(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台部、軸受座、および前記基台部上部に接続する中心柱を含み、前記軸受座が前記基台部と前記中心柱の間に位置するベースと、
前記ベース上方に設けられ、かつ前記中心柱に環設し、少なくとも１つの第一螺旋パイプを備え、その管径と曲率半径が大から徐々に小となるように巻回し、流体を上昇させる注水パイプラインと、
少なくとも２つの送水パイプラインであり、前記中心柱に環設し、かつ前記注水パイプラインに接続し、各前記送水パイプラインは少なくとも１つの第二螺旋パイプを備え、前記第二螺旋パイプは前端から末端にかけての管径と曲率半径が同じであり、前記第一螺旋パイプ内からの前記流体を持続的に上昇させる少なくとも２つの送水パイプラインと、
前記中心柱に環設し、かつ前記２つの送水パイプラインの間に接続し、少なくとも１つの第三螺旋パイプを備え、その管径と曲率半径が小から大になるように巻回し、その後大から小となるように巻回し、前記２つの注水パイプライン内の前記流体を加圧加速して上昇させる少なくとも１つの加圧加速パイプラインと、
前記注水パイプライン、前記加圧加速パイプラインおよび前記送水パイプラインを回転作動させて駆動する少なくとも１つの駆動装置と、
を含むことを特徴とする高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置。
【請求項２】
前記注水パイプラインの頂端に設けられ、前記第二螺旋パイプにより送出された前記流体を排出する排水収集装置を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置。
【請求項３】
前記排水収集装置の底部は、複数の排水孔を更に含み、前記第二螺旋パイプにより送出された前記流体を外へ排出することを特徴とする、請求項２に記載の高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置。
【請求項４】
前記第一螺旋パイプの前端に、複数のブレードを更に設け、それが前記第一螺旋パイプと同時回転して押し出し作用を発生させることを特徴とする、請求項１に記載の高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置。
【請求項５】
前記第二螺旋パイプの管径と前記第三螺旋パイプの前端の管径、末端の管径および前記第一螺旋パイプ末端の管径は同じであることを特徴とする、請求項１に記載の高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置。
【請求項６】
前記第一螺旋パイプ、前記第二螺旋パイプおよび前記第三螺旋パイプはそれぞれ２つ以上であるとともに、同じ方向に螺旋湾曲して1組になっていることを特徴とする、請求項１に記載の高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置。
【請求項７】
前記ベース、前記注水パイプライン、前記加圧加速パイプライン、前記２つの送水パイプラインおよび前記駆動装置を内部で固定するのに用いる外枠体を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置。
【請求項８】
前記外枠体は密閉体であり、海中または深水中に設置されることを特徴とする、請求項７に記載の高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置。
【請求項９】
少なくとも１つの軸受装置を含み、前記軸受装置は外側軸受けおよびその内側に位置する内側軸受を含み、前記内側軸受は少なくとも１つの前記送水パイプラインに環設され、前記外側軸受は前記外枠体上に固定されることを特徴とする、請求項７に記載の高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置。
【請求項１０】
前記送水パイプラインと前記加圧加速パイプラインが複数であるとき、その隣り合う前記送水パイプラインの間に前記加圧加速パイプラインを設けることを特徴とする、請求項１に記載の高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置。
【請求項１１】
前記ベースは、設置面上に埋設固定される少なくとも１つの固定素子を更に設けることを特徴とする、請求項１に記載の高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置。
【請求項１２】
前記駆動装置は電動モータであることを特徴とする、請求項１に記載の高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置に関するものであって、特に螺旋パイプライン上の特殊設計を利用して急速回転方式により流体を高所へ巻き上げて輸送する高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
目にする多くの自然資源はかつて、容易に入手でき無尽蔵であると思われてきたが、電力の発明が世界的な工業および産業革命を引き起こし、３００年を経た今日では、エネルギー枯渇問題により、石油危機や地球温暖化等の問題をもたらし始めた。近年世界各国では、「省エネ・ＣＯ2削減」の目的達成のため、太陽光発電、水力発電、風力発電、海洋エネルギー発電およびバイオエネルギー発電等の再生可能エネルギー開発の推進普及が政府の補助によって奨励されている。
【０００３】
水資源を例に挙げると、水圧は発電の原動力である。例えば海洋エネルギー発電は、海洋の波力、潮流、温度差または波動等の自然の動態がもたらす差を利用して、圧力に変換し、圧力を保存した後、安定した圧力を放出し、最後に電力に変換することを目的とする。現在関連分野では、水底部深層で自然に形成される圧力が発見されており、水の累積がより高く深くなるほど、圧力はより大きく、より大きな電力エネルギーに変換できるとされている。また、水底圧力のエネルギーは安定的で容易に確保できるので、再生可能エネルギーの開発および環境保護の目的に非常に適っている。しかし、高所の水源には限りがあり、水底深度の圧力不足の場合、高度を増して水圧を増強することでエネルギーの上昇を図る。現在使用されているのは送水ポンプや遠心ポンプであり、これらはタービンの回転により真空状態を作り出し、大気圧力を利用して底部の水を既に真空になった水管内に送り込み、送水ポンプによって高所まで輸送するものである。送水ポンプによる汲み上げ高度は最高水位が２６０フィートであり、大量の電力エネルギーを消耗しないと高所に送水できないので、出水量が大幅に減れば１００％効果を発揮できないだけでなく、環境保護の問題点改善も進まない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの点を考慮し、上述した先行技術の欠点に対して、上述の問題を克服すべく本発明は高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置を提案する。本発明の主な目的は、自然界の竜巻が強大な遠心力を発生させる原理を模して、螺旋パイプライン空間上の設計を利用し、急速螺旋回転の方式によって向心力を有する流体の向かう方向を変え、流体が遠心作用を形成するよう促し、螺旋パイプラインの口径および曲率半径が異なるにしたがい、流体が自然に螺旋パイプライン中に巻き込まれて、自動的な加速加圧によって最高点まで送られて放出されるようにし、このように循環作動して後続エネルギーの再生利用を可能にする高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置を提供することである。
【０００５】
本発明のもう１つの目的は、シンプルな構造で、容易に組み立てられ、設置に便利であり、各種の環境ニーズに応じて設置でき、現代環境と科学技術の応用ニーズに極めて合う高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置を提供することである。
【０００６】
本発明の更なる目的は、陸地、湖または海域等の環境に応用され、水資源を循環させて再利用し、かつ水力発電過程における応用には複雑な設備や大量の駆動電力を必要とせず、安全で安定した性能を有するだけでなく、省エネやＣＯ2削減といった環境保護の目的を達成できる高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の提供する高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置は、ベース、注水パイプライン、少なくとも２つの送水パイプライン、少なくとも１つの加圧加速パイプラインおよび少なくとも１つの駆動装置を含む。ベースは、基台部、軸受座および前記基台部上方に接続する中心柱を含み、軸受座は基台部と中心柱の間に位置する。注水パイプラインはベース上方に設け、かつ中心柱に環設する。注水パイプラインは少なくとも１つの第一螺旋パイプを備え、その前端から末端にかけての管径と曲率半径が大から徐々に小になるように巻回し、第一螺旋パイプ内の流体の圧力と流速が口径および曲率半径の変化にしたがって増加するようにすることで、流体を上昇させていく。２つの送水パイプラインは中心柱に環設し、かつ注水パイプラインに接続する。送水パイプラインは少なくとも１つの第二螺旋パイプを備え、その前端から末端にかけての管径と曲率半径は同じであり、高速回転により遠心作用を発生させ、第二螺旋パイプは第一螺旋パイプ内からの流体を受け継ぐとともに、持続的に上昇させる。加圧加速パイプラインは中心柱に環設し、かつ２つの送水パイプラインの間に接続する。加圧加速パイプラインは少なくとも１つの第三螺旋パイプを備え、その管径と曲率半径が小から徐々に大になるように巻回し、その後大から徐々に小になるように巻回し、２つの送水パイプライン内の流体を加圧加速して上昇させる。駆動装置は、注水パイプライン、加圧加速パイプラインおよび送水パイプラインの回転作動を駆動する。このとき、注水パイプラインに接続した軸受座も同時に作動して回転の動力が増強される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、螺旋パイプライン空間上の設計を利用し、急速螺旋回転の方式によって向心力を有する流体の向かう方向を変え、流体が遠心作用を形成するよう促し、螺旋パイプラインの口径および曲率半径が異なるにしたがい、流体が自然に螺旋パイプライン中に自動的に巻き込まれて、加速加圧によって最高点まで送られて放出されるようにし、このように循環して作動し後続エネルギーの再生利用を可能にする。また本発明は、シンプルな構造で、容易に組み立てられ、設置に便利であり、各種の環境ニーズに応じて設置でき、現代環境と科学技術の応用ニーズに極めて合う。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一実施例を示す図。
【図２】本発明の第二実施例を示す図。
【図３】本発明の部分拡大図。
【図４】本発明の第三実施例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の目的、技術内容、特徴、達成する効果の更なる理解のために、以下に具体的な実施例を挙げて詳しく説明する。
【実施例】
【００１１】
本発明は、自然界の竜巻が強大な遠心力を発生させる原理を水資源の再生可能エネルギー開発に応用したものである。水力発電は再生可能エネルギーとして列挙される中で発電効率が最も高く、コストが最も低く、発電が最も安定的であるため、発明家が創造への思いを馳せ、長年に亘る苦心を重ねた研究の末、終に新しい高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置が開発された。
【００１２】
図１は本発明の第一実施例を示す図である。高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置は、ベース１０、注水パイプライン１２、少なくとも２つの送水パイプライン１４、１４’、少なくとも１つの加圧加速パイプライン１６および少なくとも１つの駆動装置１８を含む。ベース１０は基台部２０、軸受座２２および中心柱２４を含み、軸受座２２は基台部２０と中心柱２４の間に位置する。基台部２０は弧状凹部２０２を有し、軸受座２２の中央には中心軸穴２２２を有し、かつ底部には複数の玉２２４を環設し、中心柱２４は中心軸穴２２２を貫通して基台部２０上部に固定され、これらの玉２２４は弧状凹部２０２内に位置し、その中で回転作動する。
【００１３】
注水パイプライン１２はベース１０上方に設け、かつ中心柱２４に環設する。注水パイプライン１２は、少なくとも１つの第一螺旋パイプ２６を備え、その前端から末端にかけての管径と曲率半径が大から徐々に小になるように巻回し、ラッパ状である。言い換えると注水パイプライン１２は、前端から上に向かって螺旋状に回転湾曲して数回巻回して末端に達し、かつ曲率半径は上に向かうにつれて回転湾曲し徐々に小さくなっていき、中心柱２４の外周に環設し前端の口径は末端より遥かに大きくなる。第一螺旋パイプ２６の曲率半径は大から徐々に小になるように巻回する設計であり、それに合わせるためにベース１０の軸受座２２は円錐状の軸受座であり、第一螺旋パイプ２６は円錐状軸受座上に対応して設置する。
【００１４】
２つの送水パイプライン１４、１４’は中心柱２４に環設し、かつそれぞれは少なくとも１つの第二螺旋パイプ２８、２８’を備え、加圧加速パイプライン１６は中心柱２４に環設し、かつ２つの送水パイプライン１４と１４’の間に接続し、これは後に紹介する。２つの送水パイプライン１４、１４’の構造は同じであり、ここでは送水パイプライン１４を例に挙げ説明する。その前端から上に向かって螺旋状に回転湾曲して数回巻回して末端に達し、かつ前端から末端にかけての管径と曲率半径は同じである。また、第二螺旋パイプ２８の前端口径と第一螺旋パイプ２６の末端管径は同じであり、互いに接続する。加圧加速パイプライン１６は、少なくとも１つの第三螺旋パイプ３０を備え、その前端から末端にかけての管径と曲率半径が小から徐々に大になるように巻回し、その後大から徐々に小になるように巻回する。つまり加圧加速パイプライン１６(第三螺旋パイプ３０)は、前端から上に向かって螺旋状に回転湾曲して数回巻回して末端に達し、かつ上に向かって回転するにつれて曲率半径は次第に大きくなり、所定の外径曲率に達した後、同じ曲げ半径の巻き数で徐々に大から小へとなるように巻回して末端に達し、中心柱２４の外周に環設し、前端と末端の口径は同じである。また、第三螺旋パイプ３０の前端および末端の口径と第二螺旋パイプ２８および２８’は同じである。このとき、第二螺旋パイプ２８の末端は第三螺旋パイプ３０の前端に接続する。そして、第二螺旋パイプ２８’の前端は第三螺旋パイプ３０の末端に接続する。高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置は、送水パイプライン１４の頂端に設けた排水収集装置３２を更に含む。つまり、第二螺旋パイプ２８’の末端は排水収集装置３２に接続し、流体は第一螺旋パイプ２６、第二螺旋パイプ２８、第三螺旋パイプ３０および第二螺旋パイプ２８’を順に通過し、最終的に第二螺旋パイプ２８’が送出した流体は排水収集装置３２を経由して排出される。
【００１５】
本発明の全体的な組立構造を理解した後、続けて実施方式の説明を更に進める。本発明は流体を最も高い場所まで輸送する。流体は任意の変形を受け、向心力も遠心力も最大となるので、流体への応用を主な実施例とする。ここでいう流体は、海水、井戸水、湖水等の水源の水を例として説明する。深水水域の水源を所定地点の高所まで輸送して放出するには、まず、出力２８５Ｋｗで回転数１８００ＲＰＭ（１秒につき３０回転）の電動モータの駆動装置１８によって注水パイプライン１２、２つの送水パイプライン１４、１４’および加圧加速パイプライン１６を駆動して回転作動させる。その際、注水パイプライン１２の軸受座２２に接続して同時作動し、このとき、軸受座２２底部のこれらの玉は基台部２０の弧状凹部２０２内で３６０度回転作動し、全体の回転動力およびスムーズさを増強する。
【００１６】
第一螺旋パイプ２６の前端には蒸気船のプロペラの羽に似た複数のブレード３４を更に設ける。第一螺旋パイプ２６が回転作動を開始したとき、これらのブレード３４は同時に回転作動し、回転過程で発生する押し出し作用により、互いに接続された第一螺旋パイプ２６、第二螺旋パイプ２８、２８’、第三螺旋パイプ３０全体は上に突き動かされ、上に約０．５ｍｍ突き動かされる。高速回転の作動下では、全体が無重量状態になるので、摩擦損耗がないという条件下で作動するとき、駆動装置１８が必要とする電力コストが下げられると同時に、回転速度を上げられるという効果が得られる。
【００１７】
注水パイプライン１２が高速回転作動するときに生み出される遠心力は、深水底部の水を連続して強制的に第一螺旋パイプ２６内に引き込む。第一螺旋パイプ２６の前端から末端にかけての管径と曲率半径が大から徐々に小になるよに巻回するので、前端の口径が大きければ、それに応じた注水量も多く、かつ前端の曲率半径が大きければ、それに応じた回転流速も速くなり、水圧および水流速度は、口径と曲率半径が大から徐々に小になるつれて瞬間的に増大する。言い換えると第一螺旋パイプ２６が回転作動して発生する遠心力は、水の重量を消失させるだけでなく、圧力を倍増させ、同時に流速を増大させて上に向かって圧力をかけ、水を上昇させる。
【００１８】
第二螺旋パイプ２８は、第一螺旋パイプ２６内からの水を受け継ぎ、第二螺旋パイプ２８の前端から末端にかけての管径と曲率半径は同じであり、かつ高速回転によって遠心作用が発生し、管内の水を同じ圧力と流速で持続的に上昇させることで、水の輸送パイプラインとなる。水を持続的に上昇させるため、このとき、第三螺旋パイプ３０の特殊設計によって、水は加圧加速作動する。言い換えると、第三螺旋パイプ３０は第二螺旋パイプ２８内の水を受け継ぎ、水が第三螺旋パイプ３０の前端から流入するとき、高速回転作動下では、管径と曲率半径が小から徐々に大になるので、その内側で真空負数が増加し、水の吸い上げる力が増大する。また水は管径と曲率半径が大から徐々に小になるにつれて流動し、その過程において曲率半径が小さくなると、それに応じて流速も緩慢になり、管径が徐々に縮小し、第三螺旋パイプ３０内の水は圧迫されて水流速度を増強し、水は持続的に上昇する。
【００１９】
第三螺旋パイプ３０の加圧、加速後、第二螺旋パイプ２８’によって第三螺旋パイプ３０内の水は受け継がれる。同様に上述の第二螺旋パイプ２８の作動方法も、高速回転によって発生した遠心作用により、管内の水は同じ圧力および流速で持続的に上昇し、末端まで上昇したとき、排水収集装置３２によって第二螺旋パイプ２８’が送出した水は排出され深水水域中に再び放出される、または水は所定地点の高所おいて放出される。排水収集装置３２の底部は複数の排水孔３２２を更に含み、第二螺旋パイプ２８’が送出した水を外に排出し、またはこれらの排水孔３２２はそれぞれ異なる排水パイプラインに接続し、各種環境の水資源のニーズに対応する。
【００２０】
水が最高水位まで巻き上げられるとき、深水底部が形成する圧力はそれに伴い最大まで増加され、つまり水の累積高度と深水底部の水圧は正比例し、それに応じて電力に変換する効果もより大きくなる。このようにして、このときの深水底部の水圧を利用して、直接電力エネルギーに変換し、現地環境の使用電力ニーズに答えることで、長い送配電過程におけるの電力消耗を省くだけでなく、水資源の繰り返し輸送および発電使用を可能にし、発電コストを下げることで、環境保護の最終理念を達成する。
【００２１】
第一螺旋パイプ２６、第二螺旋パイプ２８、２８’および第三螺旋パイプ３０はそれぞれ２つ以上であるとともに、同じ方向に螺旋状に湾曲して１組になる。例えば、２つの螺旋パイプを使用して組み付けて１組にすることで、効率が２倍になり、３つの螺旋パイプを使用して組み付けて１組にすることで、効率が３倍になる。これに類推して、第一実施例は、第一螺旋パイプ２６、第二螺旋パイプ２８、２８’および第三螺旋パイプ３０はそれぞれ３つの螺旋パイプを使用して螺旋湾曲して１組にしたものを例としたた説明である。
【００２２】
図２は本発明の第二実施例を示す図である。第一実施例と異なるのは、高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置は、外枠体３６および少なくとも１つの軸受装置３８を更に含む点である。軸受装置３８は、外側軸受３８２およびその内側の内側軸受３８４を含み、内側軸受３８４は少なくとも１つの送水パイプライン１４（または送水パイプライン１４’）に環設する。内側軸受３８４は複数の玉（図中未表示）を環設し、送水パイプライン１４の回転作動に伴い、これらの玉は外側軸受３８２の内部で同時に回転し、全体の回転速度を上げる効果をもたらす。また外側軸受３８２は外枠体３６上に固定し、全体の回転時に安定性が更に増すので、遠心作用によって傾くといった問題も起こらない。外枠体３６は、ベース１０、注水パイプライン１２、２つの送水パイプライン１４、１４’、加圧加速パイプライン１６、駆動装置１８および軸受装置３８を内側に固定するのに用い、外枠体３６の保護作用により、作動時の安定性を高め、外在要素による損壊を防ぐ。他にも、海水や深水中に設置する場合は、外枠体３６は密閉体設計にすることで、内部の装置を保護するだけでなく、海水による腐食、波動または深水中の微生物の付着に抵抗して、装置の使用寿命を延ばす効果が得られる。
【００２３】
ニーズにより水の輸送高度が増加することがわかる。例えば複数の送水パイプラインと加圧加速パイプライン１６を使用し、隣り合う送水パイプライン１４と１４’の間に加圧加速パイプライン１６を設ける。その作動原理は第一実施例中で既に詳述しているので、ここで再度述べない。このように、複数の送水パイプラインと加圧加速パイプライン１６を組み合わせて高度な場所への送水を達成することで、深水底部の水圧を強大にして、更に多くの電力再生エネルギーに変換するだけでなく、様々な環境での設置および使用電力のニーズに対応する。また、軸受装置３８は送水パイプライン１４、１４’の数量に応じて増加し、増加数量にしたがってその上に設置することで、全体の回転の動力とスムーズさを増強し、同時に駆動装置１８の駆動電力も削減できる。
【００２４】
本発明は陸地、湖、または海域等如何なる環境にも応用できる。図３は本発明の部分拡大図である。ベース１０は、例えば陸地、湖または海域等の底面上のような設置面上に埋設固定する少なくとも１つの固定素子４０を更に設ける。装置全体を如何なる環境に設置しても安全性と安定性が増加される。
【００２５】
図４は本発明の第三実施例を示す図である。水域４２中の水を、高速竜巻式旋回遠心パイプライン装置に引き込み、注水パイプライン１２、複数の送水パイプライン１４、１４’および加圧加速パイプライン１６を経由して持続的に最高水位まで上昇させた後、つまり最頂端の送水パイプライン１４’に達し、電力再生エネルギーへの変換を行うとともに、排水収集装置３２の底部の排水孔３２２を経由して水を排出する。図が示すように、排水孔３２２は排水パイプライン４４に接続し、水は排水パイプライン４４を経て繰り返し水域４２中に放出されるので、水資源は循環し繰り返し利用され、かつ水力発電過程に応用されるので、複雑な設備や大量の駆動電力を必要とせず、安全で安定した性能を有するだけでなく、省エネ・ＣＯ2削減といった環境保護の目的を達成できる。
【００２６】
更に述べると、本発明を海洋中に建設する場合、海洋はより深くてより広域な発展的空間であるため、より高い発電効率をもたらすだけでなく、深海水や液態の金等のような特殊な付加的産物も容易に得ることができる。このようにして本発明の付加価値は高められ、市場競争において極めて優勢になることができる。
【００２７】
以上に述べた内容は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施範囲を限定するものではない。本発明の精神から離れない範囲で加えた変更や潤色は全て、本発明の特許保護範囲内に属するものとする。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ベース
１２  注水パイプライン
１４、１４’  送水パイプライン
１６  加圧加速パイプライン
１８  駆動装置
２０  基台部
２０２  弧状凹部
２２  軸受座
２２２  中心軸穴
２２４  玉
２４  中心柱
２６  第一螺旋パイプ
２８、２８’  第二螺旋パイプ
３０  第三螺旋パイプ
３２  排水収集装置
３２２  排水孔
３４  ブレード
３６  外枠体
３８  軸受装置
３８２  外側軸受
３８４  内側軸受け
４０  固定素子
４２  水域
４４  排水パイプライン
【図１】
0005570493.tif 000002
【図２】
0005570493.tif 000003
【図３】
0005570493.tif 000004
【図４】
0005570493.tif 000005