摩擦抵抗低減船およびその運転方法

【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】船体の外側面の上下方向に沿って複数のスタッドボルト４を設け、このスタッドボルト４を介して複数のエアチャンバー３が船体外側面に取り付けられ、各エアチャンバー３には船の航行につれて負圧を発生するウィング６と前記負圧が発生した領域に向けチャンバー内の空気を噴出する開口７が設けられ、更に前記複数のエアチャンバー３は上下方向に連接され、上方のエアチャンバーと下方のエアチャンバーとは連通管１１にて内部が連通している

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
特許文献１には、船体外板の表面に、多数の空気吹き出し口を形成した半割パイプ状の空気吹き出し管を上下方向に取り付けた構造が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、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）を作り出し、ケルビン−ヘルムホルツ不安定性現象（Kelvin-Helmholtz-Instability）によって微細気泡を発生させることが開示されている。
【０００５】
特許文献３には、船体の外側面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負圧発生用のウイングを備えた微細気泡発生部材を取り付けた構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−４１２５５５号公報
【特許文献２】特許第４０７０３８５号公報
【特許文献３】特許第４１８３０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先ず、特許文献２に開示される構造では、船体に穴を開ける必要がある。そのため工事の期間が長くなる。
【０００８】
特許文献１，３は船体に穴を開ける必要がないので、工期は短くなるが、空気を送り込む配管またはダクトが外部に露出している。一部が航行中に障害物が当って破損した場合に全体を交換しなければならない。
【０００９】
特に、特許文献１のパイプの場合には、船底付近まで空気を送り込むことが困難で、喫水に近い箇所から殆んどの空気が出てしまう。これを配管に形成する穴の大きさで解消することは困難である。
【００１０】
また特許文献３にあっては１本のダクトが複数のチャンバーに分かれているため、喫水付近から船底まで、満遍なく空気を送り込むことができる。しかしながら、小型船などは、船体表面の曲率が小さくダクトを無理に曲げなければならないことも考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、船体の外側面の上下方向に沿って複数のスタッドボルトを設け、このスタッドボルトを介して複数のエアチャンバーが船体外側面に取り付けられ、各エアチャンバーには船の航行につれて内側に負圧を発生するウィングなどの負圧発生部材と前記負圧発生部材に向けチャンバー内の空気を噴出する開口が設けられ、更に前記複数のエアチャンバーは上下方向に連接され、上方のエアチャンバーと下方のエアチャンバーとは連通管にて内部を連通させた構造である。
【００１２】
喫水線から船底までの深さが大きくなる船では、ウィングによる負圧だけでは空気をエアチャンバーから引き出せない場合がある。そこで、アシストコンプレッサによって不足分に相当する圧力をエアチャンバーに付加することが考えられる。この場合にはアシストコンプレッサからのエアを所定のエアチャンバーに送り込む配管は上方のエアチャンバー内を貫通させる。尚、配管としてはフレキシブルのものであってもよい。
【００１３】
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。
【００１４】
また、上下のエアチャンバーの内部を連通する連通管は、上方のエアチャンバーの底面から下方に向かって突出させることが好ましい。この理由は、船が停止している状態では、上下方向に連接する複数のエアチャンバー内も海水によって満たされる。そして、船が航行することによって負圧が発生し、この負圧によってエアチャンバー内に入り込んでいる海水は排除されるのであるが、連通管を下のエアチャンバーの上面から上方に突出させると、上方のエアチャンバーの底面から上方に連通管が入り込むことになる。この場合、連通管の高さ分だけ、エアチャンバー内の海水が抜けないことになるからである。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【００１６】
また、１本の配管やダクトを船体に取り付けるのではなく、スタッドボルトを介して複数のエアチャンバーを船体に取り付けるようにしたので、取り付け工事が楽になり、また一部が破損してもその部分だけ交換すればよく、メンテナンス性にも優れている。
【００１７】
更に複数のエアチャンバーに分けているため、船体表面の曲率が小さく複雑な形状の船舶や漁船などの小型船にも対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る摩擦抵抗低減船の側面図
【図２】摩擦抵抗低減船の側面に取り付けたエアチャンバーを示す図
【図３】船体に対するエアチャンバーの取り付け方法を説明した図
【図４】（ａ）は上下のエアチャンバーを連結する前の要部拡大図、（ｂ）は連結した後の要部拡大図
【図５】船体に取り付けたエアチャンバーを前方から見た図
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図
【図７】微細気泡の発生を説明した図６と同様の図
【図８】エアチャンバーの別実施例を示す斜視図
【図９】別実施例に係るエアチャンバーの図６と同様の図
【図１０】別実施例に係るエアチャンバーの図７と同様の図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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及び図２に示すように、本発明に係る摩擦抵抗低減船は、船体先端付近の外側面１に船底２に沿って上下方向に複数のエアチャンバー３を連接している。エアチャンバー３の下流側にはエアチャンバー３からの気泡の発生を確認するためのカメラＣが配置されている。
尚、図示例ではエアチャンバー３を１列としているが、２列あるいはそれ以上としてもよい。
【００２０】
エアチャンバー３の寸法は例えば厚み４０ｍｍ、縦６００ｍｍ、横４００ｍｍとする。また図３に示すように、予め船体に溶接などによって固設されたスタッドボルト４にナット５を介して固定される。尚、船体がＦＲＰなどから構成される場合には、スタッドボルトの基部を船体に埋設して固設する。
【００２１】
エアチャンバー３の中央部には凹部３ａが形成されている。エアチャンバー３を船体に取り付けた状態でこの凹部３ａの底部に船体の外側面１が露出する。また凹部３ａを跨ぐようにウィング６が一体的に形成されている。
【００２２】
ウィング６は図６に示すように、前端部のエアチャンバー上面とのギャップｇ１より後端部のエアチャンバー上面とのギャップｇ２の方が大きくなるように傾斜している。その結果、船の航行時にはウィング６の内側即ち凹部３ａ内に負圧領域が発生する。この負圧領域には凹部３ａを形成するエアチャンバー３の壁面に形成した開口７から空気が噴出する。
【００２３】
またエアチャンバー３の上面には穴８，９，１０が形成されている。穴８は上方に連接されるエアチャンバー３の底面に設けた連通管１１が嵌合する穴であり、この連通管１１によって上下のエアチャンバー３の内部が連通する。
【００２４】
このように、上下のエアチャンバー３が連通管１１によって連通することで、最も上方に位置するエアチャンバー３と最も下方に位置するエアチャンバー３が連通する。この場合、最も上方に位置するエアチャンバー３の上面の穴８は大気に開放されるか大気に開放される配管が接続される。また、最も下方に位置するエアチャンバー３の底面の連通管１１は閉じられるか省略される。
【００２５】
また、連通管１１の周囲には比較的厚めのシールリング１２が設けられている。船体の外側面形状の曲りが大きくても複数のエアチャンバー３が少しづつ角度を変えることで対処できる。シールリング１２は上下のエアチャンバー３の角度を少し変えるときに両者の間に生じる変形を吸収する。
【００２６】
また、穴９，１０はアシストコンプレッサ１３からの配管１４，１５を貫通させるための穴である。喫水線からの深さが大きくなると、水頭圧も大きくなり航行時にウィング６により発生する負圧だけでは、エアチャンバー３内の空気を凹部３ａに引き出せない。
【００２７】
そこで、アシストコンプレッサ１３からの空気をエアチャンバー３内に送り込むことで、エアチャンバー３内の気液界面を押し下げ、ウィング６により発生する負圧によって空気を凹部３ａに引き出せるようにする。
【００２８】
尚、個々のエアチャンバー３によってその深さが異なるので、必要なアシストコンプレッサ１３からの空気量が異なる。そのためアシストコンプレッサ１３からの配管を複数本とし、個々の配管を特定のエアチャンバー内に臨ませるようにしている。本実施例では２本の配管１４，１５を示しているが、エアチャンバーの数によって更に配管の数を増やすことが可能である。
【００２９】
従来技術として船体に設けた穴からコンプレッサによって空気を噴出させる方法が知られている。この方法による場合は気泡が大きくなり摩擦低減が実現できない。即ち、発生する気泡の径が大きいと直ちに水面まで上昇して消失してしまう。気泡の径を小さくすること（好ましくは1ｍｍ以下）で、気泡の上昇速度は遅くなり、船体を気泡の膜で包む効果が発揮される。
【００３０】
以上において船が航行を開始すると、図７に示すように、ウィング６によって凹部３ａ内に負圧領域が形成され、この負圧領域に向かってエアチャンバー３内の空気が開口７から引き出される。引き出された空気はケルビン−ヘルムホルツ不安定現象（Kelvin-Helmholtz-Instability）によって微小気泡（マイクロバブル）となって船体表面に貼りつくようにして下流側に相対的に移動する。
【００３１】
図８はエアチャンバーの別実施例を示す斜視図、図９は同エアチャンバーの断面図であり、この実施例にあっては前記したエアチャンバーの下流側の半分を省略した形状をしている。
【００３２】
この実施例も船体外側面に予め固設したスタッドボルトにエアチャンバー３が取り付けられ、船の航行に伴ってウィング６が発生する負圧によって図１０に示すように、微細気泡が発生する。
【００３３】
尚、ウィング６の構造としては図示はしていないが、内部を中空とし、この中空部エアチャンバー内とを例えばウィング６の脚部に形成した通路を介して連通し、更にウィング６の内側面に中空部とつながる多数の穴を形成した構成としてもよい。この場合は負圧が発生するウィング６の内側面に直接空気を噴出する穴が形成されていることになるので、確実に空気を噴出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る摩擦抵抗低減船とその運転方法は、コンテナ船などの大型船から漁船などの小型船まで広く利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１…船体の外側面、２…船底、３…エアチャンバー、３ａ…凹部、４…スタッドボルト、５…ナット、６…ウィング、７…開口、８，９，１０…穴、１１…連通管、１２…シールリング、１３…アシストコンプレッサ、１４，１５…アシストコンプレッサからの配管、ｇ１…ウィングの前端縁とエアチャンバー表面との間隔、ｇ２…ウィングの後端縁とエアチャンバー表面との間隔。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体の外側面の上下方向に沿って複数のスタッドボルトを設け、このスタッドボルトを介して複数のエアチャンバーが船体外側面に取り付けられ、各エアチャンバーには船の航行につれて負圧を発生するウィングと前記負圧が発生した領域に向けチャンバー内の空気を噴出する開口が設けられ、更に前記複数のエアチャンバーは上下方向に連接され、上方のエアチャンバーと下方のエアチャンバーとは連通管にて内部が連通していることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦抵抗低減船において、少なくとも船底に取り付けられたエアチャンバーには上方のエアチャンバー内を貫通してアシストコンプレッサからのエアを供給する配管が臨んでいることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の摩擦抵抗低減船において、前記連通管はエアチャンバーの底面から下方に向かって突出していることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項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、前記ウィングによって発生する負圧がエアチャンバーから空気を引き出すために不足している場合に、当該不足している分だけアシストコンプレッサによってエアチャンバー内の圧力を高め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。

【図１】