cL
(a)
(
) (b)
cL
(
)
(c)
10
26
(d)
11
12
(kg/m3)
V
(m3/s)
Cp
(kJ/(kg· )
Th
( )
Tc
( )
Cp
Tm ( )
85
(%)
(L/min)
(kW)
75
75
75
65
75
65
80
80
80
75
70
80
70
80
80
75
70
70
65
70
65
70
65
65
5
7
6
5
10
8
7
5
6
8
10
9
5
8
10
9
7
9
9
8
6
6
7
10
1.07
1.38
1.40
1.73
1.81
1.85
2.00
2.02
2.25
2.34
2.51
2.59
2.60
2.63
2.72
2.81
2.93
3.13
3.19
3.39
3.45
3.55
4.28
5.74
28
( 2)
( 3)
( 4) 1kW 6kW
( 5)
P. D. Dunn et al . (
)
31
DME
NOx
SOx
Particulate
Matter PM
International Maritime Organization IMO
SOx
PM
4.5.1 IMO
(
4.5.1
(ECA)
IMO
2010
2010
2012
2015
2020
2020
2018
2025
7
1
1
1
1
1
1
1
1
1
4.50%
4.50%
3.50%
3.50%
0.50%
PM
DME
1)
Dimethyl Ether
DME
4.5.2
DME
DME
DME
5.0MPa
4.5.1
DME
32
)
(ECA)
1.50%
1.00%
1.00%
0.10%
0.10%
Nitrogen Gas
Engine
Marine Diesel Oil
DME
Test engine
Injection pump
Injection nozzle
Nitrogen cylinder
Fuel tank
Dynamometer
Rotary encoder
Amplifier
Combustion analyzer
Pressure transducer
Injection pressure sensor
Air tank
Flow meter
Smoke meter
Exhaust gas analyzer
Exhaust
4.5.3 DBDS
A
Oil MDO
(CH3)3C-S-S-C(CH3)3
178.4
185~215.6
920~940
Marine Diesel
DME/ A
A
kg/m3
A
DBDS
DBDS
4.5.3
DBDS
5%
DBDS
DBDS5%
A
100%
100%+DBDS5% A
A100%
70 +DME30
A70%+DME30%+DBDS5%
22.4(N
m)
29.8(N
A70%+DME30% A
100%+DBDS5%
2000(rpm)
1/4 2/4 3/4 4/4
4
7.5(N m) 14.9(N
m)
18(kPa)
( )
( )
HC(volppm
CO(vol
SOF
(N
( )
( )
NOX(volppm) CO2(vol%
DS
NOx
A
70%+ DME 30%+DBDS5%
4
7.5kW 2400rpm
m)
A
(hPa)
O2(vol%) PM
(%)
m)
(kPa)
(mg/m3) SOF
SOx(volppm)
PM
PM
DS
PM
Solid
carbon
PM
10(l/min)
(100
1
)
(100
1
PM
)
(15ml)
SOF
PM
12
SOF
(100
1
45
)
DS SOF
55
34
PM
4.5.3
10MPa
10MPa
80
8MPa
4.5.3
Pi(MPa)
DME
DBDS
42.5MJ/kg DME
A
100%
A
28.9MJ/kg DBDS
42.5MJ/kg A
39.62MJ/kg A
21.76 MJ/kg
70%DME 30%
70%DME30% DBDS5%
38.42MJ/kg A
36.41MJ/kg
4.5.4
25%
100%
4.5.4
35
100%DBDS5%
A
A
100%
70%DME30%
DME
DBDS
4.5.5
DBDS
DBDS
4.5.5
DME
DME
DBDS
DBDS
DBDS
4.5.6
4.5.7
PM
4.5.6
NOx
DME
DME
DBDS
NOx
NOx
4.5.7
PM
SOF
DME
4.5.6
36
NOx
25%
100%
4.5.7 PM
PM
SOF
DS
DME
A
100%
DBDS
DS
DBDS
DBDS
SOF
DBDS
A
SOF
DBDS
DBDS
100%DBDS5%
70%DME30%
DS
A
DBDS
DME
A
A
DBDS
10MPa
(1)
DME
DME
DBDS
37
(2)
DME
(3) PM
DME
SOF DS
DME
DBDS
DS
(4) NOx
DME
DBDS
DME
NOx
SOF
A
PM
PM
PM
DME
DS
PM
DBDS
NOx
“
1)
175
”
pp.78-83
Navigation
2010.11
2)
http://www.nmri.go.jp/main/publications/text/fy2000a/content/08_sri2000.pdf
38
2000
4.6.1
PW
M
4. 6. 1
DC
4. 6. 2
—
AC
4.6.1
4.6.2
39
4.6.3
4. 6.
Q1 Q2
Q3, Q4
60kHz
4. 6. 7
Q3 Q4
ZVZCS
ZVS
Q1, Q2
4. 6.
Vin(
)
200V
L1(
)
500uH
fs1,fs2(Q1,Q2
)
fs3,fs4(Q3Q4
)
C0(
)
60kHz
60kHz
10nF
C1(
)
1uF
C2(
)
1uF
R(
)
Lm(
8.7
)
60uH
Q1, Q2
4.6.8
5kW
600W
PDM
600W
PWM
Q3, Q4
PDM
600W
100W
4.6.9
4.6.10
43
4.6.10
45
4. 7. 2
PV
PV
PV
PV
DG
4. 7. 2
2
4. 7. 3
2
10
640× 480
320× 240
47
RGB
8bi t
4.7.3
4.7.3
20
2
2
10 20 30
20
20
340
4. 7. 4
48
10
10%
10
20%
10%
100%
8
4. 7. 5
8
1
8
4. 7. 4
8
25
1
CO2
49
30
6 7
n
n
4.8.1
p
p
n
p
n
ZT
S2 T
(1)
S
T
p
4.8.1
ZT
1)
20
10
51
200 280
a)
S
S
V
TH
(2)
TL
b)
V
TH
TL
G raphtec, G L 220
4.8.2
4.8.2
Graphtec, GL220
4.8.3
0.03mm
52
a)
b)
NaCo2O4
2)
4.8.3
200
1.5A
NaCo2O4
150
100
50
4.8.4
0
350
NaCo2O4
400
450
500
550
600
Temperature (K)
4.8.4
13 V/K
C
L
C
(3)
L
3)
53
A
4.8.5
ABO3
B
6
4.8.5
A
25
A’
12
(V)
(Sr)
2+
SrVO3
Sr
Sr2+
(Bi3+)
(Ag1+),
(Ca2+),
3
SrCO3(99.9
CaCO3 (99.99 ), Bi2O3(99.9
), V2O5(99.0
Sr2+
)
700 1100
5
), Ag2O(99.0 ),
25
2
10 20 h
X
4.8.3
(SrVO3)
SrVO3
Ca2 25 %
3
Bi3 25 %
5
4.8.6
Bi3+
25
25
10
Ca2+
20
30
40
50
2 (degrees)
X
4.8.6
X
54
60
70
80
Ca2+
Bi3+
Ca2+
Sr2+
, Sr2+
Ca2+
1.12 , Ca2+ 0.99
Bi3+
1.4
, Bi3+
0.2
Bi3+
0.96
Ca2+
Bi3+
V4+
0.63
V3+
V4+
, V3+ 0.74
Ca2+
200
Bi3+
600
ZT
1)
(2013)
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55
350
SUS304
15 L
20 L
60 mm
MgB2
3
MgB2
MgB2
2
LN2
77 K
LHe
4.2
K
4. 9. 2
PC
LN2
LN2
LHe
3
4. 9. 3
[ mm]
[W
]
LHe
LHe
4. 9. 3
500 mm
0. 6 W 0. 7 W
185 mm
120 mm
( 1)
57
200
4. 9. 5
LH2
400 L
4.9.6
100
200 kg
LH2
500 600 kg
4. 9. 7
LH2
4. 9. 5
LH2
LH2
LH2
LH2
LH2
4. 9. 6
LH2
0.58 W 0.63 W
5.16 W 6.24 W
4. 9. 7
LH2
LH2
LH2
LH2
MgB2
LH2
LH2
59
LH2
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Marine Engineering
Concurrent
CME
CME
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CME
CME
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3
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