JP2000128064A - 摩擦抵抗低減船及び船体の摩擦低減方法 - Google Patents

摩擦抵抗低減船及び船体の摩擦低減方法

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JP2000128064A
JP2000128064A JP10305981A JP30598198A JP2000128064A JP 2000128064 A JP2000128064 A JP 2000128064A JP 10305981 A JP10305981 A JP 10305981A JP 30598198 A JP30598198 A JP 30598198A JP 2000128064 A JP2000128064 A JP 2000128064A
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ship
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gas
water
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Yoshiaki Takahashi
義明 高橋
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IHI Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10Measures concerning design or construction of watercraft hulls

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 船体表面におけるボイド率の向上を図ること
により、船体の摩擦抵抗を効果的に低減させて船舶の航
行時における動力を節減する。 【解決手段】 船体外板の没水部位に凹部を設け、該凹
部から水中に気体を吹き出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦抵抗低減船及
び船体の摩擦低減方法に係わり、船体表面に微小気泡を
介在させることにより船体表面の摩擦を低減する技術に
関する。
【0002】
【従来の技術】特開昭50−83992号、特開昭53
−136289号、特開昭60−139586号、特開
昭61−71290号、実開昭61−39691号、及
び実開昭61−128185号等に、摩擦抵抗低減船に
係わる技術が開示されている。この摩擦抵抗低減船は、
航行状態において船体表面から空気等の気体を水中に噴
出することにより船体表面に多数の微小気泡(マイクロ
バブル)を介在させ、このマイクロバブルの介在によっ
て水に対する船体の摩擦抵抗を低減させるものである。
【0003】本出願人は、このような摩擦抵抗低減船の
気体の吹出口の構造に係わる技術として、船首近傍に立
体翼形状の吹出金物を設け、該吹出金物から水中に気体
を吹き出して船体表面にマイクロバブルを介在させる技
術について提案している。この技術は、上記形状の吹出
金物から気体を吹き出すことにより、気体の噴出口近傍
の流速が局部的に上昇するので、比較的粒径の小さなマ
イクロバブルを発生させることを狙ったものである。
【0004】これまでの研究成果により、船体の摩擦抵
抗を最も効果的に低減させるためにはマイクロバブルの
粒径をある程度小さくする必要のあることが分かってい
る。また、周知のMengの式により、噴出口近傍の流
速が大きくなると、マイクロバブルの粒径が小さくなる
傾向にあることが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本出願人等
の研究により船体表面のボイド率(マイクロバブルの密
度)を向上させることにより、船体の摩擦抵抗が効果的
に低減されることが解ってきた。したがって、従来のよ
うにマイクロバブルの粒径を小さくするのみでは、船体
の摩擦抵抗を効果的に低減し、船舶の航行時における動
力エネルギを節減することはできない。
【0006】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、以下の点を目的とするものである。 (1)船体表面におけるボイド率の向上を図る。 (2)船体の摩擦抵抗を効果的に低減する。 (3)船舶の航行時における動力を節減する。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、摩擦抵抗低減船に係わる第1の手段と
して、船体外板の没水領域に凹部を設け、該凹部から水
中に気体を吹き出すという手段を採用する。
【0008】また、第2の手段として、上記第1の手段
において、凹部を船体外板の没水部位のうち船首近傍に
のみ配置するという手段を採用する。
【0009】第3の手段として、上記第2の手段におい
て、凹部を船側から船底にかけて一列に複数配置すると
いう手段を採用する。
【0010】一方、本発明では、船体の摩擦低減方法に
係わる第1の手段として、船体外板の没水部位の流速を
局部的に緩やかにし、この流速が緩やかな部位から気体
を水中に吹き出すという手段を採用する。
【0011】また、第2の手段として、上記第1の手段
において、船体外板の没水部位の一部を窪ませて流速を
局部的に緩やかにするという手段を採用する。
【0012】第3の手段として、上記第2の手段におい
て、流速が緩やかな部位を船首近傍の船側から船底にか
けて多数配置するという手段を採用する。
【0013】
【作用】一定流速Uの水中に一定流量Qの気体を吹き出
した場合に発生する気泡の粒径Rは、比例定数をkとす
ると、以下のMengの式(1)に従う。 R=k(Q/U)1/2 (1) したがって、流速Uを小さくすることによって気泡の粒
径Rは大きくなることが判る。本発明では、この原理を
利用するものであり、船体外板の没水領域に凹部を設け
ることにより、該凹部を流れる水の流速を低下させる。
そして、流速が低下した凹部において水中に気体を吹き
出すことにより、船体表面に発生するマイクロバブルの
粒径を凹部がない場合よりも大きくする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる摩擦抵抗低
減船及び船体の摩擦低減方法の一実施形態について、図
面を参照して説明する。
【0015】図1は、本実施形態に係わる摩擦抵抗低減
船の要部構成を示す図であり、(a)は側面図、(b)
は底面図である。これら図において、符号Aは船体、1
は船体外板、2は気体吹出部、3は水面である。船体外
板1において、船首1a近傍には複数の気体吹出部2が
船側1bから船底1cにかけて一列に設けられている。
【0016】気体吹出部2は、水中に気体(例えば空
気)を吹き出すためのものであり、船体外板1の没水領
域に設けられている。この気体吹出部2は、船体外板1
から窪むように、つまり凹形状に形成されている。この
気体吹出部2の正面形状は、図示するように長軸を船体
Aの長手方向とする楕円形状に形成されている。
【0017】図2は、このような気体吹出部2の詳細構
成を示す拡大断面図である。また、図3は気体吹出部2
の拡大正面図である。これらの図において、符号4はサ
ポート板、5は吹出板、6は隔壁、7〜10はボルト、
11は気体供給手段である。
【0018】サポート板4は、外形が楕円状の板材であ
り、中心部に外形と同心状に楕円開口部4aが形成され
たものである。このサポート板4は、船体外板1に設け
られた楕円形状の開口部1d(上記楕円開口部4aより
も大きい)に溶接等によって同心状に固定されている。
また、このサポート板4には、吹出板5を固定するため
のネジ穴が長軸及び短軸上の合計4箇所に設けられてい
る。
【0019】吹出板5は、上記サポート板4と略同一の
外形形状(つまり楕円形状)、かつ、中央部に船体A内
側に窪んだ凹部5aを備えるものである。この凹部5a
には多数の吹出孔5bが形成されると共に、その深さ形
状は緩やかな曲線とされている。また、吹出板5に周縁
部には、上記サポート板4のネジ穴に符合する位置に同
じくネジ穴が設けられている。このような吹出板5は、
鋳物あるいは金属やプラスチック等を金型成形したもの
であり、ボルト7〜10によってサポート板4に固定さ
れるようになっている。
【0020】隔壁6は、このようにサポート板4に固定
された吹出板5を取り囲むように船体外板1の内側に設
けられるものであり、吹出板5の周囲を密閉状態とする
ものである。この隔壁6は、例えば一面が開放された箱
形に形成されており、開放端を溶接することにより船体
外板1に取り付けられている。このように隔壁6が船体
外板1に取り付けられることにより、隔壁6と船体外板
1と吹出板5とによってチャンバーTが形成される。
【0021】また、上記隔壁6の所定部分には、気体供
給手段11に連通する気体取入口6aが設けられてい
る。気体供給手段11は、気体取入口6aを介してチャ
ンバーT内に気体を供給するものである。
【0022】次に、このように構成された摩擦抵抗低減
船の作用について説明する。当該摩擦抵抗低減船が航行
状態になると、気体供給手段11によって気体がチャン
バーT内に供給される。この結果、気体が吹出板5の凹
部5aに設けられた各吹出孔5bから水中に吹き出され
る。
【0023】本実施形態では、このように気体は凹部5
aの各吹出孔5bから水中に吹き出されるが、図4に示
すように、凹部5aは船体外板1に対して窪んだ形状と
されているため、船体外板1の表面を流れる水の流速U
(主流速)に対して、凹部5aの表面を流れる水の流速
U’は小さくなる。したがって、本実施形態では、以下
に示すMengの式(1)に基づいて、船体外板1から
気体を吹き出した場合に比較してマイクロバブルの粒径
が大きくなる。 R=k(Q/U)1/2 (1) この結果、船体外板1表面の乱流境界層におけるボイド
率を向上させることができるので、航行時の摩擦抵抗を
効果的に低減させることができる。
【0024】また、このように生成されたマイクロバブ
ルは、水の流線に沿って船尾方向に流され拡散し、船体
外板1の表面を覆う。上述したように気体吹出部2は船
首1aの近傍に複数配置されるので、気体吹出部2より
後方の船体外板1の表面を広い範囲に亘って確実に覆う
ことができる。したがって、航行時の摩擦抵抗を確実に
低減させることができる。
【0025】また、本実施形態では、凹部5aの深さ形
状が緩やかな曲線とされているため、水は前方の船体外
板1から滑らかに凹部5a内に進入し、かつ後方に滑ら
かに流れ出す。すなわち、水が凹部5aに入り込むこと
による摩擦抵抗の増大を最小限に抑えることができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる摩
擦抵抗低減船及び船体の摩擦低減方法によれば、以下の
ような効果を奏する。 (1)船体外板の没水部位に凹部を設け、該凹部から水
中に気体を吹き出すので、凹部の流速を低下させること
ができる。すなわち、船体表面に発生するマイクロバブ
ルの粒径を凹部がない場合よりも大きく設定することが
できるので、船体表面の乱流境界層におけるマイクロバ
ブルのボイド率を向上させて摩擦抵抗を低減させること
ができ、よって船舶の航行時における動力を効果的に節
減することができる。 (2)凹部を船体外板の没水部位のうち船首近傍にのみ
配置した場合、気体によって発生したマイクロバブル
は、水の流線に沿って凹部から船尾方向に流れて船体外
板の表面を覆う。すなわち、凹部を船首近傍にのみ配置
することにより、最小限の個数の凹部によって船体表面
をマイクロバブルによって効果的に覆うことができる。 (3)凹部を船側から船底にかけて一列に複数配置する
ので、船体表面のより広い範囲を確実にマイクロバブル
で覆うことができる。したがって、より効果的に摩擦抵
抗を低減することができるので、航行時における動力を
さらに効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態の船首近傍の側面図及び
底面図である。
【図2】 本発明の一実施形態の気体吹出部の拡大断面
図である。
【図3】 本発明の一実施形態の気体吹出部の拡大正面
図である。
【符号の説明】
1……船体外板 1a……船首 1b……船側 1c……船底 1d……開口部 2……気体吹出部 3……水面 4……サポート板 5……吹出板 5a……凹部 5b……吹出孔 6……隔壁 7〜10……ボルト 11……気体供給手段

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 船体外板(1)の没水部位に凹部(5
    a)を設け、該凹部から水中に気体を吹き出してなるこ
    とを特徴とする摩擦抵抗低減船。
  2. 【請求項2】 凹部を船体外板の没水領域のうち船首
    (1a)近傍にのみ配置することを特徴とする請求項1
    記載の摩擦抵抗低減船。
  3. 【請求項3】 凹部を船側から船底にかけて一列に複数
    配置することを特徴とする請求項2記載の摩擦抵抗低減
    船。
  4. 【請求項4】 船体外板の没水部位の流速を局部的に緩
    やかにし、この流速が緩やかな部位から気体を水中に吹
    き出すことを特徴とする船体の摩擦低減方法。
  5. 【請求項5】 船体外板の没水部位の一部を窪ませて流
    速を局部的に緩やかにすることを特徴とする請求項4記
    載の船体の摩擦低減方法。
  6. 【請求項6】 流速が緩やかな部位を船首近傍の船側か
    ら船底にかけて多数配置することを特徴とする請求項5
    記載の船体の摩擦低減方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014027957A1 (en) * 2012-08-17 2014-02-20 Singapore Technologies Marine Ltd An air dimple system for a hull of a vessel
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