JP6011802B2

JP6011802B2 - 摩擦低減船用マイクロバブル発生貫流ポンプ装置

Info

Publication number: JP6011802B2
Application number: JP2013055978A
Authority: JP
Inventors: 雅田篭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: JP2014180919A

Description

本発明は、船首側の水面下において大量のマイクロバブル（微細気泡）を発生させ、船の側面および底面に接する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し、高い省エネ効果を得る装置に関する。

従来は、船体の表面をマイクロバブルで覆って摩擦抵抗を低減させるための手段として、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およびノズルにより空気を吹き出させる方法などがある。例えば、吹き出し口がスリット形状では特許文献１、多数の噴出口形状では特許文献２や特許文献３、ノズル形状では特許文献４などが開示されている。また、特許文献５にはマイクロバブル発生ポンプを船の外板に設置してマイクロバブルを船体に沿って放出する方法もある。

しかし、いずれの方法も既存の船体にマイクロバブル噴出口やスリットを設けることは困難である。また、マイクロバブル発生ポンプを直接船体の外板に取り付けるのも容易でなく、メンテナンスの問題もある。また、船体の形状も多種多様であり、船体に噴出口やスリットを施工する際に柔軟に対応できないなどの問題がる。

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

従来のマイクロバブルの発生技術は、基本的に船体外板にスリットや噴出口を施工する必要があり、費用や構造上の問題がある。また、既存の船体に追加工するのは困難である。また、マイクロバブル発生ポンプを水面下の船体外板に直接固定して設置する方法は、据付け位置の調整やメンテナンスに問題がる。従って、既存の船体にも摩擦低減のためにマイクロバブル発生装置を利用できて、据付け位置の調整やメンテナンスも容易にできる構造を必要とする。

本発明は従来技術の問題点を解決するために、船首側の船体外板にリニアレールを上甲板部の外板から水面下の船底付近の所定の位置まで垂直に設置し、前記リニアレールの上を走行するスライドプレートに矩形構造のマイクロバブル発生貫流ポンプを取り付けた装置構成にしたものである。前記ポンプをレール走行により水面下の適正な位置に調整しながらセットできるので、既存の船体にも利用でき、またポンプが上下にレール走行できるので、メンテナンスも容易である。

多翼の円筒状羽根車を有する貫流ポンプ（クロスフロ−ポンプ）の構造は単純に二次元的であるため、モータを含めて全体が矩形にコンパクトにまとまり、レールの上を走行するスライドプレートに設置するのに都合よく容易に取り付けられる。また、単純に羽根車の長さを変えることによって、マイクロバブルで船体表面を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。

本発明の矩形構造のマイクロバブル発生貫流ポンプを船体外板に取り付けた走行型リニアレールの上にセットする方法は、既存の船舶にも前記貫流ポンプ装置を比較的容易に組込んで設置可能である。貫流ポンプの羽根車内で発生した大量のマイクロバブルは、ポンプ特有の幅広で安定した吐出し流れとともに船体表面に沿って供給できるので、航行時の船体摩擦抵抗を効率よく低減できる。また、メンテナンスもレール走行によりポンプを水中から引き上げることができるので作業効率が良い。

図１は本発明のマイクロバブル発生貫流ポンプ５０を船体外板に取り付けた走行型リニアレールの上にセットした場合の基本的全体構成を示す据付図で、船体外面に沿うマイクロバブルの流れの状態を示す。（実施例１）図２は図１の平面断面図で、船の側面外板７０ｂに設置したリニアレール３０上にマイクロバブル発生貫流ポンプ５０を設置した場合の据付け状態と船の側面外板に沿うマイクロバブルの流れの状態を示す。図３は図２のマイクロバブル発生貫流ポンプ５０のポンプ部の拡大断面図で、船体外面に沿うマイクロバブルの流れの状態を示す。図４は図１の実施例１とは異なる別形態のマイクロバブル発生貫流ポンプ５１を船首部に設置した場合の基本的全体構成を示す据付図で、船底外面に沿うマイクロバブルの流れの状態を示す。（実施例２）図５は図４の平面図で、船体左舷部の外板に設置したリニアレール３０上にマイクロバブル発生貫流ポンプ５１を設置した場合の据付け状態と船底外面に沿うマイクロバブルの流れの状態を示す。図６は図４のマイクロバブル発生貫流ポンプ５１のポンプ部の拡大断面図で、船底外面に沿うマイクロバブルの流れの状態を示す。図７（a）はマイクロバブル発生貫流ポンプ５０と５１の羽根車部断面図で、散気孔タイプのノズルからの噴出状態Jを示す。（ｂ）は別形態における筒型ノズルの先端からの噴出状態J2を示す。図８は気液混合チャンバーの詳細構造を示す。（a）は二重管構造タイプ、（ｂ）はノズル噴流タイプである

以下に本発明の実施の形態を図１〜図８を参照して説明する。

図１は第１実施例で、請求項１の発明に関する全体構成を示す。図２は図１の平面断面図、図３は図２のポンプ部の拡大図である。図１は、船首側の船の側面外板にリニアレール３０を上甲板部の外板から水面下の船底付近の所定の位置まで垂直に設置し、リニアレール３０の上を走行するスライドプレート３１にマイクロバブル発生貫流ポンプ５０を取り付けた構成にし、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ある。前述のように円筒状の多翼羽根車７を有する貫流ポンプの構造は単純で二次元的であるため、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、レール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。また、メンテナンス時には、レール走行によりポンプを容易に水面上に引き上げることができるので有利である。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。

この実施の形態によれば、貫流ポンプの流れは二次元的で幅広の安定した一様な流れが得られるのとコアンダ効果（流れが物体表面に沿って流れる効果）により、図２、図３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船の側面外板７０ｂに沿って流れるので、薄い層のマイクロバブルで船体を覆うことができる。コアンダ効果を有効にするためには、図３に示す吐出し流れDの流速は外流F（船の速度や海流に関係する船体近傍を通り過ぎる流れ）の速度より速くする必要がある。

摩擦抵抗を低減させるためには、基本的には、水面下の船体表面の薄い境界層をマイクロバブルで覆えば良い。本発明では、マイクロバブルを含む吐出し流れを船体表面に沿ってシ−ト状に供給できるのとコアンダ効果により、確実に境界層を覆うことができるので効率が良い。また、二次元的形状の貫流ポンプ本体の吸込み口と吐出し口を含むケ−シング形状や舌部８の構造および羽根車の長さを適切にアレンジすることによって船体の形状あった流れの状態を得ることが出来るという優れた特徴を持っている。

羽根車内に発生するマイクロバブルの発生は図１に示すように気液混合チャンバー４０（詳細は後述）で気体と液体を合流させて生成された微小気泡混合液を加圧ポンプ４２に取り込んで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加圧液をパイプ１３により図３に示す羽根車内に挿入した散気孔タイプのノズル３に供給する。供給された微細気泡含有加圧液は噴出口よりジェット状の噴流J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。

図４は第２実施例で図１の第１実施例とは異なる別形態の装置の全体構成を示す。図５は図４の平面図、図６は図４のポンプ部の拡大断面図である。図４、図５に示すように船首左舷部の船体外板にリニアレール３０を上甲板部外板から水面下の船底付近まで垂直に設置し、リニアレール３０の上を走行するスライドプレート３１にマイクロバブル発生貫流ポンプ５１を取り付け、船底部にセットしたものである。ポンプの吸込み口２１と吐出し口２２のケーシングの形状や方向は図６に示すように流れが船低表面７０ｃに沿うようにアレンジしている。マイクロバブル発生に関する基本的な装置構成は前実施例と同様である。

この実施の形態によれば、図４、図６に示すようにマイクロバブル発生貫流ポンプ５１から吐出されたマイクロバブルの流れがコアンダ効果によって船底の外板表面７０ｃに沿って流れ、船底表面を覆うため摩擦低減になる。

上記実施例では、船の側面に対してはマイクロバブル発生貫流ポンプ５０、底面に対してはマイクロバブル発生貫流ポンプ５１を分けて使用したが、分けなくてもコアンダ効果（流れが船体表面に沿って流れる）を有効に利用できるようにマイクロバブル貫流ポンプを船首部の適当な位置にセットし、ポンプの吐出し方向を変えたり吐出し口近傍の船体表面の形状を局部的に変えるなどの調整をすれば、船の側面と底面の両面を含む船体表面をマイクロバブルで覆うことができる柔軟な対応も可能である。

図１〜図６に描いたマイクロバブル発生貫流ポンプ５０と５１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。基本的には前述のように船体表面の薄い境界層を微小気泡流で覆えばよいので、ポンプの羽根車径の大きさは船の大きさにもよるが、８ｃｍ〜２０ｃｍ程度でよいと考えられる。ポンプの大きさや台数は、船の大きさによって異なる。

図７（a）は羽根車部の詳細断面図で、羽根車７内に挿入した散気孔タイプのノズル３に前述の図１、図４に示す加圧ポンプ４２により加圧した微細気泡含有加圧液をパイプ１３により圧入し、ノズルの小孔５より噴出・拡散する状態を示す。この場合は、前記ノズル３が羽根車中空回転軸１６の中に嵌め込まれ、羽根車と一体となって回転するので、回転を伴う噴流の拡散と羽根車内の流れの混合により、効率よく微細化したマイクロバブルが得られる。図（b）は筒型タイプのノズルにおける構成とノズルからの噴出状態J2を示す。この場合の筒型タイプのノズルは回転を伴わないが、基本的なマイクロバブル発生機構は図（a）と同様である。

図８は図１、図４に示す気液混合チャンバー４０の詳細な構成例を示す。図８（a）は二重管構造タイプの気液混合チャンバー４３で、内管４４と外管４５の隙間に気体を供給し、内管４４に開けた多数の小孔４６より内管４４内を通過する水流に気体を吹き込んで、微小気泡混合液を得ることを基本とする。図８（ｂ）はノズル噴流タイプの気液混合チャンバー４７で、上流側縮流部の管中央に挿入したノズル４８より気体を水流の中に噴出すことにより微小気液混合液を得ることを基本とする。

本発明のリニアレール上にセットした摩擦低減用マイクロバブル発生貫流ポンプ装置は、既存の船舶にも比較的容易に組込んで設置でき、矩形構造の貫流ポンプ特有の流れ特性による幅広で安定した一様な吐出し流れにより、船体表面をマイクロバブルで効率良く覆うことが出来るので航行時の摩擦低減に効果を発揮する。また、ポンプがレールの上を走行出来るので、据付け位置の調整やメンテナンスにも有利である。

３散気孔タイプのノズル
５小孔（噴出孔）
６羽根
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
１２水中モ−タ
１３ホ−ス
１４水面
１６羽根車中空回転軸
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、２６羽根車中空回転軸用軸受
３０リニアレール
３１スライドプレート
４０気液混合チャンバー
４２加圧ポンプ
４３二重管構造タイプの気液混合チャンバー
４４気液混合チャンバー内管
４５気液混合チャンバー外管
４６小孔（気体吹き込み孔）
４７ノズル噴流タイプの気液混合チャンバー
４８ノズル（気体噴出用）
５０、５１マイクロバブル発生貫流ポンプ
７０船
７０ｂ船の側面外板
７０ｃ船底外板
Ｂ微細気泡
Ｄポンプ吐出し口から船体表面に沿って流出する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 ノズルより噴出する微細気泡流

Claims

船首側の側面外板にリニアレールを上甲板部の外板から船底付近の所定の位置まで垂直に設置し、当該レールの上を走行するスライドプレートに、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矩形構造のマイクロバブル発生貫流ポンプを取り付けて上下に走行可能とした装置構成にし、水面下の適正な位置に該ポンプを調整しながらセットすることにより、マイクロバブルの吐出し流れが船体表面に沿って流れるようにしたことを特徴とする摩擦低減船用マイクロバブル発生貫流ポンプ装置