JP2023514098A - 操向装置及びそれを備える船舶 - Google Patents

Abstract

本発明の一実施例による操向装置は、プロペラに隣接して設けられるラダーと、上記ラダーに設けられるバルブと、上記バルブから上下方向にそれぞれ延長され、上記バルブにおいて上記ラダーのリーディングエッジから突出した部分に結合されて、流体の流れをガイドするガイド部と、を含むことを特徴とする。

Description

本発明は操向装置及びそれを備える船舶に関する。

通常、大型船舶の場合、船体の後部に取り付けられているプロペラの回転時に発生する流体の流れを利用して前進する方式が用いられる。このとき、プロペラの後方にはラダーが取り付けられ、ラダーが左右に回転することによって流体の流れる方向を調整することで航海の方向を変える。

このようにプロペラの回転により一定速度を出すためにはディーゼルなどのオイルを使用してエンジンを駆動する必要があるが、この場合、大量のオイルが消費され、温室効果ガスが排出されることにより、環境破壊などの問題を引き起こすことになる。

従って、最近では、船舶の推進時に消費されるエネルギーを削減して燃料使用量を減縮するために様々な努力がなされている。特に、ＩＭＯでは２０１０年に船舶の運航時の温室効果ガス削減対策について議論しており、燃費規制に対する基準及び方向の確定に関する議論を進めている。

このような動きに海運会社も加わるにつれて、海運会社は燃料費に対する負担が軽減できる燃料節減型船舶に関心を持ち始めた。このような海運会社のニーズにより、造船会社は燃料消費量を減らし、温室効果ガスの排出を減らすことができる燃料節減型技術について持続的に研究及び開発している。

燃料節減型技術の一例として、船舶の後尾、プロペラ、ラダーなどの形状を改良したり、別途の付加物を付着することで推進効率を高めるとともに燃料を節減する省エネ付加装置（ＥＳＤ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）に関心が集まっており、当該省エネ付加装置は大半の船舶に既に適用されて使用されている。

ところが、従来使用されているバルブは抵抗の増加を招く恐れがあり、操向性能の向上または推進効率の増大に限界があるため、改善が求められる。

本発明は上記のような従来技術の問題点を解決すべく創出されたものであり、本発明の目的はバルブを備えるが、抵抗を減らすとともにハブボルテックス（Ｈｕｂ Ｖｏｒｔｅｘ）低減効果が確保できる操向装置及びそれを備える船舶を提供することである。

本発明の一実施例による操向装置は、プロペラに隣接して設けられるラダーと、上記ラダーに設けられるバルブと、上記バルブから上下方向にそれぞれ延長され、上記バルブにおいて上記ラダーのリーディングエッジから突出した部分に結合されて、流体の流れをガイドするガイド部と、を含むことを特徴とする。

本発明の他の実施例による船舶は、上記操向装置を含むことを特徴とする。

具体的には、上記ガイド部は、上部方向に延長される第１延長部材と、下部方向に延長される第２延長部材と、を含んでもよい。

具体的には、上記第１延長部材と上記第２延長部材は少なくとも何れか一面が鉛直に形成されてもよい。

具体的には、上記第１延長部材と上記第２延長部材は少なくとも何れか一面が傾斜を有してもよい。

具体的には、上記第１延長部材と上記第２延長部材は上記バルブから端部に向かうほど断面積が減少してもよい。

具体的には、上記第１延長部材と上記第２延長部材は左右非対称に形成されてもよい。

具体的には、上記ラダーは、リーディングエッジが上記プロペラの軸と左右方向に並んで鉛直に形成されてもよい。

具体的には、上記ガイド部は、曲げ加工が省略されるように２つの平板が接点 ラウンド処理されて形成されてもよい。

本発明による操向装置及びそれを備える船舶は、ハブボルテックスの回転エネルギーの減少によってラダー流入流の直進性を改善することができ、比較的簡単な形状の付加物であるガイド部を通してラダーに作用する流体力の追加を改善することができ、ラダー抵抗の減少によって推進効率の改善及び構造の安定性を改善することができる。

本発明の第１実施例による操向装置を示す図である。 本発明の第２実施例による操向装置を示す図である。 本発明の第３実施例による操向装置を示す図である。 本発明の第４実施例による操向装置を示す図である。 本発明の第５実施例による操向装置を示す図である。 本発明の第６実施例による操向装置の正面を示す図である。 本発明の第６実施例による操向装置の一側を詳細に示す図である。 本発明の第６実施例による操向装置の他側を詳細に示す図である。 本発明の第６実施例による操向装置の側面を示す図である。 従来技術と本発明の第６実施例による操向装置が設けられる船舶の左舷部分を比較して示す図である。 従来技術と本発明の第６実施例による操向装置が設けられる船舶の右舷部分を比較して示す図である。 従来技術と本発明の第６実施例による操向装置が設けられる船舶の運用に必要な伝達馬力の改善度合いを比較した図である。 バルブのみが備えられる船舶と本発明の実施例によるガイド部が備えられる船舶を比較するために示す図である。 図１０の違う方向を示す図である。 図１０に示す船舶のＣＦＤ解析結果を比較して示したものである。 図１０に示す船舶の模型試験結果を比較して示したものである。 図１０に開示される船舶に対する解析結果を比較して示したものである。 図１０の他の模型船舶に対する比較を示す図である。 図１５に開示される船舶に対して改善度合いを比較した図である。 図１５に開示される船舶に対して改善度合いを比較した図である。 本発明の実施例による船舶において曲げ加工が変形された他の形態を示す図である。 図１８とは異なる形態の船舶を示す図である。 本発明の実施例による船舶におけるガイド部のスペックを説明するための図である。

本発明の目的、特定の利点及び新規な特徴は添付の図面に係わる以下の詳細な説明及び好ましい実施例よりさらに明らかになるであろう。本明細書において各図面の構成要素に参照番号を付するに当たり、同じ構成要素に限っては他の図面に表示されても可能な限り同じ番号を付したことに留意すべきである。また、本発明の説明において、関連する公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に不明確にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施例による操向装置を示す図であり、図２は本発明の第２実施例による操向装置を示す図であり、図３は本発明の第３実施例による操向装置を示す図であり、図４は本発明の第４実施例による操向装置を示す図であり、図５は本発明の第５実施例による操向装置を示す図であり、図６は本発明の第６実施例による操向装置を示す図である。

そして、図７及び図８は従来技術と本発明の第６実施例による操向装置が設けられる船舶を比較して示す図であり、図９は従来技術と本発明の第６実施例による操向装置が設けられる船舶の運用に必要な伝達馬力の改善度合いを比較した図である。

さらに、図１０と図１１はバルブのみが備えられる船舶と本発明の実施例によるガイド部が備えられる船舶を比較するために示す図であり、図１２～図１４は図１０に示す船舶に対して比較したデータを示すものである。

図１５は図１０の他の模型船舶に対する比較を示す図であり、図１６と図１７は図１５に開示される船舶に対して改善度合いを比較した図である。

また、図１８は本発明の実施例による船舶において曲げ加工が変形された他の形態を示す図であり、図１９は図１８とは異なる形態の船舶を示す図である。

図２０は本発明の実施例による船舶におけるガイド部のスペックを説明するための図である。

図１～図２０を参照すると、本発明の一実施例による船舶１０は、エンジンシステム（不図示）及び操向装置１００などを含んでもよい。

そして、操向装置１００はラダー１１０、バルブ１２０及びガイド部１３０を含んでもよく、説明及び理解の便宜上、図面を基準として左側及び右側などと方向などを表現することがあるが、これに限定されない。

なお、第１実施例～第６実施例は、後述するように実施例によって同じ技術が適用されたり、異なる技術が適用されたり、組み合わせたりすることができ、多様な変形例を有することができるため、同じ名称の構成に同じ符号を使用したとしても特定の実施例に限定されない。

ラダー１１０は、プロペラ（符号不図示）に隣接して設けられてもよく、船体のホーンまたはスケグに連結れれてもよく、ラダー軸（不図示）が挿入されてもよい。このとき、ラダー軸は上下鉛直方向に形成されてもよく、ラダー１１０の前端にはリーディングエッジ１０１が形成され、後端にはトレーリングエッジ１０２が形成されてもよい。

本実施例のラダー１１０は、ツイストラダー（Ｔｗｉｓｔ Ｒｕｄｄｅｒ）とは異なり、リーディングエッジ１０１とトレーリングエッジ１０２が連続的に設けられてもよい。例えば、ラダー１１０は、リーディングエッジ１０１がプロペラの軸と左右方向に並んで鉛直に形成されてもよい。

ただし、リーディングエッジ１０１は、上下方向に鉛直に形成されるが、前後方向に対して上部から下部に傾斜を有してもよく、上端から下端に向かうほど後方に傾斜した形状であってもよい。

そして、トレーリングエッジ１０２は、上下鉛直方向に形成されて水線面と垂直な線であってもよい。無論、本実施例はリーディングエッジ１０１とトレーリングエッジ１０２が上記のように限定されるものではなく、逆にリーディングエッジ１０１が水線面と垂直であり、トレーリングエッジ１０２は傾斜した形状であってもよい。

また、ラダー１１０の断面は前端であるリーディングエッジ１０１が曲面であり、後端であるトレーリングエッジ１０２が尖った形状であってもよく、具体的には翼型であってもよい。また、ラダー１１０の断面は上部から下部に向かうほど面積が減少する形状であってもよい。このとき、断面が減少する割合は一定であってもよく、下部に向かうほどトレーリングエッジ１０２を基準として左右の幅及び前後の幅が減少することができる。

バルブ１２０はラダー１１０に設けられてもよく、例えば、ラダー１１０の前端から突出する。バルブ１２０はラダー１１０のリーディングエッジ１０１を基準として前方に一定の長さだけ突出してもよく、また、リーディングエッジ１０１の後方からラダー１１０の左右に突出する形状であってもよい。

ガイド部１３０はバルブ１２０から上下方向にそれぞれ延長され、バルブ１２０においてラダー１１０のリーディングエッジ１０１から突出した部分に結合されて、流体の流れをガイドすることができる。

ここで、ガイド部１３０は第１延長部材１３１及び第２延長部材１３２を含んでもよい。

第１延長部材１３１は上部方向に延長され、第２延長部材１３２は下部方向に延長されてもよい。

例えば、図１、図３、図５のように、第１延長部材１３１と第２延長部材１３２は少なくとも何れか一面が鉛直に形成されてもよい。

ここで、図１及び図３のように、第１延長部材１３１及び第２延長部材１３２のそれぞれは、左右側（図面基準）が平行に形成され、板状からなってもよい。図１のように、バルブ１２０の中心から上部に向かってまたは下部に向かって鉛直に延長された形状であってもよい。または、図３のように、バルブ１２０の左側（図面基準）または右側（図面基準）のそれぞれから上部方向または下部方向に鉛直に延長された形状であってもよい。

また、図５のように、第１延長部材１３１及び第２延長部材１３２のそれぞれは、内部に中空が形成される立体構造であってもよく、左側または右側は鉛直に形成され、これと対向する右側または左側は傾斜を有してもよい。

これは、図５のように、第１延長部材１３１の左側はバルブ１２０の上部の中心から鉛直方向に延長され、第１延長部材１３１の右側は傾斜を有することができるため、バルブ１２０右側端部から第１延長部材１３１の左側端部まで延長される形状に備えられることで、バルブ１２０から上部に向かって第１延長部材１３１の断面積が徐々に減少する構造を有することができる。このとき、第２延長部材１３２の右側はバルブ１２０の下部の中心から鉛直に延長され、第２延長部材１３２の左側はバルブ１２０の左側端部から第２延長部材１３２の右側端部まで延長される形状に備えられる。

そして、図２、４、６のように、第１延長部材１３１と第２延長部材１３２の全体が傾斜した形状であってもよい。

これは、図２及び図６のように、第１延長部材１３１がバルブ１２０の中心から図面を基準として右方向に傾斜し、第２延長部材１３２が図面を基準として左方向に傾斜した形状からなり、図２のように板の構造であるか、または図６のように立体構造に形成されることができる。さらに、図６のように、第１延長部材１３１及び第２延長部材１３２のそれぞれは、第５実施例と同一／類似するように端部に向かうほど断面積が減少する立体構造であってもよい。ただし、図６ａの実施例には、第１延長部材１３１及び第２延長部材１３２のそれぞれの端部がラダー１１０の左右側から内側方向に離隔して設けられていることが示されているが、好ましくは、ラダー１１０の右側の線に沿って第１延長部材１３１の右側が設けられ、ラダー１１０の左側の線に沿って第２延長部材１３２の左側が設けられて海水の流れをより容易にガイドすることができる。

なお、本実施例の第１延長部材１３１及び第２延長部材１３２は、図２などの第２実施例などのように左右非対称に形成されてもよい。

このように、第１実施例～第６実施例は、実施例によって重複する技術が適用されるか（第２実施例及び第４実施例はともに傾斜した構造）、少なくとも一部が相違する技術（第１実施例は鉛直であり、第２実施例は傾斜、第２実施例と第４実施例の傾斜方向の相違など）が適用されてもよいが、これはそれぞれの実施例においてプロペラの構造、作動などのようにプロペラ後流の流れを考慮して様々な構造のプロペラのそれぞれに最適な実施例を考慮するためである（例えば、プロペラの回転に因るハブボルテックスは、右回転プロペラの場合、プロペラ軸を基準として上部は左舷から右舷方向に流入）。

そして、上記実施例のうち第６実施例は、以下のように従来技術と相違することが実験データから確認することができ、それは図７～図９の通りである。

まず、図７及び図８を参照すると、本実施例の図７のＢと図８のＢは、図７のＡと図８のＡの従来技術とは違ってガイド部１３０が設けられており、図７及び図８の円及び矢印の幅を参照すると、ハブボルテックスの領域が減少して直進性が向上することが分かる。

また、図９を参照すると、ガイド部１３０がなくバルブ１２０のみが設けられる従来（ｅｘｉｓｔｉｎｇ）（表示Ａ）に比べて、本実施例（表示Ｂ）のようにガイド部１３０が付加されると、抵抗Ｒ、推力Ｔ、トルクＱなどにおいて全て改善効果が確保でき、最終的には船舶の運用に必要な伝達馬力が従来技術対比で改善されることが分かる（Ｓｅｌｆ－Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ、契約速度に基づいて実証）。

ここで、図９の数値は、比較のために従来技術を１００％として本実施例を比率で示したものである。

また、図１０～図１７を参照して説明すると、以下の通りである。

ここで、図１０及び図１１に開示される船舶は、例えば、低速肥大船（Ｔａｎｋｅｒ）であってもよく、これに対応する模型船と模型プロペラを適用して試験が行われ、試験及び解析の種類はＳｅｌｆ－Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ及び設計速度が適用され、実証方法はＣＦＤ及び模型試験で行われた。

これに対して解析したデータから、図１２（ＣＦＤの解析結果）及び図１３（模型試験の結果）のように、図１０及び図１１の（Ａ）のバルブのみを備える船舶に比べて図１０及び図１１の（Ｂ）、（Ｃ）に示すようにガイド部１３０を備える船舶において伝達馬力（ｐｏｗｅｒ）が改善されることが分かる。

そして、図１４を参照すると、（Ａ）と表示されるバルブのみを備える船舶に比べて、ガイド部１３０が開示される船舶を表示する（Ｂ）が伝達馬力（ｐｏｗｅｒ）とｅｔａＤ（推進効率）が全て改善されることが分かる。

また、図１５に開示されるように、図１０に開示される船舶と違う船種／模型船舶に対して異なる形状のプロペラを適用する場合、上述と同様／類似するようにＳｅｌｆ－Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎが適用され、設計速度が適用され、実証方法は模型試験で行われる。

このとき、図１５の（Ａ）はバルブは設けられるが、ガイド部が省略される船舶であり、（Ｂ）はバルブにガイド部が付加された船舶である。これらの船舶を比較した図１６及び図１７を参照すると、伝達馬力とｅｔａＤ（推進効率）はガイド部が備えられる船舶において共に改善されることが分かる。

また、図１８（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｒｕｄｄｅｒ Ｔｙｐｅであってもよい）及び図１９（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｒｕｄｄｅｒ Ｔｙｐｅであってもよい）を参照すると、ガイド部１３０は曲げ加工が省略される構造であってもよい。例えば、図１８及び図１９の（Ａ）に比べて、図１８及び図１９の（Ｂ）のように平板２つと接点ラウンド処理によりガイド部を形成して曲げ加工を最小化し、生産性の向上及び品質検査を簡略化することができる。

これと係わり、図２０を参照すると、対称及び非対称のラダータイプに関わらず、ガイド部１３０はバルブ１２０の上部及び下端のそれぞれに２つの平板が当接してなる構造で製造されてもよく、このとき、２つの平板が当接する接線はラウンド処理されてもよい。

このようなガイド部１３０の高さ（Ｈｅｉｇｈｔ）はバルブ１２０のセンターを中心としてバルブ１２０の長さ（Ｂｕｌｂ ｌｅｎｇｔｈ）の３０～５０％であってもよく、ガイド部１３０の傾きは設定された高さから下方２０度～５５度であってもよく、ガイド部１３０の接線の曲率は２０．０～６０φであってもよい。

このように本実施例は、ハブボルテックスの回転エネルギーの減少によってラダー流入流の直進性を改善することができ、比較的単純な形状の付加物であるガイド部１３０を通してラダー１１０に作用する流体力の追加を改善することができ、ラダー１１０の抵抗減少によって推進効率の改善及び構造の安定性を改善することができるが、ボルテックス強度はラダー１１０に設けられた球状のバルブ１２０によって一次減衰し、ガイド部１３０によって二次減衰することができる。

本発明は上記で説明した実施例に限定されず、上記実施例の組み合わせまたは上記実施例の少なくとも何れか１つと公知技術の組み合わせをさらに他の実施例として含むことができる。

以上、本発明を具体的な実施例をもって詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有する者によりその変形や改良が可能であることは明らかである。

本発明の単なる変形及び変更はすべて本発明の範囲に属し、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲によって明らかになる。

Claims (9)

1. プロペラに隣接して設けられるラダーと、
   上記ラダーに設けられるバルブと、
   上記バルブから上下方向にそれぞれ延長され、上記バルブにおいて上記ラダーのリーディングエッジから突出した部分に結合されて、流体の流れをガイドするガイド部と、を含むことを特徴とする操向装置。
2. 上記ガイド部は、
   上部方向に延長される第１延長部材と、
   下部方向に延長される第２延長部材と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の操向装置。
3. 上記第１延長部材と上記第２延長部材は、
   少なくとも何れか一面が鉛直に形成されることを特徴とする請求項２に記載の操向装置。
4. 上記第１延長部材と上記第２延長部材は、
   少なくとも何れか一面が傾斜を有することを特徴とする請求項２に記載の操向装置。
5. 上記第１延長部材と上記第２延長部材は、
   上記バルブから端部に向かうほど断面積が減少することを特徴とする請求項２に記載の操向装置。
6. 上記第１延長部材と上記第２延長部材は、
   左右非対称に形成されることを特徴とする請求項２に記載の操向装置。
7. 上記ラダーは、
   リーディングエッジが上記プロペラの軸と左右方向に並んで鉛直に形成されることを特徴とする請求項１に記載の操向装置。
8. 上記ガイド部は、
   曲げ加工が省略されるように２つの平板が接点 ラウンド処理されて形成されることを特徴とする請求項１に記載の操向装置。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の上記操向装置を含むことを特徴とする船舶。

Images