KR102479057B1 - System for generation able to stirling engine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.
구체적으로는, 스털링 엔진에 냉각 사이클 계통을 적용함으로써, 압축기를 통해 배출된 냉매가스를 응축기를 통해 액체냉매로 변환하되, 이 과정에서 발생된 열원을 스털링 엔진에 열원으로 적용하도록 하고, 압축기를 거쳐 팽창밸브를 통해 저온고압 상태의 냉매를 저온저압 상태로 조절하여 증발기로 유도하여 다시 압축기로 냉매를 순환시키는 과정에서, 스털링 엔진의 냉각계통 실린더를 냉각시키면서 발생된 열원을 증발기가 흡수하도록 함으로써, 1회 가동된 스털링 엔진이 지속적인 별도의 동력 공급없이 계속 가동될 수 있도록 하면서, 상기 압축기는 스털링 엔진의 플라이휠로부터 동력을 공급받도록 하여 운용되도록 하는 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템에 의하면, 스털링 엔진의 냉각시킨 열원을 재활용할 수 있어서 발전 시스템의 효율을 극대화 시킬 수 있다.
또한, 통상적으로 고효율의 목적을 달성하기 위하여 다량의 에너지 사용이 필요한 것에 비해, 본 발명은 고효율을 달성하기 위한 에너지사용량을 줄일 수 있고 환경 친화적인 가동이 가능하다.The present invention relates to a power generation system using a Stirling engine.
Specifically, by applying a cooling cycle system to the Stirling engine, the refrigerant gas discharged through the compressor is converted into liquid refrigerant through the condenser, and the heat source generated in this process is applied to the Stirling engine as a heat source, and through the compressor In the process of circulating the refrigerant back to the compressor by adjusting the low-temperature and high-pressure refrigerant to a low-temperature and low-pressure state through the expansion valve, and circulating the refrigerant back to the compressor, the evaporator absorbs the heat source generated while cooling the cooling system cylinder of the Stirling engine. It relates to a power generation system using a Stirling engine that enables the compressor to be operated by receiving power from the flywheel of the Stirling engine while allowing the Stirling engine to be operated continuously without separate power supply.
According to the power generation system using the Stirling engine according to the present invention, the efficiency of the power generation system can be maximized by recycling the cooled heat source of the Stirling engine.
In addition, compared to conventionally requiring the use of a large amount of energy to achieve the purpose of high efficiency, the present invention can reduce the amount of energy used to achieve high efficiency and enables environmentally friendly operation.
Description
본 발명은 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation system using a Stirling engine.
구체적으로는, 스털링 엔진에 냉각 사이클 계통을 적용함으로써, 압축기를 통해 배출된 냉매가스를 응축기를 통해 액체냉매로 변환하되, 이 과정에서 발생된 열원을 스털링 엔진에 열원으로 적용하도록 하고, 압축기를 거쳐 팽창밸브를 통해 저온고압 상태의 냉매를 저온저압 상태로 조절하여 증발기로 유도하여 다시 압축기로 냉매를 순환시키는 과정에서, 스털링 엔진의 냉각계통 실린더를 냉각시키면서 발생된 열원을 증발기가 흡수하도록 함으로써, 1회 가동된 스털링 엔진이 지속적인 별도의 동력 공급없이 계속 가동될 수 있도록 하면서, 상기 압축기는 스털링 엔진의 플라이휠로부터 동력을 공급받도록 하여 운용되도록 하는 스털링 엔진을 이용한 고효율의 발전 시스템에 관한 것이다.Specifically, by applying a cooling cycle system to the Stirling engine, the refrigerant gas discharged through the compressor is converted into liquid refrigerant through the condenser, and the heat source generated in this process is applied to the Stirling engine as a heat source, and through the compressor In the process of circulating the refrigerant back to the compressor by adjusting the low-temperature and high-pressure refrigerant to a low-temperature and low-pressure state through the expansion valve, and circulating the refrigerant back to the compressor, the evaporator absorbs the heat source generated while cooling the cooling system cylinder of the Stirling engine. It relates to a high-efficiency power generation system using a Stirling engine that enables the compressor to be operated by receiving power from the flywheel of the Stirling engine while allowing the Stirling engine to be operated continuously without separate power supply.
이러한 본 발명에 따른 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템에 의하면, 스털링 엔진의 냉각시킨 열원을 재활용할 수 있어서 발전 시스템의 효율을 극대화 시킬 수 있다.According to the power generation system using the Stirling engine according to the present invention, the efficiency of the power generation system can be maximized by recycling the cooled heat source of the Stirling engine.
또한, 통상적으로 고효율의 목적을 달성하기 위하여 다량의 에너지 사용이 필요한 것에 비해, 본 발명은 고효율을 달성하기 위한 에너지사용량을 줄일 수 있고 환경 친화적인 가동이 가능하다.In addition, compared to conventionally requiring the use of a large amount of energy to achieve the purpose of high efficiency, the present invention can reduce the amount of energy used to achieve high efficiency and enables environmentally friendly operation.
현대의 많은 기계들이 엔진의 동력으로 작동한다.Many modern machines run on engine power.
엔진은 보통 피스톤이 움직일 수 있는 실린더와 피스톤의 움직임을 회전력으로 바꾸어주는 장치로 구성되어 있다.An engine usually consists of a cylinder in which a piston can move and a device that converts the motion of the piston into rotational force.
그런데 자동차 등에서 흔히 볼 수 있는 가솔린 엔진이나 디젤 엔진은 실린더 내부에서 폭발을 일으켜 그 힘으로 피스톤을 움직이기 때문에 기계에 진동이나 충격이 가해진다. 그래서 컴퓨터나 우주 항공 장비와 같이 민감한 기계에는 사용하기가 어려운데 이러한 단점을 개선한 엔진기관이 스털링 엔진이다.However, gasoline or diesel engines, which are commonly found in automobiles, cause an explosion inside the cylinder and move the piston with that force, so vibration or shock is applied to the machine. Therefore, it is difficult to use it for sensitive machines such as computers or aerospace equipment. The Stirling engine is an engine that has improved these disadvantages.
이러한 스털링 엔진은, 1816년에 스털링에 의해 발명되었으나, 가솔린 엔진이나 디젤 엔진에 비해 효율이 낮다는 이유로 외면 받았다. 하지만 기술의 발전이 거듭되면서 스털링 엔진에 적합한 기체가 발견되고, 효율이 좋은 열교환기에 대한 연구가 활발해지면서 다시 주목받고 있는 실정이다.This Stirling engine was invented by Stirling in 1816, but was ignored because of its low efficiency compared to gasoline engines or diesel engines. However, as technology continues to develop, gases suitable for Stirling engines have been discovered, and research on efficient heat exchangers has become active, drawing attention again.
이러한 스털링 엔진은, 실런 내부의 기체가 가열됨에 의해, 기체의 움직임이 활발해져 부피가 증가하게 되고 이에 따라 피스톤이 밀려나며, 반대로 기체를 냉각시키면 기체의 움직임이 약해져 부피가 줄어들어 피스톤이 밀려들어 오는 성질을 이용하여 외부의 열을 주고 받음으로써 부피가 변하는 원리를 이용하여 가동된다.In this Stirling engine, when the gas inside the shillon is heated, the movement of the gas becomes active and the volume increases, and the piston is pushed out accordingly, and on the contrary, when the gas is cooled, the movement of the gas weakens and the volume decreases and the piston is pushed in. It is operated by using the principle that the volume changes by exchanging heat from the outside.
따라서, 상술된 스털링 엔진은 [표 1]과 같이 별도의 열원이 지속적으로 공급되어야 한다. [표 1]은 https://cafe.naver.com/joonggonara/676148012에 공개된 동영상을 캡처한 것이다.Therefore, the Stirling engine described above must be continuously supplied with a separate heat source as shown in Table 1. [Table 1] captures a video published on https://cafe.naver.com/joonggonara/676148012.
다만, [표 1]과 같이 별도의 열원을 인위적으로 공급할 필요가 없이 지속적인 공급이 가능하고, 엔진의 냉각계통에서는 열을 흡수하여 냉각시킬 수 있다면, 가동이 유지될 수 있는 엔진을 구현할 수 있고, 특히 냉각과정에서 흡수된 열을 재활용할 수 있다면, 친환경적이고, 효율이 높은 엔진 계통의 발전 시스템을 구현할 수 있을 것으로 기대된다.However, as shown in [Table 1], if continuous supply is possible without the need to artificially supply a separate heat source, and if heat can be absorbed and cooled in the cooling system of the engine, an engine that can be maintained in operation can be implemented, In particular, if the heat absorbed in the cooling process can be recycled, it is expected that an eco-friendly and highly efficient engine-based power generation system can be realized.
한편, 공개특허공보 제10-2007-0035394호에는 2단 압축기 2단 팽창기를 이용한 브레이톤 랭킨 스털링엔진및 공기냉동기가 기재되어 있다.Meanwhile, Patent Publication No. 10-2007-0035394 discloses a Brayton Rankin Stirling engine and an air cooler using a two-stage compressor and a two-stage expander.
상기 기술은, 2단 콤프레셔와 2단 팽창터빈을 조합하여 고성능 엔진을 구현하였으며 브레이튼 사이클을 이용한 엔진과 열을 이용하여 가스의 압력을 이용한 랭킨 사이클을 동시에 이루어지는 엔진으로 브레이튼 엔진으로 높은 출력을 얻을 수 있으며 또한 장치내부에 고압가스를 봉입하여 열효율이 좋은 랭킨 사이클 엔진으로 사용할 수 있으며 또한 고압가스의 수축과 팽창을 이용한 스털링 엔진으로 사용할 수 있는 차세대 엔진이다.The above technology realizes a high-performance engine by combining a two-stage compressor and a two-stage expansion turbine, and an engine using a Brayton cycle and a Rankine cycle using gas pressure using heat are simultaneously performed, and the Brayton engine produces high output. It is also a next-generation engine that can be used as a Rankine cycle engine with good thermal efficiency by encapsulating high-pressure gas inside the device, and can also be used as a Stirling engine using contraction and expansion of high-pressure gas.
장치의 핵심부품인 콤프레셔는 기어 형으로 2단 압축이 간단하게 이루어지며 고압가스 압축에 적당하며 팽창기 또한 기어형 2단 팽창기 이며 2단으로 팽창하므로 팽창효율을 향상하여 열효율이 좋으며 고속 회전에 적당함 랭킨 사이클의 경우 가스의 상태변화를 이용하므로 저온도(100도)의 열로 가스의 압력을 높여 팽창터빈을 돌린 후 큰 출력을 낸 후 가스를 액화시켜 2단 압축기를 이용하여 고온부로 기체와 액화가스를 이송시켜 재 순환시킨다. 또한 고압가스의 상태변화가 아닌 가열에 의한 가스의 팽창과 냉각에 의한 가스의 수축을 이용한 스털링 엔진으로 사용 할수 있으며 2단 압축 2단 팽창으로 공기를 고압으로 압축하여 압축열을 외기로 제거한 후 2단 팽창으로 공기의 온도를 급격하게 낮출수 있으므로 공기 냉각기로 사용 한다.Compressor, which is a core part of the device, is a gear type, which is suitable for compressing high-pressure gas with simple two-stage compression. The expander is also a gear-type two-stage expander and expands in two stages, so the expansion efficiency is improved, the thermal efficiency is good, and it is suitable for high-speed rotation. In the case of the Rankine cycle, the state change of the gas is used, so the gas pressure is increased with low-temperature (100 degrees) heat, the expansion turbine is turned, and the gas is liquefied after generating a large output. is transported and recirculated. In addition, it can be used as a Stirling engine using gas expansion by heating and contraction by cooling rather than state change of high-pressure gas. 2-stage compression 2-stage expansion compresses air to high pressure and removes the compression heat to the outside air. However, it is used as an air cooler because the temperature of the air can be rapidly lowered by expansion.
다른 한편, 공개특허공보 제10-2012-0091508호에는 가열 사이클동안 가열 수단을 이용한 스털링 엔진이 기재되어 있다.On the other hand, Patent Publication No. 10-2012-0091508 discloses a Stirling engine using a heating means during a heating cycle.
상기 기술은, 스털링 엔진의 효율을 최적화하는 가열 사이클동안 가열 수단을 이용한 스털링 엔진에 관한 것이다.The technology relates to a Stirling engine using a heating means during a heating cycle that optimizes the efficiency of the Stirling engine.
가열 수단을 이용한 스털링 엔진은, 열에너지에 의한 기체의 팽창과 수축을 회전 운동으로 변환하는 스털링 엔진; 상기 회전 운동에 따른 기전력을 발생시켜 상기 스털링 엔진의 가열 사이클동안 전기 신호를 출력하는 모터; 및 상기 전기 신호를 입력받아 상기 스털링 엔진의 가열부에 열 에너지를 부가하는 가열 수단을 포함한다.The Stirling engine using a heating means, the Stirling engine converts the expansion and contraction of the gas by thermal energy into rotational motion; a motor generating an electromotive force according to the rotational motion and outputting an electrical signal during a heating cycle of the Stirling engine; and a heating means for receiving the electric signal and adding thermal energy to the heating unit of the Stirling engine.
그러나 상술된 기술들은, 열원 제공에 대해 기재하고 있을 뿐, 흡수된 열을 활용할 수 있는 방안에 대해서는 고려하지 않고 있다.However, the above-described technologies only describe the provision of a heat source, and do not consider a method of utilizing the absorbed heat.
본 발명의 목적은, 스털링 엔진에 냉각 사이클 계통을 적용함으로써, 압축기를 통해 배출된 냉매가스를 응축기를 통해 액체냉매로 변환하되, 이 과정에서 발생된 열원을 스털링 엔진에 열원으로 적용하도록 하고, 압축기를 거쳐 팽창밸브를 통해 저온고압 상태의 냉매를 저온저압 상태로 조절하여 증발기로 유도하여 다시 압축기로 냉매를 순환시키는 과정에서, 스털링 엔진의 냉각계통 실린더를 냉각시키면서 발생된 열원을 증발기가 흡수하도록 함으로써, 1회 가동된 스털링 엔진이 지속적인 별도의 동력 공급없이 계속 가동될 수 있도록 하면서, 상기 압축기는 스털링 엔진의 플라이휠로부터 동력을 공급받도록 하여 운용되도록 하는 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to convert the refrigerant gas discharged through the compressor into liquid refrigerant through the condenser by applying a cooling cycle system to the Stirling engine, and to apply the heat source generated in this process to the Stirling engine as a heat source, and the compressor Through the expansion valve, the refrigerant in the low-temperature and high-pressure state is adjusted to the low-temperature and low-pressure state, leading to the evaporator, and in the process of circulating the refrigerant back to the compressor, the evaporator absorbs the heat source generated while cooling the cooling system cylinder of the Stirling engine. It is to provide a power generation system using a Stirling engine in which the compressor operates by receiving power from the flywheel of the Stirling engine while allowing the Stirling engine, which has been operated once, to continue operating without a continuous separate power supply.
상술된 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로 본 발명에 따른 본 발명에 따른 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템은,The power generation system using the Stirling engine according to the present invention according to the present invention, which has been devised to achieve the above object,
내부의 기체의 온도에 따라 2개의 피스톤의 움직임을 기반으로 가동되는 스털링 엔진과, 압축기, 응축기 및 증발기를 포함하는 냉각 싸이클 계통을 포함하여 구성된 발전 시스템에 있어서,In the power generation system composed of a Stirling engine operated based on the movement of two pistons according to the temperature of the gas inside, and a cooling cycle system including a compressor, a condenser and an evaporator,
2개의 피스톤 중 어느 하나가 포함된 가열계통으로 상기 응축기를 이용해 고온의 열원을 제공하고, 2개의 피스톤 중 나머지 하나가 포함된 냉각계통의 열원을 상기 증발기를 이용해 흡수함으로써 상기 냉각계통을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.To cool the cooling system by providing a high-temperature heat source using the condenser to a heating system including one of the two pistons and absorbing the heat source of the cooling system including the other one of the two pistons using the evaporator. to be characterized
이때, 상기 스털링 엔진은,At this time, the Stirling engine,
플라이휠;flywheel;
상기 플라이휠에 결합된 2개의 피스톤 축;two piston shafts coupled to the flywheel;
상기 피스톤 축 각각의 단부에 연결된 2개의 피스톤;two pistons connected to the respective ends of the piston shaft;
상기 2개의 피스톤 각각이 수용되도록 구성된 2개의 실린더;two cylinders configured to accommodate each of the two pistons;
상기 2개의 실린더가 연통되도록 연결하는 관;A pipe connecting the two cylinders to communicate with each other;
상기 2개의 실린더 중 어느 하나의 외측에 구성되되 해당 실린더 내측으로 열원을 전달하는 고열원; 및a high heat source configured outside one of the two cylinders and transferring the heat source to the inside of the corresponding cylinder; and
상기 2개의 실린더 중 나머지 하나의 외측에 구성되되 해당 실린더 내측의 열을 흡수하여 열교환을 수행하는 열전소자;를 포함하여 구성되되,A thermoelectric element configured on the outside of the other one of the two cylinders to absorb heat inside the corresponding cylinder and perform heat exchange;
상기 2개의 실린더와 관의 내측으로는 기체가 포함되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that gas is included inside the two cylinders and the tube.
또한, 상기 압축기, 응축기 및 증발기는 냉매배관을 통해 연통되며, 상기 냉매배관의 일측에 팽창밸브를 포함하되,In addition, the compressor, the condenser, and the evaporator communicate through a refrigerant pipe, and include an expansion valve on one side of the refrigerant pipe,
상기 압축기는 냉매를 고온고압으로 압축시켜 기화시킴으로써 냉매가스로 배출하는 것을 특징으로 한다.The compressor is characterized in that the refrigerant is discharged as a refrigerant gas by compressing and vaporizing the refrigerant at high temperature and high pressure.
또한, 상기 응축기는,In addition, the condenser,
압축기에서 배출된 냉매가스를 액체냉매로 변환하되,The refrigerant gas discharged from the compressor is converted into liquid refrigerant,
상기 변환 중 발생된 고온의 열은 스털링 엔진의 가열계통의 고열원으로 배출함으로써 액체냉매가 저온고압으로 변환되도록 하며,The high-temperature heat generated during the conversion is discharged to the high-heat source of the heating system of the Stirling engine so that the liquid refrigerant is converted to low-temperature and high-pressure,
상기 액체냉매는 냉매배관을 통해 팽창밸브를 통과함으로써 저온저압으로 변환되는 것을 특징으로 한다.The liquid refrigerant is characterized in that it is converted to low temperature and low pressure by passing through an expansion valve through a refrigerant pipe.
또한, 상기 증발기는,In addition, the evaporator,
스털링 엔진의 냉각계통 내에 포함된 기체의 열을 흡수한 열전소자의 열원을 흡수함에 따라, 증발기로 유입된 저온저압의 액체냉매를 가열시켜,As the heat source of the thermoelectric element that absorbs the heat of the gas contained in the cooling system of the Stirling engine is absorbed, the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant introduced into the evaporator is heated,
상기 증발기를 흐르는 액체냉매가 가열된 상태로 압축기로 유입되도록 하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the liquid refrigerant flowing through the evaporator flows into the compressor in a heated state.
또한, 상기 압축기는 플라이휠로부터 동력을 제공받는 것을 특징으로 한다.In addition, the compressor is characterized in that it receives power from the flywheel.
본 발명에 따른 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템에 의하면, 스털링 엔진에 냉각 사이클 계통을 적용함으로써, 압축기를 통해 배출된 냉매가스를 응축기를 통해 액체냉매로 변환하되, 이 과정에서 발생된 열원을 스털링 엔진에 열원으로 적용하도록 하고, 압축기를 거쳐 팽창밸브를 통해 저온고압 상태의 냉매를 저온저압 상태로 조절하여 증발기로 유도하여 다시 압축기로 냉매를 순환시키는 과정에서, 스털링 엔진의 냉각계통 실린더를 냉각시키면서 발생된 열원을 증발기가 흡수하도록 함으로써, 1회 가동된 스털링 엔진이 지속적인 별도의 동력 공급없이 계속 가동될 수 있도록 하면서, 상기 압축기는 스털링 엔진의 플라이휠로부터 동력을 공급받도록 하여 운용되도록 하는 스털링 엔진을 이용한 고효율의 발전 시스템을 제공할 수 있다.According to the power generation system using a Stirling engine according to the present invention, by applying a cooling cycle system to the Stirling engine, the refrigerant gas discharged through the compressor is converted into liquid refrigerant through the condenser, but the heat source generated in this process is transferred to the Stirling engine. In the process of circulating the refrigerant back to the compressor by adjusting the low-temperature and high-pressure refrigerant to a low-temperature and low-pressure state through the compressor and the expansion valve, and guiding it to the evaporator, the cooling system cylinder of the Stirling engine is cooled. By allowing the evaporator to absorb the heat source, the Stirling engine that has been operated once can continue to operate without a continuous separate power supply, while the compressor is operated by receiving power from the flywheel of the Stirling engine High efficiency using a Stirling engine A power generation system can be provided.
이에 따라 첫째, 스털링 엔진의 냉각시킨 열원을 재활용할 수 있어서 발전 시스템의 효율을 극대화 시킬 수 있고, 둘째, 통상적으로 고효율의 목적을 달성하기 위하여 다량의 에너지 사용이 필요한 것에 비해 본 발명은 고효율을 달성하기 위한 에너지사용량을 줄일 수 있고 환경 친화적인 가동이 가능한 장점을 가진다.Accordingly, first, the efficiency of the power generation system can be maximized by recycling the cooled heat source of the Stirling engine, and secondly, compared to the need for a large amount of energy to achieve the purpose of high efficiency, the present invention achieves high efficiency It has the advantage of being able to reduce the amount of energy used for operation and enabling environmentally friendly operation.
도 1은 본 발명에 따른 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템의 스털링 엔진의 다른 형태를 나타낸 것이다.1 is a diagram showing a power generation system using a Stirling engine according to the present invention.
Figure 2 shows another form of the Stirling engine of the power generation system using the Stirling engine according to the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventors can properly define the concept of terms in order to best explain their invention. Based on the principle, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 사항은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, since the embodiments described in this specification and matters shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention, various equivalents that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.Hereinafter, prior to description with reference to the drawings, matters that are not necessary to reveal the subject matter of the present invention, that is, known configurations that can be added obviously by those skilled in the art, are not shown or specifically described. reveal the sound
본 발명은 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation system using a Stirling engine.
구체적으로는, 스털링 엔진에 냉각 사이클 계통을 적용함으로써, 압축기를 통해 배출된 냉매가스를 응축기를 통해 액체냉매로 변환하되, 이 과정에서 발생된 열원을 스털링 엔진에 열원으로 적용하도록 하고, 압축기를 거쳐 팽창밸브를 통해 저온고압 상태의 냉매를 저온저압 상태로 조절하여 증발기로 유도하여 다시 압축기로 냉매를 순환시키는 과정에서, 스털링 엔진의 냉각계통 실린더를 냉각시키면서 발생된 열원을 증발기가 흡수하도록 함으로써, 1회 가동된 스털링 엔진이 지속적인 별도의 동력 공급없이 계속 가동될 수 있도록 하면서, 상기 압축기는 스털링 엔진의 플라이휠로부터 동력을 공급받도록 하여 운용되도록 하는 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.Specifically, by applying a cooling cycle system to the Stirling engine, the refrigerant gas discharged through the compressor is converted into liquid refrigerant through the condenser, and the heat source generated in this process is applied to the Stirling engine as a heat source, and through the compressor In the process of circulating the refrigerant back to the compressor by adjusting the low-temperature and high-pressure refrigerant to a low-temperature and low-pressure state through the expansion valve, and circulating the refrigerant back to the compressor, the evaporator absorbs the heat source generated while cooling the cooling system cylinder of the Stirling engine. It relates to a power generation system using a Stirling engine that enables the compressor to be operated by receiving power from the flywheel of the Stirling engine while allowing the Stirling engine to be operated continuously without separate power supply.
이러한 본 발명에 따른 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템에 의하면, 스털링 엔진의 냉각시킨 열원을 재활용할 수 있어서 발전 시스템의 효율을 극대화 시킬 수 있다.According to the power generation system using the Stirling engine according to the present invention, the efficiency of the power generation system can be maximized by recycling the cooled heat source of the Stirling engine.
또한, 통상적으로 고효율의 목적을 달성하기 위하여 다량의 에너지 사용이 필요한 것에 비해, 본 발명은 고효율을 달성하기 위한 에너지사용량을 줄일 수 있고 환경 친화적인 가동이 가능하다.In addition, compared to conventionally requiring the use of a large amount of energy to achieve the purpose of high efficiency, the present invention can reduce the amount of energy used to achieve high efficiency and enables environmentally friendly operation.
이러한 본 발명을 첨부된 도면을 통해 설명하도록 한다.The present invention will be described through the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템의 스털링 엔진의 다른 형태를 나타낸 것이다.1 is a view showing a power generation system using a Stirling engine according to the present invention, and FIG. 2 shows another form of a Stirling engine of a power generation system using a Stirling engine according to the present invention.
첨부된 도면에 따른 본 발명은 스털링 엔진과 냉각 싸이클 계통을 포함하도록 구성된다.The present invention according to the accompanying drawings is configured to include a Stirling engine and a cooling cycle system.
먼저, 스털링 엔진은 플라이휠; 상기 플라이휠에 결합된 2개의 피스톤 축; 상기 피스톤 축 각각의 단부에 연결된 2개의 피스톤; 상기 2개의 피스톤 각각이 수용되도록 구성된 2개의 실린더; 상기 2개의 실린더가 연통되도록 연결하는 관; 상기 2개의 실린더 중 어느 하나의 외측에 구성되되 해당 실린더 내측으로 열원을 전달하는 고열원; 및 상기 2개의 실린더 중 나머지 하나의 외측에 구성되되 해당 실린더 내측의 열을 흡수하여 열교환을 수행하는 열전소자;를 포함하여 구성된다.First, the Stirling engine includes a flywheel; two piston shafts coupled to the flywheel; two pistons connected to the respective ends of the piston shaft; two cylinders configured to accommodate each of the two pistons; A pipe connecting the two cylinders to communicate with each other; a high heat source configured outside one of the two cylinders and transferring the heat source to the inside of the corresponding cylinder; and a thermoelectric element disposed outside the other one of the two cylinders and absorbing heat inside the corresponding cylinder to perform heat exchange.
이때, 상기 2개의 실린더와 관의 내측으로는 기체가 포함된다.At this time, gas is included inside the two cylinders and the tube.
이때, 2개의 피스톤 중, 가열계통의 실린더에 포함되어 수용된 피스톤은 디스플레이서 피스톤이고, 냉각계통의 실린더에 포함되어 수용된 피스톤은 파워 피스톤일 수 있다.At this time, among the two pistons, the piston included in the cylinder of the heating system and accommodated may be a displacer piston, and the piston included in and accommodated in the cylinder of the cooling system may be a power piston.
그리고 상기 피스톤 축은, 플라이휠에 결합된 단부가 자유회전 가능하도록 힌지를 통해 연결된다.And, the piston shaft is connected through a hinge so that an end coupled to the flywheel can freely rotate.
또한, 피스톤 축 일측은 절단되어 적어도 2개 모듈로 분리되되 2개 모듈이 힌지를 통해 결합되어 자유회전 가능한 상태가 되도록 한다. 물론, 피스톤 축의 다른 단부에 피스톤이 결합되는 영역 역시 힌지를 통해 결합되어 피스톤의 움직임에 기반하여 피스톤 축의 접힘과 펼쳐짐이 자유롭도록 한다. 이는 종래 스털링 엔진을 참고할 수 있다.In addition, one side of the piston shaft is cut and separated into at least two modules so that the two modules are coupled through a hinge so that they can rotate freely. Of course, the area where the piston is coupled to the other end of the piston shaft is also coupled through a hinge so that the piston shaft can be freely folded and unfolded based on the movement of the piston. This may refer to a conventional Stirling engine.
즉, 본 발명에서의 스털링 엔진의 작용은 종래 스털링 엔진의 작용과 원리가 동일하다.That is, the action of the Stirling engine in the present invention is the same as that of the conventional Stirling engine.
상술된 스털링 엔진의 외측으로 구비된 냉각 싸이클 계통은 압축기; 응축기; 팽창밸브; 증발기; 및 이들을 연결하는 냉매배관;을 포함하도록 구성된다.The cooling cycle system provided outside the Stirling engine described above includes a compressor; condenser; expansion valve; evaporator; and a refrigerant pipe connecting them.
압축기는, 냉매를 순환시키는 콤프레셔로써, 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 냉매를 이동시키는 것을 의미한다. 이때, 압축기 내의 냉매는 고온고압으로 압축되어 기화됨으로써 냉매가스로 배출된다.The compressor, as a compressor that circulates the refrigerant, means to move the refrigerant from a place where the pressure is high to a place where the pressure is low. At this time, the refrigerant in the compressor is compressed to a high temperature and high pressure and vaporized to be discharged as a refrigerant gas.
응축기는, 압축기에서 나온 냉매가스를 액체냉매로 변환시키는 기능을 한다. 이 과정에서 고온의 열이 발생되는데, 발생되는 고온의 열원은 별도의 송풍팬을 통해 배출되는 것이 일반적이다. 다만, 본 발명에서는 응축기에서 발생된 고온의 열원이 상술된 스털링 엔진의 가열계통의 고열원으로 배출되도록 한다. 열원의 배출을 목적으로 송풍팬을 이용할 수는 있다.The condenser functions to convert refrigerant gas from the compressor into liquid refrigerant. In this process, high-temperature heat is generated, and the generated high-temperature heat source is generally discharged through a separate blowing fan. However, in the present invention, the high-temperature heat source generated in the condenser is discharged to the high-temperature source of the heating system of the Stirling engine described above. A blowing fan may be used for the purpose of discharging the heat source.
팽창밸브는, 압력을 낮추는 밸브로서, 증발기에서 증발을 유도하기 위하여, 응축기에서 나온 저온고압의 냉매를 저온저압으로 압력 조절하는 기능을 한다. 이러한 팽창밸브는 입구가 갑자기 좁아지는 유로로 구성되고, 출구가 갑자기 넓어지는 유로로 구성됨으로써 액체 상태의 냉매의 압력이 저압이 되도록 하는 것이다.The expansion valve, as a valve that lowers the pressure, functions to regulate the pressure of the low-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the condenser to a low-temperature and low-pressure level in order to induce evaporation in the evaporator. Such an expansion valve is composed of a passage in which the inlet is suddenly narrowed and the outlet is composed of a passage in which the outlet is suddenly widened, so that the pressure of the refrigerant in a liquid state becomes low.
증발기는 유입된 냉매를 이용하여 열원을 흡수하고 흡수된 열원을 증발시키는 기능을 한다. 이때, 증발된 열원은 별도로 구비된 실외기를 통해 배출하도록 하는데, 이를 위하여 실외기가 상기 증발기에 연계되어 구성됨은 물론이고, 이러한 구체적인 설계는 에어컨 설치업자 등의 통상의 기술자에게는 자명한 사항이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The evaporator functions to absorb a heat source using the introduced refrigerant and evaporate the absorbed heat source. At this time, the evaporated heat source is discharged through a separately provided outdoor unit. For this purpose, the outdoor unit is configured in association with the evaporator, and since such a specific design is obvious to those skilled in the art such as air conditioner installers, a detailed description will be given. omit it.
이에 따라, 응축기에서 발생된 고온의 열원은 스털링 엔진의 가열계통(고열원, 실린더, 피스톤을 포함하는 의미, 냉각계통도 마찬가지로 해석될 수 있다)의 고열원을 통해 흡수되고, 고열원으로 흡수된 고온의 열원은 가열계통의 실린더 내부로 열을 발생시킨다.Accordingly, the high-temperature heat source generated in the condenser is absorbed through the high-temperature source of the Stirling engine's heating system (meaning including the high-heat source, cylinder, and piston, and the cooling system can be interpreted in the same way), and the high temperature absorbed by the high-temperature source The heat source generates heat into the cylinder of the heating system.
이때, 고열원은 열을 흡수하면서도 동시에 내열성을 가질 수 있는 재질의 박스 형태로 구성되고, 박스의 내측은 외측과 완전히 밀폐되도록 하면서, 박스의 내부에는 순수한 상태의 물이 수용되도록 한다. 즉, 박스의 재질로 인해 고온의 열원이 박스 내부의 물로 전달되어 물이 데워지고, 물이 가지는 고온의 온도가 유지되면서 가열계통의 실린더 내부로 열이 전달되도록 한다.At this time, the high heat source is configured in the form of a box made of a material capable of absorbing heat and having heat resistance at the same time, and while the inside of the box is completely sealed from the outside, pure water is accommodated inside the box. That is, due to the material of the box, a high-temperature heat source is transferred to the water inside the box to heat the water, and the heat is transferred to the inside of the cylinder of the heating system while maintaining the high temperature of the water.
이때, 스털링 엔진의 가열계통의 실린더 내부가 가열됨에 의해 이에 연통된 냉각계통의 실린더 내부의 기체 역시 가열되게 되는데, 냉각계통의 실린더 외측으로 구성된 열전소자가 냉각계통의 실린더 내부의 기체로부터 열을 흡수하여 냉각계통의 실린더 내부의 기체를 냉각시키고, 흡수된 열은,At this time, as the inside of the cylinder of the heating system of the Stirling engine is heated, the gas inside the cylinder of the cooling system connected to it is also heated. The thermoelectric element configured outside the cylinder of the cooling system absorbs heat from the gas inside the cylinder of the cooling system. to cool the gas inside the cylinder of the cooling system, and the absorbed heat is
응축기를 통해 배출된 냉매가 팽창밸브를 통해 저온저압이 된 상태로 유입된 증발기의 냉매와 반응하여, 증발기를 통해 열을 제거하도록 한다.The refrigerant discharged through the condenser reacts with the refrigerant in the evaporator introduced in a low-temperature and low-pressure state through the expansion valve to remove heat through the evaporator.
이때, 증발기에 의해 열이 제거되더라도, 일부 열원은 증발기를 흐르는 냉매에 영향을 주게 되어, 증발기를 흐르는 냉매의 온도가 높아진 상태로 압축기로 순환되게 된다. 이 경우, 압축기는 순환된 냉매를 고온 고압으로 압축하여 냉매가스로 변환시켜 다시 응축기로 배출하는 순환, 반복을 수행하도록 한다.At this time, even if heat is removed by the evaporator, some heat sources affect the refrigerant flowing through the evaporator, so that the refrigerant flowing through the evaporator is circulated to the compressor in an elevated temperature state. In this case, the compressor compresses the circulated refrigerant to a high temperature and high pressure, converts the refrigerant gas into a refrigerant gas, and discharges the refrigerant to the condenser again to cycle and repeat.
이때, 압축기의 고온 고압의 압축을 위한 동력은 스털링 엔진의 플라이휠로부터 공급받도록 한다. 이러한 스털링 엔진의 플라이휠로부터 동력을 공급받는 구조는 https://cafe.naver.com/joonggonara/676148012와 같이 통상의 기술자에게 자명한 것이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.At this time, the power for high-temperature and high-pressure compression of the compressor is supplied from the flywheel of the Stirling engine. Since the structure receiving power from the flywheel of the Stirling engine is obvious to those of ordinary skill in the art, as in https://cafe.naver.com/joonggonara/676148012, a detailed description thereof will be omitted.
한편, 본 발명의 첨부된 도면에서는 압축기, 응축기, 증발기, 팽창밸브는 개략적으로 도시되어 있지만, 이는 본 명세서 기재되어 있는 형태에 대해서는 그 형태로 한정하고, 그 외의 형태는 종래 사용하는 제품을 냉매배관을 통해 연결한 것이므로, 통상의 기술자에게는 명확하게 이해될 수 있다.On the other hand, in the accompanying drawings of the present invention, the compressor, the condenser, the evaporator, and the expansion valve are schematically shown, but this is limited to the form described in this specification, and other forms are refrigerant piping for conventionally used products. Since it is connected through, it can be clearly understood by those skilled in the art.
다만, 통상의 기술에게 명확하게 이해될 수 있다고 해서, 해당 내용 모두가 자명한 사항으로 해석되진 않는다.However, even if it can be clearly understood by a person skilled in the art, not all of the relevant contents are to be interpreted as self-evident.
이와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.In this way, the preferred embodiments according to the present invention have been reviewed, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope in addition to the above-described embodiments is common knowledge in the art. It is self-evident to those who have
그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.Therefore, the above-described embodiments are to be regarded as illustrative rather than restrictive, and thus the present invention is not limited to the foregoing description, but may vary within the scope of the appended claims and their equivalents.
Claims (6)
2개의 피스톤 중 어느 하나가 포함된 가열계통으로 상기 응축기를 이용해 고온의 열원을 제공하고, 2개의 피스톤 중 나머지 하나가 포함된 냉각계통의 열원을 상기 증발기를 이용해 흡수함으로써 상기 냉각계통을 냉각시키되,
상기 스털링 엔진은,
플라이휠;
상기 플라이휠에 편심되게 각각 결합되고, 각각의 것 일측을 절단한 후 힌지로 결합하여 자유회전될 수 있도록 구성된 2개의 피스톤 축;
상기 피스톤 축 각각의 단부에 연결된 2개의 피스톤;
상기 2개의 피스톤 각각이 수용되도록 구성된 2개의 실린더;
상기 2개의 실린더가 연통되도록 연결하는 관;
상기 2개의 실린더 중 어느 하나의 외측에 구성되되 해당 실린더 내측으로 열원을 전달하는 고열원; 및
상기 2개의 실린더 중 나머지 하나의 외측에 구성되되 해당 실린더 내측의 열을 흡수하여 열교환을 수행하는 열전소자;를 포함하여 구성되되,
상기 2개의 실린더와 관의 내측으로는 기체가 포함되고,
(a) 상기 압축기, 응축기 및 증발기는 냉매배관을 통해 연통되며, 상기 냉매배관의 일측에 팽창밸브를 포함하되,
(b) 상기 압축기는 플라이휠로부터 동력을 제공받도록 구성되어 냉매를 고온고압으로 압축시켜 기화시킴으로써 냉매가스로 배출하며,
(c) 상기 응축기는,
압축기에서 배출된 냉매가스를 액체냉매로 변환하되,
상기 변환 중 발생된 고온의 열은 스털링 엔진의 가열계통의 고열원으로 배출함으로써 액체냉매가 저온고압으로 변환되도록 하며,
상기 액체냉매는 냉매배관을 통해 팽창밸브를 통과함으로써 저온저압으로 변환되고,
(d) 상기 증발기는,
스털링 엔진의 냉각계통 내에 포함된 기체의 열을 흡수한 열전소자의 열원을 흡수함에 따라, 증발기로 유입된 저온저압의 액체냉매를 가열시켜,
상기 증발기를 흐르는 액체냉매가 가열된 상태로 압축기로 유입되도록 하며,
(e) 상기 응축기에서 발생된 고온의 열원은 스털링 엔진의 가열계통의 고열원을 통해 흡수되고, 고열원으로 흡수된 고온의 열원은 가열계통의 실린더 내부로 열을 발생시키되,
상기 고열원은 열을 흡수하면서도 동시에 내열성을 가질 수 있는 재질의 박스 형태로 구성되고, 박스의 내측은 외측과 완전히 밀폐되도록 하면서, 박스의 내부에는 순수한 상태의 물이 수용됨으로써, 고온의 열원이 박스 내부의 물로 전달되어 물이 데워지고, 물이 가지는 고온의 온도가 유지되면서 가열계통의 실린더 내부로 열이 전달되도록 하고,
스털링 엔진의 가열계통의 실린더 내부가 가열됨에 따라, 냉각계통의 실린더 내부의 기체 역시 가열되면서, 냉각계통의 실린더 외측으로 구성된 열전소자가 냉각계통의 실린더 내부의 기체로부터 열을 흡수하여 냉각계통의 실린더 내부의 기체를 냉각시키고, 흡수된 열은, 응축기를 통해 배출된 냉매가 팽창밸브를 통해 저온저압이 된 상태로 유입된 증발기의 냉매와 반응하여, 증발기를 통해 열을 제거하고,
증발기에 의해 열이 제거되더라도, 일부 열원은 증발기를 흐르는 냉매에 영향을 주게 되어, 증발기를 흐르는 냉매의 온도가 높아진 상태로 압축기로 순환됨에 따라, 압축기는 순환된 냉매를 고온 고압으로 압축하여 냉매가스로 변환시켜 다시 응축기로 배출하는 순환, 반복을 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는, 스털링 엔진을 이용한 발전 시스템.In the power generation system composed of a Stirling engine operated based on the movement of two pistons according to the temperature of the gas inside, and a cooling cycle system including a compressor, a condenser and an evaporator,
The cooling system is cooled by providing a high-temperature heat source using the condenser to a heating system including one of the two pistons and absorbing the heat source of the cooling system including the other one of the two pistons using the evaporator,
The Stirling engine,
flywheel;
Two piston shafts each eccentrically coupled to the flywheel, each having one side cut off, and then coupled with a hinge so as to be freely rotated;
two pistons connected to the respective ends of the piston shaft;
two cylinders configured to accommodate each of the two pistons;
A pipe connecting the two cylinders to communicate with each other;
a high heat source configured outside one of the two cylinders and transferring the heat source to the inside of the corresponding cylinder; and
A thermoelectric element configured on the outside of the other one of the two cylinders to absorb heat inside the corresponding cylinder and perform heat exchange;
Gas is contained inside the two cylinders and the tube,
(a) the compressor, the condenser, and the evaporator are communicated through a refrigerant pipe, and include an expansion valve on one side of the refrigerant pipe,
(b) the compressor is configured to receive power from the flywheel, compresses the refrigerant to a high temperature and high pressure, vaporizes it, and discharges it as a refrigerant gas;
(c) the condenser,
The refrigerant gas discharged from the compressor is converted into liquid refrigerant,
The high-temperature heat generated during the conversion is discharged to the high-heat source of the heating system of the Stirling engine so that the liquid refrigerant is converted to low-temperature and high-pressure,
The liquid refrigerant is converted to low temperature and low pressure by passing through an expansion valve through a refrigerant pipe,
(d) the evaporator,
As the heat source of the thermoelectric element that absorbs the heat of the gas contained in the cooling system of the Stirling engine is absorbed, the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant introduced into the evaporator is heated,
The liquid refrigerant flowing through the evaporator flows into the compressor in a heated state,
(e) the high-temperature heat source generated in the condenser is absorbed through the high-temperature source of the heating system of the Stirling engine, and the high-temperature heat source absorbed by the high-temperature source generates heat into the cylinder of the heating system,
The high heat source is configured in the form of a box made of a material capable of absorbing heat and having heat resistance at the same time, and while the inside of the box is completely sealed with the outside, pure water is accommodated inside the box, so that the high temperature heat source is removed from the box. It is transferred to the water inside to heat the water, and while maintaining the high temperature of the water, the heat is transferred to the inside of the cylinder of the heating system,
As the cylinder inside the heating system of the Stirling engine is heated, the gas inside the cylinder of the cooling system is also heated, and the thermoelectric element configured outside the cylinder of the cooling system absorbs heat from the gas inside the cylinder of the cooling system, The internal gas is cooled, and the absorbed heat reacts with the refrigerant discharged through the condenser and the refrigerant in the evaporator introduced in a low-temperature and low-pressure state through the expansion valve to remove heat through the evaporator,
Even if heat is removed by the evaporator, some of the heat sources affect the refrigerant flowing through the evaporator, and as the refrigerant flowing through the evaporator is circulated to the compressor in a state of high temperature, the compressor compresses the circulated refrigerant to a high temperature and high pressure to produce a refrigerant gas. Power generation system using a Stirling engine, characterized in that for performing circulation and repetition of converting to and discharging to the condenser again.
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| E601 | Decision to refuse application | ||
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| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |