KR20100100340A

KR20100100340A - 8기통 스터링 엔진

Info

Publication number: KR20100100340A
Application number: KR1020090019168A
Authority: KR
Inventors: 이한종
Original assignee: 이한종
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2010-09-15

Abstract

본 발명은 소형 및 경량임에도 불구하고 최대의 효율을 발휘할 수 있도록 한 8기통 스터링 엔진에 관한 것이다.

본 발명에 따른 8기통 스터링 엔진은, 정중앙에 회전가능하게 설치되며 그 외주면에는 폐곡선그루브가 형성되는 원통캠과, 상기 원통캠의 상부에 각각 90도 각도간격으로 설치되고 그 내부에는 상부피스톤이 각각 구비되며 그 내부공간 내에는 작동가스가 밀봉되는 4개의 상부실린더와, 상기 원통캠의 하부에 각각 90도 각도간격으로 상기 상부실린더와 상하대칭되게 설치되고 그 내부에는 하부피스톤이 각각 구비되며 그 내부공간 내에는 작동가스가 밀봉되는 4개의 하부실린더와, 서로 대응되는 상기 상부피스톤과 상기 하부피스톤을 서로 일체로 연결하며 상기 원통캠의 폐곡선그루브에 맞물려지는 베어링이 각각 구비되는 4개의 피스톤로드와, 상기 상부실린더의 일측과 상기 하부실린더의 일측을 상호 연결하여 작동가스가 유동되도록 하는 4개의 제 1 가스유동관로와, 상기 상부실린더들의 상측에 설치되어 상기 상부실린더와 상기 제 1 가스유동관로의 상측을 가열하는 가열기와, 상기 하부실린더들의 하측에 설치되며 상기 하부실린더와 상기 제 1 가스유동관로의 하측을 냉각시키는 냉각기와, 상기 제 1 가스유동관로들 상에 구비되는 제 1 재생기와, 상기 원통캠에 일체로 형성되는 출력축을 포함하여 이루어진다.

스터링 엔진, 8기통, 원통캠, 폐곡선그루브, 실린더, 피스톤, 가스유동관로, 가열기, 냉각기, 재생기

Description

8기통 스터링 엔진{STIRLING ENGINE WITH 8 SYLINDER}

본 발명은 스터링 엔진(Stirling Engine)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더와 피스톤으로 이루어진 공간 내에 작동가스를 밀봉하고 이를 외부에서 가열 또는 냉각시킴으로써 피스톤을 상하로 움직여 기계적 에너지를 얻는 스터링 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 스터링 엔진은 엔진 내부의 온도차를 이용하여 작동하는 밀폐식 외연기관(External Combustion Engine), 다시 말해서 실린더와 피스톤으로 이루어진 공간 내에 수소나 헬륨 등의 작동가스를 밀봉하고 이를 외부에서 가열 또는 냉각시킴으로써 피스톤을 상하로 움직여 기계적 에너지를 얻는 외연기관을 말한다.

스터링 엔진의 원리는 1816년 영국의 목사 스터링이 발명한 것으로 알려져 있는데, 과거에는 증기기관과 내연기관의 발전에 밀려나 거의 연구가 되지 않다가 최근에 에너지절약과 대체에너지의 중요성이 강조되면서 이 엔진의 개발이 다시 시작되었다.

스터링 엔진은, 실제로는 실린더 내의 작동가스를 가열기, 제 1 재생기, 냉각기로 구성된 열교환기를 통해 가열 또는 냉각시킴으로써 그 팽창과 수축에 따라 피스톤이 상하운동을 하게 하여 동력을 얻는 구조로 형성되는데, 이러한 스터링 엔진은 가솔린엔진 등과 같은 내연기관에 비해 열효율이 더 높고 폭발행정이 없어 소음과 진동이 적은 장점이 있으며, 연료로서 석유, 천연가스와 고체연료 외에도 공장 폐열과 태양열 등도 다양하게 이용될 수 있는 장점이 있다.

현재도 스터링 엔진의 효율을 더욱 높이기 위한 연구가 계속되고 있는 실정이지만 아직까지는 스터링 엔진의 효율을 극대화한 구조가 개발되지는 않고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 폐곡선그루브가 형성된 원통캠의 둘레에 90도 각도간격으로 피스톤이 구비된 8개의 실린더가 상하에 대칭되게 설치되고 상하부의 피스톤은 폐곡선그루브에 맞물리는 베어링이 구비된 피스톤로드에 의해 상호 연결되며 상부실린더와 하부실린더와 상호 연결되어 작동가스가 유동됨에 따라 소형 및 경량임에도 불구하고 최대의 효율을 발휘할 수 있도록 한 8기통 스터링 엔진을 제공하기 위한 것이다.

전술한 본 발명의 목적은, 정중앙에 회전가능하게 설치되며 그 외주면에는 폐곡선그루브가 형성되는 원통캠과, 상기 원통캠의 상부에 각각 90도 각도간격으로 설치되고 그 내부에는 상부피스톤이 각각 구비되며 그 내부공간 내에는 작동가스가 밀봉되는 4개의 상부실린더와, 상기 원통캠의 하부에 각각 90도 각도간격으로 상기 상부실린더와 상하대칭되게 설치되고 그 내부에는 하부피스톤이 각각 구비되며 그 내부공간 내에는 작동가스가 밀봉되는 4개의 하부실린더와, 서로 대응되는 상기 상부피스톤과 상기 하부피스톤을 서로 일체로 연결하며 상기 원통캠의 폐곡선그루브에 맞물려지는 베어링이 각각 구비되는 4개의 피스톤로드와, 상기 상부실린더의 일측과 상기 하부실린더의 일측을 상호 연결하여 작동가스가 유동되도록 하는 4개의 제 1 가스유동관로와, 상기 상부실린더들의 상측에 설치되어 상기 상부실린더와 상 기 제 1 가스유동관로의 상측을 가열하는 가열기와, 상기 하부실린더들의 하측에 설치되며 상기 하부실린더와 상기 제 1 가스유동관로의 하측을 냉각시키는 냉각기와, 상기 제 1 가스유동관로들 상에 구비되는 제 1 재생기와, 상기 원통캠에 일체로 형성되는 출력축을 포함하여 이루어지는 8기통 스터링 엔진을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 상부실린더의 타측과 상기 하부실린더의 타측을 상호 연결하여 작동가스가 유동되도록 하며 상기 가열기와 상기 냉각기를 관류하는 4개의 제 2 가스유동관로와, 상기 제 2 가스유동관로들 상에 구비되는 제 2 재생기를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 원통캠의 폐곡선그루브는 사인파 곡선으로 형성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 가스유동관로들은 상기 상부실린더와 90도 각도간격만큼 이격된 하부실린더를 상호 연결할 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 가열기는 태양열 집열판과, 상기 태양열 집열판의 하부에 일체로 형성되어 상기 태양열 집열판에 의해 가열되며 제 1 및 제 2 가스유동관로들이 각각 관류하도록 90도 각도간격으로 구획형성되는 세라믹히터를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 피스톤로드의 베어링은, 전면측에 상기 원통캠의 외주면에 대응되는 곡면이 구비된 베어링본체와, 상기 베어링본체의 전면측에 돌출형성되며 상기 폐곡선그루브에 맞물려져 주행가능한 휠형 베어링부재 를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 재생기는, 상기 제 1 및 제 2 가스유동관로 상에 연통되게 설치되는 하우징과, 상기 하우징 내에 충진되는 스틸볼을 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 8기통 스터링 엔진에 의하면, 폐곡선그루브가 형성된 원통캠의 둘레에 90도 각도간격으로 피스톤이 구비된 8개의 실린더가 상하에 대칭되게 설치되고 상,하부피스톤은 폐곡선그루브에 맞물리는 베어링이 구비된 피스톤로드에 의해 상호 연결되며 제 1 및 제 2 가스유동관로에 의해 상부실린더와 하부실린더와 상호 연결되어 작동가스가 유동되는 컴팩트한 구조로 형성됨에 따라 소형 및 경량임에도 불구하고 최대의 동력을 출력할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 1에는 본 발명에 따른 8기통 스터링엔진의 개략구조도가 도시되고, 도 2 는 피스톤로드의 베어링의 상세구조도가 도시되며, 도 3에는 상부실린더와 하부실린더의 연결구조도가 도시되고, 도 4에는 가열기의 상세구조도가 도시되며, 도 5에는 제 1 및 제 2 가스유동관로의 연결구조도가 도시되며, 도 6에는 본 발명에 따른 8기통 스터링엔진의 작동도가 도시된다.

본 발명에 따른 8기통 스터링엔진(1)은 실린더와 피스톤으로 이루어진 공간 내에 작동가스를 밀봉하고 이를 외부에서 가열 또는 냉각시킴으로써 피스톤을 상하로 움직여 기계적 에너지를 얻는 스터링엔진의 일종으로, 도 1 내지 도 6에 도시되는 바와 같이, 정중앙에 회전가능하게 설치되며 그 외주면에는 폐곡선그루브(11)가 형성되는 원통캠(10)과, 원통캠(10)의 상부에 각각 90도 각도간격으로 설치되고 그 내부에는 상부피스톤(21a 내지 21d)이 각각 구비되며 그 내부공간 내에는 작동가스가 밀봉되는 4개의 상부실린더(20a 내지 20d)와, 원통캠(10)의 하부에 각각 90도 각도간격으로 상부실린더(20a 내지 20d)와 상하대칭되게 설치되고 그 내부에는 하부피스톤(31a 내지 31d)이 각각 구비되며 그 내부공간 내에는 작동가스가 밀봉되는 4개의 하부실린더(30a 내지 30d)와, 서로 대응되는 상부피스톤(21a 내지 21d)과 하부피스톤(31a 내지 31d)을 서로 일체로 연결하며 원통캠(10)의 폐곡선그루브(11)에 맞물려지는 베어링(41a 내지 41d)이 각각 구비되는 4개의 피스톤로드(40a 내지 41d)와, 상부실린더(20a 내지 20d)의 일측과 하부실린더(30a 내지 30d)의 일측을 상호 연결하여 작동가스가 유동되도록 하는 4개의 제 1 가스유동관로(50a 내지 50d)와, 상부실린더들(20a 내지 20d)의 상측에 설치되어 상부실린더(20a 내지 20d)와 제 1 가스유동관로(50a 내지 50d)의 상측을 가열하는 가열기(60)와, 하부실린더 들(30a 내지 30d)의 하측에 설치되며 하부실린더(30a 내지 30d)와 제 1 가스유동관로(50a 내지 50d)의 하측을 냉각시키는 냉각기(70)와, 제 1 가스유동관로들(50a 내지 50d) 상에 구비되어 열을 회수하는 제 1 재생기(80)와, 원통캠(10)에 일체로 형성되는 출력축(90)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 원통캠(10)은 피스톤로드(40a 내지 41d)의 상하 왕복운동에 의해 회전되면서 그 회전운동을 출력축(90)으로 전달하는 것으로, 본 발명에 따른 8기통 스터링엔진(1)의 정중앙에 회전가능하게 설치되며 그 외주면에는 피스톤로드(40a 내지 41d)의 베어링(41a 내지 41d)이 각각 맞물려져 그 자체를 따라 주행될 수 있도록 폐곡선그루브(11)가 형성된다.

원통캠(10)의 폐곡선그루브(11)는 다양한 곡선형태로 형성될 수 있으나, 본 발명에 따른 8기통 스터링엔진(1)이 알파타입의 스터링엔진과 동일하게 작동될 수 있도록 사인파 곡선으로 형성되고, 이와 동시에 피스톤로드(40a 내지 41d)의 베어링(41a 내지 41d)은 폐곡선그루브(11)에 90도 각도 간격을 두고 이격되어 맞물려지는 것이 바람직하다.

전술한 원통캠(10)의 상부에는 4개의 상부실린더(20a 내지 20d)가 각각 90도 각도간격으로 설치되는데, 이 상부실린더들(20a 내지 20d)은 작동가스의 팽창공간을 형성하는 고온측 실린더에 해당하는 것으로, 그 내부에는 상부피스톤(21a 내지 21d)이 상하로 왕복운동 가능하게 각각 구비되며 그 내부공간 내에는 헬륨이나 수소와 같은 작동가스가 채워진다.

전술한 원통캠(10)의 하부에는 4개의 하부실린더(30a 내지 30d)가 각각 90도 각도간격으로 상부실린더(20a 내지 20d)와 상하대칭되게 설치되는데, 이 하부실린더들(30a 내지 30d)은 작동가스의 압축공간을 형성하는 저온측 실린더에 해당하는 것으로, 그 내부에는 하부피스톤(31a 내지 31d)이 상하로 왕복운동 가능하게 각각 구비되며 그 내부공간 내에는 헬륨이나 수소와 같은 작동가스가 채워진다.

서로 대응되는 상부피스톤(21a 내지 21d)과 하부피스톤(31a 내지 31d)은 피스톤로드(40a 내지 41d)에 의해 서로 일체로 연결되는데, 이 피스톤로드(40a 내지 41d)는 가열기(60)에 의한 작동가스의 팽창과 냉각기(70)에 의한 작동가스의 압축에 따른 상,하부피스톤(21a 내지 21d, 31a 내지 31d)의 이동에 따라 상하로 왕복운동되면서 원통캠(10)을 회전시키는 역할을 하는 것으로, 그 중앙부에는 원통캠(10)의 폐곡선그루브(11)에 맞물려지는 베어링(41a 내지 41d)이 각각 구비된다.

피스톤로드(40a 내지 40d)의 베어링(41a 내지 41d)은 원통캠(10)의 폐곡선그루브(11)를 따라 안정적인 주행이 가능하도록, 도 2에 도시되는 바와 같이 전면측에 원통캠(10)의 외주면에 대응되는 곡면이 구비된 베어링본체(43a 내지 43d)와, 베어링본체(43a 내지 43d)의 전면측에 돌출형성되며 폐곡선그루브(11)에 맞물려져 주행가능한 휠형 베어링부재(45a 내지 45d)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하고, 특히 베어링본체(43a 내지 43d)의 전면측 상하단에 구비되어 원통캠(10)의 회전을 안내하는 다수의 원통캠지지 베어링부재(47a 내지 47d)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

전술한 상부실린더(20a 내지 20d)의 일측과 하부실린더(30a 내지 30d)의 일측은 4개의 제 1 가스유동관로(50a 내지 50d)에 의해 상호 연결되는데, 이 제 1 가 스유동관로(50a 내지 50d)는 상부실린더(20a 내지 20d)의 일측 내부공간과 하부실린더(30a 내지 30d)의 일측 내부공간을 연통시켜 작동가스가 서로 유동되면서 팽창 및 압축이 반복됨에 따라 상,하부피스톤(21a 내지 21d, 31a 내지 31d)의 작동력이 발생되도록 하는 것으로, 내열성 재질의 연결배관으로 제조된다.

제 1 가스유동관로들(50a 내지 50d)은 본 발명에 따른 8기통 스터링엔진(1)이 알파타입의 스터링엔진과 동일하게 작동될 수 있도록 도 3에 도시되는 바와 같이 상부실린더(20a, 20b, 20c, 20d)와 90도 각도간격만큼 이격된 하부실린더(30b, 30c, 30d, 30a)를 상호 연결하는 것이 바람직하지만, 실시예에 따라서는 상부실린더(20a, 20b, 20c, 20d)와 일직선으로 대응되는 하부실린더(30a, 30b, 30c, 30d)를 상호 연결할 수도 있다.

전술한 상부실린더들(20a 내지 20d)의 상측에는 가열기(60)가 설치되는데, 이 가열기(60)는 상부실린더(20a 내지 20d)와 제 1 가스유동관로(50a 내지 50d)의 상측을 가열함으로써 상부실린더(20a 내지 20d)로 하여금 고온측 실린더로 작용할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 통상의 전열히터, 온수열교환기, 폐열회수 열교환기로 형성될 수 있으며 태양열 집광을 통한 태양열교환기 등을 포함하는 다양한 형태의 가열수단으로 형성될 수 있다.

또한 가열기(60)는 상부실린더들(20a 내지 20d)의 상측에 설치되는 1개의 통합식 가열기로 구성될 수도 있고, 실시예에 따라서는 상부실린더들(20a 내지 20d)의 상측에 각각 1개씩 설치되는 개별식 가열기로도 구성될 수 있다.

특히 가열기(60)는 도 4에 도시되는 바와 같이 태양열 집열판(61)과, 이 태 양열 집열판(61)의 하부에 일체로 형성되어 태양열 집열판(61)에 의해 가열되며 제 1 가스유동관로들(50a 내지 50d)이 각각 관류하도록 90도 각도간격으로 구획형성되는 세라믹히터(63)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

전술한 하부실린더들(30a 내지 30d)의 하측에는 냉각기(70)가 설치되는데, 이 냉각기(70)는 하부실린더(30a 내지 30d)와 제 1 가스유동관로(50a 내지 50d)의 하측을 냉각시킴으로써 하부실린더(30a 내지 30d)로 하여금 저온측 실린더로 작용할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 통상의 수냉식 냉각기 또는 냉매를 이용한 통상의 쿨러를 포함하는 다양한 형태의 냉각수단으로 형성될 수 있다.

또한 냉각기(70)는 하부실린더들(30a 내지 30d)의 하측에 설치되는 1개의 통합식 냉각기로 구성될 수도 있고, 실시예에 따라서는 하부실린더들(30a 내지 30d)의 하측에 각각 1개씩 설치되는 개별식 가열기로도 구성될 수 있다.

전술한 제 1 가스유동관로들(50a 내지 50d) 상에는 제 1 재생기(80)가 구비되는데, 이 제 1 재생기(80)는 제 1 가스유동관로들(50a 내지 50d) 상에 설치되어 작동가스가 상부실린더들(20a 내지 20d)로부터 하부실린더들(30a 내지 30d)로 유동될 경우에는 고온의 작동가스로부터 열을 회수하여 작동가스의 냉각이 용이하게 일어나도록 하고 작동가스가가 하부실린더들(30a 내지 30d)로부터 상부실린더들(20a 내지 20d)로 유동될 경우에는 회수한 열을 저온의 작동가스로 전달하여 작동가스의 가열이 용이하게 일어날 수 있도록 함으로써 열효율을 증대시키는 역할을 한다.

제 1 재생기(80)는 도 5에 도시되는 바와 같이, 제 1 가스유동관로(50a 내지 50d) 상에 연통되게 설치되는 하우징(81)과, 하우징(81) 내에 충진되어 스틸볼(83) 을 포함하여 이루어지는 것이 바람직한데, 이 경우 스틸볼(83)은 그 자체가 작동가스와의 접촉면적을 대폭 증대시킴과 동시에 하우징(81) 내부에 공극을 형성함에 따라 열의 회수나 전달이 용이하게 일어날 수 있도록 한다.

전술한 원통캠(10)에는 출력축(90)이 일체로 형성되는데, 이 출력축(90)은 작동가스의 유동에 따라 상,하부피스톤(21a 내지 21d, 31a 내지 31d)이 이동되면서 피스톤로드(40a 내지 40d)가 상하로 왕복운동됨과 동시에 피스톤로드(40a 내지 40d)의 베어링(41a 내지 41d)의 작용에 따라 원통캠(10)이 회전될 경우에, 원통캠(10)의 회전력을 전달받아 출력하는 것으로, 다른 전동수단(도시되지 않음)에 연결되어 본 발명에 따른 8기통 스터링 엔진(1)의 동력출력을 전달한다.

전술한 본 발명에 따른 8기통 스터링 엔진(1)은 상부실린더(20a 내지 20d)의 타측과 하부실린더(30a 내지 30d)의 타측을 상호 연결하여 작동가스가 유동되도록 하며 가열기(60)와 냉각기(70)를 관류하는 4개의 제 2 가스유동관로(100a 내지 100d)와, 제 2 가스유동관로들(100a 내지 100d) 상에 구비되는 제 2 재생기(110)을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

이 경우에 가열기(60)는 제 2 가스유동관로(100a 내지 100d)의 상측을 가열함으로써 상부실린더(20a 내지 20d)로 하여금 고온측 실린더로 작용할 수 있도록 하는 역할을 하며, 냉각기(70)는 제 2 가스유동관로(100a 내지 100d)의 하측을 가열함으로써 하부실린더(30a 내지 30d)로 하여금 저온측 실린더로 작용할 수 있도록 한다.

제 2 가스유동관로(100a 내지 100d)는 상부실린더(20a 내지 20d)의 타측 내 부공간과 하부실린더(30a 내지 30d)의 타측 내부공간을 연통시켜 작동가스가 서로 유동되면서 팽창 및 압축이 반복됨에 따라 상,하부피스톤(21a 내지 21d, 31a 내지 31d)의 작동력이 발생되도록 하는 것으로, 내열성 재질의 연결배관으로 제조된다.

제 2 가스유동관로들(100a 내지 100d)은 제 1 가스유동관로(50a 내지 50d)본 발명에 따른 8기통 스터링엔진(1)이 알파타입의 스터링엔진과 동일하게 작동될 수 있도록 도 3에 도시되는 바와 같이 상부실린더(20a, 20b, 20c, 20d)와 90도 각도간격만큼 이격된 하부실린더(30b, 30c, 30d, 30a)를 상호 연결하는 것이 바람직하지만, 실시예에 따라서는 상부실린더(20a, 20b, 20c, 20d)와 일직선으로 대응되는 하부실린더(30a, 30b, 30c, 30d)를 상호 연결할 수도 있다.

또한 제 2 재생기(110)는 제 1 재생기(80)와 동일 구조로서 제 2 가스유동관로(100a 내지 100d) 상에 연통되게 설치되는 하우징(111)과, 하우징(111) 내에 충진되어 스틸볼(113)을 포함하여 이루어지는 것이 바람직한데, 이 경우 스틸볼(113)은 그 자체가 작동가스와의 접촉면적을 대폭 증대시킴과 동시에 하우징(111) 내부에 공극을 형성함에 따라 열의 회수나 전달이 용이하게 일어날 수 있도록 한다.

또한 전술한 본 발명에 따른 8기통 스터링 엔진(1)은 별도의 케이스(3) 내에 내장되고 출력축(90)만 외부로 돌출되는 것이 바람직하다.

이하, 원통캠(10)의 폐곡선그루브(11)가 사인파 곡선으로 형성되고 피스톤로드(40a 내지 41d)의 베어링(41a 내지 41d)가 폐곡선그루브(11)에 90도 각도 간격을 두고 이격되어 맞물려지며 제 1 및 제 2 가스유동관로들(50a 내지 50d, 100a 내지 100d)에 의해 상부실린더(20a, 20b, 20c, 20d)와 90도 각도간격만큼 이격된 하부실린더(30b, 30c, 30d, 30a)가 상호 연결되는 것을 기준으로 본 발명에 따른 8기통 스터링 엔진(1)의 전체작동을 설명하면 다음과 같다:

가열기(60)에 의한 작동가스의 가열과, 냉각기(70)에 의한 작동가스의 냉각이 동시반복적으로 일어남에 따라 작동가스가 팽창과 수축에 반복하면서 유동됨으로써 상,하부피스톤(21a 내지 21d, 31a 내지 31d)은 동일한 방향으로 이동되도록 작동됨에 따라, 상,하부피스톤(21a 내지 21d, 31a 내지 31d)을 서로 연결하는 피스톤로드(40a 내지 40d)도 상,하부피스톤(21a 내지 21d, 31a 내지 31d)의 이동에 따라 상하왕복운동된다.

작동가스의 유동에 따른 상,하부피스톤(21a 내지 21d, 31a 내지 31d)의 작동은 종래의 알파타입의 스터링엔진으로부터 충분히 유추될 수 있는 바, 여기서는 명세서의 간략화를 위해 성세한 설명은 생략하기로 한다.

다만 본 발명에서는 제 1 및 제 2 가스유동관로(50a 내지 50d, 100a 내지 100d) 상에 연통되게 설치되는 하우징(81, 111)과, 하우징(81, 111) 내에 충진되어 스틸볼(83, 113)을 포함하여 이루어지는 제 1 및 제 2 재생기(80, 110)가 각각 적용됨에 따라 스틸볼(83, 113)에 의해 작동가스와의 접촉면적을 대폭 증대되고 하우징(81, 111) 내부에 공극을 형성됨에 따라 열의 회수나 전달이 용이하게 일어날 수 있는 점에서 차이가 있다.

이 때 피스톤로드(40a 내지 40d)의 베어링(41a 내지 41d)이 원통캠(10)의 폐 곡선그루브(11)에 맞물려짐에 따라 피스톤로드(40a 내지 40d)의 상하왕복시 폐곡선그루브(11)를 따라 이동되면서 원통캠(10)을 회전시키게 된다.

작동가스의 가열 및 냉각에 따른 작동가스의 팽창 및 수축이 반복되면서 상,하부피스톤(21a 및 31a)은 도 6에 도시되는 바와 같이 0도 상태부터 다시 360도 상태에 이르는 작동을 반복하게 되고, 상,하부피스톤(21b 및 31b)는 상,하부피스톤(21a 및 31a) 보다 90도 각도만큼 이격된 상태로, 즉 상,하부피스톤(21a 및 31a)의 90도 상태에서 360도 상태를 거쳐 다시 90도 상태에 이르는 작동을 반복하게 되며, 상,하부피스톤(21c 및 31c)는 상,하부피스톤(21a 및 31a) 보다 180도 각도만큼 이격된 상태로, 즉 상,하부피스톤(21a 및 31a)의 180도 상태에서 360도 상태를 거쳐 다시 180도 상태에 이르는 작동을 반복하게 되고, 상,하부피스톤(21d 및 31d)는 상,하부피스톤(21a 및 31a) 보다 270도 각도만큼 이격된 상태로, 즉 상,하부피스톤(21a 및 31a)의 270도 상태에서 360도 상태를 거쳐 다시 270도 상태에 이르는 작동을 반복하게 된다.

피스톤로드(40a 내지 40d)의 상하왕복운동은 베어링(41a 내지 41d)을 거쳐 원통캠(10)에 전달되어 원통캠(10)은 일방향으로 회전되면서, 이에 일체로 형성된 출력축(90)도 동일방향으로 회전됨에 따라 동력을 출력하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 8기통 스터링 엔진(1)의 경우에는, 폐곡선그루브(11)가 형성된 원통캠(10)의 둘레에 90도 각도간격으로 상,하부피스톤(21a 내지 21d, 31a 내지 31d)이 구비된 총 8개의 상,하부실린더(20a 내지 20d, 30a 내지 30d)가 상하에 대칭되게 설치되고 상,하부피스톤(21a 내지 21d, 31a 내지 31d)은 폐곡선그루브(11)에 맞물리는 베어링(41a 내지 21d)이 구비된 피스톤로드(40a 내지 40d)에 의해 상호 연결되며 제 1 및 제 2 가스유동관로(50a 내지 50d, 100a 내지 100d)에 의해 상부실린더(20a 내지 20d)와 하부실린더(30a 내지 30d)와 상호 연결되어 작동가스가 유동되는 구조로 형성됨에 따라 총 8개의 실린더(20a 내지 20d, 30a 내지 30d)를 가지는 8기통 스터링 엔진임에도 불구하고 소형이면서 무게가 적게 나가는 반면에 최대의 동력을 출력할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 8기통 스터링엔진의 개략구조도.

도 2는 본 발명에 따른 8기통 스터링엔진에 있어서, 피스톤로드의 베어링의 상세구조도.

도 3은 본 발명에 따른 8기통 스터링엔진에 있어서, 상부실린더와 하부실린더의 연결구조도.

도 4는 본 발명에 따른 8기통 스터링엔진에 있어서, 가열기의 상세구조도.

도 5는 본 발명에 따른 8기통 스터링엔진에 있어서, 제 1 및 제 2 가스유동관로의 연결구조도.

도 6은 본 발명에 따른 8기통 스터링엔진의 작동도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 본 발명에 따른 8기통 스터링엔진

10 : 원통캠

11 : 폐곡선그루브

20a 내지 20d : 상부실린더

21a 내지 21d : 상부피스톤

30a 내지 30d : 하부실린더

31a 내지 31d : 하부피스톤

40a 내지 40d : 피스톤로드

41a 내지 41d : 베어링

50a 내지 50d : 제 1 가스유동관로

60 : 가열기

70 : 냉각기

80 : 제 1 재생기

90 : 출력축

100a 내지 100d : 제 2 가스유동관로

110 : 제 2 재생기

Claims

정중앙에 회전가능하게 설치되며 그 외주면에는 폐곡선그루브가 형성되는 원통캠;

상기 원통캠의 상부에 각각 90도 각도간격으로 설치되고 그 내부에는 상부피스톤이 각각 구비되며 그 내부공간 내에는 작동가스가 밀봉되는 4개의 상부실린더;

상기 원통캠의 하부에 각각 90도 각도간격으로 상기 상부실린더와 상하대칭되게 설치되고 그 내부에는 하부피스톤이 각각 구비되며 그 내부공간 내에는 작동가스가 밀봉되는 4개의 하부실린더;

서로 대응되는 상기 상부피스톤과 상기 하부피스톤을 서로 일체로 연결하며 상기 원통캠의 폐곡선그루브에 맞물려지는 베어링이 각각 구비되는 4개의 피스톤로드;

상기 상부실린더의 일측과 상기 하부실린더의 일측을 상호 연결하여 작동가스가 유동되도록 하는 4개의 제 1 가스유동관로;

상기 상부실린더들의 상측에 설치되어 상기 상부실린더와 상기 제 1 가스유동관로의 상측을 가열하는 가열기;

상기 하부실린더들의 하측에 설치되며 상기 하부실린더와 상기 제 1 가스유동관로의 하측을 냉각시키는 냉각기;

상기 제 1 가스유동관로들 상에 구비되는 제 1 제 1 재생기; 및

상기 원통캠에 일체로 형성되는 출력축을 포함하여 이루어지는 8기통 스터링 엔진.
청구항 1에 있어서,

상기 상부실린더의 타측과 상기 하부실린더의 타측을 상호 연결하여 작동가스가 유동되도록 하며 상기 가열기와 상기 냉각기를 관류하는 4개의 제 2 가스유동관로; 및

상기 제 2 가스유동관로들 상에 구비되는 제 2 재생기를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 8기통 스터링 엔진.
청구항 2에 있어서,

상기 원통캠의 폐곡선그루브는 사인파 곡선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 8기통 스터링 엔진.
청구항 3에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 가스유동관로들은 상기 상부실린더와 90도 각도간격만큼 이격된 하부실린더를 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 8기통 스터링 엔진.
청구항 3에 있어서,

상기 가열기는, 태양열 집열판과, 상기 태양열 집열판의 하부에 일체로 형성되어 상기 태양열 집열판에 의해 가열되며 제 1 및 제 2 가스유동관로들이 각각 관류하도록 90도 각도간격으로 구획형성되는 세라믹히터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 8기통 스터링 엔진.
청구항 1에 있어서,

상기 피스톤로드의 베어링은, 전면측에 상기 원통캠의 외주면에 대응되는 곡면이 구비된 베어링본체와, 상기 베어링본체의 전면측에 돌출형성되며 상기 폐곡선그루브에 맞물려져 주행가능한 휠형 베어링부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 8기통 스터링 엔진.
청구항 2 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 재생기는, 상기 제 1 및 제 2 가스유동관로 상에 연통되게 설치되는 하우징과, 상기 하우징 내에 충진되는 스틸볼을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 8기통 스터링 엔진.