KR101060651B1 - Linear solar power generator using self-preservation - Google Patents

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Abstract

태양광을 집속하기 위한 적어도 하나 이상의 태양광 집속부; 상호 이격된 제 1 투명부 및 제 2 투명부를 포함하는 실린더; 상기 실린더 내부에 수납되고 상호 연결되는 제 1 피스톤 및 제 2 피스톤를 포함하되, 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 2 피스톤은 영구자석을 포함하는 피스톤 결합체; 상기 실린더와 상기 제 1 피스톤 사이에 수용되는 제 1 작동기체; 상기 실린더와 상기 제 2 피스톤 사이에 수용되는 제 2 작동기체; 및 상기 실린더의 외벽과 상기 피스톤 결합체 사이에 고정자;를 포함하며, 상기 태양광 집속부에 의해 집속되는 태양광이 상기 제 1 투명부 및 상기 제 2 투명부를 통하여 상기 제 1 작동기체 및 상기 제 2 작동기체를 교번으로 가열함에 따라 상기 피스톤 결합체가 왕복으로 거동하고, 상기 실린더의 내벽에 형성되며, 상기 피스톤 결합체의 스트로크 거리를 증가시키기 위해 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 2 피스톤에 자기력을 제공하는 효율강화부재를 더 포함하여, 자유 피스톤의 스트로크를 극대화 할 수 있으며, 자유 피스톤의 이동 속도를 최대화하여 효율이 높은 선형 태양열 발전장치를 제공한다.

Figure R1020090122398

선형 발전기, 태양열, 자유 피스톤, 디텐트력, 코깅력

At least one solar focusing unit for focusing sunlight; A cylinder including a first transparent portion and a second transparent portion spaced apart from each other; A piston assembly including a first piston and a second piston housed in the cylinder and interconnected, wherein the first piston and the second piston comprise permanent magnets; A first actuator gas received between the cylinder and the first piston; A second working gas received between the cylinder and the second piston; And a stator between the outer wall of the cylinder and the piston assembly, wherein the solar light focused by the solar focusing unit passes through the first transparent part and the second transparent part. The piston assembly behaves reciprocally as the alternating heating of the working gas is formed on the inner wall of the cylinder, and the efficiency of providing magnetic force to the first piston and the second piston to increase the stroke distance of the piston assembly. Further comprising a reinforcing member, it is possible to maximize the stroke of the free piston, to maximize the moving speed of the free piston to provide a high efficiency linear solar power generator.

Figure R1020090122398

Linear Generator, Solar, Free Piston, Detent Force, Cogging Force

Description

자기보존력을 이용한 선형 태양열 발전장치{LINEAR SOLAR GENERATOR BY USING CONSERVATIVE MAGNETIC FORCE}LINEAR SOLAR GENERATOR BY USING CONSERVATIVE MAGNETIC FORCE}

본 발명은 자기보존력을 이용하여 효율이 유수한 선형 태양열 발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a linear solar power generator having excellent efficiency using self-preservation force.

석유자원의 고갈 및 환경의 문제로 최근 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이러한 대체에너지 중 가장 각광을 받고 있는 부분이 태양에너지 발전장치이다.Due to the depletion of petroleum resources and environmental issues, interest in alternative energy is increasing recently, and the most attention-producing part of such alternative energy is the solar energy generator.

일반적으로 태양에너지를 이용하여 전기를 생산하는 방법으로 태양광을 전기에너지로 직접 변환시키는 방법과 태양열을 이용한 열기관으로 발전기를 구동하는 방법이 있다.In general, there is a method of producing electricity using solar energy and a method of directly converting sunlight into electric energy and a method of driving a generator with a heat engine using solar heat.

태양광을 전기에너지로 변화시키는 태양광 발전장치는 태양전지(solar cell)을 이용하여 태양에너지를 직접 전기로 변환시키는 발전장치로서 수명이 길고, 발전시스템을 반자동화 또는 자동화시키기 용이하여 널리 이용되고 있다.Photovoltaic power generation device that converts sunlight into electrical energy is a power generation device that converts solar energy directly into electricity using solar cells, and is widely used because of its long life and easy to semi-automate or automate the power generation system. have.

그러나, 태양광 발전장치에 이용되는 것은 전체 태양에너지 중 일부인, 광자(photon)의 에너지가 충분한 가시광선에서 적외선 일부 영역에 불과하며, 대부분 의 장파장 적외선 영역의 광자는 에너지가 낮아 발전에 이용되지 못하고, 태양전지의 온도만 상승시켜 발전 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.However, it is used in photovoltaic devices only a part of the infrared in visible light with sufficient energy of the photon, which is part of the total solar energy, photons in most long-wavelength infrared region is not used for power generation due to low energy There is a problem in that the power generation efficiency is lowered by only increasing the temperature of the solar cell.

또한, 태양전지는 제조비용이 높으면서도, 발전효율이 30%미만으로 열기관에 비해 현저히 낮은 문제점이 있다.In addition, the solar cell has a problem that the manufacturing cost is high, the power generation efficiency is less than 30%, significantly lower than the heat engine.

따라서, 태양광을 집속하여 열로 발전을 하는 태양열 발전장치(Concentrating Solar Power, CSP)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다, 이러한 태양열 발전장치에 이용되는 외연 기관 엔진은 스터링 엔진(Stirling Engine)과 베이톤 사이클(Bayton Cycle)을 따르는 터빈 엔진이 있으며, 일반적으로 태양전지이 효율보다 높은 장점이 있다.Therefore, research is being actively conducted on the Concentrating Solar Power (CSP) that focuses solar power and generates electricity by heat. The external combustion engine used in the solar power generation system is a Stirling Engine and a Baton. There is a turbine engine that follows the cycle (Bayton Cycle), generally solar cells have the advantage over efficiency.

그 중에서도 스터링 엔진을 이용한 태양 접시형(Solar Dish) 태양열 발전장치는 가장 높은 발전 효율을 가진다.Among them, a solar dish solar generator using a stirling engine has the highest power generation efficiency.

그러나, 터빈을 이용하는 방법으로는 태양열로 발전기를 구동시키기 위해서 수증기를 발생시켜야 하므로, 전체적인 장치가 커지고, 복잡해져 설치비용이 높아지는 문제점이 있다.However, in the method using a turbine, water vapor must be generated in order to drive a generator by solar heat, so that the overall apparatus becomes large, complicated, and installation costs are high.

스터링 엔진을 이용하는 경우는 태양열로 스터링 엔진의 고온부를 가열함으로써 이루어진다. 스터링 엔진은 실린더와 피스톤으로 이루어진 공간 내에 수소나 헬륨 등 작동가스를 밀봉하고, 이를 외부에서 가열 및 냉각시킴으로써 피스톤을 상하로 움직여 기계에너지를 얻는 외연기관(external combustion engineer)의 일종으로 이상적 엔진(ideal engineer)인 카르노 사이클과 유사한 높은 열효율을 가진다.When using a stirling engine, it is made by heating the high temperature part of a stirling engine with solar heat. Stirling engine is an ideal type of external combustion engineer that seals working gas such as hydrogen or helium in the space consisting of cylinder and piston and heats and cools it externally to move the piston up and down to obtain mechanical energy. It has high thermal efficiency similar to Carno cycle, an engineer.

그러나, 상기와 같은 스터링엔진을 이용하여 발전기를 구동시키기 위해서는 전체적인 장치가 커지고, 복잡해져 설치비용이 높아지며, 높은 기술수준이 요구되고, 유지보수의 어려움 등의 문제가 있어, 극히 제한된 분야에서만 사용되고 있다.However, in order to drive a generator using the Stirling engine as described above, the overall device is large, complicated, and installation costs are high, high technical level is required, and maintenance is difficult, and thus it is used only in extremely limited fields.

또한, 대부분의 엔진은 실린더 내부 기체의 열팽창에 따라 직선 운동을 크랭크를 이용한 회전운동으로 변환하는데 이 과정에서 마찰에 의한 많은 동력 손실이 발생하여 자유피스톤으로 구성된 선형발전기를 구동하는 선형 엔진을 개발 중이다.In addition, most engines convert linear motion into rotational motion using cranks due to thermal expansion of the gas inside the cylinder. In this process, a lot of power loss occurs due to friction, and a linear engine is being developed to drive a linear generator composed of free pistons. .

그러나, 태양 집광부에서 발생한 열을 열 매체(THERMAL MEDIA)를 이용하여 외연기관 벽면을 가열하는 방식이라 높은 온도를 얻을 수 없어 열기관의 열효율이 한계가 있다. 열효율을 향상시키기 위해서는, 열기관 내부의 작동기체를 충분한 시간동안 가열하고 냉각시켜 작동 기체가 충분히 높은 온도와 낮은 온도를 반복적으로 가져야 하지만 태양열등으로 작동되는 외연기관은 연소 폭발에 의해 기체가 고온에 도달하는 내연기관과는 달리 연속적으로 온도가 올라가므로 고온에 도달하기 전에 작동기체의 팽창이 일어나서 열기관의 효율이 저하되는 문제점이 있다.However, since the heat generated from the solar light collecting unit heats the wall of the external combustion engine using THERMAL MEDIA, a high temperature cannot be obtained, so the thermal efficiency of the heat engine is limited. In order to improve the thermal efficiency, the working gas inside the heat engine must be heated and cooled for a sufficient time so that the working gas has a high enough temperature and a low temperature repeatedly, but in an external combustion engine operated by solar lamp, the gas reaches a high temperature by combustion explosion. Unlike internal combustion engines, since the temperature is continuously raised, there is a problem that expansion of the working gas occurs before reaching a high temperature, thereby lowering the efficiency of the heat engine.

즉, 아래 수식과 같이 페러데이 법칙을 참고하여 설명하면 다음과 같다.That is, referring to Faraday's law as shown in the following equation.

Figure 112009076306993-pat00001
Figure 112009076306993-pat00001

유도기전력의 크기는 자기선속의 변화 속도에 비례하므로, 유도기전력은 열기관의 피스톤의 속도와 비례하게되지만, 상기와 같이 종래기술에서는 작동기체가 점진적으로 팽창을 하게됨에 따라 피스톤의 이동 속도가 크지 못하게 되고 이에 따라 발전 효율이 크게 저하되는 문제점이 있다.Since the magnitude of the induced electromotive force is proportional to the rate of change of the magnetic flux, the induced electromotive force is proportional to the speed of the piston of the heat engine. However, in the prior art, as the working gas gradually expands, the movement speed of the piston is not large. Therefore, there is a problem that power generation efficiency is greatly reduced.

또한, 유한한 크기의 선형 열기관에 있어서, 효율을 증대시키기 위해서는 피 스톤의 스트로크를 극대화하는 것이 바람직하다, 그러나, 선형 열기관내의 자유 피스톤의 양단에 작용하는 작동기체의 압력에 의한 힘의 평형에 의해 피스톤의 스트로크를 크게 하기 어려운 문제점이 있다.In addition, in a linear heat engine of a finite size, it is desirable to maximize the stroke of the piston in order to increase the efficiency. However, it is necessary to balance the force due to the pressure of the working gas acting on both ends of the free piston in the linear heat engine. This makes it difficult to increase the stroke of the piston.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 높은 효율의 태양열을 이용한 선형 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a linear power generator using high efficiency solar heat.

본 발명의 다른 목적은 종래의 복잡한 스터링 엔진과 달리 구조가 간단하여 제작비용이 적게 들고 유지보수가 쉬운 태양열 선형 발전장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a solar linear power generation apparatus, which is simple in structure and low in manufacturing cost and easy to maintain, unlike a conventional complex stirling engine.

본 발명의 또 다른 목적은 선형 발전장치 내의 자유 피스톤의 스트로크를 최대화하고, 또한 유도기전력을 최대화하기 위해 자유 피스톤의 이동 속도를 최대화한 태양열을 이용한 선형 발전장치를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a linear generator using solar heat that maximizes the movement speed of the free piston in order to maximize the stroke of the free piston in the linear generator and also maximize the induced electromotive force.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 태양열 발전장치는, 태양광을 집속하기 위한 적어도 하나 이상의 태양광 집속부; 상호 이격된 제 1 투명부 및 제 2 투명부를 포함하는 실린더; 상기 실린더 내부에 수납되고 상호 연결되는 제 1 피스톤 및 제 2 피스톤를 포함하되, 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 2 피스톤은 영구자석을 포함하는 피스톤 결합체; 상기 실린더와 상기 제 1 피스톤 사이에 수용되는 제 1 작동기체; 상기 실린더와 상기 제 2 피스톤 사이에 수용되는 제 2 작동기체; 및 상기 실린더와 상기 피스톤 결합체 사이에 고정자;를 포함하며, 상기 태양광 집속부에 의해 집속되는 태양광이 상기 제 1 투명부 및 상기 제 2 투명부를 통하여 상기 제 1 작동기체 및 상기 제 2 작동기체를 교번으로 가열함에 따라 상기 피스톤 결합체가 왕복으로 거동하고, 상기 실린더 내면에 형성되며, 상기 피스톤 결합체의 스트로크 거리를 증가시키기 위해 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 2 피스톤에 자기력을 제공하는 효율강화부재를 더 포함한다.Linear solar power generation apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, at least one photovoltaic focusing unit for focusing sunlight; A cylinder including a first transparent portion and a second transparent portion spaced apart from each other; A piston assembly including a first piston and a second piston housed in the cylinder and interconnected, wherein the first piston and the second piston comprise permanent magnets; A first actuator gas received between the cylinder and the first piston; A second working gas received between the cylinder and the second piston; And a stator between the cylinder and the piston assembly, wherein the solar light focused by the solar focusing unit is passed through the first transparent part and the second transparent part through the first and second actuators. Is heated in an reciprocating manner, the piston assembly moves in a reciprocating manner, and is formed on the inner surface of the cylinder, and provides an efficiency enhancing member that provides magnetic force to the first piston and the second piston to increase the stroke distance of the piston assembly. It includes more.

또한, 상기 영구자석은 N극과 S극에 의해 정의되는 자계방향이 상기 피스톤 결합체의 거동 축방향과 평행하며, 상기 자계방향이 상호 반대인 제 1 축방향자석 및 제 2 축방향자석을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the permanent magnet includes a first axial magnet and a second axial magnet in which the magnetic field directions defined by the N pole and the S pole are parallel to the behavior axial direction of the piston assembly, and the magnetic field directions are opposite to each other. It is preferable.

또한, 상기 제 1 축방향자석 및 상기 제 2 축방향 자석은 상호 이격되며, 이격된 사이에 상기 피스톤 결합체의 거동 축방향에 대해 자계방향이 수직한 제 1 방사방향자석을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the first axial magnet and the second axial magnet is spaced apart from each other, it is preferred to include a first radial magnet in which the magnetic field direction is perpendicular to the behavior axial direction of the piston assembly between the spaced apart.

또한, 상기 영구자석은 상기 제 1 방사방향자석과 자계방향이 반대 방향인 제 2 방사방향자석을 더 포함하며, 상기 제 1 축방향자석 및 상기 제 2 축방향자석이 복수회 교번으로 배치되며, 상기 제 1 축방향 자석 및 상기 제 2 축방향자석 사이에 상기 제 1 방사방향자석 및 상기 제 2 방사방향자석이 교번으로 배치되는 것이 바람직하다.In addition, the permanent magnet further includes a second radial magnet in a direction opposite to the first radial magnet and the magnetic direction, wherein the first axial magnet and the second axial magnet is alternately arranged a plurality of times, Preferably, the first radial magnet and the second radial magnet are alternately disposed between the first axial magnet and the second axial magnet.

또한, 상기 고정자는 철심과 코일을 포함하고, 상기 철심과 상기 영구자석 간에 일정한 주기를 갖는 치 디텐트력이 형성되며, 상기 제 1 피스톤에 대응하는 치 디텐트력의 주기 및 상기 제 2 피스톤에 대응하는 치 디텐트력의 주기는 상호 동일한 것이 바람직하다.In addition, the stator includes an iron core and a coil, a tooth detent force having a constant period between the iron core and the permanent magnet is formed, the period of the tooth detent force corresponding to the first piston and the second piston It is preferable that the periods of the corresponding detent forces are the same as each other.

또한, 상기 제 1 피스톤에 대응하는 치 디텐트력의 주기와 상기 제 2 피스톤에 대응하는 치 디텐트력의 주기는 소정의 위상차를 갖는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the period of the tooth detent force corresponding to the first piston and the period of the tooth detent force corresponding to the second piston have a predetermined phase difference.

또한, 상기 효율강화부재는 영구자석인 것이 바람직하다.In addition, the efficiency enhancing member is preferably a permanent magnet.

또한, 상기 효율강화부재는 상기 실린더의 길이방향에 대해 상기 고정자의 단부에 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the efficiency enhancing member is preferably formed at the end of the stator with respect to the longitudinal direction of the cylinder.

또한, 상기 고정자는 상기 제 1 피스톤에 대응하는 제 1 고정자와 상기 제 2 피스톤에 대응하는 제 2 고정자를 포함하며, 상기 효율강화부재는 상기 실린더의 단부측 방향의 상기 제 1 고정자의 일측 단부에 형성되는 제 1-1 효율강화부재와 상기 실린더의 중심측 방향의 상기 제 1 고정자의 타측 단부에 형성되는 제 1-2 효율강화부재; 및 상기 실린더의 단부측 방향의 상기 제 2 고정자의 일측 단부에 형성되는 제 2-1 효율강화부재와 상기 실린더의 중심측 방향의 상기 제 2 고정자의 타측 단부에 형성되는 제 2-2 효율강화부재;를 포함되는 것이 바람직하다.The stator may include a first stator corresponding to the first piston and a second stator corresponding to the second piston, and the efficiency enhancing member may be disposed at one end of the first stator in an end side direction of the cylinder. A first efficiency enhancing member formed at the first one and a second efficiency enhancing member formed at the other end of the first stator in the direction of the center of the cylinder; And a 2-1 efficiency enhancing member formed at one end of the second stator in the end side direction of the cylinder and a 2-2 efficiency enhancing member formed at the other end of the second stator in the center side direction of the cylinder. It is preferable to include.

또한, 상기 제 1-1 효율강화부재가 상기 제 1 피스톤에 자기력에 의한 인력을 제공할 때, 상기 제 2-1 효율강화부재가 상기 제 2 피스톤에 자기력에 의한 인력을 제공하는 것이 바람직하다.In addition, when the 1-1 efficiency enhancing member provides the attraction force by the magnetic force to the first piston, it is preferable that the 2-1 efficiency enhancing member provides the attraction force by the magnetic force to the second piston.

또한, 상기 제 1 투명부 및 상기 제 2 투명부는 상기 실린더의 양측 단면에 구비되는 것이 바람직하다.In addition, the first transparent portion and the second transparent portion is preferably provided on both end surfaces of the cylinder.

또한, 상기 태양광 집속부로 부터 전달되는 태양광을 상기 제 1 투명부 및 상기 제 2 투명부에 교번으로 전달하기 위해 상기 제 1 투명부 및 상기 제 2 투명부에 각각 대응하며, 거동이 가능한 반사경을 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in order to alternately transfer the sunlight transmitted from the solar focusing unit to the first transparent portion and the second transparent portion corresponding to the first transparent portion and the second transparent portion, respectively, the reflecting mirror capable of movement It is preferable to further include.

상기한 바와 같은 본 발명의 태양열을 이용한 선형 발전장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to the linear generator using the solar heat of the present invention as described above has one or more of the following effects.

첫째, 종래의 스털링 엔진과 달리 구조가 간단하여 제작 및 유지보수가 용이하다.First, unlike the conventional Stirling engine, the structure is simple and easy to manufacture and maintain.

둘째, 자유 피스톤의 스트로크를 극대화 할 수 있어 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.Second, it is possible to maximize the stroke of the free piston has the effect of increasing the efficiency.

셋째 : 자유 피스톤의 이동 속도를 최대화하여 유도기전력을 높일 수 있는 효과가 있다.Third: maximize the moving speed of the free piston has the effect of increasing the induced electromotive force.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 선형 열기관을 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, a linear heat engine according to exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열을 이용한 선형 발전장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a linear power generation apparatus using solar heat according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열을 이용한 선형 발전장치는 태양광을 집속하기 위한 태양광 집속부(2000), 집속된 태양열을 전기적 에너지로 전환하기 위한 발전부(1000)로 크게 구성된다.As shown in FIG. 1, the linear power generator using solar heat according to an embodiment of the present invention includes a solar focusing unit 2000 for focusing sunlight and a power generation unit for converting focused solar heat into electrical energy ( 1000).

태양광을 집속하기 위한 방법으로는 오목 반사판을 이용하는 방법, 볼록 렌즈를 이용하는 방법 등 다양한 방법이 있을 수 있고, 또한 상기의 방법으로 1차 집속되는 광을 직접 이용하는 방법과 반사경 및 프리즘등을 이용하여 집속 초점을 변경하는 방법들이 있을 수 있다.As a method for focusing sunlight, there may be various methods such as using a concave reflector and a method using a convex lens. In addition, the method of directly using the primary focused light and the reflector and prism may be used as the above method. There may be ways to change the focus focus.

본 발명에서는 일 실시예로 오목 반사판으로 구성되는 집광 패널(2110, 2210)을 이용하여 1차 집속을 수행하며, 1차 집속되는 태양광을 반사판을 이용하여 발전부(1000)에 전달하는 광경로 전환부(2120, 2220)을 사용하였으나, 다른 어떠한 방법으로도 활용이 가능하다 할 것이다.In the present invention, in one embodiment, the first focusing is performed by using the light collecting panels 2110 and 2210 composed of concave reflectors, and an optical path for transmitting the first focused solar light to the power generation unit 1000 using the reflecting plates. Although switching units 2120 and 2220 are used, it may be used in any other way.

또한, 본 발명에서는 일 실시예로 태양광 집속부(2000)로 두개의 태양광 집속 장치(2100, 2200)로 구성하였으나, 하나의 집광 패널로부터 1차 집광되는 태양광을 복수의 초점으로 분리/반사하는 광경로 전환부로 구성된 하나의 태양광 집속 장치로도 가능하며, 또한 2개 이상의 태양광 집속장치로 구성할 수도 있다.In addition, in the present invention, although the solar focusing unit 2000 is composed of two solar focusing apparatuses 2100 and 2200 in one embodiment, it is possible to separate the primary light focused from one condensing panel into a plurality of focal points. It is also possible to use a single solar focusing device composed of a light path switching unit that reflects, or may be composed of two or more solar focusing devices.

발전부(1000)는 집광 패널(2110, 2210) 상에 구비될 수도 있으며, 집광 패널(2110, 2210)에 투광공(2111, 2211)을 형성한 후 집광 패널(2110, 2210)의 후면에 구비할 수 도 있다. 발전부(1000)가 태양을 가리는 면적이 크지는 않지만, 도 1에서 도시한 바와 같이 집광 패널(2110, 2210)의 후면에 구비하는 것이 더욱 바람직하다.The power generation unit 1000 may be provided on the light collecting panels 2110 and 2210, and formed on the rear surfaces of the light collecting panels 2110 and 2210 after forming the light transmitting holes 2111 and 2211 in the light collecting panels 2110 and 2210. You may. Although the power generation unit 1000 does not have a large area covering the sun, as shown in FIG. 1, the power generation unit 1000 may be disposed on the rear surfaces of the light collecting panels 2110 and 2210.

이때, 투광공(2111, 2211)과 도 4 이하를 참조로 후술되는 발전부(1000)의 투명부를 상호 일치시켜 태양광 집속장치(2100, 2200)에 의해 집속된 태양광이 발전부(1000)의 투명부를 통해 실린더 내부의 작동기체를 가열하도록 하는 것이 바람직하다. At this time, the solar light focused by the photovoltaic holes 2111 and 2211 and the transparent portion of the power generation unit 1000 described below with reference to FIG. It is preferable to heat the working gas inside the cylinder through the transparent portion of the.

도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 선형 발전장치 중 태양광 집속부(2000)의 여러가지 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.2 to 3 are conceptual views illustrating various embodiments of the solar focusing unit 2000 of the linear power generator using the solar heat according to the present invention.

태양광 집속 장치(2100, 2200)는 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이 주반사경인 집광 패널(2110, 2210) 및 부반사경인 광경로 전환부(2120, 2220)으로 이루어진다. 즉, 큰 지름의 집광 패널(2110, 2210)이 태양의 입사광을 집속하면서 반사시켜 보다 작은 지름의 광경로 전환부(2120, 2220)을 향해 조사하고, 집광 패널(2110, 2210)에서 반사된 태양광을 태양광 반사부(2120, 2220)이 집속하면서 재반사하여 고밀도의 태양광을 미리 설정한 초점으로 집광한다.As illustrated in FIGS. 2 to 3, the solar focusing apparatuses 2100 and 2200 may include light collecting panels 2110 and 2210 that are main reflecting mirrors and light path switching units 2120 and 2220 that are subreflecting mirrors. That is, the large diameter condensing panels 2110 and 2210 focus and reflect incident light from the sun, and irradiate toward the light path switching units 2120 and 2220 having smaller diameters, and the sun is reflected by the condensing panels 2110 and 2210. The light is reflected back by the solar light reflecting portions 2120 and 2220 to condense and collect the high-density solar light at a predetermined focal point.

이때, 집광 패널(2110, 2210)은 파라볼라형 또는 구면형 곡면을 가져 입사되는 태양광의 공통 초점을 향해 반사시킨다. 광경로 전환부(2120, 2220)는 상기 집 광 패널(2110, 2210)을 바라보는 면이 오목 또는 볼록인 경우에 따라 곡면의 형상이 달라지며, 볼록인 경우에는 쌍곡면을 오목인 경우에는 타원면을 가진다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 광경로 전환부(2120, 2220)에 포함되는 부반사경(2121, 2221)이 집광 패널(2110, 2210)을 바라보는 면이 오목인 경우는 그레고리 타입이 되며, 도 3에 도시된 바와 같이 부반사경(2122, 2222)가 집광 패널(2110, 2210)을 바라보는 면이 볼록인 경우를 카세그레인 타입이 된다.At this time, the light collecting panels 2110 and 2210 have a parabolic or spherical curved surface to reflect toward the common focal point of the incident sunlight. The light path switching units 2120 and 2220 have different curved shapes depending on the concave or convex surfaces facing the condensing panels 2110 and 2210, and the convex elliptical surfaces when the hyperbolic surfaces are concave. Has That is, as shown in FIG. 2, when the sub-reflectors 2121 and 2221 included in the light path switching units 2120 and 2220 face the condensing panels 2110 and 2210, they are concave. As shown in FIG. 3, the case where the sub-reflectors 2122 and 2222 face the condensing panels 2110 and 2210 is a convex type.

집광 패널(2110, 2210) 및 부반사경(2121, 2122, 2221, 2222)는 접시형 철판 구조물(미도시)에 반사율이 높은 유리거울을 부착한 형태로 제작하거나 반사율이 높은 알루미늄으로 직접 제작될 수 있다.The light collecting panels 2110 and 2210 and the sub-reflectors 2121, 2122, 2221 and 2222 may be manufactured by attaching glass mirrors having high reflectivity to a plate-shaped steel plate structure (not shown) or directly made of aluminum having high reflectance. have.

집광 패널(2110, 2210)에는 상술한 바와 같이 투광공(2111, 2211)이 형성되며, 부반사경(2121, 2122, 2221, 2222)에 의해 반사되는 태양광은 투광공(2111, 2211)을 통과하여 집광 패널(2110, 2210)의 후면에 위치한 촛점에 집속되도록 한다.As described above, light collecting holes 2111 and 2211 are formed in the light collecting panels 2110 and 2210, and sunlight reflected by the sub-reflectors 2121, 2122, 2221 and 2222 passes through the light emitting holes 2111 and 2211. By focusing on the focus located on the rear of the light collecting panels (2110, 2210).

따라서, 발전부(1000)에 포함되는 투명부는 집광 패널(2110, 2210)의 후면 촛점에 일치되도록 하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable that the transparent portion included in the power generation unit 1000 matches the back focus of the light collecting panels 2110 and 2210.

또한, 발전부(1000)의 양단방향에 형성된 각각의 투명부에 교번으로 집광된 태양광을 제공하기 위하여 광경로 전환부(2120, 2220)는 투명부 각각에 대응하는 부반사경(2121, 2122, 2221, 2222)을 거동시켜 촛점을 이동시키기 위한 구동부(미도시)를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in order to provide alternatingly focused sunlight to each transparent portion formed in both ends of the power generation unit 1000, the light path switching units 2120 and 2220 may include sub-reflecting mirrors 2121 and 2122 corresponding to the transparent portions, respectively. It is preferable to include a driving unit (not shown) for moving the focus by operating 2221, 2222.

또한, 다른 방법으로 광경로 전환부(2120, 2220)는 부반사경(2121, 2122, 2221, 2222)의 전면에 광차단부(미도시)를 포함하여 투명부 각각에 제공되는 집광된 태양광을 교번하여 차단할 수도 있다.In another method, the light path switching units 2120 and 2220 include light blocking units (not shown) on the front of the sub-reflection mirrors 2121, 2122, 2221, and 2222 to collect condensed sunlight provided to each of the transparent units. Alternately block.

상술한 광경로 전환부(2120, 2220)에 의해 투명부 각각에 집광된 태양광을 교번하여 제공하는 방법외에 다른 어떠한 방법을 사용하여도 가능하다.Any method other than the above-described method of alternately providing the sunlight condensed on the transparent portions by the light path switching units 2120 and 2220 may be used.

도 4 내지 도 12를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 의한 선형 발전장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.4 to 12, the linear power generation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail as follows.

본 발명에서는 투명부(1110, 1120)를 통하여 태양광 에너지를 작동기체(1510, 1520)에 전달한다. 이하 선형 발전장치는 투명부(1110, 1120)을 포함하는 태양열 발전장치에 있어서 발전부(1000)를 예시하여 설명한다.In the present invention, the solar energy is transmitted to the working gases 1510 and 1520 through the transparent portions 1110 and 1120. Hereinafter, the linear power generator will be described with an example of the power generator 1000 in the solar power generator including the transparent parts 1110 and 1120.

이하 설명되는 선형 발전장치에 있어서, 상술되는 태양광 집속부(2000) 및 투명부(1110. 1120)를 이용하지 아니하고, 별도의 외부 열원을 이용하여 선형 발전장치의 내부 작동기체(1510, 1520)에 에너지를 공급할 수도 있다.In the linear power generation apparatus described below, the inner working gas 1510 and 1520 of the linear power generation apparatus using a separate external heat source without using the solar focusing unit 2000 and the transparent unit 1110. 1120 described above. It can also supply energy.

도 4는 본 발명에 따른 발전부의 사시도이며, 도 5는 발전부에 수납되는 피스톤 결합체에 대한 분리 사시도이며, 도 6은 도 4에 도시한 발전부의 AA'선분에 의한 단면도이며, 도 7 내지 도 12는 발전부의 작동과정을 설명하기 위해 도 6의 점선 A영역 및 점선 B영역에 대한 확대 단면도이다.4 is a perspective view of a power generation unit according to the present invention, FIG. 5 is an exploded perspective view of a piston assembly housed in the power generation unit, FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the power generation unit shown in FIG. 4, and FIGS. 7 to FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of a dotted line A region and a dotted line B region of FIG. 6 to explain an operation process of the power generation unit.

발전부(1000)는 밀폐된 실린더(1100) 내부에 수납되어 왕복운동을 수행하는 피스톤 결합체(1400) 및 실린더와 피스톤(1410, 1420) 사이에 수납되어 투명부(1110, 1120)를 통해 입사되는 태양광에 의해 팽창 및 압축을 하는 작동기체(1510, 1520)를 포함한다.The power generation unit 1000 is accommodated between the piston assembly 1400 and the cylinder and the pistons 1410 and 1420 which are accommodated in the sealed cylinder 1100 to perform reciprocating motion and are incident through the transparent parts 1110 and 1120. Actuator gases 1510 and 1520 that expand and compress by sunlight.

작동기체(1510, 1520)는 제 1 피스톤(1410)에 대응하는 제 1 작동기체(1510)와 제 2 피스톤(1420)에 대응하는 제 2 작동기체(1520)를 포함한다.The actuators 1510 and 1520 include a first actuator 1510 corresponding to the first piston 1410 and a second actuator 1520 corresponding to the second piston 1420.

작동기체(1510, 1520)는 수소나 헬륨 등과 기체가 바람직하며, 또한, 상기 작동기체에 흑체 분말을 혼합하여 투명부(1110, 1120)로부터 전달되는 태양광으로부터 에너지의 흡수력을 높여 작동기체에 대한 열전달 효과를 상승시킬 수 있다.The actuators 1510 and 1520 are preferably a gas such as hydrogen, helium, or the like. In addition, by mixing black body powder in the actuator gas, the absorption force of energy from the sunlight transmitted from the transparent parts 1110 and 1120 is increased to the actuator gas. It can raise the heat transfer effect.

피스톤 결합체(1400)는 제 1 피스톤(1410)과 제 2 피스톤(1420)이 샤프트(1430)에 의해 연결되어 있으며, 이에 따라 제 1 피스톤(1410) 및 제 2 피스톤(1420)은 함께 거동된다.In the piston assembly 1400, the first piston 1410 and the second piston 1420 are connected by the shaft 1430, so that the first piston 1410 and the second piston 1420 behave together.

제 1 피스톤(1410) 및 제 2 피스톤(1420)은 영구자석(1412 내지 1418, 1422 내지 1428)을 포함하며, 각각의 피스톤이 마주보는 반대측 단부에 단열재(1411, 1421)을 포함함으로써, 작동기체로부터 피스톤 결합체(1400)로 열 에너지 전달을 차단한다.The first piston 1410 and the second piston 1420 include permanent magnets 1412 to 1418 and 1422 to 1428, and each of the pistons includes heat insulating materials 1411 and 1421 at opposite ends thereof facing each other. Block thermal energy transfer from the piston assembly 1400 to the piston assembly 1400.

피스톤(1410, 1420)에 포함되는 영구자석은 피스톤 결합체(1400)의 축방향에 평행하게 N극과 S극이 배치되는 축방향자석을 포함한다.The permanent magnets included in the pistons 1410 and 1420 include axial magnets in which the N pole and the S pole are disposed in parallel to the axial direction of the piston assembly 1400.

이때, 도 5 및 도 7 내지 도 12는 영구자석 상에 S극에서 N극 방향으로 화살표를 표시하여 영구자석의 주위에 형성되는 자계방향을 단순화한 것이다.5 and 7 to 12 show an arrow in the direction of the north pole to the south pole on the permanent magnet to simplify the magnetic field direction formed around the permanent magnet.

제 1 피스톤(1410)에 있어서, 축방향자석은 자계방향이 피스톤 결합체(1400)의 축방향 중 제 1 투명부(1110)를 향하는 제 1 방향으로 형성된 제 1 축방향자석(1412, 1416)과 자계방향이 제 1 투명부(1110)의 반대방향인 제 2 방향으로 형성된 제 2 축방향자석(1414, 1418)을 포함한다.In the first piston (1410), the axial magnets and the first axial magnets (1412, 1416) of the magnetic field direction formed in the first direction toward the first transparent portion 1110 of the axial direction of the piston assembly 1400 and The magnetic field direction includes second axial magnets 1414 and 1418 formed in a second direction opposite to the first transparent part 1110.

제 1 피스톤(1410)은 제 1 축방향자석(1412, 1416)과 제 2 축방향자석(1414, 1418)을 교대로 배치하며, 하나의 제 1 축방향자석(1412)과 하나의 제 2 축방향자석(1414)을 배치할 수도 있다.The first piston 1410 alternately arranges the first axial magnets 1412 and 1416 and the second axial magnets 1414 and 1418, and one first axial magnet 1412 and one second shaft. The direction magnet 1414 may be disposed.

이때 제 1 축방향자석(1412, 1416)과 제 2 축방향자석(1414, 1418)은 상호 이격되게 되치되며, 이격된 공간은 비워둘수도 있고, 바람직하게는 자기력에 대응하는 물질을 포함하는 자기집속부(1413, 1415, 1417)를 포함할 수도 있다.At this time, the first axial magnets (1412, 1416) and the second axial magnets (1414, 1418) are spaced apart from each other, the spaces can be left blank, preferably containing a magnetic material corresponding to the magnetic force It may also include a focusing unit (1413, 1415, 1417).

자기집속부(1413, 1415, 1417)는 철로 구성할 수도 있으며, 바람직하게는 영구자석으로 구성할 수도 있다.The magnetic focusing units 1413, 1415, and 1417 may be made of iron, and may be preferably made of permanent magnets.

자기집속부(1413, 1415, 1417)를 영구자석으로 구성하는 경우에 있어서, 피스톤 결합체(1400)의 축방향에 수직하게 N극과 S극이 배치되는 방사방향자석으로 구성하는 것이 바람직하다.In the case where the magnetic focusing portions 1413, 1415, and 1417 are configured as permanent magnets, it is preferable to configure the magnetic poles 1413, 1415, and 1417 as radial magnets in which the N pole and the S pole are disposed perpendicular to the axial direction of the piston assembly 1400.

이때, 도 5 및 도 7 내지 도 12에서 방사방향자석은 영구자석의 외주연이 N극인 경우 자계방향이 소오스, 즉 영구자석으로 부터 나오는 방향이므로 "⊙"로 표시하고, 영구자석의 외주연이 S극인 경우 자계방향이 싱크, 즉 영구자석으로 들어가는 방향이므로 "ⓧ"로 단순화하여 표시하였다.In this case, in FIGS. 5 and 7 to 12, the radial magnet is indicated as "⊙" when the outer circumferential edge of the permanent magnet is the north pole, since the magnetic field direction is the direction coming from the source, that is, the permanent magnet. In the case of the S pole, the magnetic field direction is a sink, that is, a direction into the permanent magnet.

제 1 피스톤(1410)에 있어서, 방사방향자석은 자계방향이 소오스(⊙)인 제 1 방사방향자석(1415)과 자계방향이 싱크(ⓧ)인 제 2 방사방향자석(1413, 1417)을 포함한다.In the first piston 1410, the radial magnet includes a first radial magnet 1415 having a magnetic field direction and a second radial magnet 1413 and 1417 having a magnetic field direction sink. do.

방사방향자석은 제 1 축방향자석과 제 2 축방향자석 사이에 배치하되, 제 1 축방향자석의 N극과 제 2 축방향자석의 N극이 마주하는 사이에는 제 1 방사방향자 석(1415)을 배치하고, 제 1 축방향자석의 S극과 제 2 축방향자석의 S극이 마주하는 사이에는 제 2 방사방향자석(1413, 1417)을 배치한다.The radial magnet is disposed between the first axial magnet and the second axial magnet, and the first radial magnet 1415 is disposed between the N pole of the first axial magnet and the N pole of the second axial magnet. ) And second radial magnets 1413 and 1417 are disposed between the S pole of the first axial magnet and the S pole of the second axial magnet.

제 1 피스톤(1410)은 제 1 축방향자석과 제 2 축방향자석의 반복적인 주기인 이동자 주기(τm)를 갖는다.The first piston 1410 has a mover period τ m which is a repetitive period of the first axial magnet and the second axial magnet.

마찬가지 방법으로 제 2 피스톤(1420)도 구성할 수 있으며, 상세히 설명하면 다음과 같다.Similarly, the second piston 1420 may also be configured, which will be described in detail below.

제 2 피스톤(1420)에 있어서, 축방향자석은 자계방향이 피스톤 결합체(1400)의 축방향 중 제 2 투명부(1120)의 반대방향인 제 1 방향으로 형성된 제 1 축방향자석(1424, 1428)과 자계방향이 제 2 투명부(1120)을 향하는 제 2 방향으로 형성된 제 2 축방향자석(1422, 1426)을 포함한다.In the second piston 1420, the axial magnets are first axial magnets 1424 and 1428 in a magnetic field direction formed in a first direction opposite to the second transparent part 1120 in the axial direction of the piston assembly 1400. ) And second axial magnets 1422 and 1426 are formed in a second direction toward the second transparent part 1120.

제 2 피스톤(1420)은 제 1 축방향자석(1424, 1428)과 제 2 축방향자석(1422, 1426)을 교대로 배치하며, 하나의 제 1 축방향자석(1424)과 하나의 제 2 축방향자석(1422)을 배치할 수도 있다.The second piston 1420 alternately arranges the first axial magnets 1424 and 1428 and the second axial magnets 1422 and 1426, and one first axial magnet 1424 and one second shaft. The direction magnet 1422 may also be disposed.

이때 제 1 축방향자석(1424, 1428)과 제 2 축방향자석(1422, 1426)은 상호 이격되게 되치되며, 이격된 공간은 비워둘수도 있고, 바람직하게는 자기력에 대응하는 물질을 포함하는 자기집속부(1423, 1425, 1427)를 포함할 수도 있다.In this case, the first axial magnets 1424 and 1428 and the second axial magnets 1422 and 1426 are spaced apart from each other, and the spaces spaced apart from each other may be empty, and preferably include a material corresponding to a magnetic force. It may also include a focusing unit (1423, 1425, 1427).

자기집속부(1423, 1425, 1427)는 철로 구성할 수도 있으며, 바람직하게는 영구자석으로 구성할 수도 있다.The magnetic focusing units 1423, 1425, and 1427 may be made of iron, and may be preferably made of permanent magnets.

자기집속부(1423, 1425, 1427)를 영구자석으로 구성하는 경우에 있어서, 피 스톤 결합체(1400)의 축방향에 수직하게 N극과 S극이 배치되는 방사방향자석으로 구성하는 것이 바람직하다.In the case where the magnetic focusing portions 1423, 1425, and 1427 are formed of permanent magnets, it is preferable that the magnetic focusing portions 1423, 1425, and 1427 are formed of radial magnets in which the N pole and the S pole are disposed perpendicular to the axial direction of the piston assembly 1400.

제 2 피스톤(1410)에 있어서, 방사방향자석은 자계방향이 소오스(⊙)인 제 1 방사방향자석(1425)과 자계방향이 싱크(ⓧ)인 제 2 방사방향자석(1423, 1427)을 포함한다.In the second piston 1410, the radial magnet includes a first radial magnet 1425 having a magnetic field direction and a second radial magnet 1423 and 1427 having a magnetic field direction sink. do.

방사방향자석은 제 1 축방향자석과 제 2 축방향자석 사이에 배치하되, 제 1 축방향자석의 N극과 제 2 축방향자석의 N극이 마주하는 사이에는 제 1 방사방향자석(1425)을 배치하고, 제 1 축방향자석의 S극과 제 2 축방향자석의 S극이 마주하는 사이에는 제 2 방사방향자석(1423, 1427)을 배치한다.The radial magnet is disposed between the first axial magnet and the second axial magnet, and the first radial magnet 1425 is disposed between the N pole of the first axial magnet and the N pole of the second axial magnet. The second radial magnets 1423 and 1427 are disposed between the S pole of the first axial magnet and the S pole of the second axial magnet.

제 2 피스톤(1420)은 제 1 축방향자석과 제 2 축방향자석의 반복적인 주기인 이동자 주기(τm)를 갖으며, 제 1 피스톤(1410) 및 제 2 피스톤(1420)의 이동자 주기(τm)는 상호 동일한 것이 바람직하다.The second piston 1420 has a mover period τ m , which is a repetitive period of the first axial magnet and the second axial magnet, and has a mover period of the first piston 1410 and the second piston 1420. τ m ) is preferably the same as each other.

상술한 바와 같이 제 1 피스톤(1410) 및 제 2 피스톤(1420)에 축방향자석과 방사방향자석을 배치함으로써 할박 어레이(Halback Array)를 형성한다.As described above, a halal array is formed by arranging axial magnets and radial magnets in the first piston 1410 and the second piston 1420.

실린더(1100)는 상기 피스톤(1410, 1420)이 왕복운동을 하는 스트로크에 대응하는 영역에 고정자 박스(1200, 1300)를 포함한다.The cylinder 1100 includes stator boxes 1200 and 1300 in an area corresponding to the stroke in which the pistons 1410 and 1420 reciprocate.

각각의 고정자 박스(1200, 1300)는 철심(1211, 1311)과 코일(1212, 1312)를 포함하는 고정자(1210, 1310)를 포함한다.Each stator box 1200, 1300 includes stators 1210, 1310 including iron cores 1211, 1311 and coils 1212, 1312.

고정자(1210, 1310) 및 피스톤(1410, 1420)에 포함된 영구자석간의 관계는 도 7 내지 도 12를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The relationship between the permanent magnets included in the stators 1210 and 1310 and the pistons 1410 and 1420 will be described in detail with reference to FIGS. 7 to 12.

도 7, 도 9와 도 11은 도 6에서 점선 A영역을 확대한 단면도이며, 제 1 피스톤(1410)과 제 1 고정자(1210)를 설명하기 위한것이며, 도 8, 도 10과 도 12는 도 6에서 점선 B영역을 확대한 단면도이며, 제 2 피스톤(1420)과 제 2 고정자(1310)를 설명하기 위한 것이다. 7, 9 and 11 are enlarged cross-sectional views of the dotted line A in FIG. 6, for explaining the first piston 1410 and the first stator 1210, and FIGS. 8, 10, and 12 are illustrated in FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the dotted line B region for explaining the second piston 1420 and the second stator 1310.

고정자(1210, 1310)는 일정한 주기의 고정자 주기(τs)의 치형을 갖는 철심(1211, 1311)과 철심에 감겨져서 유도기전력을 생산하여 실린더 외부의 배선(1910, 1920) 전력을 제공하기 위한 코일(1212, 1312)를 포함한다.The stators 1210 and 1310 are wound around the iron cores 1211 and 1311 having the teeth of the stator period τ s of a constant cycle and the iron cores to produce induction electromotive force to provide power to the wiring 1910 and 1920 outside the cylinder. Coils 1212 and 1312.

이때, 피스톤(1410, 1420)의 이동자 주기(τm)가 고정자 주기(τs)의 배수가 되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the mover period τ m of the pistons 1410 and 1420 become a multiple of the stator period τ s .

또한, 제 1 피스톤(1410) 및 제 1 고정자(1210)에 있어서, 고정자 철심(1211)의 치 폭은 제 1 방사방향자석(1415) 및 제 2 방사방향자석(1413, 1417)의 폭과 동일한 것이 바람직하며, 고정자 코일(1212)의 폭은 제 1 축방향자석(1412, 1416) 및 제 2 축방향자석(1414, 1418)의 폭과 동일한 것이 바람직하다.In addition, in the first piston 1410 and the first stator 1210, the tooth width of the stator iron core 1211 is equal to the width of the first radial magnet 1415 and the second radial magnets 1413 and 1417. Preferably, the width of the stator coil 1212 is the same as the width of the first axial magnets (1412, 1416) and the second axial magnets (1414, 1418).

마찬가지로 제 2 피스톤(1420) 및 제 2 고정자(1310)에 있어서, 고정자 철심(1311)의 치 폭은 제 1 방사방향자석(1425) 및 제 2 방사방향자석(1423, 1427)의 폭과 동일한 것이 바람직하며, 고정자 코일(1312)의 폭은 제 1 축방향자석(1424, 1428)및 제 2 축방향자석(1422, 1426)의 폭과 동일한 것이 바람직하다.Similarly, in the second piston 1420 and the second stator 1310, the tooth width of the stator iron core 1311 is equal to the width of the first radial magnet 1425 and the second radial magnets 1423 and 1427. Preferably, the width of the stator coil 1312 is equal to the width of the first axial magnets 1424, 1428 and the second axial magnets 1422, 1426.

고정자(1210, 1310)의 길이는 피스톤(1410, 1420)의 길이보다 큰 것이 바람 직하며, 더욱 바람직하게는 고정자(1210, 1310)의 길이를 피스톤(1410, 1420)의 길이와 피스톤(1410, 1420)의 이동거리인 스트로크(S)와의 합과 같도록 구성한다.Preferably, the lengths of the stators 1210 and 1310 are larger than the lengths of the pistons 1410 and 1420, and more preferably, the lengths of the stators 1210 and 1310 are equal to the lengths of the pistons 1410 and 1420 and the pistons 1410 and 1310. It is configured to be equal to the sum of the stroke S, which is the moving distance of 1420.

일반적으로 발전기 또는 전동기에서 코일에 전류를 가하지 않은 상태에서 이동자와 고정자간의 상대 이동시 자기력에 의해 이동자의 움직임을 방해하는 힘이 발생하게 되는데, 이것을 디텐트력(Detent Force) 또는 코깅력(Cogging Force)라고 하며, 디텐트력은 철심의 치형들 사이에서 발생하는 치 디텐트력(Teeth Detent Force)과 철심의 단부에서 발생하는 단부 디텐트력(End Detent Force)로 구분된다.In general, when a generator or a motor does not apply current to a coil, a force that interferes with the movement of the mover is generated when the relative movement between the mover and the stator is caused by magnetic force, which is a detent force or a cogging force. The detent force is divided into a tooth detent force generated between teeth of the iron core and an end detent force generated at an end of the iron core.

본 발명에서는 상기 디텐트력 중 치 디텐트력을 저감하기 위하여 피스톤(1410, 1420)과 고정자(1210, 1310)의 상대거동에 의한 치 디텐트력의 주기(τ), 즉 피스톤(1410, 1420)의 이동자 주기(τm)와 고정자(1210, 1310)의 고정자 주기(τs)의 최소 공배수를 동일하게 하되, 제 1 피스톤(1410) 및 제 1 고정자(1210)에 의한 치 디텐트력 주기(τ)와 제 2 피스톤(1420) 및 제 2 고정자(1310)에 의한 치 디텐트력의 주기간에 소정의 위상차(ΔΦ)를 갖도록 하였으며, 더욱 바람직하게 위상차(ΔΦ)를 치 디텐트력의 주기(τ)의 1/2로 하였다.In the present invention, in order to reduce the tooth detent force among the detent forces, the period (τ) of the tooth detent force by the relative behavior of the pistons 1410 and 1420 and the stators 1210 and 1310, that is, the pistons 1410 and 1420 The minimum common multiple of the stator period τ s of the stator periods τ m of the stator 1210 and 1310 is equal, but the period of tooth detent force by the first piston 1410 and the first stator 1210 (τ) and a main phase of the tooth detent force by the second piston 1420 and the second stator 1310 to have a predetermined phase difference ΔΦ, and more preferably, the phase difference ΔΦ is a period of the tooth detent force. It was set to 1/2 of (τ).

본 발명에서는 일 실시예로 이동자 주기(τm)가 고정자 주기(τs)의 2배를 갖도록 하였으므로, 치 디텐트력 주기(τ)는 고정자 주기(τs)와 동일하며, 따라서 위상차(ΔΦ)는 고정자 주기(τs)의 1/2과 같게 구성하였다.In the present invention, since the mover period τ m has twice the stator period τ s , the chi detent force period τ is the same as the stator period τ s , and thus the phase difference ΔΦ ) Is equal to 1/2 of the stator period (τ s ).

일반적인 발전기 또는 전동기에서는 단부 디텐트력(End Detent Force)도 이 동자의 거동을 방해하는 요소로 파악되어 저감을 하려는 노력이 많으며, 단부 형상을 변경하는 등 다양한 시도를 하고 있다.In general generators or motors, the end detent force is also identified as an obstacle to the movement of the mover, and there are many efforts to reduce it, and various attempts have been made, such as changing the end shape.

그러나, 본 발명에서는 오히려 단부 디텐트력를 이용하여 피스톤(1410, 1420)의 이동거리인 스트로크를 증가시킴으로써 효율을 증가시키고, 또한, 피스톤(1410, 1420)이 스트로크의 끝단에 위치하는 경우, 즉 제 1 피스톤(1410) 천번째 영구자석(1412)의 단부가 a1에 위치하고, 제 2 피스톤(1420)의 마지막 영구자석(1428)의 단부가 b1에 위치할 때 단부 디텐트력에 의해 제 1 작동기체(1510)가 가열이 되더라도 단부 디텐트력보다 큰 힘이 발생되는 압력이상이 되기 전까지 피스톤의 거동을 막아주게 된다. However, in the present invention, the efficiency is increased by increasing the stroke, which is the movement distance of the pistons 1410 and 1420, by using the end detent force, and furthermore, when the pistons 1410 and 1420 are located at the end of the stroke, that is, When the end of the first permanent magnet 1412 of the first piston 1410 is located at a1 and the end of the last permanent magnet 1428 of the second piston 1420 is located at b1, the first actuator Even if 1510 is heated, it prevents the piston from behaving until the pressure which is greater than the end detent force is generated.

따라서, 스트로크의 증가에 따라 체적변화가 커지고, 이에 따라 발전 효율이 높아진다.Therefore, the volume change increases with the increase of the stroke, and thus the power generation efficiency is increased.

또한, 피스톤(1410, 1420) 단부 디텐크력 보다 큰 압력이 형성될때까지는 체적의 변화없이 내부 압력이 올라가고 일정 압력 이상이 되면 피스톤(1410)은 빠른 속도로 이동하게 되므로, 자기선속의 변화 속도가 커지고 이에따라 큰 유도기전력을 얻을 수 있는 효과가 있다.In addition, since the internal pressure rises without changing the volume until the pressure greater than the end detent force of the pistons 1410 and 1420 is formed, and the piston 1410 moves faster than the predetermined pressure, the speed of change of the magnetic flux increases. Accordingly, there is an effect to obtain a large induced electromotive force.

이후 도 13 및 도 14를 참조하여 후술하는 열역학적 사이클에서 상세하게 설명한다.Hereinafter, the thermodynamic cycle will be described in detail with reference to FIGS. 13 and 14.

이러한 단부 디텐트력을 이용하면 본 발명에 의한 선형 발전장치의 효율을 증가시킬수 있으나, 단부 디텐트력의 세기가 그다지 크지 않기 때문에 효율을 더욱 증대 시키기 위하여 본 발명에서는 효율강화부재(1611, 1612, 1621, 1622)를 더 포 함한다.When the end detent force is used, the efficiency of the linear power generator according to the present invention can be increased. However, in order to further increase the efficiency of the linear power generator, the strength enhancing members 1611, 1612, 1621, 1622).

효율강화부재(1611, 1612, 1621, 1622)는 철심 단부의 형상적 변경, 즉 철심 단부의 크기를 증가시키는 것으로 구현이 가능하며, 또한 별도의 철심을 구성하여도 가능하다.The efficiency reinforcing members 1611, 1612, 1621, and 1622 can be implemented by changing the shape of the end of the iron core, that is, increasing the size of the iron core end, and can also constitute a separate iron core.

또한, 효율강화부재(1611, 1612, 1621, 1622)는 고정자(1210, 1310)의 철심 단부에 자력을 형성하는 자석으로 구현할 수도 있으며, 이러한 자석은 영구자석 또는 전자석으로도 가능하다.In addition, the efficiency-enhancing members 1611, 1612, 1621, and 1622 may be implemented as magnets that form magnetic force at end portions of the iron cores of the stators 1210 and 1310, and the magnets may be permanent magnets or electromagnets.

효율강화부재(1611, 1612, 1621, 1622)를 자석으로 형성하는 경우에는 피스톤(1410, 1420)의 양단부에 형성된 영구자석의 자계방향에 대응하여 형성하는 것이 바람직하며, 피스톤(1410, 1420)의 양단부에 형성된 영구자석과 효율강화부재는 상호 인력이 작용하도록 형성하는 것이 더욱 바람직하다.When the efficiency enhancing members 1611, 1612, 1621, and 1622 are formed of magnets, the efficiency enhancing members 1611, 1612, 1621, and 1622 may be formed to correspond to the magnetic field directions of the permanent magnets formed at both ends of the pistons 1410 and 1420. The permanent magnet and the efficiency-enhancing member formed at both ends are more preferably formed to act on each other.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 피스톤(1410, 1420)의 양단부에 형성된 영구자석의 자계방향과 동일한 자계방향을 갖는 영구자석을 고정자(1210, 1310)의 양단부에 각각 형성하였다.Therefore, in one embodiment of the present invention, permanent magnets having the same magnetic field direction as those of the permanent magnets formed at both ends of the pistons 1410 and 1420 are formed at both ends of the stators 1210 and 1310, respectively.

이러한 피스톤(1410, 1420)의 양단부에 형성된 영구자석과 효율강화부재(1611, 1612, 1621, 1622)의 상호 인력에 의한 자기보존력(Conservative Magnetic Force)를 이용하여 피스톤의 스트로크를 크게 하여, 발전장치의 효율을 증대시키며, 또한, 피스톤이 효율강화부재와 가까울 때 자기보존력 크고, 멀어질 때 자기보존력이 약하게 됨에 따라 피스톤의 이송 속도를 극대화 함으로써 발전장치의 효율을 증대시킬 수 있다.The power generation device is made to increase the stroke of the piston by using a conservative magnetic force caused by mutual attraction between the permanent magnets formed at both ends of the pistons 1410 and 1420 and the efficiency enhancing members 1611, 1612, 1621, and 1622. In addition, the efficiency of the power generation apparatus can be increased by maximizing the feed rate of the piston as the self-preservation force is large when the piston is close to the efficiency enhancing member and the self-preservation force is weakened when the piston is far away.

도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 발전부의 열역학적 사이클을 보여주는 그래프로써, 도 7 내지 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.13 and 14 are graphs illustrating a thermodynamic cycle of a power generation unit according to the present invention, which will be described with reference to FIGS. 7 to 12.

도 13은 제 1 피스톤(1410)에 대응하는 그래프이며, 도 7, 도 9 및 도 11의 도면에 대응된다.FIG. 13 is a graph corresponding to the first piston 1410 and corresponds to the views of FIGS. 7, 9 and 11.

도 14는 제 2 피스톤(1420)에 대응하는 그래프이며, 도 8, 도 10 및 도 12의 도면에 대응된다.14 is a graph corresponding to the second piston 1420, and corresponds to the drawings of FIGS. 8, 10, and 12.

먼저, 도 7에서와 같이 제 1 피스톤(1410)의 좌측방향 단부가 제 1 고정자(1210)의 좌측방향 단부 지점(a1)에 위치할 때, 제 1 작동기체의 체적은 최소인 상태이다.First, when the left end of the first piston 1410 is located at the left end point a1 of the first stator 1210 as in FIG. 7, the volume of the first working gas is at a minimum.

또한, 도 8에서와 같이 제 1 피스톤(1410)에 연결된 제 2 피스톤(1420)의 좌측방향 단부가 제 2 고정자(1310)의 좌측방향 단부 지점(b1)에 위치할 때 제 2 작동기체의 체적은 최대인 상태이다.Further, as shown in FIG. 8, the volume of the second working gas when the left end of the second piston 1420 connected to the first piston 1410 is located at the left end point b1 of the second stator 1310. Is the maximum state.

이때는 제 1-1 효율강화부재(1611)와 제 1 피스톤간의 자기력이 최대가 되는 상태이며, 도 13에서의 상태 ⑧에 해당하고, 제 2-2 효율강화부재(1622)와 제 2 피스톤간의 자기력이 최대가 되는 상태이며, 도 14에서의 상태 ⑧에 해당한다.At this time, the magnetic force between the 1-1 efficiency enhancing member 1611 and the first piston is the maximum, and corresponds to the state (8) in FIG. 13, and the magnetic force between the 2-2 efficiency enhancing member 1622 and the second piston. This state is maximum, and corresponds to state (8) in FIG.

이후 도 7에서와 같이 제 1 투명부(1110)를 통해 집광된 태양광이 전달되고 제 1 작동기체가 가열이 되면, 제 1 작동기체의 압력이 제 1-1 효율강화부재(1611)와 제 1 피스톤간의 자기력에 의한 인력을 극복할 수 있는 일정 압력에 도달하기 전까지, 제 1 작동기체는 체적의 변화가 없이 압력이 급격히 상승하며, 도 13에서의 상태 ⑧에서 상태 ①까지의 과정에 해당한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 7, when the collected solar light is transmitted through the first transparent part 1110 and the first working gas is heated, the pressure of the first working gas is controlled by the 1-1 efficiency enhancing member 1611 and the first working gas. Until reaching a certain pressure that can overcome the attractive force caused by the magnetic force between the one piston, the first operating gas rapidly rises without changing the volume, and corresponds to the process from state ⑧ to state ① in FIG. .

또한, 도 8에서와 같이 제 2 투명부(1120)를 통해 태양광이 전달되지 않고, 많은 면적에 노출된 제 2 작동기체는 냉각과정을 갖게되며, 제 2 작동기체의 응축되려는 수축력이 제 2-2 효율강화부재(1622)와 제 2 피스톤간의 자기력에 의한 인력을 극복할 수 있는 일정 압력에 도달하기 전까지, 제 2 작동기체는 체적의 변화가 없이 압력이 급격히 감소하게 되며, 도 14에서의 상태 ⑧에서 상태 ①까지의 과정에 해당한다.In addition, as shown in FIG. 8, sunlight is not transmitted through the second transparent part 1120, and the second actuator gas exposed to a large area has a cooling process, and the contracting force to condense the second actuator gas is second. -2 until the pressure is reached to a certain pressure that can overcome the attraction force due to the magnetic force between the efficiency-enhancing member 1622 and the second piston, the pressure is rapidly reduced without changing the volume, Corresponds to the process from state ⑧ to state ①.

즉, 제 1 작동기체가 제 1 피스톤에 가하는 팽창력에 의한 하중과 제 2 작동기체가 제 2 피스톤에 가하는 응축력에 의한 하중의 합이 제 1-1 효율강화부재와 제 1 피스톤간의 자기력에 의한 인력과 제 2-2 효율강화부재와 제 2 피스톤간의 자기력에 의한 인력의 합보다 작으면 피스톤 결합체가 우측으로 움직이지 않게 된다.That is, the sum of the load due to the expansion force applied by the first operating gas to the first piston and the load due to the condensation force applied by the second operating gas to the second piston is caused by the magnetic force between the 1-1 efficiency enhancing member and the first piston. If the attraction force is less than the sum of the attraction force due to the magnetic force between the 2-2 efficiency enhancing member and the second piston, the piston assembly does not move to the right.

이후 제 1 작동기체가 태양광에 의해 더욱 가열되어, 제 1 작동기체의 압력이 제 1-1 효율강화부재(1611)와 제 1 피스톤간의 자기력에 의한 인력보다 크게 되면, 제 1 피스톤은 비로서 움직이며, 도 9에서와 같이 제 1 피스톤은 a1지점에서 a2지점을 지나 a3지점으로 이동하게 되며, 도 13에서의 상태 ①에서 상태 ②를 지나 상태 ③으로 이동하는 과정에 해당한다.Thereafter, when the first working gas is further heated by sunlight, and the pressure of the first working gas is greater than the attractive force due to the magnetic force between the 1-1 efficiency-enhancing member 1611 and the first piston, the first piston becomes a ratio. As shown in FIG. 9, the first piston moves from point a1 to point a3 through point a2 and corresponds to a process of moving from state ① to state ③ in state 13 in FIG. 13.

이때, 제 1-1 효율강화부재(1611)와 제 1 피스톤간의 자기력에 의한 인력은 제 1-1 효율강화부재(1611)와 제 1 피스톤간의 거리가 멀어질수록 작아지기 때문에 제 1 피스톤의 이동속도는 a2지점을 지날 때 보다 a3지점을 지날 때 더 크다.At this time, the attraction force due to the magnetic force between the 1-1 efficiency enhancing member 1611 and the first piston becomes smaller as the distance between the 1-1 efficiency enhancing member 1611 and the first piston becomes smaller, so that the movement of the first piston The velocity is greater when passing a3 than after passing a2.

제 1 피스톤(1410)의 우측방향 단부가 제 1 고정자(1210)의 우측방향 단부 지점(a5)에 위치할 때, 제 1-2 효율강화부재(1612)와 제 1 피스톤(1410)간의 자기 력에 의한 인력이 증가하게 됨에 따라, 제 1 피스톤(1410)은 우측방향으로 이동속도가 더욱 커지게 된다.When the right end of the first piston 1410 is located at the right end point a5 of the first stator 1210, the magnetic force between the first 1-2 efficiency enhancing member 1612 and the first piston 1410 As the attraction force increases, the first piston 1410 has a greater movement speed in the right direction.

즉, 제 1 피스톤(1410)은 제 1 작동기체(1510)의 팽창에 따른 하중과 제 1-2 효율강화부재(1612)의 인력에 의한 하중을 함께 받게 됨에 따라 이동속도가 커지게 되며, 도 13에서 상태 ③에서 상태 ④로 이동하는 과정에 해당한다.That is, the first piston 1410 receives a load due to the expansion of the first working gas 1510 and a load caused by the attraction force of the second efficiency-enhancing member 1612, thereby increasing the moving speed. It corresponds to the process of moving from state ③ to state ④ in 13.

또한, 제 2 작동기체가 더욱 냉각되어, 제 2 작동기체의 수축에 의한 하중이 제 2-2 효율강화부재(1622)와 제 2 피스톤간의 자기력에 의한 인력보다 크게 되면, 제 2 피스톤은 비로서 움직이며, 도 10에서와 같이 제 2 피스톤은 b1지점에서 b2지점을 지나 b3지점으로 이동하게 되며, 도 14에서의 상태 ①에서 상태 ②를 지나 상태 ③으로 이동하는 과정에 해당한다.In addition, when the second working gas is further cooled, and the load due to the contraction of the second working gas is greater than the attractive force due to the magnetic force between the 2-2 efficiency enhancing member 1622 and the second piston, the second piston becomes a ratio. As shown in FIG. 10, the second piston moves from point b1 to point b3 through point b2 and corresponds to a process of moving from state ① to state ③ in state ① in FIG. 14.

이때, 제 2-2 효율강화부재(1622)와 제 2 피스톤간의 자기력에 의한 인력은 제 2-2 효율강화부재(1622)와 제 2 피스톤간의 거리가 멀어질수록 작아지기 때문에 제 2 피스톤의 이동속도는 b2지점을 지날 때 보다 b3지점을 지날 때 더 크다.At this time, the attraction force by the magnetic force between the 2-2 efficiency enhancing member 1622 and the second piston becomes smaller as the distance between the 2-2 efficiency enhancing member 1622 and the second piston becomes smaller, so that the movement of the second piston The velocity is greater when passing b3 than when passing b2.

제 2 피스톤(1420)의 우측방향 단부가 제 2 고정자(1310)의 우측방향 단부 지점(b5)에 위치할 때, 제 2-1 효율강화부재(1621)와 제 2 피스톤(1420)간의 자기력에 의한 인력이 증가하게 됨에 따라, 제 2 피스톤(1420)은 우측방향으로 이동속도가 더욱 커지게 된다.When the right end of the second piston 1420 is located at the right end point b5 of the second stator 1310, the magnetic force between the 2-1 efficiency-enhancing member 1621 and the second piston 1420 is applied. As the attraction force increases, the moving speed of the second piston 1420 increases in the right direction.

즉, 제 2 피스톤(1420)은 제 2 작동기체(1520)의 수축에 따른 하중과 제 2-1 효율강화부재(1621)의 인력에 의한 하중을 함께 받게 됨에 따라 이동속도가 커지게 되며, 도 14에서 상태 ③에서 상태 ④로 이동하는 과정에 해당한다.That is, as the second piston 1420 receives the load due to the contraction of the second operating gas 1520 and the load caused by the attraction force of the 2-1 efficiency-enhancing member 1641, the moving speed increases. It corresponds to the process of moving from state ③ to state ④ in 14.

이후 피스톤 결합체(1400)가 우측방향으로 더욱 이동하여, 제 1 피스톤(1410)의 우측방향 단부가 제 1 고정자(1210)의 우측방향 단부 지점(a5)에 위치할 때, 제 1 작동기체는 최대의 체적을 갖는 상태이며, 도 13에서 상태 ④에 해당한다.The piston assembly 1400 is then moved further in the right direction so that when the right end of the first piston 1410 is located at the right end point a5 of the first stator 1210, the first actuator is at maximum. It has a volume of and corresponds to state (4) in FIG.

또한, 제 2 피스톤(1420)의 우측방향 단부가 제 2 고정자(1310)의 우측방향 단부 지점(b5)에 위치하게 되므로, 제 2 작동기체는 최소의 체적을 갖는 상태이며, 도 14에서 상태 ④에 해당한다.In addition, since the right end of the second piston 1420 is located at the right end point b5 of the second stator 1310, the second working gas has a minimum volume, and the state ④ in FIG. Corresponds to

이후 도 12에서와 같이 제 2 투명부(1120)를 통해 집광된 태양광이 전달되고 제 2 작동기체가 가열이 되면, 제 2 작동기체의 압력이 제 2-1 효율강화부재(1621)와 제 2 피스톤간의 자기력에 의한 인력을 극복할 수 있는 일정 압력에 도달하기 전까지, 제 2 작동기체는 체적의 변화가 없이 압력이 급격히 상승하며, 도 14에서의 상태 ④에서 상태 ⑤까지의 과정에 해당한다.Then, as shown in FIG. 12, when the collected solar light is transmitted through the second transparent part 1120 and the second working gas is heated, the pressure of the second working gas is reduced to the 2-1 efficiency enhancing member 1621. Until reaching a certain pressure that can overcome the attractive force caused by the magnetic force between the two pistons, the second operating gas rapidly rises in pressure without changing the volume, and corresponds to the process from state ④ to state ⑤ in FIG. .

또한, 도 11에서와 같이 제 1 투명부(1110)를 통해 태양광이 전달되지 않고, 많은 면적에 노출된 제 1 작동기체는 냉각과정을 갖게되며, 제 1 작동기체의 응축되려는 수축력이 제 1-2 효율강화부재(1612)와 제 1 피스톤간의 자기력에 의한 인력을 극복할 수 있는 일정 압력에 도달하기 전까지, 제 1 작동기체는 체적의 변화가 없이 압력이 급격히 감소하게 되며, 도 13에서의 상태 ④에서 상태 ⑤까지의 과정에 해당한다.In addition, as shown in FIG. 11, sunlight is not transmitted through the first transparent part 1110, and the first working gas exposed to a large area has a cooling process, and the contracting force to condense the first working gas is first. -2 until the pressure is reached to a certain pressure that can overcome the attractive force caused by the magnetic force between the efficiency-enhancing member 1612 and the first piston, the pressure of the first operating gas is rapidly reduced without changing the volume, Corresponds to the process from state ④ to state ⑤.

이하 도 13 및 도 14에서의 상태 ⑤에서 상태 ⑧까지의 과정은 제 1 피스톤및 제 2 피스톤의 과정을 반대방향으로 진행하는 것이므로 설명을 생략한다.Hereinafter, since the processes from the state ⑤ to the state ⑧ in FIG. 13 and FIG. 14 proceed in the opposite directions to the processes of the first piston and the second piston, description thereof is omitted.

도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 실선으로 표시한 본 발명에 의한 열역학적 사이클과 점선으로 표시한 효율강화부재를 도입하지 않는 경우의 열역학적 사이클을 비교함으로써 본 발명의 효율 증가를 확인할 수 있다.As shown in FIG. 13 and FIG. 14, the increase in efficiency of the present invention can be confirmed by comparing the thermodynamic cycle according to the present invention indicated by the solid line and the thermodynamic cycle when the efficiency enhancing member indicated by the dotted line is not introduced.

효율강화부재를 포함하지 아니한 경우에는 상태 ⑧에서 상태 ①로 이동하는 과정 및 상태 ④에서 상태 ⑤로 이동하는 과정, 즉 체적의 변화없이 압력의 변화가 일어나는 거동이 없으며, 이에 따라 효율이 낮음을 알 수 있다. If the efficiency enhancing member is not included, there is no process of moving from state ⑧ to state ① and from state ④ to state ⑤, that is, no change in pressure without a change in volume, and thus low efficiency. Can be.

도 15는 본 발명에 의한 태양광 집속부의 다른 실시예를 도시한 것으로, 태양광 집속부를 프레넬 렌즈를 사용한 것을 예시한 것이다.FIG. 15 illustrates another embodiment of the solar focusing unit according to the present invention, and illustrates that the solar focusing unit uses a Fresnel lens.

프레넬 렌즈(3000)을 통해 집속된 태양광은 발전부의 투명부를 통해 실린더 내부의 작동유체를 가열한다.The solar light focused through the Fresnel lens 3000 heats the working fluid inside the cylinder through the transparent portion of the power generation unit.

비록 프레넬 렌즈를 예를 들어 설명하였으나, 볼록렌즈등을 사용한 광학적 기구도 모두 사용이 가능하다 할 것이다.Although the Fresnel lens has been described as an example, any optical device using a convex lens or the like may be used.

도 16은 본 발명에 따른 선형 태양열 발전장치의 다른 실시예를 도시한 것으로, 앞서 도 4 내지 도 12를 참조하여 설명한 발전부(1000)에서 투명부(1110, 1120)를 발전부의 양 측단면에 배치한 발전부(1000') 두개를 적층한 후 투명부(1111, 1121, 1112, 1122)에 상술한 다양한 실시예에 따른 태양광 집속부를 통해 집속되는 태양광을 교번하여 전달할 수 있도록 구성한다.FIG. 16 illustrates another embodiment of the linear solar power generator according to the present invention. In the power generation unit 1000 described above with reference to FIGS. 4 to 12, the transparent parts 1110 and 1120 may be formed on both side cross-sections of the power generation unit. After stacking the two generators 1000 ′ arranged, the transparent parts 1111, 1121, 1112, and 1122 are configured to alternately transmit sunlight focused through the solar focusing unit according to the above-described various embodiments.

적층된 두개의 발전부(1000') 중 아래에 위치한 하부 발전부의 투명부(1112, 1122)에 태양광을 전달하기 위한 반사경(4210, 4220)이 구성되며, 상부에 위치한 상부 발전부의 투명부(1111, 1121)에 태양광을 전달하기 위한 반사경(4110, 4120) 이 구성된다.Reflectors 4210 and 4220 for transmitting sunlight to the transparent parts 1112 and 1122 of the lower power generation part disposed below the two power generation parts 1000 ′ are stacked, and the transparent parts of the upper power generation part located on the upper part ( Reflectors 4110 and 4120 are configured to transmit sunlight to 1111 and 1121.

이때, 하부 발전부에 대응하는 반사경(4210, 4220)은 거동하지 않는 고정형으로 구성하고, 상부 발전부에 대응하는 반사경(4110, 4120)은 구동장치(미도시)에 의해 상호 교대로 거동될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.In this case, the reflectors 4210 and 4220 corresponding to the lower power generating unit may be configured to be fixed, and the reflectors 4110 and 4120 corresponding to the upper power generating unit may be alternately behaved by a driving device (not shown). It is desirable to configure so that.

태양광 집속부에 의해 전달되는 태양광은 상부 발전부에 대응하는 반사경 중 좌측의 반사경(4110)에의해 반사되어 상부 발전부의 좌측 투명부(1111)에 전달되고, 상부 발전부에 대응하는 반사경 중 우측의 반사경(4120)은 구동장치에 의해 접혀있어 태양광은 상부 발전부의 우측 투명부(1121)에 전달되지 않고, 하부 발전부에 대응하는 반사경 중 우측 반사경(4220)에의해 반사되어 하부 발전부의 우측 투명부(1122)에 전달된다.The sunlight transmitted by the solar focusing unit is reflected by the reflector 4110 on the left side of the reflectors corresponding to the upper power generation unit, and is transmitted to the left transparent part 1111 of the upper power generation unit, and among the reflectors corresponding to the upper power generation unit. The reflector 4120 on the right side is folded by the driving device so that the sunlight is not transmitted to the right transparent part 1121 of the upper power generation unit, but is reflected by the right reflector 4220 among the reflectors corresponding to the lower power generation unit and is reflected by the lower power generation unit. It is delivered to the right transparent portion 1122.

따라서, 상부 발전부는 좌측에 있는 작동기체가 가열됨에 따라 피스톤 결합체를 우측으로 이동시키면서 발전을 하게되고, 하부 발전부는 반대로 우측에 있는 작동기체가 가열됨에 따라 피스톤 결합체를 좌측으로 이동시키면서 발전하게 된다.Accordingly, the upper power generating unit generates power while moving the piston assembly to the right as the working gas on the left side is heated, and the lower power generating unit generates power while moving the piston assembly to the left as the operating gas on the right side is heated.

이후 구동장치에 의해 상부 발전부에 대응하는 반사경(4110, 4120)을 거동하여, 좌측의 반사경(4110)을 접고, 우측의 반사경(4120)을 펴서 태양광을 우측 투명부(1121)에 반사하여 전달할 수 있도록 한다.After that, the reflectors 4110 and 4120 corresponding to the upper power generation unit are operated by the driving device, the reflector 4110 on the left side is folded, the reflector 4120 on the right side is extended, and the sunlight is reflected on the right transparent portion 1121. To be delivered.

태양광은 상부 발전부의 좌측 투명부(1111)에는 전달되지 않고, 우측 투명부(1121)에 전달되며, 또한 하부 발전부의 좌측 투명부(1112)에 전달되고, 우측 투명부(1122)에는 전달되지 않는다.The sunlight is not transmitted to the left transparent portion 1111 of the upper power generation portion, but is transmitted to the right transparent portion 1121, and is also transmitted to the left transparent portion 1112 of the lower power generation portion, and not to the right transparent portion 1122. Do not.

따라서, 상부 발전부는 우측에 있는 작동기체가 가열됨에 따라 피스톤 결합 체를 좌측으로 이동시키면서 발전을 하게되고, 하부 발전부는 반대로 좌측에 있는 작동기체가 가열됨에 따라 피스톤 결합체를 우측으로 이동시키면서 발전하게 된다.Accordingly, the upper power generation unit generates power while moving the piston assembly to the left as the working gas on the right side is heated, and the lower power generation unit generates power while moving the piston assembly to the right as the operating gas on the left side is heated. .

상술한 바와 같이 상/하부 발전부를 적층하여 반사경을 교번으로 작동하는 것을 설명하였으나, 발전부 하나만을 이용할 수도 있으며, 또한 복수의 발전부를 수평으로 배열하여 사용할 수도 있다.As described above, the upper / lower power generating units are stacked to alternately operate the reflector. However, only one power generating unit may be used, or a plurality of power generating units may be arranged in a horizontal manner.

복수의 발전부를 상하 또는 수평으로 배치하여 발전할때 짝수개의 발전부를 배치하게되면 피스톤 결합체의 이동에 의한 진동을 상호 상쇄시킬 수 있는 효과가 있다.Arranging an even number of power generation units when generating a plurality of power generation units vertically or horizontally may have an effect of mutually canceling vibrations caused by movement of the piston assembly.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열을 이용한 발전장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a power generator using solar heat according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3은 태양광 집속부의 다양한 실시예를 도시한 요부 측면도이다.2 and 3 are side views illustrating main parts of various embodiments of the solar focusing unit.

도 4는 발전부의 일 실시예를 도시한 사시도이다.4 is a perspective view showing an embodiment of the power generation unit.

도 5는 발전부 내부에 포함되는 피스톤부에 대한 일 실시예를 도시한 사시도이다.5 is a perspective view showing an embodiment of a piston included in the power generation unit.

도 6은 도 4의 AA'선에 따른 단면도이다.6 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 4.

도 7 내지 도 12는 본 발명에 따른 발전부의 작동과정을 설명하기 위해 도 6의 점선 A영역 및 점선 B영역에 대한 확대 단면도이다.7 to 12 are enlarged cross-sectional views of the dotted line A region and the dotted line B region of Figure 6 to explain the operation of the power generation unit according to the present invention.

도 13 내지 도 14는 본 발명에 따른 발전부의 열역학적 사이클을 보여주는 그래프이다.13 to 14 is a graph showing the thermodynamic cycle of the power generation unit according to the present invention.

도 15는 본 발명에 의한 태양광 집속부의 다른 실시예를 도시한 것이다.15 shows another embodiment of the solar focusing unit according to the present invention.

도 16은 본 발명에 따른 선형 태양열 발전장치의 다른 실시예를 도시한 것이다.16 shows another embodiment of a linear solar power generator according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1000, 1000' : 발전부, 1100 : 실린더,1000, 1000 ': power generation unit, 1100: cylinder,

1110, 1120 : 투명부, 1200, 1300 : 고정자 박스,1110, 1120: transparent part, 1200, 1300: stator box,

1210, 1310 : 고정자, 1211, 1311 : 철심,1210, 1310: stator, 1211, 1311: iron core,

1212, 1312 : 코일, 1400 : 피스톤 결합체,1212, 1312: coil, 1400: piston assembly,

1410, 1420 : 피스톤, 1430 : 샤프트,1410, 1420: piston, 1430: shaft,

1411, 1421 : 단열재, 1411, 1421: insulation,

1412, 1414, 1416, 1418, 1422, 1424, 1426, 1428 : 축방향자석,1412, 1414, 1416, 1418, 1422, 1424, 1426, 1428: axial magnets,

1413, 1415, 1417, 1423, 1425, 1427, : 방사방향자석, 1413, 1415, 1417, 1423, 1425, 1427,: radial magnets,

1510 : 제1작동기체, 1520 : 제2작동기체,1510: first operating gas, 1520: second working gas,

1611, 1612, 1621, 1622 : 효율강화부재,1611, 1612, 1621, 1622: efficiency enhancing member,

2000 : 태양광 집속부, 2110, 2210 : 집광 패널,2000: solar focusing unit, 2110, 2210: condensing panel,

2120, 2220 : 광경로 전환부, 3000 : 프레넬 렌즈,2120, 2220: light path switching unit, 3000: Fresnel lens,

1111, 1112, 1121, 1122 : 투명부,1111, 1112, 1121, 1122: transparent part,

4110, 4120, 4210, 4220 : 반사경.4110, 4120, 4210, 4220: reflector.

Claims (12)

태양광을 집속하기 위한 적어도 하나 이상의 태양광 집속부;At least one solar focusing unit for focusing sunlight; 상호 이격된 제 1 투명부 및 제 2 투명부를 포함하는 실린더;A cylinder including a first transparent portion and a second transparent portion spaced apart from each other; 상기 실린더 내부에 수납되고 상호 연결되는 제 1 피스톤 및 제 2 피스톤를 포함하되, 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 2 피스톤은 영구자석을 포함하는 피스톤 결합체;A piston assembly including a first piston and a second piston housed in the cylinder and interconnected, wherein the first piston and the second piston comprise permanent magnets; 상기 실린더와 상기 제 1 피스톤 사이에 수용되는 제 1 작동기체;A first actuator gas received between the cylinder and the first piston; 상기 실린더와 상기 제 2 피스톤 사이에 수용되는 제 2 작동기체; 및A second working gas received between the cylinder and the second piston; And 상기 실린더와 상기 피스톤 결합체 사이에 고정자;를 포함하며,A stator between the cylinder and the piston assembly; 상기 태양광 집속부에 의해 집속되는 태양광이 상기 제 1 투명부 및 상기 제 2 투명부를 통하여 상기 제 1 작동기체 및 상기 제 2 작동기체를 교번으로 가열함에 따라 상기 피스톤 결합체가 왕복으로 거동하고,The piston assembly behaves reciprocally as solar light focused by the solar concentrator alternately heats the first and second actuators through the first and second transparent portions, 상기 실린더 내면에 형성되며, 상기 피스톤 결합체의 스트로크 거리를 증가시키기 위해 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 2 피스톤에 자기력을 제공하는 효율강화부재를 더 포함하는 선형 태양열 발전장치.And an efficiency enhancing member formed on the inner surface of the cylinder and providing magnetic force to the first piston and the second piston to increase the stroke distance of the piston assembly. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 영구자석은 N극과 S극에 의해 정의되는 자계방향이 상기 피스톤 결합체의 거동 축방향과 평행하며, 상기 자계방향이 상호 반대인 제 1 축방향자석 및 제 2 축방향자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 태양열 발전장치.The permanent magnet includes a first axial magnet and a second axial magnet in which magnetic directions defined by the north pole and the south pole are parallel to the axial directions of the piston assembly, and the magnetic directions are opposite to each other. Linear solar power generator. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제 1 축방향자석 및 상기 제 2 축방향 자석은 상호 이격되며, 이격된 사이에 상기 피스톤 결합체의 거동 축방향에 대해 자계방향이 수직한 제 1 방사방향자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 태양열 발전장치.Wherein the first axial magnet and the second axial magnet are spaced apart from each other, and include a first radial magnet having a magnetic field direction perpendicular to the behavior axial direction of the piston assembly. Power generation device. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 영구자석은 상기 제 1 방사방향자석과 자계방향이 반대 방향인 제 2 방사방향자석을 더 포함하며, The permanent magnet further includes a second radial magnet in a direction opposite to that of the first radial magnet, 상기 제 1 축방향자석 및 상기 제 2 축방향자석이 복수회 교번으로 배치되며, 상기 제 1 축방향 자석 및 상기 제 2 축방향자석 사이에 상기 제 1 방사방향자석 및 상기 제 2 방사방향자석이 교번으로 배치되는 것을 특징으로 하는 선형 태양열 발전장치.The first axial magnet and the second axial magnet are alternately arranged a plurality of times, and the first radial magnet and the second radial magnet between the first axial magnet and the second axial magnet Linear solar generator, characterized in that arranged alternately. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 고정자는 철심과 코일을 포함하고, 상기 철심과 상기 영구자석 간에 일정한 주기를 갖는 치 디텐트력이 형성되며, 상기 제 1 피스톤에 대응하는 치 디텐트력의 주기 및 상기 제 2 피스톤에 대응하는 치 디텐트력의 주기는 상호 동일한 것을 특징으로 하는 선형 태양열 발전장치.The stator includes an iron core and a coil, and a tooth detent force having a constant period is formed between the iron core and the permanent magnet, and the period of the tooth detent force corresponding to the first piston and the second piston correspond to the second piston. Linear solar power generator, characterized in that the period of the Chi detent force is the same. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제 1 피스톤에 대응하는 치 디텐트력의 주기와 상기 제 2 피스톤에 대응하는 치 디텐트력의 주기는 소정의 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 선형 태양열 발전장치.The period of the tooth detent force corresponding to the first piston and the period of the tooth detent force corresponding to the second piston has a predetermined phase difference. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 효율강화부재는 영구자석인 것을 특징으로 하는 선형 태양열 발전장치.The efficiency enhancing member is a linear solar power generator, characterized in that the permanent magnet. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 효율강화부재는 상기 실린더의 길이방향에 대해 상기 고정자의 단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 선형 태양열 발전장치.And the efficiency enhancing member is formed at an end of the stator with respect to the longitudinal direction of the cylinder. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 고정자는 상기 제 1 피스톤에 대응하는 제 1 고정자와 상기 제 2 피스톤에 대응하는 제 2 고정자를 포함하며, The stator comprises a first stator corresponding to the first piston and a second stator corresponding to the second piston, 상기 효율강화부재는 상기 실린더의 단부측 방향의 상기 제 1 고정자의 일측 단부에 형성되는 제 1-1 효율강화부재와 상기 실린더의 중심측 방향의 상기 제 1 고정자의 타측 단부에 형성되는 제 1-2 효율강화부재; 및The efficiency enhancing member is formed on one end of the first stator of the first stator in the direction of the end of the cylinder and the other end of the first stator of the first stator in the direction of the center of the cylinder. 2 efficiency enhancing member; And 상기 실린더의 단부측 방향의 상기 제 2 고정자의 일측 단부에 형성되는 제 2-1 효율강화부재와 상기 실린더의 중심측 방향의 상기 제 2 고정자의 타측 단부에 형성되는 제 2-2 효율강화부재;를 포함되는 것을 특징으로 하는 선형 태양열 발전장치.A 2-1 efficiency enhancing member formed at one end of the second stator in the end side direction of the cylinder and a 2-2 efficiency enhancing member formed at the other end of the second stator in the center side direction of the cylinder; Linear solar power generator comprising a. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 1-1 효율강화부재가 상기 제 1 피스톤에 자기력에 의한 인력을 제공할 때, 상기 제 2-1 효율강화부재가 상기 제 2 피스톤에 자기력에 의한 인력을 제공하는 것을 특징으로 하는 선형 태양열 발전장치.Linear solar power, characterized in that when the 1-1 efficiency enhancing member provides the attraction force by the magnetic force to the first piston, the 2-1 efficiency enhancing member provides the attraction force by the magnetic force to the second piston. Power generation device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 투명부 및 상기 제 2 투명부는 상기 실린더의 양측 단면에 구비되는 것을 특징으로 하는 선형 태양열 발전장치.The first transparent portion and the second transparent portion is a linear solar power generator, characterized in that provided on both sides of the cylinder. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 태양광 집속부로 부터 전달되는 태양광을 상기 제 1 투명부 및 상기 제 2 투명부에 교번으로 전달하기 위해 상기 제 1 투명부 및 상기 제 2 투명부에 각각 대응하며, 거동이 가능한 반사경을 더 포함하는 선형 태양열 발전장치.In order to alternately transfer the sunlight transmitted from the solar focusing unit to the first transparent part and the second transparent part, the reflector corresponding to the first transparent part and the second transparent part, respectively, is movable. Linear solar power generator included.
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