JP2001328584A - 摩擦抵抗低減船 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ないエネルギ消費で摩擦抵抗低減を行っ
て、航行時のエネルギ消費を効果的に節減することがで
きる摩擦抵抗低減船を提供する。 【解決手段】 船体の没水表面１２から窪んだ状態に設
けられる凹部２０と、凹部２０の内部に回転自在に支持
されるとともに、船体の没水表面１２から少なくとも一
部が突出して配されることにより気体空間に対して低圧
となる負圧箇所４１を水中に形成する負圧形成部材２２
と、気体空間から水中の負圧箇所４１に気体を導くため
に、一端が気体空間に開放されるとともに他端が凹部２
０に開放される流体通路２１と、負圧形成部材２２の少
なくとも一部を船体の没水表面１２から所定の突出状態
に配するために、負圧形成部材２２を支持しかつ負圧形
成部材２２の配設角度を調節する角度調節機構２３とを
備えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船体の摩擦抵抗を
低減する摩擦抵抗低減船に係り、特に、水中に気泡を効
率よく放出することにより、総合エネルギ効率を向上さ
せるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、船舶等の航行時のエネルギ消
費を節減することを目的として、水中に気体を送り込
み、船体外板の表面（没水表面）の近傍に多数の気泡を
介在させて、船体と水との摩擦抵抗を低減する方法が提
案されている。

【０００３】水中に気泡を発生させる技術としては、特
開昭５０−８３９９２号、特開昭５３−１３６２８９
号、特開昭６０−１３９５８６号、特開昭６１−７１２
９０号、実開昭６１−３９６９１号、実開昭６１−１２
８１８５号が提案されている。

【０００４】これらの技術では、水中に気泡を発生させ
る方法として、ポンプやブロアなどの装置によって加圧
した気体を船体に設けられた複数の孔や多孔板から水中
に噴出している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加圧し
た気体を水中に噴出する方法であると、加圧用の装置を
稼動するエネルギが必要となり、摩擦抵抗の低減によっ
て減少したエネルギの節約分が目減りしてしまう。特
に、大型船の船底など、比較的水深の大きい箇所におい
て水中に気体を噴出する際には、水圧（静水圧）に対応
して高い圧力に気体を加圧する必要があり、多大なエネ
ルギを消費してしまう。また、加圧用の装置を船体に設
置するにあたり、設備コストや施工コストなど多大なコ
ストが生じてしまう。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、以下の点を目的とするものである。 （１）少ないエネルギ消費で摩擦抵抗低減を行って、航
行時のエネルギ消費を効果的に節減すること。 （２）水中に気泡を効率よく混入させ、効果的な摩擦抵
抗低減を実施すること。 （３）船体の建造コストを低減すること。

【０００７】

【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、船体の没水表面に気泡を放
出して船体の摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減船におい
て、船体の没水表面から窪んだ状態に設けられる凹部
と、前記凹部の内部に回転自在に支持されるとともに、
船体の没水表面から少なくとも一部が突出して配される
ことにより気体空間に対して低圧となる負圧箇所を水中
に形成する負圧形成部材と、気体空間から水中の負圧箇
所に気体を導くために、一端が気体空間に開放されると
ともに他端が前記凹部に開放される流体通路と、前記負
圧形成部材の少なくとも一部を船体の没水表面から所定
の突出状態に配するために、前記負圧形成部材を支持し
かつ該負圧形成部材の配設角度を調節する角度調節機構
とを備える技術が採用される。

【０００８】本発明によれば、負圧形成部材の少なくと
も一部が船体の没水表面から突出して配されることによ
り、水中に負圧箇所が形成されるので、圧力勾配力によ
って、流体通路を介して気体空間から水中の負圧箇所に
気体が導かれ、水中に気泡が放出される。また、角度調
節機構によって、負圧形成部材の配設角度を調節するこ
とにより、航行状態に応じて、船体の没水表面からの負
圧形成部材の突出状態が制御され、水中に気泡を効果的
に放出することが可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る摩擦抵抗低減
船を、小型の漁船に適用した一実施形態について、図面
を参照して説明する。図２において、符号Ｍは摩擦抵抗
低減船、１０は船体、１１は気泡発生装置、１２は船体
外板（没水表面）、１３は推進器、１４は舵、１５は水
面（喫水線）を示している。

【００１０】気泡発生装置１１は、図２（ｂ）に示すよ
うに、船底の没水表面１２から窪んだ状態に設けられる
凹部２０と、船体１０を貫通しかつ喫水線１５の上下に
おいて開放される流体通路２１と、凹部２０の内部に配
される負圧形成部材２２と、を備えて構成されている。

【００１１】凹部２０は、ここでは、船体の内側から船
体外板１２に取り付けられるチャンバ３０の内部空間と
して設けられている。すなわち、チャンバ３０は、一面
が開放されたボックス状に形成され、その開放端が船体
外板１２に内側に接続されている。なお、このチャンバ
３０は、硬質ポリウレタン製の一体成形品からなり、船
体外板１２に着脱自在に取り付けられている。

【００１２】流体通路２１は、ここでは、チャンバ３０
に接続される気体導入管（ＡＩＰ：Air Induction Pip
e）３１の内部空間である。すなわち、前記チャンバ３
０には、水中に気泡を放出するための排出口３０ａが凹
部２０の奥に位置しかつ負圧形成部材２２の後方（船尾
側）に位置するように設けられており、管状の部材から
なる気体導入管３１が前記排出口３０ａに接続されてい
る。したがって、流体通路２１は、一端が気体導入管３
１の空気取入れ口３１ａを介して気体空間（大気中）に
開放されるとともに、他端が前記チャンバ３０の排出口
３０ａを介して水中に開放されるようになっている。ま
た、少ない圧力損失で所望の流量の流体が流体通路２１
を流動するように、気体導入管３１の内部の断面積や形
状が定められている。

【００１３】負圧形成部材２２は、船体の没水表面１２
から少なくとも一部が突出して配されることにより、航
行中の船体１０に対する相対的な水の流れを利用して、
所定の船速Ｖｓにおいて気体空間（大気）に対して低圧
となる負圧箇所を自身後方（船尾側）の水中に形成する
ものであり、凹部２０の内部において、ステンレス製の
支持シャフト３２を中心に角度調節機構２３によって回
転自在に支持されている。

【００１４】また、負圧形成部材２２は、支持シャフト
３２に垂直な方向の断面形状が略二等辺三角形状の部材
からなり、支持シャフト３２に平行な複数（ここでは３
つ）の面２２ａ，２２ｂ，２２ｃを有している。さら
に、負圧形成部材２２は、角度調節機構２３によって支
持シャフト３２を中心に所定の配設角度に配されること
により、所定の面２２ａ，２２ｂの一部が船体の没水表
面１２から突出して配され、他の配設角度において、所
定の面２２ａが船体の没水表面１２と略同一面上に配さ
れるようになっている。なお、負圧形成部材２２は、硬
質ポリウレタン製の成形品からなる。

【００１５】角度調節機構２３は、例えば図３に示すよ
うに、支持シャフト３２を回転自在に支持するようにチ
ャンバ３０に固設される軸受部３３，３４と、支持シャ
フト３２の回転を補助するためにチャンバ３０の外側で
支持シャフト３２に固定されるレバー３５，３６と、支
持シャフト３２の回転をロックするための固定部３７と
を備えて構成されている。この例では、作業員がレバー
３５，３６を介して支持シャフト３２を回転させること
により、支持シャフト３２を中心として負圧形成部材２
２の配設角度が変化し、固定部３７によって支持シャフ
ト３２をロックすることにより、負圧形成部材２２の配
設角度が決定されるようになっている。なお、角度調節
機構２３は、上述した手動によって負圧形成部材２２の
配設角度を調節する構成に限らず、例えば駆動用のモー
タ等を有することにより、負圧形成部材２２の配設角度
を自動的に駆動する構成としてもよい。なお、軸受部３
３，３４は、水中から船体内部への水の浸入がないよう
に十分なシール機構を有して構成されている。

【００１６】また、気泡発生装置１１の各構成部材の形
状や配置位置は、航行時に負圧形成部材２２の後方（船
尾側）における水の流れが所望の状態になるように、数
値流体力学（ＣＦＤ：Computational Fluid Dynamics）
による流場解析や航走試験等の結果に基づいて設計され
ており、例えば、所定の船速Ｖｓでの航行時において、
負圧形成部材２２の後方の水中で、気体空間（大気）に
対して低圧となる負圧箇所が形成されるように、負圧形
成部材２２の高さやチャンバ３０の形状が定められてい
る。

【００１７】なお、負圧形成部材２２、チャンバ３０、
及び気体導入管３１の材質としては、上述した硬質ポリ
ウレタン製のほか、耐食処理された金属や樹脂など、主
として表面が海水に対して耐食性を有し、さらに海成生
物が表面に付着しにくいものが好ましく用いられる。ま
た、気泡発生装置１１は、船底の広さに応じて１つまた
は複数配置される。

【００１８】上述のように構成される摩擦抵抗低減船Ｍ
による船体の摩擦抵抗低減方法について、図１を参照し
て以下説明する。停船状態においては、流体通路２１内
に、船体１０の周囲とほぼ同じ水位まで水（海水）が入
り込んでいる。推進器１３（図２参照）の推力により船
体１０が航行状態になると、船体１０に対して相対的な
水の流れ４０が形成される。

【００１９】航行状態において、所定の船速Ｖｓに達す
ると、図１（ａ）に示すように、角度調節機構２３によ
って、負圧形成部材２２の配設角度を調節することによ
り、負圧形成部材２２の一部、すなわち負圧形成部材２
２の所定の面２２ａ，２２ｂの一部を船体の没水表面１
２から突出状態に配する。

【００２０】このとき、負圧形成部材２２の面２２ａに
よって水の流路が狭められることにより、船底に沿って
流れる水の流速が大きくなるとともに、その突出端の鋭
い角により、水中に剥離域が形成され、これらにより、
負圧形成部材２２の面２２ａの後方の水中における静水
圧が局所的に低下し、大気に対して低圧となる負圧箇所
４１が形成される。

【００２１】このとき、空気取入れ口３１ａにおける圧
力に比べ、負圧箇所４１に面した排出口３０ａの圧力が
低いために、流体通路２１内の流体（海水及び空気）に
対して圧力勾配力が作用し、流体通路２１から海水が排
出されるとともに、空気取入れ口３１ａから流入した空
気が、流体通路２１を流動して水中に送り込まれる。

【００２２】そして、水中に送り込まれた気体が気液界
面４３から離脱して気泡４２として水に混入し、船体１
０の没水表面１２の近傍に多数の気泡４２が介在するこ
とにより、船体１０の摩擦抵抗が低減される。

【００２３】このとき、水中に空気を送り込むために必
要なエネルギは、主として気体の位置を変化させるため
のエネルギである。このエネルギは、負圧形成部材２２
により水の流動状態を変化させることで得られるもので
あり、気体を加圧して水中に噴出する場合に消費される
エネルギに比べて少ない。そのため、船体１０の摩擦抵
抗低減により、航行時のエネルギ消費が効果的に低減さ
れる。

【００２４】また、本実施形態では、航行状態に応じ
て、負圧形成部材２２の配設角度を角度調節機構２３に
よって調節することにより、船体の没水表面１２からの
負圧形成部材２２の突出状態を制御する。すなわち、例
えば、所定の船速Ｖｓに達していない場合や、荒天によ
り気泡による摩擦抵抗の低減効果が期待できない場合に
は、図１（ｂ）に示すように、角度調節機構２３によっ
て負圧形成部材２２の配設角度を調節し、負圧形成部材
２２の所定の面２２ａを船体の没水表面１２と略同一面
上に配して、負圧形成部材２２を非突出状態とすること
により、水の流れ４０に対する抗力の増加を抑制し、エ
ネルギ消費の低減化を図る。さらに、航行速度に応じ
て、負圧形成部材２２の突出高さを調節することによ
り、水中に気泡が効果的に放出されるように制御する。

【００２５】このように、本実施形態では、航行状態に
応じて、船体の没水表面１２からの負圧形成部材２２の
突出状態を制御することにより、航行速度に応じて水中
に気泡を効果的に放出したり、船体の余分な抗力増加を
抑制したりして、船体の摩擦抵抗を効果的に低減するこ
とができる。

【００２６】しかも、負圧形成部材２２の配設角度を調
節することにより、船体の没水表面１２からの負圧形成
部材２２の突出状態を制御するため、気泡発生装置１１
を簡素かつコンパクトに構成でき、既存の船体に対して
も気泡発生装置１１を容易に追加して取り付けることが
可能である。

【００２７】また、本実施形態では、負圧形成部材２２
の所定の面２２ａを船体の没水表面１２と略同一面上に
配することにより、負圧形成部材２２を非突出状態とす
るために、凹部２０の開口がその面２２ａによって広く
塞がれるとともに、船体の没水表面１２における凹凸が
低減されるので、水の流れ４０に対する抗力増加が効果
的に抑制される。

【００２８】さらに、図２に示すチャンバ３０や負圧形
成部材２２は、硬質ポリウレタン製の成形品からなるの
で、量産効果によるコストの低減化を図りやすい。ま
た、チャンバ３０は、船体外板１２に着脱自在に取り付
けられていることから、メンテナンス時の労力も少なく
て済む。

【００２９】なお、水中に混入された気泡４２は、水深
に応じた静水圧よりも低い内圧で形成されるため、一定
の水深で気泡４２が移動するとき（例えば船底に沿って
気泡が移動するとき）に、負圧箇所４１から離れるに従
って気泡４２に大きな水圧が作用し、徐々に気泡４２の
大きさが小さくなる。本出願人らのこれまでの研究によ
れば、比較的小さい気泡のほうが船体の摩擦抵抗を低減
するのに好ましいとされている。したがって、負圧によ
って発生した気泡は、この点からも摩擦抵抗の低減に有
利に働く。

【００３０】また、気泡発生装置１１は簡素な構成であ
るとともに、気体を加圧するための装置が不要であるこ
とから、船体１０の建造コストが少なくて済むことはい
うまでもない。

【００３１】なお、上述した実施形態において示した各
構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発
明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づ
き種々変更可能である。本発明は、例えば以下のような
変更も含むものである。

【００３２】上記実施形態では、航行速度や天候に基づ
いて、角度調節機構２３を手動により操作しているが、
これに限らず、航行速度などのデータに基づいて、自動
的に角度調節機構２３を駆動し、負圧形成部材２２の配
設角度を調節するように構成してもよい。

【００３３】また、上述した実施形態では、本発明を小
型の漁船に適用した例を示したが、これに限るものでは
なく、タンカーやコンテナ船等の肥大船や高速船など他
の船にも適用可能である。なお、気泡発生装置１１の大
きさや数、その配置場所といったものは、船体の形状に
応じて適宜設定される。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧力勾配力を利用することにより、気体を加圧する場合
に比べて少ないエネルギ消費で水中に気体を送り込み、
船体の摩擦抵抗を低減することができる。また、角度調
節機構によって負圧形成部材の突出状態を制御すること
により、航行状態に応じて、効果的な摩擦抵抗低減を実
施し、航行時のエネルギ消費を節減することができる。
さらに、気体を加圧する装置が不要となり、船体の建造
コストを容易に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る摩擦抵抗低減船による船体の摩
擦抵抗低減方法の一例を示す概念図である。

【図２】 本発明に係る船体の摩擦抵抗低減方法を船舶
に適用した一実施形態を概略的に示す構成図である。

【図３】 図２に示すＡ−Ａ矢視断面図である。

【符号の説明】

Ｍ 摩擦抵抗低減船 １０ 船体 １１ 気泡発生装置 １２ 船体外板（没水表面） １５ 水面（喫水線） ２０ 凹部 ２１ 流体通路 ２２ 負圧形成部材 ３１ 気体導入管 ３０ａ 排出口 ３１ａ 空気取入れ口 ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 面 ２３ 角度調節機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船体の没水表面に気泡を放出して船体の
   摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減船において、 船体の没水表面から窪んだ状態に設けられる凹部と、 前記凹部の内部に回転自在に支持されるとともに、船体
   の没水表面から少なくとも一部が突出して配されること
   により気体空間に対して低圧となる負圧箇所を水中に形
   成する負圧形成部材と、 気体空間から水中の負圧箇所に気体を導くために、一端
   が気体空間に開放されるとともに他端が前記凹部に開放
   される流体通路と、 前記負圧形成部材の少なくとも一部を船体の没水表面か
   ら所定の突出状態に配するために、前記負圧形成部材を
   支持しかつ該負圧形成部材の配設角度を調節する角度調
   節機構とを備えることを特徴とする摩擦抵抗低減船。