JP2002002580A - 摩擦抵抗低減船 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ないエネルギ消費で摩擦抵抗低減を行っ
て、航行時のエネルギ消費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】 船体１０の没水表面１２から少なくとも
一部が突出して配されることにより気体空間に対して低
圧となる負圧箇所４１を水中に形成する負圧形成体２０
と、水中の負圧箇所４１に向けて気泡４２を放出するた
めに負圧形成体２０に設けられる排出口２５と、気体空
間から水中に気体を導くために一端が気体空間に開放さ
れるとともに他端が排出口２５を介して水中に開放され
る流体通路３０と、負圧形成体２０を所定の方向に移動
自在に支持しかつ船体１０の没水表面１２からの負圧形
成体２０の突出高さを調節する位置調節機構２２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、船体の摩擦抵抗を
低減する摩擦抵抗低減船に係り、特に、水中に気泡を効
率よく放出することにより、総合エネルギ効率を向上さ
せるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、船舶等の航行時のエネルギ消
費を節減することを目的として、水中に気体を送り込
み、船体外板の表面（没水表面）の近傍に多数の気泡を
介在させて、船体と水との摩擦抵抗を低減する方法が提
案されている。

【０００３】水中に気泡を発生させる技術としては、特
開昭５０−８３９９２号、特開昭５３−１３６２８９
号、特開昭６０−１３９５８６号、特開昭６１−７１２
９０号、実開昭６１−３９６９１号、実開昭６１−１２
８１８５号が提案されている。

【０００４】これらの技術では、水中に気泡を発生させ
る方法として、ポンプやブロアなどの装置によって加圧
した気体を船体に設けられた複数の孔や多孔板から水中
に噴出している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加圧し
た気体を水中に噴出する方法であると、加圧用の装置を
稼動するエネルギが必要となり、摩擦抵抗の低減によっ
て減少したエネルギの節約分が目減りしてしまう。特
に、大型船の船底など、比較的水深の大きい箇所におい
て水中に気体を噴出する際には、水圧（静水圧）に対応
して高い圧力に気体を加圧する必要があり、多大なエネ
ルギを消費してしまう。また、加圧用の装置を船体に設
置するにあたり、設備コストや施工コストなど多大なコ
ストが生じてしまう。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、以下の点を目的とするものである。 （１）少ないエネルギ消費で摩擦抵抗低減を行って、航
行時のエネルギ消費を効果的に節減すること。 （２）水中に気泡を効率よく混入させ、効果的な摩擦抵
抗低減を実施すること。 （３）船体の建造コストを低減すること。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、船体の没水表面に気泡を放出して船体の
摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減船において、船体の没
水表面から少なくとも一部が突出して配されることによ
り気体空間に対して低圧となる負圧箇所を水中に形成す
る負圧形成体と、水中の負圧箇所に向けて気泡を放出す
るために、前記負圧形成体に設けられる排出口と、気体
空間から水中に気体を導くために、一端が気体空間に開
放されるとともに他端が前記排出口を介して水中に開放
される流体通路と、前記負圧形成体を所定の方向に移動
自在に支持しかつ船体の没水表面からの前記負圧形成体
の突出高さを調節する位置調節機構とを備える技術が採
用される。

【０００８】本発明によれば、航行時において、負圧形
成体の一部を船体の没水表面から突出して配することに
より、気体空間に対して低圧となる負圧箇所が水中に形
成される。これにより、流体通路内に圧力勾配力が作用
し、流体通路を介して気体空間から水中に気体が導かれ
る。このとき、喫水などの船体の状態に応じて、船体の
没水表面からの負圧形成体の突出高さを調節することに
より、水中に気泡を効果的に放出することが可能とな
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る船体の摩擦抵
抗低減船を、タンカーやコンテナ船等の肥大船に適用し
た一実施形態について、図面を参照して説明する。図２
において、符号Ｍは摩擦抵抗低減船、１０は船体、１１
は気泡発生装置、１２は船体外板（没水表面）、１３は
推進器、１４は舵、１５は水面（喫水線）を示してい
る。

【００１０】前記摩擦抵抗低減船Ｍとしての肥大船は、
例えばＶＬＣＣ（Very Large CrudeOil Carrier）とい
ったものがこれに該当し、他の種類の船舶に比べて、喫
水線１５下の船体外板１２（没水表面）において船底の
面積が船側に対して比較的大きく形成されている。

【００１１】気泡発生装置１１は、図２（ｂ）に示すよ
うに、船底に設けられた開口１２ａに配される流体案内
体２０と、この流体案内体２０に接続される気体導入管
（ＡＩＰ：Air Induction Pipe）２１と、流体案内体２
０を移動自在に支持する位置調節機構２２とを備えて構
成されている。

【００１２】流体案内体２０は、内部に空洞を有する筒
状（例えば円筒状）の部材として全体が構成されてお
り、軸方向の一方の端部（上端部）には、前記気体導入
管２１との接続用のフランジ２３が設けられている。ま
た、その反対側（下側）の端面は、軸方向に対して斜め
に形成され（斜面２４）、その斜面２４には、流体案内
体２０内の空洞の開口として、貫通穴からなる排出口２
５が設けられている。なお、排出口２５（斜面２４）
は、後方（船尾側）に向けて配されるようになってい
る。

【００１３】気体導入管２１は、主として筒状の部材か
ら構成され、フランジ２７を介して前記流体案内体２０
に接続されている。この気体導入管２１と流体案内体２
０とが接続されることによって、その内部空間として流
体通路３０が形成される。流体通路３０は、気体導入管
２１の空気取入れ口２１ａを介して一端が気体空間（大
気）に開放されるとともに、他端が流体案内体２０の排
出口２５を介して水中に開放されるようになっている。
なお、流体通路３０（流体案内体２０及び気体導入管２
１の内部空間）は、少ない圧力損失で所望の流量の流体
が流動するように、その断面形状が定められている。

【００１４】位置調節機構２２は、流体案内体２０の移
動を案内するために筒状に設けられる収容管３５と、流
体案内体２０の外周面に配設されるラック３６と、この
ラック３６に係合しかつ回転自在に配設されるピニオン
３７と、ピニオン３７を駆動するための駆動装置３８
と、駆動装置３８を制御する制御装置３９とを備えてい
る。そして、収容管３５内に流体案内体２０を移動自在
に収容するとともに、制御装置３９の制御のもとで、駆
動装置３８の駆動力によって、ラック３６及びピニオン
３７を介して流体案内体２０を軸方向（上下方向）に所
定量移動させるように構成されている。なお、符号３５
ａは、収容管３５の内面に配設され摺動時に流体案内体
２０の周面に当接する案内部材である。また、収容管３
５の上端は、喫水線（水面１５）の上に位置するのが好
ましい。さらに、気体導入管２１は、流体案内体２０の
移動を吸収するために、例えば蛇腹状に形成される不図
示の伸縮部材を有するとよい。

【００１５】また、気泡発生装置１１の各構成部材の形
状や配置位置は、航行時に没水表面１２の開口１２ａ付
近の水の流れが所望の状態になるように、数値流体力学
（ＣＦＤ：Computational Fluid Dynamics）による流場
解析や航走試験等の結果に基づいて設計されている。こ
の摩擦抵抗低減船Ｍでは、所定の船速での航行時におい
て、流体案内体２０が船体の没水表面１２から突出して
配されることにより、船体１０に対する相対的な水の流
れが変化して、気体空間に対して低圧となる負圧箇所が
水中に形成されるようになっている。なお、図２（ｂ）
に示す符号２８は、フランジ接続用のパッキンである。
また、気泡発生装置１１は、船底の広さに応じて１つま
たは複数配置される。

【００１６】次に、上述のように構成される摩擦抵抗低
減船Ｍによる船体の摩擦抵抗低減方法について、図１を
参照して以下説明する。停船状態においては、流体通路
３０内に、船体１０の周囲とほぼ同じ水位まで水（海
水）が入り込んでいる。推進器１３（図２参照）の推力
により船体１０が航行状態になると、船体１０に対して
相対的な水の流れ４０が形成される。

【００１７】航行状態において、船体１０が所定の船速
Ｖｓに達すると、図１（ａ）に示すように、位置調節機
構２２が流体案内体２０の位置（高さ）を調節し、流体
案内体２０の側面２６を船体の没水表面１２から所定高
さＨ突出させる。

【００１８】このとき、流体案内体２０の側面２６によ
って水の流路が狭められることにより、船底に沿って流
れる水の流速が大きくなるとともに、流体案内体２０の
突出端の鋭い角により、水中に剥離域が形成される。こ
れらにより、側面２６の背面側、すなわち流体案内体２
０の斜面２４側の水中において、静水圧が局所的に低下
し、大気に対して低圧となる負圧箇所４１が形成され
る。

【００１９】このとき、空気取入れ口２１ａにおける圧
力に比べ、負圧箇所４１に面した排出口２５の圧力が低
いために、流体通路３０内の流体（海水及び空気）に対
して圧力勾配力が作用し、流体通路３０から海水が排出
されるとともに、空気取入れ口２１ａから流入した空気
が、流体通路３０を流動して水中に送り込まれる。

【００２０】そして、水中に送り込まれた空気が気泡４
２として水に混入し、船体１０の没水表面１２の近傍に
多数の気泡４２が介在するようになり、船体１０の摩擦
抵抗が低減される。

【００２１】このとき、水中に空気を送り込むために必
要なエネルギは、主として気体の位置を変化させるため
のエネルギである。このエネルギは、流体案内体２０に
より水の流動状態を変化させることで得られるものであ
り、気体を加圧して水中に噴出する場合に消費されるエ
ネルギに比べて少ない。そのため、船体１０の摩擦抵抗
低減により、航行時のエネルギ消費が効果的に低減され
る。

【００２２】ところで、喫水や船速など、船体１０の航
行状態によって、摩擦抵抗の低減に最適な流体案内体２
０の突出高さは異なる。そこで、本実施形態では、喫水
などの航行状態に応じて、船体の没水表面１２からの流
体案内体２０の突出高さを位置調節機構２２によって調
節する。この突出高さは、前述したように、流場解析や
航走試験等の結果に基づいて予め定められているもので
ある。これにより、船体１０の航行状態の変化に対応し
て、水中に気泡４２を効果的に放出することができる。

【００２３】また、本実施形態では、尖形形状の突起で
ある流体案内体２０の先端を船体の没水表面１２から突
出して配するので、その後方にはキャビテーションが生
じやすい。キャビテーションが生じると、その攪拌作用
により、気体と水との境界面で気体と水とが積極的に混
合され、気液界面からの気泡４２の離脱が促進されると
ともに、キャビテーションによる強い負圧作用により、
流体通路３０を介して多量の気体が水中に導かれて、多
量の気泡４２が水中に混入するようになる。

【００２４】また、本実施形態では、水中に気体を放出
するための排出口２５が、船体の没水表面１２に対して
斜めに設けられた斜面２４に設けられているため、没水
表面１２に平行な面内に排出口を設けた場合に比べて、
船体の没水表面１２の所定領域内における排出口の開口
面積が広く、多量の気泡を放出するのに適している。

【００２５】なお、水中に混入された気泡４２は、水深
に応じた静水圧よりも低い内圧で形成されるため、一定
の水深で気泡４２が移動するとき（例えば船底に沿って
気泡が移動するとき）に、負圧箇所４１から離れるに従
って気泡４２に大きな水圧が作用し、徐々に気泡４２の
大きさが小さくなる。本出願人らのこれまでの研究によ
れば、比較的小さい気泡のほうが船体の摩擦抵抗を低減
するのに好ましいとされている。したがって、負圧によ
って発生した気泡は、この点からも摩擦抵抗の低減に有
利に働く。

【００２６】また、負圧箇所４１の形成には、流体案内
体２０の形状や船体の没水表面１２からの突出高さ、及
びレイノルズ数が主な支配因子となり、水深による不利
が生じにくいと考えられるため、本発明に係る技術は、
大型船への適用にも好ましく適用される。

【００２７】さらに、気泡発生装置１１は簡素な構成で
あり、気体を加圧するための装置が不要であることか
ら、船体１０の建造コストが少なくて済むことはいうま
でもない。

【００２８】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。また、上述した実施形態では、
本発明を肥大船に適用した例を示したが、これに限るも
のではなく、高速船や漁船など他の船にも適用可能であ
る。なお、気泡発生装置１１の大きさや数、その配置場
所といったものは、船体の形状に応じて適宜設定され
る。例えば、位置調節機構の構成は、上述したラック・
アンド・ピニオン機構に限らず、様々な形態のものが適
用可能である。また、流体案内体２０（あるいは気体導
入管２１）の断面形状は、円筒、角筒など内部を流れる
流体に対する抵抗がなるべく少なくなるように任意に定
められる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負圧形成体の一部を船体の没水表面から突出して配する
ことにより、圧力勾配力を利用して、気体を加圧する場
合に比べて少ないエネルギ消費で水中に気体を送り込
み、船体の摩擦抵抗を低減することができる。また、喫
水などの船体の状態に応じて、負圧形成体の突出高さを
調節することにより、水中に気泡を効果的に放出するこ
とができる。したがって、船体の状態の変化にも対応し
て、効果的な摩擦抵抗低減を実施し、航行時のエネルギ
消費を節減することができる。また、気体を加圧する装
置が不要となり、船体の建造コストを容易に低減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る摩擦抵抗低減船による船体の摩
擦抵抗低減方法の一例を示す概念図である。

【図２】 本発明に係る船体の摩擦抵抗低減方法を船舶
に適用した一実施形態を概略的に示す構成図である。

【符号の説明】

Ｍ 摩擦抵抗低減船 １０ 船体 １１ 気泡発生装置 １２ 船体外板（没水表面） １５ 水面（喫水線） ２０ 流体案内体（負圧形成体） ２１ 気体導入管 ２２ 位置調節機構 ３８ 駆動装置 ３９ 制御装置 ２５ 排出口 ３０ 流体通路 ４０ 水の流れ ４１ 負圧箇所 ４２ 気泡

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船体の没水表面に気泡を放出して船体の
   摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減船において、 船体の没水表面から少なくとも一部が突出して配される
   ことにより気体空間に対して低圧となる負圧箇所を水中
   に形成する負圧形成体と、 水中の負圧箇所に向けて気泡を放出するために、前記負
   圧形成体に設けられる排出口と、 気体空間から水中に気体を導くために、一端が気体空間
   に開放されるとともに他端が前記排出口を介して水中に
   開放される流体通路と、 前記負圧形成体を所定の方向に移動自在に支持しかつ船
   体の没水表面からの前記負圧形成体の突出高さを調節す
   る位置調節機構とを備えることを特徴とする摩擦抵抗低
   減船。