JP4836991B2

JP4836991B2 - シリンダユニット

Info

Publication number: JP4836991B2
Application number: JP2008124144A
Authority: JP
Inventors: 義明高橋
Original assignee: 義明高橋
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2028-05-12
Also published as: JP2009269574A; WO2009139132A1

Description

本発明は、船体内に搭載され、船体のピッチングおよびローリングを利用して加圧空気を送り出すシリンダユニットに関する。

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、船体の外側面に沿ってパイプを取付け、このパイプによって空気を供給する手段が、特許文献１および特許文献２に提案されている。

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性現象（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付け、凹部内にケルビン−ヘルムホルツ不安定性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、ウィングを用いる技術が開示されている。

特開平１１−１８０３８０号公報特開２０００−２９６７９６号公報特開２００２−２５８２号公報特許第４０７０３８５号公報

従来の技術では船底部分まで空気を送り込む動力として、ポンプを用いるとポンプを駆動する動力が必要になり、却って燃費の点で不利になる。また、エンジンの排気をそのまま気泡として排出する提案も過去にはなされているが、排気抵抗がエンジン出力の低下につながってしまい、この方式も燃費の点で不利になる。

また、特許文献３、４のように主動力を航行に伴って発生する負圧にした場合には大幅に燃費削減になるが、それでも、ダクト内の気液界面を気泡発生箇所まで押し下げるためのアシストコンプレッサを必要とする。

上記課題を解決するため本発明に係るシリンダユニットは、船体内に設置され、外部から空気を取り入れ、この取り入れた空気を加圧して送出するものであり、このシリンダユニットは船の航行に伴うピッチングおよびローリングに応じて移動するピストンによってシリンダ内が２つの室に区画され、各室には前記ピストンを中立位置に戻すスプリングが配置され、また各室には室が縮小する際に当該室内の加圧空気の外部への送出を許容する一方向弁と室が拡大する際に外部から当該室内への空気の流入を許容する一方向弁とが設けられた構成である。

本発明に係るシリンダユニットは、例えば船体の表面に微細気泡を形成するための圧気源として用いられる。

本発明に係るシリンダユニットは、今まで全く利用されていなかった船体のピッチングとローリングを利用して空気を加圧しているため、この加圧空気を例えば微細気泡として船体の表面に供給すれば、摩擦低減になる。

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は本発明に係るシリンダユニットを適用した摩擦抵抗低減船の側面図、図２は船首部分の横断面図、図３は船首部分の縦断面図である。

実施例の摩擦抵抗低減船１は船首を球状船首２とし、この球状船首２の先端に船首プレート３を取付けている。この船首プレート３は球状船首２の先端の下半分に沿うように船首の先端形状に倣った３次元曲面形状をなしている。但し、実施例では船首プレート３の中央部を前方に膨出させるとともに、外側部３ａを若干外側に湾曲させることで、船首プレート３の外側部３ａと船体との間が航行時に負圧発生領域になるようにしている。

また、球状船首２内部には空気供給源としての本発明に係るシリンダユニット４を水平に且つ軸が船体の前後方向に平行になるように配置している。このシリンダユニット４はシリンダ５とシリンダ５内に摺動自在に配置されるピストン６を備え、ピストン６によってシリンダ５内を室７，８に分け、各室７，８には、ピストン６を中立位置に戻すスプリング９，１０が配置されている。

また、各室７，８には室内への空気の「入」のみを許容する一方向弁１１と、空気の「出」のみを許容する一方向弁１２を設けている。一方向弁１１は弁体１１ａとこの弁体１１ａを閉じ方向に付勢するスプリング１１ｂとからなり、一方向弁１２は弁体１２ａとこの弁体１２ａを閉じ方向に付勢するスプリング１２ｂとからなる。

前記一方向弁１１は配管１３を介して空気供給管１４につながり、この空気供給管１４の先端は前記船首プレート３内側面と球状船首２の先端外側面との間に形成された空間Ｓ内に臨んでいる。また、前記一方向弁１２は配管１５を介して外気につながっている。

以上において、船の航行に伴って船体がピッチング或いはローリングすると、図４に示すようにピストン６が図中右側に移動し、室７が拡大し室８が縮小する。室７が拡大する際には、室７内が負圧になるので一方向弁１１は弁体１１ａが右側に移動して開となり、一方向弁１２は弁体１２ａが右側に移動して閉となり、室７内には外気が流入する。また室８が縮小する際には、室８内が正圧になるので一方向弁１１は弁体１１ａが右側に移動して閉となり、一方向弁１２は弁体１２ａが右側に移動して開となり、室８内の空気が一方向弁１２を介して流出する。

また、船体が逆方向にピッチング或いはローリングすると、図５に示すようにピストン６が図中左側に移動し、室７が縮小し室８が拡大する。このときには室７から空気が流出することになる。ピストンは連続して往復動するため、空間Ｓには配管１３、供給管１４を介して常に空気が供給されることになる。

一方、船の航行に伴って、船首プレート３の外側部３ａと船体との間には負圧になり、空間Ｓ内の空気が吸引され、この部分に気液境界面が形成される。この気液境界面では、空気と水（海水）が異なる速度で運動しており、空気と水は密度が異なるため、ケルビン−ヘルムホルツ不安定性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下流側に流れる。

図６は別実施例を示す図２と同様の図、図７は別実施例を示す図３と同様の図であり、この実施例にあっては、船首プレート３の外側となる部分に船首プレート３との間に隙間を設けてウィング２０を配置している。この実施例にあっては、船首プレート３の左右及び下側下流部分にウィング２０を配置している。また、この実施例にあってはシリンダユニット４を垂直方向に配置している。

ウィング２０の形状は板状をなすとともに断面形状で中央部分が最も厚くなった紡錘形状をなしている。ウィング２０の形状はこれに限らず、船の航行に伴ってウィング２０と船体との間が負圧になる形状であればよい。

またウィング２０は球状船首２内に設けたシリンダ２１，２２によって伸縮動するロッド２３，２４にジョイントを介して連結されている。シリンダ２１，２２は独立して制御されるため、ウィング２０は船体との間隔および船体に対する角度をシリンダ２１，２２を駆動することで航行中でも自由に変更することができる。

図８は別実施例を示す図２と同様の図であり、この実施例にあっては、船首プレート３と球状船首２との間に、多孔質体やパンチングメタルなどの微細気泡発生部材３０を配置している。また、この実施例にあってはシリンダユニット４を水平に且つ軸が船体の幅方向に平行になるように配置している。

図９は別実施例を示す図１と同様の図、図１０は図９の要部拡大図、図１１は微細気泡発生部の拡大断面図であり、この実施例にあっては球状船首２の周囲、特に最も径が大きくなる箇所の周囲に、複数の微細気泡発生部材２５を鉢巻状に取付けている。尚、必ずしも鉢巻状に取付ける必要はなく、球状船首２の下半分に半周状に複数の微細気泡発生部材２５を取付けてもよい。

微細気泡発生部材２５は周囲をテーパー状とし中央部を開口とした保持体２６にプレート２７を取付け、このプレート２７に連結部２８を介してウィング２０を取付けている。そして、前記プレート２７のウィング２０に対向する位置には窓部２９が形成され、前記ウィング２０はこの窓部２９に向かって凸形状をなしている。前記保持体２６を設けずに、直接プレート２７を船体に取付けてもよい。

前記窓部２９は保持体２６の開口につながっており、保持体２６の開口には前記した実施例のシリンダユニット４から空気供給管１４が臨んでいる。したがって船が航行を開始すると、図１１に示すように微細気泡発生部材２５の窓部２９の内側空間Ｓにおいて、ケルビン−ヘルムホルツ不安定性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下流側に流れる。

図１２は別実施例を示す球状船首部の断面図であり、この実施例にあっては球状船首２の最も径が太くなった部分のすぐ下流側に内方へ緩やかに凹んだ凹部２ａを形成し、この凹部２ａの平坦になった部分に微細気泡発生部材２５のプレート２７を嵌め込んで固定している。

そして、球状船首２の最も径が太くなった部分を延長した線がウィング２０の外側端と等しくなるようにしている。即ち、凹部２ａを設けなかった場合の球状船首２の表面とウィング２０の外側端とが同一面になるようにして、ウィング２０が出っ張ることを防止し、球状船首２の本来の機能を阻害しない構造になっている。

前記プレート２７の窓部２９には前記した実施例のシリンダユニット４からの空気供給管１４が臨んでいる。したがって船が航行を開始すると、前記同様、ケルビン−ヘルムホルツ不安定性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下流側に流れる。

本発明に係るシリンダユニットを適用した摩擦抵抗低減船の側面図船首部分の横断面図船首部分の縦断面図船首部分内に配置したシリンダユニットの作用を説明した図船首部分内に配置したシリンダユニットの作用を説明した図別実施例を示す図２と同様の図別実施例を示す図３と同様の図別実施例を示す図２と同様の図別実施例を示す図１と同様の図図９の要部拡大図微細気泡発生部の拡大断面図別実施例を示す球状船首部の断面図

１…船体、２…球状船首、２ａ…凹部、３…船首プレート、３ａ…船首プレートの外側部、４…シリンダユニット、５…シリンダ、６…ピストン、７，８…室、９，１０…スプリング、１１…空気の「入」のみを許容する一方向弁、１１ａ…弁体、１１ｂ…スプリング、１２…空気の「出」のみを許容する一方向弁、１２ａ…弁体、１２ｂ…スプリング、１３…配管、１４…空気供給管、１５…配管、２０…ウィング、２１，２２…シリンダ、２３，２４…ロッド、２５…微細気泡発生部材、２６…保持体、２７…プレート、２８…連結部、２９…窓部、３０…微細気泡発生部材、Ｓ…空間。

Claims

船体内に設置され、外部から空気を取り入れ、この取り入れた空気を加圧して送出するシリンダユニットであって、このシリンダユニットは船の航行に伴うピッチングおよびローリングに応じて移動するピストンによってシリンダ内が２つの室に区画され、各室には前記ピストンを中立位置に戻すスプリングが配置され、また各室には室が縮小する際に当該室内の加圧空気の外部への送出を許容する一方向弁と室が拡大する際に外部から当該室内への空気の流入を許容する一方向弁とが設けられていることを特徴とするシリンダユニット。
請求項１に記載のシリンダユニットであって、このシリンダユニットは船体の表面に微細気泡を形成するための圧気源として用いられることを特徴とするシリンダユニット。