TWI557023B - 噴水推進裝置增加推力之方法 - Google Patents

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噴水推進裝置增加推力之方法
本發明係有關一種噴水推進裝置增加推力之方法，尤指一種利用導入的氣體，使噴水推進裝置增加推力之方法。
按，目前對於噴水推進裝置增大推力的方法，大致上包括：加大螺旋槳馬力，或為不同需求而設計之不同螺旋槳形狀、螺旋槳攻角，或傳動系統等機械方法。
第一圖所示係習用一種船體(20)之噴水推進裝置(10)的結構示意圖，其包括一動力引擎(11)，導水通道(12)、螺旋槳(13)、噴嘴(14)及一導向噴嘴(15)所構成。
第二圖所示係顯示上揭噴水推進裝置(10)之水流流經該噴嘴(14)之示意圖，由於該噴嘴(14)出口為純水流(141)，因此無法提供較強之反作用力來增進推力，因此尚有改善空間。
惟查，如為了改善上述問題點，過於複雜的設計，或是會改變螺旋槳之構造的設計，並非能輕易完成，且所費不貲。是以，如何能以低成本來增進螺旋槳的推力，進而提升噴水推進裝置的推進效率及減少燃油的消耗，已成為噴水推進裝置製造廠，乃至學術研究單位所欲解決的課題。
緣是，本發明之主要目的，係在提供一種噴水推進裝置增加推力之方法，其勿須變更任何原設計，僅須在噴水推進裝置內於該高速軸向水流通過的區域，設置氣體釋出口，利用伯努力原理(Bernoulli's Principle)，以負壓來導入氣體，進而達到增進推力之功效。
為達上述目的，本發明所採用之技術手段包含：
a)提供一船體，其預定位置裝設有一噴水推進裝置，其包括一動力引擎，用以帶動一螺旋槳，一供該螺旋槳容置其中之導水通道，及一設於該導水通道出口端之噴嘴所構成，並以該螺旋槳作用於水中，使該導水通道內形成一高速軸向水流，且該噴嘴具有縮小出口管徑；
b)在該噴水推進裝置內於該高速軸向水流通過的區域，設有一個以上之氣體釋出口；
c)提供一氣體導入裝置，其包括至少一導氣管體，該導氣管體上端具有一進氣口而設在該船體預定處，而下段部連接至該氣體釋出口；
d)運用伯努力原理(Bernoulli’s Principle)以該噴水推進裝置內之高速軸向水流，於該氣體釋出口形成負壓，來吸入氣體；
e)前述氣體經由該導氣管體流入該氣體釋出口釋出與水混合後，形成眾多之氣泡；以及
f)依據氣體的可壓縮性原理，利用該噴嘴之縮小出口管徑所構成之氣體壓縮器功能，使上述導入之氣泡受到壓縮而體積變小，再於流出該噴嘴時，利用內、外壓力差變化而瞬間膨脹變大，使反作用力增大，據以增加該噴水推進裝置之推力。
依據本發明上揭特徵，該氣體釋出口係可設在該導水通道之壁面，供該導氣管體連接。
該氣體釋出口亦可設在該噴嘴之壁面，供該導氣管體連接。另，該噴嘴尾端包括具有一導向噴嘴，該氣體釋出口係可設在該導向噴嘴之壁面，供該導氣管體連接。
再者，依據本發明上揭特徵，該螺旋槳係可設有一軸向中空管，該中空管之內端係與該導氣管體連接，而外側端設有連通且形成於該螺旋槳表面之氣體釋出口。
此外，該氣體導入裝置進一步利用輔助方式導入氣體，包括廢氣利用，以引擎廢氣或蒸汽渦輪尾氣等低壓氣體，送入該導氣管體內。
該氣體導入裝置更包括設有一加壓裝置，其包括由該船體之空壓機、鼓風機、引擎、蒸汽渦輪或渦輪增壓器其中任一所構成，以加壓方式將氣體送入該導氣管體內。
藉此，本發明巧妙運用伯努力原理及氣體的可壓縮性原理，以及利用該噴嘴之縮小出口管徑所構成之氣體壓縮器功能，僅以一氣體導入裝置及負壓吸力，即可導入氣體氣泡來增進推力，具有節省能源成本之功效增進。
以下針對本發明上揭技術特徵提供較佳實施例；惟，船舶種類繁多，且形狀及構造皆不完全相同，因此雖僅列舉一較佳實施例加以說明，但其所運用之技術手段則相同，因此其餘之船型，容不逐一贅述。
首先，請參閱第三～五圖所示，其中第三圖所示係揭示本發明之水流流經噴嘴之示意圖，用以與第二圖習用之噴嘴的純水流(141)作比較，其除了具有純水流(141)外，更包括形成眾多之氣泡(60)。
第四、五圖則揭示本發明一較佳可行實施例，其實施步驟及具體構造包含：
a)提供一船體(20)，此船體不限定種類或外形，惟其預定位置裝設有一噴水推進裝置(30)，其包括一動力引擎(31)，用以帶動一螺旋槳(32)，一供該螺旋槳(32)容置其中的導水通道(33)，及一設於該導水通道(33)出口端之噴嘴(34)所構成，並以該螺旋槳(32)作用於水中，使該導水通道(33)內形成一高速軸向水流(F)，且如第五、六圖所示，該噴嘴(34)具有縮小出口管徑(341)。在一較佳實施例中，該噴嘴(34)之出口端(342)更包括設有一導向噴嘴(35)；惟以上係屬噴水推進裝置(30)的基本構造，容不贅述。
b)本發明係在上揭噴水推進裝置(30)內於該高速軸向水流(F)通過的區域，設有至少一個以上之氣體釋出口(40)；例如：導水通道(33)、噴嘴(34)或導向噴嘴(35)的其中任一位置，設有至少一個之氣體釋出口(40)，此外，該螺旋槳(32)亦可設有一軸向中空管(321)，該軸向中空管(321)之內端(322)係與該導氣管體(51)連接，而外側端設有連通且形成於該螺旋槳(32)表面之氣體釋出口(40)。第五、六圖所揭示者，係於上揭四個構件之管壁皆有氣體釋出口(40)，但不限定於此；亦即在其中任一構件裝設氣體釋出口(40)皆可，而在一最佳實施例中，該氣體釋出口(40)係設在該噴嘴(34)接近出口端(342)的位置，因為噴嘴(34)在此一位置之水流較快。且本發明所揭露之氣體釋出口(40)，可為圓孔狀，但不限定於此，其亦可為其他型體。又，本實施例中，該氣體釋出口(40)係呈向後傾斜狀，此為較佳實施例，但不限定於此。在一實驗中得知，該氣體釋出口(40)如垂直於管壁而設置，亦可實施，即高速水流亦能於該氣體釋出口(40)產生負壓吸力。
c)進一步，提供一氣體導入裝置(50)，其包括至少一導氣管體(51)，如第四圖所示，該導氣管體(51)上端具有一進氣口(52)而設在該船體(20)預定處，例如：在船體(20)內或高吃水線(WL)上。而下段部連接至該導水通道(33)或/及該噴嘴(34)或/及該導向噴嘴(35)之璧面的氣體釋出口(40)；亦可連接至該螺旋槳(32)之軸向中空管(321)，此可依船型及需求來設置。
d)運用伯努力原理(Bernoulli’s Principle)，以該噴水推進裝置(30)內於該高速軸向水流(F)通過的區域，於該氣體釋出口(40)形成負壓，利用此一負壓來吸入氣體。由於螺旋槳(32)轉動時，其所產生之高速軸向水流(F)的速度極快，因此可以在氣體釋出口(40)產生很大的負壓吸力，而這種氣體的導入方法完全不用動力，只要螺旋槳(32)轉動，即可將氣體導入，非常節省能源。
e)前述氣體經由該導氣管體(51)流入該氣體釋出口(40)釋出與水混合後，形成眾多之氣泡(60)。
f)依據氣體的可壓縮性原理，本發明利用該噴嘴(34)之縮小出口管徑(341)所構成之體壓縮器功能，使上述導入之氣泡(60)受到壓縮而體積變小，再於流出該噴嘴(34)時，利用內、外壓力差變化而瞬間膨脹變大，據以增加該噴水推進裝置(30)之推力。
申言之，由該螺旋槳(32)所送出的高速軸向水流(F)，流經該噴嘴(34)之縮小出口管徑(341)，使水的流速加快，噴嘴口壓力增大，由氣體釋出口(40)吸入之氣體氣泡因受壓力壓縮而體積變小，當受壓力壓縮的氣體氣泡隨水流流至出口端(342)時，四周的水壓變小；因此形成第三圖所示，受壓力壓縮的氣泡(60)體積，隨水壓變小而瞬間膨脹變大，進而使得軸向水流(F)之反作用力增大；是以，可以增加噴水推進裝置(30)之推力。亦即，本發明上揭之技術手段，係巧妙利用：
1.伯努力原理：高速流體使周圍產生負壓。
2.氣體的可壓縮性原理及波以爾定律(Boyle’s law)：可壓縮性氣體的體積與施加的壓力成反比，即P1V1=P2V2，當壓力增大則體積變小，壓力減小則體積變大。例如：2P1 1V1=1 P22V2。
3.氣體壓縮器：水有不可壓縮性，但水中含有氣泡則變為可壓縮性；而該噴嘴之縮小出口管徑(341)對於流經的氣泡(60)而言，就是一個自然的氣體壓縮器。
經由上揭技術手段，使得本發明導入氣體氣泡，僅須在噴水推進裝置(30)之高速水流區設置該氣體釋出口(40)即可，無須任何動力，非常節省能源及成本。縱然須要加壓注入氣體，亦能以少量的動力即可獲得數倍的動力效果。
如第四圖所示，該氣體導入裝置(50)可利用輔助方式導入氣體，包括廢氣利用，以引擎廢氣或蒸汽渦輪尾氣等低壓氣體，送入該導氣管體(51)內。因此屬於資源回收再利用，不會增加資源及增加成本。又本發明如須要加壓注入氣體，則可利用船體(20)內原有之資源，例如：該氣體導入裝置(50)之導氣管體(51)包括設有一加壓裝置(70)及一控制閥(71)，該加壓裝置(70)可由該船體(20)之空壓機、鼓風機、引擎、蒸汽渦輪或渦輪增壓器等其中任一所構成，以加壓方式將高壓氣體送入該導氣管體(51)內，再從該氣體釋出口(40)釋出，可獲得更高的推進動力效果，如此能以少量的動力即可獲得數倍的動力效果。
是以，本發明巧妙運用伯努力原理及氣體的可壓縮性原理，以及利用該噴嘴之縮小出口管徑所構成之氣體壓縮器功能，僅以一氣體導入裝置及負壓吸力，即可導入氣體氣泡來增進推力，具有節省能源成本之功效增進。
綜上所述，本發明所揭示之技術手段，確具「新穎性」、「進步性」、「可供產業利用」等發明專利要件，祈請　鈞局惠賜專利，以勵發明，無任德感。
惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本發明之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括本案申請專利範圍內。
(141)．．．純水流
(20)．．．船體
(30)．．．噴水推進裝置
(31)．．．動力引擎
(32)．．．螺旋槳
(321)．．．軸向中空管
(322)．．．內端
(33)．．．導水通道
(34)．．．噴嘴
(341)．．．縮小出口管徑
(342)．．．出口端
(35)．．．導向噴嘴
(40)．．．氣體釋出口
(50)．．．氣體導入裝置
(51)．．．導氣管體
(52)．．．進氣口
(60)．．．氣泡
(70)．．．加壓裝置
(71)．．．控制閥
(F)．．．軸向水流
第一圖係習用噴水推進裝置之示意圖。
第二圖係習用噴水推進裝置之純水流示意圖。
第三圖係本發明之氣體氣泡產生示意圖。
第四圖係本發明之氣體導入裝置示意圖。
第五圖係第四圖中5-5斷面放大剖視圖。
第六圖係用以顯示該氣體氣泡於負壓區產生之示意圖。
(30)．．．噴水推進裝置
(31)．．．動力引擎
(32)．．．螺旋槳
(321)．．．軸向中空管
(322)．．．內端
(33)．．．導水通道
(34)．．．噴嘴
(341)．．．縮小出口管徑
(342)．．．出口端
(35)．．．導向噴嘴
(40)．．．氣體釋出口
(50)．．．氣體導入裝置
(51)．．．導氣管體
(52)．．．進氣口
(60)．．．氣泡
(F)．．．軸向水流

Claims (8)

  1. 一種噴水推進裝置增加推力之方法，尤指一種利用導入的氣體，使噴水推進裝置增加推力之方法，其包含：a)提供一船體，其預定位置裝設有一噴水推進裝置，其包括一動力引擎，用以帶動一螺旋槳，一供該螺旋槳容置其中之導水通道，及一設於該導水通道出口端之噴嘴所構成，並以該螺旋槳作用於水中，使該導水通道內形成一高速軸向水流，且該噴嘴具有縮小出口管徑；b)在該噴水推進裝置內於該高速軸向水流通過的區域，設有至少一個以上之氣體釋出口；c)提供一氣體導入裝置，其包括至少一導氣管體，該導氣管體上端具有一進氣口而設在該船體預定處，而下段部連接至該氣體釋出口；d)以該噴水推進裝置內該螺旋槳作用於該導水通道所形成之高速軸向水流，於該氣體釋出口形成負壓，來吸入氣體；e)前述氣體經由該導氣管體流入該氣體釋出口釋出與水混合後，形成眾多之氣泡；以及f)依據氣體的可壓縮性原理，利用該噴嘴之縮小出口管徑所構成之氣體壓縮器功能，使上述導入之氣泡受到壓縮而體積變小，再於流出該噴嘴時，利用內、外壓力差變化而瞬間膨脹變大。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之噴水推進裝置增加推力之方法，其中，該氣體釋出口係可設在該導水通道之壁面，供該導氣管體連接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之噴水推進裝置增加推力之方法，其中，該氣體釋出口係可設在該噴嘴之壁面，供該導氣管體連接。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之噴水推進裝置增加推力之方法，其中，該噴嘴尾端包括具有一導向噴嘴，該氣體釋出口係設在該導向噴嘴之壁面，供該導氣管體連接。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之噴水推進裝置增加推力之方法，其中，該螺旋槳係設有一軸向中空管，該中空管之內端係與該導氣管體連接，而外側端設有連通且形成於該螺旋槳表面之氣體釋出口。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之噴水推進裝置增加推力之方法，其中，該導氣管體上端之進氣口係設在該船體內或高於吃水線上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之噴水推進裝置增加推力之方法，其中，該氣體導入裝置進一步利用輔助方式導入氣體，包括廢氣利用，以引擎廢氣或蒸汽渦輪尾氣等低壓氣體，送入該導氣管體內。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之噴水推進裝置增加推力之方法，該氣體導入裝置更包括設有一加壓裝置，其包括由該船體之空壓機、鼓風機、引擎、蒸汽渦輪或渦輪增壓器其中任一所構成，以加壓方式將高壓氣體送入該導氣管體內。
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