KR101097877B1

KR101097877B1 - 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템

Info

Publication number: KR101097877B1
Application number: KR1020090129592A
Authority: KR
Inventors: 김강출; 이영재; 표영덕; 조종표; 우영민; 권오석; 길범수; 김남열
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2011-12-23
Also published as: KR20110072595A

Abstract

본 발명은 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선형 왕복기관으로 리니어 엔진에 제너레이터와 에어펌프를 병렬식으로 설치하여 커넥팅 로드의 길이가 최소화하여 크랭크 및 플라이 휠이 없어 소형화(meso-scale)가 가능하고, 상기 리니어 엔진의 구동으로 제너레이터를 통해 직접적으로 전기 출력을 얻을 수 있으며, 상기 리니어 엔진의 상부에 설치되는 배기가스 배출장치와 연료탱크 사이에 열전소자가 설치됨으로써, 상기 버려지는 배기가스의 폐열을 이용하여 액체연료의 기화에 필요한 열로 사용되며, 일부 열에너지를 기화된 연료에 흡수되어 엔진의 효율성이 증가하는 특징으로 한다.

병렬식 리니어 엔진, 제너레이터, 에어펌프, 열전소자, 배기가스

Description

리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템{Linear Engine of Thermionic power generation system}

본 발명은 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선형 왕복기관으로 리니어 엔진에 제너레이터와 에어펌프를 병렬식으로 설치하여 커넥팅 로드의 길이가 최소화하여 크랭크 및 플라이 휠이 없어 소형화(meso-scale)가 가능하고, 상기 리니어 엔진의 구동으로 제너레이터를 통해 직접적으로 전기 출력을 얻을 수 있으며, 상기 리니어 엔진의 상부에 설치되는 배기가스 배출장치와 연료탱크 사이에 열전소자가 설치됨으로써, 상기 버려지는 배기가스의 폐열을 이용하여 액체연료의 기화에 필요한 열로 사용되며, 일부 열에너지를 기화된 연료에 흡수되어 엔진의 효율성이 증가하는 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 기존 초소형 엔진의 경우에는 자동차 엔진(피스톤 및 크랭크 작동기구에 의한 4행정 또는 2행정 회전 왕복기관)을 축소시켜 만든다.

또한, 상기 엔진을 작게 제작해야 하기 때문에 압축비를 높이는 데 한계가 있고, 소기방식에 있어서 효율이 매우 우수한 유니플로우 소기 방식을 사용할 수 있으나 밸브 등의 주요 부품 증가로 인하여, 제작비용 및 구조적인 어려움이 있기 때문에 소형화가 어렵다.

그리하여, 일반적으로 아주 소형으로 제작하는 경우에는 4 행정 엔진보다는 비교적 구조가 간단한 2 행정 사이클(2 Stroke Cycle)을 채택하고 있으며, 2 행정 엔진의 경우에는 횡단 소기 및 루프 소기(Loop Scavenging) 방식을 적용하고 있다.

이런 방식의 리니어 엔진은 연료탱크에서 연료를 전달받아 작동하도록 상기 연료탱크에서 이송된 연료와 공기로 혼합된 혼합기가 내부에 유입되도록 양끝단에 대응되어 형성되는 실린더 블록 헤드와, 상기 실린더 블록 헤드의 일측에 적층되어 내부에 유입된 혼합기를 내부에 형성된 히터코일을 적열시켜 점화하는 실린더 헤드와, 상기 실린더 헤드에 의해 점화된 혼합기가 폭발하여 내부에 형성된 피스톤이 좌,우로 슬라이딩 되도록 안내하는 실린더 슬리브로 구성된다.

여기서, 상기 리니어 엔진은 종래의 기화기 방식에 비하여 연료공급의 응답성과 연료량 제어의 정확도가 많이 향상됐다.

그런데, 상기 리니어 엔진의 구조는 자동차 엔진(피스톤 및 크랭크 작동기구에 의한 4행정 또는 2행정 회전 왕복기관)을 축소시켜 만들기 때문에 소형으로 제작하는 데 어려움이 많고, 또한 내구성 및 효율이 매우 좋지 않은 문제점이 있다.

또한, 상기 엔진을 작게 제작해야 하기 때문에 압축비를 높이는 데 한계가 있어 대부분 글로우 플로그(glow plug)를 사용하여 저압축비에 연소를 시키고 있기 때문에 열손실 등이 증가하여 엔진의 효율 및 성능이 매우 낮아지는 문제점이 발생 한다.

그리고, 상기 리니어 엔진에 제너레이터가 중앙에 오도록 설계하여 리니어 엔진의 커넥팅로드가 길어져서 좌굴 및 진동에 의한 편심 등으로 인한 측면 하중이 증가하고, 그로 인한 마찰이 커져 효율 및 내구성이 악화되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

선형 왕복기관으로 리니어 엔진에 제너레이터와 에어펌프를 병렬식으로 설치하여 커넥팅 로드의 길이가 최소화하여 크랭크 및 플라이 휠이 없어 소형화(meso-scale)가 가능하고, 상기 리니어 엔진의 구동으로 제너레이터를 통해 직접적으로 전기 출력을 얻을 수 있는 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 상기 배기가스 배출장치 내부에 배출가스 이동 유로를 형성함으로써 배기가스가 배출장치 내부의 이동 유로를 통과하면서 배기가스의 폐열을 상부의 발열판에 최대한 많이 전달할 수 있는 리니어 엔진의 배열을 이용한 열전발전 시스템를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 상기 리니어 엔진의 상부에 설치되는 배기가스 배출장치와 연료탱크 사이에 열전소자가 설치됨으로써, 상기 배기가스 배출장치와 연료탱크의 상호 온도차에 의해 전기 출력을 얻을 수 있고, 상기 버려지는 배기가스의 폐열을 이용하여 액체연료의 기화에 필요한 열로 사용되며, 일부 열에너지를 기화된 연료에 흡수되어 엔진의 효율성이 증가하는 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 연료와 공기가 내부에 각각 전달되어 연소실 내의 폭발에 의해 작동하는 엔진부와, 상기 엔진부의 양측 끝단부에 연결되어 엔진부에 전달되는 연료,공기 개폐 및 점화하는 헤드부와, 상기 엔진부의 양측면에 병렬로 연결되어 엔진부의 작동에 의해 전기가 발생되는 제너레이터부를 포함하여 구성되는 리니어 엔진과;

상기 리니어 엔진의 상부면에 연결되어 엔진부의 폭발에 의해 발생되는 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스 배출장치와;

상기 배기가스 배출장치의 상부면에 형성되어 배기가스의 고온과 연료탱크의 저온에 의해 전기가 발생되는 열전소자와;

상기 열전소자의 상부면에 형성되어 연료탱크 내부에 채워진 액상의 연료가 엔진부의 폭발에 의해 발생되는 고온의 열에 의해 기화되고, 상기 리니어 엔진의 헤드부와 연통되어 기화된 연료를 공급하는 연료탱크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템은 선형 왕복기관으로 리니어 엔진에 제너레이터와 에어펌프를 병렬식으로 설치하여 커넥팅 로드의 길이가 최소화하여 크랭크 및 플라이 휠이 없어 소형화(meso-scale)가 가능하고, 상기 리니어 엔진의 구동으로 제너레이터를 통해 직접적으로 전기 출력을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 배기가스 배출장치 내부에 배출가스 이동 유로를 형성함으로써 배기가스가 배출장치 내부의 이동 유로를 통과하면서 배기가스의 폐열을 상부의 발열판에 최대한 많이 전달할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 리니어 엔진의 상부에 설치되는 배기가스 배출장치와 연료탱크 사이에 열전소자가 설치됨으로써, 상기 배기가스 배출장치와 연료탱크의 상호 온도차에 의해 전기 출력을 얻을 수 있고, 상기 버려지는 배기가스의 폐열을 이용하여 엔진의 효율성이 증가하는 효과가 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 연료와 공기가 내부에 각각 전달되어 연소실 내의 폭발에 의해 작동하는 엔진부와, 상기 엔진부의 양측 끝단부에 연결되어 엔진부에 전달되는 연료,공기 개폐 및 점화하는 헤드부와, 상기 엔진부의 양측면에 병렬로 연결되어 엔진부의 작동에 의해 전기가 발생되는 제너레이터부를 포함하여 구성되는 리니어 엔진과;

상기 열전소자의 상부면에 형성되어 연료탱크 내부에 채워진 액상의 연료가 엔진부의 폭발에 의해 발생되는 고온의 열에 의해 기화되고, 상기 리니어 엔진의 헤드부와 연통되어 기화된 연료를 공급하는 연료탱크;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템를 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템를 나타낸 결합 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진을 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진을 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연소실과 에어펌프를 나타낸 개략도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드부를 나타낸 정면도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 배출장치의 하판을 나타낸 전개도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 배출장치의 상판을 나타낸 전개도이다.

도 1 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템은 리니어 엔진(400)과, 배기가스 배출장치(500)와, 열전소자(600)와, 연료탱크(700)로 구성된다.

상기 리니어 엔진(400)은 연료탱크(700)에서 전달되는 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 엔진부(100)와, 상기 엔진부(100)의 양측 끝단부에 구비되어 연료와 공기를 개폐하는 헤드부(200)와, 상기 엔진부(100)의 양측면에 병렬로 구비되어 엔진부(100)의 작동에 의해 전기가 발생되는 제너레이터(300)를 포함하여 구성된다.

상기 리니어 엔진부(100)는 연소실(110)과 에어펌프(150)와 공기이송부(180)의 구성에 대해 기술하겠다.

상기 연소실(110)은 도 3을 참고하여, 내부에 연료와 공기가 유입되어 폭발이 이루어지도록 길이방향으로 관통홀(111)이 형성되고, 상기 관통홀(111)과 연통되어 연료의 폭발에 의해 발생하는 배기가스가 배기가스 배출장치(500)로 원활하게 배출되도록 연소실(110)의 상부면에 배기포트(112)가 형성되며, 상기 관통홀(111)과 연통되어 공기가 유입되도록 연소실(110)의 하단면에 흡기포트(113)가 형성된 다. 이때, 상기 배기포트(112)와 흡기포트(113)는 도 5를 참고하여, 연소실(110)의 양끝단부 상,하부면에 각각 형성되는데, 흡기포트(113)의 경우 에어펌프(150)에서 이송된 공기가 원활하게 이송되기 위해 흡기포트를 45도 각도로 경사지게 형성하였고, 배기포트(113)의 경우 연소실(110)에서 연료의 폭발로 발생된 배기가스가 신속히 배출되기 위해 피스톤 슬리브(120) 상단에 사각형 형태의 90도 각도로 형성된다.

또한, 상기 연소실(110)의 양측면에는 피스톤축(132)에 관통된 링크(140)가 외부로 돌출되도록 링크가이드홀(114)이 형성되고, 상기 링크가이드홀(114)은 연소실(110)의 길이방향으로 일정간격 형성되어 링크(140)가 도면상 좌,우로 움직일 수 있다.

여기서, 상기 연소실(110)의 관통홀(111)에는 세라믹 재질의 피스톤 슬리브(120)가 결합되고, 상기 피스톤 슬리브(120)의 내부 길이방향으로 피스톤홀(121)이 형성되며, 상기 피스톤 슬리브(120)의 상,하부면과 양측면에는 연소실(110)의 배기포트(112)와 흡기포트(113) 및 링크가이드홀(114)의 위치에 맞춰 동일한 다수개의 홀(122)이 형성된다.

그리고, 상기 피스톤 슬리브(120)의 피스톤홀(121)에는 세라믹 재질의 피스톤(130)이 설치되고, 상기 피스톤(130)은 연소실(110)의 폭발에 의해 좌,우로 슬라이딩되며,

상기 피스톤(130)은 도 3을 참고하여, 피스톤헤드(131)와 피스톤축(132)으로 이루어진다. 이때, 상기 피스톤축(132)의 중앙부에는 링크(140)가 피스톤(130) 과 직각으로 관통될 수 있도록 링크연결홀(133)이 형성된다.

상기 에어펌프(150)는 도 3을 참고하여, 연소실(110)의 양측면에 병렬식으로 구비되어 연소실(110)의 작동에 맞춰 공기가 발생되도록 내부의 길이방향으로 공기홀(151)이 형성되고, 상기 공기홀(151)을 통해 발생된 공기는 헤드부(200)에 전달되어 연소실(110)에 전달되며, 상기 제너레이터(300)가 구비되도록 에어펌프(150)의 중앙부에 결합홈(152)이 형성된다. 이때, 상기 결합홈(152)에는 제너레이터(300)의 고정자가 연결되어 구비되도록 다수개의 거치대(153)가 더 형성된다.

여기서, 상기 에어펌프(150)는 연소실(110)과 일체형으로 형성되는데, 본 발명에서는 연소실(110)과 에어펌프(150)가 하나의 블록으로 단면상 "H" 형태의 몸체블록으로 형성되고, 중앙부가 연소실(110)이며, 양측부가 에어펌프(150)가 되는 것이다. 이때, 상기 몸체블록의 양측면 홈이 제너레이터(300)가 구비될 결합홈(152)이다.

그리고, 상기 에어펌프(150)의 공기홀(151)에는 세라믹 재질의 공기피스톤 슬리브(160)가 삽입 설치되고, 상기 공기피스톤 슬리브(160)의 내부는 길이방향으로 공기피스톤홀(161)이 형성되며, 상기 공기피스톤홀(161)에 세라믹 재질의 공기피스톤(170)이 삽입되어 연소실(110)의 폭발에 맞춰 좌,우로 슬라이딩된다. 이때, 상기 공기피스톤 슬리브(160)는 에어펌프(150)의 공기홀(151)에 삽입시, 에어펌프(150)의 결합홈(152) 부위에서 외부로 노출되지 않도록 하나의 에어펌프(150)에 두개의 공기피스톤 슬리브(160)가 설치된다.

또한, 상기 공기피스톤(170)은 공기피스톤헤드(171)와 공기피스톤축(172)으 로 이루어진다. 이때, 상기 공기피스톤축(172)의 중앙부에는 링크(140)가 공기피스톤(170)과 직각으로 관통될 수 있도록 피스톤(130)과 동일한 링크연결홀(173)이 형성된다.

여기서, 상기 피스톤(130)과 공기피스톤(170) 사이에는 직각으로 링크(140)가 설치되어 상호 연결시켜 피스톤(130)이 폭발에 의해 슬라이딩 시, 공기피스톤(170)도 동일한 방향으로 슬라이딩된다.

또한, 상기 공기피스톤헤드(171)의 양끝단부에는 공기피스톤(170)의 좌,우 슬라이딩 시, 탄성력으로 지지되도록 스프링(174)이 형성되고, 상기 스프링(174)은 공기홀(151)에 구비되어 공기피스톤(170)과 에어펌프 헤드(220) 사이에 설치된다. 상기 스프링(174)의 역할은 이하에서 에어펌프 헤드(220)를 기술할 때 상세하게 설명하기로 한다.

상기 공기이송부(180)는 도 3을 참고하여, 연소실(110)과 하단부에 구비되어 양끝단부가 헤드부(200)와 연결되고, 상기 에어펌프(150)에서 발생 된 공기가 헤드부(200)를 거쳐 공기이송부(180)를 통해 연소실(110)에 전달되도록 공기이송부(180)의 내부에는 공기이송로(181)가 형성된다.

여기서, 상기 공기이송로(181)는 공기이송부(180)의 양끝단부에서 각각 형성되어 연소실(110)의 흡기포트(113)와 연결되는데, 이때, 상기 하나의 공기이송로(181)는 흡기포트(113)의 타측과 연결되고 다른 하나의 공기이송로(181)은 일측의 흡기포트(113)와 연결되어 두 개의 흡기포트(113)에 공기이송로(181)가 상호 엇갈려서 연결된다. 즉, 상기 에어펌프(150)의 일측에서 보낸 공기가 연소실(110)의 타측에 유입되는 방식이다.

상기 헤드부(200)는 도 6을 참고하여, 연소실 헤드(210)와 에어펌프 헤드(220)로 구성되는데, 상호 일체형으로 하나의 블록몸체에 의해 이루어지고, 중앙부가 연소실 헤드(210)이고, 상기 연소실 헤드(210)의 양측부로 에어펌프 헤드(220)이다. 여기서, 상기 헤드부(200)는 연소실(110)의 관통홀(111)과 에어펌프(150)의 공기홀(151)을 외부와 차단 및 개방시키는 역할을 한다.

상기 연소실 헤드(210)는 도 3 및 도 4를 참고하여, 연소실(110)의 끝단부에 구비되는데, 상기 관통홀(111)에 삽입되어 지지되도록 연소실 헤드(210)의 일단면에는 삽입부(211)가 돌출 형성되고, 상기 삽입부(211)에는 연료를 초기 점화시킬 점화플러그(215)가 삽입 설치되도록 삽입홀(212)이 중앙부를 관통 형성된다.

여기서, 상기 삽입부(211)의 반대측인 연소실 헤드(210)의 일단면에는 연료탱크의 연료가 유입되도록 연료유입홀(213)이 형성되고, 상기 연료유입홀(213)을 통해 유입된 연료가 연소실의 관통홀(111) 내부에 이송된다. 이때, 상기 연료이송홀(213)은 일측이 연소실 헤드(210)의 일단면과 연통되고 타측은 삽입부(211)의 일단면과 관통 형성되어 연료를 관통홀(111)의 내부까지 이송시킨다.

또한, 상기 연료이송홀(213)은 입구측의 두께보다 배출측의 두께가 얇게 형성되어 연료가 분사시 기화되어 관통홀(111)의 내부에 분사되고, 상기 연료가 원활하게 이송되도록 경사지게 형성된다.

상기 에어펌프 헤드(220)는 도 1 및 도 3을 참고하여, 연소실 헤드(210)의 양측면에 일체형으로 형성되는데, 상기 에어펌프(150)의 끝단부에 구비되어 외부의 공기가 에어펌프(150)의 공기홀에 유입되도록 공기이송홀(221)이 형성되고, 상기 공기이송홀(221)을 압력차에 의해 개폐하도록 리드밸브(REED VALVE,222)가 형성된다.

또한, 상기 연소실 헤드(210)와 에어펌프 헤드(220)의 내부에는 에어펌프(150)의 공기가 공기이송부(180)에 전달되도록 공기연결로(223)가 형성되고, 상기 공기연결로(223)의 일측은 에어펌프 헤드(220)의 공기이송홀(221) 측면에 연통되고 타측은 삽입부(211)가 형성된 연소실 헤드(210)의 하단면에 관통된다. 이때, 상기 공기연결로(223)는 공기이송부(180)의 공기이송로(181)와 연결된다.

상기 제너레이터(300)는 고정자와, 이동자로 구성되는데, 상기 고정자(stator)는 도 3을 참고하여, 몸체(310)와 코어(311)와 코일(312)로 이루어지는데, 상기 몸체(310)는 직사각형의 형태로 형성되어 상기 엔진부의 양측면 상,하부에 상호 병렬로 이격되어 설치되고, 상기 몸체(310)의 양끝단면은 엔진부의 양측면에 걸쳐서 지지되도록 지지돌기가 돌출 형성되며, 상기 코어(311)는 몸체(310)가 상호 대칭되는 면(2개의 몸체(310)가 상호 마주보는 면)에 몸체(310)의 길이방향으로 길게 고정 설치된다.

그리고, 상기 다수개의 코어(311)에 각각 코일(312)이 감기도록 설치되어 마그네트의 좌,우 슬라이딩에 따라 전기를 발생시키는 것이다.

또한, 상기 이동자(mover)는 도 1 및 도 3을 참고하여, 영구자석인 마그네트(313)로 이루어져 코일(312)과 코일(312) 사이에 구비된다. 이때, 상기 마그네트(313)는 좌,우로 슬라이딩 되는데, 그러기 위해서 상기 링크(140)의 끝단부에 마 그네트(313)가 일체형으로 결합된다.

이로써, 상기 피스톤(130)의 좌,우 슬라이딩에 맞춰 링크(140)가 슬라이딩되고, 그에 따라, 상기 마그네트(313)도 동일한 방향으로 슬라이딩되는 것이다.

그렇게, 상기 마그네트(313)가 좌,우로 슬라이딩되면서 코일(312)에 자기장이 발생하여 전기가 발생되고, 상기 제너레이터(300)는 외부와 연결되어 발생된 전기를 외부에 전달한다.

상기 배기가스 배출장치(500)는 도 7과 도 8을 참고하여, 리니어 엔진(400)의 상부면에 형성된 배기포트(112)에 연결되어 엔진부(100)의 폭발에 의해 발생되는 배기가스가 내부로 유입되고, 상기 배기가스의 고온을 열전소자에 열교환 한 후, 외부로 배출하는 장치이다.

여기서, 상기 배기가스 배출장치(500)는 하판(510)과 상판(520)으로 구성되는데, 상기 하판(510)은 상부면이 개방된 상자형태로 형성되어 연소실(110)의 배기포트(112)에 결합되도록 하단면에 배기연결구(511)가 돌출 형성되고, 상기 배기연결구(511)를 통해 내부에 유입된 배기가스가 외부로 배출되도록 측면부에 다수개의 배기홀(512)이 형성된다.

그리고, 상기 상판(520)은 하판(510)의 상부면에 일체형으로 삽입되어 하판(510)과의 사이에 내부 공간부가 형성되고, 상기 하판(510)을 통해 유입된 배기가스를 상판(520)과 하판(510) 사이의 내부 공간부에서 유동되는데, 상기 배기가스의 고온(폐열)을 열전소자(600)에 고루 전달하도록 다수개의 격벽(521)이 형성된 다.

이때, 상기 격벽(521)은 평명상 "ㄷ" 형태로 형성되어 다수개의 "ㄷ" 형태의 격벽(521)이 상호 대응되도록 설치되고, 그로 인해 상기 격벽(521)과 격벽(521) 사이에 유로가 형성되며, 상기 유로를 통해 배기가스가 이송되면서 공간부의 구석구석에 전달되어 상판(520)의 상부면에 접촉되는 열전소자(600)에 열이 용이하게 전달된다.

상기 열전소자(600)는 도 1을 참고하여, 배기가스 배출장치(500)의 상판 상부면에 형성되어 배기가스의 고온이 전달되고, 상기 열전소자(600)의 상부면에 연료탱크(700)가 설치되어 연료탱크(700)의 저온이 전달되며, 이렇게 상,하부로 저온과 고온이 전달되어 전기가 발생된다.

여기서, 상기 열전소자(600)는 배기가스 배출장치(500)와 연료탱크(700)의 온도가 전달되도록 상,하부에 금속 가이드판(610)이 설치되고, 상기 금속 가이드판(610)의 일단부에는 외부에 전기를 전달하도록 +,-의 전선(620)이 연결되며, 상기 금속 가이드판 사이에는 N타입의 반도체와 P타입의 반도체가 격자형태로 상호 교호(交互)되도록 설치된다.

이때, 상기 열전소자(600)에 고온과 저온이 전달되어 전기가 발생되는 원리는 제베크(지백) 효과로써, 상기 상,하 금속 가이드판에 서로 다른 온도차이를 주면 그 금속 사이에는 기전류가 발생하는 원리로써, 일반적으로 공지된 원리이기에 별도의 기술은 더 이상 하지 않는다.

상기 연료탱크(700)는 도 2를 참고하여, 열전소자(600)의 상부면에 형성되어 내부에 채워진 액상의 연료가 열전소자(600)와 열교환되어 기화되고, 기화된 연료는 배기가스의 열을 흡수하여 공급되므로 리니어엔진의 효율을 일정부분 증가시키게 되고, 상기 리니어 엔진(400)의 헤드부(200)와 관에 의해 연통되어 기화된 연료가 공급된다.

여기서, 상기 연료탱크(700)는 내부에 채워진 연료가 엔진부의 폭발에 의해 발생되는 고온의 배기가스의 열에 의해 기화되어 리니어 엔진(400)에 전달되도록 상부면에 연료이송부(710)가 돌출 형성되고, 상기 연료이송부(710)의 끝단부는 양측으로 분기되는 관이 설치되고, 상기 관에 의해 연료탱크(700)와 리니어 엔진(400)의 헤드부(200)가 연결되며, 상기 리니어 엔진(400)의 작동에 따라 압력차에 의해 연료탱크(700) 내의 연료가 이송된다.

그리고, 상기 연료이송부(710)의 관과 헤드부(200) 사이에는 관을 통해 이송되는 연료를 개폐하도록 연료개폐밸브(720)가 더 설치되고, 상기 연료개폐밸브(720)는 연소실 헤드(210)의 연료유입홀(213)에 일측이 삽입되며, 상기 연료개폐밸브(720)의 내부에는 연료가 이송될 유로가 형성되고, 상기 유로는 연료개폐밸브(720)의 하단부에 설치되는 센서부(721)에 의해 개폐한다. 이때, 상기 센서부(721)는 외부에 설치된 제어부(미도시)의 신호에 의해 작동한다.

또한, 상기 연료탱크(700)의 내부에는 격벽(미도시)이 중앙부를 가로질러 형성되어 양측으로 공간부가 형성되고, 상기 격벽에 의해 연료탱크(700)의 내부에 연 료의 쏠림현상이 방지(연료의 출렁거링 방지)되며, 연료의 쏠림으로 인한 연료공급의 끊김이 방지(연료 공급장치로의 공기유입 방지)된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템를 나타낸 분해 사시도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템를 나타낸 결합 사시도이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진을 나타낸 분해 사시도이고,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진을 나타낸 단면도이고,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연소실과 에어펌프를 나타낸 개략도이고,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드부를 나타낸 정면도이고,

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 배출장치의 하판을 나타낸 전개도이고,

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 배출장치의 상판을 나타낸 전개도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 엔진부 110 : 연소실

120 : 피스톤 슬리브 130 : 피스톤

140 : 링크 150 : 에어펌프

160 : 공기피스톤 슬리브 170 : 공기피스톤

180 : 공기이송부 200 : 헤드부

210 : 연소실 헤드 220 : 에어펌프 헤드

300 : 제너레이터 310 : 몸체

400 : 리니어 엔진 500 : 배기가스 배출장치

510 : 하판 511 : 배기연결구

512 : 배기홀 520 : 상판

521 : 격벽 600 : 열전소자

610 : 금속 가이드판 700 : 연료탱크

710 : 연료이송부 720 : 연료개폐밸브

721 : 센서부

Claims

연료와 공기가 내부에 각각 전달되어 폭발에 의해 작동하는 엔진부(100)와, 상기 엔진부(100)의 양측 끝단부에 연결되어 엔진부(100)에 전달되는 연료와 공기를 개폐하고 상기 엔진부(100)에 전달된 연료와 공기를 점화하는 헤드부(200)와, 상기 엔진부(100)의 양측면에 병렬로 연결되어 엔진부(100)의 작동에 의해 전기가 발생되는 제너레이터(300)를 포함하여 구성되는 리니어 엔진(400)과;

상기 리니어 엔진(400)의 상부면에 연결되어 엔진부(100)의 폭발에 의해 발생되는 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스 배출장치(500)와;

상기 배기가스 배출장치(500)의 상부면에 형성되어 배기가스의 고온과 연료탱크(700)의 저온에 의해 전기가 발생되는 열전소자(600)와;

상기 열전소자(600)의 상부면에 형성되어 내부에 채워진 액상의 연료가 엔진부(100)의 폭발에 의해 발생된 고온의 배기가스의 열에 의해 기화되고, 상기 리니어 엔진(400)의 헤드부(200)와 연통되어 기화된 연료를 공급하는 연료탱크(700);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 리니어 엔진의 엔진부(100)는,

내부에 연료와 공기가 유입되어 폭발이 이루어지도록 길이방향으로 관통 홀(111)이 형성되고, 상기 관통홀(111)과 연통되어 연료의 폭발에 의해 발생하는 배기가스가 배기가스 배출장치로 배출되도록 상부면에 90도로 경사진 배기포트(112)가 형성되며, 상기 관통홀(111)과 연통되어 공기가 유입되도록 하단면에 45도로 경사지게 흡기포트(113)가 형성되는 연소실(110)과;

상기 연소실(110)의 양측면에 병렬로 구비되어 연소실(110)의 작동에 맞춰 공기가 발생되도록 내부의 길이방향으로 공기홀(151)이 형성되고, 상기 공기홀(151)을 통해 발생된 공기는 헤드부(200)에 전달되며, 상기 제너레이터(300)가 구비되도록 중앙부에 결합홈(152)이 형성되는 에어펌프(150)와;

상기 연소실(110)의 하단부에 구비되어 양끝단부가 헤드부(200)와 연결되고, 상기 에어펌프(150)에서 발생 된 공기가 헤드부(200)를 통해 연소실(110)에 전달되도록 내부에 공기이송로(181)가 형성되며, 상기 공기이송로(181)의 끝단부가 연소실의 흡기포트와 연통되는 공기이송부(180);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 리니어 엔진의 헤드부(200)는,

연소실(110)의 양끝단부에 구비되고, 상기 관통홀(111)에 삽입되어 지지되도록 일단면에 삽입부(211)가 돌출 형성되고, 상기 삽입부(211)에 연료를 폭발시키는 점화플러그(215)가 삽입 설치되도록 삽입홀(212)이 관통 형성되며, 상기 삽입 부(211)의 반대측 일단부에서 연소실의 관통홀(111) 내부까지 연료가 유입되도록 연료유입홀(213)이 형성되는 연소실 헤드(210)와;

상기 연소실 헤드(210)의 양측면에 일체형으로 형성되며, 상기 에어펌프(150)의 끝단부에 구비되어 외부의 공기가 에어펌프(150)의 공기홀(151)에 유입되도록 공기이송홀(221)이 형성되고, 상기 공기이송홀(221)을 압력차에 의해 개폐하도록 리드밸브(REED VALVE)가 형성되는 에어펌프 헤드(220);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템.
제 2항에 있어서, 상기 리니어 엔진(400)의 제너레이터(300)는,

상기 엔진부(100)의 양측면에 병렬로 상호 이격되어 설치되는 몸체(310)와, 상기 몸체(310)의 상호 대응되는 면에 설치되는 코어(311)와, 상기 코어(311)의 외주연에 각각 감겨서 부착되는 코일(312)을 포함하여 구성되는 고정자(stator)와;

상기 병렬로 설치된 고정자의 사이에 구비되어 좌,우로 반복 슬라이딩되도록 영구자석인 마그네트(313)로 이루어지는 이동자;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 배기가스 배출장치(500)는,

연소실(110)의 배기포트(112)에 결합되도록 하단면에 배기연결구(511)가 돌출 형성되고, 상기 배기연결구(511)를 통해 내부에 유입된 배기가스가 외부로 배출되도록 측면부에 다수개의 배기홀(512)이 형성되는 하판(510)과;

상기 하판(510)의 상부면에 일체형으로 삽입되어 하판(510)과의 사이에 내부 공간부가 형성되고, 상기 하판(510)을 통해 유입된 배기가스를 내부 공간부에서 유동시키도록 다수개의 격벽(521)이 형성되며, 상기 격벽(521)을 통해 내부 공간부에 유로가 형성되어 배기가스의 고온이 지속적으로 열전소자(600)에 열전달되는 상판(520);

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 열전소자(600)는 배기가스 배출장치(500)와 연료탱크(700)의 온도가 전달되도록 상,하부에 금속 가이드판(610)이 설치되고, 상기 금속 가이드판(610)의 일단부에는 외부에 전기를 전달하도록 +,-의 전선(620)이 연결되며, 상기 금속 가이드판(610) 사이에는 N타입의 반도체와 P타입의 반도체가 격자형태로 상호 교호(交互)되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 연료탱크(700)는 내부에 채워진 연료가 엔진부(100)의 폭발에 의해 발생된 고온의 배기가스의 열에 의해 기화되어 리니어 엔진(400)에 전달되도록 상부면에 연료이송부(710)가 돌출 형성되고, 상기 연료이송부(710)의 끝단부에는 양측으로 분기된 관이 형성되어 상기 관에 의해 리니어 엔진(400)의 헤드부(200)에 연결되며, 상기 리니어 엔진(400)의 작동에 따라 압력차에 의해 내부의 연료가 이송되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템.
제 7항에 있어서,

상기 연료이송부(710)의 관과 헤드부(200) 사이에는 관을 통해 이송되는 연료를 하단부에 설치되는 센서부(721)에 의해 개폐되는 연료개폐밸브(720)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 리니어 엔진의 배열 및 기화열을 이용한 열전발전 시스템.