KR101259394B1

KR101259394B1 - 스터링 엔진

Info

Publication number: KR101259394B1
Application number: KR1020110071439A
Authority: KR
Inventors: 김희근
Original assignee: 메탈젠텍 주식회사
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2013-04-30
Also published as: KR20130010665A

Abstract

본 발명은 크랭크장치의 동력 전달 구조를 간결하면서도 효율적으로 연결하여 에너지 변환 효율을 더욱 증가시키도록 하는 스터링 엔진에 관한 것이다.
본 발명은 스터링 엔진의 상기 크랭크장치(300)로서, 크랭크실(310)의 양측에 동일 축선상으로 각각 회전하도록 축설한 양 구동축(320)에 카운터 웨이트(330)를 각각 고정되게 축설함과, 상기 양 카운트 웨이트(330)의 내측에 동일 축선 상으로 각각 일체로 형성한 편심축(332)에 피스톤 로드(351)의 한 측단부를 회전가능하도록 축설하면서 피스톤 로드(351)의 타 측단부를 피스톤(350)에 연결함과, 상기 양 편심축(332)에 각각 크랭크축(340)의 외측 단부를 고정되게 축설하면서 크랭크축(340)의 중간부에 커넥팅링크(370)를 연동축(360)으로 연결하고, 상기 디스플레이서(380)에 연결되는 디스플레이서 로드(381)와 도그링크(371)로 커넥팅링크(370)를 연결하여 상기 피스톤로드(351) 및 디스플레이서 로드(381)의 유기적인 전후진 작동이 편심축(332)에 가해져 카운트 웨이트(330)의 회전으로 구동축(320)에 축설된 풀리(390)가 회전하도록 함을 특징으로 한다.

Description

스터링 엔진{STIRLING ENGINE}

본 발명은 스터링 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크랭크장치의 동력 전달 구조를 간결하면서도 효율적으로 개선하여 에너지 변환 효율을 증가시키도록 하기 위한 스터링 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 스터링 엔진은 실린더 내부의 공기가 팽창 및 수축시 일어나는 압력변화를 이용하여 동력을 얻는 장치로서,

종래의 스터링 엔진은 고온부와 저온부의 온도차가 현저하지 못하여 팽창압력의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 즉, 압축실의 저온 공기가 팽창실에 유입될 때 내부의 열에 의해 충분히 팽창하지 못하게 됨으로써 디스플레이서에 가해지는 압력이 낮아 엔진의 출력이 저하되는 요인이 되고 있으며, 이는 디스플레이서의 외주면에 더욱 열을 높여야 하고 이를 유지시키는데 상당한 어려움이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명인과 동일한 발명인으로 하여 선출원된 특허출원 10-2009-0078223호가 소개된바, 그 구성을 간략히 살펴보면,

도 1에서와 같이, 외부 발열체의 가열에 의하여 내부에 고온공기를 제공하면서 효과적인 열축적을 갖도록 하고, 별도로 저온공기를 효과적으로 공급하여 팽창압력을 극대화시키도록 하는 히터 헤드장치(10); 상기 히터 헤드장치(10)와 연결되어 팽창압력에 의해 디스플레이서(20)가 작동되면서 압축으로 인하여 디스플레이서(20)의 후방에 위치한 피스톤(30)에 압축력이 가해져 전,후진 작동을 발생시키게 되는 실린더장치(40); 상기 실린더장치(40)와 연결된 피스톤(30)에 의한 전후진 동작을 회전운동으로 전환시키어 외부에 구비되는 풀리를 회전시키도록 한 크랭크장치(50);로 스터링 엔진을 구성한 것이다.

그러나, 상기 종래의 스터링 엔진에서 어느 정도의 출력을 가져왔으나 충분한 출력향상을 얻지 못하였고 그 이유로는 크랭크장치(50)에서 각 링크 및 로드의 구성 수가 많고 연동되도록 연결되는 각 링크들의 결합구조가 많아서 작동과정에서 마찰소음이 많아짐으로 인한 부하발생이 커져 물리적인 구조에 의한 에너지 변환 효율도 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 크랭크장치의 동력 전달 구조를 간결하면서도 효율적으로 연결하여 에너지 변환 효율을 더욱 증가시키도록 하는 스터링 엔진을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 해결수단에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

히터 헤드장치의 외표면부에 외부발열체(산업용폐열, 가스가열기구, 전기가열기구)의 가열에 의하여 전후작동되는 디스플레이서가 내장된 고온팽창실린더부의 내부기체가 고온으로 가열되면 기체의 고온팽창압력으로 디스플레이서에 상승압력을 제공하게 되는 히터 헤드장치와, 상기 히터 헤드장치의 고온 팽창실린더부상에 관통되게 설치된 공기순환로를 통하여 저온공기를 제공하면서 잔류 팽창압력에 의하여 전후작동되는 피스톤이 내장된 실린더장치와, 상기 실린더장치의 저온압축실린더부에 내장된 피스톤의 전후작동을 회전운동으로 전환시켜 풀리를 일방향으로 회전시키는 크랭크장치로 이루어진 스터링 엔진에 관한 것인데,

상기 크랭크장치는 크랭크실의 양측 동일 축선상으로 각각 회전하도록 축설된 양 구동축에 편심된 무게추를 갖는 카운터 웨이트를 각각 고정되게 축설하고, 상기 양 카운트 웨이트의 내측에 동일 축선 상으로 각각 일체로 형성한 편심축에 피스톤 로드의 한 측단부를 연결하면서 타 측단부를 피스톤에 연결함과, 상기 양 편심축에 한 측단부가 고정되게 축설하는 크랭크축을 구비하면서 크랭크축의 타측단부에 커넥팅링크를 연동축으로 연결하고, 상기 디스플레이서에 연결되는 디스플레이서 로드와 도그링크로 커넥팅링크를 연결하여 디스플레이서와 피스톤의 유기적인 전후진 작동에 의해 양측의 카운트 웨이트가 회전됨에 따라 카운트 웨이트에 축설된 구동축을 회전시키도록 함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 스터링 엔진에 의하면, 크랭크장치의 동력 전달 구조를 더욱 간결하면서도 효율적으로 연결하여 줌으로써 에너지 변환 효율을 더욱 증가시키도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 스터링 엔진의 개략 구성도
도 2는 본 발명이 적용된 스터링 엔진의 일부 절개 사시도
도 3은 본 발명이 적용된 스터링 엔진의 횡단면도
도 4는 본 발명에서 크랭크장치의 연결 구성을 보인 일부 사시도
도 5a,5b는 본 발명의 작동 상태도

본 발명을 첨부한 도면을 참조로 하여 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에서와 같이, 스터링 엔진은 히터헤드장치(100)의 외부 표면에 가해지는 외부발열체(산업용 폐열, 가스가열기구, 전기가열기구)의 가열에 의하여 디스플레이서(380)가 내장된 고온팽창실린더부(101)의 내부 기체가 고온으로 상승되면 기체의 고온팽창으로 디스플레이서(380)에 상승압력을 제공하게 되는 히터 헤드장치(100)와,

상기 히터 헤드장치(100)의 고온팽창실린더부(101)상에 관통되게 설치된 공기순환로(353)를 통하여 압축된 저온공기를 제공하면서 잔류 팽창압력에 의하여 전후 작동되는 피스톤(350)이 내장된 실린더장치(200)와, 상기 실린더장치(200)의 저온압축실린더부(352)에 내장된 피스톤(350)의 전후 작동을 회전운동으로 전환시켜 풀리(400)를 일방향으로 회전시키는 크랭크장치(300)를 찾는 스터링엔진을 구성한다.

도 3, 4에서와 같이 상기 크랭크장치(300)는,

크랭크실(310)의 양측에 동일 축선상으로 각각 회전하도록 양 구동축(320)을 축설하고, 이 구동축(320)에 카운터 웨이트(330)를 각각 고정되게 축설하며, 상기 카운터 웨이트(330)는 일측으로 편심된 무게추(331)를 일체로 형성하여 무게추가 하강할 때 카운터 웨이트(330)에 관성력을 부여할 수 있도록 한 것이다.

상기 양 카운트 웨이트(330)의 내측에 동일 축선 상으로 각각 일체로 편심축(332)을 형성하고, 이 편심축(332)에 피스톤 로드(351)의 한 측단부를 회전가능하도록 축설하면서 피스톤 로드(351)의 타 측단부를 피스톤(350)에 연결하며, 또한, 상기 양 편심축(332)에 각각 크랭크축(340)의 외측 단부를 고정되게 축설하면서 크랭크축(340)의 중간부에 커넥팅링크(370)를 연동축(360)으로 연결하고, 상기 디스플레이서(380)에 연결된 디스플레이서 로드(381)와 도그링크(371)로 커넥팅링크(370)를 연결하여 상기 피스톤 로드(351) 및 디스플레이서 로드(381)의 전후진 작동이 편심축(332)에 가해져 카운트 웨이트(330)가 각각 일체로 축설된 구동축(320)을 중심으로 회전하도록 한 것이다.

상기 크랭크실(310)의 양측 외부로 인출된 구동축(320)에 풀리(390)를 축설하여 카운트 웨이트(330)의 회전에 따라 구동축(320)이 함께 회전됨에 따라 구동축(320)에 축설된 풀리(390)에 동력전달수단으로 연동되는 발전기, 펌프 등에 동력을 제공하도록 한 것이다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 크랭크장치(300)에 대하여 상호 작동상태를 히터 헤드장치(100) 및 실린더장치(200)와 연계하여 설명하면 다음과 같다.

도 5a에서와 같이, 히터 헤드장치(100)의 고온팽창실린더부(101)에 발생하는 고온팽창압력에 의하여 디스플레이서(380)를 피스톤(350)쪽으로 밀어주게 되면, 디스플레이서(380)와 피스톤(350)사이의 저온압축실린더부(352)에 유입된 공기에 압축력이 발생하게 되어 피스톤(350)이 크랭크장치(300)쪽으로 전진한다.

이때 먼저 디스플레이서(380)의 작동으로 디스플레이서 로드(381)가 전진하면 도그링크(371)로 연결되는 커넥팅 링크(370)가 크랭크축(340)에 동력전달이 이루어짐에 따라 디스플레이서(380)에 의한 디스플레이서 로드(381)의 전,후진운동이 커넥팅 링크(370)에 전달되어 커넥팅 링크(370)와 크랭크축(340)을 연결하는 연동축(360)의 작동에 따라 크랭크축(340)이 회전운동을 갖게 하며, 이 크랭크축(340)의 양측 외측단에 편심으로 축설된 양 카운트 웨이트(330)에 전달되어 양 카운트웨이트(330)가 함께 회전하게 된다.

그리고 상기 작동과 동시에 피스톤(350)의 전진에 따라 피스톤 로드(351)가 상기 크랭크장치(300) 쪽으로 함께 이동되면서 피스톤 로드(351)의 타측에 회전가능하도록 연결된 카운트 웨이트(330)의 편심축(332)에 힘을 전달하게 됨에 따라 카운트웨이트(330)의 회전으로 이에 축설된 구동축(320)이 회전하게 된다.

즉, 디스플레이서(380)와 피스톤(350)의 유기적인 전후진 작동이 카운트웨이트(330)의 편심축(332)에 힘이 전달됨에 따라 카운트웨이트(330)가 회전이 이루어지고, 구동축(320)의 외측부에 축설한 양 풀리(390)를 회전시키게 된다.

도 5b에서와 같이, 카운터웨이트(330)의 무게추(331) 쪽이 위쪽에서 아래쪽으로 내려올 때 자중이 함께 작용되어 회전력을 가중시키면서 카운트 웨이트(330)의 편심축(332)이 구동축(320)을 중심으로 회전이 이루어져 카운트 웨이트(330)의 무개추(331) 부분이 하방으로 내려가는 동작이 이루어진다.

그리고 상기 카운트 웨이트(330)의 무게추(331) 부분이 관성에 의해 위로 오르게 되는 과정에서 디스플레이서(380)가 먼저 시간 차로 후진하고 곧바로 피스톤(350)이 후진하게 되면 디스플레이서(380)와 피스톤(350) 사이의 저온압축실린더부(352)에 저온의 공기가 압축되면서 공기순환로(353)를 통하여 히터 헤드장치(100)에 구성된 고온팽창실린더부(101)로 보내져 고온의 공기와 만나 생성되는 팽창압력으로 다시 디스플레이서(380)와 피스톤(350) 을 순차적으로 전진 시켜주게되므로 상기에서 기술한 동작이 반복적으로 이루어짐에 따라 구동축(320)이 고속으로 회전이 이루어지게 되는 것이다.

상기에서와 같이 디스플레이서(380)와 피스톤(350)의 유기적인 전후진 작동이 카운트 웨이트(330)의 편심축(332)에 함께 힘이 전달됨에 따라 카운트 웨이트(330)의 회전력을 높이면서 양측으로 분리되는 구동축(320)에 각각 축설한 카운트 웨이트(330)의 무게추(331)에 의해 더욱 회전력을 높이게 하는 것이다.

한편, 도 3 및 도 5에서와 같이, 상기 디스플레이서(380)와 피스톤(350)에 서로 마주보는 대향면에 각각 동극반발용 자석(S1,S2)을 각각 부착하여 적정 간격의 범위 내에서 동극자력이 밀어주는 역할을 하도록 하여 디스플레이서(380)와 피스톤(350)이 작동시 피스톤(350)의 전진작용을 더욱 가속시키어 출력을 높이도록 하는 것이다.

또한 상기 카운트 웨이트(330)의 무게추(331) 외면과 구동축(340)의 위치선상 하방으로 크랭크실(310)에 일정간격을 두고 대향되게 각각 동극반발용 자석(S3,S4)을 부착하여 카운트 웨이트(330)가 하방으로 내려가는 동작에 동극 자력에 의해 밀어줄 수 있도록 하여 카운트 웨이트(330)의 회전 가속을 높이도록 한 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100 : 히터 헤드장치 101: 고온팽창실린더부
200 : 실린더장치 300: 크랭크장치
320: 구동축 330: 카운트 웨이트
332: 편심축 340: 크랭크축
350: 피스톤 351: 피스톤 로드
352: 저온압축실린더부 353: 공기순환로
360: 연동축 370: 커넥팅 링크
371: 도그링크 380: 디스플레이서
382: 보강판 390: 풀리

Claims

외표면부에 외부 발열체(산업체 폐열, 가스가열기구, 전기가열기구)의 가열에 의하여 디스플레이서(380)가 내장된 고온팽창실린더부(101)의 내부 기체가 고온으로 가열되면 기체의 고온 팽창으로 디스플레이서(380)에 상승압력을 제공하게 되는 히터 헤드장치(100)와,
상기 히터 헤드장치(100)의 고온팽창실린더부(101)상에 관통되게 설치된 공기순환로(353)를 통하여 압축된 저온공기를 제공하면서 잔류 팽창압력에 의하여 전후 작동되는 피스톤(350)이 내장된 냉각수단(201)을 구비한 실린더장치(200)와, 상기 실린더장치(200)의 저온압축실린더부(352)에 내장된 피스톤(350)의 전후작동을 회전운동으로 전환시켜 풀리(400)를 일방향으로 회전시키는 크랭크장치(300)를 갖는 스터링 엔진에 있어서,
상기 크랭크장치(300)는 크랭크실(310)의 양측에 동일 축선상으로 각각 회전하도록 축설한 양 구동축(320)에 카운터 웨이트(330)를 각각 고정되게 축설함과,
상기 양 카운트 웨이트(330)의 내측에 동일 축선 상으로 각각 일체로 형성한 편심축(332)에 피스톤 로드(351)의 한 측단부를 회전가능하도록 축설하면서 피스톤 로드(351)의 타 측단부를 피스톤(350)에 연결함과,
상기 양 편심축(332)에 각각 크랭크축(340)의 외측 단부를 고정되게 축설하면서 크랭크축(340)의 중간부에 커넥팅링크(370)를 연동축(360)으로 연결하고, 상기 디스플레이서(380)에 연결되는 디스플레이서 로드(381)와 도그링크(371)로 커넥팅링크(370)를 연결하여 상기 피스톤로드(351) 및 디스플레이서 로드(381)의 유기적인 전후진 작동이 편심축(332)에 가해져 카운트 웨이트(330)의 회전으로 구동축(320)에 축설된 풀리(390)가 회전하도록 함을 특징으로 하는 스터링 엔진.
제 1항에 있어서, 상기 디스플레이서(380)와 피스톤(350)에 서로 마주보는 대향면에 각각 동극반발용 자석(S1,S2)을 각각 부착함을 특징으로 하는 스터링 엔진.
제 1항에 있어서, 상기 카운트 웨이트(330)에 형성한 무게추(331) 외면과 구동축(340) 위치선상 하방의 크랭크실(310)에 일정간격을 두고 대향되게 각각 동극반발용 자석(S3,S4)을 부착함을 특징으로 하는 스터링 엔진.