JP2011506174A - フィン推進用シール - Google Patents

Abstract

本発明は、海上船舶１用の推進システムに関し、該システムは、海上船舶の船体内に設けられた揺動又は横方向並進シール部材５を備える。シール部材５は、揺動式動力源に接続されることが可能であり、推進要素４に接続されることが可能である。シール部材５は船体２に摺動可能に接続され、これによってシール部材５は複数の方向に移動することができる。シール部材５は船体内の開口部３を覆い、船体内の開口部はいかなるときも、揺動シール部材によって覆われる領域内にある。シール手段１０が船体内の開口部の周縁をシールするように設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、用いる推進手段が羽ばたき式、横方向並進式又は揺動式のフォイル（foil：フォイル）又はフィンを含む、海上船舶用の推進システムに関する。

一態様によれば、本発明は、推進システムが少なくとも部分的に延出する開口部を有する船体を備える海上船舶に関する。推進システムは、船舶の船体内に設けられた少なくとも１つの横方向並進又は揺動シール部材を備える。

シール部材は、船舶の内部に面する一方の部分及び船舶の内部から離れる方向を向くもう一方の部分を有する。

推進手段は、揺動又は横方向並進シール部材から、上記船舶の内部から離れる方向を向く部分から延出する。

揺動又は横方向並進シール部材が船体の内側又は外側に移動することができるように設置されている。

シール部材は、２つ以上の方向に移動することができるように、固定手段によって船体に摺動可能に接続されている。

船の船体が、必要な全ての技術的手段を含めた揺動又は横方向並進システムを収容していることを理解せねばならない。

［背景］
魚類及び海棲哺乳類は、ひれを揺動させることによって現今の海上船舶よりも高い推進効率で水中で移動及び遊泳することが認識されている。

ひれによる推進と等価な技術は、これまで海上船舶において実施されていない。

本発明は、船の下の１つ又は複数のフィンの、１つの周期的な並進運動と、できれば、１つの周期的な回転運動との組合せに基づいた、効率的且つ動作可能な羽ばたき式推進を実現する重要な実用的要素である。

魚尾の揺動の動きを、フィンの回転によって、又は、海棲哺乳類及びマグロ科（tuna-related）の魚類の場合に当てはまるように、尾部のフィンの少なくとも１つの周期的な並進と１つの周期的な回転との組合せによって、シミュレートして発生させることができる。

現今、ほとんど全ての水上船舶は、サイズ、航海速度及び用途にかかわらず、１つ又は複数の回転式の推進要素によって推進する。

例えばプロペラ、ジェット、ダクトプロペラ又はポンプジェット等の推進要素は、各自の軸回りに回転する。より大きい船舶では、プロペラは約５０ｒｐｍ〜５００ｒｐｍで回転する。

プロペラは特定用途に対し入念に設計される。

設計者の重要な一目的は、船舶の全体的な燃料消費を抑えることである。これは、船体の形態、推進プラント及び推進要素等の複数のパラメータの入念な設計によって達成される。

現今の最も効果的なプロペラの効率が８０％を超えることは稀であり、実際には、３０％〜７０％の効率が一般的に認められるが、不必要にパワープラントが大規模となり、燃料消費が増大する。

したがって、上述の不都合点を踏まえ、十分に動作性があると共にローテクが改善されていながら高効率である海洋推進システムの有用性は明らかである。

［背景技術］
揺動又は横方向並進フィンによる推進は、回転式プロペラ及び本来のステアリングよりも効率が高いこと（これにより、関連するコスト及び関連する信頼性に問題のある別個の舵の必要性が排除される）等、魅力的な特徴を有し、さらに、荷物収容室の増加に備え船体内部の容積を遮るものがない。衝撃損失、流体力学的摩擦損失、誘導抗力の損失、及び、船体自体にかかる抗力が低くなることにより、より高い効率が達成され、その結果、燃料消費が低減し、原動機用の設置型の動力が小さくなるか、又は、同じ設置型の推進力及び燃料消費のままで航海速度が高くなる。

フィンを揺動又は横方向並進する重要な試みは、大幅な機械的摩擦損失を回避することにあり、且つ、回転式プロペラに匹敵する信頼性及び安全性を提供することにある。

１９９５年３月２８日に公開の特許文献１（TRIANTAFYLLOU他）は、羽ばたきフォイルを用いる推進システムを開示している。少なくとも１つのフォイルを用いるシステムを教示しているこの特許は、フォイルが船舶の航行方向に対して横方向に揺動すると共に垂直軸回りに回転可能に揺動する推進システムを開示している。好ましくは、特許文献１によれば、推進システムは、位相を異にして揺動する結果として航行方向に対して横方向の推進要素の推力がわずかである複数のフォイルから形成される。

特許文献１に開示されている推進システムの機械的実施の形態の主な特徴を以下に説明する。

図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃが、特許文献１によるフォイル推進システムの一実施の形態を示している。推進システムは２つのフォイル（１０）から形成され、フォイルはそれぞれ、シャフト（３４）を介して船体（３０）の後部のスリット（３６）を通ってテーブル（４０）に接続される。図４Ａに見られると共に矢印（３８）で示されるように、スリット（３６）の範囲は、フォイルの全最大ヒーブ振幅よりも大きい。図４Ｂに最もよく見られるように、各テーブル（４０）には２つ以上のホイール又はローラ（４２）が前方下面及び後方下面に取り付けられており、ホイール又はローラは船体（３２）に取り付けられている対応トラック（４４）に載置される。したがって、テーブル（４０）及び該テーブル（４０）に取り付けられているフォイル（１０）は１つの軸（３８）に沿って両方向のどちらにも自由に動き、任意の他の方向への運動から固定されている。

最終的に、特許文献１によるシステム機構は船体（３２）内に形成されている複数のスリット（３６）を通じて作動し、スリットはそれぞれ、航行前方方向へ船舶に対して横方向であり、スリット（３６）の範囲はフォイルの横方向運動範囲を超えている。フィンはまた、船の移動方向に関して回転がフォイルの角度に実質的に影響を与えるように配置された軸の回りに動力下で回転する。

ここまで、特許文献１による教示を海上船舶の推進における限られた実用的な用途に限って見てきた。

２００５年４月１２日に公開の特許文献２（LIU）は、潜水艦用の推進システムを開示している。特許文献２は、フォイル部材の「マグロ型」の動きに基づいた推進を教示している。フォイル部材が船体に取り付けられ、互いに接離するように往復揺動することで、該フォイル部材間で水を圧縮することにより前方移動が生じるようになっている。特許文献２は、水上船舶用にフィン推進の採用を教示していない。

２０００年２月８日に公開の特許文献３（Ketterman）は、水線より下に延出している推進手段を有する船体を備える船を教示している。推進手段は、船の中心長手軸線に対してほぼ横断方向に円弧軌道に沿って揺動運動するようになされた１対の羽根部材から成る。該推進手段に動力を入力するための（動力付与）手段が推進手段に動作可能に連結されている。羽根部材は、円弧軌道に沿っての両方向いずれの方向の運動中においても船の長手軸線に対して前方推力を発生するための迎え角を形成するようにねじれる。

１９９３年１０月２１日に公開の特許文献４（Erich）は、双胴船用の人力駆動システムを教示しており、ここでは、このシステムは船体間に位置付けされる可撓性フィンを用いる。これらのフィンは、その前方端部にピボットを有することで、動きが制限される。フィンは一方が他方の前に配置され、可撓性ゴムバンドから懸架したロッカービームの下方延出部に取り付けられる。

２００３年４月３日に公開された特許文献５（Inocean）は、推進又はエネルギー回収に正弦波運動パターンを用いるシステムを提案している。このシステムは複数の剛性の船体要素を備え、該船体要素は一列に配置されると共に、該船体要素の列の長手方向寸法にわたって、平行な回転軸回りに回転するように互いに回転可能に取り付けられる。このシステムはさらに、船体要素同士を互いに対して回転させる運動機構、又は、船体要素同士を互いに対して回転させる結果としてエネルギーを回収する運動機構を備える。

２００６年４月１３日に公開された特許文献６(Clavis Biopropulsion)は、少なくとも１個の横方向並進フィンを備える装置を提案している。この装置は、フィンの実質的に自由な振動を可能にする作動手段及び駆動手段を含む。装置は、サイクルの数だけ駆動手段によって確立される衝撃状の力によって動作し、駆動手段がもたらす振動のエネルギーを蓄えるのにバネを用いている。

米国特許第５，４０１，１９６号明細書 米国特許第６，８７７，６９２号明細書 米国特許第６，０２２，２４９号明細書 独国特許出願公開第４，２１２，９２０号明細書 国際公開第０３／０２６９５４号パンフレット 国際公開第２００６／０３８８０８号パンフレット

本発明の目的は、動作自在に、概して海上船舶推進システムの効率全体を増加させる推進システムを明示することである。この目的は、揺動又は横方向並進シール部材によって覆われる開口部を通して延出する横方向並進推進手段によって海上船舶を推進させることによって達成される。

本発明のさらなる目的は、上記で開示したような既知の羽ばたきフォイルを用いる推進機構を明示することであるが、本発明によれば、先行技術を排除する明確な寄与及び利点をもたらす動作可能なシステムが提示され、海上船舶の船体の一部には、船の外部環境と船の内部との有効な分離をもたらすシール部材の一部によって恒久的に覆われる開口部が設けられる。この分離により水中で動作するのに必要な機構の部品が減るため、粘性損失が減り、運転安全性が増す。

実質的な機械的摩擦損失を生じさせることなく、実質的な流体力学的抗力を引き起こすことなく、且つ、信頼性及び安全性を妥協せずにシステムをシールすることは、これまで未解決のままであった著しい課題である。

著しい構造的可撓性が船に与えられ、また、船体内の開口部の寸法が船のサイズを考慮して大きいと、システムのシールが問題となる。

シール部材が覆う表面に発生する力は大きく、揺動又は横方向並進シール部材の高い並進速度（容易に１０ｍ／秒に達する）を伴うことから、特有のシールシステムの必要性は明らかである。

一実施の形態によれば、揺動又は横方向並進シール部材は、大部分の推進力を推進手段に伝達する。

一実施の形態によれば、揺動又は横方向並進シール部材は、大部分の推進力を推進手段に伝達せず、推進手段を駆動するために別個の構造体がシール部材と実質的に同じ動きで船体内を動く。シール部材を、推進手段又はその一部に接続することで、両方向に少なくとも一回転させることができる。

一実施の形態によれば、揺動又は横方向並進シール部材は、推進手段用の支持体及びガイド要素として作用する。

一実施の形態によれば、推進手段は少なくとも１つのフォイルを構成する。

一実施の形態によれば、推進手段は実質的に鉛直な、又は船体内の開口部の位置での船体の表面に対し実質的に垂直な軸を中心に枢動可能である。

一実施の形態によれば、スクリーン又はガードが船体の外側又は内側に設けられる。

一実施の形態によれば、シール手段は船体内の開口部の周縁に設けられる。

一実施の形態によれば、シール手段は少なくとも部分的に、揺動又は横方向並進シール部材に設けられる。

一実施の形態によれば、シール手段は２部シールを構成し、第１のシール部は、シール部材のうち、船舶の内部に面する部分をシールし、第２のシール部は、シール部材のうち、船舶の内部から離れる方向を向く部分をシールする。

一実施の形態によれば、シール手段が導管を含むことで、加圧媒体をシール表面にアクセスさせる。

一実施の形態によれば、第１のシール部にスリットを設けることで、該シールをそれ自身の軸の回りに撓ませる。

一実施の形態によれば、第２のシール部の板に可撓性マウントを設けることで、該シールをそれ自身の軸の回りに撓ませる。

別の態様によれば、本発明は、本明細書の教示全体を通して記載する揺動又は横方向並進シール部材により、船体内の開口部（ここから推進手段が延出する）を覆うことによって推進システムをシールする方法に関する。

本発明による推進機構を組み入れている海上船舶の主要断面側面図である。 本発明によるシール部材を含めた推進機構を組み入れている海上船舶の主要上面図である。 シール部材を含めた推進システムの主要断面側面図である。 本発明のシール部材のシールの一例を示す図である。

本発明によれば、少なくとも１つの揺動又は横方向並進シール部材５が海上船舶１の船体２内に設けられる。

シール部材５の揺動するヒーブ運動は、以下の実施形態の少なくとも１つに従って揺動手段から生じる：
Ｉ）シール部材５が推進手段４又はその一部によって揺動及び／又は並進する。この実施形態では、シール部材５は推進手段４に従い、推進力はシール部材５から推進手段４に全く伝達されない。
ＩＩ）シール部材５が揺動及び／又は並進手段に接続され、推進力を推進手段４又はその一部に伝達する。この実施形態では、シール部材５が推進手段４を駆動する。

シール部材（５）は任意の実施形態において推進手段４用の支持体及びガイドとして作用してもしなくてもよい。

揺動又は横方向並進シール部材５が大部分の推進力を推進手段４に伝達しない実施形態では、推進手段４を駆動するために別個の構造体１６がシール部材５と実質的に同じ動きで船体２内を動く。

シール部材５を、推進手段又はその一部に接続部によって接続することで、両方向に少なくとも一回転させるが、この接続部はより大きな自由度を有していてもよい。

シール部材５を、船体２の内側又は外側に摺動可能に設置することで、シール部材５は複数の方向に移動することができる。図は、２つのシール部材の移動が直線であり互いに平行であることを示しているが、システムは、部材の移動が非平行であるか又は部材の動きが円弧状である実施形態において同様の有益性を立証している。

好ましくは、シール部材５は一体部品として又は相互接続される部品として、且つ、軟鋼、高張力鋼、ステンレス鋼、又は、繊維強化プラスチック若しくは繊維強化金属等の任意の他の適した材料で製造される鋼スラブの形態で製造される。

さらに、シール部材は任意の適したプロファイル、例えば、開口ウェブ又はさらには非鋼材料で製造されるハニカム構造で製造することができる。

船体２は少なくとも１つの開口部３を備える。シール部材５は、船体２内の開口部が部材のヒーブ／揺動運動の際に露出されない、すなわち、該部材は、シール部材５の横方向運動と船体２内の開口部の横方向長さの和よりも（横方向に）長くなること、換言すると、船体２内の開口部は全ての通常の動作条件下でシール部材５によって覆われたままであることを確実にする必要がある。移動領域（swept area）の横方向外縁は図２の９で示される。

好適な実施形態では、揺動又は横方向並進シール部材５は、最適な流体力学的性能を維持するために船殻板の外側と実質的に面一である。

幾つかの実施形態では、船体の内側又は外側にスクリーン又はガードを設けることが有益であろう。スクリーン又はガードが、システムを通過する水の流れを最適化する結果、システムを通過して流れる水に対する抗力及び外乱を低減することになる。さらに、スクリーン又はガードはシール部材としても作用し得る。

図による実施形態は、長手方向にオフセットされるシール部材を含めた、左舷側及び右舷側推進システムを示す。該システムの一方が他方の前に全体的に又は部分的に長手方向に並置又は配置されている船舶を構成することが可能である。本発明によるシール部材を含めた推進機構は、別の構成をさておき１つの構成に決して限定されることはない。

魚の尾の動きを模倣するために、推進手段４をその軸を中心に少なくとも部分的に枢動させることができるか又はその枢動に影響を与えることができる手段を設ける必要性があるであろう。推進手段は、実質的に鉛直な、又は船体内の開口部の位置での船体の表面に対し実質的に垂直な軸を中心に枢動可能とすることができる。枢動は、複数の種々の装置、例えば、電気モータ又は油圧モータ、ラム、純機械的なリンク及びバネ等によって達成することができる。シール部材は幾つかの実施形態では推進手段の枢動用の手段を収容し得る。

シール部材のシール
本発明による推進システム用に適用可能なシールシステム１０を以下に提案するが、本発明のシステムは、提案するシールシステムに決して限定されるものではない。

シールシステムは、推進手段のソケットの周りのシール部材の貫入領域をシールするスリーブを含み得る。

シールシステムはまた、シール部材５用の軸受け及び力吸収手段としても作用することができる。

シールシステムは、複数の方向に且つ広範囲の速度以内で摺動及び回転する部材が引き起こす課題に対処する。

シールは２部シールを介して行われ、この２部シールは軸受け手段としての役割を果たすこともできることで、シール部材５をわずかに曲げると共に傾斜させることができる。

第１のシール部１１はシール部材５の第１の側面６をシールし、第２のシール部１２はシール部材５の第２の側面７をシールする。

第１のシール部１１は、シール部材のうち、船舶の内部に面する部分６に対してシールする。シールは、例えば第２のシール部１２からシール部材にかけられる内向きの力、推進力及び周囲から生じる力を受ける。第１のシール部１１にスリット１４が設けられることで、該シールをそれ自身の軸の回りに可撓性を持たせ、これによって、船体及びシール部材５の動き及び撓みを未然に防ぐ。

第２のシール部１２は外部の軸受け及びシールとしての役割を果たす。第２のシール部１２は傾斜し、シール部材５に対して平行なままとすることができる方法で取り付けることができ、この場合、取り付けられる板の可撓性により、圧力室の可撓性壁として作用する。

シール手段は、揺動又は横方向並進シール部材に少なくとも部分的に設けることができる。

シールは、システムが停止しているときにシステムを静的に密閉することができる。静的なシールは、圧力下でもたらされ得る別個の弾性室によって実現されてもよい。

シールを、ステンレス鋼、青銅、鋼、ＦＲＰ、エラストマー等、可撓性特性を有する材料から形成することで、シールの撓みを制限させる。

シールは、板１５上の可撓性マウントに取り付けられ、該シールはそれ自身の軸の回りで撓むことができる。

シールは、導管１３との加圧シール及び／又は流体静力学的シールとして構成され、それにより、シール表面への加圧媒体のアクセスを可能にする。

シールの幾つかの部分にスリット１４を設けることで、該シールをそれ自身の軸の回りに撓ませることができる。これにより、さらなる可撓性を与え、シール及び軸受けシステムを船体内及びシール部材５内でそれぞれ撓みを吸収させる。

上記において、推進システムは海洋推進システムの一部として用いられるものとされ、これが本発明の好適な適用と見なされるものとするが、水以外の他の流体、すなわち液体又はガス中で船舶を推進させるのに本発明を利用することも可能である。さらに、モータ又はエンジン駆動式船舶が好適な実施形態に想定されているが、本発明は人力駆動システムにおいても有利に用いられ得る。かかる装置は、駆動モータを必要とせずにスイマー又はダイバーを推進させる現在利用可能なシステムよりも労力をかけずにより高速な動きを与えることができる。

本明細書において使用されている場合の「含む（comprises/comprising/comprised of）」という語は、述べられている特徴、整数、ステップ又は部材の存在を具体的に挙げるために用いられているのであって、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、部材又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではないことを強調しておく。

Claims (14)

1. 少なくとも１つの開口部（３）を有する少なくとも１つの船体（２）と、該少なくとも１つの開口部（３）を通って少なくとも部分的に延出する推進システムとを備える海上船舶（１）であって、前記推進システムは、
   該海上船舶（１）の前記船体（２）内に設けられた少なくとも１つの揺動又は横方向並進シール部材（５）であって、前記船舶の内部に面する一方の部分（６）及び該船舶（１）の前記内部から離れる方向を向くもう一方の部分（７）を有する、少なくとも１つの揺動又は横方向並進シール部材（５）と、
   前記揺動又は横方向並進シール部材（５）のうち、該船舶の前記内部から離れる方向を向く前記部分（７）から延出する、推進手段（４）と、
   前記揺動又は横方向並進シール部材（５）を前記船体（２）の内側又は外側に動かすマウント（８）と、を備え、
   前記少なくとも１つの開口部（３）は前記揺動又は横方向並進シール部材（５）によって覆われることを特徴とする、海上船舶。
2. 前記揺動又は横方向並進シール部材（５）は大部分の推進力を前記推進手段（４）に伝達する、請求項１に記載の推進システム。
3. 前記揺動又は横方向並進シール部材（５）は前記大部分の推進力を前記推進手段（４）に伝達せず、該推進手段（４）を駆動するために別個の構造体（１６）が前記シール部材（５）と実質的に同じ動きで前記船体（２）内を動き、前記シール部材（５）を、前記推進手段（４）又はその一部に接続部によって接続することで、両方向に少なくとも一回転させる、請求項１に記載の推進システム。
4. 前記揺動又は横方向並進シール部材（５）は前記推進手段（４）用の支持体及びガイド要素として作用する、請求項１に記載の推進システム。
5. 前記推進手段（４）は少なくとも１つのフォイル（４）を構成する、請求項１に記載の推進システム。
6. 前記推進手段は、実質的に鉛直な、又は前記船体（２）内の前記開口部（３）の位置での該船体（２）の表面に対して実質的に垂直な軸を中心に枢動可能である、請求項１に記載の推進システム。
7. スクリーン又はガードが前記船体（２）の外側又は内側に設けられる、請求項１に記載の推進システム。
8. シール手段（１０）が前記船体（２）内の開口部（３）の周縁に設けられる、請求項１に記載の推進システム。
9. 前記シール手段は前記揺動又は横方向並進シール部材（５）に少なくとも部分的に設けられる、請求項１に記載の推進システム。
10. 前記シール手段は２部シールを構成し、第１のシール部（１１）は、前記シール部材（５）のうち、前記船舶の前記内部に面する部分（６）をシールし、第２のシール部（１２）は、前記シール部材（５）のうち、前記船体（２）の前記内部から離れる方向を向く部分をシールする、請求項８又は９に記載の推進システム。
11. 前記シール手段が導管（１３）を含むことで、前記シール表面への加圧媒体のアクセスを可能にする、請求項１０に記載の推進システム。
12. 前記第１のシール部（１１）はスリット（１４）を備え、それによって、該シールはそれ自身の軸の回りで撓むことができる、請求項１０に記載の推進システム。
13. 前記第２のシール部（１３）は、板（１５）上の可撓性マウントを設けることで、該シールはそれ自身の軸の回りで撓むことができる、請求項１０に記載の推進システム。
14. 前記少なくとも１つの開口部（３）は前記揺動又は横方向並進シール部材（５）によって覆われる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の推進システムをシールする方法。

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