JPH05330487A

JPH05330487A - 電磁推進電極

Info

Publication number: JPH05330487A
Application number: JP16174992A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Uehara; 貢上原; Takeshi Utano; 赳歌野; Toshikazu Oyama; 俊和尾山
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1993-12-14

Abstract

(57)【要約】【目的】電流効率の向上した電磁推進船用電磁推進電
極の提供【構成】図３は、半円柱（カマボコ）状の基本電極から
構成された波形電極板を互いに波形面を対向させて設け
たもので、支持板１上に半円柱（カマボコ）状の基本電
極２を並置し、これらの間を導電部材３により接続して
波形電極板を形成している。これらは一方の電極板Ｉを
固定し、他方の電極板ＩＩを可動的に設置する。電磁推
進電極の基本電極の並置条件は、波形電極板の相隣れる
基本電極の中心間距離をＬ₁とすると、基本電極の半円
形の半径がＲのとき、Ｌ₁＝α・Ｒで表され、αの値は
約２〜３の範囲になる。また可動電極ＩＩの可動距離
は、即ち離心距離ｅは、ｅ＝β・Ｒで表され、βの値は
０（真対向）から１（ズレ対向）ぐらいまでの範囲であ
る。本発明の電磁推進電極は、電磁石を構成するコイル
に超電導コイルを用いることにより一層優れた電磁推進
電極が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁推進電極及び該電
極を搭載した電磁推進船に関し、更に詳しくは電流効率
の向上した電磁推進電極及びそれを搭載した電磁推進船
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電磁推進船は、船体に取り付けら
れた電磁コイルにより海水中に発生させた磁場と、これ
に直交する方向に、対をなす電極板を介して海水中に
「ローレンツ力」を生ずる電磁推進電極を船の推進に利
用するものであるが、このような電磁推進船に配設され
る電磁推進電極について、従来から種々の技術が提案さ
れている。

【０００３】例えば特開昭６１−１８８２９７号公報、
特開平１−１０９１９５号公報等には、円筒形電磁ダク
トを用いて、円周方向に複数の電極を固定的に設けて、
対象位置にある電極同志をペアとしたものや特開平１−
１１９４９８号公報には、電極対は一式であるが、これ
を電磁コイルの中心軸線のまわりに、旋回移動可能に配
設したもの等が開示されている。また、電極自体の形状
・有効面積などが給電時の電流集中度・偏密度・過電圧
性に大きな影響を与えることも知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
特開昭６１−１８８２９７号公報に記載されているもの
は、電極の配置の仕方により振動、騒音をなくし推進効
率をよくすることにあり、また特開平１−１０９１９５
号公報に記載されているものも電極の配置を工夫するこ
とにより効率的に電磁気力を発生させて筒体の内部の液
体を送出し、筒体を簡単かつ確実に推進させることにあ
る。

【０００５】これに対して本発明者等は、上述のよう
な、種々の技術が提案されている電磁推進船の推進電極
システムにおいて、あまり検討されていないとみられる
電極板の構成要素に着目して、より有効な電磁推進電極
を得る対策を講じたものである。

【０００６】すなわち、船の推進力が電磁推進ダクトか
ら噴出される水量（Ｍ）と、その流速（Ｖ）との積で与
えられる関係において、海水が持ち去る運動エネルギー
を抑えるには、噴出流の速度（Ｖ）を余り大きくしない
ことが大切であり、片や、噴出海水量（Ｍ）は噴出速度
とダクト開口面積との積でもあり、結局、電磁推進ダク
ト内の海水流速が重要となってくる。このとき、海水の
噴出速度を有利に確保するとともに、磁界の働きが主と
なる中で、もう一方の印加電流効率を大きくすることが
望まれる。そのために下記の２点を考慮することにより
電磁推進電極の電流効率を向上させることができること
を見出し、ここに本発明を完成した。

【０００７】（１）電極板の面積をより大きくとること
により電気抵抗の低減を計る。（２）電極板間での電流流線分布を適切にし、電流の局
部集中・偏流などからの過電流防止を計るべく電極機能
に配慮する。

【０００８】そこで、本発明の目的は、電流効率の向上
した電磁推進電極を提供することにある。本発明の他の
目的は、電流効率の向上した電磁推進電極を搭載して電
磁推進力の大きい電磁推進船を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、下
記の構成要件からなる（１）〜（３）の発明によってそ
れぞれ達成された。

【００１０】（１）陽極及び陰極が向かいあった各電極
板からなる電極対を含む電磁推進電極において、前記の
各電極板は半円柱（カマボコ）状の基本電極からなり、
これが複数個、並置され、これらを連接した一体の波形
電極板を構成したことを特徴とする電磁推進電極。

【００１１】（２）前記第１項記載の電極対の一方の電
極板を固定的に設置し、これに対向して設けられた他方
の電極板を可動的に設置したことを特徴とする電磁推進
電極。（３）前記第１項記載の電磁推進電極が搭載されたこと
を特徴とする電磁推進船。

【００１２】以下、本発明を更に詳しく説明する。本発
明に用いられる電極板は、半円柱（カマボコ）状の基本
電極からなり、これらは複数個、並置されると共にこれ
らを連接することにより波形の表面が形成された一体の
波形電極板を構成しているので、電流効率が良好であ
る。

【００１３】また本発明は、２つの電極板が波形面に対
向して配置され、かつこれらの一方は固定的に設置さ
れ、また他方は可動的に配置されているので、電流効率
を最大限に調整することができる。更に本発明に用いら
れる電磁推進電極は、電磁推進船に搭載したときに優れ
た電磁推進船が得られる。

【００１４】この場合、図１に示されるように、電磁推
進ダクト６の前に導水流路５を設け、更にその後部に海
水噴出流路７が設けられる。電磁推進ダクト６の具体的
な構造は、図２に示されている。

【００１５】図２において、電磁推進ダクト６は側面に
固定側電極（陰極）Ｉ及び可動側電極（陽極）ＩＩを有
し、この可動側電極（陽極）ＩＩは上下に垂直に往復移
動ができる。また上面及び下面にはフェライト板８、９
があり、この上に磁石１０、１１が設けられている。こ
れらの電極は半円柱（カマボコ）状の基本電極からな
り、該基本電極は複数個並置され、いわゆる波形電極を
構成しており、それらの間は電気的に接続されている。

【００１６】本発明に用いられる波形電極板は、図３に
示されるように波形面を対向させて設けられる。図３
は、半円柱（カマボコ）状の基本電極から構成された波
形電極板を対向させて設けたもので、支持板１上に半円
柱（カマボコ）状の基本電極２を並置し、これらの間を
導電部材３により接続して波形電極板を形成している。
これらは互いに波形面を対向して配置され、一方の電極
板Ｉを固定し、他方の電極板ＩＩを可動的に設置する。

【００１７】本発明では、波形電極板の一方を固定し、
他方の波形電極板を、面内平行にして、かつ、長手方向
と直角をなす方向に移動することで、基本電極の対向部
分同士が若干ズレて、印加電流の負荷の変動などに応じ
た適切な電極配置を得ることができるようにしたもので
あり、これにより本来的には、一対の直近で対向する基
本電極同志の間で放電し合い、その電流流線分布が形成
されるところ、自己の相隣れる基本電極や対向電極の隣
れるそれとの干渉が出ることを防止するためである。

【００１８】図３において、電磁推進電極の基本電極の
並置条件は、波形電極板の相隣れる基本電極の中心間距
離をＬ₁とすると、基本電極の半円形の半径がＲのと
き、Ｌ₁＝α・Ｒで表され、αの値は約２〜３の範囲に
なる。また可動電極ＩＩの可動距離は、固定側の波形電
極板Ｉの基本電極の中心をａとし、可動側の波形電極板
ＩＩの基本電極の中心をｂとし、固定側電極Ｉに対して
可動側電極ＩＩが平行移動する距離であるａとｂとの間
の距離、即ち離心距離ｅは、ｅ＝β・Ｒで表され、βの
値は０（真対向）から１（ズレ対向）ぐらいまでの範囲
である。

【００１９】更に基本電極の半径Ｒは、Ｒ＝γ・Ｈ〔但
し、Ｈは電極間距離である〕で表されるかまたはＲ＝γ
・Ｄ〔但し、電磁推進ダクトの断面形状が円形の場合
に、その円弧上へ配設する基本電極同士が並置されると
きの互いに対向する電極間距離をＤとする。この場合円
弧の曲率はなるべく大きくとることが好ましい。〕で表
され、γの値は０．１内外である。

【００２０】本発明に用いられる電磁推進電極におい
て、各波形電極板の断面にて、相隣れる半円柱（カマボ
コ）状の基本電極の、半円形曲線同志の接点部をスムー
ズ・カーブで結んでいる。本発明の電磁推進電極は、電
磁石を構成するコイルに超電導コイルを用いることによ
り一層優れた電磁推進電極が得られる。

【００２１】本発明は、また電磁推進電極を船に搭載し
た電磁推進船を提供するものであり、この電磁推進船に
おいて噴出海流の通（流）路となるダクト（筒体）が船
底に配設されるが、このダクトは電磁コイル及び電極対
を具備している。

【００２２】一般に、電磁推進船は、水の抵抗を大きく
受けるスクリューがないので、時速は理論上、百ノット
（約１８０Ｋｍ）まで出せるといわれており、そのとき
の電磁推進ダクト内の噴出海水の流動状態は、高速かつ
乱流となり、捩れ・衝突・激しい混ざり合いや泡の発生
などを呈するようになる。上記の波形電極板を以て形成
する流路は、波形の谷の部分が、管内流れの外周部を脈
状に区分けするので、管流全体に対して、整流作用をも
つ効用がある。

【００２３】

【作用】本発明では、波形電極板としたことにより電極
の有効面積が増加し、その分電気抵抗を減じ電流効率に
有利に作用する。また本発明に用いられる半円柱状電極
間では、隣接する電極との相互作用があって、放電に際
して偏りの少ない電流流線分布が期待でき、電流の過密
度を排し、電流効率に有利に作用する。

【００２４】本発明は更に一方の電極板をダクトの支持
部に固定的に設けるとともに、他方の電極板を固定電極
に対して可動的に設けるているので、印加電流の負荷の
大小に応じ適切な電極対向位置を得るべく微調節するこ
とができ、したがって電流流線の分布をより均等にする
上で有利に作用する。

【００２５】また、電極形状の半円形（カマボコ）状の
曲線同志をスムーズ・カーブにて接続することによっ
て、放電電流が選択的に集中し易い隅部・鋭角突起部な
どを作らないので、電流効率の低下を抑えることができ
るとともに、電極の局部劣化を防止するのに有利に作用
する。本発明の電磁推進電極に用いられる波形電極板を
もって形成する噴出海水の流路は、波形の谷の部分が、
管内流れの外周部を脈状に区分けするので、管流全体に
対して、整流作用をもつ効用がある。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を実施例を示して更に詳しく説
明するが、本発明は、これらの例によって限定されるも
のではない。

【００２７】実施例〔電磁推進ダクト・システムの製作〕図１に示されるよ
うに、電磁推進電極ダクト６の手前側開口部に海水取り
入れ流路５を有し、また同後方側開口部には海水の噴出
流路７を有し、これらをそれぞれ一体的に接続してなる
矩形断面の電磁推進ダクト・システムを製作した。この
電磁推進ダクト・システムは、言うまでもなく接続部や
端面などには流体抵抗を増大しないような処理を施して
いる。

【００２８】またこの電磁推進電極ダクト６は、図２に
示されるように電極対と磁石対から構成されている。図
３は、図２に示される電磁推進電極ダクト６の電極部分
を拡大して示した断面図である。

【００２９】図３において、電極の諸寸法は、次に示す
ようである。電極巾〔Ｂ〕５０ｍｍ電極間距離〔Ｈ〕８０ｍｍ電極板長さ〔Ｌ₂〕２５０ｍｍ基本電極の半径〔Ｒ〕４ｍｍ基本電極の半円中心間距離〔Ｌ₁〕９．６ｍｍ（２．４Ｒ）半円の接合部・小半径〔ｒ〕１ｍｍ（０．２５Ｒ）離心距離〔ｅ〕実験時に調節ダクト全長〔Ｌ₃〕７００ｍｍ（Ｌ₃＝海水取り入れ流路３００ｍｍ＋Ｌ₂（２５０ｍｍ）＋海水噴出流路１５０ｍｍ）

【００３０】なお、離心距離ｅは、ｅ＝βＲで表され、
電流が一定のとき、離心距離ｅと噴出速度比の関係は、
図４に示される。図４に示されるグラフからみて、β値
が０．６のところで最大となっており、噴出速度比が大
きくなることがわかる。電極板の材料はグラファイト、
電磁石板（Ｎ極・Ｓ極）はフェライト板＊１であり、こ
れらで互いに直交する側面とした矩形断面のダクトを構
成した。該ダクトの両開口部にアクリル板＊２（２ｍｍ
厚）で海水取り入れ流路及び海水噴出流路を接続し、す
べてを水密性かつ絶縁性にした。なお、電極板の長手方
向の端面などは流体抵抗とならないように処理した。

【００３１】註）＊１電磁コイル装置を用いて、フェ
ライト材料を磁化し、（２００００ガウス）磁力板とし
た。註）＊２電磁推進ダクト内の海水流体速度を測定する
のに、水と同程度の比重を有するスチレンビーズ（発泡
スチロール原料、１．６ｍｍ径の数粒）を海水取り入れ
口、中心部に注入し、これらが流体に運ばれて終端部ま
で到着する時間を計測する方法を採った。このとき、着
色ビーズを確認するための可視化に適する材質とした。

【００３２】〔実験の方法〕多量の電解質溶液（０．２
％希硫酸溶液）を満たした水槽内に、図１に示されてい
る流路−電極対及び磁石対−流路からなる電磁推進ダク
ト・システム全体を水平に保ちながら、沈潜・固定せし
め、外部から給電した。

【００３３】ここで、可動側電極を移動調節して、その
離心距離ｅを０．６Ｒとし、磁場は一定とし、印加電流
を変化させると、電流値に応じたローレンツ力を受けて
ダクト内を流れる電解質溶液の流速が、印加電流の変化
に応じて観測されるので、印加電流に対する流速を測定
した。なお電極対の部分を従来みられる平板方式に変え
て、同様の実験をし、両者の結果を比較した。

【００３４】実験式は、下記で示される。ＬｏｇＶ＝δＬｏｇＩ＋Ｃ（式中、Ｖは流速、δは離心距離ｅにより変化し、平板
電極の場合、０．４８であり、波形電極の場合、０．５
０４である。Ｃは定数である。）

【００３５】（註１）電磁推進電極の実験は、電極板そ
のものの絶対性能でなく、従来よりの平板型電極と本発
明になる波形電極との相対比較を行うものであるから、
電極板の性能の測定に用いた溶液は、海水に代えて、取
り扱い便なる電解質溶液（０．２％希硫酸溶液）を用い
て実験した。（註２）海水の導電率：４５（ミリジーメンス／セン
チ）、０．２％希硫酸溶液の導電率：１４（ミリジーメ
ンス／センチ）図５に印加電流に対する流速の測定結果をグラフで示し
た。

【００３６】〔評価〕図５から明らかなように、本発明
に係る電極構造ｆ₂によると、印加電流を増すにつれて
漸増する電解質溶液（海水）の流速が、平板電極f₁に比
べて印加電流値の大きい領域、例えば１０〜４０Ａでそ
の度合いが大きくなる傾向がみえ、効果が現れている。
また、図４からわかるように離心距離ｅが０．５〜０．
７と大きくなると、即ち可動側（陽極）電極板を固定側
（陰極）電極に対して、真対向の位置から少しズレた位
置に調節・移動することによって、（電流流線分布上の
効果か）やはり負荷の大きな電流値のところで流速増分
が向上した。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、波形電極板を使用して電磁推
進電極を構成しているので、単なる平板電極に比し、電
極の有効面積が相対的に増加し、その分、電気抵抗を減
じ電流効率に有利に作用する。したがって船舶のような
限られたスペースで、電極のより大きな有効面積が得ら
れる。

【００３８】また本発明は、半円柱状電極を基本電極単
位としているので、単なる平板電極に比し、電極の、損
耗時の交換や、修理時などの取扱いがしやすい。更に本
発明の電磁推進電極は、電磁推進ダクトの断面形状が、
多角形であるか、円形状であるかによって採用する電極
板が、平板状か湾曲板かに対応しやすい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いられる電磁推進ダクトシステムを
示す略図である。

【図２】図１で示される電磁推進ダクトの詳細を示す略
図である。

【図３】本発明の電磁推進電極を示す断面図である。

【図４】本発明における離心距離に対する噴出速度比を
示したグラフである。

【図５】本発明における印加電流に対する流出速度を示
したグラフである。

【符号の説明】

１支持板２半円柱（カマボコ）状の基本電極３シール及び位置決め材兼導電部材４想定電流流線５導水流路６電磁推進ダクト７海水噴出流路８、９フェライト板１０、１１磁石Ｉ固定側電極（陰極）ＩＩ可動側電極（陽極）ａ固定側電極の中心ｂ可動側電極の中心ｅ離心距離Ｒ電極の半径ｒ半円の接合部の小半径Ｂ電極巾Ｈ電極間距離Ｌ₁ 基本電極の半円中心間距離Ｌ₂ 電極板の長さＬ₃ ダクト全長ｆ₁ 平板電極ｆ₂ 波型電極Ｇ磁場Ｉ_i 電場Ｖ海水噴出流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極及び陰極が向かいあった各電極板か
らなる電極対を含む電磁推進電極において、前記の各電
極板は半円柱（カマボコ）状の基本電極が複数個、並置
され、これらを連接した一体の波形電極板を構成したこ
とを特徴とする電磁推進電極。
【請求項２】請求項１記載の電極対の一方の電極板を
固定的に設置し、これに対向して設けられた他方の電極
板を可動的に設置したことを特徴とする電磁推進電極。
【請求項３】請求項１記載の電磁推進電極が搭載され
たことを特徴とする電磁推進船。