JP2001180570A - 摩擦抵抗低減船およびその運航方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水中への気体の送出に要する動力を少なくし
かつ抗力の増加を抑制することで、航行動力を効果的に
節減することができる摩擦抵抗低減船を提供する。 【解決手段】 一端が大気中に開放されかつ他端が送出
口２２ａを介して水中に開放される気体通路２２ｄと、
船体から水中に突出して配されることで船体外板１０に
沿って流れる水の流速を送出口２２ａで大きくする加速
面２２ｂと、加速面２２ｂを航行状態に応じて所定の突
出状態に配するための位置調節部２３とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、航行中に送出口か
ら水中へ気体を送出することにより、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
擦抵抗低減船およびそ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。この摩擦抵抗低減船は、
航行状態において船体表面（船体外板）から空気等の気
体を水中に送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、例えば船首近傍などに設けられる送
出口から水中に気体（例えば空気）を送出して船体外板
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、送出口から気体を送出することにより、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、船体外板をマイクロバブルで覆うことを意図したも
のである。従来、水中に気体を送出するにあたっては、
気体を送出するための動力源としてブロアなどの気体供
給装置が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブロア
などの気体供給装置を用いて気体の送出を行うと、気体
供給装置を稼動させるのに新たに動力を要するため、マ
イクロバブルによって減少した航行動力の節約分を目減
りさせてしまうことになる。さらに、気体を送出するた
めに船体を加工した箇所は、水に対する抗力の増加につ
ながりやすい。そのため、航行時における動力エネルギ
を効果的に節減するのが容易でなかった。

【０００５】本発明は、上述する事情に鑑みてなされた
ものであり、水中への気体の送出に要する動力を少なく
しかつ抗力の増加を抑制することで、航行動力を効果的
に節減することができる摩擦抵抗低減船を提供すること
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、航行中に送出口から水中に
気体を送出することにより、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、一端が大気中に開放されかつ他端が前記
送出口を介して水中に開放される気体通路と、船体から
水中に突出して配されることで前記船体外板に沿って流
れる水の流速を前記送出口で大きくする加速面と、該加
速面を航行状態に応じて所定の突出状態に配するための
位置調節部とを備える技術が採用される。また、請求項
２に係る発明は、請求項１の摩擦抵抗低減船において、
一方の端部に前記送出口と前記加速面とを有しかつ内部
に前記気体通路を有する筒状の気体導入管と、船体を貫
通して設けられ前記気体導入管を所定の方向に移動自在
に収容する貫通路とを備え、前記位置調節部は、前記気
体導入管の前記方向への移動を係止するための係止手段
を有する技術が採用される。また、請求項３に係る発明
は、請求項１または２の摩擦抵抗低減船において、前記
気体通路の大気側の開放端を塞ぐカバーを備える技術が
採用される。また、請求項４に係る発明は、航行中に送
出口から水中に気体を送出することにより、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航方法であって、船体から所定
の面を突出して配することで前記船体外板に沿って流れ
る水の流速を前記送出口で大きくし、該送出口を負圧に
して大気中から水中に気体を導き、水中に該気体を送出
しながら航行する気体送出工程と、前記面を船体から非
突出状態に配し、水中への気体の送出を停止した状態で
航行する非気体送出工程とを有する技術が採用される。
本発明では、これらの技術を採用することにより、上記
課題を解決することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る摩擦抵抗低減
船の一実施形態について図面を参照して説明する。図１
には、本実施形態に係る摩擦抵抗低減船Ｓの船首近傍の
要部構成が示されており、符号１０は船体外板、Ｌは水
面（喫水線）である。

【０００８】この摩擦抵抗低減船Ｓには、一端（上端）
が大気中に開放されかつ他端（下端）が水中に開放され
るように船体を貫通する貫通路２０が形成されている。
この貫通路２０は、ここでは船体に溶接接合される第１
の円筒部材２１の内部空間であり、貫通路２０内には、
貫通路２０の内径に比べて外径の小さい第２の円筒部材
で形成される気体導入管（ＡＩＰ：Air Induction Pip
e）２２が軸方向（上下方向）に移動自在に収容されて
いる。また、気体導入管２２の貫通路２０内における配
置位置は、位置調節部２３によって定められるようにな
っている。

【０００９】位置調節部２３は、図２および図３に示さ
れるように、気体導入管２２および第１の円筒部材２１
（貫通路２０）の各上端部を径方向に貫通した状態に配
されかつ気体導入管２２に溶接接合されるシャフト２４
と、このシャフト２４の移動を案内するように第１の円
筒部材２１の上端部の周面を貫通して形成される鍵型の
長孔２５とを含んで構成されている。符号２６はシャフ
ト２４の両端部に設けられる把持部であり、位置調節部
２３は、作業員がこの把持部２６を持ちながら、長孔２
５の端部に設けられた第１係止溝２５ａと第２係止溝２
５ｂとの間を移動させ、各係止溝２５ａ、２５ｂにおい
てシャフト２４を係止させることにより、船体の内側に
気体導入管２２の下端部が配された状態（図１（ａ））
と、船体から突出して気体導入管２２の下端部が配され
た状態（図１（ｂ））とに気体導入管２２を位置決めす
るようになっている。

【００１０】気体導入管２２の下端は、図４に示される
ように、外方（下方）に湾曲するドーム状に形成され、
その頂部には、十字状の貫通孔からなる送出口２２ａが
設けられている。また、そのドーム状の面（湾曲面２２
ｂ）の３次元形状は、例えば数値流体力学（ＣＦＤ：Co
mputational Fluid Dynamics）による流場解析により、
湾曲面２２ｂが船体から突出して配された際に、水に対
する抗力が極力小さく（抗力係数が最小）、所定航行速
度Ｖｓにおいて外表面に沿って流れる水の流速を大きく
して送出口２２ａにおける水圧（静圧）を気体吸入口２
２ｃ（気体導入管２２の大気側開放端）の圧力（大気
圧）に対して負圧状態にするように定められている。送
出口２２ａの形状は、本実施形態では、軸方向に見て十
字状に形成されているが、これに限るものではなく、例
えば楕円状、あるいは複数の孔からなる多孔質状でもよ
い。

【００１１】気体導入管２２は、下端に前記送出口２２
ａが形成されていることから、内部には、一端（上端：
気体吸入口２２ｃ）が大気中に開放されかつ他端（下
端）が送出口２２ａを介して水中に開放される気体通路
２２ｄが形成されている。また、気体導入管２２の材質
は、ここでは軽量化を図ることを目的として海水に対し
て耐食性を有する樹脂（合成樹脂）が用いられており、
このほか、耐食表面処理された鋼材あるいはアルミ材な
どの金属も用いられる。こうした材質の選択に際して
は、コスト、強度のほか、海成生物が表面に付着しやす
いかどうかといった点も考慮される。さらに、気体導入
管２２、および前述した第１の円筒部材２１は、通路内
を流れる流体になるべく余分な圧力損失を与えないよう
に断面積および形状が定められている。

【００１２】また、この摩擦抵抗低減船Ｓは、図５に示
されるように、気体通路２２ｄの大気側の開放端である
気体吸入口２２ｃを塞ぐカバー３０を備えている。この
カバー３０は、例えば荒天時などにおいて気体通路２２
ｄを介して海水が大気側に吹き上げてくるのを防止する
ためのものであり、航行状態などにより適宜気体導入管
２２の一端（上端）に設置されるようになっている。

【００１３】次に、上述した摩擦抵抗低減船Ｓの作用に
ついて説明する。この摩擦抵抗低減船Ｓは、停船状態に
おいて、図１（ａ）のように、第１係止溝２５ａにシャ
フト２４を係止させ、船体の内側に気体導入管２２の下
端部（湾曲面２２ｂ）を配している。このとき、気体通
路２２ｄ内には船体周りの水面Ｌ高さと同じ高さまで海
水が入り込んでいる。

【００１４】航行状態において、所定航行速度Ｖｓにな
ると、図１（ｂ）のように、作業員によりシャフト２４
が第２係止溝２５ｂに係止され、気体導入管２２の下端
（湾曲面２２ｂ）が船体から突出して配される。このと
き、湾曲面２２ｂにより、船体外板１０に沿って流れる
海水の流路が局所的に狭められ、湾曲面２２ｂの頂部に
向かって海水の流速が大きくなり、頂部の送出口２２ａ
の圧力が低下し大気圧に対して負圧になる。この圧力差
によって、気体通路２２ｄ内の海水が水中に排出され、
その後連続的に大気中から気体吸入口２２ｃを介して気
体通路２２ｄ内に気体（空気）が流入し、この空気が送
出口２２ａから水中に排出される。

【００１５】そして、送出口２２ａから送出された空気
からマイクロバブル（微小気泡）が発生し、このマイク
ロバブルが船底および船尾方向に流れて船体外板１０を
覆うことで、船体外板１０と水との摩擦抵抗が低減され
るようになる。

【００１６】すなわち、この摩擦抵抗低減船Ｓでは、上
述した位置調節部２３でシャフト２４の係止位置を第２
係止溝２５ｂに移動させ気体導入管２２の湾曲面２２ｂ
を船体から突出させることにより、大気との圧力差を利
用して、航行動力以外に新たな動力を要することなく、
送出口２２ａから船底に気体を送出することができる。
このとき、気体導入管２２の湾曲面２２ｂは水の流れに
対して抗力を生じるものの、上述したように抗力係数を
抑えているため、効果的に船体の摩擦抵抗を低減するこ
とができる。また、所定航行速度Ｖｓ以下においては、
シャフト２４を第１係止溝２５ａに係止させ、気体導入
管２２の湾曲面２２ｂを船体から非突出状態に配するた
め、余分な抗力が生じない。

【００１７】湾曲面２２ｂを船体から突出させて水中に
気体を送出する（気体送出状態）か、それとも船体の内
側に湾曲面２２ｂを配して気体の送出を行わない（非気
体送出状態）かは、気象条件を含めたそのときの航行状
態において、マイクロバブルによる摩擦抵抗の低減効果
が期待できるかどうかによって判断される。通常、その
管理は航行速度に基づいて行われるが、所定航行速度Ｖ
ｓにあっても例えば荒天により摩擦抵抗の低減効果が期
待できないときには、水中への気体の送出は行わず、湾
曲面２２ｂを非突出状態に配して抗力の増加を抑制す
る。したがって、湾曲面２２ｂによる不要な抗力増加を
抑制することができ、マイクロバブルによる船体と水と
の摩擦抵抗の低減によって効果的に航行動力を節減する
ことができる。

【００１８】しかも、この摩擦抵抗低減船Ｓは、筒状の
気体導入管２２に気体の送出口２２ａと水流の加速面に
なる湾曲面２２ｂとを形成し、この気体導入管２２を貫
通路２０内で出し入れするだけで、上述した気体送出状
態と非気体送出状態とを切り替えることができる。その
ため、複雑な機構を必要とせず、船体の建造コストの低
減を図ることができる。また、気体導入管２２は、長孔
２５に沿ってシャフト２４を移動させ係止溝２５ａ、２
５ｂに係止させることで位置決めされるため、湾曲面２
２ｂの突出状態を容易に調節することができる。さら
に、メンテナンス時において、気体導入管２２を貫通路
２０から容易に取り出すことが可能であるため、気体導
入管２２を清掃設備の整ったところで容易に実施するこ
とができるとともに、貫通路２０の内壁の清掃、あるい
は気体導入管２２の交換といった作業も容易に実施する
ことができる。

【００１９】また、この摩擦抵抗低減船Ｓは、気体通路
２２ｄの大気側の開放端である気体吸入口２２ｃを塞ぐ
カバー３０を備えているため、例えば荒天時などの非気
体送出状態においてこのカバー３０を設置することで、
海水が気体通路２２ｄを逆流し気体吸入口２２ｃから吹
き上げるのを防止することができる。さらに、気体送出
状態においてカバー３０を設置すれば、気体の送出を停
止させることができる。この場合、船体から突出して配
されている湾曲面２２ｂの抗力が生じるが、航行データ
を収集して非突出状態と比較することにより、湾曲面２
２ｂの抗力の影響を単独で取り出すことができ、そのデ
ータを摩擦抵抗低減の効果の検証に用いたり、さらに気
体送出状態と非気体送出状態との切り替え時の条件判断
に用いるといったことが可能となる。

【００２０】なお、上述した実施形態において示した各
構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発
明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づ
き種々変更可能である。例えば、上述した実施形態では
送出口２２ａと湾曲面（流体の加速面）２２ｂとを同一
の部材に設けているが、これらを互いに異なる部材に設
け、各部材を移動可能に構成してもよい。さらに、位置
調節部２３に駆動源を設け、航行速度などのデータに基
づいて自動的に気体導入管２２を移動させるように構成
してもよい。

【００２１】また、上述した実施形態では、気体導入管
２２の送出口２２ａは、十字状に形成されているが、上
述したようにこの送出口２２ａの形状は任意である。し
かしながら、送出口２２ａを十字状に形成することで、
ドーム形状の頂部付近にまで湾曲面２２ｂが広く残るよ
うになり、送出口２２ａを負圧にするのに、湾曲面２２
ａの船体からの突出高さを小さくし、これにより湾曲面
２２ａによる抗力の増大を抑制することができるという
利点がある。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
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、加速面を備えているため、航行中に、船体外
板に沿って流れる水の流速を大きして送出口を負圧に
し、気体通路を介して大気中から船底に気体を導くこと
が可能となる。つまり、航行動力以外に新たな動力を要
することなく船底に気体を送出することができる。しか
も、位置調節部により、航行状態に応じて加速面の突出
状態を調節できるため、加速面の水に対する抗力を抑制
することができる。したがって、マイクロバブルによる
船体と水との摩擦抵抗の低減によって効果的に航行動力
を節減することができる。

【００２３】請求項２に係る摩擦抵抗低減船では、送出
口、加速面および気体通路を有する筒状の気体導入管が
貫通路内に移動自在に収容され、係止手段によりその移
動が係止されるため、気体導入管の貫通路内での位置を
係止して定めることで、加速面の船体からの突出状態を
容易に調節することができる。さらに、気体導入管を貫
通路から取り出すことが可能となり、貫通路の内壁や気
体導入管の清掃、あるいは気体導入管の交換といったメ
ンテナンスに伴う作業を容易に実施することができる。

【００２４】請求項３に係る摩擦抵抗低減船では、気体
通路の大気側の開放端を塞ぐカバーを備えるため、例え
ば荒天時などにおいて気体通路を介して海水が大気側に
吹き上げるといった不具合を防止することができる。

【００２５】請求項４に係る摩擦抵抗低減船の運航方法
では、気体送出工程において、所定の面を船体から突出
させて水中に気体を送出することで、航行動力以外に新
たな動力を要することなく、船底に気体を送出すること
ができ、マイクロバブルによる船体と水との摩擦抵抗を
低減することができる。また、非気体送出工程におい
て、前記面を非突出状態に配するため、例えば荒天時な
どマイクロバブルによる摩擦抵抗低減効果が期待しにく
いときに、余分な抗力を生じさせることがない。したが
って、マイクロバブルによる船体と水との摩擦抵抗の低
減によって効果的に航行動力を節減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の摩擦抵抗低減船の要部構成を示して
おり、（ａ）は船首近傍の側面図（右舷側）、（ｂ）船
首近傍の船底を下方から見た平面図である。

【図２】 図１に示すＡ−Ａ断面図である。

【図３】 気体導入管の下端部を示す図である。

【図４】 位置調節部による気体導入管の位置決めの様
子を示す図である。

【図５】 気体導入管の上端にカバーが設置された様子
を示す断面図である。

【符号の説明】

Ｓ 摩擦抵抗低減船 Ｌ 水面（喫水線） １０ 船体外板 ２０ 貫通路 ２１ 第１の円筒部材 ２２ 気体導入管 ２２ａ 送出口 ２２ｂ 湾曲面（加速面） ２２ｃ 気体吸入口 ２２ｄ 気体通路 ２３ 位置調節部 ２４ シャフト（係止手段） ２５ 長孔 ２５ａ 第１係止溝（係止手段） ２５ｂ 第２係止溝（係止手段） ３０ カバー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 航行中に送出口から水中に気体を送出す
   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、 一端が大気中に開放されかつ他端が前記送出口を介して
   水中に開放される気体通路と、 船体から水中に突出して配されることで前記船体外板に
   沿って流れる水の流速を前記送出口で大きくする加速面
   と、 該加速面を航行状態に応じて所定の突出状態に配するた
   めの位置調節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】 一方の端部に前記送出口と前記加速面と
   を有しかつ内部に前記気体通路を有する筒状の気体導入
   管と、船体を貫通して設けられ前記気体導入管を所定の
   方向に移動自在に収容する貫通路とを備え、 前記位置調節部は、前記気体導入管の前記方向への移動
   を係止するための係止手段を有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】 前記気体通路の大気側の開放端を塞ぐカ
   バーを備えることを特徴とする請求項１または２記載の
   摩擦抵抗低減船。
4. 【請求項４】 航行中に送出口から水中に気体を送出す
   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航方
   法であって、 船体から所定の面を突出して配することで前記船体外板
   に沿って流れる水の流速を前記送出口で大きくし、該送
   出口を負圧にして大気中から水中に気体を導き、水中に
   該気体を送出しながら航行する気体送出工程と、 前記面を船体から非突出状態に配し、水中への気体の送
   出を停止した状態で航行する非気体送出工程とを有する
   ことを特徴とする摩擦抵抗低減船の運航方法。