JP2014211150A - 流体の流動エネルギーを旋回流回転渦流動エネルギーに変換する装置と自在に回転する筒形状の内面に旋回渦流動を促進させるための羽根付き自在回転容積器を有する流体機械。 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は上述した課題の存在を鑑みて為されたものでありその目的は、比較的平行部を流動する流体（水道管を流れる水道水など）を位置エネルギーを必要とせずに供給側に圧力負荷を掛けずに利用されていない流体の流動エネルギーを旋回渦流動エネルギーに変換しこの回転エネルギーを電気エネルギーなど他のエネルギーに効率よく変換する流体機械を提供することにある。【解決手段】本発明は流体が流れる管路内に上流側から順に管壁に回転自在に設けられて流体の流れを整流する軸流羽根車、管壁に固定して設けて旋回流にする対数螺旋羽根車と、旋回力を強くするねじれ羽根と、自在回転可能に支持された管路の管壁にねじれ羽根車と対数螺旋形状羽根付き遠心斜流羽根車を配置し固定して発電機を構成していることを特徴とする流体機械を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は流体の流動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換する流体機械に関する。

従来の水力発電では位置エネルギーを利用して羽根車を回転エネルギーに変換しその駆動力で発電機を駆動する発電装置がある。

また、高い位置から低い位置に流体の水が移動する、少流路水路に水車を設置してその駆動回転力を利用した小型発電装置がある。

水道水のように閉鎖空間（閉じた系暗渠空間）を高圧力で流通する流体を利用した流体機械の発電装置は存在しない、なお流体摩擦によるエネルギー損失があるので予め余分なエネルギーを流体に与えて流動させている。

閉鎖空間（閉じた系暗渠空間）を高速の流体を流通させたタービンがありこのタービン駆動による回転軸を利用した発電装置はあるが、回転軸を駆動せず流体を蒸気にすることなく、流体の流通する流動エネルギーを回転流動エネルギーに変換し流体の体積力、面積力をタービン機能の羽根に作用させて同期回転する回転容積器の回転力を利用した流体機械の発電装置は存在しない。

高圧流で排出される流体を利用した流体機械の発電装置は見当たらない。

水力発電では大規模も小規模も位置エネルギーを利用し其の流体の流動エネルギーを羽根車に作用させて回転させ駆動力を発電機の回転に利用している、農業用水路に羽根車を設置し羽根車の駆動力で発電機を起動する方式などは位置エネルギーを活用したものであり発電機を起動するには大きな回転力（回転トルク）を必要とし設置する場所が制限され年間均一な水量の場所には限りがある。

既存の水力発電機は流体の水の流動エネルギーを羽根車の駆動に利用し、其の回転エネルギーで発電機を駆動する方法でフランシス水車があるが、水を受け入れ旋回する内向きの渦流にして流量を調整しながら円形ガイドベーンで高速のジェット流にして羽根車を回転させる方式であり、回転軸受に掛かる水圧も大きくかかり焼き付きが発生し、対策の難度は高い、羽根車に掛かる水圧荷重を均一にする技術課題の難度も高く、構造が複雑で流体のエネルギーを羽根車の回転に奪われエネルギーロスも生じる。

電力を利用する場所から離れた場所での発電は送電ロスを生じ発電利用効率が悪く、送電装置に費用がかかり、電力代金の低減にはならない。

大規模太陽光発電は設置場所に制限され、夜間の発電は不可能にちかく設備費の割合には発電効率が低く送電ロスは避けられず、受光面の汚染などのメンテナンスにも費用がかかり費用対効果に大きな期待は望めない。

大規模風力発電は設置場所に制限され、自然風力の利用は効率が悪く，洋上風力発電は送電装置の費用、送電、電力ロスは避けられず、低コストの電力は望めない。

火力発電は資源の乏しい日本国は、燃料を国外に依存し国家防衛安全保証面では危険であり、大気汚染は進行する。

バイオマス燃料発電は、理想であるが、燃料資源から製造するものであり、開発に時間を要し、実働には長いスパンのリスクが生じ、即効性には期待できない。

地熱発電は場所が限られ全国的な広がりは期待できない。

高速で排出される流体（発電その他に利用された燃焼排気ガス等からの）は活用されていない。

下水道の浄化された水道水の流体は発電力に活用されていない。再生可能エネルギーの有効活用は万全ではない。

そのため本発明は上述した課題の存在に鑑みてなされたものでありその目的は、比較的平行部を流動する流体（水道管を流れる水道水など）を、位置エネルギーを必要とせずに供給側に圧力負荷を掛けずに利用されていない流体の流動エネルギーを旋回渦流動エネルギーに変換しこの回転エネルギーを電気エネルギーなど他のエネルギーに効率よく変換する流体機械を提供することにある。

この発明に係る第１の流体機械は流体が流れる管路内に上流側から順に、管壁に回転自在に設けられて流体の流れを整流する軸流羽根車、管壁に固定して設けられて流体を旋回流にする対数螺旋形状羽根、管壁に固定して設けられて流体の旋回流を促進させるねじれ羽根、自在回転可能に支持された管路の管壁にねじれ羽根車および対数螺旋形状羽付き遠心斜流羽根車を固定し配置して発電機を構成していることを特徴とする。

またこの発明の第２に係る流体機械は構成を、自在回転可能に支持された管路の中心軸によじれて巻き付く形状のよじれ渦管流路とこの管流路が円周状に広がる管流路に接続されさらに対数螺旋形状羽根付き遠心斜流羽根車に接続されて発電機を構成することを特徴とする。

自在回転可能に支持された管路の管壁に固定され流体の流れを旋回渦流にする対数螺旋形状羽根車とこれに接続され旋回流を促進する中心部が空洞のねじれ羽根車とさらにこれに接続して流体に遠心力を増力する対数螺旋形状羽付き遠心斜流羽根車で発電機を構成することを特徴とする。

管路の管壁に固定され、流体を渦流にする中心軸に数条で約１０°から６０°の傾きでよじれて巻き付くよじれ渦管流路と、自在回転可能に支持された管路の管壁に旋回流を促進するねじれ羽根車とこれに接続して渦流力を増力する中心軸によじれて巻き付く形状の渦管流路とこれに接続し遠心力により回転力を増力する対数螺旋形状羽根付き遠心斜流羽根車で発電機を構成することを特徴とする。

本体の管壁に固定し旋回流にする対数螺旋形状羽根と流体を下流に流動させる自在回転のプロペラと、流体を圧縮するステーターと、自在回転の中心軸に固定された軸流圧縮機のローターと、自在回転可能に支持された勾配管路に収容され回転力を促進し流速を高め圧縮力を促進する勾配回転よじれ渦管流路と旋回力を増力するねじれ羽根車とで発電機を構成することを特徴とする。

この発明の第１の流体機械において、流体を低流速に変換し流体の内部摩擦を削減し摩擦損失を、低減するための軸流羽根車の下流に低流速にした流体を渦流にする対数螺旋形状羽根の流路を流動し自在回転可能に支持された回転管（回転容積器）に流入された流体に曲面が与える反作用を、旋回渦流体の流動と同期回転することで削減しさらに壁面摩擦による摩擦損失を削減し削減した分のエネルギーを得る尚対数螺旋形状羽付き遠心斜流羽根車の遠心力で得た回転エネルギーを利用する。

この発明の第２の流体機械において流体がより回転力を得るために自在に回転できる機構のなかで、中心軸によじれて巻き付く渦管流路を流動することで自在回転可能に支持され回転管（回転容積機）を回転させる回転力となる流路の勾配を変化させる或いは巻き付き長さを変化させる事によりニーズに応じた旋回渦流動にして強力な回転力を生じさせることもできる。

この発明に係る第３における流体機械は、ディーゼル機関などからの排気ガスの乱流流体を整流し旋回渦流回転方向づけをして旋回流動エネルギーに変換し旋回流動回転力を与え、下流に自在に回転する回転容積器機構を有し、旋回流動する流体が自在に回転する回転容積器に固定してある羽根車に体積力、面積力を与え回転作用し羽根車と回転容積器を同期回転させることで流体摩擦を削減し回転エネルギーに変換して排出エネルギー負荷をかけず、回転管（回転容積器）に直接発電装置を設置し発電機となる。

この発明に係る第４における流体機械は流体を、流動力を確実に渦流動にするために受け入れ側によじれ渦管流路を設けたものであり、中心回転軸に巻き付くよじれ渦流路の勾配をニーズに応じて変化させることが出来、自在回転可能に支持された回転管（回転容積器）に嵌合固定してよじれ渦管流路、と対数螺線形状羽根付き遠心斜流羽根車流路もニーズに応じてよじれ角度、勾配、遠心径の変化で旋回渦流動力、遠心力で強力な回転力を生じることもできる。

この発明に係る第５における流体機械において、導入する流体が必ず高流速であるとは限らないので、確実に高流速にするために、自在回転機構のプロペラを設け流体を圧縮する軸流圧縮器を設けている、さらに高速高圧を確立するために自在回転可能に支持された回転管（回転勾配容積器）に内包したよじれ旋回渦管流路に圧縮流体を流動させ、ねじれ羽根車を内包させている、これにより旋回渦流動の旋回回転力で回転管は回転する、最前段の流体取り入れ大口径の対数螺旋形状羽根を設けて取り入れ口で流体を旋回させる事もできる、この流体機械は発明の第３の実施形態における流体機械の効率を向上させることもできる。

この発明は流体の運動エネルギーを旋回流運動エネルギーに変換することによる、流体の回転流動エネルギーの利用であり、水道水、圧力をかけて排出される放出水等、の有効活用が可能となり特に大都市などの水の大量利用をする場所での発電は上記で述べるように、多数箇所に設置が可能であり、集合すれば大電力となる、まさに資源に費用がかからず、利用する直近の発電は利用効率が高いこと、水道の利用頻度の差で生じる水量変化による発電力のばらつきは蓄電装置を採用することにより、大半解消でき、夜間は稼動が望めない太陽光発電などに比べ、発電効率は高く、バイオなどの再生エネルギー利用に比べ比較的に早期にエネルギー活用が可能であり、喫緊のエネルギー供給に効果があり、利用されていないエネルギを活用する新産業を起す効果もあり、メンテナンス費用も低減できるなどの効果もある。

上述しているように、旋回渦流回転力を得た流体が回転容積器を回転する回転力はギヤーなどを介し発電機を回転させ発電することも可能であり他の動力にも利用できる。

電力を必要とする場所の直近での発電が可能であり、送電設備は他の遠距離での発電装置と比べ費用の低減が可能であり電力料金を低減できる。

最大の効果は、利用されていない多くの流体を利用できることであるが、エネルギーを得るために新たなエネルギーを必要とするのでは意味がなく、前述で述べるように流体の流動による流体摩擦の摩擦損失を削減する事によりエネルギーを得ることと流体の反作用を削減して得られるエネルギー節約分を前記旋回渦流動エネルギーに変換するのであり、流体の旋回渦流動が流動するなかでこれらの得られるエネルギーを直接発電装置とするので、発電機を起動するトルクロスを省き発電する方式となり、小資源国において国外資源に頼らずエネルギーを生成できる一つであり、流体力学的に流動するエネルギーの流体流量、流動を旋回渦流動、回転エネルギー変換による前記、自在回転容積器の内面に固定したねじれ羽根車、対数螺旋形状羽根付き遠心斜流羽根車、よじれ渦流路、に作用する体積力、面積力の作用による回転トルク発電力率は、理論計算は旋回渦流が曲面板に及ぼす力の計算は難度が高いが、流体が受ける反作用を削減し、流体摩擦削減による摩擦損失を削減して得たエネルギー節約分を回転エネルギーに変換する機構により、供給圧に負荷を掛けずに回転エネルギーに変換することであり、運動量の法則の、流路曲面に及ぼした流体の速度が変化するかは実験により求めることができる。

漏洩防止技術を確立することにより爆発等の危険のないガスはもちろんであるが、都市ガスなど閉じた系の気体流路にこの発明の発電装置を設置することも可能で、ディーゼル機関などからの排出ガスの有効利用も可能である。

本発明の第１の実施形態に係る主に水力発電装置の例を断面で示した図面である。 本発明の第一の実施形態に使用する部品の図面である。 本発明の第２の実施形態に係る閉じた系（閉鎖空間）を流れる流体を用いた発電装置の例を断面にして示した図である。 第２の実施形態に使用する部品の図面である。 本発明の第３実施形態に係る主に気体、の開いた系を流れる（開放流体）流体を用いた発電装置の断面を示した図面である。 第三実施形態の部品図面である。 本発明の第４の実施形態に係る閉じた系（閉鎖空間）を高速・高圧流が流れる流体を旋回渦流に変換する渦流路回転容積器を用いた発電装置の例を断面で示した図面である。 第４の実施形態に使用する部品図面である。 本発明の第５の実施形態に係る低流速流体を高流速流体に変換し渦流体を利用した発電装置を示した流体機械の断面を示した図面である。 第５の実施形態に使用する部品図面である。

以下に、添付の図面に基づき参照して、新たなエネルギーを使用することなく流体が流動する流体機械の機構のなかで使用しているエネルギーを削減して節約し得られるエネルギーを利用するシステムのこの発明に係わる流体機械の実施の形態を詳細に説明する。

（第一の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る１００は全体が筒形状の構造であり主に液体（水）を対象にした流体機械であり其の断面図を示したものである。流体導入口１０８を上流側とし、流体排出口１２７側を下流とする、管を流動する流体には損失ヘッドがあり直管の長さと速度ヘッドに比例し内径に反比例することと管摩擦係数に比例するので、これらの流体摩擦による摩擦損失を削減することと、流動する曲面の流体に与える反作用を、曲面が流体の旋回渦流動と同期回転する事により曲面が、旋回渦流体の流動に任せて回転することにより曲面と旋回渦流体の間の反作用が削減される機構とすることで、流体摩擦による摩擦損失と流体の反作用を削減して、節約で得たエネルギーを発電動力に使用する設計思想としている。

流体機械１００は全体が筒形状の内側に軸流羽根車１０９、対数螺旋羽根車１０８で流体の流動エネルギーを旋回流動エネルギーにする機能を収容した機構にしてあり、流体導入口１０８から導入した流体は、一旦大きな径の流路に流入し軸流羽根車１０６により整流し流体の分子間に生じる内部摩擦を低減したあと対数螺旋羽根１０８の羽根形状により流路の形状が旋回流の流路で構成し、自在に回転可能に支持された回転管（回転容積器）１０３の管壁に固定され設けて流体が上流から下流までの流動エネルギーを回転流動エネルギーに変換するねじれ羽根１０７と下流の対数螺旋形状羽根付き遠心斜流羽根車１０６とねじれ羽根車１０７のねじれに倣い旋回流動する、流体は円周状旋回拡散流体となり拡大した流路に位置する対数螺旋形状流路付き遠心斜流羽根車１０６を対数螺旋羽根形状の流路に倣いながら流動し遠心力により旋回流動力が増加となる、旋回流動力を増した旋回渦流体は流体の旋回流動力によりねじれ羽根車１０７、対数螺線形状羽付き遠心斜流羽根車１０６の羽根曲面に体積力、面積力を流動作用し自在回転機構の回転容積器１０３の回転力となり、遠心斜流羽根車１０６の対数螺旋形状の広がりによる遠心作用の相乗効果で回転力が増した旋回渦流体は流動を損なわず排出口１０１から排出し流体の旋回渦流動力で自在回転可能に支持された回転管を回転し回転力を得る目的を達成する、これは前記で述べるように流体の渦流体と流体の渦流回転エネルギーにより自在回転の回転管（回転容積器）を流動通過しながら接触壁面との間に生じる外部摩擦の摩擦損失を削減し、さらに流体が作用する作用曲面が旋回流動する流体の回転力に任せて回転することにより反作用を削減する、この摩擦損失削減と、反作用削減で得られるエネルギー効果により回転力を得ており新たに供給しなければならないエネルギーを必要とせず供給側に圧力損失を与えない機構である。

流体導入口１０５から排出口の１０１まで同芯円状であり導入した流体は流体導入口１０５の内径に固定した無接触軸受機構により自在に回転する軸流羽根車１０９を通過し整流され流体の分子間の内部摩擦による摩擦損失を低減し、密着嵌めこまれ固定された対数螺旋形状羽根１０８の羽根形状の流路にならいながら渦流に変換し下流に流動する。

対数螺旋形状の角度に倣い流体は流路を旋回渦流で下流へ流動する、永久磁石の磁力による１１２．１１４の無接触回転軸受けセットの機構により自在に回転できる回転管（回転容積器）１０３に旋回渦流動流入する。

旋回渦流動の流体は、自在回転機構の回転管（回転容積器）１０３に嵌合固定されたねじれ羽根車１０７に体積力、面積力の作用を働き回転応力を与えながら対数螺旋羽根形状流路の同、固定された遠心斜流羽根車１０６へ流入し斜流の遠心力および対数螺旋羽根形状効果による相乗効果が旋回流動力の増力となり自在回転機構の回転管（回転容積器）１０３を回転させ流体の流動エネルギーを回転流動エネルギーに変換する目的が達成する、流入口より口径のおおきな円周状に広がる対数螺旋形状の羽根に体積力、面積力をさらに与え回転力を増力し、斜流羽根車１０６による遠心力が働き流体の流動回転エネルギーは増加し旋回流のまま排出口１０１から排出される、流体との接触壁面の外部摩擦を作用する曲面と接触壁面が旋回渦流体と同期回転する回転管（回転容積器）１０３の回転により流体摩擦による摩擦損失を削減すると同時に作用曲面が流体に与える反作用を、旋回渦流動に作用曲面が同期回転することで作用曲面を旋回渦流動が同期回転させながら流動することで削減する、この摩擦損失削減と反作用の削減で得たエネルギーで流体の旋回流動力と同期回転する自在回転機構の回転管（回転容積器）１０３を回転する目的が達成され嵌合した発電用永久磁石リング１１０が回転する事により発電用コイル１１１に電力を起電することで目的を達成できる。

摩擦損失削減で得られるエネルギーで旋回渦流回転流動エネルギーが流体機械のシステムのなかを流動することにより回転する自在回転機構の回転管（回転容積器）１０３の回転機構に永久磁石の無接触軸受の磁力による軸並行方向にずれ移動する防止を、ずれ防止リング１１３，１１５を設置し自在回転機構の回転容積器１０３の軸並行方向の移動を防止する。

精度よい同芯を回転容積器１０３，本体１０２、の高精度同芯円加工と１１６，１１７，１１８，１１９の高精度固定リングの嵌合により確立する。

（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態に係る２００は全体が円形暗渠の構造であり閉じた系（閉鎖空間】を流動する流体の流動エネルギーを扱う流体機械であり発電装置の例を示す断面図である、発電装置２００は主として水道の流動エネルギーを利用するものであり第一の実施形態と同様に流体摩擦を削減することにより摩擦損失を削減させて得たエネルギーを利用するものであり、なお流路の曲面版が流動体に与える反作用損失を、曲面板が旋回回転力の流動体と同期回転することにより削減する、流体の分子間に生じる内部摩擦、接触壁面との外部摩擦の流体摩擦による摩擦損失の削減により生じるエネルギーを利用する機構であり、中心軸に対し流体が螺旋状によじれて流動する回転エネルギーを利用する機構である、この機構により新たにエネルギーを必要とせず流体のエネルギーを目的の回転流動エネルギーにすることができる、軸流羽根車２１０、対数螺旋形状羽根２０８、ねじれ羽根２０９、を内包した流体取入口２０４から流体を導入し排出口２０１により排出する。排出口２０１は本体２０２に固定され、導入口は固定側、回転側共用固定筒２０５に固定される、自在回転可能に支持された回転管（回転容積器）２０３はよじれ流路２０７を内包し２１８，２１９，セット、２２０，２２１セットの無接触軸受セットにより自在に回転し摩擦損失を生じるのを防ぐ機構にしてある。流体導入口２１０側を上流、流体排出口２０１側を下流とする。

閉じた系（閉鎖空間）を流動する流体は、層流の場合もあるあるが乱流の場合が多い、水道管から流体を、口径を拡大した流体導入口２０４に導入し流速を落とし嵌合し取り付けてある無接触軸受セットにより自在回転の軸流羽根車２１０に流動し整流し分子間摩擦の摩擦損失を低減する、整流流体は対数螺旋形状羽根２０８の渦流路により渦流回転にされ、ねじれ羽根２０９に流動し羽根のねじれの角度に倣い流動し旋回渦流となる、軸流羽根車、対数螺旋形状羽根、ねじれ羽根を内包した流体導入口２０４の下流側は自在回転可能に支持された回転管（回転容積器）２０３に無接触挿入し、ねじれ羽根２０９を渦流路２０７に接近させてあり旋回流体は回転管（回転容積器）２０３に嵌合固定してあり４系統に分かれた渦流路２０７に流入する、遠心拡大方向によじれて旋回渦流となり遠心回転力を増し、嵌合固定されている回転管（回転容積器）２０３の回転機構により流体の流路の接触壁面摩擦による摩擦損失を削減し削減した分のエネルギーを得て、同期回転させながらなだらかに勾配にした排出口２０１から旋回渦流のまま排出される、内部摩擦、外部摩擦の流体摩擦を削減しさらに流体が作用する曲面が旋回渦流体と同期回転することで流体の作用面が流体の旋回渦流回転力で流体と同期回転することで反作用が生ぜず、反作用を削減し削減した分のエネルギーを得る、この両方で得られたエネルギー（旋回渦流動力）が回転管（回転容積器）を同期回転させながら流動することで流体の流動エネルギーを回転流動エネルギーに変換し目的の回転力を得ることが出来回転管（回転容積器）筒外に嵌合固定の発電用磁石２１１を回転させ本体２０２に固定されている発電用コイル２１２に起電する発電装置となることで目的を達成する。

回転部は流体の流動エネルギーにより玉軸受を採用することもあるが、摩擦抵抗を極小にして摩擦損失を生じさせない目的から軸流羽根車２１０の軸受けは永久磁石により無接触で回転する機構とした、なお回転容積器の回転摩擦抵抗を極小とする目的から永久磁石２１８，２１９セット、２２０，２２１セット永久磁石無接触回転軸受は同極性を向きあわせた機構とした、なお同極を向きあわせた永久磁石２２２，２２４を設け横移動防止してある。

流体導入口２０４と流体排出口２０１は同芯を確立するために高精度の本体２０２に高精度で加工した固定リング２１３、２１３Ｂ、２１４および、固定側、回転側共用固定筒に２１５，２１５Ｂの嵌合で流体導入口２０４を同一芯状に固定してある。

本発明は水道管が敷設してあり水道を使用中であれば場所は選ばず設置が可能で、流体に抵抗を生ずる事はないが、摩擦損失が管の内径に反比例することから水道管などのおおきさに合わせ其の水道管のサイズ以上の流体導入口２０４のサイズにした発電装置とすることで供給側に供給圧損失を与えず安全運転することが出来る、なお流体摩擦による摩擦損失削減で得られるエネルギーを利用することから、よじれ流路の角度、よじれ流路の回転中心軸巻き付き長さはニーズに応じて変更し強力な回転力を得ることもできる。

他の実施形態も同様であるが、本発明の発電装置に使用する材料、材質は既存の水道に使用されている、鉄、塩ビ、ステンレスなどを使用し衛生上問題を生じない構造であり特別な材質を使用することはない、なお図面に示すように発電装置は壁で隔てた流体の外側に設置してあり衛生上問題を生じない、連続して装置を設置し発電した電力を集合する事により大電力とすることが出来る。

（第３の実施形態）

図５は本発明の第３の実施形態であり、３００は主に排出流動する気体を対象にした第一形態、第二形態と同様に流体の流体損失、反作用損失を削減し、削減して得たエネルギーを回転動力のエネルギーに変換する機構の流体機械の発電装置の一つの例を示した断面図である。流体導入口３１４を上流とし、流体排出口３２１を下流とする。

重油・ガスタービン或いはディーゼル機関の、排気ガスは機関の大小にもよるが排気流速は１５〜２０ｍ／秒と考えられる、この排気ガス流動エネルギーを有効利用するものであり流体を取入口３１４に流入させる事により、流動エネルギーを取り入れ口３１４に嵌合した軸流羽根車３０５を流動通過し、整流され流体の内部摩擦を削減し直近下流の対数螺旋形状羽根３０４の羽根形状に倣い渦流動し、ねじれ羽根３０６をねじれの角度に従い流動する事により回転力がある旋回渦流体となり自在回転可能に支持された回転管（回転容積器）３１１に嵌合組み込まれてある対数螺旋羽根車３０３を羽根形状に倣い旋回しながら通過し、自在回転可能に支持された回転管（回転容積器）３１１を同期回転させながら下流へ流動する。

（回転管）回転容積器３１１は本体３１０、固定側、回転側共用ホールド筒３１３と同芯円上を確立するために高精度の固定リング３０８、３１２，３１２Ｂにより固定し、回転には転がり軸受けを採用しても良いが、永久磁石の同極を向かい合わせた無接触軸受セット３１６、３１６Ｂ，３１９，３１９Ｂにより回転抵抗を発生させず、流動管の接触壁面との外部摩擦を削減し摩擦損失を削減したエネルギーを旋回渦流動力としてさらに自在回転可能に支持された回転管（回転容積器）３１１の作用曲面が流動体と同期回転する事により旋回渦流動体の流動の流体に与える反作用を削減し、この削減した両方のエネルギーで回転動力エネルギーに変換して排気圧負荷とならないようにした機構である、横ズレ防止のために磁石リング３０９，３１７で同極同士をあい向かい合わせて設置してあり回転摩擦抵抗を生じさせず流体による回転力を得る目的が達成できる。

自在回転可能に支持された回転管（回転容積器）３１１に流入した旋回流の流体は対数螺旋羽根車３０３を旋回しながら通過し回転容積器３１１の内壁に嵌めこまれ固定してあるねじれ羽根車３０２の羽根に流体の体積力、面積力がねじれ角に作用し、より旋回力を増し、更に流体の旋回流動の流動エネルギーが対数螺旋形状流路羽根の遠心斜流羽根車３０１の羽根に体積力、面積力の作用として働き，円周に広がり流動する流体の遠心力流動が作用し相乗効果で回転トルクを向上させ回転力を得るための目的が達成できる。

目的を達成できた旋回流体は旋回流のまま排出管３２１から排出され、回転容積器３１１に嵌合してある軸方向極性の永久磁石３１５を回転させる作動による回転が起電用コイル３０７に作用し発電し発電の目的を達成することができる。

本発明の流体機械は排気流体の流動速度が１０ｍ／秒以上であれば活用されていない全ての排気ガス流体に利用し発電することが可能であり、乱流を整流して分子間摩擦を削減し更に流体に旋回流の方向づけをして渦流にして更に流動管の境界層の摩擦抵抗を流動管である自在に回転する機構の回転容積器が、旋回渦流動体と同期回転することであり摩擦抵抗は削減され、流体が層流でも、これらの流体摩擦を削減して摩擦損失削減で得られるエネルギー効果により排気圧負荷を掛ける事なく旋回流動力を向上する事は可能である。

（第４の実施形態）
図７は本発明の第４の実施形態であり４００は全体が円筒暗渠の構造であり主に閉じた系（閉鎖空間）を流動する流体を対象にした流体の流体摩擦を削減し摩擦損失を削減することにより得られるエネルギーを利用し、流体に作用する曲面の反作用を、流体が作用し受容する曲面容器が流体の旋回渦流動回転と同期回転する自在回転可能に支持された回転管（回転容積器）に固定して中心軸に螺旋状に巻き付く４条の形状のよじれ渦管流路とその渦流を、遠心力を利用した対数螺旋形状羽根付き遠心斜流羽根車４０５とで構成する機構の流体機械に係る一つの例を示した断面図である。流体導入口４０４を上流とし、流体排出口４０１側を下流とする。

流体は軸流羽根車（４１０）、対数螺旋形状羽根車（４０９）、渦流路（４０８）を収容し口径を拡大した流体導入口４０４から入り排出口４０１から排出する、入り口から排出口まで同芯円状に並ぶ流体取り入れ口４０４は本体４０２に固定リング４１８、４１８Ｂにより固定され、流体は流体取り入れ口径より大口径の流路に流入し流速を緩め流体導入口４０４の内径に設置した軸流羽根車４１０を通過し整流され分子間に生じる内部摩擦を削減し近接下流の内壁に固定嵌合した対数螺旋形状羽根４０９を流動し旋回渦流にし、よじれ流路４０８に流動し対数螺旋形状流路に倣いよじれ旋回渦流となる、旋回流動を得た流体が自在回転可能に支持された回転管（回転容積器）４０３に嵌合固定された軸流羽根車４０７のはねのよじれに倣い、流動しさらに約３０度傾斜角度で軸中心によじれた４条の流路４０６は管流路が流入口から排出口までのよじれが約一回転（３６０°）し、流動する、この流体回転力により自在回転可能に支持された回転管（回転容積器）４０３に回転力を与えながら対数螺旋羽根形状付き遠心斜流羽根車４０５を渦流回転流動し遠心回転力を、対数螺旋形状羽根流路で影響を受け、増力しながら流動することにより目的の回転力を得ることができる。

転がり軸受けを採用することも可能であるが、摩擦損失を生じることを防ぐ目的から回転容積器４０３は永久磁石の同極性を向かい合わせた無接触軸受４１１，４１１Ｂ，４１２により自在に回転する機構を採用している、横ずれ防止に永久磁石の同極を向かい合わせた横ずれ防止永久磁石リング４１３、４１３Ｂ，４１４，を設置してある。

渦管流路４０８は流路が軸を中芯に流入口から排出口まで４条が約１８０度よじれ巻きつき回転した巻貝の変形の対数螺旋流路の形状でありよじれ角度が渦流の回転エネルギーを向上させる、なお渦管流路４０６は長道程とし流入側から排出側までのよじれを３６０°（一回転）以上回転し流体の回転動力をより強力な回転力を得ることが出来て自在回転可能に支持された回転管（回転容積器）４０３に嵌合固定され流体の旋回渦流動力が回転管（回転容積器）４０３を同期回転させる、流路の条数は４条以外２条など他の条数を採用ができてよじれの角度及び道程は適宜変更することが可能であり、この回転容積器の外形に嵌合固定された永久磁石４１５が同期回転する事により発電用コイル４１６に起電し発電装置となり他の実施形態も同様に発電機を起動し発電するのではなく流体の流れのなかで回転する回転管（回転容積器）が直接発電装置となり流体の流動力を流体の回転力に変換し得られたエネルギー利用することで目的を達成する、このよじれ流路および斜流羽根車方式は他の（第１の実施形態）、（第３の実施形態）に組み合わせで採用することもできる。

本発明は流体が流動するなかで流動エネルギーを旋回流回転エネルギーに変換し、流体を旋回流、渦流に変換し渦流の強い旋回渦流回転力で自在回転可能に支持された回転管（回転容積器）４０３を回転させる、発電用永久磁石リング４１２を嵌合した回転管（回転容積器）４０３の回転が起電用コイル４１５に作用し発電装置となる，回転管に歯車などを取り付けることにより発電機を起動することも出来る。本発明は前述するように流体の整流により分子間に生じる内部摩擦を削減して摩擦損失削減し、なお流体を旋回渦流回転動力に変換し流路の回転管（回転容積器）を回転させることにより流体との接触壁面との壁面摩擦を削減し摩擦損失を削減させ、さらに流体が作用する曲面が、流体の回転動力と同期回転することで流体と作用曲面との反作用を削減させ曲面の反作用を回転力にして損失を削減することができる、予め余分なエネルギーを与えて流動させている水道に負の影響を与えず水道事業に悪影響を生じることはない。

（第５の実施形態）
図９は速度を緩めた低流速流体を取り入れ、圧力損失を生じることなく高流速に変換し流体にエネルギーを得るための装置の例を断面に示した図面である。

流体は回転中心軸無接触軸受け５１１の流路より導入し、旋回渦流経路の対数螺旋形状羽根流路５１０の流路に倣い流動し羽根車５０９の回転を受け流速を増しステーター５０７とローター５０８の軸流圧縮装置により流体は圧縮されよじれ流路受け筒５０３に収められ回転中心軸５１２の勾配に倣い螺旋状に巻き付く形状の４条のよじれ流路５０６に流動しながら勾配流路に倣い旋回渦流動となり旋回力と勾配による断面積の縮小に倣い圧縮されながら旋回流動しよじれ羽根車５０５の流路に倣い旋回渦流動しながら排出管５０１より排出することで圧縮流が生成され高速流に変換され目的が得られる。

機能は本体５０２に同芯円状に収容され、自在回転可能に支持された回転管（回転勾配容積器）５０４は無接触軸受セット５１３，５１３Ｂ，５１４、５１４Ｂ，５１５，５１５Ｂ，５１６，５１６Ｂ，の永久磁石の同極向かい合わせにより無接触回転軸受機構としてある、横方向ズレ防止に５２１、５２２により軸並行方向の移動を防止する。

軸流圧縮機のローター５０８は回転中心軸５１２に固定され、ステーターは本体５０２の内壁に固定してある。

回転中心軸５１２は永久磁石５１７、５１８，５１９，を嵌合固定してあり流体導入路兼回転中心軸受け５１１により無接触軸受機構としてあり移動防止リング５２０により無接触機構を確立していて、勾配部分に回転軸受け筒５０３に密着固定され回転軸受け筒５０３は回転勾配容積器５０４に密着固定させてあり回転管（回転勾配容積器）５０４と回転中心軸５１２は同芯上にあり摩擦損失を生じない無接触回転機構としてあり、流体による負荷を大きくかけず流体の流動力を利用して回転流動体に変換し回転力を得て目的が達成できる。

無接触軸受付きプロペラ５０９、回転中心軸に固定してある永久磁石５１７により無接触回転機構となり、無接触軸受付き対数螺旋形状羽根５１０は本体５０２の内壁に嵌合固定し回転中心軸５１２に嵌合固定してある永久磁石５１８と無接触回転軸受機構としてあり其々移動防止リング５２７，５２７Ｂにより横方向移動を防止する機構としてある。

排出口５０１は同芯構造を確立のために高精度加工の固定リング５２３、５２３Ｂで本体５０２と嵌合固定してある。

流速を得て圧縮された流体は第３の実施形態の流体導入口に接続することが可能であり燃焼機関などからの排出流体を効率よく回転エネルギーに変換し第３の実施形態の作動により電気エネルギーを得ることが出来る。

本発明のこの第５実施形態は移動する機関に取り付け移動することにより流体の自然流入で導入される流体の流動エネルギーを回転エネルギーに変換し自在回転可能に支持された回転管（回転勾配容積器）５０４の外周に設ける発電機構の利用が可能であり、排出口５０１から大気に排出する圧縮流体は反作用効果により推力を得ることができる。

構成する機構のなかで軸流羽根車５０５を採用せず取り外すことも可能である。尚取り入れる流体を旋回渦流導入にする為、取り入れ口前面に大口径の対数螺旋形状羽根流路を設置することもある。

回転管（回転勾配容積器）５０４の勾配終点位置に嵌合固定し設ける永久磁石５２５の回転が発電用コイル５２６に起電し発電機となり目的が達成できる。

流体と接触壁面との外部摩擦による摩擦損失を回転管（回転勾配容積器）５０４が旋回渦流体の回転と同期回転して削減し、渦管流路による回転流動力が、流体に与える流路の曲面の反作用を作用する曲面が旋回渦流動に同期して回転し反作用を削減することで反作用損失を削減する、エネルギー損失削減で得られた節約エネルギーで、回転エネルギーとして利用する事により、自在に回転できるように支持された回転管（回転勾配容積器）５０４が回転し、圧縮エネルギーを得ることが出来て目的を達成する。

以上のことは変更や改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得る事は特許請求の範囲の記載から明らかである。

ごく身近に存在する未活用のエネルギーもある、そこで本発明を活用する事により、前述しているように、閉じた系を流動する膨大なエネルギー量の特に人口密集地の水道水、下水道水の利用技術は開発されていない、また閉じた系を流動する一定圧力のガス類、および開いた系に放出されている高流速の排気ガス等さらに閉じた系から圧力を用いて開いた系に放出される液流体の流動エネルギーを活用する技術は開発されていない、本発明は上記を解決する利用技術を提起するものであり、いまや一極集中型の原子力や、化石燃料のエネルギー源を求める時代ではなく、分散型エネルギーでエネルギー源を出来る限り国外に求めず環境に優しく、身近に存在するエネルギー源を活用することで喫緊の課題である新エネルギー生成の一翼とする事ができ新産業を生み出すことで利用可能性は大きい。

１００・・ねじれ羽根車、対数螺旋形状羽付き遠心斜流羽根車、回転容積器流体機械、２００・・軸流羽根車、対数螺旋形状羽根、ねじれ羽根、拡大型よじれ流路付き回転容積器流体機械、３００・・軸流羽根車、対数螺旋形状羽根、ねじれ羽根、対数螺旋形状羽根車、ねじれ羽根車付き遠心斜流羽根車、気体用回転容積器流体機械、４００・・対数螺旋形状羽付き遠心斜流羽根車渦管流路回転容積器流体機械、５００・・流速変換および圧縮機構のう図鑑流路流体機械。
１０２，２０２，３１０，４０２、５０２・・本体、
１０５，２０４、３１４、４０４・・流体導入口、
１０１，２０１，３２１，４０１、５０１・・流体排出口、
２０５，３１３，固定側、回転側共用筒、
２０９，３０６、・・ねじれ羽根、
１０９，２１０，３０５，４１０、５０９・・軸流羽根車
１０８，２０８，３０４，４０９、５１０・・対数螺旋羽根、
１０７，３０２，４０７、５０５・・ねじれ羽根車
３０３・・対数螺旋遠心斜流羽根車、
４０８・・渦管流路、
４０６、５０６・・渦管流路、
２０７・・拡大渦管流路
１１６，１１７，１１８，１１９，２１３，２１３Ｂ、２１４、２１５，２１５Ｂ，３０８，３１２，３１２Ｂ，３２２，４１７，４１７Ｂ４１８，４１８Ｂ、５２３，５２３Ｂ，５２４・・固定リング
１１０，２１１，３１５，４１５、５２５・・発電用磁石リング
１１１，２１２，３０７，４１６、５２６・・発電用コイル
１１２，１１４，２１８，２１９，２２０，２２１，３１６，３１６Ｂ、３１８，３１９Ｂ、３１８Ｂ，３１９、４１１，４１１Ｂ、４１２、５１３，５１３Ｂ，５１４，５１４Ｂ，５１５，５１５Ｂ、５１６、５１６Ｂ、５１７、５１８，５１９・・無接触軸受セット、
１１３，１１５，２２２，２２４，３０９、３１７，４１３，４１３Ｂ、４１４、５２１、５２２，５２７，５２７Ｂ・・横ずれ防止磁石リング
５０７・・ステーター
５０８・・ローター
５０３・・渦管流路受け筒
１０３，２０３，３１１，４０３，・・回転管（回転容積器）
５０３，５０４・・回転管（回転勾配容積器）

Claims (5)

1. 流体が流れる管路内に上流側から順に、管壁に回転自在に設けられて流体の流れを整流する軸流羽根車、管壁に固定して設けて旋回流にする対数螺旋形状羽根と、旋回力を強くするねじれ羽根と、自在回転可能に支持された管路の管壁にねじれ羽根車と対数螺旋形状羽付き遠心斜流羽根車を配置し固定して発電機を構成していることを特徴とする流体機械。
2. 自在回転可能に支持された管路の中心軸によじれて巻き付く形状の渦管流路とこの渦管流路が円周上に広がる流路に接続されさらに対数螺旋形状羽根付き遠心斜流羽根車に接続されて発電機を構成することを特徴とする流体機械。
3. 自在回転可能に支持された管路の管壁に流体の流れを旋回渦流にする対数螺旋羽根車とこれに接続し旋回流を促進する中心部が空洞のねじれ羽根車と、さらにこれに接続した流体の遠心力を増力する対数螺旋形状羽根付き遠心斜流羽根車で発電機を構成することを特徴とする流体機械。
4. 管路の管壁に固定され流体を渦流にする、中心軸に数条で約１０°から６０°の傾きで螺旋状によじれて巻き付くよじれ渦管流路と、管路が自在回転可能に支持されてこの管路の管壁に固定された旋回流を促進するねじれ羽根車とこれに接続し渦流力を増力する中心軸に巻き付くよじれ渦管流路と遠心力により回転力を増力する対数螺旋羽根付き遠心斜流羽根車とで構成することを特徴とする流体機械。
5. 本体の管壁に固定し旋回流にする対数螺旋形状羽根と、流体を下流に流動促進する自在回転のプロペラと、流体を圧縮する同、本体内壁に固定したステーターと、自在回転の中心軸に固定された軸流圧縮機のローターと、自在回転可能に支持された勾配管路に収容され回転力を促進し流速を高め圧縮力を促進する勾配よじれ渦管流路と、これに接続し旋回力を増力するねじれ羽根車とで発電機を構成することを特徴とする流体機械。

Images