KR100745820B1 - 전열 촉진형 스터링 엔진 - Google Patents

전열 촉진형 스터링 엔진 Download PDF

Info

Publication number
KR100745820B1
KR100745820B1 KR1020060089404A KR20060089404A KR100745820B1 KR 100745820 B1 KR100745820 B1 KR 100745820B1 KR 1020060089404 A KR1020060089404 A KR 1020060089404A KR 20060089404 A KR20060089404 A KR 20060089404A KR 100745820 B1 KR100745820 B1 KR 100745820B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling
heating
cylinder
displacer
tube
Prior art date
Application number
KR1020060089404A
Other languages
English (en)
Inventor
박흥수
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020060089404A priority Critical patent/KR100745820B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100745820B1 publication Critical patent/KR100745820B1/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/053Component parts or details
    • F02G1/055Heaters or coolers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0002Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/02Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2256/00Coolers
    • F02G2256/04Cooler tubes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

산업 공정에서 발생되는 배기가스를 포함하여 태양열, 지열 등과 같은 새로운 신재생 에너지로부터 얻을 수 있는 중 저온의 열 에너지를 보다 간단하게 축 동력으로 전환하는 것을 가능하게 한 전열 촉진형 스터링 엔진이 제공된다.
상기 전열 촉진형 스터링 엔진은, 외부 열원과 냉각원이 각각 접촉하는 작동유체 가열부 및 냉각부를 포함하는 실린더 및, 상기 실린더의 내부에 구비되어 작동유체의 가열 팽창으로 이동하여 동력을 발생시키는 디스플레이서를 포함하여 구성되고, 상기 실린더 가열부와 냉각부 및, 상기 디스플레이서가 작동유체의 가열 및 냉각시 디스플레이서의 이동에 따라 서로 교대로 협력하여 비전열공간을 최소화시키도록 구성되어 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 엔진의 디스플레이서가 가열 실린더의 상면에서 후퇴해 있는 상태에서 외부 열원과 엔진 내부 작동유체 간에 열전달이 촉진될 수 있도록 하는 가열부의 형태 및 디스플레이서의 형태를 제공함으로써, 보다 낮은 열원의 온도 조건에서도 작동이 가능하게 하는 개선된 효과를 얻을 수 있다.
스터링엔진, 전열면적, 전열증대수단, 디스플레이서, 피스톤,고온부, 저온부

Description

전열 촉진형 스터링 엔진{Stirling Engine}
도 1은 본 발명에 따른 스터링 엔진의 전체 구성을 도시한 구조도
도 2는 도 1의 전열 튜브와 디스플레이서를 도시한 상세도
도 3은 도 1의 전열 튜브와 디스플레이서 및 냉각튜브를 도시한 요부 구조도
도 4는 본 발명의 스터링 엔진에서 전열 튜브와 냉각 튜브의 변형예를 도시한 상세도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1.... 스터링 엔진 10.... 가열부(가열면)
12.... 가열튜브 14.... 가열측 외곽 케이싱
20.... 냉각부(냉각면) 22.... 냉각튜브
24.... 냉각측 외관 케이싱 30.... 실린더
40.... 디스플레이서 42,44.... 튜브 삽입구멍
50.... 동력피스톤 52.... 제 2 실린더
54.... 크랭크기구 60.... 작동유체 연통로
70.... 재생기 A.... 가열공간
B.... 냉각공간 H.... 가열원(증기)
C.... 냉각원(냉각수)
본 발명은 전열 촉진형 스터링 엔진에 관한 것이며, 보다 상세히는 산업 공정의 배기가스를 포함하여 태양열, 지열 등과 같은 신 재생 에너지로부터 얻을 수 있는 중 저온의 열 에너지를 보다 간단하게 축 동력으로 전환할 수 있는 중 저온 열원 구동 스터링 엔진을 제공함으로써, 종래 미 회수 방출되어 왔던 산업 공정의 배출 에너지를 유효하게 재 이용하며 신 재생에너지의 이용을 확대할 수 있어 에너지 절감과 환경오염 저감을 가능하게 한 스터링 엔진에 관한 것이다.
근래 새로운 에너지 원의 발굴에 대한 관심이 높아지면서, 산업의 거의 모든 분야에서 발생된다고 할 수 있는 중, 저온의 열에너지는 배기가스 또는, 냉각수의 현열 등에 관한 회수 및 재이용에 관한 관심이 높아지고 있다.
따라서, 이와 같은 중 저온 열에너지는 그 양이 막대하지만, 실제로는 보다 효율적이며 경제적인 에너지의 실사용 환경으로 전환하는 기술발전이 아직은 낮은 수준으로 현실적으로 광범위하게 이용되고 있지 못하고 있는 실정이며, 축동력(또는 전기에너지)의 형태로 전환하여 사용하는 것이 바람직 하다.
상기와 같은 중 저온의 열에너지를 고급 에너지인 축동력으로 전환하는 데는 유기 랭킨 사이클이 지금까지 알려져 주로 적용되고 있다.
이와 같은 유기 랭킨 사이클은, 물보다 증기압이 높은 유기 열매체를 작동유 체로 사용함으로써, 낮은 온도의 열원 조건하에서도 상대적으로 높은 열효율로 축동력을 얻는 것을 가능하게 하는 동력 사이클의 한 형태이다.
예를 들어, 알려진 유기 랭킨 사이클은, 순환펌프, 터빈, 응축기 및 증발기 등의 독립된 구성 장치를 상호 연관 구성한 것으로써, 작동유체가 증발기에서 기화된 후 터빈에서 팽창하면서 축동력을 발생시키며, 응축기에서 다시 액화된 다음 펌프에 의해서 증발기로 다시 공급되는 폐순환 사이클로 구성되게 된다.
그러나, 이와 같이 알려진 유기랭킨 시스템은 장치의 구성이 복잡하고 다량의 유기 열매체가 소요되는 것은 물론, 각 요소 장치에 대한 정밀한 제어가 요구되기 때문에, 현재에는 기동 및 정지가 용이하지 않은 단점이 문제가 되어 왔다.
예를 들어, 이와 같은 유기랭킨 시스템은 MW 급 이상의 대용량 발전 시스템에 주로 적용되고 있는 실정이다.
한편, 이와 같은 중 저온 열원의 적용이 쉽지 않는 유기 랭킨 시스템에 반하여, 알려진 스터링 엔진은 동력 사이클을 이루는 각 구성 요소가 하나의 엔진으로 집합되어 있고 작동유체로써 공기와 같은 기체를 사용하기 때문에, 장치가 매우 간단하고 운전이 용이한 이점을 제공한다.
더욱이, 이와 같은 스터링 엔진은 동력 사이클 중 최고의 열효율을 가지기 때문에, 이를 이용하여 중 저온 열에너지를 동력으로 전환할 경우 종래의 유기랭킨 시스템에 비하여 매우 구조가 간단한 반면에, 고효율로 에너지의 전환은 가능하게 하는 이점을 제공하고 있다.
한편, 이와 같은 알려진 통상의 스터링 엔진은, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 외부 열원에 의하여 엔진 내부 작동유체가 가열되면서 팽창하는 과정에서 축동력이 발생하도록 하는 일종의 외연기관이다.
이와 같은, 알려진 스터링 엔진의 가열부는 통상 일단이 폐쇄되어 있는 실린더의 형태를 하고 있는데, 이 가열 실린더의 내부에는 디스플레이서가 직선운동을 하도록 되어 있다.
상기 디스플레이스는 엔진 내부의 작동유체가 수축하는 과정에는 가열 실린더의 내면과 작동유체의 접촉을 차단하여 외부 열원으로부터 엔진내부의 작동유체에 대한 열의 전달을 방해한다.
또는, 반대로 작동유체가 팽창하여 동력을 발생시키는 과정에 있을 때는 가열 실린더의 내부 공간으로부터 후퇴하여 가열 실린더의 내면과 작동 유체간에 열 전달이 이루어 지도록 공간을 형성하게 되어 있다.
그런데, 알려진 종래의 통상적인 가열 실린더의 형태에서는 외부 열원과 작동 유체간의 열전달이 실린더의 표면을 통해서만 이루어 지는 형태이기 때문에, 유효한 열전달 면적이 가열 실린더의 체적에 비하여 작은 문제가 있었다.
따라서, 이로 인해서 가열실린더의 내부 작동유체를 가열하는 데 있어서 고온의 열원이 필요하게 되었다.
결국, 종래의 스터링 엔진의 경우에는 이러한 문제점으로 인해 열원의 온도가 낮은 경우에는 가열 헤드의 크기를 증대시켜야 하는 것이고, 이는 엔진의 크기를 확대시키는 다른 문제를 발생하는 것이었다.
이에 따라, 본 출원의 발명자는 외부 열원의 온도가 낮아져도 전열 촉진형의 스터링 엔진을 구현함으로서, 외부열원을 고온으로 하지 않고, 보다 낮은 외부 열원의 온도하에서도 엔진 가동을 가능하게 한 전열 촉진형 스터링 엔진을 제안하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 엔진의 디스플레이서가 가열 실린더의 상면에서 후퇴해 있는 상태에서 외부 열원과 엔진 내부 작동유체 간에 열전달이 촉진될 수 있도록 하는 가열부의 형태 및 디스플레이서의 형태를 제공함으로써, 보다 낮은 열원의 온도 조건에서도 작동이 가능하도록 한 전열 촉진형 스터링 엔진을 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 일측면으로서 본 발명은, 외부 열원과 냉각원이 각각 접촉하는 작동유체 가열부 및 냉각부를 포함하는 실린더; 및
상기 실린더의 내부에 구비되어 작동유체의 가열 팽창으로 이동하여 동력을 발생시키는 디스플레이서;
를 포함하여 구성되고,
상기 실린더 가열부와 냉각부 및, 상기 디스플레이서가 작동유체의 가열 및 냉각시 디스플레이서의 이동에 따라 서로 교대로 협력하여 비전열공간을 최소화시 키도록 구성된 전열 촉진형 스터링엔진을 제공한다.
바람직하게는, 상기 실린더 가열부와 냉각부에는 튜브들이 각각 구비되고, 상기 디스플레이서의 양면에는 상기 튜브들이 삽입되는 홈들을 포함하여 디스플레이서의 실린더내 이동시 튜브들이 디스플레이서에 삽입되어 작동유체에 대한 가열공간과 냉각공간에서의 비전열공간을 최소화시키도록 구성하는 것이다.
더 바람직하게는, 상기 실린더 가열부에는 외부열원인 증기가 투입되는 증기 유입구 및 응축수 배출구를 포함하는 외곽 케이싱이 구비되어 상기 가열부 튜브는 증기응축 전열튜브로 구성될 수 있다.
이때, 상기 실린더 냉각부에는 냉각수 배출구를 포함하면서 내측에 냉각수 분사관이 배치되는 외곽케이싱이 구비되어 상기 튜브는 냉각튜브로 구성되는 것이 가능하다.
또는, 바람직하게는, 상기 가열부 튜브와 냉각부 튜브들은 그 외면에 형성된 돌기들을 더 포함하여 전열 및 냉각 특성을 증대토록 구성하는 것이 가능하다.
또한, 상기 디스플레이서는 실린더 냉각부측의 실린더 내부에 배치된 크랭크기구를 통하여 동력피스톤이 연계되어 피스톤에 동력을 전달하도록 구성하는 것이 가능하다.
여기서, 상기 디스플레이서의 양측 가열공간과 냉각공간을 연통하는 통로가 실린더 외측에 설치되고, 그 사이에는 작동유체 이동시 열회수를 위한 재생기가 배치될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 전열 촉진형 스터링엔진은 실린더형 또는 직육방체 형태의 디스플레이서의 양면에 전열면적을 높이는 실린더 가열면측의 증기응축 전열튜브 및 냉각성을 높이는 냉각면측의 냉각튜브가 삽입되는 구멍들을 형성시킨 것에 특징이 있다.
예를 들어, 본 발명의 스터링 엔진에서 작동유체가 수축 냉각하는 과정에 있을 때에는 상기 디스플레이서의 일측면 구멍에 상기 증기응축 전열튜브가 삽입되고, 이때 엔진내부의 작동유체가 외부열원 즉, 중 저온의 증기에 의하여 가열되는 것이 차단된다.
반대로, 스터링엔진의 작동유체가 가열 팽창하는 과정에 도달해 있는 경우에는 디스플레이서가 냉각튜브측으로 이동하고, 따라서 증기응축 전열튜브는 엔진 내부의 작동유체에 완전하게 노출되어 보다 원활한 외부 열원의 열전달이 이루어 지게 된다.
결국, 본 발명의 스터링 엔진에 있어서는, 실린더 가열면에서 돌출된 증기 응축 전열튜브가 가열공간 내부에서 작동유체의 비전열공간(Dead space)을 최소화하는 역할을 함으로써, 종래의 단순한 평판형태의 실린더 가열면에 비하여 엔진내 부의 작동유체 전열면적을 보다 증대시키는 것이다.
마찬가지로, 작동유체의 냉각공간에 있어서도 냉각면적이 증대되는 것이다.
또한, 증기응축 전열튜브의 내부 표면에는 외부로부터 공급되는 외부열원인 증기가 응축되어 잠열을 완전하게 방출한 다음, 액화되며 가열면측 외곽 케이싱에서 외부로 방출되고, 이는 산업 공정의 배기가스 또는 태양에너지 등으로부터 에너지가 밀도가 높은 증기를 생산하고 보다 작은 크기의 스터링 엔진을 통하여 동력으로 전환 할 수 있게 한다.
또한, 냉각튜브에 대해서는 냉각수 분사튜브를 이용하여 각 냉각튜브에 냉각수가 분사되어 엔진내부의 작동유체 열을 제거할 수 있도록 하며, 냉각튜브의 내부에 분사된 냉각수는 냉각면측 케이싱의 하부에서 배출된다.
따라서, 냉각수의 보유량을 줄일 수 있고 엔진전체의 중량 감소 효과를 얻을 수 있게 한다.
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1에서는 본 발명에 따른 전열 촉진형 스터링 엔진(1)의 전체 구성을 도시하고 있다.
예를 들어, 도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 스터링 엔진(1)은, 외부 열원(H) 예를 들어, 증기의 외부열원과 냉각원(C) 즉, 냉각수가 각각 접촉하는 작동유체 가열부(10) 및 냉각부(20)를 포함하는 실린더(30)와, 상기 실린더의 내 부(30)에 구비되어 작동유체의 가열 팽창으로 이동하여 동력을 발생시키는 디스플레이서(40)를 기본적으로 포함하여 구성되어 있다.
즉, 상기 가열부(10)는 실제로는 실린더(30)의 평탄한 가열면으로 제공되고, 상기 냉각부(20)는 실제로는 실린더(30)의 가열면 반대측의 평탄한 냉각면으로 제공될 수 있다.
특히, 본 발명의 전열 촉진형 스터링엔진(1)은 상기 실린더 가열부(10)와 냉각부(20) 및, 상기 디스플레이서(40)가 작동유체의 가열 및 냉각시 디스플레이서의 이동에 따라 서로 교대로 협력하여 비전열공간(Dead Space)를 최소화한 것에 그 특징이 있는 것이다.
예를 들어, 도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 스터링엔진(1)에서, 상기 실린더 가열부(10) 즉, 가열면과 냉각부(20) 즉, 냉각면에는 튜브(12)(22)들이 각각 구비되어 있는데, 가열면측 튜브(12)는 앞에서 설명한 바와 같이, 증기응축 전열튜브이고, 상기 냉각면측 튜브(22)는 냉각튜브이다.
동시에, 상기 디스플레이서(40)의 양면에는 상기 디스플레이서(40)가 작동유체의 가열 팽창 및 냉각의 상호 반복적인 작용시 실린더(30)의 내부에서 이동할때, 순차적으로 상기 튜브(12)(22)들이 삽입되는 구멍(42)(44)들이 포함되어 있다.
따라서, 본 발명의 스터링엔진(1)은 디스플레이서(40)가 실린더내에서 이동할때 교대로 상기 튜브들이 삽입되어 작동유체에 대한 가열공간(A)과 냉각공간(B)에서의 비전열공간을 최소화시키는 것이다.
또한, 도 1에서 도시한 바와 같이, 상기 실린더 가열부(10)인 가열면은 외부 열원인 증기(H)가 투입되는 증기 유입구(14a) 및 응축수 배출구(14b)를 포함하는 외곽 케이싱(14)이 구비되어 있고, 이에 따라 상기 가열부 튜브(12)는 증기응축 전열튜브로 제공되게 된다.
따라서, 본 발명의 디스플레이서(40)가 도 1의 냉각공간(B)으로 이동하면 가열공간(A)이 확보되고, 이때 작동유체(F)는 증기응축 전열튜브와 접촉하여 튜브내 증기는 응축되면서 잠열을 작동유체에 전달하여 작동유체의 팽창으로 디스플레이서의 동력이 발생되게 된다.
이때, 상기 외곽케이싱(14)은 증기의 튜브 접촉성을 안정적으로 유지시키고, 응축된 응축수(H')는 케이싱 배출구(14b)를 통하여 자유 낙하 배출된다.
다음, 도 1에서 도시한 바와 같이, 상기 실린더 냉각부(20)에는 냉각수 배출구(24a)를 포함하면서 내측에 냉각수 분사관(24b)이 배치되는 외곽케이싱(24)이 구비되어 있고, 결국 상기 튜브(22)는 냉각튜브로 제공되게 된다.
따라서, 디스플레이서(40)가 가열공간(A)측으로 이동하면, 디스플레이서(40)의 구멍(42)에 증기응축 전열튜브인 가열측 튜브(12)가 삽입되어 가열공간을 축소하여 작동유체가 가열되는 것을 차단하면서, 동시에 냉각튜브(22)를 통하여는 작동유체의 접촉면적이 증대되면서 냉각성은 향상되고, 이때 외곽 케이싱 내부에서 분사된 냉각수(C)는 배출구(24a)를 통하여 배출되게 된다.
결국, 본 발명의 디스플레이서는 양측 구멍들에 각각의 튜브들이 교대로 삽입되고, 디스플레이서의 이동시 돌출된 튜브들이 가열공간(A)이나 냉각공간(B)에서의 접촉면적을 극대화하기 때문에, 전열 특성이나 냉각특성이 우수하게 되고, 이는 중 저온 외부 열원으로도 디스플레이서의 동력 발생을 원활하게 하는 것이다.
이때, 도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 스터링엔진(1)에서, 상기 디스플레이서(40)는 실린더 냉각부측의 외곽케이싱(24)를 통하여 그 연결로드(46)가 제 2 실린더(52)의 내부에 배치된 크랭크기구(54)와 연결되어 있다.
또한, 상기 크랭크기구(54)는 작동로드(56)로서 제 2 실린더(52)내의 동력피스톤(50)과 연계되어 있다
따라서, 디스플레이서의 동력발생으로 동력피스톤이 구동되게 된다.
이때, 도면에서 별도의 부호로 나타내지 않았지만, 상기 디스플레이서와 크랭크기구사이에 연결되는 연결로드(46)가 통과하는 실린더 중앙측 통로에는 작동유체의 누출을 방지하는 실링수단들이 배치됨은 물론이다.
또한, 상기 제 2 실린더(52)는 도압관(52a)이 상기 디스플레이서(10)의 양측 가열공간(A)과 냉각공간(B)을 연통하는 통로(60)와 연결되고, 이 통로(60)에는 작동유체 이동시 열회수를 위한 재생기(70)가 배치되어 있다.
따라서, 작동유체는 재생기를 통과하면서 열을 회수하게 된다.
디음, 도 2에서는 본 발명의 가열부(10) 즉, 가열면측 가열 튜브(12)와 디스플레이서(40)의 구멍(42)을 사시도로 도시하고 있다.
물론, 도 2에서는 가열튜브와 이에 대응하는 디스플레이서의 구멍들을 도시하였지만, 상기 디스플레이서와 가열 튜브들이 설치된 가열면(10)은 원형 또는 서로 대응하는 단면상 육각형상일 수 있다.
그리고, 상기 튜브와 구멍들의 설치 배열이나 수는 스터링엔진의 크기에 대 응하여 얼마든지 조정할 수 있음은 물론이다.
이때, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 가열부 및 냉각부측의 각각의 튜브(12)(22)들은 그 외경이 디스플레이서(40)의 구멍(42)(44) 내경(도 4의 d)들에 대응하여 삽입시 문제가 없을 정도의 공차를 가지고 형성되어야 함은 물론이다.
특히, 상기 디스프레이서(40)의 이동 스트로크(S)를 감안하여 가열 및 냉각측 튜브(12)(22)들의 가열면과 냉각면사이에는 디스플레이서가 완전하게 이동하여도 완전하게 접촉하지 못하는 ◁ S 만큼의 여유폭이 있어야 함은 물론이다.
다음, 도 4에서는 본 발명의 스터링엔진에서 다른 변형예를 도시하고 있다.
즉, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 가열부 튜브(12)인 증기응축 전열튜브와 냉각부 튜브(22)인 냉각튜브들의 외 외면에 일체로 다수의 돌기(12a)(22a)들 즉, 엠보싱 형태의 돌기들을 형성시킨 것이다.
따라서, 이경우 다수의 튜브들의 표면에 돌기들이 더형성되기 때문에, 그 만큼 가열공간이나 냉각공간에서의 작동유체와 내부에 증기와 냉각수가 삽입되는 튜브간의 접촉면적이 증대되어 전열 및 냉각 특성을 증대시킬 것이다.
물론, 상기 돌기들은 튜브들이 디스플레이서의 구멍들에 삽입,이탈시 접촉에 의한 마모가 발생되지 않도록 구멍들의 내경(d)이 미리 조정 형성되어야 함은 물론이다.
이와 같이 본 발명인 스터링 엔진에 의하면, 엔진의 디스플레이서가 냉각공간측으로 이동하면 외부열원이 접촉하는 가열튜브에 의하여 전열면적이 보다 증대 되면서 이에 작동유체가 접촉하여 열전달이 촉진되도록 함으로써, 보다 낮은 열원의 온도조건에서도 엔진 작동이 적어도 가능하게 하는 우수한 효과를 제공한다.
즉, 산업 공정에서 발생되는 배기가스를 포함하여 태양열, 지열 등과 같은 새로운 재생 에너지로부터 얻을 수 있는 중 저온의 증기를 외부열원으로 이용하여도 간단하게 축 동력으로 전환하는 것을 가능하게 한다.
따라서, 궁극적으로 미회수 방출되어 왔던 산업공정의 배출에너지를 유효하게 재 이용할 수 있어 에너지 절감과 환경오염을 저감시키는 것도 가능하게 하는 여러 우수한 효과를 제공하는 것이다.
본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (7)

  1. 외부 열원과 냉각원이 각각 접촉하는 작동유체 가열부 및 냉각부를 포함하는 실린더; 및,
    상기 실린더의 내부에 구비되고 작동유체의 가열 팽창과 냉각 수축으로 이동하여 동력을 발생시키는 디스플레이서;
    을 포함하여 구성되고,
    상기 실린더 가열부와 냉각부 및, 상기 디스플레이서가 작동유체의 가열 및 냉각시 디스플레이서의 이동에 따라 서로 교대로 협력하여 비전열공간을 최소화시키는 전열 촉진형 스터링 엔진.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 실린더 가열부와 냉각부에는 튜브들이 각각 구비되고, 상기 디스플레이서의 양면에는 상기 튜브들이 삽입되는 구멍들을 포함하여 디스플레이서의 이동시 튜브들이 교대로 상기 디스플레이서 구멍에 삽입되면서 작동유체에 대한 가열공간과 냉각공간에서의 비전열공간을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 전열 촉진형 스터링 엔진.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 실린더 가열부에는 외부열원인 증기가 투입되는 증기 유입구 및 응축수 배출구를 포함하는 외곽 케이싱이 구비되어 상기 가열부 튜브는 증기응축 전열튜브로 구성된 것을 특징으로 하는 전열 촉진형 스터링 엔진.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 실린더 냉각부에는 냉각수 배출구를 포함하면서 내측에 냉각수 분사관이 배치되는 외곽 케이싱이 구비되어 상기 튜브는 냉각튜브로 구성된 것을 특징으로 하는 전열 촉진형 스터링 엔진.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 가열부 튜브와 냉각부 튜브들은 그 외면에 형성된 돌기들을 더 포함하여 전열 및 냉각 특성을 증대토록 구성된 것을 특징으로 하는 전열 촉진형 스터링 엔진.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 디스플레이서는 실린더 냉각부측의 실린더 내부에 배치된 크랭크기구를 통하여 동력피스톤이 연계되어 피스톤에 동력을 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전열 촉진형 스터링 엔진.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 디스플레이서의 양측 가열공간과 냉각공간을 연통하 는 통로가 실린더 외측에 설치되고, 그 사이에는 작동유체 이동시 열회수를 위한 재생기가 배치된 것을 특징으로 하는 전열 촉진형 스터링 엔진.
KR1020060089404A 2006-09-15 2006-09-15 전열 촉진형 스터링 엔진 KR100745820B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060089404A KR100745820B1 (ko) 2006-09-15 2006-09-15 전열 촉진형 스터링 엔진

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060089404A KR100745820B1 (ko) 2006-09-15 2006-09-15 전열 촉진형 스터링 엔진

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100745820B1 true KR100745820B1 (ko) 2007-08-30

Family

ID=38614580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060089404A KR100745820B1 (ko) 2006-09-15 2006-09-15 전열 촉진형 스터링 엔진

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100745820B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4050250A (en) 1975-10-30 1977-09-27 Eaton Corporation Heat transfer element
JPS5865956A (ja) 1981-10-13 1983-04-19 Asahi Glass Co Ltd スタ−リングエンジンの駆動方法
JPS62118046A (ja) 1985-11-18 1987-05-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd スタ−リング機関
KR920012721A (ko) * 1990-12-27 1992-07-27 이헌조 스터링 기관
KR950025244A (ko) * 1994-02-07 1995-09-15 이헌조 스터링기관의 냉각시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4050250A (en) 1975-10-30 1977-09-27 Eaton Corporation Heat transfer element
JPS5865956A (ja) 1981-10-13 1983-04-19 Asahi Glass Co Ltd スタ−リングエンジンの駆動方法
JPS62118046A (ja) 1985-11-18 1987-05-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd スタ−リング機関
KR920012721A (ko) * 1990-12-27 1992-07-27 이헌조 스터링 기관
KR950025244A (ko) * 1994-02-07 1995-09-15 이헌조 스터링기관의 냉각시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080264062A1 (en) Isothermal power
US4444011A (en) Hot gas engine
EP2406485B1 (en) Heat engine with regenerator and timed gas exchange
US20080072597A1 (en) Electrically conductive liquid piston engine
CN1138058C (zh) 一种超临界回热加热发动机
US9828942B2 (en) Thermal energy recovery system
WO2021129424A1 (zh) 一种微型燃气轮机的联合循环系统、交通工具、充电系统
JP2023082139A (ja) 効率的熱回収エンジン
US6192683B1 (en) Device for converting thermal energy into electrical energy
KR101018379B1 (ko) 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관 및 그 출력방법
KR101183815B1 (ko) 소형 열병합발전기에서 엔진 배기유로의 배출구조
KR100745820B1 (ko) 전열 촉진형 스터링 엔진
CN112012846A (zh) 一种自由活塞斯特林发动机
KR100804278B1 (ko) 스터링 엔진
LT6635B (lt) Atmosferinio slėgio šaltojo garo variklis ir jo veikimo būdas
US6003312A (en) Engine
KR101623418B1 (ko) 스터링 엔진
CN210178483U (zh) 一种自由活塞斯特林发动机
KR101022456B1 (ko) 스터링 엔진
JPWO2006126241A1 (ja) スターリングエンジン、及びスターリングエンジンの圧力差生成方法
EA003122B1 (ru) Двигатель или насос с рычажным механизмом
RU2326256C2 (ru) Тепловая машина "ило", работающая по замкнутому циклу стирлинга
KR101738871B1 (ko) 열효율 향상을 위한 tme 모듈
CN114370310A (zh) 基于分离式热管的发电系统
CN117432603A (zh) 一种低温动力模块及装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20111220

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130704

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140730

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150804

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee