JP5073710B2 - 船体における微細気泡発生装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

特開平７−１７４７６号公報 特開平９−１５０７８５号公報 特開２００２−２５８２号公報

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（請求項２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。

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。

（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。

本発明装置を適用した船舶の外観図 同、船舶の要部の縦断面図 本発明に係る船体における微細気泡発生装置 ルーツポンプの縦断側面図 ルーツポンプの一部破断正面図 ３葉式ルーツポンプの要部の模式図 気泡発生管の説明図 気泡発生管の他の態様を示す説明図 逆止弁付ノズルの説明図 本発明装置に用いるルーツポンプの特性を示すグラフ

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

（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

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。

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

Claims (3)

1. 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船体における微細気泡発生装置。
2. 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船体における微細気泡発生装置。
3. 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。

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