KR200290723Y1 - 공기압을 이용한 동력발생장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 공기압을 이용한 동력발생장치에 관한 것으로서, 에어유입구 및 에어토출구가 형성되며, 그 내부 중공에는 피스톤이 슬라이딩 가능하게 수용되어 있는 실린더; 상기 에어유입구를 통해 소정 압력의 에어를 주입하여 상기 피스톤을 가동시키기 위한 콤프레셔; 상기 피스톤에 결합되며, 피스톤의 슬라이딩 운동에 따라 선택적으로 상기 에어유입구를 개폐하게 되는 개폐부재; 및 상기 피스톤의 직선운동을 변환하여 회전축을 회전시키는 클랭크부;를 포함하고, 상기 실린더는 적어도 둘 이상이 구비되며, 각각의 클랭크부는 동일 회전축 상에 서로 다른 위상으로 결합되어 있는 동력발생장치가 개시된다.

Description

공기압을 이용한 동력발생장치{Power generator using air pressure}

본 고안은 공기압을 이용한 동력발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기압을 이용하여 피스톤을 구동함으로써 대마력의 회전력을 발생시키게 되는 공기압을 이용한 동력발생장치에 관한 것이다.

물이나 가스, 증기 등과 같은 유체의 압력을 실린더 외부로부터 공급받아 기계적 구동력을 생성하는 각종의 외연기관이나 터빈엔진은 가솔린 엔진, 디젤 엔진 등의 내연기관과는 달리 사용 연료의 제한을 받지 않으며, 진동과 소음이 적고, 용이하게 대마력을 낼 수 있는 장점을 가진다.

이러한 엔진은, 보통 연료의 연소시 발생되는 작동유체의 토출압력으로 터빈을 회전시키거나 피스톤을 가동시키는 구조로 제작되어 선박의 프로펠러 구동원이나 발전기, 제트비행기의 엔진 등과 같은 대규모 기계장치에 한정적으로 사용되고 있는 실정에 있다. 따라서, 유압 이용시의 장점이 다양한 기계장치에 융통성있게 활용되지 못하고 있으며, 화석연료의 사용으로 인해 환경오염 발생의 우려도 있는 것이 사실이다.

특히, 경운기나 트랙터와 같은 농기계에 사용되는 엔진의 경우에는 그 특성상 저속, 대마력의 구동력이 요구되어 유체의 압력을 이용한 엔진이 적합함에도 불구하고 내연기관이 현재 채용되고 있어 소음공해를 비롯하여 각종 환경오염을 유발하고 있는 것이 현실이다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 실린더 외부로부터 공급되는 공기압을 이용하여 회전력을 얻음으로써 환경오염 없이 다양한 기계장치의 구동원으로 사용될 수 있도록 하는 공기압을 이용한 동력발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 고안의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 고안의 상세한 설명과 함께 본 고안의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 고안은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 동력발생장치의 구성을 도시하는 측단면도.

도 2는 본 고안의 다른 실시예에 따른 동력발생장치의 구성을 도시하는 측단면도.

도 3은 본 고안에 따라 도 1의 동력발생장치를 복수개 연결하여 구성한 실시예를 개략적으로 보여주는 도면.

도 4는 도 1의 피스톤이 소정거리 하강한 상태를 나타내는 측단면도.

도 5는 도 4의 피스톤이 하한까지 하강하여 에어유입구를 폐쇄한 상태를 나타내는 측단면도.

도 6은 도 5의 피스톤이 소정거리 상승한 상태를 나타내는 측단면도.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

5...콤프레셔 10...실린더 11...에어유입구

12...에어토출구 13...개폐부재 14...피스톤로드

15...피스톤 16...상부걸림부재 17...하부걸림부재

19...클랭크부 20...회전축

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안에 따른 동력발생장치는, 에어유입구 및 에어토출구가 형성되며, 그 내부 중공에는 피스톤이 슬라이딩 가능하게 수용되어 있는 실린더; 상기 에어유입구를 통해 소정 압력의 에어를 주입하여 상기 피스톤을 가동시키기 위한 콤프레셔; 상기 피스톤에 결합되며, 피스톤의 슬라이딩 운동에 따라 선택적으로 상기 에어유입구를 개폐하게 되는 개폐부재; 및 상기 피스톤의 직선운동을 변환하여 회전축을 회전시키는 클랭크부;를 포함하고, 상기 실린더는 적어도 둘 이상이 구비되며, 각각의 클랭크부는 동일 회전축 상에 서로 다른 위상으로 결합된다.

바람직하게 상기 개폐부재는, 상하면을 관통하는 통공이 적어도 하나 이상 형성되어 있는 원반형태로 이루어지고, 상기 개폐부재를 통해 에어유입구와 에어토출구가 상호 교대로 개방되도록 상기 에어유입구와 에어토출구가 실린더 길이방향을 따라 상기 개폐부재의 두께만큼 서로 이격되며 형성된다.

본 고안의 다른 실시예에 의하면, 상기 에어유입구와 에어토출구가 서로 대향하며 형성되고, 상기 개폐부재에는 상하면을 관통하는 통공이 적어도 하나 이상 형성되어 있으며, 그 측단면이 계단형태가 되도록 형성되어 상기 피스톤과의 연동에 따라 에어유입구와 에어토출구를 상호 교대로 개방하게 되는 동력발생장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 개폐부재의 중심에는 중심공이 형성되고, 그 일단이 상기 피스톤에 결합된 상태로 상기 중심공을 관통하며 연장되어 개폐부재 상측에 그 타단이 위치하며, 상기 피스톤에 연동하여 개폐부재에 대하여 슬라이딩하게 되는 피스톤로드;를 더 포함하고, 상기 피스톤로드 상에는, 특정 지점까지 피스톤이 슬라이딩되었을 때 상기 개폐부재를 이동시켜 에어유입구 혹은 에어토출구 중 어느 하나를 개방하도록 상기 개폐부재를 사이에 두고 양측에 걸림부재가 부착된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 동력발생장치의 구성을 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 본 고안은 에어공급을 위한 콤프레셔(5)와, 그 내부 중공에 피스톤(15)이 슬라이딩 가능하게 수용되어 있는 실린더(10)와, 상기 피스톤(15)의 직선운동을 회전운동으로 변환하기 위한 클랭크부(19)를 포함한다.

콤프레셔(Compressor)(5)는 소정 압력의 압축공기(이하, 에어라고 지칭함)를 발생시켜 실린더(10) 내부로 주입하는 부분으로서 공지되어 있는 다양한 에어발생장치가 채용가능하며, 바람직한 실시예로는 전기에너지로 구동되어 압축공기를 생성하는 에어발생수단이 채용된다.

상기 콤프레셔(5)에서 생성된 에어는 실린더(10) 내부로 유입되어 피스톤(15)을 구동하게 된다. 이를 위해, 실린더(10)의 일측에는 에어유입을 위한 입구에 해당하는 에어유입구(11)가 형성되며, 실린더의 타측 지점에는 에어의 토출을 위한 에어토출구(12)가 형성된다. 아울러, 상기 피스톤(15)의 상면(15a)은 오목하게 파여지도록 구성되어 유입되는 에어와의 접촉면적을 보다 넓히는 것이 바람직하다.

실린더(10) 내부의 피스톤(15) 상측에는 개폐부재(13)가 설치되어 피스톤(15)의 운동에 따라 선택적으로 상기 에어유입구(11)를 개폐하게 된다.

이를 위해, 상기 개폐부재(13)는, 그 중심부에 중심공(13b)이 형성되며, 중심공(13b) 주변에 상하면을 관통하는 통공(13a)이 적어도 하나 이상 형성되어 있는 원반형태로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 일단이 피스톤(15)의 상부에 결합되고 상기 중심공(13b)을 관통하며 연장되어 개폐부재(13)의 상측에 그 타단이 위치하게 되는 피스톤로드(14)가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 피스톤로드(14)는 피스톤(15)의 운동에 연동하여 상기 개폐부재(13)의 중심공(13b)을 관통하며 개폐부재(13)에 대하여 상하로 슬라이딩하게 된다. 이때, 개폐부재(13)와 실린더(10) 내주면 사이의 마찰계수는, 개폐부재(13)와 피스톤로드(14) 간의 마찰계수보다 큰 값을 가지도록 구성하여 피스톤로드(14)가 슬라이딩될 때 불필요하게 개폐부재(13)가 움직이는 것을 방지하게 된다.

상기 개폐부재(13)를 사이에 두고 양측의 피스톤로드(14) 상에는 걸림부재, 즉 상부걸림부재(16)와 하부걸림부재(17)가 각각 부착되어 특정 지점까지 피스톤(15)이 슬라이딩되었을 때 순간적으로 개폐부재(13)를 이동시켜 에어유입구(11)의 개방(Opening) 혹은 폐쇄(Closing)가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 개폐부재(13)가 에어유입구(11)를 개방함과 동시에 에어토출구(12)를 폐쇄하도록 에어토출구(12)는 실린더(10)의 길이방향을 따라 개폐부재(13)의 두께만큼 에어유입구(11)로부터 이격되며 형성된다. 이러한 구조를 통해 상기 개폐부재(13)는 상하로 가동시 에어유입구(11)와 에어유출구(12)를 상호 교대로 개폐하게 된다.

본 고안에 있어서, 개폐부재(13)의 형태나 에어유입구(11) 및 에어토출구(12)의 형성위치는 도 2에 도시된 바와 같이 변형이 가능하다. 즉, 에어유입구(11)와 에어토출구(12)가 서로 대향하며 실린더(10) 상에 형성되고, 개폐부재(13)는 그 측단면이 계단형태가 되도록 원반의 한쪽 절반부가 다른 쪽 절반부보다 높게 형성되어 에어유입구(11)를 개방함과 동시에 에어토출구(12)를 폐쇄하게 되는 동력발생장치가 제공된다. 이때, 상기 개폐부재(13)와 접촉하게 되는 상부걸림부재(16)의 하단과 하부걸림부재(17)의 상단은 테이퍼를 형성하는 것이 바람직하다.

피스톤(15)의 슬라이딩 하한 지점의 실린더(10) 상에는 에어유출구(18)가 형성되어 에어의 압력으로 피스톤(15)이 하강할 때 실린더(10) 하부로 가압되는 공기를 배출시킨다.

또한, 상기 피스톤(15)의 하부에는 클랭크부(19)가 구성되어 피스톤(15)의 직선운동을 회전운동으로 변환한다. 즉, 피스톤(15) 하부에 회동가능하게 결합되는 커넥팅로드(19a)와, 그 일단이 상기 커넥팅로드(19a)에 가동결합되고 타단은 회전축(20)에 고정되는 크랭크암(19b)으로 이루어지는 구성을 통해 피스톤(15)의 슬라이딩 운동시 크랭크암(19b)이 회전하며 회전축(20)을 회전시킨다.

본 고안에 있어서, 상기 실린더(10)는 적어도 둘 이상이 구비되며, 각각의 클랭크부(19)는 동일 회전축(20) 상에 서로 다른 위상으로 결합됨으로써 하한 지점까지 하강된 피스톤(15)을 상측으로 밀어올리게 된다. 즉, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 클랭크부(19)의 클랭크암(19b)이 동일 회전축(20) 상에 서로 반대 위상으로 결합됨으로써, 일측 피스톤(15)이 하강하며 회전축(20)을 회전시킴으로써 하한 지점에 위치해 있는 타측 피스톤(15)을 상측으로 밀어올리게 된다.

그러면, 이상과 같이 구성되는 본 고안에 따른 동력발생장치의 동작과정을 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하기로 한다. 도면에서, 점선 화살표는 유체의 이동방향을 나타내며, 실선 화살표는 피스톤의 이동방향과 회전축의 회전방향을 나타낸다.

먼저, 도 1의 상태에서 콤프레셔(5)가 구동되어 에어유입구(11)를 통해 실린더(10) 내부로 에어가 유입되면, 도 4에 도시된 바와 같이 피스톤(15)의 상면(15a)을 가압함과 동시에 개폐부재(13)의 통공(13a)을 관통하며 개폐부재(13) 상측으로 에어가 이동된다. 이때, 개폐부재(13)의 상측은 밀폐되어 있는 상태이므로피스톤(15)이 하측으로 가압되어 하강하게 된다.

상기 피스톤(15)의 하강과 더불어 피스톤(15)의 상부와 연결되어 있는 피스톤로드(14)가 개폐부재(13)의 중심공(13b)을 슬라이딩하며 하강하게 되고, 피스톤(15) 하부와 연결되어 있는 클랭크부(19)에 가동력이 전달되어 회전축(20)을 회전시킨다. 이때, 피스톤(15) 하측의 공기는 피스톤(15)의 하강에 따라 가압되어 에어유출구(18)를 통해 배출된다.

계속해서, 유입되는 에어의 압력으로 피스톤(15)이 하강하여 하한 지점까지 슬라이딩하게 되면 피스톤로드(14)의 상부걸림부재(16)와 개폐부재(13)의 상면이 접촉되면서 개폐부재(13)가 하측으로 이동되어 에어유입구(11)를 폐쇄함과 동시에 에어토출구(12)를 개방하게 된다. 도 5는 이때의 상태를 도시하는 도면이다.

한편, 본 고안에 따라 이웃하는 실린더(10)의 피스톤(15)이 하강하며 회전축(20)을 회전시키게 되면, 상기 하한 지점까지 하강되어 있던 피스톤(15)이 다시 상측으로 밀어올려지며 슬라이딩하게 된다. 도 6은 이러한 상태를 나타내는 도면으로서, 이때 피스톤(15) 상측의 공기는 개폐부재(13)의 통공(13a)을 통과하며 가압되어 개방상태의 에어토출구(12)를 통해 배출된다.

계속해서, 회전축(20)의 회전으로 인해 상기 피스톤(15)이 상승하여 상한 지점까지 슬라이딩하게 되면 피스톤로드(14)의 하부걸림부재(17)와 개폐부재(13)의 하면이 접촉되면서 개폐부재(13)가 상측으로 이동되어 에어유입구(11)를 개방함과 동시에 에어토출구(12)를 폐쇄하여 최초의 상태 즉, 도 1에 도시된 상태를 유지하게 되고, 다시 에어유입구(11)를 통해 에어가 유입됨으로써 연속적으로 회전축(20)의 회전이 이루어진다.

이상, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 고안에 따른 동력발생장치는 화석연료를 사용하지 않고 공기의 압력만으로 동작이 되므로 전기자동차와 같은 무공해 기계장치의 동력원으로 매우 효과적으로 사용될 수 있다.

특히, 본 고안은 대마력의 회전력을 얻을 수 있는 효과가 있으므로 경운기나 트랙터와 같은 농기계의 엔진으로 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (6)

1. 에어유입구(11) 및 에어토출구(12)가 형성되며, 그 내부 중공에는 피스톤(15)이 슬라이딩 가능하게 수용되어 있는 실린더(10);

   상기 에어유입구(11)를 통해 소정 압력의 에어를 주입하여 상기 피스톤(15)을 가동시키기 위한 콤프레셔(5);

   상기 피스톤(15)에 결합되며, 피스톤(15)의 슬라이딩 운동에 따라 선택적으로 상기 에어유입구(11)를 개폐하게 되는 개폐부재(13); 및

   상기 피스톤(15)의 직선운동을 변환하여 회전축(20)을 회전시키는 클랭크부(19);를 포함하고,

   상기 실린더(10)는 적어도 둘 이상이 구비되며, 각각의 클랭크부(19)는 동일 회전축(20) 상에 서로 다른 위상으로 결합되어 있는 동력발생장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 개폐부재(13)는, 상하면을 관통하는 통공(13a)이 적어도 하나 이상 형성되어 있는 원반형태로 이루어지고,

   상기 개폐부재(13)를 통해 에어유입구(11)와 에어토출구(12)가 상호 교대로 개방되도록 상기 에어유입구(11)와 에어토출구(12)가 실린더(10) 길이방향을 따라 상기 개폐부재(13)의 두께만큼 서로 이격되며 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동력발생장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 에어유입구(11)와 에어토출구(12)가 서로 대향하며 형성되고,

   상기 개폐부재(13)는, 상하면을 관통하는 통공(13a)이 적어도 하나 이상 형성되어 있으며, 그 측단면이 계단형태가 되도록 형성되어 상기 피스톤(15)과의 연동에 따라 에어유입구(11)와 에어토출구(12)를 상호 교대로 개방하게 되는 것을 특징으로 하는 동력발생장치.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 개폐부재(13)의 중심에는 중심공(13b)이 형성되고,

   그 일단이 상기 피스톤(15)에 결합된 상태로 상기 중심공(13b)을 관통하며 연장되어 개폐부재(13) 상측에 그 타단이 위치하며, 상기 피스톤(15)에 연동하여 개폐부재(13)에 대하여 슬라이딩하게 되는 피스톤로드(14);를 더 포함하고,

   상기 피스톤로드(14) 상에는, 특정 지점까지 피스톤(15)이 슬라이딩되었을 때 상기 개폐부재(13)를 이동시켜 에어유입구(11) 혹은 에어토출구(12) 중 어느 하나를 개방하도록 상기 개폐부재(13)를 사이에 두고 양측에 걸림부재가 부착되는 것을 특징으로 하는 동력발생장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 피스톤(15)의 상면이 오목하게 파여져 있는 것을 특징으로 하는 동력발생장치.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 콤프레셔(5)로는 전기에너지로 구동되는 에어발생수단이 채용되는 것을 특징으로 하는 동력발생장치.