KR101714657B1 - Organic rankine cycle power plant with advanced stirling engine - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 증발기와 터빈의 기능을 수행하는 스터링 엔진을 포함함으로써, 증발기와 터빈을 별도로 설치할 필요가 없으므로 구성이 간단한 이점이 있을 뿐만 아니라, 증발기에서 얻은 열이 터빈으로 이동하는 과정에서 발생되는 열 손실이 방지되므로 발전 효율이 향상될 수 있다. 또한, 작동유체가 상변화후 통과하는 통로를 노즐과 디퓨저 형상으로 형성함으로써, 에너지 발생 효율을 증대시킬 수 있다. 또한, 저온의 폐열을 이용하여 작동 유체의 증발 및 팽창시킴으로써 동력을 발생시킬 수 있으므로, 보다 다양한 분야에 적용 가능한 이점이 있다. The present invention includes a stirling engine that performs a function of an evaporator and a turbine, so that there is no need to separately provide an evaporator and a turbine, so that there is a merit of a simple structure, and a heat generated in the process of heat transfer from the evaporator to the turbine Loss can be prevented, and the power generation efficiency can be improved. Further, by forming the passage through which the working fluid passes after the phase change in the shape of the nozzle and the diffuser, the energy generation efficiency can be increased. Further, since the power can be generated by evaporating and expanding the working fluid by using waste heat at a low temperature, there is an advantage that it can be applied to various fields.

Description

스터링 엔진을 이용한 유기랭킨 사이클 발전 장치{Organic rankine cycle power plant with advanced stirling engine}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an organic Rankine cycle power generation apparatus using a Stirling engine,

본 발명은 스터링 엔진을 이용한 유기랭킨 사이클 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발전 효율이 보다 향상될 수 있는 스터링 엔진을 이용한 유기랭킨 사이클 발전 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an organic Rankine cycle generator using a Stirling engine, and more particularly, to an organic Rankine cycle generator using a Stirling engine in which power generation efficiency can be further improved.

일반적으로 유기랭킨 사이클(ORC,Organic Rankine Cycle)은 저온의 폐열을 이용하여 작동매체를 고온 고압으로 비등시킨 후, 터빈을 통해 팽창시켜 토크를 얻어 발전기를 통해 전력을 생산한다. 상기 유기랭킨 사이클은, 증발기, 터빈, 응축기, 펌프를 기본 구성으로 한다. Generally, Organic Rankine Cycle (ORC) uses low temperature waste heat to boil the working medium at high temperature and high pressure, and then expands through the turbine to produce torque and generate electric power through the generator. The organic Rankine cycle has an evaporator, a turbine, a condenser, and a pump.

종래의 유기랭킨 사이클은, 증발기와 터빈이 각각 따로 설치되어 증발기에서 얻은 열을 터빈으로 이동하는 과정에서 손실이 발생되는 문제점이 있다. 또한, 상기 터빈의 입구측에서 과열상태의 증기를 만들기 위해 과도한 열이 필요하기 때문에 폐열의 온도가 적어도 150도 이상이 되어야 하며, 열원의 에너지가 낮은 경우 효율적으로 일을 생성할 수 없는 문제점이 있다. In the conventional organic Rankine cycle, there is a problem that the evaporator and the turbine are installed separately and losses are generated in the process of moving the heat obtained from the evaporator to the turbine. Further, since excessive heat is required to generate superheated steam at the inlet side of the turbine, the temperature of the waste heat must be at least 150 ° C., and energy can not be efficiently generated when the energy of the heat source is low .

한국등록특허10-1336788Korean Patent No. 10-1336788

본 발명의 목적은, 저온 폐열을 이용하면서도 효율이 향상될 수 있는 스터링 엔진을 이용한 유기랭킨 사이클 발전 장치를 제공하는 데 있다. It is an object of the present invention to provide an organic Rankine cycle power generation apparatus using a Stirling engine which can improve efficiency while using low-temperature waste heat.

본 발명에 따른 스터링 엔진을 이용한 유기랭킨 사이클 발전 장치는, 작동유체를 가열 팽창시키는 공간을 형성하는 가열실과, 상기 가열실에서 가열 팽창된 작동유체를 냉각 압축시키는 공간을 형성하는 냉각실을 포함하는 실린더와, 상기 가열실에서 가열된 작동유체의 부피 팽창력에 의해 직선 운동하는 디스플레이서와, 상기 디스플레이서와 제1커넥팅 로드에 의해 연결되어, 상기 디스플레이서의 직선 운동에 의해 회전하는 플라이 휠과, 상기 냉각실에 구비되고, 상기 플라이 휠과 제2커넥팅 로드에 의해 연결되어, 상기 플라이 휠의 회전에 의해 직선 운동하면서 상기 냉각실에서 냉각된 작동유체를 압축하는 피스톤을 포함하고, 상기 실린더에서 상기 가열실과 상기 냉각실 사이에는 단면적이 점차 축소되는 노즐부와 단면적이 점차 확대되는 디퓨저부가 형성된다.An organic Rankine cycle generator using a Stirling engine according to the present invention includes a heating chamber for forming a space for heating and expanding a working fluid and a cooling chamber for forming a space for cooling and compressing the working fluid heated and expanded in the heating chamber A plunger that is linearly moved by a volume expansion force of a working fluid heated in the heating chamber, a fly wheel connected to the displacer by a first connecting rod and rotated by rectilinear motion of the displacer, And a piston provided in the cooling chamber and connected by the flywheel and the second connecting rod to compress a working fluid cooled in the cooling chamber while linearly moving by rotation of the flywheel, A nozzle portion having a cross-sectional area gradually reduced between the heating chamber and the cooling chamber, and a nozzle portion having a cross- The bottom portion is formed.

본 발명의 다른 측면에 따른 스터링 엔진을 이용한 유기랭킨 사이클 발전 장치는, 작동유체를 가열 팽창시키는 공간을 형성하는 가열실과, 상기 가열실에서 가열 팽창된 작동유체를 냉각 압축시키는 공간을 형성하는 냉각실을 포함하고, 상기 가열실과 상기 냉각실 사이에는 단면적이 점차 축소되는 노즐부와 단면적이 점차 확대되는 디퓨저부가 형성된 실린더와, 상기 가열실에서 가열된 작동유체의 부피 팽창력에 의해 직선 운동하는 디스플레이서와, 상기 디스플레이서와 제1커넥팅 로드에 의해 연결되어, 상기 디스플레이서의 직선 운동에 의해 회전하는 플라이 휠과, 상기 냉각실에 구비되고, 상기 플라이 휠과 제2커넥팅 로드에 의해 연결되어, 상기 플라이 휠의 회전에 의해 직선 운동하면서 상기 냉각실에서 냉각된 작동유체를 압축하는 피스톤과, 상기 피스톤에서 상기 제1커넥팅 로드가 통과하도록 형성된 슬릿홀과, 일측은 상기 슬릿홀에 고정되고 타측은 상기 제1커넥팅 로드에 결합되어 상기 슬릿홀과 상기 제1커넥팅 로드 사이를 실링하는 실링 부츠(sealing boots)를 포함하고, 상기 노즐부는, 상기 가열실에 연통되고 상기 가열실보다 단면적이 점차 축소되는 축소부와, 상기 축소부에서 연장되고 단면적이 일정하게 형성된 통부를 포함하고, 상기 디퓨저부는, 상기 통부와 상기 냉각실을 연결하며, 상기 통부보다 단면적이 점차 증가되게 형성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for generating an organic Rankine cycle using a Stirling engine, comprising: a heating chamber for forming a space for heating and expanding a working fluid; a cooling chamber for forming a space for cooling and compressing the working fluid heated and expanded in the heating chamber; A cylinder having a nozzle portion whose sectional area is gradually reduced and a diffuser portion whose cross-sectional area gradually increases, between the heating chamber and the cooling chamber, a displacer which linearly moves due to the volume expansion force of the working fluid heated in the heating chamber, A flywheel connected to the displacer by a first connecting rod and rotated by rectilinear movement of the displacer; and a second flywheel provided in the cooling chamber, connected by the flywheel and a second connecting rod, A piston which compresses the working fluid cooled in the cooling chamber while linearly moving by the rotation of the wheel A slit hole formed in the piston so as to allow the first connecting rod to pass therethrough, and a sealing boot which is fixed to the slit hole at one side and is coupled to the first connecting rod at the other side to seal between the slit hole and the first connecting rod, wherein the nozzle portion includes a reduced portion communicating with the heating chamber and having a cross sectional area gradually reduced from the heating chamber, and a cylindrical portion extending from the reduced portion and having a constant cross-sectional area, wherein the diffuser portion includes: And connects the tubular portion and the cooling chamber, and the cross-sectional area of the tubular portion is gradually increased.

본 발명은, 증발기와 터빈의 기능을 수행하는 스터링 엔진을 포함함으로써, 증발기와 터빈을 별도로 설치할 필요가 없으므로 구성이 간단한 이점이 있을 뿐만 아니라, 증발기에서 얻은 열이 터빈으로 이동하는 과정에서 발생되는 열 손실이 방지되므로 발전 효율이 향상될 수 있다.The present invention includes a stirling engine that performs a function of an evaporator and a turbine, so that there is no need to separately provide an evaporator and a turbine, so that there is a merit of a simple structure, and a heat generated in the process of heat transfer from the evaporator to the turbine Loss can be prevented, and the power generation efficiency can be improved.

또한, 작동유체가 상변화후 통과하는 통로를 노즐과 디퓨저 형상으로 형성함으로써, 에너지 발생 효율을 증대시킬 수 있다.Further, by forming the passage through which the working fluid passes after the phase change in the shape of the nozzle and the diffuser, the energy generation efficiency can be increased.

또한, 저온의 폐열을 이용하여 작동 유체의 증발 및 팽창시킴으로써 동력을 발생시킬 수 있으므로, 보다 다양한 분야에 적용 가능한 이점이 있다. Further, since the power can be generated by evaporating and expanding the working fluid by using waste heat at a low temperature, there is an advantage that it can be applied to various fields.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스터링 엔진이 도시된 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스터링 엔진의 내부를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A선 방향에서 자른 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 도 3에 도시된 스터링 엔진의 작동상태가 도시된 도면이다. 1 is a perspective view illustrating a Stirling engine according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing the inside of the stirling engine shown in Fig.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA in Fig.
Figs. 4 to 7 are views showing an operating state of the stirling engine shown in Fig. 3. Fig.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스터링 엔진이 도시된 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 스터링 엔진의 내부를 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 A-A선 방향에서 자른 단면도이다.1 is a perspective view illustrating a Stirling engine according to an embodiment of the present invention. 2 is a perspective view showing the inside of the stirling engine shown in Fig. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A in Fig.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기랭킨 사이클 발전 장치의 스터링 엔진(Stirling engine)은, 실린더(10), 디스플레이서(displacer)(20), 제1커넥팅 로드(30), 피스톤(40), 제2커넥팅 로드(50) 및 플라이 휠(60)을 포함한다.1 to 3, a Stirling engine of an organic Rankine cycle power generation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a cylinder 10, a displacer 20, a first connecting rod 30 A piston 40, a second connecting rod 50, and a flywheel 60.

상기 실린더(10)는, 가열실(11), 노즐부(12), 통부(13), 디퓨저부(14) 및 냉각실(15)을 포함한다.The cylinder 10 includes a heating chamber 11, a nozzle portion 12, a cylinder portion 13, a diffuser portion 14, and a cooling chamber 15.

상기 가열실(11)은, 내부에 작동유체가 채워지고, 외부 열원에 의해 작동유체를 가열하여 팽창시키는 공간이다. 본 실시예에서는, 상기 실린더(10)의 하부에 상기 가열실(11)이 배치되는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 가열실(11)은 단면적이 일정한 원통 형상으로 형성된다. The heating chamber 11 is a space filled with a working fluid therein, and is a space for heating and expanding the working fluid by an external heat source. In the present embodiment, the heating chamber 11 is disposed below the cylinder 10, for example. The heating chamber 11 is formed in a cylindrical shape having a constant sectional area.

상기 노즐부(12)는, 상기 가열실(11)에 연통되고 상기 가열실(11)보다 단면적이 점차 축소되게 형성된다. 상기 노즐부(12)는 단열된다. 상기 노즐부(12)는 상기 가열실(11)에서 가열 팽창된 작동유체의 속도를 증가시켜, 상기 작동유체가 상기 디스플레이서(20)를 미는 힘을 증가시킨다. The nozzle unit 12 is formed so as to communicate with the heating chamber 11 and to have a cross sectional area gradually smaller than the heating chamber 11. The nozzle portion 12 is insulated. The nozzle portion 12 increases the speed of the working fluid heated and expanded in the heating chamber 11, thereby increasing the force pushing the working fluid against the displacer 20.

상기 통부(13)는, 상기 노즐부(12)에 연통되고 상기 노즐부(12)의 끝단부터 단면적이 일정하게 형성된다. 상기 통부(13)는 원통형으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 통부(13)도 단열된다.The tubular portion 13 communicates with the nozzle portion 12 and has a constant cross-sectional area from the end of the nozzle portion 12. The cylindrical portion 13 is formed in a cylindrical shape and will be described by way of example. The cylindrical portion 13 is also insulated.

상기 디퓨저부(14)는, 상기 통부(13)에 연통되고 상기 통부(13)보다 단면적이 점차 증가하도록 형성된다. 상기 디퓨저부(14)도 단열된다. 상기 디퓨저부(14)는 상기 통부(13)를 통과한 작동유체의 속도를 감속시키고, 상기 작동유체를 상기 냉각실(15)로 확산시키는 역할을 한다. The diffuser portion 14 is formed so as to communicate with the tubular portion 13 and gradually increase in cross-sectional area from the tubular portion 13. The diffuser portion 14 is also insulated. The diffuser portion 14 serves to slow down the speed of the working fluid that has passed through the tubular portion 13 and diffuse the working fluid into the cooling chamber 15.

상기 냉각실(15)은, 상기 가열실(11)에서 가열 팽창된 작동 유체가 유입되고, 외부 냉각원에 의해 작동유체를 냉각 압축하는 공간을 형성한다. 본 실시예에서는, 상기 실린더(10)의 상부에 상기 냉각실(15)이 배치되는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 냉각실(15)은 단면적이 일정한 원통 형상으로 형성된다. In the cooling chamber 15, a working fluid that has been heated and expanded in the heating chamber 11 is introduced and a space for cooling and compressing the working fluid by an external cooling source is formed. In the present embodiment, the cooling chamber 15 is disposed above the cylinder 10, for example. The cooling chamber 15 is formed in a cylindrical shape having a constant sectional area.

상기 디스플레이서(20)는, 상기 가열실(11)에서 가열된 작동유체의 부피 팽창력에 의해 상방향으로 직선 운동한다. 상기 디스플레이서(20)는 상기 통부(13)보다 단면적이 작게 형성된다. 즉, 상기 디스플레이서(20)는 상기 통부(13)의 내주면과의 사이에 작동유체가 이동할 수 있는 간격이 생길 수 있도록 상기 통부(13)보다 작은 크기로 형성된다. The displacer 20 linearly moves upward by the volume expansion force of the working fluid heated in the heating chamber 11. The display 20 is formed to have a smaller cross-sectional area than the tubular portion 13. That is, the displacer 20 is formed to have a size smaller than the tubular portion 13 so that a gap is formed between the tubular portion 13 and the inner peripheral surface of the tubular portion 13 so that the working fluid can move.

상기 제1커넥팅 로드(30)는, 상기 디스플레이서(20)를 후술하는 플라이 휠(60)에 연결시킨다. 상기 제1커넥팅 로드(30)는 상기 디스플레이서(20)의 직선 운동시 상기 플라이 휠(60)을 회전시킨다. 상기 제1커넥팅 로드(30)는, 상기 디스플레이서(20)의 상면에 결합된 제1고정 로드(31)와, 상기 제1고정 로드(31)와 상기 플라이 휠(60)에 양단이 회전가능토록 결합된 제1회전 로드(32)를 포함한다. 상기 제1회전 로드(32)의 일단은 상기 제1고정 로드(31)에 힌지 등에 의해 회전가능토록 결합되고, 타단은 상기 플라이 휠(60)에 힌지 등에 의해 회전가능토록 결합된다. The first connecting rod 30 connects the displacer 20 to a flywheel 60 to be described later. The first connecting rod 30 rotates the flywheel 60 when the displacer 20 linearly moves. The first connecting rod 30 includes a first fixed rod 31 coupled to the upper surface of the displacer 20 and a second fixed rod 31 coupled to the first fixed rod 31 and the fly wheel 60, And a first rotating rod 32 coupled to the first rotating rod. One end of the first rotating rod 32 is rotatably coupled to the first fixed rod 31 by a hinge or the like and the other end is rotatably coupled to the fly wheel 60 by a hinge or the like.

상기 피스톤(40)은, 상기 냉각실(15)에 구비된다. 상기 피스톤(40)은 상기 플라이 휠(60)에 제2커넥팅 로드(50)에 의해 연결되어, 상기 플라이 휠(60)의 회전에 의해 하향 직선운동하면서 상기 냉각실(15)에서 냉각된 작동유체를 압축한다. 상기 피스톤(40)은 상기 냉각실(15)의 내주면에 밀착되게 형성된다. 상기 피스톤(40)과 상기 냉각실(15)사이에 별도의 실링부재가 구비되어, 상기 피스톤(40)과 상기 냉각실(15)사이를 실링하는 것도 가능하다. The piston (40) is provided in the cooling chamber (15). The piston 40 is connected to the flywheel 60 by a second connecting rod 50 so that the piston 40 is moved downward by the rotation of the flywheel 60, . The piston (40) is formed in close contact with the inner circumferential surface of the cooling chamber (15). An additional sealing member may be provided between the piston 40 and the cooling chamber 15 to seal between the piston 40 and the cooling chamber 15. [

상기 피스톤(40)에는 상기 제1커넥팅 로드(30)가 관통하도록 슬릿홀(40a)이 형성된다. 상기 슬릿홀(40a)은 상기 제1커넥팅 로드(30)의 움직이는 방향으로 길게 형성된다. The piston 40 is formed with a slit hole 40a through which the first connecting rod 30 passes. The slit hole 40a is elongated in the moving direction of the first connecting rod 30.

상기 슬릿홀(40a)과 상기 제1커넥팅 로드(30) 사이에는 작동유체의 누설을 방지하기 위한 실링부재가 설치된다. 상기 실링부재는, 일측은 상기 슬릿홀(40a)에 고정되고, 타측은 상기 제1커넥팅 로드(30)에 결합되어 상기 슬릿홀(40a)과 상기 제1커넥팅 로드(30)사이를 감싸도록 형성된 실링 부츠(sealing boots)(80)이다. 상기 실링 부츠(80)는 신축성 있는 재료로 이루어져, 상기 제1커넥팅 로드(30)의 움직임에 따라 신축될 수 있다. 상기 실링 부츠(80)와 상기 제1커넥팅 로드(30)사이에는 별도로 링 형상의 실링부재가 구비되는 것도 물론 가능하다. A sealing member is provided between the slit hole (40a) and the first connecting rod (30) to prevent leakage of a working fluid. The sealing member is fixed to the slit hole 40a at one side and is coupled to the first connecting rod 30 at the other side so as to surround the slit hole 40a and the first connecting rod 30 Sealing boots (80). The sealing boot 80 is made of a stretchable material and can be stretched or contracted according to the movement of the first connecting rod 30. It is of course possible to provide a ring-shaped sealing member between the sealing boot 80 and the first connecting rod 30.

상기 제2커넥팅 로드(50)는, 상기 피스톤(40)을 상기 플라이 휠(60)에 연결시켜, 상기 플라이 휠(60)의 회전시 상기 피스톤(40)을 직선운동시킨다. 상기 제2커넥팅 로드(50)는, 상기 피스톤(40)의 상면에 결합된 제2고정 로드(51)와, 상기 제2고정 로드(51)와 상기 플라이 휠(60)에 양단이 회전가능토록 결합된 제2회전 로드(52)를 포함한다. 상기 제2고정 로드(51)는 상기 제1커넥팅 로드(30)와 간섭이 생기지 않도록 상기 슬릿홀(40a)로부터 소정간격 이격된 위치에 구비된다. 상기 제2회전 로드(32)의 일단은 상기 제2고정 로드(51)에 힌지 등에 의해 회전가능토록 결합되고, 타단은 상기 플라이 휠(60)에 힌지 등에 의해 회전가능토록 결합된다. 본 실시예에서는, 상기 제1회전 로드(32)와 상기 제2회전 로드(52)는 서로 간섭이 발생하지 않도록 상기 플라이 휠(60)의 전,후면 중 서로 다른 면에 결합되는 것으로 예를 들어 설명한다. The second connecting rod 50 connects the piston 40 to the flywheel 60 to linearly move the piston 40 when the flywheel 60 rotates. The second connecting rod 50 includes a second fixed rod 51 coupled to the upper surface of the piston 40 and a second fixed rod 51 connected to the second fixed rod 51 and the fly wheel 60, And a second rotating rod 52 coupled thereto. The second fixing rod 51 is provided at a position spaced apart from the slit hole 40a so as not to interfere with the first connecting rod 30. One end of the second rotating rod 32 is rotatably coupled to the second fixed rod 51 by a hinge or the like and the other end is rotatably coupled to the fly wheel 60 by a hinge or the like. In this embodiment, the first rotating rod 32 and the second rotating rod 52 are coupled to different surfaces of the front and rear surfaces of the flywheel 60 so as to prevent interference with each other. For example, Explain.

상기 플라이 휠(60)은, 상기 실린더(10)의 외측에 구비된다. 상기 플라이 휠(60)의 일측에는 상기 제1커넥팅 로드(30)가 결합되고, 타측에는 상기 제2커넥팅 로드(50)가 결합된다. 상기 플라이 휠(60)에서 상기 제1커넥팅 로드(30)와 상기 제2커넥팅 로드(50)가 결합되는 위치는 상기 디스플레이서(20)와 상기 피스톤(40)의 직선 이동 거리에 따라 미리 설정된다. 상기 플라이 휠(60)은, 상기 디스플레이서(20)의 직선 운동시 상기 제1커넥팅 로드(30)에 의해 회전된다. The flywheel (60) is provided outside the cylinder (10). The first connecting rod 30 is coupled to one side of the flywheel 60 and the second connecting rod 50 is coupled to the other side. The position where the first connecting rod 30 and the second connecting rod 50 are engaged in the flywheel 60 is set in advance according to the linear movement distance between the displacer 20 and the piston 40 . The flywheel 60 is rotated by the first connecting rod 30 during linear movement of the displacer 20.

상기 플라이 휠(60)에는 회전축(미도시)이 결합되고, 상기 회전축(미도시)을 통해 발전된다. 본 실시예에서는, 상기 실린더(10)의 외측에는 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 회전축 지지대(62)가 구비된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 회전축 지지대가 삭제되는 것도 물론 가능하다. 상기 회전축 지지대(62)는 막대 형상으로 형성된다.
A rotation shaft (not shown) is coupled to the flywheel 60 and is generated through the rotation shaft (not shown). In the present embodiment, a rotary shaft support 62 for rotatably supporting the rotary shaft is provided outside the cylinder 10, but the present invention is not limited thereto and the rotary shaft support may be omitted . The rotating shaft support 62 is formed into a rod shape.

도 4 내지 도 7은 도 3에 도시된 스터링 엔진의 작동상태가 도시된 도면이다. Figs. 4 to 7 are views showing an operating state of the stirling engine shown in Fig. 3. Fig.

도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 스터링 엔진의 작동을 설명하면, 다음과 같다. The operation of the Stirling engine according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 7. FIG.

먼저, 도 4를 참조하면, 상기 가열실(11)이 가열되기 이전에 상기 디스플레이서(20)는 하사점(D1)에 위치하고, 상기 플라이 휠(60)은 정지 상태이다. 이 때, 상기 피스톤(40)은 상사점(P1)에 위치한 상태이다. 4, before the heating chamber 11 is heated, the displacer 20 is positioned at bottom dead center D1, and the flywheel 60 is in a stopped state. At this time, the piston 40 is located at the top dead center P1.

이후, 도 5를 참조하면, 상기 가열실(11)이 가열되어 상기 가열실(11) 내부의 작동유체가 가열되어 상변화하게 된다. 기화된 작동유체의 팽창력에 의해 상기 디스플레이서(20)가 상향 이동한다. 상기 디스플레이서(20)가 상향 이동하면, 상기 디스플레이서(20)에 결합된 상기 제1커넥팅 로드(30)가 상향 이동하면서 상기 플라이 휠(60)을 회전시킨다. 상기 디스플레이서(20)가 상기 하사점(DI)로부터 소정 거리만큼 상향 이동하면서 상기 플라이 휠(60)이 시계방향으로 약 90도 회전한다. Referring to FIG. 5, the heating chamber 11 is heated and the working fluid in the heating chamber 11 is heated to be phase-changed. The displacer 20 is moved upward by the expansion force of the vaporized working fluid. When the displacer 20 moves upward, the first connecting rod 30 coupled to the displacer 20 moves upward to rotate the flywheel 60. The flywheel 60 rotates clockwise by about 90 degrees while the displacer 20 moves upward by a predetermined distance from the bottom dead center DI.

이 때, 상기 기화된 작동유체는, 상기 노즐부(12), 상기 통부(13) 및 상기 디퓨저부(14)를 차례로 통과한다. 상기 기화된 작동유체는 상기 디스플레이서(20)를 밀어올림과 동시에, 상기 디스플레이서(20)와 상기 실린더(10)사이의 공간을 통해 상향 이동한다. 상기 기화된 작동유체는, 상기 노즐부(12)를 통과하면서 속도가 증가하게 되므로, 상기 디스플레이서(20)를 미는 힘이 증가할 뿐만 아니라, 상기 냉각실(15)을 향해 보다 빠르게 이동할 수 있다. 또한, 상기 작동유체는 상기 디퓨저부(14)를 통과하면서 상기 냉각실(15)로 확산될 수 있으므로, 상기 냉각실(15)에서의 냉각과 압축이 보다 원활하게 이루어질 수 있다. At this time, the vaporized working fluid passes through the nozzle portion 12, the cylinder portion 13 and the diffuser portion 14 in order. The vaporized working fluid moves upward through the space between the displacer 20 and the cylinder 10 at the same time as pushing up the displacer 20. Since the vaporized working fluid increases in speed as it passes through the nozzle unit 12, the pressing force of the displacer 20 is increased, and the vaporized working fluid can move faster toward the cooling chamber 15 . Also, since the working fluid can be diffused into the cooling chamber 15 while passing through the diffuser portion 14, cooling and compression in the cooling chamber 15 can be performed more smoothly.

한편, 상기 플라이 휠(60)이 회전하면, 상기 제2커넥팅 로드(50)는 하향 이동한다. 따라서, 상기 제2커넥팅 로드(50)에 결합된 상기 피스톤(40)이 상기 상사점(P1)으로부터 하향 이동한다. 이 때, 상기 냉각실(15)의 외부 냉각원에 의해 냉각되고 있으므로 상기 냉각실(15)로 유입된 작동유체는 냉각되어 액화되고, 상기 피스톤(40)에 의해 압축된다. Meanwhile, when the flywheel 60 rotates, the second connecting rod 50 moves downward. Accordingly, the piston (40) coupled to the second connecting rod (50) moves downward from the top dead center (P1). At this time, since the cooling fluid is cooled by the external cooling source of the cooling chamber 15, the working fluid flowing into the cooling chamber 15 is cooled and liquefied and is compressed by the piston 40.

도 6을 참조하면, 상기 디스플레이서(20)가 계속해서 상향 이동하여 상사점(D2)에 도달하고, 상기 플라이 휠(60)의 회전에 따라 상기 제2커넥팅 로드(50)와 상기 피스톤(40)이 하향 이동하여 상기 피스톤(40)은 하사점(P2)에 도달한다. 상기 디스플레이서(20)가 상기 상사점(D2)에 도달할때까지 상기 기화된 작동유체가 상기 냉각실(15)로 유입된다. 상기 피스톤(40)이 상기 하사점(P2)에 도달할때까지 상기 냉각실(15)로 유입된 작동유체는 냉각 압축된다. 6, the displacer 20 continues to move upward to reach the top dead center D2 and the second connecting rod 50 and the piston 40 And the piston 40 reaches the bottom dead center P2. The vaporized working fluid flows into the cooling chamber 15 until the displacer 20 reaches the top dead center D2. The working fluid introduced into the cooling chamber (15) is cooled and compressed until the piston (40) reaches the bottom dead center (P2).

이후, 도 7을 참조하면, 상기 디스플레이서(20)는 상기 상사점(D2)으로부터 하향 이동하고, 상기 피스톤(40)은 상기 하사점(P2)으로부터 상향 이동한다. 상기 냉각실(15)에서 액화된 작동유체는 하향 이동하여 상기 가열실(11)측으로 이동한다. 이 때, 액화된 작동유체는, 상기 디퓨저부(14), 상기 통부(13) 및 상기 노즐부(12)를 차례로 통과하면서 상기 가열실(11)로 돌아간다. 7, the displacer 20 moves downward from the top dead center D2 and the piston 40 moves upward from the bottom dead center P2. The working fluid liquefied in the cooling chamber 15 moves downward and moves to the heating chamber 11 side. At this time, the liquefied working fluid returns to the heating chamber 11 while passing through the diffuser portion 14, the tubular portion 13 and the nozzle portion 12 in order.

상기 가열실(11)로 순환된 작동유체는 다시 상기 가열실(11)에서 가열 팽창되어, 상기와 같은 과정을 반복하게 된다. The working fluid circulated in the heating chamber 11 is again heated and expanded in the heating chamber 11, and the above process is repeated.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 스터링 엔진은, 작동유체가 상변화후 통과하는 통로를 노즐과 디퓨저 형상으로 형성함으로써, 작동유체의 이동속도가 증가되어 플라이 휠의 회전속도가 증가될 수 있으므로 발전 효율이 보다 향상될 수 있다. 또한, 작동유체가 상기 디퓨저부(14)를 통과하면서 상기 냉각실(15)로 확산되므로, 상기 냉각실(15)로 유입된 작동유체가 보다 빠르게 확산되어 냉각 압축될 수 있으므로 효율이 향상될 수 있다.
In the stirling engine according to the present invention, since the passage through which the working fluid passes after the phase change is formed into the shape of the nozzle and the diffuser, the moving speed of the working fluid is increased and the rotating speed of the flywheel may be increased The power generation efficiency can be further improved. Further, since the working fluid is diffused into the cooling chamber 15 while passing through the diffuser portion 14, the working fluid introduced into the cooling chamber 15 can be diffused and cooled and compressed, have.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10: 실린더 11: 가열실
12: 노즐부 13: 통부
14: 디퓨저부 15: 냉각실
20: 디스플레이서 30: 제1커넥팅 로드
40: 피스톤 50: 제2커넥팅 로드
60: 플라이 휠10: cylinder 11: heating chamber
12: nozzle unit 13:
14: diffuser part 15: cooling chamber
20: display 30: first connecting rod
40: piston 50: second connecting rod
60: flywheel

Claims (12)

작동유체를 외부 열원에 의해 가열하여 팽창시키는 공간을 형성하는 가열실과, 상기 가열실에서 가열 팽창된 작동유체를 외부 냉각원에 의해 냉각 압축시키는 공간을 형성하는 냉각실을 포함하는 실린더와;
상기 가열실에서 가열된 작동유체의 부피 팽창력에 의해 직선 운동하는 디스플레이서와;
상기 디스플레이서와 제1커넥팅 로드에 의해 연결되어, 상기 디스플레이서의 직선 운동에 의해 회전하는 플라이 휠과;
상기 냉각실에 구비되고, 상기 플라이 휠과 제2커넥팅 로드에 의해 연결되어, 상기 플라이 휠의 회전에 의해 직선 운동하면서 상기 냉각실에서 냉각된 작동유체를 압축하는 피스톤과;
상기 피스톤에서 상기 제1커넥팅 로드가 관통하도록 상기 제1커넥팅 로드의 움직이는 방향으로 길게 형성된 슬릿홀과;
일측은 상기 슬릿홀에 고정되고 타측은 상기 제1커넥팅 로드에 결합되어, 상기 슬릿홀과 상기 제1커넥팅 로드 사이를 감싸도록 형성되고, 상기 제1커넥팅 로드의 움직임에 따라 신축되도록 신축성 부재로 형성된 실링부츠를 포함하고,
상기 실린더는, 상기 가열실에 연통되고 상기 가열실보다 단면적이 점차 축소되게 형성된 노즐부와, 상기 노즐부에서 연통되고 상기 노즐부의 단부로부터 단면적이 일정하게 형성되고 상기 디스플레이서보다 단면적이 크게 형성된 통부와, 상기 통부와 상기 냉각실 사이에 연통되게 형성되어 상기 통부보다 단면적이 점차 증가하도록 형성된 디퓨저부가 형성되고,
상기 노즐부, 상기 통부 및 상기 디퓨저부는 단열되고,
상기 제1커넥팅 로드와 상기 제2커넥팅 로드는 서로 간섭되지 않도록 상기 플라이 휠의 전,후면 중 서로 다른 면에 각각 결합되고,
상기 가열실이 가열되기 이전에는 상기 디스플레이서는 상기 디스플레이서의 하사점에 위치하고, 상기 피스톤은 상기 피스톤의 상사점에 위치하고,
상기 가열실이 가열되면, 상기 가열실에서 기화된 작동유체의 팽창력에 의해 상기 디스플레이서가 상기 디스플레이서의 상사점까지 상향 이동하면서 상기 플라이휠을 회전시키고, 상기 피스톤은 상기 플라이휠의 회전에 의해 상기 피스톤의 하사점까지 하향 이동하면서 작동유체를 냉각 압축시키는 스터링 엔진을 이용한 유기랭킨 사이클 발전 장치.A cylinder including a heating chamber forming a space for heating and expanding the working fluid by an external heat source and a cooling chamber forming a space for cooling and compressing the working fluid heated and expanded in the heating chamber by an external cooling source;
A displacer linearly moving by the volume expansion force of the working fluid heated in the heating chamber;
A flywheel connected by the first connecting rod to the displacer, the flywheel being rotated by linear movement of the displacer;
A piston provided in the cooling chamber and connected by the flywheel and the second connecting rod to compress a working fluid cooled in the cooling chamber while linearly moving by rotation of the flywheel;
A slit hole formed in the piston so as to extend in a moving direction of the first connecting rod such that the first connecting rod passes through the slit hole;
The first connecting rod being fixed to the slit hole and the other being connected to the first connecting rod so as to surround the slit hole and the first connecting rod, Including a sealing boot,
Wherein the cylinder includes a nozzle portion communicating with the heating chamber and formed to be gradually reduced in cross-sectional area from the heating chamber, and a cylinder portion communicating with the nozzle portion and formed to have a sectional area constant from the end portion of the nozzle portion, And a diffuser portion formed to communicate between the cylindrical portion and the cooling chamber, the diffuser portion having a sectional area that is gradually increased from the cylindrical portion,
The nozzle portion, the cylinder portion and the diffuser portion are insulated,
The first connecting rod and the second connecting rod are coupled to different surfaces of the front and rear surfaces of the fly wheel so as not to interfere with each other,
Before the heating chamber is heated, the displacer is located at a bottom dead center of the displacer, the piston is located at a top dead center of the piston,
When the heating chamber is heated, the displacer moves upward to the top dead center of the displacer by the expansion force of the working fluid vaporized in the heating chamber, and rotates the flywheel. The piston is rotated by the rotation of the flywheel An organic Rankine cycle generator using a stirling engine for cooling and compressing a working fluid while moving downward to a bottom dead center. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 피스톤은, 상기 냉각실의 내주면에 밀착되게 형성된 스터링 엔진을 이용한 유기랭킨 사이클 발전 장치.The method according to claim 1,
Wherein the piston is in close contact with the inner circumferential surface of the cooling chamber. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제1커넥팅 로드는,
상기 디스플레이서에 구비된 고정 로드와, 일단은 상기 고정 로드에 회전가능토록 결합되고 타단은 상기 플라이 휠에 회전가능하게 결합되며 상기 피스톤을 관통하는 회전 로드를 포함하는 스터링 엔진을 이용한 유기랭킨 사이클 발전 장치. The method according to claim 1,
The first connecting rod
And a rotating rod that is rotatably coupled to the stationary rod and rotatably coupled to the flywheel at one end and rotatable through the piston, wherein the stationary rod is provided with the organic Rankine cycle generator Device. 청구항 1에 있어서,
상기 제2커넥팅 로드는,
상기 피스톤에 구비된 고정 로드와, 일단은 상기 고정 로드에 회전가능토록 결합되고 타단은 상기 플라이 휠에 회전가능하게 결합된 회전 로드를 포함하는 스터링 엔진을 이용한 유기랭킨 사이클 발전 장치. The method according to claim 1,
The second connecting rod
And a rotating rod rotatably coupled to the stationary rod at one end and rotatably coupled to the flywheel at the other end, the stationary rod being provided in the piston. 삭제delete
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