KR101330135B1 - 스털링 엔진용 헤더 열교환기 - Google Patents

스털링 엔진용 헤더 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스털링 엔진의 가열버너로부터 열을 복사와 전도방식으로 직접 열을 흡수하여 흡수하는 열의 효율을 증가시킬 수 있는 스털링 엔진용 헤더 열교환기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 스털링 엔진용 헤더 열교환기에 있어서, 원통형상으로 형성되고 스털링 엔진의 헤더 표면에 밀착되는 내부밀착부(110)와, 일단이 내부밀착부(110)에 고정되고 타단이 외측방향으로 방사형태로 연장된 열전달몸체(120)와, 열전달몸체(120)의 상부면과 하부면을 관통하는 관통홀(130), 및 열전달몸체(120)의 외측면에는 상부로 돌출된 돌출부(140)을 포함하되, 내부밀착부(110)는 열전달몸체의 높이보다 상부방향으로 돌출되도록 형성되고, 상기 열교환기는 헤더 표면에 상하방향으로 적층 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

스털링 엔진용 헤더 열교환기{HIGH TEMPERATURE HEAT EXCHANGER FOR STIRLING ENGINE}
본 발명은 스털링 엔진의 가열버너로부터 열을 복사와 전도방식으로 직접 열을 흡수하여 흡수하는 열의 효율을 증가시킬 수 있는 스털링 엔진용 헤더 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 스털링 엔진(1)은 대략 헤더(2), 냉각장치(3) 및 교류발전기(4)의 3부분으로 나누어진다.
헤더(3)는 스털링 엔진이 가열되는 단부로서 헤더(3)를 둘러싸고 있는 연소장치(5)의 환형의 가열버너(6)에서 발생된 열을 공급받는다. 가열버너에서 발생된 열은 다단으로 적층된 환형의 열교환기(7)를 통해 헤더(3)로 전달된다.
연소장치(5)는 상부 내면에 형성된 혼합가스유입통로(11)에 연결된 혼합가스공급부(10)를 통해 가스/공기의 혼합가스를 공급받아 가열버너(6)에서 연소하며, 혼합가스의 연소로 발생된 열 및 고온의 배기가스는 헤더(3)와 연소장치(5) 사이에 형성된 중공부(9)를 통과한 후에 연소장치(5)의 상부에 형성된 배기가스 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 열교환기는 일측이 헤더에 장착되고 타측이 가열버너방향으로 돌출된 판형상으로 헤더에 다층으로 장착되어 가열버너로부터 발생된 열을 전달받는다. 이러한 다층으로 형성된 열교환기는 아래층과 윗층 사이의 공간으로 가열버너의 복사열이 유입되면 상부면과 하부면을 통해 반사시키면서 열을 흡수하였다. 그러나, 이러한 종래의 열교환기는 가열버너 방향으로만 개구된 형태이기 때문에 흡수되는 열의 대부분을 복사를 통해서만 제공받기 때문에 효율이 낮은 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스털링 엔진의 가열버너로부터 열을 흡수하는 열교환기의 표면에 관통홀을 형성하여 가열버너에서 발생된 열을 복사를 통해 흡수하면서도 유동하는 배기가스로부터 전도방식으로 직접 열을 흡수하여 흡수하는 열의 효율을 증가시킬 수 있는 스털링 엔진용 헤더 열교환기를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 스털링 엔진용 헤더 열교환기에 있어서, 원통형상으로 형성되고 스털링 엔진의 헤더 표면에 밀착되는 내부밀착부(110)와, 일단이 내부밀착부(110)에 고정되고 타단이 외측방향으로 방사형태로 연장된 열전달몸체(120)와, 열전달몸체(120)의 상부면과 하부면을 관통하는 관통홀(130), 및 열전달몸체(120)의 외측면에는 상부로 돌출된 돌출부(140)을 포함하되, 내부밀착부(110)는 열전달몸체의 높이보다 상부방향으로 돌출되도록 형성되고, 상기 열교환기는 헤더 표면에 상하방향으로 적층 설치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 내부밀착부(110)와 열전달몸체(120)는 열팽창 계수가 같은 금속재질로 형성된 것을 특징으로 한다.
삭제
바람직하게, 열전달몸체(120)는 외측부분의 두께가 내측부분의 두께보다 얇게 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 관통홀(130)은 열전달몸체(120)의 주위에 방사형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 스털링 엔진용 헤더 열교환기는 적층된 상부면과 하부면를 통해서 가열버너의 연소로 발생된 열을 복사방식으로 흡수할 수 있고, 또한, 표면에 관통홀을 통해 가열버너의 연소로 발생된 배기가스로부터 전도방식으로 열을 흡수하여 엔진으로 공급되는 열의 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 스털링 엔진의 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스털링 엔진용 헤더 열교환기에 대한 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스털링 엔진용 헤더 열교환기의 설치 상태도.
도 4a는 도 3의 A-A를 통한 열흡수 과정을 나타낸 단면도.
도 4b는 도 3의 B-B를 통한 열흡수 과정을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스털링 엔진용 헤더 열교환기에 대한 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스털링 엔진용 헤더 열교환기를 통한 열흡수 과정을 나타낸 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스털링 엔진용 헤더 열교환기에 대하여 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 스털링 엔진용 헤더 열교환기는 일반적인 열교환기와 같이 일단이 헤드에 장착되고 타단이 가열버너방향으로 연장된 상태에서 가열버너에서 발생된 열을 흡수하여 스털링 엔진이 작동되도록 헤드로 전달한다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 스털링 엔진용 헤더 열교환기(100)는 원통형상으로 형성되고, 스털링 엔진의 표면에 밀착되는 내부밀착부(110)와, 내부밀착부(110)에서 가열버너(6)방향으로 연장된 열전달몸체(120), 및 열전달몸체(120)를 상하로 관통하는 관통홀(130)을 구비한다. 열교환기(100)는 열전도가 높은 금속재질로 형성되는 것이 바람직하다. 열교환기(100)의 내부밀착부(110)와 열전달몸체(120)는 열팽창 계수가 같은 동일한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
내부밀착부(110)는 원통형상으로 스털링 엔진에 용접 등으로 접합되며, 열전달몸체(120)의 높이보다 상부방향으로 돌출되도록 형성되어 상하 적층되는 열전달몸체(120)들 사이에 일정한 간격을 형성한다. 내부밀착부(110)는 가열버너(6)에서 발생되어 열전달몸체(120)를 통해 흡수된 열을 전달받아 스털링 엔진의 헤드로 전달한다.
열전달몸체(120)는 내부밀착부(110)의 하부면에서 외측방향으로 방사형태로 연장되어 있으며 납땜, 초음파 접합 등으로 접합된다. 열전달몸체(120)의 하부면과 상부면은 실질적으로 평탄하게 형성된다. 열전달몸체(120)는 내부밀착부(110)를 따라 상하방향으로 순차적으로 적층된다. 이때, 열전달몸체(120)의 내측부분과 외측부분의 두께는 외측부분의 두께가 내측부분의 두께보다 얇게 형성되어 가열버너(6)에서 복사열의 유입경로를 증가시키는 것이 바람직하다.
관통홀(130)은 열전달몸체(120)의 외부면에서 내부면의 방향인 원주방향으로 형성되면서 열전달몸체(120)의 주위에 방사형태로 배치된다. 이러한 관통홀(130)은 가열버너(6)에 의해 발생된 대류열이 헤드의 하부에 장착된 열전달몸체(120)로 전달되면 대류열이 관통홀(130)을 따라 상부에 장착된 열전달몸체(120)를 따라 이동하게 되면서 추가적으로 열을 흡수할 수 있게 된다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스털링 엔진용 헤더 열교환기(100)는 스털링 엔진에 상하로 적층되어 장착된 상태에서 전방의 가열버너(6)가 연소하면 열전달몸체(120)의 외측면은 직접 가열버너(6)에서 발생된 복사열을 전달받아 흡수한다. 또한, 상하로 적층된 열전달몸체(120) 사이의 공간으로 가열버너(6)에서 발생된 복사열이 입사되면 입사된 복사열은 상부에 장착된 열전달몸체(120)의 하부면과 하부에 장착된 열전달몸체(120)의 상부면 사이를 따라 반사되면서 내부밀착부(110)로 향하게 되고, 다시 내부밀착부(110)에서 반사된 후에도 열전달몸체(120)의 상하면을 따라 반사되면서 외부로 배출되는데 열전달몸체(120)의 상하부면은 반사되는 복사열로부터 추가적으로 열을 흡수할 수 있다.
또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스털링 엔진용 헤더 열교환기(100)는 가열버너(6)의 연소에서 발생된 고온의 배기가스가 배기가스 배출부를 통해 외부로 배출되기 전에 열전달몸체(120)를 감싸면서 관통홀(130)을 따라 상하방향으로 유동할 수 있기 때문에 관통홀(130)의 내측에 위치하는 열전달몸체(120)에 접촉하게 되어 추가적으로 열을 흡수할 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명의 열교환기(100)는 1차적으로 열전달몸체(120)의 외측면을 따라 직접 가열버너(6)로부터 발생된 복사열을 흡수할 수 있고, 2차적으로 적층된 열전달몸체(120)의 상부면과 하부면에서 반사되는 복사열을 흡수할 수 있으며, 3차적으로 관통홀(130)을 통해서 가열버너(6)로부터 발생된 대류열을 흡수할 수 있기 때문에 열흡수 효율을 증가시킬 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스털링 엔진용 헤더 열교환기(100)는 열전달몸체(120)의 외측에 상부로 돌출된 돌출부(140)가 형성된다.
이러한 열교환기(100)는 상하로 적층된 열전달몸체(120) 사이의 공간으로 가열버너(6)에서 발생된 복사열이 입사되면, 입사된 복사열은 상부에 장착된 열전달몸체(120)의 하부면과 하부에 장착된 열전달몸체(120)의 상부면 사이를 따라 반사되면서 내부밀착부(110)로 향하게 되고, 다시 내부밀착부(110)에서 반사된 후에도 열전달몸체(120)의 상하면을 따라 반사되면서 외부로 배출되는데 열전달몸체(120)의 상하부면은 반사되는 복사열로부터 추가적으로 열을 흡수할 수 있다. 이때, 열교환기(100)의 외부로 배출되는 반사열은 돌출부(140)를 통해 반사되면 다시 내부밀착부(110)로 반사되어 더욱 많은 열을 흡수할 수 있다. 또한, 가열버너(6)로부터 노출되는 외측면의 면적이 증가되어 가열버너(6)로부터 직접 전달받는 복사열도 량이 증가될 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 : 스털링 엔진용 헤더 열교환기
110 : 내부밀착부
120 : 열전달몸체
130 : 관통홀
140 : 돌출부

Claims (6)

  1. 스털링 엔진용 헤더 열교환기에 있어서,
    원통형상으로 형성되고 스털링 엔진의 헤더 표면에 밀착되는 내부밀착부와;
    일단이 내부밀착부에 고정되고 타단이 외측방향으로 방사형태로 연장된 열전달몸체와;
    상기 열전달몸체의 상부면과 하부면을 관통하는 관통홀; 및
    상기 열전달몸체의 외측면에서 상부로 돌출된 돌출부;를 포함하되,
    상기 내부밀착부는 열전달몸체의 높이보다 상부방향으로 돌출되도록 형성되고,
    상기 열교환기는 헤더 표면에 상하방향으로 적층 설치되는 것을 특징으로 하는 스털링 엔진용 헤더 열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서, 내부밀착부와 열전달몸체는 열팽창 계수가 같은 금속재질로 형성된 것을 특징으로 하는 스털링 엔진용 헤더 열교환기.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 열전달몸체는 외측부분의 두께가 내측부분의 두께보다 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 스털링 엔진용 헤더 열교환기.
  5. 청구항 1에 있어서, 관통홀은 열전달몸체의 주위에 방사형태로 형성된 것을 특징으로 하는 스털링 엔진용 헤더 열교환기.
  6. 삭제
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