KR890003427B1

KR890003427B1 - 복합가스터어빈 엔진 시스템

Info

Publication number: KR890003427B1
Application number: KR1019860005443A
Authority: KR
Inventors: 남철우
Original assignee: 남철우
Priority date: 1986-07-05
Filing date: 1986-07-05
Publication date: 1989-09-20
Also published as: KR880001906A

Abstract

내용 없음.

Description

복합가스터어빈 엔진 시스템

제1도는 본 발명에 따른 복합 가스 터어빈 엔진 시스템의 전체 계통도.

제2도는 본 발명의 엔진부, 제1헬륨가스 팽창장치 및 연소장치의 상세를 보이는 단면도로써 엔진부에 공급되는 헬륨가스의 흐름관계를 보이는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 엔진부

110 : 제1헬륨가스 팽창장

130, 131 : 솔레노이드 밸브 조립체, 15연소장치

200 : 플라이휘일 구조체

300, 302 : 헬륨가스압축기

301, 303 : 헬륨가스터어빈

400, 405 : 기어박스

500 : 2단동력 터어빈

501 : 흡입공기압축기

510 : 제2헬륨가스팽창장치

본 발명은 가스터어빈 엔진의 열효율을 향상시키는 새로운 복합가스터어빈 엔진 시스템에 관한 것으로, 특히 연소실내에서 연소된 배기가스의 열에 의해 연소장치에 있는 연소실커버블럭의 내측 및 외측에서 팽창되는 고온 고압의 헬륨가스와, 2단 동력 터어빈의 날개를 고속으로 구동시킨 배기 가스의 열에 의해 팽창된 고온 고압의 헬륨가스로 구동되는 두개의 헬륨가스터어빈의 출력을 엔진부의 출력에 부가하는 동시에, 2단동력 터어빈의 출력을 엔진부 및 헬륨가스터어빈의 합동 출력에 부가하여서 열효율을 증가시키며 고출력을 낼 수 있도록 한 복합 가스 터어빈 엔진 시스템에 관한 것이다.

종래의 가스터어빈 엔진은 대부분 하나의 개방 사이클로 구성되어서 압축기에서 공기를 압축하고 압축된 공기에 연료를 분사하여 공기와 연료를 혼합시키며, 이 혼합가스를 점화하여 고온고압의 배기가스로 폭발 팽창시키고, 여기에서 배출되는 배기사스에 의해 동력터어빈을 회전시켜 동력을 얻는 것이었다. 따라서 종래 가스터어빈 엔진은 연료소모가 큰 반면에 열효율이 작고, 저속회전에서 부분부하율이 극히 나쁘며, 공기를 압축하기 위해 동력터어빈의 일부출력을 사용하게 되므로 유효출력이 저하되었다.

또한 가스터어빈 엔진의 열효율을 향상시키기 위해 압력비와 동력터어빈의 입구온도를 높여야 하지만, 압력비와 터어빈의 입구온도를 높이면 터어빈이 너무 가열되어 터어빈의 냉각이나 금속재질면에서 여러가지 불합리한 문제점이 야기된다. 그러나 이와같은 문제점을 종합적, 근복적으로 해결하는 것이 불가능하며 이로 인해 출력의 증가도 어렵게된다. 특히 차량용 터어빈 엔진에서는 전부하(total load)운전시간보다 부분부하(partial load)운전시간이 더 많은 경우도 있기때문에 부분부하시 연료소모를 줄일 수 있는 대책이 필요하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서 공기와 연료의 혼합가스가 연소하는 연소장치의 연소실에서 연소실 커버블럭을 통하여 외부로 무익하게 손실되는 배기가스의 열에너지로 헬륨가스를 팽창시켜 손실되는 열에너지를 회수하며, 또한 연소된 고온고압의 배기가스로 2단 동력 터어빈의 날개를 고속으로 회전시킨후 대기로 방출하기 전에 여전히 고온고압인 배기가스로 다른 헬륨가스를 팽창시켜 배기가스의 열에너지를 회수하여서, 이 회수된 열에너지들로 엔진의 출력향상과 연료절약 및 열효율 향상을 기할 수 있느 복합 가스터어빈 엔진 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 복합 가스터어빈 엔진 시스템은 연료 분사 노즐과 점화장치와 연소실 커버블럭으로 구성된 연소장치와, 연소장치의 하부에 장착된 엔진부와, 연소장치의 둘레에 형성되면서 헬륨가스 팽창탱크와 헬륨가스 팽창파이프들과 헬륨가스 팽창블럭으로 구성된 제1헬륨가스 팽창장치와, 동일축상에서 같이 회전하도록 장착된 2단 동력 터어빈 및 흡입공기압축기와, 헬륨가스 팽창탱크들과 헬륨가스 팽창파이프들과 헬륨가스 팽창블럭으로 구성된 제2 헬륨가스 팽창장치와, 엔진부의 구동축과 연결되어 있으면서 두개의 플라이휘일과 두개의 동력전달휘일 및 하나의 지지휘일로 이루어진 플라이휘일 구조체와, 제1 및 제2 헬륨가스 팽창장치에서 팽창된 헬륨가스로 구동되는 두개의 헬륨가스 터어빈 및 두개의 헬륨가스 압축기와, 엔진부의 실린더내에 헬륨가스를 공급하고 회수하는 한쌍의 솔레노이드 밸브 조립체등으로 이루어진다.

본 발명의 특징은 연소장치의 연소실을 연소실 커버블럭과 엔진부의 실린더 커버블럭으로 형성하므로 연소실의 주위로 손실되는 배기가스의 열에너지를 제1헬륨가스 팽창장치와 실린더 헤드블럭에서 회수하게 하여 엔진의 출력향상을 기하는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 제1 및 제2 헬륨가스 팽창장치에서 고압으로 팽창된 헬륨가스로 구동되는 제1 및 제2 헬륨가스 터어빈의 출력과 연소실의 배기 가스의 열에너지로 가열된 실린더 헤드블럭에 의해 구동되는 엔진부의 출력이 나오는 출력축과, 배기가스로 구동되는 2단 동력 터어빈의 출력이 나오는 출력축을 서로 연결하여 출력을 함께 사용할 수도 있고 또는 출력축을 서로 연결하지 않고 출력을 각각 별개로 사용할 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 장점은 정상작동시 발전기나 압축공기 발생기를 통하여 여유동력을 저장하고, 시동시와 고출력의 필요시 및 재구동시에 이용할 수 있는 것이다.

이하 본 발명의 기타목적, 특징 및 장점은 다음의 설명으로 명백할 것이다. 또한 본 발명에서 이용하는 헬륨가스는 단지 설명하기 위한 것이며, 다른가스를 이용할 수도 있다.

제1도는 본 발명에 따른 복합 가스 터어빈 엔진 시스템의 전체계통도를 나타낸 것이다. 본 발명의 복합 가스터어빈 엔진시스템은 엔진부(100), 플라휘일 구조체(200), 제1 및 제2 헬륨가스 압축기(300), (302), 제1 및 제2 헬륨가스터어빈(301), (303), 기억박스(400), (450), 연소장치(150), 제1 헬륨가스 팽창장치(110), 제2 헬륨가스 팽창장치(510), 2단 동력터어빈(500), 흡입공기압축기(501)등으로 이루어진다.

제1도 및 제2도에 도시한 바와같이 엔진부(100)와 연소장치(150) 및 제1 헬륨가스 팽창장치(110)는 서로 결합되어서 장착되어 있다. 엔진부(100)내에는 4개의 외연기관이 장착되어 있으며, 이 외연기관의 실린더(107)는 상부에서 실린더를 밀봉하는 실린더 헤드 블럭(101)과, 실린더 헤드 블럭의 중앙에 형성된 두개의 헬륨가스 구멍(102)과, 가열된 실린더 헤드 블럭을 지나 헬륨가스구멍(102)을 통하여 팽창되며 나오는 헬륨가스에 의해 왕복운동을 하는 피스톤(103)으로 이루어진다. 또한 연소장치(150)는 연소실커버블럭(153)과, 연소실 커버블럭(153)내의 연소실(156)과, 연소실 커버블럭을 통해 연소실(156)내로 연료를 분사하는 연료분사노즐(151)과, 연소실커버블럭에서 연료분사노즐(151)과 가까이 장착된 점화장치(152)와, 연소실 커버블럭상에 형성되어 연소실내로 공기를 도입하기 위한 다수의 공기구멍(154)과, 연료분사노즐을 통해 도입된 연료와 공기구멍을 통해 도입된 공기가 점화장치에 의해 점화되어 폭발팽창하여 실린더헤드블럭(101)에 배기가스의 열에너지를 전달한 다음 배기가스를 안내하는 배기가스통로(155)등으로 이루어진다. 또 연소장치(150)의 둘레에 형성되며, 연소실 커버블럭(153)의 내측 및 외측에 설피된 제1 헬륨가스 팽창장치(110)는 헬륨가스를 팽창시키는 팽창수단을 보호하며 주위로 손실되는 배기가스의 열에너지를 가두는 역할을 하는 제1헬륨가스 팽착블럭(114)과, 제1헬륨가스 팽창블럭(114)과 연소실커버블럭(153)으로 형성되는 ㄷ단면 형상의 공간내에서 ㄷ형으로 길게 형성되어 헬륨가스를 헬륨가스 도입구(115)를 통해 도입하고 팽창시켜서 헬륨가스 배출구(116)를 통해 배출시키는 제1헬륨가스 팽창탱크(111)와, 제1헬륨가스 팽창탱크(111)의 주위를 돌면서 헬륨가스를 팽창시키는 제1헬륨가스 팽창파이프(112)와, 연소실커버블럭(153)의 외측과 제1혤륨가스 팽창탱크(111)의 내측사이의 공간을 지나 도입되어 연소실 커버블럭(153)의 내측가까이를 지나 배출되면서 헬륨가스를 팽창시키는 제1헬륨가스 팽창파이프(113)으로 이루어진다.

엔진부(100)의 실린더(107)내로 헬륨가스를 공급하는 공급장치는 제2도에서 자세히 도시한 바와같이 실린더(107)내로 공급되는 헬륨가스를 냉각시키는 헬륨가스 열교환기(132)와, 헬륨가스를 실린더(107)내로 공급하는 기능을 갖는 솔레노이드 밸브 조립체(131)와, 실린더(107)내에서 팽창되어 일을 한 후의 헬륨가스를 수납하는 기능을 갖는 솔레노이드 밸브 조립체(130)와, 실린더(107)내에 헬륨가스를 공급하는 솔레노이드 밸브 조립체(131)에 헬륨가스를 압축하여 보내는 헬륨가스 압축기(133)와, 헬륨가스 압축기(133)를 구동시키는 전기모터(134)와, 헬륨가스 압축기(133)에 헬륨가스를 공급하는 헬륨가스 탱크(137)와, 헬륨가스 보조탱크(138)등으로 이루어지며, 이것들의 구조 및 형상은 본 발명의 발명자가 1986년 3월 10일자로 출원한 특허 제86-1675호에 자세히 설명되어 있으므로 여기서는 생략한다.

연소장치(150)의 배기가스 통로(155)를 지나는 배기가스는 2단동력 터어빈(500)을 고속으로 회전시키도록 되어 있으며, 2단동력 터어빈(500)은 흡입공기 압축기(501)와 동일축, 즉 출력축(502)상에 장착되어 있다. 이 2단 동력 터어빈(500)과 흡입공기 압축기(501)의 구조 및 형상은 본 발명의 발명자가 1986년 6월 14일자로 출원한 특허 제86-4731호에 자세히 설명되어 있으므로 여기서는 생략한다. 이와같이 2단 동력 터어빈을 고속으로 회전시킨 배기가스는 제2헬륨가스 팽창장치(510)에 열에너지를 전달하고 흡입공기 열교환기(550)에서 흡입공기를 열교환시킨다.

제2헬륨가스 팽창장치(510)는 제2헬륨가스 팽창블럭(515)과, 제2헬륨가스 팽창블럭(515)내의 중앙에 위치하여 헬륨가스를 팽창시키는 제2헬륨가스 팽창탱크(511)와, 제2헬륨가스 팽창블럭(515)의 내측에 위치하여 헬륨가스를 팽창시키는 제2중공원통형 헬륨가스 팽창탱크(512)와, 제2헬륨가스 팽창블럭(515)과 제2중공 원통형 헬륨가스 팽창탱크(512)의 내측을 따라 배출되는 제2헬륨가스 팽창파이프(513)와, 제2중공 원통형 헬륨가스 팽창탱크의 내측벽에 형성되어서 배기가스의 열에너지를 가급적 많이 회수하도록 되어 있는 가열핀(514)으로 이루어진다.

제2헬륨가스팽창장치(510)와 흡입공기 열교환기(550)의 구조 및 형상은 본 발명자가가 선출원한 특허 제86-4731호의 것과 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.

한편 엔진부(100)의 구동축(109)에 연결된 플라이휘일 구조체(200)는 제1 및 제2헬륨가스 압축기(300), (302), 기억박스(400), 제1 및 제2헬륨가스 터어빈(301), (303), 기억바스(405)등과 함께 출력축(305)에 장착되어 있다.

플라이휘일 구조체(200)는 한쌍의 플라이휘일과 한쌍의 동력전달휘일 및 지지휘일로 이루어지며, 제1플라이휘일의 하부에는 시동시에회전력을 부여하여 엔진부(100)의 구동축(109)과 출력축(305)을 회전시키는 시동모터(201)가 설치되어 있고, 제2플라이휘일의 하부에는 고출력의 필요시에나 재구동시에 큰 출력을 부여하는 압축공기 모터(202)가 설치되어 있다. 이와같은 플라이휘일 구조체(200와 시동모터(201) 및 압축공기모터(202)의 구조 및 형상은 본 발명자가 1986년 3월 10일자로 출원한 특허 제86-1675호와 1986년 5월 13일자 출원한 특허 제86-3072호의 것과 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.

출력축(305)에 장착된 제1 및 제2헬륨가스 압축기(300), (302)와 기억박스(400) 및 제1 및 제2헬륨가스터어빈(301), (303)의 구조 및 형상은 본 발명자가 선출원한 특허 제86-3702호와 제86-4731호에 자세히 설명되어 있으므로 여기서는 설명을 생략한다. 또한 기억박스(400)에 연결되어 압축공기를 발생시키는 압축공기 발생기(401)와, 기어박스(450)에 연결되어 전기를 발생시키는 발전기(452)는 각각 전자 클러치(402)와 (451)을 갖고 있어서 저출력을 사용할때 전자클러치에 의해 자동 연결되어서 압축공기와 전력으로 여유출력을 저장할 수 있도록 되어 있다.

출력축(305)의 출력단에는 크랭크앵글 전자 신호센서(307)와 전자클러치(306)가 장착되어 있으며, 클랭크 앵글전자 신호센서(307)는 출력축의 회전 각도에 따라 엔진부(100)의 실린더(107)내로 헬륨가스를 공급하고 다시 수납하는 솔레노이드 밸브 조립체(130), (131)를 제어하고, 전자클러치(306)는 출력축(305)의 회전력을 차륜등에 연결 및 단락시키는 것이다.

이상과 같은 구조 및 형상의 복합 가스터어빈 엔진시스템의 작동에 대해 설명한다.

맨처음 시동시에 우선 시동모터(201)에 전원을 공급하여 모터(201)를 구동시키면 플라이휘일 구조체(200)가 회전하게 되며, 플라이휘일 구조체(200)의 회전축에 연결된 엔진부(100)의 구동축(109)이 회전운동을 함에 따라 엔진부(100)의 실린더(107)내에 있는 피스톤(103)은 왕복운동을 한다. 또한 동시에 플라이휘일 구조체(200)가 장착된 출력축(305)이 회전함에 따라 기어박스(400), (405)내에 있는 기어들이 서로 맞물려서 회전하게되고, 제1 및 제2헬륨가스 압축기(300), (302)와 제1 및 제2헬륨가스 터어빈(301), (303)들이 회전하며, 기어박스(450)에 연결된 스틸벨트(503)도 출력축(502)에 회전력을 전달하게 된다. 이 회전력의 전달에 의해 출력축(502)상에 장착된 흡입공기 압축기(501)가 회전하며 이 압축기(501)와 연결된 2단 동력 터어빈(500)도 같이 회전한다.

상기와 같이 플라이휘일 구조체(200)의 회전에 의해서 실린더(107)내에 있는 피스톤(103)의 왕복운동과, 기어박스(400), (405)내의 기어들, 제1 및 제2헬륨가스 압축기(300), (302), 제1 및 제2헬륨가스 터어빈(301), (303), 출력축(305), (502), 흡입공기압축기(501) 및 2단동력 터어빈(500)의 회전운동은 시동모터(201)의 구동과 거의 동시에 일어난다. 따라서 흡입공기 압축기(501)의 회전에 의해 새로운 흡입공기가 강제로 압축되어 제1헬륨가스 팽창블럭(114)의 내부로 들어와서 연소장치(150)에 있는 연소실 커버블럭(153)의 주위에 천공되어 형성된 다수의 공기구멍(154)을 통하여 연소실(156)로 강제 공급된다. 동시에 제1헬륨가스 팽창블럭(114)과 연소실커버블럭(153)을 통하여 설치된 연료분사노즐(151)에서 연료가 분사되어 공기와 혼합되며, 점화장치(152)에 의해 일단 점화되면 계속 연소실(156)내로 도입되는 공기와 연료가 혼합되면서 계속 폭발하여 고온고압의 배기가스는 배기가스통로(155)를 지나서 2단 동력 터어빈(500)을 계속 구동하여 회전시킨다.

이와같이 계속 폭발 팽창되는 배기가스의 열에너지중 열소실커버블럭(153)을 통해 주위로 손실되는 배기가스의 열에너지로 제1헬륨가스 팽창장치(10)내에 있는 헬륨가스를 팽창하게 하고, 또한 2단 동력 터어빈(500)을 회전시킨 후의 배기가스가 아직도 열에너지를 많이 보유하고 있으므로 2단 동력 터어빈(500)의 하류에 설치된 제2헬륨가스 팽창장치(510)내에 있는 헬륨가스를 팽창하게 한다.

상기와 같이 제1 및 제2헬륨가스 팽창장치(110), (510)에 열에너지를 전달한 배기가스는 흡입공기 열교환기(550)를 경유하여 대기중으로 배출되며, 흡입공기 열교환기(550)에서 고온으로 열교환된 흡입공기는 흡입 공기 압축기(501)로 보내져서 압축되도록 되어 있다. 더우기 고온 고압의 배기가스에 의해 고속으로 회전하는 2단 동력 터어빈(500)이 흡입공기 압축기(501)와 동일축상에 장착되어 있어서 흡입 공기압축기(501)도 2단 동력 터어빈의 회전속도와 동일한 속도로 회전한다.

한편 연소실(156)에서 고온고압으로 폭발 팽창되는 배기가스의 열에너지에 의해서 실린더(107)위에 장착된 실린더 헤드블럭(101)은 매우 뜨겁게 적열(赤熱)된다. 따라서 솔레노이드 밸브 조립체(130), (131)와 헬륨가스 압축기(133) 및 전기모터(134)에 의해서 헬륨가스 열교환기(132)를 경유하여 냉각되어 공급되는 헬륨가스는 헬륨가스 파이프(108)를 지나면서 어느정도 팽창되며, 고온으로 적열된 실린더 헤드블럭(101)을 지나면서 헬륨가스구멍(102)을 통해 실린더(107)내로 분출되는 헬륨가스는 고압으로 팽창되어 피스톤(103)을 하향이동시킨다. 여기서 헬륨가스를 공급하는 솔레노이드 밸브조립체(131)와 헬륨가스를 회수하는 솔레노이드 밸브조립체(130)는 출력축(305)에 장착된 크랭크 앵글 전자 신호센서(307)에 의해서 정확하고 정밀하게 제어되어 실린더(107)내로 헬륨가스를 공급하고 회수하는 타이밍과 피스톤(103)의 왕복운동의 타이밍이 일치되어서 최대의 출력을 내도록 되어 있다. 즉 헬륨가스의 회수는크랭크축이 하사점에 도달하기 6 내지 7도전에 시작되며, 헬륨가스의 공급은 크랭크축이 상사점에 도달하기 6 내지 7도 전에 시작된다.

따라서 시동시에는 시동모터(201)에 의해 여러 장치들을 회전운동 및 왕복운동시켰지만, 엔진가동후 10초이내에 모든 장치의 작동상태가 정상으로 되므로 시동모터(201)에 전원을 더이상 공급할 필요가 없다.

이상과 같이 본 발명의 복합 가스터어빈 엔진 시스템이 정상 작동되면, 공기 및 연료의 혼합가스를 점화시켜 고온고압으로 폭발팽창된 배기가스가 2단 동력 터어빈(500)을 회전시키며 동시에 제1 및 제2헬륨가스 팽창장치에 배기가스의 열에너지를 전달한 후에 흡입공기 열교화기(550)을 지나 대기중으로 방출되는 하나의 개방사이클과, 제1 및 제1헬륨가스 팽창장치내에서 팽창된 헬륨가스가 제1 및 제2헬륨가스 압축기와 터어빈을 지나는 두개의 헬륨가스 밀폐순환사이클과, 솔레노이드 밸브 조립체(130), (131)와 실린더(107)를 지나는 하나의 헬륨가스 밀폐순환 사이클을 정상작동되며, 엔진부(100)의 실린더(107)내로 공급된 헬륨가스에 의해 나오는 구동축(109)의 회전력과 2단 동력 터어빈(500)의 회전력이 각각 출력축(305) 및 (502)을 통하여 나온다. 또한 제1 및 제2헬륨가스 팽창장치(110), (510)에서 고압으로 팽창된 헬륨가스는 각각 제1 및 제2헬륨가스 터어빈(301), (303)을 고속으로 구동시킨 후 헬륨가스 열교환기(308)에서 냉각되어 제1 및 제2헬륨가스 압축기(300), (302)로 보내진다. 이 압축기에서 압축되어 다시 팽창장치(110), (510)로 각각 보내진다. 이때 엔진 내부에도 어느 정도의 압력이 존재할 수 있으나, 플라이휘일 구조체(200)에 있는 제1 및 제2플라이휘일의 중량이 크므로, 정상작동중에는 일단 플라이휘일 구조체(200)가 회전하게 되면 계속회전하려고 하는 관성력이 붙게되어 엔진부(100)에 있는 실린더(107)내의 헬륨피스톤(103)은 무리없이 정상 작동하며, 또 구동축(109)에 회전력을 전달한다.

본 발명의 복합 가스터어빈 엔진 시스템에는 2단 동력 터어빈(500)의 회전력을 전달하는 출력축(502)과, 엔진부(100)의 회전력, 제1 및 제2헬륨가스 터어빈(301), (303)의 회전력을 전달하는 출력축(305)은 스틸벨트(503)로 서로 연결되므로 출력축(305), (502)의 회전력을 같이 사용할 수 있고 따로 사용할 수도 있다.

또 엔진부(100)의 실린더(107)내로 헬륨가스를 공급하는 솔레노이드 밸브 조립체(130), (131)는 도면에서 4개의 피스톤중 2개씩 서로 반대 연결 상태로 있으므로 최소한 각각 2셋트가 있어야만 하며, 각 실린더마다 1셋트씩 4셋트가 있어도 좋다.

기억박스(400)에 연결된 압축공기 발생기(401)와 기어박스(450)에 연결된 발전기(452)는 엔진의 출력을 다 사용하지 않는 저출력 사용시에 여유있는 출력을 압축공기와 전기로 저장하기 위한 것이며, 고출력의 필요시에나 일시정지후 재구동시에 이용하기 위한 것이다.

이상과 같이 상술한 본 발명의 복합 가스터어빈 엔진 시스템은 개방사이클인 가스터이빈 엔진에 밀폐순환사이클인 엔진부와 헬륨가스 팽창장치와 터어빈 및 압축기를 설치하여 동력터어빈의 회전력을 높이며 열효율을 극대화시키고, 부분부하시에 엔진의 출격저하를 방지할 수 있는 효과가 있다. 더우기 부분부하시에는 압축공기 발생기에서 만들어진 압축공기로 압축공기모터를 구동하여 출력축에 회전력을 부가하도록 하였으므로 출력감소를 최대로 억제할 수 있고, 동력터어빈의 회전력과 엔진부의 회전력을 계속 유지할 수 있다.

이 엔진시스템은 무부하운전이나 저속운전중에도 압력이 180 내지 220kg/㎠정도인 헬륨가스의 밀폐사이클에 의해 큰 회전력이 계속 유지되며 여유있는 출력은 발전기나 압축공기로 저장하였다가 큰 부하의 필요시에난 재운전시에 사용할 수 있다. 또 헬륨가스는 마찰손실이 적으며, 작동압력이 매우 높고 밀도가 크크로 밀폐사이클의 엔진 크기가 작아도 큰 출력을 낼 수 있다.

본 발명의 복합 가스터이빈 엔진 시스템은 토오크 변동이 작도 진동이 적으며, 고속운전이 가능하고 큰 회전력을 얻을 수 있다. 또한 출력축이 2개이므로 각기 따로 이용할 수 있고 함께 사용할 수 있는 것이다. 또 고출력을 내기 위해 엔진부의 구동축을 공유하면서 병렬이나 직력로 또 다른 하나의 엔진부를 연결하여 사용하거나 병렬과 직렬로 동시에 연결하여 사용할 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와같이 본 발명은 발명의 상세한 설명과 첨부도면을 참고로 하여 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 여러가지 변형과 변경이 이루어질 수 있다는 것이 명백하다.

Claims

복합가스터어빈 엔진시스템에 있어서, 연소실커버블럭, 연소커버블럭을 지나 연료를 분사하는 연료분사노즐, 공기를 도입하기 위한 공기구멍, 공기와 연료의 혼합가스를 점화시키는 점화장치를 구비한 연소장치와, 실린더, 실린더내에서 왕복운동을 하는 피스톤, 실린더의 상부를 밀봉하여 덮으면서 헬륨가스를 도입하는 구멍이 형성된 실린더 헤드블럭, 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸어서 전달하는 구동축을 구비한 엔진부와, 제1헬륨가스 팽창블럭, 제1헬륨가스 팽창블럭내에 헬륨가스를 팽창시키는 제1헬륨가스팽창탱크 및 파이프들을 구비한 제1헬륨가스 팽창장치와, 엔진부의 실린더내로 헬류가스를 공급하고 회수하는 한쌍의 솔레노이드 밸브 조립체, 솔레노이드 밸브 조립체로 공급하는 헬륨가스를 압축하는 헬륨가스압축기, 이 압축기를 구동하는 전기모터, 솔레노이드밸브 조립체로부터 공급되고 회수되는 헬륨가스를 냉각시키는 헬륨가스 열교환기를 구비한 헬륨가스 공급장치와, 연소실에서 폭발팽창된 배기가스에 의해 고속으로 구동되는 2단구동력터어빈, 2단동력 터어빈과 동일축상에 장착된 흡입공기압축기, 2단 동력 터어빈의 회전력을 전달하는 출력축을 구비한 가스 터어빈 기관고, 2단 동력 터어빈을 구동시킨 배기가스를 안내하는 제2헬륨가스 팽창블럭, 이 블럭의 중앙에 설치되어 헬륨가스를 팽창시키는 제2헬륨가스 팽창탱크, 이 블럭의 내측벽 가까이에 설치되어 헬륨가스를 팽창시키는 제2헬륨가스 제2중공원통형 헬륨가스 팽창탱크, 제2중공원통형벨륨가스 팽창탱크의 둘레를 지나면서 헬륨가스를 팽창시키는 제2헬륨가스 팽창파이프를 구비한 제2헬륨가스 팽창장치와, 제2헬륨가스 팽창블럭의 출구에 이어서 형성된 배기가스 도입구, 흡입공기를 열교환시킨후, 배기가스를 배출하는 배기가스배출구, 흡입공기를 도입하는 흡입공기 도입구, 흡입공기를 고온으로 열교환시키도록 다수형성된 배기가스파이프, 이 배기가스 파이프에 의해 열교환된 흡입공기를 배출하는 흡입공기배출구를 구비한 흡입공기 열교환기와, 엔진부의 구동축에 연결되어 시동시에 회전력을 공급하는 제1플라이휘일, 제1플라이후일에 대향설치되어 고출력의 필요시에나 재구동시에 부가적인 출력을 공급하는 제2플라이휘일, 제1 및 제2플라이 휘일사이에서 돌력을 전달하도록 되어 있으며, 마그네트 코일과 자력관통구멍에 의해 동력을 전달 및 단락하는 제1 및 제2동력 전달휘일, 제1 및 제2동력전달휘일의 사이에서 제1 및 제2동력전달휘일을 지지하는 지지휘일을 구비한 플라이 휘일 구조체와, 제1헬륨가스 팽창장치에서 고압으로 팽창된 헬륨가스로 구동되는 제1헬륨가스 터어빈, 제1헬륨가스 터어빈을 구동한 헬륨가스를 압축하여 제1헬륨가스 팽창장치로 공급하는 제1헬륨가스 압축기, 제2헬륨가스 팽창장치에서 고압으로 팽차된 헬륨가스로 구동되는 제2헬륨가스터어빈, 제2헬륨가스 터어빈을 구동한 헬륨가스를 압축하여 제2헬륨가스 팽창장치로 공급하는 제2헬륨가스 압축기, 다수의 기어를 구비하여 제1 및 제2헬륨가스 터어빈의 회전력을 축력축에 전달하는 기어박스, 가스터어빈기관의 회전력을 엔진부와 플라이휘일구조체와 헬륨가스 터어빈의 공동출력축에 전달하는 스틸벨트 및 기어박스, 상기 한싸으이 기어박스에 각각 연결되어 무부하 운전시 여유출력을 압축공기와 전기로 비축하는 압축공기 발생기 및 발전기를 구비한 보조장치들로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 가스 터어빈 엔진 시스템.
제1항에 있어서, 연소장치의 연소실이 제1헬륨가스 팽창장치를 내측 및 외측에 부설한 연소실커버블럭고, 실린더의 상부를 밀봉하면서 헬륨가스를 실린더내로 보내는 실린더 헤드 블럭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합가스 터어빈 엔진 시스템.
제1항에 있어서, 연소실에서 고온 고압으로 폭발팽창된 배기가스에 의해 고속으로 회전되는 2단 동력터어빈의 회전력을 전달하는 출력축이 엔진부의 구동축의 회전력, 플라이휘일 구조체의 회전력, 제1 및 제2헬륨가스 터어빈의 회전력을 공동으로 전달하는 출력축에 스틸벨트를 경유하여 연결되는 것을 특징으로 하는 복합 가스터어빈 엔진 시스템.