KR100451301B1 - Reciprocating electrical generator - Google Patents
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
- H02K35/02—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems
Abstract
본 발명은, 왕복동형 발전기에 관한 것으로서, 작동유체실을 형성하며 상호 대향하여 이격 배치되는 한쌍의 실린더와; 각 실린더 내의 작동유체실 내에 왕복운동 가능하게 설치되는 피스톤과; 대향된 한쌍의 실린더 내에 각각 수용된 피스톤들을 상호 연결하여 왕복운동을 하는 왕복동축과; 각 실린더의 작동유체실 내에 작동유체를 교호적으로 이송 및 배출하여 왕복동축을 왕복운동시키는 작동유체 유입출부와; 왕복동축에 마련되어 자력을 발생하는 가동자와; 가동자를 왕복운동 가능하게 수용하며 가동자와 상호 작용하여 전기를 발생하는 발전코일을 구비한 고정자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 작동유체의 에너지가 전기에너지로 전환되는 동력전환 효율을 향상시키고 발전량을 증대시킬 수 있다.The present invention relates to a reciprocating generator, comprising: a pair of cylinders that form a working fluid chamber and are spaced apart from each other; Pistons reciprocally installed in the working fluid chamber in each cylinder; A reciprocating shaft which reciprocates by interconnecting pistons respectively accommodated in a pair of opposed cylinders; A working fluid inlet and outlet for reciprocating the reciprocating shaft by alternately transferring and discharging the working fluid in the working fluid chamber of each cylinder; A mover provided on the reciprocating shaft to generate magnetic force; Receiving the mover reciprocally and characterized in that it comprises a stator having a power generation coil for generating electricity by interacting with the mover. As a result, it is possible to improve the power conversion efficiency in which the energy of the working fluid is converted into electrical energy and increase the amount of power generation.
Description
본 발명은, 왕복동형 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 작동유체를 이용하여 발전하는 왕복동형 발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a reciprocating generator, and more particularly, to a reciprocating generator that generates power using a working fluid.
일반적으로 작동유체를 이용하여 발전을 하는 발전장치는, 터빈이나 수차 등을 발전기의 회전축에 회동가능하게 연결하고 터빈이나 수차의 날개에 작동유체의 힘을 가하여 터빈이나 수차를 회전시킴으로써 발전기의 회전축을 회전시켜 발전을 하게 된다.In general, a power generating apparatus using a working fluid connects a turbine or aberration to a rotation shaft of a generator so as to rotate, and applies a force of working fluid to the blades of the turbine or aberration to rotate the turbine or aberration. Rotate to generate power.
일예로, 증기를 이용하여 발전을 하는 발전장치는, 터빈을 발전기의 회전축에 회동가능하게 연결하고, 보일러로부터 공급된 고온고압의 증기를 노즐로부터 분출, 팽창시켜 고속의 증기를 터빈의 날개에 부딪쳐서 그 충동작용에 의해 터빈을 회전시킨다. 이 때, 터빈이 회전함에 따라 발전기의 회전축이 회전을 하여 발전을 하게 된다. 그리고, 터빈의 날개와 충돌 후 배출되는 증기를 복수기로 유입하여 응축수로 변환시키고, 이 때 증기가 가지고 있던 다량의 열에너지가 외부로 방출되며, 이 응축수를 보일러로 되돌려 보내 가열한다.For example, a power generation apparatus using steam generates a rotational connection of a turbine to a rotating shaft of a generator, blows and expands a high-temperature, high-pressure steam supplied from a boiler from a nozzle, and strikes high-speed steam against the blades of the turbine. The impulse rotates the turbine. At this time, as the turbine rotates, the rotating shaft of the generator rotates to generate power. The steam discharged after colliding with the blades of the turbine flows into the condenser and is converted into condensate. At this time, a large amount of thermal energy held by the steam is discharged to the outside, and the condensate is returned to the boiler for heating.
그런데, 이러한 작동유체를 이용하여 발전하는 발전장치에 있어서는, 작동유체의 운동에너지가 터빈이나 수차의 운동에너지로 충분하게 전환되지 않아, 터빈이나 수차를 통과하여 배출되는 작동유체의 잔류 에너지 값이 크므로, 작동유체의 운동에너지가 전기에너지로 전환되는 동력전환 효율이 저하됨과 동시에 발전량이 저하되는 문제점이 있다.By the way, in a power generation apparatus using such a working fluid, the kinetic energy of the working fluid is not sufficiently converted into the kinetic energy of the turbine or aberration, and the residual energy value of the working fluid discharged through the turbine or the aberration is large. As a result, there is a problem in that the power conversion efficiency in which the kinetic energy of the working fluid is converted into electrical energy decreases and the amount of power generated decreases.
따라서, 본 발명의 목적은, 작동유체의 에너지가 전기에너지로 전환되는 동력전환 효율을 향상시키고 발전량을 증대시킬 수 있는 왕복동형 발전기를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a reciprocating generator capable of improving the power conversion efficiency in which the energy of the working fluid is converted into electrical energy and increasing the amount of power generated.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 왕복동형 발전기의 개략적인 종단면도,1 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a reciprocating generator according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 'A'부의 발전기에 대한 요부확대단면도,Figure 2 is an enlarged sectional view of the main part of the generator 'A' of Figure 1,
도 3은 도 1의 유체공급밸브의 개략적인 단면도,3 is a schematic cross-sectional view of the fluid supply valve of FIG.
도 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f는 도 1의 작동상태도,4A, 4B, 4C, 4D, 4E, and 4F are operating states of FIG. 1,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 왕복동형 발전기의 개략적인 종단면도,5 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a reciprocating generator according to another embodiment of the present invention;
도 6a, 6b, 6c, 6d는 도 5의 작동상태도이다.6A, 6B, 6C, and 6D are operational state diagrams of FIG. 5.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10 : 발전기 12 : 가동자10: generator 12: mover
14 : 고정자 30 : 왕복동축14 stator 30 reciprocating shaft
32a,32b : 실린더 34a,34b : 피스톤32a, 32b: Cylinder 34a, 34b: Piston
36a,36b : 실린더 헤드 38a,38b : 작동유체 유입출부36a, 36b: cylinder head 38a, 38b: working fluid inlet and outlet
40a,40b : 유입관 42a,42b,43a,43b : 유체공급밸브40a, 40b: Inlet pipe 42a, 42b, 43a, 43b: fluid supply valve
50a,50b : 배출관 52a,52b : 유체배출밸브50a, 50b: discharge pipe 52a, 52b: fluid discharge valve
64a,64b : 역지밸브 70,72 : 제어부64a, 64b: check valve 70, 72: control unit
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 왕복동형 발전기에 있어서, 작동유체실을 형성하며 상호 대향하여 이격 배치되는 한쌍의 실린더와; 상기 각 실린더 내의 작동유체실 내에 왕복운동 가능하게 설치되는 피스톤과; 대향된 상기 한쌍의 실린더 내에 각각 수용된 상기 피스톤들을 상호 연결하여 왕복운동을 하는 왕복동축과; 상기 각 실린더의 작동유체실 내에 작동유체를 교호적으로 이송 및 배출하여 상기 왕복동축을 왕복운동시키는 작동유체 유입출부와; 상기 왕복동축에 마련되어 자력을 발생하는 가동자와; 상기 가동자를 왕복운동 가능하게 수용하며 상기 가동자와 상호 작용하여 전기를 발생하는 발전코일을 구비한 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동형 발전기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a reciprocating generator, comprising a pair of cylinders spaced apart from each other to form a working fluid chamber; Pistons installed in the working fluid chambers in the respective cylinders so as to reciprocate; A reciprocating shaft which reciprocates by interconnecting the pistons respectively accommodated in the pair of opposed cylinders; A working fluid inlet and outlet for reciprocating the reciprocating shaft by alternately transferring and discharging the working fluid into the working fluid chamber of each cylinder; A mover provided on the reciprocating shaft to generate magnetic force; It provides a reciprocating generator comprising a stator accommodating the mover so as to reciprocate and having a power generation coil for generating electricity by interacting with the mover.
여기서, 상기 작동유체 유입출부는, 외부로부터 공급되는 작동유체를 상기 작동유체실 내로 안내하는 유입관과; 상기 유입관에 마련되어 상기 작동유체실 내로 공급되는 작동유체를 단속하는 유체공급밸브와; 상기 실린더 내부와 연통되어 작동유체실 내의 작동유체가 배출되는 배출관과; 상기 배출관에 마련되어 상기 작동유체실 내의 작동유체의 배출을 단속하는 유체배출밸브를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the working fluid inlet and outlet, the inlet pipe for guiding the working fluid supplied from the outside into the working fluid chamber; A fluid supply valve provided in the inlet pipe and intermittent with a working fluid supplied into the working fluid chamber; A discharge pipe communicating with the inside of the cylinder to discharge the working fluid in the working fluid chamber; It is preferable to include a fluid discharge valve provided in the discharge pipe for intermittent discharge of the working fluid in the working fluid chamber.
상기 작동유체 유입출부는 상기 실린더의 헤드영역에 마련되고; 상기 실린더의 하사점 영역에는, 상기 실린더 내부와 연통되어 상기 실린더의 하사점 영역의 작동유체를 외부로 배출하는 배출로와, 상기 배출로에 마련되어 상기 실린더 외부로 배출되는 작동유체의 배출을 단속하는 역지밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.The working fluid inlet / outlet is provided in the head region of the cylinder; The lower dead center region of the cylinder communicates with the inside of the cylinder and discharges the working fluid of the lower dead center region of the cylinder to the outside, and controls the discharge of the working fluid provided in the discharge passage and discharged to the outside of the cylinder. It is preferable to further include a check valve.
상기 유체공급밸브는, 왕복운동하며 상기 유입관을 개폐하는 플런저와, 상기 플런저를 탄성지지하는 스프링과, 상기 플런저를 구동하는 솔레노이드부를 포함하고; 상기 피스톤이 상기 플런저를 가압함으로써 상기 유입관이 개방되어 작동유체가 상기 작동유체실 내로 공급되고, 상기 피스톤이 상기 플런저를 가압해제함으로써 상기 플런저는 상기 스프링에 의해 원래의 위치로 복귀됨과 동시에 상기 유입관이 폐쇄되고, 초기 운전시 상기 유입관이 개방되도록 상기 솔레노이드부는 상기 플런저를 구동하는 것이 바람직하다.The fluid supply valve includes a plunger reciprocating and opening and closing the inlet pipe, a spring for elastically supporting the plunger, and a solenoid portion for driving the plunger; The piston presses the plunger to open the inlet pipe so that a working fluid is supplied into the working fluid chamber, and the piston releases the plunger so that the plunger returns to its original position by the spring and at the same time the inflow It is preferable that the solenoid portion drives the plunger so that the tube is closed and the inlet tube is opened during the initial operation.
상기 작동유체 유입출부는, 상기 유입관에 마련되어 상기 작동유체실 내로 공급되는 작동유체의 양을 조절하는 유체조절밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.The working fluid inlet and outlet part may further include a fluid control valve provided in the inlet pipe to adjust the amount of the working fluid supplied into the working fluid chamber.
상기 피스톤이 상기 실린더의 하사점으로부터 상사점으로 전진 이동시 상기 작동유체실 내의 작동유체를 배출하고, 상기 피스톤이 상기 실린더의 상사점에 도달하였을 때 상기 작동유체실 내의 작동유체의 배출을 중단함과 동시에 상기 작동유체실 내로 작동유체를 공급하도록 상기 유체공급밸브와 상기 유체배출밸브를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 피스톤이 상기 실린더의 하사점으로부터 상사점으로 전진 이동시 상기 작동유체실 내의 작동유체를 배출하고, 상기 피스톤이 상기 실린더의 상사점으로부터 소정의 행정구간 영역에 도달하였을 때 상기 작동유체실 내의 작동유체의 배출을 중단하고, 상기 작동유체실 내로 공급되는 작동유체의 양을 조절하도록 상기 유체조절밸브와 상기 유체배출밸브를 제어하는 제어부를 더 포함할 수도 있다.The piston discharges the working fluid in the working fluid chamber when the piston moves forward from the bottom dead center of the cylinder to the top dead center, and stops the discharge of the working fluid in the working fluid chamber when the piston reaches the top dead center of the cylinder; At the same time may further include a control unit for controlling the fluid supply valve and the fluid discharge valve to supply the working fluid into the working fluid chamber, when the piston moves forward from the bottom dead center of the cylinder to the top dead center in the working fluid chamber When the working fluid is discharged and the piston reaches a predetermined stroke region from the top dead center of the cylinder, the discharge of the working fluid in the working fluid chamber is stopped and the amount of working fluid supplied into the working fluid chamber is adjusted. Further comprising a control unit for controlling the fluid control valve and the fluid discharge valve to May.
상기 작동유체 유입출부는, 상기 유입관에 마련되어 상기 작동유체실 내로 작동유체 공급시 상기 유입관 내의 충격을 방지하는 충격흡수탱크를 더 포함하는 것이 바람직하다.The working fluid inlet and outlet part may further include a shock absorbing tank provided in the inlet pipe to prevent an impact in the inlet pipe when the working fluid is supplied into the working fluid chamber.
상기 작동유체 유입출부는, 상기 배출관에 마련되어 상기 작동유체실로부터 배출된 작동유체를 가압하여 외부로 배출하는 유체배출펌프를 더 포함하는 것이 바람직하다.The working fluid inlet and outlet part may further include a fluid discharge pump provided in the discharge pipe to pressurize the working fluid discharged from the working fluid chamber and discharge the working fluid to the outside.
상기 작동유체는 임계온도이하의 물, 증기, 물, 공기, 오일 중 어느 하나인 것이 바람직하고, 상기 고정자는 영구자석, 전자석 중 어느 하나인 것이 바람직하다.Preferably, the working fluid is any one of water, steam, water, air, and oil below a critical temperature, and the stator is one of a permanent magnet and an electromagnet.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 본 발명의 일실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 본 발명의 일실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.Prior to the description, in various embodiments, components having the same configuration will be representatively described in one embodiment of the present invention using the same reference numerals, and in other embodiments, the components that are different from the embodiment of the present invention will be described. I will explain only.
본 발명의 일실시예에 따른 왕복동형 발전기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 작동유체실을 형성하며 상호 대향하여 이격 배치되는 한쌍의 실린더(32a,32b)와, 각 실린더(32a,32b) 내의 작동유체실 내에 왕복운동 가능하게 설치되는피스톤(34a,34b)과, 대향된 한쌍의 실린더(32a,32b) 내에 각각 수용된 피스톤(34a,34b)들을 상호 연결하여 왕복운동을 하는 왕복동축(30)과, 각 실린더(32a,32b)의 작동유체실 내에 작동유체를 교호적으로 이송 및 배출하여 왕복동축(30)을 왕복운동시키는 작동유체 유입출부(38a,38b)와, 왕복동축(30)에 마련되어 자력을 발생하는 가동자(12)와, 가동자(12)를 왕복운동 가능하게 수용하며 가동자(12)와 상호 작용하여 전기를 발생하는 발전코일을 구비한 고정자(14)를 갖는다. 여기서, 작동유체실은, 실린더 헤드(36a,36b)와 피스톤(34a,34b)의 전면이 형성하는 실린더(32a,32b) 내의 영역을 말한다.A reciprocating generator according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, a pair of cylinders (32a, 32b) and the respective cylinders (32a, 32b) formed to form a working fluid chamber and spaced apart from each other; Pistons 34a and 34b reciprocally installed in the working fluid chamber therein and reciprocating shafts 30 for reciprocating by interconnecting pistons 34a and 34b respectively accommodated in the pair of opposed cylinders 32a and 32b. ), Working fluid inlet and outlet parts 38a and 38b for reciprocating the reciprocating shaft 30 by alternately transferring and discharging the working fluid in the working fluid chambers of the cylinders 32a and 32b, and the reciprocating shaft 30 And a stator 14 provided with a movable coil 12 for generating a magnetic force, the stator 14 having a power generating coil for reciprocatingly accommodating the movable member 12 and interacting with the movable member 12 to generate electricity. Here, the working fluid chamber refers to an area within the cylinders 32a and 32b formed by the front surfaces of the cylinder heads 36a and 36b and the pistons 34a and 34b.
각 실린더(32a,32b)들은 동축선상에 대향 배치되며, 각 피스톤(34a,34b)들은 왕복동축(30)에 의해 상호 연결되어 각 실린더(32a,32b)의 내벽을 따라 왕복운동을 하며 각 피스톤(34a,34b)이 각 실린더(32a,32b) 내에서 상호 교호적으로 작동한다. 왕복동축(30)의 대략 중앙영역에는 후술할 발전기(10)의 구성을 이루는 가동자(12)가 결합되어 있으며, 왕복동축(30)은 발전기(10)의 양측에 마련된 롤러(28)에 의해 지지되면서 왕복운동을 한다.Each of the cylinders 32a and 32b is disposed coaxially and the respective pistons 34a and 34b are interconnected by the reciprocating shaft 30 to reciprocate along the inner wall of each cylinder 32a and 32b and each piston 34a and 34b operate alternately within each cylinder 32a and 32b. In the substantially central region of the reciprocating shaft 30 is coupled to the mover 12 constituting the generator 10 to be described later, the reciprocating shaft 30 by the rollers 28 provided on both sides of the generator 10 Reciprocate while supporting.
발전기(10)는, 자력을 발생하는 가동자(12)와, 가동자(12)와 상호 작용하여 전기를 발생하는 발전코일을 구비한 고정자(14)를 갖는다. 가동자(12)는 자력을 발생하는 복수의 자석을 가지며, 이 복수의 자석에는 필요한 자속을 발생시켜 발전전압을 높이도록 기자력을 제공하는 계자권선(16)이 마련되어 있으며, 이 계자권선(16)은 계자전원공급단자(18)에 연결되어 외부로부터의 전원을 공급받는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고정자(14)의 내측에는 계자권선(16)에 전원을 공급하는 동대(20)가 축선방향을 따라 마련되어 있으며, 고정자(14)와 동대(20) 사이에는 고정자(14)와 동대(20)를 절연하는 절연체(21)가 마련되어 있다. 동대(20)의 내측에는 동대(20)를 따라 슬라이딩 이동하여 계자권선(16)에 전원을 공급하는 브러쉬(22)가 마련되고, 브러쉬(22)는 가동자(12)의 일측에 마련된 홀더(24)에 결합되어 있다. 여기서, 가동자(12)는 전자석 대신에 영구자석을 사용할 수 있다.The generator 10 has a stator 14 having a movable element 12 for generating magnetic force and a power generation coil for generating electricity by interacting with the movable element 12. The mover 12 has a plurality of magnets for generating magnetic force, and the plurality of magnets are provided with a field winding 16 for providing magnetic force to generate a necessary magnetic flux to increase a power generation voltage. Is connected to the field power supply terminal 18 to receive power from the outside. As shown in FIG. 2, a dongdae 20 for supplying power to the field winding 16 is provided along the axial direction inside the stator 14, and a stator (between the stator 14 and the dongdae 20) is provided. The insulator 21 which insulates 14 and the copper base 20 is provided. A brush 22 is provided on the inner side of the shaker 20 to slide along the shaker 20 to supply power to the field winding 16, and the brush 22 includes a holder provided at one side of the mover 12. 24). Here, the mover 12 may use a permanent magnet instead of an electromagnet.
고정자(14)는 가동자(12)가 왕복운동 가능하도록 외주방향으로 가동자(12)와 소정 이격되고, 가동자(12)를 수용할 수 있도록 축선방향으로 소정의 폭을 가진다. 그리고, 고정자(14)의 외측에는 가동자(12)와 고정자(14)의 상호 작용에 의해 발생된 전기를 외부로 공급하는 발전기 출력단자(26)가 마련되어 있다. 발전기 출력단자(26)의 후단에는, 도시되어 있지 않지만, 발전된 교류전원을 직류전원으로 바꾸는 정류기가 마련될 수 있다.The stator 14 is spaced apart from the mover 12 in the circumferential direction so that the mover 12 can reciprocate, and has a predetermined width in the axial direction to accommodate the mover 12. On the outside of the stator 14, a generator output terminal 26 for supplying electricity generated by the interaction of the mover 12 and the stator 14 to the outside is provided. At the rear end of the generator output terminal 26, although not shown, a rectifier for converting the generated AC power into DC power may be provided.
한편, 실린더 헤드(36a,36b) 영역에는, 작동유체로서 임계온도이하의 물이 각 실린더(32a,32b)의 작동유체실 내에 이송 및 배출되는 작동유체 유입출부(38a,38b)가 마련되어 있다. 작동유체 유입출부(38a,38b)는, 보일러(66a,66b)로부터 공급되는 임계온도이하의 물을 작동유체실 내로 안내하는 유입관(40a,40b)과, 유입관(40a,40b)에 마련되어 작동유체실 내로 공급되는 임계온도이하의 물을 단속하는 유체공급밸브(42a,42b)와, 작동유체실 내에 발생된 응축수를 배출하도록 실린더(32a,32b) 내부와 연통되어 보일러(66a,66b)에 연결된 배출관(50a,50b)과, 배출관(50a,50b)에 마련되어 후술할 제어부(70)의 신호에 의해 작동유체실 내의 응축수의 배출을 단속하는 유체배출밸브(52a,52b)를 갖는다. 여기서, 작동유체실 내의 응축수의 생성과정을 살펴보면, 작동유체실 내의 임계온도이하의 물의 압력에너지가 피스톤의 운동에너지로 변환되면서, 즉 임계온도이하의 물이 작동유체실 내에서 팽창하여 압력이 저하되면서 냉각되어 응축수로 변환된다.On the other hand, in the cylinder heads 36a and 36b, working fluid inflow and outflow sections 38a and 38b are provided, in which water below a critical temperature is transferred and discharged into the working fluid chambers of the cylinders 32a and 32b as working fluids. The working fluid inlet and outlet parts 38a and 38b are provided in the inlet pipes 40a and 40b for guiding water below the critical temperature supplied from the boilers 66a and 66b into the working fluid chamber and the inlet pipes 40a and 40b. The fluid supply valves 42a and 42b for intermittent water below the critical temperature supplied into the working fluid chamber and the interior of the cylinders 32a and 32b to discharge the condensate generated in the working fluid chamber are connected to the boilers 66a and 66b. Discharge pipes 50a and 50b connected to the discharge pipes 50a and 50b and fluid discharge valves 52a and 52b provided to the discharge pipes 50a and 50b to control the discharge of the condensed water in the working fluid chamber by a signal of the controller 70 to be described later. Here, looking at the process of generating condensate in the working fluid chamber, the pressure energy of water below the critical temperature in the working fluid chamber is converted into the kinetic energy of the piston, that is, the water below the critical temperature expands in the working fluid chamber and the pressure decreases. As it cools down, it is converted to condensate.
유체공급밸브(42a,42b)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 왕복운동하며 유입관(40a,40b)을 개폐하는 플런저(44a,44b)와, 플런저(44a,44b)를 탄성지지하는 스프링(46a,46b)과, 플런저(44a,44b)를 구동하는 솔레노이드부(48a,48b)를 갖는다. 이로써, 초기 운전시에만 후술할 제어부(70)의 신호에 의해 솔레노이드부(48a,48b)를 작동시켜 유입관(40a,40b)이 개방되도록 플런저(44a,44b)를 구동시켜 작동유체실 내로 임계온도이하의 물을 공급하여 피스톤(34a,34b)을 작동시킨 후, 피스톤(34a,34b)이 플런저(44a,44b)를 가압해제하면 플런저(44a,44b)는 스프링(46a,46b)의 복원력에 의해 원래의 위치로 복귀되면서 유입관(40a,40b)이 폐쇄되어 임계온도이하의 물이 작동유체실 내로 공급되지 않게 된다. 반대로, 피스톤(34a,34b)이 플런저(44a,44b)를 가압하면, 플런저(44a,44b)가 스프링(46a,46b)을 가압하면서 유입관(40a,40b)이 개방되어 임계온도이하의 물이 작동유체실 내로 공급되게 된다.As shown in FIG. 3, the fluid supply valves 42a and 42b reciprocate and plungers 44a and 44b for opening and closing the inlet pipes 40a and 40b, and springs for elastically supporting the plungers 44a and 44b. 46a and 46b and solenoid portions 48a and 48b for driving the plungers 44a and 44b. Thus, the solenoid parts 48a and 48b are operated by the signal of the controller 70 to be described later only during the initial operation to drive the plungers 44a and 44b so that the inlet pipes 40a and 40b are opened to critically into the working fluid chamber. After activating the pistons 34a and 34b by supplying water below the temperature, when the pistons 34a and 34b release the plungers 44a and 44b, the plungers 44a and 44b regenerate the springs 46a and 46b. By returning to the original position by the inlet pipe (40a, 40b) is closed so that water below the critical temperature is not supplied into the working fluid chamber. On the contrary, when the pistons 34a and 34b pressurize the plungers 44a and 44b, the inlet pipes 40a and 40b open while the plungers 44a and 44b pressurize the springs 46a and 46b to open the water below the critical temperature. This is supplied into the working fluid chamber.
또한, 작동유체 유입출부(38a,38b)는, 유체공급밸브(42a,42b)의 전단의 유입관(40a,40b)에 마련되어 후술할 제어부(70)의 신호에 의해 작동유체실 내로 공급되는 임계온도이하의 물의 양을 조절하는 유체조절밸브(54a,54b)와, 유체조절밸브(54a,54b)와 유체공급밸브(42a,42b) 사이의 유입관(40a,40b)에 마련되어 작동유체실 내로 임계온도이하의 물을 공급할 때 유입관(40a,40b) 내에 임계온도이하의 물의 압력변화로 인한 유입관(40a,40b) 내의 충격을 방지하는 충격흡수탱크(56a,56b)와, 유체배출밸브(52a,52b)의 후단의 배출관(50a,50b)에 마련되어 작동유체실로부터 배출된 응축수를 가압하여 보일러(66a,66b)로 배출하는 유체배출펌프(60a,60b)를 갖는다.In addition, the working fluid inlet and outlet parts 38a and 38b are provided in the inlet pipes 40a and 40b in front of the fluid supply valves 42a and 42b and are supplied into the working fluid chamber by a signal from the controller 70 to be described later. It is provided in the fluid control valves 54a and 54b for controlling the amount of water below the temperature, and the inlet pipes 40a and 40b between the fluid control valves 54a and 54b and the fluid supply valves 42a and 42b. Shock absorbing tanks 56a and 56b which prevent shocks in the inlet pipes 40a and 40b due to pressure changes of water below the critical temperature in the inlet pipes 40a and 40b when supplying water below the critical temperature, and fluid discharge valves. It is provided in the discharge pipe 50a, 50b of the back end of 52a, 52b, and has the fluid discharge pump 60a, 60b which pressurizes the condensed water discharged from a working fluid chamber, and discharges it to boiler 66a, 66b.
그리고, 실린더(32a,32b)의 하사점 영역에는, 피스톤(34a,34b)이 실린더(32a,32b)의 상사점으로부터 하사점으로 이동시 실린더(32a,32b)의 내벽면과 피스톤(34a,34b) 사이의 틈새를 통해 실린더(32a,32b)의 하사점 영역으로 유입된 소량의 임계온도이하의 물이 변환된 증기 및 공기를 외부로 배출하도록 실린더(32a,32b) 내부와 연통형성된 배출로(62a,62b)와, 배출로(62a,62b)에 마련되어 실린더(32a,32b) 외부로 배출되는 증기 및 공기의 배출을 단속하는 역지밸브(64a,64b)가 마련되어 있다.In the bottom dead center region of the cylinders 32a and 32b, when the pistons 34a and 34b move from the top dead center of the cylinders 32a and 32b to the bottom dead center, the inner wall surfaces and the pistons 34a and 34b of the cylinders 32a and 32b are moved. A discharge path communicating with the inside of the cylinders 32a and 32b so as to discharge the vapor and air having a small temperature below the critical temperature introduced into the bottom dead center region of the cylinders 32a and 32b through the gap between 62a and 62b and check valves 64a and 64b which are provided in discharge paths 62a and 62b to control the discharge of steam and air discharged outside the cylinders 32a and 32b.
또한, 실린더(32a,32b)의 외측면에는 단열을 위한 단열재(68a,68b)가 마련되어 있다.Moreover, the heat insulating material 68a, 68b for heat insulation is provided in the outer surface of the cylinder 32a, 32b.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 왕복동형 발전기는, 통상적으로 마이컴으로 만들어지며 유체조절밸브(54a,54b), 유체배출밸브(52a,52b) 및 유체배출펌프(60a,60b)를 제어하는 제어부(70)를 갖는다.On the other hand, the reciprocating generator according to an embodiment of the present invention, which is usually made of a microcomputer to control the fluid control valve (54a, 54b), the fluid discharge valve (52a, 52b) and the fluid discharge pump (60a, 60b) It has a control part 70.
제어부(70)는, 피스톤(34a,34b)이 실린더(32a,32b)의 하사점으로부터 상사점으로 전진 이동시 작동유체실 내의 응축수를 배출함과 동시에 배출된 응축수를 보일러(66a,66b)로 이송하도록 유체배출펌프(60a,60b)를 작동시키고, 피스톤(34a,34b)이 실린더(32a,32b)의 상사점으로부터 소정의 행정구간 영역에 도달하였을 때 작동유체실 내의 응축수의 배출을 중단함과 동시에 유체배출펌프(60a,60b)를 작동정지하고, 발전기(10)의 부하에 따라 작동유체실 내로 공급되는 임계온도이하의 물의 양을 조절하도록 유체조절밸브(54a,54b), 유체배출밸브(52a,52b) 및 유체배출펌프(60a,60b)를 제어한다.The control unit 70 discharges the condensed water in the working fluid chamber while the pistons 34a and 34b move forward from the bottom dead center of the cylinders 32a and 32b to the top dead center, and transfers the discharged condensed water to the boilers 66a and 66b. Operate the fluid discharge pumps 60a and 60b so as to stop the discharge of condensate in the working fluid chamber when the pistons 34a and 34b reach a predetermined stroke region from the top dead center of the cylinders 32a and 32b; At the same time, the fluid discharge pumps 60a and 60b are stopped and the fluid control valves 54a and 54b and the fluid discharge valves are adjusted to adjust the amount of water below the critical temperature supplied into the working fluid chamber according to the load of the generator 10. 52a, 52b) and fluid discharge pumps 60a, 60b.
여기서, 각 보일러는 각 실린더로 임계온도이하의 물을 공급하거나 각 실린더로부터 발생된 응축수를 회수하는 것으로 설명하고 있지만, 하나의 보일러를 사용하여 각 실린더로 임계온도이하의 물을 공급하거나 각 실린더로부터 발생된 응축수를 회수할 수 있음은 물론이다.Here, each boiler is described as supplying water below the critical temperature to each cylinder or recovering condensate generated from each cylinder, but using one boiler to supply water below the critical temperature to each cylinder or from each cylinder. Of course, it is possible to recover the generated condensate.
이러한 구성에 의하여, 본 발명의 일실시예에 따른 왕복동형 발전기의 동작을 도 4a 내지 도 4f를 이용하여 설명하면 다음과 같다. 설명의 편리상, 발전기(10)의 좌측영역에 있는 구성요소들을 제1구성요소로 하고, 발전기(10)의 우측영역에 있는 구성요소들을 제2구성요소로 하여, 각 구성요소의 명칭 앞에 제1 및 제2라는 명칭을 붙여 설명하기로 한다. 또한, 실린더의 상사점과 피스톤의 전면이 형성하는 실린더 내의 영역을 작동유체실로 하고, 피스톤의 후면과 실린더의 하사점이 형성하는 실린더 내의 영역을 부압실로 하여 설명하기로 한다.By such a configuration, the operation of the reciprocating generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4F. For convenience of description, the components in the left region of the generator 10 are the first components, and the components in the right region of the generator 10 are the second components. The first and second names will be described. In addition, the area | region in the cylinder formed by the top dead center of a cylinder and the front surface of a piston is used as a working fluid chamber, and the area | region in the cylinder which forms the back dead center of a piston and a cylinder as a negative pressure chamber is demonstrated.
도 4a에 도시된 바와 같이, 좌측의 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 상사점으로부터 소정의 행정구간 영역에 도달하면, 제1실린더(32a) 내의 제1피스톤(34a)이 제1유체공급밸브(42a)의 플런저(44a)를 가압하여 제1유입관(40a)이 개방되어 임계온도이하의 물이 제1작동유체실 내로 공급되기 시작한다. 이 때, 제1유체배출밸브(52a)는 제1배출관(50a)을 폐쇄함과 동시에 제1유체배출펌프(60a)는 작동정지하고 있다. 한편, 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 하사점으로 후진하는 중, 소량의 임계온도이하의 물이 제2부압실로 유입되어 변환된 증기 및 공기가 제2역지밸브(64b)를 통하여 제2배출로(62b)를 거쳐 외부로 배출된다.As shown in FIG. 4A, when the first piston 34a on the left reaches a predetermined stroke region from the top dead center of the first cylinder 32a, the first piston 34a in the first cylinder 32a is moved. The plunger 44a of the first fluid supply valve 42a is pressurized to open the first inlet pipe 40a so that water below a critical temperature begins to be supplied into the first working fluid chamber. At this time, the first fluid discharge valve 52a closes the first discharge pipe 50a and the first fluid discharge pump 60a is stopped. On the other hand, while the second piston 34b moves backward to the bottom dead center of the second cylinder 32b, a small amount of water below the critical temperature flows into the second negative pressure chamber, and the converted steam and air are converted into the second check valve 64b. Through the second discharge path 62b is discharged to the outside.
도 4b에 도시된 바와 같이, 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 상사점에 도달하면서 제1작동유체실 내로 공급된 임계온도이하의 물의 압력에 의해 제1작동유체실 내의 압력이 급상승하게 된다. 한편, 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 하부영역, 즉 제2실린더(32b)의 하사점에 도달하게 되고, 제2역지밸브(64b)는 제2배출로(62b)를 폐쇄하게 된다.As shown in FIG. 4B, the pressure in the first working fluid chamber is caused by the pressure of water below the critical temperature supplied into the first working fluid chamber while the first piston 34a reaches the top dead center of the first cylinder 32a. This skyrockets. On the other hand, the second piston 34b reaches the lower region of the lower portion of the second cylinder 32b, that is, the lower dead center of the second cylinder 32b, and the second check valve 64b opens the second discharge path 62b. Will be closed.
도 4c에 도시된 바와 같이, 제1작동유체실 내로 공급된 임계온도이하의 물의 압력에 의해 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 하사점으로 후진하게 되고, 임계온도이하의 물의 압력에너지가 피스톤의 운동에너지로 전환된다. 이 때, 제1피스톤(34a)이 제1유체공급밸브(42a)의 플런저(44a)를 가압해제하면서 제1유입관(40a)은 폐쇄된다. 또한, 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 하사점으로 후진하는 중, 제1실린더(32a)의 내벽면과 제1피스톤(34a) 사이의 틈새로 소량의 임계온도이하의 물이 제1부압실로 유입된다. 이 때, 부압을 유지하고 있는 제1부압실로 유입된 임계온도이하의 물은 증기 및 공기로 변환된다. 그리고, 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 하사점으로 후진하면서 제1부압실의 압력은 상승하게 되고, 제1부압실의 압력이 대기압 이상이 되면 제1역지밸브(64a)가 개방되면서 제1부압실 내의 증기 및 공기는 제1역지밸브(64a)를 통하여 제1배출로(62a)를 거쳐 외부로 배출되게 된다. 한편, 좌측의 제1실린더(32a) 내의 임계온도이하의 물의 압력에 의해 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 상사점을 향해 전진하게 되고, 제2역지밸브(64b)가 제2배출로(62b)를 폐쇄하면서 제2부압실의 압력은 대기압 보다 낮은 상태, 즉 부압이 된다. 이 때, 제어부(70)는, 임계온도이하의 물이 제2작동유체실 내에서 팽창하여 압력이 저하되면서 냉각된 응축수가 배출되도록 제2유체배출밸브(52b)에 작동신호를 보내 제2유체배출밸브(52b)를 개방하기 시작하여 제2작동유체실 내의 응축수가 배출되기 시작한다. 동시에, 제어부(70)는 제2유체배출펌프(60b)에 작동신호를 보내 제2유체배출펌프(60b)를 작동시키고, 제2유체배출펌프(60b)는 제2작동유체실로부터 배출된 응축수를 가압하여 제2보일러(66b)로 이송한다.As shown in FIG. 4C, the pressure of the water below the critical temperature supplied into the first working fluid chamber causes the first piston 34a to retreat to the bottom dead center of the first cylinder 32a and the water below the critical temperature. Pressure energy is converted into kinetic energy of the piston. At this time, the first inlet pipe 40a is closed while the first piston 34a releases the plunger 44a of the first fluid supply valve 42a. In addition, while the first piston 34a retreats to the bottom dead center of the first cylinder 32a, a small amount of water below a critical temperature is formed by a gap between the inner wall surface of the first cylinder 32a and the first piston 34a. The first negative pressure flows into the chamber. At this time, water below the critical temperature introduced into the first negative pressure chamber maintaining the negative pressure is converted into steam and air. When the first piston 34a moves backward to the bottom dead center of the first cylinder 32a, the pressure in the first negative pressure chamber rises, and when the pressure in the first negative pressure chamber becomes higher than atmospheric pressure, the first check valve 64a As the vapor is opened, steam and air in the first negative pressure chamber are discharged to the outside through the first discharge passage 62a through the first check valve 64a. On the other hand, the second piston 34b is advanced toward the top dead center of the second cylinder 32b by the pressure of water below the critical temperature in the first cylinder 32a on the left side, and the second check valve 64b While closing the two discharge paths 62b, the pressure in the second negative pressure chamber becomes lower than atmospheric pressure, that is, negative pressure. At this time, the control unit 70 sends an operation signal to the second fluid discharge valve 52b so that the water below the critical temperature expands in the second working fluid chamber and the pressure is lowered so that the cooled condensed water is discharged. The discharge valve 52b starts to open and the condensed water in the second working fluid chamber starts to discharge. At the same time, the control unit 70 sends an operation signal to the second fluid discharge pump 60b to operate the second fluid discharge pump 60b, and the second fluid discharge pump 60b is condensed water discharged from the second working fluid chamber. Press to transfer to the second boiler (66b).
도 4d에 도시된 바와 같이, 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 하사점으로 후진하는 중, 제1부압실 내의 증기 및 공기가 제1역지밸브(64a)를 통하여 제1배출로(62a)를 거쳐 외부로 배출된다. 한편, 우측의 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 상사점으로부터 소정의 행정구간 영역에 도달하면, 제2실린더(32b) 내의 제2피스톤(34b)이 제2유체공급밸브(42b)의 플런저(44b)를 가압하여 제2유입관(40b)이 개방되어 임계온도이하의 물이 제2작동유체실 내로 공급되기 시작한다. 이 때, 제어부(70)는, 제2배출관(50b)을 폐쇄하도록 제2유체배출밸브(52b)에 신호를 보내 제2유체배출밸브(52b)를 폐쇄한다. 동시에, 제어부(70)는 제2유체배출펌프(60b)에 작동정지신호를 보내 제2유체배출펌프(60b)를 작동정지시킨다.As shown in FIG. 4D, the steam and air in the first negative pressure chamber discharge the first through the first check valve 64a while the first piston 34a moves backward to the bottom dead center of the first cylinder 32a. It is discharged to the outside via the furnace 62a. On the other hand, when the second piston 34b on the right reaches a predetermined stroke region from the top dead center of the second cylinder 32b, the second piston 34b in the second cylinder 32b is connected to the second fluid supply valve ( The second inlet pipe 40b is opened by pressing the plunger 44b of 42b) and water below the critical temperature starts to be supplied into the second working fluid chamber. At this time, the control unit 70 sends a signal to the second fluid discharge valve 52b to close the second discharge pipe 50b to close the second fluid discharge valve 52b. At the same time, the control unit 70 sends an operation stop signal to the second fluid discharge pump 60b to stop the second fluid discharge pump 60b.
도 4e에 도시된 바와 같이, 제1작동유체실 내의 임계온도이하의 물의 압력에 의해 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 하부영역, 즉 제1실린더(32a)의 하사점에 도달하게 되고, 제1역지밸브(64a)는 제1배출로(62a)를 폐쇄하게 된다. 한편, 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 상사점에 도달하면서 제2작동유체실 내로 공급된 임계온도이하의 물의 압력에 의해 제2작동유체실 내의 압력이 급상승하게 된다.As shown in FIG. 4E, the first piston 34a is lowered to the lower region of the first cylinder 32a, that is, the bottom dead center of the first cylinder 32a by the pressure of water below the critical temperature in the first working fluid chamber. The first check valve 64a closes the first discharge passage 62a. On the other hand, while the second piston 34b reaches the top dead center of the second cylinder 32b, the pressure in the second working fluid chamber is rapidly increased by the pressure of water below the critical temperature supplied into the second working fluid chamber.
도 4f에 도시된 바와 같이, 우측의 제2실린더(32b) 내의 임계온도이하의 물의 압력에 의해 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 상사점을 향해 전진하게 되고, 제1역지밸브(64a)가 제1배출로(62a)를 폐쇄하면서 제1부압실의 압력은 대기압 보다 낮은 상태, 즉 부압이 된다. 이 때, 제어부(70)는, 임계온도이하의 물이 제1작동유체실 내에서 팽창하여 압력이 저하되면서 냉각된 응축수가 배출되도록 제1유체배출밸브(52a)에 작동신호를 보내어 제1유체배출밸브(52a)를 개방하기 시작하여 제1작동유체실 내의 응축수가 배출되도록 한다. 동시에, 제어부(70)는 제1유체배출펌프(60a)에 작동신호를 보내 제1유체배출펌프(60a)를 작동시키고, 제1유체배출펌프(60a)는 제1작동유체실로부터 배출된 응축수를 가압하여 제1보일러(66a)로 이송한다. 한편, 제2작동유체실 내로 공급된 임계온도이하의 물의 압력에 의해 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 하사점으로 후진하게 되고, 임계온도이하의 물의 압력에너지가 제2피스톤(34b)의 운동에너지로 전환된다. 이 때, 제2피스톤(34b)이 제2유체공급밸브(42b)의 플런저(44b)를 가압해제하면서 제2유입관(40b)은 폐쇄된다. 또한, 제2실린더(32b)의 내벽면과 제2피스톤(34b) 사이의 틈새로 소량의 임계온도이하의 물이 제2부압실로 유입된다. 이 때, 부압을 유지하고 있는 제2부압실로 유입된 임계온도이하의 물은 증기와 공기로 변환된다. 그리고, 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 하사점으로 후진하면서 제2부압실의 압력은 상승하게 되고, 제2부압실의 압력이 대기압 이상이 되면 제2역지밸브(64b)가 개방되면서 제2부압실 내의 증기 및 공기는 제2역지밸브(64b)를 통하여 제2배출로(62b)를 거쳐 외부로 배출되게 된다.As shown in FIG. 4F, the first piston 34a is advanced toward the top dead center of the first cylinder 32a by the pressure of water below the critical temperature in the second cylinder 32b on the right side, and the first station As the valve 64a closes the first discharge passage 62a, the pressure in the first negative pressure chamber becomes lower than atmospheric pressure, that is, negative pressure. At this time, the control unit 70 sends an operation signal to the first fluid discharge valve 52a so that the water below the critical temperature expands in the first working fluid chamber and the pressure is lowered so that the cooled condensed water is discharged. The discharge valve 52a is opened to allow the condensed water in the first working fluid chamber to be discharged. At the same time, the control unit 70 sends an operation signal to the first fluid discharge pump 60a to operate the first fluid discharge pump 60a, and the first fluid discharge pump 60a is condensed water discharged from the first working fluid chamber. Press to transfer to the first boiler (66a). On the other hand, the second piston 34b retreats to the bottom dead center of the second cylinder 32b by the pressure of the water below the critical temperature supplied into the second working fluid chamber, and the pressure energy of the water below the critical temperature is equal to the second piston. Is converted into the kinetic energy of 34b. At this time, the second inlet pipe 40b is closed while the second piston 34b releases the plunger 44b of the second fluid supply valve 42b. In addition, a small amount of water below a critical temperature flows into the second negative pressure chamber through a gap between the inner wall surface of the second cylinder 32b and the second piston 34b. At this time, water below the critical temperature introduced into the second negative pressure chamber maintaining the negative pressure is converted into steam and air. Then, when the second piston 34b moves backward to the bottom dead center of the second cylinder 32b, the pressure in the second negative pressure chamber rises, and when the pressure in the second negative pressure chamber becomes higher than the atmospheric pressure, the second check valve 64b As the vapor is opened, steam and air in the second negative pressure chamber are discharged to the outside through the second discharge passage 62b through the second check valve 64b.
이러한 한쌍의 실린더(32a,32b) 내로 임계온도이하의 물이 교호적으로 압송 및 배출되어 각 피스톤(34a,34b)을 상호 연결하는 왕복동축(30)에 결합된 가동자(12)가 고정자(14)의 내측을 따라 선형 왕복이동하면서, 가동자(12)와 고정자(14)가 전기적으로 상호 작용을 하여 각 피스톤(34a,34b)의 운동에너지가 전기에너지로 변환되어 발전을 하게 된다.The mover 12 coupled to the reciprocating shaft 30 interconnecting each of the pistons 34a and 34b by alternately pumping and discharging water below a critical temperature into the pair of cylinders 32a and 32b has a stator ( While linearly reciprocating along the inside of 14, the mover 12 and the stator 14 are electrically interacted with each other so that the kinetic energy of each piston 34a, 34b is converted into electrical energy to generate electricity.
그리고, 제어부(70)는, 발전기(10)의 부하에 따라 유체조절밸브(54a,54b)에 신호를 보내 작동유체실 내로 공급되는 임계온도이하의 물의 양을 제어한다.Then, the control unit 70 sends a signal to the fluid control valves (54a, 54b) in accordance with the load of the generator 10 to control the amount of water below the critical temperature supplied into the working fluid chamber.
이로써, 실린더 내의 피스톤의 행정구간이 길어지게 되어, 즉 작동유체실 내에서 임계온도이하의 물이 충분하게 팽창되어 압력이 저하됨으로써 피스톤이 하사점에 도달할 때 임계온도이하의 물의 압력에너지가 피스톤의 운동에너지로 전환되는 동력전환 효율이 향상되고 발전량이 증대되며, 별도의 냉각장치가 필요 없게 되어 제품의 구조를 단순화할 수 있게 된다.As a result, the stroke length of the piston in the cylinder becomes long, that is, the pressure energy of the water below the critical temperature reaches the piston when the piston reaches the bottom dead center by sufficiently expanding the water below the critical temperature in the working fluid chamber and decreasing the pressure. The efficiency of power conversion, which is converted into kinetic energy, is increased, the amount of power generated is increased, and the structure of the product can be simplified by eliminating a separate cooling device.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 왕복동형 발전기의 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 왕복동형 발전기는 전술한 일실시예와 달리, 실린더 헤드(36a,36b) 영역에 마련되는 작동유체 유입출부(38a,38b)는, 작동유체로서 외부로부터 공급되는 고압의 상온수를 작동유체실 내로 안내하는 유입관(40a,40b)과, 유입관(40a,40b)에 마련되어 후술할 제어부(72)의 신호에 의해 작동유체실 내로 공급되는 고압의 물을 단속하는 유체공급밸브(43a,43b)와, 고압의물의 압력에너지가 피스톤(34a,34b)의 운동에너지로 변환되면서 저압으로 된 물을 외부로 배출하도록 실린더(32a,32b) 내부와 연통된 배출관(50a,50b)과, 배출관(50a,50b)에 마련되어 후술할 제어부(72)의 신호에 의해 작동유체실 내의 저압으로 된 물의 배출을 단속하는 유체배출밸브(52a,52b)를 갖는다.On the other hand, Figure 5 is a view of a reciprocating generator according to another embodiment of the present invention. As shown, the reciprocating generator according to another embodiment of the present invention, unlike the above-described embodiment, the working fluid inlet and outlet 38a, 38b provided in the cylinder head (36a, 36b) region, as a working fluid Inlet pipes (40a, 40b) for guiding the high pressure room temperature water supplied from the outside into the working fluid chamber, and the high pressure supplied to the working fluid chamber by the signal of the controller 72 to be described later provided in the inlet pipes (40a, 40b) The fluid supply valves 43a and 43b for controlling water and the pressure energy of the high pressure water are converted into the kinetic energy of the pistons 34a and 34b to communicate with the inside of the cylinders 32a and 32b to discharge the low pressure water to the outside. The discharge pipes 50a and 50b and the fluid discharge valves 52a and 52b which are provided in the discharge pipes 50a and 50b and intermittently discharge the low pressure water in the working fluid chamber by a signal from the control unit 72 to be described later.
또한, 작동유체 유입부(38a,38b)는, 유입관(40a,40b)에 마련되어 작동유체실 내로 고압의 물을 공급할 때 유입관(40a,40b) 내에 고압의 물의 압력변화로 인한 유입관 내의 충격을 방지하는 충격흡수탱크(56a,56b)와, 실린더 헤드(36a,36b) 영역의 대략 중앙부분에 마련되어 작동유체실로부터 배출되는 저압의 물을 배출관(50a,50b)을 통해 외부로 배출할 때 배출관(50a,50b) 내에 저압의 물의 압력변화로 인한 배출관(50a,50b) 내의 충격을 방지하는 배출수충격흡수탱크(58a,58b)를 갖는다.In addition, the working fluid inlets 38a and 38b are provided in the inlet pipes 40a and 40b to supply the high pressure water into the working fluid chamber. Shock absorbing tanks 56a and 56b to prevent impacts, and the low pressure water discharged from the working fluid chamber to be discharged to the outside through discharge pipes 50a and 50b. When the discharge pipe (50a, 50b) has a discharge water shock absorption tank (58a, 58b) to prevent the impact in the discharge pipe (50a, 50b) due to the pressure change of the water of low pressure.
그리고, 통상적으로 마이컴으로 만들어지며 유체공급밸브(43a,43b) 및 유체배출밸브(52a,52b)를 제어하는 제어부(72)를 갖는다.And, it is usually made of a microcomputer and has a control unit 72 for controlling the fluid supply valve (43a, 43b) and the fluid discharge valve (52a, 52b).
제어부(72)는, 피스톤(34a,34b)이 실린더(32a,32b)의 하사점으로부터 상사점으로 전진 이동시 작동유체실 내의 저압의 물을 배출하고, 피스톤(34a,34b)이 실린더(32a,32b)의 상사점에 도달하였을 때 작동유체실 내의 저압의 물의 배출을 중단함과 동시에 작동유체실 내로 고압의 물을 공급하도록 유체공급밸브(43a,43b) 및 유체배출밸브(52a,52b)를 제어한다.The control unit 72 discharges the low pressure water in the working fluid chamber when the pistons 34a and 34b move forward from the bottom dead center of the cylinders 32a and 32b to the top dead center, and the pistons 34a and 34b discharge the cylinders 32a and 34b. When the top dead center of 32b) is reached, the fluid supply valves 43a and 43b and the fluid discharge valves 52a and 52b are stopped to supply high pressure water to the working fluid chamber while stopping the discharge of the low pressure water in the working fluid chamber. To control.
이러한 구성에 의하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 왕복동형 발전기의 동작을 도 6a 내지 도 6d를 이용하여 설명하면 다음과 같다.By such a configuration, the operation of the reciprocating generator according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A to 6D.
도 6a에 도시된 바와 같이, 좌측의 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 상사점에 도달하면, 제어부(72)는 외부로부터 공급되는 고압의 물이 제1작동유체실 내로 공급되도록 제1유체공급밸브(43a)에 작동신호를 보내 제1유체공급밸브(43a)를 개방하여 제1작동유체실 내로 고압의 물을 공급하기 시작한다. 이 때, 제1유체배출밸브(52a)는 제1배출관(50a)을 폐쇄하고 있다. 한편, 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 하부영역, 즉 제2실린더(32b)의 하사점에 도달한다. 이 때, 제어부(72)는, 제2작동유체실 내의 물이 배출되도록 제2유체배출밸브(52b)에 작동신호를 보내 제2유체배출밸브(52b)를 개방하여 제2작동유체실 내의 응축수를 배출하기 시작한다. 그리고, 제2유체공급밸브(43b)와 제2역지밸브(64b)는 각각 제2유입관(40b)과 제2배출로(62b)를 폐쇄하고 있다.As shown in FIG. 6A, when the first piston 34a on the left reaches the top dead center of the first cylinder 32a, the controller 72 supplies the high pressure water supplied from the outside into the first working fluid chamber. By sending an operation signal to the first fluid supply valve 43a, the first fluid supply valve 43a is opened to start supplying high pressure water into the first working fluid chamber. At this time, the first fluid discharge valve 52a closes the first discharge pipe 50a. On the other hand, the second piston 34b reaches the lower region of the second cylinder 32b, that is, the bottom dead center of the second cylinder 32b. At this time, the control unit 72 sends an operation signal to the second fluid discharge valve 52b so that the water in the second working fluid chamber is discharged to open the second fluid discharge valve 52b to condense the water in the second working fluid chamber. Start to discharge it. The second fluid supply valve 43b and the second check valve 64b close the second inlet pipe 40b and the second discharge path 62b, respectively.
도 6b에 도시된 바와 같이, 제1유체공급밸브(43a)가 개방된 상태에서 고압의 물이 제1작동유체실 내로 공급되고, 공급되는 고압의 물의 압력에 의해 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 하사점으로 후진하게 되고, 고압의 물의 압력에너지가 제1피스톤(34a)의 운동에너지로 전환된다. 이 때, 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 하사점으로 후진하는 중, 제1실린더(32a)의 내벽면과 제1피스톤(34a) 사이의 틈새로 소량의 물이 제1부압실로 유입된다. 그리고, 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 하사점으로 후진하면서 제1부압실의 압력은 상승하게 되고, 제1부압실의 압력이 대기압 이상이 되면 제1역지밸브(64a)가 개방되면서 제1부압실 내의 물은 제1역지밸브(64a)를 통하여 제1배출로(62a)를 거쳐 외부로 배출되게 된다. 한편, 좌측의 제1실린더(32a) 내의 고압의 물의 압력에 의해 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 상사점을 향해 전진하게 되고, 제2역지밸브(64b)가 제2배출로(62b)를 폐쇄하면서 제2부압실의 압력은 대기압 보다 낮은 상태, 즉 부압이 된다. 이 때, 제2유체배출밸브(52b)는 제2배출관(50b)을 개방한 상태를 유지하며 제2작동유체실 내의 물을 외부로 배출한다.As shown in FIG. 6B, the high pressure water is supplied into the first working fluid chamber while the first fluid supply valve 43a is opened, and the first piston 34a is formed by the pressure of the supplied high pressure water. The cylinder is retracted to the bottom dead center of the cylinder 32a, and the pressure energy of the high pressure water is converted into the kinetic energy of the first piston 34a. At this time, while the first piston 34a is moving backward to the bottom dead center of the first cylinder 32a, a small amount of water is introduced into the gap between the inner wall surface of the first cylinder 32a and the first piston 34a. It flows into the negative pressure chamber. When the first piston 34a moves backward to the bottom dead center of the first cylinder 32a, the pressure in the first negative pressure chamber rises, and when the pressure in the first negative pressure chamber becomes higher than atmospheric pressure, the first check valve 64a As the water is opened, water in the first negative pressure chamber is discharged to the outside through the first discharge passage 62a through the first check valve 64a. On the other hand, the second piston 34b is advanced toward the top dead center of the second cylinder 32b by the pressure of the high pressure water in the first cylinder 32a on the left side, and the second check valve 64b is discharged to the second. While closing the furnace 62b, the pressure in the second negative pressure chamber becomes lower than atmospheric pressure, that is, negative pressure. At this time, the second fluid discharge valve 52b maintains the open state of the second discharge pipe 50b and discharges the water in the second working fluid chamber to the outside.
도 6c에 도시된 바와 같이, 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 하사점으로 후진하는 중, 제1실린더(32a)의 하사점으로부터 소정의 행정구간 영역에 도달하면 제어부(72)는 제1작동유체실 내로 고압의 물이 공급되지 않도록 제1유체공급밸브(43a)에 제1유입관(40a)을 폐쇄하도록 신호를 보내 제1유체공급밸브(43a)를 폐쇄하기 시작한다. 그리고, 제1부압실 내의 물은 제1역지밸브(64a)를 통하여 제1배출로(62a)를 거쳐 외부로 배출된다. 한편, 좌측의 제1실린더(32a) 내의 고압의 물의 압력에 의해 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 상사점을 향해 전진하게 되고, 제2부압실의 압력은 부압이 되며, 제2유체배출밸브(52b)는 제2배출관(50b)을 개방한 상태를 유지하며 제2작동유체실 내의 물을 외부로 배출한다.As shown in FIG. 6C, when the first piston 34a retreats to the bottom dead center of the first cylinder 32a and reaches a predetermined stroke region from the bottom dead center of the first cylinder 32a, the controller 72 ) Starts to close the first fluid supply valve 43a by sending a signal to close the first inlet pipe 40a so that the high pressure water is not supplied into the first working fluid chamber. . The water in the first negative pressure chamber is discharged to the outside through the first discharge passage 62a through the first check valve 64a. On the other hand, the second piston 34b is advanced toward the top dead center of the second cylinder 32b by the pressure of the high pressure water in the first cylinder 32a on the left side, and the pressure in the second negative pressure chamber becomes negative pressure. The second fluid discharge valve 52b maintains an open state of the second discharge pipe 50b and discharges the water in the second working fluid chamber to the outside.
도 6d에 도시된 바와 같이, 제1작동유체실 내의 고압의 물의 압력에 의해 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 하부영역, 즉 제1실린더(32a)의 하사점에 도달하게 되면, 제1역지밸브(64a)는 제1배출로(62a)를 폐쇄하게 된다. 그리고 나서, 우측의 제2실린더(32b) 내의 고압의 물의 압력에 의해 제1피스톤(34a)이 제1실린더(32a)의 상사점을 향해 전진하게 된다. 이 때, 제어부(72)는, 제1작동유체실 내의 물이 배출되도록 제1유체배출밸브(52a)에 작동신호를 보내 제1유체배출밸브(52a)를 개방하여 제1작동유체실 내의 물이 배출되도록 한다. 한편, 제2피스톤(34b)이 제2실린더(32b)의 상사점에 도달하면서, 제어부(72)는 제2유체배출밸브(52b)를 폐쇄하도록 제2유체배출밸브(52b)에 작동신호를 보내 제2유체배출밸브(52b)를 폐쇄한다. 그리고, 제어부(72)는 외부로부터 공급되는 고압의 물이 제2작동유체실 내로 공급되도록 제2유체공급밸브(43b)에 작동신호를 보내 제2유체공급밸브(43b)를 개방하여 제2작동유체실 내로 고압의 물을 공급하기 시작한다.As shown in FIG. 6D, the pressure of the high pressure water in the first working fluid chamber causes the first piston 34a to reach the lower region of the first cylinder 32a, that is, the bottom dead center of the first cylinder 32a. When the first check valve 64a is closed, the first discharge passage 62a is closed. Then, the first piston 34a is advanced toward the top dead center of the first cylinder 32a by the pressure of the high pressure water in the second cylinder 32b on the right side. At this time, the control unit 72 sends an operation signal to the first fluid discharge valve 52a so that the water in the first working fluid chamber is discharged, opens the first fluid discharge valve 52a to open the water in the first working fluid chamber. To be discharged. On the other hand, while the second piston 34b reaches the top dead center of the second cylinder 32b, the control unit 72 sends an operation signal to the second fluid discharge valve 52b to close the second fluid discharge valve 52b. To close the second fluid discharge valve 52b. The control unit 72 sends an operation signal to the second fluid supply valve 43b so that the high pressure water supplied from the outside is supplied into the second working fluid chamber, thereby opening the second fluid supply valve 43b to perform the second operation. Start supplying high pressure water into the fluid chamber.
이러한 한쌍의 실린더(32a,32b) 내로 고압의 물이 교호적으로 압송 및 배출되어 각 피스톤(34a,34b)을 상호 연결하는 왕복동축(30)에 결합된 가동자(12)가 고정자(14)의 내측을 따라 선형 왕복이동하면서, 가동자(12)와 고정자(14)가 전기적으로 상호 작용을 하여 각 피스톤(34a,34b)의 운동에너지가 전기에너지로 변환되어 발전을 하게 된다.The stator 14 includes a mover 12 coupled to a reciprocating shaft 30 interconnecting the pistons 34a and 34b by alternately pumping and discharging high pressure water into the pair of cylinders 32a and 32b. While linearly reciprocating along the inner side, the mover 12 and the stator 14 are electrically interacted with each other so that the kinetic energy of each piston 34a, 34b is converted into electrical energy to generate electricity.
이로써, 실린더 내의 피스톤의 행정구간이 길어지게 되어, 즉 작동유체실 내에서 고압의 물의 작동거리가 길어짐으로써 고압의 물의 압력에너지가 피스톤의 운동에너지로 전환되는 동력전환 효율이 향상되고 발전량이 증대될 수 있게 된다.As a result, the stroke length of the piston in the cylinder becomes long, that is, the working distance of the high pressure water in the working fluid chamber becomes long, so that the power conversion efficiency of converting the pressure energy of the high pressure water into the kinetic energy of the piston is improved and the amount of power generation is increased. It becomes possible.
이와 같이, 작동유체실을 형성하며 상호 대향하게 배치되는 한쌍의 실린더 사이에 각 실린더의 작동유체실 내에 작동유체를 교호적으로 이송 및 배출하여 작동유체력에 의해 선형 왕복운동을 하며 발전을 하는 발전기를 마련함으로써, 실린더 내의 피스톤의 행정구간이 길어지게 되어, 실린더 내로 공급되는 작동유체의 에너지가 피스톤의 운동에너지로 전환되는 동력전환 효율을 향상시키고, 즉 작동유체의 에너지가 전기에너지로 전환되는 동력전환 효율을 향상시키고, 발전량을 증대시킬 수 있게 된다.In this way, the generator that forms the working fluid chamber and alternately transfers and discharges the working fluid in the working fluid chamber of each cylinder between the pair of cylinders which are arranged opposite to each other, performs linear reciprocating motion by the working fluid force and generates a generator. By providing, the stroke section of the piston in the cylinder becomes long, thereby improving the power conversion efficiency in which the energy of the working fluid supplied into the cylinder is converted into the kinetic energy of the piston, that is, the power switching in which the energy of the working fluid is converted into electrical energy. It is possible to improve the efficiency and increase the amount of power generated.
전술한 실시예들에서는, 작동유체로서 임계온도이하의 물 및 고압의 물에 대해 설명하고 있지만, 작동유체로서 임계온도이하의 물 및 고압의 물 이외에 증기, 공기, 오일 등이 적용될 수 있음은 물론이다.In the above-described embodiments, water below the critical temperature and high pressure water are described as the working fluid, but steam, air, oil, etc. may be applied as the working fluid in addition to the water below the critical temperature and high pressure water. to be.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 작동유체의 에너지가 전기에너지로 전환되는 동력전환 효율을 향상시키고 발전량을 증대시킬 수 있는 왕복동형 발전기가 제공된다.As described above, according to the present invention, there is provided a reciprocating generator capable of improving the power conversion efficiency in which energy of the working fluid is converted into electrical energy and increasing the amount of power generated.
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