JP5912347B2 - 推力増進装置 - Google Patents

Description

本発明は、推力増進装置に関し、詳しくはガスを導入することによって噴水推進装置の推力を増進する推力増進装置に関するものである。

従来の噴水推進装置の推力を増進する方法として、スクリューの仕事率を増大させるか、必要に応じてスクリューの形、スクリューと水平線との間の角度または伝動システムなどを調整する方法がある。

図１は従来の船体２０の噴水推進装置１０の構造を示す模式図である。噴水推進装置１０はエンジン１１、導水道１２、スクリュー１３、ノズル１４および誘導ノズル１５から構成される。

図２は噴水推進装置１０の水流がノズル１４を流れる状態を示す模式図である。ノズル１４から放出された純水流は、より強い反作用力を供給して推力を増進することができないため、改善の余地がある。

上述した問題点を改善するために、複雑な構成にすること、或いは、スクリューの構成を変更することを簡単に行うことができないし、かかる費用が相当高い。従って、如何にコストを削減し、スクリューの推力を増進することによって噴水推進装置の推進効率を向上させ、燃料消費量を低減するかということが、噴水推進装置製造メーカないし学会研究機構の解決しようとする課題となっている。
本発明は、噴水推進装置の推力を増進する推力増進装置を提供することを主な目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明による噴水推進装置の推力を増進する推力増進装置は、ガス放出口、および、ガス導入装置を備える。
噴水推進装置は、船体の所定位置に装着される。噴水推進装置は、スクリューを駆動するエンジン、スクリューを格納する導水道、導水道の開口部に配置されたノズルから構成される。スクリューが水中で作用することによって導水道内に軸方向高速水流を発生させる。ノズルは内径が漸減した吹出管を有する。

ガス放出口は、噴水推進装置内の軸方向高速水流が流れる区域に一つ以上配置される。
ガス導入装置は、少なくとも一つのガス導入管を有する。ガス導入管の上端の吸気口は船体の所定箇所に位置し、ガス導入管の下段部はガス放出口と連通する。

噴水推進装置内の高速水流がガス放出口を流れるとき、ガス放出口の近傍の圧力はベルヌーイの定理により急速に低下し負圧となることで、吸気口からガスが吸入される。
負圧により吸入されたガスはガス導入管を経由してガス放出口を流れ、ガス放出口から放出され、水と混合した後、気泡を大量発生する。

ノズルの内径が漸減する吹出管のガス圧縮機能により、気泡は、体積が小さく圧縮され、ノズルから放出されるとき、内外の圧力差によって瞬間膨脹され、反作用力を増大させ、噴水推進装置の推力を増進する。

また、ガス放出口はガス導入管と連通するため導水道の壁面に形成されている。
ガス放出口は、ガス導入管と連通するため、ノズルの壁面に形成されている。
ノズルは末端に誘導ノズルを有する。ガス放出口は、ガス導入管と連通するため、誘導ノズルの壁面に形成されている。

また、スクリューは軸方向の中空管体を有する。中空管体は内側端部がガス導入管に接続され、外側端部にスクリューの表面に接続するようガス放出口が形成されている。

ガス導入装置は、ガス導入を補助する方式を利用する。ガス導入を補助する方式というのは、排気ガス、エンジンの排気ガスまたは蒸気タービンの排気ガスなどの低圧気体をガス導入管内に導入する方式である。

ガス導入装置は、加圧装置を有する。加圧装置は、船体の空気圧機器、ブロワー、エンジン、蒸気タービンまたはタービン増圧器のうちのいずれか一つから構成され、加圧方式によってガス導入管内にガスを導入する。

本発明は、ベルヌーイの定理と、気体の圧縮性と、ノズル上の内径が漸減している吹出管のガス圧縮機能とを効果的に応用するため、ガス導入装置および負圧の吸引力によりガス気泡を導入することによって推力を増進することができるだけでなく、省エネルギー効果を向上させることができる。

本発明による推力増進装置は、本来の構成を変更する必要なく噴水推進装置内の軸方向高速水流が流れる区域にガス放出口を配置し、かつベルヌーイの定理による負圧を利用してガスを導入することによって推力増進の効果を奏する。

従来の噴水推進装置を示す模式図である。 従来の噴水推進装置の純水流を示す模式図である。 本発明の一実施形態による推力増進装置のガス気泡を生成する状態を示す模式図である。 本発明の一実施形態による推力増進装置のガス導入装置を示す模式図である。 図４中の５−５線断面図である。 本発明の一実施形態による推力増進装置の負圧区域にガス気泡を発生させる状態を示す模式図である。

以下、本発明による推力増進装置を図面に基づいて説明する。そのうち船舶は種類が多様であるだけでなく、形および構成が異なるため、本実施形態は比較的よい実施例を挙げ、説明を進め、かつ採用した技術手段が同じ点については重複する説明を省略する。

（一実施形態）
図３から図５に示したのは本発明の一実施形態である。そのうち図３は本実施形態においての水流がノズルを流れる状態を示す模式図であり、図２に示した従来の噴水推進装置のノズルの純水流１４１との比較に用いられる。図４および図５は本発明の一実施形態を示す模式図である。図４および図５に示すように、推力増進装置１は、ガス放出口４０、および、ガス導入装置５０を備える。

船体２０は、所定位置に装着された噴水推進装置３０を有する。船体２０は種類または形が限定されない。噴水推進装置３０はスクリュー３２を駆動するエンジン３１と、スクリュー３２を格納する導水道３３と、導水道３３の開口部に配置されたノズル３４とから構成されている。スクリュー３２が水中で作用することによって導水道３３内に軸方向の高速水流Ｆを発生する。図５および図６に示すように、ノズル３４は内径が漸減した吹出管３４１を有する。比較的よい実施形態において、ノズル３４は吹出口３４２に配置された誘導ノズル３５を有する。以上は噴水推進装置３０の基本構造についての説明である。

噴水推進装置３０内の軸方向の高速水流Ｆが流れる区域に一つ以上のガス放出口４０を設ける。例えば導水道３３、ノズル３４または誘導ノズル３５のいずれか一か所に少なくとも一つのガス放出口４０を設ける。スクリュー３２は軸方向の中空管体３２１を有する。中空管体３２１は、内側端部３２２がガス導入管５１に接続され、かつ外側端部にスクリュー３２の表面に接続するように形成されたガス放出口４０を有する。図５および図６に示すように、上述の四つの部品とも壁面にガス放出口４０を有するが、これに限定されない。つまり、いずれか一つの部品にガス放出口４０が形成すればよい。最も好ましい実施形態において、ガス放出口４０はノズル３４内の吹出口３４２に近い位置し、即ちノズル３４内の水流の比較的速い位置に据えられる。本実施形態では、ガス放出口４０は円孔状を呈するが、これに限らず別の形を呈してもよい。また、本実施形態において、ガス放出口４０は後向きの傾斜状を呈することが比較的好ましいが、これに限らない。また実験結果により、管壁面にガス放出口４０を垂直に配置することを実施できる、即ち高速水流によってガス放出口４０に負圧の吸引力を発生させることができることが判明した。

ガス導入装置５０は、少なくとも一つのガス導入管５１を有する。図４に示すようにガス導入管５１の上端の吸気口５２を船体２０の所定箇所、例えば船体２０内または喫水線ＷＬより高い部位に位置させる。ガス導入管５１の下段部は導水道３３または／及びノズル３４または／および誘導ノズル３５の壁面上のガス放出口４０に連通されるか、スクリュー３２の軸方向の中空管体３２１に連結されてもよい。この部分は船舶の形および必要に応じて配置してもよい。

噴水推進装置内の高速水流がガス放出口４０を流れるとき、ガス放出口４０の近傍の圧力は、ベルヌーイの定理により急速に低下し負圧となることで、吸気口５２からガスが吸入される。スクリュー３２が回転するときに生じた軸方向の高速水流Ｆは、速度が極めて速いため、ガス放出口４０に非常に大きい負圧吸引力を発生させることができる。このようなガス導入方法は、動力に頼る必要なく、スクリュー１３の回転のみによってガスを導入できるため、非常に省エネルギー効果がある。

負圧により吸入されたガスはガス導入管５１を経由してガス放出口４０を流れ、ガス放出口４０から放出され、水と混合した後、気泡６０を大量発生させる。

気体の圧縮性に基づいて、ノズル３４上の内径が漸減した吹出管３４１のガス圧縮機能により、気泡６０の体積を小さく圧縮し、体積が小さくなった気泡６０をノズル３４から放出するとき、内外の圧力差によって気泡６０を瞬間膨脹させ、噴水推進装置３０の推力を増進する。

詳しく言えば、スクリュー３２から生成された軸方向の高速水流Ｆはノズル３４上の内径が漸減した吹出管３４１を流れるとき、水の流速が速くなり、ノズル３４の圧力を増大させるため、ガス放出口４０から吸入されたガス気泡は圧力によって圧縮され、体積が小さくなる。圧縮されたガス気泡が水流とともに吹出口３４２を流れるとき、周りの水圧が小さくなるのに対し、図３に示すように、圧縮された気泡６０の体積が瞬間膨脹し、軸方向高速水流Ｆの反作用力を増大させることによって噴水推進装置３０の推力を増進することができる。つまり上述した効果を向上するためには、本実施形態により提示された技術手段は下記の方式を効果的に採用する。

１、ベルヌーイの定理により高速流体を利用して周りに負圧を発生させる。
２、気体の圧縮性およびボイルの法則により圧縮性のある気体の体積は圧力に反比例する。式により示すとＰ₁Ｖ₁＝Ｐ₂Ｖ₂である。圧力を増大すれば体積が小さくなり、圧力を減少すれば体積が大きくなる。例えば、式により示すと２Ｐ₁１Ｖ₁＝１Ｐ₂２Ｖ₂となる。
３、気体圧縮機の特性に基づいて圧縮性のない水が気泡を含有すれば圧縮性のある形態に変わり、ノズル３４上の内径が漸減した吹出管３４１はそれを流れる気泡６０に対し気体圧縮機能を果たす。

本実施形態の推力増進装置１は、上述した技術手段によりガス気泡を導入するとき、動力に頼る必要なく噴水推進装置３０内の高速水流区域にガス放出口４０を形成すればよいため、省エネルギーおよびコスト削減を確実に達成することができる。また圧力を加えてガスを導入する必要がある場合、少量の動力によって数倍の動力効果を得ることができる。

図４に示すように、ガス導入装置５０は、さらにガス導入を補助する方式を利用することができる。ガス導入を補助する方式というのは、排気ガス、エンジンの排気ガスまたは蒸気タービンの排気ガスなどの低圧気体をガス導入管５１内に導入する方式であり、資源のリサイクルになるだけでなく、資源およびコストを増加させることがない。また、本実施形態は圧力を加えてガスを導入する必要があるとき、船体２０内の現有の資源を利用することができる。例えばまずガス導入装置５０のガス導入管５１に加圧装置７０および制御弁７１を配置する。加圧装置７０は船体２０内の現有の空気圧機器、ブロワー、エンジン、蒸気タービンまたはタービン増圧器のうちのいずれか一つから構成されてもよい。続いて加圧方式によってガス導入管５１内に高圧ガスを導入し、ガス放出口４０から高圧ガスを放出すればより高い推進動力を得ることができる。つまり少量の動力によって数倍の動力効果を得ることができる。

本実施形態の推力増進装置１は、ベルヌーイの定理と、気体の圧縮性と、ノズル上の内径が漸減した吹出管から構成されたガス圧縮機の機能とを効果的に応用するため、ガス導入装置および負圧の吸引力によりガス気泡を導入することによって推力を増進することができるだけでなく、省エネルギー効果を増進することができる。

１ ・・・推力増進装置、
２０ ・・・船体、
３０ ・・・噴水推進装置、
３１ ・・・エンジン、
３２ ・・・スクリュー、
３３ ・・・導水道、
３４ ・・・ノズル、
３５ ・・・誘導ノズル、
４０ ・・・ガス放出口、
５０ ・・・ガス導入装置、
５１ ・・・ガス導入管、
５２ ・・・吸気口、
６０ ・・・気泡、
７０ ・・・加圧装置、
７１ ・・・制御弁、
Ｆ ・・・軸方向水流
１４１・・・純水流、
３２１・・・軸方向の中空管体、
３２２・・・内側端部、
３４１・・・内径が漸減した吹出管、
３４２・・・吹出口、

Claims (7)

1. 船体の所定位置に装着され、スクリューを駆動するエンジンと、前記スクリューを格納する導水道と、前記導水道の開口部に配置されるノズルとを有し、前記スクリューが水中に作用することによって前記導水道内に軸方向高速水流を発生させ、前記ノズルは内径が漸減した吹出管を有する噴水推進装置の推力を増進する推力増進装置であって、
   前記噴水推進装置内の軸方向高速水流が流れる区域に配置される少なくとも一つのガス放出口と、
   船体の空気圧機器、ブロワー、エンジン、蒸気タービン、または、タービン増圧器のうちのいずれか一つから構成される加圧装置、少なくとも一つのガス導入管、および、前記ガス導入管に配置されており前記加圧装置に接続されている制御弁を有し、前記ガス導入管の上端の吸気口が船体の所定箇所に位置し、前記ガス導入管の下段部と前記ガス放出口とを連通し、前記制御弁が前記吸気口と前記ガス放出口との間に位置し、加圧方式によってガス導入管に高圧ガスを導入するガス導入装置と、を備え、
   前記噴水推進装置内の高速水流が前記ガス放出口を流れるとき、前記ガス放出口の近傍の圧力はベルヌーイの定理により急速に低下し負圧となることで、前記吸気口からガスが吸入され、
   負圧により吸入された前記ガスは、ガス導入管を経由してガス放出口を流れ、ガス放出口から放出され、水と混合した後、気泡を大量発生し、
   前記ノズルの内径が漸減する前記吹出管のガス圧縮機能により、前記気泡は、体積が小さく圧縮され、前記ノズルから放出されるとき、内外の圧力差によって瞬間膨脹され、反作用力を増大させ、前記噴水推進装置の推力を増進することを特徴とする推力増進装置。
2. 前記ガス放出口は、前記導水道の壁面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の推力増進装置。
3. 前記ガス放出口は、前記ノズルの壁面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の推力増進装置。
4. 前記ノズルは、末端に誘導ノズルを有し、
   前記ガス放出口は、前記誘導ノズルの壁面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の推力増進装置。
5. 前記スクリューは、軸方向の中空管体を有し、
   前記中空管体は、内側端部が前記ガス導入管に接続され、外側端部に前記スクリューの表面に接続するよう前記ガス放出口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の推力増進装置。
6. 前記ガス導入管の上端の前記吸気口は、船体内または喫水線より高い部位に位置することを特徴とする請求項１に記載の推力増進装置。
7. 前記ガス導入装置は、排気ガス、エンジンの排気ガス、または、蒸気タービンの排気ガスなどの低圧気体をガス導入管内に導入するガス導入を補助する方式を利用することを特徴とする請求項６に記載の推力増進装置。

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