JP2012201338A

JP2012201338A - 摩擦抵抗低減船およびその運転方法

Info

Publication number: JP2012201338A
Application number: JP2011070615A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Harada; 努原田; Kasumi Koyama; かすみ小山
Original assignee: K AND I Inc
Current assignee: K AND I Inc
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-10-22

Abstract

【課題】大きな動力を必要とせず、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を提供する。
【解決手段】プレート２の内側面と球状船首の外側面との間の間隔は隔壁部材３によって複数の流路４に区画され、流路４の途中は流路断面積が小さくなった絞り部６とされている。船の航行に伴って入口４ａから流入した水は流路４の絞り部６で絞られた後、急激に流路断面積が大きくなるため負圧が発生する。
【選択図】図５

Description

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。

船体の航行の妨げとなる抵抗には造波抵抗と摩擦抵抗がある。造波抵抗を低減する構造として球状船首（バルバス・バウ）が知られている。また、摩擦抵抗を低減する手段として微細気泡（マイクロバブル）を船体の外表面に供給する手段が知られている。

微細気泡を船体の外表面に供給する場合、出来るだけ船首に近い部分に供給することが摩擦を低減する上で有利である。斯かる内容は特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示されている内容は、球状船首に穴を開け、この穴からコンプレッサで圧縮した空気を噴出すものである。気泡の径が小さいと水中での上昇速度が遅くなり、船体表面を包むようになり、摩擦抵抗の低減に有利となる。
しかしながら、特許文献1ではコンプレッサの圧力を利用して穴から噴出させているので気泡の径は大きい。噴出する気泡は破砕されてその径は小さくなるが船体表面の摩擦抵抗低減に効果的な気泡の径は１ｍｍ以下と言われており十分ではない。

微細気泡を発生する手段として、特許文献２に示すようなウィングを用いた構造が知られている。
この構造は、船体内側に空気と海水を混合するミックスチャンバーを設け、船の航行に伴ってウィングで負圧を発生せしめ、この負圧をミックスチャンバー内に作用させ、ミックスチャンバー内でケルビンーヘルムホルツ不安定現象（比重の大きな水が上になり比重の小さな空気が下になる現象）を起こさせ、この現象によって気泡を微細化し、これを船体表面に供給するものである。

特開２０００−１５９１８４号公報ＷＯ２００９／１３９１３２号公報

前記したように特許文献１の構造では微細気泡を形成できない。またコンプレッサの圧力のみを利用して空気を噴出しているため、コンプレッサを駆動するための消費動力が大きくなり、省エネを十分達成することができない。

一方、特許文献２に開示されるようにウィングを用いたタイプでは、微細気泡を発生でき且つコンプレッサが必要といってもそれはウィングで発生する負圧では気液界面を十分に押し下げることができない場合のアシストとして必要なだけであるので、大きな動力は必要とされず省エネの観点からも有利である。

しかしながら、ウィングを用いた構造では以下の問題が残されている。
先ず、ウィングは船体外側面より外側に露出しており、負圧が発生するウィング内側面（船体表面と対向する面）とミキシングチャンバーとの間には間隔が存在する。一方、ウィング内側の負圧が発生する領域は全ての方向に向かって開放されており、発生した負圧はミキシングチャンバーに対し集中的に作用するのではなく、周囲全体に均等に作用するため、負圧が発生しても瞬時に周りから負圧を解消する水が入り込み、負圧が有効にミキシングチャンバーに作用しにくい。

航行に伴って船体はピッチングする。このピッチングによってウィングを装着した部分も上下動する。ウィングが上下動すると負圧発生箇所もずれてしまい、効率よく気泡が形成されない。

上記課題を解決するため本発明は、船体表面に微細気泡を供給することで摩擦抵抗を低減するようにした摩擦抵抗低減船であって、この摩擦抵抗低減船は球状船首を備え、この球状船首の外側に環状若しくは帯状のプレートを配置して前記球状船首外側面とプレート内側面との間に隙間を形成し、この隙間を隔壁部材によって複数の流路に区画し、各流路内には負圧を発生するための絞り部が設けられ、また前記球状船首の船体内側には気体供給源からの空気と海水とを混合するミキシングチャンバーが設けられ、前記流路の絞り部よりも下流側部分が前記ミキシングチャンバーと連通した構成とした。

また、上記の摩擦抵抗低減船を運転する方法としては、ミキシングチャンバー内で気液の混合を行うために、船の航行速度および喫水からの深さを考慮して前記気体供給源からミキシングチャンバーへ送り込む圧力を調整する。

本発明に係る摩擦抵抗低減船によれば、船体の航行に伴って発生する負圧は流路内で発生する。この流路は入口及び出口以外はミキシングチャンバーとの連通部分を除いて閉じている。したがって、流路内で発生した負圧はミキシングチャンバーに集中的に作用するため、従来のウィング方式に比べ、効率が大幅に向上する。

また、負圧は流路内で発生するため、航行に伴いピッチングによって船体が上下動しても、船体と一体的に負圧も上下動するため、ミキシングチャンバーに対する負圧は変動することがない。

また、本発明に係る運転方法によれば、航行速度および喫水からの深さに応じてミキシングチャンバーに送り込む空気の圧力をバルブなどで調整するようにしたので、運転条件に作用されず微細気泡を形成することができる。

本発明に係る摩擦抵抗低減船の側面図図１の要部拡大図図１の要部拡大断面図図２のＡ方向矢視図流路をプレートの外側から見た図流路とミキシングチャンバーとの関係を示す断面図ミキシングチャンバーへ空気を供給する配管の一例を示す図

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。本発明に係る摩擦抵抗低減船は造波抵抗を低減するための球状船首１を備え、この球状船首１の外側に環状のプレート２を取り付け、このプレート２の内側面と球状船首１の外側面との間に間隔を設けている。

尚、プレート２は環状とせずに、例えば球状船首１の下側半分を半周するような帯状としてもよい。また、プレート２と球状船首１とは必ずしも平行でなくてもよい。例えばプレート２と球状船首１の間隔は後方側において大きくなるようにしてもよい。

プレート２の内側面と球状船首１の外側面との間の間隔は隔壁部材３によって複数の流路４に区画されている。流路４の入口４ａは船の航行方向を基準として前方となり出口４ｂは後方となる。入口４ａには流路４内に異物が入り込むのを防止するプロテクター５を設けている。

また、流路４の途中は流路断面積が小さくなった絞り部６とされている。船の航行に伴って入口４ａから流入した水は流路４の絞り部６で絞られた後、急激に流路断面積が大きくなるため負圧が発生する。

一方、プレート２に対応する船体内側にはミキシングチャンバー７を設けている。このミキシングチャンバー７は流路４ごとに設けてもまた複数の流路４に対し１つのミキシングチャンバー７を設けてもよい。

ミキシングチャンバー７は連通部８を介して流路４の絞り部６よりも下流側に連通している。ミキシングチャンバー７は配管を介してリザーバタンク９につながっており、このリザーバタンク９にはコンプレッサ１０から加圧空気が供給される。ミキシングチャンバー７とリザーバタンク９をつなぐ配管は、主配管１１とこれから分岐して各ミキシングチャンバー７に結合する分岐管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄからなる。

各分岐管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄには圧力調整または流量調整を行う調整バルブＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄが設けられ、これら調整バルブＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄのバルブの開度は制御装置１２からの信号によって調整される。

制御装置１２には速度センサ及び喫水センサからの信号が送られ、これらセンサからの信号を処理し最適なバルブ開度を各調整バルブＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄに出力する。

即ち、仮にリザーバタンク９内が大気圧であったとすると、配管内の気液の界面は喫水面と等しくなる。この状態から、気液の界面がミキシングチャンバー７内まで下がっていないと、船舶の航行に伴って絞り部６の下流で負圧が発生しても、負圧の絶対値が不足し微細気泡を発生することができない。

そこで、制御装置１２からの信号は、速度センサからの信号によって微細気泡が発生する負圧を計算し、喫水センサからの信号によって配管内の気液の界面の位置を割り出し、各調整バルブの二次側圧がどれだけになれば気液の界面がミキシングチャンバー７内まで下がるかを計算し、それに応じた開度信号を各調整バルブに出力する。

開度計算の一例を示せば、全開に対する開度をＤ（％）、速度をＶ（ノット）、喫水深さをＨ（ｍ）とした場合、開度（Ｄ）＝ｋ×Ｈ／Ｖ（ｋは船の形状で決まる定数）で求めることができる。

また、ミキシングチャンバー７にはＣＣＤカメラなどの微細気泡発生の有無を検知する検知部材１３を設けることが好ましい。制御装置１２の計算は速度センサと喫水センサからの信号に基づいているが、配管内の状況や実際の取付角度などは考慮していないため、計算通りにはいかないことも考えられる。
そこで、検知部材１３によって微細気泡が発生を発生していないことを検知した場合には、更に開度を大きくするフィードバック制御を行うことが好ましい。

また、信号の出力と微細気泡の発生との間にはタイムラグが生じる。一方船舶の特徴として、ピッチングやローリングは一定の間隔で上下動を繰り返す。そこで、船首が下降行程にあるときは更に喫水面からの距離が大きくなることを見越して開度を計算値よりも大きくし、逆に船首が上昇行程にあるときは更に喫水面からの距離が小さくなることを見越して開度を計算値よりも小さく設定するアクティブ制御を行うようにしてもよい。

以上において、船の航行に伴って流路４の入口４ａから海水が流路４に取り入れられ、流路４内に取り入れられた海水は絞り部６で絞られ、この絞り部６の下流側において急激に解放されるため絞り部６の下流側で負圧が発生する。ここで、流路４は入口４ａ及び出口４ｂ以外は連通部８を介してミキシングチャンバー７にのみ連通している。その結果、発生した負圧はミキシングチャンバー７に集中的に作用し、ミキシングチャンバー７内において効果的にケルビンーヘルムホルツ不安定現象が発生し、気泡が微細化され、出口４ｂから船体表面に沿って流れる。

１…球状船首、２…プレート、３…隔壁部材、４…流路、４ａ…流路の入口、４ｂ…流路の出口、５…プロテクター、６…絞り部、７…ミキシングチャンバー、８…連通部、９…リザーバタンク、１０…コンプレッサ、１１…主配管、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…分岐管、１２…制御装置、１３…検知部材、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ…調整バルブ。

Claims

船体表面に微細気泡を供給することで摩擦抵抗を低減するようにした摩擦抵抗低減船であって、この摩擦抵抗低減船は球状船首を備え、この球状船首の外側に環状若しくは帯状のプレートを配置して前記球状船首外側面とプレート内側面との間に隙間を形成し、この隙間を隔壁部材によって複数の流路に区画し、各流路内には負圧を発生するための絞り部が設けられ、また前記球状船首の船体内側には気体供給源からの空気と海水とを混合するミキシングチャンバーが設けられ、前記流路の絞り部よりも下流側部分が前記ミキシングチャンバーと連通していることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
請求項１に記載の摩擦抵抗低減船を運転する方法であって、ミキシングチャンバー内で気液の混合を行うために、船の航行速度および喫水からの深さを考慮して前記気体供給源からミキシングチャンバーへ送り込む圧力を調整することを特徴とする摩擦抵抗低減船の運転方法。