JP2007131283A - 無動力によるマイクロバブル発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型艇、大型船から高速船・中低速船までの幅広い船舶の船底・船側外板の摩擦抵抗を減少する事を目的にしたものである。
【解決手段】 自船の速力を利用して、船首付近の船側から船底に負圧を発生させる装置を設置し、大気圧の空気をその負圧部へ導き、引き込まれた空気が微細な空気の泡（マイクロバルブ）となって、船底を覆うとともにこの装置が流れに渦を発生してマイクロバルブを船側・船底に留める事を特徴とする装置を提供する。
【選択図】図１

Description

この発明は、高速船から低速船まで幅広い船舶に於いて船底にベンチュリーの原理による負圧によるマイクロバブルを発生させて、摩擦抵抗を減少する装置である。これで船舶の推進抵抗を減少させ船舶の推進馬力を減少させることで省エネを実現し、推進機関から排気される炭酸ガス／ＮＯｘ／ＳＯｘによる大気汚染を減少させ、もって環境の保全に資するものである。

従来船舶では、空気に比較して８００倍も密度の高い海水（清水）による抵抗を受けている。これまでの船舶の船型開発においては造波抵抗の減少に重点が置かれバルバスバウ等に代表されるようにその減少が大きなテーマとなり、摩擦抵抗は船底外板の表面の平滑化以外に殆ど低減の可能性がないものとされていた。しかし、技術の発展において造波抵抗が減少したことにより逆に摩擦抵抗が船舶の推進に大きな比重を占めるようになって今後の技術的な発展はむしろ未知の分野であるマイクロバブルによる、摩擦抵抗の減少に集中されると思われる。今後のマイクロバブルの開発のために現在の問題点はマイクロバブルを発生させるために空気加圧行う大きな出力の空気圧縮機を使用しているために、マイクロバブルによる抵抗の減少より空気圧縮機の出力の方が大きいと云った矛盾に突き当たっている。

このため今回の特許ではこの空気圧縮機を使用せず、マイクロバブルの発生にベンチュリーの原理を用いて自船の船速でマイクロバブルを発生する事に大きな新規性がある。

非特許・公開文献

既に、先願されている特許広報を見ると，同様なマイクロバブルによる船舶の抵抗減少を狙った装置が見受けられる。しかし、これまでのマイクロバブルの発生には、空気圧縮機を使用するのが太宗で、その他に負圧を生じさせるために翼形を船底に取り付けるという物もある。今回のベンチュリーの原理を利用したものは無い。

本発明では、これまでマイクロバブルを発生するために大きな動力の空気圧縮機を必要としたため、マイクロバブルの効果による利得より、これを発生させるための損失の方が大きいという矛盾により、マイクロバブルは船体の摩擦抵抗を大幅に低下させると判っていながら、大多数の船舶にマイクロバブルの発生装置の設置が不可能であった事を解決する手段を与える事を目的とする。

また、これまでの装置では、船体に多くの貫通孔を開けるために、加工工数が掛かり、マイクロバブルの発生装置の設置が、強度低下と取り付け費用の増大を招き、取り付けの費用対効果を低下させている。

しかし今回の動力を必要としないマイクロバブル発生装置は、取り付け費用も安く、船舶でも現在大きな問題となっている環境や問題や、燃料油高騰による経営困難等を解決する推進馬力の省エネルギー化に、大きく寄与する技術となる。

課題を解決すための手段

以上の課題を解決するために、本発明は、船速を利用してベンチュリー管の原理で、その船速で発生した負圧で空気を吸引してマイクロバブルを発生する装置である。空気圧縮機を必要とする従来のマイクロバブル発生装置に対し、殆ど無動力でベンチュリー管の原理で、自動的にマイクロバブル発生出来る。これが、マイクロバブルによる船体抵抗減少以上に大きな動力を必要とする従来のマイクロバブル発生装置の矛盾を解決する発明点である。

更に、この発明により、これまで必要とされた大きな空気圧縮機設置に必要とされた空間が不要となり、貨物スペース等に殆ど影響する事が無くなった。
ベンチュリー管の原理を実現するために、船底の外板に流速を促進するウエッジとカバープレートを取り付け、ウエッジの中に空気吹き出し用の穴と船底外板からの空気を供給する穴を設ける。もちろん空気導入は船底から導入する以外に船側から導入する事も出来る。即ち、この導入管を通じて、船舶が航行する海域の通常の大気圧の外気が船側・船底に導かれる。この空気が、船舶が航走する事により、船側・船底外板に取り付けたウエッジプレートとカバープレートによる負圧域に吸引され、船底外板の貫通孔から船底に吹き出される。これが、マイクロバブルを発生させ、略船底全面を覆う事で摩擦抵抗を減少させる。
拠って、マイクロバブルの発生のための空気圧縮機は不要となり、これまでのマイクロバブルの発生のための空気圧縮機の動力の方が、マイクロバブルによる抵抗減少による利得よりも大きいという矛盾が解消される。

発明の効果

発明の効果は、マイクロバブルの発生のための動力を不要とした事である。これで従来のマイクロバブルの発生のための空気圧縮機の動力の方が、マイクロバブルによる抵抗減少による利得よりも大きいという矛盾が解消される。

この他、動力が不要のため、空気圧縮機を設置するための船体工事・電気工事、設置場所の確保、所要の配管等が全て不要に成っている。

又、更に大きなメリットは、これまでイニシャルコストが高い為に出来るだけ少なくマイクロバブル発生装置を設置すると言う配慮が、今回のマイクロバブル発生装置に於いては殆ど不要で、船側の水面間際から船底まで船体を略輪切りにした断面全部にマイクロバブルを供給する事が出来る。このため、これまで限定的であったマイクロバブルの発生装置の設置が略全面に適用可能となり、大幅に摩擦抵抗を減少出来るものと成っている。この効果は大きく、これまでの船底外板による摩擦抵抗をほぼ全面的に減少出来る。マイクロバブルが発生しても摩擦抵抗はゼロには成らないが上手くマイクロバブルを発生させれば摩擦抵抗を最大８０％減少させた例も有り、そこまで行かなくても摩擦抵抗を半減すれば船体全抵抗の２０％から３０％が減少出来ると推定され、この効果は非常に大きな物である。

更に本発明による効果は、これまで空気を圧送し船底に注入するために船底を開口して空気注入孔を開けて、更にその貫通部を充分に補強する必要が有ったために取付の加工工数は非常に大きく、これもマイクロバブル導入のネックに成っていたが、今回の発明では船底にわずかの空気管用の開孔を開けるのみで殆ど補強も必要なく、ベンチュリー管の原理を構成する水流増速用のウエッジとカバープレートを取り付けるのみである。船側からの空気導入では船底に開孔工事することも不要となる。これらは船体の構造強度に影響ない物である。ウエッジとカバープレートは船型を示す船体のライン図が有れば正確に工場で曲げ加工が出来、これらの陸上で加工されたマイクロバブル発生装置の取付は、船台現場で船体に取り付けるのみのための加工工数を殆ど必要としない。この為この装置を取り付けた後の船体の検査も非常に簡便な物となる。

次に本発明の効果は、船底外板を利用してウエッジとカバープレートによりベンチュリー管を形成する事で負圧を発生させ其処に外気からの配管で空気を継続して供給する事で、マイクロバブルが発生し続ける、この時この発生したマイクロバブルをより効果的に機能させる為には、マイクロバブルの大きさの調整、マイクロバブルの量の調整が自動的になされる形状を形成する。又船底の流れの境界層に沿ってマイクロバブルを流すために効果的な渦をウエッジとカバープレートにより発生させる。この渦に乗ってマイクロバブルが船底に張り付き船首から船尾に流される事で船底外板表面を全面に覆う事が出来る。且つ、その場所で発生する船底外板の摩擦抵抗を大幅に減少する事が出来る。

本発明の一例とする実施形態を

図１

船体取り付け図、

図２

マイクロバブル発生機構図に示す。

実施形態の効果

この様な構造で、ウエッジプレートとカバープレートにより水流を増速する事によりウエッジ面に負圧を発生させ、その負圧面に空気パイプで空気を供給する事によりマイクロバブルを発生させる。このマイクロバブルで船体外板に発生する摩擦抵抗を減少させる。当然、ウェッジプレートとカバープレート間に各種の抵抗が発生するが、マイクロバブルによる摩擦抵抗は船体後部までずっと摩擦抵抗を減少させる為に、プレートによる増加抵抗より、マイクロバブルによる摩擦抵抗の減少が大きくなる。つまり船体の抵抗の減少量が増加量を上回る事で抵抗のトータルの減少を実現する。

船体の水と空気の境目である喫水面から、船体で一番深い船底までウエッジプレートとカバープレートで覆う事により、水面近くはかなり遅い速度まで有効にマイクロバブルを発生させられるので、船舶のスピードが増加すればするだけ、船体の船底付近までマイクロバブルが発生し、大きな面積をカバーする、これで更にこれまでは、初期コストの増大や強度低下のために出来なかったより広い船体面の摩擦抵抗を減少する事に成る。
この考えでやれば、本装置は高速船ほど有利になる。船種としてはカーフェリーやコンテナ船、高速旅客船等に取り付ければ大きな馬力削減効果を発生する。

低速船では、水面近くのみにマイクロバブルが発生するが、その最大運航速度までマイクロバブルが発生すると考え、その深さの限界までウエッジプレート、カバープレートを取り付ける事とすれば、それぞれのプレートの付加物抵抗を必要不可欠な合理的範囲に留める事ができる。

他の実施例

この様な、ウェッジプレートとカバープレートの組み合わせは、その形状は無限に有り、例えばウエッジプレートを三角形にしたり、楕円形や翼型にする。カバープレートも本図のような単純な平板にしたり、翼形断面にしたり、半割り円筒形断面にしたり出来る。この形状は渦を生じ、マイクロバブルを渦と共に船底外板に留める役割を担う。
又、空気を供給する空気導入管は、船底から導くよりも船側から導いた方が船底外板の加工が少なく有利である。導入管の噴出し位置もウェッジプレートの形状や最大負圧を生じる位置によって変化する。船体への取り付けも船底外板にダブリング・プレートを取り付けその上に植え込みボルトで取り付けるか、シーリング剤により固着する事も出来るし、溶接も出来る。

産業上の利用の可能性

船舶に取り付ける事により、海上交通のエネルギー消費を削減できる。小型船から大型船まで、高速船から低速船まで幅広い船舶に応用可能。又非常に安い価格で取り付けが可能のため、費用対効果が高く、現在燃料油の高騰で苦しむ海運業界において朗報である。

船体取り付け図 本図は、本発明のマイクロバブルの発生装置と船底外板を覆うマイクロバブルの模式図を示した船体側面図と断面図である。 水線面から船底まで、ぐるっと船体を囲み込むようにマイクロバブル発生装置（ウエッジプレートとカバープレートのセット）を取り付ける概念図を示す。且つ、このマイクロバブル発生装置の後面にバブルが発生して船底外板を覆う概念図を示す。 流体力学的に船体の表面の流れは、船首で船底に潜り込む流れが有り、この流れを利用すれば、水面近くで出来たマイクロバブルもこの流れに乗って船底に潜り込む為に、水面にマイクロバブルが浮上して効果が失われる事無く、船底の方に流れながら船体を覆おうため船尾まで連続して摩擦抵抗を減少させるものと成る。 ただ、このマイクロバブル量が多いとプロペラの効率を若干引き下げる。（約１％程度と言う説もある）。しかし、舵の効きには影響を与えない様である。 マイクロバブル発生機構図 本図は、マイクロバブル発生装置（ウェッジプレートとカバープレート）の形状の一例の詳細を示したマイクロバブル発生機構図である。 すなわち、船体の外板に付いた発生装置は、ウェッジプレートで流れをカバープレートとの狭い空間に導き、船体に沿う流れを増速する。このためベンチュリーの原理で流れの圧力が速度に変わる為にエネルギー保存則からこの部分の圧力が低下する。この圧力低下の最大の場所に、大気圧の空気を導く空気管を接続する。船舶の速度により大気圧より引き下げられた流場を形成しているため、空気はこの流場に吸引され流場の流れにより攪拌され細かなマイクロバブルを生じる。このバブルが流れとともに船体表面の摩擦抵抗を減少させる。 又このカバープレートの形状は、適当な形状に設計して渦を発生させてマイクロバブルを境界層流場の中に留め置く様にする。

符号の説明

▲１▼マイクロバブル発生装置 ▲２▼ウェッジプレート ▲３▼カバープレート
▲４▼空気導入管 ▲５▼マイクロバブル ▲６▼負圧領域

Claims (1)

1. 船舶において、自船の速力を利用して船首付近の船側から船底に負圧を発生させる装置を設置し、大気圧の空気をその負圧部に導き、引き込まれた空気が微細な空気の泡（マイクロバブル）と成って、船底を覆うとともにこの装置が流れに渦を発生してマイクロバブルを船側・船底に留める事を特徴とする装置。