KR20010105825A

KR20010105825A - 터빈엔진

Info

Publication number: KR20010105825A
Application number: KR1020000026781A
Authority: KR
Inventors: 권병규
Original assignee: 권병규
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2001-11-29
Also published as: KR100365908B1

Abstract

본 발명은 다수의 연소실에서 생성되는 배기가스를 이용하여 터빈을 회전시킴에 따라 고출력의 출력토크를 얻을 수 있는 터빈엔진에 관한 것으로, 그 구성을 설명하면 다음과 같다.

내부에는 출력축이 포함되는 터빈이 장착되며 주연부에는 등간격으로 다수의 가스공급홀이 형성된 터빈실과, 상기 터빈실의 외측면에 등간격으로 고정되며 흡기밸브, 배기밸브, 폭발밸브, 노즐 및 이그나이터가 장착되어 있는 다수의 연소실과, 상기 흡기밸브의 외측에 장착되어 압축공기를 연소실 내부로 공급하는 다수의 흡기관과, 상기 배기밸브와 폭발밸브의 외측에 장착되어 상기 터빈실의 주연부에 형성된 가스공급홀과 관통되는 가스통로와, 상기 터빈실의 외측에 하나 이상 형성되는 배기 메니폴드로 구성됨을 특징으로 하는 것이다.

Description

터빈엔진{turbine engine}

본 발명은 배기가스를 이용하는 다기통의 엔진에 관한 것으로서, 특히 다수의 연소실에서 생성되는 배기가스를 이용하여 터빈을 회전시킴에 따라 고출력을 얻을 수 있는 터빈엔진에 관한 것이다.

일반적으로 엔진이라 함은, 4행정 사이클을 통해 크랭크샤프트를 회전시켜 출력을 얻는 것으로서, 다수의 실린더와 이 실린더의 내부에 장착되는 피스톤 및 피스톤의 승강을 통해 회전되는 크랭크샤프트로 구성되는 것이다.

그러나, 상기와 같이 구성된 통상적인 엔진은, 흡기 메니폴드로부터 유입되는 혼합가스를 실린더 내부에 유입시킨후 이를 폭발시켜 피스톤을 승강시킴에 따라 구동력을 얻는 것으로서, 통상적으로 폭발후 발생되는 배기가스는 배기 메니폴드와 머플러를 통해 외부로 배출되는 것이다.

따라서, 상기와 같이 구성된 엔진은 배기가스를 재활용할 수 없이 배기가스가 가지고 있는 에너지가 손실되는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 엔진을 구성하는 실린더의 갯수가 한정됨으로서, 고출력을 얻고자 하면 엔진의 부피를 늘려야 하는 문제점도 가지고 있었다.

또, 실린더에 장착된 피스톤은 항상 동일한 토크 및 행정으로 작동됨으로서, 엔진의 출력 토크 및 회전수를 가변시킬 수 없는 문제점도 가지고 있었다.

또, 실린더에 장착된 피스톤과 크랭크샤프트 등의 기계적인 요소의 작동을 통해 엔진을 작동시킴으로서, 장치의 작동시 소음이 발생되는 문제점도 가지고 있었다.

또, 실린더의 갯수를 줄이게 되면 출력부하가 증가되어 소음이 증폭되는 문제점도 가지고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 단일의 터빈실에 다수의 연소실에서 얻은 폭발 에너지(배기가스가 가지고 있는 에너지)를 동시에 공급함으로서, 적은 체적으로도 고출력을 얻을 수 있는 엔진을 제공할 수 있는 목적을 가지는 것이다.

또한, 터빈실의 외측에 다수로 장착된 연소실을 선택적으로 작동시킴에 따라서, 엔진의 출력을 가변시킬 수 있는 목적도 가지고 있다.

또, 피스톤의 동작이 아닌 폭발가스(배기가스포함)가 가지고 있는 에너지를 이용함으로서, 종래의 기계적인 동작(피스톤과 크랭크샤프트의 연동동작)으로 인해 발생되는 소음등의 발생을 억제할 수 있는 목적도 가지는 것이다.

또, 다기통의 엔진이므로, 소음의 발생을 최소로 할 수 있는 목적도 가지는 것이다.

또, 터빈에 장착된 출력축이 직선형상을 가지고 있음에 따라서, 엔진의 배력효과을 높일 수 있는 목적도 가지는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에는 출력축이 포함되는 터빈이 장착되며 주연부에는 등간격으로 다수의 가스공급홀이 형성된 터빈실과, 상기 터빈실의 외측면에 등간격으로 고정되며 흡기밸브, 배기밸브, 폭발밸브, 노즐 및 이그나이터가 장착되어 있는 다수의 연소실과, 상기 흡기밸브의 외측에 장착되어 압축공기를 연소실 내부로 공급하는 다수의 흡기관과, 상기 배기밸브와 폭발밸브의 외측에 장착되며 터빈실의 주연부에 형성된 가스공급홀과 관통되는 가스통로와, 상기 터빈실의 외측에 하나 이상 형성되는 배기 메니폴드로 구성됨을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 엔진을 나타낸 사시도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 도 2의 B-B선 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 연소실을 도시한 확대도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 터빈실

11 : 터빈실

111 : 출력실, 112 : 플라이휘일

12 : 가스공급홀

2 : 연소실

21 : 흡기밸브

22 : 배기밸브

23 : 폭발밸브

24 : 노즐

25 : 이그나이터

3 : 흡기관

31 : 단속밸브

32 : 공기압축기

4 : 가스통로

5 : 배기 메니폴드

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 엔진을 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도로서, 그 구성을 설명하면 다음과 같다.

내부에는 출력축(111)이 포함되는 터빈(11)이 장착되며, 주연부에는 등간격으로 다수의 가스공급홀(12)이 형성되어 있는 원통형의 터빈실(1)과;

상기 터빈실(1)의 외측면에 등간격으로 고정되며, 압축공기가 공급되는 흡기밸브(21), 연소실 내부에서 연소된 연소가스를 상기 터빈실(1)로 공급하는 배기밸브(22), 연료와 압축공기의 폭발시 발생되는 고압의 연소가스를 배출하는 폭발밸브(23), 연료를 공급하는 노즐(24) 및 이를 착화하는 이그나이터(25)가 장착되어 있는 다수의 연소실(2)과;

상기 흡기밸브(21)의 외측에 장착되어 공기압축기(32)로부터 유입되는 압축공기를 연소실(2)의 내부로 공급하는 다수의 흡기관(3)과;

상기 배기밸브(22)와 폭발밸브(23)의 외측에 장착되며, 상기 터빈실(1)의 주연부에 형성된 가스공급홀(12)과 관통되는 가스통로(4); 및

상기 터빈실(1)의 외측에 하나 이상 형성되는 배기 메니폴드(5)로 구성됨을 특징으로 하는 것이다.

그리고 상기 터빈실(1)의 외측에 장착된 연소실(2)들 사이에는 다수의 냉각수자켓(13)이 장착됨으로서, 터빈실(11)의 내부에서 발생되는 고열을 일정한 온도로 하강시켜 터빈실(1)이 고열로 인하여 파손되는 것을 방지한다.

또한 상기 연소실(2)과 터빈실(1)을 연결하는 가스통로(4)의 인입 각도를 경사지게 하여, 터빈(11)의 날개면에 대하여 수직을 유지하도록 하는 것이다.

또 상기 흡기관(3)과 연결되는 공기압축기(32)는 도 3에 도시된 바와같이 터빈실(1)로부터 인출되는 출력축(111)에 장착됨으로서, 상기 출력축(111)의 회전력을 통해 외부의 공기를 압축하여 상기 흡기관(3)으로 보낼 수 있는 것이다. 따라서 별도의 공기 압축에 따른 동력의 낭비를 막을 수 있는 것이다.

도 3은 도 2의 B-B선 단면도로서, 상기 터빈(11)의 중앙으로부터 인출되는 출력축(111)에는 출력 효율을 증가시킬 수 있도록 플라이휘일(112)이 장착됨으로서, 출력축의 회전시 부하를 감소시켜 출력효율을 높일 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 연소실을 확대 도시한 것으로서, 상기 연소실(13)에장착된 흡기밸브(21)와 배기밸브(22)는 캠축(C)을 통해 연소실(2)의 상면(26)에서 하부쪽으로 승강되며, 상기 폭발밸브(23)는 폭발하는 순간에 발생되는 압력을 통해 연소실(2)의 상면(26)에서 상부쪽으로 승강되는 것이다. 상기 폭발밸브(23)에는 인장스프링이 장착됨으로서 연소실의 내부에 폭발압력이 걸리지 않을 경우에는 개방되지 않는 것이다.

그리고 상기 흡기관(3)은 공급되는 압축공기를 예열할 수 있도록 터빈실(1)의 외측에 삽입된후 인출되는 것이다.

또한 상기 터빈실(1)의 외측에 다수로 장착되어 있는 다수의 연소실(2)에 장착되어 있는 흡기관(3)의 중간에 개폐가 가능한 단속밸브(31)를 설치하고, 노즐(24)에 연결된 연료공급관(241)의 중간에도 단속밸브(242)를 장착하여 터빈의 출력을 조정할 수 있는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.

도 1내지 도3에 도시된 바와 같이, 먼저, 연소실(2)의 외측에 형성되어 있는 흡기밸브(21)을 캠축(C)을 통해 개방함과 동시에 흡기관(3)에 연결되어 있는 공기압축기를 작동시켜 압축공기를 연소실(2)의 내부로 공급하고, 노즐을 통해 연료를 공급하게 되면, 압축공기가 팽창되면서 연료와 혼합된다.

다음, 연소실(2)에 장착된 흡기밸브(21)를 캠축(C)을 통해 폐쇄함과 동시에 이그나이터(25)를 통해 연료를 착화한다. 따라서 연료가 착화됨과 동시에 연소실(2) 내부에서는 폭발이 생김으로서, 이때의 상승된 압력으로 인하여 강제적으로 폭발밸브(23)가 상승되어 개방된다. 그러므로 폭발과 동시에 생성된 배기가스가 가스통로를 통해 터빈실(1)로 유입된다. 즉, 이때에 발생된 배기가스의 속도는 음속의 속도를 가짐에 따라 터빈(11)을 회전시킬 수 있는 것이다.

한편, 상기 폭발후에는 캠축(C)의 작동을 통해 연소실(1)에 장착된 배기밸브(22)도 개방됨으로서, 폭발후 연속적으로 생성되는 배기가스도 상기 가스통로(4)를 통해 터빈실(1)로 유입되어 터빈(11)을 돌리게 되는 것이다.

최종적으로, 흡기밸브가 순간적으로 열렸다가 다시 닫혀 연소실(2)의 배기가스를 완전히 터빈실(1)로 공급하고, 이와 동시에 터빈실에 장착된 배기 메니폴드(5)를 통해 터빈실에 채워진 배기가스를 외부로 배출시키는 1행정의 사이클을 마치게 되는 것이다.

따라서, 상기와 같은 동작은 반복적으로 진행되고 다수의 연소실(2)마다 격번으로 진행됨에 따라서, 작동중 터빈이 정지되는 것을 막을 수 있는 것이다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 연소실(2)과 터빈실(1)을 연결하는 가스통로(4)의 인입 각도가 터빈(11)의 날개면에 대하여 수직을 유지함으로서, 터빈의 회전력을 증대시킬 수 있는 것이다.

그리고 도 3에 도시된 바와같이, 상기 터빈(11)의 중앙으로부터 인출되는 출력축(111)에는 플라이휘일(112)이 장착됨으로서, 터빈(11)의 회전부하를 최소화하여 출력을 증폭시킴은 물론, 잔류출력를 최대로 이용할 수 있는 것이다.

또한 도 4에 도시된 바와같이, 상기 연소실(2)에 장착되어 있는 흡기관(3)에 장착된 단속밸브(31)와 연료공급관(241)에 장착된 단속밸브(242)를 선택적으로 개폐함으로서, 출력 토크와 회전수를 조정할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 터빈실의 주연부에 다수의 연소실을 설치함으로서, 적은 체적으로도 고출력을 얻을 수 있는 엔진을 제공하는 효과를 가지는 것이다.

또한, 엔진의 출력을 가변시킬 수 있도록 함으로서, 엔진의 사용범위(항공기, 차량, 산업기계등)을 넓일 수 있도록 하는 효과도 가지는 것이다.

또, 피스톤의 동작이 아닌 배기가스의 에너지를 이용함으로서, 저소음엔진을 제공할 수 있는 효과도 있다.

또, 엔진을 다기통으로 구성하여 소음의 발생을 막는 효과도 가지는 것이다.

또, 터빈에 장착된 출력축이 직선형상을 가지고 있음에 따라서, 엔진의 배력효과을 높일 수 있는 효과도 있다.

Claims

내부에는 출력축(111)이 포함되는 터빈(11)이 장착되며, 주연부에는 등간격으로 다수의 가스공급홀(12)이 형성되어 있는 원통형의 터빈실(1)과;

상기 터빈실(1)의 외측면에 등간격으로 고정되며, 압축공기가 공급되는 흡기밸브(21), 연소가스가 배출되는 배기밸브(22), 폭발시 발생되는 고압의 연소가스를 배출하는 폭발밸브(23), 연료를 공급하는 노즐(24) 및 이를 착화하는 이그나이터(25)가 장착되어 있는 다수의 연소실(2)과;

상기 흡기밸브(21)의 외측에 장착되어 공기압축기(31)를 통해 압축공기를 연소실 내부로 공급하는 다수의 흡기관(3)과;

상기 배기밸브(22)와 폭발밸브(23)의 외측에 장착되며, 상기 터빈실(1)의 주연부에 형성된 가스공급홀(12)과 관통되는 가스통로(4); 및

상기 터빈실(1)의 외측에 하나 이상 형성되는 배기 메니폴드(5)로 구성됨을 특징으로 하는 터빈엔진.
제 1항에 있어서, 상기 터빈(11)의 중앙으로부터 인출되는 출력축(111)에는 출력 효율을 증가시킬 수 있도록 플라이휘일(112)이 장착됨을 특징으로 하는 터빈엔진.
제 1항에 있어서, 상기 터빈실(1)의 외측에 장착된 연소실(2)들 사이에는 다수의 냉각수자켓(13)이 장착됨을 특징으로 하는 터빈엔진.
제 1항에 있어서, 상기 연소실(13)에 장착된 흡기밸브(21)와 배기밸브(22)는 캠축(C)을 통해 연소실(2)의 상면(26)에서 하부쪽으로 승강되며, 상기 폭발밸브(23)는 폭발하는 순간에 발생되는 압력을 통해 연소실(2)의 상면(26)에서 상부쪽으로 승강됨을 특징으로 하는 터빈엔진.
제 1항에 있어서, 상기 흡기관(3)은 공급되는 압축공기를 예열할 수 있도록 터빈실(1)의 외측측에 삽입된후 인출됨을 특징으로 하는 터빈엔진.
제 1항에 있어서, 상기 연소실(2)과 터빈실(1)을 연결하는 가스통로(4)의 인입 각도를 경사지게 하여, 터빈(11)의 날개면에 대하여 수직을 유지하도록 함을 특징으로 하는 터빈엔진.
제 1항에 있어서, 상기 터빈실(1)의 외측에 다수로 장착되어 있는 다수의 연소실(2)에 장착되어 있는 흡기관(3)의 중간에 개폐가 가능한 단속밸브(31)를 설치하고, 노즐(24)에 연결된 연료공급관(241)의 중간에도 단속밸브(242)를 장착하여 터빈의 출력을 조정함으로 특징으로 하는 터빈엔진.
제 1항에 있어서, 상기 흡기관(3)과 연결되는 공기압축기(32)는 터빈실(1)로부터 인출되는 출력축(111)에 장착되어 출력축(111)에서 발생되는 동력을 통해 공기를 압축함을 특징으로 하는 터빈엔진.