KR20150068950A - Engine for energy conversion - Google Patents
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Abstract
열 에너지를 운동 에너지로 변환하기 위한 엔진(3010)이 제공된다. 엔진(3010)은 제1 구역(3045), 제2 구역(3043), 및 제1 구역(3045)과 제2 구역(3043) 사이에서 연장되는 이동 가능한 루프(3055, 3057)를 포함한다. 루프(3055, 3057)와 실린더(3011)가 함께 제1 구역(3045)과 제2 구역(3043) 사이에 이동 가능하도록 실린더(3011)가 루프(3055, 3057)에 부착된다. 각 실린더(3011)는 가지각색의 양의 작동 유체를 내부에 받아들이도록 되어 있고, 제1 양의 작동 유체를 수용하는 제1 상태와, 제2 양의 작동 유체를 수용하는 제2 상태를 비롯하여 복수 개의 상태에 있도록 되어 있으며, 제1 양은 제2 양보다 크다. 각 실린더(3011)는 제1 구역(3045)을 통과하여 이동할 때에 제1 상태에 있고 제2 구역(3043)을 통과하여 이동할 때에 제2 상태에 있게 되어 루프(3055, 3057)에 움직임을 부여한다.An engine 3010 is provided for converting thermal energy into kinetic energy. The engine 3010 includes a first section 3045, a second section 3043 and movable loops 3055 and 3057 extending between the first section 3045 and the second section 3043. The cylinder 3011 is attached to the loops 3055 and 3057 such that the loops 3055 and 3057 and the cylinder 3011 are movable together between the first zone 3045 and the second zone 3043. [ Each cylinder 3011 is adapted to receive therein a plurality of positive working fluids and includes a first state for receiving a first amount of working fluid and a second state for receiving a second amount of working fluid, State, and the first amount is greater than the second amount. Each cylinder 3011 is in a first state when moving through the first zone 3045 and in a second state when moving through the second zone 3043 to impart motion to the loops 3055 and 3057 .
Description
관련 출원의 상호 참조Cross reference of related application
본 출원은 2013년 3월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/841,137호 및 2012년 8월 17일자로 출원된 미국 가출원 제61/684,206호를 우선권 주장하는 국제(PCT) 출원이다. 본 출원은 또한 2010년 10월 21일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/909,114호(현재는 미국 특허 제8,453,443호)에 관한 것으로서, 상기 출원은 2009년 7월 31일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/533,031호(현재 포기됨), 2009년 10월 21일자로 출원된 제61/253,656호(현재 포기됨), 및 2008년 8월 4일자로 출원된 61/085,978호(현재 포기됨)를 우선권 주장하는 출원이다. 전술한 특허 출원 및 특허 전부의 개시는 그 전체가 본 명세서에 참조로 합체된다.
This application is an international application (PCT) filed on March 15, 2013, which claims priority to U.S. Patent Application No. 13 / 841,137, and U.S. Provisional Application No. 61 / 684,206, filed August 17, This application is also related to U.S. Patent Application No. 12 / 909,114, now U.S. Patent No. 8,453,443, filed on October 21, 2010, which is filed on July 31, 2009, 12 / 533,031 (now abandoned), 61 / 253,656 (now abandoned) filed on October 21, 2009, and 61 / 085,978 (now abandoned) filed on August 4, 2008 It is an application claiming priority. The disclosures of all of the foregoing patent applications and patents are incorporated herein by reference in their entirety.
기술 분야Technical field
본 발명은 열 에너지를 운동 에너지로 변환시키는 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to an engine for converting thermal energy into kinetic energy.
열 에너지를 운동 에너지로 변환시키는 것은 일의 생성에 있어서 오랫동안 이용되었다. 많은 변환은 바람직하지 않은 연소 부산물(예컨대, 이산화탄소)에 의해 환경을 오염시키는 석유, 석탄, 및/또는 천연 가스 등의 비-재생 가능한 열 에너지 소스를 이용하고 있다. 따라서, 운동 에너지를 생성하기 위해 지열 등의 재생 가능한 에너지 소스를 이용하는 것이 바람직하다. The conversion of thermal energy into kinetic energy has long been used in the production of work. Many transformations utilize non-renewable sources of heat energy such as petroleum, coal, and / or natural gas that pollute the environment by undesirable combustion byproducts (e.g., carbon dioxide). Therefore, it is preferable to use a renewable energy source such as geothermal heat to generate kinetic energy.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 경감 및 제거하는 것이다. It is an object of the present invention to alleviate and eliminate the disadvantages of the prior art.
열 에너지를 운동 에너지로 변환시키는 엔진이 제공된다. 엔진은 제1 구역, 제2 구역, 및 제1 구역과 제2 구역 사이에서 연장되는 이동 가능한 루프를 포함한다. 루프와 실린더가 함께 제1 구역과 제2 구역 사이에서 이동 가능하도록 컨테이너가 루프에 부착된다. 각 실린더는 가지각색의 양의 작동 유체를 내부에 받아들이도록 되어 있고, 제1 양의 작동 유체를 수용하는 제1 상태와, 제2 양의 작동 유체를 수용하는 제2 상태를 비롯하여 복수 개의 상태에 있도록 되어 있으며, 제1 양은 제2 양보다 크다. 각 컨테이너는 제1 구역을 통과하여 이동할 때에 제1 상태에 있고 제2 구역을 통과하여 이동할 때에 제2 상태에 있게 되어 루프에 움직임을 부여한다.An engine for converting thermal energy into kinetic energy is provided. The engine includes a first zone, a second zone, and a movable loop extending between the first zone and the second zone. A container is attached to the loop so that the loop and the cylinder can be moved together between the first zone and the second zone. Each cylinder being adapted to receive a plurality of positive working fluids therein and to be in a plurality of states including a first state for receiving a first amount of working fluid and a second state for receiving a second amount of working fluid, And the first amount is larger than the second amount. Each container is in a first state when moving through the first zone and in a second state when moving through the second zone to impart movement to the loop.
본 발명의 보다 완벽한 이해를 위해, 첨부 도면과 함께 고려되는 예시적인 실시예의 아래의 상세한 설명을 참조한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 구성되는 엔진의 개략적인 측단면도로서, 엔진은 명확도를 위해 단면도로 도시된 복수 개의 유밀식 컨테이너를 구비한다;
도 2는 도 1에 도시된 기밀식 컨테이너들 중 하나의 확대 단면도로서, 컨테이너는 그 팽창 위치에서 도시되어 있다;
도 3은 도 1에 도시된 컨테이너들 중 하나의 확대 단면도로서, 컨테이너는 그 수축 위치에서 도시되어 있다;
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따라 구성된 엔진의 개략적인 부분 측단면도이다;
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따라 구성된 엔진의 개략적인 부분 측단면도이다;
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따라 구성된 엔진의 개략적인 측단면도이다;
도 7은 도 6에 도시된 엔진의 이동 컨테이너 메카니즘의 부분 사시도이다;
도 8a 및 도 8b는 도 6 및 도 7에 도시된 컨테이너들 중 하나의 확대 단면도로서, 컨테이너는 그 수축 및 팽창 위치에서 각각 도시되어 있다;
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제5 실시예에 따라 구성된 엔진의 컨테이너들 중 하나의 확대 단면도이다;
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따라 구성된 엔진의 개략적인 측단면도이다;
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따라 구성된 엔진의 개략적인 단면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a more complete understanding of the present invention, reference is made to the following detailed description of an exemplary embodiment taken in conjunction with the accompanying drawings.
1 is a schematic side cross-sectional view of an engine constructed in accordance with a first embodiment of the present invention, the engine having a plurality of fluid-tight containers shown in cross-section for clarity;
Figure 2 is an enlarged cross-sectional view of one of the airtight containers shown in Figure 1, wherein the container is shown in its inflated position;
Figure 3 is an enlarged cross-sectional view of one of the containers shown in Figure 1, wherein the container is shown in its retracted position;
4 is a schematic partial side cross-sectional view of an engine constructed in accordance with a second embodiment of the present invention;
5 is a schematic partial side cross-sectional view of an engine constructed in accordance with a third embodiment of the present invention;
Figure 6 is a schematic side cross-sectional view of an engine constructed in accordance with a fourth embodiment of the present invention;
Figure 7 is a partial perspective view of the mobile container mechanism of the engine shown in Figure 6;
Figures 8A and 8B are enlarged cross-sectional views of one of the containers shown in Figures 6 and 7, wherein the container is shown in its retracted and inflated positions, respectively;
9A and 9B are enlarged cross-sectional views of one of the containers of an engine constructed in accordance with a fifth embodiment of the present invention;
10 is a schematic side cross-sectional view of an engine constructed in accordance with a sixth embodiment of the present invention;
11 is a schematic cross-sectional view of an engine constructed in accordance with a seventh embodiment of the present invention.
도 1은 열 에너지를 운동 에너지로 변환시키는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 구성되는 엔진(10)을 예시한다. 엔진(10)은 상부 영역(14)과 하부 영역(16)을 갖는 하우징(12)을 구비한다. 상부 샤프트(18) 및 하부 샤프트(20)가 상부 영역(14)과 하부 영역(16)에서 하우징(12)에 의해 각각 회전 가능하게 지지되고, 고정 장착되는 상부 스프로켓(22) 및 하부 스프로켓(24)을 각각 포함하며, 각각의 스프로켓은 치형부(26)를 구비한다. 복수 개의 링크(30)를 갖는 체인(28)의 루프(예컨대, 롤러-체인, 벨트, 케이블 등의 루프)가 제공되어 상부 및 하부 스프로켓(22, 24) 위에서 롤링한다. 보다 구체적으로, 체인(28)의 링크(30)가 상부 및 하부 스프로켓(22, 24)의 치형부(26)와 맞물리도록 되어 있어, 체인(28)에서의 종방향 운동이 스프로켓(22, 24), 및 이에 따라 상부 및 하부 샤프트(18, 20)에서 회전 운동을 각각 생성한다. Figure 1 illustrates an
액체(32; 예컨대, 물 또는 임의의 다른 적절한 유체)가 하우징(12) 내에 수용되고 고온 액체 구역(34)과 저온 액체 구역(36)을 갖는다. 열 에너지 소스(38)와 열 에너지 싱크(40)가 고온 및 저온 액체 구역(34, 36)에 각각 연결되고 액밀식 시일(42, 44)에 의해 각각 유지된다. 열 에너지 소스(38)는 파이프 또는 튜브(46a, 46b)와, 열 에너지를 고온 액체 구역(34)으로 제공하기 위해 파이프(46a, 46b)에 연결되는 열 교환기(46c)를 포함한다. 보다 구체적으로, 재생 가능한 에너지 소스(106; 예컨대, 태양, 지열, 해열 등)에 의해 가열되는 고온 액체 또는 기체(도시 생략)는 파이프(46a)를 통해 (도 1의 화살표 H1에 의해 지시되는 바와 같이) 고온 액체 구역(34) 내로 유입된다. 이어서, 고온 액체 또는 기체는 열 교환기(46c)를 통해 유동하고, 열 에너지는 고온 액체 구역(34)으로 전달되고, 파이프(46b)를 통해 (도 1의 화살표 H2에 의해 지시되는 바와 같이) 고온 액체 구역(34) 밖으로 유동한다. 유사하게, 열 에너지 싱크(40)는 파이프 또는 튜브(48a, 48b)와, 열 에너지를 저온 액체 구역(36)으로부터 제거하기 위해 파이프(48a, 48b)에 연결되는 열 교환기(48c)를 포함한다. 보다 구체적으로, 재생 가능한 에너지 싱크(108)(108; 예컨대, 지열, 해열 등)에 의해 냉각되는 저온 액체 또는 기체(도시 생략)는 파이프(48a)를 통해 (도 1의 화살표 C1에 의해 지시되는 바와 같이) 저온 액체 구역(36) 내로 유입된다. 이어서, 저온 액체 또는 기체는 열 교환기(48c)를 통해 유동하고, 열 에너지는 저온 액체 구역(36)으로부터 제거되고, 그리고 파이프(48b)를 통해 (도 1에 화살표 C2로 지시된 바와 같이) 저온 액체 구역(36) 밖으로 제거된다. 열 교환기(46c)와 열 교환기(48c)에는 고온 및 저온 액체 구역(34, 36) 각각의 내외로 열의 전달을 용이하게 하는 종래의 열 전달 메카니즘(예컨대, 핀)이 마련될 수 있다. 더욱이, 열 교환을 효율적으로 촉진시키기 위해, 에너지 소스(38)가 하우징(12)의 하부 영역(16)에 근접하게 위치 설정되고, 에너지 싱크(40)가 하우징(12)의 상부 영역(14)에 근접하게[예컨대, 상부 스프로켓(22)에 근접하게] 위치 설정된다. A liquid 32 (e.g., water or any other suitable fluid) is received in the
고온 및 저온 액체 구역(34, 36) 간에 열 에너지의 직접적인 혼합을 줄이도록 배플(50)이 하우징(12) 내에[예컨대, 체인(28)에 의해 형성되는 내부 루프의 감금부 내에] 위치 설정된다. 하우징(12)의 하부 영역(16)에 근접하게[예컨대, 배플(50) 아래에 그리고 체인(28)의 감금부 외측에] 배치될 수 있는 순환 수류(54)를 생성하도록 물 펌프(52)가 또한 제공된다. 순환 수류(54)는 하부 영역(16)에서 고온 액체 구역(34)과 저온 액체 구역(36) 간에 열 에너지의 혼합을 추가 억제시키도록 물 커튼을 형성한다. The
도 1을 계속 참조하면, 기밀식 또는 유밀식 컨테이너(56, 58, 60, 62)가 브라켓(64)에 의해 체인(28)에 부착되어 액체(32) 내에 침지된다. 컨테이너(56, 58, 60, 62)는 고온 및 저온 구역(34, 36)을 연속적으로 통과하여 이동하도록 되어 있어 체인(28) 및 스프로켓(22, 24)이 회전하게 한다. 그러한 회전을 유발하기 위하여, 각각의 컨테이너(56, 58, 60, 62)에는 공기, 이산화탄소, 냉매 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 유체일 수 있는 작동 유체(66)가 제공된다. 작동 유체(66)는 컨테이너(56, 58, 60, 62)의 체적이 증가 또는 감소하게 하기 위하여 팽창 및 수축도록 되어 있다. 컨테이너(56, 58, 60, 62)의 구성 및 작동은 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다. 1, a gas-tight or fluid-
도 2 및 도 3을 참조하면, 컨테이너(58)는 내측 실린더(76)를 포함하고, 내측 실린더는 개방 단부(78) 및 폐쇄 단부(80)와, 내표면(82) 및 외표면(84)을 갖는다. 컨테이너(58)는 또한 개방 단부(90)와 폐쇄 단부(92) 뿐만 아니라 내표면(94) 및 외표면(96)을 갖는 외측 실린더(88)를 포함한다. 외측 실린더(88)는 내측 실린더(76)가 외측 실린더(88) 내에 위치 설정되는 접힘 위치(도 3 참조)와, 내측 실린더(76)가 외측 실린더(88)로부터 외측을 향해 연장되는 확장 위치 사이에서 내측 실린더(76)에 대해 이동 가능하도록 내측 실린더(76)에 활주 가능하게 부착된다. 내측 실린더(76)의 외표면(84)과 외측 실린더(88)의 내표면(94) 사이에서 개방 단부(78)에 근접하게 밀봉 링(86)이 위치 설정되어 컨테이너(58)가 유밀식이 되게 한다. 적어도 하나의 유지 링(98)이 개방 단부(90)에 근접하게 외측 실린더(88)에 부착되어 외측 실린더(88)가 내측 실린더(76)로부터 미끄러져 빠지는 것을 방지한다. 코일 스프링 또는 다른 적절한 엘라스토머 어징(urging) 요소가 또한 내측 실린더(76)의 폐쇄 단부(80) 및 외측 실린더(88)의 폐쇄 단부(92)에 부착되어 외측 실린더(88)를 그 접힘 위치를 향해 이동시키게 한다. 컨테이너(58)를 작동 유체(66)로 충전시키도록 밸브(102)가 제공된다. 핀(104)이 내측 실린더(76) 및 외측 실린더(88)의 외표면(84, 96) 상에 각각 배치되어 실린더 내에 수용된 작동 유체(66) 내외로 열의 전달을 용이하게 한다. 내측 및 외측 실린더(76, 88)는 임의의 적절한 내부식성, 열 전도성 재료(예컨대, 플라스틱 또는 금속)으로 제조될 수 있다. 2 and 3, the
각각의 컨테이너(56, 60, 62)는 도 2 및 도 3에 예시된 컨테이너(58)와 동일한 구성 및 작동을 갖는다. 그러한 사정으로, 컨테이너(56, 60, 62)의 특정한 구성은 본 명세서에서 설명하지 않기로 한다. Each of the
이하, 도 1을 참조하여 엔진(10)의 작동을 설명한다. 도 1에서, 컨테이너(56, 58)는 고온 액체 구역(34)에 배치되고, 컨테이너(60, 62)는 저온 액체 구역(36)에 배치된다. 각각의 컨테이너(56, 58) 내의 작동 유체(66)는 고온 액체 구역(34)으로부터 열 에너지를 흡수하고 팽창하여, 외측 실린더(88)가 그 수축 위치(도 3 참조)로부터 팽창 위치(도 2 참조)로 이동하게 함으로써 컨테이너(56, 58)의 체적을 증가시킨다[즉, 컨테이너(56, 58)가 팽창된 체적으로 팽창됨]. 컨테이너(56, 58) 내의 작동 유체(66)는 체적이 증가되지만 질량은 동일하기 때문에, 컨테이너(56, 58)에 각각 작용하는 부력을 증가시킨다. 이와 달리, 각각의 컨테이너(60, 62) 내의 작동 유체(66)는 그 열 에너지를 저온 액체 구역(36)으로 방출하여 외측 실린더(88)가 그 팽창 위치(예컨대, 도 2 참조)로부터 그 수축 위치(예컨대, 도 3 참조)로 이동하게 함으로써 컨테이너(60, 62)의 체적을 감소시킨다[즉, 컨테이너(60, 62)는 감소된 체적으로 수축됨]. 컨테이너(60, 62) 내의 작동 유체(66)가 체적이 감소되지만 질량은 동일하기 때문에, 컨테이너(60, 62)에 각각 작용하는 부력(72, 74)을 감소시킨다. 그 결과, 컨테이너(56, 58)에 작용하는 부력(68, 70)의 합이 컨테이너(60, 62)에 작용하는 부력(72, 74)의 합보다 커짐으로써, 체인(28)을 (도 1의 화살표 R에 의해 지시되는 바와 같이) 시계 방향으로 회전시키는 합력(F)이 생긴다. 고온 및 저온 액체 구역(34, 36) 각각의 내외로 열 에너지의 연속적인 유동의 결과로서, 컨테이너(56, 58, 60, 62)가 고온 및 저온 액체 구역(34, 36) 사이에서 연속적으로 이동함으로써, 체인(28)에 연속적인 운동을 부여한다. 체인(28)의 운동은 상부 및 하부 스프로켓(22, 24)과, 이에 따라 샤프트(18, 20)에 회전 운동 에너지를 부여한다. 샤프트(18, 20)의 회전 운동 에너지를 저장 및/또는 이용하도록 적절한 메카니즘이 채용될 수 있다. 예컨대, (도 1에 점선으로 도시된) 발전기(G)가 벨트(B)를 통해 샤프트(18)에 의해 구동되어 운동 에너지를 전기 에너지를 변환시킬 수 있다. Hereinafter, the operation of the
본 발명은 많은 이익 및 이점을 제공한다. 예컨대, 재생 가능한 열 에너지의 운동 에너지로의 변환은 환경 친화적 그리고 비용 효율적 방식으로 수행된다. 운동 에너지의 생성은 기계적으로 단순한 방식으로 제공된다[즉, 힘(F)이 체인(28)에서의 움직임을 만들고, 이러한 움직임이 스프로켓(22, 24) 및 이에 따라 샤프트(18, 20)에 회전 운동 에너지를 부여한다].The present invention provides many benefits and advantages. For example, the conversion of renewable thermal energy into kinetic energy is performed in an environmentally friendly and cost effective manner. The generation of kinetic energy is provided in a mechanically simple manner (i. E. Force F creates a movement in the
본 발명은 많은 수정예 및 변형예를 가질 수 있다는 것을 유념해야 한다. 예컨대, 컨테이너(56, 58, 60, 62)는 엘라스토머 재료의 단일 부재로 제조되는 풍선형 블레이더와 같이 상이한 크기 및 형상으로 형성되는 팽창 가능하고 수축 가능한 구성요소로 제조될 수 있다. 개별적인 엔진들이 상이한 크기 및 형상의 컨테이너들의 조합으로 제조될 수 있다. 유지 링(98)은 또한 백업 밀봉 링으로서 기능하도록 크기 및 형상이 정해질 수 있다[즉, 유지 링은 밀봉 링(86)이 누출되면 작동 유체(66)를 컨테이너(56, 58, 60, 62) 내에 수용하는 이차 시일로서 기능할 수 있다]. 액체(32)의 표면은 상부 스프로켓(22)이 액체(32) 내에 침지되고 컨테이너(56, 58, 60, 62)가 고온 및 저온 액체 구역(34, 36) 사이에서 운동을 통해 액체 내에 침지되도록 하우징(12) 내의 높이(도시 생략)로 설정될 수 있다. It should be noted that the present invention may have many modifications and variations. For example, the
도 4, 도 5, 도 6-도 8a, 도 9a-도 9b, 도 10 및 도 11은 본 발명의 제2 내지 제8 실시예를 각각 예시한다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예를 참조하여 전술한 요소들에 동일하게 또는 실질적으로 대응하는, 도 4, 도 5, 도 6-도 8a, 도 9a-도 9b, 도 10 및 도 11에 예시된 요소들은 일천 내지 칠천 만큼 각각 늘어난 대응하는 참조 번호에 의해 지시하였다. 새로운 요소들은 일천 내지 칠천의 홀수 참조 번호로 각각 지시되어 있다. 이들 실시예와 함께 대응하는 참조 번호 또는 홀수의 사용은 오직 예시 목적을 위한 것이고 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. Figs. 4, 5, 6, 8A, 9A, 9B, 10 and 11 illustrate the second to eighth embodiments of the present invention, respectively. 4, 5, 6, 8A, 9A-9B, 10, and 11, which correspond equally or substantially to the elements described above with reference to the embodiment shown in Figs. The illustrated elements are indicated by corresponding reference numerals which are each increased by one to seven thousand. The new elements are each indicated by an odd number reference number from one to seven thousand. The use of corresponding reference numerals or odd numbers in conjunction with these examples is for illustrative purposes only and is not intended to limit the scope of the invention.
도 4를 참조하면, 브라켓(1064)에 의해 체인(1028)에 부착되는 기밀식 또는 액밀식 컨테이너(1007, 1009)를 갖는 엔진(1010)이 예시되어 있다. 도 4는 엔진(1010)의 일부만을 예시하고 있는데, 엔진에는 구성 및 작동이 컨테이너(1007, 1009)와 동일한 추가의 컨테이너(도시 생략)가 마련될 수 있다. 엔진(1010)은 컨테이너(56, 58, 60, 62)에 상이한 구성이 제공된다는 점을 제외하고는 모든 면에서 엔진(10)과 동일하다. 컨테이너(1007, 1009)의 구성은 아래에서 설명된다. Referring to Fig. 4, an
각각의 컨테이너(1007, 1009)는 시일(1017)에 의해 벨로우즈부(1015)에 부착되는 한쌍의 강성 캡(1011, 1013)을 구비한다. 벨로우즈부(1015)는 고무 등의 가요성 재료로 제조된다. 벨로우즈부(1015)는 수축 위치[도 4의 컨테이너(1009) 참조]로부터 팽창 위치[도 4의 컨테이너(1007) 참조]로 그리고 그 반대로 컨테이너(1007, 1009)의 이동을 용이하게 한다. 각각의 컨테이너(1007, 1009)는 또한 밸브(1019)를 구비하고, 이 밸브를 통해 기체 또는 액체가 초기에 컨테이너(1007, 1009)로 공급된다. Each of the
이하, 도 5를 참조하면, 엔진(2010)은 브라켓(2015a, 2015b)을 통해 체인(2028)에 각각 부착되는 복수 개의 기체 또는 액체 충전된 컨테이너(2011, 2013)를 구비한다. 도 5는 엔진(2010)의 일부만을 예시하는데, 엔진에는 구성 및 작동이 컨테이너(2011, 2013)와 동일한 추가의 컨테이너(도시 생략)가 마련될 수 있다. 또한, 엔진(2010)은 아래에 설명되는 것을 제외하고 도 1에 도시된 엔진(10) 및/또는 도 4에 도시된 엔진(1010)과 기본적으로 동일한 구성 및 작동을 갖는다. 5, the
도 5를 참조하면, 컨테이너(2011)는 단부 또는 캡(2017, 2019)과, 유밀식 방식으로 서로 단부(2017, 2019)에 대해 접하는 벨로우즈부(2021)를 구비한다. 단부(2017, 2019)와 벨로우즈부(2021)는 도 4에 도시된 강성 캡(1011, 1013)과 벨로우즈부(1015)가 구성되는 방식과 유사한 방식으로 구성 및 조립된다. 벨로우즈부(2021)는 팽창 위치[도 5의 컨테이너(2011) 참조]로부터 압축 위치[예컨대, 도 5의 컨테이너(2013) 참조]로 그리고 그 반대로 컨테이너(2011)의 이동을 용이하게 한다. 단부(2017)는 밸브(2041)를 구비하고, 이 밸브를 통해 기체 또는 액체가 초기에 컨테이너(2011)로 공급된다. Referring to Fig. 5, the
브라켓(2015a)은 한쌍의 버팀대(2023, 2025)를 구비하고, 이들 버팀대 사이에 컨테이너(2011)가 개재된다. 컨테이너(2011)의 각각의 단부(2017, 2019)에 고정되는 지지 바아(2027, 2029)가 버팀대(2023, 2025)에 의해 각각 활주 가능하게 지지되어, 지지 바아는 버팀대(2023, 2025)에 대해 각각 종방향으로 이동될 수 있다. 보다 구체적으로, 지지 바아(2027, 2029)는 컨테이너(2011)를 브라켓(2015a) 상에 이동 가능하게 지지하여, 컨테이너(2011)는 엔진(2010)의 작동 중에 팽창 및 수축될 수 있다. The
지지 바아(2027, 2029) 상에는 온도 민감성 스프링(2031, 2033)이 배치된다. 보다 구체적으로, 스프링(2031)은 버팀대(2023)와 컨테이너(2011)의 단부(2017) 사이에 위치 설정되어 부착되며, 스프링(2033)은 버팀대(2025)와 컨테이너(2011)의 단부(2019) 사이에 위치 설정되어 부착된다. 종래의 형상 기억 합금으로 제조될 수 있는 각각의 스프링(2031, 2033)은 고온 형상과 저온 형상 사이에서 이동하도록 가열 및 냉각을 이용한다. 보다 구체적으로, 각각의 스프링(2031, 2033)은 이들이 노출되는 주위의 액체 또는 유체의 온도를 기초로 하여 팽창 및 수축되어, 컨테이너(2011)가 그 팽창 위치와 압축 위치 사이에서 이동하게 한다. On the support bars 2027 and 2029, temperature
컨테이너(2013)는 기본적으로 컨테이너(2011)와 동일한 구성 및 작동을 갖는다. 그러한 사정으로, 컨테이너(2013)의 구체적인 구성은 여기에서 설명하지 않는다. The
배출 호스(2037a, 2037b)를 통해 유체 호스(2035)가 컨테이너(2011, 2013)에 각각 연결된다. 유체 호스(2035)는 복수 개의 호스 브라켓(2039)을 통해 체인(2028)에 고정되어, 유체 호스(2035)는 체인(2028) 및 이에 따라 컨테이너(2011, 2013)와 함께 이동될 수 있다. 체인(2028) 둘레에 루프를 형성하는 유체 호스(2035)는 도관으로서 기능하고, 이 도관을 통해 기체 또는 액체가 컨테이너(2011)로부터 컨테이너(2013)로 그리고 그 반대로 유동될 수 있어, 아래에 또한 설명되는 방식으로 컨테이너(2011, 2013)의 팽창 및 수축을 용이하게 한다. 유체 호스(2035), 배출 호스(2037a, 2037b), 및 컨테이너(2011, 2013)는 시스템 내에 수용된 유체의 양이 실질적으로 일정하게 유지되도록(즉, 유체가 시스템으로부터 빠져나가지 못하도록) 폐쇄(즉, 유밀식) 시스템을 형성한다.
작동 시에, 엔진(2010)은 열 에너지 싱크(도시 생략)에 연결되는 저온 액체 구역(2043)과, 열 에너지 소스(도시 생략)에 연결되는 고온 액체 구역(2045)을 갖는 액체 내에 침지된다. 컨테이너(2011, 2013)와 유체 호스(2035)에는 밸브(2041)를 통해 작동 유체(2066)(예컨대, 기체)가 충전된다. 작동 유체(2066)는 컨테이너(2011, 2013) 둘레의 액체보다 낮은 밀도를 갖는다. In operation, the
컨테이너(2011)가 저온 액체 구역(2043)에 있을 때에, 스프링(2031, 2033)은 각자의 저온 형상으로 수축된다. 각 스프링(2031, 2033)의 저온 형상이 그 고온 형상보다 작은 길이를 갖기 때문에, 스프링(2031, 2033)은 컨테이너(2011)의 각각의 단부(2017, 2019)를 서로 멀어지게[즉, 각각 버팀대(2023, 2025)를 향해] 당김으로써, 컨테이너(2011)가 그 팽창 위치[도 5의 컨테이너(2011) 참조]로 팽창되게 한다. 전술한 바와 같이, 컨테이너(2011)는 유체 호스(2035)와 유체 연통되고, 유체 호스는 컨테이너(2013)와 유체 연통된다. 그러한 사정으로, 컨테이너(2011)가 팽창할 때에, 작동 유체(2066)는 유체 호스(2035), 컨테이너(2013) 및/또는 엔진(2010)의 다른 용기들로부터 컨테이너(2011) 내로 유동함으로써, 컨테이너(2011) 내에 존재하는 작동 유체(2066)의 체적 또는 양을 증가시킨다. 증가된 체적/양으로 인해, 컨테이너(2011) 내의 작동 유체(2066)는 컨테이너(2011)에 작용하는 부력(2070)을 증가시킨다. When the
이와 달리, 컨테이너(2013)가 고온 액체 구역(2045)에 있을 때에, 그 온도 민감성 스프링은 저온 형상보다 큰 길이를 갖는 각각의 고온 형상(도 5 참조)으로 팽창한다. 그 결과, 스프링이 컨테이너(2013)의 단부(즉, 단부 캡)를 서로를 향해 압박함으로써, 컨테이너(2013)가 그 압축 위치[도 5의 컨테이너(2013) 참조]로 수축되게 한다. 컨테이너(2013)는 유체 호스(2035)와 유체 연통하기 때문에, 적어도 일부의 작동 유체(2066)가 컨테이너(2013)로부터 유체 호스(2035), 컨테이너(2011) 및/또는 엔진(2010)의 다른 컨테이너로 유출됨으로써, 컨테이너(2013) 내의 작동 유체(2066)의 체적 또는 양을 감소시킨다. 그 감소된 체적/양으로 인해, 컨테이너(2013) 내에 남아 있는 작동 유체(2066)는 컨테이너(2013)에 작용하는 부력(2072)을 감소시킨다. 컨테이너(2013)에 작용하는 감소된 부력(2072)은 컨테이너(2011)에 작용하는 부력(2070)보다 작다. 그 결과, 합력(F)이 체인(2028)에 작용하여 체인을 시계 방향으로 이동시킨다. 고온 및 저온 액체 구역(2045, 2043) 각각의 내외로 열 에너지의 연속적인 유동 때문에, 컨테이너(2011, 2013)는 저온 및 고온 액체 구역(2043, 2045) 사이에서 연속적으로 이동함으로써 연속적인 움직임을 체인(2028)에 부여한다. Alternatively, when the
도 6 및 도 7은 열 에너지를 운동 에너지로 변환시키기 위한 본 발명의 제4 예시적인 실시예에 따라 구성되는 엔진(3010)을 예시한다. 엔진(3010)은 달리 지적되지 않는다면 전술한 실시예들(특히, 도 5에 도시된 실시예)과 유사한 구성 및 작동을 갖는다. 엔진(3010)은 하우징(3012)을 포함하고, 하우징은 내부에 공기(3032)(또는 다른 적절한 유체 또는 기체)의 바디를 포함하며 상부 고온 구역(3045), 중간 구역(3051) 및 바닥 저온 구역(3043)을 포함한다. 단열 유리 패널(3053)은 아래에서 설명되는 하우징(3012)의 상단부 및 상부면에 설치된다. 상부 샤프트(3018) 및 하부 샤프트(3020)는 상부 고온 구역(3045)와 바닥 저온 구역(3043) 각각에서 하우징(3012)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 고정 장착되는 상부 스프로켓(3022)과 하부 스프로켓(3024)을 각각 포함하며, 각 스프로켓은 치형부(3026)를 구비한다. 복수 개의 링크(3030)를 갖는 체인(3055, 3057)의 루프(예컨대, 롤러-체인, 벨트, 케이블 등의 루프)는 대응하는 상부 및 하부 스프로켓(3022, 3024)의 쌍 위에서 롤링하도록 제공된다. 보다 구체적으로, 각 체인(3055, 3057)의 링크(3030)가 대응하는 상부 및 하부 스프로켓(3022, 3024)의 상의 치형부(3026)와 맞물리도록 되어 있어, 체인(3055, 3057)의 종방향 운동이 스프로켓(3022, 3024), 및 이에 따라 상부 및 하부 샤프트(3018, 3020)의 회전 운동을 각각 생성한다. Figures 6 and 7 illustrate an
엔진(3010)의 상부 고온 구역(3045)에 고온 열 에너지를 제공하도록 재생 가능한 에너지 소스가 사용된다. 예컨대, (도 6에서 화살표 S로 지시되는) 태양 에너지는 (반투명하거나 투명한) 단열 유리 패널(3053)을 통해 전달되어 하우징(3012) 내에 수용된 공기(3032)를 가열시킨다. 이와 관련하여, 유리 패널(3053)은 열을 상부 고온 구역(3045) 내에 유지하도록 되어 있다. 일 실시예에서, 유리 패널(3053)은 (금속 패널 등과 같은) 다른 적절한 패널 또는 태양 에너지 또는 다른 재생 가능한 열 에너지를 상부 고온 구역(3045)에 제공할 수 있는 메카니즘으로 대체될 수 있다.A renewable energy source is used to provide high temperature thermal energy to the upper
도 6에 도시된 바와 같이, 여분의 열 에너지를 저장하도록 태양 에너지 저장 탱크(3059)가 제공됨으로써, 그러한 에너지가 필요에 따라 상부 고온 구역(3045)으로 공급될 수 있다. 히트 펌프(3061)가 또한 제공되어 불필요한 열 에너지를 중간 구역(3051)으로부터 인출한다. 히트 펌프(3061)는 또한 임의의 종류의 외부 열 에너지(예컨대, 태양, 지열, 해열 등)를 수집하도록 구성될 수 있다. 히트 펌프(3061)에 의해 인출된 임의의 여분의 고온 또는 저온 열 에너지는 고온 또는 저온 열 에너지 저장 탱크(3063, 3065) 내에 각각 저장될 수 있고 필요에 따라 상부 고온 구역(3045) 또는 바닥 저온 구역(3043)으로 각각 선택적으로 공급될 수 있다.As shown in FIG. 6, a solar
바닥 저온 구역(3043)은 지하에 배치되어 태양 에너지(S)의 입력부로부터 바닥 저온 구역(3043)으로 단열 및 보호를 제공할 수 있다. 저온 열 에너지 소스(3067)는 또한 저온 열 에너지를 바닥 저온 구역(3043)에 공급하도록 하우징(3012)의 바닥에 근접하게 제공된다. 저온 열 에너지 소스(3067)는 냉수, 지열 에너지, 또는 임의의 다른 적절한 열 에너지 입력부를 이용할 수 있다. 대류와 고온 및 저온 열 에너지 입력부로 인해, 하우징(3012) 내에 온도 구배가 형성되는데, 상부 고온 구역(3045)이 바닥 저온 구역(3043)보다 높은 온도를 갖는다. The floor
상부 고온 구역(3045)과 바닥 저온 구역(3043) 간에 고온 유체 및 저온 유체의 혼합을 억제하도록 상부 고온 구역(3045)과 중간 구역(3051) 사이에 상부 L형 칸막이(3069)가 제공된다. 상부 L형 칸막이(3069) 중 하나는 하우징(3012)의 일측부에 부착되고, 다른 상부 L형 칸막이(3069)는 하우징(3012)의 대향 측부에 부착된다. 상부 L형 칸막이(3069) 중 하나에 상부 커튼 팬(3071)이 장착되어 상부 고온 구역(3045)과 중간 구역(3051) 간에 열 에너지의 전달을 더욱 억제하도록 공기 커튼을 생성한다. An upper L-shaped
유사하게, 하부 L형 칸막이(3073)가 상부 고온 구역(3045)과 바닥 저온 구역(3043) 사이에서 고온 및 저온 유체의 혼합을 억제하도록 바닥 저온 구역(3043)과 중간 구역(3051) 사이에 제공된다. 하부 L형 칸막이(3073) 중 하나는 하우징(3012)의 일측부에 부착되고, 다른 하부 L형 칸막이(3073)는 하우징(3012)의 대향 측부에 부착된다. 하부 커튼 팬(3075)이 하부 L형 칸막이(3073) 중 하나에 위치 설정되어 바닥 저온 구역(3043)과 중간 구역(3051) 간에 열 에너지의 전달을 더욱 억제하도록 공기 커튼을 생성한다. Similarly, a lower L-shaped
도 6 및 도 7을 또한 참조하면, 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079)는 브라켓(3081, 3083; 또한 도 8a 참조)에 의해 체인(3055, 3057)에 부착된다. 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079)는 고온 구역(3045), 중간 구역(3051), 및 저온 구역(3043)을 통해 순차적으로 이동하도록 되어 있어, 체인(3055, 3057) 및 스프로켓(3022, 3024)이 회전하게 한다. 그러한 회전을 유발하기 위하여, 각 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079)는 실질적으로 비압축성 작동 유체(3085)(즉, 물 또는 다른 적절한 액체와 같이 압력 변화에 의해 큰 영향을 받지 않는 유체)가 충전되도록 되어 있다. 작동 유체(3085)는 부동액, 염, 또는 유체(3085)의 결빙을 억제하도록 당업계에 공지된 임의의 다른 물질을 함유할 수 있다. 유체 호스(3035)는 연통 호스(3037)에 의해 각 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079)에 연결되고 작동 유체(3085)가 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079) 사이에서 통과하여 유동할 수 있는 도관으로서 기능하고, 이에 따라 아래에서 더 설명되는 방식으로 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079)의 팽창 및 수축을 허용한다. 유체 호스(3035)는 샤프트(3018, 3020) 상에 각각 장착되는 휠(3087, 3089) 또는 다른 안내 돌출부에 의해 측방향 움직임이 저지되고, 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079) 및 체인(3055, 3057)과 함께 이동한다. 유체 호스(3035)와 각 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079) 사이에서 작동 유체(3085)의 유동을 제어하도록 각 연통 호스(3037)에 밸브(3091; 도 8a 및 도 8b에만 도시됨)가 마련된다. 밸브(3091)는 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079)가 상부 고온 구역(3045)과 바닥 저온 구역(3043)을 통해 이동할 때에 터치, 중량, 액츄에이터, 자기장, 또는 임의의 다른 적절한 방법을 통해 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 유체 호스(3035)와 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079)는 작동 유체(3085)가 시스템을 탈출하는 일 없이 유체 호스(3035)와 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079) 사이에서 이동하게 하는 폐쇄(즉, 유밀식) 시스템을 형성한다. 6 and 7,
이하, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 컨테이너(3011)는 대향 단부 플레이트(3095, 3097)를 갖는 실린더(3093)를 포함한다. 단부 플레이트(3095)는 브라켓(3081)을 통해 체인(3055)에 부착되고, 작동 유체(3095)가 폐쇄 유체 시스템을 탈출하는 일 없이 실린더(3093) 내외로의 작동 유체(3085)의 유동이 제어되도록 유밀식 방식으로 유체 호스(3035)에 연결된다. 폐쇄 단부(3101)와 개방 단부(3013)를 갖는 스프링 유지 프레임(3099)가 폐쇄 단부(3101)에서 브레켓(3083)을 통해 체인(3057)에 연결되고, 개방 단부(3103)에서 실린더(3093)에 연결된다. 실린더(3093) 내측에 실린더 피스톤(3105)이 이동 가능하게 장착되고, 실린더 피스톤은 아래에 설명되도록 스템 부재(3111)에 의해 연결되는 대향된 피스톤 부재(3107, 3109)를 포함한다. 8A and 8B, the
컨테이너(3011)는 또한 가열 또는 냉각을 이용하여 고온 형상과 저온 형상 사이에서 이동시키는 형상 기억 스프링(3113) 또는 다른 적절한 엘라스토머 온도 민감성 어징 요소(도 8a 및 도 8b 참조)를 포함한다. 보다 구체적으로, 각각의 형상 기억 스프링(3113)은 차가운 또는 저온 온도 상태에 있을 때에 팽창 형태(도 8a 참조)를 취하고 따뜻한 또는 고온 온도 상태에 있을 때에 수축 형태(도 8b 참조)를 취하도록 되어 있다. 각각의 형상 기억 스프링(3113)은 피스톤(3105)이 형상 기억 스프링(3113)의 형태 변화에 응답하여 "업(up)" 위치와 "다운(down)" 위치 사이에서 이동 가능하도록 스프링 유지 프레임(3099)의 폐쇄 단부(3101) 및 피스톤 부재(3109)에 고정 부착되어 있다. 즉, 형상 기억 스프링(3113)이 그 팽창 형태에 있을 때에, 피스톤(3105)은 "업" 위치(도 8a 참조)로 이동하여 작동 유체(3085)가 실린더(3093)로부터 유체 호스(3035) 및 다른 컨테이너(3013, 3077, 3079) 중 하나 이상의 컨테이너 내로 유동하게 한다. 컨테이너(3011)는 감소된 양의 작동 유체(3085)를 갖기 때문에, 그 전체 중량은 피스톤(3105)이 "업" 위치에 있을 때에 감소된다(즉, 가볍다). 이와 달리, 형상 기억 스프링(3113)이 그 수축 형태에 있을 때에, 피스톤(3105)은 "다운" 위치(도 8b 참조)로 이동하여 작동 유체(3085)가 유체 호스(3035) 및 다른 컨테이너(3013, 3077, 3079) 중 하나 이상의 컨테이너로부터 실린더(3093)로 유동하게 한다. 컨테이너(3011)는 증가된 양의 작동 유체(3085)를 갖기 때문에, 그 전체 중량은 피스톤(3105)이 그 "다운" 위치에 있을 때에 증가된다.
형상 기억 스프링(3113)의 민감도를 컨테이너(3011)를 둘러싸는 공기의 온도로 증가시키기 위해, 실린더(3093) 및 스프링 유지 프레임(3099)은 임의의 적절한 열 전도성 재료(예컨대, 플라스틱 또는 금속)로 구성될 수 있다. 더욱이, 스프링 유지 프레임(3099)은 주위 공기의 온도를 형상 기억 스프링(3113)으로 쉽게 전달하기 위하여 개구 또는 다른 메카니즘을 구비할 수 있다. The
작동 시에, 컨테이너(3011)가 상부 고온 구역(3045)으로 이동함에 따라, 그 관련된 밸브(3091)가 개방되어 작동 유체(3085)가 피스톤 실린더(3093) 내외로 유동하게 한다. 형상 기억 스프링(3113)이 상부 고온 구역(3045)으로부터 열 에너지를 흡수하기 시작하면, 형상 기억 스프링은 그 수축 형태(도 8b 참조)로 이동하기 시작하여 실린더 피스톤(3111)이 "업" 위치(도 8a 참조)로부터 "다운" 위치(도 8b 참조)로 이동하게 한다. 유체 호스(3035)와 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079)가 폐쇄 유체 시스템을 형성하기 때문에, 실린더 피스톤(3105)의 이러한 운동은 흡인력을 생성하여 작동 유체(3085)가 컨테이너(3011) 내로 들어가게 한다. 작동 유체(3085)의 유입으로 인해, 컨테이너(3011)는 고온 구역(3045)에 진입했을 때의 중량에 비해 훨씬 무거운 중량을 갖게 된다. 컨테이너(3011)가 도 8b에 도시된 팽창 상태에 도달하면 및/또는 컨테이너가 상부 고온 구역(3045) 밖으로 이동하면, 밸브(3091)가 폐쇄되도록 구동되어 작동 유체(3085)가 컨테이너(3011) 밖으로 유동하지 못한다. In operation, as the
바닥 저온 구역(3043)에 진입하면, 컨테이너(3011)의 밸브(3091)는 개방되도록 구동되어, 작동 유체(3085)가 컨테이너(3011) 내외로 유동하게 한다. 형상 기억 스프링(3113)이 주위의 저온 구역(3043)으로 열 에너지를 빼앗기기 시작함에 따라, 형상 기억 스프링은 피스톤(3105)이 그 "다운" 위치(도 8b 참조)로부터 그 "업" 위치(도 8a 참조)로 이동하게 하는 팽창 형태를 취한다. 그 결과, 실린더(3093) 내에 존재하는 작동 유체(3085)는 그 실린더로부터 유체 호스(3035) 및 컨테이너(3013, 3077, 3079) 중 하나 이상의 컨테이너로 방출된다. 이전 문단에서 컨테이너(3011)와 관련하여 전술한 흡인력과 유사하게 컨테이너(3013, 3077, 3079) 중 하나 이상의 컨테이너에 의해 생성되는 흡인력이 또한 피스톤(3093) 내의 작동 유체(3085)가 컨테이너(3011)로부터 방출되게 할 수 있다. 컨테이너(3011) 내의 감소된 양의 작동 유체(3085)를 고려하면, 컨테이너(3011)는 상부 고온 구역(3035)을 떠났을 때의 중량에 비해 훨씬 가벼운 중량을 갖는다. 컨테이너(3011)가 도 8a에 도시된 수축 상태에 도달하면 및/또는 컨테이너(3011)가 바닥 저온 구역(3043) 밖으로 이동하면, 밸브(3091)는 폐쇄되도록 구동되어 작동 유체(3085)가 컨테이너(3011) 밖으로 유동하지 못한다. When entering the floor
각각의 다른 컨테이너(3013, 3077, 3079)는 도 8a 및 도 8b에 예시된 컨테이너(3011)와 동일한 구성 및 작동을 갖는다. 그러한 사정으로, 컨테이너(3013, 3077, 3079)의 특정한 구성은 여기에서 설명하지 않는다. 엔진(3010)은 또한 추가의 컨테이너를 구비할 수 있다. Each of the
다시 도 6 및 도 7을 참조하면, 컨테이너(3011, 3079)는 중간 구역(3051)과 바닥 저온 구역(3042)을 각각 통과했고, 이에 따라 도 8a에 도시된 컨테이너 상태와 유사한 상태에 있다. 이와 달리, 컨테이너(3013, 3077)는 상부 고온 구역(3045)과 중간 구역(3051)을 각각 통과하였고, 이에 따라 도 8b에 예시된 컨테이너 상태와 유사한 상태에 있다. 그 결과, 도 6에서 체인(3055, 3057)의 좌측에 위치 설정된 각 컨테이너[즉, 컨테이너(3011, 3079)]의 중량은 도 6에서 체인(3055, 3057)의 우측에 위치 설정된 각 컨테이너[즉, 컨테이너(3013, 3077)]의 중량보다 작다. 그 결과, 컨테이너(3013, 3077)에 각각 작용하는 중력(3115, 3117)의 합은 컨테이너(3011, 3079)에 각각 작용하는 중력(3119, 3201)의 합보다 큼으로써, 체인(3055, 3057)이 (도 6 및 도 7에서 화살표 R에 의해 지시되는 바와 같이) 시계 방향으로 회전하게 하는 합력(F)을 생성한다. 상부 고온 구역(3045)과 바닥 저온 구역(3043) 각각의 내외로 열 에너지의 연속적인 유동의 결과로서, 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079)는 상부 고온 구역(3045)과 바닥 저온 구역(3043) 사이에서 연속적으로 이동함으로써, 체인(3055, 3057)에 연속적인 움직임을 부여한다. 체인(3055, 3057)의 운동은 스프로켓(3022, 3024), 및 이에 따라 샤프트(3018, 3020)에 회전 운동 에너지를 부여한다. 적절한 메카니즘이 샤프트(3018, 3020)의 회전 운동 에너지를 저장 및/또는 이용하도록 채용될 수 있다. 예컨대, (도 7에 점선으로 도시된) 발전기(G)는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시키도록 벨트(B)를 통해 샤프트(3020)에 의해 구동될 수 있다. 6 and 7,
일 실시예에서, 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079)의 밸브(3091)는 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079) 중 적어도 2개의 밸브(3091)가 동시에 개방 상태에 있다. 또 다른 실시예에서, 샤프트(3018, 3020) 중 한쪽 또는 양쪽이 구동 메카니즘(예컨대, 수동 크랭크, 전기 모터 등)에 연결될 수 있어, 컨테이너들이 정지되어 있을 때에 컨테이너(3011, 3013, 3077, 3079)에 최초 운동을 부여하도록 구동될 수 있다. In one embodiment,
본 발명의 다른 실시예에서, 엔진(3010)은 컨테이너(3011)(도 9a 및 도 9b 참조)와 유사한 컨테이너를 구비할 수 있다. 컨테이너(4011)는 아래에서 달리 지시하지 않는다면 도 8a 및 도 8b에 도시된 컨테이너(3011)와 유사한 구성 및 작동을 갖는다. 컨테이너(4011)는 대향 단부(4125, 4127)가 브라켓(4081, 4083)에 의해 체인(4055, 4057)에 연결되는 실린더 프레임(4123)을 포함한다. 실린더 프레임(4123)은 단부(4125)에 인접한 측부에 고정 장착되는 실린더 프레임 후크(4129)를 포함한다. 컨테이너(4011)는 또한 유체 호스(4035)에 연결되는 벨로우즈형 유체 실린더(4131)를 포함한다. 유체 실린더(4131)는 가요성 재료(예컨대, 고무)로 제조될 수 있어, 컨테이너(4011)가 수축 형태(도 9a 참조)로부터 팽창 형태(도 9b 참조)로 그리고 그 반대로 이동될 수 있다. 측면 플레이트(4133, 4135)가 대향 단부에서 유체 실린더(4131)에 부착된다. 측면 플레이트(4133)는 단부(4125)에 고정 부착되고, 측면 플레이트(4135)는 실린더 프레임(4123)에 이동 가능하게 장착되는 슬라이드 브라켓(4137)에 고정 부착되어, 유체 실린더(4131)의 수축 및 팽창을 허용한다. 슬라이드 브라켓 후크(4139)는 슬라이드 브라켓(4137)에 고정 장착되고, 형상 기억 스프링(4113)은 슬라이드 브라켓 후크(4139) 및 실린더 프레임 후크(4129)에 부착된다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 형상 기억 스프링(3113)과 달리, 형상 기억 스프링(4113)은 열 에너지가 이 스프링에 의해 흡수될 때에(예컨대, 고온 구역에 있을 때에) 팽창하고, 열 에너지가 스프링으로부터 제거될 때에(예컨대, 저온 구역에 위치될 때에) 수축하도록 되어 있다. 도 9a는 압축되고 가벼운 중량에 대응하는 "업" 위치에 있는 유체 실린더(4131)를 도시하고, 도 9b는 팽창되고 무거운 중량에 대응하는 "다운" 위치에 있는 유체 실린더(4131)를 도시한다. 형상 기억 스프링(4113)은 완전히 컨테이너(4011)의 외측에 위치 설정되기 때문에, 주위 환경에서의 온도 변화에 쉽게 반응할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the
도 10을 참조하면, 본 발명의 예시적인 제6 실시예에 따라 구성된 엔진(5010)이 예시되어 있다. 엔진(5010)은 달리 지시하지 않는다면 도 6 내지 도 8b에 도시된 실시예와 기본적으로 동일한 구성 및 작동을 갖는다. 엔진(5010)은 유체 호스(5035)에 커플링되고 체인(5055, 5057)에 부착되는 컨테이너(5011, 5013, 5077, 5079)를 구비하고, 컨테이너는 샤프트(5018, 5020) 상에 장착된 스프로켓(5020, 5022)에 맞물리도록 되어 있다. Referring to FIG. 10, an
엔진(5010)은 또한 상부 저온 구역(5043), 중간 구역(5051) 및 바닥 고온 구역(5045)을 갖는 공기 바디(5032)를 포함하는 하우징(5012)을 구비한다. 기류가 통과하게 하도록 하우징(5012)의 상부측에 그릴(5141) 또는 다른 적절한 개구 형태를 구비한다. 그릴(5141) 근처(5141)의 하우징(5012) 내부에 팬(5143)이 위치 설정되어 상부 저온 구역(5043)을 통한 공기의 이동을 용이하게 한다. The
재생 가능한 에너지 소스가 사용되어 저온 열 에너지를 엔진(5010)의 상부 저온 구역(5043)에 제공한다. 예컨대, 외부 환경으로부터의 저온 공기가 그릴(5141)을 통과하여 상부 저온 구역(5043)에서 저온 상태를 유지한다. 태양 에너지를 흡수하도록 하우징(5012) 위에 태양 패널(5145)이 마련되는데, 태양 에너지는 태양 에너지 저장 탱크(5059)에 저장될 수 있고/있거나 추가의 열 에너지를 필요에 따라 바닥 고온 구역(5045)에 제공하도록 사용될 수 있다. 불필요한 열 에너지를 중간 구역(5051)으로부터 인출하도록 히트 펌프(5061)가 또한 마련된다. 히트 펌프(5061)는 또한 임의의 종류의 외부 열 에너지(예컨대, 태양, 지열, 해열 등)를 수집하도록 구성될 수 있다. 히트 펌프(5061)에 의해 인출된 임의의 여분의 고온 또는 저온 열 에너지가 고온 및 저온 열 에너지 저장 탱크(5063, 5065) 내에 저장될 수 있고, 필요에 따라 열 에너지를 바닥 고온 구역(5045) 또는 상부 저온 구역(5043)에 제공하도록 사용될 수 있다. 공기의 혼합을 부분적으로 차단하도록 중간 구역(5051)과 바닥 고온 구역(5045) 사이에 L형 칸막이(5069)가 위치 설정된다. 중간 구역(5051)과 바닥 고온 구역(5045) 사이에 단열 공기 커튼을 형성하도록 커튼 팬(5071)이 또한 L형 칸막이(5069) 중 하나에 위치 설정된다. A renewable energy source is used to provide low temperature heat energy to the upper
바닥 고온 구역(5045)은 지하에 배치되어 외부 환경으로부터 단열 및 보호를 제공한다. 고온 열 에너지 소스는 고온 열 에너지를 바닥 고온 구역(5045)에 제공하고, 상기 고온 열 에너지 소스는 지열 에너지, 태양 에너지, 고온 유체, 또는 임의의 다른 적절한 재생 가능한 에너지 입력부를 포함한다. 고온 및 저온 열 에너지 소스로 인해, 바닥 고온 구역(5045)이 상부 저온 구역(5043)보다 높은 온도를 갖는 온도 구배가 하우징(5012) 내에 형성된다. The bottom
엔진(5010)은 고온 구역(5045)과 저온 구역(5043)의 위치가 뒤바뀐 점을 제외하고 도 6 내지 도 8b에 예시된 실시예와 유사한 방식으로 작동한다. 즉, 도 6에 도시된 고온 및 저온 구역(3045, 3043)과 달리, 도 10의 고온 및 저온 구역(5045, 5043)은 하우징(5012)의 하단부와 상단부에 각각 배치된다. 따라서, 엔진(5010)에 사용된 형상 기억 스프링은 바닥 고온 구역(5045)에서 수축하고 상부 저온 구역(5043)에서 팽창하도록 되어 있다. 엔진(5010)은 또한 컨테이너(5011, 5013, 5077, 5079)로 그리고 컨테이너로부터의 작동 유체의 유동을 제어하는 임의의 밸브가 있거나 없이 작동할 수 있다.
도 11은 본 발명의 예시적인 제7 실시예에 따라 구성된 엔진(6010)을 개략적으로 예시한다. 엔진(6010)은 달리 아래에서 지시하지 않는다면 도 6 내지 도 10에 도시된 실시예와 기본적으로 동일한 구성 및 작동을 갖는다. 엔진(6010)은 예시를 위해 도 11의 개략적인 측면도에 도시된 복수 개의 컨테이너(6011, 6013, 6077, 6079)를 갖는다. 각 컨테이너(6011, 6013, 6077, 6079)는 팽창 가능한 실린더(6131)와, 대응하는 실린더(6131)를 구동하는 복수 개의 형상 기억 스프링(6113)을 구비한다. 엔진(6010)은 형상 기억 스프링(6113) 및 이에 따라 실린더(6131)를 구동하도록 자기력을 이용하고, 따라서 도 6 내지 도 8a의 실시예에 포함된 것과 유사한 고온 및 저온 구역을 필요로 하지 않는다(단, 포함할 수도 있다). 보다 구체적으로, 엔진(6010)은 엔진(6010)의 하부 근처에 하부 자기장(6149)을 생성하기 위한 하부 전기 공급원(6147)과, 하부 자기장(6149)과 상이한 자기 특징(예컨대, 더 강하거나 약한 자기장)을 갖는 상부 자기장(6153)을 생성하기 위한 상부 전기 공급원(6151)을 포함한다. 전기 공급원(6147, 6151)은 무선 전기 공급원 또는 당업계에 공지된 유사한 장치를 비롯하여 자기장(6149, 6153)을 생성할 수 있는 임의의 타입의 장치일 수 있다. 자기장(6149)은 통과하는 컨테이너의 형상 기억 스프링(6113)이 수축하게 하도록 되어 있고, 자기장(6143)은 그러한 형상 기억 스프링이 팽창하게 하도록 되어 있다. 자기장(6149, 6153)은 또한 작동 유체가 컨테이너 내외로 유동하게 하도록 [도 8a에 도시된 밸브(3091)와 유사한] 컨테이너(6011, 6013, 6077, 6079)에 사용되는 임의의 밸브를 구동시킬 수 있다. 11 schematically illustrates an
일 실시예에서, 엔진(6010)의 전기 공급원(6151)이 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 다른 메카니즘이 사용되어 그 팽창 상태와 수축 상태 사이에서 실린더(6011, 6013, 6077, 6079)를 구동시킬 수 있다. In one embodiment, the
본 발명은 다수의 이점 및 이익을 제공한다. 예컨대, 재생 가능한 열 에너지의 운동 에너지로의 변환은 환경 친화적이고 비용 효율적인 방식으로 수행된다. 운동 에너지의 생성은 기계적으로 간단한 방식으로 제공된다[예컨대, 힘(F)이 회전 운동 에너지를 스프로켓(3022, 3024 또는 5022, 5024) 각각, 및 이에 따라 샤프트(3018, 3020 또는 5018, 5020) 각각에 부여하는 체인(3055, 3057 또는 5055, 5057)에 움직임을 생성한다]. 태양, 지열 또는 전기 에너지가 본 발명의 엔진을 작동시키기에 충분하지 않은 경우에, 도시 폐열, 고온 폐유체, 연료 전지, 및 당업계에 공지된 임의의 다른 적절한 열 에너지와 같은 다른 열 에너지 소스가 채용될 수 있다. The present invention provides numerous advantages and benefits. For example, the conversion of renewable thermal energy into kinetic energy is performed in an environmentally friendly and cost-effective manner. The generation of kinetic energy is provided in a mechanically simple manner (e. G., Force F generates rotational kinetic energy in each of
본 명세서에 설명되는 실시예는 단순히 예시적이고 당업계의 숙련자가 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 많은 변경 및 수정을 가할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그러한 모든 변경 및 수정은 첨부된 청구범위에 한정되는 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다. It is to be understood that the embodiments described herein are merely illustrative and that those skilled in the art can make many changes and modifications without departing from the spirit and scope of the invention. All such changes and modifications are intended to be included within the scope of the present invention as defined by the appended claims.
Claims (30)
제1 높이에 배치되는 상단부와, 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이에 배치되는 하단부를 갖는 하우징으로서, 상기 하우징은 상기 상단부에 인접하게 배치되는 제1 구역과 상기 하단부에 인접하게 배치되는 제2 구역을 갖는 것인 하우징;
상기 상단부와 하단부 사이에서 연장되고 상기 제1 및 제2 구역을 통과하는 이동 가능한 루프; 및
상기 루프에 부착되는 복수 개의 실린더
를 포함하고, 상기 각각의 실린더는 상기 루프와 함께 상기 제1 구역 및 상기 제2 구역을 통해 이동될 수 있으며, 상기 각 실린더는 가지각색의 양의 작동 유체를 수용하고 상기 실린더들 중 대응하는 실린더가 상기 제1 구역 및 제2 구역을 각각 통과할 때에 팽창 및 수축 형태를 취하는 크기 및 형상을 갖고, 상기 각 실린더는 상기 팽창 위치를 취할 때에 제1 중량을 갖도록 내부에 상기 작동 유체를 수용하며 상기 수축 위치를 취할 때에 제2 중량을 갖도록 실린더로부터 상기 작동 유체를 방출시키고, 상기 각 실린더의 제1 중량은 상기 제2 중량보다 크며, 상기 실린더는 상기 루프 상에 배치됨으로써, 상기 실린더들 중 적어도 하나의 실린더가 상기 제1 구역을 통과한 후에 상기 팽창 형태로 상기 루프의 일 측부에 위치 설정되고, 상기 실린더들 중 적어도 다른 하나의 실린더가 상기 제2 구역을 통과한 후에 상기 수축 형태로 상기 루프의 대향 측부에 위치 설정되며, 상기 루프의 상기 일 측부 상에 있는 상기 실린더들 중 적어도 하나의 실린더는 상기 루프의 상기 대향 측부 상에 있는 상기 실린더들 중 적어도 다른 하나의 실린더의 중량보다 큰 중량을 가짐으로써, 중력으로 인해 상기 실린더들 중 적어도 하나의 실린더가 상기 하우징의 상기 하단부를 향해 하방으로 이동하게 되고 상기 실린더들 중 적어도 다른 하나의 실린더가 상기 하우징의 상기 상단부를 향해 상방으로 이동하게 되어 상기 루프에 움직임을 부여하는 것인 에너지 변환 장치. As an energy conversion device,
A housing having a top portion disposed at a first height and a bottom portion disposed at a second height lower than the first height, the housing having a first region disposed adjacent the top portion and a second region disposed adjacent the bottom portion, A housing having a region;
A movable loop extending between the top and bottom and passing through the first and second zones; And
A plurality of cylinders
Wherein each cylinder can be moved through the first zone and the second zone together with the loop, each cylinder receiving a variable amount of working fluid and a corresponding one of the cylinders Each of the cylinders having a size and shape that takes an expanded and contracted configuration when passing through the first and second sections, each cylinder receiving the working fluid therein so as to have a first weight when taking the expanded position, Wherein the first weight of each cylinder is greater than the second weight and the cylinder is disposed on the loop so that at least one of the cylinders A cylinder is positioned at one side of the loop in the inflated form after passing through the first zone, at least one of the cylinders Wherein at least one of the cylinders on the one side of the loop is positioned on the opposite side of the loop in the contraction form after the other cylinder passes through the second zone, The weight of the at least one of the cylinders on the side is greater than the weight of the other one of the cylinders so that gravity causes at least one cylinder of the cylinders to move downward toward the lower end of the housing, And at least another cylinder moves upward toward the upper end of the housing to impart movement to the loop.
상기 실린더들이 호스를 통해 서로 유체 연통되도록 상기 실린더들 모두에 대해 연결되는 호스를 더 포함하고, 상기 실린더들이 상기 제1 및 제2 구역을 통해 이동할 때에 상기 작동 유체는 상기 실린더들 중 하나의 실린더로부터 상기 실린더들 중 다른 하나의 실린더로 유동하는 것인 에너지 변환 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a hose connected to all of the cylinders such that the cylinders are in fluid communication with each other through a hose, wherein when the cylinders move through the first and second zones, the working fluid is drawn from one of the cylinders And flows to the other one of the cylinders.
상기 제2 구역에서 저온 상태를 유지하도록 상기 제2 구역에 인접하게 상기 하우징에 연결되는 저온 열 에너지 소스
를 더 포함하는 에너지 변환 장치.19. The method of claim 18,
A low temperature thermal energy source coupled to the housing adjacent the second zone to maintain a low temperature state in the second zone;
Further comprising:
적어도 하나의 저장 탱크에 여분의 열 에너지를 저장하도록 상기 하우징에 연결되는 히트 펌프
를 더 포함하는 에너지 변환 장치.The method according to claim 1,
A heat pump connected to said housing for storing extra thermal energy in at least one storage tank,
Further comprising:
하나는 상기 제1 루프에 커플링되고 다른 하나는 상기 제2 루프에 커플링되는 한쌍의 상부 스프로켓과, 하나는 상기 제1 루프에 커플링되고 다른 하나는 상기 제2 루프에 커플링되는 한쌍의 하부 스프로켓을 더 포함하고, 상기 한쌍의 상부 스프로켓과 상기 한쌍의 하부 스프로켓은 상기 제1 및 제2 루프의 회전 운동을 가능하게 하는 것인 에너지 변환 장치.28. The method of claim 27,
A pair of upper sprockets, one coupled to the first loop and the other coupled to the second loop, and a pair of upper sprockets, one coupled to the first loop and the other coupled to the second loop Further comprising a lower sprocket, wherein said pair of upper sprockets and said pair of lower sprockets enable rotational movement of said first and second loops.
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