KR20080031485A - 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체(15), 특히 이온성 유체가 그 내부에 배치되어 있고, 매질용의 공급 채널(10) 및 배출 채널(11)에 연결될 수 있는 하나 이상의 변위 실린더(6)를 구비하며, 상기 유체(15)가 변위 장치(17)와 기능적으로 결합하도록 구성된 엔진(1)에 관한 것이다. 낮은 설치 공간 수요와 동시에 높은 변위 능력을 갖춘 엔진을 제공하기 위한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따라 상기 변위 실린더(6)는 회전 축(4)을 중심으로 회전할 수 있도록 지지가 된 원통형 드럼(5) 내부에, 상기 원통형 드럼(5)의 회전 축(4)에 대하여 기울어진 상태로 배치되어 있다. 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 상기 변위 실린더(6)는 상기 원통형 드럼(5)의 회전 축(4)에 대하여 수직으로 배치되어 있고, 상기 변위 실린더(6)는 상기 원통형 드럼(5) 내부에 배치된 방사형 보어(14)로서 형성되었다.

Description

엔진 {ENGINE}

본 발명은 유체, 특히 이온성 유체가 그 내부에 배치되어 있고, 매질용의 공급 채널 및 배출 채널에 연결될 수 있는 하나 이상의 변위 실린더를 구비하며, 상기 유체가 변위 장치와 기능적으로 결합하도록 구성된 엔진에 관한 것이다.

상기와 같은 유형의 엔진은 예를 들어 기체 상태의 매질을 압축하기 위한 압축기로서 사용된다. 이 경우에는 매질이 유체에 의해 변위 실린더 내부에서 변위 됨으로써, 상기와 같은 유형의 엔진은 피스톤이 없는 압축기로서 언급된다. 유체로서는 이온성 유체가 사용될 수 있다. 하지만, 증기 압력이 낮은 유체 또는 가스 용해성이 낮은 유체도 또한 사용 가능하다. 이와 같은 유형의 유체들의 공통점은, 상기 유체들이 매질 내에서 용해되지 않고 매질로부터 잔류물 없이 분리될 수 있음으로써, 압축된 매질의 순도가 높다는 점이다.

기체 상태의 매질을 위한 압축기로서 형성된 본 발명에 따른 엔진은 US 6 652 243 B2호에 공지되어 있다. 상기와 같은 피스톤이 없는 압축기의 경우에는 유체가 변위 실린더 내부에서 펌프에 연결되어 있으며, 이 경우에는 공급되는 흐름 및 배출되는 흐름을 제어하기 위하여 제어 밸브가 제공되어 있고, 상기 제어 밸브 는 전자식 경로 측정 시스템에 의해서 검출되는 변위 실린더 내부에서의 유체 상태에 따라 제어된다. 변위 실린더로부터 배출되는 유체의 배출을 중력에 의해서 지원하기 위하여, 상기 변위 실린더는 바람직하게 수직으로 배치되어 있다. 상기와 같은 유형의 압축기에서는 유체 칼럼(column)이 중력 가속도를 통해서는 가속될 수 없기 때문에, 결과적으로 압축기의 순환 속도는 중력 가속도에 의해서 제한된다. 상기와 같은 방식의 압축기는 큰 설치 공간을 필요로 하고, 제한된 변위 능력을 갖는다. 또한, 전자식 경로 측정 시스템으로 인하여 제조 비용도 높게 나타난다.

본 발명의 과제는, 작은 설치 공간을 필요로 하는 동시에 높은 변위 능력을 갖는, 서문에 언급된 유형의 엔진을 제공하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라, 변위 실린더가 회전 축을 중심으로 회전할 수 있도록 지지가 된 원통형 드럼 내부에서 상기 원통형 드럼의 회전 축에 대하여 기울어진 상태로 배치됨으로써 해결된다. 따라서, 본 발명에 따른 변위 실린더는 회전 축을 중심으로 회전하는 원통형 드럼 내부에 형성되며, 이 경우 변위 실린더 및 그와 더불어 상기 변위 실린더의 종축은 원통형 드럼의 회전 축에 대하여 기울어져 있다. 원통형 드럼 그리고 그와 더불어 변위 실린더의 회전에 의해서는, 상기 변위 실린더 내부에 있는 유체에 대하여 상기 원통형 드럼의 회전수에 의존하는 그리고 유체를 가속시키는 원심력이 작용하게 된다. 이 경우에 도달할 수 있는 유체의 가속도가 중력 가속도보다 더 높음으로써, 결과적으로 본 발명에 따른 엔진에서의 유체 칼럼은 선행 기술에 따른 엔진에 비해 상대적으로 더 높은 속도로 이동할 수 있게 되고, 그에 따라 높은 순환 속도에 도달할 수 있게 된다. 그럼으로써, 엔진 설치 공간에 대한 필요성은 작아지는 동시에 변위 능력은 증가하게 된다. 또한, 본 발명에 따른 엔진에서는 특히 단지 소량의 이온성 유체만이 필요함으로써, 본 발명에 따른 엔진의 제조 비용도 적게 나타난다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라 변위 실린더가 원통형 드럼의 회전 축에 대하여 수직으로 배치된 경우에는 특별한 장점들이 나타난다. 상기와 같은 배열 상태에 의하여 높은 원심력이 나타남으로써, 엔진 설치 공간에 대한 필요성은 작아지는 동시에 변위 능력은 상승할 수 있다.

변위 실린더의 간단한 제조 가능성은, 상기 변위 실린더가 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라 원통형 드럼 내부에 있는 방사형 보어로서 형성된 경우에 성취될 수 있다.

특히 바람직하게는, 공급 채널 및 배출 채널과 변위 실린더의 연결을 제어하기 위하여 제어용 미러가 제공되었다. 제어용 미러에 의해서는, 공급 채널 및 배출 채널과 회전하는 원통형 드럼 내부에 배치된 변위 실린더의 연결이 간단한 방식으로 제어될 수 있다.

상기와 같은 경우에, 원통형 드럼은 바람직하게 하우징 상에 배치되어 있는 상기 제어용 미러에서 축 방향으로 지지가 되어 있다. 이와 같은 구성 방식에 의해서는, 변위 실린더와 공급 채널 및 배출 채널 사이에서 축 방향 밀봉 간극이 형성되고, 상기 밀봉 간극이 간단한 방식으로 밀봉될 수 있음으로써, 엔진은 누출 손실이 낮은 상태에서 높은 작동 압력으로 작동될 수 있다.

특히 바람직하게는 원통형 드럼이 추진용 샤프트와 기능적으로 결합되어 있음으로써, 상기 추진용 샤프트의 구동 동작 또는 피동 동작은 간단한 방식으로 실행될 수 있다.

본 발명의 한 개선예에 따라 변위 실린더에 냉각 장치, 특히 내부 냉각 장치가 제공되었다면, 압축기로서 작동되는 엔진의 경우에는 등온의 압축이 그리고 구동 기계로서 작동되는 엔진의 경우에는 등온의 이완이 성취될 수 있다. 그럼으로써, 엔진의 낮은 열적 부하 및 하중 그리고 엔진의 높은 효율에 도달할 수 있게 된다. 냉각 장치로서는 예를 들어 냉각 리브(rib)가 변위 실린더 내부에 배치될 수 있다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라 변위 장치는 축 방향 피스톤 기계로서 형성되었으며, 이 경우 각각의 변위 실린더는 상기 축 방향 피스톤 기계의 실린더 공간과 연결되어 있다. 실린더 공간이 그 내부에 형성되어 있는 회전하는 실린더 블록을 갖는 축 방향 피스톤 기계에 의해서는, 변위 실린더를 포함하는 원통형 드럼과의 연결 동작에 의하여, 간단한 구조 및 엔진을 위한 낮은 설치 공간 수요가 성취될 수 있다.

본 발명의 개선예에서 축 방향 피스톤 기계는 경사 디스크, 특히 조정 가능한 경사 디스크를 구비한 경사 디스크 기계로서 형성되었다. 이송 용적 또는 수용 용적이 조정될 수 있는 경사 디스크 기계에 의해서는, 상기 경사 디스크의 선회에 의하여 엔진의 변위 능력 및 변위 실린더가 제공된 원통형 드럼의 회전수가 간단한 방식으로 변동될 수 있다. 그럼으로써, 변위 실린더의 회전 및 그와 더불어 원심력에 의해서 야기되는 유체 칼럼의 가속도는 축 방향 피스톤 기계에 의해서 발생하는 상기 유체 칼럼의 사인파 형태의 가속도보다 더 커지게 되고, 그에 따라 엔진은 간단한 방식으로 균형 상태를 유지할 수 있게 된다.

축 방향 피스톤 기계가 실린더 공간을 갖춘 실린더 블록을 구비하도록 형성된 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 상기 축 방향 실린더 기계의 실린더 블록은 변위 실린더를 수용하는 원통형 드럼과 동시에 회전하도록 결합되어 있다. 그럼으로써, 축 방향 피스톤 기계의 실린더 블록 내부에 배치된 실린더 공간들과 변위 실린더 사이의 확실하고도 동시에 회전할 수 있는 결합 상태는 간단한 방식으로 성취될 수 있다.

본 발명의 한 추가 실시예에 따라 축 방향 피스톤 기계의 실린더 블록 및 변위 실린더를 수용하는 원통형 드럼이 공통적인 원통형 드럼으로서 형성되었다면, 변위 실린더는 상기 축 방향 실린더 기계의 실린더 블록 내부에 통합될 수 있고, 그에 따라 부품의 개수가 적고, 설치 공간 수요가 낮으며, 그와 더불어 제조 비용이 저렴한 엔진이 제공될 수 있다.

간단한 구조 및 낮은 설치 공간 수요와 관련해서는, 본 발명의 한 개선예에 따라 원통형 드럼 및 변위 장치가 하나의 공통된 하우징 내부에 배치되는 경우가 유리하다.

본 발명에 따른 엔진은 한 바람직한 실시예에 따라 기체 상태의 매질, 특히 수소를 압축하기 위한 압축기로서 형성될 수 있다. 펌프로서 작동되는 축 방향 피스톤 기계의 매질이 상기 축 방향 피스톤 기계에 의해서 이송되는 유체에 의하여 압축되도록 구성된, 피스톤이 없는 본 발명에 따른 압축기에 의해서는, 낮은 설치 공간 수요와 더불어 높은 압축 능력, 낮은 제조 비용 그리고 압축된 매질의 높은 순도에 도달할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 엔진은 또한 토크를 인출하기 위한 구동 기계로서도 형성될 수 있다. 이 경우 구동은 매질을 통해서 이루어지며, 이때에는 유체에 의해서 구동되는 그리고 모터로서 작동되는 축 방향 피스톤 기계에 의하여 토크가 발생하게 되고, 상기 토크는 원통형 드럼 및 추진용 샤프트를 통해서 인출될 수 있다. 이 경우에는 변위 실린더가 본 발명에 따라 방사형으로 배치됨으로써, 낮은 설치 공간 수요와 더불어 높은 변위 능력에 도달할 수 있게 된다.

본 발명의 추가의 장점들 및 세부 사항들은 개략도로 도시된 실시예를 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진(1)의 종단면도다.

하우징(2) 내부에서는 추진용 샤프트(3)가 회전 축(4)을 중심으로 회전할 수 있도록 지지가 되어 있다. 상기 추진용 샤프트(3)는 원통형 드럼(5)과 동시에 회전하도록 결합되어 있고, 상기 원통형 드럼 내부에는 다수의 변위 실린더(6)가 형 성되어 있다. 본 발명에서 변위 실린더(6)는 원통형 드럼(5) 내에 배치된 방사형 보어(14)로서 형성되었고, 회전 축(4)을 중심으로 별 모양으로 배치되어 있으며, 이 경우 상기 변위 실린더(6)의 종축(7)은 상기 추진용 샤프트(3) 그리고 그와 더불어 상기 원통형 드럼(5)의 회전 축(4)에 대하여 수직으로 배치되어 있다.

변위 실린더(6)는 방사 방향 내부 영역에서 각각 하나의 연결 채널(8)에 연결되어 있고, 상기 연결 채널은 디스크 모양의 제어용 미러(9)와 기능적으로 결합되어 있으며, 이 경우에는 상기 제어용 미러(9)에 의해서 공급 채널(10) 및 배출 채널(11)과 변위 실린더(6)의 연결이 조절될 수 있다. 이 경우 원통형 드럼(5)은 상기 제어용 미러(9) 상에 축 방향으로 지지가 되어 있고, 상기 제어용 미러는 하우징(2)에 고정된 하우징 덮개(12) 상에 배치되어 있다.

변위 실린더(6) 내부에는 유체(15), 특히 이온성 유체가 배치되어 있다.

각각의 변위 실린더(6)는 연결 채널(13)에 의하여, 경사 디스크 형태의 구조를 따라 축 방향 피스톤 기계로서 형성된 유압식 변위 장치(17)의 실린더 공간(16)과 연결되어 있다. 이 경우 축 방향 피스톤 기계로서 형성된 상기 변위 장치(17)는 실린더 블록(18)을 포함하며, 상기 실린더 블록은 원통형 드럼(15)에 대하여 동축으로 배치되어 있고, 상기 원통형 드럼(5) 또는 추진용 샤프트(3)와 회전 불가능하게 연결되어 있다. 상기 실린더 블록(18) 및 원통형 드럼(5)을 공통적인 그리고 일체형의 원통형 드럼으로서 형성하는 것도 또한 가능하다.

상기 축 방향 피스톤 기계의 실린더 공간(16)은 실린더 블록(18) 내부에 동심으로 배치된 종방향 보어(20)에 의해서 형성되었으며, 상기 종방향 보어 내부에 는 각각 하나의 피스톤(21)이 세로 방향으로 이동 가능하도록 배치되어 있다. 피스톤들(21)은 각각 하나의 슬라이딩 슈(22)에 의해서 경사 디스크(23) 상에 지지가 되어 있다. 피스톤(21)과 슬라이딩 슈(22) 사이에는 볼 모양의 슬라이딩 슈 조인트가 형성되어 있다.

축 방향 피스톤 기계는 변위 용적이 조정될 수 있는 축 방향 피스톤 기계로서 형성되었으며, 이 경우 경사 디스크(23)는 하우징(2) 상에 선회 가능하도록 지지가 되어 있고, 도면에 도시되지 않은 조절 장치에 의해서 회전 축(4)을 기준으로 기울어질 수 있다. 하지만, 상기 축 방향 피스톤 기계를 고정된 변위 용적으로 형성하는 것도 또한 가능하며, 이 경우 상기 경사 디스크는 하우징(2) 상에 직접 형성될 수 있다.

본 발명에서 원통형 드럼(5) 및 변위 장치(17)는 공통의 하우징 내부에 배치되어 있다.

본 발명에 따른 엔진(1)이 압축기로서 형성된 경우에는, 추진용 샤프트(3)를 통해서 원통형 드럼(5) 및 실린더 블록(18)이 구동된다. 이 경우에는 축 방향 피스톤 기계가 펌프로서 작용하여 유체(15)를 실린더 공간(16)으로부터 변위 실린더(6) 내부로 이송함으로써, 공급 채널(10)을 통해 변위 실린더(6) 내부로 유입되는 매질은 유체(15)에 의해서 압축되어 배출 채널(11) 내부로 이송된다. 엔진(1)의 작동 중에는 변위 실린더(6)의 방사형 배열 상태로 인해 원통형 드럼(5)이 회전함으로써, 유체를 가속시키는 원심력이 상기 유체(15)에 작용하게 되며, 그에 따라 유체 칼럼은 높은 속도로 이동할 수 있게 되고, 엔진(1)은 높은 회전수로 그리고 높은 순환 속도로 작동될 수 있다.

따라서, 선행 기술에 따른 동류의 압축기들과 비교할 때 본 발명에 따른 엔진의 경우, 이송 능력이 동일한 경우에는 설치 공간이 줄어들 수 있으며, 설치 공간 수요가 낮은 경우에는 높은 이송 능력과 더불어 높은 효율에 도달할 수 있게 된다.

축 방향 피스톤 펌프의 경사 디스크(23)가 조정될 수 있음으로써, 이송 능력의 직접적인 제어가 가능해진다. 제어용 미러(9)를 이용하여 공급 채널(10) 및 배출 채널(11)과 회전하는 변위 실린더(6)의 연결 상태를 조절함으로써, 전기식 경로 측정 시스템이 필요 없고, 그럼으로써 본 발명에 따른 엔진(1)의 제조 비용은 줄어들게 된다.

본 발명에 따른 엔진(1)을 구동 기계로서 형성하는 경우에는, 압력 작용하에 있는 매질이 공급 채널(10)을 통해 변위 실린더(6)에 공급된다. 유체(15)를 통해 피스톤(21)이 작동되며, 이 경우에는 축 방향 피스톤 기계가 모터로서 작동되고, 상기 원통형 드럼(5) 및 실린더 블록(18)의 회전 동작이 발생 됨으로써, 추진용 샤프트(3)에서 토크가 인출될 수 있다.

Claims (14)

1. 유체, 특히 이온성 유체가 그 내부에 배치되어 있고, 매질용의 공급 채널 및 배출 채널에 연결될 수 있는 하나 이상의 변위 실린더를 구비하며, 상기 유체가 변위 장치와 기능적으로 결합하도록 구성된 엔진에 있어서,

   상기 변위 실린더(6)는 회전 축(4)을 중심으로 회전할 수 있도록 지지가 된 원통형 드럼(5) 내부에, 상기 원통형 드럼(5)의 회전 축(4)에 대하여 기울어진 상태로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,

   엔진.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 변위 실린더(6)는 상기 원통형 드럼(5)의 회전 축(4)에 대하여 수직으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,

   엔진.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 변위 실린더(6)는 상기 원통형 드럼(5) 내부에 배치된 방사형 보어(14)로서 형성된 것을 특징으로 하는,

   엔진.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 공급 채널(10) 및 배출 채널(11)과 상기 변위 실린더(6)의 연결 상태를 조절하기 위하여 제어용 미러(9)가 제공된 것을 특징으로 하는,

   엔진.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 원통형 드럼(5)은 하우징(2)에 배치되어 있는 제어용 미러(9) 상에 축 방향으로 지지가 되는 것을 특징으로 하는,

   엔진.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 원통형 드럼(5)은 추진용 샤트프(3)와 기능적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는,

   엔진.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 변위 실린더(6)에는 냉각 장치, 특히 내부 냉각 장치가 제공된 것을 특징으로 하는,

   엔진.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 변위 장치(17)는 축 방향 피스톤 기계로서 형성되었으며, 이때 각각의 변위 실린더(6)는 상기 축 방향 피스톤 기계의 실린더 공간(16)과 결합되어 있는 것을 특징으로 하는,

   엔진.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 축 방향 피스톤 기계는 경사 디스크(23), 특히 조정 가능한 경사 디스크를 갖춘 경사 디스크 기계로서 형성된 것을 특징으로 하는,

   엔진.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    상기 축 방향 피스톤 기계는 실린더 공간(16)을 갖춘 실린더 블록(18)을 포함하고, 상기 축 방향 피스톤 기계의 실린더 블록(18)은 상기 변위 실린더(6)를 수용하는 원통형 드럼(5)과 동시에 회전하도록 결합되어 있는 것을 특징으로 하는,

    엔진.
11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    상기 축 방향 피스톤 기계의 실린더 블록(18) 및 변위 실린더(6)를 수용하는 원통형 드럼(5)은 공통의 원통형 드럼으로서 형성된 것을 특징으로 하는,

    엔진.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 원통형 드럼(5) 및 변위 장치(17)는 하나의 공통된 하우징(2) 내부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,

    엔진.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 엔진은 가스 형태의 매질, 특히 수소를 압축하기 위한 압축기로서 형성된 것을 특징으로 하는,

    엔진.
14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 엔진은 토크를 인출하기 위한 구동 기계로서 형성된 것을 특징으로 하는,

    엔진.

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