KR20050118303A - 열 에너지를 기계 에너지로 변환하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 작동 매체의 부피-, 압력- 및 온도 변동을 이용하여 열 에너지를 기계 에너지로 변환하기 위한 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 방법에서 작동 매체는 제 1 스테이지(1)의 부피 확대에 의해서 상기 제 1 스테이지(1)로 흡인되고, 그 다음에 작동 매체는 제 1 스테이지(1)의 부피 축소시에 제 2 스테이지(2)의 부피 확대에 의해서 상기 제 2 스테이지(2)로 넘어가며, 그 다음에 작동 매체는 제 2 스테이지(2)의 부피 축소시에 제 3 스테이지(3)를 거치는 것과 동시에 열을 공급받아 제 4 스테이지(4)의 부피 확대에 의해서 상기 제 4 스테이지(4)로 넘어가고, 그 다음에 작동 매체는 제 4 스테이지(4)로부터 상기 제 4 스테이지(4)의 부피 축소에 의해서 제 5 스테이지(5)로 넘어가며, 상기 제 5 스테이지(5)에서 제 5 스테이지의 부피 확대에 의해서 팽창된다. 본 발명에 따른 방법에 따라, 5개 사이클을 갖는 열역학적 순환 프로세스가 도시된다. 본 발명의 대상은 또한 상기 방법을 실시하기 위한 장치이다.

Description

열 에너지를 기계 에너지로 변환하는 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR CONVERTING HEAT ENERGY INTO MECHANICAL ENERGY}
본 발명은 작동 매체, 특히 가스의 부피, 압력 및 온도 변화를 이용하여 여러 단계로 열 에너지를 기계 에너지로 변환하기 위한 방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.
열 에너지를 기계 에너지로 변환하기 위한 방법은 공지되어 있으며, 상기 방법에서는 작동 챔버(workspace) 내에 있는 작동 매체의 압력 및 온도가 부피 변동에 따라서 변동된다. 부피가 작아짐에 따라 압력 및 온도는 상승하며, 이와 같은 상승은 전술한 부피 변화의 결과로서 뿐만 아니라, 특별히, 부피 축소의 마지막 스테이지에서 또는 반복되는 부피 확대의 처음 스테이지에서, 외부로부터의 또는 작동 챔버 내부에 있는 매체 내에서의 열 발생에 의한(예컨대 연소에 의한) 열 에너지의 추가 공급에 의해서 이루어진다. 부피 확대가 반복되는 경우에는, 폐쇄된 작동 챔버 내에서 부피 축소에 의해 형성되는 압력에 의하여, 손실을 제한 후에 후속하는 부피 축소를 위해서 필요한 작업이 실행되는 한편, 열 에너지의 추가 공급에 의하여 형성되는 압력은 마찬가지로 손실을 제한 후에 결과적으로 나타나는 기계적인 작업을 수행한다. 작동 챔버가 영구적으로 폐쇄된 경우, 열 에너지의 추가 공급의 결과로서 부피 확대의 마지막에 그리고 그에 따라 또한 후속하는 부피 축소의 처음에도, 매체의 온도는 선행하는 부피 확대 프로세스의 처음 온도보다 더 커진다. 따라서, 외부로부터의 열 공급시의 매체 온도는, 외부로부터 열이 공급되는 온도에 도달하게 되고, 온도차 및 그와 더불어 공급되는 열의 양도 또한 손실을 함께 계산하지 않은 상태에서는 0이 된다. 그러나 작동 챔버가 폐쇄된 경우에는, 산소 부족으로 인해 매체 내에서의 과정에 의한 열 공급이 중단될 수 있다. 그렇기 때문에, 작동 챔버는 사용된 매체의 배출을 위하여 그리고 신선한 매체를 소정의 시간 동안 공급하기 위하여 개방되어야 하며, 이와 같은 개방 동작은 부피 축소의 처음에 또는 그 이전에 이루어질 수도 있고, 부피 확대의 마지막에 또는 그 다음에 이루어질 수도 있다. 부피 축소 및 부피 확대시의 압력 및 온도 변화의 작업 프로세스는 2개의 사이클로 이루어진다. 상기 2개의 사이클에 2개의 다른 사이클, 즉 사용된 매체의 공급을 위한 부피 확대 및 사용된 매체의 배출을 위한 부피 축소가 더 추가되면, 열 에너지를 기계 에너지로 변환하기 위한 4 사이클 프로세스가 이용된다. 상기 제 1 사이클의 처음에 또는 상기 제 2 사이클의 마지막에 매체의 공급 및 배출이 이루어지면, 2 사이클 프로세스가 이용된다. 이와 같은 과정들 모두 하나의 작업 챔버 내에서 공지된 선행 기술에 따라 진행되며, 상기 작동 챔버는 예외의 경우에는 2개 부분으로 세분된다.
본 발명은 첨부된 도면에 상세하게 도시되어 있다.
도 1은 본 발명의 기본 실시예를 도시한다.
도 2는 제 1 스테이지와 제 2 스테이지 사이에 그리고 제 5 스테이지와 제 1 스테이지 사이에 냉각기를 구비한 변형예를 도시한다.
도 3은 제 1 스테이지가 제 5 스테이지와 통합되고, 상기 제 5 스테이지와 제 2 스테이지 사이에 냉각기가 중간 삽입된 실시예를 도시한다.
작동 매체의 부피, 압력 및 온도 변동을 이용하여 열 에너지를 기계 에너지로 변환하기 위한 본 발명에 따른 방법에 따라, 상기 작동 매체는 제 1 스테이지(stage)의 부피 확대에 의해서 상기 제 1 스테이지로 흡인되고, 그 다음에 작동 매체는 제 1 스테이지의 부피 축소시에 제 2 스테이지의 부피 확대에 의해서 상기 제 2 스테이지로 넘어가며, 그 다음에 작동 매체는 제 2 스테이지의 부피 축소시에 제 3 스테이지를 거치는 것과 동시에 열을 공급받아 제 4 스테이지의 부피 확대에 의해서 상기 제 4 스테이지로 넘어가고, 그 다음에 작동 매체는 제 4 스테이지로부터 상기 제 4 스테이지의 부피 축소에 의해서 제 5 스테이지로 넘어가며, 상기 제 5 스테이지에서 제 5 스테이지의 부피 확대에 의해서 팽창된다. 바람직하게, 작동 매체는 제 2 스테이지의 부피 축소에 의하여 제 3 스테이지를 거치는 것과 동시에 가열되어 직접 제 5 스테이지로 넘어간다. 바람직하게, 작동 매체는 제 1 스테이지로부터 제 2 스테이지로 넘어갈 때 냉각된다. 바람직하게, 작동 매체는 제 5 스테이지로부터 상기 제 5 스테이지의 부피 축소에 의해서 그리고 그와 동시에 냉각에 의해서 상기 제 1 스테이지의 부피 확대와 동시에 제 1 스테이지로 넘어간다. 바람직하게, 작동 매체는 제 5 스테이지로부터 상기 제 5 스테이지의 부피 축소에 의하여 제 3 스테이지로 넘어가서 가열 프로세스를 위해 사용된다. 바람직하게, 작동 매체는 상기 제 5 스테이지의 부피 축소에 의해서 및/또는 그와 동시에 이루어지는 냉각에 의하여, 상기 제 2 스테이지의 부피 확대에 의해서 제 5 스테이지로부터 직접 제 2 스테이지로 넘어간다. 작동 매체의 부피, 압력 및 온도 변동을 이용하여 여러 스테이지로 열 에너지를 기계 에너지로 변환하기 위한 장치의 경우, 제 3 스테이지는 적어도 본 발명에 따라 부피가 불변하는 작동 챔버로서 형성되는 한편, 다른 스테이지들은 부피가 가변적인 작동 챔버로서, 특히 회전 피스톤 기계로서 형성되고, 작동 매체가 통과하는 방향으로 연속적으로, 한편으로는 제 3 스테이지 앞에 그리고 다른 한편으로는 상기 스테이지 뒤에 배치된다. 바람직하게, 제 1 스테이지의 최대 부피는 제 2 스테이지의 최대 부피보다 크며, 이 경우 제 5 스테이지의 최대 부피는 제 4 스테이지의 최대 부피보다 크며, 이 경우 제 5 스테이지의 최대 부피는 제 1 스테이지의 최대 부피보다 크거나 또는 제 1 스테이지의 최대 부피와 그 크기가 같다. 바람직하게, 제 5 스테이지는 제 1 스테이지와 통합된다. 바람직하게, 제 3 스테이지는 연소 챔버로서 및/또는 열 교환기로서 형성된다. 바람직하게, 제 5 스테이지에는 흡인 밸브가 제공된다. 바람직하게는, 제 1 스테이지와 제 2 스테이지 사이에 그리고 제 5 스테이지와 제 1 스테이지 사이에 냉각기가 중간 삽입되고, 상기 통합된 스테이지와 제 2 스테이지 사이에 냉각기가 중간 삽입된다.
도 1에 따라, 작동 매체는 제 1 스테이지(1)의 부피 확대에 의해서 상기 제 1 스테이지(1)로 유입되고, 그 다음에 작동 매체는 상기 제 1 스테이지(1)의 부피 축소시에 제 2 스테이지(2)의 부피 확대에 의해서 제 2 스테이지(2)로 넘어간다. 그 다음에 작동 매체는 제 2 스테이지(2)의 부피 축소시에 제 3 스테이지(3)로 넘어간다. 상기 제 3 스테이지(3)를 통과할 때, 작동 매체 내에 있는 연료의 연소에 의해서 내부로부터, 또는 제 3 스테이지의 가열, 예컨대 외부 연소 과정에 의해서 외부로부터 작동 매체에 열이 공급된다. 상기 제 3 스테이지(3)로부터 작동 매체는 제 4 스테이지(4)로 넘어가고, 그와 동시에 상기 스테이지의 부피가 확대되며, 그 다음에 작동 매체는 제 4 스테이지(4)로부터 상기 제 4 스테이지의 부피 축소에 의해서 제 5 스테이지(5)로 넘어간다. 상기 제 5 스테이지(5)에서는 작동 매체가 제 5 스테이지의 부피 확대에 의해서 팽창된다. 팽창 후에는 작동 매체가 상기 제 5 스테이지(5)의 부피 축소에 의해서 외부로 가이드 되거나 또는 역으로 제 1 스테이지(1)로 가이드 된다. 작동 매체로서 공기를 사용하고, 외부 연소 과정이 제 3 스테이지를 위한 열 공급의 형태로서 이루어지는 경우에는, 외부 연소 과정을 위하여 팽창된 고온의 공기를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 상응하는 방법은 5개의 사이클을 갖는 열역학적인 순환 프로세스이다. 소수의 경우에는, 제 4 스테이지(4)를 생략하고, 매체를 직접 제 5 스테이지로 가이드 하여 제 5 스테이지에서 팽창시키는 것이 장점이 될 수 있다. 도 2에서는, 작동 매체가 바람직하게 제 1 스테이지(1)로부터 제 2 스테이지(2)로 넘어갈 때 중간 삽입된 냉각기(6) 내에서 냉각된다는 것을 알 수 있다. 작동 매체가 제 5 스테이지(5)로부터 재차 제 1 스테이지(1)로 가이드 되는 폐쇄된 순환 프로세스에서는, 제 5 스테이지와 제 1 스테이지 사이에 추가의 냉각기(7)를 삽입하는 것이 바람직하다. 소수의 경우에는, 본 발명의 추가 실시예에 따라 제 5 스테이지 및 제 1 스테이지를 하나의 공통의 스테이지(51)로 통합하고, 상기 통합된 스테이지(51)의 부피 확대시에 팽창된 작동 매체를 상기 통합된 스테이지의 새로운 부피 축소시에 상기 제 2 스테이지의 부피 확대와 동시에 제 2 스테이지(2)로 가이드 하고, 경우에 따라서는 상기 작동 매체가 중간 삽입된 냉각기(76)를 거치도록 하는 것도 장점이 된다. 이 경우, 5개의 사이클을 갖는 열역학적 순환 프로세스는 하나의 3 사이클 순환 프로세스로 변형된다,
열 에너지를 기계 에너지로 변환하기 위해 기술된 방법을 실시하기 위한 장치는 본 발명에 상응하게, 제 3 스테이지(3)가 적어도 불변하는 부피를 갖는 작동 챔버로서 형성되는 한편, 다른 스테이지들(1, 2, 4, 5, 51)은 가변적인 부피를 갖는 작동 챔버로서 형성되도록 배치된다. 제 3 스테이지를 제외한 모든 스테이지들이 회전 피스톤 기계로서 구현되는 것이 바람직하며, 이와 같은 구현예에서는 회전 피스톤의 회전시 상기 피스톤의 피크 에지에 의하여 연결된 면을 통해서, 피스톤이 그 내부에서 회전하는 실린더의 마주 놓인 내벽 및 상기 면에 의하여 한정된 챔버의 부피가 주기적으로 확대 및 축소된다. 이 경우 제 1 스테이지(1)의 최대 부피는 제 2 스테이지(2)의 최대 부피보다 크고, 또한 제 5 스테이지(5)의 최대 부피는 제 4 스테이지(4)의 최대 부피보다 크며, 제 5 스테이지(5)의 최대 부피는 제 1 스테이지(1)의 최대 부피보다 크거나 또는 상기 제 1 스테이지(1)의 최대 부피와 같은 크기이다. 통합된 스테이지(51)의 최대 부피는 제 4 스테이지의 최대 부피보다 크고, 제 2 스테이지의 최대 부피보다 크다. 제 3 스테이지(3)는 연소 챔버 및/또는 열교환기로서 이용된다. 작동 매체는 우선 (예를 들어 흡인 과정에 의하여) 제 1 스테이지(1)의 확대되는 부피로 유입된다. 최대값에 도달한 후에는, 상기 스테이지의 부피가 축소되기 시작하고, 작동 매체는 제 2 스테이지(2)의 확대되는 부피로 밀려 들어간다. 상기 제 2 스테이지(2)의 최대 부피가 제 1 스테이지(1)의 최대 부피보다 여러 배 더 작기 때문에, 작동 매체의 상태는, 상기 작동 매체가 제 1 스테이지(1)로부터 제 2 스테이지(2)로 넘어간 후에 보다 높은 압력 및 보다 높은 온도를 갖도록 변동된다. 지나치게 큰 온도 상승이 바람직하지 않은 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 2개 스테이지 사이에 냉각기(6)가 중간 삽입될 수 있다. 제 2 스테이지(2)의 새로운 부피 축소시에는, 작동 매체가 상기 스테이지로부터 제 3 스테이지(3)를 거쳐서 부피가 확대되는 제 4 스테이지(4)로 넘어간다. 제 3 스테이지에서는 외부 연소 과정에 의해서 또는 내부 연소에 의해서 작동 매체에 열이 공급되며, 이 경우 외부 연소 과정에서는 상기 스테이지가 열교환기로서 이용되지만, 상기 내부 연소의 경우에는 터빈 연소 챔버에서와 유사하게 현저하게 높은 압력으로 연소가 이루어진다. 상기 제 4 스테이지(4)의 최대 부피가 일반적으로는 제 2 스테이지(2)의 최대 부피와 크기가 같기 때문에, 작동 매체는 제 3 스테이지에서의 가열 후에 제 4 스테이지의 최종 상태에서는 제 2 스테이지에서의 출발 상태와 비교해서 보다 높은 압력 및 보다 높은 온도를 갖게 된다. 그 다음에 작동 매체는 제 4 스테이지(4)의 축소되는 부피로부터 제 5 스테이지의 확대되는 부피로 팽창되며, 이 때 작업이 완수된다. 제 4 스테이지(4)의 최대 부피가 제 2 스테이지(2)의 최대 부피보다 더 큼으로써 2개 스테이지 사이에서 부분적인 등압 내지 등온 팽창이 이루어지고, 본 발명에 따른 방법이 카르노(Carnot) 순환 프로세스와 유사해지도록, 본 발명에 따른 장치를 변형하는 것은 물론 가능하다. 극단의 경우에는, 제 5 스테이지가 완전히 생략될 수 있고, 작동 매체는 제 2 스테이지(2)로부터 출발하여 제 3 스테이지(3)에서 가열되어 직접 제 5 스테이지(5)에서 팽창될 수 있다. 제 3 스테이지가 0이 아닌 부피를 가지기 때문에, 열이 전혀 공급되지 않는 경우에는 작동 매체의 공급이 시작될 때 부분적인 팽창이 야기되고, 제 3 스테이지를 거친 후에 제 4 스테이지의 작동 매체는 제 2 스테이지에서보다 낮은 압력 및 낮은 온도를 갖게 된다. 이와 같은 낮은 압력의 결과로서, 상기 제 4 스테이지는 중량을 기준으로 하여 제 2 스테이지로부터 제 3 스테이지로 전달되는 작동 매체의 양보다 비교적 적은 양의 작동 매체를 제 3 스테이지로부터 인출한다. 남아 있는 작동 매체의 양은 제 3 스테이지에서 잔류 압력을 형성하거나 또는 상승시킨다. 따라서, 제 3 스테이지의 크기에 상응하게, 열이 공급되지 않더라도 제 3 스테이지의 압력은 매우 신속하게 증가하고, 그에 따라 작동 매체가 제 2 스테이지로부터 (제 3 스테이지를 거쳐) 제 4 스테이지로 넘어갈 때에는 팽창이 더 이상 이루어지지 않으며, 열은 (제 1 스테이지로부터 제 2 스테이지로의 작동 매체의 압축에 의하여) 압력 하에서 공급될 수 있다. 그렇기 때문에, 제 3 스테이지는 (열 손실을 막기 위하여) 작은 외부 면적을 갖는 연소 챔버로서 뿐만 아니라 (가급적 많은 열을 전달하기 위하여) 큰 면적을 갖는 열교환기로서도 설계될 수 있다. 제 3 스테이지에서 가급적 많은 열을 전달하고, 순환 프로세스의 압축 스테이지를 위해서 이용되는 작업 과정을 줄일 수 있기 위하여, 가능하다면, 제 1 스테이지로부터 제 2 스테이지로 넘어갈 때 온도가 떨어져야만 한다. 이와 같은 온도 강하는 본 발명에 상응하게, 제 1 스테이지(1)와 제 2 스테이지(2) 사이에 냉각기(6)가 중간 삽입됨으로써 가능해진다. 작동 매체가 제 5 스테이지(5)로부터 역으로 제 1 스테이지(1)로 가이드 되는 폐쇄 순환계의 경우에는, 상기 2개 스테이지 사이에 추가의 냉각기(7)를 중간 삽입하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 배열 상태에서는, 압축 비율의 크기와 무관하게 팽창 비율의 크기가 선택될 수 있다. 그에 따라, 압축되고 가열된 작동 매체가 주변 압력까지 팽창될 수 있음으로써, 순환 프로세스의 우수한 효율이 달성된다. 팽창 비율의 크기가 미리 정해진 경우, 팽창 마지막의 압력은 팽창 처음의 압력에 상응하며, 따라서 열 공급이 적은 경우의 압력은 팽창의 마지막에 주변 압력에 의해서 강하될 수 있다. 상기와 같은 압력 강하를 원치 않는 경우에는, 작동 매체가 팽창의 마지막에 흡인 밸브(8)에 의해서 흡인되는 본 발명의 추가적인 특징이 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 상응하는 방법 및 장치에 따라 구현된 작업 순환 프로세스는 5개 사이클-순환 프로세스이다. 제 5 스테이지(5)의 팽창 비율, 즉 제 5 스테이지 및 제 4 스테이지의 최대 부피 사이의 비율이 소정의 크기를 갖는 경우, 팽창의 마지막에는 압력뿐만 아니라 온도도 거의 주변의 값에 상응하는 값으로 떨어진다. 제 5 스테이지(5) 및 제 1 스테이지(1)는, 폐쇄된 순환 프로세스의 경우에 그리고 제 3 스테이지에서 작동 매체가 외부로부터 가열되는 경우에는, 도 3에 따른 본 발명의 추가 특징에 상응하게 통합될 수 있고, 작동 매체는 통합된 스테이지(51)에서 팽창된 후에 중간 삽입된 냉각기(76)를 거쳐 제 2 스테이지(2)로 가이드 되는 동시에 압축될 수 있다. 이 경우에도 역시 통합된 스테이지(51)에 흡인 밸브(8)를 제공하는 것이 바람직하다. 본 발명의 틀 안에서, 소수의 경우에 5개 사이클-순환 프로세스는 3개 사이클-순환 프로세스로 변형될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 따라서 뿐만 아니라 특허 청구의 범위에 기술된 다른 실시예에 따라서도, 공지된 열 엔진(특히 4 사이클-순환 프로세스)과 비교할 때, 터보 엔진의 경우보다 높은 작동 압력 및 작동 온도, 그리고 압축된 작동 매체를 가열하기 위한 보다 긴 시간, 및 지금까지 공지된 피스톤 엔진의 경우보다 팽창의 마지막에는 보다 낮은 압력 및 온도가 가능해진다는 장점들을 갖는다. 그럼으로써, 순환 프로세스의 보다 높은 효율 그리고 보다 적은 소음 발생, 및 내부 또는 외부 연소에 의한 작동 매체의 가열시 탄소- 및 질소 산화물이 적게 방출된다는 결과가 나타난다. 본 발명은 태양 에너지를 기계 에너지로 변환하기 위해서도 바람직하게 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 작동 매체, 특히 가스의 부피, 압력 및 온도 변동을 이용하여 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 방법에 있어서,
    상기 작동 매체가 제 1 스테이지의 부피 확대에 의해서 상기 제 1 스테이지로 흡인되고, 그 다음에 작동 매체는 제 1 스테이지의 부피 축소시에 제 2 스테이지의 부피 확대에 의해서 상기 제 2 스테이지로 넘어가며, 그 다음에 작동 매체는 제 2 스테이지의 부피 축소시에 제 3 스테이지를 거치는 것과 동시에 열을 공급받아 제 4 스테이지의 부피 확대에 의해서 상기 제 4 스테이지로 넘어가고, 그 다음에 작동 매체는 제 4 스테이지로부터 상기 제 4 스테이지의 부피 축소에 의해서 제 5 스테이지로 넘어가며, 상기 제 5 스테이지에서 제 5 스테이지의 부피 확대에 의해서 팽창되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동 매체는 제 2 스테이지의 부피 축소 및 동시 가열에 의하여 제 3 스테이지를 거쳐 직접 제 5 스테이지로 넘어가는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 작동 매체는 제 1 스테이지로부터 제 2 스테이지로 넘어갈 때 냉각되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 매체는 제 5 스테이지로부터 상기 제 5 스테이지의 부피 축소에 의해서 그리고 그와 동시에 냉각에 의해서 상기 제 1 스테이지의 부피 확대와 동시에 제 1 스테이지로 넘어가는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 매체는 제 5 스테이지로부터 상기 제 5 스테이지의 부피 축소에 의하여 제 3 스테이지로 넘어가서 가열 프로세스를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동 매체는 상기 제 5 스테이지의 부피 축소에 의해서 및/또는 그와 동시에 이루어지는 냉각에 의하여, 상기 제 2 스테이지의 부피 확대에 의해서 제 5 스테이지로부터 직접 제 2 스테이지로 넘어가는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 작동 매체의 부피, 압력 및 온도 변동을 이용하여 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 장치에 있어서,
    제 3 스테이지(3)는 부피가 불변하는 적어도 하나의 작동 챔버로서 형성되는 한편, 다른 스테이지들(1, 2, 4, 5)은 부피가 가변적인 작동 챔버로서, 특히 회전 피스톤 기계로서 형성되고, 작동 매체가 통과하는 방향으로 연속적으로, 한편으로는 제 3 스테이지(3) 앞에 그리고 다른 한편으로는 상기 스테이지 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이지(1)의 최대 부피는 제 2 스테이지(2)의 최대 부피보다 크며, 제 5 스테이지(5)의 최대 부피는 제 4 스테이지(4)의 최대 부피보다 크며, 제 5 스테이지(5)의 최대 부피는 제 1 스테이지(1)의 최대 부피보다 크거나 또는 제 1 스테이지(1)의 최대 부피와 그 크기가 같은 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 5 스테이지(5)가 제 1 스테이지(1)와 통합되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 스테이지(3)가 연소 챔버로서 및/또는 열 교환기로서 형성되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 장치.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 5 스테이지(5)에 흡인 밸브(8)가 제공되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 장치.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 스테이지(1)와 제 2 스테이지(2) 사이에 그리고 제 5 스테이지(5)와 제 1 스테이지(1) 사이에 냉각기(6, 7)가 중간 삽입되고, 상기 통합된 스테이지(51)와 제 2 스테이지(2) 사이에 냉각기(76)가 중간 삽입되는 것을 특징으로 하는 열 에너지를 기계 에너지로 다단계 변환하는 장치.
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