본 연구에서는 FPSEs의 설계기술 확보를 위한 상세 설계방법론을 제시하고자 한다. 설계방법론은 총 6단계로 목표 설정, 사양 결정, 개념 설계, 기본 설계, 상세 설계, 도면화로 수행한다. 1단계 목표 설정은 100kW 급 디젤발전기는 배기 폐열을 통해 약 30~40%에 해당하는 열에너지를 버리고 있는데, 이에 대한 회수 기술로 스털링 엔진을 적용하여 엔진에 공급되는 열량을 기준으로 전기출력 3kWe, 효율 15%를 목표로 설정하였다. 2단계 사양 결정은 문헌 조사를 통한 레퍼런스 엔진을 선정하고 각 엔진의 사양을 비교하여 결정하였다. 목표 출력과 같은 Sunpower 사 3kW 엔진을 레퍼런스로 채택하여 사양을 결정하고, 낮은 온도 조건은 직경 증가를 통해 출력을 만족시키는 설계를 진행하였다. 3단계 개념 설계는 기존 엔진 ...
본 연구에서는 FPSEs의 설계기술 확보를 위한 상세 설계방법론을 제시하고자 한다. 설계방법론은 총 6단계로 목표 설정, 사양 결정, 개념 설계, 기본 설계, 상세 설계, 도면화로 수행한다. 1단계 목표 설정은 100kW 급 디젤발전기는 배기 폐열을 통해 약 30~40%에 해당하는 열에너지를 버리고 있는데, 이에 대한 회수 기술로 스털링 엔진을 적용하여 엔진에 공급되는 열량을 기준으로 전기출력 3kWe, 효율 15%를 목표로 설정하였다. 2단계 사양 결정은 문헌 조사를 통한 레퍼런스 엔진을 선정하고 각 엔진의 사양을 비교하여 결정하였다. 목표 출력과 같은 Sunpower 사 3kW 엔진을 레퍼런스로 채택하여 사양을 결정하고, 낮은 온도 조건은 직경 증가를 통해 출력을 만족시키는 설계를 진행하였다. 3단계 개념 설계는 기존 엔진 레이아웃의 단점을 없애고, 장점을 더한 구조를 채택하여 발전기를 1열로 하고, PP 스프링으로 발전기 양단을 지지하여 건마찰을 방지한 구조로 결정하였다. 4단계 기본 설계는 열역학 사이클 해석을 기반으로 하고, 피스톤 직경과 각 공간 볼륨을 결정한다. 낮은 목표 온도에 대한 출력 감소는 피스톤 직경을 증가시키는 해석적 예측을 통해 목표 출력을 만족시키기 위해 피스톤 직경 170mm 로 결정하였다. 동역학 설계는 동역학 해석모델을 기반으로 사양 결정단계에서 결정된 동적 거동을 만족시키기 위한 질량, 강성, 감쇠, 부하를 설계한다. 5단계 상세 설계는 개념 설계와 기본 설계를 만족시키기 위해 실제 부품의 형상을 설계하였고, 주요 부품으로 피스톤, 스프링, 열교환기, 발전기, 압력용기 등이 있다. 앞선 5단계를 통해 최종적으로 도면화를 진행하여 설계를 완성하였다.
본 연구에서는 FPSEs의 설계기술 확보를 위한 상세 설계방법론을 제시하고자 한다. 설계방법론은 총 6단계로 목표 설정, 사양 결정, 개념 설계, 기본 설계, 상세 설계, 도면화로 수행한다. 1단계 목표 설정은 100kW 급 디젤발전기는 배기 폐열을 통해 약 30~40%에 해당하는 열에너지를 버리고 있는데, 이에 대한 회수 기술로 스털링 엔진을 적용하여 엔진에 공급되는 열량을 기준으로 전기출력 3kWe, 효율 15%를 목표로 설정하였다. 2단계 사양 결정은 문헌 조사를 통한 레퍼런스 엔진을 선정하고 각 엔진의 사양을 비교하여 결정하였다. 목표 출력과 같은 Sunpower 사 3kW 엔진을 레퍼런스로 채택하여 사양을 결정하고, 낮은 온도 조건은 직경 증가를 통해 출력을 만족시키는 설계를 진행하였다. 3단계 개념 설계는 기존 엔진 레이아웃의 단점을 없애고, 장점을 더한 구조를 채택하여 발전기를 1열로 하고, PP 스프링으로 발전기 양단을 지지하여 건마찰을 방지한 구조로 결정하였다. 4단계 기본 설계는 열역학 사이클 해석을 기반으로 하고, 피스톤 직경과 각 공간 볼륨을 결정한다. 낮은 목표 온도에 대한 출력 감소는 피스톤 직경을 증가시키는 해석적 예측을 통해 목표 출력을 만족시키기 위해 피스톤 직경 170mm 로 결정하였다. 동역학 설계는 동역학 해석모델을 기반으로 사양 결정단계에서 결정된 동적 거동을 만족시키기 위한 질량, 강성, 감쇠, 부하를 설계한다. 5단계 상세 설계는 개념 설계와 기본 설계를 만족시키기 위해 실제 부품의 형상을 설계하였고, 주요 부품으로 피스톤, 스프링, 열교환기, 발전기, 압력용기 등이 있다. 앞선 5단계를 통해 최종적으로 도면화를 진행하여 설계를 완성하였다.
This study presents a detailed design methodology for taking the design technology of FPSEs. The design methodology consist of six step: goal setting, specification decision, concept design, basic design, detailed design and drawing. Step 1 goal setting is to recover exhaust waste heat of 30~40% of ...
This study presents a detailed design methodology for taking the design technology of FPSEs. The design methodology consist of six step: goal setting, specification decision, concept design, basic design, detailed design and drawing. Step 1 goal setting is to recover exhaust waste heat of 30~40% of 100kW diesel generator through stirling engine. Stirling engine have to achieve electric power of 3kW and efficiency of 15%. Step 2 specification decision is conducted by selecting reference engines through literature review and comparing specification of each engine. Sunpower 3kW engine is adopted as a reference to determine the specification because of equal power. Step 3 concept design is conducted by eliminating the disadvantages of existing engine layout and adopting a layout that adds merits to the one-row linear alternator. also PP springs are determined to support both ends of the linear alternator to prevent dry friction. Step 4 basic design decides piston diameter and each space volumes. To satisfy the power at low temperature, the piston diameter increase thermodynamic analysis was performed. as a result, piston diameter is determined as 170 mm. The dynamic design is based on the dynamic prediction model to design mass, stiffness, damping and load to satisfy the dynamic behavior determined in the specification decision step. Step 5 detailed design is designed to satisfy concept and basic design. major part are piston including lubrication, spring, heat exchanger, linear alternator and pressure vessel. Finally, step 6 the drawing is completed through the 5 steps above.
This study presents a detailed design methodology for taking the design technology of FPSEs. The design methodology consist of six step: goal setting, specification decision, concept design, basic design, detailed design and drawing. Step 1 goal setting is to recover exhaust waste heat of 30~40% of 100kW diesel generator through stirling engine. Stirling engine have to achieve electric power of 3kW and efficiency of 15%. Step 2 specification decision is conducted by selecting reference engines through literature review and comparing specification of each engine. Sunpower 3kW engine is adopted as a reference to determine the specification because of equal power. Step 3 concept design is conducted by eliminating the disadvantages of existing engine layout and adopting a layout that adds merits to the one-row linear alternator. also PP springs are determined to support both ends of the linear alternator to prevent dry friction. Step 4 basic design decides piston diameter and each space volumes. To satisfy the power at low temperature, the piston diameter increase thermodynamic analysis was performed. as a result, piston diameter is determined as 170 mm. The dynamic design is based on the dynamic prediction model to design mass, stiffness, damping and load to satisfy the dynamic behavior determined in the specification decision step. Step 5 detailed design is designed to satisfy concept and basic design. major part are piston including lubrication, spring, heat exchanger, linear alternator and pressure vessel. Finally, step 6 the drawing is completed through the 5 steps above.
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