KR20120048702A - 변위 구동기 - Google Patents

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KR20120048702A
KR20120048702A KR1020127007784A KR20127007784A KR20120048702A KR 20120048702 A KR20120048702 A KR 20120048702A KR 1020127007784 A KR1020127007784 A KR 1020127007784A KR 20127007784 A KR20127007784 A KR 20127007784A KR 20120048702 A KR20120048702 A KR 20120048702A
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buoyancy
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피터 존 카터
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피터 존 카터
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Abstract

매스 변위 구동기는 적어도 2개의 대응 아암과, 각 아암의 말단부에 위치하는 챔버를 가지며, 각각의 챔버는 내부에서 이동가능한 피스톤을 갖는다. 공기와 같은 가스일 수 있는 유체가 규정된 간격으로 챔버에 유입되고 챔버로부터 배출되어, 챔버의 부력을 서로에 대해 변화시켜서, 축 주위로 아암들을 운동시키는 매스 변위 토크를 발생시킨다.

Description

변위 구동기{DISPLACEMENT DRIVE}
본 발명은 매스 변위 구동기(mass displacement drive)에 관한 것으로서, 특히, 에너지를 발생시키도록 샤프트를 회전시키기 위해 시스템 내의 매스의 변위를 이용하는 구동기에 관한 것이다.
전 세계에 걸쳐 자원이 점점 고갈되고 대기의 온실 가스 농도가 증가함에 따라, 재생가능한 에너지 장치에 초점이 맞추어지고 있다. 재생가능 에너지 장치는 에너지를 발생시키도록 샤프트를 회전시키거나 피스톤을 운동시키는 데 요구되는 힘을 발생시키기 위해 자연을 이용하는 것이 일반적이다. 풍력, 파랑 및 조력 에너지, 태양 에너지 등을 예로 들 수 있다. 이러한 재생가능 에너지는 특정 위치에 배치되어야 하고, 휴대 가능하지 않으며, 설치 및 작동 비용이 비싸다.
풍력은 바람이 신뢰가능하다고 여겨지는 위치에 대한 필요성에 의해 제한된다. 풍력은 거의 일정하지 않다. 풍력 발전기에 의해 발전된 전력의 양은 바람없는 날 바람의 결여로 인한 다운 시간 및 풍속에 따라 변한다. 풍력은 커뮤니티 인근 배치의 문제점을 또한 가지며, 대양 기반 풍력 설비의 개념은 최근접 전기 그리드 연결점까지의 거리와 관련한 문제점을 갖는다.
파랑 및 조력 설비는 이를 구동시키는데 사용되는 힘의 속성으로 인해 일정한 전력 발생을 도출하지 못하고 있다. 전력은 파랑 및 조수의 가용성에 부합하여 간헐적으로만 생성된다. 위치 역시 그리드 연결점까지 값비싼 해저 케이블 연결 이용을 강제하고 있다.
태양열은 앞서와는 다른 방향을 선택하였으며, 그 아이디어는 저비용으로 제작될 수 있는 다수의 덜 효율적인 전지를 생성하는 것이다. 이 방식은 상용 설비를 위해 확장된 풋프린트(footprint)를 요한다.
따라서, 좀 더 적절하고, 저렴하며, 효율적인 재생가능 발전 장치가 필요하다.
또한, 고갈없이 계속적으로 가용한 힘을 이용할 필요가 있다. 특정 애플리케이션에 맞게 크기 조정될 수 있고 위치 의존적이지 않은 장치가 요구된다. 상용 스케일 유닛을 이용하면, 설비 비용 및 복잡도가 현저하게 감소하므로, 전기 그리드 연결이 보다 단순해지고 저렴한 가격으로 이용가능하다. 원격 위치에 설치될 수 있고, 연결된 어레이나 그리드에서 독립적으로 작동될 수 있는 장치가 또한 필요하다.
본 발명의 목적은 상술한 단점들 중 하나 이상을 실질적으로 극복하거나 적어도 완화시키거나, 또는 유용한 대안을 제공하는 것이다.
매스 변위 구동기는 적어도 2개의 대응 아암과, 각 아암의 말단부에 위치하는 챔버를 가지며, 각각의 챔버는 내부에서 이동가능한 피스톤을 갖는다. 공기와 같은 가스일 수 있는 유체는 규정된 간격으로 챔버에 유입되고 챔버로부터 배출되어, 챔버의 부력을 서로에 대해 변화시켜서, 축 주위로 아암을 운동시키는 매스 변위 토크를 발생시킨다.
아암이 회전할 때 축 주위로 샤프트가 회전하여, 에너지로 사용하기 위한 회전력을 발생시킨다.
장치는 서로로부터, 그리고 베이스로부터 멀리 외향으로 연장되는 복수의 대응 아암 및 챔버를 포함할 수 있다.
장치는 축 주위로 회전가능한 캠을 포함할 수 있다. 아암의 회전 시, 캠은 챔버 및 피스톤을 서로에 대해 이동시켜서 챔버의 부력을 변화시킨다.
장치가 회전함에 따라, 하나의 챔버는 음의 부력 위치로 이동하고 대응 챔버는 양의 부력 위치로 이동한다. 챔버 및 피스톤은, 일부 실시예에서 쌍으로 작동하지만, 서로 독립적으로 작동할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 측면도,
도 2는 본 발명의 추가적 실시예의 측면도,
도 3은 본 발명의 대안의 실시예의 측면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 측면도.
첨부 도면에서, 종방향 축(XX)을 형성하는 베이스(3)를 갖는 매스 변위 구동기(1)가 도시된다. 한 쌍의 대응 아암(4)이 베이스(3)로부터 외향으로 멀리 연장된다.
일 실시예에서, 아암(4)은 선(ZZ)을 따라 축(XX)에 실질적으로 수직이다. 챔버(6)가 각 아암(4)의 말단부에, 또는 그 근처에 위치하며, 챔버에 대해, 또는 챔버 내에서 이동가능한 피스톤(10)을 갖는다. 피스톤(10)은 아암(4)을 통해 서로 연통하여 있다. 챔버에 대한 피스톤(10)의 운동은 챔버(6)의 부력을 변화시킨다. 유체(도시되지 않음)가 챔버(6) 내로 도입되고 챔버(6)로부터 제거되며, 챔버(6) 사이에서 이동할 수 있어서, 각 아암(4) 및 챔버(6) 구조물의 중량 또는 부력을 변경시키게 되고, 따라서, 축(XX) 주위로 아암(4) 및 챔버(6)를 회전시키는 힘을 발생시키게 된다.
일 실시예에서, 베이스(3)는 샤프트(도시되지 않음)를 포함한다. 샤프트는 아암(4)이 회전할 때 축(XX) 주위로 회전될 수 있어서, 획득될 수 있고 그리고 에너지 발생에 유용한 회전력을 발생시키게 된다.
일 실시예에서, 유체는 가스이다. 가스는 공기일 수 있다. 제 2 유체가 피스톤(10)의 외측부 상에서 비-부력 상태로 챔버 내에 존재할 수 있다. 제 2 유체가 액체일 수 있다. 액체는 물일 수 있다.
특히 도 1을 참조하면, 사용시, 공기와 같은 유체의 변위는 챔버(6a)의 매스를 증가시켜서, 부력의 손실을 일으키고 축(XX) 주위로 유도되는 모멘트 힘을 증가시킨다. 이와 동시에, 공기일 수 있는 비-변위 유체가 챔버(6a)에 비해 챔버(6b)의 보다 작은 유효 매스를 산출하여, 최적 잠재 부력을 내재적으로 유지하게 된다.
챔버(6a, 6b)는 부력을 감소시키는 공기와 같은 유체의 챔버를 교대로 채우고 비우는 피스톤(10)의 운동에 의해서와 같이, 각 챔버(6a, 6b) 내의 매스의 변위에 의해 유체 부피를 변화시킬 수 있다. 대향 챔버(6a, 6b)는 하나의 챔버 내의 유체의 변위가 원래의 매스를 유지하면서 부력의 차이를 나타내도록 구성되고 설계된다. 이러한 매스 변위는 회전형, 로커(왕복형), 선형(수직 포함), 진자(고조파) 또는 회전형(궤도형) 응용분야를 위해 설계될 수 있다.
하나의 챔버(6a)의 매스의 변위는 챔버(6a)의 부력 손실을 야기하고, 챔버(6a)가 내려가야 할 음의 부력 상태(부력이 아니라 중력에 의해 유도되는 상태)을 개시한다. (매스 곱하기 중력 상수 빼기 마찰 손실 빼기 포획 매스). 회전 애플리케이션에서, (도 1) 제 1 아암(4a)은 베이스(3)에 구속된다. 제 1 챔버(6a)의 매스의 변위는 베이스(3)의 구속으로 인해 축(XX) 주위로의 아암(4)의 관성을 유도한다. (제 1 챔버(6a)의 매스 곱하기 제 1 아암(4a)의 길이 = 베이스(3)(또는 피봇점 또는 축(XX))에서의 토크(T)의 수식에 의해 표현된다). 제 2 챔버(6b)에서의 매스 변위 부족은 제 2 챔버(6b)의 상승을 개시하도록 이제 작용한다. 다시, 회전 애플리케이션(도 1)에서, 제 2 아암(4b)이 베이스(3)에 구속된다. 이러한 구속은 축(XX) 주위로 인가되는 토크로 나타난다. 단순화된 도면에서, 이는 축(XX) 주위로 회전을 유도한다.
일 실시예에서, 제 1 챔버(6a)가 장치(1) 내에 구성된 메커니즘을 이용하여 경로의 하부(회전 애플리케이션에서 15° 이전과 15° 이후 사이)에 도달함에 따라, 제 1 챔버(6a)의 매스는 다시 원 위치로 변위된다. 이 메커니즘은 예를 들어, 모터, 벨로우즈(bellows), 밸브, 힌지, 탄성체, 스프링 등일 수 있다. 압축기와 같은 메커니즘은 압축 공기와 같은 압축 가스를 공급하여, 피스톤을 변위시킬 수 있다. 이에 따라, 제 1 챔버(6a)가 양의 부력을 갖게 된다. 이러한 양의 부력은 상승 상태로 된다. 베이스(3)에서의 구속으로 인해, 이는 축(XX) 주위로의 회전력을 야기한다. 제 2 챔버(6b)는 그 경로의 상부(회전 애플리케이션의 경우 15° 이전과 15° 이후 사이)에 도달한다. 장치(1)에 포함된 메커니즘을 이용하여, 제 2 챔버(6b)의 매스가 최대 위치로 다시 변위된다. 이에 따라, 제 2 챔버(6b)가 음의 부력을 갖게 된다. 이러한 음의 부력은 하강 상태로 되고, 다시 베이스(3)에서 구속될 경우, 이는 축(XX) 주위로의 회전력을 야기한다. 장치(1)에 끼워맞춰진 다중 쌍 매스 변위 챔버들은 구동 샤프트의 운동을 계속되게 하는 작용을 한다.
장치(1)는 매스가 작용하는 모멘트와 함께 부피 변화의 비율과, 챔버(6a, 6b)의 초기 부피의 조합으로 구성되는 크기를 갖는다. 쌍 챔버는 작동 동안 각 챔버(6a, 6b) 사이의 유체 또는 이동성 매체(가스, 액체, 또는 이동성 고체나 미세 입자)를 유동시키기 위해, 아암(4) 내에서 유체 경로를 통해 연동될 수 있다.
도 2에 가장 잘 나타나는 바와 같이, 일 실시예에서, 장치(200)는 복수의 아암(204), 챔버(206) 및 피스톤(210a, 210b)을 포함할 수 있다. 캠(212)은 프레임(214) 내에 제공될 수 있다. 캠(212)은 챔버 내에서 피스톤(210b)을 하향으로 이동시켜서, 챔버 및 관련 캠의 비-부력 상태를 유도할 수 있다. 커넥팅 로드(connecting rods)(216)는 캠 표면과 접촉하여 챔버 내에서 피스톤을 이동시켜서, 가스 충전된 챔버의 부피를 감소시키고 부력을 감소시키게 된다. 챔버는, 장치가 액체와 같은 유체에 잠길 때 챔버의 상부 개구부로부터, 물과 같은 액체일 수 있는 유체로 충전될 수 있다. 다른 실시예에서, 대안적으로, 캠은 피스톤에 대해 아암(204)을 따라 챔버를 밀어서, 부력 챔버를 생성한다. 캠(212)은 또한, 피스톤(210)으로 하여금 대향 챔버(206)를 향해 유체를 밀어내게 한다. 챔버(4) 사이에서 중공 아암(204)을 통해 유동하는 유체는 모두 연결될 수 있고, 또는, 도관들이 유체 전달을 위해 아암에 위치할 수 있다. 피스톤은 실린더와 같이 챔버 내에서 왕복운동하는 피스톤과 함께 흔히 이용되는 밀봉 링을 포함할 수 있다. 이러한 링이 O-링일 수 있다.
도 1 및 도 2에서, 음의 부력 챔버에 의해 생성되는 회전 방향은 장치의 운동을 생성한다. 본 예에서, 챔버(206)들이 연결 아암 중앙에 피봇점(축(XX))을 갖는 회전 패턴으로 배열되기 때문에, 양의 부력 챔버(206)는 상승시 토크를 발생시킨다. 음의 부력 챔버 역시 하강시 토크를 발생시킨다. 이러한 힘들의 조합은 장치(200)를 회전시킨다.
도 1 및 도 2에서, 양의 부력 챔버에 의해 생성되는 회전의 방향은 장치의 운동을 보강한다. 챔버(6)의 배향을 역전시킴으로써, 장치는 반대 방향으로 회전할 것이다. 생성되는 에너지의 양은 매스 변위 챔버의 매스의 합에 의한 아암의 길이의 팩터이다. 장치는 두 단계 모두에서 동력을 생성하도록 설계되며, 가용한 부력에 걸쳐 매스의 분포는 두 단계 모두로부터 최대 이득을 가능하게 하도록 설계된다.
바람직한 실시예에서, 피스톤은 독립적으로 운동한다. 특히, 챔버(206a)의 피스톤은 대응 피스톤(210b)에 독립적으로 운동한다. 더욱이, 피스톤은 대응 피스톤(210b)에 독립적으로 운동하도록 타이밍이 구성된다. 본 실시예에서, 상향으로 운동하는 챔버(206a)는 피스톤이 챔버(206a) 내에서 운동함에 따라, 챔버가 상사점 이전 30° 지점(30°Before Top Dead Center: BTDC)과 상사점(Top Dead Center: TDC)의 범위 내에서 부력 상태에서 비-부력 상태로 변화하도록 타이밍이 구성된다. 이에 대응하는 하향 운동 챔버(206b)는, 챔버가 하사점(Bottom Dead Center: BDC)과 하사점 이후 30° 지점(30°After Bottom Dead Center: ABDC)의 범위 내에서 비-부력 상태로부터 부력 상태로 변화하도록 피스톤이 챔버 내에서 운동할 수 있게 타이밍이 구성된다. 본 실시예에 따른 피스톤 운동의 타이밍은 도 2에 도시되는 캠 구조의 적절한 변형을 통해서와 같이, 적절한 캠 기하구조에 의해 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 챔버가 하사점에 도달한 후, 하지만, 하사점 이후 30° 지점에 도달하기 전에, 유효 부력을 달성하기 위한 피스톤 운동의 타이밍이 나타나고, 챔버가 상사점에 도달하기 바로 전에, 음의 부력을 효과적으로 달성하기 위한 피스톤 운동의 타이밍이 나타난다.
대안적으로, 상기 문단의 실시예에 따른 피스톤 운동의 타이밍은, 피스톤의 운동을 야기하도록 챔버 내로 압력 하에 유입되는, 공기일 수 있는 유체를 이용하여 달성되어, 챔버 내에 부력을 생성할 수 있다. 유체는 반대 방향으로 피스톤을 운동시키도록 배출될 수 있고, 챔버의 비-부력 상태를 생성할 수 있다. 가압 유체는 본 실시예에 따른 피스톤 운동의 타이밍을 달성하기 위해 유입되고 배출될 수 있다. 유체는 펌프에 의해 유입될 수 있다. 펌프는 챔버 내에서 피스톤을 운동시키도록 피스톤에 가압 공기 또는 다른 가스를 공급하는, 공기 압축기일 수 있는 전기-동력 압축기일 수 있다.
대안적으로, 타이밍은 상술한 바와 같은 캠 기하구조와, 상술한 바와 같은 가압 유체의 이용의 조합에 의해 달성될 수 있다.
다른 실시예에서, 각각의 챔버는 다른 챔버에 대응하지 않는다. 예를 들면, 도 2의 회전 실시예에서, 홀수의 챔버 각각이 아암으로부터 연장될 수 있다. 홀수 개의 챔버 및 피스톤을 가질 경우, 챔버는 회전 실시예에서 균등하게 이격되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 5개의 챔버 및 아암이 존재할 경우, 챔버는 약 72° 간격으로 이격될 것이며, 9개의 챔버 및 아암은 약 40° 간격으로 이격될 것이다. 홀수 또는 동일한 개수의 챔버가 사용되는 지에 관계없이, 챔버 및 아암은 도 2의 회전 실시예에서 균등하게 이격될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 피스톤은 양의 부력을 나타내기 위해 챔버 내로 공기 또는 다른 가스를 압출한다. 수용기의 공기 저장소(air reservoir)는 공기의 가용 공급원을 갖는다. 장치의 중앙 허브(203, 303) 또는 장치의 중앙 영역은 이러한 저장소를 제공할 수 있고, 아암은 저장소와 챔버 사이에서 연통하도록 아암 내에 도관을 제공하거나 도관으로 작용한다. 피스톤 운동은 챔버 내로 공기를 압출하는 압력의 강하를 생성한다. 피스톤 운동은 공압 수단에 의해, 또는 공압 또는 유압 실린더에 의해, 또는, 실린더 내로 공기 압출을 위해 피스톤을 작동시키기 위해 웜 기어 또는 기계적 연동기와 같은 기어 전동장치(gearing)를 갖는 전기 모터에 의해 실시될 수 있다. 스프링 바이어싱은 피스톤 운동을 돕는데 사용될 수 있다. 장치는 음의 부력을 실시하기 위해 피스톤으로부터 공기나 가스를 밀어내는데 또한 사용될 수 있으나, 여기서 설명되는 캠 구조가 실린더에 대해 피스톤을 운동시키는 데 사용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 피스톤 및/또는 전동식 펌프와 같은 다른 장치가 챔버 내에 진공을 생성하여 챔버의 양의 부력을 실시할 수 있다.
도 2에 도시되는 바와 같은 바람직한 실시예에서, 피스톤은 실린더에 대해 상대적으로 운동한다. 다른 실시예에서, 실린더는 피스톤 및 아암에 대해 상대적으로 운동하여, 교대로 가스 챔버의 부피를 증가시켜서 부력을 증가시키고 가스 챔버의 부피를 감소시켜서 부력을 감소시킨다.
음의 부력을 갖는 매스 변위 챔버는 하강 단계에 있고, 양의 부력을 갖는 대향하는 매스 변위 챔버는 상승 단계에 있다. 매스 변위 챔버가 연결 아암의 중앙에 피봇점(축(XX))을 갖는 회전 패턴으로 배열될 때, 음의 부력 챔버는 하강시 토크를 발생시키고, 이는 양의 부력 챔버가 상승시 토크를 발생시키는 것과 마찬가지다. 이러한 힘에 의해 장치가 회전하게 된다.
도 3에서, 베이스(3)와 축(XX)이 운동하여 서로 다른 회전축을 생성하는 대안의 시스템이 도시된다. 본 실시예는 180° 대향 연동된 쌍 챔버(306a, 306b)를 포함하며, 변위 길이는 일 챔버(306a)를 다른 챔버(306b)보다 선호하도록 아암(304)을 운동시킴으로써 제어된다. 따라서, 모멘트 아암(304)에 오프셋을 야기하여, 매스 변위 장치(300)를 상승시키거나 하강시킬 수 있다.
도 3에서, 두 챔버(6a, 6b) 모두 양의 부력을 유지하고, 토크는 부력 매스의 변위에 의해 직접 영향을 받는다. 결과적인 토크는 피봇점 또는 베이스(303)에서 반응하여, 커넥팅 로드(327)에 의해 크랭크샤프트(325)에 전달된다. 크랭크샤프트(325)는 프레임(330)에 의해 보지된다.
도 1 및 도 2가 반경 방향 패턴 장치를 도시하지만, 장치는 선형 쌍으로 구축되어, 도 4에 도시되는 바와 같이 상승 및 하강 모두에 대해 수직 평면 상에서 운동할 수 있다. 이러한 경우에, 장치(400)는 지면 위에 또는 아래에 설치되는, 한 쌍의 튜브 또는 탱크와 같은 부력 매질을 제공하기 위해 한 쌍의 아암(404)을 이용하여 구성된다. 선형 변화(토크 아암 길이)는 2개의 선형 조립체를 분리시키는 거리의 결과일 것이다.
사용시, 매스 변위 챔버(406a, 406b)로 작용할 수 있고, 180° 대향된 쌍으로 배열될 수 있는, 다수의 챔버(406)(실린더 등)가 존재한다. 이러한 대향 챔버들은 중공 커넥팅 아암 또는 로드(404)를 통해 연동될 수 있어서, 공기, 또는 다른 가스나 액체와 같은 유체를 연통시키는 기능을 부여하게 된다. 하나의 챔버(6)가 음의 부력 위치로 이동함에 따라, 이는 대향 챔버(6)의 부피를 증가시키고, 따라서, 부력을 증가시킨다.
매스가 쌍 매스 변위 챔버의 선형 운동에 의해 변위될 때, 양의 부력 챔버는 동일한 힘을 발생시켜서, 토크를 생성하여 장치를 구동시킨다.
도 4는 수직 설비를 위한 한 쌍의 챔버(406a, 406b)를 도시한다. 본 실시예는 피봇 로커 설계이다. 깊이 제한이 반경 방향 설계의 작동을 금지할 때, 장치(400)는 요구되는 회전을 발생시키기 위해, 크랭크(416)에 연결된 로커 설계(rocker design)로 기능할 수 있다.
도 4에서, 매스 변위 챔버(406a, 406b)가 수직으로 장착되어, 두 아암(404a, 404b)의 수직 운동이 베이스(403)에 위치한 로커 아암(412)의 운동을 야기하게 된다. 베이스(430)는 중앙 피봇에 해당한다. 로커 아암(412)의 결과적인 운동은 커넥팅 로드(414)를 통해 크랭크샤프트(416) 등에 전달되어 샤프트(417)를 회전시킨다. 챔버(406a, 406b)는 하우징(420) 내에 위치할 수 있다.
장치는 에너지 균형에 의해 설명될 수 있다. 3개의 에너지 값이 장치의 각각의 회전에 대해 연산된다.
A. 챔버내 피스톤을 구동시키기 위해 장치 내로 입력되는 에너지로서, 다음과 같이 주어진다:
W = (하부에서 챔버 상의 압력) x (챔버의 단부 면적) x (챔버의 길이)
B. 물과 같은 액체를 통해 이동할 때 챔버 상의 드래그를 통해 작동 동안 소실되는 에너지로서, 다음과 같이 주어진다:
드래그 힘 x 이동 거리 = 1/2ρACdu2s
ρ는 물과 같은 액체의 밀도, A는 챔버의 투영 면적, Cd는 드래그 계수, u는 챔버의 속도, 그리고 s는 이동 거리이다.
C. 가스 또는 공기로 충전된 챔버의 부력에 의해 생성되는 에너지로서, 다음과 같이 주어진다:
F = (액체의 변위 부피) x (액체 밀도) x (수직 이동)
장치가 이론적으로 유효할 경우,
가스 또는 공기 충전된 챔버로부터의 에너지는 챔버를 작동시키기 위한 에너지와 드래그 에너지의 합보다 크다. 즉,
C > B + A
이와 같은 모델화는 장치가 이론적으로 유효함을 나타낸다.
장치에 대한 바람직한 사용 모드는 동력 발생이다. 장치로부터 도출되는 바람직한 동력 이용 모드는 전기(AC 또는 DC) 발생기를 구동시키는 것이며, 이는 기존의 전력 공급 장치를 증강시킬 수 있고, 전기 그리드에 연결되거나 개별적으로 사용되어 동력을 농장, 시골, 및 산업 시설, 리조트, 및 주택 단지, 또는 다른 전력 사용처와 같은 떨어진, 또는 개별적인 위치에 직접 공급할 수 있다.
장치는 기존 전기망에 대한 기본 부하 전력 공급을 증강시키거나 대체하기 위한 분배형 전력 발생용으로 사용될 수 있다. 가정 또는 주택 상황에 소규모 독립 장치를 설치하는 기능이 있고, 사용되지 않은 동력은 다시 전기 그리드로 공급되거나 지역 사회망 연결에서 공유될 수 있다.
장치가 순수 동력을 생성하기 때문에, 직접 수단에 의해 다른 응용 분야에 동력을 공급하는데 사용될 수 있다. 휴대형 물을 생성하기 위해 역방향 삼투(탈염) 유닛으로 이러한 애플리케이션에 동력을 공급할 수 있다. 알루미늄 제조사, 금속 정련소 및 화학 공장과 같은 주된 전기 사용처는 독립적인 온-사이트 동력 공장 설비로부터 이점을 얻을 것이다.
운송 시스템은 표면 및 잠긴 용기에 동력을 공급하기 위해 해양 산업 내의 직접 추진 애플리케이션용과 같은 장치를 이용할 수 있다. 트럭, 차량, 및 다른 차량, 기차, 비행기, 및 다른 운송 시스템은 운송 배터리 시스템에 대한 이동형 보완 공급 수단으로, 또는, 단일 또는 멀티 배터리 동력 운송 시스템을 공급하기 위한 독립형 또는 네트워크형 전기 공급원으로 운송 수단을 직접 구동시키기 위해 이러한 장치를 이용할 수 있다.
본 발명의 장치는 유효 회전 중심(축(XX))에 대해 매스 변위 챔버의 매스를 변화시키는 효과를 이용하여, 부력의 하강 및 상승 특성과, 음의 부력, 중력의 양의 상태 및 음의 상태를 구동 방법을 사용할 수 있게 한다.
각 실시예에 따른 장치가 유체에 잠기는 것이 바람직하다. 유체가 액체일 수 있다. 액체는 물일 수 있다. 액체는 부식 방지제 및/또는 윤활제를 포함할 수 있다. 장치는 적어도, 챔버를 둘러싸는 물에 의해 부력을 부정하도록 챔버를 충전시키는 레벨로, 유체에 잠기는 것이 바람직하다. 유체 레벨은 장치를 위한 베이스의 하부로부터 챔버의 최고 레벨 위까지 연장될 수 있다. 도 2에 도시되는 장치의 경우, 유체 레벨은 회전 사이클의 상부에 놓인 챔버의 상부 위로 연장되는 것이 선호된다. 도 4에서, 챔버(406b)가 가스로 충전되어 피스톤을 위로 밀어내기 때문에, 유체는 챔버의 상부로부터 챔버(406a)에 유입되어 피스톤을 하향으로 밀어낼 것이다.
일단 설치된 장치는 태양열, 풍력, 파랑 또는 조력 등과 같은 가용 조건에 따라 좌우되지 않는다. 장치는 위치한 환경적 조건에 실질적으로 독립적으로 작동한다.
장치는 효율적으로 작동하기 위해 위치나 배향에 의존적이지 안고, 이동 플랫폼, 차량, 용기, 기차, 항공기, 또는 다른 운송 수단 상에 장착될 수 있다.
장치는 효율적인 작동을 위해 솔라 필름과 같은 고유 물질을 요하지 않으며, 금속, 미네랄, 플라스틱, 복합체, 또는 천연 물질, 또는 이들의 조합으로부터 제조되어, 장치(1)의 작동 특성을 달성할 수 있다.
장치는 해저의 가변 깊이의 물에서 기능하고, 수직 설비와 같은 제조된 또는 구성된 환경에서 기능하며, 환경 및 동력 발생 수요에 부합하도록 사이클을 변화시키는 기능을 갖는다.
본 발명은 매스 변위를 변경시키거나 또는, 부력 또는 중력의 양의 상태 및 음의 상태 모두에 영향을 미치도록, 장치의 작동 핵심을 형성하는 매스의 부피를 변화시킴으로써 달성되는 변위 또는 선형 변위인 지에 관계없이, 구성요소의 매스의 변위를 이용하는 주로 기계적인 장치이다.
이러한 매스 분포의 변경은 그 후, 회전 모션, 선형 모션, 또는 회전 모션 및 선형 모션의 조합을 생성할 수 있고, 이는 매스 변위 구동 시스템을 생성할 목적으로 기계적, 유압, 공압, 또는 다른 수단을 통해 변환될 수 있다. 구동 시스템은 종래의 화석 연료 엔진, 모터, 또는 재생가능한 또는 허용가능한 에너지 시스템과 통상적으로 연계하여 임의의 애플리케이션에 동력을 공급하는데 사용될 수 있다. 이러한 구동의 적용은 공기에서, 또는 물이나 다른 액체의 조합(해수, 또는 신선한 물)에서, 또는 다른 가스성 환경에서, 대기 환경인지 인위적으로 생성된 환경인지에 관계없이 기능한다. 이러한 구동의 임의의 적응의 작동은 차동 효과를 달성하면서 힘을 발생시키는 구동 매스 유닛에 의존한다.
본 발명이 특정 예를 참조하여 설명되었으나, 본 발명이 많은 다른 형태로 실시될 수 있음을 당업자가 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 매스 변위 구동기에 있어서,
    축과 연통하는 제 1 아암과, 상기 제 1 아암으로부터 상기 축에 대향하여 위치하고 상기 축과 연통하는 제 2 아암과,
    상기 제 1 아암의 말단부에 위치하는 제 1 챔버와, 상기 제 2 아암의 말단부에 위치하는 제 2 챔버로서, 상기 제 1 챔버는 내부에서 이동가능한 제 1 피스톤을 포함하고, 상기 제 2 챔버는 내부에서 이동가능한 제 2 피스톤을 포함하는, 상기 제 1 챔버 및 제 2 챔버를 포함하며,
    사용시, 제 1 피스톤의 운동은 유체를 제 1 챔버 내로 도입하여 제 1 챔버의 부력을 증가시키는 동시에, 상기 제 2 피스톤의 운동은 제 2 챔버로부터 유체를 배출하여 제 2 챔버의 부력을 감소시키며, 상기 제 2 챔버에 대한 상기 제 1 챔버의 매스 변화는 상기 축 주위로 상기 아암들을 운동시키는 매스 변위 토크를 발생시키는
    매스 변위 구동기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤이 상기 제 1 챔버 내로 유체를 도입하여 제 1 챔버의 부력을 증가시키는 동시에 상기 제 2 피스톤이 상기 제 2 챔버로부터 유체를 배출하여 제 2 챔버의 부력을 감소시키는 것에 이어서, 상기 제 2 피스톤의 반대 방향의 운동은 유체를 상기 제 2 챔버 내로 도입하여 제 2 챔버의 부력을 증가시키는 동시에, 상기 제 1 피스톤의 반대 방향의 운동은 제 1 챔버로부터 유체를 배출하여 상기 제 1 챔버의 부력을 감소시키며, 상기 제 1 챔버 및 제 2 챔버의 매스 변화는 상기 축 주위로 상기 아암들을 운동시키는 매스 변위 토크를 발생시키는
    매스 변위 구동기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 축 주위로의 상기 아암들의 운동에 의해 상기 축 주위로 회전하여 회전력을 발생시키는 샤프트를 더 포함하는
    매스 변위 구동기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로로부터, 그리고 상기 베이스로부터 멀리 외향으로 연장되는 복수의 대응 아암 및 챔버를 더 포함하는
    매스 변위 구동기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤 및 제 2 피스톤과 연통하여, 상기 제 1 피스톤을 상기 제 1 챔버 내에서 운동시키고 상기 제 2 피스톤을 상기 제 2 챔버 내에서 운동시키는 캠을 더 포함하는
    매스 변위 구동기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아암들의 회전시, 상기 챔버들을 상기 아암들을 따라 상기 축을 향해, 그리고 상기 축으로부터 멀리 운동시키는 캠을 더 포함하는
    매스 변위 구동기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버 및 제 2 챔버는 상기 아암들을 통해 서로 연통하여 있는
    매스 변위 구동기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 아암 및 상기 제 2 아암은 상기 축으로부터 외향으로 연장되고, 상기 축 주위로 회전하는
    매스 변위 구동기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤 및 제 2 피스톤은 상기 아암들을 통해 서로 연통하여 있는
    매스 변위 구동기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버 및 제 2 챔버는 상기 축 주위로 회전하고, 상기 제 1 챔버 및 제 2 챔버는 상기 제 1 챔버 및 제 2 챔버가 회전함에 따라 부력 상태와 비-부력 상태가 교대로 되며, 상기 제 1 챔버 및 상기 제 2 챔버는 상사점 이전 30° 지점과 상사점 사이의 범위 내에서 부력 상태로부터 비-부력 상태로 변화하고, 상기 제 1 챔버 및 제 2 챔버는 하사점과 하사점 이후 30° 지점 사이의 범위 내에서 비-부력 상태로부터 부력 상태로 변화하는
    매스 변위 구동기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체가 가스인
    매스 변위 구동기.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체가 공기인
    매스 변위 구동기.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버 및 제 2 챔버가 액체 내에 잠기는
    매스 변위 구동기.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버 및 제 2 챔버가 물에 잠기는
    매스 변위 구동기.
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