JPH0253601B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は作動流体に対する少なくとも圧縮工程
と膨脹工程とのいずれかを有するエネルギー変換
において、エネルギー損失の少ない高効率のエネ
ルギー変換方法及び装置に関するものである。

［従来の技術］ 固定軸の周りを回転し得るロータ内において、
作動流体が熱力学的サイクルをなすように制御す
る手法はよく知られている。そのような回転機器
の一例としては特に次に示すような装置がある。
即ちその装置とは、作動流体が高温熱源及び低温
熱源の間を循環するものであり、その流体の両熱
源間の循環は、遠心力を利用することによつて流
体が回転軸から離れる時は圧縮し、流体が回転軸
に近付く時は膨張するようになつている。また、
上記の装置の他に、流体の相変化において液相と
気相の分離を補助するために遠心力の効果を利用
する回転式ボイラまたはコンデンサ等も知られて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記機器の公知の組合わせは、本発明の適用時
及び複数の実施例と結合させる際に有利に利用し
得るのである。実際、これらの組合わせは本発明
の本質的特徴、即ちロータ内において作動流体が
少なくとも１動作工程において圧縮又は膨張をす
るような回転機器における作動流体の循環、作動
流体の特性、及び作動条件と合致するものであ
る。特に、外部との熱移動がない場合には、ポン
プ及びコンプレツサにおける作動流体の圧縮時、
及びタービンにおける膨張時に有用である。しか
し、本発明は熱原動機及び熱ポンプにも適用し得
る。この場合、圧縮又は膨張はロータと外部との
間の熱移動がともなう。一般に、流体のなす熱力
学的サイクルは、開いた系または閉じた系のいず
れでもよく、また、複数段階が同じロータ内で起
こるようにするのが有利となる場合もある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は主要部が同様な構成によつて、機械的
（回転）エネルギーを流体の運動エネルギーまた
は熱エネルギーに変換する方法及び装置であり、
且つ流体の運動エネルギーまたは熱エネルギーを
機械的（回転）エネルギーに変換する方法及び装
置である。即ち、この同様な構成の主要部とは、
回転方向と同じ方向の軌跡が回転軸心へ向う螺旋
状に配置された導管と、この内部を流れる流体と
の摩擦力を有効に利用する点に特微がある。従来
の一般的な装置においては、このような摩擦力を
極力小さくすることを重要としていたが、逆に本
発明においてはこれを有効に利用する点に大きな
相違がある。

［作 用］ 本発明の主要部は、第２図に示されたような構
成である。即ち、流入管４と収集管５とは螺旋状
に形成された小さな直径を有する導管６によつて
連結されている。これらによつて構成されるロー
タは、全体としての構造は回転対称となつてお
り、導管の螺旋の方向は、回転方向に周回した時
に回転軸に近付くようになつている。

本発明における最大の特徴は、螺旋状に配置さ
れた螺旋状導管と内部を流れる作動流体との摩擦
力を有効に利用する点にある。即ち、摩擦力の移
動により発明する仕事を、流体の圧縮または膨張
するいずれかの方向について流路に添つた流体圧
変化を生ずる上で重要な役割を演じさせるもので
ある。

具体的には、作動流体は、「偏角の変化する循
環路」、特に固定軸の周りを回転し得るロータに
固定された「偏角の変化する」導管を循環する。
この導管は、ロータ内において偏角の変化する循
環路を決定付けている。ここで、「偏角の変化す
る循環路」は、以後、一般的な螺旋形状（例えば
軸からの距離が偏角の大きさに比例して変化する
アルキメデスの螺旋や、方向ベクトルと半径方向
とのなす角が一定である対数螺旋等）をした循環
路を示すものとする。言い換えれば、流体流路を
構成する種々の流線の連続点は、偏角が所定方向
に変化する各々の流路の接線方向上にあり、同時
に、これらの連続点の半径方向の距離は各点に対
応する所定の方向について変化し、また、軸方向
についても変化する。

本発明によれば、流体圧の局部的変化を防止す
ることができ、従つて従来の装置において生じて
いた流速の局部的変化及びその結果生じるエネル
ギーの減少を防止し、あるいは少なくともある一
定程度まで防止することが可能とある。この目的
のために本発明では、導管壁の表面に対して平行
な方向に働く摩擦力と該表面に対して直角の方向
に働く流体の圧力とを使用して流体の動作を生じ
せしめることにある。

更に好ましくは、本発明では、装置の設計条件
及び運転条件を一般系に反映させるために、流体
のロータに対する相対運動により生じるコリオリ
の力の偏角成分と同程度の力を形成せしめること
を組合せて利用しようとするものである。

即ち、本発明の利点は、実施には次の場合に得
られる。即ち、導管の各点における摩擦力の偏角
投影とコリオリの力の偏角投影の比を示す式
（（ｆ・Ｖ／ω・Ｄ）tanA）の好ましい範囲も開
示したものである。即ち、摩擦力とコリオリの力
が同一程度の同きさ。即ち（ｆ・Ｖ／ω・Ｄ）
tanA≒１、（ロータの角速度ω、流体のロータに
対する相対速度Ｖ、導管の水力直径Ｄ、流体と導
管壁との間の摩擦力の摩擦係数ｆ、及び導管内の
各点におけるロータ回転の接線との角Ａ、尚、導
管の水力直径Ｄは、横断面積と対応する導管壁の
周囲長との比の４倍）更には、 0.2≦fV／ωDtanA≦２ であればよいことを確認したものである。尚、従
来のポンプやタービン等の一般的な装置において
は、摩擦力を減少する努力がなされているため
に、上記の比の値は0.1以下となつている。

尚、前記式の各数値は互いに独立ではなく、互
いに関係のある数値であるため、明確な境界領域
はなく、あくまでも経験に基づいた好ましい範囲
である。例えば、前記式の値が小さいものである
と、導管壁面に層流体の滑りが容易になりすぎ、
機関の等エントロピー効果が良好に行なわれな
い。また、前記式の値が大きいものであると、流
体が壁面によつて、都合よく搬送されるが、水力
直径が相対的に小さくなりすぎ、流体の流れに対
してロスが大きくなることが判る。

具体的に機械的（回転）エネルギーを熱エネル
ギーまたは流体の運動エネルギーに変換する方法
及び装置を考えてみる。即ち、その例は第２図に
示す通りのコンプレツサーの構造である。

この装置では、ロータの回転方向は導管が螺旋
を描いて回転軸方向に向う方法であり、作動流体
は内側の流入管４から外側の収集管５へ流れる。
この場合には、螺旋状導管６内を流れる作動流体
は、回転軸から遠ざかる運動を行つているために
遠心力場により圧縮が行なわれる。

このとき、前記に示した作動流体と螺旋状導管
壁との摩擦が無視できないほど大きい場合には、
螺旋状導管の内壁と作動流体との間に生じる摩擦
力と自身の回転によつて導管内に生じる遠心力場
とによる作動流体の圧力変化で螺旋状導管内の作
動流体を圧縮すると共にこの圧力によつて生じる
熱を導管外部放出するように働くものである。

また逆に、熱エネルギーまたは気体の運動エネ
ルギーを機械的（回転）エネルギーに変換する方
法及び装置の具体的な例を考えてみる。即ち、第
３図（及び第４図）に示す通りの構成である。前
記第２図に示した構成と同様の構成の高温構成部
４４中の螺旋状導管５３では圧縮工程に続く準等
温膨張工程を行い、この高温構成部４４よりも小
径の低温構成部４１中の螺旋状導管４８中では膨
張工程に続く準等温圧縮工程を行つている。低温
構成部４１中の螺旋状導管４８は前記第２図に示
したコンプレツサと同様のことが行われており、
高温構成部４４中の螺旋状導管５３について述べ
ると、流入管がロータの外側に配置され、回転軸
に近い方には収集管が配置されている。螺旋状導
管は第２図と同じく回転方向に周回した時に回転
軸に近付くように配置されている。このとき、前
記に示した作動流体と螺旋状導管壁との摩擦が無
視できない程大きい場合には、回転中に作動流体
が螺旋状導管内を螺旋に沿つて半径方向の外側か
ら内側へ流れたときに、螺旋状導管外部の高温流
体から熱交換により熱量を作動流体へ吸収すると
共に、導管内壁と作動流体との間に生じる摩擦力
と自身の回転によつて導管内に生じる遠心力場と
による作動流体の圧力変化で導管内の作動流体を
膨張させると共に、前記摩擦力の一部を自身の回
転力として取り出す準等温膨張工程を行うもので
ある。

［実施例］ ［原 理］ 作動流体と螺旋状導管との摩擦について説明す
る。第１図は本発明において利用す種々の力のベ
クトル図である。図において、Ｔは導管の軌跡を
示すものであつて、ロータ内の回転軸Ｏに対して
直角な面に位置し、矢印ωの方向に回転し得るも
のとする。Ｖは導管内で圧縮された流体のロータ
に対する相対速度を示すものである。

導管の微小部分について働く力を各々考慮する
と導管中を流体が流れる際に、導管と流体との摩
擦力Ｆは流れと反対側に働く。

回転軸から所定の距離Ｒだけ離れた位置にある
導管壁付近の流体内の各点においては、相対速度
Ｖは局部的にほぼ一様な値となる。

一般的に導管と流体との微小部分の摩擦力Ｆ
は、フアニングの式によつて Ｆ＝dp／ds＝2fρ（V²／Ｄ） で定まる。ここでdp／dsは、ロータが静止状態
であつて、かつ密度ρの流体が平均速度Ｖで導管
を通過するときに測定したときの導管の単位長当
りの圧力降下を表わすものである。また、導管の
水力直径Ｄは、流路断面における断面形状には係
りのない一種の代表寸法であり、流体の流動方向
に直角な面積と対応する導管壁の周囲長との比の
４倍である。

しかしながら、本発明の主要構成部分の導管は
ロータの回転方向に周回した時に回転軸に近付く
ような螺旋状に構成されており、しかも、ロータ
は前記回転方向に角速度ωで回転しており、微小
部分は螺旋に沿つて速度Ｖで移動している。この
ため、螺旋に沿つて移動する微小部分には見掛け
上の力、即ちコリオリの力（Ｃ＝2ρ（ωV））が働
いている（第１図では螺旋壁面に垂直な方向）。

この摩擦力の大きさは、前述の通り、導管の摩
擦係数ｆと、流体の密度ρと、流体の平均流速Ｖ
と、水力直径Ｄとで決定される。摩擦力により発
生する熱又は流体の運動エネルギーの伝達力は、
それを目的とするのであれば大きい方がよい。摩
擦力を大きくするための措置として、摩擦係数
ｆ、流体の密度ρ、流体の流速Ｖの増大、及び水
力直径Ｄの減少がある。しかしながら、前記の数
値は互いに独立ではなく、互いに関係のある数で
あり、例えば流速Ｖを増大させることにより、摩
擦係数ｆがレイノルド数Reに支配される無次元
数であるため、結果的に減少することとなり、流
速Ｖの増大は前記の螺旋状の導管中の流体を膨張
又は圧縮する作用にも影響を与えることとなる。

更に、有効であると認められた摩擦力の値は、
例えば測定された装置の値であり、一般的な数値
ではなく、例えば、装置の大きさによつても変化
するものである。

そこで、一般に行なわれている次元解析の手法
を用いて、流体と導管との摩擦力を無次元化す
る。即ち、流体と導管との摩擦を、どのような大
きさの装置においても適用できるように、この摩
擦力を次元解析によつて、一般化するものであ
る。

即ち、流体と導管との摩擦力の回転軸の接線方
向への投影 Ｆ＝2fρ（V²／Ｄ）sinA を、コリオリの力の回転軸の接線方向への投影 Ｃ＝2ρ（ωV）cosA で割る。即ち、 （ｆ・Ｖ／ω・Ｄ）tanA の式が得られた。これにより、得られた数値は無
次元化され、例えばスケールアツプ及びスケール
ダウンの装置でも適用でき、また流体の密度に影
響されることはないことも判る。

更に、一般的に圧縮及び膨脹効率は、流体のロ
ータに対する滑りが小さいほど高くなる。このた
め、本発明ではＶ／ωRの比を、0.2よりもわずか
にまたは相当小さい値に制限するのが有利であ
る。

本発明の一実施例においては、導管壁からなる
摩擦面によつてなされる熱に付加または除去と機
械的効果とを組合わせるのが有効である。従つ
て、この導管は、作動流体がなす熱力学的サイク
ルにおける高温熱源または低温熱源を構成する熱
交換器の役割を果す。熱は、作動流体導管をなす
管壁の反対側に位置する補助流体により、該熱交
換器に供給または除去される。一般にこの補助流
体は、作動流体の循環路と並行な螺旋状循環路を
作動流体と同じ方向または反対の方向に循環させ
るのがよい。変形例として、高温熱源または低温
熱源を構成する循環路の領域において、流体中で
熱を直接発生または吸収させることも可能であ
る。

流体が圧縮または膨脹するときに流体が循環す
る螺旋状導管が熱交換器を構成するとき、本発明
は、回転軸から所定距離における流体速度の局部
的変化を防ぐことにより、流体と導管壁の温度差
の局部的変化に伴う不都合を同時に解決してい
る。

尚、導管が熱交換器として働くとき、レイノル
ズ類似から、スタントン数は係数ｆ／２に非常に
近い値であることが示唆される。

本発明によると、回転軸から所定距離における
導管壁の温度が均一となるようにするために、前
述した条件を満たす一つの方法がある。この方法
は、ロータが１回転すするときに流体の導管とが
交換する熱量が、対象とする循環路の一部分に含
まれる流体の定圧での単位温度当りの熱容量と、
流体と導管壁との平均温度差とを乗じたものに、
更に角Ａの余切（cotangent Ａ）を乗じた値の、
0.3〜４倍の範囲内となるようにするものである。

流れが乱流のときは、摩擦係数ｆは、装置の全
動作範囲において実質的に変化しない。この場
合、本発明による条件は、流体の流速の実質的な
変化に伴つて回転速度ωの同一方向における変化
を生じることを示唆する。

流れが層流のときは、fVDの値は流体の動粘度
μ／ρに比例する。この場合の条件においては、
装置使用時の回転速度ωにおける（ρωD²／μ）
tanAの値をある一定の２値間に限定することが
必要となる。例えば、もし導管がＤ／２の距離だ
け離れた平行円板でできている場合は、上記の数
値は５〜50の範囲内、好ましくは25付近であるこ
とがよい。

角Ａに関しては、Ａが30゜〜45゜の範囲の一定値
である場合に、理論的に最も高い出力を得られ
る。この場合、導管の形状は対数螺旋となる。し
かしながら、小さな水力直径にする必要性等構造
的な問題から、特に導管が熱交換器をなす場合や
流れが乱流の場合は、相対流路の形状はアルキメ
デス螺旋とする必要があり、この場合の角Ａは
60゜より大きいか、または90゜より極わずかに小さ
い値、実際には89゜程度の値がよい。

導管の断面形状は特に限定はされないが、流れ
の水力直径Ｄ、及び、回転軸からの距離Ｒの関数
である相対速度Ｖを変化させるために、導管壁に
は通常、翼またはフインを設けている。

導管の一般的な配置方法としては、次の３種類
があげられる。

回転軸に垂直な多数の円板を並列に配置した
もので、該円板は螺旋状に続く壁によつて半径
方向に仕切られたもの。

半径方向に螺旋状に巻かれた管の列で構成さ
れ、ロータ回転軸に並行な大直径のコレクタ管
に接続されているもの。

一定の厚さを持つた面状のものをじゆうたん
を巻いたように回転軸に配置し、その中を壁で
仕切つたもの。

しかしながら、上述したものは最も簡単な例で
あつて、本発明における導管の配置方法は上記の
ようなものに限定されるものではないことは言う
までもない。

本発明にはもう一つ別の特徴があり、この特徴
は、幾何学的及び機能的条件に対しては必ずしも
必要がないものではあるが、作動流体がロータ内
を循環し、ロータと外部との間の機械または熱エ
ネルギーの交換において熱力学的サイクルをなす
ようなエネルギー変換方法ならばどのようなもの
に対しても適用できるものである。即ちこの特徴
は、作動流体が気体であつて、この気体は比熱及
び原子量が小さく、特に分子量は少なくとも窒素
程度であることである。そして、該気体は原子量
の大きな物質の微粒子を含んでいる懸濁気体であ
る。

上記の方法は、低比熱・高原子量という要求を
満たすものである。この要求があるのは、水銀蒸
気等の重い気体を使用せずにロータの周辺速度の
所定の値における高温熱源及び低温熱源の温度差
を大きくさせるためである（逆に言えば、回転速
度を下げるためであるとも言える）。水銀蒸気等
を使用することは、化学的な腐蝕や毒性の問題が
あるので、必ずしも可能ではないからである。但
し、微粒子（最大１ミクロン程度のもの）の大き
さは充分小さいものであつて、流体内の温度が均
一で、且つ、高引力ポテンシヤル（高遠心力場）
における気体内の滑りの割合が無視できる密度で
あることを満たすものとする。

担体の気体は、窒素か、または窒素の分子量よ
りも大きな原子量を有する単原子気体、即ちアル
ゴン、クリプトンまたはキセノンであることが好
ましい。

粒子は、市販レベルの純度の固体の化学元素で
あつて、原子量が90より大きいもの、好ましくは
タングステン、鉛、ビスマス、トリウムまたはウ
ラニウムであるものとする。これらの粒子は、該
化学元素により組成される化合物によつて覆われ
ているものでもよい。該化合物は、好ましくは単
分子層の酸素で構成されているのがよいが、フア
ンデルワールス力を中和するという当初の目的を
達成できるような分散性の物質であればどのよう
なものでもよい。

これらの粒子の直径は、平均して最大でも0.1
ミクロンであるのがよいが、より好ましくは
0.001〜0.1ミクロンであればよい。このような粒
子の粉末の比表面積は、５m²／ｇである。これら
の条件においては、本発明による利点は、混合物
における気相量と固相量の比がおよそ0.25〜８の
範囲内で得られる。これらの粒子が存在すること
により、気体の圧縮性を保持しながら流体の密度
を増加させることが可能となつている。更に本発
明は、熱交換プロセスに関しては機械エネルギー
交換プロセスを人工的に促進させることを可能と
するものである。

上記の方法とは別に、完全熱力学的サイクルを
なす場合における高温熱源及び低温熱源の温度差
を増加させるものとして、高圧・低圧間の可逆的
熱交換器を利用する方法がある。この熱交換器
は、本発明によれば、装置の同じロータ内にある
ものである。中間の流路によつて回収される熱を
移動させるために、作動流体の比熱よりもかなり
大きな比熱を有する流体を使用するのがよい。こ
れは、重力場（遠心力場）において自然に循環す
る一種の内部熱ポンプを構成させるためである。
この熱ポンプは、全てのサイクルから、中間の流
路において生じる摩擦力を補償するのに必要な利
用可能なエネルギーを自動的に引出すもので、小
さな温度差によつて作動するものである。

流体とロータの外部との間の利用可能なエネル
ギーの交換方法をうまく選択することにより、大
気と作動流体の封入部との間の高気密性を保つこ
とが可能とある。この気密性を保つ第１の方法と
しては、既によく知られているが、回転接合部に
おいて強磁性の液体を使用する方法がある。

気密性を保つ第２の方法は、大気と作動流体を
分離する回転接合部を一切必要としないものであ
る。即ち、これは本発明の特殊な変形例である
が、作動流体そのものを構成する、気体内の強磁
性の粒子の懸濁物を利用するものである。この時
流体は磁場の支配を受ける。該磁場の強さは絶対
値の範囲で変化し、ロータの外部に配置された磁
石によつて生じるものである。

本発明の更に別の変形例である気密性を保つ第
３の方法は、同じく大気と作動流体を分離する回
転接合部を一切必要としないものであるが、この
場合は特殊な磁性体をも有しないものである。こ
の方法によれば、閉じた流路または環状流路にお
いて熱力学的プロセスをなす作動流体は、本発明
の方法の予定するようなロータ導管と、該導管と
は別のロータ内に完全に合体した導管とを連続的
に通るものである。この反応部は、第１の変形例
のように、動かないように意図的に固定してある
か、または、ロータと同じ回転軸の周りを回転し
得るようになつているがロータとは異なる角速度
となるようになつているものとし、第２の変形例
のように、必要ならば反対方向に回転するように
なつているものとする。上記２つの変形例のいず
れにおいても、ロータと内部反応部の相対運動に
よつて作動流体の有する利用可能なエネルギーを
仕事に（或いは逆方向に）変換することが可能と
なる。

［機械Ａ］ 第２図はコンプレツサとして動作する基本的な
装置の断面図である。図において、１は軸棒で、
ロータの中心に位置し、矢印２の方向に回転す
る。３はロータを取り囲んでいる円筒状の外壁
で、遠心力場によつて発生して内部構造に作用す
る機械力がこれに伝わる。

流体流路は６本の流入管４と６本の収集管５と
から構成される。これらの管は全て大きな直径を
有し、また、これらの軸はロータの回転軸と平行
である。そして、これらはロータの回転軸に対し
て互いに回転対称となるように配置されている。
本発明によれば、流入管４と収集管５とは螺旋状
に形成された小さな直径を有する導管６によつて
連結されている。この導管６は、本発明によれ
ば、作動流体導管を構成するためのものである。
また、第１図に示した角Ａを示してある。角Ａ
は、特にこの場合については86゜付近とする。導
管６は、長さ方向に延在するフインを内部に有
し、このフインは軸方向に並べられた断続的な列
として配置されている。いずれの流入管について
も、その流入管と、互いに異なる断続列との接続
の点は、回転の接線方向において、一つの列と次
の列とで相対的にずらしてあり、これは、接合部
の溶接を容易にするためである。しかし、全体と
しての構造は６本の回転対称となつており、ロー
タの回転軸に対して動的なバランスがとれてい
る。螺旋の方向は、回転軸から離れる方向に行く
ときにロータの回転方向と逆方向になるようにな
つている。この場合、螺旋の回転軸からの距離
は、ロータに対して相対運動において、回転軸の
周りを１回転する毎に導管の外形の６倍の長さだ
け遠くなる。

この場合、tanAの値は、流体流路の平均で16
である。例えば、この装置に毎分3000回転で回転
する同期電動機を接続する。これは、流体が導管
内を毎秒10mの流速で循環し得る能力に相当す
る。そして、流体は、軸から25cmの距離のところ
から導管に入り、50cmのところから出るものとす
る。流体の密度はレイノルド数が10⁵よりも大き
くなるような充分に大きいものとする。更に、導
管壁の表面は、摩擦係数ｆが一定で0.006に等し
くなる程度の荒さとする。これらの条件を満たす
ため、水力直径を４mmよりわずかに小さいものと
したとき、ftanA・（Ｖ／ωD）の値は平均で0.8と
なる。この条件は、外径20mm及び内径17mmであつ
て、内部に16個のフインを有し、これらのフイン
が長さ６mmで幅が底部2.5mm端部１mmであるよう
な管を用いることにより満たされる。

構造状の各パラメータが上記のような値である
とき、この装置を毎分3000回転させたときでもフ
インの周囲の流速及び温度の均一性は乱されな
い。

同じ回転速度に対して、ftanA・（Ｖ／ωD）の
値を0.4〜1.6の範囲に保つことにより流速を各目
流速の半分から２倍まで変化させることが可能で
あり、本発明の利点は保持されることになる。同
期電動機を毎分1000〜4000回転の範囲で回転数を
変えられる電動機に置換えたときには、流速の可
変係数は12以上となる。

変形例として、第２図に示す装置を通常速度Ｖ
＝10m／ｓ及びω＝314ラジアン／ｓで動作させ、
この装置を、導管の周りを循環する水に熱を導入
するための熱源として用いるとき、導管内を循環
する流体の定圧での比熱が300ジユール／ｔ℃で
流体の温度が導管壁よりも４℃だけ高いとき、回
転軸から25cmの距離の導管の入口と回転軸から50
cmの距離の導管の出口との間の温度降下はわずか
18℃となる。ここで、もしロータが静止している
ときは、即ち、もし流体が冷却とともに圧縮され
ないときは、流速及び該温度差を上記と同じ
10m／ｓ及び４℃とすると温度降下は48℃とな
る。導管内の流体の熱容量が0.01キロジユール／
℃で流体の平均密度が0.1t／m³のとき、流体によ
り放出される熱量は1.26キロワツト／ｓである。

第５図は温度−エントロピー（ts）図であつ
て、入口ａ及び出口ｂの間の流体の工程図を示す
ものである。点a′は断熱流、即ち管外での水の循
環がない場合の出口温度である。点b′はロータの
静止状態において流体及び導管壁の温度差が４℃
になるように水を循環させた場合の出口温度であ
る。破線で示す曲線は等圧プロセスを表す。この
例は、本発明により温度及びエンタルピーをエン
トロピーの関数として実質的に可逆的にどのよう
にも変化することができることを明確に示してい
る。機械的エネルギーの変化はロータの回転速度
及び流体の流れの方向によつて定まり、一方、熱
の付加または除去は流体及び導管壁の温度差によ
つて定まる。断熱プロセスの場合、既に示したコ
ンプレツサーとして動作させる場合の利点は、流
体入口及び出口を反対にすることにより、タービ
ンの場合にも得ることができる。

角Ａ及び水力直径Ｄの必須条件は、広い範囲で
異なる配置において満足し得ることもまた明らか
である。第２図の螺旋は、回転軸に直角な面に配
置した円板に備えられた隔壁を図示したものと見
なせるし、２端部と接続された２枚の平板であつ
て、これらを回転軸の周りに互いに平行に保ちな
がら巻いたものと、回転軸に直角な面との交点と
見なすこともできる。更に、本発明の方法の特徴
的な条件を満たすような導管を得るために、熱交
換器において要求される摩擦係数ｆ及び水力直径
Ｄを得るためのあらゆる手段を使用し得ることも
明らかである。

［機械Ｂ］ 第３図に示す機械Ｂは原動機であつて、この原
動機においては、作動流体は温度の異なる２個の
熱源の間で熱力学的サイクルを画く、導管壁を介
して外部補助流体（外導管に制御される）と熱を
交換する。高温熱源は加圧水流路により構成さ
れ、低温熱源は室温水流路により構成されてい
る。熱の付加に伴つて作動流体の膨脹が起き、熱
の放出に伴つて圧縮が起きる。

作動流体は、流路を介してロータ４１内を循環
する。該流路はその一部分が構成部５９内を通つ
ている。該構成部５９は完全にロータ内に組込ま
れているが、外部に固定された指示部５５と磁気
的に固定されている。このように、作動流体流路
はロータ外部に対して密閉状態となつている。第
６図は熱力学的プロセス図であつて、温度変化を
エントロピーの関数として示している。

この装置の熱力学的サイクルの一実施例として
は、(d)（約37℃）から(e)（約300℃）への断熱圧
縮、(e)（約300℃）から(f)（約230℃）への準等温
膨脹、(f)（約230℃）から(g)（約37℃）への断熱
膨脹、及び(g)（約37℃）から(d)（約37℃）への準
等温再圧縮からなる。

本実施例の作動流体はクリプトンであり、機械
の静止時における流路内での圧力は約10バールで
ある。この気体は同量のタングステン微粒子の懸
濁物を含んでいる。これらのタングステン粒子は
直径が１／10ミクロン程度の大きさであり、炭化
物の単分子層に覆われている。この混合物の定圧
比熱は空気の１／５以下であり、定圧比熱及び定
容比熱の比はかなり大きくなつている。

作動流体の粘度は、理想気体の方則によつて、
圧力と温度との比（Ｐ／Ｔ）に比例し、この粘度
は本実施例の方法及び装置においては無次元化さ
れるため重要な要素ではない。例えば、本サイク
ル(d)での粘度ρは、30ｇ／cm³であり、角速度
1500rad／secとなる。

また、(f)(g)間と(d)(e)間との圧縮比は約3.1、(f)
(e)間と(g)(d)間との圧縮比は約0.49であり、(f)(e)間
と(g)(d)間とのエントロピー変化は約70kJ／〓と
なる。

更に詳しくは、この機械のロータ４１は、400
〜500m／secの範囲の速度付近で回転することが
できる。動作中は、ロータは発電用のオルタネー
タを動かす。該オルタネータは補助流体連結部と
反対側にロータの軸棒４２と連結されているが、
図示してはない。

作動流体流路、、補助温水流路及び補助冷水流
路は該ロータに固定されている。該ロータは、３
個に別れたフレームから構成されている。即ち、
約37℃の低温フレーム４３、230℃の高温フレー
ム４４、及び不帰還フレーム４５であり、これら
は熱的なストレスを低減するために各々独立に回
転軸に連結されている。２個の熱源はロータの回
転軸の周りに環状に構成されており、高温熱源は
低温熱源よりも回転軸から離れた位置に配置され
ている。

低温フレーム４３内においては、主流体流路は
大直径の各々３本の流入管４６及び３本の収集管
４７からなり、各々の軸はロータの回転軸と平行
であり、ロータの周りに２個の同心円柱状に並ぶ
ように配置されている。該流入管及び収集管は小
直径の導管４８により相互に接続されている。該
導管は、第２図の基本装置における導管となつて
いる。導管４８は内部にフインを有し、流れの断
面積及び水力直径との積が作動流体の局部的密度
に反比例するように、回転軸からの距離が増すに
つれてこれらのフインの大きさが大きくなつてい
る。作動流体を構成するクリプトン内のタングス
テン懸濁物は、導管４８を介して螺旋状流路を循
環する。該流路は軸から離れる方向に動くとき
に、機械の回転方向と反対方向に回転するように
構成されている。低温部分の流入管及び収集管か
ら構成された全体としての組立物は、遠心力をフ
レーム４３の外部円筒壁に伝達する役目を果たす
機械的構造に適用される。

高温フレーム４４についても、３本の流入管５
１及び３本の本緒収集管５２は低温部分と同様で
ある。ただし、低温部と比べて小直径であり、流
入管はロータ軸棒４２からより遠い位置に、収集
管はより近い位置に配置されている。これらの管
は、内部に襞を有する導管５３により相互に接続
されている。該導管５３は同様に低温部と比べて
小直径である。これらの導管は並行な列として配
置され、各列は軸と直角の面に３回巻かれたもの
となつている。この場合の螺旋は、機械の回転軸
の方に動くときの方向が回転方向と同方向となる
ようになつている。導管５３により構成された全
体としての組立物は、遠心力の大部分を、フレー
ムの一部を構成し、高温領域を取り囲んでいる一
定の有する壁へ伝達する役目を果たす機械的構造
に適用される。

低温領域の３本の収集管４７は、高温領域の３
本の流入管５１と、３本の半径方向の接続管５４
により各々独立に接続されている。作動的膨張は
３本の半径方向の管のたわみによる変形により補
償される。高温領域の３本の収集管５２は、各々
半径方向及び軸方向の部分を有する３本の接続管
５６により、不帰還領域４５の穴５７に接続され
ている。

間隔をおいて環状に配置されたこれらの穴５７
には軸流タービンの吸入口ブレードに似たブレー
ド列があり、固定構成部５９に支持された同じよ
うなブレード列と反対側に配置されている。該固
定膨張構成部は断面積が減少するような形状の導
管からなる。該導管は、ロータの回転方向と同じ
方向になるような螺旋となつており、回転軸から
遠い場所にある穴６２で終つている。これらの穴
６２も同様にブレードが具えられており、ロータ
入り口拡散部と反対側に配置されている。

固定構成部５９は環状であり、ロータ軸棒４２
からなる軸受け上で気体クツシヨン８６により支
持されている。この気体クツシヨン８６は、定常
圧の異なる穴５７及び６２の間の作動粒体の流れ
の一部を引き込むことによつて得られる。この気
体クツシヨン８６により、空気力学的な滑らかさ
を保ちながら固底部を運動部から分離している。
ラビリンス密閉部（図示せず）により２個の直列
の穴５７及び６２を分離している。固定構成部５
９は磁気回路６４の一部を支持している。該磁気
回路６４の極性は子午線方向で変えられる。該磁
気回路はフレーム４５（薄厚で空隙６６内に位置
する）を介してロータ外部に位置する固定支持部
５５により密閉されている。

補助冷却水流路はロータ軸の中心部に配置され
ている流入管７４及び環状の排水導管７５より構
成される。これらは環状の密閉装置７６及び７７
に各々接続され、外部の配管と連結されている。
また一方各々半径方向の管７８及び７９により冷
却水ボツクスに連結されている。この冷却水ボツ
クスは冷却部の導管４８を取り囲んでいる。これ
は、水流の方向が作動流体と同方向であることを
除けば機械Ａとほぼ同じである。

約230℃の加圧温水における流入及び排水は、
流入導管８２、排水導管８３及び半径方向連結導
管８４，８５を低温流路の場合と同様の配置にす
ることによりなされる。水は、温水ボツクス内に
おいて、作動流体導管壁の周りを機械の回転軸に
向つて流れる。高温流路は回転密閉部及びポンプ
により加圧・再過熱装置に接続される。この装置
はロータ外部にあるバーナーからなる。尚、これ
らの装置は図示していない。

ロータとともに高温構成部４４、低温構成部４
５及び固定支持部５５により形成された組立部は
密閉機（図示せず）内におかれており、補助ポン
プによつて１cmHg以下の空気圧下に保たれてい
る。これによつて高速運動部の外部壁における摩
擦損失を低減することができる。

第３図の機械Ｂが動作するとき、作動粒体は第
６図に示すような熱力学的サイクルを描く。流体
は、低温領域から高温領域へ移動するとき、管５
４内において断熱圧縮し、例えば300℃に加熱さ
れる。この変化は、クリプトンとタングステンの
混合物に付いてみると完全な断熱変化であるが、
クリプトンのみについてみると完全な断熱ではな
く、クリプトンの温度は、低温熱源として働くタ
ングステンよりわずかに高い。遠心力場により該
混合物の単位量当りのエンタルピーが増加し、そ
の結果密度及び圧力がかなり増加する。

高加速にも関わらず、気体に対するタングステ
ンの滑りは平均流速と比較して無視でき得るもの
であり、乱流による撹拌が混合物の均一化に一役
買つている。このために、この変換は可逆的に近
いものとなる。

高温領域の導管５３内において、該混合物は遠
心力によるポテンシヤルエネルギーの変化に相当
する機械的エネルギーをロータに与える（(e)→
(f)）。加圧温水と作動流体との温度差が小さいの
で、流体は水の温度より約20℃低い温度で高温部
を出る。この変換工程においては、作動流体が吸
収する熱はエンタルピー変化により減少した遠心
力ポテンシヤル変化に等しい。同時に、密度は大
きなフアクター即ち管径の分離される。該管径
は、ロータに対する流体の速度が高温領域におい
て15m／sec程度となるようにする。

流体はその後、最初にロータに固定された３本
の管５６内で、次に固定構成部５９内で、各々一
般に断熱膨張をする。流体は、該固定構成部５９
において、動力学的エネルギーの増加のために定
常温度が低下し続ける。この動力学的エネルギー
は、異なるレベルの遠心力場において、62におい
て、流体がロータ内へ戻るのを可能にしている、
この膨張領域においては、熱力学的効率は最小と
なるが、その損失は軸流タービンの２個の連続段
階におけるものと同程度に止まり、原動機の有益
な仕事にのみ関与している。膨張はロータ内で完
了し、流体は冷却水の入口温度よりも僅かに高い
温度で低温領域へ流入する。低温領域の導管４８
内において、流体は再び回転軸から遠ざかるとき
に熱を放出する。（(g)→(d)）。そして、ロータの回
転方向と反対方向に方位角変移が起こる。ロータ
から取り去られた機械的仕事量は該流体に分配さ
れるが、その量は冷水へ移動する熱量よりもわず
かに大きい。これは、エンタルピーが約20℃増加
することによる。

遠心力エネルギー変化の全体的なバランスは０
である。ロータは、作動流体が高温熱源から受け
取つた熱量と低温熱源へ分配した熱量との差に等
しい量の機械的仕事を固定構成部５９と交換する
こととなる。

冷水流路においては、遠心力場内における水の
密度変化は、要求される方向の運動を補助する傾
向がある。このため供給用ポンプは必要ない。一
方、熱水流路においては小さな補助ポンプ（図示
せず）を使用する必要がある。これは、遠心力場
内における密度が入口から出口に至間に減少する
ためである。モータの出力は、補助ポンプ流路に
おかれたバルブによつて熱水流の流速を調節する
ことにより調節される。

［機械Ｃ］ 第４図に示した機械Ｃは、２個の等温熱源の間
で中間回収を利用する原動機である。

本機械Ｃの一実施例では、600℃近辺の熱の放
射によりロータへ熱が供給され、低温熱源は周囲
の空気により冷却される。ロータ内には空気力学
的反応部９９が組込まれている。

機械Ｃ内においては、膨張は反応部９９内で起
こる。該反応部９９は、ロータ９１内で反対方向
に回転する。ロータ９１は、復熱部９４（第２の
熱交換手段）の両側に低温熱源９２（第１の熱交
換手段）及び高温熱源９３（第１の熱交換手段）
を有する。

作動流体はキセノンであり、軸螺旋管９５−螺
旋状導管９６−軸螺旋管９７−螺旋状導管９８を
連結して流体回路を構成している。その作動流体
の圧力は機械の静止時において数10バールであ
る。この流体は第７図に示すような熱力学的サイ
クルを描く。

図において、温度ｔの変化をエントロピーＳの
関数として示してある。流体は、復熱部９４内の
外周に配置された軸螺旋管９５（連結導管）を通
る際、即ち(h)、(i)（約100℃→約560℃）間におい
て回収熱を吸収し、高温熱源９３内の螺旋状導管
９６を通る際、即ち(i)、(j)間において膨張する。
更に、復熱部９４内の軸螺旋管９７（連結導管）
を通る際、即ち(j)、(K)（約560℃→約100℃）間に
おいて回収熱を返還し、最後に、低温熱源９２内
の螺旋状導管９８を通る際、即ち(K)、(h)間におい
てで再圧縮する。ロータの角速度は1250rad／sec
であり、(i)、(j)間のエントロピー変化は約
30kJ／〓であり、(K)、(h)間のエントロピー変化
は約15kJ／〓となる。

機械Ｃ内においては、膨張は連結導管の一部を
構成する反応部９９のノズル１０１内で起こる。
前記機械Ｂと同様に、ロータ９１と反応部９９の
間の１１５及び１１６で示す部分のロータ９１側
には、軸流タービンの吸入口ブレードに似たブレ
ード列があり、反応部９９側にも同じようなブレ
ード列が対向して配置されている。これらのブレ
ードにより、反応部９９は、作動流体の吹き出し
よつて、ロータ９１内でロータ９１に対して相対
的に反対方向に回転する力を与えられる。尚、該
反応部９９は内部に空間部を有しておらず、その
慣性モーメントはロータ９１の慣性モーメントに
近くされているため、機械Ｂのように磁気で固定
はされてはいないが、反応部９９は絶対系におい
て静止に近い状態である。ロータ９１は、復熱部
９４の両側に高温熱源９３及び低温熱源９２を有
する。

該ロータ９１内においては、作動流体は次のも
のが連続的に接続されたものからなる。即ち、ま
ず復熱部９４の外周の軸螺旋管９５であり、これ
は長手方向に復熱部９４の一端から他端へ軸螺旋
を描く。それから高温熱源９３の螺旋状導管９
６、次に復熱部９４の内部領域の軸螺旋管９７、
及び低温熱源９２の螺旋状導管９８である。

それから流路は反応部９９内に流入する。この
反応部９９は機械Ｂのものと同様のものであり、
ロータ９１と同じ軸でかつ独立に回転可能であ
る。該反応部９９内においては、流路はロータ９
１の導管に軸板とともに具えられた環状部材を介
して接続されたノズル１０１により閉じられる。
この場合ノズルは機械の軸の周りに螺旋状に巻か
れた収束性のあるノズルであり、螺旋の方向は軸
から離れるときにロータの回転方向と同じ方向と
なるようになつている。

低温熱源９２内の冷却用空気（外部流体）流路
は、ロータの回転軸に平行な羽根１１１を通つて
いる。該羽根１１１はロータの周囲の、入口、出
口拡散部と反対側に固定されている。空気は、１
０２を通つて低温熱源の導管９８間の螺旋状流路
を流れる。

該導管９８は外部にかなり大きな放熱用のフイ
ンを有している。空気は、半径方向を回転軸から
遠ざかるように流れ、最後には１０２からロータ
外部へ流出する。

高温熱源９３で用いられる外部流体は共融化合
物NaKであり、放射により加熱されたロータの
半径方向表面１０５の近くに配置された導管１０
４内を、次に主流路の管９６間を循環する。１０
６は、アルゴンが充填した膨張室である。

復熱部９４の補助流体は加圧されたヘリウムで
あり、黒鉛微粒子の懸濁物を含んでいる。補助流
体流路は半径方向の管１０７及び１０８を有し、
管９５を含む外部環状室から、管９７を含む内部
環状室へ通過するようになつている。各々が流出
方向及び流入方向になつている。流出方向におい
ては、補助流体は室１０９を通過する。その入口
及び出口は各々方位角がずらしてあり、機械の始
動モーメントの方向となつている。これにより、
慣性効果により求められた方向に作動流体の初期
循環の運動を得ることができる。

空気の流路においては、熱の付加とともに膨張
が起こり、ロータにより誘発された機械的エネル
ギーの量を減少させる役目を果たす。これは、遠
心力（流体密度の現象による）及び摩擦力と反対
方向に循環を保つためである。入口及び出口拡散
部のフイン１１１は、空気の運動に必要な補助エ
ネルギーを供給する。

NaK流路にはポンプはおかれていないが自然
の循環により自発的に作動する。これは、放射加
熱領域が、導管９６の壁に接触している外部流体
を冷却するための領域よりも回転軸からわずかに
遠い位置におかれているからである。

ヘリウム流路もまた、閉じた流路内において
（ロータ９１の遠心力場内における）熱ポンプと
して作動する。復熱器の流路の内管９７及び周囲
管９５の平均温度差は、遠心力場内におけるヘリ
ウム及び黒鉛の混合物の断熱平衡の対応する温度
差よりも大きい。そして循環は自然に起こる。循
環を任意の方向に指導させるために、上述したよ
うに、室１０９内のヘリウム導管の穴は、各々方
位角方向がずらしてある。

第７図は作動流体の描くプロセス工程を示すも
ので、ロータに対して制止状態の温度を基準とし
ている。ロータの入口及び出口において、作動流
体は、収束ノズル１０１内で断熱膨張し、動力学
的エネルギーを増す。遠心力場エネルギーの差
は、ロータと運動する反応部９９との相対運動に
より放出された利用可能はエネルギーの量を決定
する。

原動機の出力は、ロータ側面１０５に到達した
放射流により制御される。特殊な場合には、ロー
タ９１及び反応部９９における流体の滑動により
放出されたエネルギーは、第４図の機械の左側の
部分に示した発電機において利用される。

この場合、該発電機は非同期型であり、発電機
の３相の巻線１１２はロータに固定されている。
これは、反応部９９と反対方向に回転させるため
である。１１３は３本の電気的接点であり、ロー
タ９１の軸棒に固定されている。これらは、各々
各巻線１１２と外部の３相回路とを接続してい
る。この回路において、この系は実際のエネルギ
ーを引き出す。反応部９９は、電気的な巻線を有
していず、回転軸の周囲にかつ軸に平行に配置し
た導体１１４を有しているのみである。該導体１
１４は端部で短絡されている（スクワーラルケイ
ジ型接続と呼ばれる）。該反応部９９は内部に空
間部を有していず、その慣性モーメントはロータ
９１の慣性モーメントに近い。

図示してはいないが、空気力学的軸受１１７の
供給、及び電気回路の冷却は、作動流体は１１５
及び１１６間の最も温度の低い部分を通るバイパ
スから引き出すことにより確保されることを示し
ておく必要がある。

本発明は、以上示した実施例の機械に何ら限定
されないことは言うまでもない。以下に、これら
の機械で例として示した本発明の顕著な特徴を特
に示しておく。本発明の機械においては、流体導
管は特に、アルキメデス螺旋を描くフインを有す
る管で構成し得る。そして該導管は、少なくとも
３つの回転対象となる流体流路に対し、並列に連
結される。作動流体は該螺旋状導管の内部に、外
部流体は該螺旋状導管の外部を循環する。閉じた
サイクルにおいて動作させる原動機または熱ポン
プの場合において１個のロータ内で全ての変換が
生じ得るために、強磁性流体を使用し得る。しか
しながら、一般に、流体は、ロータ内及び固定構
成部内、またはロータ内及び異なる速度で回転す
る構成部内を通らなければならない。気密性の問
題を解決するために、作動流体を加速・減速密閉
部を通すと都合がよい（機械Ｂ）。該気密部はロ
ータの壁内に位置しているが外部に対して固定状
態となつている。機械のトルクを動かしまたは抵
抗するための補償をするために必要な力の伝達
は、磁気的結合により確保される（機械Ｂ）。他
の方法としては、作動流体を第１のロータ（即
ち、ロータ９１）から第２のロータ（即ち、反応
部９９）へ通し、作動流体の吹き出しよつて、第
１のロータに対して相対的に反対方向に回転する
力を与えるものである（機械Ｃ）。第２のロータ
は第１のロータに完全に内包されており、第１の
ロータの慣性モーメントに匹敵する慣性モーメン
トを有し、相対的に反対方向に回転する。互いに
反対方向に回転する２個のロータの用いるトルク
は磁力により平衡が保たれている。該磁力は発電
または磁界巻線の機能を果たす電気的巻線に適用
される。これらの電磁気回路は、作動流体から利
用可能なエネルギーを引き出す役目、または反対
に回転接点を介して主ロータへ電気エネルギーと
して機械エネルギーを供給する役目を果たす（機
械Ｃ）。

［発明の効果］ 本発明の主な利点のうち、特に有用なものを次
に列記する。

(1) 実質的な等温工程（準等温工程）により、状
態変化なしに高効率の熱力学的サイクルを利用
する。

(2) いかなる熱力学的変換プロセスにおけるエネ
ルギー損失も低減する。

(3) 固体懸濁物を熱移動またはエネルギー変換に
用いる。

(4) ポンプ、コンプレツサーまたはタービンの新
規の設計を容易にする。

(5) ポンプにおける空洞現象及びタービンにおけ
る腐蝕の問題を抑える。

(6) タービン機器の騒音を低減する。

(7) 全ての型の熱原動機及び機器において、作動
流体の特製及び異なる元素の組合わせについて
広い範囲で選択可能である。

(8) 単純な設計の１つの構成部内で多くの熱力学
的変換を組合わせることができる。

本発明は、以上実施例で詳細に説明したものに
何ら限定されることはなく、例えば、螺旋状の導
管は可変方位角導管の一例に過ぎない。該螺旋
は、軸に直角な平面状螺旋であつて軸と平行な方
向についてその体積が増加するようなものに置換
えても良い。導管形状、あるいは、装置・機器の
構成材の設計の変形例等は、いずれも本発明の一
例である。さらに、方法についても同様である。
例えば、作動流体は導管内において蒸発または凝
結による相変化をなしても良い。この場合は、導
管内の流体の流速は相対的に遅いものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転中の導管内の作動流体に作用する
各種の力を説明する図、第２図は本発明になる基
本的な装置、すなわち機械Ａ中の作動流体の基本
導管をロータの断面図によつて示す図、第３図は
原動機をなす所の本発明による機械Ｂの縦断面を
模式的に示す図、第４図は本発明になる第３の実
施例の模式縦断面図で、ここで機械Ｃは事実上等
温内の熱源で作用する中間復熱原動機であり、第
５図、第６図、第７図は機械Ａ，Ｂ及びＣ用のお
のおのの温度エントロピー図上の作動流体の熱力
学的変化を示す。 ４１，９１…ロータ、４２…ロータ軸、６，４
８，５３，６１，９５，９６，９７，９８，１０
１…導管、１０４…補助流体流通用装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予め定められた回転方向に回転するロータ内
   で作動流体の圧縮工程または膨張工程の少なくと
   も何れかを行なうエネルギー変換方法であつて、 前記ロータの回転方向と同じ方向の軌跡が回転
   軸心へ向うような螺旋状導管を前記ロータに固定
   しておき、 前記圧縮工程と膨張工程との何れかに続く準等
   温工程での前記作動流体への熱量及び力の授受は
   前記螺線状導管の内壁を介して行い、 前記膨張工程後の準等温工程での熱量及び力の
   授受は、前記ロータの回転中にロータの半径方向
   の内側から外側へ向つて前記螺旋状導管内に前記
   作動流体を流すことにより、前記導管内壁と前記
   作動流体との間に生じる摩擦力と前記ロータの回
   転力とによつて、前記導管内で前記作動流体を圧
   縮し、この圧縮によつて温度上昇した作動流体の
   熱を導管の壁を介して外部流体に放出することで
   行い、 前記圧縮工程後の準等温工程での熱量及び力の
   授受は、前記ロータの回転中にロータの半径方向
   の外側から内側へ向つて前記螺旋状導管内に前記
   作動流体を流すことにより、前記導管内壁と前記
   作動流体との間に生じる摩擦力及びロータ自身の
   回転力によつて前記導管内で前記作動流体を膨張
   させ、この膨張に伴つて温度低下した作動流体に
   導管の壁を介して外部流体から熱量を吸収すると
   共に、前記導管内壁と前記作動流体との摩擦力と
   該ロータの回転力との間で力の受け渡しをするこ
   とによつて行うことを特徴とするエネルギー変換
   方法。 ２ 前記螺旋状導管内の任意の個所において、前
   記作動流体の前記導管に対する相対速度Ｖと前記
   ロータの回転角速度ωとの運転条件が、前記導管
   内壁と作動流体との摩擦力のロータ回転の接線方
   向成分を該作動流体に働くコリオリ力のロータ回
   転の接線方向成分で割つて次元解析した次の関係
   を満たしていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載のエネルギー変換方法。 0.2≦fV／ωDtanA≦２ （但し、ω：ロータの角速度、Ｖ：導管内の作動
   流体の相対速度、Ｄ：導管の水力直径、ｆ：作動
   流体の導管壁上における摩擦力の摩擦係数、Ａ：
   導管内の各点における作動流体流れの接線方向と
   ロータ半径方向とのなす角） ３ 前記作動流体として、比熱の小さい気体であ
   つて、且つ原子量が90よりも大きい物質の微粒子
   を含む懸濁気体を用いることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のエネルギー変換方法。 ４ 前記気体として、窒素、アルゴン、クリプト
   ンの中から選ばれた気体を用い、前記原子量が90
   よりも大きい物質として、タングステン、鉛、ビ
   スマス、トリウム、ウラニウムの中から選ばれた
   微粒子を用いることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項に記載のエネルギー変換方法。 ５ 予め定められた回転方向に回転するロータ手
   段内で作動流体の圧縮工程または膨張工程の少な
   くとも何れかを行なうエネルギー変換装置であつ
   て、 前記ロータ手段の前記回転方向と同じ方向の軌
   跡が回転軸心へ向う螺旋状の経路に沿つて前記ロ
   ータ手段に固定された螺旋状導管と、該螺旋状導
   管内に前記ロータ手段の半径方向の内側から外側
   へ又は外側から内側へ向つて作動流体を流す流体
   回路手段と、前記螺旋状導管内の作動流体と導管
   壁を介して外部流体との間の熱交換を行う熱交換
   手段とを備え、 前記流体回路手段は、前記ロータ手段の回転中
   にロータ手段の半径方向の内側から外側へ向つて
   前記螺旋状導管内に前記作動流体が流れたとき
   に、前記導管内壁と前記作動流体との間に生じる
   摩擦力と前記ロータ手段の回転力とによつて、前
   記導管内における前記作動流体を圧縮し、この圧
   縮によつて温度上昇した作動流体の熱量を外部流
   体に放出するか；又は前記ロータ手段の回転中に
   ロータ手段の半径方向の外側から内側へ向つて前
   記螺旋状導管内に前記作動流体が流れたときに、
   前記導管内壁と前記作動流体との間に生じる摩擦
   力及びロータ自身の回転力によつて前記導管内で
   作動流体を膨張させ、この膨張に共なつて温度低
   下した作動流体に外部流体から熱量を吸収すると
   共に、前記摩擦力と前記ロータ手段の回転力との
   間で力の受け渡しをするか；の何れかに適合さ
   れ、 前記熱交換手段は、前記作動流体の温度変化を
   前記導管の壁を介して前記外部流体と熱交換する
   ように適合されていることを特徴とするエネルギ
   ー変換装置。 ６ 前記流体回路手段が前記ロータ手段の回転中
   にロータ手段の半径方向の内側から外側へ向つて
   前記螺旋状導管内に前記作動流体を流すように適
   合され、前記熱交換手段が前記導管内での前記作
   動流体の圧縮によつて温度上昇した作動流体の熱
   を導管の壁を介して外部流体に放出するように適
   合されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項に記載のエネルギー変換装置。 ７ 前記流体回路手段が前記ロータ手段の回転中
   にロータ手段の半径方向の外側から内側へ向つて
   前記螺旋状導管内に前記作動流体を流すように適
   合され、前記熱交換手段が前記導管内の前記作動
   流体の膨張に伴つて温度低下した作動流体に導管
   の壁を介した熱交換により外部流体から熱量を吸
   収するように適合されると共に、前記ロータ手段
   が前記導管内壁と前記作動流体との摩擦力と前記
   ロータ手段の回転力との間で力の受け渡しをする
   ように適合されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項に記載のエネルギー変換装置。 ８ 前記螺旋状導管内の任意の個所において、前
   記作動流体の前記導管に対する相対速度Ｖと前記
   ロータ手段の回転角速度ωとの運転条件が、前記
   導管内壁と作動流体との摩擦力の回転の接線方向
   成分を該作動流体に働くコリオリ力の回転の接線
   方向成分で割つて次元解析した次の関係を満たし
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第５項に
   記載のエネルギー変換装置。 0.2≦fV／ωDtanA≦２ （但し、ω：ロータの角速度、Ｖ：導管内の作動
   流体の相対速度、Ｄ：導管の水力直径、ｆ：作動
   流体の導管壁上における摩擦力の摩擦係数、Ａ：
   導管内の各点における作動流体流れの接線方向と
   ロータ半径方向とのなす角） ９ 前記ロータ手段において、前記作動流体が流
   れる螺旋状導管の水力直径Ｄと、作動流体の導管
   壁上における摩擦力の摩擦係数ｆとの設計条件
   が、前記導管内壁と作動流体との摩擦力の回転の
   接線方向成分を該作動流体に働くコリオリの力の
   回転の接線方向成分で割つて次元解析した次式に
   おいて、次の関係を満たすことを特徴とする特許
   請求の範囲第５項に記載のエネルギー変換装置。 0.2≦fV／ωDtanA≦２ （但し、ω：ロータの角速度、Ｖ：導管内の作動
   流体の相対速度、Ｄ：導管の水力直径、ｆ：作動
   流体の導管壁上における摩擦力の摩擦係数、Ａ：
   導管内の各点における作動流体流れの接線方向と
   ロータ半径方向とのなす角） １０ 前記各螺旋状導管が、アルキメデスの螺旋
   をなす管であつて、前記圧縮と膨張との何れかを
   行なう際に、並列に接続し且つ少なくとも３組以
   上で回転対称としたことを特徴とする特許請求の
   範囲第５項乃至第９項の何れかに記載のエネルギ
   ー変換装置。 １１ 予め定められた回転方向に回転するロータ
   手段内で作動流体の圧縮工程または膨張工程の少
   なくとも何れかを行なうエネルギー変換装置であ
   つて、 前記ロータ手段の前記回転方向と同じ方向の軌
   跡が回転軸心へ向う螺旋状の経路に沿つて前記ロ
   ータ手段に固定された螺旋状導管と、該螺旋状導
   管内に前記ロータ手段の半径方向の内側から外側
   へ又は外側から内側へ向つて作動流体を流す流体
   回路手段と、前記螺旋状導管内の作動流体と導管
   壁を介して外部流体との間の熱交換を行う第１の
   熱交換手段と、前記螺旋状導管内を流れた作動流
   体の下流に連結された連結導管内の作動流体と前
   記連結導管壁を介して補助流体との間の熱交換を
   行う第２の熱交換手段とを備え、 前記流体回路手段は、前記ロータ手段の回転中
   にロータ手段の半径方向の内側から外側へ向つて
   前記螺旋状導管内に前記作動流体が流れたとき
   に、前記導管内壁と前記作動流体との間に生じる
   摩擦力と前記ロータ手段の回転力とによつて、前
   記導管内における前記作動流体を圧縮し、この圧
   縮によつて温度上昇した作動流体の熱量を外部流
   体に放出するか；又は前記ロータ手段の回転中に
   ロータ手段の半径方向の外側から内側へ向つて前
   記螺旋状導管内に前記作動流体が流れたときに、
   前記導管内壁と前記作動流体との間に生じる摩擦
   力及びロータ自身の回転力によつて前記導管内で
   作動流体を膨張させ、この膨張に共なつて温度低
   下した作動流体に外部流体から熱量を吸収すると
   共に、前記摩擦力と前記ロータ手段の回転力との
   間で力の受け渡しをするか；の何れかに適合さ
   れ、 前記第１の熱交換手段は、前記作動流体の温度
   変化を前記導管の壁を介して前記外部流体と熱交
   換するように適合され、 前記第２の熱交換手段は、前記圧縮によつて温
   度上昇した作動流体の熱量を外部流体に放出した
   作動流体の温度変化を；又は前記膨張に共なつて
   温度低下して外部流体から熱量を吸収した作動流
   体の温度変化を、前記連結導管の壁を介して前記
   補助流体と熱交換するように適合されていること
   を特徴とするエネルギー変換装置。 １２ 前記流体回路手段が前記ロータ手段の回転
   中にロータ手段の半径方向の内側から外側へ向つ
   て前記螺旋状導管内に前記作動流体を流すように
   適合され、前記熱交換手段が前記導管内での前記
   作動流体の圧縮によつて温度上昇した作動流体の
   熱を導管の壁を介して外部流体に放出するように
   適合されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１１項に記載のエネルギー変換装置。 １３ 前記流体回路手段が前記ロータ手段の回転
   中にロータ手段の半径方向の外側から内側へ向つ
   て前記螺旋状導管内に前記作動流体を流すように
   適合され、前記熱交換手段が前記導管内の前記作
   動流体の膨張に伴つて温度低下した作動流体に導
   管の壁を介した熱交換により外部流体から熱量を
   吸収するように適合されると共に、前記ロータ手
   段が前記導管内壁と前記作動流体との摩擦力と前
   記ロータ手段の回転力との間で力の受け渡しをす
   るように適合されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１１項に記載のエネルギー変換装置。 １４ 前記螺旋状導管内の任意の個所において、
   前記作動流体の前記導管に対する相対速度Ｖと前
   記ロータ手段の回転角速度ωとの運転条件が、前
   記導管内壁と作動流体との摩擦力の回転の接線方
   向成分を該作動流体に働くコリオリ力の回転の接
   線方向成分で割つて次元解析した次の関係を満た
   していることを特徴とする特許請求の範囲第１１
   項に記載のエネルギー変換装置。 0.2≦fV／ωDtanA≦２ （但し、ω：ロータの角速度、Ｖ：導管内の作動
   流体の相対速度、Ｄ：導管の水力直径、ｆ：作動
   流体の導管壁上における摩擦力の摩擦係数、Ａ：
   導管内の各点における作動流体流れの接線方向と
   ロータ半径方向とのなす角） １５ 前記ロータ手段において、前記作動流体が
   流れる螺旋状導管の水力直径Ｄと、作動流体の導
   管壁上における摩擦力の摩擦係数ｆとの設計条件
   が、前記導管内壁と作動流体との摩擦力の回転の
   接線方向成分を該作動流体に働くコリオリの力の
   回転の接線方向成分で割つて次元解析した次式に
   おいて、次の関係を満たすことを特徴とする特許
   請求の範囲第１１項に記載のエネルギー変換装
   置。 0.2≦fV／ωDtanA≦２ （但し、ω：ロータの角速度、Ｖ：導管内の作動
   流体の相対速度、Ｄ：導管の水力直径、ｆ：作動
   流体の導管壁上における摩擦力の摩擦係数、Ａ：
   導管内の各点における作動流体流れの接線方向と
   ロータ半径方向とのなす角）