KR20160108803A

KR20160108803A - 스털링 엔진을 이용하는 난방 장치

Info

Publication number: KR20160108803A
Application number: KR1020150032098A
Authority: KR
Inventors: 배현규
Original assignee: 배현규
Priority date: 2015-03-07
Filing date: 2015-03-07
Publication date: 2016-09-20
Also published as: KR102061340B1

Abstract

본 발명은 비닐하우스 난방 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 비닐하우스 난방 장치는 내부 공기가 가열 수단에 의해 가열되는 가열 챔버와, 상기 가열 챔버의 내부에 설치되는 물통과, 내부가 상기 물통 내부와 통하도록 연결되고 상기 가열 챔버의 바깥쪽에 세워지는 히트파이프와, 상기 히트파이프에 결합되는 방열판과, 상기 히트파이프 및 방열판을 향해 송풍하도록 설치되는 송풍팬과, 일단부가 상기 송풍팬과 결합하고 회전 가능하게 지지되어 상기 송풍팬의 회전축 역할을 하며 회전 중심과 편심된 제1 크랭크 핀 및 제2 크랭크 핀을 구비하고 상기 제1 크랭크 핀과 제2 크랭크 핀은 하나가 위쪽으로 이동하면 다른 하나는 아래쪽으로 이동되도록 구성되는 크랭크축과, 상기 가열 챔버의 내부에 설치되고, 상단면에 제1 통기공이 형성되는 제1 실린더와, 상기 제1 실린더 내부에서 상하 방향으로 왕복 운동하는 제1 피스톤과, 상기 가열 챔버의 외부에 설치되고, 하단면에 제2 통기공이 형성되는 제2 실린더와, 상기 제2 실린더 내부에서 상하 방향으로 왕복 운동하는 제2 피스톤과, 상기 제1 통기공과 상기 제2 통기공을 서로 통하도록 연결하는 연결통로와, 하단부가 상기 제1 피스톤의 상단부와 연결되고 상단부가 상기 제1 크랭크 핀과 연결되는 제1 커넥팅로드 및 하단부가 상기 제2 피스톤의 상단부와 연결되고, 상단부가 상기 제2 크랭크 핀과 연결되는 제2 커넥팅로드을 포함하여 구성된다.

Description

스털링 엔진을 이용하는 난방 장치 {HEATING DEVICE USING STIRLING ENGINE}

본 발명은 난방 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스털링 엔진을 이용한 비닐하우스 난방 장치에 관한 것이다.

종래에는 비닐하우스를 따뜻하게 유지하여 열기가 멀리 퍼지게 하기 위해 전기 팬을 돌리는데, 이러한 방법은 많은 전기가 소요되어 난방을 위한 전기 요금으로 농가에 부담이 크게 된다는 단점이 있다. 이처럼 농가의 비닐하우스에서 많은 전력이 소비되는 것이 겨울철 전력난을 가져오는 일 요인이 된다. 또한 전력난 해결을 위해 전기료를 인상하는 정책으로 인해 농민들의 경제적 부담이 가중된다는 문제점이 있다.

또한, 전기적으로 팬을 돌리는 것은 비가 올 때 누전되거나 사람이 감전을 당할 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2006-0030934호 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0067385호 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0087380호 대한민국 공개특허공보 제20-2011-00008349호

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명은 전기를 사용하는 팬을 스털링 엔진을 이용하는 팬으로 교체함으로써, 겨울철 전력난 해소에 기여하고 누전 사고와 감전 사고를 사전에 방지하기 위한 스털링 엔진을 이용한 비닐하우스 난방 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스털링 엔진을 이용하는 난방 장치는 내부 공기가 가열 수단에 의해 가열되는 가열 챔버와, 상기 가열 챔버의 내부에 설치되는 물통과, 내부가 상기 물통 내부와 통하도록 연결되고 상기 가열 챔버의 바깥쪽에 세워지는 히트파이프와, 상기 히트파이프에 결합되는 방열판과, 상기 히트파이프 및 방열판을 향해 송풍하도록 설치되는 송풍팬과, 일단부가 상기 송풍팬과 결합하고 회전 가능하게 지지되어 상기 송풍팬의 회전축 역할을 하며 회전 중심과 편심된 제1 크랭크 핀 및 제2 크랭크 핀을 구비하고 상기 제1 크랭크 핀과 제2 크랭크 핀은 하나가 위쪽으로 이동하면 다른 하나는 아래쪽으로 이동되도록 구성되는 크랭크축과, 상기 가열 챔버의 내부에 설치되고, 상단면에 제1 통기공이 형성되는 제1 실린더와, 상기 제1 실린더 내부에서 상하 방향으로 왕복 운동하는 제1 피스톤과, 상기 가열 챔버의 외부에 설치되고, 하단면에 제2 통기공이 형성되는 제2 실린더와, 상기 제2 실린더 내부에서 상하 방향으로 왕복 운동하는 제2 피스톤과, 상기 제1 통기공과 상기 제2 통기공을 서로 통하도록 연결하는 연결통로와, 하단부가 상기 제1 피스톤의 상단부와 연결되고 상단부가 상기 제1 크랭크 핀과 연결되는 제1 커넥팅로드 및 하단부가 상기 제2 피스톤의 상단부와 연결되고, 상단부가 상기 제2 크랭크 핀과 연결되는 제2 커넥팅로드을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 가열 수단은 연소되는 연탄인 것이 바람직하다.

또한, 상기 크랭크 축의 회전운동은 상기 크랭크축과 결합된 전기모터에 의해 시동되고, 상기 크랭크축의 회전에 의해 발생하는 전기는 상기 전기모터와 연결된 배터리에 충전되도록 구성되는 것이 바람직하다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의한 스털링 엔진을 이용하는 난방 장치에 의하면 화웨농장단지 및 겨울철 농가 비닐하우스 연탄난방 및 전원주택 장작 벽난로에 사용이 가능하고, 전기를 소비하는 팬을 스털링 엔진을 이용한 팬으로 교환함으로써 겨울철 전력난 해소에 기여하고, 합리적인 가격의 연탄과 열효율이 우수한 스털링 엔진을 이용함으로써 에너지 효율이 우수하며, 전기를 사용함에 따른 누전사고 및 감전사고를 사전에 방지할 수 있으므로 농작업의 편의성과 안전성 확보가 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 스털링 엔진을 이용하는 난방 장치를 나타낸 장치 구성도.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 스털링 엔진을 이용하는 난방 장치를 나타낸 구성도이다.

본 발명에 의한 스털링 엔진을 이용하는 난방 장치는 가열챔버(10), 물통(20), 히트파이프(30), 방열판(40), 송풍팬(50), 크랭크축(60), 지지대(70), 제1 및 제2 실린더(80,90), 제1 및 제2 피스톤(100,110), 제1 및 제2 커넥팅로드(120,130)를 포함하여 구성된다.

가열챔버(10)는 내부에 연탄(1)들이 들어가는 챔버로서, 연탄 출입구가 있으며, 내부에 있는 연탄(1)이 연소되면서 내부 공기가 뜨겁게 된다.

물통(20)은 물이 들어있는 통으로서, 물통(20)은 열전도율이 높은 재질로 이루어져 있어서 가열챔버(10) 내의 가열된 공기에 의해 내부의 물이 뜨거워져 수증기로 변한다. 물통(20)은 상단부가 가열챔버(10)의 천정과 결합되어서 가열챔버(10)의 내부에 설치된다.

히트파이프(30)는 하단부가 가열챔버(10)의 상단부와 결합하고 가열챔버(10)의 상면을 관통하여 가열챔버(10)의 바깥에 위치하며 가열챔버(10)보다 위쪽으로 길게 뻗어 세워진 형태를 가진다. 히트파이프(30)의 내부는 가열챔버(10)의 내부와 통한다.

히트파이프(30)의 둘레에는 열전달이 효율적으로 이루어지도록 많은 수의 방열판(40)이 결합된다.

제1 실린더(80)는 상단부가 가열챔버(10)의 천정과 결합되어서 가열챔버(10)의 내부에 설치된다. 제1 실린더(80) 내부에는 제1 피스톤(100)이 설치되며, 제1 피스톤(100)이 제1 실린더(80) 내부에서 상하 방향으로 왕복 운동을 한다.

한편, 제2 실린더(90)는 하단부가 가열챔버(10)의 상면과 결합되어서 가열챔버(10)의 바깥에서 가열챔버(10)의 위에 설치된다.

제1 실린더(80)의 상면에는 제1 통기공이 형성되고, 제2 실린더(90)의 하면에는 제2 통기공이 형성되며, 가열챔버(10)의 천정에 제1 통기공과 제2 통기공을 서로 통하도록 이어주는 연결통로(11)가 형성된다. 이로써 제1 실린더(80) 내의 제1 피스톤(100)의 위쪽 공기와 제2 실린더(90) 내의 제2 피스톤(110)의 아래쪽 공기는 연결통로(11)에 의해 서로 통한다.

송풍팬(50)은 히트파이프(30)와 방열판(10)으로 이루어진 구조체를 정면으로 바라보도록 설치되어 송풍팬(50)이 회전하면 히트파이프(30)와 방열판(10)의 열기를 퍼지게 한다.

수평 방향으로 길게 설치되는 크랭크축(60)이 송풍팬(50)의 회전축으로서, 크랭크축(60)의 앞쪽 부분과 뒤쪽 부분이 각각 지지대(70)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 크랭크축(60) 중 두 지지대(70)의 사이 부분에는 크랭크축(60)의 회전 중심에서 편심된 제1 크랭크핀(61)과 제2 크랭크핀(62)이 구비된다. 제1 크랭크핀(61)과 제2 크랭크핀(62)은 서로에 대해 180°의 위상각을 가지도록 배치되므로 제1 크랭크핀(61)이 상승 운동에서 하강 운동으로 바뀌면 제2 크랭크핀(62)은 하강 운동에서 상승 운동으로 바뀌며 그 역도 동일하다.

제1 커넥팅로드(120)는 하단부는 제1 피스톤(100)의 상단과 결합하고 상단부는 제1 크랭크핀(61)과 결합하며, 제2 커넥팅로드(130)는 하단부는 제2 피스톤(110)의 상단과 결합하고 상단부는 제2 크랭크핀(62)과 결합한다. 커넥팅로드(120,130)의 하단부는 피스톤의 상면에 대하여 약간씩 좌우로 힌지 운동이 가능하도록 결합되고, 커넥팅로드(120,130)의 상단부는 크랭크핀(61,62)을 완전히 감싸도록 튜브 형태로 되어 있어서 커넥팅로드(120,130)와 크랭크핀(61,62)은 서로에 대해 상대적으로 회전 운동이 가능하게 구성된다.

송풍팬(50)을 회전시키기 위한 크랭크축(60)의 시동은 송풍팬(50)과 크랭크축(60) 사이에 설치된 전기모터에 의한다. 즉, 전기모터를 이용하여 초기 엔진 동작 시 엔진을 스타트시키고, 엔진 동작에 의해 생산되는 전기를 배터리에 충전하여 다음 시동 때 사용할 수 있게 구성된다.

상기한 것과 같이 구성된 본 발명에 의한 스털링 엔진을 이용하는 난방 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

전기모터를 이용하여 초기 엔진 동작 시 엔진을 스타트시키고, 엔진 동작에 의해 생산되는 전기는 배터리에 충전하여 다음 시동 때 사용할 수 있게 한다.

엔진 동작과 함께 가열 챔버(10) 내에서 연탄을 태우면 그 열기가 제1 실린더(80)와 물통(20)을 데우게 된다. 제1 실린더(80)에 전달된 열은 아랫 부분의 공기를 뜨거워지게 하여 제1 피스톤(100)의 아래쪽 공기가 팽창하게 되어 제1 피스톤(100)이 상승하게 된다. 제1 피스톤(100)의 상승에 의하여 제1 커넥팅로드(120)가 제1 크랭크핀(61)을 상승시켜 크랭크축(60)의 회전이 이루어지게 하고 제2 크랭크핀(62)은 반대로 하강시킨다.

제1 피스톤(100)의 상승과 함께 제1 실린더(80) 내부 공기 중 제1 피스톤(100)의 위쪽 공기가 연결통로를 통해 제1 실린더(80)를 빠져나가 제2 실린더(90)의 아래쪽으로 유입되어 제2 피스톤(110)을 위쪽으로 밀어올리며, 크랭크축(60)의 회전 관성까지 더해짐에 따라 제2 커넥팅로드(130)가 제2 크랭크핀(62)을 상승시켜 크랭크축(60)의 회전이 이루어지게 하고 제1 크랭크핀(61)은 반대로 하강된다.

이와 같은 운동의 연속적인 반복에 의하여 크랭크축(60)이 한쪽 반향으로 계속 회전하고, 크랭크축(60)을 회전축으로 하는 송풍팬(50)이 회전하면서 바람을 일으킨다.

한편, 히트파이프(30)와 방열판(40)도 아래에 설치된 물통(20)으로부터 고온의 수증기를 공급받아서 열기를 방출한다. 이 열기는 송풍팬(50)이 부는 바람에 의해 비닐하우스 전체의 대류현상을 촉진시켜 열기가 비닐하우스 내부 공간 전체로 확산된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 바람직한 구체적인 예들에 대해서만 기술하였으나, 상기의 구체적인 예들을 바탕으로 한 본 발명의 기술사상 범위 내에서의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 또한, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

1: 연탄 10: 가열 챔버
11: 연결통로 20: 물통
30: 히트파이프 40: 방열판
50: 송풍팬 60: 크랭크축
61: 제1 크랭크핀 62: 제2 크랭크핀
70: 지지대 80: 제1 실린더
90: 제2 실린더 100: 제1 피스톤
110: 제2 피스톤 120: 제1 커넥팅로드
130: 제2 커넥팅로드

Claims

내부 공기가 가열 수단에 의해 가열되는 가열 챔버;
상기 가열 챔버의 내부에 설치되는 물통;
내부가 상기 물통 내부와 통하도록 연결되고 상기 가열 챔버의 바깥쪽에 세워지는 히트파이프;
상기 히트파이프에 결합되는 방열판;
상기 히트파이프 및 방열판을 향해 송풍하도록 설치되는 송풍팬;
일단부가 상기 송풍팬과 결합하고 회전 가능하게 지지되어 상기 송풍팬의 회전축 역할을 하며, 회전 중심과 편심된 제1 크랭크 핀 및 제2 크랭크 핀을 구비하고, 상기 제1 크랭크 핀과 제2 크랭크 핀은 하나가 위쪽으로 이동하면 다른 하나는 아래쪽으로 이동되도록 구성되는 크랭크축;
상기 가열 챔버의 내부에 설치되고, 상단면에 제1 통기공이 형성되는 제1 실린더;
상기 제1 실린더 내부에서 상하 방향으로 왕복 운동하는 제1 피스톤;
상기 가열 챔버의 외부에 설치되고, 하단면에 제2 통기공이 형성되는 제2 실린더;
상기 제2 실린더 내부에서 상하 방향으로 왕복 운동하는 제2 피스톤;
상기 제1 통기공과 상기 제2 통기공을 서로 통하도록 연결하는 연결통로;
하단부가 상기 제1 피스톤의 상단부와 연결되고, 상단부가 상기 제1 크랭크 핀과 연결되는 제1 커넥팅로드; 및
하단부가 상기 제2 피스톤의 상단부와 연결되고, 상단부가 상기 제2 크랭크 핀과 연결되는 제2 커넥팅로드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스털링 엔진을 이용하는 난방 장치.
제1항에 있어서,
상기 가열 수단은 연소되는 연탄인 것을 특징으로 하는 스털링 엔진을 이용하는 난방 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 크랭크 축의 회전운동은 상기 크랭크축과 결합된 전기모터에 의해 시동되고, 상기 크랭크축의 회전에 의해 발생하는 전기는 상기 전기모터와 연결된 배터리에 충전되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스털링 엔진을 이용하는 난방 장치.