JP2000203485A - 摩擦抵抗低減船 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 船体の摩擦抵抗を効果的に低減して航行時に
おける動力を効果的に節減する。 【解決手段】 船首１ｃ近傍に配された気体吹出部２の
吹出口４から水中へ気体を噴出して、航行している船舶
の船体外板１に微小気泡を介在させて摩擦抵抗の低減を
図る摩擦抵抗低減船であって、気体吹出部２は、船体外
板１に沿って流れる水の流速を吹出口４で大きくする形
状に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦抵抗低減船に
係わり、航行状態にある船舶の船体外板に微小気泡を介
在させて摩擦抵抗の低減を図る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭５０−８３９９２号、特開昭５３
−１３６２８９号、特開昭６０−１３９５８６号、特開
昭６１−７１２９０号、実開昭６１−３９６９１号、及
び実開昭６１−１２８１８５号等に、摩擦抵抗低減船に
係わる技術が開示されている。この摩擦抵抗低減船は、
航行状態において船体表面（船体外板）から空気等の気
体を水中に噴出して船体外板に多数の微小気泡（マイク
ロバブル）を介在させ、このマイクロバブルの介在によ
って水と船体との間に作用する摩擦抵抗を低減させるも
のである。

【０００３】本出願人は、このような摩擦抵抗低減船の
吹出口の構造に係わる技術として、船首近傍の両舷から
水中に気体（例えば空気）を噴出して船体外板にマイク
ロバブルを介在させる技術を提案している。この技術
は、船首近傍から気体を噴出して生成したマイクロバブ
ルを船体外板の水の流線に沿って拡散させることによ
り、船体全体を効果的にマイクロバブルで覆うことを意
図したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、吹出口
が配される水深や位置あるいは航行速度等に応じて、吹
出口には水圧がかかり、この水圧によって気体の噴出に
要する動力が大きく変化する。例えば、吹出口が比較的
水深の深い位置に配されて吹出口にかかる静圧が高い場
合には、気体の噴出に要する動力が大きくなり、マイク
ロバブルによって減少した航行動力の節約分が目減りす
るといった問題がある。一方、水深の浅い位置に吹出口
を配して吹出口にかかる静圧を低くした場合には、噴出
に要する動力は小さいものの、生成したマイクロバブル
を船底にまで流すことが難しくなる。特に、ＶＬＣＣ
（Very Large Crude Oil Carrier：２０万トン級の石油
輸送船）等、船側に対して船幅が比較的大きな船舶（肥
大船）は、海水を左右に押し分けて航行するので、船首
近傍の両舷から気体を噴出して生成させたマイクロバブ
ルによって船底を効果的に覆うといったことが困難とな
るという問題がある。

【０００５】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、以下の点を目的とするものである。 （１）吹出口にかかる水圧を低くして気体の噴出に要す
る動力を節減する。 （２）種々の形状の船体に対応して船舶の摩擦抵抗を効
果的に低減する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、船首近傍に配された気体吹
出部の吹出口から水中へ気体を噴出して、航行している
船舶の船体外板に微小気泡を介在させて摩擦抵抗の低減
を図る摩擦抵抗低減船であって、気体吹出部が、船体外
板に沿って流れる水の流速を吹出口で大きくする形状に
形成される技術が採用される。この摩擦抵抗低減船は、
航行状態における吹出口での水の流速が大きくなるよう
に気体吹出部が形成されているので、吹出口での静圧が
低くなる。

【０００７】請求項２に係る発明は、請求項１の摩擦抵
抗低減船において、気体吹出部が、頂部付近に吹出口を
有し、翼形の断面形状に形成される技術が採用される。
この摩擦抵抗低減船では、気体吹出部が翼形に形成され
ているので、気体吹出部の表面を流れる水の流速が頂部
付近で大きくなり、頂部付近に設けられている吹出口で
の静圧が低くなる。また、翼形の気体吹出部に沿って流
れた水は下流での乱れを起こしにくい。

【０００８】請求項３に係る発明は、請求項１または２
記載の摩擦抵抗低減船において、気体吹出部が、水の流
れを誘導する形状に形成され、吹出口から船底へ向かう
流線を形成するように配される技術が採用される。この
摩擦抵抗低減船では、気体吹出部に沿って流れる水を吹
出口から船底へ誘導し、気体吹出部から噴出された気体
によって生成された気泡は、流線に沿って船底へ移動す
る。

【０００９】請求項４に係る発明は、請求項１または３
記載の摩擦抵抗低減船において、気体吹出部が、液滴状
の輪郭で船体外板から突出した形状に形成される技術が
採用される。この摩擦抵抗低減船では、気体吹出部に沿
って流れる水が下流においても広がらず、気体吹出部か
ら生成した気泡が船体外板に沿って船底へ移動する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる摩擦抵抗低
減船の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明
する。図１は肥大船における本実施形態の船首近傍の概
略側面図（右舷側）を示しており、符号Ｓは肥大船（摩
擦抵抗低減船）、符号１は船体外板、符号２は気体吹出
部、符号３は喫水線をそれぞれ示している。

【００１１】肥大船Ｓは、船側１ｂに対して船幅が比較
的大きな船舶であって、例えばＶＬＣＣ（Very Large C
rude Oil Carrier：２０万トン級の石油輸送船）といっ
たものがこれに該当する。このような肥大船Ｓは、他の
種類の船舶に比べて、喫水線３下の船体外板１の船底１
ａの面積が船側１ｂの面積に対して比較的大きく形成さ
れている。

【００１２】肥大船Ｓは、図２に示すように、右舷１ｄ
および左舷１ｅにおいて船首１ｃ近傍に気体吹出部２が
設けられている。この気体吹出部２は、吹出口４から水
中へ気体を噴出して微小気泡（マイクロバブル）を生成
させることを目的としている。また、肥大船Ｓ内には、
気体供給手段５が備えられている。この気体供給手段５
は、圧縮用のコンプレッサ、気体貯蔵用のタンク、気体
吹出用のブロワ、および制御バルブ等を備えており、吹
出口４から気体を噴出するように構成されている。

【００１３】気体吹出部２は、航行状態にある肥大船Ｓ
において、船体外板１に沿って流れる水の流速を吹出口
４で大きくするように、図２で示す断面形状が翼形に形
成され、頂部付近に吹出口４が設けられている。図３
は、気体吹出部２の吹出口４を示しており、翼形に突出
した気体吹出部２の頂部に凹形状の吹出口４が形成され
ている。さらに、この吹出口４が設けられる位置は、気
体吹出部２の頂部付近で、肥大船Ｓの航行時に水の動圧
の作用が小さい位置である。また、吹出口４の正面形状
は、図１に示すように軸線ＢＣ方向を長軸とする楕円形
状に形成されている。図３に戻り、吹出口４には、船体
内部側に向かって緩やかに湾曲した吹出板６が設けら
れ、この吹出板６に多数の孔６ａが形成されている。ま
た、吹出口４の船体内部側には、チャンバー７を形成す
るように隔壁８が設けられており、チャンバー７内へ気
体を供給するための気体供給手段５と接続されている。

【００１４】また、気体吹出部２は、水の流れを誘導す
る形状に形成されている。ここでは気体吹出部２は、図
１に示すように、肥大船Ｓに向かって見た様子が液滴状
の輪郭を持つ形状である。すなわち、気体吹出部２は、
液滴状の輪郭部分を持ち、船体外板１側から突出した滑
らかな凸面２ａを持つ形状であり、その断面形状が翼形
となるように形成されている。こうした気体吹出部２の
形状は、気体吹出部２に沿って流れる水をできるだけ乱
さない、造波抵抗の小さい形状となるように設計されて
いる。

【００１５】このような気体吹出部２は、船首１ｃ近傍
において、吹出口４から船底１ａへ向かう流線Ｌを形成
するように配されている。すなわち気体吹出部２は、上
述したようにその形状に沿うように水の流れを誘導する
ので、図１に示すように、吹出口４から見てＣ点が船底
１ａへ向かうように配される。そして、この気体吹出部
２の向きは、喫水線３からの傾きである偏角αによって
表される。偏角αは、吹出口４およびＣ点を通る軸線Ｂ
Ｃにおける、喫水線３に平行で吹出口４を通る直線ＥＦ
からの傾きである。こうした気体吹出部２の偏角αおよ
び設置位置といったものは、肥大船Ｓの標準航行速度に
おいて、造波抵抗が少なくかつ船底１ａへと流線Ｌが向
かうように、数値流体力学（ＣＦＤ：Computational Fl
uid Dynamics）による流場解析によって設計されてい
る。

【００１６】次に、このように建造された摩擦抵抗低減
船（肥大船Ｓ）の作用について説明する。この摩擦抵抗
低減船（肥大船Ｓ）が航行状態になると、気体供給手段
５によって気体が気体吹出部２のチャンバー７に供給さ
れる。そして、吹出口４での湾曲した吹出板６の孔６ａ
から水中に気体が噴出されて、マイクロバブルが生成さ
れる。

【００１７】このとき、気体吹出部２は、液滴状の輪郭
で水の流れを誘導する形状に形成され、吹出口４から船
底１ａへ向かう流線Ｌを形成するように船首１ｃ近傍に
配されているので、気体吹出部２に沿って流れる水が下
流においても広がらずに船底１ａへと誘導される。そし
て、生成されたマイクロバブルが流線Ｌに沿って船側１
ｂから船底１ａへと移動し、船底１ａがマイクロバブル
に効果的に覆われる。特に、肥大船Ｓにおいては、一般
に、喫水線３下の船体外板１の船底１ａの面積が大きい
ため、この船底１ａにマイクロバブルを介在させること
で効果的に摩擦抵抗を低減させることができる。さら
に、船首１ｃ近傍に気体吹出部２が配置されることで、
発達初期段階の薄い境界層（乱流境界層）にマイクロバ
ブルが生成されるので、マイクロバブルが境界層内で船
体外板１に沿って効率的に拡散される。

【００１８】また、マイクロバブルによって摩擦抵抗を
低減させるにあたっては、マイクロバブルを生成させる
ための動力を抑制することが重要である。これは、マイ
クロバブルを用いて航行時の摩擦抵抗を低減させる目的
が、船舶の航行に係る動力を節減して輸送コストを低下
させることにあるからである。そのためにここでは、気
体の噴出に要する動力をできるだけ抑制する必要があ
る。そこで、上述したように、気体吹出部２が翼形に形
成されることで、頂部付近に設けられた吹出口４での水
の流速が大きくなるので、吹出口４での静圧が低くな
り、噴出に要する動力を小さく抑えることができる。ま
たこのときに、気体吹出部２が水深の深い位置に配され
ても、航行状態における水の流速によって吹出口４の静
圧を低くできるので、噴出に要する動力を小さく抑える
ことが可能となる。

【００１９】また、気体吹出部２は、気体吹出部２を流
れる水をできるだけ乱さない造波抵抗の小さい形状に形
成されているとともに、最も効果的に船底１ａへと流線
Ｌが向かうように配置されているので、肥大船Ｓの全抵
抗に与える影響を小さく抑えることができる。

【００２０】すなわち本実施形態は、航行している肥大
船Ｓの船底１ａへとマイクロバブルを流して効果的に肥
大船Ｓの摩擦抵抗を低減することと、吹出口４からの気
体の噴出に要する動力を節減することとを同時に実現す
るものである。

【００２１】また、図４は本発明に係る摩擦抵抗低減船
の他の実施形態として、高速船Ｔの船首１０ｃ近傍の概
略側面図（右舷側）を示している。本実施形態において
も、前記した実施形態で示したものと同様に、船首１０
ｃ近傍において翼形の気体吹出部１１が設置されてい
る。前記した肥大船Ｓにおける実施形態と異なる点は、
気体吹出部１１の偏角β（偏角βは、吹出口１２および
Ｊ点を通る軸線ＨＪにおける、喫水線３に平行で吹出口
１２を通る直線ＭＮからの傾き）が、肥大船Ｓの偏角α
に比べて小さくなっている点である。一般に、高速船Ｔ
は、船首１０ｃ部分が船首１０ｃ前方へと突き出してい
るなど、その形状によって船側１０ｂから船底１０ａへ
と流れ込む水の流れが形成されやすい。そのため、気体
吹出部２の配置状態は、肥大船Ｓにおける偏角αに比べ
て小さい偏角βにおいて、最も効率的にマイクロバブル
を船底１０ａへと流し込ませることが可能となる。ま
た、この気体吹出部１１の配置は、高速船Ｔの標準航行
速度において、造波抵抗が少なくかつ船底１０ａへと流
線Ｌが向かうようにＣＦＤを用いて設計されており、高
速船Ｔの形状や標準運行速度によっては偏角βの大きさ
が偏角αよりも大きくなることがあるのはいうまでもな
い。

【００２２】このように、船体の形状に応じて、気体吹
出部１１の配置位置および偏角βを適切に設定すること
で、種々の形状の船舶にも柔軟に対応し、マイクロバブ
ルで船舶の摩擦抵抗を効果的に低減させるといったこと
が可能となる。

【００２３】なお、上述した２つの実施形態で示した摩
擦抵抗低減船では、一つの気体吹出部２，１１に対して
一つの吹出口４，１２が設けられているが、これはもち
ろん一つの気体吹出部２，１１に対して複数の吹出口
４，１２を設けてもよい。ただし、効率的にマイクロバ
ブルを生成させるためには気体の噴出に要する動力をな
るべく抑制する必要があり、このことから、気体を吹き
出す孔１６ａの総開口面積は、できるだけ抑制する必要
がある。

【００２４】また、図１および図４において、気体吹出
部２，１２の形状は、軸線ＢＣ，軸線ＨＪに対して対称
形に描かれているが、これは吹出口４，１２での水の流
速が大きくかつ造波抵抗が小さくなるような形状であれ
ば対称形には限らない。また、気体供給手段５は、実施
形態で説明した構成に限らず、所定の圧力で気体を供給
できればよいのであって、ターボチャージャ等を用いた
構成であってもよい。

【発明の効果】

【００２５】以上説明したように、請求項１に係る摩擦
抵抗低減船は、航行時における吹出口での水の流速が大
きくなり、吹出口での静圧が低くなるので、少ない動力
で水中へ気体を噴出することができる。また、噴出した
気体は微小気泡となって水と船体との間に作用する摩擦
抵抗を低減する。これらにより、気体の噴出に要する動
力を抑制し、効率よく摩擦抵抗を低減することができ
る。また、気体吹出部が船首近傍に配されることで、発
達初期段階の薄い境界層に微小気泡が生成するので、微
小気泡が境界層内で船体に沿って効率的に拡散される。
また、航行時の水の流速を利用して吹出口の静圧を低く
するので、気体吹出部が水深の深い位置に設置されても
気体の噴出に要する動力を小さく抑えることができる。

【００２６】請求項２に係る摩擦抵抗低減船では、気体
吹出部が翼形の断面形状に形成されて頂部付近に吹出口
が設けられており、航行時における水の流速によって吹
出口での静圧が低くなるので、少ない動力で水中へ気体
を噴出することができる。また、気体吹出部は水の流れ
を乱さない翼形に形成されているので、形成される流線
に沿って水が効率的に流れ、気体吹出部が船の全抵抗に
与える影響を抑制できる。

【００２７】請求項３に係る摩擦抵抗低減船では、航行
時における水の流れが気体吹出部に誘導されて、船側か
ら船底へ向かう水の流線が形成される。気体吹出部から
生成した微小気泡は流線に沿って船底へと流れ込むの
で、船側に対して船幅が比較的大きな肥大船において
も、船底を微小気泡で効果的に覆うことができ、摩擦抵
抗を低減することができる。また、気体吹出部を適切に
配することで、種々の形状の船舶においても柔軟に対応
し、微小気泡でそれぞれの船舶の摩擦抵抗を効率的に低
減させることができる。

【００２８】請求項４に係る摩擦抵抗低減船では、気体
吹出部が液滴状の輪郭で形成されているので、航行時に
気体吹出部に沿って流れる水が下流においても広がら
ず、気体吹出部から生成した気泡が船体外板に沿って船
底へ移動して、より効率的に船舶の摩擦抵抗を低減させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態（肥大船）の船首近傍の
概要側面図である。

【図２】 図１のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ断面図である。

【図３】 図１における気体吹出部の詳細図である。

【図４】 本発明の他の実施形態（高速船）の船首近傍
の概要側面図である。

【符号の説明】

Ｓ 肥大船 Ｔ 高速船 Ｌ 流線 １，１０ 船体外板 １ａ，１０ａ 船底 １ｂ，１０ｂ 船側 １ｃ，１０ｃ 船首 ２，１１ 気体吹出部 ３ 喫水線 ４，１２ 吹出口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船首（１ｃ）近傍に配された気体吹出部
   （２）の吹出口（４）から水中へ気体を噴出して、航行
   している船舶の船体外板（１）に微小気泡を介在させて
   摩擦抵抗の低減を図る摩擦抵抗低減船であって、 前記気体吹出部（２）は、船体外板（１）に沿って流れ
   る水の流速を前記吹出口（４）で大きくする形状に形成
   されることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
2. 【請求項２】 前記気体吹出部（２）は、頂部付近に前
   記吹出口（４）を有し、翼形の断面形状に形成されるこ
   とを特徴とする請求項１記載の摩擦抵抗低減船。
3. 【請求項３】 前記気体吹出部（２）は、水の流れを誘
   導する形状に形成され、前記吹出口（４）から船底（１
   ａ）へ向かう流線（Ｌ）を形成するように配されること
   を特徴とする請求項１または２記載の摩擦抵抗低減船。
4. 【請求項４】 前記気体吹出部（２）は、液滴状の輪郭
   を持ち船体外板（１）から突出した形状に形成されるこ
   とを特徴とする請求項１または３記載の摩擦抵抗低減
   船。