(57)【要約】  風力タービン(1)、ポンプ(5)、循環管路を含む液体加熱装置(100)を提供する。風力タービン(1)は、ポンプ(5)を駆動して液体を循環管路内で循環させ、循環管路は、摩擦管(14)を含み、液体はポンプ(5)によって強制的に摩擦管(14)を通る。液体と摩擦管(14)内部との間の摩擦が、熱を発生させ、液体の温度を少なくとも20℃まで徐々に上昇させる。
2020513505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転運動源、ポンプ、循環管路を含み、回転運動源はポンプを動かして、循環管路の周りに液体を送り込み、循環管路は摩擦管を含み、液体がポンプの作用で摩擦管内を通り、液体と摩擦管内部との間の摩擦が熱を発生させて、液体の温度を少なくとも20℃まで徐々に上昇させる液体加熱装置。
【請求項２】
回転運動源は、風の強い天候時に回転するブレードを含む風力タービンである請求項１に記載の装置。
【請求項３】
回転するブレードの回転運動は一つ以上の回転シャフトを介してポンプに受け止められ、ポンプの構成要素を回転させて液体をポンプに送り込む請求項２に記載の装置。
【請求項４】
ポンプが遠心ポンプである請求項１、２、３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
遠心ポンプは最大回転速度までに制限され、最大回転速度は1500rpm以下である請求項４に記載の装置。
【請求項６】
摩擦管は、液体を発熱させる障害物を一つ以上収容している請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
障害物は、協同して二重らせんを形成する第一、第二ロッドと、第一ロッドから第二ロッドにつながっていて二重らせん軸に沿って互いに離間する複数のロッドとを含み、二重らせんの軸は、摩擦管の長さに沿って並ぶ請求項６に記載の装置。
【請求項８】
過熱防止送液ループを含み、循環管路は、更に、液体リザーバーと温度調節付きの弁を含み、温度調節付きの弁は、液体温度が安全基準値を超えて上昇した時、液体を循環管路外に出して、過熱防止送液ループに入るよう構成され、過熱防止送液ループは放熱部を含み、液体が放熱部内を通るとすぐにその液体をリザーバーに戻す請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
循環管路は、熱を建物の部屋の中に放熱するためのラジエーターを少なくとも一つ含む請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
循環管路は、水シリンダーに蓄えられた水を加熱する為に水シリンダー内を通る熱交換パイプを含む請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、風力使用の為に、液体を加熱する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
住居及び産業設備は、一般的に、暖房する為にラジエーター内を循環させたり、又は、給湯したりする為に、温液を供給する液体加熱装置を必要とする。液体をできるだけ経済的に加熱することが望まれ、そのような加熱を行うものとして太陽エネルギーシステムがよく知られている。
【０００３】
液体加熱に使用できる再生可能エネルギー源の別のタイプが、風力である。通常、風力タービンが発電機を駆動するために使用され、電気的な発熱体が液体を暖めるために使用される。しかし、このシステムは非効率的であり、太陽熱ほど普及していない。
【０００４】
従って、本発明が目的とするところは、液体加熱の為に改良された装置の提供である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
（発明の概要）
本発明の第一の態様により提供する液体加熱装置は、回転運動源、ポンプ、循環管路 (circuit of piping) を含み、回転運動源は、ポンプを動かして、液体を循環管路に循環させる。循環管路は摩擦管を含み、ポンプにより液体が摩擦管内に送り込まれ、液体と摩擦管内部との間の摩擦が熱を発生させ、液体の温度を少なくとも20℃まで徐々に上昇させる。
【０００６】
液体と摩擦管内部との間の摩擦が液体加熱に使用されるので、発電機は必要なく、工程がより大幅に効率的になる。液体の加熱を最大限にするために、ポンプは、高流量、低圧の遠心ポンプが望ましく、回転源はポンプの羽根車を回転させることがある。例えば、遠心ポンプの回転スピードは最大1500rpm以下に制限することがある。最大スピードを制限する方法の一つは、風速がある一定レベルを超えて上昇した時に、風力タービンの回転を止めることであり、これは当業者に明らかであろう。
【０００７】
遠心ポンプの使用は特に有益である。なぜなら、遠心ポンプは、ポンプ起動時に回転運動源に回転抵抗をほとんど与えないからである。例えば、これにより、風力タービンのブレードは、風速が上昇するにつれて、容易に回転を開始する。
【０００８】
明らかに、セントラルヒーティングシステムのような従来の循環管路は、ある程度の摩擦を有するであろうから、そのため、システム内を流れる液体に何らかの影響を有するだろう。しかし、本発明の回転運動源、ポンプ、摩擦管の構成では、液体と摩擦管内部との間の摩擦が、通常の運転状態で、液体の温度を少なくとも20℃まで上昇させるので、摩擦による加熱を効果的に用いることができる。
【０００９】
回転運動源は、風の強い天候時に回転するブレードから成る風力タービンが望ましく、回転するブレードの回転運動は一つ以上の回転シャフトを介してポンプに受けとめられ、ポンプを回転させ液体をポンプ内に送り込む。別の実施においては、ポンプは、別の回転運動源、例えば、水車により動かされてもよい。
【００１０】
摩擦管は、通常、その周りで液体に熱を発生させる障害物を一つ以上内蔵している。液体と障害物との間に高レベルの摩擦を与えるために、障害物は、協同して二重らせんを形成する第一、第二ロッドと、第一ロッドから第二ロッドに結合し二重らせん軸に沿って互いに離間する複数のロッドを含んでもよく、二重らせん軸は、摩擦管の長さに沿って並んでいる。
【００１１】
ポンプは、風力タービンが指示するいかなるスピードで回転してもよく、ポンプスピードを調整する電子制御の必要がない。これにより、風力タービンとポンプとは、簡単かつかなり安価に製造される。液体の過熱や沸騰を避けるために、循環管路は、更に、過熱防止送液ループを含むことが望ましい。そして、循環管路は、更に、液体リザーバーと温度調節付きの弁とを含むことが望ましく、温度調節付きの弁は、液体温度が安全基準値を超えて上昇した時、液体を循環管路から出して、過熱防止送液ループに入れるよう構成されている。過熱防止送液ループは、発熱体を含み、液体が放熱部を通過するとすぐに液体をリザーバーに戻す。
【００１２】
循環管路は、建物の部屋の中に放熱するためのラジエーターを少なくとも一つ、及び／又は、水シリンダーを通過して水シリンダー内の貯水を加熱する熱交換パイプを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の態様を、非限定的な例を使い、添付図面を参照して、以下に述べる。
【図１】本発明の態様による水加熱装置の概略図。
【図２】図１の装置の摩擦管の拡大概略図。
【００１４】
図面は、一定の比率の縮尺ではなく、同一又は同様の参照符号が、同一又は同様の特徴を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（発明の詳細）
本発明の態様を、図１及び２を参照して、以下に述べる。両図面は、熱交換器内を通る液体を加熱し、温水貯蔵シリンダーの水温を上げる装置100を示す。
【００１６】
装置100は、タービンの出力シャフト2を回転させるブレード付きの風力タービン1を含む。出力シャフト2はギアボックス3に接続し、ギアボックス3は、高流量、低圧の遠心ポンプ5に接続した出力シャフト4を有する。ギアボックス3は、出力シャフト3の何倍かの回転スピードで、出力シャフト4を回転させる。特定の本態様では、ギアボックスは１：６の比率を有する。遠心ポンプは単極の遠心ポンプであり、最大速度は1400 rpmに制限されている。従って、ポンプは静かに作動するので、居住区域での設置により適している。
【００１７】
循環管路は、断熱域10の内部、例えば、家の食器棚の内部に備えられる。循環管路は、ポンプ5、温度制御付き方向弁12、摩擦管14、熱交換器16、リザーバー18、ポンプ5の出口から温度制御付き方向弁12につながるパイプ、温度制御付き方向弁12から摩擦管14につながるパイプ、摩擦管14から熱交換器16につながるパイプ、熱交換器16からリザーバー18につながるパイプ、リザーバー18からポンプ5の入口に戻るパイプとを含む。従って、液体は、ポンプ5から出て、循環管路内のこれら部分の周りを循環して流れ、ポンプ5の入口に戻る。
【００１８】
摩擦管14の内部は、ロッド及び／又は、孔が形成されているプレートのような、複数の障害物を含み、液体はそれらを通過して流れる。摩擦管14の内部については、図2を参照し、以下で、より詳細に述べる。ポンプ5は、液体を管路に循環させ、液体と摩擦管14内部との間の摩擦が、液体の温度を徐々に上昇させる。本態様では、液体は水と凍結防止剤との混合物であるが、他の液体で代用することができる。
【００１９】
熱交換器16は、液体が通るコイル状のパイプにより形成され、熱交換器16は貯水シリンダー30の内部にある。貯水シリンダー30は冷水の流入口32と温水の流出口34を有する。熱交換器16は、コイル状のパイプ内を流れる液体の熱を、貯水シリンダー30内の水に移す。
【００２０】
リザーバー18では、少量の貯水が可能である。その結果、循環管路を循環する十分な液体が常に得られる。使用中、ポンプ5は、液体をポンプ出口から温度制御付き方向弁12に送り出し、それから、摩擦管14に送り、さらに、熱交換器16内を通過させ、それから、リザーバー18に送り、その後、ポンプ5の入口に戻す。
【００２１】
出願人が行った実験では、ポンプが高速であるために、液温が安全値を超えて上昇することが認められたので、本実施態様では、装置は、更に、液体過熱時に冷却を促す過熱防止送液ループを含む。具体的には、液温が65℃を超えて上昇する時、温度制御付き方向弁12が、液体を循環管路から出して、摩擦管14の代わりに放熱部20に向かうように迂回させる。放熱部20は断熱域10の外にあり、本態様では、パイプの長い区域が屋外にあり、放熱部20内を通る液体を冷却する。液体は、放熱部20内を通るとすぐにリザーバー18に戻り、そこで再び循環管路に入る。別の態様では、放熱部20は、より大きな貯熱域、例えば、建物の基礎部分内にあってもよい。
【００２２】
摩擦管14について、図２を参照してより詳細に述べる。図２で示されているように、発熱管14は、入口42と出口44と液体が流れる内部40とを含む。摩擦管14は、その周囲を断熱体15で二重に断熱し、熱損失を避ける。摩擦管14は、二重らせんとなるように配置された第一、第二ロッド45, 46の形状である障害物と、第一ロッド45から第二ロッド47につながり、二重らせん軸に沿って互いに離間する複数ロッド47とを含む。液体は、ロッド45, 46, 47の周りを高速で流れるので、大量の摩擦熱が発生し、液温を上昇させる。障害物のこの配列は、特に効果があると認められたが、パイプ内を流れる液体に対して摩擦を発生させるどのような要素も、パイプ内を流れる液体の温度上昇に利用することができる。
【００２３】
添付の請求項の範囲内にあり、上記態様に変化を加えた別の態様は、当業者に自明であるだろう。例えば、閉じた循環管路は、建物の部屋の中に放熱するラジエーターを含んでもよい。
【図１】
2020513505.tif 000003
【図２】
2020513505.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月18日(2019.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
装置100は、タービンの出力シャフト2を回転させるブレード付きの風力タービン1を含む。出力シャフト2はギアボックス3に接続し、ギアボックス3は、高流量、低圧の遠心ポンプ5に接続した出力シャフト4を有する。ギアボックス3は、出力シャフト2の何倍かの回転スピードで、出力シャフト4を回転させる。特定の本態様では、ギアボックスは１：６の比率を有する。遠心ポンプは単極の遠心ポンプであり、最大速度は1400 rpmに制限されている。従って、ポンプは静かに作動するので、居住区域での設置により適している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2020513505.tif 000005
【国際調査報告】
2020513505.tif 000006
2020513505.tif 000007
2020513505.tif 000008