(57)【要約】  本発明は、空気潤滑システムを設け、船体の少なくとも一部を気泡で覆うことを含む、船上の海洋生成物付着を低減するための方法に関する。本発明はまた、キャビティにわたる取外し可能なデフレクタの接続、空気出口ダクト内の閉鎖可能な出口弁、各キャビティ又はキャビティ対への圧縮機の接続、及びキャビティ上部における空気入口開口部を伴う空気潤滑システムを有する、船に関する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船上の海洋生成物付着を低減するための方法であって、
空気潤滑システムを設けることと、
船体の少なくとも一部を気泡で覆うことと
を含む方法。
【請求項２】
前記船が、係留された構成にある場合のように静止しているとき、前記船体上に気泡を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
境界面（３０）内に位置する開口部（２０）を有するキャビティ（３３）を定める側壁（１８、１８’）及び上壁（１９）を有する空気キャビティシステムを使用することを含み、
前記境界面が、実質的に前記船体の高さ、例えば略平坦な底面の高さで前記側壁を横切り、前記開口部が、前記キャビティの長さ方向で見た状態で先端部（２２）及び後端部（２１）を有し、圧縮機が前記キャビティに取り付けられ、該圧縮機が、空気出口ダクト（１４）を介して前記キャビティに空気を供給するために前記キャビティに取り付けられる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記船の側壁上に空気システムを設けることを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
船の船体上の海洋生成物付着の低減のための、前記船上での空気潤滑システムの使用。
【請求項６】
船（１）の船体（４）と、前記船が水面を移動するときに前記船体に沿って流れる水との間に空気潤滑層を設けるためのシステム（１６）であって、
当該システムが、境界面（３０）内に位置する開口部（２０）を有するキャビティ（３３）を定める側壁（１８、１８’）及び上壁（１９）を備え、前記境界面が、実質的に前記船体の高さで前記側壁を横切り、前記開口部が、前記キャビティの長さ方向で見た状態で先端部（２２）及び後端部（２１）を有し、空気入口（２３）が、前記キャビティの前記開口部（２０）から離間配置され、少なくとも１つの水デフレクタ（２４、２４’、２５、２５’、２６、２６’）が前記キャビティ内に設けられ、前記デフレクタが、実質的に前記キャビティの幅（Ｗ）全体にわたって延びるとともに前記キャビティに取外し可能に取り付けられている、システム。
【請求項７】
複数のデフレクタ、好ましくはデフレクタの各々が、外方からアクセスできる少なくとも２つの取外し可能なボルト（８０）を介して前記船に取り付けられている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
船（１）の船体（４）と、前記船が水を通って移動するときに前記船体に沿って流れる水との間に空気潤滑層を設けるためのシステム（１６）を備えた船であって、
前記システムが、境界面（３０）内に位置する開口部（２０）を有するキャビティ（３３）を定める側壁（１８、１８’）及び上壁（１９）を備え、前記境界面が、実質的に前記船体の高さで前記側壁を横切り、前記開口部が、前記キャビティの長さ方向で見たときに先端部（２２）及び後端部（２１）を有し、圧縮機が前記キャビティに取り付けられ、圧縮機が、空気出口ダクト（１４）を介して前記キャビティに空気を供給するために前記キャビティに取り付けられており、当該船が、フラッシング流体ダクト（８４、８７）と、前記ダクトに接続されたフラッシング流体源（８３、８９）とを備え、前記フラッシング流体ダクトが動作時に前記出口ダクト（１４）に取り付けられている、船。
【請求項９】
前記フラッシング流体ダクト（８４、８７）が、消火ダクト又はホースを含み、前記フラッシング流体源（８３、８９）が、消火システムを含む、請求項８に記載の船。
【請求項１０】
前記フラッシング流体ダクトが弁（８８、８５）を介して空気出口ダクトに取り付けられている、請求項８又は９に記載の船。
【請求項１１】
船（１）の船体（４）の略平坦な底面（６）と、船が水を通って移動するときに前記底面の下を流れる水との間に空気潤滑層を設けるためのシステム（１６）を備えた船であって、
前記システムが、境界面（３０）内に位置する開口部（２０）を有するキャビティ（３３）を定める側壁（１８、１８’）及び上壁（１９）を備え、前記境界面が、前記略平坦な底面（６）の高さで前記側壁を横切り、前記開口部が、前記キャビティの長さ方向で見たときに先端部（２２）及び後端部（２１）を有し、圧縮機が、空気出口ダクト（１４）を介して前記キャビティに空気を供給するために前記キャビティに取り付けられ、前記キャビティと前記圧縮機との間で前記出口ダクト（１４）内に閉鎖可能な弁（８２、８６）が設けられている、船。
【請求項１２】
中心線（５０）と、互いに対向する側部（５１、５２）と、略平坦な底面（６）とを有する船体（４）備えた船（１）であって、
当該船が、幾つかの空気潤滑システム（７、８）を有し、前記空気潤滑システムの各々が、境界面（３０）内に位置する開口部（２０）を有するキャビティ（３３）を定める側壁（１８、１８’）及び上壁（１９）を備え、前記境界面が、前記略平坦な底面（６）の高さで前記側壁（１８、１８’）を横切り、前記開口部が、前記キャビティの長さ方向で見た状態で先端部（２２）及び後端部（２１）を有し、空気入口（２３）が、前記キャビティの前記開口部から離間配置され、前記キャビティが、長さ（Ｌｃ）、前記境界面（３０）からの前記上壁（１９）の距離（Ｈｃ）及び幅（Ｗ）を有し、ここで比Ｌｃ／Ｈｃが７：１乃至１３：１の範囲内にあり、比Ｗ／Ｈが１．３：１乃至２．５：１の範囲内にあり、比Ｌｃ／Ｗが３．５：１乃至７：１の範囲内にある船において、
当該船が、前記キャビティの各々に対して又は所定の長さ位置で前記中心線の両側にあるキャビティ対に対して、各キャビティ内の静水圧に実質的に対応する圧力で前記キャビティに空気を注入するための圧縮機（１１、１２）を収容していることを特徴とする、船（１）。
【請求項１３】
前記キャビティの前記長さ（Ｌｃ）が２ｍと１０ｍとの間であり、前記境界面（３０）からの前記上壁（１９）の距離が０．２ｍと１．５ｍとの間であり、幅（Ｗ）が０．４ｍと２ｍとの間である、請求項１２に記載の船（１）。
【請求項１４】
前記キャビティ（７、８）の各々が、その上壁（１９）内に、圧縮機（１１、１２）に接続された空気入口（２３）が設けられている、請求項１２又は１３に記載の船（１）。
【請求項１５】
当該船が、その船首（２）の近くに、上甲板の高さ（４１）の下方の垂直高さに位置する支持甲板（４０）を備え、前記圧縮機が前記支持甲板上に配置されている、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の船（１）。
【請求項１６】
船（１）の船体（４）の略平坦な底面（６）と、前記船が水を通って移動するときに前記底面の下を流れる水との間に空気潤滑層を設けるためのシステム（１６）であって、
当該システムが、境界面（３０）内に位置する開口部（２０）を有するキャビティ（３３）を定める側壁（１８、１８’）及び上壁（１９）を備え、前記境界面が、前記略平坦な底面（６）の高さで前記側壁を横切り、前記開口部が、前記キャビティの長さ方向で見た状態で先端部（２２）及び後端部（２１）を有し、空気入口（２３）が、前記キャビティの前記開口部（２０）から離間配置され、前記キャビティが、長さ（Ｌｃ）、前記境界面（３０）からの前記上壁（１９）の距離（Ｈｃ）及び幅（Ｗ）を有し、ここで比Ｌｃ／Ｈｃが７：１乃至１３：１の範囲内にあり、比Ｗ／Ｈが１．３：１乃至２．５：１の範囲内にあり、比Ｌｃ／Ｗが３．５：１乃至７：１の範囲内にあるシステムにおいて、
空気入口開口部（２３）が前記上壁（１９）内に設けられていることを特徴とする、システム（１６）。
【請求項１７】
前記キャビティの前記長さ（Ｌｃ）が２ｍと１０ｍとの間であり、前記境界面からの前記上壁の距離（Ｈｃ）が０．２ｍと１．５ｍとの間である、請求項１６に記載のシステム（１６）。
【請求項１８】
前記空気入口開口部（２３）は、直径がより小さいダクト区画（３５）に向かって徐々に先細になる比較的広幅の直径を有する区画（３４）を含む、請求項１６又は１７に記載のシステム（１６）。
【請求項１９】
圧縮機と対応するキャビティとの間のダクト内に逆止め弁が存在する、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載のシステム（１６）。
【請求項２０】
請求項１６〜１９のいずれか一項に記載のシステムを備えた、請求項６〜１５のいずれか一項に記載の船。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船上の海洋生成物付着（marine growth）を低減するための方法に関する。
【０００２】
本発明は、さらに、船が水を通って移動するときに船の船体と水との間に船体に沿って空気潤滑層を設けるためのシステムに関し、このシステムは、境界面内に位置する開口部を伴うキャビティ（凹部）を定める側壁及び上壁を備え、境界面は、実質的に船体の高さで側壁を横切り、開口部は、キャビティの長さ方向で見たときに前端部及び後端部を有し、空気入口が、キャビティの開口部から離間配置され、少なくとも１つの水デフレクタがキャビティ内に設けられる。
【０００３】
本発明はまた、空気潤滑層を設けるためのシステムを備え、圧縮機が、キャビティ内に空気出口ダクトを介して空気を供給するためにキャビティに接続された船に関する。
【背景技術】
【０００４】
かかるシステム及び船は、本出願人の名義で出願された国際公開２０１３／１２５９５１号から公知である。この文献において、船の平坦な底面の効率的な空気潤滑が、比較的小型の開放キャビティを設けてキャビティ内に静水圧付近で空気を注入し、底面の高さで略平坦な水−空気境界面が形成されるようにすることにより達成されることが記載されている。この境界面において、ケルビン・ヘルムホルツ（Kelvin Helmholtz）混合効果により空気が水中に混ざり合い、気泡の流れがキャビティの後方から漏れ出る。かかるキャビティは、摩擦抵抗を低減し、推進中の低減された摩擦の結果としてのエネルギー利得がキャビティに静水圧で空気を注入するために必要とされる余分なエネルギーよりはるかに勝るので、底面に沿って気泡層を設けるための安定かつ効率的な方法を提供することが見いだされた。
【０００５】
始動時にキャビティを空にすることを容易にするために、キャビティを横切って延びる幾つかの湾曲した波デフレクタが記載されている。波デフレクタは、キャビティ内部の乱流を低減し、より長時間にわたってキャビティ内部に空気を保持させるので、必要とされるのは、始動時の空気注入がそれほど強力ではない容量が低減された圧縮機である。
【０００６】
米国特許第６，１４５，４５９号明細書において、船体の内面上の圧縮空気を収容したキャビティに接続されたスリットを介して、船尾に向かってある角度で船体に沿って空気が噴射される、空気潤滑システムが記載されている。ワイヤを船体内のスリットの出口点の上流に配置して乱流を生じさせ、これが空気体積を分断することにより小さい気泡を形成する。この公知システムは、空気噴射が比較的高圧を要すること、並びに、摩擦抵抗の低減に比して潤滑に必要な動力の観点で比較的不十分であることを欠点として有する。さらに、船体の外側上のワイヤは、比較的脆弱であり、付加的な抵抗を生じさせ、また、汚れ、貝類又は海藻類の付着点を形成する場合がある。
【０００７】
特開２００２−２５８２号公報は、キャビティを有するとともに、キャビティ内部に負圧を形成するために底面の高さより下に突出した特別な上流楔形部を有する、空気キャビティ船を記載する。空気は、形成された負圧に鑑み、圧縮機を必要とすることなくキャビティに供給される。キャビティ内部で、より下方にある前方部分が、水と空気との混合を引き起こす非一様かつ乱流の空気−水境界面をもたらす。比較的内圧が低い小型の気泡がキャビティの後方から排出され、気泡のサイズは、気泡が船体の底面に沿って移動するにつれて水圧により小さくなる。この公知の潤滑システムは、キャビティ内部に生じる制御されていない負圧で動作するので比較的非効率的であり、また、平坦な底面と同じ高さの平坦な空気−水境界面は、ケルビン・ヘルムホルツ効果により、その境界面全体に沿った空気と水との混合を可能にするとともに、輪郭のはっきりした、乱されていない境界層内で、キャビティから底面上への境界面に沿った制限されない排出を可能にするが、そのような平坦な空気−水境界面を形成することができない。
【０００８】
船が浅水域を航行する場合、空気キャビティ及び／又は空気をキャビティに供給する空気ダクトに沈泥若しくは土壌又は海底由来のその他の物質が詰まって塞がることがある。
【０００９】
保守目的で、船が乾ドックにあるときにキャビティを簡単に検査できるようにすべきである。また、保守目的でのキャビティ内部へのアクセスを容易にすべきである。
【００１０】
船体上の海洋生成物付着、例えば、底面上のフジツボ若しくはその他の皮殻質の付着、又は船側上の海草若しくは藻類は、水の抵抗を非常に高めることが見いだされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、水の抵抗を低減する方法を提供することである。本発明の具体的な目的は、船体上の海洋生成物付着を低減するための方法を提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、空気出口ダクト内に入った沈泥若しくは土壌又はその他の閉塞物質を容易に清掃することができる空気供給ダクトを有する、空気潤滑のためのシステムを提供することである。
【００１３】
他の目的は、始動時の効率が改善され、かつキャビティ内部の不安定性の低減を示す、空気キャビティシステムを提供することである。さらなる目的は、キャビティ内に空気が含まれていない場合の水の擾乱の低減と、横揺れ時のキャビティ内部の安定な空気−水境界面とをもたらす、システム及び船を提供することである。
【００１４】
本発明は、空気潤滑の増大ための、底面に沿ったキャビティの改善された分布を提供することを目的とする。
【００１５】
さらに、本発明は、空気潤滑システムの改善された制御及び安全性を提供しようとするものである。
【００１６】
本発明の別の目的は、改善された気流特性を有する空気潤滑システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
ここに本発明によるシステムは、空気潤滑システムを設け、船体の少なくとも一部を気泡で覆うステップを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明者らは、気泡の層を船体にわたって設けることにより、船上の海洋生成物付着を低減し、さらに水抵抗を低減することを発見した。それゆえ本発明は、船体の少なくとも一部を気泡で覆う空気潤滑システムを設けることを含む、船上の海洋生成物付着を低減するための方法に関する。
【００１９】
好ましくは、海洋生成物付着を低減する方法は、境界面内に位置する開口部を伴うキャビティを定める側壁及び上壁を有する空気キャビティシステムの使用を含み、境界面は、実質的に船体の高さ、例えば略平坦な底面の高さで側壁を横切り、開口部は、キャビティの長さ方向で見たときに先端部及び後端部を有し、圧縮機がキャビティに接続され、圧縮機は、空気出口ダクトを介してキャビティに空気を供給するためにキャビティに接続される。
【００２０】
海洋生成物付着を低減する方法の実施形態は、船の側壁上に空気システムを設けることを伴う。かかるシステムは、米国特許第６，１４５，４５９号明細書から公知の空気システムとすることができる。
【００２１】
国際公開２０１３／１２５９５１号に記載のような底面上の空気キャビティシステム及び船体の船側上の米国特許第６，１４５，４５９号明細書のシステム又は当該分野で公知の同等の別のシステムの使用により、空気潤滑及び海洋生成物付着の低減により航行時の摩擦抵抗を低減する、効果的な複合効果を得ることができる。
【００２２】
驚くべきことに、本出願人は、船の船体上の海洋生成物付着を低減するために船上で空気潤滑システムを効果的に用いることができることを見いだした。気泡発生装置の空気圧は、連続的にすることも、又は最適かつエネルギー効率の良い防汚効果のために変化させる若しくはパルス化することもできる。空気潤滑システムは、連続的若しくは断続的に作動させることも、又は船が静止しているときに低減されたエネルギーレベルで作動させることもできる。
【００２３】
例えば、気泡の形成と、超音波トランスジューサにより発生されるような高周波数エネルギーの気泡への導入とを組み合わせることが可能である。かかる気泡は、気泡がそれに沿って境界層内を移動する船体表面の効果的な機械的洗浄をもたらすことが見いだされている。かかる付加的なエネルギーは、連続的に、又はエネルギー効率の良い洗浄のために特定の時間間隔で、気泡内にチャージすることができる。さらに、気泡に電荷を与えて、より効率的に船体にまとわりつくように（clinging）及び改善された防汚効果と組み合わされた改善された潤滑をもたらすようにすることができる。
【００２４】
好ましい実施形態において、実質的にキャビティの幅にわたって延びるデフレクタが、キャビティにわたって取外し可能に接続される。
【００２５】
デフレクタが取外し可能な方式でキャビティに取り付けられていることにより、例えば検査、又はさび、海洋生成物付着の除去及び／若しくは塗装などの保守のために船を乾ドックに入れて支材上に置くことにより、外部からキャビティの内側にアクセス可能になる。
【００２６】
実施形態において、幾つかのデフレクタ、好ましくは各デフレクタが、外方からアクセスできる少なくとも２つの取外し可能なボルトを介して船に接続される。
【００２７】
本発明による別の船は、船が、フラッシング流体ダクトと、該ダクトに接続されたフラッシング流体源とを備え、このフラッシングダクトが動作時に空気出口ダクトに接続されることを特徴とする。
【００２８】
空気出口ダクトをフラッシングダクトに取り付けることにより、土壌及びその他の閉塞物質を空気出口ダクトから効果的に除去することができる。
【００２９】
実施形態において、フラッシングダクトは、消火ダクト又はホースを含み、フラッシング流体源は、消火システムを含む。
【００３０】
船上の既存の消火システムを用いることにより、空気出口ダクトの洗浄のための適切な高圧液体源が利用可能になり、既知の消火ダクト内の圧力は総計で数バールに達し、例えば１０バールに達する。フラッシング流体ダクトは、弁を介して空気出口ダクトに接続することができる。弁は、蝶形弁を含むものとすることができ、洗浄が行われていないときには閉じることができ、フラッシングダクトを空気出口ダクトから取り外すことができる。洗浄を行うことが必要とされると、弁を介してフラッシングダクトを空気出口ダクトに取り付けることができ、フラッシング流体が空気出口ダクト内を上方に移動することを防止するためにフラッシングダクトの上流のダクト区画を閉鎖することになる。
【００３１】
本発明によるさらなる実施形態において、デフレクタは、キャビティの長さＬの少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％にわたってキャビティの長さ方向に延びる細長い部分を有する。
【００３２】
本発明による波デフレクタは、キャビティ内部の流れを安定化する。キャビティ長さ方向に比較的長い寸法を有する波デフレクタをキャビティ内部に設けることにより、船が例えば速度２０ノットで航行している間にキャビティに効果的に空気を満たすことができる。動作時、デフレクタは、空気が満たされたキャビティを波及び船の横揺れ運動による水の進入から効果的に遮蔽し、細長いデフレクタ部分は、横揺れ運動中にキャビティ内部の水面を安定に保ち、その結果、キャビティの安定な動作が保証される。また、船がキャビティ内部に空気を含まない状態で航行する場合、本発明による細長いデフレクタ部分は、低減された摩擦で、乱されていない水流をもたらす。
【００３３】
本明細書で用いられる場合、「略平坦な底面」という表現は、水平に対して＋５°と−５°との間の角度とすることができる平面内に延びている底面を意味することが意図される。
【００３４】
本発明によるデフレクタは、１つ又は複数の穴あき板部材により形成することができ、又は格子若しくは骨組み構造の形態とすることができる。
【００３５】
本発明によるシステムの実施形態において、デフレクタは、各々が水平に配向された部分を有する幾つかのデフレクタ部材を備え、キャビティの長さ方向における隣接した細長部材間の間隔は、キャビティ長さＬの１％と１０％との間である。
【００３６】
動作中、空気は、デフレクタ間を通って船体の底面の高さのケルビン・ヘルムホルツ境界面に向かって下方に、一様に分散された方式で通過することができる。隣接するデフレクタ間に比較的狭い開放領域ストリップを残すことにより、デフレクタは、波の進入及び横揺れ運動中の水の進入からキャビティを効果的に遮蔽し、その一方で、空気は、ケルビン・ヘルムホルツ境界面へと自由に移動することができる。
【００３７】
効果的なケルビン・ヘルムホルツ効果が生じる速度及び気流は、国際公開２０１３／１２５９５１号の４頁、４０行目〜５頁、５行目に示されており、これは引用により本明細書に組み入れられる。本発明による空気潤滑システムにより形成される気泡は、０．５ｍｍ乃至５ｍｍのサイズ範囲にある。より低速では、形成される気泡は、範囲の高い方の端にあるサイズを有し、典型的には直径３ｍｍと５ｍｍとの間の寸法をとることが示された。より高速の場合、気泡サイズは、範囲の低い方の端にあり、０．５ｍｍと約３ｍｍとの間であることが見いだされた。
【００３８】
本発明のキャビティを用いることができる船は、内海用途の小型サイズの船とすることもできるが、好ましくは外洋航行船であり、少なくとも長さ２０ｍから長さ５００ｍまでの平坦な底面を有するものとすることができる。本発明による空気潤滑システムの使用に適した船の排水トン数は、１０，０００トン以上、好ましくは５０，０００トン以上とすることができ、大型航洋タンカー、ばら積み貨物船、コンテナ船又はその他の貨物船、並びにフェリー、クルーズ船及びその他の客船を含むことができる。
【００３９】
キャビティの長さは、２ｍと１０ｍとの間とすることができ、キャビティの高さは、０．２ｍと１．５ｍとの間とすることができる。キャビティの幅は、４０ｃｍと２ｍとの間の範囲とすることができる。上記キャビティ寸法は、一定の気泡発生及び底面に沿った境界層内へのこれらの気泡の流入のための安定なケルビン・ヘルムホルツ境界面効果を生じさせるのに十分であることが見いだされた。
【００４０】
キャビティのサイズは、潤滑気泡の安定な層を発生されるために必要な空気の体積、及び崩壊して水で再度満たされた後にキャビティを再度満たすために必要な空気の体積の両方を決定する。それゆえ、キャビティサイズの最適化は、空気潤滑システムの全体としての効力及び総空気供給の効率を決定し、システムの全エネルギー効率にとって決定的である。このエネルギー効率は、船の燃料使用量の削減をもたらし、高い経済的利益を与える。
【００４１】
キャビティは、矩形形状とすることができるが、空気−水境界面の安定性の改善のために、その前部が短剣形又は弾丸形にされることが好ましい。
【００４２】
短剣形及び弾丸形のキャビティは、自由水面上の波の形成を低減することが見いだされた。この方式で、空気で満たされたキャビティは、より急速に崩壊することになる矩形形状を有するキャビティと比べて改善された安定性を示すことが見いだされた。
【００４３】
本発明によるシステムのさらなる実施形態において、各デフレクタは、境界面に対して実質的に平行なキャビティの長さ方向に少なくとも１０ｃｍ、好ましくは少なくとも１５ｃｍ延びた水平区画と、長さ方向に少なくとも１０ｃｍ延びるとともに水平デフレクタ区画の高さから上方に少なくとも５ｃｍ、好ましくは少なくとも１０ｃｍ延びる、上方に湾曲した湾曲横方向区画とを備え、ここでキャビティの長さ方向の隣接するデフレクタ部材間の距離は、１ｍを超えず、好ましくは３０ｃｍを超えず、最も好ましくは１０ｃｍを超えない。
【００４４】
波デフレクタの上方に湾曲した部分は、キャビティが空気で満たされているときに航行中に、上向きに方向付けられた波を下向き方向に偏向させる。
【００４５】
本発明によるシステムの実施形態において、少なくとも３つのデフレクタ部材がキャビティ内に設けられ、水平デフレクタ部分は、境界面に対して実質的に平行なデフレクタ平面内に位置する。好ましくは、デフレクタ平面は、キャビティのかなりの部分、例えば境界面の面積の少なくとも２５％、好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも７５％に及ぶ。このようにして、キャビティは、波の進入から効果的に遮蔽され、空気が満たされたキャビティの安定性が改善される。
【００４６】
別の実施形態において、デフレクタ平面は、境界面から少なくとも３ｃｍの距離に位置する。デフレクタ平面を空気−水境界面の比較的近くに設けることにより、この境界面の、例えば横揺れ運動中の上方への動きが低減され、空気で満たされたキャビティの安定性が改善される。好ましくは、キャビティの後端部において、キャビティ後壁は、後方に向かって上壁から境界面へと傾斜しており、少なくとも１つのデフレクタ要素が、傾斜したキャビティ後壁の下方に位置している。
【００４７】
好ましくは、空気供給開口部が、圧縮機出口ダクトとの接続のために上壁内に配置される。上壁を介してキャビティ内に注入される空気は、上部からキャビティにわたってそれ自体で一様に分かれ、デフレクタに沿って下方に流れて、安定な空気−水境界面を形成する。空気入口をキャビティの上壁内に設けることにより、前端部における気流が比較的乱されずに保たれ、最適な空気混合ケルビン・ヘルムホルツ境界面が形成される。これは、弾丸形又は短剣形キャビティが使用される場合に特に有利である。
【００４８】
本発明による船のさらなる実施形態は、中心線の両側に少なくとも３つのキャビティを有し、これらは、船首近くで中心線からそれぞれの側に延びる線に沿って、底面わたって長さ方向に分布する。このＶ形のキャビティ分布により、気泡の一様なブランケットを底面の全幅にわたって拡げることができる。さらなる実施形態によれば、キャビティは、船首に最も近いキャビティの後端部が、船尾に向かう方向で見て隣接するキャビティの前端部よりも船首から遠くに位置するような方式で配置することができる。
【００４９】
とがった船尾を有し、それに応じて形作られた平坦な底面を有する船の場合、キャビティは、底面の幅にわたる空気潤滑の最適な分布のために船体の形状に従う。扇形に拡がったキャビティ分布は、キャビティが船の長さ方向に整列した場合と比べて改善された底面強度をもたらす。
【００５０】
船体にわたる気泡の効果的な分布のために、船首に近い領域において、２つの最前方のキャビティは、中心線から所定距離に位置し、より船尾に近い２つの付加的なキャビティは、中心線からより短い距離に位置する。Ｖ形の境界の内側に含まれるこれら中央のキャビティは、船の中心線に沿って付加的な空気潤滑を与える。
【００５１】
横方向に均等に拡がったキャビティは、平坦な底面に沿って空気潤滑の良好な分布を与える。中心線近くの間隔が密なキャビティは、中心における流線の拡がりに合わされており、位置に関して、水が船の前部に遭遇した後の安定性に依存することが見いだされている。本発明者らは、驚くべきことに、拡張ＣＦＤ解析後に、間隔が密なキャビティの中心位置を見いだした。
【００５２】
各キャビティからの気流の適正な制御のために、及び故障の場合に冗長システムを提供することに鑑み、本発明による船は、各キャビティ又は所定の長さ位置で中心線の両側にあるキャビティ対に対して、各キャビティ内の静水圧に実質的に対応する圧力でキャビティに空気を注入するための対応する圧縮機を備える。各キャビティに対して圧縮機を設けることにより、各キャビティ内への気流を、圧縮機の出力を設定することにより効果的に制御することができる。これは、単一の圧縮機を設けて各キャビティへの気流をそれぞれの弁を介して制御するよりもはるかにエネルギー効率が良い。また、単一のかさばる圧縮機を用いる代わりに各キャビティに個別の圧縮機を使用することにより、既存の船の改装が容易になる。最後に、複数のより小型の圧縮機の使用は、単一の大型圧縮機の使用に比べて費用の面から好ましい。
【００５３】
船は、その船首の近くに、上甲板の高さの下方に位置する支持甲板を備えることができ、圧縮機は支持甲板上に位置する。
【００５４】
キャビティの上壁内の空気入口開口部は、より小さい直径のダクト区画に向かって徐々に先細になる比較的広幅の直径を有する区画を含むことができる。空気入口開口部の直径は、１５ｃｍと４０ｃｍとの間にあるものとすることができる。
【００５５】
広幅にされた空気入口は、入口における空気速度を低減するのに有効であることが見いださ、その結果、乱されていないケルビン・ヘルムホルツ境界面がもたらされ、結果として最適な水−空気混合がもたらされる。
【００５６】
本発明による空気潤滑システムの幾つかの実施形態、及びかかるシステムを備えた船を、非限定的な例として、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による空気潤滑システムを備えた船の略側面図を示す。
【図２】本発明による空気潤滑システムの斜視図を示す。
【図３ａ】図２のシステムの断面図を示す。
【図３ｂ】デフレクタのための取外し可能締結部材の実施形態の拡大詳細図を示す。
【図３ｃ】デフレクタのための取外し可能締結部材の別の実施形態の拡大詳細図を示す。
【図４】本発明による細長いデフレクタを有するキャビティの略側面図を示す。
【図５ａ】本発明によるデフレクタの実施形態を示す。
【図５ｂ】本発明によるデフレクタの別の実施形態を示す。
【図５ｃ】本発明によるデフレクタの別の実施形態を示す。
【図６】各キャビティに対して船首近くの支持甲板上に位置するそれぞれの圧縮機を備えた船の部分切取図を示す。
【図７】船首近くのＶ形構成の幾つかのキャビティを示す。
【図８】丸み付き前部を有する弾丸形キャビティの実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
図１は、２０ｍと５００ｍとの間の長さＬｖ、及び５ｍと７５ｍとの間の幅を有する船１を示す。船１は、少なくとも１００００トン、好ましくは少なくとも５００００トンの排水トン数を有するものとすることができ、外洋航行船である。船１は、船首２、船尾３、船側５、略平坦な底面６及びプロペラ１０を備えた船体４を有する。底面６の面内に開いた空気潤滑キャビティ７、８は、底面６に沿って分布し、平坦な船尾６に沿って船尾３に向かって移動する気泡９の層を発生させる。船の現行の（prevailing）喫水線の高さにおけるキャビティ内部の静水圧で空気を供給するために、圧縮機１１、１２が各キャビティ７、８に接続される。
【００５９】
圧縮機１１、１２は、キャビティ７、８に接続される空気出口ダクト１４を伴い、かつ、周囲空気を取り込むための空気入口ダクト１３を有する。圧縮機１１、１２は、航行速度、海況及び始動時及び停止時に応じて空気供給を調節するために、コントローラ１５により制御される。空気出口ダクト１４は、弁８２を介してキャビティ７、８に接続され、この弁は空気がキャビティに供給されておらず空気潤滑システムがその非動作状態にある場合は閉じることができる。
【００６０】
図１は、各キャビティ７、８に対して、弁８８を介してフラッシング流体源８９に接続されたフラッシング流体ダクト８７を示す。この弁は、例えば蝶形弁を含むことができる。浅水域を航行するとき、キャビティ７、８及び空気出口ダクト１４は、沈泥又は海底由来のその他の物質で詰まってしまうことがある。弁８８が開放されると、空気出口ダクト１４及びキャビティ７、８は、フラッシング流体源８９からの高圧フラッシング流体により洗浄される。流体がキャビティ７、８から出ることを可能にするために、弁８２が開放される。フラッシング流体源８９は、船１に存在する標準的な消火システムで構成されることができ、これは水を、例えば１０バールに達する圧力で空気出口ダクト１４に供給することが可能である。
【００６１】
図２は、船１の船体４の底面６内に嵌め込むことができるキャビティ３３を形成する一体型モジュールとして構築された空気潤滑システム１６を示す。システム１６は、側壁１８、１８’及び上壁１９を備える。側壁１８、１８’は、船１の底面６内に溶接することができるフランジ１７上に支持される。側壁１８、１８’は、船の平坦な底面と実質的に同じ高さの開口部２０を画定し、開口部２０は、滑らかな空気−水境界面を形成し、そこでケルビン・ヘルムホルツ混合効果により空気が水中に混合される。境界面において水と混合した気泡は、後縁部２１に沿ってキャビティを出て、キャビティから底面上へと滑らかな移行部を通過し、平坦な底面６に沿って船尾３の方向に制限されることなく移動する。凹形に湾曲した下方に傾斜した壁部分２７は、上壁１９を後縁部２１に接続し、キャビティ内部の空気及び水を、下方の後縁部２１に沿って位置する出口点まで滑らかな流れパターンで案内する。
【００６２】
キャビティ３３の前端部２２は、短剣（ダガー）形であり、空気入口２３が上壁１９内に位置する。空気入口２３は、圧縮機１１、１２の空気出口ダクト１４のうちの１つに接続することができる。
【００６３】
キャビティ３３の内部に、幾つかの湾曲した波デフレクタ２４、２５、２６が、キャビティの幅Ｗにわたって延びるとともに側壁１８、１８’に接続される。キャビティ３３の長さＬｃは約４ｍ、幅Ｗは約７５ｃｍ、高さＨｃは約４５ｃｍとすることができる。側壁１８、１８’は、１６ｍｍの厚さを有するものとすることができ、他方、フランジ１７及び上壁１９は、２０ｍｍの厚さを有するものとすることができる。
【００６４】
本発明者らは、適正な空気潤滑システム設計のために以下の重要な原理を適用することを発見した。
【００６５】
キャビティ内部の波デフレクタは、キャビティ内部の水流を安定化する。これは２つの理由で重要である。第１に、デフレクタは、船が速度を出している間にキャビティを空気で満たすことを可能にする。第２に、デフレクタは、システムがオフにされている（空気入力がない）ときに、キャビティの抵抗を最小化する。
【００６６】
波デフレクタは、船が速度を出している間にキャビティを通過する、乱されていない水流を得るために、境界面の上方に配置されるべきである。キャビティが空気で満たされているとき、デフレクタは水面から離れている。デフレクタは、船の横揺れ運動中に水面を安定に保つことにも役立つ。
【００６７】
キャビティの後壁の傾斜は、気泡が船の境界層内へ滑らかに放出されることに役立ち、また、垂直分散を最小化し、抵抗低減を最適化して、ケルビン・ヘルムホルツ混合により形成される気泡を中間の船表面境界層内に注入することに役立つように設計されている。
【００６８】
キャビティの前方の形状、すなわちくさび形又は弾丸形は、水流を制御し、空気／水境界面における波の不安定性を最小化し、ケルビン・ヘルムホルツ効果による境界層内への一貫した空気混合を改善する。
【００６９】
キャビティの長さは、一定の気泡発生及び境界層内への気泡の流入のための安定なケルビン・ヘルムホルツ空気混合を生じさせるのに十分となるように選択されるべきである。
【００７０】
船体の下のキャビティの相対位置は、船体の空気潤滑面積を最大化するのに重要である。
【００７１】
キャビティのサイズは、安定な気泡発生のために必要な空気の体積、及び空気ポケットが崩壊した後にキャビティを回復するために必要な空気の体積の両方を決定する。キャビティのサイズを最適化することで、全体としての潤滑効力及び総空気発生効率が決まる。
【００７２】
図３ａから明らかなように、波デフレクタ２４、２４’〜２６，２６’は各々、開放境界面３０から約５ｃｍの距離ｈｌにおいて延びる水平部分２９を有し、ここにキャビティ１６内部の空気と平坦な底面６に沿って流れる水との間の境界層が位置する。波デフレクタの水平部分２９は、約２０ｃｍの長さＬｗｈを有し、波デフレクタの湾曲部分３１は、約２０ｃｍの長さＬｗｃを有する。上壁１９からの波デフレクタ水平部分２９の距離ｈｕは、約３０ｃｍである。全ての波デフレクタの水平部分２９は、デフレクタ平面３２内で実質的に同じ高さに位置する。湾曲デフレクタ部分の高さｈｃは、約１１ｃｍである。隣接するデフレクタ２４、２４’間の距離は、約５ｃｍである。境界面３０上での波デフレクタ２４〜２６の投影面積は、境界面の面積の少なくとも２５％、好ましくは少なくとも５０％、最も好ましくは少なくとも７５％に及ぶ。
【００７３】
デフレクタ２４〜２６’は、ボルト８０を介してキャビティ壁に又は船体に接続され、このボルトは、船１が保守のために乾ドックにあるときに開放境界面３０を介してアクセス可能である。図３ｂ及び図３ｃの拡大詳細図に示されるように、ボルト８０は、これに溝を設けることができ、又は六角形頭部若しくは窪んだ頭部を備えることができる。デフレクタ２４〜２６’の容易な取外しにより、保守及び／又は検査のためにキャビティ１６の内側に容易にアクセスすることができる。
【００７４】
空気入口２３には、直径がより小さい圧縮機出口ダクト３５に接続される比較的広幅の区画３４が設けられ、この広幅区画は、空気速度を低減し、キャビティ３３への緩やかな空気流入をもたらす。
【００７５】
図４は、幾つかの実質的に水平なデフレクタ部材３４、３４’を備えた空気潤滑システム１６の模式図を示す。デフレクタ部材３４、３４’は、キャビティの幅にわたって支持された分離したストリップとすることも、又は図５ａ〜図５ｃに模式的に示すような型式の一体型デフレクタ２８の一部とすることもできる。
【００７６】
図５ａの実施形態において、デフレクタ２８は、幾つかのスリット３６、３６’を有する板状本体を含む。細長いデフレクタ部分３４、３４’は、一体型板状デフレクタ２８の一部である。
【００７７】
図５ｂに示す実施形態において、デフレクタ２８は、穴あき板の形態である。穴３７、３７’が、細長いデフレクタ部分３４、３４’を定める。
【００７８】
図５ｃの実施形態において、デフレクタ２８は、格子形又は骨組形であり、細長いデフレクタ部材３４、３４’は、横方向ガーダ３５、３５’により相互接続される。
【００７９】
図６で分かるように、幾つかの圧縮機１１が、船１の船首２の近くの圧縮機支持甲板４０上に支持される。他の圧縮機１２は、上甲板４１の高さで船首２の近くに位置する。各キャビティ７、８に対して１つの圧縮機１１、１２が設けられる。
【００８０】
フラッシング流体源８３は、弁８５を介してキャビティ７、８の空気供給ダクトに接続される。弁８６が閉じられているとき、弁８５を開けると、弁８６の下流の空気供給ダクトを高圧水により洗浄することができる。フラッシング流体ダクト８４は、固定することもできるが、一時的使用のためにレイアウトすることもでき、例えば普通の消火ホースにより形成することができる。
【００８１】
図７において、幾つかのキャビティ５４、５４’〜５９、５９’は、後方向に向かって中心線５０から側部５１、５２に延びる線に沿って分布する。２つの中央キャビティ５３、５３’は、中心線５０の近傍に設けられる。キャビティ５４〜５９’の中心線は、中心線５０に関して僅かに角度を成す。キャビティ５４、５５、５６及び５７並びに５４’、５５’、５６’及び５７’については、前部７０が、前方のキャビティの後部７１よりも船首２の近くに配置される。この「重なり」が、平坦な底面６にわたる気泡の一様な分布をもたらす。
【００８２】
図８に示すように、キャビティ３３は、その前端部２２に、例えば弾丸形になるように、丸み付きヘッドを有する。丸み付き弾丸形前端部２２並びに短剣形前端部は両方とも、境界面に沿って波を形成することなくキャビティ３３内部に安定な空気−水境界面の形成をもたらすことが見いだされた。
【図１】
2017507072.tif 000003
【図２】
2017507072.tif 000004
【図３ａ】
2017507072.tif 000005
【図３ｂ】
2017507072.tif 000006
【図３ｃ】
2017507072.tif 000007
【図４】
2017507072.tif 000008
【図５ａ】
2017507072.tif 000009
【図５ｂ】
2017507072.tif 000010
【図５ｃ】
2017507072.tif 000011
【図６】
2017507072.tif 000012
【図７】
2017507072.tif 000013
【図８】
2017507072.tif 000014
【国際調査報告】
2017507072.tif 000015
2017507072.tif 000016
2017507072.tif 000017
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