KR920007248B1

KR920007248B1 - 스터링 기관

Info

Publication number: KR920007248B1
Application number: KR1019900022454A
Authority: KR
Inventors: 조관식
Original assignee: 주식회사 금성사; 이헌조
Priority date: 1990-12-29
Filing date: 1990-12-29
Publication date: 1992-08-28
Also published as: KR920012722A

Abstract

내용 없음.

Description

스터링 기관

제1도는 종래 스터링 기관의 단면도.

제2도는 종래 스터링 기관의 요부 사시도.

제3도 및 제4도는 본 발명에 의한 스터령 기관의 구성 및 작용을 보인 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 내측 실린더 21, 22 : 작동가스 통공

23 : 플랜지 30 : 디스플레이서

40 : 동력피스톤 50 : 다공성 흡열구조물

51 : 미세유로 52 : 전일핀

53 : 나사부 54 : 냉각수 유로

55 : 플랜지 60 : 재생기

70 : 냉각교환기 80 : 냉각자켓

90 : 크랭크 케이스

본 발명은 스터링 기관에 관한 것으로, 특히 작동가스가 유동할 수 있는 다공성 미세유로가 일체로 구비된 다공성 홈일구조물을 이용하여 제작성이 용이하고 흡열성능이 우수하도록한 스터링 기관에 관한 것이다.

스터링 기관(stirling engine)은 기관내의 작동가스가 팽창 및 수축시 일어나는 부피 변화를 이용하여 동력을 얻는 엔진이며, 기관 대부의 동력 피스톤(Power piston)이 기체가 가열되면 압력이 올라가 하향으로 이동하고 냉각되면 압력이 떨어져서 상향으로 이동하면서 동력을 발생시키게 된다.

또한 이 엔진에서 디스플레이서(displacer)는 작동가스를 팽창실 및 압축실로 이동시키는 기능을 가지며, 압축실과 팽창실의 압력차이는 거의 없으므로 디스플레이서 자체가 발생하는 에너지는 없고, 동력 피스톤에서 발생되는 힘과 관성력에 의해 왕복운동하도록 되어 있다.

제1도는 종래 스터링 기관의 구성을 보인 단면도로서 이에 도시한 바와 같이, 실린더(1)의 내부에 작동가스를 이동시켜 주는 디스플레이서(2)와, 압축되는 작동가스에 의하여 이동되면서 동력을 발생시키는 피스톤(3)이 왕복 이동가능하게 설치되고, 상기 실린더(1)의 둘레에는 재생기(4)가 설치됨과 아울러 상기 재생기(4)와 상기 실린더(1)는 다수개의 히트튜브(5)와 냉각튜브(6)로 연결된 구조로 되어 있다.

도면에서 미설명 부호 7은 히터, 8은 실린더형, 캠, 9는 켐샤프트, 10은 피스톤링, 11은 로드시일, 12는 볼베어링을 각각 보인 것이다.

이와 같이 된 스트링기관은 상기 히터(7)로 히트튜브(5)를 가열하면 열전달에 의해 상부 팽창실고 하부압축실내의 가스압력이 높아져 디스플레이서(2)와 동력피스톤(3)이 하방향으로 이동하며, 이때 디스플레이서(2)는 동력피스톤(3)보다 신속하게 하강하면서 하부압축실의 체적을 축소시키게 된다.

따라서 하부압축실내의 가스는 냉각튜브(6)와 재생기(4) 및 하트튜브(5)를 통해 상부팽창실로 이동하고 이동된 가스는 히터(7)에 의해 가열되어 디스플레이서(2)와 동력피스톤(3)을 더욱 하방향으로 밀게되므로 디스플레이서(2)와 동력피스톤(3)이 접촉하면서 하부압축실이 없어지며 이와 같이 상부팽창실의 가스 압력이 최고점이 되어 하부압축실이 없어진 후에도 디스플레이서(2)와 동력피스톤(3)은 관성력에 의해 계속 하강함에 따라 상부팽창실이 공간이 증가하면서 압력이 감소되고 상대적으로 동력피스톤(3) 하부의 반동공간내의 압력이 상부팽창실보다 크게 되어 디스플레이서(2)가 먼저 상승하며 이에따라 상부팽창실내의 가스가 히트뷰트(5)와 재생기(4) 및 냉각튜브(6)를 통하여 다시 하부압축실로 유입되며, 이와 같이 가스가 하부압축실로 유입되면 하부압축실의 압력이 낮아져 결국 동력피스톤(3)도 상승한다.

이와 같이 하여 1사이클의 운동이 종료되며 이러한 작동의 반복에 의하여 동력을 얻게된다.

상기한 바와 같은 종래의 스터링 기판은 제1도 및 제2도와 같이 히트튜브(5)와 냉각튜브(6)를 실린더(1)에 설치함에 있어서, 고가의 고온재질로 원관을 형성한 후 이를 다발상으로 실린더에 진공용접(Vacuumbrazin)하여 부착하였으므로 재료비 및 가공비면에서 불리하며 특히 접합부위는 스터링 기판의 내부 고압에 의하여 경년 변화를 일으키게 되어 크랙(crack) 발생의 원인이 되는 등 신뢰성면에서도 불리한 결함이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 결함을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 히트튜브 역활을 하는 미세유로가 일체로 형성된 다공성 흡열구조물을 이용하여, 히트튜브의 용접과정을 생략하고, 조립성 및 신뢰성을 향상하도록 하며, 미세유로에 의하여 불용체적(dead volume)도 최소화할 수 있도록 한 것인바, 이러한 본 발명을 첨부 도면에 일실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도 및 제4도는 본 발명에 의한 스터링 기관의 구성 및 작용을 보인 단면도로서 이에 도시한 바와 같이 실린더(20) 내부에 설치된 디스플레이서(30)와 동력피스톤(40)이 작동가스의 팽창, 수축에 의하여 상하로 왕복 이동하고, 동력피스톤(40)의 상하 왕복이동에 의하여 동력이 발생되는 스터링 기판에 있어서, 상측부에 다공성 구조의 미세 유로(51)를 가지는 다공성 흡열구조물(50)을 이용하여 미세유로(51)가 히트튜브 역할을 하도록 구성된 것을 특징으로 하고 있으며, 또한 다공성 흡일구조물(50)의 내부에 다층 실린더(20)를 삽입 결합하고, 내측실린더(20)와 다공성 흡일구조물(50)의 주벽 사이에 재생기(60)와 냉각교환기(70)를 설치한 구성으로 되어 있다.

상기 다공성 흡일구조물(50)은 그의 상측부에 전일면적을 증대시키기 위하여 전일핀(52)이 형성됨과 아울러 하부 내주면에 나사부(53)가 형성되고 하부 외주면에는 냉각수유로(54)가 형성되어 있으며, 상기 냉각교환기(70)는 상기 다공성 흡열구조물(50)의 나사부(53)에 나사 맞층으로 체결되어 있다.

상기 내측실린더(20)는 별도로 가공되어 상기 다공성 흡열구조물(50)의 내부에 삽입되어 내측실린더(20)와 다공성 흡열구조물(50)의 하단부에 형성한 플랜지(23), (55)가 겹쳐지도록 결합되고, 상기 냉각교환기(70)는 내측실린더(20)의 하부 외측에 위치하게 된다.

상기 다공성 흡열구조물(50)은 상측부만 다공성 구조를 가지도록 형성하고, 전열핀(52)에 가까울수록 공극율(porosity)이 감소되게 가공하여 고압가스의 외부 유줄은 방지되나 내부적인 유로형성은 가능하도록 제작한다.

또한 상기 냉각열교환기(70)의 내부가스유로(71)로부터의 배열을 위한 냉각수 순환구조로서 냉각자켓(80)이 상기 냉각수유로(54)를 감싸도록 결합되어 냉각자켓(80)의 플랜지(81)와 상기 내측실린더(20) 및 다공성 흡열구조물(50)의 플랜지(23), (55)가 겹쳐지고 하측에 크랭크 케이스(90)의 플랜지(91)가 겹쳐서 볼트(92), (92')로 체결되어 있다.

상기 내측실린더(20)는 상단부에 작동가스 통공(21)이 형성되고 하단부에 작동가스 통공(22)이 형성되어 있으며, 상기 냉각수유로(54)는 나선형으로 형성되어 있다.

도면에서 93, 94는 시일용 링을 보인 것이다.

이와 같이된 본 발명의 스터링 사이클 기기는 디스플레이서(30)가 제3도 및 제4도와 같이 상방향 이동 또는 하방향 이동할때 작동가스가 종래처럼 다수개의 원관을 통과하면서 가열되는 대신에 다공성 흡열구조물(50)의 전열핀(52)으로부터 전열된 일에 의하여 충분히 가열되는 다공성 흡열구조물(50)의 무수한 미세유로(51)를 통과하면서 효과적으로 가열된다.

보다 구체적으로 설명하면 제3도와 같이 디스프레이서(30)가 하향 이동하는 경우에는 하부압축실내의 작동가스가 냉각교환기(70)의 내부가스유로(71), 재생기(60), 다공성 흡일구조물(50)의 미세유로(51) 및 내측실린더(20)의 작동 가스 통공(21)을 통하여 상부팽창실로 유입되고, 제4도와 같이 디스플레이서(30)가 상향 이동하는 경우에는 작동가스가 상기의 역방향으로 흘러 상부팽창실에서 하부압축실로 유입되면서 스터링 사이클이 행하여진다.

상기한 바와 같은 본 발명은 튜브의 용접과정이 생략되므로 조립성 및 신뢰성을 향상하면서 가공비를 절감할 수 있으며, 또한 미세한 유로에 의하여 불용체적(dead volume)도 최소화할 수 있어 성능 향상면에서도 매우 유리한 이점이 있다.

Claims

실린더(20) 내부에 설치된 디스플레이서(30)와 동력피스톤(40)이 작동가스의 팽창, 수축에 의하여 상하로 왕복 이동하고, 동력피스톤(40)의 상하 왕복이동에 의하여 동력이 발생되는 스터링 기판에 있어서, 상측부에 다공성 구조의 미세유로(51)를 가지는 다공성 흡열구조물(50)의 내부에 내측실린더(20)를 삽입 결합하고, 내측실린더(20)와 다공성 흡일구조물(50)의 주벽 사이에 재생기(60)와 냉각교환기(70)를 설치하여 구성함을 특징으로 하는 스터링 기관.
제l항에 있어서, 상기 다공성 흡열구조물(50)은 외주면에 가까울수록 공극율이 낮아지도록 형성되어 고압 작동가스의 외부 유출은 방지되나 대부유로는 미세하게 형성되도록 구성됨을 특징으로 하는 스터링 기관.
제l항에 있어서, 상기 다공성 흡열구조물(50)은 상측부외면에 전열면적을 확장시키기 위한 다수개의 전열핀(52)이 형성된 것임을 특징으로 하는 스터링 기관.
제1항에 있어서, 상기 다공성 흡열구조물(50)은 하측부 외주면에 냉각수유로(54)가 형성된 것임을 특징으로 하는 스터링 기관.
제1항에 있어서, 상기 다공성 흡열구조물(50)은 하측부내주면에 상기 냉각교환기(70)가 체결되는 나사부(53)가 형성되고 하단부는 플랜지(55)가 형성된 것임을 특징으로 하는 스터령 기관.
제1항에 있어서, 상기 내측실린더(20)는 상단부에 작동 가스통공(21)이 형성되고, 하단부에 작동가스 통공(22)이 형성됨과 아울러 플랜지(23)가 형성된 것을 특징으로 하는 스터링 기관.