JP2016075419A - Solid boiler, shaft type turbine, multistage turbo gas compressor, water panel, water jacket, water jacket system, spray device, air-water heat power generation system - Google Patents

Solid boiler, shaft type turbine, multistage turbo gas compressor, water panel, water jacket, water jacket system, spray device, air-water heat power generation system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air-water heat power generation system capable of reducing a use amount of fossil fuel, and generating practical power continuously and persistently with ambient air and ambient water temperature as an energy source.SOLUTION: An air-water heat power generation system includes: a solid boiler using zeolite that generates high-temperature and high-pressure steam; a high-efficiency steam generation device and a high-efficiency multistage turbo gas compressor; and a water jacket system that absorbs waste heat generated by a thermodynamic device of a high-efficiency umbrella type steam turbine, thereby to regenerate energy. In the air-water heat power generation system, by utilizing the characteristic of zeolite, high-temperature and high-pressure steam can be obtained not with chemical change but only with physical change of a state.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、低温エネルギーを高温エネルギーに転化して供給する空水熱発電システムに関する。   The present invention relates to an air-hydrothermal power generation system that converts low-temperature energy into high-temperature energy and supplies it.

自然エネルギーの再生利用に道を開く太陽熱集光方式洋上発電船(例えば、特許文献1を参照)では、過熱蒸気発生器、加圧ガス圧縮機(コンプレッサー)、蒸気タービンなどの発熱体から散逸するエネルギーを回収再生し、化石燃料などの使用を極力低減させ、低温エネルギーを高温エネルギーに転化し供給する方法を提言している。それに関連して創造した本発明は、その一連の要素技術を更に研究して、可能な限り低温度でかつ低圧力における発電機能を追求した。環境空気と環境水源の温度をエネルギー源とするので、正しくは空気・水熱とするべきであるが、簡略して表記とした。   In a solar concentrating offshore power generation ship (for example, see Patent Document 1) that paves the way for the recycling of natural energy, it dissipates from heating elements such as a superheated steam generator, a pressurized gas compressor (compressor), and a steam turbine. It proposes a method of recovering and regenerating energy, reducing the use of fossil fuels as much as possible, and converting low-temperature energy into high-temperature energy and supplying it. The present invention created in connection therewith pursued the power generation function at the lowest possible temperature and the lowest possible pressure by further researching the series of elemental technologies. Since the temperature of the environmental air and the environmental water source is used as the energy source, it should be correctly the air / water heat, but it is simplified.

従来、発電装置にはいろいろな用途、型式があるが、多くの家電製品や自家用自動車の如き耐久消費財とは異なった一面がある。それは、発電した電力はその場で消費されるだけが生産されるという性質から由来する。発電に付帯的に存在する蓄電器や二次電池というエネルギー蓄積装置の存在は、発電機とは質的に別物で、電力を蓄積することは、エネルギー本体から見れば創造とは次元が異なり、蓄電技術は、可搬型エネルギー運搬具という意味がある。その屋上屋的な技術形態は、生活文明に新たな意義と利便性をもたらすが、エネルギー質的には付加的技術であることに過ぎない。発電装置は、大量に生産して消耗品として使用するものではなく、一種の恒久資産として住民が保守点検を行いながら暮らしの周辺で使い続けるもの、いわば、道路や堤防、橋梁などの社会インフラに近い性質を持つことに注目したい。   Conventionally, power generation devices have various uses and types, but have a different aspect from durable consumer goods such as many home appliances and private cars. It derives from the nature that the generated power is only consumed on the spot but produced. The existence of energy storage devices such as capacitors and secondary batteries that are incidental to power generation is qualitatively different from generators, and storing power is different from creation in terms of energy itself, Technology means portable energy carrier. The rooftop technical form brings new meaning and convenience to life civilization, but is merely an additional technology in terms of energy quality. Power generators are not mass-produced and used as consumables, but are a kind of permanent asset that residents continue to use in the vicinity of their lives while performing maintenance and inspection, so to speak, for social infrastructure such as roads, dikes, bridges, etc. I want to pay attention to the close nature.

したがって、発電機や電力施設という品物は、大量商品を使い捨てる生産社会には馴染まず、一台、一施設ごとに地域住民・国民が作り上げ保守する社会資本であると言える。
ことに、発電のエネルギー源が、太陽熱や地熱の如く自然に広く分散しているので、化石燃料の様に、単位重量当たりのエネルギー密度が高い可搬型資源を使う場合と異なり、自然分散型エネルギー源を使う空水熱発電方式は、資源消耗型ではなく、永久的資産価値を創造するものである。その意味で、資材料をセットし、ボタンを押せば自動的に大量の商品発電機が生み出される如きハイテク消耗品イメージは、空水熱発電システムには適合しない。そうした観点から、金融理財大量商品を生み出す、所謂ハイテクを可能な限り使わず、伝統的な機械・電気技術を使って生み出した空水熱発電方式は、未来志向である。
また、空水熱発電方式は、ハイテク商品志向に比して生産性は低いが、経済・技術的には廉価で、従い世界中の至るところへ普及する可能性があり、地域住民が地域振興の目的で自主的に製造保守する新たな文明的形態を内蔵している。
Therefore, it can be said that the items such as generators and power facilities are social capitals that are built and maintained by local residents and citizens for each unit, without being familiar with the production society that disposes of large quantities of products.
In particular, the energy source of power generation is naturally widely dispersed, such as solar heat and geothermal energy. Unlike the case of using portable resources with high energy density per unit weight, such as fossil fuels, naturally distributed energy The aerothermal power generation method using a source is not a resource consumption type but creates a permanent asset value. In that sense, a high-tech consumables image that automatically generates a large number of commodity generators by setting materials and pressing a button is not compatible with an air-hydrothermal power generation system. From this point of view, the aerothermal power generation method that uses traditional mechanical and electrical technologies to produce mass financial and financial products, using so-called high-tech as much as possible, is future-oriented.
In addition, the air-hydrothermal power generation system is less productive than high-tech products, but it is economically and technically inexpensive and can be spread all over the world. For this purpose, a new civilized form of self-manufacturing and maintenance is incorporated.

特許第4621816号公報Japanese Patent No. 4621816

上述したように、必要とするSSB炉体の加熱エネルギーは、化石燃料に殆ど依存せず、初期保温と加熱蒸気発生のための高温加熱を可能にする方法の案出である。この目的を果たすために、炉体の初期低温加熱、脱着時の炉体高温加熱、飽和水蒸気、過熱水蒸気の輸送問題などが、解決するべき課題である。   As described above, the necessary heating energy of the SSB furnace body hardly depends on fossil fuel, and a method for enabling high temperature heating for initial heat retention and generation of heated steam is devised. In order to fulfill this purpose, initial low temperature heating of the furnace body, high temperature heating of the furnace body at the time of desorption, a problem of transporting saturated steam and superheated steam, and the like are problems to be solved.

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、複数のゼオライトまたはゼオライトの類似物質を収容する炉体と、
前記炉体の周囲に配置した加熱装置と、
前記加熱装置の外周を包囲するウォータージャケットと、を備えることを特徴とする固体ボイラーである。
なお、ゼオライトの類似物質としては、例えば、シリカゲルを用いる。
In order to solve the above problems, one embodiment of the present invention includes a furnace body that contains a plurality of zeolites or zeolite-like substances, and
A heating device arranged around the furnace body;
And a water jacket surrounding the outer periphery of the heating device.
For example, silica gel is used as a similar substance to zeolite.

また、本発明の一態様は、前記複数のゼオライトまたは前記類似物質の中心に配置した加熱用中空管と、
前記加熱用中空管の周囲に取付け、且つ高温油を循環させる油循環用管と、
前記加熱用中空管の内部に配置した電気発熱体と、を備え、
前記加熱用中空管の断面形状は、多角形または円形であることを特徴とする固体ボイラーである。
Further, one aspect of the present invention is a heating hollow tube disposed in the center of the plurality of zeolites or the similar substances,
An oil circulation pipe which is attached around the heating hollow pipe and circulates high temperature oil;
An electrical heating element disposed inside the hollow tube for heating,
A cross-sectional shape of the heating hollow tube is a polygonal or circular shape, and is a solid boiler.

また、本発明の一態様は、前記炉体の底面に、前記加熱用中空管の中心と、前記油循環用銅管の中心と、前記電気発熱体の中心と、を確保するピボット部材を設置したことを特徴とする固体ボイラーである。
なお、ピボット部材としては、例えば、セラミックピボットを用いる。
また、本発明の一態様は、前記炉体の上面に、前記加熱用中空管、前記油循環用銅管及び前記電気発熱体の揺動を防ぐ中心炉制動体を設置したことを特徴とする固体ボイラーである。
In one aspect of the present invention, a pivot member that secures the center of the heating hollow tube, the center of the oil circulation copper tube, and the center of the electric heating element on the bottom surface of the furnace body. It is a solid boiler characterized by installation.
As the pivot member, for example, a ceramic pivot is used.
Also, one aspect of the present invention is characterized in that a central furnace braking body that prevents swinging of the heating hollow tube, the oil circulation copper tube, and the electric heating element is installed on the upper surface of the furnace body. It is a solid boiler.

また、本発明の一態様は、前記複数のゼオライトからなるゼオライト塊、または、前記類似物質からなる類似物質塊の複数箇所に差し込んだ多孔ガス輸送管を備えることを特徴とする固体ボイラーである。
また、本発明の一態様は、円錐型の内面を有する軸型タービン気筒を備えることを特徴とする軸型タービンである。
また、本発明の一態様は、前記内面に接触して回転する断面星形タービン翼を備えることを特徴とする軸型タービンである。
Another embodiment of the present invention is a solid boiler including a porous gas transport pipe inserted into a plurality of portions of the zeolite block made of the plurality of zeolites or the similar material block made of the similar substance.
Another embodiment of the present invention is an axial turbine including an axial turbine cylinder having a conical inner surface.
Another embodiment of the present invention is an axial turbine including a cross-sectional star turbine blade rotating in contact with the inner surface.

また、本発明の一態様は、前記断面星形タービン翼の外周面に、前記断面星形タービン翼の軸方向に沿って配列した複数箇所の円環部を形成し、
前記円環部に近接し、且つ前記断面星形タービン翼に取り付けた円盤状リングを有することを特徴とする軸型タービンである。
また、本発明の一態様は、ターボガス圧縮装置に用いるターボ回転翼と、
前記ターボ回転翼の周囲に装着した補強円筒と、
前記補強円筒の外周部に取付けた補助回転翼と、を備えることを特徴とする多段ターボガス圧縮機である。
Further, one aspect of the present invention is to form a plurality of annular portions arranged along the axial direction of the cross-section star turbine blade on the outer peripheral surface of the cross-section star turbine blade,
An axial turbine characterized by having a disk-shaped ring which is close to the annular portion and attached to the cross-section star turbine blade.
One embodiment of the present invention is a turbo rotor blade used in a turbo gas compressor,
A reinforcing cylinder mounted around the turbo rotor blade;
A multi-stage turbo gas compressor comprising an auxiliary rotor blade attached to an outer peripheral portion of the reinforcing cylinder.

また、本発明の一態様は、軸流で圧縮した気流を流す取付円筒と、
前記取付円筒の内部に、前記ターボ回転翼と縦列多重に配列して組み合わせて配置し、且つ前記気流に対して密閉した軸受け部と、
前記軸受け部の内部へ前記取付円筒の外部から潤滑油を供給する潤滑油供給装置と、を備え、
前記潤滑油供給装置は、前記気流の圧力と、前記軸受け部の内部で発生する圧力と、の不整合によるガス漏れ及び潤滑油漏れを抑制する漏出抑制機構を備えることを特徴とする多段ターボガス圧縮機である。
また、本発明の一態様は、前記潤滑油供給装置は、前記気流の圧力を検出する圧力検出器を備え、
前記圧力検出器は、周囲に絶縁潤滑油を循環させた圧力検出素子と、前記圧力検出器の導入口に取り付けた帯電防止用フィルターと、を備えることを特徴とする多段ターボガス圧縮機である。
Further, one aspect of the present invention is an attachment cylinder for flowing an airflow compressed by an axial flow,
Inside the mounting cylinder, arranged in combination with the turbo rotor blades in tandem multiple arrangement, and a bearing portion hermetically sealed against the airflow;
A lubricating oil supply device that supplies lubricating oil to the inside of the bearing portion from the outside of the mounting cylinder,
The lubricating oil supply device includes a leakage suppression mechanism that suppresses gas leakage and lubricating oil leakage due to mismatch between the pressure of the airflow and the pressure generated inside the bearing portion. Machine.
In one aspect of the present invention, the lubricating oil supply device includes a pressure detector that detects a pressure of the airflow,
The pressure detector is a multi-stage turbo gas compressor including a pressure detection element in which an insulating lubricating oil is circulated around and an antistatic filter attached to an introduction port of the pressure detector.

また、本発明の一態様は、布製の二重密閉容器と、
前記二重密閉容器のうち一方の密閉容器の内面に配置した金属薄板と、を備えることを特徴とするウォーターパネルである。
また、本発明の一態様は、前記二重密閉容器に取り付けた複数の給排水連絡口金を備えることを特徴とするウォーターパネルである。
また、本発明の一態様は、前記二重密閉容器に複数の貫通孔を形成したことを特徴とするウォーターパネルである。
Further, one embodiment of the present invention is a cloth double sealed container;
It is a water panel provided with the metal thin plate arrange | positioned on the inner surface of one airtight container among the said double airtight containers.
Moreover, one aspect of the present invention is a water panel including a plurality of water supply / drainage connection caps attached to the double sealed container.
Another embodiment of the present invention is a water panel in which a plurality of through holes are formed in the double sealed container.

また、本発明の一態様は、上述したウォーターパネルを複合結合して構成したことを特徴とするウォータージャケットである。
また、本発明の一態様は、上述したウォータージャケットと、
前記ウォータージャケットから回収した温水を蓄積して再利用するタンクと、を備えることを特徴とするウォータージャケットシステムである。
Another embodiment of the present invention is a water jacket formed by combining the above water panels.
One embodiment of the present invention includes the above-described water jacket,
A water jacket system comprising: a tank that accumulates and reuses hot water collected from the water jacket.

また、本発明の一態様は、ミストを放出する噴霧ノズルと、
前記噴霧ノズルの先端部へ取り付けた加熱装置と、を備えることを特徴とする噴霧装置である。
また、本発明の一態様は、前記噴霧ノズルの先端部内側へ埋め込んだ星形断面の加熱フィンを備えることを特徴とする噴霧装置である。
また、本発明の一態様は、前記噴霧ノズルは、円錐状にミストを放出し、
格子状に組み立てた石英管で形成され、且つ前記噴霧ノズルから円錐状に放出されるミストと後段の装置との間を遮蔽する遮蔽体と、
前記石英管内に配置した赤外・遠赤外線加熱装置と、を備えることを特徴とする噴霧装置である。
また、本発明の一態様は、上述した固体ボイラーと、上述した軸型タービンと、上述した多段ターボガス圧縮機と、上述したウォータージャケットシステムと、上述した噴霧装置と、を備えたことを特徴とする空水熱発電システムである。
One embodiment of the present invention includes a spray nozzle that discharges mist;
And a heating device attached to the tip of the spray nozzle.
Moreover, one aspect of the present invention is a spraying device including a heating fin having a star-shaped cross section embedded inside the tip of the spray nozzle.
In one aspect of the present invention, the spray nozzle emits mist in a conical shape,
A shielding body that is formed of a quartz tube assembled in a lattice shape and shields between a mist discharged in a conical shape from the spray nozzle and a subsequent device;
A spraying device comprising: an infrared / far infrared heating device disposed in the quartz tube.
Further, one aspect of the present invention is characterized by including the above-described solid boiler, the above-described shaft turbine, the above-described multistage turbo gas compressor, the above-described water jacket system, and the above-described spraying device. It is a hydrothermal power generation system.

本発明の一態様によれば、炉体の初期低温加熱、脱着時の炉体高温加熱、飽和水蒸気、過熱水蒸気の輸送問題等を解決することが可能となる。   According to one embodiment of the present invention, it is possible to solve problems such as initial low temperature heating of a furnace body, high temperature heating of a furnace body at the time of desorption, saturated steam, and superheated steam transportation problems.

空水熱エネルギー利用の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of utilization of air-water thermal energy. 固体ボイラーSSBの概念図である。It is a conceptual diagram of solid boiler SSB. 固体ボイラー要素、ゼオライト分子結晶構造を示す図である。It is a figure which shows a solid boiler element and a zeolite molecular crystal structure. 固体ボイラー要素、ゼオライト分子結晶構造を示す図である。It is a figure which shows a solid boiler element and a zeolite molecular crystal structure. SSBの過熱炉体構造を示す図である。It is a figure which shows the superheated furnace body structure of SSB. 空気水熱発電への応用実施例概要を示す図である。It is a figure which shows the application Example outline to an air hydrothermal power generation. 熱交換機作動概要を示す図である。It is a figure which shows the heat exchanger operation | movement outline | summary. ターボ回転翼駆動部の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a turbo rotary blade drive part. ターボ回転翼の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a turbo rotary blade. 回転翼端ガス流阻止の概念図である。It is a conceptual diagram of rotor blade end gas flow prevention. 水熱発電への応用実施例を示す図である。It is a figure which shows the application Example to hydrothermal power generation. ターボ回転翼駆動部の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a turbo rotary blade drive part. ターボ回転翼の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a turbo rotary blade. 回転軸潤滑系の概念図である。It is a conceptual diagram of a rotating shaft lubrication system. 圧力センサーの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a pressure sensor. 実施例を示す図である。It is a figure which shows an Example. 発電機器(発熱体)の取付け概念図である。It is an attachment conceptual diagram of power generation equipment (heating element). 逆釜概念図である。It is a reverse kettle conceptual diagram. 逆釜と外部との連結図である。It is a connection figure of a reverse hook and the exterior. ウォーターパネルの取付け図である。It is an attachment figure of a water panel. ウォーターパネルの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a water panel. ウォーターパネルの構造断面である。It is a structure section of a water panel. 外部連絡口の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of an external connection port. ウォーターパネル補強リブの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a water panel reinforcement rib. ウォータージャケットの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a water jacket. 噴霧装置の概念図である。It is a conceptual diagram of a spraying apparatus. ノズル加熱構造を示す図である。It is a figure which shows a nozzle heating structure. ミスト加熱構造を示す図である。It is a figure which shows a mist heating structure. 空気水熱発電への応用例を示す図である。It is a figure which shows the example of application to air hydrothermal power generation.

(第一実施形態)
空水熱発電方式は、伝統的な技術の延長で生み出されたものではあるが、従来には無い高度な技術的研究の結果生み出されたもので、所謂ハイテクではないが、高度技術の成果が込められているのが、本特許が主張する内容である。
空水熱エネルギー利用の原理を、図1中に示す。
初期稼働エネルギーは、外部補助電力によるが、装置が安定出力電力を発生するに至れば、環境空気・環境水温エネルギーの供給のみで持続的発電が始まる。装置内を、図に示す太線のループに沿ってエネルギーが蓄積され、その一部分が外部へ供給される。装置の構成技術は、図からも分かるように、数点に分かれる。その主要な部分は、固体ボイラーS、アンブレラ型蒸気タービンT、ターボ圧縮機C、ウォータージャケットW、噴霧装置Vである。
(First embodiment)
The air-hydrothermal power generation method was created as a result of advanced technical research that has not been achieved in the past, although it was created by extending traditional technology. What is included is what this patent claims.
The principle of using air-water thermal energy is shown in FIG.
Although the initial operating energy depends on external auxiliary power, if the device generates stable output power, sustainable power generation starts only by supplying environmental air and environmental water temperature energy. In the apparatus, energy is accumulated along a bold loop shown in the figure, and a part of the energy is supplied to the outside. As can be seen from the figure, the construction technique of the apparatus is divided into several points. The main parts are a solid boiler S, an umbrella-type steam turbine T, a turbo compressor C, a water jacket W, and a spraying device V.

(固体ボイラー)
まず、固体ボイラーについて説明する。
図1中で、過熱蒸気を生成するゼオライト式SSB(固体ボイラー)は、低温エネルギーを高温エネルギーへ変換する役を演じている。
一般には、低温度の水を、化石燃料が発生する熱エネルギーにて高温度状態へ導くのであるが、本方式では化石燃料の化学変化エネルギーを用いず、状態の物理的変化で高温状態を生み出す方式になっている。その原理は、一般に云われる湿潤熱である。色々な湿潤物質が従来から知られていて、吸収冷凍機などの工業的活用などが報告されている、しかし、熱源として湿潤熱の活用例は少ない現状である。(例えば、「特開2007−300906公報」を参照)。
(Solid boiler)
First, the solid boiler will be described.
In FIG. 1, a zeolitic SSB (solid boiler) that generates superheated steam plays a role of converting low-temperature energy into high-temperature energy.
Generally, low temperature water is led to a high temperature state by the thermal energy generated by fossil fuel, but this method does not use the chemical change energy of fossil fuel, but generates a high temperature state by physical change of the state. It is a method. The principle is generally referred to as wet heat. Various wet substances have been known so far, and industrial applications such as absorption refrigerators have been reported. However, there are few examples of using wet heat as a heat source. (For example, refer to “JP 2007-300906 A”).

以下、該発明の理論的記述で、固体ボイラー(SSB)内部で生じている水蒸気のゼオライト分子への吸着・脱着現象にかかわって、飽和水蒸気が過熱水蒸気へ変換される過程を、水分子に注目して熱力学的に概説している。
湿潤物質には、以前から数多なものが知られている。
例えば、鉄粉、生石灰、五酸化燐、シリカゲル、そして、ゼオライトなどが好例であり、いずれも、水分を吸収すると発熱することが知られている。
発熱の原理には、物質の酸化などによる化学変化、物理的な状態変化などがあり、様々である。しかし、その発熱量は、化石燃料である石油など分子構造の変化に伴うものに比べて小さい。その僅かな発熱量が、いろいろな生活手段に使われていることも周知の事実であり、例えば、携帯懐炉、インスタント燗酒、駅弁の瞬間加熱などがよく知られている。
Hereinafter, in the theoretical description of the present invention, attention is paid to water molecules in the process of conversion of saturated water vapor to superheated water vapor in connection with the adsorption / desorption phenomenon of water vapor generated in the solid boiler (SSB) to zeolite molecules. And outlined thermodynamically.
Many wet substances have been known for some time.
For example, iron powder, quicklime, phosphorus pentoxide, silica gel, zeolite, and the like are good examples, and all of them are known to generate heat when they absorb moisture.
There are various principles of heat generation, including chemical changes due to oxidation of substances, physical state changes, and the like. However, its calorific value is small compared to that associated with changes in molecular structure such as fossil fuel oil. It is a well-known fact that the slight calorific value is used in various means of living, for example, portable sushi, instant wine, and instantaneous heating of ekiben.

定量的な研究も盛んで(例えば、「関信弘:蓄熱工学(2)応用編、森北出版、1995.12」を参照)、ゼオライト1kgが水を吸収した際に放出するエネルギー密度は約0.3kwHであるのに比し、石油は同量で約12kwHであるので、その比率は1:40である。
湿潤物質の放出するエネルギー密度は大体同程度なので、化石燃料のおよそ2.5%である。かくの如く、小規模な発熱量ではあるが、用途に依っては充分に活用できる。
Quantitative research is also active (see, for example, “Nobuhiro Seki: Thermal Storage Engineering (2) Application, Morikita Publishing, 1995.12)”, and the energy density released when 1 kg of zeolite absorbs water is about 0. Compared to 3 kWH, the same amount of petroleum is about 12 kWH, so the ratio is 1:40.
The energy density emitted by the wet substance is about the same, so it is about 2.5% of the fossil fuel. Thus, although it is a small calorific value, it can be fully utilized depending on the application.

反応の前後で物質が変化するものは、例えば、五酸化燐などは強力な吸湿剤ではあるが、繰り返し利用には難しさがある。それに反して、物理変化によるシリカゲルやゼオライトは、反応前後に物質は不変で、繰り返し利用が容易である利点がある。吸着熱に関する研究も一般化していて(例えば、「小川・松本・坂井・岩渕・南朴木・萩原:静的熱量測定の最前線、Netsu Sokutei,33,(4),2006」を参照)、物理的吸着の場合、系(水分子)の熱力学的変数であるエンタルピー変化、内部エネルギー変化が負になり、外部へ放出されたそれらエネルギーが吸着熱として観察される。その湿潤物質が、例えば、水を吸着した場合の吸着熱と水を供給した蒸発系の気化熱による温度降下は、吸着冷凍機の原理として、従来から活用されている(例えば、「特開1995−27439公報」を参照)のだが、吸着に伴う湿潤物質の温度上昇因子については寡聞である。   As for substances whose substances change before and after the reaction, for example, phosphorus pentoxide is a strong hygroscopic agent, but it is difficult to use repeatedly. On the other hand, silica gel and zeolite due to physical changes have the advantage that the material remains unchanged before and after the reaction and can be used repeatedly. Studies on heat of adsorption have also been generalized (see, for example, “Ogawa, Matsumoto, Sakai, Iwabuchi, Minami-Pakki, Sugawara: Forefront of Static Calorimetry, Netsukutei, 33, (4), 2006”). In the case of dynamic adsorption, the enthalpy change and internal energy change, which are thermodynamic variables of the system (water molecule), become negative, and the energy released to the outside is observed as the heat of adsorption. For example, the temperature drop due to the heat of adsorption when the wet substance adsorbs water and the vaporization heat of the evaporation system supplied with water have been conventionally used as the principle of an adsorption refrigerator (for example, “JP 1995”). However, the temperature rise factor of the moist substance accompanying adsorption is an urgent matter.

シリカゲルは、その名の通り、無定型のガラス状分子構造をもつ固体で、吸着部分の構造も一定したものではないが、ゼオライトは結晶性の分子構造を持ち、結晶格子の内側に様々なサイズの吸着胞があって、対象とする吸着する分子種に合わせて選択ができる特質がある。また、珪酸と酸化アルミニウムが水熱合成によって結晶化するので、天然のゼオライト(沸石)並びに人工結晶ゼオライトも実用化している(例えば、「小野・八嶋:ゼオライトの科学と工学、(株)講談社、2007.7.10」を参照)。   As the name suggests, silica gel is a solid with an amorphous glassy molecular structure, and the structure of the adsorption part is not constant, but zeolite has a crystalline molecular structure and has various sizes inside the crystal lattice. There is a characteristic that can be selected according to the molecular species to be adsorbed. In addition, since silicic acid and aluminum oxide are crystallized by hydrothermal synthesis, natural zeolite (zeolite) and artificial crystal zeolite have also been put into practical use (for example, “Ono / Yashima: Science and engineering of zeolite, Kodansha Co., Ltd., 2007.7.10 ").

図2に、ゼオライト式固体ボイラーの概要を示す。
水蒸気吸着時に炉体の温度を100℃に保ち、かつ過熱水蒸気脱着時に炉体の温度を200℃以上に保つ構造を創案した。炉体の水蒸気発生量とゼオライト量は比例するので、効率の良い炉体は二段式になる。
低温時の炉体保温と加熱方法に特徴を持たせ、高温時の加熱は主に赤外線・遠赤外線を用いる方法を採用した。さらに、導入水蒸気ならびに脱着加熱水蒸気を効率良く出し入れする輸送配管の構造を採用した。
FIG. 2 shows an outline of a zeolite solid boiler.
A structure has been devised in which the temperature of the furnace body is maintained at 100 ° C. during water vapor adsorption and the temperature of the furnace body is maintained at 200 ° C. or higher during desorption of superheated steam. Since the amount of steam generated in the furnace body is proportional to the amount of zeolite, an efficient furnace body is a two-stage system.
The furnace body heat retention and heating method at low temperatures were characterized, and the method using mainly infrared and far infrared rays was adopted for heating at high temperatures. In addition, a transport piping structure that efficiently introduces and removes the introduced steam and desorption-heated steam was adopted.

試験研究に使用したゼオライトは4A型であり、例えば、図3A及び図3B中に示すように、等軸単純立方晶系で、格子常数は1.232nm、単位胞容積1.870nm、単位胞の各角にβ−cageとよばれる十四面体の籠形の原子の集団があり、その構成原子が、4Aゼオライトの基本組成であるNaO・Al・2SiO・4.5HOを成している。水分子が4.5個というのは、化学量論的に決められたものであり、平均的な扱いで、4個のものや5個の場合もあるということである。結晶系はX線回折法で決めることが基本であるが、X線では水素の原子散乱因子が微少で計量が出来ず、結晶系は酸素の位置で決められる。水素はいずれかの酸素に統計的に付随すると見なされる。ゼオライト中の水分子は水和物として扱われ、容易に外部へ放散することがある。その場合は、籠形構造の交点の位置は空胞として扱われる。しかし、この結晶性が、後述する如くエネルギー上昇に寄与する。 The zeolite used in the test study is of the 4A type, for example, as shown in FIGS. 3A and 3B, is an equiaxed simple cubic system, has a lattice constant of 1.232 nm, a unit cell volume of 1.870 nm 3 , and a unit cell. There are tetradecahedral population of cage of atoms called beta-cage at each corner of its constituent atoms, Na 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 4 is a basic composition of 4A zeolite. 5H 2 O is formed. The number of water molecules of 4.5 is determined stoichiometrically and is an average treatment, and may be 4 or 5 in some cases. The crystal system is basically determined by the X-ray diffraction method, but in the case of X-ray, the atomic scattering factor of hydrogen is very small and cannot be measured, and the crystal system is determined by the position of oxygen. Hydrogen is considered to be statistically associated with any oxygen. Water molecules in zeolite are treated as hydrates and can easily be released to the outside. In that case, the position of the intersection of the cage structure is treated as a vacuole. However, this crystallinity contributes to an increase in energy as will be described later.

ゼオライト4Aの単位胞としては、β−cageが、一辺1.232nmの立方体の八隅に取り付いて単位格子を構成する。結晶模型を作ると判り易いが、単位胞の内部には、β−cageで囲まれた8箇所の球形の空間が出来ている。その内径は、約1.0nmであり、通常は、この空間をα−cageと呼んでいる。このα−cageは、単純立方格子の各面に直径0.42nmの穴を持って居る。その穴は、β−cageの頂点に位置する酸素原子で縁取られていることが特徴である。この穴を通じて、ゼオライト結晶は、外部空間から吸着分子・原子を吸い込むのである(例えば、「小野・八嶋:ゼオライトの科学と工学、(株)講談社、2007.7.10」を参照)。   As a unit cell of zeolite 4A, β-cage is attached to the eight corners of a cube having a side of 1.232 nm to constitute a unit cell. Although it is easy to understand when a crystal model is made, eight spherical spaces surrounded by β-cage are formed inside the unit cell. Its inner diameter is about 1.0 nm, and this space is usually called α-cage. This α-cage has a hole with a diameter of 0.42 nm on each face of a simple cubic lattice. The hole is characterized by being bordered by oxygen atoms located at the apex of β-cage. Through this hole, the zeolite crystal sucks adsorbed molecules / atoms from the external space (see, for example, “Ono / Yashima: Science and Engineering of Zeolite, Kodansha, 2007.7.7”).

α−cageの容積は、内径を1.0nmとすると、球体積は0.523nmとなるので、単位格子体積(1.8699nm)の約28%に相当する。また、α−cageの内表面積は3.14nmとなるが、単位胞6面体の一表面積は1.2322=1.59nmなので、内表面のほうが約2倍の広さであり、吸着は表面より内側が寄与することがわかる。バルクのゼオライト結晶は、単位胞が立体的に積み上がって構成されるので、隣単位胞同士の表面は、バルク内部にまとめられて外表面として数えられず、一単位胞表面積のバルク表面への寄与は僅かであるが、結晶内部表面は単位胞の数に比例して増加するので、吸着は内部表面が圧倒的に寄与するのである。 The volume of α-cage corresponds to about 28% of the unit cell volume (1.8699 nm 3 ) because the spherical volume is 0.523 nm 3 when the inner diameter is 1.0 nm. In addition, the inner surface area of α-cage is 3.14 nm 2 , but the surface area of the unit cell hexahedron is 1.2322 = 1.59 nm 2, so the inner surface is about twice as wide, and the adsorption is It can be seen that the inside contributes from the surface. Since the bulk zeolite crystal is configured by three-dimensionally stacking unit cells, the surfaces of adjacent unit cells are not counted as the outer surface because they are grouped inside the bulk, and the surface area of one unit cell to the bulk surface is not counted. Although the contribution is small, the internal surface of the crystal increases in proportion to the number of unit cells, so the internal surface contributes overwhelmingly.

ゼオライト結晶が外部から原子・分子を吸着する様子を考察する。ことに、水分子のごとき極性分子がゼオライト単結晶に近接している場合が問題である。水分子は、酸素原子に2個の水素原子が配位しているもので、水分子の大きさは、1ファン・デル・ワールス半径、約0.14nmの2倍に近いと見られている。要するに、直径が0.3nmなので、ゼオライト結晶側面にあるα−cageの穴をくぐって、内部空間へ侵入することが出来る。α−cageのサイズを模型的につくり、其処へ直径0.3nm相当の球形を詰め込むと、約30個が入る。その内部空間は、直径1.2nmの球形がゼオライト単結晶と同じ格子常数で連結した巨大な疑似結晶空間を形成している。これは、空洞のジャングルジムの状況を考えることに等しい。   Consider how the zeolite crystals adsorb atoms and molecules from the outside. In particular, there is a problem when polar molecules such as water molecules are close to the zeolite single crystal. The water molecule is composed of two hydrogen atoms coordinated to an oxygen atom, and the size of the water molecule is considered to be close to twice the van der Waals radius of about 0.14 nm. . In short, since the diameter is 0.3 nm, it can penetrate into the internal space through the hole of α-cage on the side of the zeolite crystal. If the size of α-cage is made as a model and a spherical shape having a diameter of 0.3 nm is packed therein, about 30 pieces are included. The internal space forms a huge pseudo crystal space in which spheres having a diameter of 1.2 nm are connected by the same lattice constant as the zeolite single crystal. This is equivalent to considering a hollow jungle gym situation.

ゼオライト4Aの分子量は、組成原子数では、Naが2個、Alが2個、Siが2個、Hが10個、Oが13個で、都合29個の原子になるので、総合して190grである。即ち、1モルのゼオライト4Aが190grで、マクロな比重は1.99であるので、簡単な計算で、一辺4.57cmの立方体ゼオライトが、1モルに相当することが分かる。β−cageの大きさは、およそ0.6nm程度で、一辺が1mm程度のバルク結晶には、β−cageが1.66×10個ほど、一列に並ぶ勘定になる。この事から、1モルのゼオライト結晶は、一辺4.57cmに3.79×10個の単位胞が並ぶ勘定であり、一辺1mmの単純立方格子の結晶体には、0.83×10個のβ−cageが有ることになる。 The molecular weight of the zeolite 4A is 2 for Na, 2 for Al, 2 for Si, 10 for H, 13 for O, and 29 atoms, so the total number of atoms is 190 gr. It is. That is, since 1 mol of zeolite 4A is 190 gr and the macro specific gravity is 1.99, simple calculation shows that a cubic zeolite having a side of 4.57 cm corresponds to 1 mol. The size of β-cage is about 0.6 nm, and a bulk crystal having a side of about 1 mm has about 1.66 × 10 6 β-cages arranged in a line. From this fact, 1 mol of zeolite crystal is a bill that 3.79 × 10 7 unit cells are arranged on a 4.57 cm side, and 0.83 × 10 6 in a simple cubic lattice crystal with a side of 1 mm. There will be β-cages.

現実に使用するゼオライトの形態は、3〜4mm程度の球状の顆粒であり、内部のゼオライト結晶サイズは、数μm程度と考えておく。そこでは、100万個程度の単位胞が一列に並んでいると仮定することが出来る(例えば、図3Aを参照)。ゼオライト単結晶は、立方昌系なので、その辺に沿って直交xyz軸を置いてみる。図に見えるx軸に直角な面(x面)には、4隅にβ−cageを置いた一個の結晶面があるが、その窪んだ中央に直径0.4nmの穴があり、その穴を通じて、x軸と平行に1mmの区間には、100万個の直径1nmのα−cageが、数珠つなぎに並んでいる。同じx面の1平方mmの結晶面には、100万x100万本のα−cageの数珠の束が並んでいると言える。1mm立方のゼオライト単結晶には、単純立方格子が1018個入る勘定だが、同じく同数のα−cageが其処には存在し、その容積は0.523mmなので、約1mm立方の結晶の約28%は、空洞であると考えられる。この空洞が、外部から原子・分子を吸着することになる。 The form of zeolite actually used is a spherical granule of about 3 to 4 mm, and the internal zeolite crystal size is considered to be about several μm. There, it can be assumed that about 1 million unit cells are arranged in a line (see, for example, FIG. 3A). Since the zeolite single crystal is cubic, the orthogonal xyz axis is placed along the side. In the plane perpendicular to the x-axis (x-plane) visible in the figure, there is one crystal plane with β-cages at the four corners, but there is a hole with a diameter of 0.4 nm in the center of the depression, and through that hole In a section of 1 mm parallel to the x-axis, 1 million α-cages having a diameter of 1 nm are arranged in a daisy chain. It can be said that 1 × 1 million α-cage rosary bundles are arranged on the same 1-mm crystal plane of the x-plane. A 1 mm cubic zeolite single crystal is accounted for 10 18 simple cubic lattices, but the same number of α-cages are present there, and its volume is 0.523 mm 3, so about 28 of about 1 mm cubic crystals. % Is considered to be a cavity. This cavity adsorbs atoms and molecules from the outside.

水分子をゼオライトが吸着する過程を、力学的に考察する。
α−cageの軸に沿ってx座標をとり、原点を単結晶の表面に置く。β−cageには、イオン種原子があり、それが静電引力に寄与すると考えられる。ゼオライトは中性分子なので、遠距離では静電力は中和されると考えられるが、単結晶に近接した場所では、結晶中のイオン種原子の位置の差があるので静電力が表面に現れる。ことに表面のβ−cage中のイオンは、主要に働くと考えられる。
The process of adsorption of water molecules by zeolite is considered mechanically.
Take the x coordinate along the axis of α-cage and place the origin on the surface of the single crystal. There is an ionic species atom in β-cage, which is considered to contribute to electrostatic attraction. Since zeolite is a neutral molecule, the electrostatic force is considered to be neutralized at a long distance, but the electrostatic force appears on the surface at a location close to the single crystal due to the difference in the position of ionic species atoms in the crystal. In particular, ions in the surface β-cage are thought to work mainly.

x軸上にある水双極子に働くクーロン力を、以下の式(1)に示す。
F(r−r‘)
=Q+/(r−r’)+Σ(AQ+/(r−r‘)+BQ−/(r−r’))…(1)
式(1)中において、r,r,rは、イオンの原点からの距離であり、Qは、rにあるイオン電荷である。正負は+と−で区別し、r’は、水双極子の座標であり、A,Bは係数である。第二項の総和は、軸上のイオン全てについて総合する集成引力を表している。
The Coulomb force acting on the water dipole on the x-axis is shown in the following formula (1).
F (r−r ′)
= Q + / (r 0 −r ′) + Σ (AQ + / (r A −r ′) + BQ − / (r B −r ′)) (1)
In equation (1), r, r A and r B are distances from the origin of the ions, and Q is the ionic charge at r. Positive and negative are distinguished by + and −, r ′ is the coordinate of the water dipole, and A and B are coefficients. The sum of the second term represents the combined attractive force for all ions on the axis.

双極子がクーロン力で吸引されるときには、軸方向にダイポールが偏極し、結晶面のイオン種と反対符号の電荷が双極子の前面に現れる。そして、軸上に加速された双極子が結晶内空間α−cageに突入した時点で、双極子の電荷は、結晶面の電荷と反発する電荷が結晶空間の入り口に対面するので、今度は、ダイポールが内部へ反発力で取り込まれることになる。   When the dipole is attracted by Coulomb force, the dipole is polarized in the axial direction, and a charge having the opposite sign to the ion species on the crystal plane appears on the front face of the dipole. Then, when the dipole accelerated on the axis enters the intra-crystal space α-cage, the charge of the dipole is opposite to the charge of the crystal plane and the entrance of the crystal space, so this time, The dipole is taken into the interior by repulsive force.

内部へ吸引された水分子の電荷は、結晶内空間の電荷を減殺する方向に働くので、結晶内の集成引力の強さは、吸引された水分子が増大するに反比例して減少する。即ち、α−cageに水分子が少ない時には引力が強く、それは、結晶内化学ポテンシャルが深いことに対応し、吸引水分子が増大して結晶内空間が満員に近づくと引力は減少し、化学ポテンシャルが浅くなることに対応すると見られる。結晶内空間のポテンシャルが浅くなれば、内部水分子を外部へ放出するためのエネルギーも少なくなることは、経験的事実とも整合する。即ち、ゼオライトが吸着した水分子を脱着するには、ゼオライト表面のポテンシャルの高さを超えるに必要なエネルギーを、外部から内部水分子に与える必要があるが、それは、吸着水量の状況で変化することを示している。   Since the charge of water molecules attracted to the inside works in a direction to reduce the charge in the crystal space, the strength of the assembled attractive force in the crystal decreases in inverse proportion to the increase of the attracted water molecules. That is, the attractive force is strong when there are few water molecules in α-cage, which corresponds to the fact that the chemical potential in the crystal is deep, and the attractive force decreases as the attracted water molecule increases and the space in the crystal approaches full. It seems to correspond to the shallower. It is also consistent with empirical facts that the potential for releasing internal water molecules to the outside decreases as the potential in the crystal space becomes shallower. That is, in order to desorb the water molecules adsorbed by the zeolite, it is necessary to give the energy necessary to exceed the height of the zeolite surface from the outside to the internal water molecules, but this varies depending on the amount of adsorbed water. It is shown that.

結晶外部から吸引されてα−cageへ取り込まれた水分子は、単体の水分子として内部空間に入るが、内部壁面にファンデル・ワール力、または、水素結合で固着した分子は、球殻状の固体として結晶内空間に疑似結晶を形成し、固着して静止する際には、其れまで有していた並進運動エネルギーを、ゼオライト結晶格子の振動エネルギーとして放出し、それが、ゼオライト結晶の温度上昇を生む。それまで水分子のエネルギーであったものが、水より比熱の低いゼオライト結晶へエネルギーを移動させるので、比熱の差だけの温度上昇が期待される。温度100℃の飽和蒸気をゼオライトへ吸収させてゼオライト炉体の温度を計測すると、150〜200℃の昇温がみられるが、安定した昇温はなかなか得られない。   Water molecules sucked from the outside of the crystal and taken into α-cage enter the internal space as a single water molecule, but molecules fixed to the inner wall surface by van der Waal force or hydrogen bonds are in the shape of a spherical shell. When a pseudo-crystal is formed in the crystal interior space as a solid of this, and is fixed and stationary, the translational kinetic energy it had so far is released as vibration energy of the zeolite crystal lattice, Causes temperature rise. Since the energy of water molecules up to that point is transferred to zeolite crystals with a specific heat lower than that of water, a temperature increase corresponding to the difference in specific heat is expected. When a saturated vapor having a temperature of 100 ° C. is absorbed into zeolite and the temperature of the zeolite furnace body is measured, a temperature rise of 150 to 200 ° C. is observed, but a stable temperature rise cannot be easily obtained.

この結果は、飽和蒸気が持つ水分、つまり、ミスト状の蒸気が原因しているように思われた。ミスト状の水蒸気分子は大きいので、ゼオライト結晶内部空間には入りがたく、結晶表面に堆積するものと考えられる。飽和蒸気を充分に過熱乾燥した実験では、比較的高い温度上昇が得られたことも、その事実を示すものと思える。この温度上昇は、吸着分子が存在する場合だけなので、結晶内空間が吸着水分子で満員になれば、結晶温度上昇は止まる。その場合には、吸着未了の気体と液体が混合する結晶内空間は、疑似固体水結晶空間を生み出すことになると見られる。   This result seemed to be caused by the moisture of saturated steam, that is, mist-like steam. Since the mist-like water vapor molecules are large, it is considered that they are difficult to enter the zeolite crystal internal space and are deposited on the crystal surface. The fact that a relatively high temperature rise was obtained in an experiment in which saturated steam was sufficiently heated to dryness seems to indicate this fact. Since this temperature rise is only when adsorbed molecules exist, the crystal temperature rise stops when the crystal interior space is filled with adsorbed water molecules. In that case, the intracrystalline space where the unadsorbed gas and liquid are mixed appears to produce a pseudo-solid water crystal space.

ゼオライト結晶炉へ温度100℃の飽和水蒸気を注入すると、約温度200℃の炉温、すなわち、結晶内部の水分子温度を得ることができる。そこで、更に外部から20〜30℃の加熱を行うと、過熱した水蒸気が炉体から放出される。この現象を、脱着と呼んでいる。従い、炉体の温度は、水蒸気吸着時点では100℃を維持し、脱着時点では、内部は少なくとも200〜250℃を保つ必要がある。   When saturated water vapor having a temperature of 100 ° C. is injected into the zeolite crystal furnace, a furnace temperature of about 200 ° C., that is, a water molecule temperature inside the crystal can be obtained. Therefore, when heating at 20 to 30 ° C. is further performed from the outside, superheated water vapor is released from the furnace body. This phenomenon is called desorption. Therefore, the temperature of the furnace body needs to be maintained at 100 ° C. at the time of water vapor adsorption, and at least 200 to 250 ° C. inside at the time of desorption.

本発明では、ゼオライト炉体の赤外線・遠赤外線発生構造、並びに水分子を吸着したゼオライトから単分子状の水を放出(脱着とも云う)させるエネルギーの注入方法が、機能を左右した。現状では、筒型の銅製加熱体1e−9へ、高温油配管1e−10,1e−11を廻らせ、その一画に加熱不均衡を補う電熱発熱体1e−15を搭載している。
脱着エネルギーは、環流油の温度エネルギー、並びに、補助的に添加される電気エネルギーで構成されている。高温度過熱水蒸気を得るための主要エネルギーは、発電機器が発生する廃熱であるので、廃熱を逃がさないように装置を構成することが基本的姿勢である。
In the present invention, the function of the infrared / far-infrared generating structure of the zeolite furnace body and the energy injection method for releasing (also referred to as desorption) monomolecular water from the zeolite adsorbed with water molecules affected the function. At present, the high-temperature oil pipes 1e-10 and 1e-11 are rotated around the cylindrical copper heating element 1e-9, and the electric heating element 1e-15 that compensates for heating imbalance is mounted on one section.
The desorption energy is composed of the temperature energy of the reflux oil and the electric energy added as a supplement. Since the main energy for obtaining the high-temperature superheated steam is waste heat generated by the power generation equipment, it is a basic attitude to configure the apparatus so as not to let the waste heat escape.

また、SSB炉へ注入するエネルギーを発生させる熱交換機などから高温油を輸送する過程で散逸する熱エネルギーを最小化させるために、装置構造は、可能な限り小型化させることが望まれる。それは、配管を太く短くすることであるが、それでも、エネルギーの散逸は完全には防げない。できる限り散逸を減らすために、装置全体を断熱材で保温することも不可欠である。   Further, in order to minimize the heat energy dissipated in the process of transporting high-temperature oil from a heat exchanger or the like that generates energy to be injected into the SSB furnace, it is desired that the device structure be as small as possible. It is to make the pipes thicker and shorter, but still the energy dissipation cannot be completely prevented. In order to reduce dissipation as much as possible, it is also essential to keep the entire device warm with insulation.

ゼオライトの炉内への充填は、図4中に示すように、炉中央に設置されている高温発生炉1e−9の周囲へ、顆粒状ゼオライトを単に流し込むだけの簡単な作業であるが、発熱体は安定的に保持される。勿論、炉体の底面と上面には、ゼオライトが散逸することを防ぐ金網1e−5が設置されている。また、顆粒状ゼオライトが相互に接する空隙は、水蒸気の流れを充分に容易にするとは言えないので、水蒸気環流用に、複数本の多孔ガス輸送管1e−14を、ゼオライト中へ挿入する。
なお、図4(a)は、炉体全体を示す図であり、図4(b)は、多孔ガス輸送管1e−14及びその周辺を示す図である。
As shown in FIG. 4, the filling of the zeolite into the furnace is a simple operation in which the granular zeolite is simply poured around the high temperature generating furnace 1e-9 installed in the center of the furnace. The body is held stably. Of course, a wire mesh 1e-5 is installed on the bottom and top surfaces of the furnace body to prevent the zeolite from escaping. Moreover, since the space | gap which a granular zeolite touches mutually cannot be said that the flow of water vapor | steam is fully easy, the several porous gas transport pipe | tube 1e-14 is inserted in a zeolite for water vapor | steam circulation.
4A is a diagram showing the entire furnace body, and FIG. 4B is a diagram showing the porous gas transport pipe 1e-14 and its periphery.

図5に、本発明にかかわる水熱発電システム(例えば、特許文献1参照)の概要が示してある。図中に示す1e−A,1e−B(略記して「1e−A/B」)が、本発明の蒸気発生器であるが、装置稼働状態を順に解説する。
蒸気発生器1e−A/Bは、同型の固体ボイラーSSBで、水蒸気発生用の化石燃料を使わない。蒸気発生器1e−A/Bへ入力される主要なガス状エネルギーは、水供給装置2eから送出される水蒸気と、搬送用の(温度約100℃)高温空気である。搬送用の高温空気は、圧縮送風機7eで断熱圧縮により発生する。
蒸気発生器1e−A/Bの外周には、エネルギータンク3eから送出される温水が、炉体の周囲を流れて基礎温度を維持している、さらに、蒸気発生器1e−A/Bの蓄積ガス内部温度が高まり、炉体から過熱蒸気を送出する時には、注入エネルギー(Heat energy inJection)を、図示の如くに注入力する。
FIG. 5 shows an outline of a hydrothermal power generation system according to the present invention (see, for example, Patent Document 1). 1e-A and 1e-B (abbreviated as “1e-A / B”) shown in the figure are the steam generators of the present invention, and the operation state of the apparatus will be described in order.
The steam generator 1e-A / B is a solid boiler SSB of the same type and does not use fossil fuel for steam generation. The main gaseous energy input to the steam generator 1e-A / B is water vapor sent from the water supply device 2e and high-temperature air for transportation (temperature of about 100 ° C.). High temperature air for conveyance is generated by adiabatic compression by the compression blower 7e.
On the outer periphery of the steam generator 1e-A / B, hot water delivered from the energy tank 3e flows around the furnace body to maintain the basic temperature. Further, the steam generator 1e-A / B accumulates. When the gas internal temperature rises and superheated steam is sent out from the furnace body, injection energy (Heat energy inJection) is injected as shown in the figure.

簡単化のために略記するが、注入エネルギーも、エネルギータンク3eから流れ出るエネルギーには、熱交換器10eにおいて若干の電力エネルギーを付加したものが使われる。蒸気発生器1e−A/Bの固体ボイラーから送出される高温度(約250℃)の過熱蒸気と搬送空気は、ターボガス圧縮機(コンプレッサー)4eへ送られる。圧縮された過熱蒸気は、アンブレラ蒸気タービン(蒸気タービン)5eへ導入され、タービンの回転力は、発電機6eへ伝えられて電力出力になる。   Although abbreviated for simplification, as the energy flowing out from the energy tank 3e, the injection energy to which some electric power energy is added in the heat exchanger 10e is used. The high-temperature (about 250 ° C.) superheated steam and the carrier air sent from the solid boiler of the steam generator 1e-A / B are sent to a turbo gas compressor (compressor) 4e. The compressed superheated steam is introduced into an umbrella steam turbine (steam turbine) 5e, and the rotational force of the turbine is transmitted to the generator 6e to become an electric power output.

発電出力の一部分は、装置内の作業電力となって消費されるが、初期に装置内へ蓄積されたエネルギーの消耗を補うもので、循環エネルギーである。また、余分な発電出力は、発電系外部出力となって外部へ供給される。その外部供給エネルギーに見合った入力が、図に示してあるごとく、ウォータージャケット9eへの常温水熱エネルギーと、空気圧縮機7eへの環境大気の空気エネルギーである。その空気エネルギーは、タービンで仕事をした後に外部へ放出されるので、外部供給エネルギーの大部分は、水熱エネルギーであると言える。   A part of the power generation output is consumed as working power in the apparatus, but supplements the consumption of energy stored in the apparatus in the initial stage, and is circulating energy. Further, the extra power generation output is supplied to the outside as a power generation system external output. The inputs corresponding to the externally supplied energy are room temperature hydrothermal energy to the water jacket 9e and air energy of the ambient air to the air compressor 7e as shown in the figure. Since the air energy is discharged outside after working in the turbine, it can be said that most of the externally supplied energy is hydrothermal energy.

発電装置内の機器であるターボガス圧縮機4eやアンブレラ蒸気タービン5eなどの電力効率は、精々50%程度なので、通常の機器と同様に廃熱が生じるが、それをリバースケットル8eで取り囲み、さらに、周囲にウォータージャケットを配して廃熱エネルギーを吸収させ、そこで生じる温水を、エネルギータンク3eへ蓄積する。蒸発装置への入力エネルギーは、発電系が作動に入れば、廃熱の一部が再びエネルギー入力となって蒸発装置へ戻って来る仕組みとなっている。   Since the power efficiency of the turbo gas compressor 4e and the umbrella steam turbine 5e, which are the devices in the power generation device, is about 50% at most, waste heat is generated in the same way as normal devices, but it is surrounded by the reverse kettle 8e, A water jacket is arranged around the periphery to absorb the waste heat energy, and the hot water generated there is accumulated in the energy tank 3e. The input energy to the evaporator is structured such that when the power generation system is activated, a part of the waste heat is input again to return to the evaporator.

SSB炉中央に設置する高温炉体1e−9へ環流する高温油のエネルギーは、熱交換機10eにおいて、エネルギータンク3eから供給される蓄熱した廃熱を吸収した温水を基礎にし、図6に示す温水タンク10e−1内に環流する高温空気を、コンプレッサー10e−5により断熱圧縮によって昇温し、熱交換タンク10e−3で変換して得る。
続いて、高温油は、ポンプ12eにて炉体へ注入する。この方法で廃熱エネルギーに僅かな追加エネルギーを加えることで、所用の過熱蒸気発生用の追加エネルギーが得られる。装置の初期稼働においては、機器全体が低温度であるため、電熱体10e−7による追加電力を利用するが、廃熱が使われる段階では供給電力は軽減する。
The energy of the high-temperature oil circulating to the high-temperature furnace body 1e-9 installed in the center of the SSB furnace is based on the hot water that absorbs the stored waste heat supplied from the energy tank 3e in the heat exchanger 10e. The high temperature air circulating in the tank 10e-1 is heated by adiabatic compression by the compressor 10e-5 and converted by the heat exchange tank 10e-3.
Subsequently, the high temperature oil is injected into the furnace body by the pump 12e. By adding a small amount of additional energy to the waste heat energy in this manner, additional energy for generating the desired superheated steam can be obtained. In the initial operation of the apparatus, since the entire device is at a low temperature, the additional power by the electric heating element 10e-7 is used, but the supply power is reduced when the waste heat is used.

炉体の初期加熱には、炉体容器外部へ、電熱抵抗加熱体と温水加熱のためのウォータージャケット(以降の説明では、「WJ」と記載する場合がある)を配した。このWJに関連する技術は、後述する。
全くの初期動作では、SSBは冷え切っているので、電熱抵抗体へ電力を供給して必要な温度を確保するが、図5に示す全発電系が作動に入れば、発電系の廃熱エネルギーがWJへ環流することと、過熱蒸気発生時にSSB内部の高温加熱炉が発生するエネルギーが炉体全体を加熱するので、炉体外部の電気抵抗加熱体は、ほとんど休止状態に入る。
炉体が初期温度を得た時点で、外部のWS(水供給装置2e)から、乾燥した飽和蒸気が供給されると、炉内温度はゼオライトの発熱で200℃近い高温になる。この高温状態を炉内で均等に維持するために、炉の中央には高温加熱体が設置され、其処へは外部から高温度のオイルを環流させる。
For the initial heating of the furnace body, an electrothermal resistance heating body and a water jacket for warm water heating (may be described as “WJ” in the following description) are arranged outside the furnace body container. The technology related to this WJ will be described later.
In the initial operation, the SSB is cold, so power is supplied to the heating resistor to ensure the necessary temperature. However, if the entire power generation system shown in FIG. Since the energy generated by the high temperature heating furnace inside the SSB heats the entire furnace body when the superheated steam is generated and the superheated steam is generated, the electric resistance heating body outside the furnace body almost enters a dormant state.
When dry saturated steam is supplied from the external WS (water supply device 2e) at the time when the furnace body has obtained the initial temperature, the furnace temperature becomes close to 200 ° C. due to the heat generated by the zeolite. In order to maintain this high temperature state evenly in the furnace, a high temperature heating body is installed in the center of the furnace, and high temperature oil is circulated from there to the outside.

炉中心の高温発熱体は環流オイルの配管で固定されているが、同時に、炉内では浮動的に顆粒状ゼオライトのなかに設置されている。その位置を中心に保つ構造は、熱的に絶縁された碍子に設置脚をはめこむだけである。こうする事で、炉体に不要な歪みを与えることを避けている。中心発熱体は銅製電気導体で、200℃近い高温で加熱されるので、導体内部に自由電子気体が熱運動で活発に運動している。この熱電子気体は、導体金属格子と衝突・散乱を繰り返し、そこで生じる電子気体散乱にともなう電磁波の制動輻射を生む。制動輻射で生まれる電磁波の波長は赤外・遠赤外領域であり、その波は、炉体周囲の結晶性ゼオライト分子並びにゼオライト中に吸収されている水分子に直接吸収される。電磁波のエネルギー範囲は、水分子の赤外・遠赤外共鳴吸収帯を包含するので、炉内水分子の共鳴状態を生じ、炉内の高温化に寄与する(例えば、「小川・松本・坂井・岩渕・南朴木・萩原:静的熱量測定の最前線、NetSuSokutei,33,(4),2006」を参照)。   The high-temperature heating element at the center of the furnace is fixed by circulating oil piping, but at the same time, it is installed in the granular zeolite in a floating manner in the furnace. The structure that keeps the position at the center is simply to fit the installation leg into a thermally insulated insulator. This avoids unnecessary distortion of the furnace body. The central heating element is a copper electrical conductor, and is heated at a high temperature close to 200 ° C., so that free electron gas is actively moving in the conductor due to thermal motion. This thermoelectron gas repeatedly collides and scatters with the conductor metal lattice, and generates bremsstrahlung of electromagnetic waves accompanying the electron gas scattering generated there. The wavelength of electromagnetic waves generated by bremsstrahlung is in the infrared / far infrared region, and the waves are directly absorbed by crystalline zeolite molecules around the furnace body and water molecules absorbed in the zeolite. The energy range of electromagnetic waves includes the infrared and far-infrared resonance absorption bands of water molecules, so that resonance states of water molecules in the reactor are generated and contribute to higher temperatures in the reactor (for example, “Ogawa, Matsumoto, Sakai (See Iwabuchi, Minami-Pakki, Sugawara: The Forefront of Static Calorimetry, NetSuSukutei, 33, (4), 2006)).

(アンブレラ型蒸気タービン)
以下、アンブレラ型蒸気タービンについて説明する。
蒸気タービン技術の歴史は19世紀に始まるもので、以来様々な方式が提案され、代表的な軸流タービン型式もほぼ完成している(例えば、「内丸最一郎著:蒸気タービン、東京丸善、明治41年4月発行」を参照)。しかし、21世紀の現在も、依然として様々なタービン関連研究と工夫が成されている。水とその水蒸気を作動物質にする事の利点は、他の物質に比べて高いエンタルピーが得られる事と、比較的安全性が高いことなどがその理由であろう。
(Umbrella steam turbine)
Hereinafter, the umbrella type steam turbine will be described.
The history of steam turbine technology began in the 19th century. Since then, various methods have been proposed, and typical axial turbine models have also been almost completed (for example, “Seiichiro Uchimaru: Steam turbine, Tokyo Maruzen, Meiji”). (See April 41). However, as of the 21st century, various turbine-related research and innovations are still being made. The advantages of using water and its water vapor as the working substance may be that it has a higher enthalpy than other substances and is relatively safe.

蒸気タービンの代表的形には、大別して衝動式と反動式があり、気筒内壁に固定された固定羽根と回転軸に固定された動羽根が複数重ねられ、その羽根の翼断面型が衝動式と反動式では異なっている。
また、その羽根列を蒸気流が通過する間に膨張する蒸気の熱エネルギーが、回転力となる原理である。
本発明のアンブレラ型蒸気タービンは、衝動式で軸流型ではあるが、上述の伝統的な多層回転羽根の構造を持たず、単純な水車形式の回転翼を持っている。
Typical types of steam turbines are roughly classified into impulse type and reaction type. A plurality of fixed blades fixed to the cylinder inner wall and a plurality of moving blades fixed to the rotating shaft are stacked, and the blade cross-sectional type of the blades is an impulse type. And the reaction type are different.
Further, it is a principle that the thermal energy of the steam expanding while the steam flow passes through the blade row becomes the rotational force.
The umbrella-type steam turbine of the present invention is an impulsive type and an axial flow type, but does not have the above-described traditional multi-layer rotary blade structure, but has a simple turbine-type rotary blade.

汎用軸流型のタービンの基本構成は、回転軸の周囲円周に、円盤状に構成された動翼を複数層状に取付け、その層状の間隙に、円環状の固定翼を交互に配し、タービン外周を囲う気筒の内面にその固定翼を取付ける構造を造る。そして、回転翼を衝動的に駆動する方向へ、ノズルを通じて高圧水蒸気を吹き付ける(例えば、「内丸最一郎著:蒸気タービン、東京丸善、明治41年4月発行」を参照)。   The basic configuration of a general-purpose axial-flow turbine is that a plurality of disk-shaped moving blades are attached around the circumference of the rotating shaft, and annular fixed blades are alternately arranged in the layered gap, A structure for attaching the fixed blades to the inner surface of the cylinder surrounding the outer periphery of the turbine is constructed. Then, high-pressure steam is blown through the nozzle in a direction in which the rotor blades are driven in an impulsive manner (see, for example, “Seiichiro Uchimaru: Steam Turbine, Tokyo Maruzen, issued in April 1904”).

衝動式のいわれは、高気流抵抗のノズルから吹き出された高圧蒸気流(以下、「ガス」と略記)が、回転翼に衝突して蒸気流の運動量を回転翼の回転運動へ伝達するものである。高圧ガスがノズルを通過する期間にガスの圧力は大きく低下し、その圧力は、ガスが膨張する噴流速度となって、回転翼円盤に流入する。ガスが、その回転翼の空間で急速に膨張する結果、ガスの内部エネルギーは、気流の運動エネルギーに転化して、流速を更に高めて回転翼へ衝突し、ガスの運動量変化が回転翼へ伝えられ、タービンの駆動力となるのである。   In the impulse type, high-pressure steam flow (hereinafter abbreviated as “gas”) blown out from a nozzle with high airflow resistance collides with the rotor blades and transmits the momentum of the steam flow to the rotor rotor rotation. is there. During the period when the high-pressure gas passes through the nozzle, the pressure of the gas is greatly reduced, and the pressure becomes a jet velocity at which the gas expands and flows into the rotor blade disk. As a result of the rapid expansion of the gas in the space of the rotor blade, the internal energy of the gas is converted into the kinetic energy of the airflow, colliding with the rotor blade by further increasing the flow velocity, and the change in the momentum of the gas is transmitted to the rotor blade. It becomes the driving force of the turbine.

反動式の場合、入力高圧蒸気流は、狭隘なノズルを経ずに、回転円盤全周囲に複数放射状に設置された回転翼にガスを流入させ、気流と回転翼断面による揚力を得て、回転力を創出する。更に、回転翼を経た気流は、その複数層状翼の隙間から次段の固定翼円盤へ膨張を伴い入射する。従属する固定翼円盤では、回転翼と同様な翼型をもつ気流反射目的の複数翼型が設置されていて、固定翼を通過する気流を整流し、更に、次段の回転翼へ送り出す働きをする。   In the case of the reaction type, the input high-pressure steam flow does not pass through a narrow nozzle, and the gas flows into the rotor blades installed radially around the entire rotating disk, and the lift is obtained by the airflow and the rotor blade cross section. Create power. Furthermore, the airflow that has passed through the rotor blades is incident on the stationary blade disk of the next stage from the gap between the multi-layer blades with expansion. In the subordinate fixed wing disk, multiple airfoils for airflow reflection with the same airfoil shape as the rotary wing are installed, and the airflow passing through the fixed wing is rectified and then sent to the next stage rotor blade. To do.

円盤全周囲にガス吹き出しノズルを分散した反動式では、ガス圧力の低下が衝動式に比べて緩やかである特徴があり、翼断面の形が航空機の様な揚力を増加して、気体抵抗を減殺するごとき形状を採用する場合がある(「内丸最一郎著:蒸気タービン、東京丸善、明治41年4月発行」を参照)。
衝動式も反動式も、ガス入射時に吹き出す気流の圧力と速度が、タービン回転力やトルクになり、回転翼空間を通過する気流の速度変化に基づく運動量変化が、同じくトルク形成に寄与することが分かる。
The reaction type with gas blowing nozzles distributed all around the disk is characterized by a gradual drop in gas pressure compared to the impulse type, and the shape of the wing cross section increases lift like an aircraft, reducing gas resistance. In some cases, the shape is adopted (see "Seiichiro Uchimaru: Steam Turbine, Tokyo Maruzen, April 1912").
In both the impulse type and the reaction type, the pressure and velocity of the airflow blown out when the gas is incident become the turbine rotational force and torque, and the momentum change based on the velocity change of the airflow passing through the rotor blade space also contributes to torque formation. I understand.

タービンに生じる回転軸トルクtを解析すると、以下の式(2)で示される。
t=F・R=m・R・dv…(2)
式(2)中で、Fは、タービン回転軸に直交する円周方向に働く力で、mは、可動翼に衝突するガスの質量、Rは、タービンの平均回転半径、dvは、回転翼を通過する時間内のガス速度変化量である。
また、式(2)中の回転軸トルクtは、タービン軸に沿って積分された値である。
出力軸半径Rrで毎分回転数Nのタービン原動機の出力パワーPは、以下の式(3)で示される。
P=0.1×Rr×t×N…(3)
式(3)中では、一般にR>Rrである。
When the rotating shaft torque t generated in the turbine is analyzed, it is expressed by the following equation (2).
t = F · R = m · R · dv (2)
In Equation (2), F is a force acting in the circumferential direction orthogonal to the turbine rotation axis, m is the mass of the gas that collides with the movable blade, R is the average turning radius of the turbine, and dv is the rotating blade. The amount of change in gas velocity within the time passing through
Further, the rotation shaft torque t in the equation (2) is a value integrated along the turbine shaft.
The output power P of the turbine prime mover with the output shaft radius Rr and the rotational speed N per minute is expressed by the following equation (3).
P = 0.1 × Rr × t × N (3)
In formula (3), generally R> Rr.

原動機と負荷の運動エネルギーを、それぞれ、KS,KLとし、慣性質量をIS,ILとし、回転角速度をω(=2pN/60)と記せば、合計の運動エネルギーKは、以下の式(4)で示される。
K=(KS+KL)=0.5・I・ω=0.5・(IS+IL)・ω…(4)
負荷が電磁的な場合、その動的慣性質量は、IL=0.5・mL・ωの形式となり、変動する電磁的負荷は、等価的に回転子の局所的質量mLに反映される。
If the kinetic energy of the prime mover and the load is KS and KL, the inertial mass is IS and IL, and the rotational angular velocity is ω (= 2pN / 60), the total kinetic energy K is expressed by the following equation (4). Indicated by
K = (KS + KL) = 0.5 · I · ω 2 = 0.5 · (IS + IL) · ω 2 (4)
When the load is electromagnetic, its dynamic inertial mass is of the form IL = 0.5 · mL · ω 2 and the fluctuating electromagnetic load is equivalently reflected in the local mass mL of the rotor.

タービンと発電機が直結の場合は、ωが同じなので、出力最大の条件は原動機タービンの慣性モーメントISと、その負荷装置の慣性モーメントILがほぼ整合していることが求められる。負荷が大きい時には、原動機タービンのIも大きくしなければならない。(例えば、「JIS機械工学便覧(新訂版):(株)機械協会、昭和38年3月発行」を参照)
軸流蒸気(ガス)タービンでは、回転翼と固定翼の間隙を縫って作動ガスが漏洩する問題が常に存在する(例えば、「特開2010−255542公報」、「特開2012−105626公報」、「特開2013−19381公報」を参照)。
When the turbine and the generator are directly connected, since ω is the same, the maximum output condition is required that the inertia moment IS of the prime mover turbine and the inertia moment IL of the load device are substantially matched. When the load is high, the prime mover turbine I must also be increased. (For example, see "JIS Mechanical Engineering Handbook (new edition): Japan Machinery Association, published in March 1963")
In the axial flow (gas) turbine, there is always a problem that the working gas leaks by sewing the gap between the rotary blade and the fixed blade (for example, “JP 2010-255542 A”, “JP 2012-105626 A”, (See Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-19381).

そこで、通常は、非接触型のガスケットであるラビリンスガスケットが導入されている。
非接触型ガスケットの原理は、気体が流通する道筋を狭隘にして流体抵抗を高めて漏洩ガスの量を抑えることにある。回転軸に装着されたラビリンスガスケットには、通常潤滑油が潤滑し、軸の回転による遠心力が働いてラビリンス円盤素子の先端部の細隙を液が封止する役割をする。また、蒸気が通る道筋では、液化した水が封止剤の役割をはたす場合がある。
Therefore, a labyrinth gasket that is a non-contact type gasket is usually introduced.
The principle of the non-contact type gasket is to narrow the route through which the gas flows to increase the fluid resistance and suppress the amount of leaked gas. The labyrinth gasket mounted on the rotating shaft is usually lubricated with lubricating oil, and the centrifugal force due to the rotation of the shaft acts to cause the liquid to seal the slit at the tip of the labyrinth disk element. Further, liquefied water may play a role of a sealant in the route through which steam passes.

本発明では、小型の衝動式軸流蒸気タービンにおいて、伝統的に使われる円盤形タービン翼を使わず、ノズルT/2−1から吹き出す蒸気流T/2−2を、先窄まりでテーパー状円筒を有する気筒T/3の内面に沿って、タービン回転に伴い渦巻き状T/2−4に気流を流す。そのトルネード状の流れが持つ運動量を、テーパー回転軸T/1に沿って星形放射状に植え込んだ、番傘(アンブレラ)の骨のごとき回転翼面T/2で受圧する形態をとっている。   In the present invention, in a small impulse axial flow steam turbine, the steam flow T / 2-2 blown out from the nozzle T / 2-1 is tapered without a traditional disk-shaped turbine blade. Along the inner surface of the cylinder T / 3 having a cylinder, an air flow is caused to flow in a spiral T / 2-4 as the turbine rotates. The momentum of the tornado-like flow is received by a rotary blade surface T / 2, such as a bone of an umbrella, implanted in a star-shaped radial pattern along the taper rotation axis T / 1.

テーパー円錐状気筒T/3の円錐面内を回転する回転子の放射状翼面と円錐面の隙間から漏洩する蒸気流T/3−1を防ぐために、回転翼面の外周数箇所に段階状に円環スリットT/8を設けて、タービン回転によるガスの遠心力による逆流T/3−2を生むように構成して、漏洩する蒸気を減殺する構造を設けた。
本発明では、安定な高速回転を実現するために、軽量化した回転翼の強度を高めるための工夫として、傘(umbrella)の骨のごとき複数星形放射状の回転翼T/2の振動を防ぐ円環T/6を複数溶接して配置し、回転翼を、テーパー円錐状気筒に挿入設置した。
In order to prevent the steam flow T / 3-1 leaking from the gap between the radial blade surface and the conical surface of the rotor rotating in the conical surface of the tapered conical cylinder T / 3, the outer peripheral surface of the rotor blade surface is stepped in several steps. An annular slit T / 8 was provided so as to generate a reverse flow T / 3-2 due to the centrifugal force of gas caused by turbine rotation, and a structure for reducing the leaked steam was provided.
In the present invention, in order to realize stable high-speed rotation, as a device for increasing the strength of the lightened rotor blade, the vibration of the multi-star radial rotor blade T / 2 such as an umbrella bone is prevented. A plurality of annular rings T / 6 were arranged by welding, and the rotor blades were inserted into a tapered conical cylinder.

また、ガス流体の膨張で回転翼を駆動する際、回転軸の外周部に沿って外部へガス流体が散逸漏洩する現象を防ぐ目的で、円環状の板T/7と気筒内面との間に狭隘な隙間T/8を配したことを特徴にする構造を持つ(図7を参照)。
タービン気筒内へノズルから吹き出されたガスの流で星形翼が回転するので、ガス流軌跡は、図8中にT/2−4に示す如く、渦巻き(トルネード)状になる。吹き出されたガス流は、星形翼で構成される梯形形(図8のA,B,C,−−−)の溝を通って、気筒と回転翼型で決まる末窄まりのガス通路を流れて、出口へ集中する。溝の軸直角断面は、ノズル吹き出し口から溝出口へ長手方向に沿って徐々に小さくなる。
Further, when the rotor blades are driven by the expansion of the gas fluid, in order to prevent the phenomenon that the gas fluid is dissipated and leaked to the outside along the outer peripheral portion of the rotation shaft, the annular plate T / 7 is interposed between the cylinder inner surface It has a structure characterized by a narrow gap T / 8 (see FIG. 7).
Since the star blades are rotated by the flow of gas blown from the nozzle into the turbine cylinder, the gas flow trajectory has a spiral shape as shown by T / 2-4 in FIG. The blown gas flow passes through a trapezoidal groove (A, B, C, --- in Fig. 8) composed of star-shaped wings, and passes through a constricted gas passage determined by the cylinder and the rotor wing shape. Flow and concentrate to the exit. The cross section perpendicular to the axis of the groove gradually decreases along the longitudinal direction from the nozzle outlet to the outlet of the groove.

したがって、流体抵抗は、タービン軸長手方向に沿って増大する。そこで、ノズルから吹き出たガス(例えば、「T/2−3」)が一定の溝容積の中で膨張するにつれて、流体の流出速度は増加し、かつ、それは、膨張による作動ガス圧力の減少を抑える効果があり、流れの方向に沿って、シリンダー内のガス圧は大略一定になる。
その結果、ガス流が星形翼に与える圧力と結果であるトルクtの値は、翼の垂直圧力成分の積分値として与えられる。積分区間は軸長手方向の長さで決まり、それは平均ガス流速度でシリンダーを通過するので、数msecの短時間であるが、ガス流の回転軌跡がシリンダー出口に至るまでの区間で決定される。ガス流の運動量を充分に吸収する長さが求められる。
したがって、傘型のシリンダーの形は、末窄まりの円錐形、すなわち、アンブレラ型となる。
Therefore, the fluid resistance increases along the longitudinal direction of the turbine axis. Thus, as the gas blown from the nozzle (eg, “T / 2-3”) expands in a constant groove volume, the fluid outflow rate increases and it reduces the working gas pressure due to expansion. There is an effect to suppress, and the gas pressure in the cylinder becomes substantially constant along the flow direction.
As a result, the pressure applied to the star wing by the gas flow and the resulting value of torque t are given as an integral value of the vertical pressure component of the wing. The integration interval is determined by the length in the longitudinal direction of the axis, and it passes through the cylinder at an average gas flow velocity, so it is a short time of several milliseconds, but is determined by the interval until the gas flow rotation trajectory reaches the cylinder outlet. . A length that sufficiently absorbs the momentum of the gas flow is required.
Therefore, the shape of the umbrella-type cylinder is a conical shape with a constriction, that is, an umbrella type.

本発明では、図7に見られるように、高速回転するタービンの軸受けに、ボールベアリングを用いている。高速回転では、摩耗による軸受けの破損が問題であり、不断の保守と交換作業が必要である。
一般には、高速回転軸受けとして、気体・液体を利用した浮動ベアリングが使われているのであるが、低速運転時における潤滑油の漏洩は避けがたい。また、潤滑剤としての気体や液体の循環装置の保守管理などが不可欠であるので、煩雑性が避けがたい。したがって、高速回転軸を保守管理する技術的方法のさらなる発展が求められる。
In the present invention, as seen in FIG. 7, a ball bearing is used for a bearing of a turbine that rotates at a high speed. In high-speed rotation, damage to the bearing due to wear is a problem, and constant maintenance and replacement work are required.
Generally, floating bearings using gas and liquid are used as high-speed rotating bearings, but it is difficult to avoid leakage of lubricating oil during low-speed operation. In addition, maintenance and management of a gas or liquid circulating device as a lubricant is indispensable, and thus complexity is unavoidable. Therefore, further development of a technical method for maintaining and managing a high-speed rotating shaft is required.

図10に、本発明にかかわる水熱発電システム(例えば、特許文献1参照)の概要を示す。
固体ボイラー1eは、水蒸気発生用の化石燃料を使わないボイラーである。
水蒸気発生装置2eは、単純に水を加熱するのではなく、簡易気化器で噴霧状に水の微粒子化した状態を実現させて蒸発を効率化する工夫が成されている。
水蒸気搬送用のターボ式空気圧縮機7e並びにターボガス圧縮機4eは、装置稼働の当初は外部電力で駆動されるが、発電システムが稼働に入れば、装置内の発電機6eの出力電力に切り替わる。この発電システムは、初動時には外部電力でエネルギーの蓄積が始まり、発熱機器であるターボガス圧縮機4eや本論の蒸気タービン5eなどが放出する廃熱を熱源とする逆釜8eの表面が高温化するので、その熱エネルギーを、ウォータージャケット9eが捕捉し、その温水をエネルギータンク3eへ蓄積する。
In FIG. 10, the outline | summary of the hydrothermal power generation system (for example, refer patent document 1) concerning this invention is shown.
The solid boiler 1e is a boiler that does not use fossil fuel for steam generation.
The steam generator 2e does not simply heat water, but is devised to improve the efficiency of evaporation by realizing a state where water is atomized by a simple vaporizer.
The turbo-type air compressor 7e and the turbo gas compressor 4e for transporting water vapor are driven by external power at the beginning of operation of the apparatus, but when the power generation system enters operation, the output is switched to the output power of the generator 6e in the apparatus. In this power generation system, energy accumulation starts with external power at the initial operation, and the surface of the reverse kettle 8e that uses waste heat released by the turbo gas compressor 4e and the steam turbine 5e in this paper as a heat source becomes high in temperature. The thermal energy is captured by the water jacket 9e, and the warm water is stored in the energy tank 3e.

蒸気タービン5eは、本発明で説明される衝動式のものであり、水蒸気と搬送高温空気の混合ガスのエネルギーを、発電機6eと結合するタービン軸の機械的回転力に変換するものである。以下に詳述するように、本発明のアンブレラ型蒸気タービン5eには、従来の蒸気タービンに比べて、高効率化の新案が施されている。その高速回転出力は、発電機6eに直結している。   The steam turbine 5e is of the impulse type described in the present invention, and converts the energy of the mixed gas of water vapor and transported hot air into the mechanical rotational force of the turbine shaft coupled to the generator 6e. As will be described in detail below, the umbrella-type steam turbine 5e of the present invention is provided with a new scheme for improving efficiency as compared with the conventional steam turbine. The high-speed rotation output is directly connected to the generator 6e.

発電機6eの出力は、発電システムの内部使用電力(innerpower)と外部出力(Outputelect.power)に分かれる。エネルギータンク3eへは、初期エネルギーである外部電力ならびに環境空気エネルギー(Input ambient airenerugy)及び環境水温入力エネルギーが入力される。加えて、ターボガス圧縮機4eなどから、ウォータージャケットを経由して加温された温水と蒸気タービン5eに附属する復水器からの温水が加わる。環境水温入力エネルギー(Input water temp.energy)は、外部へ出力される外部供給電力(Output elect.power)と、装置内で回収不可能な発散エネルギーを補うものである。系全体が外部電力を切り離し自立的モードで動作を継続するには、各所の機器が高いエネルギー効率で作動することが必須条件である。   The output of the generator 6e is divided into an internal power consumption (innerpower) and an external output (Outputselect.power) of the power generation system. External energy, which is initial energy, environmental air energy, and environmental water temperature input energy are input to the energy tank 3e. In addition, warm water heated via a water jacket and warm water from a condenser attached to the steam turbine 5e are added from a turbo gas compressor 4e or the like. The environmental water temperature input energy (Input water temp. Energy) supplements the external supply power (Output select. Power) output to the outside and the divergent energy that cannot be recovered in the apparatus. In order for the entire system to disconnect external power and continue to operate in a self-sustaining mode, it is essential that the equipment at each location operate with high energy efficiency.

上述の説明を要約すれば、装置からの外部への供給電力量は、装置の環境空気並びに水温入力エネルギー入力に整合したものである。そして、内部使用電力(Innerpower)は、初期外部入力で装置内に蓄積されるエネルギーに相当するものと言える。この作動を確保するには、ことにターボガス圧縮機4eと本発明で説明した蒸気タービン5eの性能向上が不可欠な条件である。   In summary, the amount of power supplied from the device to the outside is consistent with the ambient air and water temperature input energy input of the device. And it can be said that the internal power consumption (Innerpower) corresponds to the energy stored in the apparatus by the initial external input. In order to ensure this operation, it is indispensable to improve the performance of the turbo gas compressor 4e and the steam turbine 5e described in the present invention.

機器が稼働に入れば、ターボガス圧縮機4eから排出される廃熱エネルギーと、それに依り加温された温水3e、発電機6eを駆動した蒸気タービン5eから流出し復水器からの温水3e、そして、発電機6eから供給される内部使用電力の一部が、エネルギータンク3eへ総合集約して入力される。
蒸気発生器1eの動作は、別件で詳述するので説明は省略するが、エネルギータンク3eからの低温度飽和蒸気を、空気圧縮機7eからの搬送空気で固体ボイラー1eへ入力し、固体ボイラー1e内の物理的反応で、高温度高圧気体(Hightemp.vapor & air)としてターボガス圧縮機4eへ供給する。すると、それらが総合して安定的に自立発電が持続する。
When the equipment is put into operation, the waste heat energy discharged from the turbo gas compressor 4e, the warm water 3e heated by it, the hot water 3e from the condenser flowing out from the steam turbine 5e driving the generator 6e, and A part of the internally used power supplied from the generator 6e is integrated and input to the energy tank 3e.
Since the operation of the steam generator 1e will be described in detail in another case, the description thereof will be omitted. However, the low temperature saturated steam from the energy tank 3e is input to the solid boiler 1e with the carrier air from the air compressor 7e, and the solid boiler 1e is input. In the physical reaction, the high-temperature high-pressure gas (Hightemp. Vapor & air) is supplied to the turbo gas compressor 4e. As a result, the independent power generation can be maintained stably.

(多段ターボガス圧縮機)
以下、多段ターボガス圧縮機について説明する。
特許文献1で提案された技術の中で、蒸気発生炉、高温高圧蒸気の発生・輸送経路、蒸気タービンなど、一連の装置を効率良く機能させる要の位置にあるガス圧縮機の技術が、重要な役割を担っている。
従来のガス圧縮方式コンプレッサーの原理・方式には、シリンダー(気筒)とその内面を摺動するピストン(活栓)の往復運動によるレシプロ方式が一般的であった(例えば、「特開2012−154317公報」を参照)。
(Multistage turbo gas compressor)
Hereinafter, the multistage turbo gas compressor will be described.
Among the technologies proposed in Patent Document 1, the technology of gas compressors at the key positions for efficient functioning of a series of devices such as steam generators, high-temperature and high-pressure steam generation / transport routes, and steam turbines is important. Have a role to play.
As a principle and system of a conventional gas compression system compressor, a reciprocating system based on a reciprocating motion of a cylinder (cylinder) and a piston (stopcock) sliding on the inner surface thereof is generally used (for example, “JP 2012-154317 A”). ).

レシプロ方式には、単気筒型と複数の気筒を結合した星形気筒方式などがある。原動機の回転運動を気筒と活栓の相対的往復運動に変換し、気筒内へガスを吸入・圧縮し気筒から送出される圧縮気体を蓄積タンクへ送出し高圧ガスを発生するものである。循環的、周期的に入力配管を経てガスを吸入する一連の動作が繰り返される。高圧ガスが気筒内の圧縮最終段階で外部へ送り出されるのは、一連の往復運動の最後の一瞬である。一連の周期的回転時間内では、気筒内の活栓の往復運動が行われ、その間、外部とは隔離断絶した気筒内の吸入、圧縮の行程が続く。周期的に見ると、圧縮された高圧ガスの外部への取り出しは断続的で、圧縮出力が断続的パルス的な作動結果となる。この間歇的動作が、効率低下の主因である。   The reciprocating system includes a single cylinder system and a star cylinder system in which a plurality of cylinders are combined. The rotary motion of the prime mover is converted into the relative reciprocal motion of the cylinder and the stopcock, the gas is sucked and compressed into the cylinder, and the compressed gas sent from the cylinder is sent to the storage tank to generate high-pressure gas. A series of operations for sucking gas through the input pipe is repeated cyclically and periodically. It is the last moment of a series of reciprocating motions that the high pressure gas is sent to the outside in the final compression stage in the cylinder. Within a series of periodic rotation times, the stopcock reciprocates in the cylinder, and during that time, the suction and compression strokes in the cylinder isolated and disconnected from the outside continue. When viewed periodically, the extraction of the compressed high-pressure gas to the outside is intermittent and the compression output results in intermittent pulsed operation. This intermittent operation is the main cause of the decrease in efficiency.

レシプロ方式では、出力ガス流は間歇脈動的で、出力配管側には、圧力平準化と安定化のために、蓄積タンクのようなガス圧平滑装置が結合される。
したがって、ガス出力を、連続的・平均的な流れに近づけるための多気筒方式は、構造と動作が複雑になり、その構造から生じる摺動摩擦などが原因で、エネルギー効率が低下する。その欠点を克服する方策として、連続的なガス圧縮方式が提案されている(例えば、「特開2004−204846公報」を参照)。この連続的ガス圧縮の例は、自動車の排気ガスタービンや航空機のジェットエンジンの入力ターボ吸気圧縮機などに見られる。
In the reciprocating method, the output gas flow is intermittent, and a gas pressure smoothing device such as a storage tank is coupled to the output piping side for pressure leveling and stabilization.
Therefore, the multi-cylinder system for bringing the gas output close to a continuous / average flow has a complicated structure and operation, and the energy efficiency is lowered due to sliding friction or the like generated from the structure. As a measure for overcoming this drawback, a continuous gas compression method has been proposed (see, for example, “JP 2004-204846 A”). Examples of this continuous gas compression can be found in automobile exhaust gas turbines, aircraft jet engine input turbo-intake compressors, and the like.

ターボ圧縮機の構造概要は、日常に使う扇風機の羽根を多重多段に結合したものと言える。
一段あたりの羽根車の作動は、原理的に風力発電に使われるプロペラと同じ扱いができる(例えば、「特開平7−190364公報」を参照)。
多段に亘って結合される場合は、軸流蒸気タービンや軸流ジェットエンジンと同様な作動をする。一般に、扱うガスの流量が大きいので、羽根車の周辺部で生じる少量気体の逆流などはあまり考慮されていない。
The structure of the turbo compressor can be said to be a combination of multiple fan blades used in daily life.
The operation of the impeller per stage can be handled in the same manner as a propeller used for wind power generation in principle (see, for example, “JP-A-7-190364”).
When coupled in multiple stages, it operates in the same manner as an axial flow steam turbine or an axial flow jet engine. In general, since the flow rate of the gas to be handled is large, the back flow of a small amount of gas generated in the peripheral portion of the impeller is not considered much.

多重の回転翼を結合し、ガス圧縮をもたらす回転動力軸は、一般には、回転原動機周辺の定常気圧、すなわち、1気圧相当の低気圧下に置かれている。一方、ガス圧縮に寄与する終段の羽根車周辺気圧は、数気圧以上に達するので、羽根車の中心軸周辺とは数気圧の圧力差が生じる。この圧力差は、軸受けの回転部分と、軸保持の固定部分にある摺動区間の前後に集中する。
そのため、ガス漏れを防ぎかつ摺動摩擦を軽減するために、従来から、回転と固定部分を区切る様々なガスケットが工夫されてきた(例えば、「特開2004−353629公報」を参照)。この目的を解決する手段として、ラビリンスパッキングなどが以前から使用されている。
A rotary power shaft that couples multiple rotor blades and brings about gas compression is generally placed under a steady atmospheric pressure around the rotary motor, that is, a low atmospheric pressure equivalent to 1 atmosphere. On the other hand, since the final-stage impeller atmospheric pressure contributing to gas compression reaches several atmospheric pressures or more, there is a pressure difference of several atmospheric pressures from the periphery of the central axis of the impeller. This pressure difference is concentrated before and after the sliding section in the rotating part of the bearing and the fixed part of the shaft holding.
Therefore, in order to prevent gas leakage and reduce sliding friction, various gaskets that divide rotation and fixed portions have been conventionally devised (see, for example, “JP 2004-353629 A”). Labyrinth packing or the like has been used as a means for solving this purpose.

本発明では、図1に示したように、回転翼への動力は、圧縮機外部からギアなどを経由して導入する方式を用いたが、結合ギアなどの伝達系のエネルギー損失が無視出来ず、エネルギー効率低下の原因を成している。さらなる高効率化には、高速電動機を回転軸へ直結する方法が構想される。
現在でも高速電動機は市場に存在するが、その導入には、同時に高効率な冷却装置が不可欠であり、それは、新たなる技術的課題を提起するものである。従い最良の形態としての高速電動機と効率の高い冷却系の実用化が今後の課題となるだろう。
In the present invention, as shown in FIG. 1, the power to the rotor blade is introduced from the outside of the compressor via a gear or the like, but energy loss of the transmission system such as a coupled gear cannot be ignored. This is a cause of energy efficiency reduction. To further increase the efficiency, a method of directly connecting a high-speed electric motor to the rotating shaft is envisioned.
High-speed electric motors still exist in the market today, but at the same time, a highly efficient cooling device is indispensable, which raises new technical challenges. Therefore, the realization of a high-speed electric motor as the best mode and a highly efficient cooling system will be the future issues.

本発明では、高速回転を実現するために、軽量化した回転翼の強度を高めるための工夫、具体的には、回転翼外周にシリンダー型案内管を設置し、羽根と一体化させる構造を採用した。また、多段化した回転体が流体を圧縮するときに、回転軸の外周部に沿って外部へ流体が逆流散逸する現象を防ぐ補助羽根を回転円筒の周囲に配した。
また、多段の高速回転翼を支持する回転軸受けには、潤滑油を供給することが不可欠である。多段に回転翼を結合して気体圧縮を行うと、圧縮の後段になるに従い、気体圧力と温度が高まるので、軸受けと回転翼を接合する部分の気密性、耐熱性を維持することは難しい。
In the present invention, in order to realize high-speed rotation, a device for increasing the strength of the lightened rotor blade, specifically, a structure in which a cylindrical guide tube is installed on the outer periphery of the rotor blade and integrated with the blade is adopted. did. In addition, auxiliary blades are disposed around the rotating cylinder to prevent a phenomenon in which the fluid flows back to the outside along the outer peripheral portion of the rotating shaft when the multistage rotating body compresses the fluid.
In addition, it is indispensable to supply lubricating oil to the rotary bearing that supports the multistage high-speed rotor blades. If gas compression is performed by connecting rotor blades in multiple stages, the gas pressure and temperature increase as the latter stage of compression, so it is difficult to maintain the airtightness and heat resistance of the portion where the bearing and rotor blade are joined.

通常の気密性ガスケットは、摺動摩擦が無視できず、効率の低下を招くだけでなく、軸受け部の摩擦による発熱が結果して、故障の原因と成る。
このため、本発明では、高速回転軸におけるガスケットの僅かな摺動摩擦を避けるために、通常用いられる非接触式細隙のラビリンス方式とは異なり気密ではないが流体が環流しがたい非接触な隔壁を設け、高圧気体部分と軸受け部内の潤滑油圧力を等しくして気体並びに潤滑油が相互に流通することを妨げる構造を考案した。
In a normal airtight gasket, sliding friction is not negligible, and not only the efficiency is lowered, but also heat is generated due to friction of the bearing portion, resulting in failure.
Therefore, in the present invention, in order to avoid slight sliding friction of the gasket on the high-speed rotating shaft, unlike the non-contact type slit labyrinth method that is normally used, the non-contact partition wall is not airtight but fluid is difficult to circulate. And a structure that prevents the gas and the lubricating oil from flowing to each other by equating the lubricating oil pressure in the high pressure gas portion and the bearing portion.

ターボ方式圧縮機は、図11に示すC/5の組み合わせを基本にして、取付円筒C/17の内側に、直列多段に回転翼を構成する送風機を原理としている。
図11に示す次段回転翼C/18は、次段以降との結合を例示する。回転翼の基本構造は図12に概略を示すが、回転中心には曲面円錐体の翼支持体C/1がある。回転翼C/2は、翼支持体C/1の周囲に取り付けられている。図12では、三葉のヘリカル回転翼C/2が描かれているが、送気の風量・圧力に応じて、複数の翼面が使われる。なお、図12(a)には、回転翼の前面図を示し、図12(b)には、図12(a)の矢視図断面を示す。
The turbo type compressor is based on the combination of C / 5 shown in FIG. 11 and is based on a blower that constitutes rotating blades in series in multiple stages inside the mounting cylinder C / 17.
The next stage rotor blade C / 18 shown in FIG. 11 exemplifies coupling with the next stage and subsequent stages. The basic structure of the rotary blade is schematically shown in FIG. 12, and there is a blade support C / 1 having a curved cone at the center of rotation. The rotor blade C / 2 is attached around the blade support C / 1. In FIG. 12, a trilobal helical rotor blade C / 2 is depicted, but a plurality of blade surfaces are used according to the air volume and pressure of the air supply. FIG. 12A shows a front view of the rotor blade, and FIG. 12B shows a cross-sectional view taken along the arrow in FIG.

回転翼のヘリカルアングルα2−1は、気体の風量・圧力により10°から45°の範囲に値を選択する。また、補助回転翼C/3のヘリカルアングルα’3−1は、30°程度である。
回転翼の外周囲には、補強円筒C/4が装着される。その形は、図11に示すごとく、回転翼C/2の補強と補助回転翼C/3の支持を目的とした円筒である。回転翼が高速に回ると、吸入気体C/14は、回転軸に沿って流入する。気体流を円滑にするために、整流ヘッドC/1−1を装着するが、回転翼周辺に渦流C/14−1と逆流C/14−2が現れる。圧縮機の効率を向上させるには、この渦流と逆流を減少させることが必要である。
渦流に対する対策は、翼断面の工夫が不可欠であるが、逆流C/14−2の減少を意図するには、補助翼C/3に依る対抗流C/14−3の創出が有効である。
The helical angle α2-1 of the rotor blade is selected in the range of 10 ° to 45 ° depending on the gas volume and pressure. Further, the helical angle α′3-1 of the auxiliary rotor blade C / 3 is about 30 °.
A reinforcing cylinder C / 4 is mounted on the outer periphery of the rotor blade. As shown in FIG. 11, the shape is a cylinder for the purpose of reinforcing the rotor blade C / 2 and supporting the auxiliary rotor blade C / 3. When the rotor blades rotate at high speed, the intake gas C / 14 flows along the rotation axis. In order to smooth the gas flow, the rectifying head C / 1-1 is mounted, but the vortex C / 14-1 and the backflow C / 14-2 appear around the rotor blades. In order to improve the efficiency of the compressor, it is necessary to reduce this vortex and backflow.
As countermeasures against eddy currents, it is indispensable to devise the blade cross section, but in order to reduce the backflow C / 14-2, it is effective to create the counterflow C / 14-3 by the auxiliary blade C / 3.

比較的小型の多段回転翼ターボガス圧縮機が実用化するには、回転翼の回転数を高める必要がある。したがって、高速回転軸潤滑方法の高度化が不可欠である。
図11では、回転翼C/2への回転導入に、シャフトC/7、ベアリングC/8、ギアC/9、回転導入軸C/10を経て、外部から回転動力を導入させている。さらなる高速回転では、ギアC/9を廃して、高速回転電動機の回転子をシャフトC/7へ直結する方法も考えられるが、回転軸受けには、ボールベアリング乃至は油膜を使う浮遊軸受けなどが使われる。その場合には、潤滑油C/15を、潤滑油導入軸C/6を経て、軸受け部C/5内部へ、取付円筒C/17の外部から注入することが不可欠である。
In order to put a relatively small multistage rotary blade turbo gas compressor into practical use, it is necessary to increase the rotational speed of the rotary blade. Therefore, it is indispensable to upgrade the high-speed rotating shaft lubrication method.
In FIG. 11, rotational power is introduced from the outside through the shaft C / 7, the bearing C / 8, the gear C / 9, and the rotation introduction shaft C / 10 for the rotation introduction to the rotary blade C / 2. For further high-speed rotation, a method of eliminating the gear C / 9 and directly connecting the rotor of the high-speed rotary motor to the shaft C / 7 is also conceivable. However, a ball bearing or a floating bearing using an oil film is used for the rotary bearing. Is called. In that case, it is essential to inject the lubricating oil C / 15 from the outside of the mounting cylinder C / 17 into the bearing portion C / 5 through the lubricating oil introduction shaft C / 6.

多段回転翼ターボガス圧縮機では、圧縮の後段になるに従い、周囲に流通する気体の圧力が高まる。その圧力雰囲気に接する軸受け部には、同様に圧力が高まるが、軸受け部C/5を介しての気体、潤滑油C/15の循環に伴う気体の外部への漏れは、圧縮機の作動効率低下をもたらす。
一方、潤滑油の作動圧力が圧縮気体の圧力を超えると、潤滑油の気体中への拡散が問題になる。一般には、回転軸へガスケットを装着して、流体の相互流通を阻止するのだが、高速回転軸では、作動効率の減少だけでなく、摩擦に依る温度上昇が致命的である。
In a multistage rotary blade turbo gas compressor, the pressure of the gas that flows around increases as the compression stage is reached. The pressure is similarly increased in the bearing portion in contact with the pressure atmosphere. However, leakage of gas through the bearing portion C / 5 and gas due to the circulation of the lubricating oil C / 15 may cause the operating efficiency of the compressor. Bring about a decline.
On the other hand, when the operating pressure of the lubricating oil exceeds the pressure of the compressed gas, diffusion of the lubricating oil into the gas becomes a problem. In general, a gasket is attached to the rotating shaft to prevent mutual flow of fluids. However, in a high-speed rotating shaft, not only the operating efficiency is reduced, but also the temperature rise due to friction is fatal.

従来、このような状況では、非接触的なガスケットであるラビリンスパッキングが使われていた。回転軸とその周囲の固定円筒の内部へ、狭隘な通路を設け、気体に対する流体抵抗を増加して、そこへ、気体や潤滑油を回転軸の遠心力で封止して、気体の回転軸に沿った漏洩を減殺することに意を用いた。
本発明においても、図11に示す狭隘間隙C/12,C/13は、ラビリンスパッキングの構造が用いられている。しかし、間隙C/11の場合には、翼支持体C/1と軸受け部C/5の間隙にある非接触部分には、ラビリンス構造は使えない。
そこで、本発明では、間隙C/11の前後に於ける気体の圧力を、積極的に同じ値に保持する方法を導入した。
Conventionally, in such a situation, labyrinth packing, which is a non-contact gasket, has been used. A narrow passage is provided inside the rotating shaft and the surrounding fixed cylinder to increase the fluid resistance against gas, and gas and lubricating oil are sealed there by the centrifugal force of the rotating shaft. He used his intention to reduce leakage along the line.
Also in the present invention, a labyrinth packing structure is used for the narrow gaps C / 12 and C / 13 shown in FIG. However, in the case of the gap C / 11, the labyrinth structure cannot be used in the non-contact portion in the gap between the blade support C / 1 and the bearing portion C / 5.
Therefore, in the present invention, a method of positively maintaining the gas pressure before and after the gap C / 11 at the same value is introduced.

図13に、潤滑油系の概要を示す。
軸受け部C/5には、翼支持体C/1,シャフトC/7,ベアリングC/8などの要素が取り付けられており、潤滑油C/15は、狭隘間隙C/13と油通路C/15−11を経て、潤滑油タンクC/15−2へ環流する。潤滑油タンクC/15−2内部には、潤滑油C/15と、環境空気が混在する定温に維持された混合状態C/15−3が存在する。その混合潤滑油は、任意のポンプC/15−5で、油送管C/15−4を経て、油圧ポンプC/15−7へ導入される。
FIG. 13 shows an outline of the lubricating oil system.
Elements such as a blade support C / 1, a shaft C / 7, and a bearing C / 8 are attached to the bearing portion C / 5, and the lubricating oil C / 15 is contained in a narrow gap C / 13 and an oil passage C /. It returns to lubricating oil tank C / 15-2 via 15-11. In the lubricating oil tank C / 15-2, there is a mixed state C / 15-3 maintained at a constant temperature where the lubricating oil C / 15 and environmental air are mixed. The mixed lubricating oil is introduced into the hydraulic pump C / 15-7 through an oil feed pipe C / 15-4 by an arbitrary pump C / 15-5.

油圧ポンプC/15−7は、アルキメデスポンプなどの高圧ポンプが使われる。ポンプの駆動には、サーボモーターC/15−6などが使われている。
油圧ポンプC/15−7で加圧された混合潤滑油は、潤滑油導入軸C/6の先端に装着されたノズルC/15−8を経て、軸受け部C/5の内部の圧力空間へ噴霧状態C/15−1で給油される。軸受け部C/5の内部圧力は、圧縮気体圧力と同じに維持されるように制御される。噴霧状の潤滑油は、軸受け部内部にある軸受けや回転軸などの局部に付着して凝縮液化する。液化した潤滑油は、再び、狭隘間隙C/13などを経て、潤滑油タンクC/15−2へ環流する。
The hydraulic pump C / 15-7 is a high pressure pump such as an Archimedes pump. A servo motor C / 15-6 or the like is used for driving the pump.
The mixed lubricating oil pressurized by the hydraulic pump C / 15-7 passes through the nozzle C / 15-8 attached to the tip of the lubricating oil introduction shaft C / 6 and enters the pressure space inside the bearing portion C / 5. Refueling is performed in the spray state C / 15-1. The internal pressure of the bearing portion C / 5 is controlled so as to be maintained the same as the compressed gas pressure. The spray-like lubricating oil adheres to local parts such as a bearing and a rotating shaft inside the bearing portion and is condensed and liquefied. The liquefied lubricating oil flows again to the lubricating oil tank C / 15-2 through the narrow gap C / 13 and the like.

軸受け部内部空間の圧力を圧縮気体圧力と同じ値に制御するために、圧力検出器C/16を導入する。
圧力検出器C/16は、図11に例示したように、ターボガス圧縮機の取付円筒内に於ける、対応する圧力段の軸受付近の、流体圧縮空間C/15−12と、軸受け部C/5の内部空間へ、それぞれ、設置される。
圧力検出器C/16の概要は、図14に示すが、その電気的出力は、検出増幅器C/15−9を経て、差動信号C/15−10となって、サーボモーターC/15−6へ伝達され、軸受け空間の噴霧圧力出力として、フィードバックされる。フィードバックの効果は、軸受け部内・外の圧力差が零になる方向へ作動するので、ターボ圧縮機が作動に入り、潤滑油循環系が作動に入れば、間隙C/11を通過する気体、潤滑油などの漏洩は抑制され、圧力漏れ潤滑油漏れはなくなる。
In order to control the pressure in the bearing section internal space to the same value as the compressed gas pressure, a pressure detector C / 16 is introduced.
As illustrated in FIG. 11, the pressure detector C / 16 includes a fluid compression space C / 15-12 in the vicinity of the bearing of the corresponding pressure stage in the mounting cylinder of the turbo gas compressor, and a bearing portion C / 5 are installed in the internal space.
The outline of the pressure detector C / 16 is shown in FIG. 14. The electrical output of the pressure detector C / 16 passes through the detection amplifier C / 15-9 to become a differential signal C / 15-10, and the servo motor C / 15- 6 and fed back as the spray pressure output of the bearing space. The effect of the feedback is that the pressure difference between the inside and outside of the bearing part is zero. Therefore, if the turbo compressor enters the operation and the lubricating oil circulation system enters the operation, the gas passing through the gap C / 11, lubrication Leakage of oil and the like is suppressed, and pressure leakage lubricating oil leakage is eliminated.

図14に、圧力検出器の概要を示す。
検出器容器C/16−1は、非腐食性金属である。絶縁循環油用の口金C/16−2が、入出力位置に付けられている。口金C/16−2には、帯電防止用のフィルターC/16−3が装着されている。電気信号接続用フランジC/16−4には、信号端子C/16−16がある。圧力変換用の伸縮ベロウズC/16−5は、フランジC/16−6へ装着され、検出容器C/16−1へ取り付ける。圧電変換素子C/16−7には、ロッシェル塩やチタン酸バリュームなどの単結晶が使われる。この素子の検出両面には、検出素子端子C/16−8が取り付けられている。圧力検出側には、セラミック体C/16−9が接し、軟金属座C/16−11を介して、伸縮ベロウズC/16−5に接している。
FIG. 14 shows an outline of the pressure detector.
Detector vessel C / 16-1 is a non-corrosive metal. A base C / 16-2 for insulating circulating oil is attached to the input / output position. An antistatic filter C / 16-3 is attached to the base C / 16-2. The electrical signal connecting flange C / 16-4 has a signal terminal C / 16-16. The expansion / contraction bellows C / 16-5 for pressure conversion is attached to the flange C / 16-6 and attached to the detection container C / 16-1. A single crystal such as Rochelle salt or titanium titanate is used for the piezoelectric transducer C / 16-7. Detection element terminals C / 16-8 are attached to both detection surfaces of the element. The ceramic body C / 16-9 is in contact with the pressure detection side, and is in contact with the expandable bellows C / 16-5 through the soft metal seat C / 16-11.

検出素子の他端には、圧力設定用セラミック座C/16−10と、圧力設定用の螺子C/16−12がある。この設定用の螺子は、検出容器C/16−1に嵌合し、その圧力調整を行った後は、気密ガスケットC/16−14を持つ密閉螺子蓋C/16−13で固定する。
圧力検出信号は、検出素子端子C/16−8から延びるリード線C/16−15を介して、信号端子C/16−16へ接続される。不可欠なことは、容器内が絶縁循環油C/16−17で充満されることと、その絶縁循環油が帯電しないように、帯電除去フィルターC/16−3で容器に接地されていることである。
At the other end of the detection element, there are a pressure setting ceramic seat C / 16-10 and a pressure setting screw C / 16-12. The setting screw is fitted into the detection container C / 16-1, and after the pressure is adjusted, the screw is fixed by a sealed screw lid C / 16-13 having an airtight gasket C / 16-14.
The pressure detection signal is connected to the signal terminal C / 16-16 via a lead wire C / 16-15 extending from the detection element terminal C / 16-8. What is indispensable is that the inside of the container is filled with the insulating circulating oil C / 16-17 and that the insulating circulating oil is grounded to the container by the charge removal filter C / 16-3 so that the insulating circulating oil is not charged. is there.

図15に、本発明にかかわる水熱発電システムの概要を示す。
図中(4e)が、本発明のターボガス圧縮機であるが、順に解説する。
固体ボイラー1eは、水蒸気発生用の化石燃料を使わないボイラーである。空気圧縮機2eは、水蒸気搬送用の圧縮機であり、ターボ方式が用いられる。また、空気圧縮機2eは、装置稼働の当初は外部電力7eで駆動されるが、発電システムが稼働に入れば、発電機6eの出力に切り替わり、発電機6eで単独に、自励的に駆動される。空気入力は、周囲の環境空気14eと復水器からの回収大気11eである。また、環境空気14eの持つエネルギーも、応分の入力エネルギーとなっている。
FIG. 15 shows an outline of a hydrothermal power generation system according to the present invention.
(4e) in the figure is the turbo gas compressor of the present invention, which will be described in order.
The solid boiler 1e is a boiler that does not use fossil fuel for steam generation. The air compressor 2e is a compressor for transporting water vapor, and a turbo method is used. The air compressor 2e is driven by the external electric power 7e at the beginning of the operation of the apparatus. However, when the power generation system is in operation, the air compressor 2e is switched to the output of the generator 6e, and is independently driven by the generator 6e. Is done. The air input is ambient ambient air 14e and recovered atmosphere 11e from the condenser. Also, the energy of the environmental air 14e is appropriate input energy.

ターボガス圧縮機4eは、本文にて解説してあるので此処での説明は省略するが、断熱圧縮に伴う廃熱出力は温水を造るために回収され、その温水エネルギーが、温水タンク3eへ蓄積される。蒸気タービン5eの動力源は、蒸気と搬送空気の混合ガスであり、そのエネルギーを機械的回転運動に変換するものであり、従来の蒸気タービンに比べて、高効率化の新案が施されている。その高速回転出力は、発電機6eに直結している。発電機出力は、内部使用電力12eと外部出力13eに分かれる。   Since the turbo gas compressor 4e is described in the text, the description thereof is omitted here, but the waste heat output accompanying the adiabatic compression is recovered to produce hot water, and the hot water energy is accumulated in the hot water tank 3e. The The power source of the steam turbine 5e is a mixed gas of steam and carrier air, which converts the energy into a mechanical rotational motion, and a new scheme for higher efficiency is applied compared to the conventional steam turbine. . The high-speed rotation output is directly connected to the generator 6e. The generator output is divided into internal power consumption 12e and external output 13e.

温水タンク3eへ、初期エネルギーである外部電力7e及び環境水温入力エネルギー8eが準備される。加えて、ターボガス圧縮機4eから加温された温水9eと、蒸気タービン5eに附属する復水器からの温水10eが加わる。環境水温入力エネルギー8eは、外部へ出力される外部供給電力13eと、装置内で回収不可能な発散エネルギーを補うものである。系全体が外部電力を切り離し、自立的モードで動作を継続するには、各所の機器が、高いエネルギー効率で作動することが必須条件である。
上述の説明を要約すれば、装置からの外部供給電力13eは、装置の環境水温入力エネルギー入力8eに整合したものである。そして、内部使用電力12eは、初期入力で装置内に蓄積されるエネルギーに相当するものと言える。この作動を確保するには、ことに、ターボガス圧縮機4eの性能向上が不可欠な条件である。
External power 7e and environmental water temperature input energy 8e as initial energy are prepared in the hot water tank 3e. In addition, hot water 9e heated from the turbo gas compressor 4e and hot water 10e from a condenser attached to the steam turbine 5e are added. The environmental water temperature input energy 8e supplements the externally supplied power 13e output to the outside and the divergent energy that cannot be recovered within the apparatus. In order for the entire system to disconnect external power and continue to operate in a self-sustaining mode, it is essential that equipment at each location operate with high energy efficiency.
In summary, the external supply power 13e from the device is consistent with the environmental water temperature input energy input 8e of the device. And it can be said that the internal power consumption 12e corresponds to the energy stored in the apparatus at the initial input. In order to ensure this operation, improvement of the performance of the turbo gas compressor 4e is an indispensable condition.

機器が稼働に入れば、ターボガス圧縮機4eから排出される廃熱エネルギーと、それに依り加温された温水9eと、発電機6eを駆動した蒸気タービン5eから流出した復水器からの温水10eと、発電機6eから供給される内部使用電力12eが、温水タンク3eへ総合して入力される。
蒸気発生器の動作は、別件で詳述するので説明は省略するが、温水タンク3eからの低温度飽和蒸気3Eを、空気圧縮機2eからの搬送空気2Eで固体ボイラー1eへ入力し、固体ボイラー1e内の反応で、高温度高圧気体1Eとしてターボガス圧縮機4eへ供給する、そして安定的に自立発電が持続する。
If the equipment is put into operation, the waste heat energy discharged from the turbo gas compressor 4e, the hot water 9e heated accordingly, and the hot water 10e from the condenser flowing out from the steam turbine 5e driving the generator 6e, Internally used electric power 12e supplied from the generator 6e is input to the hot water tank 3e in a comprehensive manner.
Since the operation of the steam generator will be described in detail in another case, the description thereof is omitted. However, the low temperature saturated steam 3E from the hot water tank 3e is input to the solid boiler 1e by the carrier air 2E from the air compressor 2e, and the solid boiler is used. 1e is supplied to the turbo gas compressor 4e as the high-temperature high-pressure gas 1E by the reaction in 1e, and the self-sustained power generation is stably maintained.

(ウォータージャケット)
以下、ウォータージャケットについて説明する。
太陽熱集光方式の洋上発電船(特許文献1を参照)に関連して創造した本発明は、化石燃料を殆ど使用せずに、低温エネルギーを高温エネルギーに転化して供給する方法に関する。
また、ウォータージャケットWJは、発電用に使われるばかりでなく、一般家屋の暖房や冷房用に使われるアクティブ壁面として、建築産業などへの応用が見込まれる。
(Water jacket)
Hereinafter, the water jacket will be described.
The present invention created in connection with a solar power concentrating offshore power generation ship (see Patent Document 1) relates to a method of converting low-temperature energy into high-temperature energy and supplying it with almost no fossil fuel.
Further, the water jacket WJ is not only used for power generation, but is expected to be applied to the construction industry as an active wall surface used for heating and cooling of ordinary houses.

太陽光集光方式の考案(例えば、特許文献1を参照)では、高温のエネルギータンクから漏洩するエネルギーを回収するシステムを導入して、エネルギー利用の効率化を図っているが、蒸気発生炉、高温蒸気の輸送経路、蒸気タービン、発電機など、一般的機器が作動中に発熱することに対する配慮が少ない。
本発明は、それら一般の機器が発熱することに注目したものである。さらに、一般機械類が、作動中に不可避的に発生する廃熱エネルギーに注目すると、直ちに再利用できないまでも、その経済的価値は無視することができないものであることが理解できる。本発明は、そこに着想した。
In the idea of the sunlight condensing method (for example, see Patent Document 1), a system for collecting energy leaking from a high-temperature energy tank is introduced to improve the efficiency of energy use. There are few considerations for heat generation during operation of general equipment such as high-temperature steam transportation routes, steam turbines, and generators.
The present invention focuses on the fact that these general devices generate heat. Further, when attention is paid to waste heat energy that is inevitably generated during operation of general machinery, it can be understood that its economic value cannot be ignored even if it cannot be reused immediately. The present invention was conceived there.

一般に用いられる蓄熱方法は、蓄熱媒体内部に発熱源を配し、蓄熱媒体を熱伝導が低い外周機材で囲う(例えば、「特開2012−72928公報」を参照)。保温による熱エネルギーは、内部に配した熱媒体環流の配管を介して外部へ取り出される。または、保温した熱エネルギーそのものを利用する携帯用懐炉の如きは、外周を熱的に安定で熱伝導が高い材料で囲み商品化がなされている。これらの場合は、発熱源が蓄熱体内部に設けられる。   In a heat storage method generally used, a heat source is arranged inside the heat storage medium, and the heat storage medium is surrounded by peripheral equipment having low heat conduction (for example, refer to “JP 2012-72928 A”). The heat energy generated by the heat insulation is extracted to the outside through a heat medium recirculation pipe disposed inside. Or a portable squirrel that uses the heat energy itself that has been kept warm has been commercialized by surrounding the outer periphery with a material that is thermally stable and highly conductive. In these cases, the heat source is provided inside the heat storage body.

蓄熱媒体の外部に発熱源を配する蓄熱装置では(例えば、「特開2012−78010公報」を参照)、液体蓄熱材を擁する蓄熱槽を設け、蓄熱槽内面を熱伝導の良い材質で構成して、蓄熱槽外部に発熱源を配する構造を形成する。この場合、熱エネルギー伝導は、熱伝導の原理である対流・伝導・輻射の三形態の内、主に、発熱源と蓄熱槽を構成物質のフォノン振動の伝導により達成されている。   In a heat storage device in which a heat generation source is arranged outside the heat storage medium (see, for example, “JP 2012-78010 A”), a heat storage tank having a liquid heat storage material is provided, and the inner surface of the heat storage tank is made of a material having good heat conduction Thus, a structure in which a heat source is arranged outside the heat storage tank is formed. In this case, thermal energy conduction is achieved mainly by conduction of phonon vibrations of constituent materials of the heat source and the heat storage tank among the three forms of convection, conduction, and radiation, which are the principles of heat conduction.

ウォーターパネル(以下、「WP」と記載する場合がある)と、その集合体であるWJの形態については、図の説明で詳細に示すが、その物理的形態を創造的に実施し活用するための必要条件として、市場経済的な側面が相応に整備される事が望ましく、それを此処で指摘したい。創造的な新技術であるWJを開発するに際し、素材や工具を調達することが難しい現実に直面したのである。   The form of the water panel (hereinafter sometimes referred to as “WP”) and the form of WJ, which is an aggregate thereof, will be described in detail in the description of the figure, but in order to creatively implement and utilize the physical form As a necessary condition, it is desirable that the market economic aspect should be properly developed, and I would like to point out here. When developing WJ, a creative new technology, we faced the reality that it was difficult to procure materials and tools.

以前、日本の家電産業興隆期には、東京秋葉原に無数といえるような部品機材を扱う小商人が雲集していた。そこでは、訳の分からないような機材までが取引されていて、若いエンジニアの卵達の好奇心を刺激していた。あらゆる種類の部品や工具を見いだすチャンスがあった。今日は家電産業が斜陽で秋葉原の電気街は衰退し、時代の主役が代わって、人形フィギュアや観光土産が屋台を広げる遊興の街へと変質し、創造的街としての姿は消滅している。今日では創造的部品や工具を手に入れるには、インターネットなどを使うしか手がない。そのオタク的ネット社会は、便利である反面、昔の秋葉原的な人間的交流による創造的刺激の場を失っていると言えるのである。それは、現代の大量生産的経済社会的動向におおいに左右され、其処では、便利さが有る反面、創造的かつ専門的な材料や工具を調えることができないという現実がある。   Previously, during the rise of the Japanese consumer electronics industry, there were a lot of small merchants dealing with countless parts and equipment in Akihabara, Tokyo. There was a trade in equipment that I couldn't understand, which stimulated the curiosity of the young engineer's eggs. There was a chance to find all kinds of parts and tools. Today, the electronics industry in Shaoyang and the electric town in Akihabara has declined, the hero of the era has changed, and puppet figures and tourism souvenirs have transformed into entertainment towns that spread stalls, and the appearance as a creative town has disappeared . Today, the only way to get creative parts and tools is through the Internet. The geek-like Internet society is convenient, but it can be said that it has lost the place of creative stimulation by the old Akihabara-like human interaction. It depends greatly on modern mass-productive socio-economic trends, where there is the reality that it is convenient, but creative and specialized materials and tools cannot be prepared.

そこで、改めて、一般に新しいエネルギー活用技術とその応用範囲を広げる一工夫として、WP及び配管部品の規格サイズ化が望まれる。また、このWPには、温水だけでなく冷水も環流させるので、環流させる機器が一般向けに使いやすい形態で開発され、昔の秋葉原電気街の如くに、猥雑で混沌とした世界ではあったが創造性が発芽する場があって、諸々の機材部品が低価格で市場に供給される必要が出てくるであろう。   Therefore, it is desired that the WP and piping parts have a standard size as a new idea to expand new energy utilization technology and its application range. In addition, this WP circulates not only hot water but also cold water, so the equipment to be circulated was developed in a form that is easy to use for the general public, and it was a complicated and chaotic world like the old Akihabara Electric Town. There will be places where creativity will emerge, and various equipment parts will need to be supplied to the market at low prices.

WP、そして、WJの有用性が、一般市民に啓蒙普及徹底すれば、爆発的な需要が生まれる可能性がある。今回は、水熱発電を可能にする為の廃熱回収を目的に開発研究が行われたが、配管部品がなかなか手に入らない市場の状況を実感した。現在の配管部品は、水道用、瓦斯用、高圧空気用、油潤滑剤の輸送用に分類され、そのサイズにも、それぞれ、独自の規格があって、相互に利用をすることが困難である。例えば、配管の太さについては、16ミリ、15.88ミリ、15ミリなどと近い寸法であっても、それに見合う配管部品は相互に組み合わせができない。しかも、日常的に売れ筋商品以外は店頭に無い。注文して取り寄せという術もあるのだが、注文して入手するまでの時間が待てず、創造の瞬間が失われるのである。   If the usefulness of WP and WJ is thoroughly disseminated to the general public, explosive demand may arise. This time, development research was conducted with the goal of recovering waste heat to enable hydrothermal power generation, but I realized the situation in the market where piping parts were not readily available. Current piping parts are classified into water supply, gas use, high-pressure air use, and oil lubricant transport, and their sizes have their own standards, making it difficult to use each other. . For example, even if the pipe thickness is close to 16 mm, 15.88 mm, 15 mm, etc., pipe parts corresponding to the dimensions cannot be combined with each other. In addition, there are no other items that are sold well on a daily basis. There is a way to order and order, but you can't wait for the time to order and get it, and the moment of creation is lost.

仕方がないので、鑢で削るなどの自作の手間がかかった等の不便があり、それが、業界会社の専門性を確立し、業社同士の差別化を図る手段になっていることは理解できるが、WP、WJが広く世間に普及する妨げに成るであろう。これも、WJなどの有用性が一般市民社会に普及すれば、自ずと改善されると信ぜられる。そして、新たなる自給自足文化が生まれる契機となるに違いない。現時点では大量資材販売店には、水道部品のコーナーがあるが、水道用の機材だけでは、温水や冷水、又高温流体を自由に扱うことは難しい。   Since there is no help for it, there is inconvenience such as it took time and effort of self-made such as shaving, and it is understood that it is a means to establish the expertise of industry companies and to differentiate between companies Yes, but it will be a hindrance to widespread use of WP and WJ. It is believed that this will naturally improve if the usefulness such as WJ spreads to civil society. And it must be an opportunity to create a new self-sufficiency culture. At present, there are corners for water supply parts in mass-material stores, but it is difficult to handle hot water, cold water, and high-temperature fluid freely with water supply equipment alone.

大量生産的な形式化した今日の学校教育においても、流体力学を世間的に易しく解説するカリキュラムなどは存在しない現状がある。それは、教育担当の先生方が自宅の家庭用水道の蛇口以外に配管機器を扱う経験が少ないことに依っているので、WP、WJが一般世間に使われるようになれば、教育改革が急速に進むに違いない。しかし、これは、学校教育の問題と云うよりも、市民的な趣味の工作とも云うべき世界である。   Even in today's mass-productive formal school education, there is no curriculum that easily explains fluid dynamics in the world. The reason is that the teachers in charge of education are less experienced in handling plumbing equipment other than the faucet for home water supply at home, so if WP and WJ are used by the general public, educational reform will rapidly Must go. However, this is a world that should be called a civil hobby, rather than a problem of school education.

WP、そして、WJの製作は、個人が手軽に着手できる手頃な制作物と言えるのである。しかも、家構造を自ら改善する可能性を持って居る。一般社会が、WPやWJの有用性を認めて、規格化の普及を推進するごとき運動が興れば、国民的な社会経済を元気にする方針になり得る。しかし、規格というものは、商品が大量に普及し、品質を整える目的で統一したものに成るのだが、逆に、統一した理念で規格化が進めば、さらなる利用も普及する性質がある。   The production of WP and WJ can be said to be an affordable product that individuals can easily start. Moreover, it has the potential to improve the house structure itself. If the general society recognizes the usefulness of WP and WJ and promotes the spread of standardization, it can be a policy to revitalize the national social economy. However, standards are standardized for the purpose of promoting the mass distribution of products and improving quality, but on the contrary, if standardization progresses with a unified philosophy, it has the property that further use will become widespread.

だが、経済的な独占企業が規格を固定化することは、文化発展に好ましくない。多種多様な個性的な品物が普及することも大切である。卵が先か鶏が先かという話と類似している。誰かが事の推移を見守る必要はあるだろう。
今回の水熱発電に組み込まれたWP,WJの例を、図解で紹介する。
図16は、枠組み中に発電機器の取付状態を示すもので、水蒸気などの気体の圧力発生用圧縮機(コンプレッサー)W/1−1、動力発生用蒸気タービンW/1−3などの回転機械などが、その構成機器である。
However, it is not favorable for cultural development that an economic monopoly company fixes the standard. It is also important that a wide variety of unique items become popular. It is similar to the story of whether eggs are first or chickens first. Someone will need to keep track of things.
Examples of WP and WJ incorporated in this hydrothermal power generation are introduced with illustrations.
FIG. 16 shows the mounting state of the power generation equipment in the framework. Rotating machines such as a compressor (compressor) W / 1-1 for generating pressure of a gas such as water vapor and a steam turbine W / 1-3 for generating power Are the components.

圧縮機と蒸気タービンは、下側の機器取付底面鋼板(逆釜底板W/1−5)へ取り付けられ、圧縮機の軸(回転導入用モーターシャフトW/1−2)は、上側の機器取付上面鋼板(逆釜上面版W/1−6)から外部へ引き出され、蒸気タービンの軸(回転出力軸W/1−4)は、側面から外部へ取り出されている。枠組み構造から発生する熱は、後述するWJで回収するが、構造体(機器取付鋼製下部支柱W/1−7、機器取付鋼製脚W/1−8、機器取付鋼製上部支柱W/1−9)を伝って放散する熱エネルギーも、構造体に仕掛けるエネルギー回収用WJW/1−10を介し、そこへ、給水管W/1−11を経て給水した結果で得られる温水エネルギーは、温水回収管W/1−12を経て保温された温水エネルギータンクW/1−13で回収する。これにより、発生した熱エネルギーを、ことごとく回収する。   The compressor and the steam turbine are attached to the lower equipment mounting bottom steel plate (reverse pot bottom plate W / 1-5), and the compressor shaft (rotation introducing motor shaft W / 1-2) is attached to the upper equipment mounting. The upper surface steel plate (reverse pot upper plate W / 1-6) is pulled out, and the shaft of the steam turbine (rotary output shaft W / 1-4) is taken out from the side surface. The heat generated from the framework structure is recovered by WJ, which will be described later, but the structure (equipment mounting steel lower strut W / 1-7, equipment mounting steel leg W / 1-8, equipment mounting steel upper strut W / The heat energy dissipated through 1-9) is also supplied through the energy recovery WJW / 1-10 for the structure, and the hot water energy obtained as a result of water supply through the water supply pipe W / 1-11 is It collects with the warm water energy tank W / 1-13 kept warm through the warm water collection pipe W / 1-12. Thereby, all the generated thermal energy is recovered.

図17は、逆釜の構造を示すもので、圧縮機、蒸気タービンなどの機器を納めた部分の周囲や前後左右上下を、金属板(機器取付底面鋼板(逆釜底板W/1−5)、機器取付上面鋼板(逆釜上面板W/1−6)、逆釜鋼製前面板W/2−1、逆釜鋼製左側面板W/2−2、逆釜鋼製背面板W/2−3、逆釜鋼製右側面板W/2−4)で取り囲む過程を示している。機器が取付くのは上下鋼板のみで、前後左右の鋼板は、点検修理を容易にするため機器を取り付けないように区別してある。この六面の金属板が、逆釜の構造を成している。固定締ネジW/2−5としては、金属板を固定する複数本のネジを代表的に示す。   FIG. 17 shows the structure of a reverse hook, and a metal plate (equipment mounting bottom steel plate (reverse pot bottom plate W / 1-5) is provided around a part in which equipment such as a compressor, a steam turbine and the like are placed, and front, rear, left and right and up and down. , Equipment mounting upper surface steel plate (reverse hook top plate W / 1-6), reverse hook steel front plate W / 2-1, reverse hook steel left side plate W / 2-2, reverse hook steel rear plate W / 2 -3, the process of surrounding with the reverse hook steel right side plate W / 2-4). Only the upper and lower steel plates are attached to the equipment, and the front, rear, left and right steel plates are distinguished so that they are not attached to facilitate inspection and repair. This six-sided metal plate forms a reverse hook structure. As the fixing screw W / 2-5, a plurality of screws for fixing the metal plate are representatively shown.

図18は、逆釜外部連絡を示している。廃熱を生み出す機器は、逆釜の外にも不可避的に存在するので、其処で生み出される熱エネルギーも回収対象となる。逆釜外部に設置される回転力導入電動機W/3−5及び発電機W/3−4などからの熱出力も、発電用の圧縮機、蒸気タービンなどの逆釜内部機器と同様に、WJで取り囲む状況を示している。圧縮機や蒸気タービンなどの作業機械は、作動中にかなりのエネルギー損失を伴い発熱する。ことに、ガス圧縮機では、ガスを断熱圧縮するので著しい発熱がある。   FIG. 18 shows the reverse hook external communication. Equipment that generates waste heat inevitably exists outside the reverse kettle, so the heat energy generated there is also the subject of recovery. The heat output from the rotary power introduction motor W / 3-5 and the generator W / 3-4 installed outside the reverse kettle is also the same as that of the internal equipment of the reverse kettle such as a compressor for power generation and a steam turbine. The situation surrounded by is shown. Work machines such as compressors and steam turbines generate heat with considerable energy loss during operation. In particular, in a gas compressor, since gas is adiabatically compressed, there is significant heat generation.

蒸気タービンでは、水蒸気の内部エネルギーが、機械的エネルギーに転化する過程で、気体分子の運動として放散されるので、高温状態になる。発電機や電動機には、温度上昇に弱い絶縁体や高速運転の回転軸受けなどが組み込まれているので、不用意にこれらの発熱体を密閉空間に閉じ込めると、機器の作動が損なわれる。そこで、枢要な部分だけは、水冷する必要が生まれるので、水冷用の配管(水冷導入管W/3−1、温水送出管W/3−2)を経由して、導入水W/3−3を供給する。外部取付の発電機W/3−4、回転力導入電動機W/3−5にも、エネルギー回収用WJW/1−10が仕掛けてあり、冷却水の温度上昇の結果、回収した熱エネルギーは、温水タンクW/1−13へ回収し、エネルギー再生に活用する。   In the steam turbine, the internal energy of water vapor is dissipated as the movement of gas molecules in the process of converting into mechanical energy, and therefore, the steam turbine is in a high temperature state. Since generators and electric motors incorporate insulators that are vulnerable to temperature rise and rotary bearings that operate at high speed, carelessly confining these heating elements in a sealed space impairs the operation of the equipment. Therefore, since only the important part needs to be water-cooled, the water W / 3-3 is introduced via the water-cooling pipes (water-cooling introduction pipe W / 3-1, hot water delivery pipe W / 3-2). Supply. The externally mounted generator W / 3-4 and the rotational force introducing motor W / 3-5 are also equipped with WJW / 1-10 for energy recovery. As a result of the temperature rise of the cooling water, the recovered thermal energy is It is collected in the hot water tank W / 1-13 and used for energy regeneration.

図19は、ウォーターパネル取付の状態を示す。発電用作業機械を閉じ込めた金属筐体を取り囲むように、前後左右上下の6面に、底部WPW/4−1、上部WPW/4−2、前部WPW/4−3、左側面WPW/4−4、背面WPW/4−5、右側面WPW/4−6を取り付ける状況を示している。各WPは、逆釜へ、取付ネジW/4−7,W/4−8,W/4−9,W/4−10,W/4−11で固定される。回転軸W/1−2,W/1−4や、水冷配管W/3−1,W/3−2を、WPへ開けた穴W/4−12,W/4−13,W/4−14から、外部へ取り出す状況を示している。   FIG. 19 shows a state in which the water panel is attached. The bottom WPW / 4-1, upper WPW / 4-2, front WPW / 4-3, left side WPW / 4 are formed on six front, back, left, right, top, and bottom surfaces so as to surround the metal casing that encloses the power generation work machine. -4, the situation where the back WPW / 4-5 and the right side WPW / 4-6 are attached. Each WP is fixed to the reverse hook with mounting screws W / 4-7, W / 4-8, W / 4-9, W / 4-10, and W / 4-11. Holes W / 4-12, W / 4-13, W / 4 in which the rotary shafts W / 1-2, W / 1-4 and the water-cooled pipes W / 3-1, W / 3-2 are opened in the WP. It shows the situation of taking out from -14.

このように、金属板で取り囲んだ発熱体の周囲に水の壁を配すると、あたかも湯沸かし釜を裏返しにした如き状態が出現する。それは、昔使われた銅壷を思い起こすが、逆さ的な釜を現出しているのである。一般の暮らしで使われる薬缶が、金属容器の中に水を入れ、ガスコンロなどの発熱体の上で加熱して湯を沸かすのと反対の状況になっているので、逆釜(リバースケットル(RK))と呼称する。   Thus, when a wall of water is arranged around a heating element surrounded by a metal plate, a state appears as if a kettle is turned upside down. It reminds me of the old copper casket, but reveals an upside-down pot. A medicine can used in general life is in a situation opposite to putting water in a metal container and heating it on a heating element such as a gas stove to boil the hot water, so the reverse kettle (reverse kettle (RK) )).

図20はリバースケットルを構成する水の壁であるウォーターパネルWPを示している。
防水した布地で、二重板状の平面的空間(WP上部構造体W/5−1とWP底部構造体W/5−2)を作り、その中へ水を注入する。それは、水枕や湯たんぽなどに近い構造であるが、湯の温度が高いことや比較的大型であること、外部から熱エネルギーを収集する目的などがあるので、構造が特異的である。図に見られるように、逆釜内部からの回転軸などを引き出す窓を複数付ける場合があり、かつ内部水量が多いので、平板構造を維持するための支柱を内部に複数設置すること、並びに、複数のWPとの連結をするために給水接続口を複数取り付ける。その接続口は、WPの上面(温水連結接続口W/5−3)や側面(側面連絡口W/5−4)、時には、背面(背面連絡口W/5−5)にも配置する。図中に示す各部構造を、詳細に示す断面図(断面構造1W/5−6,図21参照)、(断面構造2W/5−7,図22参照)、(断面構造3W/5−8,図23参照)を用いて、以下に説明する。
FIG. 20 shows a water panel WP which is a water wall constituting the reverse kettle.
A double-plate-like planar space (WP upper structure W / 5-1 and WP bottom structure W / 5-2) is made of waterproof fabric, and water is poured into the space. It has a structure close to that of a water pillow or hot water bottle, but the structure is unique because of its high temperature, relatively large size, and the purpose of collecting heat energy from the outside. As can be seen in the figure, there are cases where multiple windows for pulling out the rotating shaft etc. from the inside of the reverse hook are attached, and since the amount of internal water is large, installing a plurality of struts for maintaining a flat plate structure inside, and A plurality of water supply connection ports are attached to connect with a plurality of WPs. The connection port is also arranged on the upper surface of the WP (warm water connection port W / 5-3), the side surface (side connection port W / 5-4), and sometimes the rear surface (rear connection port W / 5-5). Each sectional structure shown in the drawing is a cross-sectional view (cross-sectional structure 1W / 5-6, see FIG. 21), (cross-sectional structure 2W / 5-7, see FIG. 22), (cross-sectional structure 3W / 5-8, This will be described below with reference to FIG.

図21は、WPの断面構造詳細を示している。
WP上部構造体W/5−1は、丈夫な木綿や麻などの自然繊維を用いた布へ耐水耐熱ゴム系統の接着剤を塗り込み固定した素材を使い、その内側へ、厚み20μm程度のアルミニウムなどの赤外線反射用金属板W/6−1を張り付ける。これは、入射赤外線W/6−8のエネルギーを、WP内部の水に吸収させるためである。
FIG. 21 shows details of the cross-sectional structure of the WP.
The WP superstructure W / 5-1 uses a material made by applying a water-resistant and heat-resistant rubber adhesive to a cloth made of strong natural fibers such as cotton and linen, and aluminum with a thickness of about 20 μm inside. A metal plate W / 6-1 for infrared reflection such as is pasted. This is to absorb the energy of the incident infrared ray W / 6-8 in the water inside the WP.

WP底部構造体W/5−2は、金属板の裏打ちのない布を用い、入射赤外線W/6−8の入射窓を成す。素材の処理は、上部構造体と同じく、耐水耐熱ゴム系統の接着剤が塗り込められている。断面には、容器内外面を閉じる部分の断面を示しているが、縫製する前に、接着用耐熱耐水樹脂W/6−2を合わせ目に塗布して固定してから、縫製糸目W/6−3部分に、ミシン掛け、若しくは手縫いで固定する。更に、端面の縫製部分を保護し、かつ針目の目地を埋める処理として、補強用U字型金属板W/6−4を周囲に巡らせ、金属との接合が出来る金属接着用耐熱耐水樹脂W/6−5で固定する。その保護された端面の数カ所へ、固定締ネジW/2−5を通す穴を穿ち、そこへ貫通穴用鳩目W/6−6を入れて、逆釜鋼製面板W/2−1の取付ネジ穴W/6−7へ固定する。
WP内部の水または熱湯を外部のWPへ輸送するための口金は、図に示すようなフランジ付きの竹の子型、温水連絡接続口W/5−3の如きものを用い、容器内部から金属用耐熱耐水接樹脂W/6−5で固定する。
The WP bottom structure W / 5-2 uses a cloth without a metal plate backing and forms an incident window for incident infrared rays W / 6-8. The material is treated with a water-resistant and heat-resistant rubber adhesive like the upper structure. The cross section shows the cross section of the portion that closes the inner and outer surfaces of the container. Before sewing, the adhesive heat and water resistant resin W / 6-2 is applied and fixed to the seam, and then the sewing thread W / 6. -3 Secure the sewing machine with sewing machine or hand-sewing. Furthermore, as a process for protecting the stitched portion of the end face and filling the joints of the stitches, the heat-resistant and water-resistant resin W / for metal adhesion that can be joined to the metal by circulating the reinforcing U-shaped metal plate W / 6-4 around the periphery. Fix with 6-5. At several places on the protected end face, holes for passing the fixing screws W / 2-5 are drilled, and through holes W / 6-6 are inserted into the holes to attach the reverse steel plate W / 2-1. Fix to screw hole W / 6-7.
The base for transporting the water or hot water inside the WP to the outside WP uses a bamboo shooter with a flange, as shown in the figure, and a hot water connection port W / 5-3. Fix with water-resistant resin W / 6-5.

図22(a),(b)は、WPを貫通する穴を付ける場合の連絡口の構造を示す。
まず、耐熱耐水布製連絡円筒W/7−1を製作し、その両端面に、花びら型切れ目W/7−2を施し、花びら型フランジW/7−3を作り、円筒の重ね合わせ接合部W/7−4にて固定する。なお、符号W/7−5は、円筒に沿った直線縫合糸目である。
次いで、WPの穴へ挿入して円形縫合糸目W/7−6にて固定する。縫製後、WP内外壁面と円筒を接着用耐熱耐水樹脂W/6−2で内部から固定する。さらに、WPの外面に突き出た花びら型フランジW/7−3の縫製を保護するために、耐熱耐水外部保護円環布W/7−7を、接着用耐熱耐水樹脂W/6−2で貼り付けて固定する。
22 (a) and 22 (b) show the structure of the communication port in the case of attaching a hole penetrating WP.
First, a connecting cylinder W / 7-1 made of heat-resistant and water-resistant cloth is manufactured, and petal-shaped cut lines W / 7-2 are formed on both end faces thereof to form a petal-shaped flange W / 7-3. Fix with -7-4. In addition, the code | symbol W / 7-5 is a straight stitch line along a cylinder.
Next, it is inserted into the hole of the WP and fixed with a circular suture thread W / 7-6. After the sewing, the inner and outer wall surfaces of the WP and the cylinder are fixed from the inside with heat-resistant and water-resistant resin W / 6-2 for bonding. Furthermore, in order to protect the sewing of the petal-shaped flange W / 7-3 protruding to the outer surface of the WP, the heat-resistant and water-resistant external protective ring cloth W / 7-7 is pasted with the heat-resistant and water-resistant resin W / 6-2 for bonding. Attach and fix.

図23は、WP内外壁面の内側へ耐熱耐水圧布製補強リブW/8−1を取り付ける構造である。予め用意した、耐熱耐水処理をした布地で、補強リブを製作し、それを、壁面内側へ接着用耐熱耐水樹脂W/6−2で固定し、所定の位置を縫合糸目W/8−2で固定する。さらに、縫製の目地を無くすために、縫製部分へ接着剤用樹脂W/6−2を塗布する。WPに通水する場合の水圧は、3Kpa以下に抑える。3Kpaは、断面1平方センチの水柱高さにして30cmである。この水圧は、家庭用風呂桶の水圧相当である。市中の水道水は、水圧が2ないし3気圧(1気圧は100Kpaである)であり、2気圧では200Kpaに相当し、WPには、過大な引っ張り加重応力が壁面材料の内部に発生するので、水道水を直接通水することは避ける。但し、適当な減圧弁を用いればその限りではない。   FIG. 23 shows a structure in which a reinforcing rib W / 8-1 made of heat and water resistant pressure cloth is attached to the inside of the WP inner and outer wall surfaces. Reinforcement ribs are made of fabric prepared in advance with heat and water resistance treatment, and fixed to the inside of the wall surface with heat and water resistant resin W / 6-2 for adhesion, and a predetermined position is suture thread W / 8-2. Fix it. Further, in order to eliminate the joints for sewing, an adhesive resin W / 6-2 is applied to the sewing portion. The water pressure when water is passed through WP is suppressed to 3 Kpa or less. 3 Kpa is 30 cm in terms of the height of a water column with a cross section of 1 square centimeter. This water pressure is equivalent to the water pressure of a household bath tub. The tap water in the city has a water pressure of 2 to 3 atmospheres (1 atmosphere is 100 Kpa), which corresponds to 200 Kpa at 2 atmospheres, and WP generates excessive tensile load stress inside the wall material. Avoid direct tap water. However, this is not limited if an appropriate pressure reducing valve is used.

図24は、ウォータージャケットWJの構成を、ウォーターパネルWPで組み上げる様子を示している。
逆釜の上下前後左右をWPで取り囲み、それらをWJ連結管W/9−1で連結し、WJを構成した場面を示している。このWJへの水の供給は、下面に取り付けられた給水口へ、WJへの給水管W/9−2を通じて行う。通水圧力は、約3Kpa程度である。逆釜から放散されるエネルギーで内部から加熱されて温度が高まった温水は、上面のWP排水口へ接続されるWJからの温水輸送管W/9−3にて、外部へ排出される。採取された温水エネルギーは、温水エネルギータンクW/1−13へ蓄積して再利用される。
FIG. 24 shows how the structure of the water jacket WJ is assembled by the water panel WP.
The upper, lower, front, back, left, and right sides of the reverse hook are surrounded by WP, and they are connected by a WJ connecting pipe W / 9-1 to show a scene where the WJ is configured. The supply of water to the WJ is performed through a water supply pipe W / 9-2 to the WJ to a water supply port attached to the lower surface. The water pressure is about 3 Kpa. The hot water heated from the inside by the energy dissipated from the reverse kettle and raised in temperature is discharged to the outside through the hot water transport pipe W / 9-3 from the WJ connected to the WP drain outlet on the upper surface. The collected hot water energy is accumulated in the hot water energy tank W / 1-13 and reused.

(噴霧装置)
以下、噴霧装置について説明する。
図1に示す(固体ボイラー)へ効率良く飽和水蒸気を供給する蒸発装置として、本発明を創出した。液体の水を気体にする方法は、遍く知られているごとく、水を入れた容器を外部から加熱することであり、そのエネルギー源として、一般には、化石燃料もしくは化石燃料を使って発生させた電力が使われている。
本発明では、化石燃料を極力使わないで効率良く蒸気発生を行う方法に努力した。一般には、液体から気体への変換が技術的内容で、気液分離装置や動力用気体発生装置などが、主要な産業的応用分野であった(例えば、「特開1998−286304公報」を参照)。
(Spraying device)
Hereinafter, the spraying device will be described.
The present invention was created as an evaporation apparatus that efficiently supplies saturated water vapor to the (solid boiler) shown in FIG. As is widely known, the method of turning liquid water into a gas is to heat a container containing water from the outside, and the energy source is generally generated using fossil fuel or fossil fuel. Electricity is used.
In the present invention, an effort was made to efficiently generate steam without using as much fossil fuel as possible. In general, conversion from liquid to gas is technical, and gas-liquid separators and power gas generators have been the main industrial application fields (see, for example, “JP 1998-286304 A”). ).

蒸発現象を蒸発する水分子に注目して蒸発装置における水分子の挙動を熱力学的に概説する。
液体から気体へ至る相変化の過程に注目すると、液体中の原子もしくは分子が、周囲の分子との結合状態から解き放たれて、空間へ単独で飛び出す現象である。その為には、該当する分子または原子が、その外周液体部に存在する物質分子との分子間結合から相応のエネルギーを獲得し、高エネルギー状態になる必要がある。液体中に束縛されている状態で内部エネルギーが増大するにつれ高エネルギー状態になると、分子は、その重心周りに激しい熱運動状態に入るが、内部エネルギーが気化状態への閾値に至らない間は、分子温度は相変化を起こす沸点を越えない。その分子一個の運動は、液体中にある間、すなわち、分子間結合ボンドが切れない間は、重心周りの分子サイズの一定容積の空間に限定されている。
Focusing on the water molecules that evaporate the evaporation phenomenon, the behavior of water molecules in the evaporator is outlined thermodynamically.
Paying attention to the process of phase change from liquid to gas, it is a phenomenon in which atoms or molecules in the liquid are released from the bonding state with surrounding molecules and jump out into the space alone. For this purpose, the corresponding molecule or atom needs to acquire a corresponding energy from the intermolecular bond with the substance molecule existing in the peripheral liquid portion, and be in a high energy state. As the internal energy increases while constrained in the liquid, the molecule enters a vigorous thermal motion state around its center of gravity, but while the internal energy does not reach the vaporization threshold, The molecular temperature does not exceed the boiling point causing the phase change. The movement of one molecule is limited to a constant volume space of molecular size around the center of gravity while in the liquid, ie, while the intermolecular bond is not broken.

その分子運動エネルギーが、周囲気圧以下の飽和蒸気温度の蒸発点に達し、その状態での束縛エネルギーの閾値を越えると、沸点以下でも、振動により生じる圧力を外部空間へ発生しつつ、液体を離れて蒸発する。その結果、気化した熱運動分子の重心周りの並進運動は、周囲の物質と激しい衝突現象を発生する。分子内では、重心に結合している分子内原子の振動・回転運動は、重心の並進運動とは力学的に独立的とされてはいるが、この分子内活性化エネルギーは、周囲の衝突物質へも水分子内で発生する赤外線などで伝わるので、結果として、分子の重心周りの並進運動による衝突運動も、その分子内エネルギーの影響を受けることになる(例えば、「ポーリング:化学結合論(改訂版),共立出版(株),1971年6月発行」を参照)。   When the molecular kinetic energy reaches the evaporation point at the saturated vapor temperature below ambient pressure and exceeds the bound energy threshold in that state, the liquid leaves the liquid while generating the pressure generated by vibration to the external space even below the boiling point. Evaporate. As a result, the translational motion around the center of gravity of the vaporized thermokinetic molecules generates a violent collision phenomenon with surrounding materials. In the molecule, the vibration / rotation motion of the intramolecular atom bound to the center of gravity is considered to be mechanically independent from the translational motion of the center of gravity. As a result, the collisional motion due to the translational motion around the center of gravity of the molecule is also affected by the energy in the molecule (for example, “Pauling: Chemical bond theory ( Revised edition), Kyoritsu Publishing Co., Ltd., published in June 1971).

液体の水としての状況については、諸文献に見られるが、およその数値を当たってみると、液体中での隣接する分子間距離は、固体の場合と略同じで、おおよそ1nmである。隣りあった水分子間には、分子間力や水素結合力が働き相互の動きを束縛している。それは、あたかも、各分子がゴム紐で繋がれているようである。液体内でのマクロな水分子の運動は、粘性流体の原理で近似的に扱うことが出来る。液体各部の近接する分子がゆるく粘性力で結合して、液塊の運動を成すように運動が生じるが、連続弾性体の波動運動として表現できると言えよう(例えば、「比良・滝沢:流体力学の基礎と演習、廣川書店、1971年11月発行」を参照)。   Regarding the situation of liquid water, it can be found in various literatures. When approximate values are given, the distance between adjacent molecules in the liquid is approximately the same as in the case of a solid, approximately 1 nm. Between adjacent water molecules, intermolecular forces and hydrogen bonding forces act to constrain mutual movement. It seems as if each molecule is connected by a rubber string. Macroscopic movement of water molecules in a liquid can be handled approximately by the principle of viscous fluid. Molecules adjacent to each part of the liquid are loosely coupled by viscous force, causing movement to form a liquid mass, but it can be expressed as a wave motion of a continuous elastic body (for example, “Hira / Takizawa: Fluid Mechanics” And the basics and exercises of Yodogawa, published in November 1971).

容器に入れた水を外部から加熱すると、容器壁面から熱エネルギーを受容した水分子の重心周りの温度は、環境気圧下の定圧比熱で決まる温度となるが、容器の壁から遠ざかるにつれて、弾性的伝搬と放散で熱勾配が発生し、その距離に相応する液塊の温度差と、液塊サイズの分布が発生する。温度差は水分子の運動エネルギーの差であり、それが液塊の対流運動を生む。低温で液の粘度が高ければ、液塊サイズは大で、高温で粘度が下がれば、液塊サイズは小さくなり、さらさらと流動すると見られる。   When the water in the container is heated from the outside, the temperature around the center of gravity of the water molecule that has received heat energy from the container wall becomes the temperature determined by the constant-pressure specific heat under the ambient pressure, but as it moves away from the container wall, it becomes elastic. A thermal gradient is generated by propagation and dissipation, and a temperature difference of the liquid mass corresponding to the distance and a distribution of the liquid mass size occur. The temperature difference is the difference in the kinetic energy of water molecules, which gives rise to the convective motion of the liquid mass. If the viscosity of the liquid is high at low temperatures, the liquid mass size is large, and if the viscosity decreases at high temperatures, the liquid mass size is small and appears to flow more smoothly.

容器外部からの継続した加熱で液塊がさらに高温化し、沸点に近づくと、その液塊中における該当する分子一個周りの空間体積は、液体の場合の約1000倍に膨張し、直交三軸で表現すれば、隣接する分子間軸直線距離は、液体中のほぼ10倍の10nm近くになる。この値は、標準状態(摂氏零度、1気圧)で気体1mol体積22.4literの場合、アボガドロ数を考慮すれば、立方体の隣接分子が均等に整列している瞬間距離が5.57nmになる。日常の温度ではこの値が増加する事から、10nmは妥当な分布距離と言える。通常の分子のサイズは、およそ0.3〜0.5nmであるから、気体中ではガス体としての運動自由度が高まり、熱運動で空間を激しく動き回るのだが、それでも、気体中の隣接分子の距離は、精々10nm=0.01・mであることは、人間生活の日常での尺度(〜1m)の感覚から見れば、気体分子が空間にぎっしり詰まっているごとき状況と考えても不思議ではない。したがって、気体の運動状況は、連続物質の運動として、古典力学で近似的に表現できる(例えば、「理科年表:平成2年版」を参照)。   When the liquid mass further increases in temperature by continuous heating from the outside of the container and approaches the boiling point, the spatial volume around one molecule in the liquid mass expands to about 1000 times that in the case of liquid, If expressed, the axial distance between adjacent molecules will be nearly 10 nm, which is almost 10 times that in liquid. In the case of a standard state (zero degree Celsius, 1 atm) and a gas 1 mol volume of 22.4 liter, considering the Avogadro number, the instantaneous distance at which the adjacent molecules of the cube are evenly aligned is 5.57 nm. Since this value increases at daily temperatures, 10 nm can be said to be a reasonable distribution distance. Since the normal molecular size is about 0.3 to 0.5 nm, the degree of freedom of movement as a gas body increases in the gas, and it moves vigorously around the space by thermal motion. It is mysterious that the distance is 10nm = 0.01 ・ m at the most, considering the daily scale of human life (~ 1m), gas molecules are packed in space. Absent. Therefore, the motion state of a gas can be approximately expressed by classical mechanics as the motion of a continuous substance (see, for example, “Science Chronology: 1990 Version”).

水が蒸発する現象は、沸騰点以下の温度でも生じていることは周知である。分子の重心周りの振動が温度とともに激しくなり、分子と周囲の液体空間との距離が徐々に拡大する。気体の熱運動は激しいので分子間距離も相当に分布するが、日常の自然感覚で見れば、局所的気体分子の距離は、極めて密に近接している。それは、外気のガス分子間距離も同レベルなので、その沸騰する高エネルギー状態の水分子の内部エネルギーが気化の閾値を越えれば、隣接距離10nm以下の外気空間へ飛び出して行く。この事実から、外気ガスと液体内分子空間距離が同等になる事が、蒸発のエネルギー閾値を決めていると考えられる。外気圧力が1気圧下で沸騰点が100℃である訳は、水蒸気の蒸気圧が1気圧になり、その圧力下で空間的な分子距離が水蒸気と周囲気体とで同等になることで、水中のガスが周囲気中への飛翔が発生するのである。その時の閾値温度を100℃と定義した歴史が有ったことを想起する。   It is well known that the phenomenon of water evaporation occurs even at temperatures below the boiling point. The vibration around the center of gravity of the molecule becomes intense with temperature, and the distance between the molecule and the surrounding liquid space gradually increases. Since the thermal motion of the gas is intense, the intermolecular distance is also considerably distributed, but the distance of local gas molecules is very close when viewed from the natural sense of everyday life. Since the distance between gas molecules in the outside air is at the same level, if the internal energy of the boiling water molecules in the high energy state exceeds the vaporization threshold value, it jumps out to the outside air space with an adjacent distance of 10 nm or less. From this fact, it is considered that the energy threshold for evaporation is determined by the fact that the molecular space distance between the outside gas and the liquid is equal. The reason why the boiling point is 100 ° C. under an atmospheric pressure of 1 atm is that the vapor pressure of water vapor is 1 atm, and the spatial molecular distance is equal between water vapor and ambient gas under that pressure. This gas will fly into the surrounding air. Recall that there was a history of defining the threshold temperature at that time as 100 ° C.

通常は、温度計を、沸騰する液体の中、すなわち、液表面よりは下へ設置する。容器外から供給されるエネルギーは、熱振動となって、対流により液体中を温度計の壁面へも伝わる。沸点に近づくまでは、容器外部からの供給加熱エネルギーは、液体分子の熱振動とその振動分子を囲んだ液塊が対流となり、高温度の液塊は液体表面の界面へ上昇する。また、液塊表面温度が沸点に近づくと、激しく蒸発が始まり、分子が飛び出た液塊の温度は、分子放出で失ったエネルギー分低下して、液塊は対流で降下し、温度計表面へ達する。界面で分子の蒸発に依って上昇高温液塊と下降低温液塊が入り交じり、その平衡点が温度計に反映されると見られる。したがって、温度計の指示値は、蒸発界面の蒸発サイト温度より幾分か低温である。沸騰する液界面の温度は、直接には計測しがたい。しかし、熱電対などを数箇所に配置して平均を求めれば、応分に正確さを期せると思われる。界面での沸点に達した蒸発サイトでは、高温状態の液塊が集中し、周辺液塊から水素結合ボンドなどを介して供給される増加エネルギーは、蒸発分子の内部エネルギーとして伝わり、分子内部エネルギーが蒸発の閾値を越えると、分子は結合ボンドを離れて蒸発サイトを離脱し、蒸発分子としてエネルギーを持ち去る。そのあとの液塊付近は、エネルギーが一時低下するので温度平衡が崩れ、温度低下した液塊は水面下に降下する。液塊内でも、表面が高温で内部は温度が下がる。液塊が分布する液空間では、液塊の温度上昇と下降が生じ高温液塊が次々に現れて平衡状態が現れるので、沸騰表面に近い温度計表示は一定になる。それを越えた蒸発サイトからは、エネルギー的に結合エネルギーを越えた分子は外界へ飛び出し、新たなる沸騰温度に達した高温の液塊が界面へ現れる。液塊の大きさに反比例して、伝達されるエネルギーに対する液塊温度変化が生じるので、蒸発の割合は液塊が小さいほうが高いと言える。それは、液塊の重量当たりの表面積が大きいほうが、蒸発しやすいこととも関係がある。その比表面積が蒸発の指標で、バルクよりも薄いフィルム状、フィルムより粒子状の液体が、蒸発効率が高いことは現実である(例えば、「特開2007−101150公報」,「特開2003−246605公報」を参照)。   Usually, the thermometer is installed in the boiling liquid, that is, below the liquid surface. The energy supplied from outside the container becomes thermal vibration and is transmitted to the wall surface of the thermometer through the liquid by convection. Until the boiling point is approached, the supply heating energy from the outside of the container convects the thermal vibration of the liquid molecules and the liquid mass surrounding the vibration molecules, and the high temperature liquid mass rises to the interface of the liquid surface. Also, when the liquid surface temperature approaches the boiling point, evaporation begins violently, the temperature of the liquid mass from which the molecules jumped out decreases by the energy lost by the molecular release, and the liquid mass descends by convection to the thermometer surface. Reach. The rising hot liquid mass and the falling cold liquid mass intermingle at the interface due to the evaporation of molecules, and the equilibrium point is reflected in the thermometer. Therefore, the indicated value of the thermometer is somewhat lower than the evaporation site temperature at the evaporation interface. The temperature at the boiling liquid interface is difficult to measure directly. However, if thermocouples are placed in several places and the average is obtained, it seems that accuracy can be expected. At the evaporation site that has reached the boiling point at the interface, the liquid mass in the high temperature state concentrates, and the increased energy supplied from the surrounding liquid mass via hydrogen bond bonds etc. is transmitted as the internal energy of the evaporated molecule, and the internal energy of the molecule is When the evaporation threshold is exceeded, the molecule leaves the bond bond, leaves the evaporation site, and takes away energy as an evaporated molecule. In the vicinity of the liquid mass after that, since the energy is temporarily reduced, the temperature equilibrium is broken, and the liquid mass whose temperature is lowered falls below the water surface. Even inside the liquid mass, the surface is hot and the temperature drops inside. In the liquid space in which the liquid mass is distributed, the temperature of the liquid mass rises and falls, and the high temperature liquid mass appears one after another, so that an equilibrium state appears. Therefore, the thermometer display close to the boiling surface is constant. From the evaporation site beyond that, molecules that exceed the binding energy energetically jump out to the outside, and a high-temperature liquid mass that reaches a new boiling temperature appears at the interface. Since the liquid mass temperature changes with respect to the transmitted energy in inverse proportion to the size of the liquid mass, it can be said that the evaporation rate is higher when the liquid mass is smaller. This is also related to the fact that the larger the surface area per weight of the liquid mass, the easier it is to evaporate. It is a reality that the specific surface area is an index of evaporation, and a film-like liquid thinner than the bulk and a liquid in the form of particles are higher in evaporation efficiency (for example, “JP 2007-101150 A”, “JP 2003-2003 A”). 246605 publication ").

肉眼では見えないが、水分子は、酸素原子の周りに2個の水素原子が規則的に結合していることは公知である。水分子の運動は、その重心の並進運動と重心周りの水素原子の回転振動運動に分離されている。そして、水分子の並進熱運動で周囲の物質と衝突することが水蒸気圧力発生の原理で、その衝突圧力の大きさが温度表示定量の原理となり、その温度は、分子重心の並進運動エネルギーの表示とされている。水分子の重心に位置する酸素原子周りの水素原子の振動エネルギーは、並進運動とは直接関連しないと考えられ、水の温度表示には寄与しない潜熱の原理とされる。だが、その重心周りの水素原子の回転振動エネルギーは、水分子の周囲物質との結合、空間的電磁的相互作用から得るエネルギーで励起されている。比熱として表現される水分子の相互作用構造に依存するが、温度の増加が内部エネルギーを増加させ、その対数的表現が水分子のエントロピーを増加させ、並進運動も支配している。このエントロピーこそが、自然が与える変化をもたらすエネルギーである。この相互作用こそ、結合構造過程、比熱の内容なのである。この周辺水分子との相互作用エネルギーが、該水分子の内部エネルギー蓄積として加算されるもので、水分子の総合したエネルギーは、重心の並進運動、すなわち、温度表示に寄与する顕熱と水素分子の回転振動による潜熱の総和と言える(例えば、「C.kittel:Introduction to Solid State PHySics,5th Edi.1976John Wily&sons.Inc.」を参照)。   Although not visible to the naked eye, water molecules are known to have two hydrogen atoms regularly bonded around oxygen atoms. The movement of water molecules is separated into the translational motion of its center of gravity and the rotational vibrational motion of hydrogen atoms around the center of gravity. The principle of water vapor pressure is to collide with surrounding substances by translational thermal motion of water molecules, and the magnitude of the collision pressure is the principle of quantification of temperature display. It is said that. The vibration energy of hydrogen atoms around oxygen atoms located at the center of gravity of water molecules is considered not to be directly related to translational motion, and is considered to be the principle of latent heat that does not contribute to water temperature display. However, the rotational vibrational energy of hydrogen atoms around its center of gravity is excited by the energy obtained from the binding of water molecules to surrounding materials and the spatial electromagnetic interaction. Depending on the interaction structure of water molecules expressed as specific heat, the increase in temperature increases internal energy, its logarithmic expression increases the entropy of water molecules, and also dominates translational motion. This entropy is the energy that brings the change that nature gives. This interaction is the content of the bond structure process and specific heat. The interaction energy with the surrounding water molecules is added as the internal energy accumulation of the water molecules, and the total energy of the water molecules is the translational motion of the center of gravity, that is, the sensible heat and hydrogen molecules that contribute to temperature display. (See, for example, “C. kittel: Introduction to Solid State PHYSics, 5th Ed. 1976 John Wily & Sons. Inc.”).

蒸発界面では、液体内結合ボンドを介して、エネルギーが気体分子へ吸収される。温度が一定状態で吸収したエネルギーは潜熱と云われるが、それは、古典的には気体分子内部エネルギーであり、そのエネルギー量が、通常云われる気化エネルギーである。従来、気化エネルギーは、温度一定の沸点で水分子が瞬時に吸収すると考えられているが、内部エネルギーは、沸点に至るまでに分子内空間の定積比熱を係数として各温度で積分し総合したエネルギー、すなわち、内部エネルギーとして保持されると考えるのが自然である、なぜならば、蒸発は、沸点以下の蒸発温度でも生じている。通常のマクロな巨大集合物質に於ける比熱値を分子の如きミクロな対象に適用することは困難と思えるが、近似的には、分子レベルの比例常数もあり得るだろう。蒸発分子は、その気化エネルギーを得て空間へ旅立つ。従って、これは、上述したように、気化した水分子は沸騰点までの液塊での温度比例の運動エネルギー(顕熱)と、温度一定で獲得した気化エネルギー(潜熱)の総和を体現し、力学的にはエンタルピー変数で表す慣行になっている。且つ、殆どの蒸発現象は、気体と液体の境界面で発生している。   At the evaporation interface, energy is absorbed into gas molecules via intra-liquid bond. The energy absorbed at a constant temperature is called latent heat, which is classically gas molecule internal energy, and its energy amount is usually called vaporization energy. Conventionally, vaporization energy is thought to be absorbed instantaneously by water molecules at a constant boiling point, but internal energy is integrated and integrated at each temperature using the constant volume specific heat of the intramolecular space as a coefficient before reaching the boiling point. It is natural to think that it is held as energy, ie internal energy, because evaporation occurs even at evaporation temperatures below the boiling point. Although it seems difficult to apply the specific heat value of a normal macro-massive material to a microscopic object such as a molecule, there may be a proportional constant at the molecular level. Vaporized molecules travel to space with their vaporization energy. Therefore, as described above, the vaporized water molecule embodies the sum of the temperature proportional kinetic energy (sensible heat) in the liquid mass up to the boiling point and the vaporization energy (latent heat) acquired at a constant temperature, Dynamically, it is a practice represented by an enthalpy variable. Most of the evaporation phenomenon occurs at the interface between gas and liquid.

液体の蒸発を工業的に行うには、収容する相応の容器と熱源が必要である。水や液体分子のサイズは、容器などの日常的サイズより遙かに小さいので、容器サイズには、広範な大きさの選択が可能である。大は薬缶の如き、小は注射針のような細い管であっても、その内径中には、莫大な数の水分子が漲っている。溶液へのエネルギー伝達は、通常、化石燃料の化学反応による炎が容器を加熱する。あるいは、電力を使用する場合には、電気抵抗導体に電流を流した場合に生じる電流と導体原子との衝突が熱源で、その熱は、導体結晶格子の熱振動で伝搬する。その電流による加熱が導体の温度を高め、その熱振動が水容器壁から内部の液体へ熱振動の形で伝搬する。さらに、加熱が強まり、抵抗加熱導体分子の融点に近づくと、抵抗体は赤熱状態となり、周囲の空間へ電磁波、赤外線、あるいは、可視光線を送り出すことになる。容器内の被加熱液体分子は、容器壁から、伝導・対流・輻射の形でエネルギーを受容するが、伝導と対流は、液体分子が接する容器壁表面分子の機械的な振動運動が原因であり、電磁輻射によるエネルギー伝搬は、電気導体内を運動する電子の加速・衝突現象により発生する電磁波の電界振動が、液体の電磁的モーメントを励振することによる加熱と言える。蒸発装置の大きさと加熱方法は、必要とする蒸気量に依存するが、蒸発サイトの加熱状況によって、様々な形態が可能である。   In order to carry out the evaporation of the liquid industrially, a corresponding container and a heat source are required. Since the size of water and liquid molecules is much smaller than the usual size of containers and the like, a wide range of container sizes can be selected. A large tube like a medicine can and a small tube like a syringe needle have an enormous number of water molecules inside their inner diameter. In the energy transfer to the solution, a flame caused by a chemical reaction of fossil fuel usually heats the container. Or when using electric power, the collision of the electric current and conductor atom which generate | occur | produce when an electric current is sent through an electrical resistance conductor is a heat source, The heat | fever propagates with the thermal vibration of a conductor crystal lattice. Heating by the current increases the temperature of the conductor, and the thermal vibration propagates from the water container wall to the internal liquid in the form of thermal vibration. Further, when the heating becomes stronger and approaches the melting point of the resistance heating conductor molecule, the resistor becomes in a red hot state, and electromagnetic waves, infrared rays, or visible rays are sent out to the surrounding space. The heated liquid molecules in the container receive energy from the container wall in the form of conduction, convection, and radiation, but conduction and convection are caused by the mechanical vibrational movement of the container wall surface molecules in contact with the liquid molecules. The energy propagation by electromagnetic radiation can be said to be heating by the electric field vibration of the electromagnetic wave generated by the acceleration / collision phenomenon of the electrons moving in the electric conductor exciting the electromagnetic moment of the liquid. The size of the evaporator and the heating method depend on the amount of steam required, but various forms are possible depending on the heating conditions of the evaporation site.

液体、水からの分子の蒸発は、通常、液体の表面と、気体と液体が接する界面で生じる。沸点以下でも蒸発は生じ、液体内部で気化があれば気泡が生じ、その内表面で蒸発が始まる。その場合には、内部エネルギーの上昇も低いので、蒸気圧も相応に低い。容器内液面が広い場合には、蒸発分子数とその近接周囲液塊が占有する面積も増加するので、蒸気発生量は高まるが、液面を平面のフィルム状に薄くすると、蒸発界面の面積が増加するので、蒸気の収量も増加する(例えば、「特開2007−101150公報」を参考)。さらに、空間に漂うミスト状の微粒子的な液塊の場合(例えば、「特開2003−246605公報」を参考)は、一様液表面及びフィルム平面状態の場合に比べて、界面の比表面積が著しく増加するので、相対的に、多量の蒸気発生には、液体をミスト状にすることが効果的である。   Evaporation of molecules from liquid and water usually occurs at the surface of the liquid and at the interface where the gas and liquid are in contact. Evaporation occurs even below the boiling point, and if there is vaporization inside the liquid, bubbles are formed and evaporation begins on the inner surface. In that case, the rise in internal energy is also low, so the vapor pressure is correspondingly low. When the liquid level in the container is wide, the number of vaporized molecules and the area occupied by the neighboring surrounding liquid mass also increase, so the amount of vapor generation increases, but if the liquid level is reduced to a flat film, the area of the evaporation interface Therefore, the yield of steam also increases (see, for example, “JP 2007-101150 A”). Further, in the case of a mist-like fine liquid mass drifting in space (for example, refer to “Japanese Patent Laid-Open No. 2003-246605”), the specific surface area of the interface is larger than that in the case of a uniform liquid surface and a film plane state. Since it significantly increases, it is relatively effective to make the liquid mist for a large amount of vapor generation.

図25に、装置の概要を示す。
蒸気発生槽の上部に温水導入管と温風導入管を配し、その結合点に気化ノズルを設ける。ノズルの先端部には加熱装置がある。さらに、上部空間には、遠赤外線照射装置を設けている。また、装置の初動時には、補助電力、並びに低温給水装置が設けられる。
図26(a),(b)に示すように、本発明で使用する蒸気吹き出しノズルの先端部には、加熱装置が取り付けられている。通常、気化器から吹き出される噴霧状の液体は、ノズル先端から放出される時の断熱膨張により、温度が低下する。更に、気体が蒸発する際の気化熱の放出に伴う温度低下が加わり、霧状水塊の温度低下があり、蒸発の効率が低下することは避けがたい。従って、液温・水温を上昇させることが、蒸発効率を向上させる為には必要で、その解決の方法は、ノズル部分の温度を高めることが有効であることが分かった。蒸発能力比較の予備実験(使用電力約1kw)では、通常の湯沸かしガスコンロ式(4kw)と蒸発量比較を行った結果、約4倍の蒸気発生成績が見られた、略4倍の効率と言える。
ノズルから放出された噴霧(ミスト)状の液塊の温度を更に高めるためには、蒸発空間に赤外線・遠赤外線で充満した空間を設けることが、蒸発効率を高めるために有効であることが分かった。
FIG. 25 shows an outline of the apparatus.
A hot water inlet pipe and a hot air inlet pipe are arranged on the upper part of the steam generation tank, and a vaporizing nozzle is provided at the connection point. There is a heating device at the tip of the nozzle. Further, a far infrared irradiation device is provided in the upper space. In addition, auxiliary power and a low temperature water supply device are provided at the initial operation of the device.
As shown in FIGS. 26 (a) and 26 (b), a heating device is attached to the tip of the steam blowing nozzle used in the present invention. Usually, the temperature of the atomized liquid blown out from the vaporizer decreases due to adiabatic expansion when discharged from the nozzle tip. Furthermore, it is inevitable that the efficiency of evaporation is reduced due to the temperature decrease accompanying the release of heat of vaporization when the gas evaporates, the temperature of the mist water mass decreasing. Therefore, it has been found that raising the liquid temperature and water temperature is necessary to improve the evaporation efficiency, and it is effective to raise the temperature of the nozzle part as a solution. In a preliminary experiment (equivalent to about 1 kW) for comparing the evaporation capacity, the amount of steam generated was about 4 times higher as a result of comparing the amount of evaporation with a normal hot water gas stove type (4 kW). .
In order to further increase the temperature of the sprayed (mist) liquid mass discharged from the nozzle, it has been found that providing a space filled with infrared and far infrared rays in the evaporation space is effective for increasing the evaporation efficiency. It was.

図27に示すように、遠赤外線ヒーターを石英管の中に取付け、それを数本組み合わせて蒸発空間に配置する。ノズルから放出される蒸気、並びに液塊のミスト粒子が直線的に蒸発装置出口へ飛行しないように、石英管は、衝突の壁を構成するように配置する。
本発明では、噴霧ノズルの形態が性能を左右した。現状では、比較的最良と思われたサイズと形態を使用しているが、さらなる組織的な研究が求められるであろう。ミスト加熱も重要な課題である。伝統的に、分子サイズの過熱蒸気を生成するには、高温度の加熱壁を設けて、ガス分子の壁面への衝突によるエネルギー伝達が主体であったが、その直接伝達法に比較して、赤外線・遠赤外線による電磁的な伝達の採用は、従来では少なかった。しかし、蒸発媒体が水分子の場合には、分子の回転振動エネルギーの共鳴スペクトルが、遠赤外線エネルギー領域で発生していることが知られてきた。水分子の赤外・遠赤外領域における挙動が充分に解明されているとは言えない現状なので、今後の研究に待つところが多いのだが、最適な輻射エネルギーを発生する赤外発光体の研究、その発光体を保持するために、目下は石英ガラス管を用いているが、その形態とサイズの研究が今後の課題となるであろう。さらなる発展が求められる。
As shown in FIG. 27, a far-infrared heater is mounted in a quartz tube, and several of them are combined and placed in the evaporation space. The quartz tube is arranged to form a collision wall so that vapor emitted from the nozzle, as well as liquid mist particles, do not fly linearly to the evaporator outlet.
In the present invention, the form of the spray nozzle influenced the performance. Currently, we use the size and form that seems to be the best, but more systematic research will be required. Mist heating is also an important issue. Traditionally, in order to generate superheated steam of molecular size, a high-temperature heating wall was provided, and energy transfer by collision of gas molecules against the wall surface was the main, but compared to its direct transfer method, In the past, there were few adoptions of electromagnetic transmission by infrared rays and far infrared rays. However, it has been known that when the evaporation medium is water molecules, the resonance spectrum of the rotational vibration energy of the molecules is generated in the far-infrared energy region. Since the behavior of water molecules in the infrared and far-infrared regions is not fully understood, there are many places to wait for future research, but research on infrared emitters that generate optimal radiation energy, Currently, quartz glass tubes are used to hold the light emitters, but research on their form and size will be a future topic. Further development is required.

図28に、本発明にかかわる空水熱発電システムの概要を示す。
装置稼働状態を順に解説する。固体ボイラー1eは、水蒸気発生用の化石燃料を使わないボイラーである。固体ボイラー1eへ入力される主要なガス状エネルギーは、水蒸気発生装置2eから送出される水蒸気と搬送用の(温度約100℃)高温空気である。搬送用の高温空気は、圧縮送風機7eで、断熱圧縮により発生する。
FIG. 28 shows an outline of an air-hydrothermal power generation system according to the present invention.
The operation status of the equipment will be explained in order. The solid boiler 1e is a boiler that does not use fossil fuel for steam generation. The main gaseous energy input to the solid boiler 1e is water vapor sent from the water vapor generator 2e and high-temperature air for transportation (temperature of about 100 ° C.). High-temperature air for conveyance is generated by adiabatic compression by the compression blower 7e.

固体ボイラー1eの外周には、温水タンク3eから送出される温水が炉体の周囲を流れて基礎温度を維持している。さらに、固体ボイラー1eの蓄積ガス内部温度が高まり、炉体から過熱蒸気を送出する時に、トリガーエネルギーを、図示の如くに注入する。簡単化のために略記するが、トリガーエネルギーも、温水タンク3eから流れ出るエネルギーに、熱交換器10eにおいて若干の電力エネルギーを付加したものが使われる。固体ボイラー1eから送出される高温度(約200℃)の過熱蒸気と搬送空気は、ターボガス圧縮機(コンプレッサー)4eへ送られる。圧縮された過熱蒸気は、アンブレラ蒸気タービン5eへ導入され、アンブレラ蒸気タービン5eの回転力は、発電機6eへ伝えられて電力出力になる。発電出力の一部分は、装置内の作業電力となって消費されるが、初期に装置内へ蓄積されたエネルギーの消耗を補うもので、循環エネルギーである。また、余分は、発電系外部出力となって外部へ供給される。その外部供給エネルギーに見合った入力が、図に示してあるごとく、ウォータージャケット9eへの常温水熱エネルギーと、空気圧縮機7eへの環境大気の空気エネルギーである。その空気エネルギーは、アンブレラ蒸気タービン5eで仕事をした後に外部へ放出されるので、外部供給エネルギーの実質内容は、水熱エネルギーであると言える。   On the outer periphery of the solid boiler 1e, hot water sent from the hot water tank 3e flows around the furnace body to maintain the basic temperature. Further, when the internal temperature of the accumulated gas in the solid boiler 1e is increased and the superheated steam is sent out from the furnace body, trigger energy is injected as shown in the figure. Although abbreviated for simplification, the trigger energy is obtained by adding some electric energy in the heat exchanger 10e to the energy flowing out from the hot water tank 3e. The high-temperature (about 200 ° C.) superheated steam and the carrier air sent from the solid boiler 1e are sent to a turbo gas compressor (compressor) 4e. The compressed superheated steam is introduced into the umbrella steam turbine 5e, and the rotational force of the umbrella steam turbine 5e is transmitted to the generator 6e to become electric power output. A part of the power generation output is consumed as working power in the apparatus, but supplements the consumption of energy stored in the apparatus in the initial stage, and is circulating energy. Further, the excess is supplied to the outside as a power generation system external output. The inputs corresponding to the externally supplied energy are room temperature hydrothermal energy to the water jacket 9e and air energy of the ambient air to the air compressor 7e as shown in the figure. Since the air energy is discharged to the outside after working in the umbrella steam turbine 5e, it can be said that the actual content of the externally supplied energy is hydrothermal energy.

発電装置内の機器であるターボガス圧縮機4eと、アンブレラ蒸気タービン5eなどの電力効率は精々50%程度なので、通常の機器と同様に廃熱が生じるが、それをリバースケットル8eで取り囲み、さらに、周囲にウォータージャケット9eを配して廃熱エネルギーを吸収させ、そこで生じる温水をエネルギータンク3eへ蓄積する。蒸発装置への入力エネルギーは、発電系が作動に入れば、廃熱の一部が再びエネルギー入力となって、蒸発装置へ戻って来る仕組みとなっている。   Since the power efficiency of the turbo gas compressor 4e and the umbrella steam turbine 5e, which are the devices in the power generation apparatus, is at most about 50%, waste heat is generated in the same way as normal devices, but it is surrounded by the reverse kettle 8e, A water jacket 9e is arranged around the periphery to absorb waste heat energy, and the hot water generated therein is accumulated in the energy tank 3e. As for the input energy to the evaporator, when the power generation system is activated, a part of the waste heat becomes energy input again and returns to the evaporator.

(第一実施形態の効果)
(1)ゼオライトは、元来絶縁性の高い酸化物であるので、フォノン熱振動による伝熱加熱よりも電磁波による共鳴加熱の割合が高いので、中央発熱体からの加熱エネルギーは主に電磁波による輻射加熱と考えられる。また、発熱体には、電熱加熱用のヒーターが組み込まれており、200℃を越える過熱蒸気脱着時には、外部から電気エネルギーの添加も可能である。
(Effects of the first embodiment)
(1) Since zeolite is an oxide with high insulating properties, the rate of resonance heating by electromagnetic waves is higher than that of heat transfer heating by phonon thermal vibration, so the heating energy from the central heating element is mainly radiation by electromagnetic waves. It is considered heating. In addition, a heater for electric heating is incorporated in the heating element, and electric energy can be externally added when desorbing superheated steam exceeding 200 ° C.

(2)製作が容易で、作動が単純であることを目的として、アンブレラ型蒸気タービンを創造した。
作動原理は、式(2)、式(3)で示されるが、効率を高める為の装置の大きさ,即ち、慣性質量Iは、実験的に決めねばならない。タービンの回転部分を支える軸受けの温度上昇、機械的振動による騒音と軸の共振による破損問題などが典型的な問題である。軸受け部分でのガスの漏洩などは常に問題となる。
アンブレラ型タービンの高い効率はシステム実現の要素であるため、上記の問題に対し、本発明を、上述した空水熱発電システムに応用すると、比較的小型の蒸気タービンを使用することで、化石エネルギーを極力使用しない水熱発電の実現可能性が確かめられた。
(2) An umbrella-type steam turbine was created for the purpose of easy manufacture and simple operation.
The principle of operation is expressed by equations (2) and (3), but the size of the device for increasing the efficiency, that is, the inertial mass I must be determined experimentally. Typical problems are the temperature rise of the bearing that supports the rotating part of the turbine, the noise caused by mechanical vibration and the damage due to shaft resonance. Gas leakage at the bearing is always a problem.
Since the high efficiency of the umbrella-type turbine is an element of the system realization, when the present invention is applied to the above-described air-hydrothermal power generation system, the fossil energy can be obtained by using a relatively small steam turbine. The feasibility of hydroelectric power generation that uses as little as possible was confirmed.

(3)比較的小容量のガス体をターボ方式の回転翼で圧縮する場合には、固定翼と回転翼の間隙部分からのガス漏洩量が無視できない場合がある。ことに圧縮率が高くなっている場合には、僅少な間隙を縫うように漏洩が生じる。また、このターボ方式は、圧縮が連続的なので、レシプロ方式に比較して高い効率が期待できるが、同じ程度のサイズで、圧縮機としての性能の指標である圧縮比と出力ガス流量を高めるためには、羽根車を多段結合とし、かつ回転数をレシプロ方式に比べて高める必要があるため、その面で新たな技術的問題が生じる。 (3) When a relatively small volume of gas body is compressed by a turbo type rotor blade, the amount of gas leakage from the gap between the fixed blade and rotor blade may not be negligible. In particular, when the compression ratio is high, leakage occurs so as to sew a small gap. In addition, this turbo system can be expected to be more efficient than the reciprocating system because of its continuous compression, but with the same size, it increases the compression ratio and output gas flow rate, which are indicators of performance as a compressor. However, since it is necessary to make an impeller into a multistage coupling | bonding and to raise the rotation speed compared with a reciprocating system, a new technical problem arises in the surface.

したがって、回転軸を支える軸受けの温度上昇、機械的振動による騒音問題などが典型的な問題である。また、軸受け部分でのガスの漏洩などは常に問題となる。
これらの問題に対し、ターボガス圧縮機の高い効率は、システム実現の要素であり、圧縮の過程で発生した圧縮機から発生する熱エネルギーは、水蒸気発生用のエネルギーとして無駄なく回収された。この特性が、水熱発電を成功させた原動力となっている。
Therefore, typical problems include a temperature rise of the bearing that supports the rotating shaft, a noise problem due to mechanical vibration, and the like. Further, gas leakage at the bearing portion is always a problem.
For these problems, the high efficiency of the turbo gas compressor is an element of the system realization, and the heat energy generated from the compressor generated during the compression process was recovered without waste as energy for generating steam. This characteristic is the driving force behind the successful hydrothermal power generation.

(4)従来の熱エネルギーを機械動力や電力発生に変換する方法では、変換する過程で生じる大半の不可逆的に発生する熱エネルギーを、装置外部へ放散させている。その放散熱は、作動物質である空気やガス体の粒子運動エネルギーや、作動物質から輻射放散される熱線である電磁波、赤外線が主成分である。その他、エネルギー発生装置内の軸回転や、機器の摺動による摩擦伝熱なども、放散エネルギーの一部分である。 (4) In the conventional method of converting thermal energy into mechanical power or electric power generation, most of the irreversibly generated thermal energy generated in the conversion process is dissipated outside the apparatus. The main component of the heat dissipated is the particle kinetic energy of air or gas that is the working substance, electromagnetic waves that are heat rays radiated from the working substance, or infrared rays. In addition, shaft rotation in the energy generator and frictional heat transfer due to sliding of equipment are also part of the dissipated energy.

これらの放散エネルギーは、従来、動力発生にともなう副次的損失として評価され、不可避的に放出され廃棄されている。その発生割合は、動力発生効率が、大概は、入力エネルギーの50%前後であるので、残余の50%は、廃熱として処理されてきた。この50%程度の不可避的損失はしかたがないとは云え、扱う動力が大きい場合には、膨大な損失になるばかりか、周囲の環境へ排出された熱エネルギーは、環境破壊の原因をなしている。   Such dissipated energy is conventionally evaluated as a secondary loss accompanying power generation, and is inevitably released and discarded. The power generation efficiency is generally around 50% of the input energy, and the remaining 50% has been treated as waste heat. Although this unavoidable loss of about 50% cannot be helped, if the power handled is large, not only will it be a huge loss, but the heat energy discharged to the surrounding environment will cause environmental damage. Yes.

本発明は、この排出エネルギーを捕捉して発電に供する熱エネルギーに再生する方法を提供するだけでなく、エネルギー利用文化の近代化も意図している。
従来も、廃熱を再利用する考案は実用化されてきた。例えば、発電所や製鉄工場の廃熱エネルギーを用いて温水として利用し、家屋の暖房や農場の温度管理に再利用する例がある。しかし、此等従来の廃熱利用は、廃棄熱が利用できる周囲環境に恵まれた場合にかぎられていた。すなわち、廃棄熱を再利用するにも、相当な設備資本が不可欠なのであるため、廃熱利用が局在化しており、廃熱利用が一般社会に広く受け入れられる状況にはなっていない。この廃熱利用の局在化を、WJの普及を通じて、普遍的な一般市民の日常生活文化にすることも、今日的な課題と言える。
The present invention not only provides a method for capturing this exhausted energy and regenerating it into thermal energy for power generation, but also intends to modernize the energy usage culture.
Conventionally, the idea of reusing waste heat has been put into practical use. For example, there is an example in which waste heat energy from a power plant or steel factory is used as warm water and reused for heating a house or managing the temperature of a farm. However, these conventional uses of waste heat have been limited to cases where the surrounding environment where waste heat can be used is blessed. In other words, since a considerable amount of capital is indispensable for reusing waste heat, the use of waste heat is localized, and the use of waste heat is not widely accepted by the general public. It can be said that today's challenge is to make this localized use of waste heat a universal everyday life culture through the spread of WJ.

従来の熱エネルギー利用の形態は、高温熱源から低温熱源へ流れる熱流の利用が一般的で、低温熱エネルギーを高温エネルギーへ転化再生する過程は、化石燃料などの添加エネルギー利用が可能な場合に限られていた。低温熱エネルギー利用の典型的形態は、冷房装置などに見られる場合である。低温の媒体を作るために圧縮ポンプなどを利用し、高圧状態にした作動物質を急激に断熱膨張させる過程で生じる作動物質の温度降下を利用するが、圧縮ポンプへ高温度起源のエネルギーを注入することに依ってのみ可能である。その場合、それは、圧縮ポンプなどに消費されるエネルギーが相当な量になり、その過程で発散する廃熱も大量で、エネルギー利用効率が低下する。その非効率さは、低温状態を得るための必要コストとして慣例的に容認されているのだが、非合理的状況に術なく安住する心理的要因も、WJの利用を実践するなかで見直すべき課題である。   Conventional forms of heat energy use generally use heat flow that flows from a high-temperature heat source to a low-temperature heat source, and the process of converting low-temperature heat energy into high-temperature energy is only possible when additional energy such as fossil fuel is available. It was done. A typical form of low-temperature heat energy utilization is the case where it is found in a cooling device or the like. Use a compression pump to make a low temperature medium, and use the temperature drop of the working substance that is generated in the process of adiabatic expansion of the working substance in a high pressure state, but inject energy from the high temperature into the compression pump. Only possible. In that case, the energy consumed by the compression pump or the like becomes a considerable amount, and a large amount of waste heat is dissipated in the process, so that the energy utilization efficiency is lowered. The inefficiency is customarily accepted as a necessary cost to obtain a low temperature state, but the psychological factors that make it safe to live in an irrational situation are also issues that should be reviewed while practicing the use of WJ. is there.

低温度エネルギーを高温度エネルギーに再生するには、付加的エネルギーが必要なことは、熱力学的見地から必然的な帰結である。従来、その方法は限られていて、高温度エネルギーを得る方法は、化石燃料や原子力などを利用する化学的燃焼熱や核反応などの物理的反応熱を使う以外にはなかった。日常的には、家庭で使う石油暖房など、化学反応が一般的形態である。人為的な高エネルギー状態は、そのような自然発熱現象が生じるように熱機関を構成することで実現するのである。いいかえれば、従来の高温度創出プロセスは、自然物質の分解過程の利用のみに限定されてきたと云える。物資の分解過程を伴わない高温度創出過程が、従来では考究されていなかった。然し、ここに人間文化の新たなる技術的フロンティアが存在する。   The need for additional energy to regenerate low temperature energy to high temperature energy is a necessary consequence from a thermodynamic point of view. Conventionally, the method has been limited, and there has been no method for obtaining high temperature energy other than using chemical reaction heat such as fossil fuel or nuclear power or physical reaction heat such as nuclear reaction. On a daily basis, chemical reactions are a common form, such as oil heating used at home. An artificially high energy state is realized by configuring a heat engine so that such a spontaneous heat generation phenomenon occurs. In other words, it can be said that the conventional high temperature creation process has been limited only to the use of the decomposition process of natural substances. Hitherto, the process of creating a high temperature that does not involve the decomposition process of materials has not been studied. But here is a new technological frontier of human culture.

特許文献1では、高温度創出過程としてゼオライト物質の物理的性質を利用する考案をしている。本発明であるWJとの関連性を問えば、特許文献1の補完をする意義があり、そこで起きている自然現象である、赤外線並びに遠赤外線の役割を考察し、新エネルギー技術として更に追求さるべき課題として捉えたのである。殊に、ゼオライト炉内で起きている遠赤外線現象には、注目するべき課題がある。   In patent document 1, it is devised that the physical property of the zeolite substance is used as a high temperature creation process. Regarding the relevance with WJ, which is the present invention, there is a significance of complementing Patent Document 1, and the role of infrared and far-infrared, which is a natural phenomenon occurring there, is considered and further pursued as a new energy technology. It was taken as a problem to be solved. In particular, the far-infrared phenomenon occurring in the zeolite furnace has a problem to be noted.

以下、特許文献1の概念を記載する。
初期加熱で活性化したゼオライト結晶の内部化学ポテンシャルが、周囲の環境より低い時には、外部から気体状物質分子を吸引する。特に、水分子を吸引する力が大きい。結果として、周囲環境から水を吸引すると、結晶の周囲環境を成す水蒸気圧が減少し、連結する水の供給源である蒸発装置から、急速に水蒸気が自然に発生して補給される。すなわち、蒸気発生装置に内在する水分子を加熱しなくても、常温の外部蒸気圧が下がれば、装置内の水から蒸気が自ずと供給されるのである。
Hereinafter, the concept of Patent Document 1 will be described.
When the internal chemical potential of the zeolite crystal activated by the initial heating is lower than the surrounding environment, gaseous substance molecules are sucked from the outside. In particular, the force for attracting water molecules is large. As a result, when water is sucked from the surrounding environment, the water vapor pressure forming the surrounding environment of the crystal is reduced, and water vapor is rapidly generated spontaneously and replenished from the evaporation device which is a water supply source to be connected. That is, even if the water molecules existing in the steam generator are not heated, the steam is naturally supplied from the water in the device if the external vapor pressure at room temperature is lowered.

そこで、噴霧装置を加熱すれば、更にその状況は加速される。噴霧装置では、水分子がエネルギーを持って外部へ逃げ出すことになるので、その水分子の周囲水温が低下する。この現象は、冷熱の発生として利用されているが、そこで生じた水の温度差、すなわち、温度差が示すエネルギーを水が放出したのであり、蒸気となった水分子が、かなりのエネルギーを持って、噴霧装置に隣接する炉内のゼオライト結晶へ吸引されたのである。そのゼオライトの結晶構造中へ吸引吸着した水分子は、再びゼオライト結晶内外の表面へ定着し(ゼオライト結晶内には空洞があり、そこに結晶内表面が存在する)、水分子の運動停止に伴う運動エネルギーの放出と伝導で、周囲のゼオライトなどの温度を高めることに寄与する。この物理的過程で、ゼオライト結晶に突入してきた飽和水蒸気水分子の温度以上の高温度の発生が見られる。この温度上昇の因子は、単純に水分子の運動エネルギーの寄与だけであるとは言えないが、ともかく、高温度エネルギーが発生する。水の化学的分解ではない蒸発と吸着に伴う過程で、物理的運動エネルギーと結晶内での分子的共鳴状態が高温度エネルギーを生じさせたと見なせるのである。   Therefore, if the spraying device is heated, the situation is further accelerated. In the spray device, water molecules escape with energy to the outside, and the ambient water temperature of the water molecules decreases. This phenomenon is used to generate cold heat, but water releases the temperature difference of the water generated there, that is, the energy indicated by the temperature difference, and the water molecules that have become vapor have considerable energy. Then, it was sucked into the zeolite crystals in the furnace adjacent to the spraying device. The water molecules sucked and adsorbed into the crystal structure of the zeolite are fixed again on the inner and outer surfaces of the zeolite crystal (there are cavities in the zeolite crystal where the inner surface of the crystal exists), and the water molecules stop moving. The release and conduction of kinetic energy contributes to increasing the temperature of surrounding zeolites. In this physical process, the generation of a temperature higher than the temperature of the saturated water vapor water molecules entering the zeolite crystal is observed. The factor of this temperature rise cannot be simply attributed to the kinetic energy of water molecules, but anyway, high temperature energy is generated. In the process of evaporation and adsorption, which is not chemical decomposition of water, it can be considered that physical kinetic energy and molecular resonance state in the crystal give rise to high temperature energy.

この結晶内吸着状態にある水分子へ、更に外部から赤外線電磁波エネルギーを注入すると、分子の励起現象が生じ、遂には、結晶内水分子の運動エネルギーが、ゼオライトの吸着ポテンシャル力を越えると、水分子は外部へ放出される。その時の水分子は、一個の高温度粒子として外部へ出てくる。この分子一個の状態は、従来、過熱蒸気と呼ばれる形態に他ならない。   When infrared electromagnetic energy is further injected from the outside into water molecules adsorbed in the crystal, a molecular excitation phenomenon occurs. Finally, when the kinetic energy of water molecules in the crystal exceeds the adsorption potential force of zeolite, Molecules are released to the outside. The water molecules at that time come out as one high temperature particle. This state of one molecule is nothing but a form conventionally called superheated steam.

この過熱蒸気発生には、従来の発電装置では化石燃料を燃焼分解させ、その炎のエネルギーで加熱したのであるが、ゼオライト式蒸気発生法では、化石燃料を使わず、廃熱水から取り出したエネルギーで加熱し、さらに、炉内を環流する高温な油の熱エネルギーを使う。そのエネルギーが、ゼオライト炉中に配した金属加熱管表面の伝導帯電子からなる電子ガスや加熱管金属格子を励振するフォノンエネルギーを励起する。其処で発生したフォノンは、炉体を構成するゼオライト粒子へ物質の格子振動として伝熱するが、ゼオライト及びゼオライト中に含有する水は概して熱伝導度が低いので、フォノン伝導熱の寄与度は少ないと見られる。   In this superheated steam generation, fossil fuel is burned and decomposed by conventional power generation equipment and heated by the energy of the flame. In the zeolite type steam generation method, energy extracted from waste heat water without using fossil fuel. In addition, it uses the heat energy of hot oil circulating in the furnace. The energy excites phonon energy that excites the electron gas consisting of conduction band electrons on the surface of the metal heating tube arranged in the zeolite furnace and the heating tube metal lattice. The phonons generated there transfer heat to the zeolite particles constituting the furnace body as lattice vibrations of the material, but the water contained in the zeolite and the zeolite generally has a low thermal conductivity, so the contribution of the phonon conduction heat is small. It is seen.

一方、金属加熱管表面で電子ガスの金属格子との衝突運動により発生する赤外線及び遠赤外線光子は、ゼオライト及び結晶内の水などの誘電体の中へ容易に伝搬する。その光子エネルギーがゼオライト結晶や水分子に吸収蓄積され、更に、水やゼオライトなどの誘電体中に励起されたフォノンや分子のイオン化で発生した励起電子の力学的相互作用で発生する水分子の回転運動や、二次的共鳴赤外線が、水分子のエネルギーを一層高める。結果として、水分子の蓄積エネルギーが脱着ポテンシャルエネルギー値を越えると、吸着ゼオライト結晶内から結晶外部へ水分子が放出され、過熱水蒸気として外部空間へ放散され、最後は発電に使われるのである。かくして、化石エネルギーを用いずに、過熱蒸気が発生する。   On the other hand, infrared and far-infrared photons generated by the collision of the electron gas with the metal lattice on the surface of the metal heating tube easily propagate into the dielectric such as zeolite and water in the crystal. The photon energy is absorbed and accumulated in zeolite crystals and water molecules, and the rotation of water molecules generated by the mechanical interaction of excited electrons generated by ionization of phonons and molecules excited in dielectric materials such as water and zeolite. Movement and secondary resonance infrared radiation further increase the energy of water molecules. As a result, when the accumulated energy of water molecules exceeds the desorption potential energy value, water molecules are released from the adsorbed zeolite crystal to the outside of the crystal, dissipated to the external space as superheated steam, and finally used for power generation. Thus, superheated steam is generated without using fossil energy.

しかし、上述の熱現象には、未知なる問題や解決すべき課題が少なくない。ことに、ゼオライトと云う物質がエネルギー利用に画期的な意義を持つことに関心を寄せる人々は、少数派である。WJの普及と利用が、ゼオライトを主役にしたエネルギー新時代を生む先駆けともなることが期待される。
従来、低温の水が化石燃料などを使わずに自分自身で高温化するのは、熱力学第二法則に反するのではないか、という疑念が持たれている。作動の初期だけ補助燃料を使い、その後は自立的に発電を持続することが出来れば、この疑問は払拭されると考えられる。
However, the above-mentioned thermal phenomenon has many unknown problems and problems to be solved. In particular, people who are interested in the fact that a substance called zeolite has an epoch-making significance in energy use is a minority. The widespread use of WJ is expected to be a pioneer in creating a new era of energy centered on zeolite.
Conventionally, there has been a suspicion that low-temperature water is heated by itself without using fossil fuels, etc., against the second law of thermodynamics. If auxiliary fuel is used only at the beginning of operation and power generation can be continued autonomously thereafter, this question will be solved.

ゼオライト炉内の過熱蒸気発生過程で、循環油の加熱には、発電装置が生み出す一部電力が使われる。発電過程の廃熱からWJを介して回収される熱エネルギーが、ゼオライト炉の加熱並びにゼオライト炉に供給する飽和水蒸気の発生にも使われる。初期の全装置が低温度の時に過熱水蒸気を発生させるには、外部補助電力が全面的に使われるが、装置が稼働状態に入り、諸処の温度が上昇すれば、WJを経由する廃熱を回収した熱エネルギーが蒸気発生に寄与するので、補助電力は軽減するのであり、その軽減した電力を、発電出力の一部で代替するのである。すなわち、廃熱の再生利用で供給されるエネルギー分だけ、内部電力使用量が軽減されるのである。自ら生み出したエネルギーが装置内を環流し、あたかもエネルギー・フライホイールの如き状況を実現すれば、この疑問は解消するのである。   In the process of generating superheated steam in the zeolite furnace, some power generated by the power generator is used to heat the circulating oil. Thermal energy recovered from the waste heat from the power generation process via WJ is also used for heating the zeolite furnace and generating saturated water vapor to be supplied to the zeolite furnace. In order to generate superheated steam when all the initial devices are at low temperature, external auxiliary power is used entirely, but if the device goes into operation and the temperature of various parts rises, waste heat via WJ is removed. Since the recovered thermal energy contributes to the generation of steam, the auxiliary power is reduced, and the reduced power is replaced with a part of the power generation output. That is, the amount of internal power used is reduced by the amount of energy supplied by recycling waste heat. This question will be solved if the energy generated by the product circulates in the device and realizes a situation like an energy flywheel.

フライホイール的なエネルギーの環流が始まっても、完璧な廃熱の捕捉はできない。これは、補足しきれない損失もあるので、僅少とは言え、エネルギー回収が不能な不可避的に生じる損失と、外部へ供給する発電出力を総合したエネルギー量は、装置入力として外部から環境水熱や環境空気のエネルギー供給を受けることになるためである。
保温を完璧に行い、外部へ離散するエネルギー漏洩が皆無になれば、発電効率は限りなく1に近づくが、その場合でも、装置内を環流するフライホイールのエネルギーは、相当に大きな値を取ると思われる。したがって、装置の保温、エネルギー蓄積が不可欠である。
Even if the flywheel-like energy circulation begins, the waste heat cannot be captured perfectly. Although there are losses that cannot be supplemented, the amount of energy, which is inevitably generated due to the inevitable loss of energy recovery and the power generation output supplied to the outside, is the environmental water heat from the outside as equipment input. This is because the energy supply of the environment air is received.
If the heat insulation is done perfectly and there is no energy leakage to the outside, the power generation efficiency will approach 1 without limit, but even in that case, if the energy of the flywheel circulating in the device takes a considerably large value Seem. Therefore, it is essential to keep the device warm and store energy.

この面で、従来の技術的な遅れは、廃熱ないし廃棄物に対する人間の思考が後ろ向きになっていた事が考慮されるべきであり、環境保全を志向する現代文化が解決するべき課題の一つである。WJの投げかける問題意識は、現代文明の盲点を表出するものでもある。
WJは、従来にないエネルギー創造手段として、諸問題解決への足がかりとして導入されるのであるが、結果としての応用は、かなり広範に亘る事が予測できるのである。
In this respect, the conventional technical delay should be considered that the human thinking about waste heat or waste has been retroactive, and one of the issues that modern cultures that aim for environmental conservation should solve. It is. WJ's awareness of the problem is also a blind spot in modern civilization.
WJ is introduced as an unprecedented energy creation means as a foothold for solving various problems, but the resulting application can be expected to be quite extensive.

一つ目のエネルギー創造手段は、廃熱吸収のWJの創造とその応用である。
ここでは、まず、WJを装着する発電設備に限定して考えてみる。それは、蒸気発生装置の保温と余熱である。ゼオライトを内部へ搭載する金属製の高温高圧容器で、内部に銅管を巻いたコイル状の発熱体へ高温の油を環流する。この発熱体から、銅管金属の熱的格子振動に基づく熱伝導や、銅管表面の伝導帯に存在する自由電子ガスの励起による赤外線が放出される。ゼオライトを搭載する金属容器は、内部が100℃ないし200℃に加熱されるので、容器表面を、ウォーターパネルWPによって100℃近くに保温する事で、発生用の熱エネルギーの消耗が防がれる。すなわち、廃熱が、エネルギー発生に再生利用される。
The first energy creation means is the creation and application of waste heat absorption WJ.
Here, first, let us consider only the power generation equipment to which the WJ is attached. It is the heat retention and residual heat of the steam generator. A metal high-temperature and high-pressure vessel in which zeolite is mounted, and high-temperature oil is circulated through a coiled heating element with a copper tube inside. From this heating element, infrared rays are emitted by heat conduction based on thermal lattice vibration of copper tube metal or excitation of free electron gas existing in the conduction band of the copper tube surface. Since the inside of the metal container carrying the zeolite is heated to 100 ° C. to 200 ° C., the heat energy for generation can be prevented from being consumed by keeping the container surface near 100 ° C. by the water panel WP. That is, waste heat is recycled for energy generation.

蒸気発生装置は、エネルギー回収を意式的目的とする独立した建物に収容するか、小規模の場合は、孤立した容器に閉じ込める。それらの建て屋や容器の外周に、温度制御用の配管系を準備し、そこへ、装置稼働のためには温水を、若しくは、装置休止目的には冷水を循環させる。温水としては、WJから得る高温水を循環させる。この手段により、蒸気発生装置を余熱する電気エネルギーを、経済的に使うことが可能になる。   The steam generator is housed in a separate building for the purpose of energy recovery or, if small, in an isolated container. A piping system for temperature control is prepared on the outer periphery of these buildings and containers, and hot water is circulated there for operating the apparatus or cold water for the purpose of suspending the apparatus. As hot water, high-temperature water obtained from WJ is circulated. By this means, it is possible to economically use the electrical energy that preheats the steam generator.

二つ目のエネルギー創造手段は、発熱する発電装置そのものを冷却ではなく保温するものである。
発電装置の構成は、加圧用のコンプレッサー、蓄圧用のタンク、発電用の蒸気タービンなどである。これらの機材を、独立建て屋もしくは容器に収容し、周囲を金属壁で囲む。発電装置は、300℃程度の高温で作動させる。作業温度の上限は、高圧高温度の過熱蒸気の凝集液化温度と、潤滑油の安全使用温度で決まる。
発電機及び電動機の必要部分は、水冷して安全稼働を維持する。金属壁の外周温度を100℃程度に抑える目的で、その装置の外側に、水冷保温壁WPを設けるが、装置からの廃熱処理ではなく、エネルギー再生利用が目的の保温である。その総合する環流水容器が、WPの連結で組み立てられるWJである。
The second energy creation means is to maintain the heat generating device itself, not the cooling.
The configuration of the power generation device includes a compressor for pressurization, a tank for pressure accumulation, a steam turbine for power generation, and the like. These equipments are housed in an independent building or container and surrounded by metal walls. The power generator is operated at a high temperature of about 300 ° C. The upper limit of the working temperature is determined by the coagulation liquefaction temperature of high pressure and high temperature superheated steam and the safe use temperature of the lubricating oil.
Necessary parts of the generator and the motor are cooled with water to maintain safe operation. In order to keep the outer peripheral temperature of the metal wall at about 100 ° C., a water-cooled heat retaining wall WP is provided outside the device, but the heat retention is intended for energy recycling rather than waste heat treatment from the device. The integrated reflux water container is a WJ assembled by connecting WP.

発電装置などの発熱体を金属製容器で取り囲み、周囲に水を環流させる状況は、湯沸かし釜を反転した、逆釜(リバースケットル)の状況である。それは、江戸時代の昔、長火鉢に使われた銅壷を思い起こさせる。この逆釜を取り巻く水の壁が、WPとWJといえる。この中で得られた90℃前後の温水は、発電用のエネルギーとして再利用される。WJは、発電装置全体を包み込むように閉じていなければならない。これは、廃熱エネルギーを吸収して回収するためである。   The situation where a heating element such as a power generation device is surrounded by a metal container and water is circulated around it is the situation of a reverse kettle with the water kettle inverted. It reminds us of the copper casket used in the long brazier in the Edo period. The water walls surrounding the reverse kettle can be called WP and WJ. The hot water around 90 ° C. obtained in this process is reused as energy for power generation. The WJ must be closed to envelop the entire generator. This is to absorb and recover waste heat energy.

上述の諸課題を解決する具体的な手段であるウォータージャケットWJを、手作りで試作した。その部品としてのウォーターパネルWPは、二重布製の容器で、テント布などの自然繊維でできた布へ、耐熱耐水のゴム系接着剤を塗り込み素材とし、二重の袋構造を縫製で形成する。それは、水枕などと似ている構造であるが、連絡通水用の配管が、この容器周囲に複数取り付けられることなどが、一般的な水枕や湯たんぽとは異なる。パネルの面積は、発電装置の規模により大きさが異なるが、内部の水圧などを考慮して大きさを決める。布製である必要は、逆釜から放散される赤外線熱エネルギーを吸収させる事から生じる。赤外線が透過しやすくする為に、二重容器内側(逆釜に接する面)は、布製壁で構成し、二重容器外側の壁は、内側にアルミ箔のような金属板を裏打ちして、赤外線の外部への漏洩を防ぐ構造が不可欠である。このWPを、逆釜の外側へ接するように吊り下げ固定する。各WPは、配管で相互に結合され、全体が、WJとして逆釜から放散される熱エネルギーを温水として吸収採取し、エネルギーの再生を行う。   A water jacket WJ, which is a specific means for solving the above-mentioned problems, was produced by hand. The water panel WP as a part is a double cloth container, and a double bag structure is formed by sewing a fabric made of natural fibers such as a tent cloth with a heat-resistant and water-resistant rubber adhesive as a raw material. To do. It has a structure similar to a water pillow or the like, but is different from general water pillows and hot water bottles in that a plurality of pipes for connecting water are attached around the container. The area of the panel varies depending on the size of the power generation device, but the size is determined in consideration of the internal water pressure. The need to be made of cloth arises from absorbing the infrared thermal energy dissipated from the reverse kettle. In order to facilitate the transmission of infrared rays, the inner side of the double container (the surface in contact with the reverse kettle) is composed of a cloth wall, and the outer wall of the double container is lined with a metal plate such as an aluminum foil. A structure that prevents leakage of infrared rays to the outside is essential. This WP is suspended and fixed so as to contact the outside of the reverse hook. Each WP is coupled to each other by piping, and the entire WP absorbs and collects thermal energy dissipated from the reverse kettle as WJ as warm water, and regenerates energy.

経済的かつ文化的効果について記せば、従来は捨てて顧みなかった廃熱というものに経済的価値が生まれ、新しい文化の展望が拓ける。温泉の廃湯などについて、従来は、農業用にその一部が利用されてきたに過ぎないが、WPが経済的規格商品として広く扱われるようになれば、いろいろな家具や家屋の一部に使われるようになる。昔も今も、湯たんぽなどは日常的に家庭で使われていたが、冷暖房が湯たんぽ的に自在に自作できる新たな文化が創出され、巨大な経済市場が形成されることもあり得る。これが、本発明の最大の効果と言えないだろうか。   The economic and cultural effects can create economic value in the waste heat that was previously thrown away and neglected, opening up new cultural perspectives. Conventionally, only a part of the hot spring wastewater has been used for agriculture, but if WP is widely treated as an economic standard product, it will become part of various furniture and houses. Will be used. In the past and now, hot water bottles were used daily at home, but a new culture could be created where people could make their own air conditioners freely, and a huge economic market could be formed. Isn't this the greatest effect of the present invention?

だが、一般庶民大衆としてみれば、手間がかかる面倒なことは避けて通る習性があり、廃熱利用などの構想は、政官業界主導で省エネルギー商品の宣伝販売に利用されることが無ければ、実現はおぼつかないかも知れない。然し、そこで市民の自作による経済活動が社会的慣行として公的に奨励され、報償の対象に成る風習などが定着すれば、一般社会人も、そういう手間暇を厭わずに、WJの製作を行うことになり、個人による自給自足的で創造的文化を推進する契機ともなるであろう。そして、其れは、新しい技術革新としてあらたな産業文化を生むのである。   However, as a general public, there is a habit of avoiding time-consuming and troublesome work, and concepts such as waste heat use will be realized if it is not used for advertising sales of energy-saving products led by the government industry You may not be aware. However, if citizens' self-made economic activities are publicly encouraged as social practices, and customs that are the subject of rewards become established, ordinary members of society will also produce WJs without much time and effort. It will be an opportunity to promote self-sufficient and creative culture by individuals. And it gives birth to a new industrial culture as a new technological innovation.

この手作り文化が新文明の鍵なのである。中小規模のWP,WJ産業などが勃興することもあろうが、一般市民が手製でつくることが大いに望まれるのである。衣料、服飾文化への応用も考えられる。正に水を着てしまおうという発想である。肌着には、木綿が最良の素材であるが、その上にWJを着用しようとする傾向も現れるであろう。従来でも、局所的に発熱体を体の表面近くに保持して暖房をとる「懐炉」などの考案が多数あるが、WJの利用は、更に、積極的に日常の衣装文化としての発展が期待できる。   This handmade culture is the key to the new civilization. Small and medium-sized WP and WJ industries may rise, but it is highly desirable for the general public to make them by hand. Application to clothing and clothing culture is also possible. The idea is to wear water. Cotton is the best material for underwear, but there will also be a tendency to wear WJ on top of it. In the past, there have been many ideas such as “Kai-Ken” that keeps the heating element close to the surface of the body and heats it up. However, the use of WJ is expected to develop more actively as a daily costume culture. it can.

水1キログラムを厚み1ミリメートルの厚みに展開すると、面積が1万平方センチメートルになり、それは、1メートル平方の平面の素材と成る。つまり、通常の衣服に水の平面を活用すれば、冷暖房出来る衣服が誕生するのである。携帯用の温水・冷水を循環させる装置が開発されると、新たなる服飾革命が到来する。新しいクールビズやウォームビズが誕生する。そして、新しいWJのファッションが生まれる。昔も今も、綿入れやキルティングが普通の暖房用であったが、未来の冷暖房衣服は、水着になる可能性がある。水泳用の衣装だけが水着ではなく、上手に水エネルギーを着こなすことが新ファッションを生むであろう。   When 1 kilogram of water is expanded to a thickness of 1 millimeter, the area becomes 10,000 square centimeters, which is a 1 meter square planar material. In other words, if the plane of water is used for normal clothes, clothes that can be air-conditioned will be born. When a device for circulating portable hot and cold water is developed, a new clothing revolution will come. New Cool Biz and Warm Biz are born. And new WJ fashion is born. In the past and now, cotton cases and quilting have been used for ordinary heating, but future air-conditioning clothing may become swimsuits. Not only swimsuits but also swimsuits, skillfully wearing water energy will create a new fashion.

技術並びに教育的効果について記せば、使用者が自分の好みに合わせて自由にエネルギー環境を構築できるようになるので、ドイト的な手工芸が盛んになり、手加工の良さが復活し、個人の手による職人的企業が復活する契機となる。手の働きは、知能を向上させ、人間が文明を築いてきた原動力であった事を想起すべきである。電脳の普及による現代的大量生産社会がもたらす手作業の衰退が、人間能力を閑却不在化することの結果として、精神文化が衰退し、人間性や民度の低下傾向が普遍化しつつある現代は、無精人間の大量発生が結果しているが、WPやWJを応用した文化社会は、その悪影響を押しとどめ、文明と文化程度の低落傾向に歯止めが掛けられる。   Speaking of technical and educational effects, users will be able to freely build an energy environment according to their own tastes. It will be an opportunity to reinstate the craftsman company by hand. It should be recalled that the work of the hand was the driving force that improved intelligence and humans built civilization. As the result of the decline of manual labor brought about by modern mass-produced society due to the spread of computer brains, as a result of the deprivation of human abilities, the spiritual culture has declined, and the decline in humanity and people is becoming universal Although a large number of innocent people have been generated, the cultural society that applied WP and WJ has suppressed its adverse effects, and the decline in civilization and culture has been put to a halt.

家屋の冷暖房への利用効果について考えると、従来の家屋暖房では、壁の中に断熱材を挟む工法が一般的で、伝統的には土壁であるが、水壁という発想は無かった。しかし、WPが一般に普及すれば、暖房用としては其処へ温水を通じればよろしいし、冷房用としては冷水を流せば良いのである。流した水は再利用することが出来るので、無駄にはならない。現在普及している室内空気の温度を加減する方式よりは、自然な冷暖房が可能になるだろう。現在普及している太陽熱温水器などもWPの類似的形態であると言える。太陽熱温水器には特別な設備が必要であるが、一般にWPが普及すれば、太陽温水器もさらに広範に使われるようになるであろう。   Considering the effect of using the house for air conditioning, the conventional method of heating the house is generally a method of sandwiching a heat insulating material in the wall, which is traditionally a clay wall, but there was no idea of a water wall. However, if WP is in widespread use, it is sufficient to pass hot water there for heating purposes, and cold water may be used for cooling purposes. The flushed water can be reused, so it is not wasted. Natural air conditioning will be possible rather than the method of adjusting the temperature of indoor air that is currently popular. It can be said that the solar water heater etc. which are prevailing now are similar forms of WP. Solar water heaters require special equipment, but in general, if WP becomes widespread, solar water heaters will become more widely used.

(5)上述したように、大量の水蒸気蒸発を効率良く行うには、大量の微粒状の液塊を造る必要がある。一般に、微粒状の水滴や液塊の送出には、霧吹きの原理、または、自動車エンジンのガソリン気化器の如きノズル装置が想定されるが、吹き出す液体の量が大きい場合には、ノズルの口径も吹き出す導入搬送空気の量も、それに応じて大型大量になる。また、気化器で吹き出した霧状の液塊のサイズによって蒸発の効率が決まるので、霧滴の大きさを最適化することが不可欠である。また、蒸発は、液塊の温度に依存するが、液塊を効率良く加熱する方法に工夫が必要である。ことに、噴霧装置から送出される蒸気の含む残留液状水分が、後続する固体ボイラーの性能劣化を誘発するので、水滴が極力残らない乾燥した水蒸気をつくる為の加熱装置の工夫が求められる。 (5) As described above, in order to efficiently perform a large amount of water vapor evaporation, it is necessary to create a large amount of fine liquid mass. In general, for the delivery of fine water droplets or liquid masses, the principle of atomization or a nozzle device such as a gasoline vaporizer of an automobile engine is assumed, but when the amount of liquid to be blown is large, the nozzle diameter is also reduced. The amount of the introduced carrier air that is blown out also becomes large and large accordingly. Further, since the efficiency of evaporation is determined by the size of the mist-like liquid mass blown out by the vaporizer, it is essential to optimize the size of the mist droplets. Evaporation depends on the temperature of the liquid mass, but it is necessary to devise a method for efficiently heating the liquid mass. In particular, since the residual liquid water contained in the steam delivered from the spraying device induces the performance deterioration of the subsequent solid boiler, a device for the heating device for producing dry steam with as few water droplets as possible is required.

化石燃料の使用を極力減らしてエネルギー的に効率良く水蒸気を発生させることも、課題である。発電装置が稼働状態に入った時点では、蒸気タービン、発電機などから生じる廃熱を熱源とする、リバースケットルの周囲にあるウォータージャケットから出力される温水と、温風送風機からの導入搬送空気が、蒸発装置へ入力される。
全体装置の初動時には、系全体の温度が低いので、蒸発槽には低液温の水を導入し、補助ヒーターで加温する必要がある。
本発明を図1に示す空水熱発電システムに応用すると、装置初動時には、通常の電気ヒーター加熱で蒸気を発生するが、発電系統が作動に入った時点では、逆釜とウォータージャケットから送出される約70℃の温水を入力として稼働に入る。したがって、蒸気発生の加熱電力は、初動時に比較して低減させることが出来た。
It is also a problem to generate steam efficiently in terms of energy by reducing the use of fossil fuel as much as possible. At the time when the power generator enters the operating state, the hot water output from the water jacket around the reverse kettle, which uses waste heat generated from the steam turbine, generator, etc. as the heat source, and the introduced carrier air from the hot air blower are To the evaporator.
Since the temperature of the entire system is low at the initial operation of the entire apparatus, it is necessary to introduce low-temperature water into the evaporation tank and heat it with an auxiliary heater.
When the present invention is applied to the air-hydrothermal power generation system shown in FIG. 1, steam is generated by normal electric heater heating at the time of initial operation of the apparatus, but when the power generation system enters operation, it is sent out from a reverse kettle and a water jacket. The hot water of about 70 ° C is used as input. Therefore, the heating power for generating steam could be reduced compared to the initial operation.

固体ボイラーSSBは、空気水熱発電の研究開発に際して、効率の高い過熱水蒸気発生の方法を工夫探求した結果得られたものである。さらに、一般的に考えられる需要市場としては、一般の乾燥高温蒸気が求められる分野への応用が期待できる。産業的応用としては、化石燃料を使わない小規模発電は勿論のこと、汚れた器物の洗浄、熱可塑性樹脂の加工などへの利用が考えられるので、産業利用は今後も広がると思える。   The solid boiler SSB was obtained as a result of devising and searching for an efficient method of generating superheated steam during the research and development of air-hydrothermal power generation. Further, as a generally considered demand market, it can be expected to be applied to a field where general dry high-temperature steam is required. As industrial applications, not only small-scale power generation that does not use fossil fuels, but also the use of soiled items for washing and processing of thermoplastic resins can be considered.

また、本発明は、発電用動力源として研究開発した小型蒸気タービンへの応用であるが、一般的に考えられる需要市場としては、一般の圧縮空気動力への応用が予測できる。圧縮空気を動力に使う産業的応用としては、鉱山における採掘現場での削岩機、医療分野における歯科療器などで、電力を使うことにより生じる電気火花による危険回避、感電の回避があり、電気モーターなどの電磁的装置に付随する回転速度増大に付随する損失による困難さに比較して、ガス方式高速回転が容易なことなどが特徴としてあげられる。加えて、気体動力が高速回転運動に利用される主な理由は、流体粘性摩擦が液体流体に比べて少ないことや、流体摩擦が少ないことに加えて金属導体中の電子気体の利用に比較して高価な金属導体利用という制限がないこと、などが気体装置の利点として挙げられるであろう。したがって、これらの特徴を生かした産業利用は、今後も広がると思える。   In addition, the present invention is applied to a small steam turbine that has been researched and developed as a power source for power generation. However, as a generally considered demand market, application to general compressed air power can be predicted. Industrial applications that use compressed air as power include rock drills at mining sites in mines, dental surgeons in the medical field, etc., to avoid danger from electric sparks generated by using electric power, avoid electric shock, Compared to the difficulty due to loss associated with the increase in rotational speed associated with an electromagnetic device such as a motor, the feature is that gas system high-speed rotation is easy. In addition, the main reason why gas power is used for high-speed rotational motion is that fluid viscous friction is less than that of liquid fluid, and that fluid friction is less than that of using electron gas in metal conductors. An advantage of the gas device is that there is no restriction on the use of expensive and expensive metal conductors. Therefore, industrial use that makes use of these characteristics will continue to expand.

また、本発明は、発電用に研究開発した高温度ガス圧縮機への応用であるが、一般的に考えられる需要市場としては、一般の圧縮ガス発生装置への応用が予測できる。近年では、一般のガス圧縮機は、レシプロ方式が主流である。しかしながら、レシプロ方式は、簡便であるが非効率である。
高速な回転力でガスを圧縮する際には、断熱的な圧縮の物理的原理でガス体の温度が上昇すると同時に、潤滑油の温度も上昇する。そのため、機器の温度を異常に高めるので、装置故障を生じやすく、適宜に空冷もしくは水冷して熱エネルギーを不可避的に外部空間へ排出しなければいけない。したがって、熱効率が低下するとともに、外部環境への温度上昇公害を生んでいる。不可避的な温度上昇を活用する工夫が求められよう。例えば、ペルチェ効果などを用い、上昇温度を利用して、局部的な冷却を行う方法などもあり得る。また、同じ圧縮容量の場合には、レシプロ式に比較してターボ方式の排出熱量は減少するので、外部環境への負荷を減少させられることは有用である。ガスの圧縮技術は、圧縮と同時に発生する温度上昇を避けるために廃熱処理問題が生じるが、この発熱は、暖房に利用することも出来る。また、圧縮したガスに注目すると、そのガスを、放出弁を介して急速に排出した際に、ガス体が瞬間的に膨張する場合に生じる断熱冷却現象が生じることは周知であり、この現象を積極的に利用した装置が、冷熱機器の原理でもある。市中で利用されている冷暖房共用の空調機は、この原理を使用するが、この場合にも、原動機をレシプロ式からターボ式に変更することで、エネルギー利用効率を高めることが可能になると思われる。
In addition, the present invention is applied to a high temperature gas compressor researched and developed for power generation. As a generally considered demand market, application to a general compressed gas generator can be predicted. In recent years, the reciprocating system is the mainstream in general gas compressors. However, the reciprocating method is simple but inefficient.
When the gas is compressed with a high speed rotational force, the temperature of the gas body rises at the same time as the temperature of the gas body rises due to the physical principle of adiabatic compression. For this reason, the temperature of the device is abnormally increased, so that a device failure is likely to occur, and heat energy must be inevitably discharged to the external space by air cooling or water cooling as appropriate. Therefore, the thermal efficiency is lowered, and temperature rise pollution to the external environment is generated. Ingenuity that utilizes the inevitable temperature rise will be required. For example, there may be a method of using the Peltier effect or the like and performing local cooling using the increased temperature. Further, in the case of the same compression capacity, the exhaust heat amount of the turbo method is reduced as compared with the reciprocating method, so that it is useful to reduce the load on the external environment. In the gas compression technique, the problem of waste heat treatment occurs to avoid the temperature rise that occurs simultaneously with compression, but this heat generation can also be used for heating. Further, when attention is paid to the compressed gas, it is well known that when the gas is rapidly discharged through the discharge valve, an adiabatic cooling phenomenon occurs when the gas body expands instantaneously. The device that is actively used is also the principle of the thermal equipment. The air conditioners used in the city for heating and cooling use this principle, but in this case as well, changing the prime mover from the reciprocating type to the turbo type will make it possible to increase the energy utilization efficiency. It is.

また、本発明は、発電用に開発研究したのであるが、大きな市場としては、建築関係が予測できる。最近の一般家屋は、密閉構造の空間をつくり、空調機で冷暖房を行うようになっている。それは便利のようであるが、不可解なところもある。夏の冷房を考えると、確かに部屋の中は快適空間になるのだが、空調機から生み出される熱気が外部へ放出され、外の環境は暑さが一層厳しいものになる。都会の夏が極めて不快な空間になっている原因なのだ。昔の伝統的な草葺き屋根の家屋は、自然の通気性と断熱性を使ってできていたので、夏は涼しかった。暑い昼下がりは屋根に水をまくと家全体が冷え、過ごしやすかった。広い住宅環境が可能にさせたのであるが、そういう贅沢は最近では出来ないので、部屋の中の空気だけを人工的に冷やし、それで生じた熱気は、外部へ他人の迷惑は顧みずに放出する方式が一般化した。   In addition, the present invention has been developed and researched for power generation, but as a large market, building relations can be predicted. In recent general houses, a space with a sealed structure is created and air conditioning is performed using an air conditioner. It seems convenient, but there are some mysteries. Considering summer cooling, the room will surely become a comfortable space, but the heat generated from the air conditioner will be released to the outside, and the outside environment will be even more severe. This is the reason why the urban summer has become a very uncomfortable space. The old traditional thatched-roof houses were cool in summer because they were built with natural breathability and thermal insulation. In the hot afternoon, watering the roof cooled the entire house and made it easy to spend. Although a large residential environment has been made possible, such luxury is not possible recently, so only the air in the room is artificially cooled, and the heat generated by it is released without regard to the inconvenience of others. The method became general.

ここで、ウォーターパネルを導入し、屋根裏へそれを広げて地下水などを循環させると、屋根から降りてくる熱気を遮断することができる。屋根に降り注ぐ太陽のエネルギーは、温水の熱源として利用できるので、入浴用のエネルギーが節約できる。地下水には取水の限度があるが、地下に水槽を設けて雨水などを地下タンクへ蓄積利用すれば、地下温度は年中に渡って変化が少ないので、それを循環水の水源にすれば、夏の冷房は空調機を使わないで充分に快適なものになる。この分野では、WPが規格化されて市場に供給されるようになれば実現が可能である。都市空間の居住性が現在とは変わって、都市のヒートアイランド現象が消滅し、環境に優しい自然空調が復活するに違いない。要するに、WPとその複合的構成であるWJコンセプトは、都市の冷暖房文化と建築様式に革命的な変化をもたらし、新たなる産業文化を創出すると予想できるのである。   Here, by introducing a water panel, spreading it to the attic and circulating groundwater, it is possible to block the hot air coming down from the roof. The sun's energy falling on the roof can be used as a heat source for hot water, saving energy for bathing. There is a limit to the amount of water that can be taken from groundwater. However, if you install a tank in the basement and accumulate and use rainwater in the underground tank, the underground temperature will change little throughout the year, so if you use it as a source of circulating water, Summer cooling is comfortable enough without using an air conditioner. This field can be realized if WP is standardized and supplied to the market. The urban space habitability will change, and the urban heat island phenomenon will disappear, and environmentally friendly natural air-conditioning will revive. In short, the WP and its combined composition, the WJ concept, can be expected to bring about a revolutionary change in urban air-conditioning culture and architectural style and create a new industrial culture.

一般的居住用の建築物を、利用の形態から考えると、暑さ寒さを防ぎ、日常生活を安全に快適にするための温度制御を、効果的に果たす構造物ととらえることができる。従来は、岩石、コンクリートや土壁、プラスチック材料を使った断熱構造が一般的である。熱の発生源が家屋の外部にあって、内部空間は人間の生活を熱的環境から隔離するという意味がある。それは、本提案の逆釜とは丁度反対概念である。そこで気がつくことは、従来の建築においては、家の周囲を取り囲む素材は、断熱性能を有し、自然ないしは人口の材料の性質をそのまま受動的に使っていることが分かる。未来の建築では、壁構造をWJで構成することが普及すると、それは、断熱性能を人為的に制御することが可能になるということであるので、能動的断熱が可能になる時代が予想できるのである。屋根や家屋外側の大型構造物は工務店に製造を任せ、壁の組み立ては居住者自身で組み立てる時代が来ると予想できるのである。もちろん、WJの製作や組み立ても業者任せという無精な住民がいてもおかしくはないが、住民自身で自分の住み家を作るという感激、そして、子孫に対する尊厳を示すには、そこに住む家主が家を造るという文化を一般化することは、一国の政治と経済に住民が積極的に関与する習慣を強めることにもなり、昨今の政治不振や選挙に対する無関心ぶりを改善することにも大いに寄与する。つまり、WJの製作を未来の文化にすることで、民主的政治社会が一層健全なものに発展することが予想できるのである。いわゆるドイト文化を積極的に理解し実践する社会を構築することで、民主社会が成長すると思えるのである。   Considering the form of use of a general residential building, it can be regarded as a structure that effectively controls temperature control to prevent heat and cold and make daily life safe and comfortable. Conventionally, heat insulation structures using rocks, concrete, earth walls, and plastic materials are common. The source of heat is outside the house, and the interior space is meant to isolate human life from the thermal environment. That is exactly the opposite concept to the proposed reverse pot. Therefore, it can be seen that in conventional architecture, the material surrounding the house has a heat insulating property and passively uses the properties of natural or artificial materials. In the future architecture, if the construction of the wall structure with WJ becomes widespread, it means that it is possible to artificially control the heat insulation performance, so we can expect an era when active heat insulation is possible is there. It can be expected that it will be time for the residents to assemble the roofs and large structures on the outside of the house. Of course, it is not strange that there is a lazy inhabitant who is responsible for the production and assembly of the WJ, but in order to show the excitement of creating their own home and the dignity of the offspring, the landlord who lives there Generalizing the culture of building a social network will strengthen the habit of inhabitants' active involvement in the politics and economy of a country, and will greatly contribute to improving the recent political slump and indifference to elections. To do. In other words, the democratic political society can be expected to develop into a healthier one by making WJ production a future culture. It seems that a democratic society will grow by building a society that actively understands and practices the so-called Doito culture.

また、本発明は、空気水熱発電の研究開発に際して、効率の高い水蒸気発生の方法を工夫探求した結果、得られたものである。さらに、一般的に考えられる需要市場としては、一般の乾燥高温蒸気が求められる分野への応用が期待できる。産業的応用としては、汚れた器物の洗浄、熱可塑性樹脂の加工等が考えられるので、産業利用は今後も広がると思える。   In addition, the present invention has been obtained as a result of devised and searched for a highly efficient method of generating water vapor in the research and development of air-hydrothermal power generation. Further, as a generally considered demand market, it can be expected to be applied to a field where general dry high-temperature steam is required. Industrial applications can be thought of as industrial applications will continue to expand, as they can be used to clean dirty items and process thermoplastics.

S…固体ボイラー、T…アンブレラ型蒸気タービン、C…ターボ圧縮機、W…ウォータージャケット、V…噴霧装置、1e…固体ボイラー、1e−A…固体ボイラーSSB/A(1e−Aと1e−Bをまとめて、「1e−A/B」と略記する場合もある)、1e−B…固体ボイラーSSB/B、1e−1…SSB炉筐体(下部)、1e−2…SSB炉筐体(上部)、1e−3…SSB炉ガス導入部、1e−4…SSB炉上部コーン、1e−5…ステンレス金網板(上面、中板、底面の区別あり)、1e−6…中心炉制動体、1e−7…中心炉固定セラミックピボット、1e−8…下部中心炉体(1e−8と1e−9をまとめて、「1e−8/9」と略記する場合もある)、1e−9…上部中心炉体、1e−10…加熱油導入支柱管、1e−11…加熱油排出支柱管、1e−12…導入加熱油接続管、1e−13…加熱油排接続管、1e−14…多孔ガス輸送管、1e−15…電熱体、1e−16…下部電力導入口、1e−17…上部電力導入口、1e−18…下部計測信号口、1e−19…上部計測信号口、1e−20…顆粒状ゼオライト、1e−21…導入部予熱電熱体、1e−22…上部筐体予熱電熱体(下部筐体予熱電熱体も同じ)、1e−23…上部コーン予熱電熱体、1e−24…ガス導入部WJ、1e−25…上部筐体WJ(下部筐体WJも同じ)、1e−26…上部コーンWJ、1e−27…下部制御弁、1e−28…上部制御弁、1E…高温度高圧気体、2e…水蒸気発生装置、2E…搬送空気、3e…温水タンク、3E…飽和水蒸気、4e…ターボガス圧縮機、5e…アンブレラ蒸気タービン、6e…発電機、7e…ターボ式空気圧縮機、8e…逆釜(リバースケットル)、9e…ウォータージャケット、10e…熱交換器、11e…熱交換機、12e…高温油送ポンプ、13e…出力電力、S/10e−1…水熱交換機タンク、S/10e−2…熱交換銅管1、S/10e−3…油熱交換機タンク、S/10e−4…熱交換銅管2、S/10e−5…断熱圧縮ポンプ、S/10e−6…ニードル弁、S/10e−7…補助電熱体、S/2−1…ゼオライト4Aの結晶格子、S/2−2…格子常数(Lattice Constant)、S/2−3…β−cage、S/2−4…格子点、S/2−5…ゼオライト4A単位格子、S/2−6…α−cage(単位格子の内部空間)、S/3−1…電力導入線、S/3−2…計測信号線、S/3−3…炉体保持ステンレス棒、S/3−4…加熱油管接続フランジ、S/3−5…輸送管細孔、T/1…タービン軸、T/2…アンブレラ回転翼、T/3…タービン気筒、T/4…ノズルフランジ、T/5…タービン軸受け部、T/6…防振円環、T/7…スリット円環、T/8…遠心スリット、T/9…軸受け固定フランジ、T/10…固定金具、T/11…ラビリンスパッキング、T/12…玉軸受、T/13…スペース金具、T/14…固定金具、T/15…固定ナット、T/16…ガスケット1、T/17…ガスケット2、T/2…アンブレラ回転翼、T/2−1…タービンノズル(図中にはAとBのみ記載)、T/2−2…入力ガス流、T/2−3…回転翼溝Aを流れる気流、T/2−4…ノズルBからの噴出気流がタービン回転に伴い描く渦巻流軌跡、T/2−5…タービン回転方向、T/2…アンブレラ回転翼、T/3…タービン気筒、T/3−1…気筒内面を走る気流、T/3−2…遠心力によりスリットへ流れる反気流、T/7…スリット円環、T/8…スリット間隙、C/1…翼支持体、C/1−1…整流ヘッド、C/2…回転翼、C/3…補助回転翼、C/4…補強円筒、C/5…軸受け部、C/6…潤滑油導入軸、C/7…シャフト、C/8…ベアリング、C/9…ギア、C/10…回転導入軸、C/11…間隙、C/12…狭隘間隙、C/13…ラビリンス間隙、C/14…吸入気体、C/14−1…渦流、C/14−2…逆流、C/14−3…対抗流、C/15…潤滑油、C/16…圧力検出器、C/17…取付円筒、C/18…次段回転翼、C/1…翼支持体、C/2…回転翼、C/2−1…回転翼のヘリカルアングルα、C/3…補助回転翼、C/3−1…補助回転翼のヘリカルアングルα’、C/4…補強円筒、C/1…翼支持体、C/5…軸受け部、C/6…潤滑油導入部、C/7…シャフト、C/8…ベアリング、C/11…間隙、C/13…狭隘間隙、C/14…吸入気体、C/15…潤滑油、C/15−1…噴霧状態、C/15−2…潤滑油タンク、C/15−3…混合状態、C/15−4…送油管、C/15−5…ポンプ、C/15−6…サーボモーター、C/15−7…油圧ポンプ、C/15−8…ノズル、C/15−9…検出増幅器、C/15−10…差動信号、C/15−11…油通路、C/15−12…流体圧縮空間、C/16…圧力検出器、C/17…取り付円筒、C/16−1…検出器容器、C/16−2…口金、C/16−3…帯電防止用フィルター、C/16−4…電気信号接続用フランジ、C/16−5…伸縮ベロウズ、C/16−6…フランジ、C/16−7…圧電検出素子、C/16−8…検出素子端子、C/16−9…セラミック体、C/16−10…圧力設定用セラミック座、C/16−11…軟金属座、C/16−12…螺子、C/16−13…密閉螺子蓋、C/16−14…気密ガスケット、C/16−15…信号リード線、C/16−16…信号端子、C/16−17…絶縁循環油、W/1−1…圧力発生用圧縮機(コンプレッサー)、W/1−2…回転導入用モーター軸(シャフト)、W/1−3…動力発生用蒸気タービン、W/1−4…回転出力軸、W/1−5…機器取付底面鋼板(逆釜底板)、W/1−6…機器取付上面鋼板(逆釜上面板)、W/1−7…機器取付鋼製下部支柱、W/1−8…機器取付鋼製脚、W/1−9…機器取付鋼製上部支柱、W/1−10…エネルギー回収用WJ、W/1−11…給水管、W/1−12…温水回収管、W/1−13…温水エネルギータンク、W/2−1…逆釜鋼製前面板(面板の代表)、W/2−2…逆釜鋼製左側面板、W/2−3…逆釜鋼製背面板、W/2−4…逆釜鋼製右側面板、W/2−5…固定締ネジ、W/3−1…水冷導入管、W/3−2…温水送出管、W/3−3…導入水、W/3−4…発電機、W/3−5…回転力導入電動機、W/4−1…底部WP、W/4−2…上部WP、W/4−3…前部WP、W/4−4…左側面WP、W/4−5…背面WP、W/4−6…右側面WP、W/4−7…前面WP取付けネジ、W/4−8…左側面WP取付けネジ、W/4−9…上部WP取付けネジ、W/4−10…背面WP取付けネジ、W/4−11…右側面WP取付けネジ、W/4−12…WP上のモーター回転軸穴、W/4−13…WP上のタービン回転軸穴WPに開けた穴、W/4−14…WP上の給水管導入口、W/5−1…WP上部構造体、W/5−2…WP底部構造体、W/5−3…温水連絡接続口、W/5−4…側面連絡口、W/5−5…背面連絡口、W/5−6…断面構造1、W/5−7…断面構造2、W/5−8…断面構造3、W/6−1…赤外線反射用金属板、W/6−2…接着用耐熱耐水樹脂、W/6−3…縫製糸目、W/6−4…補強用U字型金属板、W/6−5…金属接着用耐熱耐水樹脂、W/6−6…貫通穴用鳩目、W/6−7…取付けネジ穴、W/6−8…入射赤外線、W/7−1…耐熱耐水布製連絡円筒、W/7−2…花びら型切れ目、W/7−3…花びら型フランジ、W/7−4…重ね合わせ接合部、W/7−5…直線縫合糸目、W/7−6…円形縫合糸目、W/7−7…耐熱耐水外部保護円環布、W/8−1…耐熱耐水布製補強リブ、W/8−2…縫合糸目、W/9−1…WJ連結管、W/9−2…WJへの給水管、W/9−3…WJからの温水輸送管、V/1…蒸発装置上部構造、V/2…石英管部(格子状配置)、V/3…赤外線・遠赤外線発光体、V/4…ノズルボデイ、V/5…ノズル加熱体、V/6…加熱空気導入管、V/7…温水導入管、V/8…蒸発装置内水面、V/9…内水面最大レベル、V/10…水導入弁、V/11…排水弁、V/12…水位測定センサー、V/13…加熱電熱体、V/4−1…温水導入ノズル、V/4−2…加熱空気導入ノズル、V/5−1…電熱加熱体、V/5−2…加熱体上面フランジ、V/5−3…加熱フィン、V/5−4…加熱フィン断面形状、V/1−1…蒸発空間、V/1−2…ミスト分離板、V/1−3…蒸気送出管内径、V/4−3…ノズル放出径、V/4−4…ミスト放散円錐コーン   S ... Solid boiler, T ... Umbrella type steam turbine, C ... Turbo compressor, W ... Water jacket, V ... Spraying device, 1e ... Solid boiler, 1e-A ... Solid boiler SSB / A (1e-A and 1e-B May be abbreviated as "1e-A / B"), 1e-B ... solid boiler SSB / B, 1e-1 ... SSB furnace casing (lower part), 1e-2 ... SSB furnace casing ( Upper part), 1e-3 ... SSB furnace gas introduction part, 1e-4 ... SSB furnace upper cone, 1e-5 ... stainless steel mesh plate (with distinction between upper surface, middle plate and bottom surface), 1e-6 ... central furnace braking body, 1e-7 ... central furnace fixed ceramic pivot, 1e-8 ... lower central furnace body (1e-8 and 1e-9 may be collectively abbreviated as "1e-8 / 9"), 1e-9 ... upper part Central furnace body, 1e-10 ... heating oil introduction strut pipe, 1e-1 ... heating oil discharge column pipe, 1e-12 ... introduction heating oil connection pipe, 1e-13 ... heating oil discharge connection pipe, 1e-14 ... porous gas transport pipe, 1e-15 ... electric heating element, 1e-16 ... lower power introduction 1e-17 ... upper power introduction port, 1e-18 ... lower measurement signal port, 1e-19 ... upper measurement signal port, 1e-20 ... granular zeolite, 1e-21 ... introduction part preheating electric heater, 1e-22 ... upper casing preheating electric body (the same applies to the lower casing preheating electric body), 1e-23 ... upper cone preheating electric heater, 1e-24 ... gas introduction part WJ, 1e-25 ... upper casing WJ (lower casing WJ) 1e-26 ... upper cone WJ, 1e-27 ... lower control valve, 1e-28 ... upper control valve, 1E ... high temperature high pressure gas, 2e ... steam generator, 2E ... carrier air, 3e ... warm water tank 3E ... saturated steam, 4e ... turbo gas compressor, e ... umbrella steam turbine, 6e ... generator, 7e ... turbo air compressor, 8e ... reverse kettle, 9e ... water jacket, 10e ... heat exchanger, 11e ... heat exchanger, 12e ... high temperature oil feed pump , 13e ... Output power, S / 10e-1 ... Water heat exchanger tank, S / 10e-2 ... Heat exchange copper tube 1, S / 10e-3 ... Oil heat exchanger tank, S / 10e-4 ... Heat exchange copper tube 2, S / 10e-5 ... adiabatic compression pump, S / 10e-6 ... needle valve, S / 10e-7 ... auxiliary heating element, S / 2-1 ... crystal lattice of zeolite 4A, S / 2-2 ... lattice Constant (Lattice Constant), S / 2-3 ... β-cage, S / 2-4 ... lattice point, S / 2-5 ... zeolite 4A unit cell, S / 2-6 ... α-cage (inside of unit cell) Space), S / 3-1 ... Electricity introduction Wire, S / 3-2 ... measurement signal wire, S / 3-3 ... furnace body holding stainless steel rod, S / 3-4 ... heating oil pipe connection flange, S / 3-5 ... transport pipe pore, T / 1 ... Turbine shaft, T / 2 ... Umbrella rotor blade, T / 3 ... Turbine cylinder, T / 4 ... Nozzle flange, T / 5 ... Turbine bearing, T / 6 ... Anti-vibration ring, T / 7 ... Slit ring, T / 8 ... centrifugal slit, T / 9 ... bearing fixing flange, T / 10 ... fixing bracket, T / 11 ... labyrinth packing, T / 12 ... ball bearing, T / 13 ... space bracket, T / 14 ... fixing bracket, T / 15: fixing nut, T / 16: gasket 1, T / 17: gasket 2, T / 2: umbrella rotor blade, T-2-1: turbine nozzle (only A and B are shown in the figure), T /2-2...Input gas flow, T / 2-3 ... Airflow flowing through rotor blade groove A, T / 2-4 ... No The swirl flow trajectory drawn by the turbine B during the rotation of the turbine, T / 2-5 ... turbine rotation direction, T / 2 ... umbrella rotor blades, T / 3 ... turbine cylinder, T / 3-1 ... cylinder inner surface Running airflow, T / 3-2 ... anti-airflow flowing to slit by centrifugal force, T / 7 ... slit ring, T / 8 ... slit gap, C / 1 ... wing support, C / 1-1 ... rectifying head, C / 2 ... Rotary blade, C / 3 ... Auxiliary rotor blade, C / 4 ... Reinforcing cylinder, C / 5 ... Bearing part, C / 6 ... Lubricating oil introduction shaft, C / 7 ... Shaft, C / 8 ... Bearing, C / 9 ... gear, C / 10 ... rotation introduction shaft, C / 11 ... gap, C / 12 ... narrow gap, C / 13 ... labyrinth gap, C / 14 ... suction gas, C / 14-1 ... vortex flow, C /14-2...Reverse flow, C / 14-3 ... Countercurrent, C / 15 ... Lubricant, C / 16 ... Pressure detector, C / 17 ... Installation Cylinder, C / 18 ... next stage rotor blade, C / 1 ... blade support, C / 2 ... rotor blade, C / 2-1 ... helical angle α of rotor blade, C / 3 ... auxiliary rotor blade, C / 3 -1 ... Helical angle α 'of auxiliary rotor blade, C / 4 ... Reinforcing cylinder, C / 1 ... Blade support, C / 5 ... Bearing part, C / 6 ... Lubricating oil introduction part, C / 7 ... Shaft, C / 8 ... Bearing, C / 11 ... Gap, C / 13 ... Narrow gap, C / 14 ... Suction gas, C / 15 ... Lubricating oil, C / 15-1 ... Spray state, C / 15-2 ... Lubricating oil tank , C / 15-3 ... mixed state, C / 15-4 ... oil feed pipe, C / 15-5 ... pump, C / 15-6 ... servo motor, C / 15-7 ... hydraulic pump, C / 15-8 ... Nozzle, C / 15-9 ... Detection amplifier, C / 15-10 ... Differential signal, C / 15-11 ... Oil passage, C / 15-12 ... Fluid compression space, C / 16 Pressure detector, C / 17: mounting cylinder, C / 16-1 ... detector container, C / 16-2 ... base, C / 16-3 ... antistatic filter, C / 16-4 ... electrical signal connection Flange, C / 16-5 ... Expandable Bellows, C / 16-6 ... Flange, C / 16-7 ... Piezoelectric detection element, C / 16-8 ... Detection element terminal, C / 16-9 ... Ceramic body, C / 16-10 ... pressure setting ceramic seat, C / 16-11 ... soft metal seat, C / 16-12 ... screw, C / 16-13 ... sealed screw lid, C / 16-14 ... airtight gasket, C / 16-15 ... Signal lead wire, C / 16-16 ... Signal terminal, C / 16-17 ... Insulating circulating oil, W / 1-1 ... Compressor for generating pressure (compressor), W / 1-2 ... Rotation introduction Motor shaft (W), W / 1-3 ... steam turbine for power generation, W / 1-4 ... times Rolling output shaft, W / 1-5 ... equipment mounting bottom steel plate (reverse hook bottom plate), W / 1-6 ... equipment mounting top steel plate (reverse hook top plate), W / 1-7 ... equipment mounting steel lower strut, W / 1-8 ... equipment mounting steel legs, W / 1-9 ... equipment mounting steel upper struts, W / 1-10 ... energy recovery WJ, W / 1-11 ... water supply pipe, W / 1-12 ... Hot water recovery pipe, W / 1-13 ... Hot water energy tank, W / 2-1 ... Reverse pot steel front plate (representative of face plate), W / 2-2 ... Reverse pot steel left side plate, W / 2-2- 3 ... Back plate made of reverse hook steel, W / 2-4 ... Right side plate made of reverse hook steel, W / 2-5 ... Fixing screw, W / 3-1 ... Water-cooled introduction pipe, W / 3-2 ... Hot water delivery Pipe, W / 3-3 ... introduced water, W / 3-4 ... generator, W / 3-5 ... rotational force introducing motor, W / 4-1 ... bottom WP, W / 4-2 ... top WP, W /4-3...Front WP, W / 4-4 ... Left side WP, W / 4-5 ... rear WP, W / 4-6 ... right side WP, W / 4-7 ... front WP mounting screw, W / 4-8 ... left side WP mounting screw, W / 4-9 ... Upper WP mounting screw, W / 4-10 ... rear WP mounting screw, W / 4-11 ... right side WP mounting screw, W / 4-12 ... motor rotation shaft hole on WP, W / 4-13 ... on WP Of the turbine rotation shaft hole WP, W / 4-14... Water supply pipe inlet on WP, W / 5-1... WP upper structure, W / 5-2... WP bottom structure, W / 5 -3 ... Warm water connection port, W / 5-4 ... Side contact port, W / 5-5 ... Back contact port, W / 5-6 ... Cross sectional structure 1, W / 5-7 ... Cross sectional structure 2, W / 5-8 ... Cross-sectional structure 3, W / 6-1 ... Infrared reflecting metal plate, W / 6-2 ... Heat and water resistant resin for bonding, W / 6-3 ... Sewing thread, W / 6-4 ... Reinforcing U Character shape Metal plate, W / 6-5 ... heat and water resistant resin for metal bonding, W / 6-6 ... eyelet for through hole, W / 6-7 ... mounting screw hole, W / 6-8 ... incident infrared ray, W / 7- DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heat-resistant and water-resistant cloth connecting cylinder, W / 7-2 ... Petal type cut, W / 7-3 ... Petal type flange, W / 7-4 ... Overlapping joint, W / 7-5 ... Straight suture, W / 7-6 ... circular suture thread, W / 7-7 ... heat-resistant and water-resistant external protective ring cloth, W / 8-1 ... heat-resistant and water-resistant cloth reinforcing rib, W / 8-2 ... suture thread, W / 9-1 ... WJ connecting pipe, W / 9-2 ... water supply pipe to WJ, W / 9-3 ... hot water transport pipe from WJ, V / 1 ... evaporator upper structure, V / 2 ... quartz pipe part (lattice arrangement) , V / 3 ... Infrared / far-infrared emitter, V / 4 ... Nozzle body, V / 5 ... Nozzle heater, V / 6 ... Heated air inlet tube, V / 7 ... Hot water inlet tube, V / 8 ... Inside the evaporator Water surface, V / 9 ... Inner water surface maximum level, V / 10 ... Water introduction valve, V / 11 ... Drain valve, V / 12 ... Water level measurement sensor, V / 13 ... Heating heater, V / 4-1 ... Hot water introduction Nozzle, V / 4-2 ... Heated air introduction nozzle, V / 5-1 ... Electric heating body, V / 5-2 ... Heating body upper surface flange, V / 5-3 ... Heating fin, V / 5-4 ... Heating Fin cross-sectional shape, V / 1-1 ... evaporation space, V / 1-2 ... mist separator, V / 1-3 ... steam delivery pipe inner diameter, V / 4-3 ... nozzle discharge diameter, V / 4-4 ... Mist dissipation cone cone

Claims (20)

複数のゼオライトまたはゼオライトの類似物質を収容する炉体と、
前記炉体の周囲に配置した加熱装置と、
前記加熱装置の外周を包囲するウォータージャケットと、を備えることを特徴とする固体ボイラー。
A furnace body containing a plurality of zeolites or zeolite-like substances;
A heating device arranged around the furnace body;
A solid boiler comprising a water jacket surrounding an outer periphery of the heating device.
前記複数のゼオライトまたは前記類似物質の中心に配置した加熱用中空管と、
前記加熱用中空管の周囲に取付け、且つ高温油を循環させる油循環用管と、
前記加熱用中空管の内部に配置した電気発熱体と、を備え、
前記加熱用中空管の断面形状は、多角形または円形であることを特徴とする請求項1に記載した固体ボイラー。
A heating hollow tube disposed in the center of the plurality of zeolites or similar substances;
An oil circulation pipe which is attached around the heating hollow pipe and circulates high temperature oil;
An electrical heating element disposed inside the hollow tube for heating,
2. The solid boiler according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the heating hollow tube is a polygon or a circle.
前記炉体の底面に、前記加熱用中空管の中心と、前記油循環用管の中心と、前記電気発熱体の中心と、を確保するピボット部材を設置したことを特徴とする請求項2に記載した固体ボイラー。   3. A pivot member that secures the center of the heating hollow tube, the center of the oil circulation tube, and the center of the electric heating element is installed on the bottom surface of the furnace body. Solid boiler described in 1. 前記炉体の上面に、前記加熱用中空管、前記油循環用管及び前記電気発熱体の揺動を防ぐ中心炉制動体を設置したことを特徴とする請求項2または請求項3に記載した固体ボイラー。   The central furnace braking body which prevents the oscillation of the said hollow tube for a heating, the said pipe | tube for oil circulation, and the said electric heating element on the upper surface of the said furnace body is characterized by the above-mentioned. Solid boiler. 前記複数のゼオライトからなるゼオライト塊、または、前記類似物質からなる類似物質塊の複数箇所に差し込んだ多孔ガス輸送管を備えることを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載した固体ボイラー。   The porous gas transport pipe inserted into a plurality of places of the zeolite lump consisting of the plurality of zeolites or the similar substance lump consisting of the similar substance, according to any one of claims 1 to 4 The described solid boiler. 円錐型の内面を有する軸型タービン気筒を備えることを特徴とする軸型タービン。   An axial turbine comprising an axial turbine cylinder having a conical inner surface. 前記内面に接触して回転する断面星形タービン翼を備えることを特徴とする請求項6に記載した軸型タービン。   The axial turbine according to claim 6, further comprising a star-shaped turbine blade that rotates in contact with the inner surface. 前記断面星形タービン翼の外周面に、前記断面星形タービン翼の軸方向に沿って配列した複数箇所の円環部を形成し、
前記円環部に近接し、且つ前記断面星形タービン翼に取り付けた円盤状リングを有することを特徴とする請求項7に記載した軸型タービン。
On the outer peripheral surface of the cross-section star turbine blade, a plurality of annular portions arranged along the axial direction of the cross-section star turbine blade are formed,
The axial turbine according to claim 7, further comprising a disk-shaped ring that is adjacent to the annular portion and attached to the cross-section star turbine blade.
ターボガス圧縮装置に用いるターボ回転翼と、
前記ターボ回転翼の周囲に装着した補強円筒と、
前記補強円筒の外周部に取付けた補助回転翼と、を備えることを特徴とする多段ターボガス圧縮機。
A turbo rotor blade used in a turbo gas compressor;
A reinforcing cylinder mounted around the turbo rotor blade;
A multistage turbo gas compressor, comprising: an auxiliary rotor blade attached to an outer peripheral portion of the reinforcing cylinder.
軸流で圧縮した気流を流す取付円筒と、
前記取付円筒の内部に、前記ターボ回転翼と縦列多重に配列して組み合わせて配置し、且つ前記気流に対して密閉した軸受け部と、
前記軸受け部の内部へ前記取付円筒の外部から潤滑油を供給する潤滑油供給装置と、を備え、
前記潤滑油供給装置は、前記気流の圧力と、前記軸受け部の内部で発生する圧力と、の不整合によるガス漏れ及び潤滑油漏れを抑制する漏出抑制機構を備えることを特徴とする請求項9に記載した多段ターボガス圧縮機。
A mounting cylinder that flows an axially compressed airflow;
Inside the mounting cylinder, arranged in combination with the turbo rotor blades in tandem multiple arrangement, and a bearing portion hermetically sealed against the airflow;
A lubricating oil supply device that supplies lubricating oil to the inside of the bearing portion from the outside of the mounting cylinder,
The said lubricating oil supply apparatus is provided with the leak suppression mechanism which suppresses the gas leak by the mismatch of the pressure of the said air flow, and the pressure which generate | occur | produces inside the said bearing part, and lubricating oil leak. The multistage turbo gas compressor described in 1.
前記潤滑油供給装置は、前記気流の圧力を検出する圧力検出器を備え、
前記圧力検出器は、周囲に絶縁潤滑油を循環させた圧力検出素子と、前記圧力検出器の導入口に取り付けた帯電防止用フィルターと、を備えることを特徴とする請求項10に記載した多段ターボガス圧縮機。
The lubricating oil supply device includes a pressure detector that detects the pressure of the airflow,
The multi-stage according to claim 10, wherein the pressure detector includes a pressure detection element in which an insulating lubricant is circulated around and an antistatic filter attached to an introduction port of the pressure detector. Turbo gas compressor.
布製の二重密閉容器と、
前記二重密閉容器のうち一方の密閉容器の内面に配置した金属薄板と、を備えることを特徴とするウォーターパネル。
A cloth double sealed container,
A water panel comprising: a metal thin plate disposed on an inner surface of one of the double sealed containers.
前記二重密閉容器に取り付けた複数の給排水連絡口金を備えることを特徴とする請求項12に記載したウォーターパネル。   The water panel according to claim 12, further comprising a plurality of water supply / drainage connection caps attached to the double airtight container. 前記二重密閉容器に複数の貫通孔を形成したことを特徴とする請求項12または請求項13に記載したウォーターパネル。   The water panel according to claim 12 or 13, wherein a plurality of through holes are formed in the double sealed container. 請求項12から請求項14のうちいずれか1項に記載したウォーターパネルを複合結合して構成したことを特徴とするウォータージャケット。   A water jacket comprising a water panel according to any one of claims 12 to 14 combined and combined. 請求項15に記載したウォータージャケットと、
前記ウォータージャケットから回収した温水を蓄積して再利用するタンクと、を備えることを特徴とするウォータージャケットシステム。
A water jacket according to claim 15;
And a tank for accumulating and reusing hot water collected from the water jacket.
ミストを放出する噴霧ノズルと、
前記噴霧ノズルの先端部へ取り付けた加熱装置と、を備えることを特徴とする噴霧装置。
A spray nozzle that discharges mist;
And a heating device attached to the tip of the spray nozzle.
前記噴霧ノズルの先端部内側へ埋め込んだ星形断面の加熱フィンを備えることを特徴とする請求項17に記載した噴霧装置。   The spraying device according to claim 17, further comprising a star-shaped cross-section heating fin embedded inside the tip of the spray nozzle. 前記噴霧ノズルは、円錐状にミストを放出し、
格子状に組み立てた石英管で形成され、且つ前記噴霧ノズルから円錐状に放出されるミストと後段の装置との間を遮蔽する遮蔽体と、
前記石英管内に配置した赤外・遠赤外線加熱装置と、を備えることを特徴とする請求項17または請求項18に記載した噴霧装置。
The spray nozzle emits mist in a conical shape,
A shielding body that is formed of a quartz tube assembled in a lattice shape and shields between a mist discharged in a conical shape from the spray nozzle and a subsequent device;
The spraying device according to claim 17 or 18, further comprising an infrared / far infrared heating device disposed in the quartz tube.
請求項1から請求項5のうちいずれか1項に記載した固体ボイラーと、請求項6から請求項8のうちいずれか1項に記載した軸型タービンと、請求項9から請求項11のうちいずれか1項に記載した多段ターボガス圧縮機と、請求項16に記載したウォータージャケットシステムと、請求項17から請求項19のうちいずれか1項に記載した噴霧装置と、を備えたことを特徴とする空水熱発電システム。   A solid boiler according to any one of claims 1 to 5, a shaft turbine according to any one of claims 6 to 8, and a claims 9 to 11. A multi-stage turbo gas compressor according to any one of claims 1, a water jacket system according to claim 16, and a spraying device according to any one of claims 17 to 19. Air-water thermal power generation system.
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