KR100658957B1

KR100658957B1 - 파력을 이용한 동력 보조장치

Info

Publication number: KR100658957B1
Application number: KR1020050095276A
Authority: KR
Inventors: 채찬복; 채태근; 채성근
Original assignee: 채찬복; 채태근; 채성근
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2006-12-19

Abstract

본 발명은 열차의 일측, 또는 다수 개소에 파력 에너지(Wave-Force Energy)를 얻을 수 있는 물탱크 수조를 설치하고, 열차가 출발해서 정지할 때까지 감속, 가속을 주기적으로 일으키게 하여 수조 안의 액체가 계속 앞뒤로 쏠리면서 파동을 형성하면 이를 압축에너지로 변환하여 열차의 보조동력원으로 사용할 수 있도록 함으로서 연비를 줄일 수 있는 획기적인 보조 동력장치에 관한 것이다.

개시되는 내용은 열차의 일측, 또는 다수 개소에 '

'자형 물탱크 수조를 설치하고 수조의 양 끝단에 부구(浮具)를 설치하여 열차의 가속 및 감속으로 인하여 수조 안의 액체가 앞뒤로 쏠리면서 부구를 상하로 왕복운동시키고, 지렛대축을 이용하여 부구의 상하 왕복운동을 승하강이 가능한 랙기어로 연결시킨 후, 랙기어의 승하강에 따라 공지의 동력전달부재와 공기압축기를 통해 에어탱크로 고압의 공기를 압축시켜 저장하였다가 이를 평활한 압력조건 하에서 열차의 가속 때 같이 분사함으로서 열차의 보조 동력에너지로 이용하고자 하는 기술사상에 관한 것이다.

본원의 기술사상은 저속으로 열차를 운행하면서 가속 및 감속을 주기적으로 하여 수조 안의 액체가 계속 출렁일 수 있는 열차에 한정된다.

동력 보조장치, 파력 발생장치, 열차 보조 동력장치

Description

파력을 이용한 동력 보조장치{Power Assistant Unit using Wave-Force}

도 1a는 본원에서 이용 가능한 '

'자형 물탱크형 수조의 예시도.

도 1b는 '

'자형 물탱크형 수조에서 동력발생의 일 실시 예를 도시한 예시도.

도 2는 도1의 수조와 연결되는 동력발생장치 설명도.

도 3은 공지의 공압회로도.

도 4는 공지의 발전장치 설명도.

도 5는 저장된 에어탱크 내의 에너지를 동시에 분사, 열차의 보조동력원으로 사용하는 일 실시예

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 수조 11 : 액체

12 : 부구 13 : 가드레일

14 : 유니버설조인트 15 : 부구연결구

16 : 지렛대 17 : 지렛대축

18 : 래크연결구 19 : 체인

20 : 승강식 동력발생장치 21 : 지지프레임

22, 23 : 가이드레일 24 : 제1랙크기어

25 : 제2랙크기어 26 : 지지축

27 : 제1피니언기어 28 : 제2피니언기어

30 : 구동축 31 : 와이어축

32 : 와이어 33 : 돌출부

34,35 : 드럼 36, 37: 라체트

38,39 : 안내롤러 40 : 공기압축기(Compressor)

41 : 실린더 42 : 피스톤로드

43 : 가이드장치 48 : 회전풀리

49, 49a : 드럼 50 : 에어탱크

51 : 공기공급변 52 : 후방안내롤러

53 : 돌출부 55 : 발전기

57, 57a : 매카니칼밸브 58 : 마스터밸브

60 : 기관차 61 : 기관차 엔진

62 : 소기어 63 : 대기어

64 : 타원형 회전부 65 : 롤러베어링

66 : 제1페달 67 : 제1페달

68 : 스위치 69 : 스프링

70 : 화차 71 : 볼 밸브

80 : 동력발생장치

본원은 열차의 일측, 또는 다수 개소에 파력 에너지(Wave-Force Energy)를 얻을 수 있는 물탱크 수조를 설치하고, 열차가 출발해서 정지할 때까지 감속, 가속을 주기적으로 일으키게 하여 수조 안의 액체가 계속 앞뒤로 쏠리면서 파동을 형성하면 이를 압축에너지로 변환하여 열차의 보조동력원으로 사용할 수 있도록 함으로서 연비를 줄일 수 있는 획기적인 보조 동력장치에 관한 것이다.

최근 석유자원의 고갈로 인하여 원유가 상승문제가 지구상의 큰 관심사로 부상하고 있으며, 따라서 대체에너지에 관심이 그만큼 고조되고 있다.

또한 1994년부터 발효된 UN 기후변화협약은 지구온난화의 방지를 위해서 각국이 자발적으로 이산화탄소 배출 절감을 의무사항으로 규정하고 있다. 우리나라도 21세기에 들어서면 본격적으로 이산화탄소 배출 감소를 추진해야 할 것으로 예상되지만 에너지 절약의 측면에서나 대체에너지 개발의 측면에서 다른 나라들보다 크게 불리한 상황에 있다.

청정에너지 개발은 장기적인 관점에서 볼 때 안정적인 에너지 공급기반을 구축하고 에너지 수급의 해외 의존도를 감소시키며 자주적인 공급기반을 조성하는 계기가 되고 자체적 기술개발능력을 신장함으로써 차세대 산업기술의 대외 의존도를 극복할 수 있으며 이산화탄소를 줄여 기후변화협약에도 슬기롭게 대처할 수 있는 방법 중의 하나이다.

따라서, 본 출원인은 상기와 같은 대체에너지의 개발 필요성을 인식하고 파력을 이용한 동력발생장치를 연구하여 왔으며 본원 기술과 관련한 선출원으로 특허등록 제104704호, 제398491호에 따른 "파력을 이용한 동력발생장치" 및 특허출원 2002년 제70547호 "파도를 이용한 발전장치" 들을 등록받은바 있으며, 본원은 상기의 기술내용을 열차에 변형시켜 적용하기 위한 기술사상에 관한 것이다.

이에 본원에서는 열차의 일측, 또는 다수 개소에 '

'자형 물탱크 수조를 설치하고 수조의 양 끝단에 부구(浮具)를 설치하여 열차의 가속 및 감속으로 인하여 수조 안의 액체가 앞뒤로 쏠리면서 부구를 상하로 왕복운동시키고, 지렛대축을 이용하여 부구의 상하 왕복운동을 승하강이 가능한 랙기어로 연결시킨 후, 랙기어의 승하강에 따라 공지의 동력전달부재와 공기압축기를 통해 에어탱크로 고압의 공기를 압축시켜 저장하였다가 이를 평활한 압력조건 하에서 열차의 가속 때 같이 분사함으로서 열차의 보조 동력에너지로 이용하고자 하는 기술사상을 개시한다.

또한, 수조 안의 액체가 계속 앞뒤로 출렁이도록 저속으로 가는 열차에서 가속과 감속을 주기적으로 하기 위하여 동시에 각 열차의 에어탱크로부터 에너지를 방출하여 가속시키는 기술사상을 개시하여 본원의 이해를 높인다.

본 발명은 열차의 일측, 또는 다수 개소에 파력 에너지(Wave-Force Energy) 를 얻을 수 있는 물탱크 수조를 설치하고, 열차가 출발해서 정지할 때까지 감속, 가속을 주기적으로 일으키게 하여 수조 안의 액체가 계속 앞뒤로 쏠리면서 파동을 형성하면 이를 압축에너지로 변환하여 열차의 보조동력원으로 사용할 수 있도록 함으로서 연비를 줄일 수 있는 획기적인 보조 동력장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 열차의 일측, 또는 다수 개소에 '

'자형 물탱크 수조를 설치하고 수조의 양 끝단에 부구(浮具)를 설치하여 열차의 가속 및 감속으로 인하여 수조 안의 액체가 앞뒤로 쏠리면서 부구를 상하로 왕복운동시키고, 지렛대축을 이용하여 부구의 상하 왕복운동을 승하강이 가능한 랙기어로 연결시킨 후, 랙기어에 와이어를 매개로 구동축을 이용하여 공회전 없이 일방향으로만 회전하도록 함으로서 공지의 동력전달부재와 공기압축기를 통해 에어탱크로 고압의 공기를 압축시켜 저장하였다가 이를 평활한 압력조건 하에서 열차의 가속 때 같이 분사함으로서 열차의 보조 동력에너지로 이용하고자 하는 기술사상에 관한 것이다.

이하 실시 예와 도면을 통하여 본 발명의 효과를 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 발명자는 발명의 기술사상을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 설명하고자 한 것이나 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 폭넓게 균등론적으로 해석되어야 할 내용임은 자명하다 할 것이다. 이하에서 구체적인 실시 예를 들어 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1a는 파력에너지를 얻을 수 있는 '

'자형 물탱크형 수조(10)와 승강식 동 력발생장치(20), 구동축(30) 및 공기압축기(40, Air Compressor)의 구조와 구성원리를 도시하고 있다.

물탱크형 수조(10)는 '

'자형으로서 수조 내부에는 열차의 진동에 따라 출렁이면서 앞, 뒤로 쏠려서 부구(12)를 들어올리는 액체(11)가 들어 있다. 이 액체(11)는 보통의 물, 또는 기름을 사용할 수 있으며, 비중(比重)이 낮아 무게가 가벼운 것이 바람직하다.

물(11)의 출렁이는 진동에 따라 상하로 왕복운동을 하는 부구(12)는 수조(10)의 양 끝단에 각각 설치되어 있으며, 부구(12)는 가드레일(13)을 따라서 상, 하로 일정궤도로 이동할 수 있는 구조를 이루게 한다.

부구(12)에서 승강식 동력발생장치(20)와의 동력전달장치를 구성하기 위하여 지렛대(16)를 이용할 수 있다. 지렛대축(17)을 이용하여 부구(12)에는 부구연결구(15)를, 제1래크기어(24)에는 래크연결구(18)를 각각 설치하고 지렛대(16)를 이용하여 부구(12)가 상승하면 제1래크기어(24)는 하강하고, 부구(12)가 하강하면 제1래크기어(24)는 상승하게 되며, 부구와 부구연결구에는 유니버설조인트(14)가 달려있어 부구(12)가 회전하거나 약간 꺽이어도 동력이 전달되는 구조를 이루고 있다.

동력발생장치(20), 구동축(30), 공기압축기(40)는 본 출원인의 선출원한 특허등록 제104704호, 제398491호에 따른 "파력을 이용한 동력발생장치" 및 특허출원 2002년 70547호 "파도를 이용한 발전장치"에 개시된 공지된 기술인 바, 자세한 설명은 생략하고, 도 2에서 간략적으로 설명하고자 한다.

도 1b에서는 물탱크 수조(10)내에서 부구(12, 12')가 상,하로 이동하는 작동 예를 도시하고 있다. 열차가 출발, 가속, 감속, 정지 등의 운행을 할 때 물이 한쪽으로 쏠리면서 한쪽의 부구(12)는 내려가고 한쪽의 부구(12')는 올라가면서 지렛대를 통해 제1래크기어(24, 24')가 각각 올라가고 내려감을 알 수 있다.

도 2는 승강식 동력발생장치(20)의 원리를 간략하게 도시하고 있는바, 본원의 동력발생장치는 지지프레임(21)상에 한쌍의 가드레일(22,23)이 좌우 대칭되도록 수직상태로 설치되고, 각각의 가드레일(22,23)의 레일을 따라 제1래크기어(24)와 제2래크기어(25)가 롤러를 이용하여 상, 하 이동을 하도록 설치되고, 제1래크기어(24)가 부구(12)와 지렛대(16)를 매개로 고정 부착되어 부구(12)가 상승되거나 하강됨에 따라 제1랙크기어(24)가 제1가드레일(22)을 따라 상승되거나 하강하게 되는 구조를 이룬다.

또한 지지프레임(21)상에 지지되는 축(26)을 중심으로 제1피니언기어(27)와 제2피니언기어(28)가 동일축을 중심으로 회전되도록 설치되는데, 제1피니언기어(27)는 제1래크기어(24)와 치결합되어 있고, 제2피니언기어(28)는 제2래크기어(25)와 치결합되어서 부구(12)에 의해 제1랙기어(24)가 상, 하 방향으로 이동되면 그 이동방향에 따라 제1피니언기어(27)가 좌우회전을 하게 되고, 동시에 제2피니언기어(28)가 회전하게 되면서 제2래크기어(25)를 제1래크기어(24)의 반대방향으로 상, 하 이동시키게 된다.

이때 제1피니언기어(27)와 제2피니언기어(28)는 서로 상당한 직경 (약1:5정도)의 차이를 갖도록 형성되어 제1래크기어(24)의 작은 상하 이동거리에도 제1피니언기어(27)와 제2피니언기어(28)의 직경비만큼 크게 증대되어 제2래크기어(25)를 증대된 상하이동거리로 승,하강시키게 된다.

제2래크기어(25)의 선단부와 공기압축기(40)와 연결되는 구동축(30)을 와이어(32)로 연결하고, 제2래크기어(25)의 승하강에 따라 공기압축기(40)와 연결되는 구동축(30)이 항상 일방향으로만 권회되고, 공기압축기(40)로부터 압축된 공기를 모으는 압축공기저장통(50)이 구비되며, 압축공기 저장통(50)과 관련한 기술구성 등은 특허등록 제104704호 및 제398491호에 개시된 원리와 같은 방법으로 동력발생장치와 연결되는 기술구성을 갖는다.

즉, 제2랙크기어(25)가 상승할 때나 하강할 때 공기압축기(40)와 연결되는 구동축(30)이 공회전 없이 일방향으로만 회전되도록 제2랙크기어(25)의 선단부에는 와이어(32)의 일단이 연결되고, 제2랙크기어(25)의 중간에 형성된 돌출부(33)에는 와이어(32)의 타단이 연결되며, 이들 와이어(32)는 공기압축기(40)와 연결되는 구동축(30)에 설치된 2개의 드럼(34)(35)에 각각 권회되고, 2개의 드럼(34, 35)에는 역회전방지용 라체트(36, 37)가 각각 설치되며, 와이어(32)는 제2랙크기어(25)의 선단부부터 일측드럼(34)-제1안내롤러(38)-제2안내롤러(39)-타측드럼(35)-후방안내롤러(31)-제2랙크기어(25)의 돌출부(33)를 통하여 권회되어 제2랙크기어(25)가 상승하거나 하강할 때 모두 공기압축기(40)와 연결되는 구동축(30)을 공회전 없이 일방향으로만 회전시킬 수 있도록 구성되는 것이다.

도 3은 본원에 적용할 수 있는 동력발생장치를 도시하고 있고, 도 4는 공압회로를 나타내고 있는바, 공기압축기(40)로부터 압축된 공기를 에어탱크(50)에 저장하였다가 공기공급변(51)을 통해 온오프시킴에 따라 실린더(41)를 전후진 동작시 키고, 피스톤로드(42)에 설치된 가이드장치(43)에 의해 회전풀리(48)가 실린더(41)의 전후진시 모두 공회전 없이 일방향으로만 회전하면서 발전기(55)를 구동시켜 발전할 수 있도록 되는 것으로,

실린더(41)의 피스톤로드(42)가 연속적으로 출몰될 수 있도록 공지된 도 4의 공압회로를 연결할 수 있으며, 이러한 공압회로는 도 4에 도시한 바와 같이 실린더(41)에 압축공기가 실린더(41) 전후측 위치에 교번적으로 공급될 수 있도록 실린더(41)가 출,몰되는 위치에 유체(공기 포함) 방향을 전환시키는 2개의 메카니칼밸브(57, 57a)를 공압회로로 각각 연결접속하고 이 회로를 공압회로의 공기흐름방향을 조정하는 마스터 밸브(58)와 연결하여서 된 것이며,

피스톤로드(42)가 몰입될 시는 몰입되는 방향으로 공기가 유입되다가 몰입이 완료된 지점에서 피스톤로드(42) 선단에 장착된 압지간(42a)이 매카니칼 밸브(57)를 압지하여 공기흐름 방향을 반대로 바꾸고 따라서 압지된 방향의 실린더(41)측으로 마스터 밸브(58)에 의하여 공기가 최초의 반대측으로 공급됨으로써 실린더(41)의 피스톤을 압압하여 피스톤로드(42)는 몰입된 상태로부터 인출되게 되고,

일정한 길이로 인출된 피스톤로드(42)의 압지간(42a)이 다시 메카리칼 밸브(57a)를 압지함으로써 피스톤로드(42)의 인출이 중지됨과 동시에 공기흐름방향이 다시 변환되어 피스톤로드(42)가 몰입되는 출, 몰 교번동작이 압축공기가 공급되는 한 지속적으로 반복되고 이 피스톤로드(42)의 왕복출몰운동을 회전운동으로 바꾸어주게 되는 바,

이들 회전운동변환장치를 설명하면, 실린더(41)가 전진할 때나 후진할 때나 회전풀리(48)는 공회전 없이 일방향으로만 회전되도록 피스톤로드(42)에는 축방향으로 와이어(47)의 일단이 연결되고 피스톤로드(42)의 돌출부(53)에는 와이어의 타단이 연결되며, 이들 와이어는 회전풀리(48)의 축(48a)에 설치된 2개의 드럼(49, 49a)에 각각 권회되고, 2개의 드럼(49, 49a)에는 역회전방지용 라체트(50)가 각각 설치되며, 와이어(47)는 피스톤로드(42) 축방향 선단부로부터 일측 드럼(49)-안내롤러(51)-안내롤러(51a)-타측드럼(49a)-후방안내롤러(52)-피스톤로드(42)의 돌출부(53)를 통하여 권회되고, 도시하지는 않았지만 가이드장치(43)는 피스톤로드(42)가 항상 정위치에서 출몰될 수 있게 가이드할 수 있는 구조를 이룰 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 5는 저장된 에어탱크 내의 에너지를 동시에 분사, 열차의 보조동력원으로 사용하는 일 실시예를 도시한 것으로서, 열차가 저속으로 운행하면서 가속 및 감속을 주기적으로 하여 수조 안의 액체가 계속 앞, 뒤로 쏠리면서 출렁이며 파력에너지를 최대한 끌어내는 방법의 일 실시 예를 나타낸 것이다.

열차의 가속 시 에어탱크 내의 에너지를 각 화차마다 동시에 분사함으로서 최대한의 가속을 끌어내고, 수조 안의 액체가 가속으로 인해 뒤로 쏠리면서 파력 에너지를 발생시키며, 가속이 끝나면 수조 안의 액체는 다시 원위치하여 평형해지고 이때 감속을 하면 수조 안의 액체가 앞으로 쏠리면서 파력에너지를 발생시키며, 감속이 끝나면 수조안의 액체가 다시 원위치하여 평행해지는 단계를 반복함으로서 파력에너지를 최대한 모으면서도 파력에너지를 최대한으로 활용할 수 있다.

기관차(60)의 엔진에 의해 돌아가는 엔진(61) 구동축에는 소기어(62)와 대기 어(63)의 비율이 약 100 대 1이나 70 대 1 정도의 기어 변속을 하는 기어를 달고 대기어(63)의 축에 같이 회전하는 타원형 회전부(64)를 설치한다. 타원형 회전부(64)는 마치 계란처럼 원형에서 약 30°~ 60°정도의 각의 부분만이 약간 볼록하게 튀어나와 있는 형태로서 대기어가 회전하는 동안 볼록하게 튀어나온 부분이 롤러 베어링(65)에 닿아 롤러 베어링(65)을 밀어내게 되고 롤러 베어링(65)이 밀려나면서 제1페달(66)과 제2페달(67)을 각각 밀어내어 스위치(68)를 누르게 된다. 스위치가 눌려지면 마치 악셀레이터가 밟힌 것처럼 엔진의 회전속도를 높여 기차는 가속을 하게 되며, 또한 스위치가 눌려지면 각 화차(70)의 에어탱크(50)에 있는 볼밸브(71)를 동시에 열어 에어탱크(50)에서 동력발생장치(80)로 공기가 주입되어 동력을 전달하며,

타원형 회전부(64)의 볼록하게 튀어나와 있는 부분이 롤러 베어링(65)에서 떨어지면 밀려 있던 제1페달(66)과 제2페달(67)이 스프링(69)에 의해 원위치되고 눌려 있던 스위치(68)가 떨어지면서 엔진의 회전속도가 낮아지고 볼밸브(71)가 닫혀 에어탱크(50)에서 동력발생장치(80)로 주입되던 공기가 차단되어 동력을 발생을 멈춤으로서 감속되는 구조를 이루고 있다.

즉, 타원형 회전부(64)의 볼록하게 튀어나와 있는 부분이 롤러 베어링(65)을 밀어내어 스위치(68)가 눌려지면 기차의 엔진(61)은 가속을 하고 에어탱크(50)에서 동력발생장치(80)로 공기가 주입되어 동력을 전달하게 됨으로서 기차는 순간적으로 상당한 가속을 갖게 되며, 타원형 회전부(64)의 볼록하게 튀어나와 있는 부분이 롤러 베어링(65)에서 떨어지면 스프링(69)의 의해서 제1페달(66)과 제2페달(67)이 원 위치되고 눌려있던 스위치(68)는 떨어지면서 기차의 엔진(61) 회전속도가 떨어지고 에어탱크(50)에서 동력발생장치(80)로 주입되던 공기가 막혀 동력을 전달하지 못하게 됨으로서 기차는 속도가 떨어져 감속하게 된다.

결국 타원형 회전부(64)가 회전 하는 동안 기차는 계속 가속과 감속을 주기적으로 반복하게 되어 수조(10)안의 액체(11)는 계속 앞/뒤로 몰리면서 부구(12)를 올리고 내림으로서 에어탱크(50)로 공기를 주입하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 기술사상을 특정한 바람직한 일 실시예로 도시하고 설명하였지만, 하기 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술사상은 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 다양하게 변형 및 개조되거나 변경되어 실시될 수 있을 것이며, 본원의 특허청구 범위에 기재된 보호범위는 본원의 기술사상의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 범위 내에서 균등론적으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본원은 열차가 출발, 정지 및 운행할 때 물이 앞뒤로 밀리면서 발생하는 적은 파력에너지를 지렛대 원리를 이용하여 힘을 키우고 또한 랙크기어와 피니언기어 원리를 이용하여 적은 파력에너지를 큰 압축공기에너지로 변환시켜 열차의 동력원으로 사용하는 효과를 제공할 수 있다.

또한 열차가 감속, 가속을 주기적으로 행하면서 가면 파력에너지의 효과를 최대한 발휘할 수 있을 것이다.

Claims

동력 에너지원 발생방법에 있어서,

열차의 일 측부 또는 다수 개소에 파력에너지를 일으킬 수 있는 '
'형 물탱크 수조를 설치하고 수조 내부에 물을 채워넣고 부구를 설치하여, 열차가 출발, 정차 및 운행할 때 물이 앞, 뒤로 밀리면서 파력에너지를 형성토록 하고 이 파력에너지를 압축공기에너지로 변환시켜 에너지원을 발생시키는 것을 특징으로 하는 동력 에너지원 발생방법.