KR100815091B1

KR100815091B1 - Internal and external engine applying equal pressure on pistons of different cross section for electric generator

Info

Publication number: KR100815091B1
Application number: KR1020060082108A
Authority: KR
Inventors: 김창선
Original assignee: 김창선
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2008-03-20
Also published as: KR20080021188A

Abstract

본 발명은 내연 기관과 외연 기관을 유기적으로 결합하여 내연 기관에서 연료의 매 연소시 발생하는 폭발에너지 및 열에너지를 대부분 등차적으로 이용하여 회전력으로 전환할 수 있는 발전기용 고효율 등차 엔진에 관한 것으로, 공기압축기 및 상기 공기압축기에서 압축된 공기를 투입받고 압축공기에 연료를 분사하여 연소폭발시키는 2행정사이클 기관으로 이루어진 내연 기관; 상기 내연 기관의 배출가스를 투입받아 내연 기관의 배기가스에 남아 있는 잔여 압력에 의하여 비교광구경 피스톤이 팽창하는 감압 기관; 상기 감압 기관의 배기가스를 투입받아 배기가스의 열에 의하여 물을 가열하여 수증기화하는 보일러; 상기 보일러로 부터 수증기를 투입받아 수증기의 압력에 의하여 피스톤이 팽창하는 스팀 기관; 및 상기 스팀 기관의 수증기를 회수하여 냉매에 의해 응축한 후 상기 보일러에 회귀시키는 수증기 응축기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a high-efficiency equivalent engine for a generator that can be converted into rotational force by using the internal combustion engine and the external combustion engine organically and most of the explosion energy and thermal energy generated by every combustion of fuel in the internal combustion engine. An internal combustion engine comprising a two-stroke cycle engine that receives a compressed air from a compressor and the air compressor and injects fuel into the compressed air to explode the combustion; A decompression engine in which the comparative wide-diameter piston expands due to the residual pressure remaining in the exhaust gas of the internal combustion engine by receiving the exhaust gas of the internal combustion engine; A boiler for inputting the exhaust gas of the decompression engine to steam water by heating the exhaust gas; A steam engine that receives steam from the boiler and expands the piston by the pressure of the steam; And a steam condenser for recovering the steam of the steam engine, condensing with a refrigerant, and then returning the boiler to the boiler.

내연 기관, 외연 기관, 발전기 Internal combustion engine, external combustion engine, generator

Description

내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진{INTERNAL AND EXTERNAL ENGINE APPLYING EQUAL PRESSURE ON PISTONS OF DIFFERENT CROSS SECTION FOR ELECTRIC GENERATOR}INTERNAL AND EXTERNAL ENGINE APPLYING EQUAL PRESSURE ON PISTONS OF DIFFERENT CROSS SECTION FOR ELECTRIC GENERATOR}

도 1은 본 발명에 따른 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진의 구성도이다.1 is a block diagram of a high-efficiency differential engine for a generator combining an internal combustion engine and an external combustion engine according to the present invention.

도 2a는 본 발명에 따른 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진의 바람직한 실시 예를 보여주는 단면도이다.Figure 2a is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of a high-efficiency differential engine for a generator combining an internal combustion engine and an external combustion engine according to the present invention.

도 2b는 도 2a에 도시된 등차 엔진의 수증기 응축기에 더 연결될 수 있는 냉매가스 기관 및 냉매가스 응축기를 보여주는 단면도이다.FIG. 2B is a cross-sectional view showing a refrigerant gas engine and a refrigerant gas condenser that may be further connected to the steam condenser of the differential engine shown in FIG. 2A.

도 3a 내지 도 3k는 도 2a에 도시된 등차 엔진의 동작을 단계별로 도시한 단면도이다.3A to 3K are cross-sectional views showing the operation of the differential engine shown in FIG. 2A step by step.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 내연 기관 101 : 흡기구100: internal combustion engine 101: intake vent

103 : 공기관 105 : 인젝터103: air pipe 105: injector

107 : 배기가스관 109, 111 : 회전축107: exhaust gas pipe 109, 111: rotating shaft

113, 115 : 단열재 200 : 감압 기관(汽罐)113, 115: heat insulating material 200: decompression engine (汽罐)

201 : 회전축 203, 205 : 단열재 201: rotating shaft 203, 205: heat insulating material

300 : 보일러 301 : 배기가스관300: boiler 301: exhaust gas pipe

303 : 단열재 305 : 보일러관303: insulation 305: boiler tube

307 : 배기관 400 : 스팀 기관307: exhaust pipe 400: steam engine

401, 405 : 수증기관 403, 407 : 단열재 401, 405: steam pipe 403, 407: insulation

409, 411 : 회전축 500 : 수증기 응축기409, 411: shaft 500: steam condenser

501 : 응축탱크 503 : 응축관501: condensation tank 503: condensation tube

505 : 응축수배관 507 : 펌프 505: condensate pipe 507: pump

509 : 응축냉매배관 511 : 냉매가스관 509: condensation refrigerant piping 511: refrigerant gas pipe

600 : 냉매가스 기관 601, 605, 607 : 냉매가스관 600: refrigerant gas engine 601, 605, 607: refrigerant gas pipe

603 : 단열재 609, 611 : 회전축603: heat insulating material 609, 611: rotating shaft

700 : 냉매가스 응축기 701 : 응축탱크 700: refrigerant gas condenser 701: condensation tank

703 : 응축관 705, 709 : 응축냉매배관703: condensation pipe 705, 709: condensation refrigerant piping

707 : 펌프 C1 ~ C7 : 실린더 707: pumps C1 to C7: cylinder

P1, P2, P4, P6 : 피스톤 P3, P5, P7 : 비교광구경 피스톤 P1, P2, P4, P6: Pistons P3, P5, P7: Comparative Light Diameter Pistons

V1 ~ V10 : 밸브 V1 ~ V10: Valve

본 발명은 발전기용 등차 엔진에 관한 것으로, 더 상세하게는 내연 기관과 외연 기관을 유기적으로 결합하여 내연 기관에서 연료 연소시 발생하는 폭발에너지 및 열에너지를 대부분 회전력으로 전환할 수 있는 발전기용 고효율 등차 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a homogeneous engine for a generator, and more particularly, to a high efficiency equivalent engine for a generator capable of organically combining an internal combustion engine and an external combustion engine to convert most of the explosion energy and thermal energy generated during fuel combustion in the internal combustion engine into rotational force. It is about.

종래, 발전기용 엔진으로는 주로 용적형 내연 기관인 디젤엔진이나 속도형 내연 기관인 가스터빈 등을 사용한다. 용적형 내연 기관은 실린더 내에서 연료를 연소 폭발시켜 열을 버리고 폭발력을 이용하는 기관으로, 연소 폭발력은 피스톤식 내연 기관의 경우 피스톤의 왕복운동에너지로 이용되고, 로터리식 내연 기관의 경우 로터의 회전운동에너지로 사용된다. 그러나, 실린더 내에서 연료의 연소로 발생한 폭발력은 그 일부만이 회전력 발생에 사용되고 나머지는 배출가스와 함께 배출된다. 또한, 실린더 내에서 연료의 연소시 발생하는 연소 열은 냉각장치에 의하여 강제 냉각되거나 배기가스와 함께 배출된다.Conventionally, as a generator engine, the diesel engine which is a volume internal combustion engine, the gas turbine which is a speed internal combustion engine, etc. are mainly used. The volumetric internal combustion engine is an engine that uses explosive power by burning and exploding fuel in a cylinder, and the combustion explosive power is used as the reciprocating kinetic energy of the piston in the case of the piston type internal combustion engine, and the rotational movement of the rotor in the case of the rotary internal combustion engine. Used as energy However, only a part of the explosive force generated by the combustion of fuel in the cylinder is used to generate the rotational force, and the rest is discharged together with the exhaust gas. In addition, combustion heat generated during combustion of fuel in the cylinder is forcedly cooled by the cooling device or discharged together with the exhaust gas.

외연 기관은 보일러 또는 가열기의 전열면(傳熱面)을 통해서 가열된 물, 기체 등의 작동유체 의해 동력을 일으키도록 하는 열기관이다. 즉, 내연 기관은 연소폭발력을 직접 이용하여 동력을 얻지만, 외연 기관은 연소열을 간접적으로 이용하여 동력을 얻는 것이다. 따라서, 외연 기관은 기관의 몸체와는 별도로 연소공간을 가지는 특징이 있으며, 그 종류로는 증기기관, 증기터빈, 클로즈드 가스터빈 등이 있다.An external combustion engine is a heat engine that generates power by a working fluid such as water or gas heated through a heat transfer surface of a boiler or a heater. In other words, the internal combustion engine obtains power by directly using the combustion explosive force, while the external combustion engine obtains power by using the heat of combustion indirectly. Therefore, the external combustion engine is characterized by having a combustion space separate from the body of the engine, the type of steam engine, steam turbine, closed gas turbine and the like.

종래 내연 기관의 배기가스는 동력행정에 사용되지 않은 잔여 압력 및 열을 대량으로 보유하고 있음에도 불구하고, 잔여 압력은 전혀 사용되지 못하였고, 열은 난방용 보일러 등의 열원으로 사용되는 데만 그쳤다. 최근 디젤엔진이나 가솔린엔진의 피스톤, 실린더 등 연소실을 구성하는 재료에 세라믹스 등 단열재를 사용하여 엔진의 냉각 없이 운전할 수 있도록 한 단열 엔진이 개발되어 있다. 위와 같은 단열 엔진은 연소실 속에서의 열손실이 줄어 배기에너지가 증가하고, 그 고온의 배기가스를 난방용 보일러 등에 재활용할 수 있게 되는 것이었으나, 엔진 배기가스에 잔류하는 압력을 등차적으로 회전력을 얻는 데 이용하지 못하였고, 고열도 이를 회전력을 얻는 데 이용하지 못하고 단순히 난방 등에 이용하는 데 그쳤다. 그러나, 지역난방 등이 필요 없거나, 지역 난방을 위한 송수관 건설이 어려운 외진 곳의 화력발전소에서 사용되는 내연 기관의 배기가스는 그대로 대기에 방출되어 버려진다. 뿐만 아니라, 내연 기관의 열을 냉각 위하여 별도의 냉각장치를 마련하여야 한다. Although the exhaust gas of the conventional internal combustion engine has a large amount of residual pressure and heat not used in the power stroke, the residual pressure was not used at all, and the heat was only used as a heat source such as a heating boiler. Recently, a heat insulating engine has been developed that allows the engine to operate without cooling the engine by using a heat insulating material such as ceramics in the material of the combustion chamber such as a piston or a cylinder of a diesel engine or a gasoline engine. The heat insulation engine as described above reduces the heat loss in the combustion chamber to increase the exhaust energy, and the high-temperature exhaust gas can be recycled to a heating boiler, etc., but the pressure remaining in the engine exhaust gas is equally obtained. It could not be used for high heat, but it could not be used to obtain rotational power, but simply used for heating. However, the exhaust gas of an internal combustion engine used in a thermal power plant in an isolated place where district heating is not required or construction of a water pipe for district heating is difficult, is discharged to the atmosphere and discarded. In addition, a separate cooling system is to be provided for cooling the heat of the internal combustion engine.

상술한 종래 발전기용 엔진의 모순점을 개선하고자 안출된 본 발명은 연료 의 매 연소시 발생하는 폭발에너지 및 열에너지를 등차적으로 대부분 회전력으로 전환할 수 있도록, 용적형 내연 기관의 실린더를 폭발공간으로 뿐만 아니라 외연 기관의 연소실로 기능할 수 있게 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진를 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention devised to improve the contradiction of the conventional engine for the generator described above, the cylinder of the volumetric internal combustion engine as an explosion space, so that the explosion energy and thermal energy generated at every combustion of the fuel can be converted into the most rotational force, evenly. It is also an object of the present invention to provide a high-efficiency differential engine for a generator that combines an internal combustion engine and an external combustion engine to function as a combustion chamber of an external combustion engine.

상술한 목적을 달성하고자 하는 본 발명에 따른 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진은 공기압축기 및 상기 공기압축기에서 압축된 공기를 투입받고 압축공기에 연료를 분사하여 연소폭발시키는 2행정사이클 기관으로 이루어진 내연 기관; 상기 내연 기관의 배출가스를 투입받아 내연 기관의 배기가스에 남아 있는 잔여 압력에 의하여 비교광구경(比較廣口徑) 피스톤이 팽창하는 감압 기관; 상기 감압 기관의 배기가스를 투입받아 배기가스의 열에 의하여 물을 가열하여 수증기화하는 보일러; 상기 보일러로 부터 수증기를 투입받아 수증기의 압력에 의하여 피스톤이 팽창하는 스팀 기관; 및 상기 스팀 기관의 수증기를 회수하여 냉매에 의해 응축한 후 상기 보일러에 회귀시키는 수증기 응축기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.High efficiency homogeneous engine for a generator combining an internal combustion engine and an external combustion engine according to the present invention for achieving the above object is an air compressor and a two-stroke cycle injecting compressed air from the air compressor and injecting fuel into the compressed air to explode the combustion. Internal combustion engines; A decompression engine in which the comparative wide-diameter piston expands due to the residual pressure remaining in the exhaust gas of the internal combustion engine by receiving the exhaust gas of the internal combustion engine; A boiler for inputting the exhaust gas of the decompression engine to steam water by heating the exhaust gas; A steam engine that receives steam from the boiler and expands the piston by the pressure of the steam; And a steam condenser for recovering the steam of the steam engine, condensing with a refrigerant, and then returning the boiler to the boiler.

또한, 본 발명에 따른 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진은 상기 수증기 응축기의 냉매로 물보다 끓는점이 낮은 액체를 사용하고, 상기 수증기 응축기에는, 상기 수증기 응축기에서 응축잠열을 흡수하여 기화 생성된 냉매가스를 투입받고 그 압력에 의하여 피스톤이 팽창하는 냉매가스 기관을 더 연결한 것을 특징으로 한다.In addition, a high-efficiency differential engine for a generator combining an internal combustion engine and an external combustion engine according to the present invention uses a liquid having a lower boiling point than water as a refrigerant of the steam condenser, and the steam condenser absorbs latent heat of condensation from the steam condenser and vaporizes it. It is characterized in that the refrigerant gas engine is further connected to the generated refrigerant gas and the piston expands by the pressure.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the high-efficiency differential engine for generators combined with an internal combustion engine and an external combustion engine according to the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진의 구성도를, 도 2a는 본 발명에 따른 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진의 바람직한 실시 예를 보여주는 단면도를, 도 2b는 도 2a에 도시된 등차 엔진의 수증기 응축기에 더 연결될 수 있는 냉매가스 기관 및 냉매가스 응축기를 보여주는 단면도를, 도 3a 내지 도 3k는 도 2a에 도시된 등차 엔진의 동작을 단계별로 도시한 단면도를 각각 나타낸다.1 is a block diagram of a high-efficiency differential engine for a generator combining an internal combustion engine and an external combustion engine according to the present invention, Figure 2a is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of a high-efficiency differential engine for a generator combining an internal combustion engine and an external combustion engine according to the present invention 2B is a cross-sectional view showing a refrigerant gas engine and a refrigerant gas condenser that may be further connected to a steam condenser of the equivalent engine shown in FIG. 2A, and FIGS. 3A to 3K are steps of operation of the differential engine shown in FIG. 2A. Each cross section shown is shown.

본 발명의 설명에 사용되는 "등차(等差)"는 "균등(均等) 압력(壓力) 차등(差等) 단면적(斷面績)을 이용한" 또는 "밀폐공간 내에 존재하는 균등한 압력의 유체(기체 또는 액체)가 유체와의 접촉면적이 더 큰 가동체(加動體)에 더 큰 힘을 작용하는 원리를 이용한"을 의미하며, "등차적(等差的)으로"는 "밀폐공간 내에 존재하는 균등한 압력의 유체(기체 또는 액체)가 유체와의 접촉면적이 더 큰 가동체(加動體)에 더 큰 힘을 작용하는 원리를 이용하여"를 의미한다.As used in the description of the present invention, "differential" means "using a uniform pressure differential cross-sectional area" or "equal pressure fluid in a closed space." (Gas or liquid) means using a principle that exerts a greater force on a movable body having a larger contact area with the fluid, and "equally" means "enclosed space." By means of the principle that a fluid (gas or liquid) of equal pressure present in it exerts a greater force on a movable body having a larger contact area with the fluid.

도 1을 참조하면, 본 발명의 특징은 내연 기관(100)에서 연료를 연소 폭발시켜 고온고압의 연소가스를 생성한 후, 우선 내연 기관(100)에서 그 폭발력을 회전력으로 전환하고, 상기 내연 기관(100)에서 배출된 고온고압의 배기가스를 내연 기 관에 연결된 감압 기관(200)에 투입하여, 등차적으로 배기가스의 잔여 폭발력을 다시 회전력으로 전환하며, 상기 감압 기관(200)에서 배출된 고온의 배기가스의 열을 스팀 기관(400) 및 냉매가스 기관(600)에서 또 다시 회전력으로 전환하는 데 있다. 즉, 하나의 내연 기관(100)에서 연료를 연소 폭발시켜, 내연 기관(100)에서 뿐만 아니라 외연 기관인 감압 기관(200), 스팀 기관(400) 및 냉매가스 기관(600)에서 회전력을 얻을 수 있게 한 데 본 발명의 특징이 있는 것이다. 상기 감압 기관(200)으로 부터 배출된 고온의 배기가스로 부터 회전력을 얻기 위해, 고온의 배기가스를 보일러(300)에 투입하여 배기가스의 열로 고온고압의 수증기를 생성하고, 고온고압의 수증기를 스팀 기관(400)에 투입하여 수증기의 압력을 회전력으로 전환한다. 내연 기관(100)의 배기가스는 1차적으로 상기 감압 기관(200)에서 압력을 잃고, 2차적으로 상기 보일러(300)에서 열을 잃은 후 최종적으로 외부에 배출된다. Referring to FIG. 1, the present invention is characterized in that the internal combustion engine 100 burns and explodes fuel to generate a high-temperature, high-pressure combustion gas, and then first converts the explosive force into a rotational force in the internal combustion engine 100, and the internal combustion engine 100. Injecting the high-temperature and high-pressure exhaust gas discharged from the 100 into the decompression engine 200 connected to the internal combustion engine, and converts the remaining explosive force of the exhaust gas back to the rotational force, and is discharged from the decompression engine 200 The heat of the high-temperature exhaust gas is converted into rotational force again in the steam engine 400 and the refrigerant gas engine 600. That is, by burning and exploding fuel in one internal combustion engine 100, it is possible to obtain a rotational force not only in the internal combustion engine 100 but also in the decompression engine 200, the steam engine 400 and the refrigerant gas engine 600 which are external combustion engines. One of the features of the present invention. In order to obtain rotational force from the high temperature exhaust gas discharged from the decompression engine 200, high temperature exhaust gas is introduced into the boiler 300 to generate high temperature and high pressure steam by the heat of the exhaust gas, and high temperature and high pressure steam is generated. Injected into the steam engine 400 to convert the pressure of the steam to rotational force. The exhaust gas of the internal combustion engine 100 primarily loses pressure in the decompression engine 200, and secondly loses heat in the boiler 300 and finally discharges to the outside.

후술하는 바와 같이, 본 발명의 다른 특징은 상기 감압 기관(200)에서 배기가스를 등차적으로 이용하여 회전력을 얻고, 스팀 기관(400) 및 냉매가스 기관(600)에서도 수증기 또는 냉매가스의 압력을 1차적으로 이용하여 회전력을 얻은 후, 수증기 또는 냉매가스의 잔여 압력을 다시 등차적으로 이용하여 회전력을 얻는 데 있다.As will be described later, another feature of the present invention is to obtain a rotational force by using the exhaust gas uniformly in the decompression engine 200, the steam engine 400 and the refrigerant gas engine 600 in the pressure of water vapor or refrigerant gas After using the primary force to obtain the rotational force, the residual pressure of the water vapor or the refrigerant gas is again equally used to obtain the rotational force.

뿐만 아니라, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 스팀 기관(400)에서 압력을 빼앗긴 수증기를 수증기 응축기(500)에 투입하여 잔여 열로 냉매를 가열하여 고압의 냉매가스를 생성하고 이 고압의 냉매가스를 냉매가스 기관에 투입하여, 그 압력을 회전력으로 전환할 수도 있다. 이 때, 수증기 응축기(500)에서 응축된 응축수는 펌프에 의하여 상기 보일러로 되돌아 간다. 또한, 상기 냉매가스 기관(600)에서 배출된 저압의 냉매가스는 냉매가스 응축기(600)에서 응축시켜 펌프로 상기 수증기 응축기(500)에 회귀시킨다. In addition, as shown in FIG. 1, the steam depressurized by the steam engine 400 is introduced into the steam condenser 500 to heat the refrigerant with residual heat to generate a high pressure refrigerant gas, and generate the high pressure refrigerant gas. It can also be put in a refrigerant gas engine, and the pressure can be converted into a rotating force. At this time, the condensed water condensed in the steam condenser 500 is returned to the boiler by a pump. In addition, the low pressure refrigerant gas discharged from the refrigerant gas engine 600 is condensed in the refrigerant gas condenser 600 and returned to the steam condenser 500 by a pump.

이러한 과정에서 상기 내연 기관(100)의 연소실은 내연 기관(100)에 폭발력을 제공하는 연료 연소실 기능을 수행할 뿐만 아니라, 외연 기관(200, 400, 600)에 필요한 열을 제공하는 연료 연소실의 기능도 수행하게 된다. 따라서, 내연 기관(100)에서 연료를 연소시킬 때 발생되는 폭발에너지(고압) 및 열에너지(고온)는직접 및 등차적으로 대부분 회전력으로 전환되어 발전기용 엔진의 연료 효율을 극대화할 수 있게 된다.In this process, the combustion chamber of the internal combustion engine 100 not only functions as a fuel combustion chamber providing an explosive force to the internal combustion engine 100 but also functions as a fuel combustion chamber providing heat required for the external combustion engine 200, 400, 600. Will also be performed. Therefore, the explosion energy (high pressure) and thermal energy (high temperature) generated when the fuel is combusted in the internal combustion engine 100 can be converted directly and equally to the most rotational force to maximize the fuel efficiency of the engine for the generator.

도 2a 내지 3k에 도시된 실시 예는 도 1에 도시된 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진을 더욱 구체화한 것이다. 도 2a에는 도 1에 도시된 본 발명을 구성하는 기관 중 특히 내연 기관(200), 감압 기관(200), 보일러(300), 스팀 기관(400) 및 수증기 응축기(500)만을 도시하고, 상기 수증기 응축기(500)에 더 연결될 수 있는 냉매가스 기관(600) 및 냉매가스 응축기(700)는 도 2b에 별도로 도시하였다. 또한, 냉매가스 기관(600) 및 냉매가스 응축기(700)의 동작원리는 보일러(300) 대신 수증기 응축기(500)에서 냉매가스가 기화되는 점을 제 외하고는 보일러(300)와 스팀 기관(400)의 동작원리와 동일하므로, 본 발명의 동작을 설명하는 도 3a 내지 도 3k에는 냉매가스 기관(600) 및 냉매가스 응축기(700)를 제외하고 도시하여 본 발명을 설명하였다. 또한, 도 2a 내지 도 3k에는 인접한 회전축들이 기어에 의하여 연결된 것으로 도시되었으나 이는 설명의 편의상 이렇게 도시한 것이며, 실제에 있어서는 인접한 각 기관의 피스톤이 동일한 크랭크 축에 커넥팅 로드에 의하여 연결된다.2A to 3K further illustrate a high-efficiency differential engine for a generator combining an internal combustion engine and an external combustion engine shown in FIG. 1. FIG. 2A shows only the internal combustion engine 200, the decompression engine 200, the boiler 300, the steam engine 400 and the steam condenser 500 among the engines constituting the present invention shown in FIG. 1. The refrigerant gas engine 600 and the refrigerant gas condenser 700, which may be further connected to the condenser 500, are shown separately in FIG. 2B. In addition, the operating principle of the refrigerant gas engine 600 and the refrigerant gas condenser 700 is a boiler 300 and a steam engine 400 except that the refrigerant gas is vaporized in the steam condenser 500 instead of the boiler 300. 3A to 3K illustrating the operation of the present invention except for the refrigerant gas engine 600 and the refrigerant gas condenser 700, the present invention has been described. In addition, although the adjacent rotating shafts are shown in FIG. 2A to 3K as connected by gears, this is illustrated for convenience of description, and in practice, pistons of adjacent engines are connected to the same crankshaft by connecting rods.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 또 다른 특징은 내연 기관의 구성에 있다. 즉, 본 발명에 따른 내연 기관(100)은 내연 기관(100)으로써 뿐만 아니라 외연 기관(200, 400, 600)의 연소실로 충실히 기능할 수 있는 구성을 가져야 한다. 이를 위하여 본 발명은 내연 기관(100)을 실린더(C2) 내에서 2행정마다 압축공기에 연료를 분사하여 그 연소 폭발력에 의해 피스톤을 팽창시키는 2행정사이클기관(C2, P2, V2, V3, 111)과, 상기 2행정사이클기관(C2, P2, V2, V3, 111)과 나란히 설치되고, 공기관(103)에 의하여 상기 2행정사이클기관의 흡기포트에 연결되어, 2행정마다 흡기관(101)을 통하여 외부공기를 실린더(C1) 내로 흡입한 후 피스톤(P1)으로 압축하여 상기 2행정사이클기관(C2, P2, V2, V3, 111)에 투입하는 공기압축기(C1, P1, V1, 109)로 구성한다. 이러한 구성에 의하여, 상기 2행정사이클기관(C2, P2, V2, V3, 111)은 1행정에서 배기와 공기의 흡입 및 압축이 순차적으로 이루어지고, 다른 1행정에서 연소팽창이 이루어진다. 상기 2행정사이클기관의 실린더(C2)는 내연 기관(100)의 연소폭발실 기능을 수행할 뿐만 아니라, 외연 기관(200, 400, 600)의 연소실 기능을 동시에 수행하기 때문에, 실린더(C2)에서의 열손실을 최소화하기 위해 연료의 연소폭발 후 연소가스가 실린더(C2)에 가능한 짧게 잔류하여야 한다. 이와 동시에, 내연기관((100)의 배기가 직접 대기(大氣)에 배출되지 않고 감압 기관에서 고압 상태로 이용되기 때문에 배기단계에서 배기가스가 2행정사이클기관의 실린더(C2)로 부터 완전하게 배출되게 하는 수단이 필요하다. 따라서, 본 발명은 배기, 공기의 흡입 및 압축이 1행정에서 이루어지게 하면서, 상기 공기압축기(C1, P1, V1, 109)에 의하여 배기 진행 도중에 공기가 압축되어 투입되는 2행정사이클기관(C2, P2, V2, V3, 111)을 채용한 것이다. 이러한 구조에 의하여, 2행정사이클기관(C2, P2, V2, V3, 111)의 배기단계가 끝날 무렵 공기압축기(C1, P1, V1, 109)로 부터 투입된 공기가 2행정사이클기관의 실린더(C2)로 부터 배출 중에 있는 배기가스를 강하게 밀어내어 실린더 내에 배기가스가 잔류함 없이 대부분 배출되게 한다. 2행정기관에서 배기가스 배출을 완전하게 하기 위하여 피스톤 상사점을 높게 설계하면, 공기의 압축비를 지나치게 높아지는 문제가 발생하고, 피스톤 상사점을 낮게 설계하면, 배기가스 배출이 잘 이루어지지 않는 문제가 있다. 상술한 구조에 의하면 2행정사이클기관(C2, P2, V2, V3, 111)의 피스톤 상사점을 지나친 압축이 일어날 정도로 높게 설계하지 않아도 연소가 일어나는 실린더(C2)로 부터의 배기가 완전하게 이루어진다. 상기 2행정사이클기관 실린더(C2) 내로의 공기 흡입 및 실린더(C2) 밖으로의 배기가스 배출은 흡입밸브(V2)와 배기밸브(V3)에 의하여 2행정사이클로 제어된다. 또한, 상기 공기압축기 실린더(C1) 내로의 공기흡입은 흡입밸브(V1)에 의해 2행정사이클로 제어되고, 공기압축기 실린더(C1)로 부터 상기 2행정사이클기관 실린더(C2)로의 공기 배출은 상기 2행정사이클기관 실린더(C2)의 흡입밸브(V2)만으로 제어된다.With reference to FIG. 2A, another feature of the present invention resides in the construction of an internal combustion engine. That is, the internal combustion engine 100 according to the present invention should have a configuration capable of functioning faithfully as a combustion chamber of the external combustion engines 200, 400, 600 as well as the internal combustion engine 100. To this end, the present invention is a two-stroke cycle engine (C2, P2, V2, V3, 111) for injecting fuel into the compressed air every two stroke in the internal combustion engine 100 in the cylinder (C2) to expand the piston by its combustion explosive force ) And the two-stroke cycle engines (C2, P2, V2, V3, 111) are installed side by side, connected to the intake port of the two-stroke cycle engine by an air pipe 103, intake pipe 101 every two strokes The air compressor (C1, P1, V1, 109) which sucks external air into the cylinder (C1), compresses the piston (P1), and injects it into the two-stroke cycle engines (C2, P2, V2, V3, 111). It consists of. By this configuration, the two-stroke cycle engines C2, P2, V2, V3, 111 are sequentially intake and compression of exhaust and air in one stroke, and combustion expansion in another stroke. The cylinder C2 of the two-stroke cycle engine not only performs the combustion explosion chamber function of the internal combustion engine 100, but also performs the combustion chamber function of the external combustion engines 200, 400, and 600 at the same time. In order to minimize the heat loss, the combustion gas should remain as short as possible in the cylinder (C2) after the combustion explosion of the fuel. At the same time, since the exhaust of the internal combustion engine 100 is not directly discharged to the atmosphere, but is used at a high pressure in the decompression engine, the exhaust gas is completely discharged from the cylinder C2 of the two-stroke cycle engine in the exhaust stage. Therefore, in the present invention, the air is compressed and introduced by the air compressors C1, P1, V1, and 109 during the process of exhausting while the exhaust, the suction and the compression of the air are made in one stroke. The two-stroke cycle engines C2, P2, V2, V3, and 111 are employed, and the air compressor C1 is near the end of the exhaust stage of the two-stroke cycle engines C2, P2, V2, V3, and 111. , The air introduced from P1, V1, 109) strongly pushes out the exhaust gas from the cylinder C2 of the 2-stroke cycle engine so that the exhaust gas is mostly discharged without remaining in the cylinder. Completely exhaust gas If the piston top dead center is designed to be high, the compression ratio of air is excessively high, and if the piston top dead center is designed to be low, exhaust gas is not easily discharged. The exhaust from the cylinder C2 where combustion takes place is completely achieved even if the design is not high enough to cause excessive compression above the piston top dead center of (C2, P2, V2, V3, 111). Intake of air into and discharge of the exhaust gas out of the cylinder C2 is controlled by a two-stroke cycle by the intake valve V2 and the exhaust valve V3. In addition, the intake of air into the air compressor cylinder C1 is performed by the intake valve. Is controlled by a two-stroke cycle by V1, and the air discharge from the air compressor cylinder C1 to the two-stroke cycle engine cylinder C2 is performed by the two-stroke cycle engine cylinder C2. Is controlled only by mouth, the valve (V2).

상기 2행정사이클기관(C2, P2, V2, V3, 111)에 인접하여 별도의 연료 연소없이 배기가스의 잔여 압력에 의하여 동작하는 감압 기관(200)이 연결되고, 상기 감압 기관의 흡입포트는 상기 2행정사이클기관의 배기포트와 배기가스관(107)으로 연결된다. 본 발명의 다른 특징은 상기 감압 기관(200)의 실린더(C3) 내경 및 피스톤(P3) 직경을 상기 2행정사이클기관(C2, P2, V2, V3, 111)의 실린더(C2) 및 피스톤(P2)의 내경 혹은 직경 보다 크게 한 데 있다. 이 것을 특히 본발명의 상세한 설명 및 청구항에서 "비교광구경(比較廣口徑)"이라고 표현하고 있다. 즉, 비교광구경이란 제1차기관으로 부터 압력이 남아 있는 가스를 투입 받는 제2차기관의 실린더 내경 및 피스톤 직경이 제1차기관의 실린더 내경 및 피스톤 직경 보다 큰 것을 의미한다. 감압 기관(200)의 비교광구경 실린더(C3)에는 별도의 흡입밸브(V4)가 마련되지 않고, 그 흡입은 상기 2행정사이클기관 실린더(C2)의 배기밸브(V3)에 의하여 제어된다. 상기 감압 기관 비교광구경 실린더(C3)의 배기는 배기포트에 마련된 배기밸브(V4)에 의하여 2행정사이클로 제어된다.Adjacent to the two-stroke cycle engine (C2, P2, V2, V3, 111) is connected to the decompression engine 200 which operates by the residual pressure of the exhaust gas without a separate fuel combustion, the suction port of the decompression engine is It is connected to the exhaust port of the two-stroke cycle engine and the exhaust gas pipe 107. Another characteristic of the present invention is the cylinder C3 inner diameter of the decompression engine 200 and the diameter of the piston P3, the cylinder C2 and the piston P2 of the two-stroke cycle engines C2, P2, V2, V3, 111. ) Is larger than the inner diameter or diameter of This is particularly expressed in the description and claims of the present invention as "comparative light diameter". That is, the comparison light diameter means that the cylinder inner diameter and the piston diameter of the secondary engine receiving the gas remaining in pressure from the primary engine are larger than the cylinder inner diameter and the piston diameter of the primary engine. A comparative inlet diameter cylinder C3 of the decompression engine 200 is not provided with a separate intake valve V4, and the intake is controlled by the exhaust valve V3 of the two-stroke cycle engine cylinder C2. The exhaust of the decompression engine comparative light diameter cylinder C3 is controlled in a two-stroke cycle by an exhaust valve V4 provided in the exhaust port.

상기 감압 기관(200)에는, 감압 기관(200)의 배기가스를 투입받아 물을 가열하여 고온고압의 수증기를 생성하는 보일러(300)가 연결된다. 상기 감압 기관(200)에서 토출된 배기가스는 배기가스관(301)을 통해 보일러(300)에 투입된 뒤, 보일 러(300)의 보일러관(305)사이를 통과하면서 보일러관(305) 내부를 통과하는 물을 가열하여 고온고압의 수증기로 만들고, 열을 빼앗긴 배기가스는 배기관(307)을 통하여 외부로 배출된다. 상기 감압 기관(200)은 내연 기관(100)의 배기가스에 잔류하는 팽창력을 소진시켜, 배기가스를 저압 고온 상태로 만든 후 상기 보일러(300)에 투입하게 된다.The decompression engine 200 is connected to a boiler 300 that receives the exhaust gas of the decompression engine 200 and heats water to generate steam of high temperature and high pressure. The exhaust gas discharged from the decompression engine 200 is introduced into the boiler 300 through the exhaust gas pipe 301, and then passes through the boiler tube 305 while passing between the boiler tubes 305 of the boiler 300. The water to be heated is made into steam of high temperature and high pressure, and the exhaust gas deprived of heat is discharged to the outside through the exhaust pipe 307. The decompression engine 200 exhausts the expansion force remaining in the exhaust gas of the internal combustion engine 100 to make the exhaust gas in a low pressure high temperature state and then inputs the boiler 300.

상기 보일러(305)에는 상기 보일러(300)로 부터 수증기를 투입받아 수증기의 압력에 의하여 피스톤이 팽창하는 스팀 기관(400)이 연결된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 스팀 기관(400)은 2행정마다 흡입밸브(V5)를 열어 상기 보일러(300)에서 실린더(C4)로 투입되는 수증기에 의해 피스톤(P4)을 팽창시키는 제1차스팀 기관(C4, P4, V5, 409)과, 상기 제1차스팀 기관(C4, P4, V5, 409)으로 부터 배출되어 비교광구경 실린더(C5)에 투입된 수증기에 의해 비교광구경 피스톤(P5)을 팽창시키는 제2차스팀 기관(C5, P5, V6, V7)으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 제1차스팀 기관의 실린더(C4)에는 별도의 배기밸브를 마련하지 않으며, 제1차스팀 기관의 실린더(C4)로 부터 제2차스팀 기관의 비교광구경 실린더(C5)로의 수증기 배출은 제2차스팀 기관의 흡입밸브(V6)에 의하여 제어한다. 상기 제2차스팀 기관의 비교광구경 실린더(C5)에는 수증기 배출 제어를 위한 배기밸브(V7)가 더 마련된다.The boiler 305 receives steam from the boiler 300 and is connected to a steam engine 400 in which the piston expands by the pressure of the steam. As shown in FIG. 2A, the steam engine 400 opens the suction valve V5 every two strokes to expand the piston P4 by water vapor introduced into the cylinder C4 from the boiler 300. Comparative light diameter piston (C4, P4, V5, 409) and the discharge from the first steam engine (C4, P4, V5, 409) by the water vapor introduced into the comparative light diameter cylinder (C5) It is preferably composed of second secondary steam engines C5, P5, V6, V7 which expand P5). In the cylinder C4 of the first steam engine, a separate exhaust valve is not provided, and the water vapor discharge from the cylinder C4 of the first steam engine to the comparative wide-diameter cylinder C5 of the second steam engine is It is controlled by the intake valve V6 of the second car steam engine. The comparative wide diameter cylinder C5 of the second secondary steam engine is further provided with an exhaust valve V7 for controlling steam discharge.

상기 스팀 기관(400)에는 스팀 기관(400)의 수증기를 회수하여 냉매에 의해 응축한 후 상기 보일러에 회귀시키는 수증기 응축기(500)가 연결된다. 상기 수증기 응축기(500)는 냉매액이 충전되는 응축탱크(501)와 상기 냉매액에 잠기어 수증기를 통과시키면서 응축되게 하는 응축관(503)으로 구성된다. 상기 응축관(503)은 응축수배관(505, 509)에 의하여 상기 보일러관(305)에 연결되고 응축수배관(505, 509)에는 응축수 순환을 위한 펌프(507)가 마련된다.The steam engine 400 is connected to a steam condenser 500 which recovers water vapor of the steam engine 400, condenses it with a refrigerant, and then returns to the boiler. The steam condenser 500 includes a condensation tank 501 filled with refrigerant liquid and a condensation tube 503 which is immersed in the refrigerant liquid and condensed while passing water vapor. The condensation pipe 503 is connected to the boiler pipe 305 by the condensate pipes 505 and 509, and the pump 507 for condensate circulation is provided in the condensate pipes 505 and 509.

도 2b의 A지점은 도 2a의 A지점에 연결되고, 도 2b의 B지점은 도 2a의 B지점에 연결된다. 도 2b를 참조하면, 상기 수증기 응축기(500)의 냉매로 프로판, 알코올 등 물보다 끓는점이 낮은 액체를 사용하고, 상기 수증기 응축기(500)에는, 상기 수증기 응축기(500)에서 응축잠열을 흡수하여 기화 생성된 냉매가스를 투입받고 그 압력에 의하여 피스톤(P6)이 팽창하는 냉매가스 기관(600)을 더 연결할 수 있다. 프로판액 냉매를 밀폐된 공간에서 100℃로 가열할 경우 짧은 시간 이내에 20기압 내외의 압력을 가진 프로판가스를 얻을 수 있음을 실험적으로 확인하였다. 냉매가스 기관(600)은 이 압력을 이용하여 회전력을 얻는 것이다.Point A in FIG. 2B is connected to point A in FIG. 2A, and point B in FIG. 2B is connected to point B in FIG. 2A. Referring to FIG. 2B, a liquid having a lower boiling point than water, such as propane or alcohol, is used as the refrigerant of the steam condenser 500, and the steam condenser 500 absorbs latent heat of condensation from the steam condenser 500 and vaporizes it. A refrigerant gas engine 600 in which the generated refrigerant gas is received and the piston P6 expands by the pressure may be further connected. It was experimentally confirmed that when the propane liquid refrigerant was heated to 100 ° C. in a closed space, a propane gas having a pressure of about 20 atm could be obtained within a short time. The refrigerant gas engine 600 uses this pressure to obtain rotational force.

상기 냉매가스 기관(600)은 2행정마다 흡입밸브를 열어 상기 수증기 응축기의 응축탱크에서 실린더로 투입되는 냉매가스에 의해 피스톤을 팽창시키는 제1차냉매가스 기관(C6, P6, V8, 609)과, 상기 제1차냉매가스 기관(C6, P6, V8, 609)으로 부터 배출되어 실린더에 투입된 냉매가스에 의해 비교광구경 피스톤을 팽창시키는 제2차냉매가스 기관(C7, P7, V9, V10, 611)으로 구성될 수 있다. 냉매가스 기관(600)의 다른 구성 및 동작은 상기 스팀 기관(500)와 같다.The refrigerant gas engine 600 opens the suction valve every two strokes, and the primary refrigerant gas engines C6, P6, V8, and 609 expand the piston by refrigerant gas introduced into the cylinder from the condensation tank of the steam condenser. Second secondary refrigerant gas engines C7, P7, V9, V10, which are discharged from the primary refrigerant gas engines C6, P6, V8 and 609 and expand the comparative wide-diameter piston by the refrigerant gas introduced into the cylinder. 611). Other configurations and operations of the refrigerant gas engine 600 are the same as those of the steam engine 500.

상기 냉매가스 기관(600)에는 냉매가스 기관(600)의 수증기를 회수하여 냉각수에 의해 응축한 후 상기 수증기 응축기(500)의 응축탱크(501)로 회귀시키는 냉매가스 응축기(700)가 연결된다. 상기 냉매가스 응축기(700)는 냉각수가 충전되는 응축탱크(701)와 상기 냉각수에 잠기어 냉매가스를 통과시키면서 응축되게 하는 응축관(703)으로 구성된다. 상기 응축관(703)은 응축냉매배관(705, 709)에 의하여 상기 수증기 응축기(500)의 응축탱크(501)에 연결되고 응축냉매배관(705, 709)에는 응축냉매 순환을 위한 펌프(707)가 마련된다.The refrigerant gas engine 600 is connected to a refrigerant gas condenser 700 which recovers water vapor of the refrigerant gas engine 600, condenses it with cooling water, and then returns to the condensation tank 501 of the steam condenser 500. The refrigerant gas condenser 700 includes a condensation tank 701 filled with cooling water and a condensation tube 703 which is immersed in the cooling water and condensed while passing the refrigerant gas. The condensation pipe 703 is connected to the condensation tank 501 of the steam condenser 500 by the condensation refrigerant pipe (705, 709) and the pump 707 for condensation refrigerant circulation in the condensation refrigerant pipe (705, 709) Is prepared.

본 발명은 내연 기관(100)의 실린더(C2)에서 연료 연소시 발생하는 열을 스팀 기관(400) 및 냉매가스 기관(600)에서 회전력으로 전환하므로, 내연 기관(100)의 실린더(C2)로 부터 냉매가스 기관(600)에 이르기 까지 배기가스나 수증기 또는 냉매가스가 체류하거나 이동하는 경로에는 열이 외부로 유출되지 않도록 단열재(113, 115, 203, 205, 303, 403, 603)가 코팅될 필요가 있다. 따라서, 상기 2행정사이클기관(C2, P2, V2, V3, 111), 감압 기관(200), 보일러(300), 스팀 기관(400) 또는 냉매가스 기관(600)의 실린더(C1 ~ C7) 내벽, 피스톤(P1 ~ P7) 외벽, 배기가스관(107, 301)의 내벽, 수증기관(401, 409)의 내벽 또는 냉매가스관(601, 605, 607)의 내벽은 단열재(113, 115, 203, 205, 303, 403, 603)를 부착하여 연소가스, 배기가스, 수증기 또는 냉매가스가 상기 각 기관의 전행정 구간에서 항상 단열재와 접촉하게 한다. The present invention converts the heat generated during the combustion of fuel in the cylinder (C2) of the internal combustion engine 100 to the rotational force in the steam engine 400 and the refrigerant gas engine (600), so as to the cylinder (C2) of the internal combustion engine (100) To the refrigerant gas engine 600, the insulation material 113, 115, 203, 205, 303, 403, 603 may be coated so that heat does not leak to the outside where the exhaust gas, steam, or refrigerant gas stays or moves. There is a need. Accordingly, the inner walls of the cylinders C1 to C7 of the two-stroke cycle engines C2, P2, V2, V3, 111, the pressure reduction engine 200, the boiler 300, the steam engine 400 or the refrigerant gas engine 600. The outer wall of the pistons P1 to P7, the inner wall of the exhaust gas pipes 107 and 301, the inner wall of the steam pipes 401 and 409, or the inner wall of the refrigerant gas pipes 601, 605 and 607 are heat insulating materials 113, 115, 203 and 205. , 303, 403, 603 are attached so that combustion gas, exhaust gas, water vapor or refrigerant gas is always in contact with the heat insulating material in the entire stroke of each engine.

이하, 도 3a 내지 도 3k를 참조하여 본 발명에 따른 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진의 동작을 설명한다.3A to 3K, the operation of the high efficiency differential engine for a generator combining an internal combustion engine and an external combustion engine according to the present invention will be described.

3a는 내연 기관(100)의 공기압축기의 흡입밸브(V1)가 열리고, 피스톤(P1)이 상사점에서 하사점으로 이동하면서 외부공기를 실린더(C1) 내에 흡입하는 단계를 나타낸다. 도 3b는 공기압축기의 흡입밸브(V1)가 닫히고 공기압축기의 피스톤(P1)이 하사점을 지나 상사점을 향해 상승하면서 공기를 압축하여 2행정사이클기관의 실린더(C2)에 투입하는 단계이다. 이 때, 2행정사이클기관의 흡입밸브(V2)는 열리고, 배기밸브(V3)는 열렸다 닫히는 중이다. 또한, 2행정사이클기관의 피스톤(P2)은 상승하면서, 배기가스를 배출시키고, 배기밸브(V3)가 닫힌 직후 부터 흡입공기를 압축한다. 도 3c는 2행정사이클기관의 흡입밸브(V2)와 배기밸브(V3)가 모두 닫힌 상태에서 공기를 압축하는 단계를 보여 준다. 이 때 압축공기는 연소 팽창에 필요한 압축비까지 압축된다. 도 3d는 압축된 공기에 연료분사기(105)로 연료를 분사하는 단계이다. 도 2a 내지 도 3k에서 내연 기관으로 디젤기관을 도시하고 있는 것은 본원 발명의 실시에 디젤기관이 적합하기 때문이다. 도 3e는 2행정사이클기관의 팽창단계를 나타낸다. 이 처럼 본 발명에 따른 엔진에서는 1개의 기관에서만 연료를 연소시킨다. 도 3f는 2행정사이클기관의 피스톤(P2)이 하사점을 지나 상승할 때 우선 배기밸브(V3)를 열어 배기가스를 감압 기관(200)으로 배출하는 단계를 나타낸다. 상기 배기밸브(V3)가 열리자 마자 배기가스는 고온고압상태에서 감압 기관(200)의 비교광구경 실린더(C3)에 투입되어 감압 기관(200)의 비교광구경 피스톤(P3)을 하방으로 밀게 된다. 이 것은 배기밸브(V3)가 열릴 경우 2행정사이클기관의 실린더(C2) 내부 압력과 감압 기관의 비교광구경 실린더의 내부압력이 동일해 지면서, 배기가스 압력이 2행정사이클기관의 피스톤(P2) 보다 더 지름이 큰(배기가스 접촉면적이 넓은) 감압 기관의 피스톤(비교광구경 피스톤)에 더 크게 작용하기 때문이다. 이 것은 평등한 압력의 유체가 접촉단면적이 다른 가동물에 작용할 경우 큰 방향으로 운동에너지가 이동하는 원리를 이용한 것이다. 이를 위해, 2행정사이클기관의 피스톤(P2)이 하사점에 있을 때 상기 감압 기관(200)의 비교광구경 피스톤(P3)은 상사점에 있어야 한다. 또한, 이 단계에서 감압 기관(200)의 배기밸브(V4)는 닫혀있다. 도 3g는 2행정사이클기관의 배기밸브(V3)가 닫히고, 감압 기관(200)의 비교광구경 피스톤(P3)이 거의 하사점까지 이동하여 배기가스가 갖는 폭발에너지 혹은 운동에너지를 대부분 회전력으로 전환한 것을 보여준다. 도 3h는 감압 기관(200)의 배기밸브(V4)가 열리고, 감압 기관(200)의 비교광구경 피스톤(P3)이 하사점을 지나 상사점을 향하면서, 고온 저압의 배기가스가 보일러(300)에 투입되는 것을 보여 준다. 보일러(300)에서는 배기가스의 열에 의하여 물을 가열하여 고온고압을 수증기를 생성하고, 제1차스팀 기관의 흡입밸브(V5)가 열리면 수증기는 제1차스팀 기관의 실린더(C4)에 투입되어 피스톤(P4)을 팽창시킨다. 이 때, 제2차스팀 기관의 흡입밸브(V6)는 닫혀 있다. 도 3i는 제1차스팀 기관의 피스톤(P4)이 하사점까지 이동한 상태를 보여준다. 이 때 제1차스팀 기관의 흡입밸브(V5)는 닫힌다. 도 3j는 제2차스팀 기관의 흡입밸브(V6)가 열리고, 배기밸브(V7)가 닫힌 상태에서, 제1차스팀 기관의 피스톤(P4)이 상승하면서 수증기를 제2차스팀 기관의 비교광구경 실린더(C5)에 투입하는 단계이다. 수증기가 갖는 팽창에너지 또는 운동에너지는 이 단계에서 거의 대부분 회전력으로 전환되고, 수증기에는 열만 남게 된다. 도 3k는 제2차스팀 기관의 배기밸브(V7)가 열리고, 수증기가 수증기 응축기(500)로 배출되는 단계를 보여준다. 이 때 수증기에 남아 있던 열은 수증기 응축기(500)에서 냉매를 가열하여 증발시키고 증발된 냉매가스는 다시 냉매가스엔진에 투입되어 회전력을 발생시킨다.3a illustrates a step in which the suction valve V1 of the air compressor of the internal combustion engine 100 is opened and the outside air is sucked into the cylinder C1 while the piston P1 moves from the top dead center to the bottom dead center. 3B is a step in which the air inlet valve V1 of the air compressor is closed and the piston P1 of the air compressor rises toward the top dead center after passing through the bottom dead center to compress air and inject it into the cylinder C2 of the two-stroke cycle engine. At this time, the intake valve V2 of the two-stroke cycle engine is opened, and the exhaust valve V3 is opened and closed. Further, the piston P2 of the two-stroke cycle engine rises to discharge the exhaust gas, and compresses the intake air immediately after the exhaust valve V3 is closed. 3C shows the step of compressing air in a state where both the intake valve V2 and the exhaust valve V3 of the two-stroke cycle engine are closed. At this time, the compressed air is compressed to the compression ratio required for combustion expansion. 3D is a step of injecting fuel into the fuel injector 105 to the compressed air. The diesel engine is shown as an internal combustion engine in FIGS. 2A-3K because the diesel engine is suitable for the practice of the present invention. Figure 3e shows the expansion stage of a two-stroke cycle engine. In this way, the engine according to the present invention burns fuel in only one engine. 3F illustrates a step of first opening the exhaust valve V3 and discharging the exhaust gas to the decompression engine 200 when the piston P2 of the two-stroke cycle engine rises past the bottom dead center. As soon as the exhaust valve V3 is opened, the exhaust gas is introduced into the comparative light diameter cylinder C3 of the decompression engine 200 at a high temperature and high pressure to push the comparative light diameter piston P3 of the decompression engine 200 downward. . This means that when the exhaust valve V3 is opened, the internal pressure of the cylinder C2 of the two-stroke cycle engine is equal to the internal pressure of the comparative wide-diameter cylinder of the decompression engine, and the exhaust gas pressure is equal to the piston P2 of the two-stroke cycle engine. This is because it acts more on the piston (comparison diameter piston) of the pressure reducing engine having a larger diameter (wide exhaust gas contact area). This uses the principle that the kinetic energy moves in a large direction when the fluid of equal pressure acts on the animal with different contact area. To this end, when the piston P2 of the two-stroke cycle engine is at the bottom dead center, the comparative light diameter piston P3 of the decompression engine 200 should be at the top dead center. In addition, the exhaust valve V4 of the pressure reduction engine 200 is closed at this stage. 3G shows that the exhaust valve V3 of the two-stroke cycle engine is closed, and the comparative light-diameter piston P3 of the decompression engine 200 moves to almost bottom dead center to convert most of the explosion energy or kinetic energy of the exhaust gas into rotational force. Show what you did. 3H shows that the exhaust valve V4 of the decompression engine 200 opens, and the comparative light-diameter piston P3 of the decompression engine 200 passes through the bottom dead center and moves toward the top dead center. ) To show input. In the boiler 300, the water is heated by the heat of the exhaust gas to generate high temperature and high pressure steam. When the intake valve V5 of the first steam engine is opened, the steam is injected into the cylinder C4 of the first steam engine. Inflate the piston P4. At this time, the intake valve V6 of the second secondary steam engine is closed. 3I shows a state in which the piston P4 of the first car steam engine moves to the bottom dead center. At this time, the intake valve V5 of the first steam engine is closed. FIG. 3J shows the comparison light of the second car steam engine while the inlet valve V6 of the second car steam engine is opened and the exhaust valve V7 is closed, while the piston P4 of the first car steam engine is raised. It is a step of putting into the bore cylinder (C5). The expansion energy or kinetic energy of water vapor is almost converted to rotational force at this stage, and only heat remains in the water vapor. FIG. 3K shows the stage in which the exhaust valve V7 of the second steam engine is opened and the steam is discharged to the steam condenser 500. At this time, the heat remaining in the steam is evaporated by heating the refrigerant in the steam condenser 500, and the evaporated refrigerant gas is added to the refrigerant gas engine to generate a rotational force.

내연 기관(100)에서 연료가 연소할 때는 가스압과 열이 발생하는 데, 가스압은 내연 기관(100) 및 감압 기관(200)을 거치면서 손실 없이 대부분 회전력으로 전환되고, 감압 기관(200)에서는 고온 상기압의 배기가스만 배출된다. 감압 기관(200)에서 배출된 배기가스의 열은 다음 단계인 보일러(300), 스팀 기관(400), 수증기 응축기(500) 및 냉매가스 기관(600)을 거치면서 다시 대부분 회전력으로 전환된다. 이 과정에서 단열재(113, 115, 203, 205, 303, 403, 407)는 내연 기관(100)에서 발생된 열의 외부 유출을 차단한다. 따라서, 내연 기관(100)에서 연료가 연소될 때 발생되는 가스압과 열은 대부분 회전력으로 전환되는 것이다.When the fuel is combusted in the internal combustion engine 100, gas pressure and heat are generated, and the gas pressure is converted into the most rotational force without loss while passing through the internal combustion engine 100 and the decompression engine 200, and in the decompression engine 200, the high temperature. Only exhaust gas of this pressure is discharged. The heat of the exhaust gas discharged from the depressurization engine 200 is converted back to most of the rotational force while passing through the next boiler 300, the steam engine 400, the steam condenser 500, and the refrigerant gas engine 600. In this process, the insulation (113, 115, 203, 205, 303, 403, 407) blocks the external outflow of heat generated in the internal combustion engine (100). Therefore, the gas pressure and heat generated when the fuel is burned in the internal combustion engine 100 are mostly converted into rotational force.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 용적형 내연 기관의 실린더를 폭발공간으로 뿐만 아니라 외연 기관의 연소실로 기능하게 하여, 연료 연소시 발생하는 폭발압력 및 열에너지의 외부 손실이 매우 작아지므로, 연료 연소시 발생하는 폭발압력 및 열에너지의 대부분을 엔진 내부에서 동력을 발생시키는 데 활용할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention having the above-described configuration, the cylinder of the volumetric internal combustion engine functions not only as an explosion space but also as a combustion chamber of an external combustion engine, so that external loss of explosion pressure and thermal energy generated during fuel combustion becomes very small, and thus fuel combustion. Most of the explosion pressure and thermal energy generated in the engine can be utilized to generate power inside the engine.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 이용하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 발명과 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 해석되어야 한다.As described above, the present invention has been described using the embodiments shown in the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto, and the present invention is to be substantially equivalent to the invention described in the claims of the present invention. It should be interpreted as having a scope of rights.

Claims

공기압축기 및 상기 공기압축기에서 압축된 공기를 투입받고 압축공기에 연료를 분사하여 연소폭발시키는 2행정사이클 기관으로 이루어진 내연 기관;An internal combustion engine comprising an air compressor and a two-stroke cycle engine that receives the compressed air from the air compressor and injects fuel into the compressed air to explode the combustion;

상기 내연 기관의 배출가스를 투입받아 내연 기관의 배기가스에 남아 있는 잔여 압력에 의하여 비교광구경 피스톤이 등차적으로 팽창하는 감압 기관;A decompression engine in which the comparative wide-diameter piston is expanded uniformly by the residual pressure remaining in the exhaust gas of the internal combustion engine by receiving the exhaust gas of the internal combustion engine;

상기 감압 기관의 배기가스를 투입받아 배기가스의 열에 의하여 물을 가열하여 수증기화하는 보일러;A boiler for inputting the exhaust gas of the decompression engine to steam water by heating the exhaust gas;

상기 보일러로 부터 수증기를 투입받아 수증기의 압력에 의하여 피스톤이 팽창하는 스팀 기관; 및 A steam engine that receives steam from the boiler and expands the piston by the pressure of the steam; And

상기 스팀 기관의 수증기를 회수하여 냉매에 의해 응축한 후 상기 보일러에 회귀시키는 수증기 응축기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진.A high-efficiency differential engine for a generator combining an internal combustion engine and an external combustion engine, comprising: a steam condenser that recovers water vapor of the steam engine, condenses it with a refrigerant, and then returns to the boiler.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 수증기 응축기의 냉매로 물보다 끓는점이 낮은 액체를 사용하고, 상기 수증기 응축기에는, 상기 수증기 응축기에서 응축잠열을 흡수하여 기화 생성된 냉매가스를 투입받고 그 압력에 의하여 피스톤이 팽창하는 냉매가스 기관을 더 연결한 것을 특징으로 하는 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔 진.As a refrigerant of the steam condenser, a liquid having a lower boiling point than water is used, and the refrigerant condenser receives a refrigerant gas vaporized by absorbing latent heat of condensation in the steam condenser, and a refrigerant gas engine in which the piston expands by the pressure. High efficiency differential engine for generators combining an internal combustion engine and an external combustion engine, characterized in that the connection further.

제 1 항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2,

상기 내연 기관은 실린더 내에서 2행정마다 압축공기에 연료를 분사하여 그 연소 폭발력에 의해 피스톤을 팽창시키는 2행정사이클기관과, 2행정마다 흡기관을 통하여 외부공기를 실린더 내로 흡입한 후 피스톤으로 압축하여 상기 2행정사이클기관에 투입하는 공기압축기로 구성됨을 특징으로 하는 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진. The internal combustion engine is a two-stroke cycle engine that injects fuel to the compressed air every two strokes in the cylinder and expands the piston by its combustion explosive force, and sucks the external air into the cylinder through the intake pipe every two strokes, and then compresses the piston. A high-efficiency differential engine for a generator combining an internal combustion engine and an external combustion engine, characterized in that the air compressor is introduced into the two-stroke cycle engine.

제 1 항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2,

상기 스팀 기관은 2행정마다 흡입밸브를 열어 상기 보일러에서 실린더로 투입되는 수증기에 의해 피스톤을 팽창시키는 제1차스팀 기관과, 상기 제1차스팀 기관으로 부터 배출되어 실린더에 투입된 수증기에 의해 비교광구경 피스톤을 등차적으로 팽창시키는 제2차스팀 기관으로 구성됨을 특징으로 하는 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진.The steam engine opens a suction valve every two strokes, and compares the first and second steam engines to expand the pistons by steam introduced into the cylinder from the boiler, and the steam discharged from the first steam engine and injected into the cylinder. A high-efficiency differential engine for a generator combining an internal combustion engine and an external combustion engine, characterized in that it consists of a second secondary steam engine that expands the caliber piston isometrically.

제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2,

냉매가스 기관은 2행정마다 흡입밸브를 열어 상기 수증기 응축기의 응축탱크에서 실린더로 투입되는 냉매가스에 의해 피스톤을 팽창시키는 제1차냉매가스 기관과, 상기 제1차냉매가스 기관으로 부터 배출되어 실린더에 투입된 냉매가스에 의해 비교광구경 피스톤을 등차적으로 팽창시키는 제2차냉매가스 기관으로 구성됨을 특징으로 하는 내연 기관과 외연 기관을 결합한 발전기용 고효율 등차 엔진.The refrigerant gas engine opens a suction valve every two strokes and expands the piston by the refrigerant gas introduced into the cylinder from the condensation tank of the steam condenser, and the cylinder is discharged from the primary refrigerant gas engine. A high efficiency differential engine for a generator combining an internal combustion engine and an external combustion engine, characterized in that the secondary refrigerant gas engine is configured to expand the comparative wide-diameter piston isotropically by the refrigerant gas injected into the engine.