KR20170021923A - 공기의 수중 압을 이용한 발전 시스템 - Google Patents

공기의 수중 압을 이용한 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

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

Description

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

Claims (1)

  1. 발전 방법으로서,
    심층 수(1) 내에 수직 방향으로 복수의 압력 전송기(2)를 잠수시키는 단계, 이 단계에서 각각의 압력 전송기(2)는 내부에 압축 챔버(15)를 가짐;
    상기 압축 챔버(15) 내에 초기의 소정 양의 공기를 제공하는 단계;
    상기 압축 챔버(15) 내로 심층 수로부터 압축 챔버의 하부로부터 물을 유입시키는 단계, 이 단계에서 상기 압축 챔버 내의 공기가 상기 물의 압력에 의해 고압의 공기로 압축됨;
    터빈을 회전시키기 위하여 터빈(11)이 위치되는 팽창 챔버 내로 고압의 압축된 공기를 주입하는 단계, 이 단계에서 상기 터빈(11)이 발전기(21)에 연결되어 상기 발전기(21)는 터빈에 의해 회전하여 발전됨;
    터빈(11)을 통하여 압축된 공기를 통과시킨 후에 상기 심층 수(1)의 상부를 향하여 상기 압력 전송기(2)로부터 상향 연장되는 스카이 튜브(30) 내로 상기 압축된 공기를 이송하는 단계;
    상기 압축 챔버(15)가 비워지도록 상기 압축 챔버로부터 물을 배출하는 단계;
    추가 발전을 위해 상기 압력 전송기(2)를 작동시키기 위하여 상기 모든 단계들을 반복하는 단계; 및
    소정 크기의 발전을 제공하기 위하여 상기 복수의 압력 전송기(2)를 작동시키는 단계를 포함하는 발전 방법.
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