KR100334356B1 - 고압유체를 이용한 밀폐형 회전임펠러식 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력의 손실이 많고 효율이 저급하며 진동 및 소음이 큰 왕복피스톤식 또는 가스터어빈식 엔진을 단점을 지양할 수 있는 새로운 타입의 회전임펠러식 엔진에 관한 것으로, 특히 고압유체가 지닌 힘을 이용하여 임펠러를 기밀하게 밀폐된 공간내에서 회전시키고 그 회전력으로 동력을 발생시켜 출력을 행하도록 구성된 고압유체를 이용한 밀폐형 회전임펠러식 엔진(또는 개스모터)의 제공에 관한 것이다.

본 발명은 증기 또는 압축공기와 같은 고압의 유체를 공급하는 고압유체공급수단(5)과, 상기 고압유체공급수단(5)으로부터의 고압유체를 유입구(4)를 통해 내부에 공급받아 필요한 동력을 발생시키는 엔진동체(6)와, 엔진가동중 상기 유입구(4)로부터 엔진동체(6) 내부로 공급된 고압유체를 정해진 곳으로 적시에 전달하거나 차단하도록 엔진동체(6)에 배치된 밸브수단(3)과, 상기 밸브수단(3)을 거쳐 전달된 고압유체의 압력으로 날개부(임펠러)(2A)를 가진 임페러휠(2)이 일방향으로 회전하면서 동력을 발생시키도록 엔진동체(6) 내부에 배치된 동력발생실(7)과, 상기 임펠러휠(2)의 회전동력을 기어(8)(9)를 통해 전달받아 회전하면서 출력을 행하도록 엔진동체(6)에 설치된 출력축(1)을 포함하는 구성을 특징으로 하는 고압유체를 이용한 회전임펠러식 엔진을 제공한다.

Description

고압유체를 이용한 밀폐형 회전임펠러식 엔진{AN ENGINE WITH ROTARY TYPE PISTON UTILIZING HIGH PRESSURE FLUID}

본 발명은 엔진의 개선에 관한 것으로, 특히 증기 또는 압축공기등과 같은 고압의 유체가 지닌 힘을 이용하여 임펠러를 고효율로 회전시키고 그 회전력으로 동력을 발생시켜 출력을 행할 수 있도록 엔진을 구성함으로써 일반 개방형 임펠러식 개스터빈식의 엔진등에 비해 동력손실과 진동 및 소음발생이 적고 우수한 엔진효율 및 반영구적인 수명을 제공하는 고압유체를 이용한 밀폐형 회전임펠러식 엔진에 관한 것이다.

현재 널리 사용되고 있는 엔진들중 개스터빈식 엔진은 고압개스를 연속적으로 만들고 그 고압개스의 타력으로 개방형 임펠러를 돌려 힘을 얻는 장치이기 때문에 개스압력이 일정크기 이하일 때에는 임펠러를 제대로 돌려 주지 못하고 그대로 빠져 나가게 되므로 초기점화후 엔진이 일정이상의 가스압력을 얻어 정상속도에 이르게 되기까지 상당시간 동안 엔진의 공회전이 불가피하게 된다. 따라서, 이러한 개스터빈식 엔진은 배기개스의 추진력을 이용하여 고속으로 이동하고 장시간 항속운행이 필요한 기구, 예컨대 항공기나 초고속선박 등에는 적합하게 이용될 수 있으나 출력축의 회전동력이용을 주로 하는 기구, 예컨대 자동차와 같은 육상이동기구, 일반선박엔진 등에는 부적합하여, 저속소형엔진이나 회전속도를 수시로 변속시켜 주어야 하는 기구에는 더욱 더 적용하기 곤란하다.

상기와 같은 종래의 엔진은 연료의 연소에 의해 얻어지는 힘을 그 힘의 발생량만큼 손실없이 효율적으로 이용하기 어려운 구조적인 한계를 지니고 있어 엔진효율이 저급하고 무리한 기계적 부하로 수명이 짧은 것등의 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 엔진이 지니고 있는 문제점들을 효과있게 극복하여 이상적인 엔진효율 및 사용수명을 제공할 수 있는 새로운 타입의 엔진을 제공할 목적에서 연구발명된 것이다.

도1은 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따른 엔진의 정면도,

도2는 도1의 A-A선 단면도,

도3은 도1의 B-B선 단면도,

도4는 도2의 C-C선 단면도,

도5는 본 발명의 엔진에 적용가능한 압유입차단위치 조절장치의 구성을 보인 단면도,

도6은 도5의 주요부 분해 단면도.

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 출력축 2 : 임펠러휠

2A : 날개부 2B : 배출포트

3 : 밸브수단 3A : 통로

3B : 밸브축 4 : 유입구

5 : 고압기체공급수단 5A : 분기관

5B : 조절밸브 5C : 고압유체유입구

6 : 엔진동체 7 : 동력발생실

8,9 : 기어 10 : 속도조절장치

11 : 캠 12 : 밸브작동레버

12A : 롤러 13 : 스프링

14,17 : 나선스플라인부 15 : 슬리브

16,19 : 직선스플라인부 18 : 슬리브

20 : 포크베어링 21 : 조절레버

22 : 고정캠 23 : 가동캠

상기의 목적은 본 발명에 따라 증기 또는 압축공기등과 같은 고압유체를 공급하는 고압유체공급수단과, 상기 고압유체공급수단으로부터의 고압유체를 유입구를 통해 내부에 공급받아 필요한 동력을 발생시키는 엔진동체와, 엔진가동중 상기 엔진동체 내부로 공급된 고압유체를 정해진 곳으로 적시에 전달하거나 차단하도록 엔진동체에 배치된 밸브수단과, 상기 밸브수단을 거쳐 전달된 고압유체의 압력으로 임펠러휠이 일방향으로 회전하면서 동력을 발생시키도록 엔진동체 내부에 배치된동력발생실과, 상기 임펠러휠의 회전동력을 전달받아 회전하면서 출력을 행하도록 설치된 출력축을 포함하는 구성을 특징으로 하는 고압유체를 이용한 밀폐형 회전임펠러식 엔진을 제공함으로써 달성된다.

이하에서, 본 발명을 첨부도면에 예시된 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도1∼도4는 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따른 엔진의 구성 및 작동원리를 보여 준다.

여기에서 부호 6은 본 발명에 따른 엔진의 엔진동체를 나타내는데, 이 엔진동체(6)의 중심부에는 출력축(1)이 배치되어 있고, 상기 출력축(1)이 배치된 주위에는 적어도 하나의, 바람직하게는 3개정도의 복수의 동일한 동력발생실(7)들이 도2의 예와 같이 형성되어 있으며, 상기 각 동력발생실(7)내에는 날개부(2A)를 가진 임펠러휠(2)이 각각 같은 방향으로 회전가능하게 배치되어 있다. 나아가서, 상기와 같이 동력발생실(7)들이 배치된 엔진동체(6)의 적소에는 엔진가동중 유입구(4)로부터 들어 온 고압유체를 각 대응 동력발생실(7)로 적시에 전달하거나 차단하는 작용을 하는 밸브수단(3)들이 배치된다. 상기 각 동력발생실(7)내의 임펠러휠(2)은 그 날개부(2A)의 선단면이 해당 동력발생실(7) 내주면에 접한 상태로 화살표방향으로 회전될 수 있도록 설치되는데, 상기 임펠러휠(2)의 회전작동중 동 회전임펠러(2)의 날개부(2A)가 해당 동력발생실(7) 및 밸브수단(3)간의 통로(3A)를 열어 주기 시작하는 곳에 위치하였을 때 상기 밸브수단(3)이 상기 통로(3A) 및 유입구(4) 사이를 연통시키는 위치로 회전작동되어지고, 이에 따라 유입구(4)로부터들어 온 고압유체가 밸브수단(3)의 내부통로 및 통로(3A)를 거쳐 동력발생실(7)내로 투입되어지며, 이와 같이 투입된 고압유체의 압력이 상기 날개부(2A)에 작용하게 됨으로써 임펠러휠(2)의 화살표방향으로의 회전이 이루어지도록 설치된다. 상기 임펠러휠(2)의 회전력은 도4에 예시된 바와 같은 기어(8)(9)를 통해 출력축(1)에 전달되어서 출력축(1)의 회전이 이루어지도록 설치되고, 이러한 출력축(1)의 회전에 의해 예컨대 자동차나 선박등을 구동진행시키거나 발전기를 작동시키는 것과 같은 출력이 행하여지게 된다.

상기 엔진동체(6)의 각 유입구(4)에는 고압유체공급수단(5)으로부터의 분기관(5A)들이 도3의 예와 같이 연결설치되고, 또 이 엔진동체(6)의 일측에는 엔진가동중 전술한 밸브수단(3)을 적합하게 작동시키기 위한 수단으로서 출력축(1)상에 이 출력축(1)과 일체로 회전하도록 결합설치된 캠(11)과, 상기 캠(11)에 롤러(12A)가 설치되어 있는 그 일단부가 접동되도록 설치되고 타단부는 밸브축(3B)의 단부에 고정되어 있는 밸브작동레버(12)와, 상기 밸브작동레버(12)의 적소를 상기 캠(11)쪽으로 탄발시키도록 설치된 스프링(13)을 포함하는 밸브작동기구가 설치구비되어 엔진을 구성하게 된다. 도면중 부호 5B는 고압유체공급량 조절밸브, 5C는 고압유체유입구, 10은 속도조절장치를 각각 나타낸다.

작용에 있어서, 엔진가동시 고압유체공급수단(5)의 분기관(5A)이 연결설치되어 있는 유입구(4)를 통해 예컨대 증기 또는 압축공기등과 같은 팽창압력을 가진 고압유체가 엔진동체(6) 내부로 유입되고, 임펠러휠(2)의 날개부(2A)가 통로(3A)를 열어 주기 시작하는 위치에 왔을 때 밸브수단(3)이 상기 통로(3A) 및 유입구(4) 사이를 연통시키는 위치로 회전작동된다. 이에 따라 상기 유입구(4)로부터 들어 온 고압유체가 밸브수단(3)의 내부통로 및 통로(3A)를 거쳐 동력발생실(7)내로 투입되어지며, 이와 같이 투입된 고압유체의 압력이 상기 날개부(2A)의 후방에 작용하게 됨으로써 이 날개부(2A)를 형성하고 있는 임펠러휠(2)이 화살표방향으로 회전작동을 하게 된다. 상기와 같이 회전작동된 임펠러휠(2)의 날개부(2A)가 배출포트(2B) 부근에 이르면 상기 밸브수단(3)이 통로(3A)와 유입구(4) 사이를 차단하는 위치로 회전작동되어지고, 그후 상기 임펠러휠(2)의 날개부(2A)가 통로(3A)의 동력발생실(7)쪽 선단부를 열기 시작하는 위치로 다시 오게 되면 상기 밸브수단(3)은 상기 통로(3A) 및 유입구(4) 사이를 연통시키는 위치로 다시 회전작동되어지며, 본 발명의 엔진은 엔진가동중 상기와 같은 동작을 연속반복하여 엔진작동을 이루어 내도록 되어 있는 것이다.

본 발명에 따른 엔진은 그 출력축(1) 주위에 각각 하나씩의 동력발생실(7)과 밸브수단(3) 및 유입구(4)등을 설치구비하여서도 기본적인 엔진작동이 가능하며, 바람직하게는 도시된 예와 같이 각각 복수개씩의 동력발생실(7)과 밸브수단(3) 및 유입구(4)등을 엔진동체(6)의 출력축(1)이 배치된 중심부 둘레에 대칭적으로 설치구비시킴으로써 엔진의 작동 및 출력이 밸런스를 이루어 더욱 효율적으로 이루어지게 한다. 도시된 예에서는 상기 동력발생실(7), 밸브수단(3), 유입구(4)등이 엔진동체(6)에 각각 3개씩 설치구비되어 엔진을 구성하는 것으로 도시되어 있으나, 상기 요소들을 두 개씩이나 네 개씩등 다른 개수로 설치구비시켜 엔진을 구성하는 것도 가능함은 물론이다.

도5∼도6은 상기 본 발명에 따른 엔진에 적용될 수 있는 압유차단위치 조절장치(10)의 구성례를 보여 주는데, 유압이나 수압을 사용할 경우 임펠러휠의 회전시 원형 동력발생실의 전부시작위치부터 배출포트 직전까지 가압하여도 열손실이 없으나, 공압이나 기타 유체를 사용할 경우 시초부터 배기구 직전까지 같은 압을 가하면 많은 열(압)의 손실이 생기게 되브로 한 회전에서 임펠러휠의 날개부가 배기포트에 근접하기 전에 미리 압유입밸브를 차단조정할 수 있게 하여 압유입 차단위치를 임의로 조절하여 열손실을 줄이는 장치이다.

상기 조절장치(10)는 출력축(1)끝에 나선스플라인부(14)를 형성하고, 그 외면일부에 직선스플라인부(16)를 형성하고 내면일부에는 나선스플라인부(17)를 형성한 슬리브(15)를 이 슬리브(15)의 내측 나선스플라인부(17)가 상기 밸브축(3B)의 나선스플라인부(14)에 맞물리는 상태로 축(1)상에 끼워 결합하며, 상기 슬리브(15)의 직선스플라인부(16)가 형성되어 있는 부위에 외측에는 슬리브(18)를 이 슬리브(18) 내측의 직선스플라인부(19)가 상기 슬리브(15) 외측의 직선스플라인부(16)에 맞물리도록 끼워 결합설치하며, 상기 슬리브(15)상의 적소에 포크베어링(20)을 결합설치하고, 상기 포크베어링(20)에 조절레버(21)의 포크부를 연결설치하여 구성된다.

또, 상기 축(1)상에는 고정캠(22)과 가동캠(23)이 설치되는데, 고정캠(22)은 축(1)에 고정되어 있으며, 가동캠(23)은 스플라인을 이용 중심축을 기준하여 좌우 반회전한다. 여기에서, 캠의 접촉부분을 짧고 길게 조정할 수 있으므로 동력발생실의 원주방향중 일부만 압을 가할 수 있다.

이와 같이 구성된 조절장치(10)는 엔진가동중 조절레버(21)를 일측으로 잡아당기면 이 조절레버(21)에 포크베어링(20)을 통해 연결설치되어 있는 슬리브(15)가 출력축(1)상에서 상기 조절레버(21)가 당겨지는 쪽으로 이동하게 되고, 이때 상기 슬리브(15)는 그 내측의 나선스플라인부(17)가 출력축(1)상의 나선스플라인부(14)에 맞물려 있으므로 상기 나선스플라인부(14)(17)의 작용에 의해 일측으로 일정각도 회전하면서 이동하게 되며, 이러한 슬리브(15)의 회전 이동에 따라 이 슬리브(15) 외측의 직선스플라인부(16)에 그 직선스플라인부(19)가 맞물려 있는 슬리브(18) 및 이 슬리브(18)를 결합하고 있는 축(1)이 상기 슬리브(15)를 따라 일측으로 회전하게 되어서 밸브수단(3)에 의한 압유입차단위치가 해당상황에 적합하게 조절될 수 있으므로 엔진의 열(압)손실을 최소화할 수가 있는 것이다.

여기에서는 본 발명이 특정 실시예를 통해 도시설명되었으나 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위내에서 적절히 수정, 변형된 다른 실시예들도 있을 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 임펠러휠(2)이 전술한 바와 같은 구성, 작용에 의해 일방향으로 연속 회전되면서 동력발생을 이루도록 된 매우 효율적이면서 조화적인 엔진구성에 의해 이러한 엔진의 효율을 크게 향상시킬 수 있고, 그러면서 엔진의 진동 및 소음발생을 극소화할 수 있으며, 또 동력을 발생시키는 기계적 구성요소들이 무리한 부하를 받지 않으면서 이상적인 동력발생작용을 이루어내도록 되어 있기 때문에 엔진의 수명 또한 크게 향상시킬 수 있는 것등의 신규유용한 효과를 제공하는것이다.

Claims (2)

1. 고압유체공급수단(5)과, 상기 고압유체공급수단(5)으로부터의 고압유체를 유입구(4)를 통해 내부에 공급받는 엔진동체(6)와, 엔진가동중 상기 유입구(4)로부터 엔진동체(6) 내부로 공급된 고압유체를 동력발생실(7)로 적시에 전달하거나 차단하도록 엔진동체(6)에 배치된 밸브수단(3)과, 상기 밸브수단(3)을 거쳐 전달된 고압유체에 의해 임펠러휠(2)이 일방향으로 회전하면서 동력을 발생시키도록 엔진동체(6) 내부에 배치된 동력발생실(7)과, 상기 임펠러휠(2)의 회전력을 전달받아 회전하면서 출력을 행하도록 엔진동체(6)에 설치된 출력축(1)을 포함하는 구성을 특징으로 하는 고압유체를 이용한 밀폐형 회전임펠러식 엔진.
2. 제1항에 있어서, 상기 엔진이 나선스플라인부(14)(17) 및 직선 나선스플라인부 (16)(19)를 개재하여 축(1)상의 일측에 결합설치되는 슬리브(15)(18)와, 상기 축(1)상의 타측에 결합설치되는 고정캠(22) 및 가동캠(23)과, 조절레버(21)를 포함하여 구성된 조절장치(10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압유체를 이용한 밀폐형 회전임펠러식 엔진.