(57)【要約】      （修正有）【課題】摩擦抵抗が低減し燃費が向上する摩擦抵抗低減船を提供する。【解決手段】喫水面Ｌ.Ｗ.Ｌ.よりも下方となる領域を喫水面に近い上方領域Ｒ１と船底に近い下方領域Ｒ２に分け、上方領域Ｒ１に配置される微細気泡発生部材１０への空気の供給は先端が大気に開放される空気供給配管３を介して行われ、下方領域Ｒ２に配置される微細気泡発生部材１０への空気の供給は、アシストコンプレッサ４からの配管５からの分岐管６を介して行われる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航行に伴って負圧を発生するウイングを備えた複数の微細気泡発生部材を、船体の喫水面よりも下方となる外側面から船底に沿って取り付けた摩擦抵抗低減船であって、
前記喫水面よりも下方となる領域のうち喫水面に近い上方領域に取り付けられる微細気泡発生部材は、ウイングに対向する部分に海水と空気とを混合する気液混合スペースが設けられ、この気液混合スペースに一端から空気を供給する空気供給配管の他端は大気に開放され、また前記喫水面よりも下方となる領域のうち船底に近い下方領域に取り付けられる微細気泡発生部材は、ウイングに対向する部分に海水と空気とを混合する気液混合スペースが設けられ、この気液混合スペースに一端から空気を供給する空気供給配管の他端は所定圧の空気を貯留するリザーバタンクに接続されていることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦抵抗低減船において、前記上方領域に取り付けられる微細気泡発生部材は大気に開放される状態と前記リザーバタンクに接続される状態とを切り替える切替弁を介して大気に開放されるか前記リザーバタンクに接続されることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項３】
航行に伴って負圧を発生するウイングを備えた複数の微細気泡発生部材を、船体の喫水面よりも下方となる外側面から船底に沿って取り付けた摩擦抵抗低減船であって、
前記喫水面よりも下方となる領域のうち喫水面に近い上方領域に取り付けられる微細気泡発生部材は、ウイングに対向する部分に海水と空気とを混合する気液混合スペースが設けられ、この気液混合スペースに一端から空気を供給する空気供給配管の他端は大気に開放され、また前記喫水面よりも下方となる領域のうち船底に近い下方領域に取り付けられる微細気泡発生部材は、ウイングに対向する部分に海水と空気とを混合する気液混合スペースが設けられ、この気液混合スペースに一端から空気を供給する空気供給配管の他端は所定圧の空気を貯留するリザーバタンクに接続され、更に前記上方領域と下方領域の間の中間領域に取り付けられる微細気泡発生部材は、ウイングに対向する部分に海水と空気とを混合する気液混合スペースが設けられ、この気液混合スペースに一端から空気を供給する空気供給配管の他端は大気に開放される状態と前記リザーバタンクに接続される状態とを切り替える切替弁を介して大気に開放されるか前記リザーバタンクに接続されることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の摩擦抵抗低減船において、前記リザーバタンクからの加圧空気は分岐管を介して各微細気泡発生部材に供給され、各分岐管には減圧弁が設けられ、下方に位置する微細気泡発生部材ほど高圧の空気が供給されることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の摩擦抵抗低減船の運転方法であって、前記上方領域に取り付けられる微細気泡発生部材の位置またはウイングの角度を調整することで、船舶の航行速度が巡航速度より遅い場合にはリザーバタンクに接続される微細気泡発生部材からのみ気泡を発生させ、巡航速度以上では全ての微細気泡発生部材から気泡を発生させて航行することを特徴とする摩擦抵抗低減船の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
船底（外側面）に設けた気泡発生部まで空気を送り込む手段として、コンプレッサ（圧気源）によって空気供給配管内の気液界面を気泡発生部まで押し下げるクローズドタイプと、負圧を利用して空気供給配管内の気液界面を気泡発生部まで引き下げるオープン（大気開放）タイプがある。
【０００４】
クローズドタイプとしては特許文献１，２を挙げることができる。特許文献１には空気が噴出する空気孔を覆うように平坦な板を取り付けた構成が開示され、特許文献２には高圧気体の噴出口を覆うようにバッフルプレートを取り付け、空気を水中へ一様な状態で圧入させる構成が開示されている。
【０００５】
ここで、特許文献１における平坦な板および特許文献２におけるバッフルプレートはいずれも当該文献中にも記載されるように負圧を発生することを目的とするものではない。
【０００６】
また、空気を強制的に噴出するクローズドタイプではどうしても気泡が大きくなってしまう。摩擦抵抗を効果的に低減するには長時間気泡が船体表面に留まることが好ましく、そのためには気泡の径はできるだけ小さいことが要求される。このような微小気泡（マイクロバブル）はケルビン−ヘルムホルツ不安定現象（Kelvin-Helmholtz-Instability）によって発生することが特許文献３に記載されている。
【０００７】
即ち、特許文献３では船底の外板（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現象を発生させて微小気泡（マイクロバブル）を作り出すようにしている。
【０００８】
また、特許文献４では微小気泡（マイクロバブル）を作り出す手段として、特許文献３の楔状の負圧形成部の代わりに、ウイングを用いる技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００８−１２０２４６号公報
【特許文献２】特開２００８−１４３３４５号公報
【特許文献３】特開２００２−２５８２号公報
【特許文献４】特許第４０７０３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
気泡の粒径が小さければ、浮力も小さいため船体の側面で発生させても船尾に到達するまでの時間は十分に側面に留まらせることができるが、特許文献１，２に開示される技術では、空気を強制的に噴出しているため気泡を大量に発生されることはできるが、気泡１つ１つの粒径が大きいため摩擦低減効果は小さい。更に空気の噴出量があまり多いとスクリューまで空気の塊が送られてエア噛みを起こしたり、ローリングやピッチングの原因となる。
【００１０】
一方、特許文献３，４に開示される技術によれば、負圧を利用しているため、船体の側面でもある程度留まることができる微細気泡（マイクロバブル）を発生させることが可能である。しかしながら、特許文献３，４に開示される技術は船体自体の形状も特定の形状にする必要がある。また、負圧によって空気供給配管中の気液界面が微細気泡発生部まで下がらない低速航行状態では気泡を発生させることができない。
【００１１】
因みに特許文献４にはブロアが開示されているが、このブロアは空気供給配管中の気液界面を押し下げるのではなく、既に気液界面が気泡発生部まで下がっている状態で、より大量の空気を送り込むためのものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため本発明は、航行に伴って負圧を発生するウイングを備えた複数の微細気泡発生部材を船体の喫水面よりも下方となる外側面から船底に沿って取り付けた摩擦抵抗低減船であって、前記喫水面よりも下方となる領域のうち喫水面に近い上方領域に取り付けられる微細気泡発生部材は、ウイングに対向する部分に海水と空気とを混合する気液混合スペースが設けられ、この気液混合スペースに一端から空気を供給する空気供給配管の他端は大気に開放され、また前記喫水面よりも下方となる領域のうち船底に近い下方領域に取り付けられる微細気泡発生部材は、ウイングに対向する部分に海水と空気とを混合する気液混合スペースが設けられ、この気液混合スペースに一端から空気を供給する空気供給配管の他端は所定圧の空気を貯留するリザーバタンクに接続された構成とした。
【００１３】
ここで、喫水面は荷物の積み具合や航行状態（旋回時など）によって変化する。請求項１に記載する喫水面は当該船舶に規定の荷物を積載し且つ通常の航行状態の場合に想定される喫水面を指す。また微細気泡とは数ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下の粒径の気泡を指す。
【００１４】
因みに、船が走り出すとウイングが発生する負圧によって気液境界面は引き下げられ、下がった界面から微細気泡発生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、リザーバタンクに空気を送り込むアシストコンプレッサとしては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。また、アシストコンプレッサ以外のブロアやエンジンの排気圧などの手段でリザーバタンクに空気を送り込むようにしてもよい。
【００１５】
また、リザーバタンクと下方領域に取り付けられる各微細気泡発生部材とを直接つなげてもよいが、減圧弁を備えた分岐管を介して接続することで、下方に位置する微細気泡発生部材ほど高圧の空気が供給される構成にしてもよい。このようにすることで、各微細気泡発生部材からほぼ同時に微細気泡を発生させることができる。
【００１６】
更に、前記上方領域または中間領域に取り付けられる微細気泡発生部材に一端が接続される空気供給配管に、リザーバタンクからの分岐管を切替弁を介して接続する構成としてもよい。このようにすることで、低速航行時にも上方領域または中間領域に取り付けられる微細気泡発生部材から微細気泡を発生させることができる。
【００１７】
一方本発明に係る摩擦抵抗低減船の運転方法は、例えば前記上方領域に取り付けられる微細気泡発生部材の位置またはウイングの角度を調整することで、船舶の航行速度が巡航速度より遅い場合にはリザーバタンクに接続される微細気泡発生部材から気泡を発生させ、巡航速度以上では全ての微細気泡発生部材から気泡を発生させて航行する。尚、上方領域に取り付けられる微細気泡発生部材微細気泡を発生し始める速度を巡航速度よりも遅く設定してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る摩擦抵抗低減船によれば、船体の航行に伴って発生する負圧を利用しているため、微細な気泡を発生するのに好適なケルビン−ヘルムホルツ不安定現象を形成しやすく、しかも必要最低限のエネルギーでアシストコンプレッサなどを駆動してリザーバタンクに加圧空気を貯留できるためエネルギーロスが小さく、燃費削減に大きく寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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は本発明に係る摩擦抵抗低減船の側面図、図２は図１の要部拡大図、図３は微細気泡発生部材の正面図、図４は図３のＡ方向矢視図、図５は図４のＢ−Ｂ方向断面図、図６は微細気泡（マイクロバブル）発生のメカニズムを説明した図４と同様の図、図７は微細気泡（マイクロバブル）発生のメカニズムを説明した図５と同様の図である。
【００２０】
本発明に係る摩擦抵抗低減船は喫水面（Ｌ.Ｗ.Ｌ.）よりも下方の船体の外側面１から船底２に沿って複数の微細気泡発生部材１０を取り付けている。複数の微細気泡発生部材１０の配列は図示例では側方から見て直線状をなすように配列しているが、千鳥状や斜めでもよい。
【００２１】
本発明では喫水面（Ｌ.Ｗ.Ｌ.）よりも下方となる領域を喫水面に近い上方領域（Ｒ１）と船底に近い下方領域（Ｒ２）に分け、上方領域（Ｒ１）と下方領域（Ｒ２）に配置される微細気泡発生部材１０への空気の供給形態を異ならせている。
【００２２】
図１に示す実施例は船体には穴をあけず、船体の該側面に沿って配置した空気供給管３から微細気泡発生部材１０に空気を送り込むようにしている。
【００２３】
即ち、上方領域（Ｒ１）に配置される微細気泡発生部材１０への空気の供給は先端が大気に開放される空気供給配管３を介して行われ、下方領域（Ｒ２）に配置される微細気泡発生部材１０への空気の供給は、アシストコンプレッサ４から空気が送り込まれるリザーバタンクＴに接続される配管５からの分岐管６を介して行われる。つまり、下方領域（Ｒ２）に配置される微細気泡発生部材１０への空気の供給は大気開放ではなく閉鎖系の配管を介して行われる。尚、説明を簡単にするため、図示例では上方領域（Ｒ１）に配置される微細気泡発生部材１０の数を１つにしているが複数でもよい。
【００２４】
前記各分岐管６には減圧弁Ｖ１〜Ｖ４が設けられ、下方領域（Ｒ２）に配置される微細気泡発生部材１０への空気の供給圧を異ならせている。この実施例では上方に位置する減圧弁ほど絞り量を大きくして、下方の微細気泡発生部材１０ほど高圧の空気が供給されるようにしている。配管５（分岐管６）内の気液界面から微細気泡発生部材１０までの距離は下方の微細気泡発生部材１０ほど大きくなるので、減圧弁を設けてリザーバタンクＴから空気が均等に供給されるようにする。
【００２５】
尚、最も下方に位置する微細気泡発生部材１０への分岐管６には、減圧弁Ｖ４を設けなくてもよい。更に、航行速度に応じてリザーバタンクＴから供給される空気圧を全体的に調整するようにしてもよい。
【００２６】
次に、微細気泡発生部材１０の構造を図３〜図５に基づいて説明する。微細気泡発生部材１０はフランジ部１１、気液混合スペース１２及び負圧発生用のウイング１３から構成される。このウイング１３は気液混合スペース１２との間に負圧を形成するため前方に形成される隙間ｇ１より後方に形成される隙間ｇ２が大きくなるように形成され、さらに抵抗を小さくするため側面視でドルフィン状をなすようにしている。
【００２７】
またフランジ部１１、気液混合スペース１２及び負圧発生用のウイング１３が一体となるように微細気泡発生部材１０は鋳造又は射出成形にて成形される。
【００２８】
前記ウイング１３は連結部１４を介してフランジ部１１に取り付けられ、フランジ部１１の外側には抵抗を低減するためのカバー１５が取り付けられ、このカバー１５の内側と船体との間に形成される空間に前記空気供給配管３または分岐管６の下端が挿入され、空気供給配管３または分岐管６から供給される空気は、フランジ部１１の内側に形成された通路１６を介して前記気液混合スペース１２に供給される。
【００２９】
以上において、船が航行を開始した直後は速度が遅いためウイング１３によって発生する負圧も小さく、上方領域（Ｒ１）に配置される微細気泡発生部材１０へ空気の供給を行う空気供給配管３内の気液界面の引き下げ効果は十分でないため上方領域（Ｒ１）の微細気泡発生部材１０からの微細気泡の発生はない。
【００３０】
しかしながら、下方領域（Ｒ２）に配置される微細気泡発生部材１０にはリザーバタンクＴから空気供給配管５（分岐管６）内の気液界面を微細気泡発生部材１０の気液混合スペース１２まで押し下げるだけの高圧空気が供給されているので気液混合スペース１２内に空気が供給される。
【００３１】
そして、ウイング１３によって形成される負圧が大きくなると、図６及び図７に示すように気液チャンバー１２内の気液界面は水平状態から垂直に近い状態に変化する。
【００３２】
気液チャンバー１２内の気液界面では、空気と水（海水）が異なる速度で運動している。空気と水は密度が異なるため、図６及び図７で示したように、微細気泡発生部材１０の気液チャンバー１２内において、ケルビン−ヘルムホルツ不安定現象によって微細気泡（マイクロバブル）が発生し、この微細気泡が船体に沿って下流側に流れる。
【００３３】
ここで、発生した微細気泡が船体に張り付くように下流側に流れるのはウイング１３によって発生する負圧に起因すると考えられる。
【００３４】
即ち、船体の表面には境界層が存在し、一旦負圧によって発生しランダムな動きをする微細気泡がこの境界層に入ると、ウイング１３の上面と下面（または外側面と内側面）の圧力の違いによって微細気泡は船体に押し付けられ、且つ界面積濃度（船体近傍の単位体積あたりの気体と液体の接触総面積のことで、気泡が動くときの抵抗に比例する）が大きいため、動こうとすると抵抗が大きくなるためその流れ（境界層）から出られずに下流側に流れて、摩擦抵抗を有効に減らす働きをすると考えられる。
【００３５】
一方、船底２に取り付けた微細気泡発生部材１０にあっては、船体の外側面１に略垂直に取り付けた微細気泡発生部材１０と異なり、気液チャンバー１２内の気液境界面は水平のままで擾乱が生じることで微細気泡が発生する。
【００３６】
図８乃至図１０は別実施例を示す図２と同様の図であり、図８に示す別実施例にあっては、喫水面に近い上方領域Ｒ１に設ける微細気泡発生部材１０につながる空気供給配管３に、切替弁１７を介してリザーバタンクＴにつながる空気供給配管５からの分岐管６を接続し、巡航速度に至らない極低速の場合でも、切替弁１７を操作することで、リザーバタンクＴから空気が供給されるようにしている。この場合、分岐管６に設ける減圧弁Ｖ０は他の減圧弁Ｖ１〜Ｖ４よりも絞り度を大きく設定する。
【００３７】
図９に示す別実施例は、上方領域Ｒ１と下方領域Ｒ２の間に中間領域Ｒ３を設け、この中間領域Ｒ３に配置する微細気泡発生部材１０について、大気開放兼リザーバタンクＴからの空気が供給されるようにしている。
【００３８】
図１０は船体の正断面図であり、この別実施例にあっては、船体に穴１８を形成し、この穴１８に微細気泡発生部材１０を取り付けるとともに穴１８の内側に保持プレート１９を溶接し、この保持プレート１９に船体内に配置した空気供給配管３または分岐管６を接続して空気を供給するようにしている。
【００３９】
図１０に示す実施例の更なる変更例として、図８及び図９に示した切替弁１７を設け、速度に応じて大気開放とリザーバタンクＴとの接続を切り替えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る摩擦抵抗低減船の側面図
【図２】図１の要部拡大図
【図３】微細気泡発生部材の正面図
【図４】図３のＡ方向矢視図
【図５】図４のＢ−Ｂ方向断面図
【図６】微細気泡（マイクロバブル）発生のメカニズムを説明した図４と同様の図
【図７】微細気泡（マイクロバブル）発生のメカニズムを説明した図５と同様の図
【図８】別実施例を示す図２と同様の図
【図９】別実施例を示す図２と同様の図
【図１０】空気供給管を船体内に配置した別実施例を示す図
【符号の説明】
【００４１】
１…船体の外側面、２…船底、３…大気に開放される空気供給配管、４…アシストコンプレッサ、５…リザーバタンクにつながる空気供給配管、６…分岐管、１０…微細気泡発生部材、１１…フランジ部、１２…気液混合スペース、１３…ウイング、１４…連結部、１５…カバー、１６…通路、１７…切替弁、１８…船体に形成した穴、１９…保持プレート。
【００４２】
Ｌ.Ｗ.Ｌ.…喫水面、Ｒ１…喫水面に近い上方領域、Ｒ２…船底に近い下方領域、ｇ１…ウイングの前端部分の隙間、ｇ２…ウイングの後端部分の隙間、Ｖ０〜Ｖ４…減圧弁、Ｔ…リザーバタンク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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