(57)【要約】【課題】デュアルエキゾーストおよび船内排気配分システムを船舶に提供する。デュアルエキゾーストは、船体の底面および大気へ排気を放出する一方、排気配分システムは、それらの各場所で放出される全排気の割合を好ましくは排気背圧に応じて変化させる。こうすることで効率が改良され熱的特徴が減少して、背圧および加熱が許容レベルで維持される。【解決手段】底面を備えた少なくとも１つの船体と、排気を生じる船内推進エンジンと、船体の底面で第１割合の排気を放出するための手段であって、底面へ通じる第１排気流路を限定する第１排気管を含む手段と、大気へ第２割合の排気を放出するための手段であって、大気へ通じる第２排気流路を限定する第２排気管を含む手段とを有する。排気の第１割合および第２割合を変化させるための手段を有し、第１割合および第２割合を排気背圧に応じて変化させるための船内配分システムを含む。推進エンジンから第２流路へと所望排気部分を誘導するために、船内配分システムが、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、船内配分システムが、第１弁手段を制御するための制御器手段を含み、該制御器手段が、第１弁手段を排気背圧に応じて制御するようになっている。推進エンジンから第１流路へと所望排気部分を誘導するために、船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、船内配分システムが、第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、制御器手段が、第２弁手段を排気背圧に応じて制御するようになっている。【選択図】図１１
2008509836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの滑走面を備えた少なくとも１つの船体と、
この滑走面に少なくとも１つの垂直ステップと、
船内推進エンジンと、
航行中、滑走面に沿ってガスを与えるために、船内推進エンジンからの排気を滑走面の垂直ステップで放出するための手段と
を有する船舶であって、
前記排気を放出するための手段が、滑走面の垂直ステップで第１割合の排気を放出するための手段を含み、この手段は、滑走面の垂直ステップへ通じる第１排気流路を限定する第１排気管を含み、
前記排気を放出するための手段が、大気に第２割合の排気を放出するための手段を含み、この手段は、大気へ通じる第２排気流路を限定する第２排気管を含む、船舶。
【請求項２】
船首端、船尾端、および船首端と船尾端との間で延びる長手方向軸線とを備えた船体と、
船首端と船尾端との間に延在する船体の排水本体部分であって、排水本体が静水線、左舷側、および右舷側を備えている排水本体部分と、
排水本体の左舷側に設置された船体の第１チャネルを限定する構造部であって、静水線上で排水本体の左舷側から横方向に延在する第１翼構造と、排水本体と離間した関係において第１翼構造から静水線下まで下方に延在する第１外側スカート構造とを含み、前記第１外側スカート構造は静水線に対して実質的に垂直な外面を備えており、前記第１チャネルを限定する構造は、概ね弓状の切断面で第１チャネルを限定する、第１チャネルを限定する構造部と、
排水本体の右舷側に設置された船体の第２チャネルを限定する構造部であって、静水線上で排水本体の右舷側から横方向に延在する第２翼構造と、排水本体と離間した関係において第２翼構造から静水線下まで下方へ垂直に延在する第２外側スカート構造とを含み、前記第２外側スカート構造は静水線に対して実質的に垂直な外面を備えており、前記第２チャネルを限定する構造は、概ね弓状の切断面で第２チャネルを限定する、第２チャネルを限定する構造部と
を有する船舶であって、
第１チャネルおよび第２チャネルは、船首端から船尾端まで延在し、船首波を捕捉して空気と水とを混合し、圧縮した炭酸水として船体の船尾端の方へ渦巻状に進行させ、これによって摩擦抵抗を低減して横方向の安定性を増加し、船体の船尾端への船首波エネルギーの伝達を弱めるようになっており、
船体は、少なくとも１つの滑走面と、この滑走面に少なくとも１つの垂直ステップと、船内推進エンジンと、航行中、滑走面に沿ってガスを与えるために、船内推進エンジンからの排気を滑走面の垂直ステップで放出するための手段とを含み、
前記排気を放出するための手段が、滑走面の垂直ステップで第１割合の排気を放出するための手段を含み、この手段は、滑走面の垂直ステップへ通じる第１排気流路を限定する第１排気管を含み、
前記排気を放出するための手段が、大気に第２割合の排気を放出するための手段を含み、この手段は、大気へ通じる第２排気流路を限定する第２排気管を含む、船舶。
【請求項３】
底面を備えた少なくとも１つの船体と、
排気を生じる船内推進エンジンと、
船体の底面で第１割合の排気を放出するための手段であって、底面へ通じる第１排気流路を限定する第１排気管を含む手段と、
大気へ第２割合の排気を放出するための手段であって、大気へ通じる第２排気流路を限定する第２排気管を含む手段と
を有する船舶。
【請求項４】
排気の第１割合および第２割合を変化させるための手段をさらに有し、第１割合および第２割合を排気背圧に応じて変化させるための船内配分システムを含む、請求項３記載の船舶。
【請求項５】
推進エンジンから第２流路へと所望排気部分を誘導するために、船内配分システムが、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
船内配分システムが、第１弁手段を制御するための制御器手段を含み、
該制御器手段が、第１弁手段を排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項４記載の船舶。
【請求項６】
推進エンジンから第１流路へと所望排気部分を誘導するために、船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、
船内配分システムが、第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、第２弁手段を排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項４記載の船舶。
【請求項７】
推進エンジンから第２流路へと所望排気部分を誘導するために、船舶が、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、この第２弁手段は、第２排気流路に第２弁機構を含み、
船内配分システムが、第１弁手段および第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、第１弁手段および第２弁手段を排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項４記載の船舶。
【請求項８】
船内配分システムが、背圧検知要素を含む、排気背圧を検知するための手段を含む、請求項４記載の船舶。
【請求項９】
推進エンジンから第２流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
船内配分システムが、第１弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、背圧検知要素によって検知される排気背圧に応じて第１弁手段を制御するようになっている、請求項８記載の船舶。
【請求項１０】
推進エンジンから第１流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、
船内配分システムが、第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、背圧検知要素によって検知される排気背圧に応じて第２弁手段を制御するようになっている、請求項８記載の船舶。
【請求項１１】
推進エンジンから第２流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
推進エンジンから第１流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、
船内配分システムが、第１弁手段および第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、第１弁手段および第２弁手段を、背圧検知要素によって検知される排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項８記載の船舶。
【請求項１２】
船体が、少なくとも１つの滑走面と、この滑走面に少なくとも１つの垂直ステップとを含み、
第１排気管が滑走面のステップに通じている、請求項４記載の船舶。
【請求項１３】
少なくとも１つの滑走面と、この滑走面に少なくとも１つの垂直ステップとを備えた少なくとも１つの船体と、
排気を生じる船内推進エンジンと、
滑走面の垂直ステップで第１割合の排気を放出するための手段であって、滑走面の垂直ステップへ通じる第１排気流路を限定する第１排気管を含む手段と、
大気へ第２割合の排気を放出するための手段であって、大気へ通じる第２排気流路を限定する第２排気管を含む手段と、
排気の第１割合および第２割合を変化させるための手段であって、第１割合および第２割合を排気背圧に応じて変化させるための船内配分システムを含む手段と
を有する船舶。
【請求項１４】
推進エンジンから第２流路へ所望排気部分を誘導するために、船内配分システムが、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
船内配分システムが、第１弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、第１弁手段を排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項１３記載の船舶。
【請求項１５】
推進エンジンから第１流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、
船内配分システムが、第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、第２弁手段を排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項１３記載の船舶。
【請求項１６】
推進エンジンから第２流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、この第２弁手段は、第２排気流路に第２弁機構を含み、
船内配分システムが、第１弁手段および第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、第１弁手段も第２弁手段も排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項１３記載の船舶。
【請求項１７】
船内配分システムが、排気背圧を検知するための手段を含み、この手段が背圧検知要素を含む、請求項１３記載の船舶。
【請求項１８】
推進エンジンから第２流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
船内配分システムが、第１弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、背圧検知要素によって検知される排気背圧に応じて第１弁手段を制御するようになっている、請求項１７記載の船舶。
【請求項１９】
推進エンジンから第１流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、
船内配分システムが、第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、背圧検知要素によって検知される排気背圧に応じて第２弁手段を制御するようになっている、請求項１７記載の船舶。
【請求項２０】
推進エンジンから第２流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
推進エンジンから第１流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、
船内配分システムが、第１弁手段および第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、背圧検知要素によって検知される排気背圧に応じて第１弁手段も第２弁手段も制御するようになっている、請求項１７記載の船舶。
【請求項２１】
底面を備えた少なくとも１つの船体と、
排気を生じる船内推進エンジンと、
船体の底面で第１割合の排気を放出するための手段であって、底面へ通じる第１排気流路を限定する第１排気管を含む手段と、
大気へ第２割合の排気を放出するための手段であって、大気へ通じる第２排気流路を限定する第２排気管を含む手段と
第１割合および第２割合の排気を変化させるための手段であって、第１排気管および第２排気管のうち少なくとも１つを通る排気流を制御するようになっている少なくとも１つの弁機構を含む手段と
を有する船舶。
【請求項２２】
第１割合および第２割合の排気を変化させるための手段が、第１排気管を通る排気流を制御するようになっている少なくとも１つの第１弁機構を含む、請求項２１記載の船舶。
【請求項２３】
第１弁機構がフラップ弁である、請求項２２記載の船舶。
【請求項２４】
第１割合および第２割合の排気を変化させるための手段が、第２排気管を通る排気流を制御するようになっている少なくとも１つの第２弁機構を含む、請求項２１記載の船舶。
【請求項２５】
底面と、排気を生じる船内推進エンジンとを備えた船体を有する船舶の熱的特徴を低減するための方法であって、該方法が、
船体の底面で第１割合の排気を放出するための第１排気管と、大気に第２割合の排気を放出するための第２排気管とを提供するステップと、
第１排気管を通る第１割合の排気を船体の底面で放出するステップと、
第２排気管を通る第２割合の排気を大気へ放出するステップと
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に動力付き船舶に関し、より詳細には、推進エンジン排気が放出される底面を備えた、単数または複数の船体を有する高速動力付き船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
幾つかの既存のボート船体は、船体の船首部分と船尾部分との中間に横方向ステップを備えた滑走面を形成する底面を有する。このステップは滑走効果を改善する。ところが、進行中、船体から水が離れる際にステップの船尾に真空が現れる。従って真空を低減するために、既存のボートには、ステップに大気への通気孔を含むものもあり、ステップで推進エンジン排気を放出するものもある。
【０００３】
推進の排気を既存の技術によるステップで放出することは、限定的寸法の推進エンジンでは作用するが、より大型の推進エンジンで使用するには適していない。例えば７，０００馬力のガスタービンが、毎秒４３．５ポンドの質量流量、毎秒１００〜２００フィートの排気速度、華氏１，０４５度のオーダーの温度を特徴とすることがある。船体のステップでこのような推進エンジンから排気を放出することは、排気背圧および加熱を許容できないものにすることがある。それにもかかわらず、こうすることで、軍用船にとって熱的特徴が減少すると共に効率が改良される（すなわち抵抗が減少し、揚力が増加する）形の著しい利点が約束される。したがって、船体のステップで、より大型の推進エンジンから推進エンジン排気を放出する方法の必要性が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記で概説した必要性に向けられている、デュアルエキゾーストおよび船内排気配分システムを船舶に提供することを課題としている。デュアルエキゾーストは、船体の底面および大気へ排気を放出する一方、排気配分システムは、それらの各場所で放出される全排気の割合を好ましくは排気背圧に応じて変化させる。こうすることで効率が改良され熱的特徴が減少して、背圧および加熱が許容レベルで維持される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
特許請求の範囲に見られる、より正確な専門用語の幾つかを言い換えて、使用される用語を説明すると、本発明により構成される船舶は、少なくとも１つの船体と、排気を生じる船内推進エンジンとを含む。船体は、底面（例えば少なくとも１つの滑走面を限定し、この滑走面で少なくとも１つの垂直ステップを限定する）を有する。本発明の主要な側面によれば、デュアルエキゾースト配置が提供される。第１排気放出手段は船体の底面（例えば滑走面の垂直ステップ）へ通じる第１排気流路を限定する第１排気管を含み、底面で（例えば滑走面の垂直ステップで）第１割合の排気を放出する。さらに、第２排気放出手段は、大気へ通じる第２排気流路を限定する第２排気管を含み、第２割合の排気を大気中に放出する。
【０００６】
排気の第１割合および第２割合を変化させるために、排気配分手段が提供されるのが好ましい。１実施形態では、船内配分システム（例えばコンピュータ制御および／または手動操作の）が、第１割合および第２割合を排気背圧に応じて変化させる。第１弁機構および第２弁機構が、背圧検知要素によって検知される背圧に応じて第１排気流路および第２排気流路を選択的に制限し、第１流路および第２流路を通る排気を所望割合で誘導する。したがって本発明は、軍用船にとって熱的特徴が減少すると共に効率が改良される（すなわち抵抗が減少し、揚力が増加する）ために、船体の底面で（例えば船体の底面のステップで）より大型の推進エンジンから排気を放出できるようにする船内システムを提供する。本発明の前述のおよびその他の目的、特徴、および利点が、説明のための以下の図面および詳細な説明によりさらに明らかとなる。
【実施例】
【０００７】
本明細書のＭ型船体を有する動力付き船舶の章で、好ましい実施形態の説明を始める。これは、２００３年７月２３日提出の米国特許出願第１０／６２５，１３５号（米国特許第６，８６８，７９８号）において示された幾つかの情報の言い換えである。その背景の章は、単数または複数の滑走面と、この滑走面にある、排気が放出される単数または複数のステップとを有する船舶を説明する。その後、滑走面のステップで排気背圧に応じて大気に放出される排気の割合を制御するための手段を備えたデュアルエキゾーストシステムを説明する排気配分システムの章で、情報が呈示される。上で確認した特許出願の明細書および図１〜図９を既に承知している読者は、排気配分システムの章の付加的情報にすぐに進むことができる。
【０００８】
Ｍ型船体を備えた動力付き船舶。図面の図１〜図４は、動力付き船舶１０の様々な側面を示す。船舶１０はＭ型ボート船体１１を含み、このボート船体は、左舷側１２（図２、図３）および右舷側１３（図１〜図４）を有する。船体１１は、滑走面１５（図１〜図４）を有する中央排水本体１４と、滑走面１７を有する左舷チャネル天井１６と、滑走面１９を有する右舷チャネル天井１８とを含む。図１および図４は、静水線１１Ａと、船舶１０が航行中の際の気流を示す３つの矢印とを含む。船舶１０のＭ型ボート船体の側面のさらなる詳細は、米国特許第６，２５０，２４５号、第６，３１４，９０３号、および第６，５２６，９０３号を参照することにより得ることができる。
【０００９】
船舶１０は、中央排水本体１４の滑走面１５に第１垂直ステップ２０（図１〜図４）を含む。船体１１の排水本体１４部分は、第１垂直ステップ２０で排気放出開口部２０Ａを限定する。船舶１０は、左舷チャネル天井１６の滑走面１７に第２垂直ステップ２１を含み（図２、図３）、右舷チャネル天井１８の滑走面１９に第３垂直ステップ２２も含む（図１〜図４）。船体１１は、第２垂直ステップ２１で第２排気放出開口部２１Ａを限定し（図２、図３）、第３垂直ステップ２２で第３排気放出開口部２２Ａを限定する（図１〜図４）。この点について、垂直ステップ２０、２１、２２の寸法および排気放出開口部２０Ａ、２１Ａ、２２Ａの寸法は縮尺通りに図示してはいない。これらは、図面でこれらをより良く確認するために、図示の目的で強調してある。
【００１０】
船内推進エンジン２３（図３、図４）が船舶１０を駆動する。このエンジンは、ディーゼル、ガスタービン、およびジェットエンジンを含む知られているさまざまな任意の形態をとることができ、排気および余剰空気を生じる。これらの排気および余剰空気は、排気放出システム２４により排気放出開口部２０Ａ、２１Ａ、２２Ａに移送される。排気放出システム２４は、エンジン２３から排気放出開口部２０Ａ、２１Ａ、２２Ａまで延在しており、第１、第２、第３排気マニホルド枝管２５、２６、２７を含む。これらの各々は、エンジン２３から（例えば三角形の形状のダクトを経由して）第１、第２、第３排気放出開口部２０Ａ、２１Ａ、２２Ａのうちの各１つへ排気を移送する。別法を述べるとすれば、排気放出システム２４は、航行中、滑走面に沿ってガスを与えるために、滑走面１５、１７、１９の垂直ステップ２０、２１、２２で船内推進エンジン２３からの排気を放出するための手段として機能する。加圧された排気ガスが高温であるため、滑走面１５、１７、１９に沿って高圧ガスの膜が生じ、摩擦抵抗がさらに低減されて性能および効率が増大する。
【００１１】
図５ａおよび図５ｂは、排気放出開口部構成のさらなる詳細を示す図である。まず図５ａを検討されたい。この図は、船体１１の右舷側１３の近傍にある、滑走面１９の第３垂直ステップ２２の拡大斜視図（ノンスケール）を示す。垂直ステップ２２は、滑走面１９の第１滑走面レベルに、前方に配置された下部１９Ａを含み、滑走面１９の第２滑走面レベルに、後方に配置された上部１９Ｂを含み、この上部は、第３垂直ステップ２２の上昇部１９Ｃの高さだけ第１滑走面レベルに対して持ち上がっている。上昇部１９Ｃは、排気放出開口部２２Ａが後方に向くように排気放出開口部２２Ａを限定する。換言すれば、船体１１は、垂直ステップ２２から後方を向く排気放出開口部２２Ａを上部１９Ｂと下部１９Ａとの中間で限定する。これは好ましい向きである。
【００１２】
図５ｂは、開口部に別の向きを使用できることを示す。この図は、船体３２の滑走面３１の垂直ステップ３０の拡大斜視図を示す。垂直ステップ３０は、滑走面３１の第１滑走面レベルに、前方に配置された下部３３を含み、滑走面３１の第２滑走面レベルに、後方に配置された上部３４を含み、この上部が、垂直ステップ３０の上昇部３５の高さだけ第１滑走面レベルに対して持ち上がっており、図５ａに示す第３垂直ステップ２２と幾つかの点で同様である。主な相違点は、下方を向く排気放出開口部３６（排気がそこから下方へ放出される）を上部３４が限定するということである。換言すれば、船体３２は、上部３６から下方を向く排気放出開口部３６を上部３４で限定する。
【００１３】
次に図６を参照すると、この図は、ある種類の垂直ステップ構成を表す船体４０の一部を示す。船体４０は任意の動力付き船舶の船体を表し、滑走面４１と、前方に配置された第１垂直ステップ４２と、後方に配置された第２垂直ステップ４３とを有する。船体４０は第１排気放出開口部４４および第２排気放出開口部４５を限定し、これらの開口部から排気マニホルド枝管４６、４７が排気を放出する。図６の小さな円は、排気放出開口部４４、４５から出ていく排気および余剰空気を表す。この垂直ステップ構成では、滑走レベルは、参照符号４８の破線により特定される元の滑走レベルから、第１垂直ステップ４２および第２垂直ステップ４３の各々にて次第に上昇している。
【００１４】
図７は船体５０の一部を示しており、別の種類の垂直ステップ構成を表している。船体５０は、滑走面５１と、前方に配置された第１垂直ステップ５２と、後方に配置された第２垂直ステップ５３とを有する。船体５０は第１排気放出開口部５４および第２排気放出開口部５５を限定し、これらの開口部から排気マニホルド枝管５６、５７が排気を放出する。小さな円は、排気放出開口部５４、５５から出ていく排気および余剰空気を表す。この垂直ステップ構成では、滑走レベル５１は、参照符号５８の破線により特定される元の滑走レベルから、第１垂直ステップ５２および第２垂直ステップ５３の各々にて上昇しているが、すぐに元の滑走レベルに戻るだけである。
【００１５】
図８は、本発明により構成される多数の船体からなる船舶６０の底面を示す図であり、この船舶は第１船体６１および第２船体６２を含む。第１船体６１は、滑走面６１Ｂを備えた中央排水本体６１Ａと、内方に配置されて滑走面６１Ｄを備えた第１チャネル天井６１Ｃと、外方に配置されて滑走面６１Ｆを備えた第２チャネル天井６１Ｅとを含む。同様に、第２船体６２は、滑走面６２Ｂを備えた中央排水本体６２Ａと、内方に配置されて滑走面６２Ｄを備えた第１チャネル天井６２Ｃと、外方に配置されて滑走面６１Ｆを備えた第２チャネル天井６１Ｅとを含む。各滑走面は、多数の滑走面の幅に跨るように一列に配置された２つの垂直ステップを含む。図示に都合よくするために、第２船体６２の３つの滑走面６２Ｂ、６２Ｄ、６２Ｆに関して６つの垂直ステップ６３、６４、６５、６６、６７、６８のみを確認する。図９は、第１推進エンジン６０Ａおよび第２推進エンジン６０Ｂを備えた船舶６０を示しており、これらの推進エンジンは、第１排気放出システム６０Ｃおよび第２排気放出システム６０Ｄを経由して垂直ステップに結合されている。
【００１６】
このように、上述した動力付き船舶の実施形態は、船舶の単数または複数の滑走面の単数または複数の垂直ステップで推進エンジン排気を放出するための手段を含む。こうすることで滑走面に沿ってガス（好ましくは高温ガス）が与えられ、これにより性能および効率が著しく改良される。図示の技術は、単一または多数の垂直ステップを各滑走面に含む、単一または多数のＭ型ボート船体を備えた船舶に適用される。この点に関して、本明細書における用語「Ｍ型ボート船体」は、米国特許第６，２５０，２４５号、第６，３１４，９０３号、第６，５２６，９０３号の特許請求の範囲のうちの単数または複数の範囲に当てはまるボートの船体を参照している。これらの特許は、これらが提供する詳細全てに関してこれを参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００１７】
排気配分システム。次に、図１０、図１１、図１２を参照すると、これらの図は、本発明により構成される第５の船舶１００の図表示であり、この船舶は排気配分システムを含む。船舶１００は、図１１で破線１０１Ａにより示された静水線を有する船体１０１（例えば排水船体）を含む。船体１０１は、船体１０１の船首１０２から船体１０１の船尾１０３まで延在している（図１０、図１１）。船体１０１は、下方へ水中のほうを向く底面１０１Ｂを含み（図１１）、底面１０１Ｂは滑走面１０４を含む（図１１）。さらに船舶１００は、滑走面１０４に横方向の垂直ステップ１０５を含む（図１０、図１１）。ステップ１０５は、滑走面１０４の前部１０４Ａと滑走面１０４の後部１０４Ｂとの中間に配置されており、このことが図１１において確認される（例えば、船首１０２から船尾１０３までの距離の３分の２のところに設置されている）。
【００１８】
船舶１００は、排気背圧で排気を生じる推進エンジン１０６（例えばガスタービンエンジン）を含む。エンジン１０６は、排気マニホルド１０７から第１排気管１０８および第２排気管１０９へ排気を排出する（図１０〜図１２）。第１排気管１０８は、船体１０１の底面１０１Ｂで（ステップ１０５で）第１割合の排気を放出するために、底面１０１Ｂへ通じる第１排気流路１０８Ａを（図示の実施形態に関しては図１１および図１２に示すステップ１０５で）限定する一方、第２排気管１０９は第２割合の排気を大気中に放出するために、第２排気流路１０９Ａを大気まで限定する。第１導管１０７および第２導管１０８は、知られている排気ダクト部品を含んでもよい。
【００１９】
船体１０１の底面１０１Ｂで（例えばステップ１０５で）排気を放出すると、抵抗が低減されることによって作動効率が改良される。さらにこのことにより、図１１で太い矢印Ａにより示すように、揚力が増加する（輪郭矢印は船体の底面にわたる水流を示し、網掛け矢印は排気流を示す）。さらに、底面１０１Ｂで（例えば図示の実施形態に関してはステップ１０５で）排気を放出すると、第１割合の高温排気ガスが船体１０１の底面１０１Ｂの真下の水中へ誘導され、排気熱が水に消散することによって熱的特徴が低減される。
【００２０】
第１排気流路１０８Ａおよび第２排気流路１０９Ａを制御するために、船舶１００は船内排気配分システムを含む。図１２に示すように、船舶１００の排気配分システムは、第１弁要素１１０Ａを有する第１弁機構１１０を含み、この第１弁要素は、作動中は図１２に両側矢印１１０Ｂで示すように運動する。第１弁機構１１０は、第１割合の排気が第１流路１０８Ａへ流れるのを低減し、これによって推進エンジン１０６から第２流路１０９Ａへ所望の第２割合の排気が誘導されるように、第１排気流路１０８Ａを選択的に制限するための手段として働く。この第１弁機構は、船舶１００が船尾へ移動する際にステップ１０５からの水の逆流を防止するのにも使用することができる。排気配分システムは、第２弁要素１１１Ａを有する第２弁機構１１１も含み、この第２弁要素は、作動中は両側矢印１１１Ｂで示すように運動する。第２弁機構１１１は、第２割合の排気が第２流路１０９Ａへ流れるのを低減し、これによって推進エンジン１０６から第１流路１０８Ａへ所望の第１割合の排気が誘導されるように、第２排気流路１０９Ａを選択的に制限するための手段として働く。第１弁機構１１０および第２弁機構１１１は、記載した機能を実施するための公知の種類の構成部品を含んでもよい。
【００２１】
上記に加え、船舶１００の排気配分システムは、配分システム制御器１１２および排気背圧センサ１１３を含む。制御器１１２は、第１弁手段１１０および第２弁手段１１１を排気背圧に応じて制御するための手段として働く。センサ１１３は、排気背圧を検知し、この排気背圧に応じて第１弁機構１１０および第２弁機構１１１の全体的な閉ループフィードバック制御用に制御器１１２にフィードバック信号を提供するための手段として働く。
【００２２】
図示した船舶１００では、進行中、排気は、ステップ１０５で生成される真空によってステップ１０５のほうへ引き込まれ、経路が大気に通じて最小抵抗となる。第２弁機構１１１を操作すると、より多くの排気がステップ１０５へ流される。つまり、第２弁機構により、ステップ１０５で放出される第１割合の排気が増加する。第１弁機構１１０を操作すると、より多くの排気が大気へ流される。つまり、第１弁機構により、大気中に放出される第２割合の排気が増加する。このことはすべて、図示の実施形態において、好適な要素（例えば好適にプログラムされ装備されたラップトップ型コンピュータ）により完全に電子的に達成される。ただし、これは弁機構の手動制御装置とともに背圧計測器を使用するよう開示される、より広範な発明の概念の範囲内である。
【００２３】
図１２において、第１双方向線１１２Ａ（両端に矢印がある）は、制御器１１２から第１弁機構１１０に制御信号を伝達するとともに、第１弁機構１１０の閉ループフィードバック制御用に制御器１１２へ戻る位置指示フィードバック信号を伝達する。同様に、双方向線１１２Ｂは、第２弁機構１１１に制御信号を伝達するとともに、第２弁機構１１１の閉ループフィードバック制御用に制御器１１２へ戻る位置指示フィードバック信号を伝達する。一方向線１１２Ｃ（一端にのみ矢印がある）は、圧力センサ１１３から制御器１１２に背圧指示信号を伝達する。制御器１１２はこの信号を、第１弁機構１１０および第２弁機構１１１を制御するプログラム済みアルゴリズムにより処理する。当業者であれば、上述の説明および後述の説明に基づいて、本発明によるデュアルエキゾーストおよび排気配分システムを備えた船舶を容易に実施することができる。
【００２４】
次に図１３を参照すると、この図は、付加的な手動制御装置を示す船舶１００の排気配分システムのブロック図である。入力装置１１４（例えばコンピュータ・キーボード）により、操作者はデータおよびコマンドを制御器１１２に入力することができる。第１弁位置フィードバック要素１１５が、第１弁機構１１０に弁位置指示信号を提供し、第２弁位置フィードバック要素１１６が、第２弁機構１１１に弁位置指示信号を提供する。圧力読出し要素１１７（例えば計測器）により、背圧の指示を視覚的に認めることができる一方、所望する場合、操作者は、第１手動弁アクチュエータ１１８および第２手動弁アクチュエータ１１９により第１弁機構１１０および第２弁機構１１１のそれぞれを作動することができる。好適な電力要素１２０はシステムに電力を提供する。
【００２５】
このデュアルエキゾースト・ダクトシステムの目的は、エンジン排気が船の性能に利益となるよう効果的に使用できるために、全エンジン排気の最大割合を第１排気管１０８へ誘導することである。第１排気管１０８へ流れる排気は、船の前方移動により生成される真空を垂直ステップ１０５で破る。さらにこの排気は、滑走面１０４に潤滑と摩擦抵抗の低減とをもたらし、船の揚力のための蒸気を発生させる。
【００２６】
当然ながら、全排気の一部が必要に応じて第１排気管１０８へ流れ、垂直ステップ１０５で真空を破ることになる（自己配分）。この真空は船の速度とともに増加する。このことにより、エンジン背圧はエンジン性能にとって最大許容レベル以下に低減される。したがって、第２弁機構１１１を抑制することにより、第１排気管１０８へ付加的排気を誘導することができる。こうすることでエンジン背圧が増加し、その結果、第１排気管１０８内を移動する排気量が多くなる。センサ１１３によって検知される背圧レベルに関して第２弁機構１１１を操作すると、この動作により、エンジン性能に悪影響を与えるレベルまで背圧が増加することが防止される。
【００２７】
本発明を構成する１つの方法とは、第１弁機構１１０をフラップ弁として構築し、２つの別々の機能を実施することである。第１弁機構は、船の速度またはその他の要因に基づいて手動または自動で作動されると、水中への排気を制御して船１００が前方へ移動しないときの船体１０１の過熱を回避し、水の逆流により作動されると、船が船尾へ移動するときのエンジン損傷を防止する。別法として、船体１０１の底面で第１排気管１０８への進水口に、別々の補足フラップ弁（図示せず）を取り付けることもできる。
【００２８】
使用される手順に関して、本発明は、底面と、排気を生じる船内推進エンジンとを備えた船体を有する船舶の熱的特徴を低減するための方法を提供する。この方法は、船体の底面で第１割合の排気を放出するための第１排気管と、大気に第２割合の排気を放出するための第２排気管と、好ましくは第１割合および第２割合を排気背圧に応じて変化させるための船内排気配分システムとを提供するステップを含む。この方法は、（ｉ）第１排気管を通る第１割合の排気を船体の底面で放出すること、（ｉｉ）第２排気管を通る第２割合の排気を大気に放出すること、および、好ましくは（ｉｉｉ）排気配分システムにより第１割合および第２割合を変化させて所望の排気背圧レベルを維持することにより、推進される。
【００２９】
したがって本発明は、デュアルエキゾーストと、１実施形態において、船内排気配分システムとを備えた船舶を提供する。デュアルエキゾーストは船体の底面および大気に排気を放出する一方で、排気配分システムは、それらの各場所で放出される全排気の割合を、好ましくは排気背圧に応じて変化させる。こうすることで背圧および加熱が許容レベルで維持されて、効率が改良され、熱的特徴が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】中央排水船体と滑走路とに垂直ステップを備えたＭ型ボート船体を含む第１の船舶の右舷側面図である。
【図２】中央排水本体全体と滑走路とに及ぶ垂直ステップの延在部分を示す第１の船舶の底面の略平面図である。
【図３】推進エンジン排気を垂直ステップへ誘導するための排気放出システムを示す、図２と同様の第１の船舶の略図である。
【図４】推進エンジンと、垂直ステップに通じる排気放出システムの排気ガス管とを含む、図１と同様の第１の船舶の右舷側面図である。
【図５ａ】船舶の右舷側、滑走面、垂直ステップの一部の拡大等角図であり、垂直ステップの上昇部に排気放出開口部が設置されている。
【図５ｂ】代替の排気放出配置の、図５ａと同様の図であり、垂直ステップの上部に排気放出開口部が設置されている。
【図６】多数の垂直ステップおよび付随する排気放出システムを含む第２の船舶の複数の部分の右舷略側面図であり、滑走レベルがステップごとに次第に上昇している。
【図７】多数の垂直ステップおよび付随する排気放出システムを含む第３の船舶の複数の部分の右舷略側面図であり、滑走レベルは各ステップ以降、元の滑走面まで後退している。
【図８】多数の船体と、各船体に多数の垂直ステップとを有する第４の船舶の底面の、図２と同様の略平面図である。
【図９】推進エンジン排気を垂直ステップへ誘導するための排気放出システムを含む第４の船舶の略平面図である。
【図１０】本発明による、釣合いのとれた海中・空中排気ダクトを含む第５の船舶の略平面図である。
【図１１】５の船舶の略正面図である。
【図１２】船内排気放出配分システムのさらなる細部を示す、図１１の拡大部分図である。
【図１３】手動制御装置が含まれた船内配分システムのブロック図である。
【図１】
2008509836.tif 000003
【図２】
2008509836.tif 000004
【図３】
2008509836.tif 000005
【図４】
2008509836.tif 000006
【図５ａ】
2008509836.tif 000007
【図５ｂ】
2008509836.tif 000008
【図６】
2008509836.tif 000009
【図７】
2008509836.tif 000010
【図８】
2008509836.tif 000011
【図９】
2008509836.tif 000012
【図１０】
2008509836.tif 000013
【図１１】
2008509836.tif 000014
【図１２】
2008509836.tif 000015
【図１３】
2008509836.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月27日(2007.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの滑走面を備えた少なくとも１つの船体と、
この滑走面に形成された、垂直方向に段差を有する少なくとも１つの垂直ステップと、
船内推進エンジンと、
航行中、滑走面に沿ってガスを与えるために、船内推進エンジンからの排気を滑走面の垂直ステップで放出するための手段と
を有し、
前記排気を放出するための手段が、滑走面の垂直ステップで排気全体に対する第１割合の排気部分を放出するための手段を含み、この手段は、滑走面の垂直ステップへ通じる第１排気流路を形成する第１排気管を含み、
前記排気を放出するための手段が、大気に排気全体に対する第２割合の排気部分を放出するための手段を含み、この手段は、大気へ通じる第２排気流路を形成する第２排気管を含み、
船内推進エンジンが、大型の推進エンジンであり、
排気を垂直ステップより大気に放出し、
排気背圧を検出して、排気の第１及び第２割合を排気背圧に応じて変化させることを特徴とする、船舶。
【請求項２】
船体が、船首端、船尾端、および、船首端と船尾端との間で延びる長手方向軸線を備え、
船体の排水本体部分が、船首端と船尾端との間に延在し、排水本体が、静水線、左舷側、および右舷側を備えており、
船体の第１チャネル形成構造部が、排水本体の左舷側に設置されており、静水線上で排水本体の左舷側から横方向に延在する第１翼構造と、排水本体と離間した関係において第１翼構造から静水線下まで下方に延在する第１外側スカート構造とを含み、前記第１外側スカート構造は静水線に対して実質的に垂直な外面を備えており、前記第１チャネル形成構造は、概ね弓状の横断面を有する第１チャネルを形成し、
船体の第２チャネル形成構造部が、排水本体の右舷側に設置されており、静水線上で排水本体の右舷側から横方向に延在する第２翼構造と、排水本体と離間した関係において第２翼構造から静水線下まで下方へ垂直に延在する第２外側スカート構造とを含み、前記第２外側スカート構造は静水線に対して実質的に垂直な外面を備えており、前記第２チャネル形成構造部は、概ね弓状の横断面を有する第２チャネルを形成し、
前記第１チャネルおよび第２チャネルは、船首端から船尾端まで延在し、船首波を捕捉して空気と水とを混合し、圧縮した炭酸水として船体の船尾端の方へ渦巻状に進行させ、これによって摩擦抵抗を低減して横方向の安定性を増加し、船体の船尾端への船首波エネルギーの伝達を弱めるようになっており、
船体は、少なくとも１つの滑走面と、この滑走面に形成された、垂直方向に段差を有する少なくとも１つの垂直ステップと、船内推進エンジンと、航行中、滑走面に沿ってガスを与えるために、船内推進エンジンからの排気を滑走面の垂直ステップで放出するための手段とを含み、
前記排気を放出するための手段が、滑走面の垂直ステップで排気全体に対する第１割合の排気部分を放出するための手段を含み、この手段は、滑走面の垂直ステップへ通じる第１排気流路を形成する第１排気管を含み、
前記排気を放出するための手段が、大気に排気全体に対する第２割合の排気部分を放出するための手段を含み、この手段は、大気へ通じる第２排気流路を形成する第２排気管を含み、
船内推進エンジンが、大型の推進エンジンであり、
排気を垂直ステップより大気に放出し、
排気背圧を検出して、排気の第１及び第２割合を排気背圧に応じて変化させることを特徴とする、船舶。
【請求項３】
底面を備えた少なくとも１つの船体と、
排気を生じる船内推進エンジンとを有し、
船体の底面で第１割合の排気部分を放出するための手段が、底面へ通じる第１排気流路を形成する第１排気管を含み、
大気へ第２割合の排気部分を放出するための手段が、大気へ通じる第２排気流路を形成する第２排気管を含み、
船内推進エンジンが、大型の推進エンジンであり、
排気を船体のステップより大気に放出し、
排気背圧を検出して、排気の第１及び第２割合を排気背圧に応じて変化させることを特徴とする、船舶。
【請求項４】
第１割合および第２割合の排気部分を変化させるための手段をさらに有し、その手段が、第１割合および第２割合の排気部分を排気背圧に応じて変化させるための船内配分システムを含む、請求項３記載の船舶。
【請求項５】
推進エンジンから第２流路へと所望排気部分を誘導するために、船内配分システムが、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
船内配分システムが、第１弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、第１弁手段を排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項４記載の船舶。
【請求項６】
推進エンジンから第１流路へと所望排気部分を誘導するために、船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、
船内配分システムが、第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、第２弁手段を排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項４記載の船舶。
【請求項７】
推進エンジンから第２流路へと所望排気部分を誘導するために、船舶が、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、この第２弁手段は、第２排気流路に第２弁機構を含み、
船内配分システムが、第１弁手段および第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、第１弁手段および第２弁手段を排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項４記載の船舶。
【請求項８】
船内配分システムが、背圧検知要素を含む、排気背圧を検知するための手段を含む、請求項４記載の船舶。
【請求項９】
推進エンジンから第２流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
船内配分システムが、第１弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、背圧検知要素によって検知される排気背圧に応じて第１弁手段を制御するようになっている、請求項８記載の船舶。
【請求項１０】
推進エンジンから第１流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、
船内配分システムが、第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、背圧検知要素によって検知される排気背圧に応じて第２弁手段を制御するようになっている、請求項８記載の船舶。
【請求項１１】
推進エンジンから第２流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
推進エンジンから第１流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、
船内配分システムが、第１弁手段および第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、第１弁手段および第２弁手段を、背圧検知要素によって検知される排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項８記載の船舶。
【請求項１２】
船体が、少なくとも１つの滑走面と、この滑走面に形成された、垂直方向に段差を有する少なくとも１つの垂直ステップとを含み、
第１排気管が滑走面の垂直ステップに通じている、請求項４記載の船舶。
【請求項１３】
少なくとも１つの滑走面と、この滑走面に形成された、垂直方向に段差を有する少なくとも１つの垂直ステップとを備えた少なくとも１つの船体と、
排気を生じる船内推進エンジンとを有し、
滑走面の垂直ステップで排気全体に対する第１割合の排気部分を放出するための手段が、滑走面の垂直ステップへ通じる第１排気流路を形成する第１排気管を含み、
大気へ排気全体に対する第２割合の排気部分を放出するための手段が、大気へ通じる第２排気流路を形成する第２排気管を含み、
排気の第１割合および第２割合の排気部分を変化させるための手段が排気の第１割合および第２割合の排気部分を排気背圧に応じて変化させるための船内配分システムを含み、
船内推進エンジンが、大型の推進エンジンであり、
排気を垂直ステップより大気に放出し、
排気背圧を検出して、排気の第１及び第２割合を排気背圧に応じて変化させることを特徴とする、船舶。
【請求項１４】
推進エンジンから第２流路へ所望排気部分を誘導するために、船内配分システムが、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
船内配分システムが、第１弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、第１弁手段を排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項１３記載の船舶。
【請求項１５】
推進エンジンから第１流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、
船内配分システムが、第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、第２弁手段を排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項１３記載の船舶。
【請求項１６】
推進エンジンから第２流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、この第２弁手段は、第２排気流路に第２弁機構を含み、
船内配分システムが、第１弁手段および第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、第１弁手段も第２弁手段も排気背圧に応じて制御するようになっている、請求項１３記載の船舶。
【請求項１７】
船内配分システムが、排気背圧を検知するための手段を含み、この手段が背圧検知要素を含む、請求項１３記載の船舶。
【請求項１８】
推進エンジンから第２流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
船内配分システムが、第１弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、背圧検知要素によって検知される排気背圧に応じて第１弁手段を制御するようになっている、請求項１７記載の船舶。
【請求項１９】
推進エンジンから第１流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、
船内配分システムが、第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、背圧検知要素によって検知される排気背圧に応じて第２弁手段を制御するようになっている、請求項１７記載の船舶。
【請求項２０】
推進エンジンから第２流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第１排気流路を制限するための第１弁手段を含み、
推進エンジンから第１流路へ所望排気部分を誘導するために、船舶が、第２排気流路を制限するための第２弁手段を含み、
船内配分システムが、第１弁手段および第２弁手段を制御するための制御器手段を含み、
制御器手段が、背圧検知要素によって検知される排気背圧に応じて第１弁手段も第２弁手段も制御するようになっている、請求項１７記載の船舶。
【請求項２１】
底面を備えた少なくとも１つの船体と、
排気を生じる船内推進エンジンと、
船体の底面で排気全体に対する第１割合の排気部分を放出するための手段が、底面へ通じる第１排気流路を形成する第１排気管を含み、
大気へ排気全体に対する第２割合の排気部分を放出するための手段が、大気へ通じる第２排気流路を形成する第２排気管を含み、
排気の第１割合および第２割合の排気部分を変化させるための手段が、第１排気管および第２排気管のうち少なくとも１つを通る排気流を制御するようになっている少なくとも１つの弁機構を含み、
船内推進エンジンが、大型の推進エンジンであり、
排気を船体のステップより大気に放出し、
排気背圧を検出して、排気の第１及び第２割合を排気背圧に応じて変化させることを特徴とする、船舶。
【請求項２２】
排気の第１割合および第２割合の排気部分を変化させるための手段が、第１排気管を通る排気流を制御するようになっている少なくとも１つの第１弁機構を含む、請求項２１記載の船舶。
【請求項２３】
第１弁機構がフラップ弁である、請求項２２記載の船舶。
【請求項２４】
排気の第１割合および第２割合の排気部分を変化させるための手段が、第２排気管を通る排気流を制御するようになっている少なくとも１つの第２弁機構を含む、請求項２１記載の船舶。
【請求項２５】
底面と、排気を生じる船内推進エンジンとを備えた船体を有する船舶の熱的特徴を低減するための方法であって、
船体の底面に、排気全体に対する第１割合の排気部分を放出するための第１排気管と、大気に排気全体に対する第２割合の排気部分を放出するための第２排気管とを設ける工程と、
第１排気管を通る第１割合の排気部分を船体の底面で放出する工程と、
第２排気管を通る第２割合の排気部分を大気へ放出する工程と
を有し、
船内推進エンジンが、大型の推進エンジンであり、
排気を船体のステップより大気に放出し、
排気背圧を検出して、排気の第１及び第２割合を排気背圧に応じて変化させることを特徴とする、方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に動力付き船舶に関し、より詳細には、推進エンジン排気が放出される底面を備えた、単数または複数の船体を有する高速動力付き船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
幾つかの既存のボート船体は、船体の船首部分と船尾部分との中間に横方向ステップを備えた滑走面を形成する底面を有する。このステップは滑走効果を改善する。ところが、進行中、船体から水が離れる際にステップの船尾に真空が現れる。従って真空を低減するために、既存のボートには、ステップに大気への通気孔を含むものもあり、ステップで推進エンジン排気を放出するものもある。
【０００３】
推進の排気を既存の技術によるステップで放出することは、小さな寸法の推進エンジンでは作用するが、より大型の推進エンジンで使用するには適していない。例えば７，０００馬力のガスタービンが、毎秒４３．５ポンドの質量流量、毎秒１００〜２００フィートの排気速度、華氏１，０４５度のオーダーの温度を特徴とすることがある。船体のステップでこのような推進エンジンから排気を放出することは、排気背圧および加熱を許容できないものにすることがある。それにもかかわらず、こうすることで、軍用船にとって熱的特徴が減少すると共に効率が改良される（すなわち抵抗が減少し、揚力が増加する）形の著しい利点が約束される。したがって、船体のステップで、より大型の推進エンジンから推進エンジン排気を放出する方法の必要性が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記で概説した必要性に向けられている、デュアルエキゾーストおよび船内排気配分システムを船舶に提供することを課題としている。デュアルエキゾーストは、船体の底面および大気へ排気を放出する一方、排気配分システムは、それらの各場所で放出される全排気（排気全体）の割合を好ましくは排気背圧に応じて変化させる。こうすることで、効率が改良され、熱的特徴が減少して、背圧および加熱が許容レベルで維持される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
特許請求の範囲に見られる、より正確な専門用語の幾つかを言い換えて、使用される用語を説明すると、本発明により構成される船舶は、少なくとも１つの船体と、排気を生じる船内推進エンジンとを含む。船体は、底面（例えば少なくとも１つの滑走面を有し、この滑走面に少なくとも１つの垂直ステップを形成する）を有する。本発明の主要な側面によれば、デュアルエキゾースト配置が提供される。第１排気放出手段は船体の底面（例えば滑走面の垂直ステップ）へ通じる第１排気流路を形成する第１排気管を含み、底面で（例えば滑走面の垂直ステップで）第１割合の排気を放出する。さらに、第２排気放出手段は、大気へ通じる第２排気流路を形成する第２排気管を含み、第２割合の排気を大気中に放出する。
【０００６】
排気の第１割合および第２割合の部分を変化させるために、排気配分手段を設けるのが好ましい。１実施形態では、船内配分システム（例えばコンピュータ制御および／または手動操作の）が、第１割合および第２割合の部分を排気背圧に応じて変化させる。第１弁機構および第２弁機構が、背圧検知要素によって検知され背圧に応じて第１排気流路および第２排気流路を選択的に制限し、第１流路および第２流路を通る排気を所望割合で誘導する。したがって、本発明によれば、軍用船にとって熱的特徴が減少すると共に効率が改良される（すなわち抵抗が減少し、揚力が増加する）ために、船体の底面で（例えば船体の底面のステップで）より大型の推進エンジンから排気を放出できる船内システムを提供することができる。本発明の前述のおよびその他の目的、特徴、および利点が、以下の詳細な説明及び図面によりさらに明らかとなる。
【実施例】
【０００７】
Ｍ型船体を有する動力付き船舶について、好ましい実施形態の説明を始める。これは、２００３年７月２３日提出の米国特許出願第１０／６２５，１３５号（米国特許第６，８６８，７９８号）において示された幾つかの情報の言い換えである。その背景の説明として、単数または複数の滑走面と、この滑走面に形成された、排気が放出される単数または複数のステップとを有する船舶を説明する。その後、滑走面のステップで排気背圧に応じて大気に放出される排気の割合を制御するための手段を備えたデュアルエキゾーストシステムを説明する。前述の特許文献の明細書および図１〜図９を既に承知していれば、排気配分システムの章の付加的情報にすぐに進むことができる。
【０００８】
Ｍ型船体を備えた動力付き船舶を説明する。図面の図１〜図４は、動力付き船舶１０の様々な側面を示す。船舶１０はＭ型ボート船体１１を含み、このボート船体は、左舷側１２（図２、図３）および右舷側１３（図１〜図４）を有する。船体１１は、滑走面１５（図１〜図４）を有する中央排水本体１４と、滑走面１７を有する左舷チャネル天井１６と、滑走面１９を有する右舷チャネル天井１８とを含む。図１および図４は、静水線１１Ａと、船舶１０が航行中の際の気流を示す３つの矢印とを含む。船舶１０のＭ型ボート船体のさらなる詳細は、米国特許第６，２５０，２４５号、第６，３１４，９０３号、および第６，５２６，９０３号を参照することにより得ることができる。
【０００９】
船舶１０は、中央排水本体１４の滑走面１５に第１垂直ステップ２０（図１〜図４）を含む。船体１１の排水本体１４には、第１垂直ステップ２０で排気放出開口部２０Ａが形成されている。船舶１０は、左舷チャネル天井１６の滑走面１７に第２垂直ステップ２１を含み（図２、図３）、右舷チャネル天井１８の滑走面１９に第３垂直ステップ２２も含む（図１〜図４）。船体１１は、第２垂直ステップ２１で第２排気放出開口部２１Ａを形成し（図２、図３）、第３垂直ステップ２２で第３排気放出開口部２２Ａを形成する（図１〜図４）。この点について、垂直ステップ２０、２１、２２の寸法および排気放出開口部２０Ａ、２１Ａ、２２Ａの寸法は縮尺通りに図示してはいない。これらは、図面でこれらをより良く確認するために、図示の目的で強調してある。
【００１０】
船内推進エンジン２３（図３、図４）が船舶１０を駆動する。このエンジンは、ディーゼル、ガスタービン、およびジェットエンジンを含む知られているさまざまな任意の形態をとることができ、排気および余剰空気を生じる。これらの排気および余剰空気は、排気放出システム２４により排気放出開口部２０Ａ、２１Ａ、２２Ａに移送される。排気放出システム２４は、エンジン２３から排気放出開口部２０Ａ、２１Ａ、２２Ａまで延在しており、第１、第２、第３排気マニホルド枝管２５、２６、２７を含む。これらの各々は、エンジン２３から（例えば三角形の形状のダクトを経由して）第１、第２、第３排気放出開口部２０Ａ、２１Ａ、２２Ａのうちの各１つへ排気を移送する。別法を述べるとすれば、排気放出システム２４は、航行中、滑走面に沿ってガスを与えるために、滑走面１５、１７、１９の垂直ステップ２０、２１、２２で船内推進エンジン２３からの排気を放出するための手段として機能する。加圧された排気ガスが高温であるため、滑走面１５、１７、１９に沿って高圧ガスの膜が生じ、摩擦抵抗がさらに低減されて性能および効率が増大する。
【００１１】
図５ａおよび図５ｂは、排気放出開口部の構成のさらなる詳細を示す図である。まず図５ａを参照する。この図５ａは、船体１１の右舷側１３の近傍にある、滑走面１９の第３垂直ステップ２２の拡大斜視図（ノンスケール）を示す。垂直ステップ２２は、滑走面１９の第１滑走面レベルに、前方に配置された下部１９Ａを含み、滑走面１９の第２滑走面レベルに、後方に配置された上部１９Ｂを含み、この上部は、第３垂直ステップ２２の上昇部１９Ｃの高さだけ第１滑走面レベルに対して持ち上がっている。上昇部１９Ｃは、排気放出開口部２２Ａが後方に向くように排気放出開口部２２Ａを形成する。換言すれば、船体１１は、垂直ステップ２２から後方を向く排気放出開口部２２Ａを上部１９Ｂと下部１９Ａとの中間で形成する。これは好ましい向きである。
【００１２】
図５ｂは、開口部に別の向きを使用できることを示す。この図５ｂは、船体３２の滑走面３１の垂直ステップ３０の拡大斜視図を示す。垂直ステップ３０は、滑走面３１の第１滑走面レベルに、前方に配置された下部３３を含み、滑走面３１の第２滑走面レベルに、後方に配置された上部３４を含み、この上部が、垂直ステップ３０の上昇部３５の高さだけ第１滑走面レベルに対して持ち上がっており、図５ａに示す第３垂直ステップ２２と幾つかの点で同様である。主な相違点は、下方を向く排気放出開口部３６（排気がそこから下方へ放出される）を上部３４が形成するということである。換言すれば、船体３２は、上部３６から下方を向く排気放出開口部３６を上部３４で形成する。
【００１３】
次に図６を参照すると、この図６は、ある種類の垂直ステップの構成を表す船体４０の一部を示す。船体４０は任意の動力付き船舶の船体を表し、滑走面４１と、前方に配置された第１垂直ステップ４２と、後方に配置された第２垂直ステップ４３とを有する。船体４０は第１排気放出開口部４４および第２排気放出開口部４５を形成し、これらの開口部から排気マニホルド枝管４６、４７が排気を放出する。図６の小さな円は、排気放出開口部４４、４５から出ていく排気および余剰空気を表す。この垂直ステップ構成では、滑走レベルは、参照符号４８の破線により特定される元の滑走レベルから、第１垂直ステップ４２および第２垂直ステップ４３の各々にて次第に上昇している。
【００１４】
図７は船体５０の一部を示しており、別の種類の垂直ステップ構成を表している。船体５０は、滑走面５１と、前方に配置された第１垂直ステップ５２と、後方に配置された第２垂直ステップ５３とを有する。船体５０は第１排気放出開口部５４および第２排気放出開口部５５を形成し、これらの開口部から排気マニホルド枝管５６、５７が排気を放出する。小さな円は、排気放出開口部５４、５５から出ていく排気および余剰空気を表す。この垂直ステップ構成では、滑走レベル５１は、参照符号５８の破線により特定される元の滑走レベルから、第１垂直ステップ５２および第２垂直ステップ５３の各々にて上昇しているが、すぐに元の滑走レベルに戻るだけである。
【００１５】
図８は、本発明による多数の船体からなる船舶６０の底面を示す図であり、この船舶は第１船体６１および第２船体６２を含む。第１船体６１は、滑走面６１Ｂを備えた中央排水本体６１Ａと、内方に配置されて滑走面６１Ｄを備えた第１チャネル天井６１Ｃと、外方に配置されて滑走面６１Ｆを備えた第２チャネル天井６１Ｅとを含む。同様に、第２船体６２は、滑走面６２Ｂを備えた中央排水本体６２Ａと、内方に配置されて滑走面６２Ｄを備えた第１チャネル天井６２Ｃと、外方に配置されて滑走面６１Ｆを備えた第２チャネル天井６１Ｅとを含む。各滑走面は、多数の滑走面の幅に跨るように一列に配置された２つの垂直ステップを含む。図示に都合よくするために、第２船体６２の３つの滑走面６２Ｂ、６２Ｄ、６２Ｆに関して６つの垂直ステップ６３、６４、６５、６６、６７、６８のみを確認する。図９は、第１推進エンジン６０Ａおよび第２推進エンジン６０Ｂを備えた船舶６０を示しており、これらの推進エンジンは、第１排気放出システム６０Ｃおよび第２排気放出システム６０Ｄを経由して垂直ステップに結合されている。
【００１６】
このように、上述した動力付き船舶の実施形態は、船舶の単数または複数の滑走面の単数または複数の垂直ステップで推進エンジン排気を放出するための手段を含む。こうすることで、滑走面に沿ってガス（好ましくは高温ガス）が与えられ、これにより性能および効率が著しく改良される。図示されている技術は、単一または多数の垂直ステップを各滑走面に含む、単一または多数のＭ型ボート船体を備えた船舶に適用される。この点に関して、本明細書における用語「Ｍ型ボート船体」は、米国特許第６，２５０，２４５号、第６，３１４，９０３号、第６，５２６，９０３号の特許請求の範囲のうちの単数または複数の範囲に当てはまるボートの船体を参照している。これらの特許は、これらが提供する詳細の全てに関してこれを参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００１７】
排気配分システム。次に、図１０、図１１、図１２を参照すると、これらの図は、本発明により構成される第５の船舶１００を図示したものであり、この船舶は排気配分システムを含む。船舶１００は、図１１で破線１０１Ａにより示された静水線を有する船体１０１（例えば排水船体）を含む。船体１０１は、船体１０１の船首１０２から船体１０１の船尾１０３まで延在している（図１０、図１１）。船体１０１は、下方へ水中のほうを向く底面１０１Ｂを含み（図１１）、底面１０１Ｂは滑走面１０４を含む（図１１）。さらに船舶１００は、滑走面１０４に横方向の垂直ステップ１０５を含む（図１０、図１１）。ステップ１０５は、滑走面１０４の前部１０４Ａと滑走面１０４の後部１０４Ｂとの中間に配置されており、このことが図１１において確認される（例えば、船首１０２から船尾１０３までの距離の３分の２のところに設置されている）。
【００１８】
船舶１００は、排気背圧で排気を生じる推進エンジン１０６（例えばガスタービンエンジン）を含む。エンジン１０６は、排気マニホルド１０７から第１排気管１０８および第２排気管１０９へ排気を排出する（図１０〜図１２）。第１排気管１０８は、船体１０１の底面１０１Ｂで（ステップ１０５で）第１割合の排気部分を放出するために、底面１０１Ｂへ通じる第１排気流路１０８Ａを（図示の実施形態に関しては図１１および図１２に示すステップ１０５で）形成する一方、第２排気管１０９は第２割合の排気部分を大気中に放出するために、第２排気流路１０９Ａを大気まで形成する。第１導管１０７および第２導管１０８は、知られている排気ダクト部品を含んでもよい。
【００１９】
船体１０１の底面１０１Ｂで（例えばステップ１０５で）排気を放出すると、抵抗が低減されることによって作動効率が改良される。さらに、このことにより、図１１で太い矢印Ａにより示すように、揚力が増加する（輪郭矢印は船体の底面にわたる水流を示し、網掛け矢印は排気流を示す）。さらに、底面１０１Ｂで（例えば図示の実施形態に関してはステップ１０５で）排気を放出すると、第１割合の高温排気ガスが船体１０１の底面１０１Ｂの真下の水中へ誘導され、排気熱が水に消散することによって熱的特徴が低減される。
【００２０】
第１排気流路１０８Ａおよび第２排気流路１０９Ａを制御するために、船舶１００は船内排気配分システムを含む。図１２に示すように、船舶１００の排気配分システムは、第１弁要素１１０Ａを有する第１弁機構１１０を含み、この第１弁要素は、作動中は図１２に両側矢印１１０Ｂで示すように運動する。第１弁機構１１０は、第１割合の排気部分が第１流路１０８Ａへ流れるのを低減し、これによって推進エンジン１０６から第２流路１０９Ａへ所望の第２割合の排気部分が誘導されるように、第１排気流路１０８Ａを選択的に制限するための手段として働く。この第１弁機構は、船舶１００が船尾へ移動する際にステップ１０５からの水の逆流を防止するのにも使用することができる。排気配分システムは、第２弁要素１１１Ａを有する第２弁機構１１１も含み、この第２弁要素は、作動中は両側矢印１１１Ｂで示すように運動する。第２弁機構１１１は、第２割合の排気部分が第２流路１０９Ａへ流れるのを低減し、これによって推進エンジン１０６から第１流路１０８Ａへ所望の第１割合の排気部分が誘導されるように、第２排気流路１０９Ａを選択的に制限するための手段として働く。第１弁機構１１０および第２弁機構１１１は、記載した機能を実施するための公知の種類の構成部品を含んでもよい。
【００２１】
上記に加え、船舶１００の排気配分システムは、配分システム制御器１１２および排気背圧センサ１１３を含む。制御器１１２は、第１弁手段１１０および第２弁手段１１１を排気背圧に応じて制御するための手段として働く。センサ１１３は、排気背圧を検知し、この排気背圧に応じて第１弁機構１１０および第２弁機構１１１の全体的な閉ループフィードバック制御用に制御器１１２にフィードバック信号を提供するための手段として働く。
【００２２】
図示した船舶１００では、進行中、排気は、ステップ１０５で生成される真空によってステップ１０５のほうへ引き込まれ、経路が大気に通じて最小抵抗となる。第２弁機構１１１を操作すると、より多くの排気がステップ１０５へ流される。つまり、第２弁機構により、ステップ１０５で放出される第１割合の排気部分が増加する。第１弁機構１１０を操作すると、より多くの排気が大気へ流される。つまり、第１弁機構により、大気中に放出される第２割合の排気部分が増加する。このことはすべて、図示の実施形態において、好適な要素（例えば好適にプログラムされ装備されたラップトップ型コンピュータ）により完全に電子的に達成される。ただし、これは弁機構の手動制御装置とともに背圧計測器を使用するよう開示される、より広範な発明の概念の範囲内である。
【００２３】
図１２において、第１双方向線１１２Ａ（両端に矢印がある）は、制御器１１２から第１弁機構１１０に制御信号を伝達するとともに、第１弁機構１１０の閉ループフィードバック制御用に制御器１１２へ戻る位置指示フィードバック信号を伝達する。同様に、双方向線１１２Ｂは、第２弁機構１１１に制御信号を伝達するとともに、第２弁機構１１１の閉ループフィードバック制御用に制御器１１２へ戻る位置指示フィードバック信号を伝達する。一方向線１１２Ｃ（一端にのみ矢印がある）は、圧力センサ１１３から制御器１１２に背圧指示信号を伝達する。制御器１１２はこの信号を、第１弁機構１１０および第２弁機構１１１を制御するプログラム済みアルゴリズムにより処理する。当業者であれば、上述の説明および後述の説明に基づいて、本発明によるデュアルエキゾーストおよび排気配分システムを備えた船舶を容易に実施することができる。
【００２４】
次に図１３を参照すると、この図は、付加的な手動制御装置を示す船舶１００の排気配分システムのブロック図である。入力装置１１４（例えばコンピュータ・キーボード）により、操作者はデータおよびコマンドを制御器１１２に入力することができる。第１弁位置フィードバック要素１１５が、第１弁機構１１０に弁位置指示信号を提供し、第２弁位置フィードバック要素１１６が、第２弁機構１１１に弁位置指示信号を提供する。圧力読出し要素１１７（例えば計測器）により、背圧の指示を視覚的に認めることができる一方、所望する場合、操作者は、第１手動弁アクチュエータ１１８および第２手動弁アクチュエータ１１９により第１弁機構１１０および第２弁機構１１１のそれぞれを作動することができる。好適な電力要素１２０はシステムに電力を提供する。
【００２５】
このデュアルエキゾースト・ダクトシステムの目的は、エンジン排気が船の性能に利益となるよう効果的に使用できるために、全エンジン排気（排気全体）の最大割合を第１排気管１０８へ誘導することである。第１排気管１０８へ流れる排気は、船の前方移動により生成される真空を垂直ステップ１０５で破る。さらに、この排気は、滑走面１０４に潤滑と摩擦抵抗の低減とをもたらし、船の揚力のための蒸気を発生させる。
【００２６】
当然ながら、全排気（排気全体）の一部が必要に応じて第１排気管１０８へ流れ、垂直ステップ１０５で真空を破ることになる（自己配分）。この真空は船の速度とともに増加する。このことにより、エンジン背圧はエンジン性能にとって最大許容レベル以下に低減される。したがって、第２弁機構１１１を抑制することにより、第１排気管１０８へ付加的排気を誘導することができる。こうすることでエンジン背圧が増加し、その結果、第１排気管１０８内を移動する排気量が多くなる。センサ１１３によって検知される背圧レベルに関して第２弁機構１１１を操作すると、この動作により、エンジン性能に悪影響を与えるレベルまで背圧が増加することが防止される。
【００２７】
本発明を構成する１つの方法とは、第１弁機構１１０をフラップ弁として構築し、２つの別々の機能を実施することである。第１弁機構は、船の速度またはその他の要因に基づいて手動または自動で作動されると、水中への排気を制御して船１００が前方へ移動しないときの船体１０１の過熱を回避し、水の逆流により作動されると、船が船尾へ移動するときのエンジン損傷を防止する。別法として、船体１０１の底面で第１排気管１０８への進水口に、別々の補足フラップ弁（図示せず）を取り付けることもできる。
【００２８】
本発明は、底面と、排気を生じる船内推進エンジンとを備えた船体を有する船舶の熱的特徴を低減するための方法を提供する。この方法は、船体の底面で第１割合の排気部分を放出するための第１排気管と、大気に第２割合の排気部分を放出するための第２排気管と、好ましくは第１割合および第２割合の排気部分を排気背圧に応じて変化させるための船内排気配分システムとを提供するステップを含む。この方法は、（ｉ）第１排気管を通る第１割合の排気部分を船体の底面で放出すること、（ｉｉ）第２排気管を通る第２割合の排気部分を大気に放出すること、および、好ましくは（ｉｉｉ）排気配分システムにより第１割合および第２割合の排気部分を変化させて所望の排気背圧レベルを維持することにより、推進される。
【００２９】
したがって、本発明は、デュアルエキゾーストと、１実施形態において、船内排気配分システムとを備えた船舶を提供する。デュアルエキゾーストは船体の底面および大気に排気を放出する一方で、排気配分システムは、それらの各場所で放出される全排気（排気全体）の割合を、好ましくは排気背圧に応じて変化させる。こうすることで、背圧および加熱が許容レベルで維持されて、効率が改良され、熱的特徴が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】中央排水船体と滑走路とに垂直ステップを備えたＭ型ボート船体を含む第１の船舶の右舷側面図である。
【図２】中央排水本体全体と滑走路とに及ぶ垂直ステップの延在部分を示す第１の船舶の底面の略平面図である。
【図３】推進エンジン排気を垂直ステップへ誘導するための排気放出システムを示す、図２と同様の第１の船舶の略図である。
【図４】推進エンジンと、垂直ステップに通じる排気放出システムの排気ガス管とを含む、図１と同様の第１の船舶の右舷側面図である。
【図５ａ】船舶の右舷側、滑走面、垂直ステップの一部の拡大等角図であり、垂直ステップの上昇部に排気放出開口部が設置されている。
【図５ｂ】代替の排気放出配置の、図５ａと同様の図であり、垂直ステップの上部に排気放出開口部が設置されている。
【図６】多数の垂直ステップおよび付随する排気放出システムを含む第２の船舶の複数の部分の右舷略側面図であり、滑走レベルがステップごとに次第に上昇している。
【図７】多数の垂直ステップおよび付随する排気放出システムを含む第３の船舶の複数の部分の右舷略側面図であり、滑走レベルは各ステップ以降、元の滑走面まで後退している。
【図８】多数の船体と、各船体に多数の垂直ステップとを有する第４の船舶の底面の、図２と同様の略平面図である。
【図９】推進エンジン排気を垂直ステップへ誘導するための排気放出システムを含む第４の船舶の略平面図である。
【図１０】本発明による、釣合いのとれた海中・空中排気ダクトを含む第５の船舶の略平面図である。
【図１１】５の船舶の略正面図である。
【図１２】船内排気放出配分システムのさらなる細部を示す、図１１の拡大部分図である。
【図１３】手動制御装置が含まれた船内配分システムのブロック図である。
【国際調査報告】
2008509836.tif 000017