(57)【要約】  本発明は、流動する第２の流体中にガスを伴わせるためのブースタ装置（１０）を提供する。前記ブースタ装置は、流体を受容するブースタハウジング（１１６）を含む。前記ブースタ装置は、少なくとも１つの入口（１２３）を有し、第２の流体がブースタハウジングを通って流れているときに、第１の流体が前記入口を通過して第２の流体中に伴われる。本発明はまた、ブースタ装置（１０）と、タービンユニット（１１）などの流体推進機構とを含むブースタアセンブリ（１２）を提供する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雰囲気から引き込まれる第１の流体を、流動している第２の流体中に伴わせるためのブースタ装置であって、前記ブースタ装置は、タービンユニットの出口に接続されるように構成されているブースタハウジングを含み、前記ブースタハウジングが前記出口に接続されると、前記第２の流体が前記タービンユニットを通過して前記ブースタハウジングに入り、前記ブースタハウジングは少なくとも１つの入口を有し、前記第２の流体が前記ブースタハウジングを通って流動しているときに、前記第１の流体が前記入口を通過して前記第２の流体中に伴われることを特徴とするブースタ装置。
【請求項２】
流動している第２の流体中に第１の流体を伴わせるためのブースタ装置であって、前記ブースタ装置は、タービンユニットの出口から前記第２の流体を受容するように構成されたブースタハウジングを含み、前記ブースタハウジングは、少なくとも１つの入口を有し、前記第２の流体が前記ブースタハウジングを通って流動しているときに、前記第１の流体が前記入口を通過して前記第２の流体中に伴われることを特徴とするブースタ装置。
【請求項３】
前記第２の流体が通過するときに低圧領域が形成され、前記低圧領域が、前記ブースタ装置に入る前の前記第１の流体の圧力よりも低いように構成される請求項２に記載のブースタ装置。
【請求項４】
前記第１の流体が、前記ブースタ装置に入る前に大気圧である雰囲気から引き込まれる請求項２に記載のブースタ装置。
【請求項５】
前記第１の流体が、前記第２の流体中に伴われるように、前記少なくとも１つの入口を通って前記ブースタハウジング内に流入するようにされる請求項２、３、及び４のいずれかに記載のブースタ装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの入口が、前記ブースタハウジングに接続された第１の端部と、前記第１の流体をそこから引き込むことができる雰囲気に曝された第２の端部とを有する入口通路を含む請求項２、３、４、及び５のいずれかに記載のブースタ装置。
【請求項７】
前記入口通路が、前記ブースタハウジングに対して任意の角度で配される請求項６に記載のブースタ装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの入口が、前記ブースタハウジングの周囲に配され且つマニホールド配置で構成された複数の開口の形態である請求項６に記載のブースタ装置。
【請求項９】
前記入口通路が、円筒形チューブによって提供される請求項６から７のいずれかに記載のブースタ装置。
【請求項１０】
前記入口通路が、前記第１の流体が前記入口通路を通って前記ブースタハウジング内へ一方向にのみ流動できるように逆止弁を含む請求項６から９のいずれかに記載のブースタ装置。
【請求項１１】
前記入口通路が、前記入口通路を通過することができる前記第１の流体の量を調節するための調節装置を有する請求項６から１０のいずれかに記載のブースタ装置。
【請求項１２】
請求項３に従属するときに、減圧ノズルを含み、前記減圧ノズルが、流体がそれを通って流動するときに、前記低圧領域が前記ブースタハウジング内に形成されるように構成されている請求項２から１１のいずれかに記載のブースタ装置。
【請求項１３】
前記減圧ノズルが、前記ブースタハウジングの前記第１の端部に隣接して配され、且つ前記ブースタハウジングの前記第１の端部から内方に延びる請求項１２に記載のブースタ装置。
【請求項１４】
前記ブースタハウジングの壁の内面と、前記減圧ノズルの外面とによって画定される環状空間を含む請求項１２から１３のいずれかに記載のブースタ装置。
【請求項１５】
前記環状空間の少なくとも一部が、形成されたときに前記低圧領域の少なくとも一部と重なり合う請求項１４に記載のブースタ装置。
【請求項１６】
請求項３に従属するときに、前記ブースタハウジング内の前記低圧領域が、前記少なくとも１つの入口と流体連通し、前記第１の流体が前記ブースタハウジング内に少なくとも１つの入口を通って流入するようにし、前記ブースタハウジングを通って流動する前記第２の流体と混合されるようにする請求項２から１５のいずれかに記載のブースタ装置。
【請求項１７】
前記減圧ノズルの下流にディフューザを含む請求項１２から１６のいずれかに記載のブースタ装置。
【請求項１８】
前記ディフューザが、ベンチュリディフューザの形態である請求項１７に記載のブースタ装置。
【請求項１９】
流動流体にガスを伴わせるためのブースタ装置であって、前記ブースタ装置が、前記流動流体を受容するための流体入口を有し、ブースタハウジングが、少なくとも１つの入口を有し、前記流体がブースタハウジングを通って流動しているときに、ガスが前記入口を通過して前記流体中に伴われることを特徴とするブースタ装置。
【請求項２０】
前記流体入口を提供する第１の端部と、前記流体がそこからブースタハウジングを出る第２の端部とを有するブースタハウジングを含み、前記ブースタハウジングが長手方向の範囲を有する請求項１９に記載のブースタ装置。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの入口が、前記ブースタハウジングの前記第１の端部と前記第２の端部との間に配される請求項２０に記載のブースタ装置。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの入口が、前記ブースタハウジングの前記第１の端部と前記第２の端部との間の中間位置の入口通路によって提供される請求項２１に記載のブースタ装置。
【請求項２３】
前記中間位置が、前記少なくとも１つの入口が前記ブースタハウジング内の領域と流体連通するように前記ブースタハウジングに沿って配され、前記領域は、前記流体がブースタ装置を通って流動しているときに、前記少なくとも１つの入口の上流の領域よりも低い圧力を有する請求項２２に記載のブースタ装置。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの入口の上流の領域と前記低圧領域との間の圧力差が、最大８０ｋＰａである請求項２３に記載のブースタ装置。
【請求項２５】
前記中間位置が、少なくとも１つの入口が前記低圧領域に位置するように、前記ブースタハウジングの壁の内面及び前記ブースタ装置のノズルの外面によって画定される環状空間と位置合わせされる請求項２２から２４のいずれかに記載のブースタ装置。
【請求項２６】
前記環状空間の少なくとも一部が、前記低圧領域の少なくとも一部と重なり合う請求項２５に記載のブースタ装置。
【請求項２７】
前記ブースタ装置が、前記ブースタ装置を通過する前記流体に推進力を提供するための流体推進機構に連結されている請求項１９から２３のいずれかに記載のブースタ装置。
【請求項２８】
流体推進力を供給する少なくとも１つの流体推進機構と、少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリであって、前記少なくとも１つのブースタ装置が請求項１から２６のいずれかに記載のブースタ装置であることを特徴とするブースタアセンブリ。
【請求項２９】
少なくとも１つのタービンユニットと、少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリであって、前記少なくとも１つのブースタ装置が請求項１から２６のいずれかに記載のブースタ装置であることを特徴とするブースタアセンブリ。
【請求項３０】
少なくとも１つのタービンユニットと、少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリであって、前記ブースタ装置が、前記タービンユニットの出口に接続されるように構成されているブースタハウジングを含み、これにより、第２の流体が、前記タービンユニットを通って延び且つ前記ブースタハウジング内を通過する流体経路に沿って通り、前記ブースタ装置が少なくとも１つの入口を有し、前記第２の流体が前記ブースタハウジングを通って流れているときに、前記第１の流体が前記入口を通って前記第２の流体中に伴われることを特徴とするブースタアセンブリ。
【請求項３１】
前記ブースタアセンブリを通過する前記第２の流体の体積及び速度を調節するためのフローレギュレータを含む請求項３０に記載のブースタアセンブリ。
【請求項３２】
前記フローレギュレータが、前記少なくとも１つのタービンユニットの前記入口に隣接して配される請求項３１に記載のブースタアセンブリ。
【請求項３３】
前記フローレギュレータが、前記流体経路に沿って可変に配されるように構成されたバルブヘッドを含む請求項３１から３２のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項３４】
前記流体経路が、直径が狭められた狭小部分を含む請求項３０から３３のいずれかに記載のブースタ装置。
【請求項３５】
前記バルブヘッドが、前記流体経路に沿った前記第２の流体の流れを調節するために、前記狭小部分に対して可変に配される請求項３４に記載のブースタアセンブリ。
【請求項３６】
前記フローレギュレータが、前記少なくとも１つのタービンユニットの上流に位置する請求項３４から３５のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項３７】
前記フローレギュレータが、前記少なくとも１つのタービンユニットと前記少なくとも１つのブースタ装置との間に位置する請求項３４から３５のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項３８】
前記バルブヘッドが、直径が小さい部分の形状を補う表面を有する請求項３４から３７のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項３９】
前記バルブヘッドが、手動で位置決めされる請求項３３から３８のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項４０】
前記バルブヘッドが、前記流体経路の外部に配された調節装置によって手動で位置決めされ、前記調節装置が、ラック・アンド・ピニオン配置を介して前記バルブヘッドに動作可能に係合する請求項３４に記載のブースタアセンブリ。
【請求項４１】
前記バルブヘッドが、制御センターによって遠隔で位置決めされる請求項３３から３８のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項４２】
前記バルブヘッドが、通過する前記流体の流動要求に基づいて自動的に位置決めされ、前記バルブヘッドを自動的に位置決めするためのシステムが、前記流体の流れの特性を測定するための１つ以上のセンサを含む請求項３３から３８のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項４３】
前記バルブヘッドが、スリーブの端部に位置する拡大された部分を含む請求項３３から４２のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項４４】
前記バルブヘッドがシャフト上に回転可能に位置し、前記シャフトが前記流体経路内で支持されている請求項３３から４３のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項４５】
前記ブースタハウジングを出る前記流体の速度が上昇するように、出口に組み込まれるノズルを含む請求項３０から４４のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項４６】
前記少なくとも１つのタービンユニットは、タービンハウジングの通路内に取り付けられた１つ以上のポンプタービン翼の組の上流に位置する１つ以上の駆動タービン翼の組を含む請求項３０から４５のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項４７】
各タービン翼の組の翼が、最大流体速度を生成して、前記タービンの前記入口と、前記１つ以上の駆動タービン翼の組と前記１つ以上のポンプタービン翼の組との間に形成される領域との間に可能な最大の圧力差をもたらすように構成される請求項４６に記載のブースタアセンブリ。
【請求項４８】
前記駆動タービン翼の組と前記ポンプタービン翼の組とが、同じ方向且つ同じ速度で回転するよう制約されるように、共通のシャフトに取り付けられている請求項４６から４７のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項４９】
請求項３３から４３のいずれかに従属するとき、前記シャフトが、前記フローレギュレータの前記バルブヘッドを回転可能に支持する請求項４６に記載のブースタアセンブリ。
【請求項５０】
前記駆動タービン翼の組及び前記ポンプタービン翼の組が、回転可能に固定され、前記タービンハウジングがその周りを回転する請求項４６から４７のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項５１】
前記駆動タービン翼の組と前記ポンプタービン翼の組とが、対向した関係で取り付けられ、それによって、動作において前記タービンユニットに供給される前記流体の圧力よりも低い圧力を有する、前記駆動及びポンプタービン翼の組の間の領域が形成されるように、前記ポンプタービン翼の組が前記駆動タービン翼の組と反対の関係になる請求項４６から５０のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項５２】
請求項３０から５１のいずれかに記載の少なくとも１つのブースタアセンブリを含むことを特徴とするパイプライン。
【請求項５３】
請求項１から２６のいずれかに記載の少なくとも１つのブースタ装置を含むことを特徴とするパイプライン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ブースタアセンブリ及びブースタ装置に関する。特に、本発明は、特に流体を高い位置に持ち上げる必要がある場合に、流体の輸送を補助するためのブースタアセンブリ及びブースタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水は、社会の多くの側面で重要である。このため、水を利用し易くすることが重要である。これを達成するためには、大規模なインフラストラクチャが、ダムなどの貯水場から蛇口などの出口に水を輸送するために必要である。このインフラストラクチャは、典型的には、ある場所から別の場所にパイプラインを通して水を汲み上げるための多数のポンプを含む。
【０００３】
水の輸送に伴うコストは、特に水が著しく長い距離を輸送される必要がある場合、及び／又は圧力ヘッドを超えなければならない山などの高い障害物を超えて輸送される必要がある場合に、大きくなる。このコストは、水が超えることが求められるヘッドの１メートルごとに大きく上昇し、水がヒトによる消費、灌漑のために直接輸送される必要があるかどうか、鉱山から排水するため、及び他の水搬送システムのためにヘッド分配リザーバに汲み上げる必要があるかどうかにかかわらず、一定のコストである。このコストは、インフラに起因するコストを含むが、パイプラインを通して水を輸送するためのポンプを稼働させるために必要な電力の供給に伴うコストがより重要である。
【０００４】
更に、ポンプを稼働させるのに必要な電力は、環境に直接的な影響を及ぼす。少なくとも先進国では、電力生産に伴う炭素排出量のコストは上昇し続ける。また、電力要求の増大は、地球の大気に悪影響を与える炭素産生の上昇に至る。地球上の減少する化石燃料に対する需要が増すにつれて、より効率的な電力利用方法の開発に重点が置かれている。
【０００５】
本発明の背景の前述の議論は、単に本発明の理解を容易にすることを意図している。当然のことながら、前記議論は、言及された材料のいずれかが本願の優先日における一般常識の一部であったことを同意又は承認するものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術の欠点の１以上を改善又は克服する、又は有用な代替を提供するブースタアセンブリ及びブースタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
大気圧においてガス又は流体と言及される明細書を通じて、大気圧は、その特定の場所で想定される通常の大気圧であると理解されるべきである。これは一般に１０１ｋＰａとされるが、大気圧は高さが異なれば異なる。
【０００８】
本明細書を通じて、用語「流体」は、液体又はガスを記述するために使用される。
【０００９】
本発明は、雰囲気から引き込まれる第１の流体を、流動している第２の流体中に伴わせるためのブースタ装置を提供し、前記ブースタ装置は、タービンユニットの出口に接続されるように構成されているブースタハウジングを含み、前記ブースタハウジングが前記出口に接続されると、前記第２の流体が前記タービンユニットを通過して前記ブースタハウジングに入り、前記ブースタハウジングは少なくとも１つの入口を有し、前記第２の流体が前記ブースタハウジングを通って流動しているときに、前記第１の流体が前記入口を通過して前記第２の流体中に伴われる。
【００１０】
好ましくは、雰囲気は大気圧である。
【００１１】
好ましくは、第１の流体は、第２の流体よりも低い摩擦係数を有する。
【００１２】
他の構成では、ブースタ装置は、ポンプ、コンプレッサ、エンジン、又は他の流体推進機構に接続され、第２の流体をそれを通して加速させるように構成されている。流体推進機構は、ブースタ装置を通過する第２の流体の速度がブースタ装置内に低圧領域を形成するのに十分であるように第２の流体を加速し、それにより低圧領域の圧力が、ブースタ装置に入る前の第１の流体の圧力よりも低くなる。圧力の差は、第１の流体が引き込まれる雰囲気と、ブースタ装置内の低圧領域との間で最大８０ｋＰａであることが好ましい。
【００１３】
本発明は、第１の流体が雰囲気から引き込まれることを可能にし、第１の流体を生成／圧縮／加圧する必要をなくし、その結果、それを流体中に伴わせることができる。
【００１４】
本発明は、流動している第２の流体中に第１の流体を伴わせるためのブースタ装置を提供し、前記ブースタ装置は、タービンユニットの出口から前記第２の流体を受容するように構成されたブースタハウジングを含み、前記ブースタハウジングは、少なくとも１つの入口を有し、前記第２の流体が前記ブースタハウジングを通って流動しているときに、前記第１の流体が前記入口を通過して前記第２の流体中に伴われる。
【００１５】
好ましくは、ブースタ装置は、第２の流体がそれを通過するときに、低圧領域がその中に形成され、前記低圧領域が、ブースタ装置に入る前の第１の流体の圧力よりも低いように構成される。
【００１６】
好ましくは、第１の流体は、雰囲気から引き込まれ、ブースタ装置に入る前は大気圧である。
【００１７】
ブースタ装置は、タービンユニットと一体的に形成されてもよく、タービンユニットに接続されるように構成されてもよく、又はタービンユニットの下流のパイプラインの一部に組み込まれるように構成されてもよい。
【００１８】
第１の流体は、第２の流体中に伴われるように、少なくとも１つの入口を通ってブースタハウジング内に流入するようにすることができる。
【００１９】
好ましくは、少なくとも１つの入口は、ブースタハウジングに接続された第１の端部と、第１の流体をそこから引き込むことができる雰囲気に曝された第２の端部とを有する入口通路を含む。雰囲気が地球を取り巻く雰囲気である場合、第２の端部は、雰囲気から直接空気を引き込み、第２の流体中に伴われるようにする。
【００２０】
入口通路は、ブースタハウジングに対して任意の角度で配することができる。一実施形態では、入口通路は、ブースタハウジングの長手方向軸に対して鋭角に配向される。
【００２１】
別の実施形態では、少なくとも１つの入口は、ブースタハウジングの周囲に配され且つマニホールド配置で構成された複数の開口の形態であることができる。
【００２２】
入口通路は、円筒形チューブによって提供されてもよい。入口通路の断面形状は、任意の形状をとることができるが、製造を容易にするために、断面は円形であることが好ましい。入口通路は、第１の流体が入口通路を通ってブースタハウジング内へ一方向にのみ流動できるように、逆止弁を含むことができる。また、ブースタ装置内の圧力が大気圧よりも大きい場合には、第２の流体の排出を防止する。
【００２３】
入口通路は、入口通路を通過することができる第１の流体の量を調節するための、ゲートバルブなどの調節装置を有することができる。調節装置は、入口通路の第２の端部又はその近傍に配することができる。
【００２４】
好ましくは、ブースタ装置は減圧ノズルを含む。減圧ノズルは、流体がそれを通って流動するときに、低圧領域がブースタハウジング内に形成されるように構成される。
【００２５】
減圧ノズルは、ブースタハウジングの第１の端部に隣接して配されてもよい。減圧ノズルは、ブースタハウジングの第１の端部から内方に延びることができる。
【００２６】
ブースタ装置は、ブースタハウジングの壁の内面と、減圧ノズルの外面とによって画定される環状空間を含むことができる。環状空間の少なくとも一部は、形成されたときに低圧領域の少なくとも一部と重なり合う。
【００２７】
減圧ノズルは、ブースタハウジングに固定され、ブースタハウジングの第１の端部から内方に延びることができる。
【００２８】
ブースタハウジング内の低圧領域を少なくとも１つの入口と流体連通させ、第１の流体がブースタハウジング内に少なくとも１つの入口を通って流入するようにし、ブースタハウジングを通って流動する第２の流体と混合されるようにすることができる。
【００２９】
第１の流体がブースタハウジングに入ると、第１の流体は第２の流体と混合されることができる。第１の流体の少なくとも一部は、流体内に溶解することができる。
【００３０】
ブースタ装置は、減圧ノズルの下流にディフューザを更に含むことができる。ディフューザは、ベンチュリディフューザの形態であってもよい。ディフューザは、混合流体（第１の流体がその中に伴われた第２の流体）の速度を増加させ、混合流体をディフューザを通して加速させる。これにより、ブースタ装置の吸引能力が上がり、第１の流体と第２の流体との混合が容易になる。
【００３１】
ブースタハウジングを出る混合流体は、ブースタ装置に入ったときに対して、第２の流体よりも多くの第１の流体を含む。
【００３２】
第１の流体がガスである場合など、第１の流体が第２の流体よりも軽い場合、第２の流体内に伴われる第１の流体は当然、より高い高さに上がる傾向がある。これは、第１の流体が第２の流体よりも低い摩擦係数を有する場合、圧力ヘッドを超える助けとなり、混合流体を高い位置に持ち上げる。第２の流体中に伴われる第１の流体が混合流体を高い位置に移動させることを「促す」ので、混合流体を輸送するために必要な動力が低減される。これは動力の節約することのみならず、パイプラインを通して第２の流体を輸送するためにパイプラインシステムに必要とされるポンプの数及び／又はサイズも低減させる。
【００３３】
別の利点は、第１の流体／ガスがその中に伴われる結果としての、パイプライン上の混合流体の摩擦の低下に関する。この低下は、パイプラインシステムが、より小さい径のパイプと、強度性能の点でより低い規格のパイプとで設計することを可能にする。これにより、新しいパイプラインを設置する際に、大幅な節約効果がもたらされる。
【００３４】
本発明は、流動流体にガスを伴わせるためのブースタ装置を提供し、前記ブースタ装置は、前記流動流体を受容するための流体入口を有し、ブースタハウジングは、少なくとも１つの入口を有し、前記流体がそれを通って流動しているときに、ガスが前記入口を通過して前記流体中に伴われる。
【００３５】
ブースタ装置は、流体入口を提供する第１の端部と、流体がそこからブースタハウジングを出る第２の端部とを有するブースタハウジングを含むことができ、前記ブースタハウジングは、長手方向の範囲を有することができる。
【００３６】
少なくとも１つの入口は、ブースタハウジングの第１の端部と第２の端部との間に配されてもよい。少なくとも１つの入口は、入口通路によって提供されてもよく、入口通路は、ブースタハウジングの第１の端部と第２の端部との間の中間位置に配されたチューブによって画定することができる。
【００３７】
本発明の一態様では、チューブの長手方向軸は、ブースタハウジングの長手方向軸に対して鋭角である。
【００３８】
本発明の別の態様では、チューブの長手方向軸は、ブースタハウジングの長手方向軸に垂直である。
【００３９】
中間位置は、少なくとも１つの入口がブースタハウジング内の領域と流体連通するようにブースタハウジングに沿って位置決めすることができ、この領域は、流体がブースタ装置を通って流動しているときに、少なくとも１つの入口の上流の領域よりも低い圧力を有する。低圧領域の圧力は、ブースタ装置に入る前のガスの圧力よりも低いことが好ましい。好ましくは、ガスは大気圧である。好ましくは、雰囲気と低圧領域との間の圧力差は８０ｋＰａである。
【００４０】
中間位置は、少なくとも１つの入口が低圧領域に位置するように、ブースタハウジングの壁の内面及びブースタ装置のノズルの外面によって画定される環状空間と位置合わせしてもよい。低圧領域の圧力とブースタ装置に入る前のガスの圧力との間の圧力差は、ガスが少なくとも１つの入口を介してブースタ装置に入るようにされる。
【００４１】
環状空間の少なくとも一部は、低圧領域の少なくとも一部と重なり合うことができる。
【００４２】
ブースタ装置は、ブースタ装置を通過する流体に推進力を提供するための流体推進機構に連結されてもよい。
【００４３】
本発明は、更に、流体推進力（ｍｏｔｉｖｅ  ｆｌｕｉｄ  ｆｏｒｃｅ）（外部電源など）を供給する少なくとも１つの流体推進機構と、少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリを提供し、前記少なくとも１つのブースタ装置は、本明細書中で先に記載した通りである。
【００４４】
流体推進力を供給する流体推進機構は、タービン、ポンプ、コンプレッサ、エンジン、又は類似の装置の形態であることができる。これらの構成では、ブースタ装置に対して高い位置から流れる流体のエネルギーを利用することができる。
【００４５】
本発明は、更に、少なくとも１つのタービンユニットと少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリを提供し、前記少なくとも１つのブースタ装置は、本明細書中で先に記載した通りである。
【００４６】
ブースタアセンブリは、サブマージェンスファクター（ｓｕｂｍｅｒｇｅｎｃｅ  ｆａｃｔｏｒ）が汲み上げられる高さの少なくとも３０％であれば、更なる流体推進機構を必要としない。即ち、タービンユニットによって供給される動力は、ブースタ装置と、流体が輸送される上昇位置との間のヘッドの３０％を少なくとも超えるのに十分でなければならない。必要な動力の低減は、流体（同伴ガスを含む）とパイプラインとの間の摩擦の減少、及び同伴ガスが流体を高所に持ち上げるために流体に及ぼす影響の直接的な結果である。
【００４７】
本発明は、更に、少なくとも１つのタービンユニットと少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリを提供し、前記ブースタ装置は、タービンユニットの出口に接続されるように構成されているブースタハウジングを含み、これにより、第２の流体が、タービンユニットを通って延び且つブースタハウジング内を通過する流体経路に沿って通り、前記ブースタ装置は少なくとも１つの入口を有し、第２の流体がブースタハウジングを通って流れているときに第１の流体が前記入口を通って第２の流体中に伴われる。
【００４８】
少なくとも１つのタービンユニット及び少なくとも１つのブースタ装置は、一体的に形成されてもよく、締結具の使用などにより相互にしっかりと取り付けられてもよく、又はブースタ装置がタービンユニットから離間して、パイプラインの一部に組み込まれるように構成されてもよい。
【００４９】
ブースタアセンブリは、ブースタアセンブリを通過する第２の流体の体積及び速度を調節するためのフローレギュレータを更に含むことができる。フローレギュレータは、少なくとも１つのタービンユニットの入口に隣接して配することができる。フローレギュレータは調節可能であることができる。
【００５０】
フローレギュレータは、流体経路に沿って可変に配されるように構成されたバルブヘッドを含む。
【００５１】
流体経路は、例えば、ブースタアセンブリに含まれる収束部／ノズルによって提供することができる、直径が狭められた狭小部分を含むことができる。バルブヘッドは、流体経路に沿った第２の流体の流れを調節するために、狭小部分に対して可変に配することができる。バルブヘッドを狭小部分の近くに配することによって、流体経路の断面積が減少するので第２の流体の流れが減少する。バルブヘッドを狭小部分から離れるように動かすことによって、流体経路の断面積が増加するので第２の流体の流れが増加する。
【００５２】
本発明の一態様では、フローレギュレータは、少なくとも１つのタービンユニットの上流に配されてもよい。狭小部分は、フローレギュレータと少なくとも１つのタービンユニットとの間に位置するノズルの形態であってもよく、又はタービンユニットの一部であってもよい。
【００５３】
本発明の別の態様では、フローレギュレータは、少なくとも１つのタービンユニットと少なくとも１つのブースタ装置との間に配されてもよい。
【００５４】
バルブヘッドは、直径が小さい部分の形状を補う表面を有していてもよい。例えば、バルブヘッドの表面がノズルの形状を補う。
【００５５】
本発明の一態様では、バルブヘッドを手動で位置決めすることができる。バルブヘッドは、流体経路の外部に配されたホイールなどの調節装置によって手動で位置決めすることができる。調節装置は、バルブヘッドに動作可能に係合することができ、そのような係合は、ラック・アンド・ピニオン配置を介して行うことができる。
【００５６】
本発明の別の態様では、バルブヘッドを制御センターによって遠隔で位置させてもよい。
【００５７】
本発明の別の態様では、バルブヘッドを、それを通過する流体の流動要求に基づいて自動的に位置決めしてもよい。そのようなシステムは、流体の流れの特性を測定するための１つ以上のセンサを含むことができる。これらの測定値は、必要な流量出力を達成するために必要とされ得るようにバルブヘッドを移動させるために使用される。
【００５８】
バルブヘッドは、スリーブの端部に位置する拡大された部分を含むことができる。バルブヘッドは、シャフト上に回転可能に位置させてもよく、シャフトは流体経路内で支持されてもよい。
【００５９】
ブースタアセンブリは、ブースタハウジングを出る流体の速度が上昇するように、その出口に組み込まれるノズルを有することができる。
【００６０】
使用時に、ブースタアセンブリは、ポンプの下流に配されてもよい。別の実施形態では、ブースタアセンブリはパイプライン内に配され、それによって、高い位置からの流体がそこに送られるので、ポンプの必要がなくなる。
【００６１】
好ましくは、少なくとも１つのタービンユニットは、タービンハウジングのタービン通路内に取り付けられた１つ以上のポンプタービン翼の組の上流に位置する１つ以上の駆動タービン翼の組を含む。各タービン翼の組の翼は、最大流体速度を生成して、タービンの入口と、１つ以上の駆動タービン翼の組と１つ以上のポンプタービン翼の組との間に形成される領域との間に可能な最大の圧力差をもたらすように構成することができる。
【００６２】
好ましくは、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは、それらが同じ方向且つ同じ速度で回転するよう制約されるように、共通のシャフトに取り付けられている。シャフトはまた、フローレギュレータのバルブヘッドを回転可能に支持することができる。別の実施形態では、駆動タービン翼の組及びポンプタービン翼の組を回転可能に固定することができ、タービンハウジングはその周りを回転する。
【００６３】
駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは、対向した関係で取り付けられていてもよく、それによって、動作において駆動タービン翼の組がポンプタービン翼の組に向かって流体を押し出し、ポンプタービン翼の組が駆動タービン翼の組から流体を引き込むように、ポンプタービン翼の組が駆動タービン翼の組と反対の関係となる。タービン翼の組の同時動作が、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組との間に低圧領域を生み出してもよく、この圧力は、タービンユニットへ供給される流体の圧力よりも低くてもよい。タービン翼の組の同時動作が、駆動タービン翼の組の前方に低圧領域を生み出してもよく、この圧力は、タービンユニットへ供給される流体の圧力よりも低くてもよい。
【００６４】
この構成により、タービン通路の開口部の流体圧力と比較して低圧の領域が２つのタービン翼の組の間に作り出される。更に、ポンプタービン翼の組がタービンユニットを通して流体を引き込むと、駆動タービン翼の組から上流にも低圧の領域が形成される。その結果、タービンユニットの前方に流れるための最小限の障害が存在する。これは、従来技術の装置により典型的に経験されたことである。ポンプタービン翼の組とその駆動タービン翼の組に対する逆の配向のため、タービンユニットを通って流れる質量が顕著に増加する。更に、駆動タービン翼の組に当たる流体の速度が増加する。
【００６５】
流体が高圧領域（タービンユニットの前方）から比較的低圧の領域に移動すると、より大きな圧力差がより大きな質量流量を誘導する。高圧領域は、自然、即ち大気圧、又は強制、即ちポンプや圧力ヘッドのどちらかにより発生し得る。更に、ポンプタービン翼の組は、流体を排出すると同時に、背圧のポテンシャルを低下させる。
【００６６】
好ましくは、単一のタービンユニットのみが存在する場合、駆動タービン翼の組に当たる流体の速度は、流体の終端速度よりも大きい。これは、ポンプタービン翼の組の大きさにより影響され得る。
【００６７】
各タービン翼の組は、翼に当たる流体の力によって回転させられる翼の組の形態であってもよい。
【００６８】
本発明の一態様では、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは離間関係にある。
【００６９】
本発明の別の態様では、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは互いに重なり合う。
【００７０】
少なくともタービンユニットは、少なくとも１つの発電機に接続されていてもよい。接続は、チェーン駆動、ベルト駆動、シャフトからシャフトへの直接接続、ギアボックス、又は他の既知の手段を介して行われてもよい。少なくともタービンユニットは、モータに接続されていてもよい。
【００７１】
流体がタービン通路を通って流れると、その流れが駆動タービン翼の組を駆動すると同時に、ポンプタービン翼の組を回転させる。ポンプタービン翼の組が回転すると、それがポンプタービン翼の組に向かって効率的に流体を引き込み、少なくとも２つのタービン翼の組の間に低圧領域を作り出す。
【００７２】
ポンプタービン翼の組が回転すると、流体がシステムを通して引き込まれ、タービンユニットの外へ押し出され、駆動タービン翼の組の後方及び前方の圧力蓄積と関連する逆流圧及びエネルギー損失を最小化する。タービン通路から流体を押し出す行為はまた、通路の出口に存在し得る圧力ヘッドを克服する。ポンプ翼の組が回転するにつれて、ポンプ翼の組と駆動タービン翼の組の上流との間に低圧領域が形成され、圧力勾配差を生じる。これは、より高い上流の圧力から低圧領域へと流体を加速させ、流体の速度が上昇する。速度上昇の倍増は、利用可能エネルギーの二乗の増加を表す。駆動タービンの組の回転により、エネルギーが機械的エネルギーとしてシャフトに伝達される。これは、駆動タービン翼の組からシャフト上に伝達される機械的エネルギーに等しい流体をヘッドに送るためにポンプ翼の組によって使用されることができる。
【００７３】
互いに対して設定された各タービン翼の組の向きにより、ポンプタービン翼の組の効果はまた、システム内の乱流を最小にし、流体が駆動タービン翼の組から通過すると流体の流れを整流する効果を有する。
【００７４】
タービンユニットは、通路に侵入する破片や動物を防ぐため、タービン通路の駆動端及びポンプ端にスクリーンを更に含んでいてもよい。
【００７５】
本発明の一態様では、ポンプタービン翼の組は、駆動タービン翼と同じ大きさである。
【００７６】
本発明の別の態様では、ポンプタービン翼の組は、駆動タービン翼の組よりも大径である。好ましくは、駆動タービン翼の直径のポンプタービン翼の組に対する最適な比は、１：１．６１７である。
【００７７】
本発明の一態様では、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは、互いに重なり合うように連結することができる。
【００７８】
本発明の別の態様では、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは離間関係とする。駆動タービン翼の組とポンプタービン翼とは、駆動タービン翼の組の直径の３．２倍の比で離間されていてもよい。駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組との間隔は、この比から変化させることができる。
【００７９】
駆動タービン翼の組とポンプタービン翼とは、ポンプタービン翼の組が駆動タービン翼の組の直径に対して小径、同径、又は大径となることを許容する離間関係とすることができる。
【００８０】
タービン通路は、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組との間に位置するチャンバを含んでいてもよい。チャンバは、ポンプタービン翼の組に近づくにつれて収束する前に駆動タービン翼の組から外側に延びていてもよい。
【００８１】
タービン通路は、駆動タービン翼の組から上流に位置する収束部を含んでいてもよい。タービン通路は、ポンプタービン翼の組から下流に位置する発散部を含んでいてもよい。
【００８２】
収束部は、流体が流れる断面積を減少させて、そこを通過する流体の速度及び圧力を増加させ、流体が駆動翼の組に当たる力を増加させる。一方で、発散部はそこを通過する流体の速度及び圧力を減少させる。各部分は、タービンユニットのチャンバに向かう方向に収束するように構成されている。
【００８３】
収束部は、駆動タービン翼の組に向かって移動するにつれて流体速度を増大させるのに役立つ。これが、ポンプタービン翼の組の動作と組み合わせて、流体速度が重力による流体の終端速度（水については７ｍ／ｓ）を超えることを可能にする。また、３５ｍ／ｓを超える流体速度の上昇を誘導し、流体の流れからの最大の運動エネルギーの抽出を可能にし、確実にする。
【００８４】
好ましくは、発散部は、流体がタービン翼の組から離れるにつれてタービン翼の組の流体のエネルギー損失によって作り出される背圧の低減に寄与する。
【００８５】
駆動タービン翼の組は、駆動タービン翼の組の翼上に流体を導くために、その上流に位置する固定子を有していてもよい。好ましくは、固定子は、シャフトに同軸上に取り付けられている。付加的な固定子を、タービンユニットの他の部分に結合させてもよい。固定子は、一組の静止翼であり、その主な役割は流体を偏向することである。
【００８６】
この場合には、ポンプタービン翼の組の、タービンユニット内の圧力への影響の結果として、流体の質量流量及び関連する圧力は、先行技術の装置とは異なり、固定子によって妨げられない。したがって、高速で妨げられない質量流量は、駆動タービン翼の組に当たる流体の力を増大させ、これが今度は電気エネルギーに変換することができる利用可能なエネルギーを増加させる。
【００８７】
複数のタービンユニットは、直列に配してもよい。該ユニットは、タービンユニットを出る流体が他の隣接するタービンユニットへと直ちに通過するように、隣接した配置に位置付けられていてもよい。
【００８８】
それがなければ駆動タービン翼の組に存在したであろう流体の流れ及び圧力の障害を最小にするポンプタービン翼の組の結果としてのみ、直列の複数のタービンユニットの使用が可能である。
【００８９】
互いに対して向き及び構成を変化させながら実質的に直列に配された、複数のタービンユニットがあってもよい。これらの構成は本発明の範囲に含まれることが理解されるべきである。
【００９０】
各タービンユニットは、独立したシャフトに取り付けられていてもよい。
【００９１】
タービンアセンブリの内部及び外部の少なくともいずれかへの流体の流れは、複数の経路を通ってもよく、この変形は本発明により包含されることが理解されるべきである。
【００９２】
駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とが互いに逆の関係に配されているので、本発明の一態様では、２つのタービン翼の間の位置からすると、１つのタービン翼の組のタービン翼は別のタービン翼の組のタービン翼の鏡像である。別の態様では、１つのタービン翼の組のタービン翼は、他のタービン翼の組のタービン翼から１８０°の角度でオフセットされている。
【００９３】
駆動タービン翼の組とポンプタービン翼とは、ポンプタービン翼の組が駆動タービン翼の組の直径に対して小径、同径、又は大径となることを許容する離間関係とすることができる。或いは、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは連結又は重複し、それによって２つの翼の組が互いに僅かに重なり合っていてもよい。
【００９４】
駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは、互いに対向した関係で配され、即ち、流体が駆動タービン翼の組に当たって翼がシャフトの回転を開始するように、翼が互いに対して逆になっている。ポンプタービン翼の組と駆動タービン翼の組とが共通のシャフトに接続されているので、ポンプタービン翼の組は、駆動タービン翼の組と同時に同じ速度で回転する。ポンプタービン翼の組が回転すると、それがポンプタービン翼の背後に低圧領域を作り出し、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組との間だけでなく、駆動タービン翼の組の前方に低圧領域を誘導する。これが、駆動タービン翼を横切る大幅に高圧力に設定された流体の質量流量の増加をもたらし、流体がより大きな力で駆動タービン翼の組に当たるようになる。
【００９５】
本発明は、更に、本明細書中で先に記載した少なくとも１つのブースタアセンブリを含むパイプラインを提供する。
【００９６】
本発明は、更に、本明細書中で先に記載した少なくとも１つのブースタ装置を含むパイプラインを提供する。
【００９７】
別の実施形態では、ブースタ装置は、ブースタ装置を通過する前に、流体推進力をもたらして流体の速度を上昇させる流体推進機構と接続される。流体推進力をもたらす流体推進機構は、インペラポンプ、エアポンプ、燃焼機関、又はコンプレッサ構成の形態であってもよい。更に別の形態では、流体推進力をもたらす流体推進機構は、ブースタアセンブリの下流に位置する真空の形態である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
本発明は、以下添付の図面に示す複数の実施形態の以下説明を参照することで良く理解されるであろう。
【図１】図１は、好ましい適用に示された本発明の第１の実施形態に係るブースタアセンブリの概略図である。
【図２】図２は、第１の実施形態のブースタアセンブリの断面側面図である。
【図３】図３は、セクションＡＡによって示される、図２のタービンユニットの拡大図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係るブースタアセンブリの断面側面図である。
【図５】図５は、図４に示すブースタ装置の断面側面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係るブースタアセンブリの斜視模式図である。
【図７】図７は、図６のブースタアセンブリの断面側面図である。
【図８】図８は、図６のブースタアセンブリの断面正面斜視図である。
【図９】図９は、図６のブースタアセンブリの断面後方斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施形態に係るブースタアセンブリのフローレギュレータ及びタービンユニットの斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０の断面側面図である。
【図１２】図１２は、図１０の端面図である。
【図１３】図１６は、シャフトに取り付けられたポンピングタービン翼の組と駆動タービン翼の組の側面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５の実施形態に係るブースタアセンブリのフローレギュレータ及びブースタ装置の斜視図である。
【図１５】図１５は、図１４の端面図である。
【図１６】図１６は、セクションｃｃで切った図１５の断面側面図である。
【図１７】図１７は、フローレギュレータのバルブヘッドの斜視図である。
【図１８】図１８は、ノズルの斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明の第６の実施形態に係るブースタアセンブリのフローレギュレータ及びタービンユニットの斜視図である。
【図２０】図２０は、図１９の断面側面図である。
【００９９】
図中において、同様の構造は、複数の図を通して同様の数字によって参照される。示される図面は、必ずしも正確な縮尺ではなく、一般的に本発明の原理の具体的説明に重点を置いている。
【発明を実施するための形態】
【０１００】
本発明は、高い位置への流体の流れをブーストするように設計されている。このようにすると、流体を輸送するために必要なポンプの容量、したがってポンプによって必要とされる動力が減少するので、流体を輸送するためのコストが低減される。更に、流動する流体とパイプラインとの間の摩擦が低減される。これにより、より小さな直径のパイプの使用が可能になる。
【０１０１】
一態様によれば、本発明は、タービンユニットの上流にブースタ装置を備えたブースタアセンブリの形態であり、ブースタ装置は、ガスなどの第１の流体をパイプラインに導入するように設計されている。以下の実施形態の目的のために、パイプラインへの空気の導入について記載する。
【０１０２】
以下の実施形態はまた、流体が、流動する流体内に伴われるようにするために用いることができ、ガスが伴われるのと同様の方法で流動流体に入る。この変形例は、本発明の範囲内にあると考えられる。
【０１０３】
ブースタ装置の目的は、その中に低圧領域を作り出すことであり、低圧領域は入口と流体連通している。低圧領域が形成されると、雰囲気から引き込まれた大気圧にある第１の流体が、入口を通ってブースタ装置に入り、そこを通過する流体中に伴われる。入口を通る十分な流れをもたらすのに十分なブースタ装置内のより低い圧力領域を生み出すためには、流体推進機構が必要である。この流体推進機構は、ブースタ装置に入る流体がより低い圧力領域の形成を可能にする速度に加速されることを保証する。流体推進機構は、ポンプ又はタービンユニットなどであることができる。本明細書で説明するように、流体推進機構がタービンユニットによって提供される場合、流体が上昇位置からブースタ装置に流れるときに流体に提供されるエネルギーが十分であり得る。これは、タービンユニットのサブマージェンスファクターが３０％の場合である。
【０１０４】
各図において、矢印Ａがある場合、これは、流体の流れの方向を示す。
【０１０５】
図１〜図３に示す本発明の第１の実施形態によれば、水を輸送するためのパイプライン１１２内にブースタアセンブリ１２が組み込まれている。ブースタアセンブリ１２は、高位置１１４の底部に配されている。ブースタアセンブリ１２は、上昇位置に対する底部、又は中間位置にあることが好ましいが、ブースタアセンブリ１２は、パイプライン１１２に沿う任意の場所に配することもできる。
【０１０６】
図示される適用では、ポンプ１１０は、水を供給するためにブースタアセンブリ１２の上流に配されている。
【０１０７】
別の実施形態では、ポンプ１１０は、ブースタアセンブリ１２に対して適切なヘッド（典型的には３ｍより大きいヘッド）でリザーバに置き換えられる。
【０１０８】
更に別の実施形態では、ブースタアセンブリ１２は、パイプラインが上昇位置からブースタアセンブリ１２に水を供給するときに生じるような重力供給水（ｇｒａｖｉｔｙ  ｆｅｅｄ  ｗａｔｅｒ）である。
【０１０９】
この実施形態では、ブースタアセンブリ１２は、タービンユニット１１と、タービンユニット１１にボルト締めされたブースタ装置１０とを含むが、ブースタ装置１０は、タービンユニット１１の一体部分として形成されてもよいと理解されるべきである。
【０１１０】
ブースタアセンブリ１２は、タービンユニット１１及びブースタ装置１０を通って延びる流体経路を提供する。
【０１１１】
ブースタ装置１０は、ブースタハウジング１１６と、ブースタ装置１０をタービンユニット１１の出口１４に接続するための第１のフランジ１１８と、パイプライン１１２に接続するための第２のフランジ１２０とを含む。ブースタ装置１０は、以下に説明する理由により、収束ノズル１２２を含む。
【０１１２】
ブースタ装置１０はまた、それぞれがチューブ１２４の形態である２つの入口１２３を含む。各入口は、ガスがブースタハウジング１１６に入ることを可能にする。
【０１１３】
各チューブ１２４は、ブースタハウジング１１６に流体連通するようにブースタハウジング１１６に接続された第１の端部１２６を有する。各チューブ１２４は、雰囲気に開放された第２の端部１２８を有する。
【０１１４】
第２の端部１２８に隣接して、チューブは逆止弁１３０を組み込んでいる。逆止弁１３０は、チューブ１２４を通ってブースタ装置１０から液体が出ることを防止しながら、空気をチューブ１２４に入れる。
【０１１５】
各チューブ１２４はまた、ゲートバルブ１３２の形態の調節装置を組み込んでいる。ゲートバルブ１３２は、チューブ１２４を通つてブースタハウジング１１６内に入る空気の量を調節するようにチューブ１２４の入口のサイズを制御するように調節可能である。
【０１１６】
各タービンユニット１１は、共通のシャフト１７に同軸上に取り付けられた駆動タービン翼の組１３及びポンプタービン翼の組１５を含む。
【０１１７】
駆動タービン翼の組１３及びポンプタービン翼の組１５は、タービンハウジング１９内に形成されたタービン通路２１内に配されている。タービン通路２１は、ブースタアセンブリ１２の流体路の一部を形成し、駆動タービン翼の組１３及びポンプタービン翼の組１５へと流体を導く。
【０１１８】
タービン通路２１は、第１の端部２３及び第２の端部２５を有する。タービン通路２１はまた、第１の端部２３と駆動タービン翼の組１３との間に位置する収束部２７と、駆動タービン翼の組１３とポンプタービン翼の組１５との間に位置する発散部２９とを内蔵している。
【０１１９】
最初の動作で、ポンプ１１０は、ブースタアセンブリに流体を供給する。流体はタービンユニット１１に入り、タービン通路２１の収束部２７を通過する際に速度が上昇する。流体は駆動タービン翼の組１３に当たり、シャフト１７とポンプタービン翼の組１５の同時回転をもたらす。
【０１２０】
一度ポンプタービン翼の組１５が回転すると、低圧の領域が２つのタービン翼の組１３及び１５の間のタービン通路２１の部分に生み出される。この圧力差は、タービンユニットの構成に依存するが、通常、大気圧より１０〜９０ｋＰａ低い範囲にある。ポンプタービン翼の組１５は、流体がポンプタービン翼の組１５を通過するまで、流体を駆動タービン翼の組１３から引き込む。それが次いで第１のタービンユニット１１から流体を押出す。圧力の低下は、３〜３５ｍ／秒以上に設定された駆動タービン翼に当たる流体の速度を加速する。全質量流量（又はそれ以上）で、低圧力領域によって生じる速度の実質的な増加は、シャフト１７を介して機械エネルギーに変換される駆動タービン翼の組に作用する力を増加させる。これは、タービンユニットの連続運転に役立つ。
【０１２１】
更に、ポンプタービン翼の組１５の流体の引込み作用は、駆動タービン翼の組１３の前方において生じ得る圧力の上昇だけでなく駆動タービン翼の組１３によって作り出される逆流圧力損失の影響を軽減し、駆動タービン翼の組１３から上流に更なる低圧領域を作り出す。引込み効果はまた、乱流を低減して流体速度を増大させるのに役立つ。
【０１２２】
流体は、タービンユニット１１のタービン通路２１に入ると、収束部２７を通って駆動タービン翼の組１３に向かい加速される。駆動タービン翼の組１３が回転すると、ポンプタービン翼の組１５もまた回転してタービン通路２１を介してより多くの流体を引き込む。ポンプタービン翼の組１５と駆動タービン翼の組１３とは同じシャフトに取り付けられているので、ポンプタービン翼の組１５の回転は、駆動タービン翼の組１３の回転によって誘起される。
【０１２３】
ポンプタービン翼の組１５の翼が駆動翼の組１３の翼と逆になると、ポンプタービン翼の組１５は、流体を駆動翼の組１３から引き込み、それをブースタ装置１０のパイプラインセクション１１６に高速度（典型的には＞１２ｍ／秒）で推進する。
【０１２４】
水がブースタ装置１０に入ると、水は収束ノズル１２２を通過して加速される。水が加速するにつれて、低圧領域１３４が形成される。ブースタ装置１０の構成によって、低圧領域１３４が、各チューブ１２４の第２の端部１２８の周り又はその近傍に形成される。各チューブ１２４の第２の端部１２８における圧力は、各チューブ１２４の第１の端部１２６における圧力よりも低いので、空気は各チューブ１２４を通してブースタハウジング１１６に引き込まれる。
【０１２５】
雰囲気からブースタ装置１０に引き込まれた空気は、水と混合して水に伴われ、空気の一部は水の中に溶解する。水の中の空気は自然に上昇する傾向があり、水を持ち上げる。これにより、水をパイプライン１１２を通って上昇位置１１４まで汲み上げるのに必要なエネルギー量が大幅に低減される。更に、水が上昇すると、それに伴われる空気が膨張して上昇位置への水の輸送を更に促進する。
【０１２６】
本発明の第２の実施形態に係るブースタアセンブリ２１２を、図４及び図５に示す。便宜上、第１の実施形態のブースタアセンブリ１２の特徴と類似又は対応するブースタアセンブリ２１２の特徴は、同じ参照番号で示した。
【０１２７】
第１の実施形態と同様に、ブースタアセンブリ２１２は、タービンユニット１１及びブースタ装置２１０を含む。タービンユニットは、第１の実施形態で記載した通りである。
【０１２８】
ブースタ装置２１０は、第１の実施形態のブースタ装置１０と同様の構成を有する。図５に示すように、ブースタ装置２１０は、収束ノズル１２２の上流に配されたベンチュリディフューザ２２３の形態であるディフューザを更に含む。ベンチュリディフューザ２２３は、そこを通過する流体を加速して、更に流体を上昇位置に持ち上げるのを助ける。更に、ベンチュリディフューザ２２３は、ガスを流体と更に混合させ、その結果、流体中のガスのより多くの吸収をもたらす。これは更に、流体を上昇位置に持ち上げるのを助ける。
【０１２９】
本発明の第３の実施形態に係るブースタアセンブリ３１２を、図６〜図９に示す。便宜上、第１及び第２の実施形態のブースタアセンブリの特徴と類似又は対応するブースタアセンブリ３１２の特徴は、同じ参照番号で示した。ブースタアセンブリは、タービンユニット１１に接続されたブースタ装置３１０を含む。
【０１３０】
第３の実施形態のブースタアセンブリ３１２は、第２の実施形態のものと非常に類似している。違いは、２つの入口３２３の向きに関連する。先の実施形態と同様に、各入口３２３は、チューブ３２４によって提供され、各チューブ３２４の第１の端部３２６は、ブースタ装置３１０内に形成された低圧領域１３４で終結する。
【０１３１】
本発明の第４の実施形態に係るブースタアセンブリ４１２を、図１０〜図１２に示す。便宜上、第１の実施形態のブースタアセンブリの特徴と類似又は対応するブースタアセンブリ４１２の特徴は、同じ参照番号で示した。
【０１３２】
ブースタアセンブリ４１２は、タービンユニット１１に接続されたブースタ装置（図示せず）を含む。ブースタ装置は図１０〜図１２には示されていないが、ブースタ装置は、例えば、先の図面に図示されるブースタ装置のいずれか形態、又は先に説明したような形態をとることができる。
【０１３３】
ブースタアセンブリ４１２はまた、ブースタアセンブリ４１２を通る流体の流れ特性を調節するためのフローレギュレータ４３６を含む。フローレギュレータ４３６はバルブヘッド４３８を含み、バルブヘッド４３８は、流体経路内に取り付けられるようにシャフト１７に回転可能に支持される。図１１に最もよく図示されているように、タービンユニット１１の駆動タービン翼の組１３及びポンピングタービン翼の組１５もシャフト１７に取り付けられている。
【０１３４】
調節機構４４０は、バルブヘッドがシャフト１７に沿って可変に配されるように、バルブヘッド４３８と動作可能に係合する。この実施形態では、調節機構４４０は、手動で動作可能であり、ブースタアセンブリ４１０の外部にホイール４４２を含む。ホイール４４２は、ラック・アンド・ピニオン配置４４６を介してバルブヘッド４３８のスリーブ４４４に係合し、これにより、ホイール４４２の回転は、シャフト１７に沿ったバルブヘッド４３８の長手方向の動きに変換される。
【０１３５】
バルブヘッド４３８の拡大端部４４７は、タービンユニット１１のノズル２７と相補的な外形を有する。バルブヘッド４３８の拡大端部４４７の表面４４８は、ノズル２７の内面と協働して、ブースタアセンブリ４１０を通る流体の流れを調節する。バルブヘッド４３８のノズル２７に向かう動きにより、流体経路の断面積を減少させ、ブースタアセンブリ４１２を通る流体の体積及び速度を低下させる。バルブヘッド４３８のノズル２７から離れる動きにより、流体経路の断面積が増大し、より大きな体積の流体がブースタアセンブリ４１２を通ることが可能になる。
【０１３６】
バルブヘッド４３８は、ブースタアセンブリ４１２内で角度をつけて支持されて、シャフト１７の回転を許容しつつ、バルブヘッド４３８の回転を防止する。図１２及び図１７に最もよく示されるように、バルブヘッド４３８は、スリーブ４４４から半径方向外方に延びる３つのフィン４５０によって支持されている。各フィン４５０の端部４５２は、ガイドトラック４５４に受容される。ガイドトラック４５４は、ガイドトラック４５４の長手方向の範囲に沿ってフィン４５０の移動を可能にする。
【０１３７】
本発明の第５の実施形態に係るブースタアセンブリ５１２を、図１４〜図１６に示す。便宜上、第１及び第４の実施形態のブースタアセンブリの特徴と類似又は対応するブースタアセンブリ５１２の特徴は、同じ参照番号で示した。
【０１３８】
ブースタアセンブリ５１２は、タービンユニット（図示せず）の出口に固定されるように構成されるか、又はインペラポンプ、エアポンプ、若しくは燃焼機関などの流体推進力を供給する別のタイプの流体推進機構に固定することができる。
【０１３９】
ブースタアセンブリ５１２は、ブースタアセンブリ５１２を通過する流体の流れ特性を調節するためのフローレギュレータ４３６に接続されたブースタ装置５１０を含む。バルブヘッド４３８は、ブースタ装置５１０の収束ノズル１２２と協働して流体通路に沿って通る流体の流れを調節するように構成された拡大端部４４７を有する。
【０１４０】
この実施形態では、ブースタ装置５１０は、２つの入口５２３を組み込んでいる。各入口５２３は、ブースタ装置５１０の長手方向の範囲に垂直に向けられた部分を有するチューブ５２４によって提供される。図１６に最もよく示されるように、入口５２３は、収束ノズル１２２の端部に延びて通る。
【０１４１】
各入口の位置及び各チューブの角度方向は、ブースタアセンブリに求められる結果に基づく。しかし、重要な考慮すべき点は、各入口が、低圧領域が形成された状態でブースタ装置内に位置することである。
【０１４２】
本発明の第６の実施形態に係るブースタアセンブリ６１２を、図１９及び図２０に示す。便宜上、第１及び第４の実施形態のブースタアセンブリの特徴と類似又は対応するブースタアセンブリ６１２の特徴は、同じ参照番号で示した。
【０１４３】
ブースタアセンブリ６１２は、タービンユニット１１に接続されたブースタ装置（図示せず）を含む。ブースタ装置は、図１９及び図２０には示されていないが、ブースタ装置は、例えば、本明細書に記載されるブースタ装置のいずれかの形態をとることができる。
【０１４４】
ブースタアセンブリ６１２はまた、ブースタアセンブリ６１２を通る流体の流れ特性を調節するためのフローレギュレータ６３６を含む。フローレギュレータ６３６はバルブヘッド６３８を含み、バルブヘッド６３８は、流体経路内に取り付けられるようにシャフト１７に回転可能に支持される。図１９及び図２０に示すように、タービンユニット１１の駆動タービン翼の組１３とポンピングタービン翼の組１５もシャフト１７に取り付けられている。
【０１４５】
バルブヘッド６３８は、スリーブ６４４から半径方向外方に延びるフィン６５０によって支持されているスリーブ６４４を含む。フィン６５０の端部６５２は、ガイドトラック６５４に受容される。ガイドトラック６５４は、ガイドトラック６５４の長手方向の範囲に沿ってフィン６５０の移動を可能にする。
【０１４６】
スリーブ６４４はまた、タービンユニット１１のノズル２７の内面と協働して流体経路の断面積を制御して、ブースタアセンブリ６１２を通る流体の流れを制御する端部６４７を有する。
【０１４７】
当業者によって容易に理解されるように、パイプライン１１２は、それに沿って１つ以上のブースタアセンブリを組み込むことができる。
【０１４８】
パイプライン１１２は、上昇位置１１４にベントバルブ（図示せず）を有することができる。ベントバルブは、水から分離されて上昇位置に集まるガスを通気する。
【０１４９】
パイプライン１１２が下方位置まで続く場合には、同伴空気が除かれた水が重力下で下方位置に流動することができる。その位置で、更なるポンプ及びブースタアセンブリ（又はブースタアセンブリのみ）は、流体が最終目的地に到達するまで次の上昇位置などに汲み上げる。
【０１５０】
ブースタ装置は、連続的な上方勾配（０．２５％より大きい）と垂直勾配までの間の範囲の勾配を有するパイプラインに適合させることができ、例えば複数階の建物で使用することができる。
【０１５１】
ブースタアセンブリは、タービンユニットのシャフトに変換されたエネルギに正比例する、流体をヘッドに汲み上げる能力を有する。
【０１５２】
タービンユニットを考慮すると、ポンプタービン翼の組の回転が、その非存在下において作り出されたであろうものよりも大幅に低圧の区域を作り出すことで、駆動タービン翼の組を横切る質量流量をより大きく誘導することができる。
【０１５３】
ポンプタービン翼の組はポンプとして動作しているので、駆動タービン翼のエネルギーの損失は、ポンプタービン翼の組の作用によって補われる。エネルギーは、駆動タービン翼の組からシャフトに沿ってポンプタービン翼の組へと効率的に転送される。これは、両方の翼の組が、同じシャフトに取り付けられており、駆動タービン翼の組が従来の様式で動作しながらポンプタービン翼の組がタービンユニットを通して流体を引き込むように、同時に逆方向に回転する場合にのみ可能である。
【０１５４】
ポンプタービン翼の組の動作は、駆動タービン翼の組の前方とポンプタービン翼の組の後方との間に高い圧力差を生み出す。高圧領域（駆動タービン翼の組の前方）から低圧領域（ポンプタービン翼の組の後方）へと流体が移動するので、この差がより大きな質量流量を誘導する。高圧領域は、自然に（即ち、大気圧）、又は強制的に（即ち、ポンプ又は加圧ヘッド）生じさせてもよい。ポンプタービン翼の組は、したがって、駆動タービン翼を通る流体の質量流量及び速度の増加を誘導する。ポンプタービン翼の組の動作の結果として、タービンアセンブリを通過する流体の速度が（水については、３ｍ／ｓから３５ｍ／ｓを超えるまで）増加し、それによって、流体の速度は、その重力により生じる終端速度を大幅に超える。
【０１５５】
加えて、ポンプタービン翼の組は、流体を排出すると同時に、通常は駆動タービン翼の組の前方に生じる流体の流れに対する背圧のポテンシャルと障害とを除去する。
【０１５６】
駆動タービン翼の組の直径に対するポンプタービン翼の組の直径は、必要な結果、及びタービンユニットの条件に応じて、同径、小径、又は大径であってもよい。
【０１５７】
共通のシャフトがタービンハウジングを通って延びることができ、そこから突出し、電力を生み出すために交流電源又はモータのそこへの接続を許容する。
【０１５８】
適用によっては、タービンハウジングは収束ベンチュリを支持する。収束ベンチュリが収束領域を提供し、これが質量保存によって流体の速度を増加させる。質量保存は、流体塊がより小さい領域を通過するとその速度が増加し、逆もまた同様であることを規定する。
【０１５９】
適用によっては、タービンハウジングは発散ベンチュリを支持する。発散ベンチュリは、そこを通って移動する流体の速度を低下させる発散領域を提供する。
【０１６０】
駆動タービン翼の組の直前の収束ベンチュリの目的は、重力により生じる流体の終端速度（水については、約７ｍ／ｓ）を超えるレベルまで流体の速度を増加させることである。これが、移動する流体からの運動エネルギーの最大抽出を容易にする。
【０１６１】
ポンプタービン翼が配されているタービンハウジングの部分はまた、発散ベンチュリを含んでいてもよい。このタービンハウジングの部分は、駆動タービン翼の組からポンプタービン翼の組へと遠ざかり発散してもよく、２つのタービン翼の組の間で同じ大きさであってもよく、又は駆動タービン翼の組からポンプタービン翼の組へと収束してもよい。
【０１６２】
当業者にとって明らかであろう変更及び変形は、本発明の範囲に入るものと考慮される。
【０１６３】
下部及び上部等の位置の記載の参照は、図面に示された実施形態の文脈で解釈されるべきであって、用語の文言通りの解釈に本発明を限定するものとして解釈されるべきではなく、むしろ当業者にとって理解されるであろうものとして解釈されるべきである。
【０１６４】
明細書を通して、文脈が要求しない限り、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」との語、或いは「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」又は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」等の変形は、規定された整数又は整数の群の包含を意味するものと理解されるが、他の任意の整数又は整数の群を排除することを意味するものではない。
【図１】
2019516905.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019516905.tif 000015
【図１４】
2019516905.tif 000016
【図１５】
2019516905.tif 000017
【図１６】
2019516905.tif 000018
【図１７】
2019516905.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年1月21日(2019.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのタービンユニットと、少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリであって、前記ブースタ装置は、タービンユニットの出口に接続されるように構成されているブースタハウジングを含み、これにより、第２の流体が、前記タービンユニットを通って延び且つ前記ブースタハウジング内を通過する流体経路に沿って通り、前記少なくとも１つのタービンユニットは、タービンハウジングの通路内に取り付けられた１つ以上のポンプタービン翼の組の上流に位置する１つ以上の駆動タービン翼の組を含み、前記１つ以上の駆動タービン翼の組と前記１つ以上のポンプタービン翼の組とは、同じ方向且つ同じ速度で回転するよう制約されるように、共通のシャフトに取り付けられており、前記ブースタ装置は少なくとも１つの入口を有し、前記第２の流体がブースタハウジングを通って流れているときに第１の流体が前記入口を通って前記第２の流体中に伴われ、前記ブースタアセンブリは、更に、前記ブースタアセンブリを通過する前記第２の流体の体積及び速度を調節するためのフローレギュレータを含み、前記フローレギュレータは、前記流体経路に沿って可変に配されるように構成されたバルブヘッドを含み、前記バルブヘッドは、前記シャフト上に支持され、前記シャフトは、前記バルブヘッドに対して回転可能であることを特徴とするブースタアセンブリ。
【請求項２】
前記フローレギュレータが、前記少なくとも１つのタービンユニットの入口に隣接して配される請求項１に記載のブースタアセンブリ。
【請求項３】
前記流体経路が、直径が狭められた狭小部分を含む請求項１から２のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項４】
前記バルブヘッドが、前記流体経路に沿った前記第２の流体の流れを調節するために、前記狭小部分に対して可変に配される請求項３に記載のブースタアセンブリ。
【請求項５】
前記フローレギュレータが、前記少なくとも１つのタービンユニットの上流に位置する請求項１から４のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項６】
前記フローレギュレータが、前記少なくとも１つのタービンユニットと前記少なくとも１つのブースタ装置との間に位置する請求項１から４のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項７】
前記バルブヘッドが、直径が小さい部分の形状を補う表面を有する請求項３から６のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項８】
前記バルブヘッドが、手動で位置決めされる請求項１から７のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項９】
前記バルブヘッドが、前記流体経路の外部に配された調節装置によって手動で位置決めされ、前記調節装置が、ラック・アンド・ピニオン配置を介して前記バルブヘッドに動作可能に係合する請求項１から７のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項１０】
前記バルブヘッドが、制御センターによって遠隔で位置決めされる請求項１から７のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項１１】
前記バルブヘッドが、通過する前記流体の流動要求に基づいて自動的に位置決めされ、前記バルブヘッドを自動的に位置決めするためのシステムが、前記流体の流れの特性を測定するための１つ以上のセンサを含む請求項１から７のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項１２】
前記バルブヘッドが、スリーブの端部に位置する拡大された部分を含む請求項１から１１のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項１３】
前記第２の流体が通過するときに低圧領域が前記ブースタ装置内に形成され、前記低圧領域が、前記ブースタ装置に入る前の前記第１の流体の圧力よりも低いように前記ブースタ装置が構成される請求項１から１２のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項１４】
前記第１の流体が、前記ブースタ装置に入る前に大気圧である雰囲気から引き込まれる請求項１から１３のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項１５】
前記第１の流体が、前記第２の流体中に伴われるように、前記少なくとも１つの入口を通って前記ブースタハウジング内に流入するようにされる請求項１から１４のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの入口が、前記ブースタハウジングに接続された第１の端部と、前記第１の流体をそこから引き込むことができる雰囲気に曝された第２の端部とを有する入口通路を含む請求項１から１５のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの入口が、前記ブースタハウジングの周囲に配され且つマニホールド配置で構成された複数の開口の形態である請求項１から１５のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項１８】
前記ブースタ装置の入口通路が、前記第１の流体が入口通路を通って前記ブースタハウジング内へ一方向にのみ流動できるように逆止弁を含む請求項１６から１７のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項１９】
前記ブースタ装置が、減圧ノズルを含み、前記減圧ノズルが、流体がそれを通って流動するときに、前記低圧領域がブースタハウジング内に形成されるように構成されている請求項１３から１８のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項２０】
前記ブースタ装置が、前記ブースタハウジングの壁の内面と、前記減圧ノズルの外面とによって画定される環状空間を含む請求項１９に記載のブースタアセンブリ。
【請求項２１】
前記ブースタハウジング内の前記低圧領域が、前記少なくとも１つの入口と流体連通し、前記第１の流体が前記ブースタハウジング内に前記少なくとも１つの入口を通って流入するようにし、前記ブースタハウジングを通って流動する前記第２の流体と混合されるようにする請求項１３から２０のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項２２】
前記ブースタハウジングを出る流体の速度が上昇するように、出口に組み込まれるノズルを含む請求項１から２１のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項２３】
前記駆動タービン翼の組及び前記ポンプタービン翼の組が、回転可能に固定され、前記タービンハウジングがその周りを回転する請求項１に記載のブースタアセンブリ。
【請求項２４】
前記駆動タービン翼の組と前記ポンプタービン翼の組とが、対向した関係で取り付けられ、それによって、動作において前記タービンユニットに供給される前記流体の圧力よりも低い圧力を有する、前記駆動及びポンプタービン翼の組の間の領域が形成されるように、前記ポンプタービン翼の組が前記駆動タービン翼の組と反対の関係になる請求項１から２３のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれかに記載の少なくとも１つのブースタアセンブリを含むことを特徴とするパイプライン。
【請求項２６】
少なくとも１つのタービンユニットと、少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリであって、
前記ブースタ装置は、タービンユニットの出口に接続されるように構成されているブースタハウジングを含み、これにより、第２の流体が、前記タービンユニットを通って延び且つ前記ブースタハウジング内を通過する流体経路に沿って通り、
前記ブースタ装置は、前記ブースタハウジングの第１の端部から内方に延びるノズルを提供し、
前記ブースタ装置は、少なくとも１つの入口を有し、前記第２の流体が前記ブースタハウジングを通って流れているときに第１の流体が前記入口を通って前記第２の流体中に伴われ、前記少なくとも１つの入口は、それを通って入る前記第１の流体を調節する調節装置を含み、
前記ブースタハウジングは、更に、前記ノズルの上流に位置するディフューザを含み、
前記ブースタアセンブリは、更に、前記ブースタアセンブリを通過する前記第２の流体の体積及び速度を調節するためのフローレギュレータを含み、前記フローレギュレータは、前記流体経路に沿って可変に配されるように構成されたバルブヘッドを含むことを特徴とするブースタアセンブリ。
【請求項２７】
前記バルブヘッドが、シャフト上に支持され、前記シャフトが、前記流体経路内に支持され、前記シャフトが、前記バルブヘッドに対して回転可能である請求項２６に記載のブースタアセンブリ。
【請求項２８】
ブースタ装置と、前記ブースタ装置の第１の端部にフローレギュレータとを含むブースタアセンブリであって、前記ブースタ装置は、
ブースタハウジングを通って延びる流体経路に沿って第２の流体が通過するパイプライン内に又はパイプラインに対して取り付けられるように構成されたブースタハウジングを含み、
前記ブースタ装置は、前記ブースタハウジングの前記第１の端部から内方に延びるノズルを提供し、
前記ブースタ装置は、少なくとも１つの入口を有し、前記第２の流体が前記ブースタハウジングを通って流れているときに第１の流体が前記入口を通って前記第２の流体中に伴われ、前記少なくとも１つの入口は、それを通って入る前記第１の流体を調節する調節装置を含み、
前記フローレギュレータは、前記ノズルとバルブヘッドとが協働して前記ブースタハウジングに流入する前記第２の流体を調節するように、前記ノズルに対して流体経路に沿って可変に配されるように構成されたバルブヘッドを含むことを特徴とするブースタアセンブリ。
【請求項２９】
前記バルブヘッドが、前記ノズルの形状を補う形状とされる請求項２８に記載のブースタアセンブリ。
【請求項３０】
前記ブースタハウジングが、更に、前記ノズルの上流に位置するディフューザを含む請求項２８から２９のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【請求項３１】
更に、前記フローレギュレータの下流に位置するタービンユニットを含む請求項２８、２９、及び３０のいずれかに記載のブースタアセンブリ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ブースタアセンブリ及びブースタ装置に関する。特に、本発明は、特に流体を高い位置に持ち上げる必要がある場合に、流体の輸送を補助するためのブースタアセンブリ及びブースタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水は、社会の多くの側面で重要である。このため、水を利用し易くすることが重要である。これを達成するためには、大規模なインフラストラクチャが、ダムなどの貯水場から蛇口などの出口に水を輸送するために必要である。このインフラストラクチャは、典型的には、ある場所から別の場所にパイプラインを通して水を汲み上げるための多数のポンプを含む。
【０００３】
水の輸送に伴うコストは、特に水が著しく長い距離を輸送される必要がある場合、及び／又は圧力ヘッドを超えなければならない山などの高い障害物を超えて輸送される必要がある場合に、大きくなる。このコストは、水が超えることが求められるヘッドの１メートルごとに大きく上昇し、水がヒトによる消費、灌漑のために直接輸送される必要があるかどうか、鉱山から排水するため、及び他の水搬送システムのためにヘッド分配リザーバに汲み上げる必要があるかどうかにかかわらず、一定のコストである。このコストは、インフラに起因するコストを含むが、パイプラインを通して水を輸送するためのポンプを稼働させるために必要な電力の供給に伴うコストがより重要である。
【０００４】
更に、ポンプを稼働させるのに必要な電力は、環境に直接的な影響を及ぼす。少なくとも先進国では、電力生産に伴う炭素排出量のコストは上昇し続ける。また、電力要求の増大は、地球の大気に悪影響を与える炭素産生の上昇に至る。地球上の減少する化石燃料に対する需要が増すにつれて、より効率的な電力利用方法の開発に重点が置かれている。
【０００５】
本発明の背景の前述の議論は、単に本発明の理解を容易にすることを意図している。当然のことながら、前記議論は、言及された材料のいずれかが本願の優先日における一般常識の一部であったことを同意又は承認するものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術の欠点の１以上を改善又は克服する、又は有用な代替を提供するブースタアセンブリ及びブースタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
大気圧においてガス又は流体と言及される明細書を通じて、大気圧は、その特定の場所で想定される通常の大気圧であると理解されるべきである。これは一般に１０１ｋＰａとされるが、大気圧は高さが異なれば異なる。
【０００８】
本明細書を通じて、用語「流体」は、液体又はガスを記述するために使用される。
【０００９】
本発明は、少なくとも１つのタービンユニットと、少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリを提供し、前記ブースタ装置は、タービンユニットの出口に接続されるように構成されているブースタハウジングを含み、これにより、第２の流体が、タービンユニットを通って延び且つブースタハウジング内を通過する流体経路に沿って通り、前記ブースタ装置は少なくとも１つの入口を有し、第２の流体がブースタハウジングを通って流れているときに第１の流体が前記入口を通って第２の流体中に伴われ、前記ブースタアセンブリは、更に、ブースタアセンブリを通過する第２の流体の体積及び速度を調節するためのフローレギュレータを含み、前記フローレギュレータは、流体経路に沿って可変に配されるように構成されたバルブヘッドを含み、前記バルブヘッドは、シャフト上に支持され、前記シャフトは、流体経路内に支持され、前記シャフトは、前記バルブヘッドに対して回転可能である。
【００１０】
本発明は、更に、雰囲気から引き込まれる第１の流体を、流動している第２の流体中に伴わせるためのブースタ装置を提供し、前記ブースタ装置は、タービンユニットの出口に接続されるように構成されているブースタハウジングを含み、前記ブースタハウジングが前記出口に接続されると、前記第２の流体が前記タービンユニットを通過して前記ブースタハウジングに入り、前記ブースタハウジングは少なくとも１つの入口を有し、前記第２の流体が前記ブースタハウジングを通って流動しているときに、前記第１の流体が前記入口を通過して前記第２の流体中に伴われる。
【００１１】
好ましくは、雰囲気は大気圧である。
【００１２】
好ましくは、第１の流体は、第２の流体よりも低い摩擦係数を有する。
【００１３】
他の構成では、ブースタ装置は、ポンプ、コンプレッサ、エンジン、又は他の流体推進機構に接続され、第２の流体をそれを通して加速させるように構成されている。流体推進機構は、ブースタ装置を通過する第２の流体の速度がブースタ装置内に低圧領域を形成するのに十分であるように第２の流体を加速し、それにより低圧領域の圧力が、ブースタ装置に入る前の第１の流体の圧力よりも低くなる。圧力の差は、第１の流体が引き込まれる雰囲気と、ブースタ装置内の低圧領域との間で最大８０ｋＰａであることが好ましい。
【００１４】
本発明は、第１の流体が雰囲気から引き込まれることを可能にし、第１の流体を生成／圧縮／加圧する必要をなくし、その結果、それを流体中に伴わせることができる。
【００１５】
本発明は、流動している第２の流体中に第１の流体を伴わせるためのブースタ装置を提供し、前記ブースタ装置は、タービンユニットの出口から前記第２の流体を受容するように構成されたブースタハウジングを含み、前記ブースタハウジングは、少なくとも１つの入口を有し、前記第２の流体が前記ブースタハウジングを通って流動しているときに、前記第１の流体が前記入口を通過して前記第２の流体中に伴われる。
【００１６】
好ましくは、ブースタ装置は、第２の流体がそれを通過するときに、低圧領域がその中に形成され、前記低圧領域が、ブースタ装置に入る前の第１の流体の圧力よりも低いように構成される。
【００１７】
好ましくは、第１の流体は、雰囲気から引き込まれ、ブースタ装置に入る前は大気圧である。
【００１８】
ブースタ装置は、タービンユニットと一体的に形成されてもよく、タービンユニットに接続されるように構成されてもよく、又はタービンユニットの下流のパイプラインの一部に組み込まれるように構成されてもよい。
【００１９】
第１の流体は、第２の流体中に伴われるように、少なくとも１つの入口を通ってブースタハウジング内に流入するようにすることができる。
【００２０】
好ましくは、少なくとも１つの入口は、ブースタハウジングに接続された第１の端部と、第１の流体をそこから引き込むことができる雰囲気に曝された第２の端部とを有する入口通路を含む。雰囲気が地球を取り巻く雰囲気である場合、第２の端部は、雰囲気から直接空気を引き込み、第２の流体中に伴われるようにする。
【００２１】
入口通路は、ブースタハウジングに対して任意の角度で配することができる。一実施形態では、入口通路は、ブースタハウジングの長手方向軸に対して鋭角に配向される。
【００２２】
別の実施形態では、少なくとも１つの入口は、ブースタハウジングの周囲に配され且つマニホールド配置で構成された複数の開口の形態であることができる。
【００２３】
入口通路は、円筒形チューブによって提供されてもよい。入口通路の断面形状は、任意の形状をとることができるが、製造を容易にするために、断面は円形であることが好ましい。入口通路は、第１の流体が入口通路を通ってブースタハウジング内へ一方向にのみ流動できるように、逆止弁を含むことができる。また、ブースタ装置内の圧力が大気圧よりも大きい場合には、第２の流体の排出を防止する。
【００２４】
入口通路は、入口通路を通過することができる第１の流体の量を調節するための、ゲートバルブなどの調節装置を有することができる。調節装置は、入口通路の第２の端部又はその近傍に配することができる。
【００２５】
好ましくは、ブースタ装置は減圧ノズルを含む。減圧ノズルは、流体がそれを通って流動するときに、低圧領域がブースタハウジング内に形成されるように構成される。
【００２６】
減圧ノズルは、ブースタハウジングの第１の端部に隣接して配されてもよい。減圧ノズルは、ブースタハウジングの第１の端部から内方に延びることができる。
【００２７】
ブースタ装置は、ブースタハウジングの壁の内面と、減圧ノズルの外面とによって画定される環状空間を含むことができる。環状空間の少なくとも一部は、形成されたときに低圧領域の少なくとも一部と重なり合う。
【００２８】
減圧ノズルは、ブースタハウジングに固定され、ブースタハウジングの第１の端部から内方に延びることができる。
【００２９】
ブースタハウジング内の低圧領域を少なくとも１つの入口と流体連通させ、第１の流体がブースタハウジング内に少なくとも１つの入口を通って流入するようにし、ブースタハウジングを通って流動する第２の流体と混合されるようにすることができる。
【００３０】
第１の流体がブースタハウジングに入ると、第１の流体は第２の流体と混合されることができる。第１の流体の少なくとも一部は、流体内に溶解することができる。
【００３１】
ブースタ装置は、減圧ノズルの下流にディフューザを更に含むことができる。ディフューザは、ベンチュリディフューザの形態であってもよい。ディフューザは、混合流体（第１の流体がその中に伴われた第２の流体）の速度を増加させ、混合流体をディフューザを通して加速させる。これにより、ブースタ装置の吸引能力が上がり、第１の流体と第２の流体との混合が容易になる。
【００３２】
ブースタハウジングを出る混合流体は、ブースタ装置に入ったときに対して、第２の流体よりも多くの第１の流体を含む。
【００３３】
第１の流体がガスである場合など、第１の流体が第２の流体よりも軽い場合、第２の流体内に伴われる第１の流体は当然、より高い高さに上がる傾向がある。これは、第１の流体が第２の流体よりも低い摩擦係数を有する場合、圧力ヘッドを超える助けとなり、混合流体を高い位置に持ち上げる。第２の流体中に伴われる第１の流体が混合流体を高い位置に移動させることを「促す」ので、混合流体を輸送するために必要な動力が低減される。これは動力の節約することのみならず、パイプラインを通して第２の流体を輸送するためにパイプラインシステムに必要とされるポンプの数及び／又はサイズも低減させる。
【００３４】
別の利点は、第１の流体／ガスがその中に伴われる結果としての、パイプライン上の混合流体の摩擦の低下に関する。この低下は、パイプラインシステムが、より小さい径のパイプと、強度性能の点でより低い規格のパイプとで設計することを可能にする。これにより、新しいパイプラインを設置する際に、大幅な節約効果がもたらされる。
【００３５】
本発明は、流動流体にガスを伴わせるためのブースタ装置を提供し、前記ブースタ装置は、前記流動流体を受容するための流体入口を有し、ブースタハウジングは、少なくとも１つの入口を有し、前記流体がそれを通って流動しているときに、ガスが前記入口を通過して前記流体中に伴われる。
【００３６】
ブースタ装置は、流体入口を提供する第１の端部と、流体がそこからブースタハウジングを出る第２の端部とを有するブースタハウジングを含むことができ、前記ブースタハウジングは、長手方向の範囲を有することができる。
【００３７】
少なくとも１つの入口は、ブースタハウジングの第１の端部と第２の端部との間に配されてもよい。少なくとも１つの入口は、入口通路によって提供されてもよく、入口通路は、ブースタハウジングの第１の端部と第２の端部との間の中間位置に配されたチューブによって画定することができる。
【００３８】
本発明の一態様では、チューブの長手方向軸は、ブースタハウジングの長手方向軸に対して鋭角である。
【００３９】
本発明の別の態様では、チューブの長手方向軸は、ブースタハウジングの長手方向軸に垂直である。
【００４０】
中間位置は、少なくとも１つの入口がブースタハウジング内の領域と流体連通するようにブースタハウジングに沿って位置決めすることができ、この領域は、流体がブースタ装置を通って流動しているときに、少なくとも１つの入口の上流の領域よりも低い圧力を有する。低圧領域の圧力は、ブースタ装置に入る前のガスの圧力よりも低いことが好ましい。好ましくは、ガスは大気圧である。好ましくは、雰囲気と低圧領域との間の圧力差は８０ｋＰａである。
【００４１】
中間位置は、少なくとも１つの入口が低圧領域に位置するように、ブースタハウジングの壁の内面及びブースタ装置のノズルの外面によって画定される環状空間と位置合わせしてもよい。低圧領域の圧力とブースタ装置に入る前のガスの圧力との間の圧力差は、ガスが少なくとも１つの入口を介してブースタ装置に入るようにされる。
【００４２】
環状空間の少なくとも一部は、低圧領域の少なくとも一部と重なり合うことができる。
【００４３】
ブースタ装置は、ブースタ装置を通過する流体に推進力を提供するための流体推進機構に連結されてもよい。
【００４４】
本発明は、更に、流体推進力（ｍｏｔｉｖｅ  ｆｌｕｉｄ  ｆｏｒｃｅ）（外部電源など）を供給する少なくとも１つの流体推進機構と、少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリを提供し、前記少なくとも１つのブースタ装置は、本明細書中で先に記載した通りである。
【００４５】
流体推進力を供給する流体推進機構は、タービン、ポンプ、コンプレッサ、エンジン、又は類似の装置の形態であることができる。これらの構成では、ブースタ装置に対して高い位置から流れる流体のエネルギーを利用することができる。
【００４６】
本発明は、更に、少なくとも１つのタービンユニットと少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリを提供し、前記少なくとも１つのブースタ装置は、本明細書中で先に記載した通りである。
【００４７】
ブースタアセンブリは、サブマージェンスファクター（ｓｕｂｍｅｒｇｅｎｃｅ  ｆａｃｔｏｒ）が汲み上げられる高さの少なくとも３０％であれば、更なる流体推進機構を必要としない。即ち、タービンユニットによって供給される動力は、ブースタ装置と、流体が輸送される上昇位置との間のヘッドの３０％を少なくとも超えるのに十分でなければならない。必要な動力の低減は、流体（同伴ガスを含む）とパイプラインとの間の摩擦の減少、及び同伴ガスが流体を高所に持ち上げるために流体に及ぼす影響の直接的な結果である。
【００４８】
本発明は、更に、少なくとも１つのタービンユニットと少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリを提供し、前記ブースタ装置は、タービンユニットの出口に接続されるように構成されているブースタハウジングを含み、これにより、第２の流体が、タービンユニットを通って延び且つブースタハウジング内を通過する流体経路に沿って通り、前記ブースタ装置は少なくとも１つの入口を有し、第２の流体がブースタハウジングを通って流れているときに第１の流体が前記入口を通って第２の流体中に伴われる。
【００４９】
少なくとも１つのタービンユニット及び少なくとも１つのブースタ装置は、一体的に形成されてもよく、締結具の使用などにより相互にしっかりと取り付けられてもよく、又はブースタ装置がタービンユニットから離間して、パイプラインの一部に組み込まれるように構成されてもよい。
【００５０】
ブースタアセンブリは、ブースタアセンブリを通過する第２の流体の体積及び速度を調節するためのフローレギュレータを更に含むことができる。フローレギュレータは、少なくとも１つのタービンユニットの入口に隣接して配することができる。フローレギュレータは調節可能であることができる。
【００５１】
フローレギュレータは、流体経路に沿って可変に配されるように構成されたバルブヘッドを含む。
【００５２】
流体経路は、例えば、ブースタアセンブリに含まれる収束部／ノズルによって提供することができる、直径が狭められた狭小部分を含むことができる。バルブヘッドは、流体経路に沿った第２の流体の流れを調節するために、狭小部分に対して可変に配することができる。バルブヘッドを狭小部分の近くに配することによって、流体経路の断面積が減少するので第２の流体の流れが減少する。バルブヘッドを狭小部分から離れるように動かすことによって、流体経路の断面積が増加するので第２の流体の流れが増加する。
【００５３】
本発明の一態様では、フローレギュレータは、少なくとも１つのタービンユニットの上流に配されてもよい。狭小部分は、フローレギュレータと少なくとも１つのタービンユニットとの間に位置するノズルの形態であってもよく、又はタービンユニットの一部であってもよい。
【００５４】
本発明の別の態様では、フローレギュレータは、少なくとも１つのタービンユニットと少なくとも１つのブースタ装置との間に配されてもよい。
【００５５】
バルブヘッドは、直径が小さい部分の形状を補う表面を有していてもよい。例えば、バルブヘッドの表面がノズルの形状を補う。
【００５６】
本発明の一態様では、バルブヘッドを手動で位置決めすることができる。バルブヘッドは、流体経路の外部に配されたホイールなどの調節装置によって手動で位置決めすることができる。調節装置は、バルブヘッドに動作可能に係合することができ、そのような係合は、ラック・アンド・ピニオン配置を介して行うことができる。
【００５７】
本発明の別の態様では、バルブヘッドを制御センターによって遠隔で位置させてもよい。
【００５８】
本発明の別の態様では、バルブヘッドを、それを通過する流体の流動要求に基づいて自動的に位置決めしてもよい。そのようなシステムは、流体の流れの特性を測定するための１つ以上のセンサを含むことができる。これらの測定値は、必要な流量出力を達成するために必要とされ得るようにバルブヘッドを移動させるために使用される。
【００５９】
バルブヘッドは、スリーブの端部に位置する拡大された部分を含むことができる。バルブヘッドは、シャフト上に回転可能に位置させてもよく、シャフトは流体経路内で支持されてもよい。
【００６０】
ブースタアセンブリは、ブースタハウジングを出る流体の速度が上昇するように、その出口に組み込まれるノズルを有することができる。
【００６１】
使用時に、ブースタアセンブリは、ポンプの下流に配されてもよい。別の実施形態では、ブースタアセンブリはパイプライン内に配され、それによって、高い位置からの流体がそこに送られるので、ポンプの必要がなくなる。
【００６２】
好ましくは、少なくとも１つのタービンユニットは、タービンハウジングのタービン通路内に取り付けられた１つ以上のポンプタービン翼の組の上流に位置する１つ以上の駆動タービン翼の組を含む。各タービン翼の組の翼は、最大流体速度を生成して、タービンの入口と、１つ以上の駆動タービン翼の組と１つ以上のポンプタービン翼の組との間に形成される領域との間に可能な最大の圧力差をもたらすように構成することができる。
【００６３】
好ましくは、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは、それらが同じ方向且つ同じ速度で回転するよう制約されるように、共通のシャフトに取り付けられている。シャフトはまた、フローレギュレータのバルブヘッドを回転可能に支持することができる。別の実施形態では、駆動タービン翼の組及びポンプタービン翼の組を回転可能に固定することができ、タービンハウジングはその周りを回転する。
【００６４】
駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは、対向した関係で取り付けられていてもよく、それによって、動作において駆動タービン翼の組がポンプタービン翼の組に向かって流体を押し出し、ポンプタービン翼の組が駆動タービン翼の組から流体を引き込むように、ポンプタービン翼の組が駆動タービン翼の組と反対の関係となる。タービン翼の組の同時動作が、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組との間に低圧領域を生み出してもよく、この圧力は、タービンユニットへ供給される流体の圧力よりも低くてもよい。タービン翼の組の同時動作が、駆動タービン翼の組の前方に低圧領域を生み出してもよく、この圧力は、タービンユニットへ供給される流体の圧力よりも低くてもよい。
【００６５】
この構成により、タービン通路の開口部の流体圧力と比較して低圧の領域が２つのタービン翼の組の間に作り出される。更に、ポンプタービン翼の組がタービンユニットを通して流体を引き込むと、駆動タービン翼の組から上流にも低圧の領域が形成される。その結果、タービンユニットの前方に流れるための最小限の障害が存在する。これは、従来技術の装置により典型的に経験されたことである。ポンプタービン翼の組とその駆動タービン翼の組に対する逆の配向のため、タービンユニットを通って流れる質量が顕著に増加する。更に、駆動タービン翼の組に当たる流体の速度が増加する。
【００６６】
流体が高圧領域（タービンユニットの前方）から比較的低圧の領域に移動すると、より大きな圧力差がより大きな質量流量を誘導する。高圧領域は、自然、即ち大気圧、又は強制、即ちポンプや圧力ヘッドのどちらかにより発生し得る。更に、ポンプタービン翼の組は、流体を排出すると同時に、背圧のポテンシャルを低下させる。
【００６７】
好ましくは、単一のタービンユニットのみが存在する場合、駆動タービン翼の組に当たる流体の速度は、流体の終端速度よりも大きい。これは、ポンプタービン翼の組の大きさにより影響され得る。
【００６８】
各タービン翼の組は、翼に当たる流体の力によって回転させられる翼の組の形態であってもよい。
【００６９】
本発明の一態様では、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは離間関係にある。
【００７０】
本発明の別の態様では、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは互いに重なり合う。
【００７１】
少なくともタービンユニットは、少なくとも１つの発電機に接続されていてもよい。接続は、チェーン駆動、ベルト駆動、シャフトからシャフトへの直接接続、ギアボックス、又は他の既知の手段を介して行われてもよい。少なくともタービンユニットは、モータに接続されていてもよい。
【００７２】
流体がタービン通路を通って流れると、その流れが駆動タービン翼の組を駆動すると同時に、ポンプタービン翼の組を回転させる。ポンプタービン翼の組が回転すると、それがポンプタービン翼の組に向かって効率的に流体を引き込み、少なくとも２つのタービン翼の組の間に低圧領域を作り出す。
【００７３】
ポンプタービン翼の組が回転すると、流体がシステムを通して引き込まれ、タービンユニットの外へ押し出され、駆動タービン翼の組の後方及び前方の圧力蓄積と関連する逆流圧及びエネルギー損失を最小化する。タービン通路から流体を押し出す行為はまた、通路の出口に存在し得る圧力ヘッドを克服する。ポンプ翼の組が回転するにつれて、ポンプ翼の組と駆動タービン翼の組の上流との間に低圧領域が形成され、圧力勾配差を生じる。これは、より高い上流の圧力から低圧領域へと流体を加速させ、流体の速度が上昇する。速度上昇の倍増は、利用可能エネルギーの二乗の増加を表す。駆動タービンの組の回転により、エネルギーが機械的エネルギーとしてシャフトに伝達される。これは、駆動タービン翼の組からシャフト上に伝達される機械的エネルギーに等しい流体をヘッドに送るためにポンプ翼の組によって使用されることができる。
【００７４】
互いに対して設定された各タービン翼の組の向きにより、ポンプタービン翼の組の効果はまた、システム内の乱流を最小にし、流体が駆動タービン翼の組から通過すると流体の流れを整流する効果を有する。
【００７５】
タービンユニットは、通路に侵入する破片や動物を防ぐため、タービン通路の駆動端及びポンプ端にスクリーンを更に含んでいてもよい。
【００７６】
本発明の一態様では、ポンプタービン翼の組は、駆動タービン翼と同じ大きさである。
【００７７】
本発明の別の態様では、ポンプタービン翼の組は、駆動タービン翼の組よりも大径である。好ましくは、駆動タービン翼の直径のポンプタービン翼の組に対する最適な比は、１：１．６１７である。
【００７８】
本発明の一態様では、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは、互いに重なり合うように連結することができる。
【００７９】
本発明の別の態様では、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは離間関係とする。駆動タービン翼の組とポンプタービン翼とは、駆動タービン翼の組の直径の３．２倍の比で離間されていてもよい。駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組との間隔は、この比から変化させることができる。
【００８０】
駆動タービン翼の組とポンプタービン翼とは、ポンプタービン翼の組が駆動タービン翼の組の直径に対して小径、同径、又は大径となることを許容する離間関係とすることができる。
【００８１】
タービン通路は、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組との間に位置するチャンバを含んでいてもよい。チャンバは、ポンプタービン翼の組に近づくにつれて収束する前に駆動タービン翼の組から外側に延びていてもよい。
【００８２】
タービン通路は、駆動タービン翼の組から上流に位置する収束部を含んでいてもよい。タービン通路は、ポンプタービン翼の組から下流に位置する発散部を含んでいてもよい。
【００８３】
収束部は、流体が流れる断面積を減少させて、そこを通過する流体の速度及び圧力を増加させ、流体が駆動翼の組に当たる力を増加させる。一方で、発散部はそこを通過する流体の速度及び圧力を減少させる。各部分は、タービンユニットのチャンバに向かう方向に収束するように構成されている。
【００８４】
収束部は、駆動タービン翼の組に向かって移動するにつれて流体速度を増大させるのに役立つ。これが、ポンプタービン翼の組の動作と組み合わせて、流体速度が重力による流体の終端速度（水については７ｍ／ｓ）を超えることを可能にする。また、３５ｍ／ｓを超える流体速度の上昇を誘導し、流体の流れからの最大の運動エネルギーの抽出を可能にし、確実にする。
【００８５】
好ましくは、発散部は、流体がタービン翼の組から離れるにつれてタービン翼の組の流体のエネルギー損失によって作り出される背圧の低減に寄与する。
【００８６】
駆動タービン翼の組は、駆動タービン翼の組の翼上に流体を導くために、その上流に位置する固定子を有していてもよい。好ましくは、固定子は、シャフトに同軸上に取り付けられている。付加的な固定子を、タービンユニットの他の部分に結合させてもよい。固定子は、一組の静止翼であり、その主な役割は流体を偏向することである。
【００８７】
この場合には、ポンプタービン翼の組の、タービンユニット内の圧力への影響の結果として、流体の質量流量及び関連する圧力は、先行技術の装置とは異なり、固定子によって妨げられない。したがって、高速で妨げられない質量流量は、駆動タービン翼の組に当たる流体の力を増大させ、これが今度は電気エネルギーに変換することができる利用可能なエネルギーを増加させる。
【００８８】
複数のタービンユニットは、直列に配してもよい。該ユニットは、タービンユニットを出る流体が他の隣接するタービンユニットへと直ちに通過するように、隣接した配置に位置付けられていてもよい。
【００８９】
それがなければ駆動タービン翼の組に存在したであろう流体の流れ及び圧力の障害を最小にするポンプタービン翼の組の結果としてのみ、直列の複数のタービンユニットの使用が可能である。
【００９０】
互いに対して向き及び構成を変化させながら実質的に直列に配された、複数のタービンユニットがあってもよい。これらの構成は本発明の範囲に含まれることが理解されるべきである。
【００９１】
各タービンユニットは、独立したシャフトに取り付けられていてもよい。
【００９２】
タービンアセンブリの内部及び外部の少なくともいずれかへの流体の流れは、複数の経路を通ってもよく、この変形は本発明により包含されることが理解されるべきである。
【００９３】
駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とが互いに逆の関係に配されているので、本発明の一態様では、２つのタービン翼の間の位置からすると、１つのタービン翼の組のタービン翼は別のタービン翼の組のタービン翼の鏡像である。別の態様では、１つのタービン翼の組のタービン翼は、他のタービン翼の組のタービン翼から１８０°の角度でオフセットされている。
【００９４】
駆動タービン翼の組とポンプタービン翼とは、ポンプタービン翼の組が駆動タービン翼の組の直径に対して小径、同径、又は大径となることを許容する離間関係とすることができる。或いは、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは連結又は重複し、それによって２つの翼の組が互いに僅かに重なり合っていてもよい。
【００９５】
駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組とは、互いに対向した関係で配され、即ち、流体が駆動タービン翼の組に当たって翼がシャフトの回転を開始するように、翼が互いに対して逆になっている。ポンプタービン翼の組と駆動タービン翼の組とが共通のシャフトに接続されているので、ポンプタービン翼の組は、駆動タービン翼の組と同時に同じ速度で回転する。ポンプタービン翼の組が回転すると、それがポンプタービン翼の背後に低圧領域を作り出し、駆動タービン翼の組とポンプタービン翼の組との間だけでなく、駆動タービン翼の組の前方に低圧領域を誘導する。これが、駆動タービン翼を横切る大幅に高圧力に設定された流体の質量流量の増加をもたらし、流体がより大きな力で駆動タービン翼の組に当たるようになる。
【００９６】
本発明は、更に、本明細書中で先に記載した少なくとも１つのブースタアセンブリを含むパイプラインを提供する。
【００９７】
本発明は、更に、本明細書中で先に記載した少なくとも１つのブースタ装置を含むパイプラインを提供する。
【００９８】
本発明は、更に、少なくとも１つのタービンユニットと、少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリを提供し、前記ブースタ装置は、タービンユニットの出口に接続されるように構成されているブースタハウジングを含み、これにより、第２の流体が、タービンユニットを通って延び且つブースタハウジング内を通過する流体経路に沿って通り、前記少なくとも１つのタービンユニットは、タービンハウジングの通路内に取り付けられた１つ以上のポンプタービン翼の組の上流に位置する１つ以上の駆動タービン翼の組を含み、前記１つ以上の駆動タービン翼の組と前記１つ以上のポンプタービン翼の組とは、同じ方向且つ同じ速度で回転するよう制約されるように、共通のシャフトに取り付けられており、前記ブースタ装置は少なくとも１つの入口を有し、第２の流体がブースタハウジングを通って流れているときに第１の流体が前記入口を通って第２の流体中に伴われ、前記ブースタアセンブリは、更に、ブースタアセンブリを通過する第２の流体の体積及び速度を調節するためのフローレギュレータを含み、前記フローレギュレータは、流体経路に沿って可変に配されるように構成されたバルブヘッドを含み、前記バルブヘッドは、シャフト上に支持され、前記シャフトは、前記バルブヘッドに対して回転可能である。
【００９９】
本発明は、更に、少なくとも１つのタービンユニットと、少なくとも１つのブースタ装置とを含むブースタアセンブリを提供し、
前記ブースタ装置は、タービンユニットの出口に接続されるように構成されているブースタハウジングを含み、これにより、第２の流体が、タービンユニットを通って延び且つブースタハウジング内を通過する流体経路に沿って通り、
前記ブースタ装置は、ブースタハウジングの第１の端部から内方に延びるノズルを提供し、
前記ブースタ装置は、少なくとも１つの入口を有し、第２の流体がブースタハウジングを通って流れているときに第１の流体が前記入口を通って第２の流体中に伴われ、前記少なくとも１つの入口は、それを通って入る第１の流体を調節する調節装置を含み、
前記ブースタハウジングは、ノズルの上流に位置するディフューザを含み、
前記ブースタアセンブリは、更に、ブースタアセンブリを通過する第２の流体の体積及び速度を調節するためのフローレギュレータを含み、前記フローレギュレータは、流体経路に沿って可変に配されるように構成されたバルブヘッドを含む。
【０１００】
好ましくは、前記バルブヘッドは、シャフト上に支持され、前記シャフトは、流体経路内に支持され、前記シャフトは、前記バルブヘッドに対して回転可能である。
【０１０１】
本発明は、更に、ブースタ装置と、前記ブースタ装置の第１の端部にフローレギュレータとを含むブースタアセンブリを提供し、前記ブースタ装置は、
ブースタハウジングを通って延びる流体経路に沿って第２の流体が通過するパイプライン内に又はパイプラインに対して取り付けられるように構成されたブースタハウジングを含み、
前記ブースタ装置は、ブースタハウジングの第１の端部から内方に延びるノズルを提供し、
前記ブースタ装置は、少なくとも１つの入口を有し、第２の流体がブースタハウジングを通って流れているときに第１の流体が前記入口を通って第２の流体中に伴われ、前記少なくとも１つの入口は、それを通って入る第１の流体を調節する調節装置を含み、
フローレギュレータは、ノズルとバルブヘッドとが協働してブースタハウジングに流入する第２の流体を調節するように、ノズルに対して流体経路に沿って可変に配されるように構成されたバルブヘッドを含む。
【０１０２】
好ましくは、バルブヘッドは、ノズルの形状を補う形状とされる。
【０１０３】
好ましくは、ブースタハウジングは、ノズルの上流に位置するディフューザを含む。
【０１０４】
好ましくは、ブースタアセンブリは、更に、フローレギュレータの下流に位置するタービンユニットを含む。
【０１０５】
別の実施形態では、ブースタ装置は、ブースタ装置を通過する前に、流体推進力をもたらして流体の速度を上昇させる流体推進機構と接続される。流体推進力をもたらす流体推進機構は、インペラポンプ、エアポンプ、燃焼機関、又はコンプレッサ構成の形態であってもよい。更に別の形態では、流体推進力をもたらす流体推進機構は、ブースタアセンブリの下流に位置する真空の形態である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
本発明は、以下添付の図面に示す複数の実施形態の以下説明を参照することで良く理解されるであろう。
【図１】図１は、好ましい適用に示された本発明の第１の実施形態に係るブースタアセンブリの概略図である。
【図２】図２は、第１の実施形態のブースタアセンブリの断面側面図である。
【図３】図３は、セクションＡＡによって示される、図２のタービンユニットの拡大図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係るブースタアセンブリの断面側面図である。
【図５】図５は、図４に示すブースタ装置の断面側面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係るブースタアセンブリの斜視模式図である。
【図７】図７は、図６のブースタアセンブリの断面側面図である。
【図８】図８は、図６のブースタアセンブリの断面正面斜視図である。
【図９】図９は、図６のブースタアセンブリの断面後方斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施形態に係るブースタアセンブリのフローレギュレータ及びタービンユニットの斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０の断面側面図である。
【図１２】図１２は、図１０の端面図である。
【図１３】図１３は、シャフトに取り付けられたポンピングタービン翼の組と駆動タービン翼の組の側面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５の実施形態に係るブースタアセンブリのフローレギュレータ及びブースタ装置の斜視図である。
【図１５】図１５は、図１４の端面図である。
【図１６】図１６は、セクションｃｃで切った図１５の断面側面図である。
【図１７】図１７は、フローレギュレータのバルブヘッドの斜視図である。
【図１８】図１８は、ノズルの斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明の第６の実施形態に係るブースタアセンブリのフローレギュレータ及びタービンユニットの斜視図である。
【図２０】図２０は、図１９の断面側面図である。
【０１０７】
図中において、同様の構造は、複数の図を通して同様の数字によって参照される。示される図面は、必ずしも正確な縮尺ではなく、一般的に本発明の原理の具体的説明に重点を置いている。
【発明を実施するための形態】
【０１０８】
本発明は、高い位置への流体の流れをブーストするように設計されている。このようにすると、流体を輸送するために必要なポンプの容量、したがってポンプによって必要とされる動力が減少するので、流体を輸送するためのコストが低減される。更に、流動する流体とパイプラインとの間の摩擦が低減される。これにより、より小さな直径のパイプの使用が可能になる。
【０１０９】
一態様によれば、本発明は、タービンユニットの上流にブースタ装置を備えたブースタアセンブリの形態であり、ブースタ装置は、ガスなどの第１の流体をパイプラインに導入するように設計されている。以下の実施形態の目的のために、パイプラインへの空気の導入について記載する。
【０１１０】
以下の実施形態はまた、流体が、流動する流体内に伴われるようにするために用いることができ、ガスが伴われるのと同様の方法で流動流体に入る。この変形例は、本発明の範囲内にあると考えられる。
【０１１１】
ブースタ装置の目的は、その中に低圧領域を作り出すことであり、低圧領域は入口と流体連通している。低圧領域が形成されると、雰囲気から引き込まれた大気圧にある第１の流体が、入口を通ってブースタ装置に入り、そこを通過する流体中に伴われる。入口を通る十分な流れをもたらすのに十分なブースタ装置内のより低い圧力領域を生み出すためには、流体推進機構が必要である。この流体推進機構は、ブースタ装置に入る流体がより低い圧力領域の形成を可能にする速度に加速されることを保証する。流体推進機構は、ポンプ又はタービンユニットなどであることができる。本明細書で説明するように、流体推進機構がタービンユニットによって提供される場合、流体が上昇位置からブースタ装置に流れるときに流体に提供されるエネルギーが十分であり得る。これは、タービンユニットのサブマージェンスファクターが３０％の場合である。
【０１１２】
各図において、矢印Ａがある場合、これは、流体の流れの方向を示す。
【０１１３】
図１〜図３に示す本発明の第１の実施形態によれば、水を輸送するためのパイプライン１１２内にブースタアセンブリ１２が組み込まれている。ブースタアセンブリ１２は、高位置１１４の底部に配されている。ブースタアセンブリ１２は、上昇位置に対する底部、又は中間位置にあることが好ましいが、ブースタアセンブリ１２は、パイプライン１１２に沿う任意の場所に配することもできる。
【０１１４】
図示される適用では、ポンプ１１０は、水を供給するためにブースタアセンブリ１２の上流に配されている。
【０１１５】
別の実施形態では、ポンプ１１０は、ブースタアセンブリ１２に対して適切なヘッド（典型的には３ｍより大きいヘッド）でリザーバに置き換えられる。
【０１１６】
更に別の実施形態では、ブースタアセンブリ１２は、パイプラインが上昇位置からブースタアセンブリ１２に水を供給するときに生じるような重力供給水（ｇｒａｖｉｔｙ  ｆｅｅｄ  ｗａｔｅｒ）である。
【０１１７】
この実施形態では、ブースタアセンブリ１２は、タービンユニット１１と、タービンユニット１１にボルト締めされたブースタ装置１０とを含むが、ブースタ装置１０は、タービンユニット１１の一体部分として形成されてもよいと理解されるべきである。
【０１１８】
ブースタアセンブリ１２は、タービンユニット１１及びブースタ装置１０を通って延びる流体経路を提供する。
【０１１９】
ブースタ装置１０は、ブースタハウジング１１６と、ブースタ装置１０をタービンユニット１１の出口１４に接続するための第１のフランジ１１８と、パイプライン１１２に接続するための第２のフランジ１２０とを含む。ブースタ装置１０は、以下に説明する理由により、収束ノズル１２２を含む。
【０１２０】
ブースタ装置１０はまた、それぞれがチューブ１２４の形態である２つの入口１２３を含む。各入口は、ガスがブースタハウジング１１６に入ることを可能にする。
【０１２１】
各チューブ１２４は、ブースタハウジング１１６に流体連通するようにブースタハウジング１１６に接続された第１の端部１２６を有する。各チューブ１２４は、雰囲気に開放された第２の端部１２８を有する。
【０１２２】
第２の端部１２８に隣接して、チューブは逆止弁１３０を組み込んでいる。逆止弁１３０は、チューブ１２４を通ってブースタ装置１０から液体が出ることを防止しながら、空気をチューブ１２４に入れる。
【０１２３】
各チューブ１２４はまた、ゲートバルブ１３２の形態の調節装置を組み込んでいる。ゲートバルブ１３２は、チューブ１２４を通つてブースタハウジング１１６内に入る空気の量を調節するようにチューブ１２４の入口のサイズを制御するように調節可能である。
【０１２４】
各タービンユニット１１は、共通のシャフト１７に同軸上に取り付けられた駆動タービン翼の組１３及びポンプタービン翼の組１５を含む。
【０１２５】
駆動タービン翼の組１３及びポンプタービン翼の組１５は、タービンハウジング１９内に形成されたタービン通路２１内に配されている。タービン通路２１は、ブースタアセンブリ１２の流体路の一部を形成し、駆動タービン翼の組１３及びポンプタービン翼の組１５へと流体を導く。
【０１２６】
タービン通路２１は、第１の端部２３及び第２の端部２５を有する。タービン通路２１はまた、第１の端部２３と駆動タービン翼の組１３との間に位置する収束部２７と、駆動タービン翼の組１３とポンプタービン翼の組１５との間に位置する発散部２９とを内蔵している。
【０１２７】
最初の動作で、ポンプ１１０は、ブースタアセンブリに流体を供給する。流体はタービンユニット１１に入り、タービン通路２１の収束部２７を通過する際に速度が上昇する。流体は駆動タービン翼の組１３に当たり、シャフト１７とポンプタービン翼の組１５の同時回転をもたらす。
【０１２８】
一度ポンプタービン翼の組１５が回転すると、低圧の領域が２つのタービン翼の組１３及び１５の間のタービン通路２１の部分に生み出される。この圧力差は、タービンユニットの構成に依存するが、通常、大気圧より１０〜９０ｋＰａ低い範囲にある。ポンプタービン翼の組１５は、流体がポンプタービン翼の組１５を通過するまで、流体を駆動タービン翼の組１３から引き込む。それが次いで第１のタービンユニット１１から流体を押出す。圧力の低下は、３〜３５ｍ／秒以上に設定された駆動タービン翼に当たる流体の速度を加速する。全質量流量（又はそれ以上）で、低圧力領域によって生じる速度の実質的な増加は、シャフト１７を介して機械エネルギーに変換される駆動タービン翼の組に作用する力を増加させる。これは、タービンユニットの連続運転に役立つ。
【０１２９】
更に、ポンプタービン翼の組１５の流体の引込み作用は、駆動タービン翼の組１３の前方において生じ得る圧力の上昇だけでなく駆動タービン翼の組１３によって作り出される逆流圧力損失の影響を軽減し、駆動タービン翼の組１３から上流に更なる低圧領域を作り出す。引込み効果はまた、乱流を低減して流体速度を増大させるのに役立つ。
【０１３０】
流体は、タービンユニット１１のタービン通路２１に入ると、収束部２７を通って駆動タービン翼の組１３に向かい加速される。駆動タービン翼の組１３が回転すると、ポンプタービン翼の組１５もまた回転してタービン通路２１を介してより多くの流体を引き込む。ポンプタービン翼の組１５と駆動タービン翼の組１３とは同じシャフトに取り付けられているので、ポンプタービン翼の組１５の回転は、駆動タービン翼の組１３の回転によって誘起される。
【０１３１】
ポンプタービン翼の組１５の翼が駆動翼の組１３の翼と逆になると、ポンプタービン翼の組１５は、流体を駆動翼の組１３から引き込み、それをブースタ装置１０のパイプラインセクション１１６に高速度（典型的には＞１２ｍ／秒）で推進する。
【０１３２】
水がブースタ装置１０に入ると、水は収束ノズル１２２を通過して加速される。水が加速するにつれて、低圧領域１３４が形成される。ブースタ装置１０の構成によって、低圧領域１３４が、各チューブ１２４の第２の端部１２８の周り又はその近傍に形成される。各チューブ１２４の第２の端部１２８における圧力は、各チューブ１２４の第１の端部１２６における圧力よりも低いので、空気は各チューブ１２４を通してブースタハウジング１１６に引き込まれる。
【０１３３】
雰囲気からブースタ装置１０に引き込まれた空気は、水と混合して水に伴われ、空気の一部は水の中に溶解する。水の中の空気は自然に上昇する傾向があり、水を持ち上げる。これにより、水をパイプライン１１２を通って上昇位置１１４まで汲み上げるのに必要なエネルギー量が大幅に低減される。更に、水が上昇すると、それに伴われる空気が膨張して上昇位置への水の輸送を更に促進する。
【０１３４】
本発明の第２の実施形態に係るブースタアセンブリ２１２を、図４及び図５に示す。便宜上、第１の実施形態のブースタアセンブリ１２の特徴と類似又は対応するブースタアセンブリ２１２の特徴は、同じ参照番号で示した。
【０１３５】
第１の実施形態と同様に、ブースタアセンブリ２１２は、タービンユニット１１及びブースタ装置２１０を含む。タービンユニットは、第１の実施形態で記載した通りである。
【０１３６】
ブースタ装置２１０は、第１の実施形態のブースタ装置１０と同様の構成を有する。図５に示すように、ブースタ装置２１０は、収束ノズル１２２の上流に配されたベンチュリディフューザ２２３の形態であるディフューザを更に含む。ベンチュリディフューザ２２３は、そこを通過する流体を加速して、更に流体を上昇位置に持ち上げるのを助ける。更に、ベンチュリディフューザ２２３は、ガスを流体と更に混合させ、その結果、流体中のガスのより多くの吸収をもたらす。これは更に、流体を上昇位置に持ち上げるのを助ける。
【０１３７】
本発明の第３の実施形態に係るブースタアセンブリ３１２を、図６〜図９に示す。便宜上、第１及び第２の実施形態のブースタアセンブリの特徴と類似又は対応するブースタアセンブリ３１２の特徴は、同じ参照番号で示した。ブースタアセンブリは、タービンユニット１１に接続されたブースタ装置３１０を含む。
【０１３８】
第３の実施形態のブースタアセンブリ３１２は、第２の実施形態のものと非常に類似している。違いは、２つの入口３２３の向きに関連する。先の実施形態と同様に、各入口３２３は、チューブ３２４によって提供され、各チューブ３２４の第１の端部３２６は、ブースタ装置３１０内に形成された低圧領域１３４で終結する。
【０１３９】
本発明の第４の実施形態に係るブースタアセンブリ４１２を、図１０〜図１２に示す。便宜上、第１の実施形態のブースタアセンブリの特徴と類似又は対応するブースタアセンブリ４１２の特徴は、同じ参照番号で示した。
【０１４０】
ブースタアセンブリ４１２は、タービンユニット１１に接続されたブースタ装置（図示せず）を含む。ブースタ装置は図１０〜図１２には示されていないが、ブースタ装置は、例えば、先の図面に図示されるブースタ装置のいずれか形態、又は先に説明したような形態をとることができる。
【０１４１】
ブースタアセンブリ４１２はまた、ブースタアセンブリ４１２を通る流体の流れ特性を調節するためのフローレギュレータ４３６を含む。フローレギュレータ４３６はバルブヘッド４３８を含み、バルブヘッド４３８は、流体経路内に取り付けられるようにシャフト１７に回転可能に支持される。図１１に最もよく図示されているように、タービンユニット１１の駆動タービン翼の組１３及びポンピングタービン翼の組１５もシャフト１７に取り付けられている。
【０１４２】
調節機構４４０は、バルブヘッドがシャフト１７に沿って可変に配されるように、バルブヘッド４３８と動作可能に係合する。この実施形態では、調節機構４４０は、手動で動作可能であり、ブースタアセンブリ４１０の外部にホイール４４２を含む。ホイール４４２は、ラック・アンド・ピニオン配置４４６を介してバルブヘッド４３８のスリーブ４４４に係合し、これにより、ホイール４４２の回転は、シャフト１７に沿ったバルブヘッド４３８の長手方向の動きに変換される。
【０１４３】
バルブヘッド４３８の拡大端部４４７は、タービンユニット１１のノズル２７と相補的な外形を有する。バルブヘッド４３８の拡大端部４４７の表面４４８は、ノズル２７の内面と協働して、ブースタアセンブリ４１０を通る流体の流れを調節する。バルブヘッド４３８のノズル２７に向かう動きにより、流体経路の断面積を減少させ、ブースタアセンブリ４１２を通る流体の体積及び速度を低下させる。バルブヘッド４３８のノズル２７から離れる動きにより、流体経路の断面積が増大し、より大きな体積の流体がブースタアセンブリ４１２を通ることが可能になる。
【０１４４】
バルブヘッド４３８は、ブースタアセンブリ４１２内で角度をつけて支持されて、シャフト１７の回転を許容しつつ、バルブヘッド４３８の回転を防止する。図１２及び図１７に最もよく示されるように、バルブヘッド４３８は、スリーブ４４４から半径方向外方に延びる３つのフィン４５０によって支持されている。各フィン４５０の端部４５２は、ガイドトラック４５４に受容される。ガイドトラック４５４は、ガイドトラック４５４の長手方向の範囲に沿ってフィン４５０の移動を可能にする。
【０１４５】
本発明の第５の実施形態に係るブースタアセンブリ５１２を、図１４〜図１６に示す。便宜上、第１及び第４の実施形態のブースタアセンブリの特徴と類似又は対応するブースタアセンブリ５１２の特徴は、同じ参照番号で示した。
【０１４６】
ブースタアセンブリ５１２は、タービンユニット（図示せず）の出口に固定されるように構成されるか、又はインペラポンプ、エアポンプ、若しくは燃焼機関などの流体推進力を供給する別のタイプの流体推進機構に固定することができる。
【０１４７】
ブースタアセンブリ５１２は、ブースタアセンブリ５１２を通過する流体の流れ特性を調節するためのフローレギュレータ４３６に接続されたブースタ装置５１０を含む。バルブヘッド４３８は、ブースタ装置５１０の収束ノズル１２２と協働して流体通路に沿って通る流体の流れを調節するように構成された拡大端部４４７を有する。
【０１４８】
この実施形態では、ブースタ装置５１０は、２つの入口５２３を組み込んでいる。各入口５２３は、ブースタ装置５１０の長手方向の範囲に垂直に向けられた部分を有するチューブ５２４によって提供される。図１６に最もよく示されるように、入口５２３は、収束ノズル１２２の端部に延びて通る。
【０１４９】
各入口の位置及び各チューブの角度方向は、ブースタアセンブリに求められる結果に基づく。しかし、重要な考慮すべき点は、各入口が、低圧領域が形成された状態でブースタ装置内に位置することである。
【０１５０】
本発明の第６の実施形態に係るブースタアセンブリ６１２を、図１９及び図２０に示す。便宜上、第１及び第４の実施形態のブースタアセンブリの特徴と類似又は対応するブースタアセンブリ６１２の特徴は、同じ参照番号で示した。
【０１５１】
ブースタアセンブリ６１２は、タービンユニット１１に接続されたブースタ装置（図示せず）を含む。ブースタ装置は、図１９及び図２０には示されていないが、ブースタ装置は、例えば、本明細書に記載されるブースタ装置のいずれかの形態をとることができる。
【０１５２】
ブースタアセンブリ６１２はまた、ブースタアセンブリ６１２を通る流体の流れ特性を調節するためのフローレギュレータ６３６を含む。フローレギュレータ６３６はバルブヘッド６３８を含み、バルブヘッド６３８は、流体経路内に取り付けられるようにシャフト１７に回転可能に支持される。図１９及び図２０に示すように、タービンユニット１１の駆動タービン翼の組１３とポンピングタービン翼の組１５もシャフト１７に取り付けられている。
【０１５３】
バルブヘッド６３８は、スリーブ６４４から半径方向外方に延びるフィン６５０によって支持されているスリーブ６４４を含む。フィン６５０の端部６５２は、ガイドトラック６５４に受容される。ガイドトラック６５４は、ガイドトラック６５４の長手方向の範囲に沿ってフィン６５０の移動を可能にする。
【０１５４】
スリーブ６４４はまた、タービンユニット１１のノズル２７の内面と協働して流体経路の断面積を制御して、ブースタアセンブリ６１２を通る流体の流れを制御する端部６４７を有する。
【０１５５】
当業者によって容易に理解されるように、パイプライン１１２は、それに沿って１つ以上のブースタアセンブリを組み込むことができる。
【０１５６】
パイプライン１１２は、上昇位置１１４にベントバルブ（図示せず）を有することができる。ベントバルブは、水から分離されて上昇位置に集まるガスを通気する。
【０１５７】
パイプライン１１２が下方位置まで続く場合には、同伴空気が除かれた水が重力下で下方位置に流動することができる。その位置で、更なるポンプ及びブースタアセンブリ（又はブースタアセンブリのみ）は、流体が最終目的地に到達するまで次の上昇位置などに汲み上げる。
【０１５８】
ブースタ装置は、連続的な上方勾配（０．２５％より大きい）と垂直勾配までの間の範囲の勾配を有するパイプラインに適合させることができ、例えば複数階の建物で使用することができる。
【０１５９】
ブースタアセンブリは、タービンユニットのシャフトに変換されたエネルギに正比例する、流体をヘッドに汲み上げる能力を有する。
【０１６０】
タービンユニットを考慮すると、ポンプタービン翼の組の回転が、その非存在下において作り出されたであろうものよりも大幅に低圧の区域を作り出すことで、駆動タービン翼の組を横切る質量流量をより大きく誘導することができる。
【０１６１】
ポンプタービン翼の組はポンプとして動作しているので、駆動タービン翼のエネルギーの損失は、ポンプタービン翼の組の作用によって補われる。エネルギーは、駆動タービン翼の組からシャフトに沿ってポンプタービン翼の組へと効率的に転送される。これは、両方の翼の組が、同じシャフトに取り付けられており、駆動タービン翼の組が従来の様式で動作しながらポンプタービン翼の組がタービンユニットを通して流体を引き込むように、同時に逆方向に回転する場合にのみ可能である。
【０１６２】
ポンプタービン翼の組の動作は、駆動タービン翼の組の前方とポンプタービン翼の組の後方との間に高い圧力差を生み出す。高圧領域（駆動タービン翼の組の前方）から低圧領域（ポンプタービン翼の組の後方）へと流体が移動するので、この差がより大きな質量流量を誘導する。高圧領域は、自然に（即ち、大気圧）、又は強制的に（即ち、ポンプ又は加圧ヘッド）生じさせてもよい。ポンプタービン翼の組は、したがって、駆動タービン翼を通る流体の質量流量及び速度の増加を誘導する。ポンプタービン翼の組の動作の結果として、タービンアセンブリを通過する流体の速度が（水については、３ｍ／ｓから３５ｍ／ｓを超えるまで）増加し、それによって、流体の速度は、その重力により生じる終端速度を大幅に超える。
【０１６３】
加えて、ポンプタービン翼の組は、流体を排出すると同時に、通常は駆動タービン翼の組の前方に生じる流体の流れに対する背圧のポテンシャルと障害とを除去する。
【０１６４】
駆動タービン翼の組の直径に対するポンプタービン翼の組の直径は、必要な結果、及びタービンユニットの条件に応じて、同径、小径、又は大径であってもよい。
【０１６５】
共通のシャフトがタービンハウジングを通って延びることができ、そこから突出し、電力を生み出すために交流電源又はモータのそこへの接続を許容する。
【０１６６】
適用によっては、タービンハウジングは収束ベンチュリを支持する。収束ベンチュリが収束領域を提供し、これが質量保存によって流体の速度を増加させる。質量保存は、流体塊がより小さい領域を通過するとその速度が増加し、逆もまた同様であることを規定する。
【０１６７】
適用によっては、タービンハウジングは発散ベンチュリを支持する。発散ベンチュリは、そこを通って移動する流体の速度を低下させる発散領域を提供する。
【０１６８】
駆動タービン翼の組の直前の収束ベンチュリの目的は、重力により生じる流体の終端速度（水については、約７ｍ／ｓ）を超えるレベルまで流体の速度を増加させることである。これが、移動する流体からの運動エネルギーの最大抽出を容易にする。
【０１６９】
ポンプタービン翼が配されているタービンハウジングの部分はまた、発散ベンチュリを含んでいてもよい。このタービンハウジングの部分は、駆動タービン翼の組からポンプタービン翼の組へと遠ざかり発散してもよく、２つのタービン翼の組の間で同じ大きさであってもよく、又は駆動タービン翼の組からポンプタービン翼の組へと収束してもよい。
【０１７０】
当業者にとって明らかであろう変更及び変形は、本発明の範囲に入るものと考慮される。
【０１７１】
下部及び上部等の位置の記載の参照は、図面に示された実施形態の文脈で解釈されるべきであって、用語の文言通りの解釈に本発明を限定するものとして解釈されるべきではなく、むしろ当業者にとって理解されるであろうものとして解釈されるべきである。
【０１７２】
明細書を通して、文脈が要求しない限り、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」との語、或いは「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」又は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」等の変形は、規定された整数又は整数の群の包含を意味するものと理解されるが、他の任意の整数又は整数の群を排除することを意味するものではない。
【国際調査報告】
2019516905.tif 000023
2019516905.tif 000024
2019516905.tif 000025
2019516905.tif 000026
2019516905.tif 000027
2019516905.tif 000028
2019516905.tif 000029