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FLUID MACHINE UTILIZING UNSTEADY FLOW, WINDMILL, AND METHOD FOR INCREASING VELOCITY OF INTERNAL FLOW OF FLUID MACHINE

Foreign code F110002847
File No. QP090199-PC,S2009-0213-C0
Posted date May 6, 2011
Country WIPO
International application number 2010JP001809
International publication number WO 2010/109800
Date of international filing Mar 15, 2010
Date of international publication Sep 30, 2010
Priority data
  • P2009-072293 (Mar 24, 2009) JP
Title FLUID MACHINE UTILIZING UNSTEADY FLOW, WINDMILL, AND METHOD FOR INCREASING VELOCITY OF INTERNAL FLOW OF FLUID MACHINE
Abstract Provided is a fluid machine wherein the casing can be designed and manufactured easily, a vortex flow is formed by the shape of the casing, a negative pressure region of strong negative pressure is attained on the outlet side, and unsteady flow which increases the velocity of the internal flow is utilized. Also provided are a windmill, and a method for increasing the velocity of the internal flow. The invention is principally characterized by the fact that the standard shape of a casing (2) is defined by a cycloid curve connecting between the leading edge (2b) and the trailing edge (2d) and having a protrusion at an axial position corresponding to the throat (2a) between the leading and trailing edges, the throat (2a) and a vortex generation surface (2c) which generates a negative pressure region on the downstream side from the throat (2a) are formed on the inner circumferential surface (201) of the casing (2), a second outflow gradient which separates the internal flow is formed on the boundary of the throat-side adjacent surface adjoining the vortex generation surface (2c), a first outflow gradient is formed at the trailing edge (2d) on the outer circumferential surface (202) of the casing (2), and the velocity of the internal flow is increased by generating a negative pressure region of strong vorticity on the back of the vortex generation surface (2c) by the non-streamlined casing.
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】 環状をなしてその軸方向断面が非流線形の形状を有するケーシングと、前記ケーシング内のスロート部に配設され軸周りに回転する羽根車を備え、周囲を流れる流れを前縁で内外の流れに分割しかつ強制的に流れの剥離を起こし、この剥離によって前記ケーシング後方に渦列を形成し、前記渦列と渦列ゆらぎによって環状方向にセル構造を有する負圧領域を形成して、前記ケーシング内を流れる内部流れの流速を増加する非定常流れを利用した流体機械であって、
 前記ケーシングの肉厚形成の基準とされる基準線が、軸方向断面において前記前縁と後縁との間を連絡しかつこの前後縁間の前記スロート部の位置に凸部を有するサイクロイド曲線から構成され、
 前記ケーシングの半径方向で内周側の面には、前記スロート部とこのスロート部より後流側に前記負圧領域を生成するための渦生成部が形成され、さらにこの渦生成部に隣接するスロート側隣接面にはその境界位置に内部流れを剥離させる第2の流出勾配が形成され、かつ前記ケーシングの外周側の面には、前記後縁に外部流れをこの後縁位置で剥離させる第1の流出勾配が形成され、
 前記第1の流出勾配は前記前縁と前記後縁とを結ぶ円錐の母線の勾配以上の勾配に設定され、かつ前記第2の流出勾配は、前記基準のサイクロイド曲線が前記内周の面とされた場合における渦生成部先端の勾配を基準にこれ以下の勾配に設定され、
 前記非流線形のケーシングにより前記渦生成部の背後に強い渦度の負圧領域を生成して内部流れを増速することを特徴とする非定常流れを利用した流体機械。

【請求項2】 前記前縁及び前記後縁が軸方向断面において半径方向に所定幅の肉厚を有する場合に、前記渦生成部を含む前記ケーシングの内周側の形状が内周側の前縁及び後縁を連絡した基準のサイクロイド曲線によって構成されることを特徴とする請求項1記載の非定常流れを利用した流体機械。

【請求項3】 前記ケーシングが所定幅の肉厚を有する板材から構成され、前記基準線が、前記前縁と渦生成部先端の間において前記スロート部の位置に凸部を有するサイクロイド曲線と、前記渦生成部先端から前記後縁の間に渦生成部を形成するための直線または第2の曲線とを備えて前記前縁と後縁との間を連絡し、前記前縁と前記後縁とを結ぶ円錐の母線の勾配が40°より小さな正の勾配に設定されたことを特徴とする請求項1記載の非定常流れを利用した流体機械。

【請求項4】 前記非流線形の形状が軸方向断面において肉厚が漸増漸減又は漸増急減する形状に形成され、その内周側の一部又は全部の形状が前記基準のサイクロイド曲線から構成されていることを特徴とする請求項1記載の非定常流れを利用した流体機械。

【請求項5】 前記前縁と後縁のうち前記後縁のみが軸方向断面において半径方向に所定幅の肉厚を有する場合に、前記渦生成部がこの所定幅のリング状の平面であることを特徴とする請求項2記載の非定常流れを利用した流体機械。

【請求項6】 前記渦生成部に流れの渦列ゆらぎの位相を揃える位相制御板が複数設けられたことを特徴とする請求項1記載の非定常流れを利用した流体機械。

【請求項7】 前記羽根車には、該羽根車の回転力を電気力に変換する発電装置が連結されていることを特徴とする請求項1~6の何れか1項に記載された非定常流れを利用した流体機械。

【請求項8】 前記ケーシングに導体製のメッシュが装着されたことを特徴とする請求項1~7の何れか1項に記載された非定常流れを利用した流体機械。

【請求項9】 環状をなしてその軸方向断面が非流線形の形状を有するケーシングと、前記ケーシング内のスロート部に配設され軸周りに回転する羽根車を備え、周囲を流れる流れを前縁で内外の流れに分割しかつ強制的に流れの剥離を起こし、この剥離によって前記ケーシング後方に渦列を形成し、前記渦列と渦列ゆらぎによって環状方向にセル構造を有する負圧領域を形成して、前記ケーシング内を流れる内部流れの流速を増加する風車であって、
 前記ケーシングの肉厚形成の基準とされる基準線が、軸方向断面において前記前縁と後縁との間を連絡しかつこの前後縁間の前記スロート部の位置に凸部を有するサイクロイド曲線から構成され、
 前記ケーシングの半径方向で内周側の面には、前記スロート部とこのスロート部より後流側に前記負圧領域を生成するための渦生成部が形成され、さらにこの渦生成部に隣接するスロート側隣接面にはその境界位置に内部流れを剥離させる第2の流出勾配が形成され、かつ前記ケーシングの外周側の面には、前記後縁に外部流れをこの後縁位置で剥離させる第1の流出勾配が形成され、
 前記第1の流出勾配は前記前縁と前記後縁とを結ぶ円錐の母線の勾配以上の勾配に設定され、かつ前記第2の流出勾配は、前記基準のサイクロイド曲線が前記内周の面とされた場合における渦生成部先端の勾配を基準にこれ以下の勾配に設定され、
 前記非流線形のケーシングにより前記渦生成部の背後に強い渦度の負圧領域を生成して内部流れを増速することを特徴とする風車。

【請求項10】 前記前縁及び前記後縁が軸方向断面において半径方向に所定幅の肉厚を有する場合に、前記渦生成部を含む前記ケーシングの内周側の形状が内周側の前縁及び後縁を連絡した基準のサイクロイド曲線によって構成されることを特徴とする請求項9記載の風車。

【請求項11】 前記ケーシングが所定幅の肉厚を有する板材から構成され、前記基準線が、前記前縁と渦生成部先端の間において前記スロート部の位置に凸部を有するサイクロイド曲線と、前記渦生成部先端から前記後縁の間に渦生成部を形成するための直線または第2の曲線とを備えて前記前縁と後縁との間を連絡し、前記前縁と前記後縁とを結ぶ円錐の母線の勾配が40°より小さな正の勾配に設定されたことを特徴とする請求項9記載の風車。

【請求項12】 前記非流線形の形状が軸方向断面において肉厚が漸増漸減又は漸増急減する形状に形成され、その内周側の一部又は全部の形状が前記基準のサイクロイド曲線から構成されていることを特徴とする請求項9記載の風車。

【請求項13】 前記前縁と後縁のうち前記後縁のみが軸方向断面において半径方向に所定幅の肉厚を有する場合に、前記渦生成部がこの所定幅のリング状の平面であることを特徴とする請求項10記載の風車。

【請求項14】 前記渦生成部に流れの渦列ゆらぎの位相を揃える位相制御板が複数設けられたことを特徴とする請求項9記載の風車。

【請求項15】 前記羽根車には、該羽根車の回転力を電気力に変換する発電装置が連結されていることを特徴とする請求項9~14の何れか1項に記載された風車。

【請求項16】 前記ケーシングに導体製のメッシュが装着されたことを特徴とする請求項9~15の何れか1項に記載された風車。

【請求項17】 環状をなしその軸方向断面が非流線形の形状を有するケーシング内に羽根車を設け、周囲を流れる流れを前縁で内外の流れに分割して強制的に流れの剥離を起こし、この剥離によって前記ケーシング後方に渦列を形成し、前記渦列と渦列ゆらぎによって環状方向にセル構造を有する負圧領域を形成して、前記ケーシング内を流れる内部流れの流速を増加する非定常流れを利用した内部流れ増速方法であって、
 前記ケーシングの肉厚形成の基準とされる基準線を、軸方向断面において前記前縁と後縁との間を連絡しかつこの前後縁間の前記スロート部の位置に凸部を有するサイクロイド曲線とし、
 前記ケーシングの半径方向で内周側の面には、前記スロート部とこのスロート部より後流側に前記負圧領域を生成するための渦生成部を形成し、さらにこの渦生成部に隣接するスロート側隣接面にはその境界位置に内部流れを剥離させる第2の流出勾配を形成し、かつ前記ケーシングの外周側の面には、前記後縁に外部流れをこの位置で剥離させるための第1の流出勾配を形成して、
 前記第1の流出勾配を前記前縁と前記後縁とを結ぶ円錐の母線の勾配以上の勾配に設定し、かつ前記第2の流出勾配は、前記基準のサイクロイド曲線が前記内周の面とされた場合における渦生成部先端の勾配を基準にこれ以下の勾配に設定し、
 前記非流線形のケーシングにより前記渦生成部の背後に強い渦度の負圧領域を生成して内部流れを増速することを特徴とする非定常流れを利用した内部流れ増速方法。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • KYUSHU UNIVERSITY,NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION
  • Inventor
  • OHYA, Yuji
  • KARASUDANI, Takashi
  • WATANABE, Kimihiko
IPC(International Patent Classification)
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