JP2019512058A - Tapered spiral gas turbine with copolar DC generator for combining cooling, heating, power, pressure, work and water - Google Patents

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Abstract

ガス膨張機によってワーク抽出又は空気冷却を行うためのテーパー形指数スパイラル。このようなテーパー形指数スパイラルは、ガス圧縮機に用いられて空気の圧力と温度を増加してもよい。前記圧縮機−膨張機が単一で簡単な構造を形成し、製造に便利である。空気の断熱膨張についてのテーパー形指数スパイラルの温度降下の簡単な式を得た。空気の等温圧縮についての、空気が外から内へ圧縮されると圧力が増加することを得た。エネルギー変換にとって、スパイラルが有効であると証明した。ファラデー単極直流発電機の幾何形状と技術を変更することによってそれを改良した。電力変換効率と高圧電力生産の面で多くの作業が成される。同じ発電機構造は単極直流モータとして利用できる。電圧を制御することによって、モータ又は発電機の速度は制御される。電流を制御することによって、利用又は生成されるトルク力も制御される。単極発電機とモータは、容易にスパイラル圧縮機及び膨張機と一体に集積できる。これらの基本的な発明を利用する3つの用途が提出された。まずはフォーカスされる太陽エネルギー又はガス燃料の燃焼により動力を供給する熱力タービンである。次は電力により動力を供給して水の冷却、クーリングと加熱に用いられるヒートポンプである。第3は太陽エネルギーの動力によって水を脱塩する方法であり、太陽を追跡するテーパー形反射表面によって、太陽光を塩水柱に集め、太陽エネルギー光起電力による動力を利用してスパイラル圧縮機に動力を提供して低圧蒸気を冷却する。Firefly技術によって小規模、現地的で且つ簡単な多種のエネルギー生産を提供し、必要な場合、太陽エネルギーの動力を人にフィードバックする。【選択図】なしTapered index spiral for performing work extraction or air cooling with a gas expander. Such tapered exponential spirals may be used in gas compressors to increase the pressure and temperature of the air. The compressor-expander forms a single, simple structure and is convenient for manufacture. A simple equation of temperature drop of tapered exponential spiral for adiabatic expansion of air was obtained. For isothermal compression of air, we obtained an increase in pressure as the air is compressed from the outside to the inside. The spiral proved to be effective for energy conversion. It is improved by changing the geometry and technology of the faraday unipolar dc generator. Much work is done in terms of power conversion efficiency and high voltage power production. The same generator structure can be used as a single pole DC motor. By controlling the voltage, the speed of the motor or generator is controlled. By controlling the current, the torque force utilized or generated is also controlled. The unipolar generator and motor can easily be integrated with the spiral compressor and expander. Three applications have been submitted that make use of these basic inventions. The first is a thermal power turbine powered by the combustion of solar energy or gaseous fuel to be focused. The next is a heat pump which is powered by electric power and used for water cooling, cooling and heating. The third is a method of desalinizing water by the power of solar energy, and by collecting solar light into a saltwater column by means of a tapered reflective surface that tracks the sun, a solar compressor is used to generate a spiral compressor. Provides power to cool low pressure steam. Firefly technology provides a variety of small-scale, local and simple types of energy production, and if necessary, feeds back the power of solar energy to people. 【Selection chart】 None

Description

本願は、2016年2月2日付けに提出された「冷却、加熱、パワー、圧力、ワーク及び水を組み合わせるためのテーパー形スパイラルガスタービン(A Tapering Spiral Gas Turbine for Combined Cooling,Heating,Power,Pressure,Work,and Water)」というテーマで62/290,393という配列番号が配られた米国仮出願に開示されその優先権を請求する主旨を含み、上記仮出願には本出願者による発明が記述された。  The present application, filed on February 2, 2016, “A Tapering Spiral Gas Turbine for Combining Cooling, Heating, Power, Pressure, Work, and Water” (A Tapering Spiral Gas Turbine for Combined Cooling, Heating, Power, Pressure "Work, and Water" disclosed in a provisional US application filed with the sequence number 62 / 290,393 and claimed the priority of the present invention, the above-mentioned provisional application describes the invention by the applicant It was done.

世界には、清潔な空気、水、フーズ、エネルギー及び交通が必要であり、これらは先進国だけでなく、すべての人間にとって取得できる且つ公平的である。これらの便利な施設の普通なサプライは、現地及びエネルギー(例えば、太陽エネルギー、ビン詰め液化石油ガス)供給を負担できる地方における人たちのこれらに対する要求を満たす技術進歩に鍵がある。  The world needs clean air, water, foods, energy and transportation, which are accessible and accessible to all humans, not only in developed countries. The normal supply of these convenient facilities is key to technological advances that meet the local and energy (eg, solar energy, bottled liquefied petroleum gas) supply needs of those in the region.

地球温暖化及び海平面上昇を引き起こす化石燃料の燃焼のため、我々は全世界の気候変化に直面している。石炭の燃焼は空気汚染を招く。地下水は迅速に枯渇している。地球温暖化が極熱を招き、空気調節のニーズが増え、従って地球温暖化を起こす化石燃料をもっと多く利用する必要があるる。その輸送は高価の石油製品を要し、長期間のペレット汚染を引き起こす。  We are facing global climate change because of the burning of fossil fuels that cause global warming and sea level rise. Coal combustion leads to air pollution. Ground water is being depleted quickly. Global warming causes extreme heat and the need for air conditioning increases, so more fossil fuels that cause global warming need to be used. Its transport requires expensive petroleum products and causes long-term pellet contamination.

エネルギーの不足と気候変化を緩和するために、3回の焦点移転を強調する。1回目の焦点移転は、エネルギー生産からエネルギー適用への移転である。エネルギー生産は、清潔な空気、水、フーズ及び輸送のための最も快適な手段である。省エネは、常にもっと多い快適さを起こす。  Emphasize three focal shifts to alleviate energy shortages and climate change. The first focus transfer is from energy production to energy application. Energy production is the most comfortable means of clean air, water, foods and transport. Energy saving always causes more comfort.

2回目の焦点移転は、電力から熱量への移転である。熱量は、空間と水加熱に直接的に利用されると共に、間接に利用されて冷却、水、調理、運動、そしてその後運動から誘起される電力を生成ことができる。生成される電力は、照明、通信、計算及び電気輸送に用いられる。  The second focus transfer is the transfer from electricity to heat. The heat is used directly for space and water heating, and can be used indirectly to generate power derived from cooling, water, cooking, movement and then movement. The power generated is used for lighting, communication, calculation and electrical transport.

エネルギーは、その用途に近い形式、例えば、熱浴における熱エネルギー、ガスを加圧するための圧力エネルギー、冷却の凍結剤又は物質を凍結するための冷気、及び化学電池における電気エネルギーとして蓄積されるべきである。小型で高効率のタービンに利用可能の場合、化学エネルギーを燃料として蓄積するべきである。  The energy should be stored in a form close to its application, eg thermal energy in a heat bath, pressure energy to pressurize the gas, cold air to freeze the cryogen or substance for cooling, and electrical energy in a chemical cell It is. Chemical energy should be stored as fuel if available for small, high efficiency turbines.

3回目の焦点移転は、エネルギーの現地生成、蓄積、変換及び利用である。メッシュ分布を利用して集中生産(Centralized Generation,CG)電力を逆転するというEdison応用モデルが期待される。  The third focus transfer is on-site generation, storage, conversion and utilization of energy. An Edison application model is expected that uses mesh distribution to reverse Centralized Generation (CG) power.

Firefly技術と称され、マイクロタービンとマイクロDC発電機を集積する技術が発明された。個人的なものであるが、大型の発電プラントと同様に高効率である。CGは必要なくようになり、エネルギーを移動収集、蓄積、変換、利用するための個人エネルギー(Personal Energy,PE)に置き換えられる。  Called Firefly technology, a technology that integrates microturbines and micro DC generators has been invented. Although personal, it is as efficient as large power plants. CG becomes unnecessary, and it is replaced by personal energy (PE) to move, collect, store and convert energy.

4段階の産業革命において、PEがCGに代わって完備な循環を齎した。1回目の革命は、大型蒸気発動機の作業・生産に集中し、2回目の革命は、蒸気発動機により駆動される大型AC発電機を利用して世界を電気化させ、マイクロ電子素子による3回目の革命は、グローバルの計算・通信のネットを提供し、MEMS(Micro−Electronic−Mechanical Systems,マイクロ電子機械システム)による4回目の革命は、CGによる1回目及び2回目の革命を逆転し、PEを齎し、すべてのものを現地化、小型化及び個人化させる。  In the four-stage industrial revolution, PE overwhelmed the complete circulation on behalf of CG. The first revolution concentrates on the work and production of large steam engines, and the second revolution uses the large AC generator driven by steam engines to electrify the world, 3 The second revolution provides a global computing and communication network, and the fourth revolution by MEMS (Micro-Electronic-Mechanical Systems, micro-electro-mechanical system) reverses the first and second revolutions by CG, Overdo PE and localize, miniaturize and personalize everything.

Fireflyは、10のSが含まれる。スマート(Smart)、スモール(Small)、シンプル(Simple)、スケーラブル(Scalable)、ストロング(Strong)、サイレント(Silent)、セーフ(Safe)、ストア(Stores)、スタイリッシュ(Stylish)。Fireflyによって、冷却、加熱、パワー、圧力、ワーク及び水の組み合わせ(初めての字母の略語CCHP)が提供される。Firefly contains 10 s. Smart (Small), Simple (Small), Simple (Scalable), Strong (Silent), Strong (Silent), Safe (Store), Stylish (Stylish). Firefly provides a combination of cooling, heating, power, pressure, work and water (the first letter abbreviation for CCHP 2 W 2 ).

Fireflyは、貧乏国の産業化を寄与でき、送電網又は水網がない地方でも生産ができるようになる。世界では、半分の人は、電力又は水道水が確実に供給されない状況で生きている。  Firefly can contribute to the industrialization of poor countries and will enable production even in rural areas without grids or water networks. In the world, half of people live in situations where electricity or tap water can not be reliably supplied.

CCHPにおいて、鍵になる部分は、集中される太陽エネルギー又はガス燃料の内部燃焼により動力を供給する高効率のマイクロタービンである。マイクロタービンと集積されるのは、高効率のマイクロDC電動機−発電機である。The key part of CCHP 2 W 2 is a high efficiency micro turbine powered by internal combustion of concentrated solar energy or gas fuel. Integrated with the microturbine is a high efficiency micro DC motor-generator.

熱力発動機と発電機の歴史を調べる。2000年前に、アレクサンドリアハーバーのHeroは世界初の熱力タービンを発明した。ボイラに生じる蒸気をノズルによって反方向へジェットすることによって、ヒンジ接続されるボイラを回転させる。Heroタービンは、アレクサンドリの図書館において珍しいものとして陳列されていた。  Investigate the history of heat engines and generators. Before 2000, Hero in Alexandria Harbor invented the world's first thermal power turbine. The hinged boiler is rotated by jetting the steam generated in the boiler in the opposite direction by the nozzle. The Hero turbines were displayed as unusual in the library of Alexandri.

Heroと1回目の産業革命との間に、タービン(実際には回転装置、例えば風によるミル又は水によるミル)によって風と水の運動エネルギーを得るようになる。ベーン又はパドルが風又は流れている水を阻害し、タービンを回転させて機械ワークを取り出す。  Between Hero and the first industrial revolution, the kinetic energy of wind and water comes to be obtained by a turbine (in fact, a rotating device such as a wind mill or a water mill). The vanes or paddles block the wind or flowing water, rotate the turbine and take out the machine work.

1769年に、James Wattは世界初の強くて実用的な蒸気発動機の特許を取得した。コールを燃焼するボイラからの蒸気によってシリンダーにおけるピストンを駆動し、ポンプでの送水、織物織り及び列車駆動に極めて大きい力を供給した。人々は、蒸気により駆動される機関車に導かれて都市へ来た。集中で製造する装置は、蒸気発動機によって駆動される。これらのランキンサイクル熱力発動機は、液体を沸騰させて圧力を発生してワークする。  In 1769, James Watt patented the world's first strong and practical steam engine. The steam from the boiler burning the coals driven the pistons in the cylinders, providing extremely high power to the water delivery at the pump, the weave of the fabric and the train drive. People came to cities led by steam-powered locomotives. The centralized manufacturing device is driven by a steam motor. These Rankine Cycle Thermomotors boil the liquid and generate pressure to work.

1816年に、牧師Stirlingは、Stirling発動機の特許を取得した。蒸気ボイラの致命的な圧力に関心を寄せていた。Stirling発動機は、2つのシリンダーを利用し、その1つは空気を加熱するためのものであり、もう1つは空気を冷却するためのものである。膨張している空気はワークする。これらのCarnotサイクル熱力発動機は、高温で稼働される。  In 1816, Rev. Stirling obtained a patent for the Stirling engine. I was interested in the fatal pressure of the steam boiler. The Stirling engine utilizes two cylinders, one for heating the air and one for cooling the air. The expanding air works. These Carnot cycle thermomotors are operated at high temperatures.

1830年前後、Michael Faradayは、単極ディスク形発電機を発明した。Type−C磁性体の磁極の間に挟まれる回転ディスクの周辺から電流を収集する。損傷される渦電流は、回転ディスクにおいて流れている。このような発電機は、例えば、Nikola Teslaにより改良されるが、効率と電圧が低いため、公益事業発電に適用されなかった。  Around 1830, Michael Faraday invented a single pole disk generator. The current is collected from the periphery of the rotating disk sandwiched between the poles of the Type-C magnetic body. Damaged eddy currents are flowing in the rotating disc. Such a generator, for example, is improved by Nikola Tesla, but has not been applied to utility power generation due to its low efficiency and voltage.

20世紀の初、EdisonとTeslaによる発明によって電力企業が創造された。コールを燃焼する蒸気発動機は、TeslaのAC発電機によって電力を生じる。蒸気発動機は大きくて効率が低下している。これらは強いが遅いである。大きな電流を生じるために、AC発電機には大きな電気磁性体が必要である。  At the beginning of the 20th century, electric companies were created by inventions by Edison and Tesla. The steam engine burning the call produces power by the Tesla AC generator. Steam engines are large and inefficient. These are strong but slow. In order to generate large currents, AC generators require large electro-magnetic materials.

Nikola Teslaは、ステータとロータコイルに電流を相互誘導する3相発電機を発明した。電圧変換が容易になることによって、長距離の送電網で高圧電力を有効に伝送することができ、オームパワー損失が大幅に低減された。電力企業は、DCの代わりにACを採用する。  Nikola Tesla invented a three-phase generator that mutually induces current in the stator and rotor coils. By facilitating voltage conversion, high-voltage power can be effectively transmitted over long-distance grids, and ohmic power losses are significantly reduced. Power companies adopt AC instead of DC.

Nikola Teslaはまた、Teslaタービンを発明した。上記タービンは、密接に離間しているディスクのスタックを含む。蒸気は、接線の方向にタービンの外周へ注入される。蒸気は、各ディスクの間にスタックの中心へ向かって内へスパイラルする。蒸気は、気体粘性によってディスクを引っ張る。Teslaは、理論的にCarnotサイクル効率の90%等エントロピー効率が実現されると称するが、今までの技術によっても検証できない。  Nikola Tesla also invented the Tesla turbine. The turbine includes a stack of closely spaced disks. Steam is injected into the outer periphery of the turbine in the tangential direction. The steam spirals inward towards the center of the stack between each disk. The vapor pulls the disc by the gas viscosity. Tesla states that, theoretically, 90% isentropic efficiency of Carnot cycle efficiency is realized, but can not be verified by the prior art.

1950年以来、電力企業は、ガスタービンと蒸気タービンによって更なる高効率を達成した。コールを燃焼して生成される蒸気によって動力を供給する蒸気タービンは、約40%の効率を有する。蒸気タービンからの低圧蒸気を冷却するために、大量の水が必要である。サイクルガスタービン(Combined Cycle Gas Turbine,CCGT)と協同して60%以上の効率を実現した。CCGTは、天然ガスを利用してBraytonサイクルガスタービンを駆動する。熱気を排出して蒸気を生じ、ランキンサイクル蒸気タービンへ動力を供給する。  Since 1950, power companies have achieved even higher efficiencies with gas and steam turbines. Steam turbines powered by steam generated by burning coal have an efficiency of about 40%. A large amount of water is required to cool the low pressure steam from the steam turbine. In cooperation with the Combined Cycle Gas Turbine (CCGT), an efficiency of over 60% is achieved. The CCGT uses natural gas to drive a Brayton cycle gas turbine. The hot air is vented to produce steam which powers the Rankine cycle steam turbine.

21世紀以来、世界は、化石燃料の燃焼による汚染に直面している。これによって生じる気候変化は、人間の生存を脅かしている。しかし、世界での大部分の人は、サプライされる水、熱、冷気、フーズの輸送のため、依然として貧乏である。CGは、電力基本施設が乏しい貧乏国を退化させる。しかし、貧乏な人が地球温暖化、海平面上昇及び長期間の空気汚染から受ける影響は最も大きいである。  Since the 21st century, the world is facing pollution from the burning of fossil fuels. The resulting climate change threatens human survival. However, most people in the world are still poor because of the transport of water, heat, cold and food supplied. CG degenerates poor countries where electricity basic facilities are scarce. However, poor people are most affected by global warming, sea level rise and long-term air pollution.

人々に快適な生活を与えるために、より多いコールを燃焼するのは正しくない。高価で、汚染されて無駄使いエネルギー源の収集、生産と分配の基本施設を建てることは、我々にとって受けられない。天然ガスと太陽エネルギーは、PEに対して選択されるエネルギー源である。両者ともは大量に個人的なエネルギー生産と利用に適用できる。PEは高効率で清潔的であり、現地的で小型で有用的であり、そのため美観である。  It is not right to burn more calls to give people a comfortable life. It is not acceptable for us to build a basic facility for collecting, producing and distributing expensive, polluted and wasted energy sources. Natural gas and solar energy are the energy sources chosen for PE. Both are applicable to large amounts of personal energy production and use. PE is highly efficient and clean, local, small and useful, and therefore aesthetic.

エネルギーと環境危機を解決するために、エネルギーの生産、蓄積、変換と利用を個人化させる必要がある。我々のエネルギー源として、熱量に集中するようになる。熱量は、太陽熱、地熱、又はパイプ天然ガスと缶で輸送されるプロパンの燃焼に由来してもよい。  In order to solve the energy and environmental crisis, it is necessary to personalize the production, storage, transformation and use of energy. As our energy source, we will concentrate on heat. The heat may be from solar heat, geothermal heat, or the combustion of pipe natural gas and propane transported in a can.

我々の目的は、小型ガスタービンが大型ガスタービンと同様に高効率になり、パワーのワットあたりに掛るコストがただ小さい一部を占めることにある。電力以外の熱量、冷気、水とワークの熱電連合生産が望まれる。  Our goal is that small gas turbines are as efficient as large gas turbines, and the cost per watt of power is only a small fraction. Thermoelectric combination production of heat other than power, cold air, water and work is desired.

ワークを生成するようにガス圧力を次第に解放することが許容される適当な開放気流の幾何形状を見出すことが望まれる。圧力が急にガスの運動エネルギーに変換されることを回避することが望まれる。  It is desirable to find a suitable open air flow geometry that is allowed to release gas pressure progressively to produce a workpiece. It is desirable to avoid pressure being suddenly converted to kinetic energy of the gas.

現在の磁性体と固体電子デバイスを利用して発電機を改めて発明することが望まれる。電力を生成する同極直流発電機の新規な幾何形状が既に発見された。  It is desirable to reinvent the generator using current magnetics and solid electronic devices. A new geometry of homopolar dc generators that generate electrical power has already been discovered.

我々のマイクロタービンとマイクロ発電機の発明に基づいて、3つの用途が提出される。まず、スパイラル圧縮機、スパイラル膨張機と我々の発電機を集積して成る熱力タービンが提出される。このようなFirefly Electricと称する熱力発動機は、ワークと電力を生成する。  Three applications are submitted based on our microturbine and microgenerator invention. First, a thermal turbine is presented, which integrates a spiral compressor, a spiral expander and our generator. Such a heat engine called Firefly Electric generates work and power.

このマイクロタービンは、自動車の駆動に適用されてもよく、直接的に動力伝達系へ動力を供給し、又は生成される電力を利用して間接的に動力伝達系へ動力を供給する。上記タービンは、自動車ピストン発動機のためのターボチャージャーに変更されてもよく、テールパイプからの排ガスを利用してスパイラル膨張機を回動させ、そしてスパイラル膨張機によりスパイラル圧縮機を駆動して発動機圧力を増加させる。Firefly Electricは、無人機の飛行に適用されてもよい。送電停止時に太陽エネルギーとガスエネルギーによって家庭へ給電できる。  The micro-turbine may be applied to the drive of a motor vehicle and directly powers the driveline or indirectly powers the driveline using generated power. The above turbine may be changed to a turbocharger for an automobile piston motor, and the exhaust gas from the tail pipe is used to rotate the spiral expander, and the spiral expander is driven to activate the spiral compressor. Increase machine pressure. Firefly Electric may be applied to the flight of a drone. It is possible to feed homes with solar energy and gas energy when power transmission is stopped.

2つ目の用途は、我々の電動機の駆動によって空気を圧縮する空気スパイラル圧縮機のヒートポンプである。圧縮熱は、水の加熱に適用される。冷却されている時の圧縮空気は水を放出する。膨張している時の圧縮空気はドライで冷たい空気を生成し、空気調節とクーリングに適用される。  The second application is a heat pump of an air spiral compressor that compresses air by driving our motor. Heat of compression is applied to the heating of the water. Compressed air, when cooled, releases water. When expanding, compressed air produces dry and cold air that is applied to air conditioning and cooling.

3つ目の用途は、太陽エネルギーによって動力を供給する水脱塩システムである。太陽の位置を追跡し、テーパー形反射表面によって太陽光を円柱形の水タンクに集める。太陽エネルギーによって塩水を減圧で沸騰させる。太陽エネルギーによって我々のスパイラル圧縮機を駆動して蒸気を冷却する。当該脱塩システムは、圧縮熱と冷却熱が繰り返してもっと多い塩水の蒸発に利用されるため、高効率を有する。  The third application is water desalination systems powered by solar energy. Track the position of the sun and collect sunlight into a cylindrical water tank with a tapered reflective surface. Boil the salt water at reduced pressure with solar energy. Solar energy drives our spiral compressor to cool the steam. The desalination system has a high efficiency, as the heat of compression and the heat of cooling are repeatedly used to evaporate more brine.

テーパー形指数スパイラルは、加圧・加熱ガスの内部エネルギーを運動エネルギーに変換するための気流の有効な幾何形状として発見された。外へ向かうスパイラルにおける断熱気流の温度と圧力の低下を解決し、運動エネルギーを生成するようにタービンを推進する。  A tapered exponential spiral has been found as an effective geometry of air flow to convert the internal energy of pressurized and heated gas into kinetic energy. Resolve the drop in temperature and pressure of the adiabatic air flow in the outward spiral and propel the turbine to generate kinetic energy.

反対の回転方向に沿って回動する場合、同じ指数スパイラルは、ガス圧縮、運動エネルギーから加圧・加熱ガスへの変換に適用される有効な幾何形状であってもよい。ガスを中心へ押すスパイラル壁により等温圧縮されるガスの圧力ゲインを解決した。  When pivoting along the opposite rotational direction, the same exponential spiral may be an effective geometry applied for gas compression, conversion of kinetic energy to pressurized and heated gas. The pressure gain of the isothermally compressed gas was solved by the spiral wall pushing the gas to the center.

ファラデー単極直流磁気ディスク発生器は、改良されることによって、磁気ディスク内部における電流循環の損害と低電圧誘起という問題を解決した。新しい直流発電機は、ロータとして1つの永久磁気リングを利用する。磁気リングは、同じ磁極(そのため、同極という用語)を有し、ステータコイルとしてのリング形ソレノイドで電流を誘導する。誘導電圧は、磁界強度、ロータの輪縁の速度、ステータコイルにおける巻き数とステータコイルの高さの積である。  The Faraday single pole direct current magnetic disk generator has been improved to solve the problems of current circulation damage and low voltage induction inside the magnetic disk. The new direct current generator utilizes one permanent magnetic ring as the rotor. The magnetic ring has the same magnetic pole (and hence the term co-polar) and induces current in a ring-shaped solenoid as stator coil. The induced voltage is the product of the magnetic field strength, the speed of the rim of the rotor, the number of turns in the stator coil and the height of the stator coil.

スパイラル圧縮機及びスパイラル膨張機、と発電機及び電動機を集積して3つの用途に適用される。
1つ目の用途は、太陽エネルギー又はガス燃焼熱をワークと電力に変換できる熱力タービンである。このような熱力タービンと電動機は、車、例えば自動車、バス、トラック、列車及び小型飛行機を駆動できる。家庭への給電と加熱にも適用できる。
The spiral compressor and the spiral expander, and the generator and motor are integrated and applied to three applications.
The first application is a thermal turbine that can convert solar energy or gas combustion heat into work and power. Such thermal power turbines and motors can drive vehicles such as cars, buses, trucks, trains and small planes. It can also be applied to feeding and heating homes.

2つ目の用途は、電動機により動力が供給され、湿潤空気を比較的に高い温度と圧力に圧縮するヒートポンプである。圧縮空気は室温で冷却され熱量と湿気が除去され、熱水と水分が冷却されてなる飲用水が生成される。冷たくて乾燥な圧縮空気は、スパイラル膨張機に膨張し、空気調節のためのワークと冷空気を生成することができる。  The second application is a heat pump powered by a motor and compressing wet air to relatively high temperatures and pressures. Compressed air is cooled at room temperature to remove heat and moisture, and hot water and moisture are cooled to produce potable water. The cold and dry compressed air can expand into a spiral expander to produce work and cold air for air conditioning.

3つ目の用途は、太陽エネルギーによる水脱塩システムである。太陽を追跡するテーパー形表面からの集められる太陽光によって、塩水が減圧で加熱され、100℃以下の時に沸騰する。太陽エネルギーを利用し、スパイラル圧縮機によって、加熱される水柱のヘッド部での低圧蒸気を圧縮する。圧力が比較的に高い蒸気を冷却してその圧縮熱と冷却熱を交換し、塩水柱を更に加熱し、もっと多い飲用水のためにもっと多い低圧蒸気を生成する。蒸発する塩水柱の下面の底部で飲用水を収集する。  The third application is water desalting systems with solar energy. Due to the sunlight that is collected from the tapered surface tracking the sun, the brine is heated at reduced pressure and boils when it is below 100 ° C. Solar energy is used to compress low pressure steam at the head of the heated water column by means of a spiral compressor. The relatively high pressure steam is cooled to exchange its heat of compression and cooling, further heating the saltwater column and producing more low pressure steam for more potable water. Collect potable water at the bottom of the bottom of the evaporating brine column.

テーパー形指数スパイラルを示す。2 shows a tapered exponential spiral. ガス温度低下比T/Tと半径r、Braytonサイクルを示す。Gas temperature drop ratio T / T 0 and radius r, Brayton cycle is shown. ガス圧縮比p/pと半径r、Huiサイクルを示す。Gas compression ratio p 0 / p and radius r, Hui cycle is shown. 直流単極発電機とモータの幾何形状を示す。The geometry of a direct current single pole generator and motor is shown. タービンと発電機の横断面(中心)の垂直面図、及び膨張機(頂部スパイラルディスク)と圧縮機(底部スパイラルディスク)の水平横断面図。FIG. 2 is a vertical view of a cross section (center) of a turbine and a generator, and a horizontal cross sectional view of an expander (top spiral disk) and a compressor (bottom spiral disk). 水加熱と空気調節に適用されるヒートポンプの横断面図を示す。FIG. 2 shows a cross-sectional view of a heat pump applied to water heating and air conditioning. スパイラル圧縮機を利用して太陽エネルギーにより動力を供給する脱塩システムの横断面図を示す。FIG. 1 shows a cross-sectional view of a solar powered desalination system utilizing a spiral compressor. 焦線で太陽光を水柱に集めるテーパー形反射ミラーを示す。Shown is a tapered reflective mirror that collects sunlight into the water column at the focal line. オープン位置(スパイラルが最も近接している場合、上方の画像)とクローズド位置(スパイラルが最も離間している場合、下方の画像)にある渦構造圧縮機を示す。ガス穴は、各スパイラルの間にある。The vortex compressor is shown in the open position (upper image when the spiral is closest) and the closed position (lower image when the spiral is farthest away). Gas holes are between each spiral.

テーパー形指数スパイラル
ガスを圧縮又は膨張させる伝統的な方式としては、主にピストン又はファンベーンの2つの装置が利用される。ガスは、圧縮される又は膨張するように、移動可能なピストンを有するシリンダーに閉じ込められる。ガスは、ガス運動エネルギーが付与される又はガス運動エネルギーを収集するために、高速回転のベーンにより衝撃されてもよい。
As a traditional way of compressing or expanding tapered exponential spiral gas, two devices, mainly pistons or fan vanes, are used. The gas is confined in a cylinder with a movable piston so as to be compressed or expanded. The gas may be bombarded with vanes of high speed rotation to provide gas kinetic energy or collect gas kinetic energy.

スパイラル気流通路の適当な幾何形状を見出すために、タービンを3Dプリントした。スパイラルのサイズと形状を変更した。半径がr=aθ+bであるArchimedesスパイラルを試したが、上記半径は転向角度θに従って直線的に増加している。加圧ガステストによって明らかになるように、Archimedesスパイラルはあまり適切でない。  The turbines were 3D printed to find the proper geometry of the spiral air flow path. Changed the size and shape of the spiral. We have tested the Archimedes spiral with radius r = aθ + b, but the radius increases linearly with the turning angle θ. As evidenced by the pressurized gas test, the Archimedes spiral is less suitable.

その発明者で名づけ、Bernoulliスパイラルとも称される指数スパイラルも試した。スパイラル半径r=aebθは、角度θに従って指数的に増加している。複数の輪を有する長くて細い指数スパイラルを3Dプリントした。回転が良好であるが、生じるトルクは極めて小さい。図1に示す比較的に短い長さの指数スパイラル線をテーパー形にすることによって、顕著なトルクを生じる。The inventor also tried an exponential spiral named as the inventor and also called Bernoulli spiral. The spiral radius r = ae increases exponentially with the angle θ. A long and thin exponential spiral with multiple rings was 3D printed. The rotation is good but the torque produced is very small. The tapering of the relatively short length of the exponential spiral shown in FIG. 1 produces a noticeable torque.

自然界には、指数スパイラル、例えば貝殻と植物が常に出現される。流体動力学のため、ハリケーンは指数スパイラル形状を呈する。星系の星アームは指数スパイラルである。指数スパイラルは、成長物理学によるものである。成長は常に自己生成され自己類似的である。  In nature, exponential spirals such as shells and plants always appear. Because of fluid dynamics, hurricanes exhibit an exponential spiral shape. The star arm of the star system is an exponential spiral. The exponential spiral is due to growth physics. Growth is always self-generated and self-similar.

指数スパイラルは、自己類似的であり、スパイラルの中心を拡大する場合、スパイラルは類似的であるように見える。回転しているBernoulliスパイラルは、視覚的な収縮又は膨張が生じない。  Exponential spirals are self-similar and when expanding the center of the spirals, the spirals appear to be similar. The rotating Bernoulli spiral does not cause visual contraction or expansion.

このような自己類似性は、スパイラル接線とスパイラル半径が一定の角度を成すというBernoulliスパイラル線の重要な性質に起因する。Bernoulliスパイラルに流れているガスは、一定の角度でスパイラル壁を押す。反対的に、Archimedesスパイラルは、減少している角度でスパイラル壁を押す。  Such self-similarity results from the important property of the Bernoulli spiral line that the spiral tangent and the spiral radius form an angle. The gas flowing in the Bernoulli spiral pushes the spiral wall at a fixed angle. In contrast, the Archimedes spiral pushes the spiral wall at a decreasing angle.

鷹は、類似な方式で獲物を囲んでそれへ飛ぶ。鷹は、獲物に目を指す。鷹の獲物への視線は一定の角度にある。鷹と獲物の距離は、鷹の回転に従って対数的に減少している。このような対数スパイラル線は、指数スパイラル線の反転である。  The kite flies around to the prey in a similar manner. The whale points to the prey. The line of sight to the whale prey is at a certain angle. The distance between the whale and the prey decreases logarithmically as the whale turns. Such a logarithmic spiral is an inversion of the exponential spiral.

指数スパイラル線は半径r=aebθを有し、その中、θは弧度で表す極角である。対数ス

Figure 2019512058
The exponential spiral has a radius r = ae , where θ is the polar angle expressed in degrees of arc. Logs
Figure 2019512058

図1は、外壁を有するスパイラルを示し、指数スパイラルである。外壁と内壁との間の幅は、テーパー形として表示される。スパイラル通路の幅は、角度θに従って指数的に減少している。このようなテーパー形は、ガスを速やかに加速することなくガス圧力を維持する鍵であることが示される。  FIG. 1 shows a spiral with an outer wall, which is an exponential spiral. The width between the outer wall and the inner wall is displayed as tapered. The width of the spiral passage decreases exponentially with the angle θ. Such a taper is shown to be the key to maintaining the gas pressure without accelerating the gas quickly.

テーパー形スパイラルにおけるガスの断熱膨張による温度変化
テーパー形指数スパイラルにおけるガスは断熱膨張するため(周囲と熱交換しないことを意味する)、我々は簡単な解決方案を提出した。この簡単な解決方案は我々の発明の鍵である。我々は理論によりテーパー形指数スパイラルの効果を証明できる。現代タービンのガス温度の閉鎖式解決方案はひどく欠如している。
Temperature change due to adiabatic expansion of the gas in the tapered spiral Since the gas in the tapered exponential spiral adiabatically expands (meaning that it does not exchange heat with the surroundings), we have presented a simple solution. This simple solution is the key to our invention. We can prove the effect of tapered exponential spiral by theory. Closed solutions for gas temperatures in modern turbines are severely lacking.

早期で、加圧空気テストを利用して、細くて一定の幅の長いスパイラルを駆動する。タービンは速やかに回転しているが、生じるトルクは小さいである。トルク力はワーク生成にとって重要である。  Early, use a pressurized air test to drive a long, narrow spiral of constant width. The turbine is spinning quickly but the torque produced is small. Torque force is important for work generation.

圧力によってトルクを生成する。圧力解放に対してより良い制御を保つために、幅wとスパイラルの深さdとの積である穴面積A=wdを変更することが考えられる。Navier−Stokesの方程式で示すような内部圧力勾配のため、ガスが加速する。テーパー形によって、ガスがガス収縮で加速することを防止する。このようなテーパー形は、圧力解放を遅延することが示される。  Pressure generates torque. It is conceivable to change the hole area A = wd, which is the product of the width w and the depth d of the spiral, in order to maintain better control over the pressure release. The gas accelerates due to the internal pressure gradient as shown by the Navier-Stokes equation. The tapered shape prevents the gas from accelerating due to gas contraction. Such a taper is shown to delay pressure release.

テーパー形スパイラルにより、爆発ガスが外スパイラル壁にさらに大きいトルクを付加することが許容され、それは内壁より長い。比較的に大きな表面面積以外に、前記外スパイラル壁は内スパイラル壁より大きな半径を有する。外スパイラル壁の大きな表面面積と壁半径は、内スパイラル壁に作用する反対的なトルクよりもっと大きなトルクを生じる。  The tapered spiral allows the explosive gas to apply more torque to the outer spiral wall, which is longer than the inner wall. Besides the relatively large surface area, the outer spiral wall has a larger radius than the inner spiral wall. The large surface area and wall radius of the outer spiral wall produce more torque than the opposite torque acting on the inner spiral wall.

スパイラル内に移動している高圧で熱いガスは、主に2つのエネルギー分を有する。第1のエネルギー分は、熱量に起因するガス内部エネルギーであって、ガス分子の不規則な運動である。  The high pressure, hot gas moving into the spiral has mainly two energy components. The first energy content is the gas internal energy due to the amount of heat, which is irregular movement of gas molecules.

第2のエネルギー分は、ガス運動エネルギーであって、ガスのシステム速度である。高圧ガスにより加熱されるスパイラルの中心で、ガス内部の熱エネルギーが高い。ガス速度が低い。  The second energy fraction is the gas kinetic energy, which is the system velocity of the gas. At the center of the spiral heated by high pressure gas, the thermal energy inside the gas is high. Low gas velocity.

多くのマイクロタービンの設計は、ノズルを利用してガス圧力を即座に解放し、ガスの内部エネルギーを瞬間に運動エネルギーに変換する。ガスが速やかに冷却される。ノズルの後、高速ガスが速やかに乱気流になる。高速ガスはタービンベーンを衝撃し、極めて小さいトルク力を生じる。ガスの大部分の運動エネルギーは、ワークでなくて熱量へ戻して変換される。  Many micro-turbine designs utilize a nozzle to release gas pressure immediately and convert the gas's internal energy into kinetic energy in an instant. The gas is cooled quickly. After the nozzle, the high speed gas quickly becomes turbulent. The high velocity gas impacts the turbine vanes and produces extremely low torque forces. Most of the kinetic energy of the gas is converted back into heat instead of the work.

ガス圧力を急に低下させないように努力する。維持圧力を有する高温ガスの圧力を利用して、タービンの比較的に低い角速度で顕著なトルク力を生成する。ノズルにより駆動されるタービンは僅かなトルクしか提供できず、高速回転タービンが必要になる。  Make an effort not to reduce the gas pressure suddenly. The pressure of the hot gas with the maintenance pressure is used to generate a noticeable torque force at a relatively low angular velocity of the turbine. The turbine driven by the nozzle can provide only a small amount of torque, and a high speed rotating turbine is required.

我々のタービンにおけるエネルギー転換において、ガス運動エネルギーはBernoulli定則の解釈のように、ただの目立たない役である。Bernoulli定則はガスエネルギー密度の二つの分量を釈明した。一つ目の分量は単位面積におけるエネルギー単位を有する圧力である。圧力はガスの内部熱のエネルギー密度である。理想気体の状態方程式に基づいて、圧力

Figure 2019512058
その速度である。突然の圧力解放とガス加速を防ぐため、我々はこの分量を極小のレベルに保持する。In the energy conversion in our turbines, gas kinetic energy is just an inconspicuous part, like the interpretation of Bernoulli's law. Bernoulli's rule described two quantities of gas energy density. The first quantity is a pressure having an energy unit in unit area. The pressure is the energy density of the internal heat of the gas. Pressure based on the ideal gas equation of state
Figure 2019512058
That's the speed. We hold this volume at a minimal level to prevent sudden pressure release and gas acceleration.

Figure 2019512058
我々のタービンにとって、我々はその圧力を極大値に保持させ、即ち10barまたは100万パスカルである。ρ〜1kg/mのガス密度を有しかつν=100m/sのハイスピードで移動
Figure 2019512058
力をいきなり1barまで解放すると、ガス速度は超音速に達し、1000m/sを超える。
Figure 2019512058
For our turbines, we keep the pressure at a maximum, ie 10 bar or 1 million Pascals. With a gas density of 〜1-1 kg / m 3 and moving at a high speed of == 100 m / s
Figure 2019512058
When the force is suddenly released to 1 bar, the gas velocity reaches supersonic speed and exceeds 1000 m / s.

我々の設計の中に、我々はスパイラル通路の幅よりも、深さをテーパー形にするのが好ましい。図5はタービンの頂部における膨張機を示し、テーパー形を呈する。前記膨張機の断面図に示すように、我々は深さdを減らし、幅wを一定に保持することにより穴の面積A=wdを減らす。  In our design, we prefer to make the depth tapered rather than the width of the spiral passage. FIG. 5 shows the expander at the top of the turbine, which is tapered. As shown in the cross section of the expander, we reduce the depth d and keep the width w constant to reduce the hole area A = wd.

タービン壁に作用する圧力により生成されるトルクを考える。トルクは、圧力pと、ス

Figure 2019512058
である。ネットトルクは、通路外壁でのより大きいトルク力とその内壁でのトルク力との間の差である。我々はスパイラルの比較的に狭い幅に一定の圧力を有することを仮設する。Consider the torque generated by the pressure acting on the turbine wall. Torque is the pressure p,
Figure 2019512058
It is. The net torque is the difference between the greater torque force at the aisle outer wall and the torque force at its inner wall. We temporarily assume that the relatively narrow width of the spiral has a constant pressure.

トルク外壁と内壁との間のネットトルクは、

Figure 2019512058
る。Torque The net torque between the outer wall and the inner wall is
Figure 2019512058
Ru.

角速度ωで回転しているタービンにとって、この差動トルクによって差動パワー:

Figure 2019512058
For a turbine rotating at angular velocity ω, this differential torque produces differential power:
Figure 2019512058

この推論は、以下のように仮設する。ガス運動エネルギーとガス流動の粘性を無視する。圧力はワークとして消費され、ガスを加速するためのものでないと仮設する。薄いスパイラル通路の径方向の幅の両端ガスの圧力と速度が一定であると仮設する。  This inference is temporarily set as follows. Ignore the gas kinetic energy and the viscosity of the gas flow. The pressure is consumed as a work and temporarily provided that it is not for accelerating the gas. It is temporarily installed that the pressure and speed of the gas at both ends of the radial width of the thin spiral passage are constant.

今、スパイラル内のガスのパワー流動を考える。気流の圧力エネルギー分Pを考える。速度uで流動しているガスの面積Aを通る圧力パワー流動は、P=Aupである。Now consider the power flow of the gas in the spiral. Consider the pressure energy component P f of the air flow. The pressure power flow through area A of the flowing gas at velocity u is P f = Aup.

エネルギー保存によって、パワー損失Pは、タービンのパワーゲインである。そのため、

Figure 2019512058
である。Due to energy conservation, the power loss P f is the power gain of the turbine. for that reason,
Figure 2019512058
It is.

質量流動保存は、一定のAuρを意味する。上記方程式をAuρで割ると、

Figure 2019512058
を得、
理想気体の状態方程式pV=nRTから、
Figure 2019512058
モル質量mは、モルあたりのガスの重量である。そのため、p/ρによってガスの温度Tを計測。Mass flow preservation implies constant Auρ. Dividing the above equation by Au 、
Figure 2019512058
Get
From the equation of state of ideal gas pV = nRT,
Figure 2019512058
The molar mass m w is the weight of gas per mole. Therefore, the temperature T of the gas is measured by p / ρ.

これらの取替えによって、非常に簡単な微分方程式:

Figure 2019512058
を得、
この方程式は使用されるガスの性質によるものである。第1項は、半径両端のガスの熱エネルギー損失である。第2項は、タービンのワークゲインである。A very simple differential equation with these replacements:
Figure 2019512058
Get
This equation is due to the nature of the gas used. The first term is the thermal energy loss of the gas at both ends of the radius. The second term is the work gain of the turbine.

気流が断熱されると仮設し、即ち、TVγ−1は一定的であると意味する。ガス体積Vと面積Aでのガス流動速度uであるAuとが比例する。そのため、T(Au)γ−1=T(Aγ−1であり、

Figure 2019512058
を得る。It is tentatively established that the air flow is insulated, i.e. TV γ-1 means constant. The gas volume V is proportional to Au which is the gas flow velocity u at the area A. Therefore, T (Au) γ-1 = T 0 (A 0 u 0) is gamma-1,
Figure 2019512058
Get

Figure 2019512058
径rは直線的なテーパー形を呈する。r=rにとっては、d=dを留意する。スパイラル通路の半径と長さは角度θに従って指数的に増加しているため、通路深さdは通路長さ
Figure 2019512058
Figure 2019512058
The diameter r exhibits a linear taper. For r = r 0, to note d = d 0. Since the radius and length of the spiral passage increase exponentially with the angle θ, the passage depth d is the passage length
Figure 2019512058

この通路幾何形状を利用して、微分方程式:

Figure 2019512058
Using this passage geometry, the differential equation:
Figure 2019512058

r=rの場合、初期条件はT=Tである。微分方程式の解は、

Figure 2019512058
である。If r = r 0 then the initial condition is T = T 0 . The solution of the differential equation is
Figure 2019512058
It is.

Figure 2019512058
=2cm、最大のスパイラル半径r=4cm、c=0.2、w=0.3cm、及びγ=1.4を選択する。
Figure 2019512058
Choose d 0 = 2 cm, maximum spiral radius r 1 = 4 cm, c = 0.2, w = 0.3 cm, and γ = 1.4.

Figure 2019512058
z)の場合、u=377cm/sであり、風速度は(15km/時間より小さい)。ガスは1000Kから400Kまで冷却される。
Figure 2019512058
In the case of z) u 0 = 377 cm / s and wind speed (less than 15 km / h). The gas is cooled from 1000K to 400K.

指数スパイラルにおけるガスの等温圧縮による圧力変化
前述において断熱膨張ではなくガスの等温圧縮に対して以上の解析を繰り返す。この解析はヒートポンプの性能を理解することにとって非常に重要であり、等温過程は熱量もしくは冷量の生成効率を向上させた。
熱エネルギーは、作業ガスと環境との間に交換できる。等温過程において、一定のガス温度Tで、ガスの内部エネルギーは変化しなくてQgas=anRTである。空気にとって、a=2.5、即ちガス分子の自由度(即ち5)を2で割る。
Pressure change due to isothermal compression of the gas in the exponential spiral The above analysis is repeated for the isothermal compression of the gas rather than the adiabatic expansion described above. This analysis is very important for understanding the heat pump performance, and the isothermal process has improved the heat or cold energy production efficiency.
Thermal energy can be exchanged between the working gas and the environment. In the isothermal process, at a constant gas temperature T, the internal energy of the gas does not change and Q gas = an RT. For air, a = 2.5, ie the degree of freedom of the gas molecule (ie 5) is divided by two.

Figure 2019512058
に約まる。
Figure 2019512058
To about.

等温過程において、常数Tでは、pV=nRTは一定的である。速度uは、所定の値A・u・pで、Aup=Aが常数であるという条件を満たす。上記微分方程式は、

Figure 2019512058
In the isothermal process, at constant T, pV = nRT is constant. The velocity u satisfies the condition that Aup = A 0 u 0 p 0 is a constant at a predetermined value A 0 · u 0 · p 0 . The above differential equation is
Figure 2019512058

類似的なテーパー形ファクターcを利用して、上記微分方程式の解を求めると、圧力比:

Figure 2019512058
を得る。When the solution of the above differential equation is obtained using the similar taper factor c, the pressure ratio is:
Figure 2019512058
Get

Figure 2019512058
w=1cmである。
Figure 2019512058
w = 1 cm.

未知の排出速度uは、スパイラル両端での圧力(即ち、pとp)により決められる。所

Figure 2019512058
The unknown discharge rate u 0 is determined by the pressure at both ends of the spiral (ie p 0 and p 1 ). Place
Figure 2019512058

圧力は、角速度ωと圧縮機半径に従って直線的に増加している。比較的に小さい体積の気流によって同じワークを達成する場合、圧縮は、流動速度uの減速に従って増加している。The pressure increases linearly with the angular velocity ω and the compressor radius. When achieving the same work with a relatively small volume of air flow, the compression increases with the slowing of the flow velocity u 0 .

Figure 2019512058
に代入し、
Figure 2019512058
減速に従って増加する。
Figure 2019512058
Assign to
Figure 2019512058
Increase as you slow down.

テーパー形の穴は、圧縮比を増加できる。高圧縮比を実現するもう1つの方法は、多段で空気を圧縮することである。スパイラル圧縮機の各段は、3Dプリントによって製造できる。高効率の熱力発動機には、20を超える高圧縮比が必要である。  Tapered holes can increase the compression ratio. Another way to achieve high compression ratios is to compress the air in multiple stages. Each stage of the spiral compressor can be manufactured by 3D printing. High efficiency thermal engines require a high compression ratio of over 20.

空気調節と太陽エネルギー脱塩には、2まで小さい圧縮比を利用でき、この圧縮比にとって、我々のスパイラル圧縮機は有効的であり、スパイラルテーパー形又は複数のスパイラル段を利用する必要はない。  For air conditioning and solar energy desalination, compression ratios as low as 2 are available, and for this compression ratio our spiral compressor is effective and there is no need to utilize spiral tapers or multiple spiral stages.

新規な単極発電機と電動機
ヒートポンプはワークをすることにより熱を低温から高温に移転する。パワーは電機により提供される。熱機関は熱をワークに転化する。発電機により動力を電力に転化することができる。我々は発電機と電機とを新たに設計することを着手する。。Edison、Tesla及びSteinmetzのような前駆者は、当時の利用可能な技術に打ち負かせる。今、現在の技術を利用してより良い発電機を改めて設計し、小型且つ高効率を達成することができる。
The new unipolar generator and motor heat pump transfer heat from low temperature to high temperature by doing work. Power is provided by the electrical machine. The heat engine converts the heat into work. A generator can convert power into electrical power. We set out to design new generators and electrical machines. . Precursors like Edison, Tesla and Steinmetz overwhelm the technology available at the time. Now, using current technology, we can redesign better generators and achieve compactness and high efficiency.

世界初の発電機は、Michael Faradayにより1831年に実演された。Faraday同極DC発電機は効率が低下する。ここで、Faraday発電機の3つの問題を指摘する。Faradayの発明の幾何寸法にも不足がある。
1つ目の問題は、強い永久磁性体が乏しいことである。強い永久磁性体が乏しいため、FaradayとHenryは、大きい電気磁性体を利用して電力を誘導しなければならない。2つ目の問題は、高速な熱力発動機、例えば現在のガスタービンが乏しいことである。磁性体が強いでなければ、蒸気発動機の遅くても大きいトルクを変換することはできない。3つ目の問題は、電圧と電流のデジタル・固体制御のための固体電子デバイスが乏しいことである。誘導コイルと変圧器による電圧制御はかなり面倒である。
The world's first generator was demonstrated in 1831 by Michael Faraday. The Faraday copolar DC generator is less efficient. Here, I point out three problems of the Faraday generator. There is also a deficiency in the geometric dimensions of the Faraday invention.
The first problem is the lack of strong permanent magnets. Because of the lack of strong permanent magnets, Faraday and Henry have to use large electromagnets to derive power. The second problem is the lack of high speed thermal engines, such as current gas turbines. If the magnetic material is not strong, it is not possible to convert the large torque of the steam motor even at the late stage. The third problem is the lack of solid state electronic devices for digital and solid state control of voltage and current. Voltage control with induction coils and transformers is quite cumbersome.

現在の技術は、このような問題を解決した。希土類磁性体は強い磁界を生成する。ピストン蒸気発動機よりも、高速タービンの稼働は、大幅に速いである。固体でハイパワーの電子デバイスは、電圧と電流に対する敏捷な制御を提供する。我々は、我々のタービンを整合していた単極直流発電機を改めて発明した。Faraday又はTeslaの発電機より、この発電機はもっと簡単だがパワーと電圧がもっと高い。ブラシもしくはコミュテータはいらない。効率が高く、渦電流とヒステリシス損もない。Current technology solved such a problem. The rare earth magnet produces a strong magnetic field. The operation of high speed turbines is much faster than piston steam engines. Solid, high power electronic devices provide agile control over voltage and current. We reinvented the single pole DC generator that was aligning our turbines . This generator is simpler than the Faraday or Tesla generator, but has higher power and voltage. No need for brushes or commutators. High efficiency, no eddy currents and hysteresis losses.

Firefly技術の一部として新しい直流DC発電機を採用する。LED照明、電動車及び電池充電にとって、DCはACよりも有用的であると認められる。デジタル制御と固体電子デバイスは、経時的に直流の電圧と電流を容易に変更できる。DCをACに変換する必要はなく、例えば、送電網に接続される太陽エネルギー電池パネルによって、太陽エネルギーにより発電されるDCを送電網ACに必要であるDCに変換する。  Adopt a new DC-DC generator as part of Firefly technology. DC is found to be more useful than AC for LED lighting, motor vehicles and battery charging. Digital control and solid-state electronic devices can easily change DC voltage and current over time. It is not necessary to convert DC to AC, for example, by means of a solar energy cell panel connected to the power grid, to convert the DC generated by the solar energy into DC which is necessary to the power grid AC.

1996年にスペースシャトルで行われるスペース紐繋がりテストで我々の発電機を釈明する。長さ2kmの金属コアの紐によって、スペースシャトルを低赤道軌道で東へもっと遠い小衛星まで飛ばせる。ポリテトラフルオロエチレンでコーティングされる繋がり紐は、電流がイオン化層へ漏れる前に、1Aの電流を生じ、繋がり紐が融化されて衛星損失を招く。  Explain our generator in the space connection test performed by Space Shuttle in 1996. A 2 km long metal core string allows the space shuttle to fly east to a smaller satellite further down the low equatorial orbit. The polytetrafluoroethylene coated tether produces a current of 1 A before the current leaks into the ionization layer, causing the tether to melt and cause satellite loss.

地球上で、赤道の約25UTの磁界は、北方へ指し、10km/sの軌道速度で紐を通る。電子は、航天飛行機に流れ入り、そこのイオン化層に漏れる。生じる電圧はV=E.d=|ν||B|d=10,000m/s×0.000025T×2000m=5000Vである。繋がり紐が切られ、衛星端の電圧3500Vよりも、シャトル端にもっと近い。3500Vの高電圧はテフロンバリアを経過し、電子はイオン化層をジャンプし、航天飛行機に入って更に周囲のイオン化層へ消散する。  On the earth, a magnetic field of about 25 UT at the equator points north and passes the string at an orbital velocity of 10 km / s. Electrons flow into the seaplane and leak into the ionized layer there. The resulting voltage is V = E. It is d = | (nu) || B | d = 10,000 m / s * 0.000025T * 2000 m = 5000V. The connection is broken and closer to the shuttle end than the voltage 3500 V at the satellite end. The high voltage of 3500 V passes through the Teflon barrier, electrons jump the ionization layer, enter the air plane and dissipate to the surrounding ionization layer.

スペース紐繋がりテストは、電動機であってもよく、駆動電流が硬直の紐を通ることによって、もっと高い軌道に入るように航天飛行機を推進し、電気動力を生成して航天飛行機を前へ推進する。このように前へ推進するによって、航天飛行機はもっと高い軌道に上昇することができる。発電機に比べると、電動機は、もっと短くて強固のプッシャ、もっと高い電流と複数のロッドを要する。回路の閉路は、2本の平行ロッドの端部の間での数字8のような繋がり線を要する。  The space string connection test may be an electric motor, and propel the open air plane into a higher orbit by driving current passing through the rigid line, generate electric power and push the open air plane forward. . By pushing forward in this way, the sky plane can rise to a higher orbit. Compared to generators, motors require shorter and stronger pushers, higher currents and multiple rods. The closing of the circuit requires a connecting line, such as the numeral 8, between the ends of the two parallel rods.

我々の単極直流発電機は、類似的な幾何形状を有する。回転している地球に対して、航天飛行機は静止的であり、即ち、地球はロータであり、且つ航天飛行機はステータとなる。南極指向軸方向下方の回転磁気ディスクの磁性体を利用する。回転している磁界によって、磁気ディスクの磁性体の下方に置かれるステータ線で電界が生じる。巻き線によって、電流は、電流が返還する長いステータ導線を通ることなく、ステータ導線の次の回路に戻すようになる。軌道全体を1つのリング形ソレノイドとし、磁界全体を採用することができる。  Our single pole DC generator has a similar geometry. For a rotating earth, the open air plane is stationary, ie, the earth is a rotor and the open air plane is a stator. The magnetic material of the rotating magnetic disk below the pointing axis direction in the south pole direction is used. The rotating magnetic field generates an electric field at a stator wire located below the magnetic body of the magnetic disk. The windings cause the current to return to the next circuit of the stator lead without passing through the long stator lead where the current returns. The entire orbit can be a single ring solenoid and the entire magnetic field can be employed.

新しい単極発生器を図4に示す。2つの模擬を利用して我々の発生器を記述する。図4における上方の図は、ファラデー単極直流発電機に基づく模擬である。図4における下方の図は、スペース紐繋がりテストに基づく模擬である。磁気ロータは、回転している地球に類似的である。ステータコイルは、電流回路付きスペース繋がり紐に類似的である。  A new unipolar generator is shown in FIG. We describe our generator using two simulations. The upper view in FIG. 4 is a simulation based on a Faraday single pole DC generator. The lower diagram in FIG. 4 is a simulation based on the space connection test. The magnetic rotor is similar to the spinning earth. The stator coil is similar to a space connection with a current circuit.

ファラデーの同極ディスク発生器は、円周速度vで磁気ディスクの周辺に移動している回転ディスクを有する。周辺では、強度がBである単一の磁気隙間を通る。径方向電界E=ν×Bが引き起こされ、電流は磁気ディスクの中心から周辺へ流れる。  Faraday's homopolar disc generator has a rotating disc moving around the magnetic disc at a circumferential velocity v. In the periphery, it passes through a single magnetic gap of intensity B. A radial electric field E = ν × B is induced, and the current flows from the center to the periphery of the magnetic disk.

生成される電流は、磁気ディスク周辺のブラシにより収集される。収集される電流は、外部回路を通ってディスクの中心に戻し、オームヒーターなどの電気機器へ給電する。  The generated current is collected by the brush around the magnetic disk. The collected current is returned to the center of the disc through external circuitry to power an electrical device such as an ohmic heater.

ファラデーに類似的である我々の新しい幾何形状は、図4の上方の図に示すとおりである。1つの永久磁性体の円柱体を利用し、円柱体の外表面に北極があり、円柱体の内側は南極である。永久磁性体の円柱体は、発電機のロータを形成する。  Our new geometry, which is similar to Faraday, is as shown in the upper view of FIG. One permanent magnetic cylinder is used, the outer surface of the cylinder has the north pole, and the inside of the cylinder is the south pole. The cylindrical body of permanent magnetic material forms the rotor of the generator.

我々の幾何は、ファラデーの幾何と異なる。我々のロータは、円形の磁性体である。ファラデーロータは、磁極の間に回転している金属ディスクである。渦電流は、磁極周囲の磁気ディスクを流れ、損失を招く。  Our geometry is different from that of Faraday. Our rotor is a circular magnetic body. The Faraday rotor is a metal disk rotating between the magnetic poles. Eddy currents flow through the magnetic disk around the poles, causing losses.

我々のステータは、ロータと同心である外シリンダーである。ステータとロータとの間の空気隙間は、約1mmで極めて小さいである。径方向磁界Bに従って速度vで運動し、上向きの電界を誘導して生成し、ステータ円柱体の長さに沿って電界E=v×Bを生成する。金属ステータ円柱体の両端は、反対の電荷の電極を含む。  Our stator is an outer cylinder that is concentric with the rotor. The air gap between the stator and the rotor is very small at about 1 mm. It moves at a velocity v according to the radial magnetic field B and induces and generates an upward electric field, producing an electric field E = v × B along the length of the stator cylinder. Both ends of the metal stator cylinder include electrodes of opposite charge.

電圧は、電界Eとエアシリンダの長さベクトルdとのスカラ積である。磁気ロータ円柱体の深さがd=|d|であると、生じる電圧はV=E.d=|ν||B|dである。The voltage is a scalar product of the electric field E and the air cylinder length vector d. If the depth of the magnetic rotor cylinder is d = | d |, the resulting voltage is V = E. d = | ν || B | d.

発電機稼働としては、この円柱形の単極直流発電機が生じる電流I.によって生成される電力は、P=IV=I|ν||B|dである。As the generator operation, the current I.D. generated by this cylindrical single pole direct current generator is generated. The power generated by is P E = IV = I | ν | B | d.

電流Iが磁力で消費された機械ワークにより電力を生成する。アンペアの法則に基づいて、磁界Bで距離dを流れる電流Iにより引き起こされる力Fは、F=I|B|dであり、エッジ効果を無視する。この力は、タービンを抵抗して生じる機械動力に作用する。
この磁力と機械ワークはワークをし、P=F|ν|=I|B|d|ν|=IV=P、電力Pに転化される。エネルギーは保留され、消費された機械エネルギーにより生成される電気エネルギーと完全に一致になる。
The electric current I generates electric power by the machine work consumed by the magnetic force. Based on Ampere's law, the force F caused by the current I flowing through the distance d in the magnetic field B is F = I | B | d, ignoring the edge effect. This force acts on the mechanical power generated by resisting the turbine.
The magnetic and mechanical work is the work, P M = F | ν | = I | B | d | ν | = IV = P E, is converted to the power P E. The energy is reserved and perfectly matched with the electrical energy generated by the consumed mechanical energy.

我々の発電機は、エアシリンダにおいて、電流回路を消耗しない。これは、電流の唯一の返還経路がステータシリンダの外部にあるからである。  Our generator does not drain the current circuit in the air cylinder. This is because the only return path for the current is outside the stator cylinder.

電圧を制限することなく電圧を直列に接続することによって電圧を増加できる円柱体V=E.d=|ν||B|d。図4に示すような方法は、ステータ円柱体でなくn回のステータソレノイドを利用する。電気磁性体における誘導電圧は、今、V=n||E.d||=n|ν||B|dである。  Cylindrical body V = E.2 where the voltage can be increased by connecting the voltages in series without limiting the voltage. d = | ν || B | d. The method as shown in FIG. 4 utilizes n stator solenoids rather than a stator cylinder. The induced voltage in the electromagnetic material is now V = n || E. d || = n | ν || B | d.

図4の下方には、スペース紐繋がりテストに類似的である発電機のもう1つの配置を示す。ステータソレノイドは、シリンダー軸線に沿う磁気軸を有する磁気ロータシリンダーの下に置かれる。もう1つのステータソレノイドは、磁気ロータの上方に置かれてもよい。電磁コイルは、独立な電圧源として作動してもよく、2倍の電圧になるように直列的に接続されてもよい。ステータとロータとの間の誘導力は、磁気力として重力を抵抗してロータを浮遊させる。  The lower part of FIG. 4 shows another arrangement of the generator which is similar to the space connection test. The stator solenoid is located below the magnetic rotor cylinder with a magnetic axis along the cylinder axis. Another stator solenoid may be located above the magnetic rotor. The electromagnetic coils may operate as independent voltage sources or may be connected in series to double the voltage. The inductive force between the stator and the rotor resists gravity as a magnetic force to float the rotor.

1つの例として、半径r=16cmのHuiターボのf=100Hzでの回動を考える。希土類磁性体の磁界強度はB=1Tであり、磁性体の高さはd=1cmである。ステータの巻き線は、n=100である。電界強度は、|E|=|ν×B|=2πrf×1T=100.5V/mである。誘導電圧は、V=n|E|d=100.5Vである。発電機のパワーはP=IVであり、その中、外部回路により引き出される電流Iは、タービンのトルク力に対して逆トルクを生成する。  As an example, consider rotation of a Hui turbo with radius r = 16 cm at f = 100 Hz. The magnetic field strength of the rare earth magnetic material is B = 1T, and the height of the magnetic material is d = 1 cm. The windings of the stator are n = 100. The electric field strength is | E | = | ν × B | = 2πrf × 1T = 100.5 V / m. The induced voltage is V = n | E | d = 100.5V. The power of the generator is P = IV, in which the current I drawn by the external circuit produces a counter torque to the torque force of the turbine.

このHui発電機は、Huiモータとしてもよい。アンペアの法則に基づいて、電流Iが磁界Bで距離dを流れる力FはF=I|B|dであり、エッジ効果を無視した。そのため、ロータが回転しない場合、ゼロ速度ベクトルv=0に対して、電界E=ν×Bは存在しない。  The Hui generator may be a Hui motor. Based on Ampere's law, the current I flows through the distance d with the magnetic field B and the force F is F = I | B | d, and the edge effect is ignored. Therefore, when the rotor does not rotate, the electric field E = E × B does not exist for the zero velocity vector v = 0.

Hui発電機をHuiモータとして稼働させるために、Iの電流コントローラにF=I|B|dの力を与える必要がある。モータの端電圧Vに関わらず、電流コントローラは電流を固定する。もっと高い速度で、誘導電界が強くなり、もっと大きい誘導電圧V.を生成する。  In order to operate the Hui generator as a Hui motor, it is necessary to apply the force of F = I | B | d to the current controller of I. The current controller fixes the current regardless of the motor end voltage V. At higher speeds, the induced electric field becomes stronger and the higher induced voltage V.V. Generate

電力P=IVを機械パワーに変換するレートは、電流コントローラによって決められる。現在の固体電子は、有効な電流と電圧の制御を提供し、生産と速度維持を促進する。  The rate at which the power P = IV is converted to mechanical power is determined by the current controller. Current solid state electrons provide effective current and voltage control to facilitate production and speed maintenance.

Huiモータは、多い利点がある。トルクと速度の制御が簡単である。100%に近い効率を達成できる。誘導モータは、渦電流とヒステリシスで10%以上のエネルギーを損失する。我々のモータには渦電流がない。重くてロスがある磁気コアを利用しない。我々の新規な幾何は、モータを小さくすることができる。我々の直流モータは、直流電源、例えば化学電池、スーパーコンデンサー、太陽エネルギー電池パネル、又は我々の直流発電機を直接的に利用できる。ロスがあるDC−ACの繰り返し変換を回避する。  Hui motors have many advantages. Control of torque and speed is easy. Efficiency close to 100% can be achieved. Induction motors lose energy by more than 10% due to eddy currents and hysteresis. There are no eddy currents in our motors. Do not use heavy, lossy magnetic cores. Our novel geometry can make the motor smaller. Our DC motors can directly utilize DC power sources, such as chemical batteries, supercapacitors, solar energy cell panels, or our DC generators. Avoid repetitive conversion of DC-AC with loss.

テーパー形スパイラルタービンの第1種の用途:単極発電機付きガスタービンType 1 application of tapered spiral turbine: gas turbine with unipolar generator

我々の熱力タービンは、Brayton熱動力サイクルを利用して熱量をワークに変換する。図2の下方には、Braytonサイクルの圧力と体積のグラフを示す。Braytonサイクルは、空気の断熱と等エントロピー圧縮1→2、ガスの等圧加熱と膨張2→3、ガスの断熱と等エントロピー膨張3→4、及びタービンの後のガスの等圧冷却4→1の4つの段階を含む。  Our thermal turbines use Brayton thermal power cycles to convert heat into work. The lower part of FIG. 2 shows a pressure-volume graph of the Brayton cycle. The Brayton cycle consists of adiabatic and isentropic compression 1 → 2 of air, isobaric heating and expansion 2 → 3 of gas, adiabatic and isentropic expansion 3 → 4 of gas, and isobaric cooling of gas after turbine 4 → 1 Contains four stages.

以下のように、Braytonサイクル熱力発動機の効率を分析する。Braytonサイクルにおけるガスの温度Tと圧力pを考える。ガスの断熱圧縮(1→2)は、一定のpVγとTVγ−1を維持している。2原子ガスの場合、断熱係数はγ=1.4である。空気と燃料が1barの圧力と300K(27℃)の温度にあると仮定する。断熱圧縮体積に8倍をかけると、圧力が18.38barに高められると共に、温度が689.2K(343.3℃)に高められる。Analyze the efficiency of the Brayton cycle thermal engine as follows. Consider the temperature T and pressure p of the gas in the Brayton cycle. Adiabatic compression of gas (1 → 2) maintains a constant pV γ TV γ-1. In the case of diatomic gas, the adiabatic coefficient is γ = 1.4. Assume that air and fuel are at a pressure of 1 bar and a temperature of 300 K (27 ° C.). By multiplying the adiabatic compression volume by 8 times, the pressure is raised to 18.38 bar and the temperature is raised to 689.2 K (343.3 ° C.).

燃料−空気の混合物が一定の圧力で燃焼している場合、燃焼している混合物の体積は燃焼熱によって増加し、体積膨張に伴ってワークを提供する。等圧膨張の後、燃焼している空気は、圧力に伴ってスパイラルの出口へ降りて更に膨張、燃料−空気の混合物の断熱圧縮と逆になる。スパイラル内のガスの断熱膨張によって更にワークを提供する。  When the fuel-air mixture is burning at a constant pressure, the volume of the burning mixture is increased by the heat of combustion and provides a work as the volume expands. After isostatic expansion, the burning air descends to the outlet of the spiral with pressure and is further expanded, as opposed to adiabatic compression of the fuel-air mixture. A further work is provided by adiabatic expansion of the gas in the spiral.

ワークWは、Braytonサイクルの圧力と体積図における面積である。断熱膨張の場合、pVγは一定的である。圧力PとPは、圧縮機の前の低圧と後の高圧である。体積VとVは、圧縮機の前の低圧体積と後の高圧体積である。Braytonサイクルによるワークは、

Figure 2019512058
である。The workpiece W is the area in the pressure and volume diagram of the Brayton cycle. In the case of adiabatic expansion, the pV γ is constant basis. The pressures P L and P H are the low pressure before and the high pressure after the compressor. Volumes V L and V H are the low pressure volume before and the high pressure volume after the compressor. Work by Brayton cycle is
Figure 2019512058
It is.

常数C、C′は、ガス体積の初期条件による。サイクル毎に対して、燃焼熱Qで再標準化すると、このBraytonサイクル熱力発動機の効率は、

Figure 2019512058
である。The constants C and C 'depend on the initial conditions of the gas volume. The efficiency of this Brayton cycle thermal motor is, with cycle-by-cycle, restandardization with combustion heat Q,
Figure 2019512058
It is.

Braytonサイクルは、サイクルにおける2つのステップにおいて一定の圧力(等

Figure 2019512058
Figure 2019512058
The Brayton cycle consists of constant pressure (such as
Figure 2019512058
Figure 2019512058

圧縮機を通る体積圧縮として8を仮定すると、常数pVγに基づいて、圧力は18.38倍増加する。Braytonサイクル効率は、

Figure 2019512058
Assuming 8 as the volume compression through the compressor, based on the constant pV gamma, pressure is increased 18.38 times. Brayton cycle efficiency is
Figure 2019512058

図5には、Hui熱力発動機の実施態様を示す。熱力発動機の底部は、圧縮機シリンダーである。利用可能な好ましい圧縮機は、図9に示すArchimedes渦構造圧縮機である。頂部は、一定の幅のスパイラルを有する膨張機テーパー体であり、上記スパイラルがテーパー形深さを有する。圧縮空気は、圧縮機の頂部中心から膨張機の底部中心へ流れる。燃料は、圧縮機の底部中心から小さいパイプを経由し、膨張機の中心燃焼チャンバで点火される。膨張燃焼した後の空気の圧力は、単一の圧縮機−膨張機部品を回動させ、原動力を供給する。電力は、部品底部の単極発電機により生成される。  FIG. 5 shows an embodiment of the Hui thermal engine. The bottom of the thermal engine is a compressor cylinder. A preferred compressor which can be used is the Archimedes Vortex compressor shown in FIG. At the top is an expander taper with a spiral of constant width, said spiral having a tapered depth. Compressed air flows from the top center of the compressor to the bottom center of the expander. The fuel is ignited in the central combustion chamber of the expander via a small pipe from the bottom center of the compressor. The pressure of the air after expansion and combustion rotates a single compressor-expander part to supply motive power. The power is generated by a unipolar generator at the bottom of the part.

テーパー形スパイラルタービンの第2種の用途:DC電機駆動のヒートポンプ/除湿機Type 2 application of tapered spiral turbines: DC electrical drive heat pump / dehumidifier

ヒートポンプとクーラーには、通常にクーリング剤、例えばハイドロフルオロカーボン(HFC)を利用される。HFCガスを圧縮し、熱量をポンプして加圧されるHFCに伝送し、上記加圧されるHFCは、冷却の時に液化する。減圧で液体HFCを蒸発させて熱量を環境から取り除く。この液化−蒸発サイクルは、ランキンサイクルヒートポンプ過程を構成する。しかし、クーリング剤(例えばHFC)が大気に放出されると、有効な地球温暖化ガスになる。HFCが捕獲する熱量は、二酸化炭素よりも1000倍多い。最近のキガリ協議に基づいて、HFCを速やかに置き換えるようになる。  Heat pumps and coolers usually use a cooling agent, such as a hydrofluorocarbon (HFC). The HFC gas is compressed and the heat is pumped into the pressurized HFC, which liquefies upon cooling. The liquid HFC is evaporated at reduced pressure to remove heat from the environment. This liquefaction-evaporation cycle constitutes a Rankine cycle heat pump process. However, when a cooling agent (e.g., HFC) is released to the atmosphere, it becomes an effective global warming gas. The amount of heat that HFC captures is 1000 times more than carbon dioxide. Based on recent Kigali talks, we will replace HFCs promptly.

飛行機には、好ましい空気調節方法が利用され、上記の好ましい空気調節方法には、代わりにBraytonサイクルヒートポンプ過程が利用される。空気は、ジェット発動機の圧縮機から排出される。空気圧力の軽微な低下は、排出される空気を速やかに冷却する。キャビンのベントからの冷空気は、通常にミストがある。ミストは、ミストの蒸発に伴って空気を更に冷却する。圧縮される時の湿潤空気は、ミストを引き起こす又はミストになる。圧縮される湿潤空気を冷却すれば、空気における湿気を除去すると共に、水を生成して消費に供することができる。冷却空気における水分は、空気における水の蒸発熱を除去する。  For airplanes, the preferred air conditioning method is utilized, and the Brayton cycle heat pump process is utilized for the preferred air conditioning method described above instead. Air is exhausted from the jet engine compressor. A slight drop in air pressure quickly cools the exhausted air. Cold air from the vent of the cabin usually has a mist. The mist further cools the air as the mist evaporates. Wet air when compressed causes or becomes a mist. By cooling the moist air to be compressed, the moisture in the air can be removed and water can be generated and consumed. The moisture in the cooling air removes the heat of vaporization of water in the air.

この観察によって、Huiスパイラル圧縮機によって冷気と水冷却物を生成することが示唆される。ここで、熱動力学の利点を釈明する。ここで、新しい熱動力学ヒートポンプ過程を紹介し、図3の下方に示すようなHuiサイクルと名づける。Huiサイクルは、等温段階及び断熱段階を有するCarnotサイクルと、等圧段階及び断熱段階を有するBraytonサイクルの2つの熱動力サイクルを合併する。Braytonサイクルの断熱過程の代わりに等温過程を利用する。等温圧縮は、必要であるワーク量を減少させた。等温膨張は、環境からの環境熱量によって生じるワークを増加させた。  This observation suggests that the Hui spiral compressor produces cold air and water coolant. Here we explain the benefits of thermodynamics. Here, a new thermokinetic heat pump process is introduced and named Hui cycle as shown in the lower part of FIG. The Hui cycle combines two thermal power cycles, a Carnot cycle with isothermal and adiabatic stages, and a Brayton cycle with equal pressure and adiabatic stages. The isothermal process is used instead of the adiabatic process of the Brayton cycle. Isothermal compression reduced the amount of work required. Isothermal expansion increased the work produced by environmental heat from the environment.

Huiサイクルは、インターナル熱交換器を有する圧縮機と膨張機を要する。熱交換は、スパイラル通路の間の環境空気流動により実現されてもよい。図3には、Huiサイクルの各段階を示す。環境温度T、熱量を抽出する高温度T、及び冷気を生成する低温度Tの3つの温度がある。The Hui cycle requires a compressor and an expander having an internal heat exchanger. Heat exchange may be realized by ambient air flow between the spiral passages. FIG. 3 shows the stages of the Hui cycle. There are three temperatures: ambient temperature T a , high temperature T H to extract heat, and low temperature T L to produce cold air.

段階1→2は、ガスのTでの等温圧縮段階であり、圧縮ワークW=nRTlnp/pを要し、その中、pH、は等圧段階の高圧力と低圧力である。ガスの温度を高めない場合、このワークは、消散する圧縮熱量Qに完全に変更される。Stage 1 → 2 is the isothermal compression stage of the gas with T H , requiring the compression work W c = nRT H lnp H / p L , among which p H and p L are the high pressure of the isobaric phase and Low pressure. If not increase the temperature of the gas, this work is completely changed to the compression heat Q c to dissipate.

段階2→2αは、ガスの高Tから環境Tまでの等圧冷却である。段階2a→3は、ガスの環境Tから低Tまでの更なる等圧冷却である。Stage 2 → 2α is isobaric cooling from the high T H of the gas to the environment T a . Stages 2a → 3 are further isobaric cooling of the gas environment T a to low T L.

段階3→4は、ガスの低Tでの等温膨張段階であり、吸収される熱量Qによって膨張ワークWを生成し、その中、Q=W=nRTlnp/pである。Stages 3 → 4 are isothermal expansion stages at low T L of the gas, and the absorbed heat quantity Q e produces an expanded work W e , among which Q e = W e = nRT L lnp H / p L It is.

段階4→4bは、ガスの低Tから環境Tまでの等圧加熱である。段階4b→1は、ガスの環境Tから高Tまでの更なる等圧加熱である。Stages 4 → 4b are isobaric heating from low T L of gas to environment T a . Stage 4b → 1 is the further isobaric heating of the gas environment T a to high T H.

逆流式熱交換器を利用して熱量を繰り返して利用する。段階2→2aにとっては、放出される熱量がちょうど段階4b→1により吸収される。段階2a→3にとっては、放出される熱量がちょうど段階4→4bにより吸収される。  The amount of heat is repeatedly used using a reverse flow heat exchanger. For stage 2 → 2a, the heat released is just absorbed by stage 4b → 1. For stages 2a → 3, the heat released is just absorbed by stages 4 → 4b.

以下、加熱と凍結の性能を纏める。加熱性能係数COPは、生成される熱量Qを成されるネットワークWnet=W−Wで割るものである。そのため、

Figure 2019512058
である。Below, we will summarize the heating and freezing performance. The heating performance coefficient COP h is obtained by dividing the generated heat quantity Q h by the network W net = W c -W e to be formed. for that reason,
Figure 2019512058
It is.

冷却性能係数COPは、等温膨張により生成される冷気Qを成されるネットワークWnet=W−Wで割るものである。そのため、

Figure 2019512058
である。The cooling performance coefficient COP c is obtained by dividing the cold air Q e generated by isothermal expansion by the network W net = W c -W e . for that reason,
Figure 2019512058
It is.

水がT=27℃(300K)からT=77℃(350K)に加熱されると共に空気がT=27℃

Figure 2019512058
The water is heated from T a = 27 ° C. (300 K) to T H = 77 ° C. (350 K) and the air is T a = 27 ° C.
Figure 2019512058

なぜ圧縮クーリング剤は必要になるか、私は聞いた。例えば直接に空気を圧縮するのではなく、オゾンを消費し又は熱量を滞留するCFCもしくはHFCである。Huiサイクルは、理想なヒートポンプ効率を実現できる。膨張したガスから再びワークを取得する。反対的に、クーリング剤の蒸発は、ワークを成さない。液化を優先選択することにより、我々は高効率のクーリング剤の液化方面にうまくやったと私は推測する。有効かつコンパクトのスパイラルタービンを利用すれば、空気を有効的に圧縮でき、クーリング剤の利用を回避できる。  I asked, why do you need a compressed cooling agent? For example, CFC or HFC that consumes ozone or retains heat, rather than directly compressing air. Hui cycle can realize ideal heat pump efficiency. Work is obtained again from the expanded gas. On the contrary, evaporation of the cooling agent does not constitute a work. By prioritizing liquefaction, I guess that we did well in the liquefaction direction of high efficiency cooling agents. An effective and compact spiral turbine can be used to effectively compress air and avoid the use of cooling agents.

より好ましくは、湿潤空気を圧縮して圧縮熱を除去する時に、空気における水分を冷却する。冷却熱が分散される。伝統的な空気調節は、クーリング剤ガスの蒸発により生成される冷気を利用して湿気とその冷却熱を除去する必要がある。同じ空気温度降下にとって、空気の湿潤除去は、エアコンディショナーの稼働負荷を向上させた。  More preferably, moisture in the air is cooled when the moist air is compressed to remove the heat of compression. Cooling heat is dissipated. Traditional air conditioning requires the use of cold air generated by evaporation of the cooling agent gas to remove moisture and its cooling heat. For the same air temperature drop, the wet removal of air improved the working load of the air conditioner.

冷却器が建物の外部にある都市高層ビルにとって、通常は湿気を冷却すると液体の粒が人体に滴下し、通行人に対して刺激を与える。我々は、冷却水を密閉の冷却器内に含ませることによりこのような刺激を解消した。収集される水分は、パイプで空になるまで排出され、又は収集して人と植物の消費に供されることができる。  For urban skyscrapers, where the cooler is outside the building, cooling moisture usually causes droplets of liquid to drip onto the human body, causing irritation to passersby. We eliminated this stimulation by including cooling water in a closed cooler. The collected water can be drained to empty in the pipe or collected for human and plant consumption.

蒸発水は、蒸気圧力を付与し、上記蒸気圧力は温度だけによる。この蒸気圧力は、湿潤空気により付与される圧力の一部である。空気における各組成ガスは、その自身の蒸気圧力を付与する。空気組成は、酸素ガス(19体積%)、窒素ガス(80%)、アルゴンガス(1%)及び水(湿気レベルのパーセントによる)を含み、大気圧は、各空気組成の蒸気圧力の総和であり、全蒸気圧力は海平面で約1barである。  Evaporated water provides a vapor pressure, which depends only on the temperature. This vapor pressure is part of the pressure exerted by the moist air. Each constituent gas in the air imparts its own vapor pressure. The air composition includes oxygen gas (19% by volume), nitrogen gas (80%), argon gas (1%) and water (by percentage of moisture level), and atmospheric pressure is the sum of vapor pressure of each air composition Yes, the total steam pressure is about 1 bar at sea level.

空気の湿度は、空気における水含有量を100%湿潤空気における水含有量で割ると定義される。露点は、水が100%湿潤空気において冷却し始める点に空気が冷却される時の温度と定義される。露点と空気温度は同じ、100%湿度を有する。例えば、25℃と14℃での100%の湿潤空気にとって、100gの空気にはそれぞれ2gの水と1gの水が含まれる。そのため、25℃での50%湿潤空気の露点は14℃である。  Air humidity is defined as the water content in air divided by the water content in 100% wet air. The dew point is defined as the temperature at which the air cools to the point where the water begins to cool at 100% wet air. Dew point and air temperature have the same, 100% humidity. For example, for 100% wet air at 25 ° C. and 14 ° C., 100 g of air contains 2 g of water and 1 g of water, respectively. Therefore, the dew point of 50% wet air at 25 ° C is 14 ° C.

25℃での100%湿潤空気の圧力を2倍にすると、空気水分はどのようになるか?最初に、全ての空気組成の蒸気圧力が2倍になる。圧縮によって加熱される湿潤空気は、また25℃まで冷却される。水蒸気圧力が温度だけによるため、圧縮により増加される水蒸気圧力によって、水が冷却される。25℃での水と同じ蒸気圧力に回復ように、半分の空気水蒸気は、冷却されなければならない。  What will the air moisture look like if we doubled the pressure of 100% humid air at 25 ° C? Initially, the vapor pressure of all air composition is doubled. The moist air heated by compression is also cooled to 25 ° C. Because the steam pressure is solely due to the temperature, the water pressure is cooled by the steam pressure that is increased by compression. Half air steam must be cooled so that it recovers to the same steam pressure as water at 25 ° C.

高湿度空気にとって、空気体積を2〜3倍に圧縮すれば、空気における大部分の水分は冷却される。この冷却は、大量の冷却熱を放出する。25℃での80%湿潤空気の圧力を2倍増加することを考える。この空気は、1.6gの水/100gの湿潤空気を有する。圧力を増加してから湿潤空気を冷却すれば、0.6gの水が生成される。蒸発される水1gあたりの蒸発熱が2200Jを超える場合、冷却される0.6g水分にとって、圧力は、1320Jのエネルギーを除く。  For high humidity air, compressing the air volume 2-3 times cools most of the moisture in the air. This cooling releases a large amount of cooling heat. Consider doubling the pressure of 80% wet air at 25 ° C. This air has 1.6 g of water / 100 g of moist air. If the wet air is cooled after increasing the pressure, 0.6 g of water is produced. If the heat of vaporization exceeds 2200 J per gram of water to be evaporated, then for a 0.6 g moisture to be cooled, the pressure removes 1320 J of energy.

この熱量は、100gの空気を20℃冷却に比べて、顕著的である。100g空気を2

Figure 2019512058
冷却で除去される熱量に比べる25℃での80%湿潤空気の4倍圧力では、1.2gの水蒸気が生成される。空気から除去される水は、人又は植物が消費するための水を生成する。This amount of heat is significant compared to 100 g of air cooled to 20 ° C. 100g air 2
Figure 2019512058
At 4 times the pressure of 80% wet air at 25 ° C. compared to the heat removed with cooling, 1.2 g of water vapor is produced. Water removed from the air produces water for human or plant consumption.

図6には、熱水、冷空気と冷却水を生成するためのヒートポンプを示す。我々の電動機により駆動される頂部の圧縮機によって、空気を圧縮機の底部の中心から熱交換パイプに圧縮する。パイプは、水タンクの中心を通り、その空気圧縮熱と水冷却熱を得て水タンクにおける水を加熱する。冷却水と冷却される圧縮空気は、底部のタンクに収集される。圧縮空気によって頂部で膨張機を駆動し、冷空気を得て空間冷却に用いる。圧縮空気は、ナイロンパイプを通して室内の膨張機へ分布され、凍結及びワーク生成、照明と電気機器が消費するための電力に用いられてもよい。  FIG. 6 shows a heat pump for generating hot water, cold air and cooling water. A compressor at the top, driven by our motor, compresses air from the center of the bottom of the compressor into a heat exchange pipe. The pipe passes through the center of the water tank and obtains its air compression heat and water cooling heat to heat the water in the water tank. Cooling water and cooled compressed air are collected in the bottom tank. The expander is driven at the top by compressed air to obtain cold air which is used for space cooling. Compressed air is distributed through the nylon pipe to the expander in the room and may be used for freezing and work production, power for lighting and consumption of the electrical equipment.

テーパー形スパイラルタービンの第3種の適用:太陽エネルギーによる水脱塩Third application of tapered spiral turbines: water desalination with solar energy

スパイラル圧縮機を利用して水の太陽エネルギーによる脱塩に適用されてもよい。圧縮機を駆動するための電力は、太陽エネルギー熱動力又は光起電力による動力により生成されてもよい。太陽エネルギーは、熱量として集めて収集され、低下する空気圧力で海水を沸騰させることができる。我々のスパイラル圧縮機を利用して太陽エネルギーで蒸発される塩水からの蒸気を冷却してもよい。低圧蒸気を圧縮することで蒸気の温度を高めてそれを凝縮させる。凝縮の熱量は低減される圧力のままでもっと多い塩水を蒸発させることができる。  It may be applied to the solar energy desalting of water using a spiral compressor. Power for driving the compressor may be generated by solar thermal power or photovoltaic power. Solar energy is collected as heat and can be collected to boil seawater at reduced air pressure. Our spiral compressor may be used to cool the steam from the brine that is evaporated with solar energy. The low pressure steam is compressed to raise the temperature of the steam and condense it. The amount of heat of condensation can evaporate more salt water at a reduced pressure.

中国のチベットを歩いた時、太陽エネルギーによる脱塩が示唆される。大きなすうすうという音を聞いて蒸気が太陽エネルギー熱水器から出るのを見た。大気圧力が半分までに低減する場合、水は80℃で沸騰する。私は汽車に乗り青海とチベットとの間に位置する世界中一番高い鉄道でご飯を食べたとき、食器がすぐに微温になった。私は電子レンジで食器を改めて加熱するよう要求したが、役に立たず、私の中華風茶碗蒸しは、食物の水分が希薄空気の中に蒸発したことですぐに冷めた。  When walking in Tibet, China, desalting by solar energy is suggested. I heard a loud noise and I saw steam coming out of the solar water heater. Water boils at 80 ° C. if the atmospheric pressure is reduced by half. When I took a train and ate rice on the world's tallest railway located between Qinghai and Tibet, the dishes quickly became sober. I asked to heat the dishes again in the microwave, but it was useless, and my Chinese-style tea-cup steaming quickly cooled as the water in the food evaporated into the lean air.

高水柱のヘッド部でこのような低圧環境を再建できる。水は、80℃で、5mの水柱の頂部で沸騰し、そこで圧力が半分までに低減する。10mの水柱は、頂部での圧力がゼロであり、水は頂部で大量に蒸発する。生成される蒸気圧力によって水柱が低下する。頂部で類似的な真空を生成するように、ポンプで蒸気を除去する必要がある。  Such low pressure environment can be reconstructed at the head of the high water column. Water boils at the top of a 5 m water column at 80 ° C. where the pressure is reduced by half. The 10 m water column has zero pressure at the top, and the water evaporates heavily at the top. The water pressure is reduced by the generated steam pressure. It is necessary to pump off the vapor to create a similar vacuum at the top.

図7は、Hui太陽エネルギーによる水脱塩装置を示す。通常の太陽エネルギー熱水器では、太陽エネルギー熱量を捕獲してガラスパイプにおける水を加熱する。このガラスパイプは、もう1つの真空ガラスパイプに含まれる。外ガラスパイプは、太陽光を内水加熱パイプへ反射する反射半表面を有する。太陽エネルギー熱水器に類似的に、もっと大きい光リフレクターを利用する。リフレクターによって、図8に示すようなテーパー形表面を成形し、太陽光を垂直に設置される水管に集める。リフレクターは、方位角位置αで太陽を追跡している。真北の太陽はα=0を有する。リフレクターはまた、高さ又は海抜で太陽を追跡し、太陽光と地平線が成す角度βと定義される。天頂での頭頂の真上の太陽はβ=90°を有する。  FIG. 7 shows a water demineralizer with Hui solar energy. In a conventional solar energy water heater, heat energy of solar energy is captured to heat water in a glass pipe. This glass pipe is included in another vacuum glass pipe. The outer glass pipe has a reflective half surface that reflects sunlight into the inner water heating pipe. Similar to solar energy water heaters, it utilizes a larger light reflector. The reflector shapes the tapered surface as shown in FIG. 8 and collects sunlight into a vertically installed water tube. The reflector tracks the sun at azimuthal position α. The true north sun has α = 0. The reflector also tracks the sun at height or sea level and is defined as the angle β between the sun and the horizon. The sun just above the top of the zenith has β = 90 °.

図8は、放物線テーパー形リフレクターを示す。テーパー形表面の中心線を頂線と称する。頂線は、太陽の方位角位置に追随すべき、地平線に太陽を指す。その高さで太陽を追跡するために、頂線の傾斜角度δは反射光を焦点の垂直線に照射させ、その中に塩水は焦点で加熱される。  FIG. 8 shows a parabolic tapered reflector. The centerline of the tapered surface is referred to as the top line. The top line points the sun to the horizon, which should follow the azimuthal position of the sun. In order to track the sun at that height, the inclination angle δ of the top line causes the reflected light to illuminate the vertical line of focus, in which the salt water is heated at the focus.

テーパー形表面の水平横断面は、垂直z軸にフォーカスする放物線である。放物線断面の焦点の垂直位置は太陽の海抜と円錐の勾配による。天頂での頭頂の真上の太陽がβ=90°を有することを考える。頂線がδ=45°で傾くと、頭頂の太陽光は塩水柱に水平に反射される。リフレクターはテーパー形であり、即ち、テーパー体は、原点(0,0,0)からの射線から形成される。円錐の表面は、炭素繊維棒にカット済のポリエステル薄膜の織物を掛けることにより構成されてもよく、その中に前記炭素繊維棒は円錐の半直線である。前記ポリエステル薄膜片は放物線円錐体の曲線表面とフィットする。  The horizontal cross section of the tapered surface is a parabola that focuses on the vertical z-axis. The vertical position of the focal point of the parabola cross section is due to the elevation of the sea level and the cone slope. Consider that the sun just above the top of the zenith has β = 90 °. When the top line is inclined at δ = 45 °, the sunlight at the top is reflected horizontally to the saltwater column. The reflector is tapered, i.e. the tapered body is formed from rays from the origin (0, 0, 0). The surface of the cone may be constructed by hanging a carbon fiber rod with a cut polyester film woven fabric, wherein the carbon fiber rod is a half straight of the cone. The polyester film strip fits with the curved surface of the parabolic cone.

図8に示すようなテーパー形表面のδ=45°での海抜を考える。テーパー体の先端を原点(x,y,z)=(0,0,0)に位置させる。水平zでの放物線横断面は、(x,y,z)=(0,z,z)にある頂点(放物線の最小値)を有する。太陽が頭頂の真上β=90°であると、図8に示すように、光は、焦点距離p=zを有する(x,y,z)=(0,0,z)にフォーカスする。  Consider the sea level elevation at δ = 45 ° of the tapered surface as shown in FIG. Position the tip of the tapered body at the origin (x, y, z) = (0, 0, 0). The parabolic cross-section at horizontal z has a vertex (the minimum value of the parabola) at (x, y, z) = (0, z, z). When the sun is directly above the top of the head, β = 90 °, as shown in FIG. 8, the light is focused to (x, y, z) = (0, 0, z) with a focal length p = z.

より一般的な場合であるβ>0を考える。所定の垂直水平zにとって、放物線表面はx=4p(y+p)である。太陽光を反射して垂直柱に水平に衝撃することが望まれる。得られ

Figure 2019512058
の太陽β=0°、δ=90°を検証した。頂線は、y−z平面での方程式y=ztanδである。そしてテーパー形表面はx=4ztanδ(y−ztanδ)である。Consider the more general case β> 0. For a given vertical horizontal z, the parabolic surface is x 2 = 4p (y + p). It is desirable to reflect sunlight and strike horizontal columns vertically. Obtained
Figure 2019512058
Of the sun β = 0 °, δ = 90 °. The top line is the equation y = z tan δ in the yz plane. The tapered surface is then x 2 = 4z tan δ (y-z tan δ).

リフレクターが方位角位置で太陽を追跡することは重要であるが、高さで太陽を正確に追跡できることはあまり重要でない。得られる焦線は、z軸で維持されるが、太陽の高さに基づいてこの軸で上又は下へシフトしてもよい。そのため、リフレクターに対してδの傾きを予め設定することは、十分である可能性があり、例えば、太陽の高さδ=60°及びδ=75°。δ=60°からδ=75°までの変化は放物線円錐の折り紙を展開することにより実現できる。  It is important for the reflector to track the sun at azimuthal position, but it is less important to be able to track the sun accurately at height. The resulting focal line is maintained on the z-axis, but may be shifted up or down on this axis based on the height of the sun. Therefore, it may be sufficient to preset the slope of δ with respect to the reflector, for example, the height of the sun δ = 60 ° and δ = 75 °. The change from δ = 60 ° to δ = 75 ° can be realized by developing a parabolic cone origami.

水のヘッド部での減圧によって、水が比較的に低い温度で沸騰する。水の蒸気圧力が環境圧力に等しい場合、水は沸騰する。蒸気圧力は温度だけによる。図7に示すように、水脱塩のために鍵になるステップは、低圧水蒸気を圧縮して比較的に高い圧力で冷却することである。スパイラル圧縮機は、水のヘッド部の上方に置かれて蒸気を除去する。  The reduced pressure at the head of the water causes the water to boil at a relatively low temperature. If the water vapor pressure is equal to the ambient pressure, the water will boil. The steam pressure depends only on the temperature. As shown in FIG. 7, the key step for water desalination is to compress the low pressure steam and cool it at a relatively high pressure. A spiral compressor is placed above the water head to remove steam.

圧縮・加熱される水蒸気は、スパイラル圧縮機の中心から現れ、水柱中心に沿って下へ向かう細長のパイプに入る。水が水蒸気に冷却され、熱量を生成し、周囲の沸水と交換する。図7に示すように、冷却水は柱底部の密閉容器に収集される。淡水はポンプによって冷却チャンバから送り出されてもよい。  The steam that is compressed and heated emerges from the center of the spiral compressor and enters an elongated pipe that goes down along the water column center. The water is cooled to steam, producing heat and replacing it with the surrounding boiling water. As shown in FIG. 7, the cooling water is collected in a closed vessel at the bottom of the column. Fresh water may be pumped out of the cooling chamber.

水蒸気冷却に伴って、大量の冷却熱が生成される。このような冷却熱を捕獲することによって、水蒸留の効率を顕著に向上させた。  With steam cooling, a large amount of cooling heat is generated. By capturing such cooling heat, the efficiency of water distillation was significantly improved.

水のヘッド部において、蒸発して塩度が濃縮される。このような重くて熱い塩水溶液は、逆流式熱交換器によって熱量が進入している塩含有水に取り込まれ、そして排出される。  At the head of the water, it evaporates and the salinity is concentrated. Such heavy and hot salt water solution is taken into and discharged from the salt-containing water in which heat is being absorbed by the countercurrent heat exchanger.

脱塩の効率は、熱動力学に制限される。塩含有水を蒸発するために必要である熱量は、蒸気を冷却することによって放出される熱量よりも多い。太陽から提供される熱量は十分である。
不完全の熱交換は低下の効率をもたらす。対流による熱損失は絶縁により実現できる。良好な絶縁と熱交換を利用して、高い脱塩効率が期待される。
電気エネルギーは太陽から太陽エネルギー光起電力発電もしくは太陽エネルギーの熱エネルギーにより生成して供給できる。
The efficiency of desalting is limited to thermokinetics. The amount of heat required to evaporate the salt containing water is greater than the amount of heat released by cooling the steam. The amount of heat provided by the sun is sufficient.
Incomplete heat exchange results in reduced efficiency. Heat loss due to convection can be realized by insulation. High demineralization efficiency is expected using good insulation and heat exchange.
Electrical energy can be generated and supplied from solar energy by solar energy photovoltaic power generation or thermal energy of solar energy.

電力は、低圧水蒸気の圧縮に用いられる。運動エネルギーは圧縮熱に変換される。圧縮熱と冷却熱は、塩含有水をより多くに蒸発することに用いられる。  Electrical power is used to compress low pressure steam. Kinetic energy is converted to heat of compression. The heat of compression and the heat of cooling are used to evaporate the salt-containing water more.

我々は、これが非常に経済的かつ持続可能的な方式になれるのを信じ、人類及び植物消費のために海水を浄化する。  We believe this can be a very economic and sustainable formula and purify the seawater for humanity and plant consumption.

塩含有水を飲むのは、インド亜大陸の健康問題になる。太平洋の島民は、飲用と清潔の目的で太陽エネルギーによる脱塩を利用できる。
集積熱力タービンと発電機の詳述
Drinking salty water is a health problem in the Indian subcontinent. Pacific islanders can use solar desalting for drinking and cleanliness purposes.
Detailed description of integrated thermal power turbines and generators

図5は、熱力タービンと発電機の横断面図を示す。熱力タービンは、圧縮機501、加熱チャンバ502、及び膨張機503を含み、その中、図5の水平横断面図の上方と下方に、2つの4−スパイラルディスクとして示される。  FIG. 5 shows a cross-sectional view of the thermal turbine and generator. The thermal power turbine includes a compressor 501, a heating chamber 502, and an expander 503, among which are shown as two 4-spiral disks, above and below the horizontal cross-sectional view of FIG.

外部空気が圧縮されて入るように、4つの圧縮機スパイラル通路504、505、506、507が回動している。そして、圧縮空気は、圧縮機501の中心から加熱チャンバ502に入る。圧縮機が1つの方向に沿って回動している場合(図において時計回りように)、ガスは、圧縮機スパイラル通路において反対方向に(図において反時計回りように)流動していることによって圧縮される。  The four compressor spiral passages 504, 505, 506, 507 are pivoted so that the external air is compressed. The compressed air then enters the heating chamber 502 from the center of the compressor 501. If the compressor is pivoting along one direction (clockwise in the figure), the gas is flowing in the opposite direction (counterclockwise in the figure) in the compressor spiral path It is compressed.

ガス燃焼により熱量を生成することにとっては、燃焼可能なガスは、燃料ノズル508を通って加熱チャンバ502に入り、そこで、燃料−空気混合物が点火される。  For generating heat by gas combustion, the combustible gas enters the heating chamber 502 through the fuel nozzle 508 where the fuel-air mixture is ignited.

集められる太陽エネルギー熱動力により熱量を生成することにとっては、太陽光は、膨張機513の頂部中心にフォーカスして集められ、フォーカスして集められる太陽光がチャンバに入ることが許容されるように、ガラス頂部を有してもよい。  For generating heat by solar energy thermal power collected, the sunlight is focused and collected at the top center of expander 513 so that it can be allowed to enter the chamber. , And may have a glass top.

単一のタービンが1つの方向に沿って回動している場合、圧縮機501と膨張機503は、同じ時計回りの方向に回動している。ガスは、4つの膨張機通路509、510、511、512において膨張している。ガスは、これらの通路において、タービン回転と反対する方向に沿って(反時計回りに)回転している。図に示すように、ガス圧力によって、タービンが時計回りに回動している。圧力が消費されるガスは、膨張機の外囲で排出される。
ガスは同じ方向(反時計回り)に沿って流れるが、スパイラルは圧縮機(時計回り)と膨張機(反時計回り)に対して反対の方向に膨張している。
When a single turbine is pivoting along one direction, the compressor 501 and the expander 503 are pivoting in the same clockwise direction. The gas is expanding in the four expander passages 509, 510, 511, 512. The gas is rotating in these passages along the direction opposite to the turbine rotation (counterclockwise). As shown, the gas pressure causes the turbine to rotate clockwise. The gas whose pressure is consumed is exhausted in the expander's envelope.
The gas flows along the same direction (counterclockwise) but the spiral is expanding in the opposite direction to the compressor (clockwise) and the expander (counterclockwise).

膨張機スパイラルは、中心に近い比較的に大きい深さ513から出口に近い比較的に小さい深さ514までの次第に減少している深さによって、テーパー形を呈する。このようなテーパー形によって、スパイラルにおける圧力が徐々に解放されることが許容される。  The expander spiral exhibits a tapered shape with a gradually decreasing depth from the relatively large depth 513 near the center to the relatively small depth 514 near the outlet. Such a tapered shape allows the pressure in the spiral to be released gradually.

圧縮機スパイラルは、もっと高い圧縮比を誘導するために、テーパー形を呈してもよい。好ましくは、段階的に複数の圧縮機によるスタックを採用する。圧縮段の中心からの圧縮空気は、遠心中心を通って、次の段の圧縮機のエッジにガイドされる。我々は、テーパー形スパイラル圧縮機の代わりに、2つのArchimedesスパイラルを含む渦構造圧縮機を利用してもよい。  The compressor spiral may be tapered to induce a higher compression ratio. Preferably, a stack of a plurality of compressors is adopted stepwise. Compressed air from the center of the compression stage is guided through the centrifugal center to the edge of the compressor of the next stage. We may use a vortex compressor that includes two Archimedes spirals instead of a tapered spiral compressor.

タービンは、タービンケースに固定される回転軸線での2つの端部515、516を回して回転している。ボールベアリング、空気ベアリング、又は磁気ベアリングを利用して滑らかに回転させてもよい。  The turbine is rotated by turning two ends 515, 516 at the rotation axis fixed to the turbine case. It may be smoothly rotated using a ball bearing, an air bearing or a magnetic bearing.

発電機517は、タービン−発電機の外囲にあるとして示される。磁性体518をロータディスクのエッジに置き、その場合、反対する磁極は、図に示すように、磁気ディスクの頂部と底部にある。  Generator 517 is shown as being in a turbine-generator envelope. A magnetic body 518 is placed at the edge of the rotor disk, in which case the opposite poles are at the top and bottom of the magnetic disk, as shown.

磁性体の頂部と底部に、2つのリング形ソレノイド519、520を利用する。この2つのソレノイドは、直列的に倍電圧出力に接続されてもよい。この2つのソレノイドは、タービンの磁気ベアリングとして使用されてもよい。永久磁性体518は、ソレノイド519、520からの磁気力によって浮遊している。  Two ring solenoids 519, 520 are utilized at the top and bottom of the magnetic body. The two solenoids may be connected in series to the voltage doubler output. The two solenoids may be used as magnetic bearings for the turbine. The permanent magnetic body 518 is suspended by the magnetic force from the solenoids 519 and 520.

2つの端部521、522により、DC発電機の端子を形成する。外部負荷523は、生成される電力を消費する。その中、負荷コントローラは、タービンの回転速度を制御することに用いられてもよい。高電圧によって、回転速度が増加される。外部負荷の低抵抗によって、電流の流動が増加される。大電流の流動は、熱力タービンにより供給されるワークに、強いトルク抵抗を与える。  The two ends 521, 522 form the terminals of the DC generator. The external load 523 consumes generated power. Among them, the load controller may be used to control the rotational speed of the turbine. The high voltage increases the rotational speed. The low resistance of the external load increases the flow of current. The high current flow provides strong torque resistance to the work supplied by the thermal turbine.

熱力タービンは、直接的に外部機械負荷(例えば、自動車のギアボックス又は飛行機のターボプロップエンジン)にワークを与えることができる。生成される電力は、化学電池又はスーパーコンデンサーで蓄積されてもよい。生成されるDC電力は蓄積され、DCからACへの反転はない。蓄積されるDC電力は、電動機を駆動するように、DCとして取り戻されてもよい。電動機とは、図5に示す組成の圧縮機−膨張機−発電機−電動機と同じ発電機である。もう1つの電動機は必要でない可能性がある。  The thermal power turbine can directly work on an external mechanical load (e.g., an automotive gearbox or a turboprop engine of an airplane). The power generated may be stored in a chemical cell or supercapacitor. The generated DC power is stored and there is no DC to AC inversion. The stored DC power may be recovered as DC to drive the motor. The motor is the same generator as the compressor-expander-generator-motor of the composition shown in FIG. Another motor may not be necessary.

エアコンディショナーと除湿機の詳述
図6は、エアコンディショナーと除湿機の実施態様を示す。
実施態様の一つは、圧縮機601と膨張機602を組み合わせてなる単一のロータと同じ構造を使用した。熱を吸収するためのヒートチャンバーはいらない。熱量はスパイラル通路における強制的に流されるガスによって十分に発散できる。圧縮され、及び部分的に冷却される空気は直接に膨張機602に入ってさらに冷却されるように供する。前記膨張機はファンとして、個人の冷却を獲得するよう、冷たい空気を直接に人の体に吹き付ける。
Air Conditioner and Dehumidifier Details FIG. 6 shows an embodiment of the air conditioner and dehumidifier.
One embodiment used the same structure as a single rotor combining compressor 601 and expander 602. There is no need for a heat chamber to absorb heat. The amount of heat can be sufficiently dissipated by the forcedly flowing gas in the spiral passage. The compressed and partially cooled air directly enters the expander 602 to provide further cooling. The expander, as a fan, blows cold air directly on the person's body to gain individual cooling.

部分冷却の圧縮空気を圧縮機から直接に膨張機に導くのに代えて、圧縮空気を下へ向かって熱交換器603に移転させ、この熱交換器603は、水加熱タンク604へのガス熱量を生成する。圧縮空気の冷却によって、その水分がチャンバ605に冷却されて618により収集される。冷水は、616で入り、水タンク604において加熱される。617でお湯を取り出す。  Instead of directing the partially cooled compressed air from the compressor directly to the expander, the compressed air is transferred downward to the heat exchanger 603, which heats the gas heat to the water heating tank 604. Generate Cooling of the compressed air causes the moisture to cool into the chamber 605 and be collected by 618. Cold water enters at 616 and is heated in water tank 604. Take out the hot water at 617.

そして、冷却される圧縮空気は、膨張機602へのガイドパイプ606を通る環境空気によって更に冷却される。膨張機602からの圧力が消費される空気は、ガイドされて通気口607を通る。膨張機はまた、冷却・乾燥される空気を建物におけるルームへ輸送するブロワとして用いられる。  The compressed air to be cooled is then further cooled by the ambient air passing through the guide pipe 606 to the expander 602. Air from which the pressure from the expander 602 is consumed is guided through the vent 607. The expander is also used as a blower to transport cooled and dried air to rooms in the building.

圧縮機は、その動力が熱力タービンに用いられるDC発電機と同じ構造のDC電動機608により供給される。ロータ磁性体609は、ロータ回転軸線に合わせる磁気軸を有するリングである。ステータコイル610、611は、その動力がDC電源612により供給される。  The compressor is supplied by a DC motor 608 of the same construction as the DC generator whose power is used in the thermal power turbine. The rotor magnetic body 609 is a ring having a magnetic axis aligned with the rotor rotation axis. The stator coils 610, 611 are supplied with power by the DC power supply 612.

電動機制御装置613により電動機の電圧と電流を制御する。電圧によって回転速度を制御する。圧縮機、電動機は、必要な圧縮速度まで次第に斜めに上昇している。電流によって、圧縮に必要であるトルク力を制御する。圧縮機は、614、615でベアリングとヒンジ接続される。  The motor controller 613 controls the voltage and current of the motor. Control the rotation speed by voltage. The compressor and motor are gradually rising to the required compression speed. The current controls the torque force required for compression. The compressor is hingedly connected to the bearings at 614, 615.

好ましい実施態様において、圧縮機601と膨張機をデカップリングする。圧縮空気は、薄いナイロンパイプによって、単独のルームへ輸送されてもよい。膨張機は各ルームに位置し、冷気と膨張機の回転により生じ得る電力を輸送する。  In a preferred embodiment, the compressor 601 and expander are decoupled. Compressed air may be transported to a single room by a thin nylon pipe. An expander is located in each room to transport cold air and power that may be generated by the rotation of the expander.

この好ましい態様は、集中式圧縮機と発電機を有する村に適用されてもよい。圧縮機の動力は、太陽エネルギー電池パネル、又は太陽エネルギー熱量やガス燃焼により駆動される熱力タービンに由来してもよい。我々は金属導体によるエネルギー提供ではなく圧縮空気を小屋へ輸送する。LED照明、テレビ及び電池充電のため、圧縮空気によって各家庭に冷気と低電圧DCを供給する。圧縮空気は、大量に蓄積されて夜に適用されてもよい。  This preferred embodiment may be applied to a village having a centralized compressor and a generator. The power of the compressor may be derived from a solar energy cell panel or from a solar power calorimeter or a thermal power turbine driven by gas combustion. We transport compressed air to the cabin rather than providing energy through metal conductors. Cold air and low voltage DC are supplied to each home by compressed air for LED lighting, television and battery charging. Compressed air may be accumulated in large quantities and applied at night.

太陽エネルギーによる水脱塩の詳述
図7は、太陽エネルギーを利用して減圧で塩水を蒸発する水脱塩システムを示す。光起電力による動力714は、圧縮機704の駆動に適用されてもよい。
Detailed Description of Water Desalination with Solar Energy FIG. 7 shows a water desalination system that uses solar energy to evaporate brine at reduced pressure. Photovoltaic power 714 may be applied to drive the compressor 704.

脱塩システムは、除湿を有する空気調節と類似的である水加熱・蒸気冷却サブシステムを有する。湿潤空気ではなく低圧蒸気を圧縮する。  The desalination system has a water heating and steam cooling subsystem that is similar to air conditioning with dehumidification. Compresses low pressure steam rather than moist air.

高水柱701は、水ヘッド部702で、減少される圧力を有する。塩水タンク703は、塩水腐食に耐える強化ガラス、鉄筋コンクリート又はセラミック材から製造してもよい。  The high water column 701 has a reduced pressure at the water head 702. The saltwater tank 703 may be made of tempered glass, reinforced concrete or ceramic material that resists saltwater corrosion.

水ヘッド部の上方と水タンク703の内部において、電動機705により駆動される圧縮機704は、入口715から低圧蒸気を吸い込む。圧縮される蒸気は712、713でヒンジ接続される圧縮機を離れてから凝縮する。凝縮の水はタンク703に塩水を加熱して更に蒸発させる。  Above the water head and inside the water tank 703, the compressor 704 driven by the motor 705 sucks in low pressure steam from the inlet 715. The steam to be compressed leaves the compressor hinged at 712, 713 and condenses. Condensed water further evaporates by heating the brine in tank 703.

塩水の循環は、以下のように示す。塩含有水は、入口710を通って水チャンバ703に入る前に、予備加熱されてもよい。塩含有塩水の廃液と熱交換して予備加熱を実現してもよい。真空ガラス水加熱パイプによって太陽エネルギー熱水器における塩含有水を予備加熱してもよい。  The circulation of salt water is shown as follows. The salted water may be preheated before entering the water chamber 703 through the inlet 710. Heat exchange may be performed with the waste solution of salt-containing brine to achieve preheating. The salted water in the solar energy water heater may be preheated by a vacuum glass water heating pipe.

放物面太陽エネルギー収集器709によって、太陽エネルギーを塩水柱703にフォーカスさせる。図8は、上記収集器の幾何形状を示す。フォーカスされる太陽光によって塩含有水を加熱し、上記塩含有水は、頂部716まで上昇すると共に、水の熱量で減圧に伴って大量に蒸発する。水も、熱交換器706における冷却蒸気により加熱される。  The solar energy is focused by the parabolic solar energy collector 709 onto the saltwater column 703. FIG. 8 shows the geometry of the collector. The salted water is heated by the focused sunlight, and the salted water rises to the top 716 and evaporates in a large amount as the heat of water is reduced. Water is also heated by the cooling steam in heat exchanger 706.

濃い塩水は717に移転し、更に蒸発するため冷却され、底部まで沈む。塩水廃液は711で排出される。熱交換は、熱塩水廃液と進入している塩含有水との間に生じてもよい。  The deep brine moves to 717, cools for further evaporation and sinks to the bottom. Brine drainage is discharged at 711. Heat exchange may occur between the hot brine effluent and the entering salted water.

便利に入口710から頂部位置716、717を通って出口711までに循環するために、塩水タンクの垂直体積を複数の区間に分けてもよい。もし塩水タンクが透明ガラスにより作成されると、区間の境界でフォーカスされる太陽光を吸収してもよい。
水はチャンバ707に凝縮してから、708によって抽出される。
The vertical volume of the saltwater tank may be divided into sections for convenient circulation from the inlet 710 through the top positions 716, 717 to the outlet 711. If the saltwater tank is made of clear glass, it may absorb sunlight that is focused at the boundaries of the sections.
Water condenses in chamber 707 and is then extracted by 708.

太陽エネルギーは、集められる太陽エネルギーにより駆動されるタービンにより提供されることもできる。タービンから排出される熱空気は、フォーカスミラー709に代えて、水柱を加熱することができる。組み合わせる熱力発動機と太陽エネルギーによる水脱塩装置は、遠洋船舶と滞在島民の真の救命者になってもよい。  Solar energy may also be provided by a turbine driven by the solar energy that is collected. The hot air discharged from the turbine can replace the focus mirror 709 to heat the water column. The combined heat engine and solar water demineralizer may be a true lifeboat for ocean-going vessels and resident islanders.

終わり
人類の生存は、空気、水及び太陽光の3つの基本的な要素がある。このような3つの要素によって、もしかするとガス燃料を備えとする補助下で、冷却、加熱、フーズ、飲用水、清潔な用水、及び通信・計算・輸送に必要であるエネルギーという全ての人類の快適さを獲得する。記載される発明は、集中生産ではなく個人エネルギーの範例によって、必要な場合、これらの人類の快適さを提供すると信じられる。
End Humanity's survival has three basic elements: air, water and sunlight. With these three elements, all human comforts of cooling, heating, foods, drinking water, clean water, and energy needed for communication, calculation and transport, possibly with the aid of a gas fuel To gain The inventions described are believed to provide the comfort of these human beings, if necessary, by the paradigm of personal energy rather than centralized production.

感謝:Monarch PowerのJim Hussey,Ankur Ghosh,Forest Blair及びJerry Jinは、タービンの早期バージョンを実施してテストした。アリゾナ州立大学のDaniel Bliss教授、ラトガーズ大学のYC Chiewと国立台湾大学のFalin Chenは、スパイラルタービン流体動力学の討論を開いた。ASUのKeng Hsu教授は、金属タービンモデルを3Dレーザプリントした。  Thanks: Monarch Power's Jim Hussey, Ankur Ghosh, Forest Blair and Jerry Jin ran and tested an early version of the turbine. Prof. Daniel Bliss from Arizona State University, YC Chiew from Rutgers University, and Falin Chen from National Taiwan University held a debate on spiral turbine fluid dynamics. ASU Professor Keng Hsu has 3D laser printed metal turbine models.

Claims (29)

テーパー形スパイラルタービンについての請求項:Claims for tapered spiral turbines: 圧力エネルギーを運動に変換するための加圧ガスの膨張機であって、
複数の同軸ディスクを含み、同軸ディスク毎は、各ディスクの中心から周辺へのスパイラル気流のための複数の密閉通路を有し、各スパイラル通路には、
通路内のガス転向の角度に従って直線的に又は指数的に増加している、角度を有する逓増半径と、スパイラル通路の回動角度に従って減少する穴の面積と、を有し、
ガスは、回動角度に従って次第に減少している圧力で流動していて、その中、前記外部スパイラル通路壁には、比較的に小さい壁面積と半径を有する内部スパイラル通路壁よりも大きいトルク力の圧力が生じる膨張機。
A pressurized gas expander for converting pressure energy into motion,
It comprises a plurality of coaxial disks, each coaxial disk having a plurality of closed passages for the spiral air flow from the center to the periphery of each disk, each spiral passage being
Having an angled increasing radius, linearly or exponentially increasing according to the angle of gas turning in the passage, and an area of the hole decreasing according to the turning angle of the spiral passage,
The gas is flowing at a gradually decreasing pressure according to the pivot angle, in which the outer spiral channel wall has a greater torque force than the inner spiral channel wall with a relatively small wall area and radius. An expander that generates pressure.
運動を利用してガスを圧縮しガス圧力を増加させる圧縮機であって、
複数の同軸ディスクを含み、同軸ディスク毎は、各ディスクの中心から周辺へのスパイラル気流のための複数の密閉通路を有し、各スパイラル通路には、
通路内のガス転向の角度に従って直線的に又は指数的に減少している逓減半径と、スパイラル通路の回動角度に従って増加する穴の面積と、を有し、
その中、ガスは、圧力に伴って流動していて、前記外部スパイラル通路壁は比較的に小さい壁面積と半径を有する内部スパイラル通路壁よりも大きいトルク力でガスを押すことにより、前記圧力は外部スパイラル通路壁の転向角度に従って増加する圧縮機。
A compressor that uses motion to compress gas and increase gas pressure,
It comprises a plurality of coaxial disks, each coaxial disk having a plurality of closed passages for the spiral air flow from the center to the periphery of each disk, each spiral passage being
Having a decreasing radius which decreases linearly or exponentially according to the angle of gas turning in the passage, and an area of the hole which increases according to the turning angle of the spiral passage,
Among them, the gas flows with pressure, and the pressure is increased by pushing the gas with a torque force larger than the inner spiral passage wall having a relatively small wall area and radius. The compressor increases with the turning angle of the outer spiral passage wall.
多段配置によってディスク中心の圧縮ガスを次の段のディスクの周辺入力端にガイドし、ガス圧力を1つの段階からもう1つの段階へ増加させる複数の圧縮機ディスクと、
膨張するガスをディスクの周辺部分から次の段のディスクの中心にガイドして導入し、ガスの圧力を消費して稼働する複数の膨張ディスクと、
を含み、
圧縮機群から膨張機群までの圧縮ガスパイプは、接続される圧縮機と膨張機との間の開口として、その中に前記パイプは外部のものであり、かつ圧縮機と膨張機との間の圧縮ガス蓄積器を含む請求項2に記載の圧縮機と請求項1に記載の膨張機の圧縮機−膨張機の組み合わせ。
単極直流発電機についての請求項:
A plurality of compressor disks, guiding the compressed gas at the disk center to the peripheral input end of the disks of the next stage by a multistage arrangement, and increasing the gas pressure from one stage to another;
A plurality of expansion disks which are guided and introduced from the peripheral portion of the disk to the center of the disk of the next stage, consuming the pressure of the gas and operating;
Including
The compressed gas pipe from the compressor group to the expander group serves as an opening between the connected compressor and the expander, in which the pipe is external, and between the compressor and the expander A compressor-expander combination according to claim 2 including a compressed gas storage.
Claims for single-pole DC generators:
運動を電気エネルギーに転化する発電機であって、ロータディスクの平坦表面の片側又は両側にあるステータディスクと同軸のロータディスクを含み、そのため、
ロータディスクは、リング形永久磁性体であり、その極性が垂直方向に沿って軸方向に配向され、
ステータディスクは、同軸のリング形ソレノイドであり、ソレノイドの両端は、他の電極と互いに接続される正極と負極を含み、
その中、発電機は、右手の法則に基づいて電力を生成し、ロータの回転及び垂直に配向される磁界の運動によって径方向に沿って電界を誘導し、誘導される電圧と電流の積である電力を生成する発電機。
A generator for converting motion into electrical energy, comprising a rotor disk coaxial with a stator disk on one or both sides of the flat surface of the rotor disk, so that
The rotor disk is a ring-shaped permanent magnetic body, the polarity of which is axially oriented along the vertical direction,
The stator disc is a coaxial ring-shaped solenoid, the ends of the solenoid comprising positive and negative electrodes connected to each other with the other electrodes,
Among them, the generator generates power according to the right-hand rule, induces the electric field along the radial direction by the rotation of the rotor and the motion of the vertically oriented magnetic field, the product of the induced voltage and current A generator that produces some power.
電力を運動に変換する電動機であって、ロータディスクの平坦表面の片側又は両側にステータディスクと同軸であるロータディスクを含み、そのため、
ロータディスクは、リング形永久磁性体であり、その極性が垂直方向に沿って軸方向に配向され、
ステータディスクは、同軸のリング形ソレノイドであり、ソレノイドの両端は、他の電極と互いに接続される正極と負極を含み、
その中、モータは、ローレンツ力の右手の法則に基づいて回転運動を生じ、
永久磁性体の垂直方向の磁界と、ステータディスクにおける径方向電流により生成される磁界とは、互いに作用し、ロータ磁性体円周方向に沿って作用するローレンツ磁気力を生じる電動機。
A motor for converting power into motion, comprising a rotor disk coaxial with the stator disk on one or both sides of the flat surface of the rotor disk, so that
The rotor disk is a ring-shaped permanent magnetic body, the polarity of which is axially oriented along the vertical direction,
The stator disc is a coaxial ring-shaped solenoid, the ends of the solenoid comprising positive and negative electrodes connected to each other with the other electrodes,
Among them, the motor produces rotational movement based on the right-hand law of Lorentz force,
A motor in which the vertical magnetic field of the permanent magnetic body and the magnetic field generated by the radial current in the stator disk interact with each other to generate Lorentz magnetic force acting along the circumferential direction of the rotor magnetic body.
請求項4に記載の発電機は、請求項4に記載の同一の発電機を駆動して請求項5に記載の電動機として運転させるように、電気をもう1つの電力蓄積装置に蓄積し、後ほど取り戻す請求項4に記載の発電機及び請求項5に記載の電動機。
熱力発動機についての請求項:
The generator according to claim 4 stores electricity in another power storage device to drive the same generator according to claim 4 to operate as the motor according to claim 5, and later A generator as claimed in claim 4 and a motor as claimed in claim 5.
Claim for Thermomotive Engine:
加圧ガスにより駆動されるディスク形タービンであって、
ポジティブノズルによって加圧ガスが注がれ、ガスが燃料の燃焼又はフォーカスされる太陽エネルギーによって室内で加熱される中央チャンバと、
前記中央チャンバから放射し、前記複数のスパイラル線が拡張する半径とテーパー形穴を含む複数のスパイラル通路と、
を含み、
前記テーパー形穴は、前記スパイラルの長さで圧力を次第に解放することに好適であり、前記タービンの周辺から離れ、
前記タービンは、前記周辺に作用するように圧力を維持することに好適であり、前記周辺は、前記テーパー形穴の内表面領域よりも大きい外表面積を有し、前記ガス圧力によって前記タービンを前記気流と反対する方向に回転させることが許容されるディスク形タービン。
A disk type turbine driven by pressurized gas, wherein
A central chamber in which pressurized gas is injected by the positive nozzle and the gas is heated indoors by solar energy which is burned or focused on fuel;
A plurality of spiral passages, including radii and tapered holes, emanating from the central chamber and expanding the plurality of spiral lines;
Including
The tapered hole is suitable for progressively releasing pressure at the length of the spiral, away from the periphery of the turbine,
The turbine is suitable for maintaining pressure to act on the periphery, the periphery having an outer surface area greater than the inner surface area of the tapered hole, the gas pressure causing the turbine to Disk type turbines that are allowed to rotate in the opposite direction to the air flow.
前記ディスク形タービンは、組み合わせたタービンと発電機を更に含み、その中、前記ディスク形タービンと発電機が合わせて前記発電機のロータとして好適であり、
前記ディスク形タービンを回し、請求項7に記載のディスク形タービンと同軸のステータコイルで直流通電するリング形電気磁性体を更に含むことを特徴とする請求項7に記載のディスク形タービン。
The disk turbine further comprises a combined turbine and generator, wherein the disk turbine and generator together are suitable as a rotor of the generator,
The disk-shaped turbine according to claim 7, further comprising: a ring-shaped electric magnetic material which turns the disk-shaped turbine and is DC-flowed with a stator coil coaxial with the disk-shaped turbine according to claim 7.
熱力発動機と発電機を更に含み、その中、前記ディスク形タービンと発電機が合わせて前記発電機のロータとして好適であり、
前記ディスク形タービンを回し、タービンハウジングの外周に位置するステータコイルで通電する電気磁性体リングを更に含み、
また、外部トルクによって回転するディスク形圧縮機を更に含み、前記圧縮機は、
圧縮ガスの排出が許容されることに好適である中央チャンバと、
前記中央チャンバから放射し、前記複数の圧縮機スパイラル体は、拡張する半径とテーパー形穴を含む複数のスパイラル圧縮機通路と、
を含み、
前記圧縮機の外部から圧縮されるガスは、これらの圧縮機スパイラル通路の比較的に大きい外表面領域の圧縮力に対応するように、迫られて前記スパイラル通路の内部を通り、
前記タービンは、トルク力の圧力により前記圧縮機を駆動することに好適であることを特徴とする請求項8に記載のディスク形タービン。
A heat engine and a generator are further included, wherein the disk type turbine and the generator together are suitable as a rotor of the generator,
The disk-type turbine further includes: an electro-magnetic ring which is energized by a stator coil located on an outer periphery of the turbine housing.
In addition, the compressor further includes a disk type compressor which is rotated by an external torque,
A central chamber suitable for permitting the discharge of compressed gas;
Emanating from the central chamber, the plurality of compressor spirals including a plurality of spiral compressor passages including expanding radii and tapered holes;
Including
The gas compressed from the outside of the compressor is forced through the interior of the spiral passage to correspond to the compressive force of the relatively large outer surface area of these compressor spiral passages,
9. The disk turbine according to claim 8, wherein the turbine is suitable for driving the compressor with a pressure of torque force.
前記ディスク形タービンと前記ディスク形圧縮機は、テーパー形の形状を含み、その中、前記複数のスパイラルと前記複数の圧縮機スパイラルは、それぞれ直線的テーパー形であり、前記直線的テーパー形は、通路深さとスパイラル半径との間の直線関係を含む請求項9に記載のディスク形タービン。  The disk turbine and the disk compressor may include a tapered shape, wherein the plurality of spirals and the plurality of compressor spirals are each linearly tapered, and the linear taper is The disk turbine of claim 9, including a linear relationship between passage depth and spiral radius. 前記ディスク形圧縮機は、電動機により駆動されるアルキメデス渦構造圧縮機を含む請求項9に記載のディスク形タービン。  10. The disk turbine of claim 9, wherein the disk compressor comprises an Archimedean vortex compressor driven by a motor. 前記複数のスパイラル通路は、転向の角度に従って指数的に増加している半径を有する請求項7に記載のディスク形タービン。  The disk turbine according to claim 7, wherein the plurality of spiral passages have radii that increase exponentially according to a turning angle. 前記複数のスパイラル通路は、前記転向の角度に従って指数的に減少している穴サイズを有する請求項7に記載のディスク形タービン。
ヒートポンプについての請求項:
The disk turbine according to claim 7, wherein the plurality of spiral passages have a hole size that decreases exponentially according to the turning angle.
Claim for heat pump:
圧縮ガスを利用してタービンを駆動する方法であって、
ガスを迫って圧縮機を通って回転タービンの中央チャンバに入らせるステップを含み、これによって、前記回転タービンのチャンバは、
ガスを各ディスクの中心から各ディスクの周辺にスパイラル流動させる複数の密閉通路を含み、その中、各スパイラル通路は、
通路におけるガス転向の角度に従って、直線的に又は指数的に増加している逓増半径と、
前記スパイラル通路の転向角度に従って減少可能な穴面積とを含み、
気流は、外スパイラル通路壁に圧力を与えることに伴って転向の角度が次第に減少している圧力を有し、前記外スパイラル通路壁は、比較的に小さい壁面積と半径を有する内スパイラル通路壁よりも大きいトルク力を生じる方法。
A method of driving a turbine using compressed gas, comprising:
Forcing the gas through the compressor into the central chamber of the rotary turbine, whereby the chamber of the rotary turbine
A plurality of enclosed passages are provided for spiraling the gas from the center of each disk to the periphery of each disk, wherein each spiral passage is:
A linearly or exponentially increasing radius of increase according to the angle of gas turning in the passage;
And a hole area that can be reduced according to the turning angle of the spiral passage,
The air flow has a pressure at which the turning angle gradually decreases with the application of pressure to the outer spiral passage wall, said outer spiral passage wall having an inner spiral passage wall having a relatively small wall area and radius. How to produce greater torque force.
圧縮機を経由して、前記回転タービンのスパイラルにおける圧縮空気を膨張させることによって冷気を生成するステップを更に含み、
前記冷気を生成するステップは、燃焼又はフォーカスされる太陽エネルギーにより熱量を注ぐことなく完成される請求項14に記載の方法。
Further comprising the step of generating cold air by expanding compressed air in a spiral of said rotating turbine via a compressor;
15. The method of claim 14, wherein the step of generating cold air is completed without pouring heat with solar energy being burned or focused.
前記圧縮ガスは、パイプによって、外部トルクにより回転するディスク形圧縮機から輸送され、前記ディスク形圧縮機は、
圧縮ガスが中央チャンバから放射する複数のスパイラル通路から離れることに好適である前記中央チャンバを含み、前記複数のスパイラルは、膨張する半径とテーパー形穴を含み、
前記圧縮機の外部から圧縮されるガスは、これらのスパイラル通路の比較的大きい外表面面積の圧縮力に対応して、迫られて前記スパイラル通路を通って内部に入る請求項14に記載の方法。
The compressed gas is transported by a pipe from a disk-type compressor rotated by an external torque, the disk-type compressor comprising:
Comprising said central chamber suitable for leaving compressed passages emanating from said central chamber, said plurality of spirals including an expanding radius and a tapered hole,
The method according to claim 14, wherein the gas compressed from the outside of the compressor is forced into the interior through the spiral passage in response to the compressive force of the relatively large outer surface area of these spiral passages. .
電動機を更に含み、前記電動機は、前記ディスク形圧縮機を、前記圧縮機を駆動することに好適である電動機の磁気ロータとして使用することに好適であり、直流電流は複数のソレノイドに流動していて、軸方向磁気ロータを有するロータ磁性体を駆動する請求項16に記載のディスク形圧縮機。  The motor further includes an electric motor, which is suitable for using the disk-type compressor as a magnetic rotor of the electric motor suitable for driving the compressor, and direct current flows in a plurality of solenoids. The disk compressor according to claim 16, wherein the rotor magnetic body having an axial magnetic rotor is driven. 加熱される液体を更に含み、前記液体は、空気の圧縮熱により加熱される請求項16に記載のディスク形圧縮機。  The disk compressor according to claim 16, further comprising a liquid to be heated, wherein the liquid is heated by the heat of compression of air. 飲用水を更に含み、前記飲用水は、湿潤空気を含む前記ガスにより得られ、また、前記飲用水は、圧縮された後の前記湿潤空気における水分から取り出される請求項16に記載のディスク形圧縮機。  17. The disk shaped compressed air according to claim 16, further comprising potable water, said potable water being obtained by said gas comprising moist air, and said potable water being removed from water in said moist air after being compressed. Machine. 前記圧縮機から空気を受け取ることに好適である容器を含み、前記容器は、除湿された空気を冷却、加圧、除湿のための空気として蓄積することに好適であり、前記容器から供給される加圧空気により動力を供給するディスク形タービンを更に含み、前記ディスク形タービンは、
雄ネジ付きノズルによって前記加圧ガスが注入され、前記ガスが燃料の燃焼又はフォーカスされる太陽エネルギーにより加熱される中央チャンバと、
前記中央チャンバから放射し、膨張半径とテーパー形穴を含む複数のスパイラル通路と、
を含み、
前記テーパー形穴は、前記スパイラルの長さを通ると共に前記タービンの周辺から離れるように、圧力を徐々に解放することに好適であり、
前記タービンは、前記周辺に作用するように圧力を維持することに好適であり、前記周辺は、前記テーパー形穴の内表面面積より大きい外表面面積を有し、そのため、ガス圧力によって前記タービンを前記気流と反対する方向に回転させることができる請求項16に記載のディスク形圧縮機。
The container includes a container suitable for receiving air from the compressor, the container being suitable for accumulating dehumidified air as air for cooling, pressurizing and dehumidifying, supplied from the container A disk-type turbine powered by pressurized air, the disk-type turbine further comprising:
A central chamber in which the pressurized gas is injected by means of an externally threaded nozzle and the gas is heated by solar energy which is burned or focused on fuel;
A plurality of spiral passages emanating from the central chamber and including an expansion radius and a tapered hole;
Including
The tapered bore is suitable for gradually releasing pressure so as to pass through the length of the spiral and away from the periphery of the turbine;
The turbine is suitable for maintaining pressure to act on the periphery, the periphery having an outer surface area greater than the inner surface area of the tapered hole, so that the gas pressure causes the turbine to The disk compressor according to claim 16, wherein the disk compressor can be rotated in a direction opposite to the air flow.
前記複数のスパイラル通路は、転向の角度に従って指数的に増加している半径を有する請求項16に記載のディスク形圧縮機。  The disk compressor according to claim 16, wherein the plurality of spiral passages have radii which increase exponentially according to a turning angle. 前記複数のスパイラル通路は、前記転向の角度に従って指数的に減少している穴サイズを有する請求項16に記載のディスク形圧縮機。  The disk compressor according to claim 16, wherein the plurality of spiral passages have a hole size which decreases exponentially according to the turning angle. 前記複数のスパイラルは、一定の幅を有するが、スパイラル通路の深さは、前記転向の角度に従って指数的に減少している請求項16に記載のディスク形圧縮機。
太陽エネルギーによる水脱塩についての請求項:
The disk compressor according to claim 16, wherein the plurality of spirals have a constant width, but the depth of the spiral passage decreases exponentially according to the turning angle.
Claims for water desalination with solar energy:
太陽エネルギーを集め、太陽の方位角位置の中央頂線を追跡する反射放物面テーパー形表面と、
浄化しようとする水を収容する反射放物面テーパー形表面の焦線での垂直柱と、
前記垂直柱内に、水柱ヘッド部の低圧蒸気を圧縮するための圧縮機と、
水柱に圧縮蒸気の冷却熱を利用する熱交換パイプと、
冷却蒸気を飲用水として収集する冷却器チャンバと
を含む太陽エネルギーによる水浄化装置。
A reflective parabolic tapered surface that collects solar energy and tracks the central apex of the sun's azimuthal position;
Vertical pillars at the focal line of the reflective parabolic tapered surface, containing the water to be purified
A compressor for compressing the low pressure steam of the water column head in the vertical column;
Heat exchange pipe that uses the cooling heat of compressed steam for the water column,
And a cooler chamber for collecting cooling steam as potable water.
太陽の地平線以上での高さ位置を追跡するように、高さが増加する前記中央頂線を有する請求項25に記載の反射放物面テーパー形表面。  26. The reflective paraboloidal tapered surface of claim 25 having the central apex increasing in height to track a height position above the sun's horizon. 前記圧縮機は、複数のディスク形圧縮機を含み、各ディスク形圧縮機は、複数のスパイラルガス通路を有し、前記スパイラルガス通路は、ガスが前記スパイラルの外部通路により圧縮されるように、逓減半径と逓増通路穴面積を有し、前記スパイラルは、ガスを前記ディスク形圧縮機の中心へ押す方向に沿って回動し、前記ガスの圧力と温度を高める請求項25に記載の太陽エネルギー水浄化装置。  The compressor includes a plurality of disk-type compressors, each disk-type compressor having a plurality of spiral gas passages, wherein the spiral gas passages are such that gas is compressed by the outer passages of the spirals. 26. The solar energy of claim 25 having a decreasing radius and an increasing passage hole area, the spiral pivoting along the direction pushing the gas towards the center of the disc compressor to increase the pressure and temperature of the gas. Water purification equipment. 前記圧縮機は、ガスを圧縮するための回転運動が生じるように、軸方向磁化を有する磁気ロータと直流により駆動されるソレノイドステータのディスク形電動機により動力が提供される請求項25に記載の太陽エネルギー水浄化装置。  26. The sun according to claim 25, wherein said compressor is powered by a magnetic rotor having axial magnetization and a disc motor of a solenoid stator driven by direct current so as to produce rotational motion to compress the gas. Energy water purification device. 低下している蒸発温度にとって、前記垂直柱は、生じる低温度と低圧力の蒸気が圧縮されて冷却水と冷却熱を生成し、浄化しようとする水を更に蒸発するように、水柱のヘッド部に低下している水圧を生成することに好適である請求項25に記載の太陽エネルギー水浄化装置。  For a decreasing evaporation temperature, the vertical column is such that the low temperature and low pressure steam that is produced is compressed to produce cooling water and cooling heat, and to further evaporate the water to be purified, the head of the water column 26. A solar energy water purification device as claimed in claim 25 which is suitable for producing a water pressure which is reduced.
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