KR101306782B1 - 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가열버너로 공급되는 가스/공기의 혼합기체를 가열버너의 후방으로부터 직접 공급받아 연소장치 전체를 단열하여 열손실을 최소화할 수 있는 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명의 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리는, 스털링 엔진의 헤더 상부에 위치하며 중앙에 헤더와 소정거리 이격된 공동을 형성하는 몸체와; 몸체의 하부에 위치하며 가스/공기의 혼합기체를 제공받아 연소하는 가열버너와; 상부 중앙에 형성되어 가열버너의 연소가스를 배출하는 연소가스 배출부와; 가열버너의 후방에 위치하며 외부의 혼합가스 공급관으로부터 혼합가스를 공급받아 가열버너로 공급하는 혼합가스 공급부;를 포함하며, 혼합가스 공급부는 외부면에 혼합가스 공급관이 연결되도록 관통홀이 형성된 혼합가스 유입부와, 혼합가스 유입부로부터 혼합가스를 제공받아 가열버너로 제공하는 혼합가스 가열부가 환형상으로 순차적으로 형성되며, 환형상으로 일단이 상부 또는 하부에 연결되고 타단이 외부면방향으로 연장되어 혼합가스가 배출되는 통로를 형성하는 차압판에 의해 분리되는 것을 특징으로 한다.

Description

스털링 엔진용 연소장치 어셈블리{COMBUSTION APPARATUS ASSEMBLY EXCHANGER FOR STIRLING ENGINE}
본 발명은 가열버너로 공급되는 가스/공기의 혼합기체를 가열버너의 후방으로부터 직접 공급받아 연소장치 전체를 단열하여 열손실을 최소화할 수 있는 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 스털링 엔진(1)은 대략 헤더(2), 냉각장치(3) 및 교류발전기(4)의 3부분으로 나누어진다.
헤더(2)는 스털링 엔진이 가열되는 단부로서 헤더(2)를 둘러싸고 있는 연소장치(5)의 환형의 가열버너(6)에서 발생된 열을 공급받는다. 가열버너에서 발생된 열은 다단으로 적층된 환형의 열교환기(7)를 통해 헤더(2)로 전달된다.
연소장치(5)는 상부 내면에 형성된 혼합가스유입통로(11)에 연결된 혼합가스공급부를 통해 가스/공기의 혼합가스를 공급받아 가열버너(6)에서 연소하며, 혼합가스의 연소로 발생된 열 및 고온의 연소가스는 헤더(2)와 연소장치(5) 사이에 형성된 공동부(9)를 통과한 후에 연소장치(5)의 상부에 형성된 연소가스 배출부(8)를 거쳐 상부의 물가열기(12)로 배출된다.
냉각장치(3)는 헤더의 하부에 위치하며 스털링 엔진(1)을 둘러싸는 환형도관을 통해 물 등의 냉각 액체를 제공받아 냉각시키며, 교류발전기(4)는 스털링 엔진의 하부에 위치하며 헤더를 통해 흡수된 열을 이용하여 전기를 생산한다.
한편, 이러한 종래의 스털링 엔진에 장착되는 연소장치는 가열버너에서 혼합가스를 연소하는 경우에 CO의 배출을 최소화하기 위하여 가열된 상태로 공급해야 하기 때문에 헤더(2)와 연소장치(5) 사이에 형성된 공동부(9)의 열을 전달받아 가열하기 위하여 헤더를 둘러싸는 상부면에 혼합가스 유입통로(11)를 형성할 수밖에 없었다. 그러나, 종래의 연소장치는 혼합가스를 상부면에서 가열하면서 제공받기 위해서는 연소장치를 완전히 단열할 수 없어 연소장치의 표면을 통해 배출되는 열손실이 증가할 수밖에 없는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가열버너로 공급되는 가스/공기의 혼합기체를 가열버너의 후방으로부터 직접 공급받아 연소장치 전체를 단열하여 열손실을 최소화할 수 있는 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 해결과제는 가열버너로 공급되는 혼합기체가 환형 가열버너의 외측으로 고르게 확산되도록 차압부를 형성하여 가열버너에 고르게 전달될 수 있는 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 해결과제는 가열버너로 공급되는 혼합기체를 가열버너 몸체의 잠열로 가열하여 혼합기체를 가열하기 위한 별도의 보조버너가 필요없는 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리는, 스털링 엔진의 헤더 상부에 위치하며 중앙에 헤더와 소정거리 이격된 공동을 형성하는 몸체와; 몸체의 하부에 위치하며 가스/공기의 혼합기체를 제공받아 연소하는 가열버너와; 몸체의 상부 중앙에 형성되어 가열버너의 연소가스를 배출하는 연소가스 배출부와; 가열버너의 후방에 위치하며 외부의 혼합가스 공급관으로부터 혼합가스를 공급받아 가열버너로 공급하는 혼합가스 공급부;를 포함하며, 혼합가스 공급부는 외부면에 혼합가스 공급관이 연결되도록 관통홀이 형성된 혼합가스 유입부와, 혼합가스 유입부로부터 혼합가스를 제공받아 가열버너로 제공하는 혼합가스 가열부가 환형상으로 순차적으로 형성되며, 환형상으로 일단이 상부 또는 하부에 연결되고 타단이 외부면방향으로 연장되어 혼합가스가 배출되는 통로를 형성하는 차압판에 의해 분리되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 가열버너는 환형 버너인 것을 특징으로 한다.
삭제
바람직하게, 차압판은 혼합가스의 배출통로를 형성하는 타단의 폭이 상부 또는 하부에 연결된 일단의 폭보다 좁게 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 혼합가스 가열부는 일단이 상부 또는 하부에 연결되고, 타단이 반대방향으로 연결된 받침벽에 의해 다수의 구역으로 구분된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 혼합가스 가열부는 일측면이 받침벽에 밀착되고 타측면이 차압판에 밀착되며 주름 형상으로 수직한 통로를 형성하는 혼합가스 가열통로를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 몸체의 내측면은 단열처리된 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
본 발명의 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리는 가열버너로 공급되는 가스/공기의 혼합기체를 가열버너의 후방으로부터 직접 공급받아 연소장치 어셈블리의 중량을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 가열버너로 공급되는 혼합기체가 환형 가열버너의 외측으로 고르게 확산되도록 차압부를 통하여 가열버너에 고르게 전달될 수 있는 장점이 있다.
또한, 가열버너 몸체의 잠열로 가열버너로 공급되는 혼합기체를 가열하여 혼합기체를 가열하기 위한 별도의 보조버너가 필요없는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 스털링 엔진의 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리의 사시도.
도 3은 도 2의 절단면도.
도 4는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리의 혼합가스 공급부의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리의 혼합가스 공급부의 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리의 사시도.
도 7은 도 6의 절단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리에 대하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리(100)는 스털링 엔진의 헤더 상부에 위치하는 몸체(110)와, 가스/공기의 혼합기체를 연소하는 가열버너(120)와, 가열버너(120)의 연소가스를 배출하는 연소가스 배출부(130)와, 가열버너(120)로 가스/공기의 혼합기체를 공급되는 혼합가스 공급부(140)를 구비한다.
몸체(110)는 스털링 엔진의 헤더 상부에 위치하며 헤더와 소정거리 이격되어 가열버너(120)에서 발생된 연소열과 연소가스가 통과하는 공동부를 형성한다. 이러한 몸체(110)는 반원형상으로 형성된다.
가열버너(120)는 환형 버너로서 몸체의 하부에 위치하며 가스/공기의 혼합가스를 공급받아 연소시킨다. 가열버너(120)로부터 발생된 연소열은 대류 및 복사에 의해 헤더에 전달된다.
연소가스 배출부(130)는 몸체(110)의 상단 중앙에 형성되며, 가열버너(120)에서 발생된 연소열과 연소가스를 스털링 엔진의 외부에 위치하는 물가열기로 공급하는 통로로 사용된다.
혼합가스 공급부(140)는 가열버너(120)의 후방에 위치하며 외부의 혼합가스 공급관으로부터 혼합가스를 공급받아 가열버너(120)로 공급하다. 이러한 혼합가스 공급부(140)는 혼합가스 유입부(142), 혼합가스 가열부(143)가 가열버너(120)의 후방에서 환형상으로 순차적으로 형성된다. 혼합가스 유입부(142)와 혼합가스 가열부(143)는 차압판(144)에 의해 구별된다.
혼합가스 유입부(142)는 외부면에 혼합가스 공급관(141)이 연결되는 관통홀이 형성되고, 외부면과 가열버너(120) 사이에 형성된 환형상의 차압판(144)에 의해 구획된다. 혼합가스 유입부(142)는 일측면에 형성된 관통홀을 통해 혼합가스를 공급받는다. 차압판(144)은 환형상으로 위치하며 일단이 상부 또는 하부에 연결되고 타단이 외부면방향으로 연장되어 혼합가스가 배출되는 통로를 형성한다. 외부면방향으로 연장되는 차압판(144)의 타단의 폭은 상부 또는 하부에 연결된 일단의 폭보다 좁게 형성된다. 이에 따라 혼합가스 유입부(142)로 공급된 혼합가스가 혼합가스 차압판(144)의 타단을 통과하면서 차압되면서 균일한 농도로 배출된다.
혼합가스 가열부(143)는 혼합가스 차압판(144)을 통과하여 가열버너(120)로 공급되는 혼합가스를 가열버너(120)의 후면에서 발생되는 열기로 가열하여 온도를 증가시킨다. 도 4에 도시된 바와 같이, 혼합가스 가열부(143)는 혼합가스 차압판(144)과 가열버너(120) 사이에 위치하며 일단이 상부면 또는 하부면에 연장되어 고정되고 타단이 내측면으로 연장된 환형상의 받침벽(145)과, 일측면이 받침벽(145)에 밀착되고 타측면이 차압판(144)에 밀착되며 주름 형상으로 수직한 통로를 형성하는 혼합가스 가열통로(146)를 구비한다. 이러한 혼합가스 가열부의 받침벽(145)은 가열버너의 몸체에 연결된 상부면 또는 하부면을 통해 가열버너의 열기를 전도받아 가열되고 또한 가열버너의 후면을 통해 복사열을 전달받아 가열되며, 혼합가스가 통과하면서 이러한 받침벽(145)에 형성된 혼합가스 가열통로(146)를 통과하면서 가열되어 열을 공급받아 가열된다. 온도가 증가된 혼합가스가 가열버너(120)로 공급되면 혼합가스의 불완전 연소를 최소화할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리의 작동과정에 대하여 자세히 설명한다.
먼저, 혼합가스 공급관(141)을 통해 혼합가스 공급부(140)의 내부로 공급된 가스/공기의 혼합가스는 원통형 통로를 따라 확산된다. 또한, 혼합가스 공급부(140)로 유입된 혼합가스는 차압판(144)의 하부에 형성된 통로를 통과하면서 차압되면서 균일한 농도로 혼합가스 가열부(143)로 배출된다. 이때, 혼합가스가 배출되는 차압판(144)의 배출부분은 혼합가스 공급관(141)과 서로 반대방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 혼합가스 공급관이 상부에 위치하면 차압판(144)은 상부가 막히고 하부에 혼합가스가 배출되는 통로를 형성하고, 혼합가스 공급관이 하부에 위치하면 차압판(144)은 하부가 막히고 상부에 혼합가스가 배출되는 통로가 형성되어 혼합가스 공급부(140)로 유입된 혼합가스가 혼합가스 공급부(140) 전체에 확산되도록 차압판(144)으로 빠르게 배출되지 않도록 할 수 있다.
한편, 혼합가스 공급부(140)에서 혼합가스 가열부(143)로 유입된 혼합가스는 받침벽(145)으로 차압판(144)과 가열버너(120) 사이에 형성된 혼합가스 가열통로(146)를 따라 유동하면서 가열버너(120)로 공급된다. 이때, 혼합가스 가열통로(146)를 통과하는 혼합가스는 혼합가스 가열통로(146)에 접촉하면서 열을 공급받아 가열된다. 온도가 증가된 혼합가스가 가열버너(120)로 공급되면 혼합가스의 불완전 연소를 최소화할 수 있다.
가열버너(120)에서 연소된 열소열과 연소가스는 헤더의 상부와 몸체(110)의 내측면에 형성된 공동부로 공급되어 스털링 엔진의 헤더를 가열하고, 상부에 형성된 배출구를 따라 상부로 배출된다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리는 가열버너(120)에서 연소된 연소열과 연소가스가 통과하는 몸체(110)의 내측면을 완전히 방열처리할 수 있어 몸체를 통해 전도되어 외부로 방출되는 열손실을 최소화할 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리는 연소가스 배출부(130)와 가열버너(120) 사이의 상부면을 통해 외부로 전도되는 열을 흡수하기 위한 워터 자켓(150)이 형성된다.
워터 자켓(150)은 몸체(110)의 상부면에서 소정거리 이격되며 상단부는 연소가스 배출부(130)에 밀착되고, 하단부는 가열버너(120)의 상부에 밀착되어 내부에 물이 유동할 수 있는 유동부(151)가 형성된다. 워터 자켓(150)의 하부 일측에는 워터 자켓(150)으로 물을 공급하는 물공급부(152)가 형성되고, 워터 자켓(150)의 상부 일측에는 워터 자켓(150)내부의 물을 외부로 배출하기 위한 물배출부(153)가 형성된다.
이러한 워터 자켓(150)은 헤더를 감싸는 몸체(110)의 내면을 통해 외부면으로 손실되는 열이 발생되면 몸체(110) 외부면으로 공급된 워터 자켓(150)의 물이 열을 흡수할 수 있어 가정용 또는 공업용의 온수로 재활용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 연소장치 어셈블리 110 : 몸체
120 : 가열버너 130 : 연소가스 배출부
140 : 혼합가스 공급부 141 : 혼합가스 공급관
142 : 혼합가스 유입부 143 : 혼합가스 가열부
144 : 차압판 145 : 받침벽
146 : 혼합가스 가열통로 150 : 워터 자켓
151 : 유동부 152 : 물공급부
153 : 물배출부

Claims (9)

  1. 스털링 엔진의 헤더 상부에 위치하며 중앙에 헤더와 소정거리 이격된 공동을 형성하는 몸체와;
    몸체의 하부에 위치하며 가스/공기의 혼합기체를 제공받아 연소하는 가열버너와;
    몸체의 상부 중앙에 형성되어 가열버너의 연소가스를 배출하는 연소가스 배출부와;
    가열버너의 후방에 위치하며 외부의 혼합가스 공급관으로부터 혼합가스를 공급받아 가열버너로 공급하는 혼합가스 공급부;를 포함하며,
    혼합가스 공급부는 외부면에 혼합가스 공급관이 연결되도록 관통홀이 형성된 혼합가스 유입부와, 혼합가스 유입부로부터 혼합가스를 제공받아 가열버너로 제공하는 혼합가스 가열부가 환형상으로 순차적으로 형성되며, 환형상으로 일단이 상부 또는 하부에 연결되고 타단이 외부면방향으로 연장되어 혼합가스가 배출되는 통로를 형성하는 차압판에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서, 가열버너는 환형 버너인 것을 특징으로 하는 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 차압판은 혼합가스의 배출통로를 형성하는 타단의 폭이 상부 또는 하부에 연결된 일단의 폭보다 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리.
  5. 청구항 1에 있어서, 혼합가스 가열부는 일단이 상부 또는 하부에 연결되고, 타단이 반대방향으로 연결된 받침벽에 의해 다수의 구역으로 구분된 것을 특징으로 하는 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리.
  6. 청구항 5에 있어서, 혼합가스 가열부는 일측면이 받침벽에 밀착되고 타측면이 차압판에 밀착되며 주름 형상으로 수직한 통로를 형성하는 혼합가스 가열통로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리.
  7. 청구항 1에 있어서, 몸체의 내측면은 단열처리된 것을 특징으로 하는 스털링 엔진용 연소장치 어셈블리.
  8. 삭제
  9. 삭제
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