(57)【要約】【課題】解決しようとする問題点は、従来の技術においては、タービンノズルからの噴出する蒸気圧力・速度が小さいため十分な出力が得られず、また、蒸気消費率が大きかったことである。また、配管・ノズル系において圧力パルスを任意の周波数、波形、振幅で発生させるのが困難だったことである。【解決手段】上記の課題を解決するために、本発明では、ウォータハンマー現象を利用し、単数もしくは複数のノズルにスピンドル挿入し、この流体遮断物体の運動によって、上述の流体配管および流体ノズルの内部に任意の周波数および振幅をもつ圧力変動を発生させる。また、高圧流体を流路に吹き込むことによって、上述の流体配管の内部に任意の周波数および振幅をもつ圧力パルスを発生させる。この圧力パルスによって、タービンノズルからの噴出する蒸気圧力・速度を瞬間的に大きくする。また、平均的な蒸気（燃料）消費率の低減が可能となる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般的な流体配管に接続されたノズルスロート部において、任意の形状を有する遮蔽物体を回転・移動・振動すること、および、高圧の流体を配管断面に吹き込むことにより圧力パルスを発生可能な特徴を有した圧力パルス発生装置。
【請求項２】
一般的な流体配管において、任意形状の流体遮断物体（スピンドル）を流路に挿入し、この流体遮断物体を回転、平行移動、振動を含む運動を行わせることによって、上述の流体配管および流体ノズル流に任意の周波数および振幅をもつ圧力変動流を発生可能な特徴を有する請求項１に記載された圧力パルスを発生可能なパルス発生装置。
【請求項３】
一般的な流体配管において、高圧流体を流路に吹き込むことによって流路を遮断し、上述の流体配管の内部に任意の周波数および振幅をもつ圧力変動流を発生可能な特徴を有する請求項１に記載された圧力パルス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、ガスタービン・蒸気タービンなどの熱機関、熱媒体輸送、冷暖房・冷凍に関する配管およびノズルにおける圧力パルス発生ないし流量・圧力調整に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の大型蒸気タービン（例えば１００万ｋＷ）では、超臨界温度・圧力の蒸気を利用できたが、近い将来の分散型の変換システムでは、規模が極めて小さく低い圧力・温度下のもとで動作させる必要がある。小さいシステムでは蒸気消費率は１０倍も大きく、熱効率が低かった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、従来の技術においては、タービンノズルからの噴出する蒸気圧力・速度が小さいため十分な出力が得られず、また、蒸気消費率が大きかったことである。また、配管・ノズル系において圧力パルスを任意の周波数、波形、振幅で発生させるのが困難だったことである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、ウォータハンマー（蒸気ハンマー）現象を利用し、単数もしくは複数のノズルの断面積の極小点（以下、スロート）に、任意形状の流体遮断物体（以下、スピンドル）を流路に挿入し、この流体遮断物体を回転、平行移動、振動を含む運動を行わせることによって、上述の流体配管および流体ノズルの内部に任意の周波数および振幅をもつ圧力変動を発生させる。このスピンドルの運動にはステッピングモータなどを用いる。また、高圧流体を流路に吹き込むことによって、上述の流体配管の内部に任意の周波数および振幅をもつ圧力パルスを発生させる。この圧力パルスによって、タービンノズルからの噴出する蒸気圧力・速度を瞬間的に大きくする。また、平均的な蒸気（燃料）消費率を大幅に低減する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、流体遮断装置としてスピンドルを利用した圧力パルス発生装置の概略を示している。
【０００６】
図２は、スピンドルを利用した圧力パルス発生装置の圧力発生の原理を示している。
【０００７】
図３は、流体遮断装置として高圧流体を利用した圧力パルス発生装置の概略を示している。
【０００８】
図４は、本発明の圧力パルス発生装置によって発生したパルスの圧力−時間の関係図を示している。
【０００９】
図１に示すように、管路１に対してノズル２およびスピンドル３を挿入する。スピンドル３には開口部４が設けてあり、スピンドル３を回転・移動・振動させることにより、この開口部の有効断面積を変化させて圧力パルスを発生させる。このとき、図２に示すように、ノズルスロート部５にスピンドル３を挿入してあるため、高圧の圧力パルスが発生可能となるとともに、スピンドル３の開口部４の面積も極小となり、開口部の有効断面積の変化を高精度かつ高速に変化させることが可能である。
また、図２に示すように、管路１に対して高圧流体６を噴出・吸込を行う。管路には、高圧流体６を噴出・吸込させる弁７を有しており、高圧流体ホース８から高圧流体６を流し、一定以上の圧力をかけると開くようになっている。ここに高圧流体６を吹込・吸込を行うことで、高圧流体６によって管路を流れる流体を遮断し圧力パルスを発生させる。高圧流体６は、高圧流体チャンバー９に流入する。流体遮断手段としての高圧流体には、水、水蒸気、一般ガス、油を用いることができ、同時に多数の流路・ノズルにおいて複雑な制御を行うことが可能となる。
このとき、図４に示すように、スピンドル３の回転・移動・振動速度や高圧流体６の噴出速度、噴出圧力を制御することで、ＯＮ（流体が流れる状態）−ＯＦＦ（流体が流れない状態）の時間割合ｒや、周波数ｆ、圧力振幅Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎを制御する。
【００１０】
【実施例】
実施例としては、蒸気発電システムにおいてボイラーなどから出た蒸気を圧力パルス発生装置に通して圧力パルスを発生させ、タービン発電機に当てることで、従来の発電システムに比べて少ない流量で大きな圧力パルスを発生させるとが出来るため、蒸気消費率低下・発電効率の向上が可能となる。これは、とくに、小型のボイラー−タービン発電システム、ガスタービン発電システムおよびポンプ、水車などの熱機関・流体機械において有効である。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、スピンドルや高圧流体を流体遮断手段として利用し、圧力パルスを発生させることができる。また、本発明の効果を蒸気タービン・ガスタービンに利用した場合、蒸気（燃料）消費率低下・発電効率の向上（最低２倍以上）が可能となる。
【００１２】
本発明は、上記蒸気・ガスタービンなどの熱機関のほか、ポンプ・水車などの流体機械にとどまらず一般の配管を用いた搬送システムや配管に付着した汚れ・スケールなどの除去にも効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】スピンドルを利用した圧力パルス発生装置の概略図である。
【図２】スピンドルを利用した圧力パルス発生装置の原理である。
【図３】高圧流体を利用した圧力パルス発生装置の概略図である。
【図４】圧力パルス発生装置によって発生した圧力変動の概略図である。
【符号の説明】
１  管路
２  ノズル
３  スピンドル
４  スピンドル開口部
５  ノズルスロート
６  高圧流体
７  高圧流体噴出・吸込弁
８  高圧流体ホース
９  高圧流体チャンバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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