KR20010070912A - 압축공기 생성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축공기 생성장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 회전하는 타이어휠에 압축공기 생성장치를 다수개 설치하여 피스톤로드가 지면과 접촉될 때 차량의 하중에 의해 피스톤이 상승하여 압축공기를 발생시키도록한 압축공기 생성장치에 관한 것인바. 본 발명은 형상을 유지시키는 훨이 부착 설치되어 노면과 마찰하면서 차량을 이동시키는 타이어에 있어서, 훨에 고정 설치되는 실린더에는 상기 훨을 관통하여 타이어의 내측면에 접촉되게 설치되는 피스톤으로 이루어진 압착수단과; 상기 피스톤로드에 설치되어 타이어와 지면과의 비접촉시 가압된 피스톤을 초기의 상태로 복원시키는 탄성수단과; 상기 압축공기 생성장치에서 생성된 압축공기를 이송시키는 이송관과; 상기 이송관의 일 끝단이 연결되는 저장탱크와, 상기 타이어의 내측면에 접지된 피스톤로드의 끝단부에는 타이어의 파손을 방지하는 베어링수단으로 이루어진 특징이 있다.

Description

압축공기 생성장치{Apparatus for generating compressed air}

본 발명은 압축공기 생성장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 회전하는 타이어휠에 압축공기 생성장치를 다수개 설치하여 피스톤로드가 지면과 접촉될 때 차량의 하중에 의해 피스톤이 상승하여 압축공기를 발생시키도록한 압축공기 생성장치에 관한 것이다.

일반적으로, 휠(wheel)은 타이어(tire)와 함께 차량의 전체 무게를 지지하며, 드라이브 샤프트로부터 전달되는 구동력이나 브레이크의 제동력을 지면에 전달하는 역할을 한다. 휠은 무게가 가벼워야 하고, 노면의 충격과 측력에 견딜 수 있는 강성을 지녀야하며, 타이어에서 발생하는 열이나 제동력을 효율적으로 흡수하여 대기중으로 방출할 수 있어야 한다.

또한, 휠에 끼워지는 타이어는 노면으로부터의 작은 충격을 흡수할수 있어야 함과 동시에, 마찰이 작고 수명이 길어야 하며, 주행시에 소음과 진동이 적은 것이 좋다. 타이어의 일반적인 구성을 보면, 첨부도면 도 7에 도시된 바와같이 직접 노면과 접촉되는 트레드(tread)(200)와, 이 트레드(200)와 타이어의 골격을 형성하는 카아커스(carcass)(300)의 중간에 있는 코드층으로서, 외부에서 전달되는 충격으로부터 내부 코드의 손상을 방지하는 브레이커(braker)(400)와, 카아커스(300)의 끝부분을 감아주는 버드와이어(500)로 이루어져 있으며, 대부분의 승용차용 타이어(100)에는 별도의 튜브가 내장되어 있지 않는 튜브레스 타이어(tubelesstire)를 사용하며 이들은 훨(700) 삽설되어 있다.

상기한 타이어는 하중을 받으면 변형하고 하중이 없어지면 내압에 의해 원래 형으로 돌아가려고 하는데, 구르고 있는 타이어에도 이 작용이 나타 난다. 즉, 타이어 접지부는 1회전 마다 하중을 받아 변형하며 또 그렇지 않은 부분에서는 복원하도록 하는 작용이 반복되고 있다.

상기와 같이 구성된 자동차용 타이어는 자동차의 전방과 후방의 일측과 타측에 고정되어 노면과 충분한 접촉을 하면서 자동차의 하중을 지지하고, 구동력 및 제동력을 노면에 전달하고, 노면으로부터의 충격을 흡수하며, 자동차의 방향을 전환하거나 유지하는 기능을 수행한다.

일반적으로 여러 가지 용도로 사용되는 압축공기를 생성하기 위한 장치로는 별도의 구동원에 의해 작동되는 컴프레서가 연속적으로 기체에 에너지를 주어 압송하므로서 압축공기를 생성하는 에어컴프레서가 사용된다.

상기한 에어 컴프레서는 피스톤의 왕복운동과 밸브의 개폐를 이용하는 왕복 컴프레서와 회전하는 로우터와 케이싱의 간극에 기체를 가두어 넣고 압송하는 회전 컴프레서가 사용되며, 이러한 압축공기 생성장치는 구동원으로 전기모터 혹은 엔진의 회전력을 이용하는 것이 보편적이다.

그러나 상기와 같은 압축공기 생성장치는 외부로부터 별도의 구동원을 가져야 하므로 차량에 휴대하여 사용하기 불편한 단점이 있다. 이러한 단점을 해소하고자 크랭크샤프트의 회전운동을 이용하여 압축공기 생성장치나 차량용 에어콘 컴프레서의 고압측 냉매압을 구동원으로 하여 작동하는 압축공기 생성장치가 있다.

문제점으로는 외부 에너지 공급에 의해서만 압축공기를 연속적으로 얻게 되어 있어 높은 압력 및 많은 양의 압축공기를 얻는데는 한계가 있음은 물론 피스톤을 상,하 작동시키기 위해서는 외부 에너지 전기 또는 연료가 반드시 필요하다는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서 이의 목적은 외부 에너지 공급없이 차량 주행시 회전하는 타이어 휠에 압축공기 생성장치를 다수개 설치하여 피스톤로드가 지면과 접촉될 때 차량의 하중에 의해 피스톤이 상승하면서 압축공기를 발생시켜 에어탱크로 저장하고 지면과 비 접촉시 탄성수단에 의해 하강하면서 공기를 흡입하고 다시 지면과 접촉될 때 압축공기를 발생시키는 사이클 운동으로 차량 주행시 타이어 휠이 회전하면서 외부에너지 공급없이 자동차의 하중에 의해 압축공기를 연속적으로 얻어 차량이 필요로 하는 전원을 공급하는 발전기를 작동시키거나 에어콘, 파워스트어링펌프를 작동시키는 동력원으로 사용하며 또는 에어공구의 동력원 및 자동차 동력발생장치에 사용하여 연료를 절감시킬 수 있도록 한 압축공기 생성장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 압축공기 생성장치의 구성을 보여주는 예시도.

도 2는 본 발명의 기술이 적용된 압축공기 생성장치의 구조를 보여주는 단면도.

도 3은 압축공기의 생성을 보여주는 도1의 "A"부 확대도.

도 4는 본 발명의 일 실시예를 보여주는 단면도.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도.

도 6은 본 발명에 의해 생성된 압축공기의 사용예를 보여주는 계통도.

도 7은 일반적인 타이어 구조를 보여주는 단면도.

도 8은 일반적인 타이어를 사용하는 가솔린엔진 차량의 에너지 손실을 보여주는 예시도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

2 : 피스톤로드 3 : 베어링수단

4 : 피스톤 5 : 실린더

6 : 탄성수단

상기한 본 발명의 목적은 차량의 타이어가 지면과 접촉되어 회전시 타이어의 압축력에 의하여 압축공기를 형성시키는 압착수단과; 상기 가압된 압착수단을 초기의 상태로 복원시키는 탄성수단과; 상기 압착수단에서 생성된 압축공기를 이송시키는 이송관과; 상기 이송관과 연결되는 저장탱크와; 상기 타이어의 내측면에 접지되는 압착수단에는 타이어의 파손을 방지하는 베어링수단이 연결 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 압축공기 생성장치에 의하여 달성된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 1은 본 발명의 기술이 적용된 압축공기 생성장치의 구성을 보여주는 예시도이며 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 압축공기 생성장치(1)의 구조를 보여주는 단면도로써, 훨(700)에는 이를 관통하여 타이어(100)의 내측면에 접촉되는 피스톤로드(2)의 끝단에는 접촉마찰을 최소화하는 베어링수단(3)이 설치되고, 이 피스톤로드(2) 타측에 설치된 피스톤(4)은 실린더(5)에 삽설되어 이루어진 구조이며, 상기 피스톤로드(2)에는 타이어(100)와 지면과의 비접촉시 가압된 피스톤(400)을 초기의 상태로 복원시키는 탄성수단(6)이 설치된다.

상기 압축공기 생성장치(1)는 일정한 간격으로 이격되어 다수개가 설치되되 훨(700)의 내측에 설치되는 갯수는 첨부도면 도 2와 도 4에도시된 바와 같이 4에서 8개 내에서 설치하는 것이 바람직하다.

또한 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 각 압축공기 생성장치가 작은 압력을 공급받아 큰 압력으로 힘을 전환시키는 배력장치(20)를 이송호스(8) 상에 설치하여 더 높은 압력과 압축공기의 양을 생성시켜 사용할 수도 있다.

상기 배력장치(20)는 소정의 공기를 공급받아 배출되는 공기를 공급되는 공기보다 압축력을 크게하는 것을 총칭해서 말한다.

상기 압축공기 생성장치(1)를 첨부도면 도 2와 도 4에도시된 바와 같이 4에서 8개 내에서 설치하는 이유로는 설치 갯수가 작으면 압축공기의 생성 양이 작기 때문이며 압축공기 생성장치(1)의 설치 갯수가 많으면 제한 적인 훨(700)내부와 타이어(100)의 내측 공간에 설치가 용이하지 않기 때문이다.

상기 한편, 압축공기 생성장치(1)에서 생성된 압축공기는 타이어(100)의 중심방향에 설치된 회전니플(7)에 연결되어 있으며, 이 회전니플(7)은 압축공기 생성장치(1)에서 생성된 압축공기를 이송시키는 이송관(8)에 의하여 저장탱크(9)로 이송되게 되어 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 압축공기 생성장치(1)의 작용 효과를 설명하면 첨부도면 도 6에 도시된 바와 같이 차량 하중이 압력발생의 원인이되며 압축하중이 가해지고 있는 타이어(100)가 차량의 중행(후진도 포함됨)으로 말미암아 회전하게 되면 먼저 자동차 타이어 휠(700)에 설치된 실린더(5)의 피스톤로드(2)가 지면과 비접촉된 상태에서는 차량의 하중에 의해 피스톤(4)을 상승시키지 못하므로 각 실린더(5)내 피스톤(4)은 피스톤로드(2)에 설치된 탄성수단(6)에 의해 실린더(5)내에서 하사점에 위치하게 되어 비압축공기로 채워지게 된다.

이러한 상태에서 자동차 주행에 따라 타이어 휠이 회전하면서 실린더(5)의 피스톤로드(3)가 지면과 수직으로 접촉될 때 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 노면과 접하는 부분의 타이어는 차량의 전장을 받치고 있는 관계로 하중을 받게 되어 도면상 λ라는 폭 만큼 타이어(100)가 압축되며, 이에 따라 피스톤로드(2)가 상승하게 되고 실린더(5)내 공기는 피스톤(4)이 상승하면서 압축공기를 발생시킨다.

이때, 상기 타이어(100)의 내측면에는 타이어(100)의 파손을 방지하는 우레탄폼의 재질로 이루어진 보호층(10)을 형성시켜 사용할 수도 있다.

한편 실린더(5)내 압축된 공기는 배기체크밸브에 의해 배출되면서 연결호스(8)를 통해 압력저장탱크(9)로 이송 저장하게 된다.

이와 같이 타이어 휠에 설치된 압축공기 생성장치(1)는 차량의 하중에 의해 지면과 접촉될 때 피스톤(4)이 상승하여 압축공기를 발생시켜 배기체크밸브를 통해 압력저장탱크(9)로 배출하고 상승하였던 피스톤(4)은 피스톤로드(2)가 지면과 비접촉될 때 차량의 하중을 받지 않아 피스톤로드(2)에 설치된 탄성수단(6)에 의해 실린더(5)내 피스톤(4)이 하강하면서 실린더(5) 상부에 설치된 흡입체크발브가 개폐되고 배기체크발브가 닫히면서 압축되지 않은 공기를 채우게 된다.

상기와 같이 자동차 주행시 타이어 휠 회전에 따른 압축공기는 지면과 실린더(5)가 수직으로 접촉시 자동차의 하중에 의해 피스톤(4)이 상승하면서 압축공기를 발생시켜 압력저장탱크(9)로 저장하고 지면과 비접촉시 피스톤로드(2)부가 설치된 탄성수단(5)에 의해 피스톤(4)이 하강하면서 압축되지 않는 외부 공기를 흡입하는 반복운동으로 압축공기를 자동차주행중 연속적으로 발생시켜 압력 저장 탱크로 저장하게 된다.

위와 같이 자동차의 하중에 의해 얻어진 압축공기는 에어모타에 의해 자동차내 에어콘 압축기를 회전 시키거나 발전기를 회전시킬 수도 있으며, 기 발명된 기술인 압축공기에 의해 작동되는 엔진에 적용하여 사용할 수도 있다.

본 발명의 압축공기 생성장치(1)에 의해 얻어진 압축공기는 압력저장탱크(9)로 저장되고 저장된 압축공기는 출력장치(에어모타, 임펙트)를 이용하여 회전동력으로 전환하여 자동차의 주행동력 및 에어콘 압축기 발전기등 회전동력을 필요로 하는 곳에 사용하므로 자동차 주행 연비를 절감할 수 있다.

이에 대하여 좀더 구체적으로 설명하면 통상적으로 엔진의 크랭크축에 축설된 풀리에는 워터펌프와 발전기가 밸트에 의해 연결 구성되는데, 이때 이 밸트연결에 의한 에너지손실이 발생되며, 첨부도면 도 8과 아래 표 1에서와 같이 가솔린 자동차에 있어서 투입 에너지에 대한 유효 이용에너지 및 손실 에너지를 수치로 환산하여 표로 나타낸 것이다.

상기 표 1 및 도 8에서 알 수 있듯이 시가지 주행시에는 유효에너지가 12.6%이고, 고속도로 주행시에는 20.2%에 불과함을 알 수 있다. 그러나 본 발명을 이용할 경우 구동시 유효에너지는 75% 이상의 에너지 효율을 기대할 수 있다.

한편, 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 1개의 타이어에 압축공기 생성장치를 일정간격으로 4개를 설치하였을 때 1개의 타이어에서 발생시키는 압축공기의 공기량은 표 2와 같다.

공기량	압축기	회전수	압력	오일층진량
	직경×행정×실린더수
ℓ/min	㎜×㎜	r.p.m	㎏f/㎠G	ℓ
552	65×40×4	1040	7.5∼9.9	1.0

또한, 자동차 시속에 따른 타이어 4EA(압축기 16개)에서 발생되는 압축공기량은 표 3과와 같다.

공기량	압축기	회전수	시속	압력
	직경×행정×실린더수
ℓ/min	㎜×㎜	r.p.m	㎞/HR	㎏f/㎠G
1776	65×40×16	1040	64㎞	1.0
4416	65×40×16	2080	124㎞	7.5∼9.9

이와 같이 구성되어 작동되는 본 발명은 외부 에너지 공급없이 챠량 주행시 회전하는 타이어 휠에 압축공기 생성장치를 다수개 설치하여 피스톤로드가 지면과접촉될 때 차량의 하중에 의해 피스톤이 상승하면서 압축공기를 발생시켜 에어탱크로 저장하고 지면과 비 접촉시 탄성수단에 의해 하강하면서 공기를 흡입하고 다시 지면과 접촉될 때 압축공기를 발생시키는 사이클 운동으로 차량 주행시 타이어 휠이 회전하면서 외부에너지 공급없이 자동차의 하중에 의해 압축공기를 연속적으로 얻어 차량이 필요로 하는 전원을 공급하는 발전기를 작동시키거나 콤프레서를 작동시키는 동력원으로 사용하며 또는 에어공구의 동력원 및 자동차 동력발생장치에 사용하여 연료를 절감시킬 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (5)

1. 차량의 타이어가 지면과 접촉되어 회전시 타이어의 압축력에 의하여 압축공기를 형성시키는 압착수단과;

   상기 가압된 압착수단을 초기의 상태로 복원시키는 탄성수단과;

   상기 압착수단에서 생성된 압축공기를 이송시키는 이송관과;

   상기 이송관과 연결되는 저장탱크와,

   상기 타이어의 내측면에 접지되는 압착수단에는 타이어의 파손을 방지하는 베어링수단이 연결 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 압축공기 생성장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 압착수단은 훨을 관통하여 타이어의 내측면에 접촉되는 피스톤로드에 설치된 피스톤은 훨에 고정 설치된 실린더에 삽설되어 형성된 것을 특징으로 하는 압축공기 생성장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 타이어의 내측면에는 타이어의 파손을 방지하는 보호층이 형성된 것을 특징으로 하는 압축공기 생성장치.
4. 제 1 항에 있어서, 압축공기 생성장치가 2개 이상인 것을 특징으로 하는 압축공기 생성장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 이송관의 소정부위에는 압착수단을 통해 얻어진 압축공기를 승압시키는 배력장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 압축공기 생성장치.