エネルギー転換のための方法およびデバイス
本発明は水力液体において運動エネルギーまたは位置エネルギーを運動エネルギーに変換する方法およびデバイスであって、共鳴効果を使用し著しく向上された変換率を有する、方法およびデバイスに関する。
【発明の詳細な説明】
【先行技術】
【０００１】
本発明は、エネルギーを変換するための方法およびデバイスに関する。それは、位置または運動エネルギーを電気エネルギーに変換することに特に適している。方法とデバイスは、水力設備の位置または運動エネルギーを回転エネルギーまたは電気エネルギーに変換することにもさらに適している。本発明は、例えば農業、民間企業、建設業、重工業産業などの非常に多くのセクターで使用することができる。エネルギー転換用の多数の水力のデバイスは公知であり、いわゆる水力発電機械である。それは、流れる液体のエネルギーを仕事をさせるために利用する。
【０００２】
１９５５年には、Ｇｒｉｍｓｅｈｌが水圧ラム、水車およびタービンを有する水力電気機械の例を開示した［Ｇｒｉｍｓｅｈｌ、 Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｍａｎｕａｌ、１巻、Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ−Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ−Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ、Ｔｅｕｂｅｎｅｒｖｅｒｌａｇｓｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ出版社、Ｌｅｉｐｚｉｇ、１９５５年、２８３頁以降］。
【０００３】
水圧ラムはいわゆるウォータハンマである。それは、電気エネルギーを使用しないで、多量の水の運動エネルギーを利用して、それらの部分的な量を上げ、当初の高さよりも高い高さにする。
【０００４】
水車は流れ落ちる水の重力、すなわち位置または運動エネルギーを使用して、部分的に噴流の偏りを利用して、仕事を行う。
【０００５】
タービンは、噴流の偏りを介してて液体の運動エネルギーを回転エネルギーへ変換して使用する。これらの公知の水力発電機械の効率は、乱流、液体内の摩擦または周囲のシステムとの摩擦によって低減される。ラムの典型的な効率は０．２５から０．８０ ［Ｂｏｌｓｈａｙａ ｓｏｖｅｔｓｋａｙａ ｅｎｔｓｉｋｌｏｐｅｄｉｙａ， Ｖｏｌ． １１， １９５２］ であり、最大０．９２まで上げられる ［Ｉ．Ｎ． Ｅｖｄｏｋｉｍｏｖ， Ｉ．Ａ． Ｖｅｄｉｓｈｅｖ．， Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ａｎｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ． Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｂｙ ｔｈｅ Ｒｕｓｓｉａｎ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏｒ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ａｎｄ Ｇａｓ， Ｍｏｓｃｏｗ， ２００１］。ここで効率は、利用できる仕事量の全体の仕事量に対する商、または利用できる力に対する全体の力の商である。水圧ラム用の実用模型は、ミュンヘンのドイツ博物館でインベントリー番号７８４５１として展示され、その変形はミュンヘンのドイツ博物館でインベントリー番号７８１０２として１９３０年から展示されている。
水圧ラムは、水を引き上げるためのよく研究された公知のデバイスおよび方法である。
【０００６】
本発明の目的は、適当な位置でエネルギーを変換するためのデバイスまたは方法を、たとえば発電に使用するために、非常に高い効率を与える本発明の、水力電気機械のような水圧システムに対して特に有用な方法およびデバイス、例えば水圧ラムを示すことである。
【０００７】
この目的は請求項１に示される方法、および請求項７に示されるエネルギー変換デバイスにより達成される。ここでは、いわゆる水圧ラムに類似する水力のウォータラムのような技術システムは好適に最適化されて構成され、部分的なシステムのある振動または回転の固有共鳴効果の利用を目標とし、高効率を達成し、エネルギー転換、例えば発電を効率的に行なうことができるようにする。
【０００８】
本発明は、部分的なシステムのある振動または回転の固有共鳴効果の利用に基づき、技術システムの効率を改善する。以下に詳細に記載される水力のデバイスの例示的な実施態様および方法に基づき、その後に一般化される。効果的な実施態様は従属項に示される。本発明は、図面に基づいた例示的な実施態様に基づいて、より詳しく記載される。
【０００９】
例示的な実施態様では、共振の最適化は、グローバルスケーリング（ＧＳ）理論により行われる。そこでは動的システムの物理学からの他の最適化戦略を使用することができる。
【００１０】
ＧＳは共振の最適化、すなわち固有の共振効果を具体的に評価するのに好適である。なぜなら、ＧＳを介して計算することのできるシステムについての適当な固有周波数の選択は、再びデバイスと方法の効率を上げることができ、また他の最適化方法と組み合わせることができるからである。
【００１１】
したがって、グローバルスケーリング（ＧＳ）理論は以下に説明される。グローバルスケーリング（ＧＳ）は、現実のシステムについて物理的変数（例えば質量、温度、重量、周波数）の周波数分布が、対数でスケール不変であることを例証する。グローバルスケーリングに関するＥｈｌｅｒｓ−Ｖｅｒｌａｇ ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ ｈｏｕｓｅからのＨａｒｔｍｕｔ Ｍｕｌｌｅｒの出版物は、この特許出願の開示内容の一部とすることが意図され、特にＧＳを使用した最適化に関してはそうである。
【００１２】
したがって、ＧＳはそれらの物理的な周波数数値（すなわち振動）を計算するために使用することができ、実際のプロセスが好ましくは仮定される。
好ましい値も、Ｌ．Ｅｕｌｅｒによる連分数のブレークダウンで決定することができる。なぜなら、イラーにより、すべての実数ｘが式（１）に基づくその連分数により表わすことができることが知られているからである。
【００１３】
【数１】
【００１４】
ここで変数ｚは、いわゆる部分分子を表わす。その値は、ＧＳによる技術的な最適化のために２に設定される。スケールの不変性が対数目盛で生ずるので、ＧＳプロセスでの解析はすべて、ｅに基づく対数変数で行なわれる。これは方程式（２）を導く。
【００１５】
【数２】
【００１６】
（ｎ０、ｎ１、ｎ２…）についてのそれぞれの絶対値は、Ｘについてのを基礎的な次元の単位に依存する。ＧＳでは、評価される変数は、いわゆる標準ディメンションの物理定数ｙに関連して置かれる。しかしながら、これらの定数は規定された正確性の範囲内でのみ知られているだけである。その結果、これらの定数については上限および下限がある。
【００１７】
これは、ＧＳのための最も重要な基本的な式として、方程式（３）を与える。これは角度位相のφ＝３／２で展開することができ、本発明についての説明には関係がないが、しばしば重要となる。
【００１８】
【数３】
【００１９】
連分数用の収束条件のために、全体の部分分母用の絶対値［ｎ０、ｎ１、ｎ２…］は、分子より常に大きくなければならないし、常に３で割り切れる整数である。方程式（３）の使用は、ＧＳ連分数法によって、所定の物理的変数（例えばシステムの固有な周波数など）をブレークダウンすることを可能にし、いわゆる連分数コード［ｎ０、ｎ１、ｎ２…］に変換する。これはＧＳ連分数ブレークダウンを使用して、周波数ｆ０のための例として記載される。ＧＳでは、値１．４２５４８６９ｅ２４Ｈｚが、周波数の計算のために物理定数ｙとして使用される。
【００２０】
方程式（３）は、連分数ブレークダウンを得て、部分分母ｎ０、ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４などを計算するために使用される。周波数数値は、例としてＷｏｌｆｒａｔｓｈａｕｓｅｎのＩｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｒ Ｒａｕｍ−Ｅｎｅｒｇｉｅ−Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇ ＧｍｂＨ ｉｎ ＷｏｌｆｒａｔｓｈａｕｓｅｎからのＧＳＣ３０００専門ツールで、式（３）に基づいた連分数を使用して計算され、周波数ｆ０＝５Ｈｚについて図１に示される。５Ｈｚの周波数は［−５４；−２８２］の、いわゆる連分数コードに相当する。周波数について、使用された定数ｙの極限値に依存して、部分分母ｎ０＝−５４、部分分母ｎ１＝−２８２またはｎ１＝−２８１である（図１を参照）。
【００２１】
部分分母ｎ１がこの場合大きい（ｎ１＝−２８２）ので、ｎ１の時点での式（３）からの全体の商が微小である。周波数５Ｈｚは値ｎ０（ｎ０＝−５４）の近くで存在し、いわゆるＧＳノード・ポイント周波数として呼ばれ、高いかまたは最も高い優先度を有し、またはｎ０周波数である。式（３）による、高いかまたは最も高い優先度を有する他のＧＳノード・ポイント周波数は、０．２５Ｈｚまたは０．０１２４８Ｈｚを含んでいる。
【００２２】
本発明は、ＧＳ周波数分析の原理に基づいた、さらに詳細に記載されるだろう。本発明は、たとえばシステムの臭気に関係するような適当な周波数の共鳴効果を利用し、技術システムの効率を増加させる方法およびデバイスを示す。そのようなデバイスはエネルギーを変換するまたは仕事を行なうために適当な位置で使用することができる。我々は、少なくともシステム構成要素のリズムの調和の第三法則を知っている。Ａｌｔｓｃｈｕｌｌｅｒ， Ｇｅｎｒｉｃｈ Ｓａｕｌｏｗｉｔｓｃｈ： Ｅｒｆｉｎｄｅｎ − Ｗｅｇｅ ｚｕｒ Ｌｏｅｓｕｎｇ ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｒ Ｐｒｏｂｌｅｍｅ （Ｉｎｖｅｎｔｉｏｎｓ − Ｗａｙｓ ｔｏ Ｒｅｓｏｌｖｅ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ＩＳＢＮ ３−００−００２７００−９， １９８４を参照。これはシステムおよびシステム構成要素のリズムまたはそれの調整をしっかりと改善するための、技術システムのための最も重要な開発された法則のうちの１つである。本発明は、さらにＧＳを介して最適に分析的に計算された固有共振周波数のターゲットとされた生成と協力する、振動または回転システムの改良されたリズムへ向けてのアプローチをさらに追求する。
【００２３】
例示的な実施態様の最適化中の別の態様は、流れの発生のためのより効率的な液圧システムの特定の例示的な実施態様に使用するために、水圧ラム（ウォータハンマ）の水のロスＱｌｏｓｓを減じることを含む。
【００２４】
解決策は一般法則に対するどんな制限も設けずに、振動する液圧システム、いわゆるウォータハンマまたは水圧ラム、以下ＧＳラムと呼ばれる、のための特定の例示的な実施態様に基づいて以下に詳細に説明される。しかしながら、すべての振動システムまたは回転システムは、原則としてはをここで記載された用途に使用することができる。
【００２５】
デバイスがまさに最初から振動するシステムでない場合、例えば、水力の力アンプが使用される場合、システムは液体の固有の周波数での周期的な励起により固有な共振を起こすことができる。その結果、システムでこの場合発生する共鳴効果も全体のシステム（例えば水力の力アンプ）の効率を増加させるために使用することができる。
【００２６】
目的は、液体ソースＡ、駆動ラインＬＴ、衝撃バルブＳ、プレッシャー・バルブＤ、空気室Ｗおよび上方に向かうパイプＬＳから成る水圧ラムの、一般に公知の配置によって例示的な実施態様の中で達成される、図２を参照する。本発明においてはさらに下降パイプＬＦ、タービンおよび発電機Ｇ（図３参照）を含む。
【００２７】
本発明は、液圧システムの適当な励起によって生産された液体の固有な共鳴効果を利用する。例示的な実施態様では、システムの励起は、衝撃バルブＳ（図２）の開閉により、閉じる時の圧縮力と開ける時の重力により起こる。そこでは、閉じるための圧縮空気が最終的に液体の速度により、そしてその結果重力によって発生される。したがって、システムの励起および共振の増加が、重力の適当な利用によってこの例示的な実施態様において発生する。
【００２８】
本発明のデバイスおよびモジュールまたはユニットを構成するか、またはさらに発展させる多数の方法がある。この目的のために、独立クレーム、従属クレーム、および図面の中で示される例示的な実施態様の記述が参照される。
【００２９】
１７９６年にモンゴルフィエによって開発された一般に知られる水圧ラムによれば、これは次のモジュールから成り、以下のように作用する（図２）：
【００３０】
水圧ラムは、いわゆるウォーターハンマーの原理によって作動する。Ｈ１の高さを有する所定量の水ＱＴＯＴＡＬの位置エネルギーは、コンテナＡの中の運動エネルギーに変換される。ここで所定量の水ＱＬＯＳＳは衝撃バルブＳを介して排出され、プロセスで速度ｖを受容する。最大速度ｖｍａｘのポイントで、衝撃バルブＳは急に閉じる。これは、ラム内の大きな圧力を生む。それは、システム内の静水の圧力に何倍にもなる。導水管ＬＴおよびラム中の過剰の圧力は、プレッシャー・バルブＤを開かせ、ある量の水ＱＵＳＥは空気室内へ圧入される。この空気室Ｗにはガス（例えば空気）が入れられ、それは流入する量ＱＵＳＥの水により圧縮される。量ＱＵＳＥの水の流入は、導水管ＬＴ内の過剰の圧力を解放し、若干の真空をすら形成する。その結果、空気室のプレッシャー・バルブＤは再び閉じられる。同時に、重力のために重量ｇＳが落ちて来ること、および導水管ＬＴの中の圧力の不足のために、衝撃バルブＳはもう一度開く。また、導水管ＬＴの中のサイクルは新たに始まる。
【００３１】
プレッシャー・バルブＤが閉まっているので、圧縮されたガスは空気室Ｗ内で緩和され、量ＱＵＳＥの水はは上方に向かうパイプＬＳを通って高さＨｗに上げられる。ＧＳラム中の１つのキーコンポーネントは、重量ｇＳを有する衝撃バルブＳである。導水管ＬＴ内の過剰の圧力と、その結果生ずるバルブＳの突然の閉止、重量ｇＳの上に作用する重力と、その結果生ずるバルブＳの開放との間の相互作用は、過剰の圧力が存在しなくなった後でも、周波数ｆｗまたは周期Ｔｗを有する液圧システムの周期的な圧力振動を与える。空気室は、この周期的な圧力ハンマーを、連続的な緩和に変換し、その結果上方に向かうパイプＬＳの中の液体を連続的に上昇させる。
【００３２】
したがってウォータハンマは、量ＱＴＯＴＡＬの水の位置エネルギーＥｐｏｔ（Ｈ１）＝ｍＨＴＯＴＡＬ＿Ａ＊ｇ＊Ｈ１を、運動エネルギーＥｋｉｎ（ＱＴＯＴＡＬ）に変換する。それは、運動エネルギーＥｋｉｎ（ＱＵＳＥ）の量ＱＵＳＥの水にされる。上方に向かうパイプＬＳの中の量ＱＵＳＥの水のこの運動エネルギーの結果、量ＱＵＳＥの水は位置エネルギーＥｐｏｔ（Ｈ２）＝ｍＵＳＥ＿Ｂ＊ｇ＊Ｈ２を受容する。
【００３３】
定量的な記述を行うために、そのような機械のための効率、ηを、全体のパワーＰＯＶＥＲＡＬＬに対する有用なパワーＰＵＳＥの商から導入することができ、さらにたとえば、以下のようにすることができる。
【００３４】
【数４】
【００３５】
この場合、Ｅｐｏｔ＿Ａ（Ｈ１）は、駆動の水コンテナＡの中の液体の位置エネルギーである。また、Ｅｐｏｔ＿Ｂ（Ｈ２）は、たとえばコンテナＢ内の上昇された後の液体の位置エネルギーである。ｍＵＳＥ＿ＢまたはｍＴＯＴＡＬ＿Ａは、コンテナＢまたはＡの中の液体の質量である。また、ｇは重力加速度である。重力加速度および液体の密度は分子と分母において同一であり、これらは短くすることができる、また効率ηの計算は体積または量Ｑに依存する。
【００３６】
ラムの効率ηは、従来技術において記載されているように最大０．９２である。公知の水圧ラム設備に関する問題は、大きな水の損失ＱＬＯＳＳを有することである。その結果、十分な水がある場合、またはＨ２が小さい場合にのみ設備を使用することができた。
【００３７】
水圧ラムの例示的な実施態様において、固有の共鳴効果の評価によって共振を最適化するための本発明による方法により、明白に０．９２を超える効率のレベルが達成される。例示的な実施態様においては水力である技術システムの効率の改善に対する本発明の根本的な考えは、共鳴効果、すなわち液体の固有の共振を利用することに関する。
【００３８】
共振はそのようなシステムの安定性および耐久性を増加させるために技術システムで概して回避されるべきであるが、本発明は水力の液体に固有の共鳴ｆＲＥＳ＝ｆＷを与える、液圧システム中の操作点を見出すように努力する。その結果、衝撃バルブＳを介した非常に小さな励起が、ラム内の大きな振幅の圧力振動を与える。これらの共鳴効果は、衝撃バルブＳの上の小さなエネルギーＥＳで、ラム内の比較的大きな圧力ばらつきを維持することを可能にする。
【００３９】
これらの共鳴圧力振動の使用によって、上方に向かうパイプＬＳの中の水量ＱＵＳＥは、共振が起こらなかった場合よりも高いレベルに上げることができる。公知のラム中のラムの用途または設計の態様に基づいて、サイクル、衝撃バルブＳのための周波数が設定されているが、本発明のラムは水力の液体の固有の共鳴数ｆＲＥＳにに対応するサイクルで運転され、同時に高いか、比較的高いプライオリティでＧＳノーダルポイント周波数に相当するサイクルで操作され、それにより、圧力振動を特に拡大する。圧力波がシステムを伝搬する音速がラムの金属ケーシング内の水力の液体においてより低いので、固有の周波数はケーシングの中で起こらないので、液体の固有の共振振動はラムを破壊しない。
【００４０】
ＧＳ理論では、ある共振振動が存在する、いわゆるｎ０、ｎ１、ｎ２周波数であり、それらはこの結果を特に強く引き起こし、その結果、方法とデバイスは好ましくは以下のように実現される。方程式（３）からの手順で、技術システムで原則として実現することができるｎ０、ｎ１、ｎ２周波数が、例えば０．２５Ｈｚまたは、５Ｈｚと決定される。たとえば、衝撃バルブＳによって励起される間に水力の液体に振動ｆｒｅｓ＝ｎ０を与えるために、これらの周波数はジオメトリー、すなわちラムのライン直径、衝撃バルブとプレッシャー・バルブの間の距離、衝撃バルブの重量を決定するために使用される。重量ｇＳは、ラムの作動周波数を設定し、また衝撃バルデとプレッシャー・バルブの間の距離ｄは、圧力振動、つまり、定在音圧波が、衝撃バルブＳから音速ｖＷおよび波長λＷで伝わり、プレッシャー・バルブＤの上で最大振幅を示すように選択されなければならない。
【００４１】
必要な水スラストは、油圧管路（例えば鋼パイプ０）を通って流れる液体中のバルブを急速に閉じることにより生成される。油圧管路中の水スラストでは、圧力差は速度ｖの弾性波の形で伝搬する。その値は、液体の圧縮性および密度、ライン、その直径およびその壁厚を含む物質の弾性係数によって決定される。
【００４２】
鋼管中の水に関して、ｖは１０００から１３５０ｍ／ｓまで変動し、ｄは衝撃バルブＳとプレッシャー・バルブＤの間の油圧管路の長さである。衝撃バルブＳが２＊ｄ／ｖよりも著しく短い時間内で閉じられる場合、過剰の圧力のおよびライン内の真空のサイクルは、Ｔ＝２ｄ／ｖの振動周期で切り替えられる。本発明によれば、水圧ラムは、ｄおよび振動周期ＴＷの両方が高いプライオリティのＧＳノーダル値であるような方法で好ましくは設計されている。つまり、周期はｎ０、ｎ１、ｎ２の高いプライオリティの周波数に対応する。新しく構築されたラムは好ましくは以下のように操作される：ラムは気泡のない液体で充填される。ラムは、衝撃バルブ上の重量ｇＳをそのキャッチから緩めることにより、手動でまたは電気的に衝撃バルブＳを開くことに励起される。水量ＱＬＯＳＳ＿１は衝撃バルブＳで排出され、衝撃バルブで上を流れて過剰の圧力を発生し、バルブＳは急に開かれ、過剰の圧力はライン・システム内で発生され、水量ＱＵＳＥが空気室Ｗへプレッシャー・バルブを介して流れ、ライン・システムの圧力は緩和され、同時にプレッシャー・バルブＤを閉じて、衝撃バルブＳを開き、液体ＱＵＳＥは空気室内のプレッシャー・バルブによって上げられる、また、水量ＱＬＯＳＳ＿１は、衝撃バルブで再び放出される。サイクルは新たに始まる。仕事周波数ｆＷは液体の共振周波数への直接の接近の中で起こり、それはＧＳのｎ０、ｎ１、ｎ２周波数に対応し、一定の水量ＱＵＳＥで液体のロスには、ＱＬＯＳＳ＿２でＱＬＯＳＳ＿２〈ＱＬＯＳＳ＿１に劇的に減少される。高いプライオリティのＧＳ周波数、たとえば、ｆＷ＝ｆｒｅｓ＝ｎ０に対応する共鳴周波数で明白に０．９２を超過する効率を備えたＧＳラムの独立したオペレーティング・モード。
【００４３】
例えば、このように設計されたラムは、有用な水量ＯＵＳＥをＨ２に、非常に小さな水損失ＱＬＯＳＳ＝ＱＬＯＳＳ＿２で上げることができる。したがって、効率的に発電に使用することができない小さな駆動のグラディエントＨ１だけが優位を占めていても、非常に小さい水損失はラムを発電作業のために利用することを可能にする。
【００４４】
方程式（４）によって計算された０．９２よりも明瞭に大きな効率で水をあげることができるので、水は、グラディエントＨ１が水タービンまたは水車の使用にふさわしくない状況でさえレベルＨ２に上げることができる。また、力は、図３に示されるように、落下高さＨ２およびジェネレーターＧを利用して、タービンＴ（または水車）の使用を通じて生成することができる。別のオプションはタービンなどの回転エネルギーを直接使用することだろう。ラムのＧＳが、水力の液体の固有の共鳴効果の利用に基づくので、多数の他の例示的な実施態様が可能である。その中でシステム効率は、ｎ０、ｎ１、ｎ２、…に接近する物理的な固有の共振を使用することにより改善されることができる。
上記の例示的な実施態様では、それは、公知の最も高い０．９２の効率より明白に高い。
共鳴効果の利用の発見、特に、その固有の周波数がグローバルスケーリングによるいわゆるノーダル周波数での適当な励起と一致する、液圧システムの構造設計は、液圧システムを振動させる効率の厳しい増加に帰着する。適当な手段は明確に衝撃バルブＳの上の水損失を減じるために取ることができる。これは、液圧システム、例えば以前では不適当な位置でのＧＳラムに基づく発電、すなわち小さすぎる有効水または小さすぎる駆動のグラディエントＨ１に基づいた発電で、水圧システムを振動させるための新しい可能な用途を創造する。好ましくは高いプライオリティのＧＳ周波数の液体の共鳴効果の使用に基づいた水圧ラムの効率を増加させるアイデアは、他の方法およびデバイスに適合するために一般化することができる。
【００４５】
実際、この概念は液圧プレス（例えば液圧システム）；機械的なギヤーボックスのような機械システム、ガスまたは空気動力のシステム、は渦電流型発電所または電子装置（例えば振動ピエゾ結晶）のような、エネルギー伝達または変換を保証するすべてのシステムの先行技術に対する明瞭な能率増進を達成するために使用することができる。
【００４６】
共鳴効果が多くの技術的な構成において、これらの構成の損傷または破壊を起こさないために回避されるべきである一方、振動又は回転する構成のサブシステムの固有の共振は、エネルギー移動または変換の効率をさらに増加させ、たとえば、システム中の摩擦による内部損失を最低限にするように意図的に選択される。共鳴効果が結果全体に対して強く認められたので、方程式（３）に基づいて、分析的に計算することができるグローバルスケーリングによるノーダルポイントにサブシステムの固有の共鳴が対応するようにシステムを構成する際の他の利点が発生する。サブシステムがシステムの耐久性を保証するために固有の共振を有している場合に、構成の構造設計は、ケーシングおよび他の保護部分が、固有に振動しないように選択されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は周波数のＧＳ分析用のＧＳＣ３０００ツールを示す図である。
【図２】図２は水圧ラムの構造設計を示す図である。
【図３】図３は発電のためのＧＳラムを示す図である。
【先行技術】
【０００１】
本発明は、エネルギーを変換するための方法およびデバイスに関する。それは、位置または運動エネルギーを電気エネルギーに変換することに特に適している。方法とデバイスは、水力設備の位置または運動エネルギーを回転エネルギーまたは電気エネルギーに変換することにもさらに適している。本発明は、例えば農業、民間企業、建設業、重工業産業などの非常に多くのセクターで使用することができる。エネルギー転換用の多数の水力のデバイスは公知であり、いわゆる水力発電機械である。それは、流れる液体のエネルギーを仕事をさせるために利用する。
【０００２】
１９５５年には、Ｇｒｉｍｓｅｈｌが水圧ラム、水車およびタービンを有する水力電気機械の例を開示した［Ｇｒｉｍｓｅｈｌ、 Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｍａｎｕａｌ、１巻、Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ−Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ−Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ、Ｔｅｕｂｅｎｅｒｖｅｒｌａｇｓｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ出版社、Ｌｅｉｐｚｉｇ、１９５５年、２８３頁以降］。
【０００３】
水圧ラムはいわゆるウォータハンマである。それは、電気エネルギーを使用しないで、多量の水の運動エネルギーを利用して、それらの部分的な量を上げ、当初の高さよりも高い高さにする。
【０００４】
水車は流れ落ちる水の重力、すなわち位置または運動エネルギーを使用して、部分的に噴流の偏りを利用して、仕事を行う。
【０００５】
タービンは、噴流の偏りを介してて液体の運動エネルギーを回転エネルギーへ変換して使用する。これらの公知の水力発電機械の効率は、乱流、液体内の摩擦または周囲のシステムとの摩擦によって低減される。ラムの典型的な効率は０．２５から０．８０ ［Ｂｏｌｓｈａｙａ ｓｏｖｅｔｓｋａｙａ ｅｎｔｓｉｋｌｏｐｅｄｉｙａ， Ｖｏｌ． １１， １９５２］ であり、最大０．９２まで上げられる ［Ｉ．Ｎ． Ｅｖｄｏｋｉｍｏｖ， Ｉ．Ａ． Ｖｅｄｉｓｈｅｖ．， Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ａｎｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ． Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｂｙ ｔｈｅ Ｒｕｓｓｉａｎ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏｒ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ａｎｄ Ｇａｓ， Ｍｏｓｃｏｗ， ２００１］。ここで効率は、利用できる仕事量の全体の仕事量に対する商、または利用できる力に対する全体の力の商である。水圧ラム用の実用模型は、ミュンヘンのドイツ博物館でインベントリー番号７８４５１として展示され、その変形はミュンヘンのドイツ博物館でインベントリー番号７８１０２として１９３０年から展示されている。
水圧ラムは、水を引き上げるためのよく研究された公知のデバイスおよび方法である。
【０００６】
本発明の目的は、適当な位置でエネルギーを変換するためのデバイスまたは方法を、たとえば発電に使用するために、非常に高い効率を与える本発明の、水力電気機械のような水圧システムに対して特に有用な方法およびデバイス、例えば水圧ラムを示すことである。
【０００７】
この目的は請求項１に示される方法、および請求項７に示されるエネルギー変換デバイスにより達成される。ここでは、いわゆる水圧ラムに類似する水力のウォータラムのような技術システムは好適に最適化されて構成され、部分的なシステムのある振動または回転の固有共鳴効果の利用を目標とし、高効率を達成し、エネルギー転換、例えば発電を効率的に行なうことができるようにする。
【０００８】
本発明は、部分的なシステムのある振動または回転の固有共鳴効果の利用に基づき、技術システムの効率を改善する。以下に詳細に記載される水力のデバイスの例示的な実施態様および方法に基づき、その後に一般化される。効果的な実施態様は従属項に示される。本発明は、図面に基づいた例示的な実施態様に基づいて、より詳しく記載される。
【０００９】
例示的な実施態様では、共振の最適化は、グローバルスケーリング（ＧＳ）理論により行われる。そこでは動的システムの物理学からの他の最適化戦略を使用することができる。
【００１０】
ＧＳは共振の最適化、すなわち固有の共振効果を具体的に評価するのに好適である。なぜなら、ＧＳを介して計算することのできるシステムについての適当な固有周波数の選択は、再びデバイスと方法の効率を上げることができ、また他の最適化方法と組み合わせることができるからである。
【００１１】
したがって、グローバルスケーリング（ＧＳ）理論は以下に説明される。グローバルスケーリング（ＧＳ）は、現実のシステムについて物理的変数（例えば質量、温度、重量、周波数）の周波数分布が、対数でスケール不変であることを例証する。グローバルスケーリングに関するＥｈｌｅｒｓ−Ｖｅｒｌａｇ ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ ｈｏｕｓｅからのＨａｒｔｍｕｔ Ｍｕｌｌｅｒの出版物は、この特許出願の開示内容の一部とすることが意図され、特にＧＳを使用した最適化に関してはそうである。
【００１２】
したがって、ＧＳはそれらの物理的な周波数数値（すなわち振動）を計算するために使用することができ、実際のプロセスが好ましくは仮定される。
好ましい値も、Ｌ．Ｅｕｌｅｒによる連分数のブレークダウンで決定することができる。なぜなら、イラーにより、すべての実数ｘが式（１）に基づくその連分数により表わすことができることが知られているからである。
【００１３】
【数１】
【００１４】
ここで変数ｚは、いわゆる部分分子を表わす。その値は、ＧＳによる技術的な最適化のために２に設定される。スケールの不変性が対数目盛で生ずるので、ＧＳプロセスでの解析はすべて、ｅに基づく対数変数で行なわれる。これは方程式（２）を導く。
【００１５】
【数２】
【００１６】
（ｎ０、ｎ１、ｎ２…）についてのそれぞれの絶対値は、Ｘについてのを基礎的な次元の単位に依存する。ＧＳでは、評価される変数は、いわゆる標準ディメンションの物理定数ｙに関連して置かれる。しかしながら、これらの定数は規定された正確性の範囲内でのみ知られているだけである。その結果、これらの定数については上限および下限がある。
【００１７】
これは、ＧＳのための最も重要な基本的な式として、方程式（３）を与える。これは角度位相のφ＝３／２で展開することができ、本発明についての説明には関係がないが、しばしば重要となる。
【００１８】
【数３】
【００１９】
連分数用の収束条件のために、全体の部分分母用の絶対値［ｎ０、ｎ１、ｎ２…］は、分子より常に大きくなければならないし、常に３で割り切れる整数である。方程式（３）の使用は、ＧＳ連分数法によって、所定の物理的変数（例えばシステムの固有な周波数など）をブレークダウンすることを可能にし、いわゆる連分数コード［ｎ０、ｎ１、ｎ２…］に変換する。これはＧＳ連分数ブレークダウンを使用して、周波数ｆ０のための例として記載される。ＧＳでは、値１．４２５４８６９ｅ２４Ｈｚが、周波数の計算のために物理定数ｙとして使用される。
【００２０】
方程式（３）は、連分数ブレークダウンを得て、部分分母ｎ０、ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４などを計算するために使用される。周波数数値は、例としてＷｏｌｆｒａｔｓｈａｕｓｅｎのＩｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｒ Ｒａｕｍ−Ｅｎｅｒｇｉｅ−Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇ ＧｍｂＨ ｉｎ ＷｏｌｆｒａｔｓｈａｕｓｅｎからのＧＳＣ３０００専門ツールで、式（３）に基づいた連分数を使用して計算され、周波数ｆ０＝５Ｈｚについて図１に示される。５Ｈｚの周波数は［−５４；−２８２］の、いわゆる連分数コードに相当する。周波数について、使用された定数ｙの極限値に依存して、部分分母ｎ０＝−５４、部分分母ｎ１＝−２８２またはｎ１＝−２８１である（図１を参照）。
【００２１】
部分分母ｎ１がこの場合大きい（ｎ１＝−２８２）ので、ｎ１の時点での式（３）からの全体の商が微小である。周波数５Ｈｚは値ｎ０（ｎ０＝−５４）の近くで存在し、いわゆるＧＳノード・ポイント周波数として呼ばれ、高いかまたは最も高い優先度を有し、またはｎ０周波数である。式（３）による、高いかまたは最も高い優先度を有する他のＧＳノード・ポイント周波数は、０．２５Ｈｚまたは０．０１２４８Ｈｚを含んでいる。
【００２２】
本発明は、ＧＳ周波数分析の原理に基づいた、さらに詳細に記載されるだろう。本発明は、たとえばシステムの臭気に関係するような適当な周波数の共鳴効果を利用し、技術システムの効率を増加させる方法およびデバイスを示す。そのようなデバイスはエネルギーを変換するまたは仕事を行なうために適当な位置で使用することができる。我々は、少なくともシステム構成要素のリズムの調和の第三法則を知っている。Ａｌｔｓｃｈｕｌｌｅｒ， Ｇｅｎｒｉｃｈ Ｓａｕｌｏｗｉｔｓｃｈ： Ｅｒｆｉｎｄｅｎ − Ｗｅｇｅ ｚｕｒ Ｌｏｅｓｕｎｇ ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｒ Ｐｒｏｂｌｅｍｅ （Ｉｎｖｅｎｔｉｏｎｓ − Ｗａｙｓ ｔｏ Ｒｅｓｏｌｖｅ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ＩＳＢＮ ３−００−００２７００−９， １９８４を参照。これはシステムおよびシステム構成要素のリズムまたはそれの調整をしっかりと改善するための、技術システムのための最も重要な開発された法則のうちの１つである。本発明は、さらにＧＳを介して最適に分析的に計算された固有共振周波数のターゲットとされた生成と協力する、振動または回転システムの改良されたリズムへ向けてのアプローチをさらに追求する。
【００２３】
例示的な実施態様の最適化中の別の態様は、流れの発生のためのより効率的な液圧システムの特定の例示的な実施態様に使用するために、水圧ラム（ウォータハンマ）の水のロスＱｌｏｓｓを減じることを含む。
【００２４】
解決策は一般法則に対するどんな制限も設けずに、振動する液圧システム、いわゆるウォータハンマまたは水圧ラム、以下ＧＳラムと呼ばれる、のための特定の例示的な実施態様に基づいて以下に詳細に説明される。しかしながら、すべての振動システムまたは回転システムは、原則としてはをここで記載された用途に使用することができる。
【００２５】
デバイスがまさに最初から振動するシステムでない場合、例えば、水力の力アンプが使用される場合、システムは液体の固有の周波数での周期的な励起により固有な共振を起こすことができる。その結果、システムでこの場合発生する共鳴効果も全体のシステム（例えば水力の力アンプ）の効率を増加させるために使用することができる。
【００２６】
目的は、液体ソースＡ、駆動ラインＬＴ、衝撃バルブＳ、プレッシャー・バルブＤ、空気室Ｗおよび上方に向かうパイプＬＳから成る水圧ラムの、一般に公知の配置によって例示的な実施態様の中で達成される、図２を参照する。本発明においてはさらに下降パイプＬＦ、タービンおよび発電機Ｇ（図３参照）を含む。
【００２７】
本発明は、液圧システムの適当な励起によって生産された液体の固有な共鳴効果を利用する。例示的な実施態様では、システムの励起は、衝撃バルブＳ（図２）の開閉により、閉じる時の圧縮力と開ける時の重力により起こる。そこでは、閉じるための圧縮空気が最終的に液体の速度により、そしてその結果重力によって発生される。したがって、システムの励起および共振の増加が、重力の適当な利用によってこの例示的な実施態様において発生する。
【００２８】
本発明のデバイスおよびモジュールまたはユニットを構成するか、またはさらに発展させる多数の方法がある。この目的のために、独立クレーム、従属クレーム、および図面の中で示される例示的な実施態様の記述が参照される。
【００２９】
１７９６年にモンゴルフィエによって開発された一般に知られる水圧ラムによれば、これは次のモジュールから成り、以下のように作用する（図２）：
【００３０】
水圧ラムは、いわゆるウォーターハンマーの原理によって作動する。Ｈ１の高さを有する所定量の水ＱＴＯＴＡＬの位置エネルギーは、コンテナＡの中の運動エネルギーに変換される。ここで所定量の水ＱＬＯＳＳは衝撃バルブＳを介して排出され、プロセスで速度ｖを受容する。最大速度ｖｍａｘのポイントで、衝撃バルブＳは急に閉じる。これは、ラム内の大きな圧力を生む。それは、システム内の静水の圧力に何倍にもなる。導水管ＬＴおよびラム中の過剰の圧力は、プレッシャー・バルブＤを開かせ、ある量の水ＱＵＳＥは空気室内へ圧入される。この空気室Ｗにはガス（例えば空気）が入れられ、それは流入する量ＱＵＳＥの水により圧縮される。量ＱＵＳＥの水の流入は、導水管ＬＴ内の過剰の圧力を解放し、若干の真空をすら形成する。その結果、空気室のプレッシャー・バルブＤは再び閉じられる。同時に、重力のために重量ｇＳが落ちて来ること、および導水管ＬＴの中の圧力の不足のために、衝撃バルブＳはもう一度開く。また、導水管ＬＴの中のサイクルは新たに始まる。
【００３１】
プレッシャー・バルブＤが閉まっているので、圧縮されたガスは空気室Ｗ内で緩和され、量ＱＵＳＥの水はは上方に向かうパイプＬＳを通って高さＨｗに上げられる。ＧＳラム中の１つのキーコンポーネントは、重量ｇＳを有する衝撃バルブＳである。導水管ＬＴ内の過剰の圧力と、その結果生ずるバルブＳの突然の閉止、重量ｇＳの上に作用する重力と、その結果生ずるバルブＳの開放との間の相互作用は、過剰の圧力が存在しなくなった後でも、周波数ｆｗまたは周期Ｔｗを有する液圧システムの周期的な圧力振動を与える。空気室は、この周期的な圧力ハンマーを、連続的な緩和に変換し、その結果上方に向かうパイプＬＳの中の液体を連続的に上昇させる。
【００３２】
したがってウォータハンマは、量ＱＴＯＴＡＬの水の位置エネルギーＥｐｏｔ（Ｈ１）＝ｍＨＴＯＴＡＬ＿Ａ＊ｇ＊Ｈ１を、運動エネルギーＥｋｉｎ（ＱＴＯＴＡＬ）に変換する。それは、運動エネルギーＥｋｉｎ（ＱＵＳＥ）の量ＱＵＳＥの水にされる。上方に向かうパイプＬＳの中の量ＱＵＳＥの水のこの運動エネルギーの結果、量ＱＵＳＥの水は位置エネルギーＥｐｏｔ（Ｈ２）＝ｍＵＳＥ＿Ｂ＊ｇ＊Ｈ２を受容する。
【００３３】
定量的な記述を行うために、そのような機械のための効率、ηを、全体のパワーＰＯＶＥＲＡＬＬに対する有用なパワーＰＵＳＥの商から導入することができ、さらにたとえば、以下のようにすることができる。
【００３４】
【数４】
【００３５】
この場合、Ｅｐｏｔ＿Ａ（Ｈ１）は、駆動の水コンテナＡの中の液体の位置エネルギーである。また、Ｅｐｏｔ＿Ｂ（Ｈ２）は、たとえばコンテナＢ内の上昇された後の液体の位置エネルギーである。ｍＵＳＥ＿ＢまたはｍＴＯＴＡＬ＿Ａは、コンテナＢまたはＡの中の液体の質量である。また、ｇは重力加速度である。重力加速度および液体の密度は分子と分母において同一であり、これらは短くすることができる、また効率ηの計算は体積または量Ｑに依存する。
【００３６】
ラムの効率ηは、従来技術において記載されているように最大０．９２である。公知の水圧ラム設備に関する問題は、大きな水の損失ＱＬＯＳＳを有することである。その結果、十分な水がある場合、またはＨ２が小さい場合にのみ設備を使用することができた。
【００３７】
水圧ラムの例示的な実施態様において、固有の共鳴効果の評価によって共振を最適化するための本発明による方法により、明白に０．９２を超える効率のレベルが達成される。例示的な実施態様においては水力である技術システムの効率の改善に対する本発明の根本的な考えは、共鳴効果、すなわち液体の固有の共振を利用することに関する。
【００３８】
共振はそのようなシステムの安定性および耐久性を増加させるために技術システムで概して回避されるべきであるが、本発明は水力の液体に固有の共鳴ｆＲＥＳ＝ｆＷを与える、液圧システム中の操作点を見出すように努力する。その結果、衝撃バルブＳを介した非常に小さな励起が、ラム内の大きな振幅の圧力振動を与える。これらの共鳴効果は、衝撃バルブＳの上の小さなエネルギーＥＳで、ラム内の比較的大きな圧力ばらつきを維持することを可能にする。
【００３９】
これらの共鳴圧力振動の使用によって、上方に向かうパイプＬＳの中の水量ＱＵＳＥは、共振が起こらなかった場合よりも高いレベルに上げることができる。公知のラム中のラムの用途または設計の態様に基づいて、サイクル、衝撃バルブＳのための周波数が設定されているが、本発明のラムは水力の液体の固有の共鳴数ｆＲＥＳにに対応するサイクルで運転され、同時に高いか、比較的高いプライオリティでＧＳノーダルポイント周波数に相当するサイクルで操作され、それにより、圧力振動を特に拡大する。圧力波がシステムを伝搬する音速がラムの金属ケーシング内の水力の液体においてより低いので、固有の周波数はケーシングの中で起こらないので、液体の固有の共振振動はラムを破壊しない。
【００４０】
ＧＳ理論では、ある共振振動が存在する、いわゆるｎ０、ｎ１、ｎ２周波数であり、それらはこの結果を特に強く引き起こし、その結果、方法とデバイスは好ましくは以下のように実現される。方程式（３）からの手順で、技術システムで原則として実現することができるｎ０、ｎ１、ｎ２周波数が、例えば０．２５Ｈｚまたは、５Ｈｚと決定される。たとえば、衝撃バルブＳによって励起される間に水力の液体に振動ｆｒｅｓ＝ｎ０を与えるために、これらの周波数はジオメトリー、すなわちラムのライン直径、衝撃バルブとプレッシャー・バルブの間の距離、衝撃バルブの重量を決定するために使用される。重量ｇＳは、ラムの作動周波数を設定し、また衝撃バルデとプレッシャー・バルブの間の距離ｄは、圧力振動、つまり、定在音圧波が、衝撃バルブＳから音速ｖＷおよび波長λＷで伝わり、プレッシャー・バルブＤの上で最大振幅を示すように選択されなければならない。
【００４１】
必要な水スラストは、油圧管路（例えば鋼パイプ０）を通って流れる液体中のバルブを急速に閉じることにより生成される。油圧管路中の水スラストでは、圧力差は速度ｖの弾性波の形で伝搬する。その値は、液体の圧縮性および密度、ライン、その直径およびその壁厚を含む物質の弾性係数によって決定される。
【００４２】
鋼管中の水に関して、ｖは１０００から１３５０ｍ／ｓまで変動し、ｄは衝撃バルブＳとプレッシャー・バルブＤの間の油圧管路の長さである。衝撃バルブＳが２＊ｄ／ｖよりも著しく短い時間内で閉じられる場合、過剰の圧力のおよびライン内の真空のサイクルは、Ｔ＝２ｄ／ｖの振動周期で切り替えられる。本発明によれば、水圧ラムは、ｄおよび振動周期ＴＷの両方が高いプライオリティのＧＳノーダル値であるような方法で好ましくは設計されている。つまり、周期はｎ０、ｎ１、ｎ２の高いプライオリティの周波数に対応する。新しく構築されたラムは好ましくは以下のように操作される：ラムは気泡のない液体で充填される。ラムは、衝撃バルブ上の重量ｇＳをそのキャッチから緩めることにより、手動でまたは電気的に衝撃バルブＳを開くことに励起される。水量ＱＬＯＳＳ＿１は衝撃バルブＳで排出され、衝撃バルブで上を流れて過剰の圧力を発生し、バルブＳは急に開かれ、過剰の圧力はライン・システム内で発生され、水量ＱＵＳＥが空気室Ｗへプレッシャー・バルブを介して流れ、ライン・システムの圧力は緩和され、同時にプレッシャー・バルブＤを閉じて、衝撃バルブＳを開き、液体ＱＵＳＥは空気室内のプレッシャー・バルブによって上げられる、また、水量ＱＬＯＳＳ＿１は、衝撃バルブで再び放出される。サイクルは新たに始まる。仕事周波数ｆＷは液体の共振周波数への直接の接近の中で起こり、それはＧＳのｎ０、ｎ１、ｎ２周波数に対応し、一定の水量ＱＵＳＥで液体のロスには、ＱＬＯＳＳ＿２でＱＬＯＳＳ＿２〈ＱＬＯＳＳ＿１に劇的に減少される。高いプライオリティのＧＳ周波数、たとえば、ｆＷ＝ｆｒｅｓ＝ｎ０に対応する共鳴周波数で明白に０．９２を超過する効率を備えたＧＳラムの独立したオペレーティング・モード。
【００４３】
例えば、このように設計されたラムは、有用な水量ＯＵＳＥをＨ２に、非常に小さな水損失ＱＬＯＳＳ＝ＱＬＯＳＳ＿２で上げることができる。したがって、効率的に発電に使用することができない小さな駆動のグラディエントＨ１だけが優位を占めていても、非常に小さい水損失はラムを発電作業のために利用することを可能にする。
【００４４】
方程式（４）によって計算された０．９２よりも明瞭に大きな効率で水をあげることができるので、水は、グラディエントＨ１が水タービンまたは水車の使用にふさわしくない状況でさえレベルＨ２に上げることができる。また、力は、図３に示されるように、落下高さＨ２およびジェネレーターＧを利用して、タービンＴ（または水車）の使用を通じて生成することができる。別のオプションはタービンなどの回転エネルギーを直接使用することだろう。ラムのＧＳが、水力の液体の固有の共鳴効果の利用に基づくので、多数の他の例示的な実施態様が可能である。その中でシステム効率は、ｎ０、ｎ１、ｎ２、…に接近する物理的な固有の共振を使用することにより改善されることができる。
上記の例示的な実施態様では、それは、公知の最も高い０．９２の効率より明白に高い。
共鳴効果の利用の発見、特に、その固有の周波数がグローバルスケーリングによるいわゆるノーダル周波数での適当な励起と一致する、液圧システムの構造設計は、液圧システムを振動させる効率の厳しい増加に帰着する。適当な手段は明確に衝撃バルブＳの上の水損失を減じるために取ることができる。これは、液圧システム、例えば以前では不適当な位置でのＧＳラムに基づく発電、すなわち小さすぎる有効水または小さすぎる駆動のグラディエントＨ１に基づいた発電で、水圧システムを振動させるための新しい可能な用途を創造する。好ましくは高いプライオリティのＧＳ周波数の液体の共鳴効果の使用に基づいた水圧ラムの効率を増加させるアイデアは、他の方法およびデバイスに適合するために一般化することができる。
【００４５】
実際、この概念は液圧プレス（例えば液圧システム）；機械的なギヤーボックスのような機械システム、ガスまたは空気動力のシステム、は渦電流型発電所または電子装置（例えば振動ピエゾ結晶）のような、エネルギー伝達または変換を保証するすべてのシステムの先行技術に対する明瞭な能率増進を達成するために使用することができる。
【００４６】
共鳴効果が多くの技術的な構成において、これらの構成の損傷または破壊を起こさないために回避されるべきである一方、振動又は回転する構成のサブシステムの固有の共振は、エネルギー移動または変換の効率をさらに増加させ、たとえば、システム中の摩擦による内部損失を最低限にするように意図的に選択される。共鳴効果が結果全体に対して強く認められたので、方程式（３）に基づいて、分析的に計算することができるグローバルスケーリングによるノーダルポイントにサブシステムの固有の共鳴が対応するようにシステムを構成する際の他の利点が発生する。サブシステムがシステムの耐久性を保証するために固有の共振を有している場合に、構成の構造設計は、ケーシングおよび他の保護部分が、固有に振動しないように選択されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は周波数のＧＳ分析用のＧＳＣ３０００ツールを示す図である。
【図２】図２は水圧ラムの構造設計を示す図である。
【図３】図３は発電のためのＧＳラムを示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に水力液体において運動エネルギーまたは位置エネルギーを液圧システムを振動させることに基づいて電気エネルギーへ変換する方法であって、システムの振動がサブシステムの振動固有共振周波数と調和する点に特徴を有する方法。
【請求項２】
振動するサブシステムが液体である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
サブシステムの固有の共振周波数がＧＳノーダルポイント周波数と一致する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
方法は水圧ラムの操作の原理に基づく、請求項１記載の方法。
【請求項５】
方法は水力の力アンプの操作の原理に基づく、請求項１記載の方法。
【請求項６】
排出システムまたは方法の効率を明確に増加させるために、それが使用される、請求項１から５のいずれか１項記載のものに使用される方法。
【請求項７】
特に水力液体において運動エネルギーまたは位置エネルギーをたとえば、水圧ラムのよ振動液圧システムに基づいて電気エネルギーへ変換する方法であって、衝撃バルブとプレッシャー・バルブの間の距離（ｄ）、衝撃バルブの重量、使用される液体および得られる伝播速度の関係、および音の波長が定在圧力波、たとえば液体の固有共鳴周波数に対応する周波数の振動を生成するように選択される、方法。
【請求項８】
圧力波の最大圧力振幅がプレッシャー・バルブ（Ｄ）の周囲で起こるように距離（ｄ）が選択される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
固有の共振周波数がＧＳノーダルポイント周波数に相当する、請求項７記載の方法。
【請求項１】
特に水力液体において運動エネルギーまたは位置エネルギーを液圧システムを振動させることに基づいて電気エネルギーへ変換する方法であって、システムの振動がサブシステムの振動固有共振周波数と調和する点に特徴を有する方法。
【請求項２】
振動するサブシステムが液体である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
サブシステムの固有の共振周波数がＧＳノーダルポイント周波数と一致する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
方法は水圧ラムの操作の原理に基づく、請求項１記載の方法。
【請求項５】
方法は水力の力アンプの操作の原理に基づく、請求項１記載の方法。
【請求項６】
排出システムまたは方法の効率を明確に増加させるために、それが使用される、請求項１から５のいずれか１項記載のものに使用される方法。
【請求項７】
特に水力液体において運動エネルギーまたは位置エネルギーをたとえば、水圧ラムのよ振動液圧システムに基づいて電気エネルギーへ変換する方法であって、衝撃バルブとプレッシャー・バルブの間の距離（ｄ）、衝撃バルブの重量、使用される液体および得られる伝播速度の関係、および音の波長が定在圧力波、たとえば液体の固有共鳴周波数に対応する周波数の振動を生成するように選択される、方法。
【請求項８】
圧力波の最大圧力振幅がプレッシャー・バルブ（Ｄ）の周囲で起こるように距離（ｄ）が選択される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
固有の共振周波数がＧＳノーダルポイント周波数に相当する、請求項７記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００８−５０８４６７（Ｐ２００８−５０８４６７Ａ）
【公表日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２４１５５（Ｐ２００７−５２４１５５）
【出願日】平成１７年７月２０日（２００５．７．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＨ２００５／０００４２６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０１２７６２
【国際公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【出願人】（５０６２４６６６７）テックデータ アクチェンゲゼルシャフト (5)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２０日（２００５．７．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＨ２００５／０００４２６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０１２７６２
【国際公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【出願人】（５０６２４６６６７）テックデータ アクチェンゲゼルシャフト (5)
【Ｆターム（参考）】
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