KR20130100898A

KR20130100898A - 유체 역학적 사이클 생성 기술

Info

Publication number: KR20130100898A
Application number: KR1020127030350A
Authority: KR
Inventors: 제임스 콱
Original assignee: 제임스 콱
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2013-09-12
Also published as: AU2011242392A1; WO2011130777A1; EP2561227A1; AU2011242392B2; CN102884319A; JP2013525663A; US20130111887A1

Abstract

에너지 생성 장치는, 제1 유체를 포함하도록 구성된 저장 용기, 하나 이상의 배출 용기들로서 상기 하나 이상의 배출 용기들의 각각이 상기 저장 용기와 유체 전달하는 제1 부분과 제2 유체의 소스와 유체 전달하는 제2 부분으로 분할되는 상기 하나 이상의 배출 용기들 및 에너지 생성 수단을 포함하고, 상기 저장 용기로부터 상기 배출 용기의 상기 제1 부분으로의 상기 제1 유체의 흐름이 상기 배출 용기의 상기 제2 부분으로부터의 상기 제2 유체를 배출되게 하여, 상기 배출 용기의 상기 제2 부분으로부터의 상기 제2 유체의 흐름이 상기 에너지 생성 수단을 기동하게 한다.

Description

유체 역학적 사이클 생성 기술 {HYDRODYNAMIC CYCLE GENERATION TECHNOLOGY}

본 발명은 에너지 생성 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유체 덩어리에서의 유체 정역학적인 압력 경도를 이용하여 에너지를 생성하는 에너지 생성 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 전력과 같은 에너지의 생성은 석탄, 천연 가스 및 기름과 같은 화석 연료를 통해 달성되었다. 하지만, 최근, 화석 연료의 감소하는 보존량과 전력 생성에서 그 사용의 환경적 영향으로 인해, 전력 생성에 대한 보다 깨끗한 대안이 더욱 대중적으로 되었다.

이들이 현저하게 보다 친환경적이라는 사실에도 불구하고, 이러한 대안적인 전력 생성 기술(태양, 바람, 파도, 지열 등)은 전력 생성에 있어서의 그 비효율성, 기존의 화석 연료 기술과 비교하여 확립된 고비용 및 (풍력 발전 단지와 같은) 건강상의 문제를 포함하는 미적인 매력의 결여로 인해, 폭넓은 수용을 달성하기 위해 분투하고 있다.

따라서, 환경에 유해한 영향을 주지 않고도 효율적으로 전력을 생성하는 전력 생성을 위한 장치를 제공하는 것이 가능하다면 이로울 것이다.

종래 기술 문헌이 여기에 참조되어도, 이러한 참조는, 그 문헌이 오스트레일리아 또는 임의의 다른 국가에서의 통상적인 일반 지식의 일부를 형성하는 것을 허용하는 것을 구성하지는 않는다는 것이 명확하게 이해될 것이다.

본 명세서 전반에 걸쳐, "포함하는"이라는 용어와 그 문법적인 등가물은 문맥의 사용이 달리 나타내지 않으면 포괄적인 의미를 갖는 것으로 이해될 것이다.

본 발명의 목적은 상술한 불리한 점들의 적어도 일부를 극복할 수 있거나 유용하거나 상업적인 선택권을 제공할 수 있는 에너지 생성 장치를 제공하는 것이다.

일 양태에서, 본 발명은, 제1 유체를 포함하도록 구성된 저장 용기, 하나 이상의 배출 용기들로서 상기 하나 이상의 배출 용기들의 각각이 상기 저장 용기와 유체 전달하는 제1 부분과 제2 유체의 소스와 유체 전달하는 제2 부분으로 분할되는 상기 하나 이상의 배출 용기들 및 에너지 생성 수단을 포함하고, 상기 저장 용기로부터 상기 배출 용기의 상기 제1 부분으로의 상기 제1 유체의 흐름이 상기 배출 용기의 상기 제2 부분으로부터의 상기 제2 유체를 배출되게 하여, 상기 배출 용기의 상기 제2 부분으로부터의 상기 제2 유체의 흐름이 상기 에너지 생성 수단을 기동하게 하는, 에너지 생성 장치에 폭넓게 속한다.

임의의 적절한 저장 용기가 에너지 생성 장치에 사용될 수 있다. 하지만, 바람직하게는, 저장 용기는 유체가 보유될 수 있는 탱크 또는 유사한 용기이다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 복수의 저장 용기들이 존재할 수 있다.

저장 용기는 임의의 사이즈, 형태 또는 구성을 가질 수 있다. 하지만, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 저장 용기는 장치의 효율적인 동작을 확보하기 위해 저장 용기 내의 유체의 충분한 수두를 생성하도록 비교적 높다. 복수의 저장 용기들이 존재하는 본 발명의 실시예들에서, 저장 용기는 서로 동일한 높이를 갖거나 서로 다른 높이를 가질 수 있다. 이러한 용기들은 수직 또는 수평을 포함하여 다양한 형태로 서로 전달하도록 배치 또는 구성될 수 있다.

바람직하게는, 저장 용기는 그 하단에 있는 지지체에 설치된다. 임의의 적절한 지지체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 저장 용기는 지면, (콘크리트 후판과 같은) 베이스, 기반, 플랫폼 등에 설치될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 장치가 필요에 따라 다른 위치로 운송될 수 있도록 저장 용기는 운송가능 플랫폼, 차량과 같은 이동가능 지지체에 설치될 수 있거나 수용된 크레이트 내에 고정될 수 있다.

저장 용기는 임의의 적절한 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 저장 용기는 원형, 정방형, 직사각형, 타원형 또는 임의의 다른 형상의 단면을 가질 수 있다.

제1 유체는 (해수, 원수(raw water), 담수, 재생수 등을 포함하는) 물, 기름 또는 기름들의 혼합물 또는 임의의 다른 적절한 액체와 같은 임의의 적절한 유체일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 장치가 보다 추운 기후에서 사용되는 경우에는, 글리콜(또는 임의의 다른 적절한 저냉각점 유체)과 같은 유체가 제1 유체로서 사용될 수 있다.

저장 용기 내의 유체 레벨이 사이클 별로 비교적 안정할 것으로 고려되지만, 기화, 유출, 누설 등을 포함하는 다수의 이유로 유체 레벨의 변동이 발생하는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 저장 용기 내의 유체를 보충하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 탭, 밸브 등을 통해 저장 용기와 유체 전달하는 제1 유체의 저장소 또는 예비 재고량을 관리하는 것과 같은 임의의 적절한 수단이 사용될 수 있다. 대안적으로, 새로운 제 유체의 꾸준한 공급이 제1 유체의 일정한 레벨을 유지하기 위하여 저장 용기에 제공될 수 있다. 다른 실시예들에서, 추가적인 제1 유체가 배럴 등으로부터 필요할 때 추가될 수 있다.

상술한 바와 같이, 하나 이상의 배출 용기들의 제1 부분은 저장 용기와 유체 전달한다. 제1 유체는 임의의 적절한 기술을 사용하여 저장 용기로부터 제1 부분으로 전달될 수 있다. 예를 들어, 제1 유체는 배출 용기의 제1 부분으로 중력 하에서 주입될 수 있다. 대안적으로, 제1 유체는 배출 용기와 저장 용기 사이에서 펌핑, 흡입 등이 될 수 있다.

복수의 배출 용기들이 존재하는 본 발명의 실시예들에서, 저장 용기는 배출 용기들의 각각의 제1 부분들의 각각과 유체 전달할 것으로 고려된다.

몇몇 실시예들에서, 장치에는 제1 유체의 일부가 저장될 수 있는 저장 용기와 유체 전달하는 평형 챔버가 제공된다. 평형 챔버의 유체 레벨은 저장 용기의 레벨과 실질적으로 동일할 것으로 고려된다. 이를 달성하기 위해서, 평형 챔버가 저장 용기의 높이의 적어도 일부를 따라 연장하는 것이 바람직하다. 평형 챔버는 저장 용기의 내부에 위치될 수 있거나 저장 용기의 외부에 위치될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 특히 복수의 배출 용기들이 존재하는 경우에 복수의 평형 챔버들이 제공될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 평형 챔버들의 적어도 하나에는 그 상부 영역과 연관된 평형 저장소가 제공될 수 있다. 평형 저장소는 임의의 크기, 형태 및 구성을 가질 수 있으며, 임의의 적절한 양의 유체를 그 내부에 보유하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 평형 저장소는 평형 챔버 및 저장 용기 모두와 유체 전달한다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 복수의 평형 챔버들의 각각에 평형 저장소가 제공될 수 있는 것으로 고려된다. 대안적으로, 단일 평형 저장소가 복수의 평형 챔버들과 연관될 수 있다. 다른 실시예들에서, 평형 챔버들의 각각에는 그 자신의 평형 저장소가 제공될 수 있다.

바람직하게는, 평형 저장소에는 하나 이상의 이동가능 격벽이 그 내부에 제공된다. 임의의 적절한 이동 격벽이 사용될 수 있지만 본 발명의 몇몇 실시예들에서는 이동가능 격벽이 피스톤일 수 있다. 피스톤의 이동은 중력, 유압, 기계적, 수압 또는 공압적인 수단, 또는 그 임의의 조합과 같은 임의의 적절한 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 이동가능 격벽의 목적은 저장 용기로 유체를 복귀시키는 것뿐만 아니라, 힘이 이동가능 격벽 아래로부터(즉, 평형 챔버로부터) 가해졌을 때 평형압을 제공하는 것이다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 평형 저장소 내의 이동가능 격벽은 배출 챔버 내의 이동가능 격벽과 연관될 수 있다. 이러한 방식으로, 이동가능 격벽이 실질적으로 왕복될 수 있다.

이동가능 격벽에는 저장 용기와 평형 챔버 사이에서 유체가 이를 통해 통과할 수 있게 하는 하나 이상의 개구들이 제공될 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 개구들에는 원하지 않는 유체의 흐름을 방지하고 유체의 흐름의 체적 및 타이밍을 제어하기 위한 제어 수단이 제공된다. 하나 이상의 캡(cap)들, 스크린들, 밸브들 등과 같은 임의의 적절한 제어 수단이 제공될 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 바람직하게는 하나 이상의 개구들의 각각에는 유체의 흐름을 제어하는 밸브가 제공된다.

바람직한 실시예에서, 평형 챔버는 저장 용기의 외면에 부착되고 저장 용기의 상부에 위치된 제1 입구와 저장 용기의 하부에 위치된 제2 입구를 통해 저장 용기의 내부와 유체 전달하는 파이프, 도관 등을 포함한다. 이러한 방식으로, 평형 챔버 내의 유체 레벨이 저장 용기 내의 유체 레벨과 실질적으로 동일하다. 바람직하게는 평형 챔버에는 저장 용기와 배출 용기, 그리고 그 반대 사이에서 제1 유체를 전달하도록 구성된 적어도 하나의 전달 도관이 제공된다. 전달 도관은 임의의 적절한 사이즈, 형태 및 구성을 가질 수 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예에서 전달 도관은, 제1 유체가 저장 용기 내에서 비교적 낮은 레벨로부터 전달되는 것을 확보하기 위하여 평형 챔버의 하부에 제공된다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 복수의 전달 도관들이 평형 챔버로부터 배출 용기로 제공될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 단일 평형 챔버가 제1 유체를 2개 이상의 배출 용기들로 전달하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 본 실시예에서, 하나 이상의 전달 도관들이 평형 챔버와 각 배출 용기들 사이에서 연장될 수 있다.

바람직한 실시예들에서, 제1 유체는 저장 용기로부터 평형 챔버를 통해 배출 용기로 전달된다. 임의의 적절한 기술이 제1 유체를 배출 챔버로 전달하기 위해 사용될 수 있지만, 바람직한 실시예에서는, 저장 용기와 배출 용기 사이에서 제1 유체가 이동하는 것을 지원하도록 구성된, 그 상부의 펌핑 수단이 평형 챔버에 제공된다. 저장 용기 내의 유체 레벨이 실질적으로 평형 챔버 내의 유체 레벨이라는 사실로 인해, 펌핑 수단(펌프 또는 임의의 다른 적절한 디바이스일 수 있음)은 최소의 전력 상용으로 동작한다. 펌핑 수단은 필요에 따라 지속적으로 또는 간헐적으로 동작될 수 있다.

펌핑 수단에서의 최소 전력 사용은, U자형 튜브에서의 물의 레벨이 평형을 추구한다는 특성을 이용함으로써 달성될 수 있다. 그 결과, 하나 이상의 전달 도관들로부터 저장 용기로의 유체 이동은 통상적으로 최소의 정적인 수두만을 극복하도록 요구될 것이다. 이러한 동작의 원리는, 하나 이상의 평형 챔버들이 최소의 전력 사용 이점을 양보하지 않고도 저장 용기 상에서 다양한 높이로 제공될 수 있으며, 보다 높은 저장 용기들이 전력으로의 전환을 위한 포텐셜 에너지로서 이용될 수 있는 유체 정역학적인 압력의 증가로 귀결될 것이라는 것을 의미한다.

하나 이상의 전달 도관을 통해 배출 용기로 유체가 흐르는 것은 단지 펌핑 수단의 사용 통해서 달성될 수 있다. 대안적으로, 저장 용기와 배출 챔버 사이의 제1 유체의 흐름을 지원하기 위해 추가적인 수단이 제공될 수 있다. 저장 용기와 배출 용기 사이의 제1 유체의 전달을 돕기 위한 벤츄리 효과를 생성하도록 구성된 하나 이상의 에듀케이터들과 같은 임의의 적절한 수단이 제공될 수 있지만 이에 한정되지는 않는다.

대안적인 실시예에서, 평형 챔버에는 저장 챔버와 배출 챔버 사이의 유체의 전달을 지원하기 위해 피스톤 등이 제공될 수 있다. 본 발명의 본 실시예에서, 평형 챔버에는, 저장 용기와 유체 전달하는 복수의 입구들과, (예를 들어, 전달 도관들을 통해) 배출 용기와 유체 전달하는 복수의 출구들이 제공될 수 있다는 것이 고려된다. 바람직하게는 복수의 입구들은 저장 용기 내에서 다른 높이로 제공된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 복수의 입구들과 복수의 출구들의 각각에는 밸브 등이 제공된다. 평형 챔버에는 동등한 개수의 입구들 및 출구들이 제공될 수 있는 것으로 고려된다.

본 발명의 일 실시예에서, 평형 챔버는 저장 용기와 전달하는 2개의 입구들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 피스톤이 2개의 입구들 사이의 높이에 위치됨으로써 평형 챔버를 (피스톤 위에 위치되고 제1 입구와 전달하는) 제1 챔버와 (피스톤 아래에 위치되고 제2 입구와 전달하는) 제2 챔버로 분할한다. 유체가 복수의 입구들과 출구들을 통해 평형 챔버로 들어가고 나올 때, 피스톤은 유체의 흐름에 응답하여 이동할 수 있다. 피스톤의 이동은 예를 들어, 발전기 등과 같은 전력 생성 수단과 피스톤을 연관시킴으로써 전력을 생성하는 데 사용될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 제1 유체는 전달 도관들을 통해 배출 용기로 전달될 수 있고, 동일한 방식으로 저장 용기로 복귀될 수 있다. 대안적으로, 장치에는 배출 용기로부터 저장 용기로 제1 유체가 흐를 수 있는 하나 이상의 복귀 도관들이 제공될 수 있다. 본 발명의 본 실시예에서는, 하나 이상의 전달 도관들 및/또는 하나 이상의 복귀 도관들에, 제1 유체가 도관들을 통해 단일 방향으로만 흐르는 것을 보장하도록 비복귀 밸브들이 제공될 수 있다.

본 발명의 대안적인 실시예들에서, 하나 이상의 중간 챔버들이 저장 용기와 하나 이상의 배출 용기들 사이에 위치될 수 있다. 하나 이상의 중간 챔버들은 배출 용기들 내의 유체를 배출하고 이를 저장 용기로 복귀시키는 데 사용될 수 있다. 따라서, 중간 챔버들은 저장 용기와 배출 용기들 모두와 유체 전달한다.

하나 이상의 중간 챔버들은 임의의 적절한 사이즈, 형태 또는 구성을 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 하나 이상의 중간 챔버들의 각각은 그 내부에 위치된 이동가능 격벽을 포함할 수 있다. 임의의 적절한 이동가능 격벽이 제공될 수 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 이동가능 격벽이 피스톤을 포함하며, 그럼에도 불구하고 이동 가능 격벽은 또한 나선형 샤프트, 풀리, 스크루 컨베이어, 블래더, 격막, 기어 구성, 펌프, 수압 액튜에이터, 공압 액튜에이터, 자석 등, 또는 그 임의의 조합을 포함할 수 있는 것으로 고려된다.

중간 챔버 내의 이동가능 격벽의 이동은 임의의 적절한 수단에 의해 기동될 수 있다. 예를 들어, 이동가능 격벽의 이동은 (예를 들어, 모터 등의 사용을 통해) 수동 또는 자동일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 중간 챔버 내의 이동가능 격벽은 하나 이상의 배출 용기들 내의 이동가능 격벽들과 연관될 수 있어, 하나 이상의 배출 용기들 내의 이동가능 격벽의 이동이 중간 챔버 내의 이동가능 격벽의 대응하는 이동을 야기한다.

배출 용기들 내의 이동가능 격벽은 각각의 이동가능 격벽들 사이에서 연장하는 라인 부재(로프, 체인, 와이어, 코드, 나선형 샤프트, 풀리, 스크루 컨베이어, 블래더, 격막, 기어, 펌프, 수압 액튜에이터, 공압 액튜에이터, 자석 등 또는 그 임의의 조합), 전자 기동 수단 등의 형태의 연결 수단과 같은 임의의 적절한 기술을 사용하여 중간 챔버 내의 이동가능 격벽들과 연관될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.

배출 용기는 임의의 적절한 사이즈, 형태 또는 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 정방형, 원형, 6각형 등과 같은 임의의 적절한 단면 형태가 배출 용기에 제공될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 장치에는 복수의 배출 용기들이 제공될 수 있다. 본 실시예에서, 복수의 배출 용기들의 각각은 동일한 치수 또는 상이한 치수를 가질 수 있다. 마찬가지로, 배출 용기들은 저장 용기에 대해 동일한 높이, 또는 상이한 높이로 제공될 수 있다. 하지만, 바람직하게는 복수의 배출 용기들은 저장 용기에 대해 상이한 높이들로 제공되어 적재 효과를 생성함으로써, 장치가 넓은 범위의 조건에서 동작할 수 있게 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 저장 용기에 대해 상이한 치수(직경, 높이 등)를 갖는 하나 이상의 배출 용기가 제공된다.

상술한 바와 같이, 하나 이상의 배출 용기들이 제공될 수 있다. 복수의 배출 용기들이 제공되는 본 발명의 실시예들에서, 배출 용기들은 서로 동일한 배향으로, 또는 서로 상이한 배향으로 제공될 수 있다.

배출 용기의 제1 부분은 장치의 동작 사이클의 특정 부분 동안 다량의 제1 유체를 보유하도록 구성된 챔버일 수 있으며, 배출 용기의 제2 부분은 장치의 동작 사이클의 특정 부분 동안 다량의 제2 유체를 보유하도록 구성된 챔버일 수 있다.

제2 유체는 임의의 적절한 유체일 수 있으며, 제1 유체와 동일한 유체일 수 있거나 상이한 유체일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제2 유체는 에너지 생성 수단의 기동이 가장 효율적인 방식으로(즉, 에너지 생성 수단에 대해 최대 에너지를 전달하고, 최소의 마찰 손실 등을 야기함) 되도록 선택된다. 따라서, 제2 유체는 비교적 낮은 점성의 유체인 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제2 유체는 가스이다. 임의의 적절한 가스(또는 가스들의 혼합물)가 사용될 수 있지만 본 발명의 몇몇 실시예들에서 가스는 공기일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 배출 챔버의 제1 부분 및 제2 부분은 격벽에 의해 서로 분리됨으로써, 제1 및 제2 유체가 서로 접촉하게 되는 것을 방지한다. 격벽은 임의의 적절한 형태일 수 있지만, 바람직한 실시예에서 격벽은 이동가능 격벽일 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 부분의 체적은 배출 용기 내의 격벽의 위치에 따라 변할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 복수의 이동가능 격벽들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 부분에 제1 격벽이 제공될 수 있고, 제2 부분에 제2 격벽이 제공될 수 있다. 복수의 격벽들이 존재하는 본 발명의 실시예들에서, 격벽들은 서로 독립하게 이동할 수 있다. 하지만, 바람직한 실시예에서, 격벽들은 서로 협력하여 이동할 수 있다. 격벽들은 서로 동일하거나 상이한 (직경 등과 같은) 치수를 가질 수 있다. 복수의 배출 용기들이 존재하는 본 발명의 실시예들에서, 배출 용기들 내의 격벽들은 서로 동일하거나 상이한 치수를 가질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 격벽은 피스톤을 포함하여, 배출 용기의 제1 부분으로의 제1 유체의 흐름이 제1 방향으로의 격벽의 이동을 야기하여, 제2 유체가 배출 용기로부터 배출되게 한다. 마찬가지로, 배출용기의 제2 부분으로의 제2 유체의 흐름은 제2 방향으로의 격벽의 이동을 야기하여, 제1 유체가 배출 용기로부터 배출되게 한다.

몇몇 실시예들에서, (특히 제2 방향으로의) 격벽의 이동은 하나 이상의 모터들과 같은 임의의 적절한 구동 수단을 사용하여 적어도 일부 지원될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서, 구동 수단을 사용한 격벽의 이동은 배출 용기의 제2 부분으로의 다량의 제2 유체의 흡입을 지원할 수 있다.

바람직하게는, 배출 용기들의 제1 부분은, 제1 부분 내의 진공의 생성을 방지하기 위해 제1 부분 내의 임의의 공기 또는 다른 가스가 대기로 배출될 수 있게 하도록 구성된 하나 이상의 구멍들을 포함할 수 있다.

대안적으로, 공기 또는 가스의 흐름으로부터 전력을 생성하기 위해 배출된 공기 또는 가스가 하나 이상의 터빈들 위로 통과될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 배출 용기의 제2 부분은 제2 유체 입구를 포함한다. 제2 유체 입구는 저장소 등과 같은 임의의 적절한 제2 유체의 소스에 연결될 수 있다. 대안적으로 제2 유체가 공기인 본 발명의 실시예들에서, 공기는 대기로부터 직접 제2 유체 입구를 통해 제2 부분으로 흡입될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제2 유체 입구에는 비복귀 밸브와 같은 제2 유체 입구를 통해 제2 유체가 배출 챔버로부터 방출되는 것을 방지하기 위한 수단이 제공된다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 배출 용기의 제2 부분은, 제2 부분이 팽창가능하도록 상대적으로 팽창성이 있는 재료로 이루어질 수 있다. 대안적으로, (블래더 등과 같은) 팽창성 디바이스가 배출 용기의 제2 부분 내에 위치될 수 있어, 제2 부분으로의 제2 유체의 흐름이 팽창성 디바이스의 팽창을 야기한다. 대안적인 실시예들에서, 제2 부분은 실린더, 저장 셀들 등의 내부에 밀폐 피스톤을 포함할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 팽창성 디바이스는 격벽과 연관되어, 제1 부분을 비우는 격벽의 이동이 팽창성 디바이스로의 제2 유체의 흡입으로 귀결된다. 예를 들어, 팽창성 디바이스는 격벽에 부착될 수 있다. 일단 팽창성 디바이스가 팽창의 원하는 레벨에 도달하면, 제1 유체가 제1 부분으로 진입할 수 있게 되어, 격벽을 이동시키기고, 이는 그 후에 제2 부분 내에 위치된 팽창성 디바이스의 배출 또는 제2 부분의 배출로 귀결된다.

제2 유체는 임의의 적절한 방출 수단을 사용하여 제2 부분으로부터 방출될 수 있다. 하지만, 몇몇 실시예들에서, 제2 유체는 하나 이상의 파이프들, 도관들, 매니폴드(manifold)들, 노즐들 등, 또는 그 조합을 통해 방출될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 방출 수단에는 제2 유체가 방출 수단을 통해 제2 부분으로 복귀하는 것을 방지하기 위한 수단이 제공된다. 비복귀 밸브와 같은 임의의 적절한 수단이 제공될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.

상술한 바와 같이, 제2 부분 외부로 나가는 제2 유체의 흐름은 에너지 생성 수단의 기동으로 귀결된다. 에너지 생성 수단은 발전기 등과 연관된 하나 이상의 팬들, 터빈들, 프로펠러들 등의 형태의 회전 수단과 같은 임의의 적절한 형태를 가질 수 있지만 이에 한정되지는 않으며, 이에 의해 회전 수단의 회전이 발전기에서 전기를 생성하게 한다. 대안적으로, 에너지 생성 수단은 발전기와 연관된 중력 수단을 포함할 수 있어, 중력 수단의 이동이 발전기에서 전기를 생성하게 한다. 하나 이상의 추들 등과 같은 임의의 적절한 생성 수단이 제공될 수 있다.

복수의 배출 용기들이 존재하는 실시예들에서, 복수의 배출 용기들의 각각은 동시에 동작될 수 있거나, 배출 용기들 중 적어도 하나가 동작될 수 있어, 그 사이클이 다른 배출 용기들의 사이클과 상이하다. 몇몇 실시예들에서, 복수의 배출 용기들은, 전력이 생성되지 않고 있을 때 "데드(dead)" 시간("공백 기간"으로도 알려짐)의 양을 최소화하기 위해 변하는 사이클 타이밍으로 동작될 수 있다.

장치에 필요한 배출 용기들의 개수는 전력 사이클에 따른다. 예를 들어, 배출 용기들의 각각에서 발생하는 동력 행정에 대한 전력 사이클이 10초이면, 공백 기간을 회피하기 위해 총 10개의 배출 용기들이 필요할 것이다. 본 발명의 장치는 장치의 사이즈와 사양에 따라 kWh 또는 MWh 범위의 전력을 발생할 수 있을 것으로 고려된다.

에너지 생성 수단은 주위 조건에 노출되어 위치될 수 있다. 대안적으로, 에너지 생성 수단은 방출 수단을 통해 제2 챔버와 유체 전달하는 생성 챔버 내에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 에너지 생성 수단이 (바람 등과 같은) 외부의 간섭으로부터 보호될 수 있으며, 회전 수단을 지나는 제2 유체의 흐름이 에너지의 최대 가능 전달로 귀결되도록 제어될 수 있다. 제2 유체가 회전 수단을 지나 흘러갔다면, 제2 챔버로 캡쳐 또는 재생되거나, 대기로 방출될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 각 생성 챔버에는 복수의 회전 수단이 제공될 수 있다. 대안적으로 복수의 배출 용기로부터 방출된 제2 유체가 합쳐질 수 있고 하나 이상의 회전 수단으로 향할 수 있다.

또 다른 양태에서, 본 발명은, 제1 유체를 포함하도록 구성된 저장 용기, 하나 이상의 배출 용기들로서 상기 하나 이상의 배출 용기들의 각각이 상기 배출 용기를 상기 저장 용기와 유체 전달하는 제1 챔버와 제2 유체의 소스와 유체 전달하는 제2 챔버로 분할하는 피스톤을 포함하는 상기 하나 이상의 배출 용기들 및 에너지 생성 수단을 포함하고, 상기 저장 용기로부터 상기 제1 챔버로의 상기 제1 유체의 흐름이 피스톤을 이동하게 하여 상기 제2 챔버로부터의 상기 제2 유체를 배출되게 하여, 상기 제2 챔버로부터의 상기 제2 유체의 흐름이 상기 에너지 생성 수단을 기동하게 하는, 에너지 생성 장치에 폭넓게 속한다.

본 발명의 장치는 예를 들어 임의의 적절한 어플리케이션에서의 사용을 위한 전력인 전력을 생성하는 데 사용될 수 있는 것으로 고려된다. 하지만, 본 발명의 장치는 차량, 특히 도로 주행 차량 또는 해양 차량에 대한 추진을 생성하는 데 사용될 수 있는 것으로도 고려된다.

본 발명은 그 내용이 본 명세서에 참조로서 통합되는 국제특허출원번호 PCT/AU2008/001888호의 에너지 생성 장치와 함께 사용될 수 있는 것으로도 고려된다.

이하의 표 1은 제1, 제2 및 제3 스테이지에서의 본 발명의 에너지 생성 장치에 대한 전력 계산을 개시한다.

본 발명의 실시예에 대해 이하의 도면을 참조하여 설명할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 생성 장치의 측면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 생성 장치의 평면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 에너지 생성 장치의 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 에너지 생성 장치의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 배출 용기의 도면을 도시한다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 실시예에 따른 저장 용기의 측면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 평형 챔버의 단면도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 생성 장치의 상세한 부분도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 생성 장치의 상세한 부분도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 생성 장치의 상세한 부분 측면도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 생성 장치의 평면도를 도시한다.
도 12a는 통상적인 석탄 연소 발전소에서의 에너지 및 질량 균형을 도시한다.
도 12b는 본 발명이 실시예들에 따른 에너지 생성 장치에서의 에너지 및 질량 균형을 도시한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 예시하기 위해 도면이 제공되었으며, 본 발명이 도면에 도시된 특징들에만 한정되는 것으로 고려되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다.

도 1에서, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 생성 장치(10)가 도시된다. 장치(10)는 그라운드 레벨(13)에서 베이스(12)에 장착된 수조 형태의 저장 용기(11)를 포함한다. 저장 용기(11)는 제1 유체(물)로 실질적으로 가득 채워지고, 덮개(14)가 증발을 통한 물 손실과 저장 용기(11) 내의 물의 오염을 방지하기 위해 저장 용기(11)의 최상부에 배치된다.

파이프 형태의 평형 챔버(15)는 저장 용기의 외면에 부착되며, 상부 입구(16)와 하부 입구(17)를 통해 저장 용기(11)와 유체 전달한다. 펌프(18)는 파이프(15)의 상부에 위치되며, 전달 도관(20)을 통해 저장 용기로부터 배출 용기(19)로 제1 유체를 펌핑하도록 구성된다.

유체의 전달을 지원하기 위해서, 에듀케이터(21)가 벤츄리 효과를 생성하기 위해 파이프(15)의 하부에 위치된다.

배출 용기(19)는 제1 부분(22)(또는 물 챔버)과 제2 부분(23)(또는 공기 챔버)으로 분할된다. 제1 부분(22) 및 제2 부분(23)은 피스톤의 형태로 제1 부분 이동가능 격벽(24)과 제2 부분 이동가능 격벽(25)에 의해 서로 분리된다. 피스톤(24, 25)은, 하나의 피스톤의 이동이 대응하는 다른 피스톤의 이동으로 귀결되도록 샤프트(26)에 의해 서로 연결된다. 샤프트(26)의 이동은 기어 및 래크 배치(28) 상의 모터(27)에 의해 지원될 수 있다.

동작 사이클 동안, 모터(27)는 물 챔버(22)를 배출하도록 하방으로 피스톤들(24, 25)을 이동시키도록 기동될 것이다. 물은 물 챔버(22)로부터 복귀 도관(29)을 통해 저장 용기(11)로 배출될 것이다. 피스톤들(24, 25)이 이동하면, 공기는 공기 입구(30)를 통해 공기 챔버(23)로 흡입된다. 공기 입구(30)는 공기가 입구(30)를 통해 새어나오는 것을 방지하도록 비복귀 밸브(31)에 맞추어진다.

공기가 입구(30)를 통과하면, 공기 챔버(23) 내에 위치되고 피스톤(25)에 부착된 팽창성 블래더(bladder)(32)를 팽창시켜, 피스톤(25)의 하방 이동이 팽창성 블래더(32)의 체적을 증가시킨다.

팽창성 블래더(32)가 원하는 레벨의 팽창으로 되면, 저장 용기(11)로부터의 물이 입구(33)를 통해 물 챔버(22)로 펌핑될 수 있다. 물이 물 챔버(22)로 진입하면, 물 챔버(22) 내의 모든 공기가 공기 구멍(34)을 통해 배출될 수 있다. 물 챔버(22)로의 물의 흐름이 배출 용기(19) 내에서 피스톤들(24, 25)을 상방으로 이동하게 함으로써, 팽창성 블래더(32) 내의 공기가 배출 파이프(35)를 통해 생성 챔버(36)로 내보내지도록 한다. 배출 파이프(35)에는 공기 챔버(23)로 공기가 역류하는 것을 방지하기 위해 비복귀 밸브(46)가 제공된다.

생성 챔버(36)로 진입하는 공기가 발전기(38)와 연관된 터빈(37)에 빠르게 흐름으로써, 터빈(37)이 회전이 전력을 생성하게 된다. 그 후, 공기는 생성 챔버(36)에서 나와 대기로 나간다.

도 2에서는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 생성 장치(10)의 평면도가 도시된다. 이 도면에서, 저장 용기(11)로부터의 유체가 평형 챔버(15) 및 전달 도관(20)을 통해 배출 용기(19)로 펌핑되는 것을 볼 수 있다. 물은 배출 용기(19)로부터 전달 도관(20)을 통해 복귀된다. 전달 도관(20) 및 복귀 도관(29) 양자에는, 배출 용기(19)가 저장 용기(11)로부터 격리될 수 있게 하는 필요한 밸브(39)가 제공된다.

각 배출 용기(19)와 연관된 터빈(37) 또한 본 도면에서 명확하게 볼 수 있다.

도 3에서, 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 에너지 생성 장치(40)의 평면도가 도시된다. 본 도면에서, 장치(40)는 저장 용기(11)와 그 둘레에 위치된 12개의 배출 용기들(19)을 포함한다. 6개의 평형 챔버들(15)도 제공되며, 각각의 평형 챔버들(15)은 배출 용기들(19) 중 2개와 유체 전달한다.

복수의 터빈 블레이드들(41)을 갖는 단일 터빈(37)이 제공된다. 회전자(42) 및 고정자(43) 조립체가 제공되며, 고정자(43)는 저장 용기(11)에 부착된다.

도 3에 도시된 발명의 실시예에서, 통로(44) 및 난간(45)이, 사용자가 필요할 때 (관리 등을 위해) 장치(40)를 관측하고 접근할 수 있도록 제공된다.

도 4에서, 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 에너지 생성 장치(40)의 단면도가 도시된다. 도 4에 도시된 구성은, 회전자(42) 및 고정자(43) 조립체가 터빈(37)에 따라 저장 용기(11) 상의 2개 레벨들의 각각에 제공되는 "적층형" 장치(40)의 구성이다. (도면의 상부에 도시된) 상부 조립체와 (도면의 하부에 도시된) 하부 조립체의 각각에서, 배출 용기들(19)을 볼 수 있다. 공기는 공기 입구(30)를 통해 배출 용기들(19)로 진입하고, 배출 용기들(19)로부터 배출 파이프(35)를 통해 회전자들(42) 상으로 직접 내보내어진다.

회전자(42) 및 고정자(43)는 생성 챔버(36) 내에 적어도 일부 하우징되며, 배출 포트(47)가 대기로 공기가 복귀하는 것을 위해 제공된다.

상부 조립체는 저장 용기(11)에 부착된 브래킷(bracket) 또는 플랫폼(48)에 의해 지지된다.

또한, 접근 통로(44)를 본 도면에서 더욱 명료하게 볼 수 있다.

이하 도 5로 넘어가면, 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 배출 용기(50)의 도면이 도시된다. 물 챔버(22)는 입구(33)를 통해 (미도시된) 저장 용기와 액체 전달하고 있다. 피스톤(24)은 물 챔버(22)와 공기 챔버(23) 사이에서 이동가능 격벽을 형성한다. 본 발명의 이러한 실시예에서는, 공기 챔버(23)의 제2 피스톤이 존재하지 않는다.

샤프트(26)가 배출 용기(50) 내에서 이동하면, 샤프트(26)는 래크(rack)로서 동작하여 피니언(pinion) 기어(51)를 동작시키고, 이는 차례로 플라이휠(52) 및 발전기 풀리(53)의 회전을 야기하여 전기를 생성한다.

대안적으로, 샤프트(26)는 유체 입구 포트(55)를 포함하는 유압식 또는 공압식 실린더 및 램(ram)으로서 사용될 수 있고, 여기에서 압축된 유체는 규제되는 포트(57)를 통해 압력 저장 셀(56)에 저장된다. 저장 셀(56) 내의 고압 유체는 필요할 때 공기 또는 공압식 팽창 터빈(58)으로 방출되어 발전기(59)를 기동하여 전기를 생성한다.

배출 용기(50)가 수직 또는 수평으로 위치될 수 있고, 중앙의 물 챔버와 그 어느 한 측 상의 공기 챔버를 갖는 탠덤형 구성으로 제공될 있는 것으로 고려된다.

도 6a 및 6b에서, 본 발명의 실시예들에 따른 저장 용기들(11)의 측면도들이 도시된다. 도 6a에서, 저장 용기(11)에는 저장 용기(11)와 유체 전달하는 평형 챔버(15)가 제공되어, 각각에서 유체 레벨이 평형화된다. 평형 챔버(15)의 표면에서의 기압은 저장 용기(11)에 비해 (그 작은 직경으로 인해) 비교적 낮다. 펌프(18)는 예를 들어 (미도시된) 배출 용기로의 유체의 이동을 야기시키기 위해 저장 용기(11)로부터의 유체를 평형 챔버(15)로 펌핑하는 데 사용된다.

도 6b에 대안적인 저장 용기(11)가 도시되고, 본 실시예는 본 발명의 장치에서 더욱 통상적으로 사용될 것이라는 것이 고려된다. 용기(11)의 최상부에서 저장 용기(11)와 평형 챔버(15) 사이에서 (미도시된) 펌프에 의한 물 레티큘레이션(reticulation)이 최소 수두로, 그에 따라 최소 전력 사용으로 달성될 수 있다.

도 7에서, 본 발명의 대안적인 실시예에 다른 평형 챔버(70)의 단면도가 도시된다. 본 도면에서, 평형 챔버(15)에는 제1 입구(71)와 제2 입구(72)가 제공되며, 이들 양자는 저장 용기의 다른 높이에서 (미도시된) 저장 용기와 유체 전달하고 있다. 피스톤(73)은 제1 챔버(74)와 제2 챔버(75)를 생성하기 위하여 제1 입구(71)와 제2 입구(72) 사이의 지점에서 평형 챔버(70) 내에 위치된다. 제1 출구(76) 및 제2 출구(77)는 제1 챔버(74) 및 제2 챔버(75)로부터 각각 (미도시된) 저장 용기로 물을 복귀시킨다. 입구들과 출구들의 각각에는 밸브(78, 79, 80, 81)가 제공된다.

피스톤(73)은 고정된 샤프트 지지체(83)를 통과하는 샤프트(82)와 연관된다.

사용 중에, 밸브(79)는 개방되고, 밸브들(78, 81)은 폐쇄된다. 밸브(80)는 개방되어 제1 챔버(74) 내의 유체가 출구(76)를 통해 제1 챔버(74)로부터 방출될 수 있게 한다. (미도시된) 저장 용기로부터의 유체 정역학적인 압력은 화살표(84)로 나타내어진 방향으로의 압력을 생성함으로써, (가스, 액체, 래크 및 피니언 구성 등을 사용함으로써) 에너지 변환을 위해 동력화될 수 있는 추력(thrust)을 생성하는 피스톤(73)의 상방 이동을 야기한다. 밸브들(78, 81)의 폐쇄는 최적의 동력화되는 유체 정역학적인 압력으로 귀결된다.

밸브(78)가 개방될 때, 밸브들(79, 80)은 폐쇄된다. 또한, 밸브(81)가 개방될 때, 화살표(85)로 나타내어지는 압력이 모터들을 사용하지 않고 피스톤(73)을 하방으로 이동하게 하고, 유체가 출구(77)를 통해 챔버(75)로부터 배출된다. 밸브들(79, 80)의 폐쇄는, 반대 압력이 존재하지 않는다는 것과 피스톤(73) 이동이 전체 사이클에서 최소의 전력 사용으로 최적화되어 달성될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 프로세스는 지속적으로 또는 필요할 때 반복될 수 있다.

도 8에서, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 생성 장치(10)의 상세한 부분도가 도시된다. 본 도면에서, 평형 저장소(90)가 평형 챔버(15)의 상단에 위치된다. 평형 저장소(90)에는 평형 저장소(90) 내의 물이 상부 포트(16)를 통해 저장 용기(11)로 흐르게 하도록 구성된 피스톤(91)이 제공된다. 또한, 평형 챔버(15)를 통해 하방으로부터 힘이 인가될 때 피스톤(91)은 평형 저장소(90) 내의 압력을 평형화시키도록 동작한다.

또한, 평형 저장소(90)에는 피스톤(91) 위의 지점에서 물이 평형 저장소(90)로 진입하게 하고, 그 후에 상부 포트(16)를 통해 배출될 수 있게 하도록 구성된 밸브(92)가 제공된다. 평형 저장소(90) 내에서의 피스톤(91)의 상방 이동은 평형 저장소(90) 위에 위치된 모터(97)의 사용을 통해 달성된다. 통상적으로, 밸브(92)는 아래의 평형 챔버(15)로부터 인가된 힘으로 인해 피스톤(91)이 상방으로 이동될 수 있도록 폐쇄될 것이다.

피스톤(91)의 이러한 상방 이동은 복수의 풀리들(94)과 연관된 케이블(93)을 기동시키고, 샤프트(26)의 하방 이동으로 귀결된다. 샤프트(26)의 이러한 이동은 배출 챔버(19) 내의 압력의 평형으로 귀결되어, 샤프트(26) 및 이동가능 격벽(24)(피스톤)이 하방으로 이동하게 하며, 배출 챔버(19) 로부터 모든 물이 포트(33)를 통해 이동가능 격벽(24) 아래로 배출되게 한다. 이러한 동작은, 포트(33)와 평형 챔버(15) 사이에 위치된 (미도시된) 밸브가 개방될 때 유체 정역학적인 압력이 피스톤(24) 상에 발휘될 수 있게 함으로써, 사이클이 반복될 수 있게 한다.

밸브(95)가 폐쇄될 때 피스톤(91) 아래의 물은 밸브(92)를 통해 평형 저장소(90)의 상부(96)로 넘어간다. 모터(97)가 피스톤(92)을 상방으로 이동시키기 위해 기동함으로써, 상부(96)의 물이 포트(16)를 통해 저장 용기(11)로 배출되게 한다. 이러한 것이 발생할 때, 저장 용기(11) 내의 물 레벨(98)은 평형 저장소(90) 내의 물 레벨(99)보다 더 높을 것이다.

밸브(95)가 개방될 때, 저장 용기(11) 내의 물 레벨(98)과 평형 저장소(90) 내의 물 레벨(99)이 평형화될 것이다. 이러한 평형력이 피스톤(91)에 인가되고, 샤프트(26) 및 피스톤(24)으로 전달되며, 이는 그 후에 배출 챔버(19)로부터 물을 배출한다. 따라서, 포트(33)와 평형 챔버(15) 사이에 위치된 (미도시된) 밸브가 개방될 때, 피스톤이 유체 정역학적인 압력을 받는 반복 사이클을 위한 시스템이 준비된다.

피스톤(91) 아래의 평형 저장소(90) 내의 물은 펌프(100)를 통해 저장 용기(11)로 복귀될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 피스톤(91)을 이동시키기 위한 모터(97)의 사용은 필요하지 않다.

압력 평형 원리는 이하의 계산을 이용하여 설명될 수 있다.

저장 용기(11)가 1000mm의 직경과, 10m의 높이를 갖는다면, 평형 저장소 직경은 1000mm이고 그 면적은 0.8m²이다. 배출 챔버(19)와 피스톤(24)의 직경은 350mm이고 그 면적은 0.096m²이다.

포트(33)와 평형 챔버(15) 사이에 위치된 (미도시된) 밸브에서 발휘되는 유체 정역학적인 압력은 대략 100kPa(10kPa/m 깊이임)이고, 저장 용기(11) 내의 물 레벨(98)과 평형 저장소(90) 내의 물 레벨(99) 사이의 거리는 1300mm이다.

피스톤(24)에서 발휘되는 힘은 9.6kN(압력×면적임)이다. 따라서, 피스톤(24) 및 샤프트(26)가 배출 챔버(19)를 비우기 위해서, 극복되어야 할 힘은 9.6kN이다. 따라서, 피스톤(24)은 하방으로 즉 1000mm 이동해야 한다.

밸브(95)가 개방될 때, 평형 저장소(90) 내의 피스톤(91)은 수압을 받을 것이고, 수두는 평형 저장소(90) 내의 물 레벨의 차이(즉, 1300mm)와 동등할 것이다. 이를 기초로, 피스톤(91) 아래의 힘은 10.4kN(압력×면적임)이다. 따라서, 피스톤(91)은 9.6kN의 피스톤(24) 아래의 힘을 극복할 수 있을 것이므로, 평형 압력으로 피스톤(24)이 하방으로 이동할 수 있게 하여 배출 챔버(19)의 배출을 야기한다. 그 후에, 시스템은, 포트(33)와 평형 챔버(15) 사이에 위치된 (미도시된) 밸브가 개방될 때 유체 정역학적인 압력이 도입되는 반복 사이클을 준비할 것이다.

도 9에서, 본 발명의 실시예에 다른 에너지 생성 장치(10)의 상세한 부분도가 도시된다. 본 도면에서, 중간 챔버(110)가 파이프(111)를 통해 저장 용기(11)와 유체 전달하면서 위치된다. 중간 챔버(110)에는, 피스톤(112)이 화살표(F3)으로 나타내어진 방향으로 이동할 때 중간 챔버(110) 내의 유체를 파이프(111)를 통해 저장 용기(11)로 흐르게 하도록 구성되는 피스톤(112)이 제공된다. 펌프(100)는 필요하다면 저장 용기(11)로 복귀하는 유체를 지원하는 데 사용될 수 있다.

밸브(113)가 중간 챔버(110)의 출구에 인접하여 제공된다. 사용 중에, 밸브(113)가 개방되어 중간 챔버(110)로부터 저장 용기(11)로 유체가 흐를 수 있게 하고, 중간 챔버(110)가 비워지면 폐쇄된다.

도 9에 도시된 본 발명의 실시예에서, 한 쌍의 배출 챔버들(19A, 19B)이 제공되며, 배출 챔버들(19A, 19B)은 서로 다른 배향으로 되어 있다. 배출 챔버들(19A, 19B)의 각각에는 다수의 풀리들(94) 위에서 진행하고 궁극적으로 샤프트(26)(대안적으로, 스크루-임펠러들, 펌프들, 팽창성 블래더들 등이 사용될 수 있음)와 연관된 구동 풀리(115)에 연결되는 라인 부재(114)를 통해 중간 챔버(110)에서 피스톤(112)과 연관된 샤프트(26) 상에 장착된 피스톤(24)이 제공된다. 배출 챔버들(19A, 19B)의 각각에는 배출 챔버(19A)의 경우에는 피스톤(24)을 하방으로 바이어싱하고 배출 챔버(19B)의 경우에는 우측으로 바이어싱하는 역할을 하는 스프링(116)(모터, 카운터-웨이트(counter-weights) 등도 사용될 수 있음)의 형태인 바이어싱 수단이 제공된다.

동작 중에, 밸브(95)가 개방될 때 액체의 유체 정역학적인 압력이 피스톤들(24)에 발휘된다. 피스톤들(24)은 (배출 챔버(19A)의 경우에는) 상방으로 이동하고 (배출 챔버(19B)의 경우에는) 좌측으로 이동한다. 또한, 샤프트들(26)이 이동함으로써 구동 풀리(115)를 회전시키고, 라인 부재(114)가 피스톤(112)을 중간 챔버(110) 내에서 상방으로 당기는 것으로 귀결된다. 또한, 구동 풀리(115)는 래크 및 피니언 기어 구성 또는 임의의 다른 적절한 구성일 수 있다.

피스톤(112)의 이동은, 밸브(113)가 개방될 때 중간 챔버(110) 내의 액체가 파이프(111)를 통해 상방으로 흐르게 한다. 중간 챔버(110)가 비게 되면, 밸브(113)가 폐쇄된다. 펌프(100)는 필요하다면 중간 챔버(110)로부터 저장 용기(11)로 유체가 복귀하는 것을 지원하는 데 사용될 수 있다.

다른 시간들에서, 밸브(113)가 개방될 때, 유체는 중력 하에서 파이프(111)를 통해 저장 용기(11)로부터 중간 챔버(110)로 흐를 수 있다.

배출 챔버들(19A, 19B)의 각각에는, 입구 포트를 통해 배출 챔버들(19A, 19B)로 공기를 도입하는 공기 입구 캐니스터(117)가 제공된다. 공기는 피스톤들(24)의 이동(즉, 배출 챔버(19A)의 하방으로의 이동과 배출 챔버(19B)의 우측으로의 이동)에 응답하여 캐니스터들(117)로부터 흡입된다. 또한, 고압 출구 포트들(118) 및 저압 액체 복귀 밸브들(119)이 제공된다.

피스톤들(24)이 이동하면, 저장 용기(11)로부터 유체에 대한 피스톤(24)의 반대측 상의 고압 공기가 출구 포트들(118)과 도관들(120)을 통해 터빈 챔버(121)로 들어가게 된다. 터빈 챔버(121) 내의 공기는 터빈(122) 위로 흐르고, 그 회전이 발전기(123)에서 전기 에너지를 생성하는 데 사용될 수 있다. 터빈 챔버(121)에는 공기의 역류를 방지하기 위해 일방향 밸브(124)가 제공된다.

밸브(95)가 폐쇄될 때, 밸브들(119)이 개방됨으로써 스프링들(116)의 바이어싱 동작에 의해 저압 유체가 진공 챔버(19A, 19B)의 외부로 나가게 한다. 필요하다면, (미도시된) 모터 또는 펌프가 밸브들(119)을 통해 유체의 이동을 지원하는 데 사용될 수 있지만, (배출 챔버들(19A, 19B) 중 적어도 하나가 중간 챔버(110) 위에 위치되는 경우에) 바람직하게는 중력에 의해 이것이 달성된다. 일단 배출 챔버들(19A, 19B)이 비게 되면, 밸브들(119)은 폐쇄될 것이다. 이러한 일련의 스텝들이 필요한만큼 반복될 것이다.

이러한 시스템은 다수의 상이한 구성으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 고압 공기 생성기가 터빈 챔버(121)로 공급할 때 배출 챔버(19A)가 단독으로 동작할 수 있으며, 배출 챔버(19B)가 중간 챔버(110) 내에서 피스톤(112)을 동작시키는 데 필요한 힘을 생성하도록 동작할 수 있다. 본 실시예에서, 중간 챔버(110)는 배출 챔버(19B)뿐만 아니라 배출 챔버(19A)로부터 저압 유체를 수용할 것이다.

대안적인 구성에서, 단일 저장 용기(11)가 복수의 배출 챔버들과 함께 사용되어 고압 공기를 생성할 수 있다. 복수의 중간 챔버들과 복수의 배출 챔버들이 중간 챔버들 내에서 피스톤들을 동작시키는 데 필요한 힘을 생성하기 위해 제공될 수 있다.

이러한 구성의 기능성을 입증하기 위한 공학적인 계산이 이하에 개시된다:

저장 용기가 10m 높이인 경우 P1 또는 P2 지점들에서의 압력은 100kPa이다. 600mm의 직경과 1m의 길이를 갖는 배출 챔버에 있어서, 면적은 0.28m²이다. 힘 F1=압력×면적이므로, 힘 F1은 28kN이다.

중간 챔버 피스톤은 직경이 300mm이고 면적이 0.07m²이다. 힘 F2는 중간 챔버와 파이프(111)의 합의 체적에 중력과 높이를 곱한 것이다. 따라서, 힘 F2=700kg×9.8×10=6.86kN이다. 이것은 중간 챔버 내의 액체를 비우기 위해 극복되는 힘이다. F1과 F2 사이의 차이는 경도력(Force Gradient)(21.14kN)이다.

터빈 챔버 내에서 전환될 때 고압 공기의 포텐셜 에너지=체적×압력이다. 따라서, 이용가능한 전력=0.28m³/s×100kN/m², 즉 21.14kN의 경도력에 기초한 등가의 힘이다. 이것은 힘=압력/면적 즉 75.5kPa와 대등하다. 따라서, 이용가능한 전력은 0.28×75.5=21.14kW와 동등하다.

중간 챔버를 동작시키기 위한 별개의 배출 챔버의 사용에 있어서의 공학적인 계산이 이하와 같이 개시된다:

배출 챔버(19A)가 고압 공기를 생성하는 데 사용되는 경우에, P=100kPa, A=0.28m², V=0.28m³ 및 F=28kN이다. 전력으로 전환하기 위해 이용가능한 포텐셜 에너지=0.28×100=28kW이다.

배출 챔버(19B)는 중간 챔버(110)에서 피스톤(112)을 동작시키기 위한 힘을 생성하는 데 사용된다. 따라서, 400mm 직경의 배출 챔버에서, A=0.125m², V=0.125m³이다. 1m의 배출 챔버 동작 길이가 사용되면, 배출 챔버가 동작하는 압력은 100kPa이다. 따라서, 피스톤에 작용하는 힘=100×0.125=12.5kN이다.

중간 챔버로의 전체 액체 유입량 Q=0.28+0.125=0.405m³이다. 중간 챔버의 구성은 700mm의 직경(A=0.385m²)과 대략 1m의 길이를 갖는 구성이다. 따라서, 체적은 대략 400리터이다. 중간 챔버는 대략 9m 높이의 타워의 최상부에 연결된다. 파이프(111)의 직경은 250mm(A=0.05m²)이다. 따라서, 파이프(111) 내의 체적은 0.45m³이다.

중간 챔버와 파이프(111) 내의 액체의 총 체적은 0.405+0.45=0.855m³(855리터 즉 8.379kN)이다.

피스톤(112)을 이동시키고 그에 따라 중간 챔버 내의 액체를 상방으로 이동시키기 위해 8.379kN 초과의 힘이 필요할 것이다. 이상 계산된 바와 같이, 배출 챔버(19B)에서 생성된 힘은 12.5kN이다. 이것은 49.1%의 안전 마진으로 중간 챔버 내의 피스톤에서 극복되는 데 필요한 힘보다 크다.

복수의 진공 챔버들, 중간 챔버들 및 고압 공기 실린더들의 배치가 저장 용기의 임의의 적절한 높이에 위치될 수 있는 것으로 고려된다. 이러한 방식으로, 챔버들 및 공기 실린더들의 추가적인 배치가 제1 배치의 위 또는 아래에 위치될 수 있어, 복수의 레벨들이 제공될 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 생성 장치의 상세한 측면도를 도시한다. 도 10의 장치는 도 9에 도시된 것과 많은 방식에서 매우 유사하다. 예를 들어, 배출 챔버들(19A, 19B)은 도 9에서 도시된 것과 동일한 방식으로 동작하며, 여기에서 피스톤(24)은 유체 전달 압력을 받고, 라인 부재(114) 및 풀리들(115)이 기동됨으로써, 피스톤(112)이 기계적인 작업을 하게 한다.

도 10의 파이프(111)는 (비역류 밸브와 같은) 밸브(125)와 밸브 액튜에이터에 꼭 맞춰져 밸브(125)를 동작시킨다. 도 10에 도시된 본 발명의 실시예에서, 밸브들(119)은 이에 인접하게 꼭 맞추어진 비역류 밸브들을 갖는 임의의 적절한 유형의 스톱 밸브들이다. 메인 밸브(95) 또한 밸브의 임의의 적절한 유형일 수 있다.

본 장치에는 저압 유체가 저장되고 챔버(110)로 전달되는 중간 챔버(126)가 제공된다. 유체 전달은 기계적 수단, 전기적으로 동작되는 시스템 또는 중력의 영향 하에서와 같은 임의의 적절한 기술에 의해 이루어질 수 있다.

분출구 형태의 출구(129)가 용기(11)의 상부 영역에 제공되어, 용기(11)의 상부 영역 내의 유체가 출구(129)를 통해 용기로부터 나온다. 터빈 발전기(122)를 구동하여 전기를 생산하기 위해 유체는 도관(128) 및 제트 노즐(127)을 통과한다. 도관(128)은 중력의 영향 하에서 액체를 전달할 수 있는 다양한 유형, 형태 및 구성일 수 있다.

출구(129)에서 배출되는 유체의 포텐셜 에너지는 PE=mgh(Nm 단위)이며, 여기에서 m=유체의 질량, g=중력, 그리고 h는 용기의 높이이다. 터빈 발전기(122)에서 이용가능한 전력은 N/s의 유체 배출 속도 또는 유속에 m의 수두 높이를 곱한 함수이며, Nm/s 또는 J/s 또는 kW로 도출된다.

도 11에서는, 배출 챔버들(19A, 19B)의 4개의 세트들이 도시되는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 생성 장치의 평면도가 도시된다. 단일 중간 챔버(126) 및 터빈 발전기(122)가 제공되지만, 장치는 필요한만큼 다양한 개수의 배출 챔버들(19A, 19B) 및/또는 중간 챔버들(126)을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 배출 챔버들(19A, 19B)은 필요에 따라 하나 이상의 평면 위에 설치될 수 있다. 이러한 챔버들 및 용기들은 수직 또는 수평 평면 상에서 횡단하는 내부의 피스톤을 포함하여 다양한 방식으로 배치 및 구성될 수 있다.

배출 챔버들(19A, 19B)은 연속적인 전력 출력을 제공하도록 구성된다. 배출 챔버들(19A, 19B)의 각 쌍이 반복 사이클을 완료하는 시간 주기를 필요로 하므로, 배출 챔버들(19A, 19B)의 각 쌍의 동작은 연속적인 전력 출력을 제공하기 위하여 스태거링될 수 있다. 전력 출력은 kWh 또는 MWh로 평가될 수 있는 것으로 고려된다.

도 12a에서는, 통상적인 석탄 화력 발전소에서의 에너지 및 질량 균형이 도시된다. 이것은 비교를 위해 도시되었다. 본 도면에서의 변수는 이하와 같다:

Ei=에너지 입력(열 에너지의 석탄 열발생 값들의 형태).

Ec=열 에너지로부터 운동 에너지 및 기계적 에너지로 전환된 에너지.

ELa= 작업 수행 기생 부하(parasitic load); 및 마찰과 에너지 전환(Ec)으로 인한 손실.

Eo=전기 에너지의 에너지 출력.

ELb= 변압기, 송신 및 배전으로 인한 에너지 손실.

본 시스템에 대한 에너지 균형은 이하와 같이 개시된다:

에너지 및 질량 균형식: Ei-ELa=Eo

순수 에너지 이득(NEG)=Ei-Ela.

에너지 경계=매체로서 온도 경사(△T)로부터의 열-에너지. 소각 석탄은 온도를 주위 온도로부터 600℃까지 상승시키기고 압력은 40bar이다. △T는 Ei(+Eia)=0일 때 시간에 따라 분산되는 가변 매체이다.

Eia(자체 기동(black start)에서의 에너지 입력-보조)=LPG/LNG, 플라즈마 등의 형태의 가스

도 12b에는 본 발명의 실시예들에 따른 에너지 생성 장치에서의 에너지 및 질량 균형이 도시된다. 본 도면에서의 변수는 이하와 같다.

Eia=에너지 입력(미리 충전된 배터리로부터의 전기 에너지의 형태).

EiG= 유체 역학-사이클에서와 같은 에너지 입력(중력 포텐셜 에너지의 형태).

Ec= 유체 정역학적 압력 에너지로부터 운동 에너지 및 기계적 에너지로 전환된 에너지.

ELa=작업 수행 기생 부하; 및 마찰 및 에너지 전환(Ec)으로 인한 손실.

Eo=전기 에너지의 에너지 출력.

ELb= 본 발명이 배전 시스템인 경우, 송신 및 배전으로 인한 에너지 손실=0

본 시스템에 대한 에너지 균형은 이하와 같이 개시된다:

에너지 및 질량 균형식: 순수 에너지 이득(NEG)=Ei-Ela.

에너지 경계=액체의(열이 아님) 매체로서 유체 정역학적 압력 경도(△P).

유체 역학적인 사이클은 중량을 높여서 중력 포텐셜 에너지를 도출한다. △P는 Ei(+EiG)=0일 때 시간에 따라 분산되지 않는 일정한 매체이다. 따라서, 부력, 액체/가스 밀도, 중력이 일정한 매체이다. Eia= 활성 전력이라도, 액체가 없는 경우 EiG, Ec, ELa, Eo, Elb=0이다. 압력은 액체; 솔리드-트랜스미션(solid-transmission)에 의한 힘; 유체 정역학적으로 동작되는 압축 공기 시스템에 의해 전달된다.

본 기술 분야의 당업자는, 본 발명이 구체적으로 설명된 것들 외의 변형 및 수정을 수용할 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명은 그 사상 및 범위 내에 드는 이러한 모든 변형 및 수정을 포함하는 것이 이해될 것이다.

Claims

에너지 생성 장치로서,
제1 유체를 포함하도록 구성된 저장 용기, 하나 이상의 배출 용기들로서 상기 하나 이상의 배출 용기들의 각각이 상기 저장 용기와 유체 전달하는 제1 부분과 제2 유체의 소스와 유체 전달하는 제2 부분으로 분할되는 상기 하나 이상의 배출 용기들 및 에너지 생성 수단을 포함하고,
상기 저장 용기로부터 상기 배출 용기의 상기 제1 부분으로의 상기 제1 유체의 흐름이 상기 배출 용기의 상기 제2 부분으로부터의 상기 제2 유체를 배출되게 하여, 상기 배출 용기의 상기 제2 부분으로부터의 상기 제2 유체의 흐름이 상기 에너지 생성 수단을 기동하게 하는, 에너지 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 배출 용기의 상기 제1 부분은 상기 장치의 동작 사이클의 특정 부분 동안 다량의 상기 제1 유체를 보유하도록 구성된 챔버를 포함하는, 에너지 생성 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배출 용기의 상기 제2 부분은 상기 장치의 동작 사이클의 특정 부분 동안 다량의 상기 제2 유체를 보유하도록 구성된 챔버를 포함하는, 에너지 생성 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 유체 및 상기 제2 유체는 서로 다른 유체들인, 에너지 생성 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 유체는 가스 또는 가스들의 혼합물인, 에너지 생성 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배출 용기의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 이동가능 격벽에 의해 서로 분리되는, 에너지 생성 장치.
제6항에 있어서,
상기 배출 용기의 상기 제1 부분으로의 상기 제1 유체의 흐름이 상기 이동가능 격벽을 제1 방향으로 이동하게 함으로써, 상기 배출 용기의 상기 제2 부분으로부터 상기 제2 유체를 배출되게 하고, 상기 배출 용기의 상기 제2 부분으로의 상기 제2 유체의 흐름이 상기 이동가능 격벽을 제2 방향으로 이동하게 함으로써, 상기 배출 용기로부터 상기 제1 유체를 배출되게 하는, 에너지 생성 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 생성 수단이 발전기와 연관된 회전 수단을 포함하여, 상기 회전 수단의 회전이 상기 발전기에서 전기를 생성하게 하는, 에너지 생성 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 생성 수단이 발전기와 연관된 중력 수단을 포함하여, 회전 수단의 회전이 상기 발전기에서 전기를 생성하게 하는, 에너지 생성 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치에는 복수의 배출 용기들이 제공되는, 에너지 생성 장치.
제10항에 있어서,
상기 배출 용기들의 각각의 제1 부분들 및 제2 부분들은 이동가능 격벽에 의해 서로 분리되는, 에너지 생성 장치.
제11항에 있어서,
상기 배출 용기들의 적어도 하나의 상기 이동가능 격벽은 다른 배출 용기들의 이동가능 격벽들에 대해 다른 직경을 갖는, 에너지 생성 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치에는 상기 저장 용기와 유체 전달하는 평형 챔버가 추가적으로 제공되는, 에너지 생성 장치.
제13항에 있어서,
상기 평형 챔버에는 평형 챔버의 상단과 연관된 평형 저장소가 제공되는, 에너지 생성 장치.
제14항에 있어서,
상기 평형 저장소는 상기 저장 용기 및 상기 평형 챔버 모두와 유체 전달하는, 에너지 생성 장치.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 평형 저장소에는 하나 이상의 상기 배출 챔버들 중 적어도 하나의 이동가능 격벽과 연관된 이동가능 격벽이 제공되는, 에너지 생성 장치.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평형 챔버는, 상기 저장 용기의 외면에 부착되고 상기 저장 용기의 상부에 위치된 제1 입구와 상기 저장 용기의 하부에 위치된 제2 입구를 통해 상기 저장 용기의 내부와 유체 전달하는 파이프, 도관 등을 포함하는, 에너지 생성 장치.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 중간 챔버들이 상기 저장 용기와 상기 하나 이상의 배출 용기들 사이에 위치되는, 에너지 생성 장치.
제18항에 있어서,
상기 하나 이상의 중간 용기들에는 그 내부에 위치된 이동가능 격벽이 제공되는, 에너지 생성 장치.
제19항에 있어서,
상기 하나 이상의 중간 용기들의 상기 이동가능 격벽은 상기 하나 이상의 배출 용기들 내의 이동가능 격벽들과 연관되어, 상기 하나 이상의 배출 용기들 내의 이동가능 격벽들의 이동이 상기 중간 챔버 내의 이동가능 격벽의 대응하는 이동을 야기하는, 에너지 생성 장치.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 배출 용기들은 상기 저장 용기에 대해 다른 높이들로 제공되는, 에너지 생성 장치.
에너지 생성 장치로서,
제1 유체를 포함하도록 구성된 저장 용기, 하나 이상의 배출 용기들로서 상기 하나 이상의 배출 용기들의 각각이 상기 배출 용기를 상기 저장 용기와 유체 전달하는 제1 챔버와 제2 유체의 소스와 유체 전달하는 제2 챔버로 분할하는 피스톤을 포함하는 상기 하나 이상의 배출 용기들 및 에너지 생성 수단을 포함하고,
상기 저장 용기로부터 상기 제1 챔버로의 상기 제1 유체의 흐름이 상기 제2 챔버로부터의 상기 제2 유체를 배출되게 하여, 상기 제2 챔버로부터의 상기 제2 유체의 흐름이 상기 에너지 생성 수단을 기동하게 하는, 에너지 생성 장치.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 배출 용기들의 치수들은 상기 저장 용기의 치수들과 다는, 에너지 생성 장치.