KR100309867B1 - 불소화합물매질을이용한엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매와 같은 불소(F) 화합물인 가스를 이용하여 운동에너지를 얻을 수 있도록 한 불소 화합물 매질을 이용한 엔진에 관한 것이다.

종래의 가솔린을 매질로 하는 엔진에 있어서는 운동에너지로 변환시키도록 함에 있어서, 유해한 배기가스 등의 심각한 문제가 있으며, 또한 외부로부터 계속적인 연료를 공급하여야만 엔진을 계속하여 동작시킬 수 있게 된다.

본 발명에서는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 냉장고, 에어콘 등에 사용되는 냉매와 같은 불소화합물인 가스를 압축, 팽창시켜 이때 발생하는 힘을 운동에너지로 변화사용하고, 다시 응축하여 순환(circulation)시켜 계속적으로 외부로부터 연료공급없이도 사용이 가능하도록 하므로써, 배기가스가 발생되지 않으며, 경제적인 엔진을 제공할 수 있도록 한 것이다.

Description

불소 화합물 매질을 이용한 엔진

본 발명은 냉매와 같은 불소(F) 화합물인 가스를 이용하여 운동에너지를 얻을 수 있도록 한 불소화합물 매질을 이용한 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 엔진은 가솔린(gasolin)을 연소시켜, 가솔린이 연소되면서 발생되는 폭발성을 이용하여 실린더를 구동시켜 운동에너지로써 변환사용하고 있다.

상기와 같은 엔진은 분사되는 가솔린을 흡입하여 압축시키고, 압축된 가솔린을 연소(ignite)시켜 발생되는 폭발성을 이용하여 팽창시켜, 실린더를 구동시킨다.

이후, 가솔린이 연소되면서 발생되는 가스를 배기시키게 되는 1행정으로써, 완료하게 된다.

이와 같이 가솔린을 연료로 하는 엔진에 있어서, 특히 자동차이 엔진의 경우 자동차의 주행상태 및 기타 엔진구동조건에 따라 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NO_x) 등의 유해 배기가스가 배출되고 있으며, 이와 같은 배출가스는 광화학 스모그를 발생시켜 호흡기 질환등을 유발시키고 있어, 심각한 사회문제로 이어지고 있다.

상기에서와 같이 종래의 가솔린을 매질로 하는 엔진에 있어서는 운동에너지로 변환시키도록 함에 있어서, 유해한 배기가스등의 심각한 문제가 있으며, 또한 외부로부터 계속적인 연료를 공급하여야만 엔진을 계속하여 동작시킬 수 있게 된다.

본 발명에서는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 냉장고, 에어콘 등에 사용되는 냉매와 같은 불소화합물인 가스를 압축, 팽창시켜 이때 발생하는 힘을 운동에너지로 변화사용하고, 다시 응축하여 순환(circulation)시켜 계속적으로 외부로부터 연료공급없이도 사용이 가능하도록 하므로써, 배기가스가 발생되지 않으며, 경제적인 엔진을 제공할 수 있도록 한 것이다.

제1도는 본 발명 불소화합물 매질을 이용한 엔진의 구성을 보인 도면이다.

제2도는 본 발명의 동작흐름을 블록적으로 간략하게 나타낸 도면이다.

제3도는 본 발명에 있어서, 노즐의 상세구조를 보인 단면도이다.

제4도는 물의 절대압력과 비등점과의 관계를 보인 도표이다.

제5도는 냉매의 외기온도와 압력과의 관계를 보인 도표이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 불소화합물 매질을 이용한 엔진은 불소 화합물 가스를 압축시키고, 더욱 응축시켜 고압의 액상 가스로 변환시키기 위한 압축수단과, 압축수단으로 부터 압축된 고압의 액상 가스를 분사하기 위한 가스분사수단과, 고온으로 가열시켜 가스분사수단으로부터 분사되는 고압의 액상 가스가 빠르게 팽창되어질 수 있도록 하여 운동에너지로 변환시키는 가스팽창수단과, 가스팽창수단을 통해 연소된 기화상태의 가스를 다시 응축시켜 액상의 가스로 변환하여 다시 압축수단으로 순환시키는 응축수단을 포함구성함을 특징으로 한다.

이와 같은 수단을 포함구성하는 본 발명 불소화합물 매질을 이용한 엔진을 첨부된 도면을 참조하여 그 실시예로써, 구성 및 그에 따른 작용을 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시된 바와 같이, 불소 화합물인 가스를 압축시키기 위한 압축기(1)와, 압축기(1)를 통해 압축된 가스를 저온의 가스로 응축시키는 증발기(2)와, 상기 압축기(1) 및 증발기(2)를 통하여 고압, 저온으로 응축된 액상의 가스를 분사시키기 위하여 노즐(nozzle)(4)로 공급시키기 위한 수액기(3)와, 상기 압축기(1)의 힘에 대비하여 압축기(1)의 파손 및 수액기(3)의 균열을 방지하기 위하여 수액기(3) 내의 압력을 조절하기 위한 고압게이지(4)와, 상기 수액기(3)로부터 액상의 가스를 받아 연소실(7)로 분사시키는 노즐(5)과, 노즐(5)의 분사압력을 조절하기 위한 압력조절밸브(6)와, 상기 노즐(5)을 통해 분사되는 가스를 연소시켜 팽창력이 발생할 수 있도록 하는 연소실(7)과, 연소실(7)의 온도를 가스를 팽창시키기 위한 적정 온도로 유지시키기 위한 예열히터(8)와, 상기 노즐(5)을 통해 분사되는 가스를 고온으로 급속도로 가열시켜 피스톤(10)의 운동이 가능하도록 팽창력을 발생시키기 위한 고열히터(9)와, 가스의 팽창에 의해 동작하여 운동에너지를 발생시키는 피스톤(10)과, 상기 연소실(7)로의 가스유입 및 가스배출을 담당하는 흡기밸브(11) 및 배기밸브(12)와, 팽창되어 기화상태로 변환된 가스를 다시 응축시켜, 액상의 가스로 변환시켜 상기 압축기(1)로 재순환시키는 응축기(13)와, 응축기(13)로 보내진 가스가 연소실(7)로의 재유입을 방지하는 차단밸브(14)와, 예열히터(8) 및 고열히터(9)에 의해 발생되는 열에 의해 상승하는 온도에 따라 장치내의 온도를 적정 수준의 온도로 낮추어 유지될 수 있도록 하기 위하여 물을 순환시키기 위한 펌프(15) 및 라디에이터(16)로 구성되며, 상기 고압게이지(4)의 조절압력에 따라 동작하여 증발기(2)에 의하여 압축된 가스를 저온의 압축가스로 응축시킬 수 있도록 수액기(3)내의 온도를 저하시키기 위하여 응축기(13)로 가스를 되돌리기 위한 전자변(21)과, 상기 수액기(3)내의 액화가스가 외부온도에 의하여 팽창되어짐을 방지하기 위하여 수액기(3)내의 가스 팽창정도를 감지하여 전자변(18)의 동작을 제어하는 마이컴(17)과, 마이컴(17)의 제어를 받아 수액기(3)내의 가스를 압축기(1) 이전으로 되돌리기 위한 전자변(18)을 포함구성함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 고열히터(9)는 고주파 발생장치를 이용하여 발생되는 고주파로써, 연소실(9)로 분사되는 불소화합물 가스를 가열시켜 급속팽창시킬 수 있도록 함을 특징으로 한다.

미 설명부호 19는 팬(FAN), 20은 실린더이고, 5a는 노즐의 흡입구, 5b는 연소실내의 압력에 대하여 탄성력을 작용하는 스프링이다.

이와 같이 구성되는 본 발명 불소 화합물 매질을 이용한 엔진은 냉매순환과 유사한 방법으로 불소 화합물을 압축, 팽창 순환시키면서, 팽창시 발생되는 힘을 운동에너지로 변환시킬 수 있도록 하는 것이다.

냉매는 냉동장치내에서 충전되어 저온부로부터 열을 흡수한 뒤 고온부로 운반되어 열을 방출하는 작용을 하는 화학물질을 말하는 바, 냉동장치에 사용되고 있는 화학물질도 물(H₂O)의 경우에서와 같이, 주위의 압력에 대하여 비등점(증발온도)이 변화한다.

제4도는 물의 압력과 비등점과의 관계를 나타낸 도표이고, 제5도는 냉매(R-22)의 온도변화에 따른 압력관계를 나타낸 도표이다.

본 발명에서는 이와 같은 관계를 이용하여 제1도에 도시된 바와 같은 불소화합물 매질을 이용한 엔진에 있어, 각 부위별 내부에 존재하는 가스의 적정 압력, 적정온도를 유지시켜 목적한 바를 이루고자 하는 것으로, 먼저, 압축기(1)에 의하여 흡입, 압축되면서 불소 화합물의 가스는 고압의 액상 가스로 압축되어지며, 이와 같이 압축된 가스는 증발기(2)에 의해 저온의 액상가스로 압축되어 팽창하여 냉각되면서, 수액기(3)에 집중딘다.

이에 따라 수액기(3)가 저온화되면 전자변(21)을 잠구어 가스를 액화된 상태로 압축저장하게 된다.

이와 같이, 수액기(3)에 집중된 압축가스는 압력조절밸브(6)에 의하여 운동 에너지에 필요한 양만큼 노즐(5)을 통해 연소실(7)로 분사되어진다.

이때, 연소실(7)은 실린더(20) 외부에 구성된 예열히터(8)에 의해 예열된다.

그러나 상기와 같이 노즐(5)을 통하여 분사되는 액상의 가스는 상기와 같은 온도로는 많은 팽창이 이루어지지 않게 되므로써, 고열히터(9)로 고온 급가열시켜 팽창력이 발생할 수 있도록 한다.

여기서, 상기 고열히터(9) 대신에 고주파 발생장치를 구성하고, 고주파 발생장치로부터 발생되는 고주파 에너지를 이용하여 유도가열 또는 유전가열을 실행하는 고주파 가열(radio heating)로써, 노즐(5)을 통하여 분사되는 액상의 가스를 급속 급가열시켜 팽창이 이루어질 수 있도록 할 수도 있다.

이와 같이 발생되는 팽창력에 의해 실린더(20) 내부의 피스톤(10)은 밀려나게 되면서 운동에너지로 변환된다.

여기서, 노즐(5)은 제3도에 도시된 바와 같이, 입구(IN) 측으로부터 가스가 노즐 출구측으로 분사되는 데, 분사되어진 가스는 예열히터(8)와 고열히터(9)에 의해 가열 팽창되어지는데, 이때의 팽창 압력이 압력조절밸브(6)의 압력보다 높아지면 스프링(5b) 장력이 낮아지게 되면, 압력조절밸브(6)측으로 후진하여 흡입구(5a)를 차단하게 된다.

이와 같이 하므로써, 연소실(7) 내부의 적정 압력이 유지되어질 수 있도록 한다.

이후, 연소실(7)내에서 액상의 가스가 연소되면서 팽창하게 된 후에는 배기밸브(12)가 열리면서 기화상태의 가스가 배출되어지는 데, 이와 같이 배출된 기화 상태의 가스는 응축기(13)로 유입되어 외기온과 열교환을 일으키면서 다시 액상의 가슬 되돌아가게 된다.

이때, 상기 배기밸브(12)측에는 차단밸브(14)가 구성되어 응축기(13)로부터 연소실(7)로 배출된 가스가 재유입되지 않도록 하게 되며, 이때의 차단밸브(14) 또한 압력조절밸브(6)에서의 동작과 동일한 작용을 통해 그 작용이 이루어지게 된다.

또한 펌프(15)가 동작하면서, 실린더(20)의 외부에 흐르는 물을 라디에이터(16)로 순환시키면서, 실린더(20)의 온도가 적정 수순을 유지할 수 있도록 한다.

이는 마이컴(17)에서 연소실(7)내의 온도를 적당량의 온도로 유지하여 피스톤(10)의 운동량 즉, 가스의 팽창 정도를 조절하게 되는데, 팽창력을 발생시키기 위해 가해지는 열의 발생으로 온도가 상승하게 되므로, 펌프(15)와 라디에이터(16)를 통해 온도를 낮추어 적정한 온도를 계속적으로 유지시켜주게 되는 것이다.

이후, 상기 응축기(13)에서 다시 액상으로 응축된 가스는 다시 압축기(1)로 재유입되어 상기에서와 같은 과정으로 압축, 팽창을 진행하게 되는 바, 마이컴(17)에서는 수액기(3)내의 압축된 가스가 외부 온도에 의하여 팽창되는 정도를 감지하게 되고, 이에 따라 전자변(18)의 온, 오프(ON, OFF)를 제어하여 수액기(3)의 가스를 다시 압축기(1) 이전으로 되돌려 보내게 되므로써, 수액기(3)내의 액화 가스가 외부 온도에 의하여 팽창되어짐을 방지하게 된다.

즉, 수액기(3)내의 압력이 압축기(1)의 힘보다 커지면 압축기(1)의 파손과 수액기(3)이 균열이 발생할 수 있어, 이를 방지하기 위하여 마이컴(17)에서 압력수치를 입력하여 오버(over)된 가스 양을 다시 전자변(18)을 통하여 되돌리게 되는 것이다.

그리고, 압축기(1)의 적정 압력을 유지하기 위하여 조절되는 고압게이지(4)의 압력에 따라서 전자변(16)이 온, 오프 되면서 수액기(3) 내의 압축가스를 다시 응축기(13)로 보내도록 하므로써, 증발기(2)로 하여금 수액기(3)내의 온도를 저하시킬 수 있도록 한다.

즉, 본 발명 불소 화합물 매질을 이용한 엔진은 제2도에서와 같이, 불소 화합물의 매질을 압축시켜 액화 가스로 변환시키고, 이를 가열하여 팽창시키므로써, 팽창력을 발생시켜 이를 운동에너지로 변환시키고, 이에 따라 기화 가스로 변환된 불소 화합물의 매질을 다시 응축기로 응축시켜 액화 가스로 변환하여 재순환 상기 과정을 반복 수행하면서, 엔진의 동작이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

이와 같은 본 발명은 불소 화합물의 팽창성에 따라 피스톤(10)의 상하운동이 결정되므로 운동량의 부족한 면이 있을 수 있으나, 앞으로 상기와 같은 팽창력을 향상시킬 수 있으므로 자동차의 엔진에 적용하면 매우 유용한 발명이라 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 냉매와 같은 불소 화합물을 매질로 하여 팽창력을 발생시키고, 이러한 힘을 이용하여 운동에너지로 작용되도록 하며, 팽창된 가스를 다시 응축시켜 재순환하여 사용하도록 하므로써, 불필요한 연료의 소비를 방지하고, 배출되는 배기가스가 없으므로 무공해 엔진을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 불소 화합물인 가스를 압축시키기 위한 압축기(1)와, 압축기(1)를 통해 압축된 가스를 저온의 가스로 응축시키는 증발기(2)와, 상기 압축기(1) 및 증발기(2)를 통하여 고압, 저온으로 응축된 액상의 가스를 분사시키기 위하여 노즐(4)로 공급시키기 위한 수액기(3)와, 상기 수액기(3)내의 압력이 압축기(1)의 힘에 대비하여 적정한 압력으로 유지되도록 조절하기 위한 고압게이지(4)와, 수액기(3)로부터 액상의 가스를 받아 연소실(7)로 분사시키는 노즐(5)과, 노즐(5)의 분사압력을 조절하기 위한 압력조절밸브(6)와, 상기 노즐(5)을 통해 분사되는 가스를 연소시켜 팽창력이 발생할 수 있도록 하는 연소실(7)과, 상기 연소실(7)를 예열(가열)시키기 위한 예열히터(8)와, 상기 노즐(5)을 통해 분사되는 가스를 고온으로 급속도로 가열시켜 패창력을 발생시킬 수 있도록 하는 고열히터(9)와, 가스의 팽창에 의해 동작하여 운동에너지를 발생시키는 피스톤(10)과, 상기 연소실(7)로의 가스유입 및 가스배출을 담당하는 흡기밸브(11) 및 배기밸브(12)와, 팽창되어 기화상태로 변환된 가스를 다시 응축시켜 액상의 가스로 변환시켜 상기 압축기(1)로 재순환시키는 응축기(13)를 포함하여 구성되며, 상기 응축기(13)로 보내진 가스가 연소실(7)로의 재유입을 방지하는 차단밸브(14)와, 예열히터(8) 및 고열히터(9)에 의해 발생되는 열에 의해 상승하는 온도에 따라 장치내의 온도를 적정 수준의 온도로 낮추어 유지될 수 있도록 하기 위하여 물을 순환시키기 위한 펌프(15) 및 라디에이터(16)와, 상기 고압게이지(4)의 조절압력에 따라 동작하여 증발기(2)에 의하여 압축된 가스를 저온의 압축가스로 응축시킬 수 있도록 수액기(3)내의 온도를 저하시키기 위하여 응축기(13)로 가스를 되돌리기 위한 전자변(16)과, 상기 수액기(3)내의 액화가스가 외부온도에 의하여 팽창되어짐을 방지하기 위하여 수액기(3)내의 가스 팽창정도를 감지하여 전자변(18)의 동작을 제어하는 마이컴(17)과, 마이컴(17)의 제어를 받아 수액기(3)내의 가스를 압축기(1) 이전으로 되돌리기 위한 전자변(18)을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 불소화물 매질을 이용한 엔진.
2. 제1항에 있어서, 상기 고열히터(9)는 고주파 발생장치를 이용하여 발생되는 고주파로써, 연소실(9)로 분사되는 불소화합물 가스를 가열시켜 급속팽창시킬 수 있도록 함을 특징으로 하는 불소화합물 매질을 이용한 엔진.

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