KR20200112991A - 구형 에너지 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구형 작업 챔버 및 에너지를 생성하는 데 이용되는 내부적으로 회전하는, 회전 피스톤들로서 2 개의 플랫 로터리 피스톤들에 관한 것이고, 이 플랫 로터리 피스톤들은 고층빌딩으로부터의 중수도용수 및 빗물, 시내, 강의 하강을 이용해 구동된다. 플랜지-장착된 전달의 출력 축의 고른 회전 때문에, 전기 생성기는 연결될 수 있다. 에너지 컨버터 겸 생성기는 또한 전기를 생성하기 위해 폭포에서 응급 상황들에서 이동형 유닛으로 이용될 수 있다.

Description

구형 에너지 컨버터

본 발명은 전기를 생성하기 위한 회전적으로 대칭적인 작업 챔버를 한정하는 하우징을 갖는, 구형 에너지 컨버터에 관한 것이다.

구형 작업 챔버 내의 동심축들 상의 동일한 플랫 로터리 피스톤들의 이중 세트는 컴팩트한 디자인으로 유체들에 대하여 고효율을 제공한다.

본 발명은 유체 질량 에너지의 기계적 에너지로의 변환에 관한 것으로서, 이것은 전기 에너지로 더 변환될 수 있다.

특히, 발전기들은 내부적으로 회전하는 피스톤들로서 구형 작업 챔버 및 플랫 로터리 피스톤들을 가진다.

구형 작업 챔버를 갖는 에너지 변환 기계들에 대한 제안들은 일부 있고, 이것은 - 적어도 이론상으로는 - 가장 효과적이고 가장 컴팩트한 구성들이다. 하지만, 이론적인 기대들 및 목표들을 달성한 구성은 이제까지 없었다.

일부 지식재산권들 및 출원들은 회전하는 피스톤 기계들에 관한 것이고, 그 일부는 GB 2052 639 및 DE 26 08 479와 같이, 구형 작업 챔버들의 특수 형태에 관한 것이다. 이런 경우에 있어서, 작업 챔버 또는 펌프 챔버는 2 개의 축들 주위의 회전을 이용해 변하는, 복수의 챔버 부피들로 피스톤 판에 의해 공간적으로 분리된다.

이것은 워블 링 펌프들(예를 들어 US 3,549,286)과 같은, 작업 챔버의 벽 내부의 쐐기 형태의 홈들 내에서의 안내를 통해 달성될 수 있다.

하지만, 이러한 슬롯 내에서의 흔들림 움직임들은 낮은 회전 속도에 대하여서만 그리고 바람직하게는 매우 점성이 높은 매체를 위한 펌프들에서만 가능하다는 것을 보여준다. 따라서, 피스톤 판들은 압력 로딩이 균일하게 상승하지 않는다면 홈들 내에서 불가피하게 고정되기 때문에, 구동 기계들에 있어서 이의 사용은 가능하지 않다.

PCT / NL 2011/050 475 또는 WO 2012/002816 는 복수의 회전 챔버들의 조합을 통해 그 제어를 강제하는, 피스톤 판을 갖는 복수의 동심 챔버 부분들의 조합이 서로 다른 압력 수준들을 갖는 매우 분할된 운동 시퀀스를 생성하지만, 이 문제에 대한 솔루션을 제공하는 것처럼 보인다. 하지만, 이것은 물론 훨씬 더 큰 기술적 노력을 의미한다.

나아가, 또한 DE 20 2009 016 021 U1으로부터, 하나의 축 주위로 움직일 수 있는 복수의 원형 또는 반원형 피스톤 디스크들을 갖는 내연기관이 알려져 있다.

하지만, 내연기관의 폐열량에 대한 문제가 있다. 구형 작업 챔버의 상대적으로 작은 표면 상에서의 방산만으로는, 상당한 노력이 압력 냉각 시스템에 투입되지 않는다면, 냉각을 위해 충분치 않고 이것은 한편으로는 효율에 대응한다.

나아가, 이 구성은 스토퍼들에 의해 방해되는, 분할된 움직임을 상속받는데, 이것은 효율을 감소시킬 뿐만 아니라 기계적 문제들을 야기시킨다.

플랫한 날개의 갑작스런 움직임과 함께, 이것은 유해한 진동 패턴들로 귀결된다.

그러므로, 본 발명의 목적은 흐르는 또는 가스의 질량들의 형태의 에너지의 회전으로의 효율적인 변환 및 이런 방식으로, 전기 에너지로의 그 효율적인 변환이 가능한 시스템을 제공하는 데 있다.

그러므로 기본 구성은 본 발명자로부터 나온, DE 2 2009016 021 U1에 관련된다.

A) 잠금 장치들에 의한 단속적 정지는 더 이상 없다.

B) 플랫 로터리 피스톤들은 공진들에 저항하기 위해 동일하게 변형되어 진동들은 있을 것 같지 않고 또한 진동들의 전파도 없다.

C) 그 응용은 이제 내연기관의 이용과는 대조적으로, 그 매체의 균일한 로딩으로 작동하는, 수력터빈들 및 공압 시스템들로 안내된다. 하지만, 이 구형 작업 챔버들 및 그 안의 날개들의 기본적인 장점들은 유지된다: 고효율, 구 내의 날개들의 마찰은 실린더 또는 심지어 다른, 덜 효과적인 디자인들 내의 피스톤들과 비교했을 때 더 작다는 사실 덕분에.

본 발명의 바람직한 예시적인 실시예는 도면들에 기초하여 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1 내지 도 4는 대략적인 도시로 기본 원리를 보여준다. 도면들은 플랫 로터리 피스톤들의 변형을 무시한다.
도 5는 기어링이 포함되어 있는, 완전한 내부 구동 유닛의 사시도를 보여준다.
도 6은 사시도로 주요 개별 부분들을 보여준다.
도 7은 하우징 반구들을 보여준다.
도 8은 기어링 커버 없는 전체도를 보여준다.
도 9는 플랫 로터리 피스톤들의 구형 디자인을 보여준다.
도 10은 밀폐 스트립을 갖는 플랫 로터리 피스톤의 상세를 더 크게, 보여준다.
도 11은 플라이휠들의 도시를 보여준다.
도 12는 셧-오프 슬라이드들의 도시를 보여준다.
도 13은 센서 및 솔레노이드 밸브들의 부착을 보여준다.

도 8에 도시된 구형 에너지 컨버터는 구형 작업 챔버를 한정하는 하우징(1)으로 구성된다.

2 개의 속이 빈 축들(3a 및 3b)이 하우징(1) 내에 장착되고, 그 축들은 구형 하우징(1)의 지름에 일치한다.

도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 속이 빈 축들(3a 및 3b)은 축(2) 상에 밀어넣어진다. 구형 플랫 로터리 피스톤들(4 및 5) 각각은 속이 빈 축(3a 및 3b)에 고정적으로 연결된다. 용접, 원피스로 주조, 또는 원파트로 밀링은 옵션들이다.

속이 빈 축(3a)은 쐐기 형태의 홈, 볼트 또는 용접을 이용해 축(2)에 토크 방지로 연결되는 한편, 속이 빈 축(3b)은 회전가능하게 장착된다.

2 개의 구형 플랫 로터리 피스톤들은 원형 프로파일을 가져서 하우징(1)의 내부 벽에 대하여 밀폐하며 지탱된다. 더 정확하게는, 각각의 구형 플랫 로터리 피스톤(4, 5)은 2 개의 구형 반원형 날개들로 구성된다. 2 개의 구형 날개들은 그 베이스 라인의 직선 영역의 제1 반구 내에 속이 빈 축(3a 및 3b)에 토크 방지로 연결된다. 베이스 라인의 제2 반구는 대향하는 속이 빈 축(3a 또는 3b)에 대하여 밀폐하며 슬라이딩한다.

2 개의 구형 플랫 로터리 피스톤들(4, 5)은, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 최종적으로 하우징(1) 내에서 4 개의 챔버들(I, II, III 및 IV)을 한정한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 홈이 구형 플랫 로터리 피스톤들(4, 5)의 밀폐 표면들에서 절삭되고, 그 홈으로 밀폐(18)가 삽입된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 속이 빈 축(3b)는, 외부 우측 단을 이용해, 톱니있는 기어(6)에 프리휠 클러치(14)를 통해 연결되고, 톱니있는 기어(7)는 축(2)의 외부 단에 프리휠 클러치(15)를 통해 연결되고, 그 외부 단이 속이 빈 축(3a)으로부터 돌출된다.

2 개의 톱니있는 기어들(6 및 7)은 축들(2, 3)에 평행한 출력 축(9)에 토크 방지로 연결되는 톱니있는 기어(8)와 맞물린다.

기능 원리

도 1 매체(가스 또는 액체)는 지속적으로 입구 구멍들(10)을 통해 챔버들(I 및 III)로 도입된다.

따라서, 플랫 로터리 피스톤(4)은 앞쪽 회전 방향으로 밀리는 한편, 뒤쪽 플랫 로터리 피스톤(5)은 그후 뒤쪽으로 구동될 것이다. 하지만, 도 5의 프리휠 베어링(13)은 도 7 및 도 8의 속이 빈 축(3b)과 하우징(1) 사이에서 작동하기 때문에, 플랫 로터리 피스톤(5)은 뒤쪽으로 회전하는 것이 막힌다.

앞쪽 플랫 로터리 피스톤(4)은 앞쪽으로 밀릴 때, II 및 IV 내의 매체가 압력에 종속되고 출구 구멍들(11)을 통해 빠져나간다.

속이 빈 축(3a) 및 축(2)에 토크 방지로 연결되는, 플랫 로터리 피스톤(4)의 회전 움직임을 이용해(도 2 참조), 톱니있는 기어(7)는 막힌 고정 몸체 프리휠(15)에 의해 구동된다.

톱니있는 휠(7)은, 맞물림을 이용해, 출력 톱니있는 기어(8)로 회전 움직임을 전달하고, 또한 출력 톱니있는 기어(8)에 고정되는, 출력 축(9)이 회전한다. 축(2)이 작동 타격 후 정지하자마자, 고정 몸체 프리휠(15)은 톱니있는 기어(7)가 축 상에서 회전을 계속하도록 허용한다. 플랫 로터리 피스톤(5)의 앞으로 밀기는, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 이하의 옵션들에 의해 달성될 수 있다:

A) 플랫 로터리 피스톤(4)에 고정되는 맞물림 볼트(16)는 플랫 로터리 피스톤(5)을 다음 위치로 민다.

B) 플라이휠(19)(도 11)은 속이 빈 축(3b) 및 축(2) 각각에 고정되고, 이 플라이휠은 플랫 로터리 피스톤들을 사점 너머로 민다.

플랫 로터리 피스톤(5)이 입구들(11) 상으로 회전되자마자, 압력이 챔버들(II 및 IV) 내에 생성된다.

플랫 로터리 피스톤(5)은 이제 앞쪽 회전 방향으로 밀리는 한편, 도 5의 고정 몸체 프리휠(12)에 토크 방지로 연결되는, 뒤쪽 플랫 로터리 피스톤(4)은 반대 방향으로 가는 것이 방지된다.

고정 몸체 프리휠(12)은 하우징(1)에 삽입되고 회전에 대하여 고정된다.

플랫 로터리 피스톤(5)이 앞쪽으로 밀릴 때, I 및 III 내의 매체가 압력에 종속되고 출구 구멍들(10)을 통해 빠져나간다.

속이 빈 축(3)에 토크 방지로 연결되는, 플랫 로터리 피스톤(5)의 회전 움직임을 이용해(도 4 참조), 톱니있는 기어(6)는 막힌 고정 몸체 프리휠(14)(보이지 않지만, 톱니있는 기어(6) 내)에 의해 구동된다.

톱니있는 휠(6)은, 맞물림을 이용해, 출력 톱니있는 기어(8)로 회전 움직임을 전달하고, 또한 출력 톱니있는 기어(8)에 고정되는, 작동 축(9)이 회전한다. 속이 빈 축(3)이 작동 타격 후 정지하자마자, 톱니있는 기어(6)는 고정 몸체 프리휠(14)로 인해 축 상에서 회전을 계속할 수 있다. 이 프로세스는 계속적으로 반복된다.

상기에서 설명된 바와 같이, 구형 에너지 생성기가 작동할 때, 2 개의 플랫 로터리 피스톤들(4, 5)의 계단식 회전이 발생하고, 이때 교대로, 2 개의 플랫 로터리 피스톤들 중 하나는 작동 타격을 수행한다. 작동 토크는 이로써 속이 빈 축(3b) 및 축(2) 상에 교대로 시계 방향으로 가해진다. 2 개의 톱니있는 기어들에 할당되는 고정 몸체 프리휠들(14, 15)이 작동하여 축(2) 또는 속이 빈 축(3b)은 회전 방향으로 할당된 톱니있는 기어(6 또는 7)에 구동 토크를 전달할 수 있다. 하지만, 출력 톱니있는 기어(8)에 의해 구동되는 톱니있는 기어(6 또는 7)는 대응하는, 비-피동 축(2) 또는 속이 빈 축(3b)을 넘어갈 수 있다.

플랫 피스톤들(4, 5) 사이의 제동 행위는 하우징(1) 상의 출구(10)와 입구 구멍(11) 사이의 간격을 통해 결정될 수 있다.

구형으로 변형된 플랫 로터리 피스톤들(도 9)은 공진에 대응하여 진동들이 있을 것 같지 않고 진동들의 전파는 없을 수 있다.

반원형 밀폐(18)(도 10)는, 하우징(1)의 내부 표면에 대하여 지탱하고, 마모가 증가함에 따라, 이 밀폐가 방사상으로 확장되어 밀폐 행위가 유지되도록 하기 위해, 바람직하게 플랫 로터리 피스톤(4, 5)의 대응하는 홈으로 프리텐션으로 삽입된다.

제어 시간 및 이로써 효율은 플랫 로터리 피스톤들 상의 셧-오프 슬라이드들(20)(도 12)을 이용해 최적화될 수 있다.

효율은 입구(11 및 12)에 센서들(22) 및 전기적으로 제어되는 솔레노이드 밸브들(21)의 부착을 통해 향상될 수 있다.

여기에 구형 에너지 컨버터에 대한 일부 제안들이 있다:

A) 고층빌딩의 지하층에, 구형 에너지 컨버터가 빗물 또는 오수로부터 구동되는 것에 의해 전기를 생성하는 데 이용될 수 있다.

B) 바다의 조차로부터 위치 및 운동 에너지를 전기로 변환하는, 조력 발전소에서의 이용이 고려될 수 있다.

C) 고효율 덕분에, 단지 물이 떨어지는 높이에서의 작은 압력 차들을 필요로 할 수 있기 때문에, 수력 발전소에서의 이용이 유리할 수 있다.

D) 이동형 유닛으로서, 에너지 컨버터는 위기 시에 폭포에서 이용될 수 있다.

E) 압축공기 저장 발전소에서의 이용 또한 고려될 수 있다.

1: 하우징 2: 축 3a: 속이 빈 축
3b: 속이 빈 축 4: 플랫 로터리 피스톤 5: 플랫 로터리 피스톤
6, 7: 톱니있는 기어 8: 출력 톱니있는 기어 9: 출력 축
10: 출구 11: 입구 12: 고정 몸체 프리휠
13; 고정 몸체 프리휠 14: 고정 몸체 프리휠 15: 고정 몸체 프리휠
16: 정지 볼트 17: 기어링 하우징 18: 밀폐 스트립
19: 프리휠 20: 셧-오프 슬라이드 21: 솔레노이드 밸브
22: 센서

Claims (6)

1. 에너지 컨버터에 있어서,
   a) 구형 작업 챔버를 한정하는 하우징, 이때 가압된 액체 또는 가스 매체를 위한 입구 및 출구 구멍들이 배치되고,
   b) 축 및 상기 축을 수신하는 속이 빈 축, 이것들은 상기 하우징 내에 회전가능하게 장착되고, 이때 회전 축들은 상기 작업 챔버의 지름에 일치하고,
   c) 상기 하우징의 내벽에 대하여 밀폐적으로 지탱하고 또한 원형 프로파일을 가지는 2 개의 플랫 로터리 피스톤들, 이때 하나의 플랫 로터리 피스톤은 상기 축에 토크 방지로 연결되고 다른 플랫 로터리 피스톤은 상기 속이 빈 축에 토크 방지로 연결되고,
   d) 회전 방향 잠금 메카니즘을 통해 상기 축에 또는 상기 속이 빈 축에 연결되는 2 개의 톱니있는 기어들, 상기 회전 방향 잠금 메카니즘은 상기 회전의 작동 방향에 반대되는 상기 축 또는 상기 속이 빈 축에 대하여 상기 톱니있는 기어들의 회전을 금지하고, 및
   e) 상기 2 개의 톱니있는 기어들과 맞물리는 출력 톱니있는 기어를 포함하고,
   f) 서로 반대되는 2 개의 입구 구멍들(11) 및 서로 반대되는 2 개의 출구 구멍들(10)이 상기 하우징(1) 내에 배치되고,
   g) 상기 축(2) 및 상기 속이 빈 축(3)은 각각 회전 방향 잠금 메카니즘(12, 13)을 통해 상기 하우징(1) 내에 지지되고, 상기 회전 방향 잠금 메카니즘은 상기 회전의 작동 방향에 반대되는 상기 축 또는 상기 속이 빈 축의 회전을 금지하고,
   h) 상기 2 개의 플랫 로터리 피스톤들(4, 5)은 각각의 경우에 있어서 움직이는 플랫 로터리 피스톤이 다른 플랫 로터리 피스톤(5, 4)과 맞물리도록, 그리고 작동 주기의 끝에서, 상기 2 개의 입구 구멍들(11)로 다른 플랫 로터리 피스톤을 움직이도록 야기시키는 움직임 수단(16)이 할당되는 것을 특징으로 하는, 에너지 컨버터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 움직임 수단은 상기 플랫 로터리 피스톤들(4, 5) 상에 배치되는 정지 볼트들(16)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 에너지 컨버터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 움직임 수단은 상기 축(2) 상에 그리고 상기 속이 빈 축(3) 상에 배치되는 플라이휠들(19)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 에너지 컨버터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2 개의 플랫 로터리 피스톤들(4, 5)의 둘레는, 각각의 경우에 있어서 2 개의 반원형 밀폐들(18)이 할당되는 것을 특징으로 하는, 에너지 컨버터.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 밀폐들(18)은 상기 하우징(1)의 내벽에 대하여 프리텐션 하에서 지탱되는 것을 특징으로 하는, 에너지 컨버터.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 플랫 로터리 피스톤들(4, 5) 모두는 동일한 구형 형태인 것을 특징으로 하는, 에너지 컨버터.

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