JP5073710B2 - Microbubble generator in ship hull - Google Patents
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Description
本発明は、船体の没水表面に配置された多数の放出口から当該没水表面に気泡を放出して当該船体の摩擦抵抗を減少させる船体における微細気泡発生装置に関する。 The present invention relates to a fine bubble generating device in a hull that reduces the frictional resistance of the hull by discharging bubbles to the submerged surface from a number of discharge ports arranged on the submerged surface of the hull.
船舶の航行中における船体の流体摩擦抵抗を減少させるために、船体の没水表面に微細気泡(マイクロバブル)を放出して空気膜・空気層を形成する技術が下記の特許文献等により提案されている。一般に微細気泡は、船体表面に設けられた放出口から数メートル離れたところで消滅することが多く、船尾側に移動するに伴い複数の気泡は合体を繰り返しつつ徐々に大きくなることから船体の表面からの離脱も早くなり、流体摩擦抵抗の低減効果が小さくなる。 In order to reduce the fluid frictional resistance of the hull during navigation of the ship, the following patent document etc. proposes a technique for forming fine air bubbles (micro bubbles) on the submerged surface of the hull to form an air film / air layer. ing. In general, fine bubbles often disappear at a distance of several meters from the discharge port provided on the hull surface, and as the bubbles move gradually toward the stern side, the bubbles gradually increase while repeating coalescence. Detachment becomes faster and the effect of reducing fluid frictional resistance is reduced.
特許文献1には、船舶等の流体摩擦抵抗を低減することを目的として、船体の没水表面に複数のノズルを所定間隔に配置し、そのノズルから微細な凹凸を有する膜体表面に沿わせて空気を供給する方法が開示されている。
In
特許文献2には、船体の没水表面に加圧気体を水中に噴出する噴出口を配置し、噴出口の下流位置に噴出口の内側壁と没水表面とを緩やかに接続した状態の誘導面を形成したマイクロバブル発生装置が開示されている。
In
特許文献3には、船体の没水表面に設けた負圧形成部と、負圧形成部の後方に浅い凹部と深い凹部を前後に配置し、後方の深い凹部に加圧エアを供給する通路が設けられた摩擦抵抗低減船が開示されている。
ところが、上記文献に記載されているような加圧空気や加圧気体(燃焼により生じたガス)のみを船体の没水表面に配置した放出口から噴出させる方法では、気泡が船体から離れ易く、摩擦抵抗が減少しにくい。このため、大量の空気を供給するには大形のブロワー、コンプレッサー等を設置しなければならず、設備費が高くなるという問題がある。 However, in the method in which only pressurized air or pressurized gas (gas generated by combustion) as described in the above-mentioned document is ejected from the discharge port arranged on the submerged surface of the hull, bubbles are easily separated from the hull. Friction resistance is hard to decrease. For this reason, in order to supply a large amount of air, a large blower, a compressor, etc. must be installed, and there is a problem that the equipment cost becomes high.
本発明の目的は、吸い込んだ水に大量の空気を混入させることが可能なルーツポンプを用い、微細気泡が含まれた水の層を船体の没水表面に厚く形成して流体摩擦抵抗の減少を図る船体における微細気泡発生装置を提供することにある。 The object of the present invention is to reduce the fluid friction resistance by using a roots pump that can mix a large amount of air into the sucked-in water and forming a thick water layer containing fine bubbles on the submerged surface of the hull. An object of the present invention is to provide a device for generating fine bubbles in a ship hull.
前記目的を達成するために請求項1に記載した発明は、船体の没水表面に配置された多数の放出口から当該没水表面に気泡を放出して当該船体の摩擦抵抗を減少させる船体における微細気泡発生装置であって、
吸込口と吐出口を設けたポンプケーシング内に収められた一対の2葉若しくは多葉式ルーツロータを駆動モータにより回転自在に設けたルーツポンプと、その吸込口に一端を接続し前記船体に設けられた取水口に他端を接続した吸入管と、その吐出口に一端を接続し前記放出口に他端を接続した排出管とを備え、その吸入管に連通する管路に空気導入口と、吸い込んだ水を内蔵された衝突部材に衝突させる気泡発生管とを設け、
その衝突部材は、前記気泡発生管の大径部の内底に載せられるリングから上方へ延びる脚の上端に円形板を一体に固定した形態とされ、
前記ルーツポンプの運転により前記取水口から水を吸い込むと共に前記空気導入口から取り込まれる空気が混合した水を前記気泡発生管の衝突部材に衝突させることにより多量の気泡を発生させ、かつ、前記ルーツポンプによる圧縮作用により気泡を微細化し、その微細化された気泡が含まれた水を前記放出口から水中に吹き込むようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an invention according to
A Roots pump in which a pair of two-leaf or multi-leaf root rotors housed in a pump casing provided with a suction port and a discharge port are rotatably provided by a drive motor, and one end connected to the suction port is provided in the hull. A suction pipe having the other end connected to the intake port, a discharge pipe having one end connected to the discharge port and the other end connected to the discharge port, and an air introduction port connected to the suction pipe; A bubble generating tube that collides the sucked water against the built-in collision member,
The collision member has a form in which a circular plate is integrally fixed to an upper end of a leg extending upward from a ring placed on the inner bottom of the large diameter portion of the bubble generating tube,
A large amount of bubbles are generated by causing water to be sucked from the water intake port by the operation of the roots pump and mixed with air taken in from the air inlet port to collide with a collision member of the bubble generation tube, and the roots It is characterized in that the bubbles are made fine by the compression action by the pump, and the water containing the refined bubbles is blown into the water from the discharge port.
同様の目的を達成するために請求項2に記載した発明は、船体の没水表面に配置された多数の放出口から当該没水表面に気泡を放出して当該船体の摩擦抵抗を減少させる船体における微細気泡発生装置であって、
吸込口と吐出口を設けたポンプケーシング内に収められた一対の2葉若しくは多葉式ルーツロータを駆動モータにより回転自在に設けたルーツポンプと、その吸込口に一端を接続し前記船体に設けられた取水口に他端を接続した吸入管と、その吐出口に一端を接続し前記放出口に他端を接続した排出管とを備え、その吸入管に連通する管路に空気導入口と、吸い込んだ水を内蔵された衝突部材に衝突させる気泡発生管とを設け、
その衝突部材は、所定厚さを有する半円形状とされていて、前記気泡発生管の大径部に互い違いに積み重ねて収められ、
前記ルーツポンプの運転により前記取水口から水を吸い込むと共に前記空気導入口から取り込まれる空気が混合した水を前記気泡発生管の衝突部材に衝突させることにより多量の気泡を発生させ、かつ、前記ルーツポンプによる圧縮作用により気泡を微細化し、その微細化された気泡が含まれた水を前記放出口から水中に吹き込むようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the same object, the invention described in
A Roots pump in which a pair of two-leaf or multi-leaf root rotors housed in a pump casing provided with a suction port and a discharge port are rotatably provided by a drive motor, and one end connected to the suction port is provided in the hull. A suction pipe having the other end connected to the intake port, a discharge pipe having one end connected to the discharge port and the other end connected to the discharge port, and an air introduction port connected to the suction pipe; A bubble generating tube that collides the sucked water against the built-in collision member,
The collision member has a semicircular shape having a predetermined thickness, and is alternately stacked and stored in the large-diameter portion of the bubble generating tube.
A large amount of bubbles are generated by causing water to be sucked from the water intake port by the operation of the roots pump and mixed with air taken in from the air inlet port to collide with a collision member of the bubble generation tube, and the roots It is characterized in that the bubbles are made fine by the compression action by the pump, and the water containing the refined bubbles is blown into the water from the discharge port.
同様の目的を達成するために請求項3に記載した発明は、請求項1又は2に記載の船体における微細気泡発生装置において、前記放出口に逆止弁付ノズルを設けたことを特徴とするものである。
In order to achieve the same object, the invention described in
(請求項1の発明)
この船体における微細気泡発生装置は、ルーツポンプの運転により空気導入口からエジェクタ作用により取り込まれる空気が混合した水を気泡発生管の衝突部材に衝突させることにより多量の気泡を発生させ、かつ、ルーツポンプによる圧縮作用により気泡を微細化し、微細化気泡を含む水を放出口から水中に吹き込むことにより、微細気泡が含まれた水の層を船体の没水表面に厚く形成することにより船体の摩擦抵抗を減少させ、船舶の運行時の省エネルギー化に寄与する。
(Invention of Claim 1)
This device for generating fine bubbles in a hull generates a large amount of bubbles by colliding water mixed with air taken in from an air inlet through an ejector action by operation of a roots pump against a collision member of a bubble generation tube, Friction of the hull is achieved by forming a thick water layer on the submerged surface of the hull by blowing bubbles into the water from the discharge port by making the bubbles finer by the compression action of the pump Reduces resistance and contributes to energy saving during ship operation.
そして、気泡発生管の衝突部材の円形部材に、空気導入口からエジェクタ作用により取り込まれる空気が混合した水を正面から衝突させることにより、有用な微細気泡に発展する多量の気泡が発生する。A large amount of bubbles that develop into useful fine bubbles are generated by colliding, from the front, water mixed with air taken in by an ejector action from the air inlet to the circular member of the collision member of the bubble generating tube.
(請求項2の発明)(Invention of Claim 2)
この船体における微細気泡発生装置は、ルーツポンプの運転により空気導入口からエジェクタ作用により取り込まれる空気が混合した水を気泡発生管の衝突部材に衝突させることにより多量の気泡を発生させ、かつ、ルーツポンプによる圧縮作用により気泡を微細化し、微細化気泡を含む水を放出口から水中に吹き込むことにより、微細気泡が含まれた水の層を船体の没水表面に厚く形成することにより船体の摩擦抵抗を減少させ、船舶の運行時の省エネルギー化に寄与する。This device for generating fine bubbles in a hull generates a large amount of bubbles by colliding water mixed with air taken in from an air inlet through an ejector action by operation of a roots pump against a collision member of a bubble generation tube, Friction of the hull is achieved by forming a thick water layer on the submerged surface of the hull by blowing bubbles into the water from the discharge port by making the bubbles fine by the compression action of the pump and blowing the water containing the fine bubbles into the water from the discharge port. Reduces resistance and contributes to energy saving during ship operation.
気泡発生管の衝突部材は半円形状のものを互い違いに積み重ねているので、吸入される水にゴミが混入している場合に適する。Since the colliding members of the bubble generating tube are alternately stacked in a semicircular shape, it is suitable when dust is mixed in the sucked water.
(請求項3の発明)
請求項1又は請求項2の発明において、放出口に設けた逆止弁付ノズルにより、排出管(分岐管)内に気泡の一部が停滞するエアポケット状態が解消されると共に微細気泡の発生が促進される。また、ルーツポンプの運転停止時には、逆止弁付ノズルの逆止弁作用によって船舶の外の水が排出管に流入することが防止される。
(Invention of Claim 3)
In the invention of
以下に、本発明の最良の形態例を図面に基づいて説明する。 The best mode of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明に係る船体における微細気泡発生装置Bは、図1に示すタンカー等の船舶70の船体71の没水表面71cに配置された多数の放出口76から当該没水表面71cに気泡を放出して当該船体71の摩擦抵抗を減少させるものであり、船体71内に当該装置Bに係るルーツポンプ3や各種配管を配置している(図2)。以下に、微細気泡発生装置Bについて詳しく説明する。
The fine bubble generating device B in the hull according to the present invention emits bubbles to the submerged
図3に示すように、船体71内に設けられた床部材72に微細気泡発生装置Bの機台1が配置され、その機台1上にルーツポンプ3と駆動モータ38とが設置されている。
ルーツポンプ3は、図4に示すように、吸込口5と吐出口6を設けたポンプケーシング4の内部に、吸込口部8を斜め上方に、吐出口部9を斜め下方に設けたロータケーシング7が45度傾けて配置されている。ロータケーシング7の吸込口部8の上隅部7aとポンプケーシング4の吸込口5側の天部4aとは、壁10により連接されている。また、吐出口部9の下隅部7bから横方向へ凹円弧壁11が一体に形成され、その凹円弧壁11のほぼ中間部とポンプケーシング4の底部4bとは、縦壁12により連接されている。13は縦壁12に設けられたバイパス穴である。
As shown in FIG. 3, the
As shown in FIG. 4, the
14,14はポンプケーシング4の周壁に設けられたドレン用穴、15はポンプケーシング4の天部4aに設けられた給水穴である。17は一方のドレン用穴14に螺着されたキャップ、21は給水穴15に螺着されたキャップである。他方のドレン用穴14に螺着されるキャップ18には、前記バイパス穴13に先端部を挿入するロッド19が中心部に突設されている。
14 and 14 are drain holes provided in the peripheral wall of the
吸込口5には、逆止弁22を介装して配管のためのフランジ継手23が取り付けられている。また、吐出口6にも同様に、フランジ継手24が取り付けられている。
A
ロータケーシング7には、一対の2葉式ルーツロータ26を収めている。図5に示すように、ルーツロータ26のロータ軸27は、ポンプケーシング4の両側に夫々固定されたハウジング30,31に装着したベアリング32,32により回転自由に支持するように設けられている。下方のロータ軸27のハウジング30から突出する一端にはプーリ34を取付け、駆動モータ装置38により伝動ベルト39を介して該プーリ34を回転駆動するように設けられている。ロータ軸27の他端にはタイミングギア35を夫々固定し、それらのタイミングギア35,35を噛合するように設けている。36はハウジング31の開口部に取り付けたギアカバーである。
The
ハウジング30,31には、ロータ軸27を支持するベアリング32の奥に、公知のメカニカルシールを収納したスタッフィングボックス33が設けられている。
The
ルーツロータ26については、ロータ軸27を除いて形成された芯金部26bの外側にポリウレタンゴム材(又はニトリルゴム材)によりライニング加工を施している。
About the
この実施例のルーツポンプ3では、2葉式ルーツロータ26を採用しているが、これに限定されることなく、図6に示す3葉式ルーツロータ41を適用することもできる。
Although the two-
ルーツポンプ3に接続した吸入管45に連通する管路45bには、複数の空気導入口46を設ける。48は空気導入口46に接続した導入管47に取付けられた開閉弁である。
A plurality of
空気導入口46よりもルーツポンプ3の吸入口5に近い箇所の管路45aには、気泡発生させるための衝突部材50を大径部49aに内蔵した気泡発生管49を介装している。図7(b)に示すように、衝突部材50は、前記大径部49aの内底に載せられるリング50aから上方へ延びる4本の脚50bの上端に円形板50cを一体に固定した形態とされている(請求項1の発明において採用)。
A
衝突部材50の他の態様の衝突部材53を図8に示す。その衝突部材53は、図8(b)に示すように、所定厚さを有する半円形状とされていて、気泡発生管52の大径部52aに互い違いに積み重ねて収められる。この気泡発生管52は、吸入する水にゴミが多く混入する場合に適する構造である(請求項2の発明において採用)。
FIG. 8 shows a
55は前記管路45bに一端を接続し船体71の底部71bに設けられた取水口75に他端を接続した吸い込みパイプである。吸い込みパイプ55には、フィルタ56と開閉弁57が介装されている。他方、前記フランジ継手24に一端を接続した排出管58の他端側には、開閉弁59とヘッダ60を介装している。ヘッダ60に接続された多数の分岐管61は、船体71の没水表面(側面)71cに配置された多数の放出口76に夫々接続するように設けられている。各分岐管61には、開閉弁62と逆止弁63とが介装されている。
これにより、ルーツポンプ3の運転により船体71の取水口75から水(海水、川水)を吸い込むと共に空気導入口46からエジェクタ作用により取り込まれる空気が混合した水を衝突部材50に衝突させることにより多量の気泡を発生させ、かつ、ルーツポンプ3による圧縮作用により気泡を微細化し、微細化された気泡が含まれた水を船体71の放出口76から水中に吹き込むことにより、船体の没水表面に気泡混じりの水の層を厚く形成することができる本発明に係る船体における微細気泡発生装置Bが構成される。
As a result, water (seawater, river water) is sucked from the
本発明に係る船体における微細気泡発生装置Bにおいては、分岐管61内に前記気泡の一部が一時的に停滞するエアポケット状態を解消すると共に微細気泡の発生を促進するため、図9に示すように、前記放出口76に逆止弁付ノズル65を設けることが好ましい(請求項3の発明において採用)。
In the fine bubble generating apparatus B in the hull according to the present invention, as shown in FIG. 9, in order to eliminate the air pocket state in which a part of the bubbles temporarily stagnates in the
この逆止弁付ノズル65は、円筒形ノズル本体66内のほぼ中間位置に形成された壁部66aに弁孔66bを設け、弁孔66bに連通する弁室66dに遊動可能に挿入されたゴム製の球状弁67が外に飛び出さないようにストッパ66eに当接可能に設けられている。66cは弁孔66bに形成された弁座、66fはノズル本体66の外周に形成されたネジ部である。なお、弁孔66bの大きさについては、排出される水の圧力が0.3〜0.5kPaを維持することができるように設けるものとする。
This
放出口76に挿入されたノズル本体66は、リング形パッキン69を介在させてネジ部66fに固定用リング部材68の雌ネジ(図示せず)を螺合することにより船体71に固定されている。固定用リング部材68の胴部68aには、前記分岐管61の先端部を接続するように設けられている。
The
しかして、逆止弁付ノズル65では、ルーツポンプ3から排出管58、分岐管61を通って供給される微細化された気泡が含まれた水が、弁孔66bを通過する際に流速を増加し、その流速を増加した水が弁室66d内で遊動する球状弁67に衝突することによって気泡が再び微細化されて水中に勢いよく吹き込まれる。他方、ルーツポンプ3の運転停止時には、逆止弁付ノズル65の逆止弁作用によって船舶70の外の水が分岐管61に流入することが防止される。
Therefore, in the
なお、本発明に係る船体における微細気泡発生装置においては、船舶70の喫水の深さが15〜25mという場合には、2台のルーツポンプを直列に配置するように構成するのが好ましい。
In addition, in the fine bubble generator in the hull which concerns on this invention, when the depth of the draft of the
(実験1)
本発明に係る船体における微細気泡発生装置Bのルーツポンプに関し、吸込水量に対する吸込空気量の割合について下記条件下で清水を使用して測定した。実験結果を図10のグラフに示す。
(実験条件)
ルーツポンプの口径:50mm
回転速度:630〜720rpm
モータ出力:1.5Kw
吸込圧力:−50kPa
吐出圧力:10kPa
(Experiment 1)
Regarding the roots pump of the fine bubble generator B in the hull according to the present invention, the ratio of the intake air amount to the intake water amount was measured using fresh water under the following conditions. The experimental results are shown in the graph of FIG.
(Experimental conditions)
Roots pump diameter: 50mm
Rotation speed: 630-720rpm
Motor output: 1.5Kw
Suction pressure: -50kPa
Discharge pressure: 10kPa
実験の結果、吸込水量に対する吸込空気量の割合は、最大で30%になり、エジェクタ作用により大量の空気が清水に混合されることが確認された。 As a result of the experiment, the ratio of the intake air amount to the intake water amount was 30% at the maximum, and it was confirmed that a large amount of air was mixed with fresh water by the ejector action.
B・・・本発明に係る船体における微細気泡発生装置
3・・・ルーツポンプ
4・・・ポンプケーシング
5・・・吸入口、6・・・吐出口
26・・・2葉式ルーツロータ
38・・・駆動モータ
45・・・吸入管
46・・・空気導入口
49・・・気泡発生管
50・・・衝突部材
52・・・気泡発生管
53・・・衝突部材
58・・・排出管
65・・・逆止弁付ノズル
70・・・船舶
71・・・船体
71c・・・没水表面
75・・・取水口
76・・・放出口
B ...
49 ... Bubble generating tube
50 ... Colliding member
52 ... Bubble generating tube
53 ...
Claims (3)
吸込口と吐出口を設けたポンプケーシング内に収められた一対の2葉若しくは多葉式ルーツロータを駆動モータにより回転自在に設けたルーツポンプと、その吸込口に一端を接続し前記船体に設けられた取水口に他端を接続した吸入管と、その吐出口に一端を接続し前記放出口に他端を接続した排出管とを備え、その吸入管に連通する管路に空気導入口と、吸い込んだ水を内蔵された衝突部材に衝突させる気泡発生管とを設け、
その衝突部材は、前記気泡発生管の大径部の内底に載せられるリングから上方へ延びる脚の上端に円形板を一体に固定した形態とされ、
前記ルーツポンプの運転により前記取水口から水を吸い込むと共に前記空気導入口から取り込まれる空気が混合した水を前記気泡発生管の衝突部材に衝突させることにより多量の気泡を発生させ、かつ、前記ルーツポンプによる圧縮作用により気泡を微細化し、その微細化された気泡が含まれた水を前記放出口から水中に吹き込むようにしたことを特徴とする船体における微細気泡発生装置。 A device for generating fine bubbles in a hull that reduces the frictional resistance of the hull by discharging bubbles from a number of discharge ports arranged on the submerged surface of the hull to the submerged surface,
A Roots pump in which a pair of two-leaf or multi-leaf root rotors housed in a pump casing provided with a suction port and a discharge port are rotatably provided by a drive motor, and one end connected to the suction port is provided in the hull. A suction pipe having the other end connected to the intake port, a discharge pipe having one end connected to the discharge port and the other end connected to the discharge port, and an air introduction port connected to the suction pipe; A bubble generating tube that collides the sucked water against the built-in collision member,
The collision member has a form in which a circular plate is integrally fixed to an upper end of a leg extending upward from a ring placed on the inner bottom of the large diameter portion of the bubble generating tube,
A large amount of bubbles are generated by causing water to be sucked from the water intake port by the operation of the roots pump and mixed with air taken in from the air inlet port to collide with a collision member of the bubble generation tube, and the roots An apparatus for generating fine bubbles in a hull characterized in that bubbles are made fine by a compression action by a pump, and water containing the refined bubbles is blown into the water from the discharge port.
吸込口と吐出口を設けたポンプケーシング内に収められた一対の2葉若しくは多葉式ルーツロータを駆動モータにより回転自在に設けたルーツポンプと、その吸込口に一端を接続し前記船体に設けられた取水口に他端を接続した吸入管と、その吐出口に一端を接続し前記放出口に他端を接続した排出管とを備え、その吸入管に連通する管路に空気導入口と、吸い込んだ水を内蔵された衝突部材に衝突させる気泡発生管とを設け、A Roots pump in which a pair of two-leaf or multi-leaf root rotors housed in a pump casing provided with a suction port and a discharge port are rotatably provided by a drive motor, and one end connected to the suction port is provided in the hull. A suction pipe having the other end connected to the intake port, a discharge pipe having one end connected to the discharge port and the other end connected to the discharge port, and an air introduction port connected to the suction pipe; A bubble generating tube that collides the sucked water against the built-in collision member,
その衝突部材は、所定厚さを有する半円形状とされていて、前記気泡発生管の大径部に互い違いに積み重ねて収められ、The collision member has a semicircular shape having a predetermined thickness, and is alternately stacked and stored in the large-diameter portion of the bubble generating tube.
前記ルーツポンプの運転により前記取水口から水を吸い込むと共に前記空気導入口から取り込まれる空気が混合した水を前記気泡発生管の衝突部材に衝突させることにより多量の気泡を発生させ、かつ、前記ルーツポンプによる圧縮作用により気泡を微細化し、その微細化された気泡が含まれた水を前記放出口から水中に吹き込むようにしたことを特徴とする船体における微細気泡発生装置。A large amount of bubbles are generated by causing water to be sucked from the water intake port by the operation of the roots pump and mixed with air taken in from the air inlet port to collide with a collision member of the bubble generation tube, and the roots An apparatus for generating fine bubbles in a hull characterized in that bubbles are made fine by a compression action by a pump, and water containing the refined bubbles is blown into the water from the discharge port.
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