KR20160096092A - 전기 발전기 - Google Patents

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KR20160096092A
KR20160096092A KR1020167015188A KR20167015188A KR20160096092A KR 20160096092 A KR20160096092 A KR 20160096092A KR 1020167015188 A KR1020167015188 A KR 1020167015188A KR 20167015188 A KR20167015188 A KR 20167015188A KR 20160096092 A KR20160096092 A KR 20160096092A
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pressure
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KR1020167015188A
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조엘 디. 심즈
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조엘 디. 심즈
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Abstract

전기 발전기 시스템 및 방법이 제공되며, 이것은 폐-루프/자체-내장식 시스템을 이용하여 전기를 발전하고, 터빈을 회전시키기 위하여 가압 유체의 탱크를 이용하며, 차례로 전기 발전기 또는 교류 발전기를 작동시키고, 그 다음 소모된 유체는 압력 탱크로 다시 펌핑 복귀되어 공정을 계속 진행한다.

Description

전기 발전기{ELECTRICAL GENERATOR}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 계속 출원으로서, 본 출원과 동일한 발명자에 의해서 2013년 12월 09자로 출원된 "전기 발전기"라는 제목의 미국 가 특허출원 번호 제61/913,480호의 출원일 우선권 이익을 주장한다. 상기 가 특허출원은 여기에서 그 전체가 참조로 인용된다.
본 발명의 하나 이상의 실시 예들은 일반적으로 전기 발전기에 관한 것으로, 보다 상세히는 전기를 생성하기 위한 자체적으로 내장된 액체 또는 가스의 폐-루프 시스템에 관한 것이다.
대부분의 세계는 전기에 의존한다. 대형 전기 발전소 및 이에 연결된 전력 네트워크는 이러한 의존성을 만족하도록 요구되어 왔다. 전력 공급이 차단된 고립 지역은 고가의 자연-의존식 시스템이나, 또는 지속적으로 공급이 불가능한 자원을 필요로 하는 시스템을 설치하여 왔다. 또한, 홍수, 지진, 토네이도 등과 같은 자연재해 발생 후, 이러한 영향을 받는 지역에 전력을 복구하기 위해서는 수개월이 걸릴 수 있다. 이동식 가솔린 및 천연가스 발전기들이 이들 영역에 반입될 수 있지만, 이들 전기 발전기들을 가동시키는 가솔린 또는 천연가스의 공급을 유지하기가 어려울 수 있다.
따라서, 화석 연료를 사용하지 않고 지속적으로 전기를 제공할 수 있는 저비용의 전기 발전기를 제공하는 것이 유리할 것이다. 또한, 이러한 전기 발전기를 이동식으로 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 많은 장점들이 본 발명의 하나 이상의 실시 예(들)에 의해서 결정되고 얻어질 수 있으며, 본 발명은 본질적으로 넓은 의미에서 화석 연료를 사용하지 않고, 전기를 생성하기 위한 폐쇄 시스템 및 방법을 제공한다.
적어도 하나의 실시 예에서, 전기 발전기가 제공되며, 이것은 저장조로부터 가압식 저장 탱크 내로 펌핑되는 유체(예를 들면, 액체, 가스 또는 플라즈마)를 포함한다. 상기 저장 탱크로부터, 유체는 고압 분사기를 통해서 강제 공급되고, 터빈을 회전시키는데 사용된다. 그 다음, 유체는 저장조로 복귀되고, 시스템을 통해서 재활용된다. 상기 터빈은 전기를 생산하기 위하여 종래의 전기 발전기 또는 교류 발전기에 연결될 수 있다. 하나 이상의 배터리들이 제공되며, 이것은 태양 광, 수력, 풍력 또는 이들의 조합을 통해서 충전될 수 있으며, 또한 상기 시스템으로부터 생성된 전기로부터 부분적인 충전을 받을 수 있다. 상기 하나 이상의 배터리들은 저장조로부터 가압 저장 탱크로 유체를 펌핑하는 펌프를 가동시키도록 사용된다.
본 발명은 다음에서, 임의의 예시적인 실시 예들과 구현 예들에 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 다양한 변형, 부가 및 삭제 등이 본 발명의 특허청구범위의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고서도 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명에 의하면, 화석 연료를 사용하지 않고 전기를 생성하기 위한 폐쇄 시스템 및 방법이 제공된다.
본 발명의 보다 나은 이해를 위해서, 첨부 도면에 관련한 참조 부호들이 상세한 설명에 기재되어 있으며, 여기서는 동일한 참조 부호들은 전체에 걸쳐서 동일한 부품들을 지칭하며, 또한 여기서:
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따라서 기계적 에너지를 생성하는 장치의 정면도이다;
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른 도 1의 장치의 측면도이다;
도 3은 도 1-2의 장치를 포함하는 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른 전기 발전기의 좌측면도이다;
도 4는 도 1-2의 장치를 포함하는 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른 전기 발전기의 우측면도이다;
도 5는 도 1-2의 장치를 포함하는 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른 전기 발전기의 배면도이다;
도 6은 도 1-2의 장치를 포함하는 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른 전기 발전기의 다른 실시 예의 정면도이다;
도 7은 도 6의 실시 예의 우측면도이다.
본 발명은 다음의 임의의 예시적인 실시 예들과 구현 예들에 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 다양한 수정, 부가 및 삭제들이 본 발명의 특허청구범위의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고서 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.
도면을 상세하게 참조하면, 동일한 참조 부호들이 여러 도면에 걸쳐서 동일한 요소들을 나타내는 것으로 도시되어 있으며, 도 1-7에는 본 발명에 따른 전기 발전기 시스템 및 방법이 예시되어 있다. 본 발명의 원리 및 작동은 도면 및 상세한 설명을 참조하면 더욱 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 3-5 및 도 6-7에 도시된 바와 같은, 하나 이상의 실시 예들에서, 상기 시스템은 다른 것들 중에서도, 압력 탱크(1), 저장 탱크(12), 펌프(7), 배터리(8), 및 펠톤 휠(21)(또는, 충격식 물/유체 터빈과 같은 몇몇의 다른 타입)과 물 분사기(10)를 갖는 하이드로 박스를 포함한다. 상기 도면들은 다수의 배터리(8)들, 및 다수의 펌프(7)들을 도시한다. 당업자들은 이것이 설계 적인 선택임을 잘 알 수 있을 것이다. 이것은 단지 하나의 배터리(8), 또는 다수의 배터리(8)들, 및 하나의 펌프(7) 또는 다수의 펌프(7)들이 있을 수도 있다. 또한, 다수의 저장 탱크(12) 및/또는 다수의 압력 탱크(1)들이 있을 수도 있다. 하나 이상의 바람직한 실시 예에서, 상기 저장 탱크(12)의 체적, 또는 다수의 저장 탱크(12)들이 사용되는 경우에는 상기 저장 탱크(12)들의 체적은 압력 탱크(1)의 체적에 동일하거나 또는 그보다 크며, 적어도 상기 펌프(7)가 상기 분사기(10)를 통해서 펌핑할 수 있는 만큼의 유체를 저장한다. 이것은 상기 펌프 싸이클 내로 공기가 유입되어 흐름을 방해하는 것을 방지한다. 바람직하게는, 하지만 필요하지 않을 수도 있으며, 상기 압력 탱크(1)는 적어도 상기 분사기(10)가 펌핑하여 배출하는 만큼의 물을 보유하고 있다. 이것은 상기 압력 탱크(1)가 더 많이 보유하고 있을수록, 상기 펌프(1)는 더 적은 량을 펌핑할 수 있기 때문에, 펌프(7) 상의 마모를 줄일 수 있다. 당업자들은 또한, 시스템의 다른 요소들, 예를 들면 와이어들(다양한 전기적 요소들을 전기가 필요한 요소들에 연결하기 위해 사용됨), 파이프들/튜브들(유체를 어느 한 위치로부터 다른 위치로 이송하기 위해서 사용됨), 조인트들(파이프들/튜브들을 연결하기 위함), 밸브들(시스템을 통한 유체의 흐름을 제어하기 위함), 벨트들(어느 한 장치에서 다른 장치로 회전 에너지를 전달하기 위함)이 포함될 수 있음을 잘 알 수 있을 것이며, 그 이유는 이것은 특허 출원 명세서이고, 제작 사양서가 아니기 때문에, 본 발명이 가장 확실하게 당업자들에 의해서 이해되도록 하기 위해서, 그러한 세세한 부분에 대해서는 여기에서 특별히 상세하게 언급 없이 설명되었기 때문이다. 상기와 같은 설명에도 불구하고, 당업자들은 저장 탱크(12)로부터 펌프(7)로, 그리고 상기 펌프(7)로부터 압력 탱크(1)로 향하는 튜브들은, 비록 필요한 것은 아니지만, 서로 동일한 또는 실질적으로 동일한 직경을 가져야 한다는 것을 잘 알 수 있을 것이다. 압력 탱크(1)로부터 분할 밸브(31)로 향하는 튜브들은 비록 필요한 것은 아니지만, 저장 탱크(12)로부터 압력 탱크(1)로 향하는 튜브들보다 작은 직경을 갖고, 그리고 분할 밸브(31)로부터 분사기(6)로 향하는 튜브들은 비록 필요한 것은 아니지만, 압력 탱크(1)로부터 분할 밸브(31)로 향하는 튜브들보다 작은 직경을 가져야 한다. 이것은 압력을 합성하고, 그에 따라서 펠톤 휠(21)에 더 높은 추진력을 생성시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 시스템은 너무 많은 전력이 생성되는 경우, 상기 시스템으로부터 전기를 다른 곳으로 유도시키는데 사용될 수 있는 분배 가열기(15)를 포함할 수 있다. 당업자들은 이것이 안전 기능이고, 따라서 본 발명의 하나 이상의 실시 예들의 작동에서 요구되지 않을 수도 있다는 것을 잘 알 수 있을 것이다. 당업자들은 또한, 다른 장치 또는 시스템들이 동일하거나 유사한 기능을 위해서 사용될 수 있다는 것도 잘 인식할 수 있을 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 시스템은 배터리 제어기(11) 및 배터리 충전기(14)를 포함할 수 있다. 배터리 제어기(11)는 전기 발전기, 그리고 하나 이상의 배터리(8)에 전기적으로 연결되며, 상기 하나 이상의 배터리(8)에 전송되는 전력량을 제어한다. 또한, 배터리 제어기(11)는 만일 잉여 전력이 상기 시스템으로부터 송출될 필요가 있는 경우, 배터리 제어기(11)는 상기 잉여 전력을 분배 가열기(15)로 전환하기 위해서 분배 가열기(15)와 전기적으로 연결된다. 배터리 충전기(14)는 펌프(7)를 작동시키기 위해서 사용되는 배터리(8)를 충전한다. 그것은 하나 이상의 배터리(8)를 통해서 상기 시스템에 의해서 발생된 전력으로부터 전기를 수신한다. 상기 하나 이상의 배터리(8)들은 메인 퓨즈 박스 출구(26)에 연결되는 전력 변환기(24)에 전력을 공급한다. 상기 퓨즈 박스로부터, 전기가 110 볼트 전기 출구(28)에 연결된다. 상기 배터리 충전기(14)는 상기 110 볼트 출구(28)로부터 전력을 인출한다. 상기 전력 변환기(24)는 하나 이상의 배터리(8)로부터의 전기를 직류(DC)로부터 110/220 볼트의 교류(AC)로 변환시키도록 사용된다. 당업자들은 상기 전력 변환기(24)가 직류(DC) 발전기에 대해서 교류(AC) 발전기를 사용하여 제거될 수 있음을 잘 알 수 있을 것이다.
작동에 있어서, 물은 저장 탱크(12) 내에 저장될 수 있으며, 또는 최초의 배터리 전력을 보존하기 위해서 압력 탱크(1) 내에 저장될 수도 있으며, 또는 공급자의 설계적 선택에 따라서, 일부의 물은 저장 탱크(12) 내에 저장될 수 있고, 일부의 물이 압력 탱크(1) 내에 저장될 수도 있다. 물이 저장 탱크(12) 내에 저장된 경우, 배터리(8)는 펌프(7)를 작동시켜서 상기 저장 탱크(12)로부터 압력 탱크(1)로 물을 펌핑한다. 상기 압력 탱크(1)로부터, 물은 고압 분사기/노즐(6)(도 1)을 통해서 강제 공급되며, 그것은 펠톤 휠(21)의 버켓들에 충돌하며(도 2), 상기 펠톤 휠(21)이 그 축(20)을 중심으로 회전하도록 한다. 상기 축(20)은 플라이휠, 또는 기어 또는 플라이휠들의 시스템 또는 기어들 또는 몇몇의 다른 종래의 장치를 포함하여 상기 펠톤 휠(21)의 회전 에너지를 통상적인 전기 발전기 또는 교류 발전기 또는 몇몇 다른 장치에 전달하고, 상기 시스템에 의해서 제공되는 회전 에너지를 사용하게 된다(이것은 이러한 형태가 종래와 같기 때문에 도시되지는 않았지만, 당업자들은 펠톤 휠(21)의 회전 에너지를 종래의 전기 발전기로 전달하는 데 필요한 연결 구조(들)을 잘 이해할 수 있을 것이다). 물은, 상기 펠톤 휠(21)에 충돌한 이후에, 저장 탱크(12) 내로 떨어지고, 상기 공정이 반복될 때까지 그곳에 저장된다.
상기 시스템은 현재, 분당 9갤런의 반복 싸이클로 설정되어 있다. 상기 저장 탱크(12)는 40 갤런의 용량이고, 상기 압력 탱크(1)는 30 갤런이다. 이것은 압력 탱크(1) 내로 공기 포켓이 유입되는 것을 방지하기 위해서, 저장 탱크(12) 내에 10 갤런을 남긴다. 상기 시스템은 평방 인치당 40 파운드(PSI)의 압력으로 작동하며, 그렇지만 최적의 압력은 50 내지 60 psi이다. 당업자들은 다른 매개 변수들이 원하는 출력 매개 변수에 따라서 사용될 수 있음을 잘 알 수 있을 것이다.
따라서, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 설명되어 있으며, 장점들이 이해될 수 있다. 전술한 실시 예들로부터의 변형 예들이, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서도 존재한다. 따라서, 전기 발전기 시스템 및 방법이 제공되는 것을 알 수 있다. 비록 여기에서는 특정 실시 예들이 상세하게 설명되었지만, 이것은 단지 예시적인 목적으로만 실행되었으며, 다음의 특허청구범위에 관련하여 제한하고자 의도된 것이 아니다. 특히, 여러 가지 치환, 변형 및 수정이 특허청구범위에 의해서 정의되는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다는 것이 발명자들에 의해서 고려된다. 비-배타적인 예로서, 상기 시스템은 액체로서 물을 이용하여 설명되었다; 그러나 다른 액체의 점도가 압력 강하 및 필요한 노즐의 크기 등에 관련하여 고려되는 한, 다른 액체들의 사용도 고려될 수 있다. 또한, 상기 시스템은 액체 대신에 가스를 사용하여 작동할 수 있으며, 그것도 여전히 본 발명의 범위 내에 속한다. 상기 시스템은 각각의 요소의 하나가 개시되어 있으나, 당업자라면 다수의 저장 장치 또는 압력 탱크들이 사용될 수도 있으며, 다수의 배터리들, 다수의 터빈들, 또는 이들의 조합이 사용될 수도 있고, 이것들도 여전히 본 발명의 범위 내에 속한다. 다른 특징, 이점 및 변형들도 이하의 특허청구범위 내에 속하는 것으로 간주된다. 제시된 특허청구범위는 여기에 개시된 본 발명을 나타낸다. 그 밖의 미 청구된 발명들도 고려된다. 본 발명자들은 이후의 특허청구범위 내에 기재된 발명들을 추구할 권리도 보유한다.
따라서, 상기 설명에서 포함되고 첨부 도면에 도시된 모든 사항들은, 제한적인 의미보다는 예시적인 의미로 해석되고자 의도된 것이다. 또한 다음의 특허청구범위는 여기에서 기술된 바와 같은 본 발명의 일반적이고 구체적인 기능들 모두, 그리고 본 발명의 범위에 관련된 모든 기재 내용과, 언어적인 관점에서 그 사이에 있는 것들 모두를 포함하도록 의도된 것으로 이해하여야 한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 신규한 것이고, 특허 가능한 것이다.
이하의 요소들이 여러 도면에서 표시되어 있다.
1 : 다이어프램 압력 탱크 2 : 압력 밸브
3 : 압력 방출구 4 : 배수 밸브
5 : 볼 밸브 6 :고압 물 분사기
7 : 압력 차단식 물 펌프 8 : 배터리
9 : 발전기/교류 발전기
10 : 펠톤 휠 및 고압 물 분사기를 갖는 하이드로 박스
11 : 배터리 제어기 12 : 물 저장조
13 : 역류 밸브 14 : 배터리 충전기
15 : 분배 가열기 16 : 고압 물 라인
17 : 밀봉 가압식 베어링 18 : 수봉 장치
19 : O-링 20 : 샤프트
21 : 펠톤(Pelton) 휠 22 : 렉스턴(Lextan) 커버
23 : O-링 24 : 110V/220V 변환기
25 : 분리 박스/퓨즈 26 : 차단기 박스
27 : 볼트/암페어 미터 28 : 110V 전압 플러그
29 : 220V 전압 플러그 30 : 퓨즈
31 : 분할 밸브

Claims (14)

  1. 유체를 저장하도록 구성된 압력 탱크;
    상기 압력 탱크에 연결된 도관;
    입구 및 출구를 갖는 노즐, 상기 노즐은 상기 도관을 통해서 상기 압력 탱크에 연결되고, 상기 노즐은 상기 입구에서 상기 압력 탱크로부터 속도를 갖고 이동하는 유체를 받고, 상기 출구로부터 상기 입구에서 받은 속도보다 더 빠른 속도로서 상기 유체를 이송시키도록 구성되며;
    상기 노즐에 의해 이송되는 상기 유체에 의해서 충돌하도록 구성된 터빈;
    상기 유체가 상기 터빈에 충돌한 이후에 상기 유체를 받고, 상기 유체를 상기 압력 탱크로 복귀시키는 펌프;를 포함하는 에너지 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 터빈과 상기 펌프 사이에 연결되고, 상기 유체가 상기 터빈에 충돌한 이후에, 그리고 상기 유체가 다시 상기 압력 탱크로 펌핑되어 복귀하기 이전에, 상기 유체를 받아서 저장하도록 구성된 저장 탱크를 추가적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노즐은 고압 노즐인 것임을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유체는 물인 것임을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유체는 가스인 것임을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 터빈에 연결된 전기 발전기를 추가적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 터빈에 연결된 교류 발전기를 추가적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 장치.
  8. 압력 탱크 내의 유체를 저장하는 단계;
    상기 압력 탱크로부터 상기 유체를 노즐을 통해서 강제적으로 통과시켜서 상기 유체의 속도를 증가시키고, 상기 유체가 터빈에 충돌되도록 하는 단계; 그리고
    상기 유체가 상기 터빈에 충돌한 이후에, 상기 유체를 상기 압력 탱크로 펌핑 복귀시키는 단계;를 포함하는 에너지 변환 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유체가 상기 터빈에 충돌한 이후에, 그리고 상기 유체가 다시 상기 압력 탱크로 펌핑되어 복귀하기 이전에, 상기 유체를 저장 탱크 내에 저장하는 단계를 추가적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 노즐은 고압 노즐인 것임을 특징으로 하는 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 유체는 물인 것임을 특징으로 하는 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 유체는 가스인 것임을 특징으로 하는 방법.
  13. 제8항에 있어서, 전기 발전기를 작동시키도록 상기 터빈을 이용하는 단계를 추가적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 방법.
  14. 제8항에 있어서, 교류 발전기를 작동시키도록 상기 터빈을 이용하는 단계를 추가적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 방법.
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