KR20140088138A - 발전기 - Google Patents
발전기 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20140088138A KR20140088138A KR1020147012458A KR20147012458A KR20140088138A KR 20140088138 A KR20140088138 A KR 20140088138A KR 1020147012458 A KR1020147012458 A KR 1020147012458A KR 20147012458 A KR20147012458 A KR 20147012458A KR 20140088138 A KR20140088138 A KR 20140088138A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- temperature
- medium
- pressure
- generator
- working medium
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 467
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 120
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 89
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 57
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 171
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 129
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 96
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 77
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 70
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 68
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 37
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 24
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 24
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 14
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 13
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims description 12
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 12
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 7
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims 8
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 185
- 239000000463 material Substances 0.000 description 36
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 35
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 35
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 34
- 239000003570 air Substances 0.000 description 26
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 26
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 24
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 20
- YBGRCYCEEDOTDH-JYNQXTMKSA-N evap protocol Chemical compound O=C1C=C[C@]2(C)[C@H]3[C@@H](O)C[C@](C)([C@@](CC4)(O)C(=O)CO)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1.O([C@H]1C[C@@](O)(CC=2C(O)=C3C(=O)C=4C=CC=C(C=4C(=O)C3=C(O)C=21)OC)C(=O)CO)[C@H]1C[C@H](N)[C@H](O)[C@H](C)O1.COC1=C(O)C(OC)=CC([C@@H]2C3=CC=4OCOC=4C=C3C(O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@@H]4O[C@H](C)OC[C@H]4O3)O)[C@@H]3[C@@H]2C(OC3)=O)=C1.C([C@H](C[C@]1(C(=O)OC)C=2C(=C3C([C@]45[C@H]([C@@]([C@H](OC(C)=O)[C@]6(CC)C=CCN([C@H]56)CC4)(O)C(=O)OC)N3C)=CC=2)OC)C[C@@](C2)(O)CC)N2CCC2=C1NC1=CC=CC=C21 YBGRCYCEEDOTDH-JYNQXTMKSA-N 0.000 description 20
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 19
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 19
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 16
- 238000012432 intermediate storage Methods 0.000 description 15
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 14
- 238000013461 design Methods 0.000 description 14
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 14
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 11
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 10
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 9
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 7
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- -1 N-pentene Chemical compound 0.000 description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 4
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 210000004513 dentition Anatomy 0.000 description 4
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 4
- 230000036346 tooth eruption Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- RDHPKYGYEGBMSE-UHFFFAOYSA-N bromoethane Chemical compound CCBr RDHPKYGYEGBMSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 2
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 2
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 239000010755 BS 2869 Class G Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100029203 F-box only protein 8 Human genes 0.000 description 1
- 101100334493 Homo sapiens FBXO8 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 238000009421 internal insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000003562 lightweight material Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000010721 machine oil Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- RXQCGGRTAILOIN-UHFFFAOYSA-N mephentermine Chemical compound CNC(C)(C)CC1=CC=CC=C1 RXQCGGRTAILOIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960002342 mephentermine Drugs 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/02—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid remaining in the liquid phase
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K15/00—Adaptations of plants for special use
- F01K15/02—Adaptations of plants for special use for driving vehicles, e.g. locomotives
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K15/00—Adaptations of plants for special use
- F01K15/02—Adaptations of plants for special use for driving vehicles, e.g. locomotives
- F01K15/04—Adaptations of plants for special use for driving vehicles, e.g. locomotives the vehicles being waterborne vessels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
- F01K27/005—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for by means of hydraulic motors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
- F22B1/006—Methods of steam generation characterised by form of heating method using solar heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
- F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
- F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
발전기가 제공되며, 발전기는: 고온의 작동매체를 제공하는 제1, 고온 공급원. 저온의 작동매체를 제공하는 제2, 저온 공급원, 및 제1 및 제2 공급원들과 유체 연통하고, 적어도 다음의 하나: 상기 제1 공급원에 있는 작동매체에 열을 제공 및 상기 제2 공급원에 있는 작동매체로부터 열을 제거에 의해 이들 간 온도 차이를 유지하는 열 기구로 구성되는 열 차등 모듈; 고온/저온 작동매체와 교대로 열 교환을 수행하여, 온도를 작동매체의 고온 및 저온에 상당하는 최저 작동 온도 및 최대 작동 온도 사이로 변동되도록 제1, 고온 공급원에서 유출되는 작동매체 및 제2, 저온 공급원에서 유출되는 작동매체와 선택적으로 유체 연통되는 압력 매체를 포함하는 압력 모듈; 압력매체와 기구적 연통되고, 출력에너지 생성을 위하여 압력매체의 온도 변동을 이용하는 전환 모듈; 및 열 차등 모듈 및 압력 모듈 중 적어도 하나와 열적 연통하고, 상기 열 교환 과정에서 압력매체로 전달되지 않은 고온 및 저온 작동매체의 열 에너지의 적어도 일부를 수용하고, 상기 열 에너지를 다시 열 차등 모듈 및 압력 모듈 중 하나로 다시 전향시키는 열 회수장치로 구성되고, 열을 작동매체로 제공하는 것은 보조 고온 유체와의 열 교환을 통해 수행된다.
Description
본 발명은 에너지 생성시스템, 더욱 상세하게는, 재료의 가열/냉각 및 상응하는 팽창/압축을 이용한 전기에너지 생성에 적합한 시스템에 관한 것이다.
전기에너지 생성은 한 형태의 에너지를 전기로 전환하는 과정이고, 이를 달성하기 위한 수많은 과정들이 알려져 있고 오늘날 이용되고 있다. 이들 과정 중 일부는 한 형태의 에너지를 기계에너지로 바꾸고 이를 통하여 자기장 내에서 기계 요소를 운동/회전시켜 전기를 생성한다.
이들 과정 중 일부는 다음과 같다:
- 석탄을 연소시켜 물을 증기로 바꾸고 기계 요소인 터빈을 회전시킨다;
- 태양에너지를 이용하여 물을 증기로 바꾸고 상기와 같이 구현한다;
- 수력을 이용하여 터빈을 돌린다;
- 연소실에서 가스를 태워 피스톤을 구동한다 (예를들면 내연기관);
또한, 매체의 압축/팽창 및 이에 수반된 기계 요소의 왕복/운동으로 발전하는 과정들이 있다. 이들 과정 중 일부에서, 매체의 압축/팽창은 매체의 가열/냉각으로 수행된다.
예를들면, 다음과 같은 공개문헌들에 이러한 시스템들이 개시된다: GB1536437, WO2009064378A2, US2008236166A1, US2005198960A1, US2006059912A1 등.
본 발명에 의하면, 매체에서 열을 추출하고 이러한 열을 발전 과정에 이용하는 발전기가 개시된다. 특히, 상기 열은 기계 요소 왕복/회전에 이용되어 전기를 생성한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 온도차이가 존재하는 제1 저장체 및 제2 저장체를 제공하는 열 차등 모듈, 열 차등 모듈의 저장체들과 교대로 열 교환하여 온도 변동을 수반하는 압력매체를 함유하는 압력 모듈, 및 압력모듈 변동을 이용하여 전기를 발생시키는 전환모듈을 포함하는 발전기가 제공된다.
특히, 상기 발전기는, 최소한, ㆍ고온의 작동매체를 가지고 상기 압력 모듈의 압력매체와 선택적으로 (selective) 열적 연통되는 제1의 고온 저장체, ㆍ저온의 작동매체를 가지고 상기 압력 모듈의 압력매체와 선택적으로 열적 연통되는 제2의 저온 저장체, 및 ㆍ저장체들 온도차이를 유지하는 열 기구 (heat mechanism)를 포함하는 열 차등 모듈; 저장체들의 고온 및 저온에 상응하는 최저 작동온도 및 최고 작동온도 사이로 온도 변동되고 전환모듈을 동작시키기 위하여 전환모듈과 기구적 연통되는 고온/저온 작동매체와 교대로 열 교환하는 압력매체를 포함하는 압력 모듈; 압력매체 온도 변동을 출력 에너지로 전환시키는 전환모듈; 및 압력 모듈로부터 열을 열 차등 모듈 또는 압력 모듈로 다시 전달하는 열 회수 장치로 이루어진다.
본원에서 용어 '매체'는 다음의 임의의 것들을 기술하기 위하여 사용된다: 고체, 유체 - 액체 및 기체. 예를들면, 압력매체는 고체 또는 예를들면, 가압으로 고형화되는 물질일 수도 있다.
'고온' 및 '저온'은 상이한 온도들, TH 및 TC (또한 TL로도 언급됨), 즉 TH > TC을 의미한다. 다른 실시예들에 의하면, 온도 TH 및 Tc는 다음과 같이 변경될 수 있다:
- TH 및 TC 모두 주변 온도보다 높다;
- TH 및 TC 모두 주변 온도보다 낮다; 및
- TH는 주변온도보다 높고 TC는 주변온도보다 낮다.
본원에 사용되는 용어 '주변'이란 최소한 발전기의 열 차등 모듈이 위치하는 외부 환경의 평균온도를 규정하기 위하여 사용된다. 특히, 일반적으로 이러한 환경은 단순히 주변 공기이지만, 발전기는 임의의 원하는 매체에 매몰될 수 있고, 이러한 경우 '주변'은 그 매체의 평균온도를 말한다.
열 차등 모듈은, 고온 저장체 및 저온 저장체를 포함하는 작동 매체 부-시스템으로 구성된다. 특히, 각각의 고온/저온 저장체는 선택적 유체 연통을 제공하는 저장체들 및 압력 모듈 유입 접근단 사이 유입라인, 및 선택적 유체 연통을 제공하는 압력 모듈 유출 접근단 및 저장체들 사이 유출라인이 구비된다.
열 차등 모듈의 각각의 유입라인/유출라인은 압력매체와 열교환과정을 수행하도록 압력 모듈에 고온/저온 작동매체를 교대로 제공한다.
작동 매체 부-시스템은, 증발기단 (evaporator end) 및 응축기단 (condenser end)을 가지고 입력 에너지 W가 제공되면 증발기단에서 응축기단으로 열량 Q를 회수하도록 구성되는 열펌프를 포함한다. 열펌프 작동 결과, 응축기단에 일정하게 열이 제공되어, 응축기단 온도는 증발기단 온도를 상회한다.
본 구성에서 최소한 하나의 고온 저장체 및 저온 저장체는 열펌프의 상기 증발기단 및 응축기단의 하나와 열적 연관된다 (thermally associated). 예를들면, 고온 저장체는 열펌프 응축기단과 열적 연관되고 및/또는 저온 저장체는 열펌프 증발기단과 연관된다. 따라서, 열펌프는 냉각기로 작동하여 저온 저장체를 원하는 '저온'으로 유지하고, 냉각 과정에서 공기 열펌프에서 토출되는 열은 고온 저장체를 원하는 '고온'으로 유지하기 위하여 사용된다.
열펌프 증발기/응축기단 및 고온/저온 저장체 사이 열적 연관은 열펌프 증발기/응축기단 및 고온/저온 저장체 내에 함유된 작동 매체와의 직접/간접 접촉으로 달성될 수 있어, 이들 간 열교환이 가능하다. 특정 실시예에 의하면, 이러한 접촉은 열펌프 증발기/응축기단을 고온/저온 작동 매체 내부에 형성 (emersion)시켜 달성된다.
특정 설계에 의하면, 고온 저장체는 열펌프 응축기 측과 직접 열적 연통되고 저온 저장체는 외부 환경과 연관된다 (즉 주변온도로 노출). 본 설계의 특정 실시예에 의하면, 저온 저장체는, 외부 환경에 노출되어도 열펌프 증발기단과 저온 저장체와의 열적 연관을 제공할 수 있는 요소가 구비될 수도 있다.
다른 설계에 의하면, 고온 저장체는 열펌프 응축기 측과 직접 열적 연통되고 저온 저장체는 열펌프 증발기 측과 직접 열적 연통된다.
압력 모듈은 압력매체 및 각각 압력 모듈 유입 접근단 및 유출 접근단을 구성하는 유입단 및 유출단을 가지는 최소한 하나의 도관 ('도관' 또는 '코어'라고도 함)을 가지는 용기 (vessel)을 포함한다. 따라서, 상기 도관은 상기 고온/저온 저장체들과 선택적 유체 연통되도록 구성되어, 고온/저온 작동매체는 이를 통과한다.
발전기는, (저장체들과의 선택적 유체 연통을 통하여) 고온/저온 작동매체가 용기 도관을 교대로 통과하여 압력매체와 열 교환되도록 구성된다. 따라서, 고온 작동 매체는 압력매체가 상기 최고 작동온도에 이르도록 이용되고 상기 저온 작동 매체는 상기 압력매체가 상기 최저 작동온도에 도달하도록 이용된다.
그 결과, 압력매체는 최고 작동온도 및 최저 작동온도 사이에서 변동되고, 상기 변동은 전환모듈에 의해 이용되어 에너지를 생성할 수 있는 상기 압력매체 부피 증가/감소를 유발시킨다.
압력 모듈과 관련하여, 다음과 같은 특징부들이 적용될 수 있다 (개별적 또는 상호 조합적):
- 용기는 압력 용기이며, 여기에 압력매체가 고압 매체를 구성하도록 예압된다. 압력매체의 예압 이점은 발전기 작동을 더욱 상술하면서 명백해진다;
- 용기는 이를 관통하는 하나 이상의 코어를 포함하고, 각각은 열 차등 모듈의 저장체들과 선택적 유체 연통되도록 구성된다;
- 코어는 상호 선택적 유체 연통되어, 이들은 최소한 제1 선형 구성을 형성하여, 여기에서 코어는 작동 매체를 위한 긴 단일 유로를 형성하고, 제2 병렬 구성을 형성하여, 여기에서 코어는 작동 매체의 동시 유동을 위하여 구성된다;
- 코어/들은 압축/압력에 대한 큰 저항, 낮은 열용량 및 높은 열전달계수를 가지는 재료로 제조된다. 예를들면, 이러한 재료는 탄화규소, 탄화텅스텐, 티타늄 등일 수 있다;
- 압력 용기 길이 L은 용기의 직경 D 보다 상당히 더 길고, 이에 따라 여러 지지체가 압력 용기를 관통하는 코어를 지지하기 위하여 압력 요기 내부에 필요하다;
- 압력 용기는 상호-정렬되고 지지체에서 연결점을 가지는 하나 이상의 코어들을 포함한다;
- 최소한 하나의 코어는 압력매체와 접촉하고 압력매체에 대한 열전달 효율을 증가시키고, 이에 따라 작동 매체 및 압력매체 사이 열교환과정 효율을 증가시키는 확산 구성이 구비된다;
- 확산 구성은 코어와 일체화 되거나 여기에 결합된 별도 구성일 수 있다. 전자의 경우, 코어는 리브/스파이크 등의 형태로 표면적이 넓도록 형성되고, 후자의 경우 코어는 여기에 장착된 최소한 하나의 확산 부재 (예를들면, 리브/윙/블레이드 등)가 구비된다;
- 하나 이상의 코어는 자체 축을 중심으로 회전되거나, 모든 코어는 상호 축 (예를들면, 압력용기 중심 축) 주위로 회전하도록 구성된다;
- 별도의 확산 구성은 이것이 장착된 코어 주위로 회전되도록 구성된다;
- 별도의 확산 구성은 모터에 의해 구동된다. 여러 코어들의 확산 구성은 또한 단일 모터로 동시에 구동된다;
- 확산 구성 구동 모터는 압력용기 외부에 배치될 수 있다;
- 모터 구동축은 압력 용기 양측에서 연장되고, 2 개의 모터로 구성될 수 있고, 각각은 각 단에서 구동축과 체결된다. 구동축만이 압력 용기 일단에서 돌출되고, 즉 제2단은 압력 용기 내부에 있고, 용기 내부 압력이 구동축에 큰 부하를 인가시켜 압력 용기로부터 이것을 밀도록 구성된다. 이러한 작용은 심각하여 구동축이 용기에서 돌출되는 위험 상태에 있을 수 있다;
- 각각의 코어에는 작동 매체 내부 열전달을 높여, 압력매체 및 작동 매체 사이 열교환과정 효율을 높이는 내부 장치가 결합한다;
- 일 예시에 따르면, 내부 장치는 코어 내부에 단순히 위치된 정적 장치일 수 있다. 다른 예시에 의하면, 내부 장치는 코어를 관통하는 작동매체를 순환시키도록 코어 내부에서 변위/회전하는 동적 장치일 수 있다;
- 내부 장치는 또한 작동 매체를 코어를 따라 능동적으로 변위 시킬 수 있다 (예를들면, 아르키메데스의 나선 펌프와 유사);
- 상대적으로 긴 압력 용기에 대하여, 압력 용기는 서로 선형 연결되는 두 개 이상의 코어를 가질 수 있고, 두 인접 코어들 사이 연결점에 밀봉 지지체가 제공될 수 있다;
- 상기 용기 내부의 압력매체는 예압 되고 2000-8000 atm 압력 범위, 더욱 상세하게는 3000- 7500 atm, 더더욱 상세하게는 4000-7000 atm 및 더욱 상세하게는 5000-6500 atm 범위일 수 있다. 적당한 압력 용기 재료를 제공하면, 더욱 높은 예압의 압력매체를 제공할 수 있다;
- 압력매체의 열팽창계수는 100-1200, 더욱 상세하게는 250-1100, 더더욱 상세하게는 500- 1000 및 더욱 상세하게는 600-900이다;
- 압력매체는: 브롬화에틸, 물, N-펜텐, 디에틸에테르, 메탄올, 에탄올, 수은 및 산으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
또한, 열전달이 일어나는 최소한 하나 이상의 발전기 요소는 (예를들면 실린더, 관, 표면 등) 표면적이 증가된 열전달표면으로 형성될 수 있다. 특히, 상기 표면은 표면적이 증가된 다수의 요소들, 예를들면 벌지, 돌출부 등으로 형성될 수 있다. 특정 예시에 의하면, 요소들은 입방체, 피라미드, 원추 등과 같은 기하 형상을 가지는 미세 구조체일 수 있다. 다른 예시에 의하면, 요소는 리지 (평행하거나 나선형)일 수 있다.
후자의 경우, 이러한 리지 요소는, 중앙 축을 따라 취한 관의 단면에서, 표면은 파상으로 나타난다 (피크 및 골 사이). 관의 내면 및 외면에 형성된 리지 경우, 내면에 있는 피크가 외면에 있는 골을 마주 보도록 및 그 역으로 구성되어, 중앙 축에 수직 단면에서 재료 두께는 대체로 일정하게 유지된다.
원통 외면을 상기 미세-구조체로 예비-성형하는 것 (상기된 바와 같이)은 아주 간단하지만, 상기 원통 내면을 예비-성형하는 것은 더욱 복잡한 문제를 일으킨다. 이를 위하여, 원통 요소를 미세-구조체로 예비-성형하는 단계들이 다음과 같이 제안된다:
(a) 제1면 및 반대 제2면을 가지는 평판을 제공;
(b) 제1면에 미세-구조체를 예비-형성;
(c) 평판 크기 및 형상에 상당하며 기본면 및 개구를 가지는 비-관통 공동이 형성된 몰드를 제공;
(d) 제2면이 기본면에 대면하고 제1면이 개구를 대면하여, 제1면 및 개구 사이에 공간이 남도록 평판을 배치;
(e) 충전재를 공동에 주입하여 미세-구조체 사이에 형성된 공간들을 포함한 공간에 채움;
(f) 충전재를 고형화하여 평판 및 고형화 충전재로 이루어진 단일판을 형성하고, 이때 제1면은 충전재로 이루어지고 제2면은 본래 평판의 제2면으로 이루어짐;
(g) 단일판을 최소한 부분적 원통 형상을 얻고, 이때 단일판 제2면은 원통 외면을 이루고 단일판 제1면은 원통 내면을 이룸;
(h) 충전재를 단일판에서 제거하여, 본래 평판은 내면에 미세-구조체가 형성;
(i) 미세-구조체가 형성된 내면에 대한 최종 마무리 작업.
발전기 전환모듈은 압력매체와 기구적 연통되어 이에 따라 구동되는 동적 구성 (dynamic arrangement)으로 이루어질 수 있다. 특히, 동적 구성은 상기 최고 작동온도 및 상기 최저 작동온도 사이에서 변동되는 압력매체에 따라 왕복되는 가동부재를 포함할 수 있다.
특정 실시예에 의하면, 동적 구성은 피스톤 조립체로 이루어지고, 조립체는 피스톤이 내부에 배치되는 하우징을 포함하며, 피스톤은 하우징을 압력매체와 기구적 연통되는 제1 입력실 및 출력 에너지를 발생시키는 모터 조립체와 기구적 연통되는 제2 출력실로 밀폐 분할한다.
전환모듈 피스톤은 압력매체 부피 변동에 따라 하우징 내부에서 왕복되도록 구성된다. 특히, 압력매체 온도가 증가하면, 부피가 따라서 증가하고, 이에 따라 입력실 부피가 증가하고 출력실 부피가 감소하도록 피스톤을 변위시킨다. 압력매체 온도가 감소하면, 부피가 따라서 감소하고, 이에 따라 입력실 부피가 감소하고 출력실 부피가 증가하도록 피스톤을 변위시킨다. 이러한 왕복운동은 모터 조립체에 의해 이용되어 출력 에너지를 생성한다.
일 예에 의하면, 모터 조립체는 크랭크 축 구성을 포함하여 피스톤 왕복운동으로 축 주위로 크랭크 축 회전이 생긴다. 이러한 회전은, 공지 수단을 이용하여, 출력 에너지로 전환될 수 있다.
다른 예에 따르면, 피스톤은 기어 조립체와 물려있는 선형 축과 연결되고, 이에 따라 축의 선형 왕복운동은 회전운동으로 전환된다. 이러한 회전운동은, 공지 수단을 통하여, 출력 에너지로 전환될 수 있다.
특정 설계 예에 따르면, 피스톤 및 모터 사이 매개 기구가 제공될 수 있고, 예를들면, 피스톤은 예를들면 오일과 같은 매개 물질을 가압하여 설비 (utility) 피스톤을 구동할 수 있다.
본 발명의 발전기는 고온 저장체 및 저온 저장체 유출라인들 중 하나와 최소한 열적 연통하는 최소한 하나의 보조 열교환기를 더욱 포함한다. 열교환기는 상기 유출라인들의 작동 매체 및 외부 환경 및/또는 열교환기가 매몰되어 있는 매체 간 열교환 과정을 수행한다.
따라서, 열교환기는 압력모듈의 압력매체와의 열교환으로 가열된/냉각된 작동매체를 압력용기에서 유출될 때 냉각/가열시킨다.
다양한 구조적 구성의 예들 및 각각의 구성 작동 방법이 기재될 것이고, 일부 발전기 구성들은 추가적인 요소, 부재, 모듈 및/또는 장치를 포함할 수 있다. 각각의 구성들은 독립적으로 적용될 수 있지만, 여러 구성의 상이한 특징부들이 조합되어 새로운 발전기 구성들을 구현할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
기본 구성
상기 발전기 기본 구성에 의하면, 열 차등 모듈은 열펌프 응축기단과 열적 연통되는 고온 저장체, 및 외부 환경과 열적 연통되는 저온 저장체를 포함한다.
이러한 구성에서, 열펌프 증발기단은 외부 환경에 노출되고, 따라서 작동에 있어서, 증발기단은 환경으로부터 일정하게 열을 회수하고, 열펌프는 증발기단에서 응축기단으로 일정하게 열을 회수한다는 것을 이해할 수 있다.
압력 모듈은 고압 (약 6000 atm)으로 예압되는 압력매체가 담기고, 최소한 하나의 관통 도관을 가지는 단일 압력용기를 포함한다. 압력용기는 도관 유입단과 연결되는 유입밸브 및 도관 유출단과 연결되는 유출밸브가 구비된다. 또한 압력용기에는 전환모듈 동적 구성과 유체 연통하는 출력라인이 구비된다.
각각의 고온/저온 저장체는 저장체 및 유입밸브 사이 선택적 유체 연통을 제공하는 유입라인 및 저장체 및 유출밸브 사이 선택적 유체 연통을 제공하는 유출라인을 포함한다.
따라서 상기 예시적 발전기를 이용하여 다음 구성을 포함하는 출력 에너지를 생성하는 방법이 제공된다:
a) 고온 저장체 및 압력용기 사이 유체 연통을 제공하도록 유입밸브 및 유출밸브의 선택적 개방 및 고온 저장체에서 유입밸브, 도관을 지나 유출밸브를 거쳐 다시 고온 저장체로 고온 작동 매체를 통과시키는 단계. 고온 작동 매체 및 압력매체 사이 열 교환 결과, 작동매체는 냉각되고 압력매체는 최고 작동온도로 가열된다. 가열되면, 압력매체 부피는 증가하여 피스톤을 일 방향으로 변위시킨다; 및,
b) 저온 저장체 및 압력용기 사이 유체 연통을 제공하도록 유입밸브 및 유출밸브의 선택적 개방 및 저온 저장체에서 유입밸브, 도관을 지나 유출밸브를 거쳐 다시 저온 저장체로 저온 작동 매체를 통과시키는 단계. 저온 작동매체 및 압력매체 사이 열 교환 결과, 저온 작동매체는 가열되고 압력매체는 최저 작동온도로 냉각된다. 냉각되면, 압력매체 부피는 감소하여 피스톤을 반대 방향으로 변위시킨다.
상기 단계들의 반복 수행으로 피스톤의 전후 왕복운동이 제공되어, 발전기에 의한 전기 생성이 가능하다.
고압 매체의 압력이 높을수록, 발전기의 열역학적 작동 효율이 높다 (발전기의 기기 건전성이 유지). 상세하게는, 피스톤은 소정의 저항을 가지므로 이러한 저항을 극복하고 피스톤 변위를 위한 고압 매체의 소정의 임계 압력이 필요하다. 낮은-압력매체가 사용되면, 이를 가열하면 낮은-압력매체를 먼저 임계 압력으로 증가시킨 후 이후 피스톤 변위가 일어난다.
이러한 관점에서, 압력용기 내부 매체를 고압 (임계 압력 초과)으로 예압하면 압력매체 가열로 직접 피스톤 변위를 수반하고 매체를 임계 압력으로 가압하기 위하여 허비되지 않는다.
다음 사항들이 주목된다:
- 고온 저장체로 복귀될 때, 냉각된 고온 작동 매체는 열펌프 응축기단에서 열을 더욱 흡열할 수 있어 본래 고온으로 회복된다;
- 저온 저장체로 복귀될 때, 가열된 저온 작동 매체는 최소한 일부 열을 외부 환경으로 방출하여 냉각되고 본래 저온으로 회복된다;
- 단계 (a) 에서 단계 (b)로 변환될 때 도관 길이에 따라, 저온 저장체와의 유체 연통을 제공하도록 유입밸브 위치를 선택적으로 변환한 후, 저온 저장체와 유체 연통을 제공하도록 유출밸브 위치를 선택적으로 변환하는 것을 지연하는 것이 유익할 수 있다. 이러한 방식으로, 단계 (b)가 개시되면, 도관에 담긴 고온 작동 매체는 먼저 유출라인을 따라 고온 저장체로 압출되고, 이후에만 유출밸브가 저온 저장체와 유체 연통되도록 선택적으로 변환된다. 단계 (b)에서 단계 (a)로 변환될 때에도 동일하다;
상기 방법에서 추가 단계 (c)를 더욱 포함할 수 있으며, 여기에서 가열된 저온 작동 매체는 보조 열교환기를 통과하여 작동 매체로부터 외부 환경으로 더욱 효율적인 방열이 가능하다.
직접 회수 구성
상기 구성에 따르면, 저온 저장체 유출라인은 압력용기를 빠져 나와 직접 저온 저장체로 복귀하지 않고, 오히려 먼저 열펌프 증발기단을 통과한다. 이러한 방식으로, 열은 환경으로 방출되는 대신 증발기단에서 열펌프에 의해 재-흡열되고, 직접 열펌프 증발기단으로 회수되어, 발전기 동작효율을 높인다.
냉각 저장체 구성
상기 발전기 구성에 의하면 냉각 저장체 장치가 제공되며, 여기에서 제1의 고온 저장체는 열펌프 응축기단과 열적 연통되지만 (상기 예들과 동일), 저온 저장체는 열펌프 증발기단과 열적 연통된다.
상기 장치에 따르면, 저온 작동 매체는 압력매체와의 열 교환을 통하여 일부 열량, 및 나머지 열량은 환경으로부터 회수하여 전체 열량을 증발기단에서 열펌프 응축기단 HP으로 제공한다.
이중 작동
발전기는 두 압력용기들을 포함하며, 각각은 상응하는 유입/유출밸브들을 통하여 고온 저장체 및 저온 저장체에 연결된다. 또한, 각각의 압력용기 압력매체는 각자의 피스톤과 유체 기구적 연통된다.
두 압력용기들을 이용하면 최소한 두 개의 발전기 작동 모드가 가능하다:
a) 동시 사이클 - 두 압력용기 모두 단계 (a) 및 (b)를 병렬적으로 수행한다. 즉, 발전기 사이클 과정 임의 시점에서, 하나의 압력용기의 압력매체 온도는 다른 압력용기의 압력매체 온도와 유사하고, 즉 압력매체들 모두 동시에 가열되고 동시에 냉각된다. 이러한 장치에서, 발전기는 각자의 피스톤으로 구동되는 두 개의 모터 조립체가 구비된다;
b) 교대 사이클 - 압력용기들은 단계 (a) 및 (b)를 교대로, 예를들면 하나의 압력용기가 사이클 단계 (a)를 수행하면, 다른 압력용기는 사이클 단계 (b)를 수행한다. 즉, 하나의 압력용기 압력매체가 가열되면, 다른 압력용기 압력매체는 냉각되고 또는 그 역이다. 이러한 장치에서, 발전기는 하나의 모터 조립체가 구비되고, 이것은 두 개의 피스톤들 (즉 두 피스톤 모두 상호 동기적으로 왕복한다).
중간 저장체 구성
상기 구성에서, 발전기는 세 개의 저장체들: 고온 저장체, 저온 저장체 및 중간 온도 저장체를 포함한다. 본 장치는 냉각 저장체 구성에 기반하며, 여기에 중간 온도 작동 매체를 가지는 추가 중간 저장체가 부가된 것이다. 중간 온도 저장체는 중간 온도 작동 매체를 함유하고, 용어 '중간'이란 상기 고온 및 상기 저온 사이 온도를 의미한다. 각각의 고온/중간/저온 저장체들은 압력용기와 선택적 유체 연통된다.
이러한 장치에서, 기본 구성에 대하여 기재된 단계 (a) 및 (b)외에도 다음과 같은 두 추가 단계들 (a') 및 (b')이 수행된다:
(a') [단계 (a) 이후 수행] 중간 온도 작동 매체를 중간 온도 저장체에서 압력용기 도관으로 통과시키고, 이에 따라 압력매체 온도를 (열 교환으로) 최고 작동온도에서 중간 작동온도 (최고 작동온도 및 최저 작동온도 사이)로 낮추고;
(b') [단계 (b) 이후 수행] 중간 온도 작동 매체를 중간 온도 저장체에서 압력용기 도관으로 통과시키고, 이에 따라 압력매체 온도를 (열 교환으로) 최저 작동온도에서 중간 작동온도 (최고 작동온도 및 최저 작동온도 사이)로 높인다.
특히, 상기 단계 (a') 및 (b') 과정에서, 중간 온도 작동 매체는 고온/저온 작동매체 각자의 냉각/가열 사이에서 압력매체 냉각/가열을 위하여 사용된다. 따라서, 각각의 냉각/가열 단계는 두 과정으로 나뉘고, 제1 과정은 중간 작동 매체에 의해 수행되고 제2 과정은 고온/저온 작동 매체에 의해 수행된다.
상기 장치에서, 고온/저온 작동매체는 실제로 감소된 온도 범위 (즉 중간 및 고온 및/또는 중간 및 저온)에서 가열/냉각을 제공하기 위하여 사용되고, 따라서 발전기 작동이 더욱 효율적이라는 것을 이해할 수 있다.
상기 장치와 관련하여, 중간 온도 저장체는 외부 환경과 열적 연통되고, 고온/저온 저장체들은 각자의 열펌프 응축기단/증발기단과 열적 연통된다는 것을 이해할 수 있다.
또한, 고온/중간/저온 저장체들의 임의의 유출라인 중 하나는 압력용기를 빠져 나와 보조 열교환기를 통과할 수 있다. 본 장치의 특정 예시에 따르면, 중간 유출라인은 보조 열교환기를 통과하면서 저장체로 복귀하기 전에 압력매체와 열 교환하면서 획득/상실된 열량을 환경으로 전달/환경으로부터 흡열한다. 반대로, 고온/저온 저장체들의 유출라인들은 작동 매체를 열교환기를 통과시킬 필요 없이 직접 각자의 저장체로 복귀시킨다.
교차 구성
상기 구성에 의하면, 발전기는 두 압력용기들 (이중 작동 장치와 유사)를 포함하고, 각각의 유출밸브는 유입밸브와 선택적 유체 연통된다.
특히, 각각의 유출밸브 O는 교차 라인 COL이 구비되어 하나의 압력용기 유출밸브 및 다른 압력용기 유입밸브 사이 유체 연통을 제공한다. 이러한 장치에서, 하기와 같은 추가 교차 단계들이 수행될 수 있다:
(a") [단계 (a') 이후 수행] 중간 작동 매체 WM는, 하나의 압력용기 PV 도관을 빠져 나와, 교차 라인 COL을 거쳐 다른 압력용기 PV 유입밸브로 제공되어 거기에 있는 압력매체를 가열하고 다른 유출밸브를 거쳐 중간 온도 저장체로 복귀한다; 및
(b") [단계 (b') 이후 수행] 중간 작동 매체 WM는, 하나의 압력용기 PV 도관을 빠져 나와, 교차 라인 COL을 거쳐 다른 압력용기 PV 유입밸브로 제공되어 거기에 있는 압력매체를 냉각하고 다른 유출밸브를 거쳐 중간 온도 저장체로 복귀한다.
상기 구성으로 압력매체로부터의 더욱 효율적인 열 회수가 가능하다. 더욱 상세하게는, 중간 온도 저장체로 복귀하면서 환경으로/환경으로부터 소정의 열량을 방출/회수하는 대신, 중간 온도 작동 매체는 압력매체와 열 교환하여 열량 일부를 방출/회수하여, 발전기 효율을 높인다.
열 경사 회수 구성
상기 구성에서, 발전기는 하나의 압력용기 (기본 장치와 유사), 및 유출밸브와 연결되는 최소한 하나의 경사 탱크를 포함한다.
경사 탱크는 거기에 담긴 작동 매체 분량들 (portions) 혼합을 방지하는 장치를 포함하여, 분량들 간 열전달 및 열적 평형 도달 속도를 상당히 줄일 수 있다. 특히, 경사 탱크는, 본 발전기에서 사용될 때, Tl≠T2≠ 및 기타 등인 온도 Tl의 작동 매체 제1 분량, 온도 T2의 작동 매체 제2 분량 및 기타 등을 가진다.
특히, 하기되는 발전기 작동에서, 경사 탱크는 거기에 담긴 작동 매체의 온도 경사를 Tl > T2 > .... > Tn, 또는 달리, Tl < T2 < .... < Tn 로 유지한다.
따라서, 경사 탱크로 진입되는 가열된/냉각된 중간 온도 작동 매체 분량들은 다른 온도들을 가지고, 하기와 같이, 경사 탱크 내부에서 이들 분량들 간 온도 경사를 유지하는 것이 유익하다. 이러한 목적으로, 경사 탱크는 작동 매체 분량들이 서로 섞이는 것을 막아 저장체 내부 온도 경사를 유지할 수 있는 비-혼합 기구를 더욱 포함한다. 즉, 비-혼합 기구는 경사 탱크 내부에 수용되는 작동 매체가 균일 온도에 도달되는 것을 지연하도록 구성된다.
비-혼합 기구는, 경사 탱크로 진입하는 작동 매체의 연속 분량들 간 열전달이 일어나는 단면적이 열전달을 상당히 늦출 수 있도록 충분히 작은 유로가 형성되는 임의의 기구 (mechanism)일 수 있다. 용어 '충분히 작은'이란 유로 길이 L보다 상당히 작은 호칭 단면 치수에 의해 정의되는 단면적 D을 의미한다.
이러한 비-혼합 기구의 예시로는:
- 길이 L의 긴 관 및 단면 D << L;
- 유사 특성이 있는 나선형 (spiraling) 관;
- 상기 특성의 유로를 형성하는 저장체 내부 나선형 표면; 및
- 상기 특성을 가지는 다수의 유로들이 형성되는 폐쇄 미로 (confining labyrinth).
상기 예시들에서, 유로는 단열 특성 즉 열전도가 낮은 재료로 제조될 수 있다. 이러한 재료의 일 예는 플라스틱이다.
작동에 있어서, 다음과 같은 여러 추가 단계들이 기본 구성에 대하여 설명되는 기본 작동 단계 (a) 및 (b)에 부가될 수 있다:
(b"') [단계 (b) 이전에 수행] 저온 작동 매체가 압력용기 도관을 통과하여 압력매체와의 열 교환으로 가열되고, 저온 저장체로 복귀되는 대신 경사 탱크로 도입된다. 압력용기를 빠져 나오는 저온 작동 매체 제1 분량이 마지막 분량보다 더 높은 온도로 경사 탱크에 이른다는 것을 이해할 수 있다 (압력매체는 열 교환으로 점증적으로 냉각되므로). 경사 탱크 설계에 따라 이들 분량은 각각 자기 온도를 유지할 수 있고, 궁극적으로, 경사 탱크 최상부는 최고 온도이고 경사 탱크 최하부는 최저 온도가 된다.
(b"") [단계 (b) 이후 수행] 경사 탱크에 있는 작동 매체는 다시 압력용기로 LIFO (후입선출) 순서로 재-순환되고, 압력매체를 점차로 중간 온도로 가열시키고, 이후 단계 (a)가 개시된다.
본질적으로, 발전기의 이들 단계는 "정지 (stall)" 작동으로 기술되며, 여기에서 경사 탱크에 있는 작동 매체 WM는 적당한 시간까지 거기에 유지 (정지)되고, 이후 필요한 열 교환을 수행하기 위하여 발전기 관들로 방출된다.
가열된/냉각된 압력용기를 통과하는 중간 온도 작동 매체의 각각의 분량은 서로 다른 온도로 이로부터 방출된다는 것을 이해할 수 있다. 예를들면, 시스템 동작이 정량적으로 관찰되는 경우, 온도 TINTERMEDIATE의 중간 온도 작동 매체가 고온 THOT > TINTERMEDIATE의 압력매체를 가지는 가열된 압력용기를 통과하여 순환하기 시작하면, 중간 온도 작동 매체 제1 분량은 TINTERMEDIATE < THOT' < ΤHOT인 온도 ΤHOT'로 압력용기에서 방출되고, 작동 매체 제2 분량은 TINTERMEDIATE < THOT" < THOT' < ΤHOT 등인 온도 THOT"로 압력용기에서 방출된다. 유사한 과정이 중간 온도 작동 매체가 냉각된 압력용기를 통과할 때에도 발생하며, TINTERMEDIATE > TCOLD " > TCOLD' > TCOLD이다. 온도들 THOT, TINTERMEDIATE 및 TCOLD는 각각의 고온/중간/저온 저장체들에 있는 작동 매체의 고온/중간/저온에 상당한다.
상기 장치는 효율이 높은 또 다른 발전기 열 회수 방법을 제공한다. 또한 LIFO 구성을 적용함으로써 압력매체는 점차로 가열되고 (먼저 최저 온도 분량에서 개시), 작동 매체 각 분량의 열량을 더욱 바람직하게 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
또한 경사 탱크는 가열된 저온 작동 매체 및 냉각된 고온 작동 매체 모두에 대하여 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하기 상술되는 특정 예시들에 의하면, 발전기는 하나 이상의 경사 탱크를 포함한다. 예를들면, 각각의 압력용기에 각자의 경사 탱크가 제공되고 및/또는 경사 탱크들은 고온/저온 작동매체에 대하여 제공될 수 있다.
특정 장치에 의하면, 열 경사 회수 구성은 이중 작동 구성과 조합될 수 있고, 이하 발전기 작동을 기술한다:
제1 과정에서, 전기 예와 유사하게 (경사 탱크 없는 경우), 온도 THOT의 고온 작동 매체가 하나의 압력용기를 통과하여 거기에 있는 압력매체를 가열하고, 한편, 동시에, 온도 TCOLD의 저온 작동 매체가 다른 압력용기를 통과하여 거기에 있는 압력매체를 냉각한다. 본 단계 이후, 하나의 압력용기에 있는 압력매체는 온도 ΤHOT' < THOT로 가열되고 다른 압력용기에 있는 압력매체는 온도 TCOLD' > TCOLD로 냉각된다.
이후, 복귀 단계가 수행되고, 이 과정에서 온도 TINTERMEDIATE의 중간 온도 작동 매체는 두 압력용기들을 통과하여 거기에 있는 압력매체를 냉각/가열한다. 특히, 가열된 압력용기를 통과하는 중간 온도 작동 매체는 열전달 과정을 통하여 TINTERMEDIATE에 가깝게 압력용기 온도를 내리고, 냉각된 압력용기를 통과하는 중간 온도 작동 매체는 열전달 과정을 통하여 TINTERMEDIATE에 가깝게 (그러나, TINTERMEDIATE에 이르지 못함) 압력용기 온도를 가열한다.
그러나, 압력용기를 통과한 후 중간 온도 작동 매체가 방열기를 통하여 중간 저장체로 복귀되는 이전 예시와는 달리, 본 예에서 중간 온도 작동 매체는 두 단계 (two-beat)의 순서로 경사 탱크로 흐른다.
제1 순서 단계에서, 가열된 중간 온도 작동 매체 제1 분량은 압력용기에서 TINTERMEDIATE < THEATED < THOT'인 온도 THEATED로 유출되고, 작동 매체 제2 분량은 TINTERMEDIATE < THEATED' < THEATED < THOT' 등인 온도 THOT'로 압력용기에서 방출된다. 가열된 작동 매체는 각각의 압력용기 경사 탱크로 진입되고 경사 탱크는 가열된 작동 매체 분량들을 담고 이들 간 온도 경사를 유지한다.
동시에, 냉각된 중간 온도 작동 매체 제1 분량은 압력용기에서 TINTERMEDIATE > TCOOLED > ΤCOOL'인 온도 TCOOLED로 유출되고, 작동 매체 제2 분량은 TINTERMEDIATE > TCOOLED' > TCOOLED > ΤCOOL' 등인 온도 TCOOLED'로 압력용기에서 방출된다. 냉각된 작동 매체는 각각의 압력용기 경사 탱크로 진입되고 경사 탱크는 냉각된 작동 매체 분량들을 담고 이들 간 온도 경사를 유지한다.
어떤 경우든, 가열된 압력용기 내부 가열된 압력매체는 본 단계에서 결코 TINTERMEDIATE 에 이르지 못하므로, 이를 통과하는 중간 온도 작동 매체는 온도 TINTERMEDIATE로 압력용기를 빠져나가지 못하고, 언제나 약간 더 높다는 것을 이해하는 것이 중요하다. 즉, 가열된 중간 온도 작동 매체의 각각 분량은 TINTERMEDIATE < THEATED " < THOT인 온도 THEATED " 이다. 동시에, 냉각된 압력용기 내부 냉각된 압력매체는 본 단계에서 결코 TINTERMEDIATE에 이르지 못하므로, 이를 통과하는 중간 온도 작동 매체는 온도 TINTERMEDIATE로 압력용기를 빠져나가지 못하고, 언제나 약간 더 낮다. 즉, 냉각된 중간 온도 작동 매체의 각각 분량은 TINTERMEDIATE > TCOOLED " > TCOOL인 온도 TCOOLED "이다.
각각의 경사 탱크 내부에 있는 비-혼합 기구로 인하여, 각각의 경사 탱크에 담긴 작동 매체는 온도 경사를 유지하고, 가열된/냉각된 중간 온도 작동 매체 분량들 간 혼합을 지연시킨다.
제1 순서 단계가 완료되면, 각각의 경사 탱크 대부분은 저장체에 걸쳐 있는 다양한 온도의 가열된/냉각된 중간 온도 작동 매체로 충전된다. 이 시점에서, 제2 순서 단계가 수행되고, 이를 교차 단계로 부른다:
가열된 압력용기 경사 탱크 (즉, 제1 순서 단계에서 사용된 가열된 중간 온도 작동 매체를 담고 있는 경사 탱크)로부터 작동매체는 저온 작동 매체에 의해 이전에 온도 TCOLD'로 냉각된 압력매체를 담고 있는 반대 (냉각된) 압력용기로 통과되고, 냉각된 압력용기 경사 탱크 (즉, 제1 순서 단계에서 사용된 냉각된 중간 온도 작동 매체를 담고 있는 경사 탱크)로부터 작동 매체는 고온 작동 매체에 의해 이전에 온도 ΤΗΟΤ'로 가열된 압력매체를 담고 있는 반대 압력용기로 통과된다.
또한, 경사 탱크들로부터 작동매체는 반대 압력용기들에 선입후출 (FILO) 순서로 흐르고, 즉 경사 탱크에 진입한 가열된 중간 온도 작동 매체 마지막 분량 (가열된 중간 온도 작동 매체 중 최대로 냉각된 분량)이 반대 압력용기를 통과하는 제1 분량이 될 것이다. 이러한 방식으로, 교차 단계에서 현재 저온/고온 압력용기를 통과하는 작동매체 온도는 일정하고도 점증적으로 증가/감소한다.
가열된 작동 매체 중 최대 냉각된 분량은 온도 THOT " > TINTERMEDIATE > TCOLD '이고, 냉각된 중간 온도 작동 매체 중 최대 가열된 분량은 온도 TCOLD " < TINTERMEDIATE < ΤΗ OT '라는 것을 주목하여야 한다. 따라서, 냉각된/가열된 압력매체 TCOLD'/ΤHOT' 및 가열된/냉각된 중간 온도 작동 매체 중 최대로 냉각된/가열된 분량 THOT "/TCOLD " 간 온도차이는 전자 및 TINTERMEDIATE에서의 중간 온도 작동매체 간 이전 온도차이보다 훨씬 크다는 것을 이해할 수 있다. 또한 LIFO 순서로 교차 단계를 수행하는 이유 중 하나는 선입선출 (FIFO) 순서가 적용된다면, 가열된/냉각된 중간 온도 작동 매체 중 최대로 가열된/냉각된 분량이 압력매체와 격렬한 열전달을 수행하여 가열된/냉각된 중간 온도 작동 매체 중 최대로 냉각된/가열된 분량은 열전달에 큰 영향을 못 미치기 때문이다. LIFO 순서를 적용하면 작동 매체의 각각의 분량을 양호하게 이용할 수 있다.
상기 단계 (변환 (switch) 단계)에서, 가열된 중간 온도 작동 매체 및 냉각된 압력매체 사이 열전달이 진행되어 냉각된 압력매체 평균 온도는 대체로 TAV _C = (TCOLD' + THEATED ")/2이 된다. 동시에, 냉각된 중간 온도 작동 매체 및 가열된 압력매체 사이 열전달이 진행되어 냉각된 압력매체 평균 온도는 대략 TAV _H = (THOT' + TCOOLED")/2이 된다.
상기 온도차이로 인하여 (즉 TINTERMEDIATE < THEATED " < HOT' 및 TINTERMEDIATE > TCOOLED " > TCOLD ") 온도 TAV _C 및 TAV _H 는 TINTERMEDIATE의 중간 온도 작동매체만이 압력매체를 냉각/가열하기 위하여 사용될 때 획득되는 상응하는 평균 온도 TAV _ C' 및 TAV _ H'보다 더욱 가열/냉각된다는 것에 주목하여야 한다.
두 압력용기들의 압력매체들이 열전달을 종료하고 온도들 TAV _C 및 TAV _H에 이른 후, 주요 사이클 (단계 (I) 및 (III))이 자체 반복되지만 고온 작동 매체는 이제 이전에 냉각된 압력용기로 흐르고 저온 작동 매체는 이제 이전에 가열된 압력용기로 흐른다.
따라서 변환 단계는 이전에 기재된 발전기를 더욱 개선시켜 압력매체와의 더욱 효율적인 열전달이 가능하게 하여, 가열된/냉각된 압력매체는 TINTERMEDIATE에 훨씬 가까운 온도로 가열/냉각 후 복귀하고, TINTERMEDIATE보다 더 낮은/높은 온도에 이를 수 있다.
순서의 양 단계들에서, 중간 온도 작동 매체 (반드시 온도 TINTERMEDIATE일 필요는 없지만)는 방열기를 통과하여, 외부 환경 (통상 주변 공기지만 방열기가 매몰된 임의의 기타 매체일 수 있다)와의 열 전달 과정을 수행한다.
발전기 동작을 통하여, 작동 매체 및 압력매체의 열역학적 성능으로 인하여, 발전기는 일정하게 열을 생성하고, 방열기를 통하여 이것은 다시 주변 환경으로 방출된다. 더욱 상세하게는, 본 장치에서 가열된 중간 온도 작동 매체의 온도 증가는 냉각된 중간 온도 작동 매체 온도 감소보다 약간 더 크다. 이러한 증가/감소 차이는 중간 온도 작동 매체의 약간의 과열로 나타나고, 즉 과잉 열이 발생한다. 그러나, 이것은 방열기를 통한 과잉 열의 제거로 보상된다.
발전기 전체, 및 더욱 상세하게는, 고온/저온/중간 온도 작동 매체가 통과하는 발전기 전체 관 (piping)은 언제나 정압이라는 점에 주목하여야 한다 (즉 순환 유무와 무관하게 관의 각 부분에는 언제나 작동 매체가 존재한다). 따라서, 시스템 초기 단계에서, 경사 탱크는 여기에 중간 온도의 물 (즉 온도 TINTERMEDIATE의 물)을 가진다. 제1 순서 단계 과정에서, 가열된/냉각된 중간 온도 작동 매체가 경사 탱크에 진입할 때, 거기에 이미 담긴 작동 매체는 방출되고 온도 TINTERMEDIATE의 중간 온도 작동매체를 담고 있는 보조 저장 저장체로 다시 재-순환된다.
변환 단계 (제2 순서 단계)에서, 경사 탱크에 담근 작동매체를 적합한 압력용기로 압송하기 위하여, 중간 온도 작동 매체는 경사 탱크로 순환되고, 따라서 가열된/냉각된 중간 온도 작동 매체를 저장체로부터 원하는 압력용기로 압송한다. 제2 순서 단계에서, 저장체들 (고온/저온/중간)은 순환 유체로부터 차단되므로, 사실, 중간 온도 작동 매체만이 발전기 관을 통하여 순환된다는 것에 주목하여야 한다.
또한 발전기는 하나 이상의 정온기 (thermostat) 구성을 포함하여 고온/저온/중간 온도 작동 매체뿐 아니라 가열된/냉각된 압력매체를 제어한다. 예를들면, 정온기(들)은 중간 온도 작동 매체를 발전기가 둘러싸인 주변 환경 (공기, 물 등)의 온도와 대체로 동일한 온도로 유지시키도록 구성된다.
축열기
(
Accumulator
) 구성
상기 구성에 의하면, 발전기는 저장 작동 매체를 담고 있는 축열기를 더욱 포함한다. 축열기에는 발전기에 의해 제공되는 출력 동력에 의해 작동되는 가열 장치가 구비된다.
축열기는 각각의 유출밸브 및 유출밸브에 연결되는 상응하는 유입라인 및 유출라인을 통하여 압력용기와 선택적 유체 연통된다.
작동에 있어서, 발전기 출력 동력 일부가 가열 장치를 작동하는데 사용되며, 축열기 내부에 담긴 작동매체를 가열시킨다. 따라서, 필요한 순간에, 고온 저장체가 차단되고, 축열기는 필요한 고온 작동 매체를 제공한다. 이러한 장치에서, 사용되지 않는 임의의 과잉 출력 동력이 축열기에 제공되며, 사실상의, 축열기로써 작동된다.
특정 실시예에 의하면, 가열 요소는 저장 작동 매체를 가열시키도록 가열되는 가열 코일 또는 임의의 기타 요소일 수 있다. 달리, 가열 장치는 보조 열펌프 (미도시)로 구성될 수 있고, 축열기는 두 구역을 포함할 수 있고, 즉 한 구역은 보조 열펌프 증발기 측과 열적 연통하고, 다른 구역은 보조 열펌프 응축기 측과 열적 연통한다.
특히, 각각의 구역은 상응하는 유입라인 및 유출라인이 부착되는 각각의 입구 (inlet)를 가진다. 본 장치는 출구 (outlet)가 고온 구역 최상부에 위치하고, 입구는 고온 구역 바닥에 위치한다. 반대로, 저온 구역 출구는 바닥에, 입구는 최상부에 위치한다.
상기 장치에서 고온 구역의 고온 영역에서 고온 작동 매체가 회수되고, 본 작동 매체는 고온 구역 저온 영역으로 복귀시킨다. 상응되도록, 본 장치는 저온 구역의 저온 영역에서 저온 작동 매체를 회수하고, 본 온도 작동 매체를 저온 구역의 고온 영역으로 복귀시킨다.
작동에 있어서, 구역들에 있는 보조 작동 매체가 각각의 고온/저온 저장체들의 온도와 비슷한 온도에 도달하면, 발전기 작동에 사용되면서, 주 열펌프는 임시적으로 동작을 중단한다.
축열기는 작동매체와 조합되는 열펌프 및 직접 가열 요소 (예를들면 코일) 모두를 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 특히, 고온 구역에는 그 구역에 담긴 저장 유체를 직접 가열하기 위한 히터들이 구비될 수 있다. 보조 열펌프 작동 과정에서, 고온/저온 구역 내의 저장매체는 가열/냉각 한계에 도달할 수 있다 (즉 최고/최저 온도 한계에 도달). 이러한 경우, 보조 열펌프 작동은 중단되고, 이후 히터들이 고온 구역에 있는 저장매체를 더욱 가열하기 위하여 사용된다.
상기 장치에서, 보조 열펌프가 중단되면, 고온 구역에 있는 작동 매체는 고온 작동 매체로 사용되고, 저온 구역에 있는 작동 매체는 저온/중간 작동 매체로 사용된다.
본 발명의 상기 모든 양태들에 있어서, 각각의 고온/저온 저장체의 열원/냉원 (heat/cold source) 발생에 사용되는 공조기 (A/C unit)는 각각이 기본 A/C 압축/팽창 방식으로 동작하는 다수의 등급 (grade)을 포함하는 종속 구성 (cascade arrangement) 형태이다.
특히, 종속 구성은 고온 저장체에 열을 제공하는 제1 단-등급 및 저온 저장체에 필요한 냉각을 제공하는 제2 단-등급을 포함한다.
각각의 등급은 증발기 부분 (section), 압축기, 팽창 부재 및 응축기 부분을 포함하며, 상응하는 압축 및 팽창을 수행하여 응축기에 고온원 및 증발기에 저온원 (source)을 제공하는 유체 (기체 또는 액체)를 담고 있다.
특히, 각각의 등급에 있는 유체는 증발기 온도 TEVAP (n) 및 응축기 온도 TCOND (n)를 가지고, 여기에서 TCOND (n) > TEVAP (n)이고 n은 등급 수를 나타낸다.
본 종속 구성은 하나의 등급 응축기 부분이 다음 등급 증발기 부분과 열 교환하도록 구성된다. 특히, 하나의 등급 응축기에 있는 압축유체 온도는 열 교환이 일어나는 다음 등급 증발기에 있는 팽창 유체 온도보다 더 높게 설계된다.
각각의 등급은 폐쇄-루프로 작동되고, 즉 각각의 유체는 다음 등급의 유체와 접촉되지 않는다. 특히, 다음 두 등급 간 열 교환은 중간 부재, 예를들면 열전도면을 통하여 이루어진다.
특정 실시예에 의하면, 다음 두 등급 간 열 교환 과정은 직경 D2 < D1의 외관을 관통하는 직경 D1의 내관을 포함하는 열교환기에서 일어난다. 내관은 하나의 등급 응축기를 이루고 외관은 다음 등급 증발기를 구성한다.
따라서, 작동에 있어서, 압축되어 온도 TCOND (n)로 가열된 하나의 등급 압축 유체는 내관으로 흐르고, 팽창되어 온도 TEVAP (n+1)< TCOND (n)로 냉각된 다음 등급 팽창 유체는 외관으로 흐른다 (따라서 내관 주위로 흐른다). 그 결과, 내관 벽을 통하여 열 교환이 일어난다-내관 내면과 접하는 가열된 유체 및 내관 외면과 접하는 냉각된 유체. 이러한 열교환 과정에서, 열은 내관을 흐르는 유체에서 외관에 흐르는 유체로 방출된다.
열교환기는 내관에 의해 정의되는 부피가 내관 외면 및 외관 내면 사이로 정의되는 부피보다 작도록 설계된다는 것에 주목하여야 한다. 특히, 외관 내면은 관 길이축에 수직인 단면이 실질적으로 원형이고, 내관의 내면 및/또는 외면은 동일 단면에서 더욱 나선형 (more convoluted shape)일 수 있다.
응축부 및 증발부 내부에서 유동 방향은 (평행 열교환기에서와 같이) 평행하거나, 즉 압축 유체 및 팽창 유체가 동일 방향으로 흐를 수 있다. 달리, 유동 방향은 (역류 열교환기에서와 같이)반대 방향, 즉 압축 유체 및 팽창 유체는 반대 방향으로 흐를 수 있다.
각각의 등급은 상이한 유체를 가질 수 있고, 상이한 온도 범위에서 작동하도록 구성될 수 있다. 특히, 동일 등급 내에서 응축기에 있는 유체의 고온 TCONS 및 증발기에 있는 유체의 저온 TEVAP 차이는 모든 등급 간에 대체로 유사하다. 예를들면, 온도 차이는 약 30℃일 수 있다.
특정 실시예에 의하면, 종속 구성은 7 등급들을 포함하고, 각각은 온도 범위 Δ 약 30℃에서 작동하고, 제1 등급 증발기에 있는 유체 온도 TEVAP (1)는 0℃ 정도로 낮고, 제7 등급 응축기에 있는 유체 온도 TEVAP (7)는 245℃로 높다.
모든 등급에서, 제1 등급 증발기에 있는 팽창 유체 온도는 다음 등급 응축기에 있는 압축 유체의 응축 온도보다 언제나 낮다는 것을 이해하여야 한다. 즉, TEVAP(n) < TCOND (n+l).
또한 발전기는 각각의 등급 압축기 및/또는 팽창 밸브 작동을 조절하여 하나의 등급에 있는 유체 압축 온도 및 다음 등급에 있는 유체 팽창 온도 사이 원하는 차이를 유지하기 위하여 제어기를 포함한다.
전기된 바와 같이, 각각의 등급은 증발기에서 응축기 진행 과정에서 각 등급에 순환하는 유체를 압축하기 위한 압축기를 포함한다. 각 등급에서 응축기 및 증발기 사이 대체로 유사한 온도 범위를 유지하기 위하여, 각 등급의 압축기는 상이한 소비전력을 가지므로 각 등급은 상이한 COP에서 작동하도록 구성된다.
이러한 이유는 가열/냉각 COP는 온도 차이를 고온/저온으로 제산하여 계산된다. 따라서, 27℃ 및 57℃ 사이 30℃ 응축기/증발기 차이를 가지는 등급은
90℃ 및 120℃ 사이 30℃ 응축기/증발기 차이를 가지는 등급과는 다른 COP를 보인다.
달리, 각각의 등급은 동일한 압축기 (즉 동일 동력 제공)가 구비될 수 있다. 그러나, 이러한 장치에서, 각각의 등급 응축기/증발기 간 온도 차이 (저온에서 고온)는 점차로 감소될 것이다. 예를들면, 제1 등급의 Δ는 제1 등급에 대하여 30℃, 제2 등급에 대하여 24℃, 제3 등급에 대하여 20℃ 등일 수 있다.
여러 등급들을 가지는 종속 구성을 사용함으로써, 각각의 등급이 고온 저장체 THOT 및 저온 저장체 TCOLD 사이 전체 온도 차이에 기여한다는 것을 이해할 수 있다. 상기 예시의 경우, 7개의 등급 각각은 약 30℃를 기여하므로, 240℃ 온도차이가 획득된다.
온도차이 240℃을 가지는 단일 압축/팽창 사이클은 각각이 자체적 압축/팽창 사이클에 기여하는 7 개의 압축기들보다 훨씬 낮은 COP를 가진다는 것을 이해하여야 한다. 그 결과, 단일 압축/팽창 사이클에서 낭비되는 에너지는 종속 구성의 경우보다 더 크고, 이에 따라 본원에 기재된 발전기는 더욱 효율적이다.
상기된 바와 같이, 발전기는 압력용기 내부 압력 유체를 가열/냉각 후 작동매체가 환경과 열 교환시키는 방열기를 포함한다.
특정 설계에 따르면, 고온 작동 매체는, 압력 유체를 가열한 후 (및 이후 냉각되고) 다시 고온 저장체로 직접 복귀되지만, 저온 작동 매체는, 압력 유체를 냉각한 후 (및 이후 가열되고) 방열기를 통과하여 환경에 의해 냉각된다.
방열기는 환경 온도 및 저온 작동 매체 온도에 따라 제어되도록 구성되고, 따라서 저온 작동 매체는 대체로 일정한 예정 온도로 방열기를 빠져나간다.
더욱 상세하게는, 방열기는 방열기 냉각속도를 결정하는 제어 요소, 및 한편으로 방열기를 나오는 저온 작동매체 온도를 측정하고, 다른 한편으로 제어기에 데이터를 제공하는 감지 유닛을 포함한다.
예를들면, 저온 작동 매체가 방열기를 나와 저온 저장체에 예정 온도 T로 진입되도록 하기 위하여, 감지유닛은 방열기에서 나오는 저온 작동 매체 온도 T'을 측정하고:
(a) T' > T이면, 감지유닛은 측정값을 제어 유닛에 제공하고, 유닛은 다시 방열기 냉각속도를 높여 (예를들면 냉각팬 회전속도 증가), 온도 T'를 낮추고;
(b) T' < T이면, 감지유닛은 측정값을 제어 유닛에 제공하고, 유닛은 다시 방열기 냉각속도를 줄여 (예를들면 냉각팬 회전속도 감소), 온도 T'를 높인다.
상기 구성을 참조하면, 종속 구성을 적용할 때, 본 구성에서 저온 저장체와 연관된 종속 구성 제1 등급에 진입하는 저온 작동 매체와 방열기 내부 열 교환이 발생하도록 구성된다. 특히, 이러한 열 교환으로 저온 작동 매체 (압력용기를 통과한 후 현재 가열된)는 온도 T'∼TENV가 되고, 여기에서 TCOND > TENV > TEVAP, 이때 TCOND는 제1 등급 응축기에 있는 압축 유체 고온이고 TEVAP는 제1 등급 증발기에 있는 팽창 유체 저온이다.
(각자의 압축기에 따라) 각각의 등급은 예정 온도 범위로 설계되며, 즉 냉각단 (증발기)에서 예정 열량을 제거하도록 구성된다는 것에 주목하여야 한다. 압축기가 그 등급의 압축/팽창 사이클에서 회수할 수 있는 것보다 더 많은 열을 제공하는 환경에 증발기가 있다면, 본 등급은 덜 효율적이다 (즉 압축기는 증발기로부터의 열 제거를 감당할 수 없다).
따라서, 종속 구성은 환경 온도에 따라 이러한 작동 및 전체 온도 범위를 조절하도록 구성된다. 더욱 상세하게는, 환경 온도가 증가하여 TENV > TCOND > TEVAP이고, 종속 구성 제1 등급이 덜 효율적인 경우 (상기된 바와 같이), 종속 구성은 제1 등급을 통과시키고 저온 저장체를 제2 등급과 연결하도록 구성될 수 있다.
상기 장치에서, 저온의 TEVAP (1) 및 고온의 TCOND (7) 사이에서 작동하는 대신, 종속 구성은 저온의 TEVAP (2) 및 고온의 TCOND (7) 사이에서 이제 작동된다. 따라서, 고온 및 저온 저장체 사이의 전체 온도 차이는 줄어들지만, 종속 구성 효율은 대체로 동일하게 유지된다.
상기와 같은 조정을 위하여, 종속 구성은 제2 등급에 연결되고 저온 저장체 내부에 위치한 증발기를 포함하는 통과 모듈을 가질 수 있다. 통과 모듈은 제1 등급을 완전히 차단하고 제2 등급 압축 유체를 제2 등급 본래 증발기 대신 통과 모듈 증발기 내부에서 팽창시키도록 유도하는 밸브들을 더욱 포함한다.
발전기 특정 설계에 의하면, 다음과 같은 특징부들을 포함한다:
- 다중 압력용기들 - 발전기 각각의 측들 (좌/우)은 4 개의 압력용기를 포함하고, 각각은 상기 예들을 참조하여 기술된 압력용기와 유사하다;
- 선형 코어 연결 - 각각의 용기는 6개의 코어를 포함하지만, 전기 예들과는 달리, 코어들은 서로 선형으로 연결되어 긴 작동 매체 유로를 형성한다 (전기된 바와 같은 평행 연결에 비하여 6배 길다);
- 선형 용기 연결 (작동매체) - 각각의 측에 있는 4 개의 압력용기 코어들은 상호 선형으로 연결되어 더욱 긴 작동 매체 유로를 형성한다;
- 선형 용기 연결 (압력매체) - 각각의 측에 있는 높은 압력매체를 가지는 4 개의 압력용기 구역들은 고압 연결을 통하여 상호 유체 연통하고, 이에 따라 긴 압력매체 유로를 형성한다;
- 외부 저온 저장체 - A/C 유닛 증발기로 구성되는 저온 저장체는 환경에 노출되고 작동 매체가 통과하는 순환에는 사용되지 않는다.
작동에 있어서, 발전기 일측의 완전한 사이클은 다음 단계들을 포함한다 (반대측이 축에서만 동일한 단계들을 수행하는 것을 고려):
a) 고온 작동 매체는 A/C 유닛 응축기단에서 24개의 코어들 길이를 따라 통과하여 (4개의 압력용기 각각에 있는 6개의 코어들), 압력매체 온도를 최고 작동 온도로 올리고, 동시에 더 낮은 온도로 냉각된다;
b) 4번째 압력용기의 마지막 코어에서, 냉각된 고온 작동 매체는 최소한 남아있는 추가 열량을 토출하기 위하여 방열기를 통과한 후 A/C 유닛 응축기단으로 복귀한다;
c) 주변온도인 중간 온도 작동 매체가 중간 저장체로부터 4 개의 압력용기들의 모든 24개의 코어들을 통과하여, 압력매체 온도를 최고 작동 온도 아래로 낮추고, 동시에 더 높은 온도로 가열된다;
d) 마지막 코어에서, 중간 작동 매체는 저장되어 있던 경사 탱크로 흘러, 경사 탱크로 진입하는 중간 온도 작동 매체 제1 분량은 최고 온도이고 경사 탱크로 진입하는 최종 분량은 최저 온도이다;
e) 주변온도인 중간 온도 작동 매체가 중간 저장체로부터 4개의 압력용기들의 모든 24개의 코어들을 통과하여, 압력매체 온도를 최저 작동온도로 더욱 낮추고, 동시에 더 높은 온도로 가열된다;
f) 마지막 코어에서, 중간 작동 매체는 임의의 추가 열을 환경으로 토출하기 위하여 방열기를 통과하고 중간 작동 저장체로 다시 흐른다;
g) 가열된 중간 온도 작동 매체가 경사 탱크로부터 4개의 압력용기들의 코어들을 통과하여, 압력매체를 최저 작동온도 이상 그러나 여전히 최고 작동온도 아래 온도로 점차 가열시킨다. 점증적 가열은 LIFO 구성을 적용하여 달성되며, 여기에서는 경사 탱크에 진입한 마지막 분량 (최저 온도)이 코어들을 제일 먼저 통과한다;
h) 마지막 코어에서, 중간 온도 작동 매체는 중간 저장체로 흐르고 방열기를 통과하여 임의의 추가 열을 환경으로 토출한다;
i) 단계 (a)로부터 반복.
특히, 단계 (a) 및 (b), 및 (e) 및 (f)는 제1 주기 지속되고 단계 (c) 및 (d), 및 (g) 및 (h)는 제1 주기보다 긴 제2 주기 지속된다. 특히, 제2 주기는 제1 주기 2배일 수 있다. 특정 예시에서, 제1 주기는 약 5초일 수 있고 제2 주기는 약 10초일 수 있다.
발전기는 다양한 동력-요구 시스템 예를들면 가정, 수송수단 (예를들면 차량, 선박, 항공기 (plain), 잠수함 등), 공업 설비 등에 적용될 수 있다. 특히, 주변 공기가 아닌 매체에 최소한 부분적으로 매몰될 때 작동되는 시스템의 예시에서, 발전기는 작동 매체로서 이러한 특정 매체를 사용하도록 구성된다. 예를들면, 발전기가 해양 항해를 위한 선박에 사용되는 경우, 작동 매체는 해수일 수 있다.
압력매체와 관련하여, 다음과 같은 점을 주목하여야 한다:
- 압력매체를 예압하면 (pre-loading), 열전달 계수는 증가한다;
- 압력매체를 예압하면, 압력매체의 부피 팽창 계수는 감소한다;
- 압력매체를 예압하면, 압력매체 밀도는 증가한다;
- 압력매체 밀도가 증가할수록, 압력으로 인한 부피 변동 감수성은 줄어든다;
- 압력매체를 예압하면, 압력매체 밀도가 증가한다;
- 압력매체를 예압하면, 열용량은 감소된다; 및
- 압력매체를 예압하면, 압력매체 점도는 증가한다.
상기에 더하여, 본 발명의 발전기는 다음과 같은 특징부를 포함한다:
- 발전기 작동 중에, 하나의 작동 단계에서 다음 단계로 변환될 때, 유입밸브들의 선택적 개방과 관련하여 유출밸브들의 선택적 개방을 지연시키는 것이 유익할 수 있다. 예를들면, 단계 (a) 과정에서, 고온 작동 매체는 코어들을 통과하여 유입밸브 및 유출밸브는 고온 저장체와 유체 연통되고, 단계 (b)에서, 저온 작동 매체가 코어들을 통과하여 유입밸브 및 유출밸브는 저온 저장체와 유체 연통된다. (a) 에서 (b)로 변환될 때, 유출밸브의 선택적 변환을 지연시켜 코어에 담긴 모든 고온 작동 매체가 먼저 완전히 고온 저장체로 복귀될 때까지 고온 저장체와 유체 연통을 유지하고 이후에 유출밸브가 저온 저장체와 유체 연통되는 것이 유익하다;
- 작동 매체로부터 열을 흡수하지 않도록 코어 내부 정적 나선형은 매우 낮은 열전달 계수를 가지는 재료로 제조될 수 있다. 이러한 재료의 예로는 열전달 계수가 약 0.1인 유리섬유일 수 있다;
- 발전기는 여러 경사 탱크들을 가질 수 있고, 일부는 고온 작동 매체만을 위한 것으로 다른 일부는 저온 작동 매체만을 위한 것으로 설계될 수 있다;
- 높은 내압성을 제공하도록 코어는 강화 리브들로 형성될 수 있다. 내압성 증가로 코어 벽 두께가 얇아지므로, 작동 매체 및 압력매체 간 열전달이 증가된다;
- 축열기는 예압되어 거기에 담긴 작동매체 비점을 상승시킬 수 있어, 더 많은 열을 흡수할 수 있다; 축열기 자체는 예비 작동 매체 부-시스템으로 사용될 수 있다;
- 발전기는 압축기 제어 따라서 공조기 COP 제어, 밸브 작동들을 포함한 발전기 최적 작동을 위한 제어기를 포함할 수 있다;
- 축열기는 두 구역들을 포함하고, 하나의 구역은 고온 저장 매체를 담고 다른 구역은 저온 저장 매체를 포함한다;
- 축열기 구역은 수직 배향을 가지므로, 경사탱크와 유사한 열 경사를 가능하게 한다;
- 약 1MW 생산용 발전기는 무게가 약 30톤이다. 약 100 평방미터의 면적을 차지한다;
- 축열기는 가정/사무실/공장 등에 온수/냉수의 직접 공급원으로 사용될 수 있다;
- 축열기 사용으로 발전기 전체 용량을 66%까지 줄일 수 있고 (열펌프를 사용하여 축열기가 작동될 때), 이에 따라 발전기 시스템 치수를 2/3까지 줄일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면 발전기 압력용기와 통합되는 코어가 제공되고, 상기 코어는 내부 관 및 외부 관으로 구성되고, 각각은 개별적으로 회전되고, 상기 코어가 상기 압력용기 내에서 변위될 때, 제1 매체는 내부 관 및 외부 관 사이에 존재하고 제2 매체는 내부 관 및 외부 관과 상기 압력용기 사이에 존재하도록 구성된다.
본 발명을 이해하고 실제 구현 방법을 보이기 위하여 비-제한적 예시들에 의해 도면을 참고하여 실시예들이 기술될 것이다:
도 78A 내지 78H는 본 발명에 의한 다양한 발전기 변형예들의 개략도이다;
도 1A 내지 1D는 본 발명 발전기의 개략적 사시도, 정면도, 측면도 및 단면도이다;
도 2A는 기계 동력 유닛들 및 에너지 발생 유닛이 생략된 도 1A에 도시된 발전기의 개략적 사시도이다;
도 2B는 도 2A의 A에 대한 개략적 확대도이다;
도 3A는 도 1A 발전기 압력용기 및 에너지 발생 유닛의 개략적 사시도이다;
도 3B는 도 3A에 도시된 압력용기에 대한 개략적 단면도이다;
도 3C는 도 3B의 B에 대한 개략 확대도이다;
도 3D는 도 3B의 C에 대한 개략 확대도이다;
도 3E는 도 3B에 도시된 단면의 개략 정면도이다;
도 4A는 도 1A에 도시된 발전기의 압력용기 개략 사시도이다;
도 4B는 도 4A의 D에 대한 개략 확대도이다;
도 4C는 압력용기 덮개 (shell)가 제거된 도 4A의 D의 개략 사시도이다;
도 4D는 덮개가 제거된 도 4A에 도시된 압력용기의 개략 사시도이다;
도 4E는 여러 다른 요소들이 제거된 E의 개략 확대도이다;
도 4F는 도4A의 F에 대한 개략 확대도이다;
도 5A는 압력용기의 개략적인 사시단면도이다;
도 5B는 압력용기 코어 편(segment)의 개략 사시도이다;
도 5C는 압력용기의 추가적인 사시단면도이다;
도 6A 내지 6C는 도 1A에 도시된 발전기의 동력 발생 유닛에 대한 개략적 사시도이다;
도 7A 내지 7C는 압력용기에 사용되는 방열 유닛의 개략 정면도이다;
도 8A 내지 8F는 발전기 작동의 개략 분석도이다;
도 9는 축열기 장치가 조합되어 적용될 때 도 1A 발전기의 개략 사시도이다;
도 10은 발전기 작동의 추가 개략 분석도이다;
도 11A는 도 1A 내지 1D에 도시된 발전기의 다른 예에 대한 개략 정면 사시도이다;
도 11B는 도 11A 발전기의 개략 배면 사시도이다;
도 12A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 경사 시스템의 개략 사시도이다;
도 12B는 도 12A에 도시된 경사 시스템의 개략 확대도이다;
도 12C는 여러 요소들이 제거된 도 12A에 도시된 경사 시스템의 개략 사시도이다;
도 12D는 도 12C에 도시된 발전기의 개략 측면도이다;
도 13A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 방열기 부분의 개략 사시도이다;
도 13B는 케이스가 투명하게 처리되는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 작동 매체 저장체의 개략 사시도이다;
도 14A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 혼합 기구의 개략 사시도이다;
도 14B는 발전기 여러 요소들이 제거된 도 14A에 도시된 혼합 기구의 개략 사시도이다;
도 14C는 도 14B의 G에 대한 개략 확대도이다;
도 14D는 압력용기 중심축에 대한 수직면을 따라 취한 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 압력용기의 개략 단면도이다;
도 14E 및 14F는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 구동나사의 개략적 사시도 및 개략적 단면도이다;
도 15A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 유량조절기의 개략적 사시도이다;
도 15B는 덮개가 투명하게 처리된 도 15 A에 도시된 조절기의 개략 확대도이다;
도 15C는 도 15B에 도시된 유량조절기 개략도이다;
도 16A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 축열기 장치의 개략 사시도이다;
도 16B는 도 16 A에 도시된 축열기 장치의 개략 배면 사시도이다;
도 17A 내지 17D는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기의 합류관의 개략 사시도이다;
도 17E 및 17EE는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기의 개략적인 작동매체 온도 도표이다;
도 18A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기를 포함하는 수송수단의 개략적 사시도이다;
도 18B는 여러 요소들이 제거된 도 18A에 도시된 수송수단의 개략 사시도이다;
도 18C는 여러 요소들이 더욱 제거된 도 18B에 도시된 수송수단의 개략 사시도이다;
도 18D 및 18E는 도 18C에 도시된 수송수단의 개략 평면도 및 저면도이다;
도 18F 및 18G는 도 18C의 H 및 I의 개략 확대도이다;
도 19A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기를 포함하는 선박의 개략 사시도이다;
도 19B는 여러 요소들이 제거된 도 19A에 도시된 선박의 개략 사시도이다;
도 19C는 여러 요소들이 더욱 제거된 도 19B에 도시된 선박의 개략 사시도이다;
도 19D 내지 19F는 도 19C의 J, K 및 L의 개략 확대도이다;
도 20A 및 20B는 도 11A 및11B에 도시된 발전기의 원통 부품 (cylindrical component)의 개략 단면도이다;
도 20C는 내부에 나선 요소를 가지는 도 20A에 도시된 원통 부품의 개략 사시 부분단면도이다;
도 20D는 본 발명의 발전기에 사용되는 다른 예시적 원통 부품의 개략 사시도이다;
도 20E는 중심축을 따라 취한 도 20D에 도시된 원통 부품의 개략 단면도이다;
도 21A 내지 21G는 도 20A 및 20B에 도시된 원통 부품을 제조하는 여러 단계들의 개략 사시도이다;
도 22A 및 22B는 본 발명의 다른 예에 의한 발전기의 개략 정면도 및 배면 사시도이다;
도 22C는 도 22A의 M에 대한 개략 확대도이다;
도 22D는 도 22B의 N에 대한 개략 확대도이다;
도 23A는 도 22A에 도시된 발전기에 사용되는 작동 매체 부-시스템의 개략 사시도이다;
도 23B는 하우징이 제거된 도 23A에 도시된 작동 매체 부-시스템의 개략 사시도이다;
도 23C는 도 23B에 도시된 작동 매체 부-시스템의 개략 우측면도이다;
도 23D는 도 23B의 면 I-I를 따라 취한 도 23 A에 도시된 작동 매체 부-시스템의 개략 단면도이다;
도 23E는 도 23D의 O에 대한 개략 확대도이다;
도 23F는 도 23B의 면 II-II를 따라 취한 도 23 A에 도시된 작동 매체 부-시스템의 개략 단면도이다;
도 24A 및 24B는 본 발명 발전기에 사용되는 다른 예시적 작동 매체 부-시스템의 개략 정면 사시도 및 배면 사시도이다;
도 24C 및 24D는 도 24A 및 24B의 P 및 Q의 개략 확대도이다;
도 25A는 본 발명 발전기에 사용되는 다른 예시적 작동 매체 부-시스템의 개략 사시도이다;
도 25B는 도 25A의 R에 대한 개략 확대도이다;
도 26A 및 26B은 상기 도면에 도시된 발전기 제조에 사용될 수 있는 두 재료들의 특성을 보이는 도표이다;
도 27A는 본 발명의 다른 예에 의한 발전기의 개략 사시도이다;
도 27B는 지지 구조체가 제거된 도 27A에 도시된 발전기의 개략 사시도이다;
도 27C 내지 27E는 도 27B에 도시된 발전기의 개략 정면, 배면 및 측면도이다;
도 28A는 도 27A 내지 27E에 도시된 발전기 정면 합류관의 개략 사시도이다;
도 28B는 도 28A에 도시된 합류관의 개략 확대도이다;
도 29A는 도 27A 내지 27E에 도시된 발전기에 사용되는 압력시스템의 개략 사시도이다;
도 29B 및 29C는 도 29A에 도시된 압력 시스템의 단일 원통 정면 부분의 개략 사시도 및 정면도이다;
도 30A 내지 30C는 도 29 A에 도시된 압력 시스템의 중앙부에 대한 개략 평면-사시도, 저면-사시도 및 측면도이다;
도 31A 및 31B는 일부 원통이 제거된 도 29 A에 도시된 압력시스템의 개략 배면-사시도 및 측면도이다;
도 32A 및 32B는 도 27A 내지 27E에 도시된 발전기에 사용되는 경사 탱크의 개략 사시도이다;
도 33A는 발전기 저장체들이 연결될 때 도 27A 내지 27E에 도시된 발전기에 사용되는 축열기 장치의 개략 사시도이다;
도 33B는 도 33A에 도시된 축열기 장치의 개략 사시도이다;
도 33C는 도 33A에 도시된 축열기 장치의 개략 사시도이다;
도 34는 도 27A 내지 27E에 도시된 발전기에 사용되는 열펌프의 개략 사시도이다;
도 35A는 도 27 A 내지 27E에 도시된 발전기에 사용되는 기어 조립체의 개략 사시도이다;
도 35B는 덮개가 제거된 도 35 A에 도시된 기어 조립체의 개략 사시도이다;
도 35C 내지 35E는 도 35A 및 35B에 도시된 기어 조립체 기구의 개략 확대 사시도, 측면도 및 평면도이다;
도 36A 및 36B는 본 발명의 다른 예에 의한 발전기의 개략 사시도 및 측면도이다;
도 36C는 도 36A 및 36B에 도시된 발전기의 개략 확대 사시도이다;
도 36D는 압력용기가 제거된 도 36 A 및 36B에 도시된 발전기의 개략 사시도이다;
도 37A는 도 36D에 도시된 합류관의 개략 확대 사시도이다;
도 37B는 도 37A에 도시된 합류관 정면-우측면에서의 개략 확대 사시도이다;
도 37C는 도 37A에 도시된 합류관 정면-좌측면에서의 개략 확대 사시도이다;
도 37D는 도 36A 및 36B에 도시된 발전기 후단의 개략 사시도이다;
도 37E는 도 37C에 도시된 합류관의 개략 확대 사시도이다;
도 38은 도 36A 및 36B에 도시된 발전기에 사용되는 압력시스템의 개략 사시도이다;
도 39는 도 36A 및 36B에 도시된 발전기에 사용되는 열펌프의 개략 사시도이다;
도 40A는 도 36A 내지 36D에 도시된 발전기에 사용되는 축열기 장치의 개략 사시도이다;
도 40B는 도 40A에 도시된 축열기 장치의 관 (piping) 시스템의 확대도이다;
도 40C 및 40D는 도 40A에 도시된 축열기 장치 구역들의 개략 확대 사시도이다;
도 41A는 도 36A 및 36B에 도시된 발전기에 사용되는 단일 원통의 개략 사시도이다;
도 41B는 도 41A에 도시된 원통 선단의 개략 확대사시도이다;
도 41C는 하우징이 제거된 도 41A에 도시된 단일 원통의 개략 사시도이다;
도 41D는 도 41C에 도시된 원통 선단의 개략 확대사시도이다;
도 41E는 도 41C에 도시된 원통 중앙부의 개략 확대사시도이다;
도 42A는 본 발명의 다른 예에 의한 도 36A 및 36B에 도시된 발전기의 압력용기에 사용되는 코어 부분의 개략 사시도이다;
도 42B는 도 42A에 도시된 코어 선단부의 개략 확대 사시도이다;
도 42C는 도 42A에 도시된 코어 후단부의 개략 확대 사시도이다;
도 42D는 도 42A에 도시된 코어의 개략 배면도이다;
도 42E는 도 42C에 도시된 코어 후단부의 개략 확대 사시도이다;
도 43은 본 발명의 또 다른 예에 의한 도 36A 및 36B에 도시된 발전기의 압력용기에 사용되는 코어 부분의 개략 사시도이다;
도 44A는 본 발명의 또 다른 예에 의한 도 36A 및 36B에 도시된 발전기의 압력용기에 사용되는 코어 부분의 개략 사시도이다;
도 44B는 도 44A에 도시된 코어 선단부의 개략 확대 사시도이다;
도 44C는 도 44A에 도시된 코어 후단부의 개략 확대 사시도이다;
도 45A는 본 발명의 또 다른 예에 의한 도 36A 및 36B에 도시된 발전기의 압력용기에 사용되는 코어 부분의 개략 사시도이다;
도 45B는 도 44A에 도시된 코어 후단부의 개략 확대 사시도이다;
도 45C는 도 44A에 도시된 코어 선단부의 개략 확대 사시도이다;
도 46A는 도 36A 및 36B에 도시된 발전기에 사용되는 압력용기의 개략 분해사시도이다;
도 46B 내지 46D는 도 46A에 도시된 압력용기 부분들의 개략 확대 사시도이다;
도 47은 본 발명의 다른 예에 따른 도 36A 및 36B에 도시된 발전기에 사용되는 기어 장치 기구의 개략 사시도이다;
도 48A는 본 발명 발전기에 사용되는 작동 매체 부-시스템의 개략 사시도이다;
도 48B 및 48C는 A-A 및 B-B 면들에서 취한 도 49 A에 도시된 부-시스템의 사시 측방향 단면도 및 길이방향 단면도이다;
도 49A는 도 36 A 내지 36D에 도시된 발전기에 사용되는 압력용기의 개략 사시도이다;
도 49B 내지 49E는 도 49A에 도시된 부분들의 개략 확대도이다;
도 49F는 단일 코어만을 가지고 도 49A에 도시된 압력용기들에 사용되는 브레이싱 장치의 개략 사시도이다;
도 49G는 도 49F에 도시된 브레이싱 장치의 개략 사시도이다;
도 49H는 도 49G에 도시된 부분의 개략 확대사시도이다.
도 50A는 본원 발명의 다른 예시에 따른 발전기로 구성되는 발전기 시스템의 개략적 등각투상도이다;
도 50B는 도 50A에 도시된 발전기의 개략적인 등각투상도이다;
도 51은 도 50에 도시된 발전기의 압력용기 개략적인 등각 부분 단면도이다;
도 52A는 상보적 관 및 경사탱크를 가지는 도 51에 도시된 압력용기의 개략적인 등각투상도이다;
도 52B는 도 52A의 개략적 확대도이다;
도 52C는 도 50A 및 50B에 도시된 발전기에 사용되는 경사탱크의 개략적 단면 등각투상도이다;
도 53A는 도 51의 개략적 확대도이다;
도 53B는 설명 목적으로 하우징이 제거된 도 53A의 압력용기 개략도이다;
도 53C는 도 53B의 개략적 확대도이다;
도 53D는 압력용기 중심축에 대한 수직면을 따라 취한 도 51에 도시된 압력용기 개략 단면도이다;
도 53E는 도 53E에 도시된 압력용기 코어의 개략적 확대 부분 단면도이다;
도 54A는 본원 발명의 다른 예시에 따른 발전기의 개략적 등각투상도이다;
도 54B는 도 54A에 도시된 발전기에 사용되는 가열 사이클의 개략적 등각투상도이다;
도 55A는 본원 발명의 다른 예시에 따른 발전기의 개략적 등각투상도이다;
도 55B는 도 55A에 도시된 발전기에 사용되는 가열 사이클의 개략적 등각투상도이다;
도 55C는 도 55A에 도시된 발전기에 사용되는 공기 가열 사이클의 개략적 등각투상도이다;
도 55D는 도 55A에 도시된 발전기에 사용되는 잔류물 (residual) 가열 사이클의 개략적 등각투상도이다;
도 56A는 본원 발명의 추가 예시에 따른 발전기의 개략적 등각투상도이다;
도 56B는 도 56A에 도시된 발전기에 사용되는 가열 사이클의 개략적 등각투상도이다;
도 56C 내지 56E는 도 56B에 도시된 가열 사이클의 개략적인 등각 부분 확대도이다;
도 57A는 도 56C 내지 56E에 도시된 가열 사이클에 사용되는 가열 용기의 개략적인 등각투상도이다;
도 57B는 도 57 A에 도시된 가열 용기의 개략적 등각 단면도이다;
도 57C 및 57D는 도 57B에 도시된 가열 용기의 개략적인 등각 상부 및 바닥부 확대도이다;
도 57E는 본원 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력용기에 사용되는 코어의 개략적인 등각투상도이다;
도 58은 도 57A에 도시된 발전기에 사용되는 잔여 가열 사이클의 개략적인 등각투상도이다;
도59A는 본원 발명에 의한 발전기에 사용되는 압력용기 및 코어의 단면 슬라이스의 개략적인 등각투상도이다;
도59B는 도 59A에 도시된 코어의 개략적인 등각투상도이다;
도59C는 도 59B에 도시된 M1 부분의 개략적 확대도이다;
도59D는 도 59C에 도시된 M2 부분의 개략적 확대도이다;
도59E는 도 59D에 도시된M2 부분의 개략적 정면도이다;
도60A는 본원 발명의 또 다른 실시예에 의한 발전기에 사용되는 압력용기 및 코어의 단면 슬라이스의 개략적인 등각투상도이다;
도60B는 도 60A에 도시된 코어의 개략적인 등각투상도이다;
도60C는 도 60B에 도시된 M3 부분의 개략적 확대도이다;
도60D는 도 60C에 도시된 M4 부분의 개략적 확대도이다;
도60E는 도 60D에 도시된M4 부분의 개략적 정면도이다;
도61A 본원 발명에 의한 또 다른 실시예인 태양광 분야 관련 발전기 시스템의 개략적인 등각투상도이다;
도 61B는 도 61A에 도시된 발전기 시스템의 개략적인 등각투상도이다;
도 61C는 도 61A에 도시된 발전기 시스템의 부분 개략도이다;
도 62A는 도 61A 내지 61C에 도시된 발전기에 사용되는 압력 모듈의 개략적인 등각투상도이다;
도 62B는 도 62A에 도시된 압력 모듈의 개략적인 등각 단면도이다;
도 62C 및 62D는 도 62B의 부분의 개략적 확대도이다;
도 63A는 도 62B에 도시된 압력 모듈의 개략적 정면도이다;
도 63B는 도 63A에 도시된 압력 모듈 일부에 대한 개략적인 등각투상도이다;
도 64는 도 62A 내지 63B에 도시된 압력용기에 사용되는 코어 일부의 개략적 확대도이다;
도 65A는 본원 발명에 의한 또 다른 실시예인 발전기 시스템의 개략적인 등각투상도이다;
도 65B는 도 65A에 도시된 일부에 대한 개략적인 등각 확대도이다;
도 66A는 도 65A 및 65B에 도시된 발전기에 도시된 압력용기의 개략적인 등각투상도이다;
도 66B는 도 66A에 도시된 압력용기의 개략 단면도이다;
도 66C는 도 66B에 도시된 용기의 개략적 정면도이다;
도 66D는 도 66C에 도시된 용기 일부의 개략적 확대도이다;
도 66E는 도 66D에 도시된 일부의 개략적인 등각투상도이다;
도 67A는 도 66A에 도시된 용기에 사용되는 코어 유닛의 개략적인 등각 단면도이다;
도 67B는 도 67A에 도시된 코어의 개략적 분해도이다;
도 67C는 도 67B에 도시된 일부의 개략적 확대도이다;
도 68A는 도 65A에 도시된 발전기 시스템의 관 및 합류부들의 개략적인 등각투상도이다;
도 69는 도 65A에 도시된 발전기에 사용되는 피스톤의 개략적인 등각 단면도이다;
도 70A는 본원의 또 다른 실시예에 의한 발전기 시스템의 개략적인 등각투상도이다;
도 70B는 도 70A에 도시된 시스템의 개략적 상면도이다;
도 70C는 도 70A에 도시된 발전기 일부의 개략적인 등각투상도이다;
도 70D는 도 70C에 도시된 발전기 일부의 개략적 확대도이다;
도 70E는 도 70C에 도시된 발전기의 다른 일부에 대한 개략적 확대도이다;
도 71A는 도 70A에 도시된 시스템의 제1 가열 장치의 개략적인 등각투상도이다;
도 71B는 명료성을 위하여 연료 챔버를 제거한 도 71A에 도시된 제1 가열 시스템에서 개략적인 등각투상도이다;
도 72A는 도 70A에 도시된 시스템에 사용되는 가열 코어의 개략 단면도이다;
도 72B는 도 72A에 도시된 코어의 일부의 개략적 확대도이다;
도 72C는 도 72A에 도시된 코어 부분의 개략적인 등각투상도이다;
도72D는 도 72C에 도시된 코어 일부에 대한 개략적 확대도이다;
도 73A는 도 70A에 도시된 발전기에 사용되는 제2 가열 시스템의 개략 단면도이다;
도 73B는 도 73A에 도시된 가열 시스템 일부의 개략적 확대도이다;
도 73 C 내지 73F는 도 70A에 도시된 시스템의 여러 작동 단계들을 보이는 시스템의 개략적 상면도이다;
도 74A는 도 70A 내지 73F에 도시된 발전기 시스템의 변형예에 대한 개략적인 등각투상도이다;
도 74B는 도 74A에 도시된 발전기 일부에 대한 개략적 확대도이다;
도 75A 및 75B는 발전기의 두 작동 단계들을 보이는 도 74A 및 74B에 도시된 발전기의 개략적 후면도이다;
도 76A는 본원의 또 다른 실시예에 의한 발전기 시스템의 개략적인 등각투상도이다;
도 76B는 도 76A에 도시된 발전기의 개략적 후면 등각투상도이다;
도 76C는 도 76A 및 76B에 도시된 발전기 변형예의 개략적 확대도이다;
도 76D는 도 76A 내지 76C에 도시된 발전기에 사용되는 응축기 장치 일부의 개략적인 등각투상도이다;
도 77A 및 77B는 본원의 발전기 실시예들에서 구현되는 열교환 과정에 대한 개략적 다이어그램이다.
도 78A 내지 78H는 본 발명에 의한 다양한 발전기 변형예들의 개략도이다;
도 1A 내지 1D는 본 발명 발전기의 개략적 사시도, 정면도, 측면도 및 단면도이다;
도 2A는 기계 동력 유닛들 및 에너지 발생 유닛이 생략된 도 1A에 도시된 발전기의 개략적 사시도이다;
도 2B는 도 2A의 A에 대한 개략적 확대도이다;
도 3A는 도 1A 발전기 압력용기 및 에너지 발생 유닛의 개략적 사시도이다;
도 3B는 도 3A에 도시된 압력용기에 대한 개략적 단면도이다;
도 3C는 도 3B의 B에 대한 개략 확대도이다;
도 3D는 도 3B의 C에 대한 개략 확대도이다;
도 3E는 도 3B에 도시된 단면의 개략 정면도이다;
도 4A는 도 1A에 도시된 발전기의 압력용기 개략 사시도이다;
도 4B는 도 4A의 D에 대한 개략 확대도이다;
도 4C는 압력용기 덮개 (shell)가 제거된 도 4A의 D의 개략 사시도이다;
도 4D는 덮개가 제거된 도 4A에 도시된 압력용기의 개략 사시도이다;
도 4E는 여러 다른 요소들이 제거된 E의 개략 확대도이다;
도 4F는 도4A의 F에 대한 개략 확대도이다;
도 5A는 압력용기의 개략적인 사시단면도이다;
도 5B는 압력용기 코어 편(segment)의 개략 사시도이다;
도 5C는 압력용기의 추가적인 사시단면도이다;
도 6A 내지 6C는 도 1A에 도시된 발전기의 동력 발생 유닛에 대한 개략적 사시도이다;
도 7A 내지 7C는 압력용기에 사용되는 방열 유닛의 개략 정면도이다;
도 8A 내지 8F는 발전기 작동의 개략 분석도이다;
도 9는 축열기 장치가 조합되어 적용될 때 도 1A 발전기의 개략 사시도이다;
도 10은 발전기 작동의 추가 개략 분석도이다;
도 11A는 도 1A 내지 1D에 도시된 발전기의 다른 예에 대한 개략 정면 사시도이다;
도 11B는 도 11A 발전기의 개략 배면 사시도이다;
도 12A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 경사 시스템의 개략 사시도이다;
도 12B는 도 12A에 도시된 경사 시스템의 개략 확대도이다;
도 12C는 여러 요소들이 제거된 도 12A에 도시된 경사 시스템의 개략 사시도이다;
도 12D는 도 12C에 도시된 발전기의 개략 측면도이다;
도 13A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 방열기 부분의 개략 사시도이다;
도 13B는 케이스가 투명하게 처리되는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 작동 매체 저장체의 개략 사시도이다;
도 14A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 혼합 기구의 개략 사시도이다;
도 14B는 발전기 여러 요소들이 제거된 도 14A에 도시된 혼합 기구의 개략 사시도이다;
도 14C는 도 14B의 G에 대한 개략 확대도이다;
도 14D는 압력용기 중심축에 대한 수직면을 따라 취한 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 압력용기의 개략 단면도이다;
도 14E 및 14F는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 구동나사의 개략적 사시도 및 개략적 단면도이다;
도 15A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 유량조절기의 개략적 사시도이다;
도 15B는 덮개가 투명하게 처리된 도 15 A에 도시된 조절기의 개략 확대도이다;
도 15C는 도 15B에 도시된 유량조절기 개략도이다;
도 16A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기에 사용되는 축열기 장치의 개략 사시도이다;
도 16B는 도 16 A에 도시된 축열기 장치의 개략 배면 사시도이다;
도 17A 내지 17D는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기의 합류관의 개략 사시도이다;
도 17E 및 17EE는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기의 개략적인 작동매체 온도 도표이다;
도 18A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기를 포함하는 수송수단의 개략적 사시도이다;
도 18B는 여러 요소들이 제거된 도 18A에 도시된 수송수단의 개략 사시도이다;
도 18C는 여러 요소들이 더욱 제거된 도 18B에 도시된 수송수단의 개략 사시도이다;
도 18D 및 18E는 도 18C에 도시된 수송수단의 개략 평면도 및 저면도이다;
도 18F 및 18G는 도 18C의 H 및 I의 개략 확대도이다;
도 19A는 도 11A 및 11B에 도시된 발전기를 포함하는 선박의 개략 사시도이다;
도 19B는 여러 요소들이 제거된 도 19A에 도시된 선박의 개략 사시도이다;
도 19C는 여러 요소들이 더욱 제거된 도 19B에 도시된 선박의 개략 사시도이다;
도 19D 내지 19F는 도 19C의 J, K 및 L의 개략 확대도이다;
도 20A 및 20B는 도 11A 및11B에 도시된 발전기의 원통 부품 (cylindrical component)의 개략 단면도이다;
도 20C는 내부에 나선 요소를 가지는 도 20A에 도시된 원통 부품의 개략 사시 부분단면도이다;
도 20D는 본 발명의 발전기에 사용되는 다른 예시적 원통 부품의 개략 사시도이다;
도 20E는 중심축을 따라 취한 도 20D에 도시된 원통 부품의 개략 단면도이다;
도 21A 내지 21G는 도 20A 및 20B에 도시된 원통 부품을 제조하는 여러 단계들의 개략 사시도이다;
도 22A 및 22B는 본 발명의 다른 예에 의한 발전기의 개략 정면도 및 배면 사시도이다;
도 22C는 도 22A의 M에 대한 개략 확대도이다;
도 22D는 도 22B의 N에 대한 개략 확대도이다;
도 23A는 도 22A에 도시된 발전기에 사용되는 작동 매체 부-시스템의 개략 사시도이다;
도 23B는 하우징이 제거된 도 23A에 도시된 작동 매체 부-시스템의 개략 사시도이다;
도 23C는 도 23B에 도시된 작동 매체 부-시스템의 개략 우측면도이다;
도 23D는 도 23B의 면 I-I를 따라 취한 도 23 A에 도시된 작동 매체 부-시스템의 개략 단면도이다;
도 23E는 도 23D의 O에 대한 개략 확대도이다;
도 23F는 도 23B의 면 II-II를 따라 취한 도 23 A에 도시된 작동 매체 부-시스템의 개략 단면도이다;
도 24A 및 24B는 본 발명 발전기에 사용되는 다른 예시적 작동 매체 부-시스템의 개략 정면 사시도 및 배면 사시도이다;
도 24C 및 24D는 도 24A 및 24B의 P 및 Q의 개략 확대도이다;
도 25A는 본 발명 발전기에 사용되는 다른 예시적 작동 매체 부-시스템의 개략 사시도이다;
도 25B는 도 25A의 R에 대한 개략 확대도이다;
도 26A 및 26B은 상기 도면에 도시된 발전기 제조에 사용될 수 있는 두 재료들의 특성을 보이는 도표이다;
도 27A는 본 발명의 다른 예에 의한 발전기의 개략 사시도이다;
도 27B는 지지 구조체가 제거된 도 27A에 도시된 발전기의 개략 사시도이다;
도 27C 내지 27E는 도 27B에 도시된 발전기의 개략 정면, 배면 및 측면도이다;
도 28A는 도 27A 내지 27E에 도시된 발전기 정면 합류관의 개략 사시도이다;
도 28B는 도 28A에 도시된 합류관의 개략 확대도이다;
도 29A는 도 27A 내지 27E에 도시된 발전기에 사용되는 압력시스템의 개략 사시도이다;
도 29B 및 29C는 도 29A에 도시된 압력 시스템의 단일 원통 정면 부분의 개략 사시도 및 정면도이다;
도 30A 내지 30C는 도 29 A에 도시된 압력 시스템의 중앙부에 대한 개략 평면-사시도, 저면-사시도 및 측면도이다;
도 31A 및 31B는 일부 원통이 제거된 도 29 A에 도시된 압력시스템의 개략 배면-사시도 및 측면도이다;
도 32A 및 32B는 도 27A 내지 27E에 도시된 발전기에 사용되는 경사 탱크의 개략 사시도이다;
도 33A는 발전기 저장체들이 연결될 때 도 27A 내지 27E에 도시된 발전기에 사용되는 축열기 장치의 개략 사시도이다;
도 33B는 도 33A에 도시된 축열기 장치의 개략 사시도이다;
도 33C는 도 33A에 도시된 축열기 장치의 개략 사시도이다;
도 34는 도 27A 내지 27E에 도시된 발전기에 사용되는 열펌프의 개략 사시도이다;
도 35A는 도 27 A 내지 27E에 도시된 발전기에 사용되는 기어 조립체의 개략 사시도이다;
도 35B는 덮개가 제거된 도 35 A에 도시된 기어 조립체의 개략 사시도이다;
도 35C 내지 35E는 도 35A 및 35B에 도시된 기어 조립체 기구의 개략 확대 사시도, 측면도 및 평면도이다;
도 36A 및 36B는 본 발명의 다른 예에 의한 발전기의 개략 사시도 및 측면도이다;
도 36C는 도 36A 및 36B에 도시된 발전기의 개략 확대 사시도이다;
도 36D는 압력용기가 제거된 도 36 A 및 36B에 도시된 발전기의 개략 사시도이다;
도 37A는 도 36D에 도시된 합류관의 개략 확대 사시도이다;
도 37B는 도 37A에 도시된 합류관 정면-우측면에서의 개략 확대 사시도이다;
도 37C는 도 37A에 도시된 합류관 정면-좌측면에서의 개략 확대 사시도이다;
도 37D는 도 36A 및 36B에 도시된 발전기 후단의 개략 사시도이다;
도 37E는 도 37C에 도시된 합류관의 개략 확대 사시도이다;
도 38은 도 36A 및 36B에 도시된 발전기에 사용되는 압력시스템의 개략 사시도이다;
도 39는 도 36A 및 36B에 도시된 발전기에 사용되는 열펌프의 개략 사시도이다;
도 40A는 도 36A 내지 36D에 도시된 발전기에 사용되는 축열기 장치의 개략 사시도이다;
도 40B는 도 40A에 도시된 축열기 장치의 관 (piping) 시스템의 확대도이다;
도 40C 및 40D는 도 40A에 도시된 축열기 장치 구역들의 개략 확대 사시도이다;
도 41A는 도 36A 및 36B에 도시된 발전기에 사용되는 단일 원통의 개략 사시도이다;
도 41B는 도 41A에 도시된 원통 선단의 개략 확대사시도이다;
도 41C는 하우징이 제거된 도 41A에 도시된 단일 원통의 개략 사시도이다;
도 41D는 도 41C에 도시된 원통 선단의 개략 확대사시도이다;
도 41E는 도 41C에 도시된 원통 중앙부의 개략 확대사시도이다;
도 42A는 본 발명의 다른 예에 의한 도 36A 및 36B에 도시된 발전기의 압력용기에 사용되는 코어 부분의 개략 사시도이다;
도 42B는 도 42A에 도시된 코어 선단부의 개략 확대 사시도이다;
도 42C는 도 42A에 도시된 코어 후단부의 개략 확대 사시도이다;
도 42D는 도 42A에 도시된 코어의 개략 배면도이다;
도 42E는 도 42C에 도시된 코어 후단부의 개략 확대 사시도이다;
도 43은 본 발명의 또 다른 예에 의한 도 36A 및 36B에 도시된 발전기의 압력용기에 사용되는 코어 부분의 개략 사시도이다;
도 44A는 본 발명의 또 다른 예에 의한 도 36A 및 36B에 도시된 발전기의 압력용기에 사용되는 코어 부분의 개략 사시도이다;
도 44B는 도 44A에 도시된 코어 선단부의 개략 확대 사시도이다;
도 44C는 도 44A에 도시된 코어 후단부의 개략 확대 사시도이다;
도 45A는 본 발명의 또 다른 예에 의한 도 36A 및 36B에 도시된 발전기의 압력용기에 사용되는 코어 부분의 개략 사시도이다;
도 45B는 도 44A에 도시된 코어 후단부의 개략 확대 사시도이다;
도 45C는 도 44A에 도시된 코어 선단부의 개략 확대 사시도이다;
도 46A는 도 36A 및 36B에 도시된 발전기에 사용되는 압력용기의 개략 분해사시도이다;
도 46B 내지 46D는 도 46A에 도시된 압력용기 부분들의 개략 확대 사시도이다;
도 47은 본 발명의 다른 예에 따른 도 36A 및 36B에 도시된 발전기에 사용되는 기어 장치 기구의 개략 사시도이다;
도 48A는 본 발명 발전기에 사용되는 작동 매체 부-시스템의 개략 사시도이다;
도 48B 및 48C는 A-A 및 B-B 면들에서 취한 도 49 A에 도시된 부-시스템의 사시 측방향 단면도 및 길이방향 단면도이다;
도 49A는 도 36 A 내지 36D에 도시된 발전기에 사용되는 압력용기의 개략 사시도이다;
도 49B 내지 49E는 도 49A에 도시된 부분들의 개략 확대도이다;
도 49F는 단일 코어만을 가지고 도 49A에 도시된 압력용기들에 사용되는 브레이싱 장치의 개략 사시도이다;
도 49G는 도 49F에 도시된 브레이싱 장치의 개략 사시도이다;
도 49H는 도 49G에 도시된 부분의 개략 확대사시도이다.
도 50A는 본원 발명의 다른 예시에 따른 발전기로 구성되는 발전기 시스템의 개략적 등각투상도이다;
도 50B는 도 50A에 도시된 발전기의 개략적인 등각투상도이다;
도 51은 도 50에 도시된 발전기의 압력용기 개략적인 등각 부분 단면도이다;
도 52A는 상보적 관 및 경사탱크를 가지는 도 51에 도시된 압력용기의 개략적인 등각투상도이다;
도 52B는 도 52A의 개략적 확대도이다;
도 52C는 도 50A 및 50B에 도시된 발전기에 사용되는 경사탱크의 개략적 단면 등각투상도이다;
도 53A는 도 51의 개략적 확대도이다;
도 53B는 설명 목적으로 하우징이 제거된 도 53A의 압력용기 개략도이다;
도 53C는 도 53B의 개략적 확대도이다;
도 53D는 압력용기 중심축에 대한 수직면을 따라 취한 도 51에 도시된 압력용기 개략 단면도이다;
도 53E는 도 53E에 도시된 압력용기 코어의 개략적 확대 부분 단면도이다;
도 54A는 본원 발명의 다른 예시에 따른 발전기의 개략적 등각투상도이다;
도 54B는 도 54A에 도시된 발전기에 사용되는 가열 사이클의 개략적 등각투상도이다;
도 55A는 본원 발명의 다른 예시에 따른 발전기의 개략적 등각투상도이다;
도 55B는 도 55A에 도시된 발전기에 사용되는 가열 사이클의 개략적 등각투상도이다;
도 55C는 도 55A에 도시된 발전기에 사용되는 공기 가열 사이클의 개략적 등각투상도이다;
도 55D는 도 55A에 도시된 발전기에 사용되는 잔류물 (residual) 가열 사이클의 개략적 등각투상도이다;
도 56A는 본원 발명의 추가 예시에 따른 발전기의 개략적 등각투상도이다;
도 56B는 도 56A에 도시된 발전기에 사용되는 가열 사이클의 개략적 등각투상도이다;
도 56C 내지 56E는 도 56B에 도시된 가열 사이클의 개략적인 등각 부분 확대도이다;
도 57A는 도 56C 내지 56E에 도시된 가열 사이클에 사용되는 가열 용기의 개략적인 등각투상도이다;
도 57B는 도 57 A에 도시된 가열 용기의 개략적 등각 단면도이다;
도 57C 및 57D는 도 57B에 도시된 가열 용기의 개략적인 등각 상부 및 바닥부 확대도이다;
도 57E는 본원 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력용기에 사용되는 코어의 개략적인 등각투상도이다;
도 58은 도 57A에 도시된 발전기에 사용되는 잔여 가열 사이클의 개략적인 등각투상도이다;
도59A는 본원 발명에 의한 발전기에 사용되는 압력용기 및 코어의 단면 슬라이스의 개략적인 등각투상도이다;
도59B는 도 59A에 도시된 코어의 개략적인 등각투상도이다;
도59C는 도 59B에 도시된 M1 부분의 개략적 확대도이다;
도59D는 도 59C에 도시된 M2 부분의 개략적 확대도이다;
도59E는 도 59D에 도시된M2 부분의 개략적 정면도이다;
도60A는 본원 발명의 또 다른 실시예에 의한 발전기에 사용되는 압력용기 및 코어의 단면 슬라이스의 개략적인 등각투상도이다;
도60B는 도 60A에 도시된 코어의 개략적인 등각투상도이다;
도60C는 도 60B에 도시된 M3 부분의 개략적 확대도이다;
도60D는 도 60C에 도시된 M4 부분의 개략적 확대도이다;
도60E는 도 60D에 도시된M4 부분의 개략적 정면도이다;
도61A 본원 발명에 의한 또 다른 실시예인 태양광 분야 관련 발전기 시스템의 개략적인 등각투상도이다;
도 61B는 도 61A에 도시된 발전기 시스템의 개략적인 등각투상도이다;
도 61C는 도 61A에 도시된 발전기 시스템의 부분 개략도이다;
도 62A는 도 61A 내지 61C에 도시된 발전기에 사용되는 압력 모듈의 개략적인 등각투상도이다;
도 62B는 도 62A에 도시된 압력 모듈의 개략적인 등각 단면도이다;
도 62C 및 62D는 도 62B의 부분의 개략적 확대도이다;
도 63A는 도 62B에 도시된 압력 모듈의 개략적 정면도이다;
도 63B는 도 63A에 도시된 압력 모듈 일부에 대한 개략적인 등각투상도이다;
도 64는 도 62A 내지 63B에 도시된 압력용기에 사용되는 코어 일부의 개략적 확대도이다;
도 65A는 본원 발명에 의한 또 다른 실시예인 발전기 시스템의 개략적인 등각투상도이다;
도 65B는 도 65A에 도시된 일부에 대한 개략적인 등각 확대도이다;
도 66A는 도 65A 및 65B에 도시된 발전기에 도시된 압력용기의 개략적인 등각투상도이다;
도 66B는 도 66A에 도시된 압력용기의 개략 단면도이다;
도 66C는 도 66B에 도시된 용기의 개략적 정면도이다;
도 66D는 도 66C에 도시된 용기 일부의 개략적 확대도이다;
도 66E는 도 66D에 도시된 일부의 개략적인 등각투상도이다;
도 67A는 도 66A에 도시된 용기에 사용되는 코어 유닛의 개략적인 등각 단면도이다;
도 67B는 도 67A에 도시된 코어의 개략적 분해도이다;
도 67C는 도 67B에 도시된 일부의 개략적 확대도이다;
도 68A는 도 65A에 도시된 발전기 시스템의 관 및 합류부들의 개략적인 등각투상도이다;
도 69는 도 65A에 도시된 발전기에 사용되는 피스톤의 개략적인 등각 단면도이다;
도 70A는 본원의 또 다른 실시예에 의한 발전기 시스템의 개략적인 등각투상도이다;
도 70B는 도 70A에 도시된 시스템의 개략적 상면도이다;
도 70C는 도 70A에 도시된 발전기 일부의 개략적인 등각투상도이다;
도 70D는 도 70C에 도시된 발전기 일부의 개략적 확대도이다;
도 70E는 도 70C에 도시된 발전기의 다른 일부에 대한 개략적 확대도이다;
도 71A는 도 70A에 도시된 시스템의 제1 가열 장치의 개략적인 등각투상도이다;
도 71B는 명료성을 위하여 연료 챔버를 제거한 도 71A에 도시된 제1 가열 시스템에서 개략적인 등각투상도이다;
도 72A는 도 70A에 도시된 시스템에 사용되는 가열 코어의 개략 단면도이다;
도 72B는 도 72A에 도시된 코어의 일부의 개략적 확대도이다;
도 72C는 도 72A에 도시된 코어 부분의 개략적인 등각투상도이다;
도72D는 도 72C에 도시된 코어 일부에 대한 개략적 확대도이다;
도 73A는 도 70A에 도시된 발전기에 사용되는 제2 가열 시스템의 개략 단면도이다;
도 73B는 도 73A에 도시된 가열 시스템 일부의 개략적 확대도이다;
도 73 C 내지 73F는 도 70A에 도시된 시스템의 여러 작동 단계들을 보이는 시스템의 개략적 상면도이다;
도 74A는 도 70A 내지 73F에 도시된 발전기 시스템의 변형예에 대한 개략적인 등각투상도이다;
도 74B는 도 74A에 도시된 발전기 일부에 대한 개략적 확대도이다;
도 75A 및 75B는 발전기의 두 작동 단계들을 보이는 도 74A 및 74B에 도시된 발전기의 개략적 후면도이다;
도 76A는 본원의 또 다른 실시예에 의한 발전기 시스템의 개략적인 등각투상도이다;
도 76B는 도 76A에 도시된 발전기의 개략적 후면 등각투상도이다;
도 76C는 도 76A 및 76B에 도시된 발전기 변형예의 개략적 확대도이다;
도 76D는 도 76A 내지 76C에 도시된 발전기에 사용되는 응축기 장치 일부의 개략적인 등각투상도이다;
도 77A 및 77B는 본원의 발전기 실시예들에서 구현되는 열교환 과정에 대한 개략적 다이어그램이다.
도 78A를 참조하면, 열 차등 모듈, 압력 모듈 및 전환모듈을 포함하는 본 발명의 발전기 기본 구성을 보이는 개략도가 도시된다.
열 차등 모듈은 제1의 고온 저장체 및 제2의 저온 저장체를 포함하고, 각각에는 각각 고온/저온의 작동 매체 WM (미도시)가 담겨있다. 제1의 고온 저장체는 열펌프 HP의 응축기단 CE과 열적 연관되어, 열펌프 HP (동력 W1이 제공되면) 작동으로 열 Q은 응축기단으로 제공되어 제1 저장체에 있는 작동 매체 WM는 고온이 유지된다. 제2의 저온 저장체는 환경과 열적 연관된다.
각각의 저장체는 유입밸브 I를 통하여 압력 모듈의 압력용기 PV 유입부 (inlet)와 선택적 유체 연통되는 유입라인 IL 및 유출밸브 O를 통하여 압력용기 PV의 유출부 (outlet)와 선택적 유체 연통되는 유출라인 OL이 구비된다.
압력용기 PV는 압력매체 PM를 포함하고 이를 관통하는 중앙 도관 C이 형성되며, 도관은 유입밸브 I 및 유출밸브 O와 유체 연통되어, 저장체들로부터 작동 매체 WM를 통과시킨다.
압력용기 PV는 전환모듈과 유체 연통되는 압력매체 PM와 유체 연통되는 압력라인 PL이 구비된다. 전환모듈은 다시 압력라인 PL과 유체 연통되는 피스톤 P 및 발전기를 포함한다. 피스톤은 왕복 운동하도록 구성되며 이것은 발전기에 의해 출력 동력 W2을 발생시킨다.
작동에 있어서, 고온/저온 작동매체 WM는 선택적으로 압력용기에 제공되어, 압력매체 PM 팽창 및 수축을 수반하고, 결과적으로 피스톤 P 왕복 운동을 일으킨다. 특히, 다음 단계들이 수행된다:
a) 고온 작동 매체 WM가 고온 저장체에서 유입밸브 I로, 도관 C를 거쳐 유출밸브 O에서 유출되어 다시 고온 저장체로 복귀한다. 고온 작동매체 WM 및 압력매체 PM 사이 열 교환 결과, 전자는 냉각되고 후자는 최고 작동온도로 가열된다. 가열되면, 압력매체 PM는 부피가 증가하여 피스톤 P을 우측으로 변위시킨다;
b) 저온 작동 매체 WM가 저온 저장체에서 유입밸브 I로, 도관 C을 거쳐 유출밸브 O에서 유출되어 다시 저온 저장체로 복귀한다. 저온 작동매체 WM 및 압력매체 PM 사이 열 교환 결과, 전자는 가열되고 후자는 최저 작동온도로 냉각된다. 냉각되면, 압력매체 PM는 부피가 감소하여 피스톤 P을 좌측으로 변위시킨다.
상기 단계들을 반복적으로 수행하여 피스톤 P 왕복운동을 일으키고, 이에 따라 발전기에 의해 전기가 발생될 수 있다.
다음과 같은 점들이 주목된다:
- 고온 저장체가 복귀될 때, 냉각된 고온 작동매체 WM는 열펌프 응축기단에서 추가 열을 흡수하여 본래 고온으로 회복된다;
- 저온 저장체가 복귀될 때, 가열된 저온 작동매체 WM는 최소한 일부 열을 외부 환경에 방출하고 냉각되어 본래 저온으로 회복된다;
- 도관 C 길이에 따라, 저온 저장체와 유체 연통을 제공하는 유입밸브 I 위치를 선택적으로 변환시킨 후, 저온 저장체와 유체 연통을 제공하는 유출밸브 O 위치를 선택적으로 변환시키는 것을 지연시키는 것이 유익하다. 이러한 방식으로, 단계 (b)가 수행되면, 도관 C 에 머물고 있는 고온 작동매체 WM가 먼저 유출라인 OL를 통하여 고온 저장체로 밀려가고, 이후에나 저온 저장체와 유체 연통을 제공하기 위하여 유출밸브 O가 선택적으로 변환된다. 이러한 이익은 단계 (b)에서 단계 (a)로 변환될 때에도 동일하다;
열역학적 동작 관점에서, 일량 W1을 인가하여 열펌프 HP는 증발기단에서 응축기단으로 열량 Q' (증발기가 열적 연통되는 환경에서 흡수된 열)을 회수한다. 따라서, 고온 저장체의 고온 작동매체 WM에 담긴 열량 Q은 Q = Q' + W1.
작동에 있어서, 열교환을 통하여 열량 Q이 압력매체 PM로 제공되어, 열량 Q의 일부 Q1가 피스톤 P 변위에 쓰이고, 최소한 일부 열량 Q2는 압력매체 PM와의 열교환으로 저온 작동매체 WM에 흡수된다.
가열된 저온 작동매체 WM가 유출라인 OL을 통하여 통과할 때 열량 Q2는 외부 환경으로 방출되고, 환경으로부터, 열펌프 증발기단 HP으로 재-회수된다. 이러한 구성으로 소정의 열량 Q2는 발전기에 의해 회수된다 (즉 회수 장치).
열량 Q2는 열펌프 HP의 열역학적 과정에 참여하는 열량 Q'보다 작고, 따라서 열펌프는 끊임없이 환경으로부터 (Q2 이외의) 추가 열을 회수하여야 완전한 열량 Q'을 응축기단으로 제공할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
전환 유닛의 발전기에 의해 제공되는 출력 일량 W2은 에너지로 전환되는 열량 Q1에 따른다. 열량 Q1이 Q' + W1보다 크도록 구성되면, 생성되는 출력 에너지 W2는 W1보다 크다.
특히, 열펌프 HP는 발전기 내부에서 열을 순환시키기 위하여 사용되므로, 열펌프 COP (동작계수)에 따라 입력 일량 W1이 열량 Q' > W1을 이동시키기에 충분하다는 것을 이해할 수 있다. 예를들면, COP = 3이면, W1 = 1KW 인가로 열펌프는 Q' = 2KW의 열을 증발기에서 응축기로 회수할 수 있다. 따라서, 열량 Q1은 W1보다 클 수 있고 이에 따라 출력 에너지 W2 > W1를 생성한다.
도 78B로 돌아가서, 대안적 구성이 도시되며, 직접 열 회수 장치가 도시된다. 이러한 장치에서, 저온 저장체의 유출라인 LO은 압력용기를 나와 직접 저온 저장체로 복귀되는 대신, 먼저 열펌프 HP 증발기단을 통과한다. 이러한 방식으로, 열 Q2이 환경으로 방출되는 대신 열펌프에 의해 증발기단으로부터 재-흡수되고, 직접 열펌프 HP 증발기단으로 돌아가므로, 발전기 작동효율이 개선된다.
도 78C를 참조하면, 또 다른 대안적 발전기 구성이 도시되며 냉각 저장체 장치를 보이며, 여기에서 제1의 고온 저장체가 열펌프 HP 응축기단 (상기 예와 동일)과 열적 연통하고, 저온 저장체가 열펌프 HP 증발기단과 열적 연통된다.
상기 장치에서, 열교환으로 저온 작동매체 WM는 압력매체 PM로부터 부분 열량 Q2을 회수하고, 나머지 열량 q는 환경으로부터 회수하여 증발기단에서 열펌프 HP 응축기단으로 열량 Q'을 제공한다.
도 78D로 돌아가서, 또 다른 구성의 발전기가 도시되며, 압력용기들의 이중 작동을 보인다. 특히, 압력 모듈은 두 압력용기들을 포함하며, 각각은 한편으로는 고온/저온 저장체들과 선택적 유체 연통되고, 다른 한편으로는 각자의 피스톤 장치와 유체 연통된다. 각각의 피스톤은 발전기와 기계적으로 연결되어, 두 피스톤들의 왕복운동은 발전기에 의해 출력 동력을 생성한다.
상기 장치에서, 하나의 압력용기가 고온 저장체와 유체 연통하면, 다른 압력용기는 저온 저장체와 유체 연통되고 및 그 역이다. 따라서, 하나의 압력용기에 있는 압력매체 PM가 가열될 때, 다른 압력용기에 있는 압력매체 PM는 냉각되고 및 그 역이다.
상기 장치에서, 피스톤들 왕복운동은 연동되어 두 피스톤들이 일반적으로 동일 방향으로 동일 시점에 변위된다. 즉, 바닥 압력용기의 압력매체 PM 부피가 증가하여 피스톤을 우측으로 밀면, 최상부 압력용기 압력매체 PM 부피는 감소되어 피스톤을 좌측으로 변위하고 및 그 역이다. 설명을 위하여 '최상부' 및 '바닥'이라는 용어들이 이용되나, 이후 구성들에서 도시된 바와 같이 피스톤들은 나란히 배치될 수 있다. 상기 장치는 상호 연결되는 다수의 압력용기들 (2 개만이 아닌)의 이용을 제공한다는 것을 이해할 것이다.
도 1E에 주목하면, 중간 저장체 구성을 보이는 다른 예시적 발전기가 도시되고, 발전기는 3 저장체들: 고온/중간/저온 저장체를 포함한다. 본 구성은 도 78C에 도시된 냉각 저장체 구성에 중간 온도 작동매체를 가지는 추가 중간 저장체가 조합된 것이다. 각각의 고온/중간/저온 저장체는 압력용기와 선택적 유체 연통된다.
이러한 장치에서, 도 78A에 대하여 설명된 단계 (a) 및 (b)외에도 다음과 같은 두 추가 단계들 (a') 및 (b')이 수행된다:
(a') [단계 (a) 이후 수행] 중간 온도 작동매체 WM 를 중간 온도 저장체에서 압력용기 도관으로 통과시키고, 이에 따라 압력매체 온도를 (열 교환으로) 최고 작동온도에서 중간 작동온도 (최고 작동온도 및 최저 작동온도 사이)로 낮추고;
(b') [단계 (b) 이후 수행] 중간 온도 작동매체 WM를 중간 온도 저장체에서 압력용기 도관으로 통과시키고, 이에 따라 압력매체 온도를 (열 교환으로) 최저 작동온도에서 중간 작동온도 (최고 작동온도 및 최저 작동온도 사이)로 높인다.
상기 장치와 관련하여, 중간 온도 저장체는 외부 환경과 열적 연통되고, 고온/저온 저장체들은 각자의 열펌프 HP 응축기단/증발기단과 열적 연통된다는 것을 이해할 수 있다.
도 78F로 돌아가서, 교차 구성인 또 다른 예시적 발전기가 도시되고, 발전기는 두 압력용기들 (이중 작동 장치와 유사)를 포함하고, 각각의 유출밸브는 유입밸브들과 선택적 유체 연통된다.
특히, 각각의 유출밸브 O는 교차 라인 COL이 구비되어 하나의 압력용기 유출밸브 및 다른 압력용기 유입밸브 사이 유체 연통을 제공한다. 이러한 장치에서, 하기와 같은 추가 교차 단계들이 수행될 수 있다:
(a") [단계 (a') 이후 수행] 중간 작동매체 WM는, 하나의 압력용기 PV 도관을 빠져 나와, 교차 라인 COL을 거쳐 다른 압력용기 PV 유입밸브로 제공되어 거기에 있는 압력매체를 가열하고 다른 유출밸브를 거쳐 중간 온도 저장체로 복귀한다; 및
(b") [단계 (b') 이후 수행] 중간 작동매체 WM는, 하나의 압력용기 PV 도관을 빠져 나와, 교차 라인 COL을 거쳐 다른 압력용기 PV 유입밸브로 제공되어 거기에 있는 압력매체를 냉각하고 다른 유출밸브를 거쳐 중간 온도 저장체로 복귀한다.
상기 구성으로 압력매체 PM 로부터의 더욱 효율적인 열 회수가 가능하다. 더욱 상세하게는, 중간 온도 저장체로 복귀하면서 환경으로/환경으로부터 소정의 열량을 방출/회수하는 대신, 중간 온도 작동매체 WM 는 압력매체 PM와 열 교환하여 열량 일부를 방출/회수하여, 발전기 효율을 높인다.
이제 도 78G로 돌아가서, 열 경사 장치인 또 다른 예시적 발전기를 도시하며 발전기는 하나의 압력용기 (기본 장치와 유사), 및 유출밸브 O 와 연결되는 경사 탱크를 포함한다.
경사 탱크는 거기에 담긴 작동매체 분량들 혼합을 방지하는 장치를 포함하여, 분량들 간 열전달 및 열적 평형 도달 속도를 상당히 줄일 수 있다. 특히, 경사 탱크는, 본 발전기에서 사용될 때, Tl≠T2≠ 및 기타 등인 온도 Tl의 작동매체 제1 분량, 온도 T2의 작동매체 제2 분량 및 기타 등을 가진다.
특히, 하기되는 발전기 작동에서, 경사 탱크는 거기에 담긴 작동매체의 온도 경사를 Tl > T2 > .... > Tn, 또는 달리, Tl < T2 < .... < Tn 로 유지한다.
작동에 있어서, 다음과 같은 여러 도 78A에 대하여 설명되는 기본 작동 단계 (a) 및 (b)에 추가 단계들이 부가될 수 있다:
(b"') [단계 (b) 이전에 수행] 저온 작동매체 WM 가 압력용기 PV 도관을 통과하여 압력매체와의 열 교환으로 가열되고, 저온 저장체로 복귀되는 대신 경사 탱크로 도입된다. 압력용기를 빠져나오는 저온 작동매체 제1 분량이 마지막 분량보다 더 높은 온도로 경사 탱크에 이른다는 것을 이해할 수 있다 (압력매체는 열 교환으로 점증적으로 냉각되므로). 경사 탱크 설계에 따라 이들 분량은 각각 자기 온도를 유지할 수 있고, 궁극적으로, 경사 탱크 최상부는 최고 온도이고 경사 탱크 최하부는 최저 온도가 된다.
(b"") [단계 (b) 이후 수행] 경사 탱크에 있는 작동매체는 다시 압력용기로 LIFO (후입선출) 순서로 재-순환되고, 압력매체를 점차로 중간 온도로 가열시키고, 이후 단계 (a)가 개시된다.
본질적으로, 발전기의 이들 단계는 "정지" 작동으로 기술되며, 여기에서 경사 탱크에 있는 작동매체 WM는 적당한 시간까지 거기에 유지 (정지)되고, 이후 필요한 열 교환을 수행하기 위하여 발전기 관들로 방출된다.
상기 장치는 효율이 높은 또 다른 발전기 열 회수 방법을 제공한다. 또한 LIFO 구성을 적용함으로써 압력매체는 점차로 가열되고 (먼저 최저 온도 분량에서 개시), 작동매체 각 분량의 열량을 더욱 바람직하게 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
또한 경사 탱크는 가열된 저온 작동매체 WM 및 냉각된 고온 작동매체 WM 모두에 대하여 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
하기 상술되는 특정 예시들에 의하면, 발전기는 하나 이상의 경사 탱크를 포함한다. 예를들면, 각각의 압력용기에 각자의 경사 탱크가 제공되고 및/또는 경사 탱크들은 고온/저온 작동매체에 대하여 제공될 수 있다.
도 78H를 참조하면, 축열기 (그린 배터리) 구성인 또 다른 예시적 발전기가 도시되고 발전기는 저장 작동매체를 담고 있는 축열기를 더욱 포함한다. 축열기에는 발전기에 의해 제공되는 출력 동력 W2에 의해 작동되는 가열 장치가 구비된다.
축열기는 각각의 유출밸브 및 유출밸브에 연결되는 상응하는 유입라인 및 유출라인을 통하여 압력용기 PV와 선택적 유체 연통된다.
작동에 있어서, 발전기 출력 동력 일부가 가열 장치를 작동하는데 사용되며, 축열기 내부에 담긴 작동매체를 가열시킨다. 따라서, 필요한 순간에, 고온 저장체가 차단되고, 축열기는 필요한 고온 작동매체를 제공한다.
상기 장치에서, 사용되지 않는 임의의 과잉 출력 동력이 축열기에 제공되며, 사실상의, 축열기로써 작동된다.
특정 실시예에 의하면, 가열 요소는 저장 작동매체를 가열시키도록 가열되는 가열 코일 또는 임의의 기타 요소일 수 있다. 달리, 가열 장치는 보조 열펌프 (미도시)로 구성될 수 있고, 축열기는 두 구역을 포함할 수 있고, 한 구역은 보조 열펌프 증발기 측과 열적 연통하고, 다른 구역은 보조 열펌프 응축기 측과 열적 연통한다.
도 1A를 참조하면, 발전기 (1)가 대략적으로 도시되며, 작동매체 부-시스템 (100)에 연결되는 공조기 (10), 두 압력용기들 (200), 기구적 동력 조립체 (300), 방열기 (400), 동력발생기 (500), 축열기 (50) 및 출구를 포함한다.
일반적으로, 각각의 용기 (200)는 가압 유체를 담고, 발전기는 가압 액체 부피의 주기적 증가/감소에 따라 피스톤의 기구적 왕복 변위 및 이에 따른 발전 원리에 따라 작동된다.
도 3CC를 참조하면, 압력용기 (200)는 중공의 원통체 (210), 및 이를 관통하는 중공의 중앙 코어 (240)를 가지고, 이에 따라 중앙 코어 (240) 외면 (242) 및 원통체 (210) 내면 (214) 사이에 공동이 형성되고, 여기에 가압 유체가 담긴다. 가압 유체의 온도를 조절하기 위하여 중공 중앙 코어 (240) 내면 (243)은 작동매체 부-시스템 (100)로부터 고온/중간/저온 작동매체를 수용하여 관통시키기에 적합하다.
도 1A 내지 1D를 참조하면, 작동매체 부-시스템 (100)은 고온 저장체 (110), 저온 저장체 (120) 및 실온인 중간 온도의 물 저장체 (130)를 포함한다. 용어 '고온', '저온' 및 '중간'이란 본 특정 예에서 상응하는 온도들: 약 40℃, 약 10℃ 및 약 25℃를 의미한다. 작동매체 부-시스템 일측은 공조기 (10)와 유체 연통되고 타측은 압력용기들 (200)과 유체 연통된다.
각각의 저장체 (110, 120, 130)는 분배밸브들 (140)을 통하여 두 압력용기들 (200)과 연결된다. 발전기 (1)는 두 압력용기들 (200)을 가지고, 이를 관통하는 중앙면에 대하여 대체로 대칭이므로, 필요한 경우 좌 (L) 및 우 (R) 표시가 사용된다. 작동매체 부-시스템 (100) 및 우측 압력용기들 (200R) 사이 연결방식이 상세하게 설명될 것이다 (제2 압력용기 (200) 연결방식은 실질적으로 유사하다):
고온 저장체 (110)는 유입라인 (111R)을 통하여 분배밸브 (140R)에 연결되고 유출라인 (112R)를 통하여 압력용기 (200R) 유출라인에 연결된다. 따라서, 저온 저장체 (120)는 유입라인 (121R)을 통하여 분배밸브 (140R)에 연결되고 유출라인 (122R)를 통하여 압력용기 (200R) 유출라인에 연결된다. 저장체 (130)은 유입라인 (131R)을 통하여 분배밸브 (140R)에 연결되고 유출라인 (132R)를 통하여 압력용기 (200R) 유출라인에 연결된다. 라인 (132R)은 방열기 (400) 냉각 요소 (410R)로 연결되고, 냉각 요소 (410) 유출라인은 라인 (133R)을 거쳐 저장체 (130)로 다시 연결된다.
저장체들 (110, 120)뿐 아니라 이들을 압력용기들 (200L, 200R)로 연결하는 관들, 및 방열기 (400)는 단열되어 관들 자체로의 열손실을 방지한다. 유사하게, 분배밸브들 (140L, 140R) 역시 낮은 전도성 재료 (예를들면 티타늄 또는 플라스틱) 로 제조되든지 단열재로 도포된다.
반대로, 저장체 (130)를 압력용기들 (200L, 200R)로 연결하는 관, 및 방열기 (400)는 높은 열전달 계수를 가지는 재료 (예를들면 구리)로 제조되고 환경에 노출되어, '중간' 물의 온도를 가능한 주위 환경과 동일하게 할 수 있다.
일반적으로, 상기 관들은 내재적 수압 (및 무-공기)을 가지고 발전기 (1) 동작 과정에 유지될 수 있도록 제조될 수 있다. 또한, 중간 온도의 물 저장체 (130)는 급수전 (135)을 통하여 가정용 수압 (소비자 수압)에 연결될 수 있어 (도 1C), 시스템에서 압력 강하가 있는 경우, 추가적인 물이 시스템에 제공되어 압력을 재-형성할 수 있다.
발전기 (1)의 일반적인 동작을 설명할 것이다 (작동은 용기 (200R)에 대하여 설명되지만 유사한 동작이 동시에 용기 (200L)에 대하여 일어난다는 것을 이해하여야 한다).
초기에, 용기들 (200)에는 약 5000 atm으로 가압된 압력매체로 채워진다. 코어들 (240)뿐 아니라 모든 상기 연결라인들은 표준 가정용 압력 (소비 압력)으로 작동매체가 충전된다. 이 단계에서, 압력매체 온도는 실온 (예를들면 약 25℃)과 같고, 따라서, 모터 피스톤은 중간 위치에 놓인다.
제1 작동 과정에서, 분배밸브 (140R)가 라인 (111R)에 대하여 개방되고, 고온 저장체로부터 고온수가 용기 (200R) 코어 (240)를 관통하여 순환되기 시작한다. 코어 (240)를 통과하면서, 고온수 (약 40℃) 및 압력매체 (약 25℃) 사이 열 교환이 일어나고, 압력매체는 가열된다. 가열 결과, 압력매체는 부피가 증가하고 (팽창), 결과적으로 피스톤을 제1단으로 변위시킨다.
고온수는, 이제 약간 온도가 떨어져서, 라인 (112R)을 통하여 압력용기 (200R)에서 나와 고온 저장체로 복귀한다. 이러한 과정은 압력매체가 원하는/충분한 정도로 가열될 때 (및 팽창)까지, 즉 피스톤이 원하는 제1 지점으로 변위될 때까지 진행된다. 전형적으로, 압력매체는 고온수와 동일한 온도까지 가열되지 않지만, 약간 낮은 온도, 예를들면 32-35℃로 가열된다.
이후, 분배밸브 (140R)는 고온수 유입라인에 대하여 폐쇄되고, 중간 온도 물 저장체의 라인 (131R)에 대하여 개방된다. 중간 온도의 물 (즉 25℃)이 압력용기 (200R)를 통과하여, 역 열전달이 일어나고, 가열된 압력매체 (약 32-35℃)는 열을 중간 온도의 물로 방출한다. 그 결과, 압력매체는 냉각되고 중간 온도의 물은 가열된다.
압력매체가 냉각되면 부피가 감소되고 피스톤은 초기 위치로 변위된다. 이러한 과정은 압력매체가 원하는/충분한 정도로 냉각될 때까지, 즉 피스톤이 다시 초기 (중간) 위치로 돌아올 때까지 진행된다.
가열된 중간 온도의 물은 라인 (132R)을 통하여 압력용기 (200R)를 나가, 방열기 (400) 냉각 요소 (410R)로 들어간다. 냉각 요소 (410R)에서, 가열된 중간 온도의 물은 다른 열교환을 수행하여 가열된 압력매체로부터 흡수한 열을 주위 환경으로 방출한다. 따라서, 중간 온도의 물은 라인 (133R)을 통하여 중간 온도의 물 저장체 (130)로 저장체 내부 초기 온도(약 25℃)와 가까운 온도로 복귀한다.
발전기 사이클 제1부가 종료된다.
사이클 제1부에 이어, 제2부가 일어나고, 여기에서 저온수를 이용하여 다음과 같은 유사한 작동이 진행된다: 분배밸브 (140R)는 중간 온도 물 저장체 (130)로부터의 물을 차단하고, 라인 (121R)을 통하여 저온 저장체에 대하여 유체 연통하도록 개방된다. 저온수가 용기 (200R) 코어 (240)를 통과한다. 코어 (240)를 통과하면서, 저온수 (약 10℃) 및 압력매체 (사이클 제1부 이후 이제는 약 25℃) 사이 열 교환이 일어나고, 압력매체는 냉각된다. 냉각 결과, 압력매체 부피는 감소하고 (수축), 결과적으로 피스톤은 제2단을 향하여 변위된다.
저온수는 이제 약간 온도가 올라가고, 라인 (122R)을 통하여 압력용기 (200R)를 떠나 저온 저장체로 복귀한다. 이러한 과정은 압력매체가 원하는/충분한 정도로 냉각될 때 (및 수축)까지, 즉 피스톤이 원하는 제2단 위치까지 변위될 때까지 진행된다. 전형적으로, 압력매체는 저온수와 동일한 온도까지 냉각되지 않지만, 약간 낮은 예를들면 15-18℃로 냉각된다.
이후, 분배밸브 (140R)는 저온수 유입라인에 대하여 폐쇄되고, 중간 온도의 물 저장체의 라인 (131R)에 대하여 재-개방된다. 중간 온도 물 (즉 25℃)이 압력용기 (200R)를 통과하여, 역 열전달이 발생하고, 냉각된 압력매체 (약 15-18℃)는 중간 온도의 물에서 열을 흡수한다. 그 결과, 압력매체는 가열되고 중간 온도의 물은 냉각된다.
압력매체 가열로 부피가 증가되고 피스톤은 초기 위치로 기계적 변위된다. 이러한 과정은 압력매체가 원하는/충분한 정도로 가열될 때까지, 즉 피스톤이 초기 (중간) 위치로 다시 변위될 때까지 진행된다.
냉각된 중간 온도 물은 라인 (132R)을 통하여 압력용기 (200R)를 떠나, 방열기 (400) 냉각 요소 (410R)로 들어간다. 냉각 요소 (410R)에서, 냉각된 중간 온도의 물은 다른 열교환을 거쳐 주위 환경으로부터 가열된 압력매체로 상실된 열을 흡수한다. 따라서, 중간 온도 물은 라인 (133R)을 통하여 중간 온도 물 저장체 (130)로 저장체 내부 초기 온도 (약 25℃)와 유사한 온도로 복귀한다.
발전기 사이클 제2부가 종료된다.
요약하면, 발전기의 완전 사이클 과정은 다음과 같이 기술될 수 있다:
I) (고온 저장체 (110) 고온수에 의해) 약 25℃에서 약 32- 35℃로 압력매체가 먼저 가열되고, 피스톤을 초기 위치에서 제1단 위치로 변위시킨다;
II) (중간 온도의 물 저장체 (130)의 중간 온도의 물에 의해) 32-35℃에서 약 25℃로 압력매체가 다시 냉각되고, 피스톤을 다시 초기 위치로 변위시킨다;
III) (저온 저장체 (120)의 저온수에 의해) 약 25℃에서 약 15-18℃로 압력매체가 냉각되고, 피스톤을 초기 위치에서 제2단 위치로 변위시킨다;
IV) (중간 온도의 물 저장체 (130)의 중간 온도의 물에 의해) 약 15- 18℃에서 약 25℃로 압력매체가 가열되고, 피스톤을 초기 위치로 변위시킨다;
저온수/고온수는, 압력용기 (200R)를 통과한 후, 각자의 저장체들 (120, 110)로 직접 복귀하지만, 중간 온도의 물은, 압력용기 (200R)를 통과한 후, 방열기 (400) 냉각 요소 (410)를 통과하여, 압력매체와의 열교환으로 획득한/상실한 열량을 환경으로/환경으로부터 이송/흡수한다는 것을 주목하여야 한다.
제조에 있어서, 고온 저장체 (110) 및 저온 저장체 (120)는, 도 1D에 표시된 바와 같이 공조기 (10) 일부를 구성한다. 각각의 저장체 (110, 120)는 공조기 (10) 작동 유체, 예를들면 프레온 가스를 수용하도록 거기에 완전히 담긴 관군 (tube array)을 가진다.
특히, 공조기 (10)는 라인 (12)를 통하여 고온 저장체 (110) 관들로 프레온 가스를 압축할 수 있는 압축기 (미도시)를 가지고, 따라서 가열된 프레온 가스는 열을 고온 저장체의 물로 전달한다. 이후 냉각된 프레온 가스는 라인 (14)를 통하여 고온 저장체 (110)를 떠나 공조기 (10)로 복귀한다. 이후 냉각된 프레온 가스는 라인 (22)를 통하여 저온 저장체 (120)로 제공되고, 여기 관들에서 팽창되어, 저온 저장체 (120)의 물을 냉각시키고, 라인 (24)를 통하여 빠져 나와 공조기 (10)로 복귀한다. 이러한 과정은 반복적으로 진행되어 고온 저장체 (110)에 고온수 저장체를, 저온 저장체 (120)에 저온수 저장체를 제공한다.
상기 작동 과정은 우측 압력용기 (200R)에 대하여만 설명되었지만, 그러나, 유사한 동작이 좌측 압력용기 (200L)에 대하여도 동시에 진행된다는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 두 주요 작동 사이클은 다음과 같이 진행될 수 있다:
a) 동시 사이클 - 좌측 및 우측 압력용기 (200L, 200R) 모두 상기 단계 (I) 내지 (IV)를 병렬적으로 수행한다. 즉, 발전기 사이클 과정 임의 시점에서, 우측 압력용기 (200R)의 압력매체 온도는 좌측 압력용기 (200L)의 압력매체 온도와 유사하고, 즉 압력매체들 모두 동시에 가열되고 동시에 냉각된다.
b) 교대 사이클 - 압력용기들(200L, 200R) 은 단계 (I) 내지 (IV)를 교번으로, 예를들면 우측 압력용기 (200R)가 사이클 단계 (I)를 수행하면, 좌측 압력용기 (200L)는 사이클 단계 (III)를 수행한다. 즉, 우측 압력용기 (200R) 압력매체가 가열되면, 좌측 압력용기 (200L) 압력매체는 냉각되고 또는 그 역이다.
일반적으로, 압력용기들 (200L, 200R) 내부 가압 유체는 양호한 열 팽창 특성 (가열에 의해 상당히 팽창)뿐 아니라 충분한 열전달 용량을 가지도록 선택된다. 가압 유체로 적용될 수 있는 예시적 재료로는 (제한되지 않지만): 물, N-펜텐, 디에틸에테르, 브롬화에틸, 메탄올, 에탄올, 수은, 산 및 기타 등이다. 가압 유체는 액상 매체에 국한되지 않고 기체 재료로도 구성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
코어 (240)를 통과하는 작동매체는 충분한 열전달 특성 및 발전기 (1)를 용이하게 추진할 수 있는 밀도를 가지도록 선택된다. 작동 유체로 사용될 수 있는 예시적 재료는 (제한되지 않지만): 물, 수은, 프레온 및 기타 등이다. 작동매체는 액상 매체에 국한되지 않고 기상 재료 (예를들면 기체 상태의 프레온)로도 구성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 2A 내지 4A 내지 4F를 참조하여, 압력용기들 (200) 및 코어들 (240)의 특징적 구성들이 상세하게 설명될 것이다.
각각의 압력용기 (200L, 200R)는 가압 유체 압력, 즉 약 5000 atm을 견디기에 충분한 강도 및 두께를 가지는 재료로 제조되는 외부 덮개 (210)를 포함한다. 이러한 재료의 예시로는 강철이다.
압력용기 (200L, 200R) 내부에, 작동매체가 통과하는 코어 (240)가 지난다. 코어 (240)는 압력용기 (200L, 200R) 내부 고압을 견딜 수 있으면서도, 작동매체 및 가압 유체 사이 효과적인 열전달을 제공하기 위하여 충분한 열용량 및 열전달 특성을 가지는 재료로 제조될 수 있다. 이러한 재료의 예로는 구리- 베릴륨, 4340 강철 등일 수 있다.
특히 도 4B를 참조하면, 코어 (240) 부분이 도시된다. 코어 내면 및 외면은 피라미드 형태의 표면요소 (247)로 형성된다. 표면 요소 (247)는 작동매체 및 가압 유체와의 접촉면을 증가시켜, 코어 (240) 및 작동매체/가압유체 간 열전달 효율을 높이는 것이다. 외부는 점진적 모래분사에 의해, 내부는 지정 마감 헤드 (미도시)로 요소 (247)가 형성된다. 이러한 방식으로, 코어 (240) 표면적은 약 20 배 증가된다 (완만한 내면 /외면에 비하여).
도 4F를 참조하면, 코어 상에는, 발전기 동작 과정에서 가압 유체를 혼합하여 효율을 높이기 위한 혼합 유닛 (220)이 장착된다. 혼합 유닛 (220)은 코어 (240) 방향으로 연장되는 중심축 X을 가지고 링 (225)을 이용하여 서로 연결된 중심축 X를 중심으로 확산되는 다수의 팬 날개 (224)를 포함한다. 혼합 유닛 (220)의 각각의 측은 제한 링 (223)으로 한정된다. 팬 날개 (224)는 날개 (224) 자체로의 열손실을 줄이기 위하여 충분한 단열 특성을 가지고, 열 흡수를 줄이기 위하여 낮은 열용량 및 필요한 구동력을 최소화하기 위한 경량 재료로 제조된다. 이러한 재료는 예를들면, 티타늄일 수 있다.
제한 링 (223)에는 구동 로드 (226)에 장착된 기어 (228a)와 맞물리는 평-기어 (229)가 구비된다. 구동 로드 (226)는 외부 모터 (205L, 250R)에 의해 구동되고, 구동 로드 (226)에 장착된 기어 (228b)는 구동 모터 (250R)의 상응 기어 (254)에 연결된다.
특정 설계에 따르면, 모터는 반드시 용기 외부에 있을 필요는 없고 압력용기 내부에 위치할 수 있어, 축의 동저항 및 밀폐부에 작용하는 힘을 극복하기 위하여 필요한 에너지를 절약할 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 다른 옵션으로는 자기 (magnetic) 기구를 이용하여 축을 회전시키는 것이고 복잡한 동적 밀폐부를 생략할 수 있다.
상기 혼합 유닛 (220)에 대한 대안으로, 도 7A 내지 7C을 참조하면, 수동 방열 유닛 (280, 290, 290')의 세가지 변형이 도시된다. 방열 유닛 (280)은 슬리브 (282) 형태이고 다수의 방열 요소들 (284)이 여기에서 방사방향으로 연장되어 코어 (240) 및 가압 유체 사이 열전달을 증가시킨다. 방열 유닛 (290)은 방사방향 방열 요소 (294)가 연장되는 중앙 슬리브 (292)를 가진다. 방열 유닛 (290')은 대체로 유사하고 다른 점은 각각의 방열요소 (294')가 추가 연장부 (296')를 가지도록 형성되어 열전달을 높인다.
최대 접촉면을 가지고 양호한 열전달이 가능하도록 방열 유닛 (280, 290, 290')은 코어 (240)에 단단히 부착된다.
특히 도 5A를 참조하면, 압력용기 (200L, 200R)는 혼합 유닛 (220) 직경보다 크고 덮개 (210) 내면 (214) 직경보다 더 작은 직경을 가지는 내부 덮개 (230)를 더욱 포함한다. 따라서, 덮개 (230)는 압력용기 (200L, 200R) 내부 공간을 덮개 (230) 및 혼합 유닛 (220) 사이의 내실 (232), 및 덮개 (230) 및 압력용기 (200L, 200R) 내면 (214) 사이의 외실 (234)로 분할한다. 덮개 (230)는 덮개 (230) 자체로의 열손실을 줄이기 위하여 충분한 단열 특성을 가지는 재료, 예를들면, 티타늄으로 제조될 수 있다.
덮개 (230)는 양단에서 개방되므로 내실 (232) 및 외실 (234)은 서로 유체 연통된다는 것을 이해하여야 한다. 발전기 (1) 작동에 있어서, 내실 (232) 및 외실 (234)로 분리하면 내실 (232)의 가압 유체는 외실 (234)의 가압 유체에 의해 단열이 촉진된다 (서로 유체 연통되지만). 가압 유체 단열로 외부 강철 덮개 (210)로의 열손실을 줄일 수 있어 발전기 (1) 효율이 높아진다. 혼합 유닛 (240)에 의해 발생되는 순환은 덮개 (230) 및 덮개 (210) 내면 사이에 담긴 가압 유체에 거의 영향을 미치지 못한다는 것에 주목하여야 한다.
도 4F로 돌아와서, 코어 (240)는 작동매체의 코어 (240) 통과를 촉진하기 위하여 자전하는 구동-나사 (248)가 구비된다 (아르키메데스 나사와 유사한 원리로 동작). 구동-나사 (248)는 외부 모터 (260L, 260R)에 의해 구동되고, 기어 (246)은 모터 (260L, 260R)의 기어 (264)와 맞물려 연결된다. 구동-나사 (248) 자체로의 열손실을 줄이기 위하여 구동-나사 (248)는 충분한 단열 특성이 있는 재료로 제조된다. 이러한 재료의 예시는 티타늄 또는 고강도 플라스틱이다. 구동 나사 (248)의 변형들이 사용될 수 있고 이후 도 14F 및 14G를 설명될 것이다.
도 3C 및 4E를 참조하면, 각각의 압력용기 (200R, 200L)에는 양단에 밀폐 조립체 (270)가 구비되고, 이는 볼트로 고정되는 헤드 밀폐부 (272), 세 개의 밀폐 부재 (274)가 장착되는 주 밀폐체 (273), 보조 밀폐 조립체 (276) 및 유연 밀폐 부재 (278)을 포함한다. 또한, 유사한 구조의 두 개의 밀폐부 (276', 278')가 제공되며 (도 3C), 이는 주 밀폐체 (273) 및 코어 (240) 사이의 공간을 밀봉하기 위하여 사용된다.
이제 도 3A 내지 3E로 돌아가서, 기구적 동력 조립체 (300) 및 동력발생기 (500)를 상세히 설명한다. 각각의 압력용기 (200L, 200R)에는 일단에 기구적 동력 조립체 (300L, 300R)가 구비된다. 두 기구적 동력 조립체 (300L, 300R)는 실질적으로 유사하므로, 하나만이 상술되고, 다른 조립체에 동일하게 적용된다.
기구적 동력 조립체 (300R)는 유출 포트 (216R)를 통하여 압력용기 (200R)와 유체 연통하도록 유지된다. 기구적 동력 조립체 (300R)는 피스톤 유닛 (320R), 및 압력 조절기 (340R)를 포함한다.
피스톤 유닛 (320R)은 중공 하우징 (322) 및 압력용기 (200R) 포트 (216)에 연결된 목부 (324)를 포함한다. 목부 (324)는 압력용기 (200R) 및 목부 (324) 사이 유체 연통을 제공하는 유입 오리피스 (326)가 형성된다.
하우징 (322) 내부에는 변위될 수 있는 피스톤 (330)이 장착되고 피스톤은 하우징 (322) 내부에 o-링 (333)에 의해 꽉 끼워져 밀폐되도록 수용되는 헤드부 (332), 및 목부 (324) 내부에 꽉 끼도록 수용되는 목부 (334)를 가진다. 따라서, 하우징 (322)은 압력매체를 수용하여 압력용기 (200 R)와 유체 연통되는 내실 (323i), 및 외실 (323o)로 분할되며, 이들은 서로 헤드부 (332)에 의해 격리된다.
피스톤 유닛 (320) 구조는, 내실 (323I)은 일부 압력매체를 담고 외실 (323o)은 발전기 유닛 (500)을 작동시키는 보조 작동매체가 담기도록 구성된다. 이러한 유체는, 예를들면, 기계유 또는 기타 등일 수 있다. 하우징 (322)에는 유출 포트 (325)가 더욱 형성되어 이를 통하여 보조 유체는 피스톤 유닛을 떠나 발전기 유닛 (500)로 향한다.
작동에 있어서, 발전기 사이클 단계 (I)에서, 압력매체가 가열되고 부피가 증가하고, 이에 따라 내실 (323I)로 흐르면서, 피스톤 (330) 헤드부 (332)를 하우징 (322) 바닥 (328)으로 누른다. 그 결과, 외실 (323o)에 담긴 보조 작동매체는 가압되어 유출 포트 (325)를 통하여 라인 (302)로 들어간다.
사이클 단계 (II) 및 (III)에서, 압력매체는 냉각되고 부피가 감소되므로, 다시 내실 (323i)에서 압력용기 (200R)로 흐르고, 피스톤 (330) 헤드부 (332)를 하우징 (322) 목부 (324)를 향하여 당져진다. 그 결과, 보조 작동매체는 외실 (323o)로 다시 빨려간다.
피스톤 (330) 구조는, 헤드부 (322) 단면적이 목부 (324) 단면적보다 20배 더 넓도록 구성되어, 외실 (323o) 압력은 5000 atm에서 약 250 atm으로 감소된다. 보조 유체의 전후 이동은 모터의 피스톤 (520) 작동에 적용되고 (도 6A 및 6B), 이것은 다시 발전에 사용된다.
또한, 보조 작동매체는 피스톤 유닛 (320) 및 발전기 유닛 (500) 사이에 놓인 압력 조절기 (340)와 유체 연통된다. 압력 조절기 (340)는 압축 스프링 (360)에 의해 편향되는 피스톤 (350)이 내부에 유지되는 하우징 (342)으로 형성된다. 대안적 실시예에 따르면 피스톤 (350)은 압축가스 예를들면 질소에 의해 편향될 수 있다. 압력 조절기 (340)는 라인 (302)을 수용하는 유입 포트 (345), 하우징 유입 포트 (346) 및 라인 (304)에 연결되는 유출 포트(347)를 가지는 T-접속 부재 (343)가 형성된다.
작동에 있어서, 라인 (302)을 통하여 피스톤 유닛 (320) 외실 (323o)을 나가는 대부분의 보조 유체는 T-접속 (343)을 거쳐 유출 포트 (347)를 통하여 라인 (304)으로 직접 흐르지만, 나머지 보조 유체는 압력 조절기 (340)로 흐른다. 따라서, 바람직하지 않은 압력 증가가 있는 경우 압력 조절기 (340) 피스톤 (350)은 스프링 (360) 편향력에 대하여 밀려지고, 따라서 발전기 유닛 (500)에 이어지는 라인 (304) 내부에 있는 보조유체 압력은 원하는 압력으로 유지된다.
또한 압력 조절기는 다음과 같은 방식으로 피스톤 운동 동기화 장치로 기능한다: 하나의 압력용기에 있는 압력매체 팽창이 너무 크고, 다른 압력용기의 피스톤이 '후퇴' 공간이 없을 때, 가스 피스톤은 추가 압력을 흡수하고, 기구 왕복으로 이를 회복시킨다. 더욱 상세하게는, 반대 피스톤 운동으로 나타날 수 없는 피스톤에 제공되는 임의의 추가 압력은 가스 피스톤 (340)으로 흡수되고, 달리, 압력이 부족할 때, 가스 피스톤 (340)은 이러한 부족분을 보상한다.
도 6A 및 6C로 돌아가서, 발전기 유닛 (500)을 상세히 설명한다. 발전기 유닛 (500)은 운동 변환기 (520) 및 동력 유닛 (540)을 포함한다. 운동 변환기 (520)는 기본 하우징 (510), 및 두 개의 피스톤 하우징들 (522R, 522L)을 가지고, 각각은 일단이 주 변환 유닛에 연결되고 타단은 라인 (304)에 연결된다.
기본 하우징은 최상 부재 (512) 및 바닥 부재 (514) (유사한 형상)로 형성되고, 각각의 부재에 채널 (516)이 형성되어 두 부재들이 부착되면, 공간 (518) (미도시)이 형성되고 여기에 중앙판 (513)이 왕복 운동한다.
중앙판 (513)에는 스터드 (515)를 거쳐 캠 종동부 (517)가 형성된다. 중앙판 (513) 왕복운동으로 캠 종동부 (517)는 제2 스터드 (519) 주위로 회전되도록 구성된다. 캠 종동부 (517)는 플레이트 (511)에 고착되므로, 스터드 (519) 주위로 캠 종동부 (517)가 회전되면 중심축 X 주위로 플레이트 (511)가 회전된다. 또한 플라이 휠 (미도시)이 기어 및 발전기 사이에 제공되어 상/하 "사점들"을 극복할 수 있다.
하우징 (522R) (둘의 형상이 유사하므로 하나만이 설명됨)은, 내부에서 왕복하는 피스톤 (530R)을 포함하고, 이것은 하우징 (522R) 내에 내실 (524R)을 형성한다. 하우징 (522R)에는 내실 (524R) 및 라인 (304)에서 진입하는 보조 작동매체 사이 유체 연통을 제공하는 유입 포트 (526R)가 형성된다. 피스톤 (530R, 530L)은 유입 포트 (526R, 526L)에 가까이 배치되는 일단에는 헤드부 (532R, 532L)가 형성되고, 반대 단에는, 중앙판 (513)과 일체로 형성된다.
작동에 있어서, 예를들면 상기된 교대 사이클의 경우, 사이클 단계 I에서, 우측 챔버 (200R)에 있는 가압유체는 가열되어 부피가 증가하고, 좌측 챔버 (200L)에 있는 가압 유체는 냉각되어 부피가 줄어든다. 그 결과, 우측 피스톤 유닛 (320R)에 있는 보조 작동매체는 피스톤 (530R)을 향하여 촉진되어 이를 압축하지만, 좌측 피스톤 유닛 (320R)에 있는 보조 작동매체는 흡입되어, 피스톤 (530L)을 당긴다. 이러한 과정에서, 피스톤 (530R, 530L) 운동은 중앙판 (513)을 일 방향으로 변위시킨다.
이후, 사이클 단계 II 및 III에서, 반대 동작, 즉 좌측 챔버 (200L)에 있는 가압 유체가 가열되어 부피가 증가하고, 우측 챔버 (200R)에 있는 가압 유체는 냉각되어 부피가 감소된다. 그 결과, 좌측 피스톤 유닛 (320R)에 있는 보조 작동매체는 피스톤 (530L)을 향하여 촉진되어 이를 압축한다. 도 6B 및 6C에 도시된 바와 같이 피스톤 (530R, 530L) 운동은 중앙판 (513)을 타 방향으로 변위시킨다.
중앙판 (513)의 왕복운동은 캠 종동부 (517) 회전을 동반하여 중심축 주위로 플레이트 (511)를 회전시킨다. 이러한 회전운동은 동력 유닛 (540)에 의해 전기에너지로 전환된다.
도 1B로 돌아가서, 동력 유닛 (540)에 의해 발생된 전기에너지 일부는 공조기 (10)로, 나머지는 배터리 (50)로 제공된다. 배터리 (50)는 시스템 점프 시동에 사용될 수 있다.
상기 시스템 (1)은 작동에 필요한 전기의 최소한 4배까지를 발생시킬 수 있고, 즉 발전기 (1) 작동을 위하여 1kwh (시간당 와트)가 필요하다면, 발전기는 최소한 4kwh까지의 전기를 생성할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이러한 전기 발생의 이익은 환경과의 열교환을 통하여, 즉 방열기 (400)에 운행되는 물에 열을 전달/흡수하기 위하여 주위 매체 (공기, 물)를 이용하여 얻어진다는 것을 이해하여야 한다.
특히, 공조기 (10)를 이용하면 전기 생성에 있어 상당한 이익을 얻을 수 있다. 공간 (예를들면 실내) 냉각 과정에서 생성되는 열이 외부 환경으로 토출되는 (열이 공조시스템에 의해 실내 외부로 방출) 중간 공조 시스템과는 달리, 본 발전기에서, 이러한 열은 낭비되지 않고 고온 저장체에 있는 물을 가열하기 위하여 사용된다.
발전기 (1) 실험 분석이 도 8A 내지 8F에 도시되고, 다른 사이클 횟수에서 작동매체 및 가압 유체의 온도 변동 도표를 도시한 것이다.
도 9로 돌아가 발전기 (1)는 저장 매체, 예를들면 물로 충전된 축열기 장치 (590)을 포함하고, 발전기 (1)에 의해 과량의 전기가 생성되는 경우, 이러한 과잉 전기는 축열기 장치 (590) 내의 물을 가열하기 위한 가열체로 전달된다. 이러한 방식으로, 축열기 장치 (590)는 배터리로 기능할 수 있다.
예를들면, 축열기 장치 (590)에 있는 물이 원하는 온도, 예를들면 고온 저장체 (110) 온도와 비슷한 온도로 가열되면, 발전기 (1) 작동을 위한 고온수가 고온 저장체 (110) 대신 축열기 장치 (590)에 의해 제공된다. 그 결과, 공조기 (10) 동작은 감소되어 (또는 완전히 중단), 전기를 덜 소모할 수 있다.
발전기 (1)에 의해 생성된 전기량이 원하는 소비량에 근접하면, 공조기 (10)는 정상 작동되고 축열기 장치 (590)에 있는 물은 점차 냉각된다. 또한, 축열기 장치 내부 압력 증가로 작동매체 비점 이상으로 가열할 수 있어, 더 많은 열을 축적할 수 있다. 예를들면: 5 atm의 물 (표준 가정 압력)은 150℃에서 비등한다.
또한, 축열기 장치 (590)는 축열기 장치에 있는 물을 직접 가열할 수 있는 가열요소를 포함하여 원하는 온도를 유지시킨다.
또한 발전기 (1)는 가압 유체, 작동매체의 온도, 축열기 장치 (590) 물의 온도, 피스톤 (330R, 330L, 530R, 530L) 변위, 압력 조절기 (340) 내부 압력, 중앙판 (513) 변위 등을 감시하는 제어기 (미도시)를 더욱 포함한다. 제어기는 분배밸브들 (140) 동작, 모터들 (250, 260) 동작, 피스톤들 변위 등을 제어한다.
도 11A 및 11B로 돌아가서, 부호 1'로 표기되는 다른 예시적 발전기가 도시되고, 이것은 작동매체 부-시스템 (100')에 연결되는 공조기 (10), 두 압력용기들 (200'), 기구적 동력 조립체 (300), 방열기 (400), 동력발생기 (500), 경사 조립체 (600), 축열기 (50) 및 출력을 포함한다.
원칙적으로, 발전기 (1')는 상기 발전기 (1)와 유사하고, 다른 점은 압력용기들 (200')을 통과하는 코어들 형상 및 개수, 방열기 (400') 형상, 추가되는 경사 조립체 (600), 및 발전기 여러 부품들을 서로 연결하는 상응하는 밸브들 및 관들이다.
먼저, 경사 조립체 (600) 및 발전기 (1')에서의 적용 과정이 도 12A 내지 12D를 참조하여 상술될 것이다:
발전기 초기에 (발전기가 휴지상태일 때), 발전기의 관들은 예정 압력에서 중간 온도의 작동매체로 채워져 있다. 이에 따라, 압력매체 역시 중간 온도이다.
발전기 제1 단계에서, 공조 유닛 AC이 작동을 개시하여, 고온 저장체 (110')에 있는 작동매체를 가열하고 저온 저장체 (120')에 있는 작동매체를 냉각시킨다. 중간 저장체 (130')의 작동매체는 중간 온도로 유지된다. 고온/저온 저장체들 (110', 120') 각각의 작동매체가 원하는 온도에 도달하면, 구동기구들 (250', 260')이 다음과 같은 작동을 개시한다:
(a) (i) 고온 작동매체는 고온 저장체 (110')에서 우측 압력용기 (200R)를 통과하여 압력매체를 가열하고, 라인들 PHR을 거쳐 다시 고온 저장체 (110')로 재-순환된다 (라인들 L1, L2);
(ii) 동시에, 저온 작동매체는 저온 저장체 (120')에서 좌측 압력용기 (200L)를 통과하여 압력매체를 냉각하고, 라인들 PcR을 거쳐 다시 저온 저장체 (120')로 재-순환된다 (라인들 L1, L3);
(iii) 단계 (a)는 각각의 압력용기 (200R', 200L')에 있는 압력매체들이 각자 원하는 온도 THOT/TCOLD에 이를 때까지 계속된다;
(b) (i) 중간 온도의 작동매체는 중간 저장체 (130')로부터 압력용기 (200R')를 통과하여 뜨거운 압력매체에 의해 가열되어, 거기로부터 열을 제거한다;
(ii) 동시에, 중간 온도의 작동매체는 중간 저장체 (130')로부터 압력용기 (200L')를 통과하여 찬 압력매체에 의해 냉각되고, 거기에 열을 제공한다;
(c) (i) 가열된 중간 온도 작동매체는 온도 경사를 가지는 경사 탱크 (600R)로 들어가 (라인들 L1, L4), 경사 탱크 (600R) 최상부는 경사 탱크 (600R) 바닥부 보다 더욱 뜨겁게 가열된 중간 온도 작동매체를 담는다;
(ii) 동시에, 냉각된 중간 온도 작동매체는 온도경사를 가지는 경사 탱크 (600L)로 들어가 (라인들 L1, L4), 경사 탱크 (600R) 최상부는 경사 탱크 (600L) 바닥부보다 더욱 차갑게 냉각된 중간 온도 작동매체를 담는다;
(iii) 이러한 단계는 중간 온도 작동매체가 각각의 경사 탱크 (600R, 600L)에서 원하는 온도에 이를 때까지 계속된다;
(d) (i) 가열된 중간 온도 작동매체는 경사 탱크 (600R)로부터 발전기 정면으로 통과하고, 여기서 좌측 압력용기 (200L')로 다시 진입하여 (도 17A에서 라인들 L6H, L7C 참고), 열을 찬 압력매체에 제공하여 다시 온도 TINTERMEDIATE 가까이 가열한다;
(ii) 동시에, 냉각된 중간 온도 작동매체는 경사 탱크 (600L)로부터 발전기 정면으로 통과하고, 여기서 우측 압력용기 (200R')로 다시 들어가 (도 17A에서 라인들 L6C, L7H 참고), 압력매체로부터 열을 제거하고 온도 TINTERMEDIATE 가까이 냉각한다;
(iii) 이러한 단계는 두 압력용기들 (200R', 200L')에서의 압력매체가 온도 TINTERMEDIATE 가까이에 이를 때까지 계속된다;
이후 단계 (a) 내지 (d)는 반복되지만 반대 방식으로, 즉 고온 작동매체는 이제 좌측 압력용기 (200L')를 통과하고 저온 작동매체는 우측 압력용기 (200R'), 및 등으로 반복된다.
경사 탱크 (600R)에 진입하는 가열된 중간 온도 작동매체의 제1 분량은 경사 탱크 (600R)에 들어가는 중간 온도 작동매체의 다음 분량보다 더욱 뜨겁고, 경사 탱크 (600L)에 진입하는 냉각된 중간 온도 작동매체의 제1분량은 경사 탱크 (600L)에 들어가는 중간 온도 작동매체의 다음 분량보다 더욱 차갑다는 것을 이해할 수 있다.
이러한 교차 단계는 많은 이익을 제공하며, 그 중 하나는 압력매체와의 양호한 열전달 과정이다. 특히, 각각의 용기에서, 압력매체는 먼저 온도 TINTERMEDIATE의 중간 온도 작동매체와 열전달이 이루어지고 (단계 (b)(i) 및 (b)(ii)), 이후 가열된/냉각된 중간 온도 작동매체와의 추가 열전달이 진행된다 (단계 (c)(i) 및 (c)(ii))는 것에 주목하여야 한다.
단계 (b)(i) 및 (b)(ii)에서, 경사 탱크 (600R, 600L)에 담긴 중간 온도 작동매체는, 라인들 L5R, L5L 및 L5을 거쳐 방열기로 흐르고, 여기에서 발전기의 임의의 누적 열은 외부 환경과의 열전달을 통하여 제거될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 12C를 참조하면, 경사 탱크 (600R, 600L)는 상이한 분량의 가열된/냉각된 중간 작동매체들이 서로 열 교환되지 않고 않도록 저장체들 (600R, 600L) 내부에서 온도 경사를 유지하도록 나선구조 (620R, 620L)로 형성된다.
도 13 A을 참조하면, 발전기의 추가적인 관 구조들이 도시된다, 특히:
L3 - 압력용기를 통과한 저온수를 다시 저온 저장체 (120')로 안내;
L5', L5R', L5L' - 방열기를 통과한 중간 온도의 물을 다시 중간 저장체 (130')로 안내;
L8 - 중간 온도 작동매체를 중간 저장체 (130)로 안내; 및
L9 - 중간 온도의 물을 발전기 후방 경사 탱크 (600R, 600L)를 향하도록 안내.
도 13B을 참조하면, 저온 저장체 (120')는 공조 유닛 AC의 응축기를 구성하여 저장체 (120')에 있는 작동매체를 냉각시키는 열전달 요소 (124')를 포함한다. 저장체 (120')는 내부에서 균일 온도를 유지하도록 외부 모터 (126')에 의해 구동되는 팬 (128')을 더욱 포함한다.
도 14A 내지 14D를 참조하여, 작동매체 구동기구 및 압력용기들 (200R', 200L') 코어들이 설명된다:
상기 발전기 (1)는 용기 당 단지 하나의 코어 (240)를 가지지만, 본 발전기 (1')는 용기 당 6개의 코어들 (240')을 가지며, 각각은 상기 코어 (240)와 유사한 형상을 가진다.
작동매체를 동시에 모든 코어들 (240)로 순환시키기 위하여, 기어 (256’)과 물리는 기어 (254')를 구동하는 모터 (250')가 제공되고, 이에 따라 상호 기어 (259')가 구동되고, 이것은 각각의 코어 (240)의 각각의 기어 (242’)와 물린다. 기어 (242')는 구동 나사 (미도시)를 회전시키고 이에 따라 작동매체는 발전기 전체 관 시스템으로 추진된다.
또한, 각 코어 (240’)의 팬 장치 (220')를 코어 축 주위로 회전시키는 제2 구동 모터 (260')가 제공된다 (일부 적용에서, 코어들 자체도 축 주위로 회전될 수 있다). 구동 모터 (260')는 상호 구동 휠 (269')과 물리도록 구성되며, 이것은 팬 장치 (220’)의 기어들 (222')과 맞물린다.
발전기는 발전기 후면, 즉 압력용기들 (200R', 200L') 타단에 추가 구동모터 (250', 260) 군을 포함한다는 것에 주목하여야 한다. 이러한 방식으로, 구동 부하는 전방 및 후방 모터 군으로 분배된다.
도 14E 및 14F를 참조하면, 본 발전기에 적용되는 구동 나사는 다른 형상을 가질 수 있고, 다른 점은 나사의 피치 각 (70°)이며, 이러한 구성은 작동매체가 코어 (240’)를 통과 순환 및 코어 (240’) 내면을 향한 추진에 기여한다.
도 15A 내지 15C를 참조하면, 포괄적으로 부호 700으로 표기되는 발전기 (1')의 제어기가 도시된다. 제어기 (700)는 압력용기 (200')에서 나오는 라인 L0 및 밸브 (140’)로 이어지는 라인 L1 사이에 개재된다. 제어기 (700) 목적은 압력용기 (200') 유출 유속 Q를, 작동매체가 통과하는 단면적을 조절하여 제어하는 것이다.
도 15C를 참조하면, 제어기 (700)는 케이싱 (720)을 포함하고, 여기에 라인 L0과 유체 연통되는 유입홀 (722) 및 라인 L1과 유체 연통되는 유출홀 (724)이 형성된다. 제어기 (700)는 최상부 (742), 목부 (744) 및 주 블록 (746)을 가지는 플런저 (740)를 포함한다. 주 블록 (746)에는 통로 (748)가 형성되고, 스프링이 목부 (744)에 장착되어 케이싱을 눌러, 플런저 (740)를 하향 편향시킨다.
따라서 통로 (748)가 유입홀/유출홀 (722, 744)과 정렬되면, 최대 유동 단면적이 제공된다. 플런저가 움직이면, 통로 (748)는 어긋하고, 유동 단면적은 줄어든다. 스프링 하중을 조절하여, 예를들면 나사 (미도시)와 같은 임의의 종래 수단으로, 발전기 (1')를 통과하는 유속을 조절할 수 있다.
도 16A 및 16B을 참조하면, 상기 발전기 (1')에서 사용되는 축열기 장치 (590)가 도시된다. 저장체 (590)는 여기로 이어지는 두 라인들 L10을 가지고, 각각은 각 압력용기 (200')에서 오는 것이다. 또한, 축열기 장치 (590)는 발전기 (1') 후방에서 오는 라인들 L11을 더욱 포함한다. 저장 저장체들은 사용자 포트 (미도시)로 이어지는 유출라인 (592)을 또한 가진다. 축열기 장치 (590)는, 상기된 바와 같이, 내부에 담긴 작동매체를 가열할 수 있는 내부에 가열 요소를 포함할 수 있다.
일반적으로, 축열기 장치 (590)는 발전기 (1')에 의해 생성된 과잉 에너지를 축적하기 위하여 사용된다. 더욱 상세하게는, 발전기 (1')에 의해 발생된 임의의 추가 에너지 (즉 사용자에 의해 소비되지 않은 에너지)를 축열기 장치 (590)에 담긴 작동매체를 가열하기 위하여 전용할 수 있다. 축열기 장치 (590)의 가열 작동매체는 이후 공조 유닛 AC에 의해 고온 저장체 (110')에서 생성되는 고온 작동매체를 대신하여 사용될 수 있어, AC 동력을 절약할 수 있다.
달리, 축열기 장치 (590)에 있는 작동매체 압력은 증가될 수 있어 (최종 사용자 라인 (592)에 요구되는 것보다 더 크게) 작동매체 비점이 증가되므로, 축열기 장치의 작동매체는 에너지를 더욱 흡수할 수 있다.
도 17A 내지 17D를 참조하면, 발전기 (1') 밸브 및 관 시스템이 도시된다:
V1 - 다음 라인들로 유입/유출을 제공하는 주 전방 밸브:
LH - 고온 저장체 (110')에서 나오는 유출관;
Lc - 저온 저장체 (120')에서 나오는 유출관;
L10 -축열기 장치 (590)로 이어지는 유출관;
L - 압력용기들 (200')로 작동매체를 안내하는 주 코어 라인; 및
L6C, L6H - 경사 탱크 (600)에서 반대 압력용기 (200')로 작동매체를 안내하는 교차 라인들.
V2 - 다음 라인들로 유입/유출을 제공하는 보조 전방 밸브:
L5L', L5R' (L5'에서 분기) - 경사 탱크 (600)로부터 중간 온도의 중간 온도 작동매체를 안내하는 라인들;
L8 - 중간 저장체 (130')로 중간 온도 작동매체를 다시 안내; 및
L9 - 발전기 (1') 후방으로 중간 온도 작동매체를 안내하여 압력을 제공.
V3 - 다음 라인들로 유입/유출을 제공하는 주 후방 밸브:
L1 - 압력용기들 (200') 코어로부터 작동매체를 안내;
L2 - 고온 저장체 (110')로 다시 고온 작동매체를 안내;
L3 - 저온 저장체 (120')로 다시 저온 작동매체를 안내;
L4 - 경사 탱크 (600)로 중간 온도 작동매체를 안내; 및
L9 - 발전기 (1') 후방으로 중간 온도 작동매체를 안내하여 압력 제공.
V4 - 다음 라인들로 유입/유출을 제공하는 보조 후방 밸브:
L4 - 중간 온도 작동매체를 경사 탱크 (600)로 안내;
L5 - 중간 온도 작동매체를 경사 탱크 (600) 로 안내; 및
L6C, L6H - 경사 탱크 (600)로부터 반대 압력용기 (200')로 작동매체를 안내하는 교차라인들.
도 17E를 참조하면, 코어를 통과하는 작동매체의 개략 온도 도표가 도시되고, 각각의 압력용기들 (200R', 200L')에 대한 것이다. 도표는 다음과 같은 부분들로 나뉜다:
S1 - 상기 제1의 반-사이클의 단계 (a)(i)에 해당 - t ~ l0 초에서 t = 15 초 동안 온도 THOT인 15℃의 고온 작동매체가 코어를 통과;
S2 - 상기 제1의 반-사이클의 단계 (b)(i)에 해당 - t = l5 초에서 t ~ 20 초 동안 온도 TINTERMEDIATE인 15℃의 중간 온도 작동매체가 코어를 통과;
S3 - 상기 제1의 반-사이클의 단계 (d)(i)에 해당 - t ~ 20 초에서 t ~ 25 초 동안 경사 온도의 냉각된 중간 온도 작동매체가 반대 압력용기 (200')의 경사 탱크 (600)에서 코어를 통과;
S4 - 압력용기들 교차가 발생되는 상기 제2의 반-사이클의 단계 (a)(i)에 해당 - t ~ 25 초에서 t ~ 30 초 동안 TCOLD인 저온 작동매체가 코어를 통과;
S5 - 상기 제2의 반-사이클의 단계 (b)(i)에 해당 - t ~ 30 초에서 t ~ 35 초 동안 TINTERMEDIATE인 중간 온도 작동매체가 압력용기들 (200')을 통과; 및
S6 - 상기 제2의 반-사이클의 단계 (d)(i)에 해당 - t ~ 35 초에서 t ~ 40 초 동안 경사 온도의 가열된 중간 온도 작동매체가 반대 압력용기 (200')의 경사 탱크 (600)로부터 코어를 통과;
이로써 발전기 (1')의 완전한 사이클이 종료된다. 더 낮은 도표는 반대 압력용기의 코어를 통과하는 작동매체의 온도를 표시하는 것이다. 따라서 (i)에서 (ii)로 표기를 변경시켜, 예를들면 단계 (b)(i) 대신 단계 (b)(ii)로 상기 단계들은 더 낮은 도표에 적용될 수 있다.
도 18A 내지 18G을 참조하면, 수송수단이 도시되고, 포괄적으로 부호 800으로 표기되며, 여기에 변형 발전기 (1')의 변형, 포괄적으로 1“으로 표기되는 발전기 적용된다. 작동매체 용기들은 수송수단 (800) 전방 F에 배치되고 모든 운동발생기구들은 수송수단 (800) 후방 R에 배치된다. 압력용기들 (200')은 전방 F 및 후방 R을 연결하는 수송수단 차대 (820)를 따라 수평으로 배치된다.
상기 발전기 (1')와는 달리, 본 발전기에서, 경사 탱크 (600)는 작동매체 저장체들 (110', 120', 130')과 동일한 압력용기들 (200)' 측 f에 놓인다.
압력용기들 (200')의 중량으로 인하여 추가적인 안정성이 수송수단 (800)에 제공된다. 발전기 (1')가 작동할 때 수송수단 (800)은 통상 이동하므로, 방열기 (400) 작동효율은 이동 수송수단 (800) 및 주변 공기 간 열전달계수 증가로 상당히 개선된다는 것을 이해하여야 한다.
도 19A 내지 19F를 참조하면. 포괄적으로 부호 900으로 표기되는 선박은 상기 발전기 (1')의 변형인 1“로 표기되는 발전기를 포함한다.
발전기 (1“)에는, 중간 저장체 (130')가 생략된 것에 주목하여야 한다. 이러한 이유는 발전기 (1”)는 이것이 담긴 물을 주 작동매체로 이용하고, 따라서, 이것이 담긴 물을 보유하는 저장체 (호수, 해양, 웅덩이)가 저장체 (130')를 대체하기 때문이다. 본 매체를 이용하기 위하여, 두 라인들 L9'이 제공되어, 발전기는 상기 매체로부터 물을 발전기 (1“)로 회수할 수 있다.
도 20A 및 20B를 참조하면, 압력이 부가되지 않거나 부가될 때의 압력용기 (200') 코어 단면이 도시된다. 코어 내면은 미세-구조체 (1100)가 표면에 형성되어 높은 표면적을 가지는 내층 (1000)이 형성된다. 내층 및 코어를 통과하는 작동매체 사이 열전달 계수를 증가시킬 수 있으므로 표면적 증가는 바람직하다.
도 20C는 압력용기 (200') 및 전체 발전기 시스템 (1)을 작동매체가 통과하여 진행을 촉진하도록 내부를 통과하는 나선 (240‘)을 가지는 용기 (200') 코어가 도시된다.
도 21A 내지 21G를 참조하면, 다음 단계들을 포함하는 내층 제조방법이 도시된다:
(a) 제1면 F1 및 반대 제2면 F2을 가지는 평판 (1000‘)을 제공;
(b) 두 개의 압착 휠 W1, W2을 사용하되, 하나는 미세-구조체 (1110)를 형성하기 위하여 상응하는 표면 MS이 형성되어 제1면 F1에 미세-구조체 (1110)를 예비-형성;
(c) 평판 (1000') 크기 및 형상에 상당하며 기본면 및 개구를 가지는 비-관통 공동 C가 형성된 몰드 M을 제공;
(d) 제2면 F2이 공동 C 기본면에 대면하고 제1면 F1이 개구를 대면하여, 제1면 F1 및 개구 사이에 공간이 남도록 평판 (1000')을 공동에 배치;
(e) 충전재 F를 공동 C에 주입하여 미세-구조체 MS 사이에 형성된 공간들을 포함한 공간에 채움;
(f) 충전재 F를 고형화하여 평판 (1000') 및 고형화 충전재 F로 이루어진 단일판을 형성하고, 이때 제1면은 충전재로 이루어지고 제2면 F2은 본래 평판 (1000')의 제2면으로 이루어짐;
(g) 단일판을 압력 블록 PB 및 변형 몰드 D로 변형하여, 최소한 부분적으로 직경 Dm의 원통 형상을 얻고, 이때 단일판 (1000')의 제2면 F2은 원통 외면을 이루고 단일판 제1면은 원통 내면을 이룸;
(h) 충전재 F를 단일판 (1000')에서 제거하여, 본래 평판 (1000)은 내면에 미세-구조체 MS가 형성;
(i) 미세-구조체가 형성된 내면에 대한 최종 마무리 작업.
도 20D 및 20E를 참조하면, 포괄적으로 부호 240"으로 표기된 다른 예시적 코어가 도시되고, 내면 및 외면 모두에, 리지 (246", 247")가 형성된다. 본 코어 (240")는 텅스텐 또는 기타 재료로 제조되고 (도 26A, 26B 참고), 이러한 설계는 더욱 강건한 코어 (240")를 제공한다.
리지 (246", 247")는 하나의 피크가 다른 하나의 골과 반대가 되도록 및 그 역으로 형성되어 중심축 X를 따라 각 지점에서의 두께는 대략 동일하다 (N)는 것을 이해하여야 한다.
리지 (246", 247")는 본 예에서 평행하고, 또는, 달리, 나사의 나선 리지 (나사선)로 형성될 수 있다. 후자 예시의 이점은 제조가 간단하다는 것이다 - 외부 리지 (247")는 터닝으로 제조되고 내부 리지 (246")는 탭으로 형성될 수 있다.
도 22A 및 22B을 참조하면, 포괄적으로 2000으로 표기되는 다른 예시적 발전기가 도시되고 상기 발전기 (1) 구조와 유사하지만 작동매체 부-시스템 (2100) 설계에서 상이하다 (작동매체 부-시스템 (100)과 반대).
작동매체 부-시스템 (2100)은 종속 구성 (2150) 형태이며 고온 저장체 (2110) 및 저온 저장체 (2120)를 포함하며, 상기 예들과 같은 중간 작동매체 저장체를 가지지 않는다.
각각의 압력용기 (2200R, 2200L)에는 각각의 밸브 (2140B, 2140A)로 제어되는 각각의 유입라인 (2136R, 2136L)을 가지는 유입단, 및 각각의 밸브 (2140D, 2140C)로 제어되는 각각의 유출라인 (2146R, 2146L)을 가지는 유출단이 제공된다.
고온 저장체 (2110) 유출단은 각각의 라인들 (2134R, 2134L)을 통해 밸브들 (2140B, 2140A)로 연결되고, 고온 저장체 (2110) 유입단은 각각의 라인들 (2144R, 2144L)을 통해 밸브들 (2140D, 2140C)로 연결된다.
저온 저장체 (2120) 유출단은 각각의 라인들 (2132R, 2132L)을 통해 밸브들 (2140B, 2140A)로 연결되고, 저온 저장체 (2120) 유입단은 각각의 라인들 (2142R, 2142L)을 통해 밸브들 (2140D, 2140C)로 연결된다.
본 발전기에서 (상기 예들에서와 같이), 초기 위치에서, 압력용기에 있는 압력유체는 온도 TENV이고 거의 환경 온도이다. 본 발전기 사이클 작동 초기 단계는 다음과 같이 기술될 수 있다:
(a) 온도 TH의 고온 저장체 (2110)에서 나오는 고온수는 압력용기를 통과하며 거기에 담긴 압력 유체를 가열한다. 압력 유체는 온도 Thot > TENV로 가열되고 (그러나 Thot < TH) 동시에 고온 작동매체는 온도 TH - Cooled < TH로 냉각된다;
(b) 온도 Tc < TENV의 저온 작동매체는 저온 저장체 (2120)에서 압력용기를 통과하며 거기에 담긴 가열된 압력 유체를 냉각한다. 압력 유체는 온도 Thot에서 온도 Tcold > Tc로 냉각되고, 동시에 저온수는 온도 TH - Heated > Tc로 가열된다.
이후, 단계 (a) 및 (b)가 반복되고, 차이점은 이제 압력 유체는 일정하게 온도 Thot 및 Tcold 사이에서 변동된다는 것이다.
단계 (a) 수행과 동시에, 이제 온도 TH - Heated > Tc인 가열된 저온 작동매체는 온도 TENV < TH -Heated 인 환경과의 열교환으로 냉각된다. 이러한 과정은 방열기 유닛 (2400)으로 조절된다 (도 22A, 22B 참고). 또한, 동시에 단계 (b) 수행과 동시에, 이제 온도 TH -Cooled < TH인 냉각된 고온 작동매체는 A/C 시스템에 의해 가열되어, 다시 온도 TH로 회복된다.
단계 (a)가 하나의 압력용기 (예를들면 용기 (2200R))에서 진행되는 동안, 제2 압력용기 (2200L)는 단계 (b)를 수행한다는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 압력용기들은 교번을 유지하고 - 하나의 압력 유체는 가열되고, 다른 압력 유체는 냉각되고 및 그 역이다.
도 23A 내지 23F을 참조하면, 작동매체 부-시스템 (2100) 설계의 주요 차이점은 A/C 응축기/증발기 부분에서 고온/저온 저장체들을 제공하였던 A/C는 이제 하기되는 바와 같이 각각이 기본 A/C 압축/팽창 기구로 작동되는 여러 등급들 G1 내지 G7을 가지는 종속 구성 (2150)으로 대체된다. 종속 구성 (2150)은 저온 저장체 (2120)를 위한 '저온'을 제공하는 제1단-등급 G1 및 고온 저장체 (2110)를 위한 열을 제공하는 제2단-등급 G7을 가진다.
각각의 등급 G(n)은 압축기 C(n), 응축기 부분 (2152(n)), 팽창 밸브 (2154(n)), 증발기 부분 (2156(n)) 및 압축기 C(n)로의 환관 (2158(n))을 포함하고, 여기에서 (n)은 등급들 G 개수를 나타낸다.
각각의 등급 G1 내지 G7은 압축성 유체 (기체 또는 액체)를 포함하고, 각각의 응축기 부분 2152(n)에서의 높은 유체 온도 ΤΗ(n) 및 각각의 증발기 부분 2156(n)에서의 저온 Tc(n) 사이에서 작동되도록 설계된다.
하나의 등급 G(n) 응축기 부분 2152(n) 및 다음 등급 G(n+1) 증발기 부분 2156(n)은 열적으로 연결되어 열교환이 일어난다. 특히, 응축기 부분 2152(n)이 내관을 이루고 증발기 부분 2156(n)이 외관을 이루는 동심관으로 구성된다.
이러한 장치에서, 하나의 등급 G(n)에서 나오는 압축 유체는 내관으로 흐르고 다음 등급 G(n+1)에서 나오는 외관 내면 및 내관 외면을 흐르는 팽창 유체와 열교환을 수행한다 (도 23E 참고).
종속 구성 (2150)은, 하나의 등급 G(n) 증발기 부분 2156(n)에 있는 유체 온도 Tc(n)가 다음 등급 G(n+1)에서의 유체 응축 온도보다 낮고, 그 등급 G(n+1) 응축기 부분 2152(n+1)에 있는 유체 온도 ΤH(n+1)보다 반드시 낮도록 설계된다. 그 결과, 하나의 등급 G(n) 팽창 유체는 다음 등급 G(n+1) 압축 유체로부터 열을 흡수하는 열교환이 일어난다.
그러나, 다음 등급 G(n+1)의 냉각된 유체 온도 Tc(n+1)를 알 수 있다
온도 Tc(n), TH (n) 및 TCOND 예시들은 다음에 표시된다:
| (n) | TH (n) | Tc(n) | TCOND |
| 1 | 27 | 0 | |
| 2 | 57 | 27 | 30 |
| 3 | 90 | 57 | 60 |
| 4 | 116 | 90 | 93 |
| 5 | 155 | 116 | 119 |
| 6 | 197 | 155 | 158 |
| 7 | 245 | 197 | 200 |
실제로, 제1 등급 G1 증발기 부분 21561 은 저온 저장체 (2120) 내부에 잠겨 저온수 온도를 약 3℃로, 제7 등급 응축기 부분 21527은 고온 저장체 (2110) 내부에 잠겨 고온수 온도를 약 242℃로 변동시킨다. 고온/저온 저장체들 (2110, 2120)의 고온/저온은 각각의 응축기/증발기 부분 21527, 21561 온도에 결코 이를 수 있고, 언제나 약간 더 낮거나/더 높다는 것을 이해할 수 있다.
도 22A 및 22B에서 알 수 있는 바와 같이, 발전기 (2000)는 전방 및 후방 구동 모터 (2250F, 2250R)가 구비되며 각각은 압력용기 (2200) 코어를 구동시키고, 또한 전방 및 후방 구동 모터 (2260F, 2260R)가 구비되며, 각각은 발전기 (2000) 내부에서 작동매체를 순환시키기 위하여 나선체를 구동시킨다.
이러한 요소를 구동시키기 위하여 전방 및 후방 모터들을 사용하면 고압 환경에 놓인 회전 요소 (코어 또는 나선체)에 인가되는 하중을 더 줄일 수 있다. 단지 하나의 모터만을 사용하면, 코어 및/또는 나선체는 압력용기 내부에서 휠 수 있고, 시스템의 기계적 건전성을 해할 수 있다.
도 22D로 돌아가서, 방열기 유닛 (2400)은 압력용기 (2200R, 2200L)에서 저온 저장체 (2120)로 이어지는 라인들 (2146R, 2146L)을 따라 위치한다. 방열기 유닛 (2400) 목적은 이들 라인을 흐르는 가열된 저온수 (온도 TH - Heated) 및 주변 환경 공기와의 열교환을 제공하는 것이다.
방열기 유닛에는 팬 (미도시) 및 팬 작동을 조절하는 제어 유닛 (미도시)이 구비되어, 방열기를 떠나는 저온수는 실질적으로 일정 온도로 유지된다. 예를들면, TH-Heated 이 약 50℃이면, 제1 등급 G1이 효율적으로 동작하기 위하여 온도를 약 20℃로 낮출 필요가 있다. 따라서, 제어 유닛이 사용되어 방열기 에서 유출되는 저온수 온도를 약 20℃로 유지시킨다.
제어 유닛은 방열기에서 유출되는 저온수 라인 (2149)과 연결되고 해당 온도를 측정할 수 있는 센서를 포함한다. 본 온도가 예정 온도 (이 경우 20℃)를 넘으면, 제어 유닛은 팬을 더욱 신속하게 회전시켜 방열기 유닛 (2400) 내부에서 열-교환 속도를 높인다. 달리, 본 온도가 예정 온도 (이 경우 20℃)보다 낮으면, 제어 유닛은 팬을 서행 회전하여 방열기 유닛 (2400) 내부에서 열-교환 속도를 줄인다.
도 24A 내지 24D를 참조하면, 2150'으로 표기된 다른 예시의 종속 구성이 도시되고, 작동 모드를 외부 환경 주변온도로 조절하도록 구성된다.
이제 설명되는 종속 구성 (2150') 및 도 23A 내지 23F를 참조하여 상기된 종속 구성 (2150)의 차이는 제1 및 제2 등급 G1, G2 설계, 특히, 통과 (bypass) 장치 (2170)에 있다.
일반적으로, 여러 경우에 제2 등급 G2 응축 부분 21522에 있는 압축 유체 온도를 초과할 정도로 환경 주변온도가 높아진다. 이러한 경우, 열교환 이후 방열기 유닛에서 유출되는 저온수 역시 제2 등급 G2 응축 부분 21522 에 있는 압축유체 온도를 초과할 것이다.
그 결과, 제1 등급 G1의 증발기 부분 21561 은 매우 뜨거운 환경에 담길 것이다. 각각의 등급은 예정 동력의 압축기가 구비되고 예정 온도차이 Δ에 대하여 설계되므로, 압축기 C1은 증발기 부분 21561에서 나오는 그렇게 많은 열을 제거할 수 없어 제1 등급 G1 동작은 비효율적이다.
이를 해결하기 위하여, 통과 장치 (2170)가 사용되며, 제1 등급 G1을 통과시키고 저온 저장체 (2120)를 제2 등급 G2의 증발기와 연결시키도록 구성된다.
특히, 통과 장치 (2170)는 제2 등급 G2 증발기 부분 및 제2 등급 압축기 C2에 각각 연결되는 두 개의 밸브 (2172A, 2172B)를 포함한다. 통과 장치 (2170)는 증발기 부분 (2176)으로 이어지며 저온 저장체 (2120)로 안내하는 관 형태의 팽창 밸브 (2174), 및 저온 저장체 (2120)에서 나오는 유출라인 (2178)을 포함한다.
환경 온도가 제2 등급 G2의 압축유체 온도보다 낮은 정상 동작 모드에서, 포트 A1 및 B1은 개방되고 포트 A2 및 B2는 폐쇄되며, 종속 구성 (2150)은 종속 구성 (2150)의 것과 동일한 방식으로 작동한다.
외부 환경 주변 온도가 제2 등급 G2 압축유체 온도를 넘어 상승되면, 포트 A1 및 B1이 폐쇄되고 포트 A2 및 B2 개방되어 다음과 같이 작동된다:
제2 등급 G2 응축기 부분 21522 에서 유출되는 압축유체는 팽창 밸브 (2174)를 통과하여 유체가 팽창되고 냉각된다. 팽창 밸브 (2174)를 지난 후, 팽창 유체는 라인 (2176)을 따라 진행하면서 저온 저장체 (2120)로 유입되고 여기에서 물을 냉각시키고 압축기 C2로 이어지는 라인 (2178)을 통하여 방출 (약간 가열)된다.
정상 작동 모드에서 저온 저장체 (2120) 및 고온 저장체 (2110)의 온도차이는 약 240℃ (제1 등급 증발기 21561의 0℃로 주어지는 3℃ 및 제7 등급 응축기 21527의 242℃로 주어지는 242℃ 차이)이었지만, 이제 온도차이는 약 210℃이고, 이것은 제2 등급 증발기 21562의 27℃로 주어지는 30℃ 및 제7 등급 응축기 21527의 242℃로 주어지는 242℃ 차이라는 것을 이해할 수 있다.
즉, 종속 구성 (2150')의 전체적인 온도 차이는 줄었지만, 종속 구성 (2150')의 제1 등급 G1 작동 과정이 생략되므로 효율은 거의 동일하다.
도 25A 및 25B를 참조하면, 포괄적으로 부호 2150"로 표시되는 다른 예시적 종속 구성이 도시되고, 상기 종속 구성 (2150)과 유사하지만, 다른 점은 각 등급의 열교환기에서 유체 유동은 반대 방향이라는 점이다 (상기 예에서 평행 유동인 것과 반대).
특히, 제1 등급 G1 압축 유체는 일 방향으로 각각의 응축기 부분 21521"을 통과하고, 제2 등급 G2 팽창유체는 반대 방향으로 각각의 증발기 부분 21562"을 통과한다. 공지된 바와 같이, 역류 열교환기는 높은 효율의 열교환기 및 결과적으로 더욱 효율적인 종속 구성 (2150")을 제공한다.
본 예시적 종속 구성 (2150")은 전기 예시의 종속 구성 (2150')와 같은 통과 장치 (2170) (도 24A 내지 24D 참고) 없이 도시되지만, 이러한 통과 장치 (2170)는 본 종속 구성 (2150")에 구비될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 27A 내지 27E를 참조하면, 포괄적으로 부호 3000으로 표시되는 또 다른 예시적 발전기가 도시된다. 일반적으로, 발전기 (3000) 구조는 상기 발전기와 대체로 유사하지만, 다음과 같은 점들이 다르다:
- 다중 압력용기들 -발전기 각 측 (좌측/우측)은 4개의 압력용기를 가지고, 각각은 상기 압력용기 구조와 유사하다;
- 선형 코어 연결 - 각각의 용기는 6개의 코어를 가지지만, 상기 예와는 달리, 코어들은 서로 선형으로 연결되어 긴 작동매체 유로를 형성한다 (상기 평행 연결과 비교하면 6배 길어짐);
- 선형 용기 연결 (작동매체) - 각 측 4개 압력용기의 코어들은 서로 선형 연결되어 더욱 긴 작동매체 유로를 형성한다;
- 선형 용기 연결 (압력매체) -고온 압력매체를 담고 있는 각 측 4개의 압력용기 구역들은 고압 연결을 통하여 서로 유체 연통하므로, 긴 압력매체 유로를 형성한다;
- 외부 저온 저장체 - A/C 유닛 증발기로 구성되는 저온 저장체는 환경에 노출되고 작동매체 순환에는 사용되지 않는다.
작동에 있어서, 발전기 일 측의 완전 사이클은 다음과 같은 단계들을 포함한다 (반대 측은 단지 떨어진 상태에서 동일 단계들을 수행):
a) 고온 작동매체는 A/C 유닛 응축기단으로부터 24개의 코어 (4개의 압력용기마다 6개의 코어들) 길이를 따라 통과하므로, 압력매체 온도를 최고 작동 온도로 올리고, 동시에 더 낮은 온도로 냉각된다;
b) 4번째 압력용기 최종 코어로부터, 냉각된 고온 작동매체는 최소한 잔류 열 일부를 방열기에서 토출한 후 방열기를 지나 A/C 유닛 응축기단으로 복귀한다;
c) 중간 저장체로부터 주변온도인 중간 온도 작동매체는 4개의 압력용기 24개의 코어들을 모두 통과하여, 압력매체 온도를 최고 작동 온도 이하로 낮추고, 동시에 더 높은 온도로 가열된다;
d) 최종 코어로부터, 중간 작동매체는 경사 탱크로 흐르고, 경사 탱크에 진입하는 중간 온도 작동매체 제1 분량은 최고 온도이고 경사 탱크에 들어오는 마지막 분량은 최저 온도이다;
e) 중간 저장체로부터 주변온도인 중간 온도 작동매체는 4개의 압력용기 24개의 코어들을 모두 통과하여, 압력매체 온도를 최저 작동 온도로 더욱 낮추고, 동시에 더 높은 온도로 가열된다;
f) 최종 코어로부터, 중간 작동매체는 중간 작동 저장체로 다시 흐르고, 방열기를 통과하면서 추가 열을 환경으로 토출한다;
g) 가열된 중간 온도 작동매체는 경사 탱크로부터 4개의 압력용기 코어들을 통과하여, 점차 압력매체를 최저 작동온도 이상 그러나 여전히 최고 작동온도 이하로 가열한다. 점진적 가열은 LIFO 구성을 적용하여 달성되며, 경사 탱크에 진입한 마지막 분량 (또한 최저 온도)이 먼저 코어들을 통과한다;
h) 최종 코어로부터, 중간 온도 작동매체는 중간 저장체로 흐르며 한편 방열기 유닛을 통과하여 임의의 추가 열을 환경으로 토출한다;
i) 단계 (a)부터 반복된다.
특히, 단계 (a) 및 (b), 및 (e) 및 (f)는 제1주기 동안 지속되고 단계 (c) 및 (d), 및 (g) 및 (h)는 제1 주기보다 긴 제2 주기 동안 지속된다. 특히, 제2 주기는 제1 주기의 2배일 수 있다. 특정 실시예에서, 제1 주기는 약 5초이고, 제2 주기는 약 10초일 수 있다.
도 28A 및 28B를 참조하면, 단계들은 다음과 같이 수행된다:
단계 (a) 및 (b): 고온 작동매체는 고온 저장체로부터 밸브 E로 흐른다: E2를 통하여 유입, E를 통하여 유출 및 라인 LE => 라인 LB2으로 밸브 B로: B2를 통하여 유입, B를 통하여 유출 및 라인 LR1 => 라인 LRo을 통하여 코어 유출 및 밸브 D로: D를 통하여 유입, D3을 통하여 유출 및 라인 LD3 => 라인 LF으로 밸브 F로: F를 통하여 유입, Fl을 통하여 유출 및 라인 LF1로 다시 고온수 저장체로.
단계 (c) 및 (d): 중간 온도 작동매체는 중간 온도 저장체로부터 라인 LM을 통하여 밸브 B로 흐른다: B3를 통하여 유입, B를 통하여 유출 및 라인 LRI => 라인 LRo을 통하여 코어 유출 및 밸브 D로: D를 통하여 유입, Dl을 통하여 유출 및 라인 LD1 => 라인 LH로 밸브 H로: H1을 통하여 유입, H를 통하여 유출 및 경사 탱크로. 경사 탱크에 미리 저장된 물은 라인 Lp (도 27A에 도시) 및 방열기 (3400)를 통하여 다시 중간 저장체로 밀린다.
단계 (e) 및 (f): 중간 온도 작동매체는 중간 온도 저장체로부터 라인 LM을 통하여 밸브 B로 흐른다: B3을 통하여 유입, B를 통하여 유출 및 라인 LRI =>으로 라인 LRo를 통하여 코어 유출 및 밸브 D로: D를 통하여 유입, D2를 통하여 유출 및 라인 LD2 => 라인 LN으로 방열기 유닛 (3400) 및 다시 중간 저장체로.
단계 (g) 및 (f): 중간 온도 작동매체는 경사 탱크에서 밸브 H로 흐른다: H를 통하여 유입, H2를 통하여 유출 및 라인 LB1으로 밸브 B로: Bl을 통하여 유입, B를 통하여 유출 및 라인 LRI =>으로 라인 LRo을 통하여 코어 유출 및 밸브 D로: D를 통하여 유입, D2를 통하여 유출 및 라인 LD2 => 라인 LN로 방열기 유닛 (3400) 및 다시 중간 저장체로.
밸브 A는 밸브 B와 균등하고, 밸브 C는 D와 균등하고, 및 밸브 G는 H와 균등하다는 것을 이해할 수 있다. 밸브 E 및 F는 균등하지 않고 각각은 다른 저장체를 담당한다 - 밸브 E는 고온 작동매체 저장체 및 밸브 F는 중간 온도 작동매체 저장체.
도 29A 내지 29C를 참조하면, 발전기 (3000)는 4 개의 압력용기 (3200)를 포함하며, 각각의 6개의 코어 C1 내지 C6를 가진다. 코어들은 상호 연결되어 단일 유로를 형성한다. 특히, 코어들은 다음과 같이 연결된다:
- 압력용기 (3200) 전단에서, 코어 C1 및 C2는 커넥터 CC1 -2를 통하여 유체 연통되고, 코어 C3 및 C4는 커넥터 CC3 -4를 통하여 유체 연통되고 코어 C5 및 C6은 커넥터 CC5 -6을 통하여 유체 연통된다;
- 압력용기 (3200) 후단에서, 코어들은 반대로 연결된다: 코어 C2 및 C3은 커넥터 CC2 -3을 통하여 유체 연통되고, 코어 C4 및 C5는 CC4 -5를 통하여 유체 연통되고 코어 C6 및 C1은 커넥터 CC6 -1을 통하여 유체 연통된다 (도 30A에 도시);
도 30A 내지 30C를 참조하면, 발전기 (3000) 중간 공급부를 가지며, 즉 작동매체는 상기 예들과 같이 제1 압력용기 (3200) 전면에서가 아니라 두 연속 압력용기 (3200) 사이 영역에서 압력용기로 들어간다. 모든 4개의 코어들 3200I 내지 3200IV는 관들 W1 -2, W2 -3 및 W3 -4을 통하여 상호 연결된다.
특히, 라인 LRI은 제1 압력용기 3200I의 제1 코어 C1에 연결된다. 그 결과, 작동매체 유로는 다음과 같다:
- 제1 압력용기 3200I의 제1 코어 C1로 들어가, 코어 C1 내지 C6을 모두 통과하고 6번째 코어 C6를 통하여 커넥터 관 W1 -2로 유출;
- 제2 압력용기 3200II의 제1 코어 C1로 들어가, 코어 C1 내지 C6을 모두 통과하고 6번째 코어 C6를 통하여 커넥터 관 W2 -3로 유출;
- 제3 압력용기 3200III의 제1 코어 C1로 들어가, 코어 C1 내지 C6을 모두 통과하고 6번째 코어 C6를 통하여 커넥터 관 W3 -4로 유출; 및
- 제4 압력용기 3200IV의 제1 코어 C1로 들어가, 코어 C1 내지 C6을 모두 통과하고 6번째 코어 C6를 통하여 라인 LRO로 유출.
상기 장치에서, 압력용기 3200I 내지 3200IV의 모든 24개의 코어들은 서로 유체 연통되어 긴 유로를 형성한다.
도 31A 및 31B를 참조하면, 압력용기 3200I 내지 3200IV은 서로 유체 연통되고, 즉 이들 용기 내부에 있는 압력 유체는 다른 용기에 있는 압력유체와 유체 연통된다. 유체 연통은 고압 커넥터 P1 -2, P2 -3 및 P4 -1에 의해 달성된다. 4개의 압력용기 중 하나는 고압 커넥터 PEND 출구에 연결되고, 이를 통하여 고압의 압력매체는 피스톤 유닛 3270R, 3270L으로 제공된다.
도 32A 및 32B로 돌아가서, 발전기 (3000)는 두 개의 경사 탱크 (3600L, 3600R)를 포함하고, 각각은 적당한 배관을 통하여 압력용기 (3200)와 유체 연통된다. 특히, 각각의 경사 탱크 (3600R, 3600L)는 상기 단계 (c) 및 (d)에 대하여 상기된 바와 같이 가열/냉각된 작동매체를 경사 탱크 (3600R, 3600L)로 제공하도록 구성되는 해당 밸브 H, G가 구비된다.
각각의 경사 탱크 (3600L, 3600R)는 상기된 경사 탱크 (600, 1600, 2600)와 대체로 유사한 구조를 가진다. 특히, 경사 탱크로 진입하는 작동매체의 연속 분량들 간의 온도차이를 유지하도록 구성되는 유동 미로 (3610)가 형성된다.
또한, 각각의 경사 탱크 (3600R, 3600L)는 최상부에서 관 라인 LGO에 연결되고, 이것은 작동매체가 밸브 H 및 G 통하여 경사 탱크로 진입할 때 경사 탱크에 있는 매체가 분출되도록 구성된다.
도 33A 및 33B를 참조하면, 상기 발전기에 의해 생성된 에너지 일부를 저장하도록 구성되는 축열기 장치는 부호 3900로 도시된다. 축열기 장치 (3900)는 케이스 (3910) 내부에 배치된 가열 요소 (3920)에 의해 가열되도록 저장 매체 (미도시)를 담는 케이스 (3910)를 포함한다. 특히, 가열 요소 (3920)는 발전기 (3000)에 의해 발생되는 전기에너지 일부를 이용하도록, 즉 저장 매체를 가열하도록 작동된다.
그 결과, 일정한 시간이 경과하면, 케이스 (3910) 내부 저장매체는 고온 저장체 (3110) 내부 고온 작동매체 온도로 점차 가열된다. 이러한 온도에 이르면, 발전기 (3000) 밸브 A 내지 G는 선택적으로 변환되어 고온 저장체 (3110) 고온 작동매체 대신 케이스 (3910)로부터 고온 저장 매체가 발전기 (3000)를 순환하여, 보조 작동 모드를 구성한다.
특히, 보조 모드에서, 다음과 같은 단계 (a) 및 (b)가 수행되도록 장치가 구성된다:
단계 (a) 및 (b): 고온 저장 매체는 축열기 장치 (3900) 케이스 (3910)의 출구 GBOUT에서 밸브 E로 흐른다: El을 통하여 유입, E를 통하여 라인 L => 라인 LB2으로 밸브 B로 유출: B2를 통하여 유입, B를 통하여 라인 LRo을 거쳐 라인 LRI => 출구 코어로 밸브 D로 유출: D를 통하여 유입, D3을 통하여 라인 LD3 => 라인 LF로 밸브 F로 유출: F를 통하여 유입, Fl을 통하여 라인 LF1로 GBIN을 거쳐 다시 케이스 (3910)로 복귀.
발전기 (3000)가 보조 모드에서 작동되면, 고온 저장체 (3110)는 상기된 바와 같이 우회되고, 따라서 발전기 (3000) 동작에 참여하지 않는다. 이에 따라 A/C 유닛은 동작을 임시로 멈추고 발전기 (3000)의 전체 전력 소모는 감소된다.
도 34를 참조하면, A/C 유닛은 응축기단 (3112), 증발기단 (3122), 압축기 구조 CP 및 팽창 밸브 구조 EV을 가지는 작동매체 부시스템 (3100)으로 형성된다. 증발기단 (3122)은 환경에 노출되어 이와 열적 연통되고 이로부터 열을 흡수한다. 응축기단 (3112)은 고온 작동매체 (미도시)를 담고 있는 고온 저장체 (3110)를 구성하는 하우징 내부에 배치된다.
압축기 구조 CP 및 팽창 밸브 구조 EV은 응축기단 (3112) 및 증발기단 (3122) 모두와 유체 연통되고, 표준 냉각 사이클로 동작하여 여기에서 운반 매체 (미도시)는 압축기 구조 CP에 의해 압축되고, 응축기단 (3112)을 통과하여 팽창 밸브 구조 EV를 거쳐 증발기단 (3122)으로 팽창한다.
압축기 구조 CP은 4개의 압축기 (CP1 내지 CP4)를 가지고, 팽창 밸브 구조 EV는 4개의 상당 팽창 밸브 (EV1 내지 EV4)를 가져, 4개의 작동 쌍 CP1-EV1, CP2-EV2, CP3-EV3 및 CP4-EV4을 형성한다. 각각의 압축기 CP1 내지 CP4는 상이한 전력 소모량을 가지고 상이한 압축비를 제공하며, 각각의 팽창 밸브 EV1 내지 EV4는 상이한 팽창 정도를 제공하도록 구성된다.
따라서 이러한 작동매체 부-시스템 (3100)은 한번에 최소한 하나의 쌍에 의해 동작되고, 이때 쌍은 고온 저장체 및 저온 저장체 사이 필요한 온도차이, 및 외부 환경 온도에 따라 선택된다.
CP-EV 쌍은 특정 일/연도에 작동하도록 구성될 수 있다. 더욱 상세하게는, 하나의 쌍은 여름 낮 동안 작동되고, 다른 쌍은 여름 밤 동안, 3번째는 겨울 낮 동안, 4번째는 겨울 밤 동안 작동되어, 더욱 효율적인 발전기 (3000) 가동이 가능하다.
또한, 상기 구조는 4개의 압축기 중 하나가 불량할 때 최소한 3개의 예비 (backup) 압축기들을 제공한다. 예를들면, 여름 밤 압축기가 불량하면, 여름 밤 압축기가 수리되는 동안 겨울 낮 압축기가 사용될 수 있다.
도 35A 내지 35E를 참조하면, 전기된 동력 조립체 (300)를 대체하는 선형 기어 기구 (mechanism)가 포괄적으로 부호 3300으로 도시된다. 선형 기어 (3300)는 하우징 (3310)을 포함하고, 내부에서 기어 기구 (3300)의 랙 (3320)은 피니언 구조 (3340R, 3340L)과 체결된다.
각각의 단들 (3310R, 3310L)에는 해당 개구 (3312R, 3312L)가 형성되어, 압력용기 (3200R, 3200L)에 담긴 압력매체의 압력 차이로 인하여 발전기 (300) 작동 과정에서 하우징 (3310)으로 유입 및 유출되는 보조 작동매체와 유체 연통된다. 그 결과, 랙 (3320)은 하우징 (3310)의 제1 단 (3310R) 및 제2 단 (3310L) 사이 교번 압력으로 왕복된다.
랙 (3320) 나사부 (3324) 및 피니언 구조 (3340R, 3340L)의 피니언 (3348R, 3348L) 간의 체결로 인하여, 하우징 (3310) 내부 랙 (3320) 왕복 운동으로 축 주위로 피니언 (3348R, 3348L)이 회전되므로, 선형 운동은 회전운동으로 전환되고, 궁극적으로 구동축 (3332)으로 전달된다.
피니언 (3348R, 3348L)을 지지하는 각각의 축 (3342L, 3342R)은 양단에 베어링 (3345L, 3345R)과 끼워져, 피니언 (3348R, 3348L) 회전은 일-방향성이다. 특히, 도 35C를 참조하면, 랙 (3320)이 왼쪽으로 변위되고, 피니언 (3348R)이 장착된 축 (3342R)이 회전되면, 피니언 (3348R) 회전을 동반한다. 그러나, 동시에, 피니언 (3348L)이 장착된 축 (3342L) 역시 회전되는 동안, 피니언 (3348L) 자체는 베어링 (3345L)으로 인하여 정지된다. 유사하게, 랙 (3320)이 반대 방향으로 변위되면, 피니언 (3348L)은 회전하지만 피니언 (3348R)은 정지된다.
축 (3342L, 3342R)을 안정화시키고, 랙 (3320) 변위 과정에서 자유 회전시키기 위하여, 추가 베어링 (3344L, 3344R)이 각각의 축 (3342L, 3342R)에 구비된다.
따라서, 양 피니언 (3348R, 3348L)이 발전기 축의 기어 (3338)와 체결되므로, 랙 (3320)의 임의의 변위는, 어떠한 방향에서도, 기어 (3338) 회전 및 결국 축 (3332) 회전을 동반한다. 축 (3332) 회전은 임의의 공지된 방식에 따라 전기로 전환된다.
또한, 하우징 내부에서 왕복 운동하는 랙 (3320)을 안정화시키기 위하여, 기어 기구 (3300)에는 두 개의 한계 롤러 (3350R, 3350L)가 제공되고, 각각은 각자의 피니언 구조 (3340L, 3340R) 앞에 배치된다. 롤러 (3350R, 3350L)는 랙과 체결되어 축방향으로만 운동을 한정하도록 구성된다.
각각의 한계 롤러 (3350R, 3350L)는 각각의 축 (3352R, 3352L)을 가지고, 여기에 롤러 부재 (3356R, 3356L)가 장착된다. 또한, 각각의 축 (3352R, 3352L)에는 피니언 구조 (3340R, 3340L)의 베어링 (3344L, 3344R)과 유사한 베어링 (3354R, 3354L)에 끼워져 있다. 조립되면, 롤러 부재 (3356R, 3356L)는 랙 (3320) 비-나사부 (3322)와 체결되어, 축 운동 만이 가능하게 된다.
또한 구동축 (3332) 자체에 베어링 (3335)이 제공되어, 랙 (3320)이 왕복을 중지하여도 관성에 의한 자유 회전이 가능하다.
선형 기어 조립체 (3300)의 랙 및 피니언 구성은 여러 이점을 제공한다:
- 일 방향 행정 길이가 반대 방향 행정과 유사하지 않더라도, 임의의 랙 (3320) 변위로 구동축 (3332) 회전이 동반된다;
- 구동축 (3332) 베어링 (3335)으로 인하여, 일 방향에서 랙 (3320) 단일 행정이 일어나고, 랙이 그 방향 운동 종료 후, 구동축은 계속 회전하고, 따라서 랙 운동 범위에서 추가 동력 발생이 가능하다;
- 선형 기어 구조 (3300)은 구조가 단순하고 단일 랙 (3320)을 사용하므로 전기된 동력 조립체보다 더욱 정확하다;
- 전기된 동력 조립체보다 더 높은 변속비를 제공한다.
도 36A 내지 36D를 참조하면, 또 다른 예시적 발전기가 포괄적으로 도면부호 4000으로 도시된다. 본질적으로, 발전기 (4000)은 전기된 발전기 (3000)과 유사하나, 다음과 같은 여러 부분에서 차별된다:
- 단지 두 압력용기들 (4200R, 4200L) (8 개가 아님)를 가지고, 각각은 압력용기 (3200)보다 더 길다;
- 전방 진입 및 후방 유출, 즉 작동매체는 전단에서 압력용기 (4200R, 4200L)로 유입되고 후단에서 유출된다;
- 발전기에서 작동매체 추진은 펌프로 이루어진다;
- 두 작동 모드들을 가지도록 조합 밸브 (4140R, 4140L)가 제공된다;
- 두 구역들로 분할되고 이들 사이 작동되는 열펌프를 가지는 축열기 장치 (4900)를 포함한다; 및
- 기어 기구 (4300)는 레귤러 기어 대신 롤러-기어를 포함한다.
도 36A를 참조하면, 발전기 (4000)는 작동매체 부-시스템 (4100), 압력용기 (4200), 발전기 조립체 (4300), 방열기 (4400), 경사 탱크 (4600L, 4600R) 및 축열기 장치 (4900)를 포함한다.
도 37A 내지 37D를 참조하면, 발전기 (4000)는 4개의 코어 분배 구조 (4140L, 4140R) (각각 두 개)을 가지고, 각각의 압력용기 (4200)는 각 단에서 코어 분배 구조 (4140L, 4140R)와 결합된다. 각각의 압력용기 (4200L, 4200R)는 5개의 코어 (4220)를 포함하고, 각각의 밸브 (4140L, 4140R)는 5개의 분배 라인들 (예를들면 도 37B에 도시된 바와 같이 좌측 압력용기 (4200L) 전단에 대하여 LA6 내지 LA10), 및 5개의 해당 조절기 밸브 (예를들면 A6 내지 A10)를 통하여 코어 (4220)에 연결된다.
각각의 압력용기 (4200L, 4200R) 코어 (4220)는 상호 연결되어 커넥터를 통하여 단일 유로를 형성한다 (예를들면 도 37B에 도시된 바와 같이 좌측 압력용기 (4200L)의 전단에 대하여 LAc7 -8 및 LAc9 -10 및 좌측 압력용기 (4200L) 후단에 대하여 LDC8-9 및 LDC10 -6).
분배 구조 (4140L, 4140R) 및 조절기 밸브는 코어 (4220)를 통한 선택적 병렬/선형 유동이 가능하도록 설계된다. 즉, 코어 (4200)는 병렬로 작동되고, 즉 압력용기 (4200) 일단에서 타단으로 모든 코어 (4220)를 통한 일 방향 작동매체 유동, 또는 달리, 작동매체가 진행하는 단일 (및 상당히 긴) 유로를 형성한다.
발전기 (4000) 동작과 관련하여, 어떤 단계에서는 병렬 유동 구성을 이용하고, 다른 단계에서는 선형 유동 구성을 이용하는 것이 유용하다.
발전기 작동 단계의 차이점이 도 37A 내지 37D를 참조하여 기술될 것이다. 우측 압력용기 (4200R) 내부 압력매체가 최고 온도 (예를들면 42.5℃)에 이르고, 좌측 압력용기 (4200L) 내부의 압력매체가 최저 온도 (예를들면 7.5℃)에 도달한 압력용기 (4200L, 4200R) 초기 위치에서 아래 단계들이 개시된다. 아래 단계들은 우측 압력용기 (4200R)에 대하여 설명되지만, 동일하게 좌측 압력용기 (4200L)에 대하여 위상 전이 상태로 이해될 수 있다:
고온 에너지 흡수 및 저장: 중간 온도 작동매체 (예를들면 25℃)는 중간 온도 저장체로부터 라인 LII를 통하여 밸브 B로 흐른다: B2를 통하여 유입, B를 통하여 펌프 4150R로 여기를 통하여 분배 구조 4140R로 유출되고 라인 LB6 =>로 모든 코어 (선형 유동 구성) =>을 지나 라인 Lc10을 통해 코어에서 밸브 C로 유출: C를 통하여 유입, C1을 통하여 라인 LC1 => 로 밸브 G로 유출: G2를 통하여 경사 탱크로 유입. 경사 탱크에 이미 저장된 물은 라인 LHGL (도 37D에 도시)을 거쳐 분출되고 방열기 (4400)를 통하여 중간 저장체 (4130)로 회귀. 이 지점에서, 경사 탱크 (4600R)에 있는 중간 작동매체의 가장 뜨거운 분량 (탱크 최상부)은 약 40℃이고 경사 탱크 (4600R)에 있는 중간 작동매체의 가장 냉각된 분량은 (탱크 바닥) 약 27.5℃이다. 이 지점의 압력매체 온도는 약 30℃이다.
고온 에너지 회수: 중간 온도 작동매체는 경사 탱크 (4600R)에서 밸브 G로 흐른다: G를 통하여 유입, Gl 및 라인 LG1 (LA1)을 거쳐 밸브 A로 유출: Al을 통하여 유입, A를 거쳐 펌프 4150L로 거기를 거쳐 분배 구조 4140L로 유출되고 라인 LA6 =>로 모든 코어 (선형 유동 구성) =>을 지나 라인 LD10을 통해 코어에서 밸브 D로 유출: D를 통하여 유입, D2을 통하여 라인 LD2 =>로 방열기 유닛으로 유출되어 경사 탱크 (4600L)로 복귀. 이 단계에서, 우측 경사 탱크 (4600R)에 있는 작동매체는 점차 좌측 압력용기 (4200L)에 있는 압력매체를 가열하고, 좌측 경사 탱크 (4600L)에 있는 중간 작동매체는 (약 22.5℃ 내지 10℃ 사이) 우측 압력용기 (4200R)에 있는 압력매체를 약 15℃로 점차 냉각한다.
실질적 냉각: 저온 작동매체 (예를들면 0℃)는 저온 저장체에서 라인 LC1를 통하여 밸브 B로 흐른다: B4를 통하여 유입, B를 통해 펌프 (4150R)로 유출 여기에서 분배 구조 4140R로 유출되고 라인 LB6 =>로 모든 코어를 동시에 (병렬 유동 구성) =>지나 코어에서 모든 라인 Lc6 -10을 거쳐 밸브 C로 유출: C를 통하여 유입, C3 및 라인 Lc3 =>을 거쳐 유출되어 다시 저온 저장체 (4120)로 복귀하고, 선택적으로 방열기 4400 (부분적으로)를 거친다. 이것으로 우측 압력용기 (4200R)에 있는 압력매체 온도는 약 7.5℃로 낮아진다.
저온 에너지 흡수 및 저장: 중간 온도 작동매체 (예를들면 25℃)는 중간 온도 저장체에서 라인 LII를 통하여 밸브 B로 흐른다: B2를 통하여 유입, B를 통하여 펌프 4150R로 유출되고 거기에서 분배 구조 (4140R)로 유출되고 라인 LB6 =>로 모든 코어 (선형 유동 구성) =>을 지나 코어에서 라인 Lc10을 거쳐 밸브 C로 유출: C를 통하여 유입, C1 및 라인 LC1 =>을 거쳐 밸브 G로 유출: G2를 통하여 경사 탱크로 유입. 경사 탱크에 이미 저장된 물은 라인 LHGL (도 37C에 도시)을 거쳐 분출되고 방열기 (4400)를 통하여 중간 저장체 (4130)로 회귀. 이 지점에서, 경사 탱크 (4600R)에 있는 중간 작동매체의 가장 냉각된 분량 (탱크 최상부)은 약 10℃이고 경사 탱크 (4600R)에 있는 중간 작동매체의 가장 뜨거운 분량은 (탱크 바닥) 약 22.5℃이다. 이 지점의 압력매체 온도는 약 20℃이다.
저온 에너지 회수: 중간 온도 작동매체는 경사 탱크 (4600R)에서 밸브 G로 흐른다: G를 통하여 유입, Gl 및 라인 LG1 (LA1)을 거쳐 밸브 A로 유출: Al을 통하여 유입, A를 거쳐 펌프 (4150L)로 거기를 거쳐 분배 구조 (4140L)로 유출되고 라인 LA6 =>로 모든 코어 (선형 유동 구성) =>을 지나 라인 LD6 -10을 통해 코어에서 밸브 D로 유출: D를 통하여 유입, D2을 통하여 라인 LD2 => 라인 L10로 방열기 유닛으로 유출되어 경사 탱크 (4600L)로 복귀. 이 단계에서, 좌측 경사 탱크 (4600L)에 있는 작동매체는 점차 우측 압력용기 (4200R)에 있는 압력매체를 약 35℃ 가열하고, 우측 경사 탱크 (4600R)에 있는 중간 작동매체는 (약 22.5℃ 내지 10℃ 사이) 좌측 압력용기 (4200L)에 있는 압력매체를 약 15℃로 점차 냉각한다.
실질적 가열: 고온 작동매체 (예를들면 50℃)는 고온 저장체 (4110)에서 라인 LH1를 통하여 밸브 B로 흐른다: B3를 통하여 유입, B를 통해 펌프 (4150R)로 유출 여기에서 분배 구조 4140R로 유출되고 라인 LB6 =>로 모든 코어를 동시에 (병렬 유동 구성) =>지나 코어에서 모든 라인 Lc10을 거쳐 밸브 C로 유출: C를 통하여 유입, C4 및 라인 Lc4 =>을 거쳐 유출되어 다시 고온 저장체 (4110)로 복귀하고, 선택적으로 방열기 4400 (부분적으로)를 거친다. 이것으로 우측 압력용기 (4200R)에 있는 압력매체 온도는 약 42.5℃로 낮아진다. 상기 6 단계들 각각은 예정 시간 예를들면 5초간 지속된다. 그러나, 다른 구성에서 각각의 단계들은 상이한 주기 동안 지속될 수 있다.
발전기 작동을 제어하기 위하여, 다음과 같은 현상을 감시하는 제어기가 제공될 수 있다:
- 발전기 (4000) 관을 지나는 유속;
- 밸브 작동 모드(개방/폐쇄, 병렬/선형 구성 등); 및
- 각 단계의 지속 시간.
도 38을 참조하면, 발전기 (4000)는 발전기 (3000)에 대하여 전기된 것과 유사한 압력시스템을 포함한다. 각각의 압력용기 (4200L, 4200R)에는 작동 피스톤 (4270L, 4270R) 및 보정 피스톤 (4280L, 4280R)이 구비된다. 각각의 작동 피스톤 (4270L, 4270R)은 라인들 (4274L, 4274R)를 거쳐 기어 기구 (4300) 하우징에 부착되어, 궁극적으로 랙 (4320) (도 47에 도시) 왕복을 일으킨다.
도 39를 참조하면, 작동매체 부-시스템 (4100)이 열펌프 형태로 도시되고, 대체로 전기된 부-시스템 (3100)과 유사하지만 4 개의 상이한 압축기를 사용하는 것이 아니라 단일 스크류 압축기를 사용하고 이는 가변 압축비 및 전력 소모 환경에서 작동하므로, 환경 조건에 따라 조절될 수 있다.
도 40A 내지 40D를 참조하면, 발전기 (4200)는 전기된 축열기 장치 (3900)와 유사한 축열기 장치 (4900)를 포함한다. 그러나, 축열기 장치 (4900)는 고온 구역 (4910H) 및 저온 구역 (4910c)을 포함하고, 보조 열펌프 (4930)에 연결되고 이의 응축기단 (4932)은 제1 구역 (4910H)에 위치하고 증발기단 (4934)은 제1 구역 (4910c)에 배치된다.
특히, 각각의 구역 4910H, 4910C은 각자의 입구 GHI, GCI 및 출구 GHO, GCO를 가지며, 여기에 상응하는 유입 및 유출라인 LGHI, LGCI, LGHO, LGCO가 연결된다. 출구 GHO는 구역 (4910H) 최상단에 배치되고, 입구 GHI는 구역 4910H 바닥단에 배치된다. 반대로, 출구 GCO는 구역 (4910c) 바닥단에 위치하고, 입구 GCI는 구역 (4910c)의 최상단에 배치된다.
상기 구성으로 고온 작동매체는 고온 구역 (4910H) 고온 영역으로부터 회수되어, 고온 구역 (4910H) 저온 영역으로 작동매체를 돌려보낸다. 따라서, 이러한 구성으로 인하여 저온 작동매체는 저온 구역 (4910c) 저온 영역으로부터 회수되고, 작동매체를 저온 구역 (4910c) 고온 영역으로 돌려보낼 수 있다.
따라서, 발전기에서 제공되는 일부 에너지는 (전기 예시들과 같은) 단순한 히터 대신 선택적으로 보조 열펌프 (4930)로 제공되어, 4910H에서 보조 고온 저장체를 제공하고, 4910c에서 저온 저장체를 제공한다.
작동에 있어서, 구역 (4910H, 4910c)에 있는 보조 작동매체가 각각 고온/저온 저장체들 온도와 유사한 온도에 도달하면, 발전기 작동에 사용되고 주 열펌프는 임시적으로 작동을 중지한다.
또한, 고온 구역 (4910H)에는 구역 (4910H) 내부에 담긴 저장 유체를 직접 가열하는 히터가 제공된다. 보조 열펌프 (4930) 작동 과정에서, 고온/저온 구역에 있는 저장매체는 가열/냉각 한계 (즉 최고/최저 온도 한계)에 도달할 수 있다. 이러한 경우, 보조 열펌프 (4930) 작동이 중단되고, 히터가 사용되어 고온 구역에 있는 자장매체를 더욱 가열한다.
상기 장치에서, 보조 열펌프 (4930)가 중단되면, 고온 구역 (4910H)에 있는 작동매체는 고온 작동매체로 사용되고, 저온 구역 (4910c)에 있는 작동매체는 저온 /중간 작동매체로 사용된다.
도 41A 내지 41E를 참조하여, 압력용기 (4200) 및 내부 코어 구조를 설명한다. 압력용기 (4200)는 5 개의 코어 (4220)를 수용하는 외부 하우징 (4222)을 포함한다. 또한 압력용기 (4200)에는 압력용기 (4200)로부터의 누설을 방지하고, 압력매체 고압을 유지하기 위한 실(seal) (4242, 4244, 4246)을 포함한 밀봉 구성이 제공된다.
각각의 코어 (4220)에는, 압력용기 (4200) 내부에 교반 조립체 (4230)가 구비되어, 코어 (4220) 주위로 회전하면서 압력매체를 더욱 혼합하여 발전기 (4200) 작동 과정에서 압력매체 및 코어 (4220) 내부를 흐르는 작동매체 간 더욱 효율적인 열전달을 제공한다.
교반 조립체 (4230)는 대체로 전기된 것들과 유사하고, 중앙 축 (4235)에 장착되고 외부 모터로 구동되는 중앙 기어 (4243)와 체결되는 구동 기어 (4234)를 포함한다.
또한 압력용기 (4200)가 상당히 길므로 (길이는 명목 직경보다 훨씬 길다), 지지 장치 (4290)가 압력용기 (4200)를 따라 제공되어 코어 (4220)를 지지한다. 본질적으로, 이러한 지지 장치 (4290)는 코어 (4220)를 관통 수용할 수 있는 구멍들이 형성되는 지지 디스크 (4293)를 포함한다. 각각의 이러한 지지 장치 (4290)에는 밀봉 부재 (4295, 4297)가 결합되어 바람직하지 않은 누설을 방지한다.
도 42A 내지 45C를 참조하면, 여러 예시적 코어 구조체들이 도시된다. 예시들은 코어 전단 구조만을 도시한 것이다.
특히 도 42A 내지 42E를 참조하면, 코어 (4220')는 코어 몸체 (4221') 및 정적 유동축을 수용하는 중앙 코어 공동 (4222')를 포함한다.
전단 가까이, 유동축 제1부 (4223')는 매끈하고 공동 (4222') 단면 전체를 점유하지 않는다. 또한, 전단부 코어 몸체 (4221')는 거친 표면 (4226')이 내면에만 형성된다. 반대로, 유동축 제2부 (4224')는 나선으로 형성되며 공동 (4222') 단면 전체를 점유한다. 또한, 제2부 코어 몸체 (4221')는 거친 표면 (4226')이 내면 및 외면 모두에 형성된다. 또한 유동축은 중공이며 내부 채널 (4223o)이 형성된다.
내면 및 외면 모두의 거친 표면 (4226')에 형성된 리지는 서로 정렬되어, 외면에 있는 리지 피크는 내면에 있는 골과 정렬된다. 이에 따라 코어 축에 수직으로 취한 단면에서 두께가 균일한 코어가 제공된다.
상기와 같은 설계 이유는 압력용기 내부 제1부 위치에 있다. 도 41A 내지 41E에서 보이는 바와 같이, 코어 제1부는 실 (4242, 4244, 4246) 영역에 위치하므로, 압력매체와 열교환 과정에 참여하지 않는다. 따라서, 제2부와 동일한 구조를 가질 필요가 없고, 도시된 바와 같이 단순한 설계를 유지하여 비용이 절감될 수 있다.
도 42D를 참조하면, 거친 표면 (4226')은 코어 중심에서 완전히 방사 방향으로 연장되지 않는 치열 형태이다. 대신, 치열은 약간의 각을 가지고 연장되어, 코어 (4220)를 통하여 흐르는 작동매체는 치열 방향에 의해 와류되고 치열 차이를 관통하여 더욱 양호한 열교환을 달성한다.
도 43을 참조하면, 도 42A 내지 42E에 도시된 것과 유사한 구조의 코어 (4220")가 도시되고, 차이점은 코어 (4220") 제1부는 격리 슬리브 (4227")를 이용하여 격리되어, 제1부를 통과하는 작동매체는 열교환과정에 참여하지 않는 코어 해당 부분을 가열/냉각하는데 에너지를 소모하지 않는다.
도 44A 내지 45C를 참조하면, 두 개의 추가 코어 (4220''', 4220IV)가 도시되고, 이들은 전기 코어 (4220', 4220")과 유사하다 (유사한 요소는 해당 대시 부호를 추가한 유사 부호로 지정된다). 코어 4220" 및 4220IV 및 전기된 코어와의 주요 차이는 거친 표면 형태에 있고, 원추/피라미드 돌출부 형태가 아닌 고리 형태이다. 이러한 형태는 더욱 용이하고 제조 비용이 더욱 낮아진다.
도 46A 내지 46D를 참조하면, 압력용기 (4200) 조립체가 도시된다. 코어 (4220) 및 관련된 모든 기계 요소 (팬 장치, 기어, 구동-축 등, 이하 '코어 조립체'는 슬리브 부재 (4200s)에 둘러싸인다. 슬리브 부재 (4200s)는 경질의 재료로 형성되고 충분한 두께를 가져 기구적으로 전체 코어 조립체를 지지한다. 예를들면, 슬리브 부재 (4200s)는 강철로 제조되고 수 밀리미터의 두께를 가질 수 있다.
상기 장치에서, 전체 코어 조립체를 먼저 조립하고 이것을 슬리브 부재 (4200s)로 감싸고 이후 감싼 조립체를 압력용기 케이스 (4200)에 밀어 넣을 수 있다. 또한, 유지 관리 목적으로, 감싼 코어 조립체를 압력용기 (4200)에 빼내고 (예를들면 당겨서), 적절한 슬리브 부재 (4200s)를 제거하고 필요한 유지 관리를 수행할 수 있다.
슬리브 부재 (4200s)는 반-원 단면 (즉 반-원통 형상)을 가지고, 이러한 부재 둘이 코어 조립체 일부를 감싸면, 이들 사이에 간격 G 이 남는다 (도 46C, 46D 참고). 간격 G는 슬리브 부재 (4200s) 및 코어 조립체 사이에 형성된 내부 영역, 및 슬리브 부재 (4200s) 및 압력용기 (4200)케이스 (4222) 사이의 외부 영역 간 압력매체의 유체 연통을 제공한다.
또한 밀봉 구성은 3개의 별도 부품으로 제조되는 실 (4244)을 포함하고, 슬리브 (4220s)에 삽입되어 코어 (4220)에 장착되면, 이들은 서로 압착되어 압력용기 (4200)에 필요한 밀봉을 제공한다.
도 47을 참조하면, 개선된 기어 기구 (4300)가 도시되고, 기어 기구 (4300)는 랙 (4320)과 체결되는 롤러-핀 피니언 (4348R, 4348L), 및 구동축 (4332)과 체결되는 기어 (3349R, 3349L)를 포함한다. 롤러-핀 피니언 (3348R, 3348L)은 접촉 면적이 증가하고 단순한 치열 형상으로 인하여 레귤러 기어 체결보다 더 높은 효율을 제공한다. 기타 모든 측면에서, 기어 기구 (4300)는 동일 방식으로 작동한다.
그러나, 롤러-핀 피니언 (4348R, 4348L)은, 롤러-핀 피니언 (4348R, 4348L)이 자체 축 주위로 자유 회전하므로, 마찰력 감소라는 이점을 제공한다.
도 48A 내지 48C를 참조하면, 다른 예시적 작동매체 부-시스템 (4100')이 도시되면, 여기에서 각각의 고온/저온 저장체들 (4110, 4120)는 여러 구역들로 분할된다. 구역들은 서로 유체 연통되고, 압력용기 (4200L, 4200R)를 향하여 부-시스템 (4100)에서 유출되는 작동매체, 및 열교환 과정을 거쳐 부-시스템 (4100)으로 유입하는 작동매체 사이 혼합을 지연시킨다. 이러한 구성으로 더욱 효율적인 발전기가 제공된다.
도 49A 내지 49H를 참조하면, 직경 D보다 훨씬 긴 길이 L를 가지는 압력용기 (4200')가 도시된다. 압력용기 (4200')는 도 41A 내지 41 D에 대하여 상기된 지지 조립체 (4920')를 가지나, 이와는 달리, 본 예시에서 각각의 코어 (4220')는 단일 코어가 아니라, 오히려 코어 편들로 형성된다. 각각의 두 연속 편들이 이들 사이에 위치하는 지지 조립체 (4290')에서 서로 조합된다.
두 코어 편들을 조합하기 위하여, 삽입구가 편들 사이에 도입되고 코어 내부에 수용되어 이들 사이 유체 연통을 제공한다. 또한 도 49B에서 코어 편들은 완전히 압력용기 내부에 수용되고 압력용기 단들에서, 삽입구만이 돌출된다. 삽입구 (4299') 자체는 높은 열전달 계수가 필요하지 않은, 예를들면 플라스틱 재료로 제조될 수 있다.
지지 조립체 (4290')에서 삽입구에 의해 조합될 때, 두 연속 코어 편들은 상호 간에 일정한 운동 자유도가 있다. 상호 간에 코어 변위를 줄이기 위하여, 지지 조립체 (4290')는 코어의 팬 장치가 자체적으로 자유 회전하도록 하는 베어링 (4293')을 포함한다.
도 49D를 참조하면, 베어링 (4293')은 자체-정렬 유형이며, 여기서 베어링 볼 (4295')의 하우징 (4294')은 만곡 유형으로, 코어, 및 이에 장착된 팬 장치는, 일정한 그러나 제어될 수 있는 자유도가 제공된다.
도 49F 및 49G를 참조하면, 지지 조립체 (4290')가 명확하게 도시되고 코어 개수에 상당하는 여러 개구들 및 구동축 DS이 형성된 디스크 형태를 가진다.
도 49H를 참조하면, 슬리브 부재 (4200s')는 개구 (4287)를 통하여 볼트 (4285)에 의해 코어 조립체에 부착되도록 도시된다. 개구 (4287)는 환형이 아니라, 오히려 약간 길쭉하다. 감싸진 코어 조립체가 먼저 압력용기 (4200')에 도입되고, 이후에 압력용기에 고압 (예를들면 6000 atm.)이 예압 된다는 것을 이해하여야 한다. 이러한 압력에서, 압력용기는 약간 늘어나고, 따라서 볼트를 유지하는 개구는 일정한 자유도가 제공되어야 한다. 이러한 구성은 슬리브 부재 (4200s')에만 해당되는 것이 아니라 압력용기 내부 기타 볼트 체결된 요소에도 그러하다.
또한, 최소한 압력용기 내부 대부분의 볼트 부착에 있어서 (즉 나사선 구멍 내부로 나사 체결되는 볼트 또는 스크류를 가지는 부착), 볼트에 의해 점유되지 않는 나사선 구멍의 일부 간 유체 연통을 제공하여 볼트 양측 하중이 동일하게 하여 순수한 힘 (sheer force)를 줄이도록 나사 구조의 구멍을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 모든 예시들의 양태에 대하여, 본 발명 발전기의 구성 및 구조는 다음과 계산이 적용된다:
기본 데이터:
- 포괄적으로, 발전기 (4000)는 입력 에너지의 약 2.24 배를 제공하도록, 즉 WOUTPUT = 2.24WINPUT 구성된다. 출력 동력 일부가 다시 발전기 동작에 제공된다면, 순 출력 동력은 약 1.24W1NPUT (2.24WINPUT - WINPUT)이다;
- 표준 열펌프 평균 효율은 50- 70%이고, 즉 COP 10에 대하여 이론적으로는 WOUTPUT = 10WINPUT을 제공하여야 하며, 실제 출력은 5-7WINPUT이다. 계산 목적으로, 효율 55%가 가정된다;
- 현재 계산을 위하여 선택된 COP는 8이고 고온 작동매체 및 저온 작동매체 사이 온도차이는 약 40℃이다;
- 발전기는 압력매체에 제공된 열의 약 30%를 모터 조립체를 통하여 출력 에너지로 전환한다, 즉 압력매체에 제공되는 열량 Q에 대하여, 약 0.3Q가 실제 출력으로 전환된다 (약 6000 atm 예압의 브롬화에틸 특성에 기초);
- 에너지 회수 장치는 압력매체 내부 잔존 열량의 약 50-66%를 회수한다;
상기 인자들에서, 발전기는 다음과 같이 작동한다:
발전기 열펌프에 전기에너지 1.00 kWh를 제공하면 (고온 저장체 및 저온 저장체 사이 40℃ 차이를 발생시키기 위하여) 열 에너지 4.40 kWh를 발생하고, 이것은 압력 매체로 제공되는 열량이다. 이론적으로 적당한 온도 및 COP 8에서 40℃ 온도 범위는 더 많은 동력을 발생시켜야 하지만, 열펌프 효율 55% 로 인하여 출력은 l kWh x 8 x 55% = 4.40 kWh이다.
압력매체에 제공되는 열의 30%만이 궁극적으로 출력 에너지로 전환되므로, 상기 계산에 의하면 약 1.32 kWh의 전기에너지를 발생시킨다. 이것은 압력매체 내부 잔류 열을 약 4.40 - 1.40 = 3.00 kWh 생성시킨다 (시스템 내부 여러 열 손실들을 고려하여 1.32 대신 1.4를 사용함).
압력매체 내부 잔류 열량의 60%를 회수하면 1.80 kWh (3.00x0.6 = 1.80 kWh)가 회수된다. 따라서, 압력매체에 제공된 4.40 kWh 중에서 1.80가 회수되고, 이에 따라 발전기 각각의 사이클에서 압력매체에 제공되어야 하는 추가 열은 4.40 - 1.80 = 2.60이다.
즉, 각각의 사이클에서, 약 2.60 kWh의 열량이 열 차등 모듈에 의해 제공되고 약 1.80의 열량이 회수 장치에 의해 제공되어, 1.32 kWh 생산에서 발전기 작동에 필요한 열량 4.40 kWh를 생성된다.
상기 장치에서, 필요한 열 2.60 kWh을 제공하기 위하여, 상기 제안된 바와 같이 COP = 8에서 열 차등 모듈의 열펌프는 이제 단지 0.59 kWh (1 kWh이 아닌)만이 필요하다. 발전기 개시에서, 즉 제1 작동사이클에서, 1 kWh가 입력 에너지로 제공되지만, 일단 회수 장치가 작용되면 발전기 연속 작동 과정에서 곧 0.59 kWh로 줄어든다.
요약하면, 연속적인 발전기 작동으로 (개시 이후), 1.32 kWh 출력에너지를 제공하기 위하여, 발전기는 일정한 0.59 kWh 공급이 필요하고, 이에 따라 입력/출력 비율은 1.32/0.59 = 2.24: 1이다.
발전기를 더욱 낮은 온도 범위, 예를들면 40℃가 아닌 30℃에서 작동시키는 것이 가능하고, 따라서 발전기 각각의 작동 사이클에 대한 순 출력을 증가시킬 수 있다는 것을 이해하여야 한다 (1.32 kWh 대신 1.67 kWh). 그러나, 이것은 또한 시간 당 더욱 낮은 사이클 회수를 발생시켜, 발전기의 전체 에너지 생산을 감소시킨다.
상기 계산들은 재료, COP, 온도 범위 등에 따라 달라지는 특정 인자들에 대하여, 및 여러 손실, 열 누설, 보정 인자 등을 감안한 것이다. 이들 인자는 가변되어 상기 제시된 결과를 상회하는 (및 하회하는) 상이한 최종 발전기 작동 결과를 줄 수 있다.
도 50A 및 50B를 참조하면, 포괄적으로 5000으로 도시되는 또 다른 실시예의 발전기가 도시되고, 고온 유체를 제공하도록 구성되는 태양열 설비와 연결된다. 상기 발전기들 (1, 2000, 3000 및 4000)과는 달리, 본 발전기는 열 차등 모듈로 작동하는 외부 공급원으로부터 고온 유체를 수용한다. 본 실시예에서, 온도 차등 모듈은 태양열 설비이지만, 발전소, 화력 설비 및 기타 등일 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
상기 발전기들과 유사하게 발전기 (5000)는 2개의 압력용기들 (5200), 발전기 유닛 (5500), 전환 유닛 (5300), 경사탱크들 (5600), 방열기들 (5400) 및 저장탱크 (5900)로 구성된다. 그러나, 상기 발전기들과는 달리, 발전기 (5000)는 열 차등 모듈 (예를들면 4100)을 가지지 않는다. 이는 발전기 (5000)가 주어진 열원 예를들면 태양열 가열된 유체, 발전소 기타 등으로부터의 가열된 유체로 작동되도록 구성되기 때문이다.
본 발전기 (5000) 및 상기 발전기들과의 또 다른 차이는 압력용기들 (5200)에 들어있는 압력 유체는 기체 (액체가 아님)이고, 압력이 대략 100 atm. (상기 실시예들에서의 6000 arm. 와는 달리)에서 유지되지 않는다.
(액체에서 기체로의) 이러한 변경 효과는 상기 실시예들에서 사용되는 액체의 비압축성을 보상하기 위하여 사용되는 기체 피스톤들의 사용을 생략할 수 있다는 것이다.
이제 도 52A 및 52B를 참조하면, 적당한 배관들 LA2 및 LK1을 통해 경사탱크들 (5600) 및 저장탱크 (5900)는 압력용기와 유체 연통된다. 또한 이하 설명되는 바와 같이 내부에 있는 유체는 일정하게 냉각되어야 하므로 경사탱크 (5600)는 배관들 LR을 통해 방열기 유닛들 (5400)과 유체 연통된다.
발전기 (5000) 작동이 설명된다:
- 초기 상황에서 압력용기 (5200)의 기체는 충분히 가열되고, 즉 최대 온도가 대략 225 ℃에 도달;
- 주변 온도는 대략 25 ℃;
- 저장탱크 (5900)에 있는 고온 유체의 온도는 대략 250 ℃; 및
- 저온 유체 온도는 대략 30 ℃;
초기 상황에서, 경사탱크 (5600)로부터 저온 유체는 방열기 (5400)를 통과하고 밸브 K를 통해 라인 K2로 방출된다. 단계에서, 저온 유체는 약간 더 냉각된 주변과의 열 교환 과정을 통해 더욱 약간 냉각되어, 유체가 저온으로 압력용기 (5200)로 유입되도록 한다.
여기에서, 유체는 포트 B2로 유입하여 압력용기 (5200) 코어 (5240)으로 들어가서 고온 기체와 열 교환한다. 이러한 열 교환 과정 결과, 기체는 열을 저온 유체로 전달하고 유체는 가열된다. 따라서 기체는 대략 50 ℃로 냉각된다.
가열된 저온 유체는 압력용기 (5200)에서 밸브 A를 통하여 방출되고, 포트 A2를 통해 포트 F로 이송된다. 여기에서, 가열된 저온 유체는 밸브 F 및 포트 F2를 통해 다시 경사탱크 (5600)로 공급된다. 특히, 가열된 저온 유체의 처음 분량 (quantum)은 압력용기 (5200)로부터 상대적으로 고온인 대략 200 ℃에서 방출되지만 가열된 저온 유체의 마지막 정량은 압력용기 (5200)로부터 더 낮은 온도에서 방출되어, 경사탱크 (5600)는 탱크 (5600) 바닥부 (5612)의 50 ℃에서 경사 나선부 (5620) 최상부의 200 ℃의 온도 경사를 가지는 가열 저온 유체를 가진다. 그러나, 탱크 (5600)는 경사 나선부 (5620) 위에 최상부 (5614)에 여전히 원래 저온인 저온 유체를 담고 있는 일부 추가 공간을 가진다는 것을 이해하는 것이 중요하다.
압력용기 (5200)를 통과하는 각각의 저온 유체 분량은 다른 정도로 가열되므로, 저온 유체 순환 결과 경사탱크는 유체 분량들을 가지고, 이때 탱크 (5600) 최상부에는 최고 온도의 유체가 존재하고 탱크 바닥부에는 최저 온도의 유체가 존재한다.
일단 압력용기 (5200) 가열이 수행되어야 한다면, 저장탱크 (5900)로부터 고온 유체가 통과하기 전에, 경사탱크 (5600)에 있는 경사 유체가 압력용기 (5200)를 통과하지만 역 분량 순서대로, 즉 라인 LA2 및 분배기 A를 통하여 유입된다. 이러한 방식으로, 압력용기 (5200)에 유비되는 경사 유체 제1 분량은 최저 온도이고, 압력용기 (5200)에 있는 기체는 점차 가열된다 (각각의 통과 분량은 약간 더 높은 온도이므로). 이러한 단계의 사이클 시간은, 예를들면, 약 30-60 초이다.
상기 작동 과정에서, 유체 순환은 고속 유동에 제한되지 않고, 저속으로 진행될 수 있다. 그러나, 이러한 단계 끝에서, 순환은 가속되어 기체 온도가 저온에 접근할 때 더욱 효과적인 냉각을 제공한다. 특히, 순환은 저온 유체가 용기 (5200) 내의 기체로부터 열을 흡수하도록 고속 유동을 필요로 하지 않는다.
조작 제2 단계에서, 압력용기 (5200") 내부의 기체의 예비 가열은 경사탱크 (5600) 내의 가열된 저온 유체를 이용하여 진행된다 (이러한 개념은 상기 열 경사 회수 구성과 유사하다). 이러한 단계에서, 경사탱크 (5600)로부터 더욱 가열된 저온 유체가 압력용기 (5200)에 제공되고 탱크 (5600) 바닥부의 마지막 분량 (즉 최저 온도 분량)에서 개시되어 경사 나선부 (5620) 최상부의 최고 온도 분량에서 종료된다. 결과로서, 경사의 저온 유체와의 점증적 열 교환 과정을 통해 용기 (5200) 내의 냉각된 기체는 점차 가열된다.
냉각된 저온 유체는 방열기 (5400)를 통과하여 흘러 더욱 냉각되고 경사탱크 (5600)의 최상부 단으로 복귀된다.
상기 단계의 종료에서, 압력용기 (5200) 내의 기체는 중간 온도 약 175 ℃로 재-가열되고, 저장탱크 (5900) 내부의 고온 유체에 의해 가열되는 제3 단계에 대비한다.
이후, 제3 단계는 압력용기 (5200) 내의 기체가 고온 유체에 의해 더욱 가열되는 것으로 개시된다. 상세하게는, 고온 유체는 탱크 (5900)의 최상부로부터 밸브 B 및 포트 B1을 통해 용기 (5200")로 흐른다. 용기 내에서, 열 교환이 진행되고 기체는 약 225 ℃로 가열되고, 고온 유체는 냉각된다. 냉각된 고온 유체는 밸브 A 및 포트 A1을 통해 저장탱크 (5900) 바닥으로 복귀한다.
고온 유체 유속을 점차로 증가시키면서도 유체 및 기체 간의 열 전달이 일정하도록 본 단계를 수행하는 것이 중요하다.
본 발전기 (5000) 및 상기 발전기들의 차이 중 하나는 제3 가열 단계에 있고, 경사탱크로부터의 저온 유체는 방열기를 통해 폐쇄 루프로 순환되어 경사탱크 (5600)에 있는 모든 유체가 실제로 다음 작동 단계 (제1 단계) 과정에서 필요한 저온을 보장한다. 이는 각각 밸브들 K 및 F 및 포트들 K1, 및 F1 및 F2를 통해 진행된다.
이제 도 51 및 53A 내지 53E를 참조하면, 중앙 도관 (5242) 및 방사상 지지체들 (5241)을 가지는 부-구조체로 구성되는 압력용기 (5200) 코어 (5240)가 도시된다. 방사상 지지체들 (5241)는 도관 (5242) 및 지지체들 (5241)를 둘러싸는 링 (5249)을 넘어 확장되는 연장부들 (5246)을 추가로 포함한다. 부-구조체 전체는 그릴 (5243) 내부에 내장된다. 도 53B를 일부 참조하면, 작동에 있어서, 부-구조체에 (판 (5247)에 형성된 오리피스들 e를 통해) 유체가 충전되지만, 유체 유동은 부-구조체 및 그릴 (5243) 사이에서 발생된다. 즉, 유체가 실제로 흐르는 단면적은 부-구조체 및 그릴 (5243) 사이에 형성되는 환형 링이다. 그러나, 부-구조체에는 기구적 안정성 및 일체성을 제공하는 유체로 채워진다.
또한 판 (5247)은 단열소재로 제조되어 부-구조체 내의 유체 및 부-구조체 및 그릴 (5243) 사이에 유동하는 유체 간의 열 전달을 방지한다.
이제 도 53A 내지 53C를 참조하면, 압력용기 (5200)는 상기 용기들과 내부 구조가 다르다. 상세하게는, 차이는 압력용기 (5200)의 구역들로의 구획 및 코어 회전에 있다.
도 53B 및 53C를 특히 참고하면, 압력용기 (5200)는 주 구역 (5212) 및 보조 구역 (5214)로 구획되고, 주 구역은 코어 (5240)을 포함하고 부조 구역에는 코어 (5240)를 회전시키는 구동모터 (5260)를 가진다.
용기 (5200)가 구역들로 나뉘지만, 이들은 서로 유체 연통되어 기체는 양 구역들에 존재한다는 것을 이해하여야 한다. 결과로서, 보조 구역에 들어있는 유체의 온도는 고온 및 저온의 평균, 예를들면 (225 + 50/2 = 137.5 ℃)으로 기대된다.
또한 보조 구역 (5214) 내의 기체는 발전 과정의 일부로서 가열/냉각될 필요가 없으므로, 이러한 과정에서 사용되는 기체는 주 구역 (5212)에만 내장된 것이므로, 기체량을 감소시키고 효율을 높일 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
작동에 있어서, 구동모터 (5260)는 제1 기어 (5262)를 동작시키고, 기어는 코어 (5240) 그릴 (5243)와 연결되는 제2 기어 (5264)와 맞물린다. 코어 (5240) 전체는 강재 축 (5223)에 의해 지지된다. 발전기 (5000) 작동 과정에서, 그릴 (5243)만이 축 (5223)의 중심축 주위로 회전되고, 플라스틱 부-구조체 (5241, 5246 및 5249)는 정적으로 유지된다는 것을 이해하는 것이 중요하다.
상기 구조의 이점 중 하나는 구동모터 (5260)가 압력용기 (5200) 내부에 내장되므로, 외부에 있는 모터를 이용하여 압력용기 내의 요소를 구동시킬 때 요구되는 실링 수단이 필요하지 않다는 것이다.
또한 실링수단이 필요하지 않으므로, (용기 외부에 모터가 있는 경우와 비교하여) 추가 동력을 소모하지 않고 코어 (5240) 회전속도는 상당히 증가한다는 것을 이해하여야 한다.
상기 사항들 외에도, 다음 사항들을 이해하여야 한다:
- 부-구조체는 단열 소재로 제작되어, 대부분의 열 전달은 통과 유체 및 그릴 (5243) 사이에서 일어난다;
- 그릴 (5243)은, 형태로 인하여, 코어에 유체가 충전되지 않을 때에도 압력용기 (5200) 기체 압력에 견딜 수 있다;
- 코어 (5240) 내부 압력은 기체 압력보다 약간 높아 압력용기 (5200) 외부로 기체가 누설되는 것을 줄일 수 있다.
상기 발전기들 (5000)과 연관하여, 다음 사항들이 고려된다:
- 저장탱크 (5900)는 외부 공급원, 예를들면 발전소, 화력발전소, 원자력 시설, 태양열 설비, 지열발전소, 댐, 수력 발전소 기타 등으로부터 고온 유체를 수용하도록 구성된다;
- 저장탱크 (5900) 내의 유체는 외부 전력 공급원, 예를들면, 태양열 설비, 발전소, 발전기 기타 등에 의해 가열되도록 구성된다. 따라서, 실제로, 저장탱크는 추후에 (예를들면 야간에) 발전기 (5000)에 의한 에너지 생성에 사용될 수 있는 고온 유체 형태의 강력한 전기의 배터리와 같이 작동된다;
- 상기 설비들은 고온 유체를 폐 유체로서 방출하고 이는 발전에 사용될 수 있다. 현재에는, 이러한 고온 유체는 소정의 시설들에 직접 열을 제공하기 위하여 사용된다 (예를들면 추운 국가들에서 난방 또는 시설 자체 작동과 관련된 예열 과정);
- 본 발전기에서 고온 유체를 이용하면, 전기를 추가 생성할 수 있으므로, 상기 발전기와 함께 작업하도록 제안되는 시설은 더 높은 발전 효율을 가질 수 있다. 예를들면, 화석연료 (석탄) 발전소는 60%까지의 효율로 작동되지만, 본 발전기를 이용하면 나머지 40% 중 약 75%를 추가로 추출할 수 있다;
- 또한 고온 유체 및 외부 주변의 온도 차이가 커지므로 야간 시간 대에 본 발전기의 효율이 약간 더 높아질 수 있다는 것을 이해하여야 한다;
- 본 발전기는 열을 고온 유체로 제공하는 태양열 설비와 함께 공간에서 작동하도록 적용될 수 있다. 이러한 작동의 이점들 중 하나는 외부 환경을 통한 경사 유체의 신속한 냉각에 있다; 경사탱크는 액체들을 이용하도록 구성되지만 (경사 나선형 내에 있다고 하더라도 기체는 혼합 경향이 더 높으므로), 본 시스템은 여전히 증기를 고온 유체로서 사용할 수 있고, 일단 압력용기 내에서 기체와의 열 교환을 통해 냉각되면, 적어도 일부는 응축되고 발전기 내에서 저온 유체로서 사용될 수 있다;
- 고온 유체가 온도 및 압력 관점에서 임계점에 있을 때 고온 유체를 사용한다. 이러한 방식으로, 고온 유체 내부에 저장된 잠열을 이용할 수 있고; 또한 압력용기 직경을 변경시키지 않고 코어 직경 증가 및 압력 증가가 가능하다. 따라서, 코어 표면적은 효과적으로 증가되고 발전기의 양호한 효율이 가능하다;
- 일반적으로, 본 발전기는 유체 입방 미터 당 0.5MW 전기를 생성하도록 구성된다.
이제 도 54A를 참조하면, 포괄적으로 6000으로 지정되는 또 다른 예시적 발전기가 도시된다. 발전기 (6000) 및 상기 발전기 (5000)와의 차이는 다음과 같다: 외부 공급원으로부터의 고온 유체는 압력용기들 (6200) 자체를 통과하는 대신 발전기 내부에 있는 유체의 일부를 가열하는데 사용되고;
- 저장탱크 (5900)가 생략된다.
작동에 있어서, 고온 유체 Hin는 유입구 포트 (6710)를 통하여 가열 챔버 (6700)로 들어가고, 발전기 (6000) 배관에 담긴 유체의 일부와 열 교환한다. 결과로서, 고온 유체는 냉각되고 유출구 (6714)를 통하여 가열 챔버 (6700)로부터 방출된다.
특히 도 54B를 참조하면, 발전기 (6000)의 배관 일부는 가열 챔버 (6700)를 통과하고, 상세하게는, 라인 LA2 및 포트 Po를 통하여 챔버 (6700)로 들어가고, 고온 유체와의 열 교환 후 더 높은 온도로, 포트 Pi 및 라인 LB2를 통하여 나간다.
그러나, 발전기 (6000)는 저장탱크 (6900) (미도시)와 함께 작동되도록 구성될 수 있다는 것을 이해하여야 하고, 이 경우 유체 일부는 압력용기들 (6200) 내의 기체를 가열하기 위한 고온 유체로 이용된다.
대안으로, 또한 외부 공급원 (발전소 기타 등)로부터의 고온의 유체는 직접 e 발전기 (6000)의 고온 유체로 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
이제 도 55A를 참조하면, 포괄적으로 6000'으로 지정되는 또 다른 실시예의 발전기가 도시된다. 발전기 (6000')는 다음과 같은 차이를 제외하고는 상기 발전기 (6000)와 유사하다:
- 발전기 (6000')는 저장탱크를 포함하고;
- 발전기 (6000')는 연료 또는 일부 기타 연소 수단에 기반한 연소 챔버 (6700')를 포함하고;
- 연소 챔버 (6700')는 저장탱크 (6900') 내의 유체를 가열하여 고온 유체로 사용되도록 온도를 상승시키고;
- 벤트들 (6740')은 연소 챔버 (6700')에 연소 효율을 높이기 위하여 가열 공기를 제공하도록 구성된다.
상세하게는 도 55B를 참조하면, 저장탱크 (6900')로부터 유체를 연소 챔버로 유도하고 연소 챔버 (6700')로부터 가열된 유체를 다시 저장탱크 (6900')로 복귀시키는 유출구 라인 Lout 및 유입구 라인 Lin을 통해 저장탱크 (6900')가 연소 챔버와 연결되는 가열 사이클이 도시된다.
특히, 연료 (또는 임의의 기타 가연/연소 재료)가 유입구 (6710')를 통해 연소 챔버 (6700')에 제공된다. 이후 연료는 연소 챔버 (6700') 내에서 연소되어 연소 열은 열 교환기 (미도시)를 통해 저장탱크에서 유입되는 유체로 공급된다. 이제 도 55C를 참조하면, 공기 가열 사이클이 도시되고, 이는 연소 챔버 및 방열기 유닛 (6400') 사이에 연장되고 유체 연통되는 벤트들 (6740')을 포함한다.
구성에 있어서, 경사탱크 (6600')는 적당한 관, 특히, 각각 경사탱크 (6600')로부터 방열기 유닛 (6400')으로 및 방열기 유닛 (6400')에서 포트 K로 이어지는 라인들 LR 및 LK을 통해 방열기 유닛에 연결된다.
작동에 있어서, 경사탱크 (6600')로부터 가열 유체는 냉각 사이클 과정 (즉 가열된 저온 유체를 주변과의 열 교환을 통해 저온으로 돌려보내는 사이클) 과정에서 라인 LK1을 통해 포트 K로 유동한 후, 라인 LK을 통과하여 방열기 유닛 (6400')에 이른다.
방열기 유닛에서, 가열 저온 유체는 주변과 열 교환되고 저온으로 되고, 주변 공기는 가열된다. 냉각된 저온 유체는 다시 라인 LR을 통하여 경사탱크 (6600')로 복귀하고, 가열 공기는 벤트들 (6740')를 통하여 연소 챔버로 들어가 연소 효율을 높인다. 연소 챔버에서 약간 더 높은 온도의 공기를 사용하면 연료 연소 효율이 더 높아진다는 것을 이해하여야 한다.
상기 장치에서, 경사 유체를 냉각시키는데 사용되는 동일한 벤트들 (6740')은 연소 챔버 (6700')에 가열 공기를 제공하는 것과 동일한 벤트들이며, 따라서 이중 목적이 달성된다.
이제 도 55D를 참조하면, 관련 배관을 통해, 경사탱크 (6600')와 연결되는 굴뚝 장치 (6760', 6770' 및 6780')를 포함하는 잔여 가열 사이클이 도시되고, 상세하게는, 경사탱크 (6600')는 라인 Lp2 단을 통해 굴뚝 장치의 중간부 (6770')로 들어가고 라인 LB1를 통해 이로부터 연장되도록 구성된다.
작동에 있어서, 압력용기 (6200') 내의 기체를 가열하기 위하여 경사탱크 (6600') 내의 가열된 저온 유체를 이용할 때 (고온 유체에 의한 가열 전), 가열된 저온 유체는 먼저 굴뚝 중간부 (6770)'를 통과하고 여기에서 연소 챔버의 연소가스 열에 의해 가열된다. 이러한 과정을 통해 경사 유체에 약간의 열을 부가할 수 있고, 이후 라인 LB1을 통해 방출되고 압력용기 (6200')로 유입된다. 경사탱크 (6600')에서 나오는 유체 및 연소가스 간의 온도 차이가 작다면, 이들 간의 열 교환은 효과가 낮아지고 (너무 장기적), 따라서 잔여 가열 사이클을 중지시키고 압력용기 (6200') 내에서 경사 유체를 직접 사용하는 것이 유익하다는 것을 이해하여야 한다.
이제 도 56A를 참조하면, 포괄적으로 6000" 로 지정되는 또 다른 실시예의 발전기가 도시되고, 이는 발전기 (6000')와 유사하지만, 주요 차이는 발전기 (6000")에는 존재하지 않는 열 교환기 구조에 있다.
구성에 있어서, 발전기 (6000")는 발전기 (6000")에 대하여 수직 배향된 2개의 가열 용기들 (6800") 형태의 열 교환기를 포함한다. 가열 용기들 (6800")은 연소 챔버에서 나오는 연소가스와 연속적으로 유체 연통되도록 구성된다. 또한 압력용기들 (6800")은 저장탱크 (6900")로 출입되는 적당한 배관과 연결된다.
본질적으로, 압력용기들 (6800")은 연소 챔버의 연소가스로부터 열을 추출하고 이러한 열을 상기 배관을 통해 저장탱크 (6900") 내의 유체에 제공하는 장치이다.
이제 도 56B 내지 56E 를 참조하면, 본 장치에서 하부 가열용기 (6800")는 유입구 벤트 (6762")를 통해 연소 챔버 및 유출구 벤트 (6764")를 통해 상부 가열 용기 (6800")와 연결된다. 상부 가열 용기 (6800")는 벤트 (6766")를 통해 굴뚝 (6770", 6780") (상기 굴뚝 (6770', 6780')와 유사)으로 더욱 연결된다.
저장탱크 (6900")는 유입구 라인 Lin과 연결되어 저장탱크로부터 유체를 상부 가열 용기 (6800") 상부로 제공하고, 유출구 라인 Lout과 연결되어 하부 가열용기 (6800")로부터 가열 유체를 저장탱크 (6900")로 다시 제공한다.
작동에 있어서, 연료는 연소 챔버 (6700")에서 연소되어, 고온 연소가스를 방출한다. 가스들은 가열 용기들 (6800")를 통과하고 여기에는 적당한 배관을 통해 저장탱크 (6900")의 유체가 반대 방향으로 통과한다.
가열 용기들 (6800")이 압력용기들 (6200")와 유사한 구조를 가진다는 것에 주목하여야 한다. 피-가열 유체는 가열 용기 (6800") 코어 (6840") 내부를 통과하지만 연소가스는 용기 (6800")의 코어 (6840") 및 외면 (hull) (6820") 사이를 통과한다. 압력용기들 (6200")에서와 같이, 코어 (6840")는 적당한 모터들 (6850")를 이용하여 회진되도록 구성되고, 따라서 상기된 바와 같이 압력용기들 (6200") 구조에 따라 제공되는 대부분의 전달 열량을 가진다.
도 56E를 참조하면, 굴뚝 (6780")은 가열 용기들 및 연소 챔버 (6700") 내부 압력을 조정하는 조정 드로틀 (6782")을 포함한다.
드로틀 (6782")이 굴뚝에서 나오는 연소가스를 더욱 차단할수록, 용기들 (6800") 내부 압력은 높아지고 연소가스 및 통과 유체 간의 열 전달은 더욱 효과적이라는 것을 이해하여야 한다. 이러한 구성은 더욱 짧은 가열 용기 (6800")에 기여한다. 그러나, 드로틀 (6782")을 차단하여 압력을 높이면 연소 챔버 (6700") 내의 압력이 더욱 높아지고, 이는 효과적인 연소 과정을 발생시키기 위하여 더욱 강력한 벤트들이 필요하게 된다. 따라서, 한편으로는 적절한 열 교환을 제공하면서 또 한편으로는 과도하게 강력한 벤트들 사용을 피하도록 최적화 되어야 한다. 이러한 최적화는 다른 예시된 발전기에 대하여 상기된 제어기에 의해 수행된다.
또한 도 56A 내지 57D를 참조하여 기술된 장치는, 연소가스가 자유 이동할 수 있는 확장 공간을 제공한다는 것을 이해하여야 한다. 즉, 가열 용기들 (6800")은 또한 굴뚝의 일종으로 간주될 수 있지만, 그러나, 가스로부터 열을 피-가열 유체로 효과적으로 전달하기 위한 장치 (코어 경유)를 포함한다.
또한 용기들 (6800")가 길수록, 열 전달이 양호하다는 것을 이해하여야 한다. 특히, 용기들 (6800")의 수직 배향 이유는 가열 공기 및 가스는 상승하기 때문이고, 따라서 발전기 (6000") 목적을 위하여 가스의 내재적 특성을 이용하는 것이다. 대안으로, 가열 용기들 (6800")은 수평으로 배향 가능하다는 것을 이해하여야 한다.
추가로 도 57E를 참조하면, 포괄적으로 6240"'로 지정되는 또 다른 실시예의 코어가 도시되고, 상기 실시예들 (6000, 6000', 6000") 및 다른 것들과 함께 사용 가능하다. 코어 (6240"')는 상기 실시예들에 기재된 것들보다 상당히 길고, 이러한 목적으로, 방사상 지지체들 (6270"') 및 길이방향 지지체들 (6280"')이 제공된다. 각각의 방사상 지지체들 (6270"')는 내부에 프레임 (6274"')이 내장된 주석재 케이스 (6272"')로 구성된다. 각각의 길이방향 지지체들 (6280"')은 긴 막대 (6284"') 형태이고 주석재 케이스 (6282"')에 내장된다. 지지체들 (6270"', 6280"') 모두에서, 주석재 케이스들 (6272'" 및 6282"') 각각은 지지체들을 코어 (6240"')가 잠기는 압력 유체와 격리시켜 열 손실을 줄이는데 기여한다.
특히 도 58을 참조하면, 발전기 (6000")는 발전기 (6000')를 참조하여 설명된 바와 같은 유사한 잔여 열 장치를 포함한다는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 발전기 (6000") 구조로 인하여, 특히 용기들 (6800") 방향으로 인하여, 굴뚝은 더 높은 높이에 위치된다는 것을 이해하여야 한다.
또한, 특정 실시예 (미도시)에 의하면, 드로틀 (6782")를 수용하는 최상부 (6780")만을 남기고 잔여 열 장치 전체는 생략될 수 있다. 굴뚝을 생략하면, 예를들면, 추가 가열 용기를 위하여 활용 가능한 추가 공간이 제공된다.
상기 발전기 (6000")는 다양한 수송 수단들, 예를들면 선박, 자동차, 기차 기타 등을 위한 모터로 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 이러한 발전기의 이점들 중 하나는 연속 작동에 있다 (연료는 연소 챔버 (6700") 내에서 일정하게 연소된다).
상기 발전기 (6000")의 다른 이점들 중 하나는 기존 발전소와 함께 발전기들 (6000, 6000', 6000")을 이용할 수 있다는 것이고, 따라서 발전기 작동을 위하여 잔여 열을 이용할 수 있다.
이제 도 59A 내지 59E를 참조하면, 대부분의 상기 압력/가열 용기들에서 사용 가능한 코어 (7240)를 가지는 압력용기 (7200)의 단면 슬라이스가 도시된다
특히, 상기 코어들 (6240, 6240', 6240")과 유사한 코어 (7240)는 부구조체 및 그릴 (7243)을 포함한다. 부구조체는 중간 도관 (7242), 방사상 지지체들 (7241), 지지체 링 (7249) 및 지지체 링 (7249)을 넘어 방사상 연장된 방사상 부구조체 윙릿들 (winglets) (7246)을 포함한다. 본 실시예에서, 윙릿들 (7246)은 방사상 지지체들 (7241)의 연장부이다.
또한, 코어 (7240)는 코어 (7240)에 대하여 방사상 연장되고 그릴 (7243) 외부에 놓이는 일조의 외부 핀들 (7247)을 포함한다. 도 59C 내지 59E를 특히 참조하면, 윙릿들 (7246) 및 그릴 (7243) 사이 제1 간격 G1, 및 핀들 (7247) 및 그릴 (7243) 사이 제2 간격 G2이 연장된다는 것에 주목하여야 한다.
그릴 (7243)은 중심축 주위로 원형 연장되는 다수의 리지들로 형성된다. 이들 리지는 그릴 (7243) 전체 표면적을 증가시키고 따라서 그릴 및 유체/기체 간의 더욱 효율적인 열 교환에 기여한다는 것을 이해하여야 한다. 또한 도면에서, 리지들은 (그릴 (7243) 치수에 비례하여) 실제보다 더 큰 치수로 도시된다는 것에 주목하여야 한다. 이는 실제 개수 및 크기의 리지들을 적용하면 (리지들 면적 밀도로 인하여)그릴은 검게 보이기 때문에 도시적 목적을 위한 것이다.
그릴 (7243)은 중심축 주위로 회전하도록 구성되지만, 윙릿들 (7246) 및 핀들 (7247)은 정적 상태로 구성된다. 이러한 장치에서, 그릴 (7243)이 회전하면, 내면 및 외면에 인접한 유체 (기체/액체) 층을 동반하고, 따라서 이것을 순환시킨다. 윙릿들 (7246) 및 핀들 (7247)은 한편으로, 그릴 (7243)에서 멀리 떨어진 순환층의 일부가 순환되는 것을 방지하여, 그릴 (7243) 내면 및 외면 경계에서 매우 효율적이고 국부적인 열 교환이 가능하다.
이제 도 60A 내지 60E를 참조하면, 대부분의 상기 압력/가열용기들에서 사용 가능한 코어 (7240')를 가지는 압력용기 (7200')의 또 다른 단면 슬라이스가 도시된다.
코어 (7240') 및 상기 코어 (7240) 간의 주 차이는 윙릿들 (7246) 및 핀들 (7247)의 방향에 있다. 상세하게는, 윙릿들 (7246')은 반시계방향으로 약간 굽혀지지만 핀들 (7247)은 정확히 반대방향 (시계방향)으로 굽혀진다.
이러한 장치에서, 그릴 (7243')은 시계방향으로 회전되도록 구성된다. 결과로서, 압력용기 (7200') 및 그릴 (7243') 사이에 있는 기체 분량이 그릴 (7243')과 접할 때, 그릴 (7243') 및 지지체 링 (7249') 사이 회전 유체와 열 교환된다. 이후, 그릴 (7243') 회전으로 인하여, 상기 분량은 그릴 (7243')로부터 멀어지도록 강제되고 핀 (7247')으로 인하여, 가열된 기체 분량은 그릴 (7243')에서 먼 나머지 기체와 열 교환되도록 안내된다. 동시에, 지지체 링 (7249') 및 그릴 (7243') 사이의 순환 유체는 윙릿들 (7246')에 의해 순환이 억제된다.
그러나 그릴 (7243') 회전 방향은 반시계방향으로도 설정될 수 있다는 것을 이해하여야 하고, 이때 기체는 그릴 (7243')을 향하여 강제되지만 코어 (7240') 내의 유체는 지지체 링 (7249')으로부터 멀어지도록 강제된다.
이제 도 61A 내지 61C를 참조하면, 포괄적으로 지정되는 8000으로 지정되고 태양열 설비 S로부터의 고온 작동 유체 제공에 기반하는 또 다른 발전기 시스템이 도시된다.
전기 시스템들에서와 같이, 발전기 시스템 (8000)은 압력용기들 (8200), 피스톤들 (8300), 방열기들 (8400), 기어 기구 (8500), 경사탱크들 (8600) 및 저장 유닛 (8900) (전기 실시예와 비교하여 유사한 요소들이 부호 1000대로 지정)으로 구성된다.
도 62A 내지 62D를 참조하면, 본 발전기 시스템 (8000) 구조의 주요 차이는 압력용기들 (8200) 구조에 있다. 상세하게는, 각각의 압력용기 (8200)는 외부 코어 (8230) 및 내부 코어 (8240)로 구성되고, 이들은 모두 압력용기 (8200) 외부 덮개 (8202) 내부에 배치된다.
본 장치에서 압력용기 (8200) 내에는 3종의 공간들이 존재하고 - 코어들 (8230, 8240) 사이의 중간 공간 SPA 및 서로 유체 연통하는 내부 코어 (8240)의 내부 공간 SPB 및 외부 코어 (8230) 및 덮개 (8202) 사이의 외부 공간 SPB. SPB 공간들 사이 압력 균형을 맞추기 위하여 100mm 튜브 또는 관 (미도시)을 이용하여 유체 연통이 제공된다.
이러한 특정 실시예에서, 코어들 (8230, 8240)의 직경은 내부 코어 (8240)의 내부 공간 용적이 외부 코어 (8230) 및 덮개 (8202) 사이 외부 공간의 용적과 거의 동일하도록 선택된다.
코어들 (8230, 8240) 사이의 중간 공간 SPA은 5mm 내지 20mm 범위로 매우 작을 수 있다. 이러한 거리의 중요성은 압력용기들 (8200) 작동과 관련된 설명에서 이후 논의된다.
각각의 코어 (8230, 8240)에는 코어들을 반대방향으로 회전시키는, 즉 내부 코어 (8240)는 CW 회전하고 외부 코어 (8230)는 CCW 회전하도록 각자의 모터 (8250, 8260)가 제공된다. 따라서, 작동에 있어서, 작동매체 (예를들면 물)는 공간 SPA을 통과하고 코어들 회전 과정에서 공간들 SPB에 담긴 압력매체 (예를들면 헬륨)와 열 교환하도록 구성된다.
이러한 관점에서, 공간 SPA를 형성하는 코어들 간에 형성되는 작은 간격 G은, 압력용기 (8200) 작동 과정에서 여러 이점들을 제공한다:
- 코어들 회전 과정에서, 좁은 간격은 간격 SPA을 통과하는 작동매체의 난류를 증가시키고, 따라서 더욱 효과적인 열 교환을 가능하게 한다;
- 또한 좁은 간격으로 인하여 코어들 표면들에 형성된 경계 층들을 감소시켜 효율성을 더욱 높일 수 있다;
코어들 간의 간격을 감소시키면 경계 층들을 감소시킬 수 있지만, 또한 유체가 간격을 통과하기 위한 에너지가 증가된다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 좁은 간격 G의 효율성 및 작동 유체 순환에 요구되는 에너지 간의 소정의 최적화가 달성되어야 한다.
코어들 회전 과정에서, 작동매체 (물) 및 압력 매체 (헬륨)는 코어들 표면들에 부착되고 주변으로 회전된다. 원심력의 결과로서, 매체들은 방사상 방향 외향으로 강제되어, 매체들 및 각각의 코어 내면 간의 대류는 매체들 및 각각의 코어 외면 간보다 더 크다.
상기 코어들 작동에 따라 열 전달을 높이기 위하여, 코어들은 다음과 같이 구성된다:
- (약 650mm 직경의 코어에 대하여)코어들은 약 l000RMP으로 회전된다;
- 코어들은 높은 기계적 강도 및 높은 전도성을 가지는 소재 예를들면 구리, 알루미늄 및 마그네슘으로 제조된다. 더 낮은 전도성에도 불구하고 기계적 및 구조적 특성으로 인하여 더욱 신속하게 회전되어 전도성을 보완할 수 있으므로 4340 강재 또한 사용 가능하다).
코어 표면들은 표면적이 증가되도록, 예를들면, 코어 표면에 형성되는 날 (8238, 8248)의 거친 면 형태로 형성된다. 그러나, 이와 관련하여, 코어들 (8230, 8240) 내부 및 외면 간의 전도성 차이는 각각의 이러한 표면에 대한 상이한 표면 특성을 제공함으로써 보상될 수 있다. 특히, 내면들은 더욱 거대한 날 (2개의 인접 날 사이 더 깊은 슬롯들)로 형성될 수 있다. 또한 더욱 평탄하고, 작은 날은 제작이 용이하고 더욱 거대한 날보다 코어 중량이 낮다는 것을 이해하여야 한다.
대안으로, 예를들면, 외부 코어는 내부 코어 (8240)보다 약간 더 빨리 회전하여 각각의 코어 회전속도를 제어함으로써 원심 효과로 보상이 가능하다.
특히, 이러한 효과는 외부 코어 (8230) 외면에 대하여 더욱 명백하다. 공간 SPA의 간격 G 내에서, 협소하므로 날들 사이로부터 유체 매체의 충분한 이탈이 가능하지 않다.
이와 관련하여, 압력용기 (8200) 내부의 열 교환 과정에서 작동매체로부터의 대부분의 열은 압력 매체로 및 그 역으로 전달된다. 예를들면, 이는 그렇지 않았다면 코어들 자체 가열에서 소모되었을 재생에너지의 대략 75 %에 해당된다.
상기 코어 장치는 통상의 방열기 핀-기반의 열 교환기를 대체할 수 있어 다른 설비들에서 열 교환기로 특히 유용하고, 따라서 방열기 이웃 핀들 사이 막힘의 문제를 해결할 수 있다.
이제 도 63A 및 63B를 참조하면 T-형상 용기의 연장부 (8700)를 가지는 압력용기 (8200)가 도시된다. 연장부는 주 덮개 내부에 피스톤을 가지고 피스톤 (8730)에 의해 3 구역의 공간들 (8702, 8704 (피스톤 내부) 및 8706 (피스톤 및 압력용기 (8200) 사이))로 분할된다.
공간 (8702)은 유출구 (8740)를 통해 작동 피스톤 (8300)과 유체 연통하고 공간 (8706)은 압력용기 (8200)와 유체 연통한다.
연장부는 압력 매체의 전체 용적을 적어도 약 1.5 배 증가시켜, 선형 압력용기 (전기 실시예들)만을 가지는 발전기에 비해 발전기에 의한 에너지 생산을 증가시킨다는 것을 이해하여야 한다. 이러한 발전기 시스템은, 예를들면 20MW 전기 (100MW, 200MW 또는 그 이상까지도)를 제공할 수 있다. 또한, 외부 코어 (8230)가 회전하여 일측에서 (회전 방향에 따라 달라짐) 헬륨을 용기 (8200) 내부로 일정하게 들여보내고 다시 반대방향으로 헬륨을 T-형상의 챔버 (8700)로 돌려보내기 때문에 (이러한 구성은 작동 압력 매체가 팽창 후 동일한 공간에 체류하는 전기 실시예들과는 반대이다) T-형상의 압력용기로 인하여 더욱 효율적인 압력 매체 (이 경우 헬륨) 순환이 가능하다.
이러한 순환을 증가시키기 위하여, 송풍 기구 (8726)가 공간 (8706)에 제공된다. 송풍 기구 (8726)는 공간 (8706) 중심축을 따라 배치되기보다는 회전 코어들이 공간 (8706)으로부터 헬륨을 유입시키는 방향을 향하여 편향된다는 것을 이해하여야 한다.
상기 도면들을 더욱 참조하면, 본 실시예에서, 전기 실시예들에서와 같이, 압력 매체 팽창은 작동 피스톤 (8300) 운동으로 전달되고 이는 중간 압력 매체 (이 경우는 오일)를 기어 기구 (8500) 내부로 강제 이동시킨다. 특히, T-형상의 연장부 (8700) 및 피스톤 (8300) 간의 직경 비율은 약 5:1이고 이는 피스톤 (8720) 변위와 비교할 때 작동 피스톤 (8300)의 상당한 피스톤 (8320) 변위를 수반한다.
예를들면, T-형상의 압력용기의 직경은 1250mm (압력용기와 유사)이고 용기 자체는 길이는 3000mm이다. 작동 피스톤의 직경은 250mm이다.
또한, 피스톤 (8730)은 실링 (미도시)을 가지며 피스톤 (8730) 중간점 주위에 배치되어 T-형상의 연장부 (8700) 내에서 순환하는 고온 헬륨과 거의 접촉되지 않는다.
상기 구성과 연관되어, 작동 유체 또는 압력 유체와 접촉되는 모든 부품들은 낮은 열 전도도 (약 0.1 W/m-k)를 가지는 재료로 내부 및/또는 외부와 격리될 수 있다 (열 교환 과정에 참여하는 코어 부품들 제외)는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 냉각 대상 배관 인입 유체는 단열되지 않고 배관 인입 가열 유체는 내부와 단열된다.
열 교환 효율을 높이기 위하여, 다음과 같은 적어도 하나의 특징들이 제공된다:
- 하나의 코어의 날 (teeth)은 또 다른 코어의 날에 대하여 오프셋으로 구성되고 (트로프 대면 리지), 따라서 코어들 사이 간격을 줄일 수 있다;
- CW 나선형을 가지는 하나의 코어 및 CCW 나선형을 가지는 반대 코어를 형성한다. 발전기 시스템 (8000) 작동 과정이 이하 설명된다:
일반적으로, 작동은 3 단계 펄스들로 수행되고, 총 약 20 초 진행된다:
냉각 - (가열 팽창된 헬륨에 의해 상향 변위 후) 피스톤 (8730)이 상향 상황에서, 경사탱크 (8600)로부터 점차 냉각된 작동 유체가 다음과 같이 통과하면서 헬륨 냉각이 진행된다: 냉각된 작동 유체는 탱크 (8600) 최상부에서 방열기들 (8420)을 통과하여 합류부 K로 이송되고 여기에서 합류부 B를 통해 코어 내부로 통과한다. 이후, 가열된 작동 유체가 합류부 A 및 F를 통해 코어 (8200)에서 경사탱크로 유출된다. 이러한 펄스는 약 10 초간 진행된다.
초기 가열 - 가열된 작동 유체는 경사탱크 (8600) 바닥부로부터 합류부 F 및 A를 통해 코어 (8200)를 통과하고 합류부 B 및 K를 통해 경사탱크 최상부로 복귀한다. 이는 약 7 초 진행되어 헬륨을 중간 온도로 가열한다. 헬륨을 원래 온도로 되돌릴 수 없다는 것을 이해하여야 한다 (무한 열 교환은 없다).
최종 가열 - 저장 챔버 (8900) 최상부로부터 고온 작동 유체가 합류부 B를 통해 코어로 제공되고 이로부터 합류부 A를 통해 저장 챔버 (8900) 바닥부로 돌아간다. 이는 약 3 초 동안 수행되고 탱크 (8900)로부터 신속한 고온 작동 유체 순환이 요구된다.
이러한 주기 과정에서 경사탱크 (8600)에 담긴 작동 유체는 압력용기 (8200)를 포함하지 않은 예를들면 탱크 (8600) 바닥에서 합류부 K를 통해 방열기 (8400)로 다시 합류부 F를 통해 경사탱크로의 순환으로 더욱 냉각될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
물론 발전기 시스템 (8000) 일측의 이러한 작동이 진행되는 동안, 발전기 시스템의 타측은 정확히 반대 단계들을 수행한다. 즉, 하나의 압력용기에 있는 헬륨이 가열되는 동안, 다른 압력용기에 있는 헬륨은 냉각되고 그 역도 성립한다. 다른 모든 상기 실시예들뿐 아니라 본 실시예에서, 역류 이용 즉 압력용기 내에서 작동 유체는 하나의 방향을 따라 진행하고, 압력 매체는 반대 방향으로 진행하는 것이 유리하다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 상기 코어는 상기된 또는 이하 설명될 다른 실시예들의 발전기에 사용 가능하다.
도 65A 및 65B를 참조하면 포괄적으로 9000으로 지정되는 또 다른 실시예의 발전기가 도시된다. 발전기 (9000)은 대략 상기 발전기 (8000)과 유사하고 주요 차이점들은 다음과 같다:
- 태양열 설비 사용에 적합한 구성;
- 압력용기 (9200) 및 코어들 구조;
- 기어 (9500) 직경;
- 코어들에서 기어로의 압력 매체 이송 방식;
- 작동 단계들; 및
- 흡열체로 사용되는 저장 챔버 (9900).
이러한 차이들이 이하 상세히 설명된다:
도 66 내지 67C을 참조한다. 반대로 회전하는 2개의 코어들의 전기된 구조와는 달리, 본 구조는 압력용기 (9200) 내부에 연속하여 배열되는 다수의 코어 유닛들 (9240)을 포함한다.
각각의 코어 유닛은 외부 덮개 (9242), 내부 덮개 (2940), 천공판 (9270), 및 유동 리미터 (9280)를 포함하고, 따라서 압력 유체가 통과할 미로를 제공한다.
본 장치에 있어서 모든 코어들은 작동 유체 (물)에 잠기고 압력 유체는 압력용기 (9200)를 통과한다. 특히, 도 66D을 참조하면, 압력 유체는 대부분의 코어들 공간을 점유하지만 천공판 및 유동 리미터 (9280) 구조로 인하여 확산되도록 구성된다.
회전식 코어들의 전기 실시예와 유사하게, 본 실시예에서 간격 G는 회전 코어 유닛들 및 압력용기 (9200) 하우징 사이에 구현되어, 유사한 경계층들의 높은 난류 및 전단 효과를 얻는다.
상기 구조로 인하여 작동 유체 및 압력 유체가 열 교환 과정에서 통과하여야 할 경로는 길어지고, 즉 열 교환 수행 전체 표면이 증가하여 효율이 높아진다.
전기 실시예들과 유사하게, 본 코어들은 회전하고 회전 과정에서 발생되는 원심력을 이용한다. 이러한 특정 실시예에서, 코어 유닛들은 단일체와 같이 함께 회전된다. 그러나, 이는 필수적인 것은 아니고 각각의 유닛은 독립적으로 회전 가능하다.
또한, 냉각 과정에서, 압력용기에 유체를 통과시키면 헬륨 냉각뿐 아니라 작동 유체를 경사 온도로 발생시킬 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 따라서, 유동 경로를 늘리는 것은 압력용기에서 유출되는 작동 유체의 제1 부분을 유속을 늦추지 않고 요구되는 온도(압력 매체보다 약간 더 낮은)에 이르게 할 수 있다.
도66A 내지 66E를 참조하면, 작동에 있어서, 압력 유체는 유입구 Pi1을 통해 압력용기 (9200)로 들어가고 유출구 Po1을 통해 유출된다. 동시에, 작동 유체는 유입구 Pi2를 통해 압력용기 (9200)에 제공되고 유출구 Po2를 통해 유출된다.
이제 도 69를 참조하면, 먼저 피스톤 (9520)를 수용하는 공간 (9350)은 피스톤 장치 (9300)를 출입하는 헬륨의 유입구 및 유출구를 위한 별개의 배관을 가진다는 것에 주목하여야 한다. 이는 압력 매체가 동일한 공간 내에서 단순히 용적을 능가시키고 감소시키는 전기 실시예들과는 차별된다.
상기 및 피스톤 (9300)의 치수 증가 결과, 대부분의 (약 2/3) 헬륨은 코어 (9200)가 아닌 피스톤 (9300) 및 배관에 존재한다.
또한 유입구 개구는 피스톤 (9300) 에지에 배치되고 피스톤 (9300)에서 헬륨을 제거하는 유출구 개구는 피스톤 다이에 깊이 배치된다는 것에 주목하여야 한다. 이로써 헬륨은 피스톤 (9320)에 도달된 후 하우징 (9300)에서 유출된다 (그렇지 않다면, 유출구 역시 에지에 배치되면, 고온 헬륨은 들어온 즉시 하우징 (9300)에서 유출된다).
기어는 헬륨 용적 증감으로 작동되지만, 상기에서 의미하는 순환은 소정 온도 (예를들면 고온 헬륨)의 헬륨 순환을 의미하고 이로써 헬륨 자체 용적 내에서 더욱 신속하고 효과적인 열 교환이 가능하다는 것을 이해하여야 한다. 상기 장치에서 대부분의 헬륨은 코어 내부에 위치하지 않으므로 더욱 작고 효과적인 코어 사용이 가능하여 이로부터의 손실이 상당히 작아진다. 이는 코어 온도 증감이 압력 매체 용적 증감을 수반하지 않기 때문이다. 특히, 코어 내부의 압력 매체 비율 (압력 매체 전체에 대하여)은 손실 감소를 의미할 수 있다.
작동 피스톤들 (9300) 직경 증가로 압력 매체에 대한 용적이 더욱 커지고, 압력용기 내부의 압력 매체 비율은 낮아지고, 따라서 발전기 (9000)는 더욱 효율적이라는 것을 이해하여야 한다. 또한, 송풍기들 (9260)은 압력용기 및 기어 피스톤 (9300) 내의 헬륨을 일정하게 순환시켜 더욱 효율적으로 작동을 수행한다.
피스톤 (9520)은 피스톤 하우징 (9320) 내부에서 왕복되도록 구성되므로, 피스톤이 실링되면, 계속적인 고온에서의 왕복으로 실링 마모의 위험성이 존재한다. 또한, 단열상에 실링을 사용하면 신속한 마모를 초래하고, 단열체의 왕복으로 단열체 특성이 손상될 수 있다.
이러한 문제를 피하기 위하여, 피스톤에는 동반 왕복되도록 구성되는 얇은 덮개 (9350)가 제공된다. 피스톤 (9320)은 얇은 덮개에 대하여 이를 실링하는 실링을 포함하여 이러한 실링은 덮개에 대하여 운동하지 않는다.
결과로서, 얇은 덮개 (9350)와 겹치는 하우징 (9320) 일부는 단열되지 않을 수 있고 헬륨 유입구에 인접한 일부는 여전히 단열될 수 있다. 특히, 덮개 및 하우징 간의 간격은 중첩되는 부분에서 헬륨 대류를 통한 열 손실을 방지할 수 있는 정도로 충분히 작을 수 있다 (예를들면 대략 2-3mm).
큰 표면적으로 인한 피스톤 하우징으로부터의 열 손실을 방지하기 위하여, 헬륨 유입구와 인접한 일부에 대한 상기 단열은 이러한 손실을 방지할 수 있을 정도로 충분하여야 한다. 그러나, 얇은 덮개 자체는 내부로부터 단열된다는 것에 주목하는 것이 중요하다.
이하 발전기 시스템 (9000) 작동을 상세히 설명한다:
시스템은 다음과 같은 3단계들의 가열 펄스들 및 긴 냉각 펄스를 포함한 4 단계의 펄스들로 작동된다:
냉각 펄스 - 냉각된 작동 유체는 경사탱크 (9600) 최상부에서 방열기 유닛 (9400) 이후 합류부들 K 및 B를 통해 압력용기 (9200)를 통과한다. 가열된 후, 작동 유체는 용기 (9200)로부터 합류부들 A 및 E을 통해 펌프로 다시 경사탱크 (9600)로 방출된다.
경사탱크 (9600)의 작동 유체 절반이 코어들을 통과하면, 흐름이 변경되어, 합류부들 R, K 및 B를 통해 취한 제2 경사탱크들 (9630, 9640) 중 하나로부터의 작동 유체가 합류부들 A 및 E를 통해 코어를 통과한 후 다시 경사탱크로 돌아간다. 이러한 펄스는 약 10 초 경과한다;
제1 가열 펄스 - 모든 작동 유체가 사용될 때까지 작동 유체는 먼저 제2 경사탱크로부터 압력용기 (9200)를 통과한다 - 대략 5 sec;
제2 가열 펄스 - 주 경사탱크 (9600)로부터의 작동 유체는 코어들 (9240) 내부의 압력 매체 (헬륨) 가열에 사용된다 - 대략 2.5 sec;
최종 가열 펄스 - 저장 유닛 (9900)으로부터의 고온 유체는 압력용기 (9200)를 통과한다 - 약 2.5 sec.
다수의 n개 제2 경사탱크들이 사용되어 (2개만이 아닌) 각각의 경사탱크에 대하여 n-차 제2 펄스가 제공된다는 것을 이해하여야 한다. 예를들면, 4개의 제2 경사탱크들에 대하여, 각각은 대략 1 sec의 펄스를 가진다. 본질적으로, 경사탱크를 다수의 제2 탱크들로 분리하는 것은 다양한 부분들 간의 완벽한 단열이 제공되는 단일 경사탱크를 형성하는 것과 균등하다.
시스템 (8000)에 대하여 상기된 바와 같이, 가열 펄스 과정에서, 경사탱크들 내의 작동 유체는 방열기 유닛들 (9400)를 포함하고 압력용기 (200)를 관여시키지 않고 독립적인 순환으로 냉각될 수 있다.
저장 유닛 (9900)은 내부의 물을 가열하기 위한 태양열 설비와 연결된다는 것을 이해하여야 한다. 특히, 저장 유닛 (9900)는 정온기 (thermos)와 유사한 고도 단열로 제작될 수 있고, 내부 거울, 진공 단열 및/또는 열이 유닛 (9900)으로부터 이탈되지 않도록 방지하기 위한 외부 암색 (예를들면 블랙)을 포함한다. 대안으로, 고온 작동 유체는 태양열 설비 (미도시)로부터 합류부들 B 및 A을 통해 직접 제공될 수 있다.
상기 두 시스템들 (8000, 9000)과 관련하여, 코어들은 리지들 및 그루브들을 형성하는 따라서 코어들 표면적을 증가시키고, 따라서 열 교환 효율을 높이는 내부 및 외부 나선들을 가지도록 형성된다.
특히, 본 장치에 있어서 서로 마주보는 나선 표면들은 서로에 대하여 이동되어 하나의 표면의 리지들은 도 68C에 도시된 바와 같이 반대 표면의 그루브들과 마주본다.
상기 두 시스템들 (8000, 9000)과 관련하여, 시스템들 (6000, 7000)에서 상기된 바와 같이 고온 가스들과의 열 교환에 기반하여 고온 유체를 발생시키도록 구성되는 시스템과 함께 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 70A 내지 70E을 참조하면 포괄적으로 10,000으로 지정되고 연료 유닛 (10,100), 기체-열 전달 장치 (10,200), 경사 나선형 장치 (10,300), 압력용기 (10,400), 작동 피스톤 장치 (10,500), 기어 기구 (10,600), 냉각 및 재활용 장치 (10,700) 및 굴뚝 (10,800)을 포함하는 상이한 구조의 발전기 시스템이 도시된다.
일반적으로, 상기 부품들 각각은 다음과 같은 기능을 수행하도록 구성된다:
- 연료 유닛 (10,100)은 연료를 연소하여 작동 유체와 열 교환하는 고온 기체를 발생시킨다;
- 기체-열전달 장치 (10,200)는 연료 유닛 (10,100)에 의해 제공되는 고온 기체 및 작동 유체 (물) 간의 열 교환을 수행한다;
- 경사 나선체 (10,300)는 내부의 작동매체를 순환시키고 내부 작동매체의 다른 부분들 간의 온도 차이를 유지시킨다;
- 압력용기 (10,400)는 작동매체 및 압력 매체 간의 열 교환을 통해 압력매체 용적 증감을 유발시킨다;
- 작동 피스톤 장치 (10,500)는 압력매체 용적 증감을 선형 운동으로 전환시킨다; - 기어 기구 (10,600)는 선형 운동을 에너지/전기로 전환시킨다;
- 냉각 및 재활용 장치 (10,700)는 경사 나선체들 (10,300) 내부의 작동 유체 냉각 및 연료 유닛 (10,100)의 기체를 예열한다;
- 굴뚝 (10,800)은 냉각된 기체를 배기한다.
작동에 있어서, 연료는 연료 유닛 (10,100)에서 연소되고 연소에 의한 고온 기체는 기체 열 전달 시스템 (10,200)에 제공된다. 고온 기체는 연료 유닛으로부터 먼 단부에서 시스템 (10,200)으로 들어가고 굴뚝 (10,800)으로 진행되도록 배관을 통해 전달 시스템 (10,200)에 제공된다는 것에 주목하여야 한다.
전달 시스템 (10,200)을 통해 진행되는 동안, 전달시스템 (10,200)을 통해 반대 방향으로 통과하는 작동 유체와 열 교환이 일어나서 기어 기구 (10,500) 인접 단에서 고온 작동 유체가 발생된다.
주요 및 제2 나선체들 (10,320, 10,340) 모두의 구조는, 각각의 나선체의 전체 용적이 압력 매체의 적당한 냉각/가열에 요구되는 필요한 작동 유체 용적에 상응한다. 원칙적으로, 나선체들 (10,320, 10,340)은 전기 실시예들에서 논의된 저장체들과 동등하다. 나선체들 (10,320, 10,340)을 형성하는 튜브들 (10,322, 10,342)의 직경은 압력용기 (10,400) 코어를 통과하는 튜브 직경보다 크다는 것에 주목하여야 한다. 한편, 이탈 열에 의한 손실을 최소화하기 위하여 코어 튜브의 실을 가능한 작게 만드는 것이 바람직하다. 다른 한편으로, 나선체들 (10,320, 10,340)에 대하여 동일한 직경을 사용하면 필요한 작동 유체를 수용하기 위한 나선체의 전체 길이를 증가시킬 필요가 있을 것이다.
따라서, 나선체 튜브들이 코어 튜브의 직경보다 크도록 (적당한 어댑터가 둘을 연결하는데 사용) 절충된다. 어댑터는 회전 가능하여 회전 코어 튜브 및 정적 나선체 튜브를 적절히 연결한다. 또한, 어댑터는 임의의 필요한 실들 (seals)을 포함하여 적당한 작동이 가능하다.
튜브 자체의 열 손실을 방지하기 위하여 나선형 튜브들을 내부로부터 절연시킨다. 나선체가, 소정의 작동 단계들에서, 고온 작동 유체를 가지므로, 단열되지 않으면, 나선형 튜브 자체는 열을 흡수하고, 따라서 시스템 (10,000) 효율을 손상시킨다. 또한 내부 단열은 유사한 조건들에서 모든 실시태양들에 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 73C 내지 73F를 참조하여 시스템 작동을 상세히 설명한다:
초기 상황에서, 제1 압력용기 (10,400a)는 고온 Ttop의 압력 매체를 가지고 제2 압력용기 (10,400b)는 저온 To의 압력 매체를 가진다.
제1 주 나선체 (10,320a)는 온도 Ttop의 작동 유체를 가지고 제2 주 나선체 (10,320b)는 압력용기 (10,400b)에서 먼 단부에서는 Ttop 내지 압력용기 (10,400b)에 인접한 단부에서는 To 범위의 경사 온도의 작동 유체를 가진다.
제1 보조 나선체 (10,340a)는 압력용기 (10,400a)에 인접한 단부에서는 Ttop 내지 원위에서는 Tmid 범위의 경사 온도의 작동 유체를 가지고 제2 보조 나선체 (10,340b)는 온도 To의 작동 유체를 가진다.
작동 제1 단계에서, 전달시스템 (10,200)으로부터의 작동 유체 전달은 차단되고 전체 작동 유체는 외부 배관에서 CW 방향으로 순환된다. 즉, 제1 보조 나선체 (10,340a) 내부의 유체는 압력용기 (10,400)로 전달되어 Ttop에서 Tmid로의 압력 매체 제1 단계 냉각을 수행한다. 이러한 과정에서, 작동 유체는 순환되어 제1 주 나선체 (10,320a) 내부의 작동 유체는 제2 주 나선체 (10,320b)로 이동되고, 원래 제2 압력용기 및 제2 주 나선체 (10,320b)의 작동 유체는 제2 보조 나선체 (10,340b)로 이동된다. 원래 제2 보조 나선형에 있던 작동 유체는 외부 배관 내부로 순환되도록 밀린다.
나머지 작동 유체는 배관 내부로 순환되고 거기에 있던 일부 열은 방열기 장치 (10,700)를 통해 나간다. 이러한 열은 소모되지 않고 오히려 연소 챔버로 이송되어 연소에 필요한 더 높은 온도의 공기를 제공할 수 있다.
이러한 과정에서, 어떠한 작동 유체도 기체 열 전달 시스템 (10,200) 내부로 순환되지 않는다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 그러나, 기체 열 전달 시스템이 계속 작동하므로, 내부의 작동 유체는 계속 가열된다.
또한, 작동 유체가 외부 배관을 따라 순환하므로, 온도 To의 냉각 작동 유체는 압력용기 (10,400)에 이르고 압력 매체 온도를 결국 To로 낮춘다. 이러한 냉각 작동 유체가 방열기 시스템 (10,700)을 통과하고 따라서 온도를 To로 낮춘다는 것에 주목하는 것이 중요하다.
작동 제1 단계 후, 제1 보조 나선체 (10,340a)는 To이고, 압력용기 (10,400a) 또한 To이고, 제1 주 나선체 (10,320a)는 To 내지 Ttop 범위의 경사 온도이다.
이러한 상황에서, 주 나선체 (10,320a)는 정적으로 유지되고 작동 유체는 최상부 루프에 있는 기체 열 전달 시스템 (10,200)로부터 순환되고 제2 주 나선체에 있는 작동 유체 적어도 일부는 압력용기 (10,400b)로 이동되어, 압력 매체를 충분히 온도 Ttop로 변경시킨다. 압력용기의 작동 유체는 제2 보조 나선체 (10,340b) 기타 등으로 밀려진다.
이러한 작동 단계에서, 바닥 루프에 있는 작동 유체는 순환되지 않는다. 그러나, 압력용기는 활성 상태이고, 즉 코어는 여전히 회전하고 작동 유체 및 내부에 있는 압력 매체 간의 열 교환이 수행되어, 따라서 작동 유체 순환이 결여되어도 압력매체는 더욱 냉각된다.
제2 단계 후, 제2 압력용기에 있는 압력 매체는 Ttop에 이르고 제2 보조 나선체 (10,340b)의 작동매체는 Ttop 내지 Tmid 범위의 경사 온도를 가진다.
이후, 기체 열 전달 시스템 (10,200)을 통한 순환이 다시 차단되고 제1 주 나선체로부터의 경사 작동 유체는 제1 압력용기로 전달된다. 따라서, 모든 작동 유체는 외부 배관에서 시스템 주위로 CCW 방향으로 순환된다.
이에 따라 제1 압력용기 (10,400a)에 있는 압력 매체는 온도 Tmid에 이른다. 이러한 상황에서, 제1 주 나선체 (10,320a)는 고온 유체만을 포함하고 제1 보조 나선체 (10,340a)는 Tmid 내지 To의 경사 상태이다.
압력 매체를 필요한 고온 Ttop으로 변경시키기 위하여, 최종 가열 단계가 수행되어 최상부 루프는 차단되고 (제2 주 및 보조 나선체들을 통한 순환은 없다) 고온 유체는 경사 나선체 (10,320a)에서 압력용기로 제공된다. 전달시스템 (10,200)으로부터의 고온 작동 유체는, 적어도 부분적으로, 압력용기로 전달된 고온 유체를 대체하여, 시스템 (10,000)을 다시 도 73C에 도시된 초기 상황으로 충분히 변경시킨다. 상기와 관련하여, 압력용기를 통과하는 작동 유체는 일정한 왕복을 수행하고 주 나선체로부터의 더 많은 유체를 일 방향으로 및 냉각된 작동 유체를 다른 방향으로 압력용기를 통과시킨다는 것을 이해하여야 한다. 즉, 고온 유체는 일 방향에서 압력용기로 밀려 들어가고 이후, 저온 유체가 반대 방향으로 밀려, 시스템을 통과하는 일부 작동 유체를 보면, 각자의 루프를 통해 점차 이동하는 것으로 관찰된다.
또한 압력용기로 유입된 일부 열은 언제나 헬륨 (압력 매체) 팽창에 의해 기계 에너지로 전환되므로, 압력매체의 전체 온도는 일정하게 감소되고, 압력 매체를 Ttop로 변경하기 위하여 더 많은 고온 작동 유체 (Ttop)가 필요하다는 것을 이해하여야 한다. 즉, 일부가 기계 에너지로 전환될 때 압력 매체를 Ttop로 변경시키기 위하여 필요한 열량은 압력 매체가 팽창하지 않고 및/또는 일부 열이 일로 전환되지 않는 시스템과 비교하여 더욱 크다.
이제 도 71A 내지 72D를 참조하면, 기체 열 전달 장치 (10,200)는 4개의 발화 (fire) 용기들 (10,210)로 구성되고 각각은 하우징 (10,212) 및 회전 내부 코어 (10,220) 및 회전 외부 덮개 (10,230)를 포함한다.
고온 기체는 발화 용기 중심을 통과하고 작동 유체는 덮개 (10,230) 및 하우징 사이에 형성된 간격을 통과하여, 상기된 바와 같이 난류 및 경계층들에 대한 긍정적인 효과들이 기대된다. 발화 용기들은 일정하게 회전하고 대체로 더욱 간단한 구조 관점에서 길이에 의해 보상되는 압력용기 코어들과 같이 고속으로 회전하지 않아야 한다는 것을 이해하여야 한다.
발화 용기들 (10,210) 내부에서 작동 유체 용기들에 대한 압력은 약 221 atm으로 유지되고 시스템 (10,000)의 나머지 부품들에 있는 작동 유체 압력과 동등하다.
발화 용기들 (10,210)은 동일 구조 또는 동일 소재일 필요는 없고, 예를들면, 발화 용기의 단열은 연료 유닛 (10,100)에 가까울수록 클 수 있다. 또한, 회전속도는 발화 코어마다 다를 수 있다.
연소 기체 온도가 대략 150 ℃ 미만인 경우 황화 화합물로 인한 손상은 크게 높아진다. 코어들 자체는 고온 기체 특히 황화 화합물에 의한 부식 및 손상에 견딜 수 있는 소재로 제조될 수 있다.
발화 코어들은 (내부 유체 온도가 일정하게 증감함에 따라 내부에서만 단열되는 압력용기들과는 달리) 고온 기체 및 또는 작동 유체가 계속하여 공급되므로 내부 및 외부로부터 모두 단열된다. 연료 유닛에서 계속되는 연료 연소 및 방열기 장치 (10,700)에 의해 외부로부터 기체를 유입하는 송풍기들 (10,250)에 의한 기체 순환에 따라 작동 유체가 순환되지 않을 때에도 발화 용기들은 계속하여 작동된다.
방열기 시스템 (10,700)을 통해 주변 가열 공기를 공급하면 연료 유닛 효율을 높일 수 있고 또한 압력을 유지할 수 있다 (유입 압력은 약 10-20atm). 상기 압력을 유지하면 발화 코어들 내부에서 열 전달 효율을 높이는 이점이 있고, 즉 충분한 함량의 충분히 고온의 기체가 임의의 순간에 코어들 내부에 있다고 확신할 수 있다. 상기 압력은 방열기 (10,700)에 의한 유입, 연료 연소 (기체 용적 및 이에 따른 압력 증가) 및 송풍기 (10,250)에 의해 점차로 형성된다.
한편, 기체 압력을 높이면 고온 기체 및 작동유체 간의 열 교환 효율을 증가시킬 수 있다. 다른 한편으로, 압력을 높이려면 송풍기에 대한 더 높은 동력을 제공하여야 하고, 따라서 절충이 필요하다.
또한, 수명 연장을 위하여 발화 코어들의 회전축은 별도의 냉각 시스템을 이용하여 냉각될 수 있고, 이에 따라 실링 및 베어링은 더 낮은 온도들에서 양호하게 수행될 수 있다. 이러한 냉각은 (발화 용기들에서 돌출된) 축의 외부에 있는 전용 냉각 개구를 통해 수행된다.
발화 용기는 알루미늄 및/또는 구리 및/또는 마그네슘, 또는 (철에 비해) 높은 열 전달 계수를 가지는 강재로 제조될 수 있다. 그러나, 작동 유체 압력이 221 atm이고 코어 내부 압력이 약 10-20 atm인 것을 감안하면, 소재는 코어에 대한 기계적 하중에 견딜 수 있어야 한다. 명백하게, 두 요건들 간의 최적화 및 절충이 고려되어야 한다.
코어 (10,222) 구성에 있어서, 작동 표면들 (내부 및/또는 외부)은 표면적을 증가시키기 위하여 상기와 같이 날로 형성된다. 또한, 표면을 따라 날 리지들을 형성하면 발화 코어에 더 높은 기계적 일체성을 제공하여 외부 압력 221 atm 및 내부 압력 10-20 atm 간의 압력 차이를 견딜 수 있다.
또한, 코어는 (일체로 형성된 윙릿들 (10,224)으로 인하여 코어와 함께) 회전 및 기체 순환 및 외부 덮개 (10,232)를 향한 압입을 위한 윙릿들을 포함한다. 이러한 순환적 운동으로 더욱 효과적인 작동이 가능하여 발화 용기들 (10,210) 길이를 줄일 수 있다.
발화 코어 내부 온도 (임의의 지점에서)는 대체로 균일하게 고온이므로 윙릿들 (10,224)은 단열될 필요가 없다. 따라서, 윙릿들 가열로 발화 코어들 내부 공간의 열을 감소시키지 않는다.
기체 열 전달 시스템 (10,200) 작동과 관련하여, 굴뚝 (10,800)에 도달한 기체는 이미 충분히 냉각되고 (주변 온도보다 약 10 도 높다), 발화 코어들을 통과하는 동안 점차로 냉각되어, 굴뚝 손상 및 연소 기체의 다른 손상 영향은 감소된다.
본 시스템 (10,000)에서, (증기 발생을 고려하면) 가능한 더 높은 온도에 도달하는 것이 바람직한 보통 발전소보다 훨씬 더 낮은 약 370℃ (및 약 100-200 도로 더욱 낮아도)의 작동 유체로 전기를 생산할 수 있다. 이와 관련하여, 작동 유체 및 발화 용기들 간의 열 전달이 극대화되어, 연료 연소에 의해 발생되는 대부분의 열을 이용할 수 있다.
시스템 (10,000)의 효과적인 열 회수로 인하여, 시스템을 보통 발전소보다 훨씬 더 낮은 오도에서 작동하는 것이 가능하다. 일반적으로, 온도가 높을수록, 높은 비율로 열 에너지가 기계 에너지로 전환된다. 이와 관련하여, 본 발전기 (10,000)는 효율적인 열 회수로 인하여 저온에서 높은 비율로 열 에너지가 기계 에너지로 전환될 수 있다.
압력용기 (10,400) 및 피스톤 (10,600)은 시스템 (9000)에 대하여 설명된 것들과 유사하다.
또한, 시스템 (10,000)은 T0 온도의 작동 유체를 가지는 냉각 탱크들 (10,720)을 포함한다. 이러한 탱크들의 목적은 보조 나선체들 및 방열기 장치 (10,700)를 통과하는 작동 유체가 실제로 T0 온도에 궁극적으로 이르도록 보장하는 것이다.
특히, 작동 과정에서, Tmid 온도의 작동 유체는 방열기 (10,700)를 통과하고 여기에서 열을 제거하고, 이후 T0의 작동 유체와 혼합되고, 적어도 일부는 방열기 (10,700)를 통해 보조 나선체로 복귀한다 - 이러한 방열기 이중 통과로 인하여 작동 유체는 필요한 T0에 이를 수 있다.
냉각 탱크들 (10,720)에서 작동 유체를 혼합하면 궁극적으로 기체 열 전달 장치 (10,200)를 향하여 전진되는 작동 유체 온도를 평균화하고, 전달 시스템 (10,200)에서 방출되고 주 나선체들 (10,320)로 유입되는 작동 유체의 열 변동을 줄일 수 있다.
탱크들 (10,720)은 격리되지 않고 T0을 유지하기 위하여 주변 공기와 자연스러운 열 교환을 수행하도록 구성된다.
또한 발전기 시스템 (10,000)은 고온 기체를 생성할 수 있는 장치를 포함한 임의의 설비에서 구현될 수 있다. 이러한 설비들의 예시로는 이동 설비들 예컨대 자동차, 선박, 기차 기타 등 또는 정적 설비들 예컨대 발전소, 반응기 및 다른 산업 설비들을 포함한다.
이제 도 74A 내지 75B 를 참조하면, 포괄적으로 10,000'으로 지정되는 상기 시스템 (10,000)의 변형예들이 도시된다. 본 실시예에서, 차이점은 방열기 시스템 (10,700)이 단일 방열기 (10,700')로 줄어들고 냉각 탱크들 (10,720)은 단일 냉각 탱크 (10,720')로 축소된 것이다.
또한, 작동 과정에서, 작동 유체 경로는 약간 변형되고 2 단계들로 수행된다:
제1 단계에서, 제1 보조 나선체 (10,340a')에서 방출되는 가열된 작동 유체는 합류부 A를 통하여 방열기 (10,700')로 제공되고 (상부 배관을 통함) 더 낮은 경로 (A2)는 폐쇄된 상태로 유지된다. 유사하게, 합류부 B에서, B1은 개방되고 B2는 폐쇄된다.
따라서, 합류부 A 및 방열기 (10,700')를 통과한 후, 작동 유체는 계속하여 시스템 주위로 합류부 B를 통과하여 제2 보조 나선체 (10,340b')로 CCW 루프로 진행된다. 이후, A1 및 B1이 폐쇄되고 A2 및 B2이 개방된다. 이러한 장치에서, 제1 보조 나선체 (10,340a')로부터의 작동 유체는 방열기 (10,700')를 통과하고 합류부 B를 통해 발화 용기들 (10,200')로 흐른다.
물론 상기 작동 단계들에 이어, 방향이 역전되고 (도 75A 및 73B에 도시된 바와 같이) 정확히 반대 작용이 수행된다 (즉 시스템 주위로 합류부 B에서 합류부 A로 CW 방향으로 유동).
이제 도 76A 내지 76D를 참조하면, 포괄적으로 11,000으로 지정되고 공조 시스템 일부를 이루도록 구성되는 또 다른 실시예의 발전기가 도시된다.
일반적으로, 시스템 (11,000)은 방열기 시스템 (11,700), 주 및 제2 나선체들 (11,320, 11,340), 압력용기들 (11,400), 피스톤들 (11,300) 및 기어 기구 (11,500)을 더욱 포함한다.
그러나, 상기 실시예와는 달리, 작동 유체 가열은 연료 연소로 인한 고온 기체가 아닌 공조 시스템으로 수행된다.
특히, 공조 시스템 (11,900)은 그 자체가 밀폐부 (방)로 알려진 것으로부터 고온 공기를 배기하도록 구성되고, 여기에서 공조 시스템 작동 유체 (예를들면 프레온)는 시스템 (11,000) 작동 유체와 열 교환되어, 필요한 고온을 제공하도록 구성된다.
A/C 시스템의 작동 유체는 낮은 비점 (예를들면 150K)을 가지지만 약 450K까지 상승되도록 압축 가능한 것에서 선택된다. 이는 주변 온도 및 작동 유체 고온 간의 온도 차이를 증가시켜, 따라서 효율을 증가시키도록 구현된다.
조립에 있어서 기어 기구는 공조 시스템 (11,000)의 냉각/가열 사이클을 위하여 추가 동력을 압축기에 제공하는 추가적인 더 작은 모터 (11,910)와 함께 작동되는 압축기 (11,500)에 연결된다.
특히, 압축기 (11,500)는 작동 유체 압축에 필요한 동력의 일부를 제공하고 공조 시스템의 모터 (11,910)는 필요한 동력의 나머지를 담당한다. 예를들면, 시스템 (11,000)의 압축기는 약 70%의 동력을 제공하고 모터 (11,910)는 나머지 30%룰 제공할 수 있다. 본 시스템은 제어기를 포함하여 압축기가 제공하는 동력 관련 데이터를 수신하고 요구되는 나머지를 위하여 모터를 조정하여 압축기는 대체로 일정한 속도로 회전된다. 그러나, 압축기 회전 속도 변동은 중요하지 않으므로 제어기가 없더라도, 시스템은 작동 가능하다.
작동에 있어서, 공조 시스템 (11,900)의 작동 유체가 압축되고 가열되면, A/C 시스템 (11,900) 작동 유체 및 시스템 (11,000) 작동 유체 간의 적당한 배관 (도 80A 및 80B 참고)을 통해 열 교환이 가능한 응축기 배열을 통과하도록 구성된다.
응축기 배열 (11,200)을 통과하면, A/C 시스템의 작동 유체는 냉각되고 시스템 (11,000)의 작동 유체는 압력용기 (11,400) 내부에서 헬륨과 열 교환하기에 필요한 온도까지 가열된다. 이후 A/C 시스템 작동 유체는 팽창밸브 E.V로 진행되고 증발기 내에서 팽창되어, 밀폐부 냉각을 구현한다.
작동에 있어서, 시스템 우측이 가열되면, 경사 온도 작동 유체는 압력용기 (10,400)로 이송되어 내부의 헬륨을 가열한다. 합류부 B에서, B1은 개방되고 B2는 폐쇄되고, A1은 개방되고 A2는 폐쇄되어, 유체는 시스템 주위로 방열기를 통과하여 합류부 A로 CW 방향으로 흐른다.
이후, 우측 펌프만이 계속하여 작동하여 고온 작동 유체를 응축기 배열 (11,200)에서 인출한다. 이러한 상황에서, B1은 개방되고 B2는 폐쇄되고 A2는 개방되고 A1은 폐쇄되어 유체는 응축기 배열 (11,200)을 통과한다.
이러한 단계에서, 좌측 압력용기 (11,400)는 이를 통과하는 유체가 없고 단지 자연적인 열 교환을 계속하여 내부의 헬륨을 더욱 냉각시킨다.
이제 도 76D를 참조하면, A/C 시스템의 작동 유체는 압축기 (11,500)에 의해 응축기 배열로 이송된다. 응축기 배열 (11,200)은 다수의 용기들 (11,200)로 구성되고 각각은 유입구 (11,230)를 통해 유입되는 A/C 시스템 작동 유체의 통로를 제공하는 다수의 배관들 (11,240)을 수용하는 (내부와 단열된) 하우징 (11,210)을 가진다. 시스템 (11,000) 작동 유체는 유입구 (11,220)를 통해 하우징 (11,210)으로 유입되고 하우징 내부에서 튜브들 주위를 통과하여 열 교환이 수행된다.
응축기 배열 (11,200) 내부에서 A/C 유체의 유동 방향은 시스템 (11,000) 작동 유체의 유동 방향과 반대이다. 상기된 바와 같이, 시스템 (11,000)의 압력 매체 및 작동 유체 압력은 약 221 atm으로 유지된다.
또한, 도 76C을 참조하면, 시스템 (11,000)은 보조 냉각 장치 (11,700')를 포함하고, 이는 압축기로 유입되기 전에 시스템 (11,000) 작동 유체로부터 열을 인출하여 A/C 시스템 작동 유체를 가열하도록 구성된다.
보조 냉각 장치는 방열기 (11,700') 및 증발기 사이에 놓인 일 방향 밸브 (11,710')를 더욱 포함한다. 방열기 (11,700')와의 열 교환 과정에서, A/C 시스템 작동 유체는 온도가 상승되고 팽창한다. 일 방향 밸브는 팽창 밸브를 통한 팽창과 대치되지 않도록 이러한 팽창을 억제한다.
적어도 전기 3종의 실시예들의 발전기들 (10,000, 10,000', 11,000)에서, 나선체들 (주 및 보조 모두)은 소정의 발전기 작동 단계들에서, 내부 작동 유체의 경사 온도를 유지하는 경사탱크를 구성하고 기능적으로 상기 경사탱크들과 동등하다.
이제 도 77A 및 77B를 참조하면, 헬륨 (또는 압력용기 내부의 임의의 다른 압력 매체)과의 2가지 열 교환 방식이 도시된다. 두 실시예들에서, 압력매체는 먼저 경사 온도 작동매체에 의해 이후 온도 T0의 추가 작동 유체에 의해 냉각된다.
그러나, 제1 실시예에서, 경사 온도 작동 유체는 압력용기에 최저 온도로 먼저 일부가 제공되고, 최고 경사 온도 일부에 이를 때까지 점차로 압력 매체를 냉각시킨다. 이후, 헬륨은 T0의 추가 유체로 더욱 냉각된다.
상기 과정 결과로서, 압력용기를 통과한 후 작동 유체의 온도 프로파일은, 가변적인 변동 온도 경사를 가진다. 상세하게는, Ttop 보다 더 낮은 온도 T"의 일부 (a) 작동 유체 및 (a)보다 압력용기에 더욱 인접한 T"보다 더 높은 온도 T'"을 가지는 또 다른 일부 (b) 작동 유체를 발견할 수 있다.
도시된 제2 실시예에서, 경사 온도 작동 유체는 압력용기에 최고 온도에서 최저로 제공되고 이후 at T0의 추가 작동 유체가 제공된다.
결과로서, 압력용기를 통과한 후의 경사 작동 유체의 온도 프로파일은 압력용기에 인접한 측에서 더욱 냉각되고 압력용기로부터 멀어질수록 온도는 일정하게 상승된다. 즉, 일부 (a) 작동매체가 일부 (b)보다 압력용기에 더욱 근접하면, 더 낮은 온도를 가진다.
경사 온도의 제1 부분 (최고의 부분)이 압력 매체보다 약간 더 낮은 온도에서 압력용기 단부에 도달되도록 구성된다 (즉 압력 매체와의 완전한 열 교환). 이러한 요건을 제어하고 유지하기 위하여, 유속 및/또는 코어 회전 속도가 조정될 수 있다.
이러한 조정 없이, 일부의 온도는 더 큰 온도 차이를 가질 것이고, 이는 연소 챔버에서 연소되는 연료량을 증가시켜 열 에너지 차이 보상을 수반할 것이다.
발전기 작동 유체가 물로 구성될 때, 물을 임계점 (즉 임계 상태의 물) - 약 374 ℃ 및 221atm로 유지하는 것이 유익하다. 이러한 조건들에서 물을 사용하면 압력 매체와의 열 전달 효율을 크게 높일 수 있다.
임의의 작동 단계에서 시스템에 제공될 수 있는 작동 유체 가열을 위한 태양열 장치를 추가하는 것이 가능하다. 예를들면, 작동 유체는 태양열 설비에 의해 부분적으로 재-가열되어 기체 열 전달 시스템, 저장 유닛 기타 등으로 복귀될 수 있다. 상세하게는, 기체 열 전달 시스템의 경우, 가열된 작동 유체를 통과 작동 유체가 동일한 온도인 시점에서 전달 시스템에 제공하는 것이 유익하다. 대안으로, 압력용기들 또는 고온 저장 장치에 직접 제공될 수 있다.
모든 상기 사항들 외에도, 본 시스템은 제어 장치를 포함할 수 있고, 이는 피드백 루프를 형성하기 위하여 발전기에 의한 발전량을 측정하는 센서 및 원하는 전기량 제공을 위하여 센서와 연결되는 제어기로 구성된다.
제어기는 적어도 다음을 조정하도록 구성된다:
- 가열/냉각 시간;
- 코어들 회전속도; 및
- 펌프들/송풍기들에 의해 제공되는 압력.
본 발명에 속한 숙련가는 본 발명의 주제 범위를 이탈하지 않고 및 필요한 부분만 약간 수정하여 수치적 변경, 변동 및 변형할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
Claims (85)
- 발전기에 있어서:
- 고온의 작동매체를 제공하는 제1, 고온 공급원; 저온의 작동매체를 제공하는 제2, 저온 공급원; 및 제1 및 제2 공급원들과 유체 연통하고, 적어도 다음의 하나: 상기 제1 공급원에 있는 작동매체에 열을 제공; 및 상기 제2 공급원에 있는 작동매체로부터 열을 제거; 에 의해 이들 간 온도 차이를 유지하는 열 기구; 로 구성되는 열 차등 모듈;
- 고온/저온 작동매체와 교대로 열 교환을 수행하여, 온도를 작동매체의 고온 및 저온에 상당하는 최저 작동 온도 및 최대 작동 온도 사이로 변동되도록 제1, 고온 공급원에서 유출되는 작동매체 및 제2, 저온 공급원에서 유출되는 작동매체와 선택적으로 유체 연통되는 압력 매체를 포함하는 압력 모듈;
- 압력매체와 기구적 연통되고, 출력에너지 생성을 위하여 압력매체의 온도 변동을 이용하는 전환 모듈; 및
- 열 차등 모듈 및 압력 모듈 중 적어도 하나와 열적 연통하고, 상기 열 교환 과정에서 압력매체로 전달되지 않은 고온 및 저온 작동매체의 열 에너지의 적어도 일부를 수용하고, 상기 열 에너지를 다시 열 차등 모듈 및 압력 모듈 중 하나로 다시 전향시키는 열 회수 장치; 로 구성되고,
열을 작동매체로 제공하는 것은 보조 고온 유체와의 열 교환을 통해 수행되는, 발전기. - 제1항에 있어서, 제1, 고온 공급원 및 제2, 저온 공급원 중 하나는 외부 환경과 열적 연통하는, 발전기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 압력 모듈은 하나 이상의 압력용기를 포함하고, 각각은 열 차등 모듈과 유체 연통하는, 발전기.
- 제3항에 있어서, 압력용기는, 압력용기 내에 배치되고 압력 매체와 열적 연통되고 압력 매체 내의 열 전달을 증가시키는 적어도 하나의 확산 (dissipation) 부재를 추가로 포함하는, 발전기.
- 제4항에 있어서, 확산 부재는 압력용기 내에서 이동되도록 구성되고, 확산 부재는 압력용기 외부에 배치되는 모터와 연결되는, 발전기.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 열 회수 장치는 압력 모듈의 유출단과 유체 연통하고 동시에 내부에 들어있는 적어도 2개의 작동매체 분량들 (quantities) 간의 온도 차이를 유지하도록 구성되는 적어도 하나의 온도 경사탱크를 포함하는, 발전기.
- 제6항에 있어서, 경사탱크는 유로 미로 (labyrinth)로 형성되고, 적어도 2개의 분량들 사이에 혼합이 억제되도록 구성되는, 발전기.
- 제7항에 있어서, 미로 유로의 최대 단면 치수는 총 길이보다 상당히 작은, 발전기.
- 제7항에 있어서, 미로는 나선 유로 형태인, 발전기.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 출력 에너지의 적어도 일부는 발전기 자체 작동에 사용되는, 발전기.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 발전기는 출력 에너지의 적어도 일부를 저장하는 열 저장 유닛을 추가로 포함하고, 저장 유닛은 가열 요소들 및 보조 열 펌프 모두를 포함하고 저장 유닛은 외부 사용자를 위한 고온/저온 매체 공급원으로 사용되는. 발전기.
- 제11항에 있어서, 열 저장 유닛은 저장 매체를 포함하고, 일부는 저장 매체의 가열 및/또는 냉각에 사용되는, 발전기.
- 제11항에 있어서, 열 저장 유닛은 가열된 저장 매체를 획득하기 위하여 일부에 가동되는 가열 요소들을 포함하는, 발전기.
- 제13항에 있어서, 가열된 저장 매체는 압력 모듈과 선택적으로 유체 연통하고 보조 고온 저장체로서 작동하도록 구성되는, 발전기.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 하나에 의한 발전기를 이용하여 출력 에너지를 생성하는 방법에 있어서, 상기 방법은 적어도 다음 단계들로 구성되는, 출력 에너지를 생성하는 방법.
0) 상기 제1 공급원에 있는 상기 작동매체의 온도를 증가시키기 위하여 상기 작동매체 및 상기 보조 작동매체 간의 열 교환 수행 단계;
I) 온도 TH인 고온 작동매체를 압력 모듈에 제공하고 압력 매체와 열 교환시켜 압력 매체 온도를 최대 작동 온도 TPMAX로 상승시키고 결과적으로 고온 작동매체 온도를 TH-COOLED로 낮추는 단계;
II) 온도 TH-COOLED의 고온 작동매체를 상기 제1 고온 공급원으로 복귀시키고 온도를 다시 TH로 올리기 위하여 단계 (0)을 수행하는 단계;
III) 온도 TL의 저온 작동매체를 상기 압력 모듈로 제공하여 상기 압력매체와 열교환을 수행하여 압력매체 온도를 최저 작동온도 TPMIN으로 낮추고 이에 따라 상기 저온 작동매체 온도를 TL-HEATED 으로 올리는 단계;
IV) 온도 TL-HEATED 저온 작동매체를 상기 제2의 저온 공급원으로 복귀시키면서 저온 작동매체로부터 열을 방출시켜 온도를 다시 TL로 낮추는 단계,
이때 TL < TPMAX, TPMIN < TH이다. - 제15항에 있어서, 단계 (IV)에서 열 방출은 열을 외부 환경으로 방출하여 수행되는, 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 발전기는 적어도 하나의 경사탱크를 더욱 포함하고, 상기 방법은 다음 단계들을 더욱 포함하는, 방법.
(III’) 단계 (III) 및 (IV) 사이에 수행되고, 압력모듈에서 유출되면 상기 저온 작동매체는 상기 경사 탱크로 제공되어 저장되는 단계; 및
(V") 단계 (V) 및 (I) 사이에 수행되고, 경사탱크에 저장된 가열된 저온 작동매체는 상기 압력모듈로 제공되어 상기 압력매체와 열교환을 통하여 압력매체 온도를 중간 작동온도 TPINTER로 올리고 이에 따라 상기 저장된 저온 작동매체 온도는 TL 가까이로 낮아지는 단계. - 제15항에 있어서, 상기 발전기는 적어도 하나의 경사탱크를 더욱 포함하고, 상기 방법은 다음 단계들을 더욱 포함하는, 방법.
(I") 단계 (I) 및 (II) 사이에 수행되고, 압력모듈에서 유출되면 상기 고온 작동매체는 상기 경사탱크로 제공되어 저장되는 단계; 및
(II") 단계 (II) 및 (III) 사이에 수행되고, 경사탱크에 저장된 냉각된 고온 작동매체는 상기 압력모듈로 제공되어 상기 압력매체와 열교환을 통하여 압력매체 온도를 중간 작동온도 TPINTER로 낮추고 이에 따라 상기 저장된 저온 작동매체 온도는 TL 가까이로 올라가는 단계. - 제18항에 있어서, 단계 (III’) 및 (I")은 LIFO 방식으로, 즉 경사 탱크에 제공되는 작동매체 제1 분량은 각각 단계 (V") 및 (II")에서 마지막으로 압력 모듈로 방출되는, 방법.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 압력용기는 상기 도관 및 압력용기 내벽 사이에 위치하여 압력용기를 내부 영역 및 외부 영역으로 분할하는 적어도 하나의 슬리브 부재를 더욱 포함하고, 상기 내부 영역 및 상기 외부 영역은 상호 유체 연통되고, 상기 압력매체를 담고, 하나 이상의 슬리브 부재들은 압력용기 내부에 배치되는 모든 기구적 부품들을 캡슐화하여 코어 조립체를 형성하도록 사용되는, 발전기.
- 제1항 내지 제20항 중 어느 하나의 항에 있어서, 제1, 고온 공급원은 외부 설비를 통해 제공되는, 발전기.
- 제21항에 있어서, 외부 설비는 발전소이고, 고온 유체는 발전소에 의해 방출되는 잔여 가열된 물 및/또는 증기인, 발전기.
- 제21항에 있어서, 외부 설비는 고온 유체를 발전기로 제공하는 태양열 설비인, 발전기.
- 제1항 내지 제23항 중 어느 하나의 항에 있어서, 압력용기는 서로 유체 연통되는 주 구역 및 보조 구역으로 분할되고, 주 구역은 작동 온도 유체 통과 경로를 위한 적어도 코어 일부를 포함하고, 및 보조 구역은 코어 작동을 위한 구동 조립체를 포함하는, 발전기.
- 제24항에 있어서, 구동 조립체는 길이방향 축 주위로 코어를 회전시키는, 발전기.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서, 코어는 부구조체 및 주위 그릴을 포함하고 부구조체 내부 공간에 의해 제1 공간이 형성되고 그릴 및 부구조체 사이로 제2 공간이 형성되고, 제1 공간 및 제2 공간은 서로 유체 연통되어 작동 유체는 제1 공간 및 제2 공간 모두에 존재하도록 구성되는, 발전기.
- 제26항에 있어서, 발전기 작동 과정에서, 제2 공간에 있는 작동 유체는 제1 공간에 있는 작동 유체보다 더 큰 축 속도를 획득하도록 구성되는, 발전기.
- 제26항에 있어서, 그릴은 부구조체 주위로 회전하도록 구성되고, 부구조체는 정적 상태를 유지하는, 발전기.
- 제26항에 있어서, 코어는 부구조체 및 그릴 사이에 연장되는 윙릿들 및 그릴 및 압력용기 외면 사이에 연장되는 핀들을 포함하는, 발전기.
- 제29항에 있어서, 윙릿들 및 그릴 사이에 제1 간격 및 핀들 및 그릴 사이에 제2 간격이 연장되고, 윙릿들 및 핀들 중 적어도 하나는 그릴 회전 과정에서 정적 상태로 유지되는, 발전기.
- 제29항에 있어서, 윙릿들 및 핀들 중 적어도 하나는 코어 중심축에 대하여 방사상으로 연장되고, 윙릿들 및 핀들 중 적어도 하나는 코어 중심축에 대하여 방사상 방향에 대하여 유각을 형성하여 연장되는, 발전기.
- 제31항에 있어서, 윙릿들은 코어 중심축에 대하여 방사상 방향에 대하여 양각으로 연장되고 핀들은 코어 중심축에 대하여 방사상 방향에 대하여 음각으로 연장되며, 그 역인, 발전기.
- 제29항에 있어서, 그릴은 중심축 주위로 주변을 따라 연장되는 리지들로 형성되는, 발전기.
- 제29항에 있어서, 코어는 부구조체 및 그릴 사이에 연장되는 윙릿들 및 그릴 및 압력용기 외면 사이에 연장되는 핀들을 포함하고, 그릴은 중심축 주위로 주변을 따라 연장되는 리지들로 형성되고, 윙릿들 및 핀들의 단면 프로파일은 그릴 리지들의 단면 프로파일과 상용될 수 있는, 발전기.
- 제29항에 있어서, 코어는 압력 유체보다 더욱 고압의 작동 유체를 가지고, 부구조체는 더욱 고압의 작동 유체가 없는 경우에도 압력 유체 압력에 견디도록 구성되는, 발전기.
- 제1항에 있어서, 고온 작동 유체는 외부 설비로부터 가열된 유체와 열 교환을 통해 가열되는, 발전기.
- 제36항에 있어서, 외부 설비는 발전소이고, 고온 유체는 발전소에서 방출되는 잔여 가열된 물 및/또는 증기인, 발전기.
- 제36항에 있어서, 외부 설비는 고온 유체를 발전기로 제공하도록 구성되는 태양열 설비인, 발전기.
- 제36항에 있어서, 외부 설비는 열을 작동 유체로 제공하도록 구성되는 연소 챔버인, 발전기.
- 제36항에 있어서, 발전기는 작동 유체 및 외부 설비로부터의 가열된 유체 간의 열 교환을 가능하도록 구성되는 적어도 하나의 가열 용기를 포함하고, 가열 용기는 코어를 포함하는, 발전기.
- 제40항에 있어서, 발전기는 압력 모듈의 유출단과 유체 연통하고 동시에 내부에 들어있는 적어도 2개의 작동매체 분량들 (quantities) 간의 온도 차이를 유지하도록 구성되는 적어도 하나의 온도 경사탱크를 포함하고, 발전기는 주변과 열 교환을 통해 경사탱크 내부에 있는 유체를 냉각시키도록 구성되는 방열기를 더욱 포함하는, 발전기.
- 제41항에 있어서, 열 교환은 주변 공기 및 경사탱크 내의 유체 간에 수행되고, 방열기는 연소 챔버와 연결되고, 열 교환으로 가열된 주변 공기를 연소 챔버로 제공하는 벤트를 포함하는, 발전기.
- 제41항에 있어서, 연소 챔버는 고온 연소가스 생성을 위하여 연료를 연소하고 가열된 기체를 적어도 하나의 가열 용기로 제공하도록 구성되고, 작동 유체는 연소가스와의 열 교환을 위하여 코어 내부를 통과하는, 발전기.
- 제42항에 있어서, 외부 설비는 고온 연소가스를 생성하기 위하여 연료를 연소하는 연소 챔버이고, 발전기는 연소가스 및 작동 유체 간의 열 교환을 위한 적어도 하나의 가열 용기 및 열 교환 후 가스를 방출하는 굴뚝 장치를 포함하고, 발전기는 경사탱크를 굴뚝 장치와 연결하는 가열 사이클을 포함하는, 발전기.
- 용기 내에서 열 교환에 사용되는 코어에 있어서, 상기 코어는:
그릴 내면 및 부구조체 사이에 중간 공간이 형성되도록 내부 공간을 가지는 부구조체, 및 내면 및 외면을 가지는 주위 그릴;
부구조체 및 그릴 사이에 중간 공간에서 연장되는 윙릿들 및 그릴 외면에 대하여 외향 연장되는 핀들; 로 구성되고,
그릴은 부구조체 주위로 회전되도록 구성되고 윙릿들 및 핀들 중 적어도 하나는 그릴이 회전되는 동안 정적 상태로 유지되고, 내부 공간 및 중간 공간은 서로 유체 연통되어 유체는 두 공간들 모두에 존재하는, 코어. - 제45항에 있어서, 그릴이 회전되는 동안, 중간 공간에 있는 유체는 제1 공간 내에 있는 작동 유체보다 더 높은 축 속도를 획득하도록 구성되고, 부구조체는 정적 상태로 유지되는, 코어.
- 제45항 또는 제46항에 있어서, 윙릿들 및 그릴 사이 제1 간격 및 핀들 및 그릴 사이 제2 간격이 연장되는, 코어.
- 제45항 또는 제46항에 있어서, 윙릿들 및 핀들 중 적어도 하나는 코어 중심축에 대하여 방사상으로 연장되고, 윙릿들 및 핀들 중 적어도 하나는 코어 중심축에 대하여 방사상 방향으로 유각을 이루고 연장되는, 코어.
- 제46항에 있어서, 윙릿들은 코어 중심축에 대하여 방사상 방향으로 양각을 이루고 연장되고 핀들은 코어 중심축에 대하여 방사상 방향으로 음각을 이루고 연장되고 그 역도 성립하는, 코어.
- 제45항 내지 제49항 중 어느 하나의 항에 있어서, 그릴은 중심축 주위로 주변을 따라 연장되는 리지들로 형성되는, 코어.
- 제50항에 있어서, 리지들은 그릴 주위로 나선 형태로 연장되는, 코어.
- 제50항에 있어서, 윙릿들 및 핀들의 단면 프로파일은 그릴 리지들의 단면 프로파일과 상용되는, 코어.
- 제1항 내지 제44항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 압력용기는 직경 D1인 제1, 내부 코어 및 직경 D2> D1인 제2, 외부 코어를 수용하는 하우징을 포함하고, 코어들은 하우징 공간을, 제1, 내부 코어 내의 내부 공간, 제2, 외부 코어 외면 및 하우징 사이의 외부 공간, 및 제1, 내부 코어 외면 및 제2, 외부 코어 내면 사이의 간격 공간의 3개의 부-공간들로 분할하고, 각각의 코어들은 개별적으로 중심축 주위로 회전하도록 구성되는, 발전기.
- 제53항에 있어서, 상기 코어들은 반대 방향들로 회전하는, 발전기.
- 제53항 또는 제54항에 있어서, 압력용기 단면에서, 간격 공간은 단면적의 10% 미만을 이루는, 발전기.
- 제53항, 제54항 또는 제55항에 있어서, 상기 내부 공간 및 상기 외부 공간은 제1 매체가 통과하고 간격 공간은 제2 매체가 통과하는, 발전기.
- 제56항에 있어서, 상기 간격은 코어들이 회전하는 동안 상기 제2 매체 경계층들에 전단력이 인가되도록 충분히 작은, 발전기.
- 제1항 내지 제44항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 압력용기들은 내면에서 돌출되는 연장부들 및 중심축을 따라 연속 배열되는 다수의 코어 유닛들로 형성되는 하우징을 포함하고, 각각의 코어 유닛은 외부 덮개 및 내부 부재로 구성되고, 코어 유닛들은 하우징 공간을 코어 유닛들 내부의 내부 공간, 및 외부 덮개들 외면 및 하우징 내면 사이의 외부 공간으로 분할하고, 코어 유닛들은 2개의 이웃 코어 유닛들의 외부 덮개의 적어도 일부가 외부 공간 내부에서 제1 나선형 (convoluted) 유로를 형성하는 상기 연장부를 수용하는 간격을 형성하도록 배열되는, 발전기.
- 제58항에 있어서, 코어 유닛의 내부 부재는 유입구 및 유출구, 및 이들 사이로 연장되는 제2 나선형 유로를 포함하는, 발전기.
- 제59항에 있어서, 상기 내부 부재는 중앙부 및 주변부로 형성되고, 상기 중앙부는 격벽에 의해 제1 공간 및 제2 공간으로 분할되고, 상기 유입구는 상기 제1 공간과 연결되고 상기 유출구는 상기 제2 공간과 연결되고, 유로는 주변부를 통해 제1 공간에서 제2 공간으로 연장되는, 발전기.
- 제58항 또는 제59항에 있어서, 외부 공간은 압력용기 전체 단면적의 10% 미만으로 이루어진, 발전기.
- 제58항, 제59항 또는 제60항에 있어서, 상기 내부 공간 및 상기 외부 공간은 제1 매체가 통과하고 간격 공간은 제2 매체가 통과하는, 발전기.
- 제1항에 있어서, 발전기는 압력용기 내부에서 압력 매체를 순환시켜 더욱 효과적인 열 전달을 제공하는 송풍기를 포함하는, 발전기.
- 제1항 내지 제63항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 압력용기는 원통 형상이고 압력용기에 길이방향 단면에서 T-유사 형상을 제공하는 추가 연장부로 형성되고, 상기 압력용기는 연장부로부터 압력 매체를 인출하고 압력용기 내부에서 순환시키고 연장부로 다시 방출시키는 회전 코어를 포함하는, 발전기.
- 제64항에 있어서, 연장부는 압력 매체가 수용되는 압력용기 전체 용적을 30% 이상 증가시키는, 발전기.
- 제1항에 있어서, 상기 제1, 고온 작동매체는 유체 매체이고 상기 압력 매체는 기체 매체이고, 상기 작동매체는 또 다른 기체 매체와의 열 교환을 통해 고온이 획득되는, 발전기.
- 열 교환시스템에 있어서:
- 제1 매체 및 제2 매체 간의 열 교환을 수행하고 상기 제1 매체를 수용하는 제1 유입구 및 제2 매체를 수용하는 제2 유입구로 구성되는 열 교환기;
- 적어도 상기 제1 매체를 방출하기 위한 유출단을 가지고; 상기 제1 매체를 수용하고 동시에 들어 있는 제1 매체의 적어도 2 분량들 (quantities) 간의 온도 차이를 유지하고, 상기 유출단과 직접 연결되는 제1 분량의 온도는 Ta이고 상기 제2 분량의 온도는 Tb < Ta인 경사 용기; 로 구성되고
- 경사 용기의 상기 유출단은 상기 열 교환기의 제1 유입구와 유체 연통되는, 열 교환시스템. - 제67항에 있어서, 상기 열 교환 시스템은 온도 Tc ≤ Tb인 상기 제1 유체를 담고 있는 저장체를 추가로 포함하는, 열 교환시스템.
- 제67항 또는 제68항의 열 교환 시스템을 이용하여 제2 매체를 냉각하는 방법에 있어서, a) Ta의 제1 매체 상기 제1 분량을 상기 열 교환기의 제1 유입구에 제공하는 단계; b) Tb의 제1 매체 상기 제2 분량을 상기 열 교환기의 제1 유입구에 제공하는 단계; 및 c) 온도 Tc의 제1 유체를 상기 열 교환기의 제1 유입구에 제공하는 단계로 구성되는, 방법.
- 열 교환기에 있어서, 직경 D1인 제1, 내부 코어 및 직경 D2> D1인 제2, 외부 코어를 수용하는 하우징을 포함하고, 코어들은 하우징 공간을, 제1, 내부 코어 내의 내부 공간, 제2, 외부 코어 외면 및 하우징 사이의 외부 공간, 및 제1, 내부 코어 외면 및 제2, 외부 코어 내면 사이의 간격 공간의 3개의 부-공간들로 분할하고, 각각의 코어들은 개별적으로 중심축 주위로 회전하도록 구성되는, 열 교환기.
- 열 교환기에 있어서, 내면에서 공동으로 돌출되는 연장부들 및 중심축을 따라 연속 배열되는 다수의 코어 유닛들로 형성되는 하우징을 포함하고, 각각의 코어 유닛은 외부 덮개 및 내부 부재로 구성되고, 코어 유닛들은 하우징 공간을 코어 유닛들 내부의 내부 공간, 및 외부 덮개들 외면 및 하우징 내면 사이의 외부 공간으로 분할하고, 코어 유닛들은 2개의 이웃 코어 유닛들의 외부 덮개의 적어도 일부가 외부 공간 내부에서 제1 나선형 유로를 형성하는 상기 연장부를 수용하는 간격을 형성하도록 배열되는, 열교환기.
- 열 교환기에 있어서, 압력용기를 포함하고, 압력용기는 원통 형상이고 압력용기에 길이방향 단면에서 T-유사 형상을 제공하는 추가 연장부로 형성되고, 연장부 용적은 상기 압력용기의 원통부의 적어도 30%이고, 상기 원통부는 연장부로부터 압력 매체를 인출하고 압력용기 내부에서 순환시키고 연장부로 다시 방출시키는 회전 코어를 포함하는, 열교환기.
- 발전기에 있어서:
- 고온의 작동매체를 제공하는 제1, 고온 공급원; 저온의 작동매체를 제공하는 제2, 저온 공급원; 및 제1 및 제2 공급원들과 유체 연통하고, 적어도 다음의 하나: 상기 제1 공급원에 있는 작동매체에 열을 제공; 및 상기 제2 공급원에 있는 작동매체로부터 열을 제거; 에 의해 이들 간 온도 차이를 유지하는 열 기구; 로 구성되는 열 차등 모듈;
- 고온/저온 작동매체와 교대로 열 교환을 수행하여, 온도를 작동매체의 고온 및 저온에 상당하는 최저 작동 온도 및 최대 작동 온도 사이로 변동되도록 제1, 고온 공급원에서 유출되는 작동매체 및 제2, 저온 공급원에서 유출되는 작동매체와 선택적으로 유체 연통되는 압력 매체를 포함하는 압력 모듈;
- 압력매체와 기구적 연통되고, 출력에너지 생성을 위하여 압력매체의 온도 변동을 이용하는 전환 모듈; 및
- 열 차등 모듈 및 압력 모듈 중 적어도 하나와 열적 연통하고, 상기 열 교환 과정에서 압력매체로 전달되지 않은 고온 및 저온 작동매체의 열 에너지의 적어도 일부를 수용하고, 상기 열 에너지를 다시 열 차등 모듈 및 압력 모듈 중 하나로 다시 전향시키는 열 회수 장치; 로 구성되고,
상기 제1, 고온 작동매체는 액체 매체이고 상기 압력 매체는 기체 매체이고, 상기 작동매체는 또 다른 기체 매체와의 열 교환을 통하여 고온을 획득하도록 구성되는, 발전기. - 제73항에 있어서, 열 회수 장치는 압력 모듈의 유출단과 유체 연통하고 동시에 내부에 들어있는 적어도 2개의 작동매체 분량들 (quantities) 간의 온도 차이를 유지하도록 구성되는 적어도 하나의 온도 경사탱크를 포함하는, 발전기.
- 제74항에 있어서, 경사탱크는 유로 미로 (labyrinth)로 형성되고, 적어도 2개의 분량들 사이에 혼합이 억제되도록 구성되는, 발전기.
- 제75항에 있어서, 미로 유로의 최대 단면 치수는 총 길이보다 상당히 작은, 발전기.
- 제76항에 있어서, 미로는 나선 유로 형태인, 발전기.
- 발전기에 있어서:
- 고온의 작동매체를 제공하는 제1, 고온 공급원; 저온의 작동매체를 제공하는 제2, 저온 공급원; 및 제1 및 제2 공급원들과 유체 연통하고, 적어도 다음의 하나: 상기 제1 공급원에 있는 작동매체에 열을 제공; 및 상기 제2 공급원에 있는 작동매체로부터 열을 제거; 에 의해 이들 간 온도 차이를 유지하는 열 기구; 로 구성되는 열 차등 모듈;
- 고온/저온 작동매체와 교대로 열 교환을 수행하여, 온도를 작동매체의 고온 및 저온에 상당하는 최저 작동 온도 및 최대 작동 온도 사이로 변동되도록 제1, 고온 공급원에서 유출되는 작동매체 및 제2, 저온 공급원에서 유출되는 작동매체와 선택적으로 유체 연통되는 압력 매체를 포함하는 압력 모듈;
- 압력매체와 기구적 연통되고, 출력에너지 생성을 위하여 압력매체의 온도 변동을 이용하는 전환 모듈; 및
- 열 차등 모듈 및 압력 모듈 중 적어도 하나와 열적 연통하고, 상기 열 교환 과정에서 압력매체로 전달되지 않은 고온 및 저온 작동매체의 열 에너지의 적어도 일부를 수용하고, 상기 열 에너지를 다시 열 차등 모듈 및 압력 모듈 중 하나로 다시 전향시키는 열 회수 장치; 로 구성되고,
작동매체로의 열 제공은 태양열 설비로 제공되는, 발전기. - 제1항, 제73항 및 제78항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 발전기는;
- 고온 보조 작동매체를 생성하는 가열 장치;
- 상기 보조 작동매체 및 상기 작동매체 간의 열 교환을 수행하는 열 교환기;
- 제1 압력 모듈 및 제2 압력 모듈;
- 상기 제1 압력 모듈과 각각 연결되는 제1 주 경사용기 및 제1 보조 경사용기;
- 상기 제2 압력 모듈과 각각 연결되고; 상기 열 교환기와 각각 유체 연통되는 제2 주 경사 용기 및 제2 보조 경사 용기;
- 상기 제1 보조 경사용기 및 상기 제2 보조 경사용기 중 적어도 하나와 연결되어 열을 방출시키고, 방출 열을 상기 가열 장치로 제공하기 위하여 이와 연결되는 적어도 하나의 열 회수 장치; 및
- 중앙 도관 및 제1 및 제2 주 경사 용기들과 연결되는 분배지점을 포함하는, 발전기. - 제79항에 있어서, 상기 발전기는 다음 3종의 유체 사이클들을 포함하는, 발전기.
- 상기 가열 장치 및 상기 열 교환기를 제외한 모든 부품들에 의해 구성되는 주변 유동 사이클;
- 상기 가열 장치, 상기 열 교환기, 상기 제1 주 경사 용기, 상기 제1 압력 모듈 및 상기 제1 보조 경사 용기에 의해 구성되는 제1 유동 사이클; 및
- 상기 가열 장치, 상기 열 교환기, 상기 제2 주 경사 용기, 상기 제2 압력 모듈 및 상기 제2 보조 경사 용기에 의해 구성되는 제2 유동 사이클. - 제80항의 발전기를 이용한 출력 에너지 생성방법에 있어서, 상기 방법은:
- 제1 주 단계 - 상기 제1, 고온 공급원 차단 및 작동 유체를 CCW 방향으로 주변 사이클 주위만으로 통과;
- 제1 보조 단계 - 상기 제1 유동 사이클 차단 및 작동매체를 CCW 방향으로 제1 유동 사이클 주위로 순환;
- 제2 주 단계 - 상기 제1, 고온 공급원 차단 및 작동 유체를 CW 방향으로 주변 사이클 주위만으로 통과; 및
- 제2 보조 단계 - 상기 제2 유동 사이클 차단 및 작동매체를 CW 방향으로 제2 유동 사이클 주위로 순환; 단계들로 구성되고 각각의 주 단계에서, 보조 단계들에서보다 더 큰 용적의 작동매체가 압력용기들을 순환하는, 방법. - 제81항에 있어서, 주 단계들에서 압력 매체를 통과하는 작동매체의 양은 보조 단계들에서 압력용기들을 통하여 순환되는 작동매체의 양의 약 1.5배 초과하는, 방법.
- 제82항에 있어서, 보조 단계들에서, 압력용기들 내부의 압력 매체 냉각은 최고 온도 부분에서 최저 온도 부분에 이르는 경사 온도의 작동매체를 제공하여 수행되는, 방법.
- 제81항, 제82항 또는 제83항에 있어서, 각각의 주 단계에서, 추가양의 고온 작동매체가 주변 유체 사이클에 제공되는, 방법.
- 제81항 내지 제84항 중 어느 하나의 항에 있어서, 회수 장치에 의해 작동매체 냉각을 통하여 제2, 저온 공급원이 제공되는, 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/271,385 | 2011-10-12 | ||
| US13/271,385 US8800280B2 (en) | 2010-04-15 | 2011-10-12 | Generator |
| PCT/IL2012/050404 WO2013054333A2 (en) | 2011-10-12 | 2012-10-11 | Generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140088138A true KR20140088138A (ko) | 2014-07-09 |
Family
ID=47178800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020147012458A KR20140088138A (ko) | 2011-10-12 | 2012-10-11 | 발전기 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8800280B2 (ko) |
| EP (1) | EP2766580A2 (ko) |
| JP (1) | JP6140710B2 (ko) |
| KR (1) | KR20140088138A (ko) |
| CN (1) | CN104040120B (ko) |
| AU (1) | AU2012322274B2 (ko) |
| BR (1) | BR112014008607A8 (ko) |
| CA (1) | CA2850184C (ko) |
| RU (1) | RU2014118855A (ko) |
| WO (1) | WO2013054333A2 (ko) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9540963B2 (en) | 2011-04-14 | 2017-01-10 | Gershon Machine Ltd. | Generator |
| DE102011112280B4 (de) | 2011-09-05 | 2022-09-29 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Anlage zur Speicherung von Energie mittels Druckluft |
| US8841789B2 (en) * | 2011-10-28 | 2014-09-23 | Juan Andujar | Hybrid electro magnetic hydro kinetic high pressure propulsion generator |
| US9385574B1 (en) * | 2013-06-26 | 2016-07-05 | Ever Source Science & Technology Development Co., Ltd. | Heat transfer fluid based zero-gas-emission power generation |
| CN104728110B (zh) * | 2015-03-28 | 2017-01-25 | 聚才实业(深圳)有限公司 | 一种伺服螺杆空气压缩机控制系统 |
| CN108397783A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-08-14 | 云汇环保科技南通有限公司 | 一种废气催化氧化法专用反应器 |
| FR3084913B1 (fr) * | 2018-08-09 | 2020-07-31 | Faurecia Systemes Dechappement | Systeme thermique a circuit rankine |
| MA51537B1 (fr) * | 2020-10-19 | 2022-10-31 | Byah Ahmed | Convertisseur d'énergie calorifique stockée dans les eaux des océans et dans l'atmosphère en énergie électrique. |
| CN115654465B (zh) * | 2022-12-28 | 2023-03-28 | 石家庄奥能制药设备有限公司 | 一种用于蒸发器的热交换系统 |
Family Cites Families (52)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3100965A (en) * | 1959-09-29 | 1963-08-20 | Charles M Blackburn | Hydraulic power supply |
| US3608311A (en) * | 1970-04-17 | 1971-09-28 | John F Roesel Jr | Engine |
| US3830065A (en) | 1970-07-28 | 1974-08-20 | Alister R Mc | Vapor pressurized hydrostatic drive |
| US3699769A (en) | 1971-04-22 | 1972-10-24 | John C Bondurant | Temperature change actuated motor |
| US3901033A (en) * | 1972-02-28 | 1975-08-26 | Roy E Mcalister | Vapor pressurized hydrostatic drive |
| US3803847A (en) * | 1972-03-10 | 1974-04-16 | Alister R Mc | Energy conversion system |
| US4041706A (en) | 1975-03-17 | 1977-08-16 | White Fred I | Linear force generator and heat engine embodying same |
| US4195481A (en) | 1975-06-09 | 1980-04-01 | Gregory Alvin L | Power plant |
| US4107928A (en) * | 1975-08-12 | 1978-08-22 | American Solar King Corporation | Thermal energy method and machine |
| GB1536437A (en) * | 1975-08-12 | 1978-12-20 | American Solar King Corp | Conversion of thermal energy into mechanical energy |
| USRE30766E (en) * | 1975-10-09 | 1981-10-13 | Caterpillar Tractor Co. | Modular heat exchanger with pivotal cores |
| IL57928A0 (en) | 1978-08-14 | 1979-11-30 | Theckston A | Method and apparatus for obtaining work from heat energy |
| FR2453289A1 (fr) | 1979-04-05 | 1980-10-31 | Bernard Roger | Dispositif pour la transformation d'energie thermique en energie mecanique |
| FR2453991A1 (fr) | 1979-04-13 | 1980-11-07 | Laruelle Roland | Moteur thermique utilisant la dilatation d'un fluide |
| FR2523221A1 (fr) | 1982-03-11 | 1983-09-16 | Fraix Burnet Raymond | Procede et dispositif pour la production d'une energie directement utilisable a partir de deux sources de chaleur chaude et froide, situees dans une zone de temperature relativement basse |
| DE3232497A1 (de) | 1982-09-01 | 1983-02-03 | Richard 8000 München Moritz | Vorrichtung zur gewinnung mechanischer energie aus waermeenergie |
| US4637211A (en) | 1985-08-01 | 1987-01-20 | Dowell White | Apparatus and method for converting thermal energy to mechanical energy |
| SU1420192A1 (ru) | 1986-03-31 | 1988-08-30 | Волгоградский моторный завод | Тепловой двигатель,использующий расширение и сжатие жидкости |
| DE3619016A1 (de) | 1986-06-06 | 1987-12-10 | Guenter Zillner | Kraftmaschine |
| DE3624357A1 (de) | 1986-07-18 | 1988-01-28 | Harald Stanger | Verfahren zur energiegewinnung aus umgebungsluft |
| DE3723289A1 (de) | 1987-01-13 | 1988-07-21 | Wilhelm Hoevecke | Vorrichtung zum umwandeln von waermeenergie |
| NL8801578A (nl) | 1988-06-21 | 1990-01-16 | Torus Rotary Systems B V | Werkwijze en inrichting voor het omzetten van laagwaardige thermische energie in mechanische energie door thermische uitzetting van een uitzettingsmedium. |
| DE3939779A1 (de) | 1989-12-01 | 1991-06-06 | Wilhelm Haeberle | Verfahren und einrichtung zur umwandlung von waermeenergie in mechanische energie |
| DE4015879A1 (de) | 1990-05-17 | 1991-11-21 | Hans Weiss | Temperatur-differenz-pumpe |
| US5029444A (en) | 1990-08-15 | 1991-07-09 | Kalina Alexander Ifaevich | Method and apparatus for converting low temperature heat to electric power |
| CN2164465Y (zh) * | 1993-08-30 | 1994-05-11 | 北京市西城区新开通用试验厂 | 一种数控燃气轮机电热冷联供设备 |
| US5548957A (en) | 1995-04-10 | 1996-08-27 | Salemie; Bernard | Recovery of power from low level heat sources |
| NL1004950C2 (nl) | 1997-01-08 | 1998-07-13 | Cyclo Dynamics B V | Werkwijze en inrichting voor het omzetten van warmte-energie in arbeid. |
| US6675877B2 (en) * | 2001-08-29 | 2004-01-13 | Conagra Grocery Products Company | Seal-less magnetically driven scraped-surface heat exchanger |
| US6992272B2 (en) * | 2002-09-24 | 2006-01-31 | Tokuden Co., Ltd. | Thermal processing roller and temperature control apparatus for roller |
| US7174716B2 (en) | 2002-11-13 | 2007-02-13 | Utc Power Llc | Organic rankine cycle waste heat applications |
| DE102004003694A1 (de) | 2004-01-24 | 2005-11-24 | Gerhard Stock | Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie |
| US7331180B2 (en) | 2004-03-12 | 2008-02-19 | Marnoch Ian A | Thermal conversion device and process |
| US20060059912A1 (en) | 2004-09-17 | 2006-03-23 | Pat Romanelli | Vapor pump power system |
| CN1786466A (zh) | 2004-12-10 | 2006-06-14 | 王刚 | 利用热泵和双流体循环发电设备的能量源技术方案 |
| AU2006227016A1 (en) | 2005-03-23 | 2006-09-28 | David M. Baker | Utility scale method and apparatus to convert low temperature thermal energy to electricity |
| US20060236698A1 (en) | 2005-04-20 | 2006-10-26 | Langson Richard K | Waste heat recovery generator |
| CN1892023A (zh) | 2005-07-09 | 2007-01-10 | 高文科 | 内能机 |
| AT503734B1 (de) * | 2006-06-01 | 2008-11-15 | Int Innovations Ltd | Verfahren zur umwandlung thermischer energie in mechanische arbeit |
| US20080127648A1 (en) | 2006-12-05 | 2008-06-05 | Craig Curtis Corcoran | Energy-conversion apparatus and process |
| TW200825280A (en) | 2006-12-05 | 2008-06-16 | Wei Fang | Power generating system driven by a heat pump |
| US20080236166A1 (en) | 2007-04-02 | 2008-10-02 | Walter Frederick Burrows | Moderate Temperature Heat Conversion Process |
| NL2000849C2 (nl) * | 2007-09-10 | 2009-03-11 | Hans Van Rij | Inrichting en werkwijze voor het omzetten van warmte in mechanische energie. |
| US20090077961A1 (en) | 2007-09-24 | 2009-03-26 | Baker David M | Heat Concentrator Piston and Chamber |
| WO2009064378A2 (en) | 2007-11-09 | 2009-05-22 | Ausra, Inc. | Efficient low temperature thermal energy storage |
| ES2467943T3 (es) | 2008-01-03 | 2014-06-13 | Walter Loidl | Motor térmico |
| EP2105610A1 (en) | 2008-03-25 | 2009-09-30 | International Innovations Limited | Method for converting thermal energy into mechanical work |
| US9441575B2 (en) | 2008-04-25 | 2016-09-13 | New Power Concepts Llc | Thermal energy recovery system |
| AU2009282872B2 (en) | 2008-08-19 | 2014-11-06 | Waste Heat Solutions Llc | Solar thermal power generation using multiple working fluids in a Rankine cycle |
| US8006496B2 (en) | 2008-09-08 | 2011-08-30 | Secco2 Engines, Inc. | Closed loop scroll expander engine |
| CN101476495A (zh) | 2009-01-08 | 2009-07-08 | 龙创信恒（北京）科技有限公司 | 液体热膨胀发电方法及装置 |
| WO2011128898A2 (en) | 2010-04-15 | 2011-10-20 | Gershon Machine Ltd. | Generator |
-
2011
- 2011-10-12 US US13/271,385 patent/US8800280B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-10-11 JP JP2014535229A patent/JP6140710B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2012-10-11 WO PCT/IL2012/050404 patent/WO2013054333A2/en active Application Filing
- 2012-10-11 BR BR112014008607A patent/BR112014008607A8/pt not_active Application Discontinuation
- 2012-10-11 CA CA2850184A patent/CA2850184C/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-10-11 EP EP12787112.7A patent/EP2766580A2/en not_active Withdrawn
- 2012-10-11 RU RU2014118855/06A patent/RU2014118855A/ru not_active Application Discontinuation
- 2012-10-11 KR KR1020147012458A patent/KR20140088138A/ko not_active Application Discontinuation
- 2012-10-11 AU AU2012322274A patent/AU2012322274B2/en not_active Ceased
- 2012-10-11 CN CN201280061134.3A patent/CN104040120B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6140710B2 (ja) | 2017-05-31 |
| RU2014118855A (ru) | 2015-11-20 |
| US20120079825A1 (en) | 2012-04-05 |
| BR112014008607A8 (pt) | 2020-04-14 |
| CN104040120A (zh) | 2014-09-10 |
| US8800280B2 (en) | 2014-08-12 |
| CA2850184C (en) | 2019-01-29 |
| AU2012322274A1 (en) | 2014-04-17 |
| AU2012322274B2 (en) | 2017-04-20 |
| JP2014528556A (ja) | 2014-10-27 |
| WO2013054333A2 (en) | 2013-04-18 |
| BR112014008607A2 (pt) | 2017-06-13 |
| CN104040120B (zh) | 2018-02-02 |
| CA2850184A1 (en) | 2013-04-18 |
| WO2013054333A3 (en) | 2014-03-20 |
| EP2766580A2 (en) | 2014-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20140088138A (ko) | 발전기 | |
| US8387375B2 (en) | Systems and methods for optimizing thermal efficiency of a compressed air energy storage system | |
| JP5892945B2 (ja) | 液圧作動システムの効率を最適化するシステム及び方法 | |
| JP5723871B2 (ja) | 圧縮および／または膨張装置 | |
| EP2558689B1 (en) | Generator | |
| US9540963B2 (en) | Generator | |
| US20150330419A1 (en) | Compressed air energy storage system | |
| CN215109061U (zh) | 一种原动机及水轮机组 | |
| US9331560B2 (en) | Heat engine for converting low temperature energy to electricity | |
| US20230358215A1 (en) | Solar power system | |
| CN107196558A (zh) | 一种利用冷水和热水发电的直线发电机装置 | |
| CN207150465U (zh) | 一种利用冷水和热水发电的直线发电机装置 | |
| JP2023172944A (ja) | 圧縮空気エネルギー貯蔵法 | |
| KR20120080522A (ko) | 스털링 사이클 기반의 열기관 시스템 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |