(57)【要約】  加圧ガスの浮力を機械エネルギーに変換する流体圧式シリンダである。シリンダはその両端に配置された一対の端部プレートとシリンダ内を長軸方向に延在し、各端部プレートの中心を貫通する駆動軸を含むことができる。シリンダは、各端部プレートに結合し、シリンダ内中心に配置されたコア支持部材と、低抗力流を促す複数の羽根も含むことができる。複数の羽根のそれぞれがコア支持部材と一対の端部プレートに結合している。バケットは、コア支持部材と、複数の羽根のうちの二枚の羽根と、一対の端部プレートによって画定されている。シリンダはさらに複数の羽根とコア支持部材とに結合した羽根支持部材を含む。羽根支持部材は、その中に形成されたバケット内圧力を均一にするべくガスが通過可能な複数の開口を画定する。
2012532275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内で互いに対向して配置された、略平面状で互いに平行な第１の端部プレートと第２の端部プレートと、
前記シリンダ内に長軸方向に延在し、前記第１および第２の端部プレートを貫通する駆動軸と、
各端部プレートおよび前記駆動軸に結合し、前記シリンダ内中央に配置されたコア支持部材と、
低抵抗な流れを促すための複数の羽根であって、それぞれが前記コア支持部材と前記第１および第２端部プレートに結合した複数の羽根と、
前記コア支持部材、前記複数の羽根のうちの二枚、ならびに前記第１および第２端部プレートに画定されたバケット領域と、
前記複数の羽根に結合し、前記第１および第２端部プレートに略平行な羽根支持部材
と、を備え、
前記羽根支持部材はその中に形成され、バケット領域内圧力を均等にするべく液体が通過可能な複数の開口を画定する
流体圧式シリンダ。
【請求項２】
前記複数の羽根のうち少なくとも一枚に結合した微泡発生器をさらに備える、請求項１に記載のシリンダ。
【請求項３】
前記微泡発生器は、前記第１および第２端部プレートの少なくとも一枚と結合し、前記微泡発生器と結合する前記端部プレートに略平行である請求項２に記載のシリンダ。
【請求項４】
前記バケット領域は複数のバケット領域を備える、請求項１に記載のシリンダ。
【請求項５】
力のモーメントを最大にするべく前記バケット領域の一部が前記シリンダの中心から所定距離離れて、各バケットにかかる浮力の力比を増やす、請求項１に記載のシリンダ。
【請求項６】
前記駆動軸はその中を通るように画定された通路を含む、請求項１に記載のシリンダ。
【請求項７】
前記羽根支持部材は前記バケット領域を第１の部分と第２の部分に分け、前記羽根支持部材に画定された前記複数の開口によって前記第１の部分が前記第２の部分に流体連結している、請求項１に記載のシリンダ。
【請求項８】
液体を収容し、その上方端にカバーが配置されている液密タンクと、
前記タンクの底部端に結合した液体注入装置と、
前記液体の温度を管理する温度管理システムと、
前記タンク内に配置されかつ前記液体に浸漬する流体圧式シリンダであって、軸に沿って長さ方向に延びた駆動軸およびその中に画定された複数のバケット領域を含む流体圧式シリンダと、
を備え、
前記複数のバケット領域の少なくとも一つが前記液体注入装置から加圧液を受容し、これにより前記加圧液が前記シリンダの前記駆動軸廻りの回転動を活発に付与する、
加圧液の浮力を機械エネルギーに変換するシステム。
【請求項９】
前記シリンダがさらに
前記シリンダ内で互いに対向して配置された、略平面状の互いに平行な第１の端部プレートおよび第２の端部プレートと、
各端部プレートおよび前記駆動軸に結合し、前記シリンダ内中央に配置されたたコア支持部材と、
低抵抗な流れを促す複数の羽根であって、それぞれが前記コア支持部材と前記第１および第２端部プレートに結合した複数の羽根と、
前記複数の羽根に結合し、前記第１および第２端部プレートに略平行な羽根支持部材と、
前記一つ以上の羽根の少なくとも一枚と結合した第１動的抗力低減装置であって、結合相手の前記羽根と略平行な第１動的抗力低減装置と、
前記第１および第２の端部プレートの一方に結合し、前記第１および第２の端部プレートに略平行な第２動的抗力低減装置と、
を備え、
前記羽根支持部材はその中に形成され、バケット領域内圧力を均等にするべく液体が通過可能な複数の開口を画定する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記羽根支持部材は前記複数のバケット領域のそれぞれを第１の部分と第２の部分に分け、前記羽根支持部材に画定された前記複数の開口によって前記第１の部分が前記第２の部分に流体連結している、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記シリンダの両側に配置された低摩擦軸受をさらに含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記供給路は、前記液体注入装置に注入される前記液体の前記温度を維持すべく断熱されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記液体注入装置はプレナム筐体を有する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記液体注入装置は、前記複数のバケット領域の少なくとも一つに流体連結した切り抜き部を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
前記液体を拡げて前記液体注入装置内で圧平衡を保つ、液体均等分配室をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１６】
前記液体注入装置は回転弁を備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１７】
前記回転弁が通路と排出口を画定し、加圧液を前記シリンダに方向付けるために前記通路が前記供給路を前記排出口に流体連結している、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
シリンダ内で互いに対向して配置された、略平面状で互いに平行な第１の端部プレートと第２の端部プレートと、
前記シリンダ内に長軸方向に延在し、前記第１および第２の端部プレートを貫通する駆動軸と、
各端部プレートおよび前記駆動軸に結合し、前記シリンダ内中央に配置されたコア支持部材と、
低抵抗な流れを促す複数の羽根であって、それぞれが前記コア支持部材と前記第１および第２端部プレートに結合した複数の羽根と、
前記コア支持部材、前記複数の羽根のうちの二枚、ならびに前記第１および第２端部プレートに画定されたバケット領域と、
前記一つ以上の羽根の少なくとも一枚と結合した第１動的抗力低減装置であって、結合相手の前記羽根と略平行な第１動的抗力低減装置と、
前記第１および第２の端部プレートの一方に結合し、前記第１および第２の端部プレートに略平行な第２動的抗力低減装置と、を備える、
浮力を機械エネルギーに変換する流体圧式シリンダ。
【請求項１９】
前記複数の羽根に結合し、前記第１および第２端部プレートに略平行な羽根支持部材であって、その中に形成され、バケット領域内圧力を均等にするべく液体が通過可能な複数の開口を画定する羽根支持部材をさらに備える、請求項１８に記載のシリンダ。
【請求項２０】
前記羽根支持部材は前記バケット領域を第１の部分と第２の部分に分け、前記羽根支持部材に画定された前記複数の開口によって前記第１の部分が前記第２の部分に流体連結している、請求項１９に記載のシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械式発電装置に係わる。より詳しくは、本発明は、浮力を利用した発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人類は自然の力を利用する方法をいくつか見出したが、浮力が働く環境における重力を利用して成功した特に目立った方法はこれまで無かった。これまで浮力分野において物体を上手に扱う方法が試されたが常に満足を得ることはできなかった。これらの計画では物理的な設計が十分でなかったために、物体が潜在的に有している浮力を用いた効果を得る能力の大半を大幅に低下させている。さらに、従来の計画では、気体および液体の物理的な置き換え、液体から液体へと誘導される動き、液体どうしの摩擦等によって生じる利用可能な位置および運動エネルギーを取り入れることに失敗している。
【０００３】
物理的設計に基づく流体抵抗は、浮力を利用した装置において、全てのエネルギーを減らす主要なものである。最高の流体力学（最小抗力係数）形状を有する浮力装置の設計および製作ができないと、液体環境内で働く機械的な動きに起因する大きな抵抗は、摩擦および不要な動きというかたちで大量のエネルギーを無駄にして失わせることになる。従来の設計では物理的設計を制限するむきがあり、各装置の機械エネルギー生成能力を著しく妨げる高抵抗構成部品あるいは設計を有していた。
【０００４】
別の取り組みでは、液体をガスで置き換える作業あるいはガスを液体で置き換える作業の中でエネルギーを収集しようとしたが失敗したことにより相当量のエネルギー損失があった。
【０００５】
浮力変換装置はその設計にかかわらず、浮力から機械エネルギーへ変換処理する際、何かが物質的に変化する場合、これらのエネルギー変化および物質の動きに起因するエネルギーを収集する能力が足りなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の他の設計例では、浮力エネルギーの回転力への変換を制限していた。これらの設計では各バケット(bucket)へ移送する動力ガスを制限することで浮力のバランスを制約し、これにより一部のバケットには動力ガスを入れすぎて、同一面にある他のバケットでは不足が生じた。
【０００７】
設計に関する重要なもう一つの問題は、装置全体の大きさに対してバケットの容量が最適な比になってないものを使用していることである。一部の設計では、バケットが過度に深く、装置の中心に近すぎる位置に浮力ガスを収容し、浮力を利用した動作中に取り入れたエネルギー量より多くのエネルギーをガスチャージの生成に使用している。他の設計では装置全体に対する最適なバケット容量より小さいものおよび／または少数のバケットを採用している。これら二つによる設計の欠陥は、浮揚(buoyancy)作業の遂行能力を大幅に低下させる。
【０００８】
また従来の設計では、微泡注入、ポリマー注入等の動的流体抵抗手段を使用した摩擦性流体抵抗の低減を行わない。さらに、これらの従来設計では、加圧状態下よりも低い相対保有熱エネルギーを有する拡散ガスによって生じる作動／動力用液体の拡散ガス熱損失管理に失敗している。作動／動力用液体がより高温で維持される、高温あるいは遊熱蒸気（steam gas）運転を除き、継続運転される非熱性ガス動力浮揚モータの拡散ガスは、各装置動作／動力液体温度をそれらの氷点を下回る程度まで急速に下げることができる。
【０００９】
このため、摩擦性流体抵抗を下げ、羽根に沿った浮力のバランスをとる、さらにガスから液体および液体からガスへの転移中に利用できる運動エネルギーを捕らえることのできる機械装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一つの例示的な実施形態において、機械式出力装置は微泡注入、ポリマー注入等の動的流体抵抗低減手段を使用することによって摩擦性流体力学的抵抗を低減させることができる。
【００１１】
本発明の一つの例示的な実施形態における、液体と気体を利用したシリンダは、シリンダ内で互いに対向して配置されている第１の端部プレートおよび第２の端部プレートを含む。第１および第２の端部プレートはほぼ平面状であり、互いに対して平行である。シリンダはさらにシリンダの長軸方向に延在した第１および第２の端部プレートを通る駆動軸を含む。コア支持部材がシリンダ内中心に配置されて各端部プレートに結合し、低抗力フローを促すために複数の羽根が設けられている。複数の羽根はそれぞれコア支持部材および第１および第２の端部プレートに結合している。シリンダはさらにコア支持部材、複数の羽根のうちの二枚、および第１および第２の端部プレートによって画定されたバケットを含む。シリンダはまた、複数の羽根に結合した羽根支持部材を含む。羽根支持部材は第１および第２の端部プレートに対してほぼ平行であり、これにより羽根支持部材がその中に形成されているバケット内の圧力を均一にすべく液体が通過可能な複数の開口を画定する。
【００１２】
本実施形態の一態様によれば、シリンダは微泡発生器を少なくとも第１または第２の端部プレートの一方に含むことができる。微泡発生器は、動的抗力を低下させるように構成されており、結合先の端部プレートにほぼ平行となりうる。本実施形態の別の態様によれば、バケットは複数のバケットを含む。例えば、本実施形態におけるバケットの数は羽根の数とほぼ同じでもよい。さらに、駆動軸はその中を貫通するように画定された通路を含むことができる。また別の構成において、羽根支持部材はバケットを第１の部分と第２の部分に分け、これにより羽根支持部材に規定されている複数の開口を通じて第１の部分が第２の部分に流体連結している。
【００１３】
また別の実施形態によれば、圧縮流体の浮力を機械エネルギーに変換するためのシステムが設けられている。このシステムは、その中に液体を含んだ液密タンクを有する。タンクはその上端に配置されたカバーと、タンクの底部端に結合した液体注入装置を有する。このシステムはさらに、液体とタンク内に配置された流体圧式シリンダの温度を管理する温度管理システムを含む。シリンダは液中に浸漬している。さらに、シリンダは長手方向に延在した一つの軸に沿った駆動軸と、その中に画定された複数のバケットを含む。複数のバケットのうち少なくとも一つは、シリンダの軸廻り回転動が圧縮流体で活発に（buoyantly）付与されるように液体噴射装置からの圧縮流体を受容する。
【００１４】
類似の実施形態では、シリンダはその中で向かい合わせに配置されたに第１端部プレートと第２端部プレートを含むことができる。第１および第２の端部プレートはほぼ平面状で、互いに対して平行である。コア支持部材は各端部プレートに結合されてシリンダ内に配置されている。シリンダは、複数の羽根のそれぞれがコア支持部材および第１と第２の端部プレートに結合されて低抗力の流れを促進させる、複数の羽根を含むことができる。シリンダはさらに複数のはねに結合した羽根支持部材を含む。羽根支持部材は、その中に形成された、バケット内圧力を均一にするべく液体が通過可能な複数の開口を規定するように、第１および第２の端部プレートに対してはほぼ平行である。さらにシリンダは、第１および第２の端部プレートの一方に結合した動的抗力低減装置を含む。動的抗力低減装置は、第１および第２の端部プレートにほぼ平行である。
【００１５】
本実施形態の別の形態において、羽根支持部材は複数の各バケットを第１および第２の部分に分け、羽根支持部材に規定されている複数の開口を通じて第１の部分が第２の部分と流体連結するようになっている。このシステムは、さらにシリンダの両側に配置された低摩擦軸受を含むことができる。液体注入装置へ入る液体の温度を維持するために、供給ラインは断熱されている。
【００１６】
本実施形態の別の形態において、液体注入装置は、プレナム筐体または回転弁を含む。液体注入装置は、複数のバケットの少なくとも一つに流体連結した切欠き部分を含むことができる。回転弁の実施例では、回転弁が流路および排出口を規定する。圧縮流体をシリンダへ方向付けるために、流路が供給ラインを排出口に流体連結する。システムは、さらに液体を拡げて液体注入装置内の圧力を平衡状態に維持するための液体分配平衡装置室を含むことができる。
【００１７】
別の実施形態において、浮力を機械エネルギーに変換する流体圧式シリンダを含む。シリンダは、その中に互いに対向して配置された第１の端部プレートと第２の端部プレートとを含む。第１および第２の端部プレートは互いに対向してほぼ平面状で、互いに対して平行である。シリンダの長軸方向に延在し、第１および第２の端部プレートを通る駆動軸を含む。シリンダはさらに各端部プレートに結合しシリンダ内に配置されたコア支持部材を含む。低抗力流動を促進するために複数の羽根が設けられている。複数の羽根のそれぞれは、コア支持部材および第１および第２端部プレートに結合している。シリンダはさらにコア支持部材、複数の羽根のうちの二枚、および第１および第２端部プレートによって画定されたバケットを含む。さらに、動的抵抗低減装置が端部プレートのうちの一枚に結合され、二枚の端部プレートにほぼ平行である。
【００１８】
本実施形態において、シリンダは複数の羽根に結合した羽根支持部材を含むことができる。羽根支持部材は第１および第２の端部プレートに対して平行である。また、羽根支持部材はその中に形成された、バケット内の圧力を均一にするべく液体が通過可能な複数の開口を規定する。羽根支持部材はさらに複数のバケットのそれぞれを第１および第２の部分に分け、これにより羽根支持部材に規定された複数の開口によって第１の部分と第２の部分とが流体連結する。
【００１９】
一つの実施形態によれば、流体圧式作動シリンダ(Hydro-Pneumatic Power Cylinder (HPC))は、中央シリンダの各末端に結合した端部キャップを有し、中央シリンダ面および端部キャップ盤の内側面と軸方向に結合した多数の羽根を有する、水中軸付き円筒形胴部を含む。隣接した各羽根、露出した中央シリンダ面、および各端部キャップ盤の露出した内側面によって複数の空間が画定されている。装置には、作動液／作動ガスの移送を調整するプレナムによって、または、各シリンダ端に一つずつ埋め込まれた一組の回転式ガス注入弁を通じてガスが注入される。抗力低減微泡ガス放出器は、流体力学的に高い低抗力特性を有する部品に結合および／またはシリンダ近くで有利に静止配置されている。ＨＰＣは、重力の浮揚効果を捕らえて十分に利用することができる。
【００２０】
ＨＰＣはあらゆる軽量ガスを、加圧状態あっても熱膨張状態であっても、膨大な量のより重い液体内へ注入することができる。また、ＨＰＣは作動シリンダの有効な電力出力を増大させるために中央点／軸からより遠方の作動浮揚バケットを動かすことにより、モーメントアームのてこの原理を利用することができる。これにより、特定のＨＰＣ電力出力の駆動ガス要件を低減するための、利用に応じた工学的「ぬれ面積（wet area）」バケット／空間の使用を可能にする。このようにＨＰＣの大きさは適用対象の入力電力の要求に対応させることができる。ＨＰＣ製作の手間および製品の種類を減らすために、標準サイズＨＰＣは、特定最終製品の利用要求に合ったバケットの深さ／幅を有するように特別に設計して製作できる。特定ユーザの入力電力要求に合うように、一定半径を有する標準サイズＨＰＣの半径を大きくすることができる。
【００２１】
ＨＰＣは、清浄な駆動ガスを連続して確実に供給するように、特別な目的をもって加圧された供給源からの駆動ガスを再循環して再利用でき、これにより異質の汚染ガス濾過作業または機械／装置の必要性を無くす。ＨＰＣはまた駆動ガスの圧縮、移送及び開放／拡散に付随する熱伝達処理の影響を管理することができる。このようにして、ＨＰＣは駆動用液体の濃度を最大にしつつ、駆動ガスを急速に拡散させることにより駆動用液体の凍結を防いだ温度に維持することができる。
【００２２】
ＨＰＣは十分な重力さえあればどのような環境にでも好都合に配置することができる。これには地球外環境も含むことができる。ＨＰＣは、１馬力（１キロワット）から何百万馬力（何百メガワット）の範囲で製品の特定正味出力に合うようにあらゆる大きさに作ることができる。同様に、ＨＰＣは工業処理用または主要発電用の回転電源／原動力として使用することができる。
【００２３】
またＨＰＣは、利用可能な電力出力を増大させるために類似の発電ユニットと直列または並列に組合せることができる。何列にも並んだ多数の浮揚捕捉機(buoyancy capture machine)を有する発電所は何ギガワットもの電力を供給することができる。
【００２４】
ＨＰＣの少なくとも一つ実施例において、総出力電力を増やす強力なガス注入機能は、バケットの底部に駆動ガスを注入してバケット内の液体に作用させることによって達成される。バケット内へ駆動ガスを導入することは、各ガス充填時の各バケットの状態の動的な変化を意味する。内側からバケットを充填することでバケット内に著しい背圧を起こし、この強力なバケット充填動作を基本的な液圧ポンプ噴射に変換してこの力強いガス移送動作を軸で回転式に捕捉されることを可能にする。
【００２５】
さらにＨＰＣはその外に、ガスおよび注入液体で活発に充填されている下側のバケットに近い液体の動作を遅らさせることのできる静的バッフルを含む。このようなバッフルは、バケットから噴出する液体に停滞液体抵抗を与え、これにより噴出液体への背圧を増やしてシステム全体の出力を増大させる。ＨＰＣの設計では、各バケットの長さ方向に沿ったバケット内流路を含むことができ、これにより各バケットを連続してまた均等に充填する駆動ガスの移送を最大にでき、よって各バケットの浮揚力を最大、均等および平衡にする。
【００２６】
ＨＰＣはさらに、可能な限り長時間満たされたガス充填バケットを使用することができる。ＨＰＣの動力はほとんど浮揚力によるため、上昇する各バケット内の液体に置き換わるガスの容量が増えるほどその特定のバケットの浮揚による上昇量が増え、ガス充填バケットの装置の総発電量への寄与を増大させる。このバケットの形状、バケットの羽根の長さおよびバケット内移送路の設計により、バケット内に保持されるガスの割合を可能な限り長時間最大にし、これによりＨＰＣの回転「タイミング(timing)」中に取得可能な浮力を最大限捕捉して最大の効果を得ることを可能にする。
【００２７】
各羽根がその前の羽根を追うように、ＨＰＣは物理的に低抵抗に設計されてもよい。この特徴は、エネルギーを消耗させる抗力、流体力学的に起きる表面摩擦抗力およびデザインに付随する抗力を大幅に低減することができる。ＨＰＣはさらに、動的捕捉ガス境界制御層（（boundary control layer）ＢＣＬ）と、ＨＰＣを囲んでいる静的な流体とＨＰＣと接したまま動く動的な流体との間の液体空間に微泡を注入する流体力学的抗力低減技術を含むことができる。ＢＣＬおよび隣接した境界面に存在する微泡を継続して注入することにより、多くの流体力学的な力で微泡内のガスの圧縮と膨張を可能にし、これによりＢＣＬ境界面内、およびＢＣＬ境界面間にできたエネルギーを消耗させる付随的な抗力を大幅に低減する。
【００２８】
さらに、ＨＰＣは駆動軸を支援して摩擦によるエネルギー損失を減らすために超低摩擦磁気軸受または超低摩擦空気軸受を含むことができる（軸受の選択は用途および装置の大きさで決まる）。ＨＰＣはさらに、ＨＰＣの相対的重量を減らす稼働性および安定性を考慮した浮揚設計がなされてもよい。これにより、ＨＰＣの支持軸受にかかる重力による摩擦圧を低減でき、また、支持軸受の構造にかかる重量の影響を減らすことができる。ＨＰＣは、超低管理ＨＰＣ設計、ガス圧縮源の多くの選択肢、および産業用動力処理または典型的な電力生産装置に使用できる装置の両側での二つまでの駆動軸接続、を採用することにより、システム全体の系統が冗長に設計された稼働上信頼できる設計がなされてもよい。
【００２９】
上記にて説明した本発明の各態様およびこれらの達成方法、さらに本発明自体は、以下の本発明の各実施形態の説明と添付の図面を参照することにより、一層理解が深まるであろう。
【００３０】
＜関連出願の相互参照＞
本特許出願は、２００９年６月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／２６９，８０３号の優先権の利益を主張し、その内容を参照として本願に援用する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、流体圧式作動シリンダ(ＨＰＣ)の端面図である。
【図２】図２は、図１のＨＰＣの正面図である。
【図３】図３は、ＨＰＣの駆動側直交図である。
【図４】図４は、ＨＰＣタンクの正面を切り取って説明のために内部部品が見えるようにタンクの側面を外した状態の図面である。
【図５】図５は、ＨＰＣタンクの左側面と説明のために内部部品が見えるようにタンクの側面を外した状態の図面である。
【図６】図６は、駆動ガスプレナムの左側透視図である。
【図７】図７は、タンクの一方の端面から見たＨＰＣの駆動ガスシステムの透視図である。
【図８】図８は、タンクの正面から見たＨＰＣの温度管理駆動液システムの透視図である。
【図９】図９は、タンクの正面から見た動力発生システムに使用されるＨＰＣの図である。
【図１０】図１０は、船舶用推進／駆動システムに使用されるＨＰＣの全体から細部までのシステムの図である。
【図１１】図１１は、タンクの正面から見たＨＰＣシステム全体図である。
【図１２】図１２は、ＨＰＣ（ほとんどの羽根を取り除いた）駆動側透視図と微泡発生器の全体設計図である。
【図１３】図１３は、端部プレート微泡発生器、調整器およびそのガス供給管の透視図である。
【図１４】図１４は、端部プレート微泡発生器とそのガス排出孔の透視図である。
【図１５】図１５は、羽根微泡発生器、調整器およびそのガス供給管の駆動側部分透視図である。
【図１６】図１６は、ＨＰＣ全体の駆動側透視図において「小ＨＰＣ」静止端部プレート微泡発生器のデザインを詳細に示す図である。
【図１７】図１７は、静止端部プレート微泡放出器の部分を示す透視図である。
【図１８】図１８は、回転弁直接ガス注入器を使用したＨＰＣの透視図である。
【図１９】図１９は、回転弁直接ガス注入器の透視図である。
【図２０】図２０は、加圧天然ガス駆動システムを使用して動作するＨＰＣの透視図である。
【図２１】図２１は、二元系ガス駆動システムを使用して動作するＨＰＣの透視図である。
【図２２】図２２は、蒸気駆動システムを使用して動作するＨＰＣの透視図である。
【図２３】図２３は、大型タンク段状ＨＰＣ構成の端面図である。
【図２４】図２４は、ＨＰＣベースロード発電所の透視図である。
【図２５】図２５は、奥行きのある羽根とバケットを有する端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
各図面の対応する要素には同一の参照符号を付している。
【００３３】
以下に詳述する本発明の各実施形態は、以下の詳細な説明に開示した通りにあるいは本発明を具体的な形態に限定することを意図しない。むしろ、各実施形態は、他の当業者が本発明の基本方針および慣例を正当に評価して理解できるように選択して記載している。
【００３４】
図１には、重力を利用した浮力を回転力に変換するための流体圧式作動シリンダ（ＨＰＣ）１０２の例示的な実施形態を示す。ＨＰＣ１０２は、それぞれがＨＰＣ１０２の両端を規定する二つの異なる垂直円形ＨＰＣ端部プレート１１４セットの中心に挿入された駆動軸１０４を含む。駆動軸１０４はその中心を端から端まで通じる通路１０５と両端に結合した駆動軸フランジ１０３を有する。二枚の端部プレート１１４は、ＨＰＣ端部プレート１１４に結合し、中央に位置した硬質の中空円筒形ＨＰＣコア支持部材１０８で離間されている。コア支持部材１０８は、中央軸へ動作荷重を伝達するのを補助するために、コア支持部材１０８を駆動軸１０４に連結するさらなる内部構造（図示せず）有することができる。
【００３５】
多数の曲線状ＨＰＣ羽根１１０が、ＨＰＣコア支持部材１０８の周囲に等間隔で、ＨＰＣコア支持部材１０８の外周面と、ＨＰＣ端部プレート１１４の露出した内面に漏洩防止状態に結合している。羽根の正確な数と羽根の具体的な奥行きは、ＨＰＣの大きさ、指定効率および所望のＨＰＣ稼働出力要求によって決まる。各ＨＰＣ羽根１１０は、それらのＨＰＣコア支持部材１０８への軸方向内側底面付属部品から、羽根の外端へ向けて湾曲し、低抵抗流線型状で終端する。羽根の湾曲した端部は、ＨＰＣ端部プレート１１４の内側面に結合している。ＨＰＣ羽根１１０の各隣接面、ＨＰＣコア支持部材１０８、およびＨＰＣ端部プレート１１４の内側露出面により一つのＨＰＣバケット領域１０９を画定する。ＨＰＣの設計は各々所定数の複数の羽根を有するため、バケット１０９の数と羽根１１０の数は等しい。
【００３６】
ＨＰＣ端部プレート１１４に径方向に切り取られた、微泡発生器用放射状切り抜き長孔１１５（図１３）セットと、同一平面上に、流体力学的抵抗が低くなるように端部プレート微泡発生器１０６セットが結合している。端部プレート微泡発生器１０６の数と配置は特定のＨＰＣ用途に応じた設計に合わせることができ、その特定のＨＰＣ動作に必要な特定抗力低減要求によって決めることできる。本実施形態では、ＨＰＣの端部ごとに４つの端部プレート微泡発生器１０６を示すが、他の実施形態では異なる設計および配置の微泡発生器であってもよい。
【００３７】
羽根１１０の外面、駆動軸１０４、駆動軸中央ガス通路１０５、駆動軸フランジ１０３、端から見たＨＰＣ端部プレート１１４、およびＨＰＣ羽根１１０の内面とＨＰＣコア支持部材１０８（図２には別個に図示せず）の両方に対して垂直に固結した中間羽根支持部材１１２を図２に示す。図２に示すように、ＨＰＣ端部プレート１１４は駆動ガスプレナム１２４（図４に示す）のガス漏洩防止シーリングを提供すべくＨＰＣ羽根１１０の外側端を通って延在する。
【００３８】
図３には、ＨＰＣ１０２の羽根１１０が中間羽根支持部材１１２に支持されてＨＰＣコア支持部材１０８の表面に取り付いた状態を示す。図３に示す実施形態では、一つの中間羽根支持部材１０８を有するが、より大型の構造ではその設計および動作によりＨＰＣ面に沿って多数の羽根支持部材を利用することもできる。このような羽根支持部材は、ＨＰＣの稼働中のエネルギー生成浮力を制御する際に羽根１１０を補助し、また羽根がＨＰＣの稼働中の力強く動的な液体排出およびガス注入動作中に生じる複数経路からの力を収容するために必要である。さらに、羽根支持部材１１２は羽根１１０が浮力によって生じる稼働負荷を受ける際に流体力学的に低抗力な形状の維持を補助する。
【００３９】
中間羽根支持部材１１２には多数の中間羽根部材ガス通過開口または孔１１３が画定されている。これらの孔１１３は、ＨＰＣ１０２の各バケット領域１０９の中に位置し（図１および２５に示すように）、バケット圧の均等化を可能にしてＨＰＣ１０２の全体重量を軽減する。また駆動軸１０４を、駆動軸中央ガス通路１０５と駆動軸フランジ１０３とともに示す。全ての構造は堅固で動かないように取り付けられてＨＰＣ１０２を形成している。同一平面上に取り付いた端部プレート微泡発生器１０６はＨＰＣ端部プレート１１４に結合されてもよい。
【００４０】
図４には、大型液密タンク１３４（説明の都合上タンク１３４の側面を取り外して示す）の中に配置されたＨＰＣ１０２を示す。一組の外側駆動軸１０７が、駆動軸１０４に結合した駆動軸フランジ１０３に結合している。水平方向曲面を有する応力外皮膜型ＨＰＣタンクカバー１１８が、消費駆動ガス１７９の全て捕捉するようにガス漏洩防止式にタンク１３４の上に結合している。一般の応力外皮膜型タンクカバー１１８は産業用建築物、空港格納庫等でよく使用されている。ＨＰＣ１０２は、タンク１３４内で駆動液１１１に囲まれ、ＨＰＣ１０２の両側にある頑丈な軸囲い型ＨＰＣ軸受１２０でその外側駆動軸１０７に支持されている。ＨＰＣ軸受１２０は低摩擦型軸受であり、左右タンク壁１２８に結合したＨＰＣ軸受支持部材１３０に支持されている。ＨＰＣ１０２も同様に両側で支持されている。外側駆動軸１０７はＨＰＣ軸受１２０のより遠い面を通って延び、左右タンク壁１２８に取り付けられた液密タンク壁シーリング１２２を通って延び、さらに左右タンク壁に画定されたぴったり合った開口を通る（画定された開口の左右タンク壁シーリングから見た図は示していない）。
【００４１】
駆動ガスプレナム１２４が一続きのプレナム支持足部１２６を用いてタンク底１２９に結合している。駆動ガス１７８が断熱した駆動ガス供給管１１６を通って、ＨＰＣタンクカバー１１８の裏面から入って駆動ガスプレナム１２４へ送られる。この時、断熱した駆動ガス供給管１１６はその長さ方向に沿って右側タンク壁１２８にしっかり取り付けられている。この駆動ガス１７８は、配管１１６を出て、駆動ガスプレナム１２４に結合した駆動ガス均等分配室１７７へのガス１７８の開放を制御する駆動ガス供給管弁１７６（図には個別に図示せず）に入る。タンクカバー１１８の裏面中央には駆動ガス戻り管１３２が結合し、駆動液１１１上に浮いてくる全ての使用済み駆動ガス１７９を集める。また、駆動ガスプレナム１２４の正面下端には、プレナムガス溢流用切り抜き部１２５を示し、これは溢流するガス（個別に図示せず）をＨＰＣ１０２の駆動側へ導いて初期ＨＰＣ回転動を助けるために使用する。
【００４２】
図５には、左側から見た、先と同じ液密タンク１３４の駆動液１１１中に浸漬したＨＰＣ１０２を示す。ここでは、説明の都合上タンクの左側面を取り外して示している。断熱した駆動ガス供給管１１６の末端から駆動ガス１７８が供給される、ガス供給制御弁１７６がガス封止式に取り付けられた駆動ガス均等分配室１７７は、駆動ガスプレナム１２４の側面にガス封止式に結合している。軸受１２０は軸受支持部材１３０上に結合している。さらに、タンクカバー１１８は断熱した駆動ガス供給管１１６と裏側から延びる駆動ガス戻り管１３２を含んでもよい。また、ＨＰＣタンクカバー１１８の平坦な面に、縦方向にかけられて中立状態となるようにばね負荷のかかったタンクカバー圧力開放扉１１９が取り付けられた状態を示す。
【００４３】
図６に示す実施形態では、断熱した駆動ガス供給管１１６がガス封止式にガス供給制御弁１７６に終端した状態で、駆動ガスプレナム１２４の動作用部品はＨＰＣ１０２の下に配置されている。制御弁１７６は駆動ガス均等分配室１７７に入る駆動ガス１７８の両を制御する。駆動ガス均等分配室１７７は、駆動ガスが拡がってプレナム内のガス圧を均一にすることを可能にする。駆動ガス１７８は圧力が制御された状態で各駆動ガス供給口１６８を通ってプレナム１２４内に入り、駆動ガスプレナム１２４の中の駆動液１１１の水位を維持する。駆動ガスプレナム１２４の上部左右端には（図６に示すように）、二枚のシーリング裏打ちプレート１７４が多数のシーリング裏打ちプレート支持部材によって支持されている。各シーリング裏打ちプレート１７４の上側には、一連の連続したプレナム-ＨＰＣ羽根シーリング１７２がある（運転状態および各シーリングにかかる力により、この実施形態で示すように３枚のシーリング１７２、異なる設計では異なった数のシーリング１７２を使用することができる）。駆動ガスプレナム１２４の内部には、階段状のプレナム液体水位センサ１７１一式が角度を付けて、液体水位センサアセンブリ１７０のケース内に保護されて配置されている。またプレナム１２４の駆動側の底面には、動作開始時にＨＰＣ１０２の駆動面からプレナムを溢流させるように使用するプレナムガス溢流用切り抜き１２５を示す。各足部１２６でタンク底部１２９（図示せず）上で、ＨＰＣ１０２の直下で有利で好都合な位置に配置する一連のプレナム支持足部１２６を示す。
【００４４】
図７の実施形態において、ＨＰＣ駆動ガスシステムはタンク１３４とタンクカバー１１８を含んだより複雑な圧縮機３台構成の設計を採用する。全てのガス管／配管継手はシーリングされており、これによりあらゆるガス漏れを防止している。さらに、タンクカバー１１８の垂直面にはタンクカバー圧力開放扉１１９が取り付いている。ガス戻り管１３２ａはタンクカバー１１８の裏面から出てガススピンフィルタ１３６に結合する。ガス戻り管１３２ｂはガススピンフィルタ１３６から出て一方向ガス逆止弁１４１ａの入力側に結合する。
【００４５】
ガス戻り管１３２ｂは、逆止弁１４１ａの反対側でさらにガス圧縮機１３８の入口に結合する。圧縮された駆動ガス１７８は、駆動ガス供給管１１６ａを通じて圧縮機１３８の出口から出て、一方向ガス逆止弁１４１ｂの出口側を通る。次に圧縮された駆動ガス１７８は、逆止弁１４１ｂの出口から出て続けて残る駆動ガス供給管１１６ｂを通る。駆動ガス供給管１１６ｂは第２の駆動ガス供給管１１６ｃに結合でき、これにより別の圧縮機の圧縮ガス排出口に結合する。駆動ガス１７８は、タンクカバー１１８を通ってタンク１３４内に流入する（図においてタンク１３４の右側から示す）。電動式ガススピンフィルタ液戻りポンプ１３９の入力側はガススピンフィルタ１３６のサンプ（sump）様底部に画定されたシーリングされた小開口に結合している。このようにして液体の出口はガススピンフィルタ液体戻り一方向逆止弁１４３に結合し、ガススピンフィルタ液体戻り一方向逆止弁１４３はガススピンフィルタ液戻り管１３７に結合する。ガススピンフィルタ液戻り管はその末端で、駆動液１１１（図４）の上面上のタンク１３４上に画定された開口に結合されてもよい。さらに、管２２４の末端まで一定量の駆動ガス（図示せず）を送る駆動ガス供給管１１６ｃに結合する微泡発生器内部軸ガス供給管２２４を示す。管２２４の終端は、液密タンク壁シーリング１２２を通ってタンク１３４を貫通する外側駆動軸１０７（図示せず）の外側端に結合した内部軸回転式ガス結合部／接合部２２２に結合する。
【００４６】
図８に示す実施形態では、液密ＨＰＣ温度管理駆動液システムは圧縮機１台構成を採用する。駆動液１１１は、その入り口がタンク上面近くに取り付いて液体の上面の下に浸漬した排出管１４６ａを通ってタンク１３４から出る。排出管１４６ａは二方向ＨＰＣ液体制御弁１４４ａの二つの入口の一方に結合する。排出管１４６ｂは図示のように弁１４４ａから出る。
【００４７】
駆動液は第１の液流制御弁１４４ａの駆動液通路に沿って、管１４６ｂの出口を液流ポンプ１４２ａの入口に結合する中間液排出管１４６ｂの入口端まで流れる。このポンプ１４２ａは駆動液を、その出口の一つが液体冷却プール１５４に結合する二方向冷却プール液流制御弁１４４ｂの取入口まで駆動液を送る。液体冷却プール１５４では、ポンプを使って駆動液を冷却して潜熱を取り除く。液流制御弁１４４ｂの第２の出口は、駆動液の流れが冷却プール液バイパス管１５２を通るように方向付ける。この冷却プール液バイパス管１５２は、液冷却プール１５４の出口を制御する二方向液冷却プール液流制御弁１４４ｃの第１の入口に結合する。液冷却プール１５４は、液注入管１５０ａの入口側に結合する二方向液冷却プール液流制御弁１４４ｃの二つの入口のうち第２の入口に直接結合する。液注入管１５０ａは、その出口を圧縮機液注入管１５０ｂに結合する液流ポンプ１４２ｂの入口に結合する。注入管１５０ｂは、ガス圧縮機１３８の冷却液取入口で終端する。圧縮機１３８の冷却液出口は、圧縮機液排出管１４８ａに結合し、圧縮機液排出管１４８ａは圧縮機排液流制御弁１４４ｄの入口に結合し、圧縮機排液流制御弁１４４ｄは液注入管１４８ｂの出口に結合し、液注入管１４８ｂはＨＰＣバイパス液流制御弁１４４ｃの出口に結合する。ＨＰＣバイパス液流制御弁１４４ｃは二つの出口有する。第１の出口はタンク液注入管１４８ｃに結合する。注入管１４８ｃは、タンクカバー１１８の上を通ってタンク１３４の底面近くまで延びてそこで終端する。バイパス液流制御弁１４４ｃの第２の出口はタンク液バイパス管１５２と結合する。液バイパス管１５２は、二方向液流制御弁１４４ａの第２の入口に結合する。
【００４８】
図９において、ＨＰＣは圧縮機１台構成の単一出力システムに内蔵されている。外側駆動軸１０７は上述の通りタンク１３４から出て、動力／トルク負荷解放可能ＨＰＣ駆動軸動力解放結合器１５６に結合している。動力解放結合器１５６の出口は、昇段ギアボックス１５８に結合した動力軸１５７に結合している。ギアボックス１５８は、オルタネータ／発動機１６０を駆動する中間動力軸１５９に結合している。複数の電力線１８０がオルタネータ／発動機１６０から出て電気出力制御システム１６４に結合する。電気出力制御システム１６４は、圧縮機１３８の発動機駆動モータ１４０に結合する圧縮機供給線１６６に送電し、また、ＨＰＣシステムに不要な余剰電力を電気出力引込線１６２を通して送る。
【００４９】
図１０には船舶での動力利用例を示す。ここで、船殻１８４の中にはＨＰＣタンクシステムが含まれる。外側駆動軸１０７を通る内部ＨＰＣ（図示せず）が、オルタネータ／発動機電力出力線１８０と電力出力制御システム１６４に結合したオルタネータ／発動機１６０を駆動する（本実施形態では、ＨＰＣをオルタネータ／発動機に結合していることに注意されたい。最終電力使用目的、ＨＰＣの大きさ等または異なる実施形態では直接駆動設計またはギア掛け設計を用いてもよい）。電力線１９３は、電力出力制御システム１６４から船舶駆動モータ１９２まで続く。複数の圧縮機電力供給線１６６が各圧縮機駆動モータ１４０と船舶の圧縮機１３８に結合する。船舶駆動モータ１９２はプロペラ軸１９５とプロペラ１９４を駆動する。
【００５０】
取入口１８６は、液取り入れ管１５０で圧縮機１３８に結合した圧縮機内部ポンプ１８８へ一定量の外部水１８２を供給する。図示のように圧縮機１３８は複数あってもよい。ＨＰＣ液取り入れ管１４８は圧縮機１３８をタンク１９０に結合する。給水系統の排水弁１９６に結合したＨＰＣ液排出管１４６がタンク１９０の尾翼方向に結合している。水１８２が排水口１９７を通って殻から出る船殻１８４の位置で、排水弁１９６は終端する。圧縮機１３８は、ＨＰＣタンクシステム１９０に結合する駆動ガス供給管１１６に結合している。ガス戻り管１３２はタンクシステム１９０から出て各圧縮機１３８のガス取り入れ口側に結合する。
【００５１】
図１１には、１本の出力軸と圧縮機３台構成の完全なＨＰＣシステムを示す。図１２には、微泡発生器システムの構成部品を示す。ＨＰＣ内を通る中空駆動軸１０４は加圧ガスを中央ガス通路１０５を通じて軸１０４の芯へ供給する。内部軸回転ガス連結部２２２は、駆動軸１０４の非駆動端に取り付き、微泡を注入するために加圧微泡ガスを供給している圧縮機に結合している。ＨＰＣコア支持部材１０８の内部で軸のガス通路１０５が結合し、この微泡発生器ガスを端部プレート軸―調整器引込管２０４を通じて供給する。この端部プレート軸―調整器引込管２０４は、端部プレート深度変動型圧力調整器２０２の入口に結合して上記と同じ微泡発生ガスを供給する。この圧力調整器２０２は、ＨＰＣ端部プレート１１４の内壁に取り付いている。圧力調整器２０２の調整済みガス出口は、圧力調整済み微泡ガスを端部プレートの微泡発生器用放射状切り抜き長孔１１５を通して端部プレート微泡発生器１０６の裏側へ送る。各ＨＰＣ１０２は、端部プレート１１４内に径方向に組み込まれている複数の微泡発生器１０６を有し、それらの正確な数は特定の運転要求に応じた最善の設計に左右される。微泡ガスは、付随する流体力学的抗力を低減するために微小なガス通路（図１４）を通じて駆動液１１１内（個別には図示せず）へ放出される。
【００５２】
また、ＨＰＣコア支持部材１０８の内側には、中空駆動軸１０４の中央ガス通路１０５が結合し、加圧微泡ガスを羽根奥行き変動型圧力調整器２０６の入口側へ供給する。圧力調整器２０６は、羽根圧力調整微泡引込管２１２に結合して圧力調整済み微泡ガスを供給する。管２１２の出口は調整済微泡ガスを羽根微泡発生器２１０の裏側へ供給する。羽根微泡発生器２１０は、付随的に発生する流体力学的抗力を低下させるべく微泡を駆動液１１１（個別に図示せず）内へ放出する多数の微小微泡ガス放出路２１４（図１５）を有する。羽根微泡発生器は、流体力学的に低抗力な方法でＨＰＣ羽根１１０に取り付けられている。
【００５３】
ＨＰＣ内部部品の点検は、多数のＨＰＣ端部プレートアクセス扉取り付けボルト２０１を用いて端部プレート１１４に取り付けられているＨＰＣ端部プレートアクセス扉２００を通して行われる。端部プレート１１４は、ＨＰＣコア支持部材１０８と端部プレート１１４で形成されたＨＰＣ円筒形空所の内部と外部の圧力を均一にすべく、端部プレート１１４に開いている多数の等間隔に配置された圧力均等化孔１９８を有する。
【００５４】
図１３は端部プレート微泡発生器部品を示す。中空駆動軸１０４は、軸１０４芯内の中央ガス通路１０５を通じて駆動ガス１７８を供給する。ＨＰＣ構造の内部では、軸のガス通路１０５が、端部プレート深度変動型圧力調整器２０２に結合する端部プレート軸―調整器引込管２０４に結合している。圧力調整器２０２はＨＰＣ端部プレート１１４の内壁に取り付けられている。圧力調整器２０２は、駆動ガス１７８を（図示せず）ＨＰＣ端部プレート１１４と微泡発生器用放射状切り抜き長孔１１５を通して、同一平面上に取り付いている端部プレート微泡発生器１０６の裏側内に送る。各ＨＰＣは、端部プレート内径方向に多数の微泡発生器が組み込まれており、それらの正確な数は特定の運転要求に応じた最善の設計に左右される。
【００５５】
図１４に示すように端部プレート微泡発生器は、その表面を多数の微小微泡ガス放出路２１４が貫通して画定された、端部プレート微泡発生器部１０６を有する。端部プレート微泡発生器１０６の（軸から最も離間した）末端は、（軸に最も近い）近接端よりも多くの放出路２１４を有することができ、これにより末端でより多くの微泡を発生させることができる。
【００５６】
図１５に示すように、羽根微泡発生器はＨＰＣ端部プレートに結合したＨＰＣ羽根１１０とＨＰＣコア支持部材１０８を含み、羽根１１０は無数の微小微泡ガス放出路２１４を含んだ中空羽根微泡発生器２１０を有する。羽根微泡発生器２１０は、低抗力態様で羽根の端部に結合しており、羽根微泡発生器２１０はさらに羽根１１０の外面側端部とも結合して低抗力設計がなされている。中空駆動軸１０４は、羽根奥行き変動型圧力調整器２０６に結合した軸―羽根圧力調整引込線２０８に結合しており、これにより調整器の出口が羽根圧力調整器から羽根微泡発生器引込線２１２に結合している。羽根微泡発生器引込線２１２は、稼働ＨＰＣで付随的に発生する抗力を減らすべく奥行き調整済微泡が均一に放出される羽根微泡発生器２１０に接続して終端する。
【００５７】
図１６には、ＨＰＣ羽根１１０に沿って長軸方向に延びた羽根微泡発生器２１０と、静止端部プレート微泡発生器構成（説明の都合上中間羽根支持部材を省略している）を採用した「小型ＨＰＣ」の設計を示す。より小型の設計は、ＨＰＣコア内の端部プレート微泡発生器システムの代わりに静止端部プレート微泡発生器システムを利用してもよい。静止微泡発生器システムは、互いに接続したいくつかの中空静止端部プレート微泡発生器２１６部と、ＨＰＣ端部プレート１１４の外向き下側端部に隣接した固定位置で有利で好都合に取り付けられた一連の静止微泡発生器支持足部２１７を含む。微泡ガスは、静止端部プレート微泡発生器引込管２１８を通って微泡発生器２１６へ供給される。
【００５８】
図１７には、静止微泡発生器の詳細を示す。ここで、中空静止微泡発生器部２１６の上面に微小微泡ガス放出路２１４が穿孔されており、これにより微泡ガスを微泡流として駆動液１１０（図示せず）内に送ることを可能にしている。微泡放出通路の数が特定微泡発生器部分の長さ方向に沿った位置によって必要となる微泡数によって決まる、数変動微泡放出通路２１４を示す。これらの通路２１４の数と位置は実施形態によって変わる。さらに、微泡発生器部２１６に接続してガスを供給する静止端部プレート微泡発生器引込管２１８を示す。
【００５９】
図１８には、２台の回転弁直接ガス注入器を利用しているＨＰＣを示す。ＨＰＣ１０２は、その両端に配置されているがＨＰＣプロペラには取り付けられていない、一組のＨＰＣ回転弁凹部（別個に図示せず）を有する。各凹部には、回転弁胴部２２６が納まっているがＨＰＣ１０２プロペラには接続していない。各静止回転弁２２６は、一つまたは一組の回転弁支持フランジ２３４でタンクのＨＰＣ軸受支持部材１３０に結合している。回転弁は断熱した駆動ガス供給管１１６に取り付けられている。タンクの底部近くには有利で好都合に配置された一組の外部バッフル２３６がある。この外部バッフル２３６は、タンク１３４と動作中のＨＰＣ１０２に対してバッフルを静止した状態に維持した、バッフル―タンク支持部材２３８によって所定の位置に維持されている。さらに、タンク１３４の底部の結合した一組の回転可能／折り畳み式ＨＰＣ整備（保守点検）支持支柱１２３を示す。
【００６０】
図１９には、回転弁直接ガス注入アセンブリをより詳細に示す。回転弁胴部２２６は固体の単体構造である。回転弁胴部２２６はその湾曲した回転面に一つまたは複数のＨＰＣバケット１０９（図１９には図示せず）内にガスを収容させる回転式弁―ＨＰＣシーリング２３２が組み込まれている。他の形態のシーリング、例えば、特定の寸法のＨＰＣと回転弁胴部２２６間の精密な間隙、リップシール、およびその他ＨＰＣ―回転弁胴部面内に駆動ガス（図１９には図示せず）を保持するための形態の利用等も想定内に含まれる。回転弁胴部の外面は、回転弁胴部の外面から回転弁ガス放出口１３０の近接内面まで延びる回転弁ガス通路２２８を有する。回転弁ガス通路２２８は、断熱した駆動ガス供給管１１６を回転弁ガス放出口２３０に結合してＨＰＣへ駆動ガスを供給している。回転弁ガス放出口は、回転弁胴部２２６の外周と関連した分だけの弧の角度を有する開口サイズを有する特定形状を有し、これにより、特定量計測された充填用駆動ガス１７８が開口を通ってＨＰＣバケット内に注入されることを可能にする。開口の弧長が長いほど特定ＨＰＣ設計の注入時間が長くなる。
【００６１】
ＨＰＣバケット内へ送られるガス量はいくつかの要因の影響を受ける。それらは、開口の大きさ、駆動ガス圧、ガス移送管の摩擦、曲部、長さ等の制約、およびＨＰＣの回転速度である。図１９には参照点として軸１０４を示すが、図示の回転弁胴部２２６は駆動軸１０４と接触しない。しかしながら、用途に応じたＨＰＣ―回転弁インターフェース構造が必要な場合、他の図示しない実施形態では軸１０４を精密な空気軸受型ジャーナルに通過させることができる。回転弁をタンクのＨＰＣ軸受支持部材１３０（図示せず）上の所定位置に回転弁を固定して保持するための手段としての回転弁支持フランジ２３４を示す。他の図示しない形態でも回転弁を静止状態で保持することもできる。他の図示しない回転弁胴部の実施例には、追加ＨＰＣ軸受が不要な、相当大型の回転弁胴部２２６を空気軸受として使用しているものを含む。
【００６２】
図２０には、加圧天然ガスを利用して駆動および稼動するＨＰＣを示す。ＨＰＣ１０２を保持したタンク１３４は、（図４または図１８に示すように）一続きの適切な大きさのタンクカバーボルト２５８で留めた大型のタンクカバー２５６を有する。高圧天然ガスは、特定のＨＰＣシステム／用途のための所定動作圧まで天然ガス入口圧力を低下させる天然ガス圧力調整器２５２に結合した天然ガス高圧注入管２５０を通じてタンク１３４内に入る。調整済天然ガス注入管２５４は、ＨＰＣ運転のために天然ガスを調整器２５２の出口からタンク内の断熱ＨＰＣ駆動ガス供給管へ送る。ＨＰＣを駆動した後にタンク１３４内の駆動液１１１の表面上で天然ガスが利用可能となると（図４）、使用済み天然ガスはタンク１３４から天然ガスＨＰＣ出口管２６０を通って排気され、一つまたは複数の天然ガス／駆動液分離器２６２へ移送されて、各分離器２６２間では中間天然ガス間２６４を通る。（各）分離器２６２は、さらに最終天然ガス利用者が使用できるように、天然ガスの使用に合った適切な程度まで、駆動液の蒸気を天然ガスから除去する。タンク１３４内の連続拡散可能な駆動ガスの表面の駆動液温度を維持するために駆動液１１１に熱エネルギーを加えることのできる、別に取り付けた駆動液温度管理システムは図示していない。
【００６３】
分離器で除去された駆動液は、駆動液戻しポンプ３１０の入口へ続く駆動液復水管２９２の入口を通って接続する分離器２６２の底からタンク１３４へ戻る。各ポンプ３１０の出口は、駆動液コンデンセート（condensate）２９４をタンク１３４の上端で終端する連続戻り管２９２を通して送り、タンク１３４内の駆動液面（図示せず）上にコンデンセート２９４を排出する。天然ガスは、分離器天然ガス出口管２６６を通り、これに結合した天然ガス分離器の次の圧力調整器２６８をさらに通り、またこれに結合した天然ガスＨＰＣ出口引込管２７０を通って排出される。引込管２７０から流出した天然ガスは、その後末端消費者へ移送される。別の図示しない設計では天然ガスブースタポンプ場が天然ガスを先のＨＰＣ圧力レベルに戻して、天然ガスを元の移送モードで連続移送することを可能にしている。ＨＰＣ天然ガス駆動システムは、水処理工場や石油化学工場で使用されているような通常の制御システムで自動的に制御されている。
【００６４】
図２１の実施例において、ＨＰＣは利用可能な熱源をどれでも使用した二元ガス駆動システムで運転される。駆動ガスプレナム１２４（図４）または、回転弁胴部２２６注入システム（図１８）のいずれかを使用する標準ＨＰＣ１０２（図４または図１８に示すように）は、一続きの大型補強タンクカバー押えボルト２５８でタンク１３４に結合した補強タンクカバー２５６を有するタンク１３４内の駆動液１１１（図示せず）内に浸漬している。タンク電熱回路２７６は、タンク１３４の駆動液を最良の運転温度まで加熱し、関連タンク電熱回路２７６の配管と制御弁２７８ｃを通って放射熱を移送する配管システムを通じて加熱した液体をポンプ移送することを含む。
【００６５】
二元系システムの本質は、低沸点の液体を蒸発器２８６とコンデンサ２９０と関連した結合配管、弁及びポンプを含んで閉ループシステム内で使用することにある。このような二元系システムは、アメリカやヨーロッパの地熱発電所で見られるように、標準的なものであり一般に知られている。蒸発器２８６は、蒸発器２８６を通る閉回路を通って移動する加熱液体を受容する。加熱液体は熱源流入管２８２と制御弁２７８ａを通じて蒸発器２８６内へ入り、蒸発器の内部閉ヒータ回路（図示せず）内を移動して熱源戻り管２８４を通って蒸発器２８６から出る。この加熱液体は、熱エネルギーの運転上有意な部分を二元液へ移す。二元液は蒸発器２８６内でガス化し、蒸発器に結合した二元駆動ガス注入管２８０、二元駆動ガス注入管に結合した二元ガス制御弁２７８ｂ、および逆止弁２７４ａを通じて蒸発器から排水される。逆止弁２７４ａから出る駆動ガス注入管は、これに結合した断熱した駆動ガス供給管１１６へＨＰＣ運転のために二元ガスを移送する。
【００６６】
二元駆動ガスがＨＰＣを通った後、一つまたは一連の二元ガス／駆動液蒸留分離器３００に結合した二元駆動ガスＨＰＣ排出管３０２を用いてガスはタンク１３４から排出される。この実施例においては、複数の分離器３００セットを示す。組み合わされた二元駆動ガスと駆動液は、分離器の上部と下部に配置された分離器内ガス／液体配管３０８セットを通り、続いて分離器３００を通って移動する。二元駆動ガスは、（各）分離器から二元駆動ガスコンデンサ注入管２９８を通り、二元駆動ガスコンデンサ注入管２９８に結合した制御弁２７８ｃを通り、そして制御弁２７８ｃに結合した二元系システムコンデンサ２９０から排出される。コンデンサ２９０内には閉回路圧縮コイルがある。コンデンサ冷却液は、液体冷却プール１５４からこれに結合したコンデンサ冷却液注入管３１４、コンデンサ冷却液注入管３１４に結合したコンデンサ冷却ポンプ３１６から別の制御弁２７８ｄ、そしてコンデンサ２９０へ流れる。コンデンサの閉回路を移動しつつ、コンデンサ２９０内から熱エネルギーを吸収した後、コンデンサ冷却液はコンデンサコイルを離れ、結合しているコンデンサ冷却液戻り管３１８を通って冷却液プール１５４に戻って終端する。コンデンサ２９０内で二元駆動ガスは、二元凝縮液２９６との駆動凝縮液２９４に凝縮される。二元凝縮液２９６は、コンデンサ２９０に結合した二元液接続配管３０６ａでコンデンサ２９０の底から排出される。二元液配管３０６ａの他端は、二元液ポンプ２８８ａに結合している。二元液ポンプ２８８ａは、配管３０６ａの他端から二元液２９６をポンプで汲み上げて二元液貯蔵タンク２９７へ送る。二元液貯蔵タンク２９７のサンプは、別の二元液配管３０６ｂに結合し、その他端がさらに別の二元液ポンプ２８８ｂに結合し、これに一方向逆止弁２７４ｂが結合してその出口から蒸発器２８６に戻す。補強タンクカバー２５６の上部には、タンク超過圧力解放弁３０４が配置されており、その出口端は二元ガス圧力解放管３０３に結合し、さらに二元ガス圧解放タンク２９９に結合している。圧力解放タンク２９９の底には別の二元液配管３０６ｂが接続し、その他端は別の制御弁２７８ｅに結合し、さらに別の二元液配管３０６ｃに結合して、二元液貯蔵タンク２９７の底から出る二元液配管３０６に接続している。
【００６７】
配管３０６は合わせて、その二元液２９６を逆止弁２７４ｂへ送り、続いて蒸発器２８６へ送り込むことによって新たな二元系システムを始める。また図に示すようコンデンサ２９０側では、駆動液２９４を駆動液戻りポンプ３１０の注入側へ供給する駆動凝縮液戻り管２９２ａがコンデンサ２９０に結合している。ポンプ３１０からの排出は連続戻り管２９２ａに供給され、その終端から駆動縮液２９４をタンク１３４の上部内に溜める。さらに、最後の分離器３００の底には駆動液戻り管２９２ｂが接続し、これは別の駆動液戻りポンプ３１０の注入側へつながる。この第２のポンプ３１０の出口側は、その終端がタンク１３４内に分離器からの駆動縮液２９４を溜める、連続した分離器駆動液戻り管２９２ｂに接続する。この図は二元系システムの一種類のみを示す。図示していない、冷却タワー、蒸発冷却器及び冷却ユニット等、コンデンサ冷却方法を提供する他の多くの手段がある。ＨＰＣ二元系システムは、地熱二元系システムおよび石油化学工場で一般的に使用されている制御処理／システムによって自動的に制御されている。
【００６８】
図２２には蒸気駆動システムを利用して稼動するＨＰＣを示す。化石燃料燃焼、核分裂容器、地熱処理等の多くの異なる熱源から一般に入手できる、一定量の蒸気３２０が制御弁２７８ａに結合した蒸気注入管３２２ａを通してＨＰＣ処理を始める。制御弁２７８ａの出口は調整済蒸気注入管３２２に結合している。調整済蒸気注入管３２２ｂの末端は、一方向逆止弁２７４に結合し、その出口はタンク１３４内のＨＰＣ駆動ガス供給管１１６に結合している。蒸気はＨＰＣ処理のタンク内のより深い位置でのより高圧な状態からより浅い位置へ移動して、蒸気それ自体は、タンク１３４内での駆動液１１１の冷却と膨張との組み合わせを通したＨＰＣ運転の際に凝縮される。
【００６９】
タンクの蓄熱は、タンク１３４内の駆動液１１１上面の下から続く高温駆動液排出管３３０を含む温度管理システムで制御されている。管３３０は、制御弁２７８ｂに結合して、その出口は管３３０の続きに結合し、さらにその出口が管３３０の続きに結合している液流ポンプ１４２に結合して、冷却プール１５４で終端する。より低温の冷却液は冷却プール１５４から、駆動液戻り管３１２で取り出され、その他端は駆動液戻りポンプ３１０に結合している。る。ポンプ３１０の出口は、駆動液戻り管３１２の続きに結合し、管３１２の他端はタンク１３４の上部端に結合し、そこでタンク１３４内に冷たい駆動液が導入される。
【００７０】
ＨＰＣ後の蒸気残余３２６は、補強タンクカバー２５６に結合した蒸気排出管３２４を用いてタンク１３４内表面から排出される。ここで蒸気排出管３２４の他端は残余蒸気凝縮システム３２８に結合している。このような凝縮システム３２８は、一般に商業建築物などで利用されているより大型の蒸気加熱システムで使用している。凝縮された蒸気は、蒸気凝縮排出管３３２を通って蒸気凝縮システム３２８から排出される。ここで排出管の他端は制御弁２７８ｃに結合し、バルブの他端は続く蒸気凝縮３３２に結合している。蒸気凝縮管の他端は冷却プール１５４で終端する。ＨＰＣ蒸気駆動システムは、蒸気熱工場および石炭燃料発生蒸気で運転する発電所で一般的に使用されている制御処理／システムによって自動的に制御されている。
【００７１】
図２３には大型段状ＨＰＣ構成を示す。一組の段状ＨＰＣは、下のＨＰＣ３５４から上段のＨＰＣへ駆動ガス１７８が分配可能となるような距離だけ離間して配置されている。一番下の一つまたは複数のＨＰＣ列の真上には、上向き逆山形状中間ガス注入分岐プレナム３５８の最下点に結合した駆動ガス注入分割プレート３５６がある。隣同士の各組の分岐プレナムの間で、駆動ガスをプレナムの真上にある段状ＨＣに供給する駆動ガスプレナム１２４が結合している。種々のレベルにあるガス注入部１７８を、各ＨＰＣ中に示す。各ガス注入部１７８の相対的な大きさは、各深さでの異なる圧力レベルでのガスのガス分子の同一質量(mass)／数を意味することに注意されたい。圧力を低下させるとともに駆動ガスは拡散し、これにより同一ガス注入部１７８で、深さとの相関関係により作用圧力が自然に低下するとともに各ＨＰＣ内でより浮揚性のある容積置換が得られる。要するに、図に示すように、より多くの同一サイズおよび同一排気量のＨＰＣを、それぞれ連続して浅い位置にある上方の列に配置することができる。一方、図示しない実施例では、各レベルのＨＰＣの間に固結した大型で上下反対の単一皿型駆動ガス収集器を使用する。下方レベルから放たれる駆動ガスをガス収集器で集めることができ、その際に追加のガスを収集して保持するガス充填頭部空間が拡大する。「頭部」上のガス収集器の内部上面は、水平面と同一平面上にあってもよく、これによりガス収集器で駆動ガスを同一深さで集めることができる。この「皿型」ガス収集器の上面にはプレナム１２４が結合してもよく、上下反対の皿型ガス収集器に駆動ガス頭部空間があるために各プレナム１２４は同一ガス注入量を受容する。駆動ガスは皿から離れて、対応するＨＰＣ運転のために同一量のガスを受容する各プレナムガス制御弁を通って移動する。
【００７２】
図２４には、ＨＰＣベースロード発電所を示す。バンク（bank）３７４は、一つ以上のＨＰＣを含むことができ、このとき一つのバンクに含まれるＨＰＣの具体的な大きさと数は、各施設の具体的な運転上の要求に応じて設計される。図には複数のＨＰＣバンク３７４を示し、このときの供給電力はベースロード発電所等のようにかなり多い。また、各ＨＰＣに配置された発電機３７６の相対的な配置を示す。図示していないが、設計的問題で必要とされる場合には、ＨＰＣの両端に発電機が配置され、これにより一つのＨＰＣで、一台の大型発電機と比べて二台のより小さくてより安い発電機を運転している。ＨＰＣ施設の動作制御を管理し、工場の物流および保守業務を計画して実施する場所である制御建屋３７０を示す。また、ＨＰＣが天然ガス、二元系システムガス、蒸気または標準的な空気等のような他のガスによって駆動する加圧建屋３７８を示す。高圧出力線３８０セットに配置した複数の発電機電力の入力と出力の電気的結合の相対的な関係を現すために電源建屋３７２を示す。図示または具体的に示さないが、施設全体の運転を管理できる自動制御システムがある。これらの自動制御システムは、例えば、水力ダム発電所および石炭燃料発生蒸気で運転する発電所で使用している任意の通常の制御システムでもよい。
【００７３】
図２５には奥行きの深い羽根およびバケットを用いて設計されたＨＰＣを示す。ＨＰＣのバケット空間１０９を画定する奥行きの深い羽根１１０セットが備えられている。このような奥行きの深い羽根は、個々のバケット羽根セットで保持される各注入ガスのより長時間の浮揚制御を実現する。「奥行きの深い羽根」ＨＰＣの実施例は、残りの全ての面では図１の実施例に類似している。各ＨＰＣの具体的な設計は、電力出力要求の仕様でされており、このとき設計者はＨＰＣ１０２の外側半径、中心コア支持部材１０８の半径で画定される「ぬれ面積」を変更することができる。さらに、羽根の設計のうち特定の曲率と長さは特定の目標電力出力を達成するために機能する。図示しないが回転による機械的電力出力要求に合うように、全ての設計で低相対流体力学抗力係数を必ず有するようにしてもよい。
【００７４】
流体圧式作動シリンダの結果達成方法の動作説明
ＨＰＣは４つの段階、ガス注入／バケット充填、浮力から回転機械エネルギーへの変換、注入ガスの消費／バケットからの排出と、後面への移行、を通した連続動作によって機能する。
【００７５】
第１実施形態：ガス駆動ＨＰＣ―プレナム
第１の例示的な実施形態において、ＨＰＣはプレナム室を使用して圧縮ガスと供給ガスで動作する。この実施形態において、ＨＰＣはベースロード／プライム出力発電装置を駆動するように設計されている。船舶用動力、機械処理駆動等他の設計でも同様に動作する。さらに、必要となる設計的な問題点を考慮して他のガス源を使用できる。
【００７６】
ＨＰＣ１０２が駆動液１１１で満たされたＨＰＣタンク１３４内に正しく配置された時にガス動力、プレナム供給ＨＰＣシステムは運転の準備ができている。運転手は、圧縮機１３８に電力を供給するために、ＨＰＣ制御システムを用いて一つ以上の圧縮機駆動モータ１４０に一時的な始動出力を与える。図７では、圧縮機はＨＰＣタンクカバー１１８内の駆動ガスを戻り管１３２ａ、１３２ｂ、ガススピンフィルタ１３６、および入口一方向逆止弁１４１ａを通じて取り込む。タンクカバー圧力解放扉１１９は、タンクカバー１１８からガスが流入することを可能にし、全ての過剰圧力ガスを外気へ排出可能とし、ガスが過少圧力状態の時にタンクカバー１１８内に外気ガスを取り入れることを可能として、過剰圧力および過少圧力からタンクカバー１１８を保護する。システム内の清浄な駆動ガスを保持するために標準運転時には圧力解放扉１１９は閉じたままであり、これにより、ガスを濾過するための補助システムの必要性を無くす。一つ以上の圧縮機１３８で駆動ガス１７８を圧縮し、加圧駆動ガス１７８を解放することができる。加圧駆動ガス１７８は、断熱した駆動ガス供給管１１６ａ、１１６ｂ、出力一方向逆止弁１４１ｂ、およびタンク１３４内から駆動ガス供給制御弁１７６を通って移送されて圧縮機１３８から排出される（図５参照）。駆動ガス１７８は、タンク１３４の底「近く」の駆動液１１１の静止圧力より高圧下にあり、このため駆動液１１１に置き換わる。プレナムの駆動ガス供給制御弁１７６は「設定」した量／流量のこの加圧駆動ガス１７８を駆動ガス均等分配室１７７内へ解放し、これにより駆動ガス１７８が拡がって、駆動ガスプレナム１２４内の駆動液１１１の深度による圧力と一致するように、圧力を均等にすることができる。均等にされた駆動ガス１７８は駆動ガス供給口１６８を通って駆動ガスプレナム１２４内に入る。
【００７７】
駆動ガス１７８は、駆動ガスプレナム１２４の真上にあるＨＰＣバケット領域１０９に入る。この起動シーケンスの始めにＨＰＣ１０２は静止していて動いていない。ＨＰＣ起動動作の際、制御システムは駆動ガス供給制御弁１７６のプレナム液体水位センサ１７０の制御を無効にして、ガス供給制御弁１７６を完全開放位置に動かし、これにより、利用可能な全ての加圧駆動ガス１７８が駆動ガス均等分配室１７７、駆動ガス供給口１６８を通って駆動ガスプレナム１２４内に入ることを可能にする。駆動ガス１７８はプレナム１２４内の駆動液１１１レベルを駆動ガス１７８まで押し下げて、プレナム１２４を完全に満たす。一旦プレナム１２４が満たされると、余剰駆動ガス１７８はプレナム１２４の「駆動」側底部にあるプレナムガス溢流用切り抜き部１２５を通って排出される。この溢流用切り抜き部１２５は、プレナム１２４の他の底部端よりも高い位置にあり、これにより駆動ガスをここから最初に「溢流」させる。この「溢流」している駆動ガス１７８は浮揚性であり、タンク１３４内の駆動液１１１を上昇してプレナム１２４の「駆動」側真上にあるＨＰＣバケット領域１０９内に入る。
【００７８】
ＨＰＣ羽根１１０は個々のＨＰＣ領域１０９内にある駆動ガス１７８を抑えると、これらのバケット領域１０９は駆動ガス１７８で充填される。この駆動ガスは浮揚性により気密なＨＰＣバケット領域１０９の駆動液１１１を押し出して、駆動液に置き換わることによって、ＨＰＣ１０２のその特定のバケット領域１０９が駆動ガスで満たされて浮かび上がる。特に注意すべきな、多数の実施例について多くの理由により都合がよいことは、関連した中間羽根支持ガス通過開口１１３を有する中間羽根支持部材１１２である。羽根支持部材１１２は、ＨＰＣ１０２を強化するための補助構造を提供するが、これは浮力を受けている結合された各羽根１１０にかかる大きな荷重を移送する補助荷重通路を隣接した羽根１１０、他の羽根支持部材１１２、コア支持部材１０８、全ての内部ブレース（図示せず）および駆動軸１０４に提供することによって行われる。各支持部材１１２で分割されたバケット領域１０９の各開口１１３は以下の機能を有する。羽根で画定された各バケット領域１０９間の注入ガスを均等化し、多数のガス注入／充填設計を可能にし、さらに中間羽根支持部材１１２およびＨＰＣ１０２全体の重量を軽量化できる。連続した起動シーケンスでは、一つのバケット領域１０９が駆動ガス１７８で満たされると、余剰駆動ガス１７８はその特定のＨＰＣ羽根１１０の縁／端から「溢流」する。これらの余剰駆動ガスは浮力によって上方へ浮いて次に利用可能なバケット領域１０９内へ入って、そのＨＰＣの利用可能なバケット領域を駆動ガス１７８で満たし始める。各バケット領域１０９が一旦十分に満たして重力による浮力がＨＰＣ１０２の静的な慣性力を上回ると、これらの駆動ガスで満たされたバケット領域１０９がタンク１３４上部に向かって動き始め、ＨＰＣ１０２は回転を始める。
【００７９】
回転しているＨＰＣ１０２は、液体で満たされたバケット領域１０９を駆動ガスプレナム１２４の内部へ提供し始める。新たに提供されたバケット領域１０９の範囲内の重い駆動液１１１は、重力の影響により、当該プレナム１２４のように浮力でこのバケット領域の真下にある軽い駆動ガス１７８に置き換わる。ほとんどの液体の濃度は、大半のガスの濃度の６００倍かそれ以上であるため、浮力による置き換えはそれ自体比較的速くて活発に行われる。このように新しく提供された開放ＨＰＣバケット領域１０９はそれらの中の重い駆動液１１１を空にして軽量駆動ガス１７８で満たす。駆動ガスプレナム１２４設計の別の利点は、活発な液―ガス置き換え動作である。運転中のＨＰＣバケット領域１０９内の駆動液１１１は、ＨＰＣ駆動軸廻りを回転しており、また遠心力を受けている。駆動液１１１がプレナム１２４の内部にさらされると、各バケットから排出される。この遠心力を用いて駆動液１１１がＨＰＣ羽根１１０を越えて排出される動作は、駆動液１７８の重力によるバケット領域１０９からの流出を超えたさらなる回転力を与える。この遠心力による補助的な液体流回転機械エネルギーは、ＨＰＣの浮力のみで与えられる回転エネルギーに付加される。
【００８０】
回転するＨＰＣ１０２は、より多くのバケットが駆動ガス１７８で満たされて駆動ガスプレナム１２４を越えて離れて行くとともに電力を蓄えまた速度を増す。ＨＰＣの駆動側にあるガスで満たされたバケット領域１０９は増え、このためより多くの浮力が継続してＨＰＣ羽根１１０上にあり、これにより、より多くのエネルギーと速度をＨＰＣに与えている。回転しているＨＰＣ１０２は、プレナム１２４から駆動ガス１７８を除去し、このプレナム１２４には上述のように新たに送られてきた加圧駆動ガス１７８が補給される。一旦ＨＰＣ１０２が回転するようになると、ＨＰＣ制御システムは液体レベルセンサアセンブリ１７０の各プレナム液体レベルセンサ１７１の出力を使用し始め、これにより駆動ガス均等分配室１７７へ送るガスの容量を設定し、さらにプレナム１２４の液体レベルを設定する。液体レベルセンサ１７１は、プレナム１２４内の駆動液レベルと、プレナム１２４側での位置を測ることができる。設置したセンサ１７１はプレナム１２４の液体レベルを測定し、プレナム１２４内に流入可能な駆動ガスの流量／量を運用上制御する駆動ガス制御弁１７６を所望の設定に設定する役割を果たす。液体レベルの検知と流量の設定動作は、プレナム１２４に供給された駆動ガス１７８の流量／量がプレナム１２４から除去される駆動ガス１７８の量と平衡状態に到達するまで続く。このような駆動ガス１２４は、各ＨＰＣバケット領域１０９内のプレナム１２４領域から離れることによってプレナム１２４内の駆動液１１１レベルを設定する。ＨＰＣ制御システム内の通常のガス制御副次システムは、気圧の分布および産業用ブロー成形施設での制御システムなどのプレナム１２４の駆動液レベルを管理することができる。
【００８１】
駆動ガスプレナム１２４は、ＨＰＣの端部プレート１１４の内部端の中／間に配置されており、プレナム―ＨＰＣ間羽根シーリング１７２は駆動ガス１７８をプレナム１２４内と、露出したＨＰＣバケット領域１０９に保持すべく機能する。このような設計は、駆動ガス１７８が露出した羽根１１０に隣接したＨＰＣ羽根１１０周りから漏洩することを防ぎ、これはこれらの羽根が、プレナム１２４の上部開口に画定されているプレナムの駆動ガス供給領域の中から外へと移行するためである。シーリング１７２は、プレナム１２４の各端部上のシーリング裏打ちプレート１７４によって支持されており、この裏打ちプレートはシーリング裏打ちプレート支持部１７５で補強できる。プレナムをＨＰＣ境界面にシーリングする他の手段があってもよい。
【００８２】
ＨＰＣ１０２が回転するとともに、駆動ガス１７８はＨＰＣバケット領域１０９内に残ってＨＰＣ１０２の回転に動力を与えるべく浮力を供給する。駆動ガスで満たされたＨＰＣバケット１０９はＨＰＣ１０２の駆動側に沿って上昇し、各バケット領域１０９の駆動ガス１７８で満たされる領域は、ＨＰＣ羽根１１０側面と水平高さとの関係によって決まる割合によって減少する。ＨＰＣバケット領域１０９内の駆動ガス１７８は、ＨＰＣ１０２全体が回転することによりＨＰＣ羽根の末端（外側端）面が水平位置に近づくとともにバケットから「こぼれ」出る。要するに、羽根１１０は水平面に対して回転して、羽根１１０の外端が回転するとともに駆動ガスが駆動液１７８に置き換わる。各バケットがＨＰＣの回転によって最も高い位置に近づくにつれてＨＰＣバケット領域１０９は、続けてその中の液中の使用済み駆動ガス１７８を「こぼし」す。ＨＰＣバケット１０９の末端がＨＰＣの回転における「０度」位置に到達する時までに駆動ガス１７８のほとんどがバケットからこぼれ出たことになり、重力の浮揚性効果によって著しく重い駆動液１１１で置き換わる。例えば、空気などのガスは一立方フット（約２８.３ｃｍ３）当たり０．０８ポンド（約０.０３６ｋｇ）であり、水などの重い液体は一立方フット当たり６２．４ポンド（約２８.３ｋｇ）である。ＨＰＣで使用できる駆動ガスと駆動液の組合せは多数ある。なるべく高密度（単位体積当たりの重量）で低抵抗の駆動液と、なるべく軽量のガスが最適である。これはこれら二つの物質の密度差が、作用可能な測定単位体積当たりの浮力を規定するからである。
【００８３】
ＨＰＣ１０２が回転を続けると、駆動液で満たされたＨＰＣバケット領域１０９は、最も高い位置を通りすぎ、そしてＨＰＣ１０２の非駆動側を下方へ回転する。これらの駆動液で満たされたＨＰＣバケット領域１０９は、ＨＰＣの回転によって移動し、再び駆動ガス１７８充填プロセスを最初から始めるために、その後駆動ガスプレナム１２４内に入る。一旦全ＨＰＣ運転プロセスが始まると、駆動ガス１７８の供給が止められる、または、駆動軸１０４に加わる機械的処理による抵抗がＨＰＣの回転エネルギーを妨げるまたは越えない限り充填動作と空にする動作は続く。所望により、このような基本的な発電動作、多数の圧縮機を備えた設計は、事実上終わりのない動作を可能にし、その場合、他の圧縮機が続けて必要な加圧ガスを送り続けている間、どのような特定の圧縮機も保守点検または交換のためにラインから外すことが論理上可能である。直列に並んだ各ガス逆止弁１４１ａと１４１ｂは、図７に示すように、保守点検中の圧縮装置に起因する駆動ガス圧力損失を防止することにより圧縮機の保守点検または交換を可能にする。
【００８４】
一旦ＨＰＣ１０２が最適運転速度に達すると、全体プロセスで同一駆動ガス１７８を再利用するためガスフィルタ装置の必要性を無くし、また、駆動液１１１、各圧縮機１３８、各一方向逆止弁１４１、各断熱した駆動ガス供給管１１６、およびガス戻り管１３２へ外部のゴミおよび汚染物質が入らない。
【００８５】
ＨＰＣ設計の他の特徴は、低摩擦ＨＰＣ支持軸受１３０および低維持液密タンクシーリング／パッキン箱１２２を含む。加圧駆動ガス１７８の温度制御と、必要に応じて図８に示すタンク１３４と液体冷却プール１５４を通り加熱圧縮機クーラントの循環によって液体温度が維持されている。圧縮動作中は触ると熱いガス圧縮機圧力排出管で見られるように、ガスの圧縮熱は熱質量を集め、圧縮中に駆動ガス１７８の熱エネルギーがより小さな範囲に集中する。駆動ガス１７８が圧縮解除されるときに逆もまた真であって、ガス内に保持されている熱の体積が膨張し、このような膨張によりガスは圧縮解除されて配管を触ると冷たく感じる。駆動ガスプレナム１２４内の膨張駆動ガス１７８は比較的冷たく、駆動ガス均等分配室１７７とプレナム１２４内の駆動ガスの膨張中に継続して熱を吸収することにより、また、タンク底部のより高位置の圧力からタンク上部のより低位置の圧力へのＨＰＣ回転による移動により駆動液１１１を冷やすことができる。ガスの膨張中に供給される熱エネルギーは、局所的な環境、つまり、周囲の駆動液１１１から来る。正しく設計されていないと、駆動液１１１はガスの膨張作用によって継続して冷やされて固化／凍結点に達することもある。このようなガス膨張、冷し／冷却作用は旅客航空機の空調設備の設計の元となっている。全ＨＰＣ動作の熱エネルギー量が管理されず抑制されていない場合、この冷却効果はＨＰＣエネルギーの抽出を減速または止めることがある。
【００８６】
図８に示すように、温度管理は駆動ガス１７８の圧縮熱を保持するところから始まって、膨張中は同一／同等量の熱が駆動ガス１７８に供給され、このためＨＰＣの連続動作によってタンク内の駆動液１１１が凍結レベルまで「冷やされる」ことがない。加圧駆動ガス１７８は、続く駆動ガスの膨張に可能な限り多くの圧縮熱を維持する各断熱した駆動ガス供給管１１６に入ることができる。圧縮プロセスから生じる一部の熱も、断熱した駆動ガス供給管１１６を通って移送中に駆動ガス１７８から失われた熱の補充に利用できる。圧縮機１３８の継続的な運転には効率を維持し、圧縮機内の摩擦作用から生じる温度上昇に起因する運転消耗を減らすために一般に液体を冷やさなければならない。ガス圧縮設計の一部は、（複数の）圧縮機１３８を駆動する電気駆動圧縮機駆動（複数）モータ１４０からの熱を取り入れることもできる。設計された冷却液ジャケット（図示せず）で（各）モータを低温に維持することにより、利用の寿命を延ばし、また圧縮機の運転に必要な電気負荷を減らすことができる。
【００８７】
図８に示すように、液体冷却回路は、タンク１３４から始まり、タンク上部からより温かいタンク駆動液１１１が引き出され、ＨＰＣ液体排出管１４６ａ、第１の双方向液流弁１４４ａ、液体排出管１４６ｂ、液流ポンプ１４２ａ、第２の双方向液流弁１４４ｂ、そして液体冷却プール１５４に入る。「冷却」された液体は、液体冷却プール１５４から取り出されて、第３の双方向液流弁１４４ｃ、圧縮機液体注入管１５０ａ、圧縮機の液流ポンプ１４２ｂ、圧縮機液体注入管１５０ｂを通って、さらに圧縮機１３８の液体冷却システム（図示せず）を通る。加熱された駆動液１１１は、圧縮機の動作からの放射熱で加熱された後に圧縮機１３８の冷却システムから排出されて、ＨＰＣ液体注入管１４８ａ、別の双方向液流弁１４４ｄ、ＨＰＣ液体注入管１４８ｂを通ってタンク１３４に戻る。タンク１３４の外部に設置された双方向液流弁１４４ａと双方向液流弁１４４ｅの間には、動作すると圧縮機１３８からの駆動液にタンク１３４を迂回させて液体冷却プール１５４に戻すバイパス液体管１５２を有するバイパス回路がある。
【００８８】
タンク１３４内の駆動液１１１温度が設計温度と等しいかそれ以上の場合、タンクバイパスシステムを作動させる。これにより双方向液流弁１４４ａと１４４ｅのセットを作動させて駆動液１７８に液体バイパス管１５２と液流ポンプ１４２ｂを通過させ、これによって駆動液１７８が（各）圧縮機１３８から液体バイパス管１５２を通って液体冷却プール１５４内に流入する。タンク１３４内の駆動液１１１が設計温度より低い場合には、液体冷却プールバイパス回路が作動して加熱した駆動液１７８をタンク１５４内に流入させる。タンク１３４内の駆動液１１１が設計温度より低い場合、液体冷却プールバイパス回路を起動して加熱された駆動液１７８がタンク１３４内へ流入させる。加熱された駆動液１７８がタンク１３４内に流入するのは、双方向液流弁１４４ｂ／１４４ｃセットと液流ポンプ１４２ａと１４２ｂが通電されるときであり、この際冷却液が液体冷却プール１５４を迂回して圧縮機１３８へ直接流れ、圧縮機プロセスから熱を収集する。自動ＨＰＣ温度制御副次システムは、石油化学蒸留工場や産業食品包装工場で使用されているような温度制御回路を有する通常のどのような制御副次システムであってもよい。ＨＰＣ制御システムの一部として、温度制御副次システムは、温度管理動作を独立して行うことができる。一実施例において、水を駆動液１１１として使用した場合、タンク１３４の温度は約３８から４０度（華氏）（約３．３から４．４度（摂氏））、つまり水の最高密度近くで維持することができ、これによりプロセス全体で利用できる浮力を最大にする。臭素、水銀、または水、塩化物、クエン酸、二硫化炭素、臭化エチレン、エチレングリコール等の液体化合物を、どのような液体または異なる液体の組合せでも駆動液として使用することができる。他の特定の液体を駆動液として使用するとき、異なる最適運転温度を有することができる。また、水素ガス、ヘリウム、窒素、空気天然ガス、二酸化炭素等、あらゆるガス、または異なるガスの組合せを駆動ガスとして使用することができる。
【００８９】
発電には、図９に示すように、ＨＰＣ１０２は、タンク１３４の側面から突出する外側駆動軸１０７を回転動させて回転エネルギー／電力をあらゆる所望の用途に提供する。電気エネルギーの主要な用途のために、駆動軸１０７は、ＨＰＣ駆動軸力解放器１５６に結合できる。このＨＰＣ駆動軸力解放器１５６は、ＨＰＣ１０２と、誤作動によりクラッチ１５６のいずれか一方の側でプロセスを停止させて生じる破損を回避するためにギアを使用している特定の適用例との両方を保護するための優先／過圧クラッチとしての役割を果たす。動力軸１５７は回転力を、回転速度を上げるためにＨＰＣで生じたトルクの一部を変換する加速変速機１５８に伝える。加速変速機１５８の望ましいギア比は、具体的な入力要求による。変速機１５８の出力は、オルタネータ／発電機の具体的な要求に合わせることができる。中間動力軸１５９は、電力を発生させるために加速変速機１５８からの回転力をオルタネータまたは発電機１６０に送る。電力は、出力電力制御システム１６４に結合するオルタネータ／発電機出力線１８０を通してオルタネータまたは発電機１６０から引き出される。出力電力制御システム１６４は出力電力を、（各）圧縮機駆動モータ１４０、ＨＰＣポンプおよび副次システムの運転、または残りの電力を電力出力線１６２を通して外部電力出力分配システムへ供給する所要構成部品の間で分けることができる。自己出力型設計の場合、システムが一旦十分な電力を生産するようになると、電力出力制御システム１６４は（各）圧縮機駆動モータ１４０への全ての外部電力を止めて、オルタネータ／発電機１６０からの電力を（各）圧縮機へ供給する。発電機１６０を使用している場合、発電機１６０で生産されている直流電流は、出力電力制御システム１６４で交流電流に変換できる。このような変換された電力は（各）圧縮機駆動モータ１４０へ分配して、残りの電力を外部利用のために移送することができる。
【００９０】
図２４にはＨＰＣでベースロード主要電力を供給している例を示し、ここでバンク３７４は複数の１０２を含む。図には、電力をＨＰＣ施設電源建屋３７２に供給している個別ＨＰＣ１０２に結合した発電機３７６、とＨＰＣ施設高圧出力線３８０を示す。各ＨＰＣのバンク３７４に隣接したＨＰＣ施設加圧建屋３７８はＨＰＣの運転に使用する駆動ガス１７８を供給できる。また、図にはＨＰＣ複合施設を管理、輸送面の支援および維持するＨＰＣ施設制御建屋３７０をも示す。
【００９１】
本実施形態の別の設計を図２３に示す。特別に設計された「段状」ＨＰＣ３５４は、一列に複数のＨＰＣ３５４を有することによって駆動ガスの再利用を可能にする。駆動ガス１７８は下方の（各）ＨＰＣプレナム１２４へ導入される。駆動ガス１７８が最下レベルのＨＰＣ３５４を運転すると、駆動ガス１７８がそのレベルの上部から現れ、駆動ガス注入分割プレート３５６を使用して再収集される。分割プレート３５６は、各側面の駆動ガスを適切な量だけ収集するように配置されており、これにより、中間ガス注入分岐プレナム３５８へ等量の注入ガスを送る。このとき、中間ガス注入分岐プレナム３５８は、駆動ガスプレナム１２４と最下列のＨＰＣ３５４の上の次の列（例えば、第２列）のＨＰＣ３５４の中へ送る使用済み駆動ガス１７８を蓄積する。最下列の二つのＨＰＣ３５４が使用済み／消費駆動ガス１７８を第２列の３台のＨＰＣ内に送ると、最下ＨＰＣ駆動ガス１７８の２／３を次の列の各プレナム１２４に配分することができる。駆動ガス１７８がタンク１３４（図２３には図示せず）内へ上昇することにより、駆動ガス１７８にかかる深度依存圧力を減らし、よってこのような駆動ガス１７８がタンク内で上昇するとともに拡大することを可能にする。拡大した駆動ガス１７８は、同一注入駆動ガスで次の各列の更なるＨＰＣ３５４を運転可能にする。駆動ガス注入分割プレート３５６は、必要に応じて駆動ガスを分配するように配置できる。最上列の連続した４台のＨＰＣ３５４に供給している、３台のＨＰＣ３５４が並ぶ第２列では、それらの３／４の駆動ガスを上方列の外側ＨＰＣ３５４へ、そしてこれらのガスの１／４のみを同一上方列の内側ＨＰＣ送るべく、第２列の外側ＨＰＣの分割プレートを割り当てられる。第２列の中央ＨＰＣ３５４は、それ自体の分割プレート３５６を半分の消費ガスが最上列の２台の内側ＨＰＣへ分割して送るように設定できる。この例では、最上列の全てのＨＰＣ３５４が、中間列または第２列の各ＨＰＣ３５４の注入ガスのうち３／４を受容することができる。深度の減少によって起きる駆動ガス１７８にかかる圧力の低下は、駆動ガス１７８の拡大を可能にし、各最上列のＨＰＣ３５４は、その下のＨＰＣ列が受容した駆動ガス１７８に置き換わった駆動液１１１と同等量の駆動液１１１を受容することになる。また、図示しない実施例では、各レベルのＨＰＣの間に固結した大型で上下反対の単一皿型駆動ガス収集器を使用する。下方レベルから放たれる駆動ガス１７８は平坦な天井を有するガス収集器で収集でき、その際に追加ガスを収集して保持するガス充填頭部空間が拡大する。「頭部」の上のガス収集器の内部上面は、水平面と同一平面上にあってもよく、これによりガス収集器で駆動ガスを同一深度で集めることができる。この「皿型」ガス収集器の上面にはプレナム１２４が結合してもよく、上下反対の皿型ガス収集器があるために駆動ガス頭部空間このとき各プレナム１２４は同一ガス注入量を受容する。駆動ガスは皿から排出されて、任意の列の各プレナムに対応する同一量のＨＰＣ運転用ガスを受容する各プレナムガス制御弁に結合した開口を通って移動する。
【００９２】
第２実施形態：ＨＰＣの船舶用動力利用例
第２の実施形態、つまり、船舶用動力利用では、図１０に示すようにＨＰＣとその副次システムの全体をボート／船殻の中に収容することができる。上述の多くのＨＰＣ動作は、本実施形態でも同じであり、繰り返して説明しない。船舶に搭載したＨＰＣを運転するためにはいくつかの方法で設計できる。船舶用ＨＰＣの駆動液の温度管理は船舶外の水１８２が取入口１８６を通じ、水取入ポンプ１８８を介してポンプ移送されて行われる。同じ水はまた圧縮機液体注入管１５０と圧縮機の液体冷却システムを通じてポンプ移送される。駆動液１１１は、ＨＰＣ液体注入管１４８を通じて圧縮機１３８から排出されてＨＰＣ液体バイパスシステムへ流れる。このバイパスシステムは、タンク１９０内の駆動液１１１の温度を上げるために密封されたＨＰＣタンクシステム１９０の中へ駆動液１１１を誘導するか、駆動液１１１をタンクバイパスパージ管へ誘導する、双方向液流弁１４４を含む。このパージ管はタンク１９０を迂回してその流れを直接海水排出口１９７へ結合する。船舶のタンク１９０の船尾端はタンク１９０底部の船尾側にある水システム排出弁１９６を有する。この水システム排出弁１９６は、開くことによりタンクの液体が水排出口１９７を通じて船舶外へ排出されることを可能にする。外側駆動軸１０７がオルタネータ／発電機１６０または別な状態で結合している、直接駆動配置を有する船舶用ＨＰＣシステム、船舶の（各）駆動モータ１９２へ多少の電力を送ることができ、これによって（各）プロペラ軸１９５と船舶の（各）プロペラ１９４を回転させる。さらに、多少の電力を（各）圧縮機駆動モータ１４０を作動用に、そして残りの電力を船舶の他のシステムに分配するために使用することができる。船舶用ＨＰＣシステムは、特定の設計要求に応じて、単一または複数の圧縮機設計とともに単一または複数の船舶駆動モータ／推進設計を利用できる、単一または複数のＨＰＣシステムを収容することができる。
【００９３】
第３実施形態：直接注入ガス駆動ＨＰＣ
図１８に示すように、ＨＰＣ１０２は、ＨＰＣ１０２が回転して弁胴部が静止している回転弁アレンジメント手段でガス注入されてもよい。この実施例で、ＨＰＣ１０２はＨＰＣ駆動軸１０４を中心にして、その両端部プレート１１４の凹部に嵌まった回転弁胴部２２６を有することができる。回転弁胴部２２６は、ＨＰＣ１０２の底部位置を回転しながら通過する際にバケット領域内にガスを直接噴射する。運転中、直接噴射ガス駆動ＨＰＣ１０２では駆動ガス１７８が断熱した駆動ガス供給管１１６から静止回転弁胴部２２６へ移送される。駆動ガス１７８は続けて回転弁ガス通路２２８を通って回転弁ガス排出口２３０へ流入する。ＨＰＣバケット領域１０９がその回転中の最も低い点を通って移動し、この開口（orifice）２３０を通ると、駆動ガス１７８はバケット領域１０９のコア支持シリンダ端から入る。この実施形態では、コア支持シリンダは各バケットの「床」を切り取ったコアシリンダ支持ガス開口（図示せず）を有する。ここで各開口はバケット領域１０９の端部に対応する。各バケット領域１０９は、バケット領域の「床」の末端に一つずつ形成された二つの開口を有する。これらの開口が回転弁ガス排水開口２３０と重なり始めると、ガスがその特定のバケット領域１０９へ移送される。各バケット領域１０９へのガス注入は駆動ガス１７８の圧力、回転弁ガス排水開口２３０の大きさ、ＨＰＣコア支持部材１０８口の大きさおよびＨＰＣの回転速度によって決まる。ＨＰＣの設計は末端利用目的（end use）に合うようになされ、その際に開口の特定の工学的設計寸法が設定される。外部バッフル２３６はバッフル―タンク間支持部材２３８によって静止状態で支持されてもよい。ここでは、この単一または複数のバッフル２３６を追加して駆動液１７８へ液体背圧を加え、直接ガス噴射で駆動液１７８をバケット領域１０９から押し出して、直接噴射設計のポンプジェット動作に勢いを与える。
【００９４】
別の例では、ＨＰＣコア支持部材１０８は、回転弁胴部２２６の内側近接端がコア支持部材１０８の末端に隣接する端部キャップ１１４に合わないように設計してもよい。この別の実施例では、回転弁胴部２２６の近接端はキャップを外した状態で大型回転弁胴部２２６に硬質の内部支持在を提供できる。この別の例では、内部構造（図示せず）によって駆動軸１０４をＨＰＣコア支持部材１０８に強固に結合できるようにする。この駆動軸１０４は回転弁胴部２２６の中心を完全に貫通して、外側駆動軸１０７と、システムの最終利用形態によって指定された他の機械に結合するようになっている。二つめの別の例では、ＨＰＣコア支持部材を端部プレート１１４の内側端に取り付けることになり、ここでは回転弁胴部２２６がコア支持部材１０８の内部へ狭い間隔を空けて摺動しながら入る。駆動軸１０４は内部構造を用いて再びコア支持部材に強固に結合されて、コア支持取り付け部材から回転弁胴部２２６を貫通して延びる。回転弁胴部と露出したＨＰＣコア支持部材の内面との間のこの狭い領域に、これら二つの面の間のクッションとして働く一定量の駆動ガス１７８が導入されてもよい。このような設計により回転弁胴部２２６が大型空気軸受として働くことを可能にし、ＨＰＣ軸受１２０の必要性をなくす。この実施例の全ての別態様では、内側からバケット領域１０９の直接充填がＨＰＣの総出力にジェットポンプのような勢いを与えることができる。運転使用時には直接噴射充填動作が各バケット領域１０９で起きるため、この勢いはＨＰＣの浮揚性出力に連続して追加される。
【００９５】
第４実施形態：天然ガス駆動ＨＰＣ動作
第１の実施形態と同様に構成された天然ガス駆動ＨＰＣを別の実施例を図２０に示す。ＨＰＣ１０２は過圧駆動ガス源として天然ガスを使用する。工業化された国々では、天然ガスを供給源から末端利用者まで１２００ｐｓｉ（約８２７５ｋＰａ）までの高圧で配管を移送する。天然ガス駆動ＨＰＣシステムは末端利用者の近くに配置してもよく、この場合のガス圧は産業上の利用および住居内暖房や温水暖房などに使用するために移送用圧力から調整圧力に減圧している。
【００９６】
この実施形態では、天然ガスを天然ガス注入圧力調整器２５２まで運ぶ天然ガス高圧注入管２５０を通してＨＰＣシステムに導入して運転される。天然ガスは注入圧力調整器２５２を通過すると、天然ガスが断熱した駆動ガス供給管１１６へ流入する調整済天然ガス注入管２５４を通ってタンク１３４へ流れる。タンク１３４は、タンクに確実に結合されている補強タンクカバー２５６を有する。図２０では、タンクカバー２５６は補強タンクカバー保持ボルト２５８を用いて結合されている。補強タンクカバー２５６は、がっしりした塊の重し、タンクカバー掛け金システム、締り嵌め手段、高強度の巻付け材または繋ぎ材またはケーブル、あるいはこれらのあらゆる組合せ等の他の手段で所定の位置に強固に結合されてもよい。
【００９７】
天然ガスが一旦タンク１３４内の駆動液１１１の上面を離れると、タンクまたはタンクカバーから天然ガスＨＰＣ排出管２６０を通って流出する。その後天然ガスは単一または複数の天然ガス／駆動液蒸気分離器２６２へ移送され、ここで分離された駆動液１１１が天然ガスから分離されて分離器から取り出される。ここで駆動液戻しポンプ３１０は回収した駆動液を駆動液凝縮液戻り管２９２を通じて送り、その後タンク１３４へ再び預ける。「洗浄」されてきれいになった天然ガスは、分離器天然ガス排出管２６６を通って分離器２６２を離れ、天然ガス分離後圧力調整器２６８へ入る。ここで天然ガス圧力は天然ガスＨＰＣ後排出引込管２７０を通して末端消費者が使用できる処理終了圧力まで低下させる。
【００９８】
別の実施形態では、ガスが分離器２６２から分離器天然ガス排出管２６６を出て天然ガス再圧縮局（図示せず）に入るようにしてもよい。次にＨＰＣ再圧縮後天然ガスを、別のガス分配システムに従って再分配することができる。これにより高圧ガス分配管に沿ったあらゆるところで無駄のない電気エネルギーを作り出すことができる。いずれの実施形態も、全てのリモート天然ガス駆動ＨＰＣ動作を遠隔地から制御するために通常の自動リモート監視・制御（ＳＣＡＤＡ）システムを含むことができる。上述の実施形態のように、自動制御システムは石油化学ガス供給産業で使用されている。
【００９９】
第５実施形態：温熱二元ガス駆動ＨＰＣ運転
別の実施形態において、ＨＰＣシステムは「二元系システム」を利用した熱源で駆動できる。当業者であれば図２１に示す構成要素の多くの機能を理解するであろう。地熱／石炭燃料／液体化石燃料／天然ガス／核燃料からの熱源は、２個所から温熱二元ガス駆動ＨＰＣシステムに入る。まず、熱源は熱源流入管２８２通じて熱を供給し、制御弁２７８で制御してから二元系システム蒸発器２８６に入る。次に熱は、イソブタンまたはペンタン等の低沸点二元駆動液を蒸発させて二元駆動ガスにする。使用済み熱源材料は熱源戻り管２８４を通って各熱源処理に戻ることができる。
【０１００】
上述の蒸発した二元駆動ガスには、蒸発処理により著しく高圧の状態で二元駆動ガス流入管２８０上の制御弁２７８を流れ、さらに一方向逆止弁２７４ａを通ってタンク１３４内に入ってＨＰＣを浮力によって駆動する。逆止弁、複数制御弁等の安全上の予防器具は、万一供給管、ポンプおよび他の弁等の主要安全システムが故障したときの冗長策としての役割を果たす。
【０１０１】
熱源の二つ目の利用方法は、タンク１３４内の駆動液の温度を二元駆動ガスの沸点を大きく上回る程度に上げることである。蒸発処理による二元駆動ガスにかかる圧力およびタンク１３４内のＨＰＣの深度の両方は、二元駆動ガスの沸点を上げるように働く。この加圧下にある二元駆動ガス沸点を越えるように駆動液の温度を上げることなく、二元ガスがＨＰＣ内で凝縮することとなり、よって機械的回転力に変換される浮力をあまり生じない。熱源は、タンクヒータ回路２７６および関連制御弁２７８として図示する別の閉ループシステムを通して熱を供給する。タンクの加熱は通常の制御回路で自動制御でき、場合によっては温水ヒータのようにどこにでもあるような熱電対制御回路のように簡単にできる。
【０１０２】
ＨＰＣは一旦タンク１３４の中に入ると、上述の実施形態のように動作できる。使用済み二元駆動ガスは、補強タンクカバー２５６の下のタンク内の駆動液から出て、二元駆動ガスＨＰＣ排出管３０２に入ることができる。配管３０２は二元駆動ガスを二元駆動ガス／駆動液蒸留分離システム３００へ導く。分離システムはしばしば石油化学および食品加工産業で使用されている。図２１には、駆動液１１１を二元駆動ガスから取り除く処理を示す。駆動液は、駆動液戻りポンプ３１０で排水されて、続けて駆動液凝縮液戻り管２９２を通ってタンク１３４に戻される。
【０１０３】
二元駆動ガスは制御弁２７８で調整されて二元駆動ガスコンデンサ注入管２９８を通って分離プロセスから出て、その後二元システム凝縮器２９０に入る。二元ガスは一旦凝縮器内に入ると、二元凝縮液２９６に凝縮する。凝縮動作はコンデンサに供給する二元ガス管に吸引作用を与えて分離システム３００の排気を助ける。低圧力は二元液体との関連で駆動液等のより高い沸点の液体の凝縮を助ける。二元ガス流に残っている駆動液はわずかであってもコンデンサ２９０内に入ると凝縮してコンデンサ２９０の底に落ち、駆動液戻りポンプ３１０で駆動液凝縮戻り管２９２を通って排出され、その後タンク１３４に戻る。コンデンサ冷却回路は、冷却プール１５４等の冷却源から始まり、ここでコンデンサ冷却液流入管３１４がプールから冷却液をコンデンサ冷却ポンプ３１６で制御して引出す。冷却液はコンデンサの冷却液閉回路を移送され、その際に凝縮ガスから熱を吸収し、コンデンサ２９０を離れてコンデンサ冷却戻り管３１８を通って冷却プール１５４に戻る。また別の例では、この実施形態は、冷却液の熱エネルギーを分配する、冷却タワーおよび／または蒸発冷却器／冷却装置等の他の手段を使用できる。
【０１０４】
二元液体は二元液ポンプ２８８で汲み上げられ、二元液配管３０６を通ってコンデンサ２９０を出て、閉回路二元系システムで再利用のために二元液貯蔵タンク２９７へ預け入れられる。次に貯蔵タンク２９７は二元液を二元液ポンプ２８８へ送り、そこで適切に制御された量の二元液を汲み上げて蒸発器内に入れて二元系システムサイクルを連続して続ける。
【０１０５】
この実施形態はまた、タンク１３４と補強タンクカバー２５６に対して超過圧力を解放するタンク超過圧力解放弁３０４を特徴として有する。タンク超過圧力解放弁３０４の出口は、逃がした全ての二元ガスを一次保管のために二元ガス圧力解放タンク２９９に導く二元ガス圧力解放管３０３に結合している。圧力解放タンク２９９内の二元ガスの放射冷却および稼動中の圧力解放タンク２９９内の上昇したガス圧力は二元ガスを凝縮させることができ、そして別の二元液配管で取り出されて制御弁２７８を通って、二元液貯蔵タンク２９７に保管されるか、二元液ポンプ２８８で引き出されて再利用のために蒸発器２８６内に入れられる。
【０１０６】
別の例として、この実施形態は二元ガス／駆動液分離システム３００全体を省いて、連続した二元液凝縮液２９６および駆動液凝縮液２９４の凝縮、分離動作を繰り返す設計とすることができる。
【０１０７】
第６実施形態：蒸気駆動ＨＰＣ動作
別の例示的な実施形態では、著しく高圧の蒸気を使用してタンク１３４内のＨＰＣ１０２を駆動する。要するに、地熱／石炭燃料／液体化石燃料／天然ガス／核燃料等の熱源、ただしこれらに限らない、の処理は加熱およびＨＰＣの運転利用のために蒸気を送る。図２２では、蒸気３２０は制御弁３２２に管理されて蒸気流入管３２２を通る。蒸気は蒸気流入管３２２の続きを通ってタンク１３４まで流れる。蒸気は駆動ガス供給管１１６に入ってＨＰＣを始動する。しかし運転中、ＨＰＣ内ではいくつかの重要な処理が行われる。高温蒸気はＨＰＣバケット１０９を満たし、一部の蒸気は凝縮して水に変わってタンク内の駆動液に加わり、熱エネルギーを周囲のタンク内の液体とＨＰＣ構造に与える。タンクの内部環境温度が上がるにつれて、より多くの割合の蒸気がより長時間エネルギー性の高い気体状態を維持し、ＨＰＣの羽根に浮力を与えている。ＨＰＣ１０２は、より多く蒸気がＨＰＣバケット内に入るとともに回転を始め、タンクの環境により多くの熱エネルギーを与える。駆動液の組成と関連した効果的な沸点による一定温度で、ＨＰＣは熱的安定状態に達し、他の駆動ガスと同様に蒸気はＨＰＣを効果的に作動する。ＨＰＣ蒸気安定状態では、蒸気がバケットに入ってＨＰＣを動作し、そのときの初期圧力は蒸気の潜熱を水の沸点より高い温度に維持する。しかし、ＨＰＣが回転して各バケット１０９がタンク１３４の深い位置から上昇すると、ガスとしての蒸気はより少量の外圧を受けてその体積が拡大し始める。蒸気の体積が拡大すると、蒸気の潜熱は同様に拡大し、このため単位体積当たりの総熱量は、既知の全てのガス圧力―体積―温度法則によって減少する。また、蒸気を囲んでいるＨＰＣ構造は蒸気に残っている一部の熱を吸収している。安定状態では、ＨＰＣバケットはガスが完全に注入された状態の底位置から始まり、蒸気バケット最上位置に達する時には、タンク深度が減少しさらに蒸気が凝縮して水に変わったために、蒸気は熱伝導およぎ膨張を通してその熱エネルギーを失っている。
【０１０８】
安定状態を維持するためには、タンクの環境を安定状態温度に維持しなければならない。常時新しい蒸気を導入すると、いずれタンクの内部温度に安定状態温度を上回る温度まで上昇させ、効果的な蒸気運転にとってとうてい理想とは言えない状態となり、さらなる温度管理の努力が強制的に必要となるであろう。安定状態を維持するためには、タンク温度を冷却プール１５４等の冷却源を使用して管理されるであろう。冷却タワー、蒸発冷却器及び冷却ユニット等別の冷却システムを使用できる。高温駆動液は、制御弁２７８で管理されて、タンク１３４の上部から高温駆動液排出管３３０を通して引き出されて、液流ポンプ１４２まで続けて送られる。次にポンプからの排出は冷却プール１５４へ放出される。より冷たい液体は駆動液戻り管３１２を通して冷却プールから駆動液戻り管３１２を通して取り出され、駆動液戻りポンプ３１０を通ってタンク１３４内に排出して戻す。
【０１０９】
別の例では、駆動液が開放冷却プールへ解放できない、または解放してはならない場合、より少量の熱エネルギーで閉回路冷却ループがタンクから高温駆動液を取り出して、閉回路冷却ループを通して汲み上げて、その後タンク１３４に戻すことができる。このような設計は冷却塔で一般的に使用されており、浸漬配管冷却システムは世界中の都市の大型の建築物の温熱タンク環境制御に使用されている。
【０１１０】
高温駆動液の表面上部に残っている蒸気ガスには、蒸気排出管３２４が使用済みＨＰＣ後蒸気残余３２６を取り出して、残余蒸気凝縮システム３２８へ送ってそこで蒸気を凝縮できる。凝縮後システムの水は蒸気凝縮排出管３３２を通って、保管のために冷却プールへまたは再利用のために蒸気発生源へ戻すことができる。
【０１１１】
上記にて本願発明の原理を取り入れた例示的な実施形態を開示したが、本願発明は開示の実施例に限定されない。むしろ、本出願は本発明の一般原理を使用した本願発明のあらゆる変更、用途、または適用を含むことを意図する。さらに、本出願は、本願発明の属する技術分野において既知または慣習となった、および添付の請求項の範囲に含まれる、本開示から離れた実施形態も含むことを意図する。
【０１１２】
このような変更の一つには、部分長プレナムを使用してＨＰＣバケットを満たすものを含むことができ、この場合このようなプレナムは補助的なプレナムシーリングとして働く各延出周囲中間羽根支持部材間に設置されてプレナムからバケットの真上のバケット空間にガスが移送され、そのガスがそのバケット空間に沿って拡散して中間羽根支持部材ガス通過口を通る。一つのより長い胴部を有するＨＰＣに一つ以上の部分長プレナムを使用してもよい。別の例は、ＨＰＣの下に配置されたガス誘導器、軸を用いた気体注入、およびＨＰＣ側口／通路を利用した気体注入を使用してＨＰＣバケットを満たすことを含むことができる。他の実施形態は、種々のバケット形状およびサイズでＨＰＣを構成することもできる。
【０１１３】
別の実施例では、種々の圧縮機および排気量でＨＰＣ駆動ガスを供給してもよい。また、弾性海水タンク／ブラダー、硬質―固体―シーリングされたタンク等の種々の液体タンク内でＨＰＣユニットを運転してもよい。また別の例では、川、湖、海または大洋等の自然水中環境で頑丈な壁を有するタンクを使用しないでＨＰＣユニットを運転してもよい。このような代替例は、軸受および他の通常はタンク内におかれる、駆動ガス供給管、プレナム等の部品を受容する海／湖／大洋に開放された構造を使用できる。このような設備は、９０度ギアボックスおよび垂直応力伝達軸等の機械エネルギーを水面に移送する手段を有するであろう。
【０１１４】
実施形例によっては、ＨＰＣが、同一ガス注入を、一つのタンクから別のタンクに連続した態様で使用した、直列に並んだ圧力ケーブルタンク内で運転されてもよい。さらに、駆動ガスを一番下のＨＰＣにポンプ注入し、一番下のＨＰＣでガスを使用してタンク内に集め、一番下のＨＰＣの真上にある別のＨＰＣに供給する、同一ガス注入を使用する逆段状層でＨＰＣの運転できる。この実施例は、複数のＨＰＣを上部の段に有して、一番下のＨＰＣは一つまたは二列のＨＰＣ配置となって、次の段またはレベルには再び組み合わされたより低圧拡散ガスによって駆動される複数のＨＰＣを有することができる。
【０１１５】
さらに、ＨＰＣは電力供給用に単独ユニットとしてまたは発電所で複数のユニットで運転してもよい。単一ＨＰＣはそれ単体で運転して種々の処理のために高トルクを出力することができる。
【０１１６】
別の実施例では、異なるガスおよび／または混合ガスをＨＰＣ用駆動ガスとして使用できる。また、異なる液体および／または混合液をＨＰＣの駆動液として使用できる。
【０１１７】
ＨＰＣは、小さな電源装置から数メガワットのユニットまでの種々の大きで作ることができる。ＨＰＣは、（複数の）駆動オルタネータおよび／または（複数の）発電機で使用できる。またＨＰＣは、ＨＰＣと圧縮機の両方に液体の温度管理用に冷却プールおよび冷蔵などの代替え温度制御技術を使用できる。これは、高温溶融物質が駆動液として使用されている場合に不可欠である。
【０１１８】
ＨＰＣ駆動軸速度上昇装置を使用せずに直接駆動で、（複数の）発電機または（複数の）高トルクプロセスを運転できる。産業用装置に対して電気オルタネータ／発電機を運転するためにＨＰＣユニットを使用でき、これにより駆動力を船舶に送り、主要電力を船舶に送り、主要電力を船舶およびまたは海洋掘削プラットフォームに送り、主要電力を大洋／海洋掘削プラットフォームに送り、および／または水力発電ダム戻りポンプまたは潅漑用に送水ポンプを運転できる。
【０１１９】
別の実施例では、ＨＰＣ羽根および端部プレートでの微泡発生器処理用、微泡発生器ガスを注入するために別の軸ガス注入設計を使用できる。これによりＨＰＣ軸の両端を駆動させて発電または他の産業利用に役立てることを可能にする。
【図１】
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【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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