(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用流体源と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配された混合区域と、高温圧縮可能な駆動流体を混合区域に導入し、混合区域内で駆動流体と作用流体を相互作用させることにより混合区域内に減圧を生じさせ、それにより前記作用流体源から作用流体を混合区域内に取り込んで放水口に向けて推進させる手段と、混合区域で駆動流体と相互作用させる前にエアレートガスで作用流体をエアレートすることによりエアレートガス、作用流体および駆動流体の相互作用により混合区域に三相流体の状態を形成する手段とを有する推進システム。
【請求項２】
作用流体をエアレートする手段は駆動流体の取り込み前に存在する請求項１に記載の推進システム。
【請求項３】
作用流体をエアレートする手段は混合区域の手前に存在する請求項２に記載の推進システム。
【請求項４】
駆動流体を導入する手段は駆動流体を注入する手段を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項５】
駆動流体は放水口に向かう流れの方向に導入される請求項１ないし４のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項６】
駆動流体は作用流体の温度より高い、少なくとも５０℃の温度で混合区域に導かれる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項７】
駆動流体は作用流体の温度より高い、７０℃より高い温度で混合室に導入される請求項６に記載の推進システム。
【請求項８】
駆動流体と作用流体間の相互作用は駆動流体から作用流体へのモーメント伝達を与える請求項１ないし７のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項９】
作用流体は液体を含む請求項１ないし８のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項１０】
前記液体は水を含む請求項９に記載の推進システム。
【請求項１１】
流路内の混合区域での駆動流体と作用流体との間の接触が作用流体からガスの遊離を引起す請求項９または１０に記載の推進システム。
【請求項１２】
圧縮可能な駆動流体は作用液体の冷却効力に曝されると急速な圧力低下を起こすことが可能な、実質的にガス流体からなる請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項１３】
駆動流体は凝縮可能な蒸気を含む請求項１２に記載の推進システム。
【請求項１４】
前記凝縮可能な蒸気はスチームを含む請求項１３に記載の推進システム。
【請求項１５】
駆動流体は燃焼工程から発する排気ガスを含む請求項１２に記載の推進システム。
【請求項１６】
駆動流体がスチームで、作用流体が水であり、スチーム対水の質量流量は１：１０から１：１５０までの範囲の比率である請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項１７】
エアレーション手段は、周囲に間隔を有し、流路に挿通する複数のエアレーションノズルを具備する請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項１８】
流路は、該流路にエアレートガスの流動を誘導するように形成される請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項１９】
作用流体のエアレーションを選択的に制御する手段をさらに具備する請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項２０】
エアレートガスは空気を含む請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項２１】
作用流体は水を含み、エアレートガスが空気を含み、空気対水の比率は体積単位で１：１０以下である請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項２２】
空気対水の比率は１：３００である請求項２１に記載の推進システム。
【請求項２３】
取水口と混合区域間の流路の部分は、作用流体が混合区域に入り膨張する地点である、排水用の開口部で終端する取水路を形成する請求項１ないし２２のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項２４】
前記排水用の開口部は、排水用の開口部が混合区域に開口する位置において、混合区域の断面積より小さい断面積を有する請求項２３に記載の推進システム。
【請求項２５】
混合区域は混合区域を流れる流体の流れの方向に向かって徐々に収縮する請求項１ないし２４のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項２６】
混合区域は流路で流れが詰った状態となる寸法に収縮する請求項２５に記載の推進システム。
【請求項２７】
駆動流体を導入する手段は、駆動流体を混合区域に導くノズル手段を具備する請求項１ないし２６のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項２８】
前記ノズル手段は、流路の境界表面の近傍に配置される請求項２７に記載の推進システム。
【請求項２９】
前記ノズル手段は、流路の周縁部の周りに延びる請求項２８に記載の推進システム。
【請求項３０】
ノズル手段はノズル路を具備する請求項２７ないし２９のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項３１】
ノズル路は環状構造である請求項３０に記載の推進システム。
【請求項３２】
環状ノズル路は、その間に流路を画定する第１部材および第２部材間に形成され、該第１および第２部材がノズル流路の寸法を変化させるために互いに他方に対して選択的に動くことができる請求項３１に記載の推進システム。
【請求項３３】
第１部材は混合区域を画定し、第２部材は混合区域に挿通する取水路を画定し、環状ノズル路は前記取水路の排水用の開口部の周りに配置される請求項３２に記載の推進システム。
【請求項３４】
ノズル路がスリット構造である請求項３０に記載の推進システム。
【請求項３５】
ノズル路は隔を置いて長手方向に延びる２つのノズル要素の間に画定される請求項３４に記載の推進システム。
【請求項３６】
前記２つのノズル要素は、その間のノズル路の寸法を選択的に変化させるために互いに他方に対して動くことができる請求項３５に記載の推進システム。
【請求項３７】
ノズル部分をそれぞれ他方に対して動かすために動作可能なノズル制御手段をさらに具備する請求項３６に記載の推進システム。
【請求項３８】
ノズル手段は超音速ノズルを具備する請求項２７ないし３７のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項３９】
ノズル路はノズル路を超えて延びる表面により画定される境界壁を有し、ノズル路から出る駆動流体が流動可能なガイド面を形成する請求項３０ないし３８のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項４０】
前記表面はノズル路を超えて延び、混合区域の境界壁を画定する請求項３９に記載の推進システム。
【請求項４１】
ノズル手段は軸方向に間隔空けて配設される複数のノズルを具備する請求項２７ないし３８のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項４２】
前記流路は放水口で終端する放水口部分を有し、該放水口はディフューザとして構成される請求項１ないし４１のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項４３】
流路は２つの対向面の間に形成される部分を有し、該２つの対向面のうち少なくとも一方の面は、その間に形成される流路の前記部分の断面積を変えるために他方に対して選択的に動くことができる請求項１ないし４２のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項４４】
流体流路の前記部分は前記放水口部分を含む請求項４３に記載の推進システム。
【請求項４５】
２つの対向面は実質的に平面状の表面である請求項４３または４４に記載の推進システム。
【請求項４６】
２つの対向面は互いに他方に対して斜めに動くことができる請求項４３ないし４５のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項４７】
前記２つの対向面間の相対運動を制御するために動作可能な放水口制御手段をさらに具備する請求項４３ないし４６のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項４８】
取水口から外部に排出するために流路内の駆動流体に逆方向の流れを引起すため、駆動流体を選択的に逆方向に転換する手段をさらに具備する請求項１ないし４７のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項４９】
取水口の寸法を選択的に変えるために動作可能な手段をさらに具備する請求項１ないし４８のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項５０】
取水口と放水口は実質的に同じ断面流面積を有する請求項１ないし４１のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項５１】
前記流路は、取水口と放水口間の流路の長さ全体にわたり同じ断面流面積を有する請求項５０に記載の推進システム。
【請求項５２】
作用液体源と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配された混合区域と、作用液体を混合区域に運搬する前にエアレートガスで作用液体をエアレートするエアレーション手段と、放水口に向かう流れの方向に高温圧縮可能な駆動流体の噴射を混合区域に導入し、エアレートガス、作用液体および駆動流体を相互作用させることにより混合区域内に三相流体の状態を形成し、また混合区域内で駆動流体と作用液体を相互作用させることにより取水口の圧力に対して減圧を生じさせ、それにより前記作用液体源から作用液体を混合区域に取り込んで放水口に向けて推進させるノズル手段とを有する推進システム。
【請求項５３】
作用流体源と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配された混合区域と、放水口に向かう流れの方向に凝縮可能な蒸気を混合区域に注入し、混合区域内で凝縮可能な蒸気と作用液体を相互作用させることにより、蒸気を凝縮させて体積を縮小させ、それにより吸引効果を生成して前記作用液体源から作用液体を混合区域に取り込み、放水口に向けて推進させるノズル手段と、混合区域で駆動流体と相互作用させる前にエアレートガスで作用流体をエアレートし、エアレートガス、作用流体および凝縮可能な蒸気を相互作用させることにより混合区域に三相流体の状態を形成する手段とを有する推進システム。
【請求項５４】
凝縮可能な蒸気はスチームを含む請求項５３に記載の推進システム。
【請求項５５】
作用流体は液体を含む請求項５３または５４に記載の推進システム。
【請求項５６】
水体に浮かぶまたは沈む船舶のための推進システムであって、水体と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配されることにより作用流体として水体から取水口を介して取り込まれた水流が入り込むことができるる混合区域と、放水口に向かう流れの方向に高温圧縮可能な駆動流体を混合区域に注入し、混合区域内で駆動流体と水とを相互作用させることにより減圧域を発生させ、それにより水体から水流を混合区域に取り込んで放水口に向けて推進させる注入手段と、混合区域内で駆動流体と相互作用させる前にエアレートガスで水をエアレートし、エアレートガス、水および駆動流体を相互作用させることにより混合区域に三相流体の状態を形成する手段とを有する推進システム。
【請求項５７】
流路には、実質的に流路の流れを妨げるような障害は何もない請求項１ないし５６のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項５８】
前記混合区域には、フロー制御装置が配置されており、該フロー制御装置が、収束部分と末広部分とを形成するように流路を構成するために収束幅部と拡幅部とを含む請求項１ないし５６のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項５９】
駆動流体が作用流体の流れの内部領域に導かれる請求項１ないし５８のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項６０】
ノズル手段は、流路の境界壁の内側に向かって流路に開口する請求項５９に記載の推進システム。
【請求項６１】
駆動流体を流路に取り込んだ後、さらに作用流体が流路へ入り込む少なくとも１つの開口部を具備し、該少なくとも１つの開口部が作用流体源と流路との間を直通させ、さらに、作用流体が流路に沿って流れ込む請求項１ないし６０のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項６２】
水体に浮かぶまたは沈む船舶のための推進システムであって、水体と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配されることにより水体から取水口を介して取り込まれる水流が入り込むことができる混合区域と、高温圧縮可能な駆動流体を混合区域に導入し、混合区域内で駆動流体と水を相互作用させることにより、減圧域を発生させ、それにより水体から水流を混合区域に取り込んで放水口に向けて推進させる手段と、混合区域内で駆動流体と相互作用させる前にエアレートガスで作用流体をエアレートし、エアレートガス、水および駆動流体を相互作用させることにより混合区域に三相流体の状態を形成する手段とを具備し、放水口において推力を供給するために流路に流体の流れを発生させるインペラまたは他の機械装置を有しない推進システム。
【請求項６３】
請求項１ないし６２のいずれか１項に記載の推進システムを具備する船舶。
【請求項６４】
取水口および放水口は、船舶が浮かぶまたは沈む水体に使用時に通じるように配設される請求項６３に記載の船舶。
【請求項６５】
放水口は船舶が前方に推進する際に水面上に断続的に露出するように配置される請求項６４に記載の船舶。
【請求項６６】
放水口は船舶の船体の底面の位置で駆動流体を排出するように配設される請求項６３ないし６５のいずれか１項に記載の船舶。
【請求項６７】
請求項１ないし６２のいずれか１項に記載の推進システムを具備する船舶用駆動システム。
【請求項６８】
水体に浮かぶまたは沈むのに適した船舶のための駆動システムであって、該駆動システムは、スチームを供給するスチームジェネレータと推進システムとを具備し、該推進システムは、水体と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配されることにより水体から取水口を介して取り込まれた水流が入り込むことができる混合区域と、放水口に向かう流れの方向にスチームジェネレータから発生したスチームを混合区域に注入し、混合区域内でスチームと水を相互作用させることにより水体から水を混合区域に取り込んで放水口に向けて推進させる注入手段と、混合区域内でスチームと相互作用させる前に、エアレートガスで水をエアレートし、エアレートガス、水およびスチームを相互作用させることにより混合区域に三相流体の状態を形成する手段とを有する、駆動システム。
【請求項６９】
スチームとの接触から発生する水体の残留熱を回収するのに適した熱回収システムを具備する請求項６８に記載の駆動システム。
【請求項７０】
スチームジェネレータは燃料の燃焼から熱を発生させるのに適したボイラを具備し、該熱回収手段はボイラから燃焼ガスの残留熱の少なくともいくらかを回収するのに適する請求項６８または６９に記載の駆動システム。
【請求項７１】
取水口と放水口を有する流路を準備する過程と、流体の流れが開始される第１流体源と通ずるように流路の取水口を設置する過程と、流路に駆動流体を導いて流路内で第１流体と相互作用させることにより流路の一区画に減圧を生じさせ、それにより前記第１流体源から第１流体を前記一区画に取り込んで放水口に向けて推進させる過程とを有し、駆動流体を第１流体に導入する前にエアレートガスで第１流体をエアレートし、エアレートガス、第１流体および駆動流体を相互作用させることにより流路に三相流体の状態を形成する過程をさらに有する、流体の流れを発生させる方法。
【請求項７２】
取水口と放水口を有する流路を準備する過程と、流体の流れが開始される流体源と通ずるように流路の取水口を設置する過程と、流路に圧縮可能な蒸気を注入して流体と相互作用させ、蒸気を凝縮させて体積を縮小させることにより流路の一区域に吸引効果を生成し、それにより前記流体源から流体を前記区域に取り込んで放水口に向けて推進させる過程とを有し、凝縮可能な蒸気を流体に導入する前にエアレートガスで流体をエアレートし、エアレートガス、流体および凝縮可能な蒸気を相互作用させることにより流路に三相流体の状態を形成する過程をさらに有する、流体の流れを発生させる方法。
【請求項７３】
水体を介して船舶を推進させる方法であって、共に水体に通ずる取水口と放水口を有する流路を船舶に具備する過程と、流路に駆動流体を導入して流路の一区域に減圧を生じさせることにより、水を水体から注入口を介して前記区域に取り込み、船舶を推進させるための流れとして放水口に向けて推進させる過程とを有し、駆動流体を水に導入する前にエアレートガスで水をエアレートし、エアレートガス、水および駆動流体を相互作用させることにより流路に三相流体の状態を形成する過程をさらに有する方法。
【請求項７４】
水体を介して船舶を推進させる方法であって、共に水体に通じる取水口と放水口を有する流路を船舶に具備する過程と、スチーム等の凝縮可能な蒸気を流路に導入し、蒸気を凝縮させて体積を縮小させることにより流路の一区域に吸引効果を生成し、それにより水体から水を注入口を介して該一区域に取り込み、船舶を推進させるための流れとして放水口に向けて推進させる過程とを有し、凝縮可能な蒸気を水に導入する前にエアレートガスで水をエアレートし、エアレートガス、水および凝縮可能な蒸気を相互作用させることにより流路に三相流体の状態を形成する過程をさらに有する方法。
【請求項７５】
請求項１ないし５５のいずれか１項に記載の推進システムを有するポンプ。
【請求項７６】
熱源から熱を回収するシステムを具備し、該熱回収システムは冷却回路の冷媒を気化させるために熱源から熱を抽出するよう熱源に曝された熱交換器を有する冷却回路と、気化された冷媒の熱エネルギーをトルクに変換するための冷却回路に係る手段とを具備する請求項１ないし６２のいずれか１項に記載の推進システム。
【請求項７７】
水体に浮かぶまたは沈む船舶のための駆動システムであって、請求項１４に記載の推進システムと、スチームを供給するボイラと、排気ガスの残留熱を回収する熱回収システムとを具備し、該ボイラが燃焼室と、燃焼室から排気ガスを排出する排気路とを有し、該熱回収システムが冷却回路の冷媒を気化させるために排気ガスから熱を抽出するよう排気路に曝された熱交換器を有する冷却回路と、気化した冷媒の熱エネルギーをトルクに変換するための冷却回路に係る手段とを具備する駆動システム。
【請求項７８】
水体に浮かぶまたは沈む船舶のための駆動システムであって、請求項１４に記載の推進システムと、スチームを水に導入した後に流路を流れる水の残留熱を回収する熱回収システムとを具備し、該熱回収システムは、冷却回路の冷媒を気化させるために、流路を流れる水から熱を抽出するように流路に曝された熱交換器を有する冷却回路と、気化した冷媒の熱エネルギーをトルクに変換するための冷却回路に係る手段とを具備する駆動システム。
【請求項７９】
水体に浮かぶまたは沈む船舶のための駆動システムであって、スチームを供給するボイラと、請求項１４に記載の推進システムと、排気ガスの残留熱とスチームを水に導いた後に流路を流れる水の残留熱を回収する熱回収システムとを具備し、該ボイラは燃焼室と燃焼室から排気ガスを排出する排気路とを有し、該熱回収システムは冷却回路の冷媒を気化させるために、それぞれ排気ガスと水から熱を抽出するように排気路と流路に曝された熱交換器を有する冷却回路と、気化した冷媒の熱エネルギーをトルクに変換するための冷却回路に係る手段とを具備する駆動システム。
【請求項８０】
冷却回路は、排気路を通過する燃焼ガスから熱を抽出するために排気路に曝された第１部分と、流路を流れる水から熱を抽出するために流路に曝された第２部分とを有するエバポレータを含む請求項７９に記載の駆動システム。
【請求項８１】
注入口、放水口および注入口と放水口の間を延びる流路を有する請求項１ないし６２のいずれか１項に記載の推進システムに基づくノズル手段であって、流路の寸法を選択的に変更できることを特徴とするノズル手段。
【請求項８２】
収束部分、喉状部分および末広部分を具備し、該収束部分は注入口から喉状部分まで延び、該末広部分は喉状部分から放水口まで延びる請求項８１に記載のノズル手段。
【請求項８３】
間にノズル路が画定される２つの長手方向の要素を有するノズル構造を有する請求項８１または８２に記載のノズル手段。
【請求項８４】
前記２つのノズル要素は、その間の流路の寸法を選択的に変えるために互いに他方に対して動くことができる請求項８３に記載のノズル手段。
【請求項８５】
作用流体源と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配された混合区域と、放水口に向かう流れの方向に駆動流体の噴射を混合区域に導入し、混合区域内で駆動流体と作用流体を相互作用させることにより、前記作用流体源から作用流体を混合区域に取り込んで放水口に向けて推進させるノズル手段と、混合区域内で駆動流体と相互作用させる前にエアレートガスで作用流体をエアレートし、エアレートガス、作用流体および駆動流体を相互作用させることにより、混合区域に三相流体の状態を形成する手段とを具備し、該ノズル手段が選択的に寸法を変更することができるノズル路を有する推進システム。
【請求項８６】
水体に浮かぶまたは沈むのに適した船舶のための駆動システムであって、推進システムが、水体と通ずる取水口と放水口とを有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配されることにより水体から取水口を介して取り込まれた水流が入り込むことができる混合区域と、放水口に向かう流れの方向に駆動流体の噴射を混合区域に導入し、駆動流体と水を相互作用させることにより水体から水を取水口を介して引き込んで放水口に向けて推進させるノズル手段と、混合区域内で駆動流体と相互作用させる前にエアレートガスで作用流体をエアレートし、エアレートガス、水および駆動流体を相互作用させることにより混合区域に三相流体の状態を形成する手段とを具備し、該ノズル手段が選択的に寸法を変更することができるノズル路を有する駆動システム。
【請求項８７】
水体に浮かぶまたは沈むのに適した船舶のための駆動システムであって、スチームを供給するスチームジェネレータを具備し、推進システムは、水体と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配されることにより水体から取水口を介して取り込まれた水流が入り込むことができる混合区域と、放水口に向かう流れの方向にスチームを混合区域に導入し、スチームと水を相互作用させることにより取水口から水を流路に取り込んで放水口に向けて推進させるスチームノズル手段と、混合区域内で駆動流体と相互作用させる前にエアレートガスで作用流体をエアレートし、エアレートガス、水およびスチームを相互作用させることにより混合区域に三相流体の状態を形成する手段とを具備し、該スチームノズル手段は選択的に寸法を変更できる流路を有する駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は推進システムに関するものである。
【０００２】
本発明は、それに限定されないが、特に推進船舶の推進システムとして発明されたものである。このような用途において、船舶の推進力は通常、船舶に推力を与える水の噴射の生成から発生する。しかし、推進システムは他の用途を有することができ、例えば、ポンプ式に液体流を推進させるために使用することができる。このような使用には、火に放水する消防時等に特別な用途があり得る。
【０００３】
【従来技術】
モータ駆動式プロペラ、および流体の流れの放出により推力を発生させるジェット推進ユニットを含む船舶を推進させる様々なシステムが知られている。
【０００４】
ジェット推進ユニットは、浅喫性能に優れ、従来のプロペラ式推進システムに比べてメンテナンスの要件が低いために、遊覧船および商業船において徐々に一般的となってきている。
【０００５】
米国特許第３，４０２，５５５号（パイパー）では船舶推進用のストリームジェットノズルシステムを開示している。当該ノズルシステムでは、推力を与えるために高圧でスチームを発生し放出する。該ノズルシステムは入口端と出口端を有するノズルを具備する。スチームは該入口端からノズルに入る。船舶を推進させるべく、水体から原水がノズル内に取り込まれて既にノズル内にあるスチームを補給するためにスチームに変換される。該推進力は水のジェットストリームによって与えられるのではなく、むしろ高圧スチームの生成および放出によって与えられる。
【０００６】
周知の船舶用ウォータージェット推進ユニットはニュージーランドのハミルトンジェットによって製造される。この種のウォータージェット推進ユニットは、船舶の下側に開口する吸水フットを介して水を汲み上げ、排水ポートから圧力で水を排水して船舶を推進させるためにエンジン駆動羽根車を利用する。該羽根車は通常は内部燃焼機関から駆動シャフトを介して駆動される。従来のウォータージェット推進システムの羽根車の使用には、キャビテーションおよび効率制限を含めて複数の欠点がある。さらに、羽根車駆動用の内部燃焼機関から発する熱エネルギーの損失が大きい。
【０００７】
推力を与えるために高圧流体(high pressure fluid)によって駆動される水流を利用する、船舶の推進を目的とする提案が多くなされた。高圧流体は、ウォータージェットとして放出する水流にモーメントを伝える。通常、この種の提案には、船舶を推進すべく共に水に面した取水口および放水口を有する流路を形成するダクトを伴う。高圧駆動流体(high pressure driving fluid)がダクト内に取り込まれてダクト内の水と通ずることによりモーメントをダクト内の水に伝え、ダクト内に水流を発生させ、放水口から噴射放出して推進力を供給する。このような形態の１つが米国特許第５，３４４，３４５号（ナガタ）に開示されている。ここでは、駆動流体(driving fluid)は加圧水と圧縮空気からなる。別の形態が米国特許第５，５９８，７００号（ヴァーシェイ）に開示されている。ここでは、駆動流体は圧縮ガスからなる。
【０００８】
本発明はモーメントの伝達だけに頼らず、駆動流体を利用して流体の流れを発生させる推進システムの提供を探求する。
【０００９】
【発明の開示】
本発明の１つの様態によれば、作用流体源に通ずる取水口と放水口を有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配される混合区域と、高温圧縮可能な駆動流体を混合区域に導入し、混合区域で駆動流体と作用流体間を相互作用させることにより混合区域内に圧力低下を生じさせ、それにより作用流体を前記作用流体源から混合区域に取り込んで放水口に向けて推進する手段と、混合区域で駆動流体と相互作用させる前にエアレートガスで作用流体をエアレートすることにより、エアレートガス、作用流体および駆動流体を相互作用させ、それにより混合区域に三相流体の状態を形成する手段とを具備する推進システムが提供される。
【００１０】
圧縮可能な駆動流体は、混合区域に入り込む作用流体の温度よりも高い程度の温度であるという意味で高温である。通常は、駆動流体は作用流体の温度以上で少なくとも５０℃の温度であり、作用流体温度以上で少なくとも７０℃以上が望ましい。
【００１１】
高温圧縮可能な駆動流体と作用流体の間の相互作用は、駆動流体の作用流体との接触に伴って、駆動流体の急速な冷却により混合室に圧力の低下を発生させる。結局、急速な圧力の低下とは混合区域内の縮曝である。圧縮可能である駆動流体の特徴により、急速冷却された駆動流体は容積が変化する。
【００１２】
高温圧縮可能な駆動流体と作用流体間の相互作用には駆動流体から作用流体へのモーメント伝達も伴う。
【００１３】
流路内の混合区域での駆動流体と作用流体間の接触は、作用流体が液体、および特に水である場合に、作用流体からガス（および特に酸素）の遊離を引起す場合があるとされている。遊離した気体は、駆動流体から作用流体へのモーメント伝達の助けとなりうる。さらに、遊離したガスの気泡が混合区域内で加熱され膨張すると圧力が加わり、作用流体に作用してさらに放水口へ作用流体を推進させるのを助ける。加えて、遊離したガスは、作用流体と流路の周囲境界との表面摩擦を低減する役割を果たす。
【００１４】
上述したように、作用流体は水であってもよく、前記流体源は水体であってもよい。船舶用の推進システムの場合、作用流体は船舶が浮かぶまたは沈む水体から取り込まれた水からなる。このような場合、通常、水体は湖、河川または海である。
【００１５】
圧縮可能な駆動流体は、作用液体(working liquid)の冷却作用に曝すと急速に減圧可能なガス流体からなるものであってもよい。該ガス流体はガスまたはガス混合体をからなってもよい。さらに、該ガス流体は内部に混入した液滴等の粒子を有することができる。
【００１６】
駆動流体は、例えば、スチーム等の凝縮可能な蒸気であったり、または内部燃焼機関若しくはガスタービン等における燃焼工程からの排気ガスであってもよい。
【００１７】
スチームは容易かつ能率的に生成することができるので特に適切な駆動流体である。さらに、スチームは容易に膨張可能で、所要の爆縮効果(implosion effect)を発生させるために凝縮して急速に体積を縮小することができる。
【００１８】
作用流体が水である場合、スチームは特に適切な駆動流体の形態である。このような場合、作用流体として水が取り込まれる水源は、スチームを発生させる水も供給することができる。さらに、スチームが水の蒸発段階であるというスチームと液体水との関係から、駆動流体として使用されるスチームと接触する際に作用流体として使用される水の不適切な汚染は起こらない。これは、推進システムが水体を介して船舶を推進させるために使用される場合に駆動流体による水体汚染を防止するので重要となりうる。
【００１９】
また、駆動流体は、スチーム、空気および水滴の混合体等の多相流体(multi-phase fluid)にすることもできる。空気及び水滴は霧状にすることができる。このような多相流体は駆動流体の質量流量を増加させる利点を有する。さらに、それは前記駆動流体の密度を増加させ、作用流体の密度に近づける働きをし、それによりモーメントの伝達を高める。駆動流体の密度が作用流体の密度に近づくほど、モーメントの伝達はより能率的となる。
【００２０】
推進システムの動作の際、駆動流体はパルス方式等で連続的または断続的に作用流体に流入されてもよい。
【００２１】
駆動流体および作用流体の流速は、放水口において放出する作用流体の所望の流速に応じて選択することができる。駆動流体がスチームであり、作用流体が水である場合、スチーム対水の比率範囲が約１：１０から１：１５０の質量流量が推進システムの作動範囲において能率的であることがわかった。しかし、その他の比率でも能率的となり得る。
【００２２】
エアレートガスは空気またはいずれかの他の適当なガスまたはガス混合体からなってもよい。作用流体のエアレーションはいくらかの圧縮性を有する二相混合体を生成する。エアレーションは、作用流体と比較して二相混合体の密度を低下させる効果を有するので、混合室(mixing chamber)の方向に流路に沿って作用流体の運搬を助けると考えられる。また、密度が駆動流体の密度に近づくとモーメント伝達を助けるので、密度の低い二相混合体は好都合である。二相混合体の密度が駆動流体の密度に近づくのでモーメント伝達は増加する。エアレーションの工程は、作用流体と流路の周囲境界との間の表面摩擦を低減することもできる。さらに、エアレーションの工程は、駆動流体から作用流体へのモーメント伝達に役立てることができる。さらに、作用流体のエアレートガスの気泡は作用流体からの熱を受取る。該作用流体自体は、高温の駆動流体と接触した結果、熱交換により加熱されている。加えて、熱交換のために、高温の駆動流体とエアレートガスの気泡を直接接触させてもよい。加熱されたガスの気泡は、混合区域から出て行く際に膨張して圧力を増し、よって放水口に向かう作用流体の推進を助けるように作用流体に作用する。
【００２３】
取水口と混合区域間の流路の部分は、末広ノズル形状等のいずれの適切な形状であってもよい。このような形状は、特にエアレートガスを流路に取り込むことによりエアレーション工程を助けることができる。
【００２４】
エアレーション工程の際に作用流体に導入されたエアレートガスは、オープンドロー方式であってもよいし、所望のエアレーションレベルに達するように調節されてもよい。オープンドローは、周囲の環境から簡単に取り込むことができるという理由で、エアレートガスが空気である場合に特に適している。前記調節は、（例えば、バルブ手段によって）エアレートガス流を制限する、または加圧下で伝達することによりエアレートガス流を強めるなど、いずれの適切な方法でも達成することができる。
【００２５】
所要のエアレーションの範囲は、放水口において生成される推力の範囲を制御するために選択的に変えることができる。
【００２６】
作用流体が水であり、エアレートガスが空気である場合、空気対水の所要の体積は、体積単位で約１：１０以下である。特定の動作条件では、空気対水の所要の体積は、相対的に低くすることができ、通常は体積単位で約１：３００の比率である。
【００２７】
取水口と混合区域間の流路の部分は、排出開口部が混合区域に開口する位置において混合区域の断面積より小さい断面積を有する排出開口部で終端する取水室(intake chamber)を具備することができる。このような配置は、混合区域内への作用流体の膨張を受入れ、作用流体がエアレートされた液体である場合に特に好都合である。
【００２８】
混合区域を画定する流路の部分は、望ましくは、放出口への作用流体の流れを加速させ、また、駆動流体から作用流体へのモーメント伝達を助けるために、流体が流れる方向に次第に縮小している。望ましくは、該混合区域は、流体が流路に詰まった状態となる寸法に縮小している。
【００２９】
駆動流体を混合区域に注入する注入手段はノズル手段からなってもよい。
【００３０】
利用されるノズル手段の形式は推進要件に応じて決定する。
【００３１】
１つの構成例では、ノズル手段は、作用流体の流動方向に向かい混合室に沿って、一定間隔で配置された複数のノズルか、または単一のノズルからなる。
【００３２】
該ノズル手段は、亜音速、音速または超音速ノズルとして形成することができる。しかし、ノズル手段はより大きい推進力を供給するために超音速で形成されるのが好都合である。
【００３３】
ノズル手段は、望ましくは、流路の境界面の近傍に配置される。
【００３４】
１つの構成例では、ノズル手段は流路の外周囲に延びていてもよい。このような構成例では、ノズル手段は、環形状のノズル路を有することができる。該環形状の通路は、例えば、ノズル路の寸法を変えるために互いに対して選択的に可動である、第１および第２部材間に画定されてもよい。環状ノズル路が取水路の排出開口部の周りに配設されて、第１部材は混合区域を、第２部材は混合区域に通ずる取水路を画定することができる。
【００３５】
別の構成例では、ノズル手段は、スリット部として形成されたノズル通路を有することができる。そのような構成では、スリット部は、間隔を開けて配置された２つのノズル要素の間に画定される。
【００３６】
２つのノズル構成要素は、その間のノズル路の寸法を選択的に変化させるために、互いに他方に対して可動とすることができる。
【００３７】
望ましくは、相対的にノズル部分を運動させるためにノズル制御手段が提供される。通常は、一方のノズル構成要素が固定され、他方がノズル制御手段の作用を受けて選択的に動くことができる。
【００３８】
流路は、ディフューザとして構成される、混合区域から延びて放水口で終端する放水口部分(outlet section)を有する。この構成は、前述したように流体の流れが詰まった状態を形成する程度に、混合区域が縮小する場合に特に適する。望ましくは、喉部が混合区域と放水部分の間に形成される。流れが詰った状態であれば、通常、該状態は前記喉部にもたらされる。流路は２つの対向する面の間に形成された部分を有することができ、対向する面の少なくとも一方は、その間に形成された流路部分の断面積を変化させるために他方に対して選択的に動くことができる。好適には、前記部分は放水口で終端し、放水口部分を含む。
【００３９】
１つの構成例では、２つの対向面は平面である。
【００４０】
望ましくは、２つの対向面はそれぞれ互い対して斜めに動くことができる。これは、対向面の一方が他方面に対して回動可能に配設されることにより達成され得る。
【００４１】
望ましくは、制御手段は、２つの対向面間の相対運動を選択的に制御するために提供される。
【００４２】
駆動流体を選択的に方向転換するための手段を設けてもよく、それにより取水口から出口側に排水するために駆動流体を流路に沿って反対方向に流動させてもよい。このように、推進システムは逆の推力を与えるために利用され得る。
【００４３】
取水口の寸法を変えるための手段が提供されてもよい。
【００４４】
本発明の別の様態によれば、作動液体源と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口の間の流路内に配された混合区域と、混合室に流入させる前にエアレートガスで作用流体をエアレートするエアレーション手段と、放水口に向かう流れの方向に高温圧縮可能な駆動流体の噴射を混合区域に導き、エアレートガス、作用液体および駆動流体を相互作用させることにより混合区域に三相流体の状態を形成し、また混合区域で駆動流体と作動液体を相互作用させることにより取水口の圧力に対して圧力を低下させ、それにより作動液体を前記作動液体源から混合区域に取り込んで放水口に向けて推進するノズル手段とを具備する推進システムが提供される。
【００４５】
作動液体のエアレーションはいくらかの圧縮性を有する二相混合体を生成させる。
【００４６】
本発明の別の様態によれば、作用流体源に通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配される混合区域と、放水口に向かう流れの方向に凝縮可能な蒸気を混合区域に注入し、混合区域内で凝縮可能な蒸気と作用流体を相互作用させることにより蒸気を凝縮させて体積を縮小させ、それにより生じた吸引効果により前記作用流体源から作用流体を混合区域に取り込んで放水口に向けて推進するノズル手段と、混合区域で駆動流体と相互作用させる前にエアレートガスで作用流体をエアレートすることにより、エアレートガス、作用流体およひ凝縮可能な蒸気を相互作用させ、それにより三相流体の状態を形成する手段とを具備する推進システムが提供される。
【００４７】
本発明のさらに別の様態によれば、水体に浮かぶまたは沈む船舶のための推進システムが提供される。該推進システムは、水体と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配されることにより取水口を介して水体から作用流体として取り込まれた水流が入り込むことができる混合区域と、放水口に向かう流れの方向に高温圧縮可能な駆動流体を混合区域に注入することにより、混合区域で駆動流体と水間を相互作用させる注入手段とを具備する。
【００４８】
推進システムは、船舶のいずれの適切な場所においても提供され得る。船舶の船尾に推力を供給するように放水口が船舶後部近傍に設置される推進システムを配備することは特に都合がよい。しかし、推進システムは、船舶の船首に推力を供給するように配備することが可能であり、または、実際に船舶の船首と船尾間の任意の位置で放水するように放水口を配備することも可能である。
【００４９】
船舶の船体近傍に起こる水のエアレーションが船舶の摩擦抵抗効果を低減させる、船舶の船体下部領域に放水するように放水口を配備すると、特に効果的である。
【００５０】
本発明のさらに別の様態によれば、上述したような本発明の様態のいずれか１つによる推進システムを具備する船舶が提供される。
【００５１】
本発明のさらに別の様態によれば、水体に浮かぶまたは沈む船舶のための推進システムが提供される。該推進システムは、水体と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配されることにより取水口を介して水体から取り込まれた水流が入り込むことができる混合区域と、高温圧縮可能な駆動流体を混合区域に導き、混合区域内で駆動流体と水を相互作用させることにより減圧区域を発生させ、それにより水体から水流を混合区域に取り込んで放水口に向けて推進する手段と、駆動流体と混合区域で相互作用させる前に作用流体をエアレートガスでエアレートし、エアレートガス、水および駆動流体を相互作用させることにより混合区域に三相流体の状態を形成する手段とを具備する。該推進システムは、放水口において推力を供給するために流路に沿う流体の流れを発生させるインペラまたは他の機械装置を設置していない。
望ましくは、船舶の推進システムの取水口と放水口の両方が、使用中は運転時に船舶が浮かぶまたは沈む水体に通ずるように配置される。
【００５２】
本発明のさらに別の様態によれば、船舶の駆動システムが提供される。該駆動システムは上記に規定され、且つ上述の好ましい特徴のいずれかをさらに含むことができる推進システムを具備する。
【００５３】
本発明のさらに別の様態によれば、水体に浮かぶまたは沈むのに適した船舶の駆動システムが提供される。該駆動システムは水蒸気を供給する水蒸気ジェネレータ、および推進システムを具備し、該推進システムは、水体と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口の間の流路内に配されることにより水体から取水口を介して取り込まれた水流が入り込むことができる混合区域と、放水口に向かう流れの方向に水蒸気ジェネレータから発生した水蒸気を混合区域に注入し、混合区域内で水蒸気と水を相互作用させることにより、水を水体から混合区域に取り込んで放水口に向けて推進する注入手段と、混合区域で水蒸気と相互作用させる前にエアレートガスで水をエアレートし、エアレートガス、水および水蒸気を相互作用させることにより、混合区域に三相流体の状態を形成する手段とを具備する。
【００５４】
駆動システムは、スチームと接触して発生する水の残留熱を回収するのに適した熱回収システムをさらに具備することができる。
【００５５】
望ましくは、スチームジェネレータは、燃料の燃焼により熱を発生させるのに適したボイラーを具備する。前記熱回収手段は、該ボイラーからの燃焼ガスの、少なくともいくらかの残留熱を回収するのにも適する。
【００５６】
本発明のさらに別の様態によれば、取水口と放水口を有する流路を準備する過程と、流体の流れが開始される第１流体源と通ずるように流路の取水口を配置する過程と、流路に駆動流体を導いて流路内で第1流体と相互作用させることにより流路の一区域に減圧を生じさせ、それにより前記第１流体源から第１流体を前記一区域に取り込んで放水口に向けて推進させる過程とを含み、駆動流体を第１流体に導く前にエアレートガスで第１流体をエアレートすることにより、エアレートガス、第１流体および駆動流体を相互作用させることにより流路に三相流体の状態を形成する過程をさらに含む、流体の流れを発生させる方法が提供される。
【００５７】
本発明のさらに別の様態によれば、取水口と放水口を有する流路を準備する過程と、流体の流れが開始される流体源と通ずるように流路の取水口を配置する過程と、凝縮可能な蒸気を流路に導き、流路内で流体と相互作用させることにより、蒸気を凝縮させて体積を縮小させ、それにより流路の一区域に生じる吸引効果により、前記流体源から流体を前記区域に取り込んで放水口に向けて推進させる過程とを含み、凝縮可能な蒸気を流体に導く前にエアレートガスで流体をエアレートし、エアレートガス、流体、および凝縮可能な蒸気を相互作用させることにより流路に三相流体の状態を形成する過程をさらに含む、流体の流れを発生させる方法が提供される。
【００５８】
本発明のさらに別の様態によれば、水体を介して船舶を推進する方法が提供される。当該方法は、共に水体に通じる取水口と放水口とを有する流路を船舶に設ける過程と、流路に駆動流体を導いて流路の一区域に減圧を生じさせることにより、水体から水を注入口を介して前記区域に取り込み、船舶を推進させる流れとして放水口に向けて推進させる過程とを含み、駆動流体を水に導く前にエアレートガスで水をエアレートすることで、エアレートガス、水および駆動流体を相互作用させることにより、流路に三相流体の状態を形成する過程をさらに含む。
【００５９】
本発明のさらに別の様態によれば、水体を介して船舶を推進する方法が提供される。該方法は、共に水体に通じる取水口と放水口とを有する流路を船舶に設ける過程と、水蒸気などの凝縮可能な蒸気を流路に導いて蒸気を凝縮させて体積を縮小させ、それにより流路の一区域に生じる吸引効果により、水体から注入口を介して水を前記区域に取り込み、船舶を推進させる流れとして放水口に向けて推進する過程とを含み、凝縮可能な蒸気を水に導入する前にエアレートガスで水をエアレートし、エアレートガス、水および凝縮可能な蒸気を相互作用させることにより流路に三相流体の状態を形成する過程をさらに含む。
【００６０】
前述したように本発明の各様態は、熱源から熱を回収する熱回収システムを具備することができ、該熱回収システムは、冷却回路の冷媒を気化させるために熱源から熱を抽出するために熱源に曝された熱交換器を有する冷却回路と、気化した冷媒の熱エネルギーをトルクに変換する冷却回路に係る手段とを具備する。
【００６１】
冷却蒸気の熱エネルギーをトルクに変換する手段は、冷却蒸気が作用する冷却回路に羽根車を具備することができる。
【００６２】
本発明のさらに別の実施形態によれば、水体に浮かぶまたは沈んだ船舶の駆動システムが提供される。該駆動システムは、前述したような推進システムと、水蒸気を供給するボイラーと、排気ガスの残留熱を回収する熱回収システムとを具備する。該ボイラーは、燃焼室と、該焼室からの排気ガスを排出する排気路とを有する。該熱回収システムは、冷却回路の冷媒を気化させるために排気ガスから熱を抽出する目的で排気路に曝された熱交換器を有する冷却回路と、気化した冷媒の熱エネルギーをトルクに変換する冷却回路に係る手段とを有する。
【００６３】
本発明のさらに別の様態によれば、水体に浮かぶまたは沈む船舶の駆動システムが提供される。該駆動システムは、前述したような推進システムと、水蒸気を水に導入した後に流路を流れる水の残留熱を回収する熱回収システムとを具備する。該熱回収システムは、冷却回路の冷媒を気化させるために流路を流れる水から熱を抽出する目的で流路に曝された熱交換器を有する冷却回路と、気化した冷媒の熱エネルギーをトルクに変換する冷却回路に係る手段とを具備する。
【００６４】
本発明のさらに別の様態によれば、水体に浮かぶまたは沈む船舶の駆動システムが提供される。該駆動システムは、水蒸気を供給するボイラと、前述したような推進システムと、水蒸気を水に導入した後に流路を流れる水、および排気ガスの残留熱を回収する熱回収システムとを具備する。該ボイラは、燃焼室と、燃焼室からの排気ガスを排気する排気路とを有する。該熱回収システムは、冷却回路の冷媒を気化させるために、流路および排気路から熱を抽出する目的で、排気路および流路に曝された熱交換器を有する冷却回路と、気化した冷媒の熱エネルギーをトルクに変換する冷却回路に係る手段とを具備する。
【００６５】
当該冷却回路は、排気路を流れる燃焼ガスから熱を抽出するために排気路に曝された第１部分と、流路を流れる水から熱を抽出するために流路に曝された第２部分とを有するエバポレータを含むことができる。
【００６６】
本発明のさらに別の様態によれば、注入口、取水口、および注入口と取水口間を延びる流路を有する、前述したような推進システムに準拠したノズル手段であって、該流路の寸法が選択的に変更可能であることを特徴とするノズル手段が提供される。
【００６７】
該ノズル手段が、収束部分、喉状部分および末広部分を有することができる。該収束部分は注入口から喉状部分に延び、該末広部分は喉状部分から放水口まで延びる。
【００６８】
ノズル手段は、ノズル路を形成する２つの長手方向の要素を有するノズル構造を有することができる。
【００６９】
望ましくは、２つのノズル要素は流路の寸法を選択的に変更できるように相対的に可動である。
【００７０】
本発明のさらに別の様態によれば、作用流体源と通ずる取水口および放水口とを有する流路と、取水口と放水口との間の流路内に配された混合区域と、放水口に向かう流れの方向に駆動流体の噴射を混合区域に導入し、混合区域内で駆動流体と作用流体を相互作用させることにより前記作用流体源から作用流体を混合区域に取り込んで放水口に向けて推し進めるノズル手段と、混合区域で駆動流体と相互作用させる前にエアレートガスで作用流体をエアレートし、エアレートガス、作用流体および駆動流体を相互作用させることにより混合区域に三相流体の状態を形成する手段とを具備する推進システムが提供される。該ノズル手段は選択的に寸法を変更できるノズル路を有する。
【００７１】
本発明のさらに別の様態によれば、水体に浮かぶまたは沈むのに適した船舶のための駆動システムが提供される。推進システムは、水体と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口の間の流路内に配されることにより水体から取水口を介して取り込まれる水流が入り込むことができる混合区域と、放水口に向かう流れの方向に駆動流体の噴射を混合区域に導入し、駆動流体と水を相互作用させることにより、水体から水を取水口を介して取り込んで放水口に向けて推進するノズル手段と、混合区域内で駆動流体と相互作用させる前にエアレートガスで作用流体をエアレートし、エアレートガス、水および駆動流体を相互作用させることにより、駆動流体に三相流体の状態を形成する手段とを具備する。該ノズル手段は選択的に寸法を変更できるノズル路を有する。
【００７２】
本発明のさらに別の様態によれば、水体に浮かぶまたは沈むのに適した船舶のための駆動システムが提供される。前記駆動システムは、供給水蒸気を発生させる水蒸気ジェネレータと、推進システムとを具備し、前記推進システムは、水体と通ずる取水口および放水口を有する流路と、取水口と放水口間の流路内に配されることにより水体から取水口を介して取り込まれる水流が入り込むことができる混合区域と、放水口に向かう流れの方向に水蒸気を混合区域に導入して水蒸気と水を相互作用させることにより、取水口を介して水を流路に取り込んで放水口に向けて推進する水蒸気ノズル手段と、混合区域内で駆動流体と相互作用させる前にエアレートガスで作用流体をエアレートし、エアレートガス、水および水蒸気を相互作用させることにより混合区域に三相流体の状態を形成する手段とを具備する。該水蒸気ノズル手段は選択的に寸法を変更できる流路を有する。
【００７３】
【本発明の最適な実施形態】
添付図の図１から図８に示される第１実施形態は、船体１５、船首１７、およびトランサム２０を含む船尾１９を有するボート型船舶１３の駆動システム１１で使用されている。この実施形態において、駆動システム１１は、ボート１３のトランサム２０に装着される船外モータ型であるが、船上駆動システムを含めて他の変形が可能であることは自明である。
【００７４】
駆動システム１１は、後述するように、本発明による推進システム２１を利用する。
【００７５】
推進システム２１は取水口２５および放水口２７を有し、そのどちらもボート１３の喫水線より下方に設置されボート１３が浮揚する水体１４の表面下に沈められる。これを説明する上で、ボート１３は海で使用できる型式であるので、水は海水とみなされる。後に説明するように、海水を取水口２５から取り込んで放水口２７から排出しボート１３を推進させるための推力を与える。
【００７６】
推進システム２１は、本実施形態では駆動流体にスチームを使用する。
【００７７】
駆動システム１１はスチームを発生させるスチームジェネレータ３１を含む。該スチームは、ガス等の燃料を燃焼する際に生成される熱からスチームジェネレータ３１において発生する。
【００７８】
駆動システム１１は、海水にモーメントを伝達した後、スチームからの残留熱を回収するための熱回収システム３３をさらに含む。加えて、該熱回収システム３３は、スチームジェネレータ３１から排気された使用済み燃焼ガスの残留熱のうち幾分かを回収する。
【００７９】
推進システム２１は、取水口２５から放水口２７まで延びる流路４３を画定する本体構造４１を有する。該流路４３は、取水部分４４、収束部分４５、喉状部分４７および末広部分４９を含む。取水部分４４は、取水口２５から収束部分４５まで延びる。収束部分４５は、取水部分４４から喉状部分４７まで延びる。末広部分４９は、喉状部分４７から放水口２７まで延びる。この構成により、取水部分４４から先の流路４３の部分は広義の収束−末広ノズルとして構成される。
【００８０】
この実施形態では、流路４３は、縦方向の長さＬおよび横方向の長さＷを有する、一般的には長方形断面を有する（図５に最も分かり易く示す）。縦方向の長さＬは、流路４３が水平方向に横長となる程度に横方向の長さより十分に大きい。
【００８１】
取水部分４４は、２つの対向壁５１、５３を含む外周壁構造５０(surrounding wall structure)により画定され、前記対向壁間の間隔は、喉状部分の断面積を調節可能にするために選択的に変更可能である。この実施形態では、壁５１が上壁で、壁５３が下壁である。外周壁構造５０は、喉状部の周囲境界を画定するように上下壁５１、５３間に延びる、（図示されていない）さらに２つの対向壁も含む。（図示されていない）別の横壁は、内側部分の断面積を調整して上下壁５１、５３間の相対運動に適応するように構成される。（図示されていない）調整機構は、相互に接近または離間する壁が動くことにより上下壁５１、５３の間隔を選択的に調整するために提供される。
【００８２】
取水部分４４は、取水口２５の近傍の入口部分４６を含む。該入口部分４６は、対向壁５５、５６を含む外周壁構造５４により画定され、前記対向壁間の間隔は、収束部分４５の断面積を調整可能にするために選択的に変更可能である。この実施形態では、壁５５は上壁で、壁５６は下壁である。外周壁構造５４は、入口部分の周囲境界を画定するように上下壁５５、５６間を延びる、（図示されていない）さらに２つの対向壁も含む。（図示されていない）別の横壁は、収束部分４５の断面積を調整して上下壁５５、５６間の相対運動に適応するように構成される。（図示されていない）調整機構は、相互に接近または離間する壁の動きにより上下壁５５、５６間の間隔を選択的に調整するために提供される。
【００８３】
収束部分４５、喉状部分４７および末広部分４９は、２つの対向する平面壁６１、６３を含む外周壁構造６０により一体に画定され、前記対向する平面壁間の間隔は、その断面積を調整可能にするために選択的に変更可能である。この実施形態では、壁６１は上壁で、壁６３は下壁である。外周壁構造６０は、収束部分、喉状部分および末広部分の周囲境界を画定するように上下壁６１、６３間を延びる、（図示されていない）さらに２つの対向壁も含む。（図示されていない）別の横壁は、末広部分４９の断面積を調整して上下壁６１、６３間の相対運動に適応するように構成される。
【００８４】
下壁６３は、収束部分４５、喉状部分４７および末広部分４９の断面積および外郭を変化させるために、上壁６１に接近および離間する回動運動のためのヒンジ６７に装着される。（図示されていない）制御手段は、ヒンジ６７を中心にして壁６３を選択的に回転させるために提供される。該制御手段は、壁６３に接続される制御機構を含み、ヒンジ６７を中心に制御機構を軸旋回させるように動作する。制御機構は、例えば、気圧式または水圧式ラム等の動力装置を具備することができる。
【００８５】
収束部分４５、喉状部分４７および末広部分４９の上壁６１は、放水口２７が開放される（図３に示されるような）第１の位置と、取水口２７から排出する海水を偏向するために取水口２７を横断して延びる（図４に示されるような）第２の位置との間で回動可動な反転フラップ６５を具備する。偏向された海水は、ボート１３の前進運動と反対方向に推力を与えるので、フラップ６５が第２の位置にある場合にボートを反対方向に移動させる。
【００８６】
駆動流体注入手段７１は、本実施形態ではスチームである駆動流体を流路４３に導入するために提供される。
【００８７】
駆動流体注入手段７１は、膨張した状態のスチームを末広部分４９の上流端近傍の流路４３に注入するノズル構造７３を含む。該ノズル構造７３は、壁５１近傍で喉状部分４７の一方の側に設置される。変位壁(transition wall)７５は、ノズル構造７３と壁６１間に延び、ノズル構造７３と壁６１の間を滑らかに変位する。
【００８８】
該ノズル構造７３は、注入端(inlet end)８３が起点である収束部分８１、放水口端８９が終端である末広部分８７および前記収束部分と前記末広部分間に配される喉状部分８５を有するノズル路８０を具備する超音速ノズルとして構成される。
【００８９】
ノズル構造７３は、間にノズル路８０を画定する２つの長手ノズル要素９１、９３を有する。この構成により、ノズル路８０は、該２つのノズル要素９１、９３間にスリット部９４を有する。該スリット部９４の長軸方向の長さは、流路４３の長方形断面の長軸方向の長さＬである。
【００９０】
各ノズル要素９１、９３は、ノズル路８０の一方側に対応する形状の長軸方向の側面９４を有するバー９２の長さを有する。このように、２つのバー９２の長軸方向の側面９４が協働して流路８０を画定する。
【００９１】
２つのノズル要素９１、９３は、その間にノズル路８０を画定するために離間した関係で、相互に近接および離間する相対運動を行ってノズル路８０の断面積を可変させるために設置される。さらに詳細には、この実施形態では、ノズル要素９３は固定され、ノズル要素９１はノズル９３との間隔を変更するために短軸方向に選択的に移動可能である。ノズル制御手段９５は、ノズル要素９１をノズル９３に対して短軸方向に選択的に移動するために提供される。ノズル制御手段９５は、固定ノズル要素９３に対して可動ノズル９１を移動させるために動作可能な空気圧式または水圧式ラム等の１以上の動力装置といった、適正な形態をとることができる。該ノズル手段９５は、特にスチームがノズル路８０を流動している間を含め、推進システム２１の動作中に可動ノズル要素９１を移動させるために操作することができる。
【００９２】
ノズル路８０の注入口端８３は、スチームジェネレータ３１から発生するスチームを受容する注入口９９を有するスチーム室９７と通ずる。
【００９３】
スチーム室９７は、ノズル路８０の注入端８３の方向へ、内側に向かって次第に先細となる２つの対向壁１０１、１０３を有する。該スチーム室９７は、管状構造１０５の内部に形成され、該管状構造上には固定ノズル要素９３が載置される。室壁１０１は管状構造１０５の一方側の壁により形成され、室壁１０３は、管状構造１０５内のキャビティ１０４に具備される内壁を有する。
【００９４】
エアレーション手段１０７は、この実施形態では空気を含むエアレートガスまたはガス混合体により流路４３を流動する海水をエアレートするために提供される。
【００９５】
エアレーション手段１０７は、流路４３にスチームを注入する位置より上流に位置する、（図示されていない）複数のエアレーションポートを経て流路４３と通ずる部屋１０９を具備する。該エアレーションポートは、取水口部分４４の境界壁だけでなく部屋１０９の壁にも相当する壁５１に穿孔処理することにより提供される。この処理によって、取水口部分４４において空気が海水に導入される。
【００９６】
該空気室１０９は、空気注入口１１５を通じて空気を取り入れる。エアレーション工程の際の空気の導入は、オープンドロー方式であってもよいし、それを所望のエアレーションレベルに達するように調節してもよい。該調節には、（バルブ等を用いて）空気の流れを制限したり、加圧して供給することにより気流を強めたりする等、任意の適切な方法で達成することができる。
【００９７】
駆動システム１１は、ボイラ３１用に淡水化した海水を利用する。ボイラ３１でスチームを発生させるための水は海から抽出され、任意の適切な型式の淡水化装置において処理される。
【００９８】
ボイラ３１は貫流式ボイラからなり燃焼室１１７を具備する。該燃焼室には、燃焼用空気を燃焼室１１７に供給するための送風機１１９が具備される。燃焼室１１７からの燃焼ガスは、ボイラ３１内を流れて、高温燃焼ガスによりスチームに変換される水と熱交換して流れる。ボイラ３１を通過後、使用済みの燃焼ガスは、この実施形態ではボート１３の喫水線より下方に位置する排気口１２３で終端する排気路１２１を流れ、海水体１４に排出される。
【００９９】
排気ガスは、ボイラ３１でのスチーム生成に利用されない残留熱を含む。熱回収システム３３は、排気ガスの残留熱の幾分かを回収し、スチームとの接触後に流路４３を流れる海水の残留熱を回収するために利用される。
【０１００】
熱回収システム３３は、流路４３の末広部分４９と熱交換し排気路１２１とも熱交換する熱交換器１２５を具備する。熱交換器１２５は、冷却回路１２７と熱交換接触している。冷却回路１２７の冷媒により熱交換器１２５から抽出された熱は、後述するようにさらに作業を行うために利用される。冷却回路１２７は冷却ポンプ１２８を含む。
【０１０１】
該冷媒は、周知の冷媒液または低圧水等、任意の適切な種類のものでよい。
【０１０２】
熱交換器１２５は、流路４３と熱交換する第１壁１３２および排気路１２１と熱交換する第２壁１３３を有するエバポレータ室１３１を画定するエバポレータ１３０を具備する。第１壁１３２は、一方の面が流路４３に対向し反対の面が冷媒と接触するプレート１３４を有する。該反対面には熱伝達用拡張面を提供するために（図示されていない）フィンを組み入れてもよい。同様に、第２壁１３３は、排気路１２１に対向する一方の面および冷媒と接触する反対面を有するプレート１３７を有する。該反対面には熱伝達用拡張面を提供するために（図示されていない）フィンを組み入れてもよい。該プレート１３４、１３７は任意の適切な材料で形成することができ、望ましくは白銅(cupro-nickel)で形成する。
【０１０３】
冷媒回路１２７において、熱は、流路４３内の海水と、排気路１２１内の排気ガスとから冷媒の気化により抽出される。その結果生じる冷媒の蒸気は、冷却回路に含まれるタービンホイール等の羽根車１４１を駆動し、冷媒蒸気のエネルギーをトルクに変換する。
【０１０４】
また、冷却回路は羽根車ホイール１４１とエバポレータ１３０間に配設される第２熱交換器１４３も含む。第２熱交換器１４３は、冷媒が流れる復水室(condensing chamber)１４７を有する復水器１４５を具備する。該復水器１４５は、冷媒の凝縮により熱が伝達される海水と接触するように配設される。
【０１０５】
冷却回路１２７は復水器１４５とエバポレータ１３０間を延びるパイプライン１４９を含む。
【０１０６】
羽根車１４１は駆動シャフト１５１に駆動接続される。該駆動シャフト上にはボイラ３１の燃焼室１１７の送風機１１９が載置される。また、駆動シャフト１５１は、２つの運転モードを有する動電設備(electrodynamic machine)１５３にも接続される。該第１モードは、駆動シャフト１５１を駆動してそれに接続される羽根車１４１および送風機１１９を駆動するモータ機能であり、該第２モードは、駆動シャフト１５１により駆動される交流発電機機能である。モータとして機能する際は、動電設備１５３は、駆動システム１１の他の構成要素やボート１３の電気および電子装置にも電力供給する、バッテリ１５５により電力が供給される。
【０１０７】
駆動システム１１の動作開始時に、動電設備１５３はバッテリ１５５により電力を供給されるモータとして第１モードで動作する。モータとして動作している間、該動電設備はボイラ３１の送風機１１９を駆動する。駆動システム１１の動作中、熱は、排気路１２１を流れる排気ガス中と、スチームを流路４３へ注入した結果として流路４３を流れる海水中に発生する。冷媒の蒸気によりエバポレータ１３０において熱を抽出し、そうすることでトルクを羽根車１４１を介して駆動シャフト１５１に伝達する冷媒の蒸気を生成する。駆動シャフト１５１に伝達されるトルクは、送風機１１９および動電設備１５３を駆動する。該動電設備は、バッテリ１５５を充電する交流発電機として第２モードで運転を開始する。
【０１０８】
推進システム２１、ボイラ３１、淡水化装置、排気路１２１、スチームスチーム注入手段７１、エアレーション手段１０７、および冷却回路１２７はハウジング１５７に組み入れられる。
【０１０９】
ボート１３を推進させる駆動システムの動作を説明する。ボイラ３１は、スチームスチームの生成を開始するために点火される。この段階で、ボイラの燃焼室１１７の送風機１１９は、駆動システムのバッテリ１５５により電力供給される電気モータとして第１モードで動作する動電設備１５３により駆動される。ボイラ３１の燃焼室１１７からの使用済みの燃焼ガスは、排気路１２１を流れ、排気口１２３を通じて海水に排出される。ボイラ３１は貫流式であるので、スチーム供給を素早く行うことができる。一旦、スチームが利用可能になると、推進システム２１は運転可能になる。まず、推進システム２１の流路４３には、実質的に静止したある容積の海水が存在する。推進するように要求されると、ボイラ３１からスチームが注入システム７１により流路４３に導入される。さらに詳細には、スチームは、加圧によりスチーム室９７に供給され、そこから加圧されてノズル構造７３を介して流路４３に排出される。該ノズル構造７３は、この段階では推進システム２１の運転開始時と同一環境にある。同様に、流路４３の取水口部分４４、収束部分４５、喉状部分４７および末広部分４９の可変断面積も推進システム２１の動作開始時と同一環境にある。この実施形態では、スチームは温度が約２００℃および気圧が７バールでノズル構造に供給されるが、他のスチーム条件も可能である。実際、特定の環境においては過熱状態でスチームを供給することが望ましい。また、スチームは、ノズル構造７３からの排出時に最大速度に到達し約１アトムに完全膨張することが望ましい。
【０１１０】
スチームの流速は発生すべき所望の推力に応じて設定される。この実施形態では、通常、スチーム対水の質量流量の比率は約１：１００から１：１５０までを利用する。
【０１１１】
スチームはノズル構造７３を通過するとき、減圧および速度上昇（通常は音速レベル）を受け、流路４３に排出される。スチームが排出される流路４３の領域は、入ってくるスチームが流路４３内の海水と混合するために、混合区域とみなすことができる。高速スチームは、海水と相互作用し、海水へのモーメント伝達を伴って流路４３に放水口２７に向かう流動を生じさせる。加えて、スチームは、海水の冷却作用に曝されて凝縮する。この急速な冷却作用は、スチームと海水が相互作用する急速な圧潰および縮曝を発生させると考えられる。スチームの該急速な圧潰および縮曝は、混合区域において急速な減圧を生じさせて取水口２５から海水を取り込んで流路４３に沿って放水口２７に流す。高速のスチーム分子は、海水にモーメントを伝達させ、海水の流れを加速させる。そのようにして、継続的に取水口２５から流路４３に海水を取り込むのを助ける。また、ボート１３の前進運動は取水口から流路４３へ海水を流動させるのを助ける。
【０１１２】
スチームと接触する前に、エアレーション手段１０７は流路４３を流れる海水をエアレートする。海水のエアレーションは、いくらかの圧縮性を有する二相混合体を生成する。エアレーションは海水と比べて二相混合体の密度を低下させる効果を有し、そのようにして流路４３を混合区域に向かって流れる海水を送るのに役立つと考えられる。エアレーション工程は、海水と流路４３の境界面との表面摩擦も低減する。
【０１１３】
この実施形態では、エアレーション工程における空気対水の比率は、体積単位で約１：３００である。
【０１１４】
流路４３内の混合区域におけるスチームと海水との接触は、水からガス（および特に酸素）の遊離も引き起こす。このような遊離ガスの存在は、海水の流動における摩擦損失の低減に役立つ。
【０１１５】
流路４３の末広部分４９は、エアレートされた海水の速度および圧力を制御する効果を有し、そのようにして発生した推力を高める。
【０１１６】
推進システム２１により発生した推力は調節することができる。概して、ボートを低速にするためには、流路４３に低速で流れる海水の体積が大量に必要となり、ボートを高速にするためには、流路４３に高速で流れる海水の体積がそれよりも少量必要となる。海水の体積および海水の流速は、推進システム２１内で使用できる様々な設定の調整により調節することができる。さらに詳細には、流路４３を流れる海水の体積は、前述したように、流路４３の取水口部分４４、収束部分４５、喉状部分４７および末広部分４９の断面積の調整により調節することができる。海水の流速は、スチーム注入システム７１が流路４３にスチームを注入する量および速度により調節することができる。加えて、流路４３の収束部分４５、喉状部分４７および末広部分４９の外郭をヒンジ６７を軸にした下壁６３の回動運動により選択的に変更することができる。スチームの伝達は、所望のスチームの伝達に到達するのに必要な程度にノズル要素９１、９３間のノズル路８０の寸法を調整できるノズル構造７３を用いて調節することができる。推進システム２１は、駆動システム動作時にいつでも注入口２５から放水口２７まで流路４３を流れる海水の流速を制御する様々な設定を変更する機能を有する。同様に、スチームの流室への伝達速度および海水のエアレーションの程度を必要に応じて調節することができる。
【０１１７】
排気路１２１を流れる排気ガスは、ボイラ３１でのスチームの生成に利用されない残留熱を含む。加えて、流路４３の混合区域の下流側を流れる海水は、注入されたスチームと接触した結果残る残留熱を含む。熱回収システム３３は、熱の幾分かを回収するために利用される。具体的には、エバポレータ１３０は、プレート１３７を経て排気路１２１内の排気ガスに曝され、そのようにして排気ガス内の熱の幾分かを抽出する。同様に、エバポレータ１３０はプレート１３４を経て海水に曝され、そのようにして海水の残留熱の幾分かを抽出する。冷却回路１２７の冷媒は蒸発により熱を抽出する。その結果として生じる冷媒の蒸気は、ポンプ１２８により循環されて羽根車１４１に接触し、その回転を起こす。羽根車１４１の回転は駆動シャフト１５１にトルクを加え、そのようにしてボイラ３１の燃焼室１１７の送風機１１９を駆動する。一旦、冷媒の蒸気が羽根車１４１を介して十分なトルクを駆動シャフトに伝えると、電気モータとして第１モードで動作する動電設備１５３からの駆動はもはや不要である。そのとき、該動電設備１５３は、駆動シャフト１５１により駆動される交流発電機として機能する第２モードでの動作に移行することができる。交流発電機としての受容能力で、動電設備１５３は、モータとして機能する際に以前に電力を供給したバッテリ１５５を充電する。
【０１１８】
以上から、本実施形態による駆動システム１１は、ボイラ３１用の燃料を供給する以外に、ある程度、自給式ユニットとして機能することは明白である。
【０１１９】
記述および図示された実施形態は、ボート船外の船尾駆動式駆動システム１１に関係している。当然ながら他の構成も可能である。本発明による駆動システムはボートの船上ユニットとしても設置することができる。
【０１２０】
駆動システム１１の一部を形成する推進システムは、船尾駆動式、船首駆動式に配設することができ、またはボートの船首−船尾間の任意の位置に配設することができる。
【０１２１】
さらに、該推進システムは、放水口２７がボート船体の下部領域に排水し、その結果船体の近傍で水をエアレートするように配置することができる。これは、船舶の摩擦抵抗効果を低減することができる。
【０１２２】
またさらに、２以上の推進システムを船舶の船首から船尾までの中央軸を中心に対向する側面に具備することができる。それにより、推進システムは、ボートに対する推力だけでなくステアリング操作を供給するために使用することができる。
【０１２３】
記述及び図示された推進システム固有の特徴は、放水口２７における流路４３の長方形構造からなる低姿勢の外形である。低姿勢であるために、推進システム２１は許容範囲外のレベルの抗力を発生させずにボートの船体または他の船舶の下部または内部に配置することができる。
【０１２４】
本実施形態は、海で運転可能なボート型船舶について記述したが、本駆動システムは他の型の船舶にも適用可能であり、湖および川等の海以外の水体の上または中においても動作可能であることを理解されたい。
【０１２５】
添付図９および１０には、駆動システム１６０向けの第２実施形態が図示されており、推進システム１６３、スチームジェネレータ１６５および熱回収システム１６７を含む点で第１実施形態による駆動システム１１と同様である。スチームジェネレータ１６５と熱回収システム１６７は、第１実施形態による駆動システム１１における対応する部分と同様に動作する。
【０１２６】
第２実施形態では、推進システム１６３は、取水口端１７５と放水口端１７７とを有する流路１７３を画定する本体構造１７１を有する。第１実施形態の場合のように、推進システム１６３は、取水口端１７５が船舶を支持する水体に沈められるように配置される。推進システム１６３の動作の際、船舶を推進させる推力を供給するために、水は取水口端１７５から取り込まれ、流路１７３を流れて放水口１７７から噴射放出される。
【０１２７】
本体構造１７１は、第１部分１８１および第１部分の内部に配設される第２部分を具備する。第１部分１８１は、一般的には管状構造であり、端部が開口し内部壁１８５により囲まれる中央キャビティ１８３を含む。第２部分１８２は、一般的には端部が開口する中央キャビティ１８９を画定する側壁１８７を有する管状構造である。側壁１８７は、１９３において第１部分１８１とスレッド状に嵌合した隆起部分１９１を含む。第２部分１８２は、１９３におけるスレッド状嵌合のために第１部分１８１の内部で支持される。
【０１２８】
第２部分１８２は、第１部分の一端を越えて延長し、スプロケット等の、該第２部分を第１部分１８１の内部で選択的に回転可能にする（図示されていない）手段が提供される。第１および第２部分１８１、１８２間の１９３においてスレッド状に嵌合したために、第１部分１８１に対して第２部分が回転することにより、第１部分１８１に対して第２部分１８２が軸移動する。その目的を後述する。
【０１２９】
第１および第２部分１８１と１８２は協働し、流路１７３、取水口端１７５および放水口端１７７を画定する。
【０１３０】
第２部分内部のキャビティ１８９は、取水口１７５から延びて第２部分１８２の反対端により形成される排水用開口部(discharge opening)２０７において終端する取水室２０５を画定する。該排水用開口部２０７は、第１部分内部に画定される混合室２０９に通ずる。該排水用開口部２０７の断面積は、放水用開口部２０７が混合室２０９に面する位置の混合室２０９の断面積よりも小さい。混合室２０９から第１部分の内壁１８５はディフューザ部２１２に続く喉状部２１１を画定するように設計される。
【０１３１】
排水用開口部２０７の近傍の第２部分１８２の端部２１３は、ノズル手段２１７により混合室２１９に通ずる環状室２１５を形成するために、第１部分１８１の内側に間隔を空けて配置される。ノズル手段２１７は、第１部分１８１の内壁１８５の内側面２１９と、第２部分１８２の外側面２２１との間に画定される収束−末広ノズル体を有する。
【０１３２】
エアレーション手段２２３は、水が混合室２０９に流入する前に取水口１７５に取り込まれた水流をエアレートするために提供される。水は、エアレートガスを取水室２０５に導くことによりエアレートされる。この実施形態では、エアレートガスは空気である。空気は、取水室に通じる複数のエアレーションポート２２５を経て取水室２０５に入る。該エアレーションポート２２５は、本体構造１７１内に画定され空気注入口２２９から空気を取り入れる空気キャビティ２２７と通ずる。この実施形態では、空気注入口２２９は、（図示されていない）空気ホースを用いて空気源に結合される。
【０１３３】
注入口２３１は、高温圧縮可能な駆動流体を第１部分１８１の開口部２３３を介して環状室２１５に導入するために具備される。この実施形態では、駆動流体は圧力流状である。環状室２１５から、スチームは、ノズル手段２１７を通って混合室２０９に入り込む。該スチームの流動方向は一般的には放水口１７７に向かう方向である。スチームがノズル手段２１７を通じて移動するときは、混合室２０９に放出される時点で該スチームは減圧および（通常は超音速レベルの）加速を受ける。高速スチームは、コアンダ効果として知られる現象を受けて混合室２０９の境界壁２１０を伝い、その際に該スチームは取水口１７５から混合室２１９に取り込まれた水を取巻く。スチームが混合室２０９内の水流を取巻いて、水の冷却作用に曝して凝縮させ、そのようにして急速な圧潰または縮曝を発生させると考えられる。該スチームの急速な圧潰または縮曝が急速に体積を収縮させて、よってさらに水を取水口１７５から流路に取り込む。
【０１３４】
高速度のスチーム分子は、スチームにモーメントの伝達をもたらし、スチームの速度を加速させる。結果として、継続的に水が取水口１７５から混合室２０９に取り入れられる。
【０１３５】
混合室２０９内のスチームと水との接触により、水からガス（および特に酸素）の遊離も引起される。このような遊離ガスの存在は、第１実施形態で前述したように有利である。
【０１３６】
混合室２０９は、排出用開口部が混合室に通ずる位置における放水用開口部２０７の断面積より大きい断面積を有し、その結果、排出用開口部から混合室に入り込むエアレートされた水の膨張を受容し、高速のスチームがエアレートされた水にモーメントを伝達するように作用することが可能な区域を提供する。
【０１３７】
混合室２０９では、混合室２０９が収縮構造であるために、水は喉状部２１１向きのモーメントにより継続的に加速する。水はディフューザ部分２１２を通過するときに水圧が増し、泡が周辺の水分子に圧力を働かせることにより、水はエアレーション工程から生ずる膨張する泡により支持される。
【０１３８】
推進システム１６０から発生した推力は、スチームを混合室２０９に伝達する速度および圧力を制御することにより調節することができる。さらに、混合室２０９に伝達されるスチームのエアレーションの範囲を調節することにより調節を行うこともできる。またさらに、スチームを混合室２０９に伝達するノズル手段２１７の特徴を変化させることにより調節を行うこともできる。これは、前述したように、第２部分を回転させて、第１部分１８１に対して第２部分１８２を軸移動させることにより達成される。このような移動によりノズル手段２１７の断面の寸法を変更する。
【０１３９】
（図示されていない）バルブ手段は、注入口２３１に供給されるスチームを選択的に方向転換させ、取水口１７５から外部に放出するために取水室２０５に沿う通常の流体の流れと逆方向に流れさせるために注入口内に具備される。このようにして、推進システムは船舶１３に逆の推力を与えるために利用することができる。
【０１４０】
スチームの状態とスチームおよび水の質量流量は、第１実施形態について記載された内容と同じである。
【０１４１】
添付図１１には、第３実施形態による推進システム２４０を示す。第３実施形態は、ノズル手段２１７が流路１７３に沿う流れの方向に混合室２０９に沿って間隔を空けて配置された一群のノズル２４１を有する以外は第２実施形態とほぼ同一である。さらに、フロー制御装置(flow control device)２４３は混合室２０９の中央に設置される。当該装置１３３は、スチームとの接触を改善するために、混合室２０９の外部周辺の境界近傍に入水を方向付けるための内側境界表面２４７を画定する外側面２４５を有する。
【０１４２】
図１２は第４実施形態による駆動システムのための推進システム２５０を示している。推進システム２５０は第２実施形態の推進システム１６３と類似であり、加えてフロー制御路１７３に配置されたフロー制御装置２５１を含む。フロー制御装置は、収束領域２５７、喉状領域２５８および末広領域２５９を有する環状区域２５５を画定するために推進システム２５０の第１部分１８１の内壁１８５と協働する外面２５３を有する。収束領域２５７は、ノズル手段２１７により画定される環状ノズルからスチームが注入される混合区域を提供する。末広ノズル２５９は、ディフューザ部２１２に通じ該ディフューザ部の一部を形成する。
【０１４３】
図１３は第５実施形態による駆動システムのための推進システム２６０を図示している。該推進システム２６０は、取水口１７５と放水口１７７間に延びる流路１７３を画定する第１部分１８１および第２部分１８２を有する本体構造１７１を有するという点で第２実施形態の推進システム１６３と類似である。該取水口１７５は、水を流路１７３に円滑に導入するために入口部分が広がっている。流路１７３は、混合室２０７に通ずる収束部分２６２に続く、広がった入口部分から延長する末広部分２６１を含む取水室２０５を有する。エアレーション手段２２３は、末広部分２６１を囲むスリーブ部として配設される環状空気室２６３を有する。複数のエアレーションポート２６４が、空気等のエアレートガスを流路１７３に導くために末広部分２６１の外周囲に沿って設けられる。
【０１４４】
ここまでに説明した実施形態では、駆動流体はスチームであった。他の実施形態では、駆動流体は、例えばスチーム、空気および水滴の混合体等の複相混合体としてもよい。空気および水滴は、霧状でスチームに内に取り込まれる。このような複相駆動流体は、純粋なスチームよりも高い質量流量を有するので有利である。
【０１４５】
１つのこのような実施形態が添付図１４に示される。この実施形態では、推進システム２６５は、駆動流体がスチーム、空気および水滴の混合体であるということ以外は前記実施形態による推進システム２６０と同様である。空気および水滴は、水のパイプライン２６６を介して供給される水と、空気室２６３から空気のパイプライン２６７を介して水内に取り込まれる空気とを使用して生成される霧状でスチームに導入される。当該霧は、末広部分２６９を含むノズル構造２６８においてスチーム流に導入される。スチームは、モーメントおよび熱を霧に伝達し、混合体の質量を増加させる。霧の注入は、末広部分２６９と共に、複相流の速度を調整する。空気を水流に注入することにより、水流からのモーメントおよび熱の伝達が助長される。質量流量を増加させ、ノズル２６８から放出する前に速度を変化させる目的は、スチームおよび水および空気流混合体間に最大モーメントおよび熱の伝達を与えることである。
【０１４６】
添付図１５には、さらに別の実施形態による駆動システムのための推進システム２７２が図示される。推進システム２７２は、取水口端１７５および放水口端１７７を有する流路１７３を画定する本体構造１７１を有し、該本体構造１７１が第１部分１８１と第２部分１８２を有するという点で第２実施形態による推進システム１６３と類似である。しかし、この実施形態では、第１および第２部分１８１、１８２は、取水口端１７５と放水口端１７７が断面流動面積という点で同一寸法となるように構成される。加えて、流路１７３は、ノズル手段２１７が流路１７３に通ずる位置で若干の変化がある以外はその長さ全体に渡って実質的に均一寸法の断面で、取水口端１７５および放水口端１７７は実質的に同じ断面流動面積を有する。環状の縮曝区域は、水と空気の二相混合体が注入されたスチームと接触する領域において混合室２０７内部に確立される。
【０１４７】
取水口１７５および放水口１７７の断面流動面積が実質的に同一であり、流路１７３も実質的に同一の断面流動面積を有するという特徴により、取水口端１７５と放水口端１７７間の水流に物理的な制限はない。このような構成は特定の適用例において好都合となる場合がある。
【０１４８】
この実施形態による推進システム２７２の特有の長所は、本体構造１７１の前面面積が水体に対して相対的に小さく、動作時における抗力の影響を低減するために有利となるという点である。
【０１４９】
添付図の１６および１７には、ボート、特に大型ボートまたは艦船等の船舶用の別の実施形態による駆動システムのための推進システム２７０が示される。
【０１５０】
推進システム２７０は、その間に流路２７７が延びる取水口２７５と放水口２７５を画定するハウジング２７１を具備する。該ハウジング２７１は、一般的に、頂壁２７９、底壁２８１、および側壁２８３を有する長方形断面を有する。混合区域２８５は、流路２７７内に画定される。
【０１５１】
駆動流体注入システム２８７は、スチーム状の駆動流体を流路２７７に導入するために提供される。
【０１５２】
駆動流体注入システム２８７は、添付図１３に示したような、流路２７７に沿って間隔を空けて配設された複数の注入ノズル２８９を具備する。該注入ノズル２８９は、放水口に向かう流れの方向にスチームを混合区域２８５に注入するために配列される。各ノズル２８９は、収束部分２９３、喉状部分２９５、および混合区域２８５に通じる放水口２９９で終端する末広部分２９７を含むノズル路２９１を有する超音速ノズルとして構成される。
【０１５３】
エアレーション手段３０１は、この実施形態では空気を含むエアレートガスまたはガス混合体により、取水口２７３から放水口２７５へ向かって流路２７７を流れる海水をエアレーションするために提供される。エアレーション手段３０１は、流路２７７を中心にして両側に配置される２つのエアレーション室３０３を具備する。特に、エアレーション室３０３は、添付図に示されたように、下壁２８１の近傍に配された下側のエアレーション室および上壁２７９の近傍に配された上側のエアレーション室を具備する。各エアレーション室３０３は、流路２７７に曝され、複数のエアレーションポート３０７を含む境界壁３０５を含む。
【０１５４】
エアレーション室３０３は、この実施形態では空気であるエアレートガスの供給部と通ずる。この構成によって、取水口２７３から放水口２７５まで流路を流れる海水に呼応して空気が流路２７７に取り込まれる。しかし、１つの選択肢では、手配した空気を圧力でエアレーション室３０３に供給することができることは自明であると解されたい。
【０１５５】
各エアレーション室３０３は、流路２７７を流れる方向に対して混合区域２８５の上流側に設置される。よって流路２７７を流れる海水は、スチーム注入手段２８７により注入されるスチームと接触する前にエアレートされる。
【０１５６】
流路２７７は、取水口２７５に隣接し、およびそこで終端する取水口部分２７８を含む。
【０１５７】
混合区域２８５と放水口２７８との間において、流路２７７は、ハウジング２７１内に配されるフロー制御要素３１３により一群の独立した流経路３１１に分割される。該フロー制御要素３１３は、添付図１７に示されたように、流路２７７を横断して間隔を空けて配設される。各フロー制御要素３１３は、末広側部分３１７および収束側部分３１９を含む、向かい合う長軸方向の側面３１５を有する。この構成によって、フロー制御要素３１３は、収束部分３２１と末広部分３２３とを形成するように各流経路３１１を構成するために協働する。収束部分３２１の長さは、図１７をみてわかるように、末広部分３２３の長さより十分に大きい。また、側壁２８３に隣接する２つの外側流経路３１１も収束部分３２１と末広部分３２３を有することに注意されたい。但し、各流経路の一方の側がそれぞれ壁２８３により画定されるので、収束部分と末広部分の比率は他よりも小さい。末広部分３２３は、放水口２７５で終端する放水口部分２７８に通じる。
【０１５８】
ハウジング２７１の底壁２８１は、第1壁部３４１と第２壁部３４２の２つの部分で形成される。該２つの壁部分３４１、３４２は、それぞれの間に海水が混合区域２８５に直接入り込むことができる第２注入口３４３を画定するように、相互に間隔空けて配設される。該第1壁部分３４１は、第２壁部分３４２に相対的に可動で開口部３４３の寸法を変えることができる。空気圧式または水圧式ラム等の制御手段３４５は、開口部３４３の寸法を変えるように第１壁部分３４１が第２壁部分３４２に対して移動することができるように提供される。
【０１５９】
反転フラップ３４７は、通常の推力を与えるように放水口２７５が開いている第１位置と、そこから放水される海水を偏向して反転推力の作用を与えるように放水口２７５を塞いでいる第２位置との間を動くことができるように、放水口２７５に接続している。
【０１６０】
この実施形態による推進システムの動作を説明する。流路２７７内に存在する静止した海水体によって、スチームは圧力下で放水口２７５に向かう方向へ混合区域２８５にノズル２８９から注入される。ノズル２８９から混合区域２８５に入り込む高速のスチームは、海水と相互作用して海水にモーメントを伝達し、流路２７７内に取水口２７３から放水口２７５へ向かう海水流を発生させる。加えて、スチームは、海水の冷却効力に曝されて凝縮する。スチームと海水が相互作用するとき、この高速冷却作用が急速に圧潰または縮曝を発生させると考えられる。スチームが混合区域２８５に入り込む速度によって、混合区域２８５内で減圧が生じる。縮曝は流経路３１１の収束部分３２１に拡がる。
【０１６１】
混合区域２８５における圧力の低下は、開口部３４３から流路２７７にさらに海水を入り込ませる。制御手段３４５により海水の体積を調節することができる。
【０１６２】
また、海水流はエアレーション手段３０１を介して流路２７７に空気を誘導する。
【０１６３】
海水のエアレーションは、いくらかの圧縮性を有する、空気と海水の二相混合体を生成する。
【０１６４】
その結果生じる二相混合体は、流路を流れ、加速して流経路３１１の収束部分３２１に流れ込み、その後末広部分３２３に入って速度が低下し圧力が増加することにより、放水口２７５において増強した推力を提供する。
【０１６５】
添付図１８には、推進システムにより発生した推力をさらに増強することを目的として第２段階を含む以外は、いくつかの点で前記実施形態２７０に類似する、別の実施形態による推進システムが示されている。
【０１６６】
推進システム３５０は、その間を流路３５７が延びる取水口３５３と放水口３５５を画定するハウジング３５１を具備する。
【０１６７】
ハウジング３５１は、第１部分３６１、第２部分３６２、第３部分３６３および第４部分３６４を含む複数部分で形成される。
【０１６８】
混合区域３６５は、第１部分３６１内の流路３５７内に画定される。
【０１６９】
駆動流体注入システム３６９は、スチーム状の駆動流体を流路３５７に導入するために提供される。駆動流体注入システム３６９は、図に示されるように、流路３５７を横断して一定間隔で配設される複数のスチーム注入ノズル３７１を具備する。ノズル３７１は、放水口３５５に向かう流れの方向にスチームを混合区域３６５に注入するように配列される。各ノズル３７１は、収束部分３７５、喉状部分３７７、および混合区域３６５に通じる収束部分３７９を含むノズル路３７３を有する超音速ノズルとして構成される。
【０１７０】
エアレーション手段３８１は、取水口３５３から放水口３５５まで流路３５７を流れる海水をエアレートするために提供される。エアレーション手段３８１は、前実施形態のエアレーション手段と類似する構造である。
【０１７１】
混合区域３６５と第２ハウジング部分３６２間において、流路３５７は、ハウジングの第１部分３６１内に配されたフロー制御要素３９３により一群の独立した流経路３９１に分割される。フロー制御要素３９３は、図１８に示されるように、第１ハウジング部分３６１内の流路３５７を横断して一定間隔で配される。各フロー制御要素３９３は、流体の流れる方向に広がる対向する長軸方向の側面を有し、収束する流経路として各流経路３９１を構成する。
【０１７２】
収束流経路３９１は、第２ハウジング部分３６２内に画定される部屋４０１に通じる。
【０１７３】
開口部４０３は、さらに海水を直接室内に取り込むための部屋４０１と通ずる。（図示されていない）制御手段は、開口部４０３を通過する流量を調節するために提供される。
【０１７４】
スチームノズル４０６は、放水口３５５に向かう流れの方向に補充スチームを部屋４０１に注入するために提供される。
【０１７５】
第２フロー制御要素４０５は、それぞれ、第２および第３ハウジング部分３６２および３６３内に形成される領域内に配設される。
【０１７６】
各第２フロー制御要素４０５は、第２ハウジング部分３６２に配される末広部分４０９および第３ハウジング部分３６３に配される末広部分４１１を含む対向する長軸方向の側壁４０７を有する。この形態により、第２フロー制御要素４０５は協働し、第２ハウジング部分３６２、３６３間の共通領域内に一群の流経路４１３を確立する。フロー制御要素４０５は、各流経路４１３が、第２ハウジング部分に収束部分４１４を、および第３ハウジング部分に末広部分４１６を有するように構成されるように共働する。
【０１７７】
第２および第３ハウジング部分３６２、３６３の側壁４１５は、流経路４１３の構成を補完するために適当な角度を有する。
【０１７８】
流経路４１３は、放水口３５５で終端する第４ハウジング部分３６４に通じる。第４ハウジング部分３６４は、放水口３５５で終端する末広部分を画定するように構成される。
【０１７９】
この実施形態による推進システムの動作を説明する。流路３５７に存在する静止した海水の容量により、スチームが圧力下で放水口３５５に向かう方向にノズル３７３から混合区域３６５に注入される。ノズル３７３から混合区域３６５に入り込む高い速度のスチームは、海水と相互作用してモーメントを海水に伝達し、流路３５７に取水口３５３から放水口３５５への海水の流れを発生させる。加えて、スチームは、海水の冷却作用に曝されて凝縮する。前実施形態について説明した理由により、取水口３５３から流路３５７を流れる海水流が確立される。
【０１８０】
海水のエアレーションから発生した二相混合体は、流路３５７を流れ、収束する流経路３９１を経て速度を早め、次いで第２の部屋３６２に入り込み、ここで、海水がさらに開口部４０３から取り込まれる。加えて、補充スチームが、スチームノズル４０６から注入される。第２の縮曝が第２の部屋３６２において、特に、収束する流経路４１４において発生する。その流れは収束する部分４１４においてさらに加速され、末広部分４１６において膨張し、所望の速度および圧力の流れを発生させて、推力を与えるために放水口３５５から放出される。
【０１８１】
取水口３５３と放水口３５５間の海水流は、スチームとの接触によるモーメント伝達の様々な段階に関係しているので、スチームのエネルギーは、放水口３５５において推進推力を発生させるため、さらに適切に利用されると考えられる。
【０１８２】
説明した実施形態では、本発明による推進システムを船舶の推進に適用した。当然ながら他にも適用可能である。他の適用例の１つにはポンプ等がある。
【０１８３】
図１９には、船尾４５３および船体４５５を有するボート４５１用の別の実施形態による駆動システム４５０が示される。駆動システム４５０は、取水口４６５と放水口４６７を有する流路４６３を画定する本体構造４６１を有する推進システム４６０を組み込んでいる。
【０１８４】
取水口４６５は、ボート４５１の船体４５５に面しボートが沈む海水内に曝される。取水口４６５は、この実施形態では概ね長方形構造である。
【０１８５】
本体構造４６１は、取水口４６５から延びる排出装置のチューブ４７１を具備する。当該チューブ４７１の他端は概ね環状構造であり、シュラウド４７３により囲まれる。シュラウド４７３は、当該チューブ４７１の端部近傍に混合室４７５および放水口４６７まで延びてそこに開口するディフューザ部分４７７を画定する。シュラウド４７３は、スチーム状の駆動流体を混合室４７５に注入可能な環状ノズル手段４８３が形成されるように、チューブ４７１と間隔を有する壁４８１を有する。スチームは、スチームを供給するパイプ４８７を経由してノズル手段４８３の上流側で領域４８５に供給される。
【０１８６】
エアレーション手段４８９は、取水口４６５の近傍に提供される。エアレーション手段４８９は、取水口４６５の周縁部の周りに配設されるエアレーション室４９１および前記エアレーション室４９１と流路４６３との間を延びる複数のエアレーションポート４９３を具備する。供給パイプ４９４は空気等のエアレートガスをエアレーション室４９１に供給するために提供される。
【０１８７】
推進システム４６０は、ノズル手段４８３から混合室４７５に注入される高速度スチームが流路４６１内の海水と相互作用し、海水にモーメントの伝達を起こして流路４６１に沿って放水口４６７に向かう流れを発生させる部分において、前述の実施形態と同様の方法で動作する。加えて、スチームは、海水の冷却作用に曝されて凝縮し、急速な圧潰または縮曝を発生させて、取水口４６５から流路４６３に海水を取り込む吸引効果を起こす。注入されたスチームは、壁の表面との表面摩擦を低減するのを助けるコアンダ効果によりシュラウド壁４８１の内表面を伝っていく傾向にある。エアレートされた海水は、ディフューザ部分４７７にさらに推進力を高める反応効果も有する場合がある。また、ボート４５１の前進運動は、取水口４６５から流入して流路４６３を流れる海水流を助長する。特に、ボートの船首は、ボート速度の増加と共に徐々に持ち上がるので、取水口４６５は、ボートが前方に移動すると接近する海水に益々曝され、よって、ボートと海水との相対運動により流路４６１に誘導される流れを強くする。注入されたスチームにより提供される推進効果は流れを高めて推力を与える。
【０１８８】
この実施形態の特有の特徴は、本体構造４６１がボート４５１の船尾４５３の後方に延び、ボートが前方に移動すると接近する水の前面の当接面積が最小となるので、作用する抗力を制限することである。
【０１８９】
ボート４５１の運転時にちょうど喫水線下に放水口４６７を配設することにより良好な性能が得られることがわかった。放水口４６７をこの位置に配設することによって、波およびボート４５１の動きを受けて放水口は断続的に喫水線上に延びることができる。喫水線上に放水口４６７を断続的に曝すことは、特定の運転条件下において、発生する推力という面で利点があることがわかった。
【０１９０】
添付図２０は、貯水槽５０３内に収容した液体の本体５０１から水等の液体をポンプで汲み出すために利用される別の実施形態による推進システム５００を図示する。推進システム５００は、第２実施形態による推進システム１６３と同様の構造であるので、対応する部分には同一の参照番号を付している。
【０１９１】
推進システム５００により提供されるポンプは、貯水槽５０３とポンプの取水口１７５間を延びるパイプ部分５０９を有するパイプライン５０７に組入れられる。該パイプライン５０７は、ポンプの放水口１７７から延びる別のパイプ部分５１１を有する。
【０１９２】
ポンプとしての推進システム５００の運転は、貯水槽５０３から液体流を取り込んでパイプライン５０７を通してポンプで汲み出す、推進システム１６３の動作と同様である。
【０１９３】
該ポンプが消防用に適用される場合、エアレートガスは不活性ガス等の消火を助ける種類のガスまたはガス混合体とすることができる。
【０１９４】
本発明による推進システムの特有の特徴は、流路に取水口から放水口へ流れる流れが確立され羽根車を用いることなく維持されることである。さらに、流路の取水口に流体を送るための羽根車または他の機械装置を提供する必要がない。流体を単に取水口から取り込むことができる。船舶推進等の特定の適用において、流路を流れる流体は、推進システムと流体本体との間の相対運動により補給され、そのような相対運動が流路に流れを誘発する。
【０１９５】
本発明の範囲は前述の実施形態の範囲に制限されない。
【０１９６】
明細書全体において文脈上特に求められていなければ、「具備する」または「有する」「含む」等の表現は、単数複数を問わず言及されたものを含むことを意味すると解されるべきであるが、それ以外のものを含まないことを意味するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は船舶に設置された第１実施形態による駆動システムを図示した概略図である。
【図２】  図２は駆動システムの部分概略斜視図である。
【図３】  図３は、推進システムの一部を形成する反転フラップが第１位置にある状態の、駆動システムの一部を形成する推進システムの概略側面図である。
【図４】  図４は、反転フラップが第２位置にある以外は図３と同一の図である。
【図５】  図５は、放水口を図示した推進システムの後部立面図である。
【図６】  図６は、推進システムの一部を形成するスチームノズル構造の切断面図である。
【図７】  図７は、スチームノズル構造の斜視図である。
【図８】  図８は、駆動ユニットの一部を形成する熱回収システムに含まれる冷却回路の概略図である。
【図９】  図９は、第２実施形態による駆動システムの部分切取概略図である。
【図１０】  図１０は、第２実施形態の駆動システムの一部を形成する推進システムの部分側面図である。
【図１１】  図１１は、第３実施形態による駆動システムの一部を形成する推進システムの部分断面概略図である。
【図１２】  図１２は、第４実施形態による駆動システムの一部を形成する推進システムの概略断面図である。
【図１３】  図１３は、第５実施形態による駆動システムの一部を形成する推進システムの概略側面図である。
【図１４】  図１４は、第６実施形態による駆動システムの一部を形成する推進システムの概略側面図である。
【図１５】  図１５は、第７実施形態による駆動システムの一部を形成する推進システムの概略側面図である。
【図１６】  図１６は、推進システムの複数切取部を有する、第８実施形態による駆動システム用推進システムの斜視図である。
【図１７】  図１７は、他にも推進システムの切取部を有する以外は、図１６と同一の図である。
【図１８】  図１８は、第９実施形態による駆動システム用推進システムの平面図である。
【図１９】  図１９は、船舶に設置された第１０実施形態による駆動システムを図示した概略断片図である。
【図２０】  図２０は、ポンプとして機能する第１１実施形態による推進システムの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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