KR102312150B1 - 작동유체를 이용한 동력 발생 장치 - Google Patents

Abstract

기체 또는 액체의 압력으로 동력을 발생시킬 수 있는 동력 발생 장치가 개시된다.
본 발명의 작동유체를 이용한 동력 발생 장치는 기체 또는 액체로부터 어느 하나가 선택되는 작동유체로 구동하는 복수의 실린더가 피스톤 로드의 전후진 방향을 달리하도록 배치되고, 기체, 또는 유체로 되는 작동유체의 압력이 각각의 실린더에 동시에 입력되어 실린더의 각 피스톤이 왕복 운동하면, 2개의 피스톤 로드 단말에 고정된 랙이 하나의 랙기어에 맞물린 상태에서 왕복운동하며 서로 다른 방향으로 회전시키고, 서로 다른 방향으로 회전하는 회전운동은 원 웨이 클러치(one way clutch)에 의해 같은 방향의 회전운동으로 변환되어 부하에 동력을 제공하는 구동축(30)을 구동시킬 수 있게 된다.

Description

작동유체를 이용한 동력 발생 장치{Power generating device using working fluid}

본 발명은 기체 또는 액체의 압력으로 동력을 발생시킬 수 있는 동력 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 복수의 실린더가 피스톤 로드의 전후진 방향을 달리하도록 배치되고, 기체, 또는 유체로 되는 작동유체의 압력이 각각의 실린더에 동시에 입력되어 실린더의 각 피스톤이 왕복 운동하면, 2개의 피스톤 로드 단말에 고정된 랙이 하나의 랙기어에 맞물린 상태에서 왕복운동하며 서로 다른 방향으로 회전시키고, 서로 다른 방향으로 회전하는 회전운동은 원 웨이 클러치(one way clutch)에 의해 같은 방향의 회전운동으로 변환되어 구동축을 회전시킬 수 있게 되는 동력을 발생하는 작동유체를 이용한 동력 발생 장치에 관한 것이다.

일반적으로 증기기관은 보일러에서 실린더에 고압의 증기를 공급하여 증기의 팽창과 응축을 이용하여 피스톤을 왕복 운동시킴으로써 동력을 얻는 기관이고, 내연기관은 실린더에 연료를 넣고 연소 폭발시켜서 생긴 가스의 팽창력으로 피스톤을 움직이게 하는 원동기를 통틀어 말한다.

증기기관 및 내연기관은 크랭크 축·크랭크 암·크랭크 핀으로 구성되어 회전중심에서 중심이 어긋나게한 축에 다른 링크를 부착하고 그 일단을 직선운동을 하도록 구속하여 왕복운동을 회전운동으로 변환하는 크랭크 기구(crank mechanism)에 의해 구동축을 회전시키며, 크랭크샤프트의 트랜스미션(Transmission) 측에 장착되어 관성력에 의해 크랭크샤프트의 회전력을 유지하여 불균형을 감소시키는 플라이휠을 포함하여 구성된다.

이러한 증기기관 및 내연기관은 크랭크 기구에 의해 장치의 구성이 복잡해지고, 플라이휠에 의해 장치의 증량이 증가하여 크랭크 기구에서 피스톤의 진행방향을 역전할 때 에너지 손실이 발생하게 된다. 이러한 에너지 손실은 내연기관에서 연소에 의해 발생하는 폭발력의 30%에 해당하기 때문에 직선운동을 효율적으로 회전운동으로 변환할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 실린더로부터 배출되는 배기를 대기 중에 방출하면 배기 손실이 많고, 구동축의 맥동에 의해 소음과 진동이 발생하며, 게다가, 플라이휠에 의해 장치의 중량이 증가하고, 열호율이 덜어지는 문제도 있다.

더욱이 내연기관에 사용되는 연료는 부존자원인 석유에너지의 고갈이라는 한계와 엔진의 폭발열이 대기의 온도를 상승시키는 환경오염의 주범이 되고 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 동력 발생 장치는 미국특허 제7765803호에 개시되었다.

이 장치는 일정한 간격을 두고 교차되는 방향으로 4개의 작동유체로를 구비하는 원주형의 밸브가 구비되고, 상기 밸브의 각 작동유체로는 나란하게 배치되는 4개의 실린더 헤드와 연결되며, 상기 4개의 실린더는 2개가 한 쌍을 이루며, 하단부가 연통부로 연결되어 실린더간 작동유체의 이동이 가능하게 되면서, 각 실린더는 피스톤에 연동하여 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 랙기어로 동력을 전달할 수 있게 되고, 상기 랙기어는 쌍방향 회전을 일방향 회전으로 변환할 수 있게 되는 구동축이 부하에 동력을 전달할 수 있게 되어 있고, 상기 구동축에 연동하여 상기 밸브를 일방향으로 연속적으로 회전시킬 수 있는 동력 전달기구가 더 구비되는 것이다.

이러한 장치는 2개의 실린더 후단이 연결 파이프에 의해 연결되는 4개의 실린더로 구성되어 작동유체의 이동이 가능하게 되고, 2개의 실린더에 고압의 작동유체를 번갈아 공급하여 피스톤이 왕복 운동하면, 이에 연동하여 2개의 랙이 번갈아 왕복 운동하고, 이 4개의 랙에 각각 맞물리는 랙기어가 서로 다른 방향으로 회전한다. 그리고 서로 다른 방향의 회전 운동은 원 웨이 클러치(one way clutch)에 의해 같은 방향의 회전운동으로 전환되어 구동축에 전달되는 것으로, 그 이전의 장치에서 밸브의 회전을 멈추거나, 회전방향을 전환하는 경우에 비하여 피스톤의 직선운동을 구동축의 회전운동으로 변환할 때의 관성에너지 손실을 감소시켜서 엔진의 효율을 높일 수 있다.

이 장치는 밸브가 실린더 헤드에서 작동유체를 직접 공급하게 되므로 장치의 공간이 감소될 수 있다. 그러나, 밸브와 실린더의 배치설계가 자유롭지 못한 문제점이 있다.

또한, 2개의 실린더 후단이 서로 연결되어 작동유체가 2개의 실린더 사이를 이동하게 되므로, 하나의 밸브에 2개의 배출포트와 회수포트가 구비될 경우 결과적으로 4개의 실린더를 필요로 하여 장치의 중량이 증가하고, 작동유체가 양쪽의 실린더에 번갈아 가며 입력되고, 양쪽의 실린더는 일단이 연통부로 연결되어 피스톤 사이에서 작동유체가 이동하게 됨에 따라, 피스톤 사이에서 작동유체가 압축되면서 압력손실이 발생됨으로써 동력 발생 효율이 저하되는 문제점이 있는 것이다.

JP 3886992 B2 (2018. 12. 01.) US 7765803 B2 (2010. 08. 03.)

본 발명은 기체 또는 액체의 압력으로 동력을 발생시킬 수 있는 동력 발생 장치를 제공하기 위한 것이다.

종래 더블 실린더형 엔진에서 에너지 손실이 발생하였던 구조적 문제점을 해결하기 위하여, 석유에너지의 사용을 배제하고, 기체와 액체로부터 선택되는 동력원을 이용하여 크랭크 기구가 없이 회전 동력을 발생시킬 수 있으며, 피스톤의 직선운동이 구동축의 회전운동으로 변환될 때 에너지 손실이 감소될 수 있는 동력 발생 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 2개의 실린더 후단이 서로 연결되어 작동유체가 2개의 실린더 사이를 이동하게 되는 방식을 지양하고, 양쪽 실린더에 작동유체가 작동방향을 달리하며 동시에 직접 공급되게 되어 하나의 밸브에 2개의 배출포트와 회수포트가 구비될 경우 2개의 실린더만으로 동력 발생이 가능하게 되어 장치의 중량을 감소시키면서 엔진 효율을 향상시킬 수 있는 동력 발생 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 밸브와 실린더를 공급라인으로 연결하여 작동유체를 공급 및 회수할 수 있게 하여 밸브와 실린더 사이의 배치설계를 자유롭게 할 수 있는 동력 발생 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 양쪽 실린더의 챔버가 연결되어 작동유체의 실린더 사이를 이동하게 됨으로써, 피스톤 로드 사이에서 작동유체가 압축되어 엔진 효율이 저하될 수 있었던 문제점을 해결하여 고출력의 동력을 생산할 수 있게 되는 작동유체를 이용한 동력 발생 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 실린더의 배출포트와 부스터 펌프 사이에 회수폄프를 설치하고 작동유체를 전량 회수하여 재사용 함으로써, 작동유체의 효율을 증대시킬 수 있게 되는 작동유체를 이용한 동력 발생 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 목적 및 그 기술적 과제는 앞서 기재한 기술적 과제에 한정되는 것이 아니다. 따라서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 기술적인 특징은 기체 또는 액체의 압력으로 동력을 발생시킬 수 있는 동력 발생 장치로서, 진행방향이 엇갈리며 동시에 작동하는 적어도 한 쌍의 왕복운동수단과; 상기 왕복운동수단에 대응되게 설치되어, 왕복운동수단의 왕복운동을 회전운동으로 변환시키는 전동수단 및 진행방향이 엇갈리는 왕복운동수단에 의해 서로 반대방향으로 회전하는 전동수단의 회전방향을 역전시키는 변환수단을 구비하여 왕복운동수단에 의해 발생된 직선운동을 동일한 방향의 회전운동으로 변환시키는 회전수단과; 상기 회전수단에 의해 회전하며 부하에 동력을 공급하는 구동축과; 상기 한 쌍의 왕복운동수단을 구동시키기 위해 기체 또는 액체로부터 어느 하나가 선택되는 작동유체를 공급하는 작동유체 공급수단과; 상기 구동축에 연동하여 상기 작동유체 공급수단을 연속적으로 작동시키는 동력전달기구를 구비하여 작동유체의 압력으로 동력을 발생시키는 것이다.

본 발명의 기술적 특징에 의하면, 상기 왕복운동수단은 적어도 한 쌍의 제1 실린더와 제2 실린더가 제1 피스톤 로드와 제2 피스톤 로드의 전후진 진행방향을 달리하며 배치되고, 상기 제1 실린더와 제2 실린더의 제1 피스톤 로드와 제2 피스톤 로드가 전후진 진행방향을 달리하며 작동할 수 있도록 작동유체를 공급하는 공급수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기술적 특징에 의하면, 상기 회전수단은 제1 실린더의 제1 피스톤 로드와 제2 실린더의 제2 피스톤 로드에 고정되는 제1, 제2 랙과; 상기 제1, 제2 랙에 치합되면서, 구동축에 고정되어 구동축을 회전시킬 수 있게 되는 제1 랙기어 및 제2 랙기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기술적 특징에 의하면, 상기 작동유체 공급수단은 부스터 펌프와; 상기 부스터 펌프에서 발생된 작동유체의 압력을 저장하는 공급탱크와; 상기 공급탱크로부터 배출되어 동력을 발생시키고 부스터 펌프로 순환되는 작동유체가 저장되는 회수탱크와; 상기 공급탱크에서 배출되는 작동유체를 복수의 제1 실린더와 제2 실린더에 공급하고, 제1 실린더와 제2 실린더로부터 배출되는 작동유체를 회수탱크에 공급하는 밸브수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기술적 특징에 의하면, 상기 동력 전달 기구는 상기 구동축에 고정되어 회전하는 제1 풀리와; 밸브의 고정축에 고정되어 회전하는 제2 풀리와; 상기 제1 풀리와 제2 풀리 사이에 감겨지는 타이밍 벨트로 구성되어 구동축에 연동하여 밸브를 한쪽 방향으로 연속 회전시키게 되는 것을 특징으로 하는 기체 또는 액체의 압력에 의한 구동이 가능하게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기술적 특징에 의하면, 상기 변환수단은 원 웨이 클러치로 되는 것을 포함한다

본 발명의 기술적 특징에 의하면, 상기 밸브수단은 상기 밸브수단은 일정한 거리를 두고 원통체의 외주면을 교차하는 방향으로 관통하여 회전시 번갈아가며 개폐되는 적어도 2개의 제1, 제2 배출포트와 제1, 제2 회수포트를 구비하면서, 상기 제1 배출포트와 제1 회수포트는 서로 나란한 방향으로 형성되고, 상기 제2 배출포트와 제2 회수포트는 상기 제1 배출포트 및 제1 회수포트와 직각인 방향으로 서로 나란하게 형성되어 고정축에 회전 가능하게 고정되는 원통 형상의 밸브로 이루어지며, 상기 제1, 제2 배출포트와 제1, 제2 회수포트가 제1 실린더와 제2 실린더에 접속되되, 제1, 제2 배출포트는 각각 개폐 시기를 달리하면서 작동유체가 제1, 제2 실린더에 동시에 공급되어 제1 실린더와 제2 실린더의 제1 피스톤 로드와 제2 피스톤 로드의 전후진 방향이 서로 엇갈리게 되도록 공급되고, 제1, 제2 회수포트는 각각 개폐 시기를 달리하면서 제1 실린더와 제2 실린더로부터 배출되는 작동유체가 유입되어 순환될 수 있게 되는 것을 포함한다.

이와 같은 본 발명은 복수의 실린더가 피스톤 로드의 전후진 방향을 달리하도록 배치되고, 작동유체 공급수단에 의해 기체, 또는 유체의 압력이 각각의 실린더에 동시에 입력되어 실린더의 각 피스톤이 왕복운동하면, 2개의 피스톤 로드 단말에 고정된 랙이 하나의 랙기어에 맞물린 상태에서 왕복운동하며 구동축을 서로 다른 방향으로 회전시키고, 서로 다른 방향으로 회전하는 구동축의 회전 운동은 원 웨이 클러치(one way clutch)에 의해 같은 방향의 회전운동으로 변환되어 동력을 생산할 수 있게 된다.

따라서 본 발명은 종래의 더블 실린더형 엔진에서 2개의 실린더 후단이 연결 파이프에 의해 연결되는 4개의 실린더로 구성되어, 2개의 실린더에 고압의 유체를 번갈아 공급하여 피스톤 로드가 왕복 운동하면, 그에 연동하여 4개의 랙이 번갈아 왕복 운동하고, 이 4개의 랙에 각각 맞물리는 랙기어가 서로 다른 방향으로 회전하게 되는 장치와는 달리, 2개의 실린더에서 전후진 방향을 서로 달리하는 피스톤 로드의 직선이동이 동시에 발생하게 된다.

본 발명에 의하면, 기체 또는 액체의 압력을 이용하며, 2개의 배출포트와 회수포트를 가지는 밸브를 일방향으로 회전시키는 것에 의해 2개의 실린더에 작동유체가 동시에 공급되고, 랙과 랙기어 및 원웨이 클러치에 의해 구동축을 구동하여 부하에 필요한 동력을 발생시킴으로써, 종래 일반적인 증기기관 및 내연기관의 엔진에서의 크랭크 무게에 따른 구동에너지와 마찰손실과 냉각손실이 거의 없을 뿐만 아니라, 쿨링시스템이 필요 없게 되는 효과가 있다.

또한, 압축과 폭발을 반복하여 열을 발생시키면서 동력을 생산하는 일반적인 엔진에서의 배기손실, 마찰손실, 열손실 및 냉각손실, 그리고 밸브의 관성 에너지 손실을 감소시켜 에너지를 효율적으로 사용하여 동력을 발생시킬 수 있는 효과가 있다.

상기와 같이 열기관에서의 배기손실, 냉각손실, 크랭크 샤프트 구동손실을 제외하면 기존 열효율 25~35%를 95%로 향상시키는 효과가 있어, 기존 엔진보다 동력 발생에 필요한 연료 소비율이 현저하게 감소되어, 에너지의 손실과 재화의 손실을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 배출되는 고압의 작동유체는 회수펌프에 의해 전량 회수되어 재사용 됨으로써 에너지의 손실을 방지하고, 기관의 효율을 현저하게 향상시키는 결과를 얻게 된다.

또한, 작동유체의 압력이 2개의 실린더에 동시에 입력되고, 배출 또한 동시에 하게 됨으로써, 유사한 선행기술의 미국특허에서, 양쪽의 실린더가 연통부로 연결되어 피스톤 사이에서 2차압축이 발생되어 동력 발생 효율이 저하되었던 문제점을 해결하여 고출력의 동력을 생산할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 실시예의 기구적 구성을 나타낸 평면도
도 2는 본 발명 실시예의 기구적 구성을 나타낸 단면도
도 3은 본 발명 실시예의 작동유체 공급라인을 나타낸 블록도

본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시예에 의하여 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열에 의해 본 발명의 응용이 제한되는 것이 아니다. 본 발명은 다른 실시예 들로 구현될 수 있고, 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 장치, 요소의 방향 등과 같은 용어들에 관하여 실시예에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되며, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다. 예를 들면, "제1", "제2"와 같은 용어가 본 발명을 설명하는 실시예와 청구항에 사용되는데, 이러한 용어가 상대적인 중요성을 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

한, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위에 기재된 기술사상의 균등한 범위 내에서 해석되어져야 한다.

다음에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 실시예의 기구적 구성을 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명 실시예의 기구적 구성을 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명 실시예의 작동유체 공급라인을 나타낸 블록도이다.

도 1에서 참조되는 바와 같이, 본 발명의 작동유체를 이용한 동력 발생 장치는 진행방향을 달리하며 동시에 작동하는 적어도 한 쌍의 왕복운동수단과; 상기 한 쌍의 왕복운동수단을 순차적으로 구동시키기 위한 작동유체를 공급하는 작동유체 공급수단과; 회전방향을 역전시키는 변환수단을 구비하여 상기 왕복운동수단에 대응되게 설치되며 왕복운동수단에 의해 발생된 직선운동을 회전운동으로 변환시키는 복수의 회전수단과; 상기 회전수단에 의해 회전운동하는 구동축(30)과; 상기 구동축(30)에 연동하여 상기 작동유체 공급수단을 작동시키는 동력전달기구를 포함하여 구성된다.

작동유체는 고압의 공기 또는 유압작동유가 사용될 수 있다.

왕복운동수단은 베이스(60) 상에 나란하게 고정되는 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)로 구성된다.

제1 실린더(10)는 베이스(60) 상에 고정설치되는 제1 고정브라켓(711)에 고정되고, 제2 실린더(20)는 제2 고정브라켓(712)에 고정된다.

상기 제1 실린더(10)는 제1 피스톤(110)에 의해 양쪽 공간을 형성하는 제1 쳄버와 제2 챔버(113)로 나누어지고, 제1 피스톤(110)의 한쪽으로는 제1 피스톤 로드(111)가 밀봉구조에 의해 제1 실린더(10)의 외부로 노출된다.

상기 제2 실린더(20)는 제2 피스톤(210)에 의해 양쪽 공간을 형성하는 제3 쳄버와 제4 챔버(213)로 나누어지며, 제2 피스톤(210)의 한쪽으로는 제2 피스톤 로드(211)가 밀봉구조에 의해 제2 실린더(20)의 외부로 노출된다.

상기 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)는 적어도 한 쌍을 이루며 일방향으로 나란하게 설치되면서, 제1 피스톤 로드(111)와 제2 피스톤 로드(211)가 전후진 진행방향이 서로 엇갈리도록 배치되어, 작동유체 공급수단으로부터 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)에 공급되는 작동유체의 압력으로 제1 피스톤 로드(111)와 제2 피스톤 로드(211)를 왕복운동시킨다.

이때, 공급되는 작동유체는 제1 실린더(10)의 제1 챔버(112)와 제2 실린더(20)의 제3 챔버(212)에 동시에 공급되어 제1 피스톤 로드(111)와 제2 피스톤 로드(211)가 서로 엇갈리는 방향으로 진퇴이동할 수 있게 된다.

상기 회전수단은 한 쌍의 제1 랙(230)과 제2 랙(240), 그리고, 상기 제1, 제2 랙(230, 240)에 치합되면서, 구동축(30)에 고정되어 구동축(30)을 회전시킬 수 있게 되는 제1 랙기어(231) 및 제2 랙기어(241)를 포함하여 구성된다.

상기 제1 랙(230)은 베이스(60) 위에서 피스톤의 이동 방향과 나란하게 고정되는 제1 가이드 레일(232)에 안내되면서 제1 피스톤 로드(111)의 선단에 고정되어 진퇴이동할 수 있게 되며, 제2 랙(240) 또한 베이스(60) 위에서 피스톤의 이동 방향과 나란하게 고정되는 제2 피스톤 로드(211)의 선단에 고정되어 진퇴이동할 수 있게 된다.

제1 랙(230)과 제2 랙(240)은 각각 제1 가이드 레일(232)과 제2 가이드 레일(242)에 안내되면서 측면이 지지수단에 의해 지지된다.

제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)는 회전방향 전환수단이 구비되어 있다.

상기 회전방향 전환수단은 바람직하게 원 웨이 클러치(250, 251)로 이루어진다.

원 웨이 클러치 기어는 하나의 에너지 증폭 장치로서 적은 힘으로도 큰 힘을 얻을 수 있는 기술적 장치이며, 사용상 그 직경을 크게 할수록 효율이 향상된다.

이러한 원 웨이 클러치(250, 251)는 주지된 바와 같이, 한쪽 방향으로만 동력을 전달하는 구조로 이루어진 축이음으로서, 한쪽 방향으로는 회전을 허용하고 다른 한쪽 방향으로는 회전을 차단하여 동력 전달을 단속하는 역할을 수행하는 것으로, 구체적인 구성의 설명을 생략한다.

상기 지지수단은 제1 랙(230)과 제2 랙(240) 사이에서 베이스(60)에 고정되는 (233)에 베어링 설치되어 수평상으로 회전하는 지지링(243)으로 구성되어, 지지링(243)의 외주면이 제1 랙(230)과 제2 랙(240)의 측면에 지지됨으로써 진퇴이동하는 제1 랙(230)과 제2 랙(240)을 지지하게 된다.

제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)는 일정한 거리를 두고 구동축(30)에 고정되면서, 제1 랙기어(231)는 제1 랙(230)과 치합되고, 제2 랙기어(241)는 제2 랙(240)과 치합된다.

이에 따라, 제1 랙(230)과 제1 랙기어(231)는 제1 실린더(10)에 의해 구동하고, 제2 랙(240)과 제2 랙기어(241)는 제2 실린더(20)에 의해 구동하며 구동축(30)을 회전시킨다.

이때. 피스톤 로드에 장착된 제1 랙(230)과 제2 랙(240)이 구동축(30)에 장착된 제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)를 구동하게 되는데 이 장치가 에너지 증폭 장치인 것이다. 각 경우에 따라서 제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)의 직경이 결정되고, 힘의 전달이 90°각도에서 가장 유효한 것이며, 이는 크랭크 구조에 비하여 처음부터 90°각도에서 작동함으로써 효율이 극대화 된다.

여기서, 제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)는 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)가 피스톤 로드의 이동방향이 엇갈리게 되어 서로 다른 방향으로 회전하게 되지만, 원 웨이 클러치(250, 251)에 의해 한쪽 랙기어의 회전 방향이 다른 한쪽 랙기어의 회전 방향과 같게 변환되어 구동축(30)을 연속적으로 회전구동시킬 수 있게 된다.

구동축(30)은 베이스(60) 위에 고정되는 제3 고정브라켓(713)과 제4 고정브라켓(714)에 회전 가능하게 고정되어 회전하는 제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)에 의해 회전하며 부하에 소요되는 동력을 전달하게 되는데, 원 웨이 클러치(250, 251)에 의해 같은 방향으로 연속 회전하며 부하측에 동력을 전달한다.

작동유체 공급수단은 부스터 펌프(40), 공급탱크(41), 회수탱크(42) 및 밸브(43)수단으로 구성되어 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)에 작동유체를 연속적으로 공급한다.

부스터 펌프(40)는 작동유체에 압력을 발생시킨다.

동력전달기구는 상기 구동축(30)에 고정되어 회전하는 제1 풀리(51)와, 밸브(43)의 고정축(440)에 고정되어 회전하는 제2 풀리(52)와, 상기 제1 풀리(51)와 제2 풀리(52) 사이에 감겨지는 타이밍 벨트(53)로 구성되어 구동축(30)에 연동하여 밸브(43)를 한쪽 방향으로 연속 회전시키게 된다.

공급탱크(41)는 상기 부스터 펌프(40)에서 발생된 작동유체의 압력을 일시적으로 저장하여 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)에 공급할 수 있게 한다.

회수탱크(42)는 공급탱크(41)로부터 배출되어 왕복운동수단 및 회전수단에 의해 동력을 발생시키고 회수되는 작동유체가 일시적으로 저장하여 부스터 펌프(40)로 순환될 수 있게 한다.

밸브(43)수단은 일정한 거리를 두고 원통체의 외주면을 교차하는 방향으로 관통하여 회전시 번갈아가며 개폐되는 제1 배출포트(431)와 제2 배출포트(432), 그리고 원통체의 외주면을 교차하는 방향으로 관통하며 상기 제1 배출포트(431) 및 제2 배출포트(432)와 동일한 개폐시기를 형성하도록 제1 회수포트(433)와 제2 회수포트(434)를 구비하는 원통 형상의 밸브(43)로 이루어진다.

즉, 상기 밸브(43)는 상기 제1 배출포트(431)와 제1 회수포트(433)가 서로 나란한 방향으로 형성되고, 상기 제2 배출포트(432)와 제2 회수포트(434)는 상기 제1 배출포트(431) 및 제1 회수포트(433)와 직각인 방향으로 서로 나란하게 형성되어 고정축(440)에 회전 가능하게 고정된다.

이러한 밸브(43)는 베이스(60) 위에 고정되는 제5 고정브라켓(715)과 제6 고정브라켓(716)에 수평상으로 고정되는 고정축(440)에 회전 가능하게 고정되어 공급탱크(41)에서 배출되는 작동유체를 복수의 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)에 공급하고, 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)로부터 배출되는 작동유체가 회수탱크(42)로 회수될 수 있게 한다.

이에 따라, 제1 배출포트(431)와 제2 배출포트(432)는, 각각 개폐 시기를 달리하면서 작동유체가 제1, 제2 실린더(20)에 동시에 공급되어 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)의 제1 피스톤 로드(111)와 제2 피스톤 로드(211)의 전후진 방향이 서로 엇갈리게 되도록 공급하고, 제1, 제2 회수포트(434)는 각각 개폐 시기를 달리하면서 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)로부터 배출되는 작동유체가 유입되어 순환될 수 있게 된다.

구체적으로, 공급탱크(41)의 출구측에 형성되는 공급관(L1)은 공급관(L2)과 또 하나의 공급관(L3)으로 분기되어, 공급관(L2)은 밸브(43)의 제1 배출포트(431)에 접속되고, 공급관(L3)은 밸브(43)의 제2 배출포트(432)에 접속되어 공급탱크(41)로부터 작동유체를 공급할 수 있게 된다.

제1 배출포트(431)의 출구쪽에는 공급관(L4)이 접속되고, 제2 배출포트(432)의 출구쪽에는 공급관(L5)이 형성되어 작동유체를 공급하게 된다.

상기 공급관(L4)은 공급관(L6)과 공급관(L7)으로 분기되어, 공급관(L6)은 제1 실린더(10)의 후단에 접속되고, 공급관(L7)은 연속되는 공급관(L8)으로 제2 실린더(20)의 선단에 접속되어 제1 실린더(10)의 제1 피스톤 로드(111)를 전진시키고, 제2 실린더(20)의 제2 피스톤 로드(211)를 후진시킬 수 있게 된다.

제1 실린더(10)의 제1 피스톤 로드(111)가 전진하면서 제1 실린더(10)의 선단으로 배출되는 작동유체는 공급관(L9)로 배출되고, 제2 실린더(20)의 제2 피스톤 로드(211)가 후진하면서 제2 실린더(20)의 후단으로 배출되는 작동유체는 공급관(L9)으로 배출된다.

공급관(L9)과 공급관(L10)는 공급관(L11)에 합류되며, 공급관(L11)은 제1 회수포트(433)의 입구측에 접속된다.

한편, 제2 배출포트(432)의 출구쪽에 형성되는 공급관(L5)은 공급관(L11)에 개폐되도록 접속되며, 공급관(L7)과 공급관(L8) 사이에서 분기되는 공급관(L12)이 형성되는데, 이 공급관(L12)은 제1 회수포트(433)의 입구측에 접속된다.

그리고, 제1 회수포트(433)와 제2 회수포트(434)의 축구쪽에는 공급관(L13)과 공급관(L14)이 접속되는데, 공급관(L13)과 공급관(L14)은 공급관(L15)에 합류되고, 공급관(L15)은 회수탱크(42)에 접속되어 작동유체를 순환시킬 수 있게 된다.

이와 같이 구성되는 본 발명이 작동되어 동력을 발생시키는 과정을 살펴본다.

우선, 초기에, 부스터 펌프(40)가 구동되어 공급탱크(41)에 고압의 작동유체가 저장되며, 밸브(43)의 제1 배출포트(431)는 개방되어 공급관(L2)과 공급관(L4)이 유로를 형성하게 되고, 제1 회수포트(433)는 공급관(L11)과 공급관(L13)이 유로를 형성하도록 개방되어 있다. 그리고 제2 배출포트(432)는 공급관(L3)과 공급관(L5)을 가로막으며 유로를 폐쇄하고, 제2 회수포트(434)는 공급관(L12)과 공급관(L14)을 가로막으며 유로를 폐쇄하고 있다.

이러한 상태는 밸브(43)가 일정한 거리를 두고 원통체의 외주면을 교차하는 방향으로 관통하여 회전시 번갈아가며 개폐되는 2개의 제1, 제2 배출포트(432)와 제1, 제2 회수포트(434)를 구비하면서, 상기 제1 배출포트(431)와 제1 회수포트(433)는 서로 나란한 방향으로 형성되고, 제2 배출포트(432)와 제2 회수포트(434)는 상기 제1 배출포트(431) 및 제1 회수포트(433)와 직각인 방향으로 서로 나란하게 형성됨으로써, 연속 회전하는 밸브(43)가 1/4회전할 때마다 제1 배출포트(431)와 제1 회수포트(433)가 개방과 폐쇄를 반복하고, 제2 배출포트(432)는 제2 회수포트(434)와 개방과 폐쇄를 반복하며 작동유체를 순환 공급시킬 수 있게 되는 것이다.

이후, 공급탱크(41)에서 공급관(L1)으로 배출되는 작동유체는 공급관(L2)를 통해 유로를 형성하고 있는 밸브(43)의 제1 배출포트(431)에 유입되어 공급관(L4)으로 배출된다.

이때, 공급관(L1)으로부터 공급관(L2)와 함께 분기되는 공급관(L3)은 제2 배출포트(432)의 유로가 폐쇄되어 있기 때문에 작동유체가 밸브(43)로 유입되지 않는다.

공급관(L4)에서 배출되는 작동유체는 공급관(L4)에서 분기되는 공급관(L6)을 통해 제1 실린더(10) 작동유체를 공급하고, 공급관(L4)에서 분기되는 다른 하나의 공급관(L7)과 이 공급관(L7)에 연속되는 공급관(L8)을 제2 실린더(20)에 작동유체를 공급하게 된다. 공급관(L6)을 통해 제1 실린더(10) 후단의 제1 챔버(112)에 유입되는 작동유체는 제1 피스톤(110)을 제2 챔버(113)쪽으로 밀어내게 되므로 제1 피스톤 로드(111)를 전진시킨다.

또한, 공급관(L7, L8)을 통해 제2 실린더(20)의 선단의 제4 챔버(213)에 유입되는 작동유체는 제2 피스톤(210)을 제3 챔버(212)쪽으로 밀어내게 되므로 제2 피스톤 로드(211)를 후진시킨다.

제1 피스톤(110)과 제2 피스톤(210)이 이동함에 따락 제1 실린더(10)의 제2 챔버(113)와 제2 실린더(20)의 제4 챔버(213)로부터 작동유체가 배출된다.

제1 실린더(10)의 제2 챔버(113)에서 배출되는 작동유체는 공급관(L9)으로 배출되고, 제2 실린더(20)의 제4 챔버(213)에서 배출되는 작동유체는 공급관(L10)으로 배출된다.

공급관(L9, l10)으로 배출되는 작동유체는 공급관(L11)을 통해 유로를 형성하고 있는 밸브(43)의 제1 회수포트(433)와 공급관(L13, L15)을 거쳐 회수탱크(42)로 보내지게 되며, 회수탱크(42)의 작동유체는 부스터 펌프(40)에 의해 상기한 과정을 반복하며 순환할 수 있게 된다.

위와 같은 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)의 작동에 의해 전진하는 제1 피스톤 로드(111)와 후진하는 제2 피스톤 로드(211)와 함께 이동하는 제1 랙(230)과 제2 랙(240)은 각각 제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)를 회전시키고, 제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)는 구동축(30)을 회전시킨다.

이때, 제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)는 제1 랙(230)과 제2 랙(240)이 엇갈리며 반대방향으로 이동하므로 서로 반대방향으로 회전하게 되는데, 제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)에 구비되는 원 웨이 클러치(250, 251) 중에서 어느 한쪽의 원 웨이 클러치(250, 251)가 다른 랙기어에 구비되는 원 웨이 클러치(250, 251)와 반대방향으로 설치됨에 따라 구동축(30)을 같은 방향으로 회전시키게 된다.

이후, 연속적으로 밸브(43)가 1/4회전을 하게 되면, 유로가 개방되어 있었던 제1 배출포트(431)와 제1 회수포트(433)는 유로가 폐쇄되고, 유로가 폐쇄되어 있었던 제2 배출포트(432)와 제2 회수포트(434)는 제2 배출포트(432)가 공급관(L3)과 공급관(L5)이 연결되어 유로가 개방되고, 제2 회수포트(434)는 공급관(L12)과 공급관(L14)이 연결되어 유로가 개방된다.

이에 따라, 공급탱크(41)에서 공급관(L1)으로 배출되는 작동유체는 공급관(L3)를 통해 유로를 형성하고 있는 밸브(43)의 제2 배출포트(432)에 유입되어 공급관(L5)으로 배출된다.

이때, 공급관(L1)으로부터 공급관(L2)와 함께 분기되는 공급관(L2)은 제2 배출포트(432)의 유로가 폐쇄되어 있기 때문에 작동유체가 밸브(43)로 유입되지 않는다.

공급관(L5)으로 배출되는 작동유체는 공급관(L5)이 접속된 공급관(L11)으로 유입된 다음, 공급관(L11)과 접속된 공급관(L9, L10)을 통해 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)에 작동유체를 공급하게 되는데, 공급관(L9)을 통해 제1 실린더(10) 선단의 제2 챔버(113)에 유입되는 작동유체는 제1 피스톤(110)을 제1 챔버(112)쪽으로 밀어내게 되므로 제1 피스톤 로드(111)를 후진시킨다.

또한, 공급관(L10)을 통해 제2 실린더(20)의 후단의 제3 챔버(212)에 유입되는 작동유체는 제2 피스톤(210)을 제4 챔버(213)쪽으로 밀어내게 되므로 제2 피스톤 로드(211)를 전진시킨다.

제1 피스톤(110)과 제2 피스톤(210)이 이동함에 따락 제1 실린더(10)의 제1 챔버(112)와 제2 실린더(20)의 제4 챔버(213)로부터 작동유체가 배출된다.

제1 실린더(10)의 제1 챔버(112)에서 배출되는 작동유체는 공급관(L6)으로 배출되고, 제2 실린더(20)의 제4 챔버(213)에서 배출되는 작동유체는 공급관(L1)로 배출된다.

공급관(L6, L11)로 배출되는 작동유체는 공급관(L12)을 통해 유로를 형성하고 있는 밸브(43)의 제1 회수포트(433)와 공급관(L14, L15)을 통해 회수탱크(42)로 보내지게 되며, 회수탱크(42)의 작동유체는 부스터 펌프(40)에 의해 상기한 과정을 반복하며 순환할 수 있게 된다.

위와 같은 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)의 작동에 의해 후진하는 제1 피스톤 로드(111)와 함께 이동하는 제1 랙(230)과, 전진하는 제2 피스톤 로드(211)와 함께 이동하는 제2 랙(240)은 각각 제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)를 회전시키고, 제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)는 구동축(30)을 회전시킨다.

이때, 제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)는 제1 랙(230)과 제2 랙(240)이 엇갈리며 반대방향으로 이동하므로 서로 반대방향으로 회전하게 되는데, 제1 랙기어(231)와 제2 랙기어(241)에 구비되는 원 웨이 클러치(250, 251) 중에서 어느 한쪽의 원 웨이 클러치(250, 251)가 다른 랙기어에 구비되는 원웨이 클러치(250, 251)와 반대방향으로 설치됨에 따라 구동축(30)이 같은 방향으로 계속 회전하게 된다.

위와 같은 작동유체의 순환은 구동축(30)에 고정되어 회전하는 제1 풀리(51)와, 밸브(43)의 고정축(440)에 고정되어 회전하는 제2 풀리(52)와, 상기 제1 풀리(51)와 제2 풀리(52) 사이에 감겨지는 타이밍 벨트(53)로 구성되는 동력전달기구에 의해 밸브(43)를 한쪽 방향으로 연속 회전시키게 됨으로서 가능하게 된다.

지금까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 관련된 것이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형된 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

따라서 본 발명은 제시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위에 기재된 기술사상의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변경 가능한 실시예가 있을 수 있다.

10: 제1 실린더
110: 제1 피스톤 111: 제1 피스톤 로드
112: 제1 챔버 113: 제 2 챔버
20: 제2 실린더
210: 제2 피스톤 211: 제2 피스톤 로드
212: 제3 챔버 213: 제4 챔버
230: 제1 랙 231: 제1 랙기어
232: 제1 가이드 레일 233: 지지대
240: 제2 랙 241: 제2 랙기어
242: 제2 가이드 레일 243: 지지링
250, 251: 원 웨이 클러치
30: 구동축
40: 부스터 펌프
41: 공급탱크 42: 회수탱크
43: 밸브 431: 제1 배출포트
432: 제2 배출포트 433: 제1 회수포트
434: 제2 회수포트 440: 고정축
51: 제1 풀리 52: 제2 풀리
53: 타이밍 벨트
60: 베이스
711: 제1 고정브라켓 712: 제2 고정브라켓
713: 제3 고정브라켓 714: 제4 고정브라켓
715: 제5 고정브라켓 716: 제6 고정브라켓
L1 ~ L15: 공급관

Claims (7)

1. 기체 또는 액체의 압력으로 동력을 발생시킬 수 있는 동력 발생 장치로서,
   진행방향이 엇갈리며 동시에 작동하는 적어도 한 쌍의 왕복운동수단과;
   상기 왕복운동수단에 대응되게 설치되어, 왕복운동수단의 왕복운동을 회전운동으로 변환시키는 전동수단 및 진행방향이 엇갈리는 왕복운동수단에 의해 서로 반대방향으로 회전하는 전동수단의 회전방향을 역전시키는 변환수단을 구비하여 왕복운동수단에 의해 발생된 직선운동을 동일한 방향의 회전운동으로 변환시키는 회전수단과;
   상기 회전수단에 의해 회전하며 부하에 동력을 공급하는 구동축(30)과;
   상기 한 쌍의 왕복운동수단을 구동시키기 위해 기체 또는 액체로부터 어느 하나가 선택되는 작동유체를 공급하는 작동유체 공급수단과;
   상기 구동축(30)에 연동하여 상기 작동유체 공급수단을 연속적으로 작동시키는 동력전달기구를; 구비하고,
   상기 작동유체 공급수단은
   부스터 펌프(40)와;
   상기 부스터 펌프(40)에서 발생된 작동유체의 압력을 저장하는 공급탱크(41)와;
   상기 공급탱크(41)로부터 배출되어 동력을 발생시키고 부스터 펌프(40)로 순환되는 작동유체가 저장되는 회수탱크(42)와;
   상기 공급탱크(41)에서 배출되는 작동유체를 복수의 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)에 공급하고, 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)로부터 배출되는 작동유체를 회수탱크(42)에 공급하는 밸브(43)수단을; 포함하고,
   상기 밸브(43)수단은,
   일정한 거리를 두고 원통체의 외주면을 교차하는 방향으로 관통하여 회전시 번갈아가며 개폐되는 적어도 2개의 제1, 제2 배출포트(431,432)와 제1, 제2 회수포트(433, 434)를 구비하면서,
   상기 제1 배출포트(431)와 제1 회수포트(433)는 서로 나란한 방향으로 형성되고,
   상기 제2 배출포트(432)와 제2 회수포트(434)는 상기 제1 배출포트(431) 및 제1 회수포트(433)와 직각인 방향으로 서로 나란하게 형성되어 고정축(440)에 회전 가능하게 고정되는 원통 형상의 밸브(43)로 이루어지며,
   상기 제1, 제2 배출포트(431, 432)와 제1, 제2 회수포트(433, 434)가 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)에 접속되되,
   제1, 제2 배출포트(431, 432)는,
   각각 개폐 시기를 달리하면서 작동유체가 제1, 제2 실린더(10, 20)에 동시에 공급되어 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)의 제1 피스톤 로드(111)와 제2 피스톤 로드(211)의 전후진 방향이 서로 엇갈리게 되도록 공급되고,
   제1, 제2 회수포트(433, 434)는,
   각각 개폐 시기를 달리하면서 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)로부터 배출되는 작동유체가 유입되어 순환될 수 있게 되는 것을 포함하는 작동유체를 이용한 동력 발생 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 왕복운동수단은,
   적어도 한 쌍의 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)가 제1 피스톤 로드(111)와 제2 피스톤 로드(211)의 전후진 진행방향을 달리하며 배치되고,
   상기 제1 실린더(10)와 제2 실린더(20)의 제1 피스톤 로드(111)와 제2 피스톤 로드(211)가 전후진 진행방향을 달리하며 작동할 수 있도록 작동유체를 공급하는 공급수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 작동유체를 이용한 동력 발생 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전수단은,
   제1 실린더(10)의 제1 피스톤 로드(111)와 제2 실린더(20)의 제2 피스톤 로드(211)에 고정되는 제1, 제2 랙(230, 240)과;
   상기 제1, 제2 랙(230, 240)에 치합되면서, 구동축(30)에 고정되어 구동축(30)을 회전시킬 수 있게 되는 제1 랙기어(231) 및 제2 랙기어(241)를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동유체를 이용한 동력 발생 장치.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 동력 전달 기구는,
   상기 구동축(30)에 고정되어 회전하는 제1 풀리(51)와; 밸브(43)의 고정축(440)에 고정되어 회전하는 제2 풀리(52)와;
   상기 제1 풀리(51)와 제2 풀리(52) 사이에 감겨지는 타이밍 벨트(53)로 구성되어,
   구동축(30)에 연동하여 밸브(43)를 한쪽 방향으로 연속 회전시키게 되는 것을 특징으로 하는 작동유체를 이용한 동력 발생 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 변환수단은,
   원 웨이 클러치(250, 251)로 되는 것을 포함하는 작동유체를 이용한 동력 발생 장치.
   
7. 삭제

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