JP2014513239A - 高速な気流を発生する方法 - Google Patents

Abstract

品質の低い熱源を用いて低速な気流を利用価値の高い高速又は超高速な気流に変換する方法を提供する。該方法は、風管（１）、循環管（２）、及び、冷却装置（４）と循環ポンプ（５）と熱交換器（６）とのいずれか一つ又は二つ以上の組み合わせでからなる起動・制御システム（３）で構成される装置を用いて、該装置内に媒質を充填すること、起動・制御システム３を起動すること、及び媒質が液体状態で増圧されてから熱を吸収して気化され、風管（１）に流れ込んで高速な気流を発生すること、を含む。該方法によれば、自然界にある流体による熱エネルギーを機械エネルギーに効率よく変換できる。
【選択図】図１

Description

本発明は高速な気流を発生する方法に関し、熱エネルギー又は流体エネルギーを機械エネルギーに変換する方法に関する。

従来技術である高速な気流を発生する方法では、まず気体を増圧させ、次にそれを膨張させて噴出させることにより、高速な気流を発生する。このような方法では、エネルギーの消耗量が高く、多くのエネルギーが無駄になり、かつ、機械装置の耐圧力性能と、温度に対する材料の耐候性と、機械重量やサイズの要求などの多くの制限があるから、発生した気流は速度があまり高くなく、利用価値が低い。

熱エネルギーを機械的な仕事に変換することは、人類がエネルギーを利用する最も主な形態である。従来の変換形態では、熱エネルギーを圧力エネルギーに変換してから外部に仕事をするものであり、その場合にエネルギーの損失が生じて、化石エネルギーを余分に消耗することになる。

そこで、本発明は上記の従来技術の不具合を解消し、品質の低い熱源を用いて低速な気流を利用価値の高い高速又は超高速な気流に変換する方法を提供する、ことを目的とする。

本発明はさらに、本発明に係る高速な気流を発生する方法を利用し、自然界にある流体による熱エネルギーを機械エネルギーに効率よく変換する、ことを目的とする。

本発明の目的は下記のような手段で達成できる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は、風管１、循環管２、及び、冷却装置４と循環ポンプ５と熱交換器６とのいずれか一つ又は二つ以上の組み合わせでからなる起動・制御システム３で構成される装置を用いる方法であって、
（１）前記装置内に媒質を充填すること、
（２）起動・制御システム３を起動すること、
（３）媒質が液体状態で増圧されてから熱を吸収して気化され、風管１に流れ込んで高速な気流を発生すること、を含む。

風管１は高速な気流を発生するための重要なものであり、風管１は異なる流速又は流量に応じて直径及び形状を調整することができる。風管１内の媒質は気体の流速が高くて温度が下がり液体の凝縮に至る場合に、風管１の形状を変更するなどにより液体を析出させることができる。

循環管２は流体の輸送ができる一般の管路である。

起動・制御システム３は、一部の媒質を液体状態で増圧してから、熱を吸収させ蒸発させて、再び風管システムに送るために設けられる。起動・制御システム３は、流体の流量を調整制御し、流体を液化させ、流体を増圧させ、流体を気化させ、流体を加熱し、循環管を開通・切断する機能をする。

起動・制御システム３の冷却装置４について、媒質の沸点の高さ及び循環量の大きさにより対応するものを選択することができる。

起動・制御システム３の循環ポンプ５について、媒質の気相・液相状況及び循環量の大きさにより対応するものを選択でき、循環ポンプは循環の一方向性を維持しながら液化の流体を増圧させることにより、風管内で発生した流体の高速化に必要する圧力差を得るために用いられる。

起動・制御システム３の熱交換器６について、媒質の必要な蒸発量及び熱交換源の温度差により対応するものを選択することができる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は次のように実施される。

実施準備：
風管１の内部及びその出入り口の両端部に沸点の低い気体状の媒質を、循環管２の内部に他種の沸点の高い媒質をそれぞれ入れ、かつ沸点の高い媒質が起動・制御システムを流れている。

循環管２と風管１の間の循環を開始する：
まず、風管１の外側循環の出入り口を閉じて、次に起動・制御システム３の循環ポンプ５及び冷却装置４を動作させることにより、循環管内の沸点の低い媒質を液化させて得る液体が循環ポンプ５を通して熱交換器６に送られ、ここで吸熱・蒸発を行うことで外部環境から熱を吸収してから風管１に流れ、沸点の低い気体状の媒質は風管１を快速に流れ、循環管２及び起動・制御システム３を通して再び風管１に流れ込むようにして、沸点の低い媒質を循環管２と風管１の間を快速に循環することができる。この場合、気流の速度を高くするように風管１の直径を調整することができる。

風管１の外側循環を実施する：
外側循環における沸点の低い低沸点の媒質を、循環管２からの沸点の高い低沸点の媒質の働きにより一定の方向に循環させるように風管１の外側循環の出入り口を徐々に開ける。沸点の高い媒質の質量による循環量が変わらないからである。沸点の低い気体状の媒質の循環を追加することにより、風管内の流体のラインスピードを大いに高くし、更に風管１の通風口の径を縮小することで、より一層に風管内の気流の速度を大いに高くすることができる。

負荷をかける：
気流の速度を高くする、及び（又は）風管の循環途中に例えばタービンなどのエネルギーを消耗する負荷装置を設けることにより、沸点の高い媒質の一部または全部を液化させることができる。液化された沸点の高い媒質は、風管１に増設された湾曲状経路又は螺旋状経路などの気体・液体分離装置及びガイド装置を通して循環管２に導かれ、次に起動・制御システム３で熱を吸収してから再び風管１に戻される。

このようにして通常の運転状態になり、風管１内に速度の極高い安定した高速な気流が形成されている。

風管１での循環途中に動力負荷を追加することにより、起動・制御システム３の冷却装置４のエネルギー消耗を一部減少する又は全部省くことができ、効率の高い動力エネルギーシステムを得られる。

立上げ又は運転中では、循環ポンプ５は冷却装置４の循環システムに代えられても、また凝縮された液体の重力又は風管からの衝撃力に代えられてもよいので、省略されて用いられない可能性があり、熱交換器６も外部へのエネルギー出力の量が十分に多くない場合に用いられない可能性があり、冷却装置４も高速な気流に奪われるエネルギーが一部の媒質を液化させるに十分である場合に用いられない可能性がある。しかし、本システムとして最初の循環用の動力を有しなければならない。最初の循環用の動力は循環ポンプ５に由来する或いは冷却装置４自体に由来するが、熱交換器６又は冷却装置４自体は作業状況の違いにより調整される又は選択されることになる。

風管１と循環管２とは物理的な構造では一つの管路に完全に整合されることがあるが、この場合、管路として、風管と循環管との両方の機能を両立できるものが必要する。それは風管に液体案内溝又は戻し管を設けるなどして実現できる。この場合の案内溝又は戻し管は循環管２と見なされてもよい。

本発明の目的は更に次のような手段で達成できる。

好ましくは、本発明に係る高速な気流を発生する方法では、前記風管１は縮径により管径を変更する、或いは、風管１において増設された湾曲状経路又は螺旋状経路の気体・液体分離装置及びガイド装置を用いて、気体状の媒質を液体状に凝縮させて循環管２に導き、次に起動・制御システム３で熱を吸収してから再び風管１に戻す。

好ましくは、本発明に係る高速な気流を発生する方法では、前記風管１と循環管２とは完全に重なる又は一部重なる又は根元部と先端部とが繋がっている。

好ましくは、本発明に係る高速な気流を発生する方法では、起動・制御システム３と循環管２とは互いに直列に接続されている。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は、装置を流れている媒質は一種の流体又は一種以上の流体からなる混合媒質であることを特徴とする。

好ましくは、本発明に係る高速な気流を発生する方法では、前記風管１はエア又は水を流体の媒質として用いられる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法では、前記風管１は入口も出口も外気に向かって繋がっている。循環管の内部に充填されるのは水であり、起動・制御システム３で循環及び液化を強制的に実施することにより、風管内で高速な気流を発生し、高速な気流のうちの水は高速状態での温度が低いので、大部分の水蒸気が液化され循環管２に流れてしまう一方、風管内のエアは速度が水蒸気からのプッシュ力により更に速くなり、外気に高速な気流を吐出して、循環管内の水は熱交換器で自然環境から熱を吸収し蒸発してから、改めて風管１に流れ込んで循環を行い、風管の入口から自然界の空気に含まれる水蒸気を吸入することで、外気に吐出された一部の水が補償されて、水のバランスを得られる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は、エンジンシステム及び他の高速な気流を利用する装置に適用されることを特徴とする。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は従来技術と比べて、次のような際立った実質的な特徴及び顕著な進歩を有している。

１．品質の低い熱源を用いて、低速な気流を利用価値の高い高速又は超高速な気流に変換する方法を提供できる。

２．本発明に係る高速な気流を発生する方法によれば、自然界にある流体による熱エネルギーを機械エネルギーに効率よく変換できる。

３．品質の低い熱源を用いて、大幅の昇圧過程をなるべき避けて、方向の一定ではない気体の分子による熱運動を直接一定化して高速な気流に変換する装置を提供できる。

４．本発明に係る高速な気流を発生する方法によれば、増圧方法では達成し難い超高速な気流を発生することができる。

５．本発明に係る高速な気流を発生する方法によれば、相対的に簡単な装置でエネルギーの極高い気流を発生することができる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法及び装置の原理を示す概念図である。 本発明に係る方法で発生した高速な気流を用いて動力駆動を行う一つの原理を示す概念図である。

以下、本発明を実施例に基づいて詳しく説明する。

実施例１
本発明に係る高速な気流を発生する方法では、風管１、循環管２、及び起動・制御システム３を含み、そのうち、風管１はエアで一杯に充填されかつ根元部と先端部とが繋がっており（図２を参照）、風管１にタービン７が取り付けられ、風管１内の気体がタービン７を貫通して仕事をすることができる。循環管内に充填されるのは冷媒Ｒ１３４ａ（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）であり、起動・制御システム３で循環及び液化を強制的に実施することにより、風管内で高速なＲ１３４ａの気流を発生し、高速な気流のうちのＲ１３４ａ（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）は高速状態での温度が低いので、一部又は全部のＲ１３４ａが液化され循環管２に流れてしまう一方、風管内のエアは速度が高速なＲ１３４ａ（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）からのプッシュ力により更に速くなり、タービンが回転することで外部に仕事を出力するように駆動して、それによって、システム全体のエネルギー体制が低下し、温度が下がり、循環管内のＲ１３４ａ（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）は熱交換器で自然環境から熱を吸収し蒸発してから、改めて風管１に流れ込んで循環を行うことにより、システム全体のエネルギー体制をバランスの得られるレベルに維持できるようになる。起動・制御システム３のパラメータを調整することにより、起動・制御システム３における冷却装置４及び循環ポンプ５が動作頻度を減少する又は動作を停止することができ、システム全体の自動循環を保証することもでき、ひいては吸熱及び仕事する過程の自動的運転を保証できるようになる。

実施例２
本発明に係る高速な気流を発生する方法では、風管１、循環管２、及び起動・制御システム３を含み（図２を参照）、そのうち、風管１は自体の根元部と先端部を互いに繋がることで、内部に一種の媒質しかない一つの管路通路を構成するものである。この場合、起動・制御システム３における冷却装置及び循環ポンプにより循環全体を開始できるが、この時媒質は高速時に一部しか液化され、液化されていないものが風管１内で高速に循環されるままである。この形態でも実施例１による効果を達成できる。

実施例３
本発明に係る高速な気流を発生する方法では、風管１、循環管２、及び起動・制御システム３を含み（図２を参照）、そのうち、風管１は入口も出口も外気に向かって繋がっている。循環管の内部に充填されるのは水（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）であり、起動・制御システム３で循環及び液化を強制的に実施することにより、風管内で高速な気流を発生し、高速な気流のうちの水は高速状態での温度が低いので、大部分の水（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）が液化され循環管２に流れてしまう一方、風管内のエアは速度が水蒸気（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）からのプッシュ力により更に速くなり、外気に高速な気流を吐出して、循環管内の水（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）は熱交換器で自然環境から熱を吸収し蒸発してから、改めて風管１に流れ込んで循環を行うことができ、風管の入口から自然界の空気に含まれる水蒸気を吸入することで、外気に吐出された一部の水が補償されて、水のバランスを得られる。

１…風管、２…循環管、３…起動・制御システム、４…冷却装置、５…循環ポンプ、６…熱交換器、７…動力消耗装置。

本発明は高速な気流を発生する方法に関し、熱エネルギー又は流体エネルギーを機械エネルギーに変換する方法に関する。

従来技術である高速な気流を発生する方法では、まず気体を増圧させ、次にそれを膨張させて噴出させることにより、高速な気流を発生する。このような方法では、エネルギーの消耗量が高く、多くのエネルギーが無駄になり、かつ、機械装置の耐圧力性能と、温度に対する材料の耐候性と、機械重量やサイズの要求などの多くの制限があるから、発生した気流は速度があまり高くなく、利用価値が低い。

熱エネルギーを機械的な仕事に変換することは、人類がエネルギーを利用する最も主な形態である。従来の変換形態では、熱エネルギーを圧力エネルギーに変換してから外部に仕事をするものであり、その場合にエネルギーの損失が生じて、化石エネルギーを余分に消耗することになる。

そこで、本発明は上記の従来技術の不具合を解消し、品質の低い熱源を用いて低速な気流を利用価値の高い高速又は超高速な気流に変換する方法を提供する、ことを目的とする。

本発明はさらに、本発明に係る高速な気流を発生する方法を利用し、自然界にある流体による熱エネルギーを機械エネルギーに効率よく変換する、ことを目的とする。

本発明の目的は下記のような手段で達成できる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は、風管１、循環管２、及び、冷却装置４と循環ポンプ５と熱交換器６とのいずれか一つ又は二つ以上の組み合わせでからなる起動・制御システム３で構成される装置を用いる方法であって、
（１）前記装置内に媒質を充填すること、
（２）起動・制御システム３を起動すること、
（３）媒質が液体状態で増圧されてから熱を吸収して気化され、風管１に流れ込んで高速な気流を発生すること、を含む。

風管１は高速な気流を発生するための重要なものであり、風管１は異なる流速又は流量に応じて直径及び形状を調整することができる。風管１内の媒質は気体の流速が高くて温度が下がり液体の凝縮に至る場合に、風管１の形状を変更するなどにより液体を析出させることができる。

循環管２は流体の輸送ができる一般の管路である。

起動・制御システム３は、一部の媒質を液体状態で増圧してから、熱を吸収させ蒸発させて、再び風管システムに送るために設けられる。起動・制御システム３は、流体の流量を調整制御し、流体を液化させ、流体を増圧させ、流体を気化させ、流体を加熱し、循環管を開通・切断する機能をする。

起動・制御システム３の冷却装置４について、媒質の沸点の高さ及び循環量の大きさにより対応するものを選択することができる。

起動・制御システム３の循環ポンプ５について、媒質の気相・液相状況及び循環量の大きさにより対応するものを選択でき、循環ポンプは循環の一方向性を維持しながら液化の流体を増圧させることにより、風管内で発生した流体の高速化に必要する圧力差を得るために用いられる。

起動・制御システム３の熱交換器６について、媒質の必要な蒸発量及び熱交換源の温度差により対応するものを選択することができる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は次のように実施される。

実施準備：
風管１の内部及びその出入り口の両端部に沸点の低い気体状の媒質を、循環管２の内部に他種の沸点の高い媒質をそれぞれ入れ、かつ沸点の高い媒質が起動・制御システムを流れている。

循環管２と風管１の間の循環を開始する：
まず、風管１の外側循環の出入り口を閉じて、次に起動・制御システム３の循環ポンプ５及び冷却装置４を動作させることにより、循環管内の沸点の低い媒質を液化させて得る液体が循環ポンプ５を通して熱交換器６に送られ、ここで吸熱・蒸発を行うことで外部環境から熱を吸収してから風管１に流れ、沸点の低い気体状の媒質は風管１を快速に流れ、循環管２及び起動・制御システム３を通して再び風管１に流れ込むようにして、沸点の低い媒質を循環管２と風管１の間を快速に循環することができる。この場合、気流の速度を高くするように風管１の直径を調整することができる。

風管１の外側循環を実施する：
外側循環における沸点の低い低沸点の媒質を、循環管２からの沸点の高い低沸点の媒質の働きにより一定の方向に循環させるように風管１の外側循環の出入り口を徐々に開ける。沸点の高い媒質の質量による循環量が変わらないからである。沸点の低い気体状の媒質の循環を追加することにより、風管内の流体のラインスピードを大いに高くし、更に風管１の通風口の径を縮小することで、より一層に風管内の気流の速度を大いに高くすることができる。

負荷をかける：
気流の速度を高くする、及び（又は）風管の循環途中に例えばタービンなどのエネルギーを消耗する負荷装置を設けることにより、沸点の高い媒質の一部または全部を液化させることができる。液化された沸点の高い媒質は、風管１に増設された湾曲状経路又は螺旋状経路などの気体・液体分離装置及びガイド装置を通して循環管２に導かれ、次に起動・制御システム３で熱を吸収してから再び風管１に戻される。

このようにして通常の運転状態になり、風管１内に速度の極高い安定した高速な気流が形成されている。

風管１での循環途中に動力負荷を追加することにより、起動・制御システム３の冷却装置４のエネルギー消耗を一部減少する又は全部省くことができ、効率の高い動力エネルギーシステムを得られる。

立上げ又は運転中では、循環ポンプ５は冷却装置４の循環システムに代えられても、また凝縮された液体の重力又は風管からの衝撃力に代えられてもよいので、省略されて用いられない可能性があり、熱交換器６も外部へのエネルギー出力の量が十分に多くない場合に用いられない可能性があり、冷却装置４も高速な気流に奪われるエネルギーが一部の媒質を液化させるに十分である場合に用いられない可能性がある。しかし、本システムとして最初の循環用の動力を有しなければならない。最初の循環用の動力は循環ポンプ５に由来する或いは冷却装置４自体に由来するが、熱交換器６又は冷却装置４自体は作業状況の違いにより調整される又は選択されることになる。

風管１と循環管２とは物理的な構造では一つの管路に完全に整合されることがあるが、この場合、管路として、風管と循環管との両方の機能を両立できるものが必要する。それは風管に液体案内溝又は戻し管を設けるなどして実現できる。この場合の案内溝又は戻し管は循環管２と見なされてもよい。

本発明の目的は更に次のような手段で達成できる。

好ましくは、本発明に係る高速な気流を発生する方法では、前記風管１は縮径により管径を変更し、風管１において増設された湾曲状経路又は螺旋状経路の気体・液体分離装置及びガイド装置を用いて、気体状の媒質を液体状に凝縮させて循環管２に導き、次に起動・制御システム３で熱を吸収してから再び風管１に戻す。

好ましくは、本発明に係る高速な気流を発生する方法では、前記風管１と循環管２とは完全に重なる又は一部重なる又は根元部と先端部とが繋がっている。

好ましくは、本発明に係る高速な気流を発生する方法では、起動・制御システム３と循環管２とは互いに直列に接続されている。

好ましくは、風管（１）から吐き出された気流は再び入口に戻り、循環となる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は、装置を流れている媒質は一種の流体又は一種以上の流体からなる混合媒質であることを特徴とする。

好ましくは、本発明に係る高速な気流を発生する方法では、前記風管１はエア又は水を流体の媒質として用いられる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法では、前記風管１は入口も出口も外気に向かって繋がっている。循環管２の内部に充填されるのは水であり、起動・制御システム３で循環及び液化を強制的に実施することにより、風管内で高速な気流を発生し、高速な気流のうちの水は高速状態での温度が低いので、大部分の水蒸気が液化され循環管２に流れてしまう一方、風管内のエアは速度が水蒸気からのプッシュ力により更に速くなり、外気に高速な気流を吐出して、循環管内の水は熱交換器で自然環境から熱を吸収し蒸発してから、改めて風管１に流れ込んで循環を行い、風管の入口から自然界の空気に含まれる水蒸気を吸入することで、外気に吐出された一部の水が補償されて、水のバランスを得られる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は、エンジンシステム及び他の高速な気流を利用する装置に適用されることを特徴とする。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は従来技術と比べて、次のような際立った実質的な特徴及び顕著な進歩を有している。

１．品質の低い熱源を用いて、低速な気流を利用価値の高い高速又は超高速な気流に変換する方法を提供できる。

２． 本発明に係る高速な気流を発生する方法によれば、自然界にある流体による熱エネルギーを機械エネルギーに効率よく変換できる。

３．品質の低い熱源を用いて、大幅の昇圧過程をなるべき避けて、方向の一定ではない気体の分子による熱運動を直接一定化して高速な気流に変換する装置を提供できる。

４． 本発明に係る高速な気流を発生する方法によれば、増圧方法では達成し難い超高速な気流を発生することができる。

５． 本発明に係る高速な気流を発生する方法によれば、相対的に簡単な装置でエネルギーの極高い気流を発生することができる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法及び装置の原理を示す概念図である。 本発明に係る方法で発生した高速な気流を用いて動力駆動を行う一つの原理を示す概念図である。

以下、本発明を実施例に基づいて詳しく説明する。

実施例１
本発明に係る高速な気流を発生する方法では、風管１、循環管２、及び起動・制御システム３を含み、そのうち、風管１はエアで一杯に充填されかつ根元部と先端部とが繋がっており（図２を参照）、風管１にタービン７が取り付けられ、風管１内の気体がタービン７を貫通して仕事をすることができる。循環管内に充填されるのは冷媒Ｒ１３４ａ（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）であり、起動・制御システム３で循環及び液化を強制的に実施することにより、風管内で高速なＲ１３４ａの気流を発生し、高速な気流のうちのＲ１３４ａ（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）は高速状態での温度が低いので、一部又は全部のＲ１３４ａが液化され循環管２に流れてしまう一方、風管内のエアは速度が高速なＲ１３４ａ（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）からのプッシュ力により更に速くなり、タービンが回転することで外部に仕事を出力するように駆動して、それによって、システム全体のエネルギー体制が低下し、温度が下がり、循環管内のＲ１３４ａ（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）は熱交換器で自然環境から熱を吸収し蒸発してから、改めて風管１に流れ込んで循環を行うことにより、システム全体のエネルギー体制をバランスの得られるレベルに維持できるようになる。起動・制御システム３のパラメータを調整することにより、起動・制御システム３における冷却装置４及び循環ポンプ５が動作頻度を減少する又は動作を停止することができ、システム全体の自動循環を保証することもでき、ひいては吸熱及び仕事する過程の自動的運転を保証できるようになる。

実施例２
本発明に係る高速な気流を発生する方法では、風管１、循環管２、及び起動・制御システム３を含み（図２を参照）、そのうち、風管１は自体の根元部と先端部を互いに繋がることで、内部に一種の媒質しかない一つの管路通路を構成するものである。この場合、起動・制御システム３における冷却装置及び循環ポンプにより循環全体を開始できるが、この時媒質は高速時に一部しか液化され、液化されていないものが風管１内で高速に循環されるままである。この形態でも実施例１による効果を達成できる。

実施例３
本発明に係る高速な気流を発生する方法では、風管１、循環管２、及び起動・制御システム３を含み（図２を参照）、そのうち、風管１は入口も出口も外気に向かって繋がっている。循環管の内部に充填されるのは水（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）であり、起動・制御システム３で循環及び液化を強制的に実施することにより、風管内で高速な気流を発生し、高速な気流のうちの水は高速状態での温度が低いので、大部分の水（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）が液化され循環管２に流れてしまう一方、風管内のエアは速度が水蒸気（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）からのプッシュ力により更に速くなり、外気に高速な気流を吐出して、循環管内の水（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）は熱交換器で自然環境から熱を吸収し蒸発してから、改めて風管１に流れ込んで循環を行うことができ、風管の入口から自然界の空気に含まれる水蒸気を吸入することで、外気に吐出された一部の水が補償されて、水のバランスを得られる。

１…風管、２…循環管、３…起動・制御システム、４…冷却装置、５…循環ポンプ、６…熱交換器、７…動力消耗装置。

本発明は高速な気流を発生する方法に関し、熱エネルギー又は流体エネルギーを機械エネルギーに変換する方法に関する。

従来技術である高速な気流を発生する方法では、まず気体を増圧させ、次にそれを膨張させて噴出させることにより、高速な気流を発生する。このような方法では、エネルギーの消耗量が高く、多くのエネルギーが無駄になり、かつ、機械装置の耐圧力性能と、温度に対する材料の耐候性と、機械重量やサイズの要求などの多くの制限があるから、発生した気流は速度があまり高くなく、利用価値が低い。

熱エネルギーを機械的な仕事に変換することは、人類がエネルギーを利用する最も主な形態である。従来の変換形態では、熱エネルギーを圧力エネルギーに変換してから外部に仕事をするものであり、その場合にエネルギーの損失が生じて、化石エネルギーを余分に消耗することになる。

そこで、本発明は上記の従来技術の不具合を解消し、品質の低い熱源を用いて低速な気流を利用価値の高い高速又は超高速な気流に変換する方法を提供する、ことを目的とする。

本発明はさらに、本発明に係る高速な気流を発生する方法を利用し、自然界にある流体による熱エネルギーを機械エネルギーに効率よく変換する、ことを目的とする。

本発明の目的は下記のような手段で達成できる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は、管１、循環管２、及び、冷却装置４と循環ポンプ５と熱交換器６とのいずれか一つ又は二つ以上の組み合わせでからなる起動・制御システム３で構成される装置を用いる方法であって、
（１）前記装置内に媒質を充填すること、
（２）起動・制御システム３を起動すること、
（３）媒質が液体状態で増圧されてから熱を吸収して気化され、管１に流れ込んで高速な気流を発生すること、を含む。

管１は高速な気流を発生するための重要なものであり、管１は異なる流速又は流量に応じて直径及び形状を調整することができる。管１内の媒質は気体の流速が高くて温度が下がり液体の凝縮に至る場合に、管１の形状を変更するなどにより液体を析出させることができる。

循環管２は流体の輸送ができる一般の管路である。

起動・制御システム３は、一部の媒質を液体状態で増圧してから、熱を吸収させ蒸発させて、再び管システムに送るために設けられる。起動・制御システム３は、流体の流量を調整制御し、流体を液化させ、流体を増圧させ、流体を気化させ、流体を加熱し、循環管を開通・切断する機能をする。

起動・制御システム３の冷却装置４について、媒質の沸点の高さ及び循環量の大きさにより対応するものを選択することができる。

起動・制御システム３の循環ポンプ５について、媒質の気相・液相状況及び循環量の大きさにより対応するものを選択でき、循環ポンプは循環の一方向性を維持しながら液化の流体を増圧させることにより、管内で発生した流体の高速化に必要する圧力差を得るために用いられる。

起動・制御システム３の熱交換器６について、媒質の必要な蒸発量及び熱交換源の温度差により対応するものを選択することができる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は次のように実施される。

実施準備：
管１の内部及びその出入り口の両端部に沸点の低い気体状の媒質を、循環管２の内部に他種の沸点の高い媒質をそれぞれ入れ、かつ沸点の高い媒質が起動・制御システムを流れている。

循環管２と管１の間の循環を開始する：
まず、管１の外側循環の出入り口を閉じて、次に起動・制御システム３の循環ポンプ５及び冷却装置４を動作させることにより、循環管内の沸点の低い媒質を液化させて得る液体が循環ポンプ５を通して熱交換器６に送られ、ここで吸熱・蒸発を行うことで外部環境から熱を吸収してから管１に流れ、沸点の低い気体状の媒質は管１を快速に流れ、循環管２及び起動・制御システム３を通して再び管１に流れ込むようにして、沸点の低い媒質を循環管２と管１の間を快速に循環することができる。この場合、気流の速度を高くするように管１の直径を調整することができる。

管１の外側循環を実施する：
外側循環における沸点の低い低沸点の媒質を、循環管２からの沸点の高い低沸点の媒質の働きにより一定の方向に循環させるように管１の外側循環の出入り口を徐々に開ける。沸点の高い媒質の質量による循環量が変わらないからである。沸点の低い気体状の循環媒質を追加することにより、管内の流体のラインスピードを大いに高くし、更に管１の通風口の径を縮小することで、より一層に管内の気流の速度を大いに高くすることができる。

負荷をかける：
気流の速度を高くする、及び（又は）管の循環途中に例えばタービンなどのエネルギーを消耗する負荷装置を設けることにより、沸点の高い媒質の一部または全部を液化させることができる。液化された沸点の高い媒質は、管１に増設された湾曲状経路又は螺旋状経路などの気体・液体分離装置及びガイド装置を通して循環管２に導かれ、次に起動・制御システム３で熱を吸収してから再び管１に戻される。

このようにして通常の運転状態になり、管１内に速度の極高い安定した高速な気流が形成されている。

管１での循環途中に動力負荷を追加することにより、起動・制御システム３の冷却装置４のエネルギー消耗を一部減少する又は全部省くことができ、効率の高い動力エネルギーシステムを得られる。

立上げ又は運転中では、循環ポンプ５は冷却装置４の循環システムに代えられても、また凝縮された液体の重力又は管からの衝撃力に代えられてもよいので、省略されて用いられない可能性があり、熱交換器６も外部へのエネルギー出力の量が十分に多くない場合に用いられない可能性があり、冷却装置４も高速な気流に奪われるエネルギーが一部の媒質を液化させるに十分である場合に用いられない可能性がある。しかし、本システムとして最初の循環用の動力を有しなければならない。最初の循環用の動力は循環ポンプ５に由来する或いは冷却装置４自体に由来するが、熱交換器６又は冷却装置４自体は作業状況の違いにより調整される又は選択されることになる。

管１と循環管２とは物理的な構造では一つの管路に完全に整合されることがあるが、この場合、管路として、管と循環管との両方の機能を両立できるものが必要する。それは管に液体案内溝又は戻し管を設けるなどして実現できる。この場合の案内溝又は戻し管は循環管２と見なされてもよい。

本発明の目的は更に次のような手段で達成できる。

好ましくは、本発明に係る高速な気流を発生する方法では、前記管１は縮径により管径を変更し、管１において増設された湾曲状経路又は螺旋状経路の気体・液体分離装置及びガイド装置を用いて、気体状の媒質を液体状に凝縮させて循環管２に導き、次に起動・制御システム３で熱を吸収してから再び管１に戻す。

好ましくは、本発明に係る高速な気流を発生する方法では、前記管１と循環管２とは完全に重なる又は一部重なる又は根元部と先端部とが繋がっている。

好ましくは、本発明に係る高速な気流を発生する方法では、起動・制御システム３と循環管２とは互いに直列に接続されている。

好ましくは、管（１）から吐き出された気流は再び入口に戻り、循環となる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は、装置を流れている媒質は一種の流体又は一種以上の流体からなる混合媒質であることを特徴とする。

好ましくは、本発明に係る高速な気流を発生する方法では、前記管１はエア又は水を流体の媒質として用いられる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法では、前記管１は入口も出口も外気に向かって繋がっている。循環管２の内部に充填されるのは水であり、起動・制御システム３で循環及び液化を強制的に実施することにより、管内で高速な気流を発生し、高速な気流のうちの水は高速状態での温度が低いので、大部分の水蒸気が液化され循環管２に流れてしまう一方、管内のエアは速度が水蒸気からのプッシュ力により更に速くなり、外気に高速な気流を吐出して、循環管内の水は熱交換器で自然環境から熱を吸収し蒸発してから、改めて管１に流れ込んで循環を行い、管の入口から自然界の空気に含まれる水蒸気を吸入することで、外気に吐出された一部の水が補償されて、水のバランスを得られる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は、エンジンシステム及び他の高速な気流を利用する装置に適用されることを特徴とする。

本発明に係る高速な気流を発生する方法は従来技術と比べて、次のような際立った実質的な特徴及び顕著な進歩を有している。

１．品質の低い熱源を用いて、低速な気流を利用価値の高い高速又は超高速な気流に変換する方法を提供できる。

２． 本発明に係る高速な気流を発生する方法によれば、自然界にある流体による熱エネルギーを機械エネルギーに効率よく変換できる。

３．品質の低い熱源を用いて、大幅の昇圧過程をなるべき避けて、方向の一定ではない気体の分子による熱運動を直接一定化して高速な気流に変換する装置を提供できる。

４． 本発明に係る高速な気流を発生する方法によれば、増圧方法では達成し難い超高速な気流を発生することができる。

５． 本発明に係る高速な気流を発生する方法によれば、相対的に簡単な装置でエネルギーの極高い気流を発生することができる。

本発明に係る高速な気流を発生する方法及び装置の原理を示す概念図である。 本発明に係る方法で発生した高速な気流を用いて動力駆動を行う一つの原理を示す概念図である。

以下、本発明を実施形態に基づいて詳しく説明する。

実施形態１
本発明に係る高速な気流を発生する方法では、管１、循環管２、及び起動・制御システム３を含み、そのうち、管１はエアで一杯に充填されかつ根元部と先端部とが繋がっており（図２を参照）、管１にタービン７が取り付けられ、管１内の気体がタービン７を貫通して仕事をすることができる。循環管内に充填されるのは冷媒Ｒ１３４ａ（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）であり、起動・制御システム３で循環及び液化を強制的に実施することにより、管内で高速なＲ１３４ａの気流を発生し、高速な気流のうちのＲ１３４ａ（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）は高速状態での温度が低いので、一部又は全部のＲ１３４ａが液化され循環管２に流れてしまう一方、管内のエアは速度が高速なＲ１３４ａ（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）からのプッシュ力により更に速くなり、タービンが回転することで外部に仕事を出力するように駆動して、それによって、システム全体のエネルギー体制が低下し、温度が下がり、循環管内のＲ１３４ａ（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）は熱交換器で自然環境から熱を吸収し蒸発してから、改めて管１に流れ込んで循環を行うことにより、システム全体のエネルギー体制をバランスの得られるレベルに維持できるようになる。起動・制御システム３のパラメータを調整することにより、起動・制御システム３における冷却装置４及び循環ポンプ５が動作頻度を減少する又は動作を停止することができ、システム全体の自動循環を保証することもでき、ひいては吸熱及び仕事する過程の自動的運転を保証できるようになる。

実施形態２
本発明に係る高速な気流を発生する方法では、管１、循環管２、及び起動・制御システム３を含み（図２を参照）、そのうち、管１は自体の根元部と先端部を互いに繋がることで、内部に一種の媒質しかない一つの管路通路を構成するものである。この場合、起動・制御システム３における冷却装置及び循環ポンプにより循環全体を開始できるが、この時媒質は高速時に一部しか液化され、液化されていないものが管１内で高速に循環されるままである。この形態でも実施形態１による効果を達成できる。

実施形態３
本発明に係る高速な気流を発生する方法では、管１、循環管２、及び起動・制御システム３を含み（図２を参照）、そのうち、管１は入口も出口も外気に向かって繋がっている。循環管の内部に充填されるのは水（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）であり、起動・制御システム３で循環及び液化を強制的に実施することにより、管内で高速な気流を発生し、高速な気流のうちの水は高速状態での温度が低いので、大部分の水（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）が液化され循環管２に流れてしまう一方、管内のエアは速度が水蒸気（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）からのプッシュ力により更に速くなり、外気に高速な気流を吐出して、循環管内の水（或いは他の常圧時の沸点が環境温度よりも低い媒質）は熱交換器で自然環境から熱を吸収し蒸発してから、改めて管１に流れ込んで循環を行うことができ、管の入口から自然界の空気に含まれる水蒸気を吸入することで、外気に吐出された一部の水が補償されて、水のバランスを得られる。

１…管、２…循環管、３…起動・制御システム、４…冷却装置、５…循環ポンプ、６…熱交換器、７…動力消耗装置。

Claims (8)

1. 風管（１）、循環管（２）、及び、冷却装置（４）と循環ポンプ（５）と熱交換器（６）とのいずれか一つ又は二つ以上の組み合わせでからなる起動・制御システム（３）で構成される装置を用いて高速な気流を発生する方法であって、
   １．前記装置内に媒質を充填すること、
   ２．起動・制御システム（３）を起動すること、
   ３．媒質が液体状態で増圧されてから熱を吸収して気化され、風管（１）に流れ込んで高速な気流を発生すること、を含む高速な気流を発生する方法。
2. 前記風管（１）は縮径により管径を変更する、或いは、風管（１）において増設された湾曲状経路又は螺旋状経路の気体・液体分離装置及びガイド装置を用いて、気体状の媒質を液体状に凝縮させて循環管（２）に導き、次に起動・制御システム（３）で熱を吸収してから再び風管（１）に戻す、ことを特徴とする請求項１に記載の高速な気流を発生する方法。
3. 前記風管（１）と循環管（２）とは完全に重なる又は一部重なる又は根元部と先端部とが繋がっている、ことを特徴とする請求項１に記載の高速な気流を発生する方法。
4. 起動・制御システム（３）と循環管（２）とは互いに直列に接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の高速な気流を発生する方法。
5. 装置を流れている媒質は一種の流体又は一種以上の流体からなる混合媒質である、ことを特徴とする請求項１に記載の高速な気流を発生する方法。
6. 前記風管（１）はエア又は水を流体の媒質として用いられる、ことを特徴とする請求項１に記載の高速な気流を発生する方法。
7. 前記風管（１）は入口も出口も外気に向かって繋がっており、
   循環管の内部に充填されるのは水であり、起動・制御システム（３）で循環及び液化を強制的に実施することにより、風管内で高速な気流を発生し、高速な気流のうちの水は高速状態での温度が低いので、大部分の水蒸気が液化され循環管（２）に流れてしまう一方、風管内のエアは速度が水蒸気からのプッシュ力により更に速くなり、外気に高速な気流を吐出して、循環管内の水は熱交換器で自然環境から熱を吸収し蒸発してから、改めて風管（１）に流れ込んで循環を行い、風管の入口から自然界の空気に含まれる水蒸気を吸入することで、外気に吐出された一部の水が補償されて、水のバランスを得られる、ことを特徴とする請求項１に記載の高速な気流を発生する方法。
8. エンジンシステム及び他の高速な気流を利用する装置に適用される、ことを特徴とする請求項１に記載の高速な気流を発生する方法。
   

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