CN101553396B

CN101553396B - 船舶的浮力控制系统

Info

Publication number: CN101553396B
Application number: CN2007800437986A
Authority: CN
Inventors: 荒井诚; 铃木和夫; 高良航贵
Original assignee: YOKOKAMA STATE UNIV
Current assignee: YOKOKAMA STATE UNIV; Yokohama National University NUC
Priority date: 2006-12-09
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2027-12-10
Also published as: JP4505613B2; JPWO2008069341A1; US7921790B2; EP2096026A1; US20100018448A1; WO2008069341A1; CN101553396A; KR20090087463A; KR101358611B1; EP2096026A4; EP2096026B1

Abstract

船舶的压载水交换装置。船舶(1)的箱(10)具有在船底(13)开口的流入口(6)及流出口(7)。流入口及流出口在船体的行进方向隔开间隔地配置。在流入口及流出口设置开口关闭机构(9)。开口关闭机构由箱内空间的空气关闭流入口及流出口，以便确保船体浮力。流入口及流出口利用船体的前进运动，从流入口取进船外海水，且使箱内的海水从流出口向船外流出。隔壁(2)在箱内形成了在船体的宽度方向延伸的堰，将箱内的区域划分为流入区域(3)和流出区域(4)。箱、隔壁、流入口、流出口及开口关闭机构构成船舶的浮力控制系统。由此，不依赖于强制交换用的驱动装置，以简单的构成将压载水交换成海水，同时，实现压载水的高的海水置换率。

Description

船舶的浮力控制系统

技术领域

本发明涉及船舶的浮力控制系统(Buoyancy ControlSystem)，更详细地说，是涉及能够作为将压载水与船外海水进行置换的压载水交换装置或者压载水交换方法使用，或者能够作为无压载船的船体结构使用的船舶的无压载(Ballast-Free)浮力控制系统。

背景技术

一般地，在空载状态或者轻载状态下航行的船舶，在搭载着压载水以确保一定的吃水并使船体稳定的同时，防止着船底砰击、螺旋桨飞车等。通常，压载箱在卸货地被涨水，在装货地被排水。卸货地的海洋生物由压载箱内的压载水运送到装货地，被排出到装货地的海域，结果，在装货地的海域产生了生态系统变化、生态系统破坏等的问题。由于压载水在地球范围中被移动并排出，所以混入在压载水中的浮游生物等海洋生物有可能移动到并非本来的生息地的海域，对该海域的生态系统、水产业等的经济活动带来深刻的影响。因此，人们已认识到压载水的移动在保护海洋环境方面是世界共同的课题，这在近年来已尤其受到重视。

作为用于解决这样的课题的手段，有人提出了将不要的压载水不向海洋排出而是通过陆上设施进行处理的方式、对压载水进行灭菌处理或者净化处理的方式(例如，日本特开2004-284481号公报、日本特开2002-234487号公报、日本特开2006-7184号公报)、使用泵等强制循环装置在海洋上强制交换压载水的方式(例如，日本特开2002-331991号公报、日本特开2001-206280号公报)等各种方式。

但是，在采用了通过陆上设施处理不要的压载水的方式的情况下，产生新设置用于处理压载水的陆上设施的需要。另外，对压载水进行灭菌处理的方式，由于通过灭菌·净化来确实地捕获微生物的技术不完备，所以仍未达到实用化，而在灭菌中使用了药剂的情况下，也担心二次污染等的问题。因此，在不要的压载水的陆上处理及灭菌·净化处理方面依然留有难以解决的课题。

另一方面，在海洋上强制交换压载水的压载水交换(Ballast Water Exchange)的技术，作为在完全清空压载箱后将海水再注入到箱内的顺序法(Sequential Method)，向压载箱注水并通过压载水的溢出进行压载水交换的溢出法(Flow-Through Method)，在向压载箱注水的同时对压载水进行排水的稀释法(Dilution Method)，已被公知，并已被实施。

但是，在这样的强制交换方式中，必须在船体上装备包括强制循环装置及船内管线的海水交换设备，对海水交换设备驱动以交换海水。而且，现状是，即使使用海水交换设备，将箱容量的三倍的水注入到压载箱内，也只能实现83％左右的海水置换率，为了实现95％以上的海水置换率，必须至少将箱容量的五倍以上的海水注入到压载箱内。因此，如果想要通过强制交换方式的压载水交换装置实现充分的海水置换率，则需要消耗对泵等的设备类进行驱动的大量的燃料及动力，而且，为了设备的运转，需要花费大量的时间及劳动力。

作为不依赖于强制循环装置等的驱动装置的压载水交换装置，例如，在日本特开平11-29089号公报及日本特开2005-536402号公报中记载了具备利用作用于船首部分的比较高的水压来取进海水的结构的压载水交换系统。专利文献1：日本特开2004-284481号公报专利文献2：日本特开2002-234487号公报专利文献3：日本特开2006-7184号公报专利文献4：日本特开2002-331991号公报专利文献5：日本特开2001-206280号公报专利文献6：日本特开平11-29089号公报专利文献7：日本特开2005-536402号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，这样的以往的压载水交换装置，因为以在航行时利用作用于船首部分的高的水压而从船首部分将海水取进压载箱内的方式构成，所以为了不影响船体周围的海水的流动，必须限制船首的取水开口面积。而且，以往的压载水交换装置，因为以经船内管线将海水供给到压载箱内的方式构成，所以因管线的管路阻力作用于海水而不能得到充分的换水量及排水量。因此，难以有效地交换压载水，实现充分的海水置换率也极其困难。

另外，船舶在海上不一定以水平地漂浮的状态行驶，对于船体来说，与装载的货物、压载水的装载方法相应会产生船体纵轴方向的纵倾斜(trim)。一般地，积蓄了压载水的船舶吃水浅(小)，而且，因为船舶的发动机一般配置在船体后部，所以，在大多情况下，船舶以船尾纵倾的状态(船尾吃水深的状态)在海洋中航行。因此，在航行中容易产生难以从配置在船首球鼻(球状船首)或其附近的取水开口取进海水的状况。

本发明是鉴于上述这样的情况而作出的，其目的是提供一种能够不依赖于强制循环装置等的驱动装置地以简单的构成将压载水交换成海水，同时，能够实现压载水的高的海水置换率的压载水交换装置及压载水交换方法。

本发明的又一目的是提供一种能够不用依赖于通过压载箱保持压载水地控制船体浮力的船舶的船体结构及船体浮力控制方法。

为了解决课题的手段

本发明为了实现上述目的，提供一种船舶的压载水交换装置，所述船舶的压载水交换装置是具备压载箱的船舶的压载水交换装置，其特征在于，具有配置在上述压载箱内且上部开放的隔壁，和在船底开口的流入口及流出口，上述隔壁在上述压载箱内形成在船体的宽度方向延伸的堰，并将该压载箱内的区域划分为流入区域及流出区域，上述流入口及流出口分别配置在上述流入区域及流出区域，且在船体的行进方向隔开间隔地配置，以便能够利用船体的前进运动将船外海水从上述流入口取进到上述压载箱内，且使该压载箱内的海水从上述流出口流出到船外。

本发明还提供一种压载水交换方法，所述压载水交换方法是在船舶的航行中将压载箱内的压载水与船外的海水进行交换的压载水交换方法，其特征在于，上述压载箱内的区域由在船体的宽度方向延伸的堰划分为流入区域及流出区域，在船底开口的流入口及流出口分别配置在上述流入区域及流出区域，依靠在船体前进时产生的上述流入口及流出口的水压差将船外海水从上述流入口取进到上述压载箱内，且使该压载箱内的海水从上述流出口流出到船外。

根据本发明的上述结构，压载箱从船底部分直接取进船外海水，从船底部分直接将压载水排出到船外。由于通过船体的前进运动在流入口及流出口产生水压差，所以通过在航行中常时开放流入口及流出口，新鲜的海水通常在压载箱内循环。从流入口流入到压载箱内的海水由隔壁的堰变向为向上，在流入区域及流出区域产生绕船体宽度方向(舷方向)的轴线回旋的海水回旋流。因此，在压载箱内难以产生死水区域，能够得到超过90％的充分的海水置换率。在本发明的压载水交换装置的结构中，因为与航行时间或者航行距离的增大相应地增大在箱内循环的海水流量，所以通过航行时间或者航行距离的增大，实质上能够实现100％的海水置换率。

根据本发明的压载水交换装置及压载水交换方法，不需要复杂的循环装置系统、复杂的运转、使用药品等，能够通过在压载航海中开放流入口及流出口，自然地将压载水与船外海水进行置换，因此，仅需要使用装货地的压载排水机构等。而且，由于能够通常将与行驶海域的海水条件相同的海水作为压载水来使用，所以能够确实地消除由于将卸货地的海洋生物移送到装货地而产生的环境问题。

本发明如上所述，虽然是提供与顺序法(SequentialMethod)、溢出法(Flow-Through Method)及稀释法(DilutionMethod)这三个方式不同的第四方式的压载水交换(Ballast WaterExchange)技术的发明，但是，因为上述压载箱以向船外海水开放且被动地使海水循环的方式构成，所以能够将其作为无压载(Ballast-Free)方式的船体结构来理解。从这样的观点看，本发明的技术思想作为不依赖于压载水的保持地在空载状态或者轻载状态的航行时降低船体浮力的无压载方式的船体结构(或者船舶的压载装置)、或者船体浮力控制方法(或者船舶的压载方法)，可以定义如下。

即，本发明提供一种船舶的船体结构，所述船舶的船体结构是在空载状态或者轻载状态的航行时降低船体的浮力的船舶的船体结构，其特征在于，具有在船底部分具备可在船底开口的流入口及流出口的海水循环箱，上述流入口相对于上述流出口配置在船体行进方向前方，上述流出口在船体行进方向后方从上述流入口开始隔开规定间隔地配置，在上述流入口及流出口设置开口关闭机构，以便在空载状态或者轻载状态航行时使上述流入口及流出口在船底开口，依靠流入口及流出口的水压差使船外海水在上述箱内循环，同时，在装载了货物的航行状态下关闭上述流入口及流出口，依靠上述箱内空间的空气确保船体浮力。

本发明还提供一种船体浮力控制方法，所述船体浮力控制方法是在空载状态或者轻载状态的航行时降低船体的浮力的无压载方式的船体浮力控制方法，其特征在于，使用在船底部分具备在船体行进方向隔开规定间隔地配置的流入口及流出口的海水循环箱，在空载状态或者轻载状态的航行时使上述流入口及流出口在船底开口，由流入口及流出口的水压差使船外海水在上述箱内循环，同时，在装载了货物的航行状态下由开口关闭机构关闭上述流入口及流出口，由上述箱内空间的空气确保船体浮力。

最好是，上述海水循环箱由在船体的宽度方向延伸的堰划分为流入区域及流出区域。

根据本发明的上述构成，在装载了货物的航行状态下能够由箱内空间的空气得到船体浮力，在空载状态或者轻载状态的航行时，船外海水通常在箱内循环，船体浮力降低。即，船体浮力由开口关闭机构的开闭控制。根据这样的构成，能够不依赖于通过压载箱进行的压载水的保持来控制船体浮力。

发明的效果

根据本发明的压载水交换装置及压载水交换方法，能够不依赖于强制交换用的驱动装置地以简单的构成将压载水交换成海水，同时，能够实现压载水的高的海水置换率。

另外，根据本发明的船体结构及船体浮力控制方法，能够不依赖于通过压载箱进行的压载水的保持来控制船体浮力。

附图说明

图1是表示具备有关本发明的压载水交换装置的船舶的实施例的局部纵剖视图。图2是图1所示的船舶的横剖视图。图3是概略地表示图1及图2所示的船舶的航行过程的纵剖视图，表示从装货地到卸货地的船舶的航行过程。图4是概略地表示图1及图2所示的船舶的航行过程的纵剖视图，表示从卸货地到装货地的船舶的航行过程。图5是概略地表示压载箱的构造的立体图。图6是概略地表示压载箱的构造的纵剖视图。图7是表示流入口的形态及构造和海水置换率的关系的概略纵剖视图、图表及坐标图。图8是表示流出口的形态及构造和海水置换率的关系的概略纵剖视图、图表及坐标图。图9是表示流入口的位置、流出口的位置、隔壁的有无及海水置换率的关系的概略纵剖视图及图表。图10是例示流出口的位置的压载箱的概略纵剖视图。图11是例示隔壁的位置的压载箱的概略纵剖视图。图12是概略地表示压载箱的构造的立体图，表示扩大了流入口的宽度的构成。图13是概略地表示压载箱的构造的立体图，表示使流出口接近了隔壁的后侧面的构成。图14是概略地表示压载箱的构造的立体图，表示使隔壁偏向了行进方向前侧的构成。图15是概略地表示压载箱的构造的立体图，表示将流入口的宽度扩大，使流出口接近了隔壁的后侧面，并使隔壁偏向了行进方向前侧的构成。图16是概略地表示在隔壁的两侧部分上形成了垂直狭缝的压载箱的构造的立体图。图17是表示图1～图4所示的压载水交换装置的变形例的船舶的局部纵剖视图。图18是图17所示的船舶的横剖视图。图19是表示图1～图4所示的压载水交换装置的其它变形例的船舶的横剖视图。图20是表示图1～图4所示的压载水交换装置的又一其它的变形例的船舶的局部纵剖视图。图21是图20所示的船舶的横剖视图。图22是表示直至吃水线的上方使海水流入到压载箱内的过程的剖视图。图23是表示将海水从压载箱强制地排出的过程的剖视图。图24是用于说明与隔壁的高度变化相关的海水置换率的变化的概略纵剖视图及坐标图。

符号说明

1：船舶2：隔壁(堰)3：流入区域(前方区域)4：流出区域(后方区域)6：流入口7：流出口8：舭部分9：开口关闭机构10：压载箱13：船底部分W1：船外海水W2：压载水LL：箱内水面WL：海面水平线

具体实施方式

根据本发明的优选的实施方式，上述流入口配置在船底的宽度方向中央部，上述流出口分别配置在左右的舭部。因为在航行中，与船底中央部相比，比较低的水压作用于左右的舭部，所以能够确实地得到在压载箱内形成循环流的流入口及流出口的压力差。

最好是，流入口具备将流入开口指向船体前方的转动式的外盖。外盖构成开口关闭机构。作为变形例，也可以使船底面呈流线形地凹陷，将流入口定位在从船底面缩进的位置。流入口的开口水平地配置在凹陷区域或者指向船体前方。在采用了这样的流入口的构造的情况下，将滑动式门等开闭装置(开口关闭机构)配设在流入口。

最好是，流出口具备将流出开口指向船体后方的转动式的外盖。外盖构成开口关闭机构。作为变形例，也可以使船底面呈流线形地向下方鼓出，将流出口定位在从船底面突出的位置。流出口的开口水平地配置在鼓出区域或者指向船体后方。作为其它的变形例，考虑到检查·维修时的船舶的船坞收容作业，也可以将使船底面呈流线形地凹陷的凹处部分形成在流出口的前侧。另外，在采用了有关变形例的流出口的构造的情况下，将滑动式门等开闭装置(开口关闭机构)配设在流出口。

在本发明的又一优选的实施方式中，将压载箱的前方壁面和隔壁之间的距离(L1)设定在船体纵轴方向的压载箱全长(L)的1/3以下。最好是，流入口邻接地配置在压载箱的前方壁面上，流出口邻接地配置在压载箱的后方壁面上，或者邻接地配置在隔壁的后侧面(船体后方侧的面)上。

最好是，构成本发明的压载水交换装置的各部构造及各部尺寸，以压载箱内的压载水在航行时间30分以内或者航行距离10km以内以海水置换率95％以上的效率被置换成海水的方式设定。

实施例1

下面，参照附图，详细说明有关本发明的优选的实施例。图1是表示具备有关本发明的压载水交换装置的船舶的实施例的局部纵剖视图，图2是图1所示的船舶的横剖视图。

船舶1具有在箱内具备隔壁2的压载箱10。隔壁2具有比轻载时或者空载时的箱内水面LL低的高度尺寸h，并在船体的宽度方向(左右舷方向)延伸。隔壁2的上端和顶壁面14隔开规定间隔地分离。最好是，高度尺寸h相对于压载箱10的全高H而言，被设定为H×0.2以上的尺寸。

箱内水面LL(自由表面)依靠箱内和船外的水压平衡，与船外的吃水线(海面水平线WL)实质上位于相同的水平面。顶壁面14配置在箱内水面LL的上方，空间S形成在箱内水面LL和顶壁面14之间。船舶1具备在涨水时能够将空间S向大气开放的溢流管(或者排空气管)11。溢流管11在顶壁面14中向空间S开口。

将压载箱10内的区域划分为流入区域3及流出区域4的堰由隔壁2形成于压载箱10内。区域3、4在隔壁2的上方区域中相互连通。在配置于船舶1的行进方向前方的流入区域3中，配置用于将海水W1取入到压载箱10内的流入口6，流入口6在海面(海面水平线WL)下在船底部分13开口。在配置于船舶1的行进方向后方的流出区域4中，配置用于将压载箱10内的海水W2排出的流出口7，流出口7在海面(海面水平线WL)下在船底部分13开口。

最好是，流入口6如图2所示配置在船底的宽度方向中央部，流出口7如图2所示分别配置在左右的舭部8。流入口6及流出口7具备可开闭操作的开口关闭机构(未图示出)。流入口6及流出口7的水压差在船体的前进时产生，船外海水W1从流入口6向流出口7流通。

一般地，“舭部”意味着船底侧部的弯曲部及其周边的部分，但是，在本说明书中，舭部8被定义为意味着从弯曲部向上方及龙骨侧仅扩展船宽度J的大约1/10的尺寸K1、K2(除弯曲部以外的尺寸范围K1、K2)的带域β(包括弯曲部)的意思。另外，船底的宽度方向中央部被定义为意味着以船体中央龙骨线为中心分别向左舷侧及右舷侧仅扩展了船宽度J的大约1/4的尺寸K3的范围的带域α。

图3及图4是概略地表示船舶1的航行过程的纵剖视图。

在图3(A)中，例示了载货时或者满载时的航行过程，在图3(B)中，例示了货物装卸时的船舶1的状态，在图3(C)中，例示了压载箱涨水后的状态。

如图3(A)所示，载货状态或者满载状态的船舶1由开口关闭机构9关闭流入口6及流出口7，且在将压载水从压载箱10排出的状态下在海洋上航行。因为载货的装载荷重P作用于因压载排水而增大了浮力的船舶1，所以确保了充分的吃水，因此船舶1以船位稳定的状态航行。

若船舶1到达卸货港，由于载货的卸载，装载荷重P减轻，则船位因过剩的浮力而不稳定。开口关闭机构9及溢流管11被开放，船外的海水依靠箱内及船外的水位差从船底部分的流入口6及流出口7自然流入箱内。因此，压载箱10如图3(B)所示与货物装卸作业实质上同时涨水，箱内水位如图3(B)所示上升到与吃水线(海面水平线WL)实质上相同的水位(箱内水面LL)，其结果，确保了所希望的吃水。

图4(A)例示了轻载时或者空船航行时的航行过程。

以轻载状态或者空载状态从卸货地出港的船舶1，如图4(A)所示，在开放了开口关闭机构9的状态不变的情况下在海洋上航行。海水W1如图4(A)中以箭头所示的那样，从流入口6流入到流入区域3，越过隔壁2的堰而向流出区域3流动，从流出口7向船外流出。在卸货港中，与压载水一起流入到压载箱10内的动植物浮游生物等在卸货港的港内或者其近海中被排出到船外。通过适当地设定隔壁2、流入口6及流出口7的位置、构造、形状及尺寸，能够利用航行的船舶1的前进速度，将压载箱10内的海水W2通常维持在与船外的海水W1相同的状态，同时，能够不会在压载箱10内形成死水区域地一面将压载箱10内的整个区域通常交换成新鲜的海水W1，一面使船舶1航行。

图4(B)表示停泊在装货港的船舶1的压载水排出过程，图4(C)表示压载水排出后的船舶1的状态。

向到达了装货港的船舶1装载新的货物。为了与装载荷重P的增大相应地确保所希望的浮力，如图4(B)所示，由开口关闭机构9关闭流入口6及流出口7，如图4(C)所示，压载箱10内的海水W2被排出到船外。在排水中使用排水泵及排水管等排水设备12。

以往，通过压载排水而被排出到装货港的压载水，是从卸货港移送到装货港的海水，有时因卸货港的海域的微生物、细菌等对装货港的海域的生态系统影响很显著。因此，这样的压载水的排出近年来尤其受到重视。但是，船舶1向船外排出的海水W2是在即将入港之前的海域，例如装货港的港内或者其近海的海域中取进的海水。因此，装货港的海域的生态系统不受压载水排出的影响。

图17及图18是表示图1～图4所示的压载水交换装置的变形例的船舶的局部纵剖视图及横剖视图。在图1所示的压载水交换装置中，箱内水面LL位于与船外的吃水线(海面水平线WL)实质上相同的水平面，顶壁面14配置在箱内水面LL的上方，但是，在图17及图18所示的压载水交换装置中，顶壁面14位于吃水线(海面水平线WL)的下方，箱内水面LL与顶壁面14的水平面一致。即，如图1～图4所示，根据在箱内形成压载水的自由表面(水面LL)的压载箱10的构造，在确保大量的压载量，或者确保设定压载量的自由度的方面有利，与此相对，如图17及图18所示，根据海水一直充满到压载箱10的顶面为止的压载箱10的构造，因为在箱内未形成自由表面，所以，能够防止箱内的压载水在航行中晃荡，而且，也提高了船体的复原性。

图19是表示图1～图4所示的压载水交换装置的其它的变形例的船舶的横剖视图。压载箱10，如图19所示，由在船体纵轴方向延伸的隔壁5沿船体宽度方向分割。流入口6及流出口7配设在各个压载箱10上。根据这样的构成，因为压载箱10内的自由表面(水面LL)的宽度尺寸缩小，所以船体的复原性提高。

图20及图21是表示图1～图4所示的压载水交换装置的又一其它的变形例的船舶的局部纵剖视图及横剖视图。

在图20及图21所示的压载水交换装置中，顶壁面14位于吃水线(海面水平线WL)的上方，同时，箱内水面LL与顶壁面14的水平面一致。压载水交换装置，为了使海水一直充满到压载箱10的顶面，具备泵及管线等海水导入机构或者海水压送机构。根据这样的压载箱10的构造，能够确保大量的压载水量，或者提高设定压载水量的自由度。另外，根据这样的箱构造，能够防止箱内的压载水在航行中晃荡，同时，能够提高船体的复原性。而且，通过采用这样的箱构成，能够平面性地紧凑地设计压载箱10。

图22及图23例示了使箱内水面LL上升到吃水线(海面水平线WL)的上方的方法。图22表示在卸货港等中使海水W1流入到压载箱10内的过程，图23表示在装货港等中使压载箱10内的海水W2流出到船外的过程。船舶1，为了强制地使箱内水面LL上升，具备夹设了海水压送用的泵21、22的管线23、24。船舶1还具备夹设了开闭阀25的通气管26。通气管26还构成上述的海水导入机构。通气管26，其一端在顶壁面14中向箱内空间S开口，另一端向大气开放。也可以将上述的溢流管11作为通气管26来使用。另外，作为泵21、22，也可以使用单一或者共同的加压·压送设备。进而，还可以将管线23、24作为单一或者一组配管系统来设计。

图22(A)表示从压载箱10排出了压载水的船舶1的状态。若流入口6、流出口7及开闭阀25开放，则船外海水W1从流入口6及流出口7流入到箱内。箱内的空气由通气管26向大气放出。箱内水面LL一直上升到与船外的吃水线(海面水平线WL)实质上相同的水平面为止。若由开口关闭机构9关闭流入口6及流出口7，使海水导入用管线23的泵21动作，则如图22(B)所示，海水W1被强制地供给到压载箱10内，箱内水面LL一直上升到如图22(C)所示的顶壁面14的水平面为止。

若在此状态下关闭开闭阀25，则如图22(D)所示，能够在将海水W2保持在压载箱10内的状态下开放流入口6及流出口7。即，若开闭阀25被关闭，箱内区域和大气之间的连通(通气)被隔断，则船舶1能够在开放了流入口6及流出口7的状态下行驶。在此状态下，船外海水W1与船舶1的前进运动相应地从流入口6流入到压载箱10内，通过在压载箱10内循环，从流出口7流出到船外。

图23(A)表示海水W2一直充填到了顶壁面14为止的船舶1的状态。若在此状态下，流入口6、流出口7及开闭阀25开放，则船外海水W1从流入口6及流出口7流出到箱外。船外的大气从通气管26流入到箱内。箱内水面LL，如图23(B)所示，一直下降到与船外的吃水线(海面水平线WL)实质上相同的水平面为止。若由开口关闭机构9关闭流入口6及流出口7，使海水导入用管线24的泵22动作，则如图23(C)所示，能够将箱内海水W2强制地向船外排出。箱内水面LL，如图22(D)所示，一直下降到船底部分13的水平面或者其附近为止。

图5及图6是概略地表示图1～图4所示的压载箱10的构造的立体图及纵剖视图。图7是表示流入口6的形态及构造和海水置换率的关系的概略纵剖视图、图表及坐标图，图8是表示流出口7的形态及构造和海水置换率的关系的概略纵剖视图、图表及坐标图。

如图5及图6所示，船外的海水W1从流入口6沿船底部分13的上面流入到压载箱10内，作为水流F1如图所示的那样，沿隔壁2的前侧面变向为向上，在隔壁2的上端部附近分流成逆流F2及顺流F3。逆流F2沿流入区域3的自由表面LL或者顶壁面14向船体前方流动，并沿流入区域3的前方壁面15下降，与从流入口6流入的海水的水流F1一起向隔壁2流动。另一方面，顺流F3超过隔壁2而流入到流出区域4。顺流F3沿流出区域4的自由表面LL或者顶壁面14向船体后方流动，并沿流出区域4的后方壁面16下降。大部分海水，作为水流F4如图所示的那样，从流出口7流出到船外，而剩余的海水，作为水流F5如图所示的那样，朝向隔壁2地向船体前方变向。水流F5在船底部分13上向前方流动，沿隔壁2的后侧面变向为向上，与顺流F3一起回流到流出区域4。因此，在流入区域3及流出区域4中，形成绕宽度方向(舷方向)的轴线回旋的方向相反的回旋流，实质上消除了压载箱10内的死水区域。

图5及图6所示的压载箱10具有高度为H、全长为L及宽度为D的长方体形状，隔壁2在从前方壁面15隔开距离L1的位置配置在船体的宽度方向。隔壁2作为高度为h的直立平板被竖立设置在船底部分13上。作为隔壁2，可以使用已将加强肋等加强用骨架安装在平板上的构造的平板型隔壁。在加强用骨架露出于箱内的情况下，考虑箱内的流体的流动，希望将加强用骨架配置在平板的后侧。

如上所述，具有宽度D1的流入口6，在船体的中央部底面(在本例中是压载箱10的宽度方向中央部)中适当地配置在前方壁面15的附近。流出口7与压载箱10的左右的侧壁面17邻接地配置在后方壁面16的附近。如上所述，流出口7适当地配置在船体的舭部8(图2)上。

图7表示流入口6的构造及形态和海水置换率的关系。图7(A)表示用于二维流体解析的压载箱10的剖面，图7(B)～图7(E)表示在二维流体解析中采用的流入口6的构造及形态，图7(F)表示在二维流体解析中设定的尺寸值及角度值。

图7(B)所示的流入口6具有可以以枢轴9a为中心转动的外盖9b，图7(C)所示的流入口6具有可以以枢轴9c为中心转动的内盖9d。枢轴9a、9c、外盖9b及内盖9d构成开口关闭机构9，同时，构成将船外的海水W1引导至流入区域3内的引导机构。图7(D)所示的流入口6具有使船底面呈流线形地凹陷的前后的倾斜壁13a，13b，流入口6在从船底面缩进的位置水平地开口。图7(E)所示的流入口6具有使船底面呈流线形地凹陷的前侧倾斜壁13a，流入口6向斜下方且向前方开口。另外，图7(D)及图7(E)所示的流入口6具备构成开口关闭机构9的滑动式门等(未图示出)。

将船速设定在15knot进行二维流体解析的结果，得到了图7(G)所示的海水置换率的时间变化。海水置换率是表示压载箱10内的海水W2被置换成船外的海水W1的比例的指标，是作为海水W2的浓度变化求出的。

具备外盖9b的外盖型流入口6(图7(B))和仅在前侧具备倾斜壁13a的前后非对称的凹陷型流入口6(图7(E))显示出良好的海水置换率。具备前后对称的倾斜壁13a、13b的对称的凹陷型流入口6(图7(D))也显示出比较良好的海水置换率。在具备内盖9d的内盖型流入口6(图7(C))中，海水置换率降低了。

图8表示流出口7的构造及形态和海水置换率的关系。图8(A)表示用于二维流体解析的压载箱10的剖面，图8(B)～图8(E)表示在二维流体解析中采用的流出口7的构造及形态，图8(F)表示在二维流体解析中设定的尺寸值及角度值。

图8(B)所示的流出口7具有可以以枢轴9e为中心转动的外盖9f。枢轴9e及外盖9f构成开口关闭机构9，同时，构成将压载箱10内的海水W2引导至船外的引导机构。图8(C)所示的流出口7具有通过使船底面呈流线形地鼓出构成的倾斜壁13c、13d，流出口7在从船底面向下方突出的位置水平地开口。图8(D)所示的流出口7具有通过使船底面呈流线形地鼓出构成的前侧倾斜壁13c，流出口7向斜下方且向后方开口。图8(E)所示的流出口7具有将通过使船底面呈流线形地凹陷构成的凹处部分13e形成在流出口7的前侧的结构。另外，图8(C)～图8(E)所示的流出口7具备构成开口关闭机构9的滑动式门等(未图示出)。

将船速设定在15knot进行二维流体解析的结果，得到了图8(G)所示的海水置换率的时间变化。具备外盖9f的外盖型流出口7(图8(B))和对称及非对称的鼓出型流出口7(图8(C)、图8(D))显示出良好的海水置换率。

在将凹处部分13e形成在流出口7的前侧的前方凹处型流出口7(图8(E))中，海水置换率稍有降低。但是，前方凹处型流出口7的构造因为未在船体外方形成突出部分，所以，若考虑到船舶的检查·维修时的船坞收容过程，则有利。

图9表示流入口6的位置、流出口7的位置、隔壁2的有无及海水置换率的关系。图9(A)表示用于二维流体解析的压载箱10的概略剖视图，图9(B)表示通过二维流体解析得到的海水置换率的图表。图9(B)表示航行开始后经过300秒时的海水置换率。

通过将设置了隔壁2的情况下(例1～例6)的海水置换率和未设置隔壁2的情况下(例7～例12)的海水置换率进行对比，能够容易理解，隔壁2显著地提高了海水置换率。

另外，在将流入口6配置在流入区域(前方区域)3且将流出口7配置在流出区域(后方区域)4的本发明的构成(例1～例3)中，与将流入口6配置在后方区域4且将流出口7配置在前方区域3的构成(例4～例6)相比，海水置换率明显地提高了。

图10是例示可配置流出口7的位置的压载箱10的概略纵剖视图。

本发明人将外盖型流入口6的位置固定在位置X1(与前方壁面15邻接的位置)，使外盖型流出口7的位置变化为位置X7～X11，进行二维流体解析。在将流出口7配置在与隔壁2的后侧面邻接的位置X7的情况下，或者在将流出口7配置在与后方壁面16邻接的位置X11的情况下，航行开始后经过300秒时的海水置换率超过了90％。在将流出口7配置在位置X7及位置X11之间的位置X8、X9、X10的情况下，航行开始后经过300秒时的海水置换率降低到85～90％的范围内。

图11是例示可配置隔壁2的位置的压载箱10的概略剖视图。

本发明人将外盖型流入口6的位置固定在位置X1，将外盖型流出口7的位置固定在位置X11，使隔壁2的位置变化为位置X12～X16，进行二维流体解析。在将隔壁2配置在位置X13、X14及X15的情况下，航行开始后经过300秒时的海水置换率超过了90％。在将隔壁2配置在位置X12或者位置X16的情况下，航行开始后经过300秒时的海水置换率降低到85～90％的范围内。

根据上面的二维流体解析的结果，希望流出口7配置在与隔壁2的后侧面邻接的位置X7或者与后方壁面16邻接的位置X11，希望隔壁2定位在位置X13、X14及X15。若也考虑后述的三维流体解析的结果，则可以认为，希望隔壁2与中心位置(X14)相比定位在稍前侧的位置(位置X13)，前方壁面15和隔壁2之间的距离L2，例如最好设定为压载箱全长L的1/3以下的尺寸。

图12、图13及图14是概略地表示压载箱10的构造的立体图。

图12所示的压载箱10具有将隔壁2配置在位置X14(图11)，将流入口6及流出口7分别配置在位置X1及X11(图10)的构成。本发明人将流入口6的宽度从尺寸D1扩大到尺寸D2，进行了三维流体解析。在将宽度D2扩大到宽度D1的两倍的情况下(从2m扩大到4m的情况)，航行开始后经过300秒时的海水置换率增大了大约65％。

图13所示的压载箱10具有将隔壁2配置在位置X14，将流入口6配置在位置X1的构成。本发明人将流出口7的位置从位置X11变更到位置X7(图10)，进行了三维流体解析。在将流出口7的位置从位置X11变更到位置X7的情况下，航行开始后经过300秒时的海水置换率增大了大约45％。

图14具有分别将流入口6及流出口7配置在位置X1及X11的构成。本发明人将隔壁2的位置从位置X14变更到位置X13(图11)，进行了三维流体解析。在将隔壁2的位置从位置X14变更到位置X13的情况下，航行开始后经过300秒时的海水置换率增大了大约50％。

图15是概略地表示基于这样的解析结果设计的适当的压载箱10的构成例的立体图。

压载箱10具有将隔壁2配置在位置X13，将流入口6及流出口7分别配置在位置X1及X7，将流入口6的宽度从尺寸D1扩大到尺寸D2的构成。

图24是用于说明与隔壁2的高度变化相关的海水置换率的变化的概略纵剖视图及坐标图。

如图24(A)所示，本发明人针对，将具备外盖9b、9f的流入口6及流出口7配置在位置X1、X11，将隔壁2配置在位置L1的压载箱10，通过二维流体解析，讨论了在使隔壁2的高度变化的状态下得到的海水置换率的时间变化。将讨论结果表示在图24(B)中。另外，本发明人在二维流体解析中，将船速设定为15knot，将图24(A)所示的尺寸L、L1及H分别设定为20m、10m、10m，使隔壁2的高度h在0～6m的范围内变化。

如图24(B)所示，海水置换率在隔壁高度h≥0.5m时，超过90％(经过300秒时)。另外，在将使用了外盖9b、9f的流入口6及流出口7配置在位置X1、X11的条件下，海水置换率即使在设定为隔壁高度h＝0m的情况下(即，未设置堰的情况下)，也超过80％(经过300秒时)。这意味着即使将隔壁高度h设定为很小的高度或者完全省略了隔壁(堰)的设置，只要能够恰当地设定开口的位置及构造，就能够得到充分的海水置换率。在这样的情况下，如图12所示，希望将流入口6形成得宽度宽(例如2m)，将流出口7分别配置在左右的舭部。

上面对本发明的优选的实施例详细进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例，可以在记载于权利要求的范围内的本发明的范围内进行各种变形或者变更。

例如，如图16所示，也可以在隔壁2的两侧部分形成垂直狭缝19。

另外，隔壁2、流入口6、流出口7及压载箱10的形态、构造、尺寸等也可以根据本发明进行适当的设计变更。

进而，在上述实施例中，从提高海水置换率的观点看，流入口6配置在了船体中央部，流出口7分别配置在了左右的舭部8，但是，流入口6及流出口7的位置不一定限定于船体中央部及舭部8，可以与船体结构等相应地进行适当设定。

另外，上述实施例涉及适用了本发明的技术的压载水交换装置及压载水交换方法，但本发明的技术也可以作为不依赖于通过压载箱进行的压载水的保持的船体结构及船体浮力控制方法来使用。

产业上利用的可能性

本发明适用于在航海中将压载箱内的压载水与船外的海水进行交换的压载水交换装置及压载水交换方法。根据本发明，能够不依赖于强制循环装置等驱动装置地以简单的构成将压载水交换成海水，同时，能够实现压载水的高的海水置换率。

本发明可以作为在空载状态或者轻载状态的航行时，降低船体浮力的船舶的船体结构及船体浮力控制方法应用其概念。根据本发明的船体结构及船体浮力控制方法，能够不依赖于通过压载箱进行的压载水的保持地控制船体浮力。

Claims

1.一种船舶的压载水交换装置，所述船舶的压载水交换装置是具备压载箱的船舶的压载水交换装置，其特征在于，

具有配置在上述压载箱内且上部开放的隔壁，和在船底开口的流入口及流出口，

上述隔壁在上述压载箱内形成在船体的宽度方向延伸的堰，并将该压载箱内的区域划分为船体行进方向前方的流入区域及船体行进方向后方的流出区域，

上述流入口配置在上述流入区域，上述流出口配置在上述流出区域，上述流入口及流出口在船体的行进方向隔开间隔地配置，以便能够利用船体的前进运动将船外海水从上述流入口取进到上述压载箱内，且使该压载箱内的海水从上述流出口流出到船外，在上述压载箱内形成海水循环流。

2.一种压载水交换方法，所述压载水交换方法是在船舶的航行中将压载箱内的压载水与船外的海水进行交换的压载水交换方法，其特征在于，

上述压载箱内的区域由在船体的宽度方向延伸的堰划分为船体行进方向前方的流入区域及船体行进方向后方的流出区域，在船底开口的流入口及流出口分别配置在上述流入区域及流出区域，

依靠在船体前进时产生的上述流入口及流出口的水压差使船外海水从上述流入口向上述流入区域流入，将船外海水取进到上述压载箱内，同时，使该压载箱内的海水从上述流出口流出到船外，在压载箱内形成海水循环流。

3.一种船舶的船体结构，所述船舶的船体结构是在空载状态或者轻载状态的航行时降低船体的浮力的船舶的船体结构，其特征在于，

具有在船底部分具备可开口的流入口及流出口的海水循环箱，

上述流入口相对于上述流出口配置在船体行进方向前方，上述流出口从上述流入口隔开间隔地配置在船体行进方向后方，

在上述流入口及流出口设置了开口关闭机构，以便在空载状态或者轻载状态航行时使上述流入口及流出口开口，同时，在装载了货物的航行状态下关闭上述流入口及流出口，依靠上述箱内空间的空气确保船体浮力，

为了使船外海水从上述流入口流入上述箱内，使海水的循环流被动地形成在上述箱内，从上述流出口将海水排出到船外，上述流入口、流出口及开口关闭机构以被动地产生上述流入口和流出口的水压差的方式配置或形成。

4.一种船体浮力控制方法，所述船体浮力控制方法是在空载状态或者轻载状态的航行时降低船体的浮力的船体浮力控制方法，其特征在于，

使用在船底具备在船体行进方向隔开间隔地配置且具有开口关闭机构的流入口及流出口的海水循环箱，

上述流入口、流出口及开口关闭机构以被动地产生上述流入口和流出口的水压差的方式配置或形成，

在空载状态或者轻载状态的航行时使上述流入口及流出口在船底开口，依靠流入口及流出口的水压差使船外海水从上述流入口流入到上述箱内，在上述箱内循环，从上述流出口将海水排出到船外，由此，在该箱内被动地形成海水的循环流，

在装载了货物的航行状态下由上述开口关闭机构关闭上述流入口及流出口，依靠上述箱内空间的空气确保船体浮力。

5.如权利要求3所述的船体结构，其特征在于，上述海水循环箱由在船体的宽度方向延伸的堰划分为流入区域及流出区域，上述流入口及流出口分别配置在上述流入区域及流出区域。

6.如权利要求4所述的船体浮力控制方法，其特征在于，上述海水循环箱由在船体的宽度方向延伸的堰划分为流入区域及流出区域，上述流入口及流出口分别配置在上述流入区域及流出区域。

7.如权利要求1所述的压载水交换装置，其特征在于，上述流入口配置在船底的宽度方向中央部，上述流出口分别配置在左右的舭部。

8.如权利要求1或7所述的压载水交换装置，其特征在于，上述压载箱的前方壁面和上述隔壁之间的距离(L1)被设定为船体纵轴方向的压载箱全长(L)的1/3以下。

9.如权利要求1或7所述的压载水交换装置，其特征在于，上述隔壁的高度(h)被设定为上述压载箱的高度(H)的0.2倍以上的尺寸。

10.如权利要求1或7所述的压载水交换装置，其特征在于，

上述箱的顶壁面与吃水线相比位于上方，

设有将船外海水导入到上述箱内以便能够使上述箱内的水面水平线与上述吃水线相比上升到上方的海水导入机构，和可关闭上述流入口及流出口的开口关闭机构。

11.如权利要求10所述的压载水交换装置，其特征在于，为了使上述箱内的水面水平线与上述吃水线相比下降到下方，还设置了使箱内上部区域与大气连通的通气机构。

12.如权利要求2所述的压载水交换方法，其特征在于，在上述流入区域及流出区域分别形成绕船体宽度方向的轴线回旋的海水的回旋流。

13.如权利要求3或5所述的船体结构，其特征在于，上述流入口配置在船底的宽度方向中央部，上述流出口分别配置在左右的舭部。

14.如权利要求3或5所述的船体结构，其特征在于，上述开口关闭机构具有可将上述流入口的开口以指向船体前方的方式开放的流入侧的外盖，和可将上述流出口的开口以指向船体后方的方式开放的流出侧的外盖。

15.如权利要求3或5所述的船体结构，其特征在于，上述箱的前方壁面和上述堰之间的距离(L1)被设定为船体纵轴方向的箱全长(L)的1/3以下。

16.如权利要求5所述的船体结构，其特征在于，上述堰的高度(h)被设定为上述箱的高度(H)的0.2倍以上的尺寸。

17.如权利要求6所述的船体浮力控制方法，其特征在于，在上述流入区域及流出区域分别形成绕船体宽度方向的轴线回旋的海水的回旋流。

18.如权利要求4、6或17所述的船体浮力控制方法，其特征在于，

在上述流入口及流出口分别配设外盖而形成上述开口关闭机构，

通过开放上述流入口的外盖，使该流入口的开口指向船体前方，同时，通过开放上述流出口的外盖，使该流出口的开口指向船体后方。

19.如权利要求4、6或17所述的船体浮力控制方法，其特征在于，在使上述箱内的水面水平线与吃水线相比上升到上方的状态下使船体前进。

20.如权利要求3所述的船舶的船体结构，其特征在于，设置了使上述箱内上部区域与大气连通的通气机构。

21.如权利要求4所述的船体浮力控制方法，其特征在于，由通气机构使上述箱内的上部区域与大气连通。