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스털링엔진 기술개발 동향 및 주요 기술 소개 원문보기

전기의 세계 = The proceedings of KIEE, v.65 no.5, 2016년, pp.24 - 33  

박원식 (한전 전력연구원) ,  구본길 (한전 전력연구원)

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문제 정의

  • 지금 까지 스털링엔진에 대한 간략한 설명과 요소기술에 대해 기술하였다. 스털링엔진은 기존에 없던 새로운 이론은 아니지만 새롭게 필요한 기술이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스털링 엔진이란 무엇인가? 스털링 엔진(Striling Engine)은 19세기 초반 영국의 Robert Stirling에 의해 열 공기엔진(Hot Air Engine) 으로 개발된 외연기관으로, 증기기관과 내연기관의 급속한 발전으로 주목을 끌지 못했으나 근래에 와서 관련기술, 특히 내열재료(내열재료)와 실(seal) 기술의 발전, 그리고 에너지절약과 대체에너지의 중요성이 강조되면서 다시 개발되기 시작하고 있다.
스털링엔진의 장점은 무엇인가? 피스톤과 실린더로 이루어진 밀폐공간 내에 헬륨, 수소 등의 작동가스를 밀봉하고, 이를 외부에서 가열, 냉각시킴으로써 발생하는 피스톤의 운동을 통해 기계적인 에너지를 얻는 원리로 배기가스가 없어 열손실이 없고, 다양한 열원을 활용할 수 있는 유연성이 있어 바이오매스나 폐열, 태양광을 이용한 형태의 스털링엔진이 적용되고 있다.
이상적인 스털링 사이클은 어떠한가? 이상적인 스털링 사이클은 그림1과 같이 두개의 피스톤과 재생기(Regenerator)로 구성된다. 압축피스톤의 이동을 통해 압축된 작동유체는 압축 및 팽창피스톤의 이동에 의해 재생기를 통과하면서 가열되고, 연속적인 팽창피스톤에 의한 팽창을 통해 고온열원으로 부터 열을 흡수, 고온의 작동유체는 팽창 및 압축피스톤의 이동에 의해 재생열교환기를 통과하면서 저온으로 냉각, 열 저장이 구현되어 원리적으로는 가장 높은 열효율을 달성할 수 있다. 그림1은 위의 4개 과정을 나타낸 열역학선도이며 실제의 스털링엔진은 압축피스톤을 팽창피스톤에 대해 90도의 위상차로 구동함으로써 이와 같은 스털링 사이클을 구현하게 된다.
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참고문헌 (6)

  1. 박성제, 홍용주, 고준석, 김효봉, 염한길, 인세환, 강인수, 이청수, "자유 피스톤 스털링엔진/발전기의 설계인자 연구", 한국수소 및 신에너지학회 논문집, 25(6), pp.648-655, 2014, 

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  2. 박성제, 홍용주, 고준석, 김효봉, 이청수, 강인수, "선형압축 방식의 1kW급 스털링 엔진 설계 기술 개발", 정밀공학회 추계학술대회, pp.691-692, 2013. 10 

  3. "Stirlingcycle analysis", I Urieli, D M Berchowitz 

  4. 강석훈, 정대헌, 김혁주, "핀-튜브 형태의 스털링엔진 고온 열교환기 설계를 위한 수치해석 연구", 한국전산유체공학회 학술대회 논문집, pp.163-166, 2010.5 

  5. S.M. Jang, J.Y.Choi, H.W.Cho, W.B. Jang, B.H.Kim, "The Influence of Mechanical Resonance on the Dynamic Performance of a Tubular Linear Actuator with Halbach Array", International Conference on Electrical Machines and System, pp.264-269, Sep, 2005 

  6. Cristofaro Pompermaier, Member, Kalluf Flavio Jorge Haddad, Alexandre Zambonetti, M. V. Ferreira da Luz, Ion Boldea, "Small Linear PM Oscillatory Motor: Magnetic Circuit Modeling Corrected by Axisymmetric 2-D FEM and Experimental Characterization", IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 59, NO. 3, MARCH 2012 

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