(57)【要約】      （修正有）【課題】気泡で水面下の船体を覆い、船体が受ける摩擦抵抗を低減できても、同時に空気を船底に送る動力エネルギーも大きく消耗するために、正味のＣＯ２排出量の低減にはつながらない。動力エネルギーを消耗するという問題がある。また水中下の船底に空気を溜めても、空気槽内の水面、即ち空気と水の接触面の位置が、各空気槽で異なるために、新たな抵抗が前記空気槽内に発生する問題がある。本発明の目的は、上記の問題を解決し、空気を利用して船舶の摩擦抵抗の低減を可能とする、船体摩擦抵抗低減装置を提供することである。【解決手段】水中部に角度を持たせた固定翼１３を設け、空気吸入装置１０内へ押し入る流水を旋回させ渦を作り、前記渦の中に負圧を生成し、水中部に空気を自吸させる。また水中部の複数の空気溜りの仕切板の上部に通気口を設け、各空気溜りが連通するようにし、各空気溜りの水位が均一にし、船体の摩擦抵抗を低減する。【選択図】図１
2017165386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中部に設ける筒の内部にハブを設け、前記ハブの周りに複数の固定翼を取り付け、前記固定翼は前記筒の内面部に固定され、
前記筒を取り巻くように、空気室を設け、一方を大気に通じる通気パイプと前記空気室を連通させ、
次に前記固定翼と前記ハブの内部を通り、前記ハブの後部に空気の排気口を設け、
前記通気パイプの吸気口から、前記空気室、前記固定翼を通り、前記ハブの後部の排気口までが連通されていることを特徴とする空気吸入装置を有する船体摩擦抵抗低減装置。
【請求項２】
請求項１の空気吸入装置であって、前記空気吸入装置の流入口は船舶の船首船底近傍に開口され、前記空気吸入装置の流出口は前記船舶の船底や舷側に設けられた空気開放口に通じることを特徴とする空気吸入装置を有する船体摩擦抵抗低減装置。
【請求項３】
船底平坦部に縦横の複数の仕切板からなる複数の空気溜りを設け、前記仕切板の上部、即ち前記船底に接する側に通気口が設けられていることを特徴とする空気溜りを有する船体摩擦抵抗低減装置。
【請求項４】
請求項２の船体摩擦低減装置であって、前記空気溜りを有する船体摩擦抵抗低減装置。
【請求項５】
請求項２、または請求項４の船体摩擦抵抗低減装置のいずれかであって、ブロア等の外部動力を併用し空気を船底へ送入する船体摩擦抵抗低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は船体摩擦抵抗低減装置であって、更に詳しくは船体表面と水（海水や淡水）との境界面に空気を介在させることにより、摩擦抵抗の低減を図る船体摩擦抵抗低減装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】    地球環境の温暖化が問題提起される中、ＣＯ２の削減が国際的に求められている。国際海運におけるＣＯ２削減も例外ではない。近年、海洋汚染防止条約（ＭＡＲＰＯＬ条約）の改正条項としてまとまり、２０１５年からの新造船については、具体的な基準値をもったＣＯ２削減が求められ、船舶航行のための消費燃料エネルギーを低減する革新的技術開発がなされている。その中の一つに、空気を用いて船舶の摩擦抵抗低減を図る技術がある。【０００３】    現在、知られている技術として特許文献１の示す如く、強力な動力の送風機を用いて空気を船底に送り込み、気泡で水面下の船体を覆うことで、船体と水との間に生じる摩擦抵抗の低減を図るものがある。【０００４】    また特許文献２の示す如く、船底に空気槽を設けて空気を溜め、水と接する船体の表面積を少なくすることで、船体と水との間に生じる摩擦抵抗の低減を図るものもある。
【先行技術文献】
【０００５】
【特許文献１】  特許５８２６５９０号広報
【特許文献２】  特開２０１５−１９９４８９号広報
【特許文献３】  特開２０１０−５８７７７号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】    まず初めに示す特許文献１の技術では、気泡で水面下の船体を覆い、船体が受ける摩擦抵抗を低減できても、同時に空気を船底に送る動力エネルギーも大きく消耗するために、正味のＣＯ２排出量の低減にはつながらない。船舶の喫水が深くなればなるほど、空気を吐き出すための圧力を大きくしなければならず、更なる動力エネルギーを消耗するという問題がある。【０００７】    また特許文献２の技術では、実際の航海時においては、様々な船体の動揺があるために、船底に設けられた空気槽内の空気の流出が発生し、そしてその為に、それぞれの空気槽内の空気の量にばらつきが生じる。それを解決するために個々の空気槽に空気を補充しなければならない問題がある。前記空気槽内の空気量を４０〜９０％に維持するようにしているが、各空気槽の空気量が例えば５０％だとすれば、常にすべての空気槽が概ね５０％と均一であればよいが、ばらつきが発生する場合は、前記各空気槽内の水面、即ち空気と水の接触面の位置が、各空気槽で異なるために、新たな抵抗が前記空気槽内に発生する問題がある。【０００８】    更に特許文献３の技術では、空気の吸引は動力を使わず、ハブ後部にできる負圧によって、空気を吸引するものであるが、圧力をかけず、自吸させるためには、通気パイプから直に複数の固定翼及び前記ハブ内を通って吸引すると、圧力損失が生じる場合がある。【０００９】    本発明の目的は、上記の問題を解決し、空気を利用して船舶の摩擦抵抗の低減を可能とする、船体摩擦抵抗低減装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】    請求項１記載の本発明の空気吸入装置として、筒の内部にハブを設け、前記ハブの周りに複数枚の固定翼を取り付ける。次に前記固定翼を前記筒の内面に取り付け固定する。前記空気吸入装置を流水の中に置くと、流入口から水が押し入り固定翼に衝突し、流入した水を旋回させるように前記固定翼に角度を持たせると、ハブの後部に渦が形成され、水中の前記ハブの後部に大きな負圧が生成される。【００１１】    次に、前記筒を取り巻くように、広い空間を持つ空気室を設け、一方を大気に通じる通気パイプと前記空気室を連通させ、前記固定翼と前記ハブの内部を通り、前記ハブの後部に空気の排気口を設け、前記通気パイプの吸気口から、一旦前記空気室を通り、次に前記固定翼の内部を通り、前記ハブの後部の排気口までを連通させる。【００１２】    請求項２記載の本発明は、船舶の船首船底近傍に開口部を設け、請求項１の空気吸入装置を設置する。前記空気吸入装置の流入口は船舶の船首船底近傍に開口され、前記空気吸入装置の流出口は前記船舶の船底や舷側に設けられた空気開放口に通じることで、前記船舶の航行中は常に流入口から水が押し入り、ハブの後部で大きな負圧を作り、動力なして大気を吸引し、前記船底や舷側に設けられた空気開放口から吸引された空気は吐き出される。【００１３】    請求項３記載の本発明に対応した空気溜りとして、船底に設けられた前記空気開放口よりも下流側（船尾側）の船底平坦部に、縦横複数の仕切板からなる複数の空気溜りを設ける。前記空気開放口より放出された空気が、前記船底平坦部に設けられた空気溜りに捕らえられ、前記空気溜りに空気が溜まることにより、水面下の船体と水と接する表面積を少なくさせる。【００１４】    次に、それぞれの空気溜りに捕らえられた空気の量が概ね均一になるように、前記仕切板の上部、即ち前記船底に接する側に通気口を設ける。例えば一つの空気溜りには、容量の８０％の空気が溜められていて、隣に接する空気溜りには、その容量の４０％しか空気が溜められていない場合に、両方の空気溜りの間の仕切り板の上部に通気口を設ければ、自然に空気量の多いところから少ないところへの流れ入り、前記両空気溜りの空気量は６０％と、均一になる。それ故、隣り合う二つの前記空気溜り内の水面の位置は自ら同じになる。【００１５】    請求項４記載の本発明は、請求項２記載の船体摩擦抵抗低減装置を備え、船底に設けられた、前記空気開放口の下流側（船尾側）に請求項３記載の空気溜りを複数並べる。船舶の航行中は常に前記空気開放口より空気は放出され、前記空気開放口に近い空気溜りより空気は溜まり始める。更には、前記空気開放口より放出された空気が直接届かない空気溜りにも、前記仕切り板に設けられた通気口を通り、すべての空気溜りに空気は供給される。【００１６】    請求項５記載の本発明は、前記空気吸入装置を用いる船体摩擦抵抗低減装置のいずれかであって、喫水の深い船舶等の船底へ大量の空気を供給する場合等は、本空気吸入装置とブロア等の外部動力を併用し空気を船底へ送入することが出来る。
【発明の効果】
【００１７】    船舶船体にかかる摩擦抵抗の低減に、空気を介在させる方法は古くから知られている。しかし、空気を水中の船底近傍に供給するために消耗されるエネルギーも同時に低減させる必要があった。しかし、本発明を用いることで、船首近傍の本空気吸引装置へ流れ入る水が固定翼に衝突し、自ら旋回する流れを作り、その旋回流がつくる負圧により、空気は船底へと自ら吸引され、船体摩擦抵抗低減がなされる。その結果、動力エネルギーを消耗することなく、空気を船底近傍に供給することが可能になり、船体の摩擦抵抗低減がなされ、船舶からのＣＯ２排出量低減に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の空気吸入装置１０で、左の流入口１８ａから水が押し入り、中央のハブ１２に取り付けられた複数の固定翼１３に当たり、旋回流となり、前記ハブ１２の後部で負圧が生成される概念図。
【図２】本発明の船体摩擦抵抗低減装置を装備した船舶の一実施例で、船首船底近傍を開口し、空気吸入装置１０を取り付けている概念図。
【図３】本発明の空気溜り３０を船底２１近傍に設けた船体摩擦抵抗低減装置を装備した船舶の一実施例で、（ａ）は空気溜り３０を既存の船舶の船底２１に取り付けた一実施例。（ｂ）は船底２１平坦部に縦横の複数の仕切板３１、３２からなる複数の空気溜り３０の一部と、通気口３３の位置を示す、一実施例。（ｃ）は船底２１平坦部に空気溜り３０の全体と、通気口３３の位置を示す、一実施例。更に（ｄ）は空気溜り３０を二重船底２１の位置に配置した一実施例の概念図。
【図４】本発明の空気吸入装置１０とブロア等の外部動力４０を併用し空気を船底へ送入する船体摩擦抵抗低減装置の一実施例の概念図。
【図５】本発明の空気吸入装置１０を用いた、気泡２３による船体摩擦抵抗低減装置の一実施例の概念図。（ａ）は空気吸入装置１０形状を変えることで、気泡を小さくし、（ｂ）では浮力の小さな気泡を用いる一実施例の概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】    図１は本発明の一実施例としての空気吸入装置を示す。筒１１の中央部にはハブ１２が配置され、前記ハブ１２の周囲には複数の固定翼１３が設けられて、前記固定翼１３の一端は、前記筒１１の内面に固定されている。一方前記筒１１の外部には、前記筒１１を取り巻くように空気室１４が設けられていて、上部は通気パイプ１５に繋がり、前記通気パイプ１５の一端は大気に通じている吸気口１６を持つ。前記の吸気口１６から通気パイプ１５、空気室１４を通り、固定翼１３とハブ１２の内部を貫通し、前記ハブ１２の後部にある排気口１７までを連通させる。
【００２０】    図１が示すように、例えば左側から流水が空気吸入装置１０の流入口１８ａに押し入ると、ハブ１２と筒１１との間に固定されている複数の固定翼１３の間を通り抜けることになるが、前記固定翼１３には角度を持たせていて、流入した水は旋回し始め、前記ハブ１２の後部で大きな旋回流を形成し、その中心に大きな負圧が生成され、通気パイプ１５の上端の吸気口１６から大気の空気は吸い込まれ、排気口１７から水中への空気の自吸が始まる。圧力を掛けずに自給させるためには、細い複数本の通気パイプを用いるよりも、少し太めの通気パイプを用意し、空気室を設けると、吸引される際の圧力損失を少なくできる。
【００２１】    図２が示すのは、本発明の空気吸入装置１０を船体２０に取り付けた一実施例で、前記船体２０の船首船底の近傍に開口部を設け、船舶の航行時には前記空気吸入装置１０の流入口１８ａから水が前記空気吸入装置１０内に押し入り、少し後方の船底２１に設けられた空気開放口２２から水と空気の二相流として放出される。尚、船舶の種類や大きさ、用途に合わせ、空気吸入装置１０の形状、設置場所及び数等は、最適なものに合わせられるのは当然である。例えば、船底平坦部の面積が少ない、痩せ形船体の場合、船首近傍の両舷に本空気吸入装置１０を設置し、両舷側に空気開放口２２を設けることもできる。
【００２２】    次に図３が示すのは請求項３および４の示す船体摩擦抵抗低減装置の実施例を示す。（ａ）は縦横の複数の仕切板３１，３２からなる複数の空気溜り３０を既存の船体２０の船底２１下部に取り付けた一実施例を示している。（ｂ）は船底２１下部に取り付けた、流れ方向ＦＤに平行な縦仕切板３１と、流れ方向に垂直な横仕切板３２からなる空気溜め３０を示し、更に縦仕切板３１の一部上部に通気口３３ａと、横仕切板３２の一部上部にも通気口３３ｂを設けている、一実施例である。（ｃ）は船体２０の船底２１部を真下から見上げた概念図で、船首近傍に空気開放口２２を有し、船底２１平坦部に複数の空気溜り３０を配している一実施例の概念図である。通気口３３の形状、寸法、設置場所、個数等はそれぞれの船舶の要求する最適な設計をすればよい。（ｄ）は新造船など、初めから、例えば二重船底の中に空気溜め３０を組み入れた一実施例を示している。尚、図３で示す空気溜り３０は船舶の種類や大きさ、用途に合わせ、空気溜り３０の形状、設置場所及び数等は、最適なものに合わせられるのは述べるまでもない。
【００２３】    図３で示したように、空気溜り３０の縦横の仕切板３１、３２の上部に通気口３３を設けることで、すべての空気溜り３０の空気量を自らほぼ均一に保つことが出来、各空気溜り３０内の水面の位置をほぼ統一できる。更には空気開放口２２より常に空気を供給できれば、どの空気溜り３０に空気が捕らえられても、概ね全ての空気溜り３０に空気を一杯まで溜めておける。それ故、水面下の船体２０と水とが接する表面積が低減でき、船体２０の摩擦抵抗を低減することが出来る。
【００２４】    図４が示すのは、本発明の空気吸入装置１０とブロア等の外部動力４０を併用し空気を船底へ送入する船体摩擦抵抗低減装置の一実施例で、船首船底の近傍に空気吸入装置１０を配置し、通気パイプ１５の一端にブロア等の外部動力４０を接続する。尚、前記通気パイプと前記外部動力４０との接続位置よりも上部に、図示していない逆止弁を取り付け、前記外部動力４０より供給される空気は吸気口１６へ流れることなく、常に前記空気吸入装置１０の排気口１７から吐き出される。船舶が航行中は常に、空気吸入装置１０内では負圧が生成されているので、外部動力４０の動力エネルギーの消耗は小さくなる。
【００２５】    図５の一実施例の（ａ）では本発明の空気吸入装置１０の筒１１の流出口１８ｂを小さくすぼめ、ハブ１２の後部に生成された負圧に吸い込まれた空気は、激しく回転する旋回流から、狭められた流出口１８ｂに向けて回転軸方向への速度は加速され、加速する流れの中で剪断されて微細な気泡２３になる。（ｂ）は二重船底の船底２１部を真下から見上げた概念図で、図示されていない上記の空気吸入装置１０から放出された微細な気泡２３は、前記船底２１の中央部に沿って幾つかの空気開放口２２を設けている。一般的には、微細な気泡２３を得るためには空気を船底２１から水の流れに吐き出す場合、水の流れ方向に対して垂直方向に吐き出し、垂直方向に流れる水によって空気が剪断されるようにする。しかし本発明では、旋回流や回転軸方向に加速度する流れにより剪断された微細な気泡２３はすでに水との二相流になっており、空気開放口２２から船底２１の水の流れに吐き出す場合、同じく水の流れ方向に沿って吐き出すことができるので、微細な気泡２３は船底２１を這うように空気膜を形成しながら船底２１を覆うようことが出来る。それ故に効率の良い船体摩擦抵抗低減が図れる。更には前記空気吸入装置１０から空気開放口２２までの流れは水と微細な気泡２３の二相流なので、船底２１内の前記空気吸入装置１０から前記空気開放口２２まで装置内での、例えばフジツボ等の海洋生物が付着することは低減するので、維持管理が容易になる。
【００２６】    船体摩擦抵抗低減装置に関し実施例を上記に幾つか述べたが、船舶の用途、規模等に合った最適な設計をするとは述べるまでもない。特に船底に施す装置の場合は、ドック入りの場合等を考慮し、強度を持たせることも当然である。
【符号の説明】
【００２７】    １０      空気吸入装置
１１      筒
１２      ハブ
１３      固定翼
１４      空気室
１５      通気パイプ
１６      吸気口
１７      排気口
２０      船体
２１      船底
２２      空気開放口
２３      気泡
３０      空気溜り
３１      縦仕切板
３２      横仕切板
３３      通気口
４０      外部動力
ＦＤ      （船体に対する、相対的）水の流れ方向
【図１】
2017165386.tif 000003
【図２】
2017165386.tif 000004
【図３】
2017165386.tif 000005
【図４】
2017165386.tif 000006
【図５】
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