(57)【要約】【課題】  船舶の周囲に存在する海水や水を主な動力伝達媒体として活用し、燃料の燃焼による高圧力で直接的に海水等を加圧噴射する水噴射型推進システムを提供し、高速航行船舶の熱効率を大幅に引き上げると共に、低速航行船舶への応用拡大、更には高熱効率の動力源としての確立を図ることを課題とする。【解決手段】  非圧縮性で高密度である海水または水を圧力エネルギーを基準とした動力伝達媒体として活用すると共に、燃焼用空気の供給および圧縮に利用し、高圧力下で動作しているエンジン内で両者を分けて、燃焼と海水噴射を熱的に分離して動作させ、両者間は圧力によってエネルギー伝達を行う。  具体的には、海水に空気を混ぜてから遠心ポンプで海水の加圧と空気の圧縮を行い、高圧動作中の水噴射エンジン内に取り込んだ後で分離し、高圧空気を、海水を噴射口へ移動させる高圧蓄圧水管の途中上部にに設けた燃焼室に送り、燃料と燃焼させて発生する高圧燃焼ガスの高圧圧力を直接的に海水に伝え、高圧の海水を噴射する構造とする。【選択図】図３
2009126509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
概ね水面および海水面を航行し、船内に取り込んだ海水等をエンジンの動力で高速噴射し、その反力を推進力とする水噴射型推進装置を備える船舶に於いて、
非圧縮性の水および海水等の液体を圧力エネルギーを基準にした主なる動力伝達媒体とし、高圧力下で動作しているエンジン内への空気圧縮と加圧圧送に利用して海水等の液体と混合一体化して取り込み、高圧力下で分離させて、海水等の液体は噴射口へ移動させ、高圧空気はエンジン内の概ね上方に配置されて断熱材等で囲まれた熱的密閉空間構造の燃焼室に送られ、燃料を燃焼させた高圧燃焼ガスの圧力を直接的に海水等の液体に伝え、燃焼ガスは直接的に海水等の液体に接することなく排気されると共に、海水等の液体は高圧力による噴射加速度と噴射質量の積で得られる運動エネルギーを出力して、エネルギーを発生させる燃焼室部と最終出力となる噴射出力部を低温高圧動作を行う海水等の液体で一体して成ることを特徴とする水噴射型推進装置および液体噴射出力エンジン。
【請求項２】
吸水路途中の案内翼によって徐々に水路管内での回転を誘発させ、途中の加速推進ポンプで予圧と回転加速を行った海水等の液体に対して、ほぼ同圧の予圧空気を吹き込んで螺旋状の空気泡を含んだ海水層を形成して拡散運搬させて加圧圧縮を行う遠心ポンプに供給することを特徴とする請求項１項記載の水噴射型推進装置および液体噴射出力エンジン。
【請求項３】
斜流型インペラーを備えて遠心力によって空気泡を含んだ海水等の液体層を内側に沿わせて加圧圧縮して流動させ、周端部に設けた負荷変動に対応して開閉する流量制限弁の最少流路部分に導いて、空気泡を含んだ海水等の液体層を優先して加圧圧縮して圧送流入させる加圧圧縮用遠心ポンプを設け備えたことを特徴とする請求項１項記載の水噴射型推進装置および液体噴射出力エンジン。
【請求項４】
加圧圧縮用遠心ポンプの斜流型インペラー周端部に位置して、流入する海水等の液体を周端開口面に対して概ね二分し、インペラー外側の空気泡混入が少ない海水等の液体部分は直接流路配管に流し、内側の空気泡を多く含む海水等の液体を、遠心ポンプの回転惰性を利用した空気と液体の分離用通路に送り半強制的に分離させると共に、緩やかな遠心力によって高圧空気を一カ所に集めて高圧空気溜まりを形成させる気水分離構造を設け備えたことを特徴とする請求項１項記載の水噴射型推進装置および液体噴射出力エンジン。
【請求項５】
加圧圧縮されて取り込まれた後に分離され空気溜まりに集められた低温高圧空気は、送気または再加圧ポンプによって高温高圧の燃焼室に送り込まれて燃料を燃焼させ、その圧力で海水等の液体を加圧すると共に、高温高圧の燃焼ガスは排気タービンまたは排気過給器によって熱エネルギーを回収され、加圧圧縮ポンプや予圧過給器等の補機類の駆動力として再使用される事を特徴とする請求項１項記載の水噴射型推進装置および液体噴射出力エンジン。
【請求項６】
燃焼室の吸排気口を除く上面と側周囲の内面を耐熱断熱材で覆って内面断熱構造とし、下面は燃焼室の一部を構成する垂直管の海水等の液体面上に浮遊する耐熱断熱材で構成されたフリーピストンで閉じられて、圧力の変動と移動を自由にすると共に、熱的に概ね密閉構造空間とした燃焼室を設け備えたことを特徴とする請求項１項記載の水噴射型推進装置および液体噴射出力エンジン。
【請求項７】
燃焼室の下方で海水等の液体に浮遊して作動するフリーピストンの上下の受圧部を分割して中間に伸縮駆動装置を設けて、特に燃焼室側のピストンを伸縮させる事で燃焼室容積を減増させて燃焼室圧力を高く維持すると共に、上下の受圧面積比を変えることによって燃焼室圧力と海水等の液体圧力を異なった最適動作圧力に変換して平衡させ動作を維持する構造を設け備えたことを特徴とする請求項１項および請求項６項記載の水噴射型推進装置および液体噴射出力エンジン。
【請求項８】
主なる動力伝達媒体を水や海水とすると共に、エンジン単体または船体内に取水し、噴射することで推力を得る、動力伝達媒体非循環型として使用する船舶用水噴射型推進装置とした請求項１項記載の水噴射型推進装置。
【請求項９】
主なる動力伝達媒体を水を含む液体として、エンジン単体または搭載する機器内に補充タンク等を備え、噴射して油圧タービンや水車等を駆動して低圧に戻った液体を回収し再循環させることで、移動機器、機械類の動力源とした請求項１項記載の液体噴射出力エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、河川や湖水および海面上を航行する船舶の推進装置に於いて、船内に取り込んだ海水等を燃料の燃焼により発生する燃焼高圧ガスで直接的に加圧し、船外に高速で噴射することで推進力を得る、水噴射型推進システムに関する。【０００２】  その応用として、液体を動力伝達媒体として、燃料の燃焼による高圧ガス圧力を直接的に液体に伝えて加圧し、その高圧液体の高速噴射速度と噴射量の積を動力源として取り出す液圧出力エンジンに関する。
【背景技術】
【０００３】  一般的に船舶は、シリンダーとピストンそしてクランクシャフトなどにより、燃料の燃焼ガス圧力を回転運動に変換し、直接あるいは減速器等を介してスクリュープロペラに伝え、水または海水を進行方向と逆の方向に加速させ、その反力を進行方向への推進力にしている。【０００４】  このスクリュープロペラによる推進装置は、船舶が比較的低速で航行する場合には効率が良く、超大型を含む大型船舶では１００ｒｐｍ前後の低速型ディーゼルエンジンと直径数メートルに達する大径プロペラスクリューとが直結されて運転されていて、総合熱効率５０％を達成しているものもある。【０００５】  シリンダーと常時往復運動をするピストンによって燃料を燃焼させ、その高温高圧ガスの圧力によって回転力を得る構造のため、シリンダー内部を潤滑し、加熱を防ぐために外部からの冷却と、サイクル毎の吸気と排気が不可欠となって放熱損失を容認している。【０００６】  シリンダー内外の温度差は機械的歪みの発生要因となっていて、熱的歪みの発生を極力抑えるために、急激な加減速は避ける必要があることから頻繁に離着岸を行う船舶等には不向きである。【０００７】  更に、排気行程で１サイクル毎に燃焼による高圧ガスを捨て去る構造は、前述の冷却構造と併せて熱効率を低下させ、エンジン単体の熱効率は３０〜３５％のレベルであって、排気ガスタービン等で排熱回収を行って漸く前述の総合効率５０％を達成している。【０００８】  低回転ディーゼルエンジンは強力な回転トルクに耐えるために頑丈な構造体となり、大きく重いエンジンとなっていて、超重量級の鋼鉄塊が往復運動と回転運動を行っているのでその騒音と振動は激しいものになり、低回転であるが故に巨大船体と低周期領域での共振現象を誘発して運転禁止領域が発生するなどの問題が生じている。【０００９】  高速用大型船の一部と中型船舶には減速器を組み合わせた３００〜９００ｒｐｍの中速ディーゼルエンジンが使用されているが、プロペラスクリューの回転数は１２５〜２５０ｒｐｍ程の範囲で使用されている。【００１０】  スクリュープロペラを使用した場合には、高速回転時に発生するキャビテーションの問題等でスクリュープロペラの推進効率低下を招き、高速航行時にはスクリュープロペラ自体が抵抗となって高速化の限界が生じている。【００１１】  その対応として、小形船舶用では従来からの小径高回転型スクリュープロペラに代えてガソリンエンジンとウォータポンプを組み合わせた水噴射型の推進装置（通称、ウォータージェット。以下ウォータージェットと称する）を備えたものがある。【００１２】  更に、軍用艦艇や警備艇など役務上から高速航行が必要な船舶に於いては、ガスタービンエンジンと高圧ウォーターポンプを使用したウォータージェットを４０ｋｔ（ノット）前後の高速航行用して備え、通常航行用の高速型ディーゼルエンジンとスクリュープロペラを備えたものが有り、この組合せは高出力ではあるが大量の燃料を消費するガスタービンエンジンの燃料消費対策として採用されている。【００１３】  特殊な例としては、高速浮上航行を行うことを目的とした水中翼船に於いて、軽量で高出力が得られるガスタービンエンジンを主機関としたウォータージェットが採��されているが、この場合も過大な燃料消費は問題であり、就航拡大が困難な状況が続いている。【００１４】  そして、近年では、大型フェリー等の高速化が進み、４０ｋｔ（ノット）前後の高速を得るために、高出力の中高速ディーゼルエンジンと高圧ウォーターポンプを組み合わせたウォータージェットの採用が増えてきている。【００１５】  この組合せは高速化と頻繁な離着岸に対応するものと考えられるが、エンジンの熱効率は低下し、負荷変動による故障発生頻度が高いという報告もあり、更に決定的な問題は総合的な燃料消費効率がガスタービンエンジン程では無いにしても悪く、燃料費高騰による経済的負担が増大している事にある。【００１６】  これらの事例における動力源は、従来からの往復運動を行うガソリンエンジンとディーゼルエンジンそして航空機用ジェットエンジンをベースにしたガスタービンエンジンであり、熱効率は前者で３０〜３５％そして後者は３０〜２５％程度のものである。【００１７】  そして、一般的なスクリュープロペラの推進効率は低速用の比較的効率の良い場合でも５８％前後であり、ウォータージェット推進用に用いた場合は、更に高速回転による効率低下と減速機による効率低下が生じる。【００１８】  この様な動力伝達手段では、貴重な燃料エネルギーが実際の有効動力として活用される割合は２０％程度であって、排熱回収により総合効率を高くした場合でも、その排熱によって有効な動力が生み出されなければ、有効活用されないまま排熱となり、最終的には地球温暖化の原因の一つになる。【００１９】  ピストンの往復運動によるエンジンは、燃料の化学エネルギーを燃焼によって熱エネルギーに変え、シリンダー内の密閉空間に於いて膨張することで圧力エネルギーを発生させて、その圧力エネルギーをピストンとクランクを介して回転力に変えている。【００２０】  ジェットエンジンの場合は、燃焼の為の空気と動力伝達媒体としての空気が必要であるが、密度が小さい為に大量の空気を取り込み、圧縮し、高温で加熱膨張させ、高圧ガスを高速で噴出させ、動力回収タービンと減速器を介して実用回転力を得る必要がある。【００２１】  その動力回収行程に於いて、高温状態で更に密度の小さい高速空気流は十分な動力伝達を成し得ないまま、高温で排気される事になり、熱効率を低下させている。【００２２】  従来のウォータージェットは、これらのエンジンの回転力でポンプを駆動して海水等の高速流を発生させ、高速で噴射させる事による反作用で推力を得ている。【００２３】  高速航行のためには、大量の海水を高速で噴射させる必要があり、小径高回転用のスクリュープロペラを使用した軸流ポンプが主に採用されて高圧高速流を発生させているが、非圧縮性の海水に高圧を発生させるための滑りが生じて、スクリュープロペラの推進効率を低下させて、ポンプとしての効率も下げている。【００２４】  これら一連のエネルギー伝達経路を整理して観ると、最終的に必要なのは高圧噴出水流であり、その為に必要な高圧圧力の発生箇所は何れのエンジンに於いても燃焼行程に存在している。【００２５】  従って、この両方を直接的につないでしまえば、その途中行程やその為の機構構造物は無用のものとなり、少なくともその途中の��程に於いて発生している熱効率低下の要因を排除する事ができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】  本発明は、船舶の周囲に存在する海水や水（以下、海水と表記する）に着目して、非圧縮性の液体を動力伝達媒体として活用し、燃焼ガスの高圧力で直接的に海水を加圧噴射する水噴射型推進システム装置を提供する事を課題とし、高速航行船舶の熱効率を引き上げると共に、低速航行船舶への応用拡大と更には高効率の動力源としての確立を図る。
【問題を解決するための手段】
【００２７】  本発明による課題の解決手段は、一言で表現すると、船舶専用のジェットエンジンを具体化する事である。
【００２８】  航空機用のジェットエンジンは、大量の空気を吸い込み圧縮して燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスと加熱膨張して高圧になった空気を大気中に高速で噴射して、その噴射するガスと空気の合計質量と噴射速度との積による噴射反力を推力として利用している。
【００２９】  この場合の空気は、燃料を燃焼させる為の酸素供給の役割と高温燃焼による熱を周囲の余剰空気に伝える役割と、熱を受け取って膨張し高圧力を発生させ噴出口へエネルギーを運ぶ動力伝達媒体として作用している。
【００３０】  ところが動力伝達媒体としての空気は気体であるが故に密度が低く、温度と圧力によって体積が大きく変化するため、大きなエネルギーを伝達するためには必然的に高温高圧に成らざるを得ないし、高速運動を行う必要がある。
【００３１】  航空機として大気中を飛行する場合は有効であっても、海上や地上のジェットエンジンに於いては、燃焼と高圧圧力発生のための空気は必要とするものの、動力伝達媒体の空気への加熱は、その大部分のエネルギーを排熱として大気中に捨てることになり、無駄なものである。
【００３２】  上記の問題に対する本発明の基本的な手段は、非圧縮性で高密度である海水を圧力エネルギーを基準とした動力伝達媒体として活用すると共に、燃焼用空気の供給および圧縮に利用し、高圧力下で動作するエンジン内で両者を分けて、燃焼と海水噴射を分離して動作させ、両者間は圧力によってエネルギー伝達を行うものとする。
【００３３】  具体的には、海水に空気を混ぜてから遠心ポンプで海水の加圧と空気の圧縮を行い、新水噴射型推進システム内で分離した高圧空気を高圧蓄圧水管の上端部に設けた燃焼室に送気して燃焼させ、その高圧圧力を直接釣に海水に伝え、海水を噴射する構造を採る。
【００３４】  燃焼部分と高圧海水配管および海水噴出口を分離する事によって、不必要な熱の流出を防ぎ、高温高圧の最適燃焼条件の設定と、低温高圧状態の高圧海水用配管による圧力エネルギーの自由な伝達が可能になる。
【００３５】  本発明による問題解決手段の要点は、下記の通りである。
【００３６】１．従来の動力発生エンジンと、その動力とポンプによって高圧高速噴流を発生させていた水噴射推進装置とを一体化して、燃焼圧力をそのまま水噴射圧力とする新水噴射型推進システムを構成する。
【００３７】  以下、本発明による新水噴射型推進システムを、従来型のものと区別するために、本明細書および関連書類に於いては仮称として「水噴射エンジン（Ｗａｔｅｒ  Ｊｅｔ  Ｅｎｇｉｎｅ）」と記載する。
【００３８】２．海水と空気を水噴射エンジン内に取り込む為に、空気を泡として海水に混ぜて、遠心ポンプで加圧圧縮する。
【００３９】３．水噴射エンジン内に取り込んだ高圧の海水と空気は、遠心ポンプで加勢された回転慣性力を利用した遠心分離作用で分離する。
【００４０】４．海水は高低落差または移動用の送水ポンプで噴出口へ移動させる。
【００４１】５．高圧空気は排気圧操作または高圧送気ポンプによって燃焼室に送り、高圧で噴霧供給される燃料と燃焼させる。
【００４２】６．燃料は、燃焼室に送気される空気密度と空気量と燃焼状態に応じて設定された空燃比によって調整されて燃焼室に噴射または噴霧状に供給する。
【００４３】７．燃焼によって発生する燃焼圧力は、断熱を兼ねたフリーピストンと圧力伝達を行う垂直配管を介して取り込んだ海水に伝える。
【００４４】８．海水は噴出面積を可変することで圧力調整が可能な面積可変噴出口から噴射して実用推力を得て、燃焼ガスは排気圧力が調整可能な燃焼ガス流入面積可変型の排気過給器（ターボチャージャー）を駆動する。
【００４５】９．水噴射エンジン内は基本的に高圧状態で平衡していて、燃焼状態や噴射状態による各部の微動変動は、取り込んだ高圧空気やフリーピストンの移動で調整する。
【００４６】１０．フリーピストンは燃焼室圧力に応じて伸縮可能とし、低出力時の燃焼温度と圧力の低下に対応して燃焼室容積を減じて燃焼室の高圧力を維持する。
【００４７】１１．燃焼室圧力と海水の噴射圧力を個別に設定する場合には、フリーピストンの両端の面積を変えることで対応し、燃焼室圧力が海水圧力より高くなる場合には専用の増圧用排気過給器で加圧して対応する。
【００４８】  以下、本発明による新水噴射型推進システム（仮称「水噴射エンジン」）の問題解決の手段を図面を基に説明する。
【００４９】  図１は、本発明の水噴射エンジンを高速航行船舶に応用した場合の構造構成ブロック図で、破線で囲んだ部分が航空機用ジェットエンジンと同様に高圧圧力下で動作し、海水加圧と空気圧縮、高圧空気と燃料の燃焼、そして燃焼ガス排気と海水の高速噴射を行う。
【００５０】  高圧動作範囲内では、高圧海水圧力と噴射圧力および高圧空気圧力と燃焼室圧力そして排気高温高圧ガスは、概ね同圧力で平衡して動作するが、制御操作に対する追従性向上のために高圧力下で動作する送気ポンプや送水ポンプを使用する。
【００５１】  高速航行を行うためには大量の海水を高速噴射する必要があり、通常時は２〜３ＭＰａ（２０．４〜３０．６ｋｇｆ／ｃｍ２）で動作させ、艦艇等の緊急出力時は４〜５ＭＰａ（４０．８〜５１．０ｋｇｆ／ｃｍ２）での動作も考慮する。
【００５２】  その高圧動作をしている水噴射エンジン内に空気と海水を取り込むには、予圧空気を泡の状態で、同様に予圧された回転水流に気水混合配管で混ぜて、加圧圧縮ポンプの遠心力による圧力で押し込む。
【００５３】  空気を混入させる準備として、取水された海水は送水配管の途中に設けた固定翼付配管で徐々に回転力を付与され自転しながら予圧回転ポンプで予圧されると共に回転水流の自転速度を速め、空気泡を回転水流中に取り込む準備をする。
【００５４】  この予圧回転ポンプは軸流ポンプの構造を採り、管状の配管水路から断面がドーナツ状の二重管の環状水路への、流水路形態の切り替えを行う重要な役割を持つ。
【００５５】  回転予圧ポンプの働きは、予圧空気が配管内で膨張する事による流量低下を防止するためと、次行程の加圧圧縮行程に於いて加圧圧縮ポンプ内の減圧部分に空気泡の滞留発生による連続した空気流路の形成を防ぎ、高圧空気の逆流や吹き抜けを防ぐためである。
【００５６】  共に予圧された状態で、環状水路を回転しながら流れている海水に対して、複数の吹き出し口から線または帯状に空気を噴き出して螺旋状に供給することで、進行方向に対して海水と空気泡の層が交互に形成されて、空気は効率よく取り込まれて運搬される。
【００５７】  予圧空気は０．２〜０．３ＭＰａ程度に加圧減容積化された状態で供給され、回転水流の流速や予圧状態に応じた圧力調整を経て供給することで、燃焼および吸熱膨張に必要な大量の空気を効率良く混合させることができて次行程の高圧圧縮を容易にする。
【００５８】  空気泡の混じった海水を水噴射エンジン内に押し込み、押し込んだ海水や空気の逆流を防ぐ弁の役割を行うのが加圧圧縮ポンプの仕事であり、その構造は、船舶の高速航行時に高速で流入する海水の流れを妨げない様に、環状水路の延長とした斜流ポンプ型インペラーを採用した遠心ポンプの構造を採る。
【００５９】  この環状水路と斜流ポンプ型インペラーの採用は、船舶の高速航行時に発生する動圧（ラム圧）を有効活用し、高速で流入する海水の運動エネルギーを効率よく圧力エネルギーに変換するためで、固定翼付配管と予圧回転ポンプによる回転運動の加勢と併せて、最小限の回転用動力で効率的な加圧圧縮を行う。
【００６０】  加圧圧縮ポンプはインペラーの周端圧力を水噴射エンジン内の動作圧力より高く設定する必要がある。
【００６１】  その圧力は、インペラーの直径または半径寸法と回転数とインペラーの駆動翼内の海水質量によって決まり、具体的には回転数の増減で圧力の調整を行い、出力調整に伴う燃焼室内圧力の変動に対応する。
【００６２】  海水は非圧縮性であるから同容積のまま加圧されて水噴射エンジン内に圧送され、空気泡は高圧に圧縮されて減容積の状態で圧送されるが、空気圧縮による発熱は周囲の海水で効果的に冷却されて等温圧縮となって効率良く圧縮される。
【００６３】  遠心力を加勢されて水噴射エンジン内に取り込まれた空気泡混じりの海水は、同様に遠心力を利用した気水分離器で、積極的に速やかに分離される。
【００６４】  高圧海水は高低落差または送水ポンプによって、高圧蓄圧配管を移動し、面積可変噴出口へ到達して、噴射される。
【００６５】  海水の噴射速度は圧力で決まり、噴射水量は噴射速度と噴出口の面積で決まり、概略推力は噴射水量（質量）と噴射速度（加速度）との積で得られる。
【００６６】  また噴射口の面積は、一定の燃料燃焼時に於いて、水噴射エンジンの動作圧力を左右する重要制御項目であり、出力特性設定の重要項目である。
【００６７】  分離されて空気溜まりに集まった高圧空気は、送気ポンプで燃焼室に送られて、その圧力と温度と流速と出力特性に合わせて設定された空燃比とに依って燃料噴射装置から送られる所定量の高圧燃料と混合されて燃焼する。
【００６８】  この燃焼に依って発生する高圧ガスは燃焼室圧力を維持し、水噴射エンジン内の動作圧力を維持して、海水を高圧に加圧する。
【００６９】  この燃焼室は、取りこんだ高圧海水を噴出口へ移動させる高圧蓄圧配管の途中で分岐した垂直水管の上端部に設けられて下方で海水面と接触し、燃焼高圧ガスの圧力を海水に直接伝える。
【００７０】  燃焼室は、連続燃焼であり、高速且つ頻繁に動作する可動機構部分がないために、セラミックスタイル等による内面断熱構造を採用する事が容易で、燃焼温度を高く設定できると共に、外郭筐体構造を構成する金属部品類の温度上昇を抑制し、放熱や熱伝導による熱損失を最小限にできる。
【００７１】  この燃焼高圧ガスは海水に圧力を伝えるものの、高圧排気管を除くと、流出する部分が無いために高温燃焼ガスの流出による熱拡散と放熱損失が発生しない。
【００７２】  更に、高温燃焼ガスと海水面との直接接触による海水の吸熱および蒸発による熱損失を防ぐため、両者間の垂直配管内に断熱材または遮熱構造物によるフリーピストンを浮かべて、円滑な圧力伝達と燃焼室の概略密閉構造を具体化する。
【００７３】  これらの構造によって、燃焼室と高圧排気管等の熱状態の高温高圧部と、その他の冷状態の低温高圧部を明確に分離することで、無効となる熱の流出を防止すると共に、熱の授受に影響されない動力伝達路としての高圧配管の設置を容易にする。
【００７４】  以上の構造によって燃焼ガスは、動力伝達媒体である海水への圧力エネルギー伝達以外の放熱損失を最小限にする事ができるため、燃料と空気の供給は所定圧力維持の最小量とすることが可能で熱効率を引き上げる。
【００７５】  排気ガスは、新規に発生する燃焼ガス相当分量を高圧排気管から排出し、高温高圧ガスに残っているエネルギーは排気過給器で回収して空気の予圧に活用する。
【００７６】  この高温高圧ガスは高圧排気管路による損失を無視すると、燃焼室とほぼ同じ温度と圧力になるため、高圧排気管路の排気圧力の調整設定は海水噴出口の面積設定と同等の重要度を持つ。
【００７７】  具体的な高温高圧ガスの排気圧力設定は、連続流のほぼ完全な静圧過給動作が可能になって広範囲の調整が期待できるため、排気過給器の高圧排気流入口の流入面積可変弁で調整する。
【００７８】  水噴射エンジン内は一体の高圧空間であるものの、燃焼室系の高温高圧部と海水系の低温高圧部を有し、運転出力等の切替調整を行う場合は両者を同時に同圧力状態で変化させる必要があり、具体的には燃料供給量と排気過給器の流入面積可変弁と噴出口の面積調整を連携して行う必要がある。
【００７９】  更に、水噴射エンジン内の動作圧力を変化させる場合には、加圧圧縮ポンプの回転数を調整する必要がある。
【００８０】  断熱フリーピストンは、燃焼室と海水間の熱の移動を遮断しながら、両者間の垂直配管の所定の位置に浮遊静止させることで、両者間の圧力の過渡変動や微振動や共振現象に対して緩衝装置として作用させる。
【００８１】  そしてこの断熱フリーピストンの上下動は両者間の圧力差の変動であるから、圧力差センサーとして機能させ、重要制御管理項目の一つとする。
【００８２】  また、断熱フリーピストンは垂直水管の海水面上に浮かぶ構造であるが、二分割した燃焼室側ピストンを移動可能とする事で、同量の燃料消費に対して燃焼室圧力の調整が可能となり、航行速度に応じた最適の出力特性を設定する事ができる。
【００８３】  例えば、燃料供給量を絞り燃焼室温度を下げた時に、燃焼室容積を減ずることで燃焼室圧力低下を抑制する効果が有り、中低速航行時の燃料を節約して高熱効率を維持する。
【００８４】  図２は、本発明による水噴射エンジンを中低速航行用船舶に応用実施する場合の構造構成ブロック図で、大容量の海水を中低速で噴射して大推力を得る場合の基本例である。
【００８５】  水噴射型推進装置の場合、推力（Ｎ）はＦ＝ｍａで表される様に、概略、噴出する海水量＝質量（ｍ）と加速度≒（噴出速度差Ｖ／秒）の積で得られ、その速度差Ｖを発生させるためのエネルギー（Ｊ）はＥ≒０．５×ｍ×Ｖ２で表される。
【００８６】  同じ推進力を得る場合、海水の噴射量と噴射速度の積に比例するが、それを駆動するエネルギーは噴出速度の二乗に比例するため、特に高速航行が必要でない場合は海水噴射量を多くして噴射速度を下げた方が駆動エネルギー必要量が小さくなり、経済的で省エネルギーにつながる。
【００８７】  図１の構成による高速航行用水噴射エンジンの場合は、噴射速度を下げるには海水への加圧圧力を下げる必要があり、同時に燃焼室圧力も下がることになり、燃焼圧力を下げた燃焼は熱効率を低下させて排熱損失の増大を招く。
【００８８】  その対策として、燃焼圧力と海水圧力の双方を最適圧力で維持平衡させる手段として、圧力比に反比例したを両端面積を有する、圧力変換ピストンを用いる。
【００８９】  図２の例では、面積比３：１の圧力変換ピストンを使用するので０．５〜１．０ＭＰａの海水圧に対して、燃焼室では１．５〜３．０ＭＰａの高温高圧燃焼が継続できて高熱効率での燃焼を維持することができる。
【００９０】  この圧力変換ピストンの採用は、逆の圧力変換も可能で、海水加圧圧力よりも一段階低い大量の燃焼圧力または外燃熱源による吸入空気の膨張圧力、等を有効圧力に変えることができ、廃熱や排気熱の有効動力への活用が可能になる。
【００９１】  海水加圧圧力を低く設定する場合は、加圧圧縮ポンプの押し込み圧力も下がり所要動力も小さくなるが、燃焼室への送気ポンプは圧力比分を加圧圧縮して送気する必要があり、図２の例では専用の増圧用排気過給器を用いる。
【発明の効果】
【００９２】  本発明の最大の成果は、海水等の液体を主なる動力伝達媒体として、燃料と空気の連続燃焼によって発生する圧力を直接的に海水に伝え、高圧海水の高速噴射により推力を得ることができる船舶専用の水噴射エンジン（Ｗａｔｅｒ  Ｊｅｔ  Ｅｎｇｉｎｅ）を具体化できる事である。
【００９３】  更に本発明の本質的な成果は、船舶用とした場合は海水噴射による水噴射型推進装置の一形態であるが、他の機械や機器類の動力源として捉えた場合は、燃料と空気の燃焼によって発生する圧力エネルギーを、液体を動力伝達媒体として液体圧力による噴射速度と噴射量の積で取り出すことができる液圧出力エンジンの具体化である。
【００９４】  動力伝達媒体としての水と高圧発生源の燃焼室を分離して圧力によるエネルギー伝達を行うので、従来の様な動力伝達媒体への熱エネルギーの授受が不要になり排熱損失も発生せず、低温高圧状態でのエネルギー伝達が容易にできる。
【００９５】  燃焼室は高速運動や頻繁に作動する機構部が無く、気密構造を必要としないから、内部潤滑が不要で、冷却を行う必要が無いため内面断熱構造を採用する事ができて、燃焼温度と燃焼圧力の維持が容易になって熱効率を高める事に貢献する。
【００９６】  燃焼室は、動力伝達媒体の海水の噴射圧力と平衡した燃焼圧力を維持すればよいので、燃料燃焼に必要な空気量を換気するだけで済む事になり、最小限の排気損失で運転が可能となり熱効率を高める事に貢献する。
【００９７】  連続燃焼により往復運動をする部分が無く、斜流型遠心ポンプや排気過給器は精度の良い回転運動を行う部分であるため、騒音や振動の発生が少なく、対策も容易であるから総じて静かな水噴射エンジンができる。
【００９８】  排気ガスは、燃焼室とほぼ同等の高温高圧状態にあり圧力も一定のため、静圧過給条件に最適で、排気過給器や排気タービンによる排気エネルギーの高効率回収が容易で、排気音も低下する。
【００９９】  高温高圧の燃焼系と低温高圧系の動力伝達媒体の動作を分離した事によって、両者間の圧力伝達を行う圧力変換ピストン両端の面積比を変える事で、燃焼圧力と動力伝達媒体の動作圧力を各々最適化できて、高効率の水噴射エンジンを具体化できる。
【０１００】  密度の大きい海水（水）を動力伝達媒体として使用するので、水密構造が容易で、水圧を利用した水圧軸受け等が容易に設定でき、空圧機器に比較して低速運動や低速回転動作で十分な効果が発揮できて、高密度の設計ができる。
【０１０１】  空気の高圧圧縮は、液体（海水や水）に空気を混入させることで実効密度を大きくする事ができ、空気圧縮による発熱も液体流によって効果的に冷却されて、空気単独では効率の悪い遠心ポンプを極めて効率的な高圧縮手段とする事ができる。
【０１０２】  動力伝達媒体として液体を使用するので動力伝達密度が大きく、伝達速度も速く、伝達距離が離れていても効率良く伝送することができて、船舶の場合はバウスラスターやスターンスラスターそして後退推力発生への応用が簡単で操船が容易になる。
【０１０３】  船舶の場合は船首部分から吸水する事により造波抵抗を減ずる効果が期待できる、層流噴射によって船首部分での推力確保も容易になり、船形および船底形状を自由に設定できて、造波抵抗や摩擦抵抗を減少させるデザインが容易に実現できる。
【０１０４】  動力伝達媒体としての液体（海水）は低温動作を行う為、吸熱そして放熱媒体としても作用し、動力伝達部品は高温に曝されることがないため幅広く適材を使用する事ができる。
【０１０５】  高密度の液体を動力伝達媒体として使用するため、動力として使用する場合は、使用する受動側の水車やタービンによって特性は変わるものの、総じて駆動トルクが大きく扱いやすい動力源に成りうる。
【０１０６】  火力発電への応用は、熱効率の向上の利点に加えて、電力消費の増減に対する追従が容易であるから、夜間の余剰運転等を大幅に削減できて燃料費が節約できる。
【０１０７】  また、高温高圧の蒸気等を使用しないので、構成部品等の材質選定や製造加工方法の範囲が広がり、保守管理作業が容易になって維持管理コストの低減につながる。
【０１０８】  以上の効果を総合すると、６０％以上の高熱効率を容易に達成することが期待でき、従来の燃料消費を概ね半減する効果があり、石油等の燃料資源の延命と、バイオ燃料等の有効活用ができて、地球温暖化の原因となっている二酸化炭素排出量半減を達成する事ができる。
【０１０９】  更に、燃焼室圧力と動力伝達媒体の動作圧力を、両端の面積比を設けた圧力変換ピストンで各々個別に最適値を設定することで、エネルギーとしては低品質の低温、低圧力、大容量の熱源も活用する事ができる。
【０１１０】  例えば、燃焼室に直接燃料と空気を取り込むのが一般的であるが、空気を取りこんで、外部からの加熱による膨張圧力を利用することもできる。
【０１１１】  従って、燃焼温度が低いバイオ燃料や石炭微粉と重油の混合燃料による内燃機関としての応用や、廃木材チップやゴミ焼却による排熱を利用した外燃機関として応用する事もできる。
【０１１２】  そして、これらの技術は、基本的に従来活用されてきた工業技術の集大成で成し得るもので、廃棄燃料や廃棄部品等による環境汚染や健康障害等の問題、そして未知のリスク等は存在しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１１３】  本発明は、海水と空気を取り込んで燃料を燃焼させたエネルギーによって海水を高速で噴射する反力を推進力として利用する水噴射型推進装置を備え、概ね海水表面付近を高速航行する船舶等の水噴射エンジンとして応用実施することを最良の実施形態とする。【０１１４】  図３は、本発明による水噴射エンジンを高速航行船舶に応用実施する場合の構造構成を示す概略図であり、以降の詳細図や部分拡大図に於いては、同等または類似の機能を有する部材や機能部品について同一の符号を付けて、重複する説明は極力省略する。図４は主要部分の拡大図である。【０１１５】  最近の高速航行船舶の傾向として、水中翼による浮上航行や超細長双胴船（ＳＳＴＨ）のように３０ｋｔを超え４０ｋｔ前後の速度が一般化しつつあって、運航時の経済性の確保ができれば５０ｋｔ、更には６０ｋｔの願望もある。【０１１６】  これらの速度領域で効率良く海水を取り込んで、高速から超高速の海水噴射を具体化するためには、航行時の動圧（ラム圧）効果が有効に活用できる船体外郭１の前方位置に設けた吸水口１ａから加圧圧縮ポンプ７を経て面積可変噴出口１１に至る低圧配管１ｂおよび高圧蓄圧配管１０を極力直線的に設け、燃焼室１４は高圧蓄圧配管１０の途中の上方に接続された垂直配管１２上端部の水没から免れる位置に配置されている。【０１１７】  燃焼によって発生する圧力は、加圧圧縮ポンプ７、気水分離器９、高圧蓄圧配管１０、面積可変噴出口１１、フリーピストン１３そして高圧送気管１５、燃焼室１４、高圧排気管１６、を概ね平衡状態に満たして動作する。【０１１８】  吸水された海水は航行時の動圧と加圧圧縮ポンプ７で加勢された勢いと落差で移動し、圧縮された高圧空気は高圧送気ポンプ１５ａによって速やかに移動させて出力調整に対する追従性を向上させている。【０１１９】  高圧の水噴射エンジン内に空気と海水を取りこむには加圧圧縮ポンプ７が重要な働きをしているが、効率よく取りこむために配管の直線配置に併せて事前の準備を行っている。【０１２０】  吸水口１ａから取りこまれた海水は、配管途中の固定翼付配管２を通過することで固定翼２ａにより緩やかな自転回転運動を与えられて軸流ポンプ型の予圧回転ポンプ６へ到達し、管状水路２ｂから内管５ａと外管５ｃで形成される環状水路５ｄ構造の気水混合配管へ進入し、予圧されると共に自転速度を増す。【０１２１】  この海水の自転回転運動は遠心力によって空気泡を多く含んだ海水を管状水路２ｂの中心部そして環状水路５ｄの内側部分に集め、且つ環状水路内を螺旋状に送水することで空気泡が配管上部に溜まることを防ぎ、後行程で行う空気と海水の分離を容易にする。【０１２２】  燃焼用空気は、環状水路５ｄを回転しながら流れる海水に対して、低速航行時には気水混合配管５を横断して複数箇所に設けられた低速用送気口４から、そして動圧効果が期待できる高速航行時は管状水路２ｂ中心部に設けられた高速用送気口３から高出力対応分の多量の予圧空気を分配バルブ２０ｂで調整しながら吹き込んで混合させる。【０１２３】  高速航行時は配管内の海水流速も早くなって空気泡は強引に海水に巻き込まれるが、低速航行時は流速が低下するため、より積極的な手段で空気泡を��水に混入させる必要があり、複数の低速用送気口４から線または帯状に空気を噴き出すことで、螺旋状に混合されて効率よく運搬される。【０１２４】  気水混合配管５につながった加圧圧縮ポンプ７は、斜流ポンプ型インペラーを採用して、回転駆動による遠心加速度を発生させ、駆動翼７ａ内に含まれる海水質量との積によって圧縮圧力を付与しながら、内外の圧力差を利用して容積減少した空気泡を含む海水を内側に集める働きをする。【０１２５】  更に、加圧圧縮ポンプ７は高圧側からの逆流や高圧空気の吹き抜けを防ぐ逆流防止弁の機能を有するため、ポンプの発生圧力は回転数を増して平衡圧力より多少高く設定されている。【０１２６】  その多少高く設定された圧力に対して、加圧圧縮ポンプ７を覆う圧縮器筐体８の内部には、整流保圧弁８ａがインペラー周端部７ｂに近接して配置されて、噴射水量と圧力に応じて開閉することで加圧された海水の流入量を制限して、インペラー周端部７ｂの圧力が常に高くなるように機能する。【０１２７】  加圧圧縮ポンプ７で圧縮される予圧空気は、インペラー周端部７ｂに移動するに従って圧縮圧力が高くなり空気泡の容積が減り、高密度になり発熱するが、周囲の海水に冷却されて運び去られる。【０１２８】  取り込まれた微小空気泡を含んだ海水は、気水分離器９で高圧海水と高圧空気とに分離され、高圧海水は整流スペーサー９ａの外周部を通過して高圧蓄圧配管１０に流入し、微小空気泡を含んだ海水部分は、剥離刃先９ｂで切り取られて分離通路９ｃに入り減速されて空気と海水に分離されて、遠心力の慣性で加圧圧縮ポンプ７の凹部に発生する高圧空気溜まり９ｅに集められる。【０１２９】  高圧空気は、高圧送気管１５と高圧送気ポンプ１５ａで空燃比分配弁１４ａに送られ、燃焼用空気と膨張用空気とに分配され、前者は混合気室１４ｂで燃料噴射ノズル１４ｄから噴霧される燃料と混じり合って燃料ガス流入口１４ｈから燃焼室１４に送られて燃焼し、後者は空気室１４ｃを経て空気流入口１４ｊから燃焼室１４に入り膨張して燃焼ガス圧を増加させる【０１３０】  燃焼ガスは、噴出口１４ｅから吹き出して燃焼室１４全体に拡がり、高圧排気管１６を経て排気過給器１７を駆動して大気中に放出され、排気過給器はエアフィルター１９ａを通過した新鮮空気を低圧吸気管１９から吸気して圧縮し予圧空気を、過給気管２０と過給気冷却器２０ａと分配バルブ２０ｂを通して、高速用送気口３と低速用送気口４から海水中に噴気供給する。【０１３１】  燃焼室１４は、垂直配管１２で高圧蓄圧配管１０とつながり、垂直配管１２の海水面にフリーピストン１３が浮遊状態で配置され、垂直配管１２の筐体外郭１２ａの内側に設けられた断熱材１２ｂに極力接近して自由に可動する。【０１３２】  フリーピストン１３は、海水圧力と燃焼室圧力が概ね同圧力下で動作しているため、気密性を必要としないし、過渡的圧力変動を除くと圧力差による構造的な応力負荷を受けないので、耐熱条件を除くと強固な構造物である必要はない。【０１３３】  フリーピストン１３は、燃焼ガスと海水面の直接接触を妨げて熱の移動発散を防ぐのが目的であるため、断熱材や複合材料による断熱構造物で構成され、フロート１３ａや可動ピストン１３ｂの周囲は、垂直配管１２の断熱材１２ｂと接近して燃焼ガスの乱流による海水との熱交換が妨げることで目的を達するが、必要に応じてピストンリング等を追加しても良い。【０１３４】  フリーピストンは、燃焼室容積の増減を行って燃焼室圧力の減増を行うために、二分割した断熱材ブロック、フロート１３ａと可動ピストン１３ｂの間隔を伸縮駆動装置１３ｄで伸縮させて断熱空間を変化させることで燃焼室容積を変化させる。【０１３５】  燃焼室１４と周囲は概ね同一圧力下で動作しているので、燃焼による高温高圧の能動的動作部分は燃焼室１４だけであるから、同一燃料消費の場合には過渡的変動時を除いて、燃焼室の容積によって燃焼圧力が変化する。【０１３６】  例えば、燃焼室容積を徐々に減少させると、燃焼ガスの膨張率が制限されるために圧力を高めた燃焼ガスは低温高圧動作を行っている各部に流入するが、平衡状態になると燃焼ガスの流入も止まり、冷却されて圧力が増した低温高圧動作に戻る。【０１３７】  燃料の連続燃焼による高温膨張の範囲は、一般的には、燃焼ガスが自由に移動拡散できる高温高圧下の燃焼室と燃焼ガスが放熱しながら定常的に流出可能な低温低圧部になるが、本構造に於いて燃焼室の周囲には低温低圧部は存在しないから、燃焼室の容積増減は燃焼ガス圧力を左右する。【０１３８】  燃焼室１４の燃焼ガス圧力は、基本的に直接海水を加圧してエネルギーを伝達し、加圧圧縮ポンプ７と整流保圧弁８ａで逆流防止されている海水は、面積可変噴出口１１から高速噴射されて推力を発生する。【０１３９】  加圧された高圧海水は、高圧送水管２１ａにより気水混合配管５部分に設けられたポンプ駆動水車２１に供給され、内管５ａ内に配置されたギヤボックス２１ｃと駆動軸２１ｄを介して予圧回転ポンプ６と加圧圧縮ポンプ７を駆動してから、低圧排水管２１ｂで低圧部の気水混合配管５に戻る。【０１４０】  内管５ａ内には駆動軸２１ｄと同軸配置にて始動用電動発電機２７が配置され、始動時の加圧圧縮動作とアイドリング時の駆動力補助を行い、高出力高速航行時の動圧による過剰加圧圧縮を抑制し吸収する発電機として作用する。【０１４１】  始動時の燃焼用空気は、低圧吸気管１９の途中から分岐した始動用吸気管２６ｂで吸気され、始動用電動機２６ａで駆動される始動用送気ポンプ２６で加圧されて、逆流防止弁２６ｃを介して、空燃比分配弁１４ａと高圧送気管１５を満たすように送気して燃焼を開始させる。【０１４２】  これらの始動用動力は基本的にバッテリーから得るが、発電機用補助機関等を有する場合は、その機関動力で直接駆動したり圧縮空気の流用で始動を行うことも可能である。【０１４３】  高出力高速航行時には燃料消費量も加速度的に増加し、燃焼ガス排出量も増大するが、排気過給器１７による燃焼用空気の予圧だけでは過剰になるため、過剰分を吸収する排気熱回収発電機２８を設けて高温高圧の高密度エネルギーを効率良く回収している。【０１４４】  この水噴射エンジンは、運転制御装置２４によって、少なくとも次の項目を制御管理項目として運転し、船種や船形そして航行速度や積載量などに応じて調整し最適運転状態に設定される。【０１４５】（１）加圧圧縮ポンプの周端圧力：ポンプ回転数と整流保圧弁による��動作圧力，噴出水量，空気量，加速用余剰圧力、等の設定。【０１４６】（２）フリーピストン位置：位置変動による圧力差の検出と伸縮状態による燃焼室容積の把握と燃焼圧力の増減調整。【０１４７】（３）燃焼室圧力：高圧空気密度と流速と空燃比による燃料供給量の設定【０１４８】（４）高圧排気管圧力：排気過給器の可変弁による排気管圧力と燃焼圧力の調整。及び始動とアイドリング状態の調整と維持。【０１４９】（５）高圧海水圧力：面積可変噴出口の調整による動作平衡圧力の微調整と推力設定。【０１５０】  なお、上記管理項目に対するセンサー配線や制御指示配線およびアクチュエーター類への配線や配管類は、既存の技術範囲で対応可能であり、特に新規性もないことから図表表示による煩雑さを避けるために、表示記載を省略している。【０１５１】  図５は、加圧圧縮ポンプ７と気水分離器９の拡大詳細図で、整流保圧弁８ａの可動状態を示し、図５（ａ）はアイドリング状態の最小流量時、図５（ｂ）は最大流量時の可動位置を示している。【０１５２】  最小流量時は概ね出力も最小状態であるから、噴射水量も最少であるから加圧する海水量も最少となり、圧縮する空気量も低圧少量になるため、整流保圧弁８ａは伸びてインペラー周端部７ｂを概ね覆い隠すと共に、気水分離器９の整流スペーサー９ａの先端の剥離刃先９ｂとほぼ密着して、全量を分離通路９ｃへ導いて空気泡の分離を促す。【０１５３】  この最少流量時は、流速も遅いので、遠心力による強制分離は期待できないが、分離時間を多くとる事ができるので問題はないものの、高圧海水が高圧空気溜まり９ｅ部の下側に溜まって高圧送気管１５の吸気口１５ｂに混入する恐れがあるために、加圧圧縮ポンプ７の裏側には穏やかな突起のリブ７ｃを設けて溜まった海水に遠心力を加勢して吸気口１５ｂの周囲に十分な空気溜まりを確保している。【０１５４】  最大流量時は概ね出力も最大状態であるから、噴射水量も加圧する海水量も最大となるため、整流保圧弁８ａは収縮してインペラー周端部７ｂを全開状態にすると共に、微小空気泡を含んだ軽い海水は、加圧圧縮ポンプ７の高速回転によってインペラーの内側に集められて気水分離器９に送り込まれる。【０１５５】  送り込まれた海水は、整流スペーサー９ａ先端の剥離刃先９ｂによって、海水と微小空気泡を含んだ軽い海水に分けられて、前者は整流スペーサー９ａの外側と整流フィン９ｆに沿って流れて高圧蓄圧配管１０へ流入し、後者は分離通路９ｃへ導入されて、加勢された遠心力の慣性で分離通路９ｃと分離プレート９ｄを潜り抜けることで時間を稼ぐと共に、積極的に分離を促されて分離され、空気は高圧空気溜まり９ｅに集まり、海水は高圧蓄圧配管１０へ流入する。【０１５６】  この気水分離器９は、限られた空間内で速やかに分離させる必要がある場合の手段であって、十分な空間と滞留時間が確保できる場合は、重力による自然分離を行っても良い。【０１５７】  その場合には、燃焼室とつながる垂直配管１２は高圧海水が充満する様に位置を検討する必要があり、フリーピストンの効果を削ぐことが無い様に注意する必要があるし、過大な分離空間の高圧空気室は、燃焼圧の増減に対して平衡する際の過渡的な燃焼ガスの移動が多量となっ���制御に対する反応が遅くなることに注意が必要となる。【０１５８】  図６は、加圧圧縮ポンプ７の斜流ポンプ型インペラーの斜視図と断面斜視図を示し、特に駆動翼７ａは内側から外側に向かって円弧状に設けて、加圧圧力を高めることに加え、高速航行時の動圧効果による海水流速による運動エネルギーを回転運動に変え、加圧圧縮ポンプ７の駆動力削減に役立てている。【０１５９】  図７は、燃焼室１４部分の拡大図で、容積可変型燃焼室の動作を示す説明図で、図７（ａ）は最小出力時のフリーピストン１３と空燃比分配弁１４ａの動作状態を示し、図７（ｂ）は最大出力時の動作状態を示している。【０１６０】  最小出力時は燃焼温度が低下して燃焼圧力も低くなるので、フリーピストン１３は伸縮駆動装置によって可動ピストン１３ｂを最上部へ押し上げて燃焼室容積を最小として高温高圧の燃焼ガスの膨張移動範囲を狭めて圧力を高く維持する。【０１６１】  この時の空燃比分配弁１４ａは、最小量の空気を混合気室１４ｂを経て燃料ガス流入口１４ｈから燃焼室に送り、種火用の燃料噴射ノズル１４ｄからの最小噴射燃料と混合して燃焼させ、空気室１４ｃと空気流入口１４ｊを経て送られた空気と燃焼ガスを混ぜて高膨張比と最小燃料時に於ける最大圧力を得る様に設定される。【０１６２】  最大出力時は、大量の燃料燃焼を可能とすると共に、過度の高圧燃焼による過熱損傷等を避けるために燃焼室容積を最大とする様に可動ピストン１３ｂは最下部へ移動し、空燃比分配弁１４ａは送気される空気の全量を混合気室１４ｂに送り、最適空燃比による最大の燃料が燃料噴射ノズル１４ｄから供給される。【０１６３】  最大出力時の供給燃料は多量になるため、空気との混合を事前に積極的に行わせる目的で、混合気室１４ｂに燃料噴射ノズル１４ｄを複数個設けて、十分に混合させた混合気を燃料ガス流入口１４ｈから供給して燃焼させる構造を有している。【０１６４】  燃焼ガスは、高圧排気管１６から排出されるが、燃焼室内を高温高圧に維持する必要があるため、燃焼室１４内に耐熱断熱材で成形された燃焼ガス噴出口１４ｅが設けられ、可動ピストン１３ｂの上部には整流溝１３ｃが設けられて、燃焼ガスを循環させて有効に活用させている。【０１６５】  燃焼室１４と垂直配管１２の内部は、緩慢な動きをするフリーピストン１３を除いて機械的可動部分が無いので潤滑と潤滑維持の冷却を必要としないので、燃焼室外郭１４ｇと筐体外郭１２ａに対して内面断熱構造が可能となり、各々の内面に断熱材１４ｆ、１２ｂが貼り付けられている。【０１６６】  これらの断熱材は、断熱材ブロックをアーチ状やリング状に組み合わせることで燃焼室が構築可能で、平衡圧力下で動作するため出力増減等の過渡的な変動圧力を除いて、燃焼圧力等による負荷応力は受けないから、機械的高強度の断熱材料から、断熱および耐熱性能を重視した材料に代えることが可能で、材料選定範囲を拡大する事ができる。【０１６７】  本構造は周囲と同一高圧下での燃焼であるから、出力増減等の過渡的圧力変動などを除いた平衡状態に於いて、燃焼室１４と高圧排気管１６を除く高温高圧ガスの流れは無く、ガスの移動流出や出入りによる熱の移動損失が生じないから、断熱材１２ｂ，１４ｆは伝導と輻��による熱損失を防ぐのが主な役割となり、外郭との隙間による燃焼ガスの流出や吹き抜けを防止すれば、各々の外郭１２ａ，１４ｇに密着する必要もないから外郭の熱膨張によるクリアランス増減は板ばね等によって吸収する構造も採用できる。【０１６８】  図８は、高圧排気管１６の内面断熱構造と温度による収縮を吸収する可動配管の構造を示す断面拡大図である。【０１６９】  高圧排気管１６は、外郭金属管１６ｇの内部に中心部に貫通穴１６ｈを設けて外面と共通の球半径による凹みを設けたた半球形状の断熱材ブロック１６ａの外球面と内球面を連続密着して並べて内面断熱を行い、僅かに曲面を有した円錐状貫通穴１６ｈによって、１個のブロック毎に数度の回動を許容して高圧排気管１６の曲げ加工を可能とする。【０１７０】  高圧排気管１６は燃焼室１４からの燃焼ガスがほぼそのまま流れるので、断熱材ブロック１６ａは常に密着させて、燃焼ガス乱流の外郭金属管１６ｇへの接触による加熱損傷をを防ぐ必要があり、外郭金属管１６ｇの膨張による空隙発生を防ぐために、途中に可動断熱管１６ｂを設けて断熱材ブロック１６ａの密着を維持する。【０１７１】  凹凸一組で成る可動断熱管１６ｂは、可動断熱管筐体１６ｅの中に、摺動座金１６ｄを介してスプリング１６ｃを圧縮して取り付けられていて、両側の外郭金属管１６ｇと締め付けナット１６ｆで接続される【０１７２】  冷状態で圧縮されているスプリングは、動作時の漏れ熱による外郭金属管１６ｇの膨張分を、自然長に戻ることで吸収して、高温に曝されている断熱材ブロック１６ａに無用の機械的ストレスを与えない構造としている。【０１７３】  図９は、海水を噴射して具体的な推力を得る面積可変噴出口１１の一実施例を示す拡大図で、図９（ａ）は最大解放時、図９（ｂ）は全閉状態を示し、それぞれ出力と動作圧力設定によって調整され、具体的には噴射速度と流量を決定する。【０１７４】  噴出口筐体は、１１ａは船体外郭１に一体化して、強力な噴射反力に耐える様に強固に設けられ、回転軸１１ｃを中心にして駆動シリンダー１１ｄの伸縮で円弧運動による開閉動作を行う可変弁１１ｂを備える。【０１７５】  噴射口を可変する事で、出力状態を、低圧少流量，低圧大流量，高圧少流量，高圧大流量，及びその中間動作、等の様々な用途と航行状態に対応することができる。【０１７６】  図１０は、高圧排気管１６からの燃焼ガス供給を受けて排気エネルギーの回収を行うと共に、燃焼ガスの排気流路を開閉することで燃焼室１４の圧力調整を行う排気過給器の流入面積可変弁１７ｂの動作状態を示す拡大図である。【０１７７】  図１０（ａ）はの全閉状態、図１０（ｂ）は全開状態を示し、弁の開閉駆動は運転制御装置２４の動作信号によって動作する駆動装置で１７ｄで行われ、排気タービン１７ａへの排気供給量を増減することで燃焼室圧力を調整する。【０１７８】  流入面積可変弁１７ｂを通過した燃焼ガスは、排気タービンを駆動してから低圧排気管１８を経て大気中に放出され、排気タービン１７ａで同時に駆動される吸気タービンは、エアフィルター１９ａを通過し低圧吸気管１９で運ばれた新鮮空気を圧縮し、予圧空気として過給気管に供給する。
【実施例１】
【０１７９】  図１１は、本発明による水噴射エンジンを中低速航行用船舶に応用実施する場合の構造構成を示す概略図で、図１２に主要部分を抜粋した拡大図を示し、図１３に燃焼室部分の拡大図を示して燃焼室容積可変構造と圧力変換ピストン２９の動作を説明する。【０１８０】  本実施例は、低温中圧動作を行う海水噴射系の圧力と、高温高圧動作を行う燃焼系の圧力を各々個別に最適設定して運転する場合の基本例であり、本例では１：３（例えば１ＭＰａ：３ＭＰａ）を設定している。【０１８１】  高速航行が必要でない中低速航行の場合は、同じ推力を得る場合には、海水の噴射速度を下げて噴射量を多くした方が必要駆動力を小さくできるが、一方、燃料は高温高圧状態で燃焼させた方が熱効率が高くなって経済的である。【０１８２】  その異なる圧力を釣り合わせる手段として、両端面積が異なった圧力変換ピストン２９を使用して、圧力と面積の積で得られる力を同じにすることで、燃焼圧力を力に代え、その力を海水噴射圧力に代えて、力によって平衡を維持する圧力伝達構造を採用している。【０１８３】  この構造を採用する場合は、圧力変換ピストン２９は、双方から受ける圧力と釣り合わせる力に耐える必要があるから、全体を強固な構造体とする必要があり、燃焼室側の可動ピストン２９ａは耐熱性能も必要であり、駆動装置２９ｃはその力に耐えて動作する事が求められる。【０１８４】  更に、駆動装置２９ｃが作動する低圧室３０は、低温中圧動作圧力と同等以下となるため、中圧および高圧圧力がそのまま水密および気密構造部の負荷圧力となり、特に高温高圧動作側の気密性が問題となる。【０１８５】  先ず、垂直配管１２内で浮遊するフロート２９ｂはゴム膜等で形成された耐圧膜２９ｆを介して筐体外郭１２ａとの水密を行い、圧力を伝達している。【０１８６】  この耐圧膜２９ｆは高温に曝される事がないために垂直配管内の断熱材を必要とせず、構成材料選択の幅が拡がって経済的に効果的な水密膜が得られる。【０１８７】  一方、可動ピストン２９ａの上部は燃焼ガスに接するため耐熱と断熱性能および機械的強度が要求されて、周囲は燃焼室外郭１４ｇまたは断熱材１４ｆとの緩慢ではあるが円滑な上下動を確保した上で十分な気密性能が必要になる。【０１８８】  その対応として、可動ピストン２９ａの側周面の概ね下半分にリング溝２９ｄを設け、リング溝にピストンリング２９ｅを組み込み、必要に応じてリング溝２９ｄの内側から高粘性の油脂または高圧潤滑油を供給して気密性能を向上させている。【０１８９】  ピストンリングは、スチールウールやカーボン繊維などの耐熱性繊維を金属弾性材の芯金に巻き付け束ねることで、適度の柔軟性与えて燃焼室内部の断熱材１４ｆと密着して機密性を保つ構造としている。【０１９０】  また、断熱材１４ｆと燃焼室外郭１４ｇとの隙間は、燃焼ガスを流出させ、燃焼室外郭を過熱させることになるため、両者は密着させる必要があり、断熱材１４ｆ表面には潤滑を兼ねて滑らかに仕上げる皮膜材料をコーティングする。【０１９１】  高圧ガスの完全気密は困難なので、低圧室３０に流れ込む燃焼ガスを排出するために負圧排気管３０ａを設けて低圧吸気管１９へ戻している。【０１９２】  可動ピストン２９��の可動範囲は、図１３（ａ）の最小燃焼室容積から図１３（ｂ）の最大燃焼室容積まで連続的に変化して、燃料の最小消費と燃焼圧力の最大化を得る様にしていて、可動ピストン２９ａ上部には、燃焼室容積を最小とした時の燃焼ガスの排気通路とする、排気案内溝２９ｇを設けている。【０１９３】  本例の場合は、加圧圧縮ポンプ７で空気を圧縮して押し込む圧力は、中圧の海水噴射圧力と概ね同圧力であって、燃焼室での最適圧力には不足するために、対策として増圧用排気過給器３１を増設してあり、排気過給器１７と同様に流入面積可変弁１７ｂを備えて連携して燃焼室圧力を調整制御する。【０１９４】  中圧海水圧力の面積可変噴出口１１からの噴射速度を抑えた海水噴射は、個別に設けた大流量の推力増幅管３２に対して行い、推力増幅管３２内の海水を駆動することで、周囲の海水に対する巻き込み効果で大量の海水移動を実現できて、効果的な低中速の大推力を得る。【０１９５】  この推力増幅管３２は、船体貫通を必要とせず、図３の様に船体外郭１から直接突出させた面積可変噴出口１１部分に設ける大口径の配管でも一定の効果は得られるが、船体形状の最適化による噴出口の設定を行う場合には船内貫通型が効果的と考えられる。【０１９６】  本実施例による圧力変換ピストン２９の採用は、逆の圧力変換も可能とするもので、海水噴射圧力より低い大量の排熱圧力または外燃熱源による吸入空気の膨張圧力、等を有効な海水噴射動力に変えることができ、廃熱や排気熱の有効活用が可能になる。【０１９７】  この応用は、船舶用に限るものではなく、陸上設備機器等での排熱エネルギー回収などに応用ができ、更に気密を必要とする圧力と取り扱い温度の低下は、気密対策での構造手段や材料の選択幅が拡大することになって構造的にも容易になり、より最適度を高めることになる。【０１９８】  本実施例に於いては、動圧による取水海水の速度は１５ｍ／ｓ以下と考えられ、加圧圧力も減ずることができ、空気泡も大きく、各行程での滞留時間も長く設定できるので、加圧圧縮ポンプ７は垂直配置として、ポンプ駆動水車２１による駆動力を高め、空気泡と海水の分離は密度差による自然分離を主とし、遠心力の慣性によって空気溜まりの形成を行わせている。【０１９９】  なお、中低速航行用の中圧噴射推進では、海水の加圧および空気の圧縮圧力は低中圧で済むために、混合加圧圧縮を行う必然性は減り、別々の専用ポンプで行っても良い。
【実施例２】
【０２００】  図１４は、本発明による水噴射エンジンを火力発電に応用実施する場合の構造構成を示す概略図で、海水に代えて水を噴射して発電機用水車を駆動することで発電を行い、動力伝達媒体としての水を回収して再利用することで、連続運転を行う。【０２０１】  本例は、図３の高速船舶用水噴射エンジンを応用したもので、２〜３ＭＰａの噴射圧力は、水力発電の有効落差の概ね２００〜３００ｍに相当し、その条件に適したペルトン水車３４によって駆動される発電機３５で電力を発生させる、火力−水力発電である。【０２０２】  面積可変噴出口１１は高圧高速水を集中して噴出できる噴射ノズル３３に代え、水量は高圧蓄圧配管１０に支持翼３３ｃで支持固定された駆動シリンダー３３ｂによって前後に可動するニードル弁３３ａで調整される。【０２０３】  噴射水流は、ペルトン水車３４外周のランナ３４ａに取り付けたバケット３４ｂによって効率よく回転運動と駆動力に変換されて発電機３５を回転させ、圧力と速度を失った水は発電機室３５ａの下部に溜まり戻り配管３５ｂで吸水側の低圧配管１ｂへ移動する。【０２０４】  この場合は、普通の水を低温のまま動力伝達媒体として繰り返して使用できるので、空気の混合圧縮や分離に対する消泡剤、装置類の保全効果に対する水溶性防錆剤、等の添加剤を有効に活用できて保守管理コストを削減する。【０２０５】  循環する水は、複数の発電機を循環路上に水路勾配を設けて配置することで流水移動損失を削減でき、直接熱の授受を行わない低温状態での動作であるから純水など特別なものを必要としないし、僅かな補水で足りうるものである。【０２０６】  水力発電への応用は、熱効率を高く設定でき、水車効率が高いため、発電効率６０％以上が期待できると共に、燃料供給量に対する変動部分が燃焼室圧力のみであり、噴射ノズル３３の数を変化させる制御と併せて、負荷変動に対する追従性が良好であり、夜間の無駄なアイドリング運転等の削減につながる。
【実施例３】
【０２０７】  図１５は、本発明による水噴射エンジンを中大型機器用動力として応用実施する場合の構造構成を示す概略図で、図１６に、空気泡混合器と逆流防止構造の拡大説明図を示す。【０２０８】  本例は、比較的連続して中間負荷から最大負荷を使用する、建設機械や発電機、一部の作業用自動車、そしてプロペラを使用した航空機などのエンジンとしての応用例を示すものである。【０２０９】  つまり、従来の航空機用ジェットエンジンを、液体を高密度の動力伝達媒体として使用する濃縮型の陸用ジェットエンジン、そして、プロペラ駆動用ジェットエンジンとする。【０２１０】  動力伝達媒体としての液体は、水を基に、消泡剤、潤滑剤、防錆剤、不凍結剤、防腐剤などを必要に合わせて使用し、エンジン内を循環して再使用され、蒸発等による減耗は別置きの補充タンクから一定の液面を基準に予圧して供給される。【０２１１】  加圧圧縮を行うポンプは、オープンインペラー型の遠心ポンプ３６を使用し、水を加速させるための駆動翼３６ａの途中の一部に切り欠き３６ｂと凹部３６ｃを設け、その凹部３６ｃに予圧空気を吹き込んで渦巻き状に混入させて供給する。【０２１２】  予圧空気は、燃焼ガス圧力を調整可能とした流入面積可変弁１７ｂを備えた排気過給器１７で発生させ、過給気冷却器２０ａと圧力調整弁２０ｃを経て過給気管で供給される。【０２１３】  供給された空気は水に吸熱されながら遠心力による水圧で圧縮され、周端周速度を増して高圧筐体３７に設けられた案内翼３７ａによって速度エネルギーを圧力に変換されて更に増圧する。【０２１４】  その加圧された水は、遠心ポンプ３６の周端下部に設けられた円盤状の弾性体による保圧弁３６ｅと高圧筐体の凸部３７ｂで流量を制限されて、圧力に応じた量を流入させて逆流防止と高圧空気を封じる。【０２１５】  図１６（ａ）は最小流量時の状態を示し、図１６（ｂ）は最大流量時の状態を示すもので、水を高圧筐体に沿って流し込み、遠心力慣性による遠心分離効果を促している。【０２１６】  垂直配置の高圧筐体３７内で水と空気は密度差による自然分離で分かれて、空気は上部に、水は下部に溜まり、空気は燃焼室へ送られ、水は噴出口３８から駆動装置３８ｂで制御される可変弁３８ａで調整されて、外側から内側に向かって環状に噴射して、フランシス水車と類似構造とした出力水車３９に回転力を与える。【０２１７】  出力水車３９は高圧筐体３７内で極力最大径を確保して、静止回転駆動力および低回転駆動力の確保を行い高トルク出力型の特性を狙っており、出力水車３９の回転力は、出力軸３９ａから取り出すことができる。【０２１８】  出力水車３９の最大径確保は、遠心ポンプ３６の外径拡大にもつながり、同回転数での周端水圧が上昇するため、高圧縮を行う場合には効果大である。【０２１９】  出力水車を駆動した水は余剰水圧で、中心管４０と内壁管４１そして遠心ポンプ３６の外郭管３６ｇで形成された戻り水路４２を上り、外郭管３６ｇに設けられたフィン３６ｆで回転力を得て、逆流防止弁４３と回転する支持翼３６ｄで整流されながら駆動翼３６ａへ戻り、循環する。【０２２０】  始動時は、始動用電動発電機２７によって、減速ギヤボックス４４と駆動ギヤボックス４５を介��て遠心ポンプ３６が駆動され、出力軸１７ｅを介して排気過給器１７が駆動されて水と空気を加勢し動作開始させ、逆流防止弁４３はその流れを整流して低圧空気の燃焼室への送気を円滑にしている【０２２１】  燃焼室１４は環状の二重管構造を採り、燃焼部と高圧排気管１６を還の両端に置き、燃焼ガスを左右上下に分けて半周移動させてから高圧排気管１６に流出させることで、組み合わせる環状のフリーピストン１３の上下動と合わせて、広範囲の燃焼室容積調整を可能としている。【０２２２】  半円形断面で環状のフリーピストン１３は、運転状況に応じた水の移動量によって自動的に上下動を行って燃焼室容積を増減させ、低出力時には下に溜まった水で持ち上がり、高出力時には戻り水路４２への移動により下方へ移動するように設定して、運転管理を簡素化している。【０２２３】  遠心ポンプ３６は、排気過給器１７からの回転力を出力軸１７ｅで取り出して、減速ギヤボックス４４で減速しトルクを増した後、更に駆動ギア４５とポンプ駆動軸４６を介して駆動されている。【０２２４】  排気過給器１７からの余剰または不足回転力に対しては、始動用電動発電機２７による発電吸収と駆動補助を行い運転を維持している。【０２２５】  燃焼ガスの排気残存エネルギーは良質で回収が容易で、排気過給器１７で概ね回収するため、低圧排気管１８からの排気音量は低いものになるが、可聴高周波音や超音波対策および高温排気対策として消音器１８ａを追加装備している。
【実施例４】
【０２２６】  図１７は、本発明による水噴射エンジンを小型機器用動力として応用実施する場合の構造構成を示す概略図である。【０２２７】  本例は、比較的頻繁に運転状態を変化させる中大型自動車のエンジンあるいは電池とモーターを組み合わせたハイブリッドカーのエンジンとしての応用例を示すものである。【０２２８】  本発明の水噴射エンジンは、動力伝達媒体の液体に空気供給の役目が科せられていて、液体が常に循環していることが必要であるため、小出力の負荷変動に対応して運転するには、高圧高速少量噴射より中圧中速大量噴射の方が好ましく、圧力変換ピストン２９を採用して、高圧燃焼を維持しながら、アイドリング状態での水循環を確保している。【０２２９】  燃焼ガス圧力は、圧力変換ピストン２９で垂直配管１２内の中圧水に伝達され、中圧連結管４８を経て中圧筐体４７内の中圧水に伝えられ、前実施例同様に、中圧水は噴出口３８から駆動装置３８ｂで制御される可変弁３８ａで調整されて、外側から内側に向かって環状に噴射して、フランシス水車と類似構造とした出力水車３９に回転力を与える。【０２３０】  停止状態は中圧筐体４７の下半分に水が溜まっていて、始動用電動発電機２７とポンプ駆動軸４６と減速ギヤボックス４４が、各々のでベルトプーリー４９が歯付ベルト５０でつながっていて、始動時には始動用電動発電機２７が遠心ポンプ３６と排気過給器１７を駆動回転させる。【０２３１】  始動回転による遠心力で水は中圧筐体４７の内側と戻り水路４２の外側に張り付いて動作を行い、燃焼室１４は空気と燃料の供給を受けて低圧燃焼から圧力を発する低中圧燃焼に移行して、アイドリング状態を維持し、増圧用排気過給器３１で燃焼用高圧空気を発生させている。【０２３２】  そして、排気過給器１７は出力軸１７ｅで減速ギヤボックスを介して遠心ポンプ３６と始動用電動発電機２７を駆動し、高出力時の余剰分は電力として回収する。【０２３３】  本実施例では圧力変換ピストン２９の駆動装置２９ｃは内部に、スプリング構造を備えて、低出力低圧力時には伸びて燃焼室容積を減じ、高出力高圧力時には縮んで燃焼室容積を増して自動的に最適容積を調整させて運転管理を簡素化している。【０２３４】  本例のように、圧力変換に伴う増圧過給を行う場合の小出力エンジンでは、遠心ポンプによる圧縮の前準備としての予圧は必ず必要ではなく、運転動作圧力の大小と負荷率の大小および長短で決定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【０２３５】  本発明による水噴射エンジンは、船舶用途の場合は最も効率の良い水噴射型推進装置であるが、本質的には燃料の燃焼等による熱エネルギーを、空気等の気体圧力に変換し、その圧力を海水等の液体に伝え、液体を出力用の動力伝達媒体として、液体圧力による高速噴射速度と噴射量の積によって運動エネルギーを取り出す液圧出力エンジンである。【０２３６】  一方、各々の圧力を平衡動作させることで最高の熱効率を発揮するものであるから、頻繁に負荷変動する場合、例えば自動車用動力とする場合などは、電動機と組合せて変動分を吸収させる等の対策が必要になる。【０２３７】  比較的緩慢な負荷増減に対しての出力の追従は容易であるから、高熱効率エンジンとして応用がする事ができて、水車発電機と組み合わせた火力発電への応用、スクリュープロペラを使用している船舶への応用、コジェネレーションへの応用、等が考えられる。【０２３８】  そして、作動液体による重量増も積載燃料の削減で相殺できるため、プロペラを使用している航空機への応用が考えられ、静かで、高温排気の少ない環境に優しい航空機が実現する可能性がある。【０２３９】  更に廃棄物やゴミ焼却による排熱エネルギーの回収等に応用する事ができる。【０２４０】  液体への空気泡混入と遠心ポンプとの組合せ構造は、ヒートポンプへの応用に最適で、圧縮される空気は水等の動作媒体を直接暖めることができ、圧縮空気の解放時の熱は冷却用に使用可能で、高圧液体は水車タービンによってポンプ駆動力として循環再利用する。【０２４１】  ガスの高圧圧縮ポンプとしての応用も可能で、インペラーの外形を大きくして回転数を増すことで遠心加速度を上げ、インペラー内の液体質量増加と併せて、周端での圧縮圧力を容易に高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２４２】
【図１】  本発明のエンジンを高速航行船舶に応用した場合の構造構成ブロック図である。
【図２】  本発明のエンジンを中低速航行船舶に応用した場合の構造構成ブロック図である。
【図３】  本発明のエンジンを高速航行船舶に応用実施した場合の構造概略図である。
【図４】  図３の主要部分を抜粋した拡大図である。
【図５】  図３の主要部分の加圧圧縮ポンプと気水分離装置の拡大詳細図である。
【図６】  図３の主要部分の加圧圧縮ポンプの斜視図と断面斜視図である。
【図７】  図３の燃焼室部分の拡大図で、容積可変型燃焼室の動作説明図である。
【図８】  図３の高圧排気管の内面断熱構造を示す拡大図である。
【図９】  図３の面積可変噴出口の一実施例を示す拡大図である。
【図１０】  図３の排気過給器の高圧排気流入口の流入面積可変弁の拡大説明図である。
【図１１】  本発明のエンジンを中低速航行船舶に応用実施した場合の構造概略図である。
【図１２】  図１１の主要部分を抜粋した拡大図である。
【図１３】  図１１の燃焼室部分の拡大図で、圧力比変更、容積可変型燃焼室の説明図である。
【図１４】  本発明のエンジンを火力−水力発電に応用実施した場合の構造概略図である。
【図１５】  本発明のエンジンを中大型機器用動力として応用した場合の構造概略図である。
【図１６】  図１５の空気泡混合器と逆流防止構造の拡大説明図である。
【図１７】  本発明のエンジンを小型機器用動力として応用した場合の構造概略図である。
【符号の説明】
【０２４３】  １  船体外郭
１ａ  吸水管          １ｂ  低圧配管
２  固定翼付配管
２ａ  固定翼          ２ｂ  管状水路
３  高速用送気口
３ａ高速用過給気管
４  低速用送気口
４ａ  低速用過給気管
５  気水混合配管
５ａ  内管            ５ｂ  整流フィン          ５ｃ  外管
５ｄ  環状水路
６  予圧回転ポンプ
７  加圧圧縮ポンプ
７ａ  駆動翼          ７ｂ  インペラー周端部    ７ｃ  リブ
８  圧縮器筐体
８ａ  整流保圧弁      ８ｂ  保圧弁駆動装置      ８ｃ  整流スロープ
９  気水分離器
９ａ  整流スペーサー  ９ｂ  剥離刃先            ９ｃ  分離通路
９ｄ  分離プレート    ９ｅ  高圧空気溜まり      ９ｆ  整流フィン
１０  高圧蓄圧配管
１１  面積可変噴出口
１１ａ  噴出口筐体    １１ｂ  可変弁            １１ｃ  回転軸
１１ｄ  駆動シリンダー
１２  垂直配管
１２ａ  筐体外郭      １２ｂ  断熱材
１３  フリーピストン
１３ａ  フロート        １３ｂ  可動ピストン    １３ｃ  整流溝
１３ｄ  伸縮駆動装置
１４  燃焼室
１４ａ  空燃比分配弁    １４ｂ  混合気室        １４ｃ  空気室
１４ｄ  燃料噴射ノズル  １４ｅ  噴出口          １４ｆ  断熱材
１４ｇ  燃焼室外郭      １４ｈ  燃料ガス流入口  １４ｊ  空気流入口
１５  高圧送気管
１５ａ  高圧送気ポンプ  １５ｂ  吸気口
１６  高圧排気管
１６ａ  断熱材ブロック  １６ｂ  可動断熱管      １６ｃ  スプリング
１６ｄ  摺動座金        １６ｅ  可動断熱管筐体
１６ｆ  締め付けナット  １６ｇ  外郭金属管      １６ｈ  貫通穴
１７  排気過給器
１７ａ  排気タービン    １７ｂ  流入面積可変弁  １７ｃ  吸気タービン
１７ｄ  駆動装置        １７ｅ  出力軸
１８  低圧排気管
１８ａ  消音器          １８ｂ  集合管
１９  低圧吸気管
１９ａ  エアフィルター  １９ｂ  始動吸気分岐口
２０  過給気管
２０ａ  過給気冷却器    ２０ｂ  分配バルブ      ２０ｃ  圧力調整弁
２１  ポンプ駆動水車
２１ａ  高圧送水管      ２１ｂ  低圧排水管      ２１ｃ  ギヤボックス
２１ｄ  駆動軸
２２  中圧送気管
２３  燃料噴射ポンプ
２４  運転制御装置
２５  燃料タンク
２６  始動用送気ポンプ
２６ａ  電動機          ２６ｂ  始動用吸気管    ２６ｃ  逆流防止弁
２６ｄ  始動用送気管
２７  始動用電動発電機
２８  排気熱回収発電機
２９  圧力変換ピストン
２９ａ  可動ピストン    ２９ｂ  フロート        ２９ｃ  駆動装置
２９ｄ  リング溝        ２９ｅ  ピストンリング  ２９ｆ  耐圧膜
２９ｇ排気案内溝
３０  低圧室
３０ａ  負圧排気管
３１  増圧用排気過給器
３２  推力増幅管
３３  噴射ノズル
３３ａ  ニードル弁      ３３ｂ  駆動シリンダー  ３３ｃ  支持翼
３４  ペルトン水車
３４ａ  ランナ          ３４ｂ  バケット
３５  発電機
３５ａ  発電機室        ３５ｂ  戻り配管
３６  遠心ポンプ
３６ａ  駆動翼          ３６ｂ  切り欠き部      ３６ｃ  凹部
３６ｄ  支持翼          ３６ｅ  保圧弁          ３６ｆ  回転フィン
３６ｇ  外郭管
３７  高圧筐体
３７ａ  案内翼          ３７ｂ  凸部
３８  噴出口
３８ａ  可変弁          ３８ｂ  駆動装置
３９  出力水車
３９ａ出力軸
４０  中心管
４１  内壁管
４２  戻り水路
４３  逆流防止弁
４４  減速ギヤボックス
４５  駆動ギヤボックス
４６  ポンプ駆動軸
４７  中圧筐体
４８  中圧連結管
４９  ベルトプーリー
５０  歯付ベルト
【図１】
2009126509.tif 000003
【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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