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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022161762
(43)【公開日】2022-10-21
(54)【発明の名称】船舶用プロペラ推進装置
(51)【国際特許分類】
B63H 1/28 20060101AFI20221014BHJP
【ＦＩ】
B63H1/28 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021066834
(22)【出願日】2021-04-11
(71)【出願人】
【識別番号】521156011
【氏名又は名称】李 秀男
(74)【代理人】
【識別番号】100181087
【弁理士】
【氏名又は名称】藤松 知久
(72)【発明者】
【氏名】李 秀男
(57)【要約】
【課題】船舶スクリュープロペラの後方に効果的な供給量の気体を送り込む船舶用プロペラ推進装置を提供する。
【解決手段】実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ａは、内軸シャフト２１ａの外周面と外軸シャフト２２ａの内周面との間に設けられた送風路２３ａに気体を送風可能とする２重軸シャフト２Ａと、２重軸シャフト２Ａに結合されて回転する１又は複数のプロペラ３Ａと、２重軸シャフト２Ａの後端側の送風路２３ａの吐出口２１２ａを開口及び閉塞可能に設けられた、スライド可能な邪魔板４Ａとを備えている。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ａは、内軸シャフト２１ａの外周面と外軸シャフト２２ａの内周面との間に設けられた送風路２３ａに気体を送風可能とする２重軸シャフト２Ａと、２重軸シャフト２Ａに結合されて回転する１又は複数のプロペラ３Ａと、２重軸シャフト２Ａの後端側の送風路２３ａの吐出口２１２ａを開口及び閉塞可能に設けられた、スライド可能な邪魔板４Ａとを備えている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内軸シャフトと、当該内軸シャフトの外周側に設けられる外軸シャフトとが同心軸に位置する２重軸シャフトを有する船舶用プロペラ推進装置であって、
前記内軸シャフトの外周面と前記外軸シャフトの内周面との間に設けられた送風路に気体を送風可能とする前記２重軸シャフトと、
前記２重軸シャフトに結合されて回転する１又は複数のプロペラと、
前記２重軸シャフトの後端側の前記送風路の吐出口を開口及び閉塞可能に設けられた邪魔板とを、備え、
前記邪魔板を前記２重軸シャフトの後端側の前記送風路の前記吐出口を開口及び閉塞するようにスライド可能に制御する
ことを特徴とする船舶用プロペラ推進装置。
前記内軸シャフトの外周面と前記外軸シャフトの内周面との間に設けられた送風路に気体を送風可能とする前記２重軸シャフトと、
前記２重軸シャフトに結合されて回転する１又は複数のプロペラと、
前記２重軸シャフトの後端側の前記送風路の吐出口を開口及び閉塞可能に設けられた邪魔板とを、備え、
前記邪魔板を前記２重軸シャフトの後端側の前記送風路の前記吐出口を開口及び閉塞するようにスライド可能に制御する
ことを特徴とする船舶用プロペラ推進装置。
【請求項2】
前記送風路の前記吐出口と対向する前記邪魔板の面方向と反対の面方向側に、複数の後方拡散フィンを設けた
ことを特徴とする請求項１に記載の船舶用プロペラ推進装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の船舶用プロペラ推進装置。
【請求項3】
前記送風路の前記吐出口と対向する前記邪魔板の前記面方向側に、複数の軸流拡散フィンを設けた
ことを特徴とする請求項２に記載の船舶用プロペラ推進装置。
ことを特徴とする請求項２に記載の船舶用プロペラ推進装置。
【請求項4】
前記同心軸を回転軸の中心として、前記邪魔板を回転可能に制御する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の船舶用プロペラ推進装置。
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の船舶用プロペラ推進装置。
【請求項5】
前記邪魔板は、前記同心軸を回転軸の中心として、前記内軸シャフトの軸回転よりも高速回転となるように前記内軸シャフトの後端側に遊星ギアと太陽ギアとの組み合せにより回転可能に設けられた
ことを特徴とする請求項４に記載の船舶用プロペラ推進装置。
ことを特徴とする請求項４に記載の船舶用プロペラ推進装置。
【請求項6】
前記送風路から前記プロペラのプロペラ翼へ気体を吐出させるためのスリット管が設けられて、当該スリット管から前記プロペラ翼の外部へ気体を吐出させるプロペラスリットが設けられた
ことを特徴とする請求項１乃至請求５のいずれか一項に記載の船舶用プロペラ推進装置。
ことを特徴とする請求項１乃至請求５のいずれか一項に記載の船舶用プロペラ推進装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、船舶用プロペラ推進装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
船舶スクリュープロペラ後方に気体を送り込むと、プロペラの推進効率が良くなることは知られている。そのため、プロペラの推進効率を上げるための種々の船舶用プロペラ推進装置が開発、提案等されている。
【0003】
なお、船舶用推進補助装置において、船舶のスクリュープロペラ前面側もしくはウォータージェットの噴出し口前面側に形成される水流内に設けられる空気排出口と、空気排出口と大気とを連通させる連通管とから構成することで、空気排出口から、水流により生じる負圧によって水流内に空気が細かな気泡となって混合し、スクリュープロペラ等により生じる水流とこの水流の周りの水との間の負圧を緩和して、スクリュープロペラやウォータージェット噴出し口を後方に引き戻す力を抑制することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００８－６２６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の船舶用プロペラ推進装置では、船舶スクリュープロペラ後方に気体を送り込む場合に、プロペラの推進効率が良くなることは知られている。しかしながら、さらに推進効率を上げるための、より十分で効果的な供給量を送り込む装置となるように改善の余地がある。
【0006】
例えば、特許文献１等に記載されている技術のように、単にプロペラ後方の水流に空気を排出方法では、排出される空気を多量にした場合でも、水流に十分に撹拌されず、気液混合状態が十分とは言えない状態のため、プロペラの推進効率の向上には限界があった。
【0007】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、船舶スクリュープロペラの後方に効果的な供給量の気体を送り込む船舶用プロペラ推進装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明に係る船舶用プロペラ推進装置は、内軸シャフトと、当該内軸シャフトの外周側に設けられる外軸シャフトとが同心軸に位置する２重軸シャフトを有する船舶用プロペラ推進装置である。当該船舶用プロペラ推進装置は、前記内軸シャフトの外周面と前記外軸シャフトの内周面との間に設けられた送風路に気体を送風可能とする前記２重軸シャフトと、前記２重軸シャフトに結合されて回転する１又は複数のプロペラと、前記２重軸シャフトの後端側の前記送風路の吐出口を開口及び閉塞可能に設けられた邪魔板とを、備え、前記邪魔板を前記２重軸シャフトの後端側の前記送風路の前記吐出口を開口及び閉塞するようにスライド可能に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係る船舶用プロペラ推進装置によれば、船舶スクリュープロペラの後方に効果的な供給量の気体を送り込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明に係る船舶用プロペラ推進装置の第１の実施形態の構成の一例を示す図である。
【図4】第２の実施形態の船舶用プロペラ推進装置の構造の一例を示す斜視図である。
【図8】第３の実施形態の船舶用プロペラ推進装置の構造の一例を示す図である。
【図9】第４の実施形態の船舶用プロペラ推進装置の構造の一例を示す図である。
【図11】第５の実施形態の船舶用プロペラ推進装置を用いた船舶の一例を示す図である。
【図12】第５の実施形態の船舶用プロペラ推進装置の構造の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明に係る船舶用プロペラ推進装置の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。ここで、本発明に係る船舶用プロペラ推進装置の構造等についての説明するために、以降の実施形態ではいずれも、海洋、湖等を航行する船舶に取り付けられた場合の一例をとりあげて説明する。なお、本発明に係る船舶用プロペラ推進装置は、海洋、湖等の水面を航行する船だけでなく、水中を潜航する潜水艦等の船舶用プロペラ推進装置にも適用可能である。
【0012】
［第１の実施形態］
以下、本発明に係る船舶用プロペラ推進装置の実施形態の構成について、図１乃至図３を用いて説明する。ここで、図１（ａ）は、本発明に係る船舶用プロペラ推進装置１Ａの第１の実施形態の構成の一例を示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す船舶用プロペラ推進装置１ＡのＩＩ－ＩＩ矢視線方向から視た縦断面図である。図２は、図１に示す船舶用プロペラ推進装置１ＡのＩ－Ｉ矢視線方向から視た構造を示す斜視図である。図３は、図１に示す船舶用プロペラ推進装置１Ａの邪魔板４Ａのスライド制御動作の一例を示す図である。
以下、本発明に係る船舶用プロペラ推進装置の実施形態の構成について、図１乃至図３を用いて説明する。ここで、図１（ａ）は、本発明に係る船舶用プロペラ推進装置１Ａの第１の実施形態の構成の一例を示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す船舶用プロペラ推進装置１ＡのＩＩ－ＩＩ矢視線方向から視た縦断面図である。図２は、図１に示す船舶用プロペラ推進装置１ＡのＩ－Ｉ矢視線方向から視た構造を示す斜視図である。図３は、図１に示す船舶用プロペラ推進装置１Ａの邪魔板４Ａのスライド制御動作の一例を示す図である。
【0013】
なお、図１（ａ）、図３（ａ）及び（ｂ）に示す円筒状の外軸シャフト２２ａを、軸心に沿って切断したイメージを示すが、その他の破線、符号線等の記載が見難くなるのを回避するため、切断線等のハッチング線は略して示すものとする。また、図４以降の図面の記載についても同様とする。
【0014】
【0015】
例えば、船舶用プロペラ推進装置１Ａは、図１及び図２に示すように、主に、内軸シャフト２１ａの外周面と外軸シャフト２２ａの内周面との間に設けられた送風路２３ａに気体を送風可能とする２重軸シャフト２Ａと、２重軸シャフト２Ａに結合されて回転する１又は複数のプロペラ３Ａと、２重軸シャフト２Ａの後端側の送風路２３ａの吐出口２２１ａを開口及び閉塞可能に設けられた邪魔板４Ａとを備えている。
【0016】
船舶用プロペラ推進装置１Ａは、邪魔板４Ａを２重軸シャフト２Ａの後端側の送風路２３ａの吐出口２２１ａを開口及び閉塞するようにスライド可能に制御する。
【0017】
２重軸シャフト２Ａは、内軸シャフト２１ａと、当該内軸シャフト２１ａの外周側に設けられる外軸シャフト２２ａとが同心軸に位置する２重構造のシャフト構造である。２重軸シャフト２Ａは、船舶の船体に備えられたエンジンの回転軸に回転可能なように結合される。
【0018】
船体９１ａに取り付けられる２重軸シャフト２Ａにおいて、例えば図１（ａ）に示すように、船体９１ａ側に固定される軸受支持材９２ａとシャフト軸補強部２４ａとが接合されている。シャフト軸補強部２４ａは、例えば外軸シャフト２２ａと船体９１ａとの間に設けられ、内軸シャフト２１ａを軸回転可能に支持するために、ベアリング２４２ａ及びベアリング２４３ａによって内軸シャフト２１ａを支持する。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す船舶用プロペラ推進装置１ＡのＩＩ－ＩＩ矢視線方向から視た断面図であり、この図中に、ベアリング２４２ａの断面が含まれている。
【0019】
また、シャフト軸補強部２４ａにおいて、例えば軸受外周部２４１ａが船体９１ａに強固に接合されている軸受支持材９２ａによって、船体９１ａに設けられる船舶用プロペラ推進装置１Ａの強度及び安定性等が補強されている。
【0020】
オイル管導入用ベアリング２４４ａは、例えば内軸シャフト２１ａ外の油圧配管５１ａから内軸シャフト２１ａへのオイル導入用配管を設けるために、内軸シャフト２１ａの特定区分にベアリングで支持されたシャフト部分である。
【0021】
図２は、図１（ａ）に示す船舶用プロペラ推進装置１ＡのＩ－Ｉ矢視線方向から視た構造を示す斜視図である。プロペラ翼３１ａが外軸シャフト２２ａに溶接、固定された構造であり、かつ、プロペラ基軸３４ａは外軸シャフト２２ａと共に内軸シャフト２１ａに接続されている。これにより、プロペラ３Ａは、内軸シャフト２１ａの軸回転に同期して回転する。
【0022】
プロペラ３Ａを構成する複数のプロペラ翼３１ａは、各々の翼の方向から外軸シャフト２２ａに接続されて、すべてのプロペラ翼３１ａがプロペラ基軸３４ａに接続されている。プロペラ基軸３４ａは内軸シャフト２１ａに接続されている。
【0023】
プロペラ３Ａにおいて、内軸シャフト２１ａと外軸シャフト２２ａの送風路２３ａから気体を導入する気体導入路３３ａが外軸シャフト２２ｂを貫通してプロペラ翼３１ａへ管経路が設けられ、気体導入路３３ａからプロペラ翼３１ａのスリット管３２ａへ気体を導入可能とする。これにより、各プロペラ翼３１ａのスリット管３２ａから空気等を吐出可能とされている。なお、送風路２３ａから気体を導入する気体導入路３３ａに、送風路２３ａから気体の導入を遮断可能なように、制御可能な開閉弁を備えてもよい。また、スリット管３２ａは、管状のスリットだけでなく、例えばスリット、穴孔等の開口部分へ気体導入路３３ａから導入された気体が吐出可能である部位であればよい。
【0024】
プロペラ翼３１ａのプロペラ素材は、好ましくは、例えば炭素繊維、金属・合金、樹脂、ガラス繊維などの単一又は複合材が効果的である。構造的にも、プロペラ羽１枚ずつの設置が可能であるため、製造コストの低下にもつながる。
【0025】
ここで、２重軸シャフト２Ａの主な構造の特徴例として、
（１）２重軸シャフト２Ａの内周側の内軸シャフト２１ａに沿って、送風路２３ａへ多量の空気を送風可能であり、内軸シャフト２１ａに沿って前方から後方へ、内軸シャフト２１ａに沿った多量の空気の軸流（１点鎖線の矢印）を起すことができる。外軸シャフト２２ａは、内軸シャフト２１ａの外周面側に環装されており、図１等に示す例のプロペラ３Ａを回転させるプロペラシャフトである。
（１）２重軸シャフト２Ａの内周側の内軸シャフト２１ａに沿って、送風路２３ａへ多量の空気を送風可能であり、内軸シャフト２１ａに沿って前方から後方へ、内軸シャフト２１ａに沿った多量の空気の軸流（１点鎖線の矢印）を起すことができる。外軸シャフト２２ａは、内軸シャフト２１ａの外周面側に環装されており、図１等に示す例のプロペラ３Ａを回転させるプロペラシャフトである。
【0026】
【0027】
（３）内軸シャフト２１ａの外周面と外軸シャフト２２ａの内周面とに囲まれた空間内に気体を送出できる送風路２３ａを設けることができ、送風路２３ａの軸端の吐出口２２１ａの閉塞及び解放とするように、図３（ａ）及び（ｂ）に示すような内軸シャフト２１ａの軸端側から邪魔板４Ａをスライド可能に制御する構造である。
【0028】
（４）さらに、２重軸シャフト２Ａにおいて、内軸シャフト２１ａと外軸シャフト２２ａの送風路２３ａから空気を吐出させるためのスリット、気体導入路３３ａ等を設けて、この空気をプロペラ翼３１ａの孔、スリット管３２ａ等へも吐出させる構造にすることができる。
【0029】
以上のような２重軸シャフト２Ａの構造等により、内軸シャフト２１ａと外軸シャフト２２ａとの間に沿って、送風路２３ａへ多量の気体を送風できるため、かつ、吐出する気体を邪魔板４Ａにより制御して、プロペラ後方へ効果的な供給量の空気を送り込むことができる。これにより、船舶の推進力増加や、燃費を向上することができる。また、上記の船舶の推進力増加や、燃費の向上により、プロペラ形状を小型化設計可能とすることができる。
【0030】
＜邪魔板について＞
邪魔板４Ａは、例えば圧力センサー７２ａなどに基づいて制御され、所定の圧力になれば軸のシャフト方向に沿ってスライド移動して吐出口２２１ａを閉じて、またはスライド移動して吐出口２２１ａを開くことが可能となる。スライド移動は、例えば油圧ポンプ７１ａ、モーター等により行い、吐出口２２１ａを開閉可能とする。気体供給管６１ａ及び６２ａから２重軸シャフト２Ａへ気体を供給し、２重軸シャフト２Ａ内の送風路２３ａには気体で充足される。
邪魔板４Ａは、例えば圧力センサー７２ａなどに基づいて制御され、所定の圧力になれば軸のシャフト方向に沿ってスライド移動して吐出口２２１ａを閉じて、またはスライド移動して吐出口２２１ａを開くことが可能となる。スライド移動は、例えば油圧ポンプ７１ａ、モーター等により行い、吐出口２２１ａを開閉可能とする。気体供給管６１ａ及び６２ａから２重軸シャフト２Ａへ気体を供給し、２重軸シャフト２Ａ内の送風路２３ａには気体で充足される。
【0031】
邪魔板４Ａを回転させることができるため、邪魔板４Ａにより拡散する気体を、プロペラ後方へ送出して、水流のボイド率を高めることができる。これにより、プロペラ３Ａの回転エネルギー消費低減につながる。
【0032】
邪魔板４Ａに伴流が認められれば、背後に整流形状物（フィン形状）を設置してもよい。邪魔板４Ａ自体も、吐出口２２１ａを開閉可能である、撹拌効率の良い撹拌形状物に加工してもよい。
【0033】
＜邪魔板のスライド制御動作例の概要＞
図３に、図１に示す船舶用プロペラ推進装置１Ａの邪魔板４Ａのスライド制御動作の一例を示す。船舶用プロペラ推進装置１Ａは、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、内軸シャフト２１ａの外周面と外軸シャフト２２ａの内周面とに囲まれた空間である送風路２３ａの吐出口２２１ａを閉塞及び解放とするように、邪魔板４Ａを軸端の吐出口２２１ａからスライド可能に制御する。例えば、以下のような油圧制御を用いた邪魔板４Ａの制御動作の一例を説明する。
図３に、図１に示す船舶用プロペラ推進装置１Ａの邪魔板４Ａのスライド制御動作の一例を示す。船舶用プロペラ推進装置１Ａは、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、内軸シャフト２１ａの外周面と外軸シャフト２２ａの内周面とに囲まれた空間である送風路２３ａの吐出口２２１ａを閉塞及び解放とするように、邪魔板４Ａを軸端の吐出口２２１ａからスライド可能に制御する。例えば、以下のような油圧制御を用いた邪魔板４Ａの制御動作の一例を説明する。
【0034】
例えば、船舶の停止状態では、図３（ｂ）に示すように、邪魔板４Ａが軸端の吐出口２２１ａを閉じて、送風路２３ａの軸流からの送風を停止する。
【0035】
船舶のエンジン稼働後、制御盤７３ａが気体供給管６２ａの圧力センサー７２ａの圧力検出によって、気体圧が一定圧力に達したと感知した時に、制御盤７３ａが油圧ポンプ７１ａに油圧を高める指令を出す。この制御盤７３ａの指令により、油圧ポンプ７１ａは、油圧系統５Ａのうちの油圧配管５１ａ～５２ａの経路を通じて、油圧シリンダー５３ａを軸端側へ押し出すように作動する。
【0036】
これにより、図３（ａ）に示すように、邪魔板４Ａが油圧シリンダー５３ａの作動によりスライドして、邪魔板４Ａが軸受け間の軸端の吐出口２２１ａを開き、送風路２３ａを開放して、軸端の吐出口２２１ａから空気を吐出する。
【0037】
また、以下のような場合にも、制御盤７３ａの手動操作又は自動制御により、油圧ポンプ７１ａを作動させる。例えば万一、事故・故障等による気体の圧力低下が生じた場合、制御盤７３ａの手動操作又は自動制御により、油圧ポンプ７１ａが作動し、図３（ｂ）に示すように、邪魔板４Ａがスライドして軸受け間の吐出口２２１ａを閉じて、送風路２３ａを閉塞する。吐出口２２１ａを閉じた後、プロペラ翼３１ａのスリット管３２ａに必要なだけの圧力（気体の供給量）にする。
【0038】
スライド制御は、図３（ａ）及び（ｂ）に示す油圧ポンプ７１ａの油圧配管５１ａ及び５２ａのコントロールにより、油圧シリンダー５３ａの軸方向に沿ったスライド長の伸縮を制御するものである。
【0039】
図３（ａ）に示す例では、油圧ポンプ７１ａが所定の圧力より高めの圧力となるように、油圧配管５１ａ及び５２ａを介して、油圧を上げる。また、図３（ｂ）に示す例では、油圧ポンプ７１ａが所定の圧力より低めとなる圧力となるように、油圧配管５１ａ及び５２ａを介して、油圧を下げる。
【0040】
制御盤７３ａでは、気体供給管６１ａ及び６２ａにおける気体の圧力を圧力センサー７２ａで監視し、気体圧に異常が生じていないかをチェックする。制御盤７３ａは、圧力センサー７２ａの監視結果に基づいて、手動操作又は自動制御等により、油圧ポンプ７１ａの油圧コントロールを行う。
【0041】
以上に示すように、油圧系統５Ａの油圧コントロールを用いて、油圧シリンダー５３ａの軸方向に沿ったスライド長の伸縮を制御することにより、吐出口２２１ａの閉塞及び解放することが可能となる。すなわち、２重軸シャフト２Ａに設けられた邪魔板４Ａを軸端の吐出口２２１ａからスライド可能に制御する。なお、図３の例では、スライド制御を油圧制御による構成例を示したが、アクチュエータ制御として、例えば電気モーター、電磁ソレノイド、空気圧などを利用した制御方法であってもあってもよい。
【0042】
以上のような船舶用プロペラ推進装置１Ａにおける邪魔板４Ａのスライド制御によって、必要に応じて（自動制御・手動制御等に応じて）、プロペラ３Ａの後方に多量の気体を吐出させることができる。
【0043】
２重軸シャフト２Ａ（軸心を同一とする）の送風路２３ａに、例えばラジエーターファンから多量の気体（空気など）を送り、供給される気体が２重軸シャフト２Ａの吐出口２２１ａで、スライド制御で開いた邪魔板４Ａに衝突し、それにより拡散した気体が送風圧と水流の負圧とによりプロペラ３Ａ後方に向かう。これにより、多量の気体供給により推進力増加効果がある。
【0044】
本実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ａは、シンプルな２重軸構造であり、十分推進効率をあげることができ、また、２重軸１プロペラだけの推進でも十分な効果がある。例えば、プロペラ翼３１ａのスリット管３２ａの複数加工により、気体供給量を設計（調整設計）できる。例えば、２重軸の外側の表面積が広く、プロペラ接合付近の自由な加工ができるため、多量の気体を供給が可能である。
【0045】
本実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ａでは、多量の気体の供給によりプロペラの負担が減り、推進力が増し燃費の向上、もしくは主機関エンジンのダウンサイジングが可能となる。この他にも、既存のスクリュープロペラと交換が可能である。このプロペラ構造は、発電機を持つ中・大型船で効果を発揮する。
【0046】
本船舶用プロペラ推進装置１Ａでは、小型・薄型設計が可能なため、２重軸シャフト２Ａの駆動をモーター使用で船体前部にも設置可能であり、故に多量の気体を船底に供給できる。この場合、あまり気体を微細にせずに粒径を調整すれば船底の一定面積に供給ができる。また、例えばエンジン排気ガスを熱交換し、冷却後利用することにより、船底への海中生物の除去につながる使い方も可能であり、排気ガスに係わらず船体前部に開口部を設置すれば、その部分から空気の供給も可能である。
【0047】
船舶用プロペラ推進装置１Ａにおいて、２重軸構造のメリットとしては、プロペラの負荷減少に伴うプロペラ形状を新たに設計できる点である。例えば、スーパーキャビテーションプロペラ形状により、回転数を増すことができる。その場合、プロペラ外壁面に多量の通気をすることがキャビテーション・エロージョン及び騒音抑制効果が見込め、この効果は回転する液体との粘性を劇的に減少させるため、プロペラ効果アップを望むことができる。
【0048】
本来、回転するプロペラの後方は複雑な流れになるが、気液混合の場合、２相流となりさらに複雑となる。しかしながら、本実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ａの２重軸シャフト２Ａ及びプロペラ３Ａにより、複雑な混流を整流（以降では、ボイド率を高めた水中の流れにすることの意味で用いる）にする効果がある。
【0049】
以上のような構造により、例えばラジエーターファンからの強力風圧気体を２重軸シャフト２Ａへ導き、スライド制御可能な邪魔板４Ａを開放させて２重軸シャフト２Ａの後端側の吐出口２２１ａから気体を吐出することができ、さらに航行する水流の負圧により、プロペラ３Ａの後方に多量の気体を送ることができる。
【0050】
また、これにより、プロペラ３Ａの後方のボイド率を高める（液体の中の気体割合を高める）ことができ、プロペラの回転負荷を低減することができる。
【0051】
以上のように、スクリュープロペラ後方に気体を効果的により多く供給することができると、プロペラ後方液体の質量は変化し（気体をより多く含む）、プロペラの後方への”引きずり”が減少し、同時にプロペラを回転させる負担が減り、エンジンの消費エネルギーが減少する。同時に、作用反作用の効果で船舶が前進する効果が得られる。
【0052】
以上説明したように、本実施形態の船舶用プロペラ推進装置によれば、船舶スクリュープロペラの後方に効果的な供給量の気体を送り込むことができる。
【0053】
［第２の実施形態］
次に、図４乃至図７を参照しながら、第２の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｂについて説明する。図４は、第２の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｂの構造の一例を示す斜視図である。図５は、図４に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｂの側面透視図である。図６は、図５に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｂの邪魔板４Ｂの構造の一例を示す図である。図７は、図５に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｂの邪魔板が吐出口を開いた場合及び閉じた場合における説明図である。
次に、図４乃至図７を参照しながら、第２の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｂについて説明する。図４は、第２の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｂの構造の一例を示す斜視図である。図５は、図４に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｂの側面透視図である。図６は、図５に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｂの邪魔板４Ｂの構造の一例を示す図である。図７は、図５に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｂの邪魔板が吐出口を開いた場合及び閉じた場合における説明図である。
【0054】
ここで、第２の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｂは、第１の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ａと比べて、邪魔板４Ｂが邪魔板４Ａと以下に説明するような点が主に相違する。以降では、第２の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｂの構成について、第１の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ａとの相違点を主に説明する。なお、説明図としては、図４が図２に対応する図であり、図７（ａ）が図１（ａ）に対応する図である。
【0055】
例えば、船舶用プロペラ推進装置１Ｂは、図４乃至図７に示すように、主に、内軸シャフト２１ｂの外周面と外軸シャフト２２ｂの内周面との間に設けられた送風路２３ｂに気体を送風可能とする２重軸シャフト２Ｂと、２重軸シャフト２Ｂに結合されて回転する１又は複数のプロペラ３Ｂと、２重軸シャフト２Ｂの後端側の送風路２３ｂの吐出口２２１ｂを開口及び閉塞可能に設けられた邪魔板４Ｂとを備えている。
【0056】
２重軸シャフト２Ｂは、内軸シャフト２１ｂと、当該内軸シャフト２１ｂの外周側に設けられる外軸シャフト２２ｂとが同心軸に位置する２重構造のシャフト構造である。２重軸シャフト２Ｂは、船舶の船体に備えられたエンジンの回転軸に回転可能なように結合される。
【0057】
プロペラ３Ｂを構成する複数のプロペラ翼３１ｂは、各々の翼の方向から外軸シャフト２２ｂに接続されて、すべてのプロペラ翼３１ｂがプロペラ基軸３４ｂに接続されている。プロペラ基軸３４ｂは内軸シャフト２１ｂに接続されている。
【0058】
プロペラ３Ｂにおいて、内軸シャフト２１ｂと外軸シャフト２２ｂとの間に設けられた送風路２３ｂから気体を導入する気体導入路３３ｂが外軸シャフト２２ｂを貫通してプロペラ翼３１ｂへ管経路が設けられ、気体導入路３３ｂからプロペラ翼３１ｂのスリット管３２ｂへ気体を導入可能とする。これにより、各プロペラ翼３１ｂのスリット管３２ｂから空気等を吐出可能とされている。なお、送風路２３ｂから気体を導入する気体導入路３３ｂに、送風路２３ｂから気体の導入を遮断可能なように開閉弁を備えてもよい。
【0059】
ここで、図５（ａ）は、図５（ｂ）に示すＩＩＩ－ＩＩＩ矢視線方向の縦断面を示し、図５（ｂ）は、図４に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｂの側面透視図である。また、図６は、図５（ｂ）に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｂの邪魔板４Ｂの構造の一例を示す図である。また、図６（ａ）に示す側面から視た邪魔板４Ｂを天板部Ｕ、フィン部Ｖ、ギア収納部Ｗとに区分し、図６（ｂ）に天板部Ｕの正面図、図６（ｃ）にフィン部Ｖの正面図、図６（ｄ）にギア収納部Ｗの正面図を示す。なお、正面図は、図６（ａ）に示す天板部Ｕの近傍に位置する白矢印の方向から視た図である。
【0060】
第２の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｂにおける邪魔板４Ｂは、第１の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ａにおける邪魔板４Ａと比べて、主に以下に説明するような構造が相違する。
【0061】
ここで、２重軸シャフト２Ｂの主な構造の特徴例として、第１の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ａの２重軸シャフト２Ａに加えて、
（５）邪魔板４Ｂは、拡散フィンを設けた構造である。
邪魔板４Ｂに、ｉ）２重軸シャフト２Ｂの開口側に対向する軸流拡散フィン４２ｂと、ｉｉ）邪魔板４Ｂの後端側に設けられる後方拡散フィン４１ｂとの少なくともいずれか一方を備えた構造等によりプロペラ３Ｂ後方をより整流することができる。
（５）邪魔板４Ｂは、拡散フィンを設けた構造である。
邪魔板４Ｂに、ｉ）２重軸シャフト２Ｂの開口側に対向する軸流拡散フィン４２ｂと、ｉｉ）邪魔板４Ｂの後端側に設けられる後方拡散フィン４１ｂとの少なくともいずれか一方を備えた構造等によりプロペラ３Ｂ後方をより整流することができる。
【0062】
邪魔板４Ｂは、内軸シャフト２１ｂの外周面と外軸シャフト２２ｂの内周面とに囲まれた空間内に気体を送出できる送風路２３ｂの軸端の吐出口２２１ｂの閉塞及び解放とするように、図７（ａ）及び（ｂ）に示すような２重軸シャフト２Ｂの軸端側からスライド可能に制御される構造である。
【0063】
邪魔板４Ｂは、主に、例えば図６に示す天板部Ｕと、フィン部Ｖと、ギア収納部Ｗとから構成される。図６（ｂ）に示す天板部Ｕは、天板４１１ｂの中心に後部開口４１４ｂが設けられる盤である。また、図６（ｃ）に示すフィン部Ｖは、後方拡散フィン４１ｂとして、複数のフィン４１３ｂが設けられる部分である。図６（ｄ）に示すギア収納部Ｗは、後述するような太陽ギア４３ｂ、遊星ギア４４ｂ、ギア受部４５ｂ、ギア外周壁部４１２ｂ、ギア内周壁部４１５ｂ等からなる部分である。
【0064】
内軸シャフト２１ｂの軸心に沿った気体の軸流の流れ（１点鎖線の矢印）が、邪魔板４Ｂに設けられた軸流拡散フィン４２ｂに吐出口２２１ｂから吐出された気体が当たるため、これにより、吐出口２２１ｂから吐出された気体は、軸心側から拡がりをもって流れる（図７（ａ）に示す拡散第１流Ｌｘ）。さらに、図７（ａ）に示す拡散第１流Ｌｘが、後方拡散フィン４１ｂから排出される回転排出流Ｆｏｕｔにより、図７（ａ）に示す拡散第２流Ｌｙとなり、プロペラ翼３１ｂの後方側へ流れる。
【0065】
軸流拡散フィン４２ｂは、送風路２３ｂを通気した気体を、主にプロペラ３Ｂの後方に拡散するために設けられるフィンである。軸流拡散フィン４２ｂは、図４及び図５に示すように、２重軸シャフト２Ｂにおける吐出口２２１ｂ側と対向する邪魔板４Ｂの面方向側（盤面４２１ｂ）に、複数の三角板状フィン４２２ｂが設けられる構造である。三角板状フィン４２２ｂは、２重軸シャフト２Ｂの軸心を中心として、例えば軸心側から周縁方向にかけて当該盤面４２１ｂ上に傾斜を高から低への三角形状などである。なお、三角板状フィン４２２ｂは、例えばスロープ形状等のフィンであってもよい。
【0066】
図７（ｂ）に示すように、邪魔板４Ｂが吐出口２２１ｂを閉塞する場合、軸流拡散フィン４２ｂは、送風路２３ｂ内に収納される。
【0067】
後方拡散フィン４１ｂは、主にプロペラ３Ｂの後方に気体を拡散するために設けられるフィンである。後方拡散フィン４１ｂは、２重軸シャフト２Ｂにおける吐出口２２１ｂ側と対向する邪魔板４Ｂの面方向側（盤面４２１ｂ）と反対側の面方向側（天板４１１ｂの盤面）にフィンが設けられる構造である。例えば、図６（ａ）乃至（ｄ）に示すような２重軸シャフト２Ｂの軸心を中心として、当該ギア外周壁部４１２ｂの盤面に複数のフィン４１３ｂがスクリュー形状に設けられる。
【0068】
天板４１１ｂの盤面とギア外周壁部４１２ｂの盤面との間に立直されるギア内周壁部４１５ｂの部分は、周回りに複数のフィン４１３ｂに接続される。さらに、当該周回りのギア内周壁部４１５ｂの部分は、図７（ａ）に示すような天板４１１ｂの中心側の後部開口４１４ｂから流入する水流（開口部流入Ｆｉｎ）が複数のフィン４１３ｂ間を通って、回転排出流Ｆｏｕｔとして排出可能に開口されている。複数のフィン４１３ｂの形状によっては、図６に示す天板部Ｕに天板４１１ｂがなくてもよい。
【0069】
＜後方拡散フィン４１ｂの高速回転例について＞
邪魔板４Ｂにおいて、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、同心軸を回転軸の中心として、内軸シャフト２１ｂの軸回転よりも、後方拡散フィン４１ｂが高速回転となるように内軸シャフト２１ｂの後端側に複数の遊星ギア４４ｂと太陽ギア４３ｂとの組み合せにより回転可能に設けられている。例えば、遊星ギア４４ｂと太陽ギア４３ｂとの組み合せにより、後方拡散フィン４１ｂの回転を内軸シャフト２１ｂと逆回転で、２倍速となるようにすることができる。
邪魔板４Ｂにおいて、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、同心軸を回転軸の中心として、内軸シャフト２１ｂの軸回転よりも、後方拡散フィン４１ｂが高速回転となるように内軸シャフト２１ｂの後端側に複数の遊星ギア４４ｂと太陽ギア４３ｂとの組み合せにより回転可能に設けられている。例えば、遊星ギア４４ｂと太陽ギア４３ｂとの組み合せにより、後方拡散フィン４１ｂの回転を内軸シャフト２１ｂと逆回転で、２倍速となるようにすることができる。
【0070】
太陽ギア４３ｂは、内軸シャフト２１ｂに接続されて、ギアの回転基準となる。遊星ギア４４ｂは、図５（ａ）に示すように、太陽ギア４３ｂのまわりに複数のギアの歯車が噛み合うように配置され、太陽ギア４３ｂを中心にして、インターナルギアが設けられるギア受部４５ｂの内側歯車に噛み合いながら回転しながら周回する。
【0071】
ギア受部４５ｂは、高速回転側の後方拡散フィン４１ｂの土台となる部位であり、前述したようなインターナルギアが組み込まれる。ギア内周壁部４１５ｂは、太陽ギア４３ｂ、遊星ギア４４ｂ、ギア受部４５ｂ等を囲む円筒状の部位である。ギア外周壁部４１２ｂは、さらにギア内周壁部４１５ｂを囲む円筒状の部位であり、その盤面には、複数のフィン４１３ｂが設けられる。なお、太陽ギア４３ｂ、遊星ギア４４ｂ、ギア受部４５ｂ等のギアの構成を変えることにより、プロペラ３Ｂと同じ方向の回転であってもよい。
【0072】
邪魔板４Ｂの天板４１１ｂに衝突した気体を含む水の一部は、海水の流れ（負圧）によって、図６（ｂ）に示す天板４１１ｂの中心側の後部開口４１４ｂへ引き込まれる。そのとき、図４及び図７（ａ）に示す後方拡散ファン４１ｂ（海水）の回転しながらの四方八方への拡散動作により、その拡散の勢いでプロペラ翼３１ｂの後方へ撹拌させる。この結果、プロペラ翼３１ｂの後方へバランスよく均等に気体を海水中に拡散させて、送ることができる。
【0073】
図４及び図７（ａ）に示すように、邪魔板４Ｂが吐出口２２１ｂを開放している場合、邪魔板４Ｂの後方側の水流の負圧により、後方拡散フィン４１ｂにおける天板４１１ｂの中心側の後部開口４１４ｂへ、例えば水流の開口部流入Ｆｉｎが発生する。この水流の開口部流入Ｆｉｎは、後方拡散フィン４１ｂの回転により回転排出流Ｆｏｕｔとして、排出される。これにより、送風路２３ｂから吐出される気体の軸流が突起形状（三角板状フィン４２２ｂ）に沿って吐出口２２１ｂからプロペラ翼３１ｂの後方側へ拡散第１流Ｌｘとなり、さらに、後方拡散フィン４１ｂの回転排出流Ｆｏｕｔによって、拡散第２流Ｌｙとして、プロペラ翼３１ｂの後方側へ拡散される。
【0074】
邪魔板４Ｂの後方拡散フィン４１ｂは、主にプロペラ３Ｂの後方に気体を拡散するために設けられる複数のフィン４１３ｂにより構成される。邪魔板４Ｂの天板４１１ｂに衝突した気体の一部は、例えば海水の流れ（負圧）に引き込まれる。そのとき、後方拡散ファン４１ｂにより、図４に示すような回転による四方八方への拡散動作により、その拡散の勢いで図７（ａ）に示すようなプロペラ翼３１ｂの後方方向へはじく効果を狙ったものである。その結果、プロペラ翼３１ｂの後方へバランスよく均等に気体を送ることができる。
【0075】
また、邪魔板４Ｂの後方拡散フィン４１ｂが内軸シャフト２１ｂの軸回転よりも高速で回転できるため、吐出口２２１ｂから吐出された気体が（図７（ａ）に示す拡散第１流Ｌｘ）、回転排出流Ｆｏｕｔよって、プロペラ翼３１ｂの後方側の海水と共に、拡散第２流Ｌｙで撹拌される。これにより、プロペラ翼３１ｂ後方のボイド率をたかめることができる。これにより、プロペラ３Ｂの回転エネルギーの消費低減につながる。
【0076】
邪魔板４Ｂにおいて、以上のような軸流拡散フィン４２ｂにより軸心側から気体を拡散させることができ、さらに後方拡散フィン４１ｂの回転によりプロペラ翼３１ｂ後方へより拡散させることができる。これにより、プロペラ翼３１ｂ後方の水流中に混入した気体を拡散させることができる。
【0077】
本来、回転するプロペラ翼３１ｂの後方は複雑な流れになるが、さらに気液混合の場合、２相流となりこれも複雑になるが、本実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｂの軸流拡散フィン４２ｂの回転と、この軸流拡散フィン４２ｂの回転よりも高速な後方拡散フィン４１ｂの回転とにより、プロペラ翼３１ｂ後方の水流中に気体をより拡散させることができる。
【0078】
以上説明したように、船舶用プロペラ推進装置１Ｂの構造により、空気などの気体を送風路２３ｂへ導入して、吐出口２２１ｂから吐出させて、航行する水流の負圧により、プロペラ３Ｂの後方に多量の気体を送ることができる。これにより、ボイド率を高める（液体の中の気体割合）ことができ、プロペラ３Ｂの回転負荷を低減することができる。
【0079】
例えば、ラジエーター等からの送気圧と水流による負圧が気体を、２重軸シャフト２Ｂの後ろに引き込むことができ、それを邪魔板４Ｂにより拡散させ、さらに後方拡散フィン４１ｂの回転により、プロペラ３Ｂ後方へより拡散させることができる。その効果により、プロペラ３Ｂ後方の水流中に混入した気体を拡散させることができる。
【0080】
また、船舶用プロペラ推進装置１Ｂの邪魔板４Ｂに設けた拡散フィン（後方拡散フィン４１ｂ又は／及び軸流拡散フィン４２ｂ）により、水と気体とを拡散しながら撹拌することにより、高いボイド率とすることができ、プロペラ回転のエネルギー消費低減につながるという効果がある。
【0081】
さらに、邪魔板４Ｂに設けた拡散フィンと、プロペラ翼３１ｂのスリット管３２ｂとからの気体排出の相乗効果により、さらに高いボイド率とすることができ、プロペラ回転のエネルギー消費低減につながるという効果がある。
【0082】
以上のように、スクリュープロペラ後方に気体を効果的により多く供給することができると、プロペラ後方液体の質量は変化し（気体をより多く含む）、プロペラの後方への”引きずり”が減少し、同時にプロペラを回転させる負担が減り、エンジンの消費エネルギーが減少する。同時に、作用反作用の効果で船舶が前進する効果が得られる。
【0083】
以上説明したように、本実施形態の船舶用プロペラ推進装置によれば、船舶スクリュープロペラの後方に効果的な供給量の気体を送り込むことができる。
【0084】
［第３の実施形態］
図８は、第３の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｃの構造の一例を示す図である。図８に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｃは、例えば後述するような船舶９Ｃに備え付けることができる。図８は、いわゆる２重軸２重反転プロペラの実施例として示すものである。また、図８に示す例では、気体供給系統６Ｃとして、主に発電機８２ｃに用いるラジエーターファンからの送風と、大気導入管９３ｃから吸引する大気とを使用する方法を示す。なお、例えばエンジン８１ｃに用いるラジエーターファンからの送風等であってもよい。
図８は、第３の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｃの構造の一例を示す図である。図８に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｃは、例えば後述するような船舶９Ｃに備え付けることができる。図８は、いわゆる２重軸２重反転プロペラの実施例として示すものである。また、図８に示す例では、気体供給系統６Ｃとして、主に発電機８２ｃに用いるラジエーターファンからの送風と、大気導入管９３ｃから吸引する大気とを使用する方法を示す。なお、例えばエンジン８１ｃに用いるラジエーターファンからの送風等であってもよい。
【0085】
船舶９Ｃの船体内には、例えば図９に示すように、プロペラシャフトを駆動するエンジン８１ｃと、船内に電気を供給する発電機８２ｃと、船舶用プロペラ推進装置１Ｃの部品へ油圧コントロール可能とする油圧ポンプ７１ｃとを備える構成とする。油圧ポンプ７１ｃは、油圧系統５Ｃのうちの油圧配管５１ｃ～５２ｃの経路を通じて、油圧シリンダー５３ｃを軸方向へスライド制御する。
【0086】
船舶用プロペラ推進装置１Ｃは、図８に示すように、主に、内軸シャフト２１ｃの外周面と外軸シャフト２２ｃの内周面との間に設けられた送風路２３ｃに気体を送風可能とする２重軸シャフト２Ｃと、２重軸シャフト２Ｃに結合されて回転する複数のプロペラ３Ｃ（以降では、２重軸２重反転プロペラ３Ｃと称す）と、２重軸シャフト２Ｃの後端側の送風路２３ｃの吐出口２２１ｃを開口及び閉塞可能に設けられた邪魔板４Ｃとを備えている。
【0087】
２重軸シャフト２Ｃは、円筒状の内軸シャフト２１ｃと、当該内軸シャフト２１ｃの外周側に設けられる外軸シャフト２２ｃとが同心軸に位置するように構成されている。２重軸シャフト２Ｃは、船舶９Ｃの船体内に備えられたエンジン８１ｃの回転軸に回転可能なように結合される。内軸シャフト２１ｃの外周面と外軸シャフト２２ｃの内周面との間に設けられた送風路２３ｃは、空気等の気体が送風可能なように設けられている。
【0088】
内軸シャフト２１ｃは、ベアリング軸受部２４２ｃ及び２４３ｃを介して、船舶９Ｃ内のエンジン８１ｃの回転軸に軸結合される。ベアリング軸受部２４２ｃ及び２４３ｃは、２重軸シャフト２Ｃとエンジン８１ｃ側に結合されるシャフトとを接続するための軸受けである。また、軸受けは、図１の例のように、軸受外周部２４１ｃが船体に強固に接合されているシャフト軸受補強材（図示省略）によって、船体に設けられる船舶用プロペラ推進装置１Ｃの強度及び安定性等が補強されていてもよい。
【0089】
２重軸２重反転プロペラ３Ｃは、２重軸シャフト２Ｃに結合されて回転する。２重軸２重反転プロペラ３Ｃは、例えば複数の前方プロペラ翼３１２ｃと、前方プロペラ翼３１２ｃの回転と逆回転する複数の後方プロペラ翼３１１ｃとから構成される。
【0090】
２重軸２重反転プロペラ３Ｃにおいて、内軸シャフト２１ｃと外軸シャフト２２ｃの送風路２３ｃから気体を導入する気体導入路３３１ｃを設けて、気体導入路３３１ｃから後方プロペラ翼３１１ｃのスリット管３２１ｃへ気体を導入可能とする。また、気体導入路３３２ｃを設けて、気体導入路３３２ｃから前方プロペラ翼３１２ｃのスリット管３２２ｃへ気体を導入可能とする。これにより、各プロペラ翼３１１ｃ及び３１２ｃのスリット管３２１ｃ及び３２２ｃから空気を吐出可能とされている。
【0091】
なお、送風路２３ｃから気体を導入する気体導入路３３１ｃ及び３３２ｃに、送風路２３ｃから気体の導入を遮断可能なように、制御可能な開閉弁を備えてもよい。
【0092】
前方プロペラ軸接続部３５ｃ及び３６ｃは、前方プロペラ翼３１２ｃの回転軸を支持する。内軸シャフト２１ｃを中心として囲むケーシングに、複数の前方プロペラ翼３１２ｃが接続されており、当該ケーシングは、例えばギア構造又はベアリング構造等により複数の前方プロペラ翼３１２ｃを回転させる。
【0093】
後方プロペラ翼３１１ｃは、プロペラ基軸３４ｃに接続されている。プロペラ基軸３４ｃは内軸シャフト２１ｃに接続され、そのため、後方プロペラ翼３１１ｃは内軸シャフト２１ｃの回転と同期する。
【0094】
２重軸２重反転プロペラ３Ｃにした場合、図１（ａ）に示すような２重軸１プロペラ３Ａよりも、例えば、以下のようなより大きな効果がある。
【0095】
前方プロペラ翼３１２ｃの反転による整流と希薄（拡散による現象）による後方プロペラ翼３１１ｃの負荷軽減の効果がある。
【0096】
また、後方プロペラ翼３１１ｃのスリット管３２１ｃの複数加工により、気体供給量を設計（調整設計）できる。２重軸の外側の表面積が広く、プロペラ接合付近の自由な加工ができるため、空気を多量に供給可能となる。
【0097】
また、上記以外にも、気体供給量により２重軸２重反転プロペラ３Ｃの負担が減り、推進力が増し燃費の向上、もしくは主機関のエンジン８１ｃのダウンサイジングや、既存のスクリュープロペラと交換が可能である。
【0098】
例えば、図８に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｃにおいて、２重反転の後方プロペラ翼３１１ｃは内軸シャフト２１ｃに固定し、前方プロペラ翼３１２ｃは遊星ギアを使うシャフト駆動反転方法と、もしくはボールベアリングを使う自由回転反転方法などが選択できる。
【0099】
気体供給系統６Ｃの発電機８２ｃに用いるラジエーター等からの送気圧と水流による負圧が、気体を邪魔板４Ｃ（シャフト軸の真後ろ）に引き込むことができる。
【0100】
さらに、邪魔板４Ｃにより拡散させ、例えば邪魔板４Ｃへさらに後方拡散フィンを用いた場合には、後方拡散フィンの回転によりプロペラ後方へより拡散させることができる。その効果により、プロペラ後方の水流中に混入した気体を拡散させることができる。
【0101】
本来、回転する後方プロペラ翼３１１ｃの後方は複雑な流れになるが、さらに気液混合の場合、２相流となりこれも複雑になるが、本実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｃの２重軸２重反転プロペラ３Ｃとフィンが複雑な混流を整流にする効果がある。
【0102】
以上のような構造により、例えばラジエーターファンからの送風気体を導き、さらに航行する水流の負圧により、後方プロペラ翼３１１ｃの後方に多量の気体を送ることができる。また、これにより、ボイド率を高める（液体の中の気体割合）ことができ、２重軸２重反転プロペラ３Ｃの回転負荷を低減することができる。
【0103】
さらに、邪魔板に拡散フィンを設けた場合（例えば、第２の実施形態の邪魔板４Ｂの例）、気体吐出口のプロペラスリットからの気体排出の相乗効果により、高いボイド率とすることができ、プロペラ回転のエネルギー消費低減につながるという効果がある。
【0104】
好ましくは、推進装置に極力排気ガスを使用しない場合、その理由としては、例えば３０千～４０千ｃｃ排気量のディーゼルエンジンの排気ガス温度が４００度に達するからであり、そのまま取り入れた場合に、器具・装置の損傷につながる恐れがある。
【0105】
好ましくは、コストを考慮すると、コンプレッサーを極力使わない方が良い理由は、高圧気体のための装置費用やランニング費用が高コストとなり、また、ボイラー蒸気も高温なため使用しない。そのため、主にラジエーターファンの送風と、吸引する大気とを使用する方法がよい。
【0106】
２重軸シャフト構造において、２重軸２重反転プロペラを容易に設計できる点であり、さらに、２重軸２重反転プロペラにした場合、前方プロペラの反転による後方プロペラ負荷軽減の効果がある。
【0107】
また、２重反転後方プロペラは固定、前方プロペラは遊星ギアを使うシャフト駆動反転方法と、もしくはボールベアリングを使う自由回転反転方法などが選択できる。
【0108】
以上説明したように、本実施形態の船舶用プロペラ推進装置によれば、船舶スクリュープロペラの後方に効果的な供給量の気体を送り込むことができる。
【0109】
【0110】
【0111】
例えば、船舶用プロペラ推進装置１Ｄは、図９及び図１０に示すように、主に、内軸シャフト２１ｄの外周面と外軸シャフト２２ｄの内周面との間に設けられた送風路２３ｄに気体を送風可能とする２重軸シャフト２Ｄと、２重軸シャフト２Ｄに結合されて回転する複数のプロペラ３Ｄと、２重軸シャフト２Ｄの後端側の送風路２３ｄの吐出口を開口及び閉塞可能に設けられた邪魔板４Ｄとを備えている。
【0112】
邪魔板４Ｄに、邪魔板４Ｄの後端側に設けられる後方拡散フィン４１ｄを備えた構造等によりプロペラ３Ｄ後方をよりボイド率を高めた水流にすることができる。後方拡散フィン４１ｄは、主にプロペラ３Ｄの後方に気体を拡散するために設けられるフィンである。後方拡散フィン４１ｄは、２重軸シャフト２Ｄにおける吐出口側と対向する邪魔板４Ｄの面方向側と反対側の面方向側の盤面にフィンが設けられる構造である。
【0113】
２重軸２重反転プロペラ３Ｄは、２重軸シャフト２Ｄに結合されて回転する。２重軸２重反転プロペラ３Ｄは、例えば複数の前方プロペラ翼と、前方プロペラ翼の回転と逆回転する複数の後方プロペラ翼３１１ｄとから構成される。
【0114】
２重軸シャフト２Ｄには、内軸シャフト２１ｄ内に船舶９Ｄの船体９１ｄから油圧ポンプ等による油圧コントロールされる邪魔板のスライド制御方法に代えて、後述するような邪魔板４Ｄのスライド制御法を用いた構造である。
【0115】
邪魔板４Ｄ部分をスイベル等により分け、発電装置装備により自立したエネルギー開閉が可能である。ここで、スイベルは、２つの接続点を持って互いに自由に回転できるようにした接続部、又は接続部品などである。
【0116】
図１０に、邪魔板４Ｄと共に内軸シャフト２１ｄに接続される発電プロペラ８１ｄを含む発電ユニット８Ｄの構成を示す。
【0117】
船舶９Ｄの航行時、内軸シャフト２１ｄの回転と水流等の流れにより、図１０に示す２重軸シャフト２Ｄの後端側に設けられた発電プロペラ８１ｄが回転し、発電プロペラ８１ｄの回転軸に直結された発電機８２ｄの回転子が回転することにより、発電する。この発電による発電エネルギーが、逐次、バッテリー８３ｄに蓄えられる。このバッテリー８３ｄはモーターポンプ８４ｄに電気的に接続される。
【0118】
スライド動作等の制御指令は、信号送信器７５ｄにより、例えば光信号等の通信手段にて受信器（受光器）８５ｄに送信されて、モーターポンプ８４ｄを駆動制御可能とする。モーターポンプ８４ｄは、駆動対象としてシリンダー８６ｄ、シリンダーピストン８７ｄを動作させることができ、これにより、邪魔板４Ｄのスライド制御を実現することができる。
【0119】
発電ユニット８Ｄの軸発電のメリットは、既存の船舶９Ｄの船体９１ｄの一部加工等の改造により、例えば１ユニットの船舶用プロペラ推進装置１Ｄの取付けで済むことができる。
【0120】
邪魔板４Ｄのスライド制御の作動方法は、アクチュエーター（いろいろな駆動方法）を採用することができる。また、邪魔板部分をスイベル等により分け、発電装置装備により自立した電源によりエネルギー供給可能な邪魔板部分の開閉制御が可能である。
【0121】
以上説明したように、本実施形態の船舶用プロペラ推進装置によれば、船舶スクリュープロペラの後方に効果的な供給量の気体を送り込むことができる。
【0122】
［第５の実施形態］
本実施形態の船舶用プロペラ推進装置の構成の一例をＰＯＤプロペラシステムに活かして、例えば図１１に示す水面ＷＰを航行する船舶９Ｅの船底９１ｅに多量の気体供給をする方法の一例を、図１２の船舶用プロペラ推進装置１Ｅを用いて説明する。ここで、図１１は、第５の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｅを用いた船舶９Ｅの構造の一例を示す図である。また、図１２は、図１１に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｅの構造の一例を示す図である。特に、図１２に示す実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｅは、図１１（ａ）及び（ｂ）に示す船舶９Ｅの前方側に設置されたものである。
本実施形態の船舶用プロペラ推進装置の構成の一例をＰＯＤプロペラシステムに活かして、例えば図１１に示す水面ＷＰを航行する船舶９Ｅの船底９１ｅに多量の気体供給をする方法の一例を、図１２の船舶用プロペラ推進装置１Ｅを用いて説明する。ここで、図１１は、第５の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｅを用いた船舶９Ｅの構造の一例を示す図である。また、図１２は、図１１に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｅの構造の一例を示す図である。特に、図１２に示す実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｅは、図１１（ａ）及び（ｂ）に示す船舶９Ｅの前方側に設置されたものである。
【0123】
なお、図１１（ａ）及び（ｂ）に示す船舶９Ｅの後方側に設置されている船舶用プロペラ推進装置１Ｆは、前述した第１乃至第４の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ａ乃至１Ｄのいずれかで構成可能であり、また、本実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｅでも構成可能である。以降では、主に、船舶用プロペラ推進装置１Ｅについて説明する。
【0124】
第５の実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｅは、図１２に示すように、主に、内軸シャフト２１ｅの外周面と外軸シャフト２２ｅの内周面との間に設けられた送風路２３ｅに気体を送風可能とする２重軸シャフト２Ｅと、２重軸シャフト２Ｅに結合されて回転する２重軸２重反転プロペラ３Ｅと、２重軸シャフト２Ｅの後端側の送風路２３ｅの吐出口２２１ｅを開口及び閉塞可能に設けられた邪魔板４Ｅとを備えている。
【0125】
２重軸シャフト２Ｅは、円筒状の内軸シャフト２１ｅと、当該内軸シャフト２１ｅの外周側に設けられる外軸シャフト２２ｅとが同心軸に位置するように構成されている。２重軸シャフト２Ｅは、繭型形状（楕円体形状）の容器９３ｅ内に備えられた電動モーター８１ｅの回転軸に回転可能なように結合されている。内軸シャフト２１ｅの外周面と外軸シャフト２２ｅの内周面との間に設けられた送風路２３ｅは、空気等の気体が送風可能なように設けられている。繭型形状の容器９３ｅ内の気体供給管６１ｅ及び６２ｅから２重軸シャフト２Ｅへ気体が供給され、２重軸シャフト２Ｅ内の送風路２３ｅには気体で充足される。邪魔板４Ｅは、電動アクチュエータ制御等による可動シリンダー５３ｅにより、吐出口２２１ｅを開閉可能に制御される。
【0126】
気体供給系統６Ｅは、船底９１ｅに設けられた船舶用プロペラ推進装置１Ｅへ空気などの気体を供給する。気体供給系統６Ｅは、例えば電動タービンなどにより、強い圧力で気体供給接続管６８ｅに気体を送出する。気体供給接続管６８ｅは、船底通気部６４ｅ及び気体導入部６３ｅを介して、船底９１ｅに回転可能に取り付けられた繭型形状の容器９３ｅへ気体を送出する。繭型形状の容器９３ｅでは、気体導入部６３ｅから流入する気体を、容器内の遮蔽壁９４ｅにより、気体供給管６１ｅ及び６２ｅへ導出可能なように空間が設けられている。
【0127】
船底通気部６４ｅにおいて、繭型形状の容器９３ｅを略３６０度回転可能なように、回転部６５ｅ、回転ギア部６６ｅおよび回転動力部６７ｅが設けられている。回転動力部６７ｅは、回転ギア部６６ｅを駆動して、回転部６５ｅを回転可能に制御する。回転部６５ｅは、繭型形状の容器９３ｅを支持する容器支持部９２ｅに接続されている。回転部６５ｅの回転と共に、容器支持部９２ｅに接続された繭型形状の容器９３ｅが回転することにより、船底通気部６４ｅにおいて、２重軸２重反転プロペラ３Ｅの方向を変えることができる。
【0128】
図１２に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｅを、図１１に示す船舶９Ｅの船底９１ｅに多量の気体供給をする方法の一例について説明する。
１）２重軸２重反転プロペラ３Ｅの後方プロペラ翼３１１ｅ及び前方プロペラ翼３１２ｅの適切な位置にスリット状開口部を複数加工する、または孔状、四角形状などの開口部３２１ｅ及び３２２ｅを多数設けて、同時にバルブをその開口部付近、もしくは有効な部位に設置する。
２）２重軸２重反転プロペラ３Ｅの２重反転方式により、さらに気体供給の効果が見込める。例えば、プロペラシャフトの軸空間から負圧・拡散による排出気体と、前記１）の気体供給との相乗効果による効果を生じる。
１）２重軸２重反転プロペラ３Ｅの後方プロペラ翼３１１ｅ及び前方プロペラ翼３１２ｅの適切な位置にスリット状開口部を複数加工する、または孔状、四角形状などの開口部３２１ｅ及び３２２ｅを多数設けて、同時にバルブをその開口部付近、もしくは有効な部位に設置する。
２）２重軸２重反転プロペラ３Ｅの２重反転方式により、さらに気体供給の効果が見込める。例えば、プロペラシャフトの軸空間から負圧・拡散による排出気体と、前記１）の気体供給との相乗効果による効果を生じる。
【0129】
以上のような船舶用プロペラ推進装置１Ｅの構造により、小粒の気体泡であるマイクロバブルのみを含む水流よりも有効とされる、図１２に示すような小粒の気体泡からさらに中型及び大型の粒径の気体を含む水流ＷＢを船底９１ｅに送り込むことが可能となる。また、船底９１ｅとの接続と気体供給が簡易な方法で改造工事が可能なため、多くの船舶に後付けにより設置が可能となる。以上のような船舶用プロペラ推進装置１Ｅにより、船舶推進の最大抵抗とされる摩擦を低減することができる。
【0130】
図１２に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｅにおいて、船底９１ｅのＰＯＤシステム＋２重軸２重反転プロペラの機能を含み、かつ、多量の気体（泡）の供給ができる。その方法は、後方プロペラ翼３１１ｅ及び前方プロペラ翼３１２ｅに設けた開口部３２１ｅ及び３２２ｅの形状・面積と２重軸２重反転プロペラ３Ｅの回転数によって、それに応じた気体供給が可能な構造である。
【0131】
さらに、船舶用プロペラ推進装置１Ｅでは、後部の吐出口２２１ｅより多量の気体の排出を行うことができる。気体は、負圧による吸い込む気体だけではなく、気体供給系統６Ｅにおいて、電動タービンなどにより、強い圧力で気体供給接続管６８ｅに気体を送出することができる。
【0132】
図１１（ａ）及び（ｂ）に示すＰＯＤプロペラ推進装置１Ｅ（船舶用プロペラ推進装置１Ｅとも称す）は、例えば図１２に示すように、いわゆる繭型形状（楕円型形状）の容器９３ｅに電動モーター８１ｅを内蔵し、その繭型形状の容器９３ｅに２重軸シャフト２Ｅを取り付けて駆動する推進装置である。また、繭型形状の容器９３ｅに内蔵する構造以外にも、繭型形状の容器外の船体内にモーター等を備える構造がある。本実施形態の船舶用プロペラ推進装置１ＥをＰＯＤプロペラ推進装置として用いた場合、例えば以下のような船舶推進装置とすることができる。
【0133】
例えば特に中大型船に設置する場合、例えば図１１に示すように、後方に３基の船舶用プロペラ推進装置１Ｆ又は３基のＰＯＤプロペラ推進装置１Ｅ、前方に３基のＰＯＤプロペラ推進装置１Ｅ等を設置すれば、推進装置の分散化により、推進装置の故障に対する重大故障を回避できる冗長化構成によるメリットと、微調整推進力が制御しやすく、エネルギー効率がよい。さらに、船底９１ｅの前方から後方の間に複数設置すれば、船底９１ｅに対しても気体を含む水流ＷＢをいきわたらせることができる。
【0134】
また、船舶９Ｅの前方に配置するＰＯＤプロペラ推進装置１Ｅの２重軸２重反転プロペラ３Ｅのスリット構造、２重軸シャフト２Ｅの構造等を調整すれば、多量の気体を供給可能であり、図１２に示すように、船舶９Ｅの船底９１ｅに気体を含む水流ＷＢを送ることができるので、船底抵抗低減装置としても効果がある。その結果、本実施形態の船舶用プロペラ推進装置１ＥをＰＯＤプロペラ推進装置に適用した場合、従来のＰＯＤプロペラ推進装置の推進効率を改善することができる。
【0135】
さらに、例えば、図１２に示す船舶用プロペラ推進装置１Ｅを略３６０度回転可能にして、船舶９Ｅの前方の船舶用プロペラ推進装置１Ｅは、港湾等に接岸するときや、運河等での航行上の安全運行において、微速度による調整運転が可能である。また、例えば、一枚の大口径（例えば８ｍ～１２ｍ）のプロペラを有する大型プロペラ推進装置を、それよりも中型のプロペラを有するＰＯＤプロペラ推進装置（例えば船舶用プロペラ推進装置１Ｅ）の複数へ代えた場合には、大型プロペラ推進装置は空船のときカラ回りしてしまうような事態が、喫水のレベルに対応して、各々の船舶用プロペラ推進装置１Ｅの調整運転が可能である。また、船舶９Ｅの後方の船舶用プロペラ推進装置１Ｆを舵として使用することができる。
【0136】
また、船舶９Ｅの短期的及び長期的な使用の観点においても、本実施形態の船舶用プロペラ推進装置１Ｅによれば、船舶スクリュープロペラの後方に効果的な供給量の気体を送り込むことができるため、船底９１ｅの海洋等の付着物を取り除いたり、付着し難くする等の効果も有する。
【0137】
以上説明したように、本実施形態の船舶用プロペラ推進装置によれば、船舶スクリュープロペラの後方に効果的な供給量の気体を送り込むことができる。
【0138】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、例えばこれらの実施形態の特徴をいくつか組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、例えばこれらの実施形態の特徴をいくつか組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0139】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ…船舶用プロペラ推進装置、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ…２重軸シャフト、３Ａ、３Ｂ…プロペラ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ…２重軸２重反転プロペラ、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ…邪魔板、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ…油圧系統、６Ｃ、６Ｅ…気体供給系統、８Ｄ…発電ユニット、９Ｄ、９Ｅ…船舶、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ…内軸シャフト、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ…外軸シャフト、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ…送風路、２４ａ…シャフト軸補強部、２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｅ…吐出口、２４１ａ、２４１ｃ…軸受外周部、２４２ａ、２４３ａ…ベアリング、２４２ｃ、２４３ｃ…ベアリング軸受部、３１ａ、３１ｂ…プロペラ翼、３２ａ、３２ｂ、３２１ｃ、３２２ｃ、３２１ｄ…スリット管、３３ａ、３３ｂ、３３１ｃ、３３２ｃ…気体導入路、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ…プロペラ基軸、３５ｃ、３６ｃ…前方プロペラ軸接続部、３１１ｃ、３１１ｄ、３１１ｅ…後方プロペラ翼、３１２ｃ、３１２ｅ…前方プロペラ翼、３２１ｅ、３２２ｅ…開口部、４１ｂ、４１ｄ…後方拡散フィン、４２ｂ…軸流拡散フィン、４３ｂ…太陽ギア、４４ｂ…遊星ギア、４５ｂ…ギア受部、４１１ｂ…天板、４１２ｂ…ギア外周壁部、４１３ｂ…フィン、４１４ｂ…後部開口、４１５ｂ…ギア内周壁部、４２１ｂ…盤面、４２２ｂ…三角板状フィン、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ…油圧配管、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ…油圧シリンダー、５３ｅ…可動シリンダー、６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６１ｅ、６２ｅ…気体供給管、６３ｅ、６４ｅ…船底通気部、６５ｅ…回転部、６６ｅ…回転ギア部、６７ｅ…回転動力部、６８ｅ…気体供給接続管、７１ａ、７１ｃ…油圧ポンプ、７２ａ…圧力センサー、７３ａ…制御盤、７５ｄ…信号送信器、８１ｃ…エンジン、８１ｄ…発電プロペラ、８１ｅ…電動モーター、８２ｃ、８２ｄ…発電機、８３ｄ…バッテリー、８４ｄ…モーターポンプ、８５ｄ…受信器（受光器）、８６ｄ…シリンダー、８７ｄ…シリンダーピストン、９１ａ、９１ｄ…船体、９１ｅ…船底、９２ａ…軸受支持材、９２ｅ…容器支持部、９３ｃ…大気導入管、９４ｅ…遮蔽壁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】