電磁誘導型磁気流体力学（ＭＨＤ）推進エンジン
【課題】磁場中の電解質において、正負の電極間に直流電流を流すと、電解質には磁場と電流方向に対して垂直な方向へローレンツ力が作用する。この力を海上船舶等の推進力に利用することが研究されているが、通電時、電極の海水との電気化学反応による腐食劣化と、電極からの有毒な塩素ガスの発生が実用化への大きな障壁となっている。
【解決手段】電磁誘導が電極無しで金属線に電流を流す現象はトランスの２次コイルで現れるが、この２次コイルに電解質を用いる。トランスの２次コイル電流は、１次コイル電流の時間微分と、１次と２次コイルの相互インダクタンスに比例する。この方法で磁場中電解質に電流を流し、それによって発生するローレンツ力を、海水を押し出す力に用いる。電極を使用しないために電気化学反応は起きず、海水から有毒な塩素ガスは発生しない。
【解決手段】電磁誘導が電極無しで金属線に電流を流す現象はトランスの２次コイルで現れるが、この２次コイルに電解質を用いる。トランスの２次コイル電流は、１次コイル電流の時間微分と、１次と２次コイルの相互インダクタンスに比例する。この方法で磁場中電解質に電流を流し、それによって発生するローレンツ力を、海水を押し出す力に用いる。電極を使用しないために電気化学反応は起きず、海水から有毒な塩素ガスは発生しない。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気流体力学（ＭＨＤ）推進エンジンの欠点である電流発生のための電極を取り除き、替わりに電磁誘導によるトランス型電流発生装置を組み込んだ、海上または海中を推進する船舶等の為のＭＨＤ推進機関に関するものである。
【従来例】
【０００２】
現在、ＭＨＤ推進船は、まだ一般には普及しておらず、直流電極を起電力源に用いた試験船が建造されているのみである。その理由として、強磁場を発生させるための超伝導技術が割高であること、海水に直流電流を流した場合の電極の電気化学反応による腐食、そのとき電極から発生する有害な塩素ガスの環境への悪影響等が挙げられる。
また、これらの問題を回避するために、海水中のイオンが電極に到達する寸前に交流で極を入れ替えて逆戻りさせ、電極表面での電気化学反応を防ぐ方法などが検討されてはいるが、その場合、超伝導強磁場も電場の極の入れ替えに同期させて磁極Ｎ−Ｓを入れ替えねばならず、このような高周波の電場、超伝導磁場の同期発生は大きなインピーダンス抵抗のために現実的には不可能といってよい。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
既存のＭＨＤ推進エンジンは、電極表面の腐食や電極から発生する有毒塩素ガスのために実用化は困難である。電極無しでＭＨＤ推進エンジン内の海水に起電力を生み出せるならば、これらの問題は一度に解決できる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
トランスの２次コイルには一般に交流ではあるが電極が無くても、電磁誘導により電流が流れる。この電磁誘導の原理を応用することでＭＨＤ推進エンジンから電極を取り去ることが可能である。そのために図１のような装置を考案し、１次コイルには図２のように電流Ｉ１を一定の割合で増加（減少）するように流す。図１のトランスで２次コイルに電解質である海水を満たした管を使用する。２次コイルに発生する起電力Ｅ２は、
Ｅ２＝−ＭｄＩ１／ｄｔ−Ｌ２ｄＩ２／ｄｔ （１）
で与えられる。ここでＭは１次コイルと２次コイルの相互インダクタンスであり、Ｌ２は２次コイルの自己インダクタンスである。（１）式右辺第一項中のＩ１を一定の割合に図２のように長周期で増加（減少）させると右辺第一項は定数となり、Ｉ１増加（減少）中に回路の発振等は考えられないので左辺の起電力も一定値になるべきで、右辺第二項も定数になる。起電力Ｅ２は時間一定なのでそれにより発生する電流Ｉ２も時間一定となり、その時間微分の（１）式右辺第二項はゼロとなる。
海水の２次コイル側ループの電気抵抗をΩとすると２次コイルに流れる電流Ｉ２は
Ｅ２＝ΩＩ２ （２）
より与えられる。これらの議論から海水の２次コイルに一定の電流Ｉ２を流すためには、図２のように１次コイルの電流Ｉ１を一定の割合で増加（減少）するように流せばよい。
２次コイルの海水に流れる電流Ｉ２は磁場Ｂの領域を通るとき、単位長さ当たり
Ｆ＝Ｉ２ｘＢ （３）
の力を噴射口方向に受けるため、海水は吸入口から吸われ噴射口方向に押し出されることになる。
【０００５】
図１の１次コイルに流せる許容電流にも限界があるが、出来るだけ多くの電流を流すために超伝導コイルを用いる。超伝導コイルにも電流の上限があるので、上限に達したところで今度は図２のように一定の割合でＩ１を減少させて行く。このとき電流Ｉ２は、式（１）より符号が変わる。図１中の磁石も超伝導磁石であるが、図１の構造のままでは磁極を反転させない限り（３）式より海水の流れも逆転してしまう。
【０００６】
図３は１次コイル電流が増加から減少に変わっても海水入口から出口への流れ方向が一定となるように流水管に逆止弁とバイパス管を取り付けたものである。これにより磁極の反転なしに水の噴射を一定の方向に保つことが可能である。
【０００７】
電気エネルギーを海水の運動エネルギーに効率よく変換するためには、磁場Ｂを強くするほかに相互インダクタンスＬを大きくしなくてはならない。そのためには、模式図の図１のような２次コイルが１回巻きではＬが小さいので、実際にはトランスの鉄心の周りを複数回巻くことで相互インダクタンスＬを大きくする。
【発明の効果】
【０００８】
電磁誘導型ＭＨＤ推進エンジンの開発は、既存の電極を持つＭＨＤ推進エンジンの欠点である電極の腐食の問題を解決している。
【０００９】
ＭＨＤ推進エンジンから電極を取り除いた電磁誘導型ＭＨＤ推進エンジンは、電極から発生する有害塩素ガスの発生の問題を解決している。
【００１０】
更にこのエンジンの発明は、排ガスも出さず、電気のエネルギーだけで、水上または水中を音も無く進む低公害船の開発を可能としている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電磁誘導型ＭＨＤ推進エンジンの原理と模式図。〔符号の説明〕１・・主流水管 ２・・ループ電流管 ３・・超伝導磁石 ４・・トランス ５・・一次コイル導線
【図２】１次コイル電流と２次コイル電磁誘導電流の時間変化。
【図３】電磁誘導型ＭＨＤ推進エンジン断面とバイパス管と逆止弁の位置。
【符号の説明】
１・・主流水管
２・・ループ電流管
３・・超伝導磁石
４・・トランス
５・・一次コイル導線
６・・逆止弁
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気流体力学（ＭＨＤ）推進エンジンの欠点である電流発生のための電極を取り除き、替わりに電磁誘導によるトランス型電流発生装置を組み込んだ、海上または海中を推進する船舶等の為のＭＨＤ推進機関に関するものである。
【従来例】
【０００２】
現在、ＭＨＤ推進船は、まだ一般には普及しておらず、直流電極を起電力源に用いた試験船が建造されているのみである。その理由として、強磁場を発生させるための超伝導技術が割高であること、海水に直流電流を流した場合の電極の電気化学反応による腐食、そのとき電極から発生する有害な塩素ガスの環境への悪影響等が挙げられる。
また、これらの問題を回避するために、海水中のイオンが電極に到達する寸前に交流で極を入れ替えて逆戻りさせ、電極表面での電気化学反応を防ぐ方法などが検討されてはいるが、その場合、超伝導強磁場も電場の極の入れ替えに同期させて磁極Ｎ−Ｓを入れ替えねばならず、このような高周波の電場、超伝導磁場の同期発生は大きなインピーダンス抵抗のために現実的には不可能といってよい。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
既存のＭＨＤ推進エンジンは、電極表面の腐食や電極から発生する有毒塩素ガスのために実用化は困難である。電極無しでＭＨＤ推進エンジン内の海水に起電力を生み出せるならば、これらの問題は一度に解決できる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
トランスの２次コイルには一般に交流ではあるが電極が無くても、電磁誘導により電流が流れる。この電磁誘導の原理を応用することでＭＨＤ推進エンジンから電極を取り去ることが可能である。そのために図１のような装置を考案し、１次コイルには図２のように電流Ｉ１を一定の割合で増加（減少）するように流す。図１のトランスで２次コイルに電解質である海水を満たした管を使用する。２次コイルに発生する起電力Ｅ２は、
Ｅ２＝−ＭｄＩ１／ｄｔ−Ｌ２ｄＩ２／ｄｔ （１）
で与えられる。ここでＭは１次コイルと２次コイルの相互インダクタンスであり、Ｌ２は２次コイルの自己インダクタンスである。（１）式右辺第一項中のＩ１を一定の割合に図２のように長周期で増加（減少）させると右辺第一項は定数となり、Ｉ１増加（減少）中に回路の発振等は考えられないので左辺の起電力も一定値になるべきで、右辺第二項も定数になる。起電力Ｅ２は時間一定なのでそれにより発生する電流Ｉ２も時間一定となり、その時間微分の（１）式右辺第二項はゼロとなる。
海水の２次コイル側ループの電気抵抗をΩとすると２次コイルに流れる電流Ｉ２は
Ｅ２＝ΩＩ２ （２）
より与えられる。これらの議論から海水の２次コイルに一定の電流Ｉ２を流すためには、図２のように１次コイルの電流Ｉ１を一定の割合で増加（減少）するように流せばよい。
２次コイルの海水に流れる電流Ｉ２は磁場Ｂの領域を通るとき、単位長さ当たり
Ｆ＝Ｉ２ｘＢ （３）
の力を噴射口方向に受けるため、海水は吸入口から吸われ噴射口方向に押し出されることになる。
【０００５】
図１の１次コイルに流せる許容電流にも限界があるが、出来るだけ多くの電流を流すために超伝導コイルを用いる。超伝導コイルにも電流の上限があるので、上限に達したところで今度は図２のように一定の割合でＩ１を減少させて行く。このとき電流Ｉ２は、式（１）より符号が変わる。図１中の磁石も超伝導磁石であるが、図１の構造のままでは磁極を反転させない限り（３）式より海水の流れも逆転してしまう。
【０００６】
図３は１次コイル電流が増加から減少に変わっても海水入口から出口への流れ方向が一定となるように流水管に逆止弁とバイパス管を取り付けたものである。これにより磁極の反転なしに水の噴射を一定の方向に保つことが可能である。
【０００７】
電気エネルギーを海水の運動エネルギーに効率よく変換するためには、磁場Ｂを強くするほかに相互インダクタンスＬを大きくしなくてはならない。そのためには、模式図の図１のような２次コイルが１回巻きではＬが小さいので、実際にはトランスの鉄心の周りを複数回巻くことで相互インダクタンスＬを大きくする。
【発明の効果】
【０００８】
電磁誘導型ＭＨＤ推進エンジンの開発は、既存の電極を持つＭＨＤ推進エンジンの欠点である電極の腐食の問題を解決している。
【０００９】
ＭＨＤ推進エンジンから電極を取り除いた電磁誘導型ＭＨＤ推進エンジンは、電極から発生する有害塩素ガスの発生の問題を解決している。
【００１０】
更にこのエンジンの発明は、排ガスも出さず、電気のエネルギーだけで、水上または水中を音も無く進む低公害船の開発を可能としている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電磁誘導型ＭＨＤ推進エンジンの原理と模式図。〔符号の説明〕１・・主流水管 ２・・ループ電流管 ３・・超伝導磁石 ４・・トランス ５・・一次コイル導線
【図２】１次コイル電流と２次コイル電磁誘導電流の時間変化。
【図３】電磁誘導型ＭＨＤ推進エンジン断面とバイパス管と逆止弁の位置。
【符号の説明】
１・・主流水管
２・・ループ電流管
３・・超伝導磁石
４・・トランス
５・・一次コイル導線
６・・逆止弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気流体力学（ＭＨＤ）推進エンジン内磁場中の海水に電流を流すための起電力源として、電磁誘導を用いることで、無電極化を可能としたＭＨＤ推進エンジン。
【請求項１】
磁気流体力学（ＭＨＤ）推進エンジン内磁場中の海水に電流を流すための起電力源として、電磁誘導を用いることで、無電極化を可能としたＭＨＤ推進エンジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−７３４６０（Ｐ２００９−７３４６０Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７４４４１（Ｐ２００７−２７４４４１）
【出願日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【出願人】（５０２０３０４２２）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【出願人】（５０２０３０４２２）
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