KR20140047624A - 공기의 수중 압을 이용한 전력 생성 시스템 - Google Patents

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Abstract

심층 수(1)(다른 유체를 포함)의 하부에는 압력이 더 높다. 이 시스템은 더 작게 압축된 부피를 갖는 압축된 공기 내에 에너지를 저장하기 위하여 심층 수 고압을 갖는 공기와 같은 압축가능한 유체 물질을 이용한다. 압축된 공기는 그 뒤에 팽창 챔버(5) 내로 주입되고, 이 챔버 내에서 저장된 에너지가 방출되며, 이의 원래 부피로 복귀된다. 일정한 온도에서, 10 m3 부피의 물이 10 배의 압력을 제공하여 단일 부피를 1/10의 부피로 압축시킨다. 압력이 10배 감소될 때, 압축된 공기는 이의 원래의 부피로 복귀되어 저장된 에너지가 방출되고, 이 저장된 에너지는 전력을 생성하기 위해 터빈(11)과 전력 생성기(21)를 회전시키는 데 사용되다.

Description

공기의 수중 압을 이용한 전력 생성 시스템{SYSTEM OF POWER GENERATION WITH UNDER WATER PRESSURE OF AIR}
본 발명은 전력 생성 시스템에 관한 것이다.
세제곱 미터 부피의 물은 1톤의 중량이며, 이에 따라 높은 높이로부터 낮은 높이로 하향 유동하는 물은 예컨대, 물 댐과 같이 수력 발전을 생성하기 위해 이용될 수 있는 매우 높은 압력을 제공할 수 있다. 그러나, 이 물이 낮은 높이에 도달되면, 이는 더 이상 이용될 수 없으며, 이는 물이 재차 높은 높이로 유동하지 못하기 때문이다. 본 발명은 시스템 내에서 비용이 소요되지 않는 고압 공기를 생성하기 위하여 상부를 향하는 물 유동을 생성하는 시스템을 제공한다. 이 시스템은 소정 부피의 공기를 압축하기 위하여 수압내에 에너지를 순간적으로 저장한다. 압축된 공기는 그 후에 이 공기가 이의 원래의 비압축 상태로 복원되도록 저압 환경 내로 주입된다. 복원은 본질적으로 전력 출력을 제공하기 위하여 전력 생성기 샤프트 상에 장착된 프로펠러 또는 생성기를 회전시키는데 이용될 수 있는 압축된 에너지를 방출한다. 방출된 에너지는 또한 소방차가 특히 높은 빌딩 내에서 화재 시에 불을 끄거나, 또는 고압이 필요한 다른 응용에서 고압 수 스트림을 제공하는데 사용될 수 있다. 따라서, 이 시스템은 경제적으로 가치가 있는 이점을 가지며, 임의의 유해한 물질을 환경으로 방출하지 않는 녹색 에너지를 생성한다.
본 발명의 주요한 목적은 수중의 상당한 깊이에 위치된 고-층 수 내에 설치된 전력 생성 시스템을 제공하는 데 있다. 수압은 이의 중량, 속도 및 높이(즉, 물의 깊이)을 곱한 중력으로 인해 가속도에 의한 질량에 따라 계산되며, 질량, 중량 가속도는 일정하기 때문에 임의의 깊이에서 수압은 단지 시스템의 용량을 결정하는 물의 깊이에 종속된다. 따라서, 최대 전력 생성 용량을 수득하기 위하여, 보통 물 아래의 수백 피트에서 본 발명의 시스템을 이용할 필요가 있다. 그러나, 인력 작업자는 이러한 깊은 수중에서 살수 없고 작업할 수 없기 때문에, 수압을 위로 이동시켰으며, 작업자의 머리 위에 위치된 고-층 수의 바닥에 압력 전송기를 설치하였다. 복수의 압력 전송기는 중앙 작업 튜브를 둘러싼다. 각각의 압력 전송기는 전력을 생성하기 위하여 전력 생성기에 연결되는 터빈을 회전시키기 위하여 차례로 고압을 교대 주입하는 다수의 압력 전송기 및 다수의 층과 같이 물에 대해 1회, 고압 공기에 대해 1회 및 재차 물에 대해 1회, 고압 공기에 대해 1회 작동한다. 또한, 이는 높은 빌딩의 경우 화재 진압 시에 화재 진압수를 뿌리는데 있어서 고압을 제공하는데 직접 이용될 수 있다.
도 1은 2개의 압력 전송기를 갖는 본 발명의 수중 시스템의 예시적 실시 형태의 부분적 수직 단면도.
도 2는 전력 생성기, 수 저장 탱크, 수 배출 장치 및 압력 전송기 아래에 배열된 공기 공급 시스템을 포함하는 지하 설비의 부분적인 단면도.
도 3은 본 발명의 시스템의 부분적인 수직 단면도.
도 4는 터빈을 회전시키기 위해 고압 공기를 주입하는 중앙 작동 튜브를 둘러싸는 8개의 압력 전송기를 갖는 예시적인 실시 형태의 도 3의 선 x-x를 따라 절단한 상부 입면도.
도 5는 높은 높이로 고압 수와 공기를 상승시키기 위해 본 발명의 시스템의 모세관 튜브의 다양한 섹션의 측면 단면 입면도.
도면을 참조하여, 도면부호로 도시된 구성요소가 하기를 따른다.
1. 물: 고층 수(high-rise water) 내에 저장됨.
2. 압력 전송기(pressure transmitter): 압축된 공기 내에 압력을 저장하기 위하여 공기를 압축시키기 위해 수압을 이용함.
3. 하부 체크 밸브: 압력 전송기의 하부 부분에 위치됨.
4. 공압 오일 전달 파이프: 체크 밸브를 상하로 작동시키기 위해 공압 오일을 왕복운동 펌프에 전달함.
5. 압력 전송기와 터빈 사이에 배열된 채널.
6. 상부 체크 밸브를 개방 또는 밀폐하기 위한 공압 펌프.
7. 하향 배출 파이프.
8. 하부 체크 밸브를 개방 또는 밀폐하기 위한 하부 압력 오일 펌프.
9. 왕복운동 로드.
10. 터빈을 회전시키고 차례로 전력 생성기를 회전시키기 위하여 물의 하부에서 고압을 발생시키는 상향 고압 공기를 이용하여 물을 상승시키기 위해 물의 하부로부터 물의 상부 표면으로 연장되는 신장된 파이프.
11. 전력 생성기를 회전시키기 위해 주 회전 샤프트를 회전시키는 터빈.
12. 주 회전 샤프트.
13. 고강도 누출-방지 베어링.
14. 압력 오일 펌프 튜브의 왕복운동.
15. 비용 없이 가치있는 압축된 공기를 형성하기 위하여 물로부터 고압을 이용하고 그 후에 저장된 에너지를 방출하는, 압력 전송기의 압축 챔버.
16. 압력 전송기 내로 재순환된 물을 공급하기 위해 압력 전송기에 대한 유입 포트.
17. 압력 챔버 내에서 유동 속도를 증가시키기 위하여 압력 챔버 내의 압력보다 높은 1.5 높이의 기압.
18. 단면(31, 32, 33)으로 도시된 바와 같이 모세관 특성.
19. 체크 밸브.
20. 압력 전송기의 압축 챔버 내로 물을 재순환시키기 위한 수 파이프: 이는 압축된 공기를 팽창 챔버, 사용된 수 저장 풀, 재차 압축 챔버 내로 주입한 후에 압력 전송기에 의해 팽창 챔버 내에서 배출된 소정 양의 물을 재순환시킬 노력 없이 작동될 수 있으며 전자기 개방 및 밀폐 기구에 의해 제어됨.
21. 전력 생성기.
22. 수 펌프.
23. 저용량 압축기: 압축 챔버에 유입되는 공기의 속도를 증가시키기 위해 사용됨.
24. 공기 저장 탱크.
25. 회전 샤프트 지지 베어링.
26. 수 펌프 모터: 압축된 공기를 주입하기에 앞서 항시, 압축 챔버 내의 물의 일부가 공기에 대한 공간을 제공하기 위해 배출되어야 하며, 그러나, 배출된 물은 고층 수 내의 물의 부피를 유지시키기 위해 압력 전송기 내로 복귀되어야 함.
27. 지면의 바닥.
28. 사용된 수 저장 풀.
29. 물의 상부 면.
30. 스카이 튜브(Sky tube): 압축된 공기와 물의 압력을 방출하기 위한 튜브: 이는 튜브 내에서 모세관 특성을 가지며, 물은 튜브 내에서 상향 상승되고 이는 압축된 공기와 물의 혼합물의 밀도가 고층 수 내의 저장된 물보다 경랑이기 때문이다.
31. 모세관 튜브의 트럼펫-형 다이어그램의 구조물.
32. 모세관 튜브의 특성.
33. 모세관 튜브의 다른 특성.
압력 전송기의 작동은 예컨대, 고층 수 내에서 하부 저장 챔버 내에 배열된 제어 룸 내에 위치된 컴퓨터에 의해 전기적으로 제어된다. 컴퓨터는 물을 배출시키기 위한 고압을 갖는 압축된 공기를 제공하기 위하여 압력 전송기 내에서 교번하는 저압 및 고압 환경을 생성하도록 3개의 개방 및 차단 포트와 2개의 체크 밸브의 작동을 조절한다. 보다 주요하게, 시스템 내에서 물이 재순환될 뿐만 아니라 물의 추진력이 개시되도록 전기 모터를 작동시키기 위해 단지 저전력만이 필요하다.
컴퓨터는 압력 전송기의 하기 순차적 작동 단계를 자동으로 수행한다:
1. 상부 및 하부 체크 밸브 및 3개의 개방 및 차단 포트를 밀폐하는 단계.
2. 압력 전송기의 하부에서 물 유입 포트를 개방하고 상부 및 하부 체크 밸브를 개방하는 단계 - 이에 따라 물은 압력 전송기 내로 유입되어 압력 전송기 챔버가 대략 5 미터 높이로 충전됨 - .
3. 상부 및 하부 체크 밸브 둘 모드를 밀폐하는 단계.
4. 15 미터의 압력 전송기 챔버 내에서 5 미터의 물과 10 미터의 공기가 충전될 때까지 공기 유입 포트와 물 배출 포트를 개방하는 단계.
5. 압축 챔버가 완벽히 분리되도록 물 배출 포트와 공기 유입 포트를 밀폐하는 단계.
6. 상당한 깊이에서 고압 수가 압축 챔버에 유입되어 이 내의 공기가 더 작은 부피로 압축되어 고압 공기가 되도록 하기 위해 물 유입 포트와 하부 체크 밸브를 개방하는 단계.
7. 전력을 생성하기 위해 전력 생성기를 회전시키는 터빈을 회전시키기 위하여 압축된 물과 고압 공기를 주입하기 위해 상부 체크 밸브를 개방하는 단계 - 고압 공기는 그 후에 터빈을 회전시키기 위해 복수의 압력 전송기로부터 중앙 작동 튜브 내로 주입됨 - .
8. 압력 전송기로부터 배출된 물이 재순환을 수행하기 위해 고층 수를 재충전하는데 필요한 물의 양과 동일해야 하기 때문에 저압 환경에 있는 압력 전송기 내로 사용된 물 저장 풀로부터 물을 끌어당기기 위해 수 펌프를 작동시키는 단계.
9. 단계 1 내지 9의 완료에 따라 압력 전송기의 수 유입 및 배출 포트와 체크 밸브 모두를 재차 밀폐하는 단계.
10. 전력을 생성하기 위하여 이 압력 전송기에 대해 단계 1 내지 9를 반복하는 단계 - 이에 따라 모든 압력 전송기가 순차적으로 작동되어 시스템으로부터 친환경 전력(green power)이 생성됨 - .

Claims (12)

  1. 전력 생성 시스템으로서,
    심층 수(deep water)중에 복수의 압력 전송기를 배열하는 단계,
    상기 압력 전송기 내의 압력 챔버 내에 초기 소정 양의 공기를 제공하는 단계,
    상기 공기를 고압 압축된 공기로 압축시키기 위해 상기 압축 챔버 내로 심층 수로부터 고압을 유입시키는 단계,
    팽창 챔버 내에서 상기 압축된 공기로부터 방출된 에너지에 의해 터빈을 회전시키고 전력이 생성되도록 전기 생성기를 회전시키기 위하여 터빈을 갖는 팽창 챔버 내로 고압 압축된 공기를 주입하는 단계,
    상기 심층 수의 상부 표면 높이로 신장된 튜브를 상향 상승시키기 위하여 물과 혼합된 압축된 공기를 유도하는 단계 - 물과 혼합된 상기 압축된 공기는 수차(water wheel)를 통하여 함수량의 유동으로부터 전력을 생성하기 위하여 수 저장 타워와 하부 수 저장 풀 사이에서 재순환하고 소방(firefighting)을 포함하는 다양한 응용에 대해 사용될 수 있음 - 를 포함하는 전력 생성 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 압축된 공기와 물의 혼합물이 형성되도록 압축 챔버 내에서 소정 양의 초기 공기를 포함하기 위해 상기 압축 챔버 내로 심층 수로부터 고압 수를 유입시키기 위하여 압력 전송기들 중 각각의 압력 전송기의 하부 부분에 배열된 수 유입 포트를 제공하는 단계, 및 압축 챔버로부터 팽창 챔버 내로 압축된 공기와 물의 혼합물을 주입하는 단계를 포함하는 전력 생성 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압축 챔버는 압축 챔버 내로 고압 공기를 유입시키기 위한 하부 체크 밸브와 팽창 챔버 내로 물과 혼합된 압축된 공기를 주입하기 위한 상부 체크 밸브 사이에 배열되는 전력 생성 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압력 전송기는 수 베드(water bed) 아래에 배열된 작동 룸과 압력 전송기의 압축 챔버 사이에서 모두가 연통되는 수 배출 포트, 수 유입 포트, 및 공기 유입 포트가 제공되는 전력 생성 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 복수의 압력 전송기가 상기 팽창 챔버 주위에 둘러싸이는 방식으로 배열되고, 터빈을 회전시키기 위해 압축된 공기와 물의 혼합물을 팽창 챔버 내로 주입시키는 전력 생성 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 팽창 챔버들 중 각각의 하나의 팽창 챔버 내에 제공된 터빈과 복수의 개별 팽창 챔버를 둘러싸는 복수의 압력 전송기를 갖는 복수의 전력 생성 유닛을 포함하는 전력 생성 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 바다, 호수 및 우물을 포함하는 수중에 장착될 수 있으며, 빌딩 내의 표면 상에서 고압 환경으로부터 떨어져 상기 시스템을 작동시키기 위하여 작업자에 대한 빌딩 내의 지면 상에 안전한 환경을 제공하는 전력 생성 시스템.
  8. 제5항에 있어서, 압축된 공기와 물의 혼합물을 화재 시에 불을 끄기 위한 높은 높이로 제공하기 위하여 상기 팽창 챔버 위에 모세관 튜브를 제공하는 단계를 포함하는 전력 생성 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 수력발전 수 댐(hydro water dam) 아래의 물을 재차 수력발전 수 댐으로 재순환시키는 단계를 포함하는 전력 생성 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 선박의 추진력을 제공하기 위하여 선박 내에 상기 시스템을 배치시키는 단계를 포함하는 전력 생성 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 공기를 압축시켜 고압 공기를 제공하기 위하여 고압 수를 이용하는 단계를 포함하는 전력 생성 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 고압은 유체의 큰 체(large body)로부터 압력을 포함하는 전력 생성 시스템.
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