JPH09272491A - 摩擦抵抗低減船の微小空気発生用空気吹き出し器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容易に取り付けることができて、船体表面を
覆うようにする微小気泡を効率よく発生させることがで
きる空気吹き出し器を提供する。 【解決手段】 上下左右の枠辺材６により船側外板４の
彎曲に沿う枠体７を形成し、船側外板４の所要位置に密
着させて取り付ける。枠体７の外側面部に、多数の空気
吹き出し口８を穿設した多孔板９を取り付けて、多孔板
９と枠体７と船側外板４で囲まれる範囲に空気室１０を
形成する。空気室１０に流路孔１２を連通させ、空気室
１０に導いた加圧空気１１を空気吹き出し口８から吹き
出させて微小気泡２０を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は航行時に船体表面に
作用する摩擦抵抗を低減させるために船体表面に沿い微
小気泡を吹き出させるようにする摩擦抵抗低減船の微小
気泡発生用空気吹き出し器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】船舶の航行時には、流体としての海水の
粘性のために船体の周りに海水による境界層が形成され
るが、この境界層の中では、海水の流速は船体表面が零
で船体表面から離れるに従い急激に大きく変化する傾向
にあり、船体の表面に海水の摩擦抵抗が作用し船体抵抗
の大きな要素の一つとなっている。

【０００３】そのため、近年、上記船体の表面に作用す
る摩擦抵抗を減少させて推進性能を向上させるための研
究が進められており、その対策の一つとして、船体表面
から微小気泡（マイクロバブル）を噴出させ、船体の浸
水部（没水部）表面の境界層内に微小気泡を吹き込んで
船体の浸水部表面を微小気泡で覆うことにより船体表面
に作用する摩擦抵抗を低減することを狙ったマイクロバ
ブル推進法の研究が進められている。

【０００４】マイクロバブル推進法を具現化するための
一つの方法として、空気ポンプ等の空気供給装置で発生
させた加圧空気を船底から水中へ吹き出させて、船底に
微小気泡による所要のボイドを形成させるようにするこ
とが考えられる。

【０００５】しかしながら、加圧空気を船底から水中に
吹き出させて微小気泡を発生させる技術では、船底部の
静圧が大きいことから、加圧空気吹き出し時のエネルギ
ー消費が大きく、摩擦抵抗低減によるエネルギー節約よ
りも、微小気泡発生のためのエネルギー消費の方が大き
くなってしまうので、実用化を図る上で難点がある。

【０００６】そこで、本発明者等は、加圧空気の吹き出
し位置を、静圧の小さいところに定め且つ発生させた微
小気泡を船底や船側に沿わせて流すことができれば、マ
イクロバブル推進法を実用化できることを見出し、上記
空気吹き出し口の位置を静圧の小さい所要個所に設定す
べく、船体形状が与えられると、船体周りにおいて流線
に沿って流れる微小気泡の乱流拡散を考慮した運動と任
意位置でのボイド率分布を求める計算式を確立した。こ
の計算式では、乱流拡散の影響は、等方性乱流の仮定の
基で乱数を用いて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（上向き）方向の
流速を変動させ、微小気泡の軌跡に乱れを与えることに
より考慮した。すなわち、微小気泡のランダムな運動を
モンテカルロ法により直接的にシミュレートした。微小
気泡の運動が計算されると、ボイド率は、ある時刻にお
ける検査領域内（セル内）に存在する微小気泡の体積を
検査領域（セル）の体積で除することにより求めること
ができるので、このようにして求めたボイド率の分布を
基に、摩擦抵抗低減に効果のある高いボイド率が生じる
ような船首部での流線の軌跡を求めることによって、上
記加圧空気の吹き出し位置を決定することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、加圧空気の
吹き出し位置を決定して船首部に空気吹き出し口を設け
る場合に、船側外板に直接微小径の孔を多数あけること
もできるが、多孔板を取り付けるようにする場合は、船
側外板が曲面となっていることから、容易に取り付ける
ことができないという問題がある。

【０００８】そこで、本発明は、曲面を有する船側外板
に対し容易に取り付けることができて効率よく微小気泡
を発生させることができるような微小気泡発生用空気吹
き出し器を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、船側外板の表面部所要位置に、該船側外
板に沿う形状に形成した枠体を取り付け、該枠体の外側
面部に、多数の空気吹き出し口を穿設した多孔板を取り
付けて、該多孔板と枠体と船側外板で囲まれる空間に空
気室を形成し、且つ該空気室に加圧空気を導入するため
の流路孔を枠体又は船側外板に設けて空気送給管を接続
した構成とする。

【００１０】空気室に導かれた加圧空気を空気吹き出し
口より水中へ吹き出させると、空気吹き出し口を通過す
る際にオリフィス作用を受けることになり、水との相対
移動により効率よく微小気泡が発生させられる。上記枠
体は船側外板に沿うように工場等で製作することができ
るので、多孔板を容易に取り付けることができる。

【００１１】又、船側外板の表面部所要位置に、外側端
部に係止片を張り出させた船首尾方向に延びる上下のガ
イド部材を、上記係止片が相対向するように所要間隔を
隔てて取り付け、且つ表面部に多数の空気吹き出し口を
穿設して内部に空気室を形成した多孔ボックスを、上記
上下のガイド部材間に嵌め込んで保持させるようにし、
更に、上記多孔ボックスに、上記空気室に加圧空気を導
入するための流路孔を設けて空気送給管を接続した構成
とすると、多孔ボックスが上下のガイド部材の係止片に
係止されることから、より簡単に取り付け作業を行うこ
とができるようになる。

【００１２】一方、船側外板の所要位置に開口部を設け
ると共に、該開口部の内側周縁部に沿わせて枠体を取り
付け、且つ表面部に多数の空気吹き出し口を穿設して内
部に空気室を形成した多孔ボックスを、表面部が船側外
板と面一になるように上記開口部に嵌め込んで、上記枠
体にシールパッキンを介して取り付け、更に、上記多孔
ボックスの背面部に、上記空気室に加圧空気を導入する
ための流路孔を設けて空気送給管を接続した構成とする
と、船側外板と面一にできることから、推進抵抗を受け
ることがなくなる。

【００１３】又、船側外板の所要位置に開口部を設け、
該開口部に、多数の空気吹き出し口を穿設した多孔板を
嵌め込んで水密に取り付け、且つ上記開口部の内側に、
多孔板を取り囲むようにシーチェストを取り付けて空気
室を形成し、更に、上記シーチェストに、上記空気室に
加圧空気を導入するための流路孔を設けて空気送給管を
接続した構成とすることによって、構造をより単純化で
きることになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１５】図１（イ）（ロ）（ハ）は本発明の実施の
一形態を示すもので、船体１の船首部２の浸水部で且つ
船底や船尾の方向へ流線３が向かうようになっている流
線領域でしかも最も静圧の小さい位置（吃水線Ｄ．Ｌよ
りもやや下側位置）の船側外板４に、複数（図では４
個）の空気吹き出し器５を船首尾方向に所要間隔を隔て
て設置した場合について示す。

【００１６】上記空気吹き出し器５は、上下左右の枠辺
材６により船側外板４に沿うような矩形に形成し且つ一
側面部となる外側面部の内周端縁部に所要の段差部７ａ
を設けた枠体７を、該枠体７の他側面部が密着するよう
に上記船側外板４の表面部に取り付け、該枠体７の外側
面部に、たとえば、直径を２mmとした多数の空気吹き出
し口（細孔）８を５mmの配列ピッチで穿設した多孔板９
を、枠体７の外側面と同一になるように上記段差７ａに
落し込ませて水密に取り付けることにより、該多孔板９
と枠体７と船側外板４とで囲まれる空間に空気室１０を
形成し、更に、船側外板４の空気室１０と対応する個所
に、空気室１０内に加圧空気１１を導くための流路孔１
２を、横フレーム等の船殻骨材１３の位置を避けて穿設
した構成とする。

【００１７】上記多孔板９の材質としては、たとえば、
アルミニウムや硬質高分子材を採用するようにする。な
お、上記枠体７は、外側面部に段差部７ａを有する形状
としてあるが、段差部７ａのないフラットな形状として
もよい。

【００１８】一方、船体１の船首部２の甲板上に基台１
４を設置し、該基台１４上に、電動機１５によって駆動
されるブロワ１６を加圧空気供給装置として設置して図
示しない空気取入口に接続し、該ブロワ１６に一端を接
続した流量調整弁１７付きの空気送給管１８の他端側を
分配ヘッダー１９を介し分岐して、各分岐空気送給管１
８の先端を上記流路孔１２に接続し、空気室１０内に導
いた加圧空気１１を空気吹き出し口８より水中へ吹き出
させて発生させた所要径の微小気泡１１ａを、上記各方
向へ向かう流線３に乗せて流せるようにする。

【００１９】巡航速度での航行時に、ブロワ１６を電動
機１５で駆動して、加圧空気１１を空気送給管１８を通
し空気吹き出し器７の空気室１０内に導き、空気吹き出
し口８を通して水中へ吹き出させるようにすると、発生
した微小気泡１１ａが流線３に乗って流れることになる
ため、前部の空気吹き出し器５から発生させられた微小
気泡１１ａは船底に入るような流線に沿って流れ、後部
の空気吹き出し器５から発生させられた微小気泡１１ａ
は船側に沿って流れるようになり、船体表面を微小気泡
１１ａで覆うことができて船体１の浸水部表面に微小気
泡１１ａによるボイドが形成されることになり、このボ
イドの存在により船体１の摩擦抵抗を低減することがで
きる。

【００２０】上記において、微小気泡１１ａは、加圧空
気１１が空気吹き出し器５の多孔板９に有する空気吹き
出し口８を通過する際のオリフィス作用によって発生す
るもので、空気吹き出し口８と該空気吹き出し口８に接
する水との相対移動により容易且つ確実に気泡化され
る。この際、空気吹き出し器８は静圧の最も小さい位置
に設定してあることから、微小気泡１１ａを発生させる
際の動力は小さくて済む利点がある。なお、上記空気吹
き出し口８の直径は、船体１の設計時において、巡航速
度での航行時に最適直径の微小気泡１１ａが発生させら
れるように選定するものであるが、船体１の航行速度の
変更に伴って微小気泡１１ａの直径を変える必要が生じ
た際には、流量調整弁１７の開度調整により加圧空気１
１の供給流量を調整することによって対応することがで
きる。又、上記枠体７は船側外板４に沿う形状としてあ
り、工場等の他の場所で製作したものを船側外板４の表
面部に溶接できるので、多孔板９を容易に取り付けるこ
とができて、全体の取り付け作業を容易に行うことがで
きる。更に、上記多孔板９は硬質高分子材製としてある
ことから、塗装等の防蝕加工が不要であり、又、特に、
硬質ゴムを採用すると、たとえば、流木等が当っても損
傷を受けにくいという利点がある。

【００２１】次に、図２は本発明の他の実施の形態を示
すもので、図１における枠体７と多孔板９との組み合わ
せに代えて、ガイド部材２０と多孔ボックス２１との組
み合わせを用いたものである。すなわち、船側外板４の
曲面に沿う形状とし且つ外側端部に長手方向に沿うよう
に係止片２０ａを張り出させた船首尾方向に延びる上下
のガイド部材２０を、船側外板４の表面部所要位置に、
上記係合片２０ａが相対向するように所要間隔を隔てて
取り付け、且つ内部に空気室１０が形成されるようにす
ると共に表面部に多数の空気吹き出し口８を穿設して上
下のガイド部材２０間の断面形状に対応する形状として
なる硬質高分子材製多孔ボックス２１を、上記上下のガ
イド部材２０間に嵌め込んで係止片２１ａに保持させる
ようにしたものである。２２は空気室１０と船側外板４
の流路孔１２とを連通させるために多孔ボックス２１の
背面部に穿設した流路孔を示す。

【００２２】図２に示すようにすると、多孔ボックス２
１を、ガイド部材２０の係止片２１ａを利用して上下の
ガイド部材２０間に嵌め込むようにすることができるの
で、図１に示すものよりも全体の取り付け作業を容易に
行うことができる。

【００２３】図３は本発明の更に他の実施の形態を示す
もので、流線領域に位置する船側外板４に、船殻骨材１
３と干渉しないように所要の大きさとした矩形の開口部
２３を設け、該開口部２３の内側周縁部に、該内周縁部
に沿わせて形成した枠体２４を取り付け、且つ該枠体２
４の内側部に、図２に示したと同様な多孔ボックス２１
を、該多孔ボックス２１の表面部が船側外板４の表面と
面一になるようにシールパッキン２５を介して水密に取
り付けたものである。２１ａは多孔ボックス２１の背面
部外周に形成した取付フランジを示す。

【００２４】図３に示すように構成すると、船側外板４
の表面部に突出する部分がなくなるので、推進抵抗が作
用しない点で有利となる。

【００２５】図４は本発明の更に別の実施の形態を示す
もので、図３に示した船側外板４の開口部２３に、多数
の空気吹き出し口８を穿設した高質ゴム製の多孔板２６
を、外側から嵌め込んで接着させると共に、表面側の外
周フランジ２６ａを船側外板４の表面部に係合させるよ
うにし、且つ上記開口部２３の内側に、該開口部２３を
取り囲んで空気室１０を形成するようにしたシーチェス
ト２７を取り付け、該シーチェスト２７に、加圧空気１
１を導入するための流路孔２８を設けたものである。

【００２６】図４に示すようにした場合、硬質ゴム製の
多孔板２６に対し、外周フランジ２６ａを船側外板４の
表面に押し付けるように水圧が作用することから、確実
な水密性が得られ、且つ図３に示すシールパッキン２５
等を不要とできることから、構造の簡略化を図ることが
できる。

【００２７】又、図５は本発明の更に別の実施の形態を
示すもので、図４における多孔板２６の外周フランジ２
６ａを船側外板４の表面部に係合させることに代えて、
船側外板４の開口部２３の内周面を、船体内側へ向けて
狭くなるテーパ面２３ａとし、且つ多孔板２６の外周面
に、上記テーパ面２３ａと合致するテーパ面２６ｂを形
成し、テーパ面２３ａ，２６ｂ同士を係させるようにし
たものである。

【００２８】図５に示すように構成しても、図４に示す
実施の形態の場合と同様な作用効果が奏し得られる。

【００２９】なお、上記各実施の形態では、流線領域の
一部に対応する大きさに形成した場合を示したが、図６
に示すように、流線領域の全域をカバーできるような一
連の細長い形状としてもよいこと、又、図１、図２に示
すように船側外板４の外側部に配置するように構成した
場合は、加圧空気１１を空気室１０に導入するための流
路孔を枠体７側に設けて、空気送給管１８を船側外板４
の表面に這わすようにしてもよいこと、その他本発明の
要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るこ
とは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の摩擦抵抗低減
船の微小空気発生用空気吹き出し器によれば、次の如き
優れた効果を発揮する。 (1) 船側外板の表面部所要位置に、該船側外板に沿う形
状に形成した枠体を取り付け、該枠体の外側面部に、多
数の空気吹き出し口を穿設した多孔板を取り付けて、該
多孔板と枠体と船側外板で囲まれる空間に空気室を形成
し、且つ該空気室に加圧空気を導入するための流路孔を
枠体又は船側外板に設けて空気送給管を接続した構成と
してあるので、枠体は工場等で製作したものを直接溶接
すれば船側外板の彎曲に合致させることができ、したが
って、多孔板の取り付けが容易で全体の取り付け作業を
容易に行うことができ、又、船舶航行時に、流路孔を通
して空気室内に導入した加圧空気を空気吹き出し口より
吹き出させるようにすると、空気吹き出し口と該空気吹
き出し口に接する水との相対移動により容易且つ確実に
気泡化することができて、船体を覆うための微小気泡を
効率よく発生させることができる。 (2) 船側外板の表面部所要位置に、外側端部に係止片を
張り出させた船首尾方向に延びる上下のガイド部材を、
上記係止片が相対向するように所要間隔を隔てて取り付
け、且つ表面部に多数の空気吹き出し口を穿設して内部
に空気室を形成した多孔ボックスを、上記上下のガイド
部材間に嵌め込んで保持させるようにし、更に、上記多
孔ボックスに、上記空気室に加圧空気を導入するための
流路孔を設けて空気送給管を接続した構成とすることに
より、多孔ボックスを上下のガイド部材間に嵌めるだけ
で位置固定できるので、取り付け作業を更に容易に行う
ことができる。 (3) 船側外板の所要位置に開口部を設けると共に、該開
口部の内側周縁部に沿わせて枠体を取り付け、且つ表面
部に多数の空気吹き出し口を穿設して内部に空気室を形
成した多孔ボックスを、表面部が船側外板と面一になる
ように上記開口部に嵌め込んで、上記枠体にシールパッ
キンを介して取り付け、更に、上記多孔ボックスの背面
部に、上記空気室に加圧空気を導入するための流路孔を
設けて空気送給管を接続した構成とすると、船側外板の
表面部に突出する部分をなくすことができ、推進抵抗を
受けることがなくて有利となる。 (4) 船側外板の所要位置に開口部を設け、該開口部に、
多数の空気吹き出し口を穿設した多孔板を嵌め込んで水
密に取り付け、且つ上記開口部の内側に、多孔板を取り
囲むようにシーチェストを取り付けて空気室を形成し、
更に、上記シーチェストに、上記空気室に加圧空気を導
入するための流路孔を設けて空気送給管を接続した構成
とすることによって、更に構造の簡素化を図ることがで
きる。 (5) 多孔板や多孔ボックスを硬質ゴム製とすれば、流木
等が衝突しても損傷を受けにくくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の摩擦抵抗低減船の微小気泡発生用空気
吹き出し器の実施の一形態を示すもので、（イ）は船首
部の概略側面図、（ロ）は枠体の概要図、（ハ）は
（イ）のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【図２】本発明の他の実施の形態を示すもので、図１
（イ）のＢ−Ｂ矢視に相当する断面図である。

【図３】本発明の更に他の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の更に別の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の更に別の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図６】変形例を示す船首部の概略図である。

【符号の説明】

４ 船側外板 ５ 空気吹き出し器 ６ 枠辺材 ７ 枠体 ７ｂ 係止部 ８ 空気吹き出し口 ９ 多孔板 １０ 空気室 １１ 加圧空気 １２ 流路孔 １８ 空気送給管 ２０ ガイド部材 ２０ａ 係止片 ２１ 多孔ボックス ２２ 流路孔 ２３ 開口部 ２６ 多孔板 ２７ シーチェスト ２８ 流路孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船側外板の表面部所要位置に、該船側外
   板に沿う形状に形成した枠体を取り付け、該枠体の外側
   面部に、多数の空気吹き出し口を穿設した多孔板を取り
   付けて、該多孔板と枠体と船側外板で囲まれる空間に空
   気室を形成し、且つ該空気室に加圧空気を導入するため
   の流路孔を枠体又は船側外板に設けて空気送給管を接続
   した構成を有することを特徴とする摩擦抵抗低減船の微
   小空気発生用空気吹き出し器。
2. 【請求項２】 船側外板の表面部所要位置に、外側端部
   に係止片を張り出させた船首尾方向に延びる上下のガイ
   ド部材を、上記係止片が相対向するように所要間隔を隔
   てて取り付け、且つ表面部に多数の空気吹き出し口を穿
   設して内部に空気室を形成した多孔ボックスを、上記上
   下のガイド部材間に嵌め込んで保持させるようにし、更
   に、上記多孔ボックスに、上記空気室に加圧空気を導入
   するための流路孔を設けて空気送給管を接続した構成を
   有することを特徴とする摩擦抵抗低減船の微小空気発生
   用空気吹き出し器。
3. 【請求項３】 船側外板の所要位置に開口部を設けると
   共に、該開口部の内側周縁部に沿わせて枠体を取り付
   け、且つ表面部に多数の空気吹き出し口を穿設して内部
   に空気室を形成した多孔ボックスを、表面部が船側外板
   と面一になるように上記開口部に嵌め込んで、上記枠体
   にシールパッキンを介して取り付け、更に、上記多孔ボ
   ックスの背面部に、上記空気室に加圧空気を導入するた
   めの流路孔を設けて空気送給管を接続した構成を有する
   ことを特徴とする摩擦抵抗低減船の微小空気発生用空気
   吹き出し器。
4. 【請求項４】 船側外板の所要位置に開口部を設け、該
   開口部に、多数の空気吹き出し口を穿設した多孔板を嵌
   め込んで水密に取り付け、且つ上記開口部の内側に、多
   孔板を取り囲むようにシーチェストを取り付けて空気室
   を形成し、更に、上記シーチェストに、上記空気室に加
   圧空気を導入するための流路孔を設けて空気送給管を接
   続した構成を有することを特徴とする摩擦抵抗低減船の
   微小空気発生用空気吹き出し器。