JP6903676B2 - Spiral turbines, compressor turbines, expander turbines, turbine heat engines, turbine heat pumps and desalination equipment - Google Patents

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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。 This application was submitted on February 2, 2016, "A Tapering Spiral Gas Turbine for Combined Cooling, Heating, Power, Pressure for combining cooling, heating, power, pressure, workpiece and water. , Work, and Water) ”, including the purpose of being disclosed in the US provisional application to which the sequence number 62 / 290,393 was distributed and claiming its priority, and the above provisional application describes the invention by the applicant. 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 available and fair to all human beings, not just developed countries. The ordinary supply of these convenient facilities is key to technological advances that meet these demands of local and rural people who can afford the energy supply (eg solar energy, bottled liquefied petroleum gas).

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 due to the burning of fossil fuels that cause global warming and sea level rise. Combustion of coal causes air pollution. Groundwater is quickly depleted. Global warming causes extreme heat, increasing the need for air conditioning, and therefore more fossil fuels that cause global warming need to be used. Its transportation 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 focus shifts to mitigate energy shortages and climate change. The first focus shift is from energy production to energy application. Energy production is the most comfortable means for clean air, water, foods and transportation. Energy saving always creates 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 shift is the shift from electricity to heat. The amount of heat can be used directly and indirectly for space and water heating to generate electricity induced by cooling, water, cooking, exercise, and then exercise. The generated power is used for lighting, communications, calculations 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。 Energy should be stored in a form close to its application, for example, thermal energy in a hot bath, pressure energy to pressurize a gas, cold air to freeze a freezing agent or substance for cooling, and electrical energy in a chemical battery. Is. If available for small, highly efficient turbines, chemical energy should be stored as fuel.

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 shift is the on-site generation, storage, conversion and utilization of energy. An Edison application model that reverses centralized generation (CG) power using mesh distribution is expected.

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 for integrating a micro turbine and a micro DC generator was invented. Personally, it is as efficient as a large power plant. CG is no longer needed and is replaced by personal energy (PE) for mobile collection, storage, conversion and utilization of 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 replaced CG with a complete cycle. The first revolution focused on the work and production of large steam engines, and the second revolution electrified the world using large AC generators driven by steam engines, using microelectronic elements3. The second revolution provided a global computing and communication network, and the fourth revolution by MEMS (Micro-Electronic-Mechanical Systems) reversed the first and second revolutions by CG. Bring 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, Scalable, Strong, Silent, Safe, Stores, Stylish. Firefly provides a combination of cooling, heating, power, pressure, work and water (first abbreviation 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 can be produced even in regions without power grids or water networks. In the world, half of people live in situations where electricity or tap water is not 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。In CCHP 2 W 2 , the key part is the highly efficient microturbine powered by the internal combustion of concentrated solar energy or gas fuel. Integrated with the microturbine is a highly efficient microDC 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。 Examine the history of thermal engines and generators. 2000 years ago, Hero in Alexandria Harbor invented the world's first thermal turbine. The hinged boiler is rotated by jetting the steam generated in the boiler in the opposite direction by the nozzle. The Hero Turbine was displayed as a rare item in the Alexandri Library.

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, turbines (actually rotating devices, such as wind mills or water mills) will provide kinetic energy for wind and water. A vane or paddle blocks the wind or flowing water, rotating the turbine and removing the mechanical 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. Steam from the boiler burning the cole drove the pistons in the cylinders, providing extremely large forces for pumping water, weaving and train driving. People came to the city, guided by steam-driven locomotives. Centralized manufacturing equipment is driven by a steam engine. These Rankine cycle thermodynamic engines boil a liquid to 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. Stilling patented the Stilling engine. He was interested in the deadly pressure of steam boilers. The Stilling engine utilizes two cylinders, one for heating the air and the other for cooling the air. The expanding air works. These Carnot cycle thermodynamic engines 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-type generator. Current is collected from the periphery of the rotating disk sandwiched between the magnetic poles of the Type-C magnetic material. The damaged eddy current is flowing in the rotating disc. Such generators were improved, for example, by Nikola Tesla, but were not applied to utility power generation due to their 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, the power company was created by the invention of Edison and Tesla. The steam engine that burns the cole is powered by Tesla's AC generator. Steam engines are large and inefficient. These are strong but slow. In order to generate a large current, an AC generator requires a large electromagnetic material.

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 into the stator and rotor coil. By facilitating voltage conversion, high-voltage power can be effectively transmitted over long-distance power grids, and ohm power loss has been significantly reduced. Electric power companies will 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 discs. Steam is injected into the outer circumference of the turbine in the tangential direction. The steam spirals inward between each disc towards the center of the stack. The vapor pulls the disc due to its gaseous viscosity. Tesla claims that it theoretically achieves an entropy efficiency of 90% of the Carnot cycle efficiency, but it cannot be verified by conventional techniques.

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. A steam turbine powered by steam produced by burning cole has an efficiency of about 40%. A large amount of water is needed to cool the low pressure steam from the steam turbine. In cooperation with a cycle gas turbine (Combined Cycle Gas Turbine, CCGT), an efficiency of 60% or more has been achieved. The CCGT uses natural gas to drive the Brayton cycle gas turbine. It exhausts hot air to generate steam and 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 has faced pollution from the burning of fossil fuels. The resulting climate change threatens human survival. However, most people in the world are still poor due to the transportation of supplied water, heat, cold and food. CG degenerates poor countries with scarce basic electricity facilities. 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. Building a basic facility for the collection, production and distribution of expensive, polluted and wasted energy sources is unacceptable to us. Natural gas and solar energy are the energy sources of choice for PE. Both can be applied in large quantities to personal energy production and utilization. PE is highly efficient, clean, local, small and useful, and is therefore aesthetically pleasing.

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。 Energy production, storage, conversion and use need to be personalized to resolve the energy and environmental crisis. As our energy source, we will concentrate on the amount of heat. The calorific value may be derived from solar heat, geothermal heat, or combustion of pipe natural gas and canned propane.

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 aim is to make small gas turbines as efficient as large gas turbines, accounting for only a small part of the cost per watt of power. Thermoelectric joint production of calories other than electric power, cold air, water and workpieces 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 airflow geometry that allows the gas pressure to be gradually released to produce workpieces. It is desirable to avoid the sudden conversion of pressure into the 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 desired to invent a generator again by utilizing the current magnetic material and solid-state electronic device. A new geometry for an isopolar DC motor that produces electricity 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。 Based on the invention of our micro turbines and micro generators, three applications will be submitted. First, a thermal turbine consisting of a spiral compressor, a spiral expander and our generator integrated is submitted. Such a thermal engine called Firefly Electric generates work and electric 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。 This micro-turbine may be applied to drive an automobile, directly supplying power to the power transmission system, or indirectly supplying power to the power transmission system by utilizing the generated electric power. The turbine may be changed to a turbocharger for an automobile piston engine, the exhaust gas from the tail pipe is used to rotate the spiral expander, and the spiral expander drives the spiral compressor to activate the turbine. Increase the machine pressure. Firefly Electric may be applied to the flight of unmanned aerial vehicles. When power transmission is stopped, solar energy and gas energy can be used to supply power to homes.

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 the heat pump of an air spiral compressor that compresses air by driving our motor. The heat of compression is applied to the heating of water. Compressed air when cooled releases water. Compressed air when inflated produces dry, cold air, which 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 a hydrosalting system powered by solar energy. It tracks the position of the sun and collects it in a cylindrical water tank with a tapered reflective surface. Boil salt water under reduced pressure with solar energy. Solar energy drives our spiral compressor to cool the steam. The desalination system has high efficiency because the heat of compression and the heat of cooling are repeatedly used to evaporate more salt water.

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。 The tapered exponential spiral was discovered as an effective geometric shape of the airflow for converting the internal energy of the pressurized / heated gas into kinetic energy. It solves the temperature and pressure drop of the adiabatic airflow in the outward spiral and propels 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 rotating along opposite directions of rotation, the same exponential spiral may be a valid geometric shape applied to gas compression, conversion of kinetic energy to pressurized / heated gas. The pressure gain of the gas that is isothermally compressed by the spiral wall that pushes the gas to the center has been solved.

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 unipolar DC magnetic disk generator has been improved to solve the problems of current circulation damage and low voltage induction inside the magnetic disk. The new DC generator utilizes one permanent magnetic ring as the rotor. The magnetic ring has the same magnetic poles (hence the term isopolar) and induces current with a ring solenoid as a stator coil. The induced voltage is the product of the magnetic field strength, the speed of the ring edge 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 the electric motor are integrated and applied to three applications.
The first application is a thermodynamic turbine capable of converting solar energy or gas combustion heat into workpieces and electricity. Such thermal turbines and motors can drive cars such as automobiles, buses, trucks, trains and light aircraft. It can also be applied to power supply and heating to 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 that compresses moist air to a relatively high temperature and pressure. Compressed air is cooled at room temperature to remove heat and moisture, and hot water and water are cooled to produce drinking water. Cold and dry compressed air can expand into a spiral inflator to generate workpieces 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 a water desalination system using solar energy. The sunlight collected from the tapered surface that tracks the sun heats the salt water under reduced pressure and boils below 100 ° C. Using solar energy, a spiral compressor compresses low-pressure steam at the head of the heated water column. It cools the relatively high pressure steam and exchanges its heat of compression for cooling heat, further heating the salt water column and producing more low pressure steam for more drinking water. Drinking water is collected at the bottom of the bottom surface of the evaporating salt water column.

テーパー形指数スパイラルを示す。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。The gas temperature decrease ratio T / T 0 , the radius r, and the Brayton cycle are shown. ガス圧縮比p/pと半径r、Huiサイクルを示す。The gas compression ratio p 0 / p, the radius r, and the Hui cycle are shown. 直流単極発電機とモータの幾何形状を示す。The geometric shapes of the DC unipolar generator and the motor are 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。Vertical cross-sectional view (center) of the turbine and generator, and horizontal cross-sectional view of the expander (top spiral disk) and 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。A cross-sectional view of a heat pump applied to water heating and air conditioning is shown. 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。A cross-sectional view of a desalination system powered by solar energy using a spiral compressor is shown. 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 on a water column with a focused 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。Shows the vortex compressor in the open position (upper image if the spirals are closest) and in the closed position (lower image if the spirals are closest apart). 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 method of compressing or expanding a tapered exponential spiral gas, two main devices, a piston or a fan vane, are used. The gas is confined in a cylinder with a movable piston so that it is compressed or expanded. The gas may be impacted by a fast rotating vane to impart 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 turbine was 3D printed to find a suitable geometry for the spiral airflow passage. Changed the size and shape of the spiral. I tried an Archimedes spiral with a radius of r = aθ + b, but the radius increases linearly with the turning angle θ. The Archimedes spiral is not very suitable, as evidenced by the pressurized gas test.

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。We also tried an exponential spiral, named by the inventor and also known as the Bernoulli spiral. The spiral radius r = ae b θ increases exponentially with the angle θ. A long, thin exponential spiral with multiple rings was 3D printed. The rotation is good, but the torque generated is extremely small. The relatively short length of the exponential spiral wire shown in FIG. 1 is tapered to generate significant 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。 Exponential spirals, such as shells and plants, always appear in nature. Due to 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 spiral, the spirals appear to be similar. The rotating Bernoulli spiral does not experience any 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 is due to the important property of the Bernoulli spiral line that the spiral tangent and the spiral radius form a constant angle. The gas flowing in the Bernoulli spiral pushes the spiral wall at a certain angle. On the contrary, the Archimedes spiral pushes the spiral wall at a diminishing 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 hawk surrounds the prey and flies to it in a similar manner. The hawk looks at its prey. The line of sight to the hawk's prey is at a certain angle. The distance between the hawk and its prey decreases logarithmically as the hawk rotates. Such a logarithmic spiral line is an inversion of the exponential spiral line.

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 0006903676
The exponential spiral line has a radius r = ae , in which θ is a polar angle expressed in radians. Logarithmic
Figure 0006903676

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 having an outer wall, which is an exponential spiral. The width between the outer and inner walls is displayed as tapered. The width of the spiral passage decreases exponentially with the angle θ. Such a tapered shape is shown to be the key to maintaining gas pressure without rapidly accelerating the gas.

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 gas in a tapered spiral Since the gas in a tapered exponential spiral expands adiabatically (meaning that it does not exchange heat with the surroundings), we have submitted a simple solution. This simple solution is the key to our invention. We can prove the effect of the tapered exponential spiral by theory. There is a terrible lack of closed solutions for gas temperatures in modern turbines.

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。 At an early stage, a pressurized air test is used to drive a thin, constant-width, long spiral. The turbine is spinning quickly, but the torque generated is small. Torque force is important for workpiece 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。 Torque is generated by pressure. In order to maintain better control over pressure release, it is conceivable to change the hole area A = wd, which is the product of the width w and the spiral depth d. The gas accelerates due to the internal pressure gradient as shown in the Navier-Stokes equation. The tapered shape prevents the gas from accelerating due to gas contraction. Such a tapered shape 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 even greater 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 produces much 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 in the spiral has two main energies. The first energy component is the gas internal energy caused by the amount of heat, which is the 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 component is the gas kinetic energy, which is the system velocity of the gas. It is the center of the spiral heated by high-pressure gas, and the heat energy inside the gas is high. The gas rate is low.

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 microturbine designs utilize nozzles to instantly release gas pressure and instantly convert the internal energy of the gas into kinetic energy. The gas is cooled quickly. After the nozzle, the high speed gas quickly becomes eddy. The high speed gas impacts the turbine vanes and produces a very small torque force. Most of the kinetic energy of the gas is converted back to the amount of 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。 Try not to drop the gas pressure suddenly. The pressure of the hot gas with the maintenance pressure is utilized to generate a significant torque force at the relatively low angular velocity of the turbine. Turbines driven by nozzles can provide very little torque and require high speed turbines.

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 0006903676
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 unobtrusive role, like the interpretation of the Bernoulli law. The Bernoulli law explained two quantities of gas energy density. The first quantity is the pressure having an energy unit in a unit area. Pressure is the energy density of the internal heat of the gas. Pressure based on the ideal gas law
Figure 0006903676
That speed. We keep this amount at a minimal level to prevent sudden pressure release and gas acceleration.

Figure 0006903676
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 0006903676
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 0006903676
For our turbines, we keep that pressure at a maximum, i.e. 10 bar or 1 million pascals. It has a gas density of ρ to 1 kg / m 3 and moves at a high speed of ν = 100 m / s.
Figure 0006903676
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 taper the depth rather than the width of the spiral passage. FIG. 5 shows an expander at the top of the turbine, which has a tapered shape. As shown in the cross-sectional view of the expander, we reduce the hole area A = wd by reducing the depth d and keeping the width w constant.

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 0006903676
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. The torque is pressure p and
Figure 0006903676
Is. Net torque is the difference between the greater torque force on the outer wall of the passage and the torque force on its inner wall. We hypothesize to have a constant pressure on the relatively narrow width of the spiral.

トルク外壁と内壁との間のネットトルクは、

Figure 0006903676
る。Torque The net torque between the outer wall and the inner wall is
Figure 0006903676
To.

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 0006903676
For a turbine rotating at an angular velocity ω, this differential torque gives differential power:
Figure 0006903676

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 reasoning is hypothesized as follows. Ignore the viscosity of gas kinetic energy and gas flow. The pressure is consumed as a work, and it is temporarily assumed that it is not for accelerating the gas. Temporarily assume that the pressure and velocity 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 gas in the spiral. Consider the pressure energy component P f of the air flow. The pressure power flow through the area A of the gas flowing at the velocity u is P f = Up.

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 0006903676
である。Due to energy conservation, the power loss P f is the power gain of the turbine. so that,
Figure 0006903676
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 0006903676
を得、
理想気体の状態方程式pV=nRTから、
Figure 0006903676
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 means constant Auρ. Dividing the above equation by Auρ
Figure 0006903676
Get,
From the ideal gas law, pV = nRT,
Figure 0006903676
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 0006903676
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。With these replacements, a very simple differential equation:
Figure 0006903676
Get,
This equation depends on 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 0006903676
を得る。Temporary when the airflow is insulated, that is, TV γ-1 is constant. The gas volume V is proportional to Au, which is the gas flow velocity u in the area A. Therefore, T (Au) γ-1 = T 0 (A 0 u 0 ) γ-1 .
Figure 0006903676
To get.

Figure 0006903676
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 0006903676
Figure 0006903676
The diameter r has a linear tapered shape. For r = r 0 , keep in mind 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 0006903676

この通路幾何形状を利用して、微分方程式:

Figure 0006903676
Using this passage geometry, the differential equation:
Figure 0006903676

r=rの場合、初期条件はT=Tである。微分方程式の解は、

Figure 0006903676
である。When r = r 0 , the initial condition is T = T 0 . The solution of the differential equation is
Figure 0006903676
Is.

Figure 0006903676
=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 0006903676
Select d 0 = 2 cm, maximum spiral radius r 1 = 4 cm, c = 0.2, w = 0.3 cm, and γ = 1.4.

Figure 0006903676
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 0006903676
In the case of z), u 0 = 377 cm / s, and the wind velocity is (less than 15 km / hour). 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 gas in exponential spiral The above analysis is repeated for isothermal compression of gas instead of adiabatic expansion as described above. This analysis is very important for understanding the performance of heat pumps, and the isothermal process improved the efficiency of heat or cold generation.
Thermal energy can be exchanged between 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 = anRT. For air, a = 2.5, i.e. the degree of freedom of gas molecules (ie 5) is divided by two.

Figure 0006903676
に約まる。
Figure 0006903676
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 0006903676
In the isothermal process, for a constant T, pV = nRT is constant. The velocity u satisfies a condition that a predetermined value A 0 · u 0 · p 0 and Up = A 0 u 0 p 0 is a constant. The above differential equation
Figure 0006903676

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 0006903676
を得る。When the solution of the above differential equation is obtained using a similar tapered factor c, the pressure ratio:
Figure 0006903676
To get.

Figure 0006903676
w=1cmである。
Figure 0006903676
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 0006903676
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 0006903676

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. If the same work is achieved with a relatively small volume of airflow, the compression increases as the flow velocity u 0 decelerates.

Figure 0006903676
に代入し、
Figure 0006903676
減速に従って増加する。
Figure 0006903676
Substitute in
Figure 0006903676
Increases as deceleration.

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 a high compression ratio is to compress the air in multiple stages. Each stage of the spiral compressor can be manufactured by 3D printing. A highly efficient thermal engine requires 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 small as 2 are available, for which our spiral compressors are effective and do not require the use of spiral taper 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 working. Power is provided by the electric machine. The heat engine converts heat into work. Power can be converted to electric power by a generator. We set out to design a new generator and electric machine. .. Progenitors like Edison, Tesla and Steinmetz defeat the technology available at the time. Now, better generators can be redesigned using current technology to achieve small size 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 by Michael Faraday in 1831. Faraday isopolar DC generators are less efficient. Here, we point out three problems with the Faraday generator. The geometric dimensions of Faraday's invention are also lacking.
The first problem is the lack of strong permanent magnetic material. Due to the lack of strong permanent magnets, Faraday and Henry must utilize large electromagnets to induce power. The second problem is the lack of high-speed thermal engines, such as current gas turbines. Unless the magnetic material is strong, it is not possible to convert a large torque even if the steam engine is slow. The third problem is the lack of solid-state electronic devices for digital and solid-state control of voltage and current. Voltage control by induction coil and transformer is quite troublesome.

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 has solved these problems. Rare earth magnetic materials generate a strong magnetic field. High-speed turbines operate significantly faster than piston steam engines. Solid, high-power electronic devices provide agile control over voltage and current. We reinvented the unipolar DC generator that matched our turbines. This generator is simpler but more powerful and voltage than the Faraday or Tesla generators. You don't need a brush or commutator. High efficiency, no eddy currents and no hysteresis loss.

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, electric vehicles and battery charging. Digitally controlled and solid-state electronic devices can easily change the DC voltage and current over time. It is not necessary to convert DC to AC, for example, a solar energy battery panel connected to the power grid converts DC generated by solar energy into DC required for 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。 We explain our generator in the space tie test conducted on the Space Shuttle in 1996. A 2km long metal core string allows the Space Shuttle to fly eastward in low equatorial orbits to smaller satellites. The tie cord coated with polytetrafluoroethylene generates a current of 1 A before the current leaks to the ionized layer, and the tie cord is melted, causing 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 Earth, a magnetic field of about 25 UT at the equator points northward and passes through a string at an orbital speed of 10 km / s. Electrons flow into the astronomical plane and leak into the ionized layer there. The generated voltage is V = E. d = | ν || B | d = 10,000 m / s × 0.000025T × 2000 m = 5000 V. The tie is cut and it is closer to the shuttle end than the voltage of 3500V at the satellite end. A high voltage of 3500V passes through the Teflon barrier, electrons jump in the ionization layer, enter the astronomical plane, and are further dissipated 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 tie test may be an electric motor, propelling the aviation plane to a higher orbit by passing the drive current through a rigid tie, generating electrical power to propel the nautical plane forward. .. By propelling forward in this way, the aviation plane can ascend to a higher orbit. Compared to generators, motors require shorter, stronger pushers, higher currents and multiple rods. Closing a circuit requires a connecting wire, such as number 8, between the ends of 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 unipolar DC generator has a similar geometry. With respect to the rotating Earth, the astronomical plane is stationary, that is, the Earth is the rotor and the nautical plane is the stator. The magnetic material of the rotating magnetic disk below the direction of the Antarctic axis is used. The rotating magnetic field creates an electric field in the stator wire placed below the magnetic material of the magnetic disk. The winding allows the current to return to the next circuit of the stator conductor without passing through the long stator conductor through which the current returns. The entire orbit can be used as one ring-shaped solenoid, and the entire magnetic field can be adopted.

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 figure in FIG. 4 is a simulation based on a Faraday unipolar DC generator. The lower figure in FIG. 4 is a simulation based on the space connection test. Magnetic rotors are similar to the spinning Earth. The stator coil is similar to a space tie 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 isopolar disk generator has a rotating disk moving around a magnetic disk at a circumferential velocity v. In the periphery, it passes through a single magnetic gap of strength B. A radial electric field E = ν × B is generated, and a current flows from the center of the magnetic disk to the periphery.

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 a brush around the magnetic disk. The collected current is returned to the center of the disk through an external circuit and supplied to electrical equipment such as an ohm 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 shown in the upper figure of FIG. Using one permanent magnetic cylinder, the outer surface of the cylinder has a north pole, and the inside of the cylinder is the south pole. The permanent magnetic cylinder 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 Faraday's geometry. Our rotor is a circular magnetic material. A Faraday rotor is a metal disc that rotates between magnetic poles. Eddy currents flow through the magnetic disk around the magnetic poles, causing loss.

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 about 1 mm, which is extremely small. It moves at a velocity v according to the radial magnetic field B, induces an upward electric field to be generated, and generates an electric field E = v × B along the length of the stator cylinder. Both ends of the metal stator cylinder contain electrodes of opposite charges.

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 length vector d of the air cylinder. When the depth of the magnetic rotor cylinder is d = | d |, the generated 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。In the generator operation, the current I. The power generated by is PE = 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。
Electric power is generated by the mechanical work in which the electric current I is 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 is in perfect agreement with the electrical energy produced 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 consume the current circuit in the air cylinder. This is because the only return path for 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。 A cylinder V = E. that can increase the voltage by connecting the voltage in series without limiting the voltage. d = | ν || B | d. The method as shown in FIG. 4 uses the stator solenoid n times instead of the 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 generators that is similar to the space tie test. The stator solenoid is placed under a magnetic rotor cylinder that has a magnetic axis along the cylinder axis. Another stator solenoid may be placed 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 and causes the rotor to float.

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 one example, consider the rotation of a Hui turbo with a radius of 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 winding of the stator is n = 100. The electric field strength is | E | = | ν × B | = 2πrf × 1T = 100.5V / 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 reverse torque with respect 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。 This Hui generator may be a Hui motor. Based on Ampere's law, the force F at which the current I flows through the distance d in the magnetic field B is F = I | B | d, ignoring the edge effect. Therefore, when the rotor does not rotate, the electric field E = ν × 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 a force of F = I | B | d to the current controller of I. The current controller fixes the current regardless of the end voltage V of the motor. At higher speeds, the induced electric field becomes stronger and the larger induced voltage V.I. To 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 power P = IV is converted to mechanical power is determined by the current controller. Today's solid-state electrons provide effective current and voltage control, facilitating 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. Easy to control torque and speed. Efficiency close to 100% can be achieved. Induction motors lose more than 10% of their energy due to eddy currents and hysteresis. Our motor has no eddy currents. Do not use heavy and lossy magnetic cores. Our new geometry can make the motor smaller. Our DC motors can directly utilize DC power sources such as chemical cells, supercapacitors, solar energy cell panels, or our DC generators. Avoid repeated 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 turbines: gas turbines with unipolar generators

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 thermodynamic turbines utilize the Brayton thermal power cycle to convert heat into workpieces. The lower part of FIG. 2 shows a graph of pressure and volume of the Brayton cycle. The Brayton cycle consists of air insulation and isentropic compression 1 → 2, gas isobaric heating and expansion 2 → 3, gas insulation and issentropic expansion 3 → 4, and gas isobaric cooling 4 → 1 after the turbine. Including four stages of.

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。The efficiency of the Brayton cycle thermodynamic engine is analyzed as follows. Consider the temperature T and pressure p of the gas in the Brayton cycle. The adiabatic compression of the gas (1 → 2) maintains constant pV γ and TV γ-1. In the case of diatomic gas, the adiabatic coefficient is γ = 1.4. Assume that the air and fuel are at a pressure of 1 bar and a temperature of 300 K (27 ° C). Multiplying the adiabatic compression volume by 8 times increases the pressure to 18.38 bar and the temperature 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, providing work with volume expansion. After isobaric expansion, the burning air descends to the spiral outlet with pressure and further expands, vice versa with adiabatic compression of the fuel-air mixture. Further work is provided by the 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 0006903676
である。The work W is the area in the pressure and volume chart of the Brayton cycle. In the case of adiabatic expansion, pV γ is constant. The pressure P L and P H is the pressure before the low pressure and after the compressor. The volumes VL and VE are the low pressure volume before the compressor and the high pressure volume after the compressor. Work by the Brayton cycle
Figure 0006903676
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 0006903676
である。The constants C and C'depend on the initial conditions of the gas volume. When restandardized with combustion heat Q for each cycle, the efficiency of this Brayton cycle thermodynamic engine is
Figure 0006903676
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 0006903676
Figure 0006903676
The Brayton cycle is a constant pressure (etc.) at two steps in the cycle.
Figure 0006903676
Figure 0006903676

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 0006903676
Assuming 8 as the volume compression through the compressor, the pressure increases 18.38 times based on the constant pV γ. Brayton cycle efficiency is
Figure 0006903676

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 available is the Archimedes vortex compressor shown in FIG. The top is an inflator taper body with a spiral of constant width, the spiral having a tapered depth. Compressed air flows from the center of the top of the compressor to the center of the bottom of the expander. The fuel is ignited in the central combustion chamber of the expander from the center of the bottom of the compressor via a small pipe. The pressure of the air after expansion and combustion causes a single compressor-expansion component to rotate and provide the driving force. Electric power is generated by a unipolar generator at the bottom of the component.

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Second type of tapered spiral turbine application: DC electric 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。 Cooling agents, such as hydrofluorocarbons (HFCs), are commonly used in heat pumps and coolers. The HFC gas is compressed, the amount of heat is pumped and transmitted to the pressurized HFC, and the pressurized HFC is liquefied at the time of cooling. The liquid HFC is evaporated under reduced pressure to remove heat from the environment. This liquefaction-evaporation cycle constitutes the Rankine cycle heat pump process. However, when a cooling agent (eg, HFC) is released into the atmosphere, it becomes an effective global warming gas. HFC captures 1000 times more heat than carbon dioxide. Based on recent Kigali talks, HFCs will be replaced 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。 The preferred air conditioning method is utilized for the airplane, and the Brayton cycle heat pump process is used instead for the preferred air conditioning method described above. Air is expelled from the jet engine compressor. A slight drop in air pressure quickly cools the discharged air. The cold air from the cabin vents is usually mist. The mist further cools the air as the mist evaporates. Moist air when compressed causes or becomes mist. Cooling the compressed moist air can remove the moisture in the air and generate water for consumption. 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 chills. Here, I will explain the advantages of thermodynamics. Here, we introduce a new thermodynamic heat pump process and name it the Hui cycle as shown in the lower part of FIG. The Hui cycle merges two thermal power cycles: the Carnot cycle, which has an isothermal and adiabatic step, and the Brayton cycle, which has an isothermal and adiabatic step. Use an isothermal process instead of the Brayton cycle adiabatic process. Isothermal compression reduced the amount of work required. Isothermal expansion increased the work generated by the amount of 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 with an internal heat exchanger. Heat exchange may be achieved by environmental airflow between the spiral passages. FIG. 3 shows each stage of the Hui cycle. Environmental temperature T a, the high temperature T H of extracting heat, and there are three temperature low temperature T L to generate 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。Step 1 → 2 is an isothermal compression phase at T H of the gas, takes compressed workpiece W c = nRT H lnp H / p L, therein, p H, p L is the high pressure of the isobaric stage 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。Step 2 → 2.alpha is isobaric cooling from high T H of the gas to ambient T a. Steps 2a → 3 are further isobaric cooling from the gas environment Ta to low TL.

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。Step 3 → 4 is an isothermal expansion phase at low T L of the gas to produce an expanded workpiece W e by heat Q e being absorbed, therein, Q e = W e = nRT L lnp H / p L 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。Step 4 → 4b is isobaric heat from low T L of the gas to ambient T a. Step 4b → 1 is further isobaric heat from the environment T a gas to a 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 backflow heat exchanger. For step 2 → 2a, the amount of heat released is just absorbed by step 4b → 1. For steps 2a → 3, the amount of heat released is just absorbed by steps 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 0006903676
である。The heating and freezing performances are summarized below. The heating performance coefficient COP h is obtained by dividing the amount of heat generated Q h by the network W net = W c− W e. so that,
Figure 0006903676
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 0006903676
である。The cooling performance coefficient COP c is calculated by dividing the cold air Q e generated by isothermal expansion by the network W net = W c −W e. so that,
Figure 0006903676
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 0006903676
Water T a = 27 ° C. air T a = 27 ° C. while being heated from (300K) to T H = 77 ℃ (350K)
Figure 0006903676

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 a compression cooling agent is needed. For example, CFCs or HFCs that consume ozone or retain heat rather than directly compressing air. The Hui cycle can achieve ideal heat pump efficiency. Get the work again from the expanded gas. On the contrary, evaporation of the cooling agent does not form a work. By prioritizing liquefaction, I presume that we have done well in the direction of liquefaction of highly efficient 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, when compressing the moist air to remove the heat of compression, the moisture in the air is cooled. Cooling heat is dispersed. Traditional air conditioning requires the use of cold air produced by the evaporation of the cooling agent gas to remove moisture and its cooling heat. For the same air temperature drop, wet removal of air increased 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 the humidity usually causes liquid particles to drip onto the human body, irritating passers-by. We eliminated this irritation by including the cooling water in a closed cooler. The collected water can be piped out until empty or collected and used 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 imparts steam pressure, and the steam pressure depends only on temperature. This vapor pressure is part of the pressure exerted by the moist air. Each composition gas in air imparts its own vapor pressure. The air composition includes oxygen gas (19% by volume), nitrogen gas (80%), argon gas (1%) and water (depending on the percentage of humidity level), and atmospheric pressure is the sum of the vapor pressures of each air composition. Yes, the total vapor pressure is about 1 bar on the sea plane.

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% moist air. The dew point is defined as the temperature at which the air cools to the point where the water begins to cool in 100% moist air. The dew point and air temperature are the same, with 100% humidity. For example, for 100% moist 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% moist 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 happens to the air moisture when the pressure of 100% moist air at 25 ° C is doubled? First, the vapor pressure of all air compositions is doubled. The moist air heated by compression is also cooled to 25 ° C. Since the water vapor pressure depends only on the temperature, the water vapor pressure increased by compression cools the water. Half of the air vapor must be cooled so that it recovers to the same vapor 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% moist air at 25 ° C. This air has 1.6 g of water / 100 g of moist air. Increasing the pressure and then cooling the moist air produces 0.6 g of water. If the heat of vaporization per gram of water evaporated exceeds 2200J, the pressure excludes energy of 1320J for 0.6g of water to be cooled.

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 0006903676
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 remarkable as compared with cooling 100 g of air at 20 ° C. 100g air 2
Figure 0006903676
At 4 times the pressure of 80% moist air at 25 ° C. compared to the amount of heat removed by cooling, 1.2 g of water vapor is produced. The 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 producing hot water, cold air and cooling water. A top compressor 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 compressed air to be cooled are collected in a tank at the bottom. The expander is driven by compressed air at the top to obtain cold air and use it for space cooling. Compressed air may be distributed through nylon pipes to indoor expanders and used for freezing and workpiece formation, lighting and power for consumption by 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Type 3 application of tapered spiral turbines: solar energy hydrosalting

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 desalination of water by solar energy using a spiral compressor. The electric power for driving the compressor may be generated by solar energy thermal power or photovoltaic power. Solar energy is collected and collected as a quantity of heat, and seawater can be boiled with a decreasing air pressure. Our spiral compressor may be used to cool the steam from the salt water that evaporates with solar energy. Compressing low-pressure steam raises the temperature of the steam and condenses it. More salt water can be evaporated while the amount of heat of condensation remains at the 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, solar energy desalination is suggested. I heard a loud squeaking noise and saw steam coming out of the solar energy water heater. When the atmospheric pressure is reduced by half, the water boils at 80 ° C. When I got on the train and ate rice on the tallest railroad in the world, located between Aomi and Tibet, the dishes quickly became slightly warm. I demanded that the dishes be reheated in the microwave, but to no avail, my Chinese-style chawanmushi 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 a 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. A 10 m water column has zero pressure at the top and a large amount of water evaporates at the top. The steam pressure generated lowers the water column. Steam must be removed with a pump 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 desalting device using Hui solar energy. In a normal solar energy water heater, the amount of solar energy heat is captured to heat the water in the glass pipe. This glass pipe is included in another vacuum glass pipe. The outer glass pipe has a reflective semi-surface that reflects sunlight to the internal water heating pipe. Utilizes a larger light reflector, similar to a solar energy water heater. A reflector forms a tapered surface as shown in FIG. 8 and collects sunlight in a vertically installed water pipe. The reflector tracks the sun at azimuth position α. The true north sun has α = 0. A reflector also tracks the sun at height or above sea level and is defined as the angle β between the sun and the horizon. The sun just above the crown at 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 taper reflector. The center line of the tapered surface is called the top line. The apex points to the sun on the horizon, which should follow the azimuth position of the sun. To track the sun at that height, the apex tilt angle δ causes the reflected light to illuminate the vertical line of the focal point, in which the salt water is heated at the focal point.

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 focused on the vertical z-axis. The vertical position of the focal point of the parabolic cross section depends on the altitude of the sun and the gradient of the cone. Consider that the sun just above the crown at the zenith has β = 90 °. When the apex is tilted at δ = 45 °, the sunlight on the apex is reflected horizontally by the saltwater column. The reflector is tapered, i.e. the tapered body is formed from a line of sight from the origin (0,0,0). The surface of the cone may be formed by hanging a woven fabric of a cut polyester thin film on a carbon fiber rod, in which the carbon fiber rod is a half straight line of the cone. The polyester thin film piece fits the curved surface of a 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 altitude above sea level at δ = 45 ° on a tapered surface as shown in FIG. The tip of the tapered body is positioned at the origin (x, y, z) = (0,0,0). The parabolic cross section at horizontal z has an apex (minimum parabola) at (x, y, z) = (0, z, z). When the sun is just above the crown β = 90 °, as shown in FIG. 8, the light focuses on (x, y, z) = (0,0, z) having 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 0006903676
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. Taking a predetermined vertical horizontal z, parabolic surface is x 2 = 4p (y + p ). It is desirable to reflect sunlight and impact the vertical columns horizontally. Obtained
Figure 0006903676
The sun β = 0 ° and δ = 90 ° were verified. The apex is the equation y = ztanδ in the yz plane. And the tapered surface is x 2 = 4 ztan δ (y-ztan 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 that the reflector tracks the sun in azimuth position, but it is not so important that it can accurately track the sun at height. The resulting focus 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 heights of the sun δ = 60 ° and δ = 75 °. The change from δ = 60 ° to δ = 75 ° can be realized by unfolding 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。 Decompression at the head of the water causes the water to boil at a relatively low temperature. If the vapor pressure of water is equal to the environmental pressure, the water will boil. Steam pressure depends only on temperature. As shown in FIG. 7, the key step for hydrosalting is to compress the low pressure steam and cool it at a relatively high pressure. The spiral compressor is placed above the head of the water to remove the 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 center of the water column. The water is cooled by steam, generating heat and exchanging it with the surrounding boiling water. As shown in FIG. 7, the cooling water is collected in a closed container 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。 A large amount of cooling heat is generated with steam cooling. 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 saltiness is concentrated. Such a heavy and hot salt aqueous solution is taken into the salt-containing water in which the amount of heat enters by the backflow heat exchanger, and is discharged.

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 desalination is limited to thermodynamics. 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 desalination efficiency is expected by utilizing good insulation and heat exchange.
Electric energy can be generated and supplied from the sun 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。 Electric 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 more salt-containing water.

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 economical and sustainable method and purify seawater for human 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 salt-containing water is a health problem in the Indian subcontinent. Pacific islanders can use solar energy desalination for drinking and cleanliness purposes.
Details of integrated thermal 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 the generator. The thermodynamic turbine includes a compressor 501, a heating chamber 502, and an expander 503, among which two 4-spiral disks are shown above and below the horizontal cross section 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, and 507 rotate so that the outside air is compressed and enters. Then, the compressed air enters the heating chamber 502 from the center of the compressor 501. When the compressor is rotating along one direction (clockwise in the figure), the gas is flowing in the opposite direction (counterclockwise in the figure) in the compressor spiral passage. 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 producing 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 the collected solar energy thermal power, the sunlight is focused and collected at the center of the top of the expander 513 so that the focused sunlight is allowed to enter the chamber. , 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 rotating along one direction, the compressor 501 and the expander 503 are rotating in the same clockwise direction. The gas is expanding in the four expander passages 509, 510, 511, 512. The gas is rotating (counterclockwise) in these passages in a direction opposite to the turbine rotation. As shown in the figure, the gas pressure causes the turbine to rotate clockwise. The gas that consumes the pressure is discharged in the outer circumference of the inflator.
The gas flows in the same direction (counterclockwise), but the spiral expands 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 inflator spiral exhibits a tapered shape with a gradually decreasing depth from a relatively large depth 513 near the center to a relatively small depth 514 near the exit. Such a tapered shape allows the pressure in the spiral to be gradually released.

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 passes through the centrifuge center and is guided to the edge of the compressor in the next stage. We may utilize a vortex compressor containing two Archimedes spirals instead of the 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 rotates around two ends 515, 516 on a rotating axis fixed to the turbine case. Ball bearings, air bearings, or magnetic bearings may be used for smooth rotation.

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。 The generator 517 is shown as being in the turbine-generator enclosure. The magnetic material 518 is placed on the edge of the rotor disk, in which case the opposite magnetic 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 and 520 are used on the top and bottom of the magnetic material. The two solenoids may be connected in series to the voltage doubler output. These 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 and 522 form the terminals of the DC generator. The external load 523 consumes the 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 current flow. The large current flow gives the workpiece supplied by the thermal turbine a strong torque resistance.

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 turbine can directly apply work to an external mechanical load (eg, a gearbox of an automobile or a turboprop engine of an airplane). The generated power may be stored in a chemical cell or supercapacitor. The generated DC power is stored and there is no reversal from DC to AC. The stored DC power may be recovered as DC so as to drive the motor. The motor is the same generator as the compressor-expander-generator-motor having the composition shown in FIG. Another motor may not be needed.

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。
Detailed FIG. 6 of the air conditioner and the dehumidifier shows an embodiment of the air conditioner and the dehumidifier.
One embodiment used the same structure as a single rotor consisting of a combination of compressor 601 and expander 602. No heat chamber is needed to absorb heat. The amount of heat can be sufficiently dissipated by the gas forced to flow in the spiral passage. The compressed and partially cooled air goes directly into the inflator 602 for further cooling. As a fan, the inflator blows cold air directly onto the human body to obtain cooling for the individual.

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 is the amount of heat of gas to the water heating tank 604. To generate. By cooling the compressed air, its moisture is cooled into chamber 605 and collected by 618. Cold water enters at 616 and is heated in the water tank 604. Take out 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。 Then, the compressed air to be cooled is further cooled by the environmental air passing through the guide pipe 606 to the expander 602. The air from which the pressure from the inflator 602 is consumed is guided through the vent 607. The inflator is also used as a blower to transport the cooled and dried air to the room 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 power of the compressor is supplied by a DC motor 608 having the same structure as the DC generator used in the thermal turbine. The rotor magnetic body 609 is a ring having a magnetic axis aligned with the rotor rotation axis. The power of the stator coils 610 and 611 is supplied 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 voltage and current of the motor are controlled by the motor control device 613. The rotation speed is controlled by the voltage. Compressors and motors are gradually increasing diagonally to the required compression speed. The electric current controls the torque force required for compression. The compressor is hinged to the bearing 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 the expander are decoupled. Compressed air may be transported to a single room by a thin nylon pipe. The inflator is located in each room and carries the power that can be generated by the cold air and the rotation of the inflator.

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 villages with centralized compressors and generators. The power of the compressor may come from a solar energy battery panel or a thermodynamic turbine driven by solar energy calorie or gas combustion. We transport compressed air to the hut rather than providing energy through metal conductors. Compressed air supplies cold air and low-voltage DC to each home for LED lighting, televisions, and battery charging. Compressed air may accumulate in large quantities and be 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 FIG. 7 of water desalting by solar energy shows a water desalting system that evaporates salt water under reduced pressure using solar energy. The 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 / steam cooling subsystem that is similar to air conditioning with dehumidification. Compress low pressure steam instead of 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 portion 702. The salt water tank 703 may be made of tempered glass, reinforced concrete or ceramic material that can withstand salt water 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 then condenses. Condensed water heats salt water in tank 703 to further evaporate.

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 salt-containing water may be preheated before entering the water chamber 703 through the inlet 710. Preheating may be realized by exchanging heat with the waste liquid of salt-containing salt water. The salt-containing 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 parabolic solar energy collector 709 focuses the solar energy on the saltwater column 703. FIG. 8 shows the geometric shape of the collector. The salt-containing water is heated by the focused sunlight, and the salt-containing water rises to the top 716 and evaporates in large quantities with the reduced pressure due to the heat of the water. Water is also heated by the cooling steam in the 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 concentrated salt water moves to 717, where it cools to evaporate further and sinks to the bottom. The salt water waste liquid is discharged at 711. Heat exchange may occur between the hot salt water waste liquid and the invading salt-containing 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 salt water tank may be divided into a plurality of 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 section.
Water is condensed into chamber 707 and 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 can also be provided by turbines driven by the collected solar energy. The hot air discharged from the turbine can heat the water column instead of the focus mirror 709. The combined thermal engine and solar energy desalination equipment may be a true lifesaver for pelagic vessels and staying 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 Human survival has three basic elements: air, water and sunlight. With these three factors, all human comfort, perhaps with the assistance of gas fuel, cooling, heating, foods, drinking water, clean water, and the energy required for communication, calculation and transportation. Earn the energy. The inventions described are believed to provide the comfort of these humans, 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, Ancur Ghosh, Forest Brier and Jerry Jin performed and tested an early version of the turbine. Professor Daniel Bliss of Arizona State University, YC Cheew of Rutgers University and Fallin Chen of National Taiwan University held a discussion on spiral turbine fluid dynamics. Professor Keng Hsu of ASU laser-printed the metal turbine model.

Claims (7)

中心軸周りに回転し、通路に沿ってガスをスパイラル状に流すためのスパイラル通路を有するディスクを備え、
前記スパイラル通路各々のスパイラル半径は、角度に従って指数的に増加し、前記スパイラル通路各々の横断面の断面積は、前記角度に従って減少する、スパイラルタービン。
Rotates around the central axis, comprising a disk having a scan Pairaru passage for flowing the gas in a spiral shape along the path,
The spiral radius of the spiral path each, exponentially increases with angle, the cross-sectional area of the cross section of the spiral path each, it decreases as the angle, spiral turbine.
請求項1に記載のスパイラルタービンに基づいた膨張機タービンであって、
前記スパイラルタービンは前記スパライルタービンの中心軸周りに一方向に回転し、
前記ガスは、前記スパイラルタービンの回転方向と反対方向に前記ディスクの内側から外側に流れ、前記ガスがその圧力エネルギーを仕事に変換し、前記スパイラル通路の外周を押すことにより前記ディスクが回転される、膨張機タービン。
An expander turbine based on the spiral turbine according to claim 1.
The spiral turbine rotates in one direction around the central axis of the sparile turbine and
The gas flows from the inside to the outside of the disk in a direction opposite to the rotation direction of the spiral turbine, and the gas converts the pressure energy into work and pushes the outer periphery of the spiral passage to rotate the disk. , Expander turbine.
請求項1に記載のスパイラルタービンに基づいた圧縮機タービンであって、
前記スパイラルタービンは前記スパライルタービンの中心軸周りに一方向に回転し、
前記ガスは、前記スパイラルタービンの回転方向と同方向に前記ディスクの外側から内側に流れ、前記ガスは、前記ディスクの中心に向かって増加する断面積を有するスパイラル通路で減速されながら、前記スパイラル通路の外周で押され、前記スパイラルタービンの仕事をガスの圧力エネルギーに変換する、圧縮機タービン。
A compressor turbine based on the spiral turbine according to claim 1.
The spiral turbine rotates in one direction around the central axis of the sparile turbine and
The gas flows from the outside to the inside of the disc in the same direction as the rotation direction of the spiral turbine, and the gas is decelerated in a spiral passage having a cross-sectional area increasing toward the center of the disc, while the spiral passage. A compressor turbine that is pushed around the perimeter of a compressor and converts the work of the spiral turbine into gas pressure energy.
請求項2記載の膨張機タービンと請求項3記載の圧縮機タービンとを備えたタービンヒートエンジンにおいて、
燃焼室をさらに具備し、
前記圧縮機タービンは、前記タービンヒートエンジンの外側から内側に向かって空気を加圧し、
前記燃焼室は、燃料を燃焼することで、前記加圧された空気を加熱し、
前記膨張機タービンは、前記加熱された加圧空気が内側から外側に流れるときに、前記加熱された加圧空気の圧力と熱エネルギーとを仕事に変える、タービンヒートエンジン。
In a turbine heat engine including the expander turbine according to claim 2 and the compressor turbine according to claim 3.
Further equipped with a combustion chamber,
The compressor turbine pressurizes air from the outside to the inside of the turbine heat engine.
The combustion chamber heats the pressurized air by burning fuel.
Said expander turbine, when the heated pressurized air flows from the inside to the outside, Ru changing the pressure and thermal energy of the heated pressurized air to work, the turbine heat engine.
請求項2記載の膨張機タービンと請求項3記載の圧縮機タービンとを備えたタービンヒートポンプにおいて、
熱交換器をさらに具備し、
前記圧縮機タービンは、前記タービンヒートポンプの外側から内側に向かって空気を加圧することで前記空気を加熱し、
前記熱交換器は、前記圧縮機タービンで加熱された加圧空気から熱を奪うことで前記加圧空気を冷却し、
前記膨張機タービンは、前記タービンヒートポンプの内側から外側に向かって前記冷却された加圧空気を膨張することで前記冷却された加圧空気の温度をさらに低下させる、タービンヒートポンプ。
In a turbine heat pump including the expander turbine according to claim 2 and the compressor turbine according to claim 3.
Equipped with a heat exchanger
The compressor turbine, heating the air by pressurizing the air from the outside towards the front Symbol turbine pump inside,
The heat exchanger, heat from the pressurized air which is heated by the compressor turbine cooling the pressurized air deprives Ukoto,
It said expander turbine, Ru further lowering the temperature of said cooled compressed air by expanding the pressurized air the cooling from the inside to the outside of the turbine pump, turbine pump.
請求項3記載の圧縮機タービンを備えた脱塩水装置において、
塩水を収容するタンクと、
前記タンクに収容された塩水を加熱する熱源と、
前記タンクの内部に設けられる熱交換器と、を備え、
前記タンクの上部の低圧環境において、前記熱源により加熱された塩水から低圧蒸気が発生され、前記圧縮機タービンは、前記低圧蒸気を圧縮、加熱し、前記熱交換器は、前記圧縮機タービンにより加熱された蒸気を冷却することにより水を生じさせるとともに、その冷却熱により前記タンクに収容された塩水をさらに加熱する、脱塩水装置。
In the desalination water apparatus including the compressor turbine according to claim 3.
A tank that holds salt water and
A heat source for heating the salt water contained in the tank, and
A heat exchanger provided inside the tank is provided.
In the low pressure environment above the tank, low pressure steam is generated from the salt water heated by the heat source, the compressor turbine compresses and heats the low pressure steam, and the heat exchanger is heated by the compressor turbine. A desalting water device that produces water by cooling the steam and further heats the salt water contained in the tank by the cooling heat.
前記熱源は、太陽光を反射して前記タンクに照射するためのリフレクターである、請求項6記載の脱塩水装置。
The desalination water device according to claim 6, wherein the heat source is a reflector for reflecting sunlight and irradiating the tank.
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