KR20100060322A - Linear heat engine - Google Patents
Linear heat engine Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100060322A KR20100060322A KR1020080118884A KR20080118884A KR20100060322A KR 20100060322 A KR20100060322 A KR 20100060322A KR 1020080118884 A KR1020080118884 A KR 1020080118884A KR 20080118884 A KR20080118884 A KR 20080118884A KR 20100060322 A KR20100060322 A KR 20100060322A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cylinder
- piston
- high temperature
- heat engine
- cooling
- Prior art date
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
-
- 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
- F02G1/0535—Seals or sealing arrangements
-
- 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
- F02G1/055—Heaters or coolers
-
- 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
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
-
- 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
- F02G2250/00—Special cycles or special engines
- F02G2250/09—Carnot cycles in general
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 열엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이상적인 열사이클 카르노 엔진(Carnot engine)과 스터링(Stirling engine) 엔진의 중간 형태를 따르는 선형 열기관에 관한 것이다.The present invention relates to a heat engine, and more particularly to a linear heat engine that follows the intermediate form of an ideal heat cycle Carnot engine and a Stirling engine.
카르노 엔진(Carnot engine)은 열손실이 없는 이상적인 열효율 엔진으로서, 실제적인 모든 엔진은 카르노 엔진의 열효율을 넘을 수 없다. 일반적인 내연기관과는 달리 외연기관은 높은 열효율을 보이는데 그 중에서도 스터링 엔진(Stirling engine)은 상기 카르노 사이클과 유사한 높은 열효율을 가지며, 진동과 소음이 적다.The Carnot engine is an ideal thermal efficiency engine with no heat loss, and practically all engines cannot exceed the thermal efficiency of the Carnot engine. Unlike general internal combustion engines, external combustion engines exhibit high thermal efficiency, among which a Stirling engine has a high thermal efficiency similar to that of the Carnot cycle and has low vibration and noise.
이러한 스터링 엔진은 실린더와 피스톤으로 이루어진 공간 내에 수소나 헬륨 등 작동기체를 밀봉하고, 작동기체를 열교환을 통해 외부에서 가열 및 냉각시킴으로써 피스톤을 상하로 움직여 기계에너지를 얻는 외연기관(External Combustion Engine)의 일종이다. The Stirling engine is an external combustion engine that seals an operating gas such as hydrogen or helium in a space consisting of a cylinder and a piston and moves the piston up and down to obtain mechanical energy by heating and cooling the operating gas from the outside through heat exchange. It is a kind.
그러나, 상기와 같은 스터링 엔진은 전체적인 장치가 크고 구조가 복잡하여 제작비용이 많이 들고 높은 기술 수준이 요구되며, 유지보수의 어려움으로 인해 극 히 제한된 분야에서만 사용되는 문제가 있다.However, the stirling engine as described above has a problem that it is used only in a very limited field due to the difficulty of maintenance because the overall device is large and the structure is complex, the production cost is high and requires a high technical level.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 카르노 엔진과 스터링 엔진의 중간 형태의 열사이클을 유사하게 따르면서 높은 열효율을 지닌 선형 열기관을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a linear heat engine with high thermal efficiency while similarly following a heat cycle between a carno engine and a stirling engine.
본 발명의 다른 목적은 종래의 복잡한 스터링 엔진과 달리 구조가 간단하여 제작비용이 적게 들고 유지보수가 쉬운 선형 열기관을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a linear heat engine that is simple in structure and low in manufacturing cost and easy to maintain, unlike a conventional complex stirling engine.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 열기관은, 내부에 작동기체가 수용되는 실린더, 상기 실린더의 전단부를 가열하여 상기 작동기체를 열팽창시키는 고온 가열부, 상기 실린더의 후단부를 냉각하여 상기 작동기체를 수축시켜 압력을 저하시키는 저온 냉각부, 및 상기 작동기체의 열팽창 및 수축에 의해 직선 왕복 운동하도록 상기 실린더의 내부에 수납되며 상기 작동기체가 상기 고온 가열부 또는 상기 저온 냉각부에 열사이클에 따라 직접 접하도록 개구부와 단열부가 형성되는 피스톤을 포함하여 구성될 수 있다.A linear heat engine according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a cylinder in which the working gas is accommodated, a high temperature heating unit for heating the front end of the cylinder to thermally expand the working gas, cooling the rear end of the cylinder And a low temperature cooling unit configured to reduce the pressure by contracting the working gas, and stored in the cylinder to linearly reciprocate by thermal expansion and contraction of the working gas, and the working gas is stored in the high temperature heating unit or the low temperature cooling unit. It may be configured to include a piston in which the opening and the heat insulation is formed to be in direct contact with the heat cycle.
또한, 상기 실린더는 상기 고온 가열부와 상기 저온 냉각부의 사이에 단열부가 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the cylinder is preferably a heat insulating portion formed between the high temperature heating unit and the low temperature cooling unit.
또한, 상기 실린더는 체결수단에 의해 상기 실린더의 전단부를 밀폐하도록 결합되는 실린더 헤드부를 구비할 수 있다.In addition, the cylinder may have a cylinder head portion coupled to seal the front end portion of the cylinder by a fastening means.
또한, 상기 실린더 헤드부는 상기 작동기체의 최대 수축 시 상기 개구부가 상기 고온 가열부에 위치하도록 가이드 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the cylinder head portion guides the opening to be located at the high temperature heating portion when the actuator gas is fully contracted.
또한, 상기 실린더 헤드부는 상기 실린더의 내경과 이격된 공간을 제공하여 상기 피스톤의 전단부가 삽입되는 가이드홈을 형성하도록 상기 피스톤과 대향되는 일면에 돌출부가 형성된다.In addition, the cylinder head portion is provided with a protrusion formed on one surface facing the piston to provide a space spaced from the inner diameter of the cylinder to form a guide groove into which the front end portion of the piston is inserted.
또한, 상기 고온 가열부 및 저온 냉각부는 상기 실린더의 외주면에 링형태로 구비되는 것이 바람직하다.In addition, the high temperature heating portion and the low temperature cooling portion is preferably provided in a ring shape on the outer peripheral surface of the cylinder.
또한, 상기 고온 가열부의 제 1 실시예에 따르면, 상기 실린더의 전단부 외경에 배치되는 연소실, 및 상기 연소실에 연료를 공급하는 연료공급부를 포함할 수 있다.Further, according to the first embodiment of the high temperature heating unit, it may include a combustion chamber disposed in the outer diameter of the front end portion of the cylinder, and a fuel supply unit for supplying fuel to the combustion chamber.
또한, 상기 고온 가열부의 제 2 실시예에 따르면, 상기 실린더의 전단부 외경에 권선되는 열선부재, 및 상기 열선부재에 전기를 공급하는 전원부를 포함할 수 있다.Further, according to the second embodiment of the high temperature heating unit, it may include a hot wire member wound around the outer diameter of the front end portion of the cylinder, and a power supply unit for supplying electricity to the hot wire member.
또한, 상기 고온 가열부의 제 3 실시예에 따르면, 태양광을 집광하는 렌즈나 오목 거울들의 광학모듈을 포함하는 태양광 집광장치, 및 상기 태양광 집광장치에서 집광된 태양광이 고온 가열부를 직접 가열하거나 액체 나트륨등의 고온 열매체를 이용한 간접 가열 장치를 포함할 수 있다.In addition, according to the third embodiment of the high temperature heating unit, a solar light collecting device including an optical module of a lens or concave mirrors for condensing sunlight, and the sunlight collected by the solar light collecting device directly heats the high temperature heating unit. Or an indirect heating device using a high temperature heating medium such as liquid sodium.
또한, 상기 저온 냉각부의 제 1 실시예에 따르면, 상기 실린더의 후단부 외 경에 형성되는 냉각핀, 및 상기 냉각핀에 공기를 공급하여 냉각시키는 냉각팬을 포함할 수 있다.In addition, according to the first embodiment of the low temperature cooling unit, it may include a cooling fin formed in the outer diameter of the rear end of the cylinder, and a cooling fan for supplying air to the cooling fin to cool.
또한, 상기 저온 냉각부의 제 2 실시예에 따르면, 상기 실린더의 후단부 외경에 권선되는 냉각튜브, 및 상기 냉각튜브에 냉각수를 공급하는 냉각펌프를 포함할 수 있다.In addition, according to the second embodiment of the low temperature cooling unit, it may include a cooling tube wound on the outer diameter of the rear end of the cylinder, and a cooling pump for supplying cooling water to the cooling tube.
또한, 상기 피스톤은 상기 피스톤의 전단부에 상기 실린더 헤드부의 돌출부가 삽입되도록 개방면이 형성된다.In addition, the piston has an open surface such that the protrusion of the cylinder head portion is inserted into the front end of the piston.
또한, 상기 개구부는 상기 피스톤의 전단부 후방에 외경을 따라 다수 개 형성되는 것이 바람직하다.In addition, a plurality of the openings may be formed along the outer diameter behind the front end of the piston.
또한, 상기 피스톤의 전단부는 단열재질로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the front end portion of the piston is preferably formed of a heat insulating material.
또한, 상기 실린더와 상기 피스톤 사이가 밀봉되도록 상기 피스톤의 외경에 피스톤링이 적어도 하나 구비되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that at least one piston ring is provided at an outer diameter of the piston to seal between the cylinder and the piston.
또한, 본 발명의 선형 열기관은, 상기 피스톤의 직선 왕복 진동이 지속적으로 유지되도록 상기 피스톤에 복원력을 제공하는 복원수단을 더 포함할 수 있다. 여기서, 복원수단은 상기 피스톤의 후단에 개재되는 코일 스프링, 판 스프링, 가스 스프링 또는 척력을 발생시키는 자석 등을 포함할 수 있다.In addition, the linear heat engine of the present invention may further include a restoring means for providing a restoring force to the piston so that the linear reciprocating vibration of the piston is continuously maintained. Here, the restoring means may include a coil spring, a leaf spring, a gas spring, or a magnet for generating a repulsive force interposed at the rear end of the piston.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 열기관은, 내부에 작동기체가 수용되는 실린더, 상기 실린더의 전단부를 가열하여 상기 작동기체를 열팽창시키는 고온 가열부, 상기 실린더의 후단부를 냉각하여 상기 작동기체를 수축시켜 압력을 저하시키는 저온 냉각부, 상기 작동기체의 열팽창 및 수축에 의해 직선 왕복 운동하도록 상기 실린더의 내부에 수납되며 상기 작동기체가 상기 고온 가열부 또는 상기 저온 냉각부에 직접 접하도록 개구부가 형성되는 피스톤, 및 상기 피스톤의 직선 왕복운동에 따른 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 발전부를 포함하여 구성될 수 있다.A linear heat engine according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is a cylinder in which an operating gas is accommodated, a high temperature heating unit for heating the front end of the cylinder to thermally expand the working gas, and cooling the rear end of the cylinder. And a low temperature cooling unit for reducing the pressure by contracting the working gas, and stored in the cylinder so as to linearly reciprocate by thermal expansion and contraction of the working gas, and the operating gas is directly in the high temperature heating unit or the low temperature cooling unit. It may be configured to include a piston in which the opening is formed to contact, and a power generation unit for converting the mechanical energy according to the linear reciprocating motion of the piston into electrical energy.
또한, 상기 발전부는, 상기 피스톤에 구비되는 마그넷을 포함하는 진동자, 및 상기 실린더에 상기 피스톤의 직선 왕복운동에 따라 상기 마그넷이 진동하여 유도기전력을 발생시키는 코일을 포함하는 고정자(stator)로 구성될 수 있다.The power generation unit may include a stator including a vibrator including a magnet provided in the piston, and a coil configured to generate an induced electromotive force by vibrating the magnet in a linear reciprocating motion of the piston in the cylinder. Can be.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.
상기한 바와 같은 본 발명의 선형 열기관에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to the linear heat engine of the present invention as described above has one or more of the following effects.
첫째, 외부의 고온 가열부 및 저온 냉각부와 직접적인 접촉에 따른 가열 및 냉각에 의해 형성되는 새로운 열적 사이클, 보다 상세하게는 카르노 엔진과 스터링 엔진의 중간 형태의 열사이클을 따름으로써, 종래의 스터링 엔진과 같은 높은 열효율을 기대할 수 있다.First, by following a new thermal cycle formed by heating and cooling in direct contact with external high temperature heating and low temperature cooling units, more specifically, the thermal cycle of the intermediate form between the Carnot engine and the Stirling engine, High thermal efficiency such as can be expected.
둘째, 복잡한 밸브가 필요없이 외부의 열원을 공급하는 고온 가열부와 이를 냉각시킬 수 있는 저온 냉각부만 있으면 필요한 동력을 얻을 수 있다. 즉, 피스톤의 왕복 운동에 의해 작동기체가 피스톤의 개구부에서 고온과 저온이 교대로 접해 열사이클이 완성되므로, 작동기체가 고온부와 저온부로 이동해야 하는 종래의 스터 링 엔진과는 달리 훨씬 간단한 구조로 제작이 용이하다.Second, it is possible to obtain the required power by only having a high temperature heating unit for supplying an external heat source and a low temperature cooling unit for cooling it without the need for complicated valves. That is, since the operating gas is in contact with the high and low temperature alternately in the opening of the piston by the reciprocating motion of the piston to complete the heat cycle, the structure is much simpler than the conventional stirling engine that must move to the high and low temperature parts. Easy to manufacture
셋째, 밀폐된 실린더 내에서 자유 피스톤이 진동하는 에어 타이트한 구조로 고압의 기체로 가동하는 것이 용이하여 체적당 높은 출력 밀도를 얻을 수 있다.Third, the air tight structure in which the free piston vibrates in the closed cylinder makes it easy to operate with a high-pressure gas, thereby obtaining a high output density per volume.
넷째, 외부의 열원을 이용하는 외연기관이므로 실린더 내의 윤활유가 변질되는 내연기관과 달리 윤활유는 거의 영구적이다. 게다가 윤활 영역은 저온부 안쪽이므로 다양한 윤활유가 사용될 수 있다.Fourth, unlike an internal combustion engine in which the lubricating oil in the cylinder is deteriorated because the external combustion engine uses an external heat source, the lubricating oil is almost permanent. In addition, since the lubrication zone is inside the cold zone, various lubricants can be used.
다섯째, 기체의 열팽창과 수축에 따른 직선 운동만 하므로 회전형 기관에 비해 실린더와 피스톤 사이에 마찰을 크게 줄일 수 있다.Fifth, since only linear motion due to the thermal expansion and contraction of the gas can be significantly reduced friction between the cylinder and the piston compared to the rotary engine.
여섯째, 피스톤의 무게, 스프링의 탄성계수, 가스 압력, 고온/저온부의 온도 등의 조절로 진동폭과 주기를 조절할 수 있다.Sixth, the vibration width and period can be adjusted by adjusting the weight of the piston, the elastic modulus of the spring, the gas pressure, the temperature of the high temperature / low temperature part.
일곱째, 피스톤 하단의 스프링부에 충진된 가스는 피스톤의 왕복으로 압축 팽창되므로 저절로 가스 스프링 역할을 하므로 보다 탄성적인 진동 운동을 가능하게 한다.Seventh, the gas filled in the spring portion of the lower end of the piston is compressed and expanded in the reciprocating direction of the piston to act as a gas spring by itself enables a more elastic vibration movement.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형 태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 선형 열기관을 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, a linear heat engine according to exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 열기관을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이고, 도 3은 본 발명의 선형 열기관 중 실린더의 분해 사시도이고, 도 4는 실린더의 구성을 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 선형 열기관 중 피스톤의 분해 사시도이며, 도 6은 피스톤의 구성을 도시한 단면도이다.1 is a perspective view schematically showing a linear heat engine according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view taken along line AA of Figure 1, Figure 3 is an exploded perspective view of the cylinder of the linear heat engine of the present invention, Figure 4 is a sectional view showing the configuration of the cylinder, FIG. 5 is an exploded perspective view of the piston in the linear heat engine of the present invention, and FIG. 6 is a sectional view showing the configuration of the piston.
도 1 내지 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 열기관(10)은 실린더(100), 피스톤(200), 고온 가열부(300) 및 저온 냉각부(400) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 1 to 6, the
실린더(100)는 원통형으로 형성되며, 내부에 수소나 헬륨 등과 같은 작동기체가 수용된다. 또한, 상기 작동기체에는 미립자 형태의 카본 블랙이 혼합되어 후술할 고온 가열부(300)로부터 전달되는 열에너지의 흡수력을 높여 작동기체에 대한 열전달 효과를 상승시킬 수 있다.The
실린더(100)는 실린더 몸체(110)의 전단부(111)가 개방되고, 실린더 몸체(110)의 전단부(111)의 개방면(111a)을 밀폐하도록 체결수단, 예컨대 볼트(125), 리벳, 용접 등에 의해 실린더 헤드부(120)가 결합된다. 여기서, 실린더 몸체(110)의 전단부(111)에는 볼트(125)를 체결 고정하기 위한 볼트구멍(122)이 다수 개 형성된다.The
실린더 헤드부(120)는 헤드커버(121) 및 돌출부(123)를 포함할 수 있다. The
헤드커버(121)는 소정 두께를 갖는 원판으로 형성되어 실린더 몸체(110)의 전단부(111)의 직경과 동일하거나 큰 직경을 가지며 실린더 몸체(110)의 전단부(111)의 볼트구멍(112)과 대응되게 가장자리를 따라 볼트구멍(122)이 다수 개 형성되어 볼트(125) 등으로 실린더 몸체(110)의 전단부(111)에 결합된다. 이때, 헤드커버(121)와 실린더 몸체(110)의 전단부(111) 사이에는 원형의 씰링부재(130), 예컨대 실리콘패킹이 구비되어 실린더(100) 내부의 작동기체가 외부로 누출되지 않도록 밀폐성을 향상시킬 수 있다. 씰링부재(130)는 중앙에 실린더 헤드부(120)의 돌출부(123)가 삽입될 수 있도록 원형의 중공부(130a)가 형성되며, 가장자리에 볼트(125)가 관통할 수 있도록 볼트구멍(132)이 형성될 수 있다.The
돌출부(123)는 헤드커버(121)의 일면에 피스톤(200)과 대향되게 원기둥 형상으로 돌출되어 실린더 몸체(110)의 전단부(111)의 개방면(111a)에 삽입된다. 돌출부(123)는 실린더 몸체(110)의 전단부(111)의 내경과 이격된 공간, 바람직하게는 피스톤(200)의 전단부(211) 벽 두께에 대응하는 이격 공간(G)을 제공하여 피스톤(200)의 전단부(211)가 삽입되는 가이드홈(124)을 형성한다. 이때, 돌출부(123) 의 길이, 즉 가이드홈(124)의 길이는 작동기체의 최소 체적 시, 즉 최대 진동에 의한 압축 시 피스톤(200)의 개구부(212)가 고온 가열부(300)에 위치하도록 피스톤(200)의 선단부위에서 개구부(212)의 선단부위까지의 길이와 거의 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.The
실린더(100)는 피스톤(200)이 내부로 삽입될 수 있도록 후단부(113)에 개방면(113a)이 형성된다.The
실린더(100)는 후술할 고온 가열부(300)와 저온 냉각부(400)의 사이에 열을 차폐하기 위해 단열부(140)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 실린더 몸체(110)는 전체적으로 스테인레스 스틸(stainless steel) 재질로 이루어지고, 고온 가열부(300)와 저온 냉각부(400) 사이의 단열부(140)는 세라믹(ceramic), 실리카(silica) 등의 재질로 이루어질 수 있다.The
피스톤(200)은 실린더(100)와 피스톤(200) 사이에 밀봉되는 작동기체의 열팽창 및 수축에 의해 직선 왕복 운동하도록 실린더 몸체(110)의 내부에 수납된다. 본 실시예에서는 자유 피스톤(200)을 적용하는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 피스톤을 포함할 수 있다.The
피스톤(200)은 피스톤 몸체(210)가 실린더 몸체(110)의 내경에 대응하는 직경을 갖는 원통형으로 형성되며, 피스톤 몸체(210)의 전단부(211)는 열전도율이 낮은 금속 또는 세라믹 등과 같은 단열재질로 형성되는 것이 바람직하다. The
피스톤(200)은 피스톤 몸체(210)의 전단부(211)에 실린더 헤드부(120)의 돌출부(123)가 삽입되도록 개방면(211a)이 형성되고, 후술할 개구부(212)의 후방부위 부터 내부가 밀폐되는 형상을 갖는다. 또한, 피스톤(200)은 개구부(212)의 후방부위에 단열부재(219)가 구비되는 것이 바람직하다.The
피스톤(200)은 작동기체가 고온 가열부(300) 또는 저온 냉각부(400)에 직접 접하도록 개구부(212)가 형성된다. 바람직하게는 개구부(212)가 피스톤 몸체(210)의 전단부(211)에 외경을 따라 다수 개 형성될 수 있다. 개구부(212)는 원형, 사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.The
피스톤 몸체(210)의 전단부(211)는 실린더 몸체(110)의 내벽과 실린더 헤드부(120)의 돌출부(123) 사이에 형성되는 가이드 홈(124)의 간격(G)에 대응되는 두께(t)를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 피스톤 몸체(210)의 전단부(211)는 작동기체의 최대 팽창 시, 즉 피스톤(200)의 진동 폭이 최대가 될 때 고온 가열부(300)에 작동기체가 접하는 것을 차단하는 길이로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 실시예에서는 고온 가열부(300), 단열부(140), 저온 냉각부(400) 세 영역의 길이가 동일하다고 할 때 이를 충분히 커버할 수 있는 길이로서 실린더 헤드부(120)의 돌출부(123) 길이, 즉 가이드 홈(124)의 길이와 거의 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.The
피스톤(200)은 실린더 몸체(110)의 내벽과 접하는 부위가 밀봉되도록 피스톤 몸체(210)의 후단부(213)의 외경에 피스톤링(220)이 적어도 하나 구비될 수 있다. 이를 위해 피스톤 몸체(210)의 외경에는 피스톤링(220)을 안착하여 고정할 수 있는 피스톤링 안착홈(215)에 적어도 하나 구비되는 것이 바람직하다. 피스톤링(220)은 피스톤(200)의 직선 왕복 운동 시 실린더(100)의 저온 냉각부(400) 안쪽에 위치하 므로 테프론링과 같은 저온 영역에서 작동되는 재질도 사용 가능하다. 본 실시예에서는 피스톤 링(220)을 적용하는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 피스톤 링(220) 대신에 실린더 몸체(110)의 내벽에 고정링을 수직 베어링 형태로 배치할 수도 있다.The
고온 가열부(300)는 실린더(100)의 전단부(111)를 가열하여 작동기체를 열팽창시키기 위한 고온부이다. 이러한 고온 가열부(300)는 열전달이 잘되는 금속재질로 이루어지고, 실린더(100)의 외주면에 링형태로 구비될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 다양한 실시형태로 선택 가능하다.The high
고온 가열부(300)는 연소, 전열 또는 태양광에 의한 열에너지를 이용하여 실린더(100)의 전단부(111)를 가열할 수 있다. The high
예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같이, 고온 가열부(310)는 연소에 의한 열에너지를 이용하여 실린더(100)의 전단부(111)를 가열할 수 있다. 이를 위해, 고온 가열부(310)는 실린더 몸체(110)의 전단부(111) 외경에 링형태로 배치되는 연소실(311)과, 연소실(311)에 연료배관(313)을 통해 연료를 공급하는 연료공급부(312) 등을 구비할 수 있다. 또한, 연소실(311)의 내부에는 버너(311a)가 다수 개 배치되며, 연소실(311)에 공기를 주입하기 위한 공기배관(315)과, 연소 가스를 배출하기 위한 배기관(317)이 구비될 수 있다.For example, as illustrated in FIG. 7A, the high
또한, 도 7b에 도시된 바와 같이, 고온 가열부(320)는 전열에 의한 열에너지를 이용하여 실린더(100)의 전단부(111)를 가열할 수 있다. 이를 위해, 고온 가열부(320)는 실린더 몸체(110)의 전단부(111) 외경에 링형태로 배치되고 내부에 열선 부재(321a)가 다수 권선되는 전열실(321)과, 열선부재(321a)에 전기를 공급하는 전원부(322) 등을 구비할 수 있다. In addition, as shown in FIG. 7B, the high
또한, 도 7c에 도시된 바와 같이, 고온 가열부(330)는 고밀도로 집광된 태양광에 의한 열에너지를 이용하여 실린더(100)의 전단부(111)를 가열할 수 있다. 이를 위해, 고온 가열부(330)는 태양광을 집광하는 태양광 집광모듈(331)과, 태양광 집광모듈(331)에서 집광된 태양광이 작동기체를 향해 직접 조사되도록 실린더(100)의 전단부(111)에 형성되는 광투과창(332)을 구비할 수 있다. 태양광 집광모듈(331)은 돋보기와 같은 렌즈를 이용해 태양광을 굴절시켜 일점으로 집광하는 굴절형 집광과, 곡면의 거울을 이용해 반사시켜 태양광을 일점으로 집광하는 반사형 집광이 있으며, 굴절형 집광방법에 비하여 도 7c에 도시된 바와 같은 반사형 집광방법이 보다 고밀도의 태양광을 집광할 수 있다. 여기서 반사형 집광방법은 반사의 횟수나 형태에 따라 다양하게 구성할 수 있다. In addition, as illustrated in FIG. 7C, the high
본 실시예에서는 연소, 전열 또는 태양광을 열원으로 제공하는 형태의 고온 가열부(310, 320, 330)를 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 실시예의 선택이 가능하다. 즉, 고온 가열부(300)는 저온 냉각부(400)를 포함하여 주변 보다 높은 온도를 유지할 수 있는 모든 종류의 열원을 포함할 수 있다.In this embodiment, the high-
저온 냉각부(400)는 실린더(100)의 후단부(113)를 냉각하여 작동기체를 수축시키기 위한 저온부이다. 이러한 저온 냉각부(400)는 실린더 몸체(110)의 외주면에 링형태로 구비될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 다양한 실시형태로 선택 가능하다.The low
예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이, 저온 냉각부(410)는 실린더(100)의 후단부(113) 외경에 형성되는 냉각핀(411)과, 냉각핀(411)에 공기를 공급하여 냉각시키는 냉각팬(412) 등을 포함하여 공랭식 냉각 형태로 구성할 수 있다. 여기서, 냉각핀(411)은 대기하에서 보다 냉각이 신속히 이루어질 수 있도록 대기와 접촉하는 면적을 증가시키기 위해 요철형태로 형성하는 것이 바람직하다.For example, as shown in FIG. 8A, the low
또한, 도 8b에 도시된 바와 같이, 저온 냉각부(420)는 실린더(100)의 후단부(1130 외경에 링형태로 배치되고 내부에 냉각튜브(421a)가 다수 권선되는 냉각실(421)과, 냉각튜브(421a)에 냉각수를 공급하는 냉각펌프(422) 등을 포함하여 수냉식 냉각 형태로 구성할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 8B, the low
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 열기관을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 10은 도 9의 B-B선에 따른 단면도이다.9 is a perspective view schematically illustrating a linear heat engine according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 9.
도 9 및 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 열기관(20)은 실린더(100), 피스톤(200), 고온 가열부(300), 저온 냉각부(400) 및 발전부(500) 등을 포함하여 구성될 수 있다.9 and 10, the
본 발명의 다른 실시예에서는, 피스톤(200)의 직선 왕복운동에 따른 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 발전부(500)를 더 포함하는 구성을 제외하고는 도 1 내지 8을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예와 동일하다. 따라서, 상기 일 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 병기하며, 상세한 설명은 생략한다.In another embodiment of the present invention, the present invention described with reference to FIGS. 1 to 8 except for a configuration further comprising a
발전부(500)는 피스톤(200)의 직선 왕복운동에 따른 기계에너지를 전기에너 지로 변환하는 역할을 하는 구성요소로서, 마그넷(510) 및 코일(520) 등을 구비할 수 있다.The
마그넷(510)은 피스톤(200)에 구비되며, 바람직하게는 피스톤 몸체(210)의 전단부(211) 후방 외주면에 형성된 마그넷 안착홈(217)에 길이방향으로 다수 개 설치될 수 있다.The
코일(520)은 고온 가열부(300)와 저온 냉각부(400) 사이의 실린더 몸체(110)의 외경에 길이방향을 따라 권선되며, 피스톤(200)의 직선 왕복운동에 따라 마그넷(510)이 진동하여 유도기전력을 발생시킨다.The
발전부(500)는 피스톤(200)의 직선 왕복 운동에 따라 마그넷(510)이 진동하여 코일(520)로부터 전기를 발생시킨다. 즉, 발전부(500)는 선형 발전기로서 열기관의 실린더(100) 및 피스톤(200)에 일체화시켜 기계에너지를 전기에너지로 변환한다. 마그넷(510)의 진동에 의해 코일(520)로부터 발생되는 전기는 유도기전력으로서, 전류가 흐르면 주위에 자기장이 생기는 것처럼 코일(520) 주위에 마그넷(510)에 의한 자기장이 발생되면 전자의 움직임이 발생하게 되는 전자유도현상이 일어나게 된다. 코일(520)로부터 발생되는 유도기전력을 LC공진회로로 구성된 트랜스포머(미도시)의 1차측에 연결하고, 트랜스포머의 2차측으로부터 AC전기를 발생시킬 수 있다.The
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선형 열기관을 개략적으로 도시한 단면도이다.11 is a schematic cross-sectional view of a linear heat engine according to another embodiment of the present invention.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선형 열기 관(30)은 실린더(100), 피스톤(200), 고온 가열부(300), 저온 냉각부(400), 발전부(500) 및 복원수단(600) 등을 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 11, the linear
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 실린더(100)의 단열부(140), 피스톤(200)의 개구부(212) 및 고온 가열부(300)의 길이를 모두 동일하게 형성하는 구성과, 피스톤(200)의 후단부에 복원수단(600)을 더 구비하는 구성을 제외하고는 도 1 내지 10을 참조하여 설명한 상기 실시예들와 동일하다. 따라서, 상기 실시예들와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 병기하며, 상세한 설명은 생략한다.In another embodiment of the present invention, the configuration that forms the same length of the
본 실시예에서 실린더(100)의 단열부(140), 피스톤(200)의 개구부(212) 및 고온 가열부(300)는 길이가 동일하게 형성됨으로써, 도 12와 같은 열 사이클을 따르면서 외부에서 직접 가열 및 냉각 시 작동기체가 효율적으로 열팽창 또는 수축되어 피스톤(200)을 직선 왕복 운동시킨다. 여기서, 저온 냉각부(400)의 길이는 단열부(140), 개구부(212) 및 고온 가열부(300)의 길이와 동일하거나 약간 크게 형성하는 것이 바람직하다.In the present embodiment, the
또한, 피스톤(200)이 지속적인 직선 왕복 진동 운동을 하기 위해서는 팽창된 작동기체를 다시 압축해주는 복원력이 필요하다. 복원수단(600)은 작동기체의 팽창 시 피스톤(200)에 복원력을 제공할 수 있도록 실린더(100)의 밀폐된 후단부와 피스톤(200)의 후단부 사이에 개재되는 코일 스프링, 판 스프링 또는 척력을 발생시키는 자석 등을 포함할 수 있다. 여기서, 스프링(이하, 참조부호 '600'으로 설명함)을 포함하는 실린더(100)의 후단부는 피스톤(200)의 진동에 따라 밀폐된 가스를 압축 팽창시키는 가스스프링(gas spring) 역할을 하게 된다.In addition, the
이하, 도 12 및 13을 참조하여, 본 발명에 따른 선형 열기관의 작동을 구체적으로 설명한다.12 and 13, the operation of the linear heat engine according to the present invention will be described in detail.
도 12a 내지 12d는 본 발명에 따른 선형 열기관의 동작을 순차적으로 설명하기 위한 예시도이며, 도 13은 본 발명에 따른 선형 열기관의 열역학적 사이클을 보여주는 그래프이다. 12A to 12D are exemplary views for sequentially explaining the operation of the linear heat engine according to the present invention, and FIG. 13 is a graph showing the thermodynamic cycle of the linear heat engine according to the present invention.
먼저, 도 12a에 도시된 바와 같이, 피스톤(200)이 좌측방향으로 이동하여 피스톤(200)의 전단부(211)가 실린더(100)의 내벽과 실린더 헤드부(120) 사이에 형성된 가이드홈(124)에 삽입될 때, 즉 실린더(100)와 피스톤(200) 사이의 공간에 밀봉되는 작동기체가 최소 체적 상태가 될 때까지 피스톤이 이동하면 피스톤(200)의 개구부(212)가 실린더(100)의 고온 가열부(300)에 위치하게 된다. 여기서, 발전부의 코일에 전류를 인가하면 마그넷의 자력선 변화에 따라 플래밍 왼손법칙에 의해 피스톤은 기동하기 시작한다. 작동기체는 개구부(212)를 통해 고온 가열부(300)에 직접 접촉하면서 고온 가열부(300)로부터 열에너지(Q4)를 흡수하면서 고온 열압축 상태가 된다(도 13a의 ④ -> ① 고온 열압축 과정). 이 과정은 카르노 및 스터링 엔진의 열사이클과 동일하지 않지만 거의 근접한다. 고온 가열부(300)와 저온 냉각부(400)의 사이에 구비되는 단열부(140)에 의해 고온 가열부(300)와 저온 냉각부(400)간 열전달이 차폐된다.First, as shown in FIG. 12A, the
다음으로, 도 12b에 도시된 바와 같이, 고온 가열부(300)로부터 실린더(100) 내부의 작동기체에 열에너지(Q1)가 계속 흡수되면서, 작동기체의 분자는 분자운동이 활발해지고 그 운동속도가 증가하게 된다. 작동기체의 분자가 실린더(100)의 내 벽에 충돌하는 횟수는 분자운동에 대응하여 증가되며, 그에 따라 용적고정의 경우는 그 용적내 압력까지 증가하게 된다. 이 압력이 실린더(100) 내부에 설치된 피스톤(200)을 아래쪽으로 밀어 고온 열팽창한다(도 13a의 ① -> ② 고온 열팽창 과정). 이 과정은 카르노 및 스터링 엔진의 열사이클과 동일하다.Next, as shown in FIG. 12B, while the heat energy Q1 is continuously absorbed from the high
다음으로, 도 12c에 도시된 바와 같이, 피스톤(200)이 우측방향으로 이동하여 작동기체가 최대 체적이 될 때 피스톤(200)의 개구부(212)가 저온 냉각부(400)에 위치하게 되고, 작동기체는 개구부(212)를 통해 저온 냉각부(400)에 직접 접촉하여 냉각 팽창하면서 압력이 급격히 떨어진다. 이때, 작동기체의 온도가 아직도 저온 냉각부보다 높으므로 내부의 열에너지(Q2)의 일부가 밖으로 배출된다(도 13a의 ②` -> ③ 저온 냉각팽창 과정). 이 과정은 카르노 및 스터링 엔진의 열사이클과 동일하지 않지만 거의 근접한다.Next, as shown in FIG. 12C, when the
다음으로, 도 12d에 도시된 바와 같이, 최대 체적이 될 때까지 팽창한 작동기체는 고온 가열부(300)가 차단되고 저온 냉각부(400)만 접촉하면서 냉각 수축되어 피스톤(200)이 위쪽으로 이동하게 된다. 이때에도 작동기체 내부의 열에너지(Q3)가 밖으로 배출된다(도 13a의 ③ -> ④` 저온 냉각수축 팽창 과정). 이 과정은 카르노 및 스터링 엔진의 열사이클과 동일하다.Next, as shown in FIG. 12D, the expanded working gas until the maximum volume is cooled and contracted while the high
고온 가열부(300)와 저온 냉각부(400) 사이의 단열부(140)를 포함하는 실린더(100)의 축 방향 길이가 피스톤(200)의 개구부(212) 길이보다 길면 순간적으로 단열(adiabatic) 구간(도 13a의 ② -> ②`, ④` -> ④과정)이 존재하여 전체적인 열사이클은 도 13a의 ① -> ② -> ②` -> ③ -> ④` -> ④ -> ① 의 과정의 사이 클이 완성된다. 고온 가열부(300)와 저온 냉각부(400) 사이의 단열부(140)를 포함하는 실린더(100)의 축 방향 길이가 피스톤(200)의 열개구부(212) 길이와 같으면 단열구간이 없는(② = ②`, ④ = ④`) 도13b와 같은 이상적인 열사이클을 따른다. 고온가열부(300)와 저온냉각부(400) 사이의 단열부(140)를 포함하는 실린더의 축 방향 길이가 피스톤의 개구부(212) 길이보다 짧으면 개구부(212)가 고온 가열부(300)와 저온 냉각부(400)를 동시에 접하므로 작동기체의 가열과 냉각이 동시에 일어나 단열 효과와 비슷한 효과를 가져와 이 때의 열사이클은 도 13a의 ① -> ② -> ②` -> ③ -> ④` -> ④ -> ① 의 과정과 유사한 사이클이 완성된다(미도시).If the axial length of the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 선형 열기관은 실린더(100)와 피스톤(200)으로 이루어진 공간 내에 수소나 헬륨 등 작동기체를 밀봉하고, 이를 외부에서 가열 및 냉각시킴으로써 도 12a 내지 도 12d와 같은 과정을 반복하면서 작동기체가 열팽창 또는 수축되어 피스톤(200)을 직선 왕복 운동시킨다. 또한, 피스톤(200)의 직선 왕복 운동에 의한 기계에너지를 선형 발전부(500)에 의해 전기에너지를 생산한다. 이를 바탕으로 본 발명에 따른 선형 열기관의 열효율은 아래의 수학식1과 같다.As described above, the linear heat engine according to the present invention seals an operating gas such as hydrogen or helium in a space formed by the
수학식 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 선형 열기관은 외연기관으로서, 이상적인 열사이클 카르노 엔진과 스터링 엔진의 중간 형태에 거의 유사하므로 높은 열효율을 기대할 수 있다.As shown in
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 열기관을 개략적으로 도시한 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a linear heat engine according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다.2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 3은 본 발명의 선형 열기관 중 실린더의 분해 사시도이다.3 is an exploded perspective view of a cylinder in the linear heat engine of the present invention.
도 4는 실린더의 구성을 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing the configuration of a cylinder.
도 5는 본 발명의 선형 열기관 중 피스톤의 분해 사시도이다.5 is an exploded perspective view of a piston in the linear heat engine of the present invention.
도 6은 피스톤의 구성을 도시한 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing the configuration of a piston.
도 7a는 본 발명의 선형 열기관 중 고온 가열부의 제 1 실시예를 도시한 요부 사시도이다.FIG. 7A is a perspective view illustrating main parts of a first embodiment of the high temperature heating unit in the linear heat engine according to the present invention. FIG.
도 7b는 본 발명의 선형 열기관 중 고온 가열부의 제 2 실시예를 도시한 요부 사시도이다.FIG. 7B is a perspective view illustrating main parts of a second embodiment of the high temperature heating unit of the linear heat engine according to the present invention; FIG.
도 7c는 본 발명의 선형 열기관 중 고온 가열부의 제 3 실시예를 도시한 요부 사시도이다.7C is a perspective view illustrating main parts of a third embodiment of the high temperature heating unit of the linear heat engine according to the present invention.
도 8a는 본 발명의 선형 열기관 중 저온 냉각부의 제 1 실시예를 도시한 요부 사시도이다.8A is a perspective view illustrating main parts of a first embodiment of the low temperature cooling unit in the linear heat engine according to the present invention.
도 8b는 본 발명의 선형 열기관 중 저온 냉각부의 제 2 실시예를 도시한 요부 사시도이다.8B is a perspective view illustrating main parts of a second embodiment of the low temperature cooling unit in the linear heat engine according to the present invention.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 열기관을 개략적으로 도시한 사시도이다.9 is a perspective view schematically showing a linear heat engine according to another embodiment of the present invention.
도 10은 도 9의 B-B선에 따른 단면도이다.10 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 9.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선형 열기관을 개략적으로 도시한 단면도이다.11 is a schematic cross-sectional view of a linear heat engine according to another embodiment of the present invention.
도 12a 내지 12d는 본 발명에 따른 선형 열기관의 동작을 순차적으로 설명하기 위한 예시도이다.12A to 12D are exemplary views for sequentially explaining the operation of the linear heat engine according to the present invention.
도 13a 및 13b는 본 발명에 따른 선형 열기관의 열역학적 사이클을 보여주는 그래프이다. 13A and 13B are graphs showing the thermodynamic cycle of a linear heat engine according to the invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10,20,30 : 선형 열기관 100 : 실린더 10,20,30: linear heat engine 100: cylinder
110 : 실린더 몸체 120 : 실린더 헤드부 110: cylinder body 120: cylinder head portion
121 : 헤드커버 123 : 돌출부 121: head cover 123: protrusion
124 : 가이드홈 140 : 단열부 124: guide groove 140: heat insulation
200 : 피스톤 210 : 피스톤 몸체 200: piston 210: piston body
212 : 개구부 220 : 피스톤링212
300,310,320,330 : 고온 가열부 400,410,420 : 저온 냉각부300,310,320,330: High temperature heating part 400,410,420: Low temperature cooling part
500 : 발전부 510 : 마그넷 500: power generation unit 510: magnet
520 : 코일 600 : 복원수단520: coil 600: restoring means
Claims (18)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080118884A KR101045871B1 (en) | 2008-11-27 | 2008-11-27 | Linear heat engine |
PCT/KR2009/007032 WO2010062131A2 (en) | 2008-11-27 | 2009-11-27 | Heat engine |
CN2009801476173A CN102232142A (en) | 2008-11-27 | 2009-11-27 | Heat engine |
US13/117,524 US8410621B2 (en) | 2008-11-27 | 2011-05-27 | Heat engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080118884A KR101045871B1 (en) | 2008-11-27 | 2008-11-27 | Linear heat engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20100060322A true KR20100060322A (en) | 2010-06-07 |
KR101045871B1 KR101045871B1 (en) | 2011-07-01 |
Family
ID=42361256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080118884A KR101045871B1 (en) | 2008-11-27 | 2008-11-27 | Linear heat engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101045871B1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101242057B1 (en) * | 2012-02-23 | 2013-03-18 | (주) 사이언팜 | Power generator, charging device and operating method using vapor pressure |
KR20170010932A (en) * | 2015-07-20 | 2017-02-02 | 주식회사 포스코 | Apparatus for measuring temperature of material at reheating furnace exit |
KR20170012866A (en) * | 2015-07-23 | 2017-02-03 | 한국기계연구원 | Linear expander and cryogenic cooling system with the linear expander |
CN113819659A (en) * | 2021-10-29 | 2021-12-21 | 西安热工研究院有限公司 | Thermal power generating unit peak regulation system and method for solar-assisted heating of condensed water |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101609925B1 (en) * | 2014-06-12 | 2016-04-07 | 현대중공업 주식회사 | Treatment system of liquefied natural gas and high pressure pump |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3791472B2 (en) * | 2002-07-26 | 2006-06-28 | いすゞ自動車株式会社 | Stirling engine |
JP3797294B2 (en) | 2002-08-05 | 2006-07-12 | いすゞ自動車株式会社 | Stirling engine and actuator |
US7690199B2 (en) * | 2006-01-24 | 2010-04-06 | Altor Limited Lc | System and method for electrically-coupled thermal cycle |
-
2008
- 2008-11-27 KR KR1020080118884A patent/KR101045871B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101242057B1 (en) * | 2012-02-23 | 2013-03-18 | (주) 사이언팜 | Power generator, charging device and operating method using vapor pressure |
KR20170010932A (en) * | 2015-07-20 | 2017-02-02 | 주식회사 포스코 | Apparatus for measuring temperature of material at reheating furnace exit |
KR20170012866A (en) * | 2015-07-23 | 2017-02-03 | 한국기계연구원 | Linear expander and cryogenic cooling system with the linear expander |
CN113819659A (en) * | 2021-10-29 | 2021-12-21 | 西安热工研究院有限公司 | Thermal power generating unit peak regulation system and method for solar-assisted heating of condensed water |
CN113819659B (en) * | 2021-10-29 | 2022-11-25 | 西安热工研究院有限公司 | Thermal power generating unit peak regulation system and method for solar-assisted heating of condensed water |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101045871B1 (en) | 2011-07-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101045871B1 (en) | Linear heat engine | |
US7152404B2 (en) | Power unit with reciprocating linear movement based on stirling motor, and method used in said power plant | |
US8410621B2 (en) | Heat engine | |
CN105225715A (en) | A kind of trunk type nuclear energy power generation device based on Stirling cycle | |
US8341959B2 (en) | Heat engine using solar energy | |
US10087883B2 (en) | Stirling engine with regenerator internal to the displacer piston and integral geometry for heat transfer and fluid flow | |
US6510689B2 (en) | Method and device for transmitting mechanical energy between a stirling machine and a generator or an electric motor | |
CN110131070A (en) | A kind of combined power and cooling system and its working method based on free piston stirling engine | |
JP2009236456A (en) | Pulse tube-type heat storage engine | |
Kim et al. | Performance characterization of sunpower free-piston stirling engines | |
US9382873B2 (en) | Stirling engine with regenerator internal to the displacer piston and integral geometry for heat transfer and fluid flow | |
WO2018157677A1 (en) | Stirling electric generator based on dielectric elastic body and electricity generation method | |
KR101098474B1 (en) | Linear heat engine having the cooling chamber | |
KR101098470B1 (en) | Linear heat engine power-generating apparatus | |
KR101045872B1 (en) | Rotary heat engine | |
CN109974324B (en) | Thermo-acoustic loop system capable of being used as power generation, refrigeration or heat pump | |
KR101021584B1 (en) | Linear heat pump | |
CN113137779B (en) | Combined cooling heating and power system without moving parts | |
CN201650492U (en) | Balanced-piston type thermoacoustic Stirling linear generator | |
KR20120067385A (en) | Solar Heated Sterling Engine Power Generation System | |
KR101656214B1 (en) | Generator unit using renewable energy | |
US20170271950A1 (en) | Stirling engine having energy regeneration structure using waste heat recovery | |
CN114458472B (en) | Free piston Stirling generator | |
KR101060647B1 (en) | rotary heat pump | |
CN116480486A (en) | Stirling generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |