KR20100084981A

KR20100084981A - 부력과 팽창력을 이용한 에너지 변환기

Info

Publication number: KR20100084981A
Application number: KR1020100003181A
Authority: KR
Inventors: 신재희
Original assignee: 신재희
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2010-07-28

Abstract

본 발명은 에너지 변환기에 관한 것으로서, 상세하게는 첫번째 액체저장탱크를 진공으로 유지하여 그 하부에 기체를 주입하는데 상대적으로 적은 양의 에너지를 사용하면서도, 액체저장탱크의 하부로 주입된 기체가 상부로 상승하려고 하는 부력과 기체가 상부로 상승하는 과정에서 팽창하려고 하는 팽창력을 동시에 이용하여 에너지 변환효율을 향상시키기 위한 것이고, 둘째 액체저장탱크의 구조를 액체내에 머무는 기체에 의하여 수위가 효과적으로 상승될 수 있도록 하여 기체의 수중 상승시간이 증가하여 부력과 팽창력의 이용효율을 향상시켜 상대적으로 많은 양의 에너지 생산할 수 있는 부력과 팽창력을 각각 또는 동시에 이용한 변환기에 관한 것으로 특히 상기 변환기의 효율을 높이기 위하여 진공상태에서 동작 될 수 있도록 하기위한 에너지 변환기이다.

Description

부력과 팽창력을 이용한 에너지 변환기{Energy convertor using buoyance and expansive power}

수중에서 기체가 상승할 때, 이 기체는 상부로 올라가려고 하는 부력뿐 아니라, 동시에 상승을 하면서 그 부피가 팽창하려고 하는 팽창력을 지니게 된다. 즉, 수중에 주입된 기체는 부력 뿐 아니라, 그 부피가 팽창하려고 하는 팽창력을 갖는데, 이러한 팽창력은 기체를 압축할 때의 힘과 같은 크기의 에너지를 갖게 된다.

종래에도 이러한 부력과 팽창력이 각각 존재한다는 것은 알려져 있었고, 이를 개별적으로 이용하려는 움직임이 있었다. 대표적인 경우가 부력을 이용한 발전설비를 들 수 있다. 그러나 현재까지 개발되었거나 개발중인 부력을 이용한 발전설비는 단순히 수중에서 하부로 주입된 기체가 상부로 올라가는 과정에서 발생하는 부력만을 이용하여 발전기를 회전시켜 전기를 생산하는 것으로서, 부력과 함께 존재하는 팽창력을 제대로 활용하지는 못하였다.

또한 부력을 이용한 발전설비에서는 하부에 주입된 기체가 수중에서 상부로 올라가면서 발전설비를 회전시키게 되는데, 만약에 수위가 높아져서 하부에서 주입된 기체가 수중에서 상승하는 시간이 늘어난다면 그 만큼 발전설비를 더욱 회전시킬 수 있으므로 발전효율은 더욱 향상될 수 있었으나, 종래의 부력을 이용한 발전설비는 이러한 원리를 충분히 활용하지 못한 문제가 있었다.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명은 액체저장탱크를 진공으로 유지하여 그 하부에 기체를 주입하는데 상대적으로 적은 양의 에너지를 사용하면서도, 액체저장탱크의 하부로 주입된 기체가 상부로 상승하려고 하는 부력과 기체가 상부로 상승하는 과정에서 팽창하려고 하는 팽창력을 동시에 이용하여 상대적으로 많은 양의 에너지 생산함으로써 에너지 변환효율을 향상시킨 부력과 팽창력을 이용한 에너지 변환기를 제공함에 그 목적이 있다.

또한 액체저장탱크의 구조를 액체 내에 머무는 기체에 의하여 수위가 효과적으로 상승될 수 있도록 하여 기체의 상승시간을 증가시키어 부력과 팽창력을 효과적으로 이용하는데 목적이 있다.

본 발명에 의한 에너지 변환기는 내부는 액체를 수용하며, 하부에는 기체주입구가 형성되어 있고, 상부에는 기체배출구가 형성되어 있는 액체저장탱크; 상기 기체배출구에서 흡입한 기체를 압축하여 상기 기체주입구로 이송하기 위한 압축펌프부; 및 상기 기체주입구에서 주입된 기체가 상승하는 과정에서 발생하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용하여 동력으로 변환하는 에너지 변환설비를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 에너지 변환설비는 발전설비를 포함한다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 압축펌프부와 액체저장탱크는 적어도 어느 하나 이상이 진공상태에서 운전된다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 액체저장탱크는 기체주입구를 통하여 액체내에 주입된 기체의 총부피만큼 수위상승이 효과적으로 이루어 지는 구조를 가진다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 에너지 변환설비는 수평으로 설치된 발전기 회전축을 중심으로 회전하는 다수의 날개판이 부착된 회전부와 상기 발전기 회전축에 연결된 발전기를 포함하고 있으며, 상기 액체저장탱크는 상기 기체주입구로 주입된 기체가 상부로 상승하는 측면이 상기 날개판의 회전반경의 형태를 가지는 반원부를 포함하고 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 에너지 변환설비는 수직으로 설치된 발전기 회전축을 중심으로 회전하는 상기 액체저장탱크의 상부로 갈수록 직경이 커지는 다수의 프로펠러와 상기 발전기 회전축에 연결된 발전기를 포함하고 있으며,

상기 액체저장탱크는 상기 다수의 프로펠러를 수용할 수 있도록 상부로 갈수록 직경이 커지는 형태를 가진다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 액체저장탱크는 하부에서 상승하는 기체가 다수의 프로펠러로 유도될 수 있도록 내부면에 부착된 다수의 유도판를 포함하고 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 에너지 변환설비는 상기 액체저장탱크의 상하부에 설치된 2개의 벨트회전축과 상기 2개의 벨트회전축을 연결하는 적어도 하나 이상의 실린더 벨트를 포함하는 벨트회전부; 상기 벨트회전부에 일정한 간격으로 부착되어 내부에 주입된 기체의 부력에 의해 액체저장탱크의 상부로 이동하며, 동시에 내부에 주입된 기체의 팽창력에 의해 수평방향으로 팽창할 수 있는 구조를 가지는 다수의 실린더부; 상기 벨트회전축과 직각방향으로 설치된 2개의 발전기 회전축과 상기 발전기 회전축을 연결하며 상기 실린더부와 결합되어 회전하게 되는 체인을 포함하는 발전기 회전부; 및 상기 발전기 회전축에 연결된 발전기를 포함하고 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 실린더부는 상기 실린더 벨트에 고정되어 있으며 하측으로 기체의 출입을 위한 기체출입구가 형성되어 있는 실린더고정체, 상기 실린더고정체와 밀폐되어 결합되어 있으며 기체의 팽창과 배출에 의해 좌우방향으로 이동할 수 있는 실린더이동체, 상기 실린더이동체와 결합한 기어박스를 포함하고 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 에너지 변환설비는 수평으로 설치된 발전기 회전축을 중심으로 상기 기체주입구에 의해 투입되는 기체에 의해 회전하는 다수의 회전날개를 가지고 있는 제1회전몸체; 상기 발전기 회전축을 중심으로 회전하며 상기 제1회전몸체의 외부를 둘러싼 도너츠 형태를 가지며 다수의 회전날개를 가지고 있는 제2회전몸체; 상기 발전기 회전축에 연결된 발전기를 포함하고 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 에너지 변환설비는 부력통을 이용한 발전부가 추가로 설치되어 있으며, 상기 부력통을 이용한 발전부는 상기 액체저장탱크의 내부에는 부력에 의해 액체의 상부에 떠 있는 부력통; 상기 부력통의 상부 또는 하부로의 이동시에 상기 발전기 회전축의 회전을 가속시킬 수 있는 회전기어; 및 상기 회전기어와 상기 부력통을 연결하는 연결부를 포함하고 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 에너지 변환기는 적어도 2대이상이 설치되어 상호 연동 운전될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 에너지 변환설비는 적어도 한개 이상의 회전축; 상기 회전축을 중심으로 형성된 회전판 또는 프로펠라를 포함하며, 상기 액체저장탱크 내부에 수용되어 기체주입구로 주입된 기체에의해 발생하는 부력 또는 부력 및 팽창력에 의해 상기 회전축이 회전하는 회전부를 포함하고 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 회전축은 2개이며, 2개의 회전축은 인접한 다른 회전축의 회전에 방해가 되지 않는 범위내에서 인접한 다른 회전축에 부착된 회전판의 폭만큼 이격되게 설치되어 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 액체저장탱크는 상기 회전판의 회전에 방해가 되지 않는 범위내에서 상기 회전판에 밀착될 수 있는 형태를 가지고 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 기체주입구는 다수의 구멍이 형성된 형태를 가지고 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 압축펌프부는 상기 에너지 변환설비에서 발생하는 동력을 이용하여 작동된다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 압축펌프부는 동력에 의해 축을 왕복운동시켜 기체배출구에 연결된 흡입밸브를 통하여 흡입된 가스를 실린더부에서 고압으로 압축하여 기체주입구에 연결된 토출밸브를 통하여 압축기 밖으로 토출가스를 배출하는 밀폐형 왕복동식 압축기로서, 상기 실린더부는 서로 다른 직경을 가지는 다수의 실린더가 직경순으로 순차적으로 결합되어 있으며, 축의 왕복운동에 의해 제일 큰 직경을 가지는 실린더로부터 차례로 압축되어진다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 압축펌프부는 진공펌프와 컴프레샤로 구성되어 있으며, 상기 진공펌프는 기체배출구에서 흡입한 기체를 대기상태로 방출하고, 상기 컴프레샤는 대기에서 흡입한 공기를 압축하여 기체주입구로 주입시킨다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 진공펌프와 컴프레샤는 연결부를 통하여 발전설비를 구성하는 발전기 회전축에 연결되어 있으며, 발전기 회전축이 회전함에 따라서 연결부를 통하여 상기 진공펌프와 컴프레샤는 연동되어 작동된다.

본 발명에 의한 부력과 팽창력을 이용한 에너지 변환기는 종래에 활용되지 않았던 팽창력까지 활용하여 전력을 생산하게 되므로, 종래의 부력만을 이용한 발전설비에 비하여 동일한 환경 하에서 보다 많은 양의 에너지를 생산할 수 있다.

또한 액체에 주입된 기체에 의해 액체 내 형성된 기체의 총부피 만큼 액체의 수위가 올라가도, 기체 주입구에서의 수압에는 변화가 거의 없으므로 기체를 주입하는데 소요되는 동력은 거의 일정하나, 수위 상승으로 인하여 액체 내에서 부력으로 상승되는 기체의 상승시간이 늘어나서, 이로 인하여 기체의 부력과 팽창력을 최대로 활용할 수 있으므로 에너지 생산 효율을 향상 시킬 수 있다.

한편 본 발명에서는 진공상태에서 상기장치를 운전 함으로서 에너지 생산에 소요되는 동력을 최소화 시킴 으로서 에너지 생산 효율을 크게 향상 시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 발전설비를 포함하는 에너지 변환기의 개략도,
도 2는 제1실시예에서의 회전부의 사시도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 발전설비를 포함하는 에너지 변환기의 개략도,
도 4는 본 발명의 제3실시예로서의 발전설비를 포함한 에너지 변환기의 개략도,
도 5는 제3실시예에서의 실린더부의 확대도,
도 6은 제3실시예의 발전설비의 운전상황을 보여주는 도면,
도 7은 본 발명의 제4실시예에 의한 발전설비가 포함된 에너지 변환기의 개략도,
도 8은 본 발명의 제4실시예에서의 제2회전몸체의 사시도,
도 9는 제1회전몸체와 제2회전몸체가 결합한 것을 보여주는 도면,
도 10은 제4실시예에 부력통을 이용한 발전부가 추가로 설치된 것을 보여주는 도면,
도 11은 도 10에서 AA'방향에서 바라본 측면도,
도 12는 회전기어의 단면도,
도 13은 본 발명에 의한 제6실시예로서의 에너지 변환기의 개략도,
도 14는 도 13에 도시된 제6실시예에서의 액체저장탱크의 부분 절개 사시도,
도 15는 에너지 변환설비 중에서 회전부의 사시도,
도 16는 액체저장탱크의 평면도,
도 17은 본 발명에 의한 회전부의 다른 실시예의 사시도,
도 18은 도 17에서의 회전부 일부에 대한 단면도,
도 19는 본 발명에 사용된 다단 실린더 구조를 갖는 밀폐형 왕복동식 압축기의 일실시예로서 3단 실린더를 갖는 압축기실린더부의 단면도,
도 20은 도 19에서의 압축기의 압축공정을 순차적으로 도시한 도면,
도 21은 도 19에 도시된 압축기의 압축과정에서의 소요되는 동력 변화 추세 그래프,
도 22는 걸림쇠와 홈이 형성된 압축기의 단면도,
도 23은 걸림자, 홈 및 걸림쇠가 형성된 압축기의 단면도,
도 24은 고정부를 포함한 본 발명에 의한 다단 실린더 구조를 갖는 밀폐형 왕복의 작동예를 도시한 도면,
도 25는 가이드부가 부착된 압축기실린더부의 단면도,
도 26은 본 발명의 제4실시예에서 진공펌프와 컴프레샤로 구성된 압축펌프부가 연결된 형태를 보여주는 도면이다.

이하 예시도면에 의거하여 본 발명의 일실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 다른 에너지 변환기의 개략도이다. 도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 에너지 변환기는 액체저장탱크(2000), 압축펌프부(1000) 및 에너지 변환설비를 포함하고 있다.

액체저장탱크(2000)는 내부에 액체가 수용되어 있으며, 하부에는 기체가 주입될 수 있는 기체주입구(2100)가 형성되어 있고, 상부에는 내부의 기체를 외부로 배출할 수 있는 기체배출구(2200)가 형성되어 있다. 기체주입구(2100)는 하나의 파이프가 바로 액체주입탱크(2000)에 연결될 수도 있으나, 도 13에 도시된 바와 같이 기체가 분산되어서 액체저장탱크(2000)에 유입될 수 있도록 다수의 작은 구멍(2120)이 형성되어 있는 형태를 가질 수도 있다. 기체주입구(2100)와 기체배출구(2200)에는 각각 밸브(2110, 2210)가 추가로 설치될 수 있다.

액체저장탱크(2000)의 외형에 대해서는 특별한 제한은 없으나, 상승하는 기체의 부력과 팽창력을 최대한 이용하기 위하여 회전판의 회전에 지장이 없을 정도로만 이격된 상태로 회전판에 거의 밀착될 수 있는 형태를 가지는 것이 바람직하다.

액체저장탱크(2000)의 내부에 수용되는 액체와 외부에서 주입되는 기체에 대해서는 특별한 제한은 없지만, 가격이나 획득의 용이성 등을 고려할 때 물과 공기를 사용하는 것이 바람직하다.

한편 액체저장탱크(2000)의 하부에 위치하는 기체 주입구(2100)로 주입된 기체는 액체를 통과하여 액체저장탱크(2000)의 상부로 올라가게 되는데, 이 과정에서 액체저장탱크(2000)의 액체의 수위는 액체 내에 주입되는 공기에 의해 수위가 상승하게 된다. 즉, 액체의 수위는 그 액체 내부에 존재하는 기체의 부피 만큼 비례하여 상승을 하게 된다.

액체의 수위가 상승하게 되면, 기체가 액체의 상부에 도달하는 데 비례하여 더 많은 시간이 소요되고, 이로 인하여 기체는 더욱 오랜 시간동안 부력과 팽창력에 의해 회전부(3000)를 회전시키는 일을 할 수 있게 된다.

또한 액체내의 수위가 주입된 액체 내의 총 기체 부피에 비례하여 상승하게 되더라도, 액체저장탱크(2000)의 하부에 위치하는 기체 주입구에서의 수압은 총 액체의 무게에 비례하므로 수압에는 거의 변동이 없어, 기체의 주입에 의해 상승된 수위와 무관하게 동일한 압력으로 기체를 액체저장탱크(2000)에 주입할 수 있게 된다. 즉, 기체의 주입에 의해 수위가 상승하더라도 기체 주입구에서의 수압은 거의 일정하므로, 기체 주입구에 기체를 주입하는데 소요되는 동력은 거의 일정하나, 기체는 액체상승만큼 비례하여 더욱 오랜 시간을 머무르면서 일을 하게 된다.

예를들어, 단면적이 1㎡인 원통형 액체저장탱크에 1m의 액체가 채워져 있는 경우에 1㎥의 공기를 주입하게 되면, 액체의 수위는 2m로 상승됨을 알 수 있다. 그리고 계속해서 배출되는 기체 만큼 기체를 주입하면 주입된 기체의 상승시간은 원래의 2배로 늘어난다. 반면에 수위가 2m로 높아져도 수압은 거의 변동이 없으므로 공기의 주입에 필요한 압력은 크게 변하지 않게 된다. 즉, 공기의 주입에는 거의 동일한 동력을 사용하면서도 주입된 공기는 2배의 수위를 상승하면서 일을 하게 되므로 주입된 기체를 최대한 활용할 수 있게 된다.

이를 위하여 본 발명의 액체 저장탱크 규격은 액체저장탱크가 윗면적과 밑면적이 일정한 원통형이라 가정할 때 주입된 기체에 의하여 수위가 효과적으로 상승할 수 있도록, 액체저장탱크의 밑면적(㎡)대비 액체 저장탱크 용기의 수위상승 높이(m) 비율이 1:1 에서부터 1:5 가 바람직 하다. 밑면적 대비 높이의 비율이 1:1이하면 실질적으로 공기를 주입하여도 수위상승효과가 크지 않고 액체가 넘처나며, 1:5를 초과하면 액체에 기체가 과도하게 분포되어 부력을 제대로 활용 하기가 어려운점이 있다. 이러한 형태의 액체저장탱크는 기체의 주입에 의해 액체의 수위상승효과를 볼 수 있다.

또한 액체저장탱크(2000)의 내부는 대기압을 유지할 수도 있으나, 바람직하게는 진공상태를 유지한다. 일반적으로 대기압상태에서 액체가 담겨 있는 용기의 하단에 기체를 주입하려면 많은 에너지가 요구된다. 특히 수중에서는 수심이 깊어짐에 따라서 수압이 증가하므로, 결과적으로 액체가 담겨 있는 용기의 하단에 기체를 주입하려면 대기압과 수압을 합한 압력보다 큰 압력으로 기체를 주입하여야 하는 문제가 있다. 그러나 밀폐된 용기에 액체를 채우고 이를 진공으로 유지하면 상대적으로 적은 에너지로도 기체를 주입할 수 있게 된다. 본 발명에서의 액체저장탱크(2000)는 대기압 상태로 유지시키는 것보다는, 액체저장탱크(2000)를 밀폐시키고 이를 진공으로 유지시키는 것이 더욱 바람직하다.

압축펌프부(1000)는 액체저장탱크(2000)의 상부에 형성된 기체배출구(2200)로부터 기체를 흡입하여 액체저장탱크(2000)의 하부에 형성된 기체주입구(2100)로 기체를 배출하는 역할을 한다. 압축펌프부(1000)는 별도로 설치할 수도 있지만, 경우에 따라서는 액체저장탱크(2000)의 상부에 설치할 수도 있다.

압축펌프부(1000)에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.

에너지 변환설비는 기체주입구로 주입된 기체가 상승하는 과정에서 발생하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 프로펠라나 회전판과 같은 회전체를 이용하여 다른 형태의 에너지로 변환시키는 부분이다. 에너지 변환기의 형태에 대해서는 특별한 제한은 없지만, 대표적인 예시로는 발전설비를 들 수 있으며, 이는 회전하는 회전체에 발전설비를 연결시켜서 전기를 생산할 수 있다. 이하 본 발명에서 적용될 수 있는 에너지 변환기의 일실시예로서 발전설비가 설치되어 있는 에너지 변환기에 대하여 구체적으로 기재한다. 이하의 실시예에 기재된 발전설비는 다른 형태의 에너지 변환기로 치환이 가능함은 당연하다.

제1실시예

제1실시예는 도 1과 도 2를 기준으로 설명한다. 여기서 도 2는 회전부의 사시도이다. 도 1과 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에서의 발전설비(3000)는 회전부(3200)와 발전기(3100)를 포함하고 있다. 회전부(3200)는 수평으로 설치된 발전기 회전축(3210)을 중심으로 회전하며, 다수의 날개판(3220)이 부착된 물레방아의 형태를 가지고 있다. 기체주입구(2100)에서 기체가 주입되면, 기체는 액체저장탱크(2000)의 상부로 이동하게 되는데, 이 과정에서 기체는 날개판(3220)의 사이에 끼여서 회전부(3200)를 회전시키면서 상부로 이동하게 된다. 액체저장탱크(2000)의 상부로 이동한 기체는 날개판(3220)에서 벗어나서 액체저장탱크(2000)의 상부로 올라가게 되고, 추후 압축펌프부(1000)에 의해 흡입되어 액체저장탱크(2000)로부터 배출된다. 도 1에서는 발전기 회전축(3210)과 발전기(3100)는 회전부(3200)의 앞 또는 뒤에 위치하여야 하나, 편의상 우측에 도시하였고, 원형판(3230)이 제거된 상태로 도시하였다.

한편 회전부(3200)는 물레방아의 형태를 가지고 있다. 발전기 회전축(3210)에 부착된 다수의 날개판(3220)과 상기 날개판(3220)의 양측면에 부착된 2개의 원형판(3230)으로 구성되어 있다. 기체주입구(2100)로 주입된 기체는 원형판(3230) 사이의 날개판(3220)에 유입되어 부력을 발생시켜서 상부로 올라가려 하고 이러한 부력은 회전부(3200)를 회전시키게 된다. 회전부(3200)가 회전함으로서 회전부(3200)와 연결된 발전기 회전축(3210)도 회전하게 된다. 발전기 회전축(3210)에는 발전기(3100)가 연결되어 있어서, 기체의 상승에 따라 발생하는 에너지가 발전기(3100)를 돌려서 에너지를 생산하게 된다.

여기서 기체주입구(2100)로 주입된 기체는 액체저장탱크(2000)의 상부로 상승하려고 하는 부력과 상부로 올라감에 따라 그 부피가 커지려고 하는 팽창력을 발생시킨다. 본 발명에 의한 제1실시예에 의한 발전설비(3000)는 이러한 부력과 팽창력을 최대한 이용하기 위하여 액체저장탱크(2000)는 기체주입구(2100)로 주입된 기체가 상부로 상승하는 측면에는 날개판(3220)의 회전반경의 형태를 가지는 반원부(2300)를 포함하게 설계한다. 반원부(2300)는 상기 날개판(3220)과 거의 밀착되며, 다만 기체의 팽창에 의한 폭발을 방지할 수 있을 정도로만 날개판(3220)과 이격거리를 둔다.

다수의 날개판(3220) 사이에 끼여진 기체는 상부로 상승하려는 부력에 의해 회전부(3200)를 회전시키고, 동시에 날개판(3220)이 반원부와 거의 밀착되어 회전하게 되므로 날개판(3220) 사이에 끼인 기체의 부피가 팽창함으로서 발생하는 팽창력은 회전부(3200)의 회전을 더욱 빠르게 도와주는 역할을 한다.

제2실시예

도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 발전설비를 포함하는 에너지 변환기의 개략도이다. 본 발명의 제2실시예에 의한 발전설비(4000)는 발전기 회전축(4210), 프로펠러(4200) 및 발전기(4100)를 포함하고 있다. 발전기 회전축(4210)은 수직방향으로 설치되어 있으며, 발전기 회전축(4210)의 말단에는 발전기(4100)가 연결되어 발전기 회전축(4210)의 회전에 의해 전기를 생산하게 된다. 한편 발전기 회전축(4210)에는 다수의 프로펠러(4200)가 연결되어 있으며, 프로펠러(4200)는 상부로 올라갈수록 그 직경이 커지게 된다.

기체주입구(2100)로 주입된 기체는 상부로 올라가면서 프로펠러(4200)를 회전시키게 된다. 여기서 프로펠러(4200)는 액체저장탱크(2000)와 소정의 거리만 이격된 상태로 설치된다. 여기서 소정의 거리는 기체가 상부로 올라가면서 부피가 팽창하게 되는데, 이러한 팽창된 기체에 의한 폭발을 방지하기 위하여 상승된 압력을 상부로 배출할 수 있을 정도로만 이격시킨다.

제2실시예에서는 기체주입구(2100)로 주입된 기체는 상부로 올라가려는 부력에 의해 프로펠라(4200)를 회전시키게 되고, 또한 상부로 올라가는 기체는 그 부피가 점점 켜져서 압력을 상승시키고 상승된 압력은 상부로 배출되면서 프로펠라의 회전을 도와서 발전기 회전축(4210)은 더욱 빠르게 회전하게 된다.

또한 본 발명에서의 액체저장탱크(2000)의 내부면에는 하부에서 상승하는 기체가 다수의 프로펠러(4200)로 유도될 수 있도록 유도판(2400)을 부착시키는 것이 바람직하다.

제3실시예

도 4는 본 발명의 제3실시예로서의 발전설비를 포함한 에너지 변환기의 개략도이고, 도 5는 실린더부의 확대도이다. 도 4에서는 실린더부가 하나만 있는 것을 도시하였지만, 실린더부의 갯수는 현장상황에 맞도록 적당한 개수를 설치한다. 본 발명의 제3실시예로서의 발전설비(5000)는 벨트회전부(5100), 실린더부(5200), 발전기 회전부(5300), 발전기(5400)를 포함하고 있다.

제3실시예의 작동원리를 살펴본다. 압축펌프부(1000)에 의해 기체주입구(2100)로 이송된 기체는 실린더부(5200)의 내부로 주입되고, 실린더부(5200)의 내부로 주입된 기체에 의해 발생하는 부력에 의해 실린더부(5200)는 벨트회전부(5100)에 부착된 상태로 상부로 이동하게 된다. 한편 실린더부(5200)는 상부로 이동하는 과정에서 그 내부에 포함된 기체의 팽창력에 의해 실린더부(5200)는 수평방향으로 팽창하게 된다.

실린더부(5200)가 상부로 이동하는 과정에서 실린더부(5200)와 연결된 발전기 회전부(5300)가 회전하게 되고, 동시에 실린더부(5200)가 팽창하는 과정에서 수평방향으로 팽창되는 힘은 발전기 회전부(5300)의 회전속도를 더욱 증가시켜서 발전기 회전부(5300)에 연결된 발전기(5400)에 의한 전력생산을 극대화시킨다.

이하 각 구성부분별로 살펴본다.

벨트회전부(5100)는 벨트회전축(5110)과 실린더벨트(5120)을 포함하고 있다. 벨트회전축(5110)은 액체저장탱크(2000)의 상하부에 소정의 거리가 이격된 상태로 각각 하나씩 설치된다. 실린더 벨트(5120)는 상하부에 각각 설치된 벨트회전축(5110)을 연결하는 벨트 형태를 갖는다.

실린더부(5200)는 벨트회전부(5100)에 일정한 간격으로 부착되어 내부에 주입된 기체의 부력에 의해 액체저장탱크(2000)의 상부로 이동하며, 동시에 내부에 주입된 기체의 팽창력에 의해 수평방향으로 팽창할 수 있는 구조를 갖는다. 이를 위하여 실린더부(5200)는 실린더고정체(5210), 실린더 이동체(5220) 및 기어박스(5230)를 포함하고 있다.

실린더고정체(5210)는 실린더벨트(5120)에 부착된 부분으로서, 실린더고정체(5210)의 하부에는 기체의 출입을 위한 기체출입구(5212)가 형성되어 있다. 기체출입구(5212)는 실린더 고정체(5210)에 밀착되어 결합되어 있으며, 기체가 실린더부의 내부로 들어오거나 나가는 것을 통제하는 역할을 한다. 기체출입구(5212)의 통제 방법은 특별한 제한은 없으나, 기체출입구(5212)에 레버(5214)를 설치하고 레버(5214)가 액체저장탱크의 측면에 설치된 돌기(5215, 5216)와 부딪혀서 열리거나 닫히게 할 수도 있다. 구체적으로 기체출입구는 실린더고정체(5210)에 미닫이 식으로 결합되어 있으며, 액체저장탱크의 하부에 설치된 하부돌기(5215)와 레버가 부딛혀서 기체출입구(5212)는 열리게 되고, 상부에 설치된 상부돌기(5216)와 레버가 부딛힐 경우에는 기체출입구(5212)가 닫히게 된다.

실린더 이동체(5220)는 실린더고정체(5210)와 밀폐되어 결합되어 있으며 기체의 팽창과 배출에 의해 좌우방향으로 이동할 수 있는 구조를 갖는다. 실린더 이동체(5220)에는 밀폐를 위한 밀폐링(5224)이 설치되어 있다. 실린더고정체(5210)와 실린더 이동체(5220)는 서로 결합하여 기체를 내부에 수용할 수 있는 내부공간을 형성된다. 내부공간에 주입된 기체는 부력에 의해 실린더부(5200)를 상부로 이동시키고, 동시에 내부공간에 주입된 기체는 상부로 올라감에 따라서 팽창하게 되어 실린더 이동체(5220)는 점차 수평방향으로 이동하여 그 내부공간은 점차 그 부피가 커지게 된다. 또한 실린더부(5200)에는 실린더 이동체(5220)와 실린더고정체(5210)를 연결하는 측면스프링(5222)이 적어도 2개 이상 설치되어 있다.

기어박스(5230)는 실린더부(5200)를 발전기회전부(5300)와 기어를 이용하여 결합시키기 위한 부분으로서, 실린더 이동체(5220)에 연결된 기어가 결합할 수 있는 막대형태의 톱니(5232)와 상기 톱니(5232)에 결합하는 톱니바퀴(5234)로 구성되어 있다. 기어박스(5230)는 도면에는 도시하지 않았지만, 실린더 이동체(5220)의 일측에 부착된 형태이다. 여기서 톱니바퀴(5234)는 현장상황에 맞게 적당한 구조와 폭을 가지고 있으며 또한 적당한 갯수를 설치할 수 있다.

발전기 회전부(5300)는 발전기 회전축(5310)과 체인(5320)을 포함하고 한다. 발전기 회전축(5310)은 벨트회전축(5110)과 동일한 높이를 가지는 2개의 축이며, 체인(5320)은 2개의 발전기 회전축(5310)을 연결한다. 체인(5320)은 기어박스(5230)와 기어에 의해 기계적으로 연결되어서 실린더부(5200)가 상부로 이동함에 따라서 체인도 함께 상부방향으로 이동하게 되고, 동시에 실린더부(5200)가 수평방향으로 팽창함으로서 체인(5320)의 이동속도는 더욱 증가하게 된다.

발전기 회전축(5310)과 벨트회전축(5110)은 서로 직교하도록 설치한다. 따라서 체인(5320)과 기어박스(5230)는 실린더부(5200)의 상승시에는 서로 결합하여 이동하게 되나, 실린더부(5200)의 하강시에는 체인(5320)과 기어박스(5230)는 서로 분리가 된다.

2개의 발전기 회전축(5310) 중의 어느 하나의 발전기 회전축에는 발전기(5400)가 연결된다.

다음으로 제3실시예의 발전설비(3000)의 운전상황을 도 6을 중심으로 설명한다. 도 6(a)는 실린더부(5200)가 액체저장탱크(2000)의 하부에 위치할 경우의 발전설비(3000)의 운전상황을 보여주고, 도 6(b)은 상부에 위치할 경우의 운전상황을 보여주는 도면이다. 도 6에서는 설명의 편의를 위하여 발전기 회전축과 실린더부가 동일 평면에 있는 것으로 도시하였다. 도 6(a)에서 보는 바와 같이, 실린더부(5200)가 액체저장탱크(2000)의 하부에 위치할 경우에는 실린더부(5200)의 내부공간에 주입된 기체가 팽창을 하기 전이므로, 실린더부(5200)는 실린더 이동체(5220)가 실린더고정체(5210)에 최대한 밀착된 형태를 가지고 있다. 실린더부(5200)가 부력에 의해 액체저장탱크(2000)의 상부로 올라감에 따라 실린더 이동체(5220)에 연결된 기어박스(5230)도 상부로 올라가고, 이로 인하여 기어박스(5230)에 연결된 체인(5320)도 함께 상부로 이동하게 된다.

한편 실린더부(5200)가 액체저장탱크(2000)의 상부로 올라감에 따라서 실린더부(5200)의 내부공간에 주입된 기체의 부피는 팽창하게 되고, 이로 인하여 실린더 이동체(5220)는 도 6(b)에서와 같이 좌측으로 이동하게 된다. 실린더 이동체(5220)가 좌측으로 이동함에 따라서 톱니(5232)도 좌측으로 이동하게 되고, 톱니(5232)가 좌측으로 이동함으로서 톱니바퀴(5234)는 회전을 하게 되고, 톱니바퀴(5234)가 회전을 함으로서 체인도 회전을 하고, 이로 인하여 발전기 회전축(5310)의 회전속도는 증가하게 된다.

한편 벨트의 최상부까지 올라간 실린더부(5200)는 벨트회전축(5110)을 중심으로 180도 회전하게 되고, 이 과정에서 실린더부(5200)의 기체출입구가 상부로 향하는 순간에 기체출입구가 열리면서 내부에 주입된 기체는 외부로 배출된다. 기체가 배출된 실린더부(5200)는 내부의 압력이 감소되어서 실린더 이동체(5220)가 측면 스프링에 의해 복귀되어 실린더 이동체(5220)가 실린더 고정체(5210)에 밀착된 형태가 된다.

실린더부(5200)가 내부의 기체를 배출하고 벨트의 상부에서 하부로 향하는 과정에서 기어박스(5230)는 체인과 분리되고, 다시 실린더부(5200)가 하부에 위치하게 되면 체인과 결합하게 된다.

제4실시예

도 7은 본 발명의 제4실시예에 의한 발전설비가 포함된 에너지 변환기의 개략도이다. 도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 의한 발전설비는 제1회전몸체(6100), 제2회전몸체(6200)와 발전기(미도시)를 포함하고 있다. 제1회전몸체(6100)는 수평으로 설치된 발전기 회전축(6300)을 중심으로 상기 기체주입구(2100)에 의해 투입되는 기체에 의해 회전하는 다수의 회전날개를 가지고 있고, 제2회전몸체(6200)는 제1회전몸체(6100)의 외부를 둘러싼 도너츠 형태를 가지며 다수의 회전날개를 가지고 있다. 제1회전몸체(6100)와 제2회전몸체(6200)는 동일한 회전축(6300)에 연결되어 있다. 제1회전몸체(6100)는 실시예1의 회전부와 동일한 형태를 가지고 있다. 도 8은 제2회전몸체의 사시도이다. 도 8에서 보는 바와 같이 제2회전몸체(6200)는 2개의 도넛츠 형태의 양측판(6210)과 이들 사이에 위치하는 다수의 회전날개(6220) 및 발전기 회전축(6300)과 결합하기 위한 지지막대(6230)로 구성되어 있다.

도 9는 제1회전몸체와 제2회전몸체가 결합한 것을 보여주는 도면이다. 도 9에서 보는 바와 같이, 제1회전몸체(6100)는 발전기 회전축(6300)에 바로 연결되어 있고, 제2회전몸체(6200)는 지지막대에 의하여 발전기 회전축(6300)에 연결되어 있다.

기체주입구(2100)로 주입된 기체는 제2회전몸체(6200)를 회전시킨 후에 제1회전몸체(6100)의 내부로 유입되어서 제1회전몸체(6100)를 회전시키게 된다. 따라서 제2회전몸체(6200)에 의해 회전하게 된 발전기 회전축(6300)은 제1회전몸체(6100)에 의해 회전속도가 더욱 빨라진다.

제5실시예

본 발명에 의한 발전설비에는 부력통을 이용한 발전부를 추가로 설치할 수 있다. 도 10은 제4실시예에 부력통을 이용한 발전부가 추가로 설치된 것을 보여주는 도면이고, 도 11은 도 10에서 AA'방향에서 바라본 측면도이며, 도 12는 회전기어의 단면도이다. 도 10 내지 도 12에서 보는 바와 같이, 부력통을 이용한 발전부(7000)는 상기된 실시예에 기술된 구성요소 이외에 부력통(7100), 회전기어(7300) 및 와이어(7200)를 포함하고 있다.

부력통(7100)은 액체저장탱크(2000)의 내부에 위치하며 부력에 의해 액체의 상부에 떠 있는 부분으로서, 액체저장탱크(2000)에 다량의 기체가 주입되면 순간적으로 액체의 수위가 올라가게 되고, 액체의 수위가 올라가면 부력통(7100)도 액체와 함께 상부로 이동하게 된다. 또한 액체저장탱크(2000)에 기체의 주입이 중단되면 액체의 수위는 낮아지고 이로 인하여 부력통(7100)은 액체와 함께 하부로 이동하게 된다.

여기서 회전기어(7300)는 발전기 회전축에 부착되어서 발전기 회전축(6300)이 원래의 회전방향으로만 회전할 수 있는 구조를 가진다. 도 12에서 보는 바와 같이, 회전기어(7300)는 발전기 회전축(6300)을 감싸는 도너츠 형태이고, 회전기어(7300)의 가장자리에는 와이어(7200)가 결합되어 있으며, 회전기어(7300)의 중앙부분에는 한 방향으로 경사진 내부톱니(7310)가 형성되어 있다. 발전기 회전축(6300)에는 상기 내부톱니(7310)에 결합할 수 있는 형태를 가지는 돌기(6310)가 있는데, 돌기(6310)는 그 내부에 설치된 스프링(미도시)에 의해 지지되어서 외부에서 힘이 가해지지 않는 한 발전기 회전축(6300)의 외부로 돌출된 형태를 가지게 된다. 여기서 돌기는 적당한 숫자를 설치할 수도 있다.

도 12(a)는 부력통(7100)이 상부로 이동할 경우에 와이어(7200)도 함께 상부로 올라가고 이로 인하여 회전기어(7300)는 반시계방향으로 회전하게 된다. 회전기어(7300)가 반시계 방향으로 회전하면 회전기어(7300)의 내부톱니(7310)와 돌기(6310)가 결합하여 발전기 회전축(6300)의 회전속도를 더욱 향상시키게 된다. 반대로 도 12(b)와 같이 부력통(7100)이 하부로 이동할 경우에는 와이어(7200)도 하부로 내려오고 이로 인하여 회전기어(7300)는 시계방향으로 회전하게 되고, 회전기어(7300)가 시계방향으로 회전하면 돌기(6310)는 눌러지게 되어 발전기 회전축(6300)은 이로 인하여 반대방향으로는 회전하지는 않게 된다. 도면에는 도시하지 않았지만, 도 12(b)와 같이 부력통(7100)이 하부로 이동할 경우에 회전기어(7300)가 시계방향으로 회전할 수 있도록 회전기어(7300)의 내부에는 회전기어(7300)를 원래의 위치로 돌아올 수 있는 탄성체가 부착되어 있다.

한편 부력통을 이용한 발전부가 부착된 경우에는 적어도 2개 이상의 에너지 변환기를 연동하여 운전하는 것이 바람직하다. 이는 부력통을 이용한 발전부는 부력통이 상하로 움직이는 과정에서 발생하는 에너지를 활용하는 것으로서, 부력통이 상하로 움직이기 위해서는 기체주입구로 기체가 주입되었다가 중단되었다가 하는 단계를 반복적으로 발생시켜야 하기 때문이다. 즉, 기체가 주입되면 전체적으로 액체의 수위가 올라가서 부력통은 상부로 이동하게 되고, 기체의 주입이 중단되면 수위는 내려가서 부력통은 하부로 이동하게 되는데, 부력통을 이용한 발전부는 이러한 부력통의 움직임을 필요로 하기 때문이다.

따라서 기체의 주입과 중단을 반복적으로 진행하면서도 계속적으로 전기를 생산하기 위해서는 적어도 2개 이상의 에너지 변환기가 상호 연동이 되게 운전하는 것이 바람직하다. 즉, 하나의 에너지 변환기의 기체의 주입이 중단되면, 다른 에너지 변환기에는 기체가 주입되는 방식으로 연동되게 운전한다.

제6실시예

제6실시예는 도 13 내지 도 18을 기준으로 설명한다. 도 13은 본 발명에 의한 제6실시예로서의 에너지 변환기의 개략도이고, 도 14는 도 13에 도시된 제6실시예ㅇ에서의 액체저장탱크의 부분 절개 사시도이다. 도 13에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 제6실시예로서의 에너지 변환기는 액체저장탱크(2000), 에너지 변환설비 및 압축펌프부(1000)를 포함하고 있다.

도 15는 에너지 변환설비 중에서 회전부의 사시도이고, 도 16는 액체저장탱크의 평면도이다. 도 13 내지 도 16에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 에너지 변환설비는 회전부와 이에 연결된 발전설비를 포함하고 있다. 회전부는 회전축(8100)과 회전판(8200)을 포함하고 있다. 회전축(8100)은 수직방향으로 설치되어 있으며, 적어도 하나 이상 설치한다. 회전축(8100)의 개수에 대해서는 특별한 제한은 없지만, 설치 및 운전의 편리성을 고려할 때 회전축(8100)은 2개 설치하는 것이 바람직하다. 도 13에서의 에너지 변환기는 회전축(8100)이 2개 설치된 형태이다.

회전축(8100)의 말단에는 발전설비(9000)가 연결되어 회전축(8100)의 회전에 의해 전기를 생산하게 된다. 회전축(8100)의 말단에 발전설비(9000)가 바로 연결될 수도 있지만, 회전축(8100)이 2개이상 설치될 경우에는 개개의 회전축(8100)의 말단에 발전설비(9000)를 설치할 수도 있고, 또는 개개의 회전축(8100)을 연결기어(8300)를 사용하여 연결시키고 하나의 회전축(8100)의 말단에만 발전설비(9000)를 연결시킬 수도 있다. 도 1에서는 연결기어(8300)를 사용하여 하나의 발전설비(9000)만 설치된 것을 보여준다.

한편 개개의 회전축(8100)에는 회전축(8100)을 중심으로 부력 또는 팽창력을 효과적으로 활용할 수 있는 형상의 회전판(8200)이 부착되어 있다. 회전판(8200)의 설치각도는 회전축에서 수직방향 또는 수직방향보다 하부방향으로 형성되는데, 도 13과 같이 수직방향으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 회전축(8100)은 인접한 다른 회전축의 회전에 방해가 되지 않는 범위내에서 인접한 다른 회전축에 부착된 회전판의 폭만큼 이격되게 설치하는 것이 바람직하다.

이는 인접한 회전축(8100), 회전판(8200)과 액체저장탱크(2000)는 실질적으로 밀폐된 공간을 형성하게 되고, 이 공간에 존재하는 공기는 부력에 의해 상부로 올라가면서 회전판(8200)을 회전시킬 뿐 아니라, 상부로 올라감에 따라서 부피가 팽창하여 팽창력을 발생하게 되는데, 밀폐된 공간에 존재하는 공기에 의해 발생하는 팽창력은 회전판(8200)에 압력을 가하여 결과적으로 회전축(8100)의 회전 속도를 더욱 빠르게 한다.

도 13에서 보는 바와 같이, 회전축(8100), 회전판(8200)과 액체저장탱크(2000)에 의해 형성되는 밀폐된 공간(A)에 존재하는 공기는 부력뿐 아니라 팽창력을 발생시키고, 이로서 회전축(8100)의 회전속도는 더욱 상승하게 된다.

도 17은 본 발명에 의한 회전부의 다른 실시예의 사시도이고, 도 18은 도 17에서의 회전부 일부에 대한 단면도이다. 다른 실시예로서의 회전부에서 회전판(8210)은 가장자리에 수직 하부방향으로 연장되는 수직하부턱(8220)을 가지고 있어서, 기체가 회전부에서 벗어나는 것을 최대한 방지한다. 이는 회전부와 액체저장탱크(2000)가 밀착되지 않은 경우에 기체가 회전부에서 벗어나는 것을 방지하는 역할을 한다.

발전설비(9000)는 회전부(8000)에 연결되어 있으며, 이는 통상적인 발전설비를 사용하면 되므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.

한편 본 발명에 사용되는 압축펌프부(1000)는 특별한 제한은 없지만, 압축펌프부(1000)의 일실시예로서 그 효율을 극대화시키기 위하여 특별하게 고안된 다단 실린더 구조를 갖는 밀폐형 왕복동식 압축기를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 아래에서 기술될 다단 실린더 구조를 갖는 밀폐형 왕복동식 압축기의 흡입밸브는 액체저장탱크(2000)의 기체배출구(2200)에 연결되어 있고, 토출밸브는 액체저장탱크(2000)의 기체주입구(2100)에 연결되어 있다. 기체배출구(2200)에서 압축펌프부(1000)로 흡입된 기체는 압축이 되어서 기체주입구(2100)로 이송된다.

압축펌프부는 외부의 전원에 의해 작동될 수도 있지만, 본 발명에서 사용되는 압축펌프부는 발전설비에서 발생하는 동력을 이용하여 작동할 수도 있다. 즉, 압축펌프부는 발전기 회전축에 발전기와 함께 연결되어서 압축펌프부가 별도의 전원의 공급이 없이도 작동하게 된다.

본 발명에 사용되는 밀폐형 왕복동식 압축기에서 압축공정의 진행시 초기에 낭비되는 동력을 유용하게 활용하기 위하여 밀폐형 왕복동식 압축기에서의 압축기실린더부(100)를 직경이 서로 다른 다수의 실린더가 직경 순으로 차례로 결합된 형태로 제작하는 것에 특징이 있다.

또한 직경이 가장 큰 것으로부터 차례로 압축공정이 진행되므로, 압축공정 초기에는 낮은 압력이지만 넓은 면적에서 기체를 압축시키게 되고, 점차 압축공정이 진행됨에 따라서 압력은 점점 커지지만 면적이 줄어들어서 압축과정에서 압축기에서 필요로 하는 동력은 동일하게 되어, 압축공정의 진행 도중에 동일한 동력을 사용하여 종래의 압축기에서 압축공정의 초기에 낭비되어지는 동력을 최대한 효율적으로 활용할 수 있다.

도 19는 본 발명에 사용된 다단 실린더 구조를 갖는 밀폐형 왕복동식 압축기의 일실시예로서 3단 실린더를 갖는 압축기실린더부의 단면도이다. 도 19에서는 설명의 편의를 위하여 압축기실린더부가 3개의 실린더로 구성된 예를 도시하였다. 도 19에서 보는 바와 같이 압축기실린더부(100)는 1단실린더(110), 2단실린더(120), 3단실린더(130)로 구성되어 있다.

3단실린더(130)의 단면적은 2단실린더(120)의 단면적의 1.5~2.5배이고, 2단실린더(120)의 단면적은 1단실린더(110)의 단면적의 1.5~2.5배이다. 여기서 단면적이 1.5배 미만이면 압축실내의 부피가 작아서 효율이 낮아지고, 단면적이 2.5배를 초과하면 동력이 많이 소요되는 문제가 있다. 바람직하게는 여기서 1단실린더(110)의 단면적은 2단실린더(120)의 단면적의 1/2이고, 2단실린더(120)의 단면적은 3단실린더(130)의 단면적의 1/2이다.

1단실린더(110)의 높이는 2단실린더(120)의 높이의 1.5~2.5배이고, 높이가 1.5배 미만이면 압축실내의 부피가 작아서 효율이 낮아지고, 높이가 2.5배를 초과하면 동력이 많이 소요되는 문제가 있다. 또한 2단실린더(120)의 높이는 3단실린더(130)의 높이의 0.5~1.5배이고, 높이가 0.5배 미만이면 압축실내의 부피가 작아서 효율이 낮아지고, 높이가 1.5배를 초과하면 동력이 많이 소요되는 문제가 있다. 바람직하게는 여기서 1단실린더(110)의 높이는 2단실린더(120)의 높이의 2배이고, 2단실린더(120)의 높이는 3단실린더(130)의 높이와 동일하다.

이를 수식으로 표시하면 아래와 같은 관계를 가진다.

1단실린더의 단면적 * (1.5 내지 2.5) = 2단실린더의 단면적

2단실린더의 단면적 * (1.5 내지 2.5) = 3단실린더의 단면적

1단실린더의 높이 = 2단실린더의 높이 * (1.5 내지 2.5)

2단실린더의 높이 * (0.5 내지 1.5) = 3단실린더의 높이

여기서, 단면적은 압축기 축의 왕복운동 방향의 수직방향으로의 실린더 단면적이고, 높이는 축의 왕복운동 방향으로의 실린더 높이를 의미한다.

이하의 도면 및 설명은 1단실린더(110)의 단면적은 2단실린더(120)의 단면적의 1/2이고, 2단실린더(120)의 단면적은 3단실린더(130)의 단면적의 1/2이며, 1단실린더(110)의 높이는 2단실린더(120)의 높이의 2배이고, 2단실린더(120)의 높이는 3단실린더(130)의 높이와 동일한 것을 기준으로 기술한다.

도 20은 도 19에서의 압축기의 압축공정을 순차적으로 도시한 도면이다. 도 20(a)는 3단 실린더가 압축된 후의 압축기실린더부의 단면도, 도 20(b)는 2단 실린더가 압축된 후의 압축기실린더부의 단면도이고, 도 20(c)는 1단 실린더의 압축 중의 압축기실린더부의 단면도이다.

압축공정이 시작되기 전에는 도 19의 형상을 갖는다. 도 19에서 보는 바와 같이 압축공정이 시작되기 전에는 1단, 2단 및 3단 실린더(110,120,130)는 팽창한 상태를 유지하고 있다가, 압축공정이 시작되면 먼저 3단 실린더(130)가 도 20(a)에서 상부로 이동하면서 압축실(150) 내의 기체가 압축을 하기 시작한다.

3단 실린더(130)의 압축이 완료되면 도 20(a)의 형태가 되며, 그 후 3단 실린더(130)에 의해 2단 실린더(120)가 밀려서 2단 실린더(120)까지 압축이 되면 도 20(b)의 형상이 된다. 다음으로 2단 실린더(120)에 의해 밀려서 1단실린더(110)까지 상부로 올라가면서 압축실내의 기체는 원하는 압력까지 압축이 되며, 압축이 완료되면 토출밸브(70)가 열리면서 압축실 외부로 압축된 기체가 배출된다.

여기서 3단 실린더(130)와 2단 실린더(120)를 비교하면, 3단 실린더(130)의 압축시의 기체의 압력은 2단실린더(120)의 압축시의 기체의 압력의 1/2이지만, 3단 실린더(130)의 단면적이 2단 실린더(120)의 단면적의 2배이므로, 전체적으로 3단 실린더(130)의 압축시와 2단 실린더(120)의 압축시의 압축기의 축에 연결된 구동부에서 필요로 하는 동력의 양은 동일하다.

마찬가지로 2단 실린더(120)와 1단 실린더(110)에서의 압축시의 압축기의 축에 연결된 구동부에서 필요한 동력의 양은 동일하게 된다. 따라서 결론적으로 압축과정에서의 압축기의 축에 연결된 구동부에서 필요로 하는 동력의 양은 일정하게 되며, 종래의 압축기와 달리 압축과정에서 낭비되는 동력이 없게 된다.

도 21은 본 발명에 의한 도 19에 도시된 압축기의 압축과정에서의 소요되는 동력 변화의 추세를 그래프로 표시한 것인데, 본 발명에 의한 압축기는 각각의 실린더의 단에서는 압축공정이 진행됨에 따라서 점진적으로 많은 동력을 필요로 하지만, 단이 바뀌는 순간에 필요한 동력이 줄어들어서 전체적으로 압축공정의 진행시에 필요한 동력은 톱니형태를 이루어 전체적으로 일정하게 된다.

따라서 동일한 기체를 원하는 압력까지 압축할 경우에 본 발명에 의한 압축기는 작은 동력(y)으로 압축을 시킬 수 있지만, 종래의 압축기는 이보다 큰 동력을 필요로 한다.

한편 1단, 2단 및 3단 실린더(110,120,130)는 내부의 압축실이 밀폐될 수 있도록, 그 연결부위에 가스켓과 같은 밀폐 수단이 부착되어 있다. 도 19에서 인용부호 111,121,131은 밀폐수단을 도시한 것이다.

또한 축과 연결된 3단실린더(130)에는 내부에 별도의 피스톤을 설치하여 작동될 수도 있으나, 본 발명에서는 압축실의 기밀을 보다 확실하게 유지하기 위하여 별도의 피스톤 대신에 3단 실린더(130)의 외부에 압축기의 축(10)을 직접 연결시키는 것이 바람직하다. 이로서 3단 실린더(130)는 종래의 압축기의 피스톤의 역할도 하게 된다.

또한 압축공정이 진행됨에 따라 3단, 2단, 1단 실린더(130,120,110)가 순차적으로 압축될 수 있도록 별도의 제2고정부와 제1고정부를 설치한다.

고정부는 실린더 측벽에 형성된 홈, 상기 홈에 삽입 및 분리가 가능한 막대형상의 걸림자, 상기 걸림자와 결합 및 분리가 가능하며 실린더 측벽의 상부방향으로 형성된 걸림쇠, 상기 걸림쇠를 좌우 방향으로 이동시키는 걸림자 구동부, 상기 걸림자 구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고 있다. 도 22는 걸림쇠와 홈이 형성된 압축기의 단면도이고, 도 23은 걸림자, 홈 및 걸림쇠가 형성된 압축기의 단면도이다. 도 22과 도 23에서 보는 바와 같이, 3단으로 구성된 압축기실린더부의 경우에는 고정부가 2개 설치된다. 이를 구체적으로 설명한다.

제2고정부는 3단실린더(130)의 측벽에서 2단실린더(120) 방향으로 돌출되어 후술하는 걸림자(222)가 결합할 수 있는 형태를 가지는 제2걸림쇠(220), 1단 실린더(110)의 하부 측벽에 형성된 제2홈(221), 3단실린더(130)가 압축되지 않은 상태에서는 1단실린더(110)의 측벽 하부에 형성된 제2홈(221)에 결합되어 2단실린더(120)가 압축되지 않도록 하고, 3단실린더(130)가 완전히 압축된 상태에서는 3단실린더(130)의 압축이 풀리는 것을 방지하기 위하여 상기 제2걸림쇠(220)와 결합할 수 있도록 제2홈(221)과 제2걸림쇠(220) 사이를 왕복운동할 수 있는 제2걸림자(222), 상기 걸림자(222)를 좌우 방향으로 이동시키는 걸림자 구동부(미도시), 상기 걸림자 구동부의 작동을 제어하는 제2제어부(미도시)를 포함한다.

마찬가지로 제1고정부는 제1걸림자, 제1홈, 제1걸림쇠 및 제1제어부를 포함하고 있다. 여기서 제어부의 구성에 대해서는 특별한 제한은 없으나, 센서를 설치하여 압축기실린더부의 움직임을 감지하여 제어할 수도 있고, 상기와는 다른 기계적인 장치를 설치하여 압축기실린더부의 움직임을 감지하여 제어할 수 있다. 나아가 제2제어부와 제1제어부는 하나의 제어부로 통합되어 설치될 수도 있다.

한편 직경이 제일 큰 실린더의 바닥에는 충격완화수단을 부착시키는 것이 바람직하다. 충격완화수단은 고무와 같은 재질로 만든다. 충격완화수단은 축의 왕복으로 인한 충격을 완화시키고, 압축기실린더부 내부의 기밀을 유지하도록 도와주며, 홈과 걸림자의 결합시의 여유를 주는 효과가 있다. 도 23의 경우에는 3단실린더(130)의 바닥에 부착된다.

도 24는 고정부를 포함한 본 발명에 의한 다단 실린더 구조를 갖는 밀폐형 왕복의 작동예를 도시한 도면이다. 도 13은 압축공정이 진행되기 전의 압축기실린더부의 단면도, 도 24(a)는 3단 실린더가 압축된 후의 압축기실린더부의 단면도, 도 24(b)는 2단 실린더가 압축된 후의 압축기실린더부의 단면도이고, 도 24(c)는 1단 실린더의 압축 중의 압축기실린더부의 단면도이다.

도 23에서 보는 바와 같이, 압축이 시작되기 전에는 1단, 2단 및 3단 실린더(110,120,130)는 팽창한 상태를 유지하고 있다가, 압축이 시작되면 먼저 3단 실린더(130)가 상부로 이동하면서 압축실(150) 내의 기체가 압축된다.

3단 실린더(130)가 압축을 시작하게 되면, 제1걸림자(212)와 제2걸림자(222)가 각각 제1홈(211)과 제2홈(221)에 결합되어 있어서 3단 실린더(130)가 압축을 시작하더라도 1단 실린더(110)와 2단 실린더(120)는 압축이 되지 않는다. 3단 실린더(130)가 압축을 완료하면 제2홈(221)에 결합되어 있던 제2걸림자(222)는 이동하여 제2걸림쇠(220)와 결합하게 되어 도 24(a)의 형태가 된다.

이 때, 제2걸림자(222)의 이동은 제2걸림자(222)에 연결된 별도의 걸림자 구동장치(미도시)를 통하여 이루어진다.

도 24(a)의 형태에서 계속해서 압축공정이 진행되면, 3단 실린더(130)와 2단 실린더(120)는 제2걸림자(222)에 의해 일체로 결합되어서 축(10)과 함께 계속 이동하게 되어, 2단 실린더(120)까지 압축이 되면 도 24(b)의 형상이 된다. 여기서도 마찬가지로 제1홈(211)에 결합되어 있던 제1걸림자(212)는 이동하여 제1걸림쇠(210)와 결합한다. 그 후 도 24(c)와 같이 2단 실린더(120)에 의해 밀려서 1단실린더(110)까지 상부로 올라가면서 압축실 내부의 기체는 원하는 압력까지 압축이 되며, 압축이 완료되면 토출밸브가 열리면서 압축실 외부로 압축된 기체가 배출된다.

다음으로 압축기체의 배출이 압출되면, 토출밸브는 닫히고, 흡입밸브는 열려서 외부의 기체가 압축실 내부로 유입된다. 흡입밸브가 열리면서 압축실의 내부 공간이 커지는 과정에서 1단, 2단, 3단 실린더의 팽창 순서는 크게 중요하지 않으나, 본 발명에서의 실시예에서는 3단, 2단, 1단 실린더 순서로 팽창을 하게 된다.

또한 본 발명에 의한 압축기실린더부는 다수의 실린더가 고속으로 왕복운동을 하면서 실린더의 왕복 운동축이 틀어지는 것을 방지하기 위하여 압축기실린더부를 구성하는 다수의 실린더의 이동경로를 일정하게 유지할 수 있는 가이드부를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

도 25는 본 발명에 의한 다단 실린더 구조를 갖는 밀폐형 왕복동 압축기의 일실시예로서, 가이드부가 부착된 압축기실린더부의 단면도이다. 가이드부(300)는 유도막대(310,320,330), 고정틀(340), 베어링틀(350)을 포함하고 있다. 유도막대(310,320,330)는 각각의 실린더(110,120,130)와 함께 왕복운동을 하는 부분으로서 각각의 실린더의 외부에 결합되어 있으며, 각각의 실린더에서 축의 반대방향으로 축의 왕복운동 방향과 동일한 방향으로 설치된 막대형상을 갖는다. 유도막대는 2개 이상 축의 중심축을 중심으로 서로 대칭이 되도록 설치하는 것이 바람직하다.

고정틀(340)은 각각의 실린더의 왕복운동을 방해하지 않는 위치에 각각의 실린더의 왕복 운동축과 직교하는 방향으로 설치되며, 고정틀(340)과 유도막대(310,320,330)가 교차하는 지점의 고정틀(340)에는 베어링틀(350)이 설치되어 있다. 각각의 실린더의 왕복운동은 유도막대(310,320,330)를 따라서 이루어진다. 여기서 베어링틀(350)은 실린더의 왕복운동축의 방향이 틀어지는 것을 효과적으로 방지하기 위하여 적어도 2개이상의 베어링(351)을 내부에 포함하도록 만드는 것이 바람직하다.

이상에서 3단실린더를 구비한 압축기실린더부에 근거하여 본 발명에 의한 압축기를 설명하였지만, 본 발명은 3단 실린더에만 한정되는 것은 아니고, 압축기실린더부는 2단 이상으로 구성될 수 있다. 예를 들어 4단 실린더를 설치할 경우에는 4단 실린더의 높이는 바람직하게는 2단 실린더 또는 3단 실린더의 높이와 동일하고, 4단 실린더의 단면적은 3단 실린더의 단면적의 2배이다.

한편 본 발명에 의한 에너지 변환기에서 압축펌프부는 단순히 진공펌프로만 구성될 수도 있으나, 바람직하게는 진공펌프와 컴프레샤로 구성될 수도 있다. 이 경우에 진공펌프는 기체배출구에 연결되어서 액체저장탱크 내의 기체를 대기로 배출하는 역할을 하고, 컴프레샤는 기체주입구에 연결되어서 대기중의 기체를 액체저장탱크의 내부로 주입하는 역할을 한다. 여기서 진공펌프와 컴프레샤는 상기된 다단 실린더 구조를 갖는 밀폐형 왕복동식 압축기를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 진공펌프는 흡입밸브가 기체배출구에 연결되어 있고, 토출밸브는 대기와 연결되어 있다. 컴프레샤는 흡입밸브가 대기와 연결되어 있고, 토출밸브는 기체주입구와 연결되어 있다. 진공펌프와 컴프레샤는 동일한 구조를 가지나, 흡입밸브와 토출밸브가 서로 반대로 연결된 형태를 가진다. 이렇게 함으로서 에너지 생산이 극대화된다.

도 26은 본 발명의 제4실시예에서 진공펌프와 컴프레샤로 구성된 압축펌프부가 연결된 형태를 보여주는 도면이다. 도 26에서 보는 바와 같이, 진공펌프(1100)와 컴프레샤(1200)의 축은 발전기 회전축(6300)과 연결부를 통하여 연결되어 있다. 연결부는 발전기회전축(6300)과 진공펌프(1100)의 축을 연결하는 제1연결축(1110) 및 진공펌프(1100)의 축과 컴프레샤(1200)의 축을 연결하는 제2연결축(1210)으로 구성되어 있으며, 제1연결축(1110)과 제2연결축(1210)은 고정축(1112, 1212)을 중심으로 움직이게 된다. 발전기 회전축(6300)에 연결된 제1연결축(1110)은 발전기 회전축(6300)의 중심이 아닌 가장자리에 연결되어 발전기 회전축(6300)이 회전을 함에 따라서 제1연결축(1110)과 제2연결축(1210)은 움직여서 진공펌프(1100)의 축과 컴프레샤(1200)의 축의 왕복운동을 시키게 된다. 또한 제1연결축(1110)과 제2연결축(1210)의 연결은 도 26에서 보는 바와 같이 제1연결축과 제2연결축에는 길이 방향으로 긴 결합홈(1114)을 통하여 연결된다.

한편 본 발명에 의한 부력과 팽창력을 이용한 에너지 변환기는 다수의 에너지 변환기가 다층으로 설치될 수도 있다.

상기에서는 예시도면에 의거하여 본 발명의 일실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하였으나, 상기된 실시예는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 충분히 이해할 수 있도록 제공되는 것이지, 본 발명의 범위가 상기된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

1000:압축펌프부
2000:액체저장탱크
3000,4000,5000,6000:발전설비
7000:부력통을 이용한 발전부

Claims

내부는 액체를 수용하며, 하부에는 기체주입구가 형성되어 있고, 상부에는 기체배출구가 형성되어 있는 액체저장탱크;
상기 기체배출구에서 흡입한 기체를 압축하여 상기 기체주입구로 이송하기 위한 압축펌프부; 및
상기 기체주입구에서 주입된 기체가 상승하는 과정에서 발생하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용하여 동력으로 변환하는 에너지 변환설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제1항에 있어서, 상기 에너지 변환설비는 발전설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제1항에 있어서, 상기 압축펌프부와 액체저장탱크는 적어도 어느 하나 이상이 진공상태에서 운전되는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제1항에 있어서, 상기 액체저장탱크는 기체주입구를 통하여 액체내에 주입된 기체의 총부피만큼 수위상승이 효과적으로 이루어 지는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 에너지 변환설비는 수평으로 설치된 발전기 회전축을 중심으로 회전하는 다수의 날개판이 부착된 회전부와 상기 발전기 회전축에 연결된 발전기를 포함하고 있으며,
상기 액체저장탱크는 상기 기체주입구로 주입된 기체가 상부로 상승하는 측면이 상기 날개판의 회전반경의 형태를 가지는 반원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 에너지 변환설비는 수직으로 설치된 발전기 회전축을 중심으로 회전하는 상기 액체저장탱크의 상부로 갈수록 직경이 커지는 다수의 프로펠러와 상기 발전기 회전축에 연결된 발전기를 포함하고 있으며,
상기 액체저장탱크는 상기 다수의 프로펠러를 수용할 수 있도록 상부로 갈수록 직경이 커지는 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제6항에 있어서, 상기 액체저장탱크는 하부에서 상승하는 기체가 다수의 프로펠러로 유도될 수 있도록 내부면에 부착된 다수의 유도판를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 에너지 변환설비는
상기 액체저장탱크의 상하부에 설치된 2개의 벨트회전축과 상기 2개의 벨트회전축을 연결하는 적어도 하나 이상의 실린더 벨트를 포함하는 벨트회전부;
상기 벨트회전부에 일정한 간격으로 부착되어 내부에 주입된 기체의 부력에 의해 액체저장탱크의 상부로 이동하며, 동시에 내부에 주입된 기체의 팽창력에 의해 수평방향으로 팽창할 수 있는 구조를 가지는 다수의 실린더부;
상기 벨트회전축과 직각방향으로 설치된 2개의 발전기 회전축과 상기 발전기 회전축을 연결하며 상기 실린더부와 결합되어 회전하게 되는 체인을 포함하는 발전기 회전부; 및
상기 발전기 회전축에 연결된 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제8항에 있어서,
상기 실린더부는
상기 실린더 벨트에 고정되어 있으며 하측으로 기체의 출입을 위한 기체출입구가 형성되어 있는 실린더고정체,
상기 실린더고정체와 밀폐되어 결합되어 있으며 기체의 팽창과 배출에 의해 좌우방향으로 이동할 수 있는 실린더이동체,
상기 실린더이동체와 결합한 기어박스를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 에너지 변환설비는
수평으로 설치된 발전기 회전축을 중심으로 상기 기체주입구에 의해 투입되는 기체에 의해 회전하는 다수의 회전날개를 가지고 있는 제1회전몸체;
상기 발전기 회전축을 중심으로 회전하며 상기 제1회전몸체의 외부를 둘러싼 도너츠 형태를 가지며 다수의 회전날개를 가지고 있는 제2회전몸체;
상기 발전기 회전축에 연결된 발전기를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 에너지 변환설비는 부력통을 이용한 발전부가 추가로 설치되어 있으며,
상기 부력통을 이용한 발전부는
상기 액체저장탱크의 내부에는 부력에 의해 액체의 상부에 떠 있는 부력통;
상기 부력통의 상부 또는 하부로의 이동시에 상기 발전기 회전축의 회전을 가속시킬 수 있는 회전기어; 및
상기 회전기어와 상기 부력통을 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제11항에 있어서, 상기 에너지 변환기는 적어도 2대이상이 설치되어 상호 연동 운전되는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 에너지 변환설비는
적어도 한개 이상의 회전축;
상기 회전축을 중심으로 형성된 회전판 또는 프로펠라를 포함하며, 상기 액체저장탱크 내부에 수용되어 기체주입구로 주입된 기체에의해 발생하는 부력 또는 부력 및 팽창력에 의해 상기 회전축이 회전하는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제13항에 있어서, 상기 회전축은 2개이며, 2개의 회전축은 인접한 다른 회전축의 회전에 방해가 되지 않는 범위내에서 인접한 다른 회전축에 부착된 회전판의 폭만큼 이격되게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제13항에 있어서, 상기 액체저장탱크는 상기 회전판의 회전에 방해가 되지 않는 범위내에서 상기 회전판에 밀착될 수 있는 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제13에 있어서, 상기 기체주입구는 다수의 구멍이 형성된 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 압축펌프부는 상기 에너지 변환설비에서 발생하는 동력을 이용하여 작동하는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 압축펌프부는 동력에 의해 축을 왕복운동시켜 기체배출구에 연결된 흡입밸브를 통하여 흡입된 가스를 실린더부에서 고압으로 압축하여 기체주입구에 연결된 토출밸브를 통하여 압축기 밖으로 토출가스를 배출하는 밀폐형 왕복동식 압축기로서,
상기 실린더부는 서로 다른 직경을 가지는 다수의 실린더가 직경순으로 순차적으로 결합되어 있으며, 축의 왕복운동에 의해 제일 큰 직경을 가지는 실린더로부터 차례로 압축되어지는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 압축펌프부는 진공펌프와 컴프레샤로 구성되어 있으며, 상기 진공펌프는 기체배출구에서 흡입한 기체를 대기상태로 방출하고, 상기 컴프레샤는 대기에서 흡입한 공기를 압축하여 기체주입구로 주입시키는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.
제19항에 있어서, 상기 진공펌프와 컴프레샤는 연결부를 통하여 발전설비를 구성하는 발전기 회전축에 연결되어 있으며, 발전기 회전축이 회전함에 따라서 연결부를 통하여 상기 진공펌프와 컴프레샤는 연동되어 작동하는 것을 특징으로 하는 부력 또는 부력 및 팽창력을 이용한 에너지 변환기.