KR20010059932A - 양동력 유압터빈 전기기관차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양동력(揚動力) 유압터빈 전기기관차에 관한 것으로서, 시소와 지레의 원리를 이용하여 발생되는 물리적 힘을 유압터빈를 통하여 기계적에너지로 바꾸어 전기적에너지로 발전하여 전동차에 공급하는 양동력 유압터빈 전기기관차에 관한 것인 바,

수직중심기둥부를 중심축으로 수평지지대 상하로 작동하여 양동력을 발생시키는 시소부와, 상기 시소부의 수평지지대와 중심기둥부의 중심축으로 장방형으로 다수의 양동력유압펌프가 장착하고, 상기 양동력을 발생시키는 시소부의 수평지지대의 끝점을 상하방향으로 왕복작동하도록 구성된 상하작동수단부를 장착하고, 상기 다수의 양동력유압펌프에서 발생되는 고(高)유압을 고유압집합부와 압력조절밸브를 통해 터빈부에 공급하여 그 회전력으로 발전할 수 있는 발전부를 포함한 터빈부로 구성된 발전장치에 있어서,

상기의 시소부와, 상/하작동수단부를 기관차의 양측부에 장착하여 양동력유압터빈부에서 전기에너지를 얻어 동력전달부에 전원을 공급하도록 구성함으로써, 전기선로 없이 전동차를 작동하는 양동력 유압터빈 전기기관차의 뛰어난 특징이 있다.

Description

양동력 유압터빈 전기기관차{Electric locomotive equipped with hydraulic lift power turbine}

본 발명은 양동력(揚動力) 전기 기관차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 시소와 지레의 원리를 이용하여 발생되는 물리적 힘을 유압에너지를 바꾸는 양동력 유압터빈의 힘으로 필요한 전기를 발전하여 전기기관차의 동력부에 공급하여 작동되는 양동력 유압터빈 전기기관차에 관한 것이다.

종래의 기관차는 피스톤을 이용한 왕복기관을 이용하여 왕복운동을 회전운동으로 변환하여 사용하고 있으며, 그 에너지원으로 가솔린 또는 경유를 사용하여 에너를 공급하여 사용되고 있다.

그러나, 이러한 종래의 왕복엔진을 사용하는 기관차는 그 에너지원으로 가솔린 또는 경유를 사용하고 있으나, 그 에너지는 한정된 자원이므로 그 자원이 고갈되어 사용기간이 얼마 남지 않아 인류의 대체에너지의 개발 또는 에너지를 절약할 수 있는 에너지원의 효율성의 극대화가 필요한 문제점과 배기가스에서 발생되는 대기오염물질이 다량 배출되는 문제점이 있었다.

또한, 전기전동차는 장거리를 이동하기 위해 전기선로를 설치해야 하므로 설비비 고가인 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 시소와 지레의 원리를 이용하여 발생되는 고(高)유압의 물리적 힘을 양동력 유압터빈을 통해 전기에너지로 변환하여 전기기관차를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 레일과 함께 전기선로를 설치하지 않고, 자체내에서 발전하여 전기에너지를 생산하여 기관차의 차륜을 구동하는 양동력 유압터빈 전기기관차를 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양동력 유압터빈 전기기관차는 수직기둥부를 중심으로 수평지지대가 양동력유압펌프를 연속적으로 펌핑하여 발생되는 유압으로 터빈을 회전시켜 발생되는 전기에너지를 동력부에 공급하여 전동차의 차륜을 구동하도록 구성함으로 써 달성하였다.

또한, 기초에너지부는 모터부에 기초에너지를 공급하기 위해 일정용량의 원동기로 발전기를 가동하여 기초에너지를 충당할 수 있도록 장착하고 기관차가 일정속도이상주행시는 바퀴의 탄력을 이용하여 발전기와 연결하여 원동기의 사용을 최소화하도록 구성된 특징이 있다.

도 1은 본 발명의 지렛대 원리를 도시한 상태도,

도 2는 본 발명의 출원인이 출원 중인 양동력 유압터빈을 이용한 발전장치의 도시한 사시도,

도 3은 본 발명의 출원인이 출원 중인 양동력 유압터빈을 이용한 발전장치의 도시한 작동상태도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예의 양동력 유압터빈 전기기관차의 발전장치를 도시한 구성도,

도 5는 본 발명의 양동력 유압터빈 전기기관차를 도시한 장착상태도,

도 6은 본 발명의 양동력 유압터빈 전기기관차를 도시한 평면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

50 : 양동력유압펌프 60 : 수평지지대

70 : 터빈축 80 : 터빈브레이드

90 : 고(高)유압집합부 100 : 발전기부

120 : 중심축 140 : 터빈부

150 : 모터 160 : 케이블

170 : 유압호스 190 : 힌지

210 : 시소부 220 : 상하작동수단부

230 : 가압펌프 240 : 주탱크

250 : 클러치 270 : 정역회전변속부

290 : 풀리(Pulley) 300 : 충전용배터리

320 : 가이드레일 330 : 가이드롤러

340 : 원동기 410 : 동력부

본 발명의 구성을 설명하기 앞서 양동력과 유압터빈을 설명하면;

도 1에 도시한 지렛대의 원리를 설명하면, 먼저 양동력 구동모터가 회전하여 양동력 발생시키는 시소부의 수평지지대의 끝부분 힘점에 연결하여 상하로 당기는 작용을 반복하면 작은 힘으로 큰 힘을 발휘하는 지렛대의 원리는;

FL = F'L' (F: 작용하는 힘, L: 작용점의 거리, F' 받는 힘, L: 받침점의 거리)

상기의 식에서 알 수 있듯이 작용하는 힘과 작용점의 거리는 받는 힘과 받는점의 거리에 비례하므로 본 발명의 실시예에서 시소부의 수평빔 한쪽의 길이를 10m로 하고 1ton의 힘을 가했을 때 받침점 반대쪽 1m길이의 일지점에는 10ton의 힘이 작용하여 양동력유압펌프내의 오일을 10톤의 압력으로 토출되는 오일의 힘으로 터어빈을 회전시키는 원리를 이용하였다.

먼저, 양동력은 시소의 중심점을 받침점(A), 양편끝을 힘점의 지점(P, P')으로 하고 그 각점에 작용하는 힘의 크기(P, P')에 비례하는 지점으로 지렛대를 형성하여 힘점에 가하는 힘을 양동력이라 한다.

일실시예로;

회전수가 약1800rpm으로 회전되는 3Hp의 모터의 T는 119.36Kg.㎝이며 이를감속기(60:1)를 통하여 감속시에 발생되는 회전수는 약30rpm과, T는 7,162Kg.㎝가 나옴으로써, T가 60배로 증가됨을 알 수 있다.

먼저 3Hp의 모터를 감속기(60:1)통하여 감속시에는 약30rpm를 얻을 수 있으며; 지렛대의 원리에 따라 모터에서 당기를 힘을 알아야 하므로 B지점의 10배에 해당되는 B'에 작용하는 힘은; (중심점을 받침점(A), 양편끝을 힘점의 거리지점(L, L')각각 5 : 0.5로 하고 그 각점에 작용하는 힘의 크기(P, P')에 비례하는 지점에는 거리 10배가 작용됨)

Hps= Pㆍv/ 75= Pㆍrw/ 75

P= 75ㆍHps / rw 이며,

상기의 식에서 구하고자 하는 P는

P=75 * 3 / 5*3,14 (w= 3,14㎮)

3Hps모터가 시소부에 작용하는 힘의 크기(P)=14.33㎏이며.

상기의 작용하는 힘의 크기(P)=14.33㎏를 L점 즉 5m지점에서 작용하며 지레의 원리에 따라 힘의 발생부 L'점 즉 0.5m지점에서는 거리에 비례하여 10배의 힘(P')인 143.3㎏이 발생됨을 알 수 있다.

상기의 식에서 알 수 있듯이 작용하는 힘과 작용점의 거리는 받는 힘과 받는점의 거리에 비례하므로 본 발명의 실시예에서 시소부의 수평빔 한쪽의 길이를 10m로 하고 1ton의 힘을 가했을 때 받침점 반대쪽 1m길이의 일지점에는 10ton의 힘이 작용하여 양동력유압펌프내의 오일을 10ton의 압력으로 토출되는 오일의 힘으로 터빈을 회전시키는 원리를 이용하였다.

따라서 본 발명의 상기의 원리에 따라 양동력 유압터빈 전기기관차를 개발하였다.

양동력 유압터빈의 작동원리를 설명한다. 시소양편 힘점에 설치한 모터를 가동하여 시소를 회전시키면 모터의 용량에 해당하는 힘의 크기만큼의 양동력이 발생한다. 이 힘은 받침점을 통하여 지레의 원리에 비례한 힘으로 변하여 일점에 장착된 양동력유압펌프에 전달된다. 유류탱크와 연결된 가압펌프를 작동하여 양동력유압펌프에 유류가 공급되고 양동력유압펌프의 압력을 받게되면 체크밸브에 의해 유입이 차단된다. 이때 압축된 유압은 고(高)유압집합부와 압력조절밸브의 작동으로 노즐을 통해 분출되어 터빈 브레이드를 회전시켜 터빈축을 회전시킨다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 지렛대 원리를 도시한 상태도이고, 도 2는 본 발명의 출원인이 출원 중인 양동력 유압터빈을 이용한 발전장치의 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 출원인이 출원 중인 양동력 유압터빈을 이용한 발전장치의 도시한 작동상태도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예의 양동력 유압터빈 전기기관차의 발전장치를 도시한 구성도이고, 도 5는 본 발명의 양동력 유압터빈 전기기관차를 도시한 장착상태도이고, 도 6은 본 발명의 양동력 유압터빈 전기기관차를 도시한 평면도이다.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 출원이 출원 중(출원번호 제99-55000호)인 양동력 유압터빈 발전장치는 수직중심기둥부(40)를 중심축으로 수평지지대(60) 상하로 작동되는 시소부(210); 상기 시소부(210)의 수평지지대(60)와 중심기둥부의 중심축으로 다수의 양동력유압펌프가 장착되어 시소부(210)의 수평지지대(60)의 끝점을 상하로 왕복작동 상하작동수단부(220)를 장착하고; 상기 다수의 양동력유압펌프에서 발생되는 고(高)유압을 터빈부(140)에 공급하여 그 회전력으로 발전할 수 있는 발전부로 구성된다.

먼저, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 중심부기둥부(40)는 두 개의 수직부로 형성되며, 그 상단에는 상단지지축(40-1)과, 시소부(210)의 수평지지대(60)의 중심축(120)과, 하단지지축(40-2)이 형성된다.

상기 상단지지축(40-1)에 실린더를 유동되도록 힌지(190)가 고정하고, 상기 실린더의 로드는 상하로 작동되는 시소부(210)의 수평지지 축에 힌지(190) 결합되어 고정되어 수평지지대(60)는 좌/우측부축(60-1,60-2)과 수직중심기둥부(40)의 상하단지지축(40-1,40-2)에 각각의 양동력유압펌프(50)의 실린더와 로드가 연결되며 연결부는 힌지(190) 결합되어 결합부가 유동되도록 구성된다.

다음, 오일공급수단부는 각 가압펌프에 공급되는 오일을 각각 가압 공급하도록 오일호스(70)와, 가압펌프(230)와, 다지관, 오일탱크(240)를 포함하여 구성된다.

한편, 고(高)유압을 발생하는 양동력유압펌프(50)에 각각 공급하도록 공급호스 또는 파이프로 다지관(90-2)에 연결되고, 그 다지관에는 오일을 가압하도록 가압펌프(230)가 장착되어 오일탱크(240)로 부터의 오일을 다지관에 가압하여 양동력유압펌프(50)에 빠르게 공급하도록 구성된다.

또한, 고(高)유압집합부(90)는 다수의 양동력유압펌프(50)에서 발생되는 고(高)유압을 한곳으로 모이도록 오일호스(170)와, 다지관(90-1)과, 터빈부(140)에 오일을 공급압력을 조절하도록 압력조절부를 포함하여 구성된다.

먼저, 다수의 양동력유압펌프(50)에서 많은 양의 오일이 가압되어 토출되므로 그 오일을 모이도록 다지관(90-1)을 장착하여 오일호스 또는 파이프를 연결하여 집유하고 그 집유된 고(高)유압을 일정한 압력으로 강하게 토출시켜 터빈을 회전하도록 형성된다.

다음에 상기 상하작동수단부(220)는 시소부(210)의 수평지지대(60) 좌/우측부의 끝단에 연결부를 형성하고, 상기 연결부에 케이블(160)을 연결하여 수평지지대(60)가 상하방향으로 왕복운동 하도록 장착된 풀리(Pulley)(290)와, 정/역회전변속부(270)와, 클러치(250)와, 모터(150)로 구성된다.

상기 시소부(210)의 수평지지대(60)의 양끝단의 연결부에 케이블(160)을 연결하여 풀리(Pulley)를 연결하고, 그 풀리(Pulley)(290)는 정/역회전변속부(270)의 축에 고정된다. 상기 정역회전변속부(270)는 클러치(250)에 의해 변속되며 클러치(250)는 전자식 클러치 또는 자동변속클러치를 사용하여 회전방향을 정방향 또는 역방향으로 변속되도록 장착되어 구동 모터(150)의 회전력과 방향을 클러치(250)에 의해 정/역회전변속부(270)가 작동되도록 구성된다.

다음 상기 발전기를 포함한 터빈부(140)는 양동력유압펌프(50)에서 발생되는 고(高)유압을 고(高)유압집합부(90)에서 노즐을 통하여 다단의 브레이드가 형성된 터빈을 회전시켜 전기에너지를 얻는 발전기부를 포함하여 구성되어 노즐을 통해서다단의 브레이드를 강하게 때려 발전기의 회전체를 회전시켜 얻고자하는 전기에너지를 얻을 수 있도록 구성된다.

한편, 상기 중앙제어부는 수평지지대(60)의 끝점과 하단의 쿠숀부의 일정부에 감지센서를 장착하여 그 끝점이 일정지점의 수평지지대(60)의 회전각에 도달하면 감지하여 자동클러치(250)를 작동하여 정역회전변속부(270)의 방향을 바꾸도록 장착된다.

도 4 또는 도 6에 도시한 본 발명의 양동력 유압터빈 전기기관차는 각각의 시소부의 수평지지대(60)가 왕복운동시에 발생되는 오일을 터빈부에 공급하여 전기에너지를 전기기관차에 공급하도록 구성된 동력전달부를 형성하였다.

상기 동력전달부는 발전기를 포함한 터빈부(140)에서 전기에너지를 생산하여 전기기관차를 구동하도록 공급하고 전기기관차의 운행시 휠의 회전력에서 구동모터(150)와, 충전용배터리(300)에 전기에너지를 공급하는 기초에너지부를 포함하여 구성된다.

상기 상하작동수단부(220)는 시소부(210)의 수평지지대(60) 좌/우측부의 끝단에 연결부를 형성하고, 상기 연결부에 케이블(160)을 연결하여 수평지지대(60)가 상하방향으로 왕복 운동하도록 장착된 풀리(Pulley)(290)와, 정/역회전변속부(270)와, 클러치(250)와, 모터(140)로 구성되다.

상기 모터에 전원을 공급하도록 구성된 기초에너지부는 일전용량의 원동기로 발전기를 가동하여 기초에너지를 충당할 수 있도록 장착하고, 기관차가 일정속도 이상 주행시는 바퀴의 탄력을 이용하여 발전기와 연결하여 원동기의 사용을 최소화하도록 구성된다. 또한, 상기 충전용발전기에서 모터(150)와, 충전용배터리(280)에 전기를 공급하도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 상세히 설명한다.

먼저, 상기의 기초에너지부의 충전용배터리(280)에 전원을 공급받아 구동모터(150)와 클러치(250)를 통하여 정역회전변속부(270)에 회전력이 전달되면 풀리(Pulley)(290)에 감겨있는 케이블(160)이 당겨지면서 수평지지대(60)가 좌우측으로 반복 왕복운동 한다. 이때, 일측부에 스프링을 삽입된 완충부(110)내에 위치감지센서가 장착되어 감지센서가 수평지지대의 위치를 감지하여 클러치를 통하여 회전방향을 바뀌어 주도록 장착된 정/역회전변속부(270)에 의해 풀리(Pulley)의 회전방향이 바뀐다.

한편, 상기의 수평지지대(60)가 반복운동을 하면서 발생되는 고유압이 다수의 양동력유압펌프(50)에서 많은 양의 오일이 가압되어 토출되므로 그 오일을 모이도록 다지관을 장착하여 오일호스 또는 파이프를 연결하여 집유하고 그 집유된 고(高)유압을 일정한 압력으로 강하게 토출시켜 터빈을 회전하도록 형성된다.

본 발명은 상기 실시예를 통하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 발전용 에너지를 시소와 지렛대의 원리를 이용하여 발생되는 물리적 힘인 기계적 에너지를 전기에너지를 생산하여 엔진 또는 전기선로를 설치할 필요가 없어 설치비가 적은 효과가 있다. 또한 처음의 기초에너지로 주행하여 발전함으로써, 배기가스가 발생되지 않는 효과가 있다. 전기를 자체 생산하는 전기기관차를 만들어 대기오염을 줄이고, 전기기관차의 무게를 최소화시키므로 에너지의 효율을 증대시키는 뛰어난 효과가 있으므로 전기기관차산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 수직중심기둥부(40)를 중심축으로 수평지지대(60) 상하로 작동하여 양동력을 발생시키는 시소부(210);

   상기 시소부(210)의 수평지지대(60)와 중심기둥부의 중심축으로 장방형으로 다수의 양동력유압펌프(50)가 장착하고, 상기 양동력을 발생시키는 시소부(210)의 수평지지대(60)의 끝점을 상하방향으로 왕복작동하도록 구성된 상하작동수단부 (220)를 장착하고;

   상기 다수의 양동력유압펌프(50)에서 발생되는 고(高)유압을 터빈부(140)에 공급하여 그 회전력으로 발전할 수 있는 발전부를 포함한 터빈부(140)로 구성된 양동력 유압터빈을 이용한 발전장치에 있어서,

   상기 시소부(210)와 상하작동수단부(220)를 전기기관차의 본체부 양측에 장착하고, 상기 발전기를 포함한 터빈부(140)를 전기 기관차 본체부의 중앙에 장착하여 발전된 전기에너지를 전기기관차 동력부(410)와, 구동 모터(150)에 전원을 공급하는 기초에너지부를 포함한 동력전달부로 구성된 것을 특징으로 하는 양동력 유압터빈 전기기관차.
2. 제 1항에 있어서, 상기 동력전달부는 터빈부(140)에서 공급되는 전기에너지를 전기기관차의 동력부(410)에 공급하여 전기기관차 휠을 구동하도록 구성되고,

   기초에너지부는 구동 모터(150)부에 기초에너지를 공급하기 위해 일정용량의 원동기(340)를 장착하고, 상기 전기기관차의 가속시 휠의 회전력에서 에너지를 얻기 위해 충전용발전기(420)를 장착하고;

   상기 기초에너지부에서 발생된 전기에너지를 구동 모터(150)와 충전용배터리(280)에 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 양동력 유압터빈 전기기관차.