特開 2024-64907 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

(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】P2024064907

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   B63H 11/103 20060101AFI20240507BHJP

   B63H 11/14 20060101ALI20240507BHJP

【ＦＩ】

B63H11/103

B63H11/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022173861

(22)【出願日】2022-10-30

(71)【出願人】

【識別番号】721009461

【氏名又は名称】山本 茂

(72)【発明者】

【氏名】山本 茂

(57)【要約】

【課題】航走体に用いる推力を、回転機構が無くて、製造及びメンテナンスが容易な構造の推力発生システムで得る。
【解決手段】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、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、Ｓｗ１を凝結させて、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と吸引した水Ｗ２を噴射することにより、推力Ｔを得る。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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。

【請求項4】

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。

【請求項5】

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。

【請求項6】

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。

【請求項7】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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）。

【0005】

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。

【0006】

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）。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0020】

【特許文献1】特開２０１３－１１７２３０号公報

【特許文献2】特開２０１６－１０７６６５号公報

【特許文献3】特開２０００－１６８６８３号公報

【特許文献4】特開２００９－１２６５０９号公報

【特許文献5】特開２００８－３０２９１２号公報

【特許文献6】特開２０１３－５２７１９号公報

【特許文献7】特表２０１１－５２０６９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【課題を解決するための手段】

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【発明の効果】

【0033】

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。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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。

【図9】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。

【図10】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。

【図11】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。

【図12】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。

【図13】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。

【図14】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。

【図15】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。

【図16】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。

【発明を実施するための形態】

【0035】

〔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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

〔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。

【0041】

〔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。

【0042】

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。

【0043】

〔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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

〔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。

【0047】

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。

【0048】

〔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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

〔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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

〔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。

【0069】

〔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。

【0070】

〔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。

【0071】

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。

【0072】

〔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^３：１．２４４Ｎｍ^３／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^３）の二次蒸気Ｓ２となる。

【0073】

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。

【0074】

従って、１４０℃で３．７Ｐａ（約３．８ａｔｍ）の飽和水蒸気１ｋｇ（０．５１ｍ^３）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^３）となる。

【0075】

〔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。

【0076】

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。

【0077】

〔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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

〔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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

〔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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

〔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。

【0087】

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。

【0088】

〔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。

【0089】

〔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。

【0090】

〔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。

【0091】

〔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。

【0092】

仮に、６００℃で４．０Ｐａ（約４．０ａｔｍ）の燃焼ガス０．８０ｍ^３（１Ｎｍ^３：比熱を仮に１．３７ｋＪ/Ｎｍ^３・Ｋ：０．３３ｋｃａｌ／Ｎｍ^３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^３となり、二次ガスＧ２は、４．６５ｍ^３（３．４Ｎｍ^３）となる。

【0093】

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^３（１．０Ｎｍ^３）となる。

【0094】

従って、６００℃で４．０Ｐａ（約４．０ａｔｍ）の燃焼ガス０．８０ｍ^３（１Ｎｍ^３）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^３）となり、燃焼ガスの１．０５ｍ^３と併せると、１．１２ｍ^３となる。

【0095】

〔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。

【0096】

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。

【0097】

〔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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

〔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。

【0104】

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。

【0105】

〔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。

【0106】

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。

【0107】

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。

【0108】

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。

【0109】

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。

【0110】

〔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。

【0111】

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。

【0112】

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。

【0113】

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。

【0114】

〔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。

【0115】

〔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。

【0116】

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。

【0117】

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。

【0118】

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。

【0119】

〔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。

【0120】

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。

【0121】

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。

【0122】

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。

【0123】

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。

【0124】

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。

【0125】

〔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。

【0126】

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。

【0127】

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。

【0128】

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。

【0129】

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。

【0130】

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。

【0131】

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。

【0132】

〔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。

【0133】

〔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。

【符号の説明】

【0134】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】