KR101162490B1

KR101162490B1 - 유체의 감압에너지를 이용한 발전장치

Info

Publication number: KR101162490B1
Application number: KR1020100086875A
Authority: KR
Inventors: 박동헌; 최성환; 한창윤; 권영국
Original assignee: 비아이피 주식회사
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2012-07-05
Also published as: KR20120024151A

Abstract

본 발명은 고압의 유체를 팽창시키는 과정에서 발생되는 압력을 이용하여 엔진을 구동하고, 이 엔진의 크랭크축과 연결된 발전기를 구동하여 전기에너지를 생산하는 발전장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 발전장치는 고압의 유체가 팽창되면서 발생되는 팽창에너지로 구동되는 고압실린더부와; 상기 고압실린더에서 배출되는 유체에 의해서 구동되는 중압실린더부와; 상기 고압실린더와 상기 중압실린더에 의해서 회동되는 로커암과 상기 로커암에 의해서 회동되는 크랭크축이 구비된 크랭크블록과; 상기 고압실린더와 중압실린더로 유체의 투입 및 배출을 제어하는 밸브 및 상기 크랭크축에 연결되어 상기 크랭크축의 회동에 의해 전기에너지를 생산하는 발전기; 로 이루어지는 것이 특징이다.
본 발명의 엔진으로 고압의 유체는 고압실린더를 구동하며, 이 고압실린더에서 배출되는 중압의 유체를 중압실린더에서 다시 사용하여, 고압의 유체가 저압으로 팽창되어 감압되는 과정에서의 방기되는 에너지를 회수하여 엔진을 구동하는 데에 사용할 수 있으므로, 에너지의 자연 방기(放棄)를 최소화할 수 있으며, 더 나아가 방기되는 에너지를 회수할 수 있는 발전장치를 제공할 수 있다.

Description

유체의 감압에너지를 이용한 발전장치{POWER GENERATION DEVICE USING DECOMPRESSION OF FLUID}

본 발명은 유체의 감압에너지를 이용한 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축천연가스(CNG ; Compressed Natural Gas) 등과 같은 유체의 감압시 발생되는 에너지를 이용하여 엔진을 구동시키고, 이 구동되는 엔진에 의해 전기에너지를 생산할 수 있는 유체의 감압에너지를 이용한 발전장치에 관한 것이다.

액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 한다)는 가스 전(田)에서 채취한 천연가스를 액화시킨 것이다. 즉, 천연가스(NG, Natural Gas)가 생성될 때 포함된 수분과 질소 같은 불순물을 제거한 후 영하 162℃의 아주 낮은 온도에서 액화시킨 것으로서, 천연가스에 비해 부피는 1/600로 감소되어 운송 및 저장에 소용되는 비용이 절감되지만, 비점이 영하 162도로 낮아 운송, 저장시에는 특수하게 단열 된 탱크나 용기에 충전하여 온도를 비점 이하로 유지시켜야 하며, 수송/저장한 후에는 다시 기화시켜 사용된다.

이 LNG를 기화시키면, 통상 'LNG 가스'라 불리는 고압의 천연가스로 변환되는데, 'LNG 가스'라는 용어에는 액체라는 의미와 기체라는 의미가 모두 포함되어 있는 것으로 적절한 용어라 볼 수 없다.

언급하면, LNG를 기화시키면 고압의 천연가스, 즉 CNG(Compressed Natural Gas, 이하 'CNG'라 한다)가 되는 것으로, 실제 가정 등에서 사용되는 것은 기체상태의 CNG를 의미한다.

이를 정리하면, 천연가스(NG)를 압축하면 CNG가 되며, 이를 초저온에서 액화시키면 LNG가 되고, 운송 및 저장시에는 LNG로 유지되나 사용시에는 이 LNG를 다시 기화시켜 CNG를 사용하게 되는 것이다.

그런데 LNG를 기화장치를 이용하여 기화시키면 그 압력이 60~80㎏/㎠로 상당한 압력을 가지는 CNG로 상변환되는데, 60~80㎏/㎠ 압력의 CNG를 그대로 공급한다면, 그 설비는 상당한 내압력을 가져야 함은 물론이고, 설비의 유지보수가 어려울 뿐만 아니라 폭발의 위험성도 대단히 높다. 따라서 LNG를 기화시켜 상변환된 CNG를 일정한 압력으로 감압하여 공급하게 되는데, 이는 공급소 및 중계소 등을 거치면서 CNG의 압력이 감압되고 최종 사용처에서의 사용압력은 1~10㎏/㎠정도로 유지된다.

여기서, CNG로 상변환된 기체의 압력을 감압시키기 위한 장치로서 감압장치가 이용되는데, 이 감압장치는 단순히 CNG의 부피를 증가시켜서 이루어지는 구조로 되어 있으며, 감압하는 과정에서 소음이 발생된다. 이에 더하여 감압시 고압의 CNG를 중압의 CNG 또는 저압의 CNG로 감압되는 과정에서 그 압력의 차이에 해당되는 에너지가 아무런 일도 하지 않은 채 그냥 소모되어 버리는 문제점이 있다.

이와 같이, CNG, 스팀(Steam), 고압가스 등과 같이 고압의 유체가 저압으로 변화하면서 자연 방기(放棄)되어 무의미하게 소모되는 에너지를 회수하고자하는 노력이 지속적으로 이루어지고 있으며, 이러한 노력의 일환으로서 CNG의 유체의 감압시 발생되는 에너지를 이용하여 동력을 구동하거나 전기에너지를 생산하고자 하는 장치 및 방법 등이 지속적으로 개발되고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 감압시 자연 방기되는 유체의 감압에너지를 이용하여 구동되는 엔진과 이 엔진을 이용한 발전장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 목적에 따른 본 발명은 고압의 유체가 감압되면서 발생되는 감압에너지로 구동되는 고압실린더부와; 상기 고압실린더에서 배출되는 유체의 압력에 의해서 구동되는 중압실린더부와; 상기 고압실린더와 상기 중압실린더에 의해서 회동되는 로커암과 상기 로커암에 의해서 회동되는 크랭크축이 구비된 크랭크블록과; 상기 고압실린더와 중압실린더로 유체의 투입 및 배출을 제어하는 밸브 및 상기 크랭크축에 연결되어 상기 크랭크축의 회동에 의해 전기에너지를 생산하는 발전기; 로 이루어지는 것에 의해 달성된다.

본 발명의 엔진으로 고압의 유체는 고압실린더를 구동하며, 이 고압실린더에서 배출되는 중압의 유체를 중압실린더에서 다시 사용하여, 고압의 유체가 저압으로 팽창되어 감압되는 과정에서의 방기되는 에너지를 회수하여 엔진을 구동하는 데에 사용할 수 있으므로, 에너지의 자연 방기(放棄)를 최소화할 수 있으며, 더 나아가 방기되는 에너지를 회수할 수 있는 발전장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유체의 감압을 이용한 발전장치의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 유체의 감압을 이용한 발전장치의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 발전장치에서의 엔진의 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 엔진에서의 고압실린더와 중압실린더의 사시도,
도 5(a, b)는 고압실린더와 중압실린더의 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 밸브의 부분 절개 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 밸브의 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 엔진의 작동예를 보인 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 엔진의 작동예를 간략하게 보인 구성도,
도 10은 본 발명에 따른 엔진의 작동예를 간략하게 보인 구성도이다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 더욱 상세히 설명하기로 한다.

첨부된 도면의 도 1 내지 4는 본 발명에 따른 유체의 감압을 이용한 발전장치의 사시도, 엔진의 사시도 및 엔진에서의 고압실린더와 중압실린더의 사시도를 나타낸 것이다.

본 발명의 발전장치는 크게, 엔진부(1)와 발전부(2)로 구성되고 다시, 엔진부(1)는 고압실린더부(10), 중압실린더부(20), 크랭크블록(30) 및 밸브(40)로 구성되며, 발전부(2)는 발전기(50)와 증속기(60)로 이루어진다.

고압실린더부(10)는 고압의 유체가 팽창되면서 발생되는 에너지로 구동되는 것으로, 첨부된 도면의 도 5(a)를 참조하여 설명하면, 그 내부에 피스톤(11)이 왕복되는 고압실린더(12)와; 상기 고압실린더(12)의 좌우에 각각 설치되며 유체가 유입되는 유체유입구(13)와 유체가 배출되는 유체배출구(14)를 구비하며 상기 고압실린더(12)로 유입되거나 배출되는 유체를 안내하는 유체안내부(15)를 구비하는 플랜지하우징(16a, 16b)과; 상기 플랜지하우징(16a, 16b)의 양 측면에 각각 설치되는 플랜지커버(17a, 17b)와; 상기 피스톤(11)의 일측에 결합되며 상기 플랜지하우징(16a) 및 플랜지커버(17a)를 관통하여 설치되고, 그 끝단은 상기 크랭크축(32)의 로커암(31a)과 결합되는 헤드측로드(18a) 및 상기 피스톤(11)의 타측에 결합되어 상기 플랜지하우징(16b) 및 플랜지커버(17b)를 관통하여 설치되는 플랜지측로드(18b); 로 구성된다.

이 구성에 더하여, 플랜지커버(17b)에는 상기 플랜지측로드(18b)의 동작 구간을 확보하고 작업자의 안전을 도모하기 위해 플랜지측커버(19)가 더 구비될 수 있다.

중압실린더부(20)는 고압실린더부(10)에서 배출되는 유체에 의해서 구동되는 것으로, 첨부된 도면의 도 5(b)를 참조하여 설명하면, 그 내부에 피스톤(21)이 왕복되는 중압실린더(22)와; 상기 중압실린더(22)의 좌우에 각각 설치되며 유체가 유입되는 유체유입구(23)와 유체가 배출되는 유체배출구(24)를 구비하며 상기 중압실린더(22)로 유입되거나 배출되는 유체를 안내하는 유체안내부(25)를 구비하는 플랜지하우징(26a, 26b)과; 상기 플랜지하우징(26a, 26b)의 양 측면에 각각 설치되는 플랜지커버(27a, 27b)와; 상기 피스톤(21)의 일측에 결합되며 상기 플랜지하우징(26a) 및 플랜지커버(27a)를 관통하여 설치되고, 그 끝단은 상기 크랭크축(32)의 로커암(31b)과 결합되는 헤드측로드(28a) 및 상기 피스톤(21)의 타측에 결합되어 상기 플랜지하우징(26b) 및 플랜지커버(27b)를 관통하여 설치되는 플랜지측로드(28b); 로 구성된다.

또한, 상기의 고압실린더부(10)와 동일하게 플랜지커버(27b)에는 상기 플랜지측로드(28b)의 동작 구간을 확보하고 작업자의 안전을 도모하기 위해 플랜지측커버(29)가 더 구비될 수 있다.

여기서, 중압실린더부(20)는 고압실린더(12)에서 배출되는 유체에 의해서 구동되는 것으로, 고압의 유체가 고압실린더(12)의 내부에서 팽창되면서 피스톤(11)을 밀어내게 되는데, 이때 고압의 유체는 그 유체가 가지는 온도 및 압력이 소정으로 감소하게 된다. 즉, 고압의 유체가 중압의 유체로 변환되면서 부피는 팽창되고, 이에 따라 상기 중압실린더(22)의 용량은 상기 고압실린더(12)의 용량보다 크게 형성될 수 있다.

중압의 유체는 중압실린더(22)의 피스톤(21)을 작동하면서 저압의 유체로 변환되어 배출되며, 선정된 압력으로 유지된다.

본 발명에서 사용될 수 있는 유체의 종류로는 CNG, 고온의 스팀(Steam), 고압가스 등이 있다.

상기와 같이 고압의 유체는 고압실린더를 구동하며, 이 고압실린더에서 배출되는 중압의 유체를 중압실린더에서 다시 사용하여, 고압의 유체가 저압으로 팽창되어 감압되는 과정에서의 모든 에너지를 엔진을 구동하는 데에 사용할 수 있으므로, 에너지의 손실을 최소화할 수 있다.

크랭크블록(30)은 고압실린부더부(10)와 중압실린더부(20)에 의해서 회동되는 로커암(31a, 31b)과 이 로커암(31a, 31b)에 의해서 회동되는 크랭크축(32)이 구비되는 것으로, 이 구성을 첨부된 도면의 도 3 내지 도 5에 의해서 설명한다.

고압실린더부(10)의 헤드측로드(18a)는 로커암(31a)와 힌지결합하여 설치되고, 이 로커암(31a)은 크랭크축(32)에 회동가능하도록 편심 설치된다.

상기 구성에 따라 헤드측로드(18a)는 피스톤(11)의 직선왕복운동을 로커암(31a)에 전달하며, 로커암(31a)은 피스톤(11)의 직선왕복운동을 크랭크축(32)의 회전운동으로 변환한다.

중압실린더부(20)와 크랭크블록(30)과 결합관계는 상기 고압실린더부(10)와 크랭크블록(30)의 결합관계와 동일하게 구성되는 것으로, 중압실린더부(20)의 헤드측로드(28a)는 로커암(31b)와 힌지결합하여 설치되고, 이 로커암(31b)은 크랭크축(32)에 회동가능하도록 편심 설치된다. 이 구성에 따라 헤드측로드(28a)는 피스톤(21)의 직선왕복운동을 로커암(31b)에 전달하며, 로커암(31b)은 피스톤(21)의 직선왕복운동을 크랭크축(32)의 회전운동으로 변환한다.

발전부(2)는 발전기(50)와 증속기(60)로 구성되며, 발전기(50)는 회전력을 전달받아 이 회전력으로 전기에너지를 발생시키는 장치로서, 종류에 따라 크게, 교류발전기와 직류발전기로 분류된다. 발전기(50)의 출력전압은 발전기를 구동하는 회전력에 비례하므로, 이 회전력을 증가시키기 위해 증속기(60)가 구비될 수 있다.

상기 증속기(60)는 크랭크축(32)과 발전기(50) 사이에 구비되는 것으로, 크랭크축(32)의 회전력을 증속시켜서 발전기(50)에 전달하며, 그 내부는 크랭크축(32)에서 회전력으로 회전하는 구동기어와 이 구동기어에 맞물려 회전하는 종속기어 등으로 구성될 수 있으며, 증속을 위해 구동기어의 지름은 종속기어의 지름보다 크게 형성된다.

도 4와 도 5를 통하여 유체의 이동에 따른 엔진의 구동을 살펴보면,

고압의 유체는 밸브(V2)의 개방으로 고압실린더(12)의 피스톤(11)을 좌에서 우로 직선운동시키고, 이 피스톤(11)의 직선운동에 따라 헤드측로드(18a)와 결합된 로커암(31a)이 반회전 회동된다. 이때, 밸브(V5)와 밸브(V10)는 개방된 상태가 되어 고압실린더(12)에서 밀려나오는 중압의 유체가 중압실린더(22)의 피스톤(21)을 우에서 좌로 직선운동시키며, 중압실린더부(20)의 헤드측로드(28a)는 로커암(31b)을 반회전 회동시킨다. 즉, 고압의 유체와 중압의 유체가 동시에 각각 고압실린더(12) 및 중압실린더(22)에 투입되어 크랭크축(32)을 회동한다. 이 경우에서 밸브(V6, V1, V9)은 폐쇄상태가 된다.

고압실린더(12) 내의 피스톤(11)은 직선운동의 관성에 따라 로커암(31a)도 최 우측점(상사점 또는 하사점)을 넘어서게 되는 시점에서 밸브(V1)가 개방되어 고압의 유체가 고압실린더(12)로 유입되며, 고압실린더(12)로 유입된 고압의 유체는 팽창하면서 피스톤(11)을 우에서 좌로 직선운동시키고, 이 피스톤(11)의 직선운동에 따라 헤드측로드(18a)와 결합된 로커암(31a)을 반회전 회동시킨다. 이때, 밸브(V6)와 밸브(V9)는 개방된 상태가 되어 고압실린더(12)에서 밀려나오는 중압의 유체가 중압실린더(22)의 피스톤(21)을 우에서 좌로 직선운동시키며, 중압실린더부(20)의 헤드측로드(28a)는 로커암(31b)을 반회전 회동시킨다. 그리고 밸브(V2, V5, V10)는 폐쇄상태가 된다.

고압실린더부(10)에서 배출되는 유체를 제어하기 위한 밸브와 이 밸브로부터 배출되는 유체를 중압실린더부(20)로 인가시키기 위한 밸브는, 동시에 동일한 제어를 가짐으로써 하나의 밸브를 구성하여도 무방하다. 즉, 고압실린더부(10)에서 고압실린더(12)의 양 측면에는 2개의 유입을 제어하는 밸브(V1, V2)와 2개의 배출을 제어하는 밸브(V5, V6)로 총 4개의 밸브가 요구되나, 중압실린더부(20)에서는 유입을 제어하는 밸브는 고압실린더부(10)의 배출을 제어하는 밸브(V5, V6)로 대체될 수 있으므로, 중압실린더부(20) 측은 유체의 배출을 제어하는 밸브(V9, V10)만 구성될 수 있다.

또한, 고압실린더부(10)의 배출측 밸브(V5, V6)와 중압실린더부(20)의 유입측에는 각각 유체의 이송을 안내하는 유체이송관(35, 도 8 참고)이 설치된다.

여기서, 고압실린더(12) 및 중압실린더(22)에 유체의 투입 및 배출을 제어하는 밸브에 대해서 설명한다.

첨부된 도면의 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 밸브의 부분 절개 사시도 및 단면도를 나타낸 것으로, 그 구성은 유체가 유입되는 유입구(41a)와 유체가 배출되는 배출구(41b)로 구성되는 바디(41)와; 상기 바디(41)의 내부에 구비되며, 관통공(42)이 마련되고 회전의 의해 상기 관통공(42)의 회전변위에 따라 상기 유입구(41a)와 상기 배출구(41b)를 개방 및 폐쇄시키는 로터(43)와; 상기 로터(43)의 상?하부에 각각 연장되어 설치되는 샤프트(44)와; 상기 바디(41)의 상?하부에 각각 결합설치되며 상기 로터(43)가 상기 바디(41) 내부에서 회동가능하도록 지지하는 캡(45)과; 상기 캡(45)의 내주연과 로터(43)의 외주연 사이에 구비되는 베어링(47) 및 상기 로터(43)의 외주연과 상기 바디(41)의 내주연 사이에 설치되는 부싱(46); 으로 구성된다.

또한, 상기 관통공(42)은 복수 개 마련되며, 1개의 관통공과 상기 관통공과 인접하는 다른 관통공사이에는 격벽체(42a)가 구비될 수 있다.

본 발명이 밸브(40)는 고압의 유체를 고압실린더(12)로 투입하거나 고압실린더(12)에서 팽창된 중압의 유체 배출을 제어하는 것으로, 일정 이상의 회전수에도 내압 및 내구성이 가지는 밸브 이여야 한다.

이러한 요구조건에 따라 상기 밸브(40)는, 바디(41) 내부의 마련되며 관통공(42)을 구비하고 상기 로터(43)를 회동시키는 샤프트(44) 및 관통공과 관통공 사이에 설치되는 격벽체(42a)로 구성되어, 샤프트(44)의 회전에 의해 관통공(42)이 회전변위에 따라 고압실린더(12) 내부로 유체를 공급함으로써, 일정 이상의 회전수에도 내압 및 내구성이 증가된 밸브를 제공할 수 있다.

상기 밸브(40)를 구동시키는 동력원은 도 1에 도시된 바와 같이, 크랭크축(32)에 결합된 체인벨트(33)에 의해서 이루어질 수 있으며, 발전기(50)에 의해서 발생된 전기에너지에 의해 구동되는 제어모터(도면에 미표시)에 의해서 이루어질 수도 있다.

밸브(40)를 구동을 크랭크축(32)에 결합된 체인벨트(33)에 의해서 이루어질 경우, 밸브(40)의 초기상태를 정확히 설정하여, 유체 투입과 배출을 위한 개방(open) 및 폐쇄(shut)의 작동주기가 정확히 이루어질 수 있다.

상기에서 부싱(46)의 내주연은 로터(43)의 외주연과 접하는 것으로, 로터(43)의 회전에 의해 발생된 열을 흡수하고, 흡수된 열이 쉽게 방출될 수 있는 재질로 이루어질 수 있으며, 이 부싱(46)의 구비로 인해 고압의 유체가 외부로 누설되는 것을 방지한다.

또한, 바디(41)의 내부에서 서로 접하는 로터(43), 부싱(46), 캡(45) 및 베어링(47)의 경계면에는 유체의 유출을 방지하는 가스켓(48)이 더 설치될 수 있다.

상기에서 샤프트(44)에는 상기 샤프트(44)를 회동하기 위해 체인벨트(33)의 회전력을 전달받는 샤프트측기어(44a)가 마련되며, 유입구(41a)와 배출구(41b)에는 각각 유체이송관(35, 도 8 참고)과의 연결을 위한 유입구플랜지(49a)와 배출구플랜지(49b)가 구비된다.

도 8은 본 발명에 따른 엔진의 작동예를 보인 단면도이다.

도면에 도시한 바와 같이 밸브(V1, V6, V9)는 개방된 상태이며, 밸브(V2, V5, V10)은 닫혀있는 상태이다. 이 상태에서 고압실린더부(C1)의 피스톤(11)은 우에서 좌로 직선운동을 하게 되며, 중압실린더부(C3)의 피스톤(21)은 좌에서 우로 직선운동을 하게 되어 고압실린더부(C1)의 피스톤(11)과 중압실린더부(C3)의 피스톤(21)은 동시에 크랭크축(32)을 회동시킨다.

이때, 고압실린더(12) 내의 피스톤(11)과 중압실린더부(C3)의 피스톤(21)은 직선운동의 관성에 따라 로커암(31a)도 최 좌측점(상사점 또는 하사점)을 넘어서게 되는 시점에서 밸브(V2, V5, V10)는 개방상태로 전환하며, 밸브(V1, V6, V9)는 닫힘 상태로 전환되어 피스톤(11, 21)을 직선운동시킨다.

피스톤(11, 21)의 좌우 직선왕복운동에 따라 크랭크축(32)은 회전운동하게 되며, 이 크랭크축(32)의 회전으로 상기 크랭크축(32)에 결합된 발전기(50)에서는 전기에너지가 생산된다.

첨부된 도면의 도 9 및 도 10은 복수 개의 고압실린더부와 복수 개의 중압실린더부를 구성한 엔진의 작동예를 간략하게 보인 구성도이다.

도 9에서는 2개의 고압실린더부(C1, C2)와 2개의 중압실린더부(C3, C4)로 구성된 도면을 의미하는 것으로, 첨부된 도면의 도 1 내지 도 3을 간략히 도시한 것이다.

설명의 편의상 도면의 상단부분을 '상부'라 하고 하단부분을 '하부'라 하면, 고압실린더부(C1, C2)의 피스톤(P1, P2)은 각각 상사점에 위치하여 있으며, 피스톤(P1, P2)이 직선운동의 관성에 의해 상사점을 넘어서는 시점에서 밸브(V1, V6, V9, V3, V8, V11)는 개방되며, 밸브(V2, V5, V10, V4, V7, V12)는 폐쇄된다. 이 밸브들의 개방과 폐쇄로 고압실린더부(C1, C2)의 피스톤(P1, P2)은 하사점을 향해 직선운동하며, 중압실린더부(C3, C4)의 피스톤(P3, P4)은 상사점을 향해 직선운동한다. 이 피스톤(P1, P2, P3, P4)의 직선운동은 로커암(31)에 의해 회전운동으로 변환되며, 이 회전운동은 크랭크축(32)을 회전시키고, 크랭크축(32)에 연결된 발전기(50)를 구동하여 전기에너지가 발생된다.

도 10은 도 9의 반대방향으로 진행되는 과정으로, 고압실린더부(C1, C2)의 피스톤(P1, P2)은 각각 하사점에 위치하여 있으며, 피스톤(P1, P2)이 직선운동의 관성에 의해 하사점을 넘어서는 시점에서 밸브(V1, V6, V9, V3, V8, V11)는 폐쇄되며, 밸브(V2, V5, V10, V4, V7, V12)는 개방된다. 상기와 마찬가지로, 이 밸브들의 개방과 폐쇄로 고압실린더부(C1, C2)의 피스톤(P1, P2)은 상사점을 향해 직선운동하며, 중압실린더부(C3, C4)의 피스톤(P3, P4)은 하사점을 향해 직선운동한다. 이 피스톤(P1, P2, P3, P4)의 직선운동은 로커암(31)에 의해 회전운동으로 변환되며, 이 회전운동은 크랭크축(32)을 회전시키고, 크랭크축(32)에 연결된 발전기(50)를 구동하여 전기에너지가 발생된다.

본 발명은 고압의 유체를 이용하여 고압실린더부를 동작하고, 이 고압실린더부에서 배출되는 유체를 다시 중압실린더부에 투입하는 2단계의 동작으로 이루어지는 엔진과 이 엔진을 이용하여 전기에너지를 생산하는 발전장치로 기재하였으나, 유체의 상태에 따라서 고압, 중압 및 저압을 이용하는 3단계로 이루어지는 엔진으로도 구성될 수 있으며, 더 나아가 고압실린더부(10)에 의해서 구동되는 크랭크축과 중압실린더부(20)에 구동되는 크랭크축을 각각 별도로 구비되는 엔진도 구성될 수 있다.

이에 더하여, 감압에 따른 감압 후의 압력을 고압실린더(12)와 중압실린더(22)의 크기게 의해서 조절가능할 수 있으며, 본 발명의 구성에 따른 엔진의 설치를 복수 개의 직렬방식으로 설치하여도 조절가능할 수 있다.

본 발명의 엔진으로 고압의 유체는 고압실린더를 구동하며, 이 고압실린더에서 배출되는 중압의 유체를 중압실린더에서 다시 사용하여, 고압의 유체가 저압으로 팽창되어 감압되는 과정에서의 모든 에너지를 엔진을 구동하는 데에 사용할 수 있으므로, 에너지의 손실을 최소화할 수 있으며, 방기되는 에너지의 최소화할 수 있는 발전장치를 제공할 수 있다.

1 : 엔진부 2 : 발전부
10, C1, C2 : 고압실린더부 20, C3, C4 : 중압실린더부
11, 21, P1, P2, P3, P4 : 피스톤 12 : 고압실린더
22 : 중압실린더 13, 23 : 유체유입구
14, 24 : 유체배출구 15, 25 : 유체안내부
16a, 16b, 26a, 26b : 플랜지하우징
17a, 17b, 27a, 27b : 플랜지커버
18a, 28a : 헤드측로드 18b, 28b : 플랜지측로드
19, 29 : 플랜지측커버 30 : 크랭크블록
31, 31a, 31b : 로커암 32 : 크랭크축
33 : 체인벨트 35 : 유체이송관
40, V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9, V10, V11, V12 : 밸브
41 : 바디
41a : 유입구 41b : 배출구
42 : 관통공 42a : 격벽체
43 : 로터 44 : 샤프트
44a : 샤프트측기어 45 : 캡
46 : 부싱 47 : 베어링
48 : 가스켓 49a : 유입구플랜지
49b : 배출구플랜지 50 : 발전기
60 : 증속기

Claims

고압의 유체가 감압되면서 발생되는 에너지로 구동되는 고압실린더부(10)와;
상기 고압실린더부(10)에서 배출되는 유체의 압력에 의해서 구동되는 중압실린더부(20)와;
상기 고압실린부더부(10)와 상기 중압실린더부(20)에 의해서 회동되는 로커암(31a, 31b)과 상기 로커암(31a, 31b)에 의해서 회동되는 크랭크축(32)이 구비된 크랭크블록(30)과;
상기 고압실린더부(10)와 중압실린더부(20)로 유체의 투입 및 배출을 제어하는 밸브(40) 및
상기 크랭크축(32)에 연결되어 상기 크랭크축(32)의 회동에 의해 전기에너지를 생산하는 발전기(50);
로 이루어짐을 특징으로 하는 유체의 감압에너지를 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고압실린더부(10)는
그 내부에 피스톤(11)이 왕복되는 고압실린더(12)와;
상기 고압실린더(12)의 좌우에 각각 설치되며 유체가 유입되는 유체유입구(13)와 유체가 배출되는 유체배출구(14)를 구비하며 상기 고압실린더(12)로 유입되거나 배출되는 유체를 안내하는 유체안내부(15)를 구비하는 플랜지하우징(16a, 16b)과;
상기 플랜지하우징(16a, 16b)의 양 측면에 각각 설치되는 플랜지커버(17a, 17b)와;
상기 피스톤(11)의 일측에 결합되며 상기 플랜지하우징(16a) 및 플랜지커버(17a)를 관통하여 설치되고, 그 끝단은 상기 크랭크축(32)의 로커암(31a)과 결합되는 헤드측로드(18a) 및
상기 피스톤(11)의 타측에 결합되어 상기 플랜지하우징(16b) 및 플랜지커버(17b)를 관통하여 설치되는 플랜지측로드(18b);
로 이루어짐을 특징으로 하는 유체의 감압에너지를 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 중압실린더부(20)는
그 내부에 피스톤(21)이 왕복되는 중압실린더(22)와;
상기 중압실린더(22)의 좌우에 각각 설치되며 유체가 유입되는 유체유입구(23)와 유체가 배출되는 유체배출구(24)를 구비하며 상기 중압실린더(22)로 유입되거나 배출되는 유체를 안내하는 유체안내부(25)를 구비하는 플랜지하우징(26a, 26b)과;
상기 플랜지하우징(26a, 26b)의 양 측면에 각각 설치되는 플랜지커버(27a, 27b)와;
상기 피스톤(21)의 일측에 결합되며 상기 플랜지하우징(26a) 및 플랜지커버(27a)를 관통하여 설치되고, 그 끝단은 상기 크랭크축(32)의 로커암(31b)과 결합되는 헤드측로드(28a) 및
상기 피스톤(21)의 타측에 결합되어 상기 플랜지하우징(26b) 및 플랜지커버(27b)를 관통하여 설치되는 플랜지측로드(28b);
로 이루어짐을 특징으로 하는 유체의 감압에너지를 이용한 발전장치.
청구항 2와 3에 있어서,
상기 중압실린더(22)의 용량은 상기 고압실린더(12)의 용량보다 크게 형성됨을 특징으로 하는 유체의 감압에너지를 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밸브(40)는
유체가 유입되는 유입구(41a)와 유체가 배출되는 배출구(41b)로 구성되는 바디(41)와;
상기 바디(41)의 내부에 구비되며, 관통공(42)이 마련되고 회전의 의해 상기 관통공(42)의 회전변위에 따라 상기 유입구(41a)와 상기 배출구(41b)를 개방 및 폐쇄시키는 로터(43)와;
상기 로터(43)의 상?하부에 각각 연장되어 설치되는 샤프트(44)와;
상기 바디(41)의 상?하부에 각각 결합설치되며 상기 로터(43)가 상기 바디(41) 내부에서 회동가능하도록 지지하는 캡(45)과;
상기 캡(45)의 내주연과 로터(43)의 외주연 사이에 구비되는 베어링(47) 및
상기 로터(43)의 외주연과 상기 바디(41)의 내주연 사이에 설치되는 부싱(46);
으로 이루어짐을 특징으로 하는 유체의 감압에너지를 이용한 발전장치.
청구항 5에 있어서,
상기 관통공(42)은 복수 개 마련되며, 1개의 관통공과 상기 관통공과 인접하는 다른 관통공사이에는 격벽체(42a)가 구비됨을 특징으로 하는 유체의 감압에너지를 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밸브는
상기 크랭크축(32)에 연결된 체인벨트(33)에 의해서 구동됨을 특징으로 하는 유체의 감압에너지를 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 크랭크축(32)과 발전기(50) 사이에는 증속기(60)가 더 구비됨을 특징으로 하는 유체의 감압에너지를 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유체는 CNG, 스팀, 고압가스 중에서 선택되는 하나임을 특징으로 하는 유체의 감압에너지를 이용한 발전장치.