JP 6857864 B2 2021.4.14(57)【 特 許 請 求 の 範 囲 】【請求項１】
流体による摩擦抵抗の低減を図る対象物の表面に電極を形成し、前記流体の流速を検出する流速検出手段又は前記電極の没水状態を検出する没水状態検出手段の検出結果に応じて前記電極に印加する電力を制御し、電気分解作用により発生する粒子及び／又は気泡を乱流境界層の内部の壁面である前記対象物の前記表面から作用させることによって、前記対象物の前記流体による摩擦抵抗を低減するにあたり、前記乱流境界層の粘性底層及びバッファー域における前記電気分解作用により発生する前記粒子の体積濃度を１．０Ｅ−８％以下１．０Ｅ−６％以上及び／又は前記気泡のボイド率を２％以下０．０００１％以上としたことを特徴とする摩擦抵抗低減方法。

10【請求項２】
流体による摩擦抵抗の低減を図る対象物の表面に電極を形成し、乱流境界層の厚さを前記対象物の前縁からの位置、前記流体の速度、及び前記流体の温度に基づいて計算し、前記乱流境界層の厚さに応じて前記電極に印加する電力を制御し、電気分解作用により発生する粒子及び／又は気泡を前記乱流境界層の内部の壁面である前記対象物の前記表面から作用させることによって、前記対象物の前記流体による摩擦抵抗を低減するにあたり、前記乱流境界層の粘性底層及びバッファー域における前記電気分解作用により発生する前記粒子の体積濃度を１．０Ｅ−８％以下１．０Ｅ−６％以上及び／又は前記気泡のボイド率を２％以下０．０００１％以上としたことを特徴とする摩擦抵抗低減方法。
【請求項３】20

(2)JP 6857864 B2 2021.4.14

前記電力の前記印加時における前記電極の陽極と陰極との間に形成される電気力線が、前記流体の流線と交差するように前記陽極と前記陰極を配置したことを特徴とする請求項
１又は請求項２に記載の摩擦抵抗低減方法。
【請求項４】
前記電力の前記印加時における前記電極の陽極と陰極との間に形成される電気力線が、前記流体の流線と平行となるように前記陽極と前記陰極を配置したことを特徴とする請求
項１又は請求項２に記載の摩擦抵抗低減方法。
【請求項５】
複数個の前記電極を前記対象物の前記表面に形成し、摩擦抵抗の低減を図る前記対象物の前記流体と接する部分全体を複数個の前記電極で覆ったことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの１項に記載の摩擦抵抗低減方法。
【請求項６】
前記電力を印加することによりイオン化して溶出する金属材料を、前記電極に用いたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの１項に記載の摩擦抵抗低減方法。
【請求項７】
前記電力として直流を用いたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちの１項に記載の摩擦抵抗低減方法。
【請求項８】
前記電力として交流を用いたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちの１項に記載の摩擦抵抗低減方法。
【請求項９】
前記流体が水、海水又は水溶液であることを特徴とする請求項１から請求項８のうちの１項に記載の摩擦抵抗低減方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の摩擦抵抗低減方法を前記対象物としての水、海水又は水溶液と接する構造物に適用したことを特徴とする摩擦抵抗を低減した構造物。
【請求項１１】
前記構造物は、船舶の船体であることを特徴とする請求項１０に記載の摩擦抵抗を低減した構造物。
【請求項１２】
前記構造物は、船舶のプロペラであることを特徴とする請求項１０に記載の摩擦抵抗を低減した構造物。
【請求項１３】
前記構造物は、配管であることを特徴とする請求項１０に記載の摩擦抵抗を低減した構造物。
【請求項１４】
請求項１から請求項９のうちのいずれか１項に記載の摩擦抵抗低減方法に用いる前記電極の形成方法であって、前記電極を、導電性材料を用いて前記対象物の前記表面に塗布、印刷、又は貼付によって形成したことを特徴とする摩擦抵抗低減用の電極形成方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】【０００１】
本発明は、流体による摩擦抵抗の低減を図る対象物についての摩擦抵抗低減方法、摩擦抵抗を低減した構造物、及び摩擦抵抗低減用の電極形成方法に関する。
【背景技術】【０００２】
船舶が航行する際に働く抵抗のなかでも影響の大きい摩擦抵抗の低減法として、水中に気泡を発生させる空気潤滑法やマイクロバブル法がある。
例えば、特許文献１には、喫水線より下の船首部の船体外板表面に所定の距離を隔てて形成した陽極側導電性塗膜面及び陰極側導電性塗膜面と、その両塗膜面に通電する電源装

10

20

30

40

50

(3)

JP 6857864 B2 2021.4.14

置とを設け、海水を電気分解して気泡を発生させ、気泡を後方に流すことによって船体の摩擦抵抗を低減する装置が記載されている。
また、特許文献２には、船体の没水表面の近傍に形成される境界層中に、気泡水混合流
体を没水表面から斜め後方に向けて噴出させ、気泡単独の場合よりも的確に気泡を境界層内の所望の底層に送り込み、摩擦低減を行う装置が記載されている。
【先行技術文献】【特許文献】【０００３】【特許文献１】特開平９−４８３８９号公報【特許文献２】特開平７−１５６８５９号公報【発明の概要】【発明が解決しようとする課題】【０００４】
特許文献１は、圧縮空気を多孔板をくぐらせることにより気泡を形成し、その気泡を船体外板に設けた穴から噴出させる従来の技術に代えて、海水を電気分解して酸素と水素を発生させ、両塗膜面より離して泡として、船体外板に沿って、船の進行方向とは逆の方向に流して、摩擦抵抗を低減するものであり、乱流境界層と気泡との関係は考慮されていな
い。
また、特許文献２は、境界層中に気泡水混合流体を送り込んで船体の摩擦抵抗を低減しようとするものであるが、相対速度ｕが船体の航行速度と等しくなる距離δを境界層の範囲として捉えるものであり、境界層のなかでも船体の表面近くの領域である粘性底層とバッファー域と気泡との関係は考慮されていない。
【０００５】
そこで本発明は、乱流境界層のなかでも、例えば船体の表面近くの領域である粘性底層とバッファー域に直接作用することにより、局所的に高いボイド率あるいは粒子の体積濃度を実現し、乱流を抑制し、船体等の対象物（構造物）の摩擦抵抗を低減させる摩擦抵抗低減方法、摩擦抵抗を低減した構造物、及び摩擦抵抗低減用の電極形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】【０００６】
請求項１記載に対応した摩擦抵抗低減方法においては、流体による摩擦抵抗の低減を図る対象物の表面に電極を形成し、流体の流速を検出する流速検出手段又は電極の没水状態を検出する没水状態検出手段の検出結果に応じて電極に印加する電力を制御し、電気分解作用により発生する粒子及び／又は気泡を乱流境界層の内部の壁面である対象物の表面から作用させることによって、対象物の流体による摩擦抵抗を低減するにあたり、乱流境界
層の粘性底層及びバッファー域における電気分解作用により発生する粒子の体積濃度を１．０Ｅ−８％以下１．０Ｅ−６％以上及び／又は気泡のボイド率を２％以下０．０００１％以上としたことを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、粒子及び／又は気泡が乱流境界層の内部の壁面（対象物の表面）に形成した電極から発生するので、粒子及び／又は気泡は乱流境界層内の内部の壁面近くの領域である粘性底層とバッファー域に直接作用する。したがって、発生した粒子又は気泡が少量であっても、局所的に高い粒子の体積濃度あるいは気泡のボイド率を実現し、乱流を抑制し、対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。また、乱流が抑制されることで乱流境界層内の拡散が小さくなるため、少量の粒子及び／又は気泡であっても内部の壁面近傍に留まりながら流れる。したがって、摩擦抵抗低減効果が高くなる。また、流体の圧力が高い環境下での利用であっても、特別な加圧手段を必要とすることなく、粒子及び／又は気泡を乱流境界層の内部の壁面から発生させることができる。また、対象物の摩擦抵抗は流体の流速によって増減するので、流体の流速に応じて又は電極の没水状態に応じて電力を制御して粒子及び／又は気泡の発生量を調節することで、効果的に対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。また、電気分解作用による粒子及び／又は気泡

10

20

30

40

50

(4)

JP 6857864 B2 2021.4.14の発生量を抑えつつ、対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。
【０００７】
請求項２記載に対応した摩擦抵抗低減方法においては、流体による摩擦抵抗の低減を図る対象物の表面に電極を形成し、乱流境界層の厚さを対象物の前縁からの位置、流体の速度、及び流体の温度に基づいて計算し、乱流境界層の厚さに応じて電極に印加する電力を制御し、電気分解作用により発生する粒子及び／又は気泡を乱流境界層の内部の壁面である対象物の表面から作用させることによって、対象物の流体による摩擦抵抗を低減するにあたり、乱流境界層の粘性底層及びバッファー域における電気分解作用により発生する粒子の体積濃度を１．０Ｅ−８％以下１．０Ｅ−６％以上及び／又は前記気泡のボイド率を２％以下０．０００１％以上としたことを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、粒子及び／又は気泡が乱流境界層の内部の壁面（対象物の表面）に形成した電極から発生するので、粒子及び／又は気泡は乱流境界層内の内部の壁面近くの領域である粘性底層とバッファー域に直接作用する。したがって、発生した粒子又は気泡が少量であっても、局所的に高い粒子の体積濃度あるいは気泡のボイド率を実現し、乱流を抑制し、対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。また、乱流が抑制されることで乱流境界層内の拡散が小さくなるため、少量の粒子及び／又は気泡であっても内部の壁面近傍に留まりながら流れる。したがって、摩擦抵抗低減効果が高くなる。また、流体の圧力が高い環境下での利用であっても、特別な加圧手段を必要とすることなく、粒子及び／又は気泡を乱流境界層の内部の壁面から発生させることができる。また、乱流境界層の厚さに応じて電力を制御して粒子及び／又は気泡の発生量を調節することで、効果的に対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。また、電気分解作用による粒子及び／又は気泡の発生量を抑えつつ、対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。
【０００８】
請求項３記載の本発明は、電力の印加時における電極の陽極と陰極との間に形成される
電気力線が、流体の流線と交差するように陽極と陰極を配置したことを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、電極を流体の流線に対し平行に設置することができる。
【０００９】
請求項４記載の本発明は、電力の印加時における電極の陽極と陰極との間に形成される
電気力線が、流体の流線と平行となるように陽極と陰極を配置したことを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、電極を流体の流線に対して垂直に設置することができる。
【００１０】
請求項５記載の本発明は、複数個の電極を対象物の表面に形成し、摩擦抵抗の低減を図る対象物の流体と接する部分全体を複数個の電極で覆ったことを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、対象物の流体と接する部分全体を少量の粒子及び／又は気泡で内部の壁面近傍に留まりながら流すことができるため、摩擦抵抗低減効果を大きくすることができる。
【００１１】
請求項６記載の本発明は、電力を印加することによりイオン化して溶出する金属材料を、電極に用いたことを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、粒子及び気泡を発生させて、対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。
【００１２】
請求項７記載の本発明は、電力として直流を用いたことを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、電極に直流を印加して電気分解を行い、粒子及び／又は気泡を発生させることができる。直流を用いる場合は、例えばバッテリーに蓄電した電力を直接利用でき、電力を供給する電源装置も簡素化することが可能である。
【００１３】
請求項８記載の本発明は、電力として交流を用いたことを特徴とする。

10

20

30

40

50

(5)

JP 6857864 B2 2021.4.14

請求項８に記載の本発明によれば、周期的に陽極と陰極を入れ替えて電気分解を行うことができるため、例えば陽極と陰極から粒子及び／又は気泡を発生させることができ、陽極や陰極の消耗や、スケールの付着を低減することができる。
【００１４】
請求項９に記載の本発明は、流体が水、海水又は水溶液であることを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、水、海水又は水溶液に含まれるイオンの作用により電気分解作用を促進し、水、海水又は水溶液と接する対象物の、水、海水又は水溶液による摩擦抵抗を低減できる。
【００１５】
請求項１０記載に対応した摩擦抵抗を低減した構造物においては、請求項９に記載の摩擦抵抗低減方法を対象物としての水、海水又は水溶液と接する構造物に適用したことを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、水、海水又は水溶液に含まれるイオンの作用により電気分解作用を促進し、水、海水又は水溶液と接する構造物の、水、海水又は水溶液による摩擦抵抗を効果的に低減できる。
【００１６】
請求項１１記載の本発明は、構造物は、船舶の船体であることを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、船舶の船体の水、海水又は水溶液による摩擦抵抗を低減できる。また、特に船体の水、海水又は水溶液による摩擦抵抗が大きい部分を選ん
で、局所的に摩擦抵抗の低減を図ることも可能である。
【００１７】
請求項１２記載の本発明は、構造物は、船舶のプロペラであることを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、船舶のプロペラの水、海水又は水溶液による摩擦抵抗を低減できる。また、特にプロペラの水、海水又は水溶液による摩擦抵抗が大きい部分を選んで、局所的に摩擦抵抗の低減を図ることも可能である。
【００１８】
請求項１３記載の本発明は、構造物は、配管であることを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、配管の水、海水又は水溶液による摩擦抵抗を低減できる。また、特に配管の水、海水又は水溶液による摩擦抵抗が大きい部分を選んで、局所的に摩擦抵抗の低減を図ることも可能である。
【００１９】
請求項１４記載に対応した摩擦抵抗低減用の電極形成方法においては、請求項１から請
求項９のうちのいずれか１項に記載の摩擦抵抗低減方法に用いる電極の形成方法であって、電極を、導電性材料を用いて対象物の表面に塗布、印刷、又は貼付によって形成したことを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、対象物の表面に電極を形成して、対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。
【発明の効果】【００２０】
本発明の摩擦抵抗低減方法によれば、粒子及び／又は気泡が乱流境界層の内部の壁面（
対象物の表面）に形成した電極から発生するので、粒子及び／又は気泡は乱流境界層内の内部の壁面近くの領域である粘性底層とバッファー域に直接作用する。したがって、発生した粒子又は気泡が少量であっても、局所的に高い粒子の体積濃度あるいは気泡のボイド率を実現し、乱流を抑制し、対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。また、乱流が抑制されることで乱流境界層内の拡散が小さくなるため、少量の粒子及び／又は気泡であっても内部の壁面近傍に留まりながら流れる。したがって、摩擦抵抗低減効果が高くなる。
また、流体の圧力が高い環境下での利用であっても、特別な加圧手段を必要とすることな
く、粒子及び／又は気泡を乱流境界層の内部の壁面から発生させることができる。また、
電気分解作用による粒子及び／又は気泡の発生量を抑えつつ、対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。

10

20

30

40

50

(6)

JP 6857864 B2 2021.4.14【００２１】
また、電力の印加時における電極の陽極と陰極との間に形成される電気力線が、流体の流線と交差するように陽極と陰極を配置した場合には、電極を流体の流線に対し平行に設置することができる。
【００２２】
また、電力の印加時における電極の陽極と陰極との間に形成される電気力線が、流体の流線と平行となるように陽極と陰極を配置した場合には、電極を流体の流線に対して垂直に設置することができる。
【００２３】
また、複数個の電極を対象物の表面に形成し、摩擦抵抗の低減を図る対象物の流体と接する部分全体を複数個の電極で覆った場合には、対象物の流体と接する部分全体を少量の粒子及び／又は気泡で内部の壁面近傍に留まりながら流すことができるため、摩擦抵抗低
減効果を大きくすることができる。
【００２４】
また、電力を印加することによりイオン化して溶出する金属材料を、電極に用いた場合には、粒子及び気泡を発生させて、対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。
【００２５】
また、電力として直流を用いた場合には、電極に直流を印加して電気分解を行い、粒子及び／又は気泡を発生させることができる。直流を用いる場合は、例えばバッテリーに蓄電した電力を直接利用でき、電力を供給する電源装置も簡素化することが可能である。
【００２６】
また、電力として交流を用いた場合には、周期的に陽極と陰極を入れ替えて電気分解を行うことができるため、例えば陽極と陰極から粒子及び／又は気泡を発生させることができ、陽極や陰極の消耗や、スケールの付着を低減することができる。
【００２７】
また、流体の流速又は電極の没水状態に応じて、電力を制御するため、対象物の摩擦抵
抗は流体の流速によって増減するので、流体の流速に応じて又は電極の没水状態に応じて電力を制御して粒子及び／又は気泡の発生量を調節することで、効果的に対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。
【００２８】
また、乱流境界層の厚さに応じて、電力を制御するため、乱流境界層の厚さに応じて電力を制御して粒子及び／又は気泡の発生量を調節することで、効果的に対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。
【００２９】
また、流体が水、海水又は水溶液である場合には、水、海水又は水溶液に含まれるイオンの作用により電気分解作用を促進し、水、海水又は水溶液と接する対象物の、水、海水
又は水溶液による摩擦抵抗を低減できる。
【００３０】
また、摩擦抵抗低減方法を対象物としての水、海水又は水溶液と接する構造物に適用した場合には、水、海水又は水溶液に含まれるイオンの作用により電気分解作用を促進し、水、海水又は水溶液と接する構造物の、水、海水又は水溶液による摩擦抵抗を効果的に低減できる。
【００３１】
また、構造物が船舶の船体である場合には、船舶の船体の水、海水又は水溶液による摩擦抵抗を低減できる。また、特に船体の水、海水又は水溶液による摩擦抵抗が大きい部分を選んで、局所的に摩擦抵抗の低減を図ることも可能である。
【００３２】
また、構造物が船舶のプロペラである場合には、船舶のプロペラの水、海水又は水溶液による摩擦抵抗を低減できる。また、特にプロペラの水、海水又は水溶液による摩擦抵抗が大きい部分を選んで、局所的に摩擦抵抗の低減を図ることも可能である。

10

20

30

40

50

(7)

JP 6857864 B2 2021.4.14【００３３】
また、構造物が配管である場合には、配管の水、海水又は水溶液による摩擦抵抗を低減できる。また、特に配管の水、海水又は水溶液による摩擦抵抗が大きい部分を選んで、局所的に摩擦抵抗の低減を図ることも可能である。
【００３４】
また、電極を、導電性材料を用いて対象物の表面に塗布、印刷、又は貼付によって形成した場合には、対象物の表面に電極を形成して、対象物の流体による摩擦抵抗を低減できる。
【図面の簡単な説明】【００３５】【図１】本発明の一実施形態による摩擦抵抗低減方法を適用した船舶を示す概略構成図【図２】同摩擦抵抗低減方法に用いる電極の模式図【図３】本発明の他の実施形態による摩擦抵抗低減方法を適用した船舶を示す概略構成図【図４】同摩擦抵抗低減方法に用いる電極の模式図【図５】本発明の更に他の実施形態による摩擦抵抗低減方法を適用した船舶を示す概略構
成図【図６】本発明の更に他の実施形態による摩擦抵抗低減方法を適用した船舶を示す概略構
成図【図７】本発明の更に他の実施形態による摩擦抵抗低減方法を用いた船体１１の部分水平
断面図【図８】本発明の更に他の実施形態による摩擦抵抗低減方法を適用したプロペラを示す概略構成図【図９】本発明の更に他の実施形態による摩擦抵抗低減方法を適用した配管を示す概略構
成図【図１０】実験に用いた小型高速流路の全体図【図１１】同実験に用いた電極の構成図【図１２】同実験において沈殿物を発生させている様子を撮影した写真【図１３】同実験に用いた電極の陽極の下流側の高さ分部を示す図【図１４】同実験に用いた計測部の概要図【図１５】同実験の計測中の様子を撮影した写真【図１６】同実験による主流方向の平均速度分布図【図１７】同実験による主流方向の乱流強度分布図【図１８】同実験によるデータレートの分布図【図１９】同実験による主流方向の平均速度分布図【図２０】同実験による主流方向の乱流強度分布図【図２１】同実験によるデータレートの分布図【発明を実施するための形態】【００３６】
以下に、本発明の実施形態による摩擦抵抗低減方法、摩擦抵抗を低減した構造物、及び摩擦抵抗低減用の電極形成方法について説明する。
【００３７】
図１は本発明の一実施形態による摩擦抵抗低減方法を適用した船舶を示す概略構成図、
図２は同摩擦抵抗低減方法に用いる電極の模式図である。
流体Ｘによる摩擦抵抗の低減を図る対象物としての構造物は、船舶１０の船体１１である。船舶１０は、図１において白抜き矢印で示す方向に航行している。流体Ｘは、水、海
水又は水溶液である。構造物である船体１１は、流体Ｘ（水、海水又は水溶液）と接する。
船舶１０が航行する際には、構造物である船体１１の外板表面のうち水中に没する部分に乱流境界層が形成される。乱流境界層は、船体１１の外板表面に近いほうから順に、粘性底層、バッファー域、対数則域と称される領域を有する。粘性底層及びバッファー域は

10

20

30

40

50

(8)

JP 6857864 B2 2021.4.14、両者を合わせて概ね数十μｍから数百μｍ程度である。
例えば、実船を対象として計算で求めた粘性底層及びバッファー域の計算結果としては、船長Ｌ＝３００ｍ、船速１２ｋｔで約２７０μｍ（タンカー等大型外航船が相当）、Ｌ＝３００ｍ、２４ｋｔで、約１５０μｍ（コンテナ船など大型高速外航船が相当）、Ｌ＝
７０ｍ、１０ｋｔで、約２７０μｍ（小型内航貨物船）であった。
【００３８】
船体１１の外板表面のうち、流体Ｘと接する部分（喫水線Ｙ以下の部分）には、長手方
向が水平方向となるように形成された複数個の電極２０が設けられている。それぞれの電極２０は、陽極２１と陰極２２とで構成される。陽極２１及び陰極２２は、一端が船首部１２側に位置し、他端が船尾部１３側に位置する。このように、船体１１は、その外板表面のうち流体Ｘと接する部分（喫水線Ｙ以下の部分）全体が、複数個の電極２０によって覆われている。なお、陽極２１及び陰極２２は、船首部１２側から船尾部１３側まで各々１本の電極でなく、複数個に分かれていても良い。また、船体１１の外板表面のうち摩擦抵抗の大きい部分のみに電極２０を形成することもできる。
電極２０には電源装置３０が接続されている。電源装置３０の電力としては直流を用いる。直流を用いる場合は、バッテリーに蓄電した電力を直接利用でき、また電源装置３０も簡素化できる利点を有する。電源装置３０は制御装置４０によって電力の供給が制御される。なお、電源装置３０の電力として交流を用いることも可能であり、この場合は、周期的に陽極と陰極を入れ替えて電気分解を行うことができる。交流を用いる場合は、陽極と陰極から粒子及び／又は気泡を発生させることができ、また、陽極や陰極の消耗や、ス
ケールの付着を低減することができる。
【００３９】
図２は、電極２０の模式図である。黒矢印は流体の流れ方向を示す。
電極２０の陽極２１と陰極２２は、電力の印加時における陽極２１と陰極２２との間に形成される電気力線Ｆが、流体Ｘの流線Ｚと交差するように配置されている。
電極２０には、電力を印加することによりイオン化して溶出する金属材料を用いる。例
えば、粒子を発生する金属材料として、Ａｇ（銀）、Ｓｎ（スズ）、Ｚｎ（亜鉛）、はんだ、バビットメタル等があり、酸素及び水素を発生させる金属材料として、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、はんだ、バビットメタル等に加えて、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｐｔ（白金）、Ｃｏ（コバルト）、Ｉｒ（イリジウム）、Ａｕ（金）、Ｐｄ（
パラジウム）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｐｂ（鉛）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｃｒ（クロム）等の導電性金属と、真鍮、青銅、ステンレス等の合金、アルミ合金等の導電性の合金がある。このような金属材料を用いることによって粒子及び気泡を発生させることができる。なお、粒子を発生しない材料を用いて気泡だけを発生させてもよい。
電極２０は、船体１１の表面に導電性塗料を塗布することによって形成する。導電性塗料の塗布によって電極２０を形成することで、凹凸を少なくし、電極２０自身が抵抗増加の原因となることを防止できる。なお、塗布に代えて、印刷、貼付、又は埋め込みによって形成することも可能である。ここで、印刷には、３Ｄプリンタを用いた形成も含む。また、導電性塗料に代えて、導電性樹脂又はカーボンを使用することも可能である。
【００４０】
電源装置３０により電極２０に電力が印加されると流体Ｘが電気分解され、陽極２１から酸素及び粒子が発生し、陰極２２から水素が発生する。
電極２０は、船体１１の外板表面（乱流境界層内の内部の壁面）に形成されているので、発生した粒子、また酸素及び水素は気泡となって、乱流境界層内の粘性底層及びバッフ
ァー域に直接作用する。このように、電気分解作用により発生する粒子及び気泡を乱流境
界層の内部の壁面である船体１１の表面から作用させることによって、局所的に高い粒子の体積濃度あるいは気泡のボイド率を実現し、乱流を抑制し、船体１１の摩擦抵抗を低減させる。また、乱流が抑制されるため、乱流境界層内の気泡及び粒子の拡散が小さくなり

10

20

30

40

50

(9)

JP 6857864 B2 2021.4.14、ごく少量の気泡又は粒子であっても、内部の壁面近傍に留まりながら後方に流れる。そのため、高い抵抗低減効果が得られる。
このように、少量の気泡又は粒子であっても摩擦抵抗低減効果を十分に得ることができるので、粒子及び気泡の発生量を少なくして電力消費量を抑えるために、電気分解作用により発生する粒子の体積濃度を１．０Ｅ−８％以下１．０Ｅ−６％以上及び気泡のボイド率を２％以下０．０００１％以上とすることが好ましい。但し、粒子及び気泡の発生量をより重視する場合には、体積濃度を１．０Ｅ−７％台に、またボイド率を２％未満０．０
０１％以上とすることが好ましい。
なお、後出の実験における、電気分解作用により発生する粒子の体積濃度を計算した結果、２．５５Ｅ−７％〜６．１２Ｅ−７％であった。
粒子の体積濃度がボイド率よりも数値的に低くて済む理由は、粒子の場合は細長い帯状となることが予測され、気泡の場合の球形に比べて体積的に小さくても長さが長いため、乱流の抑制に効果があるものと推定される。
【００４１】
制御装置４０は、流量検出手段（流速センサ等）によって計測された流体Ｘの流速に応じて、電源装置３０の電力を制御する。船体１１の摩擦抵抗は流体Ｘの流速によって増減するので、流体Ｘの流速に応じて電力を制御して粒子及び／又は気泡の発生量を調節する
ことで、効率的に船体１１の摩擦抵抗を低減できる。すなわち、流速が速くなれば粒子及び／又は気泡の発生量を増し、流速が遅くなれば粒子及び／又は気泡の発生量を減らすことにより、効率的に摩擦抵抗の低減が図れる。
また、制御装置４０は、船体１１の喫水や姿勢に応じた電極２０の没水状態に応じて、電源装置３０の電力を制御する。船体１１の摩擦抵抗は没水状態によって増減するので、
電極２０の没水状態に応じて電力を制御して粒子及び／又は気泡の発生量を調節すること
で、効率的に船体１１の摩擦抵抗を低減できる。没水状態の検出には、喫水計や傾斜計等の他に電極２０自身を用いてもよい。また、電極２０の一部の周辺が水に漬からずに乾いている状態では、電力をかけても電流が流れないため、自動的に電力を制御して粒子及び／又は気泡の発生量を調整することも可能である。
なお、制御装置４０は、乱流境界層の厚さに応じて、電源装置３０の電力を制御してもよい。乱流境界層の厚さは、船体１１の前縁からの位置、船速、及び水温を計測し、その計測値から、例えば、Ｋａｒｍａｎ−Ｓｃｈｏｅｎｈｅｒｒの抵抗係数式、対数速度分布式を用いて概算できる。したがってこの場合は、演算手段（パーソナルコンピュータ等）
が、船体１１の前縁からの位置を検出する位置検出手段、船速を計測する船速計測手段、及び水温を計測する水温計測手段によって得られた各値に基づいて乱流境界層の厚さを算出し、制御装置４０は、その算出された乱流境界層の厚さに応じて電力を制御する。
【００４２】
次に図３及び図４を用いて本発明の他の実施形態による摩擦抵抗低減方法、摩擦抵抗を低減した構造物、及び摩擦抵抗低減用の電極形成方法について説明する。
図３は本実施形態による摩擦抵抗低減方法を適用した船舶を示す概略構成図、図４は同摩擦抵抗低減方法に用いる電極の模式図である。
本実施形態は、長手方向が鉛直方向となるように形成された複数個の電極１２０が設けられている点において上記の実施形態と異なる。それ以外の構成は上記の実施形態と同じである。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
それぞれの電極１２０は、陽極１２１と陰極１２２とで構成される。陽極１２１及び陰極１２２は、一端が喫水線Ｙ側に位置し、他端が船底側に位置する。このように、船体１１は、その外板表面のうち流体Ｘと接する部分（喫水線Ｙ以下の部分）全体が、複数個の電極１２０によって覆われている。外表面が複雑な形状で、局所的な摩擦抵抗が異なる場
合、気泡による摩擦抵抗低減を重視するときは、陰極１２２の方が気泡の発生量が多くなるため陰極１２２を摩擦抵抗の大きい部分に適用した方がよい。また、粒子による摩擦抵
抗低減を重視するときは、陽極１２１を摩擦抵抗の大きい部分に適用した方がよい。
【００４３】

10

20

30

40

50

(10)

JP 6857864 B2 2021.4.14

図４は、電極１２０の模式図である。黒矢印は流体の流れ方向を示す。
電極１２０の陽極１２１と陰極１２２は、電力の印加時における陽極１２１と陰極１２２との間に形成される電気力線Ｆが、流体Ｘの流線Ｚと平行となるように配置されている。
【００４４】
電源装置３０により電極１２０に電力が印加されると流体Ｘが電気分解され、陽極１２
１から酸素及び粒子が発生し、陰極１２２から水素が発生する。
電極１２０は、船体１１の外板表面（乱流境界層内の内部の壁面）に形成されているので、発生した酸素及び水素は気泡となって、乱流境界層内の粘性底層及びバッファー域に直接作用する。
【００４５】
電極１２０には、上記した実施形態の電極２０と同様の金属材料を用いることができる。また、電極１２０は、上記した実施形態の電極２０と同様に、塗布、印刷、貼付、又は埋め込みによって形成できる。
【００４６】
次に図５を用いて本発明の更に他の実施形態による摩擦抵抗低減方法、摩擦抵抗を低減した構造物、及び摩擦抵抗低減用の電極形成方法について説明する。
図５は本実施形態による摩擦抵抗低減方法を適用した船舶を示す概略構成図である。
本実施形態は、千鳥状（網目状）に形成された複数個の電極２２０が設けられている点において上記の実施形態と異なる。それ以外の構成は上記の実施形態と同じである。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
それぞれの電極２２０は、陽極２２１と陰極２２２とで構成される。電極２２０は、矩形である。船体１１は、その外板表面のうち流体Ｘと接する部分（喫水線Ｙ以下の部分）
全体が、複数個の電極２２０によって覆われている。
【００４７】
電源装置３０により電極２２０に電力が印加されると流体Ｘが電気分解され、陽極２２１から酸素及び粒子が発生し、陰極２２２から水素が発生する。
電極２２０は、船体１１の外板表面（乱流境界層内の内部の壁面）に形成されているので、発生した酸素及び水素は気泡となって、乱流境界層内の粘性底層及びバッファー域に直接作用する。
【００４８】
電極２２０には、上記した実施形態の電極２０、１２０と同様の金属材料を用いることができる。また、電極２２０は、上記した実施形態の電極２０、１２０と同様に、塗布、印刷、貼付、又は埋め込みによって形成できる。
【００４９】
次に図６を用いて本発明の更に他の実施形態による摩擦抵抗低減方法、摩擦抵抗を低減した構造物、及び摩擦抵抗低減用の電極形成方法について説明する。
図６（ａ）は本実施形態による摩擦抵抗低減方法を適用した船舶を示す概略構成図、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は同摩擦抵抗低減方法に用いる電極の模式図である。
本実施形態は、千鳥状（網目状）に形成された複数個の電極３２０が設けられ、電極３２０に接続された電源装置１３０は、制御装置１４０によって電極３２０への電力供給が個別に制御される点において上記の実施形態と異なる。それ以外の構成は上記の実施形態と同じである。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
それぞれの電極３２０は、矩形である。船体１１は、その外板表面のうち流体Ｘと接する部分（喫水線Ｙ以下の部分）全体が、複数個の電極３２０によって覆われている。
船体１１の喫水線Ｙ以下の表面を千鳥状（網目状）に覆うように形成された電極３２０への電力供給を制御することにより、様々な電極パターンを実施することができる。すな
わち、電力供給される電極３２０を任意に選択することで、複数個の電極３２０の集合体としての見かけの電極形状を変更できる。

10

20

30

40

50

(11)

JP 6857864 B2 2021.4.14【００５０】
電源装置１３０により電極３２０に電力が印加されると流体Ｘが電気分解され、陽極から酸素及び粒子が発生し、陰極から水素が発生する。
電極３２０は、船体１１の外板表面（乱流境界層内の内部の壁面）に形成されているので、発生した酸素及び水素は気泡となって、乱流境界層内の粘性底層及びバッファー域に直接作用する。
【００５１】
電極３２０には、上記した実施形態の電極２０、１２０、２２０と同様の金属材料を用いることができる。また、電極３２０は、上記した実施形態の電極２０、１２０、２２０と同様に、塗布、印刷、貼付、又は埋め込みによって形成できる。
また、電極３２０の形状としては、図６（ｂ）に示すような渦巻き型電極や図６（ｃ）に示すような櫛型電極を用いてもよい。図６（ｂ）に示す渦巻き型電極や図６（ｃ）に示
す櫛型電極では、陽極３２１と陰極３２２が比較的均一に分布できるため、粒子や気泡の発生も比較的均一化が図れる。
【００５２】
次に図７を用いて本発明の更に他の実施形態による摩擦抵抗低減方法、摩擦抵抗を低減した構造物、及び摩擦抵抗低減用の電極形成方法について説明する。
図７は本実施形態による摩擦抵抗低減方法を用いる船体１１の部分水平断面図であり、図中に電極を模式的に示している。なお、一点鎖線Ａは船体中心線である。
本実施形態は、上記した電極２０、１２０、２２０、３２０を、船体１１の表面１１ａの表層に埋め込むことによって船体１１の表面１１ａと同一面に形成している点において上記の実施形態と異なる。それ以外の構成は上記の実施形態と同じである。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
それぞれの電極２０、１２０、２２０、３２０は、船体１１の表面１１ａと同一面に形成されるので、船体１１の表面１１ａには、電極２０、１２０、２２０、３２０が形成されても凹凸が生じない。したがって、電極２０、１２０、２２０、３２０を船体１１の表
面１１ａに形成することで電極２０、１２０、２２０、３２０自身が抵抗増加の原因となってしまうことを更に防止できる。電極２０、１２０、２２０、３２０は、船体１１を構成する材料の中に埋め込んでもよいし、陽極２１、１２１、２２１、３２１と陰極２２、１２２、２２２、３２２間を絶縁材料で埋めて同一面に構成してもよい。
また、電極２０、１２０、２２０、３２０を乱流境界層の粘性底層以下に船体１１の表面から突出して形成してもよい。この場合、船体１１から電極２０、１２０、２２０、３２０の突出があっても摩擦抵抗の増加への影響は実質的に無いため、電極２０、１２０、
２２０、３２０自身が抵抗増加の原因となってしまうことを更に防止できる。
【００５３】
次に図８を用いて本発明の更に他の実施形態による摩擦抵抗低減方法、摩擦抵抗を低減した構造物、及び摩擦抵抗低減用の電極形成方法について説明する。
図８は本実施形態による摩擦抵抗低減方法を適用したプロペラを示す概略構成図である。
本実施形態は、千鳥状（網目状）に形成された複数個の電極４２０が、プロペラ５０の表面に設けられている。それ以外の構成は上記の実施形態と同じである。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
それぞれの電極４２０は矩形であり、陽極４２１と陰極４２２で構成される。プロペラ
５０は、その表面が複数個の電極４２０によって覆われている。
【００５４】
電源装置３０、１３０により電極４２０に電力が印加されると流体Ｘが電気分解され、陽極４２１から酸素及び粒子が発生し、陰極４２２から水素が発生する。
電極４２０は、プロペラ５０の表面（乱流境界層内の内部の壁面）に形成されているので、発生した酸素及び水素は気泡となって、乱流境界層内の粘性底層及びバッファー域に直接作用する。

10

20

30

40

50

(12)

JP 6857864 B2 2021.4.14【００５５】
電極４２０には、上記した実施形態の電極２０、１２０、２２０、３２０と同様の金属材料を用いることができる。また、電極４２０は、上記した実施形態の電極２０、１２０、２２０、３２０と同様に、塗布、印刷、貼付、又は埋め込みによって形成できる。
電極４２０は、プロペラ５０のうちの、特に摩擦抵抗が大きくなる部分に選択的に設けてもよい。
【００５６】
次に図９を用いて本発明の更に他の実施形態による摩擦抵抗低減方法、摩擦抵抗を低減した構造物、及び摩擦抵抗低減用の電極形成方法について説明する。
図９は本実施形態による摩擦抵抗低減方法を適用した配管を示す概略構成図である。
本実施形態は、千鳥状（網目状）に形成された複数個の電極５２０が、配管６０の内表面に形成されている。それ以外の構成は上記の実施形態と同じである。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
それぞれの電極５２０は矩形であり、陽極５２１と陰極５２２で構成される。配管６０は、その内表面が複数個の電極５２０によって覆われている。
【００５７】
電源装置３０、１３０により電極５２０に電力が印加されると流体Ｘが電気分解され、陽極５２１から酸素及び粒子が発生し、陰極５２２から水素が発生する。
電極５２０は、配管６０の内表面（乱流境界層内の内部の壁面）に形成されているので、発生した酸素及び水素は気泡となって、乱流境界層内の粘性底層及びバッファー域に直接作用する。配管６０の場合、不凍液や汚水等の水に各種の物質が混入した水溶液を取り扱うことが多い。
【００５８】
電極５２０には、上記した実施形態の電極２０、１２０、２２０、３２０、４２０と同様の金属材料を用いることができる。また、電極５２０は、上記した実施形態の電極２０、１２０、２２０、３２０、４２０と同様に、塗布、印刷、貼付、又は埋め込みによって形成できる。
電極５２０は、配管６０のうちの、特に曲がり部や分岐部、急縮小部、急拡大部等の摩擦抵抗が大きくなる部分に選択的に設けてもよい。また、エルボ、ベンド、チーズ、レデューサ等の配管材料も配管のうちに入るものとする。
【００５９】（実験）
本発明に関する実験結果について以下に説明する。
図１０は実験に用いた小型高速流路の全体図である。本装置は、供試流体をポンプにより駆動し、拡大縮流部で整流を行うことで、試験部で二次元流れ（平行平板間の流れ）を実現するものである。試験部は透明なアクリル製であり、矩形断面（チャネル）を持つ。
その主要寸法を表１に示す。試験部では、その断面形状から流速が大きくなると流れは完
全 発 達 し た 乱 流 と な る 。 ま た 試 験 部 の 上 部 に は 主 流 方 向 に 500mm間 隔 で 計 5ヶ 所 の 計 測 窓 があり、せん断力計などを取り付けた計測蓋を設置することが可能となっている。
【００６０】
【表１】

10

20

30

40

(13)

JP 6857864 B2 2021.4.14【００６１】
本実験では壁面近傍でのデータレートの向上のために、電解沈殿法により電気分解の際に生じる不溶性の沈殿物を直接壁面から溶出させトレーサーとして供給する方法を用いた。
電解沈殿法は、水を電気分解する際に陽極から発生する不溶性の沈殿物をトレーサーとする可視化手法である。スズ、亜鉛、ハンダ、バビットメタルなどの金属を陽極とすると、酸素を発生させずして白色の微粒子の雲を発生させることができる（石井幸治：流れの可 視 化 技 術 の ま と め ,九 州 大 学 応 用 力 学 研 究 所 技 術 職 員 技 術 レ ポ ー ト ,第 8号 ,2007,pp.142166.） 。
電解沈殿法用の電極を計測蓋に施工した。図１１に施工した計測蓋の計測面側を示す。
陽極は試験部の幅方向の中心になるように施工されており、陰極はレーザードップラー流
速 計 （ LDV（ Laser Doppler Velocimetry） ） の レ ー ザ ー 光 線 を 妨 げ な い よ う 、 プ ロ ー ブ を設置する反対側に施工した。
数 cm/sの 流 れ に お い て 沈 殿 物 を 発 生 さ せ て い る 様 子 を 図 １ ２ に 示 す 。
【００６２】
電極は壁面から沈殿物を溶出させるため、また流れを乱さないよう施工面となるべく平滑にするため、導電性銀塗料を塗布することにより製作した。製作した陽極の下流側の高さ 分 布 を 図 １ ２ に 示 す 。 施 工 面 に 対 し て 電 極 表 面 の 高 さ は 50μ m程 度 だ が 、 端 部 は そ れ よ
り も 高 く 、 特 に 下 流 端 は 200μ m程 度 の 高 さ と な っ て い る こ と が 分 か る 。 端 部 が 高 く な っ ているのは塗布時のマスキングテープに起因するものである。
【００６３】
レーザードップラー流速計はレーザー光線を交差させ形成された測定体積を通過する微小粒子の散乱光のドップラー周波数変化を測定し、流体の流速を計測する手法である。非接触で測定ができ、空間分解能、時間分解能が高い、絶対測定が可能などの特徴を持ってい る （ レ ー ザ ー 計 測 ハ ン ド ブ ッ ク 編 集 委 員 会 編 ： レ ー ザ ー 計 測 ハ ン ド ブ ッ ク , 1998, pp.1
59-161.） 。 こ こ で 、 小 型 高 速 流 路 に 整 備 さ れ て い る LDVシ ス テ ム を 表 ２ に 示 す 。 こ の シ ス
テ ム で は 2次 元 の 計 測 も 可 能 だ が 、 本 実 験 で は 壁 面 近 傍 を 計 測 す る 際 、 高 さ 方 向 の 流 速 を
計 測 す る レ ー ザ ー 光 線 を 計 測 位 置 に 差 し 込 む こ と が 難 し い た め 1次 元 で 計 測 を 行 っ た 。 プ
ロ ー ブ は ト ラ バ ー サ ー に 設 置 さ れ 、 高 さ 方 向 に 最 小 0.01mm間 隔 で ト ラ バ ー ス さ せ た 。
【００６４】【表２】【００６５】
次に実験手法を説明する。
電 極 を 施 工 し た 計 測 蓋 を 上 流 か ら 3つ 目 の 計 測 窓 に 設 置 し た 。 計 測 部 の 概 要 図 を 図 １ ３に 示 す 。 LDV計 測 は 幅 方 向 の 中 心 に お い て 陽 極 の 下 流 端 の 3mm 下 流 （ Pos.1） 、 ま た 下 流 端
か ら L/4=23mm上 流 の 位 置 （ Pos.2） で 流 路 内 の 上 面 y=0mmか ら 高 さ 方 向 の 中 心 y=10mmま で の
主 流 方 向 の 流 速 分 布 を 計 測 し た 。 図 １ ０ の よ う に 縮 流 部 下 流 端 を x=0mmと す る と Pos.1は x=
1621mm、 x=1596.5mmで あ る 。 計 測 の 様 子 を 図 １ ５ に 示 す 。
【００６６】
次に計測結果を説明する。
ま ず Pos.1で の 計 測 結 果 に つ い て 述 べ る 。 計 測 条 件 を 表 ３ に 示 す 。 Pos.1-Flatは 電 極 を
施 工 し て い な い ケ ー ス 、 Pos.1-0.00A/mは 電 極 が 施 工 さ れ て い る が 電 流 を 流 し て い な い ケ

10

20

30

40

50

(14)

JP 6857864 B2 2021.4.14

ー ス 、 Pos.1-0.23A/m、 Pos.1-0.40A/m、 Pos.1-0.56A/mは そ れ ぞ れ 電 圧 （ Volt.） を 20、 30、 40Vか け た ケ ー ス で あ る 。 0.00A/m、 0.23A/m、 0.40A/m、 0.56A/mは そ れ ぞ れ 流 し た 電 流
を 電 極 の 長 さ L=86mmで 除 し た 値 で あ る 。 Um(m/s)は 断 面 内 平 均 流 速 で 、 Pos.1-Flatと Pos.1-0.00A/mで は LDV計 測 結 果 か ら 求 め た 値 、 Pos.1-0.23A/m、 Pos.1-0.40A/m、 Pos.1-0.56A/m
で は 平 均 流 速 分 布 の 変 化 が 大 き か っ た た め Pos.1-0.00A/mと 同 じ 値 を 用 い た 。 T(deg.)は 水
温 で 、 Remは Umと チ ャ ネ ル の 高 さ 2δ で 無 次 元 化 さ れ た バ ル ク レ イ ノ ル ズ 数 （ Rem= Um(2δ )2/ν , ν (m /s)： 動 粘 性 係 数 ） で あ る 。 平 行 平 板 間 の 流 れ は Rem=3000程 度 か ら 乱 流 に 遷 移
す る た め 、 計 測 条 件 は 完 全 発 達 し た 乱 流 で あ る こ と が わ か る 。 Reτ は 壁 面 摩 擦 速 度 u τ 、チ ャ ネ ル の 半 高 さ δ で 無 次 元 化 さ れ た レ イ ノ ル ズ 数 （ Reτ = u τ (δ )/ν ） で あ る 。 摩 擦 速
度 u τ (m/s)は Deanの 式 （ R. B. Dean : Reynolds number dependence of skin friction and other bulk flow variables in two-dimensional rectangular duct flow, ASME Tran
-0.25
s. J. Fluids Eng, 100, 215, 1978） （ c f =0.073× Rem ） か ら 算 出 し た 。
【００６７】【表３】【００６８】
主流方向の平均速度分布を図１６に示す。図１６（ａ）は主流方向の平均速度分布を示した図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）に速度勾配の減少を示す長破線を追加で示した図、
図１６（ｃ）は図１６（ａ）から一部のデータを抜粋して見やすく示した図である。各図に お い て 破 線 は 岩 本 ら に よ る チ ャ ネ ル 乱 流 （ Reτ =650） の DNS計 算 結 果 （ K. Iwamoto, etal. : Fully Developed 2-D Channel Flow at Re̲tau = 650, DNS Database of Turbulen
ce and Heat Transfer, 2002, http://thtlab.jp/DNS/CH12̲̲PG.WL10） で あ る 。 LDV計 測
は 1点 ご と に 90秒 間 （ 最 大 5000samples） 計 測 し た 。 Pos.1-Flatを 見 る と 粘 性 底 層 、 バ ッ フ
ァ ー 域 、 対 数 則 域 が よ く 捉 え ら れ て い る こ と が わ か る 。 ま た DNSと 比 較 す る と 、 対 数 則 域に お い て 流 速 が 小 さ い 傾 向 と な っ て い る 。 Pos.1-0.00A/mを 見 る と 概 ね Pos.1-Flatの 結 果+と 一 致 し て い る が 、 y =5〜 40に お い て 流 速 が 小 さ く な っ て い る こ と が 分 か る 。 こ こ で 、 図+
１ ２ を 見 る と 陽 極 の 下 流 端 の 高 さ は 200μ m程 度 あ り 、 こ の 計 測 条 件 に お い て は y =12程 度に 相 当 す る 。 こ の 値 は Pos.1-0.00A/mの 流 速 の 低 下 が も っ と も 大 き い 位 置 と 一 致 し て い る
こ と か ら 、 こ の 流 速 の 低 下 は 電 極 の 形 状 の 影 響 に よ る も の と 考 え ら れ る 。 Pos.1-0.23A/m+、 Pos.1-0.40A/m、 Pos.1-0.56A/mを 見 る と y =300よ り 大 き い と こ ろ で は 流 速 は Pos.1-0.00++
A/mと 一 致 し て い る こ と 、 y =7〜 300付 近 で は 流 速 は 大 き く 低 下 し て い る こ と が わ か る 。 y=7〜 20付 近 に お い て は Pos.1-0.23A/m、 Pos.1-0.40A/m、 Pos.1-0.56A/mの 順 に 流 速 の 低 下+が 大 き く な っ て い る 。 ま た y =40〜 100付 近 に お い て は Pos.1-0.56A/m、 Pos.1-0.40A/m、 Po
s.1-0.23A/mの 順 に 流 速 の 低 下 が 大 き く な っ て お り 、 電 流 を 大 き く す る と 流 速 の 低 下 が 大+
き く な っ て い る こ と が わ か る 。 ま た y =1〜 7付 近 に お い て は Pos.1-0.56A/m、 Pos.1-0.40A/
m、 Pos.1-0.23A/mの 順 に 流 速 が 増 加 し て い る 。
図 １ ６ （ ｂ ） に 示 す よ う に 、 Pos.1-0.23A/m、 Pos.1-0.40A/m、 Pos.1-0.56A/mに お い ては 、 Pos.1-Flat又 は Pos.1-0.00A/mと 比 べ て 速 度 勾 配 が 大 き く 減 少 し て い る こ と が 分 か る。このように流場が大きく変化するということは、摩擦抵抗の低減効果が得られていることを意味する。

10

30

40

50

(15)

JP 6857864 B2 2021.4.14【００６９】
主 流 方 向 の 乱 流 強 度 （ 速 度 変 動 の 標 準 偏 差 、 rms値 ） 分 布 を 図 １ ７ に 示 す 。 Pos.1-Flat+
は DNSと ピ ー ク 位 置 と ピ ー ク 値 及 び y =10以 降 の 傾 向 が よ く 一 致 し て い る こ と が わ か る 。 y+=1〜 10に お い て バ ラ ツ キ が 大 き い の は 壁 面 近 傍 で は デ ー タ レ ー ト が 低 く 取 得 し た サ ン プ
ル 数 が 少 な い こ と に 起 因 す る も の と 考 え ら れ る 。 Pos.1-0.00A/mを 見 る と 概 ね Pos.1-Flat+の 結 果 と 一 致 し て い る が 、 y =10〜 30付 近 で Pos.1-Flatよ り 小 さ い 値 と な っ て い る 。 Pos.1+-0.23A/m、 Pos.1-0.40A/m、 Pos.1-0.56A/mを 見 る と 、 y =300よ り 大 き い と こ ろ で は Pos.10.00A/mと 一 致 し て い る が 、 そ れ 以 外 で は 全 体 的 に 大 き な 値 を と っ て い る こ と が 分 か る 。
++
ま た ピ ー ク の 位 置 が y =30付 近 と Pos.1-0.00A/mに 比 べ 外 側 に あ る こ と が わ か る 。 y =10〜 30付 近 に お い て は Pos.1-0.23A/m、 Pos.1-0.40A/m、 Pos.1-0.56A/mの 順 に 乱 流 強 度 が 大 き く
なっており、これは平均流速分布のこの範囲での流速の低下の傾向と一致している。
【００７０】+
デ ー タ レ ー ト の 分 布 を 図 １ ８ に 示 す 。 y =1〜 100に お い て 電 流 が 大 き く な る に つ れ て デ+ー タ レ ー ト が 向 上 し て い る こ と が わ か る 。 ま た y =100よ り 大 き い と こ ろ で は デ ー タ レ ー トに大きな差はないことがわかる。
【００７１】
Pos.1に お け る 計 測 で は デ ー タ レ ー ト は 向 上 し た も の の 、 流 場 が 大 き く 変 化 し た 。 こ れはこの計測で流した電流では、沈殿物とともに酸素気泡も発生していたことが原因ではな
いかと考えられる。平均速度が低下し、乱流強度のピークが壁から離れるほうに移動すると い う 傾 向 は 、 マ イ ク ロ バ ブ ル 流 れ の 乱 流 計 測 で も 同 様 の 計 測 結 果 （ 北 川 石 英 他 ： PTV/LIF法 に よ る マ イ ク ロ バ ブ ル 流 れ の 乱 流 変 調 計 測 , 海 上 技 術 安 全 研 究 所 第 4回 研 究 発 表 会 講 演
集 , 2003） が 得 ら れ て い る 。
そこで酸素の発生を防ぐため、より小さな電流で、また沈殿物を直接計測体積に混入させ る た め に 、 電 極 の 直 下 で あ る Pos.2で 計 測 を 行 っ た 。 実 験 条 件 を 表 ４ に 示 す 。 Pos.2-0.0
0A/mは 電 流 を 流 し て い な い ケ ー ス 、 Pos.2-0.02A/mは Pos.1で の 計 測 の 1/10ほ ど の 電 圧 3Vをか け た ケ ー ス で あ る 。 断 面 内 平 均 流 速 Umは Pos.2-0.00A/mで は 計 測 値 か ら 算 出 し 、 Pos.2-0.02A/mで は そ れ と 同 じ 値 を 用 い た 。
【００７２】【表４】【００７３】
主 流 方 向 の 平 均 速 度 分 布 を 図 １ ９ に 示 す 。 LDV計 測 は Pos.1で の 計 測 に 比 べ て 全 体 的 に デー タ レ ー ト が 低 か っ た た め 、 1点 ご と に 180秒 間 （ 最 大 5000samples） 計 測 し た 。 Pos.2で は、 電 極 表 面 を y=0mmと し て い る 。 Pos.2-0.00A/mを 見 る と 、 Pos.1-Flatと よ く 一 致 し て お り、電極端部の形状と異なり、電極表面上の凹凸は平均流速分布には大きな影響を与えない+
こ と が わ か る 。 Pos.2-0.02A/mを 見 る と 、 y =3〜 20に お い て 流 速 が 小 さ く な っ て い る が 、そ の 変 化 量 と 変 化 範 囲 は Pos.1で の 計 測 時 と 比 較 し て ど ち ら も 小 さ く な っ て い る 。
【００７４】
主 流 方 向 の 乱 流 強 度 分 布 を 図 ２ ０ に 示 す 。 Pos.2-0.00A/mを 見 る と 、 平 均 流 速 分 布 と 同様 に Pos.1-Flatと よ く 一 致 し て お り 、 電 極 端 部 の 形 状 と 異 な り 、 電 極 面 上 の 凹 凸 は 乱 流 強+度 分 布 に も 大 き な 影 響 を 与 え な い こ と が わ か る 。 Pos.2-0.02A/mを 見 る と 、 y =3〜 20に おいて乱流強度が小さくなっている。これは平均流速分布が変化している範囲と一致している 。 ま た 、 平 均 流 速 分 布 と 同 様 に そ の 変 化 量 と 変 化 範 囲 は Pos.1で の 計 測 時 と 比 較 し て ど

10

20

40

50

(16)

JP 6857864 B2 2021.4.14

ちらも小さくなっている。
【００７５】+
y =0〜 20の デ ー タ レ ー ト の 分 布 を 図 ２ １ に 示 す 。 こ れ よ り 、 Pos.2-0.02A/mで は デ ー タ
レ ー ト が 1.5〜 3倍 程 度 向 上 し て い る こ と が わ か る 。 Pos.1と 同 様 に デ ー タ レ ー ト に 変 化 が+あ っ た 範 囲 は 流 場 に 変 化 が あ っ た 範 囲 と 一 致 し て お り 、 y =20以 降 は デ ー タ レ ー ト に 大 き
な差は見られなかった。
【産業上の利用可能性】【００７６】
本発明の摩擦抵抗低減方法、摩擦抵抗を低減した構造物、及び摩擦抵抗低減用の電極形
成方法は、水を含む流体の摩擦抵抗を受ける対象物や構造物（船舶の船体、船舶のプロペ
ラ、配管等）に適用できる。
【符号の説明】【００７７】
１１ 船体（対象物、構造物）
２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０ 電極
２１、１２１、２２１、３２１、４２１、５２１ 陽極
２２、１２２、２２２、３２２、４２２、５２２ 陰極
３０、１３０ 電源装置
４０、１４０ 制御装置
５０ プロペラ（対象物、構造物）
６０ 配管（対象物、構造物）
Ｆ 電気力線
Ｘ 流体
Ｚ 流線
【図１】

【図３】

【図４】
【図２】

10

20

(17)

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

JP 6857864 B2 2021.4.14

(18)

【図１０】

【図１２】

【図１１】
【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

JP 6857864 B2 2021.4.14

(19)

【図１７】

【図１９】

【図１８】

【図２０】

【図２１】

JP 6857864 B2 2021.4.14

(20)JP 6857864 B2 2021.4.14

̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶
フロントページの続き(51)Int.Cl.
Ｆ１７Ｄ

ＦＩ
1/00

(72)発明者 川島(2006.01)

Ｆ１７Ｄ

英幹

東京都三鷹市新川６丁目３８番１号
審査官(56)参考文献

小岩

1/00

国立研究開発法人

海上技術安全研究所内智明

実開昭６１−０８７７９６（ＪＰ，Ｕ）
特開２０１２−１７６６３７（ＪＰ，Ａ）
特開平０９−０４８３８９（ＪＰ，Ａ）
米国特許出願公開第２０１２／０２４７３８３（ＵＳ，Ａ１）
特開平１１−１５２０７７（ＪＰ，Ａ）
特開平１０−３１２７３０（ＪＰ，Ａ）
特開２０１１−１８５４０９（ＪＰ，Ａ）
特開２００９−２７４９７６（ＪＰ，Ａ）
実開昭５９−０９９８９２（ＪＰ，Ｕ）
特開昭５３−１３６２８９（ＪＰ，Ａ）
米国特許第６０７９３４５（ＵＳ，Ａ）(58)調査した分野(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１５Ｄ

１／１０−

１／１２

Ｂ６３Ｂ

１／３４−

１／３８

Ｂ６３Ｈ

１／１８−

１／２８

１／００−

１／２０

Ｆ１７Ｄ
Ｆ１６Ｌ

５５／００