JP6664907B2 - 空気発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気潤滑システムの空気発生装置に関する。

従来、船舶の空気潤滑システムに関する技術として、船上で大気開放された大気導入口と、水に浸漬するように船底に設けられた流出口と、大気導入口から流出口に向かう方向に空気を圧送する送気手段と、を備えるものが知られている（例えば特許文献１参照）。この従来技術では、送気手段で圧送した空気を流出口から流出させることで、船体を空気潤滑し摩擦抵抗を低減することが図られている。

特開２０１２−２１４１１３号公報

上記従来技術では、船体を空気潤滑する空気を発生させるために、送気手段の動力（エネルギー）が必要とされる。近年、空気潤滑システムでは、船体を空気潤滑する空気を発生させるためのエネルギーを低減することが望まれている。

本発明は、船体を空気潤滑する空気を発生させるためのエネルギーを省くこと又は低減することが可能となる空気潤滑システムの空気発生装置を提供することを目的とする。

本発明に係る空気潤滑システムの空気発生装置は、船体周りの水が進入可能な流入口と、大気開放された大気導入口と、大気導入口と流入口とを接続する第１流路と、水に浸漬するように船体に設けられた流出口と、第１流路の途中から分岐部を介して分岐し、流出口に接続される第２流路と、大気導入口から分岐部に向かう方向に空気を流通させる逆止弁と、を備える。

この空気潤滑システムの空気発生装置では、例えば船体に対する波面の位置の上昇又は船体運動に伴い、第１流路の内部の水面が上昇して第１流路の内部の領域が小さくなる。このとき、逆止弁は、流入口から大気導入口に向かう方向には第１流路の内部の空気を流通させない。そのため、第１流路の内部の加圧された空気は、分岐部から第２流路へ流れ、第２流路に沿って流出口に向かい、流出口から流出することとなる。このように波のエネルギー若しくは船体運動、又は波のエネルギー及び船体運動の双方を利用することで、例えば空気を圧送するための動力を省くことができる。その結果、船体を空気潤滑する空気を発生させるためのエネルギーを省くことができる。

また、空気潤滑システムの空気発生装置は、分岐部から流出口に向かう方向に空気を圧送する空気圧送装置を第２流路に備えてもよい。この場合、例えば船体に対する波面の位置の下降により、波のエネルギー若しくは船体運動、又は波のエネルギー及び船体運動の双方を利用できない場合であっても、空気圧送装置によって空気を流出口から流出させることができる。また、例えば船体に対する波面の位置の上昇に伴い、第１流路の内部の加圧された空気が分岐部から第２流路へ流れる。この空気の流れによって、例えば空気を一定流量圧送する場合の空気圧送装置の動力が低減される。このように波のエネルギー若しくは船体運動、又は波のエネルギー及び船体運動の双方を利用することで、空気圧送装置の動力を低減することができる。

また、流入口は、船体の底部に設けられていてもよい。船体の底部は、通常、水に浸漬しているため、船体周りの水が流入口に進入し易い。よって、波のエネルギー若しくは船体運動、又は波のエネルギー及び船体運動の双方を容易に利用することができる。

また、流入口は、船体の船首部において水に浸漬している第１領域に設けられていてもよい。流入口を船体の底部に設けると、例えば水が流入口に進入したときに、船体と水との相対速度に起因して船体の推進エネルギーの損失が生じる。この第１領域では、水をせき止めるように船体の船首部が機能しているため、船体の進行方向における船体と水との相対速度が低減されている。よって、流入口を第１領域に設けることで、船体と水との相対速度に起因して生じる推進エネルギーの損失を低減することができる。

また、流入口は、船体の船首部における喫水線付近の第２領域に設けられていてもよい。例えば波面が流入口よりも下方に位置している場合、水が流入口に進入しないため、水が流入口に進入するときに生じる推進エネルギーの損失が生じない。よって、流入口を第２領域に設けることで、推進エネルギーの損失を一層低減することができる。

本発明によれば、船体を空気潤滑する空気を発生させるためのエネルギーを省くこと又は低減することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る空気発生装置を示す概略側面図である。 本発明の第２実施形態に係る空気発生装置を示す概略側面図である。 本発明の第３実施形態に係る空気発生装置を示す概略側面図である。 本発明の第４実施形態に係る空気発生装置を示す概略側面図である。 船舶の一例を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。なお、以下の説明において、「前」「後」「上」「下」の語は、船体の船長（前後）方向及び上下方向にそれぞれ対応するものである。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る空気発生装置を示す概略側面図である。本発明の第１実施形態に係る空気発生装置２が適用された空気潤滑システム１は、船舶１０に搭載され、船舶１０の船体１１の底部１２を気泡（空気）Ｂで覆うことで船体１１を空気潤滑する。空気発生装置２は、船体１１を空気潤滑するための気泡Ｂを発生させる装置である。

図５は、船舶の一例を示す概略図である。船舶５０は、船首部５３と船尾部５４とを有する船体５１を備える。船首部５３は、船体５１の前方側に位置している。船尾部５４は、船体５１の後方側に位置している。船首部５３は、例えば満載喫水状態における造波抵抗の低減が図られた形状を有する。船首部５３は、推進される船体５１から見て前方から船体５１に向かって来る水Ｗをせき止めるように機能する。船尾部５４には、喫水線ＳＬよりも下方に推進器５５と舵５６が設置されている。

図１に戻って、船舶１０は、船首部１３を有する船体１１を備えている。ここでの船舶１０は、船体１１の上下方向において喫水線ＳＬが比較的低く、いわゆる喫水が浅い船である。なお、喫水線ＳＬは、波が生じていない場合の水面に相当する。波が生じている場合には、例えば波面ＷＦで示されるように、水面が喫水線ＳＬに対して上下方向に変動する。

船舶１０には、船体１１の船首部１３に空気発生装置２が設けられている。空気発生装置２は、流入口３と、流出口４と、大気導入口５と、分岐部６と、逆止弁７と、第１流路Ｌ１と、第２流路Ｌ２と、を備える。

流入口３は、船体１１の周りの水Ｗが進入可能とされている。ここでの流入口３は、船首部１３の底部１２において下方に開口するように設けられている。底部１２は、船体１１の底（最下部）に限られず、水Ｗに常に浸漬している船体１１の下側の領域を含む。流入口３は、底部１２において下方以外の方向（例えば側方）に開口していてもよい。

流出口４は、水Ｗに浸漬するように船体１１に設けられている。ここでの流出口４は、船首部１３の底部１２において下方に開口するように設けられ、船首部１３の底部１２において流入口３よりも後方側に設けられている。流出口４は、底部１２において下方以外の方向（例えば側方）に開口していてもよい。

大気導入口５は、大気開放された開口である。大気導入口５は、例えば船体１１の上端部に設けられている。

第１流路Ｌ１は、大気導入口５と流入口３とを接続する流路である。第１流路Ｌ１は、船首部１３を上下方向に横切るように延在している。より詳しくは、第１流路Ｌ１は、船首部１３において流入口３から上方に延び、第１の屈曲部Ｃ１で後方に向かうように屈曲されて後方に延び、更に第２の屈曲部で上方に向かうように屈曲されて上方に延びて大気導入口５に至る。第１流路Ｌ１は、例えばパイプ等で構成されている。

第１流路Ｌ１には、流入口３から進入した水Ｗと、大気導入口５から導入された空気が満ちた領域Ｓと、が存在する。第１流路Ｌ１における波面ＷＦの位置には、水面ＷＳが位置している。よって、第１流路Ｌ１の内部は、水面ＷＳによって、空気が満たされた領域Ｓと水Ｗとに区画されている。

第２流路Ｌ２は、第１流路Ｌ１の第２の屈曲部で分岐されて流出口４に接続される。具体的には、第２流路Ｌ２は、第１流路Ｌ１の第２の屈曲部が分岐部６とされて分岐され、下方に延びている。すなわち、第２流路Ｌ２は、第１流路Ｌ１の途中から分岐部６を介して分岐し、流出口４に接続されている。第２流路Ｌ２は、例えばパイプ等で直線状に構成されている。第２流路Ｌ２の流路断面積は、例えば第１流路Ｌ１の流路断面積と略同等とされている。ここでの分岐部６は、三方継手により構成されている。

逆止弁７は、第１流路Ｌ１の大気導入口５側の端部、又は、第１流路Ｌ１における大気導入口５と分岐部６との間に設けられている。ここでの逆止弁７は、第１流路Ｌ１の大気導入口５側の端部に設けられている。逆止弁７は、大気導入口５から分岐部６に向かう方向には空気を流通させる一方で、分岐部６から大気導入口５に向かう方向には空気を流通させない。

以上のように構成された空気発生装置２では、例えば船体１１に対する波面ＷＦの位置の上昇に伴って水Ｗが流入口３から進入し、第１流路Ｌ１の内部の水面ＷＳが上昇して第１流路Ｌ１の内部の領域Ｓが小さくなる。第１流路Ｌ１の内部の領域Ｓが小さくなることに伴い、領域Ｓに満たされている空気が加圧される。このとき、逆止弁７は、大気導入口５に向かう方向には領域Ｓ（第１流路Ｌ１の内部）の空気を流通させない。そのため、領域Ｓの加圧された空気は、分岐部６から第２流路Ｌ２へ流れ、第２流路Ｌ２に沿って流出口４に向かい、流出口４から気泡Ｂとして流出することとなる。

一方、船体１１に対して波面ＷＦの位置が下降すると、第１流路Ｌ１に進入していた水Ｗが流入口３側に戻るため、第１流路Ｌ１の内部の水面ＷＳが下降して第１流路Ｌ１の内部の領域Ｓが大きくなる。第１流路Ｌ１の内部の領域Ｓが大きくなることに伴い、領域Ｓに満たされている空気が膨張して領域Ｓの気圧が低下される。このとき、逆止弁７は、大気導入口５から分岐部６に向かう方向に空気（大気）を流通させる。よって、次に波面ＷＦの位置が上昇する際に、領域Ｓに満たされている空気を再び加圧することが可能となり、領域Ｓの加圧された空気を流出口４から気泡Ｂとして流出させることが可能となる。

このように、波面ＷＦの位置が船体１１に対する上昇及び下降を繰り返すことを利用して、空気発生装置２は、船体１１を空気潤滑する気泡Ｂを発生させる。このような波面ＷＦの位置の船体１１に対する上昇及び下降は、船体１１と、波面ＷＦの位置との相対的な位置関係に応じて生じる。つまり、当該上昇及び下降が生じる場合としては、波自体のエネルギーによって生じる場合と、船体１１の上下方向の船体運動によって生じる場合と、これらの双方によって生じる場合と、が含まれる。すなわち、波のエネルギー若しくは船体運動、又は波のエネルギー及び船体運動の双方を利用することで、例えば空気を流出口４に向けて圧送するためのブロワ又はコンプレッサ等が不要となり、空気を圧送するための動力を省くことができる。その結果、船体１１を空気潤滑する気泡Ｂを発生させるためのエネルギーを省くことができる。

また、流入口３は、船体１１の底部１２に設けられている。船体１１の底部１２は、通常、水Ｗに浸漬しているため、船体１１周りの水Ｗが流入口３に進入し易い。よって、波のエネルギー若しくは船体運動、又は波のエネルギー及び船体運動の双方を容易に利用することができる。

なお、空気発生装置２が適用されている船舶１０は、前述したように、船体１１の上下方向において喫水線ＳＬが比較的低い。そのため、例えば、第１流路Ｌ１における喫水線ＳＬから水面ＷＳまでの長さが、第２流路Ｌ２における喫水線ＳＬから流出口４までの長さよりも大きくなる状況が生じ易い。この場合、水面ＷＳが上昇することで加圧された領域Ｓの空気が、流出口４から流出し易くなる。つまり、波のエネルギー若しくは船体運動、又は波のエネルギー及び船体運動の双方を利用することでブロワ又はコンプレッサ等を容易に省くことができる。このように、空気発生装置２は、船体１１の上下方向において喫水線ＳＬが比較的低い船舶１０に好適に適用することができる。

［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態に係る空気発生装置を示す概略側面図である。本発明の第２実施形態に係る空気発生装置２Ａが適用された空気潤滑システム１は、船舶２０に搭載されている。この船舶２０は、船体２１の上下方向における喫水線ＳＬの位置が第１実施形態の船体１１の上下方向における喫水線ＳＬの位置よりも上方に位置している（喫水が深い）、例えばタンカー等の大型船である。

そして、この船舶２０の空気発生装置２Ａが第１実施形態の船舶１０の空気発生装置２と特に異なっている点は、第２流路Ｌ２に空気圧送装置８を備える点である。また、船舶２０が船舶１０よりも喫水が深いことに伴って、第１流路Ｌ１の長さが流入口３側において延長されていると共に、第２流路Ｌ２の長さが流出口４側において延長されている。従って、本実施形態の船体２１は、第１実施形態の船体１１に比して、上下方向に長い底部２２及び船首部２３を備えている。

空気圧送装置８は、分岐部６から流出口４に向かう方向に領域Ｓの空気を圧送する。空気圧送装置８は、波面ＷＦの変動によって上昇した第２流路Ｌ２の内部の水に浸ることを抑制するため、例えば第２流路Ｌ２の上部である分岐部６側に設けられている。空気圧送装置８としては、例えばブロワ又はコンプレッサを用いることができる。空気圧送装置８は、例えば、分岐部６から流出口４に向かう方向に圧送する空気の流量が所定流量となるように所定動力で駆動される。

空気発生装置２Ａでは、船体２１に対する波面ＷＦの位置の上昇に伴い、領域Ｓの加圧された空気が分岐部６を介して第２流路Ｌ２の空気圧送装置８へ流れる。この空気の流れによって、空気の流量が所定流量となるための空気圧送装置８の動力が少なくて済み、空気圧送装置８の動力が低減される。このように波のエネルギー若しくは船体運動、又は波のエネルギー及び船体運動の双方を利用することで、空気圧送装置８の動力を低減することができる。

一方、船体２１に対して波面ＷＦの位置が下降すると、第１流路Ｌ１に進入していた水Ｗが流入口３側に戻るため、領域Ｓに満たされている空気は加圧されない。空気発生装置２Ａでは、このように領域Ｓに満たされている空気を加圧できない場合であっても、空気圧送装置８によって空気を圧送することで、空気を流出口４から気泡Ｂとして流出させることができる。すなわち、空気発生装置２Ａは、常時、船体２１を空気潤滑するための気泡Ｂを発生させることが可能である。

［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態に係る空気発生装置を示す概略側面図である。本発明の第３実施形態に係る空気発生装置２Ｂでは、流入口３が船体２１の船首部２３において水Ｗに浸漬している第１領域２３ａに設けられている点で、第２実施形態の空気発生装置２Ａと異なっている。

この変更に伴い、空気発生装置２Ｂの第１流路Ｌ１は、第１の屈曲部Ｃ１の下方に位置する第３の屈曲部Ｃ２において更に屈曲され、前方に延びて流入口３に至る。第３の屈曲部Ｃ２は、喫水線ＳＬよりも下方に位置している。

第１領域２３ａは、船首部２３における喫水線ＳＬよりも下方の領域である。第１領域２３ａでは、水Ｗをせき止めるように船体２１の船首部２３が機能している。すなわち、船体２１の船首部２３は、船体２１の進行方向において水Ｗをせき止めて、船体２１の進行方向における船体２１と水Ｗとの相対速度を低減する。

一般的に、流入口を船体に設けると、例えば水が流入口に進入したときに、船体と水との相対速度に起因して船体の推進エネルギーの損失が生じる。ここで、船体の底部は、船体の進行方向において水をせき止めるようには機能していない。そのため、船体の底部では、船体の進行方向における船体と水との相対速度が、船体の船首部ほど低減されていない（船体の底部における船体と水との相対速度は、船体の船首部における船体と水との相対速度に比べて大きくなる）。

前述のように、空気発生装置２Ｂでは、流入口３は、船体２１の船首部２３において水Ｗに浸漬している第１領域２３ａに設けられ、この第１領域２３ａでは、水Ｗをせき止めるように船体２１の船首部２３が機能しているため、船体２１の進行方向における船体２１と水Ｗとの相対速度が低減されている。ここで、本実施形態においては、流入口３を第１領域２３ａに設けている。このため、本実施形態では、船体２１と水Ｗとの相対速度に起因して生じる推進エネルギーの損失を低減することができる。

また、本実施形態では、空気発生装置２Ｂは、第２実施形態の空気発生装置２Ａと同様、分岐部６から流出口４に向かう方向に空気を圧送する空気圧送装置８を第２流路Ｌ２に備えている。よって、空気発生装置２Ｂは、第２実施形態の空気発生装置２Ａと同様にして、波のエネルギー若しくは船体運動、又は波のエネルギー及び船体運動の双方を利用することで空気圧送装置８の動力を低減することができるという作用及び効果を奏する。

［第４実施形態］
図４は、本発明の第４実施形態に係る空気発生装置を示す概略側面図である。本発明の第４実施形態に係る空気発生装置２Ｃでは、流入口３が船体２１の船首部２３における喫水線ＳＬ付近の第２領域２３ｂに設けられている点で、第３実施形態の空気発生装置２Ｂと異なっている。

第２領域２３ｂは、一例として、船首部２３における喫水線ＳＬよりも上方の領域であって、船体２１周りの水Ｗが進入可能となるように流入口３を配置することができる領域である。

空気発生装置２Ｃでは、船体２１に対する波面ＷＦの位置が流入口３の位置よりも上昇した場合には、第３実施形態の空気発生装置２Ｂにおいて流入口３が第１領域２３ａに設けられている場合と同様、流入口３に水Ｗが進入してくる。この場合には、空気発生装置２Ｃは、第３実施形態の空気発生装置２Ｂと同様にして、波のエネルギー若しくは船体運動、又は波のエネルギー及び船体運動の双方を利用することで空気圧送装置８の動力を低減することができるという作用及び効果を奏する。

一方、空気発生装置２Ｃでは、船体２１に対する波面ＷＦの位置が流入口３の位置よりも下降した場合には、流入口３に水Ｗが進入して来ない。このように波面ＷＦが流入口３よりも下方に位置している場合、水Ｗが流入口３に進入しないため、水Ｗが流入口３に進入するときに生じる推進エネルギーの損失が生じない。よって、空気発生装置２Ｃでは、流入口３を第２領域２３ｂに設けることで、推進エネルギー損失を一層低減することができる。

以上、本発明の第１〜第４実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、空気発生装置２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃでは、第１流路Ｌ１が第１の屈曲部Ｃ１で屈曲されており第２流路Ｌ２が直線状とされていたが、第２流路Ｌ２が屈曲されており第１流路Ｌ１が直線状とされていてもよい。

また、第２〜第４実施形態に係る空気発生装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃでは、エアタンクが分岐部６と空気圧送装置８との間に設けられていてもよい。この場合、加圧された空気を一時的に貯留するバッファとしてエアタンクを利用することができる。

１…空気潤滑システム、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ……空気発生装置、３…流入口、４…流出口、５…大気導入口、６…分岐部、７…逆止弁、８…空気圧送装置、１０，２０…船舶、１１，２１…船体、１２，２２…底部、１３，２３…船首部、２３ａ…第１領域、２３ｂ…第２領域、Ｌ１…第１流路、Ｌ２…第２流路、ＳＬ…喫水線、Ｗ…水。

Claims (7)

1. 船体周りの水が進入可能な流入口と、
   水に浸漬するように前記船体に設けられた流出口と、
   前記流入口と前記流出口の間に形成された内部領域と、
   前記内部領域に空気を導入する導入口と、
   を備え、
   前記内部領域は、水面によって空気が満たされた領域と水が満たされた領域とに区画され、
   前記船体に対する波面の上昇によって、前記流入口から水が進入し、進入した水によって前記内部領域の水面が上昇することで空気が加圧されて、前記流出口から空気が流出する、空気発生装置。
2. 前記流入口と前記導入口とを接続する第１流路と、
   前記第１流路の途中から分岐し、前記流出口に接続される第２流路と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の空気発生装置。
3. 前記導入口から前記内部領域に向かう方向に空気を流通させる逆止弁を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の空気発生装置。
4. 空気を圧送する空気圧送装置を前記第２流路に備え、
   前記第２流路は、前記第１流路の途中から分岐部を介して分岐し、
   前記空気圧送装置は、前記分岐部から前記流出口に向かう方向に空気を圧送する、請求項２又は３記載の空気発生装置。
5. 前記流入口は、前記船体の底部に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気発生装置。
6. 前記流入口は、前記船体の船首部において前記水に浸漬している第１領域に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気発生装置。
7. 前記流入口は、前記船体の船首部における喫水線付近の第２領域に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気発生装置。

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