KR100900816B1 - 형상기억합금을 이용한 동력발생장치 - Google Patents

형상기억합금을 이용한 동력발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 형상기억합금을 이용한 동력발생장치에 관한 것으로서, 동력발생수단에 동작 열원을 공급하는 열원 공급수단, 상기 열원 공급수단으로부터 열원을 일정 주기로 교대로 공급받으며 인장 및 압축이 가능한 형상기억합금 소재의 탄성수단을 포함하여 이루어지는 동력발생수단 및 상기 탄성수단의 인장 및 압축에 의한 동력발생수단의 직선왕복운동을 회전운동을 변환시키도록 상기 동력발생수단과 연결되는 동력변환수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 형상기억합금을 이용한 동력발생장치에 의하면, 태양열, 지열, 발효열 및 폐기열 등의 열원과 형상기억합금 소재의 형상복원력을 이용하여 친환경적이고 분진 등의 오염원 발생이 없는 동력을 제공할 수 있는 효과가 있다.
축열조, 축냉조, 태양열, 지열, 발효열, 형상기억합금, 튜브관, 흡입밸브, 배출밸브, 크랭크. 레크, 기어부

Description

형상기억합금을 이용한 동력발생장치{AN APPARATUS FOR GENERATING POWER USING SHAPE MEMORY ALLOY}
본 발명은 동력발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 특정한 온도조건에서 기억된 형상으로 형상이 복원되는 형상기억합금 소재로 이루어지는 탄성수단이 적용된 형상기억합금을 이용한 동력발생장치에 관한 것이다.
일반적으로, 인간이 도구를 사용하면서부터 발달된 기계요소 중 특히 동력발생장치는 눈부신 속도로 발달되어 왔다.
이중, 내연기관은 자동차, 선박, 항공기 등의 발달과 더불어 급격한 발전을 이루었다.
그러나, 근래에 이르러서는 화석연료의 무분별한 사용과 남용으로 인하여, 자연생태계가 파괴되는 등 적지 않은 문제점이 발생되고 있다.
또한, 화석연료는 점차 고갈되어 가는 상황에서, 근자에는 바이오에너지 등의 대체에너지 수단들이 개발되어 사용되고 있으나, 이는 원료로써 식량자원을 주로 사용한다는 점에서 비난의 대상이 되고 있을 뿐만 아니라, 가격의 불안정을 초 래하므로 만족스런 대안이 될 수 없다.
이런 연유로 다양한 면에서 만족스러운 대체 에너지 수단을 확보하는 것이 전 지구적인 과제가 되고 있으며, 그 일례로 태양광 발전이 활발히 연구되고 있다.
그러나, 이러한 태양광 발전은 지표면 도달에너지 대비 발전효율이 낮고, 시설비용이 매우 크게 소요되므로 투자대비 수익기대율이 매우 낮은 실정이다.
또한, 기존의 태양열발전의 경우에도 열전쌍발전이나 외연기관 즉, 스털링엔진 등에 의한 발전 역시 그 효율이 매우 저조하며 특히 관리비용이 매우 크게 소요되었다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 친환경적인 태양열, 지열 등의 자연에너지와 발효열 및 폐기열 등의 버려지는 에너지를 이용하는 동시에 이러한 에너지의 공급과 형상기억합금 소재의 특정온도에서의 형상복원 특성을 이용하여 동력을 발생시킬 수 있는 형상기억합금을 이용한 동력발생장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 제1실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 동력발생장치는 동력발생수단에 동작 열원을 공급하는 열원 공급수단; 상기 열원 공급수단으로부터 열원을 일정 주기로 교대로 공급받으며, 인장 및 압축이 가능한 형상기억합금 소재의 탄성수단을 포함하여 이루어지는 동력발생수단; 및 상기 탄성수단의 인장 및 압축에 의한 동력발생수단의 직선왕복운동을 회전운동을 변환시키도록 상기 동력발생수단과 연결되는 동력변환수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 제2실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 동력발생장치는 태양열, 지열, 발효열, 폐기열 중 어느 하나 이상으로부터 열교환을 통해 고열원을 공급받아 저장하는 축열조, 상기 축열조의 고열원을 일정 주기로 공급받으며, 상기 고열원의 공급 및 공급된 고열원의 자연 냉각을 통해 인장 및 압축이 가능한 형상기억합금 소재의 탄성수단을 포함하여 이루어지는 동력발생수단 및 상기 탄성수단의 인장 및 압축에 의한 동력발생수단의 직선왕복운동을 회전운동을 변환시키도록 상기 동력발생수단과 연결되는 동력변환수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 제3실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 동력발생장치는 상온 또는 주변환경의 저열원을 저장하는 축냉조, 상기 축냉조의 저열원을 일정 주기로 공급받으며, 상기 저열원의 공급 및 공급된 저열원의 자연적인 온도상승을 통해 인장 및 압축이 가능한 형상기억합금 소재의 탄성수단을 포함하여 이루어지는 동력발생수단 및 상기 탄성수단의 인장 및 압축에 의한 동력발생수단의 직선왕복운동을 회전운동을 변환시키도록 상기 동력발생수단과 연결되는 동력변환수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 열원 공급수단은 태양열, 지열, 발효열, 폐기열 중 어느 하나 이상으로부터 열교환을 통해 고열원을 공급받아 저장하는 축열조; 및 상기 고열원보다 온도가 낮은 상온 또는 주변환경의 저열원을 저장하는 축냉조를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 동력발생수단은, 탄성수단으로 형상기억합금 소재로 이루어지는 다수의 스프링; 상기 스프링의 양단에 각각 연결되는 연결봉; 상기 스프링을 감싸도록 형성되는 튜브관; 상기 축열조와 축냉조 중 어느 하나 이상의 고열원과 저열원을 각각 일정 시간차의 주기를 가지며 튜브관 내부로 유입시키도록 상기 튜브관에 장착되어 개폐되는 흡입밸브; 및 상기 튜브관 내부의 고열원과 저열원 중 어 느 하나 이상을 각각 일정 시간차의 주기를 가지며 튜브관 외부로 배출시키도록 상기 튜브관에 장착되어 개폐되는 배출밸브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결봉 중 어느 하나의 단부는 지지프레임의 하단부에 회전 가능하게 고정되며, 다른 하나의 단부는 상기 동력변환수단에 연결되거나, 상기 연결봉 중 어느 하나의 단부는 지지프레임의 하단부에 고정되며, 다른 하나의 단부는 그 단부에 회전 가능하게 연결되는 연결로드를 개재하여 상기 동력변환수단에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡입밸브와 배출밸브는 컨트롤부에 의해 동작되는 체크밸브이며, 상기 컨트롤부에서는 캠부재 또는 전자식 솔레노이드에 동작신호를 전달하여 흡입밸브와 배출밸브를 개폐하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동력변환수단은, 메인샤프트와, 상기 연결봉 중 어느 하나의 단부와 메인샤프트에 연결되는 크랭크와, 상기 메인샤프트에 연결되는 플라이휠을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동력변환수단은, 메인샤프트와, 상기 연결봉 중 어느 하나의 단부에 연결되는 레크와, 상기 레크와 맞물리며 메인샤프트에 설치된 기어부와, 상기 기어부가 설치된 메인샤프트에 연결되는 플라이휠을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배출밸브로부터 배출된 고열원은 배출 축열조에 저장되어 상기 축열조로 피드백되고, 상기 배출밸브로부터 배출된 저열원은 배출 축냉조에 저장되 어 상기 축냉조로 피드백되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축냉조에는 라디에이터가 추가적으로 연결되어 설치되고, 상기 축냉조와 라디에이터를 연결하는 순환배관 내부에는 물, 기름 및 프레온가스 중 어느 하나가 수용되는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 형상기억합금을 이용한 동력발생장치에 의하면, 태양열, 지열, 발효열 및 폐기열 등의 열원과 형상기억합금 소재의 형상복원력을 이용하므로 친환경적이고 분진 등의 오염원 발생이 없는 동력을 제공할 수 있는 효과가 있다.
즉, 청정 에너지원을 사용함에 따라 탄소배출을 제로화시킬 수 있고 원유 등의 에너지 수입 대체 효과를 가져올 수 있다.
또한, 기존 사용하는 태양광 발전 설비에 비해 저비용으로 발전시설을 갖출 수 있고, 일기와 계절의 영향을 받지 않는 양호한 품질의 동력을 지속적으로 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 발효열을 사용함에 따라 별도의 에너지원이 부족한 농가 등에서 독립적인 전원으로 사용하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 동력발생장치를 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 동력발생장치를 나타내는 개략도이며, 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 동력발생장치를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 동력발생장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 축열조(100), 축냉조(200), 동력발생수단(300) 및 동력변환수단(400)을 포함하여 이루어진다.
상기 축열조(100)는 태양열, 지열, 식물성 유기물을 발효시키는 과정에서 발생하는 발효열, 공장 등 산업시설에서 발생하는 폐기열 중 어느 하나 이상으로부터 열교환챔버 등을 이용한 열교환 과정을 통해 고열원을 공급받아 저장하게 된다.
상기 축냉조(200)는 상기 고열원보다 온도가 낮은 상온 또는 주변환경의 저열원을 공급받아 저장하게 된다.
여기서, 상기 고열원과 저열원은 각각 액상 또는 기상의 물이 적용될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되지 않으며 물 이외의 다른 액체 또는 기체도 적용이 가능하다.
또한, 상기 동력발생수단(300)은 축열조(100)와 축냉조(200)의 고열원과 저열원을 일정 시간차의 주기로 교대로 공급받아 배출하도록 이루어져 있다.
그러나, 반드시 이에 한정하지는 않으며, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 고열원과 저열원 중 어느 하나를 일정 시간차의 주기로 공급 및 배출되도록 이루어져도 된다.
이러한 차이에 따른 이하 설명하는 구성요소의 동작관계 및 작용에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다.
도 4a는 도 1 내지 도 3에서의 동력발생수단과 동력변환수단의 일례를 나타내는 정면도이고, 도 4b는 도 4a의 측면도이며, 도 4c는 도 4a의 사시도이고, 도 5는 도 4a에서 동력발생수단 일부분의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 4b에서 다른 예의 동력변환수단이 적용된 상태를 나타내는 상태도이고, 도 7은 도 6의 A, B부분을 나타내는 측면도이다.
도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 동력발생수단(300)은 상기 축열조(100)와 축냉조(200)의 고열원과 저열원을 일정 주기로 교대로 공급받으며, 상기 고열원과 저열원의 주기적인 교대 공급에 의해 압축 및 인장이 가능한 형상기억합금 소재의 탄성수단, 연결봉(320), 튜브관(330), 흡입밸브(340) 및 배출밸브(350)를 포함하여 이루어진다.
본 실시예에서 상기 탄성수단으로 스프링(310)이 채택되었다.
도면에서는 상기 동력발생수단(300)이 다수의 고열원과 저열원을 공급받으나, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 고열원과 저열원 중 어느 하나를 일정 주기로 공급받을 수도 있다.
여기서, 동력발생수단(300)에 고열원만이 공급되는 경우, 상기 탄성수단의 압축 및 인장을 위해서는 고열원의 공급과 공급된 고열원의 자연 냉각을 이용하게 된다.
또한, 동력발생수단(300)에 저열원만이 공급되는 경우, 상기 탄성수단의 압 축 및 인장을 위해서는 저열원의 공급과 공급된 저열원의 자연적인 온도 상승을 이용하게 된다.
한편, 상기 스프링(310)은 설계와 조합원소의 비율에 따라 형상기억온도보다 낮은 온도에서 탄성한계 이상으로 외부 힘에 의해 형상이 변형되었을 때, 형상기억온도보다 높은 온도를 가하여 기억된 형상으로 되돌아오는 성질을 가지는 형상기억합금(SMA,Shape Memory Alloy) 소재로 이루어진다.
여기서, 스프링(310)은 액상 또는 기상의 고열원과 저열원의 접촉에 의해 부식되지 않도록 내부식성을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스프링(310)은 상호간에 이격되어 배치되며 후술하는 동력변환수단(400)을 회전시키는 것이 가능하도록 적어도 2개 이상이 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 연결봉(320)은 스프링(310)의 양단에 각각 연결되며, 이러한 스프링(310)을 튜브관(330)이 감싸도록 이루어져 있다.
상기 흡입밸브(340)는 상기 고열원과 저열원을 일정 시간차의 주기를 가지며 튜브관(330) 내부로 유입시키도록 튜브관(330)에 장착되어 개폐되는 밸브로서, 상기 축열조(100)와 축냉조(200)와는 흡입배관(360)을 통해 연결되며 이러한 흡입배관(360)에는 고열원과 저열원의 공급을 원활히 하도록 펌프(미도시)가 설치될 수 있다.
반대로, 상기 배출밸브(350)는 흡입밸브(340)를 통해 공급된 튜브관(330) 내부의 고열원과 저열원을 일정 시간차의 주기를 가지며 튜브관(330) 외부로 배출시 키도록 튜브관(330)에 장착되어 개폐되는 밸브로서, 이러한 배출밸브(350)에는 배출배관(370)이 연결되어 있다.
여기서, 상기 튜브관(330) 내부의 고열원 및 저열원을 자연적으로 배출시키기 위해서 배출밸브(350)는 튜브관(330)의 하단부에 형성되는 것이 바람직하며, 상기의 배출을 더욱 신속하게 하기 위해서 배출배관(370)에는 펌프(미도시)가 더 설치될 수 있다.
전술한 바대로, 상기 축열조(100)와 축냉조(200) 모두가 구비되는 경우에는 상기 흡입밸브(340)와 배출밸브(350)도 각각 한 쌍씩 구비되며, 각각의 흡입밸브(340)는 축열조(100)와 축냉조(200)에 각각 연결되고, 각각의 배출밸브(350)도 후술하는 배출 축열조(110)와 배출 축냉조(210)에 각각 연결되도록 한다.
그러나, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 축열조(100)와 축냉조(200) 중 어느 하나만이 구비되는 경우에는 상기 흡입밸브(340)와 배출밸브(350)는 각각 하나씩 구비되며, 마찬가지로 상기 배출밸브(350)는 후술하는 배출 축열조(110) 또는 배출 축냉조(210)와 배출배관(370)을 통해 연결된다.
여기서, 상기 흡입밸브(340)와 배출밸브(350)는 일방향 유동만이 가능한 체크밸브로 적용되는 것이 바람직하며, PLC 제어프로그램이 포함되어 있는 컨트롤부(380)의 동작신호에 의한 캠부재(미도시) 또는 전자식 솔레노이드(미도시)의 동작에 의해 일정 주기로 개폐가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 연결봉(320) 중 어느 하나의 단부는 지지프레임(390)의 하단부에 회전 불가하도록 고정되며, 다른 하나의 연결봉은 그 단부가 연결로드(391)를 개재하여 동력변환수단(400)에 연결되도록 한다.
이때, 상기 연결로드(391)는 상기 다른 하나의 연결봉의 단부에 커넥팅부재(392)를 개재하여 회전이 가능하도록 연결되어 있다.
다른 실시예로, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 연결봉(320) 중 어느 하나의 단부는 지지프레임(390)의 하단부에 회전 가능하게 고정되도록 하고, 다른 하나의 단부는 상기 동력변환수단(400)에 연결되도록 할 수 있다.
여기서, 도 5에는 도 4와 달리 3개의 튜브관(330)이 도시되어 있지만, 이는 도면에 개시된 형상에 한정되지 않으며 6개 또는 그 이상의 튜브관(330)이 설치될 수 있다.
전술한 첫번째의 실시예에서는 도 4에 도시한 바와 같이, 스프링(310)의 인장 및 압축에 따라 연결봉(320)은 직선 왕복운동만 하고 연결로드(391)가 연결봉(320)과 연결되는 부분을 중심으로 일정 각도 회전을 하게 되며, 두번째의 실시예에서는 도 5에 도시한 바와 같이, 스프링(310)의 인장 및 압축에 따라 연결봉(320)이 그 타단을 중심으로 일정 각도 회전을 하게 된다.
상기 동력변환수단(400)은 스프링(310)의 인장 및 압축에 의한 연결봉(320)의 직선왕복운동을 회전운동으로 변환하기 위한 것으로서, 그 일례로는 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 메인샤프트(420)와, 상기 연결봉(320) 중 어느 하나의 단부와 메인샤프트(420)에 연결되는 크랭크(410)와, 상기 메인샤프트(420)에 연결되는 플라이휠(430)을 포함하여 이루어진다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 크랭크(410)에는 6개의 연결봉(320)이 크랭 크(410)의 메인샤프트(420) 중심에 대하여 대칭을 이루도록 3쌍으로 연결되지만 반드시 이에 한정되지는 않으며 플라이휠(430)의 회전속도를 증가하기 위해서 3쌍 이상의 쌍을 이루는 연결봉(320)이 결합될 수도 있다.
여기서, 상기 크랭크(410)의 메인샤프트(420)는 지지프레임(390)에 베어링 등을 통해 지지되도록 한다.
다른 예로는, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 메인샤프트(420)와, 상기 연결봉(320) 중 어느 하나의 단부에 연결되는 레크(440)와, 상기 레크(440)와 맞물리며 메인샤프트(420)에 설치된 기어부(450)와, 상기 기어부(450)가 설치된 메인샤프트(420)에 연결되는 플라이휠(430)을 포함하여 이루어질 수 있다.
그러나, 반드시 전술한 예의 구성만을 한정하지는 않으며, 연결봉의 단부에 연결되는 캠부재 등 상기 플라이휠(430)과 연결되는 메인샤프트(420)에 편심되게 설치되어 상기 연결봉(320)의 직선왕복운동을 회전운동으로 변환하여 플라이휠(430)을 회전시킬수 있는 구성이면 적용이 가능하다.
한편, 상기 배출밸브(350)로부터 배출된 고열원은 배출 축열조(110)에 저장되어 상기 축열조(100)로 피드백되고, 상기 배출밸브(350)로부터 배출된 저열원은 배출 축냉조(210)에 저장되어 상기 축냉조(200)로 피드백되도록 하여 열원의 낭비없이 재사용이 가능하도록 한다.
여기서, 상기 튜브관(330) 내부의 열원을 배출시키고자 할 때, 상기 컨트롤부(380)는 튜브관(330) 내부에 고열원이 수용된 상태에서는 배출 축열조(110)와 연결되는 배출밸브(350)에 개폐신호를 전달하고, 튜브관(330) 내부에 저열원이 수용 된 상태에서는 배출 축냉조(210)와 연결되는 배출밸브(350)에 개폐신호를 전달하도록 한다.
한편, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 축냉조(200)에는 라디에이터(220)를 추가적으로 설치하여 배출 축냉조(210)의 저열원이 축냉조(200)로 피드백되어 공급되면서 축냉조(200)에 저장된 저열원의 온도 상승을 발생시키는 것을 최소화할 수 있다.
여기서, 상기 축냉조(200)와 라디에이터(220)를 연결하는 순환배관(230) 내부에는 물, 기름 및 프레온가스 중 어느 하나가 순환되도록 할 수 있다.
이때, 프레온가스가 적용되는 경우에는 순환배관(230)에 압축기, 응축기, 팽창밸브 등의 프레온가스를 상변화시키는 장치가 설치되어야 한다.
전술한 바대로, 스프링(310)의 인장 및 압축에 의한 연결봉(320)의 움직임에 의해 크랭크(410)의 메인샤프트(420) 또는 기어부(450)에 연결된 메인샤프트(420)가 회전하게 되고, 이에 따라 상기 플라이휠(430)도 동시에 회전하게 된다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 동력발생장치의 구체적인 작동관계에 대해 도 1 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 상기 축열조(100)에는 태양열, 지열, 발효열, 폐기열 중 어느 하나 이상으로부터 열교환을 통해 공급받은 고열원이 저장된다.
한편, 상기 축냉조(200)에는 상기 고열원보다 온도가 낮은 상온 또는 주변환경의 저열원이 저장된다.
이러한 고열원 및 저열원이 저장되는 축열조(100)와 축냉조(200)는 외부에 대해 단열성이 우수한 탱크 등으로 적용될 수 있다.
이어서, 도 1에 도시한 바와 같이, 다수의 스프링(310) 중 제1 스프링(311)을 감싸고 있는 제1 튜브관(331) 내부로 컨트롤부(380)의 동작신호를 통해 흡입밸브(340)가 개방되어 고열원이 유입된다.
이때, 상기 제1 스프링(311)과 연결되고 크랭크(410)에 연결되는 제1 연결봉(321)의 단부는 지지프레임(390)으로부터 가장 먼 위치에 있는 상태인 것이 바람직하다.
따라서, 상기 제1 스프링(311)은 고열원과 접촉함에 따라 형상기억합금 소재의 특성에 따라 원상태로 복원하고자 압축력이 발생하게 된다.
이때, 도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제1 스프링(311)과 연결되는 제1 연결봉(321)에 대하여 플라이휠(430)의 회전중심을 기준으로 반대의 회전 주기에 있는 제2 튜브관(332) 내부에는 축냉조(200)의 저열원이 공급되도록 한다.
따라서, 상기 제1 연결봉(321)의 단부와 제2 연결봉(322)의 단부는 플라이휠(430)의 회전중심을 기준으로 회전하게 되고 이에 따라 플라이휠(430)이 회전하게 된다.
그다음, 일정 시간차의 주기를 가지고 순차적으로 제3 튜브관(333) 내부에 고열원을 유입시키고 제4 튜브관(334) 내부에 저열원을 유입시킨다.
마찬가지로, 일정 시간차의 주기를 가지고 순차적으로 제5 튜브관(335) 내부에 고열원을 유입시키고 제6 튜브관(336) 내부에 저열원을 유입시킨다.
여기서, 상기 제3 튜브관(333) 내부에 배치된 제3 스프링(313)에 연결되는 제3 연결봉(323)의 단부와 상기 제4 튜브관(334) 내부에 배치된 제4 스프링(314)에 연결되는 제4 연결봉(324)의 단부는 플라이휠(430)의 회전중심을 기준으로 서로 반대의 회전주기에 있게 된다.
마찬가지로, 상기 제5 튜브관(335) 내부에 배치된 제5 스프링(315)에 연결되는 제5 연결봉(325)의 단부와 상기 제6 튜브관(336) 내부에 배치된 제6 스프링(316)에 연결되는 제6 연결봉(326)의 단부는 플라이휠(430)의 회전중심을 기준으로 서로 반대의 회전주기에 있게 된다.
한편, 상기 제1 스프링(311), 제3 스프링(313) 및 제5 스프링(315)이 최대로 압축된 상태가 되면 상기 컨트롤부(380)에서는 배출 축열조(110)와 연결된 배출밸브(350)를 열어서 제1,3,5 튜브관(331,333,335) 내부의 고열원을 배출 축열조(110)로 방출시킨다.
이와 동시에, 상기 컨트롤부(380)에서는 상기 축냉조(200)와 연결된 흡입밸브(340)를 열어서 축냉조(200)의 저열원을 제1,3,5 튜브관(331,333,335) 내부로 유입시키고, 이에 따라 제1,3,5 스프링(311,313,315)이 상대적인 회전주기에 있는 제2,4,6 스프링(312,314,316)의 압축력에 의한 제2,4,6 연결봉(322,324,326)의 회전에 의해 충분히 이완되도록 한다.
상기 제1,3,5 스프링(311,313,315)이 충분히 이완된 상태가 되면 상기 컨트롤부(380)에서는 배출 축냉조(210)와 연결된 배출밸브(350)를 열어서 제1,3,5 튜브관(331,333,335) 내부의 저열원을 배출 축냉조(210)로 방출시킨다.
이러한 연속적인 과정이 일정의 시간차를 가지는 주기로 이루어지며, 이에 따라 제1,2,3,4,5,6 연결봉(321,322,323,324,325,326)과 연결된 크랭크(410) 또는 레크(440)와 기어부(450)의 회전에 의해 플라이휠(430)이 회전하여 동력을 발생하게 된다.
한편, 상기 튜브관 들 내부의 고열원은 배출 축열조(110)로 배출되어 상기 축열조(100)로 펌프(미도시) 등에 의한 이송압에 의해 피드백되도록 하며, 상기 튜브관 들 내부의 저열원은 배출 축냉조(210)로 배출되어 상기 축냉조(200)로 펌프(미도시) 등에 의한 이송압에 의해 피드백되도록 한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 또는 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 동력발생장치를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 동력발생장치를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 동력발생장치를 나타내는 개략도.
도 4a는 도 1 내지 도 3에서의 동력발생수단과 동력변환수단의 일례를 나타내는 정면도.
도 4b는 도 4a의 측면도.
도 4c는 도 4a의 사시도.
도 5는 도 4a에서 동력발생수단 일부분의 다른 예를 나타내는 사시도.
도 6은 도 4b에서 다른 예의 동력변환수단이 적용된 상태를 나타내는 상태도.
도 7은 도 6의 A, B부분을 나타내는 측면도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100: 축열조 110: 배출 축열조
200: 축냉조 210: 배출 축냉조
220: 라디에이터 230: 순환배관
300: 동력발생수단 310: 스프링
311,312,313,314,315,316: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 스프링
320: 연결봉
321,322,323,324,325,326: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 연결봉
330: 튜브관
331,332,333,334,335,336: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 튜브관
340: 흡입밸브 350: 배출밸브
360: 흡입배관 370: 배출배관
380: 컨트롤부 390: 지지프레임
391: 연결로드 392: 커넥팅부재
400: 동력변환수단 410: 크랭크
420: 메인샤프트 430: 플라이휠
440: 레크 450: 기어부

Claims (11)

  1. 동력발생수단에 동작 열원을 공급하는 열원 공급수단과, 상기 열원 공급수단으로부터 열원을 일정 주기로 교대로 공급받으며, 인장 및 압축이 가능한 형상기억합금 소재의 탄성수단을 포함하여 이루어지는 동력발생수단과, 상기 탄성수단의 인장 및 압축에 의한 동력발생수단의 직선왕복운동을 회전운동을 변환시키도록 상기 동력발생수단과 연결되는 동력변환수단을 포함하여 이루어지되,
    상기 열원 공급수단은,
    태양열, 지열, 발효열, 폐기열 중 어느 하나 이상으로부터 열교환을 통해 고열원을 공급받아 저장하는 축열조와, 상기 고열원보다 온도가 낮은 상온 또는 주변환경의 저열원을 저장하는 축냉조를 포함하여 이루어지고,
    상기 동력발생수단은,
    탄성수단으로 형상기억합금 소재로 이루어지는 다수의 스프링과, 상기 스프링의 양단에 각각 연결되는 연결봉과, 상기 스프링을 감싸도록 형성되는 튜브관과, 상기 축열조와 축냉조 중 어느 하나 이상의 고열원과 저열원을 각각 일정 시간차의 주기를 가지며 튜브관 내부로 유입시키도록 상기 튜브관에 장착되어 개폐되는 흡입밸브와, 상기 튜브관 내부의 고열원과 저열원 중 어느 하나 이상을 각각 일정 시간차의 주기를 가지며 튜브관 외부로 배출시키도록 상기 튜브관에 장착되어 개폐되는 배출밸브를 포함하여 이루어지며,
    상기 연결봉 중 어느 하나의 단부는 지지프레임의 하단부에 회전 가능하게 고정되며, 다른 하나의 단부는 상기 동력변환수단에 연결되거나,
    상기 연결봉 중 어느 하나의 단부는 지지프레임의 하단부에 고정되며, 다른 하나의 단부는 그 단부에 회전 가능하게 연결되는 연결로드를 개재하여 상기 동력변환수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 동력발생장치.
  2. 태양열, 지열, 발효열, 폐기열 중 어느 하나 이상으로부터 열교환을 통해 고열원을 공급받아 저장하는 축열조와, 상기 축열조의 고열원을 일정 주기로 공급받으며, 상기 고열원의 공급 및 공급된 고열원의 자연 냉각을 통해 인장 및 압축이 가능한 형상기억합금 소재의 탄성수단을 포함하여 이루어지는 동력발생수단과, 상기 탄성수단의 인장 및 압축에 의한 동력발생수단의 직선왕복운동을 회전운동을 변환시키도록 상기 동력발생수단과 연결되는 동력변환수단을 포함하여 이루어지되,
    상기 동력발생수단은,
    탄성수단으로 형상기억합금 소재로 이루어지는 다수의 스프링과, 상기 스프링의 양단에 각각 연결되는 연결봉과, 상기 스프링을 감싸도록 형성되는 튜브관과, 상기 축열조와 축냉조 중 어느 하나 이상의 고열원과 저열원을 각각 일정 시간차의 주기를 가지며 튜브관 내부로 유입시키도록 상기 튜브관에 장착되어 개폐되는 흡입밸브와, 상기 튜브관 내부의 고열원과 저열원 중 어느 하나 이상을 각각 일정 시간차의 주기를 가지며 튜브관 외부로 배출시키도록 상기 튜브관에 장착되어 개폐되는 배출밸브를 포함하여 이루어지며,
    상기 연결봉 중 어느 하나의 단부는 지지프레임의 하단부에 회전 가능하게 고정되며, 다른 하나의 단부는 상기 동력변환수단에 연결되거나,
    상기 연결봉 중 어느 하나의 단부는 지지프레임의 하단부에 고정되며, 다른 하나의 단부는 그 단부에 회전 가능하게 연결되는 연결로드를 개재하여 상기 동력변환수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 동력발생장치.
  3. 상온 또는 주변환경의 저열원을 저장하는 축냉조와, 상기 축냉조의 저열원을 일정 주기로 공급받으며, 상기 저열원의 공급 및 공급된 저열원의 자연적인 온도상승을 통해 인장 및 압축이 가능한 형상기억합금 소재의 탄성수단을 포함하여 이루어지는 동력발생수단과, 상기 탄성수단의 인장 및 압축에 의한 동력발생수단의 직선왕복운동을 회전운동을 변환시키도록 상기 동력발생수단과 연결되는 동력변환수단을 포함하여 이루어지되,
    상기 동력발생수단은,
    탄성수단으로 형상기억합금 소재로 이루어지는 다수의 스프링과, 상기 스프링의 양단에 각각 연결되는 연결봉과, 상기 스프링을 감싸도록 형성되는 튜브관과, 상기 축열조와 축냉조 중 어느 하나 이상의 고열원과 저열원을 각각 일정 시간차의 주기를 가지며 튜브관 내부로 유입시키도록 상기 튜브관에 장착되어 개폐되는 흡입밸브와, 상기 튜브관 내부의 고열원과 저열원 중 어느 하나 이상을 각각 일정 시간차의 주기를 가지며 튜브관 외부로 배출시키도록 상기 튜브관에 장착되어 개폐되는 배출밸브를 포함하여 이루어지며,
    상기 연결봉 중 어느 하나의 단부는 지지프레임의 하단부에 회전 가능하게 고정되며, 다른 하나의 단부는 상기 동력변환수단에 연결되거나,
    상기 연결봉 중 어느 하나의 단부는 지지프레임의 하단부에 고정되며, 다른 하나의 단부는 그 단부에 회전 가능하게 연결되는 연결로드를 개재하여 상기 동력변환수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 동력발생장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡입밸브와 배출밸브는 컨트롤부에 의해 동작되는 체크밸브이며, 상기 컨트롤부에서는 캠부재 또는 전자식 솔레노이드에 동작신호를 전달하여 흡입밸브와 배출밸브를 개폐하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 동력발생장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 동력변환수단은,
    메인샤프트와, 상기 연결봉 중 어느 하나의 단부와 메인샤프트에 연결되는 크랭크와, 상기 메인샤프트에 연결되는 플라이휠을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 동력발생장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 동력변환수단은,
    메인샤프트와, 상기 연결봉 중 어느 하나의 단부에 연결되는 레크와, 상기 레크와 맞물리며 메인샤프트에 설치된 기어부와, 상기 기어부가 설치된 메인샤프트에 연결되는 플라이휠을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 동력발생장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 배출밸브로부터 배출된 고열원은 배출 축열조에 저장되어 상기 축열조로 피드백되고, 상기 배출밸브로부터 배출된 저열원은 배출 축냉조에 저장되어 상기 축냉조로 피드백되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 동력발생장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 축냉조에는 라디에이터가 추가적으로 연결되어 설치되고, 상기 축냉조와 라디에이터를 연결하는 순환배관 내부에는 물, 기름 및 프레온가스 중 어느 하나가 수용되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 동력발생장치.
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