KR0134949B1

KR0134949B1 - 압축가스에 의해서 물체를 이동시키는 방법

Info

Publication number: KR0134949B1
Application number: KR1019920019723A
Authority: KR
Inventors: 아키라 타쿠치
Original assignee: 모리 유끼치꼬; 모리-구미 컴패니 리미티드; 아키라 타쿠치
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 1998-04-25
Also published as: EP0541278B1; DE69226329D1; EP0541278A1; US5445500A; TW300213B; US5520518A; JPH06239455A; JP2880338B2; ATE168661T1; DE69226329T2; KR930007782A

Abstract

물체를 전송시키고 압축공기를 이용하여서 보충시키는 방법에 있어서, 압축장치(CI과 C2)와 압력 탱크(A, B, C 및 D)로 구성되는 밀폐된 형태의 2개의 사이클 시스템은 물체를 연속적으로 다음 위치로 전송시키는 제1사이클 시스템과 압력차를 이용하여서 연속적으로 이런 사이클 시스템으로 공급하는 제2사이클 시스템으로 설정된다.

Description

압축가스에 의해서 물체를 이동시키는 방법

제1도는 본 발명에 따른 제1이동방법의 실시예를 도시한 도면.

제2도는 본 발명에 따른 제2이동방법의 실시예를 도시한 도면.

제3도는 본 발명에 따른 제3이동방법의 실시예를 도시한 도면.

제4도는 본 발명에 따른 제4이동방법의 실시예를 도시한 도면.

제5도는 본 발명에 따른 제5이동방법의 실시예를 도시한 도면.

제6도는 작동 방법을 보여주는 실시예의 도면.

제7도는 다른 압축작동 방법을 보여주는 도면.

제8도는 본 발명에 따른 고층건물용 급수장치를 도시한 도면.

본 발명은 압축가스에 의해서 물체를 이동시키는 방법에 관한 것이며, 보다 상세히 설명하면 반복적이고 연속적으로 전달매체로서 압축가스를 이용한 압력에 의해서 여러가지 물체를 광범위한 지역으로 효과적으로 이동시키는 방법에 관한 것이다. 압축가스의 비중이 공기 등과 동일한 경우에, 지면으로부터 1,000m 이내의 대기중에서 중력은 무시될 수 있으며, 공기압력은 340m/sec의 속도로 이동하면서 파동운동을 한다. 따라서, 이와같은 자연스런 조건이 물체를 이동시키는 작동력으로 이용될 수 있다.

종래에도, 펌프가 압력에 의해서 액체상태의 물체를 이동시키는데 사용되었지만, 용도가 제한된 것이며 비용이 고가이고 이동가능한 거리가 짧다. 특히, 점성이 크거나 고체상태의 물질을 포함하고 있는 액체의 경우에는, 펌프의 구조상 점성물질이나 고상물질이 장치의 내부로 유입되기 때문에 기계적 내구성이 감소되어서, 고장이나 마모 등으로 인한 부품의 수선 및 교체가 빈번하게 발생하고, 많은 펌프들이 그 특정한 목적에 따라 사용되고 있다. 따라서,종래의 펌프는 압력에 의해서 높은 곳으로 또는 멀리 떨어진곳으로 물체를 이동시키기에는 불충분하다. 또한, 물체를 이동시키는데 사용되는 에너지로서의 작동력은 유지될 수가 없다. 물체의 이동이 완성되자마자, 에너지는 분산되어 버린다. 또다른 이동을 계속하기 위해서는 새로운 작동력을 공급해야 한다. 따라서, 기존의 펌프장치에 의한 압력으로 물체를 이동시키는데 상기 펌프를 사용하는 한, 반복적이고 연속적으로 작동력이 유지될 수 없다. 더욱이, 겨울철에는 비용상의 문제 등으로 인해 펌프 및 관로에 대한 냉동방지수단이 제공되지 못하는 실정이다.

이러한 점을 감안하여, 본원 발명자는 국제 특허출원 공개공보 제90/03322호에서 대기압 작동방법, 자연압 작동방법, 가압 작동방법, 교번가압 작동방법 및 연속 가압 작동방법을 포함한 물체의 이동방법을 공개한바 있다.

대기압 작동방법은 대기압하의 공기가 압축되어서 물체를 이동시키는 작동력으로 사용되는 방법이다. 예를 들면, 물로 채워져 있는 1㎥의 압력탱크가 지상에 놓여진다. 1㎥의 빈 압력탱크가 제1탱크보다 약 100m 높은 위치에 설치되며, 관로와 연결된다. 압축기가 대기로부터 유입된 공기를 압축시켜서 약 10atm 이상의 계기압력으로 압축공기를 연속적으로 공급할 때, 제1탱크내의 물은 점차 제2탱크로 유동하게 된다. 그결과, 제1탱크는 약 10atm 이상의 계기압에서 1㎥의 압축공기로 채워지며, 제2탱크는 1㎥의 물로 채워진다. 이러한 순간을 전기적으로 감지함으로써, 제1탱크의 하부에 설치한 밸브가 폐쇄되어서, 가득찬 압축공기가 분산되지 않고 보유될 수 있다. 즉, 대기압 작동방법에서는 전달매체로 사용되는 공기에 의해서 물이 제1탱크로부터 100m의 높은 위치로 상승되어서, 물체를 이동시키는 작동력은 물체가 이동되기 시작하는 위치인 제1탱크에서 물체의 이동을 위해 대체물로 변환되어 보유되는 것이다.

자연압 작동방법은, 압력탱크내에 보유된 작동력으로서 사용되는 압축공기가 그 자체로서 작동되는, 즉 일반적인 기계들을 작동시키는데 필요한 작동력과 같은 다른 에너지를 소모시키지 않고서 압력탱크 밸브의 개폐에 의해서만 작동되는 방법으로 정의된다. 예를 들어서, 대기압 작동방법에 따라서 제1탱크 내에 보유된 10atm 이상의 계기압력을 가지는 1㎥의 압축공기가 지상으로부터 100m 높이에 위치되어 1㎥의 물로 채워진 제2탱크로 보내졌을때, 제2탱크 내에 있는 1㎥의 물은 자연압 작동방법에 따라서 45m 높이의 제3탱크까지 상승될 수가 있다. 이 경우에, 제1 및 제2탱크는 각각 제1이동과정이 완료된 후에 4.5atm의 계기압력을 가지는 압축공기를 보유하게 된다. 자연압 작동방법에 따라서, 4.5atm의 계기압력을 가지는 2㎥의 압축공기가 제3탱크로 이동하게 되며, 제3탱크 내에 있는 1㎥의 물은 이보다 26.6m 윗쪽에 있는 1㎥의 용량을 갖춘 제4탱크로 이동하게 된다. 따라서, 연속적인 자연압 작동방법에 있어서 1㎥의 탱크를 사용하는 상기 방법으로 얻을 수 있는 전체 이동높이는 122.19m이다. 정확한 계산에 따르면, 자연압 작동방법에 의해서 1㎥의 물을 164m의 높이까지 이동시킬수 있다. 즉 대기압 작동방법으로 1㎥의 물을 100m의 높이까지 이동시키는데 필요한 압축공기의 작동력은 자연압 작동방법으로 물을 164m의 높이까지 이동시킬 수 있는 작동력과 같다는 것이 증명된다.

가압 작동방법은, 압축기에 의해서 압축공기를 유입시켜 압축시켜 물체를 이동시키는데 사용하는 방법이다. 대기압 작동방법이 수행된 후에 에너지원으로서 보유된 압축공기가 압축기에 의해서 유입되어 압축되는 작동방법 및 수용 탱크내에 보유된 압축공기를 이용하는 작동방법은 모두가 가압 작동방법이라 할 수 있다.

예를 들면, 대기압 작동방법에 따라서 지상에 설치된 제1탱크 내의 1㎥의 물이 지상으로부터 100m 윗쪽에 설치된 제2탱크까지 상승된 상태에서, 제1탱크 내에 보유된 10atm 보다 조금 높은 계기압력의 압축공기가 압축기에 의해서 유입되고 압축되어 제2탱크의 100m 윗쪽에 설치된 제3탱크까지 상승하게 된다. 제2탱크의 물이 이 제2탱크 내부에 남아있는 소량의 물을 제외하고는 거의 모두가 제3탱크로 상승된 단계에서, 제1탱크의 압력은 0계기압, 즉 대기압 수준까지 강하한다. 이론적으로는, 제1탱크 내부의 압력이 음의 압력으로부터 진공으로 될때까지 압축기를 작동시킴으로써, 제1탱크 내의 공기는 제2탱크로 밀려져서 이동하게 된다. 이렇게 함으로써, 제2탱크 내의 남아 있는 물은 모두가 제3탱크 안으로 밀려져서 상승하게 된다. 그러나, 압축기가 음의 압력으로 작동되는 경우에는 그 효율이 대단히 낮다. 그 대신에, 제1탱크 내부의 압력이 0계기압 또는 대기압으로 강하하는 순간을 전자적으로 감지함으로써, 대기압 작동방법에서는 제2탱크 내에 남아있는 소량의 물이 제3탱크까지 이동하게 된다. 즉, 이러한 경우에는 가압 작동방법과 대기압 작동방법이 모두 사용되는 것이다. 또 다른 방법으로, 제1탱크내의 압력이 대기압까지 강하하는 순간을 전자적으로 감지함으로써,제1탱크의 하부에 제공된 밸브가 개방된다. 이 밸브를 통해 보급 물이 제1탱크 안으로 유동하여서 준비되는 동시에 대기압 작동방법을 수행할 수가 있다. 즉, 가압 작동방법에서는 수용기 탱크내에 보유되어 있는 압축공기를 이용하여 물을 이동시킬 수 있는 것이다.

교번 가압 작동방법은, 다수의 탱크들 사이에 압축공기와 물체를 교대로 바꾸어 놓으므로써, 물체가 가압 작동방법으로 연속적으로 다음 단계의 탱크로 이동되는 방법이다.

예를 들면, 2개의 탱크가 평행하게 설치된다. 제1탱크는 압축공기로 채워지고, 제1탱크와 동일한 용량을 갖춘 제2탱크는 물로 채워져 있다. 먼저, 제1탱크 내의 압축공기가 압축기에 의해서 제2탱크 내의 물에 대해서 작용하게 된다. 그리고나서, 제2탱크 내의 물이 다음 단계로 보내진다. 이동이 완료되면, 동시에 제1탱크가 물로 채워진다. 다음으로, 제2탱크 내의 압축공기가 제1탱크의 물에 대해서 작용하게 된다. 따라서, 제1탱크 및 제2탱크에서 가압 작동 방법으로 물체를 교대로 이동시킴으로써, 다음 단계로의 연속적인 이동이 이루어지게 된다. 또한, 수용기 탱크내에 제공된 압축공기를 이용함으로써 전체이동 과정이 가압 작동 방법으로 이루어질 수도 있다. 만약 다수의 탱크가 각각의 단계에서 병렬로 설치되어 교번 가압 작동 방법이 수행되면, 연속 가압 작동방법은 보다 많은 단계에서 이용할 수 있다.

압축가스에 의해서 물체를 이동시키는 방법중, 가압 작동 방법과 그 실제적인 유형인 교번 가압 작동 방법 및 연속 가압 작동 방법은, 이동작용에 사용되는 에너지가 펌프와 같은 기계적인 이동방법에 비해서 보다 많이 반복적이고 연속적인 이동에 이용될수 있으며 동시에 유지될 수 있다는 점에서 우수다. 그러나, 물체의 전체량을 이동시킬때 가압 작동 방법을 수행한 후에 대기압 작동 방법 하거나, 또는 나머지 물체를 적은 음(negative) 압력으로 유동시키거나, 또는 작동전에 수용기 탱크내에 보유된 압축공기를 사용하는 가압 작동 방법을 수행하여야 한다. 상기의 방법들이 수행되지 않는다면, 탱크의 압력이 0압력에서 진공압력이 될 때까지 압축기에 의해서 공기를 유입시킬 필요가 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 작동력으로 압축공기가 유입되는 완전한 밀폐식 2개의 싸이클로 구성되는 이동방법을 제공하는 것으로서, 상기 2개의 싸이클 중 제1사이클은 물체의 연속적인 이동을 수행하는 교번 가압 작동 방법으로 이루어지고, 상기 2개의 싸이클중 제2싸이클은 이동물체를 보급하는 것으로 이루어진다. 또한, 보급에 대해서도 연속적인 보급방법을 제공하기 위해서, 물체는 외부로부터 이동 매체인 압축공기의 압력차를 이용하여 밀폐 싸이클 안으로 연속적으로 유입되어서, 연속적인 이동방법의 효율을 높게 한다.

이러한 목적을 이루기 위해서, 본 발명에 따라 압축장치 및 다수의 압력탱크를 포함하는 2개의 밀폐식 싸이클이 제공된다. 제1싸이클에서는, 물체와 압축 공기를 교대로 바꾸어 위치시키므로 물체가 다음의 장소로 연속적으로 이동되며, 동시에 제2싸이클에서는 압력차를 이용하여서 물체를 연속적으로 이동시키고 이때 이송된 물체를 제1싸이클로 연속적으로 공급한다. 즉 제1싸이클은 압축장치를 이용해서 액체인 물체와 압축공기를 교대로 치환하면서 액체인 물질과 압착공기의 일부를 연속적으로 목적지점으로 이동시킴과 동시에 압력차를 이용해서 이동위치로 액체인 물질을 공급하는 것으로 구성되고, 제2싸이클은 목적지점에 설치한 압력탱크내의 기체를 제2의 압축장치로 흡입하여 이동위치의 액체에 작용력을 부여하는 것으로 구성된다.

또한, 물체와 함께 이동장소로 전달되는 압축공기를 연속적이고 반복적으로 작동력으로 이용하기 위해 이동기점에 재순환시키기 위해서는 하기의 방법을 실시한다. 즉, 액체인 물체와 압축공기가 압축장치에 의해서 교대로 이동되며 연속적으로 이동될 장소의 압력탱크로 이동되는 동시에, 물체는 압력탱크의 하부로부터 외부로 방출되고 압축공기는 탱크의 상부로부터 유입되어서, 원래의 이동기점 상태로 복귀하게 된다. 그리고 나서, 압축공기가 다음 단계의 이동을 위해 액체와 번갈아서 대체된다.

또한, 이동되어 있는 물체를 높은 장소나 멀리 떨어진 장소로 다시 이동시키기 위해서 다음과 같은 방법을 사용한다. 즉, 압력차를 이용하여서 이동되는 물체를 수용하는 대기압의 가스로 채워진 제1탱크와, 압축장치에 의해서 제1탱크내의 가스를 유입시킴으로써 제1탱크로부터 공급되는 물체를 수용하는 제2탱크와, 그리고 압축장치에 의해서 제2탱크 안으로 유입되는 압축가스로 채워진 제3탱크로 구성되는 시스템을 제공하고 이러한 시스템에서 실시되는 방법이 또한 제공된다. 따라서,이러한 방법에서는 대기압의 공기는 물체로 대체되고, 물체는 압축 공기로 대체되며, 압축공기는 대기압의 공기로 대체된다. 이와 같이 연속적으로 대체시키므로서 이송된 물체는 다음 단계로 보다 용이하게 이동된다.

이러한 각각의 방법을 사용함으로써, 압축가스에 의해서 물체를 이동시키는 방법은 보다 실질적이며, 상기 물체는 연속적이며 효율적으로 이동될 수 있다. 또한, 물체는 연속적으로 보급되기 때문에, 물체의 연속적인 이동 방법의 효율은 크게 증가된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

일정 체적의 물을 이동시키는 방법은 계측기 및 센서를 사용하여 공기압력과 물의 체적을 연속적으로 제어함으로써 다음과 같이 설명된다. 이해를 돕기 위해서, 액체의 비중은 1.0으로 하였다. 압축가스로는 공기를 사용하였다.

[제1방법]

교번 가압 작동방법으로 이동을 수행한다. 물체의 연속적인 이동을 위해서 물체의 보급은 자연압 작동방법 또는 가압 작동방법을 병행하여 행하는 방법에 의하여 수행된다. 이제, 제1도를 참조하여 제1방법을 설명한다.

압력탱크(A 및 B)를 사용하여, 교번 가압 작동방법이 설정된 게이지 압력의 압축가스로 수행된다. 교번 가압 작동방법을 연속적으로 높은 효율 및 강도로 수행하기 위해서, 보조의 물체가 특별히 준비된 압력탱크(C 및 D)를 통해서 이동된다. 물체는 탱크(C)로부터 탱크(A 및 B) 안으로 교대로 밀려진다. 물체의 보급을 위해서, 자연압 작동방법이 탱크(C 및 D) 사이의 일정압력의 공기에 의해서 수행된다. 필요하다면, 가압 작동방법이 함께 사용된다. 가압 작동방법이나 자연압 작동방법을 함께 사용하여 물체를 보급하는 교번 가압 방법은 탱크(A와 B) 사이의 강도를 제공하며, 그 외에도 효율적인 이동을 제공한다.

(준비단계)

탱크(A와 B)사이로 교번 가압 자동방법에 의해서 물체(비중 1.0의 액체)가 계기압 11.0atm의 압축공기에 의해 지상으로부터 100m의 높이까지 또는 지상에서 수평으로 5,000m인 지점까지 연속적으로 이동된다. 연속적으로 그리고 효율적으로 물체를 이동시키기 위하여, 자연압 작동방법에 의해서 계기압 8.33- 2.5atm의 물체를, 필요한 경우에는 가압 작동방법을 함께 사용하여서 보충시킨다. 제1도에서, 탱크(A 및 B)의 용량은 각각 1,100ℓ이다. 단위 물체의 이동은 1,000ℓ이며, 따라서 액체 전체가 각각의 탱크 안으로 이동될때에도 탱크(A 및 B)내에는 각각 100ℓ의 공간이 남겨지게 된다. 탱크(D)의 용량은 500ℓ이다.

탱크(B)는 1,000ℓ의 물로 채워져 있으며, 100ℓ의 공간이 남겨져 있는 상공에서 계기압 2.0atm의 압축공기가 저장되어 있다. 1,100ℓ용량의 탱크(A) 안에는 계기압 11.0atm의 압축공기가 채워져 있다.

탱크(A 및 B)가 일체의 구조이고 PV가 일정하다면, PV=13,500이며 이 값은 다음과 같이 일정하다.

(탱크 A) : PV = (1+11) × 1,100 (1=대기압)

(탱크 B) : PV = (1+2) × 100 (1=대기압)

(탱크 A) +(탱크 B) =13,500

탱크(C 및 D)는 모두 계기압 2.5atm의 압축공기로 채워져 있다. 탱크(C 및 D)가 일체의 구조이고, PV=5,600이면, 이 값은 다음과 같이 일정하다.

(탱크 C) : PV = (1+2.5) × 1,100

(탱크 D) : PV = (1+2.5) × 500

(탱크 C) + (탱크 D) = 5,600

각각의 탱크(A, B 및 C)가 상부에서 100ℓ의 공간을 예비하고 있는 이유는, 1㎥의 10%의 공차를 제공함으로써 완전한 제어를 이룰 수 있기 때문이다. 보다 정밀하게 제어가 수행된다면, 이러한 공간은 감소될 수 있으며, 물체의 전달효율은 보다 증대될 것이다. 모든 밸브는 전기식 밸브가 사용되어야 한다.

(제1단계)

제1단계에서는, 압축기(C1)에 의해 탱크(A와 B) 사이에 교번 가압이 가해지는 동시에, 압축기(C2)는 탱크(C) 내의 공기에 작동하여서 탱크(D) 안으로 이동시킨다. 예를 들면 337.5ℓ의 일정액체가 이동장소로 이동되는데, 이 과정에서 탱크(C) 내의 압력으로 강화되며, 이에 따라서 1,000ℓ의 보급액체가 탱크(C) 내에 제1단계가 완료된다.

여기서, 탱크(A와 B) 사이에 수행되는 교번 가압 작동방법을 설명한다.

탱크(B)의 밸브(1)와 밸브(2)는 개방되어 있다. 압축기(C1)가 탱크(A) 내의 계기압 11.0atm의 압축공기에 작동하여서, 탱크(B) 안으로 이 공기를 밀어준다. 그리고 나서, 탱크(B)의 밸브(3)가 작동되고 1,000ℓ의 액체가 이동장소로 이동된다.

탱크(B) 내의 액체가 이동장소로 이동됨에 따라서, 액체의 높이는 점점 내려가게 되어서, 탱크(B)의 상부 공간은 100ℓ 이상이 된다. 상부 공간의 압력은 처음에는 계기압으로 2.0atm이며, 11.0atm까지 점차 상승하게 되면서 가압 작동방법이 계속된다. 반면에, 탱크(A) 내의 계기압 11.0atm의 압축공기는 탱크(A) 내의 액체가 탱크(B) 안으로 이동함에 따라서 점차 내려가게 된다. 탱크(B)내의 액체가 1,000ℓ의 초기 체적에서 337.5ℓ만큼 이동되는 순간을 탱크(B)의 레벨스위치(4)에 의해서 감지하거나, 탱크(A)의 압력게이지가 6.5atm을 지시하는 순간을 제어수단에 의해서 감지함으로써, 제1단계는 완료된다.

탱크(A) + 탱크(B)의 PV값은,

(1+6.5) × 1100 + (1+11) × (100+337.5) = 13,500이다.

탱크(A와 B) 사이의 가압 작동에 따르면, 탱크(B) 내의 1000ℓ의 액체 중 337.5ℓ가 이동장소로 이동된다. 탱크(A) 내의 압력이 6.5atm으로 강하하는 순간, 즉 제 1단계가 완료되는 순간 이전에, 다음의 과정, 즉 1000ℓ의 보급 액체가 탱크(C) 안으로 채워지게 된다. 이를 위해서, 탱크(C)의 공기를 탱크(D)로 이동시키는 제1작동이 탱크(A와 B) 사이의 교번 가압 작동과 동시에 수행된다. 보다 상세히 설명하면,탱크(A와 B) 사이의 가압 작동이 압축기(C1)에 의해서 수행되는 동시에 탱크(C)의 밸브(5)와 탱크(D)의 밸브(6)가 개방된다. 그리고 나서, 압축기(C2)가 작동하여서, 탱크(C)내의 2.5atm의 압축공기가 탱크(D) 안으로 밀려지게 된다. 탱크(C)의 압력은 급속히 강하한다. 압력밸브(7)에 의해서 외부로부터 유입되는 보충액체의 압력이 탱크(C) 내의 압력을 초과할 때, 압력밸브(7)는 내려지게 되고 보충액체가 탱크(C) 안으로 유입하게 된다.

압축기(C2)가 계속해서 탱크(C)안으로 공기를 유입시키는 동시에, 보급액체의 유입이 탱크(C) 내의 공기를 하부에서 상부로 밀어올린다. 따라서, 탱크(C) 내의 공기를 탱크(D) 안으로 밀어넣는 압축기(C2)의 작동은 매우 효과적이다.

레벨 스위치(8)에 의해서 탱크(C) 내의 보충액이 1000ℓ가 되는 순간이 감지되면, 압축(C2)가 작동을 중단한다. 밸브(5)와 밸브(6)가 폐쇄되는 동시에 탱크(C)의 밸브(9) 및 탱크(D)의 밸브(10)가 개방된다. 그리고 나서, 탱크(D) 내의 고압 공기가 급속히 탱크(C)의 상부공간으로 유입된다. 밸브(7)가 윗쪽으로 밀림과 동시에, 보급액체의 유입은 방지된다. 그 결과, 탱크(C)와 탱크(D)의 100ℓ의 상부 공간은 모두 8.33atm의 압축공기로 채워진다. 제어가 필요한 경우에 탱크(C) 및 탱크(D)의 압력이 이 순간을 감지할 수 있다.

탱크(C) + 탱크(D)의 PV값은,

PV = 5,600(일정),

(1+Pcdx) × 100 + (1+Pcdx) X 500 = 5,600

Pcdx = 8,33atm (계기압)이다.

(제 2단계)

1,000ℓ의 보급액체가 이미 탱크(C) 내에 제공되었고, 그 상부공간은 8,33atm의 압력을 가진다. 가압 작동에 의해서 탱크(B) 내에 있는 337.5ℓ의 액체가 이동장소로 이동되며, 탱크(A) 내에는 11.0atm의 초기 압력이 가압 작동에 의해서 6.5atm으로 강하한다. 이 순간을 감지함으로써, 탱크(A)의 하부에 있는 밸브(11)가 개방된다. 탱크(C)내의 보충액체가 탱크(A)의 하부를 통해서 8.33atm의 압축공기로 탱크(A)의 내부로 강력하게 유입되는데, 이는 탱크(C 및 D) 내에 500ℓ만큼 예비되어 있는 액체중 상부공간의 100ℓ이다.

물론, 탱크(B) 내의 액체를 이동 장소로 이동시키데는 탱크(A와 B) 사이의 교번 가압 작동만으로 가능하다. 이 이동속도를 가속화하기 위해서, 보급액체가 작동하여 탱크(A) 내의 압축공기에 대해서 탱크(A)의 하부에 있는 밸브(11)를 통해 8.33atm으로 상승시키는데, 이는 곧 6.5atm 이하로 감소하게 된다.

보급액체를 탱크(A)로 밀어넣기 위한 탱크(C와 D) 사이의 자연압 작동을 설명한다. 탱크(C) 내의 1000ℓ의 보충액체가 밸브(11)를 통해 탱크(A) 안으로 유입됨에 따라서, 탱크(C 및 D) 내의 8.33atm의 초기압력은 감소한다. 보충액체 1000ℓ가 모두 유입되고 탱크가 비워지는 순간에, 탱크(C 및 D)의 압력은 2.5atm으로 강하한다. 이 순간은 탱크(C)의 레벨 스위치(12) 및 탱크(A)의 레벨 스위치(13)에 의해 감지될 수 있다. 탱크(C 및 D)의 압력게이지에 의해서도 이 순간을 감지할 수 있다. 이 순간을 감지함으로써, 탱크(A)의 밸브(11)가 폐쇄된다, 탱크(C 및 D)에 대한 압력변화는 다음과 같다.

탱크(C) + 탱크(D)의 초기 PV 값은,

PV = 5,600 (일정),

(1+Pcdx) × 100 + (1+Pcdx) × 500 = 5,600,

Pcdx = 8.33atm (계기압)이고,

탱크(C) + 탱크(D) 의 최종 PV 값은

PV = 5,600 (일정)

(1+Pcdy) × 1,100 + (1+Pcdy) × 500 = 5,600

Pcdy = 2.5atm (계기압)이다.

따라서, 탱크(C와 D) 사이의 자연압 작동에 의해서 1000ℓ의 보급액체는 초기 압력 8.33atm에서 최종 압력 2.5atm으로 탱크(A) 안으로 유입된다.

반면에, 탱크(A와 B) 사이의 교번 가압 작동은 탱크(C와 D) 사이의 자연압 작동에 비해서 그 효율이 우수하여, 탱크(B) 내에 남아 있는 662.5ℓ의 액체가 가속에 의해서 이동장소로 밀려지게 된다. 탱크(B)의 레벨 스위치는 이 순간을 감지하여, 탱크(B)의 밸브(3)는 폐쇄된다. 가압 작동에 의해서 11,0atm이 이미 이루어져 있기 때문에, 탱크(B) 내의 압력이 11.0atm 임은 말할 필요도 없다.

탱크(A)는 1000ℓ의 보충액체로 그 상부가 채워지며, 100ℓ의 공간은 2.0atm의 압력으로 유지된다. 탱크(A 및 B)의 PV 값은 다음과 같다.

PV = 13,500(일정),

(1+Pcdz) × 100 + (1+11) × 1,100 = 13,500

Pcdz = 2.0atm(계기압)이다.

따라서, 제2단계에서 탱크(C와 D) 사이의 자연압 작동은 탱크(A와 B) 사이의 교번 가압 작동에 의해 도움을 받아서, 처음의(8.33-6.5) = 1.83atm에서 최종적으로 (2.5-2.0) = 0.5atm의 압력으로 된다.

계속해서, 탱크(A)는 1000ℓ의 액체로 채워지고, 그 상부공간 100ℓ는 2.0atm의 압축공기로 채워진다. 또한, 탱크(B)는 11.0atm의 압축공기로 채워진다. 탱크(C 및 D)는 2.5atm의 압축공기로 채워진다. 이는, 초기 단계에서의 탱크(A 및 B) 내의 내용물이 서로 완전하게 교체되었음을 말해준다. 탱크(A 및 B)는 이와 같은 교환단계가 완료되었을때 가압 작동을 수행하는 관로를 갖추고 있다. 밸브 및 레벨 스위치도 갖추고 있다. 따라서 이러한 과정을 반복함으로써, 탱크(A와 B) 사이의 교번 가압 작동이 수행되는 동시에, 보급액체가 탱크(C와 D) 사이의 자연압 작동에 의해서 이동된다. 따라서, 연속적인 작동이 효율적으로 수행될 수 있다.

이러한 경우에, 탱크(C와 D) 사이의 가압 작동이 수행될 수도 있다.

이 작동은 제1단계에서도 마찬가지이다. 그러나 제2단계에서는, 탱크(C)의 밸브(9)와 탱크(D)의 밸브(10)를 연결하는 관로가 너무 길고 탱크(A와 B) 사이의 가압 작동을 보조하도록 배열된 압축기(C2)가 없어도 자연압 작동이 완전하게 수행될 수 있다면, 가압 작동을 사용할 필요는 없다. 따라서, 가압작동은 이동되는 액체의 종류 및 특성 그리고 보다 효율적인 측면에 따라서 채택되는 것이다.

탱크(C와 D) 사이의 가압 작동이 사용되는 경우에 관로는 제1도의 점선으로 도시된 바와 같다. 밸브(10)는 탱크(C와 D) 사이의 자연압 작동을 수행하는 도중에 폐쇄된다. 탱크(D)내의 압축공기가, 압축기(C2)를 통해서 개방된 밸브(6)로부터 탱크(C)의 밸브(9)까지 강력하게 탱크(C) 안으로 유입된다. 탱크(D) 내의 압력은 반비례하여 보다 더 강하하여서, 탱크(C) 내의 압력은 상승하며, 탱크(A와 B) 사이의 가압 작동이 가속화 된다. 탱크(D)의 음의 압력으로의 작동이 효율을 감소시키므로, 탱크(D)의 압력은 대기압 수준으로 강하하도록 제어된다. 탱크(C와 D) 사이의 자연압 작동의 경우에, 탱크(A와 B) 사이의 교번 가압 작동에 의한 초기압력 1.83은 최종 압력 0.5atm으로 된다.

반면에 탱크(C와 D) 사이의 가압 작동의 경우에, 탱크(A와 B) 사이의 교번압 작동에 의한 초기압력은 탱크(C와 D) 사이의 자연압 작동과 마찬가지로 1.83atm이지만, 최종 압력은 (3.64-2.0) = 1.64atm 만큼 더 상승한다. 그 결과, 가압 작동은 교번 가압 작동을 거의 2.0atm 만큼 지지할 수가 있다. 탱크(C) + 탱크(D)의 최종 PV값은 다음과 같다.

PV = 5,600 (일정),

(1+Pcz) × 1,100 + (1+0) × 500 = 5,600,

탱크(C)의 압력 Pcz = 3.64atm 이다.

[제 2방법]

제2방법은 탱크(A와 B) 사이의 교번 가압 작동에 수용기 탱크(G)가 작용한다. 이제, 제2방법을 제2도를 참조하여 설명한다.

제1방법에서 사용된 압축기는 부스터 압축기이며, 이는 대기 뿐만 아니라 압축공기를 공급한다. 부스터 압축기의 유입압력 및 방출압력은 제1방법에서는 11.0 atm 으로 제어되었다. 그러나, 실제에 있어서 부스터 압축기의 방출 압력은 최대로 10.0atm 이며, 유입압력은 방출압력 보다 낮다. 예를 들면, 통상적으로 부스터 압축기의 유입압력은 6.0atm(계기압)이다. 제2방법에서는, 부스터 압축기(C1)가 최대 유입압력 6.0atm 을 가지며 방출압력은 최대로 10.0atm 이다.

(준비 단계)

600ℓ의 탱크(A)는 10 : 0atm의 압축공기로 채워진다. 탱크(A)와 동일한 용량의 탱크(B)는 550ℓ의 액체로 채워져 있고, 그 상부에는 1.0atm 의 공기가 제공되어 있다. 600ℓ의 수용기 탱크(G)는 1.0atm 의 공기로 채워져있다. 이들 탱크(A, B 및 G)는 일체의 구조이며, PV값은 7,900 으로 일정하다.

탱크(A) PV = (1 + 10) × 600

탱크(B) PV = (1 + 1) × 50

탱크(G) PV + (1 + 1)× 600

탱크(A) + 탱크(B) + 탱크(G) = 7,900 이다.

600ℓ의 탱크(C)와 400ℓ의 탱크(D)에서는 이들 탱크(C 및 D)가 2.5atm 의 압축공기로 채워진 경우에, PV 값은 3,500으로 일정하다.

탱크(C) PV = (1 + 2.5) × 600

탱크(D) PV = (1 + 2.5) × 400

탱크(C) + 탱크(D) = 3,500

(제1단계)

제1단계에서, 탱크(A)의 밸브(15) 및 탱크(G)의 밸브(16)는 개방되어 있어서, 탱크(A)와 탱크(G)는 서로 연결되어 있다. 또한, 탱크(G)의 밸브(17)와 탱크(B)의 밸브(2)도 개방되어 있다. 압축기(C1)에 의해서, 탱크(B)내의 압축공기가 이동을 위하여 탱크(B) 내의 50ℓ의 상부공간에 작용하는 동시에, 압축기(C2)도 작동하여서 탱크(C)내의 2.5atm의 압축공기가 탱크(D) 안으로 이동한다. 먼저, 탱크(A 와 B) 사이의 교번 가압 작동을 설명한다.

압축기(C1)는 탱크(G)내의 1.0atm의 공기를 가압시킨다. 탱크(A) 내의 1.0atm의 압축공기가 탱크(G)안으로 유동하여서, 탱크(G) 내의 압력은 5.5atm 이하로 상승한다. 반면에, 탱크(A)의 압력은 급격히 강하한다. 계기압이 5.5atm 되면, 탱크(A와 G) 연결하는 밸브(15 및 16)는 폐쇄한다.탱크(A)의 밸브가 개방되고, 5.5atm 이하의 탱크(A 및 G) 내의 압축공기가 가압 작동에 의해서 탱크(B)로 이동된다. 탱크(B)의 상부에 있는 1.0atm의 압축공기의 압력이 급격히 상승하게 된다. 압력이 9.0atm을 초과하면, 탱크(B)의 밸브(3)가 개방되고, 550ℓ의 액체가 10.0atm의 압력하에 이동 장소로 이동된다. 제2방법에서는, 보급액체를 나타내는 337.5ℓ의 유입량을 감지할 필요가 없다.

탱크(A와 B, 그리고 G) 사이의 교번 가압 작동이 수행되는 동시에, 보급액체가 공급되기 시작한다. 이제, 보급과정을 설명한다.

먼저, 탱크(C)의 밸브(5)와 탱크(D)의 밸브(6)가 개방된다. 압축(C2)가 작동하여서 탱크(C) 내의 2.5atm의 공기를 탱크(D)로 유입시킨다. 탱크(C)의 압력은 급속히 강하한다. 탱크(C)의 압력이 0.2atm이 되면, 탱크(C)의 밸브(7)가 개방되어 보급액체가 탱크(C) 안으로 유입된다. 레벨 스위치(8)가 탱크(C) 안으로 유입되는 보급액체의 량이 550ℓ인 것을 감지하는 순간에, 밸브(7)가 폐쇄되고 압축기(C2)의 작동은 중단된다. 그리고 나서, 밸브(5 와 6)는 폐쇄되고, 탱크(C)의 밸브(9)와 탱크(D)의 밸브가 개방된다. 탱크(D) 내의 고압 공기가 탱크(C)의 상부로 유입된다. 이 순간, 탱크(C)상부의 50ℓ와 탱크(D)는 모두 6.78 atm의 압축공기로 채워진다.

탱크(C) PV = (1 + Pcdx) × 50,

탱크(D) PV = (1 + Pcdx) × 400,

탱크(C) + 탱크(D) = 3,500,

Pcdx = 6.78 이다.

탱크(C)의 압력 게이지가 이 순간을 감지하면, 즉시 탱크(A)의 하부에 제공된 밸브(11)가 개방되어 보급액체가 탱크(A)의 하부를 통해서 유입된다.

탱크(A)와 탱크(G 및 B) 사이의 교번 가압 작동이 수행되는 경우에, 가압된 탱크(A)의 초기압력 및 탱크(G)로부터의 유입 압력은 모두 5.5atm이 된다.

따라서, 550ℓ의 보급액체가 탱크(C)로부터 6.78atm으로 유입되면, 탱크(A 및 G)의 압력은 모두 5.5atm 이하의 적절한 범위로 강하하게 된다. 그리고 나서, 보급액체가 탱크(A)와 탱크(G 및 B) 사이로 교번 가압 작동을 추진시킨다. 보급액체가 상승하여서 그 양이 550ℓ가 되는 순간, 레벨 스위치(14)가 이를 감지하고, 동시에 탱크(A)의 하부에 제공된 밸브(18)가 개방된다.

이 순간에, 탱크(A) 상부의 500ℓ용량의 공기압력 및 탱크(G)의 공기 압력은 모두 1.0atm이 된다. 따라서, 제1단계는 완료되고 제2단계가 시작된다. 제1단계가 완료되는 순간에, 예비단계에서의 탱크(A와 B)의 내용물은 서로 교환된다. 그 외의 다른 것은 모두 그대로이다.

(제2단계)

제2단계에서, 탱크(B)의 밸브(19)와 탱크(G)의 밸브(19)는 이들 탱크를 서로 연결하도록 개방되어 있다. 탱크(G)의 밸브(17)와 탱크(A)의 밸브(20)도 개방되어 있다. 압축기(C1)에 의해서, 탱크(G) 내의 압축공기가 탱크(A)내의 50ℓ의 상부에 작용한다. 교번 가압 작동이 수행되는 동시에, 압축기(C2)가 제1단계에서와 마찬가지로 작동한다. 탱크(C 와 D) 사이의 가압 작동도 사용될 수 있다.

(제3단계)

제3단계는 제1단계의 작동조건으로 복귀하는 작동단계이며, 연속적으로 이와 같은 과정들이 반복된다.

각각의 탱크 상부의 중간지점에 제공된 밸브는 유입밸브이고, 이는 예를 들면 블로우 바이등에 의해서 일정 압력이 강하했을때 사용되는 것임을 밝혀둔다.

[제3방법]

제3방법에서는, 물체의 이동과 보급이 모두 교번압 작동으로 수행된다. 이제, 제3도를 참조하여 제3방법을 설명한다.

교번 가압 작동에 의한 물체의 보급은 탱크(A와 B) 사이의 물체의 이동을 위해서 앞서 사용한 것과 동일한 방법으로 수행될 수 있다. 그러나, 여기서는 3개의 탱크(C, D 및 E)를 사용한 교번 가압 작동을 설명한다.

(준비 단계)

물체(비중 1.0의 액체)는 탱크(A와 B) 사이의 교번 가압 작동으로 1.0atm의 압축공기에 의해서 지상 100m의 높이에 있는 이동장소 또는 지상으로 평행하게 10,000m 떨어져 있는 이동 장소로 이동된다. 연속적으로 매끄럽고 효율적인 이동을 수행할 수 있도록, 탱크(C와 D 그리고 E) 사이의 교번 가압 작동으로 11.0atm 압력하에 물체의 보급이 이루어진다.

모든 탱크(A, B, C, D 및 E)는 각각 1,100ℓ의 용량을 가진다. 단위 이 동량은 1000ℓ이며, 각각의 탱크의 상부에는 100ℓ의 용량이 남아있다. 탱크(B)는 1000ℓ의 액체로 채워져 있다. 그 상부에는 2.0atm의 압축 공기가 남아있다. 1000ℓ의 탱크(A)는 11.0atm의 압축공기로 채워져 있다.

탱크(A) + 탱크(B)의 PV값은 13,500으로 일정하다.

탱크(C)는 1000ℓ의 액체로 채워져 있고, 그 상부는 대기압 즉, 0계기압으로 유지되는 공간이다. 탱크(D)는 대기압의 압축공기로 채어져 있고, 탱크(E)는 11.0atm 의 압축공기로 채워져 있다. 액체의 보급을 위해서,탱크(F)로부터 각각의 탱크(C, D 및 E)까지 관로가 배열되어 있다.

(제1단계)

제1단계에서는, 압축기(C1)에 의해서 탱크(A와 B) 사이의 교번 가압 작동이 수행되는 동시에, 압축기(C2)가 작동하여서 1000ℓ의 보급액체가 가압 작동에 의해 탱크(A)로 보급되며, 또한 탱크(F)로부터 탱크(D)로 보급액체가 공급된다.

먼저, 탱크(A와 B) 사이의 교번 가압 작동을 설명한다. 앞서 설명한 바와 같이, 탱크(A)의 밸브(1)와 탱크(B)의 밸브(2)가 개방된다. 압축기(C1)에 의해서 탱크(A)내의 11.0atm의 압축공기가 탱크(B) 안으로 유입된다. 탱크(B) 하부의 밸브(3)가 개방되어서, 1000ℓ의 액체가 가압 작동에 의해 이동장소로 이동된다. 각각의 탱크(A와 B)는 상한을 측정하는 레벨 스위치를 갖추고 있지만 하한을 측정하는 레벨 스위치는 없으며, 이동중에 레벨은 337.5ℓ이다. 즉, 337.5ℓ의 유입량은 감지되지 않으며, 제1단계는 총 1000ℓ의 량이 이동된다. 다음으로, 탱크(A와 B) 사이의 교번 가압 작동과 동시에 수행되는 탱크(C, D 그리고 E) 사이의 보급액체를 보급하는 방법을 설명한다.

탱크(A와 B) 사이의 교번 가압 작동이 시작되는 동시에, 탱크(D)의 밸브(21 및 22)와 탱크(C)의 밸브(23)는 개방되고, 압축기(C2)가 작동하기 시작한다. 탱크(F) 내의 보급액체가 자연 유동에 의해서 용이하게 유동한다.

그러나, 탱크(D)의 밸브(21)는 개방되어 있기 때문에, 탱크(D) 내의 대기압하의 압축공기가 압축기(C2)에 의해서 탱크(C) 내의 100ℓ의 상부 공간으로 유입되며, 대기압의 공기를 갖춘 상부의 작은 공간의 압력은 10.0atm으로 급격히 상승하게 된다. 이 순간을 감지하면, 탱크(D)의 밸브(21)는 폐쇄되고, 탱크(E)의 밸브(24)는 개방된다. 압축기(C2)는 탱크(E) 내의 11.0atm의 압축공기에 작동하여서 탱크(C)로 이동시키며, 동시에 탱크(C)의 하부에 제공된 밸브(25)가 개방되어서 가압 작동으로 보급액체를 탱크(A)로 이동시킨다.

일련의 과정을, 각각의 탱크에 의해서 설명한다. 먼저, 탱크(D)의 밸브(21)는 개방되어 있다. 압축기(C2)에 의해 탱크(D)내의 대기압의 공기가 탱크(C)의 상부로 유입된다. 탱크(D)의 압력은 음의 압력으로 되지만, 밸브(21)가 개방되는 순간에 탱크(D)의 하부에 있는 밸브(22)가 개방되기 때문에, 탱크(F) 내의 보급액체가 자연유동에 의해서 탱크(D)의 하부를 통해 유입되면서 공기를 윗쪽으로 밀어올린다. 그리고 나서, 상승된 공기가 압축기(C2)에 의해서 탱크(C)의 상부로 유입된다. 그 결과, 보급액체의 유입은 매우 급속히 이루어진다. 탱크(C와 E) 사이의 가압 작동이 수행되기 전에,1000ℓ의 보급액체가 탱크(D) 안으로 유입된다. 보급액체의 종류에 따라서, 예를들면 유입속도를 지연시키는 높은 점성물질인 경우에, 탱크(F)의 상부를 가압시킴으로써 유입속도를 높일 필요가 있다. 탱크(D) 내 대기압의 공기의 압력에 의해서 탱크(C)의 상부가 10.0atm에 도달한 것을 감지하면, 탱크(D)의 밸브(21)가 폐쇄된다. 블로우 바이가 전혀 발생치 않는다면, 이 순간에 1,000ℓ의 보급공기가 탱크(D) 안으로 유입되며, 탱크(D)의 상부 레벨이 이를 감지한다, 동시에, 탱크(D) 내의 100ℓ의 상부가 대기압으로 된다. 그러나, 탱크(D)의 압력 게이지가 상부에 블로우 바이등으로 인한 작은 부압이 있는 것을 감지한다면, 탱크(D)의 밸브(27)가 개방되어서 대기압을 제공한다. 압력게이지가 대기압을 감지하면 밸브(27)는 폐쇄된다. 이 순간에, 탱크(D)의 상태는 준비 단계에서 탱크(C)의 상태와 동일하다.

탱크(C)에 대해서 설명하면, 탱크(D) 내 대기압의 공기가 압축기(C2)에 의해서 밸브(23)로부터 탱크(C) 안으로 밀려오면,탱크(C)의 상부 공간의 압력은 급속히 상승하게 된다. 또한, 압력 게이지가 10.0atm을 감지하게 되면, 탱크(D)의 밸브(21)는 폐쇄되고, 탱크(E)의 밸브(24) 및 탱크(C)의 밸브(25)는 개방되어서, 탱크(E) 내의 11.0atm의 압축공기를 가압 작동에 의해 이동시킨다.

탱크(E)에 대하여 설명하면, 탱크(E)내의 11.0atm의 압축공기는 가압 작동으로 압축기(C2)에 의해서 탱크(E)의 밸브(24)로부터 탱크(C)의 밸브(23)로 이동되어서, 탱크(C) 내의 100ℓ의 액체에 작용한다. 상부 공간은 이미 10.0atm의 압력을 가지고 있고 밸브(25)가 개방되어 있기 때문에, 보급액체는 탱크(A) 내의 압력을 초과하는 계기압으로 탱크(A)의 하부를 통해서 탱크(A)로 유입된다. 이제, 탱크(A와 B) 사이의 교번 가압 작동에 대해서 살펴본다.

탱크(B) 내의 100ℓ의 상부공간은 처음에 2.0atm으로 압축된 상태이다. 그리고 나서, 탱크(A) 내의 11.0atm의 압축공기가 유입되고, 상부 공간의 압력은 즉시 11.0atm으로 상승하게 된다. 1000ℓ의 액체는 밸브(3)를 통해서 이동장소로 이동하게 된다. 이동되는 액체의 량에 비례하여, 탱크(A) 내부의 압력은 11.0atm에서 강하하게 되고, 가압 작동의 속도는 감소하는 공기 압력에 따라서 저하된다. 이를 방지하기 위해서, 탱크(A와 B) 사이의 가압 작동을 도와주도록 탱크(A)의 하부로부터 11.0atm이상의 보급액체가 유입된다. 이는, 다음과 같은 원리로 수행된다. 즉, 승객들로 가득찬 승용차(A와 B)가 최대 엔진 회전으로 경사지역을 오르는 반면에, 승객을 태우지 않은 승용차(C 및 D)는 최대 엔진 회전으로 앞서 설명한 승용차(A와 B)의 경우 보다 더 효율적으로 경사지역을 오를 수가 있다.

제1방법 및 제2방법에서의 탱크(C와 D)의 경우와 마찬가지로, 제3방법에서의 탱크(C, D 그리고 E)는 바람직하게 폐쇄 싸이클로 간수될 수 있다. 즉, 제1단계에서 탱크(D)는 대기압의 공기로 가득채워져 있고, 그리고나서 탱크(D)가 대기압의 압축공기로 계속 유지되며, 준비 단계에서의 탱크(C)의 상태로 된다, 따라서 폐쇄 싸이클내에서의 상태의 변환과 아무런 차이가 없다.

탱크(A)의 하한 레벨 스위치(12)가 탱크(C) 내에 전체 체적 1000ℓ이 탱크(A)로 보급된 것을 감지하면, 탱크(C)의 밸브(25)는 폐쇄된다. 이 때에, 탱크(C)는 11.0atm의 압축공기로 채워져 있으며, 탱크(E)의 압력은 대기압 수준으로 강하한다. 또한, 탱크(A) 내에는 1000ℓ의 액체가 채워져 있고, 그 상부에서는 100ℓ의 용적이 2.0atm의 압축공기에 의해서 압축화 된다. 이는, 준비단계에서의 탱크(A 와 B)의 내용물이 서로 교환되었음을 의미한다. 마찬가지로 탱크(C, D 또는 E)의 내용물도 교환되는데, 탱크(C)는 탱크(E)의 내용물로 교환되어서 11.0atm의 압축공기로 채워지고, 탱크(D)는 탱크(C)의 내용물로 교환되어서 상부의 100ℓ의 공간을 제외하면 1000ℓ의 액체로 채워지며, 탱크(E)는 탱크(D)의 내용물로 교환되어서 대기압의 공기로 채워진다.

제2단계는 이와 같이 내용물이 교환된 상태로 수행되는데, 그 과정은 제1단계와 동일하다. 제2단계가 완료되면, 탱크(A와 B) 사이의 작동은 제1단계로 복귀한다. 그러나, 탱크(C, D 및 E) 사이의 작동은 제3단계로 들어가는데, 이 때에 탱크(C)는 대기압의 공기로 채워지고, 탱크(D)는 11.0atm의 압축공기로 채워지며, 탱크(E)는 100ℓ의 상부공간을 제외하고는 1000ℓ의 액체로 채워지게 된다. 제3단계가 완료되면, 작동은 준비 단계로 복귀한다. 다음의 4단계는 제1단계와 마찬가지 방법으로 연속적으로 작동이 반복된다.

[제4방법]

이 방법에서는, 압력에 의해서 물체를 이동시키기 위하여 사용된 압축 가스가 사용되어 작동동력으로서 먼 거리를 유동할 수 있다. 압축가스는 제 4도에 설명된 두 위치를 연결시키는 파이프를 통해서 전송시키는 처음위치와 이동 장소의 사이를 순환한다.

대기압을 가압시킴으로써, 작동력으로 사용되는 압축가스가 얻어진다.

작동력으로 사용된 후 압축가스가 대기중으로 분산되는 것은 경제적이지 못하다. 공기압력은 초당 340m를 이동하는 파동운동이며, 그래서 작동동력의 효과는, 사용된 힘이 즉시 되돌아 온다면, 이동위치에서 처음 위치로 반복해서 계속적으로 사용하는 것을 더욱 진전시킬 수 있다. 이렇게 수행하기 위하여, 어떤 방식도 고려될 수 있다. 이러한 방법에서 원리는 액체인 물체가 탱크(C)에서 탱크(A)와 탱크(B)를 교번적으로 전송되는 것이다. 그리고 전송장치를 강력하게 하기 위해서 액체인 물체와 압축 공기는 이동위치로 교번적으로 전송된다.

탱크(A)와 탱크(B)의 용량은 1,100ℓ이다. 각각의 탱크에는, 상한레벨 스위치(28 및 29)와 하한레벨 스위치(30 및 31)가 장착된다. 액체 1000ℓ가 탱크내에 수용될 때, 부피는 상한에 이르며, 탱크의 상부에 100ℓ의 용량을 갖는 공간이 생기도록 한다. 상부공간은 대기압의 공기로 채워진다. 탱크(B)는 계기압이 11.0atm인 압축가스로 채워진다.

탱크(A)의 밸브(32와 33)와 탱크(B)의 밸브(34)가 개방된다. 탱크(B)에서 계기압이 11.0atm인 압축가스가 압축기(C1)에 의해서 밀어올려지며,탱크(A)의 1000ℓ의 액체는 밸브(33)를 통해서 5000m 거리의 이동위치까지 이동된다. 동시에, 압축기(C2)도 작동하기 시작하여서, 공기(대기압의 공기)가 끌어올려지며 밸브(35)를 통해서 탱크(A)로 유입된다. 탱크(A)의 액체가 탱크(D)로 송출됨에 따라서 탱크(B) 내부의 공기압은 떨어진다. 압력 게이지가 계기압 0.4atm인 때에, 밸브(36)는 개방되고 보급용 물이 탱크(C)에서 탱크(B)로 흘러 들어온다. 보급용 물이 상부경제에 다다를때 레벨 스위치(29)가 이를 감지하여서, 밸브(36)를 밀폐시킨다. 탱크(B)에서 상부공간의 공기압이 대기압에 이를때, 밸브(34)는 밀폐된다. 그후에 압축기(C1)는 계속해서 대기압의 공기를 끌어올리며, 이것을 탱크(A)에 밸브(32)를 통해서 탱크(A)로 보낸다. 탱크(D)에서의 공기압은 증가되고, 압축기(C2)는 탱크(D)의 내부가 대기압으로 유지되도록 압축 공기를 끌어올리고, 그래서 압축공기로서 끌어올려진 공기는 탱크(A)로 유입된다. 그래서, 고정된 부피의 압축공기가 탱크(A)를 통해서 파이프로 밀려지고 1000ℓ의 액체를 위로 밀어낸다. 압축공기 부피의 조절은 압축기의 작동시간을 유용하게 하도록 작동될 수 있다.

탱크(A)에서 탱크(D)로 고정된 부피의 압축공기를 위로 밀어내는 작동이 수행된 후, 밸브 (33)는 밀폐된다. 동시에, 탱크(A)의 밸브(32), 탱크(B)의 밸브 (34), 탱크(A)의 밸브(35)는 밀폐된다. 그리고나서, 탱크(A)의 밸브(37), 탱크(B)의 밸브(38 및 39)들은 개방되고, 압축기(C1 및 C2)가 작동하기 시작한다. 탱크(A)에 충전된 거의 계기압 11.0atm인 압축공기와 탱크(D)의 압축공기는 탱크(B)로 밀린다. 탱크(B)의 밸브(40)가 개방되고 탱크(B) 내의 액체는 위로 밀린다. 탱크(B)의 수위가 내려감에 따라서, 탱크(A)의 압력도 역시 내려간다. 탱크(A)에서의 압력이 0.4atm의 계기압에 다다를때, 탱크(A)에서의 압력 계기가 이를 감지하고 탱크(A)의 밸브(41)는 개방된다. 그래서 탱크(C)에 있는 보급용 액체가 탱크(A)로 흘러들어간다. 이 순간에 탱크(A)에 있는 레벨 스위치(28)는 수위의 상부경계를 감지하고, 밸브(41)는 밀폐된다. 탱크(A)의 상부공간을 채우는 100ℓ의 공기는 대기압으로 되고, 밸브(37)는 밀폐되며, 압축기(C1)는 계속적으로 대기압의 공기를 끌어올려서 탱크(B)로 밀어낸다. 밸브(40)를 통해서 1000ℓ의 액체를 방출한 후에, 일정한 시간동안 대기압 작동 및 압축기(C2)를 유용하게 하는 탱크(D)에서의 공기상에 작용하는 가압 작동이 계속적으로 수행된다. 그리고, 일정한 압축공기가 탱크(B)로 밀려진 후, 밸브(40)는 밀폐되고, 이러한 위상은 예비단계 즉 제1단계 이전의 조건상태로 복귀한다.

이러한 반복에 따라서, 탱크(D)로의 이동의 탱크(D)와 연결되어 있는 긴 파이프의 내부면을 따라서 액체-압축공기-액체-압축공기와 같이 교대로 수행된다. 탱크(D)에서, 액체는 하부를 차지하고 있으며, 압축공기는 탱크(D)의 상부에 유지된다. 상부에 있는 압축공기는 대기압 상태로 탱크(D)의 상부를 유지시키기 위하여 압축기(C2)에 의해서 가압된다. 그 결과, 처음위치와 탱크(D) 사이의 압력차는 거의 11.0atm의 계기압으로 유지될 수 있다.

탱크(D)로의 전송은 액체-공기-액체-공기의 순서로 수행되기 때문에, 압축기(C1)에 의한 대기압 작동 방법은 더 이상 필요하지 않으며, 이동장치의 효율은 크다. 탱크(A)와 탱크(B) 사이의 교번 가압 작동 방법이 수행된 후, 압축기(C1)는 탱크(A) 혹은 탱크(B)로 공기를 밀어내는 대기압 작동방법 대신에, 압축기(C2)와 결합된 상태에서 탱크(D)의 공기를 끌어올린다. 이후, 이동작동은 가압 작동방법으로 수행된다.

이러한 방법에서, 이동시키는 처음 위치와 탱크(D) 사이의 거리는 5000m 정도이다. 액체-가스의 순서로 이동시키도록 연결된 파이프의 직경이 200mm이면 파이프의 내부부피는 157㎥이다. 액체 및 압축공기는 탱크의 내부면을 통해서 교번적으로 전송된다. 두 매체사이의 부피비는 2 : 1이며, 전체 부피가 105㎥인 액체와 전체부피가 52㎥인 압축공기는 교번적으로 탱크(D)로 이동된다. 더욱 상세히 설명하면, 직경이 200mm인 파이프 내의 1000ℓ의 액체의 길이는 32m이고, 압축공기의 길이는 액체길이의 반 즉 16m이다. 따라서, 먼저 32m 길이인 액체가 전송되고, 다음으로 16m 길이의 압축공기가 그 뒤를 따르며, 다시 32m 길이의 액체가 뒤따른다. 그래서, 5000m나 뻗어있는 액체-압축공기의 연결은 탱크(D)까지 이동된다. 물론, 상기 파이프 내부의 각 액체와 압축공기의 상기 부피는 단지 수학적 계산에 의해서 단순히 분리된다. 실제적으로 가스가 탱크(D)로 이동되면, 공기의 압력은 내려가고, 여기의 역비례로 가스의 부피는 길이가 16m 이상으로 팽창한다.

상기 과정후에, 가압 작동방법은 각각 1.1㎥(1,100ℓ)의 탱크(A와 B) 그리고 파이프 내부의 52㎥의 압축공기에 작용한다. 이 시간동안 블로우·바이 등에 의한 공기압의 감소가 발생되면, 상황에 따라서 연속적으로 반복적인 이동이 매끄럽게 유지되도록 압축공기가 공급되고, 이에 의해서 상당히 효율적인 작동이 수행된다.

[제5방법]

비중이 큰 고체 물질 혹은 점성이 큰 액체를 포함하는 액체를 먼 거리의 위치까지 이동시킨 후에, 더욱 높은 위치 혹은 더 먼 거리의 위치까지의 이동이 필요하거나, 이동된 액체가 다른 장소로 분산되어 이동되는 것이 필요한 경우가 있다. 제5방법은 이러한 경우에 적용될 수 있다. 이를 제5도에 따라서 설명한다. 물론, 앞서 설명한 방법 중 어떤 방법이 이용될 수도 있다. 그러나, 이 경우에 세개의 탱크가 이용된다.

(준비단계)

교번 가압 작동방법으로 이동시키는 처음 위치에 있는 탱크(A와 B)로부터 이동된 액체는 화살표 방향으로부터 탱크(C)로 더 이동된다. 탱크(C)에 1000ℓ의 액체가 충전되고, 그 상부에는 10ℓ의 공간이 대기압의 공기로 채워진다. 탱크(D)는 1,100ℓ의 대기압의 공기로 채워진다. 용량이 1,100ℓ인 탱크(E)는 계기압이 11.0atm인 압축공기(필요하다면, 압력은 변화될 수 있다.)로 채워진다.

(제1단계)

탱크(D)에 있는 상부밸브(42)와 하부밸브(43), 그리고 탱크(C)에 있는 상부밸브(44)와 하부밸브(45)는 개방된다. 그리고 압축기(C3)는 작동하기 시작한다. 액체는 처음위치로부터 화살표 방향으로 이동되어서, 탱크(D)의 하부에 있는 개방된 밸브(43)를 통해 탱크(D)로 흘러들어간다. 다른 방법으로는, 탱크(D)내의 대기압의 공기가 압축기(C3)에 의해서 가압되어 탱크(C)의 상부공간으로 밀리어진다. 탱크(D)의 내부압력이 부압이 되기 전에, 액체는 교번 가압 작동방법의 경우와 거의 같은 효율로 탱크(C)와 탱크(D) 사이로 대기압 작동방법에 의해서 탱크(D)의 하부에 있는 밸브(43)를 통해서 밀려져서, 탱크(D)의 내부는 대기압 이상이 된다. 탱크(C)내의 1000ℓ의 액체는 밸브(43)를 통해서 이동된 액체가 분산되는 곳으로부터 다음의 이동된 이동위치로 이동된다. 이동된 위치에서 이동된 액체를 분산시킬 목적으로 탱크(C)의 밸브(45)는 탱크(C)의 상부공간의 공기압이 11.0atm에 이를때까지 밀폐된다.

탱크(D)의 하단부로부터 밀려진 액체가 1,000ℓ의 레벨에 도달할때, 레벨 스위치(46)는 그 순간을 감지하고, 밸브(42 및 43)는 밀폐된다. 그리고나서, 탱크(E)에 있는 밸브(47)가 개방되고, 11.0atm의 계기압을 나타내는 압축공기는 가압 작동방법으로 탱크(C)에 전송된다.

탱크(D)에서 100ℓ 용량을 갖는 상부공간의 공기압이 음의 값을 나타내는 경우에, 밸브(48)는 상부공간이 대기압에 이를 때까지 개방된다.

탱크(C)의 하부에 있는 레벨 스위치(49)에 의해서 탱크(C)에 있는 1000ℓ의 액체를 전송시키는 것이 완료되는 순간을 감지하면, 밸브(45)가 밀폐된다. 그 순간에, 탱크(C)의 압력이 11.0atm의 계기압에 이르지 못하면, 교번 가압 작동방법은 탱크(C)에서의 압력이 계기압으로 11.0atm이 될 때까지 계속적으로 수행된다. 탱크(C)에서 발생되는 압력의 이러한 감소는 교번 가압 작동방법에 사용된 압축공기가 필요이상이 되기 때문이다. 따라서, 탱크(E)의 초기 계기압은 이동에 필요한 충분한 양까지 감소되어야 한다.

제1단계는 이와같이 해서 완료된다. 탱크(C)의 내용물은 탱크(E)로 교환되고,탱크(E)의 내용물은 탱크(D)로 교환된다. 그리고 나서, 제2단계는 제1단계와 같은 과정을 반복함으로써 수행되며, 이에 의해서 이동 가능한 거리는 더욱 연장되고 또한 물체의 분산도 높은 효율로 얻어질 수 있다.

이러한 방법에서 연속작동은 두개의 시스템으로 수행된다. 하나의 시스템은 이동작동에 알맞은 탱크(A와 B) 혹은 탱크(A, B 와 C)를 포함한다.

다른 시스템은 연속공급에 알맞은 탱크(C와 D) 혹은 탱크(C, D와 E)를 포함한다. 이러한 탱크들은 퍼지기능을 이용하는 마이크로 컴퓨터 혹은 마이크로 프로세서와 같은 컴퓨터에 의해서 조절된다.

비중, 점성, 액체에 포함된 재료의 형태, 체적비, 마찰값 및 저항치 등과 같은 액체성 물체의 특이성에 관해서는 유체역학 및 실험에 의해서 계산된다. 그후,얻어진 값들은 콤퓨터에 저장된다. 액체가 보조시스템으로 흘러 들어올 때, 센서는 액체의 특성 및 형태를 감지한다. 콤퓨터의 저장 및 작동에 따라서, 두개의 시스템에 있는 각 탱크의 압력 및 이동시킬 부피는 가장 적절하게 조절된다. 연장된 시간에 연속적으로 작동하는 동안 처리된 액체의 부피변화는 개발된 소프트웨어를 사용함으로써 적절하게 처리될 수 있다.

그러나 이러한 방법에서, 압축기 작동에 기인해서 블로우-바이의 문제점이 있다. 이러한 블로우-바이의 문제점은 압축기가 적절한 압력 하우징 내에 유지되고 가압 작동방법의 압력과 같은 압력으로 작동된다면 해결될 수 있다. 최근에, 압축기의 용량은 상당히 커졌고, 그 결과로서 블로우-바이의 양은 작아졌다. 그래서, 블로우-바이의 양이 일정한 값에 도달하는 순간을 감지함으로써, 압축기에 포함된 압력 하우징을 준비하는 대신에 손실을 보급하는 것이 훨씬 경제적이다.

그러나, 이에 반하여 액체인 물체의 다양한 종류가 대형기구에 의해서 더 높은 위치 혹은 먼 거리의 위치로 전송될때, 수 많은 대형 압축기는 강철로 제작된 대형 압력상자 혹은 안정성이 높은 밀봉된 RC 혹은 SRC 구조상자에 보유된다. 압력상자의 내부 압력은 블로우-바이를 제거하기 위하여 콤퓨터에 의해서 조절될 수 있으며, 이것은 실제로 가능하고 경제적이다.

뉴우튼 유체 및 비뉴우튼 유체형의 슬러리(Slurry) 역시 이 방법으로 이동시킬수 있다. 상기 유체에 함유된 고체물젤도 고체물질의 크기가 밸브 및 파이프의 직경의 크기보다 작기만 하면, 이 방법이 이용될 수 있다. 따라서, 전송되는 액체의 종류에 따라서 스터링(stirring)이 요구된다. 스터링 경우, 상기 과정은 압축공기가 다수의 발산용 파이프를 통해서 스터링이 수행되는 탱크의 바닥부로부터 밀쳐지는 것이 소개된 상기 국제출원 공개공보 WO 90/03322호에 언급되어 있다. 탱크의 바닥부에서 올려진 거품은 석출물 혹은 응집물을 부수고, 그래서 탱크의 상부에 저장된 압축공기는 스터링된 액체를 상기 탱크의 바닥부에 연결된 다른 파이프에 밀어 올린다.

스터링에 대한 다른 설명은 교번 가압 작동방법에 관해서 기본적으로 도시한 제 7도를 참조하면서 소개된다. 탱크(A)에서 계기압이 10.0atm인 압축공기는 탱크(B)로 밀려지고 액체가 화살표(D)로 이동되도록 탱크(B)에 있는 액체에 작용하며 밸브(b3)는 밸브(b4)가 개방되기 전에 개방된다. 탱크(B)에 있는 액체는 석출물 혹은 응집물이 부수어지고 스터링되는 탱크(C)로 되돌아간다. 탱크(C)로 되돌아 온 탱크(B)에 있는 모든 액체 혹은 스터링하기 위해서 부분적으로 되돌아 온 액체는 위치 센서에 의해서 조정될 수 있다. 스터링 경우, 자연압 작동 방법이 충분하지만, 필요하다면 가압 작동방법도 사용될 수 있다. 스터링 후에 취해지는 여러 과정이 있다. 한 과정의 경우, 탱크(B)에 있는 전체양의 액체가 탱크(C)로 되돌아 오는 경우, 탱크의 내부는 계기압이 10.0atm인 압축공기로 채워지고, 다음 단계는 교번 가압 작동방법이 수행된다. 다른 과정의 경우, 탱크(B)에 있는 압축공기는 탱크의 내부가 계기압이 10.0atm인 압축공기로 채워지도록 다시 탱크(A)로 되돌아 오고 스터링된 액체는 탱크(C)에서 탱크(B)로 밀려지고, 그래서 첫번째 시간동안 교번 가압 작동방법이 사용되거나 교번 가압 작동방법은 스터링의 두 번째 시간동안 수행된다. 연속적인 조절 혹은 콤퓨터의 기억장치를 이용함으로써, 가장 효과적인 방법이 선택된다.

초고층(ultra-multi-stotied) 빌딩에 알맞은 물 공급 시스템에서 많은 펌프 및 탱크는 많은 파이프와 연결되어 있고, 이러한 연결은 상당히 복잡하다. 따라서, 비용 및 에너지 소비는 상당히 크다. 이러한 이유 때문에 상기 된 것 같은 연속 가압 방법은 초고층 저장 빌딩에 알맞은 물 공급 시스템에 적용된다. 게다가, 이미 설명된 것처럼, 공기압의 원리에 따르면, 초당 340m를 갈 수 있는 파동운동이고 중력에 자유로운 공기압은 완전히 이용될 수 있다.

제8도는 고층빌딩에 사용되는 물 공급 시스템을 도시하며 여기에서, 저장탱크는 매 10층마다 즉 제1층, 제11층,제21층 마다에 설치된다. 상기 층들 사이의 나머지 층들은 물의 자연적인 흐름에 의해서 공급된다. 저장 탱크(c)에 있는 물은 교번 가압 작동방법으로 탱크(A)와 탱크(B) 사이의 저장탱크(F)에 전송된다. 저장탱크(F)에 있는 물은 교번 가압 작동방법으로 탱크(D와 E) 사이의 저장탱크(I)로 전송되고, 그리고 저장탱크(I)에 있는 물은 교번 가압 작동방법으로 탱크(G)와 탱크(H) 사이에 있는 탱크(K)에 전송된다.

도면에 도시된 것 처럼, 제31층과 제41층에서, 단일 압력 탱크는 두개 대신에 설치되고,이것은 긴 거리에 교번 가압 작동방법이 작동되는 것을 의미한다. 물은 저장탱크(K)에서 압력탱크(J)로 흐르고 압축공기는 압력탱크(AB, DE, GH) 중 한 탱크에서 압력탱크(J)로 밀쳐진다. 다음, 상기 압축공기는 저장탱크(M)에 있는 물에 작용하기 위해서 저장탱크(M)으로 추진되고 그리고 상기 물을 압력탱크(L)로 전송되고, 그래서 압력탱크(J)에 있는 압축공기(다른 탱크의 압축공기도 이용될 수 있다)는 더 높은 위치로 전송되기 위하여 압력탱크(L)로 추진된다. 각 층의 높이가 3m이면, 10층의 높이는 30m이다.

따라서, 계기압이 4atm이면 계기압이 3atm을 계기압으로 1atm을 초과한다. 200m 내지 300m의 초고층 빌딩에서 이동은 수초내에 가능하다. 이러한 물 공급 방법은 속도 및 에너지를 감소하는데 획기적이다.

상기된 이러한 방법들은 연속·조절 혹은 컴퓨터의 조절하에서 사람의 도움없이 계속적으로 작동 가능하다. 본 발명의 설명은 이해하기 쉽도록 비중이 1.0인 물의 부피 1㎥을 기초로 하였다. 그러나, 본 발명에 따른 방법은 유체 콘크리트, 고체 재료, 진흙같은 찌꺼기를 함유하는 액체 및 점성이 큰 액체와 같은 물체를 높은 효율로 먼 거리의 위치까지 전송시킬 수 있다.

따라서, 고층 빌딩의 매층마다 물 공급 문제 및 비용이 많고 효율이 적은 것 때문에 수행할수 없는 다른 문제들은 본 발명의 방법과 일치하여 수행될 수 있다.

즉, 본발명은 이미 우리에게 제공된 이동 방법을 개선시켰고, 높은 효율성으로 연속적이며 반복적으로 수행될 수 있는 이동 방법 및 여러 목적에 이용될 수 있는 이동방법을 제공하고 있다.

Claims

초기 위치에서 이동 목적지까지 압축가스에 의해서 유동물체를 이동시키는 방법에 있어서, 초기위치에서, 유동물체가 관로를 통해 유동물체의 이동 목적지까지 압축가스와 함께 이동되도록, 초기 위치에서의 관로에 압축가스와 이동될 유동물체를 공급하는 단계와 유동물체의 이동목적지에서, 관로로부터의 압축가스와 유동물체를 수용기 탱크에서 수용하는 단계와 재사용을 위해 유동물체의 이동목적지에서의 수용기 탱크내의 가스를 초기위치로 귀환하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 유동물체를 이동시키는 방법.
압축가스에 의해서 유동물체를 이동시키는 방법에 있어서, 압축가스가 유동물체로 대체될때까지 압축가스를 압축기로부터 제1탱크로 공급하므로서 제1탱크로부터 유동물체의 목적지까지 유동물체를 공급하는 단계와, 제2탱크에서의 가스압력이 대기압에 도달할때까지 압축가스를 갖춘 제2탱크로부터 압축기로 압축가스를 공급하는 단계와, 대기압으로 제3탱크내의 가스를 압축기까지 뽑아내고 유동물체를 제3탱크로 공급하는 단계와, 압축가스가 제3탱크내의 유동물체로 대체될때까지 압축가스를 압축기로부터 제3탱크로 공급하므로서 제3탱크로부터 유동물체의 목적지까지 유동물체를 공급하는 단계와 제1탱크에서의 가스압력이 대기압에 도달할때까지 압축가스를 갖춘 제1탱크로부터 압축기로 압축가스를 공급하는 단계와, 대기압으로 제2탱크 내의 가스를 압축기까지 뽑아내고 그리고 유동 물체를 제2탱크로 공급하는 단계와, 압축가스가 제 2탱크내의 유동물체로 대체될때까지 압축가스를 압축기로부터 제2탱크로 공급하므로서 제 2탱크로부터 유동물체의 목적지까지 유동물체를 공급하는 단계와, 제3탱크에서의 가스압력이 대기압에 도달할때까지 압축가스를 갖춘 제3탱크로부터 압축기로 압축가스를 공급하는 단계와, 대기압으로 제1탱크 내의 가스를 압축기까지 뽑아내고 그리고 유동물체를 제1탱크로 공급하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 유동물체를 이동시키는 방법.
제2항에 있어서 상기 압축기는 각각의 밸브를 통해 제1, 2, 3탱크의 각 상부에 연결된 입구 및, 밸브를 통해 제1, 2, 3탱크의 각 상부에 연결된 출구를 포함하고, 상기 제1, 2, 3탱크는 공통의 유동물체 입구및, 공통의 유동물체 출구로 연결되는 것을 특징으로 하는 유동물체를 이동시키는 방법.