JP2013099988A - 輸送用船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】バラスト水を大幅に減らして、なおかつ安定性を確保できる輸送用船舶を提供する。
【解決手段】船体長方向に直角な方向の断面において、最大積載状態で没水する半円に近い形状の船底部９と、船側部１０と、前記船側部の両端より幅広であって前記船側部と水密に連結され貨物を搭載するための船胴部１２を有することを特徴とする輸送用船舶１とすることによって、バラスト水を最大載貨重量の１０％以下にまで減らせるという従来型の船舶では考えられない程の画期的な効果を生み出すことができた。
【選択図】図１

Description

本発明は船舶に関する発明である。より詳しくは、本発明の船舶は、貨物船または貨客船として利用できるものであり、好ましくは、比較的軽い貨物を嵩高く積み上げることによって重心が高くなる自動車輸送用船舶に代表される軽量貨物輸送用船舶に関する発明である。

比較的軽い貨物である自動車を主に輸送する船舶にあっては、船体が背高となり重心が高くなることから大量のバラスト水を船底部に積載している。この大量のバラスト水は、積荷を下した場所で船内に取り込み、積荷を搭載する場所で海中に廃棄する。すなわち、バラスト水を使うということは、大量の海水を、他の地域に移動させることになる。

バラスト水の大量廃棄は、本来廃棄される地域では生息していない生物を他の地域から持ちこむこととなるため、生態系に悪影響を及ぼす。そのため、輸送用船舶にバラスト水を搭載する際に、バラスト水に生物等が存在しないように浄化が要求されている。また、バラスト水を積載するタンクには、腐食を防ぐための高品質な塗装が要求され、船の建造コストを増加させている。このバラスト水は、自動車を専用に輸送する船舶にあって、積載する貨物等の重量である最大載貨重量の３０〜４０％にも達しており、これを削減することが社会的ニーズとなっている。

自動車輸送用船舶は、自動車を専用に運ぶ船舶で自動車運搬船とも呼ばれ、ＰＣＣ（Ｐｕｒｅ Ｃａｒ Ｃａｒｒｉｅｒ）やＰＣＴＣ（Ｐｕｒｅ Ｃａｒ ａｎｄ Ｔｒａｃｋ Ｃａｒｒｉｅｒ）と呼ばれる。ＰＣＣは乗用車専用、ＰＣＴＣは乗用車だけでなく、トラックなどの重量車も運ぶ。以後これらの軽量貨物輸送用船舶を輸送用船舶と呼ぶ。輸送用船舶の中でも、自動車輸送用船舶は、船側や船尾にランプウェイがあり、そこから船内に車を走らせて入れる。大型船で１１〜１２層ものデッキがあり、そこに幅１０ｃｍ、前後３０ｃｍ程の隙間で、自動車を駐車し、しっかり固定される。

このように多数の自動車を載せるため、自動車輸送用船舶の水面上の船体は非常に高くて大きく、その割に重さは軽いので、喫水が浅い船型をしているのが大きな特徴である。そのため、風の影響を強く受けて抵抗が増加する問題があると共に、上述のように、船体が背高となり重心が高く安定性に欠ける。そのため、船舶の安定性を確保するため、大量のバラスト水を船底部に積載する必要がある。ここで、「船舶の安定性」とは、船舶復原性規則（昭和３１年１２月２８日運輸省令第７６号（最終改正：平成２０年１０月２９日国土交通省令第８８号））または同等の国際海事機関（ＩＭＯ）の規則を満足することで、船舶の必須条件となる。

このような問題を抱える従来の輸送用船舶の船底と船側の形状は、船体長方向に直角な方向の断面において、略箱型に近い形状に形成されている。図５には輸送用船舶の一般的な断面形状を示す。船体長方向に直角な方向の断面は、船底両端部１０４に少し曲面があるものの、直線に囲まれた形状をしている。特に、船底は水平になっている。これは、造船技術分野においては、製造の困難性から曲面形状は極力敬遠され、なるべく平面状の鋼板を使用して、船体の断面が直線になるように製造されるからである。

このような輸送用船舶１００は、最大積載時に重心がＧ３、浮心がＢ３で喫水線が１１０となるように設計される。また、「船舶の安定性」を確保するために、大量のバラスト水１０６を搭載し、重心Ｇ３を下げ、上述の船舶復原性規則または同等の国際海事機関の規則を満足している。なお、重心Ｇ３とメタセンター高さ（以後、単に「メタセンター」ともよぶ）Ｍ３との距離Ｇ３Ｍ３は、復原力の目安となるパラメータである。

バラスト水を削減した船舶については、様々なものが提案されている。例えば、船体の幅を広げて復原力を増加させてバラスト水を削減した船舶が提案されている。しかし、港湾や運河の制約から多くの自動車輸送用船舶では、これ以上幅を広げることには運航上の抵抗が強い。

また、船体の断面形状を三角形状にして積荷の多寡による喫水変化を小さくしてバラスト水を削減した船舶が提案されているが、断面が直線で囲まれる形状変化に留まり、それほど効果的にバラスト水を減らせることはできない。また上下可動式推進器によってバラスト水を削減した船舶が提案されているが、これらも船の幅が広くなる。

また、特許文献１には、船体の左右側壁下部に設けたエア室に通気管を配設し、通気管の下端を整流版上面と高さ方向同一位置で開口するようにし、ノンバラスト船であったとしても、バラストタンクを有する船舶と同等の調節機能を有する船舶が開示されている。

特開２０１１−０８８６１６号公報

しかしながら、特許文献１の船舶は、エア室の配設、エア室への通気管および通気手段の配置といった付帯設備が必要となり、コスト高となる。

また、すでに述べたように、重心を下げるために必要な、最大載貨重量の３０〜４０％にものぼるバラスト水の環境への影響を緩和するために必要なバラスト水の浄化装置や腐食防止塗装は、輸送船舶にとってはコスト高の原因となる。

本発明は、上述の問題に鑑みて、これまでの自動車輸送用船舶の、水面を切る平面における幅を変えずに、搭載しなければならないバラスト水を抑えて、なおかつ復原力を有し、「船舶の安定性」に優れた輸送用船舶を提供することを目的とする。

より具体的に本発明の輸送用船舶は、船体長方向に直角な方向の断面において、最大積載状態でも水没しない船側部と、前記船側部の両端より幅広であって前記船側部の外板と水密に連結され貨物を搭載するための船胴部を有することを特徴とする輸送用船舶としたものである。

さらに、本発明の輸送用船舶は、前記船側部と、前記船胴部の間に、前記船側部の断面両端から、前記船側部と前記船胴部を水密に連結する連結部を有することを特徴とする。

さらに、本発明の輸送用船舶は、船体が１０度以上傾斜すると、前記船胴部の一部が水面下に沈むことを特徴とする。

さらに、本発明の輸送用船舶は、前記船胴部の下端には、防舷材が配置されたことを特徴とすることもできる。

さらに、本発明の輸送用船舶は、バラスト水重量を最大載貨重量の１０％以下にしたことを特徴とする。

本発明の輸送用船舶によれば、船体長方向に直角な方向の断面において、最大積載状態に没水する船底部と船側部を船底勾配の増加とビルジ半径の増大によって、丸く形状変化させることにより、排水量を大幅に減らせることから、必然的にメタセンターを高くでき、十分な安定性を確保することができた。

更に、船胴部を船側部の両端より幅広にすることによって、横傾斜角が１０度以上になると幅広の部分が水面に浸かり、実質的に船幅が広がる。すなわち、さらにメタセンターが上がる。この構造によって船の横揺れに対する復原力を実質的に増加させることができた。

これらのメタセンター上昇効果を合わせ持つことにより、バラスト水を最大載貨重量の１０％以下にまで減らせるという従来型の船舶では考えられない程の画期的な効果を生み出すことができた。

また、没水部の断面が半円に近い形状をしていることから、摩擦抵抗等の水の抵抗を減らせることができる。したがって本発明の輸送用船舶は、燃費を大幅に向上させることができるという効果も奏する。

また、本発明の輸送用船舶は、船側部の両端幅よりも幅広な船胴部を有するので、高速航行時に、後ろから大きな波を受けて船の前後部の喫水が下がり、重心が変化しないにも関わらず、復原力が減少したような場合であっても、船体中央部の、幅広な船胴部が水に浸かることで、船幅が広がり、復原力が増すという効果も奏する。

本発明の実施の形態に係る輸送用船舶の最大断面の断面形状を示す横断面図である。 輸送用船舶の最大断面以外の断面を示す図である。 本発明の実施の形態に係る輸送用船舶が、１０度以上傾斜したときの一断面の断面形状を示す横断面図である。 後方から波長の長い波が来た時の状況を説明する図である。 従来の輸送用船舶の最大断面の断面形状を示す横断面図である。

以下に、図を参照して、本発明の輸送用船舶について説明するが、以下の実施の形態は本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、変更することができる。

図１に、本実施形態に係る輸送用船舶１の断面構造を示す。図１は、本発明の輸送用船舶の中央付近の最大断面形状を示すものである。図１は最大積載時の状態を示し、喫水線は符号１４で表される。また、本実施の形態の輸送用船舶１は、最大積載時には、重心がＧで、浮心がＢ１になるように設計される。

本実施の形態に係る輸送用船舶１は、船体長方向に直角な方向の断面において、船底部９と、船側部１０と、船側部１０の両端幅Ｓｂｗより幅広の船胴部１２と船側部１０と船胴部１２を連結する連結部１３を有している。なお、船底部９はキール８から船底傾斜線９ｓと船側部１０の下部との点９ｅ間の幅である。船底部９と船側部１０との連続的な形状の曲率半径をビルジ半径と呼ぶ。また、船側部１０の幅Ｓｂｗとは、最大積載状態での喫水線１４における船側部１０の幅をいう。また図２は、最大部以外の断面形状を示す。

また、断面構造において、船側部１０の両端幅Ｓｂｗより幅広（両端幅Ｓｃｗ）の船胴部１２を水面上に有している。船胴部１２の幅Ｓｃｗは、船側部１０の両端幅Ｓｂｗより１．０５倍以上、１．３倍以下の幅を有する。このような断面構造における船底部９と船側部１０と船胴部１２の形状は、船体長の少なくとも６０％以上で連続的に維持され、好ましくは６０〜９５％で維持されることが望ましい。

船胴部１２の幅Ｓｃｗが船側部１０の両端幅Ｓｂｗと比較してあまり違わないと、後述するように船体が傾斜したときに、浮力を生まない。また、船胴部１２の幅Ｓｃｗが広すぎると、船体進行方向に対して左右のバランスが悪くなる。なお、船胴部１２の幅Ｓｃｗや船側部１０の幅Ｓｂｗは、建造される船舶の目的と大きさによって上記の範囲内で適宜変更されるのは言うまでもない。

図１の輸送用船舶１では、船底部９と船側部１０の断面形状を半円形状に近くすることによって、図５の従来の船舶１００と比較して船底部１０の両端部１０４付近が削減されている。つまり、排水量が大幅に減少する。船舶においては、水線面が同じで排水量が減少するとメタセンターが高くなる傾向にある。ここで、メタセンターとは、船体が傾いた際に、船体の中心線２０と、浮心Ｂ１から鉛直上向きに働く浮力の作用線が、船体の中心線と交わる交点であり、図１ではＭ点が相当する。

メタセンターＭが高くなるほど、復原力が増して安定性が増す。それによって、重心Ｇを下げるために積載するバラスト水を減らしても「船舶の安定性」を確保することができた。すなわち、本実施の形態に係る輸送用船舶１は、重心Ｇを下げて安定性を確保するというよりも、メタセンターＭを上げることで復原力を高め、安定性を確保するという技術思想によって想到されたものである。

最大断面の場合に船側部１０と船胴部１２は連結部１３によって水密に接続される。連結部１３は、船側部１０の両端部１０ｅと船胴部１２の下端１２ｅを水密に接合する部分である。船胴部１２の幅Ｓｃｗは、船側部１０の幅Ｓｂｗより広いので連結部１３は断面方向から見たときに傾斜した部分である。なお、図２に最大断面以外の断面を示す。最大断面の時の船底部９および船側部１０の形状ライン１０ｍを二点鎖線で示す。最大断面以外では連結部１３の傾斜は緩くなるが、平坦になると、航行中に波による、衝撃が大きくなる。連結部１３は適度な傾斜を有するのがよい。

図３は、本実施の形態に係る輸送用船舶１が１０度以上傾斜したときの状態を表している。点線は、傾斜していない場合の船体を示している。この図３に基づいて、本実施の形態の輸送用船舶１の復原力について説明する。船体が横に傾斜すると、浮力の中心である浮心が、傾いていない時のＢ１から、傾斜時のＢ２に移動する。

重心Ｇは、傾斜しても変化せず、傾斜したときに、鉛直下向きの力の作用線２２と、傾斜時の浮心Ｂ２における浮力による上向きの力の作用線２４とがずれ、モーメントが発生する。このとき、メタセンターＭが重心Ｇより上にあれば、傾斜を戻そうとする方向にモーメントが働き、これが復原力となる。

また、重心ＧとメタセンターＭの距離ＧＭ値が大きいほど、この復原力が大きくなる。本実施の形態の輸送用船舶１におけるメタセンターＭは、従来例の図５におけるメタセンターＭ３よりも高くなり、ＧＭ＞Ｇ３Ｍ３となり、従来例図５よりも復原力が増加していることが分かる。

更に、本実施の形態に係る輸送用船舶１は、船体長方向に直角な方向の断面において、船側部１０の幅Ｓｂｗより幅広であって船側部１０と水密に連結され貨物を搭載するための船胴部１２を有するようにした。この船胴部１２は、船体が１０度以上傾斜した時に水面に着水するような高さから幅広となっている。そして、船体が１５度傾斜すると図３のように船胴部１２の一部１２ａが水面下に沈む。

貨物を搭載するための船胴部１２と船側部１０は、水密に連結されている。したがって、船体が横に傾斜して船胴部１２の一部１２ａが水面下に沈むと、船側部１０の幅Ｓｂｗが広がることになり、メタセンターＭが上昇し、浮力が増大する。

以上のように、最大積載状態で没水する半円形状に近い船底部９と船側部１０を有していることによって、メタセンターＭを上げることによる復原力の増加と、船側部１０の幅Ｓｂｗより幅広の船胴部１２を有することで、所定の横傾斜角以上において、復原力を増加させることによって本実施の形態の輸送用船舶１は、「船舶の安定性」を確保することができた。さらに、本実施の形態の輸送用船舶１は、「船舶の安定性」を確保するために、バラスト水を搭載して重心を下げるという技術思想を極力使用しなかったので、バラスト水を従来船より８０％以上削減して、最大載貨重量の１０％以下の重量にバラスト水を抑制することができた。

また、本実施の形態の輸送用船舶１は船側部１０の断面積が半円に近い形状であるので、同じ体積に対して表面積が小さい。すなわち、同じ排水量であると、水面下の表面積が小さくなる形状なので、摩擦抵抗は低くなる。これは、船舶の燃費を向上させる効果を生じる。

図４には、本発明の輸送用船舶と図５に例示される従来の船舶の平面図を示す。図４（ａ）は本実施の形態の輸送用船舶１、図４（ｂ）は従来の船舶１００である。実線のハッチ部分は水面高さの水平断面(水線面)を表す。本実施の形態の輸送用船舶１は、幅広の船胴部１２を有しており二点鎖線で表した。通常は船胴部１２は、水面上にある。

船舶の航行の際に、波長が船の長さに略等しい波が後方（若しくは前方）から押し寄せる場合がある。今、波長が船体長とほぼ等しい波がきたとする。この時の様子を図４（ｃ）および（ｄ）に示す。図４（ｃ）は本実施の形態の輸送用船舶１の場合であり、図４（ｄ）は従来の船舶１００の場合である。波は矢印の方向（船舶の前方）に進むものとする。今、波の山（点線で示した）は、船舶の中央部にあり、船舶の前後部には波の谷にあるとする。従来の船舶１００は、船の前後部が波の谷に入った際には、水線面積が減り、この瞬間メタセンターＭが低下する。つまり、このような波長の波に対しては、安定性を欠く状況となる。

一方、本実施の形態の輸送用船舶１の場合（図４（ｃ））は、船体の前後が波の谷に入った際には、船体前後の水線面積は減少するものの、船体中央部での船胴部１２が波の山に入り、船体中央部ではこの瞬間水線面積が増加する。したがって、メタセンターＭは減少せず、船の安定性は維持される。

なお、本実施の形態の輸送用船舶は自動車等を輸送することも目的としている。そのため、船側や船尾にランプウェイがあり、そこから船内に車を走らせて入れる。つまり、ランプウェイを安定に保持するためには、確実に接舷させる必要がある。一方、本実施の形態の輸送用船舶は幅広の船胴部１２を有するため、接舷の際にこの部分が岸壁に衝突するおそれがある。

そこで、再び図１を参照して、本実施の形態の輸送用船舶１には、船胴部１２の下端に防舷材１８が配置される。防舷材１８は、鉄鋼などの板材を図１に示す断面に形成し、船胴部１２に溶接して設けるのが好適である。鉄鋼材をこの断面に形成することもできる。また、防舷材１８は、船胴部１２の側面全域に配設する必要はなく、少なくとも船胴部１２の一部の箇所に配設すればよい。船胴部１２と岸壁の衝突を回避するためだからである。また、岸壁が低く、船胴部１２と岸壁が衝突する可能性のない場合には、この防舷材をなくすることもできる。

本発明にかかる輸送用船舶は、貨物船や貨客船として幅広い分野に利用できるものであり、好ましくは、比較的軽い貨物を嵩高く積み上げることによって重心が高くなる軽量貨物輸送用船舶として利用でき、特に自動車輸送用船舶として利用できる。

１ 輸送用船舶
８ キール
９ 船底部
９ｓ 船底傾斜線
１０ 船側部
１０ｅ 船側部の端部
１０ｍ 最大断面部の船側部の形状ライン
１２ 船胴部
１２ａ 船胴部の一部
１３ 連結部
１４ 喫水線
１８ 防舷材
２０ 中心線
２２、２４ 作用線
１０６ バラスト水

Claims (5)

1. 船体長方向に直角な方向の断面において、
   最大積載状態でも没水しない船側部と、
   前記船側部の両端より幅広であって前記船側部の外板と水密に連結され貨物を搭載するための船胴部を有することを特徴とする輸送用船舶。
2. 前記船側部と、前記船胴部の間に、前記船側部の断面両端から、前記船側部と前記船胴部を水密に連結する連結部を有することを特徴とする請求項１に記載の輸送用船舶。
3. 船体が１０度以上傾斜すると、前記船胴部の一部が水面下に沈むことを特徴とする請求項１または２のいずれかの請求項に記載された輸送用船舶。
4. 前記船胴部の下端には、防舷材が配置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの請求項に記載された輸送用船舶。
5. バラスト水重量を最大載貨重量の１０％以下にしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの請求項に記載された輸送用船舶。