JP4124274B2 - 流体マシン - Google Patents

Description

技術分野
本発明は流入口および少なくとも一組の排出ノズルを備えた流体貯槽から構成される流体マシンに関するものである。
技術背景
出願人の以前のＵＳＳＲ特許Ｎｏ．９４１，６６５は漸次狭くなるように作られた整流チャンネルから成る水力モーターについて明らかにし、その狭くなった出口の軸線にはシャフトに球状のローターが装着され、このローターは起動モーターに接続されている。
この作動にあたっては、先ずシャフトが回転することで球形ローターも回転する。そして流体と球形ローター表面間の摩擦力により流体の回転流が保たれる。
如何なる状態においても狭くなった出口の壁面を越えて球状ローターが回転しない様に抵抗力を加える必要がある。
前記の様な実施例の不利な点は補助の起動モーターなしにこの水力モーターを作動させることが出来ない点である。
出願人の別の以前のＵＳＳＲ特許Ｎｏ．１，７０１，９７１では起動モーターが漸次狭くなる出口に装着されたうずまき状の羽根に置きかえられた類似した水力モーターについて明らかにしている。
前記実施例について同じくローターが漸次狭くなる出口の壁面を越えて回転しすぎることは考えられない。
実際問題として以上に述べた様なローターの形では流れの場に必要としないロスを生じさせることになる。こらがもっと効率の良い流体マシンの具体化例を探究する理由である。
発明の開示
説明の目標には本発明による流入および少なくとも一組の排出ノズルを備えた流体タンクからなる流体マシンにより到達することが出来、この原理は流出ノズルの内壁に沿って自由回転出来る様に少なくとも一組の回転体状の回転ローターを保持機構で排出ノズルに設置した流れの場により可能となる。
本発明による流体マシンは液体のみならず気体または気・液混合体による流体の流れの力を有効に活用することが可能である。より高い効率が特にローターが流体中で回転する時に生じる抵抗を減少させることで得ることが出来る。このマシンは機械的な粒子で非常に汚染された流体にも有効であり、その上結果として混入成分の交換が行われることになる。
効果を上げるためにはローターを２つの部分に分け排出ノズルに隣接するローターの第１の部分をその反対側の第２のローター部分より大きくすることで可能になる。
また効果的な実施例としてローターの第２の部分をなくして第１の部分の表面部分を球状にした。
別の効果的な実施例として第１および第２の部分全部を球状にした。
流れ媒体を有効に活用するために、保持機構がローター後部の排出ノズル中のベヤリング部分から構成されているか、またはフレームにシャフトのピボット受けを設けて排出ノズルの軸線上にローターをささえるか、シャフトが少なくとも一定部分につきフレキシブルであることが有効である。
その他の有効な実施例として保持機構がフレームにピボット受けされたクランクシャフトで構成され排出ノズルの軸線の外側でローターを支えているものがある。
取り込んだ原動力の変換を容易にするためには、ローターにマグネットをそして対向する排出ノズルに電磁コイルを装備するか、またはローターに電磁コイルをそして対向する排出ノズルにマグネットを装備する方法が有効である。これは結局ローターが発電機を含んだ対抗流チューブラバルブ型タービンであることになる。
マシンの機構交換に対し機構学的立場からの有効な実施例としてローターは回転しない様に、そして排出ノズルが流れ方向に直角な板上のすべり溝に設置されたものがある。
ポンプとして役立たしめるため、ローター及び駆動ユニットを相互に連結することが有効である。
【図面の簡単な説明】
本発明による流体マシンは各図面にその細部を図示してある。
Ｆｉｇ．１−本発明の流体マシンの一つの実施例。
Ｆｉｇ．２−ローターの一つの実施例。
Ｆｉｇ．３ーローターの別の実施例。
Ｆｉｇ．４ー本発明の流体マシンの別の実施例。
Ｆｉｇ．５ー本発明の流体マシンの別の実施例。
Ｆｉｇ．６ー本発明の流体マシンの別の実施例。
Ｆｉｇ．７ー本発明の電気エネルギーを得るための流体マシンの別の実施例。
Ｆｉｇ．８ー電気エネルギーを得るための流体マシンの別の実施例。
Ｆｉｇ．９ー電気エネルギーを得るための流体マシンの別の実施例。
Ｆｉｇ．１０ー自然界の流れの中に取り込まれた流体マシン。
Ｆｉｇ．１１ーパイプ中に組み込まれた流体マシン。
Ｆｉｇ．１２ーポンプとして機能する流体マシン。
Ｆｉｇ．１３ー本発明による球形ローターの流体マシンの一つの実施例。
発明の実施形態
流体マシンは図１に示す様に金属製の水槽１で構成されており、上部に流入口２がまた下部に漸次狭くなる排出ノズル３が設けてある。貯槽１の上辺部にはフレーム１４が固定されており、下部が弾性体のピボット受けされたシャフト１１を支えている。シャフト１１には排出ノズル３の部分にプラスチック製のローター５が装着されている。
ローター５は回転体状でその容積は最大直径の面６で２部分に分かれている。
面６の下部のローター５の第１の部分の９は第２の部分の１０よりも大きな容積を備えている。
図１３はローター５の形状が異なり、この場合は球形であるが同じ様な実施例として図示した。
流入口２を通して貯槽１に供給された水は排出ノズル３へ流れ、この水流がローター５に排出ノズル３の壁面内で回転運動を起こさせる。排出ノズル３の内壁面内でのローター５の回転はシャフト１１のフレキシブルな部分により可能となる。
ローター５の回転運動は各種の機械類の駆動力として利用されるか、または図示してないが例えば発電機を介して電気エネルギーに変換される。
保持機構４は勿論図５に示す様にローター５の下部に設置してもよい。この実施例の機能は上記実施例の機能と同じである。
最も直径の大きい平面部６の上部のローター５の第２部分１０の体積がほぼゼロの時に最大の効率が得られる。実施例の理想的な例として図２を図示してあるが、これはローター５が半球状であるから最も直径の大きい板上の第２の部分の体積はゼロである。
勿論排出ノズル３に隣接するローター５の第１の部分９は図３に球形の切片として示した様な半球状でなくてもよい。一般的に回転体例えば楕円体に関連する形状なら十分である。図３のローター５の第２部分１０は楕円体の一部分として表されている。前記ローター５の第２部分１０の体積は第１の部分９のそれよりもかなり小さい。ローター５は勿論中空である。
図４に示した流体マシンの実施例では排出ノズル３の中に流れ方向に関してローター５の後部を軸受け板８から成る保持機構４が支えている。プラスチック製のローター５の第１の部分９は半球状であり、第２の部分１０は楕円の一部の形状をしている。
ローター５は軸受け板８上に自由に置かれているので、流体が排出ノズル３を流れるとノズル３の壁面内で回転する。ローター５の形状が前述の様のため、ローター５はより大きな容積の第１の部分９によって引き続き排出ノズル３の方向に向けつづけられる。
軸受け板８は図示していないけれど、調整機構によりその高さを再調整することが出来る。
ローター５の中にマグネット系１２をそして同じレベルの排出ノズル３の壁面中に電磁コイル系１３を取り込むことで動力を利用することが出来る。
これはローター５の回転によるマグネット１２とコイル１３間の相互運動で電流が発生するためである。
図６はローター５がクランクシャフト１５で駆動される本発明の流体マシンの実施例である。クランクシャフト１５はフレーム１４中にピボット受けされており、その中心は排出ノズル３の軸線と同一である。フレーム１４は排出ノズル３の下方に設けるか（図６に示す様に）、または排出ノズル３の上方に（図１の実施例と同じく）設置することが出来る。これはクランクシャフト１５の上でローター５をピボット受けすることになる。クランクシャフト１５のクランク長は排出ノズル３での流体の流れの中でローター５が回転する時壁面に接触する様に選ぶ。クランクシャフト１５の作動によるトルクは例えば発電機を駆動することで電流として利用出来る。
図７に示す様な実施例（図４の実施例とほぼ同じ）でも得られた動力を利用することが出来る。これはローター５にマグネット系１２を、そして排出ノズル３の壁面の同じレベルに電磁コイル１３を組み込んで、ローター５の回転により電流を発生させることが出来る。
図８に図７の実施例とほぼ同じ例を示しているがこれはマグネット１２とコイル１３の位置をお互いに取り替えた相違があり、このため発生電流はローター５から取り出すことになる。
図９に図６の実施例と殆ど同じな流体マシンの実施例を示してある。図９の実施例のローター５にはマグネット１２と同様に電磁コイル１３が組み込まれており、所謂旋回流発電機１６を形成している。図示してはないが遊星歯車によりコイル１３とマグネット１２の間のより早い相互運動を期待することが出来る。
本発明による流体マシンのこれまでの実施例の貯槽１は必ずしもタンクである必要はなく、図１０に示す様に河川をせき止めて作ることができる。
貯槽１を図１１に示す様に例えば水の配管１７の一部とすることも可能である。配管１７中の水流方向は矢印で示してある。配管１７中の水流でローター５はこれまでの実施例と同様に回転する。この時水流がローター５を軸受け板８に押しつけている。これまでの実施例と同じ様に電流が電磁コイル１３に生じる。
図１１の実施例で明らかの様に本発明の流体マシンは、液体の重力による流出の様な排出ノズル３の軸線上のほとんど垂直方向で作動するばかりではなく、十分な流体圧のもとで液体が供給されるならば、排出ノズル３の軸線は任意の方向に向いていても作動する。
液体は液体のみの必要はなく、媒体が気体でも、また気・液混合体でもよい。これまで述べてきた例で本発明による機構がトルクおよび発電機として使用出来ることを明らかにした。
またこれらの装置はポンプとしても使用可能である。この様な実施例を図１２に示した。シャフト１１に駆動ユニット１８が接続されており、電気モーターがシャフト１１によりローター５を駆動する。
シャフト１１の一部はフレキシブルなので、ローター５が回転する時に排出ノズル３の壁面を越えて回転し始め、流体は貯槽１からスペース１９にポンプアップされる。駆動ユニット１８は任意の動力源で良く、また適当なギア機構によるマニュアル駆動でもよい。
本発明の流体マシンでローター５が固定され、排出ノズル３が回転する方法も勿論取り入れることが出来る。この様な実施例では流れの方向に直角な板上にすべり溝を設けねばならない。

Claims (13)

1. 流体マシンであって、流入口（２）を有する流体貯槽（１）と、保持機構（４）と、そして、少なくとも１個の排出ノズル（３）を具え、この排出ノズル（３）内の流出面内において排出ノズル（３）の内壁に沿いながら自由回転できるように保持機構（４）に組み込まれた回転体状の少なくとも１個の回転ローター（５）と、を具えてなる流体マシン。
2. 特許請求の範囲の第１項記載の流体マシンにおいて、ローター（５）の体積は最も大直径の平面（６）で相異なる容積の二つの部分（９，１０）に分けられ、排出ノズル（３）に隣接するローター（５）の第一部分（９）は、排出ノズル（３）に関して反対側のローター（５）の第２の部分（１０）よりも大きいことを特徴とする流体マシン。
3. 特許請求の範囲第１又は第２項記載の流体マシンにおいて、排出ノズル（３）に関して反対側のローター（５）の第２の部分（１０）の容積がゼロであることを特徴とする流体マシン。
4. 特許請求の範囲の上記各項いずれか記載の流体マシンにおいて、排出ノズル（３）に隣接するローター（５）の第１の部分（９）の表面の少なくとも一部分は球状であることを特徴とするマシン。
5. 特許請求の範囲第１項記載の流体マシンにおいて、ローター（５）は球状であることを特徴とするマシン。
6. 特許請求の範囲の上記各項いずれか記載の流体マシンにおいて、保持機構（４）は排出ノズル（３）中のローター（５）の後部に装備された軸受け板（８）から成ることを特徴とする流体マシン。
7. 特許請求の範囲の上記各項いずれか記載の流体マシンにおいて、保持機構（４）はフレーム（１４）にピボット受けされたシャフト（１１）と排出ノズル（３）の軸線上にローター（５）を支え、シャフト（１１）は少なくとも一定部分においてフレキシブルであることを特徴とする流体マシン。
8. 特許請求の範囲の第１から第６項いずれか記載の流体マシンにおいて、保持機構（４）はフレーム（１４）にピボット受けされたクランクシャフト（１５）と、排出ノズル （３）の軸線の外側にローター（５）を支えることから成るのを特徴とする流体マシン。
9. 特許請求の範囲の第１から第８項いずれか記載の流体マシンにおいて、ローター（５）はマグネット（１２）をそしてこれと対向する排出ノズル（３）中には電磁コイル（１３）を装備したことを特徴とする流体マシン。
10. 特許請求の範囲第１から第８項いずれか記載の流体マシンにおいて、ローター（５）は電磁コイル（１３）を、そしてこれと対向する排出ノズル（３）中にはマグネット（１２）を装備したことを特徴とする流体マシン。
11. 特許請求の範囲の第１から第８項いずれか記載の流体マシンにおいて、ローター（５）は発電機（１６）を含んだ対抗流チューブラーバルブ型タービンであることを特徴とする流体マシン。
12. 特許請求の範囲の上記各項いずれか記載の流体マシンにおいて、ローター（５）は回転しない様に装着され、排出ノズル（３）が通過方向に直角な板上にすべり溝で装着されていることを特徴とする流体マシン。
13. 特許請求の範囲の上記各項いずれか記載の流体マシンにおいて、ローター（５）が駆動ユニット（１８）と相互に連結されていることを特徴とする流体マシン。

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