專利名稱：摩擦阻力降低船及其駕駛方法
技術領域：
本發(fā)明涉及向船體的外表面供給微小氣泡(micro biAble)，降低船體和水之間的摩擦阻力的摩擦阻力降低船及其駕駛方法。
背景技術：
一直以來，已知有向航行中的船體表面供給氣泡，由此減小船體相對于水的摩擦阻力的技術。作為將空氣送入直至設置于船底(外側面)的氣泡產生部的方式，具有以下兩種類型通過壓縮機(壓氣源)將空氣供給配管內的氣液界面下推直至氣泡產生部的封閉型、 和利用負壓將空氣供給配管內的氣液界面下吸直至氣泡產生部的開放(大氣開放)型。作為封閉型能夠舉出專利文獻1、2。專利文獻1中公開了以覆蓋噴出空氣的空氣孔的方式安裝的平坦板的結構，專利文獻2中公開了以覆蓋高壓氣體的噴出口的方式安裝擋板、以平穩(wěn)的狀態(tài)向水中壓入空氣的結構。此處，專利文獻1中的平坦板及專利文獻2中的擋板，如各自文獻中記載的那樣， 其目的均不是產生負壓。另外，強制地噴出空氣的封閉型中，無論如何氣泡均會變大。為了有效地降低摩擦阻力優(yōu)選使氣泡長時間地留在船體表面，為此需使氣泡的直徑盡可能的小。在專利文獻3中記載有該微小氣泡(micro bubble)通過開爾文-亥姆霍茲不穩(wěn)定現象 (Kelvin-Helmholtz-Instability)產生。即專利文獻3中，在船底的外板(沒水表面)設置凹部，連接向該凹部供給空氣的氣體導入管，并且在凹部的上游側安裝楔狀的負壓形成部，在凹部內產生開爾文-亥姆霍茲不穩(wěn)定現象進而制造出微小氣泡(micro bubble)。另外，專利文獻4中公開了作為制造微小氣泡(micro bubble)的手段，使用葉片替代專利文獻3的楔形的負壓形成部的技術。專利文獻1 日本特開2008-120246號公報專利文獻2 日本特開2008-143345號公報專利文獻3 日本特開2002-2582號公報專利文獻4 專利第4070385號公報如果氣泡的粒徑小則浮力也小，因此即便在船體的側面產生，在到達船尾的時間內也能夠在側面充分地停留，但在專利文獻1、2公開的技術中，由于強制噴出空氣能夠產生大量氣泡，但由于氣泡1個1個的粒徑大，故降低摩擦的效果小。進一步，空氣的噴出量過多會使空氣塊送到螺旋槳而引發(fā)空氣攪動，成為橫搖和顛簸的原因。另一方面，根據專利文獻3、4公開的技術，由于利用負壓而能夠產生在船體側面也能夠在一定程度上滯留的微小氣泡(micro bubble)。然而，專利文獻3、4公開的技術需要船體本身的形狀是特定的形狀。并且，在不能利用負壓使空氣供給配管中的氣液界面下降到微小氣泡產生部的低速航行狀態(tài)下，無法產生氣泡。
另外，專利文獻4中公開了鼓風機，該鼓風機不僅用于下推空氣供給配管中的氣液界面，還用于在氣液界面已經下降到氣泡產生部的狀態(tài)下送入更大量的空氣。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決上述課題，提供一種摩擦阻力降低船，其從比船體的吃水線更靠下方的外側面沿船底安裝有多個微小氣泡產生部件，該微小氣泡產生部件具備伴隨著航行產生負壓的葉片，該摩擦阻力降低船的特征在于，在比所述吃水線更靠下方的區(qū)域中，安裝于接近吃水線的上方區(qū)域的微小氣泡產生部件，在與葉片對置的部分設置有混合海水和空氣的氣液混合空間，一端與該氣液混合空間連接的空氣供給配管的另一端向大氣開放，并且，在比所述吃水線更靠下方的區(qū)域中，安裝于接近船底的下方區(qū)域的微小氣泡產生部件， 在與葉片對置的部分設置有混合海水和空氣的氣液混合空間，一端與該氣液混合空間連接的空氣供給配管的另一端與輔助壓縮機連接。此處，吃水線根據貨物的裝載情況和航行的狀態(tài)(旋轉時等)變化。技術方案1 所記載的吃水線是指設想該船舶裝載規(guī)定的貨物并且在正常航行狀態(tài)的情況下的吃水線。 并且，微小氣泡是指在數mm以下，優(yōu)選指粒徑在Imm以下的氣泡。另外，當船駛出時，利用葉片產生的負壓下吸氣液邊界面，由于只要具有壓入從下降的界面到微小氣泡產生部的水柱的空氣的壓力即可，故作為輔助壓縮機并不需要太大容量的壓縮機，例如，主輪機的輸出為10，OOOkw的船的情況下，壓縮機的容量為10 20kw足矣。另外，亦可直接連接輔助壓縮機與安裝于下方區(qū)域的各微小氣泡產生部件，也可以構成為經由具備減壓閥的支管連接，由此，越是位于下方的微小氣泡產生部件越供給高壓的空氣。由此，能夠從各微小氣泡產生部件大致同時產生微小氣泡。進一步，也可以是如下結構將從輔助壓縮機導出的支管經由切換閥連接于一端與安裝于所述上方區(qū)域或者中間區(qū)域的微小氣泡產生部件連接的空氣供給配管。由此，即便在低速航行時，也能夠從安裝于上方區(qū)域或中間區(qū)域的微小氣泡產生部件產生氣泡。另一方面，本發(fā)明所涉及的摩擦阻力降低船的駕駛方法，例如，通過調整安裝于所述上方區(qū)域的微小氣泡產生部件的位置或者葉片的角度，在船舶的航行速度比巡航速度慢的情況下，僅從與輔助壓縮機連接的微小氣泡產生部件產生氣泡，當在巡航速度以上時，從所有的微小氣泡產生部件產生氣泡，由此進行航行。另外，還可設定安裝于上方區(qū)域的微小氣泡產生部件開始產生微小氣泡的速度比巡航速度更慢。根據本發(fā)明所涉及的摩擦阻力降低船，由于利用了伴隨著船體的航行而產生的負壓，故容易形成適于產生微小的氣泡的開爾文-亥姆霍茲不穩(wěn)定現象，并且由于能夠用必要的最低限度的能量驅動輔助壓縮機，所以為低能耗、燃料消耗率削減做出很大貢獻。


圖1是本發(fā)明所涉及的摩擦阻力降低船的側視圖。圖2是圖1的要部放大圖。圖3是圖2的A方向的向視放大圖。圖4是圖3的要部放大圖。
圖5是圖4的B-B方向的剖面圖。圖6是圖4的C方向的向視圖。圖7是和說明微小氣泡(micro bubble)產生機理的圖4 一樣的圖。圖8是和說明微小氣泡(micro bubble)產生機理的圖5 —樣的圖。圖9是和示出其他實施例的圖3—樣的圖。圖10是和示出其他實施例的圖3 —樣的圖。圖11中，(a) (d)是說明其他實施例所涉及的微小氣泡產生部件的組裝順序的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。圖1是本發(fā)明所涉及的摩擦阻力降低船的側視圖，圖2是圖1的要部放大圖，圖3是圖2的A方向的向視放大圖，圖4是圖3 的要部放大圖，圖5是圖4的B-B方向的剖面圖，圖6是圖4的C方向的向視圖，圖7是和說明微小氣泡(micro bubble)產生機理的圖4 一樣的圖，圖8是和說明微小氣泡(micro bubble)產生機理的圖5 —樣的圖。本發(fā)明所涉及的摩擦阻力降低船從比吃水線(L. W. L)更靠下方的船體的外側面1 沿著船底2安裝多個微小氣泡產生部件10。多個微小氣泡產生部件10的排列如圖示例中從側面觀察形成直線狀的排列，也可以為鋸齒狀或傾斜狀。本發(fā)明中比吃水線(L.W.L)更靠下方的區(qū)域分為接近吃水線的上方區(qū)域(Rl)和接近船底的下方區(qū)域(R2)，使向配置于上方區(qū)域(Rl)和下方區(qū)域(似)的微小氣泡產生部件10供給空氣的方式不同。即向配置于上方區(qū)域(Rl)的微小氣泡產生部件10的空氣供給是通過前端向大氣開放的空氣供給配管3進行的，向配置于下方區(qū)域(R2)的微小氣泡產生部件10的空氣供給是通過從連接于輔助壓縮機4的配管5導出的支管6進行的。也就是，向配置于下方區(qū)域(R2)的微小氣泡產生部件10的空氣供給是通過不向大氣開放的封閉系統(tǒng)的配管進行的。另外，為了簡化說明，圖示例中設定配置于上方區(qū)域(Rl)的微小氣泡產生部件10的數量為1個，但亦可為多個。在所述各支管6設置有減壓閥Vl V4，使向配置于下方區(qū)域(似)的微小氣泡產生部件10供給空氣的供給壓不同。該實施例中越是位于上方的減壓閥節(jié)流量越大，越是下方的微小氣泡產生部件10越能供給高壓的空氣。由于從配管5(分歧管6)內的氣液界面到微小氣泡產生部件10的距離越靠向下方的微小氣泡產生部件10越大，因此設置減壓閥能從輔助壓縮機4均等地供給空氣。此外，亦可不在流向位于最下方的微小氣泡產生部件10的支管上設置減壓閥V4。 進一步，還可根據航行速度對從輔助壓縮機供給的空氣壓力進行整體調整。其次，基于圖4 圖6對微小氣泡產生部件10的構造進行說明。微小氣泡產生部件10由凸緣部11、氣液混合空間12及產生負壓用的葉片13構成。并且，凸緣部11、氣液混合空間12及產生負壓用的葉片13以形成一體的方式利用鑄造或者注射模塑成形來成形微小氣泡產生部件10。另一方面，在船體上開設用于安裝微小氣泡產生部件10的橢圓形狀(小金幣狀)的孔7，在該孔7的內側焊接保持板8，通過螺栓將微小氣泡產生部件10的凸緣部11固定于該保持板8。此處，為減少航行中的摩擦阻力，優(yōu)選凸緣部11和船體外側面1共面。另外，實施例中，保持板8的內側面與劃分形成氣液混合空間12的壁體14的背面共面，使所述支管6 (空氣供給配管3)的一端貫通保持于該壁體14，向氣液混合空間12內直接供給來自支管6 (空氣供給配管3)的空氣。另外，所述葉片13通過連結部15安裝于凸緣部11，在將凸緣部11嵌入于所述孔 7的狀態(tài)下，葉片13向外側突出連結部15的長度。并且，伴隨著航行，由于在葉片13和氣液混合空間12之間形成負壓，故葉片13被形成為形成于后方的間隙g2比形成于前方的間隙gl更大，而且為減小阻力，形成為側視圖中呈海豚狀。以上，由于船在剛開始航行之后速度慢，通過葉片13產生的負壓也小，由于向配置于上方區(qū)域(Rl)的微小氣泡產生部件10進行空氣供給的空氣供給配管3內的氣液界面的下吸效果不足，所以不產生來自上方區(qū)域(Rl)的微小氣泡產生部件10的微小氣泡。然而，由于配置于下方區(qū)域(R2)的微小氣泡產生部件10中供給有相當于從輔助壓縮機4將空氣供給配管5 (支管6)內的氣液界面下壓到微小氣泡產生部件10的氣液混合空間12的量的高壓空氣，所以空氣被供給至氣液混合空間12內。另外，如果通過葉片13形成的負壓變大，如圖7及圖8所示，則氣液容器12內的氣液界面從水平狀態(tài)變化成接近于垂直的狀態(tài)。氣液容器12內的氣液界面中，空氣和水(海水)以不同的速度運動。由于空氣和水密度不同，故如圖7及圖8所示，在微小氣泡產生部件10的氣液容器12內，通過開爾文-亥姆霍茲不穩(wěn)定現象(Kelvin-Helmholtz-Instability)產生微小氣泡(micro bubble)，該微小氣泡沿著船體流動至下游側。此處，可認為產生的微小氣泡之所以以貼在船體的方式流至下游側是由于葉片13 產生的負壓所致的。即在船體表面存在邊界層，一旦因負壓產生無規(guī)則運動的微小氣泡進入該邊界層，通過葉片13的上面和下面(或者外側面和內側面)的壓力不同，微小氣泡被壓靠于船體，并且由于邊界面積濃度(船體附近的每單位體積的氣體和液體的接觸總面積，由此，與氣泡運動時的阻力成比例)大，故意欲運動時阻力變大，因此認為不會從該流體(邊界層) 中脫離，而流至下游側，起到有效減小摩擦阻力的作用。另一方面，對于安裝于船底2的微小氣泡產生部件10而言，與大致垂直地安裝于船體的外側面1的微小氣泡產生部件10不同，氣液容器12內的氣液邊界面是保持水平地產生擾亂，由此產生微小氣泡。圖9及圖10是與示出其他實施例的圖3 —樣的圖，圖9示出的其他實施例中，將通過切換閥16與輔助壓縮機4相連接的空氣供給配管5中導出的支管6，和空氣供給配管 3連接，該空氣供給配管3與設置于接近吃水線的上方區(qū)域Rl的微小氣泡產生部件10連接，在沒有達到巡航速度的極低速度的情況下，亦可通過操作切換閥16來供給輔助壓縮機 4的空氣。該情況下，設置于支管6的減壓閥VO比其他的減壓閥Vl V4設定更大的節(jié)流量。圖10示出的其他實施例，在上方區(qū)域Rl和下方區(qū)域R2之間設置中間區(qū)域R3，關于配置于該中間區(qū)域R3的微小氣泡產生部件10，供給來自大氣開放和輔助壓縮機4的空氣。圖11(a) (d)是說明其他實施例所涉及的微小氣泡產生部件的組裝順序的圖， 該實施例中在微小氣泡產生部件10不設置所述壁體14，通過保持板8劃分形成氣液混合空間12。組裝順序首先如(a)所示，在船體上形成孔7。其次，如(b)所示，在孔7的內側焊接保持板8。在該保持板8形成有貫通孔8a，該貫通孔8a可供空氣供給配管或支管安裝。 貫通孔8a以船的航行方向為基準形成于上游側部分。并且，如(c)、(d)所示，將微小氣泡產生部件10的凸緣部11嵌入于孔7，通過螺栓等固定于保持板8。在凸緣部11的安裝狀態(tài)下，在成為上游側部分的內側部形成有凹部11a，在安裝狀態(tài)下所述貫通孔8a在側視圖中重疊于該凹部11a。結果，空氣從空氣供給配管或支管經由凹部Ila被供給至氣液混合空間12內。標號說明L···船體的外側面；2…船底；3…向大氣開放的空氣供給配管；4…輔助壓縮機； 5…與輔助壓縮機相連接的空氣供給配管；6…支管；7…形成于船體的孔；8…保持板；10··· 微小氣泡產生部件；11···凸緣部；12···氣液混合空間；13···葉片；14…壁體；15…連結部； 16…切換閥；L. W. L···吃水線；Rl…接近吃水線的上方區(qū)域；R2…接近船底的下方區(qū)域； gl···葉片前端部分的間隙；g2…葉片后端部分的間隙；VO V4…減壓閥。
權利要求
1.一種摩擦阻力降低船，其從比船體的吃水線更靠下方的外側面沿船底安裝有多個微小氣泡產生部件，該微小氣泡產生部件具備伴隨著航行產生負壓的葉片，該摩擦阻力降低船的特征在于，在比所述吃水線更靠下方的區(qū)域中，安裝于接近吃水線的上方區(qū)域的微小氣泡產生部件，在與葉片對置的部分設置有混合海水和空氣的氣液混合空間，一端與該氣液混合空間連接的空氣供給配管的另一端向大氣開放，并且，在比所述吃水線更靠下方的區(qū)域中，安裝于接近船底的下方區(qū)域的微小氣泡產生部件，在與葉片對置的部分設置有混合海水和空氣的氣液混合空間，一端與該氣液混合空間連接的空氣供給配管的另一端與輔助壓縮機連接。
2.根據權利要求1所述的摩擦阻力降低船，其特征在于，安裝于所述上方區(qū)域的微小氣泡產生部件通過切換閥向大氣開放或與輔助壓縮機連接。
3.一種摩擦阻力降低船，其從比船體的吃水線更靠下方的外側面沿船底安裝有多個微小氣泡產生部件，該微小氣泡產生部件具備伴隨著航行產生負壓的葉片，該摩擦阻力降低船的特征在于，在比所述吃水線更靠下方的區(qū)域中，安裝于接近吃水線的上方區(qū)域的微小氣泡產生部件，在與葉片對置的部分設置有混合海水和空氣的氣液混合空間，一端與該氣液混合空間連接的空氣供給配管的另一端向大氣開放，并且，在比所述吃水線更靠下方的區(qū)域中，安裝于接近船底的下方區(qū)域的微小氣泡產生部件，在與葉片對置的部分設置有混合海水和空氣的氣液混合空間，一端與該氣液混合空間連接的空氣供給配管的另一端與輔助壓縮機連接，進一步，安裝于所述上方區(qū)域和下方區(qū)域之間的中間區(qū)域的微小氣泡產生部件，在與葉片對置的部分設置有混合海水和空氣的氣液混合空間，一端與該氣液混合空間連接的空氣供給配管的另一端通過切換閥向大氣開放或與輔助壓縮機連接。
4.根據權利要求1 3中任意一項所述的摩擦阻力降低船，其特征在于，來自所述輔助壓縮機的加壓空氣通過支管被供給至各微小氣泡產生部件，在各支管設置有減壓閥，越是位于下方的微小氣泡產生部件越供給高壓的空氣。
5.一種摩擦阻力降低船的駕駛方法，是對權利要求1 4中任意一項所述的摩擦阻力降低船進行駕駛的方法，其特征在于，通過調整安裝于所述上方區(qū)域的微小氣泡產生部件的位置或葉片的角度，在船舶的航行速度比巡航速度慢的情況下，僅從與輔助壓縮機連接的微小氣泡產生部件產生氣泡，當在巡航速度以上時，從所有的微小氣泡產生部件產生氣泡，由此進行航行。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供一種降低摩擦阻力、提高燃料消耗率的摩擦阻力降低船及其駕駛方法。將比吃水線(L.W.L)更靠下方形成的區(qū)域分為近吃水線的上方區(qū)域(R1)和近船底的下方區(qū)域(R2)，向配置于上方區(qū)域(R1)的微小氣泡產生部件(10)的空氣供給是通過前端向大氣開放的空氣供給配管(3)進行的，向配置于下方區(qū)域(R2)的微小氣泡產生部件(10)的空氣供給是通過輔助壓縮機(4)導出的配管(5)導出的支管(6)進行的。
文檔編號B63B1/38GK102159448SQ200980137100
公開日2011年8月17日 申請日期2009年4月1日 優(yōu)先權日2008年7月23日
發(fā)明者高橋義明 申請人:K&I株式會社