JP2024064907A - Injection type propulsion generation method, propulsion method for navigation body, injection type propulsion generation system, and navigation body - Google Patents

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Abstract

To obtain a propulsion generation system obtaining propulsion used for a navigation body in a structure without a rotational mechanism, with easy manufacture, and maintenance.SOLUTION: Propulsion T is obtained by injecting condensation water Ws2 of steam S2, Sw1 and suctioned water W2 as well as increasing suction force for suctioning water W2 by suctioning water W2 by venturi effect due to injection of driving fluid Fd2 by using gas S2 composed by steam or gas G2 containing steam Sw1 as driving fluid Fd2, and condensing steam S2, Sw1 contained in the driving fluid Fd2 by cooling the driving fluid Fd2 by the suctioned water W2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水に接する面を有する航走体に使用する推力の発生に関し、より詳細には、回転機構が無くて製造及びメンテナンスが容易な構造で推力を得ることができる、噴射式推力発生方法、航走体の推進方法、噴射式推力発生システム、及び、航走体に関する。 The present invention relates to the generation of thrust for use in a watercraft that has a surface in contact with water, and more specifically to a jet thrust generation method, a method for propelling a watercraft, a jet thrust generation system, and a watercraft that can generate thrust without a rotating mechanism and with a structure that is easy to manufacture and maintain.

水上を航行する船舶や水中を潜航する潜水艦等の航走体においては、航走体が移動する際に水に接する面が水から流体抵抗を受けるため、これに抗する推進力を発揮する必要がある。そのため、多くの場合、航走体の船尾に推進器を設けて、航走のための推進力を得ている。 For vessels such as ships that navigate on the surface of the water or submarines that navigate underwater, the surfaces that come into contact with the water experience fluid resistance from the water when the vessel moves, so it is necessary to exert a propulsive force to resist this. For this reason, in many cases, a thruster is installed at the stern of the vessel to generate the propulsive force required for navigation.

この推進器としては、一般的にスクリュウプロペラ推進器とウォータージェット推進器が採用されている。このような推進器では、プロペラ又はポンプを駆動するために回転力を必要としており、そのため、ディーゼルエンジン、タービンエンジン、発電機と電動機の組み合わせ等を用いることが多い。そのため、推進システムが複雑になり、製造時においても、また、保守点検時においても、高度な技術が必要となり、高コストとなっている。これに対して、回転力を利用せずに、ガスや水を噴射することで推力を得る方法が幾つか提案されている。 Generally, screw propeller thrusters and water jet thrusters are used as thrusters. Such thrusters require rotational force to drive the propeller or pump, and therefore often use diesel engines, turbine engines, or combinations of generators and electric motors. This makes the propulsion system complex, requiring advanced technology during manufacturing and maintenance, and is expensive. In response to this, several methods have been proposed to obtain thrust by injecting gas or water without using rotational force.

例えば、圧縮機から燃焼機を介してタービンがあるターボジェットの排気ガスを、海水中の筒内に配置された多数の小径管から筒内の海水中に噴射して、排気ガスと海水と混ぜて、噴射流体を作り、後方に噴射することで、推力を得る船舶用の分散噴射型エンジンが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, a distributed injection type engine for ships has been proposed in which the exhaust gas from a turbojet, which has a turbine that runs from a compressor through a combustor, is injected into the seawater inside a cylinder from a number of small diameter pipes arranged inside the cylinder, the exhaust gas is mixed with the seawater to create an injection fluid, and this is injected rearward to generate thrust (see, for example, Patent Document 1).

この船舶用エンジンでは、排気ガスを小径管から分散噴射して、筒内の海水に混入して、筒前方から海水を吸引しつつ、筒の後方から噴射する構成となっている。そして、排気ガスを前後開放の筒の中間部に後方に向けて噴射することで、排気ガスの圧力エネルギーから変換された速度エネルギーを海水の吸引と噴出に用いている。これにより、海水と接して常温(約50度)及び低圧(2パスカル)となった排気ガスの噴出で、海水を加速して、排気ガスと海水を後方に噴射することで推力を得ている。なお、タービンを通過した排気ガスは、噴射時には、燃焼時の1000℃から50℃に低下して、温度による熱膨張が略無くなった状態で噴射されている。 In this marine engine, exhaust gas is dispersed and injected from a small diameter pipe, mixed with the seawater inside the cylinder, and injected from the rear of the cylinder while sucking in seawater from the front of the cylinder. Then, by injecting exhaust gas rearward into the middle part of the cylinder, which is open at the front and rear, the velocity energy converted from the pressure energy of the exhaust gas is used to suck in and eject seawater. As a result, the seawater is accelerated by the ejection of exhaust gas, which has become room temperature (about 50 degrees) and low pressure (2 Pascal) upon contact with seawater, and thrust is obtained by ejecting the exhaust gas and seawater rearward. Note that the exhaust gas that has passed through the turbine is lowered in temperature from 1000°C during combustion to 50°C when injected, and is injected in a state where there is almost no thermal expansion due to temperature.

また、可燃性ガスの燃焼時における膨張を利用して推力を発生する船舶推進装置として、前端に逆止弁と後端に噴射口を備えた燃焼室において、逆止弁から注水した充填水の上に可燃性ガスを圧入し、点火により可燃ガスを急激に燃焼させて拡大膨張させることで、充填水の全部を噴射口から噴出し、推力を発生する船舶推進装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, a marine propulsion device has been proposed that generates thrust by utilizing the expansion of combustible gas when it is burned. In this device, a combustion chamber is equipped with a check valve at the front end and an injection port at the rear end. In this combustion chamber, combustible gas is injected through the check valve onto the water filling the chamber, and the gas is ignited to cause it to burn rapidly and expand, causing all of the water filling the chamber to be ejected from the injection port, thereby generating thrust (see, for example, Patent Document 2).

この船舶推進装置では、燃焼して拡大膨張した燃焼ガスが常温まで冷却収縮することで、充填水を吸引する。これにより、回転駆動型原動機、動力伝達用の推進軸およびスクリューが不要になるので、主要な駆動機構に摩擦箇所が少ない簡素な構造となり、水質汚染や騒音の発生が少なく、しかも、取り扱いが容易な船舶推進装置となるとされている。 In this ship propulsion device, the combustion gas expands and expands as it cools down to room temperature and contracts, drawing in the filled water. This eliminates the need for a rotary drive prime mover, a propeller shaft for power transmission, and a screw, resulting in a simple structure with fewer friction points in the main drive mechanism, which is said to result in a ship propulsion device that generates less water pollution and noise, and is easy to handle.

また、圧縮空気とイオン(水素イオンなど)とを燃焼室にて混合し、燃焼爆破させることにより得られた燃焼ガスを、ジェット流として噴射ノズルに供給すると共に、このジェット流に、水汲上装置から汲み上げた水を加えて水中に噴射する水中噴射ジェット装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。この水を加える効果については、「海水汲上装置から汲み上げた水を一緒にして水中に噴射するとより一層の船の推進力が得られる。」と記載されているが、ジェット流に水を加える方法や構成に関しては具体的な記載はない。 An underwater jet device has also been proposed in which compressed air and ions (such as hydrogen ions) are mixed in a combustion chamber, and the resulting combustion gas obtained by burning and exploding is supplied to an injection nozzle as a jet stream, and water pumped from a water pumping device is added to this jet stream and injected into the water (see, for example, Patent Document 3). Regarding the effect of adding water, it is described that "by spraying the jet stream together with water pumped from a seawater pumping device, even greater propulsion power for the ship can be obtained," but there is no specific description of the method or configuration for adding water to the jet stream.

また、海水を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船舶が提案されている(例えば、特許文献4参照)。ここでは、燃焼圧力を、燃焼室の下側の垂直配管内に配置された断熱フリーピストンを介して高圧蓄圧配管内の海水を直接的に加圧する構造となっている。そして、燃焼量の増減で燃焼圧力を調整して、海水圧力の影響を受ける海水の噴射速度と噴射量を調整して、推進力を調整している。 A water-injection propulsion system vessel has also been proposed, in which seawater is directly pressurized with high-pressure combustion gas and sprayed overboard at high speed to obtain propulsive force (see, for example, Patent Document 4). In this vessel, the combustion pressure is directly pressurized by seawater in a high-pressure accumulator pipe via an insulated free piston arranged in a vertical pipe below the combustion chamber. The combustion pressure is adjusted by increasing or decreasing the amount of combustion, and the spray speed and amount of seawater, which is affected by seawater pressure, are adjusted to adjust the propulsive force.

また、スクリュウなどの機械作動でなく、蒸気及び過熱高圧蒸気の噴射による水圧の変化を利用して、ジェット水流を発生させて、推進力を得る筒体装置が提案されている(例えば、特許文献5参照)。この筒体装置では、ジェット流により周囲から水を吸引して、後方に排出することで推進力を得ているが、蒸気及び過熱高圧蒸気を用いる理由に関しては「蒸気噴射に依る水圧の変化を利用して、ジェット水流を発生させる。」「ジェット水流発生の、」「ジェット水流発生の、減圧帯発生に噴射する蒸気は過熱高圧蒸気を使用する。」の記載だけで、具体的な記載はない。 A cylindrical device has also been proposed that uses the change in water pressure caused by the injection of steam and superheated high-pressure steam to generate a jet water stream to obtain propulsion, rather than mechanical operation such as a screw (see, for example, Patent Document 5). In this cylindrical device, the jet stream draws in water from the surrounding area and expels it to the rear to obtain propulsion, but there is no specific description of the reason for using steam and superheated high-pressure steam, other than the following: "The jet water stream is generated by utilizing the change in water pressure caused by the injection of steam," "To generate the jet water stream," and "Superheated high-pressure steam is used as the steam injected to generate the reduced pressure zone to generate the jet water stream."

また、スクリューによって発生した軸方向高速水流の内部に、ガス吹出管及び噴射ノズルの壁面のガス放出口から、排気ガス等の低圧気体又は高圧ガスを吸引させて、ガスを水と混合させて、噴射ノズルから放出する推力増進装置が提案されている(例えば、特許文献6参照)。この推力増進装置では、ガスが水と混合した後に、気泡を大量に発生し、噴射ノズルの縮径部でガス圧縮機能により圧縮されて、噴射ノズルから放出されるときに、内外の圧力差によって気泡が瞬間膨張することで、反作用力を増大させ、噴水推進装置の推力を増進するとされている。 A thrust enhancing device has also been proposed that draws low-pressure gas or high-pressure gas such as exhaust gas from gas outlets on the walls of a gas outlet tube and an injection nozzle into the inside of a high-speed axial water flow generated by a screw, mixes the gas with water, and releases it from an injection nozzle (see, for example, Patent Document 6). In this thrust enhancing device, after the gas mixes with the water, a large amount of bubbles are generated, which are compressed by the gas compression function in the reduced diameter section of the injection nozzle. When the bubbles are released from the injection nozzle, they expand instantly due to the pressure difference between the inside and outside, increasing the reaction force and enhancing the thrust of the water jet propulsion device.

さらに、燃焼チャンバで発生させた高温ガスを、燃焼チャンバの排気ノズルから外部の水中に噴射することで、推進力を得る船舶用推進システムと、この高温ガスのノズル内への噴射で、前方の水を吸引して後方に噴射することで、推進力を得る船舶用推進システムが提案されている(例えば、特許文献7参照)。これらの船舶用推進システムでは、推進力は、高温ガスの推進力(航空機のジェットエンジンと同様である)と、排気ノズルの近傍において水中に形成された気泡の背圧とによって得られるとされている。 Furthermore, a marine propulsion system has been proposed that obtains propulsion by injecting high-temperature gas generated in a combustion chamber from the exhaust nozzle of the combustion chamber into external water, and another marine propulsion system that obtains propulsion by injecting this high-temperature gas into the nozzle, sucking in water in front and injecting it rearward (see, for example, Patent Document 7). In these marine propulsion systems, propulsion is said to be obtained by the thrust of the high-temperature gas (similar to an aircraft jet engine) and the back pressure of air bubbles formed in the water near the exhaust nozzle.

これらの特許文献1~7に記載されたいずれの構成においても、排気ガスの温度による体積の変化、水蒸気の温度による体積の変化、水蒸気の凝縮による気相から液相への変化による体積の変化、及び、これらの体積の変化に基づく圧力の変化(負圧の発生)に関しては、全く触れておらず、これらの特性を生かした装置となっていない。特に、水蒸気の凝縮(液化)による体積の減少に伴って発生する負圧、及びこの負圧を利用した外部水の吸引力の増加に関しては触れていない。 None of the configurations described in Patent Documents 1 to 7 mentions any change in volume due to exhaust gas temperature, any change in volume due to water vapor temperature, any change in volume due to water vapor condensing and changing from gas phase to liquid phase, or any change in pressure (generation of negative pressure) based on these volume changes, and are not devices that make use of these characteristics. In particular, there is no mention of the negative pressure that occurs with the decrease in volume due to water vapor condensation (liquefaction), or the increase in the suction force of external water using this negative pressure.

一方、図16に示すように、ベンチュリー効果を利用して、ディフューザ(末広ノズル)ののど部に配置された第1のノズル220から高速で噴射される第1の流体Sにより、第1のノズル220の周囲の圧力を低下させて、この低圧を利用して第2の流体W1を吸引した後、広がり部214で減速昇圧させて、吸引した第2流体W1を第1の流体Sに混合して昇圧し、噴射する装置200がある。なお、第1の流体Sが液体の排出装置の場合は「エジェクター、エゼクタ:Ejector」と呼ばれ、第1の流体Sが気体の排出装置の場合は「エダクター(Eductor)」と呼ばれる場合があるが、ここでは、両方を「エジェクター(Ejector)」(水エジェクター、蒸気エジェクター、空気エジェクター)と呼ぶことにしている。これらの装置は、簡単な構造で、運動部分がないために、耐久性及び信頼性が高い。 On the other hand, as shown in FIG. 16, there is a device 200 that uses the Venturi effect to reduce the pressure around the first nozzle 220 by using the first fluid S that is sprayed at high speed from the first nozzle 220 arranged in the throat of a diffuser (divergent nozzle), and then uses this low pressure to suck in the second fluid W1, decelerates and pressurizes it in the divergent section 214, mixes the sucked second fluid W1 with the first fluid S, pressurizes it, and sprays it. Note that when the first fluid S is a liquid discharge device, it may be called an "ejector," and when the first fluid S is a gas discharge device, it may be called an "eductor," but here both are called "ejectors" (water ejectors, steam ejectors, air ejectors). These devices have a simple structure and no moving parts, so they are durable and reliable.

また、ボイラ等で用いる装置で、「インジェクター」と呼ばれる装置がある。この「インジェクター」では、管内に噴射された蒸気はその内部に霧吹きの原理で低圧を作り出し、水を吸い込む。吸引された水は噴出する蒸気により加速される。この過程では、蒸気は常温の水と混合凝縮し、結果としてある程度高温の運動エネルギーが大きい液体となる。 There is also a device called an "injector" that is used in boilers, etc. In this "injector," steam is injected into the tube, creating low pressure inside it using the principle of a spray bottle, and water is sucked in. The sucked in water is accelerated by the ejected steam. In this process, the steam mixes with the room temperature water and condenses, resulting in a liquid with a relatively high temperature and large amount of kinetic energy.

また、本発明の参考となる「単純な構造の推力発生用機関」として、航空機用エンジンのパルスジェットエンジン(間欠燃焼型のジェット推進機関)がある。このパルスジェットエンジンには、図14に示すような、燃焼室110と長い排気管120を備えているパルスジェットエンジンAと、図15に示すような、U字型のバブルレスパルスジェットエンジン100Bがある。 Another example of a "simple thrust generating engine" that serves as a reference for the present invention is an aircraft pulse jet engine (an intermittent combustion jet propulsion engine). This pulse jet engine includes pulse jet engine A, which has a combustion chamber 110 and a long exhaust pipe 120, as shown in Figure 14, and U-shaped bubbleless pulse jet engine 100B, as shown in Figure 15.

この図14に示すパルスジェットエンジン100Aでは、燃焼室110の空気取入口111には、入口逆流防止弁112が設けられ、燃焼ガスGの出口には、燃焼で発生する衝撃波を反射して、吸気を圧縮するための絞り部113があるノズルが設けられている。そして、入口逆流防止弁112を持つ空気取入口111から燃焼室110内に取り入れた空気Aに燃料Fが吹き込まれて(最初のみ点火装置132により点火されて)燃焼する過程(低容量燃焼)と、燃焼により圧力が上昇する(断熱膨張)と共に、入口逆流防止弁112が閉じて、燃焼ガスGが排気管120から流出する過程と、慣性により燃焼ガスGが流出して、燃焼室110の圧力が大気圧以下に下がる(低圧冷却)と入口逆流防止弁112が開いて新気Aが導入される過程が、サイクルとして繰り返される。そして、燃焼ガスGの排出により、推進力が発生する。 In the pulse jet engine 100A shown in FIG. 14, the air intake 111 of the combustion chamber 110 is provided with an inlet check valve 112, and the outlet of the combustion gas G is provided with a nozzle with a throttle section 113 for compressing the intake air by reflecting the shock waves generated by combustion. Then, the process of fuel F being blown into the air A taken into the combustion chamber 110 from the air intake 111 with the inlet check valve 112 (ignited by the ignition device 132 only at the beginning) and burning (low-volume combustion), the process of the inlet check valve 112 closing as the pressure rises due to combustion (adiabatic expansion) and the combustion gas G flowing out of the exhaust pipe 120, and the process of the inlet check valve 112 opening and fresh air A being introduced when the combustion gas G flows out due to inertia and the pressure of the combustion chamber 110 drops below atmospheric pressure (low-pressure cooling) are repeated as a cycle. Then, the exhaust of the combustion gas G generates thrust.

また、図15に示すバブルレスパルスジェットエンジン100Bでは、入口逆流防止弁112を設ける替りに、細管114で燃焼ガスGの噴射方向とは逆方向から空気Aを吸引する構造となっている。なお、排気管120は、排出圧力を高めるため、拡径している。 In addition, in the bubbleless pulse jet engine 100B shown in FIG. 15, instead of providing an inlet check valve 112, a thin tube 114 is used to draw in air A from the opposite direction to the injection direction of the combustion gas G. The exhaust pipe 120 is enlarged in diameter to increase the exhaust pressure.

これらのパルスジェットエンジンは、混合気が圧縮されて爆発するため、通常の燃焼より効率が良く、熱効率もよい上に、回転駆動部等が無く、構造が非常に単純なため低コストで大量生産に適している。その一方で、ターボジェットエンジンに比べて圧縮率が低く燃費の割に推力が低く性能が低い上に、騒音と振動が大きい。そのため、現状では、航空機用のエンジンとしてではなく、給湯器の熱供給源の「パルス燃焼器」等で利用されていることが多い。 These pulse jet engines are more efficient than normal combustion because the air-fuel mixture is compressed and exploded, and they also have good thermal efficiency. In addition, they have no rotating drive parts and a very simple structure, making them suitable for low-cost mass production. On the other hand, compared to turbojet engines, they have a lower compression ratio, so they have low thrust for their fuel efficiency and low performance, and they also produce a lot of noise and vibration. For this reason, they are currently often used in "pulse combustors" that provide heat for water heaters, rather than as aircraft engines.

特開2013-117230号公報JP 2013-117230 A 特開2016-107665号公報JP 2016-107665 A 特開2000-168683号公報JP 2000-168683 A 特開2009-126509号公報JP 2009-126509 A 特開2008-302912号公報JP 2008-302912 A 特開2013-52719号公報JP 2013-52719 A 特表2011-520691号公報JP 2011-520691 A

上記のような、構造が単純なパルスジェットエンジンと、スチーム・エジェクターの構造の類似性と、スチーム・エジェクターのベンチュリー効果による流体の吸引作用を考えると、駆動流体の水蒸気を凝結させて負圧を発生させることで、スチーム・エジェクターの吸引効果を最大限に発揮させつつ、吸引した第2の流体を推力に利用できるのではないかとの知見に至った。 Considering the similarity in structure between the simple pulse jet engine and the steam ejector as described above, and the fluid suction action of the steam ejector due to the Venturi effect, it was concluded that by condensing the water vapor of the driving fluid to generate negative pressure, it would be possible to maximize the suction effect of the steam ejector while using the sucked in second fluid for thrust.

そして、スチーム・エジェクターの駆動流体である高圧蒸気に水を吸引させて蒸気にしただけでは、噴出する容積の割に質量が小さく、大きな推力の発生は難しいと考えた。また、周囲の海水を利用してスチーム・エジェクターの内部に海水を導入すると、海水中の塩分の析出が発生するので、これを回避するために、スチーム・エジェクターのベンチュリー効果で発生する負圧を利用して、高い位置にある水タンク内に水を吸引してから、この水の位置エネルギーを利用して水を噴射させて推力を得ることも考えられるが、水タンクの必要性や駆動流体である水蒸気の冷却の問題があり、推力発生システムが複雑化し、また、エネルギー効率も悪いと考えた。 They thought that simply sucking water into the high-pressure steam that is the driving fluid of the steam ejector and turning it into steam would make it difficult to generate a large thrust, as the mass is small compared to the volume ejected. Also, when seawater is introduced into the steam ejector from the surrounding seawater, salt in the seawater will precipitate, so to avoid this, it is possible to use the negative pressure generated by the Venturi effect of the steam ejector to suck water into a water tank placed at a high position, and then use the potential energy of this water to eject it and generate thrust. However, there is a need for a water tank and there is the issue of cooling the steam, which is the driving fluid, and this would make the thrust generation system complicated and would also be energy inefficient.

本発明は上記のことを鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、高エンタルピーの気体と水蒸気の温度の低下による体積の変化、特に水蒸気の凝結による体積の減少を利用しつつ、エジェクターにおける、駆動流体の噴射による周囲の水を吸引するベンチュリー効果と、ディフユーザーによる流体の減速による圧力の上昇の効果を取り入れて、推力を発生することにより、回転機構が無くて構造が単純で製造及びメンテナンスが容易な、噴射式推力発生方法、航走体の推進方法、噴射式推力発生システム、航走体を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above, and its object is to provide an ejection type thrust generating method, a method for propelling a vehicle, an ejection type thrust generating system, and a vehicle that generate thrust by utilizing the change in volume due to a decrease in temperature of high enthalpy gas and water vapor, particularly the decrease in volume due to condensation of water vapor, while incorporating the Venturi effect of sucking in surrounding water by ejecting the driving fluid in the ejector, and the effect of the increase in pressure due to the deceleration of the fluid by the diffuser, thereby eliminating the need for a rotating mechanism, being simple in structure, and easy to manufacture and maintain.

上記のような目的を達成するための本発明の噴射式推力発生方法は、水蒸気で構成される気体、又は、水蒸気を含む気体を駆動流体として使用して、前記駆動流体の噴射によるベンチュリー効果により水を吸引し、この吸引した水で前記駆動流体を冷却して前記水蒸気を凝結させて、前記水を吸引する吸引力を増加すると共に、前記水蒸気の凝結水と吸引した水を噴射することにより、推力を得ることを特徴とする噴射式推力発生方法である。 The jet thrust generating method of the present invention, which is intended to achieve the above-mentioned objectives, uses a gas composed of water vapor or a gas containing water vapor as a driving fluid, sucks in water by the Venturi effect caused by the injection of the driving fluid, cools the driving fluid with the sucked-in water, condenses the water vapor, and increases the suction force for sucking in the water, while jetting the condensed water of the water vapor and the sucked-in water to generate thrust.

この方法によれば、体積の大きい気相状態の水蒸気を駆動流体の全部又は一部として使用し、この駆動流体を冷却することで、体積の小さい液相状態の水に凝結させて、低圧状態(負圧状態)を作り出して、周囲の水を大量に吸引することができる。そして、この大量の水を噴射することにより、効率よく、推力を発生できる。 According to this method, water vapor in a large gas phase is used as all or part of the driving fluid, and by cooling this driving fluid, it condenses into water in a small liquid phase, creating a low pressure state (negative pressure state) and sucking in a large amount of surrounding water. Then, by ejecting this large amount of water, thrust can be generated efficiently.

そして、この噴射式推力発生方法では、エジェクターのベンチュリー効果を利用するため、高エンタルピー(内部エネルギーと圧力エネルギーの和)の水蒸気又は水蒸気を含む気体を噴射できれば良いので、ウォータージェット推進で用いているような「高圧ポンプ(軸流水ポンプ)」、「インペラと呼ばれるプロペラ」とよばれる回転機構を用いる必要が無くなる。従って、この噴射式推力発生方法を実施するための装置及びシステムは、回転機構が無い単純な構成となり、回転機構が無いので、設計、製造、試験、保守点検などが簡素化され、低コストで提供できるようになる。 And because this jet thrust generation method utilizes the Venturi effect of the ejector, all that is required is to inject water vapor or gas containing water vapor with high enthalpy (the sum of internal energy and pressure energy), so there is no need to use a rotating mechanism such as a "high-pressure pump (axial water pump)" or a "propeller called an impeller" as used in water jet propulsion. Therefore, the devices and systems for implementing this jet thrust generation method have a simple configuration with no rotating mechanism, and because there is no rotating mechanism, the design, manufacturing, testing, maintenance, inspection, etc. are simplified and can be provided at low cost.

そして、上記の噴射式推力発生方法において、前記駆動流体と前記吸引した水とを混合して、直接接触により前記駆動流体を冷却して、前記駆動流体に含まれている水蒸気を凝結させる。これにより、簡単な構成で、効率よく、駆動流体を冷却できる。 In the above-mentioned jet thrust generating method, the driving fluid is mixed with the sucked water, and the driving fluid is cooled by direct contact, causing the water vapor contained in the driving fluid to condense. This allows the driving fluid to be cooled efficiently with a simple configuration.

また、上記の噴射式推力発生方法において、水蒸気、又は、水蒸気を含む気体、又は、気体と水とを接触又は混合することにより、前記駆動流体を生成する。これにより、簡単な構成で、効率よく、水蒸気を含む駆動流体を生成できる。 In addition, in the above-mentioned jet-type thrust generating method, the driving fluid is generated by contacting or mixing water vapor, a gas containing water vapor, or a gas and water. This makes it possible to generate a driving fluid containing water vapor efficiently with a simple configuration.

また、上記のような目的を達成するための本発明の航走体の推進方法は、上記の噴射式推力発生方法を用いて発生した推力を、航走体を推進させる推進力の一部又は全部とすることを特徴とする航走体の推進方法である。この方法により、回転機構が無くて構造が単純で製造及びメンテナンスが容易な噴射式推力発生装置を用いて、航走体を推進することができる。 The method for propelling a naval vessel of the present invention to achieve the above-mentioned objectives is characterized in that the thrust generated using the above-mentioned jet thrust generating method is used as part or all of the propulsion force for propelling the naval vessel. This method makes it possible to propel the naval vessel using a jet thrust generating device that does not have a rotation mechanism, has a simple structure, and is easy to manufacture and maintain.

また、上記のような目的を達成するための本発明の噴射式推力発生システムは、水蒸気、又は、水蒸気を含む気体で構成される駆動流体を生成する気化膨張部と、前記気化膨張部の出口に設けられた駆動ノズルから噴射される前記駆動流体の噴射に伴うベンチュリー効果により水を吸引して、この吸引した水で前記駆動流体を冷却して、前記駆動流体に含まれる水蒸気を凝結する冷却凝結部と、前記冷却凝結部に連続して設けられる末広部材を有して構成され、前記駆動流体と吸引された水とで構成される噴射流体の圧力を回復する圧力回復部と、前記圧力回復部で圧力を回復した噴射流体を噴射する噴射部を有して構成されていることを特徴とする噴射式推力発生システムである。この噴射式推力発生システムによれば、上記の噴射式推力発生方法を実施でき、同様の効果を発揮できる。 To achieve the above-mentioned object, the jet thrust generating system of the present invention is an jet thrust generating system characterized by comprising: a vaporizing and expanding section that generates a driving fluid composed of water vapor or a gas containing water vapor; a cooling and condensing section that sucks in water by the Venturi effect accompanying the ejection of the driving fluid from a driving nozzle provided at the outlet of the vaporizing and expanding section, cools the driving fluid with the sucked water, and condenses the water vapor contained in the driving fluid; a pressure recovery section that has a diverging member provided continuously with the cooling and condensing section and recovers the pressure of the jet fluid composed of the driving fluid and the sucked water; and an ejection section that ejects the jet fluid whose pressure has been restored by the pressure recovery section. With this jet thrust generating system, the above-mentioned jet thrust generating method can be implemented, and the same effect can be achieved.

そして、上記の噴射式推力発生システムにおいて、水蒸気、又は、水蒸気を含む気体、又は、気体と水)とを接触又は混合することにより、前記駆動流体を生成する気化膨張部を備えて構成されている。これにより、簡単な構成で、効率よく、水蒸気を含む駆動流体を生成できる。 The above-mentioned jet-type thrust generating system is configured with a vaporization expansion section that generates the driving fluid by contacting or mixing water vapor, a gas containing water vapor, or a gas and water. This allows the driving fluid containing water vapor to be generated efficiently with a simple configuration.

また、上記のような目的を達成するための本発明の航走体は、上記の噴射式推力発生システムを備えていることを特徴とする航走体である。これにより、上記の噴射式推力発生方法と上記の噴射式推力発生システムと同様の効果を発揮できる。 The navigation vehicle of the present invention, which is intended to achieve the above-mentioned objective, is characterized by being equipped with the above-mentioned jet thrust generating system. This allows the same effects to be achieved as the above-mentioned jet thrust generating method and the above-mentioned jet thrust generating system.

本発明の噴射式推力発生方法、航走体の推進方法、噴射式推力発生システム、航走体によれば、高エンタルピーの気体と水蒸気の温度の低下による体積の変化、特に水蒸気の凝結による体積の減少を利用しつつ、エジェクターにおける、駆動流体の噴射による水(第2の流体)の吸引の効果と、ディフユーザーによる流体の減速による圧力の上昇の効果を取り入れて、推力を発生することができる。従って、回転機構が無くて製造及びメンテナンスが容易な構造で推力を得ることができる、噴射式推力発生方法、航走体の推進方法、噴射式推力発生システム、航走体を提供することができる。 The jet thrust generating method, the propulsion method for a navigation body, the jet thrust generating system, and the navigation body of the present invention can generate thrust by utilizing the volume change caused by the decrease in temperature of high enthalpy gas and water vapor, in particular the decrease in volume caused by the condensation of water vapor, while incorporating the effect of the suction of water (second fluid) by the injection of the driving fluid in the ejector and the effect of the increase in pressure caused by the deceleration of the fluid by the diffuser. Therefore, it is possible to provide a jet thrust generating method, the propulsion method for a navigation body, the jet thrust generating system, and the navigation body that can obtain thrust with a structure that does not require a rotating mechanism and is easy to manufacture and maintain.

本発明の第1の実施の形態の噴射式推力発生システムにおける機能を示すブロック図である。1 is a block diagram showing functions of an ejection type thrust generation system according to a first embodiment of the present invention; 本発明の第1の実施の形態の噴射式推力発生システムにおける具体的な構成を例示する側断面図である。1 is a side cross-sectional view illustrating a specific configuration of an ejection type thrust generating system according to a first embodiment of the present invention. 一次水の導入の第2の方法に関する図であり、(a)は、機能を示すブロック図で、(b)は、構成を例示する図である。11A and 11B are diagrams relating to a second method of introducing primary water, in which (a) is a block diagram showing the functions, and (b) is a diagram showing an example of the configuration. 一次水の導入の第3の方法に関する図であり、(a)は、機能を示すブロック図で、(b)は、構成を例示する図である。11A and 11B are diagrams relating to a third method of introducing primary water, in which (a) is a block diagram showing the functions, and (b) is a diagram showing an example of the configuration. 本発明の第2の実施の形態の噴射式推力発生システムにおける機能を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing the functions of an ejection type thrust generation system according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態の噴射式推力発生システムにおける具体的な構成を例示する側断面図である。FIG. 11 is a side cross-sectional view illustrating a specific configuration of an ejection type thrust generating system according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態の噴射式推力発生システムにおけるガス発生部とガス供給部が一体化した構成を部分的に例示する側断面図である。11 is a side cross-sectional view partially illustrating an example of a configuration in which a gas generating unit and a gas supply unit are integrated in an ejection type thrust generating system according to a second embodiment of the present invention. FIG. 噴射式推力発生システムにおける噴射式推力発生ユニットを例示する図で、(a)は側断面図で、(b)は平面図で、(c)は正面図で、(d)は背面図である。1A, 1B, 1C, and 1D are diagrams illustrating an ejection type thrust generating unit in an ejection type thrust generating system, in which (a) is a side cross-sectional view, (b) is a plan view, (c) is a front view, and (d) is a rear view. 航走体における噴射式推力発生ユニットが船内に配置された例を示す図で、(a)は噴射式推力発生ユニットが水面上に配置されて水上噴射する側面図で、(b)は(a)の船舶の底面図であり、(c)は噴射式推力発生ユニットが水面下に配置されて水中噴射する側面図で、(d)は(c)の船舶の底面図である。FIG. 11 shows an example of an ejection type thrust generating unit being arranged on board a vessel, where (a) is a side view of the ejection type thrust generating unit arranged above the water surface for above-water ejection, (b) is a bottom view of the vessel in (a), (c) is a side view of the ejection type thrust generating unit arranged below the water surface for underwater ejection, and (d) is a bottom view of the vessel in (c). 航走体における噴射式推力発生ユニットが船側の水面上に配置された例を示す図で、(a)は噴射式推力発生ユニットが船内水路を利用した側面図で、(b)は(a)の船舶の底面図であり、(c)は噴射式推力発生ユニットが船外水路を利用した側面図で、(d)は(c)の船舶の底面図である。FIG. 11 shows an example of an ejector thrust generating unit in a watercraft arranged on the water surface beside the ship, where (a) is a side view of the ejector thrust generating unit utilizing an onboard waterway, (b) is a bottom view of the ship in (a), (c) is a side view of the ejector thrust generating unit utilizing an outboard waterway, and (d) is a bottom view of the ship in (c). 航走体における噴射式推力発生ユニットの船尾側の水面上に配置されて水上に噴射する例を示す図で、(a)は噴射式推力発生ユニットが船底部から吸引する船内水路に配置された側面図で、(b)は(a)の船舶の底面図であり、(c)は噴射式推力発生ユニットが船側側から吸引する船内水路に配置された側面図で、(d)は(c)の船舶の底面図である。These figures show an example of an ejector thrust generating unit being placed on the water surface on the stern side of a watercraft and ejecting power onto the water, where (a) is a side view of the ejector thrust generating unit placed in an onboard waterway that draws in power from the bottom of the ship, (b) is a bottom view of the ship in (a), (c) is a side view of the ejector thrust generating unit placed in an onboard waterway that draws in power from the side of the ship, and (d) is a bottom view of the ship in (c). 航走体における噴射式推力発生ユニットの船尾側の水面下に配置されて水中に噴射する例を示す図で、(a)は噴射式推力発生ユニットが船底部から吸引する船内水路に配置された側面図で、(b)は(a)の船舶の底面図であり、(c)は噴射式推力発生ユニットが船側側から吸引する船内水路に配置された側面図で、(d)は(c)の船舶の底面図である。These figures show an example of an ejector thrust generating unit being placed under the water surface on the stern side of a navigation body and ejecting it into the water, where (a) is a side view of the ejector thrust generating unit placed in an onboard waterway that draws in water from the bottom of the ship, (b) is a bottom view of the ship in (a), (c) is a side view of the ejector thrust generating unit placed in an onboard waterway that draws in water from the side of the ship, and (d) is a bottom view of the ship in (c). 航走体における噴射式推力発生ユニットが船側に配置されて水中に噴射する例を示す図で、(a)は噴射式推力発生ユニットが船首側に配置された側面図で、(b)は(a)の船舶の底面図であり、(c)は噴射式推力発生ユニットが船尾側に配置された側面図で、(d)は(c)の船舶の底面図である。These figures show an example of an ejection type thrust generating unit in a watercraft being arranged on the side of the ship and ejecting into the water, where (a) is a side view in which the ejection type thrust generating unit is arranged on the bow side, (b) is a bottom view of the ship in (a), (c) is a side view in which the ejection type thrust generating unit is arranged on the stern side, and (d) is a bottom view of the ship in (c). 本発明の参考となるパルスジェットエンジンの構成を例示する側断面図である。1 is a side cross-sectional view illustrating the configuration of a pulse jet engine that serves as a reference for the present invention. FIG. 本発明の参考となるU字形状のバルブレスパルスジェットエンジンの構成を例示する側断面図で、(a)空気を吸引して燃料を供給する構成を示す図であり、(b)は、燃料と空気を供給する構成を示す図である。1A and 1B are side cross-sectional views illustrating the configuration of a U-shaped valveless pulse jet engine that is a reference for the present invention, in which (a) shows a configuration for sucking in air and supplying fuel, and (b) shows a configuration for supplying fuel and air. 本発明の参考となるスチーム・エジェクターの構成を例示する側断面図である。FIG. 1 is a side cross-sectional view illustrating a configuration of a steam ejector according to the present invention.

〔イントロ及び図の概説〕以下、図面を参照して本発明に係る、噴射式推力発生方法、航走体の推進方法、噴射式推力発生システム、及び、航走体の実施の形態について説明する。なお、ここで示す図面は本発明を説明するための概略図であり、必ずしも正確な寸法の比率で示しておらず、また、必ずしも正確な位置を示すものではない。 [Introduction and Overview of Figures] Below, with reference to the drawings, an embodiment of the jet thrust generating method, the propulsion method for a watercraft, the jet thrust generating system, and the watercraft according to the present invention will be explained. Note that the drawings shown here are schematic diagrams for explaining the present invention, and are not necessarily drawn to exact dimensional proportions, and do not necessarily show exact positions.

本発明に係る第1の実施の形態の噴射式推力発生方法と噴射式推力発生システムは高エンタルピーの水蒸気を駆動源とするものであり、また、本発明に係る第2の実施の形態の噴射式推力発生方法と噴射式推力発生システムは高エンタルピーのガス(水蒸気を含まない)を駆動源とするものである。そして、本発明に係る第3の実施の形態の噴射式推力発生方法と噴射式推力発生システムは、高エンタルピーのガス(水蒸気を含む)を駆動源とするものである。 The first embodiment of the injector thrust generating method and the injector thrust generating system of the present invention uses high enthalpy water vapor as the driving source, and the second embodiment of the injector thrust generating method and the injector thrust generating system of the present invention uses high enthalpy gas (not including water vapor) as the driving source. And the third embodiment of the injector thrust generating method and the injector thrust generating system of the present invention uses high enthalpy gas (including water vapor) as the driving source.

そして、図1~図7は、噴射式推力発生システムの構成を示す図であり。図8は、噴射式推力発生ユニットの構成を示す図であり、図9~図13は、航走体の構成を示す図である。また、図14と図15は、本発明の参考となるパルスジェットエンジンの説明用の側断面図であり、図16は、本発明の参考となるスチーム:エジェクターの側断面図である。 Figures 1 to 7 are diagrams showing the configuration of an ejector thrust generating system. Figure 8 is a diagram showing the configuration of an ejector thrust generating unit, and Figures 9 to 13 are diagrams showing the configuration of a naval vehicle. Figures 14 and 15 are explanatory side cross-sectional views of a pulse jet engine that serves as a reference for the present invention, and Figure 16 is a side cross-sectional view of a steam ejector that serves as a reference for the present invention.

より詳細には、図1~図4は、高エンタルピーの水蒸気を駆動流体とする噴射式推力発生システムを示し、また、図5、図6は、高エンタルピーのガス(気体)を駆動流体とする噴射式推力発生システムを示す。図7は、燃焼ガスの発生器と気体膨張部を一体化した噴射式推力発生システムを示す。そして、図1、図3(a)、図4(a)及び、図5は、噴射式推力発生システムの基礎構成要素とその機能を示すブロック図であり、図2、図3(b)、図4(b)、及び、図6は、噴射式推力発生システムの具体的な構成を模式的に示す側断面図である。 More specifically, Figs. 1 to 4 show an injection type thrust generating system that uses high enthalpy steam as the driving fluid, and Figs. 5 and 6 show an injection type thrust generating system that uses high enthalpy gas as the driving fluid. Fig. 7 shows an injection type thrust generating system that integrates a combustion gas generator and a gas expansion section. Figs. 1, 3(a), 4(a), and 5 are block diagrams showing the basic components of an injection type thrust generating system and their functions, and Figs. 2, 3(b), 4(b), and 6 are side cross-sectional views that typically show the specific configuration of an injection type thrust generating system.

また、図9~図13は、本発明の噴射式推力発生システムを備えた航走体における噴射式推力発生ユニットの配置を例示する図である。より詳細には、図9は、吸引口を船首部に配置した例を示し、図10は吸引口を船側に配置した例を示し、図11及び図12は、吸引口を船尾に配置した例を示す。また、図13は、噴射式推力発生ユニットを船側に配置した例を示す。 Figures 9 to 13 are diagrams illustrating the placement of the jet thrust generating unit in a watercraft equipped with the jet thrust generating system of the present invention. More specifically, Figure 9 shows an example where the suction port is placed at the bow, Figure 10 shows an example where the suction port is placed at the side of the ship, and Figures 11 and 12 show examples where the suction port is placed at the stern. Figure 13 shows an example where the jet thrust generating unit is placed at the side of the ship.

〔実施の形態〕最初に、噴射式推力発生システムの実施の形態について説明し、その後で、噴射式推力発生方法の実施の形態について説明する。次に、噴射式推力発生システムを備えた航走体の実施の形態について説明し、その後で、航走体の推進方法の実施の形態について説明する。 [Embodiment] First, an embodiment of an ejection type thrust generating system will be described, followed by an embodiment of an ejection type thrust generating method. Next, an embodiment of a watercraft equipped with an ejection type thrust generating system will be described, followed by an embodiment of a method of propelling the watercraft.

〔第1の実施の形態の噴射式推力発生システム〕本発明に係る第1の実施の形態の噴射式推力発生システム1Aは、図1~図4に示すように、飽和水蒸気等のエンタルピー(内部エネルギーと圧力エネルギーの和)の高い水蒸気(以下、「一次蒸気」という)S1を用いて、この水蒸気S1に加えて水蒸気Sw1を発生させて、これらの水蒸気(以下、「二次蒸気」という)S2(=S1+Sw1)をスチーム・エジェクターの駆動流体Fd2として用いて、ベンチュリー効果と共に、水蒸気S2の凝結により発生する負圧を利用して、周囲の水(二次水)W2を吸引して、ディフユーザー等の拡径部材を通過させた後に噴射することで推力Tを得るシステムである。 [First embodiment of the injector thrust generating system] As shown in Figures 1 to 4, the injector thrust generating system 1A of the first embodiment of the present invention uses water vapor (hereinafter referred to as "primary steam") S1 with high enthalpy (sum of internal energy and pressure energy) such as saturated steam, generates water vapor Sw1 in addition to this water vapor S1, and uses this water vapor (hereinafter referred to as "secondary steam") S2 (= S1 + Sw1) as the driving fluid Fd2 of the steam ejector, and uses the negative pressure generated by the condensation of the water vapor S2 together with the Venturi effect to suck in surrounding water (secondary water) W2, which is then passed through an expanding member such as a diffuser and then injected to obtain thrust T.

図1に示すように、この噴射式推力発生システム1Aは、蒸気発生部2Aと、噴射式推力発生装置10Aとを備えて構成される。そして、噴射式推力発生装置10Aは、蒸気供給部20A、気化膨張部30A、冷却凝結部40A、圧力回復部50A、噴射部60A等を有して構成される。 As shown in FIG. 1, this jet thrust generating system 1A is configured with a steam generating section 2A and an jet thrust generating device 10A. The jet thrust generating device 10A is configured with a steam supply section 20A, a vapor expansion section 30A, a cooling and condensing section 40A, a pressure recovery section 50A, an injection section 60A, etc.

〔蒸気発生部〕この蒸気発生部2Aは、蒸気供給部20Aに供給する高エンタルピーの水蒸気(気体:気相状態:以下「一次蒸気」という)S1を発生させる部分である。この蒸気発生部2Aとしては、通常使用されている蒸気ボイラが考えられる。 [Steam generating section] This steam generating section 2A is the section that generates high enthalpy steam (gas: gas phase state: hereafter referred to as "primary steam") S1 to be supplied to the steam supply section 20A. This steam generating section 2A can be a commonly used steam boiler.

しかし、この噴射式推力発生装置10Aを海上で使用する場合においては、ボイラ用の水として予め清水をタンクに溜めておいたり、海水を淡水化する設備又は装置が必要になったりするので、現状では実用的ではない。 However, when using this jet-type thrust generating device 10A at sea, it is necessary to store fresh water in a tank in advance for the boiler water, or to have equipment or devices to desalinate seawater, so it is not currently practical.

従って、この第1の実施の形態の噴射式推力発生システム1Aは、この噴射式推力発生システム1Aを備えている航走体5で使用している水蒸気の一部、余剰の水蒸気、使用後の廃棄する水蒸気等の何らかの水蒸気を利用できるか、あるいは、何らかの方法で水蒸気を容易に発生できる場合に適している。なお、海水を淡水化する実用的で低コストの方法が開発された場合は、蒸気ボイラを使用できる。 Therefore, the jet thrust generating system 1A of the first embodiment is suitable for cases where some water steam can be utilized, such as a portion of the water steam used in the vehicle 5 equipped with this jet thrust generating system 1A, excess water steam, or water steam discarded after use, or where water steam can be easily generated in some way. If a practical, low-cost method for desalinating seawater is developed, a steam boiler can be used.

〔噴射式推力発生装置:蒸気供給部〕噴射式推力発生装置10Aの蒸気供給部20Aは、蒸気発生部2Aから供給される高エンタルピーの一次蒸気S1を一時的に貯留して、蒸気出口23Aから排出される一次蒸気S1の圧力及び排出量を調整するための部分である。この蒸気供給部20Aは、一次蒸気S1を一時的に貯留するためのタンク21Aと、蒸気入口22Aと、蒸気出口23Aと、圧力調整弁等の圧力調整機構24Aとを備えて構成されている。蒸気入口22Aは、蒸気発生部2Aからの一次蒸気S1が入る入口であり、蒸気供給流路2Aaに連結している。蒸気出口23Aは一次蒸気S1を気化膨張部30Aに送り出す出口である。また、蒸気供給部20Aは、タンク21Aからの放熱によって一次蒸気S1のエンタルピーが減少するのを防止するために断熱材等で覆って保温構造とすることが望ましい。 [Injection type thrust generating device: steam supply unit] The steam supply unit 20A of the injection type thrust generating device 10A is a part for temporarily storing the high enthalpy primary steam S1 supplied from the steam generating unit 2A and adjusting the pressure and discharge amount of the primary steam S1 discharged from the steam outlet 23A. This steam supply unit 20A is configured with a tank 21A for temporarily storing the primary steam S1, a steam inlet 22A, a steam outlet 23A, and a pressure adjustment mechanism 24A such as a pressure adjustment valve. The steam inlet 22A is an inlet through which the primary steam S1 from the steam generating unit 2A enters, and is connected to the steam supply flow path 2Aa. The steam outlet 23A is an outlet through which the primary steam S1 is sent to the vaporization expansion unit 30A. In addition, it is desirable to cover the steam supply unit 20A with a heat insulating material or the like to prevent the enthalpy of the primary steam S1 from decreasing due to heat radiation from the tank 21A.

そして、蒸気発生部2Aから蒸気供給部20Aへの一次蒸気S1の供給量は蒸気供給流路2Aaに配設された蒸気供給調整弁2Abにより調整される。また、蒸気供給部20Aから気化膨張部30Aへの一次蒸気S1の排出量は、蒸気供給流路2Aaに配設された蒸気供給調整弁2Abの制御と、圧力調整機構24Aによる蒸気圧の制御とにより、制御される。 The amount of primary steam S1 supplied from the steam generating section 2A to the steam supply section 20A is adjusted by a steam supply adjustment valve 2Ab arranged in the steam supply flow path 2Aa. The amount of primary steam S1 discharged from the steam supply section 20A to the vaporization expansion section 30A is controlled by controlling the steam supply adjustment valve 2Ab arranged in the steam supply flow path 2Aa and by controlling the steam pressure by the pressure adjustment mechanism 24A.

〔気化膨張部〕気化膨張部30Aは、駆動流体Fd2を構成する水蒸気S2を生成する部分であり、蒸気供給部20Aから供給される一次蒸気S1のエンタルピーの一部で、水(ここでは、以下、「一次水」という)W1を蒸発させて、蒸気量を増加するための部分である。そして、一次水W1を蒸発させるためのタンク(又は流路)31Aと、蒸気供給部20Aの蒸気出口23Aから供給される一次蒸気S1を導入する蒸気導入機構32Aと、一次水W1を導入する水導入機構33Aと、二次蒸気S2を冷却凝結部40Aに噴射する駆動ノズル34Aを備えて構成される。そして、タンク(又は流路)31Aからの放熱により、一次蒸気S1のエンタルピーが減少しないように、タンク(又は流路)31Aは保温構造とすることが好ましい。 [Evaporation expansion section] The evaporation expansion section 30A is a section that generates the water vapor S2 that constitutes the driving fluid Fd2, and is a section that evaporates water (hereinafter referred to as "primary water") W1 with a part of the enthalpy of the primary steam S1 supplied from the steam supply section 20A to increase the amount of steam. It is composed of a tank (or flow path) 31A for evaporating the primary water W1, a steam introduction mechanism 32A that introduces the primary steam S1 supplied from the steam outlet 23A of the steam supply section 20A, a water introduction mechanism 33A that introduces the primary water W1, and a driving nozzle 34A that sprays the secondary steam S2 into the cooling and condensing section 40A. It is preferable that the tank (or flow path) 31A has a heat-retaining structure so that the enthalpy of the primary steam S1 does not decrease due to heat radiation from the tank (or flow path) 31A.

この気化膨張部30Aでは、一次蒸気S1に一次水W1を加えて、この一次水W1と一次蒸気S1との間で熱交換させて、この一次水W1を気化させる。つまり、熱交換で、一次蒸気S1のエンタルピーの一部を一次水W1に付与することにより、一次水W1を沸点以上に昇温させて水蒸気Sw1を発生させる。これにより、全体としての水蒸気S2(=S1+Sw1)の量を増加させる。なお、一次水W1は蒸発させることになるので、蒸気供給部20Aのタンク21Aの周囲に水導入機構33Aの水路を巡らして、タンク21Aからの放熱を利用して予め加熱しておく構造とすることが好ましい。 In this vaporization and expansion section 30A, primary water W1 is added to the primary steam S1, and heat is exchanged between the primary water W1 and the primary steam S1 to vaporize the primary water W1. In other words, by imparting a portion of the enthalpy of the primary steam S1 to the primary water W1 through heat exchange, the primary water W1 is heated to above its boiling point to generate water vapor Sw1. This increases the overall amount of water vapor S2 (= S1 + Sw1). Since the primary water W1 is to be evaporated, it is preferable to use a structure in which the water channel of the water introduction mechanism 33A runs around the tank 21A of the steam supply section 20A and heat is released from the tank 21A to preheat it.

この熱交換では、一次蒸気S1の温度の低下により、一次蒸気S1の体積が減少するが、一方で、一次水W1の蒸発により、一次水W1が水蒸気Sw1となり体積が増加する。そのため、気化膨張部30Aの温度と圧力にもよるが、通常は、一次蒸気S1の温度低下による体積の減少よりも、一次水W1の蒸発(気化)による体積の増加の方が大きいので、全体(S2=S1+Sw1)としての体積が増加する。 In this heat exchange, the volume of the primary steam S1 decreases due to a decrease in the temperature of the primary steam S1, but on the other hand, the primary water W1 evaporates, turning the primary water W1 into steam Sw1 and increasing its volume. Therefore, although it depends on the temperature and pressure of the vaporization expansion section 30A, the increase in volume due to the evaporation (vaporization) of the primary water W1 is usually greater than the decrease in volume due to the decrease in temperature of the primary steam S1, so the overall volume (S2 = S1 + Sw1) increases.

そして、この一次蒸気S1で一次水W1を蒸発させる方法としては、次の3つの方法等が考えられる。第1の方法は、図2に示すように、スチーム・エジェクター32AAを用いて、一次水W1を吸引する方法であり、第2の方法は、図3(a)に示すように、水蒸気S1に一次水W1を噴射する方法であり、第3の方法は、図3(b)に示すように、溜まっている水W0に一次蒸気S1に混入させて、水W0を沸騰させる方法である。 The following three methods are considered as a method for evaporating the primary water W1 with this primary steam S1. The first method is to suck the primary water W1 using a steam ejector 32AA as shown in FIG. 2. The second method is to inject the primary water W1 into the steam S1 as shown in FIG. 3(a). The third method is to mix the accumulated water W0 with the primary steam S1 and boil the water W0 as shown in FIG. 3(b).

第1の方法では、図2に示すように、水蒸気S1を駆動流体として使用するスチーム・エジェクター32AAを用いて、一次水W1をベンチュリー効果により吸引することにより、水蒸気S1に一次水W1を混入する。この場合は、スチーム・エジェクター32AAは蒸気導入機構32Aと水導入機構33Aの一部を併せ持ち、水導入機構33Aは、スチーム・エジェクター32AAの第2流体の吸引部を有して構成される。そして、スチーム・エジェクター32AAで、一次蒸気S1を噴射し、一次水W1を吸引する。 In the first method, as shown in FIG. 2, a steam ejector 32AA using steam S1 as a driving fluid is used to draw in primary water W1 by the Venturi effect, thereby mixing the primary water W1 with the steam S1. In this case, the steam ejector 32AA has both the steam introduction mechanism 32A and a part of the water introduction mechanism 33A, and the water introduction mechanism 33A is configured to have a suction section for the second fluid of the steam ejector 32AA. Then, the steam ejector 32AA ejects primary steam S1 and draws in primary water W1.

なお、この一次水W1の供水量の調整は、図1及び図2に示すように、吸引部に連結する水導入流路33Aaが有る場合は、水導入流路33Aaに設けた水導入量調整弁33Abの開閉又は調整により行う。あるいは、水導入流路33Aaの吸引部に設けられたシャッターなどの開口面積の調整機構(図示しない)により行う。 When there is a water inlet passage 33Aa connected to the suction section as shown in Figures 1 and 2, the amount of primary water W1 supplied is adjusted by opening/closing or adjusting the water inlet amount adjustment valve 33Ab provided in the water inlet passage 33Aa. Alternatively, the amount of primary water W1 is adjusted by an opening area adjustment mechanism (not shown), such as a shutter, provided in the suction section of the water inlet passage 33Aa.

また、第2の方法では、図3に示すように、気化膨張部30Aに充填されている一次蒸気S1に対して、水供給ノズル33Acなどで一次水W1を噴射する。この場合は、蒸気導入機構32Aは蒸気導入流路32Aaと、気化膨張部30A側からの圧力の影響を回避するための蒸気噴射ノズル32Acを有して構成される。そして、気化膨張部30Aに充填されている一次蒸気S1に対して、水導入流路33Aaから、一次水W1を混入する。 In the second method, as shown in FIG. 3, primary water W1 is injected from a water supply nozzle 33Ac or the like into the primary steam S1 filled in the vaporization expansion section 30A. In this case, the steam introduction mechanism 32A is configured with a steam introduction passage 32Aa and a steam injection nozzle 32Ac for avoiding the influence of pressure from the vaporization expansion section 30A side. Then, primary water W1 is mixed into the primary steam S1 filled in the vaporization expansion section 30A from the water introduction passage 33Aa.

なお、この一次水W1の水導入量の調整は、水導入流路33Aaに設けた水導入量調整弁33Abの開閉又は調整により行う。あるいは、水導入流路33Aaの吸引部に設けられたシャッターなどの開口面積の調整機構(図示しない)により行う。 The amount of primary water W1 introduced is adjusted by opening/closing or adjusting the water introduction amount adjustment valve 33Ab provided in the water introduction flow path 33Aa. Alternatively, the amount of water introduced is adjusted by an opening area adjustment mechanism (not shown), such as a shutter, provided in the suction section of the water introduction flow path 33Aa.

また、第3の方法は、噴射式推力発生装置10Aの周囲の水が海水などで、蒸発した後に塩分などを残す可能性が有る場合に、塩分の残留を回避するための方法である。この第3の方法では、図4に示すように、蒸気導入機構32Aは水導入流路33Aaと水中噴射ノズル32Adを有して構成され、水導入機構33Aは、気化膨張部30Aの内部の水蒸気S1の圧力に打ち勝って沸騰用の水W0を供給するための水導入流路33Aaを有して構成される。さらに、沸騰用の水W0が濃縮される前に排出するための水排出流路33Adを有して構成される。 The third method is a method for avoiding residual salt when the water surrounding the jet thrust generating device 10A is seawater or the like and may leave behind salt after evaporation. In this third method, as shown in FIG. 4, the steam introduction mechanism 32A is configured with a water introduction flow path 33Aa and an underwater injection nozzle 32Ad, and the water introduction mechanism 33A is configured with a water introduction flow path 33Aa for supplying water W0 for boiling by overcoming the pressure of the water vapor S1 inside the vaporization expansion section 30A. In addition, it is configured with a water discharge flow path 33Ad for discharging the water W0 for boiling before it is concentrated.

そして、一次蒸気S1を、気化膨張部30Aの底部に溜まっている沸騰用の水W0の中に放出することにより、一次蒸気S1のエンタルピーにより、沸騰用の水W0を沸騰させて、沸騰用の水W0の一部である一次水W1を蒸発させる。 Then, the primary steam S1 is released into the boiling water W0 that has accumulated at the bottom of the vaporization and expansion section 30A, and the enthalpy of the primary steam S1 boils the boiling water W0, evaporating the primary water W1, which is part of the boiling water W0.

なお、図4(b)に示すように、噴射式推力発生装置10Aを備えた航走体5の航走時においては、水面下に設けた水導入流路33Aaの入口に流入してくる水W1を、水流の勢いを利用して、気化膨張部30Aに導入させて、沸騰用の水W0又は一次水W1として利用してもよい。あるいは、別の水槽に溜めておいた水の水圧を利用して、この水を気化膨張部30Aに導入してもよい。 As shown in FIG. 4(b), when a navigable body 5 equipped with an injection type thrust generating device 10A is navigating, the water W1 flowing into the inlet of the water introduction passage 33Aa provided below the water surface can be introduced into the vaporization expansion section 30A using the force of the water flow and used as the boiling water W0 or primary water W1. Alternatively, the water pressure of water stored in a separate water tank can be used to introduce this water into the vaporization expansion section 30A.

なお、一次水W1として海水を用いる場合には、一次水W1の蒸発に伴って、海水中の塩分などが析出する可能性がある。この析出物は、第1及び第2の方法では、小さい粒子となるので、二次蒸気S2と共に冷却凝結部40Aに搬送されるが、始動時や停止時に、タンク(又は流路)31Aの内部に溜まる可能性が有るので、タンク(又は流路)31Aの内部を洗浄して、析出物を排出できるように構成しておくことが必要である。 When seawater is used as the primary water W1, salts and other substances in the seawater may precipitate as the primary water W1 evaporates. In the first and second methods, these precipitates are converted into small particles and transported to the cooling and condensing section 40A together with the secondary steam S2. However, since there is a possibility that the precipitates may accumulate inside the tank (or flow path) 31A during start-up and shutdown, it is necessary to configure the tank (or flow path) 31A so that the inside can be cleaned and the precipitates can be discharged.

また、第3の方法では、沸騰用の水W0が濃縮される前に、沸騰用の水W0の入れ替えを行うことで析出物を排出できる。この入れ替えは間欠的に行ってもよく、常時行ってもよい。この入れ替えは、図4に示すように、水導入流路33Aaに設けた水導入量調整弁33Abの開閉又は調整と水排出流路33Adに設けた水排出量調整弁33Aeの開閉又は調整により行う。なお、この水排出流路33Adを、冷却凝結部40Aの二次水W2の水吸引流路43Aaに接続すると、沸騰用の水W0の入れ替えをより円滑に行うことができる。 In the third method, the boiling water W0 can be replaced before it is concentrated, allowing the precipitate to be discharged. This replacement can be performed intermittently or continuously. As shown in FIG. 4, this replacement is performed by opening/closing or adjusting the water introduction amount adjustment valve 33Ab provided in the water introduction flow path 33Aa and opening/closing or adjusting the water discharge amount adjustment valve 33Ae provided in the water discharge flow path 33Ad. If this water discharge flow path 33Ad is connected to the water suction flow path 43Aa of the secondary water W2 of the cooling and condensing section 40A, the boiling water W0 can be replaced more smoothly.

〔冷却凝結部〕冷却凝結部40Aは、熱力学的には、二次蒸気S2のエンタルピーの一部を噴射流体(水分)W3の運動エネルギーに変換するという重要な機能を持っている部分である。そして、図1~図4に示すように、二次蒸気S2と二次水W2とを混合して、二次水W2を吸引する負圧を発生させるための流路(又はタンク)41Aで構成される。この流路(又はタンク)41Aは、二次蒸気S2を冷却する必要があるので、保温構造にする必要はないと考えられるが、負圧の発生位置との関係で、上流側を保温構造にする方が良い場合もある可能性がある。 [Cooling and condensation section] Thermodynamically, the cooling and condensation section 40A has the important function of converting part of the enthalpy of the secondary steam S2 into the kinetic energy of the injected fluid (moisture) W3. As shown in Figures 1 to 4, it is composed of a flow path (or tank) 41A for mixing the secondary steam S2 with the secondary water W2 and generating negative pressure to suck in the secondary water W2. This flow path (or tank) 41A does not need to have an insulating structure because it is necessary to cool the secondary steam S2, but in relation to the position where the negative pressure is generated, it may be better to have an insulating structure on the upstream side.

この冷却凝結部40Aでは、気化膨張部30Aの出口に設けられた駆動ノズル34Aから噴射される駆動流体Fd2の噴射に伴うベンチュリー効果により二次水W2を吸引して、この吸引した二次水W2で駆動流体Fd2を冷却して、駆動流体Fd2に含まれる水蒸気S2を凝結させる。この冷却凝結部40Aでは、二次蒸気S2が凝結して負圧が発生する状態まで、二次水W2の吸引と熱交換を行う。 In this cooling and condensing section 40A, secondary water W2 is sucked in by the Venturi effect caused by the injection of driving fluid Fd2 from the driving nozzle 34A provided at the outlet of the vaporizing and expanding section 30A, and the sucked in secondary water W2 cools the driving fluid Fd2, condensing the water vapor S2 contained in the driving fluid Fd2. In this cooling and condensing section 40A, the secondary water W2 is sucked in and heat exchanged until the secondary vapor S2 condenses and negative pressure is generated.

この冷却凝結部40Aでは、駆動ノズル34Aから噴射される二次蒸気S2をエジェクターの駆動流体Fd2として使用することにより、噴射式推力発生装置10Aの周囲の水(以下「二次水」という)W2を外部から吸引して、この二次水W2を二次蒸気S2と混合する。これにより、二次水Wと二次蒸気S2の間で熱交換して、この二次蒸気S2を凝結(液化)させる。そして、二次蒸気S2を凝結させることで、二次蒸気S2の体積の減少を図り、この体積の減少による圧力の低下(負圧の発生)を利用して、二次水W2を吸引する効果を大きくする。 In this cooling and condensing section 40A, secondary steam S2 ejected from the driving nozzle 34A is used as the driving fluid Fd2 of the ejector, and water (hereinafter referred to as "secondary water") W2 surrounding the jet type thrust generating device 10A is sucked in from the outside, and this secondary water W2 is mixed with the secondary steam S2. This causes heat exchange between the secondary water W and the secondary steam S2, causing the secondary steam S2 to condense (liquefy). By condensing the secondary steam S2, the volume of the secondary steam S2 is reduced, and the reduction in pressure (generation of negative pressure) caused by this reduction in volume is utilized to increase the effect of sucking in the secondary water W2.

この冷却凝結部40Aでは、二次蒸気S2と二次水W2の混合により、二次蒸気S2が凝結して、負圧が発生する。この二次水W2の一部の吸引は、駆動ノズル34Aにおける外部流体の吸引力によっても行われるが、発生した負圧による吸引力でも行うので、負圧発生部位の前方に残りの二次水W2を吸引する吸引口42Aを設ける。この負圧の発生部位と、二次水W2の吸引口42Aの位置が重要となるが、この吸引口42Aの位置と大きさは、噴射式推力発生装置10Aの模型や実物による水槽実験や数値流体力学(CFD)によるシミュレーション計算等の結果を解析することにより、容易に設定できる。 In this cooling and condensing section 40A, secondary steam S2 and secondary water W2 mix together, causing the secondary steam S2 to condense and generate negative pressure. Some of this secondary water W2 is sucked in by the suction force of the external fluid in the drive nozzle 34A, but also by the suction force caused by the generated negative pressure, so a suction port 42A is provided in front of the negative pressure generating section to suck in the remaining secondary water W2. The location where this negative pressure is generated and the position of the suction port 42A for the secondary water W2 are important, but the position and size of this suction port 42A can be easily set by analyzing the results of water tank experiments using a model or the actual jet thrust generating device 10A, simulation calculations using computational fluid dynamics (CFD), etc.

つまり、この冷却凝結部40Aでは、駆動流体Fd2の噴射流によるベンチュリー効果に加えて、二次蒸気S2の凝結による体積の減少により、さらなる負圧を発生させて、二次水W2に対する吸引力を増加し、二次水W2の吸引を促進する。なお、この冷却凝結部40Aの出口の水(以下「噴射流体」という)W3は、二次水W2に、更に、二次蒸気S2が液化した水Ws2が加わっている。 In other words, in this cooling and condensing section 40A, in addition to the Venturi effect caused by the jet flow of the driving fluid Fd2, a further negative pressure is generated due to the reduction in volume caused by the condensation of the secondary steam S2, which increases the suction force on the secondary water W2 and promotes the suction of the secondary water W2. Note that the water (hereinafter referred to as the "jet fluid") W3 at the outlet of this cooling and condensing section 40A is the secondary water W2 plus water Ws2, which is liquefied secondary steam S2.

そして、この冷却凝結部40Aでは、噴射流体W3が逆流する可能性が有るので、この逆流を、二次水W2の運動エネルギーで防止する。つまり、二次水W2の流入方向と流入速度により、噴射流体W3の流れを圧力回復部50Aに向かわせて、噴射流体W3の逆流を防止する。なお、特に、始動時と停止時において、逆流が生じる可能性が有るが、この逆流が生じる場合には、冷却凝結部40Aの出口側に逆流防止機構を設けたり、流路面積調整機構を設けたりして、逆流を防止する。 In the cooling and condensing section 40A, there is a possibility that the injected fluid W3 may backflow, so this backflow is prevented by the kinetic energy of the secondary water W2. In other words, the flow of the injected fluid W3 is directed toward the pressure recovery section 50A by the inflow direction and inflow speed of the secondary water W2, preventing the injected fluid W3 from backflowing. Note that backflow may occur, particularly during start-up and shutdown. If this backflow does occur, a backflow prevention mechanism or a flow path area adjustment mechanism is provided on the outlet side of the cooling and condensing section 40A to prevent the backflow.

そして、冷却凝結部40Aにおいて、噴射流体W3の運動エネルギーを大きくすることが、この噴射式推力発生システム1Aのエネルギー効率を高くすることになる。そのため、二次蒸気S2の流入方向と二次水W2の吸引方向と噴射流体W3の流出方向ができるだけ同じ方向になるように構成して、二次水W2の流入エネルギーの恋率良く利用する。 Increasing the kinetic energy of the jet fluid W3 in the cooling and condensing section 40A increases the energy efficiency of this jet thrust generating system 1A. Therefore, the inflow direction of the secondary steam S2, the suction direction of the secondary water W2, and the outflow direction of the jet fluid W3 are configured to be as similar as possible, so that the inflow energy of the secondary water W2 can be efficiently utilized.

〔圧力回復部〕圧力回復部50Aは、駆動流体Fd2と吸引された二次水W2とで構成される噴射流体W3の圧力を回復する部分である。つまり、この冷却凝結部40Aで低下した噴射流体W3の圧力を、噴射流体W3の流速の低下により上昇させて、噴射部60Aで噴射が可能となる圧力を得る部分である。そして、この圧力回復部50Aは、冷却凝結部40Aの排出口に接続して設けられるディフューザー(末広部材)51Aを有して構成される。この冷却凝結部40Aは保温構造にする必要は無い。 [Pressure recovery section] The pressure recovery section 50A is a section that recovers the pressure of the injection fluid W3, which is composed of the driving fluid Fd2 and the sucked secondary water W2. In other words, the pressure of the injection fluid W3, which has been reduced in the cooling and condensing section 40A, is increased by reducing the flow rate of the injection fluid W3, thereby obtaining a pressure at which injection is possible in the injection section 60A. The pressure recovery section 50A is configured with a diffuser (divergent member) 51A that is connected to the outlet of the cooling and condensing section 40A. The cooling and condensing section 40A does not need to have an insulating structure.

〔噴射部〕噴射部60Aは、圧力が回復した噴射流体W3を推力発生ノズル62Aから噴射することにより、推力Tを得る部分であり、圧力維持のためのタンク(又は流路)61Aと推力発生ノズル62Aを有して構成される。この推力発生ノズル62Aから圧力が回復した噴射流体W3を噴射することにより、推力Tを発生させる。この噴射部60Aも保温構造にする必要は無い。 [Injection section] The injection section 60A is a section that obtains thrust T by injecting the injection fluid W3 whose pressure has been restored from the thrust generating nozzle 62A, and is composed of a tank (or flow path) 61A for maintaining pressure and the thrust generating nozzle 62A. The injection fluid W3 whose pressure has been restored is injected from this thrust generating nozzle 62A, thereby generating thrust T. This injection section 60A also does not need to have a heat-retaining structure.

〔まとめ1〕上記のように、噴射式推力発生装置10Aでは、一次蒸気S1と二次蒸気S2の噴射により、噴射式推力発生装置10Aの周囲の一次水W1と二次水W2を外部から吸引して、噴射流体W3を推力発生ノズル62Aから噴射することにより、推力Tを発生させる。ここでは、一次蒸気S1と一次水W1とで熱交換して、二次蒸気S2を発生させた後で、二次水W2により二次蒸気S2を冷却して二次蒸気S2を凝結させることで、二次蒸気S2の体積の減少による圧力の低下(負圧の発生)を図る。そして、この圧力の低下により、二次水W2に対する吸引力を増加させると共に、推力発生ノズル62Aから噴射する噴射流体W3の量の増加と増速を行い、推力Tを大きくする。 [Summary 1] As described above, in the jet thrust generating device 10A, the primary water W1 and secondary water W2 around the jet thrust generating device 10A are sucked in from the outside by injecting the primary steam S1 and secondary steam S2, and the jet fluid W3 is jetted from the thrust generating nozzle 62A to generate thrust T. Here, the primary steam S1 and the primary water W1 exchange heat to generate secondary steam S2, and then the secondary steam S2 is cooled by the secondary water W2 to condense the secondary steam S2, thereby reducing the volume of the secondary steam S2 and reducing the pressure (generating negative pressure). This reduction in pressure increases the suction force on the secondary water W2, and increases the amount and speed of the jet fluid W3 jetted from the thrust generating nozzle 62A, thereby increasing the thrust T.

熱力学的には、一次蒸気S1のエンタルピーを利用して、二次蒸気S2を発生させた後に凝結させることで、負圧を発生させて、二次蒸気S2のエンタルピーを噴射流体W3の運動エネルギーに変換し、この運動エネルギーを推力Tに変換する。 Thermodynamically, the enthalpy of the primary steam S1 is used to generate secondary steam S2, which is then condensed, generating negative pressure, converting the enthalpy of the secondary steam S2 into kinetic energy of the ejected fluid W3, and converting this kinetic energy into thrust T.

〔計算例1〕参考までに、水蒸気S1、S2を駆動流体Fd1、Fd2として使用する場合について、以下に計算例の結果を示す。一次蒸気S1、二次蒸気S2、一次水W1、二次水W2、噴射流体W3の具体的な量に関して、仮に、140℃で3.7Pa(約3.8atm)の飽和水蒸気1kg(0.51m:1.244Nm/kg)を一次蒸気S1とし、更に、15℃の水を用いて、噴射流体W3を50℃に冷却するとする。140℃の一次蒸気S1を1.0Pa(約1.0atm)の100℃の二次蒸気S2にするためには、15℃の一次吸引水W1が約0.022kg必要で、1.022kg(1.71m)の二次蒸気S2となる。 [Calculation Example 1] For reference, the results of a calculation example are shown below for the case where steam S1 and S2 are used as driving fluids Fd1 and Fd2. Regarding the specific amounts of primary steam S1, secondary steam S2, primary water W1, secondary water W2, and jet fluid W3, it is assumed that 1 kg (0.51 m3 : 1.244 Nm3 /kg) of saturated steam at 3.7 Pa (about 3.8 atm) at 140°C is used as primary steam S1, and further, jet fluid W3 is cooled to 50°C using water at 15°C. In order to turn primary steam S1 at 140°C into secondary steam S2 at 100°C and 1.0 Pa (about 1.0 atm), about 0.022 kg of primary suction water W1 at 15°C is required, resulting in 1.022 kg (1.71 m3 ) of secondary steam S2.

この二次蒸気S2を1.0Pa(約1.0atm)の100℃の水にするためには、15℃の水が6.48kg必要で、100℃の水が7.50kg発生する。これを50℃の水にするためには、15℃の水が、10.71kg必要であり、必要な二次吸引水W2は、18.21kgとなる。一方、噴出水W3は全体で、18.21kgとなる。 To turn this secondary steam S2 into 1.0 Pa (approximately 1.0 atm) water at 100°C, 6.48 kg of water at 15°C is required, and 7.50 kg of water at 100°C is generated. To turn this into water at 50°C, 10.71 kg of water at 15°C is required, so the required secondary suction water W2 is 18.21 kg. Meanwhile, the total amount of jetted water W3 is 18.21 kg.

従って、140℃で3.7Pa(約3.8atm)の飽和水蒸気1kg(0.51m)の一次蒸気S1を、50℃の噴射流体W3とするためには、15℃の水17.21kgを吸引する必要がある。なお、25℃の噴射流体W3とするためには、更に、15℃の水28.7kgを吸引する必要があり、噴射流体W3は49.5kg(0.050m)となる。 Therefore, in order to convert 1 kg (0.51 m3 ) of primary steam S1, which is saturated water vapor at 3.7 Pa (approximately 3.8 atm) at 140° C., into a jet fluid W3 at 50° C., it is necessary to aspirate 17.21 kg of water at 15° C. To obtain jet fluid W3 at 25° C., it is necessary to aspirate an additional 28.7 kg of water at 15° C., so that the jet fluid W3 becomes 49.5 kg (0.050 m3 ).

〔第2の実施の形態の噴射式推力発生システム〕本発明に係る第2の実施の形態の噴射式推力発生システム1Bは、駆動流体Fd1に、燃焼ガス等のエンタルピー(内部エネルギーと圧力エネルギーの和)が大きいガス(以下、「一次ガス」という)G1を用いて、水蒸気Sg1を発生させて、これらのガス(以下、「二次ガス」という)G2(=G1+Sg1)をエジェクターの駆動流体Fd2として用いて、ベンチュリー効果と共に、一次ガスG1のエンタルピーの変化による体積の減少と水蒸気Sg1の凝結により発生する負圧を利用して、周囲の水(二次水)W2を吸引して、ディフユーザー等の拡径部材を通過させた後に噴射することで推力Tを得るシステムである。 [Second embodiment of the injection type thrust generating system] The second embodiment of the injection type thrust generating system 1B of the present invention uses a gas (hereinafter referred to as "primary gas") G1 with a large enthalpy (the sum of internal energy and pressure energy) such as combustion gas as the driving fluid Fd1 to generate water vapor Sg1, and uses this gas (hereinafter referred to as "secondary gas") G2 (= G1 + Sg1) as the driving fluid Fd2 of the ejector. Using the Venturi effect, along with the reduction in volume due to the change in enthalpy of the primary gas G1 and the negative pressure generated by the condensation of the water vapor Sg1, the system obtains thrust T by sucking in surrounding water (secondary water) W2 and injecting it after passing it through an expanding member such as a diffuser.

図5及び図6に示すように、噴射式推力発生システム1Bは、ガス発生部3Bと、噴射式推力発生装置10Bとを備えて構成される。そして、噴射式推力発生装置10Bは、ガス供給部20B、気化膨張部30B、冷却凝結部40B、圧力回復部50B、噴射部60B等を有して構成される。また、図7に示すように、ガス発生部3Bとガス供給部20Bとを一体化して構成してもよい。 As shown in Figures 5 and 6, the jet thrust generating system 1B is configured with a gas generating unit 3B and an jet thrust generating device 10B. The jet thrust generating device 10B is configured with a gas supply unit 20B, a vaporizing and expanding unit 30B, a cooling and condensing unit 40B, a pressure recovery unit 50B, an injection unit 60B, etc. Also, as shown in Figure 7, the gas generating unit 3B and the gas supply unit 20B may be configured as one unit.

〔ガス発生部〕ガス発生部3Bは、ガス供給部20Bに供給する高エンタルピーの一次ガス(気体:気相状態)G1を発生させる部分である。このガス発生部3Bとしては、燃焼器が考えられる。このガス発生部3Bでは、高エンタルピーの一次ガスG1を発生できれば良いので、図6及び図7に示すように、燃焼室3Baに燃焼器(バーナー)3Bbを設けた構成であってもよい。この場合は、ガス発生部3Bは、使用する燃料Fに応じて、その燃料Fに適した燃焼器3Bbと燃焼用の空気Aを供給する空気供給装置(図示しない)と燃焼室3Baを有して構成される。 [Gas generating section] The gas generating section 3B is a section that generates a high enthalpy primary gas (gas: gas phase state) G1 to be supplied to the gas supply section 20B. A combustor may be used as this gas generating section 3B. Since the gas generating section 3B only needs to generate a high enthalpy primary gas G1, it may be configured with a combustor (burner) 3Bb provided in the combustion chamber 3Ba, as shown in Figures 6 and 7. In this case, the gas generating section 3B is configured to have a combustor 3Bb suitable for the fuel F used, an air supply device (not shown) that supplies air A for combustion, and a combustion chamber 3Ba, depending on the fuel F used.

そして、図6に示す構成では、ガス発生部3Bで発生する一次ガスG1の量は、燃料供給流路3Bfに配設された燃料供給調整弁3Bfvの操作と、空気供給流路3Bcに配設された空気供給調整弁3Bcvの操作により制御される。また、ガス発生部3Bからガス供給部20Bへの一次ガスG1の供給量はガス供給流路3Bdに配設されたガス供給調整弁3Beの調整により制御される。一方、図7に示す構成では、ガス発生部3B(ガス供給部20B)で発生する一次ガスG1の量は、燃料供給流路3Bfに配設された燃料供給調整弁3Bfvの操作と、空気供給流路3Bcに配設された空気供給調整弁3Bcvの操作と、圧力調整機構24Bによるガス圧の調整とにより、制御される。 In the configuration shown in FIG. 6, the amount of primary gas G1 generated in the gas generating unit 3B is controlled by the operation of the fuel supply regulating valve 3Bfv arranged in the fuel supply flow path 3Bf and the operation of the air supply regulating valve 3Bcv arranged in the air supply flow path 3Bc. Also, the amount of primary gas G1 supplied from the gas generating unit 3B to the gas supply unit 20B is controlled by the adjustment of the gas supply regulating valve 3Be arranged in the gas supply flow path 3Bd. On the other hand, in the configuration shown in FIG. 7, the amount of primary gas G1 generated in the gas generating unit 3B (gas supply unit 20B) is controlled by the operation of the fuel supply regulating valve 3Bfv arranged in the fuel supply flow path 3Bf, the operation of the air supply regulating valve 3Bcv arranged in the air supply flow path 3Bc, and the adjustment of the gas pressure by the pressure adjustment mechanism 24B.

なお、この一次ガスG1は、NOxやSOx等を除去するガス処理装置を通過させることでエンタルピーが低下してしまうと、エネルギー効率が悪化するので、ガス処理装置が不要な水素ガスや天然ガス等のクリーンな燃料を用いることが好ましい。また、高エンタルピーの一次ガスG1としては、燃焼ガスに限らず、高圧の空気又は高温の空気などであってもよい。従って、この第2の実施の形態の噴射式推力発生システム1Bの場合では、高エンタルピーのガスであれば良く、この噴射式推力発生システム1Bを備えている航走体5で使用しているエンジンの排気ガス、冷却用の空気、余剰の圧縮空気等も使用することができる。 If the enthalpy of the primary gas G1 is reduced by passing it through a gas treatment device that removes NOx, SOx, etc., energy efficiency will deteriorate, so it is preferable to use clean fuels such as hydrogen gas or natural gas that do not require a gas treatment device. Furthermore, the high-enthalpy primary gas G1 is not limited to combustion gas, and may be high-pressure air or high-temperature air. Therefore, in the case of the second embodiment of the injector thrust generating system 1B, any high-enthalpy gas will suffice, and engine exhaust gas, cooling air, excess compressed air, etc. used in the naval vehicle 5 equipped with the injector thrust generating system 1B may also be used.

〔噴射式推力発生装置:ガス供給部〕噴射式推力発生装置10Bのガス供給部20Bは、燃焼ガスなどの高エンタルピーの一次ガスG1を一時的に貯留して、ガス出口23Bから排出される一次ガスG1の圧力を調整するための部分である。 [Injection type thrust generator: Gas supply unit] The gas supply unit 20B of the injection type thrust generator 10B is a part that temporarily stores high enthalpy primary gas G1 such as combustion gas and adjusts the pressure of the primary gas G1 discharged from the gas outlet 23B.

図6に示す構成では、このガス供給部20Bは、一次ガスG1を一時的に貯留するためのタンク21Bと、ガス入口22Bと、ガス出口23Bと、圧力調整弁等の圧力調整機構24Bとを備えている。ガス入口22Bは、ガス発生部3Bからの一次ガスG1が入る入口であり、ガス供給流路3Bdに連結している。ガス出口23Bは一次ガスG1を気化膨張部30Bに送り出す出口である。なお、ガス供給部20Bから気化膨張部30Bへの一次ガスG1の供給量は、ガス供給流路3Bdに配設されたガス供給調整弁3Beの操作と、圧力調整機構24Bによるガス圧の調整とにより、制御される。 In the configuration shown in FIG. 6, the gas supply unit 20B includes a tank 21B for temporarily storing the primary gas G1, a gas inlet 22B, a gas outlet 23B, and a pressure adjustment mechanism 24B such as a pressure adjustment valve. The gas inlet 22B is an inlet through which the primary gas G1 from the gas generation unit 3B enters, and is connected to the gas supply flow path 3Bd. The gas outlet 23B is an outlet through which the primary gas G1 is sent to the vaporization expansion unit 30B. The amount of primary gas G1 supplied from the gas supply unit 20B to the vaporization expansion unit 30B is controlled by operating the gas supply adjustment valve 3Be disposed in the gas supply flow path 3Bd and by adjusting the gas pressure by the pressure adjustment mechanism 24B.

一方、図7に示す構成では、このガス供給部20Bは、ガス発生部3Bと一体化しているため、燃焼室3Baがタンク21Bとの兼用となり、ガス入口22Bが省略されている。なお、ガス発生部3B(ガス供給部20Bとの兼用)から気化膨張部30Bへの一次ガスG1の供給量は、ガス発生部3Bで発生する一次ガスG1の量であり、この量は、燃料供給調整弁3Bfvの操作と、空気供給調整弁3Bcvの操作と、圧力調整機構24Bによるガス圧の調整とにより、制御される。 On the other hand, in the configuration shown in FIG. 7, the gas supply unit 20B is integrated with the gas generation unit 3B, so the combustion chamber 3Ba also serves as the tank 21B, and the gas inlet 22B is omitted. The amount of primary gas G1 supplied from the gas generation unit 3B (also serves as the gas supply unit 20B) to the vaporization and expansion unit 30B is the amount of primary gas G1 generated in the gas generation unit 3B, and this amount is controlled by operating the fuel supply adjustment valve 3Bfv, the air supply adjustment valve 3Bcv, and adjusting the gas pressure by the pressure adjustment mechanism 24B.

〔気化膨張部〕気化膨張部30Bは、ガス供給部20Bから供給される一次ガスG1の一部で、水(ここでは、以下、「一次水」という)W1を蒸発させて、水蒸気を発生させたり、水蒸気の量を増加したりするための部位である。そして、一次水W1を蒸発させるためのタンク(又は流路)31Bと、ガス供給部20Bのガス出口23Bから供給される一次ガスG1を導入するガス導入機構32Bと、一次水W1を導入する水導入機構33Bと、二次ガスG2を冷却凝結部40Bに噴射する駆動ノズル34Bを備えて構成される。 [Evaporation and expansion section] The evaporation and expansion section 30B is a section for evaporating water (hereinafter referred to as "primary water") W1 from a portion of the primary gas G1 supplied from the gas supply section 20B to generate water vapor and increase the amount of water vapor. It is equipped with a tank (or flow path) 31B for evaporating the primary water W1, a gas introduction mechanism 32B for introducing the primary gas G1 supplied from the gas outlet 23B of the gas supply section 20B, a water introduction mechanism 33B for introducing the primary water W1, and a drive nozzle 34B for spraying the secondary gas G2 into the cooling and condensing section 40B.

この気化膨張部30Bでは、一次水W1を追加して、この一次水W1と一次ガスG1との間で熱交換させて、この一次水W1を気化させる。つまり、熱交換で、一次ガスG1のエンタルピーの一部を一次水W1に付与することにより、一次水W1を沸点以上に昇温させて水蒸気Sw1を発生させる。これにより、全体としてのガスG2(=G1+Sw1)の量を増加させる。 In this vaporization expansion section 30B, primary water W1 is added, and heat is exchanged between this primary water W1 and the primary gas G1 to vaporize the primary water W1. In other words, by imparting a portion of the enthalpy of the primary gas G1 to the primary water W1 through heat exchange, the primary water W1 is heated to above its boiling point to generate water vapor Sw1. This increases the overall amount of gas G2 (= G1 + Sw1).

つまり、一次ガスG1の温度の低下により、一次ガスG1の体積が減少するが、一方で、一次水W1の蒸発により、一次水W1が水蒸気Sw1となり体積が増加する。そのため、気化膨張部30Bの温度と圧力にもよるが、通常は、一次ガスG1の温度低下による体積の減少よりも、一次水W1の蒸発(気化)による体積の増加の方が大きいので、ガス全体(G2=G1+Sw1)としての体積が増加する。なお、この一次水W1の供給に関しては、第1の実施の形態の噴射式推力発生装置10Bと同様な方法と構成を採用することができる。 In other words, a decrease in the temperature of the primary gas G1 reduces the volume of the primary gas G1, but on the other hand, the evaporation of the primary water W1 causes the primary water W1 to become steam Sw1 and its volume increases. Therefore, although it depends on the temperature and pressure of the vaporization expansion section 30B, the increase in volume due to the evaporation (vaporization) of the primary water W1 is usually greater than the decrease in volume due to a decrease in the temperature of the primary gas G1, so the volume of the entire gas (G2 = G1 + Sw1) increases. Note that for the supply of this primary water W1, a method and configuration similar to those of the jet thrust generating device 10B of the first embodiment can be adopted.

〔冷却凝結部〕冷却凝結部40Bは、気化膨張部30Bの駆動ノズル34Bから噴射される二次ガスG2をエジェクターの駆動流体として使用することにより、噴射式推力発生装置10Bの周囲の水(以下「二次水」という)W2を外部から吸引して、この二次水W2を二次ガスG2と混合することで、二次ガスG2と二次水W2の間で熱交換して、二次ガスG2を冷却し、この二次ガスG2に含まれている水蒸気Sw1を凝結(液化)させる部分である。そして、図5に示すように、二次ガスG2と二次水W2とを混合するためのタンク(又は流路)41Bで構成される。この冷却凝結部40Bでは、二次ガスG2に含まれる水蒸気Sw1が凝結して負圧が発生する状態まで、二次水W2の吸引と熱交換を行う。 [Cooling and condensing section] The cooling and condensing section 40B uses the secondary gas G2 ejected from the driving nozzle 34B of the vaporizing and expanding section 30B as the driving fluid of the ejector, sucks in water (hereinafter referred to as "secondary water") W2 around the jet type thrust generating device 10B from the outside, mixes this secondary water W2 with the secondary gas G2, exchanges heat between the secondary gas G2 and the secondary water W2, cools the secondary gas G2, and condenses (liquefies) the water vapor Sw1 contained in the secondary gas G2. As shown in FIG. 5, the cooling and condensing section 40B is composed of a tank (or flow path) 41B for mixing the secondary gas G2 and the secondary water W2. In this cooling and condensing section 40B, the secondary water W2 is sucked in and heat exchanged until the water vapor Sw1 contained in the secondary gas G2 condenses and negative pressure is generated.

この冷却凝結部40Bでは、気化膨張部30Bから供給される二次ガスG2を二次水W2で冷却することで、一次ガスG1の体積の減少と水蒸気Sw1の凝結による体積の減少を図り、この体積の減少による圧力の低下(負圧の発生)を利用して、二次水W2の吸引する効果を大きくする。言い換えれば、駆動流体Fd2としての二次ガスG2の噴射流によるベンチュリー効果に加えて、二次ガスG2に含まれている水蒸気Sw1の凝結による体積の減少により、負圧を発生させて、二次水W2に対する吸引力を増加し、二次水W2の吸引を促進する。なお、この冷却凝結部40Bの出口のガスを含有する水(以下「噴射流体」という)F3では、燃焼ガスG1と二次水W2に、更に、二次ガスG2に含まれていた水蒸気Sw1が液化した水Ws1が加わっている。 In this cooling and condensing section 40B, the secondary gas G2 supplied from the vaporizing and expanding section 30B is cooled with the secondary water W2, thereby reducing the volume of the primary gas G1 and reducing the volume due to the condensation of the water vapor Sw1, and the effect of sucking in the secondary water W2 is increased by utilizing the reduction in pressure (generation of negative pressure) due to this reduction in volume. In other words, in addition to the Venturi effect due to the injection flow of the secondary gas G2 as the driving fluid Fd2, the reduction in volume due to the condensation of the water vapor Sw1 contained in the secondary gas G2 generates negative pressure, increasing the suction force on the secondary water W2 and promoting the suction of the secondary water W2. In addition to the combustion gas G1 and secondary water W2, the water Ws1, which is liquefied water vapor Sw1 contained in the secondary gas G2, is added to the water containing gas (hereinafter referred to as the "injected fluid") F3 at the outlet of the cooling and condensing section 40B.

〔圧力回復部〕圧力回復部50Bは、冷却凝結部40Bで低下した噴射流体F3の圧力を、流速の低下により上昇させて、噴射部60Bで噴射が可能となる圧力を得る部分であり、ディフユーザー(末広部材)51Bで構成される。 [Pressure recovery section] The pressure recovery section 50B is a section that increases the pressure of the injection fluid F3, which has been reduced in the cooling and condensing section 40B, by decreasing the flow rate, to obtain a pressure that allows injection from the injection section 60B, and is composed of a diffuser (a diverging member) 51B.

〔噴射部〕噴射部60Bは、圧力が回復した噴射流体F3を推力発生ノズル62Bから噴射することにより、推力Tを得る部分であり、圧力維持のためのタンク(又は流路)61Bと推力発生ノズル62Bを有して構成される。この推力発生ノズル62Bから圧力が回復した噴射流体F3を噴射することにより、推力Tを発生させる。 [Injection section] The injection section 60B is a section that obtains thrust T by injecting the injection fluid F3 whose pressure has been restored from the thrust generating nozzle 62B, and is composed of a tank (or flow path) 61B for maintaining pressure and a thrust generating nozzle 62B. Thrust T is generated by injecting the injection fluid F3 whose pressure has been restored from this thrust generating nozzle 62B.

〔まとめ2〕上記のように、噴射式推力発生装置10Bでは、一次ガスG1と二次ガスG2の噴射により、噴射式推力発生装置10Bの周囲の一次水W1と二次水W2を外部から吸引して、推力発生ノズル62Bから噴射することにより、推力Tを発生させる。ここでは、一次ガスG1と熱交換して、二次ガスG2を発生させた後で、二次ガスG2の体積を減少させることで、二次ガスG2の体積の減少による圧力の低下(負圧の発生)を図る。この圧力の低下により、二次水W2に対する吸引力を増加させて、推力発生ノズル62Bから噴射する噴射流体F3の増加と速度の増速を行い、推力Tを大きくする。 [Summary 2] As described above, in the jet thrust generating device 10B, primary gas G1 and secondary gas G2 are injected to suck in primary water W1 and secondary water W2 from the outside around the jet thrust generating device 10B, and then injected from the thrust generating nozzle 62B to generate thrust T. Here, secondary gas G2 is generated by exchanging heat with the primary gas G1, and then the volume of the secondary gas G2 is reduced, thereby decreasing the pressure (generating negative pressure) due to the decrease in the volume of the secondary gas G2. This decrease in pressure increases the suction force on the secondary water W2, increasing the amount and speed of the injection fluid F3 injected from the thrust generating nozzle 62B, and increasing the thrust T.

〔計算例2〕参考までに、燃焼ガスG1により水蒸気Sw1を発生させて、この水蒸気Sw1を含んだ燃焼ガスG2を駆動流体Fd2として使用する場合における、一次ガスG1、二次ガスG2、一次水(一次吸引水)W1、二次水(二次吸引水)W2、噴射流体F3の具体的な量に関して、以下に仮計算結果を示す。 [Calculation Example 2] For reference, the following is a provisional calculation result regarding the specific amounts of primary gas G1, secondary gas G2, primary water (primary suction water) W1, secondary water (secondary suction water) W2, and injection fluid F3 in the case where water vapor Sw1 is generated by combustion gas G1 and combustion gas G2 containing this water vapor Sw1 is used as driving fluid Fd2.

仮に、600℃で4.0Pa(約4.0atm)の燃焼ガス0.80m(1Nm:比熱を仮に1.37kJ/Nm・K:0.33kcal/Nmとする)を一次ガスG1とし、更に、15℃の水を用いて、噴射流体F3を50℃に冷却するとする。600℃の一次ガスG1を1.0Pa(約1.0atm)の100℃の二次ガスG2にするためには、15℃の一次吸引水W1が約1.9kg必要で、蒸気では2.4Nmとなり、二次ガスG2は、4.65m(3.4Nm)となる。 Suppose that the primary gas G1 is 0.80 m3 ( 1 Nm3: specific heat is assumed to be 1.37 kJ/ Nm3 ·K: 0.33 kcal/ Nm3 ) of combustion gas at 600°C and 4.0 Pa (approximately 4.0 atm), and furthermore, that the injected fluid F3 is cooled to 50°C using water at 15°C. To turn the 600°C primary gas G1 into a 100°C secondary gas G2 of 1.0 Pa (approximately 1.0 atm), approximately 1.9 kg of 15°C primary suction water W1 is required, which amounts to 2.4 Nm3 in steam, and the secondary gas G2 is 4.65 m3 (3.4 Nm3 ).

この二次ガスG2を1.0Pa(約1.0atm)100℃の水にするためには、燃焼ガス用には、水がゼロでも、水蒸気用に15℃の水が12.1kg必要で、100℃の水が14.0kg発生する。これを50℃の水にするためには、15℃の水が、ガス用に、0.47kg必要であり、更に、水用に、20.0kg必要であり、必要な二次水W2は、20.5kgとなる。一方、噴射流体F3は全体で、34.5kgとなり、噴射ガスの量は、1.05m(1.0Nm)となる。 To turn this secondary gas G2 into 1.0 Pa (approximately 1.0 atm) 100°C water, even if there is no water for the combustion gas, 12.1 kg of water at 15°C is required for the steam, and 14.0 kg of water at 100°C is generated. To turn this into water at 50°C, 0.47 kg of water at 15°C is required for the gas, and another 20.0 kg is required for the water, so the required secondary water W2 is 20.5 kg. Meanwhile, the total amount of injected fluid F3 is 34.5 kg, and the amount of injected gas is 1.05 m3 ( 1.0 Nm3).

従って、600℃で4.0Pa(約4.0atm)の燃焼ガス0.80m(1Nm)の一次ガスG1を、50℃の噴射流体(水WaとガスG2)F3とするためには、15℃の水34.5kgを吸引する必要がある。なお、25℃の噴射流体の水分W3aとするためには、更に、15℃の水86.5kgを吸引する必要があり、噴射流体の水分W3aは121.0kg(0.12m)となり、燃焼ガスの1.05mと併せると、1.12mとなる。 Therefore, to convert 0.80 m3 ( 1 Nm3) of primary gas G1, which is combustion gas at 600°C and 4.0 Pa (approximately 4.0 atm), into injected fluid F3 (water Wa and gas G2) at 50°C, it is necessary to aspirate 34.5 kg of water at 15°C. To convert this to the moisture content W3a of the injected fluid at 25°C, it is necessary to aspirate an additional 86.5 kg of water at 15°C, so that the moisture content W3a of the injected fluid is 121.0 kg (0.12 m3 ), which, when combined with 1.05 m3 of combustion gas, amounts to 1.12 m3 .

〔第3の実施の形態の噴射式推力発生システム〕本発明に係る第3の実施の形態の噴射式推力発生システムは、水素ガスを燃焼したり、燃焼ガスに水蒸気を混入させたりして、ガス発生部で発生する初期ガス中に一次蒸気が多量に含まれている初期ガスを用いるシステムである。 [Third embodiment of the injector thrust generating system] The third embodiment of the injector thrust generating system according to the present invention is a system that uses initial gas that contains a large amount of primary steam, generated in the gas generating section by burning hydrogen gas or mixing water vapor into the combustion gas.

この第3の実施の形態の噴射式推力発生システムでは、初期ガスG0として、第1の実施形態の一次蒸気S1と第2の実施形態の一次ガスG1とが混合したものとして、ぞれぞれの水蒸気S1とガスG1の状態を扱えばよいことになる。この第3の実施の形態の噴射式推力発生システムの構成要素としては、第2の実施の形態の噴射式推力発生システム1Bと同じであるので、特に図示しない。また、この第3の実施の形態の噴射式推力発生システムに対する説明も、物理量が第1の実施形態の一次蒸気S1と第2の実施形態の一次ガスG1とが合わさっただけであるので、省略する。 In the jet thrust generating system of the third embodiment, the initial gas G0 is treated as a mixture of the primary steam S1 of the first embodiment and the primary gas G1 of the second embodiment, and the respective states of the water vapor S1 and gas G1 can be treated. The components of the jet thrust generating system of the third embodiment are the same as those of the jet thrust generating system 1B of the second embodiment, and therefore are not specifically illustrated. In addition, the explanation of the jet thrust generating system of the third embodiment will be omitted, as it is merely a physical quantity of the primary steam S1 of the first embodiment and the primary gas G1 of the second embodiment combined.

〔ユニット化〕次に、噴射式推力発生システム1A、1Bのユニット化について説明する。このユニット化については、蒸気発生部2Aは既存の装置を用いることが多いので、第1の実施の形態の噴射式推力発生システム1Aでは、蒸気発生部2Aを切り放して、一次蒸気S1は外部から供給されるものとして、噴射式推力発生装置10Aをユニット化する。 [Unitization] Next, we will explain the unitization of the jet thrust generating systems 1A and 1B. Since the steam generating section 2A is often an existing device, in the jet thrust generating system 1A of the first embodiment, the steam generating section 2A is disconnected, and the primary steam S1 is supplied from outside, and the jet thrust generating device 10A is unitized.

一方、第2の実施の形態の噴射式推力発生システム1Bでは、ガス発生部3Bを含めて、一体化することも比較的容易であるので、ガス発生部3Bと噴射式推力発生装置10Bを一体化して、燃料を供給されるものとして、ユニット化する。なお、ガス発生部3Bをガス発生部3Bと噴射式推力発生装置10Bから切り離して、一次ガスG1は外部から供給されるものとして、噴射式推力発生装置10Bのみを一体化してユニット化してもよい。なお、このユニット化に際しては、ガス発生部3Bは、一次蒸気S1及び一次ガスG1のエンタルピーが低下しないように保温構造にすることが好ましい。 In the second embodiment of the jet thrust generating system 1B, on the other hand, it is relatively easy to integrate the gas generating unit 3B as well, so the gas generating unit 3B and the jet thrust generating device 10B are integrated into a unit that receives fuel. Note that the gas generating unit 3B may be separated from the gas generating unit 3B and the jet thrust generating device 10B, and only the jet thrust generating device 10B may be integrated into a unit that receives primary gas G1 from the outside. Note that when this unitization is performed, it is preferable that the gas generating unit 3B has a heat-retaining structure so that the enthalpy of the primary steam S1 and primary gas G1 does not decrease.

そして、二次蒸気S2を発生するために必要な一次水W1は、気化膨張部30A、30Bに導入される前に、予め加熱されていることが好ましい。この一次水W1を加熱する構成として、蒸気発生部2Aやガス発生部3Bからの放熱の一部で、一次水W1を加熱して昇温させることが考えられる。この場合には、一次水W1を吸引する吸引水路を蒸気発生部2Aやガス発生部3Bの周囲に配置する。具体的には、蒸気発生部2Aやガス発生部3Bの周囲に吸引水路としての配管を接して設けたり、蒸気発生部2Aやガス発生部3Bの周囲を2重構造にして、この間の空間を吸引水路として利用したりする。この場合は、吸引水路を含めて、蒸気発生部2Aやガス発生部3Bの外側を保温する。 The primary water W1 required to generate the secondary steam S2 is preferably preheated before being introduced into the vaporization expansion sections 30A and 30B. A possible configuration for heating the primary water W1 is to use a portion of the heat dissipated from the steam generating section 2A or the gas generating section 3B to heat and raise the temperature of the primary water W1. In this case, a suction channel for sucking in the primary water W1 is arranged around the steam generating section 2A or the gas generating section 3B. Specifically, a pipe serving as a suction channel is provided in contact with the periphery of the steam generating section 2A or the gas generating section 3B, or a double structure is formed around the steam generating section 2A or the gas generating section 3B, and the space between them is used as a suction channel. In this case, the outside of the steam generating section 2A or the gas generating section 3B, including the suction channel, is kept warm.

また、例えば、図8に示すように、ユニット10Uの外形は、水中及び水路中に配置する場合も考えて、支持部材11A、11Bも含めて水中抵抗の少ない形状とすることが好ましい。例えば、魚雷などで用いられている筒形形状に形成され、一次水W1と二次水W2を取り込むための一次吸引口12Bと二次吸引口13Bが設けられる。この場合に、一次蒸気S1、一次ガスG1、燃料F、燃焼用空気A等を供給する部分はユニット10Uの支持部材11A、11Bに中に収容することが好ましい。 Also, as shown in FIG. 8, for example, it is preferable that the outer shape of unit 10U, including support members 11A and 11B, has a shape with low underwater resistance, considering that it may be placed underwater or in a waterway. For example, it is formed into a cylindrical shape used in torpedoes, and is provided with a primary suction port 12B and a secondary suction port 13B for taking in primary water W1 and secondary water W2. In this case, it is preferable that the parts that supply primary steam S1, primary gas G1, fuel F, combustion air A, etc. are housed within support members 11A and 11B of unit 10U.

そして、このユニット10Uの設計要素としては、気化膨脹部30A、30Bの容積、冷却凝結部40A、40Bの容積、圧力回復部50A、50Bの容積、噴射部60A、60Bの容積等がある。例えば、気化膨脹部30A、30Bの容積は、一次水W1が蒸発した水蒸気Sw1と一次蒸気S1(又は一次ガスG1)の量によって決まるが、一次水W1が蒸発した水蒸気Sw1の量は、システムの運用時の圧力と温度に依存し、一次蒸気S1(又は一次ガスG1)が持つエンタルピーに従って変化する。また、冷却凝結部40A、40Bの容積は、二次蒸気S2および二次ガスG2の容積と二次水W2の量によって決まる。そして、圧力回復部50A、50Bの容積は、噴射流体の水分W3aの量と、運用圧力(入口の圧力と出口の圧力)によって決まる。 The design elements of this unit 10U include the volume of the vaporization and expansion sections 30A and 30B, the volume of the cooling and condensation sections 40A and 40B, the volume of the pressure recovery sections 50A and 50B, and the volume of the injection sections 60A and 60B. For example, the volume of the vaporization and expansion sections 30A and 30B is determined by the amount of water vapor Sw1 evaporated from the primary water W1 and the primary steam S1 (or primary gas G1), but the amount of water vapor Sw1 evaporated from the primary water W1 depends on the pressure and temperature during operation of the system and changes according to the enthalpy of the primary steam S1 (or primary gas G1). The volume of the cooling and condensation sections 40A and 40B is determined by the volume of the secondary steam S2 and secondary gas G2 and the amount of secondary water W2. The volume of the pressure recovery sections 50A and 50B is determined by the amount of water W3a in the injection fluid and the operating pressure (inlet pressure and outlet pressure).

これらの各容積に関しては、筒形形状の断面積(断面形状)を固定した場合には、筒形の長さの問題となるが、予め、運用時の基準圧力及び基準温度を設定しておくことにより、このそれぞれの長さを設定できる。なお、運用条件が異なる場合に対しては、容積が異なる幾つかの標準の部品を用意しておくか、容積増加の追加用の部品を用意しておくことで対応できる。従って、各機能別の部品に対して、これらの部品を選択して組み合わせることで、各運用条件に対応したユニット10Uを組み上げることができる。 When the cross-sectional area (cross-sectional shape) of the cylindrical shape is fixed, the length of the cylinder is an issue with regard to each of these volumes, but by setting in advance the reference pressure and reference temperature during operation, these lengths can be set. Note that different operating conditions can be accommodated by preparing several standard parts with different volumes, or by preparing additional parts to increase volume. Therefore, by selecting and combining these parts for each functional part, a unit 10U that corresponds to each operating condition can be assembled.

〔ユニット化の効果〕これらのユニット化により、既存の航走体5において、これらのユニット10Uを配置することにより、噴射式推力発生システム1A、1Bを採用することが容易となる。そして、これらのユニット10Uにより、余剰蒸気や排気ガスや圧縮空気などの高エンタルピーの余剰の気体(一次蒸気S1、一次ガスG1)が有る場合には、補助推力Tを得ることができる。 [Effects of unitization] By unitizing in this way, it becomes easy to adopt the jet type thrust generating systems 1A, 1B by arranging these units 10U in an existing vessel 5. Furthermore, these units 10U can provide auxiliary thrust T when there is excess high enthalpy gas (primary steam S1, primary gas G1) such as excess steam, exhaust gas, or compressed air.

また、新造の航走体5においては、これらのユニット10Uの数の調整で必要な推進力を得ることができる。そのため、従来、エンジンとプロペラ等で比較的受注生産が多い推進器システムとは異なり、ユニット10Uの大量生産が可能となり、製造コストの低減を図ることができる。また、ユニット10U自体の構造が単純で回転部分が無いので、故障が発生し難く、保守点検が容易である上に、ユニット10Uの規格化して、交換可能な構成とすることにより、さらに、メンテナンスが容易となる。 In addition, in a newly constructed vessel 5, the necessary propulsive force can be obtained by adjusting the number of these units 10U. Therefore, unlike conventional propulsion systems that are relatively often made to order using engines and propellers, the units 10U can be mass-produced, reducing manufacturing costs. In addition, because the structure of the units 10U themselves is simple and has no rotating parts, breakdowns are unlikely to occur and maintenance and inspection are easy. Furthermore, by standardizing the units 10U and making them replaceable, maintenance is made even easier.

〔噴射式推力発生方法〕次に、本発明の噴射式推力発生方法の実施の形態について説明する。この噴射式推力発生方法は、上記の実施形態の噴射式推力発生システム1A、1Bを用いて実施できる方法であり、次のような方法である。なお、第1の実施形態の噴射式推力発生システム1Aでは、「水蒸気で構成される気体S2」の場合を、第2及び第3の実施形態の噴射式推力発生システム1Bでは、「水蒸気Sw1を含む気体G2」の場合をそれぞれ実施できる。 [Injection type thrust generating method] Next, an embodiment of the injection type thrust generating method of the present invention will be described. This injection type thrust generating method can be implemented using the injection type thrust generating systems 1A and 1B of the above-mentioned embodiments, and is the following method. Note that the injection type thrust generating system 1A of the first embodiment can be implemented in the case of "gas S2 composed of water vapor," while the injection type thrust generating systems 1B of the second and third embodiments can be implemented in the case of "gas G2 containing water vapor Sw1."

そして、本発明に係る第1の実施の形態の噴射式推力発生方法は噴射式推力発生システム1Aを用いる方法であり、この噴射式推力発生方法では、水蒸気で構成される二次蒸気(気体)S2を駆動流体Fd2として使用して、駆動流体Fd2の噴射によるベンチュリー効果により二次水(水)W2を吸引し、この吸引した二次水(水)W2で駆動流体Fd2を冷却して水蒸気(二次蒸気S2)を凝結させて、二次水(水)W2を吸引する吸引力を増加すると共に、水蒸気S2と、水蒸気Sw2の凝結水Ws2と吸引した二次水(水)W2を噴射することにより、推力Tを得る。 The first embodiment of the jet thrust generating method according to the present invention is a method that uses the jet thrust generating system 1A, and in this jet thrust generating method, secondary steam (gas) S2 composed of water vapor is used as the driving fluid Fd2, secondary water (water) W2 is sucked in by the Venturi effect caused by the injection of the driving fluid Fd2, and the sucked secondary water (water) W2 is cooled by this sucked secondary water (water) W2 to condense the water vapor (secondary steam S2), increasing the suction force sucking in the secondary water (water) W2, and the water vapor S2, the condensed water Ws2 of the water vapor Sw2, and the sucked secondary water (water) W2 are injected to obtain thrust T.

また、本発明に係る第2の実施の形態の噴射式推力発生方法は噴射式推力発生システム1Bを用いる方法であり、この噴射式推力発生方法では、燃焼ガス等の高エンタルピーのガスを駆動源として、水蒸気Sw2を含む二次ガス(気体)G2を駆動流体Fd2として使用して、駆動流体Fd2の噴射によるベンチュリー効果により二次水(水)W2を吸引し、この吸引した二次水(水)W2で駆動流体Fd2を冷却して水蒸気(二次ガスG2に含まれている水蒸気Sw2、または、二次蒸気S2)を凝結させて、二次水(水)W2を吸引する吸引力を増加すると共に、水蒸気S2の凝結水Ws2、及び、水蒸気Sw2の凝結水Ws2と吸引した二次水(水)W2を噴射することにより、推力Tを得る。 The second embodiment of the jet thrust generating method according to the present invention uses the jet thrust generating system 1B, and this jet thrust generating method uses a high enthalpy gas such as combustion gas as the driving source, a secondary gas (gas) G2 containing water vapor Sw2 as the driving fluid Fd2, and sucks in secondary water (water) W2 due to the Venturi effect caused by the injection of the driving fluid Fd2. The sucked in secondary water (water) W2 cools the driving fluid Fd2, condensing the water vapor (water vapor Sw2 or secondary steam S2 contained in the secondary gas G2), increasing the suction force sucking in the secondary water (water) W2, and injecting the condensed water Ws2 of the water vapor S2 and the condensed water Ws2 of the water vapor Sw2 and the sucked in secondary water (water) W2 to obtain thrust T.

また、本発明に係る第3の実施の形態の噴射式推力発生方法は噴射式推力発生システムを用いる方法であり、この噴射式推力発生方法では、水蒸気S1を含んでいる高エンタルピーのガス(G1+S1)を駆動源として、二次蒸気S1、S2、及び、水蒸気Sw2を含む二次ガス(気体)G2を駆動流体Fd2として使用して、駆動流体Fd2の噴射によるベンチュリー効果により二次水(水)W2を吸引し、この吸引した二次水(水)W2で駆動流体Fd2を冷却して水蒸気(二次蒸気S1、S2、及び、二次ガスG2に含まれている水蒸気Sw2)を凝結させて、二次水(水)W2を吸引する吸引力を増加すると共に、水蒸気S1の凝結水Ws1、及び、二次蒸気S2の凝結水Ws2、及び、水蒸気Sw2の凝結水Wsw2と吸引した二次水(水)W2を噴射することにより、推力Tを得る。 The third embodiment of the jet thrust generating method according to the present invention uses an jet thrust generating system, and uses a high enthalpy gas (G1+S1) containing water vapor S1 as a driving source, secondary steam S1, S2, and secondary gas (gas) G2 containing water vapor Sw2 as a driving fluid Fd2, sucks in secondary water (water) W2 by the Venturi effect caused by the injection of the driving fluid Fd2, cools the driving fluid Fd2 with the sucked secondary water (water) W2, condenses the water vapor (secondary steam S1, S2, and water vapor Sw2 contained in the secondary gas G2), and increases the suction force for sucking in the secondary water (water) W2. At the same time, thrust T is obtained by injecting the condensed water Ws1 of the water vapor S1, the condensed water Ws2 of the secondary steam S2, and the condensed water Wsw2 of the water vapor Sw2 and the sucked secondary water (water) W2.

これらをまとめると、本発明に係る実施の形態の噴射式推力発生方法は、水蒸気で構成される二次蒸気(気体)S2、又は、蒸気Sw1を含む気体G2を駆動流体Fd2として使用して、駆動流体Fd2の噴射によるベンチュリー効果により二次水(水)W2を吸引し、この吸引した二次水(水)W2で駆動流体Fd2を冷却して水蒸気S2、Sw1を凝結させて、二次水(水)W2を吸引する吸引力を増加すると共に、水蒸気S2、Sw1の凝結水Ws2と吸引した二次水(水)W2を噴射することにより、推力Tを得る方法となる。この噴射式推力発生方法は、上記の噴射式推力発生システム1A、1Bを用いて実施できる。 In summary, the jet thrust generating method according to the embodiment of the present invention uses secondary steam (gas) S2 composed of water vapor or gas G2 containing steam Sw1 as the driving fluid Fd2, sucks in secondary water (water) W2 due to the Venturi effect caused by the injection of the driving fluid Fd2, cools the driving fluid Fd2 with this sucked in secondary water (water) W2 to condense the water vapor S2 and Sw1, and increases the suction force sucking in the secondary water (water) W2, while injecting the condensed water Ws2 of the water vapor S2 and Sw1 and the sucked in secondary water (water) W2 to obtain thrust T. This jet thrust generating method can be implemented using the jet thrust generating systems 1A and 1B described above.

〔噴射式推力発生システムと噴射式推力発生方法の効果〕上記の噴射式推力発生システム1A、1Bと噴射式推力発生方法によれば、体積の大きい気相状態の水蒸気S1、S2、Sw2を駆動流体Fd2の全部又は一部として使用し、この駆動流体Fd2を冷却することで、体積の小さい液相状態の水Ws1、Ws2に凝結させて、低圧状態(負圧状態)を作り出す。ベンチュリー効果に加えて、この負圧状態(低圧状態)を利用することで、周囲の二次水W2を大量に吸引することができる。そして、この大量の二次水W2を含んだ噴射流体W3、F3を噴射することにより、効率よく、推力Tを発生できる。 [Effects of the jet thrust generating system and the jet thrust generating method] According to the above-mentioned jet thrust generating systems 1A and 1B and the jet thrust generating method, the large volume of gas-phase water vapor S1, S2, Sw2 is used as all or part of the driving fluid Fd2, and by cooling this driving fluid Fd2, it is condensed into small volume of liquid-phase water Ws1, Ws2, creating a low pressure state (negative pressure state). By utilizing this negative pressure state (low pressure state) in addition to the Venturi effect, a large amount of surrounding secondary water W2 can be sucked in. Then, by injecting the jet fluids W3, F3 containing this large amount of secondary water W2, thrust T can be generated efficiently.

これらの噴射式推力発生方法では、水蒸気S2又は水蒸気Sw1を含み、かつ、高エンタルピー(内部エネルギーと圧力エネルギーの和)の気体G2を駆動流体Fd2として噴射することで、エジェクターのベンチュリー効果を利用する構成であるので、ウォータージェット推進で用いているような「高圧ポンプ(軸流水ポンプ)」、「インペラと呼ばれるプロペラ」等で使用されている回転機構が不要になる。従って、この噴射式推力発生方法を実施するための噴射式推力発生システム1A、1Bは、回転機構が無い単純な構成となり、回転機構が無いので、設計、製造、試験、保守点検などが簡素化され、低コストで提供できるようになる。 These jet thrust generating methods utilize the Venturi effect of the ejector by injecting a gas G2 containing water vapor S2 or water vapor Sw1 and with high enthalpy (the sum of internal energy and pressure energy) as the driving fluid Fd2, eliminating the need for a rotating mechanism used in high-pressure pumps (axial water pumps) and propellers called impellers, as used in water jet propulsion. Therefore, the jet thrust generating systems 1A and 1B for implementing these jet thrust generating methods have a simple configuration without a rotating mechanism, and because there is no rotating mechanism, the design, manufacturing, testing, maintenance, inspection, etc. are simplified, and they can be provided at low cost.

そして、上記の噴射式推力発生システム1A、1B及び噴射式推力発生方法において、駆動流体Fd2と吸引した二次水W2とを混合して、直接接触により駆動流体Fd2を冷却して、駆動流体Fd2に含まれている水蒸気S2、Sw2を凝結させる方法を採用すると、これにより、簡単な構成で、効率よく、駆動流体Fd2を冷却できる。 In the above-mentioned jet thrust generating systems 1A, 1B and jet thrust generating methods, the driving fluid Fd2 is mixed with the aspirated secondary water W2, the driving fluid Fd2 is cooled by direct contact, and the water vapor S2, Sw2 contained in the driving fluid Fd2 is condensed. This allows the driving fluid Fd2 to be cooled efficiently with a simple configuration.

また、上記の噴射式推力発生システム1B及び噴射式推力発生方法において、第2の実施の形態の噴射式推力発生システム1Bのように、燃焼ガスG1に一次水(水)W1を直接接触又は混合することにより、駆動流体Fd2を生成すると、これにより、簡単な構成で、効率よく、水蒸気Sw2を含む駆動流体Fd2を生成できる。 In addition, in the above-mentioned jet thrust generating system 1B and jet thrust generating method, if the driving fluid Fd2 is generated by directly contacting or mixing primary water (water) W1 with the combustion gas G1, as in the jet thrust generating system 1B of the second embodiment, the driving fluid Fd2 containing water vapor Sw2 can be generated efficiently with a simple configuration.

〔航走体〕次に、本発明に係る実施の形態の航走体について説明する。図9~図11に示すように、本発明に係る実施の形態の航走体5は、上記の噴射式推力発生システム1A、1Bを備えて構成される。 [Navigation vehicle] Next, a navigation vehicle according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in Figures 9 to 11, the navigation vehicle 5 according to an embodiment of the present invention is configured with the above-mentioned jet thrust generating systems 1A and 1B.

〔主要部の配置〕最初に、噴射式推力発生装置10A、10Bの要部又はユニット10U等の主要部の配置に関して説明する。この主要部は吸引水路7と排水水路8に接続して配置されたり、または吸引水路7と排水水路8で構成される水路内に配置されたり、又は、航走体5の外側の水中に配置される。 [Layout of main parts] First, the layout of the main parts of the jet thrust generating devices 10A, 10B or the unit 10U will be described. These main parts are arranged in connection with the suction channel 7 and the discharge channel 8, or in a channel consisting of the suction channel 7 and the discharge channel 8, or in the water outside the navigable body 5.

この主要部の上下位置に関しては、この主要部を水面上に配置する場合には、吸引口6からの水W1、W2を噴射式推力発生装置10A、10B又はユニット10Uに導く吸引水路7と、この主要部からの噴射流体W3、F3を排出口9に導く排出水路8が長くなる。その結果、水流の曲り部も必要となるので、これらの水路における流路抵抗が増加する。しかし、この場合には、主要部が水面上にあることから、保守点検が容易となるという大きなメリットがある。 Regarding the vertical position of this main part, if this main part is placed above the water surface, the suction waterway 7 that guides the water W1, W2 from the suction port 6 to the jet thrust generating device 10A, 10B or unit 10U, and the discharge waterway 8 that guides the jet fluid W3, F3 from this main part to the discharge port 9 will be longer. As a result, a bend in the water flow is required, and the flow resistance in these waterways will increase. However, in this case, since the main part is above the water surface, there is a major advantage in that maintenance and inspection are easier.

一方、この主要部を、水面下に配置する場合には、吸引口6と排出口9を略直線状に結ぶ水路(吸引水路7と排出水路8)に設けることができ、水路7、8の長さを短くしたり、水流の曲り部分を少なくしたりすることができる。その結果、これらの水路7、8における流路抵抗を減少させることができる。この場合には、この主要部が水面下にあるため、保守点検は水面上に配置された場合よりは面倒であるが、もともと、この主要部の構造が単純で、点検・修理・部品交換なども容易となっているので。水中配置でもデメリットは少ない。また、主要部又は主要部を配置した水路部分を取り外し可能若しくは交換可能に構成することで、保守点検の作業を容易化することができる。 On the other hand, when the main part is placed under the water surface, it can be provided in the water channels (suction water channel 7 and discharge water channel 8) that connect the suction port 6 and the discharge port 9 in a substantially straight line, and the length of the water channels 7 and 8 can be shortened and the number of bends in the water flow can be reduced. As a result, the flow resistance in these water channels 7 and 8 can be reduced. In this case, since the main part is under the water surface, maintenance and inspection are more troublesome than when it is placed above the water surface, but the structure of the main part is originally simple, and inspection, repair, and part replacement are easy. There are few disadvantages to placing it underwater. In addition, by making the main part or the water channel part in which the main part is placed removable or replaceable, maintenance and inspection work can be simplified.

また、この主要部の航走体5の前後方向の位置に関しては、様々な位置が考えられるが、水路7、8における流路抵抗を少なくすることを考慮すると、吸引口6と排出口9の位置によって略決まる。 The position of this main part in the fore-aft direction of the navigation body 5 can be determined in various positions, but considering the need to reduce flow resistance in the waterways 7 and 8, it is roughly determined by the positions of the suction port 6 and the discharge port 9.

〔吸引口の配置〕そして、一次水W1と二次水W2の吸引口6の配置に関しては、図9に示すような、航走体5の船首部5aに配置する第1の配置と、図10及び図11に示すような、航走体5の船体側部5cに配置する第2の配置と、図12に示すような、航走体5の船尾部5dに配置する第3の配置等が考えられる。これらの吸引口6は、「点吸込み(Point Sink)」に相当するので、吸引口6の配置位置によっては、造波抵抗の低減に効果を発揮できる。また、ユニット10Uを複数基束ねたり、単独のユニット10Uの吸引口6を複数設けたりすることで、「点吸込み(Point Sink)」を帯状や面状に配置した「吸込み領域」を形成することもできる。 [Arrangement of suction ports] As for the arrangement of the suction ports 6 for the primary water W1 and the secondary water W2, the first arrangement shown in FIG. 9 is arranged at the bow 5a of the navigable body 5, the second arrangement shown in FIG. 10 and FIG. 11 is arranged at the hull side 5c of the navigable body 5, and the third arrangement shown in FIG. 12 is arranged at the stern 5d of the navigable body 5. These suction ports 6 correspond to "point sinks," so depending on the arrangement of the suction ports 6, they can be effective in reducing wave-making resistance. In addition, by bundling multiple units 10U together or providing multiple suction ports 6 of a single unit 10U, it is also possible to form a "suction area" in which "point sinks" are arranged in a strip or plane.

第1の配置では、図9(a)、(b)に示すように、航走体5の船首部5aのよどみ点の近傍等の圧力が高い部分に吸引口6を設けることで、船首部5aで発生する圧力抵抗を低減することができる。また、船首部5aで波が発生する部分に吸引口6を設けることで、造波抵抗を低減できる。さらには、図9(c)、(d)に示すように、船首部5aの船底部5b等に「吸込み領域」を設けることができるので、この「吸込み領域」により発生する波を、船首部5aで発生する船首系波と干渉させて、航走体5の造波抵抗を低減できる。この場合は、吸引口6は船首部5aの中央又は中央を挟んだ両側に配置され、吸引水路7は船首部5aの船体内部に配置される。 In the first arrangement, as shown in Figs. 9(a) and (b), the suction port 6 is provided in a high pressure area such as near the stagnation point of the bow 5a of the navigable body 5, thereby reducing the pressure resistance generated at the bow 5a. Also, by providing the suction port 6 in the area where waves are generated at the bow 5a, the wave-making resistance can be reduced. Furthermore, as shown in Figs. 9(c) and (d), a "suction area" can be provided at the bottom 5b of the bow 5a, etc., so that the waves generated by this "suction area" can be made to interfere with the bow-based waves generated at the bow 5a, thereby reducing the wave-making resistance of the navigable body 5. In this case, the suction port 6 is located at the center of the bow 5a or on both sides of the center, and the suction channel 7 is located inside the hull of the bow 5a.

また、第2の配置では、航走体5の船体側部5cに吸引口6を配置することで、航走体5の船体側部5cに「吸込み領域」を設けることができる。これにより、この「吸込み領域」で発生する波を、船首部5aと船首肩部等で発生する船首系波と干渉させて、航走体5の造波抵抗を低減できる。これらの場合では、吸引水路7は、図10(a)、(b)に示すように、船首部5aの船体内部に配置したり、あるいは、図10(c)、(d)に示すように、船首部5aの船体外部に配置したりする。 In the second arrangement, the suction port 6 is arranged on the hull side 5c of the navigable body 5, thereby providing a "suction area" on the hull side 5c of the navigable body 5. This allows the waves generated in this "suction area" to interfere with the bow waves generated at the bow 5a and the bow shoulder, etc., thereby reducing the wave-making resistance of the navigable body 5. In these cases, the suction channel 7 is arranged inside the hull at the bow 5a, as shown in Figures 10(a) and (b), or outside the hull at the bow 5a, as shown in Figures 10(c) and (d).

また、一方で、水路7、8を設けることなく、図13に示すように、ユニット10Uを船体側部5cに配置することもできる。この場合に、図13(a)、(b)に示すように、ユニット10Uを個別に配置したり、ユニット10Uを幾つかを束ねて帯状又は面状に配置したりすることもできる。 On the other hand, the units 10U can be arranged on the hull side 5c as shown in FIG. 13 without providing the waterways 7 and 8. In this case, as shown in FIG. 13(a) and (b), the units 10U can be arranged individually, or several units 10U can be bundled together and arranged in a strip or plane.

また、第3の配置では、図11及び図12に示すように、現状で多くの推進器(プロペラ推進器、ウォータージェット推進器等)が配置されているのと同様な船尾部5dに配置する。この船尾部5dにおける吸引口6の配置としては、船体側部5cへの配置、船底部5bへの配置、船尾端の後方の配置などがある。そして、この吸引口6の船尾部5dへの配置では、ユニット10Uの相互間の距離を大きくとるのは難しいので、吸引水路7は短い水路となるか、ユニット10Uと一体化することになる。 In the third arrangement, as shown in Figures 11 and 12, the thrusters are arranged in the stern section 5d, similar to where many thrusters (propeller thrusters, water jet thrusters, etc.) are currently arranged. Possible locations for the suction port 6 in the stern section 5d include on the side section 5c of the hull, on the bottom section 5b, or behind the stern end. Since it is difficult to keep a large distance between the units 10U when arranging the suction port 6 in the stern section 5d, the suction channel 7 will be a short channel or will be integrated with the unit 10U.

この第3の配置では、航走体5の内部配置を現状の内部配置から大幅に変更する必要が無くなる。なお、船尾部5dに吸引口6を設けることで、航走体5の船尾部5dに「吸込み領域」を設けることができるので、この「吸込み領域」で発生する波を、船尾部5dで発生する船尾系波と干渉させて、航走体5の造波抵抗を低減できる。 In this third arrangement, there is no need to significantly change the internal arrangement of the navigable body 5 from the current internal arrangement. Furthermore, by providing the suction port 6 in the stern section 5d, a "suction area" can be provided in the stern section 5d of the navigable body 5, and the waves generated in this "suction area" can be made to interfere with the stern waves generated in the stern section 5d, thereby reducing the wave-making resistance of the navigable body 5.

〔排出口の配置〕そして、ユニット10Uの排出口9の配置に関しては、水面WLより上に排出口9を配置する場合には、排出口9の外側の圧力が小さいので、噴射流体W3を効率よく噴射できる。一方、水面WLより下に排出口9を配置する場合には、排出口9に水深に応じた水圧が加わるため、噴射するために必要な噴射流体W3の圧力が高くなる。 [Discharge outlet placement] Regarding the placement of the discharge outlet 9 of the unit 10U, if the discharge outlet 9 is placed above the water surface WL, the pressure outside the discharge outlet 9 is small, so the injection fluid W3 can be injected efficiently. On the other hand, if the discharge outlet 9 is placed below the water surface WL, water pressure according to the water depth is applied to the discharge outlet 9, so the pressure of the injection fluid W3 required for injection increases.

しかし、この排出口9を「点吹き出し(Point Souce)」とすることができるので、この「点吹き出し」で発生する波を、船首系波や船尾系波と干渉させることで、造波抵抗を低減することができる。なお、ユニット10Uを複数基束ねたり、単独のユニット10Uの排出口9を複数設けたりすることで、「点吸込み」を帯状や面状に配置した「吹き出領域」を形成することもできる。 However, this outlet 9 can be made a "point source," so the waves generated by this "point source" can be made to interfere with bow and stern waves, reducing wave resistance. By bundling multiple units 10U together or providing multiple outlets 9 on a single unit 10U, it is also possible to form a "blowout area" in which "point suctions" are arranged in a band or a surface.

また、排出口9の船長方向に関しての配置についても、航走体5の船首部5aに配置する第1の配置と、航走体5の船体側部5cに配置する第2の配置と、航走体5の船尾部5dに配置する第3の配置等が考えられる。 In addition, regarding the arrangement of the discharge outlet 9 in the longitudinal direction of the vessel, a first arrangement is possible in which the discharge outlet 9 is arranged at the bow 5a of the vessel 5, a second arrangement is possible in which the discharge outlet 9 is arranged at the hull side 5c of the vessel 5, and a third arrangement is possible in which the discharge outlet 9 is arranged at the stern 5d of the vessel 5.

この第1の配置では、図示しないが、排出口9を船首部5aに配置することで、船首部5aに「吹き出領域」を設けることができる。従って、この「吹き出領域」で発生する波を、船首部5aで発生する船首系波と干渉させて、航走体5の造波抵抗を低減できる。しかしながら、この場合は、噴射流体W3、F3の噴射方向を船尾側にしないと、噴射による推力Tを航走体5の推進力として利用できない。そのため、噴射流体W3、F3の噴射方向を航走体5の前方向にする場合は、造波抵抗の減少効果と噴射による推力Tの抵抗増加のバランスを考える必要がある。一方、噴射流体W3、F3の噴射方向を航走体5の後方向にする場合は、噴射による推力Tを推進力Ttとして利用できる。 In this first arrangement, although not shown, by arranging the exhaust port 9 in the bow section 5a, a "blowing area" can be provided in the bow section 5a. Therefore, the waves generated in this "blowing area" can be made to interfere with the bow-based waves generated in the bow section 5a, reducing the wave-making resistance of the navigable body 5. However, in this case, if the direction of the jet fluids W3 and F3 is not toward the stern, the thrust T due to the jet cannot be used as the propulsion force of the navigable body 5. Therefore, if the jet fluids W3 and F3 are jetted in the forward direction of the navigable body 5, it is necessary to consider the balance between the effect of reducing the wave-making resistance and the increase in resistance of the thrust T due to the jet. On the other hand, if the jet fluids W3 and F3 are jetted in the rearward direction of the navigable body 5, the thrust T due to the jet can be used as the propulsion force Tt.

また、第2の配置では、図9(a)、(b)、図10及び図13に示すように、排出口9を航走体5の船体側部5cに配置することで、航走体5の船体側部5cに「吹き出し領域」を設けることができ、この「吹き出し領域」で発生する波を、船首部5aと船首肩部等で発生する船首系波と干渉させて、航走体5の造波抵抗を低減できる。この場合に、排出口9から噴射する噴射流体W3、F3により推力Tを得ることができる。そして、両舷に推力Tを発生できる排出口9が設けられるので、これらの推力Tをそれぞれ調整することにより、航走体5の旋回力を得ることができる。 In the second arrangement, as shown in Figures 9(a), (b), 10 and 13, by arranging the exhaust port 9 on the hull side 5c of the navigable body 5, a "blowing area" can be provided on the hull side 5c of the navigable body 5, and the waves generated in this "blowing area" can be made to interfere with the bow waves generated at the bow 5a and the bow shoulder, etc., thereby reducing the wave-making resistance of the navigable body 5. In this case, thrust T can be obtained by the ejected fluids W3 and F3 ejected from the exhaust port 9. And because exhaust ports 9 capable of generating thrust T are provided on both sides, the turning force of the navigable body 5 can be obtained by adjusting these thrust forces T, respectively.

また、第3の配置では、図12に示すように、現状で多くの推進器が配置されているのと同様な船尾部5dへの配置、あるいは、船体側部5cへの配置、船底部5bへの配置、船尾端の後方への配置などがある。そして、この排出口9の船尾部5dの配置では、ユニット10Uの相互間の距離を大きくとるのは難しいので、排出水路8は短い水路となるか、ユニット10Uと一体化することになる。 As shown in Figure 12, the third arrangement is similar to the current arrangement of many propulsors, in the stern section 5d, or in the side section 5c of the hull, in the bottom section 5b, or behind the stern end. With this arrangement of the discharge port 9 in the stern section 5d, it is difficult to keep a large distance between the units 10U, so the discharge waterway 8 will be a short waterway or will be integrated with the unit 10U.

この第3の配置では、航走体5の各機器やタンクや船倉等の配置を現状の配置から大幅に変更する必要が無くなる。また、排出口9を船尾部5dに設けることで、航走体5の船尾部5dに「吹き出し領域」を設けることができるので、この「吹き出し領域」で発生する波を、船尾部5dで発生する船尾系波と干渉させて、航走体5の造波抵抗を低減できる。 With this third arrangement, there is no need to significantly change the current arrangement of the equipment, tanks, holds, etc. of the navigable body 5. In addition, by providing the exhaust port 9 at the stern 5d, a "blowing area" can be provided at the stern 5d of the navigable body 5, and the waves generated in this "blowing area" can be made to interfere with the stern waves generated at the stern 5d, reducing the wave-making resistance of the navigable body 5.

〔航走体の推進方法〕次に、本発明に係る実施の形態の航走体の推進方法について説明する。本発明に係る実施の形態の航走体の推進方法は、上記の噴射式推力発生方法を用いて発生した推力Tを、航走体5を推進させる推進力Ttの一部又は全部とすることを特徴とする方法である。この航走体の推進方法は、上記の航走体5を用いることで実施できる。この方法により、回転機構が無くて構造が単純で製造及びメンテナンスが容易な噴射式推力発生装置10A、10B又はユニット10Uを用いて、航走体5を推進することができる。 [Method of propelling a naval vessel] Next, a method of propelling a naval vessel according to an embodiment of the present invention will be described. The method of propelling a naval vessel according to an embodiment of the present invention is characterized in that the thrust T generated using the above-mentioned jet thrust generating method is used as all or part of the thrust Tt that propels the naval vessel 5. This method of propelling a naval vessel can be implemented using the above-mentioned naval vessel 5. This method makes it possible to propel the naval vessel 5 using the jet thrust generating devices 10A, 10B or unit 10U, which have no rotating mechanism, are simple in structure, and are easy to manufacture and maintain.

〔本発明の効果〕上記の噴射式推力発生方法、航走体の推進方法、噴射式推力発生システム1A、1B、航走体5によれば、高エンタルピーの気体G1と水蒸気S1の温度の低下による体積の変化、特に水蒸気S1、S2、Sw1の凝結による体積の減少を利用しつつ、エジェクターにおける、駆動流体Fd2の噴射による水(第2の流体)W2の吸引の効果と、ディフユーザーによる流体の減速による圧力の上昇の効果を取り入れて、推力Tを発生することができる。従って、回転機構が無くて構造が単純で製造及びメンテナンスが容易な、噴射式推力発生方法、航走体の推進方法、噴射式推力発生システム1A、1B、航走体5を提供することができる。 [Effects of the present invention] According to the above-mentioned jet thrust generating method, method for propelling a naval body, jet thrust generating systems 1A, 1B, and naval body 5, thrust T can be generated by utilizing the change in volume due to a decrease in temperature of high enthalpy gas G1 and water vapor S1, in particular the decrease in volume due to condensation of water vapor S1, S2, and Sw1, while incorporating the effect of sucking in water (second fluid) W2 by the ejection of driving fluid Fd2 in the ejector and the effect of increasing pressure due to the deceleration of the fluid by the diffuser. Therefore, it is possible to provide a jet thrust generating method, method for propelling a naval body, jet thrust generating systems 1A, 1B, and naval body 5 that have no rotating mechanism, are simple in structure, and are easy to manufacture and maintain.

1A、1B 噴射式推力発生システム
2A 蒸気発生部
2Aa 蒸気供給流路
2Ab 蒸気供給調整弁
3B ガス発生部
3Ba 燃焼室
3Bb 燃焼器
5 航走体
5a 船首部
5b 船底部
5c 船体側部
5d 船尾部
6 吸引口
7 吸引水路(水路)
8 排出水路(水路)
9 排出口
10A 噴射式推力発生装置(第1の実施の形態:水蒸気)
10B 噴射式推力発生装置(第2の実施の形態:燃焼ガス)
11A、11B 支持部材
12B 一次吸引口
13B 二次吸引口
20A 蒸気供給部
20B ガス供給部
21A、21B タンク
22A 蒸気入口
22B ガス入口
23A 蒸気出口
23B ガス出口
24A、24B 圧力調整機構
30A、30B 気化膨張部
31A、31B タンク(又は流路)
32A 蒸気導入機構
32AA スチーム・エジェクター
32Aa 蒸気導入流路
32Ac 蒸気噴射ノズル
32Ad 水中噴射ノズル
32B ガス導入機構
33A、33B 水導入機構
33Aa、33Ba 水導入流路
33Ab 水導入量調整弁
33Ac 水供給ノズル
33Ad 水排出流路
33Ae 水排出量調整弁
34A、34B 駆動ノズル
40A、40B 冷却凝結部
41A、41B タンク(又は流路)
43Aa、43Ba 水吸引流路
50A、50B 圧力回復部
51A、51B 拡径部材(ディフユーザー)
60A、60B 噴射部
61A、61B タンク(又は流路)
62A、62B 推力発生ノズル
100 パルスジェットエンジン
100A 間欠燃焼型のジェット推進機関
100B U字型のバブルレスパルスジェットエンジン
110 燃焼室
111 空気取入口
112 入口逆流防止弁
114 細管
120 排気管
132 点火装置
A 空気(新気)
F 燃料
G 燃焼ガス
G1 一次ガス
G2 二次ガス
S1 一次蒸気
S2 二次蒸気
Sw1 一次水が蒸発した水蒸気(一次ガスにより発生した水蒸気)
Sw2 二次水が蒸発した水蒸気
T 推力
Tt 推進力
W0 溜まっている水
W1 一次水
W2 二次水
W3 噴射流体
Ws1 二次ガスに含まれていた水蒸気が液化した水
Ws2 二次蒸気が液化した水
Reference Signs List 1A, 1B Injection type thrust generating system 2A Steam generating section 2Aa Steam supply flow passage 2Ab Steam supply regulating valve 3B Gas generating section 3Ba Combustion chamber 3Bb Combustor 5 Vessel 5a Bow section 5b Ship bottom section 5c Ship side section 5d Stern section 6 Suction port 7 Suction waterway (waterway)
8. Discharge channel (channel)
9 Exhaust port 10A Injection type thrust generating device (first embodiment: water vapor)
10B Injection type thrust generating device (second embodiment: combustion gas)
11A, 11B Support member 12B Primary suction port 13B Secondary suction port 20A Steam supply section 20B Gas supply section 21A, 21B Tank 22A Steam inlet 22B Gas inlet 23A Steam outlet 23B Gas outlet 24A, 24B Pressure adjustment mechanism 30A, 30B Vaporization expansion section 31A, 31B Tank (or flow path)
32A Steam introduction mechanism 32AA Steam ejector 32Aa Steam introduction passage 32Ac Steam injection nozzle 32Ad Underwater injection nozzle 32B Gas introduction mechanism 33A, 33B Water introduction mechanism 33Aa, 33Ba Water introduction passage 33Ab Water introduction amount adjustment valve 33Ac Water supply nozzle 33Ad Water discharge passage 33Ae Water discharge amount adjustment valve 34A, 34B Drive nozzle 40A, 40B Cooling and condensing section 41A, 41B Tank (or passage)
43Aa, 43Ba: Water suction flow passages 50A, 50B: Pressure recovery sections 51A, 51B: Diameter expansion members (diffusers)
60A, 60B: Injection section 61A, 61B: Tank (or flow path)
62A, 62B Thrust generating nozzle 100 Pulse jet engine 100A Intermittent combustion type jet propulsion engine 100B U-shaped bubble-less pulse jet engine 110 Combustion chamber 111 Air intake 112 Inlet check valve 114 Thin tube 120 Exhaust pipe 132 Ignition device A Air (fresh air)
F: fuel; G: combustion gas; G1: primary gas; G2: secondary gas; S1: primary steam; S2: secondary steam; Sw1: steam produced by evaporation of primary water (steam generated by primary gas)
Sw2: Water vapor T formed by evaporation of secondary water Thrust Tt: Thrust force W0: Accumulated water W1: Primary water W2: Secondary water W3: Injected fluid Ws1: Water liquefied from water vapor contained in secondary gas Ws2: Water liquefied from secondary steam

Claims (7)

水蒸気で構成される気体(S2)、又は、水蒸気(Sw1)を含む気体(G2)を駆動流体(Fd2)として使用して、前記駆動流体(Fd2)の噴射によるベンチュリー効果により水(W2)を吸引し、この吸引した水(W2)で前記駆動流体(Fd2)を冷却して前記水蒸気(S2、Sw1)を凝結させて、前記水(W2)を吸引する吸引力を増加すると共に、前記水蒸気(S2、Sw1)の凝結水(Ws2)と吸引した水(W2)を噴射することにより、推力(T)を得ることを特徴とする噴射式推力発生方法。 A method for generating thrust using an injection type thrust, characterized in that a gas (S2) composed of water vapor or a gas (G2) containing water vapor (Sw1) is used as a driving fluid (Fd2), water (W2) is sucked in by the Venturi effect caused by the injection of the driving fluid (Fd2), the sucked water (W2) is cooled by the sucked water (W2) to condense the water vapor (S2, Sw1), and thrust (T) is obtained by injecting the condensed water (Ws2) of the water vapor (S2, Sw1) and the sucked water (W2). 前記駆動流体(Fd2)と前記吸引した水(W2)とを混合して、直接接触により前記駆動流体(Fd2)を冷却して、前記駆動流体(Fd2)に含まれている水蒸気(S2、Sw1)を凝結させることを特徴とする請求項1に記載の噴射式推力発生方法。 The method for generating thrust using an ejection type thruster as described in claim 1, characterized in that the driving fluid (Fd2) is mixed with the aspirated water (W2), the driving fluid (Fd2) is cooled by direct contact, and the water vapor (S2, Sw1) contained in the driving fluid (Fd2) is condensed. 水蒸気(S1)、又は、水蒸気(Sw1)を含む気体(G1)、又は、気体(G1)と水(W1)とを接触又は混合することにより、前記駆動流体(Fd2)を生成することを特徴とする請求項1に記載の噴射式推力発生方法。 The method for generating thrust using an ejection type thruster according to claim 1, characterized in that the driving fluid (Fd2) is generated by contacting or mixing water vapor (S1), or a gas (G1) containing water vapor (Sw1), or the gas (G1) with water (W1). 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の噴射式推力発生方法を用いて発生した推力を、航走体を推進させる推進力の一部又は全部とすることを特徴とする航走体の推進方法。 A method for propelling a watercraft, characterized in that the thrust generated using the jet thrust generating method according to any one of claims 1 to 3 is used as part or all of the propulsive force for propelling the watercraft. 水蒸気(S2)、又は、水蒸気(Sw1)を含む気体(G2)で構成される駆動流体(Fd2)を生成する気化膨張部(30A、30B)と、
前記気化膨張部(30A、30B)の出口に設けられた駆動ノズル(34A)から噴射される前記駆動流体(Fd2)の噴射に伴うベンチュリー効果により水(W2)を吸引して、この吸引した水(W2)で前記駆動流体(Fd2)を冷却して、前記駆動流体(Fd2)に含まれる水蒸気(S2、Sw1)を凝結する冷却凝結部(40A、40B)と、
前記冷却凝結部(40A、40B)に連続して設けられる末広部材(51A、51B)を有して構成され、前記駆動流体(Fd2)と吸引された水(W2)とで構成される噴射流体(W3、F3)の圧力を回復する圧力回復部(50A、50B)と、
前記圧力回復部(50A、50B)で圧力を回復した噴射流体(W3、F3)を噴射する噴射部(60A、60B)を有して構成されていることを特徴とする噴射式推力発生システム。
A vaporization expansion section (30A, 30B) that generates a driving fluid (Fd2) composed of water vapor (S2) or a gas (G2) containing water vapor (Sw1);
a cooling and condensing section (40A, 40B) which draws in water (W2) by a Venturi effect caused by the ejection of the driving fluid (Fd2) ejected from a driving nozzle (34A) provided at the outlet of the vaporization and expansion section (30A, 30B), cools the driving fluid (Fd2) with the drawn water (W2), and condenses water vapor (S2, Sw1) contained in the driving fluid (Fd2);
a pressure recovery section (50A, 50B) having a divergent member (51A, 51B) provided continuously to the cooling and condensing section (40A, 40B) for recovering the pressure of a jet fluid (W3, F3) composed of the driving fluid (Fd2) and the sucked water (W2);
An injection type thrust generating system, characterized in that it is configured to have an injection unit (60A, 60B) that injects the injection fluid (W3, F3) whose pressure has been restored in the pressure recovery unit (50A, 50B).
水蒸気(S1)、又は、水蒸気(Sw1)を含む気体(G1)、又は、気体(G1)と水(W1)とを接触又は混合することにより、前記駆動流体(Fd2)を生成する気化膨張部(30A、30B)を備えて構成されていることを特徴とする請求項5に記載の噴射式推力発生システム。 The jet-type thrust generating system according to claim 5, characterized in that it is configured with a vaporization expansion section (30A, 30B) that generates the driving fluid (Fd2) by contacting or mixing water vapor (S1), or a gas (G1) containing water vapor (Sw1), or the gas (G1) and water (W1). 請求項5又は6に記載の噴射式推力発生システムを備えていることを特徴とする航走体。 A watercraft comprising the jet thrust generating system according to claim 5 or 6.
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