WO2009128210A1 - 摩擦抵抗低減船およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

　 【課題】　摩擦抵抗が低減し燃費が向上する摩擦抵抗低減船を提供する。 【解決手段】　ダクト３は隔壁４によって長さ方向に沿って独立した複数のチャンバー５…に区画され、各チャンバー５毎に空気を供給するための配管６…が隔壁４を貫通して各チャンバー５内に導入されている。アシストコンプレッサ７から空気が配管６内に供給される。各チャンバー５の外側面には開口部８が形成され、この開口部８に微細気泡発生部材１０が取り付けられている。

Description

摩擦抵抗低減船およびその運転方法

　本発明は、微細気泡（マイクロバブル）を船体の外表面に供給して、船体と水との間の摩擦抵抗を低減した摩擦抵抗低減船およびその運転方法に関する。

　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り付け、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り付け、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、ウイ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

　特許文献３，４に開示される技術によれば、摩擦抵抗の低減に好ましい微小気泡（マイクロバブル）を作り出すことができる。しかしながらこれらの先行技術にあっては、船体に負圧形成部となるチャンバーを取り付ける開口部を形成しなければならない。船体は厚い鋼板からなるため作業が大変である。

　そこで、特許文献２の気体噴出部として或いは特許文献１のパイプの先端に、特許文献３，４に開示される微小気泡発生部材を適用することも考えられる。しかしながら、特許文献１，２にはいずれも１本のパイプに１つの気体噴出部を設けることしか開示されていない。したがって、船底の外板だけでなく船体の外側面まで微小気泡発生部材を設けることができない。

　上記課題を解決するため本発明に係る摩擦抵抗低減船は、船体の外側面から船底に沿って空気供給用のダクトを設け、このダクトを長さ方向に沿って独立した複数のチャンバーに区画し、各チャンバー毎に空気を供給するための配管を導入し、前記チャンバーに形成した開口部に微細気泡発生部材を取り付けた。ここで、微細気泡とは数ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下の粒径の気泡を指す。

　前記微細気泡発生部材の構造は限定されないが、例えば前記ダクトに形成した開口部に嵌め付けられるプレートと、このプレートに取り付けられる負圧発生用のウイングとからなり、前記プレートの前記ウイングに対向する箇所には、前記ウイングによって発生した負圧によって擾乱が生じたときに気液不安定界面を形成する窓部が形成された構造とする。

　前記プレートの構造として、船の進行方向を基準として、上流側となる部分に前記窓部とダクト内とを連通する溝部を形成したものが考えられる。この溝はプレートに取付け用のボルト穴が形成されている場合は、これを避けた位置に形成する。

　また、上記の摩擦抵抗低減船の運転方法としては、気液境界面を喫水面よりも更に下方の微細気泡発生部まで押し下げるために、航行中はアシストコンプレッサを継続して使用する。

　因みに、船が走り出すと気液境界面はそれにしたがって下がり、下がった界面から微細気泡発生部の上部までの水柱を押し込めるだけの空気の圧力が有れば足りるため、それほど大きな容量のコンプレッサは必要でなく、例えば、主機関の出力が１０，０００ｋｗの船の場合はコンプレッサの容量は１０～２０ｋｗで充分である。

　本発明に係る摩擦抵抗低減船によれば、船体に穴をあける必要がないので、取り付け工事が短期間のうちに終了する。
　また、ダクトを区画して形成されたチャンバーには独立して空気が流入するため、ダクトの下流側において空気が不足することがない。つまり、船体の底面および側面を微小気泡（マイクロバブル）で覆うことができるので、摩擦抵抗が更に低減され、燃費が向上する。

　また、微細気泡発生部材の構造として、気液不安定界面を形成する窓部を有するプレートと、このプレートに取り付けられる負圧発生用のウイングとからなるものを採用した場合に、前記プレート自体に前記窓部とダクト内とを連通する溝部を形成すれば、プレートが船体に接する位置でプレートをダクトに取り付けることができるので、船体外側に張り出すダクト（微細気泡発生部材）の寸法を最小限に抑えることができ、更に抵抗を低減することができる。

（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る摩擦抵抗低減船の側面図 摩擦抵抗低減船の側面に取り付けたダクトの一部を示す図 図２のＡ方向矢視拡大図 図３のＢ-Ｂ方向断面図 （ａ）は微細気泡（マイクロバブル）発生のメカニズムを説明した縦断面図、（ｂ）は微細気泡（マイクロバブル）発生のメカニズムを説明した平断面図 （ａ）は別実施例を示す図４と同様の図、（ｂ）は微細気泡（マイクロバブル）発生のメカニズムを説明した図５（ｂ）と同様の図

　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（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る摩擦抵抗低減船の側面図、図２は摩擦抵抗低減船の側面に取り付けたダクトの一部を示す図、図３は図２のＡ方向矢視図、図４は図３のＢ-Ｂ方向断面図、図５（ａ）は微細気泡（マイクロバブル）発生のメカニズムを説明した縦断面図、（ｂ）は微細気泡（マイクロバブル）発生のメカニズムを説明した平断面図である。

　本発明に係る摩擦抵抗低減船は船体の外側面１から船底２に沿って上下方向に空気供給用のダクト３を設けている。ダクト３の左右方向の端部はテーパー状とされ、航行時の抵抗が小さくなるようにしている。このテーパー状部分は別部材を用いてもよい。

　本実施例では、ダクト３自体は断面矩形状ではなく、断面チャネル状をなし、船体に取り付けられた状態で外側への張り出し量（Ｈ）を少なくした扁平なダクトとなるが、初めから断面矩形状のダクトを船体に取り付けてもよい。尚、図４に示した実施例の場合、張り出し量（Ｈ）は約４０ｍｍである。

　図１（ａ）に示す実施例では、ダクト３は１本であるが、（ｂ）に示す実施例では前記ダクト３を２本連設している。それぞれのダクト３は隔壁４によって長さ方向に沿って独立した複数のチャンバー５…に区画され、各チャンバー５毎に空気を供給するための配管６…が隔壁４を貫通して各チャンバー５内に導入され、アシストコンプレッサ７から空気が配管６内に供給される。

　各チャンバー５の外側面には開口部８が形成され、この開口部８に微細気泡発生部材１０が取り付けられている。微細気泡発生部材１０の配置は図１（ｂ）では千鳥状にして、微小気泡が均一に船体表面を覆うようにしている。また、実施例では１つのチャンバー５に複数の微細気泡発生部材１０を取り付けているが、１つのチャンバー５に1つの微細気泡発生部材１０を取り付けてもよい。

　微細気泡発生部材１０はチャンバー５の外側面に形成した開口部８に嵌め付けられる長円形状（小判状）のプレート１１と、このプレート１１に連結部１２を介して取り付けられる側面視ドルフィン状のウイング１３とからなる。そして、前記プレート１１のウイング１３に対向する位置には前記ウイング１３の外形形状と略等しい矩形状の窓部１４が形成され、前記ウイング１３の窓部１４に対向する面１３ａは窓部１４に向かって膨出した凸形状をなしている。

　またウイング１３は船体の外側面１と平行、つまり対向する面１３ａが略垂直状態となるように取り付けられ、且つウイング１３の前端縁とプレート１１との間隔ｇ１よりもウイング１３の後端縁とプレート１１との間隔ｇ２を大きくしている。このような構成とすることで船が航行する際にウイング１３と窓部１４の間に負圧が発生する。

　以上において、船が航行を開始すると、ダクト３を画成した複数のチャンバー５…のうち、船体の外側面１に取り付けられたチャンバー５内では、ウイング１３によって形成される負圧によってチャンバー５内の気液境界面が下がる。そして窓部１４の近傍まで気液境界面を更に下げるためにアシストコンプレッサ７によって気液境界面１５を押し下げる。

　そして、航行速度が更に速くなるとウイング１３によって形成される負圧が大きくなり、結果としてチャンバー内が外側（海水側）に比べて正圧になり気液界面１５は水平状態から垂直状態に変化する。この状態を図５（ａ）、（ｂ）で示している。

　気液境界面１５が窓部１４の近傍まで押し下げられた状態では、空気と水（海水）がこの部分では異なる速度で運動している。空気と水は密度が異なるため、図５（ａ）、（ｂ）で示したように、微細気泡発生部材１０の窓部１４の内側空間において、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。

　一方、船底２まで回り込んだダクト３（チャンバー５）に取り付けられた微細気泡発生部材１０にあっては、船体の外側面１に垂直方向に取り付けた微細気泡発生部材１０と異なり、気液境界面は水平のままで、擾乱が生じることで微細気泡が発生する。

　図６は微細気泡発生部材１０の別実施例を示すものであり、（ａ）は図４と同様の図、（ｂ）は微細気泡（マイクロバブル）発生のメカニズムを説明した図５（ｃ）と同様の図である。

　この実施例にあっては、船の進行方向（図において右方向）を基準として、前記プレート１１の上流側となる部分に窓部１４とチャンバー（ダクト）５内とを連通する溝部１６を形成している。

　溝部１６はプレート１１の厚みの範囲内でボルトの取付け穴と干渉しないように形成されるため、前記実施例に示したプレート１１の厚みに変化はない。プレート１１の厚みに変化はなく且つプレート１１の厚み範囲内の溝１６を介して窓部１４内に空気を供給することができるので、プレート１１の裏面側を船体に当たるまで突出量を抑えることがでる。この実施例の場合には、張り出し量（Ｈ）を約２０ｍｍにすることができ、前記実施例の半分の厚さで済む。

　この実施例の場合には、図６（ｂ）に示すように、窓部１４の内側部にケルビン－ヘルムホルツ不安定性現象が発生し、これによって微細気泡（マイクロバブル）が生じる。

　微細気泡発生部材１０として、図示例ではプレート１１とウイング１３を備えたものを示したが、これ以外の微細気泡発生部材を採用することができる。
　例えば、チャンバー５に形成した開口部８に連続気泡構造のセラミック多孔体や微細な孔を形成したパンチングプレートを固定し、アシストコンプレッサで気液境界面をセラミック多孔体やパンチングプレートの位置まで押し下げるようにしてもよい。

　１…船体の外側面、２…船底、３…空気供給用のダクト、４…隔壁、５……チャンバー、６…配管、７…アシストコンプレッサ、８…開口部、１０…微細気泡発生部材、１１…プレート、１２…連結部、１３…ウイング、１３ａ…ウイングの窓部に対抗する面、１４…窓部、１５…気液境界面、１６…溝、Ｈ…ダクトの外側への張り出し量、ｇ１…ウイングの前端縁とプレートとの間隔、ｇ２…ウイングの後端縁とプレートとの間隔。

Claims (4)

1. 船体の外側面から船底に沿って空気供給用のダクトを設け、このダクトを長さ方向に沿って独立した複数のチャンバーに区画し、各チャンバー毎に空気を供給するための配管を導入し、前記チャンバーに形成した開口部に微細気泡発生部材を取り付けたことを特徴とする摩擦抵抗低減船。
2. 請求項１に記載の摩擦抵抗低減船において、前記微細気泡発生部材は前記ダクトに形成した開口部に嵌め付けられるプレートと、このプレートに取り付けられる負圧発生用のウイングとからなり、前記プレートのウイングと対向する箇所には前記チャンバー内と外部とを連通する窓部が形成されていることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
3. 請求項２に記載の摩擦抵抗低減船において、船の進行方向を基準として、前記プレートの上流側となる部分に前記窓部とダクト内とを連通する溝部が形成されていることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
4. 請求項１乃至請求項３に記載の摩擦抵抗低減船の運転方法であって、アシストコンプレッサによってダクト内の気液境界面を微細気泡発生部まで押し下げるとともに船の航行に伴って前記ウイングによって発生する負圧によりダクト内の空気を微細気泡として船体に沿って排出し、この状態を維持しつつ航行することを特徴とする摩擦抵抗低減船の運転方法。

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