JPH09309485A - 摩擦抵抗低減船の微小気泡発生用空気吹き出し器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 船体表面を覆うようにする微小気泡を容易且
つ安定して発生させる。 【解決手段】 船体１の浸水部所要位置に、多数の小孔
状の空気吹き出し口５を有する空気吹き出し器７を設置
する。空気吹き出し口５の内面に、円周方向へ突起５ａ
を複数設けて、空気吹き出し口の開口形状を星形の如き
多角形状とする。空気吹き出し口５を通して加圧空気１
３を水中へ吹き出させるときに、空気吹き出し口５内面
の角部の存在により加圧空気に分散力を与えて容易に微
小気泡化させる。

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空気吹き出し口を有する空気吹
き出し器を設ける場合に、空気吹き出し口の部分から如
何に安定して微小気泡を発生させることができるかは重
要事項であるが、現時点では検討課題である。

【０００８】そこで、本発明は、空気吹き出し口の部分
から微小気泡を容易且つ安定して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、船体の側面に、多数の小孔状の空気吹き
出し口を開口させて、該空気吹き出し口より加圧空気を
水中へ吹き出させて微小気泡を発生させるようにしてあ
る微小気泡発生用空気吹き出し器における上記空気吹き
出し口の開口形状を、多角形状とした構成とする。

【００１０】加圧空気は小孔状の空気吹き出し口を通過
して水中へ吹き出されるときにオリフィス作用を受ける
が、この際、空気吹き出し口に多角形状による角部が存
在するため、吹き出される加圧空気に分散力を与えるこ
とができて、微小気泡化し易くすることができる。

【００１１】又、船体の側面に開口部を設け、該開口部
に、多数の小孔状の空気吹き出し口を開口させた多孔板
を嵌着して、該多孔板の空気吹き出し口より加圧空気を
水中へ吹き出させて微小気泡を発生させるようにしてあ
る微小気泡発生用空気吹き出し器における上記空気吹き
出し口の開口形状を、多角形とした構成としても、空気
吹き出し口の多角形状による角部により、吹き出される
加圧空気に分散力を与えることができて、微小気泡を容
易に発生させることができる。

【００１２】一方、船体の側面に、スリット状の空気吹
き出し口を形成して、該空気吹き出し口を通して加圧空
気を水中へ吹き出させて微小気泡を発生させるようにし
てある微小気泡発生用空気吹き出し器における上記空気
吹き出し口のスリット内面に、スリット長手方向に沿い
複数個の突起を設けた構成とした場合は、スリット状の
空気吹き出し口から吹き出された加圧空気による気相と
これに接する液相の自由表面との間の速度差により、液
相の自由表面が不安定層となり、発生した波の山からス
ラグが発生して微小気泡となるが、この際、空気吹き出
し口内面の突起の存在により不安定層を形成させ易くな
ってスラグが発生し易くなる結果、微小気泡が容易に発
生する。

【００１３】

【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。

【００１４】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、多数の小孔からな
る空気吹き出し口５を所要のピッチで穿設して開口さ
せ、且つ該各空気吹き出し口５の開口部を、空気吹き出
し口５の内面に円周方向に複数個の突起５ａを設けるこ
とにより星形とするようにし、更に、船側外板４の内側
に、上記各空気吹き出し口５を取り囲むようにシーチェ
スト６を設けて空気吹き出し器７を構成する。

【００１５】一方、船体１の船首部２の甲板上に基台８
を設置し、該基台８上に、電動機９によって駆動される
ブロワ１０を加圧空気供給装置として設置し、該ブロワ
１０に一端を接続した流量調整弁１１付きの空気送給管
１２の他端を上記シーチェスト６に接続し、空気吹き出
し器７の各空気吹き出し口５より加圧空気１３を水中に
吹き出させて微小気泡１４を発生させられるようにす
る。

【００１６】巡航速度での航行時に、ブロワ１０を電動
機９で駆動して、加圧空気１３を空気送給管１２を通し
空気吹き出し器７内に導き、小孔状の空気吹き出し口５
を通して水中へ吹き出させるようにすると、該空気吹き
出し口５の開口部が星形となっているので、微小気泡が
生じ易く、発生した微小気泡１４は流線３に乗って流れ
ることになるため、船体１の表面を微小気泡１４で覆う
ことができて船体１の浸水部表面に微小気泡１４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。

【００１７】上記において、微小気泡１４は、加圧空気
１３が空気吹き出し器７に有する空気吹き出し口５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５と該空気吹き出し口５に接する水との相
対移動により確実に気泡化されるが、この際、空気吹き
出し口５の内面に星形形状による角部が存在することか
ら、加圧空気１３の流れに乱れを与えることができて吹
き出し時に分散力を与えることができるため、微小気泡
化され易くすることができる。したがって、微小気泡１
４を容易且つ安定して発生させることができる。

【００１８】次に、図２（イ）（ロ）（ハ）（ニ）は本
発明の他の実施の形態を示すもので、上記実施の形態で
示したと同様な構成において、空気吹き出し口５の開口
形状を星形に形成することに代えて、空気吹き出し口５
の開口形状を、（イ）では三角形に、（ロ）では四角形
に、（ハ）では五角形に、（ニ）では六角形に形成した
場合をそれぞれ示すものである。

【００１９】空気吹き出し口５を、図２（イ）（ロ）
（ハ）（ニ）に示すような多角形状としても、上記実施
の形態の場合と同様な作用効果が奏し得られる。なお、
図１（ハ）や図２（イ）（ロ）（ハ）（ニ）に示す空気
吹き出し口５は、図３に示す如く、シーチェスト６側と
なる上流部５Ａを単なる円孔とし且つ水と接する側とな
る下流部５Ｂのみを、上流部５Ａよりも大きい径の多角
形状としてもよい。

【００２０】次いで、図４（イ）（ロ）は本発明の更に
他の実施の形態を示すもので、空気吹き出し器７におけ
る空気吹き出し口をスリット状の空気吹き出し口１５と
して、吹き出し角θがたとえば２０°以下となるように
小さく設定してスリット状の空気吹き出し口１５を船尾
方向へ向けて開口させ、且つ該スリット状の空気吹き出
し口１５の内面に突起１５ａをスリット長手方向及び空
気吹き出し方向に複数個設けて、吹き出し口１５の外側
で不安定界面が生じ易いようにしたものである。

【００２１】図４（イ）（ロ）に示すように構成した場
合には、スリット状の空気吹き出し口１５を通して開口
部より水中に加圧空気１３を吹き出させると、船体１の
浸水部表面に形成されている境界層の中に気相１６が形
成され、気相１６の速度Ｖ_Gと気相１６に接する液相１
７の自由表面における速度Ｖ_L との差により液相１７に
不安定層１８が形成され、この不安定層１８の形成によ
り波長λの波が発生し、それが発達して波の山が船体１
の浸水部表面に当って小さなスラグ１４ａが発生し、こ
のスラグ１４ａが後方へ流されて行くことによって微小
気泡１４となるが、この際、スリット状の空気吹き出し
口１５の内面に設けてある突起１５ａによって加圧空気
１３の流れに乱れを与えることができるため、不安定層
１８を形成させ易くすることができる結果、微小気泡１
４をより容易に発生させ易くすることができる。

【００２２】図５は本発明の更に別の実施の形態を示す
もので、船側外板４に空気吹き出し口５や１５を直接設
けるようにした上記実施の形態における空気吹き出し器
７の構成に代えて、多数の小孔状の空気吹き出し口５を
開口させてなる多孔板１９をシーチェスト６の前面に取
り付けて、該多孔板１９を、船側外板４に設けた開口部
２０に面一になるように嵌着した構成の空気吹き出し器
７とし、上記多孔板１９の空気吹き出し口５の開口形状
を、図１（ハ）や図２（イ）（ロ）（ハ）（ニ）に示す
如き多角形状としたものである。なお、空気吹き出し口
５は図３に示す如き断面形状としてもよい。

【００２３】図５に示すように構成した場合でも、空気
吹き出し口５に有する多角形状による角部によって、空
気吹き出し口５から吹き出される加圧空気に分散力を与
えることができて、微小気泡を容易且つ安定して発生さ
せることができる。

【００２４】なお、上記図１、図２の実施の形態では、
空気吹き出し口５を種々の多角形状とした場合を示した
が、図示した以外の形状であってもよいこと、又、図４
の実施の形態では、スリット状の空気吹き出し口１５の
後側内面に突起１５ａを設けた場合を示したが、該突起
１５ａの位置及び数は任意に選定し得ること、更に、上
記各実施の形態では、船側外板４が空気吹き出し器の一
部を構成して空気吹き出し口が船側外板４と面一になる
ようにした場合を示したが、船側外板４の表面にボック
ス状あるいはダクト状の空気吹き出し器を設ける構成と
して、その外側面部に設ける空気吹き出し口の開口部の
形状を多角形状としたものでもよいこと、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。

【００２５】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の摩擦抵抗低減
船の微小気泡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) 船体の側面に、多数の小孔状の空気吹き出し口を開
口させて、該空気吹き出し口より加圧空気を水中へ吹き
出させて微小気泡を発生させるようにしてある微小気泡
発生用空気吹き出し器における上記空気吹き出し口の開
口形状を、多角形状とした構成としてあるので、多角形
状による角部の存在により、空気吹き出し口から吹き出
される加圧空気に分散力を与えることができて、微小気
泡化させ易くすることができ、したがって、微小気泡を
容易に安定して発生させることができる。 (2) 船体の側面に開口部を設け、該開口部に、多数の小
孔状の空気吹き出し口を開口させた多孔板を嵌着して、
該多孔板の空気吹き出し口より加圧空気を水中へ吹き出
させて微小気泡を発生させるようにしてある微小気泡発
生用空気吹き出し器における上記空気吹き出し口の開口
形状を、多角形とした構成としても、空気吹き出し口の
多角形状による角部により、吹き出される加圧空気に分
散力を与えることができて、微小気泡を容易に発生させ
ることができる。 (3) 空気吹き出し口をスリット状とし、且つ該スリット
状の空気吹き出し口の内面に突起を設けた構成とする
と、スリット状の空気吹き出し口内面の突起の存在によ
り、吹き出される加圧空気の気相に乱れを与えることが
できて、気相と接する液相の自由表面における不安定層
を容易に形成させることができ、微小気泡を容易に効率
よく発生させることができる。

【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
部の概略図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線拡大断面図、
（ハ）は空気吹き出し口の開口部の形状を示す拡大正面
図である。

【図２】本発明の他の実施の形態を示すもので、（イ）
（ロ）（ハ）（ニ）はいずれも異なる開口形状の空気吹
き出し口を示す拡大正面図である。

【図３】空気吹き出し口の他の構成例を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の更に他の実施の形態を示すもので、
（イ）は図１（ロ）と対応する位置の部分拡大断面図、
（ロ）は空気吹き出し口の形状を示す正面図である。

【図５】本発明の更に別の実施の形態を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 船体 ４ 船側外板 ５ 空気吹き出し口 ５ａ 突起 ７ 空気吹き出し器 １３ 加圧空気 １４ 微小気泡 １５ 空気吹き出し口 １５ａ 突起 １９ 多孔板 ２０ 開口部

フロントページの続き (72)発明者 増子 章 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内 (72)発明者 渡辺 修 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船体の側面に、多数の小孔状の空気吹き
   出し口を開口させて、該空気吹き出し口より加圧空気を
   水中へ吹き出させて微小気泡を発生させるようにしてあ
   る微小気泡発生用空気吹き出し器における上記空気吹き
   出し口の開口形状を、多角形状としたことを特徴とする
   摩擦抵抗低減船の微小気泡発生用空気吹き出し器。
2. 【請求項２】 船体の側面に開口部を設け、該開口部
   に、多数の小孔状の空気吹き出し口を開口させた多孔板
   を嵌着して、該多孔板の空気吹き出し口より加圧空気を
   水中へ吹き出させて微小気泡を発生させるようにしてあ
   る微小気泡発生用空気吹き出し器における上記空気吹き
   出し口の開口形状を、多角形としたことを特徴とする摩
   擦抵抗低減船の微小気泡発生用空気吹き出し器。
3. 【請求項３】 船体の側面に、スリット状の空気吹き出
   し口を形成して、該空気吹き出し口を通して加圧空気を
   水中へ吹き出させて微小気泡を発生させるようにしてあ
   る微小気泡発生用空気吹き出し器における上記空気吹き
   出し口のスリット内面に、スリット長手方向に沿い複数
   個の突起を設けたことを特徴とする摩擦抵抗低減船の微
   小気泡発生用空気吹き出し器。