KR101678496B1 - A fluidyne stirling engine for electric power production - Google Patents

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KR101678496B1 KR1020160038014A KR20160038014A KR101678496B1 KR 101678496 B1 KR101678496 B1 KR 101678496B1 KR 1020160038014 A KR1020160038014 A KR 1020160038014A KR 20160038014 A KR20160038014 A KR 20160038014A KR 101678496 B1 KR101678496 B1 KR 101678496B1
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천원기
쿤첸
김영민
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제주대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a Fluidyne stirling engine of a particle type structure for electric power generation. Thus, the technical substance of the present invention relates to the stirling engine using a Fluidyne structure for pumping, where a heat pipe, a radiating pip and a soft copper pipe branched in a branch pipe type from a main transfer pipe where a working fluid is accommodated are linked with each other. One or more metal conductor gathered with copper particles for electric power generation is formed on the transfer pipe. The same metal conductor is formed to move horizontally or vertically(reciprocating) and repetitively while passing through a magnet installed at an outer circumference of the transfer pipe in accordance with water level-variable flow of the working fluid according to heating and heat radiation. Thus, the magnet is made to produce electric power promptly by working fluid movement only in accordance with level variation. Thus, the Fluidyne stirling engine has high electric power productivity as compared to a simple operation principle and a simplified structure, and also has excellent usability, and can be applied in various kinds of fields.

Description

전력 생산을 위한 파티클 타입 구조의 플루다인 스털링 엔진{A fluidyne stirling engine for electric power production}[0001] The present invention relates to a fluid-type stirling engine for electric power production,

본 발명은 펌핑용 플루다인(Fluidyne) 구조를 이용한 스털링 엔진에 관한 것으로, 작동유체가 수용된 메인 이송관을 기준으로 가지관 형태로 분기된 전열관과 방열관 및 연동관이 서로 연통되도록 하되, 상기 이송관의 관로 선상에는 전력 발생용 구리입자(파티클)가 모집된 금속 도전체가 하나 이상 형성되고, 이러한 금속 도전체는 가열과 방열에 따른 작동유체의 수위 가변 흐름에 따라 이송관의 외주 측에 부설된 자석체 사이로 통과되면서 좌우 또는 전후방향 반복(왕복) 이동되도록 형성되는 바, 이는 수위 가변에 따른 작동 유체 이동만으로 자석체로 하여금 즉시 전력을 생산할 수 있도록 함으로써, 간단한 작동원리와 구조 단순화 대비 전력 생산성이 높고 제작과 취급이 용이함은 물론 사용성이 우수하고 적용 분야가 다양한 것을 특징으로 하는 전력 생산을 위한 파티클 타입 구조의 플루다인 스털링 엔진에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a Stirling engine using a Fluidyne structure for pumping, in which a heat transfer pipe, a heat dissipation pipe and an interlocking pipe, which are branched in the form of a branch pipe, are connected to each other with reference to a main transfer pipe accommodating a working fluid, On the pipeline of the pipe, at least one metal conductor collecting copper particles (particles) for generating electric power is formed. The metal conductor is attached to the outer peripheral side of the transfer pipe (Reciprocating) in the left-right direction or the back-and-forth direction while passing through the magnet body. This allows the magnet body to produce electric power immediately only by the movement of the working fluid according to the water level variation, It is easy to make and handle, but also features excellent usability and various applications. Particle-type structure for the production of flu relates to a Stirling engine Dyne.

일반적으로 스털링 엔진은 피스톤을 갖는 실린더의 내부 공간에 소정의 작동 기체(수소, 헬륨 등)을 충진시켜 밀봉하고, 이러한 작동기체를 외부에서 가열 또는 냉각시킴으로써 발생하는 2가지 등적변화와, 이에 따른 작동기체의 압축 또는 팽창의 2가지 등온변화의 상호 작용을 통해 피스톤을 작동시켜 기계적 에너지를 얻도록 구성되는 밀폐 사이클을 갖는 용적형 외연기관이다.In general, a Stirling engine is a system in which a cylinder is filled with a predetermined working gas (hydrogen, helium, or the like) in an inner space of a cylinder having a piston, and the two isometric changes caused by externally heating or cooling the working gas, Is a volumetric external combustion engine having an airtight cycle configured to operate the piston through interaction of two isothermal changes of compression or expansion of the gas to obtain mechanical energy.

이와 같은 스털링 엔진의 구조는 실린더의 일측에 연소실 및 가열 코일과 같은 가열 장치가 배치되며, 실린더의 외주에는 예컨대 축열형의 재생기와 냉각 코일이 배치될 수 있다.In the structure of such a Stirling engine, a combustion chamber and a heating device such as a heating coil are disposed on one side of the cylinder, and a regenerative type regenerator and a cooling coil may be disposed on the outer circumference of the cylinder.

또한, 실린더 내부는 소정의 피스톤에 의해서 고온부와 저온부로 구분된다.The inside of the cylinder is divided into a high-temperature section and a low-temperature section by a predetermined piston.

이러한 스털링 엔진은 열에너지를 운동에너지로 변환하는 장치 중 열효율이 매우 높은 장치로 알려져 있을 뿐만 아니라, 외연기관이므로 연료를 자유롭게 선택할 수 있고, 배기가스가 깨끗하며 배기음도 매우 적다. Such a Stirling engine is not only known as a device that converts thermal energy into kinetic energy, but also has a very high thermal efficiency. Since it is an outer combustion engine, fuel can be freely selected, exhaust gas is clean, and exhaust noise is very small.

이러한 특징으로 인해 공해가 없는 자동차 엔진, 선박의 주기관 또는 보조기관, 유전지대의 다연료기관이나 우주항공용, 가정용 등에 이용될 수 있는 스털링 엔진을 이용한 발전장치가 요구되었고, 이에 부합하여 다양한 구성의 스털링 엔진을 이용한 발전장치가 제시되고 있다.Due to these characteristics, there has been a demand for a power generating device using a Stirling engine which can be used for an automobile engine without pollution, a main engine or auxiliary engine of a ship, a multi-fuel engine of a oilfield, a space port, a home, etc., A power generation apparatus using a Stirling engine has been proposed.

그러나, 종래의 스털링 엔진은 저온 열매체로부터 열원을 공급받을 경우 열전달율이 낮고 흡열과 방열 성능이 낮아 이를 개선하기 위한 연구가 계속되고 있는 실정이다.However, in the conventional Stirling engine, when a heat source is supplied from a low-temperature heat medium, the heat transfer rate is low and the heat absorption and heat dissipation performance is low.

1. 대한민국 등록특허공보 제10-1317367호(2013.10.04.)1. Korean Registered Patent No. 10-1317367 (Oct.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적 요지는 작동유체가 수용된 메인 이송관을 기준으로 가지관 형태로 분기된 전열관과 방열관 및 연동관이 서로 연통되도록 하되, 상기 이송관의 관로 선상에는 전력 발생용 구리입자(파티클)가 모집된 금속 도전체가 하나 이상 형성되고, 이러한 금속 도전체는 가열과 방열에 따른 작동유체의 수위 가변 흐름에 따라 이송관의 외주 측에 부설된 자석체 사이로 통과되면서 좌우 또는 전후방향 반복(왕복) 이동되도록 형성되는 바, 이는 수위 가변에 따른 작동 유체 이동만으로 자석체로 하여금 즉시 전력을 생산할 수 있도록 함으로써, 간단한 작동원리와 구조 단순화 대비 전력 생산성이 높고 제작과 취급이 용이함은 물론 사용성이 우수하고 적용 분야가 다양한 것을 특징으로 하는 전력 생산을 위한 파티클 타입 구조의 플루다인 스털링 엔진을 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is a technical object of the present invention to provide a heat transfer tube and a peristaltic tube which are branched in the form of a tube on the basis of a main transfer tube accommodating a working fluid, And at least one metal conductor collecting copper particles (particles) for generating electric power is formed on the wire, and the metal conductor is disposed between the magnet bodies attached to the outer peripheral side of the transfer tube according to the variable flow of the working fluid due to heating and heat radiation (Reciprocating) in the left-right direction or the back-and-forth direction as it passes. This allows the magnet body to produce electric power immediately only by the movement of the working fluid according to the water level variable. Which is characterized not only by its ease of use but also by its excellent usability and various applications. The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a Fluidized Stirling engine having a particle type structure.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 작동유체가 수용된 이송관(100)의 일측 및 타측에 전열관(200)과 방열관(300) 및 연동관(500)이 직교되면서 연통되도록 하되, 상기 전열관(200)과 방열관(300)의 상측에는 공기층이 형성되어 이를 가열하거나 주위 온도와의 열교환에 의한 감온이 발생되면 수축과 팽창에 따른 공기 이동이 기류 이동관(400)으로 하여금 상호 이동되도록 함으로써 전열관(200)과 방열관(300) 및 연동관(500) 내 작동유체의 수위를 상호 가변시키도록 형성되고, 상기 이송관(100)은 관로 선상에 구리입자(파티클)가 모집된 금속 도전체(600)가 내입되도록 하되, 상기 금속 도전체(600)는 전열관(200)과 방열관(300)의 공기 수축과 팽창으로부터 작동유체의 수위 가변 흐름이 발생되면 일방향 또는 타방향 유동되도록 형성되고, 상기 금속 도전체(600)가 작동유체에 의해 부유하는 이송관(100)의 외주면 측에는 자석체(700)가 구비되어 이를 기준으로 금속 도전체(600)가 좌우 또는 전후 반복 이동되면서 자석체(700)로 하여금 전력을 발생시키도록 구성된다.In order to achieve the above object, the present invention is configured such that the heat transfer tube (200), the heat dissipation tube (300) and the interlocking tube (500) are connected to each other at one side and the other side of the transfer tube (100) And an air layer is formed on the heat radiating pipe 300. When air temperature is raised by heat exchange with the ambient temperature, air movement due to contraction and expansion is caused to move to the air flow moving pipe 400, The metal pipe 600 is formed so as to vary the water level of the working fluid in the cooling pipe 300 and the working fluid in the interconnecting pipe 500. The metal pipe 600, The metal conductor 600 is formed to flow in one direction or the other direction when a variable flow of the working fluid is generated due to air contraction and expansion of the heat transfer tube 200 and the heat radiation tube 300, (600) The magnet body 700 is provided on the outer circumferential surface side of the conveyance pipe 100 suspended by the fluid so that the metal conductor 600 is repeatedly moved left and right or back and forth on the basis of the magnet body 700 to generate electric power to the magnet body 700 do.

이에, 상기 금속 도전체(600)는 이송관(100) 내에서 중심 축선을 기준으로 이동되도록 하되, 상기 금속 도전체(600)의 양단에는 슬라이드 방식의 링형 플로터(부력체)가 결합되는 것이 바람직하다.It is preferable that the metal conductor 600 is moved in the conveyance pipe 100 on the basis of the central axis, and a ring type floater (float body) of a sliding type is coupled to both ends of the metal conductor 600 Do.

이에, 상기 자석체(700)는 이송관 외주면에 커버 형태로 취부되어 케이싱 형태를 이루도록 하되, 일측에는 전극이 형성되는 것이 바람직하다.The magnet body 700 is mounted on the outer circumferential surface of the conveyance pipe in the form of a cover to form a casing, and an electrode is formed on one side.

이와 같이, 본 발명은 펌핑용 플루다인(Fluidyne) 구조를 이용한 스털링 엔진에 관한 것으로, 작동유체가 수용된 메인 이송관을 기준으로 가지관 형태로 분기된 전열관과 방열관 및 연동관이 서로 연통되도록 하되, 상기 이송관의 관로 선상에는 전력 발생용 구리입자(파티클)가 모집된 금속 도전체가 하나 이상 형성되고, 이러한 금속 도전체는 가열과 방열에 따른 작동유체의 수위 가변 흐름에 따라 이송관의 외주 측에 부설된 자석체 사이로 통과되면서 좌우 또는 전후방향 반복(왕복) 이동되도록 형성되는 바, 이는 수위 가변에 따른 작동 유체 이동만으로 자석체로 하여금 즉시 전력을 생산할 수 있도록 함으로써, 간단한 작동원리와 구조 단순화 대비 전력 생산성이 높고 제작과 취급이 용이함은 물론 사용성이 우수하고 적용 분야가 다양한 효과가 있다.As described above, the present invention relates to a Stirling engine using a Fluidyne structure for pumping, in which a heat transfer pipe, a heat dissipation pipe, and an interlocking pipe, which are branched in the form of a branch pipe, are connected to each other with reference to a main transfer pipe accommodating a working fluid , One or more metal conductors collecting copper particles (particles) for generating electric power are formed on the pipeline of the conveyance pipe, and the metal conductors are arranged on the outer peripheral side of the conveyance pipe (Reciprocating) in the left-right direction or the back-and-forth direction while passing through the magnet bodies installed in the magnet body. This allows the magnet body to produce electric power immediately by only the movement of the working fluid according to the water level variable, It is highly productive, easy to make and handle, has excellent usability, and has various applications. .

도 1은 본 발명에 따른 스털링 엔진의 개략적 예시도이다.1 is a schematic illustration of a Stirling engine according to the present invention.

다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 상세히 설명하겠다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 플루다인(fluidyne) 구조를 적용한 스털링 엔진에 관한 것으로, 작동유체가 채워진 이송관과 상기 이송관을 기준으로 가지관 형태로 분기된 전열관, 방열관 및 연동관으로 크게 구성된다.As shown in FIG. 1, the present invention relates to a Stirling engine to which a fluidyne structure is applied. The Stirling engine includes a transfer tube filled with a working fluid, a heat transfer tube branched into a tube shape on the basis of the transfer tube, And an interlocking pipe.

이에, 본 발명은 작동유체가 수용된 이송관(100)의 일측 및 타측에 전열관(200)과 방열관(300) 및 연동관(500)이 직교되면서 연통되도록 하되, 상기 전열관(200)과 방열관(300)의 상측에는 공기층이 형성되어 이를 가열하거나 주위 온도와의 열교환에 의한 감온이 발생되면 수축과 팽창에 따른 공기 이동이 기류 이동관(400)으로 하여금 상호 이동되도록 함으로써 전열관(200)과 방열관(300) 및 연동관(500) 내 작동유체의 수위를 상호 가변시키도록 형성된다.The heat transfer tube 200 and the heat transfer tube 300 are connected to each other at one side and the other side of the transfer tube 100 in which the working fluid is received while the heat transfer tube 300 and the interflow tube 500 are orthogonal to each other. An air layer is formed on the upper side of the heat transfer tube 300 and the air flow due to the contraction and expansion is moved to the air flow moving tube 400 when the temperature is heated by heat exchange with the ambient temperature, And the working fluid in the inner pipe 300 and the peristaltic pipe 500 are mutually varied.

이때, 상기 이송관(100)은 관로 선상에 구리입자(파티클)가 모집된 금속 도전체(600)가 내입되도록 하되, 상기 금속 도전체(600)는 전열관(200)과 방열관(300)의 공기 수축과 팽창으로부터 작동유체의 수위 가변 흐름이 발생되면 일방향 또는 타방향 유동되도록 형성된다. The metal conduit 600 may be formed of a metal such as copper or aluminum or the like so that the heat conduction pipe 200 and the heat conduction pipe 300 are connected to each other. When the variable flow of the working fluid is generated from the air contraction and expansion, it is formed to flow in one direction or another direction.

이에, 상기 금속 도전체(600)가 작동유체에 의해 부유하는 이송관(100)의 외주면 측에는 자석체(700)가 구비되어 이를 기준으로 금속 도전체(600)가 좌우 또는 전후 반복 이동되면서 자석체(700)로 하여금 전력을 발생시키도록 구성된다.The magnet body 700 is provided on the outer circumferential surface of the conveyance pipe 100 where the metal conductor 600 floats by the working fluid so that the metal conductor 600 is repeatedly moved left and right or back and forth, (700) to generate power.

이에, 상기 금속 도전체(600)는 이송관(100) 내에서 중심 축선을 기준으로 이동되도록 하되, 상기 금속 도전체(600)의 양단에는 슬라이드 방식의 링형 플로터(부력체)가 결합되는 것이 바람직하다.It is preferable that the metal conductor 600 is moved in the conveyance pipe 100 on the basis of the central axis, and a ring type floater (float body) of a sliding type is coupled to both ends of the metal conductor 600 Do.

이에, 상기 자석체(700)는 이송관 외주면에 커버 형태로 취부되어 케이싱 형태를 이루도록 하되, 일측에는 전극이 형성되는 것이 바람직하다.The magnet body 700 is mounted on the outer circumferential surface of the conveyance pipe in the form of a cover to form a casing, and an electrode is formed on one side.

다시 말해, 전열관의 공기층 부분에 열을 가하게 되면 공기가 팽창하여 압력이 상승하게 되고, 이에 따라 전열관의 작동유체 수위가 낮아지게 된다.In other words, when heat is applied to the air layer portion of the heat transfer pipe, the air expands and the pressure rises, thereby lowering the working fluid level of the heat transfer pipe.

이때, 방열관의 공기층에는 전열관의 공기층으로부터 빠져나온 작동유체에 의해 수위가 높아지게 된다. At this time, the water level of the air layer of the heat radiating pipe is increased by the working fluid which has escaped from the air layer of the heat transfer tube.

이때, 방열관의 공기층은 주변 온도와 열교환되면서 온도가 떨어지게 되고 동시에 전열관의 수위는 상승하게 되면서 연동관의 수위는 방열관과 같이 떨어지게된다.At this time, the temperature of the air layer of the heat pipe is exchanged with the ambient temperature, and the temperature of the heat pipe is lowered. At the same time, the water level of the heat pipe is increased.

즉, 이러한 작동유체의 수위 차에 의해 유체 흐름이 발생되면 이송관 내에 수용된 금속 도전체가 일방향 또는 타방향(전후 또는 좌우 방향)으로 이동되면서 금속 도전체 외주면에 형성된 자석체로 하여금 자기장을 발생시켜 전력을 생산하도록 형성된다.That is, when the fluid flow is generated by the difference in the level of the working fluid, the metal conductor housed in the transfer tube is moved in one direction or the other direction (back or forth or left or right direction) to generate a magnetic field on the outer surface of the metal conductor. .

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims and their equivalents. Of course, such modifications are within the scope of the claims.

100 ... 이송관 200 ... 전열관
300 ... 방열관 400 ... 기류 이동관
500 ... 연동관 600 ... 금속 도전체
700 ... 자석체100 ... transfer pipe 200 ... heat transfer pipe
300 ... heat pipe 400 ... air flow pipe
500 ... peristaltic tube 600 ... metal conductor
700 ... magnet body

Claims (3)

작동유체가 수용된 이송관(100)의 일측 및 타측에 전열관(200)과 방열관(300) 및 연동관(500)이 직교되면서 연통되도록 하되, 상기 전열관(200)과 방열관(300)의 상측에는 공기층이 형성되어 이를 가열하거나 주위 온도와의 열교환에 의한 감온이 발생되면 수축과 팽창에 따른 공기 이동이 기류 이동관(400)으로 하여금 상호 이동되도록 함으로써 전열관(200)과 방열관(300) 및 연동관(500) 내 작동유체의 수위를 상호 가변시키도록 형성되고, 상기 이송관(100)은 관로 선상에 구리입자(파티클)가 모집된 금속 도전체(600)가 내입되도록 하되, 상기 금속 도전체(600)는 전열관(200)과 방열관(300)의 공기 수축과 팽창으로부터 작동유체의 수위 가변 흐름이 발생되면 일방향 또는 타방향 유동되도록 형성되고, 상기 금속 도전체(600)가 작동유체에 의해 부유하는 이송관(100)의 외주면 측에는 자석체(700)가 구비되어 이를 기준으로 금속 도전체(600)가 좌우 또는 전후 반복 이동되면서 자석체(700)로 하여금 전력을 발생시키도록 하는 것을 특징으로 하는 전력 생산을 위한 파티클 타입 구조의 플루다인 스털링 엔진.The heat transfer pipe 200 and the heat transfer pipe 300 and the interlock pipe 500 are connected to each other at one side and the other side of the transfer pipe 100 in which the working fluid is received while the heat transfer pipe 200 and the heat pipe 300 are connected to each other, The heat transfer tube 200 and the heat radiation tube 300 are interlocked with each other by allowing the air movement due to the contraction and expansion to be mutually moved by the air flow moving tube 400 when the temperature of the heat transfer tube 200 is increased, And the metal conduit 600 having the copper particles collected thereon is inserted into the conduit line 100, and the metal conduit 600 is formed in the conduit line, (600) is formed to flow in one direction or another direction when a variable flow of the working fluid is generated due to air contraction and expansion of the heat transfer tube (200) and the heat radiation tube (300), and the metal conductor The outer side of the floating transfer pipe (100) And the magnet body (700) is provided on the surface side of the magnet body (700) so that the metal conductor (600) is moved left and right or back and forth repeatedly to generate electric power to the magnet body Of the Stirling engine. 제 1항에 있어서, 상기 금속 도전체(600)는 이송관(100) 내에서 중심 축선을 기준으로 이동되도록 하되, 상기 금속 도전체(600)의 양단에는 슬라이드 방식의 링형 플로터(800: 부력체)가 결합되는 것을 특징으로 하는 전력 생산을 위한 파티클 타입 구조의 플루다인 스털링 엔진.The method of claim 1, wherein the metal conductor (600) is moved with respect to a center axis in the transfer tube (100), and a ring type plotter (800: ) Is coupled to the turbine engine (1). 제 2항에 있어서, 상기 자석체(700)는 이송관 외주면에 커버 형태로 취부되어 케이싱 형태를 이루도록 하되, 일측에는 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 전력 생산을 위한 파티클 타입 구조의 플루다인 스털링 엔진.
The fluid type sterling engine according to claim 2, wherein the magnet body (700) is mounted on the outer circumferential surface of the conveyance pipe in the form of a cover to form a casing, and electrodes are formed on one side thereof. .
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