JP2009274705A - 摩擦抵抗低減船およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 摩擦抵抗が低減し燃費が向上する摩擦抵抗低減船を提供する。
【解決手段】 航行速度が更に速くなるとウイング３３によって形成される負圧が大きくなり、その結果、気液境界面が窓部３４の近傍まで押し下げられた状態では、空気と水（海水）がこの部分では異なる速度で運動している。空気と水は密度が異なるため、微細気泡発生部材３の窓部３４の内側空間において、ケルビン−ヘルムホルツ不安定現象によって微細気泡（マイクロバブル）が発生し、この微細気泡が船体に沿って張り付くように下流側に流れる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、微細気泡（マイクロバブル）を船体の外表面に供給して、船体と水との間の摩擦抵抗を低減した摩擦抵抗低減船およびその運転方法に関する。

航行中の船体の表面に気泡を供給することで、水に対する船体の摩擦抵抗が小さくなることが従来から知られている。

船底（外側面）に設けた気泡発生部まで空気を送り込む手段として、特許文献１には、ブロアからエアタンクに空気を送り込み、空気を圧縮状態で貯留し、貯留した空気を船体の外側面に沿って取り付けたパイプを介して気泡発生部に供給する内容が開示されている。

特許文献２には、デッキに設けた気体供給手段から船体の外側面に沿って取り付けたパイプを介して気泡発生部に空気を供給する内容が開示されている。

摩擦抵抗を効果的に低減するには長時間気泡が船体表面に留まることが好ましく、そのためには気泡の径はできるだけ小さいことが要求される。このような微小気泡（マイクロバブル）はケルビン−ヘルムホルツ不安定現象（Kelvin-Helmholtz-Instability）によって発生することが特許文献３に記載されている。

即ち、特許文献３では船底の外板（没水表面）に凹部を設け、この凹部に空気を供給する気体導入管を接続するとともに、凹部の上流側に楔状の負圧形成部を取り付け、凹部内にケルビン−ヘルムホルツ不安定現象を発生させて微小気泡（マイクロバブル）を作り出すようにしている。

また、特許文献４では微小気泡（マイクロバブル）を作り出す手段として、特許文献３の楔状の負圧形成部の代わりに、ウイングを用いる技術が開示されている。特に、特許文献４の図１７Ａ、図１７Ｂにはブロア３５が開示され、このブロア３５から流体通路内に空気が供給されることがコラム２３、２４に記載されている。

特開平１１−１８０３８０号公報 特開２０００−２９６７９６号公報 特開２００２−２５８２号公報 米国特許第６，７８９，４９１号公報

特許文献１にあっては、ブロアからの空気をエアタンクに送り込んで圧縮状態で貯留するため、装置が大掛かりになってしまう。また特許文献１、２の何れも
気泡発生部自身が、微細な空気の発生に適した構造になっていない。

特許文献３，４に開示される技術によれば、摩擦抵抗の低減に好ましい微小気泡（マイクロバブル）を作り出すことができる。しかしながら特許文献３及び特許文献４にあっては、負圧形成部で形成した負圧によって空気を引き込むようにしており、負圧が所定値よりも大きくならないと、気泡が発生しない。特に特許文献４にあっては、ブロアによって空気を流体通路内に送り込むようにしているが、流体通路は開放タイプとなっているため、ブロアによって流体通路内に空気を送り込んでも上方から逃げてしまい、気液界面を押し下げることができない、

上記課題を解決するため本発明は、船体に形成した開口部に微細気泡発生部材を取り付けた摩擦抵抗低減船において、前記微細気泡発生部材は前記開口部に嵌め付けられるプレートと、このプレートに取り付けられる負圧発生用のウイングとからなり、前記プレートのウイングと対向する箇所には前記開口部内と船体外部とを連通する窓部が形成され、また前記開口部の船内側には開口部に空気を供給する配管が接続され、この配管には配管内の気液境界面を微細気泡発生部まで押し下げるコンプレッサなどの圧気源が接続された構成とした。

前記窓部はある程度の容積を有し、この窓部はケルビン−ヘルムホルツ不安定現象（Kelvin-Helmholtz-Instability）による微細気泡発生空間として機能する。この窓部へ安定して空気を供給するためには、窓部の上流部にチャンバーを設けることが好ましい。

また本発明に係る摩擦抵抗低減船の運転方法は、前記した摩擦抵抗低減船を用いることを前提とし、先ず、コンプレッサなどの圧気源によって前記配管内の気液境界面を微細気泡発生部まで押し下げるとともに船の航行に伴って前記ウイングによって発生する負圧により前記配管から供給される空気を微細気泡として船体に沿って排出し、この状態を維持しつつ航行するようにした。ここで、微細気泡とは数ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下の粒径の気泡を指す。

本発明に係る摩擦抵抗低減船によれば、船体の底面および側面を微小気泡（マイクロバブル）で覆うことができるので、摩擦抵抗が更に低減され、燃費が向上する。

本発明によれば、微細気泡発生部材自身が船の走行に伴って負圧を発生し、その負圧を更にコンプレッサなどの圧気源によって補助するようにしたので、航行速度が遅い場合でも微細気泡の発生に必要な空気を微細気泡発生部まで送り込むことができる。

因みに、船が走り出すと配管内の気液境界面はそれにしたがって下がり、下がった界面から微細気泡発生部の上部までの水柱を押し込めるだけの空気の圧力が有れば足りるため、それほど大きな容量のコンプレッサは必要でなく、例えば、主機関の出力が１０，０００ｋｗの船の場合はコンプレッサの容量は１０〜２０ｋｗで充分である。

以下に本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る摩擦抵抗低減船の側面図、図２はスラスター室内の縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ方向矢視図、図４は図２のＢ−Ｂ方向矢視図、図５は 微細気泡発生部材の全体図、図６は微細気泡発生部材を船体に取り付けた状態の断面図で気泡発生前の状態を示す図、図７は微細気泡発生部材を船体に取り付けた状態の断面図で気泡発生状態を示す図である。

本発明に係る摩擦抵抗低減船は船体の外側面１の喫水線（Ｌ.Ｗ.Ｌ）よりも下となる部分から船底２にかけて微細気泡発生部材３を船体に取り付けている。この微細気泡発生部材３への空気の供給は、図１（ａ）に示す実施例にあっては船体のスラスター室内に配置したアシストコンプレッサ４から行うようにされ、図１（ｂ）に示す実施例にあってはデッキ上に配置したアシストコンプレッサ４からダクト５を介して行うようにされている。

スラスター室内に配置したアシストコンプレッサ４から微細気泡発生部材３への空気の供給の詳細を図２〜４で示している。
即ち、アシストコンプレッサ４から配管１１を介してメインヘッダ１２に空気が送り込まれる。メインヘッダ１２には図では左右３本づつ配管１３が接続され、各配管１３は左右のバルブ１４に接続されている。

前記バルブ１４から前記配管１３につながる配管１５が導出され、この配管１５の途中にはサブヘッダ１６が設けられ、このサブヘッダ１６から更に配管１７が分岐し、この分岐した配管１７が前記微細気泡発生部材３につながっている。

図示例では、複数の微細気泡発生部材３が、船の進行方向を基準として平面視で末広がり状になるように配置したが、船の進行方向を基準として重なるように配置してもよい。またサブヘッダ１６から分岐する配管１７の本数は２本、３本に限らず任意である。

微細気泡発生部材３は長円形状（小判状）のプレート３１と、このプレート３１に連結部３２を介して取り付けられる側面視ドルフィン状のウイング３３とからなる。そして、前記プレート３１のウイング３３に対向する位置には前記ウイング３３の外形形状と略等しい矩形状の窓部３４が形成され、前記ウイング３３の窓部３４に対向する面３３ａは窓部３４に向かって膨出した凸形状をなしている。

またウイング３３は船体の外側面（底面）と平行となるように取り付けられ、且つウイング３３の前端縁とプレート３１との間隔ｇ１よりもウイング３３の後端縁とプレート３１との間隔ｇ２を大きくしている。このような構成とすることで船が航行する際にウイング３３と窓部３４の間に負圧が発生する。

一方、船体には開口部１８が貫通して形成されている。この開口部１８の船外側となる部分には浅い凹部１９が開口部１８の一部として形成され、この凹部１９に前記微細気泡発生部材３のプレート３１がボルト３５によって固着されている。

また開口部１８の船内側端部は保持板３６が取り付けられ、この保持板３６に前記配管１７の先端が保持されている。配管１７の基端は前記したようにサブヘッダ１６に接続され、このサブヘッダ１６は配管１５、配管１３、メインヘッダ１２、配管１１を介してアシストコンプレッサ４に接続される。

即ち、アシストコンプレッサ４、配管１１、メインヘッダ１２、配管１３、バルブ１４、配管１５、サブヘッダ１６及び配管１７から構成される空気供給系は配管１７の開口部１８に臨む先端部を除いてクローズド系（閉鎖系）となっている。その結果、アシストコンプレッサ４を駆動していない場合には、喫水線まで気液界面は上昇しようとするが、クローズド系であるため、配管１７内の空気が圧縮され気液界面が配管１７の途中まで押し上げられる。この状態を図６で説明している。

以上において、船が航行を開始すると、ウイング３３によって形成される負圧によって開口部１８内の海水が下がり気液境界面も下がる。そして窓部３４の近傍まで気液境界面を更に下げるためにアシストコンプレッサ３によって気液境界面を押し下げる。

そして、航行速度が更に速くなるとウイング３３によって形成される負圧が大きくなる。その結果、気液境界面が窓部３４の近傍まで押し下げられ、この状態では空気と水（海水）が気液境界面で異なる速度で運動している。空気と水は密度が異なるため、図７で示したように、微細気泡発生部材３の窓部３４の内側空間において、ケルビン−ヘルムホルツ不安定現象によって微細気泡（マイクロバブル）が発生し、そして発生した微細気泡は前記負圧によって船体に張り付くように船体表面に沿って下流側に流れる。

前記実施例は船体の鋼板の厚みが厚く、鋼板の厚み内に開口部１８を形成することができ、この開口部１８が窓部３４への空気の安定供給の役目を担っているが、鋼板の厚みとケース３１の厚みがほぼ等しい場合などには、図８または図９に示すように別途チャンバーを設けることが好ましい。

図８に示す実施例にあっては、船体に形成した開口部１８に、上面が閉塞され下面が開放された筒状チャンバー２０を溶接し、この筒状チャンバー２０の閉塞された上面に前記配管１７を接続し、また筒状チャンバー２０の下面近傍に設けたブラケット２１に微細気泡発生部材３のケース３１をボルトで固着し、チャンバー２０によって微細気泡発生部材３の窓部３４に空気が安定して供給されるようにしている。

図９に示す実施例も機能は図８と同じであるが、チャンバー２０の形状をドーム状としている。この他の形状としては、樋状、各筒状などが考えられる。

（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る摩擦抵抗低減船の側面図 スラスター室内の縦断面図 図２のＡ−Ａ方向矢視図 図２のＢ−Ｂ方向矢視図 微細気泡発生部材の全体図 微細気泡発生部材を船体に取り付けた状態の断面図で気泡発生前の状態を示す図 微細気泡発生部材を船体に取り付けた状態の断面図で気泡発生状態を示す図 別実施例を示す図６と同様の図 別実施例を示す図６と同様の図

符号の説明

１…船体の外側面、２…船底、３…微細気泡発生部材、４…アシストコンプレッサ、５…ダクト、１１…配管、１２…メインヘッダ、１３…配管、１４…バルブ、１５…配管、１６…サブヘッダ、１７…配管、１８…開口部、１９…凹部、２０…チャンバー、２１…ブラケット、３１…プレート、３２…連結部、３３…ウイング、３３ａ…ウィングの窓部に対向する面、３４…窓部、３５…ボルト、３６…保持板、ｇ１…ウイングの前端縁とプレートとの間隔、ｇ２…ウイングの後端縁とプレートとの間隔。

Claims (3)

1. 船体に形成した開口部に微細気泡発生部材を取り付けた摩擦抵抗低減船において、前記微細気泡発生部材は前記開口部に嵌め付けられるプレートと、このプレートに取り付けられる負圧発生用のウイングとからなり、前記プレートのウイングと対向する箇所には前記開口部内と船体外部とを連通する窓部が形成され、また前記開口部の船内側には開口部に空気を供給する配管が接続され、この配管には配管内の気液境界面を微細気泡発生部まで押し下げるコンプレッサなどの圧気源が接続されていることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
2. 請求項１に記載の摩擦抵抗低減船において、前記窓部はケルビン−ヘルムホルツ不安定現象（Kelvin-Helmholtz-Instability）による微細気泡発生空間として機能することを特徴とする摩擦抵抗低減船。
3. 請求項１または請求項２に記載の摩擦抵抗低減船の運転方法であって、コンプレッサなどの圧気源によって前記配管内の気液境界面を微細気泡発生部まで押し下げるとともに船の航行に伴って前記ウイングによって発生する負圧により前記配管から供給される空気を微細気泡として船体に張り付くように船体表面に沿って排出し、この状態を維持しつつ航行することを特徴とする摩擦抵抗低減船の運転方法。

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