【発明の詳細な説明】
垂直軸を有するうずタービン
本発明は接線方向入口フラップと少なくとも１個の出口を有し、流れを受ける
流体ユニットで、平行な本流例えば平行流及び／又はらせん状の環流に高い循環
又は高い速度及び／又は質量集中度のうず流れを発生しかつ利用するための主請
求項の上位概念に基づく方法及びこの方法の実施のための装置に関する。
本発明に基づく方法及び装置は平行流を高い循環又は高い速度及び／又は質量
集中度のうず流れに変換する効率を高め、かつ安定したうず流れを生成し、元の
本流にこれを組み入れることを可能にする。本方法の実施のための装置に本流が
自由に進入することを保証しなければならない。本発明に基づく装置は流体ユニ
ットに挿設することができ、その数は規模と利用可能な設置場所に関係する。配
設される装置の規模と数は生成されるうず流れの循環の強さを実質的に決定する
。本発明に基づく装置は層流に配設することもできる。その場合発生されたうず
流れは下手でエネルギーとして利用され、例えば流体を深層から表面へ搬送する
ための誘導うずコイル(inducing vortex coils)にさらに処理される。
流体力学では、流体の層流と違ってうずが基礎をなす乱流が知られている。ド
イツ特許第３３３０８９９号に記載されているように、例えば風の流れにうずコ
イルを発生して風のエネルギーを集中するために、うずが技術的に発生される。
この場合は翼形部材が星形に配列されるから、内接円でうずがちぎれて、風の流
れにより運び去られる。下手で合成されるうずコイルは、より小さな円の中の流
速を２倍に加速することが証明されている。こうして速度が集中した流れは、加
速しない流れに比して大きな出力容量を有する。集中のための配列が同じ定格出
力のフリータービンより遥かに大きな設計進入面を有することが欠点である。す
べての翼の場合のように、浮力及びそれとともにうずの形成の特性曲線は迎え角
と進入速度に関係する。その結果、調整と制御の費用が生じる。音響放出を阻止
できない。
プロペラによる出力抽出が増加するとうずの破裂が目立つようになり、それが
出力の減少を生じ、ついにはうずコイルの破壊を招くことがある。小型の試験設
備が知られているだけであった。
ＰＣＴ／ＤＥ第９２／００４５０号により流体ユニットで平行な進入流から環
状流を発生する方法及び装置が知られている。同心円上のうず発生装置が内側の
環流に配列され、うず発生装置が種々の進入流に従ってうず糸を発生し、後流う
ず(edge vortexes)又は筒形うず(tubular vortexes)を作る。次にこれらのうず
は流体ユニットで平行な環状流によりうずコイルに巻成される。うずコイルは軸
方向付加速度を誘導する。その結果流体ユニットに軸流の増強と周速の増加が起
こる。その際内側の中空体に流れが進入し、ここに軸流と複数個の誘導うず流れ
が吸引されるから、ポテンシャルうずの作用領域にタービンを配設するか又は中
空体を直接にタービンとして利用することができる。この装置の効率はおおむね
うずの循環を発生する要素に依存する。
公知のうず発生要素は流体力学的に緩慢に反応するので、安定した誘導うず流
れの発生には大きな自由流れ区間が必要であることが欠点であることが判明した
。またこのうず流れの成長過程は、流れを受ける物体の形状と本流に移行する場
所の圧力条件に左右される。
うず流れの循環を増加するために、内側の中空体に複数個の入口を設け、うず
発生装置を中空体の周囲に直接配設し、タービンとして利用することが既に提案
された。得られる効果は、タービンによるエネルギー抽出の際に平行な環状流の
周速を増加すると同時にこの種のタービンの効率を向上することにある。また大
きな循環のうず流れを直接導入し、周囲に流れを受ける翼又は翼形ブレードの浮
力利用という流体力学的利点を垂直軸形ロータでも利用するために、このような
タービンに複数個のブレード状及び翼状隔壁を装備することが提案された。
このようなタービンによるエネルギー抽出のときに平行な環状流の周速を駆動
回転磁界より増加すれば、タービンの効率の一層の増加をもたらす。浮力利用に
よってタービン出力が純抵抗利用に比して高められる。うず発生要素の配列はタ
ービンの設置場所に限定されるから、出力の増加には製造技術上の限界がある。
本発明の根底にあるのは、高い循環又は高い速度及び／又は質量集中度、高い
安定性のエネルギー利用可能なうず流れを発生し、本流及び誘導うずコイルに移
行する時及び移行した後にエネルギーとして利用する可能性を保証するための方
法及び装置を提供する課題である。
また本発明の根底にあるのは、方法の応用分野を拡張し、かつ本発明に基づく
うず流れの発生とエネルギー利用のために流体ユニット及び／又は進入する平行
流に多重配列することができ又は集中可能な進入面を拡大し、回転運動の流れエ
ネルギーの集中度を高めることを可能にする装置を提供する課題である。
この課題は本発明に基づき主請求項の特徴によって解決される。
本発明によれば層状の平行流及び／又は流体ユニットで生成された環流に単数
個又は複数個の装置で流れの運動エネルギーの種々の効果と同時に回転軸に固定
された種々のうず流れが発生され、回転軸に近い、速度集中度が調整可能なポテ
ンシャル心部うずをらせん形入口を備えた中空円筒の内接円と同心に超過圧力の
もとで発生し、同時に回転軸から離れた大きな外殻うずを流圧のもとで同じ長さ
の外側うず巻線上にらせん状に発生することによって、並進により新しいうず形
態に統合され、その際うず巻線の目が中空円筒の直径より大きく、中空円筒の外
周流を生じさせ、内側のポテンシャル心部うずの速度の場と、速度の場の内径を
有する外側の外殻うずとが例えば円錐台の外周面状の固定した又は回転する、流
体を通す又は流体を通さない中空円筒頂面に各境界層で同時に作用し、この頂面
でうずの周速が増加され、外殻うずがポテンシャル心部うずを駆動し、ポテンシ
ャル心部うずが外殻うずの低圧の中心部に流入して、超過圧力が運動エネルギー
に変換されるように、ポテンシャル心部うずの中心出口に至るまでポテンシャル
中心うずと外殼うずの周速が出口半径に合わせて調整され、外殼うずがポテンシ
ャル心部うずの流体力学的存在条件を成立させかつ維持し、速度集中したポテン
シャル心部うずの破裂を防止し、２つのうず形態が鮮明な高い循環とうず中心部
の高い速度集中度を有する１つのポテンシャル筒形うずに統合され、外殼うずの
うず発生装置で出口への並進が得られ、流圧のもとで元の本流へ偏向されて流出
し、安定したうず流れとして本流に組み入れられ、誘導うずコイルに巻成され又
は別の形でエネルギー利用される。
本発明によれば方法の実施のための第１の装置は、回転軸の上に配設され、横
に開放し、うず巻線の目にある中空円筒からなる。中空円筒の入口は進入流に対
して垂直に配設されており、底面は閉じている。中空円筒の他方の端面は中央出
口を備えた頂面である。頂面を例えば円錐台として形成することができる。頂面
は流体を通すようにかつ回転可能に配設することができる。
この中空円筒の外周流が生じるように、中空円筒は同じ閉じた底面を備えた、
うず巻線を形成する外殻うず発生要素の外周面によって取り囲まれている。らせ
ん状に又は単純な円弧として形成された中空円筒の入口の区域でこの外周面が切
欠いてあるので、入口への本流の自由な進入が行われ、中空円筒の外周流から生
じる体積流れが入口の小さな半径に差し向けられる。
中空円筒の頂面の区域では外殻うず発生装置の外周面が筒形うずの発生のため
に必要なうず巻線状に形成されているから、頂面の上に筒形うずが生成され、中
空円筒に影響された環流が頂面に転送される。外殼うず発生装置は安定したうず
流れを作るために、中空円筒に対して流体力学的に確定された大きな高さを有す
る。この高さは中空円筒の高さの少なくとも約２倍に相当しなければならない。
本発明に基づく第１の装置に平行流又は平行な環状流又はらせん状の環流が進
入すると、この流れは３つの異なる作用の体積流れに分割される。中空円筒の底
面から頂面に至る区域では入口を通る垂直の進入流が中空円筒内に超過圧力を発
生し、流入速度より小さな外側周速が中空円筒内に生じる。同時に外殼うず発生
装置で中空円筒のらせん状の外側進入流が生じるから、下部区域で中空円筒の周
囲に環流が同心円上に形成される。垂直の進入流に比して環流の周速が高いため
、この環流は中空円筒に流入する体積流れを増強する。中空円筒の外側半径には
垂直の進入流に比して大きな周速の初期値が現れる。
中空円筒に沿って生成された外側の環流は、中空円筒の頂面の上でらせん状に
流れる外殻うずの流れによって維持される。半径の縮小とともに周速が大きくな
る。
遠心力の作用で回転軸の上に低圧の中心部が発生する。低圧の中心部は中空円
筒の出口で回転運動により固定され、この出口に作用し、中空円筒の入口に吸引
効果を引き起こす。
同時に中空円筒内では、外側の進入流から並進の影響を受けずに、出口の方向
にポテンシャルうずに循環が生じる。循環は角運動量保存の法則により計算する
ことができ、構造的に調整可能であり、ヘルムホルツのうず定理によりうず管の
断面変化のときに不変でなければならない。出口は同時にその上に配列された低
圧により並進の形の方向変化も予め与えるから、横断面の変化を意味する。
周速が内側へ増加し、それとともに遠心力の作用も増加するにかかわらず、質
量の流れが自然の輸送機構によりポテンシャルうずの中にかつこれを貫いて進入
可能であることが判明した。
速度の場の流線の同心円は、同時に質点の進路線である。従って角運動量保存
則によりこの同心円は、周速によって区別される正規ポテンシャルを表す。
ポテンシャルうずの内部で質点の並進により転位が行われるならば、エネルギ
ー保存則の理由から欠損質量は補充されなければならず、同時に同じ理由から速
度の場の同心円上で自然の正規ポテンシャルが維持されなければならない。輸送
機構はポテンシャルうずの回転方向と逆に走る、質点の複数個のらせん状転位と
して説明され、この転位で小さな周速の質点は大きな周速の作用へと加速される
。転位は少なくとも衝動速度で行われるから、正規ポテンシャルはその慣性モー
メントにより維持され、遠心力は質量の流れに抗して阻止作用を働かせることが
できない。質量の流れは事実上エネルギー損失なしで実現され、外殼うずの低圧
にだけ大きさが関係する。
発生装置の半径に応じてうずの中心部が半径の０，６５倍の値に形成されるこ
とが知られている。この半径は中空円筒の出口によって決まるから、本発明によ
り最高の周速が出口半径の０，６５倍のところにあるポテンシャル心部うずが発
生される。
出口断面と外殻うずの作用する低圧中心部が、外殻渦の低圧中心部へのポテン
シャル心部うずの並進速度を決定する。
回転運動とうずの外殻の低圧の中心部の間の境界層は同時にポテンシャル心部
うずに対して流体力学的な壁をなし、ポテンシャル心部うずは流入するときにこ
の隔壁に支えられる。また頂面の上で環流は自由であるから、即ち環流は進入圧
のもとにあるから、周速は中空円筒内に超過圧力を生じるために変換されなけれ
ばならない速度値だけ減少されない。
その結果低圧の中心部との境界層に沿った外殼うずの内側周速は、流入するポ
テンシャル心部うずの外側周速より大きくなっている。外殻うずに対して超過圧
力のもとで膨張するポテンシャル心部うずは、こうして外周が外殻うずによって
駆動される。
従って中空円筒内にポテンシャル心部うずを発生したときの超過圧力のポテン
シャルエネルギーは、半径方向に作用してポテンシャル心部うずの膨張を引き起
こすことができない。
超過圧力は外側の駆動する周速と内側の小さな周速の間の境界層に唯一の自由
な作用方向を有する。このため圧力勾配は周速の方向の合力であるから、超過圧
力はポテンシャル心部うずの加速のための運動エネルギーにしか変換されない。
その結果、外側のらせん状流入を有する高い循環の、安定な、構造的に調整さ
れた、成長したうず流れが外殻うず発生装置に生じる。
本流へ流出する前に、新しいうず流れのすべての存在条件が成立させられる。
うずと本流の間に差圧がなければ、このうず流れは本流へ流出するときに既に元
の本流に組み込まれる。
例えば生成されるうずコイルの誘導過程のために、このうず流れの循環を完全
に利用することができる。
本発明によればうず流れの循環と必要な場所を構造上及びエネルギー上の必要
条件に適合させることが可能である。
本発明に基づく方法により、いわば閉じた空間の超過圧力下の時間依存性の速
度集中過程を、進入圧のもとでの外側のうず作用の成長過程及び共通の回転軸上
のうず層のらせん状の巻き込みと統合するとともに、生成された新しい形態のう
ず流れを元の本流に安定的に移行させるときに、内側のうず流れの加速のための
エネルギーを利用可能にする新しい効果が生まれる。
こうしてうず発生要素の高い標準化度のための前提が作り出されるから、この
ような要素の経済的に有利な連続製造が可能になる。本発明に基づく第１の装置
は、エネルギー集中を作り出そうとするすべての流れで使用することができ、そ
れによって経済性を大幅に改善することができる。
本方法を更に発展させて、低圧が働く出口と通過口と底部境界層との間に形成
されるうず室へのらせん状の流入により複数個の互いに連絡するポテンシャルう
ずを任意の又は回路の本流に、本流に対して垂直に固定された複数個の回転軸上
に夫々１つの回転軸ごとに発生し、出口に対して最大の間隔で高い集中度の心部
うず流れを、また出口側へ小さくなる間隔でうず心部の形成によりうず管を生成
し、同時に心部うず流れとうず管を低圧の作用により同軸に加速して互いに差し
込み、層状の心部うず流れを発生し、その際周速が流れ勾配によって調整され、
縦の自然のうず寸法によって決定される膨張及び安定化段階が出口の手前で開始
され、層状の心部うず流れが膨張及び安定化段階で低圧のもとで出口と通過口の
半径への依存性により、かつ心部うず流れの内部駆動により合成周速場を有する
うず流れに変換され、速度及び／又は質量が集中され安定化されて本流に導入さ
れる。
本発明によれば所定の面及び／又は装置で、あふれる本流により１つの円の上
で本流に対してて垂直の単数個又は複数個の回転軸上に低圧が発生され、この低
圧により軸流が本流へ差し向けられ、同時に本流のらせん状の流入から超過圧力
のもとでうず室に、本流に対して垂直な回転軸と一致する回転軸を有するポテン
シャルうずが生成される。ポテンシャルうずでは半径の縮小により周速の増加が
生じ、垂直の回転軸上に直列に配設された、うずに関係する例えばノズル状のう
ず室出口の側へ速度及び／又は質量集中が作り出され、これに本流の低圧が作用
し、質量集中の並進を回転軸と同軸に方向づける。垂直の回転軸に沿って、個々
のポテンシャルうずではその回転軸上に種々の速度集中が生成され、最大到達可
能な速度及び質量集中は本流の低圧面から最も離れたポテンシャルうずに生成さ
れる。垂直の回転軸上に配列されるポテンシャルうずの数に従って速度集中が本
流の有効な低圧の方向に減少するように生成され、出口から出る個々のポテンシ
ャルうずの中心流の外側周速は、垂直の回転軸を本流の低圧面の方向に続いて通
過するポテンシャルうずのうず心部速度と近似的に一致する。その場合本流側に
生じる、このように積層されたうず心部流れは本流の低圧面の下の区域で時間依
存性の膨張段階を通過し、この段階でこの積層されたうず心部流れの質量集中が
超過圧力により安定化されるから、ほぼ１：６に等しいか又はこれより小さい直
径対長さ比の自然なうずの大きさが高い速度及び質量集中度と高い循環の形状安
定なうず流れに変換される。
本発明によれば、生成された層状の安定したうず心部流れにより新しい流れ形
態を生成し、エネルギー集中のために利用することによって、うず発生装置の集
中可能な進入面を大幅に拡張することができる。その結果集中過程の効率の増加
と本流の小さな回転運動断面に部分的に大きな質量流量が生じる。本発明に基づ
くうず流れにより自己誘導で平行流に誘導うずコイルを形成することができる。
本流に比して部分的に高い誘導付加速度が生じ、利用可能なエネルギーを発生す
る集中的質量輸送のために使用することができる。本発明に基づき環流に組み込
まれたうず流れをうずコイルに巻成することができる。軸方向の誘導付加速度が
生じ、本方法に基づき作用する垂直軸形ロータでエネルギーを取り出すときに駆
動環流を加速する。
本発明によれば、方法の実施のための第２の装置は回転軸上に配設され、横に
らせん状に開放した中空円筒からなる。中空円筒の入口は進入流に対して垂直に
配設され、底面は閉じている。中空円筒の他方の端面には、基準円の中心に出口
がある頂面が配設されている。出口は例えば基準円に円錐台として形成すること
ができる。中空円筒の基準円の中心に通過口がある別の円錐台状隔壁が、進入流
に対して垂直の中空円筒の回転軸の長さにわたって配設され、うず室が形成され
る。これらのうず室の中心通過口は、中空円筒の頂面の円錐台の出口が最大の半
径を有し、中空円筒の内部に配列されたすべての通過口が夫々うず室内のうず発
生の流体力学的条件から出てくるある値だけ小さくなるように定められている。
半径の縮小は約０，６５ｒとすることができることが判明した。ここにｒは出口
の方向に夫々大きくなる半径である。
本発明に基づく第２の装置に平行流又は平行な環状流又はらせん状の環流が進
入すれば、未分割の流入する体積流れが異なる作用の体積流れに分割される。中
空円筒の底面から頂面の下までの区域では、垂直の進入流が中空円筒内の進入断
面に超過圧力を生じる。最小の通過半径を有するうず室では超過圧力の作用が最
大である。通過面積が増大するにつれてうず室内の超過圧力が減少する。垂直の
回転軸に超過圧力勾配が発生し、超過圧力の減少とともにうず室及び膨張室の外
側半径に周速のより大きな初期値が現れる。
同時に中空円筒のうず室内で出口方向にポテンシャルうずに循環が生成される
。循環は角運動量保存則に従って計算することができ、うず管の横断面が変化し
て
も不変でなければならない。出口と通過口は同時に出口の上で働く低圧により並
進の形の方向変化も予め与えるから、横断面の変化を意味する。出口及び通過口
の直径は速度集中を左右する性格を有し、その下に配設されたうず室直径のノズ
ル状の縮小は質量集中過程にとって重要である。流出する心部うず流れの外側周
速の加速のための、ポテンシャル超過圧力の運動エネルギーへの変換を調整する
ことができることに関連して、円錐ノズルの開放角は選択可能である。
質量の流れは自然な輸送機構によりポテンシャルうずを通過することができる
。ポテンシャルうずの理論によれば、速度の場の流線の同心円は理論上同時に質
量の流れが通過しない質点の進路線でもある。現実のポテンシャルうずでは、角
運動量保存則により流線と進路線の同心円は周速で区別される管状の正規ポテン
シャルを形成する。この正規ポテンシャルは存続しなければならない。電子工学
の半導体モデルの説明との類推で、このポテンシャルは流体中の空間電荷状態で
あるとも説明される。エネルギーを伴う質量は正の、質量なしの空間は負の空間
電荷状態に分類される。こうしてうずの質量輸送の作用機構をはっきりさせるこ
とができる。
ポテンシャルうずの内部で並進による質点の転位が起こるならば、エネルギー
保存則の理由から欠損質量を補充しなければならない。同時に同じ理由から速度
の場の同心円上の自然な正規ポテンシャルは存続しなければならない。輸送機構
はポテンシャルうずの回転方向と逆に走る、質点の多数のらせん状転位と説明さ
れる。この輸送機構では小さな周速の質点が重力の利用のもとで加速されて大き
な周速のポテンシャル作用をもたらす。転位は少なくとも衝動速度で起こるから
、正規ポテンシャルはその慣性モーメントにより維持され、遠心力が質量の流れ
に対して阻止作用を働かすことはできない。質量の流れは事実上エネルギー損失
なしで実現され、出口の上の低圧に左右されるだけである。
最高の周速のうず心部は発生装置の半径に応じて半径０，６５倍の値で形成さ
れる。この半径は中空円筒の出口によって決まる。本発明によれば最小の外側周
速が中空円筒の出口の半径で、最大の周速が中空円筒の出口から最も離れたうず
室の出口の半径０，６５倍で生じる心部うず流れが発生される。例えば１：６に
等しいか又はそれより小さいうず室の出口の直径と高さの比で特徴づけられる中
空円筒の出口の下のうず室内の膨張段階によって、層状のうず心部流れが安定化
されて合成周速の場を有するうず流れとなる。出口断面、中空円筒内の超過圧力
及び作用する低圧が心部うず流れの並進速度を決定する。従って中空円筒内に層
状の心部うず流れを発生したときの超過圧力のポテンシャルエネルギーは半径方
向に作用することができず、中空円筒の出口の下のノズル形状により運動エネル
ギーに変換され、この運動エネルギーが安定化されたうず流れの外側周速の加速
を喚起する。
その結果、高い速度及び／又は質量集中度の、安定した、構造的に調整された
、成長した心部うず流れ及び循環が生じる。新しいうず形態のためのすべての存
在条件が、本流へ流出する前に成立させられる。この心部うず流れの循環と質量
集中は、例えば生成されるうずコイルの誘導過程のために完全に利用することが
できる。圧縮性流体の速度及び質量集中によって、質量集中のない単純な循環に
比して出力が高められる。
このことは循環とうずの数の積をコイルの長さで割るうずコイルの誘導中心速
度の関係式で明らかである。本発明によればポテンシャルうずの数は生成される
循環により１つの区域に集中しているから、はるかに大きな総循環を回路に配列
することができる。
本発明によればうず流れの循環と所要空間をエネルギー変換装置の構造上、エ
ネルギー上の必要条件に適応させることが可能である。
本発明に基づく方法から、超過圧力下の時間依存性の速度集中過程と、いわば
閉じた空間内の速度及び質量集中した軸方向心部うず流れの成長過程とを結びつ
ける新しい効果が生まれる。
本発明に基づく第２の装置もまたエネルギー集中を作り出そうとするすべての
流れに使用することができる。
発明の実施例を図面に示し、以下の説明で詳述する。
図１は第１の装置の実施例の横断面概略図
図２は図１の実施例の縦断面図
図３は第２の装置の実施例の縦断面概略図
図４は図３の実施例のＡ−Ａ断面の横断面概略図
図５はポテンシャルうずの輸送機構の立体図
図１には第１の装置の第１実施例が示されている。この場合底面１の上に中空
円筒２とらせん状の外殻うず発生装置３が配設されている。中空円筒２は外周面
に入口４を有し、端面側が頂面５で覆われている。頂面５の中央に出口６が配設
されている。生成されるポテンシャル心部うずの速度集中を出口６の半径と中空
円筒２の外半径で調整することができる。これに対して循環は中空円筒２の外半
径と外側の周速にだけ関係する。
ひとたび生成された循環は、うず流れの断面変化及び並進のときエネルギー維
持の理由から不変でなければならない。
底面１の上に外殻うずと同じ回転軸で外殻うず発生装置３が配設されている。
外殻うず発生装置３は片側が開放した、横断面８がらせん状の円筒７からなる。
円筒７の中に、同じ中心を持つ中空円筒２が配設されている。中空円筒２の外周
面と円筒７のらせん状に開放した内周面は、中空円筒２の入口４に対して流体力
学的に規定された間隔を有する。このように形成された流動室９は、中空円筒２
の外周の流れを作るために利用される。
中空円筒２の入口４の区域で円筒７の外周面１０が切欠いてある。切欠き部１
１は頂面５の下の入口４で終わる。頂面５は好ましくは円錐台の外周面からなり
、その最小直径は出口６によって形成される。片側がらせん状に開放した円筒７
の外周面１０は流体力学的に規定されたところにより、但し少なくとも中空円筒
２の長さの約２倍だけ中空円筒２から外へ張り出している。流出するうず流れが
元の本流に安定的に組み込まれて出るならば、最適な総高が与えられている。こ
の場合種々の寸法について実験的研究が必要である。
外周面１０は本流に対して垂直に配列された進入断面１２を作る。この進入断
面１２は切欠き部１１にによって拡大されているから、入口４にも本流が同じく
垂直に進入することができる。
本発明に基づく第１の装置に流れが進入すると、始動段階で同じ回転軸上の３
つの体積流れが作用する。
入口４に流入する部分体積流れは中空円筒２に超過圧力と、それに対応して減
少した外側周速を発生し、この周速から中空円筒２に循環が生じる。
入口４の区域で進入断面１２に流入する部分体積流れは円筒７の中にらせん状
に流入することによって、中空円筒２の周囲に環流を発生する。この環流は並進
分を有し、頂面５の向こうまで維持される。同時に入口４の垂直の流入にこの環
流が重ね合わされるから、中空円筒２の中の外側の周速が増し、循環が増加され
る。
進入断面１２の区域で切欠き部１１の上側に流入する部分体積流れはねじれ状
の筒形うずを作る。この筒形うずは出口６の上に高速の回転運動を発生し、それ
によって低圧の心部が形成され、出口６の上で作用する。始動段階の後にすべて
の流れ状態が形成されると、中空円筒２の出口６から入口４に至る吸引過程が作
用し始める。吸引過程は出口６の上のねじれ状の外殻うずの低圧の心部の低圧の
大きさで決まる。
中空円筒２の中に作られたポテンシャルうずは出口の半径の０，６５倍の大き
さのうず心部を形成し、ここに最高の周速がある。
こうして並進可能なポテンシャル心部うずは、角運動量保存則により中空円筒
２の中に生じた循環を有する。
このポテンシャル心部うずは外殼うずの低圧の心部に引き込まれるから、中空
円筒２の中に周速の加速が起こる。同時に外殼うずは高い周速により回転運動と
低圧の心部との境界層で、流入するポテンシャル心部うずの外側を駆動するから
、ポテンシャル心部うずの超過圧力が解消されて運動エネルギーとなり、安定し
た加速が現れる。
本発明によれば外殻うずの低圧の心部は円錐台形の頂面５と出口６により出口
６の区域の流出するポテンシャル心部うずの直径に適合させられるから、配列さ
れた境界層が有効になる。こうしてポテンシャル心部うずが低圧の心部に円滑に
流入することが可能である。
２つのうず流れの１つの新しい形態のうずへの統合は有害な外的影響なしに行
われる。
図３に第２の装置の実施例を示す。この装置では底面２１の上に中空円筒２２
と、進入断面３１に通じる中空円筒のらせん状開口部が配設されている。中空円
筒２２は頂面２６によって覆われ、出口３０を備えた円錐ノズル３２が中空円筒
２２の基準円の上に配設されている。円錐ノズル３２の下に膨張室３３が形成さ
れている。膨張室３３はうず室３５の円錐ノズル２５の通過口２８により画定さ
れる。うず室３５の下にうず室３６が配設され、中心通過口２９を備えた円錐ノ
ズル２４及び出口３０を備えた円錐ノズル２３により形成されている。うず室３
７は底面２１によって画定される。膨張室３３とうず室３５；３６；３７は詳し
く図示しないらせん状入口により進入断面３１と連絡する。
らせん状入口の循環Γは平均入口半径ｒｅとこの半径で働く流速によって決ま
る。循環Γは関係式
Γ＝ｖe・２π・ｒe
により計算される。これにより小さな出口と通過口で膨張室３３及びうず室３５
；３６；３７に形成される超過圧力は平均進入速度を減少し、それに対応して循
環を低下する。出口２７で平面的に働く低圧がこの減速に逆行して作用する。詳
しく図示しない低圧発生装置は任意に選択することができるが、うず心部流れの
円滑な輸送が条件でなければならない。低圧の作用でひとたび生じた循環は、う
ず室３５；３６；３７の内部及び膨張室３３のうず心部流れの断面変化及び並進
のときに、エネルギー保存の理由から存続しなければならない。
第２の装置に流れが進入すると、体積流れが４つの不等の部分流に分割され、
らせん状に流入して膨張室３３及びうず室３５；３６；３７に導入される。発生
する超過圧力に基づき内室３３；３５；３６；３７へのらせん状の流入がポテン
シャルうず形態に変換されるから、回転軸３４寄りに周速が増加する。最大の周
速はうず心部に形成される。うず心部は出口２７と通過口２８；２９；３０によ
り半径０，６５倍に調整することができる。即ち出口が小さくなるにつれて、エ
ネルギー保存則に基づきより大きな周速が発生するのである。このことは実験で
証明されており、再現可能である。うず室３７で通過口３０の上に生じる循環Ｚ
１は、始動段階の後に半径ｒ10の０，６５倍のうず心部を形成している。うず室
３６のうず心部は通過口２９の直径の選択により循環Ｚ１の外側周速に相当する
。循環Ｚ２は循環Ｚ１を取り囲み、循環Ｚ３は循環Ｚ２を取り囲み、循環Ｚ４は
循環Ｚ３を取り囲む。すべてのうず心部Ｚ１ないしＺ４は出口又は通過口の半径
に応じて生成され、境界層に周速差が現れる限り、こうして積層されたうず心部
流
れに独立に存続する。超過圧力が出口２７寄りに小さくなるので、循環Ｚ１の断
面で回転軸上に最大の超過圧力ポテンシャルがある。出口面２７で働く単位面積
当たりの低圧は等しいから、超過圧力と低圧の差圧により循環Ｚ１に最大の並進
速度が生じる。こうして回転軸３４に対する並進と回転運動Ｚ２ないしＺ４がポ
テンシャルに関して安定化される。膨張室３３ではすべての周速を等化して１つ
の合成速度場を作ることにより、うず流れを安定することができる。循環と速度
及び質量集中は面積分として存続しなければならないから、この存在条件に合致
した実際のうず流れが形成される。
図４に循環Ｚ１ないしＺ４の横断面図を示す。進入断面３１を通って流入する
体積流れは中空円筒２２のらせん状の開口部を経て円錐ノズル２５の下又は上に
導かれ、円錐ノズル２５によって分離される。円錐ノズル２５の出口は循環Ｚ４
の下にあり、循環Ｚ３の内側境界層線に相当する。
超過圧力と出口の上で働く低圧によりうず心部流れは回転軸３４と平行に並進
させられる。膨張室３３及びうず室３５；３６；３７で夫々の流れ断面に応じて
抽出される質量分は、回転運動を維持しつつ補充しなければならない。ポテンシ
ャルうずの理論では質量の流れが起こらないから、エネルギー輸送は無損失で行
われなければならない。図５に概略図で示すように、支えるポテンシャルうずの
質点の転位は当該の境界層の空白の空間でポテンシャルうずの回転方向と逆に内
側へ、かつ重力の作用により下側の平面寄りに行われる。図５でこのような転位
の経過を概略図により説明する。外半径のゆるやかな周速の質点は、高さが等し
い筒形の正規ポテンシャルＮ１を形成することがわかる。正規ポテンシャルＮ２
は半径の縮小によって発生した高い周速が特徴である。正規ポテンシャルＮ３及
びＮ４も同様である。黒い球で示した質点が軸流に引き込まれると、あいた空間
が短時間のあいだ生じる。これを白い球、いわゆる欠乏球で同心の流線上に表示
した。重力の作用と速い周速のポテンシャル効果により質点が外側の正規ポテン
シャルＮ３から後方へ、正規ポテンシャルＮ４のあいた場所へと加速される。正
規ポテンシャルＮ３のあいた場所は正規ポテンシャルＮ２の質点で占められ、次
に欠乏球が正規ポテンシャルＮ１へ移動する。質点は内側へうずの中へ、欠乏球
は逆にうずから外へと移動する。作用するポテンシャル、周速及び重力がはっき
りわかる。従ってポテンシャルうずを通る質量の流れの流量はうず心部流れの並
進速度にだけ関係する。これらの過程は再現可能である。
参照符号一覧
１ ＝ 底面
２ ＝ 中空円筒
３ ＝ 外殻うず発生装置
４ ＝ 入口
５ ＝ 頂面
６ ＝ 出口
７ ＝ 円筒
８ ＝ 横断面
９ ＝ 流動室
１０＝ 外周面
１１＝ 切欠き部
１２＝ 進入断面
２１＝ 底面
２２＝ 中空円筒
２３＝ 円錐ノズル
２４＝ 円錐ノズル
２５＝ 円錐ノズル
２６＝ 頂面
２７＝ 出口
２８＝ 通過口
２９＝ 通過口
３０＝ 出口
３１＝ 進入断面
３２＝ 円錐ノズル
３３＝ 膨張室
３４＝ 垂直の回転軸
３５＝ うず室
３６＝ うず室
３７＝ うず室
Ｚ１＝ 中心部の循環
Ｚ２＝ 第１の付加循環
Ｚ３＝ 第２の付加循環
Ｚ４＝ 第３の付加循環
Ｎ１＝ 始動速度の正規ポテンシャル
Ｎ２＝ より小さな速度の正規ポテンシャル
Ｎ３＝ 縮小された半径の正規ポテンシャル
Ｎ４＝ 軸流との境界層の正規ポテンシャル。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Vortex turbine with vertical axis
The present invention has a tangential inlet flap and at least one outlet, Receive the flow
In the fluid unit, High circulation in parallel main stream, for example parallel stream and / or helical reflux
Or a prime contractor to generate and utilize high speed and / or mass concentration vortices
The invention relates to a method based on the generic concept of the claim and to a device for implementing this method.
The method and the device according to the invention provide a parallel flow with high circulation or high speed and / or mass.
Increase the efficiency of conversion to vortex flow with concentration, And produce a stable vortex, Original
Make it possible to incorporate this into the mainstream. Mainstream equipment in the implementation of the method
You must ensure that you enter freely. The device according to the invention is a fluid unit.
Can be inserted into the The number depends on the size and available installation site. Arrangement
The size and number of equipment installed substantially determines the strength of circulation of the generated vortex
. The device according to the invention can also be arranged in laminar flow. Vortex generated in that case
The flow is poorly used as energy, For example, to transfer fluid from the deep layer to the surface
For further processing into inducing vortex coils.
In fluid mechanics, Vortex-based turbulence, unlike the laminar flow of fluids, is known. Do
As described in IT Patent No. 3330899, For example, in the wind
To generate wind and concentrate wind energy Whirls are technically generated.
In this case, the airfoil members are arranged in a star shape, The whirl was broken by the inscribed circle, Wind flow
Carried away. A vortex coil synthesized by poor skill Flow in smaller circles
It has been proven to accelerate twice as fast. The flow where the speed is concentrated in this way Addition
It has a large output capacity compared to a non-fast flow. Same layout for concentration
The disadvantage is that it has a much larger design entry surface than a force free turbine. You
As with all wings, The characteristic curve of buoyancy and hence vortex formation is the angle of attack
And the approach speed. as a result, Coordination and control costs are incurred. Blocks sound emission
Can not.
As the power output by the propeller increases, vortex bursts become more noticeable, that is
Causes a decrease in output, Eventually, the vortex coil may be destroyed. Small test setup
The facilities were only known.
PCT / DE No. 92/00450 from fluid inflow to parallel inlet
Methods and devices for generating a current flow are known. The concentric vortex generator is inside
Arranged at reflux, A vortex generator generates vortex yarns according to various inflows, Lag behind
Makes edge vortexes or tubular vortexes. Then these eddies
Is wound around a spiral coil by a parallel annular flow in a fluid unit. The spiral coil is a shaft
Induce direction additional speed. As a result, the axial flow and peripheral speed increase in the fluid unit
This. At that time, the flow enters the inner hollow body, Here axial flow and multiple induced vortex flows
Is aspirated, The turbine is located in the working area of the potential vortex or
The air body can be used directly as a turbine. The efficiency of this device is roughly
Depends on factors that cause vortex circulation.
Since the known vortex generators react hydrodynamically slowly, Stable induced vortex
The disadvantage is that a large free-flow section is required for this to occur.
. The growth process of this vortex is The shape of the body subject to the flow and the field that transitions to the mainstream
Depending on the pressure conditions at the location.
To increase the vortex circulation, Provide multiple inlets in the inner hollow body, Vortex
The generator is arranged directly around the hollow body, Already proposed for use as a turbine
Was done. The effect obtained is Of parallel annular flow during energy extraction by turbine
The object is to increase the peripheral speed and at the same time to improve the efficiency of this type of turbine. Also large
Introducing kinetic vortex flow directly, Wing or airfoil blade floating around it
In order to utilize the hydrodynamic advantage of using force with a vertical shaft type rotor, like this
It has been proposed to equip the turbine with a plurality of blade and wing partitions.
Drives the peripheral speed of parallel annular flow during energy extraction by such a turbine
If it increases from the rotating magnetic field, This results in a further increase in turbine efficiency. For buoyancy use
Therefore, the turbine output is increased as compared with the use of pure resistance. The array of vortex elements is
-Because it is limited to the location of the bin, The increase in output has limitations in manufacturing technology.
Underlying the invention is: High circulation or high speed and / or mass concentration, high
Generates stable energy available vortex, Move to mainstream and induction spiral coil
To ensure the possibility of using it as energy during and after the transition
It is an object to provide a method and an apparatus.
Also underlying the invention is: Expanding the application of the method, And based on the present invention
Fluid units for vortex generation and energy utilization and / or entering parallel
Magnifying the access surface that can be multiplexed or concentrated in the stream, Rotational flow
It is an object to provide a device that makes it possible to increase the concentration of energy.
This object is achieved according to the invention by the features of the main claim.
According to the invention, a singular flow is created in the laminar parallel flow and / or the reflux generated in the fluid unit.
One or more devices fixed to the axis of rotation simultaneously with various effects of the kinetic energy of the flow
Various eddies are generated, Close to the rotation axis, Pote with adjustable speed concentration
Of the overpressure concentrically with the inscribed circle of a hollow cylinder with a helical inlet
Originated in At the same time, a large outer vortex away from the axis of rotation has the same length under fluid pressure
By spiraling on the outer spiral winding of the New spiral shape by translation
State, At that time, the diameter of the spiral winding is larger than the diameter of the hollow cylinder, Outside the hollow cylinder
Create a circulating flow, The velocity field of the inner potential core vortex, The inner diameter of the velocity field
An outer shell vortex having, for example, a fixed or rotating outer peripheral surface of a truncated cone, Flow
Acting simultaneously in each boundary layer on the top of the hollow cylinder through which the body or the fluid does not pass, This top
The eddy's peripheral speed is increased, The outer vortex drives the potential core vortex, Potency
The core vortex flows into the low-pressure center of the outer vortex, Excess pressure is kinetic energy
To be converted to Potential up to the center exit of the potential core vortex
The peripheral speed of the center vortex and outer vortex is adjusted according to the exit radius, Shell vortex is potent
Establish and maintain the hydrodynamic existence conditions of the core vortex, Speed-focused potenti
Prevent the rupture of the central vortex, Two vortex forms with clear high circulation and vortex center
Integrated into one potential cylindrical vortex with high speed concentration Shell vortex
Translation to the exit is obtained with the vortex generator, Deflected to the original main stream under flow pressure
And Incorporated into the mainstream as a stable vortex, Wound on an induction vortex coil
Is used in another way.
According to the invention, a first device for carrying out the method comprises: Arranged on the axis of rotation, side
Open to It consists of a hollow cylinder in the eye of the spiral. The entrance of the hollow cylinder is
And is arranged vertically, The bottom is closed. The other end of the hollow cylinder is centered
Top surface with mouth. The top surface can be formed, for example, as a truncated cone. Top surface
Can be arranged to allow fluid to pass and to be rotatable.
As the outer peripheral flow of this hollow cylinder occurs, The hollow cylinder has the same closed bottom,
It is surrounded by an outer peripheral surface of a shell vortex generating element forming a vortex winding. Let
This outer peripheral surface is cut in the area of the entrance of the hollow cylinder formed as a spiral or as a simple arc.
Because it ’s missing Free entry of the main stream to the entrance is performed, Raw from the peripheral flow of a hollow cylinder
The turning volume flow is directed to a small radius of the inlet.
In the area of the top surface of the hollow cylinder, the outer surface of the shell vortex generator has a cylindrical vortex.
Since it is formed in a spiral shape necessary for A cylindrical vortex is generated on the top surface, During ~
The reflux affected by the hollow cylinder is transferred to the top surface. Shell vortex generator is stable vortex
To create a flow Has a large hydrodynamically determined height for a hollow cylinder
You. This height must correspond to at least about twice the height of the hollow cylinder.
In the first device according to the invention, a parallel flow or a parallel annular flow or a spiral reflux is developed.
When you enter This stream is split into three different acting volume streams. The bottom of a hollow cylinder
In the area from surface to top, a vertical inflow through the inlet creates overpressure in the hollow cylinder.
Raw, An outer peripheral speed that is less than the inflow velocity occurs in the hollow cylinder. Simultaneous shell vortex formation
Since the device creates a spiral outer inflow of a hollow cylinder, Perimeter of hollow cylinder in lower section
A recirculation is formed on the concentric circle. Peripheral velocity of reflux is higher than vertical inflow
, This reflux enhances the volume flow entering the hollow cylinder. The outer radius of the hollow cylinder
An initial value of the peripheral speed which is larger than that of the vertical approach flow appears.
The outer reflux created along the hollow cylinder is Spiral on top of hollow cylinder
Maintained by the flowing shell vortex flow. As the radius decreases, the peripheral speed increases.
You.
Due to the effect of centrifugal force, a low pressure center is generated on the rotating shaft. Low pressure center is hollow circle
At the outlet of the cylinder is fixed by rotary movement, Act on this exit, Suction at the entrance of the hollow cylinder
Cause effects.
At the same time, inside the hollow cylinder, Without being affected by translation from outside inflows, Exit direction
Circulation occurs due to the potential eddy. Circulation is calculated by the law of conservation of angular momentum
It is possible, Structurally adjustable, According to Helmholtz's vortex theorem,
Must be invariant when the section changes. The exit is at the same time the low
Because the pressure also gives a change in the direction of translation in advance, It means a change in the cross section.
The peripheral speed increases inward, Although the effect of centrifugal force increases with it, quality
Volume flows into and through potential vortices by natural transport mechanisms
It turned out to be possible.
The concentric circles of the streamlines in the velocity field are At the same time, it is the course of the mass point. Therefore angular momentum conservation
By convention, this concentric circle is Indicates the normal potential that is distinguished by the peripheral speed.
If the dislocation is performed by the translation of the mass inside the potential vortex, Energy
-The missing mass must be replenished for conservation reasons, At the same time fast for the same reason
Natural normal potential must be maintained on the concentric circles of the degree field. transport
The mechanism runs in the opposite direction of the potential vortex, Multiple screw dislocations in the mass
Explained This dislocation accelerates low peripheral velocity masses to higher peripheral velocity effects
. Since the transposition is performed at least at the impulse speed, Normal potential is its inertia mode
Maintenance by Centrifugal force can act as an inhibitor against mass flow.
Can not. The flow of mass is realized with virtually no energy loss, Low pressure of shell vortex
Only size matters.
According to the radius of the generator, the center of the vortex has a radius of 0, 65 times larger value
And is known. Because this radius is determined by the exit of the hollow cylinder, According to the invention
The highest peripheral speed is the exit radius 0, Potential core vortex at 65 times
Be born.
The low pressure center where the cross section of the outlet and outer vortex act is Potential to the low-pressure center of the outer vortex
Determine the translational speed of the central vortex.
The boundary layer between the rotational motion and the low-pressure center of the vortex shell is simultaneously a potential core
Forming a hydrodynamic wall against eddies, Potential core vortex
Supported by the partition wall. Also, since the reflux is free on the top surface, That is, the reflux is the entry pressure
Because it is under The peripheral speed must be converted to create an overpressure in the hollow cylinder
The speed value that must be reduced is not reduced.
As a result, the inner peripheral velocity of the shell vortex along the boundary layer with the low pressure center is Inflowing po
It is larger than the outer peripheral speed of the tangential core vortex. Overpressure against outer vortex
Potential core vortex that expands under force, Thus, the outer periphery is surrounded by outer eddies
Driven.
Therefore, the potential of overpressure when a potential core vortex is generated in a hollow cylinder
Char energy is Acts radially to cause potential core vortex expansion
I can't rub.
Overpressure is the only freedom in the boundary layer between the outer driving peripheral speed and the inner small peripheral speed
It has various working directions. Because the pressure gradient is a resultant force in the direction of the peripheral speed, Overpressure
The force is only converted to kinetic energy for accelerating the potential core vortex.
as a result, Of high circulation, with an outer helical inflow, Stable, Structurally tuned
Was A grown vortex is generated in the shell vortex generator.
Before flowing into the mainstream, All existing conditions of the new vortex are established.
If there is no pressure difference between the vortex and the main stream, This eddy current is already
Is incorporated into the mainstream.
For example, for the induction process of the generated vortex coil, Complete the vortex circulation
Can be used for
According to the present invention, the circulation of the vortex and the necessary place are necessary for structural and energy needs.
It is possible to adapt to the conditions.
By the method according to the invention, Time-dependent speed of overpressure in a closed space
Concentration process, Growth process of outer vorticity under ingress pressure and on a common axis of rotation
Integrate with the spiral entrainment of the vortex layer, New form of generated
When the flow is stably shifted to the main stream, For accelerating the inner vortex
There is a new effect of making energy available.
This creates a premise for a high degree of standardization of the eddy elements, this
An economically advantageous continuous production of such elements becomes possible. First device according to the invention
Is Can be used in any stream that attempts to create an energy concentration, So
This can significantly improve economics.
To further develop this method, Formed between the outlet where low pressure acts, the passage and the bottom boundary layer
Multiple interconnected potentials by helical flow into the swirling chamber created
To any or the mainstream of the circuit, On multiple rotating axes fixed perpendicular to the main stream
Occurs for each one rotation axis, High concentration of heart at maximum distance to exit
Vortex, In addition, a vortex tube is created by forming a vortex core at a smaller interval to the outlet side
And At the same time, the core vortex and the vortex tube are accelerated coaxially by the action of low pressure and inserted into each other.
Including A stratified core vortex occurs, At that time, the peripheral speed is adjusted by the flow gradient,
Inflation and stabilization phase determined by vertical natural vortex size begins shortly before exit
And The laminar core vortex flow at the outlet and passage under low pressure during the expansion and stabilization stages
Due to the dependence on the radius, And has a composite peripheral velocity field by internal driving of core vortex flow
Is converted into a vortex, The velocity and / or mass is concentrated and stabilized and introduced into the mainstream.
It is.
According to the invention, on a given surface and / or device, Overflowing main stream on one circle
A low pressure is generated on one or more rotating shafts perpendicular to the main stream, This low
Axial flow is directed to the main flow by pressure, At the same time overpressure from mainstream spiral inflow
In the eddy room under Potent with axis of rotation coinciding with axis of rotation perpendicular to mainstream
A Char vortex is generated. In the potential vortex, the peripheral speed increases due to the reduction of the radius
Arises Arranged in series on a vertical axis of rotation, Related to vortex
Velocity and / or mass concentration is created on the side of the chamber outlet, Mainstream low pressure acts on this
And Orient the translation of the mass concentration coaxially with the axis of rotation. Along the vertical axis of rotation, individual
Potential vortices produce various velocity concentrations on the axis of rotation, Maximum reachable
Effective velocities and mass concentrations are created at the potential vortex furthest from the mainstream low pressure surface.
It is. Velocity concentration depends on the number of potential vortices arranged on the vertical rotation axis.
Generated to decrease in the direction of the effective low pressure of the flow, Individual potentials at the exit
The outer peripheral velocity of the central flow of Pass the vertical axis of rotation in the direction of the mainstream low pressure surface
Approximately matches the vortex core velocity of the potential vortex passed. In that case, on the main stream side
Arise, The vortex core flow thus stacked is time dependent in the area below the low pressure surface of the mainstream.
Through the expansion phase of existence, At this stage, the mass concentration of this stacked vortex core flow
Because it is stabilized by overpressure, Almost 1: A straight line less than or equal to 6
The natural size of the vortex in the diameter to length ratio is high, the speed and mass concentration and the shape of the circulation are low.
It is converted into a constant vortex flow.
According to the present invention, New flow shape due to the generated layered stable vortex core flow
Generate state, By utilizing it for energy concentration, Collection of vortex generators
The possible entry surfaces can be greatly expanded. Resulting in increased efficiency of the concentration process
Then, a large mass flow is generated partially in the small rotational movement section of the main stream. Based on the present invention
Due to the vortex flow, a self-guided vortex coil can be formed into a parallel flow.
A partially higher induction addition speed occurs compared to the main flow, Generates available energy
Can be used for intensive mass transport. Incorporation into reflux according to the invention
The swirled vortex flow can be wound around the vortex coil. Axial induced additional speed
Arises When extracting energy with a vertical shaft rotor acting according to the method
Accelerates dynamic circulation.
According to the present invention, A second device for performing the method is arranged on the rotating shaft, Sideways
It consists of a hollow cylinder open in a spiral. The entrance of the hollow cylinder is perpendicular to the incoming flow
Arranged, The bottom is closed. On the other end face of the hollow cylinder, Exit at the center of the reference circle
There is a top surface. The outlet should be formed as a truncated cone, for example, in a reference circle
Can be. Another truncated conical partition with a passage at the center of the reference circle of the hollow cylinder, Inflow
Disposed over the length of the axis of rotation of the hollow cylinder perpendicular to A vortex chamber is formed
You. The central passage of these swirl chambers is The exit of the truncated cone at the top of the hollow cylinder is half the maximum
Has a diameter, All the passages arranged inside the hollow cylinder are vortex inside the vortex chamber
It is defined to be smaller by a certain value coming out of the raw hydrodynamic conditions.
The radius reduction is about 0, It turned out that it could be 65r. Where r is the exit
Are larger in each direction.
In the second device according to the invention, a parallel flow or a parallel annular flow or a helical reflux is developed.
If you enter The undivided incoming volume flow is divided into differently acting volume flows. During ~
In the area from the bottom of the hollow cylinder to below the top, Vertical entry flow breaks into hollow cylinder
Overpressure on the surface. The effect of overpressure is minimal in vortex chambers with the smallest passage radius.
Is big. The overpressure in the vortex chamber decreases as the passage area increases. Vertical
An overpressure gradient occurs on the rotating shaft, Outside of the vortex chamber and the expansion chamber as the overpressure decreases
A larger initial value of the peripheral speed appears at the side radius.
At the same time, circulation is generated in the vortex chamber of the hollow cylinder with potential vortices in the exit direction
. Circulation can be calculated according to the law of conservation of angular momentum, The cross section of the vortex tube changes
hand
Must also be immutable. The outlet and passage are at the same time due to the low pressure acting on the outlet
Since the direction change of the form of advance is also given in advance, It means a change in the cross section. Exit and passage
The diameter of has the character that affects the speed concentration, A vortex chamber diameter nozzle located underneath
This reduction is important for the mass concentration process. Outer circumference of outflow core vortex
For fast acceleration, Tune the conversion of potential overpressure to kinetic energy
In connection with being able to The opening angle of the conical nozzle is selectable.
Mass flow can pass through potential vortices by natural transport mechanisms
. According to the theory of potential eddies, Concentric circles of streamlines in a velocity field are theoretically the same quality
It is also the course of the mass through which the flow of quantity does not pass. In the real potential vortex, Corner
Concentric circles of streamlines and course lines are distinguished by peripheral speed according to the law of conservation of momentum.
Form a char. This normal potential must survive. Electronics
By analogy with the explanation of the semiconductor model of This potential is the space charge state in the fluid
It is also explained that there is. The mass with energy is positive, Space without mass is negative space
Classified into charge states. In this way, the mechanism of mass transport of eddies can be clarified.
Can be.
If a mass dislocation occurs by translation inside the potential vortex, energy
The missing mass must be replenished for reasons of conservation. Speed at the same time for the same reason
The natural normal potential on the concentric circle of the field must survive. Transportation mechanism
Runs in the opposite direction of the potential vortex, Multiple screw dislocations at the mass point and explained
It is. In this transport mechanism, small peripheral velocity masses are accelerated under the
It brings about a potential effect with a high peripheral speed. Dislocations occur at least at impulsive speed
, Normal potential is maintained by its moment of inertia, Centrifugal force is the flow of mass
Cannot act as a blocking action against Mass flow effectively loses energy
Realized without It only depends on the low pressure above the outlet.
The spiral with the highest peripheral speed has a radius of 0, depending on the radius of the generator. Formed with a value of 65 times
It is. This radius is determined by the exit of the hollow cylinder. According to the invention the smallest outer circumference
Speed is the radius of the exit of the hollow cylinder, Vortex with maximum peripheral speed furthest from the exit of the hollow cylinder
The radius of the chamber exit 0, A core vortex that occurs at a factor of 65 is generated. For example 1: To 6
Medium characterized by a ratio of the diameter and height of the vortex chamber outlet equal to or less than
By the expansion stage in the vortex chamber below the outlet of the hollow cylinder, Stabilized layered vortex core flow
This results in a vortex with a resultant peripheral velocity field. Exit cross section, Overpressure in hollow cylinder
And the acting low pressure determines the translation speed of the core vortex flow. Therefore the layer in the hollow cylinder
Energy of overpressure when a vortex-shaped core vortex flow is generated is radial
Cannot act in the direction Motion energy due to the nozzle shape below the exit of the hollow cylinder
Converted to ghee, Acceleration of the outer peripheral speed of this kinetic energy stabilized vortex flow
Arouse.
as a result, High speed and / or mass concentration, Stable, Structurally tuned
, A grown core vortex and circulation occur. Everything for a new vortex form
If the condition is It is established before flowing out to the main stream. Circulation and mass of this core vortex flow
Concentration is For example, it can be fully utilized for the induction process of the generated spiral coil
it can. By the velocity and mass concentration of the compressible fluid, Simple circulation without mass concentration
The output is increased in comparison with the above.
This means that the product of the number of circulations and the number of vortices is divided by the length of the coil.
It is clear from the relational expression of the degree. According to the invention, the number of potential vortices is generated
Because it is concentrated in one area by circulation, Arrange much larger total circulation in the circuit
can do.
According to the present invention, the circulation of the vortex and the required space are structurally related to the energy conversion device, D
It is possible to adapt to the energy requirements.
From the method according to the invention, A time-dependent velocity concentration process under overpressure; So to speak
Linking the growth process of velocity and mass-concentrated axial core vortices in a closed space
A new effect is created.
The second device according to the invention also provides for any energy
Can be used for flow.
Embodiments of the invention are shown in the drawings, This will be described in detail below.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the first apparatus.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the embodiment of FIG.
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of an embodiment of the second apparatus.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of the embodiment of FIG.
Fig. 5 is a three-dimensional view of the transport mechanism of potential eddies
FIG. 1 shows a first embodiment of the first device. In this case hollow above the bottom 1
A cylinder 2 and a spiral shell vortex generator 3 are arranged. The hollow cylinder 2 is the outer peripheral surface
Has an entrance 4 The end face side is covered with a top face 5. Exit 6 is located at the center of the top surface 5
Have been. The velocity concentration of the generated potential core vortex is determined by the radius of the outlet 6 and the hollow.
It can be adjusted by the outer radius of the cylinder 2. On the other hand, circulation is performed in the outer half of the hollow cylinder 2.
Relevant only for diameter and outer peripheral speed.
Once the cycle is created, Energy change during vortex cross-section change and translation
Must be immutable for long-term reasons.
A shell vortex generator 3 is provided on the bottom surface 1 with the same rotation axis as the shell vortex.
The shell vortex generator 3 is open on one side, The cross section 8 consists of a spiral cylinder 7.
In the cylinder 7, A hollow cylinder 2 having the same center is provided. Outer circumference of hollow cylinder 2
The surface and the inner peripheral surface of the cylinder 7 that is spirally opened are: Fluid force on inlet 4 of hollow cylinder 2
It has a chemically defined interval. The flow chamber 9 thus formed is Hollow cylinder 2
Used to create a flow around the perimeter of
In the area of the inlet 4 of the hollow cylinder 2, the outer peripheral surface 10 of the cylinder 7 is notched. Notch 1
1 ends at entrance 4 below top surface 5. The top surface 5 preferably comprises the outer surface of a truncated cone
, Its minimum diameter is formed by the outlet 6. Cylinder 7 open spirally on one side
The outer peripheral surface 10 of is defined by the hydrodynamics, However, at least a hollow cylinder
It protrudes outward from the hollow cylinder 2 by about twice the length of the hollow cylinder 2. The vortex that flows out
If it comes out stably in the original mainstream, Optimal total height is given. This
In this case, an experimental study is required for various dimensions.
The outer peripheral surface 10 forms an entry section 12 arranged perpendicular to the main flow. This approach
Since the surface 12 is enlarged by the notch 11, The main stream is the same at entrance 4
You can enter vertically.
When the flow enters the first device according to the invention, 3 on the same rotation axis in the starting phase
Two volume flows act.
The partial volume flow entering the inlet 4 is overpressured in the hollow cylinder 2, Correspondingly reduced
Generates a slight outer peripheral speed, Circulation occurs in the hollow cylinder 2 from this peripheral speed.
The partial volume flow entering the entry section 12 in the area of the inlet 4 is spiral in the cylinder 7
By flowing into A reflux occurs around the hollow cylinder 2. This reflux is translation
Have a minute, It is maintained beyond the top surface 5. At the same time, this ring
Because the flows are superimposed, The outer peripheral speed in the hollow cylinder 2 increases, Circulation is increased
You.
The partial volume flow flowing above the notch 11 in the area of the entry section 12 is twisted
Make a cylindrical vortex. This cylindrical vortex produces a high-speed rotational movement on the outlet 6, It
Creates a low pressure core, Acts on outlet 6. Everything after the startup phase
When the flow state is formed, The suction process from the outlet 6 to the inlet 4 of the hollow cylinder 2 is performed.
Start using. The suction process consists of the low-pressure core of the twisted shell vortex above the outlet 6
Determined by size.
The potential vortex created in the hollow cylinder 2 has an exit radius of 0, 65 times larger
To form the vortex of the heart, Here is the highest peripheral speed.
The potential core vortex that can be translated in this way is Hollow cylinder according to the law of conservation of angular momentum
2 has a circulation generated therein.
This potential core vortex is drawn into the low-pressure core of the shell vortex, Hollow
A peripheral acceleration occurs in the cylinder 2. At the same time, the vortex of the outer shell
In the boundary layer with the low pressure heart, Because it drives outside the inflow potential core vortex
, The excess pressure of the potential core vortex is eliminated and becomes kinetic energy, Stable
Acceleration appears.
According to the invention, the low pressure core of the shell vortex is exited by a frusto-conical top surface 5 and an exit 6
Because it is adapted to the diameter of the outflow potential core vortex in zone 6 Array
The effective boundary layer becomes effective. Thus, the potential core vortex smoothly moves to the low-pressure core.
It is possible to flow in.
The integration of two new vortices into one new form of vortex can occur without harmful external effects.
Will be
FIG. 3 shows an embodiment of the second apparatus. In this device, a hollow cylinder 22 is placed on a bottom surface 21.
When, A helical opening in the hollow cylinder leading to the entry section 31 is provided. Hollow circle
The tube 22 is covered by a top surface 26, Conical nozzle 32 with outlet 30 is a hollow cylinder
It is arranged on 22 reference circles. An expansion chamber 33 is formed below the conical nozzle 32.
Have been. The expansion chamber 33 is defined by the passage 28 of the conical nozzle 25 of the swirl chamber 35.
It is. A swirl chamber 36 is disposed below the swirl chamber 35, Conical with central passage 29
It is formed by a conical nozzle 23 with a chisel 24 and an outlet 30. Whirlpool 3
7 is defined by the bottom surface 21. Expansion chamber 33 and vortex chamber 35; 36; 37 is detailed
A helical entrance (not shown) communicates with the entry section 31.
The spiral inlet circulation 入口 is determined by the mean inlet radius re and the flow velocity acting at this radius.
You. Circulation Γ is a relational expression
Γ = ve・ 2π ・ re
Is calculated by This allows the expansion chamber 33 and the vortex chamber 35 to pass through the small outlet and passage port.
The overpressure formed at 36; 37 reduces the average approach speed and correspondingly recirculates.
Lower the ring. The low pressure acting planarly at the outlet 27 acts against this deceleration. Details
The low-pressure generator (not shown) can be selected arbitrarily,
Smooth transport must be a requirement. The circulation once created by the action of low pressure
Sectional change and translation of the flow inside the swirl chambers 35; 36; 37 and the swirl core in the expansion chamber 33
Must survive for energy conservation reasons.
As the flow enters the second device, the volume flow is split into four unequal partial flows,
It flows in a spiral shape and is introduced into the expansion chamber 33 and the swirl chambers 35; 36; Outbreak
Helical flow into the inner chambers 33; 35; 36; 37
Since it is converted into a char-spiral form, the peripheral speed increases near the rotation shaft 34. Maximum lap
Speed is formed in the vortex core. The vortex is formed by the outlet 27 and the passages 28; 29;
The radius can be adjusted to 0.65 times. That is, as the exit becomes smaller,
A larger peripheral speed is generated based on the law of conservation of energy. This is an experiment
Proven and reproducible. Circulation Z generated above the passage 30 in the swirl chamber 37
1 forms a vortex of 0.65 times the radius r10 after the start-up phase. Vortex room
The vortex core 36 corresponds to the outer peripheral speed of the circulation Z1 by selecting the diameter of the passage port 29.
. Circulation Z2 surrounds circulation Z1, circulation Z3 surrounds circulation Z2, and circulation Z4
Surrounds circulation Z3. All spiral cores Z1 to Z4 are the radius of the outlet or passage
As long as there is a peripheral speed difference in the boundary layer.
Flow
To survive independently. Since the excess pressure decreases near the outlet 27, the circulation Z1 is cut off.
There is a maximum overpressure potential on the axis of rotation in the plane. Unit area working on exit surface 27
The maximum translation in circulation Z1 due to the differential pressure between overpressure and low pressure
Speed arises. Thus, the translation and the rotation Z2 to Z4 with respect to the rotation axis 34 are
Stabilized with respect to tension. In the expansion chamber 33, all peripheral speeds are equalized to one
The vortex flow can be stabilized by creating a composite velocity field. Circulation and speed
And the mass concentration must survive as an area,
A real vortex is formed.
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the circulations Z1 to Z4. Inflow through approach cross section 31
The volume flow is below or above the conical nozzle 25 via a helical opening in the hollow cylinder 22.
And are separated by a conical nozzle 25. The exit of the conical nozzle 25 is circulation Z4
And corresponds to the inner boundary layer line of circulation Z3.
The vortex flow translates parallel to the axis of rotation 34 due to overpressure and low pressure acting on the outlet
Let me do. In the expansion chamber 33 and the swirl chambers 35; 36; 37, depending on the respective flow cross section
The extracted mass must be replenished while maintaining a rotational motion. Potency
Since no mass flow occurs in the Karl vortex theory, energy transfer is performed without loss.
Must be done. As shown in the schematic diagram in FIG.
The dislocations of the mass point in the blank space of the boundary layer in the opposite direction to the rotation of the potential vortex.
To the side and by the action of gravity towards the lower plane. Such a dislocation in FIG.
Will be described with reference to a schematic diagram. Mass points with a gentle outer radius have equal heights.
It can be seen that a cylindrical normal potential N1 is formed. Normal potential N2
Is characterized by a high peripheral speed caused by the reduction of the radius. Normal potential N3 and
And N4. When the mass indicated by the black sphere is drawn into the axial flow, an open space
Occur for a short period of time. This is displayed on a concentric streamline with a white sphere, a so-called deficient sphere
did. Due to the action of gravity and the potential effect of fast peripheral speed, the normal potential outside the mass point
It is accelerated backward from the char N3 to a location where the normal potential N4 is present. Correct
The place where the reference potential N3 is open is occupied by the mass of the normal potential N2.
Then, the deficient sphere moves to the normal potential N1. The mass goes inward into the vortex, a deficient sphere
Moves from the vortex to the outside. Working potential, peripheral speed and gravity
I understand. Therefore, the flow rate of the mass flow through the potential vortex is the same as that of the vortex core flow.
Relevant only for speed. These processes are reproducible.
List of reference codes
1 = bottom
2 = hollow cylinder
3 = Shell vortex generator
4 = Entrance
5 = Top surface
6 = Exit
7 = cylinder
8 = cross section
9 = Flow chamber
10 = Outer surface
11 = Notch
12 = Cross section
21 = bottom
22 = hollow cylinder
23 = Conical nozzle
24 = conical nozzle
25 = conical nozzle
26 = Top
27 = Exit
28 = Passage
29 = Passage
30 = Exit
31 = Approach section
32 = conical nozzle
33 = expansion chamber
34 = vertical axis of rotation
35 = Whirlpool
36 = Whirlpool
37 = Whirlpool
Z1 = center circulation
Z2 = first additional circulation
Z3 = second additional circulation
Z4 = third additional cycle
N1 = Normal potential of starting speed
N2 = Normal velocity normal potential
N3 = normal potential of reduced radius
N4 = normal potential of the boundary layer with the axial flow.
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フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ
Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ
，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，
ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ
Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ
，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ
，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ
Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ
，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，
ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ
Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ
，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ
(71)出願人 シェルフ，ベルンハード
ドイツ連邦共和国 ディー−03229 アル
デーベルン カラウアー シュトラーセ
12
(71)出願人 テナール，ベルンド
ドイツ連邦共和国 ディー−04924 バド
リーベンウェルダ，ツィエシャール ヴ
ェグ ２
(71)出願人 シャーツ，ユーゲン
ドイツ連邦共和国 ディー−10365 ベル
リン フランクフルト アリー 150
(72)発明者 シャーツ，ユーゲン
ドイツ連邦共和国 ディー−10365 ベル
リン フランクフルト アリー 150────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L
U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF)
, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE,
SN, TD, TG), AP (KE, LS, MW, SD, S
Z, UG), UA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD
, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ
, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CZ,
DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, HU, I
L, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK
, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK,
MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, R
U, SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TM, TR
, TT, UA, UG, US, UZ, VN
(71) Applicant Shelf, Bernhard
Germany Dee-03229 Al
Debern Karauer Strasse
12
(71) Applicants Tenard, Bernd
Germany D-04924 Bud
Levenwelda, Ziescharve
Egg 2
(71) Applicant Shartz, Jugen
Germany D-10365 Bell
Lynn Frankfurt Ally 150
(72) Inventor Shartz, Jugen
Germany D-10365 Bell
Lynn Frankfurt Ally 150