KR101060040B1

KR101060040B1 - 공기압을 이용한 동력 발생장치

Info

Publication number: KR101060040B1
Application number: KR1020110003051A
Authority: KR
Inventors: 김형준
Original assignee: 김형준
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2011-08-26
Also published as: WO2012096474A2; WO2012096474A3

Abstract

본 발명은 공기압을 이용한 동력발생장치에 관한 것으로서, 압축공기를 충진시켜 이를 주기적으로 방출하도록 된 제1구동부; 상기 제1구동부로부터 공급되는 압축공기를 이용해 블레이드가 구동되도록 하는 제2구동부; 상기 제2구동부의 구동축에 크랭크 연결되는 다수의 피스톤 및 실린더 작동에 의해 압축공기를 형성시켜 제1구동부에 공급하도록 된 제3구동부; 및 상기 제3구동부의 출력축에 연결되어 전기를 생성하도록 된 발전부;를 포함하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명의 공기압을 이용한 동력발생장치는 구조가 작고 간단하면서도 설치환경에 제한을 받지 않아 일반가정이나 각종 산업용 운송수단의 동력원으로 쉽게 설치하여 사용할 수 있고, 저렴한 비용으로 전기에너지를 생산할 수 있어 경제적인 효과를 갖는다.

Description

공기압을 이용한 동력 발생장치{POWER GENERATING APPARATUS USING AIR PRESSURE}

본 발명은 공기압을 이용한 동력발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 일반가정이나 각종 산업용 운송수단의 동력원으로 효과적으로 설치하여 사용할 수 있을 뿐 아니라, 저렴한 비용으로 전기에너지를 생산할 수 있도록 된 공기압을 이용한 동력 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기에너지를 얻을 수 있는 발전기는 여러 종류가 있으며 그 방법 또한 여러 가지가 알려져 있는데, 통상적으로 댐을 막아서 수력을 이용해서 발전하는 수력발전기, 무연탄이나 기름(석유) 및 천연가스를 연소시켜서 발전하는 화력발전기, 핵반응을 이용해서 발전하는 원자력발전기, 바람을 이용해서 발전하는 풍력발전기, 태양열을 이용해서 발전하는 태양열발전기, 바닷물을 이용해서 발전하는 조력발전기 등이 널리 알려져 있다.

그런데, 상기 무연탄이나 기름(석유) 및 천연가스를 연소시켜 발전하는 화력발전기는 연료소모에 따른 자원고갈 문제와 더불어 연료연소에 따른 배기가스가 대기를 오염시키는 문제가 있었다.

또한, 수력발전기나 풍력발전기는 자연환경 및 조건과 밀접한 관계가 있어 제한 조건이 따르며, 설비비용이 많이 소요되는 문제가 있었다.

또한, 원자력 발전기는 대형 설비를 필요로 하게 되는 것으로서, 설비비용이 많이 소요되는 것은 물론, 방사능 누출에 따른 주변 환경의 오염문제가 있었다.

이러한 문제들로 인해 태양열, 풍력, 수력, 조력 등이 대체에너지로 개발 및 사용하고 있으나, 이 또한 자연적인 설치조건과 설비비용에서 큰 부담을 갖게 되는 문제가 있었다.

이와 같이, 종래의 발전방법들은 에너지 손실이 크고, 발전설비가 커지고 설치비용이 많이 드는 여러 가지 문제가 있었다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명의 목적은 동력발생장치의 구조가 작고 간단하면서도 설치환경에 제한을 받지 않으며, 저렴한 비용으로 전기에너지를 생산할 수 있어 일반 가정이나 전기자동차, 선박, 농업용 기계 등 각종 산업용 운송수단 등에 쉽게 사용할 수 있도록 하는 공기압을 이용한 동력발생장치를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 동력발생장치는, 압축공기를 충진시켜 이를 주기적으로 방출하도록 된 제1구동부; 상기 제1구동부로부터 공급되는 압축공기를 이용해 블레이드가 구동되도록 하는 제2구동부; 상기 제2구동부의 구동축에 크랭크 연결되는 다수의 피스톤 및 실린더 작동에 의해 압축공기를 형성시켜 제1구동부에 공급하도록 된 제3구동부; 및 상기 제3구동부의 출력축에 연결되어 전기를 생성하도록 된 발전부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 본 발명은 상기 제3구동부의 출력축에 연결되어 회전동력을 제공받아 피스톤 및 실린더 작동됨으로써, 제1구동부에 제공되는 보조 압축공기를 생성하도록 된 제4구동부를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1구동부는, 압축공기가 충진되는 에어탱크; 상기 에어탱크의 후방에서 전방 쪽 방향으로 왕복 작동되는 가압플레이트; 상기 가압플레이트의 진행방향의 후방으로 연장되는 가압로드; 상기 에어탱크의 후방공간에 설치됨으로써, 가압플레이트와 에어탱크 사이가 탄력 지지되도록 하는 스프링부재; 상기 에어탱크 내에서 가압플레이트의 왕복 운동을 슬라이드 안내하도록 설치되는 가이드레일; 및 상기 에어탱크의 전방에 설치되어 압축공기가 설정압력 이상일 때에 개방되도록 작동하는 토출밸브;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 제3구동부는, 제2구동부의 구동축에 연결되는 입력축; 상기 입력축에 연동되도록 결합되는 제1크랭크축; 상기 제1크랭크축의 회전중심이 지지되도록 설치되는 축지지대; 상기 제1크랭크축에 결합되어 왕복 운동되는 제1피스톤; 상기 제1피스톤의 압축에 의해 압축된 공기를 토출하도록 된 제1실린더; 상기 제1실린더의 흡기측에 설치되는 제1체크밸브; 상기 제1실린더의 배기측에 설치되는 제2체크밸브; 상기 제1실린더에서 압축된 공기의 이동경로를 제공하는 제1공기관; 및 상기 크랭크축과 축 연결되어 회전동력을 전달받는 출력축;을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 제4구동부는, 제3구동부의 출력축으로부터 동력을 전달받아 상시 회전되는 동력 전달축; 상기 동력전달축에 축 연결되는 제2크랭크축; 상기 동력전달축 상에 설치되어 제1구동부의 가압로드에 연동됨으로써, 제2크랭크축으로의 동력전달을 연결 및 차단하도록 된 클러치부; 상기 제2크랭크축에 결합되어 왕복 운동되는 제2피스톤; 상기 제2피스톤에 의해 압축된 공기를 토출하도록 된 제2실린더; 상기 제2실린더의 흡기측에 설치되는 제3체크밸브; 상기 제2실린더의 배기측에 설치되는 제4체크밸브; 및 상기 제2실린더에서 압축된 공기의 이동경로를 제공하는 제2공기관;을 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 에어탱크와 제1체크밸브 사이에는 에어탱크로부터 토출되는 공기를 제1체크밸브로 강제 유입시킬 수 있도록 별도의 공기관이 연결 설치될 수 있다.

이때, 상기 공기관은 상기 에어탱크의 토출밸브 측 관으로부터 분기되어 상기 제1체크밸브 측에 연결되도록 설치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 압축공기를 충진시켜 이를 주기적으로 방출하도록 된 제1구동부로부터 공급되는 압축공기를 이용해 블레이드가 구동되도록 하고, 상기 블레이드의 구동축에 크랭크 연결되는 다수의 피스톤 및 실린더 작동에 의해 동력원인 압축공기를 생산하는 동시에 전기발전이 이루어지도록 구성된 동력발생장치를 제공함으로써, 구조가 작고 간단하면서도 설치환경에 제한을 받지 않아 일반가정이나 전기자동차, 선박, 농업용 기계 등 각종 산업용 운송수단에 쉽게 설치하여 사용할 수 있고, 저렴한 비용으로 전기에너지를 생산할 수 있어 경제적인 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 동력발생장치의 발전원리를 설명하기 위한 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치의 제1구동부를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치의 제3구동부를 도시한 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치의 제4구동부를 도시한 개략도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 동력발생장치의 발전원리를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치는 크게 제1구동부(100), 제2구동부(200), 제3구동부(300), 제4구동부(400) 및 발전부(500)로 구성된다.

이하, 도 2를 참조하여 제1구동부(100) 및 제2구동부(200)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치의 제1구동부를 도시한 개략도이다.

도 2를 참조하면, 제1구동부(100)는 압축공기를 충진시켜 이를 주기적으로 방출하도록 된 일종의 공압탱크로서의 역할을 수행하게 되는데, 이와 같은 제1구동부(100)의 구성은 에어탱크(110), 가압플레이트(120), 가압로드(130), 스프링부재(140), 가이드레일(160), 토출밸브(150)를 포함하는 구성으로 이루어지게 된다.

상기 에어탱크(110)는 흡입밸브(170)를 통해 외부로부터 흡입된 압축공기가 충진되고, 그 내부에 충진된 압축공기는 내부에 설치된 가압플레이트(120)의 가압작용에 의해 토출밸브(150)를 통해 일시에 토출되도록 하는 구성으로 이루어져 있는데, 일종의 실린더 케이스 역할을 수행하게 된다.

상기 에어탱크(110) 내부에는 에어탱크(110)의 후방(도면의 우측)에서 전방(도면의 좌측) 쪽 방향으로 직선왕복 작동되는 가압플레이트(120)가 설치된다.

상기 가압플레이트(120)는 토출밸브(150)가 폐쇄된 상태에서 에어탱크(110)의 전방공간에 압축공기가 채워지게 되면 압력에 의해 후진되었다가, 상기 토출밸브(150)가 개방되는 특정시점에 압축공기를 에어탱크(110)의 전방쪽으로 밀어서 토출시키는 피스톤의 역할을 수행하게 된다.

이와 같은 가압플레이트(120)는 판체형상으로 제작될 수 있고, 상기 가압플레이트(120)의 후방에는 가압로드(130)가 연장 설치된 구조를 형성하고 있다.

상기 가압로드(130)는 가압플레이트(120)를 지지하는 밀대 형상으로 제작되는데, 에어탱크(110)의 몸체 후방으로 돌출 연장되어 있고, 가압플레이트(120)와 함께 전후진 되면서, 후술하게 될 제4구동부(400)의 클러치부(430)를 연동시켜 조작하는 역할을 수행하게 된다.

또한, 상기 에어탱크(110)의 후방공간 즉, 가압플레이트(120)와 에어탱크(110) 사이에는 스프링부재(140)가 설치된다.

상기 스프링부재(140)는 가압플레이트(120)와 에어탱크(110) 사이가 탄력 지지되도록 하는 역할을 수행하게 된다. 즉, 가압플레이트(120)가 후진할 때, 압축되었다가 토출밸브(150)가 개방되는 특정시점에서 가압플레이트(120)를 에어탱크(110)의 전방쪽으로 밀어서 전진시키는 추진력을 제공하게 된다.

이와 같은 스프링부재(140)는 일종의 압축 스프링이 사용될 수 있는데, 이 경우, 스프링부재(140)를 가압로드(130)에 축 결합시켜 사용하거나, 상기 가압로드(130)를 중심으로 그 외주연에 다수가 동시에 분산 설치되도록 하여 사용할 수도 있다.

또한, 상기 에어탱크(110) 내에서 가압플레이트(120)의 왕복 운동을 자연스럽게 슬라이드 안내시키기 위한 가이드레일(160)이 설치될 수 있다.

상기 가이드레일(160)은 에어탱크(110) 내부를 길이방향으로 가로지르도록 설치될 수 있고, 상기 가이드레일(160) 상에 가압플레이트(120)가 관통 결합됨으로써, 이동경로가 자연스럽게 안내되도록 할 수 있다.

이때, 상기 가이드레일(160)은 가압플레이트(120)를 최대한 안정적으로 가이드하기 위해 가압플레이트(120)의 외주연을 균일한 간격으로 관통하여 지지하는 것이 바람직하며, 적어도 2개 이상이 설치되도록 한다. 이때, 상기 가이드레일(160)에 축 결합되는 압축스프링을 에어탱크(110) 전방공간에 설치할 수도 있는데, 상기 압축스프링은 압축공기의 충진시 가압플레이트(120)를 후퇴시키는 작용을 하게 된다.

또한, 상기 에어탱크(110)의 전방에는 토출밸브(150)가 설치되는데, 상기 토출밸브(150)는 압축공기가 설정압력 이상이 되었을 때에 에어탱크(110)의 출구를 개방시켜 압축공기가 배출되도록 하는 역할을 수행하게 된다.

이와 같은 토출밸브(150)는 일정 압력이상에서만 개방되며, 역류가 방지되는 일방향 체크밸브가 사용될 수 있다.

또한, 상기 에어탱크(110)의 전방 쪽에는 토출밸브(150) 외에 압축공기를 공급받기 위한 흡입밸브(170)를 형성하게 된다.

이때, 상기 흡입밸브(170)는 외부에서 압축공기를 공급받아 에어탱크(110) 내에 충진되도록 하되, 역류가 방지되도록 한 체크밸브가 사용될 수 있다.

이때, 상기 흡입밸브(170)는 하나 이상 다수개가 설치될 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1구동부(100)의 토출밸브(150) 전방에는 제1구동부(100)로부터 공급되는 압축공기를 통해 구동되는 제2구동부(200)가 설치된다.

상기 제2구동부(200)는 에어탱크(110)의 토출밸브(150)에서 토출되는 공기압에 의해 회전되는 블레이드(210)와, 상기 블레이드(210)의 회전축상에 결합된 구동축(220)을 포함하여 구성된다.

상기 블레이드(210)는 제1구동부(100)에서 토출되는 압축공기의 충격에 의해 회전하게 되고, 상기 블레이드(210)의 회전축 중심에 연결된 구동축(220)을 함께 회전시켜서 회전동력을 제3구동부(300)에 제공하게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치의 제3구동부를 도시한 개략도이다.

도 3을 참조하면, 제3구동부(300)는 제2구동부(200)의 구동축(220)에 크랭크 연결되는 다수의 피스톤 및 실린더 작동에 의해 압축공기를 형성시켜 다시 제1구동부(100)에 공급하는 구성을 갖는다.

이를 위한 제3구동부(300)의 구성은 입력축(310), 제1크랭크축(320), 축지지대(330), 제1피스톤(350), 제1실린더(360), 제1체크밸브(371), 제2체크밸브(372), 제1공기관(380) 및 출력축(390)을 포함하는 구성으로 이루어지게 된다.

상기 입력축(310)은 제2구동부(200)에 설치된 블레이드(210)의 구동축(220)에 연장 결합되며, 상기 입력축(310)에 연동되도록 제1크랭크축(320)이 결합된다.

상기 제1크랭크축(320)은 입력축(310)의 회전운동을 전달받아 제1피스톤(350)의 상하방향 직선운동으로 변환시키기 위한 구성요소로서, 회전시 상하 방향으로 축 중심이 이동되는 편심축을 형성하고 있고, 상기 편심축 상에 제1피스톤(350)이 결합되어 상하 방향의 왕복운동을 수행하게 된다.

이때, 상기 제1크랭크축(320)은 그 축 방향으로 1개 이상의 다수 개를 연속해서 연결하여 설치할 수 있고, 각각의 제1크랭크축(320) 들은 상사점 행정과 하사점 행정이 교번 작동되도록 배치될 수 있다.

상기 제1크랭크축(320)과 제1크랭크축(320) 사이에는 회전중심이 지지될 수 있도록 축지지대(330)가 설치될 수 있는데, 이와 같은 축지지대(330)에는 베어링이 설치될 수 있다.

이때, 각각의 제1크랭크축(320) 사이를 기어결합부(340)로 연결할 수 있는데, 상기 기어결합부(340)는 앞 단계의 제1크랭크축(320)이 1회전하는 경우, 내부에 설치된 키형태의 기어이빨이 맞물려 다음 단계의 제1크랭크축(320)에 동력이 순차적으로 전달되도록 할 수 있다.

또한, 상기 각각의 제1크랭크축(320)에는 제1피스톤(350)들이 각각 연결됨으로써, 왕복 직선운동이 이루어지게 된다.

상기 제1피스톤(350)은 제1실린더(360) 내에 결합되어 왕복운동되는 것으로서, 제1실린더(360) 내에 공기를 흡입 및 압축시켜 토출하게 된다.

상기 제1실린더(360)의 하부 흡기측에는 제1체크밸브(371)가 설치되는데, 상기 제1체크밸브(371)는 제1피스톤(350)의 상승시 밸브를 개방시켜 외부 공기를 끌어들이는 한편, 제1피스톤(350)의 하강시에는 밸브를 차단시켜 내부의 압축공기가 외부로 빠져나가는 것을 방지하게 된다.

이때, 본 발명은 상기와 같이 제1피스톤(350)의 상승 동작시 제1체크밸브(371)로 외부공기가 자연 공급되도록 구성할 수 있지만, 다른 방법으로, 상기 제1구동부(100)의 에어탱크(110)와 상기 제1체크밸브(371) 사이에 별도의 공기관(미도시)을 연결하여 상기 제1피스톤(350)의 상승 동작시 상기 에어탱크(110)로부터 토출되는 공기압이 상기 공기관을 거쳐 제1체크밸브(371)를 통해 제1실린더(360) 내부로 강제 공급되도록 구성할 수도 있다.

여기서, 상기 에어탱크(110)와 상기 제1체크밸브(371) 사이에 공기관을 연결하는 경우, 상기 에어탱크(110)의 토출밸브(150)측에 공기관을 분기하여 상기 제1체크밸브(371)에 연결시켜 구성할 수도 있고, 또는 상기 에어탱크(110)상에 직접 공기압 토출구를 만든 후 상기 토출구와 상기 제1체크밸브(371) 사이에 공기관을 연결시켜 구성할 수도 있다. 이때, 상기처럼 연결되는 공기관 상에는 또 하나의 체크밸브를 별도 설치하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 에어탱크(110)와 제1체크밸브(371) 사이에 별도의 공기관을 연결하여 제1피스톤(350)의 상승 동작시 상기 에어탱크(110)로부터 토출되는 압축 공기가 상기 제1체크밸브(371)로 강제 유입되어 제1실린더(360) 내부로 직접 공급되도록 함으로써, 제3구동부(300) 내에서 에너지 손실에 따른 압력강하가 발생하여도 에어탱크(110)로부터 토출되는 압축 공기가 제1실린더(360) 내부로 강제 유입되도록 하여실린더 내부에서 압력이 강하되는 것을 보상해주고 각 실린더가 원활하게 작동될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 상기 제1실린더(360)의 흡기측과 근접하여 형성되는 배기측에는 제2체크밸브(372)가 설치되는데, 상기 제2체크밸브(372)는 제1피스톤(350)의 하강시 밸브를 개방시켜 압축공기가 다음 경로로 이동되도록 하는 동시에, 제1피스톤(350)의 승강시 밸브를 차단시켜 압축공기가 역류되는 것을 차단하게 된다.

즉, 전단계의 제1실린더(360)에서 압축된 공기는 다음단계의 제1실린더(360)로 공급되고, 이때, 재차 압축되는 과정을 거쳐 그 다음단계의 제1실린더(360)로 공급되고, 이와 같은 공정을 반복함으로써, 높은 압력의 압축공기를 생성할 있게 된다.

도 3에서는 총 6단계의 실린더 압축과정을 거치는 것을 도시하고 있으나, 이는 본 발명의 설명을 돕기 위한 일 예를 도시한 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 실린더 압축공정은 1단계만 수행되도록 할 수도 있고, 6단계 이상의 압축공정을 거치게 할 수도 있는 것이다.

서로 이웃하는 제1실린더(360)와 제1실린더(360) 사이에는 압축된 공기의 이동경로를 제공하는 제1공기관(380)이 연결되어 있고, 상기 제1공기관(380) 상에 제2체크밸브(372)를 설치할 수 있다.

상기한 바와 같이 제3구동부(300)에서 다단계 압축공정을 거친 공기는 제1구동부(100)의 에어탱크(110)의 흡입밸브(170)를 통해 공급되어 에어탱크(110) 내부에 압축공기를 충진시키게 된다.

한편, 상기 제1크랭크축(320)의 회전동력은 출력축(390)으로 전달되고, 상기 출력축(390)의 회전동력은 발전부(500)로 전달되어, 발전부(500)를 구동시켜 전기 에너지를 생성하게 되고, 발전부(500)를 통해 생성된 전기에너지는 축전지에 충전시켜 사용할 수 있게 된다.

한편, 상기 제3구동부(300)의 출력축(390)으로부터 회전동력을 분기하여 제4구동부(400)에 전달되도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치의 제4구동부를 도시한 개략도이다.

도 4를 참조하면, 상기 제4구동부(400)는 크게 동력전달축(410), 제2크랭크축(420), 클러치부(430), 제2피스톤(450), 제2실린더(460), 제3체크밸브(471), 제4체크밸브(472), 및 제2공기관(480)을 포함하는 구성으로 이루어진다.

먼저, 상기 동력전달축(410)은 제3구동부(300)의 출력축(390)으로부터 동력을 전달받아 상시 회전되는데, 상기 제3구동부(300)의 출력축(390)과 제4구동부(400)의 동력전달축(410) 사이에 벨트 및 풀리 연결시켜 동력을 전달받도록 할 수 있다. 이때, 상기 벨트 및 풀리의 연결 뿐만 아니라, 기어결합 또는 체인기어의 결합을 통해서도 동력을 전달받을 수 있도록 구성할 수도 있다.

다음으로, 상기 동력전달축(410)에는 상기 동력전달축(410)의 회전시 연동되도록 제2크랭크축(420)이 결합된다.

상기 제2크랭크축(420)은 동력전달축(410)의 회전운동을 전달받아 제2피스톤(450)의 직선운동으로 변환시키기 위한 구성요소로서, 회전시 상하 방향으로 축 중심이 이동되는 편심축을 형성하고 있고, 상기 편심축 상에 제2피스톤(450)이 결합되어 상하 방향의 왕복운동을 수행하게 된다.

이때, 상기 제2크랭크축(420)은 축방향으로 1개 이상의 다수 개를 연속해서 연결하여 설치할 수 있고, 각각의 제2크랭크축(420) 들은 상사점 행정과 하사점 행정이 교번 작동되도록 배치될 수 있다.

상기 제2크랭크축(420)과 제2크랭크축(420) 사이에는 회전중심이 지지될 수 있도록 축지지대가 설치될 수 있는데, 이와 같은 축지지대에는 베어링이 설치될 수도 있다.

또한, 상기 각각의 제2크랭크축(420)에는 제2피스톤(450)들이 각각 연결됨으로써, 왕복 직선운동이 이루어지게 된다.

상기 제2피스톤(450)은 제2실린더(460) 내에 결합되어 왕복운동되는 것으로서, 제2실린더(460) 내에 공기를 흡입 및 압축시켜 토출하게 된다.

상기 제2실린더(460)의 하부 흡기측에는 제3체크밸브(471)가 설치되는데, 상기 제3체크밸브(471)는 제2피스톤(450)의 상승시 밸브를 개방시켜 외부 공기를 끌어들이는 한편, 제2피스톤(450)의 하강시에는 밸브를 차단시켜 내부의 압축공기가 외부로 빠져나가는 것을 방지하게 된다.

또한, 상기 제2실린더(460)의 흡기측과 근접하여 형성되는 배기측에는 제4체크밸브(472)가 설치되는데, 상기 제4체크밸브(472)는 제2피스톤(450)의 하강시 밸브를 개방시켜 압축공기가 다음 경로로 이동되도록 하는 동시에, 제2피스톤(450)의 승강시 밸브를 차단시켜 압축공기가 역류되는 것을 차단하게 된다.

이러한 제4체크밸브(472)는 에어탱크(110)의 흡입밸브(170)에 각각 연결되는데(도 1의 a,b,c,d 포트), 상기 제2실린더(460)에서 생성된 압축공기는 제1구동부(100)의 흡입밸브(170)를 통해 공급되어, 에어탱크(110) 내부를 충진시키게 된다.

이때, 상기 제2실린더(460)에서 압축된 공기는 제2공기관(480)을 통해 에어탱크(110)의 흡입밸브(170)에 연결되도록 한다.

여기서, 상기 제4구동부(400)의 동력전달축(410) 상에 동력전달을 연결 및 차단할 수 있도록 클러치부(430)를 형성할 수 있는데, 상기 클러치부(430)는 제1구동부(100)의 가압로드(130)에 연동하여 작동하게 된다.

상기 클러치부(430)를 형성하는 이유는 에어탱크(110) 내부에 압축공기가 일정치 이상 채워지게 되면, 제3구동부(300)와 제4구동부(400) 사이의 동력전달을 일시적으로 차단함으로써 제4구동부(400)에서 보조 압축공기의 생성 및 공급이 차단되도록 하기 위함이다.

이와 같은 클러치부(430)의 클러치의 형태는 많은 예가 적용될 수 있겠으나, 일 예를 들어서 설명하면 다음과 같은 구성이 있을 수 있다.

예컨대, 제1구동부(100)의 에어탱크(110) 내에 압축공기가 점차 충진됨에 따라 가압플레이트(120) 및 이에 연장된 가압로드(130)가 후퇴하게 될 때, 상기 가압로드(130)에 연동되어 함께 전 후진되는 클러치아암(431)을 형성하고, 상기 클러치아암(431)은 2개로 분리된 동력전달축(410) 사이를 축방향으로 이동하도록 된 클러치부재(433)와 연결되도록 함으로써, 동력을 전달 및 차단하는 것이다.

이때, 상기 클러치부재(433)는 동력전달축(410) 상에 스플라인 결합되어 회전하는 회전체이며, 상기 클러치아암(431)은 상기 클러치부재(433)의 외경을 슬립이 가능한 상태로 지지하는 구조를 갖도록 구성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 동력발생장치는 압축공기를 충진시켜 이를 주기적으로 방출하도록 된 제1구동부(100)의 토출밸브(150)에서 토출되는 압축공기이 토출압을 이용하여 제2구동부(200)의 블레이드(210)가 회전 구동되도록 하고, 상기 블레이드(210)의 구동축(220)에 크랭크 연결되는 제3구동부(300)의 다수의 피스톤 및 실린더 작동에 의해 동력원인 압축공기를 생산하는 동시에 전기발전이 연속적으로 이루어지도록 구성함으로써, 상기 동력발생장치를 통해 생성된 발전기 전원을 이용하여 전기자동차, 선박, 농업용 기계 동력원으로 사용 할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 동력발생장치는 그 구조가 작고 간단하면서도 설치환경에 제한을 받지 않기 때문에 일반가정이나 각종 산업용 운송수단 등에 손쉽게 설치하여 사용할 수 있는 장점이 있고, 저렴한 비용으로 전기에너지를 연속적으로 생산할 수 있는 우수한 장점이 있다.

아울러, 본 발명의 동력발생장치는 제1구동부(100)의 에어탱크(110)와 제1체크밸브(371) 사이에 별도의 공기관을 연결하여 제1피스톤(350)의 상승 동작시 에어탱크(110)로부터 토출되는 압축 공기가 상기 제1체크밸브(371)로 강제 유입되도록 함으로써, 제3구동부(300) 내에서 에너지 손실에 따른 압력강하가 발생하여도 에어탱크(110)로부터 토출되는 압축 공기가 제1실린더(360) 내부로 강제 유입되도록 하여실린더 내부에서 압력이 강하되는 것을 보상해주고 각 실린더가 원활하게 작동될 수 있도록 할 수 있다.

100: 제1구동부
110: 에어탱크
120: 가압플레이트
130: 가압로드
140: 스프링부재
150: 토출밸브
160: 가이드레일
170: 흡입밸브
200: 제2구동부
210: 블레이드
220: 구동축
300: 제3구동부
310: 입력축
320: 제1크랭크축
330: 축지지대
340: 기어결합부
350: 제1피스톤
360: 제1실린더
371: 제1체크밸브
372: 제2체크밸브
380: 제1공기관
390: 출력축
400: 제4구동부
410: 동력전달축
420: 제2크랭크축
430: 클러치부
431: 클러치아암
433: 클러치부재
450: 제2피스톤
460: 제2실린더
471: 제3체크밸브
472: 제4체크밸브
480: 제2공기관

Claims

압축공기를 충진시켜 이를 주기적으로 방출하도록 된 제1구동부(100);
상기 제1구동부(100)로부터 공급되는 압축공기를 이용해 블레이드(210)가 구동되도록 하는 제2구동부(200);
상기 제2구동부(200)의 구동축(220)에 크랭크 연결되는 다수의 피스톤 및 실린더 작동에 의해 압축공기를 형성시켜 제1구동부(100)에 공급하도록 된 제3구동부(300); 및
상기 제3구동부(300)의 출력축(390)에 연결되어 전기를 생성하도록 된 발전부(500);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 동력발생장치.
제1항에 있어서,
상기 제3구동부(300)의 출력축(390)에 연결되어 회전동력을 제공받아 피스톤 및 실린더 작동됨으로써, 제1구동부(100)에 제공되는 보조 압축공기를 생성하도록 된 제4구동부(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 동력발생장치.
제1항 또는 2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1구동부(100)는,
압축공기가 충진되는 에어탱크(110);
상기 에어탱크(110)의 후방에서 전방 쪽 방향으로 왕복 작동되는 가압플레이트(120);
상기 가압플레이트(120)의 진행방향의 후방으로 연장되는 가압로드(130);
상기 에어탱크(110)의 후방공간에 설치됨으로써, 가압플레이트(120)와 에어탱크(110) 사이가 탄력 지지되도록 하는 스프링부재(140);
상기 에어탱크(110) 내에서 가압플레이트(120)의 왕복 운동을 슬라이드 안내하도록 설치되는 가이드레일(160); 및
상기 에어탱크(110)의 전방에 설치되어 압축공기가 설정압력 이상일 때에 개방되도록 하는 토출밸브(150);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 동력발생장치.
제3항에 있어서,
상기 제3구동부(300)는,
제2구동부(200)의 구동축(220)에 연결되는 입력축(310);
상기 입력축(310)에 연동되도록 결합되는 제1크랭크축(320);
상기 제1크랭크축(320)의 회전중심이 지지되도록 설치되는 축지지대(330);
상기 제1크랭크축(320)에 결합되어 왕복 운동되는 제1피스톤(350);
상기 제1피스톤(350)의 압축에 의해 압축된 공기를 토출하도록 된 제1실린더(360);
상기 제1실린더(360)의 흡기측에 설치되는 제1체크밸브(371);
상기 제1실린더(360)의 배기측에 설치되는 제2체크밸브(372);
상기 제1실린더(360)에서 압축된 공기의 이동경로를 제공하는 제1공기관(380); 및
상기 제1크랭크축(320)과 축 연결되어 회전동력을 전달받는 출력축(390);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 동력발생장치.
제2항에 있어서,
상기 제4구동부(400)는,
제3구동부(300)의 출력축(390)으로부터 동력을 전달받아 상시 회전되는 동력전달축(410);
상기 동력전달축(410)에 축 연결되는 제2크랭크축(420);
상기 동력전달축(410) 상에 설치되어 제1구동부(100)의 가압로드(130)에 연동됨으로써, 제2크랭크축(420)으로의 동력전달을 연결 및 차단하도록 된 클러치부(430);
상기 제2크랭크축(420)에 결합되어 왕복 운동되는 제2피스톤(450);
상기 제2피스톤(450)에 의해 압축된 공기를 토출하도록 된 제2실린더(460);
상기 제2실린더(460)의 흡기측에 설치되는 제3체크밸브(471);
상기 제2실린더(460)의 배기측에 설치되는 제4체크밸브(472); 및
상기 제2실린더(460)에서 압축된 공기의 이동경로를 제공하는 제2공기관(480);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 동력발생장치.
제4항에 있어서, 상기 에어탱크(110)와 제1체크밸브(371) 사이에는 에어탱크(110)로부터 토출되는 공기를 제1체크밸브(371)로 강제 유입시킬 수 있도록 별도의 공기관이 연결 설치된 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 동력발생장치.
제6항에 있어서, 상기 공기관은 상기 에어탱크(110)의 토출밸브(150) 측 관으로부터 분기되어 상기 제1체크밸브(371) 측에 연결 설치된 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 동력발생장치.