(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の冷却水排出口から排出される冷却水によって撹乱された船尾流場を制御する機構であって、
前記機構は長方形薄板からなり、前記機構は前記冷却水排出口から排出口の直径の３倍内に位置し、前記機構の取付け角度は船体水平面に対して１６°〜３０°であり、前記機構の船体高さ方向の幅は排出口の直径の０．２倍〜０．６倍であり、前記機構の船体長手方向の幅は排出口の直径の０．５倍〜１．３倍であることを特徴とする、船尾流動制御機構。
【請求項２】
前記機構の船体外板からの離隔幅は前記冷却水排出口の直径の０．２倍〜０．６倍であることを特徴とする、請求項１に記載の船尾流動制御機構。
【請求項３】
船舶の冷却水排出口から排出される冷却水によって撹乱された船尾流場を制御する機構であって、
前記機構は前記冷却水排出口を通る流線に沿って前記冷却水排出口の前方１ステーション以内に位置する三角錐の形状であり、前記三角錐の底面である二等辺三角形の底辺の長さは前記冷却水排出口の直径の０．２〜０．３倍であり、底面の高さは１．５〜１．７倍であり、三角錐の頂点から底面に描いた垂線の長さは０．６〜０．８倍であり、前記底面の高さと前記流線が成す角度は１０°〜１５°であることを特徴とする、船尾流動制御機構。
【請求項４】
冷却水排出口を通る流線に沿って前記冷却水排出口の前方０．８ステーションの距離に位置することを特徴とする、請求項３に記載の船尾流動制御機構。
【請求項５】
船舶の冷却水排出口から排出される冷却水によって撹乱された船尾流場を制御する機構であって、
前記機構は前記冷却水排出口の前方外周面に沿って取り付けられた湾曲板状であり、船体表面に対する上部高さと下部高さが相違なる不等辺状に形成されることを特徴とする、船尾流動制御機構。
【請求項６】
前記船尾流動制御機構の上部高さは前記船尾流動制御機構の平均高さの０．３倍〜０．５倍であることを特徴とする、請求項５に記載の船尾流動制御機構。
【請求項７】
前記船尾流動制御機構の下部高さは前記船尾流動制御機構の平均高さの１．５倍〜１．７倍であることを特徴とする、請求項５に記載の船尾流動制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、蒸気機関を使用するＬＮＧ運搬船の機関室部左舷側面に設けられた冷却水排出口を通じて排出される冷却水によって発生する冷却水排出口後方の流場撹乱を防止して船体の振動を減らすための流動制御機構に関する。
【背景技術】
従来のＬＮＧ運搬船は、貨物倉内の液化天然ガスが気化してＢＯＧ（Ｂｏｉｌ  ｏｆｆ  Ｇａｓ）が発生することになる。このＢＯＧを再び液化させるためには高い費用が要求されるので、主機関として蒸気機関（Ｓｔｅａｍ  Ｔｕｒｂｉｎｅ）を使用するＬＮＧ運搬船の貨物倉内で発生したＢＯＧを燃料として使用する。タービン（Ｔｕｒｂｉｎｅ）は蒸気を用いるものであるが、この蒸気を冷却させるための装置として、コンデンサなどが必要となる。このコンデンサを冷却させるシステムとして、スクープ冷却方式（Ｓｃｏｏｐ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）またはポンプ冷却方式（Ｐｕｍｐ  ｃｏｏｌｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）が適用され、このシステムのうち、海水を受け入れるインレット部（冷却水吸入口）とアウトレット部（冷却水排出口）がそれぞれ船体表面に設けられる。スクープ冷却方式は、リップ（ｌｉｐ）状にアウトレット部が突出されており、ポンプ冷却方式は、アウトレット部にリップが形成されていない。
このような冷却水排出口は、ＬＮＧ運搬船の機関室部左舷側面、すなわち船体後尾から見た時、船体後尾の左側に位置する。前記冷却水排出口を通じて冷却水が排出されれば、冷却水排出口の後尾の流場が撹乱され、前記のような船体後尾の流場の撹乱は、プロペラに流入するプロペラ上部の軸方向流動を速くし、伴流の分布を船体中心軸に対して非対称状に変化させる。プロペラが模型船または実船の後側に置かれた場合、プロペラは、船体を通りながら撹乱された流体中で作動することになり、一般的に船尾周囲の流体は船によって遅くなる。このように遅くなる流動を伴流と言う。
このような不規則な伴流の分布は、プロペラが作動する時、ブレードにかかる荷重を不均一にして、周期的な力とモーメントを与えることになり、さらに船体振動の原因となる。排出水がない場合に比べて、プロペラキャビテーション発生を大きくし、約２倍の船体変動圧力増加として現れる。キャビテーション（空洞現象）と言うのは、一定温度で周囲圧力が蒸気圧以下に降下して、液状から気状に変わる現象を言う。
このような船体変動圧力の増加は船体振動を大きくするだけでなく船舶の推進性能を低下させる。
このように冷却水が船尾流場を撹乱させ、撹乱された船尾流場が伴流の分布を船体中心軸に対して非対称状に変化させ、これによって船体振動を大きくするメカニズムは従来に知られたものがない。
【発明の開示】
本発明は前記のような問題を解決するためになされたもので、冷却水排出口から排出される冷却水による船尾流場撹乱を防止することにより、船体振動を減少させて船舶の推進性能を向上させる船尾流動制御機構を提供することを技術的課題としている。
前記のような技術的課題を達成するために、本発明は、船舶の冷却水排出口から排出される冷却水によって撹乱された船尾流場を制御する機構であって、前記機構は長方形薄板からなり、前記機構は前記冷却水排出口から排出口の直径の３倍内に位置し、前記機構の取付け角度は船体水平面に対して１６°〜３０°であり、前記機構の船体高さ方向の幅は排出口の直径の０．２倍〜０．６倍であり、前記機構の船体長手方向の幅は排出口の直径の０．５倍〜１．３倍であることを特徴とする、船尾流動制御機構を提供する。前記機構は、スクープ冷却方式およびポンプ冷却方式の両方に適用可能であり、冷却水排出口の前方で渦流を起こして、排出された冷却水が船尾流場に到達しないようにするか、または冷却水排出口の後方で冷却水の移動経路を変更させることで、冷却水が船尾流場に到達しないようにする。
前記機構の船体外板からの離隔幅は前記冷却水排出口の直径の０．２倍〜０．６倍であることが望ましい。
また、前記のような技術的課題を達成するために、本発明は、船舶の冷却水排出口から排出される冷却水によって撹乱された船尾流場を制御する機構であって、前記機構は前記冷却水排出口を通る流線に沿って前記冷却水排出口の前方１ステーション以内に位置する三角錐の形状であり、前記三角錐の底面である二等辺三角形の底辺の長さは前記冷却水排出口の直径の０．２〜０．３倍であり、底面の高さは１．５〜１．７倍であり、三角錐の頂点から底面に描いた垂線の長さは０．６〜０．８倍であり、前記底面の高さと前記流線が成す角度は１０°〜１５°であることを特徴とする、船尾流動制御機構を提供する。前記機構は、スクープ冷却方式およびポンプ冷却方式の両方に適用可能であり、冷却水排出口の前方で渦流を起こして、排出された冷却水が船尾流場に到達しないようにする。
前記船尾流動制御機構は、冷却水排出口を通る流線に沿って前記冷却水排出口の前方０．８ステーションの距離に位置することが望ましい。
また、前記のような技術的課題を達成するために、本発明は、船舶の冷却水排出口から排出される冷却水によって撹乱された船尾流場を制御する機構であって、前記機構は前記冷却水排出口の前方外周面に沿って取り付けられた湾曲板状であり、船体表面に対する上部高さと下部高さが相違なる不等辺状に形成されることを特徴とする、船尾流動制御機構を提供する。前記機構は、スクープ冷却方式およびポンプ冷却方式の両方に適用可能であり、冷却水排出口の前方で渦流を起こして、排出された冷却水が船尾流場に到達しないようにする。
前記船尾流動制御機構の上部高さは前記船尾流動制御機構の平均高さの０．３倍〜０．５倍であり、前記船尾流動制御機構の下部高さは前記船尾流動制御機構の平均高さの１．５倍〜１．７倍であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明による船尾流動制御機構の一実施例が取り付けられた船舶を示す斜視図である。
図２は図１の実施例を示す側面図である。
図３は図１の実施例が冷却水排出口の後方に取り付けられた場合、船尾から見たプロペラ面流速分布を示す図である。
図４は図１の実施例が冷却水排出口の後方に取り付けられた場合、船体変動圧力を示すグラフである。
図５は本発明による船尾流動制御機構の第２実施例が取り付けられた船舶の斜視図である。
図６は図５の実施例を示す斜視図である。
図７は冷却水排出がない時、船尾から見たプロペラ面流速分布を示す図である。
図８は冷却水排出がある時、船尾から見たプロペラ面流速分布を示す図である。
図９は図５の実施例が取り付けられた場合、船尾から見たプロペラ面流速分布を示す図である。
図１０は冷却水排出がある場合、冷却水排出がない場合、および図５に示す実施例が取り付けられた場合のそれぞれに対してキャビティの単位体積を示す図である。
図１１は本発明による船尾流動制御機構の第３実施例が取り付けられた船舶を示す斜視図である。
図１２は図１１の実施例を示す斜視図である。
図１３は図１１に示す実施例が取り付けられた場合、船尾から見たプロペラ面流速分布を示す図である。
図１４は冷却水排出がある場合、冷却水排出ない場合、および図１１に示す実施例が取り付けられた場合のそれぞれに対してキャビティの単位体積を示す図である。
【発明を実施するための最良の様態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
本発明による冷却排出水の流動制御機構は、船舶の大きさおよび冷却水排出口の直径によって、その大きさ、厚さ、取付け位置などが変わる。本実施例が取り付けられた船舶の長さは２７０ｍであり、前記船舶の船尾部に形成された冷却水排出口の直径は１．８ｍである。ここで、長さは船首垂線と船尾垂線間の距離（ＬＢＰ）である。設計垂線と船首材の前面との交点を通って設計垂線に鉛直に描いた線を船首垂線といい、船尾垂線と言うのは、明確な舵柱（ｒｕｄｄｅｒ  ｐｏｓｔ）を有する船舶においては、舵柱の裏面と設計垂線との交点を通る鉛直線であり、そうでない船舶においては、舵頭材（ｒｕｄｄｅｒ  ｓｔｏｃｋ）の中心線と設計垂線との交点を通る鉛直線である。
＜第１実施例＞
図１は本発明による船尾流動制御機構の一実施例が取り付けられた船舶の斜視図、図２は図１の実施例を示す側面図である。図１から分かるように、船尾部の後側には、船舶を推進させるプロペラ２００が設けられる。前記プロペラの前側には冷却水排出口２０２が設けられ、前記冷却水排出口２０２の前側半円部位にはリップ状の付加物２０４が付着されている。
本実施例の船尾流動制御機構２０６は、前記冷却水排出口２０２から、前記冷却水排出口の直径の３倍の距離を外れない範囲（Ｌ１）内に位置し、望ましくは前記冷却水排出口２０２の後方に位置する。本実施例の船尾流動制御機構２０６は熔接などの方法によって船体の外板に取り付けられる。
本実施例の船尾流動制御機構２０６は長方形薄板からなる。本実施例の船尾流動制御機構２０６は、船体水平面またはきっすいに対して１６°〜３０°の角度を成して船体外板に付着され、本実施例の船尾流動制御機構２０６の船体高さ方向の幅（Ｈ３）は排出口２０２の直径の０．２倍〜０．６倍の範囲内で決定され、本実施例の船尾流動制御機構２０６の船体長手方向の幅（Ｌ２）は排出口２０２の直径の０．５倍〜１．３倍の範囲内で決定され、本実施例の船尾流動制御機構２０６の船体外板からの離隔幅（Ｌ３）は前記冷却水排出口２０２直径の０．２倍〜０．６倍の範囲内で決定される。
本実施例の船尾流動制御機構２０６の取付け角度が１６°より小さいか、または船体高さ方向の幅（Ｈ３）が排出口２０２の直径の０．２倍より小さいか、または船体長手方向の幅（Ｌ２）が排出口２０２の直径の０．５倍より小さいか、または船体外板からの離隔幅（Ｌ３）が排出口２０２の直径の０．２倍より小さい場合、船尾流動制御効果が減少し、本実施例の船尾流動制御機構２０６の取付け角度が３０°より大きいか、または船体高さ方向の幅（Ｈ３）が排出口２０２の直径の０．６倍より大きいか、船体長手方向の幅（Ｌ２）が排出口２０２の直径の１．３倍より大きいか、または船体外板からの離隔幅（Ｌ３）が排出口２０２の直径の０．６倍より大きい場合、本実施例の船尾流動制御機構２０６による付加抵抗が大きくなる。
本実施例の船尾流動制御機構２０６が冷却水排出口２０２の前方に取り付けられる場合、本実施例の船尾流動制御機構２０６は、前記冷却水排出口２０２の前方で渦流を起こす。そして、前記渦流は、本実施例の船尾流動制御機構２０６を取り付ける前の前記冷却水の移動路から前記冷却水を離脱させる。すなわち、本実施例の船尾流動制御機構２０６は、冷却水が船尾流場に到逹できないようにして、プロペラに流入する伴流の分布を船体中心軸に対して対称状に変化させる。
本実施例の船尾流動制御機構２０６が冷却水排出口２０２の後方に取り付けられる場合、本実施例の船尾流動制御機構２０６は、冷却水の移動路を変更させて冷却水が船尾流場に到逹できないようにして、プロペラに流入する伴流分布を船体中心軸に対して対称状に変化させる。
図３は、図１に示す実施例が冷却水排出口の後方に取り付けられた場合、船尾から見たプロペラ面流速分布を示すものである。この場合には、プロペラに流入する伴流の分布が船体中心軸に対して対称状に回復したことが分かる。
図４は図１に示す実施例が冷却水排出口の後方に取り付けられた場合、船体変動圧力を示すグラフである。図４の左側のグラフは冷却水排出がない場合と冷却水排出がある場合の船体変動圧力を示しているが、冷却水排出がある場合に船体変動圧力がもっと大きいことが分かる。図４の右側のグラフは冷却水排出がない場合、および冷却水排出があり、かつ本実施例の船尾流動制御機構を冷却水排出口の後方に取り付けた場合の船体変動圧力を示しているが、冷却水排出があり、かつ本実施例を冷却水排出口の後方に取り付けた場合が、冷却水排出がない場合よりも船体変動圧力がもっと小さいことが分かる。
本実施例の船尾流動制御機構を長方形薄板の形状にしたが、他の実施例では、その形状が三角形薄板などに変形することができる。
＜第２実施例＞
以下では、本実施例が第１実施例と異なる点のみを説明する。
図５は本発明による船尾流動制御機構の第２実施例が取り付けられた船舶の斜視図である。
本実施例の船尾流動制御機構３０６は、流線（ｓｔｒｅｓｍｌｉｎｅ）２０８に沿って前記冷却水排出口２０２から０．８ステーション（ｓｔａｔｉｏｎ）の距離だけ離れて前記冷却水排出口２０２の前方に取り付けられる。ステーションとは、前記ＬＢＰを２０個の同一区間に分離した後、それぞれの区間間の境界を称するものである。船尾部から番号を付与して、一番目のステーションの番号は０番、最後のステーションの番号は２０番である。本実施例において、ステーション間の距離が１３．５ｍであるので、０．８ステーションは１０．８ｍ（１３．５＊０．８）となる。本実施例の船尾流動制御機構３０６は、鮹接などの方法によって冷却水排出口２０２の前方に取り付けられる。
図６は図５の実施例を示す斜視図である。
本実施例の船尾流動制御機構３０６は三角錐の形状である。前記三角錐の底面は二等辺三角形で、前記底面の底辺（Ｌ）の長さは０．４６ｍ、前記底面の高さ（Ｈ１）は２．８７ｍである。前記底面と対向する三角錐の頂点（以下‘三角錐の頂点’）から底面に描いた垂線（以下‘三角錐の高さ’）（Ｈ２）の長さは１．２６ｍである。本実施例の船尾流動制御機構３０６は、前記二等辺三角形の底辺（Ｌ）と対向する頂点と前記三角錐の頂点を連結した辺（Ｓ）が流線を割るように位置する。すなわち、二等辺三角形の底辺（Ｌ）と対向する頂点が船首部側に、前記底辺（Ｌ）が船尾部側に位置する。前記三角錐の底面の高さ（Ｈ１）と前記流線が成す角度は１４°である。
本実施例の船尾流動制御機構３０６は前記冷却水排出口２０２の前方で渦流を起こす。そして、前記渦流は、本実施例の船尾流動制御機構３０６を取り付ける前の前記冷却水の移動路から前記冷却水を離脱させる。すなわち、本実施例の船尾流動制御機構３０６は、冷却水が船尾流場に到逹できないようにして、プロペラに流入する伴流の分布を船体中心軸に対して対称状に変化させる。
図７は、冷却水排出がない時、船尾から見たプロペラ面流速分布を示すものである。この場合には、プロペラに流入する伴流の分布が船体中心軸に対して対称であることが分かる。図８は、冷却水排出がある時、船尾から見たプロペラ面流速分布を示すものである。この場合には、プロペラに流入する伴流の分布が船体中心軸に対して非対称であることが分かる。図９は、図５に示す実施例の船尾流動制御機構が取り付けられた場合、船尾から見たプロペラ面流速分布を示すものである。この場合には、プロペラに流入する伴流の分布が船体中心軸に対して対称状に回復したことが分かる。
図１０は、冷却水排出がある場合、冷却水排出がない場合、および図５に示す実施例の船尾流動制御機構が取り付けられた場合のそれぞれに対してキャビティの単位体積を示すものである。図１０から分かるように、キャビティの単位体積は、前記船尾流動制御機構３０６が取り付けられなっかた場合より最大３０％が減少した。
本実施例においては、前記船尾流動制御機構３０６がスクープ冷却方式が適用された船舶の船尾部に取り付けられたものにしたが、ほかの実施例では、ポンプ冷却方式（Ｐｕｍｐ  ｃｏｏｌｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）が適用された船舶の船尾部に取り付けることができる。
本実施例において、前記船尾流動制御機構３０６は、冷却水排出口２０２から０．８ステーションの距離だけ離れて前方に位置すると言ったが、他の実施例では、０．８ステーション以下または０．８ステーション以上かつ１ステーション以下に位置させることができる。これは、１ステーションより遠い距離に位置する場合には、船尾流動制御の効果が減少するからである。
本実施例において、船尾流動制御機構３０６の底面の底辺（Ｌ）の長さを０．４６ｍ、底面の高さ（Ｈ１）を２．８７ｍ、三角錐の高さ（Ｈ２）を１．２６ｍ、前記底面の高さ（Ｈ１）と流線が成す角度を１４°にしたが、他の実施例で、底辺の長さは前記冷却水排出口の直径の０．２〜０．３倍の範囲内で、底面の高さは１．５〜１．７倍の範囲内で、三角錐の高さ（Ｈ２）は０．６〜０．８倍の範囲内で、前記底面の高さ（Ｈ１）と前記流線が成す角度は１０°〜１５°の範囲内で変更することができる。
前記底面の底辺（Ｌ）の長さが冷却水排出口の直径の０．３倍を超過するか、底面の高さ（Ｈ１）が１．５倍未満であるか、三角錐の高さ（Ｈ２）が０．８倍を超過するか、または底面の高さ（Ｈ１）と流線が成す角度が１５°を超過する場合、前記船尾流動制御機構２０６にかかる圧力抵抗（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｄｒａｇ）が非常に大きくなり、底面の底辺（Ｌ）の長さが０．２倍未満であるか、三角錐の高さ（Ｈ２）が０．６倍未満であるか、または底面の高さ（Ｈ１）と流線が成す角度が１０°未満である場合、渦流形成が十分でなくて船尾流動制御効果が減少し、底面の高さ（Ｈ１）が１．７倍を超過する場合、船尾流動制御機構３０６の表面と流体が接触する面積が大きくて摩擦抵抗が大きくなる。
本実施例においては、船尾流動制御機構３０６を三角錐の形状にしたが、他の実施例では、四角錐または円錐などのほかの形状も可能である。
＜第３実施例＞
図１１は本発明による船尾流動制御機構の第３実施例が取り付けられた船舶を示す斜視図、図１２は図１１の実施例を示す斜視図である。
本実施例の船尾流動制御機構４０６は、冷却水排出口２０２の前方円周上に位置し、上部高さ（Ｌ４）と下部高さ（Ｌ５）が相違した不等辺構造になっている。上部高さ（Ｌ４）は本実施例の船尾流動制御機構４０６の平均高さの０．３倍〜０．５倍の範囲内で決定され、下部高さ（Ｌ５）は本実施例の船尾流動制御機構４０６の平均高さの１．５倍〜１．７倍の範囲内で決定される。
本実施例の船尾流動制御機構４０６の上部高さ（Ｌ４）が０．５倍より大きいか、または下部高さ（Ｌ５）が１．７倍より大きい場合、本実施例の船尾流動制御機構４０６による付加抵抗が大きくなり、本実施例の上部高さ（Ｌ４）が０．３倍より小さいか、または下部高さ（Ｌ５）が１．５倍より小さい場合、船尾流動制御効果が減少することになる。
本実施例の船尾流動制御機構４０６は前記冷却水排出口２０２の前方で渦流を起こす。そして、前記渦流は、本実施例の船尾流動制御機構４０６を取り付ける前、前記冷却水の移動路から前記冷却水を離脱させる。すなわち、本実施例の船尾流動制御機構４０６は、冷却水が船尾流場に到逹できないようにして、プロペラに流入する伴流の分布を船体中心軸に対して対称状に変化させる。
図１３は、図１１に示す実施例が取り付けられた場合、船尾から見たプロペラ面流速分布を示すものである。この場合には、プロペラに流入する伴流の分布が船体中心軸に対して対称状に回復したことが分かる。
図１４は、冷却水排出がある場合、冷却水排出がない場合、および図１１に示す実施例が取り付けられた場合のそれぞれに対してキャビティの単位体積を示すものである。図１４から分かるように、キャビティの単位体積は、本実施例の船尾流動制御機構４０６が取り付けられなかった場合より最大１３％が減少した。
【産業上の利用可能性】
本発明によれば、プロペラに流入する伴流の分布を船体中心軸に対して対称状に回復させ、キャビティの発生を減少させる。よって、船舶の振動性能が向上し、推進効率も向上する。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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