JP2007535643A - Power generation method and apparatus using turbine - Google Patents
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Abstract
本発明は、タービンを利用した動力発生方法及び装置に関するもので、流体を低速に圧縮する圧縮機と；前記圧縮機によって圧縮された高圧の流体を高速に膨張させるノズルが内部に具備され、前記ノズルの外側には、モーターによって膨張流体速度の半分の速度でノズルと同じ方向に回転するタービンの具備された膨張タービンと；前記膨張タービンのモーターと伝動軸で連結され、前記伝動軸を介して伝達される軸動力を電気エネルギーに変換する発電機；とで構成されることによって、既存発電設備のような別途の燃料使用や、前記燃料を加熱するための装置の構成及び復水器が不要になるようにして、低費用高効率による経済性と親環境的な発電設備の具現及び設備の小型化が図れるという効果を有することになる。 The present invention relates to a power generation method and apparatus using a turbine, and includes a compressor that compresses a fluid at a low speed; and a nozzle that expands a high-pressure fluid compressed by the compressor at a high speed. An expansion turbine having a turbine that rotates in the same direction as the nozzle at a speed half the expansion fluid velocity by a motor; and is connected to the motor of the expansion turbine by a transmission shaft, and is connected to the outside of the nozzle through the transmission shaft By using a generator that converts the transmitted shaft power into electrical energy, it is not necessary to use a separate fuel, such as existing power generation equipment, or to construct a device and a condenser for heating the fuel. As a result, it is possible to achieve the economical efficiency due to low cost and high efficiency, the implementation of an environmentally friendly power generation facility, and the miniaturization of the facility.
Description
〔技術分野〕
本発明は、タービンを利用した動力発生方法及び装置に関するもので、より詳細には、空気及び水などのように周辺にある全ての物質の分子運動エネルギーを軸動力変換させて動力を得られるようにしながら、凝縮機能を有するタービンを利用した動力発生方法及び装置に関するものである。
〔Technical field〕
The present invention relates to a power generation method and apparatus using a turbine. More specifically, the present invention can obtain power by converting the molecular kinetic energy of all surrounding materials such as air and water to axial power conversion. However, the present invention relates to a power generation method and apparatus using a turbine having a condensing function.
〔背景技術〕
一般的に、発電機の種類は、水の落差を利用して発電させる水力発電機と、熱を利用して発電させる火力発電機などがあり、火力発電機は、石油、石炭、ガスなどの燃料の燃焼によって熱エネルギーを機械エネルギーに変え、再び発電機を回転させて電気エネルギーに変換させることを遂行する設備で、その種類が多様で、ボイラーと蒸気タービンを使う発電を汽力発電という。
[Background Technology]
In general, there are two types of generators: hydroelectric generators that generate electricity using the head of water, and thermal generators that generate electricity using heat. Thermal generators such as oil, coal, and gas It is a facility that converts thermal energy into mechanical energy by burning fuel and rotates the generator again to convert it into electrical energy. There are various types of power generation that uses boilers and steam turbines and is called steam power generation.
汽力発電は、燃料を燃焼させて得られる熱エネルギーをボイラーで水に伝え高温高圧の蒸気に変え、この蒸気は、蒸気タービンに誘導され、その内部で膨張しながらタービンの羽根車に回転力を与え、熱エネルギーは、機械エネルギーに変換される。蒸気は、膨張後低温低圧になってタービンを出て復水器の中で水に凝縮されるのだが、この凝縮された水を復水といい、復水は再びポンプに加圧されて高圧状態でボイラーに送り込まれるもので、水はボイラーとタービンの間を循環して熱の吸収と放出をする熱サイクルを構成することになるもので、このように加熱−膨張−凝縮−昇圧をする熱サイクルをランキンサイクルという。 Steam power generation transfers the heat energy obtained by burning fuel to water in a boiler and converts it into high-temperature and high-pressure steam, which is induced by a steam turbine and expands in the interior while applying rotational force to the turbine impeller. Given, thermal energy is converted to mechanical energy. Steam expands at low temperature and low pressure after expansion, exits the turbine, and condenses into water in the condenser. This condensed water is called condensate, and the condensate is pressurized to the pump again and pressurized. The water is fed into the boiler in a state, and the water circulates between the boiler and the turbine to constitute a heat cycle that absorbs and releases heat, thus heating-expanding-condensing-pressurizing. The thermal cycle is called Rankine cycle.
このようなランキンサイクルを利用して発電設備を構成するためには、必ず燃料を燃焼させるための加熱器と、加熱されて得られた気体を膨張させるための膨張機、膨張後低温低圧に状態変化された気体を水に凝縮させるための復水器、水を再び高圧状態で加熱装置側に送り込むための昇圧器が必需的に要求される。 In order to construct a power generation facility using such a Rankine cycle, a heater for always burning fuel, an expander for expanding the gas obtained by heating, and a state of low temperature and low pressure after expansion A condenser for condensing the changed gas into water and a booster for sending water again to the heating device in a high pressure state are required.
従って、従来の蒸気発電設備は、燃料を燃焼して熱源を獲得するので、燃料を燃焼する過程の中で発生する各種有毒ガスなどによって環境汚染の主な原因となってきただけでなく、継続的な燃料の消費による高費用低効率を引き起こし、前記した各種装置、つまり加熱器と膨張機及び復水器、昇圧器の全てを設置することによる設備の大型化及び莫大な費用負担を招くという問題点があった。 Therefore, the conventional steam power generation equipment acquires the heat source by burning the fuel, so it is not only the main cause of environmental pollution due to various toxic gases generated in the process of burning the fuel, but also continues High cost and low efficiency due to general fuel consumption, and the installation of all the above-mentioned devices, that is, a heater, an expander, a condenser, and a booster, increase the size of equipment and enormous costs. There was a problem.
そして、通常の膨張機は主にシリンダー、ピストン、バルブの作用によって膨張時に動力を得ることになるのだが、この時十分な膨張がなされないため、燃料の燃焼によって発生したエネルギーを軸動力に全て変えられないという問題点があるだけでなく、前記のようなランキンサイクルを利用した発電設備において、燃料を燃焼させるための加熱器と膨張機とを介して出た排気ガスを凝縮させる復水器が必ず必要なので、設備の大型化は勿論、経済性が低下されるという問題点があった。 A normal expander obtains power during expansion mainly by the action of cylinders, pistons, and valves. However, since sufficient expansion is not performed at this time, all energy generated by fuel combustion is converted into shaft power. In addition to the problem that it cannot be changed, the condenser that condenses the exhaust gas emitted through the heater and the expander for burning the fuel in the power generation facility using the Rankine cycle as described above. Therefore, there is a problem that not only the equipment is enlarged but also the economy is lowered.
一方、現在実用化されている電池は化学的方法によるものが大半で、物理的な電池は特殊分野でだけ使用されており、１個の電池から得られるエネルギーも大変少ない。化学的な電池は、１次電池と２次電池とに分けることができるのだが、１次電池は、作用物質を電極の近くに予め入れておき、この物質の化学変化によって生じる電気エネルギーを利用するもので、作用物質の化学変化が終わると寿命が尽きて再生することができず、これにはたくさんの種類があるのだが、乾電池として広く使用されている。 On the other hand, most of the batteries that are currently put into practical use are chemical methods, and physical batteries are used only in special fields, and the energy obtained from one battery is very small. Chemical batteries can be divided into primary batteries and secondary batteries. In primary batteries, the active substance is placed in the vicinity of the electrode in advance, and electrical energy generated by the chemical change of this substance is used. However, once the chemical change of the active substance is over, it will be exhausted and cannot be regenerated, and there are many types, but it is widely used as a dry battery.
２次電池は、電気エネルギーを放出して作用物質が変化した後電池に電気エネルギーを供給、つまり充電することによって、作用物質が再生され、これを繰り返すことができるもので、蓄電池として多く使用されている。 A secondary battery is a battery that can be regenerated and repeated by supplying electrical energy to the battery after charging, that is, charging, after the active substance has been changed by releasing electrical energy, and is often used as a storage battery. ing.
このように、前記１次電池は、寿命が尽きると再生できないため、使用後そのまま捨てられることになるのだが、この時乾電池の分離回収及び廃棄による困難と経済性の低下を招くのは勿論、環境汚染の問題を抱えているという実情がある。 As described above, the primary battery cannot be regenerated when it has reached the end of its life, so it will be discarded as it is after use. There is a fact that we have a problem of environmental pollution.
これに反し、２次電池は、再生が可能なので、前記のような問題点は有していないが、作用物質を再生するための繰り返し作業のため、使用の煩わしさ及び不便性を招くという問題点があった。 Contrary to this, since the secondary battery can be regenerated, it does not have the above-mentioned problems, but it is a problem of inconvenience and inconvenience in use due to repetitive work for regenerating the active substance. There was a point.
〔発明の開示〕
そこで、本発明は、前記のような従来の諸般問題点を解消するために創案されたもので、その目的は、空気及び水などのような周辺にある全ての物質の分子運動エネルギーを軸動力に変換して動力が得られるようにしながら、凝縮機能を有することによって、既存発電設備のように別途の燃料使用や前記燃料を加熱するための装置の構成及び復水器が不要になるようにして、低費用高効率による経済性と親環境的な発電設備の具現及び設備の小型化が図れるようにすることにある。
[Disclosure of the Invention]
Therefore, the present invention was devised to solve the conventional problems as described above, and its purpose is to use the molecular kinetic energy of all the surrounding materials such as air and water as axial power. By having a condensing function, it is possible to eliminate the use of a separate fuel, the configuration of a device for heating the fuel, and a condenser as in the existing power generation equipment. Therefore, it is intended to realize low cost and high efficiency economical and environmentally friendly power generation equipment and downsizing the equipment.
また、本発明の目的は、流体の分子運動エネルギーを軸動力に変えるための高速膨張が容易であり、膨張された流体がタービンと衝突する時、タービンに対する流体の分子運動エネルギーの伝達が十分になされて、凝縮効率を高めることができるようにすることにある。 In addition, the object of the present invention is that high-speed expansion is easy to change the molecular kinetic energy of the fluid into axial power, and when the expanded fluid collides with the turbine, the molecular kinetic energy of the fluid is sufficiently transmitted to the turbine. It is done to be able to increase the condensation efficiency.
また、本発明の目的は、１次電池のように再生が不可能であるか、２次電池のように作用物質の再生のための繰り返し的な充電作業無しでも電気エネルギーを得て使用できるようにすることによって、乾電池の廃棄による環境汚染の防止は勿論、使用の簡便性及び経済性を確保する事である。 Further, the object of the present invention is to make it possible to obtain and use electric energy without regenerating as in the case of a primary battery or without repetitive charging work for regenerating the active substance as in the case of a secondary battery. In this way, not only the environmental pollution due to the disposal of the dry battery is prevented, but also the ease of use and the economical efficiency are ensured.
このような本発明の目的を達成するために、流体を圧縮機で低速圧縮する第１段階と；前記第１段階の高圧流体を、ノズルを利用して高速に膨張させて、流体の圧力エネルギーを速度エネルギーに転換する第２段階と；前記第２段階の流体速度の半分の速度でノズルの吐出方向に回転するタービンに膨張気体を衝突させて、流体の運動エネルギーを軸動力に変換する第３段階と；前記第３段階の軸動力のうち一部エネルギーは、タービンを流体速度の半分の速度に回転させるための機械的エネルギーに消費し、残りの軸動力は、タービンと連結された発電機を稼動させて電気エネルギーを得るようにする第４段階；とから成っていることを特徴とするタービンを利用した動力発生方法が提供される。 In order to achieve such an object of the present invention, a first stage of low-speed compression of a fluid with a compressor; and a high-pressure fluid of the first stage is expanded at high speed using a nozzle to obtain pressure energy of the fluid A second stage for converting the kinetic energy of the fluid into shaft power by causing the expansion gas to collide with a turbine rotating in the discharge direction of the nozzle at half the fluid speed of the second stage; Three stages; part of the shaft power in the third stage is consumed by mechanical energy for rotating the turbine to half the fluid speed, and the remaining shaft power is generated by the power generation connected to the turbine. A power generation method using a turbine is provided, characterized in that it comprises a fourth stage of operating the machine to obtain electrical energy.
また、流体を低速に圧縮する圧縮機と；前記圧縮機によって圧縮された高圧の流体を高速に膨張させるノズルが内部に具備され、前記ノズルの外側には、モーターによって膨張流体速度の半分の速度でノズルと同じ方向に回転するタービンの具備された膨張タービンと；前記膨張タービンのモーターと伝動軸で連結され、前記伝動軸を介して伝達される軸動力を電気エネルギーに変換する発電機；とで構成されていることを特徴とするタービンを利用した動力発生装置が提供される。 A compressor that compresses the fluid at a low speed; and a nozzle that expands the high-pressure fluid compressed by the compressor at a high speed, and a motor that is half the expansion fluid speed by a motor outside the nozzle. An expansion turbine having a turbine rotating in the same direction as the nozzle; and a generator connected to a motor of the expansion turbine by a transmission shaft and converting shaft power transmitted through the transmission shaft into electric energy; The power generator using the turbine characterized by being comprised by this is provided.
また、前記圧縮機は、スクロール圧縮機で構成されていることを特徴とする。 The compressor may be a scroll compressor.
また、前記膨張タービンは、ハウジングの中央部に形成された吸入口に対して直角をなす同心円上に、多数の固定羽根がハウジングの内側に同一方向に固定配置されたノズルと；前記固定羽根と対称をなす多数の回転羽根を含み、前記回転羽根は、モーターの動力によって、ノズルの吐出方向と同じ方向に回転するタービン；とで構成されていることを特徴とする。 The expansion turbine includes a nozzle in which a plurality of fixed blades are fixedly arranged in the same direction on the inner side of the housing on a concentric circle perpendicular to a suction port formed in a central portion of the housing; It includes a plurality of symmetric rotating blades, and the rotating blades are constituted by a turbine that rotates in the same direction as the nozzle discharge direction by the power of a motor.
また前記ノズルは、固定羽根の間の入口側に流路断面積を縮小した縮小経路が形成され、前記固定羽根を端部側に向かうにつれ細くなるように形成して、固定羽根の間の出口側の流路断面積を拡大した吐出流路を有するドラバルノズル構造に構成されていることを特徴とする。 In addition, the nozzle is formed with a reduced path in which the cross-sectional area of the flow path is reduced on the inlet side between the fixed blades, and the fixed blade is formed so as to become narrower toward the end side, and the outlet between the fixed blades The present invention is characterized in that it is configured as a drab nozzle structure having a discharge flow channel with an enlarged flow channel cross-sectional area.
また、前記回転羽根は、両端が細くなる円弧形の羽根で形成され、回転羽根の間に流入口と吐出口を形成し、前記流入口を介して流入された膨張空気が回転羽根と接触する時間が長くなるように、回転羽根の中心を基準に入力部より出力部の長さが長く形成されていることを特徴とする。 The rotating blade is formed by an arc-shaped blade whose both ends are narrowed, and an inlet and a discharge port are formed between the rotating blades, and the expanded air that has flowed in through the inlet contacts the rotating blade. The length of the output unit is longer than the input unit with respect to the center of the rotary blade so that the time required for the rotation is longer.
また、前記圧縮機と膨張タービンの間に凝縮器を具備し、前記膨張タービンと圧縮機の間には蒸発器を具備して、冷凍サイクルをなすように構成されていることを特徴とする。 Further, a condenser is provided between the compressor and the expansion turbine, and an evaporator is provided between the expansion turbine and the compressor so as to form a refrigeration cycle.
また、沸騰点の低い作動流体の充填されたバッテリーパックと；前記バッテリーパックの内部で沸騰する作動流体を高速膨張させるノズルが内部に具備され、前記ノズルの外側には、（＋）（−）供給端子と電気回路的に連結されたモーターによって、膨張された作動流体の半分の速度でノズルと同じ方向に回転するタービンの具備された膨張タービンと；前記膨張タービンのモーターと伝動軸で連結され、前記伝動軸を介して伝達される軸動力を電気エネルギーに変換する発電機と；前記発電機で得られた電流を充電し、バッテリーパックの（＋）（−）放出端子と電気回路的に連結される充電素子；とで構成されていることを特徴とするタービンを利用した動力発生装置が提供される。 A battery pack filled with a working fluid having a low boiling point; and a nozzle for rapidly expanding the working fluid boiling inside the battery pack; and (+) (−) outside the nozzle An expansion turbine having a turbine rotating in the same direction as the nozzle at a speed half of the expanded working fluid by a motor electrically connected to the supply terminal; and connected to the motor of the expansion turbine by a transmission shaft; A generator for converting shaft power transmitted through the transmission shaft into electric energy; and charging the current obtained by the generator to electrically connect the (+) (−) discharge terminal of the battery pack There is provided a power generation device using a turbine, characterized in that the power generation device includes a connected charging element.
また、前記バッテリーパックは、熱伝達がなされる金属材質で形成され、前記（＋）（−）放出端子と（＋）（−）供給端子は、バッテリーパックと絶縁がなされるように構成されていることを特徴とする。 In addition, the battery pack is formed of a metal material capable of transferring heat, and the (+) (−) discharge terminal and the (+) (−) supply terminal are configured to be insulated from the battery pack. It is characterized by being.
〔発明を実施するための最良の形態〕
以下、添付の図面を参照して、本発明によるタービンを利用した動力発生方法及び装置に関して詳細に説明する。
[Best Mode for Carrying Out the Invention]
Hereinafter, a power generation method and apparatus using a turbine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は、本発明によるタービンを利用した動力発生方法に関するフローチャートで、ここに図示されているように、本発明は、低速圧縮−高速膨張−衝突−発電の４段階に分けられる。 FIG. 1 is a flowchart related to a power generation method using a turbine according to the present invention. As shown in FIG. 1, the present invention is divided into four stages: low-speed compression-high-speed expansion-collision-power generation.
第１段階は、流体を圧縮機で低速圧縮させる過程で、前記流体は、空気、水などのように固有分子運動エネルギーを有している周辺の全ての物質を含み、この物質たちは、前記の圧縮過程によって高圧状態になる。 The first stage is a process in which a fluid is compressed at a low speed by a compressor, and the fluid includes all the surrounding materials having intrinsic molecular kinetic energy such as air, water, etc. It becomes a high pressure state by the compression process.
第２段階は、第１段階によって高圧になった流体を高速に膨張させて、前記流体の圧力エネルギーを速度エネルギーに転換する過程としてノズルが使用され、前記ノズルは、通常の流体が通過する面積、流路面積を縮小したもので、流体は、ノズルを通過する間、流路面積が急に狭くなったり広くなる流路面積の変化によって超音速流となって高速に膨張することになり、これによって流体の圧力エネルギーが速度エネルギーに転換されるものである。 In the second stage, a nozzle is used as a process of rapidly expanding the fluid whose pressure has been increased by the first stage and converting the pressure energy of the fluid into velocity energy, and the nozzle has an area through which a normal fluid passes. The flow area is reduced, and while the fluid passes through the nozzle, the flow area suddenly narrows or widens, and the fluid expands at high speed as a supersonic flow due to the change in the flow area. This converts the fluid pressure energy into velocity energy.
第３段階は、第２段階によって高速に膨張された流体をタービンと衝突させ、流体の有している分子運動エネルギーを軸動力に変える過程で、このために、モーターと軸で連結された前記タービンはノズルの吐出方向と同じ方向に回転するのだが、この回転速度は流体の半分に該当する速度で回転することになる。 The third stage is a process in which the fluid expanded at a high speed by the second stage collides with the turbine, and the molecular kinetic energy of the fluid is converted into axial power. The turbine rotates in the same direction as the discharge direction of the nozzle, but this rotation speed rotates at a speed corresponding to half of the fluid.
ここに適用されるノズル及びタービンに関する構造や作用は、後述の装置で具体的に説明することにする。 The structure and operation related to the nozzle and turbine applied here will be described in detail with an apparatus described later.
通常的に、完全弾性衝突である時は、弾性の良いボールが壁にぶつかった後、同じ速度で弾け出ることになるが、ボールと壁が同一方向の同じ速度で動くことになると、ボールの運動エネルギーを壁に伝達することができなくなる。 Normally, in a fully elastic collision, a ball with good elasticity hits the wall and then bounces at the same speed, but when the ball and the wall move at the same speed in the same direction, It becomes impossible to transmit kinetic energy to the wall.
また、壁が動く場合は、ボールが動く壁にぶつかる時、ボールの有していた運動エネルギーは壁に伝達されるが、この時この壁がボールの動く速度の半分である場合は、ボールの運動エネルギーが全て壁に伝達され、そのボールは停止することになる。 When the wall moves, when the ball hits the moving wall, the kinetic energy that the ball has is transmitted to the wall. At this time, if the wall is half the moving speed of the ball, All the kinetic energy is transferred to the wall and the ball stops.
このような自然法則によって、前記タービンを、ノズルを介して出る流体の半分の速度と同じ方向に回転させると、タービンに流体が衝突する時、流体の有している運動エネルギーが全てタービンに伝達されることによって、流体のエネルギーが軸動力に変わることになるのである。 When the turbine is rotated in the same direction as the half speed of the fluid exiting the nozzle according to such a natural law, when the fluid collides with the turbine, all the kinetic energy possessed by the fluid is transmitted to the turbine. By doing so, the energy of the fluid changes to shaft power.
そして、運動エネルギーを全てタービンに奪われた流体は、低温低圧状態の液体に凝縮されてしまうか、他の用途に活用されることができるようになるのである。 Then, the fluid from which all the kinetic energy has been taken away by the turbine is condensed into a liquid in a low-temperature and low-pressure state, or can be used for other purposes.
第４段階は、前記第３段階によってタービンに伝達された軸動力のうちの一部は、前記タービンを常に流体の半分の速度に回転させるのに必要な機械的エネルギーに消費し、残りの軸動力は、タービンと連結されたモーターと軸で連結された発電機を稼動させて電気的エネルギー、動力を得るのに使用されるのである。 In the fourth stage, a part of the shaft power transmitted to the turbine by the third stage is consumed by the mechanical energy necessary to constantly rotate the turbine to half the speed of the fluid, and the remaining shaft Power is used to operate a motor connected to a turbine and a generator connected to a shaft to obtain electrical energy and power.
図２は、本発明装置の第１実施例を示した回路図である。 FIG. 2 is a circuit diagram showing a first embodiment of the device of the present invention.
ここに図示されているように、本発明は、流体を低速に圧縮する圧縮機１が具備され、前記圧縮機１によって圧縮された高圧の流体を高速に膨張させ、この膨張された流体の運動エネルギーを軸動力に変化させる膨張タービン２が具備される。
As shown in the figure, the present invention includes a compressor 1 that compresses a fluid at a low speed, expands a high-pressure fluid compressed by the compressor 1 at a high speed, and moves the expanded fluid. An
前記圧縮機１は、低速圧縮容易なスクロール圧縮機が使用されるもので、前記スクロール圧縮機は、通常でのようにインボリュート形状の固定ラップを有する固定スクロールに対して、モーターと軸で連結された旋回スクロールの旋回ラップが噛み合った構成になっており、前記旋回スクロールがモーターの動力を軸で伝達を受けて旋回運動することによって、吸入された流体に対する圧縮がなされるように構成されている。 The compressor 1 is a scroll compressor that is easy to compress at a low speed. The scroll compressor is connected to a fixed scroll having an involute-shaped fixed wrap by a motor and a shaft as usual. The orbiting scroll has a structure in which the orbiting laps are engaged with each other, and the orbiting scroll is configured to compress the sucked fluid by reciprocating by receiving the power of the motor through the shaft. .
図３は、図２の膨張タービンの構成を示した分解斜視図である。 FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the expansion turbine of FIG.
ここに図示されているように、本発明の膨張タービンは、前方に開放されたハウジング２１と、前記ハウジング２１の開放部に組み立てられたハウジングカバー２１０が具備され、前記ハウジングカバー２１０は、中央部に流体の吸入される吸入口２１１が形成され、前記吸入口２１１の外郭に多数の吐出口２１２が形成される。
As shown in the figure, the expansion turbine according to the present invention includes a
そして、前記ハウジングカバー２１０は、吸入口２１１の軸線に対して直角を成す方向に、内側に多数の固定羽根２２１が同心円上の同じ方向に形成されてノズル２２を構成することになるもので、前記固定羽根２２１は、ノズル前面カバー２２３と結合されて、固定羽根２２１の間から吸入される流体の側方向の漏泄を遮断するように構成される。
The
また、前記ノズル２２の外側には、固定羽根２２１と対称をなす多数の回転羽根２３１を含むタービン２３がノズル２２と分離されて具備されるもので、前記回転羽根２３１は、円形の回転板２３２上に同心円をなしながら、固定羽根２２１に対して対称をなすように多数具備され、前記回転板２３２の中心には、モーター２４の回転軸２４ａと結合される軸ボス２３２ａが形成され、前記モーター２４の動力で回転可能に構成される。
In addition, a
前記回転羽根２３１は、固定羽根２２１と同様に、回転羽根の間から流入される空気の漏泄を遮断するために、リング形態のタービン前面カバー２３３が結合されるもので、前記ノズル前面カバー２２３は、前記タービン２３の回転板２３２の中心に形成された軸ボス２３２ａが貫通するように中心に貫通孔２２３ａを含む。
The
このように構成された本発明は、図４に示したとおり、まずハウジング２１の内部にタービン２３をモーター２４の回転軸２４ａに結合することになるもので、前記タービン２３は、多数の回転羽根２３１を有する回転板２３２が回転軸２４ａに結合される。
In the present invention configured as described above, as shown in FIG. 4, the
そして、前記ハウジング２１の開放部にハウジングカバー２１０が結合されるもので、前記ハウジングカバー２１０の内側に一体に形成されたノズル２２の固定羽根２２１は、タービン２３の回転羽根２３１と同様に、ノズル前面カバー２２３によって入力される空気の漏泄を遮断することになるもので、前記ハウジングカバー２１０とハウジング２１の開放部に結合されることによって、一連の組立が完了されるのである。
A
このように構成された本発明は、ハウジングカバー２１０の中央部に形成された吸入口２１１を介して低速圧縮された高圧の流体がハウジング２１の内部に吸入され、この吸入された流体は、ノズル２２を構成する各固定羽根２２１の間を通過しながら膨張してタービン２３側に流入される。
In the present invention configured as described above, a high-pressure fluid compressed at a low speed is sucked into the
この時、タービン２３側に流入された膨張流体は、ノズル２２によって圧力エネルギーが速度エネルギーに転換され、回転羽根２３１と衝突を起こすもので、前記回転羽根２３１は、ノズル２２の吐出方向と同一に回転するので、衝突時、流体の有していた分子運動エネルギーがタービン２３の回転羽根２３１に伝達されるのだが、この時前記回転羽根２３１の速度が流体の半分の速度で回転することになると、衝突時流体の分子運動エネルギーは、全てタービンの回転羽根２３１に伝達されるもので、これによって気体状態の流体が低温低圧の液体状態に凝縮され、この凝縮された低温低圧の液状流体は、ハウジングカバー２１０の吐出口２１２を介して外部に排出される。
At this time, the expansion fluid that has flowed into the
通常的に、完全弾性衝突である時は、弾性の良いボールが壁にぶつかった後、同じ速度で弾け出るが、ボールと壁が同一方向の同じ速度で動くと、ボールの運動エネルギーを壁に伝達できなくなる。 Normally, in the case of a perfect elastic collision, after a ball with good elasticity hits the wall and bounces at the same speed, if the ball and the wall move at the same speed in the same direction, the kinetic energy of the ball is transferred to the wall. It becomes impossible to communicate.
また、壁が動く場合は、ボールが動く壁にぶつかった時、ボールの有していた運動エネルギーは、壁に伝達されるのだが、この時、その壁がボールの動く速度の半分である場合は、ボールの運動エネルギーが全て壁に伝達され、そのボールは停止することになる。 Also, when the wall moves, when the ball hits the moving wall, the kinetic energy that the ball has is transmitted to the wall, but at this time, when the wall is half the moving speed of the ball Will transfer all the kinetic energy of the ball to the wall, and the ball will stop.
このような自然法則によって、前記タービンを、ノズルを介して出る流体の半分の速度の同じ方向に回転させることになると、タービンに流体が衝突する時、流体の有していた運動エネルギーが全てタービンに伝達されることによって、流体のエネルギーが、軸動力に変わることになるのである。 According to such a natural law, when the turbine is rotated in the same direction at half the speed of the fluid exiting the nozzle, when the fluid collides with the turbine, all of the kinetic energy that the fluid has is turbine. As a result, the energy of the fluid is changed to shaft power.
図５は、図２の膨張タービンの構造及び作動原理を示す要部拡大図である。 FIG. 5 is an enlarged view of a main part showing the structure and operating principle of the expansion turbine of FIG.
ここに図示されているように、本発明のノズル２２は、同心円上の同じ方向に配置構成される多数の固定羽根２２１から構成され、前記タービン２３は、前記固定羽根２２１と対称をなす多数の回転羽根２３１を固定羽根２２１の外側に配置構成して成ったもので、前記回転羽根２３１は、円弧形の羽根で形成される。
As shown here, the
このように構成された本発明は、まず圧縮機１によって流体が低速に圧縮され、気体状態の高圧流体になり、この高圧流体は、膨張タービン２の内部に吸入されて高圧膨張によって流体の圧力エネルギーが速度エネルギーに転換された後、再び軸動力に変わるのである。
In the present invention configured as described above, the fluid is first compressed at a low speed by the compressor 1 to become a high-pressure fluid in a gaseous state. The high-pressure fluid is sucked into the
これを更に具体的に説明すると、高圧の流体は、ノズル２２の固定羽根２２１の間を通過する間流路面積が狭まり、ノズル２２を通過した後再び広くなりながら、超音速流による高圧膨張がなされ、この流体は、タービン２３を構成する回転羽根２３１と衝突を起こすのである。
More specifically, the high-pressure fluid has a reduced flow area while passing between the fixed
この時、前記タービン２３は、モーター２４によって流体の半分の速度でノズル２２と同じ方向に回転するので、流体が回転羽根２３１と衝突を起こすと、流体の有していた運動エネルギーが全て回転羽根２３１に伝達されることによって、流体のエネルギーが軸動力に変わり、前記流体は、運動エネルギーをタービンに全て奪われ低温低圧の液体状態に凝縮される。
At this time, the
そして、タービン２３に伝達された流体の軸動力は、前記タービン２３が常に流体の半分の速度で回転できるようにする機械的エネルギーに消費され、残りの軸動力は、モーター２４の伝動軸２４ｂを介して発電機３に伝達され、前記発電機３を稼動させることによって、電気エネルギーに変わるのである。
The shaft power of the fluid transmitted to the
図６は、図２の膨張タービンの他の実施例を示した要部拡大図である。 FIG. 6 is an enlarged view of a main part showing another embodiment of the expansion turbine of FIG.
ここに図示されているように、前記ノズル２２は、前記のような同心円上の同じ方向に多数の固定羽根２２１を含むもので、前記固定羽根２２１の間の入口側は、流路断面積を縮小した縮小経路２２２を形成し、出口側は、固定羽根２２１を端部側に向かうほど細くなるように形成して、流路断面積を拡大した吐出流路２３８が形成されるようにしたドラバルノズル構造からなる。
As shown in the figure, the
一般的に、高圧の流体を噴出させる時、断面積を小さくすると、一般家庭の噴霧器などのように圧力エネルギーが速度エネルギーに変わるもので、端の細いノズルを端絞り（収縮）ノズルといい、途中で一度細くなり、その端が広くなったものを発散（拡大）ノズル、またはドラバルノズルというのだが、こうして流路面積が狭まったあと広くなると、超音速の噴流が得られる。 Generally, when jetting high-pressure fluid, if the cross-sectional area is reduced, the pressure energy changes to velocity energy as in a general household sprayer, and the narrow nozzle is called the end throttle (contraction) nozzle. A divergent (enlarged) nozzle or a drabval nozzle that is once narrowed in the middle and widened at its end is called a diverging (enlarging) nozzle or a drabval nozzle. When the flow path area becomes narrower in this way, a supersonic jet can be obtained.
従って、本発明は、低速圧縮されてハウジングカバー２１０の吸入口２１１を介してハウジング２１の内部に吸入された高圧の気体流体が、空間の広いハウジング２１内部で前記縮小経路２２２を通過して吐出流路２３８によって膨張されて、空気の圧力エネルギーが超音速流の速度エネルギーに転換され、この速度エネルギーは、再びタービン２３の回転羽根２３１と衝突を起こして流体の運動エネルギーが軸動力に変わるのである。
Therefore, according to the present invention, the high-pressure gas fluid compressed at a low speed and sucked into the
そして、前記回転羽根２３１は、両端が細くなる円弧形の羽根で形成され、回転羽根２３１の間には流入口２３４と吐出口２３５が形成され、前記回転羽根の中心Ｏを基準に入力部２３６より出力部２３７の長さを長く形成した。
The
このように、前記回転羽根２３１の間の出力部２３７を入力部２３６より長く形成することになると、超音速流で回転羽根２３１の入力部２３６を介して回転羽根２３１の間に流入された膨張空気が回転羽根２３１と衝突する時、接触時間が長くなって、回転羽根２３１に対する空気の分子運動エネルギーの伝達が十分になされ得るようになることによって、流体の分子運動エネルギーの喪失による凝縮効率が高められるというメリットを有することになるのである。
As described above, when the
図７は、本発明の装置の第２実施例を示した回路図である。 FIG. 7 is a circuit diagram showing a second embodiment of the apparatus of the present invention.
ここで、特徴は、凝縮器４と蒸発器５を付加して冷凍サイクルを構成したことにあり、前記凝縮器４を利用して冷水を熱交換させて温水に変えたり、冷風を温風に変換させる機能を追加でき、また蒸発器５を利用して温水を熱交換させて冷水に変えたり、温風を冷風に変換させる機能の追加が可能なメリットがある。
Here, the feature is that the refrigeration cycle is configured by adding the
この時、流体には冷媒ガスが使用され、前記冷媒ガスが圧縮機、凝縮器、膨張タービン、蒸発器を連続的に循環しながら起こる冷媒の状態変化は通常の冷凍サイクルと同一なので、これに関する具体的な説明は省略することにする。 At this time, refrigerant gas is used as the fluid, and the refrigerant gas changes continuously while circulating through the compressor, condenser, expansion turbine, and evaporator. Detailed description will be omitted.
図８は、本発明装置の第３実施例を示した断面図である。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the device of the present invention.
ここに図示されているように、本発明は、−側及び他側に各々（＋）（−）放出端子６１、６２と（＋）（−）供給端子６３、６４を有するバッテリーパック６で構成され、前記バッテリーパック６の内部には沸騰点の低い作動流体７が充填される。
As shown here, the present invention comprises a
前記作動流体７は、主に冷凍装置や熱ポンプ、空気調和装置などの冷媒に使用される物質で、冷媒を意味するRefrigerantの頭文字‘Ｒ’で表示され、Ｒ１２、Ｒ２２などのように使われるのが慣例である。
The working
このような冷媒の中には沸騰点が相当低いものがあるのだが、冷媒系列がＨＣＦＣでああるＲ２２の場合は、沸騰点が−４０℃に達し、ＨＦＣ系列のＲ１３４ａの場合は沸騰点が−２６．３℃であるため、別途の加熱装置なしでも常温で沸騰し、この沸騰は自体分子運動エネルギーを有していることを意味する。 Some of these refrigerants have a considerably low boiling point. However, in the case of R22, the refrigerant series is HCFC, the boiling point reaches −40 ° C., and in the case of H134 series R134a, the boiling point is Since it is −26.3 ° C., it boils at room temperature without a separate heating device, which means that the boiling itself has molecular kinetic energy.
そして、前記バッテリーパック６の内部には、沸騰する作動流体を高速に膨張させ、この膨張された作動流体との衝突によって作動流体の分子運動エネルギーを軸動力に変える膨張タービン２が具備され、前記膨張タービン２は、モーター２４と回転軸２４ａで連結され、回転軸２４ａを介して伝達される軸動力を電気エネルギーに変換できるように構成される。
The
前記膨張タービン２の構成及び作動原理は、図３乃至図６に示されているような本発明の装置の第１実施例に示した膨張タービンと同一なので、重複を避けるために具体的な説明は省略することにする。
The construction and operating principle of the
これと共に、前記バッテリーパック６の内部には、発電機３を介して得られた電気エネルギーを充電するための充電素子８が内蔵され、前記充電素子８は、バッテリーパック６の（＋）（−）放出端子６１、６２と電気回路的に連結されるものであリ、前記モーター２４も初期起動のためにバッテリーパック６の（＋）（−）供給端子６３、６４と連結される。
At the same time, a charging element 8 for charging electric energy obtained via the
また、前記バッテリーパック６は、内部に充填された作動流体の沸騰がより容易になし得るように、金属材質で形成するのが好ましく、これによって前記（＋）（−）放出端子と（＋）（−）供給端子は、金属材質でなったバッテリーパック６と絶縁がなされるように構成するのは当然である。
The
次に、添付の図面を参照して本発明の作用を詳細に説明することにする。 The operation of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
このように構成された本発明は、まず周辺の熱が金属材質で形成されたバッテリーパック６を介して前記バッテリーパック６の内部の液化された作動流体７に伝達され、前記作動流体７が沸騰することになる。
In the present invention configured as described above, first, the surrounding heat is transmitted to the liquefied working
この沸騰する作動流体は、膨張タービン２の内部に吸入され、高速膨張によって速度エネルギーに転換された後、再び軸動力に変わることになるもので、高速膨張がなった作動流体は、タービン２３の回転羽根２３１の間に流入されるのだが、この時前記タービン２３は、初期に停止された状態なので、衝突によってタービン２３に対する作動流体の分子運動エネルギーの伝達がなされることなく、気体状態でだけバッテリーパック６の内部を循環することになる。
The boiling working fluid is sucked into the
しかし、製品出荷時、バッテリーパック６の（＋）（−）供給端子６３、６４を介してモーター２４に電源を供給し、前記モーター２４を起動させることになると、モーター２４の回転軸２４ａに軸設されたタービン２３が、ノズル２２と同じ方向に回転することになるのだが、この時ノズル２２を介して高速膨張された作動流体とタービン２３が衝突を起こすことになると、前記タービンに対する作動流体の分子運動エネルギーの伝達がなし得るようになるもので、この作動原理に対しては既に詳細に記述したので、具体的な説明は省略する。
However, when the product is shipped, when power is supplied to the
前記タービン２３に運動エネルギーを全て奪われた作動流体７は、低温低圧の液体状態に凝縮され、タービン２３に伝達された作動流体の軸動力は、前記タービン２３が常に作動流体の半分の速度で回転できるようにする機械的エネルギーに消費され、残りの軸動力は、モーター２４と連結された伝動軸２４ｂを介して発電機４０に伝達されることによって、軸動力が電気エネルギーに変わることになるもので、この電気エネルギーは、再び充電素子８に貯蔵されることによって、バッテリーパック６の（＋）（−）放出端子６１、６２を介して電気エネルギーを取り出して使用できるようになるのである。
The working
しかし、電気エネルギーを取り出して使わなくなると、タービン２３の回転速度が作動流体よりも速くなって、前記タービン２３に作動流体が衝突を起こさなくなり、これによってタービン２３に作動流体の運動エネルギー伝達が全くなされなくなることによって、前記作動流体は、気体状態でバッテリーパック６の内部を循環するだけになり、再び電気エネルギーを使用することによって、タービン２３が作動流体の半分の速度で回転することになると、前記したような衝突によって作動流体の運動エネルギー伝達がなされ、軸動力による電気エネルギーの獲得が可能になるのである。
However, when electric energy is extracted and is not used, the rotational speed of the
〔産業上の利用可能性〕
上述したように、本発明は、低速圧縮された高圧の流体をノズルによって高速に膨張させ、この流体を、流体の半分の速度で回転するタービンに衝突させ、前記流体の有している運動エネルギーを全て軸動力に変えて、前記タービンを流体の半分の速度に回転させるのに必要なエネルギーに消費し、残りは発電機などのように動力を発生するのに使用することによって、低費用高効率の発電設備の具現が可能であるだけでなく、空気及び水などのように固有分子運動エネルギーを有する周辺物質を単一熱源に使用するため、環境親和的な効果も有することになる。
[Industrial applicability]
As described above, the present invention expands a low-pressure compressed high-pressure fluid at high speed by means of a nozzle, and causes the fluid to collide with a turbine that rotates at half the speed of the fluid. By converting all of the power into shaft power, consuming the energy required to rotate the turbine to half the speed of the fluid, and using the rest to generate power like a generator, etc. In addition to being able to implement an efficient power generation facility, the surrounding material having intrinsic molecular kinetic energy such as air and water is used as a single heat source, so that it has an environmentally friendly effect.
また、本発明は、前記流体の有していた運動エネルギーをタービンに全て奪われ、気体状態から低温低圧の液体状態に凝縮されることによって、既存発電設備のような別途の復水器が不要になるだけでなく、蒸気発電機のボイラーなどのような燃料を加熱するための加熱装置も不要なので、発電設備の小型化が図れるという効果がある。 In addition, the present invention eliminates the need for a separate condenser such as an existing power generation facility by losing all of the kinetic energy possessed by the fluid to the turbine and condensing it from a gas state to a low-temperature and low-pressure liquid state. In addition, there is no need for a heating device for heating the fuel, such as a boiler of a steam generator, so that the power generation facility can be reduced in size.
また、本発明は、前記のように空気及び水などのような周辺物質を熱源に使用するので、既存発電設備のような燃料の消費がなくて、エネルギー枯渇危機の現実情で、より経済的な産業の有用性を確保することができるというメリットもある。 In addition, since the present invention uses surrounding materials such as air and water as a heat source as described above, there is no consumption of fuel as in existing power generation facilities, and it is more economical in the actual situation of the energy depletion crisis. There is also a merit that the usefulness of this industry can be secured.
また、本発明は、同心円上の同じ方向からなったドラバルノズルの外側に、前記ノズルと対称をなし、ノズルの吐出方向と同じ方向に回転するタービンが具備されることによって、流体の分子運動エネルギーを軸動力に変えるための高速膨張が容易で、低費用高効率の膨張機具現が可能だという効果がある。 In addition, the present invention includes a turbine that is symmetrical to the nozzle and rotates in the same direction as the nozzle discharge direction on the outer side of the convalescent nozzle in the same direction on the concentric circles. High-speed expansion for changing to shaft power is easy, and there is an effect that an expander can be realized at low cost and high efficiency.
また、本発明は、前記タービンに膨張された流体が衝突する時、タービンに対する流体の接触時間を延長させることによって、タービンに対する流体の分子運動エネルギーの伝達が十分になされ、凝縮効率の向上が図れ、これによって既存の発電設備のような別途の復水器が不要となり、発電設備の単純化及び設備の小型化による経済性を確保することができるという効果も有する。 Further, according to the present invention, when the expanded fluid collides with the turbine, the contact time of the fluid with the turbine is extended so that the molecular kinetic energy of the fluid is sufficiently transmitted to the turbine, thereby improving the condensation efficiency. This eliminates the need for a separate condenser such as an existing power generation facility, and has the effect of ensuring economic efficiency by simplifying the power generation facility and reducing the size of the facility.
また、本発明は、沸騰点の低い冷媒の特性を利用して、前記冷媒からなった作動流体の運動エネルギーをノズルの高速膨張とタービンとの衝突によって軸動力に変換し、前記軸動力によって発電機を稼動させて電気エネルギーが得られるようになることによって、既存の１次電池のように、再生が不可能でそのまま捨てられることによる環境汚染及び経済性低下と、２次電池のように、作用物質を再生するための繰り返し的な充電作業による使用の煩わしさ及び不便性を解消することができるという効果を有することになる。 Further, the present invention utilizes the characteristics of a refrigerant having a low boiling point, converts the kinetic energy of the working fluid made of the refrigerant into shaft power by high-speed expansion of the nozzle and collision with the turbine, and generates electric power by the shaft power. By operating the machine to obtain electrical energy, as in the case of existing primary batteries, it is impossible to regenerate and is discarded as it is. This has the effect of eliminating the inconvenience and inconvenience of use due to repetitive charging work for regenerating the active substance.
Claims (9)
前記第１段階の高圧流体を、ノズルを利用して高速に膨張させて、液体の圧力エネルギーを速度エネルギーに転換する第２段階と；
前記第２段階の流体速度の半分の速度でノズルの吐出方向に回転するタービンに膨張気体を衝突させて、流体の運動エネルギーを軸動力に変換する第３段階と；
前記第３段階の軸動力のうちの一部エネルギーは、タービンを流体速度の半分の速度に回転させるための機械的エネルギーに消費し、残りの軸動力は、タービンと連結された発電機を稼動させて電気エネルギーを得るようにする第４段階；とから成っていることを特徴とするタービンを利用した動力発生方法。 A first stage of slow compression of the fluid with a compressor;
A second stage in which the high pressure fluid of the first stage is expanded at high speed using a nozzle to convert the pressure energy of the liquid into velocity energy;
A third stage in which the expanding gas collides with a turbine rotating in the nozzle discharge direction at half the fluid speed of the second stage to convert the kinetic energy of the fluid into shaft power;
Part of the shaft power in the third stage is consumed by mechanical energy for rotating the turbine to half the fluid speed, and the remaining shaft power operates the generator connected to the turbine. A power generation method using a turbine, characterized by comprising: a fourth stage for obtaining electric energy.
前記圧縮機によって圧縮された高圧の流体を高速に膨張させるノズルが内部に具備され、前記ノズルの外側には、モーターによって膨張流体速度の半分の速度でノズルと同じ方向に回転するタービンの具備された膨張タービンと；
前記膨張タービンのモーターと伝動軸で連結され、前記伝動軸を介して伝達される軸動力を電気エネルギーに変換する発電機；とで構成されていることを特徴とするタービンを利用した動力発生装置。 A compressor for compressing fluid at low speed;
A nozzle that expands the high-pressure fluid compressed by the compressor at a high speed is provided inside, and a turbine that rotates in the same direction as the nozzle at a speed half the expansion fluid speed by a motor is provided outside the nozzle. An expansion turbine;
A power generation apparatus using a turbine, comprising: a generator connected to a motor of the expansion turbine by a transmission shaft and converting shaft power transmitted through the transmission shaft into electric energy; .
前記固定羽根と対称をなす多数の回転羽根を含み、前記回転羽根は、モーターの動力によってノズルの吐出方向と同じ方向に回転するタービン；とで構成されていることを特徴とする請求項２に記載のタービンを利用した動力発生装置。 The expansion turbine includes a nozzle in which a plurality of fixed blades are fixedly arranged in the same direction inside the housing on a concentric circle perpendicular to a suction port formed in a central portion of the housing;
3. The turbine according to claim 2, further comprising: a plurality of rotating blades symmetrical to the fixed blades, wherein the rotating blades are configured to rotate in the same direction as a nozzle discharge direction by power of a motor. A power generator using the described turbine.
前記バッテリーパックの内部で沸騰する作動流体を高速膨張させるノズルが内部に具備され、前記ノズルの外側には、（＋）（−）供給端子と電気回路的に連結されたモーターによって、膨張された作動流体の半分の速度でノズルと同じ方向に回転するタービンの具備された膨張タービンと；
前記膨張タービンのモーターと伝動軸で連結され、前記伝動軸を介して伝達される軸動力を電気エネルギーに変換する発電機と；
前記発電機で得られた電流を充電し、バッテリーパックの（＋）（−）放出端子と電気回路的に連結される充電素子；とで構成されていることを特徴とするタービンを利用した動力発生装置。 A battery pack filled with a working fluid having a low boiling point;
A nozzle that rapidly expands the working fluid boiling inside the battery pack is provided inside, and the nozzle is expanded by a motor electrically connected to a (+) (−) supply terminal outside the nozzle. An expansion turbine with a turbine rotating in the same direction as the nozzle at half the speed of the working fluid;
A generator connected to a motor of the expansion turbine by a transmission shaft and converting shaft power transmitted through the transmission shaft into electric energy;
A power using a turbine characterized by comprising: a charging element that charges the current obtained by the generator and is electrically connected to the (+) (−) discharge terminal of the battery pack; Generator.
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