KR101734496B1 - 압력차 피스톤 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압력차 피스톤 엔진(pressures differential piston engine)에 관한 것으로 엔진 동체에 2개씩 짝을 이루는 복수의 실린더가 등각(等角)으로 배치되고 각 실린더의 피스톤이 엔진의 메인샤프트(main shaft)에 결합된 크랭크샤프트(crank shaft)에 연결되어 크랭크샤프트의 회전각에 상응하게 피스톤이 왕복되는 행정(stroke) 과정에서 실린더에 구비된 가스출입공이 실린더 밸브(valve)에 의해 교호(交互)로 개폐되면서 실린더에 유입되는 기화가스의 정압(正壓)(positive pressure)과, 가스의 가압 배출 시의 부압(負壓)(negative pressure)에 의해 엔진이 구동하게 된 것이다.
본 발명에 의하면, 냉매 가스가 충전된 폐회로(閉回路)에 구비된 가열부에 의해 가열된 가스의 압력(정압)과, 실린더에 유입된 가스가 냉각부로 배출되는 부압에 의해 피스톤 엔진이 구동되기 때문에 종래 가스의 정압에 의해서만 구동되는 엔진의 동력보다 더 높은 동력을 얻게 되는 특징이 있다.

Description

압력차 피스톤 엔진 {PRESSURES DIFFERENTIAL PISTON ENGINES}
본 발명은 압력차 피스톤 엔진(pressures differential piston engine)에 관한 것으로 엔진 동체에 2개씩 짝을 이루는 복수의 실린더가 등각(等角)으로 배치되고 각 실린더의 피스톤이 엔진의 메인샤프트(main shaft)에 결합된 크랭크샤프트(crankshaft)에 연결되어 크랭크샤프트의 회전각에 상응하게 피스톤이 왕복되는 행정(stroke) 과정에서 실린더에 구비된 가스출입공이 실린더 밸브(valve)에 의해 교호(交互)로 개폐되면서 실린더에 유입되는 기화가스의 정압(正壓)(positive pressure)과, 가스의 가압 배출시의 부압(負壓)(negative pressure)에 의해 엔진이 구동하게 된 것이다.
본 발명에 의하면, 냉매 가스가 충전된 폐회로(閉回路)에 구비된 가열부에 의해 가열된 고압의 기화가스의 압력(정압)과 실린더에 유입된 가스가 냉각부로 배출되는 부압에 의해 피스톤 엔진이 구동되기 때문에 종래 가스의 정압에 의해서만 구동되는 엔진의 동력보다 더 높은 동력을 얻게 되는 특징이 있다.
일반적으로 냉매가스가 충전된 폐회로에 가스의 가열부와, 가스의 냉각부와, 가스엔진이 구비되어, 외부의 열에너지에 의해 가열부에서 가열된 기화가스의 압력에 의해 구동되는 다양한 종류의 엔진에 관한 선행기술이 알려져 있다. 그 중 온도차, 또는 압력차에 의해 구동되는 엔진에 관련된 선행기술의 특허문헌을 아래에 열거한다.
[문헌 1] 공개특허공보 공개번호 10-2012-0030466 (2012.03.28.공개) [문헌 2]공개특허공보 공개번호 10-2014-0038461 (2014.03.28.공개) [문헌 3] 등록특허공보 등록번호 10-1380796 (2014.03.27.등록)
종래 선박이나 산업체의 대형 엔진에서 배출되는 폐열, 태양열, 지열, 기타, 온도차와 압력차를 이용하여 동력을 얻기 위한 수단의 하나로써 냉매가스가 충전된 폐회로(閉回路)에, 가열수단이 구비된 가열부와, 냉각수단이 구비된 냉각부와, 가스엔진이 구비되어, 가열부에서 가열된 가스 압력에 의해 엔진이 구동하게 되어 있다.
그러나 엔진에서 저온의 냉각부로 배출되는 가스의 응축으로 생기는 부압에도 상당한 당기는 힘이 있음에도 불구하고 종래의 엔진은 가스의 부압을 동력으로 이용하지 못하는 만큼 엔진의 출력이 크지 못하고 엔진의 열효율이 높지 못한 미비점이 있었다.
본 발명은 온도차(differential temperature)에 따라 고온에서 팽창되는 기화가스의 정압과 저온에서의 가스의 응축(condense)으로 생기는 부압을 모두 동력으로 하는 것을 과제(課題)로 한다.
여기에서 정압과 부압은 절대적인 압력이 아니라 상대적인 압력이며 정압보다 낮은 압력이 상대적으로 부압이다
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위하여 다년간 연구를 거듭한 결과, 피스톤 엔진의 동체에 2개씩 짝을 이루는 복수의 실린더가 등각(等角)으로 메인샤프트의 중심을 향하여 마주하여 배치되고 실린더의 피스톤이 크랭크샤프트의 회전각에 상응하게 각 직선왕복 행정과정에서 실린더에 구비된 가스출입공이 피스톤의 밸브에 의해 교호로 개폐되면서 각 실린더에 유입되는 고온의 기화가스의 압력(정압)과, 실린더에서 배출되는 저온의 배출가스의 부압에 의해 피스톤이 작동되어 엔진의 동력이 보다 강력하고 열효율이 보다 높은 새로운 압력차 피스톤 엔진을 개발하였다.
본 발명의 목적은 엔진에서 배출되는 폐열, 태양열, 지열, 파력 등의 에너지를 동력으로 변환하는 압력차 피스톤 엔진을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 냉매가스가 충전된 폐회로(閉回路)의 가열부에서 공급되는 고온의 기화가스의 정압(正壓)과, 엔진에서 폐회로의 냉각부로 배출되는 저온 가스의 부압(負壓)에 의해 엔진이 구동되는 압력차 피스톤 엔진을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 엔진 동체에 2개씩 짝을 이루는 복수의 실린더가 등각(等角)으로 메인샤프트의 중심부를 향하여 배치되고 각 실린더의 피스톤이 크랭크샤프트에 의해 왕복 행정(行程)과정에서 실린더에 구비된 가스출입공이 피스톤의 밸브에 의해 교호로 개폐되어, 상기 가스출입공을 통하여 실린더에 유입되는 고온의 기화가스의 압력(정압)과, 실린더에서 배출되는 저온의 배출가스의 부압에 의해 보다 강력한 동력이 출력되는 압력차 피스톤 엔진을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 엔진의 실린더의 수의 증가에 따라 엔진의 동력을 증대(增大)할 수 있고 구조가 간단하며, 사용이 간편하여 각종 용도의 동력으로 유용하게 사용할 수 있는 압력차 피스톤 엔진을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 온도와 압력에 의해 용적(volume)이 용이하게 가변되는 헬륨(helium) 플레온(freon), 암모니아 (ammonia) 중의 어느 하나의 냉매가스가 가스충전기에 의하여 충전된 파이프라인(pipe line)으로 된 폐회로(closed circuit)에 가스의 냉각수단이 구비된 냉각부(cooling part)와, 가스의 가열수단이 구비된 가열부(heating part)와, 엔진이 구비된 것에 있어서,
피스톤 엔진의 동체에 2개씩 짝을 이룬 복수의 실린더가 등각(等角)으로 메인샤프트의 중심부를 향하여 배치되고 각 실린더의 피스톤은 메인샤프트에 결합된 크랭크샤프트에 커넥팅로드로 연결되어, 크랭크샤프트의 회전각에 따라 각 피스톤은 실린더의 상사점((上死点)과 하사점(下死点) 사이를 직선 왕복행정하게 되어있다.
상기 엔진의 동체의 일 측면에 구비된 가스유입공에 유입매니폴드(intake manifold)가 가열부의 폐회로와 연관되게 관접되어 있다.
상기 각 실린더의 외단부(外端部)와 실린더의 내(內端部)에 가스출입공이 각각 구비되고 실린더의 중간부에 가스배출공이 구비되어 있다.
한쪽 실린더의 내단부(inter end)에 구비된 가스출입공과, 이웃한 다른 쪽 실린더의 외단부(outer end)에 구비된 가스출입공에 출입매니폴드(intake/exhaust manifold)의 양단부가 각각 통하도록 연관되어, 한쪽 실린더의 가스출입공으로 유입된 가스가 상기 출입매니폴드를 통하여 다른 쪽 실린더의 가스출입공으로 유입, 또는 배출하게 되어 있고 상기 가스배출공에는 배출매니폴드(exhaust manifold)가 냉각부의 폐회로에 연관되게 관접되어 실린더에서 배출되는 가스가 , 상기 출입매니폴드를 통하여 냉각부로 배출하게 되어 있다.
상기 각 피스톤은 외경이 보다 작은 중간체 및 피스톤과 같은 형태의 밸브가 단일체로 구비되어 있다.
상기 밸브는 피스톤의 일부로서 밸브기능이 있고 상기 밸브의 내단부에 크랭크샤프트의 커넥팅로드가 연결되어 있다.
상기 피스톤과 밸브는 실린더의 내주면(內周面)에 밀접(密接)되고 중간체는 실린더와 공간을 두고 있어 실린더의중간부에 구비된 가스 배출공은 항상 열려 있으며, 실린더의 내단부에 구비된 가스출입공은 피스톤의 왕복 행정마다 상기 밸브에 의해 가스유입공과 연관되게, 또는 가스배출공과 연관되게 교호로 개방하게 되어 있다.
상기 가스출입공의 개도(開度)는 크랭크의 회전각에 상응하는 피스톤 밸브의 진행에 비례하여 이루어진다.
본 발명에서 폐회로(closed circuit)의 냉각수단이 구비된 가스의 냉각부(cooling part)와, 가열수단이 구비된 가열부(heating part)는 일반적인 것으로 본 발명에서 이용되고는 있으나 본 발명의 요지가 아니므로 그에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 의하면, 선박엔진이나 대형엔진의 폐열, 또는 여열, 태양열, 지열 등의 외부 열을 받아 가열부에서 폐회로에 충전된 냉매가스(refrigerant gas)가 가열되어 고압의 기화가스가 유입매니폴드를 통하여 엔진 동체의 가스유입공으로 유입되다.
동체로 유입된 기화가스(vaporized gas)는 개방된 가스출입공과 출입매니폴드를 통하여 한쪽 실린더에 유입되고 동 실린더에 유입된 기화가스의 압력이 피스톤의 단면 (端面)(end face)에 가압되어 피스톤은 실린더의 상사점에서 하사점 측으로 작동된다.
상기 피스톤의 작동에 따라 크랭크샤프트의 연동으로 다른 피스톤은 실린더의 상사점 측으로 작동하게 된다.
이러한 피스톤의 작동 중에 크랭크샤프트의 회전각에 상응한 행정위치에서 피스톤의 밸브에 의해 실린더의 내단부에 구비된 상기 가스출입공이 가수배출공과 통하도록 개방되는 경우와, 상기 가스배출공이 가스유입공과 통하도록 개방되는 작동이 교호로 이루어진다.
따라서 가스유입공과 통하도록 개방된 가스출입공의 출입매니폴드가 관접된 실린더에는 가열부로부터 고압의 기화가스가 유입되고 유입된 기화가스의 압력에 의해 실린더의 피스톤은 실린더의 하사점(Base dead center) 측으로 작동되는 반면, 가스배출공과 통하도록 개방된 가스출입공의 출입매니폴드가 관접된 실린더의 폐가스는 가스배출공을 통하여 폐회로의 냉각부로 배출되고 배출되는 저온 가스의 부압에 의해 실린더의 하사점 측에서 상사점 측으로 피스톤이 당겨지면서 작동된다.
이와 같이, 한쪽 피스톤이 기화가스의 정압에 의해 실린더의 상사점(Top dead center)에서 하사점 측으로 작동되는 동시 다른 쪽 피스톤은 가스의 부압에 의해 실린더의 하사점에서 상사점 측으로 작동되고 또한 다른 쪽 피스톤이 기화가스의 정압에 의해 실린더의 상사점에서 하사점 측으로 작동되는 동시 한쪽 피스톤은 배출가스의 부압에 의해 실린더의 하사점에서 상사점 측으로 가스의 작동되어 피스톤 왕복의 한 행정을 이루게 된다.
이러한 각 실린더의 피스톤이 기화가스의 압력과 배출시의 부압에 의해 반복적으로 피스톤 행정을 이루어 엔진이 구동된다.
본 발명의 피스톤 엔진은 가스의 정압과 함께 부압에 의해 피스톤이 왕복행정이 이루어지므로 피스톤 엔진이 보다 강력한 힘으로 구동되고 종래의 엔진에 비하여 보다 큰 출력을 얻을 수 있으며, 엔진의 열효율이 보다 향상된다.
본 발명의 피스톤 엔진은 기화가스의 정압과, 가스의 가압 배출시의 부압에 의해 각 피스톤이 왕복행정을 이루게 되어 보다 강력한 동력으로 구동될 수 있다.
또한 피스톤 엔진의 실린더에 구비된 가스의 출입공이 각각 피스톤의 행정과정에서 피스톤의 밸브에 의해 교호로 개폐되기 때문에 구조가 보다 간단하고 제작이 용이하고 고장이 거의 없이 양호하게 구동된다.
또한 피스톤 엔진의 실린더의 수를 증가하여 피스톤 엔진의 출력을 증대할 수 있고 각종 대형 엔진, 또는 산업체에서 나오는 폐열이나 여열(餘熱), 태양열, 지열, 파력(波力) 등을 이용하여 다양한 용도의 동력으로 유용하게 사용할 수 있는 여러 가지 효과가 있다.
도1은 본 발명의 피스톤 엔진이 배치된 폐로의 개략도
도2은 본 발명의 피스톤 엔진의 사시도
도3는 본 발명의 피스톤 엔진의 구성을 보인 종단면 예시도
도4은 본 발명의 피스톤 엔진이 측단면 예시도
도5는 본 발명이 피스톤 엔진의 피스톤 행정의 예시도로
도5a는 0도 회전시의 행정 예시도
도5b는 90도 회전시의 행정 예시도
도5c는 180도 회전시의 행정 예시도
도5d는 270도 회전시의 행정 예시도
도1은 본 발명의 피스톤 엔진이 배치된 개략도로서 온도와 압력에 의해 용적이 용이하게 가변되는 헬륨, 플레온, 암모니아 등의 어느 하나의 냉매가스가 가스충전기(gas storage tank)(G)에 의해 G충전된 파이프라인으로 된 폐회로(閉回路)(L)에 가스를 냉각하여 응축하는 냉각수단(c)이 구비된 냉각부(C)와, 응축된 가스를 기화하여 팽창 압력을 생성하는 가열수단(h)이 구비된 가열부(H)와, 기화가스의 압력에 의해 구동되는 피스톤 엔진(En)이 구비되어 있다.
또한 상기 가열부(H)의 폐회로(L1)는 상기 피스톤 엔진(En)의 가스 유입공(1a)에 관접(管接)된 유입매니폴드(M1)와 연관되고 상기 냉각부(C)의 폐회로(L2)는 상기 피스톤 엔진(En)의 가스 배출공(2c)에 관접된 배출매니폴드(M2)와 연관되어 폐회로에서 냉매가스가 온도에 따라 팽창, 또는 수축으로 용적이 변화되면서 순환하게 되어 있다.
도2는 본 발명의 피스톤 엔진의 외관을 보인 예시도이고 도3 및 도4는 동 엔진의 구성을 보인 단면도 예시도이다.
도3 및 도4에는 엔진(En)의 원통형 동체(1)의 주위에 2개씩 짝을 이루는 4개의 실린더(Cylinder)(2)가 90도의 등각(等角)으로 메인 샤프트(main shaft)(4)의 중심을 향하여 배치되어 짝을 이루는 실린더(S1)(S2),(S3)(S4) 끼리 마주 보고 있다.
물론 실린더의 수는 상기한 개수에 한정되는 것은 아니다.
각 실린더(2)에 내장된 각 피스톤(3)은 동체(1)에 설치된 메인샤프트(4)의 크랭크샤프트(4c)에 커넥팅로드(4d)로 연결되고 서로 마주한 실린더(2),(S1)(S3),(S2)(S4)의 각 피스톤(3),(P1)(P3),(P2)(P4)은 180도 상반된 위치에서 크랭크샤프트(4c)의 회전각에 상응한 행정 위치에 있다.
본 명세서에서 설명의 편의상, 구성의 요소는 실린더(2), 피스톤(3)의 부호로 기재되고 요소의 개체(個體)는 실린더(S1~S4), 피스톤(P1~P4)의 부호로 기재되어 있다.
도3 및 도4에 표시된 바와 같이, 상기의 각 실린더(2)의 외단부에 가스출입공(2a)이 구비되고 각 실린더(2)이 내단부에 가스출입공(2b)이 구비되며, 각 실린더(2)의 중간부에 가스배출공(2c)이 구비되어 있다.
도면에는 가스 출입공과 배출공, 및 매니폴드가 각각 2개씩 표시되어 있으나 각 기능은 1개의 경우와 같기 때문에 1개의 경우로 설명한다.
도3에서, 1번 실린더(2),(S1)의 내단부에 구비된 가스출입공(2b)과 2번 실린더(2),(S2)의 외단부에 구비된 가스출입공(2a)에 1번 출입매니폴드(m1)의 양단부가 관접되고 2번의 실린더(2),(S2)의 내단부에 구비된 가스출입공(2b)과 3번 실린더(2),(S3)의 외단부에 구비된 가스출입공(2a)에 2번 출입매니폴드(m2)의 양단부가 관접되어 있다.
이어서, 3번 실린더(2),(S3)의 내단부에 구비된 가스출입공(2b)과 4번 실린더(2),(S4)의 외단부에 구비된 가스출입공(2a)에 3번 출입매니폴드(m3)의 양단부가 관접 되고, 4번 실린더(2),(S4)의 내단부에 구비된 가스출입공(2a)과 1번 실린더(2),(S1)의 외단부에 구비된 가스출입공(2a)에 4번 출입매니폴드(m4)의 양단부가 관접되어, 한 실린더(2)에 구비된 가스출입공(2b)과 인접된 다른 실린더(2)의 가스 출입공(2a)으로 출입매니폴드(m : m1,m2,m3,m4)를 통하여 가스가 출입하게 되어 있다.
도3 및 도4에 표시된 바와 같이, 상기 피스톤(3)은 외경이 보다 작은 중간체(3a)와 밸브(3v)가 일체로 구비되어 있다. 상기 밸브(3v)는 피스톤(3)의 일부로써 밸브 기능과 피스톤 기능을 겸하며 밸브(3v)의 내단부에 크랭크샤프트(4c)의 커넥팅로드(4d)가 연결되어 있다.
상기 피스톤(3)과 피스톤의 밸브(3v)는 실린더(2)의 내주면(內周面)에 가스의 기밀(氣密)을 위해 밀접(密接)되고 피스톤(3)의 중간체(3a)는 실린더(2)의 내주면과 공간을 두고 있어, 실린더(2)의 중간부에 구비된 가스 배출공(2c)은 피스톤(3)의 행정 시에 닫히는 일이 없다,
따라서 크랭크샤프트(4c)의 회전각 0도로 기준 할 때 짝을 이룬 1번 피스톤(3)(P1)은 1번 실린더(2),(S1)의 상사점(t) 부위에 있고 이때 피스톤의 밸브(3v)는 1번 실린더(S1)의 가스출입공(2b)이 가스 유입공(1a)과 연관되게 개방되는 위치에 있으며, 다른 쪽 2번 피스톤(2)(P2)은 2번 실린더(2),(S2)의 하사점(b) 부위(部位)에 위치되고 피스톤의 밸브(3v)는 2번 실린더의 가스출입공(2b)이 가스배출공(2c)과 연관되게 개방되는 위치에 있다.
3번 피스톤(3),(P3)은 3번 실린더(2),(S3)의 하사점(b)으로 복귀 직전의 위치에 있고 동 피스톤의 밸브(3v)는 3번 실린더(3),(S3)의 가스배출공(2c)과 연관되게 가스출입공(2b)이 개방되는 위치에 있고 4번 피스톤(3),(P4)은 4번 실린더(2),(S4)의 하사점(b)에서 진행 초기의 위치에 있으며, 동 피스톤 밸브(3v)는 4번 실린더(2),(S4)의 가스출입공(2b)의 개방직전의 위치에 있다.
상기 피스톤 밸브(3v)에 의한 가스출입공(2b)의 개도는 크랭크샤프트의 회전각과 상응한 밸브(3v)의 이동거리에 비례하여 개폐된다.
상기 피스톤(3)의 왕복운동(reciprocating motion))마다 밸브(3v)에 의해 가스 유입공(1a)과 연관되거나 가스배출공(2c)과 연관되게 가스 출입공(2b)이 교호로 개방되어 기화가스가 실린더(2)의 채임버(chamber)에 유입되거나 외부로 배출되게 구성된 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 피스톤 엔진은 도1에 표시된 바와 같이, 폐회로(L)에 충전된 냉매가스가 가열수단(h)에 의해 가열부(H)에서 가열되어 팽창으로 생성되는 가스압력이 폐회로(L1)과 유입매니폴드(M1)를 통하여 엔진(En)으로 공급되어 엔진이 구동되고 사용된 폐(廢)가스는 엔진(En)에서 배출매니폴드(M2)와 폐회로(L2)를 통하여 냉각부(C)로 환류(還流)되며 환류된 냉매가스는 냉각수단(c)에 의해 냉각된 다음 반복적으로 순환되는 폐회로 사이클 작동(cycle motion)을 이룬다.
도5(5a,5b,5c,5d)에 표시된 본 발명의 피스톤 엔진(En)의 작동에 있어서는 모든 실린더(2)의 피스톤(3)이 크랭크샤프트(4c)의 회전에 따라 각각 동시적으로 피스톤행정을 이루고 있으며, 각 실린더의 작동에 대하여 순차적으로 설명한다.
도5a에 표시된 바와 같이, 크랭크샤프트(4c)의 회전각 0도(상사점)에서 1번 피스톤(3),(P1)은 1번 실린더(2),(S1)의 상사점(t) 부위에 있어 1번 피스톤(2),(P1)의 밸브(3v)에 의해 1번 실린더(S1)의 가스출입공(2b)이 가스유입공(1a)과 통하게 개방되어 동체(1)의 가스유입공(1a)으로 유입된 기화가스가 가스출입공(2b)과 1번 출입매니폴드(m1)를 통하여 2번 실린더(2),(S2)의 가스츨입공(2a)로 유입된다.
2번 실린더(2),(S2)의 채임버로 유입된 기화가스의 압력(정압)이 2번 피스톤(3),(P2)의 단면(end face)에 작용하여 2번 피스톤(3),(P2)은 2번 실린더(S2)의 하사점(b) 측으로 작동되고 크랭크샤프트(4c)에 연결되어 짝을 이룬 4번 실린더(2),(S4)의 4번 피스톤(3),(P4)은 크랭크샤프트(4c)의 회동에 따라 4번 실린더(2),(S4)의 상사점(t)측으로 작동되어 크랭크샤프트(4c)는 메인샤프트(4)와 함께 90도 회전각으로 회전되어 도5b에 표시된 위치로 구동된다.
이 과정에서 2번 피스톤(3),(P2)의 밸브(3v)에 의해 2번 실린더(2),(S2)의 가스출입공(2b)이 3번 실린더(2),(S3)의 가스출입공(2a)와 통하게 개방되고 3번 피스톤(3),(p3)의 밸브(3v)에 의해 3번 실린더(2),(P3)의 가스출입공(2b)이 3번 실린더(2),(S3)의 가스배출공(2c)과 통하게 개방되어, 2번 실린더(2),(S2)에 유입된 기화가스는 피스톤(P2)이 동 실린더(2),(S2)의 상사점(t)측으로 작동될 때 1번 출입매니폴드(m1)를 통하여 1번 실린더(2),(S1)의 가스배출공(2c)로 배출되며, 이와 동시에 4번 실린더(2),(S4)에 유입된 기화가스는 3번 출입매니폴드(m3)를 통하여 3번 실린더(2),S3)의 가스배출공(2c)으로 배출된다. 이때 온도가 낮은 배출가스의 부압에 의해 각 피스톤(P2)(P4)이 당기는 힘으로 작동되어 크랭크샤프트(4c)에 동력이 부가된다.
도5b에 표시된 된바와 같이, 크랭크샤프트의 회전각 90도에서 4번 피스톤(3),(P4)은 4번 실린더(2),(S4)의 하사점(b) 부위에 있어 4번 피스톤(2),(P4)의 밸브(3v)에 의해 4번 실린더(3),(S4)의 가스출입공(2b)이 가스유입공(1a)과 통하게 개방되어, 가스유입공(1a)으로 유입된 고온의 기화가스 압력이 4번 실린더(S4)의 가스출입공(2b)과 4번 출입매니폴드(m4)를 통하여 1번 실린더(2),(S1)의 가스출입공(2a)로 유입된다.
1번 실린더(2),(S1)의 채임버로 유입된 기화가스의 압력(정압)이 1번 피스톤(3),(P1)의 단면에 작용하여 1번 피스톤(3),(P1)은 1번 실린더(S1)의 하사점(b) 측으로 작동되고 크랭크샤프트(4c)에 연결되어 짝을 이룬 2번 실린더(2),(S2)의 2번 피스톤(3),(P2)은 크랭크샤프트(4c)의 회동에 따라 3번 실린더(2),(S3)의 상사점(t)측으로 작동되어 크랭크샤프트(4c)는 메인샤프트(4)와 함께 회전각 90도를 더한 180도 각으로 회전되어 도5c에 표시된 위치로 구동된다.
이 과정에서 3번 피스톤(3),(P3)의 밸브(3v)에 의해 3번 실린더(2),(S3)의 가스출입공(2b)이 4번 실린더(2),(S4)의 가스출입공(2a)과 통하게 개방되고 1번 피스톤(3),(P1)의 밸브(3v)에 의해 1번 실린더(2)(S1)의 가스출입공(2b)이 동 가스배출공(2c)과 통하게 개방되어, 2번 실린더(2),(S2)에 유입된 기화가스는 피스톤(P2)이 동 실린더(2),(S2)의 상사점(t)측으로 작동될 때 2번 출입매니폴드(m2)를 통하여 1번 실린더(2),(S1)의 가스배출공(2c)으로 배출되며, 이와 동시에 4번 실린더(2),(S4)에 유입된 기화가스는 3번 출입매니폴드(m3)를 통하여 3번 실린더(2),(S3)의 가스배출공(2c)으로 배출된다. 이때 온도가 낮은 배출가스의 부압에 의해 각 피스톤(P2)(P4)이 당기는 힘으로 작동되어 크랭크샤프트(4c)에 동력이 부가된다.
도5c에 표시된 바와 같이 크랭크샤프트(4c)의 회전각 180도(하사점)에서 1번 피스톤(3),(P1)은 1번 실린더(2),(S1)의 하사점(b)부위(部位)에 있고 크랭크샤프트4c)에 연결된 짝을 이루는 3번 피스톤(3),(P3)은 3번 실린더(2),(S3)의 상사점(t)부위에 있어, 피스톤 밸브(3v)에 의해 3번 실린더(2)(S3)의 가스출입공(2b)이 가스유입공(1a)과 통하게 개방되어, 가스유입공(1a)으로 유입된 고압의 기화가스 압력이 3번 실린더(2),(S3)의 가스출입공(2b)과 4번 출입매니폴드(m4)를 통하여 4번 실린더(2),(S4)의 가스출입공(2a)으로 유입된다.
4번 실린더(2),(S4)의 채임버로 유입된 기화가스의 압력(정압)이 4번 피스톤(3)(P4)의 단면에 작용하여 4번 피스톤(3),(P4)은 4번 실린더(S4)의 하사점(b) 측으로 작동되고 크랭크샤프트(4c)에 연결되어 짝을 이룬 2번 실린더(2),(S2)의 2번 피스톤(3),(P2)은 크랭크샤프트(4c)의 회동에 따라 2번 실린더(2),(S2)의 상사점(t) 측으로 작동되어 크랭크샤프트(4c)는 메인샤프트(4)와 함께 회전각 180도에서 회전각 90도를 더한 270도 회전각으로 회전되어 도5d에 표시된 위치로 구동된다.
이 과정에서 4번 피스톤(3),(P4)의 밸브(3v)에 의해 4번 실린더(2),(S4)의 가스출입공(2b)이 1번 실린더(2),(S1)의 가스출입공(2a)과 통하게 개방되고 3번 피스톤(3),(p3)의 밸브(3v)에 의해 3번 실린더(2)(S3)의 가스출입공(2b)이 동 가스배출공(2c)과 통하게 개방되어, 4번 실린더(2),(S4)에 유입된 기화가스는 피스톤(P4)이 동 실린더(2)(S4)의 상사점(t)측으로 작동될 때 3번 출입매니폴드(m3)를 통하여 3번 실린더(2),(S3)의 가스배출공(2c)으로 배출되며, 이와 동시에 1번 실린더(2),(S1)에 유입된 기화가스는 4번 출입매니폴드(m4)를 통하여 4번 실린더(2),(S4)의 가스배출공(2c)으로 배출된다. 이때 온도가 낮은 배출가스의 부압에 의해 각 피스톤(P1)(P4)이 당기는 힘으로 작동되어 크랭크샤프트(4c)에 동력이 부가된다.
도5d에 표시된 바와 같이, 크랭크샤프트(4c)의 회전각 270도에서 2번 피스톤(3),(P2)은 2번 실린더(2),(S2)의 상사점(t) 부위에 있어 2번 피스톤(3)(P2)의 밸브(3v)에 의해 2번 실린더(S2)의 가스출입공(2b)이 가스 유입공(1a)과 연통되게 개방되어 동체(1)의 가스유입공(1a)으로 유입된 기화가스가 가스출입공(2b)과 2번 출입매니폴드(m2)를 통하여 3번 실린더(2),(S3)의 가스출입공(2a)으로 유입된다.
3번 실린더(2),(S3)의 채임버로 유입된 기화가스의 압력(정압)이 3번 피스톤(3)(P3)의 단면에 작용하여 3번 피스톤(3),(P3)은 3번 실린더(S3)의 하사점(b) 측으로 작동되고 크랭크샤프트(4c)에 연결되어 짝을 이룬 1번 실린더(2),(S1)의 1번 피스톤(3),(P1)은 크랭크샤프트(4c)의 회동에 따라 1번 실린더(2),(S1)의 상사점(t)측으로 작동되어 크랭크샤프트(4c)는 메인샤프트(4)와 함께 270도에서 90도 각을 더한 360도 각으로 회전되어 도5a에 표시된 위치로 구동된다.
이 과정에서 1번 피스톤(3),(P1)의 밸브(3v)에 의해 1번 실린더(2),(S1)의 가스출입공(2b)이 2번 실린더(2),(S2)의 가스출입공(2a)과 통하게 개방되고 3번 피스톤(3),(p3)의 밸브(3v)에 의해 3번 실린더(2)(S3)의 가스출입공(2a)이 2번 실린더(2),(S2)의 가스배출공(2c)과 통하게 개방되어, 3번 실린더(2),(S3)에 유입된 기화가스는 피스톤(P3)이 동 실린더(2),(S3)의 상사점(t)측으로 작동될 때 2번 출입매니폴드(m2)를 통하여 2번 실린더(2),(S2)의 가스배출공(2c)으로 배출되며, 이와 동시에 4번 실린더(2),(S4)에 유입된 기화가스는 3번 출입매니폴드(m3)를 통하여 3번 실린더(2),(S3)의 가스배출공(2c)으로 배출된다. 이때 온도가 낮은 배출가스의 부압에 의해 각 피스톤(P3)(P4)이 당기는 힘으로 작동되어 크랭크샤프트(4c)에 동력이 부가된다.
이와 같은 실린더(2)의 피스톤(3)이 왕복행정을 반복하여 피스톤의 직선운동이 크랭크샤프트(4c)에 원운동으로 변환되어 메인샤프트(4)가 구동된다.
상기와 같이, 본 발명의 압력차 피스톤 엔진은 폐회로의 가열부에서 공급되는 고온의 기화가스의 고압에 의해 실린더의 피스톤이 실린더의 하사점 측으로 작동되는 동시 상대의 피스톤은 실린더에서 배출되는 저온가스의 부압의 당기는 힘에 의해 피스톤이 실린더의 상사점 측으로 작동되기 때문에 정압으로 작동되는 피스톤과 부압으로 작동되는 피스톤의 동력이 결합되어 종래의 엔진에 비하여 보다 큰 동력으로 구동되고 엔진의 효율이 보다 향상되어 각종 용도에 매우 유용하게 사용할 수 있다.
1 : 엔진의 동체 1a : 가스유입공 2 : 실린더 2a,2b : 가스출입공
2c : 가스배출공 3 : 피스톤 3a : 중간체 3v : 밸브 4 : 메인샤프트
4c : 크랭크샤프트 4d : 커넥팅로드
C, 냉기부 c : 냉각수단 H : 가열부 h : 가열수단 En : 엔진
L, L1,L2 : 냉매가스의 폐회로 M1 : 가스의 유입매니폴드
M2 : 가스의 배출매니폴드 m : 가스의 출입매니폴드
P : 피스톤(3) S : 실린더(2)

Claims (7)

  1. 피스톤 엔진의 동체에 2개식 짝을 이룬 복수의 실린더가 등각(等角)으로 배치되고 상기 실린더의 피스톤이 메인샤프트의 크랭크샤프트에 커넥터로드로 연결되게 배치되며,
    상기 실린더의 내단부와 외단부에 가스출입공이 구비되고 동 실린더의 중간부에 가스배출공이 구비되어, 한쪽 실린더의 내단부 측 가스출입공과 다른 쪽 실린더의 외단부 측 가스출입공에 출입매니폴드가 통하게 관접된 압력차 피스톤엔진에 있어서,
    상기 피스톤에 밸브가 구비되어,
    상기 피스톤의 밸브에 의해 한쪽 실린더의 내단부에 구비된 가스 출입공과 동체의 가스유입공과 통(通)하게 개방될 때, 다른 쪽 실린더의 피스톤 밸브에 의해 실린더에 구비된 가스출입공이 가스 배출공과 통하게 개방되어 기화가스의 유입과 배출이 각각 이루어지게 구성된 것을 특징으로 하는 압력차 피스톤 엔진.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    복수의 실린더의 외단부에 구비된 가스출입공으로 유입된 기화가스는 인접된 실린더에 유입되고 인접된 실린더에 유입된 가스는 또 다른 인접된 실린더의 가스배출공으로 배출되어, 복수의 실린더가 순차적으로 기화가스의 유입과 배출이 이루어지게 구성된 것을 특징으로 하는 압력차 피스톤 엔진.
  7. 삭제
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