KR20000024221A - 고온기 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료를 연소하여 그 연소열을 이용한 열 엔진에 관한 것이다.

고온기 엔진은 압축기에서 압축공기를 생산하여 열교환기의 가열에 의해 압축공기의 체적 팽창에 의한 팽창기의 작동력 증가가 이루어지는 고온기엔진은 열교환기를 필요로 하는 외연기관으로 배기가스의 오염을 개선하는 목적과; 유압에너지에 의해 직선 왕복운동으로 압축공기를 생산하는 압축기와, 가열된 압축공기에 의해 직선 왕복운동으로 유압에너지를 생산하는 팽창기의 유압에너지로 유압모타의 구동력이 이루어지고 유압에너지의 여분이 축압기에 저장되는 것과; 유압모타에 의한 회전 영역이 가역적이면서 변속범위가 무단계로 이루어지는 것과; 압축기의 공기 압축열원과 팽창기의 냉각열원으로 냉각수의 증기에너지를 유도,증기엔진의 직선 왕복작동에 의한 유압에너지의 생산과; 열교환기의 구조가 가스터빈식으로 구성되어 가스터빈축에 유압펌프에 의한 유압에너지가 생산되는 다양한 매체로 유압에너지를 생산하여 유압모타에 의한 구동장치가 이루어지는 특징을 갖는 고온기엔진.

Description

고온기 엔진{HIGH TEMPERATURE AIR ENGINE}

본 발명은 연료를 연소하여 동력을 발생하는 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기를 가열하면 공기의 체적이 팽창되는 원리를 이용, 압축기로 압축공기를 생성하여 열교환기에서 압축공기를 가열, 압축공기의 체적을 증대시켜 고온의 압축공기를 고온기 엔진의 팽창기 작동 유체로 활용되는 외연 엔진의 고온기 엔진 분야에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 열 엔진은 연료를 열원으로 하여 그 연소에 의한 열 에너지를 작동 유체에 주어 열 팽창시켜 작동유체가 팽창하려는 기계적 에너지를 축 토크 또는 유체의 분출로 바꿔 동력을 원칙으로 얻는 계열의 엔진이다.

따라서 열 엔진은 예외 없이 저온으로 용적이 작은 작동 유체에 열을 가해 고온으로 만들기 위한 온도차가 중요하며 온도의 차가 클수록 작동 유체의 팽창력의 차도 크게 얻을 수 있다.

열 엔진은 연료의 연소 방법, 작동 유체의 종류와 팽창의 과정, 엔진의 주기구,발생 동력의 상태 등에 의해 크게 외연 엔진과 내연 엔진으로 구분된다.

외연 엔진은 원칙적으로 엔진 본체 외부의 보일러로 연료를 연소시켜 보일러내의 물에 그의 열을 주어 수증기로 만들어 팽창 압력을 갖는 작동 유체로서 과열 증기를 엔진 본체로 유도하여 연속하는 동력으로 바꾸는 방식의 증기 엔진에는 작동 유체의 팽창 압력을 피스톤의 왕복 운동을 받아 이것을 크랭크축의 토크로 바꾸는 용적형 피스톤식과 자동 유체의 압력을 터빈으로 받아 그의 터빈축에 토크를 일으키는 속도형 터빈식으로 분류한다.

증기엔진은 석탄이나 중유 등의 저질 연료도 사용할 수 있으며, 증기 팽창압력을 일정하게 유지하면 축의 회전 속도 영역이 크게되어 변속기를 생략할 수 있는 잇점과, 축의 회전 속도의 고저에 관계없이 토크가 일정한 것,엔진 자신이 회전을 시작하는 것, 외부 연소에 의한 배기가스 오염의 감소 등의 엔진으로서 큰 장점이 있으나 그 반면에 엔진 외부에 용적과 중량이 큰 보일러를 필요로 하고, 또 증기를 복수화 하는 방열기의 대형화가 불가피 하며, 엔진의 운전을 시작하기 전에 물을 과열 증기로 만들 때까지 상당한 시간이 지연되는 문제와 물을 급속 가열 하여 가속성을 필요로 할때 물의 급속 가열 지연과, 운전과 정지를 반복하며 출력 범위가 넓어야 하는 자동차용 외연 엔진으로는 부적합하며,무엇 보다도 물을 증기화 시킬때 물의 내부 에너지 변화에 따른 에너지의 열효율이 크게 저하되는 여러가지 문제점이 있다.

내연 엔진은 연료의 연소와 작동 유체의 팽창을 모두 엔진의 내부에서 동시에 행하는 방식의 열 엔진 이기 때문에 보일러 등의 연소장치가 필요 없으며,소형 경량이라는 큰 장점과, 소규모의 시동 장치에 의해 단시간에 시동시킬 수 있으며, 소출력의 것으로 부터 대출력의 것까지 광범위하게 제작할 수 있으며, 출력의 가속성을 신속하게 조절할 수 있는 장점으로 자동차 엔진으로는 적합하나 열효율이 저하되는 문제와 엔진의 고온화에 따른 냉각장치의 불가피함, 엔진의 최저 회전 범위가 정해진점, 엔진의 출력에 반드시 변속기를 장착해야 하는 것, 차량의 엔진 브레이크 제동시 엔진의 계속된 운전으로 불 필요한 연료가 소비되는 문제와, 양질의 연료를 필요로 하는 문제 등이 있으며, 무엇 보다도 배기 가스의 오염이 심각한 문제로 대두 되고 있다.

그리고 대부분의 열 엔진은 엔진의 회전 출력이 부하단과 연동되는 특성으로 엔진에서 발생되는 남는 여분의 에너지를 저장 할 수 없는 단점으로 엔진의 부하단 제동으로 발생되는 에너지의 재활용이 어려운 문제점과, 엔진의 회전출력을 역전 시킬수 없는 단점으로 별도의 역전 장치가 요구되는 여러 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 여러 문제점을 해소하기 위해 연출한 것으로, 공기를 가열 하면 공기의 체적이 공기의 가열 온도에 비례된 체적 팽창이 이루어 지는 원리를 이용한 것으로, 압축공기를 생산하는 압축기가 유압 에너지에 의해 직선 왕복 작동되는 피스톤식의 자동 왕복식 고온기 엔진의 압축기와; 압축공기를 가열 하는 열교환기에 의해 연료의 연소를 외부에서 행하는 외연엔진으로 배기가스 오염을 개선하는 것과; 고온으로 가열된 체적 팽창성을 갖는 압축공기의 작동 유체에 의해 직선 왕복 작동으로 유압에너지를 생산하는 피스톤식 고온기 엔진의 팽창기와; 상기 고온기 엔진의 압축기와 팽창기가 밀폐된 냉각 탱크내 냉각수에 잠몰 내설되어 압축기의 공기 압축열의 효과적 냉각열원과, 팽창기의 냉각열에 의해 냉각 탱크내 냉각수의 증기화를 유도, 증기 에너지의 작동유체에 의해 직선 왕복 작동으로 유압에너지를 생산하는 자동왕복 2행정기관의 피스톤식 증기 엔진과; 유압 에너지원으로 회전출력이 이루어 지면서 회전 출력의 구동력 제동시 유압에너지를 생산하는 가역식 유압모타와; 유압 에너지를 저장하는 축압기와; 유압 에너지를 고압으로 증압하는 증압기에 의해 상기의 문제점이 해소되고 또한 열교환기는 가스터빈식으로 환상의 원통형으로 구성되어 열교환기의 일단부에 회전 방식의 압축기가 내설되는 것과; 열교환기의 외통과 내통으로 형성된 압축공기의 유로가 연소기의 입측으로 형성되어 압축공기에 의해 내통 외주로 열전달 손실을 회수하는 것과; 열교환기의 연소기 입측부에 교축부를 형성한 배기터빈이 내설되어 팽창기의 배기열 및 배기압으로 작동되면서 배기열이 연소용 공기로 활용 되도록 열교환기 타단부에 배기공기 유입구가 구성되는 것과; 열교환기의 내측 중간부에 교축부 형성에 의한 또 다른 가스터빈이 내설되어 열교환기의 열효율을 증대 시키는 것과; 상기 가스터빈과 교축부에 의해 저열교환실과 고열교환실로 구획되는 것과; 상기 저열교환실과 고열교환실에 열교환관이 유입관에서 각각 분기되어서 크고 작은 각각의 내통에 나선형으로 일정 간격으로 밀착 회설 되는 것에 의해 열교환관의 전열면적 증대와,압축공기 체류시간 지연으로 열교환성이 증가되는 것과; 열교환기의 내통에 일정 간격으로 회설되는 열교환관에 의해 연소가스의 배기유로가 형성되어 연소가스의 배기 흐름이 각각의 내통에 나선형으로 이루어져 연소가스의 체류시간 지연과, 연소가스가 열교환관에 원활히 접촉되는 특징으로 열교환성이 크게 증가되어 열교환기의 용적이 감소되는 것과; 열교환기의 가스터빈축에 발전기와 유압펌프가 설치되어 유압펌프의 유압에너지 생산에 의한 가스터빈의 고속회전에 따른 감속 수단을 감소 시키는 것에 의해 열교환기의 에너지 이용율과, 열효율이 월등히 향상되는 목적을 갖는 고온기 엔진은 다양한 매체로 유압 에너지를 생성하여 유압에너지에 의한 유압모타의 구동력으로 부하 수단이 이루어지는 특징을 갖는 고온기 엔진.

도 1은 본 발명의 고온기 엔진의 개략도

도 2는 본 발명 고온기 엔진의 계통도

도 3은 본 발명의 에너지 싸이클의 한 실시예를 예시한 공정도

도 4는 본 발명의 열교환기의 단면도

도 5는 열교환기의 연소가스와 열교환관의 압축공기 흐름을 예시한 상태도

도 6은 제 4도의 A-B 선상의 단면도

도 7은 본 발명 고온기 엔진의 팽창기 단면도

도 8은 본 발명 고온기 엔진의 압축기 단면도

도 9는 압축기 개폐발브의 단면도

도 10은 고온기 엔진의 냉각 목적을 갖는 냉각탱크의 단면도

도 11은 고온기 엔진의 압축기와 팽창기의 실린더 단면적을 비교한 예시도

도 12는 본 발명의 증기엔진 단면도

도 13는 증기엔진의 개폐발브 단면도

도 14는 본 발명 개폐발브의 파일롯트 제어발브 단면도

도 15는 본 발명의 유압 흡입·토출 첵크발브의 단면도

도 16은 본 발명의 피스톤 일부를 예시한 단면도

도 17은 본 발명의 증압기 단면도

도 18은 증압기의 자동왕복 작동의 회로도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 공기 필터 2 : 순환 펌프 3a : 전동 팬

4 : 피스톤 5 : 증기엔진 9 : 열교환기

10 : 회전 압축기 11 : 가스터빈 13 : 연소기

14 : 유압 펌프 14a : 감속 기어 15 : 발전기

17 : 압축공기 유입구 19 : 열교환관 29 : 팽창기

35 : 압축기 45 : 냉각 탱크 45a : 안전발브

54 : 증압기 82 : 유압 모타 83 : 축압기

84 : 유량조절 발브 85 : 방향제어 발브 86 : 제동유지 발브

87 : 절환발브 88 : 기동 절환발브 89 : 오일 탱크

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부 도면 제1도는 본 발명 고온기 엔진의 개략적 구성도인 것으로,

본 발명의 고온기 엔진은 유압에너지에 의해 공기를 압축하는 압축기(35)와, 압축된 공기로 작동되어 유압에너지를 생산하는 팽창기(29)와, 압축공기를 가열하는 가스터빈식 열교환기와(9), 유압에너지로 회전 구동력을 갖는 유압모타(82)의 기본 시스템에 냉각탱크(45)의 냉각수 증기화를 유도한 상기 압축기(29)와 팽창기(35)가 냉각 탱크(45)내 냉각수에 잠몰 내설되는 것과, 냉각수 탱크(45)의 냉각수 증기에너지로 작동되어 유압에너지를 생산하는 증기엔진(5) 및 방열기(3),순환펌프(2)로 이루어지는 것과, 상기 열교환기(9)에서 연소가스의 속도형 에너지와 고온기 엔진의 팽창기 배기열 회수에 따른 배기압의 속도형 에너지를 이용하는 가스터빈식 열교환기의 구성에 따른 유압에너지를 생산하는 유압펌프(14)와 발전기(15)가 가스터빈축(11a)에 설치되는 것과, 유압에너지를 증압하는 증압기(54)와, 유압에너지를 저장하는 축압기(83) 및 오일탱크(89), 유압모터의 유량조절발브(84) 및 방향제어발브(85), 제동유지발브(86), 압축기의 기동발브(88) 등으로 본 발명의 개략적 구성이 이루어진다.

고온기 엔진을 시동하고자 기동발브(88)를 절환하면 축압기(83)의 유압이 열교환기(9)의 가스터빈(11)축에 연동된 가역적 유압펌프(14)의 흡입측에 작용되어 유압펌프(14)의 유압모타 작용에 의해 가스터빈축(11a)의 회전 작용이 이루어져 가스터빈(11a)의 회전 압축기(10)가 구동되어서 열교환기(9)의 연소기(13) 연소용 공기가 공급되어 열교환기(9)의 연소가 이루어진다.

상기 축압기(83)의 유압원으로 구동되는 유압펌프(14)의 유압모타 작용에 의한 유압펌프(14)의 토출 유압은 고압의 유압으로 토출되어 고온기 엔진의 압축기(35) 유압 에너지원으로 활용되어 압축기(35)의 왕복작동을 유도, 압축기(35)에서 고압의 압축공기가 생산되어 열교환기(9)에 의한 압축공기의 가열이 이루어 진다.

열교환기(9)에서 가열된 압축공기는 상기 압축기(35)의 동압 하에 체적이 크게 팽창되어 고온기 엔진의 팽창기(29)에 작용, 팽창기(29)의 직선 왕복작동에 의한 유압에너지가 생산되어 축압기(86), 또는 증압기(54)를 경유하여 유압모터(82)에 작용되어 고온기 엔진의 구동력이 이루어진다.

상기 팽창기(29)에서 작동 유체로 활용된 가열된 압축공기는 고열을 갖는 배기열 형태로 열교환기(9)의 연소용 공기로 재활용 되는 과정에 연소기(13) 입측에 설치된 또 다른 배기터빈(12)을 회전시겨 가스터빈축(11a)의 회전력을 증대시켜 가스터빈축(11a)에 연동된 유압펌프(14)의 유압에너지 생산으로 유압펌프(14)에 의한 고온기 엔진의 압축기(35) 유압 에너지원으로 전량 활용되면 상기한 기동발브(88)의 유로가 절환되어 유압펌프(14)의 흡입 작용이 이루어진다.

고온기 엔진의 압축기(35)와 팽창기(29)가 냉각 탱크(45)의 냉각수에 잠몰되어 있으 므로 압축기(35)의 공기 압축열과 팽창기(29)의 냉각 열원에 의해 냉각수의 팽창 증기가 발생, 증기 에너지로 직선 왕복작동되는 증기엔진(5)에서 유압에너지가 생산되어 증압기(54)를 경유하여 유압에너지의 저장 또는 유압모타(82)에 의한 활용이 이루어 지고 증기엔진(5)에 활용된 증기의 배기는 방열기(3)를 거쳐 순환펌프(2)에 의해 냉각수 탱크(45)로 환수 된다.

유압모타(82)의 구동은 유량조절발브(84)와 방향제어발브(85)의 조작과 제동유지발브(86)의 개폐에 의해 제어된다.

미 설명부호 45a은 냉각 탱크(45) 안전발브이다.

첨부 도면 제 2도는 본 발명 고온기 엔진의 계통도를 예시한 것으로,

고온기 엔진의 열교환기(9)의 연소기(13) 연소열에 의해 가스터빈(11)(12)의 회전력이 발생되면 저압 압축기(10)의 임펠라가 연동되어 저압의 공기가 열교환기(9)의 연소기(13)에 공급되고, 또한 가스터빈(11)과 배기터빈(12)에 연동된 유압펌프(14)의 작동으로 유압 에너지가 고온기 엔진의 압축기(35)에 작용되어 상개형 개폐발브(43)와 상폐형 개폐발브(44)의 연속적 개·폐작동에 의해 압축기(35)는 직선 왕복작동을 반복하며 압축공기를 생산 하는데 있어서, 상기의 개폐발브(43)(44)는 압축기(35)의 내부 파일롯트 압력으로 작동되는 파일롯트 입력발브(49a)와 파일롯트 해체발브(49b)의 파일롯트 압력 신호로 이루어 진다.

고온기 엔진의 압축기(35)에서 생산된 압축공기가 열교환기(9)의 열교환관(19)에서 연소 열에 의해 고온으로 가열되면, 압축공기의 팽창 체적이 크게 증가 되어 고온기 엔진의 팽창기(29)에 작용되고, 팽창기(29)는 가열된 압축공기에 의해 직선 왕복운동을 하면서 유압에너지를 연속적으로 생산 하는데 있어서, 팽창기(29)의 연속적 왕복작동은 팽창기(29)의 유압 발생에 따른 파일롯트 압력 발생으로 작동되는 파이롯트 입력발브(49a)와 파일롯트 해체발브(49b)의 또 다른 파일롯트 압력 신호로 작동되는 상개형 개폐발브(33)와 상폐형 개폐발브(34)의 개·폐 제어에 의해 고온기 엔진의 팽창기 연속 왕복 작동이 이루어진다.

고온기 엔진의 팽창기(29)에서 생산된 유압에너지는 유압모타(82)의 부하에 따라 증압기(54)에 의한 증압의 형태, 또는 증압을 생략한채 유압모타(82)에 작용되어 유압에너지에 의한 유압모타(82)의 구동 부하 작용이 이루어 진다.

고온기 엔진의 팽창기(29)에 작동 유체로 활용된 고온의 압축공기는 높은 배기 열에너지가 있으므로 열교환기(9)의 연소기(13) 연소용 공기로 재활용 되는 과정에 배기압을 이용하는 배기터빈(12)의 구동 에너지로 활용된다.

열교환기(9)내 연소 열의 대부분은 압축공기의 가열에 사용되고 연소 열의 일부 열 에너지에 의해 연소가스의 속도형 에너지를 동력으로 하는 가스터빈의 구동력에 의해 유압펌프(14) 및 발전기(15)의 구동원이 된다.

고온기 엔진의 냉각 탱크(45)에는 압축기(35)의 공기압축 열원과 팽창기(29)의 냉각 열원에 의해 냉각수의 증기 압력이 발생, 냉각 탱크(45)의 증기 에너지로 작동되는 증기엔진(5)은 상개형 개폐발브(47)와 상폐형 개폐발브(48)의 개·폐작동에 의해 연속적인 왕복작동을 하며 유압에너지를 생산하는데 있어서, 개폐발브(47)(48)는 증기엔진(5)내부에서 발생되는 유압의 파일롯트 압력으로 작동되는 파일롯트 입력발브(49a)와 파일롯트 해체발브(49b)의 파일롯트 압력 신호로 작동된다.

증기엔진(5)에서 배기되는 증기는 방열기(3) 및 냉각팬(3a)에 의해 복수화가 이루어져 순환 펌프(2)에 의해 냉각 탱크(45)로 복귀 된다.

냉각 탱크(45)의 증기 과압 발생시 안전발브(45a)가 작동되어 과압증기를 외부로 토출 시킨다.

유압모타(82)는 유량조절발브(84)와 방향절환발브(85)의 제어에 의한 파일롯트 압력으로 작동되는 제동유지발브(86)의 개폐에 의해 구동이 이루어지며 유압모타(82)의 구동 제동시 제동 파일롯트 압력(91)으로 작동되는 제동절환발브(87)의 절환에 의해 유압모타(82)의 토출 유로가 증압기(54)와 연통되어 유압모타(82)의 회전력으로 이루어지는 유압모타(82)의 펌프작용으로 이루어지는 유압을 증압기(54)에서 증압하여 축압기(83)에 저장시킨다.

본 발명 고온기 엔진의 시동은 축압기(83)에 저장된 유압에너지가 기동절환발브(88)의 개·폐에 의해 가스터빈축의 유압펌프(14)에 작용되어 유압펌프의 유압모타 작용으로 이루어 진다.

축압기(83)의 과 압력 유압 발생시 릴리프 발브에 의해 과 압력이 오일탱크로 드레인 된다.

첨부도면 제3도는 본 발명 고온기 엔진의 에너지 싸이클의 한 실시예를 예시한 것으로, 압축기(C2)에 의한 10 Bar의 압축공기는 350~450℃의 압축열이 발생되어 냉각 탱크(B)의 냉각수에 의해 150~200℃로 냉각되고, 열교환기(H)에서 10 Bar의 압축공기가 1000℃로 가열되어 고온기 엔진의 팽창기(E1)에서 팽창하여 유압에너지로 변환되면서, 300~400℃로 저하 배기되어 1~2 Bar의 배기압으로 열교환기(H)의 배기터빈(T1)을 거쳐 열교환기(H)의 연소용 공기로 활용, 배기열이 열교환기(H) 및 배기터빈(T1)에서 회수된다.

열교환기(H)의 저압 압축기(C1)에 의해 일부 저압의 압축공기가 상기 배기열의 배출공기와 함께 연소용 공기를 이루어 연료의 연소가 이루어지고 연소가스의 온도가 600℃구간에 가스터빈(T2)에 의한 속도형 에너지가 회전 동력으로 변환, 상기 배기터빈(T1)과 가스터빈(T2)의 회전출력에 의한 유압펌프(E2)의 유압에너지가 발생되어 고온기 엔진 압축기(C2)의 작동 유압에너지원이 된다.

상기 압축기(C2)의 압축열원과 팽창기(E1)의 냉각열원에 의한 냉각 탱크(B)의 열교환에 의해 냉각수의 온도가 101~120℃로 가열되어 1~2Bar의 증기가 발생, 증기엔진(E3)에서 유압에너지로 변환되고 증기의 배기과정에 방열기(R)에 의한 복수화가 이루어져 순환펌프(P)에 의해 냉각수의 순환이 이루어 진다.

첨부 도면 제4도는 열교환기(9)의 단면도인 것으로,

열교환기(9)는 환상의 원통형으로 구성되어 일단부에 회전 방식의 압축기(10)가 설치되고 열교환기(9)의 내통(26)과 외통(9a)으로 형성돤 압축공기의 유로(23)가 연소기(13)의 입측으로 연통 형성되어 압축공기의 흐름으로 열교환기의 내통(26)외주로 전달 손실되는 열에너지를 회수 할 수 있으며, 상기 연소기(13)의 입측부에 교축부(22)를 형성한 배기터빈(12)이 내설되어 고온기 엔진의 팽창기로 부터 배기되는 배기열과 배기압 공기에 의해 배기터빈(12)이 회전되면서 연소기(13)의 연소용 공기로 배기열이 활용 되도록 열교환기(9)의 타단부에 배기공기 유입구(16)가 구성 되므로 고온기 엔진의 팽창기 배기열 회수에 의한 열교환기의 열효율 향상과, 배기터빈(12)에 의한 에너지 이용율이 증대되며, 열교환기(9)의 중간부(연소가스의 온도가 대략 600℃)에 교축부(21 ) 형성에 의한 가스터빈(11)이 상기 배기터빈(12) 및 압축기(10)축과 일축으로 내설되므로 원형의 공간에 원형의 가스터빈(11)이 최소 용적으로 설치될 수 있으며,연소가스의 온도가 대략 600℃의 구간 이므로 가스터비(11)의 재료선정이 용이하여 가스터빈(11)에 의한 열교환기(9)의 연소가스 속도형 에너지에 의해 회전운동이 이루어 지도록 구성되어, 가스터빈(11) 및 배기터빈(12)의 부하단에 유압펌프(14)와 발전기(15)가 설치되어 열교환기의 열 효율과 열 에너지 이용 효율의 목적을 갖는다.

열교환기(9)는 상기의 가스터빈(11)으로 구획되는 저열교환실(24)과 고열교환실(25)로 구성되어 각 열교환실(24)(25)에 열교환관(19a)(19b)(19c)(19d)이 크고 작은 각각의 원통식 제1 내통관(26a),제2 내통관(26a), 제3 내통관(26a), 제4 내통관(26a)에 나선형으로 일정 간격으로 밀착 회설 되는 방식에 의해 열교환관의 길이 증대에 따른 전열 면적의 증가와 열교환관내 압축공기의 충분한 체류시간 확보로 신속한 열교환이 달성되고, 또한 열교환관이 각각의 내통에 일정 간격으로 나선형으로 회설되어 형성된 연소가스의 배기 유로(28)가 첨부도면 제5도에 예시된바와 같이 열교환기의 내통에 나선형으로 형성되어서 연소가스가 열교환관(19)내의 압축공기 흐름과 반대 흐름의 나선형으로 유동하며 이루어져 연소가스의 충분한 체류시간과,열교환관(19)과 연소가스의 원활한 접촉율에 따른 열교환기(9)의 열교환 효율의 증대로 열교환기(9)의 용적이 크게 감소된다.

열교환기(9)의 가스터빈(11) 교축부(21)에서 제1 내통관(26a)과 제4 내통관(24d )의 열교환관(19a)(19d)이 상호 교차되고, 제2 내통관(26b)과 제3 내통관(26c)의 열교환관(19b)(19c)이 상호 교차되어 열교환관 회설 직경차에 의한 열교환관의 배압차와 온도차를 감소시키는 목적을 갖는다.

열교환기(9)의 배기구(20)에 배기조절발브(20a)가 배치되어 연소가스의 배기량을 제어, 고온기 엔진의 무부하 영역에서 열교환기(9)의 연소가스 배기압을 증대시켜 압축기(10)의 공기 압축열 유도와 팽창기(29)의 배기열에 의한 열교환기(9) 내부에 고온을 유지 하도록 하여 열교환기(9)의 열 교환 응답성을 신속히 이루는 목적을 갖는다.

열교환기(9)는 열교환 유입관(17)에서 4개의 열교환관(19a),(19b),(19c),(19d)으로 분기되고, 토출관(18)에서 접합된다.

미 설명 부호 14a,와 15a은 가스터빈축(11a)의 감속기어 이고 9b은 압축기(10)의 압축공기 디퓨져이다.

첨부 도면 제7도는 본 발명 고온기 엔진의 팽창기 단면도를 예시한 것으로,

두개의 복동식 실린더 구조를 갖는 팽창기(29)의 실린더(30)(31)가 상호 대향되어 일축의 피스톤 로드(29a)와 로드 커버(32)를 상호 공유한 피스톤(30a)(31a)이 피스톤 로드(29a) 양단부에 구성되고 각 피스톤(30a)(31a)과 피스톤 로드(29a)간에 상기 피스톤경 보다 적은 파일롯트 피스톤(30b)(31b)이 형성된다.

팽창기(29)의 각 실린더 해드(30c)(31c)에는 압축공기의 유입구(30g)(31g)와 배기구(30h)(31h)가 있어 압축공기의 유입과 배기가 이루어 지며, 피스톤 로드(29a)측 로드 커버(32) 양단부에 상기 파일롯트 피스톤(30b)(31b)이 출입되는 파일롯트실(30d)(31d)이 형성되어 유압의 유출입구(30e)(31e)로 팽창기(29)의 작동에 따른 유압에너지의 흡입과 토출이 이루어지고, 또한 로드 커버(29a)양단부로 파일롯트 유출구(30f)(31f)가 구성되어 팽창기(29)의 왕복작동을 행하는 파일롯트 압력 신호로 작용된다.

팽창기(29)의 좌측 실린더 해드(30c)에 구성된 압축공기의 유입구(30g)와 배기구(30h)에는 상개형 개폐발브(33)가 배치되고, 팽창기(29)의 우측 실린더 해드(31c)에 구성된 압축공기의 유입구(31g) 및 배기구(31h)에는 상폐형 개폐발브(34)가 배치되어 압축공기에 의한 팽창기(29)의 왕복 작동이 이루어 진다.

팽창기(29)의 피스톤 로드 커버(32)에는 팽창기 실린더 내부의 파일롯트 압력으로 작동되는 파일롯트 제어발브(49)가 구성되어, 팽창기(29)의 왕복 작동으로 이루어지는 파일롯트 압력 신호에 의해 작동되어 또 다른 파일롯트 유압을 상술한 상개형 개폐발브(33)와 상폐형 개폐발브(34)에 작용시켜 개폐발브(33)(34 )의 개·폐시기가 이루어 진다.

파일롯트 제어발브는 첨부도면 제14도에 상세히 예시되어 있다.

팽창기(29)의 피스톤 로드커버(29a) 유압 유출입구(30e)(31e)에는 유압 흡입,토출첵크발브(8)가 배치되며 이 유압 흡입,토출첵크발브(8)는 첨부 도면 제15도에 상세히 예시되어 있다.

팽창기의 피스톤은 첨부도면 제16도에 상세히 예시되어 있다.

팽창기(29)의 상개형 개폐발브(33)는 상기 파일롯트 제어발브(49)의 파일롯트 유압으로 작동되는 발브작동체(33b)가 스프링(33m)의 탄발력으로 가압되어 실린더(33)에 탄지되고 작동체의 로드(33c)에 유입발브체(33g)와 배기발브체(33k)를 한 몸체로 하는 플란자형의 개폐발브체(33a)가 연결대(33d)에 의해 상기 작동체 로드(33c)와 일축으로 구성된다.

상기 개폐발브체(33a)는 유입포트(33f)와 배기포트(33i)로 왕복 출입하며 각 포트(33f)(33i)를 열던가 차단하고, 유입포트(33f)와 배기포트(33i)간에는 격막구(33h)가 구성되는 것에 의해 유입포트(33f)와 배기포트(33i)가 상호 독립적으로 형성 되므로 압축공기의 유입 흐름과 배기 흐름이 상호 무간섭 작용으로 원활하게 이루어진다.

유입포트(33f)의 입측에 압축공기의 유입구(33e)가 배치되고, 상개형 개폐발브(33)의 작동체 로드(33c)의 단면적은 개폐발브체(33a) 단면적과 상관 관계로 구성되어 발브체 작동력을 경감 시키는 목적을 갖는다.

상개형 개폐발브(33)는 스프링(33m)의 탄발력으로 개폐발브체(33a)에 의해 유입포트(33f)는 상시 열려있고, 배기포트(33i)는 상시 차단되어 있는 상개형 개폐발브이다.

상폐형 개폐발브(34)는 상기 상개형 개폐발브(33)의 구조와 작용이 동일하나, 스프링(34m)의 탄발력으로 개폐발브체(34a)에 의해 유입포트(34f)는 상시 차단되고 배기포트(34i)는 상시 열려 있는 상폐형 개폐발브이다.

팽창기의 자동 왕복작동 회로도는 첨부도면 제2도에 예시되어 있는 바와 같이 압축공기가 상개형 개폐발브(33)에 의해 팽창기(29)의 좌측 실린더(30)에 작용되어 피스톤(30a)을 우측으로 작동시키면 좌측 실린더(30)의 피스톤(29a) 로드부에서 유압이 발생되어 유출입구(30e)로 유압이 토출 되는데 이때 우측의 유압실에는 피스톤의 작동에 따른 용적 변화로 오일의 흡입 작용과 압축공기의 배기작용이 이루어 진다. 팽창기(29)의 좌측 실린더 파일롯트 피스톤(30b)이 파일롯트 실(30d )에 도달되면 유압의 유출입구(30e)가 파일롯트 피스톤(30b)에 의해 차단 되므로 유압의 유출입구(30e) 차단에 의한 고압의 유압이 발생되어 파일롯트 유출구(30f)로 파일롯트 압력이 토출,파일롯트 제어발브(49)의 파일롯트 입력발브 작동으로 파일롯트 유압이 개폐발브(33)(34)에 작용되어 상개형·상폐형 개폐발브(33)(34)의 파일롯트 압력에 의한 개·폐 역전 작동이 이루어져 팽창기(29)의 좌측 실린더(30) 압축공기는 배기구(30h) 및 배기포트(33i)로 배기되고 우측 실린더(31)의 피스톤(31a)은 상폐형 개폐발브(34)의 개·폐 역전에 의해 압축공기의 작용으로 좌측으로 작동되면서 유압에너지를 생산하여 유출입구(31e)로 유압에너지가 토출된다.

팽창기 우측 실린더(31)의 파일롯트 피스톤(31a)이 파일롯트 실(31d)에 도달되면 유출입구(31e)의 차단에 의해 파일롯트 압력 발생으로, 파일롯트 제어발브(49)의 파일롯트 해체발브가 작동되어 상개형·상폐형 개폐발브(33)(34)의 파일롯트 압력이 제거 되면서 개폐발브(33)(34)의 개·폐역전이 복귀되어 팽창기(29)의 왕복 작동이 반복적으로 이루어진다.

첨부도면 제8도는 고온기 엔진의 압축기 단면도를 예시한 것으로,

두개의 복동실린더 구조를 갖는 압축기(35)의 실린더(36),(37)가 상호 대향되어 일축의 피스톤 로드(35a)와, 로드커버(38)를 상호 공유한 피스톤(36a),(37a)이 피스톤 로드(35a) 양단부에 구성되고 각 피스톤(36a),(37a)과 피스톤 로드(35a)간에 피스톤(36a)(37a)경 보다 적은 파일롯트 피스톤(36b),(37b)이 형성되어 있다.

압축기(35)의 각 실린더 해드(40),(41)에는 흡입 첵크발브(40b),(41b)와 토출 첵크발브(40a),(41a)가 배치되어 토출관(39)과, 흡입관(40c)(41c)으로 연통되는데 있어서 토출관(39)은 상기한 냉각 탱크(45)의 냉각수에 잠몰 되도록 구성, 토출관(39)내의 압축공기에 따른 압축열의 냉각을 신속히 달성하는 구조이다.

압축기(35)의 피스톤 로드 커버(38) 양단부에 상기 파일롯트 피스톤(36b)(37b)이 출입되는 파일롯트 실(36c)(37c)이 형성되는 것에 의해 유압의 유입구(36d)(37d)와 배출구(36e)(37e)가 구성되어 압축기(35)의 자동왕복 개폐발브(42)가 배치되는데 있어서 개폐발브(42)는 첨부도면 제9도에 예시되는바와 같이 상개형 개폐발브(43)와 상폐형 개폐발브(44)의 구조이다.

또 피스톤 로드 커버(38) 양단부에 파일롯트압 유출구(36f)(37f)가 구성되어 압축기(35)의 자동왕복 제어 목적을 갖는 첨부도면 제14도에 예시되는 파일롯트 제어발브(49)가 배치된다.

압축기의 피스톤(36a)(37a)은 첨부도면 제16도에 상세히 예시되어 있다.

압축기의 자동 왕복작동 회로도는 첨부도면 제2도에 예시되어 있는 바와 같이 압축기(35)는 개폐발브(42)의 상개형 개폐발브(43)에 의해 유압에너지가 좌측 실린더(36)의 유입구(36d)를 통해 피스톤 로드(35a)측의 피스톤(36a)에 작용되어 피스톤(36a )을 좌측으로 작동시켜, 압축기(35)의 좌측 실린더(36)에 피스톤(36a) 작동에 따른 압축공기가 생산되어 토출 첵크발브(40a)로 토출 되고, 이때 우측 실린더(37)에는 흡입 첵크발브(41a)로 공기의 흡입 작용 작용이 이루어진다.

유압에너지에 의해 좌측 실린더(36)의 피스톤(36a) 작동으로 우측 실린더(37)의 파일롯트 피스톤(37b)이 파일롯트 실(37c)에 도달되면 우측실린더(37)의 유입구(37d) 및 배출구(37e)의 차단에 의한 오일 드레인이 차단되면서 파일롯트 압력이 발생되어 파일롯트 유압이 파이롯트 유출구(37f)로 토출 되므로 파일롯트 제어발브(49)의 파일롯트 입력발브 작동에 따른 또다른 파일롯트 유압이 상개형·상폐형 개폐발브(43)(44)에 작용되어 개폐발브(42)의 개·폐역전이 이루어 진다.

압축기(35)의 개폐발브(42) 개·폐역전에 의해 유압에너지가 압축기(35)의 우측실린더(37)의 피스톤 로드(35a)부 피스톤(37a)에 작용하여 피스톤(37a)을 우측으로 작동시키므로 우측실린더(37)에는 피스톤(37a) 작동에 따른 압축공기가 발생되어 토출첵크발브(41a)로 압축공기가 토출되고 좌측실린더(36)에는 공기의 흡입 작용이 이루어진다.

압축기(35)의 우측실린더(37) 피스톤(37a) 작동으로 좌측실린더(36)의 파일롯트 피스톤(36b)이 파일롯트 실(36c)에 도달되면 파일롯트 실(36c)에 구성된 유압 유입구(36d) 및 배기구(36e)가 차단되므로 배기구(36e)로 오일의 드레인이 차단되면서 파일롯트 압력이 발생 파일롯트 유압이 파일롯트 유출구(36f)로 토출되어 파일롯트 제어발브(49)의 파일롯트 해체발브의 작동이 이루어져 상기 개폐발브(42)에 작용했던 파일롯트 유압이 제거 되면서 상기 개폐발브(42)의 개·폐역전 작동이 복귀되는 것에 의해 압축기(35)의 왕복 작동이 반복하여 자동적으로 이루어 지면서 압축기(35)에서 압축공기가 생산되어 토출관(39)의 냉각에 의한 압축공기의 압축열이 냉각된다.

압축기의 파일롯트 제어발브(49)는 첨부도면 제14도에 상세히 예시된바와 같다.

첨부도면 제9도는 압축기(35)의 개폐발브(42) 단면도를 예시한 것으로,

상개형 개폐발브(43)와 상폐형 개폐발브(44)가 유압의 배출구(42a)를 상호 공유한 일체형의 개폐발브(42)로 형성된다.

상개형 개폐발브(43)와 상폐형 개폐발브(44)의 구성, 작용은 상기한 팽창기(29 )의 상개형 개폐발브(33)와 상폐형 개폐발브(34)의 구조 작용과 동일하다.

압축기(35)의 상개형 개폐발브(43)는 상기 파일롯트 제어발브(49)의 파일롯트 유압으로 작동되는 발브작동체(43a)가 스프링(43p)의 탄발력으로 가압되어 실린더(43)에 탄지되고 작동체의 로드(43b)에 유입발브체(43i)와 배기발브체(43m)를 한 몸체로 하는 플란자형의 개폐발브체(43k)가 연결대(43g)에 의해 상기 작동체 로드(43b)와 일축으로 구성된다.

개폐발브체(43k)는 유입포트(43h)와 배기포트(43f)로 왕복 출입하며 각 포트(43h)(43f)를 열던가 차단하고, 유입포트(43h)와 배기포트(43f)간에는 격막구(43j)가 구성되는 것에 의해 유입포트(43h)와 배기포트(43f)가 상호 독립적으로 형성 되므로 압축공기의 유입 흐름과 배기 흐름이 상호 무간섭 작용으로 원활하게 이루어진다. 유입포트(43h)의 입측에 압축공기의 유입구(43c)가 배치되고, 상개형 개폐발브(43)의 작동체 로드(43b)의 단면적은 개폐발브체(43k) 단면적과 상관 관계로 구성되어 발브체 작동력을 경감 시키는 목적을 갖는다.

상개형 개폐발브(43)는 스프링(43p)의 탄발력으로 개폐발브체(43k)에 의해 유입포트(43h)는 상시 열려있고, 배기포트(43f)는 상시 차단되어 있는 상개형 개폐발브이다. 상폐형 개폐발브(44)는 상기 상개형 개폐발브(43)의 구성과 작용이 동일하나, 스프링(44p)의 탄발력으로 개폐발브체(44k)에 의해 유입포트(44h)는 상시 차단되고 배기포트(44f)는 상시 열려 있는 상폐형 개폐발브이다.

첨부도면 제10도는 고온기 엔진의 압축기와 팽창기를 냉각하는 냉각 탱크의 단면도를 예시한 것으로,

냉각 탱크(45)의 하측에 압축기(35)가 상측에 팽창기(29)가 배치 고정되어 냉각수에 잠몰 되는데 있어서, 압축기(35)의 토출관(39)은 냉각수에 잠몰되어 충분한 냉각이 이루어지도록 배치된다.

냉각 탱크(45)에는 압축기(35)의 공기 압축열원과 팽창기(35)의 냉각열원에 의해 냉각수의 온도 상승에 기인된 냉각수의 수증기가 발생, 증기압의 토출구(45b)와 과압 증기의 안전발브(45a)가 냉각탱크(45)상단에 구비되고 또 냉각 탱크(45)하측에 냉각수 순환관(45d) 및 순환 펌프(2)가 배치된다.

미 설명부호 (45c)은 온도 검지기이다.

첨부 도면 제11도는 팽창기와 압축기의 실린더 단면적의 상관 관계를 예시한 것으로, 팽창기의 실린더(29) 단면적은 압축기 실린더(35)의 단면적 보다 2.5~3.5배 크게 구성 되는데 이것은 고온기 엔진의 압축기와 팽창기가 압축공기의 동압 하에 작동 될때 압축공기의 가열온도에 비례된 압축공기의 체적 팽창율 만큼 팽창기의 피스톤 단면적의 증가가 이루어져 압축공기의 동압 하에 작동되는 팽창기의 작동력을 압축기의 작동력 보다 2.5~3.5배 증가 시킬수 있다.

팽창기의 피스톤경(D)을 피스톤의 행정(L)보다 크게하면 팽창기 실린더(29) 냉각에 의한 가열된 압축공기의 냉각 효과를 저하 시키는 목적으로 작동 유체의 체적 팽창 감소의 목적을 갖는다.

압축기의 피스톤경(d)은 피스톤의 행정(L)보다 크게 하여 압축기 실린더(35) 냉각에 의한 압축공기의 압축열 냉각 효과를 유도, 압축공기의 압축성을 향상 시키도록 압축기의 피스톤 경(d)과 피스톤 행정거리(L)가 구성된다..

첨부도면 제12도는 증기엔진(5)의 단면도를 예시한 것으로,

두개의 복동식 실린더 구조를 갖는 증기엔진의 실린더(6)(7)가 상호 대향되어 일축의 피스톤 로드(5a)과 로드커버(5b)를 공유한 피스톤(6a)(7a)이 피스톤 로드(5a) 양단부에 구성되고, 각 피스톤(6a),(7a)과 피스톤 로드(5a)간에 피스톤(6a),(7a)경 보다 적은 파일롯트 피스톤(6b),(7b)이 형성되어 있다.

증기엔진(5)의 각 피스톤 해드(6f)(7f)에는 증기 유출입구(6c)(7c)가 있어 압력 증기의 공급과 배기가 이루어 지며, 피스톤 로드(5a)측 로드 커버(5b) 양단부에 파일롯트 실(6g)(7g)이 형성되며 유압의 유출입구(6d)(7d)가 있어 증기 엔진의 작동에 따른 유압 에너지의 흡입과 토출이 이루어 지고, 또한 피스톤 로드(5a)측으로 형성된 파일롯트 실(6g)(7g)에 파일롯트 유출구(6e)(7e)가 있어 증기 엔진의 왕복 작동을 행하는 파일롯트 압력 신호로 작용된다.

증기엔진의 자동 왕복작동 회로는 첨부도면 제2도에 예시된바와 같이 좌측 증기엔진(6)의 상개형 개폐발브(47)에 의해 증기 유출입구(6c)로 증기가 공급 작용되면 증기엔진(6)의 피스톤(6a)이 우측으로 이동 되면서 촤측의 피스톤 로드(5a)에 유압이 발생 되어 유압의 토출이 유출입구(6d)로 토출된다. 이때 우측 증기엔진(7)의 피스톤(7a)은 우측으로 이동 되면서 유출입구(7c)를 통해 증기의 배출이 이루어 지는 것과 동시 피스톤 로드(5a)측의 유출입구(7d)를 통해 오일의 흡입 작용이 이루어 진다.

좌측 증기엔진(6)의 피스톤(6a)이 우측으로 이동되어 파일롯트 피스톤(6b)이 파일롯트 실(6g)에 도달 되면 유출입구(6d)가 파일롯트 피스톤(6b)에 의해 차단되므로 증기의 동력으로 우측으로 작동되는 좌측 증기엔진의 피스톤(6a)이동에 따른 파일롯트 압력이 발생, 파일롯트 유출입구(6e)로 파일롯트 압이 토출 되어 증기엔진의 우측 작동이 완료된다.

상기 파일롯트 피스톤(6b)의 파일롯트 압력신호에 의한 개폐발브(47)(48)의 개·폐 역전작용으로 우측 증기엔진(7)의 유출입구(7c)로 증기 공급이 이루어지면 상술한 좌측 증기엔진(7)의 작동과 같은 과정을 거쳐 우측 증기엔진(7)의 피스톤 로드(5a)작동에 의한 유압 에너지가 발생되어 유압이 유출입구(7d)를 통해 토출되고, 우측 증기엔진(7)의 파일롯트 피스톤(7b)에 의한 파일롯트 압력 발생으로 우측 증기엔진의 작동이 완료되어 증기엔진의 왕복 작동이 반복하여 이루어 지는 증기엔진이다.

증기엔진의 왕복 작동으로 발생되는 유압의 압력은 작용되는 증기압력 보다 증압되는데 증압 비율은 피스톤(6a),(7a)직경과 피스톤 로드(5a)직경에 의해 이루어진다.

유압의 유출입구(6d)(7d)에는 첨부도면 제 15도의 흡입첵크발브(8a)(8h)와 토출첵크발브(8c)(8d)가 구성되어 증기엔진에 따른 유압 펌프의 기능을 갖는다.

첨부도면 제 13도는 본 발명 증기엔진의 개폐발브(46) 단면도이다.

상개형 개폐발브(47)와 상폐형 개폐발브(48)가 유압의 배출구(46a)를 상호 공유한 일체형의 개폐발브(46)로 형성된다.

상개형 개폐발브(47)와 상폐형 개폐발브(48)의 구성, 작용은 상기한 팽창기(29)의 상개형 개폐발브(30)와 상폐형 개폐발브(31)의 구성, 작용과 동일하다.

증기엔진(5)의 상개형 개폐발브(47)는 상기 파일롯트 제어발브(49)의 파일롯트 유압으로 작동되는 발브작동체(47f)가 스프링(47k)의 탄발력으로 가압되어 실린더(47)에 탄지되고 작동체의 로드(47g)에 유입발브체(47a)와 배기발브체(47b)를 한 몸체로 하는 플란자형의 개폐발브체(47h)가 연결대에 의해 상기 작동체 로드(47g)와 일축으로 구성된다.

개폐발브체(47h)는 유입포트(47i)와 배기포트(47j)로 왕복 출입하며 각 포트(47i)(47j)를 열던가 차단하고, 유입포트(47i)의 입측에 팽창증기의 유입구(47c)가 배치되고, 상개형 개폐발브(47)의 작동체 로드(47g)의 단면적은 개폐발브체(47h) 단면적과 상관 관계로 구성되어 발브체 작동력을 경감 시키는 목적을 갖는다.

상개형 개폐발브(47)는 스프링(47k)의 탄발력으로 개폐발브체(47h)에 의해 유입포트(47i)는 상시 열려있고, 배기포트(47j)는 상시 차단되어 있는 상개형 개폐발브이다. 상폐형 개폐발브(48)는 상기 상개형 개폐발브(47)의 구성과 작용이 동일하나, 스프링(48k)의 탄발력으로 개폐발브체(48h)에 의해 유입포트(48i)는 상시 차단되고 배기포트(48j)는 상시 열려 있는 상폐형 개폐발브이다.

첨부도면 제14도는 본 발명의 팽창기(29)와 압축기(35) 및 증기엔진(5)의 상개형 개폐발브와 상폐형 개폐발브의 개·폐를 행하는 파일롯트 제어발브를 예시한 것으로,

파일롯트 입력발브체(49a)와 파일롯트 해체발브체(49b)가 상호 파일롯트 유출입구(49c)를 공유하여 구성되고, 각 발브체(49a)(49b)에는 피스톤 로드(49d)(49e)로 일체화된 작동체(49f)(49g)가 구성된다.

파일롯트 압력 제어발브(49)의 파일롯트 입력구(49j)로 파일롯트 압력이 작용되면 파일롯트 입력발브 작동체(49f)가 스프링(49l)을 탄발하며 작동되어 파일롯트 입력 발브체(49a)가 열려 지고 유입구(49h)를 통해 항상 고압의 유압으로 작용되고 있던 파일롯트 유압이 유출입구(49c)로 토출된다. 이때 상술한 상개형 개폐발브와 상폐형 개폐발브의 개·폐 역전이 이루어진다.

상기 상개형·상폐형 개폐발브의 개·폐역전이 이루어지면 파일롯트 입력구(49j)의 파일롯트 압력이 제거되어 파일롯트 입력발브체(49a)의 차단이 이루어 지는데 유출입구(49c)의 토출 파일롯트 압력과 유입구(49h)의 공급 유압은 동일 압력으로 평형된 상태이며 유출입구(49c)의 압력은 상기 파일롯트 입력발브체(49a)의 차단에 의해 유지된다.

파일롯트 해체구(49k)로 파일롯트 압력이 작용되면 파일롯트 해체작동체(49g)가 스프링(49m)을 탄발하며 작동되어 파일롯트 해체발브체(49b)가 열리면서 유출입구(49c)로 작용되는 유출구(49c)의 파일롯트 유압이 배출구(49i)로 드레인 된다. 이때 상술한 상개형 개폐발브와 상폐형 개폐발브의 개·폐 역전 작동이 복귀 된다.

첨부 도면 제15도는 본 발명의 팽창기(29)와 증기엔진(5)의 유압 펌프작용에 따른 유압 첵크발브단(8)의 단면도를 예시한 것으로,

하나의 흡입구(8e)를 공유하는 2개의 흡입 첵크발브(8a)(8b)가 서로 대향되어 배치되고, 하나의 토출구(8f)를 공유하는 2개의 토출 첵크발브(8c)(8d)가 서로 대향 배치되어서 흡입 첵크발브(8a)와 토출 첵크발브(8c), 흡입첵크발브(8b)와 토출 첵크발브(8d)가 서로 연통로(8g)(8h)에 의해서 연통된다.

유출입구(8i)(8j)에서 유압의 흡입작용이 이루어 지면 흡입첵크발브(8a)(8b)가 스프링(8k)을 밀어 유압을 흡입시키고, 유출입구(8i)(8j)에서 유압의 토출 작용이 이루어 지면 유압이 연통로(8g)(8h)를 통해 토출구(8f)로 토출된다.

첨부 도면 제16도는 본 발명의 팽창기(29)와 압축기(35) 및 증기엔진(5)의 각 피스톤 일부 단면도를 예시한 것으로, 피스톤(4a)에 작동 유체의 기밀을 유지 하는 피스톤링(50)과, 유압의 기밀을 유지하는 피스톤링(53)이 각각 설치되고 이 피스톤링(50),(53) 사이에 오일 도출홈(52)및 도출로(52a), 오일실(51) 설치 및 오일 도출로(51a)가 구성된다.

피스톤 로드(4a)와 피스톤(4) 간에 파일롯트 피스톤(4c)이 형성된다.

피스톤 로드(4a)의 내측에 오일을 로드(4a) 외측으로 토출하는 토출첵크발브(4c)가 구성되어 상기 도출홈(51a)(52a)으로 부터 유입되는 오일의 토출을 로드(4a)외측으로 피스톤(4)의 흡입 작용과 함께 이루어 지도록 한 것이다.

첨부도면 제17도는 본 발명의 증압기(54) 단면도를 예시한 것으로, 왕복작동 되는 파워 피스톤(55) 양단부로 플란자(56),(56a)가 길게 연장되고 이 플란자(56),(56a)단부와 파워 피스톤(55) 사이에 파워 피스톤(55)경 보다 작은 증압 피스톤(57)(57a)이 구성되어 각각의 증압 유압실(58)(58a),(59)(59a),(60)(60a)이 형성되며, 파워피스톤(55)의 양단부로 증압기(54)의 왕복작동을 제어하는 파일롯트 피스톤(64)(64a)이 돌출 형성되고 이 파일롯트 피스톤(64),(64a)에 조합되는 파일롯트실(65),(65a)이 파워 유압실(66),(66a) 양단부에 형성된다.

상기의 증압 유압실(58)(58a),(59)(59a),(60)(60a)에는 각각 흡입첵크발브(61)(61a),(62)(62a),(63)(63a)와 토출첵크발브(69)(69a),(70)(70a),(71)(71a)가 각각 설치되는데 증압 유압실(58)(58a),(59)(59a)의 흡입첵크발브(61)(61a),(62)(62a)에는 증압기(54)의 토출 압력으로 제어되는 파일롯트식 흡입 첵크발브의 기능을 갖는 파일롯트식 피스톤(72)(72a),(73)(73a)이 스프링(77)에 탄발되어 파일롯트 흡입 첵크발브의 기능을 갖는다.

증압기의 파워 피스톤(55) 우측 유압실(66a)의 유출입구(68a)와 우측 증압실(59a)(58a)의 흡입첵크발브(62a)(61a)에 유압이 작용되면 파워 피스톤(55)과 우측 증압 피스톤(57a) 및 플란자(56a)에 유압이 작용되어 좌측으로 작동된다.

파워 피스톤(55)이 좌측으로 작동되면 우측의 증압실(60a)에 유압의 증압이 이루어져 토출 첵크발브(71a)를 통해 증압된 유압이 토출되고, 또한 좌측의 증압 유압실(58)(59)에도 유압이 증압되어 토출 첵크발브(69)(70)로 토출 되는데 있어서, 토출되는 유압의 압력이 규정된 압 이상으로 상승되면, 상승된 토출 압력이 증압 유압실(58)의 파일롯트식 흡입 첵크발브의 피스톤(72)에 작용하여 흡입 첵크발브(61)의 기능을 해지 시키므로 좌측 증압 유압실(58)의 플란자(56)에 작용되는 압축 오일이 흡입첵크발브(61)를 통해 드레인 되는 작용에 의해서 증압기(54)의 좌측 작동력이 증강되고, 이에 따른 좌측 증압 피스톤(57)의 증압력이 상승되어 증압력이 커 지므로 토출 첵크발브(70)로 토출되는 유압의 증압력이 상승되며 증압기(54)의 증압력이 규정 이상으로 상승되면, 상승된 토출 압력이 증압 유압실(59)의파일롯트식 흡입첵크발브의 피스톤(73)에 작용하여 흡입첵크발브(62)의 기능을 해지 시키므로 좌측 증압실(59)의 증압피스톤(57)에 작용되는 압축 오일이 흡입첵크발브(62)를 통해 드레인 되는 작용에 의해 증압기(54)의 좌측 작동력이 더욱 증강되고, 이에 따른 우측 증압실(60a) 증압 피스톤(57a)에 고압의 유압이 증압되어 토출발브(71a)를 통해 토출된다.

증압기(54)의 파워 피스톤(55) 좌측 작동시 좌측의 증압 피스톤(57) 우측 유압실 흡입첵크발브(63)에는 오일의 흡입작용이 이루어 지는데, 이 흡입 오일은 파워 피스톤(55)의 좌측 드레인 오일이 흡입 되므로 흡입성이 좋아진다.

증압기(54)의 좌측으로의 작동은 파일롯트 피스톤(64)이 파일롯트 실(65)에 도달되면 파일롯트 피스톤(64)이 파워 피스톤(55)의 유출입구(68)를 차단 하는 것에 의해 파워 피스톤(55) 작동에 의한 드레인 압력이 상승되어 증압기 개폐발브의 파일롯트 압력이 형성되는 것에 의해 증압기(54)의 좌측 작동이 완료된다.

증압기(54)의 우측 작동은 상술한 좌측 작동과 동일한 작용이 이루어 진다.

본 발명의 증압기(54)는 저압의 유압을 동력원으로 작동 되어서 고압의 유압으로 증압하는 증압기(54)인바 증압기로 증압되어서 축압기에 저장된 유압의 압력에 따라 증압기(54)에서 대 유량 소증압과, 중 유량 중증압, 소 유량 대증압으로 증압되는 능동적 증압기이다.

상기의 파일롯트식 흡입첵크발브(61)(61a),(62)(62a)의 작용은 첵크발브체의 지지대(74)에 지지되어 있는 파일롯트 피스톤(72)(72a),(73)(73a)이 유출입구(75)(75a),(76)(76a)의 파일롯트 압력에 의해 작동 되면서 첵크발브체를 밀어서 흡입첵크발브의 기능을 해지하는 작용을 하는데 있어서 파일롯트 피스톤(72)에 항상 작용되는 스프링(77)의 탄발력과 파일롯트 압력의 비율로 파일롯트식 흡입첵크발브의 흡입첵크발브 기능이 해지된다.

첨부도면 제18도는 증압기(54)의 자동 왕복작동 및 능동적 증압 회로도인 것으로, 상개형 개폐발브(78)와 상폐형 개폐발브(79)로 증압기(54)의 자동왕복 작동이 이루어지고 상개형 개폐발브(78)와 상폐형 개폐발브(79)의 개·폐 역전은 증압기(54)의 파일롯트 압력 신호로 작동되는 파일롯트 제어발브(80),(81)에 의해 이루어져 증압기(54)의 자동왕복 작동이 이루어진다.

본 발명의 고온기 엔진은 공기를 가열하면 체적이 팽창되는 원리를 이용한 것으로, 압축기에 의한 압축공기가 가스터빈식 열교환기에 의해 고온 가열되어 팽창기의 작동 유체로 활용되므로 고온기 엔진은 외연 엔진으로 열교환기 연소방식에 의한 배기가스의 오염을 크게 개선 할 수있다.

열교환기의 대부분 연소열을 압축공기 가열 열원으로 사용하고 일부 연소가스의 속도형 에너지를 이용한 가스터빈의 구동축에 유압펌프에 의한 유압에너지 생산으로 가스터빈축의 고속 회전에 따른 감속 수단을 크게 개선할 수 있고, 열교환기의 구조를 환상의 원통형으로 코일식 열교환관의 구성에 의해 가스터빈의 설치가 용이하고, 가스터빈이 연소가스의 온도가 대략 600℃ 부근의 곳에 설치 되므로 가스터빈의 재료선정이 용이하다.

열교환기의 연소기 입측에 고온기 엔진의 팽창기로 부터 배기되는 배기열의 회수와 배기압에 의한 또다른 배기터빈의 구성이 이루어져 가스터빈과 일축으로 연동되어 유압펌프에 의한 유압에너지의 생산을 증대 시킬 수 있어 열교환기의 에너지 이용효율이 크게 향상되고, 팽창기의 배기열이 열교환기에 전량 회수 되는 것에 의해 고온기 엔진의 열효율이 월등하다.

열교환기의 열교환관이 원통형의 크고 작은 내통에 코일식 나선형으로 일정 간격으로 밀착 회설되어 연소가스의 흐름을 각 내통에 나선형 흐름으로 유도시켜, 연소가스의 충분한 체류시간과 나선형 열교환관과의 원활한 접촉율에 의한 열교환관의 집적적 열전도 방식으로 열전도율이 증대되어 열교환기의 용적을 감소 시킬 수 있다.

유압에너지에 의해 압축기의 연속적 직선 왕복작동을 간단한 파일롯트 제어발브와, 상개형·상폐형 개폐발브의 구성으로 쉽게 달성 할 수 있으므로 압축기의 구조가 매우 간단하면서 최소의 용적으로 작동되는 장점과, 압축기의 배치성이 우수하여 공기압축열의 효과적 냉각을 쉽게 달성할 수 있다.

가열된 압축공기에 의해 왕복작동을 하며 유압에너지를 생산하는 고온기 엔진 팽창기의 연속적 왕복작동이 간단한 파일롯트 제어발브와, 상개형·상폐형 개폐발브의 구성으로 쉽게 달성 되므로 팽창기의 구조가 간단하면서 최소의 용적율로 최대의 작동 효율을 이룰 수 있다.

압축기와 팽창기가 냉각 탱크의 냉각수에 잠몰 냉각되므로 냉각계통의 구조가 매우 간단하고, 압축기의 공기 압축열원과, 팽창기의 냉각 열원에 의해 냉각수의 가열이 이루어져 냉각수의 증기 에너지에 의한 증기엔진의 왕복작동으로 유압에너지가 발생되는 것에 의해 고온기 엔진의 열효율을 더욱 증대 시킬수 있다.

다양한 매체의 유압 에너지로 회전 구동력을 갖는 유압모타 방식의 고온기 엔진은 다양한 매체의 유압에너지 회수로 회전구동 되므로 열효율을 월등히 향상 시킬 수 있고, 유압에너지에 의해 가역적이며 유압모타의 회전 영역을 무단계로 조정할 수 있어 변속기의 생략이 가능하고, 별도의 클러치나 역전기어를 생략 할 수 있고,유압모타의 제동시 유압에너지를 회수할 수 있고, 여분의 유압에너지 발생시 능동적인 증압기에 의해 고압으로 증압되어 축압기에 저장되는 효과의 연출로 에너지 이용 효율과 열효율이 월등한 특징을 갖는 고온기 엔진.

Claims (9)

1. 공기를 압축기로 압축하여 열교환기에서 가열하면 압축공기의 체적 팽창으로 팽창기의 작동력이 증가되는 열 엔진 분야의 고온기 엔진에 있어서,

   유압에너지에 의해 직선 왕복작동으로 압축공기를 생산하는 피스톤식 고온기 엔진의 압축기와;

   가열된 압축공기에 의해 직선 왕복작동으로 유압에너지를 생산하는 피스톤식 고온기 엔진의 팽창기와;

   압축공기를 가열하면서 연소가스의 속도형 에너지를 회전 운동 에너지로 변환하여 유압에너지를 생산하는 가스터빈식 열교환기와;

   상기 압축기와 팽창기가 냉각 탱크의 냉각수에 잠몰 내설되어 공기 압축열과 팽창기의 냉각 열원으로 냉각수의 증기 에너지를 생산하는 것과;

   냉각 탱크의 증기 에너지에 의해 직선 왕복작동으로 유압에너지를 생산하는 피스톤식 증기 엔진과;

   유압 에너지를 능동적 증압기로 증압하여 저장하는 축압기와;

   유압 에너지로 구동되는 가역식 유압모터, 유압모타의 유량조절발브, 유압모터의 방향제어발브, 유압모터의 제동유지발브로 이루어지는 것에 의해 다양한 매체로 생산되는 유압에너지원으로 유압모타의 회전 구동력이 이루어지는 특징을 갖는 고온기 엔진.
2. 제 1 항에 있어서,

   압축기에 의해 생성된 압축공기를 열교환기에서 가열하여 압축공기의 체적 팽창으로 팽창기의 작동력이 열교환기의 압축공기 가열 온도에 비례하여 증가되는 것과; 팽창기의 실린더 단면적이 압축기의 실린더 단면적 보다 크게 되어 압축기와 팽창기의 동압 하에 작동이 이루어 질때 팽창기의 작동 출력이 크게 이루어지는 외연 엔진을 특징으로 하는 고온기 엔진.
3. 제 1 항에 있어서,

   유압에너지로 작동되는 2개의 복동 실린더 구조를 갖는 압축기의 실린더가 상호 대향되어 피스톤의 양단부에 피스톤 로드와 피스톤 로드커버를 상호 공유하는 것과;

   피스톤 로드커버 내측 양단부로 파일롯트 실이 형성되는 것과;

   피스톤 로드측으로 상기 파일롯트 실로 출입되는 파일롯트 피스톤이 형성되는 것과;

   상기 압축기의 파일롯트 실 양측으로 유압에너지의 유입구와, 배기구가 각각 형성되는 것과;

   상기 압축기의 로드 커버 양단부로 파일롯트 압력 유출구가 형성되는 것과;

   압축기의 실린더 해드 양측으로 공기 흡입 첵크발브와, 압축공기 토출 첵크발브가 배치되는 것과;

   압축기의 양측 토출 첵크발브가 상호 토출관으로 연통되는 것과;

   유압에너지의 개·폐를 제어하는 상개형·상폐형 개폐발브가 압축기에 배치되어 파일롯트 유압으로 작동되어서 압축기의 유압에너지 개·폐에 의한 압축기의 왕복작동이 이루어지는 것과;

   압축기의 왕복작동으로 파일롯트 피스톤의 작용에 의해 파일롯트 압력이 형성되어 이 파일롯트 압력으로 작동되어서 상개형·상폐형 개폐발브의 파일롯트 유압을 제어하는 파일롯트 제어발브에 의한 압축기의 왕복작동이 연속적으로 이루어 지면서 유압에너지에 의해 압축공기를 생산하는 특징을 갖는 압축기의 고온기 엔진.
4. 제 1 항에 있어서,

   가열된 압축공기로 작동되는 2개의 복동 실린더 구조를 갖는 팽창기의 실린더가 상호 대향되어 피스톤의 양단부로 피스톤 로드와 피스톤 로드커버를 상호 공유하는 것과;

   피스톤 로드커버 내측 양단부로 파일롯트 실이 형성되는 것과;

   피스톤 로드측으로 상기 파일롯트 실로 출입하는 파일롯트 피스톤이 형성되는 것과;

   팽창기의 파일롯트 실 양측에 유압에너지의 유출입구가 각각 형성되는 것과;

   상기 팽창기의 로드커버 양단부로 파일롯트 유출구가 각각 형성되는 것과;

   팽창기의 실린더 일측 해드에 압축공기의 개·폐를 제어하는 상개형 개폐발브가 팽창기의 실린더 타측 해드에 압축공기의 개·폐를 제어하는 상폐형 개폐발브가 각각 배치되어 파일롯트 압력으로 작동되어서 팽창기의 왕복작동을 행한는 것과;

   팽창기의 왕복작동으로 파일롯트 피스톤의 작용에 의해 파일롯트 압력이 형성되어 이 파일롯트 압력으로 작동되어서 상개형·상폐형 개폐발브의 파일롯트 유압을 제어하는 파일롯트 제어발브에 의한 팽창기의 왕복작동이 연속적으로 이루어 지면서 압축공기에 의해 유압에너지를 생산하는 특징을 갖는 팽창기의 고온기 엔진.
5. 제 1 항에 있어서,

   고온기 엔진의 압축기 및 압축공기 토출관과, 팽창기가 냉각 탱크의 냉각수에 잠몰 되어 냉각수에 의해 압축기의 공기 압축열의 효과적 냉각 열원과; 팽창기의 냉각 열원으로 냉각수의 증기화가 이루어 지는것과; 증기에너지로 왕복 작동되면서 유압에너지를 생산하는 특징을 갖는 증기 엔진의 고온기 엔진.
6. 제 1 항에 있어서,

   가스터빈식 열교환기는 환상의 원통형으로 구성되어 열교환기 일단부에 회전 방식의 압축기가 내설되는 것과;

   열교환기의 외통과 내통으로 형성된 압축공기의 유로가 연소기의 입측으로 형성된 것과;

   열교환기의 연소기 입측부에 교축부를 형성한 배기터빈이 내설되어 팽창기의 배기열 및 배기압으로 작동되면서 배기열이 연소용 공기로 활용 되도록 열교환기 타단부에 배기 유입구가 구성되는 것과;

   열교환기의 내측 중간부에 교축부 형성에 의한 가스터빈이 내설 되는 것과;

   상기 가스터빈과 교축부에 의해 저열교환실과, 고열교환실로 구획 되는 것과;

   상기 저열교환실과 고열교환실에 열교환관이 크고 작은 각각의 내통에 나선형으로 일정 간격으로 밀착 회설 되는 것과;

   열교환기의 가스터빈축에 발전기와 유압펌프가 연동 설치되어서 유압펌프에 의한 유압에너지 생산으로 가스터빈의 고속 회전에 따른 감속 수단을 감소 시키는 특징을 갖는 열교환기의 고온기 엔진.
7. 제 6 항에 있어서,

   열교환기는 원통형으로 구성되어 열교환관이 유입관에서 분기되어서 크고 작은 각각의 내통에 일정 간격으로 나선형으로 밀착 회설되어 토출관에서 접합 되는 것과;

   상기 열교환기의 크고 작은 각각의 내통에 일정 간격으로 나선형으로 밀착 회설되는 열교환관에 의해 형성된 열교환기의 연소가스 배기유로가 나선형으로 형성되는 것과;

   상기 열교환기 각각의 내통에 형성된 나선형 연소가스 배기유로로 연소가스의 흐름이 나선형으로 이루어져 연소가스의 체류시간 지연과, 연소가스와 상기 열교환관의 원활한 접촉성이 이루어 지는 특징을 갖는 열교환기의 고온기 엔진.
8. 제 6 항에 있어서,

   열교환기는 원통형으로 구성되어 열교환기의 내측에 형성된 교축부에서 각각의 크고 작은 내통에 분기되어 회동된 열교환관의 상호 교차가 이루어져 열교환관의 회동 직경 차에 의한 열교환관의 배압 차와 열교환성을 상호 교차하는 것에 의해 열교환기의 열효율성이 증가되는 특징을 갖는 열교환기의 고온기 엔진.
9. 제 3항에 있어서,

   압축기의 직선 왕복작동을 행하는 상개형 개폐발브와 상폐형 개폐발브의 작동은 압축기 내부 파일롯트 압력의 파일롯트 제어발브 작동에 의한 파일롯트 압력으로 작동되는 특징에 있어서,

   상개형 개폐발브와 상폐형 개폐발브는 파일롯트 압력으로 작동되는 발브작동체에 스프링이 탄지되는 것과;

   상기 발브작동체와 일축으로 구성되는 개·폐발브체에 유입발브체와 배출발브체가 각각 한 몸체로 형성되는 것과;

   개폐발브체가 발브작동체의 작동으로 유입포트와 배출포트로 출입하면서 각 포트를 열던가 차단한는 것과;

   유입포트와 배출포트간에 격막구가 구성되는 것과;

   스프링의 탄발력으로 개폐발브체에 의해 상시 유입포트는 열려 있고 배출포트는 차단 되는 상개형 개폐발브와;

   스프링의 탄발력으로 개폐발브체에 의해 상시 유입포트는 차단되고 배출포트는 열려 있는 상폐형 개폐발브의 특징을 갖는 개폐발브의 고온기 엔진.