KR20000030467A - 유압 엔진 - Google Patents

Abstract

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

유압에너지에 의한 직선왕복 작동식 압축기에서 압축공기를 생산하여 외부 연소기에서 연료와 함께 연소 반응이 이루어지는 것에 의해, 압축 연소가스의 체적 팽창에 의한 팽창기의 직선왕복 작동력 증가가 이루어 지면서, 유압에너지가 증산되는 유압엔진은 외연 엔진으로 배기가스 오염을 개선하는 목적과; 팽창기의 유압에너지로 유압모타의 구동력이 이루어 지고, 유압에너지의 여분이 증압기에 의해 축압기에 저장되는 것과; 유압모타에 의한 회전영역이 가역적이면서 변속범위가 무단계로 이루어지는 것과; 팽창기의 배기열 및 배기압을 이용하는 배기터빈과; 압축기와 팽창기의 냉각 열원으로 냉각수의 고온수를 유도, 증기 팽창실에서 고온수의 증기화가 이루어져, 배기터빈으로 배기되는 배기열에 의해 가열되어 증기터빈을 구동시키는 것과; 증기터빈의 배출증기가 상기 증기 팽창실의 증기화 잠열에 의한 흡열 작용으로 배출증기의 복수화가 이루어지는 것과; 배기터빈과 증기터빈의 일축에 발전기와 유압펌프가 구성되어 유압에너지가 생산되는, 다양한 매체로 유압에너지를 생산하여 유압모타에 의한 구동장치가 이루어지는 특징을 갖는 유압엔진.

Description

유압 엔진{HYDRAULIC ENGINE}

본 발명은 연료를 연소하여 동력을 발생하는 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기를 가열하면 공기의 체적이 팽창되는 원리를 이용, 압축기로 압축공기를 생산하여 연소기에서 연료와 연소 반응시켜, 압축 연소가스의 체적 팽창에 따른 유압엔진 팽창기의 작동 유체로 활용되는 외연 엔진의 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 작동 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 과열증기로 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 시킬 수 없는 단점으로 별도의 역전 장치가 요구되며, 엔진의 피스톤 직선 왕복작동에 따른 연속적 크랭크 회전기구와, 동력전달용 밸트류의 설치가 불가피되는 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 유압 엔진의 압축기와; 압축공기를 연소기에서 연료와 연속적 연소 반응을 시켜, 압축 연소가스의 체적 팽창이 이루어 지는 것에 의해 연료의 연소를 외부에서 행하는 외연엔진으로 배기가스 오염을 개선 하는 것과; 고온의 연소가스 형태에 따른 압축 연소가스의 체적 팽창성을 갖는 압축 연소가스의 작동 유체에 의해 직선 왕복 작동으로 유압에너지를 증산하는 피스톤식 유압 엔진의 팽창기와; 상기 유압 엔진의 압축기와 팽창기가 밀폐된 냉각 탱크내 냉각수에 잠몰 내설되어 압축기의 공기 압축열의 효과적 냉각열원과, 팽창기의 냉각열에 의해 냉각 탱크내 냉각수의 고온수를 유도하는 것과; 냉각탱크 외부에서 고온수의 증기화에 따른 흡열작용을 유도시켜, 냉각탱크의 냉각열원을 효과적으로 이용하는 증기 팽창실과; 상기 팽창기의 연소가스 배기열 및 배기압을 회전 동력으로 변환시키는 배기터빈과; 증기 팽창실에서 발생되는 저온의 습증기가 배기터빈의 배기열원으로 가열되어 회전동력으로 변환되는 증기터빈과; 상기 배기터빈과 증기터빈의 일축으로 연동되는 발전기 및 유압펌프가 구성되어, 유압펌프의 유압 에너지 생산으로 배기터빈과 증기터빈의 고속 회전에 따른 감속수단을 개선하는 것과; 증기터빈에서 배출되는 증기가 상기 증기 팽창실로 유입되어 증기화 흡열 작용에 의한 복수화가 달성되어 순환수 펌프로 환수되는 것과; 유압 에너지원으로 구동출력이 이루어지면서 구동 출력의 구동력 제동시 유압에너지를 생산하는 가역식 유압모타와; 유압 에너지를 저장하는 축압기와; 유압 에너지를 고압으로 증압하는 증압기에 의해 상기의 문제점이 해소되는 특징으로 에너지 이용율과, 열효율이 월등히 향상되는 목적을 갖는 유압 엔진은 다양한 매체로 유압 에너지를 생성하여 유압 에너지에 의한 유압모타의 구동력으로 부하 수단이 이루어지는 특징을 갖는 유압 엔진.

도 1은 본 발명의 유압 엔진의 개략도

도 2는 본 발명 유압 엔진의 계통도

도 3은 본 발명의 에너지 싸이클의 한 실시예를 예시한 공정도

도 4는 본 발명 유압 엔진의 팽창기 단면도

도 5는 파일롯트 제어발브의 단면도

도 6은 본 발명의 유압 흡입·토출 첵크발브의 단면도

도 7은 본 발명의 피스톤 일부를 예시한 단면도

도 8은 본 발명의 유압 엔진의 압축기 단면도

도 9는 압축기의 개폐발브 단면도

도 10은 유압 엔진의 냉각목적을 갖는 냉각탱크의 단면도

도 11은 유압 엔진의 압축기와 팽창기의 실린더 단면적을 비교한 예시도

도 11-1은 유압 엔진의 압축기와 팽창기의 실린더 단면적을 비교한 예시도

도 12는 증기 팽창실의 단면도

도 13은 증기 제어발브의 단면도

도 14는 연소기의 일부를 단면한 예시도

도 15는 본 발명의 증압기 단면도

도 16은 증압기의 자동왕복 작동의 회로도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 공기 필터 2 : 순환 펌프 3 : 증기터빈

4 : 피스톤 5 : 가스터빈 9a : 파일롯트 입력발브

10 : 릴리프 발브 11 : 증기 팽창실 13 : 열교환관

14 : 유압 펌프 14a : 감속 기이 15 : 발전기

17 : 증기 제어발브 19 : 정온기 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 발브 89 : 오일 탱크

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부 도면 제1도는 본 발명 유압 엔진의 개략적 구성도인 것으로,

본 발명의 유압 엔진은 유압 에너지에 의해 직선 왕복작동을 하면서 공기를 압축하는 압축기(35)와; 압축 공기와 연료가 연속적으로 연소반응을 일으키는 연소기(20)와; 압축 연소가스로 직선 왕복작동 되면서 유압 에너지를 증산하는 팽창기(29)의 유압 에너지로 회전 구동력을 갖는 유압모타(82)의 기본 시스템으로 이루어 지는데 있어서,

압축기(35)와 팽창기(29)가 냉각 탱크(45)내 냉각수에 잠몰 내설되어 냉각 목적과 냉각 열원을 효과적으로 이용하는 고온수 시스템 냉각탱크(45)가 구성되고; 증기 팽창실(11)이 냉각 탱크(45) 상단에 배치되고; 상기 팽창기(29)의 배기열 및 배기압을 회전동력으로 변환하는 배기터빈(5)과, 상기 증기 팽창실(11)의 증기 에너지로 회전 동력을 변환하는 증기터빈(3)이 상기 배기터빈과 상호 일축으로 배치되어 발전기(15)와 유압펌프(14)가 연동 되도록 구성된다.

상기 배기터빈(5)의 배기측에 배기열로 증기의 가열이 이루어 지는 열교환기(6)가 구성 된다.

유압엔진의 팽창기(29)와 유압펌프(14)에서 생산되는 유압에너지는 유압에너지를 증압하는 증압기(54)와, 유압에너지를 저장하는 축압기(83) 및 오일탱크(89), 유압모터의 유량조절발브(84) 및 방향제어발브(85), 제동유지발브(86); 압축기의 기동발브(88),및 유량조절발브(28) 등으로 본 발명의 개략적 구성이 이루어진다.

유압 엔진을 시동하고자 기동발브(88)를 절환하면 축압기(83)의 유압 에너지가 압축기(35)의 동력 에너지로 사용 되므로, 압축기(35)의 직선 왕복작동에 따른 압축공기가 생산되어 연소기(20)에서 연료와 함께 연소반응을 일으켜, 압축 연소가스의 형태로 체적이 팽창되어서 팽창기(29)의 작동 유체로 사용되는 것에 의해 팽창기(29)의 직선 왕복작동에 따른 유압 에너지가 증산된다.

유압 엔진의 팽창기(29)에서 배기되는 배기열 및 배기압은 배기터빈(5)을 회전 구동 시키므로 유압펌프(14)의 작동에 따른 유압에너지가 생산되어 상기 팽창기(29)의 유압에너지와 함께 유압모터(82)의 구동 에너지원으로 사용되고, 일부 유압 에너지는 상기 압축기(35)의 유압 에너지원으로 이용된다.

압축기(35)의 압축공기가 릴리프 발브(10)에 의해 냉각탱크(45)로 일부 토출되면 밀폐된 냉각탱크(45)에는 압축 공기압에 의한 압력 냉각탱크로 되어 냉각수에 압력을 형성시켜, 압축기(35)의 공기 압축 열원과 팽창기(29)의 냉각 열원으로 냉각탱크(45)의 냉각수가 고온 가열될때 냉각수의 증기화(내부 에너지 변화)를 억제한 고온수가 유지된다.

냉각탱크(45)의 고온수 온도가 일정 온도에 도달되면 정온기(19)의 발브가 열려 고온수가 증기 팽창실(11)의 증기 제어발브(17)에 작용되면서 고온수의 증기화가 증기 팽창실(11)에서 이루어 지는데, 이때 증기팽창실(11)은 고온수의 증기화 흡열 반응이 일어 난다.

증기 팽창실(11)에서 발생된 증기는 배기터빈(5)의 배기열에 의한 열교환기(6)에서 가열되어 증기터빈(3)에 작용된다.

증기터빈(3)에서 배출되는 저압의 습증기는 상술한 증기 팽창실(11)의 열교환관으로 유도되어, 증기 팽창실(11)의 고온수 증기화 흡열반응에 의한 열교환이 이루어져 증기의 복수화가 달성되어 순환 펌프(2)에 의해 냉각수가 냉각탱크(45)로 환수 되고, 증기팽창실(11)의 일부 응축수는 일정량 일때 부구의 작용으로 응축발브(16)가 열려 상기 순환펌프(2)로 흡입된다.

팽창기(29)와 유압펌프(14)에서 생산되는 유압 에너지의 일부는 유량조절발브(28)에 의해 유량이 조절된채 상기 압축기(35)의 작동 유체로 사용되고, 대부분의 유압 너지는 유압모타(82)의 유량조절발브(84) 및 방향제어발브(85), 제동유지 발브(86)에 의해 유압모타(82)의 구동 에너지원으로 사용 되는데 있어서, 유압모타(82)의 구동부하력 증가에 따라 증압기(54)에 의한 유압 에너지의 증압이 이루어져 유압모타(82)의 구동력이 증가된다.

팽창기(29)와 유압펌프(14)에서 생산되는 유압 에너지의 잉여 유압 에너지는 증압기(54)에 의해 증압되어 축압기(83)에 저장된다.

유압모타(82)의 제동시 제동절환발브(87)에 의해 유압모타(82)에서 유압 에너지가 생산되어 증압기(54)를 거쳐 축압기(83)에 저장된다.

미 설명부호 45a는 냉각 탱크(45) 안전발브이다.

첨부 도면 제 2도는 본 발명 유압 엔진의 계통도를 예시한 것으로,

유압 엔진의 축압기(83) 유압 에너지가 기동발브(88)에 의해 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(9a)와 파일롯트 해체발브(9b)의 파일롯트 압력 신호로 이루어 진다.

유압 엔진의 압축기(35)에서 생산된 압축공기가 연소기(20)에서 연료와 함께 연속적 연소반응을 하여 고온의 압축 연소가스 형태로 체적을 팽창시켜 팽창기(29)에 작용되면, 팽창기(29)의 상개형 개폐발브(33)와 상폐형 개폐발브(34)에 의해 팽창기(29)가 직선 왕복운동을 하면서 유압에너지를 연속적으로 생산 하는데 있어서, 상기 상개형·상폐형 개폐발브(33)(34)는 팽창기(29)의 왕복작동에 따른 파일로트 압력으로 작동되는 파이롯트 입력발브(7a)와 파일롯트 해체발브(7b)의 작동에 의해 또 다른 파일롯트 압력 신호로 작동되는 상개형 개폐발브(33)와 상폐형 개폐발브(34)의 개·폐 제어에 의해 팽창기 연속 왕복 작동이 이루어진다.

유압 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.

유압 엔진의 냉각 탱크(45)에는 압축기(35)의 압축공기가 릴리프발브(10)에 의해 상시 작용되어 냉각수에 압력을 가하고 있고, 또한 순환펌프(2)의 작용으로 냉각수의 압력이 고압 형태로 유지된채 압축기(35)의 공기압축 열원과 팽창기(29)의 냉각열원에 의해 냉각수의 고온수가 생산된다.

냉각탱크(45)의 고온수가 일정 온도에 도달되면, 정온기(19)의 발브가 열려 고온수가 증기 팽창실(11)의 증기 팽창발브(18)에 작용되어 고온수의 증기화가 이루어 지는데 있어서, 고온수의 증기화는 내부에너지 변화가 이루어지는 과정 이므로 흡열작용이 이루어져 열교환관(13)내로 유입되는 증기터빈(3)의 고온 배출 증기와 열교환을 하여 증기터빈(3)에 작동 유체로 활용된 증기의 복수화가 이루어 지고 순환펌프(2)에 의해 냉각수는 냉각탱크(45)로 환수되며, 증기 팽창실(11)에서 증기화 과정에 생성되는 응축수는 일정량으로 제어되는 부구에 의해 응축발브(16)가 열려 순환펌프(2)로 흡입 된다.

팽창기(29)의 배기열 및 배기압은 배기터빈(5)을 구동시키면서 배기터빈(5)의 배출단계에서 열교환기(6)에 의해 상기 증기 팽창실(11)에 발생된 저온 증기를 가열시켜 증기터빈(3)의 구동과 함께 유압펌프(14)와 발전기(15)의 구동력이 된다.

팽창기(29)와 유압펌프(14)에서 생산되는 유압에너지의 일부가 압축기(35)기 작동용으로 사용 되는데 있어서, 유량조절발브(28)의 가·감에 따라 압축기(35)의 작동량이 조절된다.

팽창기(29)와 유압펌프(14)에서 생산되는 대부분의 유압에너지는 유압모타(82)의 회전구동에 의한 부하 작용으로 사용 되는데 있어서, 유압모타(82)의 유량조절발브(84) 및 방향제어발브(85),제동유지발브(86)의 제어로써 유압모타(82)의 회전 구동력이 제어된다.

유압모타(82)의 구동 부하력이 증가되면 증압기(54)가 작동되어서 유압 에너지가 증압되므로 유압모타(82)의 구동력이 증가되고, 유압모타(82)의 구동 부하력이 경감되면 유압에너지는 잉여되므로 잉여 유압에너지가 증압기(54)에 의해 증압되어 축압기(83)에 저장된다.

유압모타(82)의 제동시 제동발브(87)의 유로 선택에 의해 유압모타(82)는 펌프작용을 하므로 유압모타(82)에서 유압에너지가 생산되면서 증압기(54)에 의해 유압에너지가 축압기(83)에 저장된다.

유압모타(82)의 제동유지발브(86)는 유압모타(82)의 제동을 유지하는 기능을 갖는 것으로, 유량조절발브(84)가 열리면 제동유지발브(86)도 함께 열리는 작용이 이루어진다.

첨부도면 제3도는 본 발명 유압 엔진의 에너지 싸이클의 한 실시예를 예시한 것으로, 압축기(C2)에 의한 10 Bar의 압축공기는 350∼450℃의 압축열이 발생되어 냉각 탱크(H1)의 냉각수에 의해 150∼200℃로 냉각되고, 연소기(B)에서 10 Bar의 압축 공기가 연료와 연소반응을 하여 압축 연소가스의 온도가 1500℃∼2000℃로 승온되어 유압 엔진의 팽창기(E1)에서 팽창하여 유압에너지로 변환되면서, 350∼450℃의 배기열과 1∼2 Bar의 배기압으로 배기터빈(T1)에 작용되어 250∼350℃로 배기된다.

냉각탱크(H)의 냉각수는 1OBar의 압력하에 120℃의 고온수로 승온되어 증기 팽창실(S)에서 증기화가 이루어져 흡열 작용이 이루어지고, 증기는 배기터빈(T1)의 배기열 열교환기(H2)에서 200∼250℃ 가열되어서 증기터빈(T2)에 작용, 120∼170℃의 배출증기가 증기 팽창실(S)로 배기되어서 증기 팽창실(S)에서 고온수의 증기화 흡열작용에 의한 열교환이 이루어져 증기의 복수화가 완료되어 순환펌프(P)에 의해 냉각수가 냉각탱크(H1)로 환수된다.

첨부 도면 제4도는 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(32)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(7)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 제어발브(7)는 첨부도면 제5도에 상세히 예시되어 있다.

팽창기(29)의 피스톤 로드커버(32) 유압 유출입구(30e)(31e)에는 유압 흡입,토출첵크발브(8)가 배치되며 이 유압 흡입,토출첵크발브(8)는 첨부 도면 제6도에 상세히 예시되어 있다.

팽창기의 피스톤은 첨부도면 제7도에 상세히 예시되어 있다.

팽창기(29)의 상개형 개폐발브(33)는 상기 파일롯트 제어발브(7)의 파일롯트 유압으로 작동되는 발브작동체(33b)가 스프링(33m)의 탄발력으로 가압되어 실린더(33)에 탄지되고 작동체의 로드(33c)에 유입발브체(33g)와 배기발브체(33j)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(30a) 로드(29a)부에서 유압이 발생되어 유출입구(30e)로 유압이 토출 되는데 이때 우측의 유압실에는 피스톤의 작동에 따른 용적 변화로 오일의 흡입 작용과 압축공기의 배기작용이 이루어진다.

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(7)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(31b)이 파일롯트 실(31d)에 도달되면 유출입구(31e)의 차단에 의해 파일롯트 압력 발생으로, 파일롯트 제어발브(7)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 제5도는 본 발명의 팽창기(29)와 압축기(35) 및 증압기(54)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 제6도는 본 발명의 팽창기(29)의 유압 펌프작용에 따른 유압 흡입·토출 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 제7도는 본 발명의 팽창기(29)와 압축기(35) 의 각 피스톤 일부 단면도를 예시한 것으로,

피스톤(4)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(4b)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 한것이다.

첨부도면 제8도는 유압 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 제5도에 예시되는 파일롯트 제어발브(9)가 배치된다.

압축기의 피스톤(36a)(37a)은 첨부도면 제7도에 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(9)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 우측실린(37)더의 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(9)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(9)는 첨부도면 제5도에 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(9)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 작동유의 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 유압 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 배치되고, 압축공기의 일부가 릴리프발브(10)에 의해 냉각탱크(45)로 토출되어 냉각냉크(45)내에 압축공기(45b)에 의한 압축작용으로 냉각수에 압력을 가하면, 냉각수의 온도 상승에 따른 냉각수 증기화가 억제 되므로 고온수를 형성 시킬 수 있다.

냉각 탱크(45)에는 압축기(35)의 공기 압축열원과, 팽창기(29)의 냉각열원에 의해 냉각수의 온도 상승으로 고온수가 형성되어, 고온수의 온도가 100℃ 이상의 일정 온도에 도달되면 증기 제어발브(17)의 정온기발브(19)가 열려 고온수가 증기 제어발브(17)의 증기 팽창발브(18)로 토출된다.

냉각탱크(45)의 하단 측부에 순환펌프(2)가 배치되어 순환수를 일정 압력으로 가압하여 냉각탱크(45)로 공급시키는데 있어서, 상기 압축공기(45b)의 압력보다 고압의 순환수가 공급되도록 순환펌프(2)의 순환수 압력이 설정된다.

유압 엔진이 기동되면 순환펌프(2)와 압축기(35)의 작동이 이루어져 냉각탱크(45)내로 순환수의 공급이 이루어지고, 또 압축기(35)의 작동에 의해 압축공기의 압력이 일정압력에 도달되면, 압축공기의 일부가 압축공기 토출관(39)의 릴리프발브(10)를 열 어 냉각탱크(45)내부로 토출되어 냉각탱크(45)내의 냉각수에 압력을 가압하여 상술한 순환펌프(2)의 순환수 공급압력과 함께 냉각탱크(45)내 냉각수의 고압이 형성된다.

냉각탱크(45)내의 고압 냉각수는 저온 영역에서 증기 제어발브(17)의 정온기발브(19)에 의해 차단되어 있다.

냉각탱크(45)의 냉각수가 압축기(35)의 공기 압축열원에 의한 압축기(35) 실린더 외주 및 토출관(35)의 냉각 열원과, 팽창기(29) 실린더의 냉각 열원으로 고온 가열될 때, 상기한 냉각수의 고압수 형성에 의해 냉각수의 온도가 100℃ 이상의 고온수로 형성된다.

냉각탱크(45)의 냉각수 온도가 100℃ 이상의 일정 온도에 도달되면 증기 제어발브(17)의 정온기발브(19)가 열려 고온수가 증기 팽창실로 토출된다.

냉각탱크(45)내 냉각수의 과압이 발생되면 안전발브(45a)가 작동되어 냉각탱크(45)내의 과압이 배출된다.

미설명 부호 42은 압축기(35)의 개폐발브이고, 또 미설명 부호 33은 팽창기(29)의 개폐발브이며, 미설명 부호 7은 팽창기(29)의 파일롯트 제어발브이고, 미설명 부호 8은 팽창기(29)의 유압 흡입·토출 첵크발브(8) 이다.

첨부 도면 제11도는 팽창기와 압축기의 실린더 단면적의 상관 관계를 예시한 것으로, 팽창기의 실린더(29) 단면적은 압축기 실린더(35)의 단면적 보다 2.5∼4.5배 크게 구성 되는데 이것은 고온기 엔진의 압축기와 팽창기가 작동 유체의 동압 하에 작동 될때 압축 연소가스의 온도에 비례된 압축 연소가스의 체적 팽창율 만큼 팽창기의 피스톤 단면적의 증가가 이루어져 작동 유체의 동압 하에 작동되는 팽창기의 작동력을 압축기의 작동력 보다 2.5∼4.5배 증가 시킬수 있다.

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

압축기의 피스톤경(d)은 피스톤의 행정(L)보다 작게 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.

첨부 도면 제12도는 증기 팽창실을 예시한 것으로,

원통형의 증기 팽창실(11)내 일측 하단에 증기 제어발브(17)의 팽창발브(18)가 배치되고, 타측 상단에 증기 토출구(11a)가 구성되어 증기 팽창실(11)내에 일정 경사부를 갖는 증기 복수화 열교환관(13)이 증기 유입통(12)과 복수 집수통(12a)에 각각 연통되어 있다.

증기 팽창실(11내 열교환관(13)의 복수 집수통(12a) 하단에 응축수를 배출하는 응축수 배출구(16b)가 부구(16a)와 일체형으로 구성된 응축수 발브체(16)에 의해 차단되어 있다.

증기제어발브(17)의 팽창발브(18)에 의해 100℃ 이상의 고압·고온수가 저압으로 형성된 증기 팽창실(11)에 분사되면 고온수의 증기화 팽창이 급격히 이루어 지면서 증기가 생산되어 증기 토출구(11a)로 증기의 토출이 이루어진다.

고온수의 증기화 과정은 물의 내부 에너지 변화가 이루어지는 증기 잠열에 의한 흡열 작용이 이루어지 과정이다.

증기 팽창실(11)에서 생산된 증기는 첨부도면 제1도에 예시되는 배기터빈(5)의 배기열에 의해 가열되어, 증기터빈(3)의 회전 동력으로 작용되므로 증기터빈(3)의 배출증기는 고온의 증기 형태로 배출되어서 증기 팽창실(11)의 증기 유입통(12)으로 유입된다.

증기 유입통(12)으로 유입된 고온의 증기는 상술한 고온수 증기화 과정의 흡열작용에 의해 열교환관(13)에서 열교환을 하여 증기의 복수화가 이루어져 복수화된 복수가 복수 집수통(12a)에 집수되어 순환펌프로 흡입된다.

증기 팽창실(11)내 고온수의 증기화 과정에 소량의 응축수 생성이 불가피 하므로 이 응축수의 량이 일정량이 되면 응축수 발브(16)의 부구(16a)작용으로 응축수발브(16)가 열려 응축수가 상술한 순환 펌프로 흡입된다.

첨부 도면 제 13도는 증기 제어발브의 단면도를 예시한 것으로,

증기 제어발브(17)는 정온기(19)와 팽창발브(18)로 구성되었는바, 정온기(19)는 상술한 바와같이 냉각탱크(45)의 냉각수에 잠몰되어 냉각수의 온도에 따라 밸로우즈(19b)의 팽창력으로 정온기발브체(19a)가 열려 고온수를 토출 시키는 구조이고, 증기제어발브(17)의 팽창발브(18)는 상술한 바와같이 증기 팽창실(11)에 배치되어 고온수를 분사하여 증기화 하는 팽창발브(18)로서 팽창발브체(18a)가 스프링(18c)의 탄발력으로 가압되어 정온기(19)로 토출된 고온수에 압력을 주어 고온수의 팽창발브(18) 전에서 증기화 되는 것을 방지 하면서 증기 팽창실(11)에서 증기의 분사가 원활하게 이루어 지도록 한 것이다.

미 설명 부호 19c 는 고온수 유입구이다.

첨부 도면 제14도는 본 발명의 연소기의 일부 단면도를 예시한 것으로,

원통으로 형성된 연소기(20)의 연료 노즐(21) 양측으로 압축공기 유입구(27)(27)가 배치되고, 연료노즐(21)의 분사구(23)측으로 연소 점화기(26)가 배치되어 연소기가 구성된다.

연료 노즐(21)의 연료 발브체(22)는 연료의 유량을 조절할 수 있는 연료 조절체(22a)가 완만한 원뿔형의 테이퍼로 형성되어 조절 스크류(24)의 가·감에 따라 연료 조절발브체(22a)의 개·폐정도가 조절되어 연료의 분사량이 조절될 수 있도록 한 것이다.

연료 노즐(21)의 연료발브체(22)는 스프링(25)의 탄발력에 의해 항상 가압되어 있으므로 압축공기의 역류가 방지된다.

압축공기 유입구(27)(27)에서 압축공기가 공급되고, 연료노즐(21)의 연료공급로(23a)에 고압의 연료가 공급되면, 연료발브체(22)에 연료의 고압력이 작용되므로 연료발브체(22)가 스프링(25)을 가압하며 상승되어 고압의 연료가 연료노즐(21)의 분사구(23)로 분사 되면서 압축공기와 혼합을 이루어 점화기(26 )의 불꽃으로 연소가 이루어진다.

본 발명의 유압 엔진 연소기는 압축공기와 연료의 연속적인 연소가 이루어 지면서 연소기의 조절 스크류(24)의 회전으로 연소기의 연료 분사량을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.

미설명 부호 24a 는 스크류 핸들이다.

첨부도면 제15도는 본 발명의 증압기(54) 단면도를 예시한 것으로, 왕복작동되는 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, 파워 피스톤(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 증압피스톤(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)의 파일롯트식 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 제16도는 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 유압 엔진은 공기를 가열하면 체적이 팽창되는 원리를 이용한 것으로, 압축기에 의한 압축공기가 연소기에서 연료와 함께 연속적 연소반응을 하여 고온의 압축 연소가스가 체적 팽창을 일으켜, 팽창기의 작동 유체로 활용되므로 유압 엔진은 외연 엔진으로 연속적인 연소방식에 의한 배기가스의 오염을 크게 개선 할 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 공기 압축열의 효과적 냉각을 쉽게 달성할 수 있다.

연속적으로 연소되는 압축 연소가스에 의해 왕복작동을 하며 유압에너지를 증산하여 유압 에너지로 유압모타의 구동부하력이 이루어지는 유압 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.

유압 엔진의 팽창기로 배출되는 배기열 및 배기압으로 배기터빈의 회전 동력에 의한 유압펌프에서 유압 에너지가 생산되어 상기 유압모타의 구동 에너지로 활용되므로 유압 엔진의 열효율이 향상된다.

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 증기터빈의 회전동력이 상기 배기터빈과 함께 연동되어 유압펌프의 유압 에너지를 생산하므로 유압엔진의 열효율이 크게 향상된다.

냉각탱크내 압축공기 압력의 작용으로, 냉각수가 고압수의 형태로 압축기의 공기 압축 열원과 팽창기의 냉각 열원으로 고온 가열되므로 고온수가 형성되어서, 고온수가 냉각탱크의 외부 증기 팽창실에서 고온수의 증기화 팽창 과정이 이루어 지므로 냉각탱크내에서 증기화 과정의 증기 잠열에 의한 흡열 작용의 억제로 냉각탱크의 열효율을 크게 향상 시킬 수 있다.

고온수의 증기화가 별도의 증기 팽창실에서 이루어져 배기터빈의 배출가스 열원에 의해 고온 가열되어서 증기터빈의 회전동력으로 활용되므로 유압엔진의 유압펌프 유압 에너지 생산 증대에 의한 유압 엔진 열 효율이 크게 증대된다.

증기 팽창실의 고온수 증기화 과정은 증기 잠열에 의한 흡열 작용이므로 증기터빈의 작동유체로 활용된 고온 증기가 증기 팽창실에서 열교환관에 의해 쉽게 열교환되어 증기의 복수화가 간단히 달성된다.

유압 에너지로 직선 왕복작동을 하며 공기를 압축하는 압축기와, 압축 연소가스로 직선 왕복작동을 하며 유압 에너지를 증산하여 유압모타에 의한 회전구동력으로 부하 작용이 이루어지는 것이 의해 압축기와 팽창기 연속적 구동기구(크랭크 회전기구)를 생략 할 수 있어 유압 엔진의 구성이 간단하면서 중량을 감소 시킬 수 있는 장점이 있다.

유압 에너지로 회전 구동력을 갖는 유압모타 방식의 유압 엔진은 다양한 매체로 유압 에너지를 생산하여 유압모타의 회전구동이 이루어 지므로, 유압모타의 부하력 제동에 의한 유압 에너지를 회수하여 축압기에 저장할 수 있어 에너지 이용율이 크게 증대되어 유압엔진의 열효율을 월등히 향상 시킬 수 있다

유압 에너지에 의해 가역적이며 유압모타의 회전 영역을 무단계로 조정할 수 있어 변속기의 생략이 가능하며, 별도의 클러치나 역전기어를 생략 할 수 있다.

유압 엔진은 유압의 전달 매체로 이루어 지므로 내연 엔진의 동력 전달용 밸트류가 생략되어 엔진의 구성이 간단하고, 별도의 윤활 장치를 생략 할 수 있다.

유압 엔진의 시동은 축압기의 저장된 유압 에너지에 의해 이루어 지므로 별도의 기동 전동기를 생략 할 수 있는 등 여러 특장점을 지닌 유압 엔진이다.

Claims (9)

1. 공기를 압축기로 압축하여 연소기에서 연료와 함께 연소시켜 압축 연소가스의 체적 팽창으로 팽창기의 작동력이 증가되는 열 엔진 분야의 유압 엔진에 있어서,

   유압 에너지에 의해 직선 왕복작동으로 압축공기를 생산하는 피스톤식 유압 엔진의 압축기와;

   압축공기를 연료와 함께 연속적으로 연소시켜 압축 연소가스의 체적을 팽창 시키는 연소기와;

   고온의 압축 연소가스에 의해 직선 왕복작동으로 유압 에너지를 생산하는 피스톤식 유압 엔진의 팽창기와;

   상기 팽창기 배기가스의 배기열 및 배기압으로 회전되는 배기터빈과;

   상기 압축기와 팽창기가 냉각 탱크의 냉각수에 잠몰 내설되어 공기 압축열과 팽창기의 냉각 열원으로 냉각수가 가열되어 증기 에너지를 생산하는 냉각탱크와;

   증기 에너지가 상기 배기터빈의 배출 가스 열원으로 고온 가열되어 고온의 증기 에너지로 회전되는 증기터빈과;

   상기 배기터빈과 증기터빈의 회전축에 연동되어 유압 에너지와 전기 에너지를 생산하는 유압 펌프 및 발전기와;

   유압 에너지로 구동 부하력이 이루어 지는 가역식 유압모타와;

   유압 에너지를 능동적으로 증압하여 축압기에 저장하는 증압기와;

   유압 에너지를 증압기로 증압하여 유압 에너지를 저장하는 축압기와;

   유압모타의 유량조절발브, 유압모터의 방향제어발브, 유압모터의 제동유지발브와;

   상기 압축기의 기동시 유압 에너지로 기동하는 기동발브와;

   상기 압축기의 작동 속도를 제어하는 압축기 유량조절발브 등으로 구성되는 것에 의해 다양한 매체로 생산되는 유압 에너지원으로 유압모타의 회전 구동력이 이루어지는 특징을 갖는 유압 엔진.
2. 제 1 항에 있어서,

   유압 에너지에 의해 직선 왕복작동으로 압축공기를 생산하는 피스톤식 유압 엔진의 압축기와;

   압축공기를 연료와 함께 연속적으로 연소시켜 압축 연소가스의 체적을 팽창 시키는 연소기와;

   고온의 압축 연소가스에 의해 직선 왕복작동으로 유압 에너지를 증산하는 피스톤식 유압 엔진의 팽창기 실린더 체적이 상기 압축기 실린더 체적보다 2.5∼4.5배 크게 구성되는 것에 의해 팽창기에서 생산되는 유압 에너지가 증산 되는 특징을 갖는 유압 엔진.
3. 제 1 항에 있어서,

   유압 에너지에 의해 직선 왕복작동으로 압축공기를 생산하는 피스톤식 유압 엔진의 압축기와;

   압축공기를 연료와 함께 연속적으로 연소시켜 압축 연소가스의 체적을 팽창 시키는 연소기와;

   고온의 압축 연소가스에 의해 직선 왕복작동으로 유압 에너지를 증산하는 피스톤식 유압 엔진의 팽창기와;

   유압 에너지로 부하 작용이 이루어지는 가역식 유압모타와;

   유압 에너지를 능동적으로 증압하여 축압기에 저장하는 증압기와;

   유압 에너지를 증압기로 증압하여 유압 에너지를 저장하는 축압기와;

   유압모타의 유량조절발브, 유압모터의 방향제어발브, 유압모터의 제동유지 발브와;

   상기 압축기의 기동시 유압 에너지로 기동하는 기동발브와;

   상기 압축기의 작동 속도를 제어하는 압축기 유량조절발브 등으로 구성되는 것에 의해 유압 에너지원으로 유압모타의 회전 구동력이 이루어지는 특징을 갖는 유압 엔진.
4. 제 1항에 있어서,

   압축기와 팽창기가 냉각 탱크의 냉각수에 잠몰 내설되어 공기 압축열과 팽창기의 냉각 열원으로 냉각수가 가열되는 냉각탱크와;

   냉각탱크내에 압축공기를 공급시켜 냉각수를 가압하여 고압수를 형성 시키는 압축공기 릴리프 발브와;

   냉각탱크내로 순환수를 가압하여 공급하는 순환펌프와;

   냉각탱크내 냉각수가 고압수의 형태로 가열되어 고온수가 생산되는 것과;

   냉각탱크내 고온수가 100℃이상의 일정 온도하에서 증기 팽창실로 토출 되도록 고온수의 제어를 하는 증기 제어발브의 정온기에 의해서,

   냉각탱크내 고온수가 증기 팽창실로 토출 분사되어서 고온수의 증기화 과정이 이루어 지는 특징을 갖는 유압 엔진.
5. 제 4항에 있어서,

   증기 팽창실에서 고온수의 증기화 과정이 일어나도록 고온수를 일정 압력하에서 분사 시키는 증기 제어발브의 팽창발브와;

   고온수의 증기화 과정이 증기 잠열에 의한 흡열 작용이 이루어 지는 증기 팽창실과;

   증기 팽창실로 상기 증기터빈의 작동 유체로 활용된 고온의 증기가 증기 유입통으로 유입되어, 열교환관이 소정의 경사로 증기 복수통과 각각 연통되어서 상기 고온수 증기화 과정의 흡열 작용에 의한 열교환이 이루어져 증기의 복수가 이루어지는 열교환관과;

   증기 팽창실내 고온수의 증기화 과정으로 생성되는 응축수를 상기 순환펌프로 흡입시키는 부구형의 응축발브로 구성되어 고온수의 효과적 증기화와, 증기터빈 작동 유체의 효과적 복수화를 특징으로 증기 팽창실의 유압 엔진.
6. 제 2 항에 있어서,

   팽창기의 실린더 단면적이 압축기의 실린더 단면적 보다 2.5∼4.5배 크게 되어 압축기와 팽창기의 작동 유체 압력이 동압 하에서 작동이 이루어 질때 팽창기의 작동 출력이 크게 이루어지는 외연 엔진을 특징으로 하는 유압 엔진.
7. 제 4항에 있어서,

   냉각수에 압력을 주어 고압수의 형태로 고온 가열되는 고온수가 고온수 가열 열원과 격리된 별도의 증기 팽창실에서 고온수의 증기화 과정이 이루어져 고온수 증기화 잠열에 의한 흡열 작용이 고온수 가열 열원과 열교환이 이루어 지지 않는 특징으로 하는 유압 엔진.
8. 제 1항에 있어서,

   유압에너지로 왕복 작동되어 공기를 압축하는 압축기 피스톤과 압축 연소가스로 작동되어 유압에너지를 생산하는 팽창기 피스톤에 있어서,

   작동 유체의 기밀을 유지하는 피스톤링과, 유압의 기밀을 유지하는 피스톤링 간에 오일실 및 오일 도출홈이 구성 되어서, 누설 오일이 상기 오일 도출홈으로 하여 피스톤 내측으로 유입되는 것과;

   상기 피스톤 내측부로 유입된 오일이 피스톤의 왕복작동으로 형성되는 실린더의 흡입력에 의해 토출첵크발브를 통해 피스톤 로드외측으로 배출되는 특징을 갖는 피스톤 및 로드의 유압엔진.
9. 제 1항에 있어서,

   유압 에너지로 직선 왕복작동 되어 공기를 압축하는 압축기의 연속적 왕복작동으로 발생하는 파일롯트 압력신호로 작동 되는 파이롯트 제어발브에 있어서,

   파일롯트 입력발브체와 파일롯트 해체발브체가 상호 파일롯트 유출입구를 공유하는 것과;

   상기 파일롯트 압력신호로 작동 되는 입력발브체와 해체발브체를 작동시키는 입력발브 작동체와, 해체발브 작동체와;

   입력발브체가 스프링의 탄발력에 의해서 상시 차단되어서 파일롯트 압력신호 일때 입력발브가 열려 상기 유출구로 또 다른 파일롯트 압력신호를 발생 시키는 것과;

   해체발브체가 스프링의 탄발력에 의해서 상시 차단되어서 파일롯트 압력신호 일때 해체발브체가 열려 상기 유출구의 파일롯트 압력신호를 제거 시키는 특징으로 압축기의 상개형 개폐발브와 상폐형 개폐발브의 개·폐제어를 유도하는 특징을 갖는 파일롯트 제어발브의 유압엔진.