KR102099023B1 - 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관 - Google Patents

축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관 Download PDF

Info

Publication number
KR102099023B1
KR102099023B1 KR1020180156306A KR20180156306A KR102099023B1 KR 102099023 B1 KR102099023 B1 KR 102099023B1 KR 1020180156306 A KR1020180156306 A KR 1020180156306A KR 20180156306 A KR20180156306 A KR 20180156306A KR 102099023 B1 KR102099023 B1 KR 102099023B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
displacer
shaft
power piston
plate
axis
Prior art date
Application number
KR1020180156306A
Other languages
English (en)
Inventor
박수한
전해강
Original Assignee
전남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전남대학교산학협력단 filed Critical 전남대학교산학협력단
Priority to KR1020180156306A priority Critical patent/KR102099023B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102099023B1 publication Critical patent/KR102099023B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/053—Component parts or details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2242/00—Ericsson-type engines having open regenerative cycles controlled by valves
    • F02G2242/02—Displacer-type engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관에 관한 것으로, 디스플레이서의 축방향 운동에 의해 파워피스톤이 축 방향으로 자유 운동하도록 형성되는 자유 피스톤 스털링 기관에 있어서, 상기 디스플레이서의 축이 상기 파워피스톤의 축을 동축 선상으로 관통하도록 설치되어 축일치가 이루어지는 것을 특징으로 하는 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관에 관한 것이다.

Description

축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관{Free-piston stirling engine with easily lining axis}
본 발명은 자유 피스톤 스털링 기관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스털링 기관의 피스톤 운동을 담당하는 디스플레이서와 파워피스톤의 각 축의 일치가 용이하도록 형성되는 자유 피스톤 스털링 기관에 관한 것이다.
일반적으로, 스털링 사이클을 이용하는 자유 피스톤 스털링 기관은 질량물 2개, 특정 스프링 상수를 가지고 있는 스프링 2개로 이루어진 2 자유도 시스템으로 각 질량물의 움직임에 스프링이 관여하여 공진주파수에서 왕복 진동 운동을 하게 하는 기관이다.
이러한 자유 피스톤 스털링 기관은, 종래에 각 질량물을 스프링에 고정하고, 동축 선상에서 왕복 운동하도록 설계되었으나, 상기 2개의 질량물에 형성된 축들 간의 축 일치가 용이하지 않아 피스톤 운동 시에 심각한 마찰을 일으켜 운동 성능이 현저하게 저하되었으며, 이는 곧 스털링 기관의 효율을 감소시켰고, 심각할 경우 두 축 간의 접촉 표면이 마멸되거나 파손되어 실린더 내부의 기밀을 유지할 수 없게 되어 작동이 멈추는 현상이 초래되었다.
이에 따라, 축 일치가 항시 이루어지도록 하여 마찰로 인한 운동성능저하를 방지할 수 있는 자유 피스톤 스털링 기관의 필요성이 대두되고 있다.
한국등록특허 제10-0906337호
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자, 각 질량물을 고정하는 두 개의 축이 일치되도록 형성하였으며, 나아가 분해 및 조립이 용이한 구조로서 수정이 쉽고 재조립 시에도 축 일치가 수월하며, 더욱이 기관 성능을 향상시킬 수 있는 구성들을 포함하여 최종적으로 효율을 극대화 할 수 있는 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관을 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관은, 디스플레이서의 축방향 운동에 의해 파워피스톤이 축 방향으로 자유 운동하도록 형성되는 자유 피스톤 스털링 기관에 있어서, 상기 디스플레이서의 축이 상기 파워피스톤의 축을 동축 선상으로 관통하도록 설치되어 축일치가 이루어지도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 디스플레이서와 파워피스톤은, 각각의 축에 결속된 판형 스프링에 의해 축방향 운동이 제어될 수 있다.
또한, 상기 판형 스프링은, 헬릭스 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 자유 피스톤 스털링 기관은, 상기 파워피스톤의 실린더와 상기 판형 스프링들이 복수의 지지로드에 의해 서로 연결될 수 있다.
또한, 상기 파워피스톤 축에 결속된 판형 스프링은, 상기 복수의 지지로드의 간격 사이로 설치되되, 일단부가 상기 파워피스톤 실린더에 체결되는 위치결정로드에 의해 파워피스톤 축에 대한 결속 위치가 결정될 수 있다.
또한, 상기 복수의 지지로드 및 위치결정로드는, 원주상을 따라 등간격을 이루도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 자유 피스톤 스털링 기관은, 상기 축일치된 디스플레이서 축과 파워피스톤 축 사이에 장착되는 구(球)형의 간격유지볼을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 자유 피스톤 스털링 기관은, 상기 판형 스프링의 늘어남을 제한하여 텐션(tension)을 조절할 수 있는 텐션조절부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 자유 피스톤 스털링 기관은, 상기 판형 스프링의 인력 또는 척력의 조절을 통해 상기 디스플레이서 축 또는 파워피스톤 축의 움직임을 제어할 수 있도록 형성되는 움직임 유도부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관은, 두 질량물의 축 일치를 통해 축 간의 마멸을 최소화하여 기밀성을 향상시키고, 내구성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관은, 조립 및 분해가 수월한 구조로 형성되어 수정 및 재조립이 용이하며, 특히 어떠한 각도에서 조립하여도 축 일치가 이루어지며 동일한 구조로 조립되어 효율이 일정한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관은, 두 질량물의 축 유동을 제어할 수 있는 다양한 구성들을 포함하여 기관 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이와 같은 효과들에 따라, 본 발명은 최종적으로 자유 피스톤 스털링 기관의 운전 환경에 따라 쉽게 조절이 가능하며, 운전효율을 극대화 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관의 사시도이다.
도 2는 도 1의 자유 피스톤 스털링 기관의 단면도이다.
도 3은 도 1의 자유 피스톤 스털링 기관 설치의 일 예시도이다.
도 4는 간격유지볼이 더 포함된 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관의 개략도이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 텐션조절부가 더 포함된 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관의 텐션 조절 예시도이다.
도 6은 움직임 유도부가 더 포함된 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관의 개략도이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관의 사시도이며, 도 2는 도 1의 자유 피스톤 스털링 기관의 단면도이고, 도 3은 도 1의 자유 피스톤 스털링 기관 설치의 일 예시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명은 구비되는 2개의 질량물 즉, 디스플레이서(12)와 파워피스톤(22)의 운전을 통해 발전하는 기관으로서, 통상적인 종래의 스털링 기관과 같이, 축 방향으로 왕복 운동하는 디스플레이서(12)와, 디스플레이서(12)의 축방향 운동에 의해 동심축을 기준으로 축 방향으로 자유 운동하도록 형성되는 파워피스톤(22)의 운전을 통해 발전하는 구조로 형성될 수 있다.
여기서, 종래의 스털링 기관은 디스플레이서와 파워피스톤의 조립 시, 상기 2개의 질량물에 형성된 축들 간의 축일치가 용이하지 않아 피스톤 운동 시에 심각한 마찰을 일으켜 운동 성능이 현저하게 저하되었으며, 이는 곧 스털링 기관의 효율을 감소시켰고, 심각할 경우 두 축 간의 접촉 표면이 마멸되거나 파손되어 실린더 내부의 기밀을 유지할 수 없게 되어 작동이 멈추는 현상이 초래되었다.
이에, 본 발명은 디스플레이서(12)와 파워피스톤(22)의 각 축(13, 23)을 일치시킴으로써 마찰이 발생하지 않도록 하여 상기의 문제점들을 해결하였다.
이를 위해, 본 발명은 도면에 도시된 바와 같이 디스플레이서부(10) 및 파워피스톤부(20)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 디스플레이서부(10)는 상술한 디스플레이서(12)의 축방향 운동을 위한 곳으로, 중공된 디스플레이서 실린더(11)와, 디스플레이서 실린더(11) 내에서 왕복 운동하도록 형성되는 피스톤인 디스플레이서(12) 및 디스플레이서(12)에서 연장되는 디스플레이서 축(13)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 디스플레이서 실린더(11)는 내재된 디스플레이서(12)를 기준으로 일측은 고온부(11a)가 형성되며 타측은 저온부(11b)가 형성되고, 고온부(11a)에는 열원이 마련되어 고온부 내부로 주입되는 작동유체를 가열하도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 가열된 작동유체는 팽창하며 디스플레이서(12)가 타 방향(저온부 방향)으로 이동 될 수가 있다.
또한, 디스플레이서(12)에서 연장되는 디스플레이서 축(13)은 저온부(11b) 방향으로 길이를 형성하여 작동유체의 팽창으로 인한 디스플레이서(12)의 이동에 의해 함께 이동될 수 있으며, 이동된 디스플레이서 축(13)은 후술하는 제1 판형 스프링(31)에 의해 반발되어 디스플레이서(12)를 제자리로 복귀시킬 수 있다.
파워피스톤부(20)는, 중공된 파워피스톤 실린더(21)와, 파워피스톤 실린더(21) 내에서 왕복운동 하도록 형성되는 파워피스톤(22) 및 파워피스톤(22)에서 연장되는 파워피스톤 축(23)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 파워피스톤부(20)는 디스플레이서 축(13)이 길이를 형성하는 방향으로 배치되되, 파워피스톤 축(23)의 길이방향이 디스플레이서 축(13)의 길이방향과 동일하도록 배치될 수 있다. 또한, 파워피스톤 실린더(21)는 디스플레이서(12)와 파워피스톤(22) 사이에 저온부(11b)가 형성되도록 디스플레이서 실린더(11)와 결합될 수 있는데, 결합 방식은 한정되지는 않으나 기밀성과 조립 및 분해 등을 고려하여 바람직하게는 도면과 같이 결합 플랜지(16)를 통한 맞대기 이음하여 볼트 등의 체결부재로 체결할 수가 있다.
이로 인해, 저온부(11b)는 작동유체 유출이 차단되도록 밀폐되고, 밀폐된 고온부(11a)와 저온부(11b) 내에 있는 작동유체의 작용에 따라 디스플레이서(12) 및 파워피스톤(22)이 축 방향으로 이동될 수 있다. 일 예로, 고온부(11a)의 작동유체의 팽창 시 저온부(11b) 방향으로 이동되는 디스플레이서(12)는 저온부(11b)의 작동유체를 냉각 압축함으로써, 이 힘에 의해 파워피스톤(22)이 밀려 함께 이동되는 것이다.
여기서, 작동유체는 한정되지는 않으나 안전성을 위해 폭발성이 낮은 헬륨가스 등일 수 있으며, 고온부(11a)와 저온부(11b)에 대한 작동유체의 작용으로 인한 디스플레이서(12)와 파워피스톤(22)의 움직임은 스털링 기관에 있어 통상적이므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기의 디스플레이서부(10)와 파워피스톤부(20)의 배치를 통해 동일 방향으로 길이를 형성하는 디스플레이서 축(13)과 파워피스톤 축(23)은, 서로 축 일치를 위해 디스플레이서 축(13)이 파워피스톤 축(23)을 관통하도록 형성될 수 있는데, 이를 위해 파워피스톤 축(23)은 중공형으로 형성될 수 있으며, 디스플레이서 축(13)은 파워피스톤 축(23) 보다 긴 길이를 형성하여 파워피스톤 축(23)을 관통할 수 있다.
이와 같은 구조로서 파워피스톤(22)과 디스플레이서(12)는, 동심(同心)의 축 일치를 이루며, 피스톤 운동 시에 마찰이 발생하지 않을 수 있고, 기관을 초기 조립하거나, 재 조립 시에도 파워피스톤 축(23) 내부로 디스플레이서 축(13)을 삽입하면 되므로, 쉽게 축을 일치시킬 수 있는 장점을 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명은 고온부(11a)의 가열로 인해 이동된 디스플레이서(12)와 파워피스톤(22)을 축 방향 운동을 제어하도록 디스플레이서 축(13)과 파워피스톤 축(23) 각각에 판형 스프링(31, 32)(이하, 각각 "제1 판형 스프링", 제2 판형 스프링"이라 함)이 결속될 수 있다.
즉, 디스플레이서 축(13)과 결속되는 제1 판형 스프링(31)은 스프링 상수에 따라 디스플레이서(12)의 축 방향 이동 범위, 이동 속도 등을 결정할 수 있고, 고온부(11a)의 가열된 작동유체가 냉각됨에 따라 디스플레이서(12)의 복귀력을 형성할 수 있으며, 파워피스톤 축(23)과 결속되는 제2 판형 스프링(32)은 스프링 상수에 따라 파워피스톤(22)의 축 방향 이동 범위, 이동 속도 등을 결정할 수 있고, 디스플레이서(12)의 원위치 복귀에 따른 파워피스톤(22)의 복귀력을 형성할 수 있다.
또한, 상기의 판형 스프링들(31, 32)의 구성과 작동유체의 냉각 및 가열을 통해 최종적으로는 본 발명의 왕복운동 사이클이 형성될 수 있다.
이를 위한 제1 및 제2 판형 스프링(32)은, 디스플레이서(12)와 파워피스톤(22)의 진동 주파수를 제어할 수 있는 판형 헬릭스 스프링 형태로 형성될 수 있으며, 이동 방지를 위한 고정과 후술하는 지지로드(36) 및 위치결정로드(37)의 구성을 위해, 각각 원형 링 형태의 스프링 고정 가이드(31a, 32a)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 스프링 고정 가이드(31a, 32a)의 내측으로 제1 또는 제2 판형 스프링(31, 32)이 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 이때 제1 또는 제2 판형 스프링(31, 32)과 스프링 고정 가이드(31a, 32a)간에는 분할 형성되어 체결 또는 용접되도록 결합되거나 유격 설치될 수 있으며, 제작 시에 스프링 고정 가이드(31a, 32a)와 제1 또는 제2 판형 스프링(31, 32)이 일 몸체를 이루도록 제작될 수도 있다.
또한, 스프링 고정 가이드(31a, 32a)는 제1 또는 제2 판형 스프링(31, 32)의 위치 변형 방지를 위해 고정될 수 있는데, 고정방식은 한정되지는 않으나 바람직하게는 적어도 2개 이상으로 이루어지는 복수의 지지로드(36)를 통해 제1 판형 스프링(31)의 스프링 고정 가이드(31a)와, 제2 판형 스프링(32)의 스프링 고정 가이드(32a)와, 파워피스톤 실린더(21)가 연결되도록 고정될 수 있다.
즉, 복수의 지지로드(36)는 파워피스톤 실린더(21)에 일단부가 연결되며, 제2 판형 스프링(32)의 스프링 고정 가이드(32a)를 관통하여 타단부가 제1 판형 스프링(31)의 스프링 고정 가이드(31a)에 결속되는 구조이고, 이를 위해 파워피스톤 실린더(21)에는 고정 플랜지(38)가 마련되어 복수의 지지로드(36) 일단부가 결속될 수 있다.
또한, 본 발명은 복수의 지지로드(36) 간격 사이로 위치결정로드(37)를 설치할 수 있는데, 이 위치결정로드(37)는 일단부가 복수의 지지로드(36)와 같이 파워피스톤 실린더(21)의 고정 플랜지(38)에 결속되어 지지로드(36)보다 짧은 길이를 형성할 수 있으며, 이로 인해 제2 판형 스프링(32)의 스프링 고정 가이드(32a)가 위치결정로드(37)의 타단부에 안착되어 볼트 등에 의해 체결될 수 있도록 형성될 수 있다.
즉, 위치결정로드(37)는 제2 판형 스프링(32)을 고정하면서 위치를 결정하기 위한 수단으로서, 제2 판형 스프링(32)의 위치는 위치결정로드(37)의 형성된 길이에 따라 그 위치가 결정될 수 있다.
그러나, 위치결정로드(37)는 제2 판형 스프링(32)의 조립 및 해체가 편리하도록 형성하며, 위치결정을 다양화 할 수 있도록 구비되는 바람직한 구성으로서, 반드시 한정되는 사항은 아니며, 제2 판형 스프링(32)의 고정만을 위해서라면 복수의 지지로드(36)에 안착을 위한 플랜지(미도시)를 따로 구성하여 제2 판형 스프링(32)을 체결할 수도 있다.
상기와 같은 지지로드(36)를 통한 제1 및 제2 판형 스프링(31, 32)의 설치는 지지로드(36)의 일단부 고정 후에 제1 및 제2 판형 스프링(31, 32)에 형성된 삽입홀(미도시)에 맞추어 제1 및 제2 판형 스프링(31, 32)을 유동시키기만 하면 되므로 조립 및 해체가 편리한 장점이 있으며, 특히 제2 판형 스프링(32)의 경우는 위치결정로드(37)의 단부에 안착시켜 고정시키기만 하면 되므로, 고정 위치를 계산해야 하는 등의 작업이 불필요하며, 필요에 따라서는 제1 또는 제2 판형 스프링(31, 32)의 위치를 조정해야 할 시에도 지지로드(36) 또는 위치결정로드(37)의 길이만 변경하여 교체하면 되므로 위치 조정에 대한 부담이 적고, 초보자도 손쉽게 조립 및 분해를 수행할 수 있는 장점을 갖출 수 있다.
더불어, 복수의 지지로드(36)와 위치결정로드(37)는 파워피스톤 축(23) 내부를 관통하는 디스플레이서 축(13)이 파워피스톤 축(23) 내부와 접촉되지 않도록 고정하는 큰 장점이 있어, 축일치를 통한 본 발명의 내구성 증진 효과를 보다 수월하게 달성할 수 있도록 할 수 있다.
한편, 지지로드(36)와 위치결정로드(37)는 원주상을 따라 등간격을 이루도록 설치될 수 있으며, 바람직하게는 각각 4개씩 90°간격으로 설치될 수가 있다. 즉, 원주상을 따라 45°간격으로 지지로드(36)와 위치결정로드(37)가 교번하여 배치되는 형태이다. 이는, 어느 방향에서 조립해도 구조상 동일하도록 형성되는 것으로서 조립 편의성을 극대화 시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나, 상기의 개수는 예시적인 것으로 반드시 한정되는 것은 아니며, 각각 2개씩 180°간격 즉, 지지로드(36)와 위치결정로드(37)가 원주상을 따라 90°간격으로 교번하여 배치되거나 각각 6개 또는 8개씩 등의 구비 개수는 다양화 될 수 있다.
또한, 본 발명은 제작자 또는 사용자의 의도에 따라 발전기(40) 등을 더 설치할 수 있으며, 이때 발전기(40)는 도면에 도시된 바와 같이 디스플레이서 축(13)의 단부에 연결될 수 있으나 한정되지 아니하며, 지지로드(36)와 위치결정로드(37)의 길이를 조정을 통한 제1 판형 스프링(31)과 제2 판형 스프링(32)의 유격거리를 조절하여 그 사이로 설치할 수도 있으며, 제1 판형 스프링(31) 또는 제2 판형 스프링(32)과 각 스프링 고정 가이드(31a, 32a)의 유격 공간 조절을 통한 축의 유동성 조절 등을 통해 발전기(40)로 가해지는 진동 주파수 등을 조절할 수 있다.
상기와 같은 발전기(40)는 일 예로써, 파워피스톤 축(23) 또는 디스플레이서 축(13)의 이동에 따라 발생되는 진동 주파수를 통해 자기장을 발생 시키는 구동 자석(41), 솔레노이드가 고정되어 전자기 유도에 의해 전력을 생산하는 발전기 코일(42) 및 발전기 코일(42)을 고정시키는 발전기 지지체(43)로 구성될 수 있다. 그러나, 발전기의 형태는 예시적인 것으로 한정되는 것은 아니며, 그 형태는 다양화 될 수 있다.
아울러, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 중력에 대한 저항을 최소화 하기 위해 지면 또는 안착물(E) 등에 안착되도록 설치되는 것이 바람직하며, 이때 각 구성은 브라켓 등과 같은 고정물(50)을 통해 고정될 수 있으며, 고정물(50)은 리브(미도시) 등을 함께 구성하여 지지력을 보강할 수도 있다.
이하, 도 4 내지 도 6을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관의 운동성 제어를 위해 더 포함될 수 있는 구성들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 간격유지볼이 더 포함된 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관의 개략도이며, 도 5의 (a) 및 (b)는 텐션조절부가 더 포함된 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관의 텐션 조절 예시도이고, 도 6은 움직임 유도부가 더 포함된 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관의 개략도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관은, 축일치가 이루어진 디스플레이서 축(13)과 파워피스톤 축(23) 사이에 장착되는 구(球)형의 간격유지볼(60)을 더 포함할 수 있다.
여기서 간격유지볼(60)은, 중공된 파워피스톤 축(23)의 내주면을 따라 복수개가 마련될 수 있으며, 복수개의 간격유지볼(60)은 바람직하게는 동일간격을 형성하도록 구비될 수 있다. 즉, 간격유지볼(60)은 파워피스톤 축(23)의 중심을 기준으로 방사상으로 대향 배치되는 구조이다.
또한, 중심을 기준으로 방사상으로 대향 배치되는 간격유지볼(60)은, 파워피스톤 축(23)의 길이를 따라 복수의 배열로도 형성될 수 있는데, 이러한 간격유지볼(60)들은 파워피스톤 축(23)의 내주면에 장착되어 파워피스톤 축(23) 내측으로 유동되는 디스플레이서 축(13)과 접촉될 수 있다.
상기의 간격유지볼(60)은, 축일치된 파워피스톤 축(23)과 디스플레이서 축(13)간의 유격거리를 항상 일정하게 하며, 디스플레이서 축(13)과의 점 접촉을 형성하는 동시에 구름마찰을 형성하여 마찰을 최소화 하면서 유동이 용이하도록 할 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관은, 제1 판형 스프링(31) 또는 제2 판형 스프링(32)의 텐션(tension)을 조절할 수 있는 텐션조절부(70)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 텐션조절부(70)는 제1 판형 스프링(31) 또는 제2 판형 스프링(32) 또는 그 둘 스프링(31, 32) 전방측에 장착되어 늘어나는 제1 판형 스프링(31) 또는 제2 판형 스프링(32)의 범위를 조절할 수 있으며, 이를 위해 텐션조절부(70)는, 지지체(71) 및 지지체(71)에서 제1 판형 스프링(31) 또는 제2 판형 스프링(32) 방향으로 돌출되는 범위제한핀(72)을 포함할 수 있다.
여기서, 범위제한핀(72)의 경우 중심을 기준으로 방사상으로 대칭 형성되도록 복수개가 구비될 수 있으며, 제1 판형 스프링(31) 또는 제2 판형 스프링(32)의 늘어나는 범위의 조절을 위해 길이가 가변되도록 형성될 수 있다.
이러한, 범위제한핀(72)은 제1 또는 제2 판형 스프링(32)이 늘어날 때에 제1 또는 제2 판형 스프링(31, 32)과 접촉되어 제1 또는 제2 판형 스프링(31, 32)의 텐션을 조절할 수 있으며, 범위제한핀(72)의 길이를 최소화 할 시에는 제1 판형 스프링(31) 또는 제2 판형 스프링(32)의 텐션폭이 최대가 될 수 있고, 범위제한핀(72)의 길이를 최대화 할 시에는 제1 또는 제2 판형 스프링(31, 32)의 텐션폭이 최소가 될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 스털링 기관은 구동 상황 등에 맞추어 제1 판형 스프링(31) 또는 제2 판형 스프링(32) 또는 그 둘 스프링(31, 32) 모두의 텐션을 조절하면서 구동 환경을 제어할 수가 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관은, 파워피스톤 축(23) 또는 디스플레이서 축(13) 또는 이 두 축(13, 23)의 움직임을 유도할 수 있는 움직임 유도부(80)를 더 포함할 수 있다.
움직임 유도부(80)는, 제1 또는 제2 판형 스프링(31, 32) 전방에 형성될 수 있고, 제1 또는 제2 판형 스프링(31, 32)과의 인력 또는 척력을 발생시킬 수 있는 자성체(81)를 포함하여 구비될 수 있다. 또한, 자성체(81)는 바람직하게는 자력 조절이 가능한 전자석으로 마련되어 전류 등의 변수 조절을 통해 자력 조절이 가능하도록 형성될 수 있다.
이러한 움직임 유도부(80)는, 자력 조절을 통해 제1 또는 제2 판형 스프링(31, 32)과의 인력 또는 척력의 세기를 조정할 수 있고, 제1 판형 스프링(31) 또는 제2 판형 스프링(32)에 의해 제어되는 파워피스톤 축(23) 또는 디스플레이서 축(13)의 움직임 제어가 가능할 수 있다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
10 : 디스플레이서부
11 : 디스플레이서 실린더
11a : 고온부
11b : 저온부
12 : 디스플레이서
13 : 디스플레이서 축
16 : 결합 플랜지
20 : 파워피스톤부
21 : 파워피스톤 실린더
22 : 파워피스톤
23 : 파워피스톤 축
31 : 제1 판형 스프링
31a : 스프링 고정 가이드
32 : 제2 판형 스프링
32a : 스프링 고정 가이드
36 : 지지로드
37 : 위치결정로드
38 : 고정 플랜지
40 : 발전기
41 : 구동 자석
42 : 발전기 코일
43 : 발전기 지지체
50 : 고정물
60 : 간격유지볼
70 : 텐션조절부
71 : 지지체
72 : 범위제한핀
80 : 움직임 유도부
81 : 자성체
E : 지면 또는 안착물

Claims (9)

  1. 디스플레이서의 축방향 운동에 의해 파워피스톤이 축 방향으로 자유 운동하도록 형성되는 자유 피스톤 스털링 기관에 있어서,
    상기 디스플레이서의 축이 상기 파워피스톤의 축을 동축 선상으로 관통하도록 설치되어 축일치가 이루어지되,
    상기 디스플레이서와 파워피스톤은,
    각각의 축에 결속된 판형 스프링에 의해 축방향 운동이 제어되고,
    상기 파워피스톤의 실린더와 상기 판형 스프링들이 복수의 지지로드에 의해 서로 연결되며,
    상기 파워피스톤 축에 결속된 판형 스프링은,
    중공부를 형성하며 상기 지지로드를 관통하도록 삽입되고 상기 복수의 지지로드 사이에서 지지로드보다 짧은 길이를 형성하는 위치결정로드의 단부에 안착 고정되는 스프링 고정 가이드의 중공부 상에 설치되며,
    상기 디스플레이서 축에 결속된 판형 스프링은,
    중공부를 형성하며 상기 복수의 지지로드의 단부에 안착 고정되는 스프링 고정 가이드의 중공부 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 판형 스프링은,
    헬릭스 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 지지로드 및 위치결정로드는,
    원주상을 따라 등간격을 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 축일치된 디스플레이서 축과 파워피스톤 축 사이에 장착되는 구(球)형의 간격유지볼을 더 포함하는 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 판형 스프링의 늘어남을 제한하여 텐션(tension)을 조절할 수 있는 텐션조절부를 더 포함하는 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 판형 스프링의 인력 또는 척력의 조절을 통해 상기 디스플레이서 축 또는 파워피스톤 축의 움직임을 제어할 수 있도록 형성되는 움직임 유도부를 더 포함하는 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관.
KR1020180156306A 2018-12-06 2018-12-06 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관 KR102099023B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180156306A KR102099023B1 (ko) 2018-12-06 2018-12-06 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180156306A KR102099023B1 (ko) 2018-12-06 2018-12-06 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102099023B1 true KR102099023B1 (ko) 2020-04-08

Family

ID=70275727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180156306A KR102099023B1 (ko) 2018-12-06 2018-12-06 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102099023B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003056712A (ja) * 2001-08-14 2003-02-26 Global Cooling Bv フリーピストン・スターリング装置の低摩擦追従シール
KR100906337B1 (ko) 2009-04-16 2009-07-07 주식회사 쿠키혼 프리 피스톤 스털링 기관

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003056712A (ja) * 2001-08-14 2003-02-26 Global Cooling Bv フリーピストン・スターリング装置の低摩擦追従シール
KR100906337B1 (ko) 2009-04-16 2009-07-07 주식회사 쿠키혼 프리 피스톤 스털링 기관

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5146124A (en) Linear drive motor with flexible coupling
JP2007506030A (ja) スターリングサイクル機械用機械スプリングディスプレーサ
JP5487115B2 (ja) 冷凍圧縮機に共振スプリングを取り付けるための配置およびプロセス
JP2013504712A (ja) フリーピストン・スターリング・サイクル機関の軸受支持機構
KR102099023B1 (ko) 축일치가 용이한 자유 피스톤 스털링 기관
JP2001520499A (ja) リニア運動を発生する電磁装置
JP3873927B2 (ja) リニアアクチュエータ
JP2016537603A (ja) ヴェルミエヒートポンプのための４プロセスサイクル
KR101097162B1 (ko) 영구자석을 이용한 다용도 운동제어장치
US11384746B2 (en) Centrally located linear actuators for driving displacers in a thermodynamic apparatus
US11988587B2 (en) Rotary assembly with magnetic bearing
US10738772B2 (en) Push-pull compressor having ultra-high efficiency for cryocoolers or other systems
JP3806730B2 (ja) フリーピストン型スターリングエンジン
US10666122B2 (en) Impact type vibration actuator
CN108140466A (zh) 电磁促动器设备以及带有电磁促动器设备的系统
KR101704348B1 (ko) 회전마찰보일러
KR20160099195A (ko) 자유 피스톤 스털링 기관의 기계적인 제어방법
KR101503748B1 (ko) 스터링 냉각을 이용한 ｃｐｕ 냉각장치
JP2010203363A (ja) 振動型圧縮機およびスターリング冷凍機
JP2563275Y2 (ja) 小型冷凍機
JP2000193336A (ja) 冷凍機用ガス圧縮機
US20230017414A1 (en) Compressor unit of a split stirling cryogenic refrigeration device
EP3842709A1 (en) Cryocooler, flexure bearing, and linear compressor for cryocooler
JP2005307816A (ja) ピストンポンプ
JP2005147094A (ja) スターリング機関

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant