JP6011802B2 - Microbubble generating once-through pump device for friction reduction ship - Google Patents
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Description
本発明は、船首側の水面下において大量のマイクロバブル(微細気泡)を発生させ、船の側面および底面に接する外板表面をマイクロバブルで覆うことによって、航行時の船体の摩擦抵抗を低減し、高い省エネ効果を得る装置に関する。 The present invention reduces the frictional resistance of the hull during navigation by generating a large amount of microbubbles (fine bubbles) under the water surface on the bow side and covering the outer plate surface in contact with the side surface and bottom surface of the ship with microbubbles. The invention relates to a device for obtaining a high energy saving effect.
従来は、船体の表面をマイクロバブルで覆って摩擦抵抗を低減させるための手段として、船首側の船の外板に設けた細いスリットや多数の噴出口およびノズルにより空気を吹き出させる方法などがある。例えば、吹き出し口がスリット形状では特許文献1、多数の噴出口形状では特許文献2や特許文献3、ノズル形状では特許文献4などが開示されている。また、特許文献5にはマイクロバブル発生ポンプを船の外板に設置してマイクロバブルを船体に沿って放出する方法もある。
Conventionally, as a means for reducing the frictional resistance by covering the surface of the hull with microbubbles, there is a method in which air is blown out by a thin slit provided on the ship outer plate on the bow side, a large number of jets and nozzles, etc. . For example, Patent Document 1 discloses that the outlet is slit-shaped,
しかし、いずれの方法も既存の船体にマイクロバブル噴出口やスリットを設けることは困難である。また、マイクロバブル発生ポンプを直接船体の外板に取り付けるのも容易でなく、メンテナンスの問題もある。また、船体の形状も多種多様であり、船体に噴出口やスリットを施工する際に柔軟に対応できないなどの問題がる。 However, in any of the methods, it is difficult to provide a microbubble outlet and a slit in an existing hull. Moreover, it is not easy to attach the microbubble generating pump directly to the outer plate of the hull, and there is a problem of maintenance. In addition, the shape of the hull is various, and there is a problem that it is not possible to flexibly deal with the construction of jets and slits in the hull.
従来のマイクロバブルの発生技術は、基本的に船体外板にスリットや噴出口を施工する必要があり、費用や構造上の問題がある。また、既存の船体に追加工するのは困難である。また、マイクロバブル発生ポンプを水面下の船体外板に直接固定して設置する方法は、据付け位置の調整やメンテナンスに問題がる。従って、既存の船体にも摩擦低減のためにマイクロバブル発生装置を利用できて、据付け位置の調整やメンテナンスも容易にできる構造を必要とする。 The conventional technology for generating microbubbles basically requires the construction of slits and jets in the hull outer plate, which is problematic in terms of cost and structure. In addition, it is difficult to perform additional work on the existing hull. Moreover, the method of directly fixing the microbubble generation pump to the hull outer plate under the water surface has problems in adjusting the installation position and maintenance. Therefore, the existing hull needs a structure that can use the microbubble generator for friction reduction and can easily adjust the installation position and perform maintenance.
本発明は従来技術の問題点を解決するために、船首側の船体外板にリニアレールを上甲板部の外板から水面下の船底付近の所定の位置まで垂直に設置し、前記リニアレールの上を走行するスライドプレートに矩形構造のマイクロバブル発生貫流ポンプを取り付けた装置構成にしたものである。前記ポンプをレール走行により水面下の適正な位置に調整しながらセットできるので、既存の船体にも利用でき、またポンプが上下にレール走行できるので、メンテナンスも容易である。 In order to solve the problems of the prior art, the present invention vertically installs a linear rail on the hull outer plate on the bow side from the outer plate of the upper deck to a predetermined position near the bottom of the ship below the water surface. This is a device configuration in which a microbubble generating once-through pump having a rectangular structure is attached to a slide plate that travels above. Since the pump can be set while being adjusted to an appropriate position below the water surface by rail running, it can be used for existing hulls, and the pump can run on the rail up and down, so maintenance is easy.
多翼の円筒状羽根車を有する貫流ポンプ(クロスフロ−ポンプ)の構造は単純に二次元的であるため、モータを含めて全体が矩形にコンパクトにまとまり、レールの上を走行するスライドプレートに設置するのに都合よく容易に取り付けられる。また、単純に羽根車の長さを変えることによって、マイクロバブルで船体表面を覆う範囲を調整できる。なお、ポンプからのマイクロバブルを含む吐出し流れは、船の推進にも寄与するので無駄がない。 The structure of the once-through pump (cross flow pump) with a multi-blade cylindrical impeller is simply two-dimensional, so it is compactly assembled into a rectangular shape including the motor and installed on a slide plate that runs on the rail. Convenient and easy to install. Moreover, the range which covers the hull surface with microbubbles can be adjusted by simply changing the length of the impeller. In addition, since the discharge flow including the microbubbles from the pump contributes to the propulsion of the ship, there is no waste.
本発明の矩形構造のマイクロバブル発生貫流ポンプを船体外板に取り付けた走行型リニアレールの上にセットする方法は、既存の船舶にも前記貫流ポンプ装置を比較的容易に組込んで設置可能である。貫流ポンプの羽根車内で発生した大量のマイクロバブルは、ポンプ特有の幅広で安定した吐出し流れとともに船体表面に沿って供給できるので、航行時の船体摩擦抵抗を効率よく低減できる。また、メンテナンスもレール走行によりポンプを水中から引き上げることができるので作業効率が良い。 The method of setting the rectangular microbubble generating once-through pump of the present invention on the traveling linear rail attached to the hull outer plate can be installed in the existing ship relatively easily. is there. Since a large amount of microbubbles generated in the impeller of the once-through pump can be supplied along the surface of the hull along with a wide and stable discharge flow specific to the pump, the hull frictional resistance during navigation can be efficiently reduced. Also, maintenance can be performed efficiently because the pump can be lifted from the water by rail travel.
以下に本発明の実施の形態を図1〜図8を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は第1実施例で、請求項1の発明に関する全体構成を示す。図2は図1の平面断面図、図3は図2のポンプ部の拡大図である。図1は、船首側の船の側面外板にリニアレール30を上甲板部の外板から水面下の船底付近の所定の位置まで垂直に設置し、リニアレール30の上を走行するスライドプレート31にマイクロバブル発生貫流ポンプ50を取り付けた構成にし、水面下の適正な位置に調整しながらポンプ2台をセットできるようにしたものである。前述のように円筒状の多翼羽根車7を有する貫流ポンプの構造は単純で二次元的であるため、水中モータ12を含めて全体が矩形にコンパクトにまとまるので、レールを走行するスライドプレート31に都合よく容易に取り付けられる。また、メンテナンス時には、レール走行によりポンプを容易に水面上に引き上げることができるので有利である。スライドプレート31を自走型にすれば作業効率は良くなる。
FIG. 1 is a first embodiment, and shows an overall configuration relating to the invention of claim 1. 2 is a plan sectional view of FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of the pump portion of FIG. In FIG. 1, a
この実施の形態によれば、貫流ポンプの流れは二次元的で幅広の安定した一様な流れが得られるのとコアンダ効果(流れが物体表面に沿って流れる効果)により、図2、図3に示すように貫流ポンプ50から吐出されたマイクロバブルの流れが船の側面外板70bに沿って流れるので、薄い層のマイクロバブルで船体を覆うことができる。コアンダ効果を有効にするためには、図3に示す吐出し流れDの流速は外流F(船の速度や海流に関係する船体近傍を通り過ぎる流れ)の速度より速くする必要がある。
According to this embodiment, the flow of the once-through pump can obtain a two-dimensional, wide, stable and uniform flow and the Coanda effect (the effect of the flow flowing along the object surface). Since the flow of the microbubbles discharged from the once-through
摩擦抵抗を低減させるためには、基本的には、水面下の船体表面の薄い境界層をマイクロバブルで覆えば良い。本発明では、マイクロバブルを含む吐出し流れを船体表面に沿ってシ−ト状に供給できるのとコアンダ効果により、確実に境界層を覆うことができるので効率が良い。また、二次元的形状の貫流ポンプ本体の吸込み口と吐出し口を含むケ−シング形状や舌部8の構造および羽根車の長さを適切にアレンジすることによって船体の形状あった流れの状態を得ることが出来るという優れた特徴を持っている。
In order to reduce the frictional resistance, basically, a thin boundary layer on the surface of the hull below the water surface may be covered with microbubbles. In the present invention, since the discharge flow including the microbubbles can be supplied in a sheet shape along the hull surface and the Coanda effect can be surely covered the boundary layer, the efficiency is high. In addition, by properly arranging the casing shape including the suction port and the discharge port of the two-dimensional cross-flow pump main body, the structure of the
羽根車内に発生するマイクロバブルの発生は図1に示すように気液混合チャンバー40(詳細は後述)で気体と液体を合流させて生成された微小気泡混合液を加圧ポンプ42に取り込んで羽根により回転撹拌しながら気泡を微細化するとともに加圧した微細気泡含有加圧液をパイプ13により図3に示す羽根車内に挿入した散気孔タイプのノズル3に供給する。供給された微細気泡含有加圧液は噴出口よりジェット状の噴流Jとなって回転する羽根車7内に噴出、減圧され、羽根車内の流れとも混合することにより、マイクロバブル化した気泡となって流れとともにポンプ吐出口から船体表面に沿って流出する。
As shown in FIG. 1, the generation of microbubbles generated in the impeller includes a microbubble mixed liquid generated by merging gas and liquid in a gas-liquid mixing chamber 40 (details will be described later) into a
図4は第2実施例で図1の第1実施例とは異なる別形態の装置の全体構成を示す。図5は図4の平面図、図6は図4のポンプ部の拡大断面図である。図4、図5に示すように船首左舷部の船体外板にリニアレール30を上甲板部外板から水面下の船底付近まで垂直に設置し、リニアレール30の上を走行するスライドプレート31にマイクロバブル発生貫流ポンプ51を取り付け、船底部にセットしたものである。ポンプの吸込み口21と吐出し口22のケーシングの形状や方向は図6に示すように流れが船低表面70cに沿うようにアレンジしている。マイクロバブル発生に関する基本的な装置構成は前実施例と同様である。
FIG. 4 shows the overall configuration of another embodiment of the second embodiment which is different from the first embodiment of FIG. 5 is a plan view of FIG. 4, and FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the pump portion of FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the
この実施の形態によれば、図4、図6に示すようにマイクロバブル発生貫流ポンプ51から吐出されたマイクロバブルの流れがコアンダ効果によって船底の外板表面70cに沿って流れ、船底表面を覆うため摩擦低減になる。
According to this embodiment, as shown in FIGS. 4 and 6, the flow of microbubbles discharged from the microbubble generating once-through
上記実施例では、船の側面に対してはマイクロバブル発生貫流ポンプ50、底面に対してはマイクロバブル発生貫流ポンプ51を分けて使用したが、分けなくてもコアンダ効果(流れが船体表面に沿って流れる)を有効に利用できるようにマイクロバブル貫流ポンプを船首部の適当な位置にセットし、ポンプの吐出し方向を変えたり吐出し口近傍の船体表面の形状を局部的に変えるなどの調整をすれば、船の側面と底面の両面を含む船体表面をマイクロバブルで覆うことができる柔軟な対応も可能である。
In the above embodiment, the microbubble generating once-through
図1〜図6に描いたマイクロバブル発生貫流ポンプ50と51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。基本的には前述のように船体表面の薄い境界層を微小気泡流で覆えばよいので、ポンプの羽根車径の大きさは船の大きさにもよるが、8cm〜20cm程度でよいと考えられる。ポンプの大きさや台数は、船の大きさによって異なる。 The sizes of the microbubble generating through-flow pumps 50 and 51 depicted in FIGS. 1 to 6 are depicted at a large ratio with respect to the hull, unlike actual ones, for easy understanding. Basically, it is sufficient to cover the thin boundary layer on the surface of the hull with a microbubble flow as described above, so the size of the impeller diameter of the pump may be about 8 cm to 20 cm, although it depends on the size of the ship. It is done. The size and number of pumps vary depending on the size of the ship.
図7(a)は羽根車部の詳細断面図で、羽根車7内に挿入した散気孔タイプのノズル3に前述の図1、図4に示す加圧ポンプ42により加圧した微細気泡含有加圧液をパイプ13により圧入し、ノズルの小孔5より噴出・拡散する状態を示す。この場合は、前記ノズル3が羽根車中空回転軸16の中に嵌め込まれ、羽根車と一体となって回転するので、回転を伴う噴流の拡散と羽根車内の流れの混合により、効率よく微細化したマイクロバブルが得られる。図(b)は筒型タイプのノズルにおける構成とノズルからの噴出状態J2を示す。この場合の筒型タイプのノズルは回転を伴わないが、基本的なマイクロバブル発生機構は図(a)と同様である。
FIG. 7A is a detailed cross-sectional view of the impeller part. The fine bubble-containing additive pressurized by the
図8は図1、図4に示す気液混合チャンバー40の詳細な構成例を示す。図8(a)は二重管構造タイプの気液混合チャンバー43で、内管44と外管45の隙間に気体を供給し、内管44に開けた多数の小孔46より内管44内を通過する水流に気体を吹き込んで、微小気泡混合液を得ることを基本とする。図8(b)はノズル噴流タイプの気液混合チャンバー47で、上流側縮流部の管中央に挿入したノズル48より気体を水流の中に噴出すことにより微小気液混合液を得ることを基本とする。
FIG. 8 shows a detailed configuration example of the gas-
本発明のリニアレール上にセットした摩擦低減用マイクロバブル発生貫流ポンプ装置は、既存の船舶にも比較的容易に組込んで設置でき、矩形構造の貫流ポンプ特有の流れ特性による幅広で安定した一様な吐出し流れにより、船体表面をマイクロバブルで効率良く覆うことが出来るので航行時の摩擦低減に効果を発揮する。また、ポンプがレールの上を走行出来るので、据付け位置の調整やメンテナンスにも有利である。 The microbubble generating once-through pump device for friction reduction set on the linear rail of the present invention can be installed and installed relatively easily on existing ships, and it is a wide and stable one due to the flow characteristics peculiar to a rectangular structure once-through pump. With such a discharge flow, the hull surface can be efficiently covered with microbubbles, which is effective in reducing friction during navigation. Further, since the pump can run on the rail, it is advantageous for adjustment of the installation position and maintenance.
3 散気孔タイプのノズル
5 小孔(噴出孔)
6 羽根
7 貫流ポンプ羽根車
8 ケ−シング舌部
10 筒型タイプのノズル
12 水中モ−タ
13 ホ−ス
14 水面
16 羽根車中空回転軸
21 ポンプ吸込みケーシング
22 ポンプ吐出しケーシング
25、26 羽根車中空回転軸用軸受
30 リニアレール
31 スライドプレート
40 気液混合チャンバー
42 加圧ポンプ
43 二重管構造タイプの気液混合チャンバー
44 気液混合チャンバー内管
45 気液混合チャンバー外管
46 小孔(気体吹き込み孔)
47 ノズル噴流タイプの気液混合チャンバー
48 ノズル(気体噴出用)
50、51 マイクロバブル発生貫流ポンプ
70 船
70b 船の側面外板
70c 船底外板
B 微細気泡
D ポンプ吐出し口から船体表面に沿って流出するマイクロバブルの流れ
F 外流(船の速度や海流に関係する船体近傍を通り過ぎる流れ)
J、J2 ノズルより噴出する微細気泡流
3
6
47 Nozzle jet type gas-
50, 51 Micro-bubble generating once-through pump
70
B Fine bubbles
D Flow of microbubbles flowing out from the pump outlet along the hull surface
F Outer current (flow past the hull near the ship's speed and current)
J, J2 Fine bubble flow ejected from nozzle
Claims (1)
A linear rail is installed vertically on the side shell on the bow side from the outer plate of the upper deck to a predetermined position near the bottom of the ship, and a cylindrical, multi-blade impeller is installed on the slide plate that runs on the rail. Install a rectangular microbubble generating once-through pump having a fine bubble generating mechanism at the center of the impeller so that it can run up and down, and set the pump at an appropriate position below the water surface while adjusting the pump. The microbubble generating once-through pump device for a friction-reducing ship, characterized in that the discharge flow of microbubbles flows along the hull surface
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