KR101454503B1 - 에너지 변환을 위한 장치 - Google Patents

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KR101454503B1 KR1020107008139A KR20107008139A KR101454503B1 KR 101454503 B1 KR101454503 B1 KR 101454503B1 KR 1020107008139 A KR1020107008139 A KR 1020107008139A KR 20107008139 A KR20107008139 A KR 20107008139A KR 101454503 B1 KR101454503 B1 KR 101454503B1
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Abstract

본 발명은 하나의 공간(7)에 모여진 발진 가스 볼륨(17)을 이용해서 에너지 변환을 하는 장치(8)에 대한 것으로, 상기 공간(7) 안에 있는 가스 볼륨(17)의 상호 발진하는 움직임은 에너지 공급 장치에 의해 유지되고, 상기 발진에 의해 야기되는 가스 압축은 상기 가스 볼륨(17)의 전체 또는 일부 내에서 온도 증가를 일으키며, 상기 발진기에 의해 야기되는 가스 감압은 상기 가스 볼륨(17)의 전체 또는 일부 내에서 온도 하강을 일으킨다. 하나 이상의 제1 밸브-관련 수단(5)이 상기 공간(7)에 연결되고, 상기 제1 밸브-관련 수단(5)은 상기 가스 볼륨(17)에 대한 가압 스테이지(compression stage) 동안 열 에너지를 상기 공간(7)으로 공급하거나 또는 그것으로부터 추출하기 위하여 제어 유니트(10)에 의해 제어되어 작동된다. 또한, 하나 이상의 제2 밸브-관련 수단(15)이 상기 공간(7)에 연결되고, 상기 제2 밸브-관련 수단은 상기 가스 볼륨(17)에 대한 감압 스테이지(decompression stage) 동안 열 에너지를 상기 공간(7)으로 공급하거나 또는 그것으로부터 추출하기 위하여 제어 유니트(10)에 의해 제어되어 작동된다. 상기 제어 유니트(10)는 서로 떨어진 시간 간격으로(within mutually discrete time intervals) 상기 제1 밸브-관련 수단(5)과 제2 밸브-관련 수단(15)을 간단하게 작동시킬 수 있는 장치이다.

Description

에너지 변환을 위한 장치{AN ARRANGEMENT ADAPTED FOR ENERGY TRANSFORMATION}
본 발명은 일반적으로 에너지 변환을 위한 장치에 대한 것으로, 더욱 자세하게는 발진기(oscillation)와 같은 구조를 가진 제한된 공간 내에 모여서 서로 발진(reciprocally oscillating)하는 가스 볼륨을 이용하기 위한 장치로서, 상기 가스 볼륨은 보통 에어 볼륨으로 구성된 것이다.
본 발명은 상기 공간 내의 가스 볼륨의 발진이 스피커(loudspeaker) 또는 피스톤 유닛 등과 같은 작은 에너지 공급 장치에 의해 유지될 수 있다는 특징에 기초하는 것으로서, 이를 위해 요구되는(requisite) 에너지 공급은 극도로 제한될 수 있지만, 그럼에도 불구하고 가압 스테이지(compression stage) 내에서 높은 압력과 감압 스테이지(decompression stage) 내에서 낮은 압력을 제공하기 위한 전제조건(precondition)을 형상할 수 있다.
특히, 본 발명은 일반적인 발진기에 의해 야기되는 가스 압축이 상기 가스 볼륨의 전체 또는 일부 내에서 온도를 상승하는 반면, 일반적인 발진기에 의해 야기되는 가스 감압이 상기 가스 볼륨의 전체 또는 일부 내에서 온도를 하강한다는 공지된 원칙을 기반으로 한다.
본 발명의 기본 구조는 상기한 전제조건을 기초로, 첨부된 도 1a, 1b 및 2에 의해 더 자세하게 설명되고, 도 3에 기재된 실시예에 의해 명백해 질 수 있다.
상기한 기술 분야와 관련된 방법과 장치 및 구성, 그리고 상기 장치의 특성은 이미 이 기술분야에서 다수의 실시예가 알려져 있다.
즉, 약간의 에너지의 공급만으로도 "정상파(standing wave)"가 생성되어 2개의 고정된 벽 영역의 각각에 관련된 정상파의 2개의 노드로 발진할 수 있고, 이와 같이 생성된 정상파는 상기 노드와 벽 영역 사이에 있는 하나 이상의 공간에서 가스 가축 최고치와 가스 감압 최소치를 만들어 낸다는 것은 이미 알려진 사실이다.
또한, 상기와 같이 발진하는 정상파는 가스 분자에 대하여 다른 분자 움직임을 만들어 낼 것이라는 것이 알려져 있고, 이와 관련하여 상기 분자의 가압은 온도 증가와 내부 속도 증가를 일으키며, 상기 분자의 감압은 온도 하강과 내부 속도 감소를 일으킨다는 것이 알려져 있다.
이에 따라, 상기한 바와 같은 가압과 감압이 상기 발진의 단일 주기 프레임 내(within the framework of a single period)에 발생할 것이라는 것도 알려진 바와 같다.
특허 공개 EP-0　570　177는 유체, 액체 형상의 비-압축가능한 유체로 채워진 챔버를 포함하는 음향 공진기(acoustic resonator)를 기재하고 있다.
또한, 상기 챔버는 제한된 음향 압력 진폭 안에서, 쇼크를 발생시키는(shock-generating) 파형을 피할 수 있도록 하기 위하여, 상기 액체 볼륨 내에서 적어도 하나의 하모닉 발진(harmonic oscillation)을 위한 자기-파괴 간섭(self-destructive interference)을 필요로 하는 기하학적 구조(geometry)로 만들어질 수 있다.
상기 챔버는 양쪽에서 감쇠 종결하는 파형(wave damping terminations)이나 그것의 한쪽에서 반사 종결하는 파형(wave reflecting termination)을 보일 수 있다.
작동 메커니즘(drive mechanism)은 선택된 공진 주파수 또는 상기 챔버와 관련된 노드에 근접한 주파수로 상기 챔버 안에서의 발진을 적절하게 조절한다.
예를 들어, 상기 작동 메커니즘은 상기 챔버의 오픈 영역(open portion)과 관련한 피스톤 장치의 형상, 즉 전자기적 드라이브 유니트의 전자기적 컨버터 형상을 가질 수 있다는 것이 공지되어 있다.
더 구체적으로, 여기에는 액체를 사용하면서, 압력 분포 및 부분적인(partial) 진공 분포를 위한 밸브를 사용하는 장치가 열 교환 시스템 안에 포함되어 있는 것으로 공지되어 있다.
특허 공개 DE-19　924　322 A1은 음향 콤프레셔를 기재하고 있고, 이것은 순수한 음향 장치와 관련이 있기 때문에, 가장 관련 있으면서 근접한 선행 기술로 고려될 수 있다.
문제의 특허는 공진 튜브 내에서 정상파를 만들기 위하여, 그것의 한쪽 끝단이 사운드 증폭기와 같은 발진 회로에 의해 작동 가능한 막을 가지고 있는 특별한 형상을 가지는 가스가 충진된 공진 튜브의 사용을 기재하고 있다.
상기 공진 튜브의 다른쪽 끝에는 유입 및 출입 밸브를 가진 밸브 장치가 있고, 이러한 밸브는 압축을 위하여 의도된 가스성 매질을 생산하거나 추출할 수 있도록 제어 가능하다.
더 구체적으로, 선행기술은 상기 가스성 매질이 냉각제(R134a 또는 CO2)로 이루어지고, 상기 공진 튜브의 길이와 발진 주파수가 상기 냉각제의 음향 속도에 맞추어 형성될 수 있다는 것을 기재하고 있다.
상기 유입 및 출입 밸브는 여기서 상기 냉각제를 생산하거나 유도하도록 의도된 것이다.
또한, 여기에는 파형의 정상파가 어떻게 가스 압력("P")을 제공하고, 이 가스 압력이 압축 압력(Pc)과 증기 압력(Pe) 사이의 어디에서 변화하고 발진할 수 있는지를 도시하고 있다.
특허 공개 USPS 5,357,757 는 콤프레셔를 기재하고 있고, 이것은 입력 포트 및 출력 포트가 구비된 챔버를 사용하는 장치이다.
원 방향 밸브가 매질(액체 또는 가스)을 이송할 수 있고, 단지 상기 챔버를 남겨둘 수 있도록(so as only to be able to leave the chamber) 형성되어 있다.
사운드 발생기는 금속성 막과 자석에 관한 코일로 이루어져 있다. 상기 사운드 발생기는 컨덕터를 통해 AC 제너레이터에 의해 작동하고, 여기서 이 사운드 발생기는 반드시 전체 주파수 스펙트럼을 보일 필요는 없다.
미국 특허 USPS 4,114,380는 가열 기계를 도시하고 있고, 여기서 이주파(migrating wave)가 생겨나며, 이 기계는 모터 또는 가열 펌프처럼 사용될 수 있다.
미국 특허 5,263,341는 냉각 시스템 또는 기화기 안에 있는 컴프레셔에서 정상파의 도움으로 작동하는 컴프레셔를 기재하고 있다.
삭제
국제 특허 WO 0　034　721 A1는 얼음을 자동으로 생성하는 장치로서, 컨테이너가 열 음향(thermo acoustics)을 통해 냉각되는 장치를 기재하고 있다.
선행기술을 고려해서, 본 발명을 살펴보면, 주어진 온도에서 과 압력 및/또는 부분적인(partial) 진공을 만들어내고, 그에 따라 모터 또는 가열 펌프와 같은 기계를 작동시키기 위하여, 밸브의 도움으로 에어 공간 내에서 발생된 정상 음향파를 통해, 순서에 따라 상기한 전제조건을 만들어내는 것이 알려져 있다는 것을 확인할 수 있다.
이러한 배경기술과 비교하여, 본 발명은 공간 내에 모여진 발진 가스 볼륨을 이용해서 에너지 변환을 하는 장치를 제공하는 것으로, 상기 공간 안에 있는 가스 볼륨의 상호 발진하는 움직임은 활성화된 에너지 공급 장치에 의해 유지되고, 상기 발진에 의해 야기되는 가스 가압은 상기 가스 볼륨의 전체 또는 일부 내에서 온도 증가를 일으키며, 상기 발진기에 의해 야기되는 가스 감압은 상기 가스 볼륨의 전체 또는 일부 내에서 온도 하강을 일으키는 것이 특징이다.
아래의 표현이 이어지는 설명에서 사용되기 위하여 선택될 수 있다.
a. "정상파(standing wave)"는 2개 이상의 파동의 움직임 또는 기복에 의해 형성되는 파동 현상으로서, 파동의 움직임은 움직임의 방향이 반대이고 서로 중첩되어, 파동을 따라 바이트(bites) 또는 돌출부(bulge)와 노드가 형성되며, 이는 파동이 정지한 것처럼 보이고, 흔들리거나 서로 발진하는 것처럼 보이며, 파동은 돌출부에서 최대 진폭을 가지고 노드에서 최소 진폭을 가지며, 노드 간 거리는 파장 길이의 절반니다(L = λ/2).
b. "제1밸브 관련 수단(first valve related means)"은 가압 스테이지 동안 열 에너지를 공간 내에 있는 가스 볼륨에 공급하거나 그것을 가스 볼륨으로부터 제거하기 위한 밸브 장치로 이루어져 있다.
c. "제2밸브 관련 수단(second valve related means)"은 감압 스테이지 동안 열 에너지를 공간 내에 있는 가스 볼륨에 공급하거나 그것을 가스 볼륨으로부터 제거하기 위한 밸브 장치로 이루어져 있다.
d. "ARR 유니트"는 "음향 가역성 공진기(Acoustic Reversible Resonator)"를 위해 필요한 조건을 만족시킬 수 있는 장치로 이루어진다.
이 기술분야에서 보통의 지식을 가진자가 하나 이상의 기술적 문제를 해결하기 위하여 해야만 하는 기술적 사상은, 이하 아래의 기술적 문제가 본 발명의 대상과 관련이 있다는 점에서, 먼저 이행되어야 하는 수단 및/또는 상기 수단의 순서에 대한 통찰력과 요구되는 수단의 선택이 필요하다는 조건이 고려되어야 한다.
따라서, 위에 기재된 선행기술을 고려해서, 기술적인 문제로 보여지는 것은, 간단한 수단으로 많은 어플리케이션에서 효과적으로 가솔린 엔진 및/또는 디젤 엔진을 대체할 수 있는 고효율의 열엔진을 만들기 위해 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단(technical measures)과 고려사항(considerations)의 중요성을 인식(realise)할 수 있는 것이다.
위에 기재된 선행기술을 고려해서, 기술적 문제로 보여지는 것은, 간단한 수단으로 낮은 수준의 캐놋 효율성(대략 4%)의 비용, 예를 들어 10℃와 같은 작은 또는 극도로 작은 온도차이에 의해 작동할 수 있는 가열 엔진을 제공하여, 이에 따라 전기 에너지 생산을 위하여 온 나라로 공급되는 이용가능한 에너지를 대중적이면서 공짜로 사용하기 위해 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식하는 것이다.
위에 기재된 선행기술을 고려해서, 기술적 문제로 보여지는 것은, 간단한 수단으로 단순하면서 실제로 유지비용이 없는 가열 펌프 장치를 제공하기 위해 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식하는 것이다.
위에 기재된 선행기술을 고려해서, 기술적 문제로 보여지는 것은, 간단한 수단으로 단순한 에어 컨디셔닝 플랜트를 제공하기 위해 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식하는 것이다.
위에 기재된 선행기술을 고려해서, 에너지 변환을 위한 장치에서, 공간에 모여진 발진하는 가스 볼륨을 이용하고, 상기 공간 안에 있는 가스 볼륨의 상호 발진하는 움직임은 에너지 공급 장치에 의해 유지되며, 상기 발진에 의해 야기되는 가스 압축은 상기 가스 볼륨의 전체 또는 일부 내에서 온도 증가를 일으키고, 상기 발진에 의해 야기되는 가스 감압은 상기 가스 볼륨의 전체 또는 일부 내에서 온도 하강을 일으키면서, 간단한 에너지 공급 및 단순한 구조로 엔진 장치, 가열 펌프 장치 등을 가지는 에너지 변환 장치를 제공하기 위하여, 간단한 구조 수단의 도움 및 이용으로 높은 효율을 가진 에너지 변환 장치를 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것이 아마도 기술적 문제인 것처럼 보일 수 있다.
상기 공간에 하나 이상의 밸브-관련 수단을 연결하는 것, 즉 가스 볼륨에 대한 가압 스테이지 동안 상기 가스 볼륨 및 공간에 또는 그로부터 열 에너지를 제공하거나 추출할 수 있도록 작동 가능한 상기 제1 밸브-관련 수단을 연결하고, 이와 더불어 상기 가스 볼륨에 대한 감압 스테이지 동안 상기 가스 볼륨 및 공간에 또는 그로부터 열에너지를 제공하거나 추출할 수 있도록 작동 가능한 하나 이상의 제2 밸브-관련 수단을 상기 공간에 연결하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
상기 공간 내에 있는 막으로 작용하는 막 또는 장치의 발진하는 움직임을 이용해서, 가열 펌프 장치에 에너지를 공급하고 엔진 장치에 에너지를 추출함으로써, 가열 펌프 또는 엔진 유니트의 기능을 수행할 수 있도록 형성된 하나의 같은 공간을 만들기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
정상파와 관련된 노드를 형성하도록 한정되고/한정되거나 상기 공간의 한정된 벽 영역이 정상파를 위한 2개의 노드를 형성하는 상기 공간을 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
감압 스테이지 동안 소정의 낮은 온도에서 열원으로부터 많은 양의 에너지를 가장 낮은 압력에서 공급할 수 있도록 형성되고, 가압 스테이지에서는 제1 밸브-관련 수단을 통하여 열 소비체에 에너지를 제공하도록 형성된, 에너지 공급을 위한 제2 밸브-관련 수단을 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
가압 스테이지 동안 고온에서 열원으로부터 에너지를 공급할 수 있도록 형성되고, 소정의 감압 스테이지에서는 제2 밸브-관련 수단을 통하여 낮은 온도로 에너지를 방출하도록 형성된, 제1 밸브-관련 수단을 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
동시에 또는 서로 떨어진 시간 간격 내에서 상기 제1 밸브-관련 수단 및/또는 제2 밸브-관련 수단을 작동시키도록 형성된 소정의 제어 방법을 가진 제어 유니트에 의해 택일적으로 에너지를 공급하거나 추출할 수 있도록 동시에 작동 가능한 제1 밸브-관련 수단과 제2 밸브-관련 수단을 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
공진 주파수에 부합하는 튜브 형상을 가지고, 반사 및 노드-배치(node-allocated)된 벽 영역으로써 막힌 끝 영역을 가지며, 토러스(torus)에 부합하는 형상 및/또는 구(sphere)에 부합하는 형상을 가지는 것으로, 정확한 공진 효과 및/또는 반사 효과가 고려되어야 하는 상기 공간을 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
차가운 공기 흐름이 감압 스테이지 동안 최소 및 이와 일시적으로 근접한 압력에서 상기 공간을 통하여 제공되거나 유도될 수 있도록, 최고 압력이 기대되는 부분(area) 내에 형성되거나 향하는(is oriented) 제1 밸브-관련 수단으로 작용하는 제1 밸브 메커니즘, 또는 택일적으로 최소 압력이 기대되는 부분 내에 형성되거나 향하는 제2 밸브-관련 수단으로 작용하는 제2 밸브 메커니즘을 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
소정의 제어방법으로 하나 이상의 밸브 수단을 작동하도록 형성된 제어 유니트를 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
뜨거운 공기 흐름이 가압 스테이지 동안 최대 및 이와 일시적으로 근접한 압력에서 상기 공간을 통하여 제공되거나 유도될 수 있도록, 최소 압력이 기대되는 부분 내에 형성되거나 향하는(is oriented) 제2 밸브-관련 수단으로 작용하는 제2 밸브 메커니즘, 또는 택일적으로 최대 압력이 기대되는 부분 내에 형성되거나 향하는 제1 밸브-관련 수단으로 작용하는 제1 밸브 메커니즘을 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
서로 수직으로 관련되고, 빠르면서 큰 가스 흐름을 위한 규모(dimensioned)를 가지는 상기 밸브 메커니즘을 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
상기 제어 유니트 안에 있는 회로를 통하여, 상기 제어 유니트에 배정된(allocated) 제어 방법과 같은 조정(coordination)을 통해 강력한 가스 흐름을 사용할 수 있게 하는 조건(precondition)을 만들 수 있도록 형성된 밸브 메커니즘을 위한 오프닝 시간 사이(between the opening times)의 위상차를 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
상호 직접적인(reciprocally directed) 변위 움직임이 상기 에너지 변환을 개시하고 제공하도록 형성된 막을 대체할 수 있는데 적합한(to be adapted to be able to displace) 가압 스테이지와 감압 스테이지를 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
간단한 에너지 생태학적 수단에 의해 발진하는 공진 주파수를 가지는 상기 공간 내의 가스 볼륨을 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
높은 압력과 높은 온도에서 가스 또는 공기를 이송하면서, 핫 루프(hot loop)에 연결된 반대쪽 밸브 메커니즘을 가진 블록과 같은 구조를 가지는 음향 가역 공진기, ARR 유니트를 제공하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
대기 압력과 같은 낮은 압력과 낮은 온도에서 가스 또는 공기를 이송하면서, 콜드 루프(loop)에 연결된 반대쪽 밸브 메커니즘을 상기 블록에 더 연결하기 위하여, 이에 따라 요구되는 관련된 이점 및/또는 기술적 수단과 고려사항의 중요성을 인식할 수 있는 것에 기술적 문제가 있을 수 있다.
일례로, 본 발명은 앞서 서술된 선행기술로부터 개시될 수 있고, 공간 내에 모여서 발진하는 가스 볼륨을 이용하는 것으로서, 상기 공간 내의 공진 조건 하에서 가스 분자의 서로 발진하는 움직임은 에너지 공급 장치에 의해 유지되고, 상기 발진에 의해 야기되는 가스 가압이 상기 가스 볼륨의 전체 또는 일부 내에서 온도 증가를 일으키고, 상기 발진에 의해 야기되는 가스 감압은 상기 가스 볼륨의 전체 또는 일부 내에서 온도 하강을 일으키는 에너지 변환 장치에 대한 것이다.
상기한 바와 같은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 특별히 상기 공간에 하나 이상의 제1밸브-관련 수단이 연결되어야 하고, 상기 제1 밸브-관련 수단은 상기 가스 볼륨에 대한 가압 스테이지(compression stage) 동안 열 에너지를 상기 공간 내부의 상기 가스 볼륨으로 공급하거나 또는 상기 가스 볼륨으로부터 제거하도록 작동되며, 그리고 상기 공간에 하나 이상의 제2밸브-관련 수단이 연결되어야 하고, 상기 제2 밸브-관련 수단은 상기 가스 볼륨에 대한 감압 스테이지(decompression stage) 동안 열 에너지를 상기 공간의 상기 가스 볼륨으로 공급하거나 또는 상기 가스 볼륨으로부터 제거하도록 작동된다.
본 발명의 기본 개념의 범위 내에 있는 실시예에서는, 상기 공간이 상기 공간 안에 있는 막 또는 그 안에서 막처럼 작동하는 장치의 움직임을 통해, 가열 펌프 장치에서는 에너지가 공급되고, 엔진 장치에서는 에너지가 주출되는, 가열 펌프 또는 엔진 유니트의 기능을 가질 수 있도록 형성된 하나의 같은 공간인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 공간은 정상파와 관련된 노드를 수단으로 한정되거나, 또는 택일적으로 상기 공간의 한정된 벽 영역은 정상파를 위한 2개의 노드를 형성하는 것일 수 있다.
나아가, 공급 또는 에너지를 위한 상기 제2 밸브-관련 수단은 가장 낮은 압력으로(at a lowest pressure) 감압 스테이지 동안 열원으로부터 많은 양의 에너지를 소정의 낮은 온도(allocated low temperature)로 제공하고, 가압 스테이지에서는 상기 제1 밸브-관련 수단을 통하여 에너지를 열 소비체(heat consumer)로 제공하도록 형성되어 있는 것이 가능하다.
더 나아가, 상기 제1 밸브-관련 수단은 가압 스테이지 동안 높은 온도로 열원으로부터 에너지를 공급하고, 제2 밸브-관련 수단과 소정의 감압 스테이지를
통해서(in order via second valve-related means and allocated decompression stage) 낮은 온도로 에너지를 방출하도록 형성성된 것이 바람직하다.
상기 제1 밸브 관련 수단과 제2 밸브 관련 수단은 하나의 액션에 의해 에너지 공급 또는 추출을 동시에 하도록 형성된 것일 수 있다.
또한, 소정의 제어 방법을 가지고 있고, 동시에 또는 서로 떨어진 시간 간격으로 상기 제1 밸브 관련 수단 및/또는 제2 밸브 관련 수단을 작동시킬 수 있도록 형성된 제어 유니트를 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 공간은 막힌 양단부를 가진 튜브 형상을 가지고, 상기 형상은 토러스(torus) 또는 이와 부합하는 다른 형상을 가지며, 각각의 주기에서 적은 양의 에너지 공급에 의해 음향 에너지 축적이 가능한 것을 필수조건으로 가지는 것일 수 있다.
또한, 상기 제1 밸브-관련 수단으로 작용하는 제1 밸브 메커니즘은 최고 압력이 기대되는 지역(area) 내로 향하거나(is oriented), 또는 택일적으로 상기 제2 밸브-관련 수단으로 작용하는 제2 밸브 메커니즘은 최소 압력이 기대되는 지역 내로 향함으로써, 차가운 공기 흐름이 감압 단계 동안 최소 및 이와 일시적으로 근접한 압력에서 상기 공간을 통하여 제공되거나 유도될 수 있는(can be fed or led) 것일 수 있다.
또한, 상기 제어 유니트는 소정의 제어방법으로 하나 이상의 밸브 수단을 작동하도록 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 제2 밸브-관련 수단으로 작용하는 제2 밸브 메커니즘은 최소 압력이 기대되는 지역 내로 향하거나(is oriented), 또는 택일적으로 상기 제1 밸브-관련 수단으로 작용하는 제1 밸브 메커니즘은 최고 압력이 기대되는 지역 내로 향함으로써, 뜨거운 공기 흐름이 가압 스테이지 동안 최대 및 이와 일시적으로 근접한 압력에서 상기 공간을 통하여 제공되거나 유도되는 것일 수 있다.
또한, 상기 밸브 메커니즘은 수직으로 또는 거의 실질적으로 수직인 다른 것과 관련이 있는(are related to one another) 것일 수 있다.
또한, 상기 밸브 메커니즘을 위해 선택된 오프닝 시간 사이(between selected opening times)의 위상차는, 예를 들어 상기 제어 유니트 및 소정의 제어방법에 의해, 강력한 가스 흐름을 만들도록 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 막 및/또는 장치는, 음향 발진을 유지하고 이에 따라 음향 에너지의 발진하는 가스 볼륨을 (상기 가열 펌프 장치에) 제공하도록 만들어지며/만들어지거나 음향 에너지의 발진하는 가스 볼륨으로부터 (상기 엔진 장치에) 추출물을 만들도록 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 공간 및 관련된 밸브 수단을 포함하도록 형성되고, 높은 압력과 높은 온도에서 가스 또는 공기를 이동시키면서 핫 루프(hot loop)에 연결된 반대쪽(opposing) 밸브 메커니즘을 가지는 블록과 같은 구조를 가지는(is structured as a block) 음향 가역성 공진기(acoustic reversible resonator)를 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 대기압과 같은 낮은 압력 및 낮은 온도에서 가스 또는 공기를 이동시키면서, 콜드 루프에 연결된 추가의 반대쪽(additional opposing) 밸브 수단 또는 메커니즘이 상기 블록에 연결된 것일 수 있다.
원칙적으로, 본 발명의 특징으로 간주될 수 있는 장점과 그에 따라 공개되는 특별히 중요한 특징은, 공간 내에 모여진 발진 가스 볼륨의 사용 기간 동안 에너지 변환을 하기에 적합한 장치를 제공할 수 있는 전제조건(precondition)이 만들어졌다는 것으로, 상기 공간 내에 있는 가스 볼륨의 발진 움직임을 형성하는 서로 직접적인 공진(reciprocally directed resonance)이 에너지 공급 장치에 의해 유지되고, 상기 발진에 의해 야기되는 가스 가압은 상기 가스 볼륨의 전체 또는 일부 내에서 온도 증가를 일으키며, 상기 발진기에 의해 야기되는 가스 감압은 상기 가스 볼륨의 전체 또는 일부 내에서 온도 하강을 일으키는 장치에 있어서, 상기 전제조건은 제1 밸브-관련 수단이 상기 공간에 연결되고, 상기 제1 밸브-관련 수단은 상기 가스 볼륨에 대한 가압 스테이지(compression stage) 동안 열 에너지를 상기 공간으로 공급하거나 또는 그것으로부터 추출하기 위하여 제어 유니트 안에 있는 제어 회로에 의해 제어되고 작동되며, 이와 더불어 제2 밸브-관련 수단이 상기 공간에 연결되고, 상기 제2 밸브-관련 수단은 상기 가스 볼륨에 대한 감압 스테이지(decompression stage) 동안 열 에너지를 상기 공간으로 공급하거나 또는 그것으로부터 추출하기 위하여 제어 유니트에 의해 제어되어 작동되는 것이다.
본 발명의 특징으로 주로 간주될 수 있는 것은 첨부된 청구항 제1항의 특징부(characterising clause)에 기재되어 있다.
본 발명과 관련된 중요한 특징을 도시하고 있는 기본적인 전제조건과 하나의 실시예는, 예시를 위하여 첨부된 이하의 도면을 참조로 하여, 이제부터 더 명확하게 서술될 것이다.
도 1a는 본 발명에 따라, 반사에 의한 일반적인 발진 움직임이 어떻게 반사파 및 복합파(composite wave) 구조를 형성할 수 있고, 이에 따라 복합파 구조가 공진하고 정상파 구조를 형성하는지를 도시하고 있다;
도 1b는 파(2)가 벽 영역(3)을 가진 닫힌 캐비티(4, 7) 내에서 공간(7)의 다른 부분 안에서 압력 증가(A)와 압력 감소(B)가 생성되는 방법을 도시하고 있다;
도 2는 압력 증가(A)에 따른 돌출부(bulge) 내에서 온도 증가, 및 온도 감소에 따른 노드 부근에서의 압력 감소(B)를 보이기 위하여, 그에 관련된 분자 움직임을 가진 정상파(2)를 3가지 다른 형태로 도시하고 있다;
도 3은 본 발명에 따른 원칙에 부합하여 동작하는 것으로, 개략적으로 도시된 밸브 및 막이 구비된 공간(7) 내의 정상파(2d)를 도시하고 있다;
도 4는 음향 가역 공진기, 일명 "ARR 유니트" 뿐만 아니라 그런 공진기의 기본적인 예시를 위한 구조 블록의 스케치 도면이다;
도 5는 도 4에 따른 "ARR 유니트"가 가열 펌프 유니트를 구성하기 위하여 사용되는 예시를 도시하고 있다;
도 6은 고온 장치에 적합한 엔진 장치를 도시하고 있다;
도 7은 저온 장치에 적합한 엔진 장치를 도시하고 있다;
도 8은 엔진 장치와 가열 펌프 장치 또는 가열 펌프 플랜트가 조합된 예를 도시하고 있다;
도 9는 본 발명에 따른 장치의 택일적인 실시예를 3가지 다른 상태로 도시하고 있다.
먼저, 아래의 실시예는 본 발명의 주요한 특징을 설명하기 위한 하나의 예시로써 이해되어야 하고, 첨부된 도면에 나타난 바와 같은 형태로 명확해 질 수 있으며, 본 발명의 개념을 명확하게 하기 위한 일례로써 의도적으로 단어와 특정 용어를 선택하여 기재하였다.
그러나, 본 명세서에서 선택된 표현은 상기 선택된 단어들에 의해 배타적으로 제한되어서는 아니되고, 그런 선택된 단어들이 해석될 수 있는 모든 의미로 이해되어져야 하며, 덧붙여서 본 발명에 따른 기술적 수단은 이와 동일하거나 실질적으로 동일성을 가지는 의도 및/또는 기술적 효과를 가질 수 있기 위하여 이와 동일하거나 실질적으로 동일성을 가지는 다른 모든 등가물을 포함한다.
첨부된 도 1a, 도 1b 및 3가지 형태를 가지는 도 2 그리고 도 3에는 본 발명의 개략적이고 상세한 기본 전제조건이 도시되어 있고, 본 발명과 관련된 주요한 특징은 도 3 내지 도 9에 상세하게 도시된 실시예처럼 구체적인 형태로 나타날 수 있다.
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본 발명을 위한 기본 전제조건은 첨부된 도 1a, 도 1b 및 도 2 그리고 도 3에 도시되어 설명되어 있다.
즉, 도 1a는 합성파 "V3"가 2개의 마주보는 벽 영역(1, 2) 사이에서 반사되는 발생파 "V1"과 반사파 "V2"로부터 어떻게 형성되는 지를 도시하고 있다. 또한, 이러한 곡선들은 "가스 변위(gas displacement)"를 뜻하고, 이것은 전형적인 음향(classical acoustics)에 따라 가스 분자가 평형상태에서 이동하는 것을 의미한다.
도 1b는 가스에서 압력과 관련한 "공기 변위(air displacement)"를 나타내는 합성파 구조(1)를 점선(2)으로 심볼화한 것을 나타낸다.
높은 압력과 이에 따른 분자간의 짧은 거리를 보이고 있는 영역(A)은 온도 상승을 보이고 있고, 낮은 압력과 이에 따른 분자간의 긴 거리를 보이고 있는 영역(B)은 온도 하강을 보이고 있다.
"공기 변위"에 대한 노드는 전형적인 음향(classical acoustics)에 따라 압력에 대한 파복(antinode)과 파복에 대한 압력으로 구성된다.
위에서 언급된 가압 효과와 감압 효과는 여기서 각 주기 동안 적용된다.
또한, 도 1b는 튜브의 한쪽 끝이 막힘(3) 구조이고, 다른 쪽 끝은 오픈 구조인 예를 도시한다. 오픈 구조를 가진 끝에서, 점선 압력 곡선(2)은 노드를 구성하고, 상기 막힘 구조를 가진 끝에서 상기 압력 곡선은 파복을 구성한다.
피스톤의 스피커가 많은 다른 위치, 상기 튜브의 내부 또는 상기 튜브의 오픈 구조쪽에 위치할 수 있다는 것은 이 기술분야에서 보통의 지식을 가진자에게 명백하다.
"공기 변위"가 가장 컸을 때, 예를 들어 실선 변위 그래프(1)의 돌출부에서, 최고의 효과가 나올 것으로 기대된다.
도 2는 도 2a, 2b 및 2c 로 이루어져 있고, 분자 움직임 A를 가지는 첫번째 정상파(1)는 여기서 압력 상승 및 열 상승과 관련이 있고, 대체적으로 분자 움직임 B은 압력 하강 및 열 하강과 관련이 있다.
또한, 도 2는 상기 정상파 내에서 상기 압력에 대한 그래프 2를 도시하고 있다.
또한, 도 2b는 2a 와 2c 사이의 중간 단계를 도시하고 있으며, 여기서 압력은 일정하고, 분자는 더 고르게 분포되어 있다.
도 2c는 상기 상승된 압력이 한쪽 벽에서 다른쪽 벽으로 어떻게 이동하는지와, 그런 다음 1주기 동안 다시 돌아오는 것을 도시하고 있다.
도 3은 첫번째 정상파 "V4"를 가지는 본 발명의 개략적인 형태를 도시하고 있다.
본 발명에 따른 장치(8)는 한정된 공간(7) 내에서 공진 주파수로 정상파를 생성하기 위해, 제1 밸브-관련 수단(5)과 스피커로 도시된 상호 이동 가능한 막(6)을 포함한다.
즉, 도 3은 선택된 공진 주파수에 따라 공간(7) 내에서 발진하는 가스 볼륨(17)을 사용하여 에너지 변환을 하는 장치(8)를 도시하고 있고, 상기 공간(7) 내에서 가스 볼륨이 서로 발진하는 움직임은 스피커 유니트 (9) 형태의 에너지 공급 장치(9)에 의해 유지되며, 상기 발진에 의해 야기되는 가스 가압은 상기 가스 볼륨(17)의 전체 또는 일부 내에서 온도 증가를 일으키며, 상기 발진기에 의해 야기되는 가스 감압은 상기 가스 볼륨(17)의 전체 또는 일부 내에서 온도 하강을 일으킨다.
하나 이상의 제1 밸브-관련 수단(5)이 상기 공간(7)에 연결되고, 상기 제1 밸브-관련 수단(5)은 상기 가스 볼륨(17)에 대한 가압 스테이지(compression stage)(A) 동안 열 에너지를 내포하는 가스를 상기 공간(7)으로 공급하거나 또는 공간(7)으로부터 추출하도록 제어 유니트(10)에 의해 제어되어 작동된다.
또한, 하나 이상의 제2 밸브-관련 수단(15)이 상기 공간(7)에 연결되고, 상기 제2 밸브-관련 수단은 상기 가스 볼륨(17)에 대한 감압 스테이지(decompression stage)(B) 동안 열 에너지를 내포하는 가스를 상기 공간(7)으로 공급하거나 또는 공간(7)으로부터 추출하도록 제어 유니트(10)에 의해 제어되어 작동된다.
정해진(allocated) 하나 이상의 제어방법을 가지는 상기 제어 유니트(10)는, 매우 짧고 서로 떨어진 시간 간격으로(within mutually discrete time intervals) 상기 제1 밸브-관련 수단(5)과 제2 밸브-관련 수단(15)을 작동시키기 위한 내부 회로를 통하여 동작한다. 이상적으로 반복 주파수(repetition frequency)는 50Hz이다.
상기 공간(7)은, 도 3의 실시예에 도시된 바와 같이, 막힌 양단(12, 13)을 가지고 길게 내부가 빈 실린더 모양의 튜브 형상을 가질 수 있고, 상기 튜브의 형상과 크기는, 그 막힌 양단과 함께, 예를 들면 50Hz의 공진 주파수에 적합하도록 형성될 수 있으며, 밸브-관련 수단(5, 15)에 대응하는 개구부가 있는 토러스(torus)의 구성일 수도 있고, 또는 이에 대응하는 형상일 수도 있다.
도시된 실시예에서, 더 바람직한 예는, 제1 밸브-관련 수단(5)으로 동작하는 제1 밸브 메카니즘이 상기 기다란 튜브(11)의 끝쪽에 형성되고, 제어 유니트(10)에 의해 작동함으로써, 뜨거운 공기 흐름이 공간(7)으로 공급되어 가압 스테이지 동안 일시적으로 최고 압력에 근접하게 할 수 있다.
제2 밸브-관련 수단(15)으로 동작하는 제2 밸브 메카니즘은 상기 튜브(11)의 동일한 끝쪽에 형성되고, 제어 유니트(10)에 의해 작동함으로써, 차가운 공기 흐름이 공간(7)으로 공급되어 감압 스테이지 동안 일시적으로 최저 압력에 근접하게 할 수 있다.
본 발명에서 상기 제1 밸브-관련 수단(5, 15)은 서로 직각으로 그리고 정반대로 위치하게(5, 5'; 15, 15') 관련될 수 있다.
상기 제어 유니트(10) 내의 회로 장치는 강력한 공기 흐름을 만들기 위하여, 예를 들면, 상기 밸브-관련 수단(5, 15)의 개방 시간(opening times) 사이의 위상차를 각각 조절할 수 있다.
선택된 공기 흐름은 낮은 온도 조건(예를 들어, 10℃이하)에서 1~5m3/sec의 차원으로 조절될 수 있다.
상기 밸브-관련 수단(5, 15)는 4~8 m/sec의 공기 흐름 속도에서, 예를 들면 1/5m2 만큼 큰 개방된 표면(open surface)을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 가압 스테이지와 감압 스테이지는 탄성력 있는 막(6)이나, 또는 크랭크 기어를 가진 일반적인 피스톤을 대체하기 위하여 적용될 수 있고, 그것의 대체 움직임은 상기 에너지 변환을 위한 것이 가능하다.
더 구체적으로, 에너지가 공간(7)과 막(6)의 움직임에 공급되고, 그러면 가압 스테이지에서 온도가 수백 ℃ 증가한다.
또한, 에너지는 공간(7)과 막(6)의 움직임으로부터 제거되어, 감압 스테이지 동안 온도가 영하로 떨어질 수도 있다.
상기 제어 유니트(10)는 상기 튜브(11) 또는 이와 유사한 것 안으로 서로 향하게된(reciprocally directed) 피스톤 움직임(도시하지 않음)을 작동시키는데 적합하고, 상기 피스톤 움직임은 공진 주파수에 대응된다.
상기 가스 볼륨(17)은 공간(7) 안에 존재하고, 이에 따라 "발진(oscillating)" 공진 주파수에 맞추어진다.
위에 서술된 바와 같은 유니트 또는 장치(8)는 음향 리버서블 공진기(acoustic reversible resonator)장치일 수 있고, 일명 "ARR"이며, 마주보는 제2 밸브-관련 수단(15, 15')로, 낮은 압력과 낮은 온도에서 가스 또는 공기를 이동시키는 콜드 루프(cold loop)에 연결된 블록(18)과 같은 구조를 가질 수 있다.
이와 함께 핫 루프(hot loop)에 연결된 마주보는(opposing) 제1 밸브-관련 수단(5, 5')이 상기 블록(18)에 추가로 연결되어, 높은 압력, 즉 대기압력 이상 및 높은 온도에서 가스 또는 공기를 이동시킬 수도 있다.
본 발명에 따른 장치는 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이고, 도 4는 음향 리버서블 공진기, 즉 "ARR 유니트(18)"의 구조에 대한 개략적인 모식도이며, 도 5는 "ARR 유니트(18)"가 열 펌프 플랜트(heat pump plant)를 구성하기 위해 사용된 실시예를 나타내고 있다.
도 6은 높은 온도 어플리케이션에 적합한 엔진 장치를 도시하고 있고, 도 7은 낮은 온도 어플리케이션에 적합한 엔진 장치를 도시하고 있으며, 도 8은 엔진 장치와 열 펌프 유니트가 하나의 구조로 결합된 상태의 일례를 도시하고 있다.
도 3의 튜브(11) 위에 배치되어 제어 유니트(10)에 의해 작동하는 제2 밸브-관련 수단(15, 15')은 찬 공기 흐름이 최하의 압력에서 오픈 되도록 하고, 또한 상기 튜브(11)에 수직으로 배치되어 제어 유니트(10)에 의해 작동하는 제1 밸브-관련 수단(5, 5')은 뜨거운 공기 흐름이 최고의 압력에서 오픈되도록 할 수 있다.
여기서, 어떠한 팬(fans)도 필요하지 않으며, 미세한 위상차를 개방 순간에 발생하여, 강력한 공기 흐름을 생성하는 전제조건을 만들어낼 수 있다.
도시된 시뮬레이션은 공기 흐름이 낮은 온도 조건에서 극도록 커져야 하는, 예를 들어, m3/초(cubic metres/second)의 크기의 차원이 되어야 하는 것을 나타내고 있다. 그러므로, 상기 밸브-관련 수단(5, 5'; 15, 15')은 또한 매우 크게 오픈되고 닫힐 수 있는 표면 영역(예를 들어 5m/s의 공기 흐름에서 1/5 m2 의 크기를 가진)을 가져야만 한다. 높은 온도 조건에서, 작은 오픈 표면은 상당히 문제가 될 수 있다.
도 5는 겨울의 공기 온도가 20℃ 인 것으로 가정되고, 그럼에도 불구하고 도 5에 나타난 다른 온도가 가능할 수 있다는 상태의 일례를 도시하고 있다.
초겨울 태양과 에너지 지붕(roof) 조건에서, 외부 온도는 항상 상기 에너지 지붕 아래에서 +5℃ 를 유지할 수 있다. 이 공기는 "ARR 유니트"(18)로 회수되고(pumped down), 차가워지면서 배출된다.
따뜻한 조건에서, 상기 "ARR 유니트"(18)는 +30℃의 공기를 이송하고, 이를 통하여 건물을 가열할 수 있다.
건물이 가열되면, 공기는 22℃로 떨어지고 "ARR 유니트"(18)의 따뜻한 순환을 위하여 재활용되며, 전력이 다시 한번 공급될 수 있다.
즉, 에너지 지붕이 공기를 미리 가열하고 "ARR 유니트"(18)가 거의 마찰없이 작동하면, 목표는 열 팩터(thermal factor)가 24시간 주기의 상당 부분 동안 10(value of 10) 이상 증가하는 것이다.
도 6은 고온 엔진을 작동시키는 "ARR 유니트"를 도시하고 있다.
따뜻한 순환(The warm circuit)을 위해서는, 어떤 연료든지 이용될 수 있다. 열 에너지는 상기 따뜻한 순환 내부에서 전체적으로 생성될 수 있지만, 스터링 엔진(Stirling engine)에서는, 외부에서(열 교환) 생성될 수도 있다. 여기서는, 고온과 극도로 높은 과압력(10~20 대기압)이 바람직하다.
과압력 하에서 열에너지를 생성하면, 젖은 톱밥 등 조차 연소시킬 수 있는 장점이 있다.
열 에너지를 생성하기 위한 프로세스에서는, 완전 연소를 위해 느린 공기 흐름이 요구된다. 산소가 포함된 공기가 공급되면 매우 부분적인(partial) 압력이 발생하고, 이것은 또한 이상적인 완전 연소에 기여한다.
연료로써 디젤 오일이 사용된다면, 연소가 한 주기 시간 내내 높은 온도와 높은 압력에서 이루어지 때문에, 검은 그을음 입자를 줄일 수 있다.
여기서, 연비가 극도로 좋은 혼합 비율이 바람직하다(극도의 공기 과잉(extreme air surplus)).
이것은 높은 가압과 함께, 제공되는 연료 형태에 상관없이 매우 높은 수준(약 40% 이상)의 효율성을 가지게 한다.
엔진 유니트가 건물내 보일러(boiler)로 제공된다면, 건물은 배기 가스에 의해 가열될 수도 있다.
또한, 상당한 전력(예를 들어, 5kW)이 발생될 수 있고, 이것은 집 안에서 사용되거나 전력 공급 회사에 제공될 수 있다.
모든 제재소, 농장 등에서는, 상당한 양의 전기 에너지가 생태학적 쓰레기로부터 생겨날 수 있다. 그 재(ash)들은 상기 분야에서 재활용될 수 있다.
도 7은 "ARR 유니트"(18)가 낮은 온도 엔진으로 작동하는 상태를 나타내고 있다. 본 실시예에는 거의 모든 일년 내내의 기간 동안 10℃ 이상의 온도 차이를 이용하는 것이 가능한 특징을 가지고 있다. 본 실시예에서는, 양지쪽 지붕(roof)과 음지쪽 지붕 사이에서 이용될 수 있는 온도 차이가 존재하는 것으로 가정된다. 대신에, 온도 소스(temperature source)로서 우물, 외부 공기, 호수 등에서 사용되는 것도 가능하다.
화살표 "P1"은 열원부터 차가운 곳으로의 에너지 흐름을 나타낸다.
"ARR 유니트"(18)는 카놋의 효율 방정식(Carnot's known efficiency formula) (T2-T1)/T2 에 따라 이 에너지의 최고 약 4%를 전력으로 변환할 수 있다.
이것이 솔라셀(15%)로부터 얻어지는 것과 비교하여 낮은 효율일 수 있지만, 다른 한편으로 지붕의 표면 영역이 크고, 공기 흐름은 비용이 들지 않게 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 "ARR 유니트"(18)는 겨울 밤 등에도 작동 가능하지만, 솔라셀은 사용하려면 여름 햇빛을 필요로 한다.
소규모의 전력 수준(예를 들어, 500W)도 이와 같은 방법으로 생산될 수 있다.
본 발명에 따른 장치가 매우 높은 열 팩터를 가진 히트 펌프와 결합된다면, 한 가구당 500W 의 열을 공급할 수 있다.
열 팩터가 10이라면, 본 발명에 따른 상기 히트 펌프에 의해 제공되는 전력은 5kW가 될 것이다.
도 8은 엔진 유니트와 히트 펌프가 결합된 상태를 도시하고 있다.
여기서, "ARR 유니트"(18)는 적합하게 선택된 온도 차이로부터 전력을 발생시킨다.
다른 "ARR 유니트"(18)는 에너지 지붕(roof)로부터 여분의 온도(excess temperature)를 이용하고, 매우 높은 열 팩터를 가진 히트 펌프를 구성한다.
"ARR 유니트"(18)와 관련하여 요약하면, 본 발명은 정확한 순간(correct moment)에 다른 온도를 제공함으로써, 발생된 음향파는 증폭되고, 전기 에너지는 막(6)의 움직임 또는 다른 발생 움직임(other generated movement)으로부터 생겨날(be withdrawn) 수 있다.
이와 부합하여, 음향파는 증폭되고, 에너지는 정확한 주파수에서 막(6)에 제공된다.
이 에너지는 그 자체가 수백도의 온도 스파이크(spike)와 최소 영하 수십도를 가지는 강력한 발진(oscillation)임을 입증하고 있다.
적합한 적확한 순간에 상기 밸브-관련 수단(5, 5'; 15, 15')을 오픈함으로써, 열이 추출되거나(히트 펌프), 찬 공기가 발생할 수 있다(냉장고).
그 구조는 근본적으로 피스톤-실린더 장치에서 피스톤과 같은 효과를 가지고, 피스톤이 사용되는 거의 모든 구조에 적용될 수 있다. 유일한 차이는 가스에서 공진을 위한 물리법칙이 자발적인 가압/감압을 달성하기 위하여 이용된다는 것이다. 예를 들어, 디젤 엔진에서, 무거운 피스톤은 디젤 가압을 위하여 100mm 이동해야 한다. 본 발명에 따르면, 같은 가압을 위한 압력을 달성하기 위하여 막이 1mm 만 이동하는 것으로 충분하다.
그러므로, 공간(7) 내에 가스 축척물(17)에 공진을 부여하고 디젤 가압에 적용되는 대응되는 가압 값을 달성하기 위해, 무거운 피스톤과 크랭크축을 이용할 필요없이 최소한의 움직임이 요구된다.
무엇보다도, 실린더에 대항하는 피스톤 마찰과 다른 마찰 없이, "ARR 유니트"가 매우 높은 수준의 효율성을 가지게 할 수 있다.
단지 공진을 위한 비교적 약한 발진으로써 에너지를 공급하는 것과, 최대 가압에서 정확한 순간에 열을 공급하는 것이 필요하다. 이것이 음향파를 증폭시키고, 이 때 상기와 같은 막(6)(원칙적으로 스피커이지만 훨씬 높은 출력을 가지는 것)을 사용해서 유용한 힘을 끌어내는 것이 가능하다.
이에 따라, 본 발명은 더 높은 효율성과 더 간단한 구조를 가지는 디자인을 제공하는 것이 목적이다.
상기와 같은 "ARR 유니트"는 많은 다양한 작동 방법에 의해 구현 가능하고, 이에 따라 손실이 적은(loss-free) 기본 디자인 및 구조를 가질 수 있으며, 매우 작은 온도 차이로부터 전력을 만들어내는 것이 가능하다(종래에 피스톤이 장착된 엔진은 많은 유용한 전력을 마찰로 모두 소모하고, 이것은 캐놋(Carnot) 엔진이 단지 10℃의 온도 차이를 가지게 하는 것이 불가능한 이유를 설명해 준다).
이와 유사하게, 상기 유니트는 열 팩터(<10)에 의한 작은 온도 증가로 열을 올리는 것(pump heat)이 가능하다.
본 발명은 엔진, 히트 펌프, 이 2개가 결합된 장치(step less combination), 에어 컨디셔너, 쿨런트 장치, 냉각가, 콤프레샤 및 진공 장치 등으로 사용되도록 만들어질 수 있다.
특별히, 본 발명에서는 히트 펌프 또는 엔진 유니트 또는 동시에 이 2개의 기능을 가지는 장치가 하나 및 같은 공간을 가지는 것으로 만들어질 수 있으며, 여기서 에너지는 공간(7) 내부 또는 외부에 있는 막(6)의 움직임 또는 막처럼 작동하는 장치에 의해 히트 펌프 장치 내부로 공급되고, 엔진 장치 내부에서 에너지가 추출된다.
상기 공간은 정상파와 관련된 노드에 의해 정의되고, 정의하는 벽 부분(12, 13)은 정상파를 위한 2개의 노드를 형성한다.
공급 또는 에너지를 위한 상기 제2 밸브-관련 수단은 가장 낮은 압력으로(at a lowest pressure) 감압 스테이지 동안 소정의 낮은 온도(allocated low temperature)에서 열원으로부터 많은 양의 에너지를 제공하고, 가압 스테이지에서는 상기 제1 밸브-관련 수단을 통하여 에너지를 열 소비체(heat consumer)로 제공한다.
상기 제1 밸브-관련 수단은 가압 스테이지에서, 높은 온도 레벨에서 열원으로부터 에너지를 공급하고, 제2 밸브-관련 수단(15)과 소정의 감압 스테이지를 통해서(in order via second valve-related means(15) and allocated decompression stage) 낮은 온도 레벨에서 에너지를 방출하도록 형성되어 있다.
도 9에는, 제1 밸브-관련 수단(5)과 제2 밸브-관련 수단(15)이 하나의 동작을 통해 동시에 에너지 공급이나 제거를 할 수 있도록 만들어져 있다.
제어 유니트는, 소정 제어방법으로 상기 제1 밸브-관련 수단(5) 및/또는 제2 밸브-관련 수단(15)을 동시 또는 서로 떨어진 시간 간격 내에서 작동시킨다.
도 9a를 참조하면, 여기에는 도 3에 도시된 실시예와 관련된 장치가 기재되어 있고, 이것은 고정된 벽 영역(112 및 113)과, "가스 변위"와 관련된 그래프 1 및 압력과 관련된 점선 2를 나타내고 있는 전체 주기와, 가압을 위한 제1 밸브-관련 수단(5)에 연결된 부분 및 감압을 위한 제2 밸브-관련 수단(15)에 연결된 부분을 가진 튜브(4, 111)를 도시하고 있다.
도 3에 나타난 튜브(111)보다 2배 긴 길이를 가짐으로써, 정상파는 일부 주파수에서 2개의 돌출부(bulge)가 생길 수 있다. 이 실시예에서, 상술한 2개의 밸브-관련 수단(5, 15)은, 하나의 제1 밸브-관련 수단(5)이 높은 압력과 높은 온도에서 그리고 다른 제2 밸브-관련 수단(15)은 낮은 압력과 낮은 온도에서, 동시에 오픈될 수 있다. 또한, 2개의 피스톤 또는 스피커 막이 본 실시예에 있을 수 있다. 이 경우, 도 3에 도시된 밸브 메커니즘에서 수직한 방향의 장치는 불필요하다.
도 9b는 가열 펌프 장치 안에 있는 도 9a에 따른 장치를 도시하고 있고, 도 9c는 엔진 장치 안에 있는 도 9a에 따른 장치를 도시하고 있다.
도 9b는 차가운 사용, 즉 10℃를 가진 자연의 소스(예를 들어, 호수)를 예로 하여 도시하고 있다. 상기 온도는 30℃까지 올라갈 수 있다. 이 경우, W1+W2=W3에 따른 전력이 필요하다. 도 9b 와 도 9c에 기재되어 있는 숫자는 단지 예시일 뿐이다.
에너지 지붕(roof)(영상 30℃의 빛)로부터 열원 W3를 추출하고, 에너지 W2로 10℃를 가진 호수를 가열함으로써, 캐놋 효율 방정식 (T2-T1)/T2 에 의하면 이 경우에 6.6%의 효율성 또는 660W의 전력을 만들어낼 수 있다. 여기서, 숫자는 단지 예시일 뿐이다.
본 발명은 상기한 예에 의하여 당연히 제한되는 것은 아니고, 첨부된 청구항에 기재된 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위에서의 변형이 있을 수 있다.
특별히, 모든 도시된 유니트 및/또는 회로는, 본 발명에 따른 기술적 특징을 가지고 있는 범위 내에서, 다른 모든 유니트 및/또는 회로와 결합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
5 : 제1 밸브(-관련) 수단 6 : 감압 단계
7 : 공간 8 : 장치
9 : 에너지 공급 장치 15 : 제2 밸브(-관련) 수단
17 : 가스 볼륨

Claims (16)

  1. 공간(7) 내에 모여서 발진하는 가스 볼륨(17)을 사용하여 에너지를 변환하는, 에너지 공급장치(9)를 포함하는 장치(8)로서, 상기 공간(7) 내에서 서로 발진하는 가스 분자의 움직임을 야기하고 유지하며, 상기 발진에 의한 가스 가압이 상기 가스 볼륨(17)의 전체 또는 일부 내에서 온도를 증가시키고, 상기 발진에 의한 가스 감압은 상기 가스 볼륨(17)의 전체 또는 일부 내에서 온도를 하강시키는 장치(8)에 있어서,
    적어도 둘의 제1밸브수단(5, 5')이 상기 공간(7)에 연결되고, 상기 제1밸브수단(5, 5')은 상기 공간(7)의 말단 영역에서 서로 정반대로 마주보게 배치되고 핫 루프로 연결되어 고압 및 고온의 가스 또는 공기를 운반하고, 상기 제1밸브수단(5, 5')은 상기 공간(7) 내에서 상기 가스 볼륨(17)에 대한 가압 스테이지(compression stage)동안 상기 가스 볼륨(17)으로 열에너지를 공급하거나 또는 상기 가스 볼륨(17)으로부터 열에너지를 제거하도록 작동되며,
    적어도 둘의 제2밸브수단(15, 15')이 상기 공간(7)에 더 연결되고, 상기 제2밸브수단(15, 15')은 상기 공간(7)의 말단 영역에서 서로 정반대로 마주보게 배치되고 콜드 루프로 연결되어 저압 및 저온의 가스를 운반하고, 상기 제2밸브수단(15, 15')은 상기 공간(7) 내에서 상기 가스 볼륨(17)에 대한 감압 스테이지(decompression stage) 동안 상기 가스 볼륨(17)으로 열에너지를 공급하거나 또는 상기 가스 볼륨(17)으로부터 열에너지를 제거하도록 작동되며,
    상기 제1 및 제2밸브수단(5, 5', 15, 15')은 서로 실질적으로 수직하도록 배치되며,
    상기 제1밸브수단(5, 5')은 가압 스테이지에서 고온 레벨로 열원으로부터 에너지를 공급하여, 감압 스테이지에서 상기 제2밸브수단(15, 15')을 통해 저온 레벨로 에너지를 방출하고, 및/또는
    에너지를 공급하기 위한 상기 제2밸브수단(15, 15')은 감압 스테이지 동안 가장 낮은 압력에서 열원으로부터 다량의 에너지를 주어진 저온으로 공급하여 가압 스테이지 동안에 상기 제1밸브수단을 통해 열 소비체(heat consumer)로 제공하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공간(7)은 히트 펌프 또는 엔지 장치의 기능을 수행하며, 공간(7) 내에서 막(6)으로서 동작하는 디바이스의 움직임에 의해, 히트 펌프 동작에서 에너지가 공급되고, 엔진 동작에서 에너지가 추출되는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공간(7)은 정상파(2d)와 관련된 노드에 의해 한정되는장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 공간(7)을 정의하는 벽 영역(12, 13)은 정상파(2d)를 위한 두개의 노드를 형성하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1밸브수단(5, 5')과 상기 제2밸브수단(15, 15')은 동시 동작에 의해 동시에 에너지를 공급하거나 추출하는 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 공간(7)은 막힌 양단부(12, 13)가 있는 튜브 섹션(11)의 형상 또는 토러스(torus)나 이에 대응하는 다른 형상을 가져, 각 개별 주기에서 적은 양의 에너지 공급에 의해 음향 에너지 축적이 가능한 전제조건이 형성되는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1밸브수단(5, 5')은 상기 공간(7)에서 최대 압력이 예상되는 영역 내에 제공되거나, 또는 대체적으로 상기 제2밸브수단(15, 15')이 상기 공간(7)에서 최소 압력이 예상되는 영역 내에 위치하여 차가운 공기 흐름이 감압 스테이지 동안 최소 압력 및 일시적으로 최소 압력에 근접한 압력에서 공간(7)을 통해 제공되거나 또는 유도될 수 있는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 소정 제어방법으로 상기 제1 및/또는 제2밸브수단(5, 5', 15, 15')을 활성화하는 제어 유니트(10)를 더 포함하는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2밸브수단(15, 15')은 상기 공간(7)에서 최소 압력이 예상되는 영역 내에 배치되거나, 또는 대체적으로 상기 제1밸브수단(5, 5')이 상 공간(7)에서 최대 압력이 예상되는 영역 내에 위치하여 뜨거운 공기 흐름이 가압 스테이지 동안 최대 압력 및 일시적으로 최대 압력에 근접한 압력에서 상기 공간(7)을 통해 제공되거나 또는 유도될 수 있는 장치.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    가스 흐름을 형성하기 위해, 소정 제어방법으로 제1 및 제2밸브수단(5, 5', 15, 15')을 선택적으로 개방하는 시간간의 위상차를 형성하는 제어 유니트(10)를 더 포함하는 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    음향 발진을 유지하여, 이에 의해 발진하는 가스 볼륨(17)에 음향 에너지를 공급하며, 및/또는 상기 발진하는 가스 볼륨(17)으로부터 음향 에너지를 추출하는 막(6) 및/또는 디바이스(9)를 더 포함하는 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 공간(7)을 포함하고 상기 제1 및 제2밸브수단(5, 5', 15, 15')과 관련되며, 블럭으로서 구성되는(is structured as a block) 음향 가역성 공진기(acoustic reversible resonator)(18)를 더 포함하는 장치.
  15. 삭제
  16. 제9항에 있어서, 상기 제어 유니트(10)는 동일한 또는 서로 다른 시간 간격 내에서 상기 제1밸브수단(5, 5') 및/또는 상기 제2밸브수단(15, 15')을 활성화하는 장치.
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