KR20020069931A

KR20020069931A - 왕복동형 발전기

Info

Publication number: KR20020069931A
Application number: KR1020010010527A
Authority: KR
Inventors: 이찬재; 윤영환; 이연재
Original assignee: 이찬재
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-05
Also published as: KR100404654B1

Abstract

본 발명은, 왕복동형 발전기에 관한 것으로서, 연소실을 형성하는 실린더와, 실린더 내에 마련되어 왕복운동을 하는 피스톤을 구비하고 상호 대향하게 배치되는 한쌍의 내연기관과, 각 내연기관의 피스톤을 상호 연결하여 피스톤들의 왕복운동에 의해 왕복운동을 하는 왕복동축과, 왕복동축에 마련되어 자력을 발생하는 가동자와, 가동자를 왕복운동 가능하게 수용하며 가동자와 상호 작용하여 전기를 발생하는 발전코일을 구비한 고정자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 내연기관의 동력전환 효율을 향상시키고 열손실을 저감하여 내연기관의 효율이 향상되며 발전량을 증대시킬 수 있다.

Description

왕복동형 발전기{RECIPROCATING ELECTRICAL GENERATOR}

본 발명은, 왕복동형 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 내연기관과 발전기의 작동 구조를 개선한 왕복동형 발전기에 관한 것이다.

종래의 내연기관을 이용한 발전장치의 개략적인 외형도인 도 6에 도시된 바와 같이, 내연기관(130)과 발전기(110)를 커플링 등으로 연결하여 내연기관의 연소력으로 발전기의 회전축을 회전시켜 발전을 하게 된다.

내연기관(130)은 연소실을 형성하는 실린더(132)와, 실린더(132) 내에 마련되어 왕복운동을 하는 피스톤과, 피스톤의 일단에 마련되어 피스톤의 직선 왕복운동에 의해 회전운동을 하는 크랭크축을 가지며, 크랭크축은 발전기의 회전축에 커플링에 의해 연결된다. 내연기관(130)의 외측에는 실린더(132)의 온도를 적정온도로 유지하기 위해 실린더(132)에서 발생되는 열을 냉각시키는 방열기(134)가 마련되고, 내연기관의 상부측에는 연소실 내로 외부공기를 급기하는 급기구(136)와, 연소실에서 발생되는 연소가스를 외부로 배기하는 배기구(138)가 마련되어 있다.

발전기(110)는, 크랭크축에 커플링으로 연결되어 회전운동을 하며 복수의 자석을 구비하여 자력을 발생하는 회전축(가동자)과, 회전축이 회전가능하도록 수용하며 회전축의 자석과 상호 작용하여 전기를 발생하는 발전코일을 구비한 고정자를 갖는다.

이러한 구성에 의하여, 실린더(132)의 연소실 내로 공기를 공급하여 압축해서 고온 고압으로 하고, 여기에 연료를 분사하여 자연발화시켜 그 폭발력으로 실린더(132) 내의 피스톤을 작동시킨다. 피스톤이 작동함에 따라 크랭크축이 회전을 하게 되고, 크랭크축의 회전에 의해 크랭크축과 커플링으로 연결된 회전축이 회전을 하면서, 회전축의 자석이 고정자의 발전코일과 상호 작용하여 발전을 하게 된다.

그런데, 이러한 내연기관을 이용하여 발전하는 발전장치에 있어서는, 내연기관의 크랭크축의 회전반경에 의해 실린더 내의 행정구간이 한정되므로, 연소가스에 의해 피스톤이 하사점에 도달하더라도 연소실 내의 연소가스가 충분히 팽창하지 못하고 연소가스의 압력에너지가 피스톤의 운동에너지로 변환하는 것이 제한되는, 즉 내연기관의 동력전환 효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 방열기를 통해 실린더에서 발생되는 열을 외부로 방출함과 동시에 배기시 고온의 연소가스가 배기되므로 내연기관의 열손실이 증대되어 내연기관의 효율이 저하됨과 동시에 발전량이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 내연기관의 동력전환 효율을 향상시키고 열손실을 저감하여 내연기관의 효율이 향상되며 발전량을 증대시킬 수 있는 왕복동형 발전기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 왕복동형 발전기의 개략적인 종단면도,

도 2는 도 1의 'A'부의 구동모터에 대한 요부확대단면도,

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 실린더헤드의 정면도,

도 4는 도 1의 연료분사펌프의 개략적인 단면도,

도 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h는 내연기관의 작동상태도,

도 6은 종래의 내연기관을 이용한 발전장치의 개략적인 외형도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 발전기 12 : 가동자

14 : 고정자 30a,30b : 내연기관

32a,32b : 실린더 34a,34b : 피스톤

36 : 왕복동축 38a,38b : 실린더헤드

42a,42b : 연료분사노즐 44a,44b : 연료분사펌프

62a,62b : 연료 바이패스밸브 66a,66b : 배기밸브

70a,70b : 급기순환부 74a,74b : 급기부

78a,78b : 급기밸브 80a,80b : 압력센서

86 : 제어부

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 왕복동형 발전기에 있어서; 연소실을 형성하는 실린더와, 상기 실린더 내에 마련되어 왕복운동을 하는 피스톤을 구비하고 상호 대향하게 배치되는 한쌍의 내연기관과; 상기 각 내연기관의 피스톤을 상호 연결하여 상기 피스톤들의 왕복운동에 의해 왕복운동을 하는 왕복동축과; 상기 왕복동축에 마련되어 자력을 발생하는 가동자와; 상기 가동자를 왕복운동 가능하게 수용하며 상기 가동자와 상호 작용하여 전기를 발생하는 발전코일을 구비한 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동형 발전기를 제공한다.

여기서, 상기 실린더의 헤드영역에는, 상기 연소실 내로 연료를 분사하는 연료분사노즐과, 외부로부터 공급된 연료를 상기 연료분사노즐로 공급하는 연료분사펌프와, 상기 연료분사노즐과 상기 연료분사펌프를 상호 연결하며 연료가 유동하는 분사연료 공급관과, 상기 실린더 내부와 연통되어 상기 연소실 내의 연소가스가 배기되는 배기관과, 상기 배기관에 설치되어 상기 연소실 내의 연소가스의 배기를 단속하는 배기밸브가 마련되고; 상기 실린더의 하사점으로부터 소정의 행정구간 영역에는, 상기 실린더 벽을 관통하는 복수의 급기공과, 상기 급기공이 형성된 실린더 벽과 소정 이격되어 상기 실린더 벽을 둘러싸며 외부공기가 순환되는 급기순환부와, 상기 실린더 내부로 외부공기를 공급하는 급기부가 마련되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 급기부는, 상기 실린더 내부와 연통되어 외부공기의 유로를 형성하는 급기로와, 상기 급기로에 마련되어 상기 실린더 내부로 공급되는 외부공기의 급기를 단속하는 급기밸브를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 연료분사펌프는, 상기 피스톤의 가압 및 가압해제에 의해 왕복운동하는 플런저와, 외부로부터 공급되는 연료를 수용하는 연료수용부와, 상기 연료수용부로 일정량의 연료를 공급하는 볼역지밸브와, 상기 연료수용부에 마련되어 상기 볼역지밸브와 상기 플런저를 탄성지지하는 스프링을 포함하고; 상기 피스톤이 상기 플런저를 가압함으로써 상기 연료수용부 내의 연료를 상기 분사연료 공급관을 거쳐 상기 연료분사노즐로 공급하고, 상기 피스톤이 상기 플런저를 가압해제함으로써 상기 플런저는 상기 스프링에 의해 원래의 위치로 복귀됨과 동시에 상기 볼역지밸브가 개방되어 상기 연료수용부내로 일정량의 연료가 공급되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 연료분사펌프의 연료수용부로부터 분기되어 상기 연료분사노즐로 공급되는 연료를 바이패스하는 연료 바이패스관과, 상기 연료 바이패스관에 마련되어 상기 발전기의 부하에 따라 상기 연료 바이패스관을 개폐하는 연료 바이패스밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 급기순환부에는 외부공기를 순환시키는 급기순환팬이 마련되고, 상기 실린더의 일측에 마련되어 상기 실린더 내부의 압력을 측정하는 압력센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 피스톤이 상기 실린더의 하사점으로부터 상사점으로 전진 이동시 상기 실린더 내부로 일정량의 외부공기를 급기함과 동시에 상기 실린더 내부의 연소가스를 배기하고, 상기 피스톤이 상기 실린더의 상사점의 압축행정구간 영역에 도달하였을 때 상기 연소가스의 배기를 중단하도록 상기 급기밸브와 상기 배기밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고정자는 영구자석, 전자석 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 상기 실린더의 외측면에는 단열재가 마련될 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 왕복동형 발전기의 개략적인 종단면도이고, 도 2는 도 1의 'A'부의 구동모터에 대한 요부확대단면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 실린더헤드의 정면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 왕복동형 발전기는, 상호 대향하게 배치되는 한쌍의 내연기관(30a,30b)과, 각 내연기관(30a,30b)의 사이에 마련되어 내연기관(30a,30b)의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 전기를 발생하는 발전기(10)를 갖는다.

각 내연기관(30a,30b)은, 연소실을 형성하는 실린더(32a,32b)와, 실린더(32a,32b) 내에 마련되어 왕복운동을 하는 피스톤(34a,34b)을 갖는다. 여기서, 연소실은, 실린더 헤드영역(38a,38b)과 피스톤(34a,34b)의 전면이 형성하는 실린더(32a,32b) 내의 영역을 말한다.

각 실린더(32a,32b)들은 동축선상에 대향 배치되며, 각 피스톤(34a,34b)들은 왕복동축(36)에 의해 상호 연결되어 각 실린더(32a,32b)의 내벽을 따라 왕복운동을 하며 하나의 피스톤이 팽창행정을 수행하면 다른 하나의 피스톤은 압축행정을 수행한다. 왕복동축(36)의 대략 중앙영역에는 후술할 발전기(10)의 구성을 이루는 가동자(12)가 결합되어 있으며, 왕복동축(36)은 발전기(10)의 양측에 마련된 롤러(28)에 의해 지지되면서 왕복운동을 한다.

발전기(10)는, 자력을 발생하는 가동자(12)와, 가동자(12)와 상호 작용하여 전기를 발생하는 발전코일을 구비한 고정자(14)를 갖는다. 가동자(12)는 자력을 발생하는 복수의 자석을 가지며, 이 복수의 자석에는 필요한 자속을 발생시켜 발전전압을 높이도록 기자력을 제공하는 계자권선(16)이 마련되어 있으며, 이계자권선(16)은 계자전원공급단자(18)에 연결되어 외부로부터의 전원을 공급받는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고정자(14)의 내측에는 계자권선(16)에 전원을 공급하는 동대(20)가 축선방향을 따라 마련되어 있으며, 고정자(14)와 동대(20) 사이에는 고정자(14)와 동대(20)를 절연하는 절연체(21)가 마련되어 있다. 동대(20)의 내측에는 동대(20)를 따라 슬라이딩 이동하여 계자권선(16)에 전원을 공급하는 브러쉬(22)가 마련되고, 브러쉬(22)는 가동자(12)의 일측에 마련된 홀더(24)에 결합되어 있다. 여기서, 가동자(12)는 전자석 대신에 영구자석을 사용할 수 있다.

고정자(14)는 가동자(12)가 왕복운동 가능하도록 외주방향으로 가동자(12)와 소정 이격되고, 가동자(12)를 수용할 수 있도록 축선방향으로 소정의 폭을 가진다. 그리고, 고정자(14)의 외측에는 가동자(12)와 고정자(14)의 상호 작용에 의해 발생된 전기를 외부로 공급하는 발전기 출력단자(26)가 마련되어 있다. 발전기 출력단자(26)의 후단에는, 도시되어 있지 않지만, 발전된 교류전원을 직류전원으로 바꾸는 정류기가 마련될 수 있다.

한편, 실린더의 헤드(38a,38b) 영역에는, 연소실 내로 연료를 분사하는 복수의 연료분사노즐(42a,42b)과, 연료탱크(54a,54b)로부터 공급된 연료를 각 연료분사노즐(42a,42b)로 공급하는 연료분사펌프(44a,44b)와, 각 연료분사노즐(42a,42b)과 연료분사펌프(44a,44b)를 상호 연결하며 연료가 유동하는 복수의 분사연료 공급관(40a,40b)과, 실린더(32a,32b) 내부, 즉 연소실과 연통되어 연소실 내의 연소가스가 배기되는 복수의 배기관(64a,64b)과, 각 배기관(64a,64b)에 설치되어 후술할 제어부(86)의 신호에 의해 연소실 내의 연소가스의 배기를 단속하는배기밸브(66a,66b)가 마련되어 있다. 연료탱크(54a,54b)와 연료분사펌프(44a,44b)는 연료가 유동하는 연료공급관(56a,56b)에 의해 연결되어 있으며, 연료공급관(56a,56b)에는 연료분사펌프(44a,44b)로 공급되는 연료의 이물질을 제거하는 연료필터(58a,58b)가 마련되어 있다.

연료분사펌프(44a,44b)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 피스톤(34a,34b)의 가압 및 가압해제에 의해 왕복운동하는 플런저(46a,46b)와, 연료탱크(54a,54b)로부터 연료필터(58a,58b)를 거쳐 공급되는 연료를 수용하는 연료수용부(48a,48b)와, 연료필터(58a,58b)를 거친 일정량의 연료를 연료수용부(48a,48b)로 공급하는 볼역지밸브(50a,50b)와, 연료수용부(48a,48b)에 마련되어 볼역지밸브(50a,50b)와 플런저(46a,46b)를 탄성지지하는 스프링(52a,52b)을 갖는다. 이로써, 피스톤(34a,34b)이 플런저(46a,46b)를 가압하면, 플런저(46a,46b)가 스프링(52a,52b)을 가압함과 동시에 볼역지밸브(50a,50b)를 가압하여 연료공급관(56a,56b)으로부터 연료수용부(48a,48b) 내로 연료의 공급이 차단되고, 연료수용부(48a,48b) 내의 연료가 플런저(46a,46b)의 가압에 의해 분사연료 공급관(40a,40b)을 거쳐 연료분사노즐(42a,42b)로 공급된다. 반대로, 피스톤(34a,34b)이 플런저(46a,46b)를 가압해제하면, 플런저(46a,46b)는 스프링(52a,52b)의 복원력에 의해 원래의 위치로 복귀됨과 동시에 볼역지밸브(50a,50b)가 개방되어 연료수용부(48a,48b) 내로 일정량의 연료가 공급된다.

또한, 실린더 헤드(38a,38b) 영역에는, 연료분사펌프(44a,44b)의연료수용부(48a,48b)로부터 분기되어 연료분사노즐(42a,42b)로 공급되는 연료를 바이패스하는 연료 바이패스관(60a,60b)과, 연료 바이패스관(60a,60b)에 마련되어 발전기(10)의 부하에 따라 후술할 제어부(86)의 제어에 의해 연료 바이패스관(60a,60b)을 개폐하여 연료분사노즐(42a,42b)에서 분사되는 연료의 양을 조절하는 연료 바이패스밸브(62a,62b)를 갖는다.

그리고, 실린더(32a,32b)의 하사점으로부터 소정의 행정구간 영역에는, 실린더(32a,32b) 벽을 관통하는 복수의 급기공(68a,68b)과, 급기공(68a,68b)이 형성된 실린더(32a,32b) 벽과 소정 이격되어 실린더(32a,32b) 벽을 둘러싸며 외부공기가 순환되는 급기순환부(70a,70b)와, 실린더(32a,32b) 내부로 외부공기를 공급하는 급기부(74a,74b)와, 실린더(32a,32b) 내부의 압력을 측정하여 후술할 제어부(86)로 측정된 압력의 신호를 보내는 압력센서(80a,80b)와, 실린더(32a,32b) 내측면과 피스톤(34a,34b)과의 마찰에 의한 왕복운동을 원활하게 하기 위해 실린더(32a,32b) 내로 윤활유를 공급하는 윤활유 분사부(82a,82b)가 마련되어 있다.

급기순환부(70a,70b)에는, 급기부(74a,74b)로부터 유입된 외부공기를 순환시켜 윤활유가 급기공(68a,68b)에 끼어 윤활유가 연소실 내로 유입되는 것을 방지하는 급기순환팬(72a,72b)이 마련되어 있다.

급기부(74a,74b)는, 실린더(32a,32b) 내부와 실린더(32a,32b) 외부를 연통하며 외부공기의 유로를 형성하는 급기로(76a,76b)와, 급기로(76a,76b)에 마련되어 후술할 제어부(86)의 신호에 의해 실린더(32a,32b) 내부로 공급되는 외부공기의 급기를 단속하는 급기밸브(78a,78b)를 갖는다.

그리고, 실린더(32a,32b)의 외측면에는 단열을 위한 단열재(84a,84b)가 마련되어 있다.

한편, 본 발명에 따른 왕복동형 발전기는, 통상적으로 마이컴으로 만들어지며 급기밸브(78a,78b), 배기밸브(66a,66b) 및 연료 바이패스밸브(62a,62b)를 제어하는 제어부(86)를 포함한다.

제어부(86)는, 피스톤(34a,34b)이 실린더(32a,32b)의 하사점으로부터 상사점으로 전진 이동시 실린더(32a,32b) 내부로 일정량의 외부공기를 급기함과 동시에 실린더(32a,32b) 내부의 연소가스를 배기하고, 피스톤(34a,34b)이 실린더(32a,32b)의 상사점의 압축행정구간 영역에 도달하였을 때 연소가스의 배기를 중단하도록 급기밸브(78a,78b) 및 배기밸브(66a,66b)를 제어한다. 그리고, 제어부(86)는, 급기밸브(78a,78b)를 개방할 때 압력센서(80a,80b)에서 측정된 압력의 신호에 기초하여 급기밸브(78a,78b)를 제어한다. 또한, 제어부(86)는, 발전기(10)의 부하에 따라 연료 바이패스밸브(62a,62b)에 신호를 보내 연료 바이패스관(60a,60b)을 개폐하여 연료분사노즐(42a,42b)에서 분사되는 연료의 양을 제어한다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 왕복동형 발전기의 동작을 도 5a 내지 도 5h를 이용하여 설명하면 다음과 같다. 설명의 편리상, 발전기의 좌측영역에 있는 내연기관의 구성요소들을 제1구성요소로 하고, 발전기의 우측영역에 있는 내연기관의 구성요소들을 제2구성요소로 하여, 각 구성요소의 명칭 앞에 제1 및 제2라는 명칭을 붙여 설명하기로 한다. 또한, 실린더의 상사점과 피스톤의 전면이 형성하는 실린더 내의 영역을 연소실로 하고, 피스톤의 후면과 실린더의 하사점이 형성하는 실린더 내의 영역을 급기실로 하여 설명하기로 한다.

먼저, 한쌍의 내연기관(30a,30b)의 상호 동작에 대해 설명한다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 좌측의 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 상사점 부근의 압축행정구간 영역에 도달하면서 제1연소실의 압축행정이 시작된다. 제1연소실 내의 공기의 압축이 시작됨과 동시에 제1피스톤(34a)이 제1연료분사펌프(44a)의 플런저(46a)를 가압하여 제1연료분사노즐(42a)을 통하여 제1연소실 내로 연료를 분사하기 시작한다. 이 때, 제1배기밸브(66a)는 제1배기관(64a)을 폐쇄함과 동시에 제1급기밸브(78a)는 제1급기로(76a)를 폐쇄하고 있다. 한편, 제2급기실의 공기가 제2급기순환부(70b)의 급기공(68b)을 통하여 제2연소실로 공급된다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 상사점에 도달하면서 제1연소실 내의 공기가 고압으로 압축되고, 이 때 제1연소실 내로 공급된 연료가 자연착화하여 연료가 연소하면서 제1연소실의 압력이 급상승하여 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 하사점으로 후진하게 되고, 연소가스의 압력에너지가 피스톤의 운동에너지로 전환되기 시작한다. 한편, 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 하사점에 도달하여, 제2급기실과 제2연소실의 압력 차이로 제2급기실의 공기가 제2연소실 영역으로 급기 완료된 상태로 된다.

도 5c에 도시된 바와 같이, 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 하사점으로 후진하는 중에 제1급기실 영역의 공기가 가압되기 시작한다. 한편, 좌측의 제1실린더(32a) 내의 연소가스의 압력에 의해 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 상사점을 향해 전진하기 시작한다. 이 때, 제어부(86)는, 제2연소실 내의 연소가스가 배기되도록 제2배기밸브(66b)에 작동신호를 보내어 제2배기밸브(66b)를 개방하기 시작하여 제2연소실 내의 연소가스가 배기되기 시작한다. 동시에, 제2압력센서(80b)에서는 제2급기실의 압력을 측정하여 측정된 압력에 대한 신호를 제어부(86)로 보내고, 제어부(86)에서는 측정된 압력이 대기압 보다 낮아지면 제2급기실로 외부공기가 급기되도록 제2급기밸브(78b)에 작동신호를 보내 제2급기밸브(78b)를 개방시킨다.

도 5d에 도시된 바와 같이, 제1연소실의 압력이 대기압과 같아지는 위치에 도달하면, 제1급기실의 공기가 제1급기순환부(70a)의 급기공(68a)을 통하여 제1연소실로 공급되기 시작한다. 한편, 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 상사점을 향해 전진하는 중, 제2급기실에 외부공기가 정량 유입되면 제어부(86)는 제2급기실로 외부공기가 급기되지 않도록 제2급기밸브(78b)에 작동신호를 보내 제2급기밸브(78b)를 폐쇄한다. 그리고, 제2급기실의 압력이 대기압 보다 낮은 상태, 즉 부압이 유지된다.

도 5e에 도시된 바와 같이, 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 하부영역, 즉 제1실린더(32a)의 하사점에 도달하면서, 제1급기실과 제1연소실의 압력 차이로 제1급기실의 연소용 공기가 제1연소실 영역으로 급기 완료된 상태로 된다. 한편, 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 상사점 부근의 압축행정구간 영역에 도달하면서 제2연소실의 압축행정이 시작된다. 제2연소실 내의 공기의 압축이 시작됨과 동시에 제2피스톤(34b)이 제2연료분사펌프(44b)의 플런저(46b)를 가압하여 제2연료분사노즐(42b)을 통하여 제2연소실 내로 연료를 분사하기 시작한다. 이 때, 제2배기밸브(66b)는 제2배기관(64b)을 폐쇄함과 동시에 제2급기밸브(78b)는 제2급기로(76b)를 폐쇄하고 있다. 또한, 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 상사점에 도달하면서 제2연소실 내의 공기가 고압으로 압축되고, 이 때 제2연소실 내로 공급된 연료가 자연착화하여 연료가 연소하면서 제2연소실의 압력이 급상승하여 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 하사점을 향해 후진하게 되고, 연소가스의 압력에너지가 피스톤의 운동에너지로 전환되기 시작한다.

도 5f에 도시된 바와 같이, 우측의 제2실린더(32b) 내의 연소가스의 압력에 의해 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 상사점을 향해 전진하기 시작한다. 이 때, 제어부(86)는, 제1연소실 내의 연소가스가 배기되도록 제1배기밸브(66a)에 작동신호를 보내어 제1배기밸브(66a)를 개방하고 제1연소실 내의 연소가스가 배기되기 시작한다. 동시에, 제1압력센서(80a)에서는 제1급기실의 압력을 측정하여 측정된 압력에 대한 신호를 제어부(86)로 보내고, 제어부(86)에서는 측정된 압력이 대기압 보다 낮아지면 제1급기실로 외부공기가 급기되도록 제1급기밸브(78a)에 작동신호를 보내 제1급기밸브(78a)를 개방시킨다. 한편, 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 하사점으로 후진을 하는 중, 제2급기실 영역의 공기가 가압되기 시작한다.

도 5g에 도시된 바와 같이, 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 상사점을 향해 전진 중, 제1급기실에 외부공기가 정량 유입되면 제어부(86)는 제1급기실로 외부공기가 급기되지 않도록 제1급기밸브(78a)에 작동신호를 보내 제1급기밸브(78a)를 폐쇄한다. 한편, 제2급기실 영역의 공기는 계속하여 가압되기 시작한다.

도 5h에 도시된 바와 같이, 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 상사점을 향해 전진하게 되면, 제1급기실의 압력은 대기압 보다 낮은 상태, 즉 부압이 유지된다. 한편, 제2연소실의 압력이 대기압과 같아지는 위치에 도달하면, 제2급기실의 공기가 제2급기순환부(70b)의 급기공(68b)을 통하여 제2연소실로 공급되기 시작한다.

이러한 한쌍의 내연기관(30a,30b)의 상호 연속동작에 의해, 각 피스톤(34a,34b)을 상호 연결하는 왕복동축(36)에 결합된 가동자(12)가 고정자(14)의 내측을 따라 선형 왕복이동하면서, 가동자(12)와 고정자(14)가 전기적으로 상호 작용을 하여 각 피스톤(34a,34b)의 운동에너지가 전기에너지로 변환되어 발전을 하게 된다.

그리고, 제어부(86)는, 실린더(32a,32b)의 압축행정이 시작될 때 발전기(10)의 부하에 따라 연료 바이패스밸브(62a,62b)에 신호를 보내 연료 바이패스관(60a,60b)을 개폐하여 연료분사노즐(42a,42b)에서 분사되는 연료의 양을 제어한다. 즉, 제어부(86)는, 발전기(10)의 부하가 작을 때 연료 바이패스밸브(62a,62b)가 개방되도록 연료 바이패스밸브(62a,62b)에 작동신호를 보내 연료 바이패스밸브(62a,62b)를 개방하여, 연료분사펌프(44a,44b)로부터 연료분사노즐(42a,42b)을 거쳐 실린더(32a,32b)의 연소실 내로 공급되는 연료의 일부를 연료탱크(54a,54b)로 바이패스함으로써, 발전기(10)의 출력을 조절한다.

이와 같이, 상호 대향하게 배치되는 한쌍의 내연기관 사이에 각 내연기관의내연력에 의해 선형 왕복운동을 하여 발전을 하는 발전기를 마련함으로써, 실린더 내의 피스톤의 행정구간이 길어지게 되어, 연소실 내에서 연료와 공기의 연소시간이 길어져 완전연소를 도모하여 공해를 저감할 수 있다. 그리고, 연소실 내의 연소가스의 팽창구간이 길어지게 되어 연소가스가 연소실 내에서 충분하게 팽창됨으로써, 연소가스의 압력에너지가 피스톤의 운동에너지로 동력이 전환되는 동력전환 효율이 향상될 뿐만 아니라 피스톤이 하사점에 도달할 때 연소실 내의 연소가스의 온도가 낮아지게 되어 배기되는 연소가스의 온도 역시 낮아짐으로써 내연기관의 열손실이 저감하여 내연기관의 효율이 향상되어 발전량이 증대되고, 별도의 냉각장치가 필요 없게 되어 제품의 구조를 단순화할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 내연기관의 동력전환 효율을 향상시키고 열손실을 저감하여 내연기관의 효율이 향상되며 발전량을 증대시킬 수 있는 왕복동형 발전기가 제공된다.

Claims

왕복동형 발전기에 있어서;

연소실을 형성하는 실린더와, 상기 실린더 내에 마련되어 왕복운동을 하는 피스톤을 구비하고 상호 대향하게 배치되는 한쌍의 내연기관과;

상기 각 내연기관의 피스톤을 상호 연결하여 상기 피스톤들의 왕복운동에 의해 왕복운동을 하는 왕복동축과;

상기 왕복동축에 마련되어 자력을 발생하는 가동자와;

상기 가동자를 왕복운동 가능하게 수용하며 상기 가동자와 상호 작용하여 전기를 발생하는 발전코일을 구비한 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동형 발전기.
제1항에 있어서,

상기 실린더의 헤드영역에는, 상기 연소실 내로 연료를 분사하는 연료분사노즐과, 외부로부터 공급된 연료를 상기 연료분사노즐로 공급하는 연료분사펌프와, 상기 연료분사노즐과 상기 연료분사펌프를 상호 연결하며 연료가 유동하는 분사연료 공급관과, 상기 실린더 내부와 연통되어 상기 연소실 내의 연소가스가 배기되는 배기관과, 상기 배기관에 설치되어 상기 연소실 내의 연소가스의 배기를 단속하는 배기밸브가 마련되고;

상기 실린더의 하사점으로부터 소정의 행정구간 영역에는, 상기 실린더 벽을관통하는 복수의 급기공과, 상기 급기공이 형성된 실린더 벽과 소정 이격되어 상기 실린더 벽을 둘러싸며 외부공기가 순환되는 급기순환부와, 상기 실린더 내부로 외부공기를 공급하는 급기부가 마련되는 것을 특징으로 하는 왕복동형 발전기.
제2항에 있어서, 상기 급기부는,

상기 실린더 내부와 연통되어 외부공기의 유로를 형성하는 급기로와,

상기 급기로에 마련되어 상기 실린더 내부로 공급되는 외부공기의 급기를 단속하는 급기밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동형 발전기.
제2항에 있어서,

상기 연료분사펌프는, 상기 피스톤의 가압 및 가압해제에 의해 왕복운동하는 플런저와, 외부로부터 공급되는 연료를 수용하는 연료수용부와, 상기 연료수용부로 일정량의 연료를 공급하는 볼역지밸브와, 상기 연료수용부에 마련되어 상기 볼역지밸브와 상기 플런저를 탄성지지하는 스프링을 포함하고;

상기 피스톤이 상기 플런저를 가압함으로써 상기 연료수용부 내의 연료를 상기 분사연료 공급관을 거쳐 상기 연료분사노즐로 공급하고, 상기 피스톤이 상기 플런저를 가압해제함으로써 상기 플런저는 상기 스프링에 의해 원래의 위치로 복귀됨과 동시에 상기 볼역지밸브가 개방되어 상기 연료수용부내로 일정량의 연료가 공급되는 것을 특징으로 하는 왕복동형 발전기.
제4항에 있어서,

상기 연료분사펌프의 연료수용부로부터 분기되어 상기 연료분사노즐로 공급되는 연료를 바이패스하는 연료 바이패스관과, 상기 연료 바이패스관에 마련되어 상기 발전기의 부하에 따라 상기 연료 바이패스관을 개폐하는 연료 바이패스밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동형 발전기.
제2항에 있어서,

상기 급기순환부에는 외부공기를 순환시키는 급기순환팬이 마련되는 것을 특징으로 하는 왕복동형 발전기.
제2항에 있어서,

상기 실린더의 일측에 마련되어 상기 실린더 내부의 압력을 측정하는 압력센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동형 발전기.
제3항에 있어서,

상기 피스톤이 상기 실린더의 하사점으로부터 상사점으로 전진 이동시 상기 실린더 내부로 일정량의 외부공기를 급기함과 동시에 상기 실린더 내부의 연소가스를 배기하고, 상기 피스톤이 상기 실린더의 상사점의 압축행정구간 영역에 도달하였을 때 상기 연소가스의 배기를 중단하도록 상기 급기밸브와 상기 배기밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동형 발전기.
제1항에 있어서,

상기 고정자는 영구자석, 전자석 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 왕복동형 발전기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 실린더의 외측면에는 단열재가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복동형 발전기.