KR20080112342A - 에너지 변환 방법, 장치 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

에너지 변환을 위하여, 우선, 비-가스상 캐리어 매체가 열에너지 도입에 의해 가스상 캐리어 매체로 변환됨으로써, 가스상 캐리어 매체가 상승하고 위치에너지를 얻는다. 그 후, 가스상 캐리어 매체는 특정 높이에서 비-가스상 캐리어 매체로 다시 변환된다. 회수된 비-가스상 캐리어 매체의 위치 에너지는 원하는 다른 에너지 형태로 변환될 수 있다.

Description

에너지 변환 방법, 장치 및 시스템{METHOD, DEVICE AND SYSTEM FOR CONVERTING ENERGY}
본 발명은 에너지를 변환하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
에너지를 변환하기 위한 장치의 일례는 태양 연돌 발전 장치(solar chimney power plant)이다. 태양 연돌 발전 장치에서는, 공기가 태양에 의해 가열되고 연돌에 공급되어 연돌 내에서 상승한다. 연돌 내에 배치된 터빈은 기류로부터 전력을 생성할 수 있다.
본 발명은, 에너지를 변환하는 이러한 장치와 이와 유사한 장치에 있어서, 존재하는 에너지가 최적으로 활용되지 않는다는 점을 고려하여 이에 기초한 것이다.
본 발명은, 존재하는 열에너지를 변환하기 위하여, 이러한 공지의 장치의 경우보다 더욱 효율적으로 변환이 이루어질 수 있는 대안적 또는 부가적인 해결책을 제공한다.
에너지를 변환하기 위하여, 아래의 단계를 포함하는 방법이 제안된다.
a) 열에너지의 도입에 의하여 비-가스상 캐리어 매체(non-gaseous carrier medium)를 가스상 캐리어 매체로 변환하여, 가스상 캐리어 매체가 상승하고 위치 에너지를 얻도록 하는 단계,
b) 가스상 캐리어 매체를 특정 높이(specific height)에서 비-가스상 캐리어 매체로 다시 변환하는 단계, 및
c) 회수된 비-가스상 캐리어 매체의 위치 에너지를 다른 에너지 형태로 변환하는 단계.
또한, 에너지 변환을 위한 장치가 제안된다. 장치는 공동(cavity)을 포함한다. 장치는, 공동의 하측 단부에 배치되고 열에너지 도입에 의해 비-가스상 캐리어 매체를 가스상 캐리어 매체로 변환하도록 구성된 응집 상태 변화기(aggregation state changer)를 또한 포함함으로써, 캐리어 매체는 공동 내에서 상승하고 위치 에너지를 얻는다. 장치는, 공동의 상측 단부에 배치되고 가스상 캐리어 매체로부터 회수된 비-가스상 캐리어 매체를 수집하는 수집기(collector)를 또한 포함한다. 장치는 회수된 비-가스상 캐리어 매체의 위치 에너지를 다른 에너지 형태로 변환하도록 구성된 에너지 변환 장비(energy conversion arrangement)를 또한 포함한다.
마지막으로, 그와 같은 장치를 포함하고 응집 상태 변화기에 이용 가능한 열에너지를 회수하도록 구성된 장치를 또한 포함하는 시스템이 제안된다.
따라서 존재하는 열에너지를 이용하여 위치 에너지를 얻고, 위치 에너지를 원하는 에너지 형태로 다시 변환할 수 있는 방법이 제안된다. 비-가스상, 즉 고상 또는 액상의 캐리어 매체가 가스상 응집 상태로 변화하고 그 결과 상승함에 의해, 위치 에너지가 회수된다. 위치 에너지가 도입된 캐리어 매체는 비-가스상 응집 상태로 다시 변환되고 따라서 에너지 회수에 이용될 수 있다.
본 발명의 장점은, 존재하는 열에너지의 원하는 에너지 형태로의 효율적인 에너지 변환을 가능하게 한다는 점이다. 또한, 본 발명은 비교적 작은 구조적 치수로 실시될 수 있다.
또한, 도입된 열에너지의 적절한 선택에 의해, 본 발명은 방출물(emission)이 전혀 없도록 실시될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 필요한 열에너지를 얻기 위하여 어떠한 에너지원이라도 사용 가능하다. 도입된 열에너지는 지열, 수열(water heat), 공기 열(air heat), 화석 에너지 캐리어, 핵 에너지 캐리어 및/또는 태양 에너지로부터 회수될 수 있다.
본 장치에 따르면, 열에너지는 상승하는 캐리어 매체의 출구 지점에만 도입될 수 있고 따라서 응집 상태 변화기를 통해서만 도입될 수 있다. 대안적 방안에서, 열에너지는 가스상 캐리어 매체가 이동하는 높이에 걸쳐서 분포된 캐리어 매체 내로 도입될 수도 있다.
이를 위하여, 장치는 대응하는 에너지 도입 요소(energy introduction element)를 구비할 수 있다. 그러한 에너지 도입 요소는 그 자체가 에너지 회수 요소(energy recovery element)를 포함할 수 있거나, 에너지 회수 요소로부터 에너지를 공급 받을 수 있다.
높이에 걸쳐서 분배된 열에너지의 도입은, 더 적은 외부 열에너지 총량이 공급될 필요가 있다는 장점이 있다. 따라서, 캐리어 매체가 특정 높이에 도달할 때까지 가스 상태를 유지하도록, 공동의 높이를 따라 연속적으로 또는 선택된 높이에 정확하고 충분한 에너지가 도입될 수 있다.
또한, 가스상 캐리어 매체가 상승하는 공동의 외각부(shell) 상에 예를 들어 에너지 회수 및 도입 요소로서 사용되는 태양열 수집기(solar collector)가 직접 부착되거나, 태양열 수집기가 외각부의 전체 또는 일부를 형성하면, 본 발명은 실질적으로 더욱 간결하고 경제적으로 실시할 수 있다.
에너지 도입 요소는, 캐리어가 상승하는 공동을 완전히 포위할 수 있거나, 예를 들어 태양열 수집기의 경우에 태양을 향하는 쪽에만 배치될 수 있다. 또한, 요소는 공동의 전체 높이게 걸쳐서 연장될 수 있거나, 선정된 높이의 한 구역에만 또는 선정된 여러 높이 구역에 배치될 수 있다.
예시적 실시 형태에서, 가스상 캐리어 매체의 비-가스상 캐리어 매체로의 역-변환(back-conversion)은 가스상 캐리어 매체의 냉각에 의해 발생한다. 냉각은 냉각 유닛에 의해 일어난다.
예를 들어, 이송 매체가 특정 높이에 배치된 냉각 영역, 예를 들면 냉각 유닛의 냉각 영역을 통해 안내되면, 냉각이 일어날 수 있다. 냉각 영역은 다수의 호스(hose) 또는 다른 라인에 의해 형성될 수 있다. 이와 더불어 냉각 영역은, 회수된 비-가스상 캐리어 매체를 제공된 수집 지점으로 향하게 하기 위해서 사용될 수도 있도록 형성되고 배치될 수 있다.
냉각이 이송 매체에 의하여 발생하면, 캐리어 매체의 냉각에 기인하는 이송 매체의 가열은 도입된 열에너지에 기여하도록 활용될 수 있다. 본 장치에 따르면, 이러한 목적으로, 가열된 이송 매체를 공동의 하측 단부에 배치된 응집 상태 변화기에 공급하는 열 회수 라인이 제공될 수 있다. 그러한 실시 형태의 장점은, 소비된 유용한 에너지를 포함하는 손실 에너지만이 외부로부터 도입될 필요가 있으므로 특히 효율적이라는 점이다.
대안적 또는 부가적인 실시 형태에서, 역-변환을 보조하기 위하여, 가스상 캐리어 매체 내로 물질이 직접 도입, 예를 들면 그에 대응하도록 설계된 수집기를 통하여 도입될 수 있다. 도입은 분사 또는 살포(showering)에 의해 일어난다. 물질이 캐리어 매체로부터 열을 추출하고 그에 따라 응축을 보조한 후에, 물질과 캐리어 매체는 추후 사용을 위하여 다시 분리될 수 있다. 예를 들어 캐리어 매체가 물이고 물질이 기름인 경우에, 분리는 간단한 방식으로 이루어질 수 있다. 그러나, 대신에, 이미 회수된 캐리어 매체가, 보유된 위치 에너지의 에너지 변환을 위하여 공급되기 전에, 상승하는 가스상 캐리어 매체 내에 분사 또는 살포될 수도 있다. 이에 따라, 아직 가스 상태로 상승하는 캐리어 매체에 대하여 넓어진 충돌 표면은 역-변환을 촉진한다. 여기서, 분사 또는 살포된 캐리어 매체는 응집 상태 변화기로 다시 낙하하지 않고 에너지 변환 장치에 공급된다는 점이 확인되어야만 한다. 이는, 예를 들어 상측 단부에서 경사진 공동의 영역 내에 캐리어 매체가 분사 또는 살포될 경우에 달성될 수 있다.
다른 예시적 실시 형태에서, 역-변환을 위한 캐리어 매체에 대한 능동 냉각이 생략될 수 있다. 특정 높이에서 가스상 매체의 비-가스상 캐리어 매체로의 역-변환은 예를 들면 가스상 캐리어 매체의 상향 이동 시의 냉각에 의하여 발생할 수 있다. 이를 위하여, 공동의 높이는 적절히 선택된다. 보다 정확하게는, 상향 이동에 의한 냉각이 충분히 과냉된 증기를 생성함으로써 수집기의 높이에서 자동-응축(auto-condensation)이 개시되도록, 높이는 캐리어 매체로 도입된 열에 비례하여 설정된다. 그러한 자동-응축은 수집기의 적절한 설계에 의해 보조될 수 있다. 수집기는, 응축 연무(mist) 및/또는 응축물을 생성하거나 더욱 응축하기 위하여, 예를 들면 넓은 충돌 면적으로서의 역할을 하는 하나 또는 다수의 망상체(net)로서 형성될 수 있다.
그러나, 수집기는, 능동 냉각의 경우와 능동 냉각이 없는 경우 모두에 대하여 동일하게, 역-변환된 비-가스상 이송 매체를, 예를 들면 수집조(collector basin)를 통해 에너지 변환 장치로 안내하도록 형성되고 가능하다면 냉각된 공동의 상측 한계 표면(upper limiting surface)을 간략하게 포함할 수 있다는 점은 명백하다.
예시적인 실시 형태에서, 회수된 비-가스상 캐리어 매체는, 캐리어 매체의 회수된 위치 에너지가 다른 에너지 형태로 변환되기 전에, 예를 들면 중간 저장기(intermediate store)에 의해 일시적으로 저장된다.
회수된 비-가스상 캐리어 매체의 중간 저장기는, 예를 들면 외부 열에너지가 이용 가능하지 않을 때에 저장물(reserve)을 공급하기에 적합하다. 또한, 중간 저장기에 의하여, 원하는 에너지 형태의 최대 수요(peak demand)가 처리될 수 있거나, 회수된 비-가스성 캐리어 매체의 공급의 집중(peak)이 완화될 수 있다.
캐리어 매체의 위치 에너지를 다른 에너지 형태로 변환하기 위하여, 우선, 위치 에너지는 운동 에너지로 변환될 수 있다. 이는, 회수된 비-가스성 캐리어 매체가 높은 높이에서 낮은 높이로의 낙하 통로(fall path), 예를 들면 다운파이프(downpipe)를 통해 낙하하는 경우에 달성될 수 있다. 그 후, 운동 에너지는 다른 에너지 형태로 변환될 수 있다. 이를 위하여, 가능하다면 발전기가 부속되어 있는 터빈과 같은 에너지 변환기가 제공될 수 있다.
궁극적으로는, 위치 에너지는 어떠한 임의의 에너지 형태로도 변환될 수 있다. 원하는 에너지 형태로의 변환은 원하는 에너지 캐리어 내의 저장을 또한 포함한다는 점은 명백하다. 따라서, 무엇보다도, 기계적 에너지, 전기 에너지, 화학적 에너지 캐리어를 생성하는 에너지 및/또는 물리적 캐리어를 생성하는 에너지로의 변환이 가능하다.
또한, 회수된 비-가스성 캐리어 매체는, 위치 에너지의 다른 에너지 형태로의 변환 후에, 필요하다면 중간 저장기에 일시적으로 저장될 수 있다.
대안적으로 또는 그 후에, 회수된 비-가스성 캐리어 매체는, 위치 에너지의 다른 에너지 형태로의 변환 후에, 폐쇄 순환로(closed circuit) 내에서 적어도 부분적으로 또한 이용될 수 있다. 본 장치에 따르면, 이를 위하여, 캐리어 매체는 응집 상태 변화기에 회송된다.
비-가스성 캐리어 매체의 가스상 캐리어 매체로의 변환에 의하여, 캐리어 매체는 조성에 따라 또한 증류될 수 있다. 증류되어 회수된 비-가스성 캐리어 매체는, 위치 에너지의 다른 에너지 형태로의 변환 전에 또는 후에, 추출 지점을 통하여 적어도 부분적으로 추출될 수 있다.
캐리어 매체로서 예를 들어 해수가 이용되는 경우에, 간략히 표현하자면, 물이 증발하고 용존 가스가 방출되고 염분이 석출된다. 특정 높이에서의 응축 영역에서, 거의 순수한 물이 이용 가능하다. 이는, 음용수 회수와 관개(irrigation)와 같은 실시 형태와 용도에 관한 다수의 가능성을 열어 둔다. 산업체 또는 가정으로부터 사용된 물 또는 폐수가 캐리어 매체로서 사용되면, 증류에 의해 사용된 물 또는 폐수의 정화 및 잔류 물질의 회수가 이루어진다.
가스상 캐리어 매체는, 어떠한 오염물(contaminant)과도 격리되어 있고 다른 물질을 수용하고 있지 않는 공동 내에서 상승할 수 있다. 대안적으로, 공동은 상승하는 가스상 캐리어 매체에 의해 함께 이송되는 충진 매체(filling medium)를 포함할 수도 있다. 충진 매체로서 공기 또는 다른 가스 또는 가스 혼합물이 사용될 수 있다.
충진 매체의 사용은 공동과 외부 환경 사이의 압력 차이를 보상할 수 있게 한다. 그러한 압력 차이는 캐리어 매체의 응집 상태의 변화에 의해 야기되는 여러 작동 온도에 의하여 발생할 수 있다. 충진 매체가 캐리어 매체를 따라 이송됨에 따라, 특정 높이에서 캐리어 매체 제거 후에, 충진 매체가 증발기에 다시 사용 가능하게 되는 폐쇄 순환로가 충진 매체에 대하여 제공될 수 있다.
대안적으로, 충진 매체가 흡인에 의하여 외부로부터 공동 내로 유입되고 사용 후에 외부로 다시 방출되는 개방 시스템이 제공될 수도 있다.
일반적으로, 캐리어 매체, 이송 매체 및 충진 매체와 같이, 외부 사용을 위해 추출되지 않고 사용된 모든 물질에 대하여, 그리고 외부 사용을 위해 추출되지 않은 모든 에너지에 대하여, 폐쇄 순환로와 개방 통로(open passage)를 구비한 실시예가 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적 장치의 구조를 도식적으로 나타낸다.
도 2는 도 1의 장치의 작동을 설명하는 흐름도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 예시적 장치의 개략적 블록도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 예시적 장치의 구조를 도식적으로 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 예시적 장치의 구조를 도식적으로 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 장치에서의 예시적인 열 회수를 도식적으로 나타낸다.
이하에서, 예시적 실시 형태를 참조하여 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 효율적인 에너지 변환을 위한 본 발명에 따른 장치의 예시적 실시 형태를 나타낸다.
장치는 공동(11)을 구비한 구조체(10)를 포함한다. 명백히, 공동은 대안적 실시예에서 예를 들면 언덕의 측부에 인접하고 경사지게 배치될 수도 있다. 높이 h = h0에서의 공동(11)의 하측 단부에, 증발 체임버(12)가 배치된다.
높이 h = h1에서의 공동(11)의 상측 단부에, 냉각 유닛(13)이 배치된다. 냉각 유닛(13)으로부터, 다운파이프(14)가 터빈(15)까지 이르며, 터빈에는 발전기가 연결되어 있다. 터빈(15)은 증발 체임버(12)에 연결된다. 또한, 냉각 유닛(13)은 열 회송 라인(heat return line)(16)을 통해 증발 체임버(12)에 연결된다.
또한, 공동 내에는 선택적으로 종래의 태양 연돌 발전 장치(17)가 배치된다.
마지막으로, 열에너지 회수용 요소(18)가 열에너지를 증발 체임버(11)에 공급할 수 있도록 배치된다. 그와 같은 요소의 일례는 태양열 수집기이다. 그러나, 태양 대신에 다른 에너지원이 요소(18)에 의해 이용될 수 있다. 또한, 그러한 요소가 다수 제공될 수 있다는 점도 명백하다.
도 2는 도 1에서의 장치의 작동 원리를 설명하는 흐름도를 나타낸다.
증발 체임버(12) 내에는 비-가스상 응집 상태의 캐리어 매체, 예를 들면 액상 캐리어 매체로서의 물이 존재한다.
요소(18)에 의해 외부 열에너지가 증발 체임버(12)에 공급되어 에너지가 회수된다(단계 21).
공급된 열에너지에 의하여, 캐리어 매체는 가스상 응집 상태로 변환되며, 이는 캐리어 매체가 증발하여 공동(11) 내에서 상승함을 의미한다.
높이 h = h1에서, 캐리어 매체는 이전의 응집 상태로 다시 변환된다(단계 22). 이는 캐리어 매체로부터의 증기가 다시 응축된다는 것을 의미한다. 도시된 이 실시예에서, 역-변환은 냉각 유닛(13)에 의해 일어난다. 그러한 냉각 유닛은, 예를 들면 호스의 네트워크로 이루어질 수 있다. 우선, 네트워크는 넓은 충돌 표면을 제공하여 응축 연무(condensation mist)를 생성 또는 응축시킨다. 다음으로, 네트워 크 상에서의 응축을 보조하는 냉각제와 같은 이송 매체가 호스를 통해 흐를 수 있다. 네트워크는 형성된 응축물을 다운파이프(14)의 방향으로 향하게 한다.
호스 내에서 가열된 이송 매체는, 도입된 열에너지의 효과를 보조하도록 열 회송 라인(16)을 통해 증발 체임버(12)에 공급될 수 있고, 그 후 냉각된 상태에서 냉각 유닛(13)으로 다시 공급될 수 있다(단계 23).
캐리어 매체는 이동한 높이(h1-h0)에 의하여 위치 에너지가 증가한다. 캐리어 매체는 다운파이프(14)를 통해 낙하함으로써, 위치 에너지로부터 운동에너지가 얻어진다(단계 24).
운동 에너지는 원하는 다른 에너지 형태로 변환될 수 있다(단계 25). 예를 들면, 낙하하는 캐리어 매체는 터빈(15)을 구동할 수 있고, 그에 따른 회전 에너지는 연결된 발전기를 작동시키는 데에 이용될 수 있고 전기 에너지를 생성할 수 있다.
캐리어 매체는 터빈(15)을 구동한 후에 증발 체임버(12)로 다시 안내될 수 있다(단계 26).
선택적인 태양 연돌 발전 장치(17)는 단계 21과 단계 22 사이에서 종래의 방식으로 캐리어 매체로부터 상승하는 증기를 이용하여 에너지를 회수할 수 있다.
도 1의 장치의 몇몇 선택적인 상세 사항과 가능한 변형예가 도 3의 블록 회로도에 도시되어 있다.
캐리어 매체는 증발기(32)에, 또는 더욱 일반적으로는 응집 상태 변화기에 공급된다. 캐리어 매체는 예를 들면 해수일 수 있다. 증발기(32)는 도 1의 증발 체임버(12)에 대응한다. 증발기(32)에서, 캐리어 매체는 공급된 열에너지에 의해 증발된다.
증기는 구조체(30)의 공동 내에서 상승한 후에 제2 응집 상태 변화기(33)에 도달한다. 공동은 개방 또는 폐쇄 순환로 내에서 캐리어 매체에 의해 운반되는 충진 매체를 수용할 수도 있다.
제2 응집 상태 변화기(33)는, 예를 들면 능동 응축물 수집기(active condensate collector)로서 증기의 냉각을 일으켜 응축을 보조하는 도 1에서의 냉각 유닛(13)에 대응할 수 있다. 응집 상태 변화기(33)가 냉각 유닛을 포함하면, 열은 증발기(32)로 회송된다.
대안적으로, 제2 응집 상태 변화기(33)는 수동 응축물 수집기로서 증기로부터 생성되는 응축물을 단순히 회수하는 응축기일 수 있다. 이 경우에 구조체의 높이는, 상향 이동하는 증기의 냉각에 의하여, 응축기의 위치에서 예를 들면 응축기에 포함될 수 있는 네트워크 상에서, 응축물의 수집과 전환을 위하여 자동-응축이 일어나도록 설정되는 것이 유리하다.
증발기와 응축기가 동시에 사용되어 캐리어 물질을 증류하는 경우에, 응축된 캐리어 매체의 일부는 추출 연결부(extraction connection)(40)를 통하여 소비자에게 직접 공급될 수 있다. 캐리어 매체가 예를 들어 해수인 경우에, 함유된 염분은 증발기에서 침전하고 응축된 캐리어 매체의 일부는 식용수로서 또는 관개용으로 이용될 수 있다.
추출되지 않은 응축 캐리어 매체의 일부는, 실질적으로 제2 응집 상태 변화기(33)의 높이에 배치된 중간 저장기(intermediate store)(41), 예를 들면 수조에 공급된다. 중간 저장기는 원하는 시간에 원하는 에너지 형태의 회수를 가능하게 한다. 이는, 공급된 열에너지가 예를 들어 특정 시간에만 이용 가능하고 그에 따라 응집물이 특정 시간에만 얻어지는 경우에, 최대 부하 시간(peak load time)에 더 많은 에너지를 원하는 형태로 회수하고 그리고/또는 일시적으로 균일한 분포의 에너지를 원하는 형태로 회수하는 것을 포함한다.
응축된 캐리어 매체는 그 후에 필요에 따라 제어되어 다운파이프를 통해 낙하함으로써 터빈(35)과 충돌하고 터빈을 구동한다. 터빈(35)에 의해 생성된 회전 에너지는 소비자에 의해 직접 이용되고 그리고/또는 발전기(42)에 공급되어 전기 에너지를 생성한다.
또한, 전기 에너지는 소비자에게 직접 공급되거나, 예를 들면 수소 또는 산소를 생산하기 위하여 추후의 에너지 변환(43)을 위해 사용된다.
응축된 캐리어 매체는 터빈(35)을 구동한 후에, 다른 중간 저장기(44)에 일시적으로 저장될 수 있고, 그 후에 폐쇄 순환로 내의 응축기에 다시 공급된다. 증류된 캐리어 매체는 제2 중간 저장기 전 또는 후에 추출 연결부를 통해 추출되어, 터빈 구동에 더 많은 양의 캐리어 매체가 이용될 수 있다는 점은 명백하다.
응축된 캐리어 매체는, 순환로로부터 추출되는 경우에, 외측으로부터 예를 들면 추가 해수의 형태로 증발기(32)에 다시 공급될 수 있다.
도 4는 에너지의 효율적인 변환을 위한 본 발명에 따른 장치의 다른 예시적 실시 형태로서 도 1의 장치의 다른 변형예를 나타낸다. 도 1과 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 가진다.
이 예시적인 실시 형태에서, 증발 체임버(12), 공동(11)을 구비한 구조체(10), 냉각 유닛(13), 다운파이프(14), 터빈(15) 및 열 회송부(heat return)(16)가 도 1의 실시예와 같이 배치된다.
그러나, 도 4에 따른 실시 형태에서, 공동의 외각부를 따라 에너지를 회수하고 공급하기 위한 요소가 제공된다. 요소(19)는 예를 들면 태양열 수집기일 수 있다. 요소(19)는 공동의 높이에 걸쳐 분포된 열에너지를 상승하는 가스상의 캐리어 매체 내로 도입함으로써, 냉각 유닛(13)에 도달하기 전의 자동-응축이 방지된다.
비-가스상 캐리어 매체의 가스상 캐리어 매체로의 변환에 필요한 충분한 에너지만이 증발 체임버(12)에 공급될 필요가 있다. 이를 위한 연속 조업에 있어서, 냉각 유닛(13)으로부터 열 회송부(16)를 통해 회송되는 열이 충분할 수도 있다. 조업 개시를 위해서만 외부 열이 증발 체임버에 공급되어야 하거나, 처음에는 비-가스상 캐리어 매체가 공동 내에 분사되어 초기에 공동(11) 그 자체 내에서 우선 증기로 변환된다.
그 외에 도 4의 장치는 도 1의 장치와 같이 작동한다.
즉, 본 발명과 몇몇 실시 형태는 다음과 같이 설명될 수 있다.
에너지를 회수하기 위한 방법 및/또는 장치는, 중력장 내에서 질량의 위치 에너지(Epot = m×g×h; 'm'은 높이에 올려진 kg 단위의 질량, 'g'는 중력 상수, 'h'는 높이)를 얻는 과정을 통해, 우리의 환경을 구성하는 데 필요하거나 필요하다고 생각되는 에너지 및/또는 에너지 캐리어로의 열에너지의 수집과 변환에 기초한다.
여기에서 에너지를 회수하기 위하여 활용되는 물리학은, 에너지 도입에 의한 액상 및/또는 고상의 응집 상태로부터 가스상의 응집 상태로의 변환 및 그 역-변환과, 가스 형태로 응집 상태의 변화 후에 발생하는 단열 팽창 형태의 기체 역학에 의해 주어진다. 단열 팽창은 이러한 방법 및/또는 장치에서 작용하는 연돌 효과를 일으킨다. 마지막으로, 이는 열 형태의 에너지를 중력장 내에 저장된 에너지로 변환시키고, 저장된 에너지는 다른 에너지 형태로 다시 변환될 수 있고 그리고/또는 후에 변환된다.
에너지를 회수하기 위한 방법 및/또는 장치는 원론적으로 "열 파이프(heat pipe)"이기는 하나 중요한 변경과 개선(extension)이 이루어져 있다. 이는, 질량의 중력장 내에서, 일단에서 타단까지(높이 h)의 운동에 대하여, 중력장 내의 위치 차이를 극복하기 위해 에너지가 소비되어야 하도록 배치된다. "대지(earth)"의 경우로 이전된 예를 들면, 이는 일단이 예를 들어 지면 위치(높이 h0 = 0)이고 타단이 지상의 높이(h0 > 0)라는 것을 의미한다.
열을 회수하기 위한 방법 및/또는 장치의 작동의 기능적 근본 원리를 이하에서 설명한다(도 3). 물질(= 캐리어 매체)이 외부에서 도입된 에너지에 의해 가스상 응집 상태로 변환되고, 그 후 주요 역할을 하는 단열 팽창의 물리 효과에 의해 높 이 h로 이송되고, 이 높이에서 이전의 응집 상태로 다시 변환(응축)된다. 도입된 위치 에너지를 가진 물질은 그 후에 에너지 회수를 위해 이용 가능하다. 선택적으로, 물질은 추후의 사용을 위하여 그 높이에서 일시적으로 저장될 수 있다. 위치 에너지는 그 후에 해당 장치 및/또는 방법에 의해 다른 물리적 또는 화학적 형태로 변환, 즉 캐리어 매체로부터 추출될 수 있다. 위치 에너지 추출 후에, 선택적으로 물질은 다시 일시적으로 저장될 수 있다. 그 후 선택적으로, 해당 실시예에서 계획된 경우에, 캐리어 매체는 순환로로 회송될 수 있다.
에너지를 회수하는 방법 및/또는 장치를 실시하기 위하여, 한 실시 형태에서 이하의 요소를 구비하는 순환로가 설치된다(도 1을 또한 참조).
증발 체임버는 도입된 외부 열에 의해 캐리어 매체를 증발시키며, 증발 체임버에는 높이 h의 구조체가 연결되고, 구조체 내에는 증기가 상승하고 태양 연돌 발전 장치가 설치되어 있고, 한 실시 형태에서 캐리어 매체의 증기로부터 응축물을 회수하는 냉각 유닛(= 냉각 장치)이 구조체에 연결되고, 다른 실시 형태에서는, 상향 이동에 의한 냉각[열(= 미시적 운동)을 거시적 운동으로 변환하는 물리적 과정으로서, 분자/원자의 동시 운동(synchronous movement) - 연돌 효과]에 의하여, 최적의 경우에 자동-응축이 개시되는 온도까지 과냉된 증기가 생성되고 냉각 유닛이 필요하지 않도록, 캐리어 매체 내에 도입된 열과 관련하여 높이 h가 설정되며, 한 실시 형태에서, 응축물 수집기/응축기가 예를 들면 넓은 충돌 표면으로 작용하는 네트워크 형태로 제공되어 응축 연무/응축물을 생성 또는 더욱 응축시키며, 필수적인 구성은 아닌 응축물용 중간 저장 장치(intermediate storage device)[예를 들 면, 외부 열이 존재하지 않는 경우에, 또는 최대 수요에 대처하기 위하여, 또는 최대 응축물 공급을 완충하기 위하여 필요]가 냉각 유닛에 연결되고, 응축물용 다운파이프가 중간 저장 장치에 연결되고, 발전기와 결합된 터빈이 다운파이프에 연결되고, 터빈 내에서는, 다운파이프 내에서 낙하에 의해 캐리어 매체의 응축물의 위치 에너지로부터 얻어진 운동 에너지가 예를 들어 전기 에너지로 변환될 수 있고(또한, 다시 열로 직접 변환될 수 있고), 필수적인 구성은 아닌 응축물용 추가 중간 저장 장치가 터빈에 연결되고, 추가 중간 저장 장치는 다시 증발 체임버에 연결된다. 여기서, 냉각 유닛에서 발생한 열은 이송 매체를 통해 증발 체임버 내의 가열에 도입될 수 있다.
에너지를 변환하기 위한 방법 및/또는 장치를 실시하기 위하여, 다양한 실시 형태가 가능하다. 전술한 방법 및/또는 장치에 있어서, 오염물과 격리된 캐리어 매체는 높이 h의 구조체 내의 반드시 유일한 가스인 것은 아니고, 다른 실시 형태에서, 높이 h의 구조체에는 충진 매체(주로 공기, 그러나 다른 가스/가스 혼합물도 사용 가능)도 채워져 있다. 충진 매체의 선택은, 방법 및/또는 장치의 공동과, 여러 작동 온도에서 응집 상태의 변화에 의해 야기되는 외부 환경 사이의 압력 차이에 따라 이루어진다. 이는 충진 매체에 의해 선택적으로 보상될 수 있고, 이로부터 건물의 설계에 대한 구조적인 대책이 마련된다. 충진 매체가 캐리어 매체를 따라 이송됨에 따라, 적어도 두 실시 형태가 가능하게 된다. 이는, 첫 번째로, 높이 h에서 캐리어 매체의 제거 후에 회송 장치(return device)에 의해 증발기 내에서 다시 사용 가능하게 되는 충진 매체에 대한 폐쇄 순환로와, 두 번째로, 충진 매체가 외 부로부터 흡인되어 구조체 내에서 이송되고 사용 후에 외부로 다시 방출되는 개방 시스템이다.
에너지 회수를 위한 방법 및/또는 장치를 더욱 고려함으로써, 또 다른 이점이 얻어진다. 사용 물질의 응집 상태의 변화의 부수적인 효과로서, 물질 조성에 따라 분별 증류(fractioned distillation)가 발생한다. 에너지를 회수하기 위한 방법 및/또는 장치에서 개방 순환로 내의 캐리어 매체로서 예를 들어 해수가 사용될 경우에, 간략히 표현하자면, 해수가 증발하고 용존 가스가 방출되고 염분이 석출한다. 그 후, 높이 h의 응축 영역에서, 다른 중간 단계 없이 회수된 에너지에 의해 높이 h에 이미 양수된 거의 순수한 물이 사용될 수 있다. 이로부터 다시 다수의 응용과 실시 형태가 가능하다[색인어: 물(식수) 생산, 관개]. 산업체와 가정으로부터의 하수 또는 폐수가 사용되면, 본 방법에 의해 하수 또는 폐수 정화 및 잔류물의 회수가 이루어진다.
다른 실시 형태는 특히 선택적으로 관련 캐리어 매체의 증발열 또는 증발 엔탈피를 고려하며, 이는 액상/고상으로부터 가스상으로의 응집 상태 변화 시의 잠열로서 적용되어야 하나 그 후 승화열 또는 응축열로 표현되는 역-변환 시에 다시 방출된다. 방출된 열은 그 후에, 냉각 유닛에 의한 전술한 회송 이송에 의해, 액상/고상으로부터 가스상으로의 응집 상태 변화의 영역으로 선택적으로 회송된다(도 3 참조). 이러한 구성은, 조업 중에 외부로부터 증발기 내로 손실 에너지만이 도입될 필요가 있다는 것을 의미한다. 이는 추출된 유용한 에너지를 또한 포함한다. 총괄적으로, 이러한 실시 형태들은 에너지 회수를 위한 훨씬 낮은 제조 비용의 이점을 가진다.
다른 실시 형태에서, 전술한 네트워크는 냉각 유닛의 냉각 영역의 구조적 설계와 배치, 예를 들면 냉각제(이송 매체)가 통과하는 호스의 네트워크에 의해 구성된다.
다른 실시 형태에서, 증발열의 회수와 그에 따른 응축은, 다른 실시 형태에서 냉각 유닛에 의해 미리 냉각된 응축물의 분사/살포/도입에 의해 향상된다. 다른 실시 형태에서, 응축물은 동일한 물리적 효과를 달성하는 물질에 의해 대체될 수도 있다(예: 캐리어 매체가 물인 경우에, 응축을 향상시키기 위해 도입된 물질은 기름일 수도 있다. 이는 두 물질의 분리가 간단하다는 이점이 있다.)
에너지를 회수하는 방법 및/또는 장치에서의 모든 물질[캐리어 매체, 이송 매체, 충진 매체, 에너지(열, 전기 에너지, 기계적 에너지, 풍력, 운동 에너지)]과 응집 상태에 대하여, 구조적 해결안은 폐쇄 순환로 또는 개방 통로에 의해 가능하다.
본 방법 및/또는 장치에서 사용되는 이송 매체는, 예를 들면 화학 반응 내의 촉매로서의 기능적인 보조 역할만을 수행하지만, 관련 실시 형태의 구현을 위해 기능적으로 다시 필요하다. 예를 들면, 냉각 유닛 내에서 회수될 수 있는 열은 이송 매체의 선택적인 폐쇄 순환로를 통해 증발기로 회송되도록 구성된다. 또한, 이 공정에서의 이송 매체는 응집 상태의 변화가 일어날 수 있으나 그러한 변화가 일어날 필요가 있는 것은 아니다. 이러한 경우는 실시 형태의 이 부분이 "열 파이프"로서 또한 설계되는 경우이다. 다른 실시 형태에서, 열 이송 매체, 예를 들면 비등점이 더 높은 유체[예를 들면, 식물유 또는 광물유, 용융염(salt melt) 등]는, 냉각 유닛에서 회수된 열의 도입 시에 응집 상태가 변화하지 않는 가스를 포함한다.
본 방법 및/또는 장치를 구동하는 열에너지는 어떠한 에너지원으로부터도, 예를 들면, 대지(지열), 물(수열), 공기(공기 열), 화석 에너지 캐리어[가스, 기름, 석탄, 메탄 아이스(methane ice) 등], 핵 에너지 캐리어(융합 또는 분열) 또는 태양(태양 에너지)으로부터 얻을 수 있다.
다른 실시 형태에서, 높이 h의 구조체(= 연돌)는 에너지/열의 회수용 장치와 동일 위치에 배치되며, 이는 복잡성과 그에 따른 제조 및 설치 비용을 현격히 감소시킨다. 이에 대한 물리적/기술적 배경은, 캐리어 매체에 대한 연돌 효과에 의하여, 높이 이송(height transport)에 필요한 에너지가 증발 체임버(도 1) 내에 반드시 도입, 즉 집중(결과: 고온 필요)될 필요가 없고, 높이 h의 구조체의 높이 경로에 걸쳐서 도입되어 분배(결과: 저온이 필요할 뿐, 즉 필요로 하는 미터의 높이만큼의 열만이 필요)될 수 있다는 점을 고려한 것이다. 예를 들어 태양열 수집기의 경우에 에너지/열을 회수하기 위한 장치가 이와 같이 설계되면, 수집기와 높이 h의 구조체는 동일 위치에 배치된다. 증발 또는 이송 에너지를 위한 낮은 개시 온도만이 존재하는 다른 경우에도 동일한 구성이 적용된다. 따라서, 이러한 실시 형태에 있어서는, 높이 h에 도달하기에 충분한 이송 에너지를 반드시 필요로 하지는 않는 증발 단계와, 캐리어 매체를 이송하여 위치 에너지와 손실에 대한 보상을 회수하기 위한 에너지(열)의 회수 및 도입 단계(캐리어 매체는 여기서 일시적일 수 있는 과잉 에너지 회수를 위하여 이송 매체의 기능을 동시에 수행)와, 높이 h에 도달 후의 응축 및 잠재 에너지(latent energy) 회수 단계(잠재 에너지는 증발열과 캐리어 매체의 열이며, 이 에너지는 후에 증발기에 다시 공급)와, 유용한 에너지를 회수하고 캐리어 매체를 증발기에 회송하는 단계를 구비하는 기본적인 공정 절차가 적용된다. 여기에서도 전술한 모든 실시 형태는, 식수를 얻거나 폐수 등을 세정하기 위한 목적으로 개방 및/또는 폐쇄 순환로에 대하여 가능하다(도 3을 또한 참조).
우리의 환경을 구성하기 위해 필요하거나 필요한 것으로 생각되는 에너지 및/또는 에너지 캐리어는, 예를 들면 전기 에너지 또는 화학적 에너지 캐리어 또는 물리적 에너지 캐리어, 예를 들면 전기 분해로부터의 수소와 산소, 또는 증류를 위한 에너지와 같은 펌프 에너지일 수 있다.
에너지를 회수하기 위한 본 방법 및/또는 장치의 장점은, 지열, 공기 또는 수열, 및 태양 에너지와 같은 도입 에너지 캐리어(input energy carrier)의 사용의 경우에, 환경을 오염하는 물질의 배출이 전혀 없다는 점이다.
범위 설정을 위하여,
- 에너지를 회수하기 위하여 여기에 제시된 방법 및/또는 장치는 태양 연돌 발전 장치가 아니다(여기에 제시된 에너지를 회수하기 위한 방법 및/또는 장치의 경우와 마찬가지로, 태양 연돌 발전 장치는 열 발전 장치의 그룹에 속한다). 태양 연돌 발전 장치는 여기에 제시된 발전 장치의 필수적인 구성요소는 아니다.
- 여기에 제시된 에너지 회수 방법 및/또는 장치는 해수 열 발전 장치가 아니다. 해수 열은 에너지원의 구성을 위한 하나의 해결책일 뿐이다.
- 여기에 제시된 에너지 회수 방법 및/또는 장치는 지열 발전 장치가 아니 다. 지열은 에너지원의 구성을 위한 다른 해결책일 뿐이다.
에너지원으로서 지열이 이용되는 경우에, 예를 들면 루어 지역(Ruhr area)의 종래의 샤프트 시스템(shaft system)을 사용하는 것이 고려될 수 있다. 따라서, 개발을 위한 초기 비용이 절감되고 또한 최초 시작품(first commissioning)에 대한 제작 시간이 감소한다. 이러한 열 회수는 예를 들면 갤러리(gallery) 내에서 일어날 수 있고, 샤프트는 높이 h의 구조체를 형성하고, 최대 부하 분포의 제어와 작동을 위한 "저장 발전 장치(storage power plant)"의 기능을 할 수 있는 응축물용의 저장 호수(storage lake)가 기저 위치(ground level)에 존재할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 장치의 구조를 개략적으로 나타낸다. 장치는 도 4를 참조하여 기재된 장치에 대응한다. 그러나, 에너지 변환, 열 생산 및 열 저장을 위한 요소(45)가 추가되어, 한쪽으로는 증발기(32) 및/또는 발생기(42)와 다른 한쪽으로는 증발기(32) 사이에 배치된다. 그러한 장치는 다음과 같은 실시 형태에 있어서 예시적인 것이다.
에너지 회수 방법 및/또는 장치의 다른 실시 형태에서, 본 방법 및/또는 장치에 의해 회수된 에너지는 열의 형태로 저장기(45)(도 5)에 도입된다. 여기로부터, 열은 필요에 따라 에너지 회수 사이클 내로 다시 공급된다. 이 열 저장기는, 여러 실시 형태에서 저장 매체로서, 예를 들면 철 또는 다른 금속을 구비할 수 있거나, 단순히 석재(예를 들면, 현무암, 현무암, 대리석, 내화 점토 등) 또는 액체, 예를 들면 염수, 용융염(molten salt) 또는 용융 금속으로 이루어질 수 있다.
이러한 유형의 중간 저장기의 장점은, 높은 위치에서의 캐리어 매체 및 그에 따른 중량의 저장기와 비교하여, 더 높은 에너지를 얻을 수 있다는 점이고, 따라서 실질적으로 비용이 더욱 절감된다. 동시에, 증발 공정 내로 열이 연속적으로 공급될 수 있는 가능성이 있으며, 그 결과 몇몇 실시 형태에 있어서는 건물 내에 음압이 발생하지 않게 되며, 이는 몇몇 구조적 장점을 제공하기도 한다.
이 방법의 용량은 현무암으로 이루어진 365개의 열 저장기(0.84kJ/kg·K, 3000kg/㎥)의 실시예에 의해 나타나며, 열 저장기는 600℃까지 가열되고 각 열 저장기의 용적은 300×300×300㎥이다. 열 저장기 내에 저장되는 열량은 15,000 페타 줄(Peta Joule)에 이르고, 이는 대략적으로 2005년도의 독일 연방 공화국의 주요 에너지에 대한 연간 수요량에 해당한다. 이 열량은 여기에 기재된 에너지를 회수하기 위한 방법 및/또는 장치에 의해 생성될 수 있고 다른 에너지 캐리어에서 다시 사용되도록 활용 가능하다.
에너지를 회수하기 위한 방법 및/또는 방법의 다른 실시 형태에서, 단지 증발열의 새로운 도입으로서의 열의 회송과 또한 선택적으로 캐리어 매체의 기본 열의 재-도입은 각 경우에 열교환기에 의해 수행된다. 이는 각 경우에 파이프에 의해 용이하게 서로 연결된다(도 6). 따라서, 하나의 열교환기는 캐리어 매체의 응축물 및/또는 증기로부터 에너지를 수집하고(이는 냉각 유닛이다) 에너지를 이송 매체에 전달한다. 다른 하나는 증발기 내에서 이렇게 수집된 에너지를 캐리어 매체에 다시 전달하여 증발시킨다(따라서, 이는 증발기이다). 여러 실시 형태에서의 이러한 열교환기는 수동형(= 역류, 평행류, 교차류 열교환기) 및/또는 능동형(= 열 펌프)일 수 있다.
열관류(heat transmission)를 위한 실시 형태에서, 수동형 열교환기가 우선적으로 사용되는 경우에, 수동형 열교환기는 이상적이지 않으므로, 한 실시 형태에서, 수동형 열교환기에 의해 전달되지 않은 잔류 열을 증발 공정에 전달하기 위하여, 잔류 열을 전달하기 위한 적어도 하나의 추가 열교환기가 포함되어야 하지만, 다른 실시 형태에서, 이러한 잔류 열은 열교환기에 의해 에너지 회수 방법 및/또는 장치의 주위로 방산되고 이러한 양만큼 증가된 외부 에너지 입력에 의해 증발 공정에 다시 보상되어야 한다. 이러한 능동형 열교환기의 사용이 더욱 편리하지만, 증발 공정으로의 잔류 열의 전달 경로가 짧은 증발기의 위치에서 반드시 사용될 필요가 있는 것은 아니다.
실시예(도 6)는 열의 흐름을 나타낸다. 열교환기는 역류 열교환기이고, 이송 매체로서의 캐리어는 물이고, 냉각 유닛(60)으로의 이송 매체의 유동 온도는 70℃이고 유출 온도는 100℃이고, 캐리어 매체 증기의 역류 유입구와 유출구에서의 온도는 각각 102℃와 72℃이고, 이송 매체의 증발기로의 유동 온도는 100℃이고 이어서 72℃의 캐리어 매체와 만나는 것으로 나타나 있다. 증발기(62)의 이러한 수동형 열교환기가 냉각 유닛의 열교환기와 유사하게 설계되면, 유출류 내에는 98℃의 캐리어 매체와 74℃의 이송 매체가 존재한다. 그러나, 동시에, 이러한 수동 열교환기는 이송 매체 내에 저장된 에너지의 일부만을 방출할 수 있을 뿐이고, 따라서 냉각 유닛이 작동에 필요한 70℃의 유동 온도에 다시 도달하기 위해서는, 잔류 열은 능동적으로 방산되어야 하고 따라서 이송 매체의 온도는 다시 4℃만큼 감소하여야 한다. 이는, 증발을 위한 증발 공정 내로 열이 다시 공급될 수 있도록 용이하게 열이 펌핑되는 열 펌프(61)(= 냉장고의 원리)에 의해 실행된다.
기재된 실시 형태는 청구항의 범위 내에서 다양한 형태로 변경 그리고/또는 보완될 수 있는 예에 불과하다는 점은 명백하다.

Claims (31)

  1. a) 열에너지 도입에 의하여 비-가스상 캐리어 매체를 가스상 캐리어 매체로 변환하여, 가스상 캐리어 매체가 상승하고 위치 에너지를 얻도록 하는 단계와,
    b) 가스상 캐리어 매체를 특정 높이에서 비-가스상 매체로 역-변환하는 단계와,
    c) 회수된 비-가스상 캐리어 매체의 위치 에너지를 다른 에너지 형태로 변환하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    가스상 캐리어 매체가 이동하는 높이에 걸쳐서 분포된 캐리어 매체 내로 추가 에너지를 도입하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    도입된 열에너지는 지열, 수열, 공기의 열, 화석 에너지 캐리어, 핵 에너지 캐리어 및/또는 태양 에너지로부터 회수되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스상 캐리어 매체로부터 비-가스상 캐리어 매체로의 역-변환은 가스상 캐리어 매체의 냉각에 의해 일어나는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    냉각은 이송 매체가 특정 높이에 배치된 냉각 영역을 통과함에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    냉각은 이송 매체를 통해 일어나고,
    캐리어 매체의 냉각에 기인한 이송 매체의 가열은, 도입된 열에너지에 기여하도록 이용되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    역-변환을 보조하도록, 캐리어 매체 내로 물질이 직접 도입되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스상 캐리어 매체의 비-가스상 캐리어 매체로의 역-변환은, 상향 이동하는 가스상 캐리어 매체의 냉각에 의하여 특정 높이에서 발생하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    회수된 비-가스상 캐리어 매체는, 캐리어 매체의 회수된 위치 에너지의 다른 에너지 형태로의 변환 전에, 일시적으로 저장되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    캐리어 매체의 위치 에너지를 다른 에너지 형태로 변환하기 위하여,
    우선, 회수된 비-가스상 캐리어 매체를 높은 높이에서 낮은 높이로 낙하시킴으로써, 위치 에너지를 운동 에너지로 변환하고, 그 후에, 운동 에너지를 다른 에너지 형태로 변환하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    위치 에너지는 기계적 에너지, 전기 에너지, 화학적 에너지 캐리어를 생성하는 에너지, 및/또는 물리적 에너지 캐리어를 생성하는 에너지로 변환되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    회수된 비-가스상 캐리어 매체는, 위치 에너지의 다른 에너지 형태로의 변환 후에, 일시적으로 저장되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    회수된 비-가스상 캐리어 매체는, 위치 에너지의 다른 에너지 형태로의 변환 후에, 단계 a)로 연속되는 폐쇄 순환로 내에서 적어도 부분적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 a)에서의 비-가스상 매체는 가스상 캐리어 매체로의 변환에 의해 증류되고,
    증류되어 회수된 비-가스상 캐리어 매체는, 위치 에너지의 다른 에너지로의 변환 전 또는 후에, 적어도 부분적으로 추출되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스상 캐리어 매체는, 캐리어 매체에 의해 함께 이송되는 충진 매체를 수용하는 공동 내에서 상승하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 방법.
  16. 공동,
    공동의 하측 단부에 배치된 응집 상태 변화기로서, 캐리어 매체가 공동 내에서 상승하고 위치 에너지를 얻게 하기 위하여, 열에너지 도입에 의해 비-가스상 캐 리어 매체를 가스상 캐리어 매체로 변환하도록 구성된 응집 상태 변화기,
    공동의 상측 단부에 배치되고, 가스상 캐리어 매체로부터 회수된 비-가스상 캐리어 매체를 수집하도록 구성된 수집기, 및
    회수된 비-가스상 캐리어 매체의 위치 에너지를 다른 에너지 형태로 변환하도록 구성된 에너지 변환 장비를
    포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    공동의 높이에 걸쳐서 분배된 열에너지를 도입하도록 구성된 에너지 도입 요소를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    도입된 열에너지를 지열, 수열, 공기 열, 화석 에너지 캐리어, 핵 에너지 캐리어 및/또는 태양 에너지로부터 회수하도록 구성된 에너지 회수 요소를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    수집기는, 냉각에 의하여 가스상 캐리어 매체를 비-가스상 캐리어 매체로 다시 변환하도록 구성된 냉각 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    냉각 유닛은, 가스상 캐리어 매체의 냉각을 위하여, 이송 매체가 통과하는 냉각 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    열 회송 라인을 또한 포함하며,
    냉각 유닛은 이송 매체의 통과류가 가스상 캐리어 매체를 냉각하도록 구성되고,
    열 회송 라인은 냉각에 의해 가열된 이송 매체를 공동의 하측 단부에 배치된 응집 상태 변화기로 안내하여, 도입된 열에너지에 기여하도록 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    수집기는, 가스상 캐리어 매체의 비-가스상 캐리어 매체로의 역-변환을 보조하기 위하여, 캐리어 매체 내로 직접 물질을 도입하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  23. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    공동의 높이는, 상향 이동하는 가스상 캐리어 매체의 냉각에 의하여, 공동의 상측 단부에서 가스상 캐리어 매체의 비-가스상 캐리어 매체로의 역-변환이 발생하도록 설정된 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    캐리어 매체의 위치 에너지의 다른 에너지 형태로의 변환 전에, 회수된 비-가스상 캐리어 매체를 중간 저장하도록 구성된 중간 저장기를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  25. 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지 변환 장비는, 회수된 비-가스상 캐리어 매체를 높은 높이에서 낮은 높이로 낙하시킴으로써 위치 에너지를 운동 에너지로 변환하도록 배열된 낙하 통로를 포함하고, 운동 에너지를 다른 에너지 형태로 변환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  26. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지 변환 장비는 회수된 비-가스상 캐리어 매체의 위치 에너지를 기계적 에너지, 전기 에너지, 화학적 에너지 캐리어를 생성하는 에너지, 또는 물리적 에너지 캐리어를 생성하는 에너지로 변환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  27. 제16항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    위치 에너지의 다른 에너지 형태로의 변환 후에, 회수된 비-가스상 캐리어 매체를 중간 저장하도록 구성된 중간 저장기를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  28. 제16항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지 변환 장비는, 위치 에너지의 다른 에너지 형태로의 변환 후에, 회수된 비-가스상 캐리어 매체가 공동의 하측 단부에 배치된 응집 상태 변화기에 다시 공급되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  29. 제16항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    비-가스상 캐리어 매체는 가스상 캐리어 매체로의 변환에 의하여 증류되고,
    에너지 변환 장치는, 위치 에너지의 다른 에너지 형태로의 변환 전 또는 후에, 회수된 비-가스상 캐리어 매체를 적어도 부분적으로 추출하도록 구성된 추출 연결부를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  30. 제16항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    공동은 캐리어 매체에 의해 함께 이송되는 충진 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 장치.
  31. 제16항 내지 제30항 중 어느 한 항에 기재된 에너지 변환 장치와,
    제16항 내지 제30항 중 어느 한 항에 기재된 에너지 변환 장치에 이용 가능한 열에너지를 회수하도록 구성된 적어도 하나의 장치를
    포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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