KR101594388B1 - Engine using phase transformation of water - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가열부와, 상기 가열부에서 열을 전달받는 팽창실과, 상기 팽창실 하단과 연통되는 실린더와, 상기 실린더 내부에 소정 량의 물을 지지하면서 왕복 가능하게 설치되며 구동축에 커넥팅로드로 연결되는 피스톤, 및 상기 실린더 하단과 연통되며 상기 구동축이 내부에 설치되고 하측 공간에 물을 저장하는 축하우징을 포함하며, 상기 피스톤은 상사점에서 상기 팽창실에 물을 충진시킨 후 상기 가열부의 열에 의해 생성된 증기압에 의해 하강하고, 하사점에서 증기의 액화에 따라 생성된 부압에 의해 상사점까지 상승하면서 액화된 물을 상기 팽창실에 재충진시키는 왕복행정을 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치는 사용환경에 따라 다양한 에너지원을 이용할 수 있음과 아울러 열효율을 매우 높일 수 있는 효과가 있으며, 또한 배기가스 등의 오염물질을 배출하지 않게 되므로 동력을 얻는 과정에서 환경오염의 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a power generating apparatus using a change in state of water, and more particularly to a power generating apparatus using a change in state of water, And a shaft housing communicating with the lower end of the cylinder and having the drive shaft installed therein and storing water in a lower space, wherein the piston is rotatably supported by the upper shaft, And the liquefied water rises to the top point due to the negative pressure generated by the liquefaction of the vapor at the bottom dead center, and the liquefied water is introduced into the expansion chamber And performing a reciprocating stroke to refill.
The power generation apparatus using the water state change according to the present invention can utilize various energy sources according to the use environment and has an effect of greatly increasing thermal efficiency and does not discharge pollutants such as exhaust gas, There is an effect that the problem of environmental pollution can be prevented in the process of obtaining.

Description

물의 상태변화를 이용한 동력발생장치 {Engine using phase transformation of water}[0001] The present invention relates to an engine using phase change of water,

본 발명은 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밀폐된 팽창실과 실린더 내에서 물이 기화될 때 부피의 증가에 의해 팽창압이 발생하고 수증기가 액화될 때 부피의 감소에 의해 부압(Negative pressure)이 발생하는 것을 이용하여 실린더 내부의 피스톤을 왕복시킴으로써 동력을 발생시키게 되는 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power generation apparatus using a change in state of water, and more particularly, to a power generation apparatus using water changes in a closed expansion chamber and a cylinder, an expansion pressure is generated by an increase in volume when water is vaporized, The present invention relates to a power generator using a change in state of water that generates power by reciprocating a piston in a cylinder using negative pressure caused by a negative pressure generated by the piston.

주지하는 바와 같이 동력발생장치는 연료를 기관외부의 별도 연소실에서 연소시키고 증기와 같은 별도의 작동유체를 이용하여 동력을 발생시키는 외연기관과 연료를 실린더 내부의 연소실에서 연소시켜 연소된 가스의 힘에 의해 동력을 발생시키는 내연기관으로 크게 구별할 수 있다.As is known, the power generating device is an internal combustion engine that burns fuel in an internal combustion chamber outside the engine and generates power by using a separate working fluid such as steam, and the combustion of fuel in the combustion chamber inside the cylinder, And an internal combustion engine that generates power by the engine.

일반적으로 연료의 연소시 발생하는 작동유체의 토출압력으로 터빈을 회전시키는 증기터빈, 가스터빈과 같은 외연기관은 내연기관과 달리 사용연료의 제한을 받지 않으며 대용량의 출력을 얻을 수 있는 장점은 있으나 내연기관에 비해 열효율이 낮을 뿐만 아니라 출력대비 중량이 커진다는 단점이 있어 주로 화력발전소나 대형선박 등과 같은 대규모 기계장치에 한정적으로 사용되고 있는 실정이다.Generally, an outer combustion engine such as a steam turbine or a gas turbine that rotates the turbine by the discharge pressure of a working fluid generated when the fuel is burned is unaffected by the fuel used, unlike the internal combustion engine, and has an advantage of obtaining a large capacity output, The heat efficiency is lower than that of the engine, and the weight is increased compared to the output. Thus, it is mainly used in large scale machinery such as thermal power plants and large ships.

한편, 가솔린기관이나 디젤기관과 같은 내연기관은 외연기관과 달리 간접적인 유체의 힘이 아니라 연료의 직접적인 폭발로 인해 동력을 발생시키게 되므로 열효율이 외연기관에 비해 높으며 단위 출력 당의 중량이나 용적을 크게 줄일 수 있는 장점이 있어 현재 대부분의 자동차용 원동기로 사용되고 있다.On the other hand, an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine generates power due to a direct explosion of fuel instead of an indirect fluid force, unlike an outer combustion engine. Therefore, the thermal efficiency is higher than the outer combustion engine and the weight or volume per unit output is greatly reduced It is used as a motor for most automobiles.

그러나 이러한 내연기관은 열효율이 외연기관에 비해 높긴 하지만 여전히 연료의 연소에 의한 열에너지의 대략 30％ 정도만이 기계적에너지로 변화되어 동력발생에 이용될 뿐 나머지는 냉각되거나 배기관을 통해 대기중으로 방출되고 있어 에너지효율 면에서 개선되어야 할 문제점이 있으며, 또한 내연기관에서 배출되는 배기가스로 인해 심각한 환경오염을 초래할 뿐만 아니라 화석연료만을 에너지원으로 이용하기 때문에 화석에너지 자원의 고갈이라는 심각한 문제점이 대두되고 있다.However, although the thermal efficiency of the internal combustion engine is higher than that of the outer combustion engine, only about 30% of the thermal energy due to the combustion of the fuel is converted into mechanical energy, which is used for generating power and the other is cooled or discharged to the atmosphere through the exhaust pipe. There is a problem to be improved in terms of efficiency and exhaust gas discharged from the internal combustion engine not only causes severe environmental pollution but also uses fossil fuel only as an energy source and serious problem of depletion of fossil energy resources is emerging.

(001) 대한민국 등록실용신안 20-0391234 (공고일자: 2005년 08월 02일)(001) Korea registered utility model 20-0391234 (public announcement date: August 02, 2005) (002) 대한민국 공개특허 10-2010-0029482 (공개일자: 2010년03월17일)(002) Korean Published Patent Application No. 10-2010-0029482 (Disclosure Date: March 17, 2010)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 밀폐된 팽창실과 실린더 내부에서 물의 기화와 액화시 부피변화에 따른 압력변화를 이용하여 동력을 얻도록 구성함으로써 열효율을 매우 높일 수 있으며, 사용환경에 따라 다양한 에너지원을 이용할 수 있는 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived in order to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a gas- And to provide a power generating device using a change in state of water that can utilize various energy sources according to the use environment.

또한, 본 발명의 다른 목적은 배기가스 등의 오염물질을 배출하지 않아 환경오염을 방지할 수 있는 친환경적인 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a power generating apparatus using environmental change of water which can prevent environmental pollution by not discharging pollutants such as exhaust gas.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치는, According to an aspect of the present invention, there is provided a power generating apparatus using a change in state of a water according to an embodiment of the present invention,

가열부와, 상기 가열부에서 열을 전달받는 팽창실과, 상기 팽창실 하단과 연통되게 결합되되, 팽창실로부터 열전달이 차단되도록 팽창실 하단과의 결합부에는 단열재가 삽입되고, 벽면에는 내부를 냉각시켜 증기의 액화를 촉진하기 위한 냉각수채널이 형성되는 실린더와, 상기 실린더 내부에 소정 량의 물을 지지하면서 왕복 가능하게 설치되며 구동축에 커넥팅로드로 연결되는 피스톤, 및 상기 실린더 하단과 연통되며 상기 구동축이 내부에 설치되고 하측 공간에 물을 저장하는 축하우징을 포함하며, 상기 피스톤은 상사점에서 상기 팽창실에 물을 충진시킨 후 상기 가열부의 열에 의해 생성된 증기압에 의해 하강하고, 하사점에서 증기의 액화에 따라 생성된 부압에 의해 상사점까지 상승하면서 액화된 물을 상기 팽창실에 재충진시키는 왕복행정을 하는 것을 특징으로 한다.A heat insulating material is inserted into a joint portion between the expansion chamber and the lower end of the expansion chamber so as to be communicated with the lower end of the expansion chamber so as to block heat transfer from the expansion chamber, A piston connected to the drive shaft via a connecting rod, and a piston connected to the lower end of the cylinder, the piston being connected to the drive shaft via a connecting rod, Wherein the piston is lowered by the steam pressure generated by the heat of the heating unit after the water is filled in the expansion chamber at the top dead center, To the top dead center due to the negative pressure generated by the liquefaction of the liquefied water, .

여기서, 상기 실린더에는 하사점에 인접한 일측면에 물이동구가 형성되고, 상기 물이동구와 축하우징의 연결배관에 압력차에 의해 개폐되는 물이동밸브가 구비되는 것이 바람직하다.Preferably, the cylinder is provided with a water movement valve in which water is formed on one side adjacent to the bottom dead center, and the water is opened and closed by a pressure difference in the connection pipe between the shaft and the shaft housing.

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본 발명에 따른 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치는 밀폐된 팽창실과 실린더 내부에서 물의 기화와 액화시 부피변화에 따른 압력변화를 이용하여 동력을 얻도록 구성함으로써 사용환경에 따라 다양한 에너지원을 이용할 수 있음과 아울러 열효율을 매우 높일 수 있는 효과가 있으며, 또한 배기가스 등의 오염물질을 배출하지 않게 되므로 동력을 얻는 과정에서 환경오염의 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the power generation apparatus using the change of water state is configured to obtain the power by using the pressure change due to the volume change of the water in the sealed expansion chamber and the cylinder during the vaporization and liquefaction of the cylinder, There is an effect that the thermal efficiency can be greatly increased and the pollutants such as exhaust gas are not discharged, and thus the problem of environmental pollution can be prevented in the process of obtaining the power.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치의 구성을 나타내는 측단면도.
도 3은 본 발명에 따라 도 1의 동력발생장치를 복수개로 구성한 실시예를 개략적으로 나타내는 예시도.
도 4 내지 도 7은 도 1에 따른 동력발생장치의 각 행정상태를 개략적으로 나타내는 작동 예시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a power generating apparatus using a change in state of water according to an embodiment of the present invention; FIG.
Fig. 3 is an exemplary diagram schematically showing an embodiment in which a plurality of power generation devices of Fig. 1 are constructed in accordance with the present invention; Fig.
Figs. 4 to 7 are operation examples schematically showing the respective stroke states of the power generating apparatus shown in Fig. 1. Fig.

이하에서 본 발명에 따른 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치의 바람직한 실시예와 구성에 대해 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments and configurations of a power generator using a water state change according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치의 개략적인 구성을 나타내는 측단면도이다.1 is a side cross-sectional view showing a schematic configuration of a power generating apparatus using a water state change according to an embodiment of the present invention.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생장치는 팽창실(10), 상기 팽창실(10) 외측에 구비된 가열부(15), 상기 팽창실(10)의 하단과 연통되면서 결합된 실린더(20), 상기 실린더(20) 내부에 설치된 피스톤(25), 상기 피스톤(25)과 커넥팅로드(30)로 연결된 구동축(35), 및 상기 실린더(20) 하단과 연통되면서 상기 구동축(35)을 내부에 수용하고 있는 축하우징(40)을 포함하여 구성된다.As shown in the drawings, the power generating apparatus according to an embodiment of the present invention includes an expansion chamber 10, a heating unit 15 provided outside the expansion chamber 10, a lower end of the expansion chamber 10, A piston 25 provided in the cylinder 20, a drive shaft 35 connected to the piston 25 by a connecting rod 30, and a piston 35 connected to the lower end of the cylinder 20, And a shaft housing (40) accommodating the drive shaft (35) therein.

여기서, 상기 가열부(15)는 본 발명에 있어 상기 팽창실(10)에 충진된 물을 기화시키기 위한 열을 제공하는 부분으로서 상기 팽창실(10) 내부와 분리되도록 상기 팽창실(10)의 외부에 설치된다.The heating unit 15 is a part for providing heat for vaporizing the water filled in the expansion chamber 10 in the present invention so as to separate the inside of the expansion chamber 10 from the inside of the expansion chamber 10, Lt; / RTI >

상기 가열부(15)는 밀폐된 팽창실(10)의 외부에 구비되므로 사용환경에 따라서 공지되어 있는 다양한 가열수단, 즉 석탄, 석유, 가스 등 화석연료를 연소시켜 열을 발생시키는 가열장치로 구현할 수 있을 뿐만 아니라 전기를 이용한 전열장치, 또는 태양열을 이용한 가열장치 등을 채용하는 것이 가능하며, 또한 이러한 가열수단에 따라서 상기 가열부(15)는 상기 팽창실(10)을 감싸도록 설치되거나 상부, 하부, 측면 등과 접촉되도록 설치될 수 있다.Since the heating unit 15 is provided outside the sealed expansion chamber 10, the heating unit 15 can be realized as a heating device for generating heat by burning fossil fuels such as coal, oil, and gas, In addition, the heating unit 15 may be installed to surround the expansion chamber 10, or may be installed to surround the expansion chamber 10. Alternatively, the heating unit 15 may include a heating unit using electricity, a solar heating unit, A bottom, a side, and the like.

그리고 상기 팽창실(10)은 하단이 상기 실린더(20)와 연통되어 결합되며 상기 피스톤(25)이 상승하여 상사점에 도달하였을 때 실린더(20)에 수용된 물이 내부 공간에 충진되어지고, 상기 가열부(15)에서 전달되는 열에 의해 내부에 충진된 물을 기화시켜 증기압을 생성하게 된다. When the piston 25 reaches the top dead center, the water contained in the cylinder 20 is filled in the inner space. When the piston 25 reaches the top dead center, And the vapor is generated by the heat transferred from the heating unit 15 to generate the vapor pressure.

이러한 팽창실(10)은 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 점감하는 테이퍼진 형태의 역사다리꼴 형상이며, 이때 상단직경을 하단직경보다 2 내지 3배 크게 형성함으로써 더욱 많은 물이 열전달면과 접촉되어 기화됨으로써 보다 큰 증기압을 생성할 수 있도록 함이 바람직하다.The expansion chamber 10 has a tapered inverted trapezoid shape whose diameter gradually decreases from the upper end to the lower end. At this time, the upper end diameter is made 2 to 3 times larger than the lower end diameter, so that more water contacts the heat transfer surface and is vaporized So that it is possible to generate a larger vapor pressure.

또한, 상기 팽창실(10)의 내측 상부면에는 물과의 접촉 표면적을 넓힘으로써 열전달효율을 높이기 위한 요철형상의 열전달판(11)이 장착되는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that a heat transfer plate 11 having a concave-convex shape for increasing the heat transfer efficiency by widening the contact surface area with water is mounted on the inner upper surface of the expansion chamber 10.

상기 실린더(20)는 상기 팽창실(10) 하단과 연통되게 결합되며 내부에 피스톤(25)이 설치되고 상기 피스톤(25)의 상측에 상기 팽창실(10)을 충진시킬 수 있는 충분한 양의 물을 수용하고 있다. The cylinder 20 is connected to the lower end of the expansion chamber 10 and is provided with a piston 25 therein. The piston 25 is provided with a sufficient amount of water Respectively.

여기서, 상기 실린더(20)와 상기 팽창실(10)과의 결합부위에는 상기 팽창실(10)의 열이 실린더(20)로 전달되는 것을 차단하기 위한 단열재(21)를 삽입하는 것이 바람직하며, 또한 상기 실린더(20)의 벽면 내부에는 실린더(20) 내부를 냉각시키기 위한 냉각수채널(22)을 형성하는 것이 더 바람직한데, 이는 후술하는 바와 같이 팽창실(10)의 증기압에 의해 피스톤(25)이 하강하여 하사점에 이르기 전에 실린더(20) 내부 압력이 부압으로 감소할 수 있도록 상기 증기가 액화되는 것을 촉진하기 위함이다.It is preferable that a heat insulating material 21 is inserted at a joint portion between the cylinder 20 and the expansion chamber 10 to block the heat of the expansion chamber 10 from being transmitted to the cylinder 20, It is further preferable that a cooling water channel 22 for cooling the inside of the cylinder 20 is formed in the wall surface of the cylinder 20. This is because the piston 25 is moved by the vapor pressure of the expansion chamber 10, So that the internal pressure of the cylinder 20 can be reduced to a negative pressure before reaching the bottom dead center.

그리고 피스톤(25)은 상기 실린더(20) 내부에 슬라이딩 가능하도록 설치되어 상사점과 하사점 사이를 왕복이동하게 되는데, 상사점까지 상승하면서 피스톤(25)의 상측 실린더(20) 내부에 수용된 물을 상기 팽창실(10)에 충진시키고 상기 팽창실(10)에서의 증기압에 의해 하강하게 된다.The piston 25 is slidably installed in the cylinder 20 so as to reciprocate between the top dead center and the bottom dead center. The piston 25 rises to the top dead center and the water contained in the upper cylinder 20 of the piston 25 Is filled in the expansion chamber (10) and is lowered by the vapor pressure in the expansion chamber (10).

이러한 피스톤(25)은 공지되어 있는 피스톤 왕복기관에서와 동일하게 하부에 회동가능하게 커넥팅로드(30)가 결합되고 상기 커넥팅로드(30)는 구동축(35)에 고정되는 크랭크암(31)과 회동가능하게 결합되어, 상기 피스톤(25)이 상사점과 하사점 사이를 왕복 이동하게 됨에 따라 피스톤(25)의 상하 직선운동을 변환하여 상기 구동축(35)이 회전하게 된다. 또한, 공지되어 있는 피스톤 왕복기관과 동일하게 초기 운전을 위해 상기 구동축(35)의 일단은 시동모터(도면 미도시)와 연결됨이 바람직하다.The connecting rod 30 is rotatably coupled to the lower portion of the piston 25 in the same manner as in the known piston reciprocating engine. The connecting rod 30 is rotatably supported by a crank arm 31 fixed to the driving shaft 35, As the piston 25 reciprocates between the top dead center and the bottom dead center, the driving shaft 35 is rotated by converting the upward and downward linear motion of the piston 25. Also, in the same manner as the known piston reciprocating engine, one end of the drive shaft 35 is connected to a starter motor (not shown) for initial operation.

그리고, 상기 실린더(20)의 하단에는 상기 실린더(20)와 연통되는 축하우징(40)이 결합되는데, 상기 축하우징(40)은 구동축(35)의 케이스로서 기능할 뿐만 아니라 물을 저장하는 부분으로서 기능하게 된다. A shaft housing 40 communicating with the cylinder 20 is coupled to the lower end of the cylinder 20. The shaft housing 40 functions not only as a case of the drive shaft 35, .

이를 위해 상기 축하우징(40)은 그 내부에 상기 구동축(35)이 설치되고 하측 소정 공간에 물을 수용하며 그 내부가 항상 대기압으로 유지되도록 상부 일측에 통기구(41)가 형성됨이 바람직하다.For this, the shaft housing 40 is preferably provided with the vent hole 41 at the upper side so that the drive shaft 35 is installed in the shaft housing 40, water is received in the lower predetermined space, and the interior of the shaft housing 40 is always kept at atmospheric pressure.

상기 축하우징(40)의 하측 공간에 저장된 물은 연결배관에 의해 상기 실린더(20)의 하사점 근처 일측면에 형성된 물이동구(23)와 연결되며, 상기 연결배관에는 양단의 압력차에 의해 개폐되는 물이동밸브(24)가 구비됨이 바람직하다. The water stored in the lower space of the shaft housing 40 is connected by the connecting pipe to water at the one side near the bottom dead center of the cylinder 20 and is connected to the connecting pipe 23 by the pressure difference between both ends It is preferable that a water transfer valve 24 is provided.

이러한 물이동밸브(24)는 피스톤(25)이 하강하면서 상기 물이동구(23)가 형성된 지점을 통과할 때 실린더(20) 내부의 압력 상태에 따라 개폐되어 축하우징(40)에서 실린더(20) 내부로 물이 유입되거나 또는 실린더(20)에서 축하우징(40)으로 물이 유출되도록 하는 밸브로서, 실린더(20) 내부의 압력에 따라 실린더(20) 내부에 존재하는 물의 양을 적절하게 조절하는 기능을 수행하게 된다.The water movement valve 24 is opened and closed in accordance with the pressure inside the cylinder 20 when the piston 25 descends and the water passes through the point where the opening 23 is formed, The valve 20 is a valve for allowing water to flow into the cylinder 20 or to allow the water to flow out from the cylinder 20 to the shaft housing 40. The valve 20 is a valve that adjusts the amount of water present in the cylinder 20 appropriately .

즉, 피스톤(25)과 실린더(20) 내벽 사이의 간극을 통해 실린더(20) 내부의 소량의 물이 계속적으로 상기 축하우징(40) 쪽으로 누설되어 실린더(20)에 물의 양이 적은 경우에는 피스톤(25)이 하강하여 물이동구(23) 지점을 지날 때 이미 실린더(20) 내부는 부압 상태가 되어 대기압을 유지하는 축하우징(40)과의 압력차에 의해 축하우징(40)의 물이 실린더(20) 내부로 유입이 되고, 만일 실린더(20) 내에 물의 양이 많은 경우에는 피스톤(25)이 하강하여 물이동구(23) 지점을 지날 때 실린더(20) 내의 압력이 여전히 대기압보다 높은 상태를 유지하게 되므로 축하우징(40)과의 압력차에 의해 실린더(20) 내부의 물이 축하우징(40)으로 유출되게 된다.That is, when a small amount of water in the cylinder 20 leaks continuously toward the shaft housing 40 through the gap between the piston 25 and the inner wall of the cylinder 20 and the amount of water in the cylinder 20 is small, The water in the shaft housing 40 is discharged by the pressure difference between the shaft 20 and the shaft housing 40 which maintains the atmospheric pressure because the inside of the cylinder 20 is already in a negative pressure state when the water passes the point 23 The pressure in the cylinder 20 is still higher than the atmospheric pressure when the piston 25 descends and the water passes the point of the tongue 23 when the amount of water in the cylinder 20 is large. The water in the cylinder 20 flows out to the shaft housing 40 due to the pressure difference between the shaft housing 40 and the shaft housing 40.

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상기와 같은 본 발명에 따른 실시예에 있어서, 상기 실린더(20)는 적어도 둘 이상이 구비되며, 각각의 커넥팅로드(30)는 동일 구동축(35) 상에서 서로 다른 위상으로 결합되는 것이 바람직하며, 상기 팽창실(10)의 체적은 상기 실린더(20)의 행정체적과 비교해서 50 내지는 60％ 정도가 되도록 제작됨이 바람직하다.In the embodiment of the present invention as described above, it is preferable that at least two cylinders 20 are provided, and each of the connecting rods 30 is coupled on the same driving shaft 35 in different phases, It is preferable that the volume of the expansion chamber 10 is made to be about 50 to 60% of the volume of the cylinder 20.

도 3은 두 개의 실린더(20)가 구비된 동력발생장치를 예시한 도면으로서, 이와 같이 구성됨으로써 일측 피스톤은 팽창실(10)의 증기압에 의해 행정거리의 중간지점까지 하강하면서 구동축(35)에 동력을 전달하게 되고 피스톤이 중간지점을 지나게 되면 팽창실(10)의 물은 완전히 팽창실(10)과 분리되어 더 이상 증기를 생성시키지 않게 된다. 3 is a view illustrating a power generating device provided with two cylinders 20. With this configuration, the one-side piston is lowered to the midpoint of the stroke distance by the vapor pressure of the expansion chamber 10, And when the piston passes the intermediate point, the water in the expansion chamber 10 is completely separated from the expansion chamber 10 and does not generate any more steam.

따라서 나머지의 행정거리는 타측 피스톤에 의해 발생된 동력에 의해 하사점까지 하강함으로써 피스톤(25) 상측의 실린더 체적이 늘어남에 따라 증기의 액화가 촉진되어 실린더 내부를 보다 용이하게 부압으로 떨어뜨릴 수 있게 된다.Accordingly, the remaining stroke is lowered to the bottom dead center by the power generated by the other piston, so that the liquefaction of the steam is promoted as the cylinder volume on the upper side of the piston 25 is increased, so that the inside of the cylinder can be more easily dropped to negative pressure .

상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치의 작동원리 및 작동상태를 이하에서 설명하기로 한다.The operation principle and operation state of the power generation apparatus using the water state change according to an embodiment of the present invention having the above-described structure will be described below.

본 발명에 따른 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치는 100℃의 물과 100℃ 이상의 수증기가 작은 열에너지를 흡열 또는 방열하여 서로 상태변화를 할 때 발생되는 부피변화를 밀폐된 공간에서 이루어지게 함으로써 기계적 동력을 얻는 것을 그 원리로 한다. According to the present invention, the power generation device using water change in the state of 100 ° C and the water vapor of 100 ° C or more absorbs or dissipates small heat energy to change the state of each other, Is obtained.

즉, 100℃의 물 1g이 수증기로 변화하기 위해 필요로 하는 에너지는 540cal이며, 이러한 상변화에 따른 부피변화는 대략 1600배에 이르는 것으로 알려져 있다. 또한, 역으로 수증기 1g은 540cal 중 10cal만 주위로 방열하게 되면 다시 물로 액화되며 역시 그 부피가 1600배 정도 감소하게 된다.That is, the energy required to change 1 g of water at 100 ° C. to water vapor is 540 cal, and the volume change due to this phase change is known to be about 1600 times. Conversely, when 1 g of water vapor is radiated to about 10 calories out of 540 calories, it is liquefied again with water, and its volume is also reduced by about 1600 times.

따라서, 밀폐된 공간내에서 물이 기화 또는 수증기가 액화하는데 필요한 열을 흡열 또는 방열하게 하면 1600배의 부피변화로 인해 매우 큰 팽창압 또는 부압이 생성되게 되며, 이러한 압력을 이용하여 피스톤을 왕복시킴으로써 동력을 발생시킬 수 있게 되는 것이다.Therefore, when the water is vaporized in the sealed space or the heat required to liquefy the water vapor is absorbed or released, a very large expansion pressure or negative pressure is generated due to the volume change of 1600 times. By using this pressure to reciprocate the piston So that power can be generated.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치의 작동상태를 나타낸 것이다.FIGS. 4 to 7 illustrate operation states of the power generation apparatus using a water state change according to an embodiment of the present invention.

먼저, 가열부(15)의 열에 의해 팽창실(10)의 열전달판(11)이 가열되면 시동모터에 의해 시동이 걸리고, 도 4에 도시된 바와 같이 피스톤(25)은 상승하면서 실린더(20)에 있던 물을 팽창실(10)로 이동시키게 되며, 팽창실(10)에 충진되는 물은 열에 의해 기화되고 그에 따라 부피가 팽창하게 되며 이렇게 생성되는 증기는 팽창실(10)의 여분 공간에 압축되어 진다. (기화과정)First, when the heat transfer plate 11 of the expansion chamber 10 is heated by the heat of the heating unit 15, the starting is performed by the starting motor. As shown in FIG. 4, The water in the expansion chamber 10 is vaporized by heat and accordingly the volume is expanded and the steam thus generated is compressed in the extra space of the expansion chamber 10, . (Vaporization process)

도 5에 도시된 바와 같이, 피스톤(25)이 계속 상승하여 상사점에 이르게 되면 물은 팽창실을 완전하게 충진시키게 되고 그에 따라 계속적으로 생성되는 팽창실(10) 내의 증기는 더 이상 압축될 공간이 없게 되면서 큰 팽창압력으로 피스톤(25)을 하강시키면서 동력을 생성하게 된다. (팽창과정)As shown in Fig. 5, as the piston 25 continues to rise to the top dead point, the water completely fills the expansion chamber and the steam in the expansion chamber 10, which is continuously generated, The piston 25 is lowered with a large expansion pressure to generate power. (Expansion process)

도 6에 도시된 바와 같이, 증기의 팽창압에 의해 하강하던 피스톤(25)이 행정거리의 중간지점을 지나게 되면 물이 팽창실(10)에서 완전히 분리되어 증기 생성은 중단되면서 증기압은 감소하게 되고, 하사점까지는 타측 피스톤에 의해 생성된 동력에 의해 하강하게 된다. 피스톤(25)이 하강하면서 증기는 주위로 열을 방열하여 액화되고 그에 따라 실린더(20) 내부는 빠르게 압력이 감소하여 부압으로 떨어지게 된다. (액화과정)6, when the piston 25 descending due to the expansion pressure of the steam passes the midway point of the stroke distance, the water is completely separated from the expansion chamber 10, so that the steam generation is stopped and the steam pressure is decreased , And the bottom dead center is lowered by the power generated by the other piston. As the piston 25 descends, the steam is liquefied by dissipating the heat to the surroundings, so that the pressure inside the cylinder 20 rapidly decreases to fall into negative pressure. (Liquefaction process)

그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 하사점까지 하강한 피스톤(25)은 상측 실린더 내부의 부압과 하측의 대기압과의 압력차에 의해 다시 상승을 하면서 동력을 생성하게 된다. (부압과정) As shown in Fig. 7, the piston 25 descending to the bottom dead center rises again due to the pressure difference between the negative pressure inside the upper cylinder and the lower atmospheric pressure, and generates power. (Negative pressure process)

그리고 상승을 하면서 행정거리의 중간지점을 지나게 되면 또한 타측 피스톤에 의해 생성된 동력에 의해 상사점까지 상승하면서 상기 도 4의 기화과정을 반복함으로써 하나의 싸이클을 이루게 된다.Then, when it passes the middle point of the stroke distance while being raised, it also rises to the top dead center by the power generated by the other piston and repeats the vaporization process of FIG. 4 to form one cycle.

이와 같이 본 발명에 따른 동력발생장치는 상기의 네 과정 중에서 증기의 팽창압에 의해 피스톤을 하강시키는 팽창과정과 실린더 내부의 부압에 의해 피스톤을 상승시키는 부압과정에서 각각 구동축에 회전력을 가함으로써 동력을 발생시키게 되는 것이다.As described above, in the power generation apparatus according to the present invention, during the expansion process of lowering the piston by the expansion pressure of the steam and the negative pressure process of lifting the piston by the negative pressure inside the cylinder, .

이상으로 본 발명에 따른 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치를 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며 또한, 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 특허청구범위에서 기술된 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것이라 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊
10: 팽창실 15: 가열부
20: 실린더 25: 피스톤
30: 커넥팅로드 35: 구동축
40: 축하우징 50: 물분사노즐
55: 물공급펌프[Description of Reference Numerals]
10: expansion chamber 15: heating section
20: cylinder 25: piston
30: connecting rod 35: drive shaft
40: Axial housing 50: Water injection nozzle
55: Water supply pump

Claims (10)

가열부;
상기 가열부에서 열을 전달받는 팽창실;
상기 팽창실 하단과 연통되게 결합되되, 팽창실로부터 열전달이 차단되도록 팽창실 하단과의 결합부에는 단열재가 삽입되고, 벽면에는 내부를 냉각시켜 증기의 액화를 촉진하기 위한 냉각수채널이 형성되는 실린더;
상기 실린더 내부에 소정 량의 물을 지지하면서 왕복 가능하게 설치되며 구동축에 커넥팅로드로 연결되는 피스톤; 및
상기 실린더 하단과 연통되며 상기 구동축이 내부에 설치되고 하측 공간에 물을 저장하는 축하우징;을 포함하며,
상기 피스톤은 상사점에서 상기 팽창실에 물을 충진시킨 후 상기 가열부의 열에 의해 생성된 증기압에 의해 하강하고, 하사점에서 증기의 액화에 따라 생성된 부압에 의해 상사점까지 상승하면서 액화된 물을 상기 팽창실에 재충진시키는 왕복행정을 하는 것을 특징으로 하는 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치.A heating unit;
An expansion chamber receiving heat from the heating unit;
A cylinder having a cooling water channel formed therein for cooling the interior of the expansion chamber, and a cooling water channel for promoting liquefaction of the interior of the cylinder is formed on a wall surface of the cylinder, the cooling water channel being connected to the lower end of the expansion chamber in such a manner that heat transfer from the expansion chamber is blocked.
A piston which is installed inside the cylinder to reciprocate while supporting a predetermined amount of water and is connected to a drive shaft by a connecting rod; And
And a shaft housing communicating with a lower end of the cylinder and having the drive shaft installed therein and storing water in a lower space,
The piston is filled with water in the expansion chamber at the top dead center, then descends by the steam pressure generated by the heat of the heating unit, and rises to the top dead center by the negative pressure generated by the liquefaction of the steam at the bottom dead center, And a reciprocating stroke in which the expansion chamber is refilled is performed. 제 1항에 있어서,
상기 실린더에는 하사점에 인접한 일측면에 물이동구가 형성되고, 상기 물이동구와 축하우징의 연결배관에 압력차에 의해 개폐되는 물이동밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 물의 상태변화를 이용한 동력발생장치.The method according to claim 1,
Wherein a water movement valve is provided in the cylinder so that water is formed on one side adjacent to the bottom dead center and the water is opened and closed by a pressure difference in the connection pipe between the shaft and the shaft housing. Generating device. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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