KR20050046720A - 벽설치형 가정용 열 및 전력 겸용장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 벽설치형 가정용 열 및 전력 겸용장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 전력 및 열 출력을 발생하는 원동기를 포함하는 하우징(1)을 포함한다. 상기 하우징의 양측에 각각 있는 적어도 하나의 브라켓(2)이 상기 하우징을 벽(W)에 설치한다. 각 브라켓은 수직방향으로 신장되고 L자형 단면을 가지는 본체로 이루어진다. 상기 L자형 단면의 각 말단부는 확장부(22, 23)를 가지고, 상기 확장부 중 제1 확장부(23)는 상기 본체와 하우징 사이의 스페이서(spacer)를 제공하고, 상기 확장부 중 제2 확장부(22)는 상기 본체와 벽 사이의 스페이서를 제공한다.

Description

벽설치형 가정용 열 및 전력 겸용장치{A WALL MOUNTED DOMESTIC COMBINED HEAT AND POWER APPLIANCE}

본 발명은 벽설치형 가정용 열 및 전력 겸용장치에 관한 것이다. 본 발명은 직선형 자유 피스톤 스털링 엔진을 가지는 열 및 전력 겸용장치의 장착을 개선할 필요성에 의해 고안되었다. 그러나, 본 발명은 원동기가 바람직하지 못한 진동을 발생시키는 모든 벽설치형 열 및 전력 겸용장치에 적용될 수 있다.

직선형 자유 피스톤 스털링 엔진은 대체로 일정한 주파수로 작동하며 기본적으로 단일 방향, 즉 엔진의 왕복운동방향으로 진동하는 경향이 있다. 이러한 진동은 (본 출원인의 선출원인 영국특허출원 GB 0203016.1에 개시된 바와 같이) 완충 물체(absorber mass)를 스프링에 의해 엔진으로부터 매닮으로써 대체로 상쇄될 수 있다.

더욱이, 엔진을 다수의 저강성(low-stiffness) 스프링에 의해 매닮으로써, 발생하는 어떤 진동이든 엔진 장착부로 전달되는 것이 감소될 수 있다(본 출원인의 선출원인 GB 0203016.1 참조).

스털링 엔진은 진동하는 스털링 엔진과 외측에 설치된 버너와의 사이에 밀봉부를 필요로 하며 이로써 버너 가스가 하우징 내로 그리고 주거 내로 새어 나오는 것을 방지한다. 이러한 밀봉부는 진동하는 구성요소와 정적 구성요소 사이의 경계에 해당한다. 밀봉부는 엔진의 왕복운동방향으로는 유연하도록 설계될 수 있지만, 수평면에서는 비교적 딱딱하게 되는 경향이 있다. 따라서, 엔진 및 완충 물체의 수평면에서의 진동은 장치의 케이싱으로부터 절연되지 않는다. 결과적으로 진동은 벽으로 전달되고, 벽을 진동하게 하여, 벽 및 기타 구조물에 공진을 발생시킨다. 이러한 공진은 지금까지 시험된 프로토타입 장치들에 있어서의 허용불가능한 진동 문제의 주요 원인이다.

본 발명은 이 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 벽설치형 가정용 열 및 전력 겸용장치는 전력 및 열 출력을 발생하는 원동기와, 상기 원동기를 포함하는 하우징, 그리고 상기 하우징의 양측에 각각 있는 상기 하우징을 벽에 설치하기 위한 적어도 하나의 브라켓을 포함하고, 각 브라켓은 수직방향으로 신장되고 L자형 단면을 가지는 본체로 이루어지며, 상기 L자형 단면의 각 말단부는 확장부를 가지고, 상기 확장부 중 제1 확장부는 상기 본체와 하우징 사이의 스페이서(spacer)를 제공하고, 상기 확장부 중 제2 확장부는 상기 본체와 벽 사이의 스페이서를 제공한다.

이 브라켓 장치는 원동기( 및 모든 연관된 완충 물체)의 무게를 지탱하는데 필요한 수직 강성을 갖고 있다. 그러나, 또한 브라켓은 수평면에서는 필요한 유연성을, 벽 쪽으로 향하는 방향 및 벽으로부터 멀어지는 방향(이후 입출 방향으로 지칭함)과 벽에 평행한 방향(이후 좌우 방향으로 지칭함) 모두에서 제공한다. 두 개의 확장부가 존재함으로써 수평면에서 이러한 진동을 허용하는 충분한 간극이 제공된다. 브라켓은 수평 진동이 벽으로 전달되는 것을 크게 감소시키거나 또는 배제한다.

하우징의 양측에 각각 하나의 브라켓이 구비될 수 있다. 그러나, 하우징의 양측 각각에 수직방향으로 떨어져 배치된 두 개의 브라켓을 구비하는 것이 현재로선 바람직하다. 둘 이상의 브라켓을 구비할 수도 있음은 물론이다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 직선형 자유 피스톤 스털링 엔진, 특히 수직방향의 진동을 감소시키기 위하여 완충 물체가 매달려 있는 스털링 엔진에 특히 적용가능하다.

이런 유형의 모든 가정용 열 및 전력 겸용장치에 있어서, 외부로의 몇 가지 서로 다른 연결부들이 필요하다. 예를 들어, 가연성 가스의 공급과 버너로의 공기의 공급이 필요할 수 있고, 버너에서 나오는 배기가스용의 유출구가 필요할 수 있다. 게다가, 열을 추출하기 위하여, 상기 장치는 차가운 물을 위한 유입구와 가열된 물을 위한 유출구를 필요로 할 수 있다.

따라서, 하우징은 유연한 유입/유출 유체 연결부들을 구비한다.

이러한 연결부는 예를 들어, 하우징 내의 특대형 구멍을 통과하여 연장되는 유입/유출 파이프의 형태를 띠고, 상기 구멍과 파이프 사이에 유연한 밀봉부를 구비한 것일 수 있다. 바람직하게는, 이러한 유연한 밀봉부가 각각 하우징 내부에 두 개, 그리고 하우징 외부에 한 개 구비된다. 적어도 하나의 유연한 밀봉부가 존재함으로써 파이프가 구멍 내에서 중앙에 위치하도록 보장하고, 파이프가 하우징과 직접 접촉하는 것을 방지하며, 간극을 통해 소음이 전달되는 것을 방지하고, 또한 케이싱의 열팽창을 허용하게 된다.

특히 액체 파이프가 압력 펄스의 전달을 조장할 수 있다. 이를 감소시키기 위해서, 각 파이프는 압력 펄스를 흡수하는 유연한 부분을 구비하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 이러한 유연한 부분은 벨로즈 부분이다.

본 발명에 따른 장치의 예를 이하 첨부도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 장치와 외부 벽 사이의 연결부들의 개략도이다.

도 2는 브라켓에 의한 벽설치를 나타내는 개략사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 장치의 상세도이다.

도 4는 상기 장치로 가는 유체 연결부의 단면도이다.

가정용 열 및 전력 겸용장치(이하 DCHP 장치로도 지칭함)는 직선형 자유 피스톤 스털링 엔진을 포함하며, 스털링 엔진으로부터 완충 물체가 매달려 있어 직선운동방향으로의 진동을 흡수한다. 이러한 장치는 본 출원인의 선출원인 GB 0203016.1에 보다 상세히 설명되어 있다. 스털링 엔진의 상세 구조는 본 발명에서 중요하지 않다.

엔진이 하우징(1) 내에서 다수의 저강성 스프링(도시되지 않음)에 의해 프레임(도시되지 않음)에 설치된 것이 GB 0203016.1에 개시되어 있다. 이것은 수직 진동의 정도를 관리가능한 수준으로 저감시킨다. 그러나, 버너와 엔진 헤드 사이의 밀봉부는 비교적 딱딱하여, 수평면에서 엔진 헤드로부터 버너 조립체로, 그리고 이에 따라 장치의 하우징으로, 진동을 전달하기 쉽다.

도 1에 도시된 바와 같이, 엔진은 외부와 다수의 연결부를 가질 필요가 있다. 엔진을 설치하기 위한 벽설치부(2)가 구비되며 이는 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세히 후술한다. 스털링 엔진 버너는 가연성 연료 유입구(3) 및 공기 흡입구(4)를 필요로 한다. 버너에서 나오는 배기가스를 내보내기 위하여 배기가스 유출구(5)가 또한 필요하다. 실제로는, 공기 흡입구(4)와 배기가스 유출구(5)는 사전가열된 유입 공기와 동심을 이룰 것이다.

가정용 물 가열기 또는 중앙 난방으로 드나드는 물의 순환을 위한 유입구(6) 및 유출구(7)가 필요하다.

버너용의 공기 흡입구(4) 및 배기가스 유출구(5)는, 스털링 엔진보다 위쪽에 놓여짐으로써 진동하지 않는 복열기(recuperator)에 둘 다 연결된다. 따라서 이러한 동심 배치는, 동심으로 배치된 배기관이 하우징 내의 구멍에서 떨어져서 상기 구멍 내에서 대략 중앙에 배치되도록 보장하기 위하여, 각 하우징에 대해 밀봉하기 위한 고무로 된 아코디언 주름상자 모양의 밀봉부를 필요로 할 뿐이며, 이로써 하우징 자체에서 오는 진동을 전혀 받지 않는다.

연료 유입구(3)는 버너 하우징에 연결되며, 따라서 버너 하우징과 함께 진동하게 된다. 이러한 이유로, 도 4에 도시된 것과 같은 장치가 구비된다. 이 장치에서는, 연료 유입구(3)가 길이가 짧은 튜브(8)에 의해 형성된 하우징 형태의 특대형 구멍 내에서 관통연장된다. 튜브(8)는 그 상단 및 하단에서, 연료 유입구(3)를 튜브(8)로부터 떨어지도록 유지하고 유입 파이프의 진동이 하우징으로 전달되지 않도록 보장하는 고무 부츠(9)에 의해 밀봉된다. 파이프(3)와 튜브(8) 사이의 공간은 순종성(compliant) 소음감쇠 물질로 채워질 수 있다.

물 유입구/유출구(6,7)는 엔진의 진동하는 부분과 또한 접촉하며, 연료 유입구(3)에 대하여 위에서 설명한 바와 유사한 장치가 파이프들(6,7)을 하우징(1)으로부터 절연시키기 위하여 사용된다. 가스 유입구에 대하여 설명한 특징들에 더하여, 물 유입구 및 물 유출구는 두 개의 벨로즈 부분(10)을 또한 구비하며, 이들은 액체 내의 압력 펄스를 저감하도록 설계됨으로써 압력 펄스의 하류측으로의 전파를 최소화한다.

화살표(11)에 의해 지시된 바와 같이 유지보수 목적으로 하우징(1)에 접근할 필요가 있다. 이러한 접근은 고무 가장자리 밀봉부를 구비한 교체가능 패널에 의해 제공된다. 이것은 패널이 제거될 때마다 누설이 발생할 위험을 최소화하는 동시에 패널의 쉽고 안전한 교체를 가능하게 하도록 설계된다.

벽 브라켓(2)이 도 2 및 도 3에 보다 상세히 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(1)은 네 개의 브라켓(2)에 의해 지지되는데, 두 개의 브라켓이 하우징(1)의 양측 각각에 위치되고 또한 서로 수직방향으로 배치된다.

브라켓은 도 3에 보다 상세히 도시된 바와 같이 대략 L자형 단면을 갖는다. L자형 단면은 벽(W)에 평행한 제1 부분(20)과, 제1 부분(20)으로부터 벽(W)에 수직하게 연장되어 나오는 제2 부분(21)으로 이루어진다. 제1 부분(20)은, 제1 부분(20)으로부터 벽(W)을 향하여 연장되는 확장부(22)에 의해 벽(W)으로부터 떨어져 배치된다. 이와 유사하게, 제2 부분(21)은, 제2 부분(21)으로부터 하우징(1)을 향하여 연장되는 확장부(23)에 의해 하우징(1)으로부터 떨어져 배치된다.

벽 브라켓은 20㎐의 고유진동수를 갖도록 설계된다. 이를 보장하기 위하여, 측면 강성(lateral stiffness)을 12,000 N/m (±1000 N/m)으로 한다. 알루미늄 브라켓이 사용되며, 이들은, 4개의 브라켓을 포함하는 구성에 있어서, 길이가 225㎜이고 가장자리들이 각각 100㎜이다. 재료의 두께는 1.5㎜이다. 이와 다른 개수의 브라켓을 사용하는 다른 구성들에 있어서의 치수는 필요한 강성을 반영할 것이다.

도 2 및 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 브라켓(2)은 수직방향으로 적절한 강성을 제공하여 스털링 엔진 및 완충 물체의 수직 하중이 적절하게 지지되도록 한다. 그러나, 도 3으로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 수평면에서의 모든 진동은 브라켓(2)의 유연성에 의해서만이 아니라 확장부들(22, 23)에 의해 브라켓의 제1, 제2 부분들(20, 21)과 하우징(1) 및 벽(2) 각각과의 사이에 제공되는 간극에 의해서도 또한 조절된다.

Claims (7)

1. 전력 및 열 출력을 발생하는 원동기,

   상기 원동기를 포함하는 하우징, 및

   상기 하우징의 양측에 각각 있는 상기 하우징을 벽에 설치하기 위한 적어도 하나의 브라켓을 포함하고,

   각 브라켓은 수직방향으로 신장되고 L자형 단면을 가지는 본체로 이루어지며, 상기 L자형 단면의 각 말단부는 확장부를 가지고, 상기 확장부 중 제1 확장부는 상기 본체와 하우징 사이의 스페이서(spacer)를 제공하고, 상기 확장부 중 제2 확장부는 상기 본체와 벽 사이의 스페이서를 제공하는 벽설치형 가정용 열 및 전력 겸용장치.
2. 제1항에 있어서, 다수의 브라켓이 상기 하우징의 양측에 각각 구비되는 벽설치형 가정용 열 및 전력 겸용장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 원동기가 직선형 자유 피스톤 스털링 엔진인 벽설치형 가정용 열 및 전력 겸용장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 스털링 엔진으로부터 완충 물체가 매달려 있는 벽설치형 가정용 열 및 전력 겸용장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징이 유체용의 적어도 하나의 유연한 유입구/유출구 연결부를 구비하는 벽설치형 가정용 열 및 전력 겸용장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 유연한 연결부가, 유입/유출 파이프가 관통 연장되는 하우징 내의 특대형 구멍과, 상기 구멍과 파이프 사이의 유연한 밀봉부에 의해 제공되는 벽설치형 가정용 열 및 전력 겸용장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 유입구/유출구가 압력 펄스를 흡수하기 위한 유연한 파이프 부분을 구비하는 벽설치형 가정용 열 및 전력 겸용장치.