KR101239846B1 - Stirling engine of which the heat-exchange parts are improved - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 스터링 엔진은, 고온기체의 부피변화에 따라 피스톤이 왕복운동하는 팽창실린더(110)와, 저온기체의 부피변화에 따라 피스톤이 왕복운동하는 압축실린더(120)를 포함하되, 팽창실린더(110)의 고온기체를 가열하기 위하여 팽창실린더(110)에 고온의 액체를 순환시키도록 설치되는 고온액체순환수단(210); 및 고온액체순환수단(210)에서 순환되는 고온의 액체를 가열하기 위하여 고온기체를 고온액체순환수단(210)에 제공하도록 설치되는 액체가열수단(230); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 고온기체는 팽창실린더(110)의 피스톤 헤드(111) 윗공간에 존재하며, 팽창실린더(110)와 압축실린더(120) 사이에는 상기 고온기체와 저온기체가 상호 소통할 수 있도록 연결관(141)이 설치되며, 고온액체순환수단(210)은 상기 고온의 액체를 팽창실린더(110)의 피스톤 헤드(111) 윗공간에 제공하면서 순환시키도록 설치되는 것이 바람직하다. 본 발명에 의하면, 피스톤의 행정에 사용되는 기체는 실질적으로 피스톤 헤드(111)의 윗공간 즉, 실린더(110)의 내부에만 존재하고 외부에는 존재하지 않는다. 따라서 종래에 비해 데드볼륨(dead volume)이 최소화되어 엔진의 효율이 좋아진다. The Stirling engine according to the present invention includes an expansion cylinder 110 in which the piston reciprocates according to the volume change of the hot gas, and a compression cylinder 120 in which the piston reciprocates in accordance with the volume change of the low temperature gas. Hot liquid circulation means 210 is installed to circulate a high temperature liquid in the expansion cylinder 110 to heat the high temperature gas of 110; And liquid heating means 230 installed to provide a hot gas to the hot liquid circulating means 210 to heat the hot liquid circulated by the hot liquid circulating means 210. And a control unit. The high temperature gas exists in the space above the piston head 111 of the expansion cylinder 110, the connection pipe 141 so that the high temperature gas and the low temperature gas can communicate with each other between the expansion cylinder 110 and the compression cylinder 120. ) Is installed, the hot liquid circulation means 210 is preferably installed to circulate while providing the hot liquid in the space above the piston head 111 of the expansion cylinder (110). According to the present invention, the gas used for the stroke of the piston is substantially present only in the upper space of the piston head 111, that is, inside the cylinder 110, and does not exist outside. Therefore, compared to the conventional dead volume (dead volume) is minimized to improve the efficiency of the engine.

Description

열교환부가 개량된 스터링 엔진{Stirling engine of which the heat-exchange parts are improved}Stirling engine of which the heat-exchange parts are improved}

본 발명은 스터링 엔진(stirling engine)에 관한 것으로서, 특히 열교환부를 개량하여 실질적인 피스톤 왕복운동구간이 아닌 열교환부 내부를 차지하고 있는 기체의 부피, 즉 엔진의 구동에 도움이 되지 않는 데드볼륨(dead volume)의 크기를 최소화함으로써 그 효율을 증가시킨 스터링 엔진에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stirling engine, and in particular, to improve the heat exchanger, the volume of gas occupying the inside of the heat exchanger rather than the actual piston reciprocating section, that is, dead volume which does not help driving the engine. It relates to a stirling engine which has increased its efficiency by minimizing the size of the.

스터링 엔진(stirling engine)이란 가열부와 냉각부의 체적변화로 피스톤의 왕복을 이루는 엔진으로써 500℃ 이하의 저급의 폐열원을 이용하여 구동될 수 있다는 장점을 가진다. 그러나 500℃ 이하의 낮은 폐열원을 이용하여 구동하고자 할 때에는 커다란 열전달 면적이 필요하다. Stirling engine (stirling engine) is an engine that makes the piston reciprocating by changing the volume of the heating and cooling unit has the advantage that can be driven using a low-grade waste heat source of 500 ℃ or less. However, a large heat transfer area is required when driving with a low waste heat source below 500 ° C.

도 1은 종래의 스터링 엔진을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 히터(18)에 의해 고온관(17) 내의 기체가 가열되고, 냉각수가 돌아가는 쿨러(cooler, 28)에 의해 저온관(27) 내의 기체가 식혀진다. 그러면 고온팽창부(15)의 부피가 저온압축부(25)의 부피에 대해 상대적으로 커지므로 팽창실린더(10)의 피스톤(11)은 하강하고 압축실린더(20)의 피스톤(21)은 상승하게 되어 플라이휠(flywheel, 30)이 회전하게 된다. 1 is a view for explaining a conventional stirling engine. As shown in FIG. 1, the gas in the hot tube 17 is heated by the heater 18, and the gas in the cold tube 27 is cooled by the cooler 28 in which the coolant returns. Then, the volume of the high-temperature expansion unit 15 becomes relatively large relative to the volume of the low-temperature compression unit 25, so that the piston 11 of the expansion cylinder 10 descends and the piston 21 of the compression cylinder 20 rises. The flywheel 30 is rotated.

리제너레이터(regenerator, 40)는 금속망으로 이루어지며, 고온관(17)에서 저온관(27)으로 기체가 넘어갈 때에는 고온기체에 의해 가열되고, 저온관(27)에서 고온관(17)으로 기체가 되넘어갈 때에는 이미 가열되어 있는 금속망으로부터 저온기체가 열을 제공받으면서 넘어가 빠르게 기체의 온도가 다시 상승되게 함으로써 효율을 증대시키는 역할을 한다. The regenerator 40 is made of a metal mesh and is heated by a high temperature gas when the gas flows from the high temperature tube 17 to the low temperature tube 27, and the gas is transferred from the low temperature tube 27 to the high temperature tube 17. When it is returned to the low-temperature gas from the already heated metal network to pass the heat to quickly increase the temperature of the gas serves to increase the efficiency.

상술한 종래의 스터링 엔진에서 고온관(17) 및 저온관(27)에 채워져 있는 기체의 부피는 피스톤(11, 21)의 구동에는 실질적으로 관여하지 않는 데드볼륨(dead volume)으로서 작용한다. In the above-described conventional stirling engine, the volume of gas filled in the hot tube 17 and the cold tube 27 acts as a dead volume that is not substantially involved in driving the pistons 11 and 21.

도 2 및 도 3은 스터링 엔진의 데드볼륨(dead volume)을 설명하기 위한 도면들이다. 2 and 3 are diagrams for explaining a dead volume of the stirling engine.

도 2는 고온기체의 기여가 더 많아 전체압력(P)이 상승하는 경우에 팽창실린더(10)의 피스톤(11)은 하강하고 압축실린더(20)의 피스톤(21)은 상승하게 되는 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 고온관(17)에 의해 생기는 고온부의 데드볼륨을 VH라 하고, 저온관(27)에 의해 생기는 저온부의 데드볼륨을 VL라 할 때, 전체압력(P)이 상승하면, 고온팽창부(15)의 부피(Ve)는 증가하고, 저온압축부(25)의 부피(Vc)는 감소하게 되어, (Ve+VH)/(Ve+Vc) > (Vc+VL)/(Ve+Vc) 의 관계가 성립하게 된다. 2 illustrates a case in which the piston 11 of the expansion cylinder 10 is lowered and the piston 21 of the compression cylinder 20 is raised when the total pressure P is increased due to the high temperature gas. It is a figure for following. Referring to FIG. 2, when the dead volume of the high temperature portion generated by the high temperature tube 17 is referred to as V H , and the dead volume of the low temperature portion generated by the low temperature tube 27 is referred to as V L , the total pressure P rises. Lower surface, the volume Ve of the high temperature expansion unit 15 increases, and the volume Vc of the low temperature compression unit 25 decreases, whereby (Ve + V H ) / (Ve + Vc)> (Vc + V). The relationship of L ) / (Ve + Vc) is established.

도 3은 저온기체의 기여가 더 많아 전체압력(P)이 하강하는 경우에 팽창실린더(10)의 피스톤(11)은 상승하고 압축실린더(20)의 피스톤(21)은 하강하게 되는 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 전체압력(P)이 하강하면 고온팽창부(15)의 부피(Ve)는 감소하고, 저온압축부(25)의 부피(Vc)는 증가하게 되어, (Ve+VH)/(Ve+Vc) < (Vc+VL)/(Ve+Vc) 의 관계가 성립하게 된다. 3 illustrates a case in which the piston 11 of the expansion cylinder 10 is raised and the piston 21 of the compression cylinder 20 is lowered when the total pressure P decreases because the contribution of the low temperature gas is higher. It is a figure for following. Referring to FIG. 3, when the total pressure P falls, the volume Ve of the high temperature expansion part 15 decreases, and the volume Vc of the low temperature compression part 25 increases, (Ve + V H). The relationship of) / (Ve + Vc) <(Vc + V L ) / (Ve + Vc) is established.

여기서, 전체 데드볼륨(VH + VL)과 전체 스윕볼륨(Ve + Vc)은 전체압력(P)에 상관없이 일정할 것이다. 그런데, 스윕볼륨(Ve + Vc)에 비하여 데드볼륨(VH + VL)이 너무 크면 고온팽창부(15)의 부피(Ve)의 변화량 및 저온압축부(25)의 부피(Vc)의 변화량이 데드볼륨(VH + VL)에 비하여 상대적으로 작아지기 때문에 그 효율이 떨어지게 된다. 따라서 데드볼륨(VH + VL)의 크기를 줄이는 것이 매우 중요하다. Here, the total dead volume (V H + V L ) and the total sweep volume (Ve + Vc) will be constant regardless of the total pressure (P). However, if the dead volume (V H + V L ) is too large compared to the sweep volume (Ve + Vc), the amount of change of the volume Ve of the high temperature expansion part 15 and the amount of change of the volume Vc of the low temperature compression part 25 are determined. The efficiency decreases because it becomes relatively smaller than this dead volume (V H + V L ). Therefore, it is very important to reduce the size of the dead volume (V H + V L ).

그러나 스터링 엔진은 상술한 바와 같이 500℃이하의 낮은 폐열원을 사용하기 때문에 구동시 기체량이 많아야 열전달이 제대로 이루어질 것이므로, 커다란 열전달 면적이 필요한 바, 데드볼륨(VH + VL)의 크기를 줄이는 데에는 한계가 있다. 즉, 스터링 엔진에서의 데드볼륨(VH + VL)은 열전달을 위해서는 필연적으로 존재할 수 밖에 없는 것이지만 엔진의 성능향상을 위해서는 최소화되어야 한다는 것이다. However, because the stirling engine uses a low waste heat source of 500 ° C or less as described above, the heat transfer will be performed properly when the gas volume is large enough to be driven. Therefore, a large heat transfer area is required, which reduces the size of the dead volume (V H + V L ). There is a limit. That is, dead volume (V H + V L ) in the stirling engine is inevitably present for heat transfer, but should be minimized to improve engine performance.

따라서 본 발명이 해결하려는 과제는 열교환부를 개량하여 데드볼륨의 크기를 최소화하면서도 많은 양의 열교환이 제대로 이루어지도록 함으로써 그 효율을 증가시킨 스터링 엔진을 제공하는 데 있다.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a Stirling engine that increases the efficiency by improving the heat exchanger to ensure that a large amount of heat exchange is properly performed while minimizing the size of the dead volume.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 스터링 엔진은, 고온기체의 부피변화에 따라 피스톤이 왕복운동하는 팽창실린더와, 저온기체의 부피변화에 따라 피스톤이 왕복운동하는 압축실린더를 포함하되, Stirling engine according to the present invention for achieving the above object includes an expansion cylinder reciprocating the piston in accordance with the volume change of the hot gas, and a compression cylinder reciprocating the piston in accordance with the volume change of the low temperature gas,

상기 팽창실린더의 고온기체를 가열하기 위하여 상기 팽창실린더에 고온의 액체를 순환시키도록 설치되는 고온액체순환수단; 및Hot liquid circulation means installed to circulate hot liquid in the expansion cylinder to heat the high temperature gas of the expansion cylinder; And

상기 고온액체순환수단에서 순환되는 고온의 액체를 가열하기 위하여 고온기체를 상기 고온액체순환수단에 제공하도록 설치되는 액체가열수단; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Liquid heating means arranged to provide a hot gas to the hot liquid circulating means for heating the hot liquid circulated by the hot liquid circulating means; And a control unit.

또한 본 발명은 상기 압축실린더의 저온기체를 냉각시키기 위하여 상기 압축실린더에 저온의 액체를 순환시키도록 설치되는 저온액체순환수단; 및 In another aspect, the present invention provides a low-temperature liquid circulating means installed to circulate a low-temperature liquid in the compression cylinder to cool the low-temperature gas of the compression cylinder; And

상기 저온액체순환수단에서 순환되는 저온의 액체를 냉각시키기 위하여 저온기체를 상기 저온액체순환수단에 제공하도록 설치되는 액체냉각수단; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Liquid cooling means installed to provide a low temperature gas to the low temperature liquid circulation means to cool the low temperature liquid circulated by the low temperature liquid circulation means; And a control unit.

상기 고온기체는 상기 팽창실린더의 피스톤 헤드 윗공간에 존재하며, 상기 팽창실린더와 압축실린더 사이에는 상기 고온기체와 저온기체가 상호 소통할 수 있도록 연결관이 설치되며, 상기 고온액체순환수단은 상기 고온의 액체를 상기 팽창실린더의 피스톤 헤드 윗공간에 제공하면서 순환시키도록 설치되는 것이 바람직하다. 이 때 상기 고온액체순환수단은 상기 고온의 액체를 상기 팽창실린더의 피스톤 헤드 윗공간에 분무 형태로 분사하도록 설치되는 것이 바람직하다.  The hot gas exists in the space above the piston head of the expansion cylinder, a connection tube is installed between the expansion cylinder and the compression cylinder to communicate with each other, the hot liquid circulation means is the high temperature It is preferably installed to circulate while providing the liquid in the space above the piston head of the expansion cylinder. At this time, the hot liquid circulating means is preferably installed to spray the hot liquid in the spray form in the space above the piston head of the expansion cylinder.

상기 저온기체는 상기 압축실린더의 피스톤 헤드 윗공간에 존재하며 상기 팽창실린더와 압축실린더 사이에는 상기 고온기체와 저온기체가 상호 소통할 수 있도록 연결관이 설치되며, 상기 저온액체순환수단은 상기 저온의 액체를 상기 압축실린더의 피스톤 헤드 윗공간에 제공하면서 순환시키도록 설치되는 것이 바람직하다. 이 때 상기 저온액체순환수단은 상기 저온의 액체를 상기 압축실린더의 피스톤 헤드 윗공간에 분무 형태로 분사하도록 설치되는 것이 바람직하다. The low temperature gas is present in the space above the piston head of the compression cylinder and a connection tube is installed between the expansion cylinder and the compression cylinder to communicate with each other, the low temperature liquid circulation means It is preferably installed to circulate while providing liquid to the space above the piston head of the compression cylinder. At this time, the low temperature liquid circulation means is preferably installed to spray the low temperature liquid in the spray form in the space above the piston head of the compression cylinder.

상기 연결관에 상기 고온기체 및 저온기체가 소통하면서 접촉에 의하여 열교환이 일어날 수 있도록 금속망으로 이루어지는 리제너레이터가 설치되는 것이 바람직하다. 상기 리제너레이터와 상기 팽창실린더 사이에 기체는 통과시키면서 상기 기체에 포함되어 있는 액적(mist) 또는 분진(dust)을 분리 포집하도록 디마이스터(demeister)가 설치되는 것이 바람직하다. It is preferable that a regenerator made of a metal mesh is installed in the connection pipe so that heat exchange can occur by contact while the high temperature gas and the low temperature gas communicate with each other. Preferably, a demeister is installed between the regenerator and the expansion cylinder to separate and collect a droplet or dust contained in the gas while passing a gas therethrough.

본 발명에 의하면, 피스톤의 행정에 사용되는 기체는 실질적으로 피스톤 헤드의 윗공간 즉, 실린더의 내부에만 존재하고 외부에는 존재하지 않는다. 따라서 종래에 비해 데드볼륨(dead volume)이 최소화되어 엔진의 효율이 좋아진다.
According to the invention, the gas used for the stroke of the piston is substantially only present in the space above the piston head, ie inside the cylinder and not outside. Therefore, compared to the conventional dead volume (dead volume) is minimized to improve the efficiency of the engine.

도 1은 종래의 스터링 엔진을 설명하기 위한 도면;
도 2 및 도 3은 스터링 엔진의 데드볼륨(dead voulme)을 설명하기 위한 도면들;
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 스터링 엔진을 설명하기 위한 도면들이다.
1 is a view for explaining a conventional stirling engine;
2 and 3 are diagrams for explaining dead voulme of the stirling engine;
4 and 5 are diagrams for explaining the Stirling engine according to the present invention.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are merely provided to understand the contents of the present invention, and those skilled in the art will be able to make many modifications within the technical scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to these embodiments.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 스터링 엔진을 설명하기 위한 도면들이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 스터링 엔진은 팽창실린더(110)와 압축실린더(120)를 포함하여 이루어지며, 팽창실린더(110)의 피스톤 헤드(111) 윗공간에는 고온기체가 존재하며, 압축실린더(120)의 피스톤 헤드(121) 윗공간에는 저온기체가 존재한다. 팽창실린더(110)와 압축실린더(120) 사이에는 피스톤 헤드(111, 121)의 윗공간을 연결하는 연결관(141)이 설치되며, 연결관(141)에는 리제너레이터(regenerator, 140)가 설치된다. 4 and 5 are diagrams for explaining the Stirling engine according to the present invention. 4 and 5, the Stirling engine according to the present invention comprises an expansion cylinder 110 and the compression cylinder 120, the hot gas is in the space above the piston head 111 of the expansion cylinder 110 It exists, the low temperature gas exists in the space above the piston head 121 of the compression cylinder (120). A connection pipe 141 is installed between the expansion cylinder 110 and the compression cylinder 120 to connect the upper spaces of the piston heads 111 and 121, and a regenerator 140 is installed in the connection pipe 141. do.

팽창실린더(110)의 피스톤 헤드(111) 윗공간에 있는 고온기체는 고온액체순환수단(210)에 의해 가열된다. 고온액체순환수단(210)에는 고온의 액체가 순환되며 이러한 순환을 위해서 순환펌프(211)가 설치된다. 고온액체순환수단(210)에서 순환되는 고온의 액체는 고온기체(231)에 의한 히터(235)를 통해서 가열된다. 고온기체(231)는 가솔린 엔진(230) 등에서 나오는 폐열원을 통하여 가열되어 제공된다. The hot gas in the space above the piston head 111 of the expansion cylinder 110 is heated by the hot liquid circulation means 210. The hot liquid circulation means 210 circulates a high temperature liquid and a circulation pump 211 is installed for such circulation. The hot liquid circulated by the hot liquid circulation means 210 is heated through the heater 235 by the hot gas 231. The hot gas 231 is heated and provided through a waste heat source from the gasoline engine 230 or the like.

압축실린더(120)의 피스톤 헤드(121) 윗공간에 있는 저온기체는 저온액체순환수단(310)에 의해 식혀진다. 저온액체순환수단(310)에는 저온의 액체가 순환되며 이러한 순환을 위해서 순환펌프(311)가 설치된다. 저온액체순환수단(310)에서 순환되는 저온의 액체는 저온기체(331)에 의한 쿨러(335)를 통해서 냉각된다. 저온기체(331)는 팬(fan, 330)의 송풍 등을 통하여 제공된다. The low temperature gas in the space above the piston head 121 of the compression cylinder 120 is cooled by the low temperature liquid circulation means 310. Low temperature liquid is circulated in the low temperature liquid circulation means 310 and a circulation pump 311 is installed for this circulation. The low temperature liquid circulated by the low temperature liquid circulation means 310 is cooled through the cooler 335 by the low temperature gas 331. The low temperature gas 331 is provided through blowing of the fan 330.

고온액체순환수단(210)은 팽창실린더(110)의 피스톤 헤드(111) 윗공간에 고온의 액체가 제공되면서 순환하도록 설치된다. 이 때 피스톤 헤드(111) 윗공간에 있는 기체와의 열교환 표면적을 넓히기 위하여 고온의 액체는 분무형태로 분사되도록 하는 것이 바람직하다. 저온액체순환수단(310)도 마찬가지로 압축실린더(120)의 피스톤 헤드(121) 윗공간에 저온의 액체가 분무되면서 제공되어 순환하도록 설치되는 것이 바람직하다. The high temperature liquid circulation means 210 is installed to circulate while a high temperature liquid is provided in a space above the piston head 111 of the expansion cylinder 110. At this time, in order to increase the heat exchange surface area with the gas in the space above the piston head 111, it is preferable that the hot liquid be sprayed in a spray form. Similarly, the low temperature liquid circulation means 310 may be provided to circulate while being provided with a low temperature liquid sprayed on the space above the piston head 121 of the compression cylinder 120.

본 발명은 이와 같은 열을 받는 매체(액체)와 작동매체(피스톤 헤드 윗공간에 있는 기체)를 공간적으로 분리하고, 열을 받는 매체(액체)에 열이 제공되는 시점과 그 매체(액체)가 작동매체(피스톤 헤드 윗공간에 있는 기체)에 열을 내보내는 시점을 시간적으로 분리하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 피스톤 헤드(111, 121)의 윗공간에만 동작을 위한 고온기체 및 저온기체가 존재하게 되고 그 바깥부분에는 단지 연결관(121)에만 동작을 기체가 존재할 뿐이다. 이것이 종래와의 가장 큰 차이점이라고 볼 수 있다. The present invention spatially separates such a heat medium (liquid) and the working medium (gas in the space above the piston head), and when the heat medium is provided to the heat medium (liquid) and the medium (liquid) It is characterized by separating the time of the release of heat to the working medium (gas in the space above the piston head). Therefore, the hot gas and the low temperature gas for operation exist only in the upper spaces of the piston heads 111 and 121, and the gas exists only in the connection pipe 121 at the outer portion thereof. This can be seen as the biggest difference from the prior art.

한편, 팽창실린더(110)의 피스톤 헤드(111) 윗공간에 분사되는 액체가 연결관(141)을 통해서 압축실린더(120) 쪽으로 넘어가 버릴 수 있는데, 이 경우 고온기체를 가열하기 위한 열매체(액체)가 고갈되는 문제가 발생한다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 리제너레이터(140)와 팽창실린더(110) 사이에 다마이스터(demeister, 240)가 설치된다. 디마이스터(240)는 기체에 포함되어 있는 액적(mist) 또는 분진(dust)을 분리 포집하도록 하는 구성요소를 말하며 이미 공지된 바 있다.On the other hand, the liquid injected into the space above the piston head 111 of the expansion cylinder 110 can be passed over to the compression cylinder 120 through the connecting pipe 141, in this case a heat medium (liquid) for heating the high temperature gas Problem occurs. Therefore, in order to solve this problem, a demeister 240 is installed between the regenerator 140 and the expansion cylinder 110. Demister 240 refers to a component that separates and collects droplets (dust) or dust (dust) contained in the gas and has been known.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 피스톤의 행정에 사용되는 기체는 실질적으로 피스톤 헤드(111, 121)의 윗공간 즉, 실린더(110, 120)의 내부에만 존재하고 외부에는 존재하지 않는다. 따라서 종래에 비해 데드볼륨(dead volume)이 최소화되어 엔진의 효율이 좋아진다. As described above, according to the present invention, the gas used for the stroke of the piston is substantially present only in the upper space of the piston heads 111 and 121, that is, inside the cylinders 110 and 120, and does not exist outside. Therefore, compared to the conventional dead volume (dead volume) is minimized to improve the efficiency of the engine.

110: 팽창실린더
111, 121: 피스톤 헤드
120: 압축실린더
140: 리제너레이터
141: 연결된
210: 고온액체순환수단
211: 순환펌프
230: 가솔린 엔진
231: 고온기체
235: 히터
240: 디마이스터
310: 저온액체순환수단
311: 순환펌프
331: 저온기체
335: 쿨러110: expansion cylinder
111, 121: piston head
120: compression cylinder
140: regenerator
141: connected
210: hot liquid circulation means
211: circulation pump
230: gasoline engine
231: high temperature gas
235: heater
240: Demeister
310: low temperature liquid circulation means
311: circulation pump
331: low temperature gas
335: cooler

Claims (8)

고온기체의 부피변화에 따라 피스톤이 왕복운동하는 팽창실린더와, 저온기체의 부피변화에 따라 피스톤이 왕복운동하는 압축실린더를 포함하되,
상기 팽창실린더의 고온기체를 가열하기 위하여 상기 팽창실린더에 고온의 액체를 순환시키도록 설치되는 고온액체순환수단; 및
상기 고온액체순환수단에서 순환되는 고온의 액체를 가열하기 위하여 고온기체를 상기 고온액체순환수단에 제공하도록 설치되는 액체가열수단; 을 포함하되,
상기 고온기체는 상기 팽창실린더의 피스톤 헤드 윗공간에 존재하며, 상기 팽창실린더와 압축실린더 사이에는 상기 고온기체와 저온기체가 상호 소통할 수 있도록 연결관이 설치되며, 상기 고온액체순환수단은 상기 고온의 액체를 상기 팽창실린더의 피스톤 헤드 윗공간에 제공하면서 순환시키도록 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환부가 개량된 스터링 엔진. An expansion cylinder in which the piston reciprocates according to the volume change of the hot gas, and a compression cylinder in which the piston reciprocates according to the volume change of the low temperature gas,
Hot liquid circulation means installed to circulate hot liquid in the expansion cylinder to heat the high temperature gas of the expansion cylinder; And
Liquid heating means arranged to provide a hot gas to the hot liquid circulating means for heating the hot liquid circulated by the hot liquid circulating means; Including,
The hot gas is present in the space above the piston head of the expansion cylinder, a connection tube is installed between the expansion cylinder and the compression cylinder to communicate with each other, the hot liquid circulation means is the high temperature Sterling engine with improved heat exchanger, characterized in that it is installed to circulate while providing the liquid of the expansion cylinder above the piston head of the cylinder. 제1항에 있어서, 상기 압축실린더의 저온기체를 냉각시키기 위하여 상기 압축실린더에 저온의 액체를 순환시키도록 설치되는 저온액체순환수단; 및
상기 저온액체순환수단에서 순환되는 저온의 액체를 냉각시키기 위하여 저온기체를 상기 저온액체순환수단에 제공하도록 설치되는 액체냉각수단; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환부가 개량된 스터링 엔진. 2. The apparatus of claim 1, further comprising: low temperature liquid circulation means installed to circulate a low temperature liquid in the compression cylinder to cool the low temperature gas of the compression cylinder; And
Liquid cooling means installed to provide a low temperature gas to the low temperature liquid circulation means to cool the low temperature liquid circulated by the low temperature liquid circulation means; Sterling engine with improved heat exchanger, characterized in that comprises a. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 고온액체순환수단은 상기 고온의 액체를 상기 팽창실린더의 피스톤 헤드 윗공간에 분무 형태로 분사하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환부가 개량된 스터링 엔진.The stirling engine of claim 1, wherein the hot liquid circulating means is installed to spray the hot liquid into a space above the piston head of the expansion cylinder in a spray form. 제2항에 있어서, 상기 저온기체는 상기 압축실린더의 피스톤 헤드 윗공간에 존재하며 상기 팽창실린더와 압축실린더 사이에는 상기 고온기체와 저온기체가 상호 소통할 수 있도록 연결관이 설치되며, 상기 저온액체순환수단은 상기 저온의 액체를 상기 압축실린더의 피스톤 헤드 윗공간에 제공하면서 순환시키도록 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환부가 개량된 스터링 엔진. According to claim 2, wherein the low-temperature gas is present in the space above the piston head of the compression cylinder and the connection between the expansion cylinder and the compression cylinder is installed so that the high temperature gas and the low temperature gas communicate with each other, the low temperature liquid The circulation means is a Stirling engine with improved heat exchanger, characterized in that it is installed to circulate while providing the low-temperature liquid in the space above the piston head of the compression cylinder. 제5항에 있어서, 상기 저온액체순환수단은 상기 저온의 액체를 상기 압축실린더의 피스톤 헤드 윗공간에 분무 형태로 분사하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환부가 개량된 스터링 엔진.The stirling engine of claim 5, wherein the low temperature liquid circulation means is installed to spray the low temperature liquid in a spray form on a space above the piston head of the compression cylinder. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 연결관에 상기 고온기체 및 저온기체가 소통하면서 접촉에 의하여 열교환이 일어날 수 있도록 금속망으로 이루어지는 리제너레이터가 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환부가 개량된 스터링 엔진. The stirling engine of claim 1 or 5, wherein a regenerator made of a metal mesh is installed in the connection pipe so that heat exchange occurs by contact while the hot gas and the low temperature gas communicate with each other. . 제7항에 있어서, 상기 리제너레이터와 상기 팽창실린더 사이에 기체는 통과시키면서 상기 기체에 포함되어 있는 액적(mist) 또는 분진(dust)을 분리 포집하도록 디마이스터(demeister)가 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환부가 개량된 스터링 엔진.8. The method of claim 7, wherein a demeister is installed between the regenerator and the expansion cylinder to separate and collect a droplet or dust contained in the gas while passing the gas. Stirling engine with improved heat exchanger.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101688801B1 (en) * 2015-09-04 2016-12-27 전복규 High convergence generator
KR20180043776A (en) * 2018-04-19 2018-04-30 전복규 System for trading peak-time energy using ess connected time automatic switch
KR102073090B1 (en) 2018-09-17 2020-02-04 두산중공업 주식회사 Stirling engine and engine system including the same

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104389693A (en) * 2013-09-22 2015-03-04 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 Single-runner rotor engine
KR101899466B1 (en) * 2016-09-29 2018-09-18 한국과학기술원 Stirling Engine Using Supercritical Fluids

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07247902A (en) * 1994-03-10 1995-09-26 Naoji Isshiki Stirling cycle apparatus
JP2007005464A (en) * 2005-06-22 2007-01-11 Tokyo Electron Ltd Plasma etching method, plasma etching apparatus, control program and computer storage medium
KR20110027700A (en) * 2008-05-20 2011-03-16 신크론 에스.알.엘. Engine assembly for a motor vehicle in general and particularly for an urban motor vehicle

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07247902A (en) * 1994-03-10 1995-09-26 Naoji Isshiki Stirling cycle apparatus
JP2007005464A (en) * 2005-06-22 2007-01-11 Tokyo Electron Ltd Plasma etching method, plasma etching apparatus, control program and computer storage medium
KR20110027700A (en) * 2008-05-20 2011-03-16 신크론 에스.알.엘. Engine assembly for a motor vehicle in general and particularly for an urban motor vehicle

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101688801B1 (en) * 2015-09-04 2016-12-27 전복규 High convergence generator
KR20180043776A (en) * 2018-04-19 2018-04-30 전복규 System for trading peak-time energy using ess connected time automatic switch
KR101973134B1 (en) * 2018-04-19 2019-04-26 전복규 System for trading peak-time energy using ess connected time automatic switch
KR102073090B1 (en) 2018-09-17 2020-02-04 두산중공업 주식회사 Stirling engine and engine system including the same

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