JP2015517957A - 船舶用抵抗低減装置、これを製作する製作ユニット及び製作方法 - Google Patents

Abstract

船舶用抵抗低減装置、これを製作する製作ユニット及び製作方法が開示される。本発明の実施例による船舶用抵抗低減装置は、船舶の船首デック上に設置されたフレーム部と；船舶に積載した貨物に作用する流体による抵抗を低減させるように、フレーム部間の空間をカバーする複数のパネルと；を含む。

Description

本発明は、船舶用抵抗低減装置、これを製作する製作ユニット及び製作方法に関する。

一般的に、船舶が航行する場合、船舶は、水、波による抵抗とともに、空気や風による抵抗を受ける。実際に空気抵抗は、船舶の燃費を悪化させ、船舶の最高速度を低下させることができ、船舶の操縦性能を低下させる要因として作用している。特に、超大型コンテナ船舶、貨物運搬船などのように、水面上の主船体及び貨物の積載形状が直方体に近く、水面上から高い位置に露出し、風圧面積が大きい船舶の場合には、空気、風、船舶が水面とぶつかりながら船首側に越えて来るグリーンウォーター（ｇｒｅｅｎ ｗａｔｅｒ）による抵抗が非常に大きいため、船首側に加重される抵抗を多く受ける。

例えば、コンテナ船舶は、上部デック（ｕｐｐｅｒ ｄｅｃｋ）に貨物または高い構造物が多い場合、運航時の空気抵抗によって燃料消耗率が高くて、常時コンテナを積んで運航するので、他の船舶に比べて空気抵抗による燃料消耗率が高い。

このような船首にエアスポイラー、エアデフレクターのような抵抗低減装置を設置すれば、空気力学的設計効果で燃費向上をもたらすことができる。一例として、特許文献１には、船体空気抵抗を低減するために、船首部分に設置された船舶用エア（またはウィンド）デフレクターに対する技術が開示されている。

このような抵抗低減装置は、強い風圧に耐えなければならないので、強度が非常に重要であり、このために金属加工及び溶接による金属構造物形態の抵抗低減装置の製作が行われることがある。しかし、この場合、抵抗低減装置の製作が容易であるが、大型化されるほど、重量が増加し、輸送及び設置作業の作業効率性が劣ることがある。

このような問題点を解決するために、抵抗低減装置の製作に複合材料が使用され得る。しかし、自動車用抵抗低減装置のように金型を利用した一体成形や航空機製作技術のような加温加圧成形法などの従来の製作方法とは異なって、複合材料よりなる単一構造物として一体成形で製作された船舶用抵抗低減装置を製作することは非常に難しい。

また、複合材料は、溶接熱に弱いので、溶接作業を通じて抵抗低減装置を製作するか、または船体に装着することが容易ではない。そして、風力発電機のブレードの製作と類似の常温加圧成形法で製作することは、費用に比べて効果面で現実性が不足である。

米国登録特許第４８４３９９７号明細書

本発明の実施例は、船舶の空気、風、グリーンウォーターなどの流体による抵抗を低減し、燃費を向上させることができる船舶用抵抗低減装置、これを製作する製作ユニット及び製作方法を提供する。

また、船舶の船首デック上に設置されたフレーム部と、船舶に積載した貨物に作用する流体による抵抗を低減させるように、フレーム部間の空間をカバーするように軽量のパネルを具備し、フレーム支持用柱を立てることなく、船首の空気、風、グリーンウォーターなどのような流体の荷重に耐えることができ、軽量化されて船舶の燃費を減少させることができる船舶用抵抗低減装置、これを製作する製作ユニット及び製作方法を提供する。

本発明の一態様によれば、船舶の船首デック上に設置されたフレーム部と；前記船舶に積載した貨物に作用する流体よる抵抗を低減させるように、前記フレーム部間の空間をカバーする複数のパネルと；を含む船舶用抵抗低減装置が提供される。

フレーム部は、前記船舶の船首側ブルワーク（ｂｕｌｗａｒｋ）と連結され、荷重を支持する骨組フレームを含む。

フレーム部は、前記骨組フレームに支持され、格子形状を成し、前記パネルが結合されるパネルフレームと、前記骨組フレームまたは前記パネルフレームに連結され、抵抗低減装置の外郭を成す外郭フレームと、前記外郭フレームの下部フレームの中心点と上部フレームの終端を連結する対角フレームとをさらに含む。

前記外郭フレームは、前記船舶のｘｙ平面上で船首の形状を有する曲線または直線よりなる下部フレームと、前記船舶のｘｚ平面上で前記下部フレームの幅より小さい幅を有する曲線または直線よりなる上部フレームと、前記上部フレームの終端と前記下部フレームの終端を連結する曲線または直線よりなる側部フレームとを含む。

前記フレーム部の側部フレームと骨組フレームが前記船舶のブルワーク構造材の延長方向に一致するように配置され、前記船舶のブルワーク上板の上面が前記下部フレームの底面に面接触する。

前記パネルは、板形状で互いに端部の一部が重なりながら連続的に組み合わせられるか、または前記フレーム部のパネルフレームの側部に形成されたパネル締結溝に結合され得る。

抵抗低減装置の上端幅及び高さは、それぞれ前記船舶の船首側の最先端コンテナの最大積載高さ及び最大積載幅に対して５０〜８０％であることができる。

前記フレーム部には、ラグ及び足場がさらに設けられる。

本発明の他の側面によれば、船舶の船首デック上に設置されたフレーム部と；前記船舶に積載した貨物に作用する流体による抵抗を低減させるように、前記フレーム部間の空間をカバーする複数のパネルと；前記パネル間の連結のために前記パネルの一部が挿入され、前記フレーム部によって下側が支持される挿入フレームと；を含む船舶用抵抗低減装置が提供される。

前記挿入フレームは、前記パネルの端部側が挿入される挿入溝を含み、前記パネルが挿入される前記挿入溝の入口側の直径は、前記パネルの厚さより小さく形成され、前記パネルが圧入される方式で前記挿入溝に挿入される。

前記挿入溝は、内側方向に行くほど内径が大きくなり、終端で内径が狭くなるように形成され得る。

前記フレーム部の上部に配置された両方の挿入フレームの一側は、前記挿入溝が形成された開放された形状であり、他側は、互いに対面するように配置され得る。

前記フレーム部の上部に配置された両方の挿入フレームは、相互間の他側の間に充填された溶接用金属によって溶接接合され得る。

前記挿入フレームに挿入固定される前記パネルの外面には、接着層と前記接着層上部の繊維層が形成され得る。

前記フレーム部の一側から他側に前記パネルまたは前記挿入フレームを貫通するように締結され、前記フレーム部と前記パネルまたは前記挿入フレームを結合させる締結手段をさらに含む。

前記挿入フレームと前記フレーム部は、一体に形成され得る。

前記パネルは、複合材料で製作され得る。

本発明のさらに他の態様によれば、前記フレーム部によって支持される前記挿入フレームの挿入溝に前記パネルを挿入させる段階と；前記フレーム部と前記挿入フレームを貫通するように締結手段を締結させて、前記フレーム部と前記挿入フレームを結合させる段階と；前記挿入フレーム間の隙間に溶接用金属を充填させる段階と；前記溶接用金属を利用して溶接作業を行い、前記挿入フレームを互いに接合させる段階と；を含む船舶用抵抗低減装置の製作方法が提供される。

前記挿入フレームの挿入溝に前記パネルを挿入させる段階は、前記挿入溝に挿入される前記パネルの外面に接着層と前記接着層上部の繊維層を形成する段階を含む。

本発明のさらに他の態様によれば、船舶の船首デック上に設置されたフレーム部と、前記船舶に積載した貨物に作用する流体による抵抗を低減させるように、前記フレーム部間の空間をカバーする複数のパネルとを含む船舶用抵抗低減装置を製作するための船舶用抵抗低減装置の製作ユニットにおいて、ヘッドと締結溝が形成された胴体を含み、前記パネルと前記パネルの少なくとも一部を下側で支持し、前記パネルを互いに連結させるフレーム部が接着された状態で、前記パネルと前記フレーム部を貫通して締結される締結部材と；加圧部と、前記加圧部から延長形成された被押圧部を含み、前記加圧部の貫通されたホールに結合された結合軸を前記締結溝に締結した状態で、前記被押圧部に力が加えられれば、前記加圧部によって前記フレーム部を加圧してロック状態になるハンドル部と；を含む船舶用抵抗低減装置の製作ユニットが提供され得る。

前記加圧部は、前記フレーム部を加圧する部位が曲面形状に設けられる。

前記パネルと前記フレーム部の貫通ホールに挿入される中空の密封部材と、前記パネルの上部に前記貫通ホールに対応するように付着される第１ワッシャーとをさらに含み、前記締結部材は、前記第１ワッシャーを通じて前記密封部材に挿入され得る。

前記密封部材に挿入された前記締結部材にそれぞれ順次に締結される第２ワッシャーと、加圧スプリング及び第３ワッシャーをさらに含み、前記ハンドル部が前記締結部材に結合され、前記被押圧部に力が加えられれば、前記加圧部によって前記加圧が行われるように前記第３ワッシャーを押圧し、前記加圧スプリングに力を伝達することができる。

本発明のさらに他の態様によれば、（ａ）前記パネルと前記フレーム部を接着させた状態で、前記パネルと前記フレーム部を貫通するように前記締結部材を締結させる段階と；（ｂ）前記締結部材に前記ハンドル部を結合させる段階と；（ｃ）前記ハンドル部に力を加えて前記加圧部によって前記フレーム部を加圧してロックする段階と；を含む船舶用抵抗低減装置の製作方法が提供され得る。

前記（ｃ）段階の後に、前記パネル間の隙間に接着剤を塗布する段階をさらに含み、前記接着剤が硬化した後、前記締結部材から前記ハンドル部は結合解除され得る。

本発明の実施例による船舶用抵抗低減装置、これを製作する製作ユニット及び製作方法は、船舶の空気、風、グリーンウォーターによる抵抗を低減し、燃費を向上させることができる。

また、柱に支持されない代わりに、船首側ブルワーク構造材に連結された格子型のフレーム部と、フレーム部間の空間をカバーするパネルによって船舶に積載された貨物の正面部を傾きに塞いで、空気抵抗を効果的に減らすことができる。

また、格子型のフレーム部の間にメンブレイン形状のパネルが連結されているので、スチール構造物に対して相当量の重量節減効果をもたらすことができる。

また、フレーム部としてブルワーク構造材に連結された骨組フレームと、骨組フレームに支持されるパネルフレームと、骨組フレームに連結される対角フレームを提供しながら、パネルフレームのサイズをできるだけ同一に製作し、パネルの種類を最小化することによって、パネルの製作容易性及び搭載方法を容易にすることができる利点がある。

また、船舶に積載する貨物であるコンテナの正面部の幅と高さに対応するように抵抗低減装置の形状決定要素である主要形状寸法を定めた状態で実験し、燃費効率を極大化させることができる抵抗低減装置の主要形状寸法を提供することができる長所がある。

また、フレーム部には、ラグ及び足場がさらに設けられていて、抵抗低減装置の搭載及び脱着が容易であり、定期的な検査及び部分的補修時にもユーザの接近性を高めることができる。

また、抵抗低減装置の下部フレームを溶接によって固定させるか、または船舶のブルワーク上板をボルト及びナットで分解組立可能に結合させることができるので、抵抗低減装置の搭載または解体を容易に行うことができる。

また、パネルが挿入固定された挿入フレームを下側のフレーム部によって連結させる方式で抵抗低減装置を形成することによって、船体空気抵抗を低減して燃費を節減させ、作業性の向上及び軽量の強度強い抵抗低減装置を製作することができる。

また、抵抗低減装置の製作ユニットを利用してパネルとフレーム部がさらに堅固に結合されるようにし、且つ抵抗低減装置製作の簡便性及び効率性を高めることができる。

本発明の実施例による船舶の抵抗低減装置が船舶に適用された状態を示す使用状態図である。 図１に示された抵抗低減装置のフレーム部及びパネルを示す斜視図である。 図１に示された抵抗低減装置の内側形状を示す斜視図である。 図１に示された抵抗低減装置のグリーンウォーター荷重位置を示す斜視図である。 図４に示された応力に対する解釈結果を示すグラフである。 図１に示された抵抗低減装置の形状決定要素である主要形状寸法を示す図である。 図１に示された抵抗低減装置の形状決定要素である主要形状寸法を示す図である。 図１に示された抵抗低減装置の形状決定要素である主要形状寸法を示す図である。 図６〜図８の主要形状寸法によって正面部に作用する空気抵抗の比率を示す解釈図である。 図２に示されたフレーム部のラグ及び足場を示す斜視図である。 図１に示された抵抗低減装置の連結方法を示す分離斜視図である。 図２に示されたフレーム部とパネル間の結合形態を示す断面図である。 図２に示されたフレーム部とパネル間の結合形態を示す断面図である。 図２に示されたフレーム部とパネルがボルトによって結合された形態を示す断面図である。 図２に示されたフレーム部の上部にパネルを固定させる挿入フレームが設けられた形態を示す断面図である。 図１５に示された挿入フレームとこれに挿入固定されたパネルの一部を拡大した断面図である。 図１５に示された挿入フレーム及びパネルの終端が矢先形状に形成されたことを示す断面図である。 図１５に示されたパネルが一定の曲率を有する形状の場合、当該パネルが挿入される挿入フレームの形態を示す断面図である。 図２に示されたフレーム部とパネルが抵抗低減装置の製作ユニットによって結合された形態を示す断面図である。 図２に示されたフレーム部とパネルが抵抗低減装置の製作ユニットによって結合された形態を示す断面図である。 図１９と図２０に示された抵抗低減装置の製作ユニットの分解斜視図である。 図２１に示された抵抗低減装置の製作ユニットを利用してパネルとフレーム部を結合させる過程を示す断面図である。 図２１に示された抵抗低減装置の製作ユニットを利用してパネルとフレーム部を結合させる過程を示す断面図である。

以下では、本発明の実施例を添付図面を参照して詳しく説明する。

図１は、本発明の実施例による船舶の抵抗低減装置が船舶に適用された状態を示す使用状態図である。

図１を参照すれば、本発明の実施例による抵抗低減装置１００は、船舶１０の船首側のデック上部に設置され得る。例えば、船舶１０は、超大型コンテナ船舶を含むが、これに限定されない。抵抗低減装置１００は、船舶１０の航行中に空気、水（例えば、グリーンウォーター）、風による抵抗を阻止するかまたは減少させて、船舶１０の燃費を向上させる。また、船舶１０の最高速度低下を防止するか、または船舶１０の操縦性能の効率性を高めることができる。

抵抗低減装置１００は、船舶１０の船首形状と対応するように設けられ、前方から後方に行くほど幅が大きくなる形状に形成され得る。ここで、コンテナ２０は、抵抗低減装置１００の設置位置から一定の距離をもって離隔するように後方側に積載される。抵抗低減装置１００は、コンテナ２０を積載できない船首側の空間に適切に配置され、コンテナ２０の積載効率を低下させることなく、空気抵抗などを効果的に低減し、燃費を向上させることができる。

本発明の実施例による船舶の抵抗低減装置１００は、船舶１０の上部デック（Ｕｐｐｅｒ ｄｅｃｋ）の上方に突出した船首側ブルワーク（Ｂｕｌｗａｒｋ）構造材１１と抵抗低減装置１００のフレーム部１１０の骨組フレームを互いに一致するように連結させることによって、抵抗低減装置１００が船舶１０の船体（ｈｕｌｌ）に堅固に結合され得る。

このように堅固に結合された抵抗低減装置１００は、別途の柱を使用せずに、空気、風、グリーンウォーターのような各種荷重に耐えることができ、自体荷重による垂れが生じない。また、抵抗低減装置１００によって覆われる内側空間に各種船舶用意匠品の設置及び使用が可能である。

図２は、図１に示された抵抗低減装置のフレーム部及びパネルを示す斜視図である。図２を参照すれば、本実施例は、船舶の船首のデック上に格子形状に配置され、船首のブルワーク構造材１１の終端に連結されたフレーム部１１０と、フレーム部１１０間の空間をカバーし、抵抗低減装置１００の形状を成す複数のパネル１２０とを含む。複数のパネル１２０は、連続的にフレーム部１１０の間に配列及び結合されることによって、フレーム部１１０間の空間を仕上げる。フレーム部１１０は、骨組フレーム１１１、パネルフレーム１１２、１１３、対角フレーム１１４、１１５、外郭フレーム１１６、１１７、１１８、１１９を含む。

フレーム部１１０は、船舶の船首側ブルワークと連結されるものであって、さらに詳細には、フレーム部１１０の骨組フレーム１１１は、ブルワーク構造材１１とそれぞれ連結され得、Ｉ字、Ｌ字、Ｈ字ビームのような鉄骨構造物を意味する。

また、具体的な連結方法としては、骨組フレーム１１１を船舶のブルワーク構造材１１と一致した状態で溶接によって固定させるか、または、図１１に示されたように、骨組フレーム１１１を船舶のブルワーク構造材１１と一致した状態で積層された下部フレーム１１７とブルワーク上板１２をボルト及びナットで分解組立可能に結合させることができる。

パネルフレーム１１２、１１３は、骨組フレーム１１１に支持され、横方向と縦方向が交差して格子形状を成すように多数個が具備され得る。また、パネルフレーム１１２、１１３は、パネル１２０が嵌着されるか、または接着剤、溶接金属などが充填されるパネル締結溝を有するか、リベットまたはボルトなどの締結のためのパネル締結孔を多数個有する。パネルフレーム１１２、１１３のパネル締結溝またはパネル締結孔は、パネル１２０の設置後にシーリングによって密封処理され得る。この際、パネル１２０は、接着剤、リベット、ボルトのうちいずれか１つを含む締結具でフレーム部１１０に連結または結合され得る。

対角フレーム１１４、１１５は、下部フレーム１１７の中心点と上部フレーム１１６の終端を連結する曲線または直線よりなる。両方の対角フレーム１１４、１１５と上部フレーム１１６間の空間は、傾いた平板形態に形成され、空気、風などの流体抵抗を低減することができる。

外郭フレーム１１６、１１７、１１８、１１９は、骨組フレーム１１１またはパネルフレーム１１２、１１３に連結され、抵抗低減装置１００の外郭を成す役目を担当する。外郭フレーム１１６、１１７、１１８、１１９は、船舶のｘｙ平面上で船首の形状を有する曲線または直線よりなる下部フレーム１１７と、船舶のｘｚ平面上で下部フレーム１１７の幅より小さい幅を有する曲線または直線よりなる上部フレーム１１６と、上部フレーム１１６の終端と下部フレーム１１７の終端を連結する曲線または直線よりなる側部フレーム１１８、１１９とを含む。

前述したようなパネルフレーム１１２、１１３、対角フレーム１１４、１１５及び外郭フレーム１１６、１１７、１１８、１１９は、骨組フレーム１１１に連結され、フレーム部１１０を成すようになり、船舶の船体構造物であるブルワーク構造材１１及びブルワーク上板を通じて船体に堅固に設置され得る。特に、主要荷重は、骨組フレーム１１１及びブルワーク構造材１１及びブルワーク上板を通じて船体側に分散することによって、船舶に印加される各種荷重にもパネル１２０を堅固に支持することができる。

パネル１２０の形状は、四角形、三角形だけでなく、その他の多角形形状などを含む。また、パネル１２０は、曲面の輪郭を有する形態であることができる。また、パネル１２０は、曲率を有する板形状または平たい板形状を含む。また、パネル１２０は、互いに端部の一部が重なりながら連続的に組合される小型パネル構造を有するか、またはパネルフレーム１１２、１１３の側部に形成されたパネル締結溝を利用して一般的な窓と窓わく間の結合方式を利用して結合され得る大型パネル構造を含む。

また、パネル１２０は、空気、風、水などを遮断できるように、メンブレイン形状の薄膜、スチールまたは複合材料の板で製作され得る。複合材料は、２つ以上の材料を組み合わせたものであって、単一材料としては得られない優れた特性を有する。複合材料は、例えば、ガラス繊維強化高分子複合材料などを含む。これにより、抵抗低減装置１００は、軽量で製作され得、強い空気抵抗及び風化に耐えることができる耐久性を有する。このようなパネル１２０の素材は、防水性、軽量性に優れた材質を有するパネル製品群から選択されて使用され得る。

図３は、図１に示された抵抗低減装置の内側形状を示す斜視図である。図３を参照すれば、それぞれのパネル１２０は、ブルワーク構造材１１から延長した骨組フレーム１１１を有するフレーム部１１０によって支持されることによって、別途の柱を使用しなくても、梁形態の上部フレーム１１６で垂れが発生しない。また、パネル１２０がフレーム部１１０に比べて相対的に軽量化された素材なので、抵抗低減装置１００の軽量化に寄与し、船舶の燃費向上に寄与することができる。

図４は、図１に示された抵抗低減装置のグリーンウォーター荷重位置を示す斜視図であり、図５は、図４に示された応力に対する解釈結果を示すグラフである。

図４を参照すれば、抵抗低減装置１００は、船級ルール［例：ドイツＧＬ船級協会］で定めたグリーンウォーター荷重の配置を示すものであって、この際、矢印形状３０または点形状３１などは、グリウォト荷重を示しているものと理解することができる。

その結果、図５を参照すれば、本実施例の抵抗低減装置の応力解析結果を見るとき、最大応力が２７１ＭＰａであって、許容応力２９４．９ＭＰａを満たし、フレーム部の変形量が最大約５０ｍｍなので、結局、抵抗低減装置に柱を適用する必要がないものと解釈することができる。

また、船体抵抗を最小化しながら燃費向上を極大化できる抵抗低減装置１００の主要形状寸法は、船舶に積載するコンテナによって定められる。ここで、コンテナ２０は、複数個の個別コンテナボックスが複数で両舷方向及び垂直方向に積載された状態の貨物を意味する。

図６〜図８は、図１に示された抵抗低減装置の形状決定要素である主要形状寸法を示す図である。

図６〜図８を参照すれば、船舶１０の船首側最先端コンテナ２０は、最大積載高さｈ及び最大積載幅ｌを有し、下記の主要形状寸法に対する説明で基準値であるものと理解され得る。

また、抵抗低減装置１００に対する主要形状寸法は、最先端コンテナ２０と抵抗低減装置１００間の間隔ａと、最大積載高さｈに対する比率である抵抗低減装置の高さＨと、最大積載幅ｌに対する比率である抵抗低減装置の上端幅Ｌ（例：上部フレームの長さ）として定義され得る。ここで、点ｂは、下部フレームの中心点であり、ｃは、下部フレームの終端であり、ｄ１、ｄ２は、上部フレームの終端を示す。

図９は、図６〜図８の主要形状寸法によって正面部に作用する空気抵抗の比率を示す解釈図面である。

図９を参照すれば、抵抗低減装置の主要形状寸法（例えば、Ｌ、Ｈ）によって最先端コンテナの正面部に作用する空気抵抗の比率％が相異に現われることができる。

この際、１２０００ＴＥＵ模型で風動実験を行った結果、コンテナの正面部のみを考慮するとき、抵抗低減装置の上端幅Ｌが５０％、抵抗低減装置の高さＨが７５％であるとき、空気抵抗の比率が８６．５％であって、空気抵抗を最も小さく受けることが確認された。また、一定の水準以上のサイズなら、期待効果が類似していて、経済的な効率が劣るものと判断される。すなわち、船舶の抵抗低減装置１００を通過する空気流動がコンテナ２００の正面部にぶつかることなく、側部に流れるものである。

また、船舶の実際運航比率（全方向）を考慮して船舶の燃費を検討した結果、Ｌ＝７５％、Ｈ＝７５％である場合で抵抗低減装置を搭載した船舶の燃費が最も高いことが確認された。

したがって、図９の解釈結果及び実際運航比率を考慮してみれば、ＬとＨの形状決定要素は、各基準値に対して５０〜８０％が適当なものと判断され得る。

図１０は、図２に示されたフレーム部のラグ及び足場を示す斜視図である。図１０を参照すれば、フレーム部１１０には、ラグ１３０及び足場１４０が設けられる。ラグ１３０は、フレーム部１１０のＩ字断面のビームで製作され得る骨組フレーム１１１及び／または対角フレーム１１４、１１５などの上面に多数個設けられる。したがって、抵抗低減装置１００の搭載及び脱着が容易であり、定期的な検査及び部分的補修時にも、ユーザが容易に検査及び部分的に補修が必要なパネル１２０側に容易に接近することができる。

図１１は、図１に示された抵抗低減装置の連結方法を示す分離斜視図である。図１１を参照すれば、作業者は、クレーンなどを利用して抵抗低減装置１００用フレーム部である骨組フレーム１１１、下部フレーム１１７及び側部フレーム１１８などを引揚して船舶のブルワーク（ｂｕｌｗａｒｋ）側に運搬する。そして、フレーム部の骨組フレーム１１１と側部フレーム１１８が当該ブルワーク構造材１１の延長方向に一致するように配置させる。次に、ブルワーク上板１２の上面が下部フレーム１１７の底面に互いにぴったり合って面接触するように一致させた後、ボルト及びナットによって分解組立可能となるように連結させることができる。ここで、他の例として、下部フレーム１１７とブルワーク上板１２間の接触部位が溶接によって互いに固定されてもよい。

図１２と図１３は、図２に示されたフレーム部とパネル間の結合形態を示す断面図である。そして、図１４は、図２に示されたフレーム部とパネルがボルトによって結合された形態を示す断面図である。

図１２と図１３を参照すれば、前述したパネル１２０は、例えば、抵抗低減装置１００の形状及び配置位置によって曲率を有する板形状または平面の板形状などに設けられる。この際、フレーム部１１０は、パネル１２０の一部を下側で支持し、パネル１２０を互いに連結させることができる。すなわち、フレーム部１１０は、互いに隣接するパネル１２０を互いに連結させるために、パネル１２０が互いに密着した状態で各パネル１２０の一部を下側で支持することができる。

また、フレーム部１１０は、パネル１２０に密着する部位が平面形状に設けられる。しかし、これに限定されず、フレーム部１１０は、パネル１２０の形状に対応するように設けられる。例えば、フレーム部１１０の密着部位は、曲率を有する板形状のパネル１２０の曲率と同一の曲率を有するように設けられる。

また、フレーム部１１０は、上部に接着剤２が塗布された状態でパネル１２０の下部に接着され得る。さらに他の例として、フレーム部１１０の上部にシーリングマット（図示せず）が付着され、シーリングマット（図示せず）の上部に接着剤２が塗布された状態でパネル１２０に接着されてもよい。シーリングマット（図示せず）は、空気などの流体流入を防止するためのものである。このようなフレーム部１１０は、例えば、金属材質よりなる。また、フレーム部１１０は、その位置によって２個のパネル１２０だけでなく、３個以上のパネル１２０と当接することができる。また、フレーム部１１０によって連結されたパネル１２０の間に形成された隙間は、接着剤４によって充填され得る。

図１４を参照すれば、接着剤２によってフレーム部１１０とパネル１２０が接着された状態でボルト９をフレーム部１１０とパネル１２０を貫通するように締結させて、結合をさらに堅固にすることができる。ここで、ボルト９は、スタッドボルト（Ｓｔｕｄ Ｂｏｌｔ）を含み、この場合、ナットで締め付ける船体外作業が必要なことがある。また、他の例では、ボルト９の代わりにリベットなどの締結手段が使用され得る。

図１５は、図２に示されたフレーム部の上部にパネルを固定させる挿入フレームが設けられた形態を示す断面図である。そして、図１６は、図１５に示された挿入フレームとこれに挿入固定されたパネルの一部を拡大した断面図である。そして、図１７は、図１５に示された挿入フレーム及びパネルの終端が矢先形状に形成されたことを例示した断面図である。そして、図１８は、図１５に示されたパネルが一定曲率を有する形状の場合、当該パネルが挿入される挿入フレームの形態を例示した断面図である。

図１５〜図１８を参照すれば、フレーム部１１０の上部にパネル１２０を固定させる挿入フレーム３３０が設けられる。この際、フレーム部１１０は、挿入フレーム３３０を下側で支持し、挿入フレーム３３０を互いに連結させる。フレーム部１１０は、上部に接着剤２が塗布された状態で挿入フレーム３３０の下部に接着され得る。さらに他の例として、フレーム部１１０と挿入フレーム３３０は、一体型に設けられてもよい。

挿入フレーム３３０は、パネル１２０が挿入される挿入溝Ｈを形成する。ここで、挿入溝Ｈは、パネル１２０の端部側が挿入固定されるように挿入フレーム３３０の内側方向に行くほど一定に内径が大きくなり、終端で内径が狭くなる形状に設けられる。この際、図１７に示されたように、パネル１２０の終端は、挿入溝Ｈの終端と同様に矢先形状に設けられる。

また、理解を助けるために、図１７を参照すれば、パネル１２０が挿入される挿入溝Ｈの入口側の直径Ｗ１は、パネル１２０の厚さＷ２より小さく形成され、パネル１２０が圧入される方式で挿入溝Ｈに挿入されることによって、パネル１２０が安定に固定されるようにすることができる。

また、図１５と図１６を参照すれば、挿入フレーム３３０の一側は、挿入溝Ｈが形成された開放された形状であり、挿入フレーム３３０の他側は、フレーム部１１０の上部に互いに対面するように配置され得る。この際、他側が互いに対面するようにフレーム部１１０の上部に配置された挿入フレーム３３０は、挿入フレーム３３０の他側間の隙間に充填された溶接用金属５（例えば、溶加材）を利用した溶接作業によって互いに接合され得る。さらに他の例として、接着剤を挿入フレーム３３０の他側間の隙間に充填させて硬化させる方法によって挿入フレーム３３０を互いに接合させてもよい。このような挿入フレーム３３０は、例えば、金属材料で製作され得る。

パネル１２０は、挿入フレーム３３０の挿入溝Ｈの形態に対応する形態に設けられる。この際、パネル１２０は、一定の曲率を有する板形状及び平たい板形状のうち１つ以上を含む。

すなわち、図１５〜図１７に示されたように、パネル１２０が平たい板形状の場合、挿入フレーム３３０の挿入溝Ｈは、平たい板形状を有するパネル１２０が挿入されるように曲率を持たない一定形態に形成され得る。

また、他の例として図１８に示されたように、パネル１２０が一定の曲率を有する板形状の場合、挿入フレーム３３０の挿入溝Ｈは、曲率を有する板形状のパネル１２０が挿入されるように対応する曲率を有する形態に形成され得る。このような挿入フレーム３３０の挿入溝Ｈ及びパネル１２０の形態は、あらかじめ製作され、結合可能な形態に設けられ、前述した形態以外にも、抵抗低減装置１００の形態、配置位置などによって多様な形態にあらかじめ製作され得る。

図１５と図１６を参照すれば、パネル１２０の両側は、フレーム部１１０の上部に互いに対面するように配置された挿入フレーム３３０の挿入溝Ｈに挿入されて固定され、このような組立方式で抵抗低減装置１００が製作される。

この際、理解を助けるために、図１７を参照すれば、パネル１２０は、挿入溝Ｈに挿入される部位に接着層３１２と、接着層３１２上部の繊維層３１４が形成された状態で、挿入溝Ｈに挿入され得る。接着層３１２は、例えば、耐熱シリコン素材で設けられ、これは、溶接熱の浸透及び水分などの浸透を防止するためである。そして、繊維層３１４は、例えば、ガラス繊維マットで設けられ、これは、溶接熱が挿入フレーム３３０を通じてパネル１２０に伝達されることを防止するためである。これにより、挿入フレーム３３０の他側間の隙間に溶接用金属５が充填された場合、溶接作業によるパネル１２０の損傷を防止することができる。これは、抵抗低減装置１００を製作するために、複合材料で設けられたパネル１２０を溶接作業を通じて組立てようとする場合、非常に有用である。

一方、図１５〜図１８を参照すれば、パネル１２０が挿入された挿入フレーム３３０とフレーム部１１０を締結手段を用いて互いに結合させて、抵抗低減装置１００の強度を高めることができる。この際、ドリルのような穿孔装置を利用してフレーム部１１０と、パネル１２０が挿入された挿入フレーム３３０を貫通するホールを形成し、当該ホールにボルト、リベットなどの締結手段を締結する方法でパネル１２０と挿入フレーム３３０を結合させることができる。あらかじめ貫通されたホールを有するフレーム部１１０とパネル１２０を設けた場合には、穿孔作業が省略されてもよい。

例えば、フレーム部１１０の下側から上側方向に挿入フレーム３３０を貫通するようにボルト６を締結させ、ボルト６にナット７を締結する方式で、パネル１２０が挿入された挿入フレームとフレーム部１１０を互いに結合させることができる。この際、ボルト６は、スタッドボルト（Ｓｔｕｄ Ｂｏｌｔ）などを含む。

以下、図１５〜図１８の内容に基づいて、抵抗低減装置１００の製作過程について説明する。

まず、フレーム部１１０の上部に設けられた挿入フレーム３３０の挿入溝Ｈにパネル１２０を挿入させる。

次に、フレーム部１１０とパネル１２０が挿入された挿入フレーム３３０を貫通するように締結手段を締結させて、フレーム部１１０と挿入フレーム３３０を結合させる。

次に、挿入フレーム３３０間の隙間に溶接用金属５を充填させる。そして、溶接用金属５を利用して溶接作業を行い、挿入フレーム３３０間を接合させる。上記のような過程を繰り返して行うことによって、複合材料で設けられたパネル１２０が溶接作業によって損傷されることなく、効率的に抵抗低減装置１００を製作することができる。

図１９と図２０は、図２に示されたフレーム部とパネルが抵抗低減装置の製作ユニットによって結合された形態を示す断面図である。そして、図２１は、図１９と図２０に示された抵抗低減装置の製作ユニットの分解斜視図である。

図１９〜図２１を参照すれば、パネル１２０とフレーム部１１０が接着された状態で抵抗低減装置の製作ユニット４００によってパネル１２０とフレーム部１１０間の結合がさらに堅固に行われる。

抵抗低減装置の製作ユニット４００は、締結部材４１０、ハンドル部４２０、密封部材４３０、第１ワッシャー４４１、第２ワッシャー４４２、加圧スプリング４５０及び第３ワッシャー４４３を含む。

締結部材４１０は、ヘッド４１２と外面に一度以上折り曲げられて凹設された形状の締結溝Ｈが形成された胴体４１４を含む。締結部材４１０は、前述したように、抵抗低減装置１００の形状を構成する複数のパネル１２０と、パネル１２０を互いに連結させ、パネル１２０の少なくとも一部を下側で支持するフレーム部１１０が接着された状態で、パネル１２０とフレーム部１１０を貫通して締結される。このような締結部材４１０は、例えば、リベットなどを含む。

ハンドル部４２０は、加圧部４２２と加圧部４２２から延長形成された被押圧部４２４とを含む。加圧部４２２には、貫通されたホールが形成されていて、当該ホールに結合された結合軸４２６を前述した締結溝Ｈに締結させる方法で、ハンドル部４２０を締結部材４１０に結合させることができる。ここで、締結溝Ｈが一度以上折り曲げられて凹設された形状で胴体４１４に形成されているので、結合軸４２６を締結溝Ｈに締結または締結解除させる動作でハンドル部４２０と締結部材４１０間の結合または結合解除が簡便に行われるので、効率的で且つ生産的な作業が行われる。

加圧部４２２は、締結部材４１０の胴体４１４幅Ｗ１より大きい幅Ｗ２の開放された形状に設けられ、締結部材４１０とハンドル部４２０の締結が容易である。加圧部４２２は、フレーム部１１０を加圧する部位が曲面形状に設けられる。また、加圧部４２２の一側の終端部４２２ａは、平面形状に設けられる。これは、フレーム部１１０とパネル１２０の結合時に加圧部４２２によってロック状態が容易に解除されないようにするためである。

被押圧部４２４は、ハンドル部４２０と締結部材４１０が結合された状態で力が加えられれば、加圧部４２２がフレーム部１１０を加圧しながらロック状態になるようにする。

密封部材４３０は、パネル１２０とフレーム部１１０の貫通ホールに挿入され、中空の形状に設けられる。このような密封部材４３０は、例えば、ゴム、金属などで具現され得る。密封部材４３０は、空気などの流体の流入を防止し、締結部材４１０によってパネル１２０とフレーム部１１０がさらに堅固に結合されるようにする。

第１ワッシャー４４１は、パネル１２０とフレーム部１１０の貫通ホールに対応するようにパネル１２０の上部に付着する。

第２ワッシャー４４２、加圧スプリング４５０及び第３ワッシャー４４３は、密封部材４３０に挿入された締結部材４１０にそれぞれ順次に締結される。この際、ハンドル部４２０を締結部材４１０に結合した後、被押圧部４２４に力を加えれば、加圧部４２２は、第３ワッシャー４４３を押圧して加圧スプリング４５０に力を伝達し、これに基づいてフレーム部１１０に加圧が行われる。

以下、図１９〜図２１の内容に基づいて、図２２と図２３を通じて抵抗低減装置の製作ユニット４００を利用して抵抗低減装置１００を製作する過程について説明する。

図２２と図２３は、図２１の抵抗低減装置の製作ユニットを利用してパネルとフレーム部を結合させる過程を示す断面図である。

図２２を参照すれば、まず、パネル１２０とフレーム部１１０が接着剤２によって接着された状態で、パネル１２０とフレーム部１１０を貫通するように締結部材４１０を締結させる。この際、締結部材４１０は、パネル１２０とフレーム部１１０を垂直方向に締結することができる。本過程は、パネル１２０とフレーム部１１０の貫通ホールに中空の密封部材４３０を挿入させ、パネル１２０の上部に貫通ホールに対応するように第１ワッシャー４４１を付着させた後、締結部材４１０を第１ワッシャー４４１を通じて密封部材４３０に挿入させる過程で行われる。この際、密封部材４３０は、空気などの流体流入を防止する役目を行う。そして、パネル１２０とフレーム部１１０の貫通ホールは、あらかじめ互いに一致するように製作されるか、またはパネル１２０とフレーム部１１０が接着された状態でドリルなどの穿孔装置によって形成され得る。

次に、締結部材４１０にハンドル部４２０を結合させる。この際、本過程は、密封部材４３０に挿入された締結部材４１０に第２ワッシャー４４２、加圧スプリング４５０、第３ワッシャー４４３をそれぞれ順次に密着締結してフレーム部１１０の下部に位置させ、加圧部４２２に結合軸４２６を結合させて締結溝Ｈに締結する過程で行われる。

次に、図２３を参照すれば、被押圧部４２４に力を加えて加圧部４２２によってフレーム部１１０を加圧する。この際、ハンドル部４２０は、ロック状態となる。これにより、パネル１２０とフレーム部１１０が強度強く結合され得る。

その後、パネル１２０間の隙間は、接着剤４によって充填され得る。この際、充填された接着剤４が硬化した後、締結部材４１０からハンドル部４２０を結合解除し、第３ワッシャー４４３、加圧スプリング４５０、第２ワッシャー４４２を順次に締結部材４１０から締結解除してもよい。この際、結合軸４２６を締結溝Ｈから簡便に締結解除させる方法でハンドル部４２０を締結部材４１０から便利に結合解除させることができる。しかし、必ず本過程を行わなければならないものではなく、前述したように、ハンドル部４２０をロック状態でそのまま維持させてもよい。このように、前述した過程を繰り返して行いながら抵抗低減装置１００が効果的に製作され得る。

以上では、特定の実施例について図示し説明した。しかし、本発明は、前述した実施例にのみ限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者なら以下の請求範囲に記載された発明の技術的思想の要旨を逸脱することなく、いくらでも多様に変更実施することができる。

Claims (25)

1. 船舶の船首デック上に設置されたフレーム部と；
   前記船舶に積載した貨物に作用する流体による抵抗を低減させるように、前記フレーム部間の空間をカバーする複数のパネルと；を含む船舶用抵抗低減装置。
2. 前記フレーム部は、前記船舶の船首側ブルワーク（ｂｕｌｗａｒｋ）と連結される鉄骨構造物である骨組フレームを含むことを特徴とする請求項１に記載の船舶用抵抗低減装置。
3. 前記フレーム部は、前記骨組フレームに支持され、格子形状を成し、前記パネルが結合されるパネルフレームと、
   前記骨組フレームまたは前記パネルフレームに連結され、抵抗低減装置の外郭を成す外郭フレームと、
   前記外郭フレームの下部フレームの中心点と上部フレームの終端を連結する対角フレームと、をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の船舶用抵抗低減装置。
4. 前記外郭フレームは、前記船舶のｘｙ平面上で船首の形状を有する曲線または直線よりなる下部フレームと、
   前記船舶のｘｚ平面上で前記下部フレームの幅より小さい幅を有する曲線または直線よりなる上部フレームと、
   前記上部フレームの終端と前記下部フレームの終端を連結する曲線または直線よりなる側部フレームと、を含むことを特徴とする請求項３に記載の船舶用抵抗低減装置。
5. 前記フレーム部の側部フレームと骨組フレームが前記船舶のブルワーク構造材の延長方向に一致するように配置され、前記船舶のブルワーク上板の上面が前記下部フレームの底面に面接触することを特徴とする請求項４に記載の船舶用抵抗低減装置。
6. 前記パネルは、板形状で互いに端部の一部が重なりながら連続的に組合されるか、または前記フレーム部のパネルフレームの側部に形成されたパネル締結溝に結合されることを特徴とする請求項１に記載の船舶用抵抗低減装置。
7. 抵抗低減装置の上端幅及び高さは、それぞれ前記船舶の船首側最先端コンテナの最大積載高さ及び最大積載幅に対して５０〜８０％であることを特徴とする請求項１に記載の船舶用抵抗低減装置。
8. 前記フレーム部には、ラグ及び足場がさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載の船舶用抵抗低減装置。
9. 船舶の船首デック上に設置されたフレーム部と；
   前記船舶に積載した貨物に作用する流体による抵抗を低減させるように、前記フレーム部間の空間をカバーする複数のパネルと；
   前記パネル間の連結のために前記パネルの一部が挿入され、前記フレーム部によって下側が支持される挿入フレームと；を含む船舶用抵抗低減装置。
10. 前記挿入フレームは、前記パネルの端部側が挿入される挿入溝を含み、
    前記パネルが挿入される前記挿入溝の入口側の直径は、前記パネルの厚さより小さく形成され、前記パネルが圧入される方式で前記挿入溝に挿入されることを特徴とする請求項９に記載の船舶用抵抗低減装置。
11. 前記挿入溝は、内側方向に行くほど内径が大きくなり、終端で内径が狭くなるように形成されることを特徴とする請求項１０に記載の船舶用抵抗低減装置。
12. 前記フレーム部の上部に配置された両側挿入フレームの一側は、前記挿入溝が形成された開放された形状であり、他側は、互いに対面するように配置されることを特徴とする請求項１０に記載の船舶用抵抗低減装置。
13. 前記フレーム部の上部に配置された両側挿入フレームは、相互間の他側の間に充填された溶接用金属によって溶接接合されることを特徴とする請求項１２に記載の船舶用抵抗低減装置。
14. 前記挿入フレームに挿入固定される前記パネルの外面には、接着層と前記接着層上部の繊維層が形成されることを特徴とする請求項９に記載の船舶用抵抗低減装置。
15. 前記フレーム部の一側から他側に前記パネルまたは前記挿入フレームを貫通するように締結され、前記フレーム部と前記パネルまたは前記挿入フレームを結合させる締結手段をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の船舶用抵抗低減装置。
16. 前記挿入フレームと前記フレーム部は、一体に形成されることを特徴とする請求項９に記載の船舶用抵抗低減装置。
17. 前記パネルは、複合材料で製作されることを特徴とする請求項９に記載の船舶用抵抗低減装置。
18. 請求項９に記載の船舶用抵抗低減装置の製作方法において、
    前記フレーム部によって支持される前記挿入フレームの挿入溝に前記パネルを挿入させる段階と；
    前記フレーム部と前記挿入フレームを貫通するように締結手段を締結させて前記フレーム部と前記挿入フレームを結合させる段階と；
    前記挿入フレーム間の隙間に溶接用金属を充填させる段階と；
    前記溶接用金属を利用して溶接作業を行い、前記挿入フレームを互いに接合させる段階と；を含む船舶用抵抗低減装置の製作方法。
19. 前記挿入フレームの挿入溝に前記パネルを挿入させる段階は、前記挿入溝に挿入される前記パネルの外面に接着層と前記接着層上部の繊維層を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１８に記載の船舶用抵抗低減装置の製作方法。
20. 船舶の船首デック上に設置されたフレーム部と、前記船舶に積載した貨物に作用する流体による抵抗を低減させるように、前記フレーム部間の空間をカバーする複数のパネルとを含む船舶用抵抗低減装置を製作するための船舶用抵抗低減装置の製作ユニットにおいて、
    ヘッドと締結溝が形成された胴体を含み、前記パネルと前記パネルの少なくとも一部を下側で支持し、前記パネルを互いに連結させるフレーム部が接着された状態で、前記パネルと前記フレーム部を貫通して締結される締結部材と；
    加圧部と前記加圧部から延長形成された被押圧部とを含み、前記加圧部の貫通されたホールに結合された結合軸を前記締結溝に締結した状態で、前記被押圧部に力が加えられれば、前記加圧部によって前記フレーム部を加圧してロック状態となるハンドル部と；を含む船舶用抵抗低減装置の製作ユニット。
21. 前記加圧部は、前記フレーム部を加圧する部位が曲面形状に設けられることを特徴とする請求項２０に記載の船舶用抵抗低減装置の製作ユニット。
22. 前記パネルと前記フレーム部の貫通ホールに挿入される中空の密封部材と、前記パネルの上部に前記貫通ホールに対応するように付着される第１ワッシャーとをさらに含み、前記締結部材は、前記第１ワッシャーを通じて前記密封部材に挿入されることを特徴とする請求項２０に記載の船舶用抵抗低減装置の製作ユニット。
23. 前記密封部材に挿入された前記締結部材にそれぞれ順次に締結される第２ワッシャー、加圧スプリング及び第３ワッシャーをさらに含み、
    前記ハンドル部が前記締結部材に結合され、前記被押圧部に力が加えられれば、前記加圧部によって前記加圧が行われるように前記第３ワッシャーを押圧し、前記加圧スプリングに力を伝達することを特徴とする請求項２２に記載の船舶用抵抗低減装置の製作ユニット。
24. 請求項２０に記載の抵抗低減装置の製作ユニットを利用した船舶用抵抗低減装置の製作方法において、
    （ａ）前記パネルと前記フレーム部を接着させた状態で、前記パネルと前記フレーム部を貫通するように前記締結部材を締結させる段階と；
    （ｂ）前記締結部材に前記ハンドル部を結合させる段階と；
    （ｃ）前記ハンドル部に力を加えて、前記加圧部によって前記フレーム部を加圧してロックする段階と；を含む船舶用抵抗低減装置の製作方法。
25. 前記（ｃ）段階の後に、前記パネル間の隙間に接着剤を塗布する段階をさらに含み、前記接着剤が硬化した後、前記締結部材から前記ハンドル部が結合解除されることを特徴とする請求項２４に記載の船舶用抵抗低減装置の製作方法。

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