特開 2023-164133 フィン装置及び船舶

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023164133

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】フィン装置及び船舶

(51)【国際特許分類】

   B63H 5/16 20060101AFI20231102BHJP

   B63H 5/04 20060101ALI20231102BHJP

【ＦＩ】

B63H5/16 D

B63H5/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022075483

(22)【出願日】2022-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】502116922

【氏名又は名称】ジャパンマリンユナイテッド株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118267

【弁理士】

【氏名又は名称】越前 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】岡本 直也

(72)【発明者】

【氏名】牧野 功治

(72)【発明者】

【氏名】新井 洋

(72)【発明者】

【氏名】若林 友輝

(57)【要約】

【課題】船尾部の船底から下方に突出したボッシングを備えた船舶の推進効率を改善し省エネルギー化を図ることができる、フィン装置及び船舶を提供する。
【解決手段】船舶１は、船尾部１１から下方に突出したボッシング１２と、両弦の船側面が上端から下端まで略平行に形成された船体平面部１３と、を備えたやせ型船である。フィン装置２は、ボッシング１２の側面に配置されたフィン２１を有している。フィン２１の前端部２２は、船体平面部１３の船底１６からビルジ高さＲの範囲内かつスクエアステーションＳ．Ｓ．が１．０～１．５の範囲内に配置される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

船尾部から下方に突出したボッシングと、両弦の船側面が上端から下端まで略平行に形成された船体平面部と、を備えたやせ型船に配置されるフィン装置であって、
前記ボッシングの側面に配置されたフィンを有し、
前記フィンの前端部は、前記船体平面部の船底からビルジ高さの範囲内かつスクエアステーションが１．０～１．５の範囲内に配置されている、
ことを特徴とするフィン装置。

【請求項2】

前記フィンの前端部は、スクエアステーションが１．１～１．４の範囲内に配置されている、請求項１に記載のフィン装置。

【請求項3】

前記フィンは、断面が翼形状を有し、後端部が前端部よりも上方に位置するように迎角を有している、請求項１に記載のフィン装置。

【請求項4】

前記フィンの後端部は、前記船体平面部の船底からビルジ高さの範囲内に配置されている、請求項１に記載のフィン装置。

【請求項5】

前記フィンよりも前方かつ上方に配置された単数又は複数の先行フィンを有する、請求項１に記載のフィン装置。

【請求項6】

前記やせ型船は、方形係数が０．７５以下又は０．８以下である、請求項１に記載のフィン装置。

【請求項7】

請求項１～請求項６の何れか一項に記載されたフィン装置を有する、ことを特徴とする船舶。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フィン装置及び船舶に関し、特に、やせ型船の省エネルギー化に適したフィン装置及び該フィン装置を備えた船舶に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、原油価格高騰や二酸化炭素放出量削減等の環境問題の観点から、船舶に対する燃費改善の要求が高くなっており、より一層の省エネルギー化が求められている。ところで、船尾部では、一般にビルジ渦（剥離渦）が発生しており、このビルジ渦をプロペラで回収することにより、推進効率を向上させることができる。

【0003】

このビルジ渦を回収するための装置として、例えば、プロペラの直前に略円筒形状のダクトを配置したもの（特許文献１参照）や船体の側面部にフィンを配置したもの（特許文献２参照）が既に提案されている。

【0004】

特許文献１に記載されたダクト装置では、ビルジ渦を含む水流（伴流）をダクト内に取り込むことによって、水流の流れを軸方向に整流することができ、ビルジ渦を効率よく回収することができる。

【0005】

また、特許文献２に記載されたフィン装置では、船尾部の所定の範囲内に複数のフィンを配置したことにより、フィンによって生じた渦によって遅速帯を撹乱するとともに、遅速帯を形成していた水流を集約してプロペラに導くことができ、推進効率を改善することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５１３２１４０号

【特許文献2】特許第６３５１７００号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、船舶の船型は、一般に、船体の水線下の容積のやせている度合を示す方形係数ＣＢの大きい肥大船と方形係数ＣＢの小さいやせ型船とに分類される。肥大船は、例えば、タンカーやバルクキャリアー等に適用されることが多い。また、やせ型船は、例えば、コンテナ船等に適用されることが多い。

【0008】

やせ型船では、特許文献１に記載されたダクト装置のように、プロペラの直前に付加物を配置した場合には推進効率の改善効果が少ないことから装着されないことが多い。また、特許文献２に記載されたフィン装置のように、船体のサイドフラットに近い位置にフィンを配置した場合には船尾部の船底に形成された遅速帯に対して効果的であるものの、船尾部の船底から下方に突出したボッシングの側面を通過する流速の遅い流れに関してはプロペラに導くことができない。

【0009】

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、船尾部から下方に突出したボッシングを備えた船舶の推進効率を改善し省エネルギー化を図ることができる、フィン装置及びやせ型船を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明によれば、船尾部から下方に突出したボッシングと、両弦の船側面が上端から下端まで略平行に形成された船体平面部と、を備えたやせ型船に配置されるフィン装置であって、前記ボッシングの側面に配置されたフィンを有し、前記フィンの前端部は、前記船体平面部の船底からビルジ高さの範囲内かつスクエアステーションが１．０～１．５の範囲内に配置されている、ことを特徴とするフィン装置が提供される。

【0011】

前記フィンの前端部は、スクエアステーションが１．１～１．４の範囲内に配置されていてもよい。

【0012】

前記フィンは、断面が翼形状を有し、後端部が前端部よりも上方に位置するように構成されていてもよい。

【0013】

前記フィンの後端部は、前記船体平面部の船底からビルジ高さの範囲内に配置されていてもよい。

【0014】

前記フィンよりも前方かつ上方に配置された単数又は複数の先行フィンを有していてもよい。

【0015】

前記やせ型船は、例えば、方形係数が０．７５以下又は０．８以下である。

【0016】

また、本発明によれば上述した何れかの構成を備えたフィン装置を有する、ことを特徴とする船舶が提供される。

【発明の効果】

【0017】

上述した本発明に係るフィン装置及び船舶によれば、やせ型船のボッシングの側面に所定のフィンを配置したことにより、船尾部から下方に突出したボッシングを備えた船舶の推進効率を改善し省エネルギー化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第一実施形態に係るフィン装置を備えた船舶を示す斜視図である。

【図2】図１に示した船舶の船尾部を示す側面図である。

【図3】フィンの説明図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図、である。

【図4】フィンの位置に対する改善効果の変化を示す説明図であり、（Ａ）は１－ｔ（スラスト減少係数）、（Ｂ）は１－ｗｔ（有効伴流係数）、を示している。

【図5】プロペラが作動していない状態のプロペラ面における伴流分布図である。

【図6】ボッシングの側面を流れる水流の解析図であり（Ａ）はフィンがない場合、（Ｂ）はフィンがある場合、を示している。

【図7】比較例である肥大船の船体構造を示す斜視図である。

【図8】第一実施形態に係るフィン装置を備えた船舶の改善率を示す図である。

【図9】本発明の第二実施形態に係るフィン装置を備えた船舶を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態について図１～図９を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係るフィン装置を備えた船舶を示す斜視図である。図２は、図１に示した船舶の船尾部を示す側面図である。図３は、フィンの説明図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図、である。なお、説明の便宜上、図１に示したように、船長方向をＸ軸、船幅方向をＹ軸、垂直方向をＺ軸と定義する。

【0020】

第一実施形態に係る船舶１は、船尾部１１から下方に突出したボッシング１２と、両弦の船側面が上端から下端まで略平行に形成された船体平面部１３と、を備えたやせ型船であり、例えば、図１～図３（Ｂ）に示したフィン装置２を備えている。

【0021】

船舶１の船型は、一般に、船体の水線下の容積のやせている度合を示す方形係数ＣＢの大きい肥大船と方形係数ＣＢの小さいやせ型船とに分類される。本明細書において、やせ型船とは方形係数ＣＢが０．７５以下の船型又は方形係数ＣＢが０．８以下の船型であると定義するものとする。

【0022】

なお、方形係数は、一般に、ある喫水における船舶の喫水面下の外板内側の容積と、長さ・幅・高さをそれぞれ船体の長さ・船体の外板内側の最大幅・喫水線からキール上面までの垂直距離とする直方体の容積との比により表される。

【0023】

やせ型船の船舶１は、例えば、船体平面部１３が船尾部１１まで平行に延びた形状を有し、船尾部１１の船幅が肥大船の船幅よりも大きく形成されている。船尾部１１の底部１４の下方であってボッシング１２の後方には、図２に示したように、プロペラ１５が配置され、ボッシング１２の内部には、主に、エンジンの動力をプロペラ１５に伝達するプロペラシャフト（図示せず）が挿通される。また、プロペラ１５の後方には舵１７が配置される。

【0024】

本明細書において、船体平面部１３とは、図１及び図２に示したように、左舷側及び右舷側の船側面が上端から下端まで略平行に形成された部分を意味し、船底１６と船体ビルジ高さＲを有する湾曲面により接続されている。船底１６から船尾部１１の底部１４の間は滑らかな曲面により接続されている。

【0025】

フィン装置２は、ボッシング１２の側面に配置されたフィン２１を有している。例えば、フィン２１は左舷側及び右舷側に一枚ずつ配置される。フィン２１は、例えば、図３（Ａ）に示したように、断面が翼形状を有し、後端部２３が前端部２２よりも上方に位置するように迎角αを有している。かかる構成により、フィン２１の抵抗を低減することができるとともに前端部２２で発生した渦をプロペラ１５に導きやすくすることができる。

【0026】

また、フィン２１は、例えば、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示したように、平面視で略台形形状を有し、船体に接続される根本部２４の幅ｃ１に対して先端部２５の幅ｃ２の方が船長方向の長さが短くなるように形成されている。かかる構成により、フィン２１の先端部２５側の流速の増速に伴う抵抗を低減することができる。

【0027】

また、フィン２１は、船体の横幅を超えない範囲（船体平面部１３よりも外側に突出しない範囲）に収まるように高さｂ（船幅方向の長さ）が設定される。なお、フィン２１の形状は、図示した構成に限定されるものではない。

【0028】

フィン２１の前端部２２は、例えば、図２に示したように、船体平面部１３の船底１６からビルジ高さＲの範囲内かつスクエアステーションＳ．Ｓ．が１．０～１．５の範囲内に配置される。スクエアステーションＳ．Ｓ．（Square Station）とは、船舶の水線長さを １０分割する垂直面を意味している。なお、図中、Ｗ．Ｌ．は水線（Water Line）を示している。

【0029】

また、スクエアステーションＳ．Ｓ．の位置は、船尾垂線Ａ．Ｐ．（After Perpendicular）を０とし、船首垂線Ｆ．Ｐ．（Forward Perpendicular）を１０として船長方向（Ｘ軸方向）に向かって数値化される。図２では、スクエアステーションＳ．Ｓ．＝１．０，１．１，１．４，１．５，２．０の位置を点線で図示してある。

【0030】

また、船首垂線Ｆ．Ｐ．から船尾垂線Ａ．Ｐ．までの船長方向（Ｘ軸方向）の長さを垂線間長Ｌｐｐと称し、例えば、フィン２１の根本部２４の幅ｃ１は垂線間長Ｌｐｐの１．５～２％程度、フィン２１の先端部２５の幅ｃ２は垂線間長Ｌｐｐの０．５～１．０％程度に設定される。

【0031】

また、フィン２１の後端部２３は、図２に示したように、船体平面部１３の船底１６からビルジ高さＲの範囲内に配置されていてもよい。ただし、フィン２１の後端部２３は、ビルジ高さＲの範囲を超える位置に配置されていてもよい。

【0032】

ここで、図４は、フィンの位置に対する改善効果の変化を示す説明図であり、（Ａ）は１－ｔ（スラスト減少係数）、（Ｂ）は１－ｗｔ（有効伴流係数）、を示している。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示した試験結果は、船尾部の模型を用いてフィンの船長方向の位置を変化させた結果を示している。

【0033】

図４（Ａ）の試験結果は、横軸がスクエアステーションＳ．Ｓ．、縦軸が１－ｔ（スラスト減少係数）を示しており、縦軸の下から上に向かって数値が大きくなるように図示してある。１－ｔ（スラスト減少係数）は数値が大きくなるに連れて改善効果が大きくなる傾向にあり、図４（Ａ）では、スクエアステーションＳ．Ｓ．が０．５～１．５の範囲が好ましいものといえる。

【0034】

図４（Ｂ）の試験結果は、横軸がスクエアステーションＳ．Ｓ．、縦軸が１－ｗｔ（有効伴流係数）を示しており、縦軸の下から上に向かって数値が大きくなるように図示してある。１－ｗｔ（有効伴流係数）は数値が小さくなるに連れて改善効果が大きくなる傾向にあり、図４（Ｂ）では、スクエアステーションＳ．Ｓ．が１．０～２．０の範囲が好ましいものといえる。

【0035】

１－ｔ（スラスト減少係数）及び１－ｗｔ（有効伴流係数）は自航要素（プロペラと船体との干渉を表す値）の一つであり、両方の数値を改善することが好ましい。したがって、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）の試験結果から、フィン２１の前端部２２の位置は、１．０≦Ｓ．Ｓ．≦１．５の範囲に設定することが好ましい。さらに好ましくは、フィン２１の前端部２２の位置は１．１≦Ｓ．Ｓ．≦１．４の範囲に設定してもよい。

【0036】

ここで、図５は、プロペラが作動していない状態のプロペラ面における伴流分布図である。図中、円形状の太線Ｐはプロペラ面、実線の細線Ｑは本実施形態に係るフィン２１に相当するフィンを有しない船舶の伴流分布、点線Ｒはフィン２１を有する本実施形態の伴流分布を示している。

【0037】

図示したように、細線Ｑで示した伴流分布は、全体的に船体から離れるにしたがって流速が速くなるように分布している。なお、図中の０．１～０．５の数値は、伴流率を示しており、数値が大きくなるにしたがって流速が遅くなることを意味している。

【0038】

一方、フィン２１を有する本実施形態に係る船舶では、点線Ｒで示したように、プロペラ面（太線Ｐ）内で流速が遅くなる領域Ｖ（例えば、灰色に塗り潰した部分）を形成できていることがわかる。これは、フィン２１により形成された渦がプロペラ１５に案内されて回収されていることを意味している。したがって、フィン２１を配置することにより、意図的に渦を発生させて流速の遅い領域を拡張して水流の流れを安定させることができ、その渦をプロペラ１５で回収することができる。

【0039】

ここで、図６は、ボッシングの側面を流れる水流の解析図であり（Ａ）はフィンがない場合、（Ｂ）はフィンがある場合、を示している。図示したように、ボッシング１２の側面を流れる水流の一部を解析すると、図６（Ａ）に示したようにフィンがない場合では、水流が水面側に流れてしまいプロペラ１５で回収できないことがわかる。

【0040】

一方、図６（Ｂ）に示したようにフィン２１がある場合には、フィン２１により水流が撹乱されてプロペラ１５で回収されていることがわかる。

【0041】

次に、第一実施形態に係るフィン装置２について、やせ型船と肥大船との効果の違いについて説明する。ここで、図７は、比較例である肥大船の船体構造を示す斜視図である。図８は、第一実施形態に係るフィン装置を備えた船舶の改善率を示す図である。図８において、白色の棒グラフはやせ型船の改善率を示す、灰色の棒グラフは肥大船の改善率を示している。

【0042】

比較例である肥大船１０１は、船尾部１１１から下方に突出したボッシング１１２と、両弦の船側面が上端から下端まで略平行に形成された船体平面部１１３と、を備えており、方形係数ＣＢが０．７５又は０．８より大きい船型を有する船舶である。

【0043】

図７に示したように、肥大船では、例えば、船体平面部１１３から船尾部１１１の後方にかけて船幅が狭くなる形状を備えている。また、本実施形態と改善率を比較するために、ボッシング１１２の両側面に配置されたフィン１２１を有している。

【0044】

図１に示した船舶１（やせ型船）の模型船と図６に示した肥大船１０１の模型船について水槽試験した結果を図８に示している。また、図８の縦軸は改善効果（％）を示しており、正の数値は改善効果があることを示し、負の数値は改善効果がないことを示している。横軸は試験項目を示しており、左から順に、有効馬力・１－ｔ（スラスト減少係数）・１－ｗｔ（有効伴流係数）・軸馬力を示している。

【0045】

有効馬力の項目では、船舶１（やせ型船）及び肥大船１０１の両方について改善効果はみられなかった。１－ｔ（スラスト減少係数）の項目では、船舶１（やせ型船）及び肥大船１０１の両方について改善効果がみられたが、船舶１（やせ型船）の方が肥大船１０１よりも改善効果が大きい結果となった。

【0046】

１－ｗｔ（有効伴流係数）の項目でも、船舶１（やせ型船）及び肥大船１０１の両方について改善効果がみられたが、船舶１（やせ型船）の方が肥大船１０１よりも改善効果が大きい結果となった。軸馬力の項目では、船舶１（やせ型船）では改善効果がみられたのに対し、肥大船１０１では改善効果がみられなかった。

【0047】

軸馬力とは、推進器で発生させた動力のうち実際に動力として利用できる出力（馬力）を意味していることから、最終的に軸馬力を比較することにより、フィン装置２の有効性を評価することができる。すなわち、上述した第一実施形態に係るフィン装置２は、やせ型船の推進効率を改善し省エネルギー化を図ることができる。

【0048】

次に、本発明の第二実施形態に係るフィン装置２を備えた船舶１について図９を参照しつつ説明する。ここで、図９は、本発明の第二実施形態に係るフィン装置を備えた船舶を示す斜視図である。なお、上述した第一実施形態と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。

【0049】

図９に示した第二実施形態に係る船舶１は、フィン２１よりも前方かつ上方に配置された第一先行フィン３１及び第二先行フィン３２を備えたものである。第二先行フィン３２は、第一先行フィン３１よりも後方かつ上方に配置される。また、第一先行フィン３１及び第二先行フィン３２は、略水平に船幅方向に張り出した平板形状を有し、船体平面部１３からはみ出さないように構成されている。

【0050】

このように、フィン装置２をフィン２１に先行する先行フィン（第一先行フィン３１及び／又は第二先行フィン３２）を含む構成とすることにより、船尾部１１の底部１４で滞留した流速の遅い帯域（遅速帯）を先行フィンによって生じた渦によって遅速帯を撹乱することができ、遅速帯を形成していた水流を集約してプロペラに導くことができる。

【0051】

かかる第二実施形態に係る船舶１のように、先行フィンをフィン２１よりも前方かつ上方に配置することにより、フィン２１と先行フィンとを干渉させることなく、それぞれの効果を享受することができる。

【0052】

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0053】

１ 船舶
２ フィン装置
１１ 船尾部
１２ ボッシング
１３ 船体平面部
１４ 底部
１５ プロペラ
１６ 船底
２１ フィン
２２ 前端部
２３ 後端部
２４ 根本部
２５ 先端部
３１ 第一先行フィン
３２ 第二先行フィン
１０１ 肥大船
１１１ 船尾部
１１２ ボッシング
１１３ 船体平面部
１２１ フィン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】