JP2012051394A - Frictional resistance-reduced ship and method for operating the same - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a frictional resistance-reducing ship in which fine bubbles (microbubbles) are supplied to the outer surface of a hull to reduce the frictional resistance between the hull and water and a method for operating the same.
航行中の船体の表面に気泡を供給することで、水に対する船体の摩擦抵抗が小さくなることが従来から知られている。 Conventionally, it is known that the frictional resistance of a hull against water is reduced by supplying bubbles to the surface of the hull during navigation.
特許文献1には、船体外板の表面に、多数の空気吹き出し口を形成した半割パイプ状の空気吹き出し管を上下方向に取り付けた構造が開示されている。
特許文献2には、船底の外板(没水表面)に凹部を設け、この凹部に空気を供給する気体導入管を接続するとともに、凹部の上流側に楔状の負圧形成部を取り付け、凹部内にケルビン−ヘルムホルツ不安定性現象を発生させて微小気泡(マイクロバブル)を作り出し、ケルビン−ヘルムホルツ不安定性現象(Kelvin-Helmholtz-Instability)によって微細気泡を発生させることが開示されている。
In
特許文献3には、船体の外側面に沿って空気供給用のダクトを設け、このダクトを長さ方向に沿って独立した複数のチャンバーに区画し、各チャンバー毎に空気を供給するための配管を導入し、前記チャンバーに形成した開口部に負圧発生用のウイングを備えた微細気泡発生部材を取り付けた構造が開示されている。
In
先ず、特許文献2に開示される構造では、船体に穴を開ける必要がある。そのため工事の期間が長くなる。
First, in the structure disclosed in
特許文献1,3は船体に穴を開ける必要がないので、工期は短くなるが、空気を送り込む配管またはダクトが外部に露出している。一部が航行中に障害物が当って破損した場合に全体を交換しなければならない。
In
特に、特許文献1のパイプの場合には、船底付近まで空気を送り込むことが困難で、喫水に近い箇所から殆んどの空気が出てしまう。これを配管に形成する穴の大きさで解消することは困難である。
In particular, in the case of the pipe of
また特許文献3にあっては1本のダクトが複数のチャンバーに分かれているため、喫水付近から船底まで、満遍なく空気を送り込むことができる。しかしながら、小型船などは、船体表面の曲率が小さくダクトを無理に曲げなければならないことも考えられる。
Further, in
上記課題を解決するため本発明に係る摩擦抵抗低減船は、船体の外側面の上下方向に沿って複数のスタッドボルトを設け、このスタッドボルトを介して複数のエアチャンバーが船体外側面に取り付けられ、各エアチャンバーには船の航行につれて内側に負圧を発生するウィングなどの負圧発生部材と前記負圧発生部材に向けチャンバー内の空気を噴出する開口が設けられ、更に前記複数のエアチャンバーは上下方向に連接され、上方のエアチャンバーと下方のエアチャンバーとは連通管にて内部を連通させた構造である。 In order to solve the above problems, a frictional resistance reduction ship according to the present invention is provided with a plurality of stud bolts along the vertical direction of the outer surface of the hull, and a plurality of air chambers are attached to the outer surface of the hull via the stud bolts. Each air chamber is provided with a negative pressure generating member such as a wing that generates a negative pressure on the inside as the ship sails, and an opening for ejecting air in the chamber toward the negative pressure generating member, and the plurality of air chambers Are connected in the vertical direction, and the upper air chamber and the lower air chamber are connected to each other through a communication pipe.
喫水線から船底までの深さが大きくなる船では、ウィングによる負圧だけでは空気をエアチャンバーから引き出せない場合がある。そこで、アシストコンプレッサによって不足分に相当する圧力をエアチャンバーに付加することが考えられる。この場合にはアシストコンプレッサからのエアを所定のエアチャンバーに送り込む配管は上方のエアチャンバー内を貫通させる。尚、配管としてはフレキシブルのものであってもよい。 In a ship where the depth from the waterline to the bottom of the ship becomes large, air may not be extracted from the air chamber only by the negative pressure due to the wing. Therefore, it is conceivable to apply a pressure corresponding to the shortage to the air chamber by the assist compressor. In this case, a pipe that feeds air from the assist compressor into a predetermined air chamber passes through the upper air chamber. The piping may be flexible.
因みに、船が走り出すと気液境界面はそれにしたがって下がり、下がった界面から微細気泡発生部の上部までの水柱を押し込めるだけの空気の圧力が有れば足りるため、それほど大きな容量のコンプレッサは必要でなく、例えば、主機関の出力が10,000kwの船の場合はコンプレッサの容量は10〜20kwで充分である。 Incidentally, when the ship starts running, the gas-liquid interface will drop accordingly, and it is sufficient to have enough air pressure to push the water column from the lowered interface to the top of the microbubble generator, so a compressor with such a large capacity is necessary. For example, in the case of a ship with a main engine output of 10,000 kw, a compressor capacity of 10 to 20 kw is sufficient.
また、上下のエアチャンバーの内部を連通する連通管は、上方のエアチャンバーの底面から下方に向かって突出させることが好ましい。この理由は、船が停止している状態では、上下方向に連接する複数のエアチャンバー内も海水によって満たされる。そして、船が航行することによって負圧が発生し、この負圧によってエアチャンバー内に入り込んでいる海水は排除されるのであるが、連通管を下のエアチャンバーの上面から上方に突出させると、上方のエアチャンバーの底面から上方に連通管が入り込むことになる。この場合、連通管の高さ分だけ、エアチャンバー内の海水が抜けないことになるからである。 Moreover, it is preferable that the communicating pipe which connects the inside of the upper and lower air chambers protrudes downward from the bottom surface of the upper air chamber. This is because, in a state where the ship is stopped, the plurality of air chambers connected in the vertical direction are also filled with seawater. And when the ship sails, negative pressure is generated, seawater entering the air chamber is excluded by this negative pressure, but when the communicating pipe is projected upward from the upper surface of the lower air chamber, The communication pipe enters upward from the bottom surface of the upper air chamber. In this case, the seawater in the air chamber cannot be removed by the height of the communication pipe.
本発明に係る摩擦抵抗低減船によれば、船体に穴をあける必要がないので、取り付け工事が短期間のうちに終了する。 According to the frictional resistance reduction ship according to the present invention, since it is not necessary to make a hole in the hull, the installation work is completed in a short period of time.
また、1本の配管やダクトを船体に取り付けるのではなく、スタッドボルトを介して複数のエアチャンバーを船体に取り付けるようにしたので、取り付け工事が楽になり、また一部が破損してもその部分だけ交換すればよく、メンテナンス性にも優れている。 In addition, instead of attaching a single pipe or duct to the hull, multiple air chambers are attached to the hull via stud bolts, making the installation work easier and even if some parts are damaged They only need to be replaced, and are easy to maintain.
更に複数のエアチャンバーに分けているため、船体表面の曲率が小さく複雑な形状の船舶や漁船などの小型船にも対処することができる。 Further, since the air chamber is divided into a plurality of air chambers, it is possible to cope with small ships such as ships and fishing boats having a small curvature on the hull surface and a complicated shape.
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。図1及び図2に示すように、本発明に係る摩擦抵抗低減船は、船体先端付近の外側面1に船底2に沿って上下方向に複数のエアチャンバー3を連接している。エアチャンバー3の下流側にはエアチャンバー3からの気泡の発生を確認するためのカメラCが配置されている。
尚、図示例ではエアチャンバー3を1列としているが、2列あるいはそれ以上としてもよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the frictional resistance reduction ship according to the present invention has a plurality of
In the illustrated example, the
エアチャンバー3の寸法は例えば厚み40mm、縦600mm、横400mmとする。また図3に示すように、予め船体に溶接などによって固設されたスタッドボルト4にナット5を介して固定される。尚、船体がFRPなどから構成される場合には、スタッドボルトの基部を船体に埋設して固設する。
The dimensions of the
エアチャンバー3の中央部には凹部3aが形成されている。エアチャンバー3を船体に取り付けた状態でこの凹部3aの底部に船体の外側面1が露出する。また凹部3aを跨ぐようにウィング6が一体的に形成されている。
A
ウィング6は図6に示すように、前端部のエアチャンバー上面とのギャップg1より後端部のエアチャンバー上面とのギャップg2の方が大きくなるように傾斜している。その結果、船の航行時にはウィング6の内側即ち凹部3a内に負圧領域が発生する。この負圧領域には凹部3aを形成するエアチャンバー3の壁面に形成した開口7から空気が噴出する。
As shown in FIG. 6, the
またエアチャンバー3の上面には穴8,9,10が形成されている。穴8は上方に連接されるエアチャンバー3の底面に設けた連通管11が嵌合する穴であり、この連通管11によって上下のエアチャンバー3の内部が連通する。
Further,
このように、上下のエアチャンバー3が連通管11によって連通することで、最も上方に位置するエアチャンバー3と最も下方に位置するエアチャンバー3が連通する。この場合、最も上方に位置するエアチャンバー3の上面の穴8は大気に開放されるか大気に開放される配管が接続される。また、最も下方に位置するエアチャンバー3の底面の連通管11は閉じられるか省略される。
As described above, the upper and
また、連通管11の周囲には比較的厚めのシールリング12が設けられている。船体の外側面形状の曲りが大きくても複数のエアチャンバー3が少しづつ角度を変えることで対処できる。シールリング12は上下のエアチャンバー3の角度を少し変えるときに両者の間に生じる変形を吸収する。
A relatively
また、穴9,10はアシストコンプレッサ13からの配管14,15を貫通させるための穴である。喫水線からの深さが大きくなると、水頭圧も大きくなり航行時にウィング6により発生する負圧だけでは、エアチャンバー3内の空気を凹部3aに引き出せない。
The
そこで、アシストコンプレッサ13からの空気をエアチャンバー3内に送り込むことで、エアチャンバー3内の気液界面を押し下げ、ウィング6により発生する負圧によって空気を凹部3aに引き出せるようにする。
Therefore, by sending air from the
尚、個々のエアチャンバー3によってその深さが異なるので、必要なアシストコンプレッサ13からの空気量が異なる。そのためアシストコンプレッサ13からの配管を複数本とし、個々の配管を特定のエアチャンバー内に臨ませるようにしている。本実施例では2本の配管14,15を示しているが、エアチャンバーの数によって更に配管の数を増やすことが可能である。
In addition, since the depth changes with each
従来技術として船体に設けた穴からコンプレッサによって空気を噴出させる方法が知られている。この方法による場合は気泡が大きくなり摩擦低減が実現できない。即ち、発生する気泡の径が大きいと直ちに水面まで上昇して消失してしまう。気泡の径を小さくすること(好ましくは1mm以下)で、気泡の上昇速度は遅くなり、船体を気泡の膜で包む効果が発揮される。 As a conventional technique, a method is known in which air is ejected from a hole provided in a hull by a compressor. When this method is used, the bubbles become large and friction reduction cannot be realized. That is, if the diameter of the generated bubbles is large, it immediately rises to the water surface and disappears. By reducing the diameter of the bubbles (preferably 1 mm or less), the rising speed of the bubbles is reduced, and the effect of wrapping the hull with a film of bubbles is exhibited.
以上において船が航行を開始すると、図7に示すように、ウィング6によって凹部3a内に負圧領域が形成され、この負圧領域に向かってエアチャンバー3内の空気が開口7から引き出される。引き出された空気はケルビン−ヘルムホルツ不安定現象(Kelvin-Helmholtz-Instability)によって微小気泡(マイクロバブル)となって船体表面に貼りつくようにして下流側に相対的に移動する。
When the ship starts sailing as described above, as shown in FIG. 7, a negative pressure region is formed in the
図8はエアチャンバーの別実施例を示す斜視図、図9は同エアチャンバーの断面図であり、この実施例にあっては前記したエアチャンバーの下流側の半分を省略した形状をしている。 FIG. 8 is a perspective view showing another embodiment of the air chamber. FIG. 9 is a cross-sectional view of the air chamber. In this embodiment, the downstream half of the air chamber is omitted. .
この実施例も船体外側面に予め固設したスタッドボルトにエアチャンバー3が取り付けられ、船の航行に伴ってウィング6が発生する負圧によって図10に示すように、微細気泡が発生する。
Also in this embodiment, the
尚、ウィング6の構造としては図示はしていないが、内部を中空とし、この中空部エアチャンバー内とを例えばウィング6の脚部に形成した通路を介して連通し、更にウィング6の内側面に中空部とつながる多数の穴を形成した構成としてもよい。この場合は負圧が発生するウィング6の内側面に直接空気を噴出する穴が形成されていることになるので、確実に空気を噴出することができる。
Although the structure of the
本発明に係る摩擦抵抗低減船とその運転方法は、コンテナ船などの大型船から漁船などの小型船まで広く利用することができる。 The frictional resistance reduction ship and its operating method according to the present invention can be widely used from a large ship such as a container ship to a small ship such as a fishing ship.
1…船体の外側面、2…船底、3…エアチャンバー、3a…凹部、4…スタッドボルト、5…ナット、6…ウィング、7…開口、8,9,10…穴、11…連通管、12…シールリング、13…アシストコンプレッサ、14,15…アシストコンプレッサからの配管、g1…ウィングの前端縁とエアチャンバー表面との間隔、g2…ウィングの後端縁とエアチャンバー表面との間隔。
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