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양방향 스털링엔진/발전기의 효율 특성 연구
A Study on Generating efficiency of the Double Acting Stirling Engine/Generator 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.27 no.1, 2016년, pp.114 - 120  

박성제 (한국기계연구원 극한기계부품연구본부) ,  고준석 (한국기계연구원 극한기계부품연구본부) ,  홍용주 (한국기계연구원 극한기계부품연구본부) ,  김효봉 (한국기계연구원 극한기계부품연구본부) ,  염한길 (한국기계연구원 극한기계부품연구본부) ,  인세환 (한국기계연구원 극한기계부품연구본부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes generating efficiency characteristics of the double acting Stirling engine/generator for domestic small-scale CHP (Combined Heat and Power) system. In small distributed generation applications, Stirling engine has competition from fuel cell, microturbine and etc. In order to be ...

주제어

#양방향 자유 피스톤 스털링엔진/발전기   #발전효율   #피스톤   #변위기   #재생기  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 가정용 소형 열병합 발전시스템에 적용하기 위하여 1 kW급 양방향 스털링 엔진/발전기를 설계, 제작하여 성능 실험을 수행하였다. 투입되는 연소 가스량을 변화시키며 열 투입 및 전기 출력 특성을 측정하였으며, 특히 엔진 발전 시스템에서의 에너지 출입량을 실험적으로 측정하여 엔진의 발전 효율을 측정한 결과를 제시하고자 한다.
  • 본 연구에서는 가정용 소형 열병합 발전시스템에 적용하기 위하여 1 kW급 양방향 스털링 엔진/발전기를 설계, 제작하여 성능 실험을 수행하였다. 투입되는 연소 가스량을 변화시키며 열 투입 및 전기 출력 특성을 측정하였으며, 특히 엔진 발전 시스템에서의 에너지 출입량을 실험적으로 측정하여 엔진의 발전 효율을 측정한 결과를 제시하고자 한다.

가설 설정

  • 2와 같이 1kW 전기 출력이 가능하도록 설계 및 제작되었으며, 일반 가정용 도시가스를 연소가스로 이용하였다. 엔진은 가정용 열병합 발전 시험 시스템에 설치되어 엔진 헤드에 설치된 연소기 내부에서의 연소열에 의해 엔진으로 열이 공급된다.
  • 2. 유입량이 증가할수록 엔진 코일에서 전압의 크기는 증가하지만, 그리드와 엔진 코일 사이에 설치된 콘덴서를 통하여 전압이 일정하지 않은 엔진 출력이 그리드에 안정적으로 결합된다. 또한, 엔진 출력이 작은 경우에는 그리드에서의 역률이 1보다 작은 값으로 나타나지만, 약 800 W 이상의 전기 출력 조건에서는 엔진 코일에서의 역률은 1보다 작은 반면에, 그리드에서의 역률은 1의 값을 갖는다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자유피스톤 방식이 활잘히 개발되고 있는 이유는? 외연기관인 스털링엔진은 가스/액체/고체 연료를 모두 사용할 수 있으며, 최근에는 기존의 기구적인 구동방식에 비해 수명과 신뢰성이 높은 비접촉 방식의 자유피스톤 방식이 활발히 개발되고 있다5,6,7).
스털링 엔진 내 에너지 흐름은 어떠한가? 연소가스의 연소에 의해 엔진 헤드에 공급된 열(Qin)의 일부는 스털링 엔진의 고온부로 흡수(Qeng)되어 엔진을 구동하고, 헤드로 흡수되지 못한 열은 배기가스로 방출된다(Qout).
스털링엔진이란 무엇인가? 스털링엔진은 19세기 초반 영국의 Robert Stirling에 의해 열 공기 엔진(Hot air engine)으로 개발된 외연기관으로, 피스톤과 실린더로 이루어진 밀폐공간 내에 헬륨, 수소 등의 작동가스를 밀봉하고, 이를 외부에서 가열, 냉각시킴으로써 발생하는 피스톤의 운동을 통해 기계적인 에너지를 얻을 수 있다1,2).
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참고문헌 (9)

  1. M.W.Bae, H.S.Chang, "Performance Prediction of Solar Power System with Stirling Engine", Proceedings of KSME conference, 2001. 

  2. J.S.Kim, Y.H.Kang, S.N.Lee, H.K,Yoon, C.K.Yu, J.K.Kim, D.K.Jo, "Performance of Dish-Stirling Solar Power System", Proceedings of KSRE conference, 2006. 

  3. W. Graham, "Stirling Engines", Oxford University Press, 1980. 

  4. I.Knight, I.Ugursal, "Residential Cogeneration Systems : A Review of The Current Technologies", A report of Subtask of FC+COGEN-SIM The Simulation of Building-Integrated Fuel Cell and Other Cogeneration Systems, IEA/ECBCS, ISBN 9780662462217. 

  5. I.Urieli and D.M.Berchowitz, "Stirling Cycle Engine Analysis", Adam Hilger Ltd., Bristol, 1984. 

  6. N.W.Lane and W.T.Beale, "Free-piston Stirling Design Feature", presented at the 8th Int. Stirling Engine Conference, May 27-30, Univ. of Ancona, Italy, 1997. 

  7. W,R.Martini, "Stirling Engine Design Manual", National Aeronautics and Space Administration, 1983. 

  8. J.S.Ko, Y.J.Hong, H.B.Kim, I.S.Kang, C.S.Lee and S.J.Park, "Measurement of generating efficiency of Stirling engine for domestic micro CHP system", Proceedings of KSME conference, 2012. 

  9. J.S.Ko, Y.J.Hong, H.B.Kim, I.S.Kang, and S.J.Park, "Experiments on dynamic and electrical characteristics of 1 kW class Stirling engine", Proceedings of KSME conference, 2011. 

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