KR20120061456A - 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치 - Google Patents

리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선형 왕복기관으로 리니어 제너레이터와 에어펌프를 병렬식으로 설치하여 커넥팅로드의 길이가 최소화되며 크랭크 및 플라이휠이 없어 소형화(meso-scale)가 가능하고, 상기 리니어 제너레이터에 의해 직접적으로 전기 출력을 얻을 수 있으며, 피스톤 슬리브와 피스톤을 세라믹 재질로 제작하여 무윤활 또는 저윤활 상태에서 엔진이 작동될 수 있고, 상기 연소실 헤드를 통해 연료가 연소실 내로 유입, 상기 연소실의 하단부를 통해 에어펌프부의 공기가 연료와 다른 경로를 통해 유입되어 연료의 손실을 최소화하여 엔진의 내구성 및 효율이 증가하며, 에어펌프부의 양측면을 통해 외부 공기가 피스톤의 작동에 의해 용이하게 유입됨으로써, 종래에 헤드부의 리드밸브 등 밸브부를 통해 외부 공기가 유입되는 것이 배제되어 부품 수량이 절감 및 파손 등을 방지하게 되고, 그로 인해 제작기간 및 제작단가가 절감되며, 연료기화 및 냉각부가 연소실과 에어펌프부의 상부면 벽체 내부에 관통되어 내부에 이송되는 연료가 연소실과 에어펌프부의 작동에 의해 발생되는 폐열에 의해 기화되는 동시에 연소실과 에어펌프부를 냉각시킴으로써, 과열에 의한 엔진의 파손 등을 방지하여 엔진의 내구성 및 효율이 증가하고, 별도의 기화기를 설치하지 않아 부품수의 감소로 제작비용이 절감되어 경제성이 높아지며, 연료기화 및 냉각부가 연소실과 에어펌프부의 상부면 벽체 내부에 관통되어 냉각시킴으로써, 발전부의 제너레이터에 열이 전달되지 않아 열에 취약한 특성이 있는 제너레이터의 효율을 향상되는 특징이 있다.

Description

리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치{Fuel vaporizer using waste heat of linear engine and heat isolator}
본 발명은 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선형 왕복기관으로 리니어 제너레이터와 에어펌프를 병렬식으로 설치하여 커넥팅로드의 길이가 최소화되며 크랭크 및 플라이휠이 없어 소형화(meso-scale)가 가능하고, 상기 리니어 제너레이터에 의해 직접적으로 전기 출력을 얻을 수 있으며, 피스톤 슬리브와 피스톤을 세라믹 재질로 제작하여 무윤활 또는 저윤활 상태에서 엔진이 작동될 수 있고, 상기 연소실 헤드를 통해 연료가 연소실 내로 유입, 상기 연소실의 하단부를 통해 에어펌프부의 공기가 연료와 다른 경로를 통해 유입되어 연료의 손실을 최소화하여 엔진의 내구성 및 효율이 증가하며, 에어펌프부의 양측면을 통해 외부 공기가 피스톤의 작동에 의해 용이하게 유입됨으로써, 종래에 헤드부의 리드밸브 등 밸브부를 통해 외부 공기가 유입되는 것이 배제되어 부품 수량이 절감 및 파손 등을 방지하게 되고, 그로 인해 제작기간 및 제작단가가 절감되며, 연료기화 및 냉각부가 연소실과 에어펌프부의 상부면 벽체 내부에 관통되어 내부에 이송되는 연료가 연소실과 에어펌프부의 작동에 의해 발생되는 폐열에 의해 기화되는 동시에 연소실과 에어펌프부를 냉각시킴으로써, 과열에 의한 엔진의 파손 등을 방지하여 엔진의 내구성 및 효율이 증가하고, 별도의 기화기를 설치하지 않아 부품수의 감소로 제작비용이 절감되어 경제성이 높아지며, 연료기화 및 냉각부가 연소실과 에어펌프부의 상부면 벽체 내부에 관통되어 냉각시킴으로써, 발전부의 제너레이터에 열이 전달되지 않아 열에 취약한 특성이 있는 제너레이터의 효율을 향상되는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치에 관한 것이다.
일반적으로, 기존 초소형 엔진의 경우에는 자동차 엔진(피스톤 및 크랭크 작동기구에 의한 4행정 또는 2행정 회전 왕복기관)을 축소시켜 만든다.
또한, 상기 엔진을 작게 제작해야 하기 때문에 압축비를 높이는 데 한계가 있고, 소기방식에 있어서 효율이 매우 우수한 유니플로우 소기 방식을 사용할 수 있으나 밸브 등의 주요 부품 증가로 인하여, 제작비용 및 구조적인 어려움이 있기 때문에 소형화가 어렵다.
그리하여, 일반적으로 아주 소형으로 제작하는 경우에는 4 행정 엔진보다는 비교적 구조가 간단한 2 행정 사이클(2 Stroke Cycle)을 채택하고 있으며, 2 행정 엔진의 경우에는 횡단 소기 및 루프 소기(Loop Scavenging) 방식을 적용하고 있다.
이런 방식의 리니어 엔진은 연료탱크에서 연료를 전달받아 작동하도록 상기 연료탱크에서 이송된 연료와 공기로 혼합된 혼합기가 내부에 유입되도록 양끝단에 대응되어 형성되는 실린더 블록 헤드와, 상기 실린더 블록 헤드의 일측에 적층되어 내부에 유입된 혼합기를 내부에 형성된 히터코일을 적열시켜 점화하는 실린더 헤드와, 상기 실린더 헤드에 의해 점화된 혼합기가 폭발하여 내부에 형성된 피스톤이 좌,우로 슬라이딩 되도록 안내하는 실린더 슬리브로 구성된다.
여기서, 상기 리니어 엔진은 종래의 기화기 방식에 비하여 연료공급의 응답성과 연료량 제어의 정확도가 많이 향상됐다.
그런데, 상기 리니어 엔진의 구조는 자동차 엔진(피스톤 및 크랭크 작동기구에 의한 4행정 또는 2행정 회전 왕복기관)을 축소시켜 만들기 때문에 소형으로 제작하는 데 어려움이 많고, 또한 내구성 및 효율이 매우 좋지 않은 문제점이 있다.
또한, 상기 엔진을 작게 제작해야 하기 때문에 압축비를 높이는 데 한계가 있어 대부분 글로우 플로그(glow plug)를 사용하여 저압축비에 연소를 시키고 있기 때문에 열손실 등이 증가하여 엔진의 효율 및 성능이 매우 낮아지는 문제점이 발생한다.
그리고, 상기 리니어 엔진에 제너레이터가 중앙에 오도록 설계하여 리니어 엔진의 커넥팅로드가 길어져서 좌굴 및 진동에 의한 편심 등으로 인한 측면 하중이 증가하고, 그로 인한 마찰이 커져 효율 및 내구성이 악화되는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
선형 왕복기관으로 리니어 제너레이터와 에어펌프를 병렬식으로 설치하여 커넥팅로드의 길이가 최소화되며 크랭크 및 플라이휠이 없어 소형화(meso-scale)가 가능하고, 상기 리니어 제너레이터에 의해 직접적으로 전기 출력을 얻을 수 있으며, 피스톤 슬리브와 피스톤을 세라믹 재질로 제작하여 무윤활 또는 저윤활 상태에서 엔진이 작동될 수 있고, 상기 연소실 헤드를 통해 연료가 연소실 내로 유입, 상기 연소실의 하단부를 통해 에어펌프부의 공기가 연료와 다른 경로를 통해 유입되어 연료의 손실을 최소화하여 엔진의 내구성 및 효율이 증가하는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 에어펌프부의 양측면을 통해 외부 공기가 피스톤의 작동에 의해 용이하게 유입됨으로써, 종래에 헤드부의 리드밸브 등 밸브부를 통해 외부 공기가 유입되는 것이 배제되어 부품 수량이 절감 및 파손 등을 방지하게 되고, 그로 인해 제작기간 및 제작단가가 절감되는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명의 연료기화 및 냉각부가 연소실과 에어펌프부의 상부면 벽체 내부에 관통되어 내부에 이송되는 연료가 연소실과 에어펌프부의 작동에 의해 발생되는 폐열에 의해 기화되는 동시에 연소실과 에어펌프부를 냉각시킴으로써, 과열에 의한 엔진의 파손 등을 방지하여 엔진의 내구성 및 효율이 증가하고, 별도의 기화기를 설치하지 않아 부품수의 감소로 제작비용이 절감되어 경제성이 높아지는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명의 연료기화 및 냉각부가 연소실과 에어펌프부의 상부면 벽체 내부에 관통되어 냉각시킴으로써, 발전부의 제너레이터에 열이 전달되지 않아 열에 취약한 특성이 있는 제너레이터의 효율을 향상되는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 연료탱크에서 전달되는 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 엔진부와;
상기 엔진부의 양측 끝단부에 구비되어 연료탱크에서 전달되는 연료와 외부의 공기를 엔진부에 공급하는 헤더부와;
상기 엔진부의 양측면에 병렬로 구비되어 엔진부의 작동에 의해 전기가 발생되는 발전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 엔진부는, 내부에 연료와 공기가 유입되어 폭발이 이루어지도록 길이방향으로 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀과 연통되어 연료의 폭발에 의해 발생하는 배기가스가 외부로 배출되도록 상부면에 다수개의 배기포트가 형성되며, 상기 관통홀과 연통되어 공기가 유입되도록 하단면에 다수개의 흡기포트가 형성되는 연소실과;
상기 연소실의 양측면에 병렬로 구비되되, 상기 연소실과의 사이에 공간부가 형성되도록 상호 이격되어 일체형으로 형성되고, 내부는 길이방향으로 공기홀이 형성되며, 상기 연소실의 작동에 맞춰 외부 공기가 공기홀에 유입되도록 외측면과 공간부 내측면에 각각 다수개의 공기유입구가 형성되고, 상기 공기홀에 유입된 공기는 헤드부에 전달되며, 상기 발전부가 구비되도록 중앙부에 결합홈이 형성되는 에어펌프부와;
상기 연소실의 흡기포트에 각각 결합되고, 각각 끝단부에 형성된 연결부가 반대측 헤드부와 연결되어 헤드부를 통해 공기가 이송되며, 상기 연결부의 내부를 통해 이송된 공기는 연소실의 관통홀에 전달되도록 내부에 공기이송로가 형성되는 공기이송부와;
상기 에어펌프부의 일측 측면에 연료유입구가 형성되어 연료탱크의 연료가 유입되고, 상기 연료유입구와 연통되어 연소실과 에어펌프부의 상부 벽체 내부에 관통되도록 연료이송로가 형성되며, 상기 연료이송로를 이송하는 연료가 연소실과 에어펌프부의 작동에 의해 발생되는 폐열에 의해 기화되는 동시에 연소실과 에어펌프부가 냉각되고, 상기 연료이송로와 연통되어 이송된 연료가 헤더부에 전달되도록 에어펌프부의 일측 측면에 연료배출구가 형성되는 연료기화 및 냉각부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치에 관한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치는 선형 왕복기관으로 리니어 제너레이터와 에어펌프를 병렬식으로 설치하여 커넥팅로드의 길이가 최소화되며 크랭크 및 플라이휠이 없어 소형화(meso-scale)가 가능하고, 상기 리니어 제너레이터에 의해 직접적으로 전기 출력을 얻을 수 있으며, 피스톤 슬리브와 피스톤을 세라믹 재질로 제작하여 무윤활 또는 저윤활 상태에서 엔진이 작동될 수 있고, 상기 연소실 헤드를 통해 연료가 연소실 내로 유입, 상기 연소실의 하단부를 통해 에어펌프부의 공기가 연료와 다른 경로를 통해 유입되어 연료의 손실을 최소화하여 엔진의 내구성 및 효율이 증가하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 에어펌프부의 양측면을 통해 외부 공기가 피스톤의 작동에 의해 용이하게 유입됨으로써, 종래에 헤드부의 리드밸브 등 밸브부를 통해 외부 공기가 유입되는 것이 배제되어 부품 수량이 절감 및 파손 등을 방지하게 되고, 그로 인해 제작기간 및 제작단가가 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 연료기화 및 냉각부가 연소실과 에어펌프부의 상부면 벽체 내부에 관통되어 내부에 이송되는 연료가 연소실과 에어펌프부의 작동에 의해 발생되는 폐열에 의해 기화되는 동시에 연소실과 에어펌프부를 냉각시킴으로써, 과열에 의한 엔진의 파손 등을 방지하여 엔진의 내구성 및 효율이 증가하고, 별도의 기화기를 설치하지 않아 부품수의 감소로 제작비용이 절감되어 경제성이 높아지는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 연료기화 및 냉각부가 연소실과 에어펌프부의 상부면 벽체 내부에 관통되어 냉각시킴으로써, 발전부의 제너레이터에 열이 전달되지 않아 열에 취약한 특성이 있는 제너레이터의 효율을 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 나타낸 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 나타낸 결합 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 나타낸 저면 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 나타낸 평면 단면도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 나타낸 측면도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 나타낸 측면 단면도이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공기이송부를 나타낸 전개도이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드부를 나타낸 사시도이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 연료탱크에서 전달되는 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 엔진부와;
상기 엔진부의 양측 끝단부에 구비되어 연료탱크에서 전달되는 연료와 외부의 공기를 엔진부에 공급하는 헤더부와;
상기 엔진부의 양측면에 병렬로 구비되어 엔진부의 작동에 의해 전기가 발생되는 발전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(rear)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 나타낸 결합 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 나타낸 저면 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 나타낸 평면 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 나타낸 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치를 나타낸 측면 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공기이송부를 나타낸 전개도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드부를 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치는 리니어 엔진과, 리니어 제너레이터와, 에어펌프로 이루어진 시스템인데, 본 발명에서는 기술작성의 명확성을 위해 연료탱크에서 전달되는 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 엔진부(100)와, 상기 엔진부(100)의 양측 끝단부에 구비되어 연료와 공기를 개폐하는 헤드부(200)와, 상기 엔진부(100)의 양측면에 병렬로 구비되어 엔진부(100)의 작동에 의해 전기가 발생되는 발전부(300)로 구성한다.
상기 리니어 엔진부(100)는 도 1 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 연소실(110)과 에어펌프부(150)와 공기이송부(180)와 연료기화 및 냉각부(400)의 구성에 대해 기술하겠다.
여기서, 상기 연소실(110)은 도 1와 도 2와 도 5 및 도 6을 참고하여, 내부에 연료와 공기가 유입되어 폭발이 이루어지도록 길이방향으로 관통홀(111)이 형성되고, 상기 관통홀(111)과 연통되어 연료의 폭발에 의해 발생하는 배기가스가 외부로 원활하게 배출되도록 연소실(110)의 상부면에 다수개의 배기포트(112)가 형성되며, 상기 관통홀(111)과 연통되어 공기가 유입되도록 연소실(110)의 하단면에 흡기포트(113)가 형성된다.
이때, 상기 배기포트(112)와 흡기포트(113)는 연소실(110)의 양끝단부 상,하부면에 각각 형성되는데, 상기 배기포트(112)와 흡기포트(113)가 연소실(110)의 상,하부면에 각각 두 개씩 양측에 형성되고, 상기 배기포트(113)의 경우 연소실(110)에서 연료의 폭발로 발생된 배기가스가 신속히 배출되기 위해 피스톤 슬리브(120) 상단에 사각형 형태의 90도 각도로 형성된다.
또한, 상기 연소실(110)의 양측면에는 피스톤축(132)에 관통된 링크(140)가 외부로 돌출되도록 링크가이드홀(114)이 형성되고, 상기 링크가이드홀(114)은 연소실(110)의 길이방향으로 일정간격 형성되어 링크(140)가 도면상 좌,우로 움직일 수 있다.
그리고, 상기 연소실(110)의 관통홀(111)에는 세라믹 재질의 피스톤 슬리브(120)가 결합되고, 상기 피스톤 슬리브(120)의 내부 길이방향으로 피스톤홀(121)이 형성되며, 상기 피스톤 슬리브(120)의 상,하부면과 양측면에는 연소실(110)의 배기포트(112)와 흡기포트(113) 및 링크가이드홀(114)의 위치에 맞춰 동일한 다수개의 홀(122)이 형성된다.
그리고, 상기 피스톤 슬리브(120)의 피스톤홀(121)에는 세라믹 재질의 피스톤(130)이 설치되고, 상기 피스톤(130)은 연소실(110)의 폭발에 의해 좌,우로 슬라이딩되며, 상기 피스톤(130)은 도 1과 도 4를 참고하여, 피스톤헤드(131)와 피스톤축(132)으로 이루어진다. 이때, 상기 피스톤축(132)의 중앙부에는 링크(140)가 피스톤(130)과 직각으로 관통될 수 있도록 링크연결홀이 형성된다.
상기 에어펌프부(150)는 도 1와 도 4와 도 5를 참고하여, 연소실(110)의 양측면에 병렬식으로 구비되는데, 상기 연소실(110)과의 사이에 공간부가 형성되도록 상호 이격되어 연소실과 일체형으로 형성되며, 상기 에어펌프부(150)의 내부는 길이방향으로 공기홀(151)이 형성되고, 상기 연소실(110)의 피스톤(130) 작동에 맞춰 외부의 공기가 공기홀(151)에 유입되도록 에어펌프부(150)의 외측면과 공간부의 에어펌프부(150) 측면에 동일선상에 다수개의 공기유입구(154)가 형성되고, 상기 공기유입구(154)을 통해 외부 공기가 에어펌프부(150)의 공기홀(151)에 유입되며, 상기 공기홀(151)에 유입된 공기는 헤드부(200)에 전달되어 공기이송부(180)를 통해 연소실(110)에 전달되며, 상기 발전부(300)가 구비되도록 에어펌프부(150)의 중앙부에 결합홈(152)이 형성된다. 이때, 상기 공간부(190)를 통해 외부 공기가 유입되어 공간부(190)의 에어펌프부(150) 측면에 형성된 공기유입구(154)를 통해 내부에 유입되고, 상기 공간부(190)를 통해 외부 공기가 이송되면서 연소실(110)과 에어펌프부(150)을 냉각시켜주며, 이렇게 냉각됨으로써 종래에 연소실(110)과 에어펌프부(150)의 작동에 의해 발생하는 열이 발전부(300)의 제너레이터에 전달되지 않아 열에 취약한 특성이 있는 제너레이터의 효율을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 에어펌프부(150)는 연소실(110)과 일체형으로 형성되는데, 본 발명에서는 연소실(110)과 에어펌프부(150)가 하나의 블록으로 단면상 "H" 형태의 몸체블록으로 형성되고, 중앙부가 연소실(110)이며, 양측부가 에어펌프부(150)가 되는 것이다. 이때, 상기 몸체블록의 양측면 홈이 발전부(300)가 구비될 결합홈(152)이다. 이때, 상기 결합홈(152)에는 제너레이터(300)의 고정자가 연결되어 구비되도록 다수개의 거치대(153)가 더 형성된다.
그리고, 상기 에어펌프부(150)의 공기홀(151)에는 세라믹 재질의 공기피스톤 슬리브(160)가 삽입 설치되고, 상기 공기피스톤 슬리브(160)의 내부는 길이방향으로 공기피스톤홀(161)이 형성되며, 상기 공기피스톤홀(161)에 세라믹 재질의 공기피스톤(170)이 삽입되어 연소실(110)의 폭발에 맞춰 좌,우로 슬라이딩된다. 이때, 상기 공기피스톤 슬리브(160)는 에어펌프부(150)의 공기홀(151)에 삽입시, 에어펌프부(150)의 결합홈(152) 부위에서 외부로 노출되지 않도록 하나의 에어펌프부(150)에 두개의 공기피스톤 슬리브(160)가 설치되며, 상기 공기피스톤 슬리브(160)의 일단부 외주면에는 에어펌프부(150)의 다수개 공기유입구(154)에 맞춰 다수개의 연결구(162)가 형성된다.
또한, 상기 공기피스톤(170)은 공기피스톤헤드(171)와 공기피스톤축(172)으로 이루어진다. 이때, 상기 공기피스톤축(172)의 중앙부에는 발전부(300)의 마그네트(313)이 직각으로 일체형으로 형성되고, 상기 영구자석인 마그네트(313)에 피스톤(130)에 연결된 링크(140)가 연결된다.
여기서, 상기 피스톤(130)과 공기피스톤(170) 사이에는 직각으로 링크(140)가 설치되어 상호 연결시켜 피스톤(130)이 폭발에 의해 슬라이딩 시, 공기피스톤(170)도 동일한 방향으로 슬라이딩된다. 이때, 상기 공기피스톤(170)이 일측으로 슬라이딩되면서 공간 내의 공기를 압축시켜 공기를 이송시키는 동시에 반대측 공간은 외부의 공기를 공기유입구(154)와 연결구(162)를 통해 유입시키는 것이다.
또한, 상기 공기피스톤헤드(171)의 양끝단부에는 공기피스톤(170)의 좌,우 슬라이딩 시, 탄성력으로 지지되도록 스프링(173)이 형성되고, 상기 스프링(173)은 공기홀(151)에 구비되어 공기피스톤(170)과 에어펌프 헤드(220) 사이에 설치된다.
그리고, 상기 에어펌프(150)의 스프링(173)은 공기피스톤(170)이 에어펌프 헤드(220)에 접촉되는 것을 탄성적으로 방지해줘 파손 등이 방지하고 스프링(173)의 탄성력은 피스톤(130)이 반대 방향으로의 이동에 도움을 준다.
상기 공기이송부(180)는 도 1과 도 3 및 도 7을 참고하여, 연소실(110)의 다수개 흡기포트(113)에 각각 결합되어 일측부가 반대측 헤드부(200)와 연결되고, 상기 에어펌프부(150)에서 발생 된 공기가 헤드부(200)를 거쳐 공기이송부(180)를 통해 연소실(110)에 전달되도록 공기이송부(180)의 내부에는 공기이송로(181)가 형성된다.
여기서, 상기 공기이송부(180)는 연소실(110)의 흡기포트(113)에 삽입되도록 일단면에 삽입부(183)가 형성되고, 상기 반대측 헤드부(200)와 연결되는 공기이송부(180)의 일단부에는 연결부(182)가 형성되며, 상기 공기이송로(181)는 연결부(182)에서 삽입부(183)까지 연통 형성된다. 이때, 상기 연결부(182)와 삽입부(183)의 위치는 상호 직각으로 형성된다.
또한, 상기 공기이송로(181)는 연소실(110)의 흡기포트(113)와 연통되는데, 상기 공기이송로(181)를 통해 이송되는 공기의 양이 많아지도록 연결부(182)에서는 한줄로 형성되다 직각으로 굽혀지는 부분에서 두 줄로 분기되도록 형성되며, 상기 공기이송로(181)를 통해 이송되는 공기가 용이하게 연소실(110)에 이송되도록 직각으로 굽혀지는 부위가 경사지게 형성된다.
상기 연료기화 및 냉각부(400)는 도 1과 도 2와 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 연료유입구(410)와, 연료이송로(420)와, 연료배출구(430)로 구성되는데, 상기 연료유입구(410)는 에어펌프부(150)의 일측 측면에 형성되어 외부에 형성된 연료탱크의 연료가 유입된다.
그리고, 상기 연료이송로(420)는 연료유입구(410)와 연통되고, 상기 연소실(110)과 에어펌프부(150)의 상,하부 벽체 내부에 관통되며, 상기 연료이송로(420)는 연소실(110)과 에어펌프부(150)의 상,하부면 또는 각각 한 면에만 선택적으로 형성된다.
여기서, 상기 연료이송로(420)는 연소실(110)과 에어펌프부(150)의 일단면에 연소실(110)과 에어펌프부(150)의 단면 "H" 형태에 맞춰 유로가 형성되고, 상기 연소실(110)의 배기포트(112)와 공간부(190)에 연통되지 않게 연소실(110)과 에어펌프부(150)를 상호 관통되어 형성된다.
또한, 상기 연료이송로(420)는 내부에 이송되는 연료가 연소실(110)과 에어펌프부(150)의 작동에 의해 발생되는 열(연료의 폭발에 의한 열, 피스톤(130)과 공기피스톤(170)의 작동에 의한 마찰열, 이하 폐열이라 칭함)에 의해 기화되는 동시에 연소실(110)과 에어펌프부(150)가 냉각된다.
그리고, 상기 연료배출구(430)는 연료이송로(420)와 연통되어 이송된 연료가 헤더부(200)에 전달되고, 상기 연료배출구(430)는 에어펌프부(150)의 일측 측면에 형성되는데, 상기 연료유입구와 동일한 에어펌프부(150)의 측면에 형성되거나 반대측 에어펌프부(150)의 측면에 형성될 수 있다.
이렇게, 상기 연료기화 및 냉각부(400)가 형성됨으로써, 연소실과 에어펌프부의 작동에 의해 발생되는 폐열을 흡수하여 냉각시켜 과열에 의한 엔진의 파손 등을 방지하고, 종래에 별도의 기화기를 설치하지 않아 부품수의 감소되며, 상기 발전부(300)의 제너레이터에 열이 전달되지 않아 열에 취약한 특성이 있는 제너레이터의 효율을 향상된다.
상기 헤드부(200)는 도 1 내지 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이, 엔진부의 양측 끝단부에 구비되도록 연소실 헤드(210)와, 에어펌프 헤드(220)와, 공기전달부(230)와, 공기연결부(240)로 구성되는데, 상호 일체형으로 하나의 블록몸체에 의해 이루어지고, 중앙부가 연소실 헤드(210)이고, 상기 연소실 헤드(210)의 양측부로 에어펌프 헤드(220)이다. 이때, 상기 연소실 헤드(210)와 에어펌프 헤드(220) 사이에는 연소실(110)과 에어펌프부(150) 사이에 형성된 공간부(190)와 연통되는 공간부(250)가 형성된다.
상기 연소실 헤드(210)는 도 1과 도 3 및 도 8을 참고하여, 연소실(110)의 양측 끝단부에 볼트 등의 고정부재에 의해 고정 설치되고, 상기 연소실 헤드(210)의 중앙부에는 연료를 초기 점화시킬 점화플러그(215)가 삽입 설치되도록 삽입홀(212)이 관통 형성된다. 이때, 상기 삽입홀(212)은 연소실(110)의 관통홀(111) 및 피스톤 슬리브(120)의 피스톤홀(121)과 연통된다.
여기서, 상기 삽입홀(212)의 내주연에는 외부의 연료가 유입되도록 연료이송홀(214)이 하측부로 관통 형성되고, 상기 연료이송홀(214)의 하단부 즉, 연료이송홀(214)이 관통 형성된 연소실 헤드(210)의 하단면에는 연료기화 및 냉각부(400)의 연료배출구(430)의 기화된 연료가 이송되도록 연료배출구(430)와 연결되는 연료연결부(213)가 형성된다. 이때, 상기 연료이송홀(214)을 통해 유입된 연료는 삽입홀(212)을 지나서 연소실(110)에 전달되며, 초기에 점화플러그(215)에 의해 폭발하고, 후에는 피스톤(130)의 공간 압축에 의해 폭발하며, 폭발로 인해 일측으로 이송된다.
상기 에어펌프 헤드(220)는 도 1과 도 3 및 도 8을 참고하여, 연소실 헤드(210)의 양측면에 일체형으로 형성되는데, 상기 에어펌프부(150)의 양측 끝단부에 구비되어 에어펌프부(150)의 공기홀(151)의 공기가 공기피스톤(170)에 의해 이송시, 연소실(110)에 전달되도록 내부에 직각으로 공기이송홀(221)이 각각 형성된다.
상기 공기전달부(230)는 에어펌프 헤드(220)의 외부면 즉, 도면상 하단면에 형성되는데, 상기 공기이송홀(221)에 각각 연통되도록 고정 설치되어 공기를 반대측 공기이송부(180)에 공기를 전달하는 역할을 한다.
여기서, 상기 공기전달부(230)는 에어펌프 헤드(220)에 각 하나씩 설치되는 것으로 엔진부(100)를 중심으로 양측 끝단부에 형성된 헤드부(200)에 각각 두 개씩 설치되는 것이다.
상기 공기연결부(240)는 양측으로 나누어진 공기전달부(230)와 관으로 연결되어 공기를 한 방향으로 모아서 반대측 공기이송부(180)의 연결부(182)에 관에 의해 연결되도록 단면상 "Y" 형태로 형성된다. 이때, 상기 공기연결부(240)는 연소실(110)의 일단면에 위치되는데, 도면상 연소실(110)의 하단면에 형성된다.
상기 발전부(300)는 도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 제너레이터로써, 에어펌프(150)의 결합홈(152)에 각각 설치되고, 고정자와 이동자로 구성된다.
여기서, 상기 고정자는 결합홈(152)의 상,하부에 각각 코어(311)가 고정 설치되어 상기 코어(311)가 상호 이격되고, 상기 코어(311)가 상호 대칭되는 면에 코일(312)이 부착된다.
그리고, 상기 이동자는 영구자석인 마그네트(313)로 이루어져 코일(312)과 코일(312) 사이에 구비된다. 이때, 상기 마그네트(313)는 좌,우로 슬라이딩 되는데, 그러기 위해서 상기 링크(140)가 마그네트(313)의 측면에 연결된다. 그러면, 상기 마그네트(313)는 이동자로서, 피스톤(130)의 좌,우 슬라이딩에 맞춰 동일한 방향으로 슬라이딩되는 것이다.
그렇게, 상기 마그네트(313)가 좌,우로 슬라이딩되면서 코일(312)에 자기장이 발생하여 전기가 발생되고, 상기 제너레이터는 외부와 연결되어 발생된 전기를 외부에 전달한다.
100 : 엔진부 110 : 연소실
120 : 피스톤 슬리브 130 : 피스톤
140 : 링크 150 : 에어펌프부
160 : 공기피스톤 슬리브 170 : 공기피스톤
180 : 공기이송부 190,250 : 공간부
200 : 헤드부 210 : 연소실 헤드
220 : 에어펌프 헤드 230 : 공기전달부(230)
240 : 공기연결부 300 : 발전부
400 : 연료기화 및 냉각부 410 : 연료유입구
420 : 연료이송로 430 : 연료배출구

Claims (9)

  1. 연료탱크에서 전달되는 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 엔진부(100)와;
    상기 엔진부(100)의 양측 끝단부에 구비되어 연료탱크에서 전달되는 연료와 외부의 공기를 엔진부에 공급하는 헤더부(200)와;
    상기 엔진부(100)의 양측면에 병렬로 구비되어 엔진부(100)의 작동에 의해 전기가 발생되는 발전부(300);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 엔진부(100)는,
    내부에 연료와 공기가 유입되어 폭발이 이루어지도록 길이방향으로 관통홀(111)이 형성되고, 상기 관통홀(111)과 연통되어 연료의 폭발에 의해 발생하는 배기가스가 외부로 배출되도록 상부면에 다수개의 배기포트(112)가 형성되며, 상기 관통홀(111)과 연통되어 공기가 유입되도록 하단면에 다수개의 흡기포트(113)가 형성되는 연소실(110)과;
    상기 연소실(110)의 양측면에 병렬로 구비되되, 상기 연소실(110)과의 사이에 공간부(190)가 형성되도록 상호 이격되어 일체형으로 형성되고, 내부는 길이방향으로 공기홀(151)이 형성되며, 상기 연소실(110)의 작동에 맞춰 외부 공기가 공기홀(151)에 유입되도록 외측면과 공간부 내측면에 각각 다수개의 공기유입구(154)가 형성되고, 상기 공기홀(151)에 유입된 공기는 헤드부(200)에 전달되며, 상기 발전부(300)가 구비되도록 중앙부에 결합홈(152)이 형성되는 에어펌프부(150)와;
    상기 연소실(110)의 흡기포트(113)에 각각 결합되고, 각각 끝단부에 형성된 연결부(182)가 반대측 헤드부(200)와 연결되어 헤드부(200)를 통해 공기가 이송되며, 상기 연결부(182)의 내부를 통해 이송된 공기는 연소실(110)의 관통홀(111)에 전달되도록 내부에 공기이송로(181)가 형성되는 공기이송부(180)와;
    상기 에어펌프부(150)의 일측 측면에 연료유입구(410)가 형성되어 연료탱크의 연료가 유입되고, 상기 연료유입구(410)와 연통되어 연소실(110)과 에어펌프부(150)의 상,하부 벽체 내부에 관통되도록 연료이송로(420)가 형성되며, 상기 연료이송로(420)를 이송하는 연료가 연소실(110)과 에어펌프부(150)의 작동에 의해 발생되는 폐열에 의해 기화되는 동시에 연소실(110)과 에어펌프부(150)가 냉각되고, 상기 연료이송로(420)와 연통되어 이송된 연료가 헤더부(200)에 전달되도록 에어펌프부(150)의 일측 측면에 연료배출구(430)가 형성되는 연료기화 및 냉각부(400);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 연소실(110)에는,
    관통홀(111)에 삽입 설치되고, 내부의 길이방향으로 피스톤홀(121)이 형성되며, 상기 연소실(110)의 배기포트(112)와 흡기포트(113)의 위치에 맞춰 다수개의 홀(122)이 형성되는 세라믹 재질의 피스톤 슬리브(120)와;
    상기 피스톤 슬리브(120)의 피스톤홀(121)에 삽입되어 연소실(110)의 폭발에 의해 좌,우로 슬라이딩되도록 피스톤헤드(131)와 피스톤축(132)으로 이루어지는 세라믹 재질의 피스톤(130);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 각각의 에어펌프부(150)에는,
    공기홀(151)에 삽입 설치되고, 내부에 길이방향으로 공기피스톤홀(161)이 형성되며, 상기 다수개의 공기유입구(154)에 맞춰 다수개의 연결구(162)가 형성되는 세라믹 재질의 공기피스톤 슬리브(160)와;
    상기 공기피스톤 슬리브(160)의 공기피스톤홀(161)에 삽입되어 연소실(110)의 폭발에 맞춰 좌,우로 슬라이딩되도록 공기피스톤헤드(171)와 공기피스톤축(172)으로 이루어지며, 상기 공기피스톤축(172)은 발전부(300) 사이에서 슬라이딩되는 세라믹 재질의 공기피스톤(170)과;
    상기 공기피스톤헤드(171)의 끝단부에 각각 설치되어 공기피스톤(170)의 좌, 우 슬라이딩 시, 탄성력으로 지지해주는 스프링(173);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 피스톤(130)과 공기피스톤(170)은 피스톤(130)의 슬라이딩 시, 공기피스톤(170)도 동일한 방향으로 슬라이딩되도록 상호 연결시키는 링크(140)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 공기이송부(180)는 연소실(110)의 흡기포트(113)에 삽입되도록 일단면에 삽입부(183)가 형성되고, 상기 공기이송로(181)는 연결부(182)에서 삽입부(183)까지 연통되는데, 상기 공기이송로(181)가 연소실(110)의 내부 방향으로 경사지게 형성되어 연결부(182)를 통해 많은 양의 공기가 용이하게 연소실(110) 내에 이송되며, 상기 공기이송로(181)가 공기이송부(180)의 내부에서 두 개로 분기되어 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 헤드부(200)는
    연소실(110)과 에어펌프부(150)의 양측 끝단부에 고정 설치되되,
    상기 연소실(110)의 양측 끝단부에 구비되고, 중앙부에 연료를 폭발시키는 점화플러그(215)가 삽입 설치되도록 삽입홀(212)이 관통 형성되며, 상기 삽입홀(212)에는 외부의 연료가 유입되도록 연료이송홀(214)이 하측부로 관통 형성되고, 상기 연료이송홀(214)의 하단부에는 연료기화 및 냉각부(400)의 연료배출구(430)와 연결되도록 연료연결부(213)가 형성되는 연소실 헤드(210)와;
    상기 에어펌프부(150)의 양측 끝단부에 구비되면서 연소실 헤드(210)의 양측면에 일체형으로 형성되며, 상기 에어펌프부(150)의 공기홀(151)의 공기가 이송되도록 내부에 직각으로 공기이송홀(221)이 각각 형성되는 에어펌프 헤드(220)와;
    상기 에어펌프 헤드(220)의 외부면에 형성된 공기이송홀(221)에 각각 연통되도록 형성되어 반대측 공기이송부(180)에 공기를 전달하는 공기전달부(230)와;
    상기 각각의 공기전달부(230)와 연결되어 양측으로 나누어진 공기를 한 방향으로 모아서 반대측 공기이송부(180)의 연결부(182)에 연결되도록 단면상 "Y" 형태로 형성되는 공기연결부(240);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 연료기화 및 냉각부(400)의 연료이송로(420)는 연소실(110)과 에어펌프부(150)의 상,하부면을 따라 형성되고, 상기 연소실(110)의 배기포트(112)와 공간부(190)에 연통되지 않게 연소실(110)과 에어펌프부(150)를 상호 관통되어 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치.
  9. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 발전부(300)는,
    결합홈(152)의 상,하부에 이격되어 코어(311)가 고정설치되고, 상기 코어(311)가 상호 대칭되는 면에 코일(312)이 부착되는 고정자와;
    상기 코일(312)이 부착된 코어(311)의 사이에 구비되고, 상기 공기피스톤(170)의 공기피스톤축(172) 일단부에 고정 설치되어 공기피스톤(170)과 동일하게 슬라이딩되는 영구자석인 마그네트(313)로 이루어지는 이동자;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 폐열을 이용한 연료기화 및 단열장치.
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