KR20100136654A

KR20100136654A - 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관 및 그 출력방법

Info

Publication number: KR20100136654A
Application number: KR1020090054837A
Authority: KR
Inventors: 유승철
Original assignee: 주식회사 영원신소재
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2010-12-29
Also published as: KR101018379B1

Abstract

본 발명은 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관에 관한 것이며, 그 목적은 중 저온의 외부 열에너지를 이용하여 대용량의 동력 발생을 구현할 수 있는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관을 제공함에 있다.

본 발명은 외부 열원 공급장치로부터 열원매체가 순환하는 순환배관이 실린더헤드부에 구비된 제1실린더를 향해 작동유체가 유입되는 단계(S1); 상기 (S1)단계 중, 작동유체의 유입에 의해 하강하는 제1실린더의 피스톤이 하사점에 도달하기 전 제1실린더를 밀폐시켜 작동유체의 팽창동력을 이용하여 피스톤을 하강시키는 단계(S2); 상기 (S2)단계 후, 하사점을 지나 상승하는 피스톤에 의해 작동유체를 배출하는 단계(S3); 및 외부 냉매 공급장치로부터 냉매가 순환하는 순환배관이 실린더헤드부에 구비된 제2실린더를 향해 상기 제1실린더로부터 배출된 작동유체가 유입되는 단계(S4); 상기 (S4)단계 후, 제2실린더의 피스톤이 하사점에 도달함과 동시 제2실린더를 밀폐시켜 작동유체의 수축동력을 이용하여 피스톤을 상승시키는 단계(S5); 상기 (S5)단계 후, 상승하는 피스톤에 의해 작동유체를 다른 제1실린더를 향해 배출하는 단계(S6);를 거치며, 다수개의 제1실린더와 제2실린더를 번갈아가며 폐순환 경로를 이루는 작동유체의 팽창동력과 수축동력을 구동축으로 전달하도록 한 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관 및 그 출력방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

밀폐식, 외연기관, 온도차, 정적과정, 등온과정

Description

작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관 및 그 출력방법{External combustion engine and output method thereof}

본 발명은 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온실과 저온실을 번갈아가며 순환하는 작동유체의 팽창과 수축구동에 의한 출력을 이용한 밀폐식 외연기관 및 이러한 밀폐식 외연기관의 출력방법에 관한 것이다.

외연기관이란 작동유체가 연료와 혼합되어 연소되는 내연기관과 달리, 작동유체와 분리되어 있는 외부에서 일어난 연소에 의해 발생한 열이 작동유체로 전달되는 엔진을 말한다.

이러한 외연기관은 근래 들어 신 에너지원의 발굴에 대한 관심이 높아지면서 이러한 신 에너지원과의 호환성을 들어 다시 그 관심이 높아지고 있다.

이상과 같이, 작동유체의 폭발 연소에 의한 높은 고온의 작동유체를 이용한 내연기관에 비해 비교적 중 저온의 열에너지를 축 동력으로 전환하는 시스템들 중 유기랭킨 사이클이 알려져 있다.

이러한 유기랭킨 사이클은 순환펌프, 터빈, 응축기 및 증발기 등의 독립된 장치를 상호 연결한 것으로, 작동유체가 증발기에서 기화된 후 터빈에서 팽창하면서 축 동력을 발생시키며, 응축기에서 다시 액화된 다음 펌프에 의해서 증발기로 다시 공급되는 폐순환 사이클로 구성된다.

하지만, 이러한 유기랭킨 사이클을 이용한 시스템은 장치의 복잡한 구성과, 다량의 유기 열매체가 소요되는 문제점, 및 각 장치에 대한 정밀한 제어가 요구되며, 특히 시스템의 가동 및 정지가 용이하지 않은 단점이 있다.

이러한 이유로 유기랭킨 사이클을 이용한 시스템은 대용량 발전 시스템에 주로 적용되고 있는 모습을 볼 수 있다.

한편, 이러한 유기랭킨 사이클에 반해, 스터링 사이클을 응용한 스터링 엔진의 경우는 동력 사이클을 이루는 각 구성요소가 하나의 엔진으로 집합되어 있고, 작동유체로서 공기와 같은 기체를 사용하기 때문에 장치가 간단하고 시스템의 가동 및 정지를 위한 운전이 용이한 장점이 있다. 또한 이러한 스터링 엔진의 경우에는 유기랭킨 사이클에 비하여 고효율로 에너지의 전환이 가능한 장점을 가진다.

하지만, 이러한 스터링 엔진의 경우에는 각 구성요소가 하나의 엔진에 집합되는 간단 구조를 취하는 장점을 가지고 있으나, 엔진의 헤드부를 가열하는 외부열원의 온도가 저하될 경우 고온실의 작동유체의 온도가 저하되고, 이와 함께 저온실의 온도차로 비례적으로 저하된다. 결국 전체 엔진의 동력 발생량이 점차 저하되거나 동력 발생이 중단되는 현상이 발생하게 된다.

이러한 단점으로 인해 종래 스터링 엔진의 경우에는 동력 사이클 중 최고의 열효율을 가지는 장점에도 불구하고, 구조적으로 간단하고 소형의 장치에 국한되어 사용될 뿐 다양한 산업분야에서의 활용빈도가 제안되었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 스터링 사이클을 기반으로 중 저온의 열에너지를 이용한 대용량의 동력 발생을 구현할 수 있는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관 및 그 출력방법을 제공함에 있다.

또한, 열원 공급장치와 가열수단을 구비하는 고온실과, 냉매 공급장치와 냉각수단을 구비하는 저온실을 교번하여 다수개를 구비하여, 외부열원의 다양한 조건에 대응하여 사용목적에 따른 기관 설계를 유연하게 변경하여 구현할 수 있는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관 및 그 출력방법을 제공함에 있다.

또한, 외부열원으로서, 태양광, 폐열, 심부지열 등 최근 각광받는 신 에너지원에 대한 활용을 증대시킬 수 있으며, 저온실로부터 배출되는 폐열에 대한 재활용을 증대시킬 수 있는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관 및 그 출력방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 외부 열원 공급장치로부터 열원매체가 순환하는 순환배관이 실린더헤드부에 구비된 제1실린더를 향해 작동유체가 유입되는 단계(S1);

상기 (S1)단계 중, 작동유체의 유입에 의해 하강하는 제1실린더의 피스톤이 하사점에 도달하기 전 제1실린더를 밀폐시켜 작동유체의 팽창동력을 이용하여 피스톤을 하강시키는 단계(S2);

상기 (S2)단계 후, 하사점을 지나 상승하는 피스톤에 의해 작동유체를 배출하는 단계(S3); 및

외부 냉매 공급장치로부터 냉매가 순환하는 순환배관이 실린더헤드부에 구비된 제2실린더를 향해 상기 제1실린더로부터 배출된 작동유체가 유입되는 단계(S4);

상기 (S4)단계 후, 제2실린더의 피스톤이 하사점에 도달함과 동시 제2실린더를 밀폐시켜 작동유체의 수축동력을 이용하여 피스톤을 상승시키는 단계(S5);

상기 (S5)단계 후, 상승하는 피스톤에 의해 작동유체를 다른 제1실린더를 향해 배출하는 단계(S6);를 거치며, 다수개의 제1실린더와 제2실린더를 번갈아가며 폐순환 경로를 이루는 작동유체의 팽창동력과 수축동력을 구동축으로 전달하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 수단으로부터 본 발명은 제1실린더의 팽창동력과 제2실린더의 수축동력을 차례로 순환하는 다기통의 기관을 구비함으로서, 중 저온의 외부 에너지원으로부터 대용량의 기관출력을 구현할 수 있어 산업 상 그 활용을 증대시킬 수 있는 기대되는 발명인 것이다.

또한, 본 발명은 외부열원으로서 태양광, 폐열, 심부지열 등 최근 각광받는 신 에너지원에 대한 사용증대가 기대되는 것이며, 열원 공급장치 및 냉각 공급장치 로 인한 별도의 동력소모에도 불구하고 배출되는 폐열을 다시 재활용하여 사용할 수 있어 전체적인 기관의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 본 발명과 물, 공기 등 작동매체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관의 경우, 배출에너지를 유용하게 이용할 수 있을 뿐만 아니라 전혀 무해한 배출에너지로부터 환경오염을 크게 줄일 수 있는 우수한 장점이 있는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 기관의 개념도를 도시한 것으로, 본 발명에 따른 기관은 제1실린더(10)와, 제2실린더(20)를 한 쌍으로 하는 엔진(1)을 포함한다. 또한, 상기 제1실린더(10)에는 외부 열원 공급장치(100)와, 상기 제2실린더(20)에는 외부 냉매 공급장치(200)를 포함한다.

상기 제1실린더(10) 및 제2실린더(20)에는 내부 작동유체에 의해 발생되는 동력을 구동축(크랭크축)으로 전달하는 피스톤(11)(21)이 각각 구비된다.

즉, 상기 제1실린더(10)는 외부 열원 공급장치(100)를 통해 제공되는 열원에 의해 작동유체의 온도가 상승되는 고온실에 해당하며, 반면 제2실린더(20)는 외부 냉매 공급장치(200)를 통해 제공되는 냉매에 의해 작동유체의 온도가 하강되는 저온실에 해당한다.

이렇게 고온실에 해당하는 제1실린더(10)와, 저온실에 해당하는 제2실린 더(20)를 한 쌍으로 하는 엔진(1)은 다수개가 연장하여 배치된다. 즉, 고온실의 제1실린더(10)와 저온실의 제2실린더(20)가 번갈아가며 다수개가 배치되어, 작동유체는 상기 고온실과 저온실을 차례로 번갈아가며 폐순환 경로를 이루게 된다.

이때 제1실린더(10) 및 제2실린더(20)에는 각각 작동유체의 흡입구(10a)(20a)와 배기구(10b)(20b)가 각각 형성되는데, 제1실린더(10)의 흡입구(10a)는 앞선 다른 제2실린더(20)의 배기구(20b)와 연결되어, 앞서 냉각되었던 작동유체를 내부로 유입하게 되며, 다시 제1실린더(10)의 배기구(10b)는 후방의 다른 제2실린더(20)의 흡입구(20a)와 연결되어, 가열되었던 작동유체를 제2실린더(20)로 배출하게 된다.

즉, 작동유체는 제1실린더(10)와 제2실린더(20)가 번갈아가며 다수로 배치된 엔진(1)(1-n)을 차례로 이동하며 고온실과 저온실을 번갈아가며 폐순환을 이룬다.

이렇게 제1실린더(10)의 흡입구(10a)와 제2실린더(20)의 배기구(20b) 혹은 제1실린더(10)의 배기구(10b)와 제2실린더(20)의 흡입구(20a)를 각각 연결하는 작동유체 이동관(30)에는 개폐밸브(31)가 구성된다.

본 발명에 따른 기관을 순환하는 작동유체는 공기, 헬륨, 수소 등이 사용될 수 있다.

계속해서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 외부 열원 공급장치(100)는 제1실린더(10)내부를 관통하는 순환 시스템인 것으로, 보통 열원매체를 가열하는 가열수단(101)과; 이 가열수단(101)에 의해 가열된 열원매체를 상기 제1실린더(10)의 실 린더헤드부로 공급하며 폐순환 경로를 가지는 순환배관(102)과; 이 순환배관(102)상에 설치되어 열원매체를 순환시키는 순환펌프(103)를 포함하여 구성된다.

이러한 외부 열원 공급장치(100)에 의한 가열수단(101)은 태양열, 폐열, 심부지열 등과 같은 신 재생 에너지원으로부터 쉽게 얻을 수 있으며, 이때 순환배관(102)을 따르는 열원매체는 물, 공기(스팀) 등으로 이루어질 수 있다.

마찬가지 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 외부 냉매 공급장치(200)는 제2실린더(20)내부를 관통하는 순환 시스템인 것으로, 보통 냉매를 냉각하는 냉각수단(201)과; 이 냉각수단(201)에 의해 냉각된 냉매를 상기 제2실린더(20)의 실린더헤드부로 공급하며 폐순환 경로를 가지는 순환배관(202)과; 이 순환배관(202)상에 설치되어 냉매를 순환시키는 순환펌프(203)를 포함하여 구성된다. 이때 사용되는 냉매로는 물로 이루어진다.

상기 제1실린더(10) 및 제2실린더(20)를 지나는 순환배관(102)(202)은 각 실린더헤드부에 일체로 형성될 수 있으며, 또는 각 실린더헤드를 관통하여 배치될 수 있다. 바람직하게 제1 및 제2실린더(10)(20)를 각각 지나는 순환배관(102)(202)에는 전열증대수단(1021)(2021)을 각각 포함하도록 한다. 이러한 전열증대수단(1021)(2021)은 순환배관(102)(202)을 따르는 열원 혹은 냉매와 각 실린더(10)(20)내부의 작동유체의 열 접촉면적을 증대시키도록 한 것으로, 순환배관(102)(202)의 외주연에 부착되는 전열핀 또는 전열플레이트로 구현될 수 있다.

이러한 외부 열원 공급장치(100) 및 외부 냉매 공급장치(200)를 통해 제1실린더(10) 및 제2실린더(20)를 각각 순환하는 열원 및 냉매는 기관의 작동 중 지속 적인 순환과정을 구현하게 된다.

이때, 이러한 각 실린더에 구비되는 외부 열원 공급장치(100) 및 외부 냉매 공급장치(200)는 고온실 혹은 저온실의 실린더를 지나는 작동유체의 열적저항 감소를 방지하기 위해 각 실린더에 모두 설치 구성됨이 바람직하나, 때로는 선택된 실린더에 간헐적으로 설치 구성될 수도 있다.

도 3 내지 도 8은 본 발명에 따른 기관의 작동상태를 보이는 것이다.

먼저 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 엔진(1)의 제1실린더(10)를 통한 고온실의 행정별 작동상태를 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 피스톤(11)이 상사점에 위치한 상태에서 개방된 흡입구(10a)를 통해 앞선 저온실(미 도시된 제2실린더)로부터 작동유체가 유입되며, 피스톤(11)은 하강된다. 이때 배기구(10b)는 폐쇄된 상태를 취하게 된다. 아울러, 실린더헤드부에 배치된 순환배관(102)의 전열증대수단(1021)을 통해 내부로 유입된 작동유체의 온도를 상승시키게 된다. (S1:작동유체 흡입단계)

이후, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 작동유체 흡입단계(S1)에서 피스톤(11)이 하사점에 도달하기 전, 흡입구(10a)를 폐쇄하게 되며, 온도가 상승된 작동유체의 팽창동력을 이용하여 피스톤(11)을 하사점까지 도달시키게 된다. (S2:팽창 출력단계)

이후, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 팽창 출력단계(S2) 이후 피스톤(11)이 하사점에 도달함과 동시 배기구(10b)를 개방하여 작동유체를 배출시키며, 피스 톤(11)은 상사점까지 상승하게 된다. (S3:작동유체 배기단계)

상기 작동유체 배기단계(S3)가 완료된 이후, 즉 피스톤(11)의 상사점 도달과 동시 다시 흡입구(10a)를 개방하고, 배기구(10b)를 폐쇄하여, 피스톤(11)의 하강과 함께 앞선 저온실(미 도시된 제2실린더)로부터 작동유체를 유입하는 상기한 1 행정을 반복하게 된다.

계속해서, 도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 엔진(1)의 제2실린더(20)를 통한 저온실의 행정별 작동상태를 도시한 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 피스톤(21)이 상사점에 위치한 상태에서 개방된 흡입구(20a)를 통해 앞선 고온실(미 도시된 제1실린더)로부터 작동유체가 유입되며, 피스톤(21)은 하사점까지 하강된다. 이때 배기구(20b)는 폐쇄된 상태를 취하게 된다. 아울러, 실린더헤드부에 배치된 순환배관(202)의 전열증대수단(2021)을 통해 내부로 유입된 작동유체의 온도를 하강시키게 된다. (S4:작동유체 흡입단계)

이후, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 작동유체 흡입단계(S4)에서 피스톤(21)이 하사점에 도달함과 동시 흡입구(20a)를 폐쇄하게 되며, 온도가 하강된 작동유체의 수축동력을 이용하여 피스톤(21)을 상승시키게 된다. (S5:수축 출력단계)

이후, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 수축 출력단계(S5) 이후 배기구(20b)를 개방하여 작동유체를 배출시키며, 피스톤(21)은 상사점까지 상승하게 된다. (S6:작동유체 배기단계)

상기 작동유체 배기단계(S6)가 완료된 이후, 즉 피스톤(21)의 상사점 도달과 동시 다시 흡입구(20a)를 개방하고, 배기구(20b)를 폐쇄하여, 피스톤(21)의 하강과 함께 앞선 고온실(미 도시된 제1실린더)로부터 작동유체를 유입하는 상기한 1 행정을 반복하게 된다.

도 9는 이상과 같이 제1실린더(10) 및 제2실린더(20)를 한 쌍으로 하는 엔진(1)의 연동된 작동상태를 보이는 것이다.

(a)도면을 참조하면, 폐쇄된 개폐밸브에 의해 밀폐 상태가 유지되는 제2실린더(20)내 작동유체는 온도하강에 따른 소정의 체적이 감소하게 되는 수축 출력단계(S5)를 구현하게 되며, 이를 통해 피스톤(21)과 연결된 구동축(미 도시)을 향해 동력을 전달하게 된다. 이때 제1실린더(10)는 흡입구(10a)로부터 앞선 저온실(미 도시된 제2실린더)로부터 작동유체를 유입하는 작동유체 흡입단계(S1)를 구현하게 된다. 이러한 제2실린더(20)의 수축구동에 의한 피스톤(21)의 상승력과 연동하는 제1실린더(10)의 피스톤(11)의 하강력을 통해 작동유체의 빠른 흡입작용을 구현하게 된다.

즉, (a)도면은 제1실린더(10)의 작동유체 유입단계(S1)의 시점과, 제2실린더(20)의 수축 출력단계(S5)의 시점을 보이고 있다.

이후, (b)도면을 참조하면, 상기와 같은 제2실린더(20)의 수축구동을 동력으로 제1실린더(10)는 계속하여 하강하는 피스톤(11)을 통해 작동유체를 흡입하게 되며, 제2실린더(20)는 수축구동 후 계속하여 상승하는 피스톤(21)을 통해 개방된 배기구(20b)를 통해 작동유체를 후방의 고온실(미 도시된 제1실린더)을 향해 배출 하게 된다.

즉, (b)도면은 제1실린더(10)의 작동유체 유입단계(S1)의 종점과, 제2실린더(20)의 작동유체 배기단계(S6)의 시점을 보이고 있다.

이후, (c)도면을 참조하면, 제1실린더(10)측 피스톤(11)의 하강운동 중, 흡입구(10a)를 폐쇄하여, 밀폐 상태가 유지되는 제1실린더(10)내 작동유체는 온도상승에 따른 소정의 체적이 증가하게 되는 팽창 출력단계(S2)를 구현하게 되며, 이를 통해 피스톤(11)과 연결된 구동축(미 도시)을 향해 동력을 전달하게 된다. 이때 제2실린더(20)는 개방된 배기구(20b)를 통해 계속하여 작동유체를 후방의 고온실(미 도시된 제1실린더)을 향해 배출하게 된다. 이러한 제1실린더(10)의 팽창구동에 의한 피스톤(11)의 하강력과 연동하는 제2실린더(20)의 피스톤(21)의 상승력을 통해 작동유체의 빠른 배기작용을 구현하게 된다.

즉, (c)도면은 제1실린더(10)의 팽창 출력단계(S2)의 시점과, 제2실린더(20)의 작동유체 배기단계(S6)의 종점을 보이고 있다.

이후, (d)도면을 참조하면, 상기와 같은 제1실린더(10)의 팽창구동 후, 하사점에 도달 후 다시 상승하는 피스톤(11)에 의해 개방된 배기구(10b)를 통해 작동유체를 배기하게 되며, 이때 제2실린더(20)는 폐쇄된 배기구(20b)를 통해 작동유체의 배기가 종료되고, 개방된 흡입구(20a)를 통해 상기 제1실린더(10)로부터 배기되는 작동유체를 내부로 흡입하게 된다.

즉, (d)도면은 제1실린더(10)의 작동유체 배기단계(S3)의 시점과, 제2실린더(20)의 작동유체 흡입단계(S4)의 시점을 보이고 있다.

도 10은 본 발명에 따른 실시예에 의한 다수의 엔진을 포함하는 기관의 예시도로서, 제1실린더(10)와 제2실린더(20)를 한 쌍의 하는 다수개의 엔진(1-1)(1-2)(1-3)(1-4)(1-5)(1-6)에 의한 작동유체의 폐순환을 통한 작동상태를 보이고 있다.

도시된 바와 같이, 하나 이상의 고온실(제1실린더(10))에서의 팽창 출력구동과, 하나 이상의 저온실(제2실린더(20))에서의 수축 출력구동을 통해 피스톤(11)(21)과 연결된 구동축(미 도시)을 향한 지속적인 동력전달을 구현하도록 하고 있다.

물론 본 발명에 따른 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관에 의한 고온실의 팽창 출력시점과 팽창 출력시간 및 저온실의 수축 출력시점과 수축 출력시간은, 실린더(10)(20)의 체적, 작동유체의 종류, 열원 공급장치(100) 및 냉매 공급장치(200)를 통해 공급되는 열원과 냉매의 종류, 그 온도조건 등 많은 외부변수와 연동하여 고려되어야 함은 당연하다.

특히, 본 발명에 따른 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관은 외부 열원 공급장치(100)를 통해 제1실린더(10)로 제공되는 열원의 온도(T1) 및 외부 냉매 공급장치(200)를 통해 제2실린더(10)로 제공되는 냉매의 온도(T2)에 따라 엔진의 출력을 결정하게 되는 바, 열원 공급장치(100)의 가열수단(101) 및 냉매 공급장치(200)의 냉각수단(201)의 가동 및 정지는 물론 가열온도(T1) 및 냉각온도(T2)에 따른 엔진의 출력을 조정하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 기관의 개념도

도 2는 본 발명에 따른 열원 공급장치와 냉매 공급장치의 블록도

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 엔진 제1실린더의 작동상태도

도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 엔진 제2실린더의 작동상태도

도 9는 본 발명에 따른 제1실린더 및 제2실린더를 한 쌍으로 하는 엔진의 작동상태도

도 10은 본 발명의 실시예에 의한 다수개의 엔진에 의한 작동상태도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 엔진 (10) : 제1실린더

(10a) : (제1실린더) 흡입구 (10b) : (제1실린더) 배기구

(11) : (제1실린더) 피스톤 (20) : 제2실린더

(20a) : (제2실린더) 흡입구 (20b) : (제2실린더) 배기구

(30) : 작동유체 이동관 (31) : 개폐밸브

(100) : 외부 열원 공급장치 (101) : (열원 공급장치) 가열수단

(102) : (열원 공급장치) 순환배관 (200) : 외부 냉매 공급장치

(201) : (냉매 공급장치) 냉각수단 (202) : (냉매 공급장치) 순환배관

(1021),(2021) : 전열증대수단

Claims

작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관의 출력방법에 있어서,

외부 열원 공급장치(100)로부터 열원매체가 순환하는 순환배관(102)이 실린더헤드부에 구비된 제1실린더(10)를 향해 작동유체가 유입되는 단계(S1);

상기 (S1)단계 중, 작동유체의 유입에 의해 하강하는 제1실린더(10)의 피스톤(11)이 하사점에 도달하기 전 제1실린더(10)를 밀폐시켜 작동유체의 팽창동력을 이용하여 피스톤(11)을 하강시키는 단계(S2);

상기 (S2)단계 후, 하사점을 지나 상승하는 피스톤(11)에 의해 작동유체를 배출하는 단계(S3); 및

외부 냉매 공급장치(200)로부터 냉매가 순환하는 순환배관(202)이 실린더헤드부에 구비된 제2실린더(20)를 향해 상기 제1실린더(10)로부터 배출된 작동유체가 유입되는 단계(S4);

상기 (S4)단계 후, 제2실린더(20)의 피스톤(21)이 하사점에 도달함과 동시 제2실린더(20)를 밀폐시켜 작동유체의 수축동력을 이용하여 피스톤(21)을 상승시키는 단계(S5);

상기 (S5)단계 후, 상승하는 피스톤(21)에 의해 작동유체를 다른 제1실린더를 향해 배출하는 단계(S6);

를 거치며, 다수개의 제1실린더(10)와 제2실린더(20)를 번갈아가며 폐순환 경로를 이루는 작동유체의 팽창동력과 수축동력을 구동축으로 전달하는 것을 특징 으로 하는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관의 출력방법.
제1항에 있어서,

상기 제1실린더(10)의 내부로 유입된 작동유체를 가열하게 순환배관(102)을 순환하는 열원매체는, 태양광, 폐열, 심부지열들 중 선택된 하나에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관의 출력방법.
제1항에 있어서,

상기 작동유체는 공기, 헬륨, 및 수소 들 중 선택된 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관의 출력방법.
밀폐식 외연기관에 있어서,

외부 열원 공급장치(100)로부터 열원매체가 순환하는 순환배관(102)이 실린더헤드부에 구비되어, 내부로 유입된 작동유체의 온도를 상승시키는 제1실린더(10);

외부 냉매 공급장치(200)로부터 냉매가 순환하는 순환배관(202)이 실린더헤드부에 구비되어, 내부로 유입된 작동유체의 온도를 하강시키는 제2실린더(20); 및

상기 제1실린더(10)와 제2실린더(20)가 번갈아가며 다수개가 배치되어; 상기 제1실린더(10)의 배기구와 제2실린더(20)의 흡입구를 차례로 연결하여, 번갈아가며 배치된 제1실린더(10)와 제2실린더(20)들을 작동유체가 차례로 이동하며 폐순환 경로를 이루도록 하는 개폐밸브를 구비하는 작동유체 이동관(30); 을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관.
제4항에 있어서,

상기 작동유체는 공기, 헬륨, 또는 수소 들 중 선택된 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관.
제4항에 있어서,

상기 제1실린더(10) 및 제2실린더(20)의 실린더헤드부에 구비된 순환배관(102)(202)에는, 제1실린더 및 제2실린더 내부의 작동유체와 접촉면적을 증대시키기 위한 전열증대수단(1021)(2021)을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관.
제6항에 있어서,

상기 전열증대수단(1021)(2021)은, 순환배관(102)(202)에 부착되는 전열핀 또는 전열플레이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관.
제4항에 있어서,

상기 외부 열원 공급장치(100)에 구비되는 열원매체 가열수단은 태양광, 폐열, 심부지열들 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관.
제4항에 있어서,

상기 열원매체는 온수 또는 스팀인 것을 특징으로 하는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관.
제4항에 있어서,

상기 냉매는 물인 것을 특징으로 하는 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관.