JP5975363B2

JP5975363B2 - 船体流体抵抗低減装置

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Publication number: JP5975363B2
Application number: JP2015139778A
Authority: JP
Inventors: 雅田篭
Original assignee: 雅田篭
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: JP2016064812A

Description

本発明は、船首部の水面下において大量のマイクロバブル（船関連では、微細気泡を、いわゆるマイクロバブルと呼ぶ）を発生させ、水面下の船体外板表面をマイクロバブルで覆うことによって、航行時の船体の摩擦抵抗を低減するとともに船首部近傍に発生する水面波による造波抵抗も低減し、高い省エネ効果を得る装置に関する。

航行時の船が受ける流体抵抗を低減する主な方法としては、船体表面に生じる摩擦による抵抗と船首部近傍に生じる造波抵抗を低減させる方法がある。従来は、摩擦抵抗を低減させるための手段としては、船首側の船の外板に設けた細いスリットや多数の噴出口から、ブロワによる加圧空気を吹き出させる方法などがある。例えば、噴出口がスリット形状では特許文献１、細長形状の多数の吹き出し口形状では特許文献２、複数の気体噴出口形状では特許文献３が開示されている。特許文献４では、気水混相流体をノズルにより吹き出す方法が開示されている。また、特許文献５にはマイクロバブル発生貫流ポンプを船の外板に直接設置して、マイクロバブルを船体表面に沿って放出する方法もある。
造波抵抗を低減させるための手段としては、船首部の船体底部の形状をバルバスバウ（球状船首）にすることによって、造波抵抗を低減する方法がある。例えば、満載時や軽荷時での造波抵抗を低減する手段が特許文献６に、また喫水の変化や海流条件に対応した船首バルブにフインを装備した形状が特許文献７に開示されている。

しかし、船体外板に設けた多数の噴出口やノズルなどからブロワにより気泡を船体表面に向けて吹き出す方法は、噴出流による流れの乱れが大きく、拡散しやすく、気泡も船体表面から離れやすくなるため、船体表面を効率よくマイクロバブルで覆うことはできない。特許文献５のマイクロバブル発生貫流ポンプを使用する方法は、水面下の船体外板への前記貫流ポンプの取り付け方法やメンテナンス等に問題がある。
いずれにしても、従来の船体の流体抵抗低減装置は、摩擦抵抗と造波抵抗の両方に有効な流体抵抗低減装置ではないことから、抵抗低減効果も限界があり、顕著な流体抵抗の低減効果は期待できない。

特開平９−１５６５７６号公報特開平９−２０７８７３号公報特開平１１−４９０８０号公報特開２００８−１８７８１号公報特開２０１２−１０６５４２号公報特開２０１０−１８８９５３号公報特開２０１０−１３７８３３号公報

航行中に受ける流体抵抗は、主に摩擦抵抗と造波抵抗があるが、従来の流体抵抗低減手段は、摩擦抵抗の低減と造波抵抗の低減を、それぞれに別物として捉える手法が取られているため、流体抵抗の低減効果には限界がある。顕著な流体抵抗の低減効果を得るためには、摩擦抵抗と造波抵抗の両方を同時に低減する手法が求められる。
従来技術の船体外板に設けた多数の噴出口やノズルなどにより気泡を船体表面に向けて吹き出す方法は、噴出流による流れの乱れが大きく、船体表面を効率よくマイクロバブルで覆うことはできない。このため、本発明では、流れが一様で幅広な吐出し流れを有するマイクロバブル発生貫流ポンプを利用した流体抵抗低減装置を主体に提供する。また、別の方法として船体表面近くの流れの中にノズルを設置する簡易的な流体抵抗低減装置についても提供する。

本発明は、従来技術の問題点を解決するために、マイクロバブル発生貫流ポンプを利用した請求項１及至請求項３に記載の船体流体抵抗低減装置の提供、並びに平口ノズルを船体表面近くの流れの中に設置した構成の請求項４及至請求項６に記載の船体流体抵抗低減装置を提供するものである。
請求項１に記載の発明は、船体側面における摩擦抵抗の低減と船首部に発生する造波抵抗低減のための流体抵抗低減装置で、羽根車中心部に微細気泡発生機構を有するマイクロバブル発生貫流ポンプを、船首部の水面下の船体側面外板に設置し、その貫流ポンプ本体の上方すぐ上に、前記貫流ポンプ全体を覆う平板翼を船体側面外板に略平行に設置した構成からなる。これにより航行時に船首部に向かう水流が直接船首部に当たらず、平板翼を備えた前記貫流ポンプの吸込み口に吸込まれ、船首部近傍の流れが制御されるため、造波抵抗が低減される。同時に、前記貫流ポンプからのマイクロバブルの船体側面に沿う吐出し流れが側面を覆うことにより、船体側面の摩擦抵抗も低減される。
請求項２に記載の発明は、前記平板翼を前記貫流ポンプの吸込みケーシングの上面に直接取り付けて一体化した流体抵抗低減装置である。

請求項３に記載の発明は、船体底面の摩擦抵抗を低減する流体抵抗低減装置で、船首部先端の尖った形状におけるポンプ据付け上の構造的問題を解決するために、船首部の左舷と右舷の間の部分を上甲板の方向から水面に向かって中空にした立抗にし、その中空立抗後部の略垂直壁面上の船底近傍にマイクロバブル発生貫流ポンプを平坦な船底面に合わせて横置きにして設置した構成である。これにより、船体底面に沿うマイクロバブルの吐出し流れが船体底面を覆うことにより、船体底面の摩擦抵抗が低減される。

請求項４及び請求項５に記載の発明の平口ノズルによる流体抵抗低減装置は、船体の底面と側面の表面近傍の流れの中に、くし型タイプの平口ノズルを設置し、流れと同方向に微細気泡流を吹き出すことにより、シート状のマイクロバブルの噴流が船体表面に沿って流れるようにして、船体表面の摩擦抵抗を低減するものである。
上記くし型タイプの平口ノズルの上方すぐ上に、当該ノズル装置全体を覆う平板翼を船体表面に略平行に設置した構成にすれば、船体表面に沿うノズルの噴出流を安定させる。
上記数種の流体抵抗低減装置のそれぞれを使用条件に合わせて船体に装備すれば、船体の側面と底面の摩擦抵抗、および船首部に発生する造波抵抗を同時に低減できるという高度の省エネ技術を提供できることになる。

従来は、ブロワによる加圧空気を噴出口から吹き出させて、マイクロバブルを発生させている例が多いが、気体のみの噴出では、気泡同士が結合しやすいことから、気泡を十分に微細化し難い。気泡の微細化には微小気泡含有気液混合液を加圧してノズルに供給する必要がある。また、微細気泡で船体表面を効率よく覆うためには、気泡径をできるだけ小さくして浮力の影響を小さくする必要がある。特に船体側面における流れに対しては、気泡の浮力の影響が大きい。

請求項６に記載の発明は、ポンプのメンテナンスや据付け位置の調整に関するもので、マイクロバブル発生貫流ポンプを船首部の船体側面や中空立抗部の略垂直壁面上に設置したリニアレール走行するスライドプレート又はパイプやポールをガイドにしてスライドして走行するスライドプレートに取り付けた構成にし、前記貫流ポンプを上下に走行可能とし、またポンプを水面上に引き上げることによって容易となることを特徴とする。

本発明の流体抵抗低減装置は、従来とは異なり、船体の側面と底面の摩擦抵抗および船首部の造波抵抗を同時に低減することが出来るため、航行時における高い省エネ効果が得られる。また、船首部の水流が制御され、造波抵抗が低減されるため、水を切る船首部形状を鋭くする必要もない。また、造波抵抗低減のためには、船首部の水面下の船体構造をバルバスバウ（球状船首）にする必要もない。

図１は本発明の流体抵抗低減装置８０を船首部の船体側面外板に設置した場合の全体構成を示す斜視図である（実施例１）。図２は図１の平板翼５５の一部を破断した主要部の斜視図である。図３は図１の流体抵抗低減装置８０を船首部水面下の船体側板に設置したときの断面図で、船体側面に沿うマイクロバブルの吐出し流れの状態を示す。図４は図３の流体抵抗低減装置８０の拡大断面図である。図５はマイクロバブル発生貫流ポンプ５０と気液混合加圧液供給装置４５の関係を示す概念図である。図６は、流体抵抗低減装置８１の装置構成を示す斜視図である（実施例２）。図７は、流体抵抗低減装置８１を船首部水面下の船体側面外板に設置したときの断面図で、船体側面に沿うマイクロバブルの吐出し流れの状態を示す。図８はマイクロバブル発生貫流ポンプ５０ｂを船首部の中空立抗の垂直壁面の船底部に設置した場合の全体構成を示す概略の断面図である（実施例３）。図９はマイクロバブル発生貫流ポンプ５０ｂの据付け状態を示す拡大断面図である。図１０は図８の装置の全体構成を示す概略の平面図である。図１１は、船首部の中空立抗の垂直壁面の船底部近傍の流れの中に平口ノズル４を設置した状態と、マイクロバブルの噴出流の状態を示す断面図である（実施例４）。図１２は、船首部の中空立抗の底面部近傍に設置した平口ノズル４からの噴出流の状態を船体の底面側から見た平面図で、対称図面の片側半分を示す。図１３は、船首部水面下の船体側面外板近傍の流れの中にノズルの先端口が平口のくし形ノズル１８ｂを据付けた場合の全体構成を示す斜視図である（実施例５）。図１４は、平板翼５７を備えた、くし形ノズル１８ｂを船首部水面下の船体側面近傍の流れの中に設置した状態を示す断面図である。図１５は、マイクロバブル発生貫流ポンプ５０ｂと流体抵抗低減装置８０を船首部の底面と側面に設置した場合の装置構成と船体表面に沿うマイクロバブルの流れの状態を示す斜視図である。図１６は羽根車内部に挿入した散気孔タイプのノズル３および筒型タイプのノズル１０の装置構成と気液混合加圧液供給装置４５の関係を示す断面図である。図１７は、散気孔タイプのノズル３ｂを専用のサブモータ２０で駆動する羽根車部の装置構成と気液混合加圧液供給装置４５の関係を示す断面図である。図１８は、気液混合チャンバー４０の構成を示す断面図である。図１９は流体抵抗低減装置８０を船首部水面下の船体側面に設置の有無（ｂ）、（a）での航行時における船体まわりの流れの状況を比較して示す概略の断面図である。図２０は、平板翼５５を備えていない場合のマイクロバブル発生貫流ポンプ５０のポンプ背後における後流渦Ｋの発生状況を示す断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図１及至図１５を参照して説明する。

図１は、請求項１に記載の発明に関する第１実施例で、流体抵抗低減装置８０を船首部水面下の船体側面に設置した場合の全体構成を示す斜視図である。図２は図１の平板翼５５の一部を破断し、マイクロバブル発生貫流ポンプ５０の形状を明確にした主要部の斜視図である。
本実施例の装置構成は、まず、羽根車中心部に微細気泡発生機構を有するマイクロバブル発生貫流ポンプ５０を船首部の船の側面外板に設置したリニアレール３０の上を走行するスライドプレート３１に取り付けた構成にする。本例は水面下の適正な位置に調整しながらポンプ２台をセットできるようにしたもので、貫流ポンプの吸込み口と吐出し口の方向は水流と同方向で、吐出し流れが船体表面に沿うように、ケーシング形状をアレンジしている。次に前記マイクロバブル発生貫流ポンプ５０本体の上方すぐ上に貫流ポンプ全体を覆う平板翼５５を船体側面外板に略平行に設置した構成にする。これにより、船首部へ向かう水流は図３の断面図に示すように、平板翼５５の内側と外側に分かれて流れるようになる。ポンプ入口部には、ゴミ除けのためにスクリーン６０を取り付けている。

円筒状で多翼の羽根車７を有する貫流ポンプ（図１６参照）の構造は単純に二次元的で、流れが羽根車に接線方向に吐出されることから、吐出し流れは、幅広のシート状で乱れも少なく、拡散せずに遠くまで達することができる。また、単純に羽根車の長さを変えたり羽根車を連結することによって、船体表面をマイクロバブルで覆う範囲を調整できる。なお、ポンプからのマイクロバブルを含む吐出し流れは、船の推進にも寄与するので無駄がない。
また、水中モータ１２を含めて全体が矩形にコンパクトにまとまるので、図２に示すようにリニアレール３０の上を走行するスライドプレート３１に都合よく容易に取り付けられる。スライドプレート３１を自走型にすれば、作業効率は良くなる。
図５は、本発明に係るマイクロバブル発生貫流ポンプ５０と気液混合加圧液供給装置４５の関係を示す概念図である。マイクロバブルの発生機構は、気液混合チャンバー４０で気体と液体を合流させて生成された気泡を含む気液混合液を加圧ポンプ４２に取り込んで、加圧した微細気泡含有気液混合加圧液を貫流ポンプの羽根車７内に挿入したノズルに供給する構成である（詳細は後述）。

この実施の形態によれば、航行中に船首部に向かう水流は、従来は船首部に当たり、淀みを生じて水面波を生じるが、本発明では、図３に示すように前記水流は船首部に当たらず、船首部側面近傍を通って貫流ポンプの吸込み口へ支障なくスムーズに向かうため、衝突による水面波は生じない。従って造波抵抗を顕著に低減できる。
一方、貫流ポンプの吐出し流れの特性は、前述のように幅広のシート状で乱れも少なく、拡散せずに遠くまで達することができること、またコアンダ効果（流れが物体表面に沿って流れる効果）により、図３の断面図および図４の拡大図に示すように貫流ポンプ５０から吐出されたマイクロバブルの流れが曲率のある船の側面外板７０ｂに沿って流れるので、船体表面を薄い層のマイクロバブルで効率よく覆うことができる。従って摩擦抵抗を効率よく低減させることができる。
このように、本発明では、従来と異なり、造波抵抗と摩擦抵抗の両方を同時に低減することができるという優れた特徴を持っている。

なお、コアンダ効果を有効にするためには、ポンプのマイクロバブル吐出し流れの流速Ｄを外流Ｆ（船体近傍を通り過ぎる流れ）の流速よりも速くする必要がある。吐出し流速はポンプの回転数を変えることによって調整する。
羽根車を高速回転すると、羽根にキャビテーションが発生しやすくなる。キャビテーションはポンプの性能低下の原因になるが、適度のキャビテーションの発生は、微細気泡の発生源となり、その吐出し気泡流は船体表面の摩擦抵抗を低減するため、本実施例ではプラス効果となる。

また、平板翼５５を備えた装置構成は、上述の船首部の流れの制御による造波抵抗を低減するだけでなく、図２０に示すようなポンプ背後に発生する後流渦Ｋの発生も防止できる。後流渦Ｋは同図に示すようにマイクロバブルの吐出し流れＤを乱すため、平板翼５５を備えることは、ポンプからの吐出し流れＤを安定させることにも寄与している。
ポンプのメンテナンスは、ポンプがリニアレール３０上を上下に走行できるので容易である。リニアレール３０の替わりにH型鋼タイプを使用してもよい。又は、後述の実施例３に示すようにパイプやポールをガイドにしてスライドして走行するスライドプレート３４に、マイクロバブル発生貫流ポンプ５０取り付けた構成にしてもよい。（請求項６に関連）
ゴミ除けスクリーン６０にゴミが附着した場合は、羽根車を逆回転してポンプの吐出し口から吸込み口へ逆流させれば、取り除くことができる。

図６は、請求項２に記載の発明に関する第２実施例で、流体抵抗低減装置８１を船首部水面下の船体側面に設置した場合の全体構成とマイクロバブルの流れを示す斜視図である。
本実施例では、図１に示す流体抵抗低減装置８０とは異なり、平板翼５６をマイクロバブル発生貫流ポンプ５０の吸込みケーシング２１（図４参照）の上面に直接取り付けて、前記平板翼５６で貫流ポンプ全体を覆い、前記貫流ポンプと平板翼を一体化した構成である。
図７に流体抵抗低減装置８１を船首部の船体側面に取り付けた場合の断面図およびマイクロバブル流れの状態を示す。第２実施例におけるマイクロバブル発生に関する基本的な装置構成や船体まわりの流れの状況は第１実施例と同様である。

図８は、請求項３に記載の発明に関する第３実施例で、船首部先端の尖った形状におけるポンプ据付け上の構造的問題を解決するために、船首部の左舷と右舷の間の部分を上甲板の方向から水面に向かって中空にした立抗構造にし、中空立抗７５の後部の略垂直壁面７６の船底近傍にマイクロバブル発生貫流ポンプ５０ｂを設置した場合の全体構成を示す断面図である。図９はマイクロバブル発生貫流ポンプ５０ｂの据付部の拡大断面図、図１０は図８を上方から見た平面図である。
本実施例では、図８に示すようにマイクロバブル発生貫流ポンプ５０ｂを船首部の中空立抗７５の垂直壁面７６に設置したリニアパイプ３２をガイドにしてスライドリング３３により走行するスライドプレート３４に取付けた構成にし、ポンプの吐出し流れが船の平坦な底面に沿って、船首部から船尾に向かって流れるように該貫流ポンプを横置きにして水面下の船底近くに設置した構成である。マイクロバブル発生に関する基本的な装置構成は、実施例１と同様である。
中空立抗７５は、立抗上面が水面より上にあればよく、上甲板を突き抜けなくてもよい。中空立抗７５の中を満たす海水は、水流が船首部に当たる衝突圧を緩和するダンパーの役割をし、船の縦揺れや横揺れの揺動を安定化させる働きもある。

この実施の形態によれば、航行中に船底部に向かう水流は、マイクロバブル発生貫流ポンプ５０ｂの吸込み口へスムーズに向かい、マイクロバブルの吐出し流れは、図８の断面図および図９の拡大図に示すように船底面の外板表面に沿って流れる。前述のように貫流ポンプの吐出し流れは、幅広のシート状で乱れも少なく、拡散せずに遠くまで達することができること、またコアンダ効果により、図８、図９に示すように吐出し流れが曲率のある船体底面に沿ってスムーズに後方船尾に向かって流れるため、従来と異なり、船体底面全体を薄い層のマイクロバブルで効率よく覆うことができる。摩擦抵抗低減のためには、船体表面が水と接する薄い境界層を気泡で覆えばよく、厚い層で覆う必要はないことから、貫流ポンプの吐出し流れの特性は、船体の摩擦抵抗低減には都合がよい。

実施例１〜３においては、気液混合加圧液供給装置４５で生成された微細気泡含有気液混合加圧液を羽根車内のノズルに供給したが、気体のみを貫流ポンプの羽根車内のノズルに供給する手段もある。図１７（ｃ）に示すように、ブロワ４３により加圧した気体をノズル３ｂに供給し、ノズル回転専用のサブモータ２０により、ノズル３ｂを高速回転させて噴出孔５より、高速回転を伴いながら噴出させれば十分に微細化した気泡（マイクロバブル）が得られ、摩擦抵抗低減に有効な手段となる。この手法によれば、浮力の影響が大きい実施例１および実施例２の船体側面に対しても使用可能である。

図１１は、請求項４に記載の発明に関する第４実施例で、中空立抗７５の略垂直壁面７６の船底近傍の流れの中に、くし型ノズル１８の平口ノズル４を取り付けて、船体底面の摩擦抵抗を低減させる場合の全体構成を示す概略の断面図である。図１２は船体の底面側から見た平口ノズル４の据付け状態で、対称図面の片側半分を示す。この場合は平口ノズルを３個設置し、幅広ノズルの噴出流が船体底面に沿うようにしている。ノズルの先端口は円形でもよいが、平口にした方が、噴流を船体表面に沿って流すことができ、噴流が表面を覆う面積も広くなるため、ノズルの個数も少なくてすむ。ノズルの個数は船体の大きさによって調整する。平口ノズル４には、実施例１と同様に、気液混合加圧液供給装置４５により生成された微細気泡含有気液混合加圧液が供給される構成である。

この実施の形態によれば、図１２に示すように平口ノズル４の先端からの噴出流が減圧と流体との摩擦によりマイクロバブル化した流れとなって、船体底面を覆うため、摩擦抵抗が低減される。
本発明のように、平口ノズル４を船底面近傍の流れの中に据付けて、ノズルの噴流が流れと同方向になるように設定することにより、平口ノズルからの噴出流が船体に沿う外流と同方向の流れの中に安定した流れとなって、またコアンダ効果によるマイクロバブルの流れが曲率のある船体表面を覆うことにより、摩擦抵抗が顕著に低減される。

実施例３と実施例４では、マイクロバブルの流れを得るために、実施例１と同様に気液混合加圧液供給装置４５で生成された微細気泡含有気液混合加圧液を使用したが、船体底面では、船体側面に比べると気泡の浮力の影響は小さいので、従来のようにブロワによる加圧空気を羽根車内のノズルや平口ノズルに供給することにより、マイクロバブルの発生を得てもよい。しかし、気泡の微細化は十分でなく、摩擦抵抗の低減効果は劣る。

図１３は、請求項５に記載の発明に関する第５実施例で、船首部水面下の船体側面近傍の水流の中に、くし型ノズル１８ｂを設置した場合の全体構成を示す斜視図である。図１４にくし型ノズル１８ｂを船首部の船体側面近傍の水流の中に取り付けた場合の断面図およびマイクロバブル流れの状態を示す。
この実施例では、分岐管１１ｂは、剥離渦が生じないように外形を翼型にし、平口ノズル４ｂからの噴流が船体側面に沿うように調整している。また、本図では、ノズルからの噴出流を安定させるために、くし型ノズル１８ｂの上方すぐ上に、当該くし型ノズル全体を覆う平板翼５７を船体側面に略平行に設置した構成を示す。同様に前記実施例４におけるくし型ノズル１８においても、平板翼を備えた方がノズルからの噴出流は安定する。
船体側面の摩擦抵抗低減のためには、特に気泡径を十分に小さくして浮力の影響を小さくする必要があることから、平口ノズル４ｂには、気体のみの供給でなく、実施例１と同様に、気液混合加圧液供給装置４５により生成された微細気泡含有気液混合加圧液を供給した方がよい。

この実施の形態によれば、図１３、図１４に示すように平口ノズル４ｂの先端からの噴出流が減圧と流体との摩擦によりマイクロバブル化した流れとなって、船体側面を覆うため、摩擦抵抗が低減される。
従来技術では、前述のように船体外板に設けた多数の噴出口やノズルからマイクロバブルを船体表面に向けて吹き出すため、噴出流の乱れが大きく拡散しやすく、気泡も船体表面から離れやすくなるため、船体表面を効率よくマイクロバブルで覆うことができない。本発明のように、平口ノズル４ｂを実施例４と同様に船体表面近傍の流れの中に据付けて、ノズルの噴出流が流れと同方向になるように設定して噴流を安定させることにより、また、コアンダ効果により、平口ノズルからの噴出流が曲率のある船体表面をマイクロバブルで覆うことができる。従って、摩擦抵抗が顕著に低減される。

実施例４、実施例５のくし型ノズル１８，１８ｂを、実施例１や実施例３のようにリニアレール３０や、リニアパイプ３２を走行するスライドプレート３２、３４のような類の移動可能な装置に取り付ければ、メンテナンスは容易となる。

図１５は第６実施例で、船体の流体抵抗を総合的に低減する装置の全体構成とマイクロバブルが船体表面に沿って流れる状態を船の前方下方向から見た斜視図である。本実施例は、第１実施例と第３実施例で使用した流体抵抗低減装置を船体に設置した構成である。
船体側面の摩擦抵抗の低減と船首部の造波抵抗の低減には、実施例１と同様の縦置きのマイクロバブル発生貫流ポンプ５０と平板翼５５を組み合わせた流体抵抗低減装置８０を船首部の船体側面に設置した構成にし、船体底面における摩擦抵抗の低減には、実施例３と同様の横置きのマイクロバブル発生貫流ポンプ５０ｂを中空立抗７５の船底部に設置した構成である。

この実施の形態によれば、中空立抗船底部に設置したマイクロバブル発生貫流ポンプ５０ｂと船体側面に設置したマイクロバブル発生貫流ポンプ５０の吐出し流れが、貫流ポンプ特有の幅広で乱れのない流れにより、また、コアンダ効果により、曲率のある船体表面に沿ってスムーズに後方船尾に向かって流れるため、水面下の船体の底面と側面の両方の船体表面をマイクロバブルで効率よく覆うことができる。このため、船体表面全体の摩擦抵抗を効率よく低減できる。
また、船首部側面外板に設置した平板翼５５を備えた流体抵抗低減装置８０により、前述のように船首部近傍の水流が制御され、水面波を抑制するため、造波抵抗は顕著に低減される。従って、実施例６では、航行時における船体の底面と側面の摩擦抵抗、および船首部における造波抵抗も低減されるため、従来と異なり、航行時の船全体における流体抵抗を総合的に低減することが出来るという優れた省エネ効果を有する。

第６実施例では、船体底面における摩擦抵抗の低減には実施例３と同様にマイクロバブル発生貫流ポンプ５０ｂを船底部に設置した構成にしたが、前記貫流ポンプ５０ｂの替わりに実施例４の平口ノズル４を船底部に設置した構成にしても同様な効果が得られる。また、船体側面に流体抵抗低減装置８０の替わりに第５実施例のくし型ノズル１８ｂを設置した構成も考えられる。ただし、この場合の流体抵抗低減装置は、船体側面の摩擦抵抗低減のためで、造波抵抗の低減効果はほとんどない。

上記実施例１〜実施例６で描いたマイクロバブル発生貫流ポンプ５０、５０ｂや船体流体抵抗低減装置８０およびくし型ノズル１８、１８ｂの大きさは、分かりやすく説明するために実際とは異なり船体に対して大きな比率で描いている。実際の貫流ポンプの羽根車径は、２００〜５００ｍｍ程度と考えられる。ポンプの大きさやポンプの台数および平口ノズルの本数などは船の大きさによって異なる。
また、上記実施例では、マイクロバブル発生貫流ポンプ５０、５０ｂは、メンテナンスの利便性を考慮して、リニアレール３０やリニアパイプ３２の上を走行するスライドプレート３２、３４に設置したが、船首部の船体底面と船体側面外板に直接設置してもよい。

図１６と図１７は、本発明に係る船体摩擦抵抗低減に関するマイクロバブルの羽根車部での発生機構を示す断面図と気液混合加圧液供給装置４５の関係を示す。図１６は、散気孔タイプのノズル３、筒型タイプのノズル１０が羽根車と一体になって回転するタイプ、図１７は、図１６とは異なり散気孔タイプのノズル３ｂが、専用のサブモ−タ２０駆動により、羽根車の回転に関係なく自在に回転可能にしたタイプである。
図１６（a）と図１７（a）は、散気孔タイプのノズル３、３ｂのノズル先端が羽根車内に突き出した状態、図１６（ｂ）と図１７（ｂ）は、ノズルの先端を駆動側の羽根車ボス部に差し込んで、ノズルの振れ止め防止と散気孔部が羽根車全体に渡っている状態を示す。図１７の専用モータ駆動によるノズル３ｂのタイプでは、ノズル３ｂを羽根車の回転に関係なく、自在に高速回転できることから、図１７のノズル３ｂの方が図１６のノズル３のタイプより細かな気泡が得られる。これら数種のノズルタイプは、使用状況に応じて、使い分けられる。

マイクロバブルの発生機構は、気液混合加圧液供給装置４５において、気液混合チャンバー４０で気体と液体を合流させて生成された微小気泡含有気液混合液を加圧ポンプ４２に取り込んで、加圧ポンプの羽根により回転撹拌しながら気泡を微細化するとともに加圧した微細気泡含有気液混合加圧液を供給ホース１３により、羽根車内に挿入したノズルに供給する。供給された微細気泡含有気液混合加圧液は散気孔タイプのノズル３、３ｂ、又は筒型タイプのノズル１０の噴出口よりジェット状の噴流Ｊ、又はＪ２となって回転する羽根車７内に噴出、減圧され、羽根車内の流れとも混合することにより、マイクロバブル化した気泡となって、流れとともにポンプ吐出口から船体表面に沿って流出する。
加圧ポンプとしては比速度の小さい遠心ポンプや渦流ポンプ（ウエスコポンプ）などの高揚程のポンプが適している。あるいは容積式の偏芯ロ−タを持つベーン形のポンプでも良い。気液混合液を加圧するのは、気液混合液中の微小気泡に圧力をかけて微細化してノズルに供給し、散気孔やノズルからの噴出後の減圧が気泡のマイクロバブル化に非常に有効であることによる。
従来は、主にブロワにより気体を噴出口より吹き出す手法がとられているが、気体のみの噴出では気泡同士が結合しやすいことから、気泡の微細化は十分ではない。気体のみをノズルより噴出させて十分な微細気泡を得るためには、図１７（ｃ）に示すように、散気孔タイプのノズル３ｂをサブモータ２０により高速回転させて気体を噴出する必要がある。

図１６中に示す気液混合チャンバー４０の構造は種々考えられるが、図１８は本実施例で考案した二重管構造タイプの気液混合チャンバーである。本装置は、外管３８の内部に供給された気体が内管３７の多数の小孔３９を通して内管３７内の高速の流体中に吹き出され、微小気泡含有気液混合液となって、加圧ポンプ４２に取り込まれ、羽根車内のノズルに供給される構成である。

図１９は、船体の船首部の側壁面に船体流体抵抗低減装置８０を取り付けた場合（ｂ）と取り付けない場合（ａ）の航行時における船体近傍の流れの状況を示す。前記低減装置８０がない場合は、図（ａ）に示すように、航行時に水流が直接船首部に当たり、淀みが生じ、水面波Ｒが発生するため、造波抵抗が生じる。また、船首部後半の曲がり部において、剥離渦Ｓによる造渦抵抗も発生するなど、船体の流体抵抗に大きな影響を及ぼす。一方、前記低減装置８０を取り付けた場合は、航行時に水流が船首部に直接当たることなく、低減装置８０のポンプ吸込み口に向かうため、船首部の流れは、図（ａ）とは異なり、図（ｂ）に示すように船首部近傍を支障なくスムーズに流れ、水面波は生じないため、造波抵抗は抑制される。

本発明の船体流体抵抗低減装置は、航行時の船体表面の摩擦抵抗と船首部に発生する造波抵抗の両方を同時に低減できることから、高い省エネ効果が得られる。また、船首部において水流が制御されることから、水を切る船首部形状を鋭くする必要がないこと、および造波抵抗の低減に対しては、船首部の水面下の船体構造をバルバスバウ（球状船首）にする必要がないことなど高度の技術を有することから、本装置が利用される可能性は大きい。

３，３ｂ散気孔タイプのノズル
４，４ｂ平口ノズル
５噴出口（散気孔タイプのノズルの小孔）
６羽根（貫流ポンプ）
７貫流ポンプ羽根車
８ケ−シング舌部
１０筒型タイプのノズル
１１，１１ｂ分岐管（くし型ノズル）
１２水中モ−タ
１３供給ホース
１４水面
１６，１６ｂ羽根車中空回転軸
１８，１８ｂくし型ノズル
２０サブモ−タ（中空回転軸）
２１ポンプ吸込みケーシング
２２ポンプ吐出しケーシング
２５，２５ｂ羽根車中空回転軸用軸受
２９散気孔パイプ軸受
３０リニアレール
３１，３４スライドプレート
３２リニアパイプ
３３スライドリング
３６二重管ユニット
３７二重管ユニット内管
３８二重管ユニット外管
３９小孔（気体吹込み孔）
４０気液混合チャンバー
４２加圧ポンプ
４３ブロワ
４５気液混合加圧液供給装置
４９段差修正ブロック
５０，５０ｂマイクロバブル発生貫流ポンプ
５５，５６，５７平板翼
６０スクリーン
７０船
７０ｂ船の側面外板
７５船首部中空立抗
７６中空立抗垂直壁面
８０，８１流体抵抗低減装置
Ｂ微細気泡（マイクロバブル）
Ｄポンプの吐出し流れ（船体表面に沿うマイクロバブルの流れ）
Ｆ外流（船の速度や海流に関係する船体近傍を通り過ぎる流れ）
Ｊ，Ｊ２ノズルより羽根車内に噴出する微細気泡流
Ｋ後流渦
Ｓ剥離渦
Ｒ水面波

Claims

円筒状で多翼の羽根車を有し、羽根車中心部に微細気泡発生機構を有するマイクロバブル発生貫流ポンプを、船首部水面下の船体側面外板に、ポンプの吸込み口と吐出し口の方向が水流と同方向になるように設置した構成において、前記マイクロバブル発生貫流ポンプ本体の上方すぐ上に、該貫流ポンプ全体を覆う平板翼を船体側面外板に略平行に設置した構成にすることによって、航行時に、該貫流ポンプによる吸込み、吐出し流れに伴う、船首部からの水流の制御と前記貫流ポンプ背後に発生する渦による乱れを抑制することにより、船首部に発生する造波抵抗と船体側面に発生する摩擦抵抗の両方を効果的に低減することを特徴とする船体流体抵抗低減装置。
請求項１に記載の船体流体抵抗低減装置において、前記平板翼を前記マイクロバブル発生貫流ポンプのポンプ吸込み側ケーシング上面に直接取り付けて、前記貫流ポンプ全体を覆うようにし、該マイクロバブル発生貫流ポンプと該平板翼が一体化した装置にすることを特徴とする船体流体抵抗低減装置
船首部の左舷と右舷の間の部分を上甲板方向から水面に向かって中空にした立抗にし、その中空立抗後部の略垂直壁面の船底近傍に、円筒状で多翼の羽根車を有し、羽根車中心部に微細気泡発生機構を有するマイクロバブル発生貫流ポンプを横置きにして設置し、該貫流ポンプからの微細気泡の船体底面に沿う吐出し流れによって、航行時の船体底面の摩擦抵抗を低減することを特徴とする船体流体抵抗低減装置
請求項３に記載の船体流体抵抗低減装置において、中空立抗の略垂直壁面の船底面近傍の流れの中に、ノズルの先端口を平口形、又は円形にした、くし型ノズルを設置し、ノズルからの船底面に沿う微細気泡の噴出流により、船体底面表面を微細気泡で覆うことによって、航行時の船体底面の摩擦抵抗を低減することを特徴とする船体流体抵抗低減装置
船首部水面下の船首部から船尾へ向かう船体側面近傍の水流の中の船体側面から離れたところに、ノズルの先端口を平口形にした、くし型ノズルを設置し、該ノズルの先端口からの微細気泡の噴出流が、流れと同方向になるようにし、航行時の船体側面の摩擦抵抗を低減することを特徴とする船体流体抵抗低減装置
請求項１又は請求項２に記載の船体流体抵抗低減装置において、船首部船体側面外板上、又は請求項３に記載の船体流体抵抗低減装置において、中空立抗の略垂直壁面上、に垂直方向に設置したパイプやポ−ルをガイドにしてスライドして走行するスライドプレ−トに前記マイクロバブル発生貫流ポンプを取り付けた構成にし、マイクロバブル発生貫流ポンプを上下に走行可能として、ポンプの据付け調整やメンテナンスを容易にしたことを特徴とする船体流体抵抗低減装置。