KR101741536B1 - 전력 생산을 위한 플루다인 스털링 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력 생산을 위한 플루다인 스털링 엔진에 관한 것이다.
이에 본 발명의 기술적 요지는 펌핑용 플루다인(Fluidyne) 구조를 이용한 스털링 엔진에 관한 것으로, 작동유체가 수용된 메인 이송관을 기준으로 가지관 형태로 분기된 전열관과 방열관 및 전력생산관이 연통되도록 하되, 상기 이송관을 포함한 각 관로(전열관, 방열관, 전력생산관)에는 내부에 일정 수위만큼 작동유체가 채워지도록 형성되고, 상기 전열관과 방열관 상측에는 공기층이 형성되어 이를 가열하거나 주위 온도와의 열교환에 의한 감온(방열)이 발생되면 수축과 팽창에 따른 공기 이동이 발생되면서 전력생산관에 구비된 마그네틱의 수위를 가변시키게 되고, 이에 마그네틱 주변의 전력선 코일로 하여금 자기장을 형성하도록 하여 전력을 즉시 생산하도록 하는 바, 이는 간단한 작동원리 대비 전력생산 효율이 높은 반면 사용성이 우수하고 적용 분야가 다양하며 제작과 취급이 용이한 것을 특징으로 한다.

Description

전력 생산을 위한 플루다인 스털링 엔진{A fluidyne 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 전력생산관이 연통되도록 하되, 상기 이송관을 포함한 각 관로(전열관, 방열관, 전력생산관)에는 내부에 일정 수위만큼 작동유체가 채워지도록 형성되고, 상기 전열관과 방열관 상측에는 공기층이 형성되어 이를 가열하거나 주위 온도와의 열교환에 의한 감온(방열)이 발생되면 수축과 팽창에 따른 공기 이동이 발생되면서 전력생산관에 구비된 마그네틱의 수위를 가변시키게 되고, 이에 마그네틱 주변의 전력선 코일로 하여금 자기장을 형성하도록 하여 전력을 즉시 생산하도록 하는 바, 이는 간단한 작동원리 대비 전력생산 효율이 높은 반면 사용성이 우수하고 적용 분야가 다양하며 제작과 취급이 용이한 것을 특징으로 하는 전력 생산을 위한 플루다인 스털링 엔진에 관한 것이다.

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.

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.

또한, 실린더 내부는 소정의 피스톤에 의해서 고온부와 저온부로 구분된다.

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.

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.

그러나, 종래의 스털링 엔진은 저온 열매체로부터 열원을 공급받을 경우 열전달율이 낮고 흡열과 방열 성능이 낮아 이를 개선하기 위한 연구가 계속되고 있는 실정이다.

1. 대한민국 등록특허공보 제10-1317367호(2013.10.04.)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적 요지는 작동유체가 수용된 메인 이송관을 기준으로 가지관 형태로 분기된 전열관과 방열관 및 전력생산관이 연통되도록 하되, 상기 이송관을 포함한 각 관로(전열관, 방열관, 전력생산관)에는 내부에 일정 수위만큼 작동유체가 채워지도록 형성되고, 상기 전열관과 방열관 상측에는 공기층이 형성되어 이를 가열하거나 주위 온도와의 열교환에 의한 감온(방열)이 발생되면 수축과 팽창에 따른 공기 이동이 발생되면서 전력생산관에 구비된 마그네틱의 수위를 가변시키게 되고, 이에 마그네틱 주변의 전력선 코일로 하여금 자기장을 형성하도록 하여 전력을 즉시 생산하도록 하는 바, 이는 간단한 작동원리 대비 전력생산 효율이 높은 반면 사용성이 우수하고 적용 분야가 다양하며 제작과 취급이 용이한 것을 특징으로 하는 전력 생산을 위한 플루다인 스털링 엔진을 제공함에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 작동유체가 수용된 이송관(100)의 일측 및 타측에 전열관(200)과 방열관(300)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) 내 작동유체의 수위를 상호 가변시키도록 형성되며, 상기 이송관(100)의 일측 단부에는 전력생산관(500)이 형성되도록 하되, 상기 전력생산관(500) 내외부에는 마그네틱(600)이 결합된 플로트(700)와 전력선 코일(800)이 형성되어 전열관(200)과 방열관(300)의 공기 수축과 팽창으로부터 작동유체의 수위 가변이 발생되면 플로트(700)에 고정된 마그네틱(600)의 수면 높낮이 변화가 반복적으로 발생되면서 전력생산관(500)의 외주면에 권선된 전력선 코일(800)로 하여금 자기장이 형성되도록 하여 전력을 생산하도록 구성된다.

이에, 상기 마그네틱은 N극과 S극이 상하향 기립하도록 한 것으로, 상기 플로트는 각 극이 분할된 중앙부에 링 형태로 결합되어 마그네틱이 플로트로부터 탈부착 가능하도록 형성된다.

이에, 상기 전열관은 일측에 온도센서 또는 수위센서와 가열용 히터부재가 형성되어 설정된 수위나 온도 이하가 되면 히터부재가 동작하여 전열관에 발열을 도모하도록 형성된다.

이와 같이, 본 발명은 전열관과 방열관 상측에 공기층이 형성되도록 하되, 이를 가열하거나 주위 온도와의 열교환에 의한 감온(방열)이 발생되면 수축과 팽창에 따른 공기 이동이 발생되면서 전력생산관에 구비된 마그네틱의 수위를 가변시키게 되고, 이에 마그네틱 주변의 전력선 코일로 하여금 자기장을 형성하도록 하여 전력을 즉시 생산하도록 하는 바, 이는 간단한 작동원리 대비 전력생산 효율이 높은 반면 사용성이 우수하고 적용 분야가 다양하며 제작과 취급이 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스털링 엔진의 개략적 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 마그네틱과 플로트의 결합상태를 나타낸 예시도이다.

다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 상세히 설명하겠다.

먼저, 도 1 내지 도 2에 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 전력생산관으로 크게 구성된다.

이에, 작동유체가 수용된 이송관(100)은 일측 및 타측에 전열관(200)과 방열관(300)이 직교되면서 연통되도록 형성된다.

이때, 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 형성된다.

이때, 전열관(200)과 방열관(300)은 내부 작동유체의 수위를 상호 가변시키도록 형성된다.

이때, 상기 이송관(100)의 일측 단부에는 전력생산관(500)이 형성되도록 하되, 상기 전력생산관(500) 내외부에는 마그네틱(600)이 결합된 플로트(700)와 전력선 코일(800)이 형성되어 전열관(200)과 방열관(300)의 공기 수축과 팽창으로부터 작동유체의 수위 가변이 발생되면 플로트(700)에 고정된 마그네틱(600)의 수면 높낮이 변화가 반복적으로 발생되면서 전력생산관(500)의 외주면에 권선된 전력선 코일(800)로 하여금 자기장이 형성되도록 하여 전력을 생산하도록 구성된다.

이에, 상기 마그네틱은 N극과 S극이 상하향 기립하도록 한 것으로, 상기 플로트는 각 극이 분할된 중앙부에 링 형태로 결합되어 마그네틱이 플로트로부터 탈부착 가능하도록 형성된다.

이에, 상기 전열관은 일측에 온도센서 또는 수위센서와 가열용 히터부재가 형성되어 설정된 수위나 온도 이하가 되면 히터부재가 동작하여 전열관에 발열을 도모하도록 형성된다.

다시 말해, 전열관의 공기층 부분에 열을 가하게 되면 공기가 팽창하여 압력이 상승하게 되고, 이에 따라 전열관의 작동유체 수위가 낮아지게 된다.

이때, 방열관의 공기층에는 전열관의 공기층으로부터 빠져나온 작동유체에 의해 수위가 높아지게 된다.

이때, 방열관의 공기층은 주변 온도와 열교환되면서 온도가 떨어지게 되고 동시에 전열관의 수위는 상승하게 되면서 전력생산관의 수위는 방열관과 같이 떨어지게된다.

즉, 이러한 작동유체의 수위 차에 의해 전력생산관의 마그네틱이 반복적으로 승하강하게 되고, 이에 마그네틱 주변에 연설된 전력선 코일은 자기장 발생으로 인해 전력을 생산하도록 형성된다.

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.

100 ... 이송관 200 ... 전열관
300 ... 방열관 400 ... 기류 이동관
500 ... 전력생산관 600 ... 마그네틱
700 ... 플로트 800 ... 전력선 코일

Claims (3)

1. 작동유체가 수용된 이송관(100)의 일측 및 타측에 전열관(200)과 방열관(300)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) 내 작동유체의 수위를 상호 가변시키도록 형성되며, 상기 이송관(100)의 일측 단부에는 전력생산관(500)이 형성되도록 하되, 상기 전력생산관(500) 내외부에는 마그네틱(600)이 결합된 플로트(700)와 전력선 코일(800)이 형성되어 전열관(200)과 방열관(300)의 공기 수축과 팽창으로부터 작동유체의 수위 가변이 발생되면 플로트(700)에 고정된 마그네틱(600)의 수면 높낮이 변화가 반복적으로 발생되면서 전력생산관(500)의 외주면에 권선된 전력선 코일(800)로 하여금 자기장이 형성되도록 하여 전력을 생산하도록 하는 플루다인 스털링 엔진에 있어서,
   상기 마그네틱(600)은 N극과 S극이 상하향 기립하도록 한 것으로, 상기 플로트(700)는 각 극이 분할된 중앙부에 링 형태로 결합되어 마그네틱(600)이 플로트(700)로부터 탈부착 가능하도록 형성되고, 상기 전열관(200)은 일측에 온도센서 또는 수위센서와 가열용 히터부재가 형성되어 설정된 수위나 온도 이하가 되면 히터부재가 동작하여 전열관(200)에 발열을 도모하도록 형성되며, 상기 히터부재는 전열관(200)의 공기층 부분에 열을 가하도록 형성되어 공기가 팽창하면서 압력이 상승하게 되면 전열관(200)의 작동유체 수위가 낮아지게 되도록 형성되고, 동시에 방열관(300)의 공기층에는 전열관(200)으로부터 빠져나온 작동유체에 의해 수위가 높아지게 되며, 상기 방열관(300)의 공기층은 주변 온도와 열교환 되면서 온도가 떨어지게 되면 전력생산관(500) 내 수위와 함께 방열관(300) 내 수위도 하강하게 되고, 동시에 전열관(200)의 수위는 상승하게 되면서 작동유체의 수위 차에 의해 전력생산관(500)의 마그네틱(600)이 반복적으로 승하강하게 되면 마그네틱(600) 주변에 연설된 전력선 코일(800)이 자기장 발생으로 인해 전력을 생산하도록 하는 것을 특징으로 하는 전력 생산을 위한 플루다인 스털링 엔진.
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