JP2024043622A - 流体抵抗低減省エネ船 - Google Patents

Abstract

【課題】航行中に受ける船体表面における流体摩擦抵抗と船首部における造波抵抗の両方を同時に低減する省エネ効果の高い流体抵抗低減省エネ船を提供する。【解決手段】装置構成は、船首部船内のポンプピット内に、微細気泡貫流ポンプを、中空回転軸モータを上側にして略垂直にセットし、ポンプの吸込側流路は、船首先端部の水面下に開口した縦方向細長矩形の吸込流入口に接続し、吐出側流路は、船首側の船体側面外板と船体底面外板に、水面下に開口した細長矩形の吐出流出口に接続した構成である。これにより、船首部へ向かう水流が、前記吸込流入口への流入により水面波が抑制され、造波抵抗を低減し、吐出流出口からは、幅広の微細気泡の流れで船体側面と船体底面を覆うことにより、船体の側面と底面の両方の流体摩擦抵抗が低減される。【選択図】図１

Description

本発明は、船体の船首部における水流衝突による造波抵抗と船体表面における摩擦抵抗を、船内に微細気泡貫流ポンプ流体抵抗低減装置をセットし、船首部へ向かう水流の制御と、微細気泡流で船体表面を覆うことにより、低減する省エネ船に関する。

航行時の船が受ける流体抵抗を低減する主な方法としては、船体表面に生じる流体摩擦による抵抗と船首部近傍に生じる造波抵抗を低減させる方法がある。従来は、摩擦抵抗を低減させるための手段としては、船首側の船の外板に設けた多数の噴出口から、ブロワによる加圧空気を吹き出させる方法がある。例えば、細長形状の多数の吹き出し口形状では特許文献１、複数の気体噴出口形状では特許文献２が開示されている。また、特許文献３にはマイクロバブル発生貫流ポンプを船の外板に直接設置して、マイクロバブルを船体表面に沿って流出し、摩擦抵抗を低減する方法が開示されている。

特開平９－２０７８７３号公報 特開平１１－４９０８０号公報 特開２０１６－６４８１２号公報

航行中に受ける流体抵抗は、主に摩擦抵抗と造波抵抗がある。従来、摩擦抵抗と造波抵抗の両方を低減する方法として、微細気泡貫流ポンプ装置を船首部側面外板に設置し、ポンプの吸込み流れによる制御で、造波抵抗を低減し、吐出し微細気泡流で船体表面を覆い摩擦抵抗を低減する方法がある（特許文献３）。しかし、微細気泡貫流ポンプを船体表面外板に設置する従来技術の方法では、ポンプ本体が外部に接するため、接触による損傷を受けやすい。また、メンテナンスには、貫流ポンプ本体を水面上に引上げる必要があり、駆動モータも海水の影響を受けるなど問題がある。
上記問題を解決するためには、微細気泡貫流ポンプ装置を船体内部にセットする必要があるが、微細気泡貫流ポンプ装置を船内にセットする場合に、船内での装置周辺の流路構成や水対策、及び微細気泡発生装置のメンテナンスなどを考慮する必要がある。
本発明は、微細気泡貫流ポンプを、船体外板に設置した従来技術（図１６参照）の問題点を解決するために、微細気泡貫流ポンプ本体を船体内部にセットした新規の流体抵抗低減省エネ船を提供するものである。

前記目的を解決するために、本発明に係る流体抵抗低減省エネ船において、船体表面における摩擦抵抗と船首部近傍における造波抵抗を低減する流体抵抗低減省エネ船であって、船首部船内に隔壁で仕切られた空間のポンプピット内に、船底に対して略垂直方向に据付けられた微細気泡貫流ポンプと当該微細気泡貫流ポンプの羽根車の中心部に取り付けられて微細気泡を発生する散気孔パイプと、前記微細気泡貫流ポンプの上側に取り付けられ、当該微細気泡貫流ポンプを駆動する中空回転軸モータと、当該中空回転軸モータと前記微細気泡貫流ポンプの前記羽根車との間に接続された中空回転軸シャフトと、船首先端部の水面下に開口した縦方向細長矩形の吸込流入口と前記微細気泡貫流ポンプの縦方向細長矩形の吸込口との間を接続する縦方向細長矩形吸込流路と、前記微細気泡貫流ポンプの縦方向細長矩形の吐出口と船体外板の水面下に開口した細長矩形の吐出流出口との間を接続する吐出流路と、を備え、
前記羽根車内に挿入された前記散気孔パイプの前方部には、噴出孔となる小孔、ノズル，又は多孔質部材を有する散気孔部が形成されており、前記散気孔パイプの後端部は、前記中空回転軸シャフト内まで延伸し挿入され、外部から供給される加圧気体、又は気液混合加圧液が、前記中空回転軸シャフト内に供給され、前記散気孔部より微細気泡が発生されるように構成されていることを特徴としている。

これにより、散気孔パイプが挿入された中空回転軸内に、加圧気体、又は気液混合加圧液が装置上部から供給可能となり、メンテナンスが容易となる。供給された加圧流体が散気孔からの噴出により羽根車内に微細気泡を発生し、吐出流出口からの微細気泡流が船体表面を覆うことによって摩擦抵抗を低減することができる。また、船体船首部へ向かう水流が縦方向細長矩形の吸込流入口へ流入することにより水面波が抑制され、造波抵抗も低減することができる

また、本発明に係る流体抵抗低減省エネ船において、前記吐出流出口は、船首側船体側面に船側流出口として形成され、船首側水面下の船体側面外板に沿って船外下流方向に向かって開口しており、前記吐出流路は、前記微細気泡貫流ポンプの前記吐出口の前記細長矩形形状を維持しながら延伸し、前記微細気泡貫流ポンプの前記吐出口と前記船側流出口との間を接続することを特徴としている。
これにより、船側流出口からの微細気泡流が船体側面を覆うことにより、船体側面の摩擦抵抗を低減することができる。

また、本発明に係る流体抵抗低減省エネ船において、前記中空回転軸モータは、後端に接続された密閉ブラケットを備え、前記中空回転軸シャフト内に挿入された前記散気孔パイプの後端部が、当該中空回転軸シャフト内に保持されて、前記羽根車と前記散気孔パイプが一体となって回転するように構成されており、前記密閉ブラケットに接続した供給パイプを通して、外部より前記散気孔パイプ内に加圧気体、または気液混合加圧液が供給されることを特徴としている。
これにより、散気孔パイプが羽根車と一体となって回転し、散気孔からの回転を伴う噴流と羽根車内の旋回流れとの混流により、気泡の微細化が促進される。

また、本発明に係る流体抵抗低減省エネ船において、前記中空回転軸モータは、後端に接続されたパイプ保持密閉ブラケットを備え、前記中空回転軸シャフト内に挿入された前記散気孔パイプの後端部が、前記パイプ保持密閉ブラケット内に延伸して差込まれ保持固定されて、前記散気孔パイプが回転しないように構成されており、前記パイプ保持密閉ブラケットに接続した供給パイプを通して、外部より前記散気孔パイプ内に加圧気体、または気液混合加圧液が供給されることを特徴としている。
これにより、回転する羽根車内に、散気孔パイプを回転しない状態で挿入することができる。

また、本発明に係る流体抵抗低減省エネ船において、前記中空回転軸モータの後端に接続して取付けられた中空回転軸を有するサブモータと、当該サブモータの後端に備えた密閉ブラケットと、を更に備え、前記中空回転軸シャフト内に挿入された前記散気孔パイプの後端部が、前記サブモータの中空回転軸内まで延伸し差込まれて保持され、前記散気孔パイプが、前記サブモータにより、前記羽根車の回転とは独立して回転可能に構成されており、前記密閉ブラケットに接続した供給パイプを通して、外部より前記散気孔パイプ内に加圧気体、または気液混合加圧液が供給されることを特徴としている。
これにより、散気孔パイプがサブモータにより独自に高速回転可能となり、散気孔パイプの小孔からの高速回転を伴う噴出により、気泡の微細化が促進される

また、本発明に係る流体抵抗低減省エネ船において、前記微細気泡貫流ポンプを収容するためのポンプ井を、更に備え、前記微細気泡貫流ポンプの吸込口と前記吸込流路の端部との接合部が、突合接続により接続されており、前記微細気泡貫流ポンプの吐出口と前記吐出流路の端部との接合部が、突合接続により接続されており、前記吸込口における突合接続による前記接続部と前記吐出口における突合接続による前記接続部が前記ポンプ井内に配置されていることを特徴としている。
これにより、ポンプの吸込口と吐出口での流路との接続部が固定されていないので、メンテナンス時に微細気泡貫流ポンプ本体をポンプ井から上に引上げることが出来る。また、海水がポンプ井から船内に溢れることはないので、全体的なメンテナンスが容易になる。

また、本発明に係る流体抵抗低減省エネ船において、前記吐出流出口は、船首側船体底面に船底流出口として形成され、船首側水面下の船体底面外板に沿って船外下流方向に向かって開口しており、前記吐出流路は、前記微細気泡貫流ポンプの前記吐出口の前記細長矩形形状を維持すると共に所定の曲率で屈曲しながら延伸し、前記微細気泡貫流ポンプの前記吐出口と前記船底流出口との間を接続することを特徴としている。
これにより、船体底面に開口した横方向の細長矩形の吐出流出口から流出する微細気泡流により、船体底面が覆われるため、船体底面の摩擦抵抗が低減される。

また、本発明に係る流体抵抗低減省エネ船において、前記羽根車内に、前記散気孔パイプの振れを防止するための振れ止めリングを、更に有し、前記振れ止めリングは、前記羽根車中心線上で当該羽根車の延伸方向に設けられており、前記散気孔パイプが前記振れ止めリング内を連通できるように構成されていることを特徴としている。
これにより、散気孔パイプが羽根車内の振れ止めリング内を連通されることにより、散気孔パイプの羽根車内での振れを抑制することができる。

また、本発明に係る流体抵抗低減省エネ船において、前記微細気泡貫流ポンプは、複数の羽根車を含み、前記複数の羽根車は、当該複数の羽根車間を、中間軸受を介して接続し連結して一体化されており、前記散気孔パイプが、前記複数の羽根車の中心線上に連通され、前記散気孔パイプの噴出孔を有する前記散気孔部が、前記複数の羽根車内に位置するようにセットされていることを特徴としている。
これにより、複数の羽根車が一体化した構成となり、羽根車の羽根が適度の長さで調整されるため、羽根の強度や構造上の問題に対応することができる。

本発明の流体抵抗低減省エネ船は、船首部に生じる造波抵抗と船体表面に生じる摩擦抵抗の両方を低減することができる。また、微細気泡貫流ポンプが船体内部にセットされる構成であるので、外部接触による損傷を受けないし、メンテナンスも有利である。

図１は第1の実施形態に係る流体抵抗低減省エネ船を概略的に示した斜視図である。 図２は、図１の流体抵抗低減省エネ船の水面下における対称図面の片側半分の水平断面図（ａ）と羽根車周辺を拡大して示す断面図（ｂ）である。 図３は、流体抵抗低減装置の全体構成を示す図である。 図４は、微細気泡貫流ポンプにおける微細気泡の発生機構を説明するための図である。 図５は、微細気泡貫流ポンプの羽根車内に挿入する散気孔パイプの散気孔部の２種の形態例を説明するための図である。 図６は、図４とは別形態の図で、微細気泡貫流ポンプにおける微細気泡の発生機構を説明するための図である。 図７は、ポンプ駆動の中空回転軸モータの後端に接続して取付けた中空回転軸を有するサブモータの構成を示す図である。 図８は、羽根車内にセットした散気孔パイプの振れ止め防止機構を説明するための図である。 図９は、2個の羽根車を中間軸受により連結して、羽根車を一体化した構成を示す断面図である。 図１０は、図９とは別形態の図で、流路を二つに分けた構成を示す図である。 図１１は、ポンプ井の中に微細気泡貫流ポンプを収容し、ポンプの吸込、吐出口での流路との接続を、フランジ面での突き合わせ接続とした構成を示す断面図である。 図１２は、図１１のポンプ井の中の微細気泡貫流ポンプとポンプを駆動する中空回転軸モータとの接続形態を示す断面図である。 図１３は、船体底面に横方向細長矩形の船底流出口を備え、微細気泡流により船体底面を覆い、摩擦抵抗を低減する形態を概略的に示す斜視図である。 図１４は、船体側面と船体底面の両方の摩擦抵抗を低減する装置構成と船体表面に沿う微細気泡流を概念的に示す斜視図である。 図１５は、流体抵抗低減装置の備えのない船体（ａ）と、流体抵抗低減装置を備えた船体（ｂ）の航行時の船体まわりの流れの状況を比較して示す概念図である。 図１６は、従来の流体抵抗低減省エネ船を説明するための水面下における対称図面の片側半分の水平断面を示した図である。

いくつかの実施形態に係る流体抵抗低減省エネ船を、以下に図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付する。
図１に、第1の実施形態に係る流体抵抗低減省エネ船１の斜視図を概略的に示す。図２（ａ）に、図１の流体抵抗低減省エネ船１の水面下における対称図面の片側半分の水平断面図、（ｂ）に羽根車近傍の拡大断面図を示す。
図１、及び２に示すように船首近傍のポンプピット３７の中に、円筒状で多翼の羽根車中心部に散気孔パイプ１２を有する微細気泡貫流ポンプ３５が中空回転軸モータ９を上側にして、船底に対して略垂直方向に設置してセットされている。
ポンプピット隔壁４４で仕切られたポンプピット３７内にセットされた微細気泡貫流ポンプ３５の吸込流路１８は、水面下の船首先端部に、縦方向細長矩形の開口部を有する吸込流入口２１に接続し、吐出流路１９は、船首側水面下の船体側面外板に、船外下流方向に向かって開口した縦方向細長矩形の船側流出口２２に接続した構成である。吸込流入口２１には、ゴミ除けのスクリーン４５が取り付けられている。
この実施の形態によれば、まず航行時の船首部へ向かう流れが縦方向細長矩形の吸込流入口２１へ流入することにより、船首部への水流衝突による水面波が抑制され、造波抵抗が低減される。
一方、微細気泡貫流ポンプ３５の吐出流路１９に接続した縦方向細長矩形の船側流出口２２からは、図２に示すように船体側面に沿う大量の微細気泡を含む吐出し流れＤ１が船体側面を覆うことにより、航行時の船体側面の摩擦抵抗が低減される。Ｆは外流で、船体近傍を通り過ぎる流れである。このように、本発明は、航行時に発生する造波抵抗と摩擦抵抗の両方を効率よく低減できることを特徴とする。

貫流ポンプは、矩形構造で二次元的であるため、羽根車は幅方向に長くとれること、流れが羽根車に接線方向に吐出されることから、吐出し流れは幅広のシート状で乱れも少なく、拡散せず遠くまで達することが出来る。従って前記船側流出口２２の縦方向細長矩形の開口部から吐出された幅広の微細気泡流は、拡散することなく、船尾後方に向かって遠くまで達することが出来る。幅広で比較的薄い層の微細気泡流で船体表面を覆うことが出来るため、効率よく摩擦抵抗を低減出来る。
乱れのない安定した流路内流れを得るためには、吸込み・吐出し流路の途中に縮流部などの急な変形がないことを必要とする。従って、吸込み、吐出流路の断面形状は、ポンプの吸込み、吐出し口に合わせて、基本的に同形の縦方向細長矩形形状にしている。
また、ポンプのケーシング形状・寸法は、流路の吸込み、吐出流路の方向に合わせて、かつポンプ性能が低下しないように詳細にアレンジしている。特に図２（ｂ）の拡大図に示す舌部４６の形状は、ポンプ性能を左右する重要な構成要素である。本装置では、航行時の水面や水流の変動に対応するため、安定した圧力特性を示す図２（ｂ）に示す舌部４６の形状を採用している。

図３、図４は、本発明の第２の実施の形態を示す。
図３は、縦置きの微細気泡貫流ポンプ３５周辺の流路形状と中空回転軸モータ９、及び流体加圧供給装置３における流体抵抗低減装置４９の全体構成を示す。図４の流路に沿った断面図において、微細気泡貫流ポンプの羽根車１５は、羽根車中空シャフト１１と中空回転軸シャフト１０とを連結して、中空回転軸モータ９により駆動される。（以後、微細気泡貫流ポンプと流路との接続部分の断面図は、流路に沿うものとする）。
中空回転軸シャフト１０の中に、散気孔パイプ１２の後端部を差込んで保持することにより、散気孔パイプ１２が、羽根車１５と一体となって回転する構成にし、散気孔のある先端部は、羽根車内下方向に延伸、又は羽根車下側板５２に取り付けられた振れ止めリング２６内まで延伸し差込まれる構成である。散気孔パイプの噴出孔のある散気孔部は、羽根車内に位置するようにセットしている。
加圧流体は、密閉ブラケット５に接続した供給パイプ４を通して散気孔パイプに供給される。

羽根車１５内に挿入した散気孔パイプ１２は、羽根車内の延伸部分が長くなると、羽根車の回転に伴う羽根車内の旋回流れにより振れやすくなる。その対策として、図４中には、散気孔パイプ１２の先端部を振れ止めリング２６内まで延伸して差し込み、振れを防止する構成を示す。振れ止めリング２６は、軸受でもよい。

散気孔パイプの散気孔部の形状は、パイプの前方部に噴出孔となる小孔，ノズル，又は多孔質部材で形成されたものである。図５に散気孔パイプ１２の２種のタイプを示す。（ａ）のタイプＡは、パイプの散気孔部となるパイプ周側面に複数の小孔１４を備えた形状、（ｂ）のタイプBは散気孔部となるパイプ周側面に複数の小孔１４を備え、パイプの先端にノズル４１を取付けた構造例を示す。タイプBでは、散気孔パイプ１２の先端を、図４の振れ止めリング２６内に差込まない。

散気孔パイプに供給される流体は、気体と気液混合液の２種に分けられる。一つは、図３の流体加圧供給装置３に示すように、ブロワ７により加圧された気体、二つ目は、気液混合チャンバ１３で気体と液体を混合した気液混合液を、加圧ポンプ２に取り込んで加圧した気液混合加圧液である。加圧ポンプ２自体で空気を吸引できる場合は、気液混合チャンバ１３は不要である。
状況に応じてこれら二つの流体を使い分けて、供給パイプ４を通して中空回転軸シャフト１０内に挿入された散気孔パイプ１２に供給する。
中空回転軸モータ９の後端に備えた密閉ブラケット５を通して供給された加圧流体は、散気孔パイプ噴出孔１４（図４）より、ジェット状の噴流となって回転を伴いながら羽根車１５内に噴出、減圧・拡大され、羽根車内の旋回流れとも混流することにより、微細化した気泡流となって、ポンプ吐出口から船体表面に沿って流出する。
ブロワ７による気体のみの噴出では、噴出後気泡同士が結合しやすいことから、気泡が微細化し難い。従って、気体のみの噴出では、高圧にして、さらに散気孔パイプ１２を高速回転させて噴出した方が気泡は微細化しやすい。

加圧ポンプ２としては比速度の小さい遠心ポンプや渦流ポンプ（ウエスコポンプ）などの高揚程のポンプが適している。供給流体を加圧するのは、散気孔からの噴出後の減圧が気泡の微細化に非常に有効であることによる。航行時に気泡を出来るだけ水面下に保つには、気泡を微細化して浮上速度を小さくする必要がある。気泡の微細化には、加圧ポンプの圧力として、０．２Mpa以上が望ましい。

本発明に係わる縦置きの微細気泡貫流ポンプ３５のメンテナンスには、ポンプの駆動に従来技術の充実回転軸モータでなく、図４に示すように中空回転軸モータ９を使用した方が、有利である。即ち、中空回転軸モータ９の中空回転軸シャフト１０の中に保持された散気孔パイプに、上部から加圧流体を、密閉ブラケット５に接続した供給パイプ４により供給出来ること、羽根車内にセットされた散気孔パイプ１２と軸受などの回転機構との接続部分の作業がポンプの上部で行え、メンテナンスも容易となる。
従来技術の充実回転軸モータの使用では、散気孔パイプ内に加圧流体を供給するためには、ポンプケーシング下側板２４に備えた軸受ユニットＢ１７の後端に供給パイプを新たに接続して、加圧流体を装置下部から散気孔パイプに供給する必要があり、水対策も含めてメンテナンスが困難となる。

図４を参照して、散気孔パイプ１２のメンテナンスには、中空回転軸モータ９の後端に備えた密閉ブラケット５を外せば、散気孔パイプ１２は、そのまま、上方に引き抜くことができる。
羽根車１５のメンテナンスには、軸受ユニットＡ１６を外せば、散気孔パイプ１２を含む羽根車１５を上方に引き抜くことができる。
このように、ポンプの駆動に中空回転軸モータを使用することと、貫流ポンプの形状が、二次元的な矩形構造であるため、簡単に上方に引き抜くことが出来、メンテナンスが容易となる。
従来は、微細気泡貫流ポンプ装置が、船体外板の水面下に設置されているので、海水の影響を受ける。また、ポンプのメンテナンスには、ポンプを海上に引き上げるか、潜水士による作業も必要である。
図４中に示す遮蔽板３４は、メンテナンス時に、軸受ユニットＡ１６周辺のポンプ取付け口部から上に溢れた水が、ポンプピット３７内に溢れ出ないようにポンプ周りを囲った構成にしたものである。これによれば、メンテナンス時に、ポンプピット３７内に水が溢れることなく、散気孔パイプ１２および羽根車１５をケーシングから上に引き抜くことができる。

図６は、本発明の第３の実施の形態で、中空回転軸シャフト１０内に挿入された散気孔パイプの後端部が、中空回転軸モータ９の後端に接続して備えたパイプ保持密閉ブラケット６内に、延伸して差込まれ保持固定され、散気孔パイプ１２が回転しない構成にしたものである。散気孔パイプ１２の散気孔部は、羽根車内下方向に延伸、又は羽根車下側板５２に備えた振れ止め軸受２７内まで延伸し差込まれる構成である。
これにより、回転する羽根車１５内に静止の状態で挿入された散気孔パイプ１２の小孔から加圧流体が噴出され、前述のように微細気泡流が発生する。散気孔パイプ１２が、回転せずに噴出孔から噴出するため、気泡の微細化は、回転する場合に比較すると劣る。

図７は、本発明の第４の実施の形態で、中空回転軸を有するサブモータ８により散気孔パイプ１２を独自に回転出来る構成にしたものである。
羽根車を駆動する中空回転軸モータ９の後端に、散気孔パイプ駆動用のサブモータ８を接続して取付け、散気孔パイプ１２の後端部をサブモータ８の中空回転軸の中に差込み保持して、散気孔パイプ１２が羽根車１５の回転に関係なく独立して回転できる構成にしている。これにより、散気孔パイプ１２の回転数や回転方向を自在に制御できる。特に気泡の微細化には、高速回転が有効である。
散気孔パイプ１２の散気孔部は、羽根車内下方向に延伸、又は羽根車下側板５２に備えた振れ止め軸受２７内まで延伸し差込まれる構成である。

図８は、本発明の第５の実施の形態で、羽根車１５内に延伸した散気孔パイプ１２が羽根車１５の回転に伴う羽根車内の旋回流れにより、振れやすくなるのを防ぐ対策である。
散気孔パイプ１２の振れ防止のための中間振れ止めリング４７が、羽根車１５内中心線上で、当該羽根車の長手方向幅の中間に設けられ、散気孔パイプ１２が中間振れ止めリング４７内を連通できるように構成されている。振れ止めリング４７は、羽根車固定環３９との間をリブ４８で支えられている。

図９は、本発明の第６の実施の形態で、貫流ポンプの羽根車１５の寸法が長くなり、強度や構造上、問題となる場合の対策として、羽根車を二つに分けて羽根車間を中間軸受３１で連結して一体構成にし、羽根車寸法を適度な長さに調整した例を示す。
散気孔パイプ１２は、二つの羽根車１５を羽根車中心線上に連通し、その噴出孔の部分が各羽根車内に位置するようにセットしている。中間軸受３１は、ポンプケーシング２８との間を支持板４２で保持されている。
図１０は、図９とは別形態の装置構成を示す。二つの羽根車に合せて流路も二つに分けた構成にしている。
また、図９では、微細気泡貫流ポンプ３５全体のメンテナンスが必要な場合を考慮して、吸込流路１８及び吐出流路１９の途中にスライドゲートバルブ３０を３個連ねて取付けた例を示す。スライドゲートバルブ３０を閉じて、流路底面に設けたドレン４３より流路内のポンプ回りの水を抜けば、全体的なメンテナンスが出来る。
スライドゲートバルブ３０の数は、流路の流れの乱れと流路抵抗を小さくするために少ない方がよい。

図１１，図１２は、本発明の第７の実施の形態を示す。
図１１は、ポンプ井隔壁５８で仕切られたポンプ井３８の中で、微細気泡貫流ポンプ３５の吸込口５５及び吐出口５６のフランジ面とポンプ井３８の中に突き出した吸込流路１８及び吐出流路１９のフランジ面がそれぞれ突き合わせで接続され、固定されない形態を示す。フランジ面は、Ｌ型可動フランジ５７により、微調整して両フランジ面を合わせることができる。
フランジ面が固定されていないので、微細気泡貫流ポンプ３５は、メンテナンスに際し、ポンプ井から上に引上げることが出来る。また、ポンプ井の中に海水は留まるので、海水が船内に溢れることもない。微細気泡貫流ポンプ３５全体のメンテナンスが出来るので、図９，図１０中に示すスライスゲートバルブ３０も不要である。
図１２は、図１１の微細気泡貫流ポンプ３５を駆動する中空回転軸モータ９の接続形態を示す断面図である。微細気泡貫流ポンプ３５の本体は、ポンプ保持板５４により保持される。

図１３は、本発明の第８の実施の形態で、船体底面に微細気泡を吐出す船底流出口２３を備えて、船体底面の摩擦抵抗を低減する装置の概略的な全体構成と微細気泡流が船体底面に沿って流れる状況を船の前方下方向から見た斜視図である。
屈曲吐出流路２０に示すように、ポンプの縦方向細長矩形吐出口５６から船体底面の横方向細長矩形の船底流出口２３に向かって、流路の細長矩形形状を維持すると共に所定の曲率で屈曲しながら延伸し、縦方向から横方向へ向きを変えて、横方向細長矩形の船底流出口２３に接続する。横方向細長矩形の船底流出口２３は、船体底面外板に沿って船外下流方向に向かって開口している。
屈曲吐出流路２０では、曲がりが大きいが細長矩形の流路形状は保たれているので、貫流ポンプ特有の流れ特性は維持され、また流路損失も抑制される。また、船底流出口２３には整流板６０が設けられているので、乱れもなく幅広のシート状で、拡散せずに船底を微細気泡で覆うことが出来、船体底面の摩擦抵抗が低減される。

図１４は、本発明の第９の実施の形態で、船体の側面と底面の両方の摩擦抵抗を低減する装置構成と微細気泡流が船体の側面と底面に沿って流れる状況を、船の前方下方向から見た概念的斜視図である。
本図では、分かりやすくするために簡略化して概念的に画いている。本発明の流体抵抗低減装置を２台設置し、吐出流路１９から船側流出口２２、屈曲吐出流路２０から船底流出口２３に向かう流路に分けている。船側流出口２２からは、船体側面に沿って微細気泡が流出し、船底流出口２３からは、船体底面に沿って微細気泡が流出する。
これにより、航行時の船体の側面と底面の摩擦抵抗の両方を低減し、船体全体の流体抵抗が低減される。

図１５は、流体抵抗低減装置４９の有り（ｂ）、無し（ａ）の場合における船体近傍の流れの状況を比較して示したものである。（ａ）では、航行時に船首部への水流衝突により、水面波Ｒが発生するため、造波抵抗が生じる。また、船首部後半の曲がり部において、剥離渦Ｓによる造渦抵抗の発生とともに船体側面での摩擦抵抗が大きいなど、船体の流体抵抗に大きな影響を及ぼす。
一方、本発明の流体抵抗低減装置４９を船内にセットした場合（ｂ）では、航行時に船首部へ向かう水流が船首部に直接当たることなく、吸込流入口２１に向かうため、船首部近傍の水流は支障なくスムーズに流れ、水面波は生じないため、造波抵抗は低減される。また、船側流出口２２からの微細気泡の吐出し流れは、前述のように貫流ポンプ特有の特性により、幅広のシート状で乱れも少なく、拡散せずに遠くまで達することができること、及びコアンダ効果（流れが物体表面に沿って流れる効果）により、流れが曲率のある船の側面外板２９に沿って流れるので、船体表面が長い区間に渡って薄い層の微細気泡で覆われるため、摩擦抵抗が効率よく低減される。このように、（ｂ）では造波抵抗低と摩擦抵抗の両方を同時に低減できるという優れた特徴をもっている。
なお、ポンプからの微細気泡吐出し流れは、微小ながら船の推進にも寄与するので無駄がない。

上記図面では、船体に組み込まれて描かれた微細気泡貫流ポンプ３５の大きさは分かりやすく説明するために、実際とは異なり船体に対して大きな比率で描いている。基本的には船体表面の薄い層を微細気泡で覆えばよいので、貫流ポンプを大きくする必要はなく、船の大きさにもよるが、羽根車径は、８ｃｍ～５０ｃｍ程度と考えられる。微細気泡貫流ポンプの大きさは、船の大きさによって異なる。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

１ 流体抵抗低減省エネ船
２ 加圧ポンプ
３ 流体加圧液供給装置
４ 供給パイプ
５ 密閉ブラケット
６ パイプ保持密閉ブラケット
７ ブロワ
８ サブモータ
９ 中空回転軸モータ
１０ 中空回転軸シャフト
１１ 羽根車中空シャフト
１２ 散気孔パイプ
１３ 気液混合チャンバ
１４ 散気孔パイプ噴出孔
１５ 羽根車
１６ 軸受ユニットＡ
１７ 軸受ユニットＢ
１８ 吸込流路
１９ 吐出流路
２０ 屈曲吐出流路
２１ 吸込流入口
２２ 船側流出口
２３ 船底流出口
２４ ポンプケーシング下側板
２５ 羽根車軸受
２６ 振れ止めリング
２７ 振れ止め軸受
２８ ポンプケーシング
２９ 船の側面外板
３０ スライドゲートバルブ
３１ 中間軸受
３２ 羽根車ボス
３３ 水面
３４ 遮蔽板
３５ 微細気泡貫流ポンプ
３７ ポンプピット
３８ ポンプ井
３９ 羽根固定環
４０ 羽根
４１ ノズル
４２ 支持板
４３ ドレン
４４ ポンピット隔壁
４５ スクリーン
４６ 舌部
４７ 中間振れ止めリング
４８ リブ
４９ 流体抵抗低減装置
５０ 船
５１ 羽根車上側板
５２ 羽根車下側板
５３ ポンプ井蓋
５４ ポンプ保持板
５５ ポンプ吸込口
５６ ポンプ吐出口
５７ Ｌ型可動フランジ
５８ ポンプ井隔壁
５９ カップリング
６０ 整流板
６２ 流体抵抗低減装置（従来型）
６３ 平板翼
Ｄ１ 船体側面に沿って流出する微細気泡流
Ｄ２ 船体底面に沿って流出する微細気泡流
Ｆ 外流（船体近傍を通り過ぎる流れ）
Ｒ 流れの衝突による水面波
Ｓ 剥離渦
Ｊ 噴流

Claims (9)

1. 船体表面における摩擦抵抗と船首部近傍における造波抵抗を低減する流体抵抗低減省エネ船であって、
   船首部船内に隔壁で仕切られた空間のポンプピット内に、船底に対して略垂直方向に据付けられた微細気泡貫流ポンプと当該微細気泡貫流ポンプの羽根車の中心部に取り付けられて微細気泡を発生する散気孔パイプと、
   前記微細気泡貫流ポンプの上側に取り付けられ、当該微細気泡貫流ポンプを駆動する中空回転軸モータと、
   当該中空回転軸モータと前記微細気泡貫流ポンプの前記羽根車との間に接続された中空回転軸シャフトと、
   船首先端部の水面下に開口した縦方向細長矩形の吸込流入口と前記微細気泡貫流ポンプの縦方向細長矩形の吸込口との間を接続する縦方向細長矩形吸込流路と、
   前記微細気泡貫流ポンプの縦方向細長矩形の吐出口と船体外板の水面下に開口した細長矩形の吐出流出口との間を接続する吐出流路と、を備え、
   前記羽根車内に挿入された前記散気孔パイプの前方部には、噴出孔となる小孔、ノズル，又は多孔質部材を有する散気孔部が形成されており、
   前記散気孔パイプの後端部は、前記中空回転軸シャフト内まで延伸し挿入され、
   外部から供給される加圧気体、又は気液混合加圧液が、前記中空回転軸シャフト内に供給され、前記散気孔部より微細気泡が発生されるように構成されていることを特徴とする流体抵抗低減省エネ船。
2. 前記吐出流出口は、船首側船体側面に船側流出口として形成され、船首側水面下の船体側面外板に沿って船外下流方向に向かって開口しており、
   前記吐出流路は、前記微細気泡貫流ポンプの前記吐出口の前記細長矩形形状を維持しながら延伸し、前記微細気泡貫流ポンプの前記吐出口と前記船側流出口との間を接続することを特徴とする請求項１に記載の流体抵抗低減省エネ船。
3. 前記中空回転軸モータは、後端に接続された密閉ブラケットを備え、
   前記中空回転軸シャフト内に挿入された前記散気孔パイプの後端部が、当該中空回転軸シャフト内に保持されて、前記羽根車と前記散気孔パイプが一体となって回転するように構成されており、
   前記密閉ブラケットに接続した供給パイプを通して、外部より前記散気孔パイプ内に加圧気体、または気液混合加圧液が供給されることを特徴とする請求項１に記載の流体抵抗低減省エネ船。
4. 前記中空回転軸モータは、後端に接続されたパイプ保持密閉ブラケットを備え、
   前記中空回転軸シャフト内に挿入された前記散気孔パイプの後端部が、前記パイプ保持密閉ブラケット内に延伸して差込まれ保持固定されて、前記散気孔パイプが回転しないように構成されており、
   前記パイプ保持密閉ブラケットに接続した供給パイプを通して、外部より前記散気孔パイプ内に加圧気体、または気液混合加圧液が供給されることを特徴とする請求項１に記載の流体抵抗低減省エネ船。
5. 前記中空回転軸モータの後端に接続して取付けられた中空回転軸を有するサブモータと、当該サブモータの後端に備えた密閉ブラケットと、を更に備え、
   前記中空回転軸シャフト内に挿入された前記散気孔パイプの後端部が、前記サブモータの中空回転軸内まで延伸し差込まれて保持され、
   前記散気孔パイプが、前記サブモータにより、前記羽根車の回転とは独立して回転可能に構成されており、
   前記密閉ブラケットに接続した供給パイプを通して、外部より前記散気孔パイプ内に加圧気体、または気液混合加圧液が供給されることを特徴とする請求項１に記載の流体抵抗低減省エネ船。
6. 前記微細気泡貫流ポンプを収容するためのポンプ井を、更に備え、
   前記微細気泡貫流ポンプの吸込口と前記吸込流路の端部との接合部が、突合接続により接続されており、
   前記微細気泡貫流ポンプの吐出口と前記吐出流路の端部との接合部が、突合接続により接続されており、
   前記吸込口における突合接続による前記接続部と前記吐出口における突合接続による前記接続部が前記ポンプ井内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の流体抵抗低減省エネ船
7. 前記吐出流出口は、船首側船体底面に船底流出口として形成され、船首側水面下の船体底面外板に沿って船外下流方向に向かって開口しており、
   前記吐出流路は、前記微細気泡貫流ポンプの前記吐出口の前記細長矩形形状を維持すると共に所定の曲率で屈曲しながら延伸し、前記微細気泡貫流ポンプの前記吐出口と前記船底流出口との間を接続することを特徴とする請求項１に記載の流体抵抗低減省エネ船
8. 前記羽根車内に、前記散気孔パイプの振れを防止するための振れ止めリングを、更に有し、
   前記振れ止めリングは、前記羽根車中心線上で当該羽根車の延伸方向に設けられており、
   前記散気孔パイプが前記振れ止めリング内を連通できるように構成されていることを特徴とする請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の流体抵抗低減省エネ船。
9. 前記微細気泡貫流ポンプは、複数の羽根車を含み、
   前記複数の羽根車は、当該複数の羽根車間を、中間軸受を介して接続し連結して一体化されており、
   前記散気孔パイプが、前記複数の羽根車の中心線上に連通され、前記散気孔パイプの噴出孔を有する前記散気孔部が、前記複数の羽根車内に位置するようにセットされていることを特徴とする請求項1～請求項７のいずれか一項に記載の流体抵抗低減省エネ船。
   

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