(57)【要約】【課題】  インペラや圧縮空気を用いることなく高圧の水噴射を得て推進力として用いる高速船用の水噴射推進装置を提供する。【解決手段】  高速船に用いる水噴射推進装置が、支持柱を介して船体底部と連結され該船体に沿って延びかつ水中に位置する筐体と、筐体前面設けた取水口と、左右各側面に設けられ取水口の断面積より小さい総断面積をもつ１又は複数の噴水口と、取水口から水を吸水しかつ噴水口から噴射すべく往復稼働するピストンポンプと、ポンプ室から取水口側への逆流を遮断する入水バルブと、噴水口側からポンプ室への逆流を遮断する出水バルブとを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速船に用いる水噴射推進装置において、
支持柱を介して船体底部と連結され該船体に沿って延びかつ水中に位置する筐体と、
前記筐体前面設けた取水口と、
前記筐体の左右各側面に設けられ該取水口の断面積より小さい総断面積をもつ１又は複数の噴水口と、
前記取水口から水を吸水しかつ前記噴水口から該水を噴射すべく往復稼働するピストンポンプと、
前記取水口と前記ピストンポンプのポンプ室の間に設けられ該ポンプ室から該取水口側への逆流を遮断する入水バルブと、
前記ポンプ室と前記噴水口との間に設けられ該噴水口側から該ポンプ室への逆流を遮断する出水バルブとを有することを特徴とする
高速船用水噴射推進装置。
【請求項２】
前記ポンプ室の上方に該ポンプ室と連通する緩衝空気室を設けたことを特徴とする請求項１に記載の高速船用水噴射推進装置。
【請求項３】
前記取水口と前記入水バルブを連結する入水通路の上方に該入水通路と連通する緩衝空気室を設けたことを特徴とする請求項１に記載の高速船用水噴射推進装置。
【請求項４】
前記噴水口を開口させた噴水ノズルを具備し、該噴水ノズルが前記筐体の側面に垂直な軸について回動可能に該筐体の側面に取り付けられることにより該噴水口から前方及び後方のいずれにも水を噴射させ得ることを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載の高速船用水噴射推進装置。
【請求項５】
高速船に用いる水噴射推進装置において、
支持柱を介して船体底部と連結され該船体に沿って延びかつ水中に位置する筐体と、
前記筐体前面設けた取水口と、
前記筐体の後面に設けられ該取水口の断面積より小さい総断面積をもつ１又は複数の噴水口と、
前記取水口から水を吸水しかつ前記噴水口から該水を噴射すべく往復稼働するピストンポンプと、
前記取水口と前記ピストンポンプのポンプ室の間に設けられ該ポンプ室から該取水口側への逆流を遮断する入水バルブと、
前記ポンプ室と前記噴水口との間に設けられ該噴水口側から該ポンプ室への逆流を遮断する出水バルブとを具備することを特徴とする
高速船用水噴射推進装置。
【請求項６】
前記入水バルブ及び前記出水バルブが、バルブ受に穿設したバルブ孔を開閉する球体バルブと、該球体バルブの球面上の相対する二箇所にそれぞれ一端を取り付けられ互いに反対側に延びる一対のバルブ支持コイルと、該一対のバルブ支持コイルのそれぞれの他端を取り付けた一対のコイル取付部とを具備し、該一対のバルブ取付部がそれぞれ同じ軸について回動自在であることを特徴とする
請求項１〜５のいずれかに記載の高速船用水噴射推進装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速船に用いる水噴射推進装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水噴射推進装置（ウォータジェット推進装置）が知られており、例えば特許文献１では船底に設けられた吸込口から吸込んだ推進用水を原動機に連結されている回転駆動軸で駆動されるポンプインペラによって加圧してガイドベーンで整流した後、噴水ノズルから高速で噴射し、その反作用によって推力を得ている。
【０００３】
また、特許文献２では、船体内に空気圧縮機と水貯蔵容器とを設置し、空気圧縮機によって製造された高圧空気を水貯蔵容器に移送し、水に圧力をかけることにより噴出口から水を水中に噴射してその力で船体を推進するように構成されている。
【特許文献１】特開平１０−５９２８７号公報
【特許文献２】特開平９−１８８２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のようにインペラを用いる水噴射推進装置においては、キャビテーションを生じさせないインペラの回転速度限界のために、ポンプの高速作動に限界がある。そのため、船体の高速性能が阻害されている。特許文献２のような圧縮空気を用いる水噴射推進装置は、高速船に要求される速度を得ることは困難である。
【０００５】
従って、船舶をさらに高速化するには、圧力をより高めて噴水ノズルで水流を増速し高速ジェット噴射を得る必要がある。
【０００６】
本発明は、インペラや圧縮空気を用いることなく高圧の水噴射を得て推進力として用いる高速船用の水噴射推進装置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】
【０００７】
上記の目的を達成すべく本発明は、以下の構成を提供する。
【０００８】
（１）請求項１に係る高速船に用いる水噴射推進装置は、支持柱を介して船体底部と連結され該船体に沿って延びかつ水中に位置する筐体と、前記筐体前面設けた取水口と、前記筐体の左右各側面に設けられ該取水口の断面積より小さい総断面積をもつ１又は複数の噴水口と、前記取水口から水を吸水しかつ前記噴水口から該水を噴射すべく往復稼働するピストンポンプと、前記取水口と前記ピストンポンプのポンプ室の間に設けられ該ポンプ室から該取水口側への逆流を遮断する入水バルブと、前記ポンプ室と前記噴水口との間に設けられ該噴水口側から該ポンプ室への逆流を遮断する出水バルブとを有する。
【０００９】
（２）請求項２に係る高速船用水噴射推進装置は、請求項１において、前記ポンプ室の上方に該ポンプ室と連通する緩衝空気室を設けたことを特徴とする。
【００１０】
（３）請求項３に係る高速船用水噴射推進装置は、請求項１において、前記取水口と前記入水バルブを連結する入水通路の上方に該入水通路と連通する緩衝空気室を設けたことを特徴とする。
【００１１】
（４）請求項４に係る高速船用水噴射推進装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記噴水口を開口させた噴水ノズルを具備し、該噴水ノズルが前記筐体の側面に垂直な軸について回動可能に該筐体の側面に取り付けられることにより該噴水口から前方及び後方のいずれにも水を噴射させ得ることを特徴とする。
【００１２】
（５）請求項５に係る高速船に用いる水噴射推進装置は、支持柱を介して船体底部と連結され該船体に沿って延びかつ水中に位置する筐体と、前記筐体前面設けた取水口と、前記筐体の後面に設けられ該取水口の断面積より小さい総断面積をもつ１又は複数の噴水口と、前記取水口から水を吸水しかつ前記噴水口から該水を噴射すべく往復稼働するピストンポンプと、前記取水口と前記ピストンポンプのポンプ室の間に設けられ該ポンプ室から該取水口側への逆流を遮断する入水バルブと、前記ポンプ室と前記噴水口との間に設けられ該噴水口側から該ポンプ室への逆流を遮断する出水バルブとを具備することを特徴とする。
請求項５に係る高速船用水噴射推進装置と、請求項１のそれとの違いは、前者では噴水口が後面に設けられ、後者では噴水口が側面に設けられる点である。
【００１３】
（６）請求項６に係る高速船用水噴射推進装置は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記入水バルブ及び前記出水バルブが、バルブ受に穿設したバルブ孔を開閉する球体バルブと、該球体バルブの球面上の相対する二箇所にそれぞれ一端を取り付けられ互いに反対側に延びる一対のバルブ支持コイルと、該一対のバルブ支持コイルのそれぞれの他端を取り付けた一対のコイル取付部とを具備し、該一対のバルブ取付部がそれぞれ同じ軸について回動自在であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、ピストンポンプを用いて大断面積の前方取水口から吸水した水を加圧すると共に、相対的に小断面積の後方へ向いた噴水口からジェット噴射することにより、効率的に高速の水流を実現することができ、その反力を高速船の推進力とすることができる。
【００１５】
また、本発明では、取水口と噴水口の途上において上方に空気溜まりとなる緩衝空気室を設けることにより、ピストンの往復稼働に伴う水流の脈動による衝撃を吸収して水流を円滑化し、安定したジェット噴射を得ることができる。これによりエネルギー損失をなくすことができる。好適には、各ポンプ室の上方に設ける。また、取水口と入水バルブの間の入水通路の上方でもよい。緩衝空気室の容量はポンプ室と同程度とすることが最も効果的である。
【００１６】
さらにまた、本発明では、噴水口を設けた側面噴水ノズルが側面に垂直な軸について回動するので、噴水口を前方にも後方にも向けることができ、船体を後進させたり、狭い場所で旋回させたりすることができる。
【００１７】
さらにまた、本発明では、入水バルブ及び出水バルブに用いる球体バルブを一対のコイルで支持すると共にコイルがその軸について回動できるので、球体バルブもまた自在に回動することができる。これにより、球体バルブがその球面上の特定の位置でバルブ受と当接することなく、当接する球面上の位置を振動により任意に変更することとなるので球体バルブの損傷が避けられ寿命が長くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。図１（Ａ）は、船体４１の底部に取り付けられた本発明による高速船用水噴射推進装置１０（以下、単に「水噴射推進装置」という場合がある）の概略的な側面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＸ−Ｘ矢視図であり、水噴射推進装置１０の上面図に相当する。図１（Ａ）には船体４１の前進方向を矢印で示している。本推進装置１０については、船体４１の前進方向側を「前方」と、後進方向側を後方と称することとする。尚、本発明を適用する高速船の速度としては、例えば時速８０km程度以上が好適であり、さらに時速１００km程度がより好適である。
【００１９】
水噴射推進装置１０は、その上面に固定された支持柱４０ａ、４０ｂを介して船体４１の底部と連結されている。水噴射推進装置１０の筐体１１は、船体４１に沿って延びており、その外形は水抵抗を軽減するために流線型に形成されることが好ましい。船体４１の航行中、水噴射推進装置１０の筐体１１は水中に位置し、水中を進行する。これにより造波抵抗を受けることなく進行することができる。筐体１１の前面のほぼ全体に亘って取水口１２が開口している。取水口１２から水噴射推進装置１０の筐体１１内へ水を取り入れる（矢印Ｓ１）。取水口１２には、異物の侵入を防止するために網カバー１３が取り付けられている。
【００２０】
筐体１１の左右各側面には、噴水口１５ａ、１５ｂが設けられている。本実施例では、筐体１１の左右各側面に取り付けられた細長い筒状の噴水ノズル１４ａ、１４ｂのそれぞれの先端に各噴水口１５ａ、１５ｂが開口している。尚、本例では噴水口１５ａ、１５ｂの一対のみであるが、左右各側面に対称的に複数対設けてもよい。また別の実施例では、筐体１１の後面に１又は複数の噴水口を設けてもよい。これらの１又は複数の噴水口の開口の断面積の総和すなわち総断面積は、取水口の開口の断面積より小さくする。これによっても、取水口から取り入れた水の流速を加速して噴射することができる（矢印Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）。好適には、噴水口の総断面積を取水口の断面積の５分の１〜１０分の１程度とする。１０分の１程度にできればより好ましい。
【００２１】
図２（Ａ）は、図１（Ａ）のＹ−Ｙ断面図であり、図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）のＺ−Ｚ断面図である。水噴射推進装置１０の内部構造を概略的に示している。前述の通り、取水口１２の開口がほぼ円形の場合の直径をｄ１で、噴水口１５ａ等の開口がほぼ円形の場合の直径をｄ２で示している。例えば、各噴水口の直径ｄ２の総和が、取水口の直径ｄ１の３分の１であれば、噴水口の総断面積は取水口の断面積の９分の１となる。水噴射推進装置の内部には、取水口１２から水を吸水しかつ噴水口１５ａ、１５ｂからその水を噴射すべく往復稼働するピストンポンプが１又は複数設けられている。本発明の水噴射推進装置は高速船用であるため、高圧水ジェットを得るべくピストンポンプは極めて高速に往復稼働する。
【００２２】
図示の例は、２つのピストンポンプがそれぞれ左右各側面の噴水口へ水を圧送するいわば２気筒型である。ピストンポンプの数を増して４気筒型等とすることは任意である。図示の２気筒型のピストンポンプの各々は、同一構造を具備しかつその往復周期において互いに逆位相で往復稼働する。同様に、複数気筒型のピストンポンプを設けた場合、各ピストンポンプの往復周期における位相が一定量ずつ異なるようにそれぞれ往復稼働させることにより、連続的で脈動のない水ジェット噴射が得られる。
【００２３】
取水口１２とピストンポンプとの間を連通させる入水通路１６は、取水口１２よりも小さい断面積となっている。各ピストンポンプのポンプ室１９ａの入口には、ポンプ室１９ａから取水口１２側への逆流を遮断する入水バルブ１８ａが設けられている。一方、ポンプ室１９ａと噴水口１５ａとの間にも、噴水口１５ａ側からポンプ室１９ａへの逆流を遮断する出水バルブ２０ａが設けられている。
【００２４】
ピストン２１ａに取り付けられたピストンロッド２２ａは後方へ延びてクランク３１ａへ連結され、クランク３１ａの先端は、ポンプ駆動装置３０内のクランクシャフト３２へ連結される。図２（Ｂ）に示すようにクランクシャフト３２がそのクランク軸３２ｃを中心に回転駆動（矢印Ｒ１）されることにより、ピストンロッド２２ａ、２２ｂは互いに逆位相で往復稼働する（矢印Ｓ１２）。
【００２５】
図２を用いて水噴射推進装置の推進機構を説明すると、先ず、船体の前進に伴う自然な水の流入に加えピストンポンプの吸引作用により、取水口１２から水噴射推進装置内へ水が取り込まれ（矢印Ｓ５）、入水通路１６へと流入する。２気筒のピストンポンプは互いに逆位相で往復稼働している。ピストン２０ｂが後方へ下がったとき（矢印Ｓ６）入水バルブ１８ｂが開き、水はポンプ室１９ｂ内へ流入する（矢印Ｓ７）。このとき出水バルブ２０ｂは閉じている。一方、ピストン２０ａは前方へ押し出され（矢印Ｓ８）出水バルブ２０ａが開いて、ポンプ室１９ａから水が流出する（矢印Ｓ９）。このとき入水バルブ１８ａは閉じている。出水バルブ２０ａから押し出された水は、噴水ノズル１４ａへ向かって流れ（矢印Ｓ１０）、噴水ノズル１４ａ内のノズル通路２３ａを通って噴水口１５ａからジェット水となって噴射される（矢印Ｓ１１）。これが、左右各側面の噴水口１５ａ、１５ｂにおいて交互に繰り返されることにより、推進力が得られる。
【００２６】
好適には、各ポンプ室１９ａ、１９ｂの上方に、各ポンプ室と連通する緩衝空気室２８ａ、２８ｂをそれぞれ設ける。緩衝空気室２８ａ、２８ｂは、各ポンプ室１９ａ、１９ｂの天井面に穿設した任意の形状の凹部であり、その中に常圧の空気若しくは適宜圧縮した空気を充填する。これらの緩衝空気室２８ａ、２８ｂは、各ピストンポンプの位相差による水流の脈動を吸収する衝撃吸収機能を具備しており（矢印Ｓ１３）、これにより脈動がほぼ抑制されて連続的なジェット噴射が実現される。エネルギー損失なく連続的なジェット噴射を得るためには、各緩衝空気室２８ａ、２８ｂの容量を各ポンプ室１９ａ、１９ｂと同程度とすることが効果的である。
【００２７】
図２において、各噴水ノズル１４ａ、１４ｂは、回動軸部２５ａ、２５ｂにおいてそれぞれ筐体側面に取り付けられている。これにより各噴水ノズル１４ａ、１４ｂは筐体の側面に垂直な軸について回動可能である。但し、噴水ノズル１４ａ、１４ｂがどのように回動しても、ノズル通路２３ａ等とポンプ室１９ａ等との連通は維持される。例えば、図示のように、回動軸部２５ａは円形ベアリングにより回動可能であり、その内部空間を水が流れるように構成される。この構成により、各噴水口から前方へも後方へも水を噴射することが可能となる。これについては、図４において詳述する。
【００２８】
図３は、緩衝空気室のさらに別の例を示す図２と同様の図であるが、水噴射推進装置の前方部分のみを示している。図３の例では、取水口１２と入水バルブ（図示せず）を連結する入水通路１６の上方に、この入水通路１６と連通する緩衝空気室２８ｃを設けている。図３の例は、図２の例ほどではないがある程度の脈動抑制に効果がある（矢印Ｓ１４）。図２の例よりも部品数が少なく構成が簡単となる。
【００２９】
図４は、図２の例において、噴水ノズル１４ａ、１４ｂの噴射方向変更機能を説明する図である。図４（Ａ）に示すように、噴水ノズル１４ａは、回動軸部により回動することができる（矢印Ｒ２）。回動軸部を回動する駆動装置は適宜設ける。そして、噴水口１５ａが後方を向く位置と、噴水口１５ａが前方を向く位置の２つの位置で固定できるようにする。
【００３０】
図４（Ｂ）は、左右各側面の噴水ノズル１４ａ、１４ｂの噴水口１５ａ、１５ｂを双方とも前方へ向けて固定した状態である。各ピストン２１ａ、２１ｂが往復稼働（矢印Ｓ１５、Ｓ１６）することにより、双方の噴水口１５ａ、１５ｂから前方へ水が噴射される（矢印Ｓ１７、Ｓ１８）。これにより、船体は後進する。但し、後進するときには取水口１２へ自然に水が流入しないため、前進に比べて速度は劣る。
【００３１】
図４（Ｃ）は、左側面の噴水ノズル１４ａの噴水口１５ａを後方へ向ける一方、右側面の噴水ノズル１４ｂの噴水口１５ｂを前方へ向けて固定した状態である。各ピストン２１ａ、２１ｂが往復稼働（矢印Ｓ１５、Ｓ１６）することにより、噴水口１５ａからは後方へ水が噴射され（矢印Ｓ２３）、噴水口１５ｂからは前方へ水が噴射される（矢印Ｓ２２）。これにより、船体は旋回する。
【００３２】
図４で説明した後進や旋回の手段は、船体の向きを変えたり、適当な場所へ移動させたりする際に用いる。特に図４（Ｃ）のような旋回は、大型の船体であっても狭い場所で旋回することができるため有用である。
【００３３】
図５は、入水バルブ１８ａ、１８ｂ及び出水バルブ２０ａ、２０ｂとして好適なバルブ装置の構成を示す図である。このバルブ装置は、バルブ受３５にバルブ孔が穿設されており、バルブ孔は球体バルブ３６により開閉される。球体バルブ３６と当接するバルブ孔周囲のバルブ座３５ａは球体バルブ３６と同じ球面を具備する。球体バルブ３６は、その球面上の相対する二箇所にそれぞれ一端を取り付けられ互いに反対側に延びる一対のバルブ支持コイル３７ａ、３７ｂにより支持されている。球体バルブ３６がバルブ孔に当接した閉位置にあるときは、バルブ支持コイル３７ａ、３７ｂの長さは最も短く、球体バルブ３６がバルブ孔から離れる開位置にあるときは、バルブ支持コイル３７ａ、３７ｂは伸長する。伸長したバルブ支持コイル３７ａ、３７ｂは球体バルブ３６を閉位置に復帰させるように作用する。
【００３４】
一対のバルブ支持コイルそれぞれの他端は、一対のコイル取付部３８ａ、３８ｂに取り付けられている。一対のバルブ取付部３８ａ、３８ｂは、それぞれ同じ軸Ｃ１について回動自在（矢印Ｒ２、Ｒ３）であるようにベアリング等を介して取り付けられているので、球体バルブ３６は矢印Ｒ４のように旋回することができる。これにより、常に球面上の同じ部分がバルブ座３５ａと当接するような事態が避けられ、球体バルブ３６の寿命が延びる。本発明は高速船用であり、ピストンポンプは極めて高速で往復稼働するため、球体バルブ３６の耐久性を確保することは重要である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】（Ａ）は、船体底部に取り付けられた本発明による高速船用水噴射推進装置（以下、単に「推進装置」という場合がある）の概略的な側面図である。（Ｂ）は、図１（Ａ）のＸ−Ｘ矢視図であり、推進装置の上面図に相当する。
【図２】（Ａ）は、図１（Ａ）のＹ−Ｙ断面図であり、図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）のＺ−Ｚ断面図である。
【図３】緩衝空気室のさらに別の例を示す図２と同様の図であるが、水噴射推進装置の前方部分のみを示している。
【図４】図２の例において、噴水ノズル１４ａ、１４ｂの噴射方向変更機能を説明する図である。
【図５】入水バルブ１８ａ、１８ｂ及び出水バルブ２０ａ、２０ｂとして好適なバルブ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  水噴射推進装置
１１  筐体
１２  取水口
１３  網カバー
１４ａ、１４ｂ  噴水ノズル
１５ａ、１５ｂ  噴水口
１６  入水通路
１７ａ、１７ｂ  出水通路
１８ａ、１８ｂ  入水バルブ
１９ａ、１９ｂ  ポンプ室
２０ａ、２０ｂ  出水バルブ
２１ａ、２１ｂ  ピストン
２２ａ、２２ｂ  ピストンロッド
２３ａ、２３ｂ  ノズル通路
２５ａ、２５ｂ  噴水ノズル回動軸部
２８  緩衝空気室
３０  ポンプ駆動装置
３１ａ、３１ｂ  クランク
３２  二連クランクシャフト
３２ｂ  クランクジョイント
３２ｃ  クランクシャフト回転軸
３５  バルブ受
３５ａ  バルブ座
３６  球体バルブ
３７ａ、３７ｂ  バルブ支持コイル
３８ａ、３８ｂ  コイル取付部
４０ａ、４０ｂ  船体支持柱
４１  船体
ＷＳ  水面
【図１】
2005161926.tif 000003
【図２】
2005161926.tif 000004
【図３】
2005161926.tif 000005
【図４】
2005161926.tif 000006
【図５】
2005161926.tif 000007