JP6807627B2 - Propulsion device - Google Patents
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Description
本発明は推進装置に関し、より詳細には、回転駆動部、動力伝達用の推進軸およびスクリューやプロペラを不要にしながらも、推進力を制御可能に連続発生する推進装置に関する。 The present invention relates to a propulsion device, and more particularly to a propulsion device that continuously generates a propulsive force in a controllable manner while eliminating the need for a rotary drive unit, a propulsion shaft for power transmission, and a screw or a propeller.
従来、大量のパワーロスがあったスチームエンジンから、現在のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンのようなレシプロエンジンまで、パワーは直線運動を回転運動に変換することにより得ている。ただし、この方法では、レシプロエンジンであれば、ピストンとシリンダ部の接触抵抗及び各部の回転抵抗等のように、変換効率の違いはあれパワーロスを発生するのが現状である。 From steam engines, which conventionally had a large amount of power loss, to reciprocating engines such as current gasoline engines or diesel engines, power is obtained by converting linear motion into rotary motion. However, in this method, in the case of a reciprocating engine, power loss occurs regardless of the difference in conversion efficiency, such as the contact resistance between the piston and the cylinder and the rotational resistance of each part.
また、化石燃料を使用するレシプロエンジンでは、排気による大気汚染だけでなく排出されるオイルによる水中汚染までも引き起こしている。しかも使用する化石燃料は、残り少ない高価なものであるにも関わらず、大量に使用せざるを得ないのが実情である。 In addition, in reciprocating engines that use fossil fuels, not only air pollution due to exhaust gas but also underwater pollution due to discharged oil is caused. Moreover, the fossil fuels used are expensive, with few remaining, but the reality is that they have to be used in large quantities.
船体に前記レシプロエンジンを使用する発明として、特許文献1がある。この特許文献1の段落[0002]には、「従来の船体は、空気を燃料と混合した可燃ガスをシリンダ内で燃焼させて駆動力を発生させる」旨の記載がある。
一方、スクリューを不要にしながら、推進力を発生する推進装置として、接触抵抗及び回転抵抗を無くしパワーロスを削減するとともに、二酸化炭素の排出量及び残り少ない化石燃料の使用量削減を図った船体用エンジンが知られている。具体的には、中央部にウォーターボトルを配置し、その前方上部に逆止弁を介して爆発室を設け、前方下部に逆止弁を介してインジェクションポートを配し、ウォーターボトルに漏電感知装置を、前記爆発室に混合ガス注入口を有する点火室を付設するというものである(特許文献2)。 On the other hand, as a propulsion device that generates propulsive force while eliminating the need for screws, a hull engine that eliminates contact resistance and rotational resistance to reduce power loss, as well as reducing carbon dioxide emissions and the amount of fossil fuel that remains low. Are known. Specifically, a water bottle is placed in the center, an explosion chamber is provided in the upper part of the front via a check valve, an injection port is arranged in the lower part of the front via a check valve, and an earth leakage detection device is provided in the water bottle. Is provided with an ignition chamber having a mixed gas injection port in the explosion chamber (Patent Document 2).
また、船体を浅瀬でも航行させることができ、しかも故障しにくく、さらに小形化することのできる船体推進機関も知られている。具体的には、液体水素を液体水素噴射管から燃焼室に噴射させるとともに液体酸素を液体酸素噴射管から燃焼室に噴射させ燃焼室で液体水素と液体酸素を接触させて着火して燃焼させる燃焼器と、この燃焼器の液体水素噴射管に液体水素を供給し液体酸素噴射管に液体酸素を供給する推進剤供給系とを備えているというものである(特許文献3)。 In addition, there is also known a hull propulsion engine that can navigate the hull even in shallow water, is less likely to break down, and can be made smaller. Specifically, liquid hydrogen is injected from the liquid hydrogen injection pipe into the combustion chamber, and liquid oxygen is injected from the liquid oxygen injection pipe into the combustion chamber, and the liquid hydrogen and liquid oxygen are brought into contact with each other in the combustion chamber to ignite and burn. It is provided with a vessel and a propellant supply system that supplies liquid hydrogen to the liquid hydrogen injection pipe of the combustor and supplies liquid oxygen to the liquid oxygen injection pipe (Patent Document 3).
また、主要な駆動機構に摩擦する箇所が少なく簡素な構造であり、水質汚染や騒音の発生が少なく、しかも、取り扱いが容易な推進装置も知られている。具体的には、ノズルから噴射水を噴射した反作用により推進力を発生させる推進装置であって、船体の喫水線以下に配設される筒状容器でなる燃焼室と、その燃焼室の後端に開口する排出口と、燃焼の前端に配設されて流入のみ可能な逆止弁と、燃焼室が逆止弁を介して注入された流体により規定量まで満たされた後、酸素および燃料を含む可燃ガスを、燃焼室の少なくとも点火位置が覆われるように圧入する可燃ガス圧入弁と、点火位置を覆う可燃ガスに着火可能な点火プラグと、可燃ガス圧入弁および点火プラグを規定のシーケンスで機能させる制御部と、を備えているというものである(特許文献4)。 Further, there is also known a propulsion device which has a simple structure with few friction points with the main drive mechanism, causes less water pollution and noise, and is easy to handle. Specifically, it is a propulsion device that generates propulsive force by the reaction of injecting jet water from a nozzle, and is located in a combustion chamber made of a tubular container arranged below the waterline of the hull and at the rear end of the combustion chamber. Contains oxygen and fuel after an opening outlet, a check valve located at the front end of combustion that allows only inflow, and a combustion chamber filled to a specified amount with fluid injected through the check valve. Combustible gas press-fit valve that press-fits combustible gas so that at least the ignition position of the combustion chamber is covered, ignition plug that can ignite the combustible gas that covers the ignition position, and combustible gas press-fit valve and ignition plug function in a specified sequence. It is provided with a control unit for making the device (Patent Document 4).
しかしながら、特許文献1に記載のように、従来のレシプロ、ガスタービン等の内燃機関には大気・水質汚染等が発生するという問題がある。また、特許文献2に記載の船体用エンジンの場合は、逆止弁が2つ必要であり、構造を簡素化する等の改善余地があった。
However, as described in
また、特許文献3に記載の船体推進機関の場合は、実質的にロケットであるために、爆発させないで静かに連続燃焼するようなバルブ機構、およびその操作に高度な技術が必要であり一般に普及させることは困難であった。
Further, in the case of the hull propulsion engine described in
また、特許文献4に記載の船舶推進装置の場合は、スパーク式の点火プラグを採用しているため、そのギャップに適切なタイミングで高電圧を印加するための高電圧印加手段と、それにより放電電圧を印加して安定確実な沿面放電を確保できる点火プラグが不可欠であり、より小型軽量化・簡素化の観点から、改善余地が残されていた。さらに、特許文献4のように水中稼働の用途に限定することなく、空中稼働の用途にも適用できる推進装置が求められていた。 Further, in the case of the ship propulsion device described in Patent Document 4, since a spark type spark plug is adopted, a high voltage application means for applying a high voltage to the gap at an appropriate timing and a discharge by the high voltage application means. A spark plug that can apply a voltage to ensure stable and reliable creeping discharge is indispensable, and there is room for improvement from the viewpoint of smaller size, lighter weight, and simplification. Further, there has been a demand for a propulsion device that can be applied not only to applications of underwater operation as in Patent Document 4, but also to applications of air operation.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、点火プラグをスパーク式でないものに簡略化するとともに、1回毎の燃焼を確実にしてより強力かつ安定的な連続運転を可能にした推進装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to simplify the spark plug to a non-spark type and to ensure each combustion to be more powerful and stable. The purpose is to provide a propulsion device that enables continuous operation.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、燃焼室(1,1a)に圧入される可燃ガス(13,13A,13B)を反復継続的に爆発させて生じる流体の膨張力により推進力(A)を発生させる推進装置(100,110,111,200)であって、
少なくとも水素燃料および酸素を含むガス(13,13A,13B)を前記燃焼室(1,1a)に圧入可能に開閉する可燃ガス圧入弁(5)と、
該可燃ガス圧入弁(5)の圧入量および間欠圧入させるタイミングを制御する制御部(80)と、
前記燃焼室(1,1a)の内部又は近傍で前記可燃ガス(13)に着火可能な位置に配設されて電熱ヒータ(9)を有するグロープラグ(6,6A,6B)と、
該グロープラグ(6,6A,6B)を着火可能に強制発熱させるヒートタイミングだけ前記電熱ヒータ(9)に通電可能な通電手段(60)と、
前記燃焼室(1,1a)での爆発により膨張して溢れる流体を外部へ導出する排出口(2)と、
を備え、
前記グロープラグ(6,6A,6B)に通電する前記ヒートタイミングは、始動直後から前記反復継続的な安定状態になるまでの所定時間(T)のみであり、
該所定時間(T)の経過以降も連続運転することにより前記可燃ガス(13,13A,13B)が燃焼する熱を受ける前記電熱ヒータ(9)は通電停止後も着火可能な温度で赤熱状態に維持され、
前記燃焼室(1,1a)の上方に連通するとともに分岐経路が交差した内部に配管交差空間(11)が形成され、
該配管交差空間(11)の頂点に前記グロープラグ(6)が配設され、
前記配管交差空間(11)を構成する水平管路(17)の一端(18)に酸素供給源(40)が接続され、他端(19)に水素供給源(20)が接続されるようにしたものである。
The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to
Least hydrogen fuel and gas containing oxygen (13, 13A, 13B) combustible gas injection valve for press-fitting can be opened and closed in the combustion chamber (1, 1a) to (5),
A control unit (80) that controls the press-fitting amount of the combustible gas press-fitting valve (5) and the timing of intermittent press-fitting,
Said combustion chamber (1, 1a) in or near by the combustible gas is disposed ignitable located (13) glow plug with an electric heater (9) (6, 6A, 6B) and,
An energizing means (60) capable of energizing the electric heater (9) only at the heat timing for forcibly generating heat to ignite the glow plugs (6, 6A, 6B).
The discharge port (2) that draws out the fluid that expands and overflows due to the explosion in the combustion chamber (1,1a) to the outside,
With
The heat timing for energizing the glow plugs (6, 6A, 6B) is only a predetermined time (T) from immediately after the start to the repeated continuous stable state.
The electric heater (9) that receives the heat of combustion of the combustible gas (13, 13A, 13B) by continuous operation even after the elapse of the predetermined time (T) is in a reddish state at a temperature that can be ignited even after the energization is stopped. is maintained,
A pipe crossing space (11) is formed inside the combustion chamber (1,1a), which communicates above the combustion chamber (1,1a) and where the branch paths intersect.
The glow plug (6) is arranged at the apex of the pipe intersection space (11).
The pipe cross-space (11) an oxygen source to one end (18) of the horizontal line constituting (17) (40) is connected, the hydrogen supply source to the other end (19) (20) so that is connected It was done.
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の推進装置(100,110,111,200)において、前記電熱ヒータ(9)は、白金、タングステン、ニクロムのうち少なくとも何れかを含む金属で構成されたものである。
Further, in the invention according to
また、請求項3に係る発明は、請求項1に記載の推進装置(100,110,111,200)において、前記電熱ヒータ(9)は白金を重量比率で50%以上含有して構成されたものである。
The invention according to
また、請求項4に係る発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載の推進装置(100,110,111,200)において、前記電熱ヒータ(9)はU字型ヒータ(90)によって構成されたものである。
Further, in the invention according to claim 4, in the propulsion device (100, 110, 111, 200) according to any one of
また、請求項5に係る発明は、請求項1〜4の何れか1項に記載の推進装置(100,110,111,200)において、前記酸素は圧縮空気により供給されるように構成されたものである。
Further, the invention according to claim 5 is configured such that the oxygen is supplied by compressed air in the propulsion device (100, 110, 111, 200) according to any one of
また、請求項6に係る発明は、請求項1〜5の何れか1項に記載の推進装置(100,110,111,200)において、前記酸素は酸素ボンベ(47)から供給されるように構成されたものである。
Further, in the invention according to
また、請求項7に係る発明は、請求項1〜6の何れか1項に記載の推進装置(100,110,111)において、燃焼ガス(15)の前記膨張力による流速を増幅する流速増幅器(70)をさらに備え、
該流速増幅器(70)は、
外部の流体(71)を吸入して排出する導管(72)と、
前記導管(72)の内部で前記流体(71)の流れを促進する方向に前記燃焼ガス(15)を噴射するエジェクタ噴射部(73)と、
を有して形成されたものである。
Further, the invention according to claim 7 is a flow velocity amplifier that amplifies the flow velocity of the combustion gas (15) due to the expansion force in the propulsion device (100, 110, 111) according to any one of
The flow velocity amplifier (70)
A conduit (72) that sucks in and discharges an external fluid (71),
An ejector injection unit (73) that injects the combustion gas (15) in a direction that promotes the flow of the fluid (71) inside the conduit (72).
It is formed with.
また、請求項8に係る発明は、請求項1〜6の何れか1項に記載の推進装置(100,110,111)において、前記推進力(A)を付与する対象は船体であり、
前記燃焼室(1)から下方に連通し前記船体の喫水線(B)以下に配設された気液置換室(21)と、
前記気液置換室(21)の前端に配設されて流入のみ可能な逆止弁(4)と、
該逆止弁(4)を介して注入された充填水(W)により前記気液置換室(21)が規定量まで満たされことを検知する満水検知手段(69)と、
前記グロープラグ(6,6A,6B)の前記電熱ヒータ(9)に浸水又は飛沫の及ばない隘路を有するとともに保温部材(10)で覆われた防水断熱領域(50,50A,50B)と、
をさらに備え、
前記制御部(80)は、前記満水検知手段(69)が前記気液置換室(21)の満水到達を検知した後、前記可燃ガス(13,13A,13B)を少なくとも前記防水断熱領域(50,50A,50B)に圧入して前記可燃ガス(13)を爆発させることにより前記排出口(2)に付設されたノズル(3)から噴射水(31)を噴射した反作用により前記推進力(A)を発生するものである。
Further, in the invention according to claim 8 , in the propulsion device (100, 110, 111) according to any one of
A gas-liquid replacement chamber (21) that communicates downward from the combustion chamber (1) and is arranged below the waterline (B) of the hull.
A check valve (4) arranged at the front end of the gas-liquid replacement chamber (21) and capable of only inflow.
A full water detecting means (69) for detecting that the gas-liquid replacement chamber (21) is filled to a specified amount by the filled water (W) injected through the check valve (4), and
A waterproof and heat insulating region (50, 50A, 50B) having a bottleneck in which the electric heater (9) of the glow plug (6, 6A, 6B) is not flooded or splashed and covered with a heat insulating member (10).
With more
After the full water detection means (69) detects the arrival of full water in the gas-liquid replacement chamber (21), the control unit (80) sets the combustible gas (13, 13A, 13B) at least in the waterproof and heat insulating region (50). , 50A, 50B) to explode the combustible gas (13), and the reaction of injecting the jet water (31) from the nozzle (3) attached to the discharge port (2) causes the propulsion force (A). ) Is generated.
また、請求項9に係る発明は、請求項1〜8の何れか1項に記載の推進装置(110,111)において、前記配管交差空間(12)には、
第1の制御弁(32)を介在させた水素ボンベ(57)と、
第2の制御弁(33)を介在させた液化プロパンガスボンベ(46)と、
第3の制御弁(34,34A,34B)を介在させた酸素ボンベ(47)又は圧縮空気タンク(56)と、を接続し、
前記制御部(80)は、1回の燃焼毎に、少なくとも酸素を含めながら、水素がプロパンガスより先に圧入されるように前記第1〜第3の制御弁(32,33,34,34A,34B)を開閉制御するようにしたものである。
Further, the invention according to claim 9 is the propulsion device (110, 111) according to any one of
A hydrogen cylinder (57) interposed with the first control valve (32) and
A liquefied propane gas cylinder (46) with a second control valve (33) interposed therebetween.
An oxygen cylinder (47) or a compressed air tank (56) interposed with a third control valve (34, 34A, 34B) is connected to the oxygen cylinder (47).
The control unit (80) has the first to third control valves (32, 33, 34, 34A) so that hydrogen is press-fitted before the propane gas while containing at least oxygen for each combustion. , 34B) is designed to open and close.
また、請求項10に係る発明は、請求項9に記載の推進装置(111)において、前記グロープラグ(6A,6B)は、
前記第1の制御弁(32)を介して圧入される水素を含む可燃ガス(13A)に点火するために第1のグロープラグ(6A)と、
前記第2の制御弁(33)を介して圧入されるプロパンガス含む可燃ガス(13B)に点火するために第2のグロープラグ(6B)と、
の2本を備えるようにしたものである。
Further, in the invention according to
With the first glow plug (6A) to ignite the combustible gas (13A) containing hydrogen that is press-fitted through the first control valve (32).
A second glow plug (6B) and a second glow plug (6B) for igniting a combustible gas (13B) containing propane gas that is press-fitted through the second control valve (33).
It is designed to have two of them.
本発明によれば、点火プラグをスパーク式でないものに簡略化するとともに、1回毎の燃焼を確実にしてより強力かつ安定的な連続運転を可能にした推進装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a propulsion device capable of more powerful and stable continuous operation by simplifying the spark plug to a non-spark type and ensuring each combustion.
[実施例1]
以下、図1〜図3を参照して実施例1に係る推進装置(本装置)について説明する。図1は、本装置の概略を示す一部断面図である。本装置100は、不図示の船体に推進力Aを付与する。図1に示すように、推進装置100は、主に配管交差空間11と、気液置換室21と、水素供給源20と、酸素供給源40と、制御部80と、を備えて構成されている。
[Example 1]
Hereinafter, the propulsion device (this device) according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an outline of this device. The
配管交差空間11は、燃焼室1に連通する分岐経路において、その内部に形成された空間である。この配管交差空間11と気液置換室21とを連通する管路は燃焼室1を形成している。気液置換室21は、排出口2と、ノズル3と、逆止弁4と、満水センサ22と、を備えている。満水センサ22は満水検知手段69を介して制御部80に接続されている。
The
配管交差空間11には、水平管路17の一端18に、空気圧入弁51、および酸素等供給管52を介して酸素供給源40が接続されている。また、水平管路17の他端19には、水素圧入弁53、および水素供給管54を介して水素供給源20が接続されている。酸素供給源40および水素供給源20は、可燃ガス圧入弁5により配管交差空間11への開閉連通を制御されている。なお、水平管路17は、管路を特定するための便宜上の名称であり、水平でなくても構わない。
In the
配管交差空間11は、気液置換室21の上方に連通するように形成され、その配管交差空間11の頂点にグロープラグ6が配設されている。さらに、この配管交差空間11を構成する水平管路17の一端18には、空気圧入弁51および酸素等供給管52を介して酸素供給源40が接続されている。水平管路17の他端19には、水素圧入弁53および水素供給管54を介して水素供給源20が接続されている。
The
水素供給管54は、圧力調整器58および水素ボンベ57に接続されている。酸素等供給管52は、圧縮空気タンク56および空気圧縮機55に接続されている。酸素は、本装置100が大型ならば圧縮空気により供給されるが、小型ならば圧縮空気に代えた酸素ボンベ47から供給してもよい。酸素ボンベ47および圧力調整器48を用いるように切換え接続すれば、空気圧縮機55の駆動が不要となるばかりでなく、本装置100をより高出力化することも可能である。その場合、空気圧入弁51は、その名称に関わらず、もっぱら酸素のみを通過させることになる。
The
逆止弁4は、気液置換室21の前端に配設されて流入のみ可能である。この逆止弁4は、気液置換室21の容積に対して短時間(例えば、5秒以内)で満水にすることが可能な流量を確保されている。なお、逆止弁4は、気液置換室21と外部の水Waとの圧力差で受動的に弁の開閉動作を行うばかりでなく、制御部80が間欠的に出力する制御信号に基づく適切なタイミングで能動的に開閉動作するシャッタ(不図示)を採用しても構わない。
The check valve 4 is arranged at the front end of the gas-
可燃ガス圧入弁5は、空気圧入弁51と、酸素等供給管52と、水素圧入弁53と、水素供給管54と、を備えて構成されている。可燃ガス圧入弁5は、制御部80が間欠的に出力する制御信号に基づく適切なタイミングで、水素燃料および酸素を含む可燃ガス13を燃焼室1に圧入可能に開閉する。燃焼室1の内部又は近傍である配管交差空間11の頂点に配設されたグロープラグ6は、外部に対して密栓状態を保持している。グロープラグ6の近傍は、後述する防水断熱領域50が形成されている。グロープラグ6は通電手段60からの通電と停止との状態を、制御部80によって制御されるが、不図示の手動スイッチで通電をON/OFFすることもできる。
The flammable gas press-fitting valve 5 includes an air press-fitting
空気圧入弁51は、酸素等供給管52から供給される圧縮空気を適切なタイミング(図3(b))で燃焼室1に圧入する。水素圧入弁53は、水素供給管54から供給される水素を適切なタイミング(図3(b))で燃焼室1に圧入する。
The air press-
可燃ガス圧入弁5は、制御部80の出力する制御信号に基づいて、水素と、圧縮空気(又は酸素)と、を着火容易で大きな膨張力が得られる最適な混合比率に加減して可燃ガス13を生成するとともに、適切なタイミングで燃焼室1に圧入する。上述のように、本明細書でいう可燃ガス13とは、圧縮空気又は酸素に加える水素が、着火後に最大膨張力を得られる最適な混合比率に混合された流体をいう。混合比率は空気圧縮機55の出力圧と弁開閉制御とによって実現する。空気圧入弁51と水素圧入弁53は、開閉タイミングを特に区別することなく同時に開閉するように、まとめて制御しても構わない。
The combustible gas press-in valve 5 adjusts hydrogen and compressed air (or oxygen) to an optimum mixing ratio that makes it easy to ignite and obtains a large expansion force based on the control signal output from the
可燃ガス圧入弁5は、気液置換室21が満水状態(図3(a)に示す満水待機工程)の充填水Wを、気液置換室21の容積に対する所定割合(例えば、15%)だけ、短時間(例えば、1秒以内)で置換排除しながら、圧縮空気(又は酸素)および可燃ガス13を圧入可能に、各弁の開閉タイミングを設定されている。
The flammable gas press-fitting valve 5 uses only a predetermined ratio (for example, 15%) of the filled water W in the gas-
グロープラグ6は、可燃ガス13が接触可能な位置にコイル形状の電熱ヒータ9を有し、配管交差空間11の頂点に配設されている。その電熱ヒータ9は、赤熱させるに足りる電流を通電すれば着火可能な温度に上昇する。このとき、熱ヒータ9に触れる可燃ガス13があれば、可燃ガス13に着火して着火炎14を発生させる(図3(c)参照)。なお、グロープラグ6については、図2を用いて後述する。
The
気液置換室21は、ステンレススチールや鋼鉄又はアルミ製の筒状容器であり、燃焼室1で燃焼(爆発)した燃焼ガス15(図3(d),(e))が高速度で膨張する衝撃および高熱に耐えられるだけの剛性と耐熱性とを有する。気液置換室21は、燃焼室1から下方に連通し船体の喫水線B以下に配設されている。燃焼室1に圧入される可燃ガス13(図3(b))を反復継続的に爆発させて生じた燃焼ガス15が、気液置換室21で爆発の都度に膨張し、その膨張力で溢れた流体の噴射により推進力Aを発生させる。
The gas-
この気液置換室21の後部には、排出口2が開口している。この排出口2から気液置換室21の内外を連通する漏斗型の噴射ノズル3が後方に延設されている。排出口2は、燃焼室1の爆発で生じた膨張力により溢れる気液置換室21の流体を外部へ導出する。溢れる流体は主に充填水Wであり、燃焼ガス15もいくらか混入して排出される(図3(d),(e))。
A
噴射ノズル3は、気液置換室21に充填された充填水Wが、排出口2を通じて後方へ噴射される流れを整えることによりにより、前方への推進力Aを強化する機能を有する。なお、排出口2および噴射ノズル3の経路に、不図示の逆止弁等の機能を具備することにより、後方への噴射水31のみを通し、外部の水Waが気液置換室21の内側へ吸い込まれる方向に対しては閉弁するようにしても良い。
The
制御部80は、不図示のマイクロコンピュータ、コンピュータプログラム等を用いたシーケンサ又は時系列パルス発生器等を備え、規定のシーケンス制御機能を有している。この制御部80によって、各信号間に所定の遅延時間を設定された制御信号が生成させる。その制御部80から出力される制御信号が、規定のタイミングで各部を制御している。
The
なお、制御部80によるシーケンス制御機能について、図3を用いて後述するとおりである。すなわち、気液置換室21に逆止弁4を介して注入された充填水Wが規定量まで満たされた後、可燃ガス圧入弁5が燃焼室1へ可燃ガス13を規定量だけ圧入し、圧入された可燃ガス13はグロープラグ6の赤熱したヒータ9に触れて点火する。点火タイミングは、制御部80が間欠的に出力する開弁信号に応じて可燃ガス圧入弁5が開弁した直後となる。
The sequence control function by the
図2は、本装置で用いるグロープラグの外観図であり、図2(A)はコイル形状の電熱ヒータを備えたもの、図2(B)はU字形状の電熱ヒータを備えたもの、をそれぞれ示す斜視図である。図2(A)に示すように、グロープラグ6,6A,6B(以下、まとめて「グロープラグ6」ともいう)は、絶縁体63を介在して支持された第1電極61と、第2電極62と、それら両電極61,62の間に導通可能に架け渡されたコイル形状の電熱ヒータ9と、備えて構成されている。第1電極61にはヒータ電源64の正電圧がヒータ通電スイッチ65を介して印加され、第2電極62は本装置100の金属部を介してヒータ電源64の負電圧が印加される。
2A and 2B are external views of a glow plug used in this device. FIG. 2A is a coil-shaped electric heater, and FIG. 2B is a U-shaped electric heater. It is a perspective view which shows each. As shown in FIG. 2A, the glow plugs 6, 6A and 6B (hereinafter collectively referred to as “glow plugs 6”) are the
ヒータ通電スイッチ65は制御部8、又は手動にて開閉される。電熱ヒータ9は、白金、タングステン、ニクロムのうち少なくとも何れかを含む金属である。また、電熱ヒータ9は重量比率で50%以上の白金を含有していることが好ましい。さらに、電熱ヒータ9はコイル形状であるが、これを図2(B)に示すU字型ヒータ90に置き換えても良い。ただし、「グロープラグ6」および「電熱ヒータ9」は、両形状のヒータに対する総称とする。
The
コイル形状の電熱ヒータ9として、U字型ヒータ90を採用した場合でも、構成材料に白金を用いれば、後述するような白金の触媒作用によって高温状態を保持できるという効果が得られる。白金の触媒作用とは、白金によって、水素と酸素の燃焼反応が容易になる作用のことである。白金の触媒作用を利用した身近な例として、「ハクキンカイロ(白金懐炉)」が知られている。ハクキンカイロは、気化したベンジンをゆっくりと酸化発熱させ白金触媒の周辺で酸化を持続させることにより高温状態を保持できる懐炉である。
Even when the
ハクキンカイロの場合、白金触媒に吸着された酸素分子が活性化(不安定化)され、常温でも燃料の気化ベンジンと反応して発熱する。白金触媒は、ベンジン等の揮発油と酸素との酸化反応を促進させる。酸化反応が進むことで生成し拡散された二酸化炭素や水は、つぎの酸素分子を引き寄せて活性化する。この活性化した酸素が白金上に吸着されて酸素と白金原子の間に弱い結合が形成される。 In the case of Hakukin Cairo, oxygen molecules adsorbed on the platinum catalyst are activated (destabilized) and react with the vaporized benzine of the fuel even at room temperature to generate heat. The platinum catalyst promotes the oxidation reaction between volatile oil such as benzine and oxygen. Carbon dioxide and water generated and diffused by the progress of the oxidation reaction attract and activate the next oxygen molecule. This activated oxygen is adsorbed on platinum to form a weak bond between the oxygen and the platinum atom.
これに対し、酸素間の結合は弱まって酸素原子に近い状態になる。この状態の酸素は通常の酸素分子よりも反応性が高いため、他のものを酸化し易くなる。なお、白金は化学的に安定であり、特に水素に対しては強い触媒作用を保つため、確実な点火が可能になる。また、赤熱状態でも酸化せず、過酷な環境であっても高い耐久性を有する点もグロープラグ6に好適とされる理由の一つである。
On the other hand, the bond between oxygen weakens and becomes a state close to an oxygen atom. Oxygen in this state is more reactive than normal oxygen molecules, making it easier to oxidize other things. Platinum is chemically stable and maintains a strong catalytic action especially for hydrogen, so that reliable ignition is possible. Further, one of the reasons why the
防水断熱領域50は、グロープラグ6の電熱ヒータ9を少なくとも浸水又は飛沫が及ばないように隘路を形成し、保温部材10で覆われた構成である。また、配管交差空間11の頂点に露出するように配設された電熱ヒータ9は、本装置100を動作停止したときも、喫水線B近くの水圧と均衡する残渣ガス16で覆われている。
The waterproof
なお、図1、図3(a)に示す燃焼室1に残存する残渣ガス16がある程度の体積を占有する。この残渣ガス16の体積により、充填水Wが配管交差空間11へ浸水する不具合を阻止される。したがって、電熱ヒータ9は、海水等、外部の水Waが押し寄せても、気体層が安定して保持されるので水没せず、濡れることも少なく、乾燥状態を維持できる。さらに、防水断熱領域50は金属壁面と外部の水Waとの間に保温部材10を介在させている。
The
したがって、一旦赤熱状態にまで温度上昇した電熱ヒータ9は、電熱用の通電を停止しても急冷し難く、ホットスポットを形成する。このホットスポットは、そこに可燃ガス13が近づくと着火するほどの高温を維持している。さらに、実施例2について図4を用いて後述するように、逆止弁24を防水断熱領域50と気液置換室21との間に介在させることで、グロープラグ6の水濡れを回避できる。その結果、グロープラグ6を強制発熱するために必要な電力を、より少なくしても、可燃ガス13への確実な着火が可能になる。
Therefore, the electric heater 9 whose temperature has once risen to a red-hot state is difficult to rapidly cool even when the energization for electric heating is stopped, and forms a hot spot. This hot spot maintains a high temperature enough to ignite when the
通電手段60は、グロープラグ6の電熱ヒータ9に通電することにより、可燃ガス13を着火可能に強制発熱させるヒートタイミングを得る。ヒートタイミングを得るための通電は、制御部80の制御、又は手動により、本装置100の始動時のみで足りる。すなわち、本装置100の爆発が開始されて以降に反復継続的な安定状態になるまでの所定時間Tのみであり、所定時間Tの経過以降は、爆発の熱により電熱ヒータ9を着火可能な温度に維持してホットスポットを形成する。
The energizing means 60 obtains a heat timing for forcibly generating heat of the
このため、グロープラグ6のヒートタイミングは、本装置100の始動時からその直後の短時間だけである。したがって、通電手段60は、T=約60秒程度の給電能力を備えていれば足りる。そのため、ヒータ電源64には乾電池、あるいは不図示の微弱な交流電源でも適用可能であり簡素化できる。推進力Aを付与する対象の運用次第では、本装置100の始動後は、通電手段60を分離しても構わない。このように、本装置100は、スパーク点火方式の点火プラグに代えたグロープラグ6を用いているので、スパーク点火に必要な高電圧発生手段が不要である。
Therefore, the heat timing of the
近年、カセットコンロの小型ガスボンベ、あるいは登山者等の呼吸支援用に簡便な酸素ボンベが見られる。これら使い捨ての缶によって、燃料用のガス、水素、および酸素が容易に入手可能となる傾向にある。したがって、使い捨ての水素ボンベ57や酸素ボンベ47を利用することも想定している。本装置100が大型用ならば、相当のボンベを常備し、それに対して水素スタンド等により充填することも考えられる。
In recent years, small gas cylinders for cassette stoves or simple oxygen cylinders for breathing support for climbers and the like have been seen. These disposable cans tend to make fuel gas, hydrogen, and oxygen readily available. Therefore, it is assumed that a
制御部80は、可燃ガス圧入弁5の圧入量および間欠圧入させるタイミングを制御する。満水検知手段69は、逆止弁4を介して注入された充填水Wにより気液置換室21が規定量まで満たされたこと満水センサ22の検出出力に基づいて検知する。制御部80は、満水検知手段69が、気液置換室21の満水到達を検知した後、可燃ガス13を少なくとも防水断熱領域50に圧入するように制御する。
The
防水断熱領域50の奥に高温状態に維持可能なグロープラグ6があり、そのグロープラグ6に可燃ガス13が接触した結果、燃焼室1で可燃ガス13が爆発して膨張する。この膨張力は、燃焼室1に連通する気液置換室21に及び、気液置換室21から充填水Wが溢れるので、排出口2に付設されたノズル3から噴射水31を噴射する。その噴射の反作用により、本装置100は推進力Aを発生する。
There is a
図3は、図1に示した本装置の運転中における各工程を説明するための断面図であり、(a)満水待機工程、(b)可燃ガス圧入工程、(c)着火工程、(d)膨張噴射工程、(e)燃焼完了工程、(f)注水工程を示す。ここでは、図3(f)から説明する。まず、図3(f)注水工程に示すように、逆止弁4を順方向に通過して注入された充填水Wにより、気液置換室21が規定量まで満たされた結果、図3(a)の満水待機工程となる。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining each process during operation of the apparatus shown in FIG. 1, in which (a) a full water standby process, (b) a combustible gas press-fitting process, (c) an ignition process, and (d). ) Expansion injection step, (e) combustion completion step, and (f) water injection step are shown. Here, it will be described from FIG. 3 (f). First, as shown in the water injection step of FIG. 3 (f), the gas-
つぎに、図3(b)の可燃ガス圧入工程では、制御部80の出力する制御信号に基づいて圧入弁5が一瞬開いて閉じるように開閉制御される。この圧入弁5の開閉加減により、水素燃料、および圧縮空気は、着火容易かつ燃焼容易な混合比率に加減されて可燃ガス13となり、適切なタイミングで燃焼室1に圧入される。可燃ガス13は、燃焼室1内で少なくとも電熱ヒータ9を覆うように圧入される。なお、逆火防止のための逆止弁(不図示)を、バルブと圧縮ガスの間あるいはバルブと燃焼室との間に設置してもよい。
Next, in the combustible gas press-fitting step of FIG. 3B, the press-fitting valve 5 is opened and closed so as to momentarily open and close based on the control signal output by the
図3(c)の着火工程では、可燃ガス13がグロープラグ6の電熱ヒータ9に触れて着火することにより着火炎14となる。図3(d)の膨張噴射工程では、その着火炎14が急激に拡大膨張し、図3(e)の燃焼完了工程に至る。図3(c)の着火工程において、気液置換室21の容積に対する所定割合(例えば、15%)だけ占めていた可燃ガス13が、図3(e)の燃焼完了工程では、極めて短い時間で気液置換室21の容積全体を占有するまでに充填水Wを置換排除する。
In the ignition step of FIG. 3C, the
図3(d)膨張噴射工程および図3(e)の燃焼完了工程に示すように、気液置換室21に残された充填水Wは、気液置換室21の容積に対して100%以上の体積に膨張する燃焼ガス15で置換排除される。置換排除された充填水Wは、排出口2を通じて噴射ノズル3により後ろ向きに整えられた噴射水31となって後方へ強く噴射される。その噴射の反動により、気液置換室21は前向きに強力な推進力Aを発生する。このような流体噴射の反動による推進力は、ロケットで知られているとおりである。
As shown in the expansion injection step of FIG. 3D and the combustion completion step of FIG. 3E, the filled water W left in the gas-
図3(e)の燃焼完了工程では、充填水Wの100%が、高温高圧の燃焼ガス15により置換排除される。その後、図3(f)注水工程に示すように、気液置換室21の内部に残存する燃焼ガス15が常温まで冷却収縮することによって、真空に近い低圧部分Vを生じる。
In the combustion completion step of FIG. 3E, 100% of the filled water W is replaced and eliminated by the high-temperature and high-
その結果、図3(f)の注水工程において、比較的大口径の逆止弁4の弁作用による外から内向きに流入する充填水Wと、排出口2から僅かながらも流入する外部の水Waと、により気液置換室21の内容積の大部分を、例えば、数秒以下の短時間で満水させる。なお、図3(a)満水待機工程において、気液置換室21の内部に多少の残渣ガス16等の気体が残存した状態で、つぎの可燃ガス圧入工程へと進む。
As a result, in the water injection step of FIG. 3 (f), the filled water W that flows inward from the outside due to the valve action of the check valve 4 having a relatively large diameter and the external water that slightly flows in from the
なお、本装置100は、1つの船体に対して複数を備えた多気筒構成することが好ましい。本装置100を多気筒構成し、可燃ガス圧入工程、着火工程、および膨張噴射工程の動作タイミングをずらすことにより、脈動を少なくして滑らかに連続する推進力を得ることが可能である。また、複数個の気筒別に噴射力の差をつけることで、船体を方向変換することも可能になる。
It is preferable that the
本発明の実施例1に係る本装置100は、ピストン、クランクシャフト、回転軸およびスクリュー等が不要である。したがって、主要な駆動機構に摩擦する箇所が少なく、簡素な構造であり、潤滑油を漏洩するような水質汚染の発生が少なく、しかも、失火によるエンジン停止も少なく、取り扱いが容易な推進装置を提供することが可能である。特に、本装置100は、点火プラグをスパーク式でないものに簡略化するとともに、1回毎の燃焼を確実にしてより強力かつ安定的な連続運転を可能にした。
The
また、淡水や海水等、外部の水Waで気液置換室21が満たされたときであっても、グロープラグ6の電熱ヒータ9は隘路の奥の高い位置にあるため、水濡れを防止され、常に気体層を保持し、乾燥状態を維持し易い。本装置100は、電熱ヒータ9の高温状態を維持するために、気体層を保持した上で、上述した白金の触媒作用を利用して着火し易い状態を維持できる。
Further, even when the gas-
このため、制御部80が、可燃ガス圧入弁5を適切なタイミングで間欠圧入させるように開弁制御するだけで、円滑に爆発が連続する。その結果、推進力Aを継続的に発生することができる。なお、制御部80が間欠圧入の間隔を長くするように可燃ガス圧入弁5を開閉制御すれば、本装置100は出力を低下し、可燃ガス圧入弁5を閉じて開かなければ、本装置100を停止できる。
Therefore, the explosion continues smoothly only by the
[実施例2]
図4は、図1の実施例1にハイブリッド燃焼方式の追加要素を含めた実施例2に係る本装置の要部を示す概略説明図である。なお、図1に沿って説明したものと同一効果の部材や流体等については同一符号を付して説明を省略し、主に図1と図4との相違点について説明する。図4に示すように、配管交差空間12は、直線的な2つの配管が直角に交わって連通する十字交差を中心にT字交差を2つ連結した管路の内部空間である。この配管交差空間12から複数に分岐した分岐路が構成されている。
[Example 2]
FIG. 4 is a schematic explanatory view showing a main part of the present device according to the second embodiment including the additional element of the hybrid combustion method in the first embodiment of FIG. The members and fluids having the same effect as those described with reference to FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted, and the differences between FIGS. 1 and 4 will be mainly described. As shown in FIG. 4, the
本装置110は、配管交差空間12に対し、各分岐路のうち頂点に近く高い位置から順に、第1の制御弁32を介在させた水素ボンベ57と、第2の制御弁33を介在させた液化プロパンガスボンベ46と、第3の制御弁34を介在させた酸素ボンベ47又は圧縮空気タンク56と、を接続して構成されている。ただし、これらの順番は任意で構わない。さらに、本装置110の制御部80(図1)は、1回の燃焼毎に、少なくとも酸素を含めながら、水素がプロパンガスより先に圧入されるように第1〜第3の制御弁32,33,34を開閉制御することが可能である。なお、第1の制御弁32および第3の制御弁34は、図1を用いて上述した水素圧入弁53および空気圧入弁51と、それぞれ同じ構造で、それらの動作を、制御部80を用いて、より厳格に制御するものである。
The
また、分岐路のうち頂点に位置する分岐路は、何も接続されずに行き止まりになっている。逆に、各分岐路のうち頂点の対極で低い位置の分岐路と気液置換室21との間に介在するように、気体混合器23および逆止弁24が、その順に接続されている。また、気体混合器23と逆止弁24との間に位置する分岐路には、グロープラグ6が接続されている。このグロープラグ6は、ヘアピンカーブ形状の発熱体まで採用し得るU字型ヒータ90で構成されている。
In addition, the branch road located at the apex of the branch road is a dead end without any connection. On the contrary, the
気体混合器23は、各分岐路から圧入される燃料ガスおよび酸素等を適切に混合して可燃ガス13を生成できる空間により構成されている。逆止弁24は、配管交差空間12から気液置換室21の方向のみに流通させて、逆方向の流通を阻止する。このため、グロープラグ6の近傍に形成されている防水断熱領域50に対し、気液置換室21からの浸水は阻止される。したがって、グロープラグ6は水没したり濡れたりすることがない。なお、気体混合器23は省略しても構わない。
The
本装置110は、上述の構成によって、防水断熱領域50に、水素、プロパンガス、酸素又は圧縮空気が、可燃ガス13を形成するように適切な混合比で混合されて供与される。ここで、グロープラグ6は、防水断熱領域50の奥に配設されており、高温の赤熱状態を維持されているならば、供与された可燃ガス13に点火する。
According to the above configuration, the
上述のように、水素は白金の触媒作用により着火を確実にする。一方、プロパンガスは、現状技術において保存された水素よりも、体積当たりのエネルギー密度が大きいので、船舶への搭載効率が良い。これらの事実に鑑みて、本装置110は、ハイブリッド方式、すなわち水素と、プロパンガスとを適宜に混合させるような燃焼方式によって燃焼を行えるように構成されている。
As mentioned above, hydrogen ensures ignition by the catalytic action of platinum. On the other hand, propane gas has a higher energy density per volume than hydrogen stored in the current technology, and therefore has good loading efficiency on ships. In view of these facts, the
本装置110は、1回の燃焼毎に、早いタイミングで、より着火の容易な水素と酸素が配管交差空間12へ圧入され、これら可燃性ガスが赤熱するグロープラグ6に触れ、着火して燃焼を開始する。この火炎に追随するように、水素の圧入から少し遅れたタイミングで圧入されたプロパンガスが触れて着火し、より強力な噴流を発生させることが可能である。このように、本装置110は、水素と酸素で初期点火を行い、その後、この火炎によって点火されるプロパンガスと酸素又は空気混合ガスの燃焼によって追加推進を行うものである。
In the
図4に示した実施例2に係る本装置110は、着火性の良い水素と、船舶に搭載することが容易なプロパンガスと、の両方の利点を兼ね備えており、いわばハイブリット方式の推進装置を形成している。すなわち、燃料の水素と、白金等により構成されたグロープラグ6と、の組み合わせで可燃ガス13を圧入する1回毎の燃焼を確実にしている。その結果、より強力かつ安定的な連続運転を可能する。
The
以上説明したように、本発明によれば、点火プラグをスパーク式でないものに簡略化するとともに、1回毎の燃焼を確実にして、より強力かつ安定的に連続運転を可能にした推進装置100,110を提供できる。また、本装置100については、燃料の水素を燃焼した結果、発生する排気成分は水蒸気のみであるため、この点でも大気・水質汚染は皆無である。近年、水素や酸素をより効率良く安価で安全に提供できる社会インフラも整備されつつあるので、本装置100に適する環境が実現できることが予想される。
As described above, according to the present invention, the spark plug is simplified to a non-spark type, and the
[実施例3]
図5は、図4の実施例2に第2のグロープラグの追加要素を含めた実施例3に係る本装置の要部を示す概略説明図である。なお、図1〜図4に沿って説明したものと同一効果の部材や流体等については同一符号を付して説明を省略し、主に図1〜図4に対する図5の相違点について説明する。図5に示す推進装置111は、2本のグロープラグを6A,6Bを備えている。第1のグロープラグ6Aは、第1の制御弁32を介して圧入される水素に点火する。第2のグロープラグ6Bは、第2の制御弁33を介して圧入されるプロパンガスに点火する。
[Example 3]
FIG. 5 is a schematic explanatory view showing a main part of the present device according to the third embodiment including the additional element of the second glow plug in the second embodiment of FIG. Members, fluids, and the like having the same effect as those described with reference to FIGS. 1 to 4 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted, and the differences between FIGS. 1 to 4 and FIG. 5 will be mainly described. .. The
図5に示すように、配管交差空間12A,12Bは、直線的な2つの配管が直角に交わって連通する2つの十字交差の間に2つのT字交差を連結した管路の内部空間である。この配管交差空間12A,12Bから複数に分岐した分岐路が構成されている。配管交差空間12A,12Bの概ね中心位置に気体混合器23が介在する。気体混合器23と気液置換室21との間に逆止弁24が介在している。
As shown in FIG. 5, the
この逆止弁24により、グロープラグ6Bの近傍に形成されている防水断熱領域50Bに対し、気液置換室21からの浸水は阻止される。したがって、比較的低い位置に配設されたグロープラグ6Bも水没したり濡れたりすることがない。また、上述のように、本装置111も、ハイブリッド方式、すなわち水素と、プロパンガスとを適宜に混合させるような燃焼方式によって燃焼を行えるように構成されている。
The
本装置111は、各分岐路のうち頂点に近く高い位置の配管交差空間12Aに対し、第1の制御弁32を介在させた水素ボンベ57と、第1のグロープラグ6Aと、第3の制御弁34Aを介在させた酸素ボンベ47又は圧縮空気タンク56と、が接続されている。これに対し、各分岐路のうち低い位置の分岐路と、すなわち気体混合器23と逆止弁24との間に位置する分岐路には、第2のグロープラグ6Bと、第2の制御弁33を介在させた液化プロパンガスボンベ46と、第3の制御弁34Bを介在させた酸素ボンベ47又は圧縮空気タンク56と、が接続されている。
In the
また、第3の制御弁34A,34Bは、それぞれが、第1、第2の制御弁32,33と同じタイミングで開閉制御される。つまり、第3の制御弁34Aは、第1の制御弁32と同じタイミングで開閉制御されて水素と酸素等の混合気体を生成する。また、第3の制御弁34Bは、第2の制御弁33と同じタイミングで開閉制御されてプロパンガスと酸素等の混合気体を生成する。
Further, the
本装置111の制御部80(図1)も、1回の燃焼毎に、少なくとも酸素を含めながら、水素がプロパンガスより先に圧入されるように第1〜第3の制御弁32,33,34A,34Bを開閉制御することが可能である。なお、場合によっては、水素とプロパンガスとの配分を適宜に加減しても良い。すなわち、良好な着火を必要とする場合に水素の含まれる第1の可燃ガス13Aを多く、そうでない場合は、プロパンガスの含まれる第2の可燃ガス13Bを多く配分しても良い。
The control unit 80 (FIG. 1) of the
本装置111は、上述の構成によって、防水断熱領域50Aに、水素と、酸素又は圧縮空気と、により第1の可燃ガス13Aを形成するように適切な混合比で混合されて供与される。ここで、グロープラグ6Aは、防水断熱領域50Aの奥に配設されており、高温の赤熱状態を維持されているならば、供与された第1の可燃ガス13Aに点火する。
According to the above configuration, the
同様に、本装置111の防水断熱領域50Bに、プロパンガスと、酸素又は圧縮空気とにより、第2の可燃ガス13Bを形成するように適切な混合比で混合されて供与される。ここで、グロープラグ6Bは、防水断熱領域50Bの奥に配設されており、高温の赤熱状態を維持されているならば、供与された第2の可燃ガス13Bに点火する。
Similarly, the waterproof and
本装置111は、例えば、水素を多く含有する第1の可燃ガス13Aに着火するための第1のグロープラグ6Aと、例えばプロパンガスを多く含有する第2の可燃ガス13Bに着火するための第2のグロープラグ6Bと、をそれぞれ配設し、第1、第2の可燃ガス13A,13Bそれぞれが違うタイミングで間欠圧入され、より優れた推進性能を持たせるように構成されている。すなわち、白金との着火性能が良い水素を含む第1の可燃ガス13Aと、比較的点火性能が劣るが可搬性に優れたプロパンガス等を含む第2の可燃ガス13Bと、を適切に使い分けている。つまり、第1の可燃ガス13Aで容易に着火し、その火炎によって、第2の可燃ガス13Bへの着火を安定確実にすることができる。
[実施例4]
The
[Example 4]
実施例1に示した本装置100は船舶用、すなわち水中稼働に限定したものであったことに対し、実施例4の推進装置(本装置)200は、空気中で稼働する飛行体を主な適用対象とする。以下、図6を参照して本発明の実施例4について説明する。なお、実施例1も含めた各図にわたり、同一効果の部材や流体等については同一符号を付して説明を省略し、主に実施例1と実施例4との相違点について説明する。
While the
本装置100の推進力Aは、作用・反作用の法則、および、運動量保存の法則に基づくものである。したがって、推進装置100に作用する反作用(推力)は噴射する流体(水又は空気)の質量(重量)と速度に比例する。この観点によれば、水中利用に限定される本装置100は、大質量の噴射水31の噴射速度が比較的低速であっても推進力Aを容易に得られた。
The propulsive force A of the
これに対し、本発明の実施例4に係る本装置200が、空気中を移動する飛行体に適用する場合は、相当の推力を得るために、質量が水よりはるかに小さい空気を高速で大量に噴射する必要がある。そこで、本装置200は、図6を用いて後述する流速増幅器70により、低質量の空気を高速で大量に噴射するようにした。なお、本装置200は、空中稼働に適するが、水中稼働も可能である。
On the other hand, when the
図6は本発明の実施例4に係る本装置の概略を示す一部断面図である。図6に示す本装置200は、図1に示した実施例1の気液置換室21を流速増幅器70に換装したものである。流速増幅器70は、配管交差空間11の下方に位置する燃焼室1aに連通して接続されている。すなわち、配管交差空間11の下方端が流速増幅器70の導管72と直角に交わるように接続されている。導管72は筒状であり、その長手方向の概ね中央部の外周において、配管交差空間11の下方端が半径方向に植設された構成である。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing an outline of the present apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The
流速増幅器70は、燃焼ガス15の膨張力による流速を増幅する。この流速増幅器70は、導管72と、エジェクタ噴射スリット73とより構成されている。導管72は、外部の流体71を主に前方から吸入して後方から排出する。排出されたエジェクタ噴射74は、導管72の尾部周辺の流体71を吸い寄せて、より多くのエジェクタ噴射75となって後方に強く噴射する。なお、本装置200は空中を移動する飛行体に適用するならば、流体71は空気である。また、本装置200を水中利用するならば、流体71は水である。
The
エジェクタ噴射スリット73は、導管72に吸い込まれた流体71を加速する方向に排出口2が開口し、この排出口2から燃焼ガス15を後方向に噴射する。なお、本装置200の「エジェクタ噴射スリット73」は、本発明でいう「エジェクタ噴射部73」であり、流速増幅器70を流れる流体の流速又は流量を増幅させる作用効果がある。すなわち、燃焼ガス15+流体71=エジェクタ噴射74であり、さらにエジェクタ噴射74+流体71=エジェクタ噴射75に増加する。最終的なエジェクタ噴射75の流量は、燃焼ガス15の10〜20倍に増幅される。このようにして、本装置200は、低質量の空気を高速で大量に噴射することにより、所望の推進力Aが得られる。
The ejector injection slit 73 opens the
本装置200は、空中稼働と水中稼働とを問わず、充填水Wを流入させて満水するまで数秒間も待ってから着火する必要もないので、実施例1に示した本装置100の満水センサ22および満水検知手段69は不要である。また、本装置200が空中稼働ならば、満水を数秒間も待たねば着火工程に進めないという制約条件がなく、爆発の頻度を高めることで高出力化できるので、可燃ガス圧入弁5を開弁する間欠周期を短くするように制御部80を設定する。
Regardless of whether the
本装置200は、実施例1の本装置100と同様に、配管交差空間11の頂点にグロープラグ6が配設され、この配管交差空間11を構成する水平管路17の一端18に酸素供給源40が接続され、他端19に水素供給源20が接続されている点で共通である。しかし、推進装置200が推進力Aを付与する対象は、飛行体に限らず船舶にも適用可能である。
In the
本発明に係る推進装置は、船舶又は飛行体に適用される可能性がある。船舶の場合、水深が深いか浅いか、あるいは船体の大小や用途を問わず、各種の船体に用いられる可能性がある。特に、スクリューが不要なため、水深の浅い航路の用途に好適である。 The propulsion device according to the present invention may be applied to a ship or an air vehicle. In the case of ships, it may be used for various hulls regardless of whether the water depth is deep or shallow, or the size or use of the hull. In particular, since a screw is not required, it is suitable for applications in shallow water routes.
1,1a 燃焼室、2 排出口、3 ノズル、4,24 逆止弁、5 可燃ガス圧入弁、6,6A,6B グロープラグ、9 電熱ヒータ、10 保温部材、11,12 配管交差空間、13,13A,13B 可燃ガス、14 着火炎、15 燃焼ガス、16 残渣ガス、17 水平管路、18 (水平管路の)一端、19 (水平管路の)他端、20 水素供給源、21 気液置換室、22 満水センサ、23 気体混合器、31 噴射水、32 第1の制御弁、33 第2の制御弁、34,34A,34B 第3の制御弁、40 酸素供給源、46 液化プロパンガスボンベ、47 酸素ボンベ、48,58 圧力調整器、50,50A,50B 防水断熱領域、51 空気圧入弁、52 酸素等供給管、53 水素圧入弁、54 水素供給管、55 空気圧縮機、56 圧縮空気タンク、57 水素ボンベ、60 通電手段、61 第1電極、62 第2電極、64 ヒータ電源、65 ヒータ通電スイッチ、69 満水検知手段、70 流速増幅器、73 エジェクタ噴射スリット、74,75 エジェクタ噴射、80 制御部、90 U字型ヒータ、100,110,111,200 推進装置(本装置)、A 推進力、B (船体の)喫水線、V 低圧部分、W 充填水、Wa 外部の水 1,1a Combustion chamber, 2 Discharge port, 3 nozzles, 4,24 check valve, 5 Combustible gas press-in valve, 6,6A, 6B glow plug, 9 Electric heater, 10 Heat insulation member, 11,12 Piping intersection space, 13 , 13A, 13B Combustible gas, 14 Ignition flame, 15 Combustion gas, 16 Residual gas, 17 Horizontal pipeline, 18 One end (of horizontal pipeline), 19 Other end (of horizontal pipeline), 20 Hydrogen source, 21 Q Liquid replacement chamber, 22 fullness sensor, 23 gas mixer, 31 jet water, 32 first control valve, 33 second control valve, 34, 34A, 34B third control valve, 40 oxygen supply source, 46 liquefied propane Gas cylinder, 47 oxygen cylinder, 48,58 pressure regulator, 50, 50A, 50B waterproof insulation area, 51 air press-in valve, 52 oxygen supply pipe, 53 hydrogen press-fit valve, 54 hydrogen supply pipe, 55 air compressor, 56 compression Air tank, 57 hydrogen cylinder, 60 energizing means, 61 1st electrode, 62 2nd electrode, 64 heater power supply, 65 heater energizing switch, 69 full water detection means, 70 flow velocity amplifier, 73 ejector injection slit, 74,75 ejector injection, 80 Control unit, 90 U-shaped heater, 100, 110, 111, 200 Propulsion device (this device), A propulsion force, B (of the hull) water line, V low pressure part, W filled water, Wa outside water
Claims (10)
少なくとも水素燃料および酸素を含むガスを前記燃焼室に圧入可能に開閉する可燃ガス圧入弁と、
該可燃ガス圧入弁の圧入量および間欠圧入させるタイミングを制御する制御部と、
前記燃焼室の内部又は近傍で前記可燃ガスに着火可能な位置に配設されて電熱ヒータを有するグロープラグと、
該グロープラグを着火可能に強制発熱させるヒートタイミングだけ前記電熱ヒータに通電可能な通電手段と、
前記燃焼室での爆発により膨張して溢れる流体を外部へ導出する排出口と、
を備え、
前記グロープラグに通電する前記ヒートタイミングは、始動直後から前記反復継続的な安定状態になるまでの所定時間のみであり、
該所定時間の経過以降も連続運転することにより前記可燃ガスが燃焼する熱を受ける前記電熱ヒータは通電停止後も着火可能な温度で赤熱状態に維持され、
前記燃焼室の上方に連通するとともに分岐経路が交差した内部に配管交差空間が形成され、
該配管交差空間の頂点に前記グロープラグが配設され、
前記配管交差空間を構成する水平管路の一端に酸素供給源が接続され、他端に水素供給源が接続されるようにした推進装置。 A propulsion device that generates propulsive force by the expansion force of a fluid generated by repeatedly and continuously exploding a combustible gas that is press-fitted into a combustion chamber.
A combustible gas injection valve for press-fitting able to open and close the gas into the combustion chamber comprising at least hydrogen fuel and oxygen,
A control unit that controls the press-fitting amount of the combustible gas press-fitting valve and the timing of intermittent press-fitting,
A glow plug having an electric heater arranged inside or near the combustion chamber at a position where the combustible gas can be ignited.
An energizing means capable of energizing the electric heater only at the heat timing for forcibly generating heat to ignite the glow plug.
An outlet that draws out the fluid that expands and overflows due to the explosion in the combustion chamber to the outside,
With
The heat timing for energizing the glow plug is only a predetermined time from immediately after the start to the repeated continuous stable state.
The electric heater that receives the heat of combustion of the combustible gas by continuous operation even after the lapse of the predetermined time is maintained in a reddish state at a temperature that can be ignited even after the energization is stopped .
A piping intersection space is formed inside the combustion chamber where the branch paths intersect while communicating with the upper part of the combustion chamber.
The glow plug is arranged at the apex of the pipe intersection space, and the glow plug is arranged.
The pipe cross-oxygen supply to one end of the horizontal pipe constituting the space is connected, propulsion device hydrogen supply source was so that connected to the other end.
該流速増幅器は、
外部の流体を吸入して排出する導管と、
前記導管の内部で前記流体の流れを促進する方向に前記燃焼ガスを噴射するエジェクタ噴射部と、
を有して形成された請求項1〜6の何れか1項に記載の推進装置。 A flow velocity amplifier that amplifies the flow velocity due to the expansion force of the combustion gas is further provided.
The flow velocity amplifier
A conduit that sucks in and discharges external fluid,
An ejector injection unit that injects the combustion gas in a direction that promotes the flow of the fluid inside the conduit.
The propulsion device according to any one of claims 1 to 6 , which is formed by the above.
前記燃焼室から下方に連通し前記船体の喫水線以下に配設された気液置換室と、
前記気液置換室の前端に配設されて流入のみ可能な逆止弁と、
該逆止弁を介して注入された充填水により前記気液置換室が規定量まで満たされことを検知する満水検知手段と、
前記グロープラグの前記電熱ヒータに浸水又は飛沫の及ばない隘路を有するとともに保温部材で覆われた防水断熱領域と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記満水検知手段が前記気液置換室の満水到達を検知した後、前記可燃ガスを少なくとも前記防水断熱領域に圧入して前記可燃ガスを爆発させることにより前記排出口に付設されたノズルから噴射水を噴射した反作用により前記推進力を発生する請求項1〜6の何れか1項に記載の推進装置。 The object to which the propulsion force is given is the hull.
A gas-liquid replacement chamber that communicates downward from the combustion chamber and is arranged below the waterline of the hull.
A check valve located at the front end of the gas-liquid replacement chamber and allowing only inflow.
A full water detection means for detecting that the gas-liquid replacement chamber is filled to a specified amount by the filled water injected through the check valve, and
A waterproof and heat insulating area having a bottleneck in which the electric heater of the glow plug is not flooded or splashed and covered with a heat insulating member.
With more
The control unit is attached to the discharge port by press-fitting the combustible gas into at least the waterproof heat insulating region and exploding the combustible gas after the full water detecting means detects the arrival of full water in the gas-liquid replacement chamber. The propulsion device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the propulsive force is generated by the reaction of injecting the jet water from the nozzle.
第1の制御弁を介在させた水素ボンベと、
第2の制御弁を介在させた液化プロパンガスボンベと、
第3の制御弁を介在させた酸素ボンベ又は圧縮空気タンクと、を接続し、
前記制御部は、1回の燃焼毎に、少なくとも酸素又は空気を含めながら、水素がプロパンガスより先に圧入されるように前記第1〜第3の制御弁を開閉制御する請求項1〜8の何れか1項に記載の推進装置。 In the piping intersection space,
A hydrogen cylinder with a first control valve in between,
A liquefied propane gas cylinder with a second control valve in between,
Connect to an oxygen cylinder or compressed air tank with a third control valve interposed therebetween.
Claims 1 to 8 control the opening and closing of the first to third control valves so that hydrogen is press-fitted before propane gas while containing at least oxygen or air for each combustion. The propulsion device according to any one of the above items.
前記第1の制御弁を介して圧入される水素を含む可燃ガスに点火するために第1のグロープラグと、
前記第2の制御弁を介して圧入されるプロパンガス含む可燃ガスに点火するために第2のグロープラグと、
の2本を備えるようにした請求項9に記載の推進装置。 The glow plug
A first glow plug to ignite a combustible gas containing hydrogen that is press-fitted through the first control valve.
A second glow plug to ignite a combustible gas containing propane gas that is press-fitted through the second control valve.
The propulsion device according to claim 9 , further comprising two of the above.
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