JP5631039B2 - プロペラ起振力低減装置 - Google Patents

Description

本発明は、水中への空気吹き出しにより船体の摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減型船舶に関する。

航行時に船底面を気泡流で覆うことにより船体摩擦抵抗を低減する技術が知られている。ここで、気泡がプロペラに巻き込まれると推進効率が低下したりプロペラ起振力が増大したりする問題が発生する。

特許文献１は、気泡のプロペラへの巻き込みを防止する気泡巻き込み防止装置を開示している。気泡巻き込み防止装置は、船尾側船底に設けられた気泡吸込み口と、気液分離室とを備える。気泡吸込み口から吸い込まれた気泡混じりの海水は、気液分離室で空気と海水とに分離される。分離された空気は大気に放出される。

特開２００９−２４８８３１号公報

本発明の目的は、水中への空気吹き出しにより船体の摩擦抵抗を低減し、且つ、プロペラへの気泡の巻き込みを防止する摩擦抵抗低減型船舶を提供することである。

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による摩擦抵抗低減型船舶は、船体（１０）の船底（１３）に設けられた空気吹き出し口（３１〜３３）から空気を水中に吹き出す空気吹き出し装置（３０）と、前記船底に設けられた空気回収口（４１〜４３）から前記空気を前記船体内に回収する空気回収装置（４０）とを具備する。前記空気回収口は、前記空気吹き出し口より船尾（１２）側且つ前記船体に設けられたプロペラ（１６）より船首（１１）側に配置される。前記空気回収装置は、前記空気を前記船体に設けられた第１空気再吹き出し口（６１〜６３）から水中に吹き出す。前記第１空気再吹き出し口は、前記船体を後方視したときに前記プロペラの下方に位置しないように、前記空気回収口よりも船尾（１２）側に配置される。

前記第１空気再吹き出し口は、前記船体を後方視したときに前記プロペラの上方に位置するように、前記プロペラよりも船首（１１）側に配置される。

前記第１空気再吹き出し口は、前記船体を後方視したときに前記プロペラの幅より外側だけに配置される。

前記空気回収装置は、前記空気回収口を開閉する弁機構（９０）を備える。

前記空気回収装置は、前記空気を前記船底に設けられた第２空気再吹き出し口（６４〜６６）から水中に吹き出す。前記第２空気再吹き出し口は、前記空気吹き出し口より船尾（１２）側且つ前記空気回収口より船首（１１）側に配置される。

前記空気吹き出し装置は、前記空気吹き出し口から前記空気を水中に吹き出す第１のコンプレッサ又はブロワ（３４）を備える。前記空気回収装置は、前記空気再吹き出し口から前記空気を水中に吹き出す第２のコンプレッサ又はブロワ（８０）を備える。

本発明によれば、水中への空気吹き出しにより船体の摩擦抵抗を低減し、且つ、プロペラへの気泡の巻き込みを防止する摩擦抵抗低減型船舶が提供される。

図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶の側面図である。 図１Ｂは、第１の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶の底面図である。 図１Ｃは、第１の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶の後面図である。 図１Ｄは、第１の実施形態の変形例に係る摩擦抵抗低減型船舶の側面図である。 図２Ａは、第１の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶に設けられた空気回収口の例を示す。 図２Ｂは、第１の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶に設けられた空気回収口の他の例を示す。 図２Ｃは、第１の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶に設けられた空気回収口の他の例を示す。 図３は、本発明の第２の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶の底面図である。 図４Ａは、本発明の第３の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶の側面図である。 図４Ｂは、第３の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶の底面図である。 図５は、本発明の第４の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶の空気回収口の概略図である。

添付図面を参照して、本発明による摩擦抵抗低減型船舶を実施するための形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１Ａを参照して、本発明の第１の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶は、船体１０と、船体１０に設けられた空気吹き出し装置３０と、船体１０に設けられた空気回収装置４０とを備える。船体１０は、船首１１と、船尾１２と、船底１３と、プロペラ１６と、舵１７を備える。

空気吹き出し装置３０は、船底１３の船首１１側部分に設けられた空気吹き出し口３１〜３３と、コンプレッサ又はブロワ３４とを備える。

空気回収装置４０は、船底１３の船尾１２側部分に設けられた空気回収口４１〜４３と、空気回収チャンバ５１〜５３と、コンプレッサ又はブロワ８０と、空気再吹き出し口６１〜６３と、流路７０とを備える。ここで、空気回収チャンバ５１〜５３は気液分離機能を有する。例えば、特開２００９−２４８８３１号公報に記載の気液分離室を空気回収チャンバ５１〜５３に適用することが可能である。空気回収チャンバ５１〜５３は、気液分離機能を有する場合、気液分離チャンバ５１〜５３と称されることがある。空気回収口４１〜４３は、空気吹き出し口３１〜３３より船尾１２側且つプロペラ１６より船首１１側に配置されている。空気回収口４１は空気回収チャンバ５１の底板に形成されている。空気回収口４２は空気回収チャンバ５２の底板に形成されている。空気回収口４３は空気回収チャンバ５３の底板に形成されている。空気回収チャンバ５１〜５３の底板は、船底１３の外板と同一面上に配置される。空気再吹き出し口６１〜６３は、船体１０の船尾部に設けられる。空気再吹き出し口６１〜６３は、空気回収口４１〜４３よりも高く配置され且つ空気回収口４１〜４３よりも船尾１２側に配置される。空気再吹き出し口６１〜６３は、プロペラ１６よりも船首１６側に配置される。

図１Ｂを参照して、船体１０の船長方向（前後方向）及び船幅方向（左右方向）が、それぞれＸ及びＹで示されている。船体１０は、左舷１４と、右舷１５とを備える。プロペラ１６は船体１０のセンターラインＣＬ上に配置される。空気回収口４１〜４３は、互いに離れている。以降、空気回収口４１を中央空気回収口４１と称し、空気回収口４２を左舷側空気回収口４２と称し、空気回収口４３を右舷側空気回収口４３と称する場合がある。

図１Ｃを参照して、船体１０を後方視したときの空気再吹き出し口６１〜６３の配置を説明する。図１Ｃにおいて、舵１７が省略され、プロペラ円１６の２本の接線Ｔが示されている。２本の接線Ｔは、船長方向Ｘ及び船幅方向Ｙに垂直である。船体１０を後方視したときに、空気再吹き出し口６１〜６３は２本の接線Ｔの間の領域においてプロペラ円１６より低い位置に配置されない。すなわち、船体１０を後方視したときに、空気再吹き出し口６１〜６３はプロペラ１６の下方に位置しない。船体１０を後方視したときに、空気再吹き出し口６１は２本の接線Ｔの間の領域においてプロペラ円１６より高い位置に配置される。すなわち、空気再吹き出し口６１は、船体１０を後方視したときに、プロペラ１６の上方に位置する。船体１０を後方視したときに、空気再吹き出し口６２は２本の接線Ｔの左舷１４側外側に位置し、空気再吹き出し口６３は２本の接線Ｔの右舷１５側外側に位置する。すなわち、空気再吹き出し口６２及び６３は、船体１０を後方視したときに、プロペラ１６の幅より外側に位置する。このように、空気再吹き出し口６１〜６３は、プロペラ円１６を通過する流線をかわすように設けられる。

空気吹き出し装置３０は、航行時に空気吹き出し口３１〜３３から水中に空気を吹き出す。この空気によって形成される気泡流によって船底１３が覆われて船体１０の摩擦抵抗が低減される。なお、船底１３が平坦面に形成される場合には、気泡が浮力により船体１０の側方に逸脱しにくいため、船底１３が確実に気泡流で覆われる。

空気回収装置４０は、空気吹き出し装置３０が水中に吹き出した空気を空気回収口４１〜４３から船体１０内に回収して空気再吹き出し口６１〜６３から水中に吹き出し、もしあれば残りの空気を大気中に放出する。より具体的には、気泡を含む海水が空気回収口４１〜４３をそれぞれ介して気液分離チャンバ５１〜５３に流入する。気液分離チャンバ５１〜５３は海水から空気を分離する。コンプレッサ又はブロワ８０は、分離された空気を空気再吹き出し口６１〜６３から水中に吹き出す。残りの空気は流路７０を介して大気中に放出される。

空気回収装置４０がプロペラ１６より船首１１側で空気を回収するため、気泡がプロペラ１６に巻き込まれることが防止される。

また、空気再吹き出し口６１〜６３から水中に空気が吹き出されるため、船体１０の気泡で覆われる面積が増加して船体１０の摩擦抵抗が更に低減される。なお、船体１０を後方視したときに空気再吹き出し口６１〜６３がプロペラ１６の下方に位置しないため、空気再吹き出し口６１〜６３から吹き出された気泡がプロペラ１６に巻き込まれることが防止される。

更に、空気再吹き出し口６１から吹き出された気泡が船体１０のプロペラ１６直上に位置する部分を覆うため、プロペラ１６から船体１０への振動伝播が低減され、船員や乗客の快適性が向上する。

また、船体１０を後方視したときにプロペラ１６の幅より外側に位置する空気再吹き出し口６２及び６３だけを設けることとすれば、プロペラ１６への気泡巻き込みをより確実に防止できる。

本実施形態によれば、空気回収口４１〜４３から回収した空気を空気再吹き出し口６１〜６３から吹き出しているため、大気中から取り込んだ空気を空気再吹き出し口６１〜６３から吹き出す場合に比較して空気吹き出しのためのエネルギが削減される。

図１Ｄを参照して、本実施形態の変形例に係る摩擦抵抗低減型船舶を説明する。本変形例に係る摩擦抵抗低減型船舶は、以下の説明を除いて第１の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶と同様である。空気再吹き出し口６１〜６３が空気回収口４１〜４３よりも高く配置され且つ空気回収口４１〜４３よりも船尾１２側に配置されるため、本変形例においては、空気回収口４１〜４３が空気回収チャンバ５１〜５３及びコンプレッサ又はブロワ８０を介さずに空気再吹き出し口６１〜６３に接続される。空気回収装置４０は、空気回収口４１から空気再吹き出し口６１まで斜め上方に延びる流路７２と、空気回収口４２から空気再吹き出し口６２まで斜め上方に延びる流路７２と、空気回収口４３から空気再吹き出し口６３まで斜め上方に延びる流路７２を備える。空気回収口４１〜４３から船体１０内に流入した気泡を含む海水は流路７２を通って空気再吹き出し口６１〜６３から排出される。

ところで、本実施形態において、中央空気回収口４１は複数の空気回収孔４１ａによって形成され、左舷側空気回収口４２は複数の空気回収孔４２ａによって形成され、右舷側空気回収口４３は複数の空気回収孔４３ａによって形成される。中央空気回収口４１は、船幅方向Ｙに延びる帯形状に形成され、センターラインＣＬをまたぐように設けられる。左舷側空気回収口４２は、船幅方向Ｙに延びる帯形状に形成され、中央空気回収口４１よりも左舷１４側に張り出すようにセンターラインＣＬよりも左舷１４側に設けられる。右舷側空気回収口４３は、船幅方向Ｙに延びる帯形状に形成され、中央空気回収口４１よりも右舷１５側に張り出すようにセンターラインＣＬよりも右舷１５側に設けられる。左舷側空気回収口４２及び右舷側空気回収口４３は中央空気回収口４１よりも船首１１側に配置される。例えば、左舷側空気回収口４２の船長方向Ｘ位置と右舷側空気回収口４３の船長方向Ｘ位置とは一致する。

このように空気回収口４１〜４３が構成されるため、空気回収口４１〜４３が船長方向Ｘの同じ位置に配置される場合に比べてサギングやホギングにより生じる縦曲げに対する船体１０の強度が確保される。空気回収口４１〜４３が船幅方向Ｙの広い範囲に分布するため、船底１３の船幅方向Ｙに広い範囲で空気を回収することができる。中央空気回収口４１が左舷側空気回収口４２及び右舷側空気回収口４３よりもプロペラ１６の近くに配置されるため、気泡がプロペラ１６に巻き込まれることが確実に防止される。ここで、中央空気回収口４１の船幅方向Ｙの幅Ｗ１を左舷側空気回収口４２の船幅方向Ｙの幅Ｗ２及び右舷側空気回収口４３の船幅方向Ｙの幅Ｗ３より大きくすることで、気泡がプロペラ１６に巻き込まれることがより確実に防止される。

図２Ａは、中央空気回収口４１の例を示す。中央空気回収口４１を形成する複数の空気回収孔４１ａは、中央空気回収口４１の長手方向（すなわち船幅方向Ｙ）に配列された複数の長孔である。各空気回収孔４１ａの長手方向は中央空気回収口４１の長手方向に垂直である。この場合、各空気回収孔４１ａを開口面積が等しい円孔で置き換えた場合に比べて隣り合う空気回収孔４１ａどうしの間隔が大きくなるため、縦曲げに対する船体１０の強度が確保される。左舷側空気回収口４２及び右舷側空気回収口４３も中央空気回収口４１と同様に構成される。

図２Ｂは、中央空気回収口４１の他の例を示す。中央空気回収口４１を形成する複数の空気回収孔４１ａは、中央空気回収口４１の長手方向（すなわち船幅方向Ｙ）に延びる平行な２直線Ｌ１及びＬ２に沿って配列された複数の円孔である。直線Ｌ１に沿って配列された複数の円孔と直線Ｌ２に沿って配列された複数の円孔とは、中央空気回収口４１の長手方向に沿う位置がずれている。例えば、中央空気回収口４１を形成する複数の空気回収孔４１ａは千鳥形配列とされる。この場合、複数の空気回収孔４１ａが一本の直線に沿って配列される場合に比べて縦曲げに対する船体１０の強度が確保される。左舷側空気回収口４２及び右舷側空気回収口４３も中央空気回収口４１と同様に構成される。

図２Ｃは、中央空気回収口４１の他の例を示す。図２Ｃに示す中央空気回収口４１は、各円孔が開口面積の等しい長孔で置き換えられている点を除いて図２Ｂに示す中央空気回収口４１と同様である。各長孔の長手方向は中央空気回収口４１の長手方向に垂直である。この場合、図２Ｂの場合に比べて縦曲げに対する船体１０の強度が確保される。左舷側空気回収口４２及び右舷側空気回収口４３も中央空気回収口４１と同様に構成される。

（第２の実施形態）
図３を参照して、本発明の第２の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶は、以下の説明を除いて第１の実施形態に係る摩擦抵抗型船舶と同様である。左舷側空気回収口４２及び右舷側空気回収口４３の各々は、その船尾１２側の端部がセンターラインＣＬに近くその船首１１側の端部がセンターラインＣＬから遠くなるように船長方向Ｘに対して斜めに延びる帯形状に形成される。

本実施形態によれば、左舷側空気回収口４２及び右舷側空気回収口４３のプロペラ１６に近い方の端部がセンターラインＣＬの近くに配置されるため、プロペラ１６に気泡が巻き込まれることが確実に防止される。

（第３の実施形態）
図４Ａを参照して、本発明の第３の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶を説明する。本実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶は、以下の説明を除いて第１の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶と同様である。本実施形態において、空気回収装置４０は、船底１３の中間部分に設けられた空気再吹き出し口６４〜６６と、流路７３とを更に備える。空気再吹き出し口６４〜６６は、空気吹き出し口３１〜３３より船尾１２側且つ空気回収口４１〜４３より船首１１側に配置される。コンプレッサ又はブロワ８０は流路７３を介して空気再吹き出し口６４〜６６に接続される。

図４Ｂを参照して、空気再吹き出し口６４〜６６は、互いに離れている。

空気回収装置４０は、空気回収口４１〜４３から船体１０内に回収した空気を空気再吹き出し口６４〜６６から水中に吹き出す。具体的には、コンプレッサ又はブロワ８０は、気液分離チャンバ５１〜５３において分離された空気を空気再吹き出し口６４〜６６から水中に吹き出す。船底１３のうち空気再吹き出し口６４〜６６より船尾１２側の部分を覆う気泡の密度が高くなるため、船体１０の摩擦抵抗が更に低減される。

本実施形態によれば、空気回収口４１〜４３から回収した空気を空気再吹き出し口６４〜６６から吹き出しているため、大気中から取り込んだ空気を空気再吹き出し口６４〜６６から吹き出す場合に比較して空気吹き出しのためのエネルギが削減される。

また、空気再吹き出し口６４〜６６が空気吹き出し口３１〜３３より船尾１２側且つ空気回収口４１〜４３より船首１１側に配置されるため、流路７３は空気回収口４１〜４３から回収した空気を空気吹き出し口３１〜３３から水中に吹き出す場合の流路に比べて短くて済む。したがって、流路７３を船体１０内に容易に配置することが可能であり、流路７３の抵抗による圧力損失が低減される。

ここで、空気吹き出し口６４〜６６の各々は、空気回収口４１〜４３と同様に、複数の空気吹き出し孔によって形成される。空気再吹き出し口６４は、船幅方向Ｙに延びる帯形状に形成され、センターラインＣＬをまたぐように設けられる。空気再吹き出し口６５は、船幅方向Ｙに延びる帯形状に形成され、空気再吹き出し口６４よりも左舷１４側に張り出すようにセンターラインＣＬよりも左舷１４側に設けられる。空気再吹き出し口６６は、船幅方向Ｙに延びる帯形状に形成され、空気再吹き出し口６４よりも右舷１５側に張り出すようにセンターラインＣＬよりも右舷１５側に設けられる。空気再吹き出し口６５及び空気再吹き出し口６６は空気再吹き出し口６４よりも船尾１２側に配置される。例えば、空気再吹き出し口６５の船長方向Ｘ位置と空気再吹き出し口６６の船長方向Ｘ位置とは一致する。

このように空気再吹き出し口６４〜６６が構成されるため、縦曲げに対する船体１０の強度を確保しながら船底１３の船幅方向Ｙに広い範囲から空気を吹き出すことができる。なお、空気再吹き出し口６５及び空気再吹き出し口６６は空気再吹き出し口６４よりも船首１１側に配置されてもよい。

空気再吹き出し口６４〜６６の各々の複数の空気吹き出し孔は、例えば、図２Ａ〜２Ｃに示す複数の空気回収孔４１ａと同様に構成される。

また、空気吹き出し口３１〜３３を空気再吹き出し口６４〜６６と同様に構成することで、船底１３の船首１１側部分においても、縦曲げに対する船体１０の強度を確保しながら船底１３の船幅方向Ｙに広い範囲から空気を吹き出すことができる。

（第４の実施形態）
図５を参照して、本発明の第４の実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶を説明する。本実施形態に係る摩擦抵抗低減型船舶は、以下の説明を除いて第１の実施形態に係る摩擦抵抗型船舶と同様である。本実施形態において、空気回収口４１は空気回収チャンバ５１の底全体に形成された一つの孔である。空気回収口４１と同様に、空気回収口４２及び４３もそれぞれ空気回収チャンバ５２及び５３の底全体に形成された孔である。空気回収装置４０は、空気回収口４１を開閉する弁機構９０と、空気回収口４２を開閉する弁機構９０と、空気回収口４３を開閉する弁機構９０とを備える。

本実施形態によれば、船底１３を覆う気泡量が少ない場合に空気回収口４１〜４３を弁機構９０によって閉じることで船底１３の表面を滑らかにして抵抗を低減することが可能である。また、空気回収口４１〜４３のうち必要な箇所だけを開けることができる。例えば、空気回収口４１だけを開けて空気回収口４２及び４３を閉じることが可能である。

本実施形態において、縦曲げに対する船体１０の強度が補強されるように空気回収口４１〜４３の周囲に補強材（不図示）を設けることが好ましい。

以上、実施の形態を参照して本発明による摩擦抵抗低減型船舶を説明したが、本発明による摩擦抵抗低減型船舶は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に様々な変更を行うことが可能である。上記実施形態に記載された事項と上記他の実施形態に記載された事項とを組み合わせることが可能である。

１０…船体
１１…船首
１２…船尾
１３…船底
１４…左舷
１５…右舷
１６…プロペラ又はプロペラ円
１７…舵
３０…空気吹き出し装置
３１〜３３…空気吹き出し口
３４…コンプレッサ又はブロワ
４０…空気回収装置
４１〜４３…空気回収口
４１ａ〜４３ａ…空気回収孔
５１〜５３…空気回収チャンバ
６１〜６６…空気再吹き出し口
７０、７２、７３…流路
８０…コンプレッサ又はブロワ
９０…弁機構
Ｘ…船長方向（前後方向）
Ｙ…船幅方向（左右方向）
ＣＬ…センターライン
Ｌ１、Ｌ２…直線
Ｔ…接線

Claims (4)

1. 船体のフラットな船底に設けられた空気吹き出し口から空気を水中に吹き出す空気吹き出し装置と、
   前記船底に設けられた空気回収口から前記空気を前記船体内に回収する空気回収装置とを具備し、
   前記空気回収口は、前記船底と同一面上に、前記空気吹き出し口より船尾側且つ前記船体に設けられたプロペラより船首側に配置され、
   前記空気回収装置は、前記空気を前記船体に設けられた第１空気再吹き出し口から水中に吹き出し、
   前記第１空気再吹き出し口は、前記空気回収口よりも船尾側で前記プロペラよりも船首側に配置され、前記船体を後方視したときに前記プロペラの下方に位置しないように配置され、前記船体を後方視したときに前記プロペラの幅より外側だけに配置される
   摩擦抵抗低減型船舶。
2. 前記空気回収装置は、前記空気回収口を開閉する弁機構を備える
   請求項１に記載の摩擦抵抗低減型船舶。
3. 前記空気回収装置は、前記空気を前記船底に設けられた第２空気再吹き出し口から水中に吹き出し、
   前記第２空気再吹き出し口は、前記空気吹き出し口より船尾側且つ前記空気回収口より船首側に配置される
   請求項１又は２に記載の摩擦抵抗低減型船舶。
4. 前記空気吹き出し装置は、前記空気吹き出し口から前記空気を水中に吹き出す第１のコンプレッサ又はブロワを備え、
   前記空気回収装置は、前記第１空気再吹き出し口又は前記第２空気再吹き出し口から前記空気を水中に吹き出す第２のコンプレッサ又はブロワを備える
   請求項３に記載の摩擦抵抗低減型船舶。
   

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