KR20150117293A - 구동장치 - Google Patents

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KR20150117293A
KR20150117293A KR1020157026396A KR20157026396A KR20150117293A KR 20150117293 A KR20150117293 A KR 20150117293A KR 1020157026396 A KR1020157026396 A KR 1020157026396A KR 20157026396 A KR20157026396 A KR 20157026396A KR 20150117293 A KR20150117293 A KR 20150117293A
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히로야스 야마모토
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Abstract

수직 고온조 및 수직 저온조의 열 에너지를 효율적으로 구동력으로 변환하는 것이 가능한 구동장치를 제공한다. 한 쌍의 체적 가변용기11, 12는, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11가 수평 연통관7의 진행방향의 전방측으로 지지되며, 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12가 수평 연통관7의 진행방향의 후방측으로 지지되며, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11와 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12와의 압력차에 의해서 내부의 봉입기체가 이송된다. 주행대4에 수평 연통관4를 통해 지지된 복수의 한 쌍의 체적 가변용기11, 12의 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11 부력의 총 부력F1과, 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12 부력의 총 부력F2와의 총 부력차 (F1-F2)에 의해 주행대4가 단열벽3에 대하여 주행한다.

Description

구동장치{Drive device}
본 발명은, 부력과 열 에너지에 의하여 구동되는 구동장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 부력과 열 에너지에 의하여 구동되는 구동장치 및 당 구동자치로 자연계와 사회활동에서 인위적으로 발생되는 고, 저온의 열 에너지의 활용장치에 관한 것이다.
종래, 이러한 종류의 구동장치로는, 하기 특허문헌1에 기재된 바와 같이, 서로 저부가 연통된 수직 고온조 (고온액체를 수납) 및 수직 저온조 (저온액체를 수납)로 구성되며, 수직 고온조로부터 수직 저온조에 이르는 무단상 부자(浮子) 지지부재에 다수의 주머니 모양의 부자를 장착하고, 해당 부자 내에 수직 고온조에서는 기상이 되며, 더불어 상기 수직 저온조에서는 액상이 되는 열 매체를 수납한 장치가 알려져 있다.
이러한 종래의 구동장치에 따르면, 주머니 모양의 부자에 수납된 열 매체가 수직 고온조 측에서는 기체가 되어 팽창하며 부력을 발생시키고, 수직 저온조 측에서는 액체가 되어 수축한다. 이에 의하여, 수직 고온조 측에서 발생된 부력에 의해 무단상 부자 지지부재를 회동시킨다.
일본 특허 제4673367호
그러나, 이러한 종래의 구동장치에서는, 다수의 주머니 형태의 부자가 수직 고온조 측과 수직 저온조 측에 걸쳐질 필요가 있어, 수직 고온조 및 수직 저온조가 저부에서 연통되는 구조로 되어 있다.
여기서, 수직 고온조 및 수직 저온조를 저부에서 연통시키는 경우, 현실적으로는 저부를 통한 열의 유출입에 의하여 수직 고온조 측과 수직 저온조 측이 단시간에 열평형상태가 되어버려, 열 매체의 기액변화가 일어나지 않는 문제가 있었다.
이러한 사정을 감안하여, 본 발명은 수직 고온조 및 수직 저온조의 열 에너지를 효율적으로 구동력으로 변환하는 것이 가능한 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 더 나아가서는, 해당 구동장치를 이용한, 자연계와 사회활동에서 인위적으로 발생되는 고저온의 열 에너지의 활용장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1 발명의 구동장치는, 부력과 열 에너지에 의해 구동되는 구동장치로서,
서로 인접하여 구비된, 고온의 액체가 저류되는 수직 고온조와 저온의 액체가 저류되는 수직 저온조,
상기 수직 고온조와 상기 수직 저온조의 사이에 설치되는 단열벽과,
상기 단열벽에 환상(環狀)으로 형성되며, 상기 단열벽에 대하여 이동 가능한 주행대(走行帶)와,
상기 주행대를 걸쳐 상기 수직 고온조와 상기 수직 저온조를 연통하는 복수의 수평 연통관과,
상기 복수의 수평 연통관 각각에서, 상기 수평 연통관의 양단에 각각 지지되며 내부가 상기 수평 연통관 내에 연통되는 한 쌍의 체적 가변용기와,
상기 수평 연통관 및 상기 한 쌍의 체적 가변용기 내로 봉입된 봉입기체를 구비하며,
상기 한 쌍의 체적 가변용기는,
상기 수직 고온조 측의 상기 체적 가변용기와 상기 수직 저온조 측의 상기 체적 가변용기와의 사이에서, 하강 시에는 상기 수직 저온조 측의 체적 가변용기에 상기 봉입기체가 체류하며, 상승 시에는 수직 고온조 측의 체적 가변용기에 상기 봉입기체가 체류하도록 상기 봉입기체를 이송시키는 이송수단을 구비하며,
상기 주행대에 수평 연통관을 통해 지지된 복수의 한 쌍의 체적 가변용기의 수직 고온조 측의 체적 가변용기 부력의 총 부력과, 상기 수직 저온조 측의 체적 가변용기 부력의 총 부력과의 총 부력차에 의해 상기 주행대를 상기 단열벽에 대하여 주행시키는 것을 특징으로 한다.
제1 발명의 구동장치에 따르면, 이송수단에 의하여, 하강 시에는 수직 저온조 측의 체적 가변용기에 봉입기체가 체류하고, 상승 시에는 수직 고온조 측의 체적 가변용기에 봉입기체가 체류하도록 봉입기체가 이송된다.
이때, 주행대에 수평 연통관을 통해 지지된 복수의 한 쌍의 체적 가변용기의 수직 고온조 측의 체적 가변용기 부력의 총 부력과, 수직 저온조 측의 체적 가변용기 부력의 총 부력은, 열 팽창이 큰 수직 고온조 측의 총 부력이 수직 저온조 측의 총 부력보다 크게 된다. 이러한 총 부력차에 의하여, 수직 고온조 측의 체적 가변용기가 진행방향 상측이 되도록 주행대를 구동시키는 것이 가능하다. 그리고, 이러한 주행대의 구동은, 봉입기체의 이송에 따라 수직 고온조 측 액체의 열 에너지와 수직 저온조 측 액체의 열 에너지가 열적 평형상태가 될 때까지 가능하며, 고온, 저온 열 에너지를 공급하는 한 구동 가능하다. 바꾸어 말하면, 주행대의 구동은, 이송수단에 의한 봉입기체의 이송에 수반하여 수직 고온조 측의 액체의 열 에너지가 수직 저온조 측 액체의 열 에너지로의 이행이 봉입기체를 통해 실행됨으로써 이루어지는 것이다.
이와 같이, 제1 발명의 구동장치에 따르면, 수직 고온조와 수직 저온조를 완전히 차폐하여, 수직 고온조 및 수직 저온조의 열 에너지를 효율적으로 구동력으로 변환하는 것이 가능하다.
제2 발명의 구동장치는, 제 1 발명에 있어서,
상기 한 쌍의 체적 가변용기는, 상기 액체 중의 압력에 의해 변형되는 압력 가변용기로서, 상기 수직 고온조 측의 상기 체적 가변용기가 상기 수평 연통관의 진행방향의 전방측으로 지지되며, 상기 수직 저온조 측의 상기 체적 가변용기가 상기 수평 연통관의 진행방향의 후방측으로 지지되며,
상기 이송수단은, 상기 수직 고온조 측의 상기 체적 가변용기와 상기 수직 저온조 측의 체적 가변용기와의 상기 액체의 깊이에 대응한 상기 액체의 압력차 인 것을 특징으로 한다.
제2 발명의 구동장치에 따르면, 각 한 쌍의 체적 가변용기는, 진행방향에 따라, 수직 고온조 측의 체적 가변용기가 상측에 위치하고, 수직 저온조 측의 체적 가변용기가 진행방향 하측에 위치하는 경우에는, 액체의 깊이에 대응하여, 보다 깊은 수직 저온조 측의 체적 가변용기로부터 보다 얕은 수직 고온조 측의 체적 가변용기로 봉입기체가 이송되어, 수직 고온조 측의 체적 가변용기가 팽창하여 부력을 발생시킨다.
한편, 수직 고온조 측의 체적 가변용기가 하측으로 위치하고, 수직 저온조 측의 체적 가변용기가 진행방향의 상측에 위치하는 경우에는, 액체의 깊이에 대응하여, 보다 깊은 수직 고온조 측의 체적 가변용기로부터 보다 얕은 수직 저온조 측의 체적 가변용기로 봉입기체가 이송되어, 수직 저온조 측의 체적 가변용기가 팽창하여 부력을 발생시킨다.
이때, 주행대에 수평 연통관을 통해 지지된 복수의 한 쌍의 체적 가변용기의 수직 고온조 측의 체적 가변용기 부력의 총 부력과, 수직 저온조 측의 체적 가변용기 부력의 총 부력은, 열 팽창이 큰 수직 고온조 측의 총 부력이 수직 저온조의 총 부력보다 크게 된다. 이러한 총 부력의 차에 의해, 수직 고온조 측의 체적 가변용기가 진행방향 상측이 되도록 주행대를 구동하는 것이 가능하다.
그리고, 이러한 주행대의 구동은, 봉입기체의 이송에 따라 수직 고온조 측 액체의 열 에너지와 수직 저온조 측 액체의 열 에너지가 열적 평형상태가 될 때까지 가능하며, 고온, 저온 열 에너지를 공급하는 한 구동 가능하다.
덧붙여, 이송수단으로서, 봉입기체를 이송시키기 위한 펌프 등이 필요없으며, 깊이에 대응된 압력차로써 봉입기체를 액체가 깊은 측의 체적 가변용기로부터 얕은 측의 체적 가변용기로 이송하는 것이 가능하다.
이와 같이, 제2 발명의 구동장치에 따르면, 수직 고온조와 수직 저온조를 완전히 차폐하여, 수직 고온조 및 수직 저온조의 열 에너지를 효율적으로 구동력으로 변환하는 구성을 구체적으로 실현하는 것이 가능하다.
제3 발명의 구동장치는, 제1 또는 제2 발명에 있어서,
집열기, 액체 매체 및 잠열 축열재 캡슐로 채워진 고온 축열탱크, 방열기, 액체 매체 및 잠열 축열재 캡슐로 채워진 저온 축열탱크를 구비하며,
상기 수직 고온조 측의 액체가 상기 집열기로 집열하여 축열한 고온 축열탱크와의 사이에서 직접 또는 열교환기를 통해 환류함과 더불어, 상기 수직 저온조 측의 액체가 상기 방열기로 방열하여 축열한 저온 축열탱크와의 사이에서 직접 또는 열교환기를 통해 환류하는 것을 특징으로 한다.
제3 발명의 구동장치에 따르면, 제1 발명 또는 제2 발명에 있어서, 주행대의 구동은 봉입기체의 이송에 따라 수직 고온조 측의 액체의 열 에너지와 수직 저온조 측의 열 에너지가 열적 평형상태가 될 때까지 가능하며, 고온, 저온 열 에너지를 공급하는 한 구동 가능하며, 수직 고온조 측의 액체를 집열기로 집열하여 축열한 고온 축열탱크와의 사이에서 직접, 또는 열교환기를 통해 환류시킴과 더불어, 수직 저온조 측의 액체를 방열기로 방열하여 축열한 저온 축열탱크와의 사이에서 직접, 또는 열교환기를 통해 환류시킴으로써, 수직 고온조 측의 액체의 열 에너지와 수직 저온조 측의 액체의 열 에너지의 차이를 연속하여, 안정적으로 발생시키는 것이 가능하여, 상시 변동하는 열 공급원, 열 흡수원의 열 에너지를 연속적으로, 또한 안정적으로 효율적으로 구동력으로 변환하는 것이 가능하다.
제4 발명의 구동장치는, 제1 또는 제2 발명에 있어서,
집열기, 액체 매체 및 잠열 축열재 캡슐로 채워진 고온 축열탱크, 방열기를 구비하며,
상기 수직 고온조 측의 액체가 상기 집열기로 집열하여 축열한 고온 축열탱크와의 사이에서 직접 또는 열교환기를 통해 환류함과 더불어, 상기 수직 저온조 측의 액체가 상기 방열기와의 사이에서 직접 또는 열교환기를 통해 환류하는 것을 특징으로 한다.
제4 발명의 구동장치에 따르면, 제3 발명에서, 저온 축열탱크를 생략하는 것이 가능하다. 이러한 경우에도, 주행대의 구동은 봉입기체의 이송에 따라 수직 고온조 측 액체의 열 에너지와 수직 저온조 측의 에너지가 열적 평형상태가 될 때까지 가능하며, 고온, 저온 열 에너지를 공급하는 한 구동 가능하다.
이 경우, 수직 고온조 측의 액체를 집열기로 집열하여 축열한 고온 축열탱크와의 사이에서 직접, 또는 열교환기를 통해 환류시킴과 더불어, 수직 저온조 측의 액체를 안정적인 열흡수원에 방열하는 방열기와의 사이에서 직접, 또는 열교환기를 통해 환류시킴으로써, 수직 고온조 측 액체의 열 에너지와 수직 저온조 측 액체의 열 에너지와의 에너지 차이를 연속하여, 안정적으로 발생시키는 것이 가능하여, 상시 변동하는 열 공급원과 안정적인 열흡수원의 열 에너지를 연속적으로, 또한 안정적으로 효율적으로 구동력으로 변환하는 것이 가능하다.
도1은, 본 실시형태의 구동장치의 전체 구성을 나타내는 사시도.
도2는, 도1의 구동장치에서의 수평 연통관 및 체적 가변용기의 상세를 나타내는 설명도.
도3에서, (A)는 도1의 구동장치에서의 IIIA-IIIA선 단면도, (B)는 도1의 구동장치에서의 IIIB-IIIB선 단면도.
도4는, 도1의 구동장치의 확장예를 나타내는 설명도.
도1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 구동장치는, 부력과 열 에너지에 의해 구동되는 장치로서, 고온의 액체 W1이 저류되는 수직 고온조1과 저온의 액체 W2가 저류되는 수직 저온조2를 구비한다.
수직 고온조1와 수직 저온조2는, 각각 단열벽에 의해 형성된 용기로서, 수직 고온조와 수직 저온조의 사이의 단열벽3에는, 환상(環狀)으로 형성된 주행대4가 설치되어 있다.
주행대4는, 예를 들면, 고무제 크롤러 (crawler)로서, 도시하지 않은 스프라켓5 (도3 참조)에 의해 단열벽3에 대하여 이동 가능하도록 되어 있다.
주행대4에는, 복수의 관통공6이 형성되어 있으며, 각각의 관통공6에 수평 연통관7이 삽입되어 있다.
각각의 수평 연통관7은, 주행대4를 걸쳐 수직 고온조1과 수직 저온조2를 연통하고, 그 양단에는 한 쌍의 체적 가변용기11, 12가 장착되어 있다.
한 쌍의 체적 가변용기11, 12는, 내부가 수평 연통관7 내로 연통하여, 고온 측의 체적 가변용기11와 저온 측의 체적 가변용기12가 수평 연통관7을 통해 봉입 기체의 유출입이 가능하게 되어 있다. 또한, 체적 가변용기11, 12는 액체 W1, W2 중의 압력에 의해 변형되는 압력 가변용기로 되어 있다.
여기서, 한 쌍의 체적 가변용기11, 12는, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11가 수평 연통관7의 진행방향의 전방측으로 지지되며, 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12가 수평 연통관7의 진행방향의 후방측으로 지지되어 있다.
한 쌍의 체적 가변용기11, 12 및 이들에 연통되는 수평 연통관7에는, 봉입 기체로서 아르곤 가스 (본 발명의 봉입기체에 상당)가 봉입되어 있다. 또한, 아르곤 가스를 채용하는 것은 정압비열이 작기 때문이다.
이어, 도2를 참조하여, 한 쌍의 체적 가변용기11, 12에 대해서 설명한다.
한 쌍의 체적 가변용기11, 12를 지지하는 수평 연통관7은, 그 중앙에서 주행대4의 관통공6에 삽입되어 있다. 한 쌍의 체적 가변용기11, 12는, 주행대4에 대하여 수평 연통관7의 양측에 각각 상하 방향으로 확장된 포대체로 되어 있다.
구체적으로, 체적 가변용기11은, 도2에 확대도로 도시한 바와 같이, 설치방향 (도면 중 상향)으로 입설된 지지체15에 대하여, 좌우 방향으로 확장되는 포대체16, 17로 구성되어 있으며, 포대체16, 17가 수평 연통관7 내부와 연통되어 있다.
포대체16, 17은 (도2에 체적 가변용기12로 표시된 바와 같이)수축되면 지지체15를 따라 접혀, 평판 형상이 되어 조(槽) 내의 액체 W1, W2 내에서 진행 시의 저항이 작아진다.
또한, 수평 연통관7에는, 주행대4의 관통공6에 대한 회전을 규제하는 계합부7a가 형성되어 있고, 이에 대응하여 관통공6에는 계합지지부6a가 형성되어 있다. 이에 따라, 수평 연통관7이 주행대4에 대하여 회동하여, 지지체15의 입설 방향이 진행방향 (도면 중 상하방향)으로부터 벗어나는 일이 없다.
또한, 지지체15에 대하여, 좌우 방향으로 확장되는 포대체16, 17 중 하나만으로도 동등한 기능을 가져, 포대체16, 17 중 어느 하나를 생략하는 것도 가능하다.
이어, 상기와 같이 구성된 구동장치의 작동에 대해서, 도3을 참조하여 설명한다.
한 쌍의 체적 가변용기11, 12는, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11가 수평 연통관7의 진행방향의 전방측으로 지지되며, 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12가 수평 연통관7의 진행방향의 후방측으로 지지되어 있다. 이로써, 한 쌍의 체적 가변용기는, 상하의 진행방향에 따라 상하 위치가 역전된다.
도3(A) 및 (B) 각각에 있어서, 주행대4에 지지된 복수의 한 쌍의 체적 가변용기11, 12 중, 도면 중 좌측 영역에서는, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11가 짝을 이룬 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12의 상측에 위치하고 있다 (수직 저온조2 측의 체적 가변용기12가 짝을 이룬 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11에 대하여 하측에 위치하고 있다).
한편, 도면 중 우측 영역에서는, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11가 짝을 이루는 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12의 하측에 위치하고 있다 (수직 저온조2 측의 체적 가변용기12가 짝을 이룬 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11에 대하여 상측에 위치하고 있다).
우선, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11가 상측에 위치하고, 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12가 진행방향 하측에 위치하는 경우에는, 액체 W1, W2의 깊이에 대응하여, 하측에 위치하여 보다 깊은 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12로부터 상측에 위치하여 보다 얕은 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11로 아르곤 가스가 이송되어, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11가 팽창하여 부력을 발생시킨다.
때문에, 도면 중 좌측 영역에서는, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기 11a, 11b, 11c가 팽창하여 부풀어 있고, 이와 짝을 이루는 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12a, 12b, 12c는 수축하여 평판상이 되어 있다.
또한, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11a, 11b, 11c의 팽창 정도가 다른 것은, 액체 W1의 액압에 의한 것이다. 즉, 액체 W1의 깊이에 반비례하여 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11a, 11b, 11c의 팽창 정도가 커진다.
한편, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11가 하측에 위치하고, 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12가 진행방향 상측에 위치하는 경우에는, 액체 W1, W2의 깊이에 대응하여, 하측에 위치하여 보다 깊은 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11로부터 상측에 위치하여 보다 얕은 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12로 아르곤 가스가 이송되어, 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12가 팽창하여 부력을 발생시킨다.
때문에, 도면 중 우측 영역에서는, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기 11e, 11f, 11g가 수축하여 평판상이 되어 있고, 이와 짝을 이루는 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12e, 12f, 12g는 팽창하여 부풀어 있다.
또한, 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12e, 12f, 12g의 팽창 정도가 다른 것은, 액체 W2의 액압에 의한 것이다. 즉, 액체 W2의 깊이에 반비례하여 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12e, 12f, 12g의 팽창 정도가 커진다.
또한, 도면 중 좌측 영역으로부터 우측 영역으로는, 중간 상태인, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11d (수직 저온조2 측의 체적 가변용기12d) 및 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11h (수직 저온조2 측의 체적 가변용기12h)를 거쳐 천이한다.
이어, 주행대4에 발생하는 구동력에 대해서 설명한다.
주행대4에 발생하는 구동력은, 주행대4에 수평 연통관7을 통해 지지된 복수의 한 쌍의 체적 가변용기11, 12에서의 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11 부력의 총 부력F1과, 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12 부력의 총 부력F2의 총 부력차(F1-F2)가 된다.
이때, 열팽창이 큰 수직 고온조1 측의 총 부력F1이 수직 저온조 측의 총 부력F2보다 커지기 때문에, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11가 진행방향 상측이 되도록 주행대4가 구동된다.
이러한 주행대4의 구동은, 아르곤 가스의 이송에 따라 수직 고온조1 측 액체W1의 열 에너지와 수직 저온조2 측 액체W2의 열 에너지가 열적 평형상태가 될 때까지 가능하며, 고온, 저온 열 에너지를 공급하는 한 구동 가능하다.
이 때문에, 본 구동장치는, 다른 관점에서 보면, 주행대4의 구동은, 아르곤 가스의 이송에 수반되어 수직 고온조1 측 액체의 열 에너지가 수직 저온조2 측의 액체의 열 에너지로의 이행이 아르곤 가스를 통해 이루어지는 것이다.
또한, 한 쌍의 체적 가변용기11, 12, 수평 연통관7을 복수로 구성하는 환상(環狀)의 이동궤적 및 구동력 전달은 주행대4를 대신하여 수직 고온조 측, 수직 저온조 측 쌍방에 각 1련(連) 또는 2련을 강력한 구동력을 갖는 금속제 체인과 스프라켓으로 구성하고, 주행대4는 수직 고온조와 수직 저온조의 단열만을 하도록 해도 좋다. 또한, 환상의 이동궤적은 세로 방향의 타원 이외에, 원형으로 해도 좋다.
이로써, 본 실시형태의 구동장치에 따르면, 수직 고온조1과 수직 저온조2를 완전히 차폐하여, 수직 고온조1 및 수직 저온조1의 열 에너지를 효율적으로 구동력으로 변환하는 것이 가능하게 되는 것이다.
여기서, 도4에 나타낸 바와 같이, 수직 고온조1 측의 액체W1을 집열기110로 집열하여 축열한 액체 매체116과 잠열 축열재 캡슐117로 채워진 고온 축열탱크115의 사이에서 직접, 또는 열교환기 (도시 생략)를 통해 환류 시키는 것이 가능하다.
또한, 수직 저온조2 측의 액체W2를, 방열기120로 방열해 축열한 액체 매체126와 잠열 축열재 캡슐127로 채워진 저온 축열탱크125와의 사이에서 직접, 또는 열교환기 (도시 생략)을 통해 환류시키는 것이 가능하다.
이를 통해, 수직 고온조1 측의 액체W1의 열 에너지와 수직 저온조2 측의 액체W2의 열 에너지의 에너지 차를 연속하여 안정적으로 발생시키는 것이 가능하다.
또한, 이러한 경우에 있어서, 액체 매체126과 잠열 축열재 캡슐127로 채워진 저온 축열탱크125를 생략하고, 수직 저온조2 측의 액체W2를 직접 안정적인 열 흡수원으로 방열하는 방열기와의 사이에서 직접, 또는 열교환기 (도시 생략)를 통해 환류시켜도 좋다.
도4에 있어서, 집열기110로 집열하여 축열하는 고온 축열탱크115는 액체 매체 116과 잠열 축열재 캡슐117로 구성되어 있으며, 집열기110로 집열한 열 에너지를 일정한 온도로 축열하고, 열 에너지를 항상 수직 고온조1 측의 액체W1에 안정적으로 공급하는 동시에, 환류량을 조정함으로써 수직 고온조1의 온도를 가변할 수 있어 구동력의 조정도 가능하다.
이때, 집열기110로 집열되는 열 공급원은 태양 에너지, 발전소의 배열(排熱), 쓰레기 소각열, 공장배열, 냉각배열, 냉동배열, 지열(地熱), 온천 등의 자연계와 사회활동에서 인위적으로 발생되는 모든 열 에너지를 활용할 수 있으며, 난방, 급탕과 병용함으로써 효율적으로 열 에너지를 활용 및 에너지 절약이 가능하다.
한편, 방열기120로 방열하여 축열하는 저온 축열탱크125는 액체 매체126과 잠열 축열재 캡슐127로 구성되어 있으며, 방열기120로 방열되는 열 에너지를 일정 온도로 축열하여, 열 에너지가 항상 수직 저온조2 측의 액체W2에 안정적으로 공급됨과 동시에, 환류량을 조정함으로써 수직 저온조2의 온도를 가변할 수 있어 구동력의 조정도 가능하게 된다. 또는, 직접 안정적인 열 흡수원에 방열기120을 통해 방열하는 것도 가능하다.
이 때, 방열기120로 방열되는 열 흡수원은, 우주공간으로의 방열, 눈, 얼음, 냉기, 액화가스의 기화열 등이 있으며, 직접 안정적인 열 흡수원은 지중(地中), 지하수, 해수, 하천, 연못, 호수 등의 자연계와 사회활동에서 인위적으로 발생되는 모든 열 에너지를 활용할 수 있으며, 냉방, 냉장과 병용함으로써 효율적으로 열 에너지를 활용 및 에너지 절약이 가능하다.
그리고, 주행대4에 발생하는 구동력은 회전하는 운동 에너지로서, 발전기100 등에 의하여 전기 에너지로 용이하게 변환하는 것이 가능하다.
이와 같이, 본 구동장치, 집열기110, 잠열 축열재 캡슐117과 액체 매체116가 혼재된 고온 축열탱크115, 방열기120, 잠열 축열재 캡슐127과 액체 매체126가 혼재된 저온 축열탱크125, 또는 직접 안정적인 열 흡수원으로 방열하는 방열기120와 발전기100를 구성함으로써, 불안정, 또는 단속적인 자연계와 사회활동에서 인위적으로 발생되는 모든 열 에너지로, 연속하여, 안정적인 전기 에너지 공급과, 난방, 급탕, 냉방, 냉장이 가능해지며, 전기 에너지와 열 에너지의 소비가 이루어지는 장소의 근방에 구축할 수 있어, 원자력 발전, 석유, 석탄, 천연가스 등의 화석연료 발전, 풍력발전, 태양 패널 등으로 전기 에너지를 생성할 때 발생되는 많은 문제점을 개선할 수 있다.
이상이 본 실시형태의 구동장치의 상세로서, 이러한 구동장치에 따르면, 수직 고온조1과 수직 저온조2를 완전히 차폐하여, 수직 고온조1 및 수직 저온조2의 열 에너지를 효율적으로 구동력으로 전환하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태의 구동장치에서는, 한 쌍의 체적 가변용기11, 12에 대해서, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11를 수평 연통관7의 진행방향의 전방측에 지지하며, 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12를 수평 연통관7의 진행방향의 후방측으로 지지하여, 수직 고온조1 및 수직 저온조2의 액체 W1 및 W2의 압력차에 의하여, 내부의 아르곤 가스를 이송하는 구성으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 수평 연통관7의 양단에 지지된 체적 가변용기11, 12에 있어서, 수직 고온조 측, 수직 저온조 측의 상하가 역전되는 것을 이용하여, 체적 가변용기 일부에 부자(浮子), 또는 추를 설치하여, 부력, 또는 중력으로 수직 고온조, 수직 저온조 사이에서 봉입기체가 이송되도록 해도 좋다.
이러한 경우에도, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기가 팽창하여 부력을 발생시키며, 주행대4에 수평 연통관7을 통해 지지된 복수의 한 쌍의 체적 가변용기11, 12의 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11 부력의 총 부력F1과, 수직 저온조2 측의 체적 가변용기12 부력의 총 부력 F2는, 팽창력이 큰 수직 고온조1 측의 총 부력F1이 수직 저온조2 측의 총 부력F2보다 커진다. 이러한 총 부력차 (F1-F2)에 의해, 수직 고온조1 측의 체적 가변용기11가 진행방향 상측이 되도록 주행대4를 구동하는 것이 가능하다.
[실시예]
이하, 본 실시형태의 구동장치의 실시예에 대해서 설명한다.
수직 고온조1 및 수직 저온조2의 액면의 위치를 d0 [m], 압력을 p0 [atm], 수직 고온조1의 액체W1와 수직 저온조2의 액체W2를 물 또는 부동액으로 밀도 ρ=1 [kg/l], 유효깊이 d1 (얕은 위치)의 압력을 p1, 유효깊이 d2 (깊은 위치)의 압력을 p2, 깊이변수 x (기준 d1)으로 하면,
p0 = 1 [atm] (외계압력으로 고도에 따라 변동)
p1 = p0+ρ×0.1×d1 [atm]
p2 = p0+ρ×0.1×d2 [atm]
p = p0+ρ×0.1×d1 +ρ×0.1×x [atm]
수직 저온조에서 유효깊이 d2의 봉입기체 (아르곤)의 용적을 v0, 수직 고온조에서 유효깊이 d2의 봉입기체 (아르곤)의 용적을 v1, 수직 고온조에서 유효깊이 d1의 봉입기체 (아르곤)의 용적을 v2, 수직 저온조에서 유효깊이 d1의 봉입기체 (아르곤)의 용적을 v3로 했을 때, 수직 고온조의 온도t1, 수직 저온조의 온도t2와 압력p에 의한 봉입기체 (아르곤)의 변화
v1 기준
Figure pct00001
봉입기체 (아르곤)의 용적v, 압력p, 온도t와 사용몰수n (mol)의 관계
압력 p0 = 1 [atm], 온도t0 = 0 [℃], 기체분자 1 [mol]의 봉입기체의 용적vm = 22.4 [l]
Figure pct00002
Figure pct00003
계산의 조건설정
온도t1 = 65 [℃]
깊이d1 = 0.7 [m]
기준깊이xs = 2 [m]
압력p0 = 1 [atm]
p1 = 1.07 [atm]
기준압력ps = 1.27 [atm]
봉입기체 (아르곤)의 기준용적
Figure pct00004
수직 고온조에서 깊이x의 봉입기체 (아르곤)의 용적을 vhx, 수직 저온조에서 깊이x의 봉입기체 (아르곤)의 용적을 vcx
Figure pct00005
액체 W1, W2의 밀도ρ 중의 봉입기체 (아르곤)의 용적v에 작용하는 부력F
F = -매체밀도ρ [kg]×봉입기체 (아르곤)의 용적v [l]×중력g [m/s2]
= -ρ×v×g [N = kg·m/s2]
또한, '-'는 중력g가 작용하는 방향과 반대 방향인 상향을 나타낸다.
Figure pct00006
Figure pct00007
액체 W1, W2의 밀도ρ 중의 봉입기체 (아르곤)의 용적v에 작용하는 부력F으로 생성되는 위치 에너지
Figure pct00008
수직 고온조에서의 위치 에너지 Qhx는,
Figure pct00009
이므로, 아래 식1이 된다.
Figure pct00010
수직 저온조에서의 위치 에너지 Qcx는,
Figure pct00011
이므로, 아래 식2가 된다.
Figure pct00012
순생성 위치 에너지
Qhx - cx = Qhx - Qcx [J]
공급 에너지는,
봉입기체: 아르곤 (Ar)
사용몰수 n = 0.045796 [mol]
분자량 M = 39.948 [g/mol]
질량 m = n×M = 1.8295 [g]
정압비열 Cp = 0.5200 [J/g·℃]
열용량 Qcp = m×Cp = 0.9513 [J/℃]
의 조건하에서,
봉입기체 (아르곤)에 공급되는 에너지로서 열팽창에 기여 Qco = Qcp×(t1-t2)=47.565 [J]
팽창일 = 순생성 위치 에너지 = Qhx - cx [J]
봉입기체 (아르곤)에 공급되는 에너지 Qin = Qco + Qhx - cx [J]
효율 η
η = Qhx - cx / Qin ×100 [%]
표1에 나타낸 바와 같이, 수직 고온조1의 온도t1 = 65 [℃], 수직 저온조2의 온도t2 = 15 [℃], 깊이d1 = 0.7 [m], 압력p0 = 1 [atm], 봉입기체 (아르곤)의 용적vs = 1 [l}, 온도 65 [℃], 깊이ds = 2 [m], 압력ps = 1.27 [atm]일 때, 깊이x와 순생성 위치 에너지, 효율의 관계를 나타낸다.
온도차 50 [℃], 깊이x = 6 [m]의 경우에는, 순생성 위치 에너지Qhx - cx = 8.19 [J], 효율 η = 14.69 [%]이며, 1초 마다의 이동 봉입기체(아르곤)의 용적이 122.1 [l/s] 일 때, 1 [kw]의 위치 에너지가 생성된다.
또한, 깊이x = 10 [m]의 경우에는, 순생성 위치 에너지Qhx - cx = 12.14 [J], 효율 η은 20.33 [%]이며, 1초 마다의 이동 봉입기체(아르곤)의 용적이 82.37 [l/s] 일 때, 1 [kw]의 위치 에너지가 생성된다.
깊이 압력 t1 = 65 t2 = 15 순생성
위치에너지		 효율
용적 위치에너지 용적 위치에너지
x (m) p (atm) vhx (l) Qhx (J) vcx (l) Qcx (J) Qhx - cx (J) η(%)
0.0 1.07 1.1868 0.00 1.0114 0.00 0.00 0.00
1.0 1.17 1.0854 11.13 0.9250 9.49 1.64 3.33
2.0 1.27 0.9999 21.35 0.8521 18.20 3.15 6.21
3.0 1.37 0.9269 30.79 0.7899 26.24 4.55 8.73
4.0 1.47 0.8639 39.57 0.7362 33.72 5.85 10.95
5.0 1.57 0.8089 47.77 0.6893 40.71 7.06 12.92
6.0 1.67 0.7604 55.46 0.6480 47.27 8.19 14.69
7.0 1.77 0.7175 62.71 0.6114 53.44 9.27 16.31
8.0 1.87 0.6791 69.55 0.5787 59.28 10.27 17.76
9.0 1.97 0.6446 76.04 0.5493 64.81 11.23 19.10
10.0 2.07 0.6135 82.21 0.5228 70.07 12.14 20.33
본 발명은 자연계와 사회활동에서 인위적으로 발생되는 열 공급원으로부터 열 에너지를 집열기로 액체 매체와 잠열 축열재 캡슐로 채워진 고온 축열탱크에 축열, 안정적인 열 흡수원인 지중(地中), 또는 해수에 방열기를 통해 직접 열 에너지를 방열하는 액체 매체와 고온 축열탱크의 매체 간에 발생되는 온도차로 구동력과 발전을 연속하여 안정적이며 효율적으로 생성하는 장치를 제공함과 동시에, 고온 열 에너지와 저온 열 에너지를 난방, 급탕, 냉방, 냉장에 직접 이용함으로써, 원자력 에너지, 석유, 석탄, 천연가스 등의 화석 연료의 극적인 삭감이 가능해지며, 방사능 오염, 환경파괴를 없애는 것이 가능해 진다. 또한, 열 에너지의 방열, 열 에너지의 집열, 에너지 축열 등의 관련 신산업 창조의 핵이 될 수 있다.
1 수직 고온조
2 수직 저온조
3 단열벽
4 주행대
5 스프라켓
6 관통공
7 수평 연통관
11 수직 고온조 측의 체적 가변용기
12 수직 저온조 측의 체적 가변용기
100 발전기
110 집열기
120 방열기
115 고온 축열탱크
116, 126 액체 매체
117, 127 잠열 축열재 캡슐
125 저온 축열탱크
W1 수직 고온조 내의 액체
W2 수직 저온조 내의 액체

Claims (4)

  1. 부력과 열 에너지에 의해 구동되는 구동장치로서,
    서로 인접하여 구비된, 고온의 액체가 저류되는 수직 고온조와 저온의 액체가 저류되는 수직 저온조와,
    상기 수직 고온조와 상기 수직 저온조의 사이에 설치되는 단열벽과,
    상기 단열벽에 환상(環狀)으로 형성되며, 상기 단열벽에 대하여 이동 가능한 주행대(走行帶)와,
    상기 주행대를 걸쳐 상기 수직 고온조와 상기 수직 저온조를 연통하는 복수의 수평 연통관과,
    상기 복수의 수평 연통관 각각에서, 상기 수평 연통관의 양단에 각각 지지되며 내부가 상기 수평 연통관 내에 연통되는 한 쌍의 체적 가변용기와,
    상기 수평 연통관 및 상기 한 쌍의 체적 가변용기 내에 봉입된 봉입기체를 구비하며,
    상기 한 쌍의 체적 가변용기는,
    상기 수직 고온조 측의 상기 체적 가변용기와 상기 수직 저온조 측의 상기 체적 가변용기와의 사이에서, 하강 시에는 상기 수직 저온조 측의 체적 가변용기에 상기 봉입기체가 체류하며, 상승 시에는 상기 수직 고온조 측의 체적 가변용기에 상기 봉입기체가 체류하도록 상기 봉입기체를 이송시키는 이송수단을 구비하며,
    상기 주행대에 수평 연통관을 통해 지지된 복수의 한 쌍의 체적 가변용기의 수직 고온조 측의 체적 가변용기 부력의 총 부력과, 상기 수직 저온조 측의 체적 가변용기 부력의 총 부력과의 총 부력차에 의해 상기 주행대를 상기 단열벽에 대하여 주행시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  2. 제1 항 기재의 구동장치에 있어서,
    상기 한 쌍의 체적 가변용기는, 상기 액체 중의 압력에 의해 변형되는 압력 가변용기로서, 상기 수직 고온조 측의 상기 체적 가변용기가 상기 수평 연통관의 진행방향의 전방측으로 지지됨과 더불어, 상기 수직 저온조 측의 상기 체적 가변용기가 상기 수평 연통관의 진행방향의 후방측으로 지지되며,
    상기 이송수단은, 상기 수직 고온조 측의 상기 체적 가변용기와 상기 수직 저온조 측의 체적 가변용기와의 상기 액체의 깊이에 대응한 상기 액체의 압력차인 것을 특징으로 하는 구동장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항 기재의 구동장치에 있어서,
    집열기, 액체 매체 및 잠열 축열재 캡슐로 채워진 고온 축열탱크, 방열기, 액체 매체 및 잠열 축열재 캡슐로 채워진 저온 축열탱크를 구비하며,
    상기 수직 고온조 측의 액체가 상기 집열기로 집열하여 축열한 고온 축열탱크와의 사이에서 직접 또는 열교환기를 통해 환류함과 더불어, 상기 수직 저온조 측의 액체가 상기 방열기로 방열하여 축열한 저온 축열탱크와의 사이에서 직접 또는 열교환기를 통해 환류하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  4. 제1 항 또는 제2 항 기재의 구동장치에 있어서,
    집열기, 액체 매체 및 잠열 축열재 캡슐로 채워진 고온 축열탱크, 방열기를 구비하며,
    상기 수직 고온조 측의 액체가 상기 집열기로 집열하여 축열한 고온 축열탱크와의 사이에서 직접 또는 열교환기를 통해 환류함과 더불어, 상기 수직 저온조 측의 액체가 상기 방열기와의 사이에서 직접 또는 열교환기를 통해 환류하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
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