JP2001097276A - 摩擦抵抗低減船およびその設計方法並びに摩擦抵抗低減船の運行方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 船体の建造コストを大きく増大させることな
く、少ない動力で効率的に摩擦抵抗を低減することがで
きる摩擦抵抗低減船およびその設計方法並びに摩擦抵抗
低減船の運行方法を提供する。 【解決手段】 主機１の排出ガスを過給機２から取り出
して水中に噴出することにより、船体外板上に微小気泡
を介在させて船体４と水との摩擦抵抗を低減させる摩擦
抵抗低減船であって、主機１への燃料の供給量を調節す
る燃料調節手段５と、過給機２から取り出す排出ガスの
流量を調節する抽出量調節手段７と、所定の船速に対し
て主機１への燃料の供給量が少なくなるように燃料調節
手段５と抽出量調節手段７とを制御する制御部６とを備
えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体を水中に噴出
することにより、航行状態にある船体の船体外板上に微
小気泡を介在させて船体と水との摩擦抵抗を低減させる
摩擦抵抗低減船およびその設計方法並びに摩擦抵抗低減
船の運行方法に関する。

【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。摩擦抵抗低減船は、航行
状態において船体表面（船体外板）から空気等の気体を
水中に噴出して船体外板上に多数の微小気泡（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
て水と船体との間に作用する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に
係わる技術として、例えば船首近傍から水中に気体（例
えば空気）を噴出して船体外板上にマイクロバブルを介
在させる技術を提案している。この技術は、船首近傍か
ら気体を噴出することによって生成したマイクロバブル
を船体外板上の水の流線に沿って拡散させ、船体をマイ
クロバブルで覆うことを意図したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、マイクロバ
ブルによる摩擦抵抗の低減効果を動力コストの低減に効
果的に結び付けるには、気体送出に要する動力をできる
だけ少なくするとともに、気体送出のための設備コスト
をできるだけ抑制する必要がある。ところが、例えばブ
ロアなどの気体供給装置を用いて水中に気体を送出する
場合、多量の気体を送出しようとすると、その装置の設
備コストが大きくなって船体の建造コストが大きく増大
してしまう。

【０００５】本発明は、上述する事情に鑑みてなされた
ものであり、船体の建造コストを大きく増大させること
なく、少ない動力で効率的に摩擦抵抗を低減することが
できる摩擦抵抗低減船およびその設計方法並びに摩擦抵
抗低減船の運行方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、主機の排出ガスを過給機か
ら取り出して水中に噴出することにより、船体外板上に
微小気泡を介在させて船体と水との摩擦抵抗を低減させ
る摩擦抵抗低減船であって、主機への燃料の供給量を調
節する燃料調節手段と、過給機から取り出す排出ガスの
流量を調節する抽気量調節手段と、所定の船速に対して
主機への燃料の供給量が少なくなるように燃料調節手段
と抽出量調節手段とを制御する制御部とを備える手段が
採用される。この摩擦抵抗低減船は、主機への燃料の供
給量が所定の船速に対して少なくなるように、過給機か
ら取り出す排出ガスの流量と燃料の供給量とを制御部に
よって制御し、過給機から取り出した排出ガスを水中に
噴出して微小気泡を発生させるので、最適な燃料の流量
と最適な水中への噴出量とを定めることが可能となる。
また、請求項２に係る発明は、主機の排出ガスを過給機
から取り出して水中に噴出することにより、船体外板上
に微小気泡を介在させて船体と水との摩擦抵抗を低減さ
せる摩擦抵抗低減船の設計方法であって、所定の船速に
対して主機への燃料の供給量と過給機から取り出す排出
ガスの流量とを変化させた複数の条件を算出し、船速に
対して燃料の供給量が最も少ない条件を求める手段が採
用される。さらに、請求項３に係る発明は、主機の排出
ガスを過給機から取り出して水中に噴出することによ
り、船体外板上に微小気泡を介在させて船体と水との摩
擦抵抗を低減させる摩擦抵抗低減船の運行方法であっ
て、所定の船速に対して主機への燃料の供給量が少なく
なるように、主機への燃料の供給量と過給機から取り出
す排出ガスの流量とを制御する手段が採用される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる摩擦抵抗低
減船の一実施形態について図面を参照して説明する。図
１は、本実施形態に係る摩擦抵抗低減船の推進機関の要
部構成を示しており、この摩擦抵抗低減船では、主機１
（メインエンジン：Ｍ／Ｅ）にディーゼル機関が採用さ
れ、この主機１に対して過給機２（ターボ・チャージャ
ー：Ｔ／Ｃ）から過給が行われるようになっている。す
なわち、主機１からの排気ガスを利用して過給機２のタ
ービンを回転させ、その回転力を利用して主機１のシリ
ンダ内に吸入される空気の圧力（密度）を高めるように
構成されている。

【０００８】主機１は、後述する設計方法によりその仕
様が設計され、プロペラ３を所定の回転数で回転させる
ことによって標準航行時に船速Ｖｓとなる推力を船体４
に与えるように構成されている。また主機１は、シリン
ダ内への燃料の供給が燃料調節手段５を介して行われる
ようになっており、この燃料調節手段５は、制御部６の
指示に基づいて所定流量の燃料を燃料噴射ポンプなどに
よってシリンダ内に送り込むように構成されている。な
おここで、船速ＶｓはＧＰＳ（Global Positioning Sys
tem）による対地速度とする。

【０００９】過給機２は、ここでは静圧過給方式とさ
れ、主機１の各シリンダからの排気ガスを共通の図示し
ない排気マニホールドに蓄えて定圧化し、その排気ガス
（エネルギー）を利用してタービンを回転させるように
構成されている。また、このガスの余剰分（余剰ガス）
は、図示しない減速装置を介して軸発電機に利用され、
さらに余剰ガスの一部が抽出量調節手段７を介して過給
機２から取り出されるようになっている。抽出量調節手
段７は、例えば流量調節可能な調節バルブなどを有して
おり、制御部６の指示に基づいて過給機２から取り出す
余剰ガスの抽気量を調節するように構成されている。過
給機２から取り出された余剰ガスは、船首４ａの船底４
ｂに設けられた吹出口８から水中に噴出されるようにな
っている。

【００１０】図２は、吹出口８の様子を示す断面図であ
る。船首近傍の船底４ｂ付近は下方へ突出する湾曲状に
形成されており、その頂部付近に吹出口８が設けられて
いる。吹出口８では、多数の貫通孔９ａを有する吹出板
９が船体外板に取り付けられ、この吹出板９を船体４内
部から覆うように矩形のチャンバ１０が配設されてい
る。過給機２から取り出された余剰ガスは、チャンバ１
０内で所定の圧力に整えられた後、貫通孔９ａを通って
水中に噴出されるようになっている。

【００１１】図１に戻り、制御部６は、主機１および過
給機２を統括して制御するとともに、船速Ｖｓに対して
の主機への燃料の供給量（燃料消費量）が最も少なくな
るように、燃料調節手段５および抽出量調節手段７を制
御するものである。一般の船舶では、図３（ａ）に示す
ように、船体の全抵抗（造波抵抗＋摩擦抵抗）に対して
所要の出力（馬力）を有する推進機関（主機＋過給機）
を用いることで所定の船速Ｖｇを得ることができ、船速
の調整は、例えば主機への供給燃料の流量の調節などに
よって行う。これに対して本実施形態の摩擦抵抗低減船
では、図３（ｂ）に示すように、過給機から取り出した
余剰ガスを水中に噴出することによりマイクロバブル
（ＭＢ）を発生させて船体と水との摩擦抵抗を低減させ
るので、一般の船舶に比べて少ない出力で所定の船速Ｖ
ｓを得ることができる。船速の調整は、主機への燃料の
供給量と過給機からの余剰ガスの抽出量とを調節するこ
とにより行う。ここで、船速Ｖｓを得るために行う制御
シーケンスの一例を図４に示す。

【００１２】図４の制御シーケンスでは、まずステップ
１００において、図１の船体４が標準航行速度Ｖｓでの
航行状態になると、制御部６は抽出量調節手段７に指示
を送り、過給機２から余剰ガスを取り出してこの余剰ガ
スの抽出量を所定量に調節する。これにより、過給機２
から取り出された余剰ガスが吹出口８から水中に噴出さ
れてマイクロバブルが発生し、このマイクロバブルが船
体外板上の水の流れに沿って船尾４ｃに向かって広がる
ことで、船体４と水との摩擦抵抗が低減されるようにな
る。

【００１３】次に、ステップ１０１において、制御部６
は燃料調節手段５へ指示を送り、摩擦抵抗の低減に伴っ
て節約される動力に見合う量の燃料を絞り、主機１への
燃料の供給量を少なくする。これに伴って、主機１の仕
事量が低下して主機１からの排出ガスの圧力が減少し、
過給機２から取り出される余剰ガスの抽出量が減少す
る。そのため、マイクロバブルによる摩擦抵抗の低減効
果が低下することになる。

【００１４】そこで、続くステップ１０２において、航
行速度が船速Ｖｓになるように、制御部６は、燃料調節
手段５および抽出量調節手段７を制御して燃料の供給量
と過給機からの余剰ガスの抽出量とを調節する。この調
節は船速Ｖｓに対して燃料の供給量が最も少なくなるよ
うに行われる。具体的には、例えば、過給機からの余剰
ガスの抽出量を常に一定に保つように調節しながら、燃
料の供給量を徐々に変化させて船速Ｖｓになるように調
節する。また、他の例としては、燃料の供給量を変化さ
せながら、そのときに航行速度が船速Ｖｓになるように
余剰ガスの抽出量を調節し、これらの複数の条件の中か
ら燃料の供給量が最も少なくなる条件を選択してその条
件に調節する。

【００１５】上述する構成からなる本実施形態の摩擦抵
抗低減船では、船速Ｖｓに対して燃料の供給量が最も少
なくなるように、過給機２から取り出す余剰ガスの抽出
量と燃料の供給量とを制御するので、マイクロバブルに
よる摩擦抵抗の低減効果を利用して船速Ｖｓに対して少
ない燃料で効率よく運行することができるようになる。
しかも、過給機２からの余剰ガス、すなわち主機１から
の排気ガスを直接利用して水中にマイクロバブルを発生
させるので、エネルギー損失が少なく、余剰エネルギー
を有効に利用して、効率的にマイクロバブルを発生させ
ることができる。

【００１６】次に、上述する摩擦抵抗低減船の設計方
法、特に、推進機関の設計方法について説明する。図５
は、この摩擦抵抗低減船の推進機関（主機および過給
機）を設計する際の作業の流れを示すフローチャートで
ある。推進機関の設計にあたっては、まず、貨物の種類
や重量、速力および吃水などの要求条件を満たすと想定
される船体の寸法や形状が定められ、その想定船型で要
求される速力を出すために必要な主機の馬力（出力）が
算出される（ステップ２００）。

【００１７】続いて、算出された馬力から主機および過
給機の選定を行う。ここでは船体の大きさ（例えばＶＬ
ＣＣ船を想定）を考慮に入れ、過給機を備えたディーゼ
ル機関を主機として採用することにする。従来の船舶で
は、算出された馬力から一義的に主機および過給機を求
めることができるが、本発明の摩擦抵抗低減船では、過
給機から取り出した余剰ガスを水中に噴出することによ
り船体の摩擦抵抗が低減されるので、この摩擦抵抗の低
減効果を加味して主機および過給機の選定を行う必要が
ある。そこで、本出願人らのこれまでの研究により明ら
かにされた水中への気体の噴出量（吹き出し量）とそれ
による摩擦抵抗低減量との関係を示す解析表現を基にし
て、主機への燃料の供給量と過給機からの気体（余剰ガ
ス）の抽出量とを変化させた場合の馬力の変化を解析に
より求め、その解析結果から標準航行速度（＝船速Ｖ
ｓ）に対して燃料の供給量が少なくなる最適な主機およ
び過給機を選定する。以下、その手順の一例を説明す
る。

【００１８】まず、ステップ２０１で算出される馬力を
基に、従来と同様に一義的に主機および過給機を仮選定
する。そして、その主機と過給機とのエネルギーの相関
関係を変えずに過給機から取り出せる最大量の余剰ガス
を水中に気体に噴出するものとして、船速Ｖｓにおける
摩擦抵抗の低減量（節約される燃料消費量）を算出する
（演算１：ステップ２０１）。

【００１９】続いて、船速Ｖｓに対して主機への燃料の
供給量と過給機から取り出す排出ガスの抽出量とを変化
させた複数の条件を算出し、船速Ｖｓに対して燃料の供
給量が最も少ない条件を求める（演算２：ステップ２０
２）。

【００２０】次に、上述のステップで用いた主機に比べ
て定格出力の小さい主機を選定し、この新たに選定した
主機と前述と同じ過給機とで、エネルギーの相関関係を
変えずに過給機から取り出せる最大量の余剰ガスによっ
て得られる船速Ｖｓでの摩擦抵抗の低減量を算出する
（演算３：ステップ２０３）。

【００２１】さらに、ステップ２０２と同様に、船速Ｖ
ｓに対して新たに船体した主機への燃料の供給量と排出
ガスの抽出量とを変化させた複数の条件を算出し、船速
Ｖｓに対して燃料の供給量が最も少ない条件を求める
（演算４：ステップ２０４）。

【００２２】そして、ステップ２０１〜ステップ２０４
までの演算結果を基にして、設計中の船体に対して最適
な条件となる主機および過給機の組み合わせを選定し、
さらに、その組み合わせにおける船速Ｖｓに対しての標
準的な条件（燃料の供給量と過給機からの抽出量）を求
める（ステップ２０５）。なお、このとき、主機および
過給機の組み合わせの選定にあたっては、積荷の変化や
気象条件の変化に対する条件設定の柔軟性や航路距離な
どを考慮に入れて行われる。

【００２３】以上のような手順により、摩擦抵抗の低減
効果を利用して船速Ｖｓに対して少ない燃料で効率よく
運行することができる推進機関（主機および過給機）を
設計することができる。なお、上述した推進機関の設計
に平行して、船体の寸法や形状を変化させた際にさらに
消費燃料の少なくなるような船型の再検討が行われる。
このとき例えば、船体外板へマイクロバブルの流れを整
えるための付加物を追加して設けたり、吹出口付近の静
圧を小さくするような船体形状としたりするなど、マイ
クロバブルによって大きな摩擦抵抗の低減効果が得られ
るような船体形状の検討が十分に行われる。

【００２４】なお、これまで説明した実施形態では、摩
擦抵抗低減船の主機としてディーゼル機関を採用してい
るが、本発明はこれに限るものではなく、船体の大きさ
など、種々の条件に応じて、ガスタービン機関や蒸気タ
ービン機関など、他の機関を採用してもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
以下の効果を得ることができる。請求項１に係る摩擦抵
抗低減船は、主機への燃料の供給量が所定の船速に対し
て少なくなるように、主機への燃料の供給量と過給機か
ら取り出す排出ガスの流量とを制御部によって制御し、
過給機から取り出した排出ガスを水中に噴出して微小気
泡を発生させるので、最適な燃料の流量と最適な水中へ
の気体の噴出量とを定めることができ、微小気泡による
摩擦抵抗の低減効果を利用して少ない燃料で効率よく運
行することができる。しかも、過給機から取り出す気体
は主機からの排気ガスであるため、余剰エネルギーを有
効に利用して、効率的に微小気泡を発生させることがで
き、ブロアなどの新たな気体送出装置を設けることな
く、設備コストを低減することができる。したがって、
この摩擦抵抗低減船によれば、船体の建造コストを大き
く増大させることなく、少ない動力で効率的に摩擦抵抗
を低減することができる。

【００２６】請求項２に係る摩擦抵抗低減船の設計方法
では、所定の船速に対して燃料の供給量が最も少ない条
件を求めるので、効率よく運行できる摩擦抵抗低減船を
設計することができる。

【００２７】請求項３に係る摩擦抵抗低減船の運行方法
では、所定の船速に対して主機への燃料の供給量が少な
くなるように、主機への燃料の供給量と過給機から取り
出す排出ガスの流量とを制御し、この過給機から取り出
した排出ガスを水中に噴出して微小気泡を発生させるの
で、微小気泡による摩擦抵抗の低減効果を利用して効率
よく運行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に摩擦抵抗低減船の一実施形態を示す
構成図である。

【図２】 図１の吹出口を示す縦断面図である。

【図３】 （ａ）は従来の船舶におけるエネルギーの相
関図、（ｂ）は本実施形態におけるエネルギーの相関図
である。

【図４】 摩擦抵抗低減船の運行方法の一例を示すフロ
ーチャート図である。

【図５】 摩擦抵抗低減船の設計方法の一例を示すフロ
ーチャート図である。

【符号の説明】

１ 主機 ２ 過給機 ４ 船体 ５ 燃料調節手段 ６ 制御部 ７ 抽出量調節手段 ８ 吹出口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主機の排出ガスを過給機から取り出して
   水中に噴出することにより、船体外板上に微小気泡を介
   在させて船体と水との摩擦抵抗を低減させる摩擦抵抗低
   減船であって、 前記主機への燃料の供給量を調節する燃料調節手段と、 前記過給機から取り出す排出ガスの流量を調節する抽出
   量調節手段と、 所定の船速に対して前記主機への燃料の供給量が少なく
   なるように前記燃料調節手段と前記抽出量調節手段とを
   制御する制御部とを備えることを特徴とする摩擦抵抗低
   減船。
2. 【請求項２】 主機の排出ガスを過給機から取り出して
   水中に噴出することにより、船体外板上に微小気泡を介
   在させて船体と水との摩擦抵抗を低減させる摩擦抵抗低
   減船の設計方法であって、 所定の船速に対して前記主機への燃料の供給量と前記過
   給機から取り出す排出ガスの流量とを変化させた複数の
   条件を算出し、前記船速に対して燃料の供給量が最も少
   ない条件を求めることを特徴とする摩擦抵抗低減船の設
   計方法。
3. 【請求項３】 主機の排出ガスを過給機から取り出して
   水中に噴出することにより、船体外板上に微小気泡を介
   在させて船体と水との摩擦抵抗を低減させる摩擦抵抗低
   減船の運行方法であって、 所定の船速に対して主機への燃料の供給量が少なくなる
   ように、前記主機への燃料の供給量と前記過給機から取
   り出す排出ガスの流量とを制御することを特徴とする摩
   擦抵抗低減船の運行方法。