KR100315260B1 - 압력차를 이용한 자동 분리장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압력차를 이용한 자동 분리장치에 관한 것으로, 추진 또는 분리되고자 하는 추진체의 노즐에 결합된 추진관이 압력 에너지의 차등에 따라 실린더로부터 자동적으로 이탈할 수 있도록 하여 각종 비행체 또는 추진력을 얻고자 하는 수중물체 등 다양한 분야에서 폭넓게 적용할 수 있는 발명이다. 즉, 추진되고자 하는 비행체 또는 수중물체에 적용할 경우 작용·반작용에 의한 압력 에너지를 이용하여 전방으로 또는 후방으로 순간적인 추진력을 얻을 수 있도록 한 발명인 것이다.
Description
본 발명은 자동 분리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 추진 또는 분리되고자 하는 추진체의 노즐에 결합된 추진관이 압력 에너지의 차등에 따라 실린더로부터 자동적으로 이탈 또는 결합될 수 있도록 한 압력차를 이용한 자동 분리장치에 관한 것이다.
일반적으로 운동법칙(laws of motion)은 물체의 운동에 관한 기본적인 법칙을 말하고, 그 중 뉴턴의 운동법칙을, 즉 운동의 제 1 법칙, 운동의 제 2 법칙, 운동의 제 3 법칙을 묶어서 흔히들 운동법칙이라고 한다.
이러한 뉴턴의 운동법칙 중 운동의 제 1 법칙(뉴턴의 제 1 법칙; 관성의 법칙)은 관성계에서 외부로부터 힘이 작용하지 않으면 정지하고 있던 물체는 계속해서 정지해 있고, 운동하고 있는 물체는 언제까지나 등속 직선운동을 계속한다는 법칙, 즉 운동하고 있는 물체는 외부로부터 힘을 받지 않으면 계속 같은 속도로 운동을 하려 한다는 법칙을 말하고, 다음으로 운동의 제 2 법칙(뉴턴의 제 2 법칙; 가속도의 법칙)은 힘이 물체에 가해졌을 때 생기는 운동량의 변화, 즉 가속도의 크기는 작용하는 힘에 비례하고, 그 방향은 작용하는 힘의 방향과 같다라는 법칙, 더욱 구체적으로는 외부로부터 힘을 받은 물체는 속도가 변하게 되는 데, 이 속도의 변화는 가해진 힘에 정비례하고 물체의 질량에 반비례한다라는 법칙을 말한다.
그리고, 운동의 제 3 법칙(뉴턴의 제 3 법칙; 작용·반작용의 법칙)은 두 물체가 직접 서로 작용하는 힘, 즉 작용과 반작용은 동일한 직선 위에 있고 크기가 같으며 방향이 반대라는 법칙, 즉 모든 운동은 작용에 반대되는 같은 크기의 반작용이 있다라는 법칙을 말한다.
더욱 구체적으로, 작용·반작용의 법칙(law of action and reaction)은 서로 다른 두 물체 사이에 작용하는 힘에 관한 법칙으로, 두 물체 A·B 사이에 힘이 작용하고 있을 때 물체 A가 물체 B에 미치는 힘을 작용, 물체 B가 물체 A에 미치는 힘을 반작용이라 하고, 작용이 있으면 반드시 반작용이 생기며 그 크기는 같고 방향은 반대가 된다.
한편, 운동의 3가지 법칙은 서로 독립된 내용의 법칙이지만 이들은 서로 밀접한 관련성을 가지고 있다. 가령 1개의 물체를 두 부분 A와 B로 나누어 생각해 볼 때, 물체에 작용하는 전체의 힘은 A가 B에 미치는 작용과 B가 A에 미치는 반작용의 각 분력의 합은 같게 되고, 만약 작용·반작용의 법칙이 성립하지 않는다면 합력은 없어지지 않고 남아 물체는 외력을 받지 않아도 가속도 운동을 일으키게 되어 운동의 제 1 법칙에 위배되게 된다. 따라서, 작용·반작용 법칙의 결과 외력을 받지 않는 역학계에서는 전체 운동량은 일정해짐을 알 수 있다.
이와 같은 뉴턴의 제 3 법칙을 이해하기 쉽도록 도 1에 고무풍선(1)의 추진예를 들었고, 더불어 뉴턴의 운동법칙을 개괄적으로 설명하기 위하여 비행로켓(2)의 발사 및 가속, 관성, 낙하의 진행상태를 도 2에 도시하였다.
도 1은 뉴턴의 운동법칙 중의 하나인 작용과 반작용 법칙을 설명하기 위한 고무풍선의 운동상태를 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 고무풍선(1)에 인위적으로 공기를 주입한 후 주입구(1a)의 누름압력을 해제하게 되면 내부에 투입된 공기압은 외부로 빠져 나갈려는 작용의 힘이 발생하게 되고, 반면 고무풍선(1)의 주입구(1a)로부터 외부로 빠져 나갈려는 공기압의 작용의 힘에 대향하여 그 반대방향으로는 고무풍선(1)이 튀어 나갈려고 하는 반작용의 힘이 발생하게 되는 데, 이러한 운동현상이 바로 작용과 반작용의 운동법칙인 것이다.
도 2는 뉴턴의 운동법칙을 설명하기 위하여 비행로켓의 궤도를 나타내는 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 비행로켓(2)은 가스분사의 힘(작용)에 대하여 반대방향으로 발생되는 반작용에 의하여, 즉 작용·반작용에 의하여 발사대를 떠나 상승한 다음, 로켓엔진의 계속적인 연소로 생긴 추진력과 로켓엔진이 연소하는 동안 줄어드는 연료(질량) 때문에 속도가 점점 빨라지는 가속도에 의하여 가속되어 추진된 후, 외부로부터 저항을 전혀 받지 않는 경우라면 비행로켓(2)의 마지막 속도로, 즉 관성에 의하여 그 마지막 속도를 그대로 유지하면서 비행하게 된다. 그러나, 이러한 비행궤도를 갖는 비행로켓(2)은 중력과 공기 저항에 의하여 속도가 점점 줄어들게 되고 결국 낙하하게 된다.
여기서, 본원 출원인은 상술한 바와 같은 비행로켓(2)을 이륙시키는 작용·반작용의 법칙에서 착안하여 공기 또는 물의 압력을 통하여 자연스럽게 분리되면서 추진될 수 있는 압력차를 이용한 자동 분리장치를 이하에 제안하고자 하는 것이다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 제안을 통하여 안출된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 추진체의 노즐에 결합된 추진관이 압력 에너지의 차등에 따라 실린더로부터 자동적으로 이탈할 수 있도록 설계하여 자유롭게 추진 또는 분리될 수 있는 압력차를 이용한 자동 분리장치를 제공함에 있다.
도 1은 뉴턴의 운동법칙 중의 하나인 작용과 반작용 법칙을 설명하기 위한 고무풍선의 운동상태를 나타내는 개략도.
도 2는 뉴턴의 운동법칙을 설명하기 위하여 비행로켓의 궤도를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치의 일 실시예를 나타내는 일부 분해사시도.
도 4는 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치를 나타내는 분해 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치의 분리된 상태를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치의 다른 실시예를 나타내는 분해 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치의 작용에 의한 분리전 및 분리후의 상태를 나타내는 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 추진체 11 : 노즐
12 : 캡 12a : 연통구멍
20 : 비교체 21 : 관통공
30 : 압력 제공수단 100 : 자동 분리장치
110 : 추진관 111 : 추진구멍
112 : 볼홈 113 : 고정턱
114 : 링홈 115 : 압력링
120 : 결합관 121 : 나사산
122 : 원통형 압력통로 130 : 너트
140 : 탄성 스프링 150 : 실린더
151 : 나사홈 152 : 슬롯구멍
153 : 원통형 수용홈 154 : 진입 상한턱
155 : 추진연(推進緣) 156 : 볼구멍
157 : 배출공 158 : 기밀홈
159 : 기밀링 160 : 볼
170 : 피스톤 171 : 원통형 압력홈
172 : 지지봉 173 : 토출연(吐出緣)
174 : 흡수연(吸收緣) 175 : 분출구멍
176 : 패킹 177 : 패킹홈
178 : 테이퍼부 179 : 피스톤 홈 180 : 피스톤 링
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
압력 에너지를 분출하여 속도 에너지로 변환시키는 노즐을 구비하며 높은 내부 압력을 수용하는 추진체와, 상기 추진체의 내부에 압력 에너지를 제공하는 압력 제공수단을 포함하여 이루어진 압력차를 이용한 자동 분리장치에 있어서;
원통형 추진구멍이 성형됨과 동시에 상기 추진구멍의 내주연에 링형상의 볼홈이 구비되어 상기 추진체의 노즐에 억지 끼워맞춤 결합되는 추진관과;
외주연에 나사산이 형성되고 압력 에너지의 통로가 되는 원통형 압력통로가 구비되어 상기 압력 제공수단에 결합되는 결합관과;
상기 결합관에 지지되어 탄성 압출되는 탄성 스프링과;
일단은 개구되어 상기 결합관의 나사산에 나사 결합되는 나사홈이 성형되고 타단은 슬롯구멍이 형성된 원통형 수용홈과, 상기 추진관의 원통형 추진구멍의 내경보다 상대적으로 두껍게 상기 나사홈의 외주연에 돌출 성형된 진입 상한턱과, 상기 진입 상한턱으로부터 상기 슬롯구멍에 이르는 상기 원통형 수용홈의 외주연에 상기 원통형 추진구멍의 내경과 일치되도록 얇게 성형되어 상기 추진관의 왕복이동의 경로가 되는 추진연(推進緣)과, 상기 추진관이 상기 추진연을 따라 진입하여 상기 진입 상한턱에 밀착될 경우 상기 링형상의 볼홈에 일치되는 위치의 상기 추진연의 외주연으로부터 상기 원통형 수용홈의 내주연을 향하여 뚫려진 복수 개의 볼구멍을 구비한 실린더와;
상기 복수 개의 볼구멍에 각각 끼워지는 복수 개의 볼과;
일단은 개구되어 상기 탄성 스프링의 탄력을 받으며 상기 결합관의 원통형 압력통로로부터 공급된 압력 에너지를 수용하는 원통형 압력홈과, 상기 실린더의 슬롯구멍에 끼워져 지지되도록 상기 원통형 압력홈의 타단으로부터 길이방향으로 돌출 성형된 지지봉과, 상기 원통형 압력홈의 일단 외주연에 돌출 성형되어 상기 탄성 스프링이 팽창될 경우 상기 복수 개의 볼구멍에 끼워진 복수 개의 볼을 토출시켜 상기 볼홈에 끼움 결합시키는 토출연(吐出緣)과, 상기 탄성 스프링이 수축될 경우 상기 볼홈에 끼워진 볼을 흡수하여 상기 추진관이 추진연을 따라 자유롭게 이탈될 수 있도록 상기 원통형 압력홈의 외주연에 상기 토출연보다 상대적으로 얇게 성형된 흡수연(吸收緣)과, 상기 결합관의 원통형 압력통로로부터 공급된 압력 에너지를 상기 실린더의 원통형 수용홈 및 슬롯구멍을 경유하여 상기 추진체에 분출할 수 있도록 상기 원통형 압력홈의 내주연으로부터 상기 흡수연을 향하여 관통 성형된 복수 개의 분출구멍과, 상기 원통형 압력홈에 수용된 압력 에너지는 상기 복수 개의 분출구멍을 통하여 상기 추진체에 분출될 수 있도록 하는 반면 상기 추진체로부터 역류되는 압력 에너지는 흡수되지 못하도록 상기 분출구멍을 밀봉시키는 패킹과, 상기 흡수연의 외주연에 링형상으로 함몰 성형되어 상기 패킹을 끼움 받아들이는 패킹홈을 구비하며 상기 추진체 및 상기 압력 제공수단의 압력 에너지 상호간을비교하여 압력 에너지가 작은 쪽으로 이동되는 피스톤을 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치의 바람직한 실시예를 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치의 일 실시예를 나타내는 일부 분해사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치를 나타내는 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치의 분리된 상태를 나타내는 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치의 다른 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.
먼저, 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치(100)를 설명하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 압력 에너지를 분출하여 속도 에너지로 변환시키는 노즐(11)을 구비하며 높은 내부 압력을 수용하는 추진체(10)와, 이 추진체(10)의 내부에 압력 에너지를 제공하는 압력 제공수단(30)과, 이 압력 제공수단(30)을 통하여 제공되는 압력 에너지 및 추진체(10)의 압력 에너지를 상호 비교할 수 있도록 상기 추진체(10)와 동일한 형상의 비교체(20)를 준비한다.
여기서, 상기 추진체(10) 및 비교체(20)는 흔히 주변에서 구할 수 있는 피티(PET; PolyEthylene Terephthalate resin 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지)병을 실시예로 들어 설명하기로 하고, 더불어 상기 압력 제공수단(30)은 에어펌프를 이용하기로 한다. 그리고, 이러한 실시예에 따른 구성요소는 본 발명의 기술적 사상을 제한하지는 않는다.
본 발명에 따른 구성요소로는 크게 도 4에 도시된 바와 같이 추진체(10)의 노즐(11)에 억지 끼워맞춤 결합되는 추진관(110)과, 도 6에 도시된 바와 같이 압력 제공수단(30)에 직접 결합되거나 도 3에 도시된 바와 같이 비교체(20)에 직접 결합되는 결합관(120)과, 이 결합관(120)에 지지되어 탄성 압출되는 탄성 스프링(140)과, 이 탄성 스프링(140)의 탄력에 연동되어 직선 운동되는 피스톤(170)과, 탄성 스프링(140) 및 피스톤(170)을 내장하며 상기 결합관(120)에 결합되는 실린더(150)로 나눌 수 있다.
이때, 상기 추진관(110)은 후술하는 실린더(150)의 추진연(155)을 따라 직선 운동할 수 있도록 내부에 원통형 추진구멍(111)이 성형되고, 이 추진구멍(111)의 내주연에는 링형상의 볼홈(112)이 구비된다.
그리고, 상기 추진체(10)의 실시예를 피티병으로 할 경우 상기 추진관(110)은 피티병의 노즐(11)에 삽입되면서 노즐(11)의 내부로 들어가지 못하도록 일단의 외측방향으로 고정턱(113)이 돌출 성형되는 것이 바람직하고, 노즐(11)의 외주연에는 피티병의 구성이 되는 캡(12)이 조임 결합되므로써 상호 일체화될 수 있게 된다. 물론, 상기 캡(12)은 후술하는 실린더(150)가 삽입될 수 있도록 연통구멍(12a)이 뚫려지게 된다.
또한, 추진관(110)의 외주연 및 노즐(11)의 내주연 상호간의 기밀을 위하여 추진관(110)의 외주연에는 링홈(114)이 링형상으로 함몰 성형되고, 이 링홈(114)에는 압력링(115)이 끼워진다.
이러한 구성을 갖는 추진관(110)은, 예를 들어 비교체(20)의 압력 에너지보다 추진체(10) 내부의 압력 에너지가 높을 경우 앞서 언급한 작용·반작용의 법칙이 적용되어 자동적으로 실린더(150)의 추진연(155)을 따라 이탈되면서 추진체(10)와 함께 가속 및 관성, 낙하의 순으로 비행하게 된다.
한편, 상기 결합관(120)은 도 6에 도시된 바와 같이 압력 제공수단(30)에 직접 결합되거나 도 3에 도시된 바와 같이 비교체(20)에 결합될 수 있고, 이 비교체(20)가 예를 들어 피티병이라면 주입구(22)를 통하여 삽입된 후 피티병의 저면에 뚫려진 관통공(21)을 통하여 돌출될 수 있도록 볼트형으로 성형되는 것이 바람직하고, 이 결합관(120)의 외주연에는 나사산(121)이 형성되어 도 4에 도시된 너트(130)가 결합되므로써 비교체(20)와 일체화될 수 있게 된다. 이때, 결합관(120)의 내부에는 압력 제공수단(30)으로부터 제공된 압력 에너지의 통로가 되는 원통형 압력통로(122)가 구비된다.
반면, 도 6에 도시된 바와 같이 결합관(120)이 에어펌프와 같은 압력 제공수단(30)에 직접 결합될 경우에는 파이프 형으로 성형될 수 있고, 이러한 경우에는 상기와 같은 너트(130)는 필요없게 된다.
그리고, 상기 결합관(120)의 외주연에 성형된 나사산(121)에는 피스톤(170) 및 탄성 스프링(140)을 내장한 실린더(150)의 나사홈(151)이 결합되어 일체화된다.
더욱 구체적으로, 상기 실린더(150)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 일단은 개구되어 결합관(120)의 나사산(121)에 나사 결합되는 나사홈(151)이 성형되고 타단은 슬롯구멍(152)이 형성되어 후술하는 피스톤(170) 및 탄성 스프링(140)을 수용하는 원통형 수용홈(153)과, 상기 추진관(110)의 원통형 추진구멍(111)의 내경보다 상대적으로 두껍게 나사홈(151)의 외주연에 돌출 성형되어 추진관(110)의 삽입한계를 정의하는 진입 상한턱(154)과, 이 진입 상한턱(154)으로부터 슬롯구멍(152)에 이르는 원통형 수용홈(153)의 외주연에 원통형 추진구멍(111)의 내경과 일치되도록 얇게 성형되어 추진관(110)의 왕복이동의 경로가 되는 추진연(推進緣)(155)과, 상기 추진관(110)이 추진연(155)을 따라 진입하여 진입 상한턱(154)에 밀착될 경우 링형상의 볼홈(112)에 일치되는 위치의 추진연(155)의 외주연으로부터 원통형 수용홈(153)의 내주연을 향하여 뚫려진 복수 개의 볼구멍(156)을 구비한다. 더불어, 상기 실린더(150)는 결합관(120)의 원통형 압력통로(122)로부터 원통형 수용홈(153)에 공급된 압력 에너지를 추진체(10)의 내부에 분출할 수 있도록 뚫려진 배출공(157)을 더 구비하는 것이 좋다.
여기서, 상기 실린더(150)의 원통형 수용홈(153)은 후술하는 피스톤(170) 및 탄성 스프링(140)을 내장하고, 상기 슬롯구멍(152)은 피스톤(170)의 지지봉(172)이 끼워져 탄성 스프링(140)의 탄력에 따라 피스톤(170)이 원통형 수용홈(153)의 내부에서 평행한 상태로 왕복이동할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 진입 상한턱(154)으로부터 슬롯구멍(152)에 이르는 원통형 수용홈(153)의 외주연은 원통형 추진구멍(111)의 내경과 일치되도록 얇게 성형되어 추진관(110)의 왕복이동의 경로가 되는 추진연(推進緣)(155)으로서 활용되고, 이 추진연(155)은 밀 추(推), 전진할 진(進), 둘레 연(緣)의 뜻으로 추진관(110)의 왕복이동의 경로로 이용된다.
또한, 상기 추진관(110)이 추진연(155)을 따라 진입하여 진입 상한턱(154)에 밀착될 경우 링형상의 볼홈(112)에 일치되는 위치의 추진연(155)에는 복수 개의 볼구멍(156)이 뚫려 지는 데, 이 볼구멍(156)에는 각각 구형(球形)의 볼(160)이 끼워져 추진관(110)의 볼홈(112)에 끼움 결합되어지고, 이로서 추진관(110)은 어떠한 분해압력이 제공되더라도 실린더(150)의 추진연(155)으로부터 이탈되지 못하게 되는 것이다.
더욱 구체적으로, 상기 피스톤(170)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 일단은 개구되어 탄성 스프링(140)의 탄력을 받으며 결합관(120)의 원통형 압력통로(122)로부터 공급된 압력 에너지를 수용하는 원통형 압력홈(171)과, 실린더(150)의 슬롯구멍(152)에 끼워져 지지되도록 원통형 압력홈(171)의 타단으로부터 길이방향으로 돌출 성형된 지지봉(172)과, 원통형 압력홈(171)의 일단 외주연에 돌출 성형되어 탄성 스프링(140)이 팽창될 경우 상기 복수 개의 볼구멍(156)에 끼워진 복수 개의 볼(160)을 토출시켜 볼홈(112)에 끼움 결합시키는 토출연(吐出緣)(173)과, 탄성 스프링(140)이 수축될 경우 상기 볼홈(112)에 끼워진 볼(160)을 흡수하여 상기 추진관(110)이 추진연(155)을 따라 자유롭게 이탈될 수 있도록 원통형 압력홈(171)의 외주연에 상기 토출연(173)보다 상대적으로 얇게 성형된 흡수연(吸收緣)(174)과, 결합관(120)의 원통형 압력통로(122)로부터 공급된 압력 에너지를 실린더(150)의 원통형 수용홈(153) 및 슬롯구멍(152)을 경유하여 추진체(10)에 분출할 수 있도록 원통형 압력홈(171)의 내주연으로부터 상기 흡수연(174)을 향하여 관통 성형된 복수 개의 분출구멍(175)과, 원통형압력홈(171)에 수용된 압력 에너지는 상기 복수 개의 분출구멍(175)을 통하여 상기 추진체(10)에 분출될 수 있도록 하는 반면 상기 추진체(10)로부터 역류되는 압력 에너지는 흡수되지 못하도록 상기 분출구멍(175)을 밀봉시키는 패킹(176)과, 상기 흡수연(174)의 외주연에 링형상으로 함몰 성형되어 패킹(176)을 끼움 받아들이는 패킹홈(177)을 구비한 구조로 이루어진다.
이때, 상기 원통형 압력홈(171)은 탄성 스프링(140)을 사이에 두고 결합관(120)의 원통형 압력통로(122)와 연통되는 구조이고, 따라서 압력 제공수단(30)으로부터 공급된 압력 에너지가 원통형 압력통로(122) 및 원통형 압력홈(171)을 경유할 수 있게 되는 것이다.
그리고, 원통형 압력홈(171)에 제공된 압력 에너지는 복수 개의 분출구멍(175) 및 배출공(157), 실린더(150)의 원통형 수용홈(153), 슬롯구멍(152)을 경유하여 추진체(10)에 분출하게 된다.
반면, 상기 패킹홈(177)에 끼워진 패킹(176)은 추진체(10)로부터 역류되는 압력 에너지가 비교체(20)의 내부에 흡수되지 못하도록 분출구멍(175)을 밀봉시켜 피스톤(170) 자체가 탄성 스프링(140)을 수축시키며 이동할 수 있도록 하여 토출연(173)에 의하여 외측방향으로 밀려있는 복수 개의 볼(160)이 흡수연(174)의 위치로 전환될 수 있도록 하여 볼홈(112)으로부터 볼(160)이 이탈되도록 하여, 결국 추진관(110)의 추진이동을 자유롭게 한다.
상기 토출연(173)은 토할 토(吐), 내보낼 출(出), 둘레 연(緣)의 뜻으로 원통형 압력홈(171)의 일단 외주연에 돌출 성형되어 탄성 스프링(140)이 팽창될 경우상기 복수 개의 볼구멍(156)에 끼워진 복수 개의 볼(160)을 토출시켜 볼홈(112)에 끼움 결합시켜 추진관(110)이 추진연(155)으로부터 이탈되지 못하도록 하고, 상기 흡수연(174)은 흡수할 흡(吸), 받을 수(收), 둘레 연(緣)의 뜻으로 지지봉(172) 및 토출연(173) 사이의 위치에 있는 원통형 압력홈(171)의 외주연에 토출연(173)보다 상대적으로 얇게 성형되어 탄성 스프링(140)이 수축될 경우 상기 볼홈(112)에 끼워진 볼(160)을 흡수하여 상기 추진관(110)이 추진연(155)을 따라 자유롭게 이탈될 수 있도록 한다.
즉, 상기 피스톤(170)은 추진체(10)의 압력 에너지 및 압력 제공수단(30)의 압력 에너지를 상호 비교하여 압력 에너지가 작은 쪽으로 이동되어지게 되는 것이다.
이러한 피스톤(170)의 이동상태를 도 7에 도시하였다.
도 7은 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치의 작용에 의한 분리전 및 분리후의 상태를 나타내는 단면도이다.
이해하기 쉽게 도 3에서의 추진체(10) 내부의 압력 에너지를 알파(α)psi라 하고, 비교체(20) 내부의 압력 에너지를 베타(β)psi라 가정하면, 최초 압력 제공수단(30)으로부터 압력이 제공되지 않는한 추진체(10)와 비교체(20) 내부의 압력 에너지는 α＝β라는 등식이 성립된다.
따라서, 피스톤(170)은 결합관(120)에 지지되어 탄성 압출되는 탄성 스프링(140)에 의하여 도 7의 (가)에 도시된 바와 같이 토출연(173)의 외주연에 볼(160)이 위치되도록 하여 추진관(110)의 볼홈(112)에 볼(160)이 긴밀히 끼워지므로, 추진관(110)과 실린더(150)가 함께 일체 고정되어질 수 있게 된다.
그리고, 계속적으로 압력 제공수단(30)으로부터 압력을 제공할 경우 추진체(10)와 비교체(20) 내부의 압력 에너지는 적어도 α≤β라는 등식이 성립되어, 여전히 도 7의 (가)에 도시된 바와 같은 결합상태를 유지하게 된다.
반면, 상기 압력 제공수단(30)으로부터 제공되는 압력을 해제하면서 비교체(20)의 압력을 순간적으로 이완시키게 되면, 추진체(10)와 비교체(20) 내부의 압력 에너지는 α＞β라는 등식이 성립되어 추진체(10) 내부의 압력 에너지가 비교체(20) 내부로 역류하게 된다.
이때, 상기 비교체(20) 내부로 역류하는 압력 에너지는 피스톤(170)을 가압하면서 실린더(150)의 슬롯구멍(152) 및 배출공(157)을 통하여 결합관(120)의 원통형 압력통로(122)로 유입하게 된다.
여기서, 상기 피스톤(170)은 추진체(10)로부터 역류하는 압력 에너지에 의하여 탄성 스프링(140)을 수축시키게 되고, 이 순간 토출연(173)의 외주연에 위치되어 있던 볼(160)은 도 7의 (나)에 도시된 바와 같이 흡수연(174)의 위치에 머물게 되면서 추진관(110)의 볼홈(112)으로부터 빠져나오게 되어, 결국 추진관(110)이 실린더(150)의 추진연(155)을 이탈하여 추진체(10)와 함께 튀어 나가게 되는 것이다.
그 후, 상기 추진체(10) 내부에 투입된 압력 에너지는 외부로 빠져 나갈려는 작용의 힘이 발생하게 되고, 반면 추진체(10)의 노즐(11)에 결합된 추진관(110)의 추진구멍(111)으로부터 외부로 빠져 나갈려는 압력 에너지의 작용의 힘에 대향하여그 반대방향으로는 추진체(10)가 튀어 나갈려고 하는 반작용의 힘이 발생하게 되어, 즉 작용·반작용의 법칙이 발생되어 추진체(10)는 비교체(20)에 결합된 실린더(150)를 떠나 점점 가속된 후 관성 및 낙하운동을 하게 된다.
한편, 상기 토출연(173) 및 흡수연(174) 사이에는 피스톤(170)의 왕복이동시 복수 개의 볼(160)이 토출연(173)과 흡수연(174)을 자연스럽게 미끄럼 이동될 수 있도록 경사진 테이퍼부(178)를 구비하는 것이 바람직하고, 상기 추진체(10)의 노즐(11)에 억지 끼워맞춤 결합되는 추진관(110)의 외주연에는 링형상으로 함몰 성형된 링홈(114)이 성형되고, 이 링홈(114)에는 압력링(115)이 끼워져 추진관(110)의 외주연 및 노즐(11)의 내주연 상호간을 밀봉시킬 수 있도록 한다.
또한, 상기 토출연(173)의 외주연에는 피스톤 홈(179)이 링형상으로 함몰 성형되고, 이 피스톤 홈(179)에는 피스톤 링(180)이 밀착 끼워져 실린더(150) 내부의 기밀을 유지하고, 상기 볼구멍(156) 및 진입 상한턱(154) 사이에 위치된 상기 추진연(155)의 외주연 역시 링형상으로 함몰 성형된 기밀홈(158)이 구비되고, 이 기밀홈(158)에는 기밀링(159)이 끼워져 추진관(110)의 내주연 및 실린더(150)의 외주연 상호간을 밀봉시키는 것이 좋다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치(100)에 의하면, 추진 또는 분리되고자 하는 추진체(10)의 노즐(11)에 결합된 추진관(110)이 압력 에너지의 차등에 따라 실린더(150)로부터 자동적으로 이탈할 수 있게 되어 각종 비행체 또는 추진력을 얻고자 하는 수중물체, 육상물체 등 다양한 분야에서 폭넓게 적용할 수 있는 탁월한 효과가 있다.
예를 들어, 추진되고자 하는 비행체 또는 수중물체에 적용할 경우 작용·반작용에 의한 압력 에너지를 이용하여 전방으로 또는 후방으로 순간적인 추진력을 얻을 수 있게 되고, 더불어 응용여하에 따라 군사용의 폭탄 스위치 또는 각종 밸브로서도 활용할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 압력차를 이용한 자동 분리장치(100)는 첨부된 도면과 구체적인 실시예와 관련하여 제한하면서 설명되었지만, 본 발명의 기술적 사상은 실시예의 구성부품이라든지 첨부된 도면에 의하여 국한되는 것은 아니다.
즉, 추진체(10) 또는 비교체(20)로 활용되는 피티병이나 압력 제공수단(30)으로 이용되는 에어펌프는 단순히 본 발명을 이해하기 위한 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 제한하도록 의도된 것은 아닌 것이다.
Claims (6)
- 압력 에너지를 분출하여 속도 에너지로 변환시키는 노즐(11)을 구비하며 높은 내부 압력을 수용하는 추진체(10)와, 상기 추진체(10)의 내부에 압력 에너지를 제공하는 압력 제공수단(30)을 포함하여 이루어진 압력차를 이용한 자동 분리장치(100)에 있어서;원통형 추진구멍(111)이 성형됨과 동시에 상기 추진구멍(111)의 내주연에 링형상의 볼홈(112)이 구비되어 상기 추진체(10)의 노즐(11)에 억지 끼워맞춤 결합되는 추진관(110)과;외주연에 나사산(121)이 형성되고 압력 에너지의 통로가 되는 원통형 압력통로(122)가 구비되어 상기 압력 제공수단(30)에 결합되는 결합관(120)과;상기 결합관(120)에 지지되어 탄성 압출되는 탄성 스프링(140)과;일단은 개구되어 상기 결합관(120)의 나사산(121)에 나사 결합되는 나사홈(151)이 성형되고 타단은 슬롯구멍(152)이 형성된 원통형 수용홈(153)과, 상기 추진관(110)의 원통형 추진구멍(111)의 내경보다 상대적으로 두껍게 상기 나사홈(151)의 외주연에 돌출 성형된 진입 상한턱(154)과, 상기 진입 상한턱(154)으로부터 상기 슬롯구멍(152)에 이르는 상기 원통형 수용홈(153)의 외주연에 상기 원통형 추진구멍(111)의 내경과 일치되도록 얇게 성형되어 상기 추진관(110)의 왕복이동의 경로가 되는 추진연(推進緣)(155)와, 상기 추진관(110)이 상기 추진연(155)을 따라 진입하여 상기 진입 상한턱(154)에 밀착될 경우 상기 링형상의 볼홈(112)에 일치되는 위치의 상기 추진연(155)의 외주연으로부터 상기 원통형 수용홈(153)의 내주연을 향하여 뚫려진 복수 개의 볼구멍(156)을 구비한 실린더(150)와;상기 복수 개의 볼구멍(156)에 각각 끼워지는 복수 개의 볼(160)과;일단은 개구되어 상기 탄성 스프링(140)의 탄력을 받으며 상기 결합관(120)의 원통형 압력통로(122)로부터 공급된 압력 에너지를 수용하는 원통형 압력홈(171)과, 상기 실린더(150)의 슬롯구멍(152)에 끼워져 지지되도록 상기 원통형 압력홈(171)의 타단으로부터 길이방향으로 돌출 성형된 지지봉(172)과, 상기 원통형 압력홈(171)의 일단 외주연에 돌출 성형되어 상기 탄성 스프링(140)이 팽창될 경우 상기 복수 개의 볼구멍(156)에 끼워진 복수 개의 볼(160)을 토출시켜 상기 볼홈(112)에 끼움 결합시키는 토출연(吐出緣)(173)과, 상기 탄성 스프링(140)이 수축될 경우 상기 볼홈(112)에 끼워진 볼(160)을 흡수하여 상기 추진관(110)이 추진연(155)을 따라 자유롭게 이탈될 수 있도록 상기 원통형 압력홈(171)의 외주연에 상기 토출연(173)보다 상대적으로 얇게 성형된 흡수연(吸收緣)(174)과, 상기 결합관(120)의 원통형 압력통로(122)로부터 공급된 압력 에너지를 상기 실린더(150)의 원통형 수용홈(153) 및 슬롯구멍(152)을 경유하여 상기 추진체(10)에 분출할 수 있도록 상기 원통형 압력홈(171)의 내주연으로부터 상기 흡수연(174)을 향하여 관통 성형된 복수 개의 분출구멍(175)과, 상기 원통형 압력홈(171)에 수용된 압력 에너지는 상기 복수 개의 분출구멍(175)을 통하여 상기 추진체(10)에 분출될 수 있도록 하는 반면 상기 추진체(10)로부터 역류되는 압력 에너지는 흡수되지 못하도록 상기 분출구멍(175)을 밀봉시키는 패킹(176)과, 상기 흡수연(174)의 외주연에 링형상으로 함몰 성형되어 상기 패킹(176)을 끼움 받아들이는 패킹홈(177)을 구비하며 상기 추진체(10) 및 상기 압력 제공수단(30)의 압력 에너지 상호간을 비교하여 압력 에너지가 작은 쪽으로 이동되는 피스톤(170)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력차를 이용한 자동 분리장치(100).
- 제 1 항에 있어서,상기 토출연(173) 및 흡수연(174) 사이에 경사지게 성형되어 상기 피스톤(170)의 왕복이동시 상기 복수 개의 볼(160)을 미끄럼 이동시키는 테이퍼부(178)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력차를 이용한 자동 분리장치(100).
- 제 1 항에 있어서,상기 실린더(150)는 상기 결합관(120)의 원통형 압력통로(122)로부터 상기 원통형 수용홈(153)에 공급된 압력 에너지를 상기 추진체(10)에 분출할 수 있도록 뚫려진 배출공(157)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력차를 이용한 자동 분리장치(100).
- 제 1 항에 있어서,상기 추진체(10)의 노즐(11)에 억지 끼워맞춤 결합되는 추진관(110)의 외주연에 링형상으로 함몰 성형된 링홈(114)과;상기 링홈(114)에 끼워져 상기 추진관(110)의 외주연 및 상기 노즐(11)의 내주연 상호간을 밀봉시키는 압력링(115)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력차를 이용한 자동 분리장치(100).
- 제 1 항에 있어서,상기 볼구멍(156) 및 상기 진입 상한턱(154) 사이에 위치된 상기 추진연(155)의 외주연에 링형상으로 함몰 성형된 기밀홈(158)과;상기 기밀홈(158)에 끼워져 상기 추진관(110)의 내주연 및 상기 실린더(150)의 외주연 상호간을 밀봉시키는 기밀링(159)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력차를 이용한 자동 분리장치(100).
- 제 1 항에 있어서,상기 토출연(173)의 외주연에 링형상으로 함몰 성형된 피스톤 홈(179)과,상기 피스톤 홈(179)에 밀착 끼워지는 피스톤 링(180)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력차를 이용한 자동 분리장치(100).
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20041109 Year of fee payment: 4 |
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