KR101623418B1 - stirling engine - Google Patents

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KR101623418B1
KR101623418B1 KR1020140183262A KR20140183262A KR101623418B1 KR 101623418 B1 KR101623418 B1 KR 101623418B1 KR 1020140183262 A KR1020140183262 A KR 1020140183262A KR 20140183262 A KR20140183262 A KR 20140183262A KR 101623418 B1 KR101623418 B1 KR 101623418B1
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KR
South Korea
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cylinder
expansion chamber
water
piston
heat
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KR1020140183262A
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Korean (ko)
Inventor
박상희
신승훈
이장범
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박상희
신승훈
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Abstract

The present invention relates to a Stirling engine using rapid gasification of a mixture of water and air which comprises a heat source to rapidly gasify water sprayed to an expansion chamber of a cylinder and rapidly expand internal air. The Stirling engine comprises: a cylinder (10) having a working fluid in an expansion chamber (10a) and a reciprocating piston (11); a connecting rod (21) connected to the piston (11); a crank shaft (20) connected to the connecting rod (21) to convert reciprocating motion of the piston (11) into rotational motion and mounted on a flywheel (22); and a heat source (30) to heat the working fluid. The cylinder (10) has a bottom unit which comes in contact with the expansion chamber (10a) below a bottom dead center of the piston (11) and consists of an insulation unit (12). A plurality of water spray ports (42) are formed on a wall of the cylinder (10) which comes in contact with the expansion chamber (10a). One end of a water spray nozzle (43) is connected to a water tank (41), and the water spray nozzle (43) is installed on the water spray ports (42). Water periodically sprayed to the expansion chamber (10a) of the cylinder (10) through the water spray nozzle (43) is rapidly gasified by heat transferred through the insulation unit (12) and rapidly expanded with air which is the working fluid of the expansion chamber (10a) of the cylinder (10) to move the piston (11) forwards. The piston (11) reciprocates by rapid vaporization (gasification) of a mixture of the water and the air in the expansion chamber of the cylinder to obtain motion energy for rotating the crank shaft.

Description

스터링 엔진{stirling engine}Stirling engine {stirling engine}

본 발명은 물과 공기 혼합물의 급격한 기화를 이용한 스터링 엔진에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더 팽창실에 분사되는 물을 급격히 기화시키고 내부 공기를 급격히 팽창시키는 열원을 구비한 물과 공기 혼합물의 급격한 기화를 이용한 스터링 엔진에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stuttering engine using a rapid evaporation of a water-air mixture, and more particularly, to a stuttering engine that rapidly vaporizes water injected into a cylinder expansion chamber, To a stalling engine using the stator.

근래 새로운 에너지원의 발굴에 대한 관심이 높아지면서, 산업의 거의 모든 분야에서 발생한다고 할 수 있는 중저온의 배기가스 또는 냉각수의 현열(감열) 등에 의한 회수 및 재이용의 중요성이 높아지고 있다. 또한, 신재생 에너지분야에서는 100℃ 정도의 심부 지열수를 대표적으로 꼽을 수 있고, 태양열로는 집광에 의하지 아니한 경우에도 200℃ 이내의 온수를 얻을 수 있다.Recently, as interest in finding new energy sources has increased, the importance of recovering and reusing low-temperature exhaust gas or cooling water due to sensible heat (heat), etc., which may occur in almost all fields of industry, is increasing. In the field of renewable energy, deep-seated geothermal water of about 100 ° C is a representative example, and in the case of solar heat, hot water of 200 ° C or less can be obtained even by not focusing.

따라서, 이와 같은 중저온 열에너지는 그 양이 막대하지만, 실제로는 보다 효율적이며 경제적인 에너지의 실사용 환경으로의 전환하는 기술발전이 아직은 낮은 수준으로 현실적으로 광범위하게 이용되고 있지 못하고 있는 실정이며, 축동력 또는 전기 에너지로 전환하여 사용하는 것이 바람직하다.Therefore, although the amount of such low-temperature thermal energy is large, in reality, the technological development of transitioning to a practical use environment of more efficient and economical energy is not yet widely used at a low level and in reality, It is preferable to convert it into electrical energy for use.

상기와 같은 중저온의 열에너지를 고급 에너지인 축동력으로 전환하는 데는 유기랭킨 사이클이 지금까지 알려져 주로 적용되고 있다. 이와 같은 유기랭킨 사이클은, 물보다 증기압이 높은 유기 열매체를 작동 유체로 사용함으로써, 낮은 온도의 열원 조건하에서도 상대적으로 높은 열효율로 축동력을 얻는 것을 가능하게 하는 동력 사이클의 한 형태이다.The organic Rankine cycle has been known to be used to convert the above-mentioned low-temperature heat energy into high-energy energy. Such an organic Rankine cycle is a type of power cycle that makes it possible to obtain shaft power with a relatively high thermal efficiency even under low temperature heat source conditions by using an organic heating medium having a higher vapor pressure than water as a working fluid.

예를 들어, 알려진 유기랭킨 사이클은, 순환펌프, 터빈, 응축기 및 증발기 등의 독립된 구성장치를 상호 연관 구성한 것으로서, 작동 유체가 증발기에서 기화된 후 터빈에서 팽창하면서 축동력을 발생시키며, 응축기에서 다시 액화된 다음 펌프에 의해서 증발기로 다시 공급되는 폐순환 사이클로 구성된다.For example, the known organic Rankine cycle is an interrelated construction of independent components such as circulation pumps, turbines, condensers, and evaporators, which generate axial forces while expanding in the turbine after the working fluid is vaporized in the evaporator, And then fed back to the evaporator by the pump.

그러나, 이와 같이 알려진 유기랭킨 시스템은 장치의 구성이 복잡하고 다량의 유기 열매체가 소요되는 것은 물론 각 요소 장치에 대한 정밀한 제어가 요구되기 때문에 지금까지는 기동 및 정지가 용이하지 않다.However, the known organic Rankine system is not easy to start and stop so far, because the apparatus is complicated in structure, requires a large amount of organic heating medium, and precisely controls each element apparatus.

예를 들어, 이와 같은 유기랭킨 시스템은 MW급 이상의 대용량 발전 시스템에 주로 적용되고 있는 실정이다. 즉, 발전 용량이 수백 kW 이하이며 열원의 공급조건이 불안정하여 빈번한 기동과 정지가 반복되어야 하는 중저온 열원에 대해서는 적용하기가 적합하지 않다.For example, such an organic Rankine system is mainly applied to a MW-class or higher-capacity power generation system. That is, it is not suitable to apply to a low-temperature heat source in which the generation capacity is several hundreds of kW or less and the supply condition of the heat source is unstable and frequent start and stop is repeated.

한편, 이와 같은 중저온 열원의 적용이 쉽지않은 유기랭킨 시스템에 반하여, 스터링 엔진은 동력 사이클을 이루는 각 구성 요소가 하나의 엔진으로 구성되고, 작동 유체로서 공기와 같은 기체를 사용하므로 장치가 매우 단순하고 운전이 용이하다.On the other hand, in contrast to the organic Rankine system in which such a low-temperature heat source is not easy to apply, the stirling engine uses a gas such as air as a working fluid, and each component constituting the power cycle is composed of one engine. It is easy to operate.

이와 같은 스터링 엔진은 동력 사이클 중 최고의 열효율을 가지기 때문에, 이를 이용하여 중저온 열에너지를 동력으로 전환할 경우 상기한 바와 같은 유기랭킨 시스템에 비하여 매우 구조가 단순하지만, 고효율로 열에너지를 운동에너지로 전환할 수 있다.Since such a stirling engine has the highest thermal efficiency among the power cycles, it is very simple in structure when compared with the organic Rankine system as described above. However, when converting the middle-low temperature thermal energy into the power, .

위와 같이 공기와 같은 작동 유체를 사용하는 스터링 엔진의 일 예가 특허문헌 1 내지 특허문헌 4에 나타나 있는데, 특허문헌에 나타난 스터링 엔진의 경우, 작동 유체에 전달되는 열의 전도성을 높이기 위한 별도의 구성이나 구조를 구비하고 있지 않다.One example of a stuttering engine using a working fluid such as air as described above is shown in Patent Documents 1 to 4. In the case of the stairing engine disclosed in the patent literature, a separate structure or structure for increasing the conductivity of heat transmitted to the working fluid .

즉, 특허문헌 1의 '전열 촉진형 스터링 엔진'은, 증기와 같은 가열원이 가열 튜브 가열시 작동 유체의 부피가 팽창되고, 냉각수와 같은 냉각원이 냉각 튜브 냉각시 작동 유체의 부피가 수축되면서 디스플레이서가 이동하는 것이고, 특허문헌 2의 '스터링 엔진'은, 열원이 전열 스터드 가열시 작동 유체의 부피가 팽창되면서 피스톤과 함께 디스플레이서가 이동하는 것이며, 특허문헌 3의 '유체분사수단이 구비된 스크롤 방식의 스터링 엔진'은, 작동 유체가 냉각기 및 가열기에서 냉각 및 가열되면서 스크롤 압축기와 스크롤 팽창기에 분사되는 것이며, 특허문헌 4의 '스터링 엔진'은, 외부의 산업체 폐열, 가스가열기구, 전기가열기구의 가열에 의하여 디스플레이서가 내장된 고온팽창실린더의 내부 기체 가열시 기체의 고온 팽창으로 디스플레이서에 상승압력을 제공하는 것이다.That is, in the 'heat transfer promotion type stirling engine' of Patent Document 1, when the heating source such as steam heats the heating tube, the volume of the working fluid is expanded, and when the cooling source such as cooling water cools the cooling tube, The display is moved. In the 'Stirling engine' of Patent Document 2, the display is moved together with the piston while the volume of the working fluid is expanded when the heat source is heated by the heat transfer stud. In the 'patent document 3' Type stirling engine 'is that the working fluid is injected into the scroll compressor and the scroll expander while being cooled and heated in the cooler and the heater, and the' Stirling engine 'of Patent Document 4 is an industrial waste heat, The high temperature expansion of the gas in the high-temperature expansion cylinder with the built-in display is heated To provide a force.

상기한 바와 같은 특허문헌 1 내지 특허문헌 4는 열원의 열에너지가 가열 튜브, 전열 스터드, 냉각기 및 가열기, 고온 팽창 실린더 등을 거쳐 작동 유체에 전달되는 과정에서 손실되는 등의 문제가 있고, 열에너지에 의한 작동 유체의 팽창만으로 필요로 하는 피스톤 등의 운동에너지로 변환하는데 한계가 있다.Patent Documents 1 to 4 as described above have a problem that heat energy of a heat source is lost in the process of being transferred to a working fluid through a heating tube, an electrothermal stud, a cooler and a heater, a high temperature expansion cylinder, There is a limit to the conversion into the kinetic energy of the piston or the like required only by expansion of the working fluid.

대한민국 등록특허공보 제 10-0745820 호(공고일자 2007. 08. 30.)Korean Registered Patent No. 10-0745820 (Published on Aug. 30, 2007) 대한민국 등록특허공보 제 10-0804278 호(공고일자 2008. 02. 18.)Korean Registered Patent No. 10-0804278 (Published on Feb. 18, 2008) 대한민국 등록특허공보 제 10-1136798 호(공고일자 2012. 04. 19.)Korean Registered Patent No. 10-1136798 (Published on Apr. 19, 2012) 대한민국 등록특허공보 제 10-1259394 호(공고일자 2013. 04. 30.)Korean Registered Patent No. 10-1259394 (Publication date 2013. 04. 30.)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공기와 같은 작동 유체의 팽창과 함께 물의 급격한 증발(기화)을 이용하여 열에너지를 피스톤 등의 운동에너지로 변환할 수 있도록 하는 스터링 엔진을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a stuttering engine capable of converting thermal energy into kinetic energy such as a piston by using a rapid evaporation The purpose is to provide.

또한, 본 발명은 열원의 열에너지를 실린더 내의 공기와 실린더 내로 분사되는 물에 전달하는 실린더를 열전도성이 높고 축열성이 좋은 재질로 구성함으로써, 열손실을 최소화할 수 있도록 하는 스터링 엔진을 제공하는데 그 목적이 있다.Further, the present invention provides a stirling engine that minimizes heat loss by constituting a cylinder for transferring heat energy of a heat source to air in a cylinder and water sprayed into a cylinder, from a material having high thermal conductivity and good shrinkage resistance. There is a purpose.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적은, 팽창실에 작동 유체가 들어 있고 왕복 운동하는 피스톤이 구비된 실린더, 상기 피스톤에 연결된 커넥팅 로드, 상기 커넥팅 로드에 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동을 회전운동으로 변환시키며 플라이 휠에 결합된 크랭크 축 및 작동 유체를 가열하는 열원을 구비한 스터링 엔진에 있어서, 상기 실린더는 상기 피스톤의 하사점 아래의 팽창실과 접하는 바닥부가 전열부로 구성되고, 상기 팽창실과 접하는 실린더의 벽에 복수의 물 분사구가 형성되며; 일단이 물탱크에 연결된 물 분사노즐에 상기 복수의 물 분사구가 설치되어; 상기 물 분사 노즐을 통해 주기적으로 상기 실린더의 팽창실로 분사되는 물이 상기 전열부를 통해 전달되는 열에 의해 급격히 기화되고 상기 실린더 팽창실의 작동유체인 공기가 함께 급격히 팽창하여 상기 피스톤을 전진시키는, 스터링 엔진에 의해 달성된다.As described above, an object of the present invention is to provide a cylinder having a piston in which a working fluid is contained in an expansion chamber and reciprocating motion, a connecting rod connected to the piston, a piston connected to the connecting rod, And a heat source for heating a working fluid, wherein the cylinder has a bottom portion in contact with the expansion chamber below the bottom dead center of the piston, the bottom portion being a heat transfer portion, and the cylinder wall contacting the expansion chamber A plurality of water jet openings are formed in the water jet opening; Wherein said plurality of water jetting openings are installed in a water jetting nozzle connected to said water tank at one time; The water injected into the expansion chamber of the cylinder periodically through the water injection nozzle is rapidly vaporized by the heat transmitted through the heat transfer portion and the air as the working oil of the cylinder expansion chamber rapidly expands to advance the piston Lt; / RTI >

본 발명의 하나의 측면에 의하면, 상기 실린더의 전열부는, 열전도성이 높고 축열성이 좋은 스톤 플레이트(stone plate)로 구성된다.According to one aspect of the present invention, the heat transfer portion of the cylinder is formed of a stone plate having high thermal conductivity and good shrinkage resistance.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 냉각실과 접하는 상기 실린더의 외벽에 히트 싱크가 형성된다.According to another aspect of the present invention, a heat sink is formed on an outer wall of the cylinder in contact with the cooling chamber.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 실린더 측벽에는 상기 피스톤의 왕복운동시 상기 실린더의 팽창실과 냉각실 간의 공기 흐름을 유도하기 위한 바이패스 유로가 형성된다.According to another aspect of the present invention, a bypass flow path for guiding air flow between the expansion chamber and the cooling chamber of the cylinder is formed on the side wall of the cylinder when the piston reciprocates.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 실린더의 팽창실과 상기 물탱크 간에 연결되어, 상기 실린더 팽창실 내의 응축수를 상기 물탱크로 보내는 드레인부를 구비한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a drain portion connected between the expansion chamber of the cylinder and the water tank, for sending condensed water in the cylinder expansion chamber to the water tank.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 드레인부에는 상기 물탱크로부터 상기 실린더 팽창실 내로 물이 유입되는 것을 차단하기 위한 체크밸브가 설치된다.According to another aspect of the present invention, the drain portion is provided with a check valve for blocking the inflow of water from the water tank into the cylinder expansion chamber.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 물 분사노즐에는 상기 실린더 팽창실로부터 상기 물탱크로의 증기를 포함하는 공기의 흐름을 차단하기 위한 체크밸브가 설치된다.According to another aspect of the present invention, the water injection nozzle is provided with a check valve for shutting off the flow of air including steam from the cylinder expansion chamber to the water tank.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 열원은, 상기 실린더의 전열부를 100∼400℃의 열로 가열한다.According to another aspect of the present invention, the heat source heats the heat transfer portion of the cylinder to 100 to 400 캜.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 피스톤은, 상기 실린더의 전열부를 가열하는 열원의 온도에 의해 왕복운동의 속도가 조절된다.According to another aspect of the present invention, the speed of the reciprocating motion of the piston is controlled by the temperature of the heat source for heating the heat transfer portion of the cylinder.

본 발명에 의하면, 열원의 열에너지에 의해 실린더 팽창실 내에 물이 분사되어 급격히 증발됨으로써, 공기와 같은 작동 유체의 팽창과 물의 급격한 증발(기화)을 이용하여 열원의 열에너지를 피스톤 등의 운동에너지로 변환할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, water is injected into the cylinder expansion chamber by the thermal energy of the heat source and is rapidly evaporated, so that the thermal energy of the heat source is converted into kinetic energy of the piston or the like using the expansion of the working fluid such as air and the rapid evaporation There is an effect that can be done.

또한, 본 발명은 열원의 열에너지를 실린더 내의 공기와 실린더 내로 분사되는 물에 전달하는 실린더를 열전도성이 높고 축열성이 좋은 재질로 구성함으로써, 열원의 열에너지를 피스톤 등의 운동에너지로 변환하는 과정에서의 열손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.Further, the present invention is characterized in that the cylinder for transferring the heat energy of the heat source to the air in the cylinder and to the water sprayed into the cylinder is made of a material having high thermal conductivity and good heat-shrinkage property. Thus, in the process of converting thermal energy of the heat source into kinetic energy The heat loss of the heat exchanger can be minimized.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 스터링 엔진의 개략적인 구성을 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 스터링 엔진의 개략 단면도이다.
1 is a perspective view showing a schematic configuration of a stirling engine according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of a stirling engine according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 스터링 엔진의 개략적인 구성을 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 스터링 엔진의 개략 단면도이다.FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a stirling engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view of a stirling engine according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 의한 스터링 엔진은, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 팽창실(10a)에 작동 유체가 들어 있고 왕복 운동하는 피스톤(11)이 구비된 실린더(10), 피스톤(11)에 연결된 커넥팅 로드(21), 커넥팅 로드(21)에 연결되어 피스톤(11)의 왕복 운동을 회전운동으로 변환시키며 플라이 휠(22)에 결합된 크랭크 축(20) 및 작동 유체를 가열하는 열원(30)을 구비한 스터링 엔진에 있어서, 실린더(10)는 피스톤(11)의 하사점 아래의 팽창실(10a)과 접하는 바닥부가 전열부(12)로 구성되고, 팽창실(10a)과 접하는 실린더(10)의 벽에 복수의 물 분사구(42)가 형성되며, 일단이 물탱크(41)에 연결된 물 분사노즐(43)에 복수의 물 분사구(42)가 설치되어, 물 분사 노즐(42)을 통해 주기적으로 실린더(10)의 팽창실(10a)로 분사되는 물이 전열부(12)를 통해 전달되는 열에 의해 급격히 기화되고 실린더(10) 팽창실(10a)의 작동유체인 공기가 함께 급격히 팽창하여 피스톤(11)을 전진시킴으로써, 열원(30)에 의해 실린더(10) 내의 공기가 팽창하는 한편 실린더(10) 내에 스프레이 방식으로 분사되는 물이 급격히 증발(기화)되면서 피스톤(11)을 왕복운동시키기 위한 운동에너지가 생성된다.1 and 2, a stirling engine according to an embodiment of the present invention includes a cylinder 10 having a piston 11 in which an operating fluid is contained and reciprocating in an expansion chamber 10a, a piston 10 11 and connected to the connecting rod 21 to convert the reciprocating motion of the piston 11 into rotational motion and to heat the crankshaft 20 and the working fluid coupled to the flywheel 22, In the stuttering engine having the heat source (30), the cylinder (10) is constituted by the heat transfer portion (12) contacting with the expansion chamber (10a) under the bottom dead center of the piston (11) A plurality of water injection openings 42 are formed in the wall of the cylinder 10 in contact with the water tank 41 and a plurality of water injection openings 42 are provided in the water injection nozzle 43 whose one end is connected to the water tank 41, The water injected into the expansion chamber 10a of the cylinder 10 periodically through the heat transfer portion 12 is rapidly radiated through the heat transfer portion 12 The air in the cylinder 10 is expanded by the heat source 30 by advancing the piston 11 by rapidly expanding the air as the working oil in the expansion chamber 10a of the cylinder 10, Water is rapidly evaporated (vaporized) to generate kinetic energy for reciprocating the piston 11.

위의 크랭크 축(20)은 통상의 각종 엔진에서 크랭크 축이 엔진 블록에 회전 가능하도록 결합되어 있는 것과 마찬가지로, 지지부재(61)(62)에 회전 가능하도록 결합되어 있으므로, 피스톤(11)의 왕복 운동이 크랭크 축(20)의 회전운동으로 변환된다. 또한, 물탱크(41)와 실린더(10) 사이에 연결되고 단부에 물 분사구(42)를 구비한 물 분사노즐(43) 상에 도시되지 않은 펌프 등과 같은 펌핑수단이 구비되어 있는데, 이는 피스톤(11)의 위치, 즉 크랭크 축(20)의 회전각도를 감지할 수 있는 상사점 센서(15)나 하사점 센서(16) 등과 같은 센서에 연결된 제어 보드(70)의 제어로 작동되어, 물탱크(41)의 물을 실린더(10)의 팽창실(10a) 내에 스프레이 방식으로 분사한다.The crankshaft 20 is rotatably coupled to the support members 61 and 62 in the same manner that the crankshaft is rotatably coupled to the engine block in various types of conventional engines. The motion is converted into the rotational motion of the crankshaft 20. A pumping means such as a pump, not shown, is provided on the water injection nozzle 43, which is connected between the water tank 41 and the cylinder 10 and has a water injection opening 42 at its end, A control board 70 connected to a sensor such as a top dead center sensor 15 or a bottom dead center sensor 16 capable of detecting the position of the crankshaft 20 or the rotational angle of the crankshaft 20, (41) is sprayed into the expansion chamber (10a) of the cylinder (10) in a spraying manner.

위와 같은 본 발명의 실시예에 있어서, 열원(30)과 접하는 실린더(10)의 전열부(12)는 열전도성이 높고 축열성이 좋은 스톤 플레이트(stone plate)로 구성되거나, 스톤 플레이트의 어느 하나의 면 또는 양면에 알루미늄 등과 같은 금속 플레이트가 적층되어 구성됨으로써, 열원(30)으로부터 실린더(10)의 전열부(12), 즉 하사점 아래에 위치한 실린더(10)의 팽창실(10a) 내에 수용된 공기와 물 분사구(42)로부터 분사되는 전달되는 열효율을 높일 수 있다.In the embodiment of the present invention as described above, the heat transfer portion 12 of the cylinder 10 in contact with the heat source 30 may be made of a stone plate having high thermal conductivity and good shrinkage resistance, A metal plate such as aluminum or the like is laminated on the surface or both surfaces of the cylinder 10 so as to be accommodated in the heat transfer portion 12 of the cylinder 10 from the heat source 30, that is, the expansion chamber 10a of the cylinder 10 positioned below the bottom dead center It is possible to increase the heat efficiency to be transferred from the air and the water jet opening 42.

위와 같은 본 발명의 실시예에 있어서, 상사점 위에 위치한 냉각실(10b)에 접하는 실린더(10) 외벽에 다양한 형상이나 모양의 히트 싱크(13)가 형성됨으로써, 열원(30)에 의해 직접적으로 가열되는 공기와 팽창실(10a)에서 가열되어 순환되는 공기를 냉각시켜 팽창실(10a) 내의 공기와의 온도차를 극대화할 수 있다.In the embodiment of the present invention as described above, the heat sink 13 having various shapes and shapes is formed on the outer wall of the cylinder 10 in contact with the cooling chamber 10b positioned above the top dead center, It is possible to maximize the temperature difference between the air in the expansion chamber 10a and the air in the expansion chamber 10a by cooling the circulated air heated in the expansion chamber 10a.

위의 히트 싱크(13)는 실린더(10)와 일체형으로 형성되거나 별도의 부품으로 구성되어 실린더(10)의 외벽에 일체형으로 결합된 것으로서, 공기와의 접촉면적을 확장하기 위한 방열핀 등과 함께 기타 통상의 엔진 등에서 사용되는 각종 냉각수단이 그 예가 될 수 있다.The heat sink 13 is integrally formed with the cylinder 10 or is formed as a separate component and is integrally coupled to the outer wall of the cylinder 10. The heat sink 13 may be formed of a heat dissipating fin or the like for expanding a contact area with air, For example, various cooling means used in an engine of an automobile.

위와 같은 본 발명의 실시예에 있어서, 실린더(10) 측벽에 피스톤(11)의 왕복운동시 실린더(10)의 팽창실(10a)과 냉각실(10b) 간의 공기 흐름을 유도하기 위한 바이패스 유로(14)가 형성됨으로써, 하사점까지 하강했던 피스톤(11)이 열원(30)으로부터 열을 전달받은 공기와 물의 증발에 의해 상승할 때 피스톤(11)에 가해지는 저항력을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상사점까지 상승했던 피스톤(11)이 플라이 휠(22)의 관성에 의해 하강할 때 피스톤(11)에 가해지는 저항력을 줄 수 있다.In the embodiment of the present invention as described above, when the piston 11 is reciprocated on the sidewall of the cylinder 10, the bypass flow path for guiding the air flow between the expansion chamber 10a and the cooling chamber 10b of the cylinder 10, The resistance force applied to the piston 11 when the piston 11 descending to the bottom dead center rises due to the evaporation of air and water having received heat from the heat source 30 can be reduced, It is possible to impart a resistance force to the piston 11 when the piston 11 descending due to inertia of the flywheel 22 is lowered.

상기한 바와 같은 바이패스 유로(14)는 피스톤(11)의 위치에 관계없이 개방된 상태를 유지하거나 제어 보드(70)의 제어로 개폐되는 별도의 밸브가 구성되어 피스톤(11)의 위치에 따라 선택적으로 개폐될 수 있다.The bypass passage 14 may be opened regardless of the position of the piston 11 or may be a separate valve that is opened or closed under the control of the control board 70. Depending on the position of the piston 11, And can be selectively opened and closed.

위와 같은 본 발명의 실시예에 있어서, 실린더(10)의 팽창실(10a)과 물탱크(41) 간에 연결되어, 실린더(10) 팽창실(10a) 내의 응축수를 물탱크(41)로 보내는 드레인부(44)가 구비됨으로써, 실린더(10)의 팽창실(10a) 내에서 열원(30)으로부터 열을 받아 증발하여 피스톤(11)을 왕복운동시키는 과정에서 생성되는 응축수를 탱크(41)로 순환시켜 팽창실(10a)의 내부환경을 최적화할 수 있다.In the embodiment of the present invention as described above, the drain 10 is connected between the expansion chamber 10a of the cylinder 10 and the water tank 41, and the condensate in the expansion chamber 10a of the cylinder 10 is discharged to the water tank 41 The condensed water generated in the process of evaporating the heat from the heat source 30 and reciprocating the piston 11 in the expansion chamber 10a of the cylinder 10 is circulated to the tank 41 So that the internal environment of the expansion chamber 10a can be optimized.

위와 같은 드레인부(44)에 물탱크(41)로부터 실린더(10) 팽창실(10a) 내로 물이 유입되는 것을 차단하기 위한 체크밸브(44a)가 설치됨으로써, 피스톤(11)이 전진시 물탱크(41)의 물이 드레인부(44)를 통해 실린더(10)의 팽창실(10a) 내로 유입되지 않으며, 물 분사노즐(43)에 체크밸브(43a)가 구비됨으로써, 피스톤(11)이 후진시 실린더(10)의 팽창실(10a) 내의 증기를 포함하는 공기가 물 분사노즐(43)을 통해 물탱크(41)로 빠져나가지 않는다.A check valve 44a for blocking the inflow of water from the water tank 41 into the expansion chamber 10a of the cylinder 10 is provided in the drain portion 44 as described above so that the piston 11, The water in the water injection nozzle 41 does not flow into the expansion chamber 10a of the cylinder 10 through the drain portion 44 and the check valve 43a is provided in the water injection nozzle 43, The air containing the steam in the expansion chamber 10a of the hour cylinder 10 does not escape to the water tank 41 through the water injection nozzle 43. [

위와 같은 본 발명의 실시예에 있어서, 열원(30)은 실린더(10)의 전열부(12)을 100∼400℃의 열로 가열하는 것으로서, 열원으로는 석탄, 석유, 가스 등과 같은 화석연료나, 목탄, 전열선 등뿐만 아니라 각종 산업용 폐열 등이 이용될 수 있다.In the embodiment of the present invention as described above, the heat source 30 heats the heat transfer portion 12 of the cylinder 10 with heat of 100 to 400 캜, and as the heat source, fossil fuel such as coal, oil, gas, Charcoal, electric wire, etc., as well as industrial waste heat can be used.

위와 같은 본 발명의 실시예에 있어서, 피스톤(11)은 실린더(10)의 전열부(12)를 가열하는 열원(30)의 온도로 조절함으로써, 피스톤(11)의 왕복운동 속도, 즉 크랭크축(20)의 회전속도와 전기에너지의 세기를 조절할 수 있다.In the embodiment of the present invention as described above, the piston 11 is controlled by the temperature of the heat source 30 that heats the heat transfer portion 12 of the cylinder 10, so that the reciprocating speed of the piston 11, The rotation speed of the rotor 20 and the intensity of the electric energy can be adjusted.

위와 같은 본 발명은 크랭크 축(20) 상에 피스톤(11)의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기(50)가 구비됨으로써, 회전력과 함께 제어 보드(70), 펌프, 각종 밸브, 기타 외부 전기장치에서 필요한 전원을 생성할 수 있다.The present invention as described above includes the generator 50 for converting the kinetic energy of the piston 11 into electric energy on the crankshaft 20 so that the control board 70, the pump, various valves, The device can generate the required power.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.

10 : 실린더 10a : 팽창실
10b : 냉각실 11 : 피스톤
12 : 전열부 13 : 히트 싱크
14 : 바이패스 유로 15 : 상사점 센서
16 : 하사점 센서 20 : 크랭크축
21 : 커넥팅 로드 22 : 플라이 휠
30 : 열원 41 : 물탱크
42 : 물 분사구 43 : 물 분사노즐
44 : 드레인부 43a, 44a : 체크밸브
50 : 발전기 61, 62 : 지지부재
70 : 제어 보드
10: cylinder 10a: expansion chamber
10b: cooling chamber 11: piston
12: heat transfer part 13: heat sink
14: Bypass flow path 15: Top dead center sensor
16: bottom dead center sensor 20: crankshaft
21: connecting rod 22: flywheel
30: heat source 41: water tank
42: water jetting nozzle 43: water jetting nozzle
44: drain portion 43a, 44a: check valve
50: generator 61, 62: support member
70: control board

Claims (9)

왕복 운동하는 피스톤의 하사점 아래의 바닥부와 그 위의 벽으로 형성되고 작동유체가 들어 있는 팽창실이 구비된 실린더, 상기 피스톤에 일단이 연결된 커넥팅 로드, 상기 커넥팅 로드의 타단에 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동을 회전운동으로 변환시키며 플라이 휠에 결합된 크랭크 축 및 작동 유체를 가열하는 열원을 구비한 스터링 엔진에 있어서,
열전도성이 높고 축열성이 좋은 스톤 플레이트(stone plate)를 포함하고 상기 실린더의 팽창실의 바닥부에 만들어지는 전열부;
상기 실린더의 팽창실의 벽에 형성된 복수의 물 분사구; 및
일단이 물탱크에 연결되고 타단이 상기 복수의 물 분사구 각각에 연결된 복수의 물 분사노즐;을 구비하며,
상기 실린더 팽창실의 공기와 상기 물 분사노즐을 통해 주기적으로 상기 실린더의 팽창실로 분사되는 물이 혼합작동유체로서 상기 전열부를 통해 전달되는 열에 의해 급격히 팽창하여 상기 피스톤을 전진시키는, 스터링 엔진.
A cylinder having a bottom portion under the bottom dead center of the reciprocating piston and a wall thereon and having an expansion chamber containing a working fluid, a connecting rod having one end connected to the piston, a piston connected to the other end of the connecting rod, A crankshaft coupled to the flywheel and a heat source for heating the working fluid, the stirling engine comprising:
A heat transfer unit including a stone plate having high thermal conductivity and good axial heat resistance and being formed at the bottom of the expansion chamber of the cylinder;
A plurality of water jetting openings formed in the wall of the expansion chamber of the cylinder; And
And a plurality of water injection nozzles, one end of which is connected to the water tank and the other end of which is connected to each of the plurality of water jetting openings,
Wherein the air in the cylinder expansion chamber and the water periodically injected into the expansion chamber of the cylinder through the water injection nozzle rapidly expand as the mixed working fluid is transferred through the heat transfer portion to advance the piston.
제 1 항에 있어서,
상기 실린더의 전열부는, 스톤 플레이트의 하나의 면 또는 양면에 적층되는 금속 플레이트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 스터링 엔진.
The method according to claim 1,
Wherein the heat transfer portion of the cylinder further comprises a metal plate laminated on one surface or both surfaces of the stone plate.
제 1 항에 있어서,
냉각실과 접하는 상기 실린더의 외벽에 히트 싱크가 형성되는 것을 특징으로 하는, 스터링 엔진.
The method according to claim 1,
And a heat sink is formed on an outer wall of the cylinder in contact with the cooling chamber.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더 측벽에는 상기 피스톤의 왕복운동시 상기 실린더의 팽창실과 냉각실 간의 공기 흐름을 유도하기 위한 바이패스 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는, 스터링 엔진.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
And a bypass flow path for guiding the air flow between the expansion chamber and the cooling chamber of the cylinder when the piston reciprocates is formed on the side wall of the cylinder.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더의 팽창실과 상기 물탱크 간에 연결되어, 상기 실린더 팽창실 내의 응축수를 상기 물탱크로 보내는 드레인부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 스터링 엔진.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
And a drain portion connected between the expansion chamber of the cylinder and the water tank, for sending condensed water in the cylinder expansion chamber to the water tank.
제 5 항에 있어서,
상기 드레인부에는 상기 물탱크로부터 상기 실린더 팽창실 내로 물이 유입되는 것을 차단하기 위한 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는, 스터링 엔진.
6. The method of claim 5,
Wherein the drain portion is provided with a check valve for blocking water from flowing into the cylinder expansion chamber from the water tank.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물 분사노즐에는 상기 실린더 팽창실로부터 상기 물탱크로의 증기를 포함하는 공기의 흐름을 차단하기 위한 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는, 스터링 엔진.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the water injection nozzle is provided with a check valve for shutting off the flow of air including steam from the cylinder expansion chamber to the water tank.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열원은, 상기 실린더의 전열부를 100∼400℃의 열로 가열하는 것을 특징으로 하는, 스터링 엔진.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the heat source heats the heat transfer portion of the cylinder with heat of 100 to 400 占 폚.
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