(57)【要約】 【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】  船首プレート３の外側となる部分に船首プレート３との間に隙間を設けてウィング２０を配置している。この実施例にあっては、船首プレート３の左右及び下側下流部分にウィング２０を配置している。ウィング２０の形状は板状をなすとともに断面形状で中央部分が最も厚くなった紡錘形状をなしている。ウィング２０の形状はこれに限らず、船の航行に伴ってウィング２０と船体との間が負圧になる形状であればよい。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船首の先端に当該船首の先端形状に倣った３次元曲面形状の船首プレートが取付けられ、この船首プレート内側面と船首外側面との間に空間が形成され、この空間に空気を供給する空気供給源が船体内に配置され、前記空間内に供給された空気は船首プレートと船体との隙間から微小気泡として船体に沿って排出されることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項２】
球状船首（Bulbous bow）の周囲の全周または下半周に亘って複数の微細気泡発生部材が設けられ、この微細気泡発生部材は船の航行にしたがって負圧を発生するウィングを備え、このウィングと船体との間に空間が形成され、この空間に空気を供給する空気供給源が船体内に配置され、前記空間内に供給された空気はウィングと船体との隙間から微小気泡として船体に沿って排出されることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項３】
船体に設けた空気供給源からの空気を船体に沿って気泡として排出する摩擦抵抗低減船であって、前記空気供給源は船の航行に伴うピッチングおよびローリングを利用したピストンの移動でシリンダから空気を圧送するシリンダユニットであることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項４】
請求項１に記載の摩擦抵抗低減船において、前記船首は球状船首（Bulbous bow）であることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の摩擦抵抗低減船において、前記空気供給源は船の航行に伴うピッチングおよびローリングを利用したピストンの移動でシリンダから空気を圧送するシリンダユニットであることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項６】
請求項１に記載の摩擦抵抗低減船において、前記船首プレートの外側に、ケルビン−ヘルムホルツ不安定性現象（Kelvin-Helmholtz-Instability）領域を形成するウィングが設けられていることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項７】
請求項６に記載の摩擦抵抗低減船において、前記ウィングは位置調整可能とされていることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
【請求項８】
請求項１に記載の摩擦抵抗低減船の運転方法であって、前記船首プレートと船首の先端との間に形成された空間内に空気供給源から空気を送り込み、船体の航行に伴って前記船首プレートまたは前記ウィングと船体との間に発生するケルビン−ヘルムホルツ不安定性現象（Kelvin-Helmholtz-Instability）によって送り込んだ空気を微細気泡に変換して船体に沿って排出することを特徴とする摩擦抵抗低減船の運転方法。
【請求項９】
請求項２に記載の摩擦抵抗低減船の運転方法であって、前記ウィングと船体との間に形成される空間に空気供給源から空気を送り込み、船体の航行に伴って前記空間内に発生するケルビン−ヘルムホルツ不安定性現象（Kelvin-Helmholtz-Instability）によって送り込んだ空気を微細気泡に変換して船体に沿って排出することを特徴とする摩擦抵抗低減船の運転方法。
【請求項１０】
請求項３に記載の摩擦抵抗低減船の運転方法であって、船の航行に伴うピッチングおよびローリングを利用したピストンの移動でシリンダから空気を船体の外側まで圧送し、船体の外側において微細気泡に変換して船体に沿って排出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、船体の外側面に沿ってパイプを取付け、このパイプによって空気を供給する手段が、特許文献１および特許文献２に提案されている。
【０００４】
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性現象（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。
【０００５】
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付け、凹部内にケルビン−ヘルムホルツ不安定性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。
【０００６】
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、ウィングを用いる技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１８０３８０号公報
【特許文献２】特開２０００−２９６７９６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】
【０００８】
特許文献１〜４に開示される技術にあっては長大な空気配管（ダクト）を船体の外側面または内側面に沿って船底まで引き廻さなければならず、取付け作業が大変である。また船体の外側面に空気配管（ダクト）を取付けた場合には、抵抗の増加を招き、船体内に配置した場合には有効スペースが減少してしまう。
【０００９】
船底部分まで空気を送り込む動力として、ポンプを用いるとポンプを駆動する動力が必要になり、却って燃費の点で不利になる。また、エンジンの排気をそのまま気泡として排出する提案も過去にはなされているが、排気抵抗がエンジン出力の低下につながってしまい、この方式も燃費の点で不利になる。
【００１０】
また、特許文献３、４のように主動力を航行に伴って発生する負圧にした場合には大幅に燃費削減になるが、それでも、ダクト内の気液界面を気泡発生箇所まで押し下げるためのアシストコンプレッサを必要とする。
【００１１】
更に、摩擦低減を図るには気泡ができるだけ長い範囲に亘って船体に付着していることが好ましい。そのためにはできるだけ船首部分に気泡発生箇所を設けるのが有効と考えられる。しかしながら、船首部分は一般に球状船首（Bulbous bow）となっている。この球状船首（Bulbous bow）は船体が海水をかき分ける際に生じる波と相反する波を形成し、波を相殺して造波抵抗を抑制するものであり、複雑な３次元形状をしている。
このため、球状船首（Bulbous bow）を含め、船首の部分から気泡を発生させる具体的な提案はなされていない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため第１発明に係る摩擦抵抗低減船は、球状船首（Bulbous bow）などの船首の先端に当該船首の先端形状に倣った３次元曲面形状の船首プレートが取付けられ、この船首プレート内側面と船首外側面との間に空間が形成され、この空間に空気を供給する空気供給源が船体内に配置され、前記空間内に供給された空気は船首プレートと船体との隙間から微小気泡として船体に沿って排出される構造になっている。前記空気供給源としてはコンプレッサーなど任意である。
【００１３】
また、第２発明に係る摩擦抵抗低減船は、球状船首（Bulbous bow）の周囲の全周または下半周に亘って複数の微細気泡発生部材が設けられ、この微細気泡発生部材は船の航行にしたがって負圧を発生するウィングを備え、このウィングと船体との間に空間が形成され、この空間に空気を供給する空気供給源が船体内に配置され、前記空間内に供給された空気はウィングと船体との隙間から微小気泡として船体に沿って排出される構造になっている。この第２発明においても空気供給源としてはコンプレッサーなど任意である。
【００１４】
また、第３発明は船体に設けた空気供給源からの空気を船体に沿って気泡として排出する摩擦抵抗低減船であって、前記空気供給源を船の航行に伴うピッチングおよびローリングを利用したピストンの移動でシリンダから空気を圧送するシリンダユニットとした。この第３発明は、球状船首（Bulbous bow）以外の箇所に気泡発生部材を設ける場合にも適用できる。
【００１５】
また、前記第１発明にあっては、船首プレートの外側（左右または下側）に、ケルビン−ヘルムホルツ不安定性現象（Kelvin-Helmholtz-Instability）領域を形成するウィングを設けるようにしてもよい。この場合、ウィングを位置調整可能とすることが好ましい。
【００１６】
また、第１発明に係る摩擦抵抗低減船の運転方法は、前記船首プレートと船首の先端との間に形成された空間内に空気供給源から空気を送り込み、船体の航行に伴って前記船首プレートまたは前記ウィングと船体との間に発生するケルビン−ヘルムホルツ不安定性現象（Kelvin-Helmholtz-Instability）によって送り込んだ空気を微細気泡に変換して船体に沿って排出する。
【００１７】
第２発明に係る摩擦抵抗低減船の運転方法は、ウィングと船体との間に形成される空間に空気供給源から空気を送り込み、船体の航行に伴って前記空間内に発生するケルビン−ヘルムホルツ不安定性現象（Kelvin-Helmholtz-Instability）によって送り込んだ空気を微細気泡に変換して船体に沿って排出する。
【００１８】
第３発明に係る摩擦抵抗低減船の運転方法は、船の航行に伴うピッチングおよびローリングを利用したピストンの移動でシリンダから空気を船体の外側まで圧送し、船体の外側において微細気泡に変換して船体に沿って排出する。
【発明の効果】
【００１９】
本願の第１発明及び第２発明に係る摩擦抵抗低減船によれば、船体の先端部分から微細気泡を発生させることができ、大幅な摩擦低減が図れる。
【００２０】
本願の第３発明に係る摩擦抵抗低減船によれば、空気を供給するための配管（ダクト）が不要になり、配管による抵抗増加を回避でき、また空気を送り込むためのポンプなども不要になる。
【００２１】
また船首プレート自体をウィングの形状にした場合には、部品点数が増えることがないが、船首プレートの負圧発生用のウィングを設けることで、更に抵抗を削減できる。即ち、ウィングを別体とすることで、設計が容易になり、また破損した場合の交換修理が簡単に行え、更に材質も船首プレートと異なるものを選定できる。
更にウィングを別体とすることで、船体に対する角度や間隔などの調整が簡単に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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は船首部分の横断面図、図３は船首部分の縦断面図である。
【００２３】
実施例の摩擦抵抗低減船１は船首を球状船首２とし、この球状船首２の先端に船首プレート３を取付けている。この船首プレート３は球状船首２の先端の下半分に沿うように船首の先端形状に倣った３次元曲面形状をなしている。但し、実施例では船首プレート３の中央部を前方に膨出させるとともに、外側部３ａを若干外側に湾曲させることで、船首プレート３の外側部３ａと船体との間が航行時に負圧発生領域になるようにしている。
【００２４】
また、球状船首２内部には空気供給源としてのシリンダユニット４を水平に且つ軸が船体の前後方向に平行になるように配置している。このシリンダユニット４はシリンダ５とシリンダ５内に摺動自在に配置されるピストン６を備え、ピストン６によってシリンダ５内を室７，８に分け、各室７，８には、ピストン６を中立位置に戻すスプリング９，１０が配置されている。
【００２５】
また、各室７，８には室内への空気の「入」のみを許容する一方向弁１１と、空気の「出」のみを許容する一方向弁１２を設けている。一方向弁１１は弁体１１ａとこの弁体１１ａを閉じ方向に付勢するスプリング１１ｂとからなり、一方向弁１２は弁体１２ａとこの弁体１２ａを閉じ方向に付勢するスプリング１２ｂとからなる。
【００２６】
前記一方向弁１１は配管１３を介して空気供給管１４につながり、この空気供給管１４の先端は前記船首プレート３内側面と球状船首２の先端外側面との間に形成された空間Ｓ内に臨んでいる。また、前記一方向弁１２は配管１５を介して外気につながっている。
【００２７】
以上において、船の航行に伴って船体がピッチング或いはローリングすると、図４に示すようにピストン６が図中右側に移動し、室７が拡大し室８が縮小する。室７が拡大する際には、室７内が負圧になるので一方向弁１１は弁体１１ａが右側に移動して開となり、一方向弁１２は弁体１２ａが右側に移動して閉となり、室７内には外気が流入する。また室８が縮小する際には、室８内が正圧になるので一方向弁１１は弁体１１ａが右側に移動して閉となり、一方向弁１２は弁体１２ａが右側に移動して開となり、室８内の空気が一方向弁１２を介して流出する。
【００２８】
また、船体が逆方向にピッチング或いはローリングすると、図５に示すようにピストン６が図中左側に移動し、室７が縮小し室８が拡大する。このときには室７から空気が流出することになる。ピストンは連続して往復動するため、空間Ｓには配管１３、供給管１４を介して常に空気が供給されることになる。
【００２９】
一方、船の航行に伴って、船首プレート３の外側部３ａと船体との間には負圧になり、空間Ｓ内の空気が吸引され、この部分に気液境界面が形成される。この気液境界面では、空気と水（海水）が異なる速度で運動しており、空気と水は密度が異なるため、ケルビン−ヘルムホルツ不安定性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。
【００３０】
図６は別実施例を示す図２と同様の図、図７は別実施例を示す図３と同様の図であり、この実施例にあっては、船首プレート３の外側となる部分に船首プレート３との間に隙間を設けてウィング２０を配置している。この実施例にあっては、船首プレート３の左右及び下側下流部分にウィング２０を配置している。また、この実施例にあってはシリンダユニット４を垂直方向に配置している。
【００３１】
ウィング２０の形状は板状をなすとともに断面形状で中央部分が最も厚くなった紡錘形状をなしている。ウィング２０の形状はこれに限らず、船の航行に伴ってウィング２０と船体との間が負圧になる形状であればよい。
【００３２】
またウィング２０は球状船首２内に設けたシリンダ２１，２２によって伸縮動するロッド２３，２４にジョイントを介して連結されている。シリンダ２１，２２は独立して制御されるため、ウィング２０は船体との間隔および船体に対する角度をシリンダ２１，２２を駆動することで航行中でも自由に変更することができる。
【００３３】
図８は別実施例を示す図２と同様の図であり、この実施例にあっては、船首プレート３と球状船首２との間に、多孔質体やパンチングメタルなどの微細気泡発生部材３０を配置している。また、この実施例にあってはシリンダユニット４を水平に且つ軸が船体の幅方向に平行になるように配置している。
【００３４】
図９は別実施例を示す図１と同様の図、図１０は図９の要部拡大図、図１１は微細気泡発生部の拡大断面図であり、この実施例にあっては球状船首２の周囲、特に最も径が大きくなる箇所の周囲に、複数の微細気泡発生部材２５を鉢巻状に取付けている。尚、必ずしも鉢巻状に取付ける必要はなく、球状船首２の下半分に半周状に複数の微細気泡発生部材２５を取付けてもよい。
【００３５】
微細気泡発生部材２５は周囲をテーパー状とし中央部を開口とした保持体２６にプレート２７を取付け、このプレート２７に連結部２８を介してウィング２０を取付けている。そして、前記プレート２７のウィング２０に対向する位置には窓部２９が形成され、前記ウィング２０はこの窓部２９に向かって凸形状をなしている。前記保持体２６を設けずに、直接プレート２７を船体に取付けてもよい。
【００３６】
前記窓部２９は保持体２６の開口につながっており、保持体２６の開口には前記した実施例のシリンダユニット４から空気供給管１４が臨んでいる。したがって船が航行を開始すると、図１１に示すように微細気泡発生部材２５の窓部２９の内側空間Ｓにおいて、ケルビン−ヘルムホルツ不安定性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。
【００３７】
図１２は別実施例を示す球状船首部の断面図であり、この実施例にあっては球状船首２の最も径が太くなった部分のすぐ下流側に内方へ緩やかに凹んだ凹部２ａを形成し、この凹部２ａの平坦になった部分に微細気泡発生部材２５のプレート２７を嵌め込んで固定している。
【００３８】
そして、球状船首２の最も径が太くなった部分を延長した線がウィング２０の外側端と等しくなるようにしている。即ち、凹部２ａを設けなかった場合の球状船首２の表面とウィング２０の外側端とが同一面になるようにして、ウィング２０が出っ張ることを防止し、球状船首２の本来の機能を阻害しない構造になっている。
【００３９】
前記プレート２７の窓部２９には前記した実施例のシリンダユニット４からの空気供給管１４が臨んでいる。したがって船が航行を開始すると、前記同様、ケルビン−ヘルムホルツ不安定性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。
【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】船首部分の横断面図
【図３】船首部分の縦断面図
【図４】船首部分内に配置したシリンダユニットの作用を説明した図
【図５】船首部分内に配置したシリンダユニットの作用を説明した図
【図６】別実施例を示す図２と同様の図
【図７】別実施例を示す図３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１と同様の図
【図１０】図９の要部拡大図
【図１１】微細気泡発生部の拡大断面図
【図１２】別実施例を示す球状船首部の断面図
【符号の説明】
【００４１】
１…船体、２…球状船首、２ａ…凹部、３…船首プレート、３ａ…船首プレートの外側部、４…シリンダユニット、５…シリンダ、６…ピストン、７，８…室、９，１０…スプリング、１１…空気の「入」のみを許容する一方向弁、１１ａ…弁体、１１ｂ…スプリング、１２…空気の「出」のみを許容する一方向弁、１２ａ…弁体、１２ｂ…スプリング、１３…配管、１４…空気供給管、１５…配管、２０…ウィング、２１，２２…シリンダ、２３，２４…ロッド、２５…微細気泡発生部材、２６…保持体、２７…プレート、２８…連結部、２９…窓部、３０…微細気泡発生部材、Ｓ…空間。
【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】
2009269574.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009269574.tif 000011
【図１０】
2009269574.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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