JP5705486B2 - 船舶の空気潤滑システム - Google Patents

Description

本発明は、気泡を供給することにより船舶と水の間の抵抗を低減する技術に関する。

船舶の航行の効率を向上する技術として、空気潤滑システムが知られている。空気潤滑システムは、船体の喫水線より下の外面に気泡を供給することによって船舶と水の間の摩擦を低減し、航行の効率を向上する技術である。特許文献１に記載の技術は、その一例である。

特開２００９−２４８８３１号公報

本願発明の発明者は、既存の船舶に空気潤滑システムを外付けする改装を施すことによって、航行の効率を向上させる技術を開発中である。そのような技術においては、改装が容易であることや、摩擦抵抗を低減する効果が大きいことが望まれる。

以下に、［発明を実施するための形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の一側面において、空気回収装置（８）は、船舶（１）の船底（４）に気泡を供給する空気吹き出し装置（７）に対して船尾（３）側の船底（４）に取り付けられ、船底（４）に対して下側に対向する面に空気取込孔（３６）を有する回収側チャンバー（１２）と、回収側チャンバー（１２）の内部の空気を回収する回収部とを備える。

本発明の他の側面において、回収部は、空気取込孔（３６）に対して船舶（１）の前後方向に異なる位置に配置される。

本発明の他の側面において、空気回収装置（８）の回収部は、空気取込孔（３６）よりも船舶（１）の船尾（３）側の船底（４）に形成された空気回収孔（３７）から回収側チャンバー（１２）の内部の空気を回収する。回収側チャンバー（１２）は、空気取込孔（３６）から取り込まれた空気を集めて空気回収孔（３７）から回収するための船舶（１）の前後方向に延長する空気蓄積部（３５）を有する。

本発明の更に他の側面において、空気回収装置（８）の空気取入孔は、空気回収孔（３７）よりも船舶（１）の横方向に広い領域に分布する。

本発明の一側面において、船舶（１）は、空気吹き出し装置（７）よりも船尾（３）側の船底（４）に設置された本発明による空気回収装置（８）と、空気吹き出し装置（７）とを備える。

本発明の一側面において、船底（４）に気泡を供給する空気吹き出し装置（７）を備えた船舶（１）の改装方法は、空気吹き出し装置（７）よりも船尾（３）側の船底（４）に、船底（４）に対して下側に対向する面に空気取込孔（３６）を有する回収側チャンバー（１２）を取り付ける工程と、回収側チャンバー（１２）の内部の空気を回収する回収部を形成する工程とを備える。

本発明により、摩擦抵抗を低減する効果が大きい空気回収装置、空気潤滑システム及び船舶の改装方法が提供される。
更に本発明により、船舶に外付けされる空気潤滑システムにおいて、改装が比較的容易な空気回収装置、空気潤滑システム及び船舶の改装方法が提供される。

図１は、船舶の側面図である。 図２は、船舶の底面図である。 図３は、空気潤滑システムの動作を概略的に示す。 図４は、吹出側チャンバーの他の構成例を示す。 図５は、吹出側チャンバーの底面図である。 図６は、吹出側チャンバーを側面から見た断面図である。 図７は、回収側チャンバーの底面図である。 図８は、回収側チャンバーを側面から見た断面図である。 図９は、絞り込み部を備えた回収側チャンバーの底面図である。 図１０は、絞り込み部を備えた回収側チャンバーを側面から見た断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態における空気回収装置、空気潤滑システム及び改装方法が適用された船舶の側面図である。図２は、その船舶を船底側から見た底面図である。船体１の船首２が右側に、船尾３が左側に描かれている。船尾３側の喫水線下に、プロペラ５と舵６が設置される。船底４の船首２に近い側に、空気吹き出し装置７が設置される。船底４の船尾３に近い側に、空気回収装置８が設置される。

空気吹き出し装置７は、船底４に設置される吹出側チャンバー９と、配管１０と、コンプレッサ１１とを備える。コンプレッサ１１に替えて、ブロワが用いられてもよい。コンプレッサ１１は、配管１０の内部の空気を船底４の方向に押し出す。配管１０の一端は、船底４の外壁に形成される空気供給孔（後述）に接続される。その空気供給孔が開口する位置の船底４に、溶接又はボルト締結により吹出側チャンバー９が取り付けられる。配管１０の内部の空気は、コンプレッサ１１によりチャンバー９の内部に供給される。

空気回収装置８は、回収側チャンバー１２と、配管１３とを備える。配管１３の一端は、船底４の外壁に形成される空気回収孔（後述）に接続される。その空気回収孔が開口する位置の船底４に、溶接又はボルト締結により回収側チャンバー１２が取り付けられる。回収側チャンバー１２の内部の空気は、配管１３を通って外部に放出されるか、空気吹き出し装置７側の配管１０に再供給される。

図１、図２の例では、吹出側チャンバー９は複数（３個）取り付けられている。前列側の吹出側チャンバー９ａは、船体１の中心線ＣＬ上に、中心線ＣＬに対して線対称に取り付けられる。後列側の吹出側チャンバー９ｂの一方は、前列側の吹出側チャンバー９ａに対して右舷１４側に偏った位置に平行に取り付けられる。他方は、前列側の吹出側チャンバー９ａに対して左舷１５側に偏った位置に平行に取り付けられ、中心線ＣＬに対して左右対称な後列側の吹出側チャンバー９ｂを形成する。

図１、図２の例では、吹出側チャンバー９に対応して、複数の回収側チャンバー１２が取り付けられている。前列側及び後列側の吹出側チャンバー９ａ、９ｂに対応して、それぞれ後列側及び前列側の回収側チャンバー１２ａ、１２ｂが取り付けられる。各回収側チャンバー１２は、吹出側チャンバー９と同様の形状を有し、且つ船体１の前後方向に反転した向きで設置される。その結果、吹出側チャンバー９と回収側チャンバー１２は、船体１の横方向に延長する所定の基準線ＳＬに対して線対称な構成を有する。

図３は、空気潤滑システムの動作を概略的に示す。配管１０から吹出側チャンバー９に空気が供給される。吹出側チャンバー９はその空気を気泡４０として外部の水中に吹き出す。気泡４０は船底４を覆って船尾３側に流れる。船底４が気泡４０に覆われることで、船体１と水との摩擦が低減する。気泡４０は回収側チャンバー１２に取り込まれ、配管１３から回収される。気泡４０がプロペラ５に対して船首２側で回収されることにより、気泡４０によるプロペラ５の推進効率の低下を避けることができる。

図４は、吹出側チャンバー９の他の構成例を示す。図２に示された構成では３個の吹出側チャンバー９によって船底４の幅を概ね覆う気泡４０が提供される。それに対して図４では、船底４の幅を概ね覆う３個の吹出側チャンバー１２−１の群に加えて、船体１の長さ方向にずれた位置に更に同様の構成を有する３個の吹出側チャンバー１２−２の群が設置される。この構成例では、より多数の気泡４０を船底４に供給することができる。もしくは気泡４０が船底４の左右方向から逃げやすい場合には、吹出側チャンバー１２−１から供給された気泡４０が船尾３側で不足したときに、次段の吹出側チャンバー１２−２から気泡４０を補うことができる。このような場合、複数群の吹出側チャンバー１２−１、１２−２と所定の基準線ＳＬに対して線対称な構成を有する回収側チャンバーの群を船尾３側に設置することにより、気泡４０を回収することができる。

次に吹出側チャンバー９の構成を説明する。図５は吹出側チャンバー９の底面図である。図６は吹出側チャンバー９を側面から見た断面図である。いずれも図の右側が船首２側である。吹出側チャンバー９は、平坦部２１と、前端部２２と、後端部２３と、側板２１−１、２１−２とを備える。平坦部２１は船底４の下側に設置される板状の部材である。平坦部２１は船底４と対向して、船底４に対して平行又はそれに近い角度となるように配置される。図６の例では、平坦部２１は船底４と平行に配置される。

前端部２２は、平坦部２１の船首２側の端部と船底４とを接続する板状の部材である。前端部２２は、船体１が前方に航行するときの水流の抵抗を減らすために、船首２側に向って船底４に近づく傾斜を有する。後端部２３は、平坦部２１の船尾３側の端部と船底４とを接続する板状の部材である。後端部２３は、船体１が前方に航行するときに抵抗となる渦の発生を抑え、更に気泡を円滑に船底４に導くために、船尾３側に向って船底４に近づく傾斜を有する。側板２１−１は、平坦部２１、前端部２２、及び後端部２３のそれぞれの左舷側の端部と船底４との間を塞ぐ。側板２１−２は、平坦部２１、前端部２２、及び後端部２３のそれぞれの右舷側の端部と船底４との間を塞ぐ。平坦部２１、前端部２２、後端部２３、側板２１−１、２１−２と、それらによって覆われる船底４とにより、気泡室２８が形成される。気泡室２８は、空気吹出孔２６において船体１が浮かぶ水面下の水と連通し、空気供給孔２７において配管１０と連通し、それ以外は閉鎖された空間である。

吹出側チャンバー９の設計上、平坦部２１は、図５の点線を境界として、船首２側の領域である空気拡散部２４と、船尾３側の領域である空気吹出部２５とに分けられる。空気吹出部２５に、複数の空気吹出孔２６が形成される。これらの空気吹出孔２６は、例えば船体１の幅方向に並んで形成される。図５の例では、船体１の長さ方向に２列の空気吹出孔２６が千鳥状に配置されている。

空気拡散部２４に対向する船底４の、空気吹出孔２６と異なる位置（図５、図６では船首２側の位置）に、空気供給孔２７が形成される。空気供給孔２７に、配管１０の一端が接続される。空気拡散部２４により、空気供給孔２７と空気供給孔２６との間に、船体１の前後方向に所定の距離が設けられる。この距離が有ることにより、空気供給孔２７から気泡室２８に供給された空気が拡散されて、船体１の幅方向に並んだ複数の空気吹出孔２６から均一に近い量で気泡を水中に吹き出すことが可能となる。空気拡散部２４の効果を得るために、例えば、気泡室２８の幅と比べて、空気供給孔２７の中心と空気吹出孔２６の中心の距離の方が長くなるように設定されることが望ましい。

コンプレッサ１１の与える圧力により、空気供給孔２７から気泡室２８に供給された空気は、平坦部２１の上面（内壁面）にインピンジされる。このインピンジメントの圧力により、供給された空気は細かい気泡となり、分布の幅が広がりやすくなる。気泡は、空気拡散部２４の内部で下流側に押し出されるうちに、その分布が幅方向に広がる。

空気拡散部２４が設けられていることにより、空気吹出孔２６の船体の横方向の分布の幅よりも、空気供給孔２７の幅を小さくすることができる。言い換えれば、空気拡散部２４を設けることにより、空気供給孔２７の数が少ない場合（図５の例では１個）でも、空気吹出孔２６を船体１の横方向に広い領域に分布するように形成することにより、気泡４０を幅方向に均一に近い分布で吹き出すことができる。従って、船舶を改装して空気潤滑システムを後付けする場合に、船体１に対して空気供給孔２７と配管１０を施工する手間が少なく済む。

吹出側チャンバー９に更に、気泡を拡散するための拡散部材を追加することもできる。例えば気泡室２８を空気供給孔２７と空気吹出孔２６との間で船体１の前後方向に仕切るように多孔板を設置することにより、より細かい気泡を空気吹出孔２６に供給することが可能である。

気泡室２８の内部にある程度の空気が溜まると、空気吹出孔２６から船底４の下の水中に気泡４０が押し出される。船舶が航行中、船体１は水に対して前方に推進する。船底４において、水流は、吹出側チャンバー９の前端部２２側から後端部２３側に向う主方向を有する。それに対して吹出側チャンバー９の内部は相対的に閉鎖した空間であるため、外部の水流に比べて気泡室２８の水及び空気の流れは緩い。そのため気泡室２８の空気が空気吹出孔２６から外部に吹き出すとき、水流のせん断力によって気泡がせん断され、より細かい気泡４０となって下流側に流れる。細かい気泡４０は船底４に留まる時間が長いため、高い空気潤滑効果が得られる。このように、空気供給孔２７からの空気がそのまま船底４に供給されるのではなく、後端部２３などによって一旦、気泡室２８の内部に滞留した後、せん断力が働くように外部に供給されることにより、空気潤滑に適した気泡４０が得られる。

空気吹出孔２６の形状の設計により、気泡室２８から、船体１の長さ方向に速度の異なる水流中に気泡４０をより円滑に吹き出すことが可能である。図５の例では、各空気吹出孔２６は、流れの主方向、すなわち船体１の前後方向に長いオーバル形状である。空気吹出孔２６から吹き出した気泡４０は、後端部２３に沿って上昇し、船底４を覆いつつ船尾３側に流れ、空気回収側チャンバー１２に到達する。

次に回収側チャンバー１２の構成を説明する。図７は回収側チャンバー１２の底面図である。図８は回収側チャンバー１２を側面から見た断面図である。いずれも図の右側が船首２側である。回収側チャンバー９は吹出側チャンバー９と同様の形状を有し、船体１の前後方向に逆の向きで船底４に取り付けられる。回収側チャンバー１２は、平坦部３１と、前端部３２と、後端部３３と、側板３１−１、３１−２とを備える。平坦部３１は船底４の下側に設置される板状の部材であり、船底４に対向して平行に配置される。

前端部３２は、平坦部３１の船首２側の端部と船底４とを接続する板状の部材である。前端部３２は、船体１が前方に航行するときの水流の抵抗を減らすために、船首２側に向って船底４に近づく傾斜を有する。後端部３３は、平坦部３１の船尾３側の端部と船底４とを接続する板状の部材である。後端部３３は、船体１が前方に航行するときに抵抗となる渦の発生を抑えるために、船尾３側に向って船底４に近づく傾斜を有する。側板３１−１、３１−２は、吹出側チャンバーの側板２１−１、２１−２と同様に回収側チャンバー１２の左右を塞ぎ、気泡室３８を形成する。気泡室３８は、空気取込孔３６において船体１が浮かぶ水面下の水と連通し、空気回収孔３７において配管１３と連通し、それ以外は閉鎖された空間である。このような構成を有する回収側チャンバー１２は、吹出側チャンバー９用の部材を船体１の前後方向に逆にして船底４に設置することで実現できる。

回収側チャンバー１２の設計上、平坦部３１は、図７の点線を境界として、船首２側の領域である空気取込部３４と、船尾３側の領域である押出圧発生部３５とに分けられる。空気取込部３４に、吹出側チャンバー９の空気吹出孔２６と同様に複数の空気取込孔３６が形成される。

押出圧発生部３４に対向する船底４に、空気回収孔３７が形成される。空気回収孔３７に、配管１３の一端が接続される。押出圧発生部３５により、ある程度の容積を有する気泡室３８を得ることができる。空気取込孔３６から取り込まれた気泡は、気泡室に溜まる。気泡が一旦、押出圧発生部３５に溜まることにより、ある程度まとまった量の空気の塊が気泡室３８に蓄積される。その結果、気泡を円滑に空気回収孔３７から回収することができる。

水の抵抗を抑制するために、回収側チャンバー１２の厚さは薄いことが望ましい。押出圧発生部３５の長さを大きく取ることにより、回収側チャンバー１２が薄くても十分な気泡室３８の体積を得ることができる。そのため例えば、吹出側チャンバー９と同様に、気泡室３８の幅と比べて、空気取込孔３６の中心と空気回収孔３７の中心の方が長くなるように設定されることが望ましい。

回収側チャンバー１２に案内板３９を設置することによって気泡４０をより円滑に取り込むことができる。案内板３９は、上下方向に見て空気取込孔３６と重なる位置の回収側チャンバー１２の内部に接地される。案内板３９は、船首２側から船尾３側に向って船底４に近づくように傾けて設置される。この案内板３９により、空気取込孔３６から取り込まれた気泡４０が円滑に押出圧発生部３５に送り込まれる。

図９、図１０は、本実施形態の変形例における回収側チャンバーを示す底面図と断面図である。本変形例においては、回収側チャンバーは、その下流側の端部に絞り込み部４１を備える。絞り込み部４１においては、回収側チャンバーの幅が下流側に向かって漸次的に小さくなるように絞り込まれる。絞り込み部４１は好ましくは更に、図８の後端部３３と同様に、下流側ほど船底４に近づく板材によって形成される。空気回収孔３７は、絞り込み部４１の鉛直方向上部に位置する。このような構成によって、気泡室３８に取り入れられた気泡が絞り込み部４１において集まりやすくなり、より効率的に空気回収孔３７から気泡を回収することが可能となる。

既存の船舶に改装を施して本実施形態の空気潤滑システムを取り付ける場合、船底４に空気供給孔２７と空気回収孔３７を形成する。船内に配管１０、配管１３、コンプレッサ１１を設置する。船底４に吹出側チャンバー９と回収側チャンバー１２を設置する。このようにして既存の船舶の航行の効率を向上することができる。新造船に対して本実施形態における空気潤滑システムを設置する場合も、同様の手順により、少ない設計変更で空気潤滑システムを設置することができる。

本実施形態における空気潤滑システムの構成は、空気回収装置８の側だけを用いても有効である。例えば、空気潤滑システムを備えた新造船と同じように気泡吹き出しのためのチャンバーを船体１の内部に形成する内装式とし、回収側チャンバー１２を外付けにすることにより、空気回収装置８側について本実施形態と同じ効果を得ることができる。

１ 船体
２ 船首
３ 船尾
４ 船底
５ プロペラ
６ 舵
７ 空気吹き出し装置
８ 空気回収装置
９、９ａ、９ｂ 吹出側チャンバー
１０ 配管
１１ コンプレッサ
１２、１２ａ、１２ｂ 回収側チャンバー
１２−１、１２−２ 吹出側チャンバー
１３ 配管
１４ 右舷
１５ 左舷
２１ 平坦部
２１−１、２１−２ 側板
２２ 前端部
２３ 後端部
２４ 空気拡散部
２５ 空気吹出部
２６ 空気吹出孔
２７ 空気供給孔
２８ 気泡室
３１ 平坦部
３１−１、３１−２ 側板
３２ 前端部
３３ 後端部
３４ 空気取込部
３５ 押出圧発生部
３６ 空気取込孔
３７ 空気回収孔
３８ 気泡室
３９ 案内板
４０ 気泡
４１ 絞り込み部

Claims (8)

1. 船舶の船底に気泡を供給する空気吹き出し装置に対して船尾側の前記船底に、前記船底から外側に突出するように取り付けられた回収側チャンバーと、前記回収側チャンバーは、前記船底に対向していて空気取込孔を有する下側面を有し、
   前記空気取込孔に対して前記船舶の前後方向に異なる位置に設けられ、前記回収側チャンバーの内部の空気を回収する回収部と
   を具備する
   空気回収装置。
2. 請求項１に記載された空気回収装置であって、
   前記回収部は、前記空気取込孔に対して前記船舶の前後方向に異なる位置の前記船底に設けられた空気回収孔を備える
   空気回収装置。
3. 請求項１に記載された空気回収装置であって、
   前記回収部は、前記空気取込孔よりも前記船舶の船尾側の前記船底に形成された空気回収孔から前記回収側チャンバーの内部の空気を回収し、
   前記回収側チャンバーは、前記空気取込孔から取り込まれた空気を集めて前記空気回収孔から回収するための前記船舶の前後方向に延長する空気蓄積部を有する
   空気回収装置。
4. 請求項３に記載された空気回収装置であって、
   前記空気取込孔は、前記空気回収孔よりも前記船舶の横方向に広い領域に分布する
   空気回収装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載された空気回収装置であって、
   前記回収側チャンバーは、船首側の前端部と、前記前端部から前記船尾側に延び、前記船底に対向する前記下側面としての平坦部と、前記平坦部から前記船尾側に延びる後端部と、及び前記前端部、前記平坦部、及び前記後端部に接続される側板とを具備し、
   前記前端部は前記船底から前記平坦部に延び、前記後端部は、前記平坦部から前記船底に延びており、
   前記平坦部は、前記船首側の前部と前記船尾側の後部とを有し、前記空気取込孔は、前記平坦部の前記前部に設けられている
   空気回収装置。
6. 請求項５に記載された空気回収装置であって、
   前記回収側チャンバーは、前記空気取込孔に対応する前記平坦部の位置から前記船底に延びる案内板を更に備える
   空気回収装置。
7. 前記空気吹き出し装置よりも船尾側の前記船底に設置された請求項１から６のいずれか１項に記載された空気回収装置と、
   前記空気吹き出し装置と
   を具備する
   船舶。
8. 船底に気泡を供給する空気吹き出し装置を備えた船舶の改装方法であって、
   前記空気吹き出し装置よりも船尾側の前記船底に、回収側チャンバーを前記船底から外側に突出するように取り付ける工程と、前記回収側チャンバーは、前記船底に対向して空気取込孔を有する下側面を有し、
   前記回収側チャンバーの内部の空気を回収する回収部を形成する工程と
   を具備する
   船舶の改装方法。

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