(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶が停止又は航走している際の喫水面を検出する喫水面の検出方法であって、
想定される喫水面から上下方向に所定の範囲で、船体の外板内面側に温度を測定する温度測定範囲を設け、前記温度測定範囲の温度を測定し、測定した温度の変化する位置及び／又は温度分布から喫水面を検出することを特徴とする船舶の喫水面の検出方法。
【請求項２】
前記温度測定範囲の周辺に所定の離隔で貼付されたヒータにより、前記外板内面を所定の温度で加熱し、加熱状態において前記温度測定範囲の温度を測定することを特徴とする請求項１に記載の船舶の喫水面の検出方法。
【請求項３】
前記温度測定範囲に測温体を貼付し、前記温度測定範囲の温度を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶の喫水面の検出方法。
【請求項４】
サーモグラフィーカメラで前記温度測定範囲の熱分布画像を撮像し、撮像した熱分布画像を分析し、喫水面を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶の喫水面の検出方法。
【請求項５】
長手方向に沿って設けられた船舶の姿勢を調整する複数のバラストタンクのバラスト水量を調整し、船舶が停止又は航走している際の喫水面を制御する船舶の喫水面制御システムであって、
船体の外板内面側に、想定される喫水面から上下方向に所定の幅で設定された複数の温度測定範囲と、
前記温度測定範囲の温度を測定し、温度の変化する位置及び／又は温度分布から喫水面を検出する温度測定部と、
前記温度測定部から得られる複数の喫水面データに基づいて、前記バラストタンクに注排水するバラスト水量を制御する喫水面制御部とを備えたことを特徴とする船舶の喫水面制御システム。
【請求項６】
前記温度測定範囲の周辺に所定の離隔で貼付されたヒータと、前記ヒータの加熱温度を制御するヒータ制御部とを備えたことを特徴とする請求項５に記載の船舶の喫水面制御システム。
【請求項７】
前記温度測定部は、前記温度測定範囲の温度を測定する測温体を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の船舶の喫水面制御システム。
【請求項８】
前記温度測定部は、前記温度測定範囲の温度を測定するサーモグラフィーカメラを備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の船舶の喫水面制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の喫水面を安全かつ精度よく検出するための喫水面の検出方法、及びその方法を用いた船舶の喫水面制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の主要因とされる二酸化炭素の排出削減に対する要求の高まりから、船舶に対する燃費改善への要求が強くなっている。また原油価格の高騰による燃料コストアップの面においても、その推進効率を向上させる必要があり、様々な工夫が提案されている。例えば、従来以上に燃料消費量の少ない、言い換えると、航走時における船体抵抗の少ない船型の開発等である。
【０００３】
船体抵抗を少なくするには、船型の開発に加え船舶の計画喫水状態の姿勢および計画速度での航走が肝要である。しかし、船舶の喫水面は載荷状態や計画速度と異なる速度での航走で変化する。このため、計画喫水面での航走には、停止又は航走中の喫水面を検出し、かかる喫水面と計画喫水面との相違を検出し、その相違を解消する制御を行う必要がある。
【０００４】
ここで、喫水面とは船舶が水に浮いているときの船底から水面までの垂直距離をいい、その船舶が最大に貨物等を積載することができる積載量を決定する満載喫水面、何も積載していない状態の喫水面を最軽喫水面としている。また、船舶は、積み荷やバラスト水の積み方によって、船首から船尾にかけて傾斜する。船首の喫水面（船首喫水）と船尾の喫水面（船尾喫水）との差をトリムといい、船首と船尾の喫水面が読みとれるよう船首と船尾のそれぞれの位置に喫水位置がわかるドラフトマーク（喫水を見るための目盛）が記されている。
【０００５】
下記特許文献１には、喫水計測具１０を使用した喫水計測方法が開示されている。特許文献１に記載の技術は、図８に示すように、計測員Ａが小型船２０に乗って、計測対象の船舶３０に近接して、船舶３０の水面Ｗ近傍の船舶３０側の外板３０aに設けられたマークＭ と水面Ｗとの間の距離Ｈを計測する、というものである。特許文献１に記載の技術は、計測場所に波があるために完全には一定にならず、変動しているので、１０回から３０回程度読み取った平均値を計測値とし、この計測値と基準部材１１ｄを合わせた喫水マークＭ とから計測喫水を算出するというものである。
【０００６】
かかる喫水計測では、計測員Ａ が水面Ｗ 上に乗り出して、目視で目盛１１ｅを読み取る作業を多数回繰り返し、しかも、一隻の船舶３０体の船首、船体中央、船尾と、その両舷など、計６〜１０程度を計測する必要がある。このため、作業効率が著しく悪い上に、苦労して計測した割には、計測精度が劣る、という問題がある。また、船舶が港湾等に停止しているときにしか計測できず、航走中においては喫水面の計測はできない、という問題がある。
【０００７】
下記特許文献２に記載の技術は、計測者が船外に乗出すことなく安全に喫水確認を行うことができ、船舶船尾域の複雑なフレアー形状の外板が海面に接しない箇所についても正確な喫水数値の計測を可能とする船尾喫水計測用冶具が開示されている。
【０００８】
特許文献２に記載の技術は、船舶船尾舷側から吊り降ろされる支柱管の下方に配置される文字表示部と、当該文字表示部の表面に配置され、中に下方から侵入する海水の海面位置で浮遊するフロートが配置される透明パイプと、前記支柱管に沿って上下にスライドし、当該文字表示部の表示文字及び前記フロートの双方を同時に反射する反射部とを有する船尾喫水計測用冶具を使用して喫水面を計測する、というものである。
【０００９】
特許文献２に記載の技術によれば、船舶の喫水計測のために縄梯子等を使用したり、計測員が船外へ身を乗り出しての確認作業を行う必要がなく、安全に喫水確認を行うことができる。また、船舶船尾域の複雑なフレアー形状の外板が海面に接しない箇所についても正確な喫水数値の計測が可能である。
【００１０】
しかし、船舶船尾の喫水面の確認としてしか使用することができない。また、特許文献１に記載の技術と同様に、船舶が港湾等に停止しているときに用いるものであり、船舶が航走している状態、特に悪天候時には使用することが難しい、という問題がある。
【００１１】
船舶の喫水面の計測・制御は、船舶の燃費効率に影響するのみでなく、航走の安定性にも関係する。船舶の積載荷重は、港湾等における荷物の積み下ろしだけでなく燃料の消費により刻々と変化する。一般的に燃料タンクは、浮心から前あるいは後に離れた位置に配置されているので、燃料タンク内の燃料量は船舶の姿勢（ トリム） に影響を及ぼし、航走に伴い燃料は消費されるので、船舶のトリムは航走中に変化する。
【００１２】
このため喫水面の検出は、船舶の停止状態だけでなく、航走中における喫水面の検出と、船首から船尾にかけての喫水ラインの検出が求められる。航走中に喫水面、喫水ラインの検出ができれば、バラスト水の注排水により喫水面を制御することができ、船舶は燃費効率が良い、安定した航走を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１４−１９６０５６号公報
【特許文献２】特開２０１９−１９４０５７（特許第６５３４７６０号公報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで本発明の課題は、船舶の停止状態における喫水面の検出のみでなく、航走中における喫水面の検出と、船首から船尾にかけての喫水ラインの検出が可能である喫水面の検出方法、及びその方法を用いた喫水面の制御システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため本発明は、船舶が停止又は航走している際の喫水面を検出する喫水面の検出方法であって、
想定される喫水面から上下方向に所定の範囲で、船体の外板内面側に温度を測定する温度測定範囲を設け、前記温度測定範囲の温度を測定し、測定した温度の変化する位置及び／又は温度分布から喫水面を検出することを特徴とする船舶の喫水面の検出方法、である。
【００１６】
想定される喫水面は、満載喫水面から最軽喫水面の範囲にあるが、その上下方向（船舶の浮沈方向）に所定の範囲（その上下方向の長さは船舶の大きさで異なるため、船舶に応じた必要な長さとし、その幅は測温体の幅程度とする範囲）を温度測定範囲として設定し、係る温度測定範囲の温度を測定し、温度が変化する位置を喫水面として判定する。
【００１７】
船舶の外板は、喫水面より下部が海中に沈み、喫水面より上部は浮いた状態にある。このため、喫水面より下の船体の外板の温度は、海水の温度と同じであり、船体外板の内面の温度も、喫水面よりも下の部分の温度は、ほぼ海水の温度となる。これは喫水面より下部の船舶の外板は、海という無限大の恒温槽に浸漬している状態にあり、船室側（外板の内面側）であっても、喫水面より下部の部分は海水の温度とほぼ同じになる。一方、喫水面より上部分の温度は船室の温度となる。
【００１８】
ここで、海水の温度は船舶が航走する海域で大きく異なる。また、船内の温度も航走海域、航走時の季節、エンジン出力変動等により変化する。これらの影響で海水の温度と船内の温度との間に差が出難い場合がある。喫水面の上下部分で温度差が僅かであると、温度変化の境目が明瞭に表れない。かかる場合には、温度測定範囲の両側に所定の離隔でヒータを貼付し、船舶の外板内面に設けられた温度測定範囲の周辺又は両側を加熱する。
【００１９】
ヒータの加熱設定温度は、５０℃から６０°に設定する。これによりヒータで加熱された喫水面より上の部分の温度は、ヒータの加熱設定温度に近い温度となるが、喫水面よりも下の部分は、上述したように海水中にあり膨大な熱容量を有するため、その温度はほとんど変化しない。即ち、温度測定範囲の両側を所定の温度で加熱することで喫水面（温度の変化する位置）を顕在化することができる
【００２０】
温度測定範囲の温度測定は、例えばシース熱電対、白金測温抵抗体素子、サーミスター測温抵抗体素子等の測温体をそこに貼付することで測定する。あるいはシース熱電対等に代えて、サーモグラフィーカメラで温度測定範囲の熱分布の画像を撮像し、撮像した熱分布画像を分析することで測定できる。温度分布の境目から喫水面を検出することができる。
【００２１】
本発明は、長手方向に沿って設けられた船舶の姿勢を調整する複数のバラストタンクのバラスト水量を調整し、船舶が停止又は航走している際の喫水面を制御する船舶の喫水面制御システムであって、
船体の外板内面側に、想定される喫水面から上下方向に所定の幅で設定された複数の温度測定範囲と、
前記温度測定範囲の温度を測定し、温度の変化する位置及び／又は温度分布から喫水面を検出する温度測定部と、
前記温度測定部から得られる複数の喫水面データに基づいて、前記バラストタンクに注排水するバラスト水量を制御する喫水面制御部とを備えたことを特徴とする船舶の喫水面制御システム、である。
【００２２】
航走速度や種々の載荷状態で、船舶のトリムや喫水面が変化するが、喫水面から上下方向に所定の幅の温度測定範囲を複数設け、かかる温度測定範囲の温度を測定し、測定した温度の変化する位置が喫水面と判定する。判定した喫水面と所望の喫水面とを比較し、所望の喫水面、及び所望のトリムとなるようにバラストタンクへの注排水量を制御する。これにより、船舶の姿勢が調整され燃料効率が良い安定した航走が可能となる。
【００２３】
前記温度測定範囲の両側に所定の離隔で貼付されたヒータと、前記ヒータの温度を制御するヒータ制御部とを備えることは好適である。これは海水温度と船内温度との差が僅かな場合、温度差の生じる境目が明瞭に表れないが、温度測定範囲の両側に所定の離隔でヒータを貼付し、外板内面をヒータで加熱すると、ヒータで加熱された喫水面より上の部分の温度はヒータの加熱設定温度に近い温度となるが、喫水面よりも下の部分はほとんど変化しない。これにより、温度測定部の温度が変化する位置（境目あるいは温度分布の領域境界）が明瞭となり、喫水面を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、実施例の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図１は、右舷側端部に長手方向に沿って３個のバラストタンク、左舷側端部に同様に長手方向に沿って３個のバラストタンクを備えた船体１の斜視図である。
【００２５】
バラストタンク２０が、船体１の中心線に対して略線対称、それぞれ３個設けられている。図１には図示されていないが、バラストタンク内部には、バラスト水の量を検出する検出器が備えられ、右舷のバラストタンク２０は右舷注排水装置２１０、左舷のバラストタンク２０は左舷注排水装置２１１に接続している（図２参照）。
【００２６】
各バラストタンクの周辺や、船体の外板に設けられているドラフトマークの位置に相当する外板内面には、温度測定範囲１０１が設けられている。温度測定範囲１０１は、船舶１の外板の内側（船内の内壁）に想定される喫水面の上下方向（船舶の浮沈方向）に設ける。その上下方向の長さは船舶の大きさで異なるため、船舶に応じた必要な長さの温度測定範囲１０１を設けるが、本実施例では喫水面よりも上方向に１ｍ、下方向に１ｍ程度とした。また、喫水面を判定する分解能はそこに貼付する測温体（温度測定器）の設置間隔により決まる。例えば温度測定器としてシース熱電対、白金測温抵抗体素子、サーミスター測温抵抗体素子等の測温体を用いるが、その測温体を１ｃｍ間隔で設置すれば１ｃｍの分解能となり、１０ｃｍ間隔で設置すれば１０ｃｍの分解能となる。その船舶に必要な分解能に応じた数の測温体（温度測定器）を温度測定範囲１０１に貼付する。温度測定範囲の温度が変化する位置（境目あるいは温度分布の領域境界）を喫水面と判定する。
【００２７】
図２は船舶１のバラストタンク２０の配置、これに接続する注排水管、注排水装置、そして喫水面制御部２００の配置を模式的に示した図である。右舷注排水装置２１０には、右舷バラストポンプ２５０と、長手方向に延設された注水管、バラストタンク２０とを接続する注排水分岐管、右舷注排水バルブ２５５が接続している。同様に左舷注排水装置２１１には、左舷バラストポンプ２５１と、長手方向に延設された注水管、バラストタンク２０とを接続する注排水分岐管、左舷注排水バルブ２５６が接続している。
【００２８】
喫水面制御部２００は、温度測定部１００からの喫水面データに基づき、所望の喫水面、トリムを維持するために、バラストポン部２５０、２５１、注排水バルブ２５５、２５６を制御し、各バラストタンク２０のバラスト水量を調整する。
【００２９】
図３は船舶１の断面図であって、船舶の外板２の内側（船内）に設けた温度測定範囲１０１の温度を熱電対を測定器として測温する場合の温度測定器１１１の配置を示した図である。図３に示すように、想定される喫水面の上下方向に設けられた温度測定範囲１０１に熱電対が添付されている。熱電対は信号線（図示していない）により温度測定部１００のデータ中継処理部１０２に接続しており、常時、温度測定範囲１０１の測温データを送信する。
【００３０】
温度測定範囲１０１に貼付された温度測定器１１１以外に、船底には温度測定器１１２、船内中央には温度測定器１１３が配置されている。船底の温度は、ほぼ海水の温度と同じであり、温度測定器１１２の測温データは、海水の温度として温度測定部１００のデータ中継処理部１０２に送信される。船内の温度は、温度測定器１１３により測温され、船内の温度として温度測定部１００に送信される。
【００３１】
図４は船舶１の断面図であって、船舶の外板２の内側（船内）に設けた温度測定範囲１０１の温度をサーモグラフィーカメラで測定する場合の温度測定器の配置を示した図である。図３に示す温度測定範囲１０１に熱電対を貼付し温度を測定する場合、その分解能は温度測定範囲に貼付する熱電対数と、配置間隔により決まる。
【００３２】
しかし、サーモグラフィーカメラであれば温度測定範囲１０１にそれを貼付する必要はなく、その分解能は設置する個体数に依存しない。一方、サーモグラフィーカメラの場合には、温度測定範囲１０１から所定の離隔を持って設置する必要あり、その空間が必要となる。また、サーモグラフィーカメラからの温度分布画像を処理する画像処理が必要になる。これらの特性を踏まえ、温度測定器を設置する環境との関係で温度測定器を選択する。
【００３３】
図５は温度測定範囲１０１の両側にヒータ３００を設置した船舶の外板２の内側（船内側）部分を示した図である。なお、この実施例では両側にヒータ３００を設置しているが、片側でもよく、またその周辺に設けることでも良い。温度測定範囲１０１の両側に所定の離隔で設置されたヒータ３００は、その温度を制御するヒータ制御部１０６と電源線・制御線（図示していない）で接続している。温度測定範囲１０１の周辺にヒータを設置するのは、温度が変化する境を明瞭化（温度差を大きく）するためである。
【００３４】
船舶は赤道付近の海域から極点海域など、様々な海域を航走し、また積載物や天候等によりエンジンの出力が変わる。こうしたことが要因となり、海水の温度と船内の温度との差が僅かにしかならない場合がある。かかる場合には、温度測定範囲において温度差の生じる境目が明瞭に表れない。
【００３５】
しかし、温度測定範囲１０１の両側に所定の離隔でヒータを貼付し、外板２の内面をヒータで加熱すると、喫水面より上の部分の外板の温度は、ヒータの加熱設定温度に近い温度となる。一方、喫水面よりも下の部分は水中にあることから、その温度はほとんど変化しない。これにより温度変化の境目が明瞭となり喫水面を容易に検出することができる。
【００３６】
図６は喫水面制御システム１０のブロック図である。喫水面制御システム１０は、温度測定範囲１０１の温度を測定等する温度測定部１００と、温度測定部１００からの測温データを分析処理し、所望の船体姿勢に必要となるバラストタンク２０のバラスト水を調整する喫水面制御部２００と、温度測定範囲１０１の両サイドに貼付されるヒータ３００とを備える。
【００３７】
温度測定部１００は、温度測定範囲１０１の温度を測定する温度測定器１１１、船底の温度を測定する温度測定器１１２、船内の温度を測定する温度測定器１１３、これらの温度測定器からの測温データを中継処理するデータ中継処理部１０２、データ中継処理部１０２からのデータを予め定めたデータと比較処理等を行う測温データ処理部１０５、そしてヒータ３００の制御を行うヒータ制御部１０６を備える。
【００３８】
喫水面制御部２００は、温度測定部１００から送信されてくる測温データを分析処理し、喫水面を算出する喫水面データ処理部２０１、喫水面データ処理部２０１が検出した喫水面と所望の船体姿勢のデータ等から、船体姿勢制御データを算出する船体姿勢制御部２０２、船体姿勢制御部２０２のデータに基づいてバラストタンク２０のバラスト水の調整を行うバラストタンク制御部２０３を備える。なお、バラストタンク制御部２０３からの制御データにより注排水制御装置２５０、２５１が、各バラストタンク２０のバラスト水の注排水を行う。
【００３９】
ヒータ３００は、ヒータ制御部１０６からのデータに基づき、設定された温度で温度測定範囲１０１の周辺を加熱する。温度測定器３２０はヒータ回りの温度を測定し、ヒータ制御部１０６にヒータ回りの温度をフィードバックする。
【００４０】
図７は喫水面検出のフローチャートである。先ず、温度測定器１１２と温度測定器１１３とにより、船内の温度と船底の温度を測定する（Ｓ１，Ｓ２）。次に、温度測定範囲１０１の温度を温度測定器１１１により測定するとともに、船内温度と船底温度の差分を検出し、温度測定範囲１０１の温度分布に１０℃以上の差があるか否かを判定する（Ｓ４）。
【００４１】
温度測定範囲１０１の温度分布に１０℃以上の差が表れていない場合は、ヒータ制御部１０６によりヒータ３００をＯＮにし（Ｓ８）、ヒータ回りの温度を測定し（Ｓ９）、温度測定範囲１０１の温度分布に１０℃以上の差が表れている否かを判定し（Ｓ１０）、１０℃以上の温度差が表れていればヒータ３００をＯＦＦとし、表れていなければヒータ３００の加熱を継続する。
【００４２】
温度測定範囲１０１の温度分布に１０℃以上の差が表れていれば、温度分布の変化点（位置）を船底からの距離に換算し、喫水面データを生成する（Ｓ６）。喫水面データは喫水面制御部２００に送信され船体姿勢の制御データとして使われる（Ｓ７）。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】バラストタンクを備えた船体１の斜視図である。
【図２】船舶１のバラストタンクの配置、これに接続する注排水管、注排水装置、そして喫水面制御装置の配置を模式的に示した図である。
【図３】船舶の断面図であって、船舶の外板の内側（船室内）の設けた温度測定範囲の温度を測定する熱電対の配置である。
【図４】船舶の断面図であって、船舶の外板の内側（船室内）の設けた温度測定範囲の温度を測定するサーモグラフィーカメラ等の配置である。
【図５】温度測定範囲の両側にヒータを貼付した船舶の外板の内側（船内側）の部分を示した図である。
【図６】喫水面制御システム１０のブロック図である。
【図７】喫水面検出のフローチャートである。
【図８】従来技術における喫水面の検出方法の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  船体
２  船体の外板
１０  喫水面制御システム
２０  バラストタンク
１００  温度測定部
１０１  温度測定範囲
１０２  データ中継処理部
１０５  測温データ処理部
１０６  ヒータ制御部
１１１  １１２  １１３  温度測定器
２００  喫水面制御部
２０１  喫水面データ処理部
２０２  船体姿勢制御部
２０３  バラストタンク制御部
２５０  注排水制御装置
３００  ヒータ
３２０  温度測定器
【要約】      （修正有）【課題】船舶の停止状態のみでなく航走中における喫水面の検出、及び船舶の喫水面の制御システムを提供する。【解決手段】船舶が停止又は航走している際の喫水面ＷＬを検出する喫水面の検出方法であって、想定される喫水面から上下方向に所定の範囲で、船体の外板内面に温度を測定する温度測定範囲を設け、かかる部位の温度を測定し、前記測定した温度が変化する位置を喫水面と判定する。【選択図】図４【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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