KR101787142B1 - 유압 증폭기 - Google Patents

Abstract

유체 흐름용 덕트(11)를 형성하는 하우징(10)은 덕트의 출구 단부에 장착된 실린더 장치(18-20)를 포함한다. 입력 피스톤(30)은 덕트를 통과하는 유체 흐름에 노출되고 패색 밸브 부재(21)는 입력 피스톤(30) 상기 입력 피스톤(30)의 덕트(11) 하류를 주기적으로 폐쇄하도록 배열되며, 상기 덕트를 통해 흐르는 유체가 상기 입력 피스톤에 증가된 압력을 가한다. 입력 피스톤의 이동의 결과로, 직접 기계적 동력을 제공하는데 사용되거나 전기 발생하거나, 휘발 유체를 압축하여 점화시 연소 생물의 빠른 배출로 추력을 발생한다.

Description

유압 증폭기{Fluid pressure amplifier}

본 발명은 유압 증폭기에 관한 것이다.

여러 장치들이 동력원으로서 바람을 이용하거나, 강에서의 물의 자연 흐름, 바다에서의 파도 또는 조류 흐름을 활용하기 위해서 제안되고 있다.

본 발명은 발전기 또는 기계의 구성요소와 같은 장비를 구동하거나 추력을 생성하기 위해서, 유체 흐름에 의해서 생성된 압력을 증폭하기 위한 신규한 발명의 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 유체 흐름용 덕트를 이루는 하우징, 덕트의 출구 단부에 장착되고 유체 흐름에 노출된 입력 피스톤을 포함하는 실린더 장치, 덕트내에 장착되고 입력 피스톤의 덕트 하류를 주기적으로 폐쇄하도록 구성된 폐쇄 장치(obturator)를 포함하므로, 덕트를 통해서 흐르는 유체물은 입력 피스톤에 증가된 압력을 가한다.

입력 피스톤의 이동의 결과를 전동기에 직접 제공하거나 전기를 발생시키는데 사용할 수 있다.

소형 설치물에서, 폐쇄 장치는 유체 흐름에서 진동하는 탄성 링의 형태를 취할 수 있지만, 대형 설치물에서는 폐쇄 장치는 밀봉 위치로 그리고 로부터 주기적으로 이동하는 기계 보조물, 예를 들어서 기계 작동기 장치를 가지는 밸브 부재의 형태를 취할 수 있다.

기계 동력 또는 전력을 제공하는 것 외에도, 유압 증폭기는 추진 시스템에 사용될 수 있으며, 여기서 출력 피스톤은 급팽창에 의해 추력을 발생시키도록 점화되는 연소가능한 연료의 충전물을 압축하도록 구성되어 있다.

아래의 설명과 첨부 도면은 본 발명이 어떻게 실행되는 가를 설명하기 위한 비제한적인 예로 포함되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유압 증폭기의 횡단면도.
도 2는 유압 증폭기를 설치한 통상의 설치물의 측면도.
도 3은 유압 증폭기를 설치한 다른 설치물의 측면도.
도 4는 연소 및 추진 시스템에 사용하기 위해서 개량되어진 유압 증폭기의 횡단면도.

도 1을 참조하면, 유압 증폭기는 서로 부드럽게 굽혀지는, 입구 섹션(12), 확대 중앙 섹션(13) 및 짧은 출구 섹션(14)을 통합하는 관통 덕트(11)를 형성하는 하우징(10)을 포함한다. 덕트(11)내에 케이싱(15)이 동축으로 장착되는데, 도시하한 바와 같이 덕트내에 완전하게 든지, 출구 섹션(14)으로부터 돌출하도록 장착된다. 케이싱은 중앙 섹션(13)내에 장착된 상당히 넓은 실린더(18), 중간부 원추형 전이 섹션(19)과, 출구 섹션(14)로부터 돌출하는 좁은 실린더(20)를 포함한다. 환형 폐쇄 밸브 부재(21)는 덕트(11)로의 흐름 통로내에 실린더(19) 둘레로 미끄럼가능하고 밀봉적으로 장착되어 있으며, 밸브 부재에는 밸브 부재(21)에서의 유체의 부드러운 흐름을 확보하는 외부 카울(22)(external cowl(고깔))이 제공되어 있다. 덕트(11)를 통한 유체의 흐름은 밸브 부재(21)를, 실린더(18)와 하우징(10) 사이의 환형 갭이 밀봉적으로 폐쇄되어 있는 밀봉 위치로 이동시키는 작용을 한다. 다수의 유압, 공압 또는 전동식 작동기 램(23)은 하우징(10)과 밸브 부재(21) 사이에서 작동하여 밸브 부재의 이동을 도와서 밀봉 위치로 규칙적이고 주기적인 이동을 제공한다. 램은 원격 처리 유닛으로부터 도관 및/또는 케이블(24)을 통해서 원격 제어되며, 원격 처리 유닛은 적절한 감지 입력값을 사용해서 밸브 부재의 작업의 주기, 이동 속도 및 다른 작동 특성을 최적으로 통제한다.

실린더(18)는 푸시 로드(31)를 통해서, 좁은 실린더(20)내에 미끄럼가능하고 밀봉가능한 소경 축력 피스톤(32) 또는 등가물에 연결되는 입력 피스톤(30)(또는 다이어그램 조립체와 같은 등가물)을 포함한다. 밸브 부재(21)가 상술한 바와 같이 덕트(11)를 통하는 흐름 통로를 폐쇄하도록 작동할 때, 덕트를 통해서 흐르는 유체물의 모멘텀은 입력 피스톤(30)에 작용하여 피스톤을 도시한 바와 같이 우측을 향해서 케이싱(15)으로 이동시킨다. 입력 피스톤(30)은 적합하게 로드 둘레에 장착된 타진 스프링(33)(percussion spring)에 대항해 이동되는데, 초기 이동시 충격을 감소시키도록 허용하도록 로드(31)와 로스트 모션 접속(lost-motion connection)을 한다. 하나 또는 그 이상의 포트 또는 밸브(34)는 케이싱(15)내에 제공되어 실린더(18)로부터 밸브 부재(21)의 덕트(11) 하류로 유체를 증발 또는 소기시킨다. 추가로, 제어 도관(35)이 피스톤 사이의 공간에 접속될 수 있어서, 적당한 제어 시스템은 작동 사이클내의 적절한 포인트에서 피스톤 사이의 공간내에 또는 으로부터 유체를 이동시킴으로써 압력 증폭기의 작동을 추가로 조절할 수 있다.

출력 피스톤(32)의 이동으로 소경 실린더(20)내의 유체에 상당히 높은 압력이 가해지므로, 유체는 실린더(20)으로부터 넌-리턴 밸브(37)를 통해 출구 파이프(36)를 거쳐 방출되어 진다.

램(23)이 밸브 부재(21)를 이동해서 덕트(11)를 통하는 흐름 통로를 재개방할 때, 유체를 제어 도관(35)을 통해 케이싱(15)으로 및/또는 도관(41)를 거쳐 넌 리턴 밸브(40)를 통해 케이싱(20)으로 펌핑함으로써, 피스톤(30, 32)을 초기 위치로 리턴시킬 수 있다. 유체가 주변 환경으로부터 직접 넌 리턴 밸브(40)를 통해서 흡입될 수 있을지라도, 개별 도관(41)을 제공하여 폐쇄된 유체 재순환 통로를 제공할 수 있다. 따라서 파이프(36)를 통해 펌프된 유체는 피스톤의 리턴 행정 동안 실린더(20)로 리턴될 수 있다.

밸브 부재(21)가 덕트(11)를 폐쇄하도록 작용할 때, 덕트내의 유체가 이동하게 되어 램 제트 원리를 사용해서 입력 피스톤(30)에 증폭된 유압이 가해진다. 또한, 소경 출력 피스톤(32)의 이동으로 보다 큰 압력이 소경 피스톤의 유체 하류에 가해지며, 유체의 펄스는 매우 높은 상대 평균 압력으로 출력 파이프(36)으로부터 방출하게 된다.

출력 파이프(36)로부터 높은 압력 유체의 공급은 유압 또는 공압 터빈 또는 모터에 의해서 전기를 발생시키거나 원격 기계에 동력을 발생시키는데 사용될 수 있다. 변경적으로, 케이싱(15)과 피스톤 조립체(30, 32)는 하나가 자기 부재이고 다른 하나가 유도 코일을 이용하는 방식으로 재구성될 수 있다. 케이싱(15)에 대한 피스톤 조립체의 이동으로 전류가 코일내에 유도되어져, 전선을 통해서 원거리 장비에 전송될 수 있다.

유압 증폭기의 잠재적 용도는 기계 동력 또는 전력을 제공하거나, 또는 연료외에도 추력 추진 시스템을 제공하도록, 강에서의 물의 자연 흐름, 바다에서의 조류 흐름 또는 풍력 에너지의 이용을 포함하고 있다. 하우징(10)에는 증폭기의 동적 특성을 보강하기 위해서 외부 흐름 편향기(50)가 제공될 수 있다. 하우징(10)은 회전가능한 허브 조립체(52)에 장착될 수 있으며, 편향기는 하우징을, 자유롭게 회전시키든지 또는 유압, 공압 또는 전동기(도시 생략)에 의해 이동시키든, 유체 흐름이 좋은 방향으로 정렬시킨다.

도 2에, 유압 증폭기(1)가 도시되어 있으며, 해저(S)에 고정되어 있는 컬럼(3)의 상부에 있는 플랫폼(2)에 회전가능하게 설치되어 있다. 동력은 베이스 스테이션(도시 생략)으로부터 리턴 방향으로 뻗어 있는 제어 라인을 또한 지탱하는 파이프 및/또는 전기 케이블(4)을 통해서 제거된다.

도 3에 도시한 설치물의 변경 형태에서, 유압 증폭기(1)는 케이블(6)에 의해서 해저(S)에 정박된 수상 플랫폼(5)(pontoon)상에 회전가능하게 장착될 수 있다. 다시 파이프 및/또는 전기 케이블(4)은 증폭기(1)를 원거리 베이스 스테이션에 연결한다.

유압 증폭기에 의해 얻은 동력을 또한 인간의 소비를 위한 바다물 담수 또는 물로부터의 수소와 산소로 전기 분해와 같은 다른 목적에 사용될 수 있다. 증폭기가 보트 또는 항공기와 같은 운송수단에 의해 설치될 수 있어, 상당한 유체 흐름은 운송 수단의 기계 동력 또는 전력을 제공하는데 사용될 수 있다.

추가의 피스톤과 실린더 조립체는 바람직하게 하우징의 외측상에 장착될 수 있다.

입구 및 출구 덕트 조립체의 길이가 변경될 수 있어, 최상의 효율을 위한 장치의 미세한 튜닝(fine tuning)을 허용한다.

증폭기의 추가의 실시예는 유체 출구 단부에 장착된 임펄스 터빈과 발전기 또는 터빈/압축기 조립체를 가질 수 있다.

도 4에서는, 산소 또는 공기를 포함하는 유체의 상당한 이동으로 입구(12)에 들어오는 주 유체 스트림을 상술한 바와 같이 램 효과에 의해 압축될 때, 2차 피스톤(32)을 통해서 작용하는 1차 피스톤이 2차 산소 및 연료를 함유하는 충전물을, 노즐(37)을 통해서 2차 실린더내에 보낼 수 있게 유압 증폭기를 구성하고 있다. 압축된 충전물은 분산 출력 노즐내의 연소 챔버(53)로 방출하고 점화 수단(54)에 의해 점화되어, 매우 향상된 속도로 연소 챔버로 빠져나옴으로써, 조립체에 상당한 추력을 부과한다. 2차 피스톤(32)이 행정(stroke)을 완성하면, 순간적으로 고압인 약간의 연소 가스는 2차 실린더(20)로 들어가서 2차 피스톤과 재작용함으로써 2차 피스톤을 다시 반대방향으로 민다. 이로서, 가해진 모멘텀은 피스톤 조립체를 초기 위치로 리턴할 수 있으며, 이 공정에서 분사, 카부레이터 또는 다른 형태의 혼합 장치(55)에서 나온 유체 및 연료를 함유하는 산소의 교체 충전물을 입구 파이프(41)와 넌 리턴 밸브(40)를 통해서 소기한다. 입구(12)로 들어오는 주 유체 흐름이 폐쇄 밸브(21)의 갑작스러운 폐쇄에 의해 출구(14)를 통해서 빠져나오지 못하면, 유체의 모멘텀은 1차 피스톤(30)의 측면상에 다시 작용하여 사이클을 반복한다. 조립체는 지면, 공중 또는 스페이스 운반 수단과 같은, 추력 추진기를 필요로 하는 다른 유닛에 부착될 수 있거나, 단일 구조물로서 운송 수단의 디자인내에 합체될 수 있다.

상술한 설명에서는 새로운 것으로 확신되는 분야에서만 설명하고, 확인되어진 특정 문제점만을 설명하였지만, 여기에 개시된 특징은 이 기술분야에서의 새롭고 유익한 개발에 조합될 수 있을 것이다.

Claims (12)

1. 유체 흐름용 덕트(11)를 형성하는 하우징(10), 상기 덕트에 장착되고 유체 흐름에 노출된 입력 피스톤(30)을 함유하는 실린더 장치(15)와, 상기 덕트내에 장착되고 상기 입력 피스톤(30)의 하류에서 덕트(11)를 주기적으로 폐쇄하도록 배열된 폐쇄 밸브 부재(21)를 포함하여 상기 덕트를 통해 흐르는 유체가 상기 입력 피스톤에 증가된 압력을 가하는, 유압 증폭기에 있어서,
   상기 하우징(10)은 흐르는 유체내에 장착되며, 상기 덕트(11)는 덕트(11)를 통해 유체가 흐르는 방향과 정렬하기 위해서 하우징의 양 단부에, 입구(12)에서부터 출구(14)까지 축선방향으로 연장하며,
   상기 실린더 장치(15)는 상기 덕트(11)내에 동축으로 장착되며,
   상기 폐쇄 밸브 부재(21)는 환형 부재이고, 상기 실린더 장치(15) 둘레에 위치되어 있는, 유압 증폭기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 입력 피스톤(30)은 출력 피스톤(32)에 링크되고 상기 입력 피스톤은 상기 출력 피스톤보다 큰 단면적으로 되어 있는, 유압 증폭기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 피스톤들(30, 32)은 상기 입력 피스톤(30)의 이동으로 상기 출력 피스톤(32)이 출력 유체에 증폭된 압력을 가하게 되도록 배치되어 있는, 유압 증폭기.
4. 제 2항에 있어서, 상기 입력 피스톤(30)과 상기 출력 피스톤(32) 사이의 실린더 장치(15) 내의 공간은 폐쇄 밸브 부재의 덕트 하류에 연통(ported)되어 있는, 유압 증폭기.
5. 제 2항에 있어서, 상기 입력 피스톤(30)과 상기 출력 피스톤(32) 사이의 로스트 모션 배열을 포함하는, 유압 증폭기.
6. 제 5항에 있어서, 상기 로스트 모션 배열은 스프링 수단(33)에 대항해 작용하는 슬라이딩 접속 방식으로 상기 입력 피스톤(30)과 상기 출력 피스톤(32)을 커플링하는 피스톤 로드(31)를 포함하는, 유압 증폭기.
7. 제 1항에 있어서, 상기 폐쇄 밸브 부재(21)는 유체 흐름내에 요동하는 탄성 링인, 유압 증폭기.
8. 제 1항에 있어서, 상기 폐쇄 밸브 부재(21)는 밸브 부재이며 기계 작동기 장치(23)에 의해 덕트를 폐쇄하도록 주기적으로 이동하는, 유압 증폭기.
9. 제 8항에 있어서, 상기 기계 작동기 장치(23)는 작동기 램을 포함하는, 유압 증폭기.
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