JP2009274706A - 摩擦抵抗低減船およびその運転方法 - Google Patents
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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。
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。
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。
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)
- 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。
- 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。
- 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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