JPH10318215A

JPH10318215A - 流体抵抗の低減方法並びに液体輸送管及び船

Info

Publication number: JPH10318215A
Application number: JP9125833A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kawashima; 憲一川島; Yutaka Ito; 伊藤　　豊; Saburo Shoji; 三良庄司; Hiroshi Sasaki; 佐々木　　洋; Akio Nishikawa; 昭夫西川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 1998-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】パイプラインや船などの構造体と液体との間
に発生する摩擦抵抗を低減する。【解決手段】構造体１の壁に空気透過性部材３と空気
透過性を有し且つ撥水性を有する撥水性部材４を設け、
撥水性部材４を液体に接するようにして、構造体１の壁
側から空気を供給することによって、撥水部材４と液体
との間に定常的に空気層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水や油等を輸送す
るパイプラインの流体抵抗を低減したり、船底と水との
間の流体抵抗を低減するなど、面と流体との間の損失動
力を低減する方法、並びにその方法を適用して損失動力
を低減した液体輸送管及び船体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水や油を輸送するパイプラインに
於いて、管路の流体抵抗を低減する方法としては、管路
の表面を可能な限り平滑にする、ピッチ等のように粘度
が高い流体の管路では予め被輸送物の温度を高めて粘度
を下げた状態としたり、管路の外表面部にヒータを設け
て管路と接する部分のみの被輸送物の粘度を下げる等の
方法があった。

【０００３】また、船底と水との流体抵抗を低減させる
方法としては、船底に貝類が付着しないように特殊な塗
料を塗布したり、ホバークラフト等に代表されるよう
に、空気圧で船を水面から浮上させたり、特開平６−８
７４８７号公報に開示されるように、船底に空気を溜め
るポケットを設け、ここに外部から空気を送り込むこと
によって、船底と水との抵抗を低減させるものがあっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した表面
を平滑にしたり、被輸送物の温度を上げる方法は、設備
上の限界があったり（特に、管路の表面研削）、エネル
ギーの面での損失が大きい（加熱による粘度低減）と言
った欠点がある。また、特殊な塗料を使用したり、空気
浮上させる方法では、補修費用が嵩んだり、公害問題が
発生したり、大容量の空気供給装置が必要であると言っ
た欠点があった。

【０００５】本発明は、これら従来技術の欠点に鑑み、
少ないエネルギーで効果的に流体抵抗を低減する方法を
提供することを目的とするものである。即ち、管路の内
壁あるいは船壁等の壁面とこれに接触する流体との間に
発生する摩擦抵抗を可能な限り小さいエネルギーで最小
限に抑える方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、基本的には管
路の内壁あるいは船底等の壁面を撥水性表面あるいは撥
油性表面とし、その表面と流体との間に薄い気体の層を
形成することによって、両者の間に生ずる摩擦抵抗を低
減するものである。例えば、壁面に１μｍ以下のサイズ
の凹凸を設け、更に前記凹凸表面に撥水性あるいは撥油
性を呈する表面処理膜を形成し、流体と接触する面とは
反対側から該処理膜を透過するように空気に代表される
気体を供給するようにする。

【０００７】その際、流体との接触面を撥水性表面ある
いは撥油性表面としても、その表面上の気体層が消失す
ると摩擦抵抗低減の効果がなくなるため、撥水性表面上
あるいは撥油性表面上に常に空気層が形成されているよ
うにする。そのために、撥水性表面あるいは撥油性表面
を空気透過性とし、その表面全体から流体側に気体を透
過させて供給するようにした。

【０００８】なお、本明細書では、「はっ水性のメカニ
ズムとその応用」（「工業材料」１９９６年７月号、Ｖ
ｏｌ.４４、Ｎｏ.８）に記載されているように、水滴の
接触角で示すと９０°を越える表面を「撥水性」表面と
いい、同様に、油滴との接触角が９０°以上の表面を
「撥油性」表面という。但し、前記水滴あるいは油滴の
接触角は、夫々の流体と撥水性表面、撥油性表面との間
に形成させる気体層と同一の気体雰囲気で測定した値で
ある。

【０００９】すなわち、本発明は、構造体と液体とが相
対的に運動する系の流体抵抗を低減する方法において、
液体と接触する前記構造体の壁部の少なくとも一部を液
体との接触角が９０゜以上である表面を備える通気性部
材で構成し、通気性部材の表面全体から気体を透過させ
て通気性部材と流体との間に気体層を形成することを特
徴とする。

【００１０】通気性部材は少なくとも表面層にポリテト
ラフルオロエチレンを含んだものとすることができる。
また、通気性部材は、少なくとも表面層にポリテトラフ
ルオロエチレンを含み、孔径が０.２μｍ以下の細孔を
全面に有するものとすることができる。細孔の孔径を
０.２μｍ以下とすると、通気性部材は液体を通さず気
体のみを透過させる。通気性部材は、燒結金属層と、そ
の上に形成したポリテトラフルオロエチレンを含む表面
層とを備えるものとしてもよい。

【００１１】通気性部材を透過する気体の温度を液体の
温度より高くすると、流体抵抗の低減効果を更に高める
ことができる。また、気体は空気とすることができる。
本発明による流体抵抗の低減方法は、液体輸送管あるい
は船に好適に適用することができる。また、本発明によ
る液体を輸送する液体輸送管は、液体との接触角が９０
゜以上である表面を有する通気性部材を少なくとも一部
に備える内壁と、通気性部材の裏面に気体を供給する手
段とを備え、通気性部材の表面全体から気体を透過させ
て通気性部材と流体との間に気体層を形成する機能を有
することを特徴とする。

【００１２】本発明による液体輸送管の好適な例では、
外壁を構成する外側環状部材と、液体との接触角が９０
゜以上である内面と、気体供給溝が設けられた外面とを
有し、外側環状部材の内側に挿入された多孔性のインナ
ーチューブと、外側環状部材を貫通してインナーチュー
ブの気体供給溝に気体を供給する気体供給口とを備え、
気体供給溝は気体供給口に接続した環状溝と、一端が環
状溝に接続し他端が閉じるとともに相互に交差した複数
のクロス溝とからなり、気体供給管から供給された気体
は環状溝からクロス溝に入り、インナーチューブを厚み
方向に透過して管の内側に供給されることを特徴とす
る。

【００１３】前記インナーチューブは焼結金属製とする
ことができる。また、管の内側に供給される気体を管内
を流れる流体の平均温度より高温になるように加熱する
ための加熱手段を設けることができる。また、本発明に
よる船は、水と接触する船底及び／又は側壁の少なくと
も一部を水との接触角が９０゜以上である表面を有する
通気性部材で覆い、通気性部材の裏面に気体を供給し、
通気性部材の表面全体から気体を透過させて通気性部材
と水との間に気体層を形成する機能を有することを特徴
とする。

【００１４】このとき、通気性部材の裏面の気体流通部
を垂直方向に複数の区画に分割し、各区画に独立して気
体を供給するのが好ましい。また、通気部材の裏面に供
給される気体を水の温度より高温になるように加熱する
ための加熱手段を設けることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。最初に、本発明を液体輸送管に適
用した実施の形態について説明する。図１は発電プラン
ト、化学プラントあるいは上下水道などの流体輸送系の
管路の断面を示したものである。ステンレス管、鋼管、
鋳鉄管、ダクタイル鋳鉄管等の鉄系パイプ、銅管、アル
ミニウム管等の非鉄金属系パイプあるいはポリ塩化ビニ
ル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂系パイ
プなどの管路１の内側に、インナーチューブ２を設けて
ある。図２は、図１の断面の一部（Ａ部）拡大した図で
ある。図２に示されているように、インナーチューブ２
は空気透過層３とその内面側に空気透過性を有し且つ撥
水性を有する撥水層４から構成されている。

【００１６】図３は、図２の管路内表面近傍（Ｂ部）を
更に拡大した図である。図３に示されているように、空
気透過層３は例えば充填密度が低い焼結金属、金属繊維
を結合剤を介して焼き固めたもの、あるいは有機材料の
繊維を結合剤を介して熱処理することによって固めたも
のであり、空気を容易に透過する性質を有し、かつ、あ
る程度の強度を有する構造材料からなる。

【００１７】図３には、充填密度の小さ空気透過層３を
焼結金属で構成した例を示す。図中の大きい丸印５は焼
結金属の粒子である。撥水層４には、最低限、空気透過
性と表面に撥水性が備わっており、ＰＴＦＥ（ポリテト
ラフルオロエチレン）製の濾過用フィルタ６、例えばア
ドバンテック東洋株式会社製のＰＴＦＥタイプ・メンブ
ラン・フィルタ（品名型番：Ｔ２０２Ａはフィルタ孔径
０.２μｍ、Ｔ０１０Ａは孔径０.１μｍ）が好適であ
る。このようなフィルム６をエポキシ系接着剤７で空気
透過層３の管内表面側に貼り付けてインナーチューブ２
を得る。

【００１８】一方、インナーチューブ２の外表面には、
図２のインナーチューブ２を管路の外面側から見た図
（Ｃ矢視図）である図４が示すように、空気を流すため
の空気分散クロス溝８（以下、単にクロス溝と称す
る。）が設けてある。図４は円筒状のチューブを平面に
展開した状態を示している。ここでは、空気透過層３に
焼結金属材料を使用したときに好適な空気供給溝の形状
を示す。

【００１９】即ち、空気を均一に管内に供給するにはま
ず、管路の円周方向に沿った空気供給量が均一であるこ
とが要求される。このためにはクロス溝８を可能な限り
緻密に設けるのがよい。ここでは、管の軸線に対して両
方向に４５°となるようにクロス溝８を設けてある。ま
た、空気分散溝８のピッチは５ｍｍ、溝形状は溝幅２.
５ｍｍの正三角形である。溝形状はここで述べた例に限
定されるものではないが、空気が下流へ行っても円周方
向の圧力分布が生じないようにするためには隣り合った
溝を連通するのが良く、この考え方に従えば、図４に示
すようにクロス溝とするのが好適である。焼結金属でイ
ンナーチューブ２を成形する場合には、クロス溝８は金
型で成形可能であり、溝の形状は任意に成形できるとい
った利点がある。

【００２０】図５及び図６に、管１とインナーチューブ
２との寸法関係を示す。図５は、図４と同様にインナー
チューブ２を平面に展開した図である。管路１の内径を
Ｄ₂とすると、クロス溝８を設けた面の幅はπＤ₂であ
る。インナーチューブ２の厚さをＴとすると、撥水面側
の幅はπ（Ｄ₂−２・Ｔ）である（図示せず）。管路の
始点部分には通常フランジ１３やねじ等の接続機構部が
設けられる。インナーチューブ２の始点側端面９は、管
の端面と略一致するように設けられる。ここから長さＬ
₁のシール部１０を設け、その後流には幅Ｌ₃の空気供給
溝１１とクロス溝８が設けてある。空気供給溝１１には
管１の外部から空気が供給できる手段１２が設けてある
が、その空気供給手段１２については後述する。

【００２１】このようにして、管１の外部から供給され
た空気を、空気供給溝１１からクロス溝８を経て僅かず
つ管内に吹き込むようにしてある。一方、インナーチュ
ーブ２の終端部の構造は、図７に示したように、同部か
ら空気が被輸送流体中あるいは大気中（管路の終端部が
大気開放の場合）に直接放出しないように、クロス溝８
を閉鎖するシール部１４を有している。

【００２２】このように構成された管路では、以下に述
べるような流体抵抗低減効果がある。直管路を流れる流
体の損失動力Ｗ_Lは一般に、次の〔数１〕で表される
（以下に述べる式は、「水力学および水力機械」工学図
書株式会社（昭和４２年３月）を参考にした）。

【００２３】

【数１】Ｗ_L＝γＱＨ_L／１０２（ｋＷ）ここに、Ｈ_L：管路内の損失水頭＝ｆ・（Ｌ／Ｄ）・ｖ²／２ｇ
（ｍ）Ｄ：管の内側直径（ｍ）Ｑ：流量（ｍ³／ｓ）Ｌ：管の長さ（ｍ）ｆ：管と流体との摩擦係数ｇ：重力加速度（９.８ｍ／ｓ²）ｖ：被輸送流体の平均流速（ｍ／ｓ） γ：流体の比重量＝密度（ρ）×重力加速度（ｇ）（ｋ
ｇ／ｍ³）輸送装置の設計条件等により、管路の寸法が決定される
と、上記輸送系での損失動力の大きさを決定するのは摩
擦係数のみである。下記〔数２〕で計算されるレイノル
ズ数Ｒｅが２３００以下は層流域、これ以上を乱流域と
呼び、流れの形態が全く異なる。

【００２４】

【数２】Ｒｅ＝ｖ・Ｄ／ν ここに、Ｄ：管路の直径（ｍ）ｖ：流速（ｍ／ｓ） ν：流体の動粘性係数（ｍ²／ｓ）産業用として液体を輸送する管路では、コストの面から
層流域で使用される例はなく、殆どの場合乱流域で使用
される。２０℃の水の場合、ν＝１.００４×１０^-6ｍ²
／ｓである。

【００２５】管路の内面と水との間に空気層を設ける場
合、輸送する水の量を減少させないためには、空気層を
可能な限り薄くする必要がある。被輸送流体の流速分布
を一様とし、前記と同様に空気層内の境界層を乱流境界
層とすると、境界層の流速分布は１／７乗則が成り立つ
ので、被輸送流体に作用するＦ_Lは下記の〔数３〕で示
される。

【００２６】

【数３】Ｆ_L＝τ・π・Ｄ・Ｌ（ｋｇ）ここに、Ｄ：管路の直径（ｍ）Ｌ：管路の長さ（ｍ） π：円周率 τ：〔数４〕で示される剪断応力（ｋｇ／ｍ²）

【００２７】

【数４】ここに、ｕ：境界層内の速度分布＝ｖ（ｙ／δ）^1/7（ｍ／ｓ）ｖ：被輸送流体の平均流底（ｍ／ｓ） δ：境界層の厚さ（ｍ） μ：粘性係数（ｋｇ・ｓ／ｍ²）したがって、被輸送流体に作用する抵抗を動力に換算す
ると、損失動力Ｗ_Aとなり、下記〔数５〕で与えられ
る。

【００２８】

【数５】Ｗ_A＝Ｆ_L・ｖ／１０２＝μ・π・Ｄ・Ｌ・ｖ／（δ・７・１０２）（ｋＷ）ここで、〔数１〕を用いて、例えば直径（Ｄ）０.５
ｍ、長さ（Ｌ）１００ｍの管路を流量（Ｑ）１ｍ³／ｓ
で２０℃の水を輸送する場合の管路の損失動力を計算す
る。管路の表面が滑らかな場合、〔数２〕で計算される
Ｒｅが３０００以上１０００００以下のとき、ブラジウ
スの実験式〔数６〕から管路の摩擦係数ｆ₀を求めるこ
とができる。しかし、実際には管路の表面は理想的に滑
らかな状態ではないので、補正が必要である。新しい鋳
鉄管の摩擦係数ｆは管表面の絶対粗さから実験的に求め
られる修正粗さｋを用いて、下記の〔数７〕から得られ
る。但し、Ｄの単位はｃｍである。

【００２９】

【数６】ｆ₀＝０.３１６／Ｒｅ^1/4

【００３０】

【数７】ｆ＝０.００９６＋５.７（ｋ／Ｄ）^1/2＋（２.
８８／Ｒｅ）^１／２滑らかな鋳鉄管では、修正粗度ｋは（１００〜２００）
×１０^−６である。ここでは、ｋ＝１５０×１０^-6と
し、２０℃の水の密度（ρ）を１０１.８（ｋｇ・ｓ²／
ｍ⁴）、重力加速度（ｇ）を９.８（ｍ／ｓ²）、動粘性
係数（ν）を１.００４×１０^-6（ｍ²／ｓ）として計算
した。

【００３１】先ず、管路内の水の平均流速（ｖ）は、ｖ
＝１・（π・Ｄ²）／４＝５.０９３（ｍ／ｓ）、レイノズ
ル数（Ｒｅ）は、Ｒｅ＝ｖ・Ｄ／ν＝５.０９３×０.５
／１.００４×１０^-5＝２.５４×１０⁶である。管路の
摩擦係数は実験的に〔数７〕から求められ、ｆ＝０.０
２０５４である。管路の損失水頭（Ｈ_L）及び管路の損
失動力（Ｗ_L）は〔数１〕より、Ｈ_L＝ｆ・（Ｌ／Ｄ）ｖ²／２・ｇ＝０.０２０５４×（１００／０.５）×５.０９３²／
（２×９.８）＝５.４３７（ｍ）Ｗ_L＝ρ・ｇ・Ｑ・Ｈ_L／１０２＝１０１.８×９.８×１×
５.４３７／１０２＝５３.２（ｋＷ）一方、前記と同一の条件で、管の内壁面に２０℃の空気
の層を設けた場合、空気の層の厚さ（δ）を０.０３９
μｍ（０.０３９×１０^-6ｍ）、粘性係数（μ）を１.８
４４×１０^-6（ｋｇ・ｓ／ｍ²）とすると、損失動力（Ｗ
_A）は〔数５〕より、Ｗ_A＝１.８４４×１０^-6×３.１４×０.５×１００×
５.０９３／（０.０３９×１０^-6×７×１０２）＝５
３.０（ｋＷ）であり、Ｗ_LとＷ_Aとは略等しい。従って、空気が被輸送
流体に溶解しないとすると、管路の入口部分での空気の
供給量（Ｑ_a）は次の〔数８〕で求められる。

【００３２】

【数８】ここに、Ｒ＝Ｄ／２である。

【００３３】この空気量を発生させるに必要な空気圧縮
機の断熱圧縮動力（Ｗ₀₁）は、Ｑ_aと管路入口での水頭
（Ｈ_L）から計算される空気圧縮機出口圧力Ｐｄ（ｋｇ
／ｃｍ²ａｂｓ.）等を用いて、次の〔数９〕から計算さ
れる（「機械工学便覧」日本機械学会監修を参照。）

【００３４】

【数９】Ｗ₀₁＝２.２２〔κ／（κ−１）〕Ｐｓ・Ｖ・
〔（Ｐｄ／Ｐｓ）α−１〕×０.７３５５（ｋＷ）ここに、Ｐｓ：吸込み圧力（ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓ.）Ｐｄ：吐出し圧力（ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓ.）Ｖ：吐出し自由空気量（吐出し空気量Ｑ_aを吸込み空気
量に換算した値）＝Ｑ_a／（Ｐｓ／Ｐｄ）^1/m×６０（ｍ
³／ｍｉｎ） α：（κ−１）／κ κ：比熱比（空気の場合、ポリトロープ指数ｍに等し
く、κ＝ｍ＝１.３）この例の場合、Ｐｄ＝１.５４ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓ.、Ｐ
ｓ＝１.０ｋｇ／ｃｍ²ａｂｓ.、Ｑａ＝０.４９６×１０
^-6ｍ³／ｓであるから、Ｖ＝Ｑ_a／（Ｐｓ／Ｐｄ）^1/m×６０＝４１.５６×１０^-6（Ｎｍ³／ｍｉｎ）Ｗ₀₁＝２.９９１×１０^-4（ｋＷ）であり、損失動力に比較して極く僅かである。しかし、
空気は被輸送流体に溶解したり混合するので、管内壁に
空気層を定常的に形成するためには、管内壁全面から空
気層内の空気の平均流速の空気を供給する必要がある。
仮に１００倍の空気量が必要になったとすると、空気圧
縮機の断熱圧縮動力も１００倍になるが、それでも損失
動力の０.００４２％である。ただし、〔数９〕中のＰ
ｄは管路内の被輸送流体の圧力、空気がインナーチュー
ブ２を通過するときの損失圧力、空気を液体側に供給す
るのに必要な差圧Δｐ、空気圧縮機から空気供給手段ま
での配管系の損失圧力の和である。したがって、空気圧
縮機の動力を低減するには、例えば空気管路の直径を大
きくする、空気供給系に設置する弁には損失圧力の小さ
いものを使用することが重要である。また、インナーチ
ューブの空気流動損失は焼結材料の充填密度が大きくな
るに従って増加するので、構造的な強度を保ち、可能な
限り充填密度が小さいものを使用することが重要であ
る。

【００３５】管路の内壁に厚さδの空気層を設けた場合
の被輸送流体の損失動力Ｗ_L、空気層δを形成するに必
要な空気量Ｑ_a、Ｑ_aを供給するための空気圧縮機の断熱
圧縮動力Ｗ_aLを表１に実施例Ａ〜Ｇとして示す。実施例
Ａ〜Ｇにおける撥水処理は、液体との接触角が１５０゜
以上である超撥水処理とした。なお、空気の供給量が増
加すると、被輸送流体の流量が減少する（流量を一定値
に保とうとすると、管路の圧力損失が増加する）が、予
め管路の直径を大きくしておくことによってこの問題は
回避できる。そこで、表１では管路の直径（Ｄ）を０.
５ｍ、長さ（Ｌ）を１００ｍ、被輸送流体の体積流量
（Ｑ）を１ｍ³／ｓ、供給する空気の温度を２０℃とし
て計算した。

【００３６】

【表１】この結果、管路の損失動力は空気層の厚さδの逆数に比
例して低下する。また、空気圧縮機の断熱圧縮動力は、
管路の損失動力ほどではないが、δの増加と共に低下す
ることが分かる。また、表１には比較例として、水のみ
を流した場合（δ＝０）の管路の損失動力Ｗ_L1の計算値
を示したが、空気層の厚さδが０.０３μｍの場合のＷ
_L1は比較例より大きな値を示している。これは計算の仮
定を次のように設定したためである。即ち、被輸送流体
を剛体とし、しかも空気層δ内でのみ速度勾配があると
仮定したので、δが非常に小さい場合には、空気層での
速度勾配が大きくなり、摩擦損失が大きくなった。実際
は、空気層δと被輸送流体の管壁面側に速度境界層が形
成されるので、空気層δが薄くなってもδが０の場合に
比べて損失動力が大きくなることはない。いずれにして
も、δが０.０３９μｍ以下では計算上からも損失動力
低減効果は期待できない。

【００３７】縮小率１／５０のモデル実験から推算した
損失動力の計算値を実測値Ｗ_L2として表１に併記した。
比較例ａに示す空気層を持たず（δ＝０）、且つ撥水処
理無しの場合、実測の損失動力Ｗ_L3は計算値Ｗ_L1を上回
っている。また、比較例ｂ撥水処理有りでも実測値Ｗ_L2
が計算Ｗ_L1を上回っている。実験結果では比較例ｂ（撥
水処理有）が比較例ａ（処理無し）に比べて僅かに損失
動力が小さい値を示しているが、これはデータのばらつ
きであり、両者に有位差は無い。

【００３８】次に、表１に示した実施例Ａ〜Ｇにおい
て、空気層の厚さδの変化による計算値（Ｗ_L1）と実測
値（Ｗ_L2）とを比較すると、何れのδでも実測値
（Ｗ_L2）の方が大きく、しかも、δが０.１μｍより小
さくなると、比較例ｃの値に近接することが分かる。こ
れは、実験では空気を管路の入口からのみ供給したた
め、流れの下流では空気が水に溶解したり巻き込まれ
て、管路の内壁に空気層が形成されなかったためと考え
られる（これを回避する方法については図９以下で述べ
る）。このことは、供給空気量が少ない（δが小さい）
ほどこの傾向が顕著であることからも裏付けられる。

【００３９】一方、各δについて、管表面に撥水処理し
た時の実測値損失動力Ｗ_L2と処理無しの時の実測値損失
動力Ｗ_L3を比較すると、撥水処理した場合にはδの増加
即ち、供給空気量の増加に伴って損失動力が低減する。
これに対して、撥水処理無しの場合には、大量に空気を
供給しても損失動力が低減しない。これは管路内表面に
撥水処理を施したことによって生じた現象であり、これ
が本発明の効果である。

【００４０】以下に、この現象が生ずる理由を述べる。
連続した空孔を有する空気透過層３を通して空気を水中
に吹き出すと、その層表面に撥水処理層４がある場合に
は、その表面には本来水をはじく性質があるので、空気
は管路の撥水表面と水との間に空気層を形成する。従っ
て、流路損失が低下する。しかし、更に空気が供給さ
れ、空気層がある厚さ以上になると、水の流れに攪乱さ
れて、空気層は管路表面から剥ぎ取られ、気泡となって
水と共に流れ去る。その気泡の一部は再び撥水表面と水
との間に空気層を形成することがあるかも知れないが、
表１でＷ_L2とＷ_L3とを比べれば分かるように、空気層δ
が０.０５μｍより小さくなるような空気供給量ではそ
の効果は小さい。なお、空気層の厚さが０.０５μｍ以
下になると損失動力低減効果が減少する理由の一つとし
て、空気層厚さが管路の表面粗さに近づくこともあげら
れる。

【００４１】これに対して、表面が撥水処理されていな
い場合には、管路表面には水をはじく性質がないため、
管路の壁を透過して表面に供給された空気は管路の表面
で空気層にならず、気泡となって水の中に巻き込まれ
る。この空気は水と共に流れるだけで、管路の表面に空
気層を形成することはない。したがって、供給する空気
量を増加しても損失動力を低減する効果は発生しない。

【００４２】以上述べたように、管路の入口部のみから
空気を供給する方法では撥水処理を施しても損失動力Ｗ
_L2が計算値Ｗ_L1のように低減しない。これは、前述した
ように空気層がある厚さ以上になると、管路の表面から
剥離し、再度管路の表面で空気層にはなりにくいためで
ある。

【００４３】また、撥水処理を施すだけでは損失動力を
低減する能力が維持できないことを図８で示す。実験装
置は、水槽の側面に撥水処理を施した管路Ａを脱着可能
なように接続し、管路の出口に流量制御弁とストップバ
ルブを設けると共に、撥水管路出入口部にはこの間の圧
力差を測定するための差圧計を設ける。実験は、先ず管
Ａと同一寸法で、撥水処理を施していない管路Ｂを用い
て、管路端部のバルブを開放して流量を測定し、流量制
御弁の設定値をこの流量にセットする。次に管路Ａを設
置し、撥水管路内に水が満たされたことを確認後、スト
ップバルブを開放して流量を前記値一定に保ち、バルブ
を開放してからの時間に対する管路出入口の圧力差を記
録した。なお、水槽の水面の高さが常に一定となるよう
に給水した。水には予め空気をバブリングしたものを用
いたので、空気が飽和状態で溶解していると考えて良
い。

【００４４】実験結果は図８に示すように、バルブ開放
からｔ₀の間のみ差圧即ち、管路の損失圧力が小さい
が、ｔ₀時間経過後は急激に損失抵抗が増加し、ｔ₁時間
後には管路Ｂとほぼ同じ値になった。これは、通水当初
管路表面に形成されていた空気層が水の流れによって剥
離したためである。また、被輸送流体が凝縮水である場
合を想定して、８０℃で１Ｔｏｒｒ、１時間真空脱気し
た水を用いて同様の実験を行った結果も図８に示した。
それによると、通水直後から損失圧力が増加し始め、約
１分後には撥水処理が無い場合と同じ損失圧力に到達し
た。これは、上記のように空気層が水によって剥離・流
下するのに加えて、空気が水に溶解することによって、
空気層を保つことのできる時間が極端に短縮されるため
である。したがって、凝縮水を輸送する管路では、前記
インナーチューブから供給する空気の量を飽和空気水に
比べて増加する必要がある。このように、被輸送流体の
種類及びその性質によって、システムの一部を変更する
必要が生ずる。

【００４５】次に、本発明の改善案について述べる。本
実施例では管路の入口にのみ空気供給溝１１を設置し
て、ここから空気を導入した。空気はクロス溝８を流
れ、下流に行くに従って静圧は低下する。一方、被輸送
流体も下流に行くに従って静圧は低下する。この時、流
れの方向の各位置での被輸送流体と空気との差圧が一定
でないと、場所によって供給される空気量に差を生じ、
以下に述べるような障害が発生する懸念がある。空気供
給溝１１内の空気の静圧は被輸送流体の静圧より大きく
なるように設定するが、クロス溝８の流路面積が大きい
インナーチューブを使用すると、管路の下流に行っても
空気の静圧が低下しないため、被輸送流体との圧力差が
大きくなって、下流に行くに従って供給される空気量が
多くなる。この結果、供給する空気量が多い割には期待
した損失動力低減効果が得られないという現象が生ず
る。また、この時の空気供給量が圧縮機の能力を越える
と、管路入口で必要な差圧が得られず、管路の下流での
み空気が供給されるといった現象が生ずる。この様な現
象を回避するには、クロス溝８の流路面積を被輸送流体
の静圧に合致するように設計する必要がある。

【００４６】以下に、上記空気供給方法の改善案を図９
及び図１０を用いて説明する。本実施例では、空気の供
給手段１２及び空気供給溝１１を管路の流線方向に沿っ
て複数個設置したものである。以下、本実施例を具体的
に説明する。先ず、インナーチューブ２の展開図を図９
に示したが、外周面のクロス溝８が設けられた部分に空
気供給溝、クロス溝部、シール部とを１セットとして、
複数設けてある。同図では、管始点端面のシール部１０
（幅Ｌ₁）の下流側に空気供給溝１１ａ、クロス溝部８
ａ、シール部１０ａを長さＬ₂の１セットとし、更にそ
の下流には空気供給溝１１ｂ、クロス溝部８ｂ、シール
部１０ｂ（図示せず）が同じく長さＬ₂で設けてある。
これらの長さと管の長さＬとの関係は、ｎを正数とし
て、次式で表される。

【００４７】Ｌ＝ｎ・Ｌ₂＋Ｌ₁ このように構成されたインナーチューブ２を管１の内面
に挿入したものが図１０である。同図では空気供給手段
１２ｂを第２番目の空気供給溝１１ｂに合致するように
設置した状態を示している。このように、空気供給手段
１２は空気供給溝１１ａ，１１ｂ，…に対応して設置し
てある。

【００４８】空気が飽和状態で溶解した自然水を対象に
してＬ₂の長さを変えたときの損失動力Ｗ_L2を図１１に
示す。実験は、本実施例に成る管路系を構成し、一端か
ら被輸送流体（この場合は水）を供給する。空気供給溝
１１ａ，１１ｂ，…に空気を供給するための空気供給手
段１２とは管の軸対称位置に設けた管路壁の貫通穴から
ピトー管（静圧測定器）を挿入して被輸送流体の静圧を
測定する。この静圧をＰｐ_a，Ｐｐ_b…とする。一方、各
々の空気供給溝１１ａ，１１ｂ，…には、同溝内の圧力
測定手段と入口に空気流量調節手段（図示せず）を設置
した空気供給手段１２ａ，１２ｂ，…とが設けてある。
そして、空気供給溝１１ａ，１１ｂ，…内の空気の静圧
（Ｐａ_a，Ｐａ_b，…）が夫々Ｐｐ_a，Ｐｐ_b…よりΔｐだ
け高くなるようにＰａ_a，Ｐａ_b，…を設定する。空気供
給量を増加するにはΔｐを大きくした。

【００４９】その結果、空気量が一定の場合、Ｌ₂が或
る値より小さい領域では損失動力を小さくする効果が顕
著に現れる。これは、前述したように、インナーチュー
ブ２の内面に均一に空気層が形成されていることによ
る。Ｌ₂がその値を超えると、空気層が形成されない領
域が現れて損失圧力は急激に大きくなり、最終的には本
発明の効果が殆ど無くなる。しかし、空気供給量を増加
する即ち、Δｐを増加させると、空気層が形成されない
領域が減少して、損失圧力が低減する。Ｌ₂を短くして
即ち、空気供給手段１２を多数設けて空気量を少なくす
るか、あるいはその反対にＬ₂を長くして空気量を多く
するかは設計上の問題である。目標とする省動力効果や
空気圧縮機動力等を考慮したランニングコスト、加工費
や空気供給手段の価格等のイニシャルコストを勘案して
Ｌ₂を決定すればよい。

【００５０】なお、Ｌ₂の長さは被輸送流体の物質や温
度等によって異なる。一例をあげると、空気が飽和状態
で溶解した自然水例えば、水力発電や海水を利用した冷
却水などの管路の場合にはＬ₂は比較的長くても良い。
しかし、特開平６−１５９２２６号公報に開示された液
化天然ガス熱利用システムの飲料水供給ラインのように
凝縮水を輸送する管路の場合には、水に対する空気溶解
量が少ない。この場合には、図８に示したように、管路
外から供給した空気量は水に溶解してしまうので、Ｌ₂
を短くする必要がある。また、空気を溶解しにくい物質
であっても、流速が速いなど、攪拌や巻き込み等によっ
て管内壁から空気が剥離され易い場合にもＬ₂を短くす
る必要がある。

【００５１】次に、空気供給手段１２の構造を図１２に
示す。空気供給手段はコネクタ１４、チューブ１５、こ
ま１６、キャップ１７から構成される。管１には、イン
ナーチューブ２の外周に設けられた空気供給溝１１に連
通するように、ねじが切られた穴を設ける。コネクタ１
４には前記穴と同サイズのねじ１８と軸中心穴１９が設
けてある。穴１９のキャップ側には先端からチューブ１
５の内側ガイド２０を残して溝２１が設けてある。ま
た、コネクタ１４にはキャップ１７をねじ止めするため
のねじ２２が設けてある。キャップ１７にはチューブ１
５を貫通する穴２３とコネクタ１４にねじ止めするため
のねじ２２が設けてある。コネクタ１４とキャップ１７
には、こま１６と面で接触するように、夫々切り欠き２
４、２５が設けてある。こま１６は中央にチューブ１５
が隙間を持たずに貫通するような穴を有しており、算盤
玉の形状を呈する。

【００５２】これらの部品で空気供給手段１２を構成す
るには、先ず管１にコネクタ１４をねじ込む。チューブ
１５の一端から、キャップ１７をねじ２２が管１側に向
くように組み込む。次いで、こま１６をチューブ１５に
差し込む。この状態のチューブ１５をコネクタ１４のガ
イド２０に沿って溝２１に挿入する。その後、こま１６
をコネクタ１４の切り欠き２４に当たるように設置し、
最後にキャップ１７をねじ２２でコネクタ１４に固定す
る。チューブ１５の他方の端は、直接あるいは管１内か
ら逆流した水を捕集・排水するためのトラップ、ストッ
プ弁あるいは空気供給溝１１に供給する空気の圧力を制
御する制御弁あるいは空気供給手段１２が複数個ある場
合には分配器を介して、空気圧縮機に接続される。

【００５３】次に、インナーチューブ２の撥水層４の他
の実施例を図１３を用いて説明する。空気透過層３は図
３の実施例と同様に焼結材料であるが、その表面には更
に微細でサイズが異なる２種類の粉末２６、２７を混練
して焼成してある。そしてその表面にフッ素系の界面活
性剤を塗布後熱処理することによって焼結金属表面に吸
着させ、撥水層４を形成したものである。撥水層の形成
方法としては、空気透過層の表面にＰＴＦＥ（ポリテト
ラフルオロエチレン）の粉末を薄く塗って焼成してもよ
い。ただし、この撥水膜は水や低級アルコールなどのよ
うに分子サイズが小さい流体を透過してしまう。従っ
て、供給する空気圧を管内流体の圧力より常に高く、か
つ、空気源を運転停止しないような使用方法が必要であ
る。本実施例では、図３に示した撥水層に比べて、製造
が容易でありしかも、空気透過層３と撥水層４との接着
の必要がないといった利点がある。

【００５４】なお、サイズの異なる粉末を使用して撥水
被膜は、例えばフィラーを２種以上分散して得られるフ
ラクタル次元が２.４以上の層と、その層表面に形成さ
れたパーフルオロポリオキシアルキル系化合物又はパー
フルオロポリオキシアルキレン系化合物からなる層とか
らなる撥水塗膜、あるいはフィラーを２種以上分散して
得られるフラクタル次元が２.４以上でありかつ表面倍
増因子の範囲が２.０以上である層と、その層表面に形
成されたパーフルオロポリオキシアルキル系化合物又は
パーフルオロポリオキシアルキレン系化合物からなる層
とからなる撥水塗膜とすることができる。

【００５５】以上述べたように、本発明によれば、管路
の損失動力を低減できるといった効果がある。なお、原
油精製プラント等において、ピッチのように非常に高粘
度の物質を輸送する場合には、管路の外周にヒータを設
置して、管の内面と被輸送流体とが接触する部分のみを
加熱して粘度を低下させ、損失動力を低減させる方法が
提案されているが、これと本発明とを組み合わせること
によって更に損失動力を低減させることができる。上記
の実施例では空気のみについて説明してきたが、流体中
に供給する気体の種類は空気に限らず、窒素ガス、炭酸
ガスなどでも良い。

【００５６】次に、本発明を船に適用した例について説
明する。図１４はスクリュ推進式艇の船底を示す図、図
１５はホバークラフトの側面図である。まず、図１４に
示した高速艇は、船体２８の後方に設置されたスクリュ
ー２９で推進力を得るもので、船底には走行安定性を保
つための安定板３０と、図示しない操縦室に設けられた
走行舵によって操作される舵３１ａが設けてある。

【００５７】この形の船を少ない動力で高速走行させる
には、走行体と水との摩擦損失低減が必須である。本発
明は、既存の船底を撥水シート３１で覆うことによっ
て、前記の目的を達成しようとするものである。即ち、
船体内に、図１６に示すような駆動源３２とプロペラ３
３とで構成される送風装置を設け、更に送風装置から排
出された空気を船底３４に導く風路３５を設けて、空気
を船底３４と撥水シート３１との間に導入する。

【００５８】撥水シートは前記図３の撥水層４で説明し
たものを用いることができる。すなわち、撥水シートに
は空気透過性、撥水性、水不透過性が備わっていれば良
いから、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の
濾過用フィルタ例えば、アドバンテック東洋株式会社製
のＰＴＦＥタイプ・メンブラン・フィルタ（品質型番：
Ｔ０２０Ａはフィルタ孔径０.２μｍ、Ｔ０１０Ａは孔
径０.１μｍ）などが好適である。

【００５９】このシートをファスナー等で船底を覆うよ
うに設置し、送風装置からシート内に空気を送り込む
と、空気がシートを透過してシートの撥水面と水との間
に空気層を形成する。したがって、この状態で走行すれ
ば、前記実施例で述べた管路の損失動力低減と同様に、
水との間の摩擦係数が低減するので、小さな動力でしか
も高速で走行することができる。

【００６０】図１５に示したホバークラフトは、走行体
の操縦席３６の後方にファンダクト３７が設けられ、フ
ァンダクトの内部にファン３８が設けられている。ファ
ン３８は図示しないエンジンによって駆動される。ファ
ンダクト３８の後方には舵３９が設けられ、操縦席に設
けられた図示しない走行舵によって操作される。走行体
の底部にはスカート４０が設けられており、スカート４
０には図示しない通風路によってファンダクトからの排
気が導入され、スカート４０の周縁から噴射することに
よって走行体を浮上させるようになっている。また、フ
ァンダクト３８から排出された排気によって走行体が前
方へ推進するようになっている。

【００６１】このようなホバークラフトは本質的には水
面に浮上して走行するが、多くの場合波頭や水面と船底
が接触する。本発明をホバークラフトに適用すると、こ
のような走行状態において、水と船底との摩擦力を低減
させて、高速走行を維持することができる。すなわち、
船底及びスカート４０の水と接触する部分を前記実施例
と同様にシートで覆ったり、船底部を図１から図５に示
したように焼結材料と撥水性フィルムとを組み合わせた
構造とする。そして、船体浮上に使用する空気の一部を
船底（図１の管路部材１に相当する。）と空気透過層３
との間に導き、クロス溝（図４、５参照）を通して船底
全面からほぼ均等に空気を吹き出させる。こうすること
によって、水と船底との間の損失動力を低減できる。

【００６２】本実施例のように、軽量であることを要求
される場合には、空気透過層に用いる焼結金属材料にア
ルミニウムを使用したり、繊維状アルミニウムを焼成し
たものや連続気泡の硬質ウレタンフォーム等を使用する
と良い。次に、本発明をタンカーの船体４１に適応した
場合の例を図１７〜図２２を用いて説明する。ここで
は、本発明を満載喫水線より下位の船体部分、即ち両外
板と船底に採用した例を示す。タンカーの船体をある部
分（Ｅ−Ｅ断面）で切断したときの右舷側壁と船底の一
部分を図１８に示す。船体の外板及び船底板４２には高
張力鋼等の高強度材料が使用される。その外側に空気流
路となる空隙４３を形成するためにスペーサを設けてあ
り、その外側に空気透過性を有し且つ水との界面が撥水
性を有する部材２を設けてある。

【００６３】図１８を用いて本実施例を詳細に説明す
る。本発明は満載喫水線より下位に採用されており、更
に最小喫水線より下位では常に本発明になる構造が採用
される。最小喫水線から満載喫水線までの間は、喫水線
の高さにほぼ対応するように本発明になる構造が採用し
てある。即ち、満載喫水線より上位の外板には端部部材
４８が溶接４９等により固定されている。材質は通常の
鋼板である。満載喫水線より下位で最小喫水線より上位
の部分には、この間の長さ（Ｌｄ）を整数（Ｎ）等分し
た位置（図１８の実施例ではＮ＝３）に船体の長さ方向
に延びるスペーサ４４ａ〜４４ｃが設けられている。こ
のスペーサ４４には、図１９に示すＩ型鋼を使用する
（以下、このスペーサを仕切スペーサと称する）。

【００６４】一方、相隣れる仕切スペーサ間での部材２
の変形並びに仕切スペーサの強度を補うために、各仕切
スペーサの間にはそれぞれ２つの補強スペーサ４５ａ
ａ，４５ａｂ；４５ｂａ，４５ｂｂ；４５ｃａ，４５ｃ
ｂが設置してある。この補強スペーサ４５はその構造を
図２０に示すように、縦板部には複数の穴５３を有する
Ｉ型鋼であり、横板部には後で延べるように、部材２を
ボルトで固定するためのねじ５４が複数個設けてある。
Ｉ型鋼の縦板部に穴５３を設けたことによって、空隙４
３は仕切スペーサ４４によってのみその大きさや流路を
制限されるが、補強スペーサ４５は空隙の大きさや流路
を制限しない。

【００６５】また、仕切スペーサ４４ａより上部の空
隙、仕切スペーサ４４ａと４４ｂとで仕切られた空隙、
仕切スペーサ４４ｂと４４ｃとで仕切られた空隙には夫
々れ空気を供給するための導管４６ａ、４６ｂ、４６ｃ
が設けられており、各導管の入口には図示しない空気圧
縮機から各空隙へ供給する空気をオン・オフ制御するた
めの制御弁４７ａ、４７ｂ、４７ｃが設置されている。

【００６６】また、図１８には図示しないが、喫水線の
位置を計測するするためのセンサ（水位計）が設置され
ており、実際の喫水線と最小喫水線との水位の差Ｌ_def
が０≦Ｌ_def＜Ｌｄ／３の場合は全ての制御弁４７ａ〜
４７ｃを「閉」とし、何れの空隙にも空気を供給しな
い。Ｌｄ／３≦Ｌ_def＜２×Ｌｄ／３の場合は制御弁４
７ｃのみ「開」とする。２×Ｌｄ／３≦Ｌ_def＜Ｌｄの
場合は制御弁４７ｂと４７ｃを「開」として４７ａを
「閉」とし、Ｌ_defが満載喫水の場合は全ての制御弁４
７ａ〜４７ｃを「開」とする。このような制御をするこ
とによって、空隙に供給された空気が無駄に大気に漏れ
出すことによる空気圧縮機の動力損失を回避する。

【００６７】最小喫水線以下の側壁及び船底部分には全
て図２０に示した補強スペーサ４５を用いてあり、この
部分の空隙は全て連通していても良い。しかし、２０万
トンを越えるような大型のタンカーでは最小喫水線が１
０メートル近くになることがある。この場合に、船底部
分から部材２を通して空気を船外に吹き出すためには供
給する空気の圧力は１ｋｇ／ｃｍ²以上の高圧にしなけ
ればならない。一方、喫水線近傍では供給空気の圧力は
大気圧より僅かに高ければ空気を船外に吹き出せるか
ら、１ｋｇ／ｃｍ²もの空気圧をかけると、空隙４３に
供給した空気の殆ど全ては喫水線近傍から船外に吹き出
てしまい、船底からは船外へ空気を吹き出すことができ
ない。

【００６８】従って、この様に最小喫水線が１０ｍにも
及ぶ場合には、空隙を高さ方向にＭ段に仕切って喫水線
に近い位置から遠い位置（船底）に向かって空隙に供給
する空気の圧力を高めていくことが必要である。そのた
めに、各々の空隙に空気を供給する導管入口に空隙内の
圧力を喫水線の高さに応じて制御する機能を有する分配
器６１とオン・オフ制御弁４７ｄとを介して空気圧縮機
と接続してある。

【００６９】図１８では、最小喫水線以下の空隙を２段
（Ｍ＝２）に分けた場合の例を示している。即ち、船底
と最小喫水線との中間位置（Ｌｍ／２の位置）に仕切ス
ペーサ４４ｄを設け、その仕切スペーサ４４ｄとその上
部位置の仕切スペーサ４４ｃとの間の空隙には空気供給
用導管４６ｄが連通している。また、該空隙には複数の
補強スペーサ４５を設置することにより補強している。
また、仕切スペーサ４４ｄより下位にあって、図１８に
示した側壁とは反対側（左舷）にある仕切スペーサに至
る空隙には補強スペーサ４５を用いることによって一つ
の空隙になっており、該空隙にも空気供給用の導管４６
ｅが設置してある。

【００７０】図１８では船底の空隙に空気を供給する導
管４６ｅの設置位置が右舷側に偏っているが、これは図
面の都合上この位置に記載したものであって、実際には
右舷・左舷の中央位置に設置してある。巨大タンカーで
は船の全長が３００ｍを越えるものがあるが、この様な
場合には空気供給用の導管４４ｅを船底の幅並びに長さ
方向の中央位置に設けると、空気が船首部分に至る間に
圧力が低下し船首部分からは十分な空気を吹き出すこと
ができない、といった現象が生ずる。これを回避するに
は船底の幅方向中央位置であって且つ船の長さ方向に複
数の空気供給用導管を設置するのがよい。この場合に
は、空隙を仕切スペーサで仕切る必要はなく、前記複数
の導管から空隙内の圧力が喫水線の高さに応じた圧力に
なるように空気を供給すればよい。右舷及び左舷からの
空気吹き出しについてもこれと同様のことが生ずる。こ
の場合にも船底で述べたと同様に船の長さ方向に対して
複数の空気供給用導管を設置するのがよい。

【００７１】図１８の外板の一部（Ｆ部）の拡大図を図
２１に、更に図２１の一部（Ｇ部）の拡大図を図２２に
示す。まず、図２１を用いて空気透過性と撥水性を有す
る部材２、Ｉ型鋼、外板の固定方法について述べる。こ
こでは図１８に示すように、空気透過性と撥水性を有す
る部材２の上下方向の幅が仕切スペーサ３段分の間隔、
即ちＬｄに仕上がっている場合について説明する。図２
１に於いて、外板４２に仕切スペーサ４４ｃ及び補強ス
ペーサ４５ｄａを所定の間隔で溶接６０等によって固定
する。部材２に予め設けられたボルト穴５６にボルト５
５を通し、ワッシャ５８と共にねじ５４にて補強スペー
サ４５ｄａに固定する。部材２に設けたボルト穴ザグリ
５７は、走行中の水の抵抗を少なくする目的から、ボル
ト５５の頭が空気透過性と撥水性を有する部材２の外表
面から飛び出さないような深さにしてある。

【００７２】なお、走行中にボルト穴ザグリ５７の内側
あるいはボルト５５の頭の走行方向とは反対側に発生す
るキャビテーションによってボルト穴ザグリ部５７が大
きくなったりボルトの頭が欠損するなどの現象を回避す
るため、部材２と補強スペーサとを固定した後でボルト
穴ザグリ部５７が部材２の外表面と同じ面高さとなるよ
うに、ボルト穴ザグリ部５７を樹脂などを用いて埋める
のがよい。

【００７３】この様にして、隣り合った２枚の空気透過
性と撥水性を有する部材２を補強スペーサに固定する
と、仕切スペーサのＩ型鋼の部分で隣り合った２枚の空
気透過性と撥水性を有する部材２が突き合わさった状態
になる。ここで、部材２の上下方向端部には突き合わせ
溶接をし易くするための開先が設けてあり、しかも両部
材２の間は僅かに（１０ｍｍ程度）隙間があくような長
さにしてある。この様な構造を施した部材２を夫々れ仕
切スペーサに溶接５０する。

【００７４】次に、図２２を用いて、空気透過性と撥水
性を有する部材２の構造を述べる。部材２の構造は図３
で説明したものと同一とすることができる。空気透過層
３は、例えば充填密度が低い焼結金属、金属繊維を結合
剤を介して焼き固めたものであり、空気を容易に透過す
る性質と、ある程度の強度を有する構造材料である。こ
こでは、充填密度の小さい焼結金属の例を示す。図中の
大きい丸印５は焼結金属の粒子である。撥水層４には、
最低限空気透過性と表面に撥水性が備わっており、ＰＴ
ＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の濾過用フィル
タ６例えば、アドバンテック東洋株式会社製のＰＴＦＥ
タイプ・メンブラン・フィルタ（品名型番：Ｔ０２０Ａ
はフィルタ孔径０.２μｍ、Ｔ０１０Ａは孔径０.１μ
ｍ）が好適である。このようなフィルム６をエポキシ系
接着剤７で空気透過層３の外表面側に貼り付けて部材４
を得る。

【００７５】船の喫水線より下位にこのような構成の空
気透過層、撥水層、空気供給手段とを設けた場合の船体
と水との流体抵抗を無次元化して図２３に示す。走行中
に船が受ける抵抗は複雑で、風の抵抗、波から受ける抵
抗、造波抵抗、船体表面で発生する渦による抵抗、水と
船体との間に働く抵抗などがある。これらを合計して無
次元化した抵抗を図２３中に曲線ａで示した。これに対
して、水と船体との間に働く抵抗のみをある仮定の下に
計算すると、曲線ｂで示すように合計抵抗の約６０％と
なる。

【００７６】ここで、船体の外壁及び船底に本発明を適
応すると、曲線ｃより下の部分が低減し、水と船体との
間に働く摩擦抵抗は約７０％小さくなる。この結果、従
来の全抵抗ａに対する本発明による抵抗の低減率（ａ−
ｃ）／ａは船の速度が２０ｋｍ／ｈでは４８％、４０ｋ
ｍ／ｈでは４２％である。従って、本発明によれば摩擦
抵抗を低減できるので、推進機の省力化が図れるのは勿
論、高速化が可能になるといった効果が得られる。ま
た、満載喫水線以下の場合には、その喫水線に応じて制
御弁４７ａ、４７ｂ、４７ｃを用いて空隙に送る空気を
制御し、且つ流量制御機能を有する分配器６１によって
最小喫水線以下の空隙に供給する空気の圧力を制御する
ことによって、過剰な空気を吹き出すことがないので、
空気圧縮機の消費動力も最適値に制御できる。

【００７７】ここではスクリュ推進式艇、ホバークラフ
ト、タンカーに本発明を適応した場合についてのみ説明
したが、内燃機関を動力源する船の応用例としてスポー
ツ用水上バイク、一般的な漁船、客船、玩具用船等ある
いはモータ駆動の玩具用船にも全く同様の構造を適応で
きる。また、湖沼等で使用する遊技用人力船に例えば自
転車用の空気ポンプを搭載して空気供給源とし、船の側
壁及び船底に図３に示すような構造を適用することによ
って本発明を実施できる。

【００７８】その一例として、本発明を湖などで使用さ
れる遊覧用二人乗りの足こぎボートへ応用する例を図２
４を用いて説明する。図２４は、ボートの駆動系と空気
供給手段のみを示している。ボートの乗員二名が夫々ペ
ダル６１ａと６１ｂを踏むと、その動力はチェーン８
９、笠歯歯車７０ａ、７０ｂより船外に設置された推進
機（プロペラ）７１ａ、７１ｂに伝えられ、船は前に進
む。一方、ペダル６１ａ、６１ｂには夫々軸受６２を介
して揺動ロッド６３が取り付けてあり、ボール継ぎ手な
どの節６５によりアーム６４及びピストン６６の往復運
動に変換される。ピストン６６が往復運動して空気を吸
入、圧縮するシリンダ６７には、船の側壁及び船底に設
置された空気透過性と撥水性とを兼ね備えた部材の内側
に空気を供給するための導管６８が接続されている。

【００７９】シリンダ６７と導管６８との接続部には、
図示しないがピストン６６が吸入行程即ち同図の手前方
向に移動するときには導管とシリンダとの接続を断ち、
逆にピストンが圧縮行程ではシリンダと導管とを連通す
る弁が設けられている。また、ピストン６６の外縁部に
は皮革など筒状に設けられ、ピストン６６が吸入行程の
時には空気が前記筒状部材の外周とシリンダ６７の内面
との隙間を通ってシリンダ内に供給され、圧縮行程では
前記筒状部材がシリンダ内部から外部への空気の漏れを
回避する。この機構を有する最も一般的な道具として
は、自転車用の空気ポンプ（空気入れ）がある。

【００８０】このような機構によって加圧された空気を
図１４、図１６又は図１８に示すような空気透過性と撥
水性とを有する部材２の内側（水とは反対側）に供給
し、この部材２の全面から空気を水側に吹き出すことに
よって、船と水との間の損失動力を低減することができ
る。

【００８１】次に、撥水性を更に高める方法について説
明する。サイズの異なる２種類のＳｉＯ₂フィラーを溶
媒、分散剤と共にエポキシ系バインダーに混合し、ガラ
ス基板に塗布後熱処理し、その上にフッ素系界面活性剤
を塗布して更に熱処理した撥水面を作成する。この撥水
面を用いて、撥水面の温度に対して水滴が超撥水性（こ
こでは、超撥水とは面上で水滴が転がり、その軌跡上に
微小水滴が全く残らない状態をいう）を示す温度を示し
たのが図２５である。図中の４５度の線より下の領域で
超撥水性を示す。すなわち、撥水面の温度が水滴の温度
より高い場合に良好な超撥水性を示す。

【００８２】従って、管路で水を輸送する場合や船で
は、水に向かって供給する空気の温度を水の温度より高
くし、撥水層の温度を水より高温とすれば更に流体抵抗
を低減できる。化学プラントや発電プラントでは冷却水
など廃棄される熱源があるので、空気供給系路に熱交換
器を設けて廃熱を積極的に利用するのがよい。また、船
ではエンジンの廃熱を利用することによって、高温の空
気が得られる。

【００８３】なお、ここまで本発明の対象とする流体と
して、主に水について説明してきたが、水以外の液体で
あっても、その流体をはじく性質を有する材質を、本発
明でいうところの撥水部材４に用いることによって損失
動力を低減できるといった効果がある。また、本発明で
述べた液体には微粉末の金属、樹脂、石炭等を水で湿ら
らせたものも含み、これらを管路輸送する場合にも粒子
表面に形成された水と撥水面との間に空気層が形成され
るので、同様の効果がある。

【００８４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によると流体
抵抗を低減できるので、管路などで流体を輸送するのに
要する動力を低減できる。また、本発明を船底に採用す
れば、船の推進に必要な動力を低減したり、推進速度を
大きくしたりすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による管路輸送ラインの管路の断面図。

【図２】図１の断面のＡ部の拡大図。

【図３】図２のＢ部の拡大図。

【図４】インナーチューブの外表面の空気分散クロス溝
の構造を示すインナーチューブの展開図。

【図５】インナーチューブの管路始端部分に当たる部分
の構造を示す図。

【図６】管路、インナーチューブ、空気供給源、空気供
給手段との位置関係を示す図。

【図７】管路終端部分に当たる管路とインナーチューブ
との構造を示す図。

【図８】本発明の効果を説明する図。

【図９】インナーチューブ改善例を示す図。

【図１０】図９の改善例を管路に適応した場合の構造を
示す図。

【図１１】本発明の改善例を適用する際に好適な構造を
決めるための図。

【図１２】空気供給手段の構造を示す図。

【図１３】本発明の撥水部材の他の実施例を示す図。

【図１４】本発明を適用したスクリュ推進式艇の船底部
分を示す図。

【図１５】本発明を適用したホバークラフトの側面図。

【図１６】高速艇の船底に空気を送る装置の概略図。

【図１７】本発明を適用した船の断面図。

【図１８】図１７のＥ−Ｅ断面の右舷及び船底の構造を
示す図。

【図１９】仕切スペーサの構造を示す図。

【図２０】補強スペーサの構造を示す図。

【図２１】図１８のＦ部の拡大図。

【図２２】図２１のＧ部の拡大図。

【図２３】本発明を船に適用した場合の効果を説明する
図。

【図２４】本発明を適用した足こぎボートの駆動系の説
明図。

【図２５】超撥水性を示す温度領域を示す図。

【符号の説明】

１…管路構造体、２…インナーチューブ、３…空気透過
層、４…撥水層、５…焼結金属粒子、６…撥水膜、７…
接着剤、８…クロス溝、１０…シール部、１１…空気供
給溝、１２…空気供給手段、１４…コネクタ、１５…チ
ューブ、１６…こま、１７…キャップ、２６，２７…粉
末、２８…スクリュ推進式艇、２９…スクリュー、３１
…撥水シート、３４…船底、３５…風路、４０…スカー
ト部、４１…船体、４３…空隙、４４…仕切スペーサ、
４５…補強スペーサ、４６ａ〜４６ｅ…空気供給導管、
４７ａ〜４７ｄ…制御弁、６１…分配器、６１ａ，６１
ｂ…ペダル、６６…ピストン、７１ａ，７１ｂ…プロペ
ラ、８９…チェーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐々木洋茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者西川昭夫東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造体と液体とが相対的に運動する系の
流体抵抗を低減する方法において、液体と接触する前記
構造体の壁部の少なくとも一部を液体との接触角が９０
゜以上である表面を備える通気性部材で構成し、前記通
気性部材の表面全体から気体を透過させて前記通気性部
材と流体との間に気体層を形成することを特徴とする流
体抵抗の低減方法。
【請求項２】請求項１記載の流体抵抗の低減方法にお
いて、前記通気性部材は少なくとも表面層にポリテトラ
フルオロエチレンを含むことを特徴とする流体抵抗の低
減方法。
【請求項３】請求項１記載の流体抵抗の低減方法にお
いて、前記通気性部材は、少なくとも表面層にポリテト
ラフルオロエチレンを含み、孔径が０.２μｍ以下の細
孔を全面に有することを特徴とする流体抵抗の低減方
法。
【請求項４】請求項１記載の流体抵抗の低減方法にお
いて、前記通気性部材は、燒結金属層と、その上に形成
したポリテトラフルオロエチレンを含む表面層とを備え
ることを特徴とする流体抵抗の低減方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項記載の流体
抵抗の低減方法において、前記通気性部材を透過する気
体の温度を液体の温度より高くすることを特徴とする流
体抵抗の低減方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項記載の流体
抵抗の低減方法において、前記構造体は液体輸送管であ
ることを特徴とする流体抵抗の低減方法。
【請求項７】請求項１〜５のいずれか１項記載の流体
抵抗の低減方法において、前記構造体は船であることを
特徴とする流体抵抗の低減方法。
【請求項８】請求項１〜５のいずれか１項記載の流体
抵抗の低減方法において、前記気体は空気であることを
特徴とする流体抵抗の低減方法。
【請求項９】液体を輸送する液体輸送管において、液
体との接触角が９０゜以上である表面を有する通気性部
材を少なくとも一部に備える内壁と、前記通気性部材の
裏面に気体を供給する手段とを備え、前記通気性部材の
表面全体から気体を透過させて前記通気性部材と流体と
の間に気体層を形成する機能を有することを特徴とする
液体輸送管。
【請求項１０】請求項９記載の液体輸送管において、外壁を構成する外側環状部材と、液体との接触角が９０゜以上である内面と、気体供給溝
が設けられた外面とを有し、前記外側環状部材の内側に
挿入された多孔性のインナーチューブと、前記外側環状部材を貫通して前記インナーチューブの前
記気体供給溝に気体を供給する気体供給口とを備え、前記気体供給溝は前記気体供給口に接続した環状溝と、
一端が前記環状溝に接続し他端が閉じるとともに相互に
交差した複数のクロス溝とからなり、前記気体供給管から供給された気体は前記環状溝から前
記クロス溝に入り、前記インナーチューブを厚み方向に
透過して管の内側に供給されることを特徴とする液体輸
送管。
【請求項１１】前記インナーチューブは焼結金属製で
あることを特徴とする請求項１０記載の液体輸送管。
【請求項１２】請求項９、１０又は１１記載の液体輸
送管において、管の内側に供給される気体を管内を流れ
る流体の平均温度より高温になるように加熱するための
加熱手段を設けたことを特徴とする液体輸送管。
【請求項１３】水と接触する船底及び／又は側壁の少
なくとも一部を水との接触角が９０゜以上である表面を
有する通気性部材で覆い、前記通気性部材の裏面に気体
を供給し、前記通気性部材の表面全体から気体を透過さ
せて前記通気性部材と水との間に気体層を形成する機能
を有することを特徴とする船。
【請求項１４】請求項１３記載の船において、前記通
気性部材の裏面の気体流通部を垂直方向に複数の区画に
分割し、各区画に独立して気体を供給することを特徴と
する船。
【請求項１５】請求項１３又は１４記載の船におい
て、前記通気部材の裏面に供給される気体を水の温度よ
り高温になるように加熱するための加熱手段を設けたこ
とを特徴とする船。