엔진

엔진{ENGINE}

본 발명은 엔진에 관한 것으로, 구체적으로는 터빈으로부터 배기되는 폐열을 재흡수하여 에너지를 생산할 수 있는 엔진에 관한 것이다.

일반적으로, ORC(Organic Rankine Cycle, 유기 랭킨 사이클) 발전 시스템은 유기 매체를 작동 유체로 사용하는 랭킨 사이클(Rankin Cycle)로서 비교적 저온의 온도 범위 (60 ~ 200℃)의 열원을 회수하여 전기를 생산하는 시스템이다.

최근에는, 열원을 재활용함으로써 열원 낭비를 줄이고, 발전 운영 비용의 상승을 억제시키며, 작업자의 안전사고와 발전 운영 자재의 손상을 방지할 수가 있는 개선된 유기 랭킨 사이클 발전 시스템의 연구가 지속적으로 행해져 오고 있다.

또한, 저온 냉열이 필요할 경우 빠른 시간 내에 사용할 수가 있고, 전력 낭비를 줄이면서 외부기기의 충전을 위한 준비 시간을 단축시킬 수가 있는 개선된 유기 랭킨 사이클 발전 시스템의 연구가 지속적으로 행해져 오고 있다.

한편, ORC 엔진 사이클의 배기되는 열을 냉각하는 과정에서 배기되는 열을 재활용하는 기술에 대해서 연구가 지속적으로 행해져 오고 있으며, 엔진의 경우 터빈 혹은 증기엔진 방식의 피스톤 엔진 등의 여러 종류의 엔진방식이 채용될 수 있다.

이처럼, 배기열을 회수하는 기술에 대하여 지속적인 연구가 행해져 오고 있으며, 배기되는 유체가 가지고 있는 열량을 터빈으로 유입되는 유체가 회수하여 쓰일 수 있는 엔진에 대하여 고려될 수 있다.

본 발명의 일 목적은 터빈으로부터 배기되는 가스의 배기열을 효율적으로 회수할 수 있는 엔진을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 온도차를 이용하여, 엔진의 유기 냉매가스를 가열 혹은 냉각시켜주어 발생 되는 온도차에 의해 내부적으로 구간에 따른 압력차에 의해 터빈이 가동될 수 있는 엔진을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 온도차를 발생시킬 수 있는 모든 수단 히트펌프의 열기와 냉기 지열, 발전소의 폐열 , 태양열, 볼덱스 튜브의 냉기와 열기 등의 방식에 의해 발생된 온도차에 의해 발생 된 엔진 내부의 구간별 압력차에 의해 일차적으로 구동시킬 수 있는 엔진을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 다른 일 목적은 가동되는 엔진의 배기되는 냉기 혹은 열기를 재흡수하여 각각의 냉기와 열기의 사용효율을 극대화하여 엔진의 구간별 온도차와 압력차를 발생시키는 엔진을 제공하기 위한 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 회전에 의해 전력을 생산하는 모터, 상기 모터와 동심 축으로 연결되고, 기체가 투입되어 회전되는 터빈, 상기 터빈의 일측에 형성되고, 상기 터빈을 통과한 기체가 빠져나가는 배출관, 상기 배출관과 연결되고, 상기 기체가 흐르는 통로가 구비되는 내부관, 상기 내부관의 단부에서 빠져나오는 기체가 흐르는 통로를 구비하고, 상기 내부관을 감싸도록 형성되는 외부관, 상기 외부관을 통과한 기체가 상기 터빈으로 흡입되는 흡입관을 포함하고, 상기 외부관을 통과하는 기체는, 상기 내부관을 흐르는 상대적으로 고온의 기체로부터 열을 전달받아 상기 내부관을 흐르는 상대적으로 고온의 기체로부터 열을 전달받아 온도가 상승됨으로써, 상기 내부관은 열량을 잃게 되어 압력이 낮아� �고, 상기 외부관은 열을 전달받아 압력이 높아져 상기 내부관에 비해 상대적으로 상기 외부관의 압력이 높아지는 압력차에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 엔진을 제공한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 외부관의 내부에 배치되고, 상기 외부관을 흐르는 기체의 온도를 높이도록, 상기 기체의 온도를 높여주는 가열라인을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 가열라인은, 상기 외부관의 길이방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다.

또한 여기서, 상기 가열라인은, 방열코일과 냉각코일을 포함하는 히트펌프 중 가열코일일 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 내부관은, 상기 내부관의 중심부로부터 외곽으로 열에너지를 전달하여 상기 내부관의 표면온도를 상승시키도록, 내부가 스크류형 볼텍스 튜브로 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 내부관의 단부에는 상기 내부관을 통과하는 기체가 상기 외부관을 향하여 배출되도록 이루어지는 펌프, 임펠러터빈 또는 컴프레셔 중 적어도 어느 하나를 구비할 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 외부관은, 상기 내부관의 길이방향과 같은 방향으로 길이방향이 형성되고, 상기 내부관 내부의 기체의 이동방향은 상기 외부관 내부의 기체의 이동방향과 서로 반대방향으로 이동될 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 배출관과 내부관 사이에 배치되고, 상기 배출관에서 상기 내부관으로 인입되는 기체가 와류를 형성하도록 이루어지는 와류생성기볼텍스튜브를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 내부관은, 최외곽으로 발산되는 열의 효율을 높이기 위해서, 동심축을 갖는 복수의 관으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 복수의 관은, 내부가 스크류 와류생성기로 형성되는 제1관, 상기 제1관을 감싸며 연장되고, 내부가 스크류 와류생성기로 형성되는 제2관을 포함할 수 있다.

또한 여기서, 상기 배출관은, 상기 제1관과 연결되는 제1연결관 및 상기 제2관과 연결되는 제2연결관을 포함할 수 있다.

또한 여기서, 상기 제1연결관 및 제2연결관은, 상기 배출관으로부터 분기되어 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 모터, 터빈, 배출관, 내부관, 외부관 및 흡입관은 쌍으로 구비되고, 서로 이격되어 배치되는 크기가 상대적으로 큰 제1유닛과 크기가 상대적으로 작은 제2유닛으로 이루어지고, 적어도 일부가 상기 제1유닛 및 제2유닛을 관통하는 히트펌프를 포함하며, 상기 히트펌프는, 상기 제1유닛의 내부관에 배치되어 상기 내부관을 흐르는 기체를 냉각시키는 냉각라인, 상기 제2유닛의 외부관에 배치되고, 상기 외부관을 흐르는 기체를 가열시키는 방열라인을 포함할 수 있다.

여기서, 외부에 열을 뺏기거나, 외부의 열을 흡수하지 않도록, 상기 제1유닛 및 제2유닛의 외부관의 적어도 일부를 감싸는 단열층을 포함할 수 있다.

또한 여기서, 상기 제1유닛의 외부관은, 길이방향의 중앙부분에 형성되고, 외부관의 주변으로부터 열을 흡수하도록, 외부와의 접촉면적을 넓힌 흡열판을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 일단에서 기체를 흡입하도록 이루어지는 흡입구, 상기 흡입구로부터 흡입된 기체가 흐르는 유로를 형성하는 내부관, 상기 내부관을 감싸며 연장형성되고, 상기 내부관의 타단으로부터 빠져나오는 기체가 상기 내부관을 흐르는 기체의 방향과 반대방향으로 흐르며 상기 내부관으로부터 열을 공급받도록 유로를 형성하는 외부관, 상기 외부관의 내부에 배치되고, 상기 외부관을 흐르는 상기 기체의 온도를 낮추는 냉각라인, 상기 외부관의 일단에 형성되고, 상기 외부관을 빠져나오는 기체가 모터와 연결된 터빈을 회전시키기 위해 공급하는 유로를 형성하며, 상기 기체가 상기 유로를 지나가며 외기의 열을 흡수하도록 이루어지는 연결관을 포함하는 엔진을 제공한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 냉각라인은, 방열코일과 냉각코일을 포함하는 히트 펌프 중 냉각코일일 수 있다.

여기서, 상기 히트 펌프 중 방열코일의 적어도 일부는, 상기 연결관을 지나가는 기체의 온도를 높이도록, 상기 연결관 내부에 배치될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 내부관의 타단에 배치되고, 상기 내부관으로 흡입되는 기체가 상기 외부관으로 빠져나오도록 형성되는 펌프, 임펠러터빈 또는 컴프레셔 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 펌프는, 상기 터빈과 모터를 연결하는 축이 연장되는 하나의 축으로 연결될 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 흡입구와 상기 내부관 사이에 배치되고, 상기 흡입구를 통해 흡입되는 외부기체에 의해 회전되는 제2터빈, 및 상기 제2터빈에 연결되고, 회전에 의해 전력을 생산하는 모터를 포함할 수 있다.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 적어도 일 실시예에 의하면, 터빈으로 들어가는 증기가 터빈을 빠져나가는 증기로부터 열에너지를 공급받아, 터빈으로부터 배출되는 증기의 에너지를 회수할 수 있다.

또한 본 발명의 적어도 일 실시예에 의하면, 터빈으로부터 배출되는 증기가 내부관내에서 와류를 형성함으로써, 상기 내부관내에 있는 증기가 가지고 있는 열을 외부관으로 효율적으로 전달할 수 있다.

또한 본 발명의 적어도 일 실시예에 의하면, 히트펌프의 냉각라인과 방열라인이 각각 제1유닛 및 제2유닛 내부에서 터빈을 가동하기 위한 동력원 중의 일부로 쓰일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 구성 중 일부를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부관을 나타낸 개념도.
도 3은 상기 도 2에 도시된 내부관과 배출관의 연결관계를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 엔진의 구성 중 일부를 나타낸 개념도.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 엔진의 구성 중 일부를 나타낸 개념도.
도 6은 본 발명의 엔진의 구성을 개념적으로 나타낸 개념도.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 엔진의 구성 중 일부를 나타낸 개념도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 이와 같이 구성된 엔진에서 구현될 수 있는 구성과 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진(100)의 구성 중 일부를 나타낸 개념도이다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 엔진(100)은 모터(10), 터빈(20), 배출관(30), 내부관(40), 외부관(50) 및 흡입관(60)을 포함한다.

모터(10)는 회전에 의해 전력을 생산할 수 있다. 상기 회전력은 상기 모터(10)와 동심축(11)으로 연결되는 터빈(20)의 회전에 의해 얻어질 수 있다. 모터(10)는 가정용 모터에서부터 산업용 모터까지 그 제한이 없다.

터빈(20)은 기체가 투입되어 상기 기체가 일으키는 회전력으로 회전이 가능하다. 터빈(20)은 내부에 기체의 투입력으로 회전될 수 있는 날개가 형성되어 있을 수 있다. 터빈(20)은 상기 모터(10)와 동심축(11)으로 연결되어 회전되는 힘을 모터(10)로 전달한다.

배출관(30)은 상기 터빈(20)의 일측에 형성된다. 상기 배출관(30)은 터빈(20) 내부로 인입되어 상기 터빈(20)을 회전시킨 기체가 빠져나가는 배출구이다. 일반적으로 상기 터빈(20)으로 인입되는 기체는 고온, 고압의 상태일 수 있다. 그리고, 상기 터빈(20)을 빠져나가는 기체는 터빈(20)을 돌린 후의 잔열이 남아있는 상태로 배출될 수 있다.

내부관(40)은 상기 배출관(30)으로 빠져나간 기체가 흘러가는 배관중의 하나이다. 본 발명에서 중요한 특징 중의 하나는 내부관(40)과 외부관(50)으로 이루어지는 이중관이다. 이 중에서 내부관(40)은 이중관의 안쪽에 형성된 관이다. 후에 자세히 기술하겠지만, 내부관(40)을 흘러가는 기체는 외부관(50)을 흐르는 기체와 열교환을 하게 된다.

외부관(50)은 상기 내부관(40)을 감싸도록 형성된다. 상기 내부관(40) 및 외부관(50)은 대략 직선의 형태로 형성될 수 있다. 상기 외부관(50)에는 상기 내부관(40)을 빠져나온 기체가 흘러간다. 상기 내부관(40)의 단부에서 기체가 빠져나와 상기 내부관(40)을 흐르는 기체의 흐름과 반대로 흐르게 된다. 따라서, 내부관(40)과 외부관(50)에서 기체는 서로 반대의 방향으로 흐를 수 있다. 이러한 흐름속에서 서로 열을 교환하게 된다. 다만 상기 내부관(40) 및 외부관(50)의 형상은 고정적인 것이 아니다. 따라서, 절곡되거나 벤딩되어 형성될 수 있다.

상기 엔진(100)은 상기 내부관(40)을 흐르는 상대적으로 고온의 기체로부터 열을 전달받아 온도가 상승됨으로써, 상기 내부관(40)은 열량을 잃게 되어 압력이 낮아지고, 상기 외부관(50)은 열을 전달받아 압력이 높아져 상기 내부관(40)에 비해 상대적으로 상기 외부관(50)의 압력이 높아지는 압력차에 의해 구동될 수 있다.

흡입관(60)은 상기 외부관(50)의 일단부에 형성될 수 있다. 흡입관(60)은 상기 외부관(50)을 통과한 기체가 상기 터빈(20)으로 흡입되는 관이다. 상기 외부관(50)은 상기 터빈(20)과 인접한 곳까지 연장되어 형성될 수 있다.

상기 흡입관(60)을 통과한 기체는 터빈(20)으로 인입되기 때문에, 기체는 상기 터빈(20)을 돌려주기 위한 에너지를 상기 외부관(50)을 통과하면서 얻게 된다. 따라서, 상기 외부관(50)을 통과하는 기체는 상기 터빈(20)을 빠져나온 기체가 흐르는 내부관(40)을 흐르는 상대적으로 고온의 기체로부터 열을 전달받아 온도가 상승 될 수 있다.

이 때, 상기 외부관(50)을 지나가는 기체가 상기 내부관(40)의 기체로부터 전달받는 열 에너지로는 충분한 열 에너지를 공급받기 어려울 수 있기 때문에, 상기 외부관(50) 내부에 배치되고, 상기 외부관(50)을 흐르는 기체의 온도를 높이도록 상기 기체의 온도를 높여주는 더 가열라인(70)을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 가열라인(70)은, 상기 외부관(50)을 통과하는 기체에 상기 외부관(50)의 길이방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다. 외부관(50)이 절곡되거나 휘어진 경우, 상기 가열라인(70)도 그에 따라 절곡되거나 휘어져 연장될 수 있다.

상기 가열라인(70)은 외부연소기(72)와 연결될 수 있다. 상기 외부연소기(72)의 연소를 통해 상기 가열라인(70) 내부를 통과하는 기체의 열이 높아질 수 있다.

또한, 상기 내부관(40)의 단부에는 상기 내부관(40)을 통과하는 기체가 상기 외부관(50)을 향하여 배출되도록 이루어지는 펌프(42)를 더 구비할 수 있다. 펌프(42)는 외부로부터 전력을 공급받아 운전될 수 있다. 펌프(42)의 회전으로부터 상기 내부관(40)을 흐르는 기체가 원활하게 상기 외부관(50)으로 전달될 수 있다.

한편, 상기 배출관(30)과 내부관(40) 사이에 배치되고, 상기 배출관(30)에서 상기 내부관(40)으로 인입되는 기체가 와류를 형성하도록 이루어지는 와류생성기볼텍스튜브(92)를 더 포함할 수 있다.

상기 와류생성기볼텍스튜브(92)는 상기 배출관(30)과 내부관(40)을 연결하는 사이에 배치될 수 있다. 상기 와류생성기볼텍스튜브(92)를 통과한 기체는 상기 내부관(40)을 통과할 때 와류를 형성하며 통과하게 된다. 와류를 형성한 기체는 관의 외주면쪽으로 밀도가 높아지게 되며, 관의 외주면쪽에 더 많은 열을 전달할 수 있다. 이에 따라, 상기 내부관(40)과 외부관(50) 사이에 열교환 효율이 높아지게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부관(40)을 나타낸 개념도이다.

내부관(40)은 상기 기체가 상기 내부관(40)의 중심부로부터 외곽으로 열에너지를 전달하여 상기 내부관의 표면온도를 상승시키도록, 내부에 스크류형 볼텍스 튜브(91, 92)를 포함할 수 있다.

상기 스크류형 볼텍스 튜브(91, 92)를 지나간 기체는 상기 내부관(40) 안에서 와류를 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이 와류를 형성하는 기체는 관의 중심부에서 밀도가 낮아지고, 관의 외주면쪽은 밀도가 높아진다. 또한 기체가 가지고 있는 열도 관의 외주면쪽에 집중되어 바깥쪽으로 열이 많이 발산되게 된다.

또한, 내부관(40)은 하나의 관으로 형성될 수 있지만, 도면에 도시된 것과 같이 이중의 내부관(40)으로 이뤄질 수 있다.

상기 이중의 내부관(40)은 내부에 형성되는 제1관(40a)과 외부에 형성되는 제2관(40b)을 포함한다.

제1관(40a) 내부에 스크류 와류생성기(91)가 배치된다. 이에 상기 제1관(40a)의 내부에 흐르는 기체는 와류를 형성하게 되고, 제1관(40a)의 내측 외주면(A)에 기체가 밀집되게 된다.

제2관(40b)의 내부에도 스크류 와류생성기(92)가 배치된다. 따라서, 제2관(40b)의 내부를 흐르는 기체는 와류를 형성하게 된다. 따라서, 제2관(40b)의 중심부분(B)보다 외주면 부분(C)에 기체가 밀집하게 된다. 또한, 상기 제1관(40a)의 내측 외주면(A)에 밀집된 기체로부터 열을 전달받은 제2관(40b)의 중심부분(B)의 기체가, 제2관(40b)의 외주면(C)으로 밀집되게 된다. 따라서 제2관(40b)의 외주면(C) 부분의 열에너지가 높아지게 된다. 이에 따라, 외부관(50)(도 1참조)의 내측부분(D)에 효율적으로 열을 전달할 수 있게 된다. 즉, A부분의 열이 B부분을 거쳐, C부분으로 전달되고, C부분의 열이 D부분으로 효율적으로 전달되게 되는 것이다.

이러한 내부에 스크류 와류생성기(91, 92)가 배치되는 동심축(11)을 갖는 복수의 관을 통해, 상기 내부관(40)은 외부관(50)으로 열을 전달하는 최외곽으로 발산되는 열의 효율을 높일 수 있다.

도 3은 상기 도 2에 도시된 내부관(40)과 배출관(30)의 연결관계를 나타낸 사시도이다.

상기 배출관(30, 도 1 참조)은 상기 제1관(40a)과 연결되는 제1연결관(31) 및 상기 제2관(40b)과 연결되는 제2연결관(32)을 포함할 수 있다. 상기 제1연결관(31)과 제2연결관(32)의 직경의 비율은 상기 제1관(40a)과 제2관(40b)의 직경, 열전달효율 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 도시된 것과 달리, 상기 배출관(30)과 터빈(20)의 연결은 하나의 관으로 형성될 수 있고, 상기 제1연결관(31) 및 제2연결관(32)은 상기 배출관(30)으로부터 분기되어 형성될 수도 있다.

또한, 도시된 것과 달리, 상기 내부관(40)은 배출관(30)으로부터 분기되어 직경이 작은 여러 다발로 설치될 수 있다. 이를 통해, 상기 외부관(50) 내부의 유체와 접촉되는 내부관(40)의 표면적을 확장할 수 있다.

그리고, 상기 내부관(40)이 상기 외부관(50)측 표면에는 열을 효과적으로 전달할 수 있도록 방열판(미도시)이나 방열핀(미도시)이 설치될 수 있다.

한편, 내부관(40)과 외부관(50)이 경우에 따라서 서로 설치되는 구성이 뒤바뀌어서 설치될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 엔진의 구성 중 일부를 나타낸 개념도이다.

본 실시예에 따른 엔진은 흡입구(141), 내부관(140), 외부관(150), 히트펌프(180) 및 연결관(152)을 포함한다.

흡입구(141)는 이중관 중에서 내부관(140)의 일단에 형성된다. 엔진의 외부에서 상기 내부관(140)의 내부로 기체를 흡입하도록 이루어질 수 있다.

내부관(140)은 상기 흡입구(141)로부터 흡입된 기체가 상기 흡입구(141)가 형성된 단부와 반대 방향으로 흘러가는 유로를 형성한다. 후에 자세하게 기술하겠지만, 상기 내부관(140)을 흐르는 기체는 외부관(150)을 흐르는 기체와 열교환할 수 있다.

외부관(150)은 상기 내부관(140)을 감싸며 연장형성된다. 그리고, 상기 외부관(150)의 내부에는 상기 내부관(140)의 타단(즉, 상기 흡입구(141)의 반대편)으로 빠져나오는 기체가 흐르게 된다. 상기 기체는 상기 내부관(140)을 흐르는 기체의 방향과 반대방향으로 흐르게 된다. 그리고, 상기 외부관(150)을 흐르는 기체는 상기 내부관(140)을 흐르는 기체보다 상대적으로 저온이 되므로, 상기 내부관(140)을 흐르는 기체로부터 열을 공급받게 된다.

히트펌프(180)는 상기 내부관(140) 및 외부관(150)에 인접하게 형성될 수 있다.

히트펌프(180)는 압축기(171), 냉각라인(176), 증발기(175), 방열라인(174)을 포함할 수 있다.

압축기(171)는 기체를 액체로 액화시키는 역할을 하며, 냉각라인(176)은, 액체가 흐르며 주변의 열을 흡수하는 역할을 한다. 그리고, 증발기(175)는 액체를 기체로 변환하는 역할을 하며, 방열라인(174)은 기체가 액화되며 주변을 열을 방출할 수 있다.

이 중에서 냉각라인(176)은, 상기 외부관(150)의 내부에 배치될 수 있다. 즉, 상기 외부관(150)의 내부에 배치되어, 상기 외부관(150)을 흐르는 기체의 온도를 낮출 수 있다. 이에 따라, 상기 외부관(150)을 흐르는 기체의 온도는 상기 내부관(140)을 흐르는 기체의 온도보다 낮아져, 상기 내부관(140)으로부터 열을 전달받게 된다.

연결관(152)은 상기 외부관(150)의 일측에 형성된다. 구체적으로, 상기 내부관(140)에서 상기 외부관(150)으로 기체가 빠져나가는 부분과 반대부분에 형성될 수 있다. 이는 상기 외부관(150)을 흐르는 기체가 상기 내부관(140)과 충분히 열교환할 수 있도록 하기 위함이다. 상기 연결관(152)은 상기 외부관(150)을 빠져나오는 기체가 터빈(120)을 회전시키기 위해 공급하는 유로를 형성한다. 또한, 상기 연결관(152)을 지나가는 기체는 상기 냉각라인(176)에 의해 냉각된 상태이므로, 외부로부터 열을 공급받을 수 있다.

상기 연결관(152)을 빠져나간 기체는 터빈(120)을 회전시키게 되고, 터빈(120)을 회전시킨 후 배출관(153)으로 빠져나갈 수 있다.

상기 터빈(120)은 일방향으로 유입되는 기체에 의해 회전될 수 있는 충격식 터빈(120)일 수 있다. 또한, 상기 터빈(120)은 모터(110)와 동심축(111)에 의해 연결되어 있을 수 있다.

한편, 상기 내부관(140)의 타단에 배치되고, 상기 내부관(140)으로 흡입되는 기체가 상기 외부관(150)으로 빠져나오도록 형성되는 펌프(142)를 더 포함할 수 있다. 아울러, 상기 동심축(111)은 연장되어 상기 내부관(140)에서 상기 외부관(150)으로 기체가 빠져나오는 일단에 형성된 펌프(142)와 연결될 수 있다. 따라서, 상기 터빈(120)이 회전되면, 모터(110)와 펌프(142)가 동시에 회전될 수 있다.

또한, 상기 펌프(142) 이외에 임펠러터빈, 컴프레셔 중 어느 하나를 구비할 수 있다.

한편, 도면에 도시된 것과 달리, 상기 히트펌프(180) 중 방열라인(174)의 적어도 일부는, 상기 연결관(152)을 지나가는 기체의 온도를 높이도록, 상기 연결관(152) 내부에 배치될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 엔진의 구성 중 일부를 나타낸 개념도이다.

본 실시예에 따르는 엔진은, 터빈 및 모터가 각각 2개소 구비될 수 있다.

전체적인 구성은 상기 도 4에 도시된 실시예와 유사하므로, 이와 다른 구성에 대해서 구체적으로 설명한다.

본 실시예에 따르는 엔진은, 제2터빈(220a) 및 제2모터(210a)를 포함할 수 있다.

제2터빈(220a)은, 상기 흡입구(241)와 상기 내부관 사이에 배치될 수 있다. 본 실시예에서 흡입구(241)는 유로의 형상(240a)을 이룰 수 있다. 흡입구(241)를 통해 유입된 외기는 제2터빈(220a)을 돌릴 수 있다. 또한 상기 제2터빈(220a)은 제2모터(210a)와 동심축(211a)으로 연결된다.

상기 제2터빈(220a)을 빠져나온 기체는 내부관(240b)으로 유입될 수 있다. 상기 내부관(240b)의 단부에는 펌프(242)가 설치되어 있다. 펌프(242)를 통해 외부관(250)으로 빠져나온 기체는 상기 내부관(240b)을 흐르는 기체와 반대방향으로 상기 외부관(250) 내부에서 흐르게 된다. 상기 외부관(250) 내부에서 흐르는 기체는 히트펌프의 냉각라인(276)에 의해 냉각될 수 있다. 이에 따라 상기 내부관(240b)을 흐르는 기체로부터 열을 공급받을 수 있다.

열을 공급받은 기체는 연결관(252)을 통해 터빈(220b)으로 공급될 수 있다. 상기 터빈(220b)의 회전에 따라, 모터(210b)가 회전하며, 이에 의해 전력이 생산될 수 있다. 상기 터빈(220b)을 빠져나온 기체는 배출관(253)을 통해 바깥으로 배출될 수 있다.

도 6은 본 발명의 엔진의 구성을 개념적으로 나타낸 개념도이다.

본 개념도는 온도차 엔진의 개념도로서, 각 모듈은 열기에 의한 가스팽창과 냉기에 의한 가스 수축에 의해서 연속적인 작동이 가능한 엔진구성이다.

본 개념도를 참조하면, 제1터빈(320a)과 제2터빈(320b)가 서로 이격되어 배치된다. 그리고, 상기 각각의 터빈과 연결된 제1모터(320a)와 제2모터(320b)가 배치된다.

그리고, 상기 제1터빈(320a) 및 제2터빈(320b)에는 각각 히트펌프(380)의 방열라인(374) 및 냉각라인(376)이 감싸지게 된다.

상기 제1터빈(320a)은 하부에 직경이 작은부분이 흡입구(340a)이고, 상부에 직경이 넓은 부분이 배출구(353a)이다. 따라서, 기체는 상기 제1터빈(320a)의 하부에서 흡입되어, 상부로 배출되면서, 상기 제1터빈(320a)을 회전시키게 된다. 상기 흡입구(340a)로부터 유입된 기체는 상기 방열라인(374)에 의해 가열되면서 상부쪽으로 상승하게 되고, 고온이 된 기체는 상기 제1터빈(320a)을 회전시키며 상기 배출구(353a)로 빠져나가게 된다.

한편, 제2터빈(320b)은 냉각라인(376)이 감싸져 있다. 상기 제2터빈(320b) 내부에 있는 기체는 상기 냉각라인(376)에 의해 압축되게 된다. 압축된 공기를 상기 제2터빈(320b)의 하부에 형성된 배출구(353b)를 통해 빠져나가게 될 수 있다. 상기 배출구(353b)를 통해 공기가 빠져나가면서, 상기 제2터빈(320b)의 상부의 흡입구(340a)를 통해 공기가 인입될 수 있다. 상기 제2터빈(320b)의 흡입구(340a)를 통해 공기가 인입되면서, 상기 제2터빈(320b)이 회전할 수 있다.

상술한 것과 같은 과정을 통해, 히트펌프(380)의 방열라인(374)과 냉각라인(376)을 이용하여 2개의 터빈을 모두 작동시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 엔진(300)의 구성 중 일부를 나타낸 개념도이다.

본 실시예에서는 모터(310a, 310b), 터빈(320a, 320b), 배출관, 내부관(340a, 340b), 외부관(350a, 350b) 및 흡입관을 포함하는 유닛이 서로 이격되어 2개소 구비된다. 상기 2개의 유닛은 크기가 상대적으로 큰 제1유닛(300a)과, 크기가 상대적으로 작은 제2유닛(300b)으로 이루어진다.

또한, 상기 제1유닛(300a) 및 제2유닛(300b)의 기본 구성은 상기 도 1에 도시된 실시예와 유사하다. 따라서, 하기에서는 도 1에 도시된 실시예와의 차이점을 기술하도록 하겠다.

상기 제1유닛(300a)과 제2유닛(300b) 사이에는 히트펌프(380)가 구비된다. 그리고, 히트펌프(380)의 적어도 일부는 상기 제1유닛(300a) 및 제2유닛(300b)을 관통하게 된다.

상기 히트펌프(380)는 압축기(371), 냉각라인(376), 방열라인(374), 증발기(375)를 포함한다.

압축기(371)는 기체를 액화시키고, 액화된 유체는 냉각라인(376)으로 흘러들어가 주변의 열을 빼앗아 주변을 냉각시킨다. 증발기(375)를 통과하는 유체는 액체에서 기체로 기화된다. 그리고, 기화된 유체가 방열라인(374)으로 흘러들어가 액화상태로 바뀌면서 주변에 열을 방출하게 된다.

이때, 냉각라인(376)은 제1유닛(300a)의 내부관(340a, 340b)에 배치되어 상기 내부관(340a, 340b)을 흐르는 기체를 냉각시킬 수 있다. 그리고, 방열라인(374)은 상기 제2유닛(300b)의 외부관(350a, 350b)에 배치되어, 상기 외부관(350a, 350b)을 흐르는 기체를 가열시킬 수 있다.

또한, 상기 외부에 열을 뺏기거나, 외부의 열을 흡수하지 않도록, 상기 제1유닛(300a) 및 제2유닛(300b)의 외부관(350a, 350b)의 적어도 일부를 감싸는 단열층(352a, 352b)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1유닛(300a)의 외부관(350a, 350b)에는 흡열판(358)이 형성될 수 있다. 흡열판(358)은, 상기 제1유닛(300a)의 외부관(350a, 350b)의 길이방향의 중앙부분에 형성되고, 외부관(350a, 350b)의 주변으로부터 열을 흡수하도록, 외부와의 접촉면적을 넓힌 형상으로 이루어진다.

이하, 본 실시예의 동작에 대해서 설명하면 다음과 같다.

먼저 제1유닛(300a)의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

제1유닛(300a)은 냉기를 이용한 엔진(300)일 수 있다. 터빈(320a, 320b)으로부터 배출되는 가스는 내부관(340a, 340b)을 타고 흘러가게 된다. 내부관(340a, 340b)의 끝에 다다른 가스는 펌프(342a)에 의해 외부관(350a, 350b)으로 배출되게 된다. 외부관(350a, 350b)으로 유입된 가스는 상기 내부관(340a, 340b)의 기체의 흐름과는 반대방향으로 흘러가게 된다. 이 때, 히트펌프(380)의 냉각라인(376)과 접촉되어 상기 외부관(350a, 350b) 내부의 기체는 흘러가면서 냉각되게 된다.

상기 외부관(350a, 350b) 내부에서 냉각된 기체는 상기 내부관(340a, 340b)의 내부에 있는 기체로부터 열을 흡수하게 된다. 그리고, 상기 기체는 다시 상기 터빈(320a, 320b)으로 유입되게 된다.

이때, 상기 외부관(350a, 350b)을 지나가는 기체가 충분한 열을 공급받기 위해서, 상기 외부관(350a, 350b)의 중앙부분에는 흡열판(358)이 형성된 흡열구간(357)이 마련될 수 있다.

다음으로 제2유닛(300b)의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

제2유닛(300b)은 열기를 이용한 엔진(300)일 수 있다. 터빈(320a, 320b)으로부터 배출되는 가스는 내부관(340a, 340b)을 타고 흘러간다. 내부관(340a, 340b) 끝에서 펌프(342b)에 의해 외부관(350a, 350b)으로 배출된 가스는 상기 내부관(340a, 340b)의 기체의 흐름과는 반대방향으로 흘러가게 된다. 그리고, 상기 외부관(350a, 350b)의 내부에는 상기 히트펌프(380)의 가열라인이 배치된다. 따라서, 상기 기체는 가열라인에 의해 열을 공급받게 된다. 그리고, 상기 기체는 상기 내부관(340a, 340b)을 흐르는 기체로부터 또한 열을 흡수할 수 있게 된다. 상기 외부관(350a, 350b)을 타고 흘러가면서 열을 흡수한 기체는 상기 터빈(320a, 320b)으로 유입되게 된다.

이와같이, 히트펌프의 방열라인 및 냉각라인을 통해 2개의 터빈을 모두 가동할 수 있는 엔진을 구현할 수 있다.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.