(57)【要約】第二の環状ノズル(１０)内に包み込まれたディフューザ（６）を有する蒸気ノズル（４）を備えた推力発生装置であって、稼動時に、噴射する蒸気に対し空気シュラウドを形成し、これによって例えば水のような周辺液体との低温時の接触による蒸気の爆縮を遅らせる推力発生装置。
2006504019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディフューザ（６，１０６）を持った第一のノズル（４，１０４）に連結されている高温の凝縮性駆動流体のための第一の導管（１，１０１）と、ノズル（４，１０４）とディフューザ（６，１０６）の外側にガスを供給するための第二の導管（８，１０８）を備え、これによって稼動時に、噴出する凝縮性駆動流体の境界にガスの遮蔽層を形成することを特徴とする推力発生装置。
【請求項２】
第二の導管（８，１０８）は第一の導管（１，１０１）を取り囲み、第二の導管自身が第一のノズル（４，１０４）を取り囲んでいる環状の第二のノズル（１０，１１０）に連結されていることにより第一のノズル（４，１０４）に対するシュラウドを効果的に形成することができることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第一のノズル（１０４）は環状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
第二の導管は、遮蔽層が、噴出する凝縮性駆動流体の外側の境界に形成されるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
第二の導管は、遮蔽層が、噴出する凝縮性駆動流体の内側の境界に形成されるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項６】
第二の導管は、遮蔽層が、噴出する凝縮性駆動流体の内側と外側の境界に形成されるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項７】
ディフューザ（６，１０６）の拡散角度は可変であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
第二のノズル（１０，１１０）は変更可能な構造を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
第一及び第二のノズル（４，１１０）を収納するチャンバハウジング（１４，１１４）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
ノズル(４，１０４，１０，１１０)と前記チャンバ（１４，１１４）が完全に一体化されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
ノズル（４，１０４，１０，１１０）が前記チャンバ（１４，１１４）の内部に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記チャンバ（１４，１１４）はその内部に緩やかな曲面を有していることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記チャンバ（１４，１１４）の内部構造は可変であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載の推力発生装置（１，１０１）を備えていることを特徴とする推進ユニット。
【請求項１５】
請求項１４に記載の推進ユニットを備えていることを特徴とする水上船舶。
【請求項１６】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の装置（１，１０１）を備えていることを特徴とする流体移動装置。
【請求項１７】
ポンプであることを特徴とする請求項１６に記載の流体移動装置。
【請求項１８】
流体移動装置は液体或いは液体の流れを収納するのに適したダクト内に組み込み可能であって、液体の流れを加速又は誘起するために液体に推力を与えるように構成されていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の流体移動装置。
【請求項１９】
流体の本体部に流体の流れを誘起することによって推力を発生させる方法であって、ディフューザ（６，１０６）を持った第一のノズル（４，１０４）を有する導管（２，１０２）内に凝縮性流体を供給し、第一のノズル（４，１０４）の外側にガスを供給することにより、噴出する凝縮性流体の境界にガスの遮蔽シュラウドを形成し、凝縮性流体と周囲の流体との初期接触を遅らせるステップを含むことを特徴とする推力発生方法。
【請求項２０】
噴出する凝縮性流体の周りのガスの遮蔽シュラウドはキャビテーションを抑制する役割を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
キャビテーションの影響を抑制するために凝縮性流体の注入部の上流或いは下流部において流体の本体部に空気又はガスを注入することを特徴とする請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記凝縮性流体は蒸気であることを特徴とする請求項１９ないし２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
前記ガスは空気であることを特徴とする請求項１９ないし２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
推力を発生させるメカニズムが、装置を通過する固形物質を分解するメカニズムとして利用されることを特徴とする請求項１９、２２又は２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
バクテリアを熱、振動、及び、圧力勾配に晒すことによってバクテリアを殺すために使用されることを特徴とする請求項２２又は２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
推力を発生させるメカニズムが、流体、複数の流体、又は流体／固体を加熱するために使用されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
推力を発生させるメカニズムが、曝気のために使用されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
推力を発生させるメカニズムが、混合のために使用されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
推力を発生させるメカニズムが、振動のために使用されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
この発明は流体の流れの形成、或いはその改善に関するものである。
【０００２】
特に本発明は、限定するわけではないが、我々の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＡＵ０１／００６７７に記載されているタイプの装置、即ち、ノズル構造から放出されたガスと蒸気の相互作用が流体の流れを引き起こし、船舶を動かすのに十分な推進力（推力）を生む装置に関連している。
【０００３】
しかし、推力を形成することを意図した装置は、一般に及び流体の移動を引き起こすために流体の流れを誘起するという点で様々な用途に応用できることを認識されたい。例えば、ポンプ類も、本発明が対象とする種類の装置を内蔵する場合がある。この点で、例えば流体、固体、或いは固形浮遊物を含んだ流体のような物質をポンプで汲み上げる場合にも、上述した番号の我々の国際特許出願に記載されている方法と装置を、推力に関するポンプとして同様にうまく活用できる。
【０００４】
我々は現在、上述した方法や前記ＰＣＴ出願による方法で形成された推力は、複数の異なった用途において利用可能であると認識している。
【０００５】
このように推力は単に純粋に水上船舶の移動のために利用されるだけではなく、流体を貫いて、或いは、流体の内部に他の物質を強引に挿入するためにも利用できる。例えば、前記ＰＣＴ出願に記載されている装置によって形成された推力は、パイプのクリーニングに際しパイプを貫通する清掃棒の強制通路として使用され、パイプの内部表面に付着して流れを妨害したり悪影響を及ぼしたりする物質を取り除くための、棒で掻き出す機能を提供することができる。同じ方面で、発生した流体推力を異なる清掃メカニズムとして利用することもできる。例えば、本装置を通過する作業流体を浄化する必要がある場合、蒸気の注入によって生じる熱効果によってこの作業を補助することができる。更に、パイプの内部表面のクリーニングは、蒸気供給器から供給された熱を高圧と併せて用いて行うこともできる。パイプのクリーニングにおいては更に、例えば、研磨用球体を用いてもよく、推力によって球体をパイプ内に通し、これがショットブラスティングのような効果を持つので、パイプの内部表面を洗浄し付着汚物を除去することができる。蒸気によって熱が加えられれば、このクリーニング作業は更に促進される。
【０００６】
他の用途においては、上述した我々のＵＫ同時継続特許出願の方法と装置によって生成される推力を利用して、異なった流体或いは固体を処理することが必要になる。
【０００７】
例えば、別の流体或いは液状物質は、曝気処理、振動処理、或いは発泡処理を必要とする場合がある。本装置によって生成された噴流は乱流を生成するという点で明らかな利点を有している。更に、本方法と装置は別々の流体や異なったタイプの流体、或いは流体と固体を混合するために利用することも可能である。このような物質は熱処理も必要とする場合があるが、本方法と装置は蒸気を具備しているのでこの目的のために使用することが可能である。
【０００８】
装置は、音を発し、又は発するきっかけを出してもよく、この音は特に海事分野において本装置を船内に装備している船舶の警告信号や識別信号としてそれ自身価値を有するものである。
【０００９】
推力を発生させるメカニズムでは、凝縮によって蒸気の内破が引き起こされ、速度の増加が起こり、周囲に流体の流れを誘起する。海事分野の利用においては流体の流れは推力を生み、これにより推進ユニットを船体上或いは内部に組み込んでいる船舶に動きを与える。
【００１０】
内破効果を誘起する蒸気の凝縮は、蒸気がノズルから出た後非常に急激に起き、このため蒸気と作業流体、例えば水との間の相互作用が、必要な推力を形成するのに十分な時間継続せず、結果的に相対的に低い動作効率となってしまうことがしばしば観測されている。
【００１１】
それ故、本発明の目的はより高い効率の推力を発生する改良された装置と方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の第一の実施形態によれば、推力発生装置はディフューザを有する第一のノズルに連結されている高温の凝縮性駆動流体のための第一の導管と、このノズルとディフューザの外側にガスを供給するための第二の導管とから構成され、これにより稼動時に、噴出する凝縮性駆動流体に隣接してガスの遮蔽境界層を形成する。
【００１３】
好適には、第二の導管は第一の導管を取り囲んでおり、第二の導管は第一のノズルを取り囲んでいる環状の第二のノズルに連結されているので第一のノズルのためのシュラウドを効果的に形成できる。
【００１４】
ディフューザの拡散角度は可変である。
【００１５】
第二のノズルも可変な構造から形成される。
【００１６】
第一のノズルは第二のノズルによって周囲を囲まれた環状構造を有しており、これにより内側ストリーム又は外側ストリーム、或いは、内側及び外側双方のストリームの形態の遮蔽層を形成することができる。
【００１７】
本装置は更に第一及び第二のノズルを収納するためのチャンバハウジングを有している。これらのノズルとチャンバは完全に一体化されている場合もあるし、ノズルがチャンバの内部に配置されている場合もある。
【００１８】
チャンバはできればその内部に緩やかな曲面を有することが望ましい。これによって、流体の加速、即ち、本装置によって形成される流れから生じる推力を効果的にするために必要な構造が得られる。
【００１９】
本発明の第二の実施形態として、第一の実施形態の装置を備えた水上船舶用の推進ユニットが提供される。
【００２０】
推進ユニットは船体の内部に組み込まれる場合もあり、分離したユニットとして船体上に取り付けられる場合もある。
【００２１】
本発明の第三の実施形態として、第一の実施形態による装置を備えた流体移動装置が提供される。この流体移動装置において、装置は、流体或いは流体の流れを収納するのに適したダクト内に組み込み可能であり、稼動時に、流体に推力を付与し、流体に流れを誘起する及び／又は流体の流れを強められるように構成される。
【００２２】
本発明の第四の実施形態として、流体の本体部に流体の流れを誘起することによって推力を発生させる方法が提供される。これは、ディフューザを有する第一ノズルが設けられた導管に凝縮性の流体を供給するステップと、第一のノズルの外側にガスを供給することによって、噴出した凝縮性流体の周りにガスの遮蔽シュラウドを形成し、凝縮性流体と周りの流体との初期接触を遅らせるステップから構成される。
【００２３】
本発明は、船舶の推進システム又はその一部分として本装置を内蔵した或いは備えた海上船舶も含む。
【００２４】
凝縮性流体は加圧されて導管に注入される蒸気である場合もある。ガスの流れは加圧されて第二の導管内と第二のノズルに誘起或いは供給される場合がある。
【００２５】
本方法は、蒸気が、その体積の変化によって圧力が周辺の流体の本体部の圧力と等しくなるまでディフューザ内で拡大する過程を有している。第一のノズルのディフューザからの蒸気の最終的な噴出に応じて、蒸気の凝縮が起こり、その潜在熱エネルギーが推力に変換される。本発明は噴出した蒸気の周りに例えば空気のようなガスの一時的な遮蔽シュラウドを形成し、これによって凝縮ステップの開始を遅らせ、従来よりも高いエネルギーの利用を可能とするものである。蒸気の凝縮は大きな圧力低下を生むので流体の周辺部に流体の流れを引き起こす。チャンバを使用した特殊な構造において誘起された流れは方向性を有する推力を生み、これが船舶を動かすために推進ユニットの内部で使用される。他の用途では、発生した推力は、ポンプ方式の流れを誘起するために使用される。
【００２６】
ノズルの近辺或いはその上流部で空気或いはガスをこのような方法で注入することは、キャビテーションの影響を抑制或いは消滅させ、キャビテーションの特性である磨耗と騒音の双方を減少させる。この利点は、流体移動装置として本装置が利用される他の動作モードによる本発明の用途でも認識されるだろう。尚、このような動作モードにおいてはキャビテーションの抑制も重要な属性となる。
【００２７】
以下、添付図面を参照しつつ、推力発生装置とこの装置の使用方法に関する二つの実施例を説明する。
【００２８】
図１は本装置の第一の実施例の概略断面図を示す。
【００２９】
図２は本装置の第二の実施例の概略断面図を示す。
【実施例】
【００３０】
図１は、ディフューザ６を有するノズル４に連結されている蒸気導管２から構成されている推力発生装置１を示す。ガス導管８は導管２を取り囲み、更にディフューザ６を取り囲んでいる通路部９に連結されており、ガス用の環状の排出口１０を構成している。ディフューザ６と通路部９の位置関係は可変であり様々な形態を取り得る。従って、ディフューザと通路部はフルストー型円錐形であってもよく、直線状のスロット形状であってもよい。ディフューザと通路部は一区画以上で構成される場合もあり、その全長に亙っての規制が可能である。
【００３１】
蒸気発生器（図示されていない）は導管２に結合され、導管８は符号１２で示す大気に開放されているか、又は、供給ポンプ或いはシリンダー（図示されていない）に結合されている。
【００３２】
図示されているように装置１は流体媒体、本例では水、例えば海水の中に沈められ、チャンバ１４ですっぽりと覆われている。このチャンバは内部にゆるやかな曲面を有しており、図示されているように拡散形の入力区画１６を有し、この区画は収斂形の中間区画１８と更にその先の拡散形の出力区画２０に連結されている。区画１８と２０の間には狭い孔状のネック部２２を有し、最終的な排出部は２４で画定されている。
【００３３】
稼動時には、単なる一例として、装置１を組み込んだチャンバ１４が推進ユニットとして水上船舶上に取り付けられ水中３０に沈められる。蒸気は発生器（図示されていない）で作られ、その蒸気は導管２に導かれノズル４とディフューザ６を経由して排出口に向かう。同時に、大気１２に開放されている周辺導管８を経て空気が注入されるか供給され、この空気は導管間の環状スペースを通って通路部９に入り、拡散形環状排出口１０を出る。排出口１０からの空気の排出はディフューザ６から放出される蒸気の周りに一過性の遮蔽シュラウドを形成する。このシュラウドは、蒸気の体積の変化によって圧力が周囲の水３０の圧力と等しくなるまで拡大する。空気シュラウドの一過性の性質のため、ディフューザ６を経て排出された蒸気は水３０と接触し、凝縮、即ち、内破を起こし、大きな圧力低下を誘起し、チャンバ１４の拡散区画１６を介して水を引き寄せる。蒸気の凝縮によってチャンバを通して引き寄せられた水の速度はチャンバ内部を通過中に増大し、この蒸気と反対方向への前方推力を得る。
【００３４】
図２は、ディフューザ１０６を有する環状ノズル１０４に連結されている蒸気導管１０２を備えた第二の実施形態による装置１０１を示す。環状形状を有するガス導管１０８は導管１０２を取り囲み、ディフューザ１０６を取り囲む通路部１０９に開放されており、ガスが混合チャンバ１１４内に入るように環状の排出口１１０が形成されている。ディフューザ１０６と通路部１０９の構造は可変であり、種々の形態を取り得る。従って、例えば、ディフューザとガス通路部はフルストー型円錐形であってもよく、直線状のスロット形状であってもよい。ディフューザとガス通路部は一つ以上の区画で構成される場合もあり、その全長に亙っての規制が可能である。
【００３５】
蒸気導管１０２には蒸気発生器（図示されていない）が結合されており、導管１０８は符号１１２で示されている大気に開放されているか、供給ポンプ又はシリンダ（図示されていない）に接続されている。
【００３６】
本装置は流体媒体、即ち本例では水中に浸されている。
【００３７】
一連のガス取入孔がノズル１０４の上流部に円周状に設けられており、一般の流体の流れの中に空気を注入し、本例においては三層の流れを形成し推力の向上を計るために用いられている。
【００３８】
稼動時、単なる一例として、本装置１０１は推進ユニットとして水上船舶の上に取り付けられ水中に沈められる。蒸気は発生器（図示されていない）で作られ、この蒸気は導管１０２に注入されノズル１０４とディフューザ１０６を経て排出口に向かう。同時に、周辺導管１０８を通して空気が注入或いは供給され、この空気はノズル１０４の周りに形成されている環状空間を通って流れ、ある動作モードにおいては、環状の蒸気の流れの内側と外側を通って通路部１０９に流入する。排出口１１０からの空気の排出は、ディフューザ１０６から噴出される蒸気の周りに一過性の遮蔽シュラウドを発生させ、このシュラウドは、蒸気の体積の変化によって圧力が周囲の水の水圧と等しくなるまで拡大する。空気シュラウドの一過性の性質により、ディフューザ１０６を経て排出された蒸気は水３０に接触し、凝縮、即ち内破を起こし、大きな圧力低下を誘起し、チャンバ１１４を介して水を引き寄せる。蒸気の凝縮によってチャンバを通して引き寄せられた水の速度はチャンバ内を通過中に加速され、蒸気と反対方向への前方推力を得る。
【００３９】
別の動作モードにおいては、空気は噴出した蒸気噴流の内側部分だけを遮蔽するために使用され、更に別の動作モードのおいては、発生した蒸気噴流の外側部分だけを流入する空気で遮蔽する。前者では遮蔽効果は蒸気と水の本体部との接触を遅らせるのに対し、後者の遮蔽効果は蒸気とチャンバ１１４の境界壁との接触を遅らせる。
【００４０】
蒸気との関連で空気又はガスを注入することの更なる利点は、キャビテーションの影響が減少或いは消滅することである。この分野の専門家にはすでによく認知されているように、キャビテーションは物理構造に悪影響を与え、効率の低下を引き起こす金属腐食や摩擦効果をもたらす。更に、キャビテーションはそれ自身が有害と見なされる騒音を発生させる。本発明はこのような悪影響を減少或いは除去する可能性を提供する。またこれに関連して、チャンバ内の例えばノズルの上流部に空気又はガスを一般的に注入することは、キャビテーションの影響に対する抑止効果を有し、キャビテーションが引き起す効率面での悪影響を減少させる。この目的のために選定した場所に適切な方法で空気孔１２０を設けてもよい。
【００４１】
本発明はこのように、噴出する蒸気に対して遮蔽用のガスシュラウドを形成することによって蒸気の凝縮ステップの遅延を引き起こすことで推進システムの効率を向上させる。よって、凝縮は蒸気の排出口で瞬間的には起こらずに調整されるので、本推進メカニズムにおける最高の性能を引き出すことが可能となる。
【００４２】
推進メカニズムは凝縮性流体と装置を通過する作業流体間のエネルギー移転の結果として流体の強いストリームを生成するためにも使用できる。このようにして生じた強いストリームは、例えば発電のためのロータを駆動するための装置に使用したり、或いは、更にエネルギーを有効に消費する他の有益な目的のために使用することもできる。
【００４３】
本発明の特に有益な用途は船舶の推力の分野にあるが、本発明は流体の流れの制御分野においても多くの多様な用途を有していることを認識されたい。例えば、ポンプは本発明による装置を組み込むのに適している場合があり、更に前述した他の用途にも本発明を応用できる場合がある。
【００４４】
更に、本発明は本装置を通過する流体を処理する能力を有しており、流体は注入された蒸気によって加熱される場合もある。ある用途において、このような加熱効果は特定の流体の粘性を減らし、流れ易くする。又、他の用途においては、特別の効果が必要とされない場合は単なる加熱となる場合もある。蒸気の内破による振動は流体の流れを必要に応じて乱す能力を持ち、この作用はその流体の中に固形物が混じっている場合に特に重要な意味を有する。凝縮時及び凝縮後のエネルギーの移転によって、混在している固形物の大きさを減らす分解効果が特に実現される。これらの固形物は装置を通過する不要な微粒子或いは個別の物体から構成されているという面で非生物である場合もあるし、一般の小型の海洋生命の形態を有する生物、例えば、甲殻類、ムラサキガイ、カタツムリ、エビ、これらの卵、及び、他の無脊椎動物を含む節足動物である場合もある。凝縮ゾーンに発生する圧力勾配と結びついた振動と熱の結合は、この種の海洋生物を殺すための適切な状態を作るために操作することができる。これらの生物の駆除は外洋を航海する船舶から排出される廃液を浄化するために必要である。例えば、ビルジ水やバラストは従来型のメッシュフィルタを通り抜ける大きさの生物を含む場合があり、これらを駆除する適切な処置が取られる必要がある。前述した甲殻類のある種のものは空気に対し脆弱性を有するので、このような媒体を注入する手段を有する本発明は、そういった意味でも装置に利用価値を与えていることにも注目されたい。熱と圧力勾配と振動の結合は、背甲類の甲羅剥離を引き起こし、その脆弱な皮膚を空気に晒すが、これによって、これらの生物は閉塞症状に陥り死に至る。
【００４５】
補足的なことであるが、本発明はバクテリアを殺すために用いられる場合もある。廃液処理において、バクテリア、例えば糸体タイプのバクテリアを殺すことができる。ここでも、熱と圧力勾配と振動の組み合わせが、この目的を達成するための駆除手段を提供する。
【００４６】
本発明の構成は、従来型のポンプやジェットポンプを通常詰まらせる程度の大きさの物体の進入を許容するが、上記した方法で通過する流体を処理する能力を有している。
【００４７】
本発明において蒸気に対するシュラウドを形成するためのガスとして空気を使用しているが、例えばボイラーからでる燃焼物質のような他の適切なガスも使用できることを認識されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は本装置の第一の実施例の概略断面図を示す。
【図２】図２は本装置の第二の実施例の概略断面図を示す。
【図１】
2006504019.tif 000003
【図２】
2006504019.tif 000004
【国際調査報告】
2006504019.tif 000005
2006504019.tif 000006
2006504019.tif 000007