JP2014513759A - Utilization of renewable fluid energy - Google Patents

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Abstract

本発明は、気流及び水流のエネルギーの活用手段を提供する。一つの適用例は、自然界における高湿度の大気から水を回収するための気流エネルギーの活用手段を提供する。この方法は、周辺大気の熱力学的状態の特性が、収束−発散システムを通過する際に変化することに基づく。この装置は、高湿度の気流にさらされる水凝縮装置であり、移動性部材を有さない。この装置はカスケードして配置された翼様の構成を含み、この構成により気流が収束される。この構成により気流の速度が上がり、温度が下がり、流出気流が得られる。気流の内側の静圧及び温度が低下する。静圧及び温度の低下により水−水蒸気から水−エアロゾルへの凝縮が誘発される。この方法の別の適用例は、再生可能な気流エネルギーを用いて自然界における温暖な大気から電気エネルギーを回収する効率的なメカニズムを提供する。再生可能な気流エネルギーには、気流の慣性エネルギー、内部熱エネルギー及び地球の重力場における大気が有する位置エネルギーが含まれる。電気エネルギー回収メカニズムは、自然界における再生可能な水流エネルギーの使用にも用いることができる。
【選択図】図7a
The present invention provides means for utilizing the energy of airflow and waterflow. One application provides a means of utilizing airflow energy to recover water from a naturally humid atmosphere. This method is based on the fact that the characteristics of the thermodynamic state of the surrounding atmosphere change as it passes through the convergence-divergence system. This device is a water condensing device that is exposed to a high humidity air stream and does not have a mobile member. The device includes a cascade of wing-like configurations that allow the airflow to converge. With this configuration, the speed of the airflow increases, the temperature decreases, and an outflow airflow is obtained. The static pressure and temperature inside the airflow are reduced. The decrease in static pressure and temperature induces condensation from water-water vapor to water-aerosol. Another application of this method provides an efficient mechanism for recovering electrical energy from a warm atmosphere in nature using renewable airflow energy. Renewable airflow energy includes the inertial energy of the airflow, the internal thermal energy, and the potential energy of the atmosphere in the Earth's gravitational field. Electrical energy recovery mechanisms can also be used to use renewable water energy in nature.
[Selection] Figure 7a

Description

クロスレファレンス
本出願は、2010年12月10日に出願されたPCT/US2010/059786の一部継続出願である。
本出願は、2011年11月17日に出願された米国特許出願第13/298,678号の一部継続出願であり、米国特許出願第13/298,678号は2010年8月11日に出願された米国特許出願第12/854,196号の一部継続出願であり、米国特許出願第12/854,196号は2010年5月6日に出願され現在すでに放棄されている米国特許出願第12/774,936号の一部継続出願であり、米国特許出願第12/774,936号は2009年5月6日に出願された米国仮出願第61/175,799号及び2009年8月12日に出願された米国仮出願第61/233,207号に基づくものであり、これらの仮出願の権利を主張するものである。
Cross-reference This application is a continuation-in-part of PCT / US2010 / 059786, filed December 10, 2010.
This application is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 13 / 298,678 filed on November 17, 2011, and U.S. Patent Application No. 13 / 298,678 is filed on Aug. 11, 2010. U.S. Patent Application No. 12 / 854,196, which is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 12 / 854,196, filed May 6, 2010 and now part of U.S. Patent Application No. 12 / 774,936 U.S. Patent Application No. 12 / 774,936 is a continuation application, U.S. Provisional Application No. 61 / 175,799, filed May 6, 2009, and U.S. Provisional Application No. 61 / 233,207, filed Aug. 12, 2009. And claims the rights of these provisional applications.

本発明は、環境的にクリーンな技術に関し、特に湿度の高い大気から蒸留水を回収し、タービン発電機により電力を取り出す技術に関する。   The present invention relates to an environmentally clean technique, and more particularly to a technique for recovering distilled water from a highly humid atmosphere and extracting electric power with a turbine generator.

ほとんどの地域において、水資源及び電気エネルギーの産出基点は実際に使用される場所から離れた所にある。このような場合、空気から水を回収し電力を産出できれば、離れた場所から現場の貯蔵施設へ水や電力を輸送する必要が無いため、実質的な優位点となり得る。さらに、水や電力を継続的に取り出す場合には、現場での水及び電気エネルギーの保管の必要性が大きく減少する。風力タービンを用いて電力を産出し、電気クーラーを用いて冷却表面上で水の凝縮を行う技術が知られている。電力の取り出しを非常に安価に行えるのであれば、このような技術は実用的である。今日、風力は電力の産出に広く使用されているが、電力要求を満たすためにかなり大きな風力タービンが適用されている。実際のところ、大きな風力タービンを用いて自然界の風力の慣性による運動エネルギーを電力へ変換しても、安価な電力の供給はできていない。
世界中の、水資源が僅かであるか又は無い地域において空気からの水の回収が必要とされている。
In most areas, the origin of water resources and electrical energy is remote from where it is actually used. In such a case, if water can be collected from the air and electric power can be generated, it is not necessary to transport water or electric power from a remote place to a storage facility on site, which can be a substantial advantage. Furthermore, when water and electric power are continuously taken out, the necessity of storing water and electric energy on site is greatly reduced. Techniques are known for producing electricity using a wind turbine and condensing water on a cooling surface using an electric cooler. Such a technique is practical if the power can be taken out at a very low cost. Today, wind power is widely used for power generation, but rather large wind turbines are applied to meet power requirements. Actually, even if a large wind turbine is used to convert kinetic energy due to the inertia of wind power in nature to electric power, inexpensive electric power cannot be supplied.
There is a need for water recovery from the air in areas of the world with little or no water resources.

蒸気状態にある水のユビキタス性を鑑みると、空気から水を効率的に取り出す技術を開発できれば、実質的には空気を急冷することが可能ないかなる場所においても継続的な水の供給を確立することが可能である。そのような技術を手に入れることができれば、きれいで物流的に優位な方法で農業、工業及び町の人々に水と環境状態の制御を提供することができる。   In view of the ubiquitous nature of water in the vapor state, if we can develop a technology that can efficiently extract water from the air, we will establish a continuous water supply wherever it is possible to cool the air substantially. It is possible. If such technology can be obtained, it can provide water and environmental control to agriculture, industry and townspeople in a clean and logistically superior way.

水の凝縮プロセスは、発熱プロセスである。つまり、水が蒸気からエアロゾル及び/又は露へ変換される際、いわゆる潜熱が解放され、エアロゾル及び/又は露滴自体ならびに周囲環境が熱せられる。予熱されたエアロゾル及び/又は露滴は、次に蒸発して気体へ戻り、所望の凝縮プロセルが遅くなる。   The water condensation process is an exothermic process. That is, when water is converted from steam to aerosol and / or dew, so-called latent heat is released, and the aerosol and / or dew drops themselves and the surrounding environment are heated. The preheated aerosol and / or dew drops then evaporate back into the gas, slowing down the desired condensation process.

図1の先行技術は、飛行機の翼10の標準的な外形の概略図である。翼10の外形が非対象であることの結果として飛行機の翼10には揚力効果が生じることが知られている。対向する気流12は翼10の非対称な外形の周囲を流れ、いわゆるコアンダ効果により粘性を有する周囲の空気を引き寄せる。翼10の軸11は上側及び下側の流れを分けるものとして規定される。翼10の軸11及び対向する気流12はいわゆる「迎え角」13を構成する。第一に、揚力が迎え角13により規定され、気流の方向を変える。第二に、迎え角13がゼロに等しい場合、理想的な流線型を有する翼10により、上側の気流14及び下側の気流15が翼10の背後で合流する。   The prior art of FIG. 1 is a schematic view of a standard outline of an airplane wing 10. It is known that a lift effect is produced on an airplane wing 10 as a result of the non-target outer shape of the wing 10. The opposing airflow 12 flows around the asymmetrical outer shape of the blade 10 and draws the surrounding air having viscosity by the so-called Coanda effect. The axis 11 of the wing 10 is defined as separating the upper and lower flows. The shaft 11 of the wing 10 and the airflow 12 facing each other constitute a so-called “attack angle” 13. First, lift is defined by the angle of attack 13 and changes the direction of the airflow. Second, when the angle of attack 13 is equal to zero, the upper airflow 14 and the lower airflow 15 merge behind the blade 10 by the blade 10 having an ideal streamline shape.

翼10の周囲を流れる上側の気流14及び下側の気流15の両方が、コアンダ効果により翼10の外形に基づき整流される。これにより気流の断面積に変化が生じ、連続性の原理ρSv=Constにより対流が加速される(ここで、ρは気流の密度、vは気流の速度、そしてSは気流の断面積である)。結果として、上側の気流14は、下側の気流15と比較してより強く収束され、より早く流れる。ベルヌーイの定理として現されるエネルギー保存則によれば、翼10における上側の気流14からのいわゆる静圧は、下側の気流15からの静圧より小さくなる。上側の気流14と下側の気流15が翼10の周囲を層状に流れるならば、静圧の差はΔP=Cρv2/2で規定される(ここで、ΔPは静圧の差であり、迎え角13がゼロに等しい場合における揚力を規定し、Cは翼10の非対称性外形により定まる定数であり、ρは空気の密度であり、そしてvは気流の翼10に対する相対速度である)。実際には、乱気流や空気渦があるが、ここには示していない。全般的な気流、乱気流及び空気渦により静圧に分布が生じ、具体的には、局所的な静圧の減少及び局所的な気流の拡張が生じる。翼10の周囲を流れる空気の一部分について着目し、理想気体において成立するクラペイロン−メンデレエフの法則:PV/T=nR(ここで、nは検討の対象としている空気の一部分に含まれるモル量であり、Pは気体の静圧であり、Vはこの一部分の空気の体積であり、Tは空気の絶対温度であり、そしてRは気体定数である)を考慮すると、翼10の周囲を流れる空気の一部についての気体パラメータが変化する理由が少なくとも二つ存在する。一つは、比較的速度の遅い気流において、この気流を非圧縮性の気体とみなすことができ、等積過程におけるゲイリュサックの法則を適用すれば、次式のように静圧Pは絶対温度Tにより定まる:ΔP/P=ΔT/T。すなわち、静圧の減少は、それに対応する絶対温度の低下ΔTを伴う。二つ目は、より速度の速い気流において、ゼロではない迎え角13に当たると、気流が圧縮性−拡張性を有する場合には、翼10の周囲を流れる気流は仕事Wを果たし、実質的な断熱プロセス下においてこの一部分の空気を体積膨張させる。   Both the upper air flow 14 and the lower air flow 15 flowing around the wing 10 are rectified based on the outer shape of the wing 10 by the Coanda effect. This causes a change in the cross-sectional area of the airflow, and the convection is accelerated by the continuity principle ρSv = Const (where ρ is the density of the airflow, v is the velocity of the airflow, and S is the cross-sectional area of the airflow). . As a result, the upper airflow 14 is more strongly converged and flows faster than the lower airflow 15. According to the energy conservation law expressed as Bernoulli's theorem, the so-called static pressure from the upper airflow 14 in the blade 10 is smaller than the static pressure from the lower airflow 15. If the upper air flow 14 and the lower air flow 15 flow in layers around the wing 10, the difference in static pressure is defined by ΔP = Cρv 2/2 (where ΔP is the difference in static pressure and The lift is defined when the angle 13 is equal to zero, C is a constant determined by the asymmetric profile of the wing 10, ρ is the density of the air, and v is the relative velocity of the airflow to the wing 10). In practice, there are turbulence and air vortices, which are not shown here. General airflow, turbulence and air vortices cause a distribution in static pressure, specifically a decrease in local static pressure and an expansion of local airflow. Paying attention to a part of the air flowing around the wing 10, Klapeiron-Mendeleev's law established in an ideal gas: PV / T = nR (where n is the molar amount contained in a part of the air under consideration) , P is the static pressure of the gas, V is the volume of air in this part, T is the absolute temperature of the air, and R is the gas constant) There are at least two reasons why the gas parameters for some change. One is that, in a relatively slow airflow, this airflow can be regarded as an incompressible gas, and applying the Gayrussack law in the equal volume process, the static pressure P is expressed as an absolute temperature as Determined by T: ΔP / P = ΔT / T. That is, the decrease in static pressure is accompanied by a corresponding decrease in absolute temperature ΔT. Second, if the airflow is compressible-expandable when hitting a non-zero angle of attack 13 in a higher velocity airflow, the airflow flowing around the wing 10 will perform work W, substantially This portion of air is volume expanded under an adiabatic process.

断熱膨張の結果、この一部分の空気についての内部熱エネルギーが変化し、これに伴って静圧が低下して温度も低下する。断熱プロセスにおいて翼10の周囲を流れる気流により行われる仕事Wは、次のように規定される:W=nCvΔTα(ここで、Cvは等積プロセスにおける熱容量であり、そしてΔTαは断熱過程における検討対象とした一部分の空気の温度低下である)。断熱過程における温度低下の値:ΔTα=T−Tは次式:T/T=(P/P(γ−1)/γ(ここで、P及びPはそれぞれ断熱プロセスの前後における空気の静圧であり、γは気体の分子構造に依存する断熱パラメータであり、γ=7/5という値は自然界の空気において妥当な近似である)により静圧の低下と連動している。正味の結果として、翼10の周囲を流れる一部分の気体の断面積が減少し、結果として連続性の式に基づきその気体は加速される。ここで、実質的に水平方向の空気の動きを考慮すると、エネルギー保存の法則に基づいてその空気の運動エネルギーの増加は内部熱エネルギーの消費により起こるものである。したがって、前述のプロセスの双方(つまり、等積プロセス及び断熱膨張プロセス)は特に水の凝縮の引き金として作用し、増大した運動エネルギーを用いて電力を取り出すことも可能である。 As a result of the adiabatic expansion, the internal thermal energy of this part of the air changes, and accordingly, the static pressure decreases and the temperature also decreases. The work W performed by the airflow flowing around the blade 10 in the adiabatic process is defined as follows: W = nCvΔTα (where Cv is the heat capacity in the equal volume process and ΔTα is the subject of consideration in the adiabatic process) And the temperature drop of a part of the air). The value of the temperature decrease in the adiabatic process: ΔTα = T 2 −T 1 is the following formula: T 2 / T 1 = (P 2 / P 1 ) (γ−1) / γ (where P 1 and P 2 are respectively The static pressure of air before and after the adiabatic process, γ is an adiabatic parameter that depends on the molecular structure of the gas, and the value of γ = 7/5 is a reasonable approximation in natural air) It is linked. The net result is that the cross-sectional area of a portion of the gas flowing around the wing 10 is reduced, resulting in the gas being accelerated based on the continuity equation. Here, considering the movement of air in a substantially horizontal direction, the increase in the kinetic energy of the air is caused by the consumption of internal heat energy based on the law of energy conservation. Thus, both of the aforementioned processes (i.e., the isovolumetric process and the adiabatic expansion process) act in particular as a water condensation trigger, and it is possible to extract power using the increased kinetic energy.

自然界における竜巻を考察すると、高速で回転する空気が蒸気状態にある水から水−エアロゾルへの凝縮の引き金となっている現象が見られる。   Considering tornadoes in nature, there is a phenomenon in which air rotating at high speed triggers condensation from water in a vapor state to water-aerosol.

したがって、本技術分野において、空気から水を制御可能に取り出すための効率的で環境的にクリーンなメカニズムを提供できるシステムが必要とされている。歴史的に、船を推進させるため及び水のくみ上げ若しくは穀物の脱穀用の機械エネルギーへの変換のために風力エネルギーが直接的に用いられてきた。今日における風力の主要な用途は、電気の産出である。したがって、本技術分野において自然界の風力を活用して空気から水を効率的に取り出す方法を提供するシステムが必要とされている。   Accordingly, there is a need in the art for a system that can provide an efficient and environmentally clean mechanism for controllably removing water from air. Historically, wind energy has been used directly to propel ships and to convert water into mechanical energy for pumping water or threshing grain. The main use of wind power today is the production of electricity. Therefore, there is a need in the art for a system that provides a way to efficiently extract water from air using natural wind power.

他方、前述のような電気の産出のための風力の活用は、気流の慣性エネルギーを電気へ変換する方法に基づくものであり、自然界の温暖な気流の内部熱エネルギーを実質的に電気へ変換することは考慮していない。例えば、垂直方向に長い収束チューブを用いて気流の一部分を加速させ、気流から電気を取り出す効率を向上させる技術がDaryoush Allaeiによる米国特許第7,811,048号「風力エネルギー変換システムのためのタービン吸引タワー」に記載されている。ここに記載されている方法は、空洞を有する高いタワー(例:100又は200フィート以上)の用い、下向きの気流を生じさせ、これを地面付近に置かれた風力タービンへ導入するものである。しかしながら、気流の加速は少なくとも以下の二つの理由により問題となり得る。第一に、長い流路は表面摩擦による抵抗を生じる。そして第二に、気流の方向転換が複数回行われるため、望まない抵抗が生じることが予期される。   On the other hand, the use of wind power for the production of electricity as described above is based on a method of converting the inertial energy of airflow into electricity, and substantially converts the internal thermal energy of the warm airflow in nature to electricity. I do not consider that. For example, Dariush Allaei's U.S. Patent No. 7,811,048, “Turbine Suction Tower for Wind Energy Conversion System,” improves the efficiency of extracting electricity from the air stream by using a vertically long converging tube. Have been described. The method described here uses a high tower with a cavity (eg, 100 or 200 feet or more) to create a downward airflow that is introduced into a wind turbine located near the ground. However, airflow acceleration can be problematic for at least two reasons. First, a long channel creates resistance due to surface friction. And secondly, it is expected that undesired resistance will occur because the direction of the airflow is changed multiple times.

したがって、本技術分野において再生可能な風力エネルギー(気流の慣性エネルギー、内部熱、地球の重力場における気団に内蔵された位置エネルギーを含む)を用いて空気から電気エネルギーを取り出すための効率的なメカニズムを提供するシステムが必要とされている。   Therefore, an efficient mechanism for extracting electrical energy from the air using renewable wind energy (including inertial energy of airflow, internal heat, potential energy built into air masses in the Earth's gravitational field) in this technical field A system that provides is needed.

さらに昨今では、重力により加速されて落下する水の慣性エネルギーを電気に変換する方法に基づき水力を用いて電気が産出されているが、自然界における温水の持つ内部熱エネルギーを実質的に電気へ変換することは考慮されていない。したがって、特に、比較的速度の遅い沖合の海における波から十分な量の電気を産出できないという問題がある。したがって、本技術分野において再生可能な水流エネルギー(水流の慣性エネルギー、内部熱、地球の重力場における気団が有する位置エネルギーを含む)を用いて水から電気エネルギーを取り出すための効率的なメカニズムを提供するシステムが必要とされている。   Furthermore, in recent years, electricity is produced using hydraulic power based on the method of converting the inertial energy of water that is accelerated by gravity to fall into electricity, but the internal thermal energy of hot water in nature is substantially converted into electricity. It is not considered to do. Therefore, there is a problem that a sufficient amount of electricity cannot be produced from waves in the offshore sea, which is relatively slow. Therefore, it provides an efficient mechanism for extracting electrical energy from water using renewable water energy (including inertial energy of water flow, internal heat, potential energy of air masses in the Earth's gravitational field) that can be regenerated in this technical field. A system to do that is needed.

したがって、本発明の主要な目的は現存の方法及び装置による空気からの水の回収の限界を克服し、空気から水を回収し、気流及び水流から電気を取り出すための改良された方法及び装置を提供することである。   Accordingly, it is a primary object of the present invention to overcome the limitations of water recovery from air by existing methods and apparatus, and to provide an improved method and apparatus for recovering water from air and extracting electricity from air streams and water streams. Is to provide.

本発明のさらなる目的は、より確実に水を取り出すための方法及び装置を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide a method and apparatus for more reliably removing water.

本発明のさらなる目的は、環境的にクリーンに水を回収する方法及び装置を提供することである。ここで、高湿度の空気からの水の凝縮は、自然界の気流から動力を得たエンジンにより達成される。   It is a further object of the present invention to provide a method and apparatus for environmentally clean water recovery. Here, the condensation of water from high-humidity air is achieved by an engine powered by natural airflow.

本発明のさらなる目的は、移動性部材を用いずにより強力で発展的な解決方法を提供するための方法及び装置を提供することである。ここで、エンジンの構成物中、移動するものは取り込まれる気流のみである。   It is a further object of the present invention to provide a method and apparatus for providing a more powerful and evolutionary solution without the use of mobile members. Here, among the components of the engine, only the airflow that is taken in moves.

周囲を流れる自然界の気流から動力を得て対象物を冷却する方法及び装置を提供することもまた、本発明の目的の一つである。   It is also an object of the present invention to provide a method and apparatus for cooling an object by obtaining power from a natural airflow flowing around.

航空機の飛行特性を向上させる方法及び装置を提供することもまた、本発明の目的の一つである。   It is also an object of the present invention to provide a method and apparatus for improving the flight characteristics of an aircraft.

本発明のさらなる目的は、自然界における温暖な気流を用いてその機械的エネルギー及び内部熱エネルギーの双方から電気エネルギーを取り出す方法及び装置を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide a method and apparatus for extracting electrical energy from both its mechanical energy and internal thermal energy using a warm air stream in nature.

本発明のさらなる目的は、自然界における気流を動力として得て地球の重力場にある気体部分に内蔵される位置エネルギーから電気エネルギーを取り出す方法及び装置を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide a method and apparatus for extracting electrical energy from potential energy contained in a gas portion in the earth's gravitational field by using airflow in nature as power.

水流から動力を得てその機械的エネルギー及び内部熱エネルギーの双方から電気エネルギーを取り出す方法及び装置を提供することもまた本発明の目的である。   It is also an object of the present invention to provide a method and apparatus for obtaining power from a water stream and extracting electrical energy from both its mechanical energy and internal thermal energy.

電力を消費する従来のプロペラを備えた装置において、気流又は水流を生じさせ、これにより気流又は水流から機械エネルギー及び内部熱エネルギーを取り出し、正味の結果として正の電力を取り出すことができる方法及び装置を提供することもまた本発明のさらなる目的である。   Method and apparatus capable of generating an air flow or water flow, thereby extracting mechanical energy and internal thermal energy from the air flow or water flow, and extracting positive power as a net result in an apparatus with a conventional propeller that consumes power Is also a further object of the present invention.

燃料の燃焼又は電気から動力を得る収束プロペラの役割を果たす方法及び装置を提供することもまた本発明のさらなる目的である。この方法及び装置は、効率的に周囲の気体又は液体を回収することができ、回収効率は、消費によるエネルギーと内包物の内部熱エネルギーの双方を用いた結果として達成される。   It is a further object of the present invention to provide a method and apparatus that serves as a converging propeller that derives power from combustion of fuel or electricity. The method and apparatus can efficiently recover the surrounding gas or liquid, and the recovery efficiency is achieved as a result of using both the energy from consumption and the internal thermal energy of the inclusion.

よってここに、本発明の重要な特性の概略が示され、これに続く詳細な説明により本発明をより深く理解するのに役立つであろう。本発明の追加的な詳細や利点は詳細な説明において提供され、その一部は記載内容から認識されるか、又は本発明の実施により認識されるであろう。   Thus, here is a summary of the important characteristics of the present invention, and the detailed description that follows will help to better understand the present invention. Additional details and advantages of the present invention are provided in the detailed description, some of which will be appreciated from the description or may be learned by practice of the invention.

本発明にかかる前述及びその他の特性及び利点の全ては、以降において図面を伴って、又は図面を伴わずに記載される好ましい実施形態を通じて理解されるであろう。   All of the foregoing and other features and advantages of the present invention will be understood through preferred embodiments described hereinafter with or without the drawings.

本発明を理解し、どのように実施されるのかを理解するために、以降において図面の参照を伴って好ましい実施形態が記載されるが、これらは例示的なものである。ここで、
図1は、従来技術における飛行機の翼の外形の概略図である。 図2は、水エアロゾルの環境的にクリーンなパッシブキャッチャーの概略図である。 図3は、環境的にクリーンな水の凝縮エンジンの概略図であり、翼様部材のセットを有し、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図4は、角状チューブ(収束ノズル)及び水の凝縮エンジンの概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図5は、水の凝縮装置としての直列構造の角(つの)状チューブ(horn-tubes)を含む構成の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図6aは、気流の一部分を収束させるシステム及び風力タービンの集合体の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図6bは、気流の一部分を収束させ且つ下方へ方向転換させるシステム及び風力タービンの集合体の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図6cは、プロペラ、気流変換システム、及び風力タービンの集合体の概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図7aは、アルキメデススクリューの外形に沿うようにコイル状に配列された翼の概略側面図、切り出し概略図、及び概略等角図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。 図7bは、直線状に集合した二つの翼であって、アルキメデススクリューの外形に沿うようにコイル状に配列されたものの概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。ここで、第1のコイル状の翼は電力を消費することにより長手方向の保持軸の周りを回転する。
In order to understand the invention and understand how it is implemented, preferred embodiments will be described hereinafter with reference to the drawings, which are exemplary. here,
FIG. 1 is a schematic view of the outer shape of an airplane wing in the prior art. FIG. 2 is a schematic diagram of an environmentally clean passive catcher of water aerosol. FIG. 3 is a schematic diagram of an environmentally clean water condensing engine, having a set of wing-like members, constructed according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram of a square tube (converging nozzle) and a water condensing engine, constructed according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram of a configuration including in-line horn-tubes as a water condensing device, constructed in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 6a is a schematic diagram of a system and a wind turbine assembly for converging a portion of an airflow, constructed in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 6b is a schematic view of a system and wind turbine assembly for converging and redirecting a portion of an airflow, constructed in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 6c is a schematic illustration of a propeller, airflow conversion system, and wind turbine assembly, constructed in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 7a is a schematic side view, cut-out schematic view, and schematic isometric view of a wing arranged in a coil shape along the outline of an Archimedes screw, constructed according to an exemplary embodiment of the present invention. Yes. FIG. 7b is a schematic view of two wings assembled in a straight line, arranged in a coil shape along the outline of the Archimedes screw, and constructed according to an exemplary embodiment of the present invention. Yes. Here, the first coiled wing rotates around the longitudinal holding axis by consuming electric power.

発明の詳細な説明Detailed Description of the Invention

本発明にかかる方法及び装置の原理及び操作は、図面及びこれに伴う説明を参照することにより理解されるであろう。ここで、図面は説明の目的のためにのみ提供されるものであって、本発明を限定するものではない。   The principles and operation of a method and apparatus according to the present invention will be understood by reference to the drawings and accompanying descriptions. Here, the drawings are provided for illustrative purposes only, and are not intended to limit the present invention.

図2は、水エアロゾルの環境的にクリーンなパッシブキャッチャー20の平面概略図である。キャッチャー20は翼様の流線型の板のセット21及びこれらを反転させた翼様の板22を有しており、自然界で凝縮した露を回収する。キャッチャー20を解放された空間に置くと、図1を参照しながら前述したように、高湿度の気流23が翼様の板21及び22の周囲を流れ、空気が部分的に加速及び冷却される。翼様の板21及び22のそれぞれは、対向する気流23の流れる方向をコアンダ効果に基づいて変更し、翼様の板21及び22を反転させて配置することにより気流23が収束される。結果として得られる流出気流29は連続性の式にしたがって加速される。ベルヌーイの定理に従って、気流の速度の加速に伴って静圧が低下する。そして、気体の法則に従い、静圧の低下により温度が低下する。対向する気流の速度が速いと、空気の一部が加速及び冷却される効果は高くなる。天候の条件が整い、高湿度の気流23の温度がいわゆる露点に近い温度である場合には、露滴が気流により冷却された板21及び22の表面に生じる。キャッチャー20は、しかし、凝縮された水エアロゾルを効率的にトラップできるようには構成されていない。部分的に乾燥された気流29は、回収されない水エアロゾル及び気体状態である水蒸気を伴って環境的にクリーンなキャッチャー20を後にする。ここで説明した凝縮を引き起こす要因である自然界の気流の速度はかなり遅いため、凝縮はなかなか引き起こされない。   FIG. 2 is a schematic plan view of an environmentally clean passive catcher 20 for water aerosol. The catcher 20 has a set of wing-like streamlined plates 21 and a wing-like plate 22 obtained by inverting them, and collects dew condensed in nature. When the catcher 20 is placed in the released space, the high-humidity airflow 23 flows around the wing-like plates 21 and 22 as described above with reference to FIG. 1, and the air is partially accelerated and cooled. . In each of the wing-like plates 21 and 22, the airflow 23 is converged by changing the flow direction of the opposing airflow 23 based on the Coanda effect and inverting the wing-like plates 21 and 22. The resulting outflow airflow 29 is accelerated according to the continuity equation. According to Bernoulli's theorem, the static pressure decreases with increasing air velocity. And according to the law of gas, temperature falls by the fall of a static pressure. When the speed of the opposing airflow is high, the effect of accelerating and cooling a part of the air becomes high. When the weather conditions are adjusted and the temperature of the high-humidity air flow 23 is close to the so-called dew point, dew droplets are generated on the surfaces of the plates 21 and 22 cooled by the air flow. The catcher 20 is not, however, configured to efficiently trap the condensed water aerosol. The partially dried air stream 29 leaves the environmentally clean catcher 20 with unrecovered water aerosol and gaseous water vapor. Since the speed of the natural airflow, which is the factor causing the condensation described here, is quite slow, the condensation is hardly caused.

図2とこれを参照する記載とから、パッシブキャッチャー20に気流速加速機構を提供してもよいことが当業者に自明であろう。この気流速加速機構は、収束ノズル及び/又はプロペラであってもよく、凝縮された水エアロゾルの回収の効率を向上させる。   Those skilled in the art will appreciate from FIG. 2 and the description referring to it that the passive catcher 20 may be provided with an airflow acceleration mechanism. This air velocity acceleration mechanism may be a converging nozzle and / or propeller, improving the efficiency of recovery of the condensed water aerosol.

図3は、高湿度の気流33が流入してくる水凝縮装置30の上面概略図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。水凝縮エンジン30は固定された翼様の湾曲板31を有し、これらは流入する気流に作用し、渦を生じさせて高速スピン渦32を作り出す。さらに、新たに入ってきた高湿度の気流33は、同じ場所に新たに円を描く渦を生じる。流入する高湿度の気流33が層状であると仮定すると、このような後押しする態様での渦の生成は、結果として高速スピン渦32を作り出す。渦32の内部において圧力の分布があり、内圧が低く、外圧が高くなっている。高速スピン渦32にとらわれた空気の一部は、この渦により加速され、減圧される。空気の一部について断熱状態で圧力が下がると、気体の法則に従ってその空気の一部の温度は下がる。空気の冷却により所望された水−蒸気から水−エアロゾルへの凝縮が促進される。   FIG. 3 is a schematic top view of the water condensing device 30 into which the high-humidity airflow 33 flows, and is configured according to an exemplary embodiment of the present invention. The water condensing engine 30 has fixed wing-like curved plates 31 that act on the incoming airflow and create vortices to create a high-speed spin vortex 32. Furthermore, the newly entering high-humidity air flow 33 creates a new circular vortex in the same place. Assuming that the incoming high-humidity airflow 33 is stratified, the generation of vortices in this boosting manner results in the creation of a high-speed spin vortex 32. There is a pressure distribution inside the vortex 32, the internal pressure is low, and the external pressure is high. Part of the air trapped in the high-speed spin vortex 32 is accelerated by this vortex and depressurized. When the pressure drops in the adiabatic state for a part of the air, the temperature of the part of the air decreases according to the gas law. Air cooling facilitates the desired water-vapor to water-aerosol condensation.

図4は、角状チューブ収束ノズル400の概略図である。角状チューブ収束ノズル400は、流入する気流44が水凝縮装置300へ向かう経路に沿って配置され、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。この図において、水凝縮エンジン300は詳細には記載されていない。具体的には、水凝縮エンジン300は前述の図2における水凝縮装置20又は図3における水凝縮装置30に類似するものであってもよい。   FIG. 4 is a schematic view of the square tube converging nozzle 400. The square tube converging nozzle 400 is arranged along the path of the incoming airflow 44 toward the water condensing device 300 and is configured according to an exemplary embodiment of the present invention. In this figure, the water condensing engine 300 is not described in detail. Specifically, the water condensing engine 300 may be similar to the water condensing device 20 in FIG. 2 or the water condensing device 30 in FIG.

好ましくは、角状チューブ400の壁48は翼様の流線型の外形を有しており、角状チューブ400の開口端(流入口410及び流出口420)は実質的に異なる直径401及び402を有している。厚みが変化する翼様の外形を有する収束壁48を用いることにより、不要な乱気流が生じることを防ぐことが可能である。高湿度の気流44の流れが、大きな直径401を有する角状チューブノズル400の流入口410から入り、小さな直径402を有する細い喉状の流出口420から出てくる。翼様の流線型の外形48及び両端410と420の間に十分な長さ49を有することにより、空気の流れを層状に形成することができる。   Preferably, the wall 48 of the square tube 400 has a wing-like streamlined profile, and the open ends (inlet 410 and outlet 420) of the square tube 400 have substantially different diameters 401 and 402. doing. By using the converging wall 48 having a wing-like outer shape whose thickness changes, it is possible to prevent unnecessary turbulence from occurring. A flow of high-humidity airflow 44 enters from the inlet 410 of the square tube nozzle 400 having a large diameter 401 and exits from a narrow throat-like outlet 420 having a small diameter 402. By having a wing-like streamlined outer shape 48 and a sufficient length 49 between both ends 410 and 420, the air flow can be formed in layers.

小さな直径402は、引き続き流入する気流44の実質的なブレーキとならない程度に十分な大きさを有する。連続性の式によれば、小さな直径402を有する喉状の流出口420を通過する45の地点における気流は、より大きな直径401を有する流入口410近傍の46の地点における気流より速い速度を有する。したがって、非圧縮性のガスであると仮定すると、気流の速さは断面積に対して反比例の関係にある。例えば、流入口410の直径が喉状の流出口420の直径402の3倍である場合には、流出する気流の45の地点における速さは、流入する気流の46の地点における速さの3=9倍である。したがって、角状チューブノズル400は水凝縮装置300へ導入する際に望まれる高速の気流47を提供することができる。 The small diameter 402 is large enough not to be a substantial brake for the incoming airflow 44. According to the continuity equation, the airflow at 45 points through the throat outlet 420 with the small diameter 402 has a faster velocity than the airflow at 46 points near the inlet 410 with the larger diameter 401. . Therefore, assuming that the gas is an incompressible gas, the speed of the airflow is inversely proportional to the cross-sectional area. For example, if the diameter of the inlet 410 is three times the diameter 402 of the throat outlet 420, the speed of the flowing air at 45 points is 3 times the speed of the flowing air at 46 points. 2 = 9 times. Accordingly, the rectangular tube nozzle 400 can provide a high-speed air flow 47 that is desired when being introduced into the water condensing device 300.

角状チューブ収束ノズル400自体が、水の凝縮機構としての役割を担うことも可能である。   The square tube converging nozzle 400 itself can also serve as a water condensing mechanism.

ベルヌーイの定理によれば、気流の加速された部分において静圧Pが減少する。仮想的な理想気体におけるクラペイロン−メンデレエフの法則によれば、特に非圧縮性の気体として近似される低速の気流、すなわち等積プロセスについてはゲイリュサックの法則が成り立ち、P/T=Const(ここで、Pは静圧でありTは気体部分の絶対温度である)である。これは、理想気体の法則を適用すると、静圧Pが減少すればこれに対応して気体部分の絶対温度Tが下がることを意味している。低下した温度Tにより所望の水の凝縮が引き起こされ得る。発熱性の水の凝縮工程は、非平衡性プロセスであり、凝縮された水とこの周囲が暖められる。このため、この部分の空気が依然として高湿度であっても、加速された気流の部分の温度がその露点より低くない状態となる。ここで、空気の湿度が低くなるにつれて露点自体も低くなる。   According to Bernoulli's theorem, the static pressure P decreases in the accelerated part of the airflow. According to the Clapeyron-Mendeleev's law in a virtual ideal gas, the Gayrussac's law holds for a low-speed air flow that is approximated as an incompressible gas, that is, an equal volume process, and P / T = Const (where , P is the static pressure and T is the absolute temperature of the gas portion). This means that, when the ideal gas law is applied, if the static pressure P decreases, the absolute temperature T of the gas portion decreases correspondingly. The reduced temperature T can cause the desired water condensation. The exothermic water condensation process is a non-equilibrium process where the condensed water and its surroundings are warmed. For this reason, even if the air of this part is still high humidity, the temperature of the part of the accelerated airflow will not be lower than the dew point. Here, the dew point itself decreases as the humidity of the air decreases.

一般的に、実質的な断熱プロセスにおける気流の一部分の加速を説明しようとする場合には、仮想的な理想気体ではなく、流体の抵抗や粘性による摩擦を生じる実在気体におけるエネルギー保存の法則を適用するのがよい。したがって、気流の収束と加速には気流の慣性が用いられる。収束される気体の一部分が実質的に水平に流れる(すなわち、地球の重力場においてこの気体の一部分についての位置エネルギーの変化がない)と仮定する。するとこの気体の一部分が加速されることにより内部熱エネルギーの一部がこの気体の一部分の運動エネルギーに変換される。補正された乱気流、抵抗が気流の方向を変換する部材の断面積に比例すると仮定し、粘性に由来する表面摩擦による抵抗が気流の当たる表面積に比例し、気流の一部分の慣性として定義される気流の加速による正の効果が収束された一部分の空気の体積に比例すると仮定できる。前述の断面積及び表面積は、収束システムの長さの2乗に比例して大きくなり、前述の体積は収束システムの長さの3乗に比例して大きくなる。これは、装置の寸法(特に流出口420のサイズ)が十分に大きくなると、前述の正の効果が負の効果に対して実質的に高くなることを意味している。気流の一部分の速度を落とす作用を有する前述の負の効果が、加速の効果より低い場合には、流出してくる気流は結果として加速され、冷却される。   In general, when trying to explain the acceleration of a portion of an air stream in a substantially adiabatic process, we apply the law of conservation of energy in a real gas that creates friction due to fluid resistance and viscosity, rather than a virtual ideal gas. It is good to do. Therefore, airflow inertia is used for airflow convergence and acceleration. Assume that a portion of the focused gas flows substantially horizontally (ie, there is no change in potential energy for that portion of the gas in the Earth's gravitational field). Then, a part of the gas is accelerated, so that a part of the internal thermal energy is converted into the kinetic energy of the part of the gas. Assuming that the corrected turbulence and resistance are proportional to the cross-sectional area of the member that changes the direction of the airflow, the resistance due to surface friction derived from viscosity is proportional to the surface area that the airflow strikes, and the airflow defined as the inertia of a portion of the airflow It can be assumed that the positive effect due to acceleration is proportional to the volume of the converged air. The aforementioned cross-sectional area and surface area increase in proportion to the square of the length of the convergence system, and the aforementioned volume increases in proportion to the cube of the length of the convergence system. This means that if the dimensions of the device (especially the size of the outlet 420) are sufficiently large, the positive effect described above will be substantially higher than the negative effect. If the negative effect described above, which has the effect of reducing the speed of a portion of the airflow, is lower than the acceleration effect, the outflowing airflow is accelerated and cooled as a result.

図4を参照した記載に基づき、角状チューブノズル400の構成が翼様の板であって水平軸100の周りにらせん状に配置されたものと解釈できることが当業者にとって自明であろう。   Based on the description with reference to FIG. 4, it will be obvious to those skilled in the art that the configuration of the square tube nozzle 400 can be interpreted as a wing-like plate and arranged helically around the horizontal axis 100.

図4を参照した記載に基づき、冷却された気流47を角状チューブノズル400の外側に配置された他の目的物に吹き付けたり、これらを冷却するために気流47を利用することが当業者にとって自明であろう。   For those skilled in the art, based on the description with reference to FIG. 4, it is possible for those skilled in the art to spray the cooled airflow 47 on other objects disposed outside the rectangular tube nozzle 400 or to use the airflow 47 to cool them. It will be self-evident.

しかしながら、流入する気流を加速をさせる際、流入口410の断面積が大きな角状チューブノズル400を適用することが必ずしも実用的でない場合もある。幅広く(例えば、流入口410の直径401が30mであり、喉状の流出口420の直径が1mである)、且つ実質的に強風に耐え得るような角状チューブノズル400を構築することは容易ではなく、また経済的でもない。   However, when accelerating the inflowing airflow, it may not always be practical to apply the rectangular tube nozzle 400 having a large cross-sectional area of the inlet 410. It is easy to construct a square tube nozzle 400 that is wide (for example, the diameter 401 of the inlet 410 is 30 m and the diameter of the throat outlet 420 is 1 m) and can withstand substantially strong winds. It is neither economical nor economical.

図5は、直線状に直列構造の(cascaded)角状チューブ510、520及び530のセット500の概略図である。角状チューブ510、520及び530はそれぞれ開口端(流入口511、521、531及び喉状の流出口512、522、532)を有している。流入口511、521、531の直径501は、喉状の流出口512、522、532の直径502とは実質的に異なる。本発明の例示的な実施形態によれば、この直列構成は、高湿度の気流54が流入すると、気流の収束及び水凝縮エンジンとして作動する。高湿度の気流54は、大きな直径501を有する角状チューブ510の流入口511から入り、より小さな直径502を有する喉状の流出口512から出てくる。   FIG. 5 is a schematic diagram of a set 500 of linearly cascaded square tubes 510, 520 and 530. The square tubes 510, 520, and 530 have open ends (inflow ports 511, 521, and 531 and throat-shaped outflow ports 512, 522, and 532), respectively. The diameter 501 of the inlets 511, 521, 531 is substantially different from the diameter 502 of the throat-like outlets 512, 522, 532. According to an exemplary embodiment of the present invention, this series configuration operates as an airflow convergence and water condensing engine when a high humidity airflow 54 flows in. The high-humidity airflow 54 enters from the inlet 511 of the square tube 510 having a large diameter 501 and exits from the throat-shaped outlet 512 having a smaller diameter 502.

さらに、高湿度の気流54の一部分は角状チューブ510の周囲を流れ、外気流517を形成する。   Furthermore, a part of the high-humidity air flow 54 flows around the square tube 510 to form an external air flow 517.

さらに、気流(細い喉状の流出口512から出てくる内気流516、及び外気流517)の双方が直列構造の(cascaded)角状チューブ520に入る。角状チューブ520は内気流516及び外気流517の双方を、気流526へ変換する。気流526は角状チューブ520の細い喉状流出口522から出てくるものであり、気流516の約2倍の速度を有する。次の角状チューブ530により、さらに新しく外側527から気流54が導入され、さらに加速された気流536が生じる。気流536の断面積は角状チューブ530の細い喉状の流出口532の断面積と同じであり、その速度は気流516の速度の約3倍である。   In addition, both airflows (inner airflow 516 coming out of the narrow throat outlet 512 and outer airflow 517) enter the cascaded square tube 520. The square tube 520 converts both the internal airflow 516 and the external airflow 517 into an airflow 526. The airflow 526 exits from the narrow throat outlet 522 of the square tube 520 and has a velocity about twice that of the airflow 516. The next square tube 530 introduces a new air stream 54 from the outer side 527 to generate a further accelerated air stream 536. The cross-sectional area of the airflow 536 is the same as the cross-sectional area of the narrow throat-like outlet 532 of the square tube 530, and the velocity is about three times the velocity of the airflow 516.

気流の大部分を収束させるためには、一つの大きな角状チューブではなく直列構造の比較的小さな角状チューブのセットを使用することが好ましいことが見いだされた。これにより、少なくとも次のような利点が得られる。第一に、非実用的に大きな寸法のノズルを構築する必要が無いため、合理的に実現可能であり、そして第二に、抵抗力及び粘性に由来する表面摩擦抵抗の負の効果が実質的に減少することが見いだされている。   In order to converge most of the airflow, it has been found preferable to use a relatively small set of square tubes in series rather than one large square tube. This provides at least the following advantages. First, it is reasonably feasible because there is no need to build impractically large sized nozzles, and second, the negative effects of surface friction resistance due to resistance and viscosity are substantial. It has been found to decrease.

したがって、このような直列構造の複数の角状チューブによって、自然に存在する温暖で高湿度の気流を大量に収束させ、高速の細い気流にすることができる。得られる気流の速度が速いため、この気流は冷却され、高い生産性をもって凝縮された水を回収することが可能となる。   Therefore, a large number of naturally existing warm and high-humidity airflows can be converged by a plurality of square tubes having such a series structure to form a high-speed thin airflow. Since the speed of the airflow obtained is high, this airflow is cooled, and it becomes possible to collect the condensed water with high productivity.

前述の図5を参照した記載に基づき、前述の水凝縮装置300を直線状に直列構造の角状チューブのセット500の後ろに配置することが本発明の例示的な実施形態に基づいて可能であることが当業者にとって自明であろう。   Based on the description with reference to FIG. 5 above, it is possible according to an exemplary embodiment of the present invention to place the water condensing device 300 linearly behind a set 500 of square tubes in a series configuration. It will be obvious to those skilled in the art.

前述の図5を参照した記載に基づき、様々に修正された角状チューブを直列配置することにより収束システムを実装することが可能であることが当業者にとって自明であろう。同様に、直線状に直列構造の角状チューブのセット500を変更して、水平軸100の周りをコイル状に配置された切れ目のない板とすることが可能である。これは、以降において図7aを参照して記載されるアルキメデススクリューのスクリューの外形に沿うようにらせん状に配列されたものである。   It will be apparent to those skilled in the art that, based on the description with reference to FIG. 5 above, it is possible to implement a focusing system by arranging various modified square tubes in series. Similarly, it is possible to change the set of square tubes 500 having a straight structure in a straight line to form a continuous plate arranged around the horizontal axis 100 in a coil shape. This is arranged in a spiral shape along the outer shape of the Archimedean screw described below with reference to FIG. 7a.

前述の図5を参照した記載に基づき、結果として得られる気流の有する非常に高い運動エネルギーを、風力タービンによる電力の回収に用いることで生産性を高めることが可能であることが当業者にとって自明であろう。気流はその後、配置された風力タービンによって電気エネルギーが回収され、正味の結果として、風力タービンは気流が元々有する機械エネルギーと内部熱エネルギーの双方の一部を変換する。   It is obvious to those skilled in the art that, based on the description with reference to FIG. 5 described above, it is possible to increase the productivity by using the very high kinetic energy of the resulting airflow for the power recovery by the wind turbine. Will. The air current is then recovered by the deployed wind turbine and the net result is that the wind turbine converts some of both the mechanical energy and the internal thermal energy that the air stream originally has.

図6aは、気流収束システム661の集合体601の概略図である。集合体601は、直列配置された角状チューブのセット及び気流668の運動エネルギーの一部分を電気エネルギーに変換する風力タービン811を含み、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。風力タービン811は、板保持機構813に取り付けられた翼様の板812を含む。この形態において翼様の板812は、収束されて細い断面積を有する気流の一部分668により回転する。所望により、風力タービン811を円柱状の筐体814内に格納してもよい。これにより気流668の断面積が増大することを防ぎ、よって減速することを防ぎ、高速の気流668の慣性により翼様の板812を回転させることができる。   FIG. 6 a is a schematic view of an assembly 601 of the airflow convergence system 661. The assembly 601 includes a set of square tubes arranged in series and a wind turbine 811 that converts a portion of the kinetic energy of the airflow 668 into electrical energy and is constructed according to an exemplary embodiment of the invention. The wind turbine 811 includes a wing-like plate 812 attached to a plate holding mechanism 813. In this configuration, the wing-like plate 812 is rotated by a portion 668 of the airflow that is converged and has a narrow cross-sectional area. If desired, the wind turbine 811 may be stored in a cylindrical housing 814. This prevents the cross-sectional area of the airflow 668 from increasing, thereby preventing the airflow 668 from slowing down, and the wing-like plate 812 can be rotated by the inertia of the high-speed airflow 668.

板保持機構813を、ゆっくりではあるが力強く回転させるために、翼様の板812は、高速で流れる気流668にほぼ沿うように大きな面積を有することが好ましい。このような気流収束システム601及び風力タービン811の集合体601には次のような主たる利点がある。つまり、エネルギー保存則の観点から、増大された運動エネルギーは、収束された気流の一部分の内部熱エネルギーの消費により獲得される。これは、風力タービン811が、その後において収束される大気が元々有する運動エネルギーのみによりその駆動力を得ているのではなく、追加的に獲得された運動エネルギーからも駆動力を得ていることを意味している。このため、同じく自然に起こる気流を利用するが、これを収束させずに利用する大きな前面開口を有する風力タービンと比較して、高速気流668により回転される風力タービン811にういて予期される生産性を実質的に向上させることができる。   In order to rotate the plate holding mechanism 813 slowly but strongly, the wing-like plate 812 preferably has a large area so as to substantially follow the airflow 668 flowing at high speed. The airflow convergence system 601 and the assembly 601 of the wind turbine 811 have the following main advantages. In other words, from the point of view of energy conservation law, the increased kinetic energy is obtained by the consumption of the internal thermal energy of a portion of the converged airflow. This is because the wind turbine 811 obtains its driving force not only from the kinetic energy originally possessed by the atmosphere converged thereafter, but also from the additionally obtained kinetic energy. I mean. For this reason, the expected production for a wind turbine 811 rotated by a high-speed airflow 668 as compared to a wind turbine having a large front opening that also utilizes a naturally occurring airflow but without converging it. The property can be substantially improved.

図6bは、気流収束システムの集合体602の概略図である。気流収束システムの集合体602は、直列配列され非対象な構造を有する角状チューブ663のセット及び流れる気流669の運動エネルギーの一部を電気エネルギーに変換することが可能な風力タービン811を含んでおり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。収束システム663の主要な特性は、収束された気流のフロント面64がタービン811の板812に当たる流出気流669と比較して地面に対して有効に高い位置にあることである。このため、次の現象、すなわち収束された気流64の水平方向における収束と垂直方向における方向転換の双方が起こる。ベルヌーイの原理によれば、気流の加速には静圧の低下と地球の重力場における位置エネルギーの減少の双方が伴う。したがって、エネルギー保存則の観点によれば、気流の一部分64の運動エネルギーの増加は、気流の一部分64の内部熱エネルギーと重力場における位置エネルギーの双方の消費により得られるものである。よって、風力タービン811は、収束された気流64ではなく自然に起こる気流をそのまま利用し、広い前面開口を有する風力タービンと比較して実質的に多い電力を産出することができることが予想される。このように、直線状に直列構造の非対称の角状チューブを用いることにより、気流の重力場における位置エネルギーの利用を目的とし、下方向へ気流を流すために非実用的に高いカラムを導入する必要が無いというさらなる利点を達成することができる。   FIG. 6b is a schematic diagram of an aggregate 602 of the airflow convergence system. The airflow focusing system assembly 602 includes a set of rectangular tubes 663 arranged in series and having an unintended structure and a wind turbine 811 capable of converting a part of the kinetic energy of the flowing airflow 669 into electrical energy. And is constructed according to an exemplary embodiment of the present invention. The main characteristic of the converging system 663 is that the front surface 64 of the converged airflow is in an effectively higher position relative to the ground compared to the outflow airflow 669 impinging on the plate 812 of the turbine 811. Therefore, the following phenomenon occurs, that is, both the convergence in the horizontal direction and the direction change in the vertical direction of the converged airflow 64 occur. According to Bernoulli's principle, airflow acceleration is accompanied by both a decrease in static pressure and a decrease in potential energy in the Earth's gravitational field. Thus, according to the energy conservation law, the increase in kinetic energy of the airflow portion 64 is obtained by the consumption of both the internal thermal energy of the airflow portion 64 and the potential energy in the gravitational field. Thus, the wind turbine 811 is expected to be able to produce substantially more power compared to a wind turbine having a wide front opening, utilizing the naturally occurring air flow as is rather than the converged air flow 64. In this way, by using an asymmetric square tube with a straight series structure, the use of potential energy in the gravitational field of airflow is aimed at, and an impractical high column is introduced to flow the airflow downward. A further advantage can be achieved that there is no need.

前述の図6a及び図6bを参照した記載に基づき、内部熱エネルギーと重力場における位置エネルギーを追加の運動エネルギーに変換する方法は、元々慣性エネルギーを有しているいかなる気体や液体にも適用できることが当業者にとって自明であろう。例えば、この方法は電力の産出を目的とした水力タービンの駆動のための水流の収束に用いることができる。   Based on the above description with reference to FIGS. 6a and 6b, the method of converting internal thermal energy and potential energy in the gravitational field into additional kinetic energy can be applied to any gas or liquid that originally has inertial energy. Will be obvious to those skilled in the art. For example, this method can be used to converge a water flow for driving a hydro turbine for the purpose of producing electricity.

図6cは、収束システム661及び風力タービン811を含む集合体603の概略図である。図6aに記載された集合体601に類似しているが、収束システムの流入口において従来型のプロペラ665が用いられており、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。従来型のプロペラ665は、エネルギーの消費により気流を生じる。具体的には、消費されるエネルギーは電力であってもよく、又は燃料の燃焼により得られ、電力と等価なものとして用いられるエネルギーであってもよい。従来型のプロペラ665により生じ、加速された気流616は、コアンダ効果によりその外側にある気流の一部分617を取り込んだ気流616となる。さらに、空気の一部617も収束され加速される。十分な強度を有する従来型のプロペラ665及び比較的大きな収束システム661を考慮し、さらに気流に関連づけられたエネルギーが気流の速度の3乗に比例することを鑑みると、空気の再生可能な内部熱エネルギーを用いることで消費されたエネルギーを風力タービン811により回収されたエネルギーより実質的に低くすることは現実的に達成可能な状況となる。   FIG. 6 c is a schematic diagram of an assembly 603 that includes a convergence system 661 and a wind turbine 811. Similar to the assembly 601 described in FIG. 6a, but a conventional propeller 665 is used at the inlet of the converging system and is constructed according to an exemplary embodiment of the present invention. The conventional propeller 665 generates an air flow due to energy consumption. Specifically, the consumed energy may be electric power, or may be energy obtained by combustion of fuel and used as an equivalent of electric power. The airflow 616 generated and accelerated by the conventional propeller 665 becomes an airflow 616 that takes in a portion 617 of the airflow outside the Coanda effect. Furthermore, the air portion 617 is also converged and accelerated. Considering a conventional propeller 665 with sufficient strength and a relatively large converging system 661, and considering that the energy associated with the airflow is proportional to the cube of the velocity of the airflow, the renewable internal heat of the air Using energy to make the energy consumed substantially lower than the energy recovered by the wind turbine 811 is a situation that is practically achievable.

前述の図6cを参照した記載に基づき、従来型の方法で駆動されるプロペラを用いて気体又は液体の流れを作り出すシステムにおいて前述の内部熱エネルギーを追加的な運動エネルギーへ変換し、さらにこれを電気エネルギーへ変換する方法を適用することができることが当業者にとって自明であろう。さらに、前述の図6cを参照した記載に基づき、前述の内部熱エネルギーを追加的な運動エネルギーへ変換し、これをきっかけとして水蒸気を凝縮させて水エアロゾル及び水滴を得る方法を、従来型の方法で駆動されるプロペラを用いて高湿度の気流を作り出すシステムに適用することができることが当業者にとって自明であろう。   Based on the foregoing description with reference to FIG. 6c, the internal thermal energy is converted to additional kinetic energy in a system that creates a gas or liquid flow using a propeller driven in a conventional manner, It will be apparent to those skilled in the art that a method of converting to electrical energy can be applied. Further, based on the description with reference to FIG. 6c, a method of converting the internal thermal energy into additional kinetic energy and condensing water vapor as a trigger to obtain water aerosol and water droplets is a conventional method. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be applied to a system that creates a high-humidity airflow using a propeller driven by a motor.

図7aは、アルキメデススクリューの外形に沿うように配列されたコイル状の翼71の概略側面図、切り出し概略図、及び概略等角図であり、本発明の例示的な実施形態に基づいて構成されている。古典的なアルキメデススクリュー(図示せず)は、その長手方向の軸を中心に回転する際に粘性を有する気体又は液体をその周囲から取り込み、またその逆に、自由に回転可能なそのようなスクリューが気体又は液体の流れにさらされると、そのスクリューは回転する。図に示されたコイル状の翼71は、前述のアルキメデススクリューの特性を有しており、また、他方、図5の参照を伴って記載された対向気流を変換させる角状チューブの特性も有している。コイル状の翼71の全体としての構成をみると、その長手方向の軸を中心として非対称になっており、これにより対向気流に所望の回転を付与することができる。コイル状の翼71を以下のような例示的な用途に用いると、主要な利点が得られる。   FIG. 7a is a schematic side view, cut-out schematic view, and schematic isometric view of coiled wings 71 arranged along the outline of an Archimedes screw, constructed according to an exemplary embodiment of the present invention. ing. A classic Archimedes screw (not shown) is such a screw that can take a viscous gas or liquid from its surroundings as it rotates about its longitudinal axis and vice versa. When exposed to a gas or liquid stream, the screw rotates. The coiled wing 71 shown in the figure has the characteristics of the aforementioned Archimedes screw, and on the other hand, it also has the characteristics of a square tube that converts the opposed airflow described with reference to FIG. doing. When the entire configuration of the coiled blade 71 is viewed, it is asymmetric about the longitudinal axis, and thus, a desired rotation can be imparted to the opposed airflow. The use of the coiled wing 71 for the following exemplary applications provides major advantages.

第一に、コイル状の翼71は直線状に一連の固定の角状チューブの役割を果たすことができ、図5の参照を伴って記載したように、空気から水を回収するために実装され、高湿度の気流にさらされ得る。   First, the coiled wing 71 can act as a series of fixed square tubes in a straight line and is implemented to recover water from the air as described with reference to FIG. Can be exposed to high humidity airflow.

第二に、コイル状の翼71は、自然界の気流又は水流を加速させてタービン発電機の効率を上げるための固定された収束システムとして用いることができる。タービン発電機は、例えば図6aの参照を伴って記載したものである。   Secondly, the coiled wing 71 can be used as a fixed convergence system for accelerating natural airflow or water flow to increase the efficiency of the turbine generator. The turbine generator is, for example, described with reference to FIG. 6a.

第三に、コイル状の翼71がその長手方向の保持軸75を中心として自由に回転可能であるならば、発電を目的としたタービン発電機として用いることができる。気流の伝搬方向において長いことが好ましい前述の集合体601(図6a)と比較して、コイル状の翼71の形状を導入した発電システムは、よりコンパクトである。これは、コイル状の翼71が収束システムの役割と回転する板の役割の双方を担うからである。   Third, if the coiled blade 71 can freely rotate around the holding shaft 75 in the longitudinal direction, it can be used as a turbine generator for power generation. Compared to the above-described aggregate 601 (FIG. 6a), which is preferably long in the airflow propagation direction, the power generation system that introduces the shape of the coiled wing 71 is more compact. This is because the coiled wing 71 plays both the role of a converging system and the role of a rotating plate.

第四に、コイル状の翼71はその長手方向の保持軸75を中心として強制的に回転させられ、したがって気体又は液体を取り込むエンジンとして用いることができる。古典的なアルキメデススクリューと比較して、コイル状の翼71は回転により取り込まれた気流及び液流を収束及び加速させ、結果として加速された気流又は液流はコアンダ効果によりその周囲にある気体又は液体を引き込む。これにより、収束された気体又は液体の内部熱エネルギーを消費することによりエンジンの生産性を実質的に向上させることができる。このようなエンジンは、取り込み型のプロペラとしての役割を果たし、乗り物(例:車、船、潜水艦又は飛行機)に適用することで燃料を実質的に節約することができる。   Fourth, the coiled wing 71 is forcibly rotated about its longitudinal holding shaft 75 and can therefore be used as an engine for taking in gas or liquid. Compared to the classic Archimedes screw, the coiled wing 71 converges and accelerates the airflow and liquid flow taken in by rotation, and as a result, the accelerated airflow or liquid flow is caused by the surrounding gas or Draw liquid. Thereby, engine productivity can be substantially improved by consuming the internal heat energy of the converged gas or liquid. Such an engine serves as a take-up propeller and can save substantial fuel when applied to a vehicle (eg, car, ship, submarine or airplane).

第五に、コイル状の翼71は乗り物(例:飛行機又はヘリコプター)に固定して取り付けられた翼様部材の役割を果たし、その乗り物の飛行特性を向上させることができる。   Fifth, the coiled wing 71 serves as a wing-like member fixedly attached to a vehicle (eg, an airplane or a helicopter), and can improve the flight characteristics of the vehicle.

第六に、コイル状の翼71はその長手方向の保持軸75を中心として強制的に回転させられるが、これを垂直方向に配向(図示せず)させることにより、上側にある空気を取り込んで気流を下方へ加速させることができる。すなわち、揚力エンジンとして用いることができる。古典的なアルキメデススクリューにより空気を捕らえる揚力エンジンを有するレオナルドダビンチのヘリコプターとは異なり、ここで提案される揚力エンジンには、垂直方向に配向させたコイル状の翼71によって気流の取り込み及び収束を行う特性がある。気流を収束させることにより温暖な大気の内部熱エネルギーと地球の重力場における大気の有する位置エネルギーとを下方へ流れる気流の運動エネルギーへ変換することができる。   Sixth, the coiled wing 71 is forcibly rotated about the holding shaft 75 in the longitudinal direction, and by orienting it in the vertical direction (not shown), air on the upper side is taken in. The airflow can be accelerated downward. That is, it can be used as a lift engine. Unlike the Leonardo da Vinci helicopter, which has a lift engine that captures air with a classic Archimedes screw, the proposed lift engine captures and converges the airflow with a coiled wing 71 oriented vertically. There are characteristics. By converging the airflow, the internal thermal energy of the warm atmosphere and the potential energy of the atmosphere in the earth's gravitational field can be converted into the kinetic energy of the airflow flowing downward.

第七に、図7bに示されるような直線状の集合体70にまとめることが可能な二つのコイル状の翼71及び72を含む形態において、コイル状の翼71を電力の消費によりその長手方向の保持軸75を中心として強制的に回転させ(すなわち、コイル状の翼71は取り込み−収束プロペラ77の役割を果たしている)、他方で、コイル状の翼72をその長手方向の保持軸76を中心として回転自由な状態にして、電力発生用の風力タービンに用いることができる(すなわちコイル状の翼72は収束板79を有する風力タービン78としての役割を果たしている)。この場合、収束板79を有する風力タービン78に当たる気流は、一方においては取り込み−収束プロペラによる電力の消費によって加速され、他方においては収束により(すなわち気流の内部熱エネルギーの変換により)加速されている。十分な強度を有する取り込み−収束プロペラ77及び比較的大きなコイル状の翼71と72を考慮し、さらに気流に関するエネルギーが気流の速度の3乗に比例することを鑑みると、風力タービン78により回収されたエネルギーが取り込み−収束プロペラ77により消費されるエネルギーより多くなることは現実的に達成可能な状況となる。このため、直線状の集合体70により生産される電力の正味の効率は正になる。   Seventh, in a form including two coiled wings 71 and 72 that can be combined into a linear assembly 70 as shown in FIG. (I.e., the coiled wing 71 serves as an intake-converging propeller 77), while the coiled wing 72 is moved with its longitudinal holding shaft 76. It can be used as a wind turbine for generating electric power in a freely rotating state as a center (that is, the coiled blades 72 serve as a wind turbine 78 having a converging plate 79). In this case, the airflow impinging on the wind turbine 78 having the converging plate 79 is accelerated on the one hand by the consumption of power by the intake-converging propeller and on the other hand by converging (ie by conversion of the internal heat energy of the airflow). . Taking into account a sufficiently strong uptake-converging propeller 77 and relatively large coiled blades 71 and 72 and taking into account that the energy associated with the airflow is proportional to the cube of the velocity of the airflow, it is recovered by the wind turbine 78. It is practically achievable that more energy is consumed than the energy consumed by the intake-converging propeller 77. For this reason, the net efficiency of the power produced by the linear assembly 70 is positive.

前述の図7a及び7bを参照した記載に基づき、前述のコイル状の翼を、気体又は液体の機械的エネルギー及び内部熱エネルギーを用いるあらゆるシステムに適用可能であることが当業者にとって自明であろう。   Those skilled in the art will appreciate that the coiled wing described above can be applied to any system using gas or liquid mechanical energy and internal thermal energy based on the description with reference to FIGS. 7a and 7b. .

以降にその概略が示される例示的な実施形態は、本発明の原理を図示する目的のみに与えられるものであり、以降に示される請求項の範囲を不必要に狭く解釈し、これを排他的に規定するものではない。当業者が、請求項の思想及びこの範囲を逸脱することなくここに教示される実施形態について様々な変更、組み換え又は修正をすることができることが予測される。   The exemplary embodiments, which are outlined below, are given solely for the purpose of illustrating the principles of the present invention and are interpreted as an unnecessary narrow interpretation of the scope of the claims set forth below. It is not stipulated in. It is anticipated that one skilled in the art can make various changes, modifications, or modifications to the embodiments taught herein without departing from the spirit and scope of the claims.

Claims (17)

水−エアロゾルの環境的にクリーンなパッシブキャッチャーであって、
前記パッシブキャッチャーの流線型の翼様の板は、非対称形の流線型の外形を成す空間的な広がりを有する構成として規定され、
前記外形の上側は当該外形の下側より長く、
前記パッシブキャッチャーは少なくとも2枚の非対称に配置された固定の翼様の板からなるセットを含み、
前記翼様の板は飽和水蒸気を運ぶ高湿度の気流にさらされ、
前記非対称に配置された翼様の板は、前記高湿度の気流を受けて、当該気流の一部分の進行方向及び形状を局所的に変化させるように配向され、
前記形状は、気流の断面積が変化することにより変化し、
前記方向の変化及び前記断面積の変化により翼様の板に到達する気流の一部が局所的に加速され、
ベルヌーイの定理にしたがって、前記局所的な加速には局所的な静圧の低下が伴い、
気体の法則にしたがって、前記静圧の低下には局所的な温度低下が伴い、
前記局所的な温度低下は前記飽和水蒸気から水−エアロゾル及び露滴への凝集を引き起こし、
前記露滴は、前記非対称に配置された翼様の板の表面に回収される、パッシブキャッチャー。
A water-aerosol environmentally clean passive catcher,
The streamlined wing-like plate of the passive catcher is defined as a configuration having a spatial extent that forms an asymmetrical streamlined profile,
The upper side of the outer shape is longer than the lower side of the outer shape,
The passive catcher comprises a set of at least two asymmetrically arranged fixed wing-like plates;
The wing-like plate is exposed to a high humidity air stream carrying saturated water vapor,
The asymmetrically disposed wing-like plate is oriented to receive the high-humidity airflow and locally change the traveling direction and shape of a portion of the airflow,
The shape changes as the cross-sectional area of the airflow changes,
A part of the airflow that reaches the wing-like plate is locally accelerated by the change in the direction and the change in the cross-sectional area,
According to Bernoulli's theorem, the local acceleration is accompanied by a decrease in local static pressure,
According to the law of gas, the decrease in static pressure is accompanied by a local temperature decrease,
The local temperature drop causes aggregation from the saturated water vapor to water-aerosols and dew drops,
A passive catcher in which the dew drops are collected on the surface of the asymmetrically arranged wing-like plate.
請求項1の水−エアロゾルの環境的にクリーンなパッシブキャッチャーであって、
前記非対称に配置された翼様の板の少なくとも2枚は、さらに湾曲されており、これにより前記到達する気流の一部分による渦の生成が後押しされ、
前記渦により静圧が低下する、パッシブキャッチャー。
The water-aerosol environmentally clean passive catcher of claim 1, comprising:
At least two of the asymmetrically arranged wing-like plates are further curved, thereby boosting the generation of vortices by a portion of the reaching airflow,
A passive catcher whose static pressure is reduced by the vortex.
対向する流体にさらされる、流体を収束させる集合体であって、
前記流体を収束させる集合体は、少なくとも2枚の相対する翼様の板を含み、
揚力が、流線型の翼に当たる流体からの作用として規定され、
前記少なくとも2枚の相対する翼様の板は、前記少なくとも2枚の相対する翼様の板のそれぞれにおいて前記流体が前記揚力として作用するように配置され、
前記揚力は、前記少なくとも2枚の相対する翼様の板が互いに離れるように逆方向に作用し、
ニュートンの第3法則にしたがって、前記相対する翼様の板は前記流体に作用し、前記流体が狭い断面積を全体として有するようになり、これにより前記集合体は流体を収束させる、集合体。
A fluid converging assembly that is exposed to opposing fluids,
The fluid converging assembly comprises at least two opposing wing-like plates;
Lift is defined as the action from the fluid striking the streamlined wing,
The at least two opposing wing-like plates are arranged such that the fluid acts as the lift in each of the at least two opposing wing-like plates;
The lift acts in the opposite direction so that the at least two opposing wing-like plates are separated from each other;
In accordance with Newton's third law, the opposed wing-like plates act on the fluid such that the fluid has a narrow cross-sectional area as a whole, whereby the assembly converges the fluid.
請求項3の流体を収束させる集合体であって、
前記流体は気流及び水流の少なくとも一つである、集合体。
An assembly for converging the fluid of claim 3,
The assembly is an assembly in which the fluid is at least one of an air stream and a water stream.
対向する流体にさらされる、流体収束装置であって、
前記流体収束装置の流線型の翼は、非対称形の流線型の外形を成す空間的な広がりを有する構成として規定され、
前記外形の上側は当該外形の下側より長く、
流体が当たることにより前記流線型の翼様の板に働く揚力は上向きであり、
前記流体を収束させる装置は、巻かれた状態の前記流線型の翼を少なくとも一つ含み、
前記巻かれた状態の流線型の翼は、対向する流体の方向と実質的に同じ方向である前記コイル軸を中心として少なくとも一周巻かれ、
前記巻かれた状態の流線型の翼は、前記流線型の翼様の板の下側が前記コイル軸に変換されるように構成され、
前記巻かれた状態の流線型の翼は、前記対向する流体を前記コイル軸へ収束させる、装置。
A fluid converging device that is exposed to an opposing fluid;
The streamlined wing of the fluid converging device is defined as a configuration having a spatial extension that forms an asymmetrical streamlined profile,
The upper side of the outer shape is longer than the lower side of the outer shape,
The lift acting on the streamlined wing-like plate by the fluid is upward,
The fluid converging device includes at least one streamlined wing in a wound state,
The wound streamlined wing is wound at least once around the coil axis that is substantially in the same direction as the direction of the opposing fluid;
The wound streamlined wing is configured such that the lower side of the streamlined wing-like plate is converted to the coil axis,
The rolled streamlined wing converges the opposing fluid to the coil axis.
請求項5の流体収束装置であって、
前記巻かれた状態の流線型の翼は、円状、楕円状、らせん状、アルキメデスのらせんのいずれかの形状を有するように少なくとも一周巻かれ、
前記巻かれた状態の流線型の翼の外形は、アルキメデススクリューの外形である、装置。
The fluid converging device according to claim 5,
The streamlined wing in the wound state is wound at least once so as to have one of a circular shape, an elliptical shape, a spiral shape, and an Archimedean spiral shape,
The device is such that the outer shape of the streamlined wing in the wound state is the outer shape of an Archimedes screw.
請求項5の流体収束装置であって、
前記巻かれた状態の流線型の翼は、さらに分岐部材を少なくとも一つ含む、装置。
The fluid converging device according to claim 5,
The wound streamlined wing further includes at least one branch member.
請求項5の流体収束装置であって、
前記流体を収束させる装置は、燃焼燃料及び電気のうち少なくとも一つにより駆動されるプロペラを更に備え、
前記対向する流体は高湿度の気流であり、
前記高湿度の気流は前記プロペラにより生じ、
前記巻かれた状態の流線型の翼による前記気流の収束は、次の現象をもたらす:
前記収束された流体は、連続性の式にしたがって加速され、
前記流体の静圧は、ベルヌーイの定理にしたがって低下し、
前記流体の内部熱エネルギーは、エネルギー保存則にしたがって減少し、
よって、前記流体の冷却により、水蒸気から水−エアロゾル及び露滴の少なくとも一つへの凝集を引き起こす、装置。
The fluid converging device according to claim 5,
The fluid converging device further includes a propeller driven by at least one of combustion fuel and electricity,
The opposing fluid is a high humidity air stream,
The high-humidity airflow is generated by the propeller,
Convergence of the airflow by the rolled streamlined wing results in the following phenomenon:
The converged fluid is accelerated according to a continuity formula;
The static pressure of the fluid decreases according to Bernoulli's theorem,
The internal thermal energy of the fluid decreases according to the energy conservation law,
Thus, cooling the fluid causes an aggregation of water vapor to at least one of water-aerosol and dew drops.
対向する流体にさらされる集合体であって、
前記集合体は前記対向する流体の運動エネルギー及び内部熱エネルギーの双方の一部を電気エネルギーに変換し、
前記集合体は、流体収束装置及びタービン発電機を含み、
前記タービン発電機は、前記対向する流体により回転する板を含み且つ前記対向する流体の運動エネルギーから電気エネルギーを取り出すことが可能であり、
前記流体収束装置は、直列構造の角(つの)状チューブ(horn-tubes)のセットを有し、当該セットは少なくとも二つの前記直列構造の角状チューブを有し、当該直列構造の角状チューブは二つの開口端である流入口と流出口を有し且つ断面積が変化する収束ノズルの形状を有し、
前記直列構造の角状チューブは、前記対向する流体の一部が前記流入口から入り前記直列構造の角状チューブ内を進行して前記流出口へ至るように配向されており、
前記セットの流出口は、流体の進行方向における最後の流出口として規定され、
最初のフロント面は、収束される前の対向する流体のフロント面として規定され、
有効な流入口の面積は、前記直列構造の角状チューブに入る前記流体の一部分の前記最初のフロント面の面積として規定され、
前記直列構造の角状チューブの喉状部位は、前記直列構造の角状チューブのセットの一部として規定され、当該一部は前記変化する断面積の中で最小の値を有し、当該喉状部位の最小断面積と前記有効な流入口の断面積との差は少なくとも2倍であり、
前記直列構造の角状チューブの断面が収束していくことにより前記流体の一部分は、その流体の断面積が減少していき、特に以下の現象に至り:
(1)前記流体の速さ及び密度が上昇し、連続性の式にしたがって当該流体の速さ及び密度の値の積に反比例するように当該流体の断面積が減少し、
(2)ベルヌーイの定理にしたがって前記加速された流体の一部分の静圧が低下し、
(3)内部熱エネルギーの一部が前記流体の運動エネルギーへ変換され、これによりエネルギー保存則に従い当該流体の一部分の運動エネルギーを増大され、
さらに、
前記加速された流体の一部分により前記タービン発電機の板が駆動され、
前記タービン発電機は、前記流体の増加した運動エネルギーの一部分を回収電気エネルギーへ変換し、
収束される前の対向する流体の一部分について、運動エネルギー及び内部熱エネルギーの双方の一部分が、前記タービン発電機により回収される電気エネルギーへ正味として変換される、集合体。
An assembly that is exposed to opposing fluids,
The assembly converts part of both the kinetic energy and internal thermal energy of the opposing fluid into electrical energy,
The assembly includes a fluid focusing device and a turbine generator,
The turbine generator includes a plate that is rotated by the opposing fluid and is capable of extracting electrical energy from the kinetic energy of the opposing fluid;
The fluid converging device has a set of horn-tubes having a series structure, and the set has at least two horn-tubes having the series structure, the horn-tube having the series structure. Has the shape of a converging nozzle having two inlet ends, an inlet and an outlet, and a variable cross-sectional area,
The series-structured square tube is oriented so that a part of the opposing fluid enters from the inlet and proceeds through the series-structured square tube to the outlet.
The outlet of the set is defined as the last outlet in the direction of fluid travel;
The first front surface is defined as the front surface of the opposing fluid before it is converged,
The effective inlet area is defined as the area of the first front surface of the portion of the fluid that enters the square tube in the series structure;
The throat portion of the series-structured square tube is defined as part of the series-structured square tube set, the part having the smallest value in the varying cross-sectional area, and the throat The difference between the minimum cross-sectional area of the shaped part and the cross-sectional area of the effective inlet is at least twice,
As the cross section of the square tube having the series structure converges, the cross section of the fluid of a part of the fluid decreases, and particularly leads to the following phenomenon:
(1) The speed and density of the fluid increases, and the cross-sectional area of the fluid decreases so as to be inversely proportional to the product of the fluid speed and density values according to the continuity formula;
(2) According to Bernoulli's theorem, the static pressure of a portion of the accelerated fluid decreases,
(3) A part of the internal thermal energy is converted into the kinetic energy of the fluid, thereby increasing the kinetic energy of a portion of the fluid according to the law of conservation of energy,
further,
A portion of the accelerated fluid drives the turbine generator plate;
The turbine generator converts a portion of the increased kinetic energy of the fluid into recovered electrical energy;
An assembly wherein, for a portion of the opposing fluid prior to convergence, a portion of both kinetic energy and internal thermal energy is net converted to electrical energy recovered by the turbine generator.
請求項9の集合体であって、
前記断面の高さは、断面の全ての点についての海抜の平均値として規定され、
前記流体の一部分の重力場における位置エネルギーは、当該流体の一部分が地球の重力場において有するエネルギーの一種として規定され、
前記直列構造の角状チューブのセットは、前記流体の一部分の前記最初のフロント面の断面の高さが前記セットの流出口の断面の高さより高くなるように構成及び配置され、よってベルヌーイの定理にしたがって前記セットの流出口における前記流体の一部分は前記最初のフロント面における前記流体の一部分より速い速度及び低い重力場位置エネルギーを有し、
前記集合体は、収束されて方向転換される前の前記流体の一部分について、前記重力場位置エネルギーの一部分を電気エネルギーへ正味として変換する、集合体。
The assembly of claim 9, wherein
The height of the cross section is defined as the mean value of the sea level for all points of the cross section,
The potential energy in the gravitational field of a part of the fluid is defined as a kind of energy that the part of the fluid has in the earth's gravitational field,
The series of square tube sets are constructed and arranged so that the height of the section of the first front surface of the portion of the fluid is higher than the height of the section of the outlet of the set, and thus Bernoulli's theorem And the portion of the fluid at the outlet of the set has a faster velocity and lower gravitational field potential energy than the portion of the fluid at the first front surface,
The assembly converts a portion of the gravitational field potential energy into electrical energy as a net for a portion of the fluid before being converged and redirected.
請求項9の集合体であって、
前記対向する流体は、前記集合体の周囲及びこれを通るように流れる自然界における再生可能な気流であり、
前記タービン発電機は、風力タービンである、集合体。
The assembly of claim 9, wherein
The opposing fluid is a renewable airflow in the natural world that flows around and through the aggregate;
The turbine generator is a wind turbine.
請求項9の集合体であって、
前記対向する流体は、前記集合体の周囲及びこれを通るように流れる自然界における再生可能な水流であり、
前記タービン発電機は、水力タービンである、集合体。
The assembly of claim 9, wherein
The opposing fluid is a renewable water stream in the natural world that flows around and through the aggregate;
The turbine generator is an assembly, which is a hydro turbine.
請求項9の集合体であって、
前記直列構造の角状のチューブのセットは、アルキメデススクリューの外形に沿って配置され、らせん状にコイル軸を中心に巻かれた切れ目のない板であり、
前記らせん状に巻かれた板は、切れ目のない板と前記コイル軸との間に実質的な自由空間が残るように巻かれ、
前記自由空間の断面積は、前記コイル軸に沿って変化する、集合体。
The assembly of claim 9, wherein
The set of square tubes of the serial structure is a continuous plate arranged along the outer shape of the Archimedes screw, spirally wound around the coil axis,
The spirally wound plate is wound so that a substantial free space remains between the unbroken plate and the coil shaft,
The cross-sectional area of the free space is an assembly that varies along the coil axis.
請求項9の集合体であって、
前記集合体は、燃焼燃料及び電気のうち少なくとも一により駆動されるプロペラを更に備え、
前記対向する流体は前記プロペラにより生じ、
前記集合体により産出される電気エネルギーの正味効率は、前記タービン発電機により回収されるエネルギーと前記プロペラにより消費されるエネルギーとの差により規定される、集合体。
The assembly of claim 9, wherein
The assembly further includes a propeller driven by at least one of combustion fuel and electricity,
The opposing fluid is produced by the propeller;
The aggregate, wherein the net efficiency of the electrical energy produced by the aggregate is defined by the difference between the energy recovered by the turbine generator and the energy consumed by the propeller.
収束スクリューであって、
前記収束スクリューの流線型の翼様の板は、非対象形の流線型の外形を成す空間的な広がりを有する構成として規定され、
前記外形の上側は当該外形の下側より長く、
流体が当たることにより前記流線型の翼様の板に働く揚力は上向きであり、
前記収束スクリューは、保持軸及び当該保持軸に取り付けられ且つ巻かれた状態の流線型の翼様の板を少なくとも一つ含み、
前記巻かれた状態の翼様の板は、前記らせん状の板の外形がアルキメデススクリューの外形に沿うように、前記保持軸を中心として少なくとも一周巻かれ、
前記巻かれた状態の翼様の板は、前記流線型の翼様の板の下側が前記保持軸に向けられるように構成され、
前記巻かれた状態の翼様の板は、巻かれた状態の翼様の板と前記保持軸との間に実質的な自由空間が残るように巻かれ、
前記自由空間の断面積は、前記保持軸に沿って変化する、収束スクリュー。
A converging screw,
The streamlined wing-like plate of the converging screw is defined as a configuration having a spatial extent that forms an untargeted streamlined profile,
The upper side of the outer shape is longer than the lower side of the outer shape,
The lift acting on the streamlined wing-like plate by the fluid is upward,
The converging screw includes at least one holding shaft and a streamlined wing-like plate attached to the holding shaft and wound.
The wound wing-like plate is wound at least once around the holding shaft so that the outer shape of the spiral plate follows the outer shape of the Archimedes screw,
The wound wing-like plate is configured such that the lower side of the streamlined wing-like plate is directed to the holding shaft,
The wing-like plate in the rolled state is wound so that a substantial free space remains between the wing-like plate in the rolled state and the holding shaft,
A converging screw, wherein the cross-sectional area of the free space varies along the holding axis.
請求項15の収束スクリューであって、
前記巻かれた状態の流線型の翼様の板は、前記保持軸の周りを強制的に回転させることができ、
前記回転は燃焼燃料及び電気のうち少なくとも一により駆動され、
前記収束スクリューは周囲物質を取り込むために用いられ、
前記周囲物質は気体及び液体の少なくとも一つであり、
前記気体及び液体の少なくとも一つについての前記収束スクリューにより取り込まれた部分は、前記変化する断面積を有する前記自由空間を通る流体を形成し、
前記流体は、収束及び加速され、
前記収束及び加速には、コアンダ効果による前記周囲物質の更なる取り込みが伴い、
エネルギー保存則にしたがって、前記収束された流体の内部熱エネルギーの消費の結果として前記取り込みの生産性が向上する、収束スクリュー。
The converging screw of claim 15,
The rolled streamlined wing-like plate can be forced to rotate around the holding shaft,
The rotation is driven by at least one of combustion fuel and electricity,
The converging screw is used to take in surrounding materials;
The surrounding material is at least one of a gas and a liquid;
A portion taken by the converging screw for at least one of the gas and liquid forms a fluid through the free space having the varying cross-sectional area;
The fluid is converged and accelerated;
The convergence and acceleration are accompanied by further uptake of the surrounding material by the Coanda effect,
A converging screw, wherein the uptake productivity is improved as a result of consumption of internal heat energy of the converged fluid according to energy conservation laws.
請求項15の収束スクリューであって、
前記巻かれた状態の流線型の翼様の板は、前記保持軸の周りを強制的に回転させることができ、
前記回転は周囲の対向する流体により駆動され、
前記流体は気流及び水流の少なくとも一つであり、
前記流体の一部分は、前記変化する断面積を有する前記自由空間を通る流体を形成し、
前記流体は収束され、
前記収束には、エネルギー保存則にしたがって前記流体の一部分についての内部熱エネルギーから追加的な運動エネルギーへの部分的な変換が伴い、
前記収束スクリューは、発電のためのタービン発電機に用いられ、
前記タービン発電機は、前記流体の増加した運動エネルギーの一部分を回収電気エネルギーへ変換し、
収束される前の対向する流体の一部分について、運動エネルギー及び内部熱エネルギーの双方の一部分が、前記タービン発電機により回収される電気エネルギーへ正味として変換される、収束スクリュー。
The converging screw of claim 15,
The rolled streamlined wing-like plate can be forced to rotate around the holding shaft,
The rotation is driven by surrounding opposing fluids;
The fluid is at least one of an air stream and a water stream;
A portion of the fluid forms a fluid through the free space having the varying cross-sectional area;
The fluid is converged;
The convergence involves a partial conversion from internal thermal energy to additional kinetic energy for a portion of the fluid according to energy conservation laws,
The convergence screw is used in a turbine generator for power generation,
The turbine generator converts a portion of the increased kinetic energy of the fluid into recovered electrical energy;
A converging screw, wherein a portion of both kinetic energy and internal thermal energy is net converted into electrical energy recovered by the turbine generator for a portion of the opposing fluid prior to convergence.
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