KR102232706B1 - Internal Combustion Engine Operating Device Using Metal Dust - Google Patents

Internal Combustion Engine Operating Device Using Metal Dust Download PDF

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KR102232706B1
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김규범
심형원
홍장표
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한국해양과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a device for operating an internal combustion engine by using the explosiveness of fine dust of a reactive metal. According to the present invention, an internal combustion engine operating device comprises: an input unit for generating fine dusts of a reactive metal and inputting the metal dust into an internal combustion engine; an operation unit connected to the input unit to perform a stroke movement using the dust of the reactive metal injected through the input unit; a dust collection unit connected to the operation unit to collect the dust of the reactive metal reacted in the operation unit; a stuffing unit installed in a portion of the operation unit to enhance airtightness and watertightness of the operation unit; and an air heat exchanger connected to the input unit and the dust collection unit, respectively, for heat-exchanging the reactive metal dust through air at a set temperature.

Description

금속분진을 이용한 내연기관 작동장치{Internal Combustion Engine Operating Device Using Metal Dust}Internal Combustion Engine Operating Device Using Metal Dust

본 발명은 내연기관의 작동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반응성 금속분진의 폭발성을 이용하여 내연기관을 작동시키는 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for operating an internal combustion engine, and more particularly, to a device for operating an internal combustion engine using metal dust for operating the internal combustion engine using the explosive properties of reactive metal dust.

현대식 내연기관에서 요구되는 연소 공기는 대기압에 대해 증가된 압력으로 과급기를 통해 실린더로 종종 공급된다. 이를 위해 요구되는 압력 증가는 이 경우 통상적으로 이른바 기계식 과급기(mechanical supercharger)를 사용하여 이루어질 수 있다. 이러한 기계식 과급기는 내연기관의 크랭크샤프트에 의해 구동된다.The combustion air required in modern internal combustion engines is often supplied to the cylinder through a supercharger at an increased pressure relative to atmospheric pressure. The pressure increase required for this can be achieved in this case by using a so-called mechanical supercharger. This mechanical supercharger is driven by the crankshaft of the internal combustion engine.

또한, 소위 배기가스 터보차저(turbocharger)에 의해 압력을 증가시키는 방식이 공지되어 있다. 이 경우, 터보압축기는 배출 시스템에 연결되는 터빈의 도움으로 구동되며, 터빈은 실린더의 공기 유입 측면에서 압력을 증가시키도록 보장한다. 그러나 이러한 유형의 터보 과급에 대하여, 낮은 엔진 속도와 그와 관련하여 낮은 질량 유출량(low mass througputs)에서 소위 터보 래그(turbo lag)가 발생하는 것이 공지되어 있다.In addition, a method of increasing the pressure by a so-called exhaust gas turbocharger is known. In this case, the turbocompressor is driven with the help of a turbine connected to the exhaust system, which ensures that the pressure increases on the air inlet side of the cylinder. However, for this type of turbocharging, it is known that so-called turbo lag occurs at low engine speeds and associated low mass througputs.

이때 터보차저의 효율은 이러한 작동 범위에서 낮으며, 비교적 작은 모터 토크만이 전부하(full load) 시에 얻어질 수 있다.At this time, the efficiency of the turbocharger is low in this operating range, and only a relatively small motor torque can be obtained at full load.

이러한 터보차저 및 내연기관에서 터보차저를 사용하는 것은 각종의 문헌에 공지되어 있는데, 이 문서들은 터보차저를 구비하는 내연기관의 제어에 기초하며, 이 터보차저에서 유입 밸브와 배출 밸브는 요구되는 토크에 따라 조정되어, 이들 유입 및 배출 밸브는 미리 정해진 시간동안 동시에 개방된다. 즉, 유입 및 배출 밸브의 타이밍이 오버랩된다. The use of a turbocharger in such a turbocharger and internal combustion engine is known in various documents, which are based on the control of an internal combustion engine equipped with a turbocharger, and in this turbocharger, the inlet valve and the discharge valve are required to achieve the required torque. Adjusted accordingly, these inlet and outlet valves are simultaneously opened for a predetermined time. That is, the timing of the inlet and outlet valves overlap.

4 행정 엔진에서, 이러한 밸브 오버랩은 배기 가스의 배기에 대한 제 4 행정의 단부를 향하여 발생하고 유도(induction)의 제 1 행정으로 계속되어서, 유입 밸브는 배출 밸브가 완전히 폐쇄되기 전에 이미 개방된다. 이는 배출 매니폴드 내에서 가속화된 배기 가스 칼럼(exhaust gas column)이 신선한 연료-공기 혼합물을 연소 챔버 내부로 흡입되도록 하여 연소 챔버 내에 배기 가스가 남아 있을 가능성을 감소시키는 것을 의미한다.In a four-stroke engine, this valve overlap occurs towards the end of the fourth stroke for the exhaust of the exhaust gas and continues with the first stroke of induction, so that the inlet valve is already open before the exhaust valve is completely closed. This means that an accelerated exhaust gas column within the exhaust manifold causes the fresh fuel-air mixture to be sucked into the combustion chamber, reducing the likelihood of exhaust gas remaining in the combustion chamber.

고성능 엔진에 있어서, 배출 밸브는 하사점에 도달되기도 전에 개방되며, 이는 가스 칼럼을 초기에 완화시켜서, 피스톤의 후속적인 상향 운동이 강력하게 제동되지 않는다. 이때 이러한 상향 운동중에 유입 밸브가 또한 개방되어서, 전술한 바와 같이, 이제 유입 밸브와 배출 밸브가 동시에 개방된다. 그러나 가스 혼합물은 배출 밸브의 방향으로 급격하게 가속되었기 때문에, 유입 밸브에서 공기가 다시 후퇴되지는 않지만, 큰 밸브 가속에 의해 촉진되는 플러싱 과정이 또한 발생되며, 이는 추가로 공기를 수반한다. 이상적으로 배출 밸브는 공기 칼럼이 정지 상태가 될 때 폐쇄된다. 마찬가지로 유입 밸브는, 피스톤의 상향 운동에 의해 흡입되는 공기 칼럼이 정지상태가 될 때까지 개방 상태로 유지된다. 공기는 높은 엔진 속도에서 일정 범위까지는 침체되어 있기 때문에, 이미 위쪽으로 다시 이동하고 있는 공기는 피스톤에 대해 자신을 압축한다. 이러한 추가 압축은 더 우수한 충전을 일으킨다.In high-performance engines, the exhaust valve opens even before bottom dead center is reached, which initially relieves the gas column so that the subsequent upward movement of the piston is not strongly braked. At this time during this upward movement the inlet valve is also opened, so that, as described above, the inlet valve and the outlet valve are now open simultaneously. However, since the gas mixture has been rapidly accelerated in the direction of the discharge valve, the air does not retreat again at the inlet valve, but a flushing process promoted by a large valve acceleration also occurs, which additionally entails air. Ideally, the vent valve closes when the air column goes to a standstill. Likewise, the inlet valve is kept open until the air column sucked in by the upward motion of the piston comes to a standstill. Since air is stagnating to a certain extent at high engine speeds, air that is already moving upwards again compresses itself against the piston. This additional compression results in a better filling.

소기(scavenging)로도 지칭되는 이러한 과정으로 인해, 유입 측면으로부터 배출 측면까지 실린더에 걸쳐서 압력강하가 일어나서, 배출 측면으로 유입 공기의 완전한 플러싱이 발생한다. 임의의 터보 래그가 발생하는 결과가 감소된다. 실제로 실린더 내에 남아 있는 공기의 질량이 소기 과정 동안 또는 소기 과정 후에 결정될 수 있는 정확도를 증가시키기 위해, 실제 람다 값이 람다 설정값으로부터 벗어난 경우, 형성된 편차에 따라 밸브 오버랩이 대향하는 배출 압력에 대한 값을 수정하도록 추가로 제안된다.Due to this process, also referred to as scavenging, a pressure drop occurs across the cylinder from the inlet side to the outlet side, resulting in a complete flushing of the inlet air to the outlet side. The result of any turbo lag is reduced. In order to increase the accuracy that the mass of air actually remaining in the cylinder can be determined during or after the scavenging process, if the actual lambda value deviates from the lambda set point, the value for the discharge pressure at which the valve overlap faces according to the deviation formed. It is additionally suggested to modify it.

또한, 기존의 내연기관에 액체의 연료인 가솔린을 기화기와 혼합하여 연소 폭발, 피스톤 아래로 가서 구동력을 형성한다. 즉, 선행기술은 리버스엔진을 이용한 반응성 금속 연료 엔진이 존재하지 않는다.In addition, gasoline, which is a liquid fuel in an existing internal combustion engine, is mixed with a carburetor to explode combustion and go under the piston to form a driving force. That is, in the prior art, a reactive metal fuel engine using a reverse engine does not exist.

대한민국 등록특허 제10-1444119호Korean Patent Registration No. 10-1444119

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 반응성 금속 분진을 폭발성을 이용하는 기능이 구비된 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been conceived to solve the above problems, and an object to be solved of the present invention is to provide an internal combustion engine operating apparatus using metal dust having a function of using explosive properties of reactive metal dust.

본 발명의 또 다른 목적은, 반응을 수행한 금속산화물을 회수하고 반응성 금속을 분리하는 기능이 구비된 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a device for operating an internal combustion engine using metal dust having a function of recovering a metal oxide that has undergone a reaction and separating a reactive metal.

또한, 저탄소 녹색성장에 따라서 기존의 이산화탄소가 배출되는 양을 저감하는 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치를 제공하는 것이다.In addition, it is to provide an internal combustion engine operating device using metal dust that reduces the amount of carbon dioxide discharged according to low carbon green growth.

또한, 분진 폭발뒤 산화물이 피스톤 외벽에 달라 붙는 것을 위해 엔진을 거꾸로 장착하여 중력에 의해 외벽에 붙는 기술적 문제를 해결한 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치를 제공하는 것이다.In addition, it is to provide an internal combustion engine operating device using metal dust that solves the technical problem of attaching the engine to the outer wall by gravity by mounting the engine upside down in order for oxides to stick to the outer wall of the piston after the dust explosion.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. It will be understandable.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 반응성 금속의 미세분진의 폭발성을 이용하여 내연기관을 작동시키는 장치로서. 반응성 금속의 분진들을 생성하고 상기 내연기관에 투입하는 투입유닛; 상기 투입유닛에 연결되어 상기 투입유닛을 통해 투입된 반응성 금속분진을 이용하여 행정운동을 수행하는 작동유닛; 상기 작동유닛에 연결되어 상기 작동유닛에서 반응을 수행한 반응성 금속의 분진을 집진하는 집진유닛; 상기 작동유닛의 일부분에 설치되어 상기 작동유닛의 기밀성 및 수밀성을 강화하는 스터핑유닛; 및 상기 투입유닛과 상기 집진유닛에 각각 연결되어 반응성 금속분진을 설정된 온도의 공기를 거치도록 하여 열교환시키는 공기 열교환기;를 포함할 수 있다.The present invention was created to improve the problems of the prior art as described above, as a device for operating an internal combustion engine using the explosive property of fine dust of a reactive metal. An input unit that generates dusts of reactive metals and puts them into the internal combustion engine; An operation unit connected to the input unit to perform an administrative movement using the reactive metal dust introduced through the input unit; A dust collecting unit connected to the operation unit to collect dust of the reactive metal reacted in the operation unit; A stuffing unit installed on a part of the operation unit to enhance airtightness and watertightness of the operation unit; And an air heat exchanger connected to the input unit and the dust collecting unit, respectively, for exchanging heat by passing the reactive metal dust through air of a set temperature.

또한, 상기 투입유닛은, 반응성 금속을 미세하게 분쇄하는 분쇄기; 상기 분쇄기에 연결되며 상기 분쇄기를 통해서 분쇄된 반응성 금속분진을 수용하는 수용챔버; 및 상기 수용챔버에 설치되고 상기 작동유닛에 연결되어 반응성 금속 분진을 작동유닛으로 이송시키는 이젝터;를 포함할 수 있다.In addition, the input unit, a pulverizer for finely pulverizing the reactive metal; A receiving chamber connected to the pulverizer and accommodating the reactive metal dust pulverized through the pulverizer; And an ejector installed in the receiving chamber and connected to the operation unit to transfer the reactive metal dust to the operation unit.

또한, 상기 작동유닛은, 상부를 형성하면서 크랭크 암을 수용하는 크랭크 케이스; 상기 크랭크 케이스의 하부에 연결되며 상기 내연기관의 행정운동이 수행되는 공간을 제공하는 실린더블록; 상기 실린더블록의 하부에 구비되어 상기 실린더블록 내를 점화시키는 점화플러그; 상기 실린더블록의 하부에 설치되며 상기 실린더블록 내의 공기를 배기하여 유압을 조절하는 배기밸브; 및 상기 실린더블록에 수용되며 상기 크랭크 암에 연결되어 승강운동을 수행하는 피스톤;을 포함할 수 있다.In addition, the operation unit, a crank case for accommodating a crank arm while forming an upper portion; A cylinder block connected to a lower portion of the crankcase and providing a space in which an administrative movement of the internal combustion engine is performed; A spark plug provided under the cylinder block to ignite the inside of the cylinder block; An exhaust valve installed below the cylinder block and controlling hydraulic pressure by exhausting air in the cylinder block; And a piston accommodated in the cylinder block and connected to the crank arm to perform an elevating movement.

또한, 상기 집진유닛은, 상기 작동유닛에서 반응을 수행한 후 배출되는 반응성 금속분진을 흡입하는 석션기; 및 상기 석션기에 연결되어 상기 석션기를 통해서 흡입된 반응성 금속분진을 사이클론이나 U트랩 방식으로 집진하는 사이클론 집진기;를 포함할 수 있다.In addition, the dust collecting unit may include a suction device for sucking the reactive metal dust discharged after performing the reaction in the operation unit; And a cyclone dust collector connected to the suction unit to collect reactive metal dust sucked through the suction unit in a cyclone or U trap method.

또한, 상기 스터핑유닛은, 상기 작동유닛의 일부분에 설치되어 상기 작동유닛 및 크랭크 케이스의 윤활유를 밀폐시키는 스터핑박스; 상기 스터핑박스에 연결되어 상기 스터핑박스에 냉수를 제공하는 스터핑박스 냉각펌프; 및 상기 스터핑박스와 상기 스터핑박스 냉각펌프에 각각 연결되어 상기 스터핑박스 냉각펌프로부터 이송되는 유체를 열교환시키는 냉각용 열교환기;를 포함할 수 있다.In addition, the stuffing unit may include a stuffing box installed on a part of the operation unit to seal the lubricating oil of the operation unit and the crankcase; A stuffing box cooling pump connected to the stuffing box to provide cold water to the stuffing box; And a cooling heat exchanger connected to the stuffing box and the stuffing box cooling pump, respectively, to heat exchange fluid transferred from the stuffing box cooling pump.

또한, 상기 작동유닛과 스터핑유닛에 각각 연결되어 상기 윤활유의 누유를 검지하는 누유검지유닛;을 더 포함할 수 있다.In addition, a leakage oil detection unit connected to the operation unit and the stuffing unit, respectively, to detect leakage of the lubricating oil; may further include.

또한, 상기 집진유닛을 통해서 집진되어 산화된 금속산화물에서 반응성 금속을 전기분해하여 추출하는 전기분해유닛;을 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include an electrolysis unit for electrolyzing and extracting the reactive metal from the metal oxide that has been collected and oxidized through the dust collecting unit.

또한, 반응성 금속은 철 또는 알루미늄;일 수 있다.In addition, the reactive metal may be iron or aluminum.

본 발명의 일실시예에 따르면, 분쇄기로 반응성 금속인 알루미늄을 분쇄하고 분쇄된 철 또는 알루미늄 분진의 폭발성을 이용하여 선박 내연기관 작동유닛의 행정작동을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to pulverize aluminum, which is a reactive metal, with a pulverizer, and use the explosive properties of the pulverized iron or aluminum dust to perform an administrative operation of the operation unit of a ship internal combustion engine.

또한, 반응후 산화된 철 또는 알루미늄을 집진유닛으로 집진하고 전기분해유닛을 통해서 전기분해시켜서 철 또는 알루미늄을 분리하여 선박에 저장하였다가 재활용할 수 있다.In addition, after the reaction, oxidized iron or aluminum is collected by a dust collecting unit and electrolyzed through an electrolysis unit to separate iron or aluminum, and then stored on a ship for recycling.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 내연기관에 액체의 고체인 반응성금속인 철 또는 알루미늄 분진을 공기와 혼합하여 철 또는 알루미늄 분진이 폭발하면 피스톤이 위로 가면서 구동력을 형성하고 반응한 금속은 자중에 떨어지므로 피스톤 및 실린더블록 등에 금속가루가 마모에 주는 영향이 미세하다.In addition, according to an embodiment of the present invention, when iron or aluminum dust explodes by mixing iron or aluminum dust, which is a liquid solid reactive metal, with air in an internal combustion engine, the piston goes upward to form a driving force, and the reacted metal has its own weight. As it falls on the piston and cylinder block, the effect of metal powder on the wear is minute.

본 발명의 또 다른 목적은, 반응을 수행한 금속산화물을 회수하고 반응성 금속을 분리하는 기능이 구비된 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a device for operating an internal combustion engine using metal dust having a function of recovering a metal oxide that has undergone a reaction and separating a reactive metal.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. I will be able to.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치의 전체 개념도이다.
도 2는 상기 작동장치의 구성요소 블록도이다.
도 3은 상기 투입유닛의 구성요소 블록도이다.
도 4는 상기 작동유닛의 구성요소 블록도이다.
도 5는 상기 집진유닛의 구성요소 블록도이다.
도 6은 상기 스터핑유닛의 구성요소 블록도이다.
The following drawings attached in the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the present invention to be described later. It is limited only to and should not be interpreted.
1 is an overall conceptual diagram of an internal combustion engine operating apparatus using metal dust according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of the components of the operating device.
3 is a block diagram of the components of the input unit.
4 is a block diagram of the components of the operation unit.
5 is a block diagram of the components of the dust collecting unit.
6 is a block diagram of the components of the stuffing unit.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiments can be variously changed and have various forms, the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all or only such effects, the scope of the present invention should not be understood as being limited thereto.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of the terms described in the present invention should be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from other components, and the scope of rights is not limited by these terms. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component. When a component is referred to as being "connected" to another component, it should be understood that although it may be directly connected to the other component, another component may exist in the middle. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle. On the other hand, other expressions describing the relationship between components, that is, "between" and "just between" or "neighboring to" and "directly neighboring to" should be interpreted as well.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions are to be understood as including plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as "comprises" or "have" refer to the specified features, numbers, steps, actions, components, parts, or these. It is to be understood that it is intended to designate that a combination exists and does not preclude the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings in the context of related technologies, and cannot be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치의 전체 개념도이고, 도 2는 상기 작동장치의 구성요소 블록도이며, 도 3은 상기 투입유닛의 구성요소 블록도이고, 도 4는 상기 작동유닛의 구성요소 블록도이며, 도 5는 상기 집진유닛의 구성요소 블록도이고, 도 6은 상기 스터핑유닛의 구성요소 블록도이다.1 is an overall conceptual diagram of an internal combustion engine operating device using metal dust according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of components of the operating device, and FIG. 3 is a block diagram of components of the input unit, 4 is a block diagram of components of the operation unit, FIG. 5 is a block diagram of components of the dust collecting unit, and FIG. 6 is a block diagram of components of the stuffing unit.

도 1내지 도6에 도시된 바와 같이, 반응성 금속의 미세분진의 폭발성을 이용하여 내연기관을 작동시키는 장치로서. 본 발명은 투입유닛(100), 작동유닛(200), 집진유닛(300), 스터핑유닛(400) 및 공기 열교환기(500)를 포함할 수 있다.As shown in Figs. 1 to 6, a device for operating an internal combustion engine using the explosive properties of fine dust of a reactive metal. The present invention may include an input unit 100, an operation unit 200, a dust collection unit 300, a stuffing unit 400, and an air heat exchanger 500.

투입유닛(100)은 반응성 금속의 분진들을 생성하고 내연기관에 투입할 수 있다. 구체적으로, 분진폭발이란 가연성고체를 세분화해서 작은 입자로 했을 때 이것을 공기중에 적당한 밀도 이상의 농도로 부유하고 있을 때, 어떤 점화원을 주면 가스폭발과 같이 입자가 공기중의 산소와 반응해서 급속하게 고열이 발생하며, 이것이 부유입자 그룹에 연소를 전파한다.The input unit 100 may generate dust of a reactive metal and put it into an internal combustion engine. Specifically, when a combustible solid is subdivided into small particles, when it is suspended in the air at a concentration of an appropriate density or higher, if a certain ignition source is given, the particles react with oxygen in the air like a gas explosion, resulting in rapid high heat. Occurs, which propagate combustion to groups of suspended particles.

이때 그 부유 입자그룹(분진 운(雲)) 전체에 연소가 발생하면 폭발에 이른다. 이것이 분진폭발이다. 일반적으로 분진입자는 작기 때문에 부유하기 쉽고, 또 입자의 표면적 비율이 크기 때문에 산화반응을 일으키기 쉽기 때문에 가연성가스와 유사한 폭발위험성이 있다.At this time, if combustion occurs in the entire group of suspended particles (dust cloud), it leads to an explosion. This is a dust explosion. In general, since dust particles are small, they are easy to float, and because the surface area ratio of the particles is large, they tend to cause oxidation reactions, so there is a risk of explosion similar to combustible gas.

분진폭발이 발생하는 것은 공기중의 입자가 떠올라 폭발하한계 이상의 농도를 유지하고 있는 단시간 중에 착화되어 일어나는 것으로, 분진의 입자지름이 작을수록 또 분위기 중의 수분이 적을수록 분진폭발이 일어날 기회가 증가되며, 착화에너지는 혼합가스폭발의 경우보다 크다고 한다. 분진폭발을 일으키는 중요한 물질에는 마그네슘, 티탄, 지르콘, 알루미늄, 황, 비누, 석탄산수지, 폴리에틸렌, 경질고무, 송진, 석탄, 전분, 소맥분, 등의 분말이다.Dust explosion occurs when particles in the air rise and ignite within a short period of time maintaining a concentration above the lower explosion limit.The smaller the particle diameter of the dust and the less moisture in the atmosphere, the greater the chance of a dust explosion. , It is said that the ignition energy is greater than in the case of a mixed gas explosion. Important substances that cause dust explosion are powders such as magnesium, titanium, zircon, aluminum, sulfur, soap, phenolic resin, polyethylene, hard rubber, rosin, coal, starch, wheat flour, and the like.

투입유닛(100)은 분쇄기(110), 수용챔버(120) 및 이젝터(130)를 포함할 수 있다.The input unit 100 may include a pulverizer 110, a receiving chamber 120, and an ejector 130.

분쇄기(110)는 반응성 금속을 미세하게 분쇄할 수 있다.The grinder 110 may finely grind the reactive metal.

수용챔버(120)는 분쇄기(110)에 연결되며 분쇄기(110)를 통해서 분쇄된 반응성 금속분진을 수용할 수 있다.The accommodation chamber 120 is connected to the pulverizer 110 and can accommodate the reactive metal dust pulverized through the pulverizer 110.

이젝터(130)는 수용챔버(120)에 설치되고 작동유닛(200)에 연결되어 반응성 금속 분진을 작동유닛(200)으로 이송시킬 수 있다. 구체적으로, 이젝터(ejector)는 압력을 갖는 물, 증기, 공기 등을 분출구에서 고속도로 분출하여 주위의 유체를 다른 곳으로 보낼 수 있는 일종의 펌프를 말한다. 구조가 간단하고 운동 부분이 없어 고장이 적지만 유체 유출의 효율이 낮아진다. 유체의 분사로 다른 유체를 보내는 점은 인젝터와 비슷하지만 2단째의 내뿜는 노즐이 없으므로 인젝터만큼 높은 압력의 발생은 기대할 수 없다. 오수, 진흙탕물의 퍼올림과 복수기 등에 이용된다.The ejector 130 is installed in the receiving chamber 120 and connected to the operation unit 200 to transfer the reactive metal dust to the operation unit 200. Specifically, an ejector refers to a type of pump capable of directing the surrounding fluid to another place by ejecting water, steam, air, etc. having a pressure on a highway from an ejection port. The structure is simple and there is no moving part, so there are few breakdowns, but the efficiency of fluid outflow is low. It is similar to the injector in that it sends another fluid by spraying the fluid, but since there is no nozzle for the second stage, the generation of pressure as high as the injector cannot be expected. It is used for pumping up sewage and muddy water and condensing.

작동유닛(200)은 투입유닛(100)에 연결되어 투입유닛(100)을 통해 투입된 반응성 금속분진을 이용하여 행정운동을 수행할 수 있다.The operation unit 200 may be connected to the input unit 100 to perform a stroke motion using reactive metal dust introduced through the input unit 100.

작동유닛(200)은 크랭크 케이스(210), 실린더블록(220), 점화플러그(230), 배기밸브(240) 및 피스톤(250)을 포함할 수 있다.The operation unit 200 may include a crank case 210, a cylinder block 220, a spark plug 230, an exhaust valve 240, and a piston 250.

크랭크 케이스(210)는 상부를 형성하면서 크랭크 암(24)을 수용할 수 있다.The crank case 210 may accommodate the crank arm 24 while forming an upper portion.

실린더블록(220)은 크랭크 케이스(210)의 하부에 연결되며 내연기관의 행정운동이 수행되는 공간을 제공할 수 있다.The cylinder block 220 is connected to the lower portion of the crank case 210 and may provide a space in which the internal combustion engine is operated.

점화플러그(230)는 실린더블록(220)의 하부에 구비되어 실린더블록(220) 내를 점화시킬 수 있다.The spark plug 230 may be provided under the cylinder block 220 to ignite the inside of the cylinder block 220.

배기밸브(240)는 실린더블록(220)의 하부에 설치되며 실린더블록9220) 내의 공기를 배기하여 유압을 조절할 수 있다.The exhaust valve 240 is installed under the cylinder block 220 and may control hydraulic pressure by exhausting air in the cylinder block 9220.

피스톤(250)은 실린더블록(220)에 수용되며 크랭크 암(24)에 연결되어 승강운동을 수행할 수 있다. 구체적으로, 피스톤(250)은 피스톤(250)의 하부에 구비되어 피스톤(250)과 실린더블록(220) 간의 수밀을 위해 밀착력을 제공하는 복수 개의 피스톤 링(21)과, 피스톤(250)과 크랭크 암(24)의 연결을 위한 피스톤 연결봉(22)과 피스톤 연결봉(22)과 크랭트 암(24)을 회전가능하게 연결시키는 피스톤 및 크랭크 연결봉(23)을 포함하여 구성될 수 있다.The piston 250 is accommodated in the cylinder block 220 and is connected to the crank arm 24 to perform an elevating movement. Specifically, the piston 250 is provided in the lower portion of the piston 250, a plurality of piston rings 21, the piston 250 and the crank providing an adhesion force for water tightness between the piston 250 and the cylinder block 220. It may include a piston connecting rod 22 for connection of the arm 24, a piston connecting rod 22 and a crank connecting rod 23 rotatably connecting the piston connecting rod 22 and the crank arm 24.

집진유닛(300)은 작동유닛(200)에 연결되어 작동유닛(200)에서 반응을 수행한 반응성 금속의 분진을 집진할 수 있다.The dust collecting unit 300 may be connected to the operation unit 200 to collect dust of the reactive metal reacted in the operation unit 200.

집진유닛(300)은 석션기(310) 및 집진기(320)를 포함할 수 있다.The dust collecting unit 300 may include a suction device 310 and a dust collector 320.

석션기(310)는 작동유닛(200)에서 반응을 수행한 후 배출되는 반응성 금속분진을 흡입할 수 있다.The suction device 310 may suck the reactive metal dust discharged after performing the reaction in the operation unit 200.

집진기(320)는 석션기(310)에 연결되어 석션기(310)를 통해서 흡입된 반응성 금속분진을 사이클론이나 U트랩 방식으로 집진할 수 있다. 구체적으로, 사이클론이란 유체를 선회 흐름으로 하고 유체 속에 함유되는 이상(異相) 입자에 원심력을 작용시켜 액체에서 분리 포집하는 장치로, 장치 내에 회전 날개 등을 설치하고 기계적으로 입자에 원심력을 주는 다른 원심력 이용 장치와 비교하여 이 장치는 본체에 가동 부분이 없는 것이 장점이다.The dust collector 320 may be connected to the suction device 310 to collect reactive metal dust sucked through the suction device 310 using a cyclone or a U trap method. Specifically, a cyclone is a device that separates and collects from a liquid by applying a centrifugal force to abnormal particles contained in a fluid by using a fluid as a swirling flow. Another centrifugal force that mechanically imparts centrifugal force to the particles by installing rotating blades in the device Compared to the device used, this device has an advantage in that there is no moving part in the main body.

스터핑유닛(400)은 작동유닛(200)의 일부분에 설치되어 작동유닛(200)의 기밀성 및 수밀성을 강화할 수 있다.The stuffing unit 400 may be installed on a part of the operation unit 200 to enhance airtightness and watertightness of the operation unit 200.

스터핑유닛(400)은 스터핑박스(410), 스터핑박스 냉각펌프(420) 및 냉각용 열교환기(430)를 포함할 수 있다.The stuffing unit 400 may include a stuffing box 410, a stuffing box cooling pump 420, and a heat exchanger 430 for cooling.

스터핑박스(410)는 작동유닛(200)의 일부분에 설치되어 작동유닛(200)및 크랭크 케이스(210)의 윤활유를 밀폐시킬 수 있다. 구체적으로, 스터핑박스(410)은 피스톤, 플런저 따위가 드나드는 곳에서 증기나 물이 새는 것을 막는 장치이다. The stuffing box 410 may be installed on a part of the operation unit 200 to seal the lubricating oil of the operation unit 200 and the crank case 210. Specifically, the stuffing box 410 is a device that prevents steam or water from leaking in and out of a piston or a plunger.

스터핑박스 냉각펌프(420)는 스터핑박스(410)에 연결되어 스터핑박스(410)에 냉수를 제공할 수 있다.The stuffing box cooling pump 420 may be connected to the stuffing box 410 to provide cold water to the stuffing box 410.

냉각용 열교환기(430)는 스터핑박스(410)와 스터핑박스 냉각펌프(420)에 각각 연결되어 스터핑박스 냉각펌프(420)로부터 이송되는 유체를 열교환시킬 수 있다.The cooling heat exchanger 430 may be connected to the stuffing box 410 and the stuffing box cooling pump 420, respectively, to heat exchange fluids transferred from the stuffing box cooling pump 420.

공기 열교환기(500)는 투입유닛(100)과 집진유닛(300)에 각각 연결되어 반응성 금속분진을 설정된 온도의 공기를 거치도록 하여 열교환시킬 수 있다.The air heat exchanger 500 may be connected to the input unit 100 and the dust collecting unit 300, respectively, to allow the reactive metal dust to pass through air of a set temperature to perform heat exchange.

본 발명의 일실시예에 따른 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치는 누유검지유닛(600), 전기분해유닛(700)을 더 포함할 수 있다.An internal combustion engine operating apparatus using metal dust according to an embodiment of the present invention may further include a leak detection unit 600 and an electrolysis unit 700.

누유검지유닛(600)은 작동유닛(200)과 스터핑유닛(400)에 각각 연결되어 작동유닛(200)의 누유를 검지할 수 있다.The oil leakage detection unit 600 may be connected to the operation unit 200 and the stuffing unit 400, respectively, to detect the leakage of the operation unit 200.

누유검지유닛(600)은 누유검지챔버(610) 및 누유리턴펌프(620)를 포함할 수 있다.The leak detection unit 600 may include a leak detection chamber 610 and a leak turn pump 620.

누유검지챔버(610)는 스터핑유닛(400)에 연결되어 윤활유의 누유룰 검지하고, 누유된 오일을 수용할 수 있다.The leak detection chamber 610 is connected to the stuffing unit 400 to detect a leak of lubricating oil and accommodate the leaked oil.

누유리턴펌프(620)는 누유검지챔버(610)와 작동유닛(200)에 각각 연결되어 누유검지챔버(610)에 수용된 누유를 작동유닛(200)으로 이송시킬 수 있다.The leaky turn pump 620 may be connected to the leak detection chamber 610 and the operation unit 200, respectively, to transfer the leaked oil contained in the leak detection chamber 610 to the operation unit 200.

전기분해유닛(700)은 집진유닛(300)을 통해서 집진되어 산화된 금속산화물에서 반응성 금속을 전기분해하여 추출할 수 있다. 구체적으로, 전기분해는 외부에서 전기 에너지를 가하여 전기 화학적인 산화 환원 반응을 통해 물질을 분해하는 과정이다. 산화 반응이 일어나는 전극을 산화 전극(anode)이라고 하고, 환원 반응이 일어나는 전극을 환원 전극(cathode)이라고 한다. 전기 분해 반응에서 산화 및 환원 반응은 항상 동시에 일어나고 전체적으로 흐르는 전류는 동일하다.The electrolysis unit 700 may electrolyze and extract a reactive metal from a metal oxide that has been collected and oxidized through the dust collecting unit 300. Specifically, electrolysis is a process of decomposing a substance through an electrochemical redox reaction by applying electrical energy from the outside. An electrode in which an oxidation reaction occurs is referred to as an oxidation electrode, and an electrode in which a reduction reaction occurs is referred to as a cathode. In the electrolysis reaction, oxidation and reduction reactions always occur simultaneously and the current flowing throughout is the same.

반응성 금속은 철 또는 알루미늄일 수 있다.The reactive metal can be iron or aluminum.

우선, 반응성 금속은 알루미늄일 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 전기분해를 통해서 산화알루미늄에서 알루미늄을 추출해내는것으로, 구체적으로, 산화 알루미늄 전기분해는 홀-에루 공정(Hall-Heroult process)에 의해서 전기 분해되어 순수한 알루미늄(Al)으로 정제될 수 있는데, 이 공법은 빙정석과 산화 알루미늄을 함께 녹여 전기 분해하는 원리를 갖는다. First of all, the reactive metal may be aluminum. Accordingly, the present invention is to extract aluminum from aluminum oxide through the above-described electrolysis, specifically, aluminum oxide electrolysis is electrolyzed by a Hall-Heroult process and purified into pure aluminum (Al). This method has the principle of electrolysis by melting cryolite and aluminum oxide together.

빙정석은 산화 알루미늄에 대하여 매우 효과적인 용매인데, 순수한 빙정석의 경우 녹는점이 약 1000℃인 것에 비해, 산화 알루미늄을 포함한 빙정석의 녹는점은 약 950℃이다. 이 온도는 산화 알루미늄을 전기 분해하기 위해 액체로 녹여야 하는 온도인 2050℃에 비해 매우 낮은 온도로써, 공업적으로 비교적 저렴한 비용으로 순수한 알루미늄을 정제해낼 수 있다. 전기 분해가 일어나는 전기 분해 용기는 산화 반응이 일어나는 양극인 탄소봉과, 환원 반응이 일어나는 음극인 탄소 코팅 철로 구성되어 있다. 이러한 용기를 이용하는 전기 분해의 전체 화학 반응식은 다음과 같다.Cryolite is a very effective solvent for aluminum oxide. In the case of pure cryolite, the melting point of cryolite is about 950°C, while the melting point of cryolite is about 950°C. This temperature is very low compared to 2050°C, which is a temperature that must be melted into a liquid in order to electrolyze aluminum oxide, and industrially, pure aluminum can be purified at a relatively low cost. The electrolysis vessel in which electrolysis takes place is composed of a carbon rod as an anode in which an oxidation reaction occurs and a carbon-coated iron as a negative electrode in which a reduction reaction occurs. The overall chemical reaction formula for electrolysis using such a vessel is as follows.

2Al₂O₃ + 3C → 4Al + 3CO₂2Al₂O₃ + 3C → 4Al + 3CO₂

그러므로 산화극의 탄소봉은 반응이 진행됨에 따라 소모되므로 지속적인 전기 분해를 위해서는 정기적으로 교체해 주어야 한다.Therefore, since the carbon rod of the oxide electrode is consumed as the reaction proceeds, it must be replaced regularly for continuous electrolysis.

또한, 반응성 금속은 철일 수 있다. 철이 포함된 대표적인 원광석은 적철석이다. 적철석은 철의 산화물(Fe2O3), 모래 등을 포함한다. 적철석을 환원시키기 위하여 코크스(C)와 석회석을 섞은 후에 용광로 속에서 가열한다. 용광로 속에서 일어나는 화학 반응은 다음과 같이 진행된다. 코크스는 용광로 속에서 산소와 반응해 일산화탄소로 변하며 일산화탄소는 산화철로부터 산소를 빼앗아가는 환원제로 작용한다. 이는 철이 산소와 결합하는 힘이 일산화탄소가 산소를 빼앗아가는 힘보다 약하기 때문에 가능하다. 또한 함께 넣어준 석회석은 적철석 속의 모래와 반응하여 밀도가 낮은 슬랙을 형성하므로 불순물을 제거하는 역할을 한다.Also, the reactive metal may be iron. A typical ore containing iron is hematite. Hematite contains oxides of iron (Fe2O3), sand, and the like. To reduce hematite, coke (C) and limestone are mixed and heated in a furnace. The chemical reaction that takes place in the furnace proceeds as follows. Coke reacts with oxygen in the furnace to turn into carbon monoxide, and carbon monoxide acts as a reducing agent that takes oxygen away from iron oxide. This is possible because the force that iron binds with oxygen is weaker than the force that carbon monoxide takes away oxygen. In addition, the limestone put together plays a role of removing impurities because it reacts with the sand in the hematite to form slack with low density.

3CO + Fe₂O₃ → 2Fe + 3CO₂3CO + Fe₂O₃ → 2Fe + 3CO₂

본 발명의 일실시예에 따른 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치는 도 1을 참고하면 일반적인 내연기관들과 같이, 실린더오일용 펌프(30), 크램크 케이스 시스템오일 펌프(40), 시스템 오일 냉각용 열교환기(50), 실린더 냉각용 냉수 이송펌프(60), 실린더 냉수 냉각용 열교환기(70) 등이 구비되어 내연기관의 작동을 원활히 수행할 수 있다.An internal combustion engine operating device using metal dust according to an embodiment of the present invention, as in general internal combustion engines, referring to FIG. 1, a cylinder oil pump 30, a clam case system oil pump 40, and a system oil cooling. A heat exchanger 50, a cold water transfer pump 60 for cooling a cylinder, a heat exchanger 70 for cooling a cylinder cold water, and the like are provided to facilitate the operation of the internal combustion engine.

본 발명의 작동방법은, 구체적으로, 피스톤(250)이 상사점으로 맨 위로 올라 가면 분쇄기(110)를 거치어 수용챔버(120)에 쌓인 금속가루인 알루미늄 분진을 공기 열교환기(500)를 거친 상온 이상의 공기를 거치어 이젝터(130)를 통해 실린더블록(220) 내부에 분진으로 분사할 수 있다.In the operating method of the present invention, specifically, when the piston 250 rises to the top to the top dead center, the aluminum dust, which is the metal powder accumulated in the receiving chamber 120 through the grinder 110, is passed through the air heat exchanger 500. Through the ejector 130 through air at room temperature or higher, the cylinder block 220 may be sprayed as dust.

따라서, 피스톤(250)이 회전력과 자중에 내려가면서 공기의 온도를 연소 최적의 상태로 올리고 하사점 바로 직전에 알루미늄 분진을 점화플러그(230)로 점화하면서 폭발을 한다. 팽창을 하면서 팽창일은 피스톤(250)을 거치고 피스톤 연접봉(22)을 거치고 피스톤 및 크랭크 연결봉(23) 및 크랭크 암(24)에 회전력을 주어 일을 할 수 있다.Accordingly, the piston 250 raises the temperature of the air to an optimum combustion state as the piston 250 lowers its rotational force and its own weight, and explodes while igniting aluminum dust with the spark plug 230 just before the bottom dead center. During expansion, the expansion work can be performed by applying a rotational force to the piston 250, the piston connecting rod 22, and the piston and the crank connecting rod 23 and the crank arm 24.

피스톤(250)은 다시 최대 상사점이 되었을때 소기공기와 반응성금속이 공급되면서 배기밸브(240)가 피스톤(250) 하사점 도달 일정 시간동안 열리어 금속산화물은 자중과 압력에, 고온의 공기는 압력에 의해 배출한다.When the piston 250 reaches the maximum top dead center again, scavenger air and reactive metal are supplied, and the exhaust valve 240 opens for a certain period of time to reach the bottom dead center of the piston 250. Discharged by

배출된 공기 및 금속산화물은 공기 열교환기(500)로 소기공기를 데우고 사이클론 집진기(320)에서 반응성 금속과 공기로 분리 되어 공기만 배출되고 금속산화물은 저장한다.The discharged air and metal oxides are heated by the air heat exchanger 500 and separated into reactive metals and air by the cyclone dust collector 320 to discharge only air and store the metal oxides.

또한, 실린더오일용 펌프(30)를 이용하여 실린더오일을 피스톤(250)에 공급하고, 크랭크 케이스 시스템오일 펌프(40)를 통하여 시스템오일을 냉각하며, 스터핑박스 냉각펌프(420)를 이용하여 스터핑박스(410)를 냉각하고, 실린더 냉각용 냉수 이송펌프(60)를 이용하여 실린더블록(220)를 냉각하며, 누유검지챔버(610)를 통하여 하루 누유양을 점검하고, 누유리턴펌프(620)를 이용하여 누유된 오일을 작동유닛(200)에 재공급할 수 있다.In addition, the cylinder oil is supplied to the piston 250 using the cylinder oil pump 30, the system oil is cooled through the crankcase system oil pump 40, and the stuffing box is cooled using the stuffing box cooling pump 420. Cools 410, cools the cylinder block 220 using a cold water transfer pump 60 for cylinder cooling, checks the amount of leakage per day through the leakage detection chamber 610, and operates the leakage turn pump 620. The leaked oil may be resupplied to the operation unit 200 by using.

또한, 본 발명의 작동장치(10)는 이젝터(130)를 작동하여 피스톤 연접봉(22)또는 피스톤 및 크랭크(23) 상승 시간에 맞추어 실린더블록(220) 내로 분진 연료를 공급하는 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다.In addition, the operating device 10 of the present invention operates the ejector 130 to supply the dust fuel into the cylinder block 220 according to the rising time of the piston connecting rod 22 or the piston and crank 23 (not shown). It may further include.

본 발명의 일실시예에 따르면, 분쇄기(110)로 반응성 금속인 알루미늄을 분쇄하고 분쇄된 알루미늄 분진의 폭발성을 이용하여 선박 내연기관 작동유닛(200)의 행정작동을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, aluminum, which is a reactive metal, is pulverized with a crusher 110, and the stroke operation of the ship's internal combustion engine operation unit 200 may be performed by using the explosive properties of the pulverized aluminum dust.

또한, 반응후 산화된 알루미늄을 집진유닛(300)으로 집진하고 전기분해유닛(700)을 통해서 전기분해시켜서 알루미늄을 분리하여 선박에 저장하였다가 재활용할 수 있다.In addition, after the reaction, the oxidized aluminum is collected by the dust collecting unit 300 and electrolyzed through the electrolysis unit 700 to separate the aluminum and store it in a ship for recycling.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 내연기관에 액체의 고체인 반응성금속인 알루미늄 분진을 공기와 혼합하여 알루미늄 분진이 폭발하면 피스톤(250)이 위로 가면서 구동력을 형성하고 반응한 금속은 자중에 떨어지므로 피스톤(250) 및 실린더블록(220) 등에 금속가루가 마모에 주는 영향이 미세하다.In addition, according to an embodiment of the present invention, when aluminum dust, which is a liquid solid reactive metal, is mixed with air in an internal combustion engine and the aluminum dust explodes, the piston 250 moves upward to form a driving force, and the reacted metal is in its own weight. As it falls, the effect of metal powder on the wear of the piston 250 and the cylinder block 220 is small.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.Detailed description of the preferred embodiments of the present invention disclosed as described above has been provided to enable those skilled in the art to implement and practice the present invention. Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the scope of the present invention. For example, a person skilled in the art may use the configurations described in the above-described embodiments in a manner that combines them with each other. Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.The present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention. Therefore, the detailed description above should not be construed as restrictive in all respects and should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention. The invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein. In addition, an embodiment may be configured by combining claims that do not have an explicit citation relationship in the claims, or may be included as a new claim by amendment after filing.

10 : 작동장치
21 : 피스톤 링
22 : 피스톤 연접봉
23 : 피스톤 및 크랭크 연결봉
24 : 크랭크 암
30 : 실린더오일용 펌프
40 : 크램크 케이스 시스템오일 펌프
50 : 시스템 오일 냉각용 열교환기
60 : 실린더 냉각용 냉수 이송펌프
70 : 실린더 냉수 냉각용 열교환기
100 : 투입유닛
110 : 분쇄기
120 : 수용챔버
130 : 이젝터
200 : 작동유닛
210 : 크랭크 케이스
220 : 실린더블록
230 : 점화플러그
240 : 배기밸브
250 : 피스톤
300 : 집진유닛
310 : 석션기
320 : 집진기
400 : 스터핑유닛
410 : 스터핑박스
420 : 스터핑박스 냉각펌프
430 : 냉각용 열교환기
500 : 공기 열교환기
600 : 누유검지유닛
610 : 누유검지챔버
620 : 누유리턴펌프
700 : 전기분해유닛
10: operating device
21: piston ring
22: piston connecting rod
23: piston and crank connecting rod
24: crank arm
30: Pump for cylinder oil
40: Clamp case system oil pump
50: heat exchanger for cooling system oil
60: cold water transfer pump for cylinder cooling
70: heat exchanger for cooling cylinder cold water
100: input unit
110: grinder
120: receiving chamber
130: ejector
200: operation unit
210: crankcase
220: cylinder block
230: spark plug
240: exhaust valve
250: piston
300: dust collection unit
310: suction machine
320: dust collector
400: stuffing unit
410: stuffing box
420: stuffing box cooling pump
430: heat exchanger for cooling
500: air heat exchanger
600: Leakage detection unit
610: leak detection chamber
620: Nuuris turn pump
700: electrolysis unit

Claims (8)

반응성 금속의 미세분진의 폭발성을 이용하여 내연기관을 작동시키는 장치로서.
반응성 금속의 분진들을 생성하고 상기 내연기관에 투입하는 투입유닛;
상기 투입유닛에 연결되어 상기 투입유닛을 통해 투입된 반응성 금속분진을 이용하여 행정운동을 수행하는 작동유닛;
상기 작동유닛에 연결되어 상기 작동유닛에서 반응을 수행한 반응성 금속의 분진을 집진하는 집진유닛;
상기 작동유닛의 일부분에 설치되어 상기 작동유닛의 기밀성 및 수밀성을 강화하는 스터핑유닛; 및
상기 투입유닛과 상기 집진유닛에 각각 연결되어 반응성 금속분진을 설정된 온도의 공기를 거치도록 하여 열교환시키는 공기 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치.
As a device that operates an internal combustion engine by using the explosiveness of fine dust of reactive metal.
An input unit that generates dusts of reactive metals and puts them into the internal combustion engine;
An operation unit connected to the input unit to perform an administrative movement using the reactive metal dust introduced through the input unit;
A dust collecting unit connected to the operation unit to collect dust of the reactive metal reacted in the operation unit;
A stuffing unit installed on a part of the operation unit to enhance airtightness and watertightness of the operation unit; And
And an air heat exchanger connected to the input unit and the dust collecting unit, respectively, for exchanging the reactive metal dust through air at a set temperature.
청구항 1에 있어서,
상기 투입유닛은,
반응성 금속을 미세하게 분쇄하는 분쇄기;
상기 분쇄기에 연결되며 상기 분쇄기를 통해서 분쇄된 반응성 금속분진을 수용하는 수용챔버; 및
상기 수용챔버에 설치되고 상기 작동유닛에 연결되어 반응성 금속 분진을 작동유닛으로 이송시키는 이젝터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치.
The method according to claim 1,
The input unit,
A grinder for finely grinding reactive metals;
A receiving chamber connected to the pulverizer and accommodating the reactive metal dust pulverized through the pulverizer; And
And an ejector installed in the receiving chamber and connected to the operation unit to transfer the reactive metal dust to the operation unit.
청구항 1에 있어서,
상기 작동유닛은,
상부를 형성하면서 크랭크 암을 수용하는 크랭크 케이스;
상기 크랭크 케이스의 하부에 연결되며 상기 내연기관의 행정운동이 수행되는 공간을 제공하는 실린더블록;
상기 실린더블록의 하부에 구비되어 상기 실린더블록 내를 점화시키는 점화플러그;
상기 실린더블록의 하부에 설치되며 상기 실린더블록 내의 공기를 배기하여 유압을 조절하는 배기밸브; 및
상기 실린더블록에 수용되며 상기 크랭크 암에 연결되어 승강운동을 수행하는 피스톤;을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치.
The method according to claim 1,
The operation unit,
A crank case for accommodating a crank arm while forming an upper portion;
A cylinder block connected to a lower portion of the crankcase and providing a space in which an administrative movement of the internal combustion engine is performed;
A spark plug provided under the cylinder block to ignite the inside of the cylinder block;
An exhaust valve installed below the cylinder block and controlling hydraulic pressure by exhausting air in the cylinder block; And
And a piston accommodated in the cylinder block and connected to the crank arm to perform an elevating movement.
청구항 1에 있어서,
상기 집진유닛은,
상기 작동유닛에서 반응을 수행한 후 배출되는 반응성 금속분진을 흡입하는 석션기; 및
상기 석션기에 연결되어 상기 석션기를 통해서 흡입된 반응성 금속분진을 사이클론이나 U트랩 방식으로 집진하는 집진기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치.
The method according to claim 1,
The dust collecting unit,
A suction device for inhaling reactive metal dust discharged after performing the reaction in the operation unit; And
And a dust collector connected to the suction unit and collecting reactive metal dust sucked through the suction unit in a cyclone or U trap method.
청구항 3에 있어서,
상기 스터핑유닛은,
상기 작동유닛의 일부분에 설치되어 상기 작동유닛 및 크랭크 케이스의 윤활유를 밀폐시키는 스터핑박스;
상기 스터핑박스에 연결되어 상기 스터핑박스에 냉수를 제공하는 스터핑박스 냉각펌프; 및
상기 스터핑박스와 상기 스터핑박스 냉각펌프에 각각 연결되어 상기 스터핑박스 냉각펌프로부터 이송되는 유체를 열교환시키는 냉각용 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치.
The method of claim 3,
The stuffing unit,
A stuffing box installed on a part of the operation unit to seal the lubricating oil of the operation unit and the crankcase;
A stuffing box cooling pump connected to the stuffing box to provide cold water to the stuffing box; And
And a cooling heat exchanger connected to the stuffing box and the stuffing box cooling pump, respectively, to heat exchange fluid transferred from the stuffing box cooling pump.
청구항 5에 있어서,
상기 작동유닛과 스터핑유닛에 각각 연결되어 상기 윤활유의 누유를 검지하는 누유검지유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치.
The method of claim 5,
An internal combustion engine operating apparatus using metal dust, further comprising: a leakage oil detection unit connected to the operation unit and the stuffing unit to detect leakage of the lubricating oil.
청구항 1에 있어서,
상기 집진유닛을 통해서 집진되어 산화된 금속산화물에서 반응성 금속을 전기분해하여 추출하는 전기분해유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치.
The method according to claim 1,
An apparatus for operating an internal combustion engine using metal dust, further comprising: an electrolysis unit for electrolyzing and extracting reactive metals from metal oxides which are collected through the dust collection unit and oxidized.
청구항 1에 있어서,
반응성 금속은 철 또는 알루미늄;인 것을 특징으로 하는 금속분진을 이용한 내연기관 작동장치.
The method according to claim 1,
The reactive metal is iron or aluminum; an internal combustion engine operating device using metal dust, characterized in that.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950019067A (en) * 1993-12-28 1995-07-22 김태국 Reburn Internal Combustion Engine
KR101444119B1 (en) 2007-08-22 2014-11-03 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 A method for operating an internal combustion engine and a control and regulation device

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