KR20040100960A - 개선된 기류를 갖는 연소 장치 - Google Patents

Abstract

가스 연소 동력 장치(gas combustion-powered apparatus)는 제1 챔버와, 상기 제1 챔버 내에 위치한 회전 팬과, 연소성 가스를 점화시키기 위해 상기 제1 챔버와 작동 관계에 있는 점화 소스, 그리고 제2 챔버를 구비한다. 교류 통로(communication passage)는 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 팬의 하류에 위치하고, 제1 챔버로부터 제2 챔버로 점화된 가스 제트가 통과할 수 있게 하기 위해 만들어지고 배치되었다. 흡기 포트(intake port)는 팬의 상류의 상기 제1 챔버의 벽에 위치하고, 교류 통로로부터 분리된 바이패스 포트는 팬의 하류의 제1 챔버의 벽에 위치한다.

Description

개선된 기류를 갖는 연소 장치{COMBUSTION APPARATUS HAVING IMPROVED AIRFLOW}

본 발명은 개선된 기류(airflow)를 갖는 연소 장치와 관련되는데, 보다 구체적으로는 연소 동력 파스너 타격 툴(combustion-powered fastener driving tool)과 함께 사용되며 상기 장치를 통한 흐르는 개선된 기류를 갖는 다중 챔버 연소 장치(multiple-chamber combustion apparatus)에 관련한 것이다.

가스 연소 장치는 당해 기술분야에서는 알려진 것이다. 이 기술의 실제적인 적용은 가스 동력 파스너 타격 툴에서 찾아 볼 수 있다. 그러한 툴의 한 형태는, 또한 나사를 작업 물에 박는데 사용하기 위한 IMPULSE®라는 등록상표로 알려져 있으며, 여기서 모두 참고자료가 되며, 니콜리히에게 공통적으로 양도된 미국특허(정정 등록 번호 32,452; 등록 번호 4,522,162; 4,483,473; 4,483,474; 4,403,722; 5,197,646 및 5,263,439)에 기술되어 있다. 유사한 연소 동력식 네일 및 스테이플 타격 툴은 IMPULSE®라는 등록상표로 일리노이즈의 버논힐의 ITW-Paslode에서, PULSA®라는 등록상표로 프랑스의 Bourg-les-Valence의 ITW S.P.I.T.에서 상업적으로 이용할 수 있다.

그러한 툴은 작은 내연기관을 감싸는 일반적으로 권총 모양의 툴 하우징을 포함한다. 상기 기관은 또한 연료셀이라 불리는 압축 연료 가스통에 의해 동력이 공급된다. 배터리 동력의 전자 동력 분배 유닛은 점화를 위한 스파크를 생성하고, 연소챔버 내에 위치한 팬(fan)은, 상기 장치의 연소 작동에 부수적인 과정들을 촉진하는 중에, 상기 챔버 내의 효율적인 연소를 위해 제공된다. 그런 부수적인 과정들은, 상기 챔버에 연료를 주입하는 과정; 상기 챔버 내에서 연료와 공기를 혼합하는 과정; 그리고 연소 부산물을 제거 또는 배출하는 과정을 포함한다. 이러한 부수적 과정들에 더하여, 상기 팬은 더 나아가 상기 툴을 냉각시키고 연소 에너지 출력을 높이는데도 기여한다.

상기 기관은 실린더바디 내에 위치한 길고 강체인 구동기 블레이드를 가진 왕복피스톤을 포함한다. 밸브슬리브(valve sleeve)는 상기 실린더바디 둘레에서 축상으로 왕복이동 가능하고, 연동장치를 통해서, 상기 연동장치의 단부에 있는 작업접촉요소(work contact element)가 작업물에 대해서 가압될 때 상기 연소챔버 가까이로 이동한다. 이 가압 동작은 또한 연료-미터링밸브가 특정한 볼륨의 연료를 상기 닫힌 연소챔버에 안내하는 것을 촉진하기도 한다.

방아쇠 스위치를 당기면, 상기 기관의 상기 연소챔버 내에 있는 충전된 가스를 점화시키는 스파크가 유발된다. 연소성 연료/가스 혼합물을 점화하자마자, 상기 챔버 냉의 상기 연소는 상기 피스톤 및 구동기 블레이드 조립체의 가속을 유발하고, 이는 위치를 잡은 파스너에 충격을 가하고 상기 파스너를 작업물에 박기 위해 (상기 파스너가 있다면) 아래 방향으로 발사한다. 그리고 나면 상기 피스톤은 상기 실린더바디 내의 가스 압력차를 통해서 그것의 원래, 또는 "준비" 위치로 돌아온다. 파스너는, 상기 파스너가 상기 타격기 블레이드의 충격을 받아 내기 위해 적절하게 위치한 방향으로 유지되는, 주둥이에 매거진 스타일(magazine-style)로 제공된다.

단일 챔버 연소 장치는 빠른 연소 사이클 시간을 달성할 수 있어서 효율적이다. 단일 챔버 장치는 또한 위에 기술된 부수적 과정들을 수행하는데 효율적인데,특히 상기 단일 챔버 내에서 공기와 연료를 혼합하고 연소 부산물을 배출하는데 효율적이다. 그러나, 단일 챔버 장치는 대체로 다른 가스 연소 동력 툴에서 볼 수 있는 만큼이나 높은 최대 연소 압력을 실현하지 못한다.

2 이상의 챔버를 가진 연소툴은 또한 당해 기술분야에서 알려져 있다. 이러한 툴은 단일 챔버 장치에 비해 상당히 더 높은 연소 압력을 가질 수 있고, 그리하여 보다 큰 연소 에너지를 가질 수 있다. 다중 챔버 툴은 대체로 제2 챔버에 연결되는 제1 챔버를 가진다. 상기 제1 챔버는 종종 관 모양의(tubular) 형상이나, 당해 기술분야에서 알려진 다양한 형상일 수 있다. 대개는 스파크 플러그인 점화 소스는 상기 제1 챔버 내에, 또는 그와 함께 작동할 수 있는 관계로 위치한다. 상기 제1 챔버의 일 단부는 또한 포트나, 챔버들 간의 교류를 가능케 하는 다른 통로를 통해서 제2 챔버와 교류한다. 상기 2개의 챔버를 연결하는 상기 포트는 대체로 리드 밸브(reed valve)를 포함하는데, 그것은 상기 제2 챔버에서 상기 제1 챔버로의 압력의 역류를 방지하기 위하여 보통은 닫혀져 있다.

상기 제1 챔버 내의 연료/공기 혼합물은 상기 제1 챔버의 닫힌 일 단부에서 점화되고, 상기 포트를 갖는 상기 챔버의 다른 단부를 향해 불꽃의 전단부를 전진시킨다. 상기 불꽃의 전단부가 전진함에 따라, 상기 불꽃 전단부의 전방의 미 연소 연료/공기는 상기 제2 챔버로 밀리고, 그에 의해 상기 제2 챔버 내의 상기 연료/공기 혼합물을 압축한다. 상기 불꽃이 상기 포트 및 리드 밸브를 통해서 전파됨에 따라, 상기 제2 챔버 내의 상기 공기/연료 혼합물 또한 점화된다. 그에 의해 이 점화된 가스는 신속하게 상기 제2 챔버 내에 압력을 형성하고, 상기 제1 챔버로 압력의역류에 의한 손실을 방지하기 위하여 상기 리드 밸브를 닫는다. 상기 제2 챔버 내의 압축 정도가 크면 클수록, 상기 툴의 최종 연소 압력은 더 커질 것인데, 이는 바람직한 바이다. 점화된 가스가 상기 제1 및 제2 챔버 사이의 상기 포트를 통해 이동하게 하는 통로(path)가 보다 제한적일수록, 연소 압력은 더 증가할 것이다.

그러나, 상기 2개의 챔버 간의 제한적인 통로는 짧은 시간 내에 상기 제1 챔버에서 상기 제2 챔버로의 연료/공기 혼합물을 전달하는 것을 어렵게 한다. 그래서, 다중 챔버 툴은 대체로 2개의 오리피스를 갖는 공통 연료 공급 라인을 통해서 양 챔버에 개별적으로 연료를 분사한다. 하지만, 그러한 구조는 상기 툴을 복잡하게 하고 가격을 증가시키는데, 이는 바람직하지 못한 것이다. 양 챔버 사이의 상기 제한된 유동은, 상기 챔버에 연료를 주입하는 것에 앞서, 챔버를 상기 툴 외부의 신선한 공기로 채우는 능력을 억제하는 동시에 양 챔버로부터 연소 부산물을 배출하는 상기 툴의 능력 또한 감소시킨다. 상기 툴의 챔버들 내의 연소 부산물의 축적은 일정하고 되풀이되는 연소 사이클을 달성하는 상기 툴의 능력을 감소시킬 수 있다. 대신에, 상기 2개의 챔버들 사이의 제한된 기류는 상기 챔버들 내의 연료를 혼합하고 연소 이벤트(event) 사이에 상기 챔버를 배출하는 것 모두에 추가적인 시간을 요한다. 이 추가적인 시간은 상기 툴을 사용하는 동안에 툴 운영자에게는 바람직하지 못한 것으로 인식될 수 있다.

따라서, 챔버들 간에 제한된 통로를 사용함으로써 얻어지는 증가된 연소 동력을 희생하지 않고, 또한 상기 장치에 하나의 연료 라인보다 많은 연료 라인을 사용하지 않고서, 다중 챔버 연소 툴 장치에서 한 챔버에서 다른 챔버로 이동하는 효율적인 기류를 달성하는 것이 바람직하다.

도1: 다중 챔버 연소 동력 장치의 개략적 단면도.

도2: 도1에 묘사된 상기 다중 챔버 연소 동력 장치를 통한 기류를 도시한 개략적 단면도.

도3: 본 발명의 기류 구조를 특징으로 하는 다중 챔버 연소 동력 장치의 개략적 단면도.

도4: 도3에 묘사된 상기 장치를 통한 기류를 도시하는 개략적 단면도.

도5a 내지 도5c: 바람직한 기류 특성을 예시하는 본 장치의 다른 실시예의 개략적 단면도.

도6: 도5a 내지 도5c에 표시된 상기 실시예의 행정 이동의 작용에 따라 기류를 예시하는 개략적인 부분 단면도.

도7: 본 발명의 장치의 또 다른 실시예를 통해 기류를 예시하는 개략적 단면도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 2-챔버 장치 12: 점화 소스

14: 닫힌 단부 16: 제1 챔버

18: 제1 챔버의 다른 단부 20: 제2 챔버

22: 불꽃 제트 포트 23: 리드 밸브

23a: 밸브 리미터 24: 팬

26: 실린더형인 슬리브 바디 28: 피스톤 챔버

30: 피스톤 32: 돌출 단부

34: 슬리브 바디의 단부 36: 개구

38: 슬리브 바디의 다른 단부 40: 흡기 포트

42: 벽 44: 제한적인 통로

50: 연소-동력 장치 52: 바이패스 포트

53: 제1 챔버의 벽 54: 제1 챔버

56: 바이패스 실(seal) 58: 제2 챔버

60: 흡기 실 70: 대안적인 다중챔버 연소 동력 장치

72: 밸브 슬리브 74: 제2 챔버

76: 가장자리 78: 닫힌 단부

80: 제1 챔버 82:배기 단부(ventng end)

84: 흡기 단부 86: 개구

88: 개방부 90: 흡기 실

92: 바이패스 실

상기 열거된 관심사는, 하나의 챔버 내에 팬을 사용하는 다중 챔버 구조를 특징으로 하는, 본 가스 연소 동력 장치에 의해 다루어진다. 기류의 제한된 통로는 연소 이벤트 동안에 상기 챔버들 사이에 제공되나, 챔버들 사이의 기류는 연소 사이클의 혼합, 배출, 및 냉각 이벤트 동안에 상기 제한된 통로를 우회한다. 바이패스 포트(bypass port)는 상기 챔버들을 하나로 연결하기 위하여 제공되고, 연소 이벤트들 동안에 상기 제한된 통로에 대한 기류를 제한하기 위하여 닫혀있을 수 있거나, 그렇지 않다면, 연소 이벤트들 사이에 일어나는 혼합, 배출, 및 냉각 이벤트를 위해 열려있을 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명은 제1 챔버, 상기 제1 챔버 내에 위치한 회전 팬, 연소성 가스를 점화하기 위하여 상기 제1 챔버에 작동할 수 있는 관계에 있는 점화 소스, 및 제2 챔버를 포함하는 가스 연소 동력 장치를 제공한다. 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버 및 상기 팬의 하류 사이의 제1 전달 통로는, 상기 제1 챔버로부터 상기 제2 챔버로의 점화된 가스의 통과가 가능하도록 만들어지고 배열되었다. 상기 팬의 상류의 상기 제1 챔버의 벽에 위치한 흡기 포트, 및 상기 팬의 하류의 상기 제1 챔버의 벽에 위치한 바이패스 포트는 상기 제1 전달 통로에서 떨어져 있다.

다른 실시예에서, 가스 연소 동력 장치는 연소 챔버, 이동할 수 있는 피스톤을 수용하는 피스톤 챔버, 및 상기 연소 챔버 및 상기 피스톤 챔버에 대해 상대적으로 이동할 수 있는 슬리브(sleeve) 챔버를 포함한다. 상기 슬리브 챔버는 상기 제1 및 제2 챔버들 사이에, 그리고 상기 장치의 외부에서 상기 제1 및 제2 챔버 중 적어도 하나로 제한 없는 기류를 허용하는 제1 슬라이딩 위치를 갖는다. 상기 슬리브 챔버는 또한 상기 제1 및 제2 챔버 사이에 제한 없는 기류를 허용하나, 상기 장치의 외부로부터 상기 제1 및 제2 챔버로의 기류는 막는, 제2 슬라이딩 위치를 갖는다. 상기 슬리브 챔버는 또한 상기 제1 및 제2 챔버 사이의 기류를 제한하고, 상기 장치의 외부에서 상기 제1 및 제2 챔버로의 기류를 막는, 제3 슬라이딩 위치를 더 갖는다.

또 다른 실시예에 있어서, 연소 챔버, 슬라이딩 챔버, 및 피스톤 챔버를 갖는 연소 동력 장치의 작동 방법은, 상기 연소 챔버로 공기를 제공하고 연료를 주입하는 단계, 및 양 연소 챔버 및 슬라이딩 챔버 내에서 연소 챔버 내에 있는 회전 팬을 작동시켜서 공기와 연료를 혼합하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 상류 포트는 팬의 상류의 연소 챔버의 벽에 위치하고 슬라이딩 챔버와 교류하고, 또한 적어도 하나의 하류 포트는 팬의 하류에서 연소 챔버의 벽에 위치하고 역시 슬라이딩 챔버와 교류한다. 혼합 후에는, 혼합된 공기와 연료는 연소 챔버에서 점화되고 연소 챔버 내의 불꽃 제트 포트를 통해서 슬라이딩 챔버로 전달된다. 그러고 나면 슬라이딩 챔버 내의 연소 압력은 피스톤 챔버의 피스톤을 구동한다. 그리고 나면 연소 부산물은 연소 챔버와 슬라이딩 챔버를 통해서 상기 장치의 외부에서 신선한 공기를 전달함으로써 연소 챔버 및 슬라이딩 챔버에서 배출된다.

이제 도1 및 2를 참조하면, 바람직한 다중 챔버 장치 디자인은, 여기서 참고자료가 되며, 공통적으로 언급되는 미국특허출원(대리인 관리 번호 13696)에 기술되어 있다. 2-챔버 장치는 전체적으로 (10)번으로 지정되어 있고, 대체로 스파크 플러그이며, 제1 챔버(16)의 막힌 일 단부(14)에 위치한 점화 소스(12)를 포함한다. 상기 제1 챔버(16)의 다른 단부(18)는 불꽃 제트 포트(22)를 통해서 제2 챔버(20)와 교류한다. 상기 제2 챔버(20)로부터 상기 제1 챔버(16)로의 압력의 역류를 방지하기 위하여 보통은 닫혀있는 리드 밸브(23, 도1)와, 상기 제1 챔버에 대향하는 상기 밸브의 일 측면의 상기 밸브를 차폐하기 위하여 위치되는 밸브 리미터(23a)는, 바람직하게는 상기 제1 챔버(16)의 외부에 있는 상기 불꽃 제트 포트(22)를 차폐하도록 위치된다.

상기 제1 챔버(16)는 상기 제2 챔버(20) 내의 연소성 가스를 위한 압축기로서 작동한다. 상기 제1 챔버(16) 내의 연료와 공기는 상기 제1 챔버 내의 회전 팬(24)에 의해 혼합되고, 상기 챔버(16) 내의 닫힌 단부(14)에 있는 점화 소스(12)에 의해 점화된다. 점화된 혼합물은 불꽃 제트 포트(22)를 포함하는 제1 챔버의 단부(18)를 향해서 불꽃의 전단부를 전진시킨다. 불꽃 전단부가 전진함에 따라, 불꽃 전단부 앞의 미 연소 연료/공기는 제2 챔버(20)로 밀리고, 그에 의해 제2 챔버 내의 연료/공기 혼합물을 압축한다. 상기 불꽃이 상기 불꽃 제트 포트(22)를 통해서, 상기 제1 챔버(16)에서 상기 제2 챔버(20)로 전파됨에 따라, 상기 제2 챔버 내의 상기 공기/연료 혼합물 또한 점화된다. 그에 의해 상기 제2 챔버(20) 내의 이 점화된 가스는 신속하게 상기 제2 챔버 내에서 더 큰 압력을 형성하고, 상기 제1 챔버로 압력의 역류에 의한 손실을 방지하기 위하여 상기 리드 밸브(23)를 닫는다. 상기 제2 챔버(20) 내의 잘 혼합된 연료/공기 혼합물은 보다 빠르고, 보다 고에너지이며, 보다 효율적인 연소에 기여한다.

상기 제2 챔버(20)는 상기 제1 챔버(16) 및 대체로 실린더형인 피스톤 챔버(28) 양자를 미끄러질 수 있게 수용하는, 대체로 실린더형인 슬리브 바디(26)를 포함한다. 상기 피스톤 챔버(28)는 그 안에서 왕복 운동을 하는 피스톤(30)을 수용하고, 상기 피스톤 챔버(28)의 돌출 단부(32)는 상기 슬리브 바디(26)의 단부(34)에 상기 장치(10) 외부의 공기에 대해, 상기 슬리브 바디(26)가 Y방향의 위치로 미끌어질 때 상기 제2 챔버(20)와 상기 피스톤 챔버(28) 사이에 위치한 개구(36)를, 효율적으로 실하기 위하여 접촉한다. 상기 슬리브 바디(26)의 다른 단부(38)는 상기 제1 챔버(16)의 닫힌 단부(14)와, 상기 팬(24)의 회전의 상류의 일 위치에서 상기 제1 챔버의 벽(42)에 위치한 흡기 포트(40)를 통해 본 장치(10)의 외부로부터의 기류를 효율적으로 차폐하기 위하여, 접촉한다. 상기 슬리브 바디(26)가 양 슬리브 단부(34, 38)에서 상기 장치의 외부로부터의 기류를 막기 위하여 위치한 후에, 상기 제2 챔버 내의 연소 압력의 신속한 증가는 상기 피스톤(30)을 상기 제1 챔버(16)로부터 떨어진 일 방향으로 상기 피스톤 챔버(28) 밑으로 구동한다.

그러한 구조에서, 하나 이상의 챔버에 팬이 사용될 때, 상기 팬(24)의 효율은 상기 챔버들(16, 20)이 설계되고 연결된 방식에 의해 중대하게 영향을 받는다. 다중 챔버 장치에서는 점화된 가스 혼합물이 제1 챔버(16)로부터 제2 챔버(20)로유동하게 하는 제한된 통로를 설치함으로써 보다 큰 연소 에너지를 얻을 수 있다. 연소 에너지는 상기 제1 챔버(16)와 상기 제2 챔버(20) 사이의 통로가 보다 제한적으로 됨에 따라서 더 증가한다. 그러한 제한된 통로(44)는 상기 챔버(16)의 내부에 상기 불꽃 제트 포트(22) 위에 위치한 것으로 도시되어 있다.

이 예에 있어서 상기 제한된 통로(44)는 상기 불꽃 제트 포트의 일 측면상의 상기 불꽃 제트 포트(22)를 덮는 측판(shroud)을 설치함에 의해, 그리고 다른 측면상에 밸브(23) 및 밸브 리미터(23a) 조합을 설치함으로써 형성된다. 제한적인 통로는 측판, 포트, 밸브, 밸브 리미터, 및 이와 유사한 것의 하나 이상의 어떤 조합에 의하여 만들어 질 수 있다고 생각된다. 당해 기술분야에서 알려진 바대로, 초음속 노즐은 상기 불꽃 제트 포트(22)를 통과하는 연소 에너지를 증가시키기 위하여, 상기 불꽃 제트 포트 그 자체로, 또는 위에 기술한 다른 모든 장치들과 조합하여 대안적으로 사용될 수 있다고 또한 생각된다.

비록 매우 제한적인 통로는 연소 이벤트들 동안에 상기 제1 챔버(16)로부터 상기 제2 챔버(20)로 전달되는 연소 에너지를 증가시킬 수 있어서 바람직한 듯 하나, 제한적 통로는 또한 위에 기술된 바대로, 연소 이벤트들 사이에 상기 부수적인 과정들을 완수하기 위한 2개의 챔버 사이의 기류를 제한하여 바람직하지 못할 수 있다. 그러므로 연소에서 보다 많은 동력을 이끌어 내기 위하여 설계된 상기 제한적인 통로와, 공기, 연료, 및 연소 부산물을 하나의 팬으로 적절하게 재 순환, 또는 "흡입하는" 상기 다중 챔버 장치의 능력 사이에, 트레이드 오프(tradeoff)가 존재하여 바람직하지 못할 수 있다. 이 트레이드 오프는 단일 챔버 연소 구조에서는그다지 중요치 않다. 상기 제1 챔버 내의 상기 팬(24)의 존재와 작동은, 혼합하고, 냉각시키고, 또한 상기 챔버들을 배출하고, 다음 연소 사이클을 위하여 상기 장치를 재 설정하는 상기 장치(10)의 능력에 크게 기여한다. 그러나, 제한적인 통로를 사용할 때 상기 챔버들 사이의 효율적인 기류는 여전히 달성하기 어렵다.

이제 도2를 참조하면, 본 발명자에 의해 발견된 바대로, 기류(A)의 통로는 연소 후에 제1 챔버(16)와 제2 챔버(20) 양자에서 연소 부산물을 배출하는 이벤트 동안에 실제적으로 일어나는 대로 보여지고 있다. 배출하는 중에, 상기 슬리브 바디(26)는 X방향으로 미끌어져 피스톤 챔버(28)로부터 분리되고, 흡기 포트(40)를 상기 장치(10)의 외부로부터의 신선한 공기에 노출한다. 상기 팬(24)이 회전함에 따라서, 상기 장치(10)의 외부의 신선한 공기는 이상적으로는 상기 흡기 포트(40)를 통하여 제1 챔버(16)로 들어가고, 불꽃 제트 포트(22)를 통해서 제2 챔버(20)로 팬(24)의 하류부분으로 이동하고, 개구(36)를 통하여 제2 챔버를 빠져나가서, 양 챔버의 이전 연소 이벤트에 의해 남겨진 연소 부산물을 배출하고, 동시에 양 챔버를 깨끗한 공기로 채운다.

그러나, 보는 바대로, 챔버(16,20) 사이의 제한적인 경로(44)는 흡기 포트(40)로부터 개구(36)로 기류(A)가 순탄하게 이동할 수 있는 능력을 크게 저해한다. 그러한 이상적인 기류의 경로는 연소 동력을 증가시키기 위해 몹시 제한적인 경로를 사용하는 구조로는 훨씬 달성하기가 힘들다. 도2에서 잘 볼 수 있듯이, 기류의 대부분은 실제로는 제1 챔버(16)내에 머무르며, 상기 불꽃 제트 포트(22) 대신에 상기 흡기 포트(40)의 일부분을 통해서 상기 제1 챔버를 빠져나가서, 상기제1 챔버의 배출에 비효율적이 되는 결과를 가져온다. 제2 챔버(20)를 배출하는 능력은 훨씬 더 비효율적이 된다. 베르누이 원리로 인해, 제2 챔버(20)를 통해서 개구(36)로 상기 장치를 빠져나가는, 상기 제1 챔버(16)로부터 이동하는 기류 대신에, 기류(A)의 일부는 실제로는 제2 챔버(20)로부터 역으로 제1 챔버(16)로의 반대 방향으로 밀린다. 이 역방향 기류는 제2 챔버(20)를 많이 배출하지 못한다. 제2 챔버(20)를 배출하는 능력에 관하여, 이 역방향 기류의 영향은, 제2 챔버로부터 제1 챔버(16)로의 역 유동을 방지하기 위해 밸브가 사용될 때는 더 줄어들어 실질적으로 없어진다.

제1 챔버의 상기 회전 팬(24)은 상기 장치(10)의 양 챔버(16,24)를 혼합하고 배출하는 능력을 개선하지만, 앞서 언급한 트레이드오프는 여전히 일정 정도로 존재한다. 본 발명자는, 앞서 기술된 것과 같은, 상기 제2 챔버로의 별개 연료 라인을 사용하지 않고서, 효율적인 제한적인 경로는 연소 이벤트에 앞서 상기 제1 챔버(16)뿐 아니라 상기 제2 챔버에서도 공기와 연료를 함께 효율적으로 혼합하는 상기 팬((24)의 능력을 제한한다는 것을 발견했다. 또한 상기 팬(24)의 회전을 통해서 개선되지만, 상기 제2 챔버(20)를 통한 다소 제한된 기류는 또한 연소 이벤트 사이에 상기 제2 챔버를 냉각시키는 상기 팬(24)의 능력을 감소시킨다. 따라서, 본 발명자는, 상기 제1 챔버 내에 팬을 채용하는 독특한 특성을 구현하지만 챔버들간에 제한적인 경로를 사용함으로써 얻어지는 연소 동력의 증가를 희생시키지 않고 또한 하나 이상의 연료라인을 사용해야만 하는 제한 없이, 다중-챔버 장치에서 한 챔버에서 다음 챔버로 효율적인 기류를 달성하는 것이 바람직하다는 것을 찾아냈다.

이제 도3 및 도4를 참조하면, 연소-동력 장치는 전체적으로 (50)번으로 지정되었으나, 도1 및 도2를 참조하여 앞서 기술된 바와 동일한 상기 장치(50)의 특징은 동일한 숫자 지정으로 식별된다.

상기 장치(50)의 중요한 특징은 적어도 하나의 바이패스 포트(52)가 하나의 바람직한 제1 챔버의 벽(53)에 위치한다는 것이나, 바람직하게는 몇 개의 바이패스 포트(52)가 바람직하게는 연속적인 실린더형의 벽(53)의 곳곳에 균등하게 분포되는 것이다. 바람직한 일실시예에서, 바이패스 포트(52)는 팬(24)의 유동의 하류이며, 상기 팬에 의해 형성된 상기 제1 챔버(54)의 더 높은 압력 구역에 가까운 곳에 위치한다. 그래서 팬(24)의 상류에 위치한, 흡기 포트(40)는 상기 제1 챔버(54)의 더 낮은 압력 구역과 가까운 곳에 자리잡는다. 그리하여 바이패스 포트(52)는 제한적인 경로(44)의 불꽃 제트 포트(22)외에 챔버들 간의 제2 교류수단을 형성한다.

바이패스 포트(52)는 보통은 개방된 채로 있으나, 제2 챔버(58)를 한정하는 밸브 슬리브(26)의 내부에 위치한 바이패스 실(56)에 의해 차단되는 것이 바람직할 것이다. 바이패스 실(56)은 연소 이벤트에 앞서서, 밸브 슬리브가 제1 챔버(54) 및 피스톤 챔버(28)를 Y방향으로 미끄러질 수 있게 결속시킬 때, 바이패스 포트(52)를 완전히 차폐하기 위해 밸브 슬리브(26)에 위치하는 것이 바람직하다. 도3 및 도4에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 바이패스 실(56)은 제1 챔버(54) 및 제2 챔버(58) 양자를 배출을 위해 외부 공기에 노출하기 위해 밸브 슬리브가 미끄러질 때 바이패스 포트(52)를 통한 기류를 차단하는 것을 피하기 위해서, 바람직하게는 밸브슬리브(26)에 위치해야 한다.

바이패스 실(56)은 바람직하게는 제2 챔버(58)와 같은 고체구조인 내연물질(combustion-resistant material)로부터 만들어지는 것이 바람직한데, 그러한 물질은 당해 기술분야에서 알려져 있다. 바이패스 실(56)은 밸브 슬리브(26)의 내부와 함께 단일 구조로 일체로 형성되는 것이 바람직하나, 대안적으로는 용접, 접착, 나사, 또는 당해 기술분야에서 알려진 다른 부착 방법에 의해 밸브 슬리브에 고정되게 부착될 수 있을 것이다.

바이패스 실(56)과 유사하게, 적어도 하나의 흡기 실(60)이, 역시 미끄러질 수 있게 결속하고 연소 이벤트간에는 흡기 포트(40)를 통한 기류를 차단하지만, 밸브 슬리브가 배출을 행하기 위하여 미끄러져서 개방될 때에는 흡기 포트를 외부 공기에 대해 개방된 채로 남겨두기 위하여, 밸브 슬리브(26)의 내부에 위치하는 것이 바람직하다. 흡기 실(60)은 바이패스 실(56)과 동일한 물질로 형성되고, 또한 유사한 방식으로 밸브 슬리브(26)에 부착되는 것이 바람직하다.

바람직한 일실시예에서, 바이패스 실(56)과 흡기 실(60) 양자는 단일의, 밸브 슬리브(26)의 전체 내부 주위의 연속적인 바디이거나, 또는 밸브 슬리브가 연소 이벤트를 위해 상기 장치(50)로의 외부 기류를 차단하기 위하여 미끄러질 때 바이패스 포트(52) 및 흡기 포트(40)의 각각을 차폐하기 위해 자리잡은 일련의 별개이며, 이격된 바디이다. 그래서 바이패스 실(56) 및 흡기 실(60)은 상기 실들 및 밸브 슬리브(26)의 내부 사이에 기류를 허용하기 위해 설계될 필요가 없다.

이제 도4를 참조하면, 배출 이벤트 동안의 기류의 경로(B)가 바이패스포트(52)를 사용하는 상기 장치(50)를 위해 보여진다. 이 실시예에서, 상기 경로(B)는 매끄럽고 효율적으로 흡기 포트(40)에서 이동하여, 바이패스 포트(52)를 나서고, 제2 챔버(58)를 통해서, 제2 챔버(58)의 단부(34) 및 바람직하게는 돌출된 피스톤 챔버(28)의 단부(32) 사이의 개구(36)를 빠져나간다. 바이패스 포트(52)의 제한되지 않은 통로의 다른 이점은 효과적으로 제한된 경로(44)를 회피하는(도2에서와 달리) 기류 경로(B)의 용이성이고, 그에 의해 막대한 양의 깨끗한 공기가 제1 챔버(54) 및 제2 챔버(58)를 통해 신속하게 팬(24)으로부터의 유동의 원하는 방향으로 이동하는 것을 허용한다. 그래서 본 다중-챔버 장치(50)는 연소 이벤트동안에 제2 챔버(58)가 개방되어서 제1 챔버(54)와 피스톤 챔버(28)를 결속 해제시킬 때 연소부산물로부터 신속하고 효과적으로 배출될 것이다.

더욱이, 이 바람직한 구조에 따라, 양 챔버(54,58)를 통해서 팬(24)으로부터의 기류는 팬을 사용하는 전형적인 단일-챔버 장치에 의해 달성되는 기류보다 실제적으로 효율적이게 된다. 이 유리하게도 효율적인 기류는 제2 챔버(58)에 더하여, 제1 챔버(54)의 냉각을 개선하는데, 양 챔버는 연소 이벤트 후에 가열된 상태이다. 게다가, 상기 포트(40,52) 및 상기 실(56,60)은 제1 챔버(54)와 제2 챔버(58) 사이의 공기와 연료의 혼합을 용이하게 하기 위하여 자리잡는 것이 바람직하다.

이제 도5a 내지 도5c를 참조하면, 다른 대안적인 다중챔버 연소 동력 장치가 임의로 (70)번으로 지정되어 있고, 제2 챔버(74)의 밸브 슬리브(72)의 상이한 미끄러짐 위치의 영향을 예증하는 간단한 형식으로 보여진다. 장치(10,50)와 공통되는 요소는 동일한 참조번호로 지정된다. 제2 챔버(74)는 온전한 실린더일 필요는 없으나, 제2 챔버가 피스톤 챔버(28)뿐만 아니라, 제1 챔버(80)의 폐 단부(78)의 가장자리(76)를 실하기 위하여 Y방향으로 이동할 수 있는 한, 원하는 사이즈를 수용하는 다양한 형태를 가질 수 있다. 상기 관련된 장치(70)가, 당해 기술분야에서 알려진 바대로, 상기 장치의 작업 중에 작업물 접촉 요소(workpiece contact element)(미도시)에 연결된 링크장치로 작업물에 압착되거나 작업물로부터 올려질 때, 제2 챔버(74)가 제1 챔버(80) 및 피스톤 챔버(28) 양자에 미끄러질 수 있게 결속하고 이들로부터 결속 해제되는 것을 허용하는 구조가 또한 바람직하다.

도5a에서 가장 잘 볼 수 있는 바대로, 상기 장치(70)의 배출 및 냉각은 밸브 슬리브(72)의 배기 단부(ventng end)(82)가 피스톤 챔버(28)의 개구(36)로부터 완전히 결속 해제될 때 일어나며, 밸브 슬리브의 흡기 단부(84)는 흡기 단부 및 제1 챔버의 폐 단부(78)의 가장자리(76)사이의 개구(86)를 형성하기 위하여 제1 챔버로부터 완전하게 결속 해제된다. 본 실시예에서, 제1 챔버(80) 및 피스톤 챔버(28)는 상호간에 고정되어 있는 것이 가장 바람직하며, 배출 및 냉각은 제2 챔버(74)가 제1 미끄러짐 위치에서 다른 챔버들로부터 완전하게 결속 해제된 때 일어난다. 이러한 구조에서, 상기 장치(70)를 통한 기류는 도4에 도시된 것과 동일한 경로(B)를 따르고, 제한적인 경로(미도시)가 불꽃 제트 포트(22)를 차폐하기 위하여 사용되건 말건 실제적으로 그에 영향 받지 않는 방향을 취한다. 이러한 대안적이고 바람직한 실시예에서, 불꽃 제트 포트(22)를 통한 어떠한 기류도 회전 팬(24)으로부터의 유동의 원하는 방향으로 이루어질 것이고, 심지어 제1 챔버(80) 및 제2 챔버(74)로부터의 연소 부산물의 배출을 개선하는데 이바지 할 것이다.

이제 도5b를 참조하면,상기 장치(70)가 작업물에 접하여 배치되기 때문에상기 장치(70)의 구조에 필요한 어떤 추가적인 변경 없이도, 밸브 슬리브(72)는 제1 챔버(80) 및 제2 챔버(74) 간의 공기 및 연료의 혼합을 용이하게 하는 제2 미끄러짐 위치로 이동한다. 대안으로서, 밸브 슬리브(72)는 방아쇠(미도시)를 당기는 작동기의 작용에 의해 이동할 수 있도록 가동된다. 이 실시예에따라서, 배기 단부(82) 및 흡기 단부(84)는 바람직하게는 피스톤 챔버 돌출 단부(32) 및 제1 챔버 가장자리(76)에 각각 맞 대응하도록 충분한 길이여야 하고, 그리하여 밸브 슬리브(72)의 제2 슬라이딩 위치는 상기 장치의 외부 환경으로부터 각각 통로(36,86)에서 피스톤 챔버(28) 및 제1 챔버(80)를 실하나, 제1 챔버(80) 및 제2 챔버(74)간의 기류를 허용하기 위하여 포트(40,52)는 차폐하지 않은 채로 둔다.

피스톤 챔버(28) 및 제1 챔버(80)를 외부 공기에 대하여 차폐한 채로, 회전 팬(24)은 팬의 상류에 위치한 흡기 포트(40)를 통하여 제2 챔버로부터 제1 챔버로 향하는 (C)방향으로 기류를 당긴다. 그리하여 상기 팬(24)은 기류(C)를 제1 챔버(80)의 밖으로 향하게 하고 상기 팬의 하류에 위치한 바이패스 포트(52)를 통해서 제2 챔버(74)로 되돌아가게 한다. 이 바람직한 구조는 양 챔버 내에서 공기 및 연료가 신속하고 효과적으로 혼합되도록 한다. 다시 말하면, 연료가 제1 챔버(80)에 분사되는 동안 상기 장치의 외부의 기류 연결은 차단되지만, 상기 장치의 내부의 챔버들 간의 재 순환은 유지된다. 이 효과적인 혼합 과정은 제1 챔버(80)에서의 결과적인 공기/연료 혼합기가 신속하게 제2 챔버(74)로 전달될 수 있게 하고, 그에 의해 별도의 연료라인을 통해 양 챔버로 연료를 분사할 어떠한 필요도 제거한다. 유사하게, 연료는 대신에 제2 챔버(74)에만 분사될 수 있으나, 여전히 동일한 과정과 구조에 의해 효과적으로 제1 챔버(80)로 혼합된다. 본 실시예에 따르면, 챔버(74,80) 중에 하나에만 연료를 분사하기 위한 단일 연료라인은 적절하고 안정적으로 전체 장치(70)에 연료를 공급할 수 있다.

연료 분사를 활성화하기 위한 연료 방아쇠(fuel trigger)(미도시)는 또한 미끄러짐 밸브 슬리브(72)에 의한 기계적인 활성화를 가능케 하기 위하여 상기 장치(70)에 위치될 수 있다. 연료 방아쇠는 밸브 슬리브가 상기 장치(70)의 외부 환경으로부터 제1 챔버(80) 및 제2 챔버(74)를 실하기 위하여 이동한 후 까지 밸브 슬리브(72)와 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 본 실시예의 다른 바람직한 특징은 상기 흡기 실과 밸브 슬리브(72)의 내부 사이에 대안적인 흡기 실(90)의 개방부(88)를 포함하는 것이다. 개방부(88)는 기류(C)가 제1 챔버(80)의 벽(53)과 밸브 슬리브(72)사이의 제2 챔버(74)에서의 순환과, 흡기 포트(40)를 통해 제1 챔버로 되돌아오는 것을 허용한다. 도5b에서 잘 볼 수 있는 바대로, 심지어 밸브 슬리브(72)가 제1 챔버(80)와 제2 챔버(74)사이의 개구(86)를 차폐할 때도 기류 경로(C)를 통한 재 순환은 여전히 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 일어난다. 바이패스 실(92)은 또한 밸브 슬리브(72)를 따라서 흡기 실(90)에 대해 유사하게 이격된 것이 바람직하고, 바이패스 실과 밸브 슬리브 사이의 바이패스 실의 일부분을 통한 기류를 허용하는 유사한 개방부(94)를 포함한다.

이제 도5c를 참조하면, 밸브 슬리브(72)는, 작업물 또는 방아쇠 동작과의 연속적인 접촉으로부터, 연소 이벤트 동안, 불꽃 제트 포트(22) 및 제한적인경로(44)(도4에 도시)를 제외하고 제2 챔버(74)로부터 제1 챔버(80)의 차단을 완성할 수 있는 제3 미끄러짐 위치로, 더 이동한다. 밸브 슬리브(72)의 배기 단부(82) 및 흡기 단부(84)는 제2 미끄러짐 위치(도5b에 가장 잘 도시된)로써 외부 환경으로부터 제1 챔버(80) 및 제2 챔버(74)를 계속 실하나, 흡기 실(90), 그리고 바람직하게는 바이패스 실(92) 또한 상기 포트(40,52)를 통한 모든 기류를 차단하는 위치로 이동한다. 그리하여 제1 챔버(80) 및 제2 챔버(74)간의 교류(communication)은 이러한 제3 미끄러짐 위치에 대해서 불꽃 제트 포트(22) 및 제한적인 경로(44)로 제한된다. 상기 교류는 불꽃 제트 포트(22)를 통한 (D)방향으로의 일방향으로 이동하는 점화된 가스 불꽃 제트의 형태를 취하는 것이 바람직하다. 단일 불꽃 제트 포트(22)와 제한적인 경로(44)가 바람직한 구조이지만, 추가적인 불꽃 제트 포트(22)도 고려된다. 본 발명자는 나아가 바이패스 포트(52) 또한 추가적인 불꽃 제트 포트를 사용하지 않고도 제1 챔버(80)로부터 제2 챔버(74)로 불꽃 전단부의 전달을 허용할 수 있다는 것을 생각하고 있다.

발사 방아쇠(firing trigger)(미도시)는 또한, 도5c에 도시된 완전히 결속된 제3 미끄러짐 위치에 도달될 때 제1 챔버 내의 공기/연료 혼합기를 점화시키기 위하여, 점화 소스(12)(도4)용 방아쇠를 밸브 슬리브(72)가, 밸브 슬리브의 움직임에 의해, 기계적으로 활성화킬 수 있도록 상기 장치(70)에 위치할 수 있다. 결과적인 점화된 가스 제트는, 제2 챔버 내의 공기/연료 혼합기를 점화하고 피스톤 챔버(28) 내의 피스톤(30)(도4)을 앞서 기술한 것처럼 구동하는 중에. 제2 챔버(74)로 이동하는 연소 압력을 형성할 것이다. 이 연소 이벤트가 완결되면, 밸브 슬리브(72)는챔버(74,80) 내의 연소 부산물을 배출하고, 양 챔버를 냉각하며, 연소 사이클을 다시 시작하기 위하여 도5a에 도시된 제1 미끄러짐 위치로 되돌아간다.

이제 도6을 참조하면, 상기 장치(70)를 통한 기류는 밸브 슬리브(72)의 전 행정 길이(S)의 함수로서 보여지고 있다. 행정 길이 S는 밸브 슬리브(72)가 Y방향으로 완전하게 결속된 위치(연소 이벤트)에서 완전하게 결속 해제된 위치(배출 이벤트)로 이동하는 거리에 의해 결정된다. 본 발명의 이 실시예에서, 행정 길이(S)의 대부분을 따라 혼합이 일어나도록 배기 단부(82)와 흡기 단부(84)의 각각의 길이를 설정하는 것이 바람직하다.

전 행정 길이(S)는 제2 챔버(74)의 미끄러짐 밸브 슬리브(72)를 바람직하게 가동시키고 차폐하기 위하여 설정된다. Y방향으로 행정 길이(S)의 제1 부분(S1)은 제1 챔버(80) 및 제2 챔버(74)를 외부 환경으로부터 실하기 위하여 개구(36,86)를 차폐하는 반면에, 혼합을 위하여 기류가 상기 장치(70)내의 경로(C)를 따라 계속 순환하게 내버려둔다. 행정 길이(S)의 제2 부분(S2)은, 역시 Y방향으로, 연소 동안에 불꽃 제트 포트(22) 및 제한적인 경로(44)를 제외한, 제1 챔버(80) 및 제2 챔버(74)를 실하기 위하여 흡기 포트(40)를 흡기 실(90)로 또한 바이패스 포트(52)를 바이패스 실(92)로 차폐한다. 그러므로 밸브 슬리브(72)가 제1 챔버(80) 및 피스톤 챔버(28)에 대해 이동하는 거리는 등식: S≥S1+S2를 만족한다.

이 바람직한 실시예에서, 혼합이 일어나는 행정(S)의 길이(S2)는 제1 챔버(80) 및 제2 챔버(74) 양자에서 공기 및 연료의 최대 양이 혼합되도록 하기 위하여 전 행정 길이(S)에 대하여 상대적으로 길게 만들어지는 것이 바람직하다. 그러므로 S2는 밸브 슬리브(72)의 배기 단부(82)와 흡기 단부(84)의 각각의 길이에 따라 설정될 수 있다. 흡기 실(90) 및 바이패스 실(92)의 상대적인 위치는 또한 혼합에 바람직하게 더 긴 행정 부분(S2)을 설정하는데 기여할 수 있다. 그래서 이러한 더 긴 행정 부분(S2) 길이는 챔버들 간의 제한적인 경로(44)가 얼마나 많이 제한적으로 만들어 졌는지에 관계없이 제1 챔버(80)와 제2 챔버(74) 양자에서 연료와 공기의 혼합을 촉진할 수 있다.

이제 도7을 참조하면, 보다 더 대안적인 장치가 전체적으로 (100)번으로 지정되어 있고, 전의 실시예와 공통되는 요소는 동일한 참조번호로 지정된다. 상기 장치(100)는 도4에 도시된 장치(50)에 유사하나, 연소를 위해 제1 챔버(106) 대신에 움직일 수 있는 제2 챔버(104)내에 팬(102)을 위치시키고 있다. 이 실시예에서, 팬(102)용 모터(108)는 제1 챔버(106)의 외면(110) 또는 슬리브 바디(26) 자체에 알려진 방법에 의해 부착된다. 모터(108)는 심지어 제2 챔버(104)의 외부에 위치할 수 있으며, 당해 기술분야에서 알려진 바대로, 회전 샤프트(112)에 의해 팬(102)에 대한 작동을 제2 챔버 내로 전달한다.

도4에 도시된 실시예에 유사하게, 상기 장치(100)를 통한 기류는, 팬(102)이 제2 챔버 내에 위치할 때에는, 제2 챔버(104)가 상기 장치의 외부로부터 챔버(104,106)로의 기류를 허용하는 위치에 자리잡을 때 (B)방향으로 이동한다. 그러므로 챔버(104,106)로부터 연소 부산물을 배출하는 것은 제1 챔버 대신에 제2 챔버에 있는 팬으로써 효과적으로 수행될 수 있다. 대안으로서, 팬(24)(도4)은 (B)방향으로 양 챔버를 통한 보다 많은 기류를 제공하기 위하여, 제2 챔버(104) 내의팬(102)에 더하여, 제1 챔버(106) 내에 위치할 수 있다. 당업자들은, 기류는 추가적인 챔버들 내에서 만의 팬의 배치에 의해, 또는 제2 챔버 및/또는 제1 챔버에 있는 팬과의 조합에 의해 챔버(104,106)에 더하여 설계된 챔버들을 통해 보다 더 용이해질 것임을 알 것이다.

본 발명에 따르면, 앞서 기술된 실시예들은 다중-챔버 연소 동력 장치에 대해 실현될 수 있는 중대한 이점을 제공한다. 본 발명의 구조는 그러한 장치가 연소 이벤트 동안에 기류 제한적인 경로를 이용함으로부터 고에너지 연소를 달성하도록 하는 반면에, 또한 기류가 연소 이벤트 사이에 있는 부수적인 이벤트를 위해 제한적인 경로를 우회하는 것을 허용한다. 그러므로 적어도 하나의 챔버에 있는 팬은, 한 챔버에서 다음 챔버로의 경로가 제한적인가에 상관없이, 일정하게 중대하고 효과적인 유동을 달성할 수 있다. 본 발명은 또한 연료가 오직 하나의 챔버에만 분사된 경우에 있어서도 혼합을 개선하기 위하여 챔버들간의 개선된 순환/재 순환을 제공한다.

본 발명에 의해 달성되는 다른 이점은 팬 회전 유동이 챔버들을 연결하는 불꽃 제트 포트 및 제한적인 경로를 통하여 다중 챔버간의 교류에 관련한 다른 설계 고려사항에 독립적으로, 이러한 바람직한 구조에서 작동할 수 있을 것이라는 점이다. 따라서, 앞서 기술된 바람직하지 못한 트레이드오프(고에너지 연소와 효과적으로 수행되는 부수적인 과정들 간의)는 본 연소 장치 실시예들에 의해 효과적으로 제거된다. 일정하고 효과적인 팬의 작용은 또한 본 장치의 연소 엔진의 내부 부분에 장기간의 내마모성을 제공한다. 이중 챔버 연소 장치에 관련하여 기술되었지만,당업자들은 앞서 기술된 실시예들이 본 발명에서 벗어남이 없이, 두개의 챔버 이상을 사용하는 장치에도 채택될 수 있을 것이라는 점을 인식할 것이다. 당해 기술분야에서 숙련된 자들은, 본 기류 구조가, 일반적으로 연소에 의해 동력이 제공되는 장치뿐 아니라, 피스톤 또는 발사 메커니즘을 구동하는 다른 다중 챔버 연소 또는 공기압 장치에서도 역시 효과적으로 채택될 수 있다는 것을 또한 알게 된다. 본 발명의 연소 메커니즘의 특정한 실시예들이 보여지고 기술되었지만, 개조 및 변경은 본 발명의 더 넓은 면들, 그리고 아래의 청구항에서 밝혀지는 본 발명에서 벗어남이 없이 만들어지리라는 점은 당업자들에게 이해될 것이다.

본 발명에 따르면, 챔버들 간에 제한된 통로를 사용함으로써 얻어지는 증가된 연소 동력을 희생하지 않고, 또한 상기 장치에 하나의 연료 라인보다 많은 연료 라인을 사용하지 않고서도, 다중 챔버 연소 툴 장치에서 한 챔버에서 다른 챔버로 이동하는 효율적인 기류를 달성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (23)

1. 가스 연소 동력 장치(gas combustion-powered apparatus)로서,

   제1 챔버와;

   상기 제1 챔버 내에 위치한 회전 팬과;

   연소성 가스를 점화시키기 위해 상기 제1 챔버와 작동 관계에 있는 점화 수단과;

   제2 챔버와;

   상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이 및 상기 팬의 하류에 있는 제1 교류 수단(communication means)으로서, 상기 제1 교류 수단은 상기 제1 챔버로부터 상기 제2 챔버로 점화된 가스 제트가 통과할 수 있게 하기 위해 만들어지고 배치된, 제1 교류 수단과;

   상기 회전 팬의 상류의 상기 제1 챔버의 벽에 위치한 적어도 하나의 흡기 포트(intake port): 그리고

   상기 제1 교류 수단으로부터 분리되고, 상기 회전 팬의 하류의 상기 제1 챔버의 상기 벽에 위치한 적어도 하나의 바이패스 포트(bypass port)

   를 포함하는, 가스 연소 동력 장치.`
2. 제 1 항에 있어서,

   피스톤 챔버로서, 상기 피스톤 챔버 내에 배치된 피스톤을 포함하는, 피스톤챔버: 그리고

   상기 제2 챔버와 상기 피스톤 챔버 사이에 위치한 제2 교류 수단으로서, 상기 제2 교류 수단은 상기 제2 챔버 내의 연소 압력이 상기 피스톤을 상기 제2 챔버로부터 멀어지는 일 방향으로 구동하는 것을 가능케 하도록 만들어지고 배치된, 제2 교류수단

   을 더 포함하여 이루어지는, 가스 연소 동력 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제2 챔버는 대향하는 제1 및 제 2 단부를 포함하고, 상기 제2 챔버는 상기 제1 및 제2 단부에서 각각 상기 제1 챔버 및 상기 피스톤 챔버로부터 이동하여 결속 해제할 수 있도록 만들어지고 배치되는, 가스 연소 동력 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 챔버 및 상기 피스톤 챔버간의 거리는 대체로 일정하고, 상기 제2 챔버의 이동할 수 있는 결속은 상기 제1 및 제2 단부에서 상기 장치의 외부로부터 상기 제1 및 제2 챔버로 유입되는 기류를 제한하는, 가스 연소 동력 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 흡기 포트를 덮어(cover) 상기 흡기 포트를 통한 상기 제1 및 제2 챔버 간의 기류를 제한하기 위하여 이동할 수 있는 적어도 하나의 흡기 실(seal)을 더 포함하여 이루어지는, 가스 연소 동력 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 바이패스 포트를 덮어 상기 바이패스 포트를 통한 상기 제1 및 제2 챔버 간의 기류를 제한하기 위하여 이동할 수 있는 적어도 하나의 바이패스 실(seal)을 더 포함하여 이루어지는, 가스 연소 동력 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 흡기 실 및 바이패스 실은 상기 제1 챔버에 대하여 이동할 수 있으나, 상기 제2 챔버에 대하여는 고정된, 가스 연소 동력 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 흡기 실은 상기 흡기 실 및 상기 제2 챔버의 내벽 사이에 기류가 통할 수 있게 하는 적어도 하나의 개구(opening)를 포함하는, 가스 연소 동력 장치.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 바이패스 실은 상기 바이패스 실 및 상기 제2 챔버의 내벽 사이에 기류가 통할 수 있게 하는 적어도 하나의 통로를 포함하는, 가스 연소 동력 장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 교류 수단은 불꽃 제트 포트(flame jet port)이고, 상기 불꽃 제트 포트를 차폐하기 위해 배치된 밸브, 측판(shroud), 및 리미터 중에 적어도 하나를 포함하는, 상기 제1 및 제2 챔버 사이의, 제한적인 기류경로(restrictive airflow path)를 포함하는, 가스 연소 동력 장치.
11. 가스 연소 동력 장치로서,

    연소 챔버와;

    이동할 수 있는 피스톤을 수용하는 피스톤 챔버와;

    상기 연소 챔버 및 상기 피스톤 챔버에 대하여 이동할 수 있는 슬리브 챔버:

    를 포함하고,

    상기 슬리브 챔버는 상기 제1 및 제2 챔버간의 제한 없는 기류를 허용하고, 상기 장치의 외부로부터 상기 제1 및 제2 챔버 중 적어도 하나에 제한 없는 기류의 유입을 허용하는 제1 미끄러짐 위치를 갖고,

    상기 슬리브 챔버는 상기 제1 및 제2 챔버 간의 제한 없는 기류를 허용하나, 상기 장치의 외부로부터 상기 제1 및 제2 챔버로 유입되는 기류를 차단하는 제2 미끄러짐 위치를 갖고,

    상기 슬리브 챔버는 상기 제1 및 제2 챔버 간의 기류를 제한하고, 상기 장치의 외부로부터 상기 제1 및 제2 챔버로 유입되는 기류를 차단하는 제3 미끄러짐 위치를 갖는, 가스 연소 동력 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 장치를 통한 기류는 상기 연소 챔버 내에 위치한 회전 팬에 의하여 촉진되는, 가스 연소 동력 장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 팬의 상류(upstream)에서 상기 연소 챔버의 벽에 위치한 적어도 하나의 흡기 포트와;

    상기 팬의 하류(downstream)에서 상기 벽에 위치한 적어도 하나의 바이패스 포트;

    를 더 포함하고,

    상기 제1 미끄러짐 위치에서, 상기 제1 및 제2 챔버는 상기 적어도 하나의 흡기 포트와 상기 적어도 하나의 바이패스 포트를 통해서 서로에 대하여 개방적으로 교류(open communication)하는, 가스 연소 동력 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 미끄러짐 위치에서, 상기 제1 및 제2 챔버 중에 적어도 하나는 각각 상기 연소 챔버 및 상기 슬리브 챔버 사이의, 또한 상기 슬리브 챔버 및 상기 피스톤 챔버 사이의 개구를 통하여 상기 장치의 외부로부터 유입된 공기와 개방적인 교류를 하는, 가스 연소 동력 장치.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 제2 미끄러짐 위치에서, 상기 슬리브 챔버의 제1 및 제2 단부는 각각 상기 연소 챔버 및 상기 슬리브 챔버 사이의, 또한 상기 슬리브 챔버 및 상기 피스톤 챔버 사이의 상기 개구로부터 유입되는 기류를 차단하는, 가스 연소 동력 장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 흡기 실 및 바이패스 실은 상기 슬리브 챔버의 내부 공간에 고정되게 부착되고, 또한 상기 제3 미끄러짐 위치에서, 상기 적어도 하나의 흡기 실과 상기 적어도 하나의 바이패스 실은 각각 적어도 하나의 흡기 포트와 적어도 하나의 바이패스 포트로부터의 기류를 차단하기 위하여 차폐하는, 가스 연소 동력 장치.
17. 제 11 항에 있어서, 상기 슬리브 챔버가 미끄러지는 총 거리는 행정 길이(S)를 한정하고, 상기 슬리브 챔버가 상기 제1 미끄러짐 위치로부터 상기 제2 미끄러짐 위치로 점진적으로 미끄러지는 거리는 제1 행정 길이 부분(S1)을 한정하고, 상기 슬리브 챔버가 상기 제2 미끄러짐 위치로부터 상기 제3 미끄러짐 위치로 점진적으로 미끄러지는 거리는 제2 행정 길이 부분(S2)을 한정하며, 이 경우에 S ≥S1+S2인 결과적인 관계를 만족하는, 가스 연소 동력 장치.
18. 제 11 항에 있어서, 상기 장치를 통한 기류는 상기 슬리브 챔버 내에 배치된 회전 팬에 의해 촉진되는, 가스 연소 동력 장치.
19. 연소 챔버, 미끄러짐 챔버, 및 피스톤 챔버를 구비하는 연소 동력 장치를 작동시키는 방법으로서,

    상기 연소 챔버에 공기를 공급하는 단계와;

    공기를 함유하는 상기 연소 챔버에 연료를 분사하는 단계와;

    상기 연소 챔버 내의 회전 팬의 작동에 의해 상기 연소 챔버 및 상기 미끄러짐 챔버 내의 상기 공기 및 상기 연료를 혼합하는 단계로서, 적어도 하나의 상류 포트가 상기 팬의 상류에서 상기 연소 챔버의 벽에 위치하고 상기 미끄러짐 챔버와 교류하며, 또한 적어도 하나의 하류 포트가 상기 팬의 하류에서 상기 벽에 위치하고 상기 미끄러짐 챔버와 교류하는, 공기 및 상기 연료를 혼합하는 단계와;

    상기 연소 챔버 내에서 상기 혼합 단계로부터의 상기 혼합된 공기와 연료를 점화하는 단계, 그리고 상기 연소 챔버 내의 불꽃 제트 포트를 통해 상기 미끄러짐 챔버에 상기 점화된 혼합기를 전달하는 단계와;

    상기 점화 단계로부터 상기 미끄러짐 챔버 내에 형성된 연소 압력으로 상기 피스톤 챔버내의 피스톤을 구동하는 단계; 그리고

    상기 연소 챔버 및 상기 미끄러짐 챔버를 통해 상기 장치의 외부에서 깨끗한 공기를 보냄으로써 상기 연소 챔버 및 상기 미끄러짐 챔버로부터 상기 점화 단계에 따른 연소 부산물을 배출하는 단계

    를 포함하는, 연소 동력 장치를 작동시키는 방법.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 분사 단계는 상기 장치의 외부에서 상기 연소 챔버 및 미끄러짐 챔버로 유입되는 기류를 차단하는 하위 단계를 더 포함하는, 연소 동력 장치를 작동시키는 방법.
21. 제 19 항에 있어서, 상기 점화 단계는 상기 상류 및 하류 포트를 통과하는 기류를 차단하는 하위 단계를 더 포함하는, 연소 동력 장치를 작동시키는 방법.
22. 제 19 항에 있어서, 상기 배출 단계는 상기 상류 및 하류 포트의 차단을 해제하고 상기 장치의 외부로부터 상기 미끄러짐 챔버 및 연소 챔버 중에 적어도 하나에 기류가 유입 되도록 상기 미끄러짐 챔버를 이동시키는 하위 단계를 더 포함하는, 연소 동력 장치를 작동시키는 방법.
23. 가스 연소 동력 장치(gas combustion-powered apparatus)로서,

    제1 챔버와;

    연소성 가스를 점화시키기 위해 상기 제1 챔버와 작동 관계에 있는 점화 수단과;

    제2 챔버와;

    상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 중 적어도 하나에 위치한 회전 팬과;

    상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이에 있는 제1 교류 수단(communication means)으로서, 상기 제1 교류 수단은 상기 제1 챔버로부터 상기 제2 챔버로 점화된 가스 제트가 통과할 수 있게 하기 위해 만들어지고 배치된, 제1 교류 수단과;

    상기 제1 챔버의 벽에 위치한 적어도 하나의 흡기 포트(intake port): 그리고

    상기 제1 교류 수단 및 상기 적어도 하나의 흡기포트로부터 분리되고, 상기 흡기 포트와 상기 교류 수단 사이에서 상기 제1 챔버의 상기 벽에 위치한 적어도 하나의 바이패스 포트(bypass port)를 포함하여 이루어지는, 가스 연소 동력 장치.