친환경 외연기관 열원만 있으면 돌아가는 스털링엔진

스털링엔진에 대하여 알고 있는 분들이 많지 안을 것 같아 소개합니다. 증기기관이 산업현장에서 동력원을 만들어 내던 시절 증기기관의 위험한 조건에서 안전한 기관을 만들어보고자 스코틀랜드 출신의 목사 로버트 스털링(1790~1878)이 스털링 엔진으로 불리우는고 또는 열기(熱氣)기관이라고 불리는 기계를 개발하였습니다.

열기(熱氣)기관이라는 것은 외부에서 기관을 가열하면 엔진이 가동하는 단순한 장치인데 외부 열원으로 필요한 에너지는 무엇이든 가능한 스털링엔진의 열원이 됩니다. 즉 친환경으로 태양열이나 장작을 태운 열원이나 생활에서 사용하고 버리는 물건을 소각하면서 발생하는 열등을 열원으로 스털링 엔진을 가동 할 수있습니다.

증기기관을 대처 할 만한 스털링엔진이 1850년에는 사디 카르노가 엔진의 열역학을 분석하여 스털링의 엔진이 이론적으로 거의 완벽에 가깝다는 사실을 증명하였으나 문제점인 스털링 엔진의 에너지를 감당 할 만한 재료가 등장할 무렵에  전동모터가 개발되어 스털링 엔진은 할성화되지 못하고 접어야 하는 엔진이 되었던것입니다.

유튜브 동영상을 보면서 스털링에 대하여 알게 되었는데 미래에는 태양열을 전기로 전환시키는데 응용 될 수도 있을 것같다는 생각이 들고 어떤 열원이든 엔진을 가동하여 전기를 만들수 있으므로 농촌에서 나무를 소각하면서 생기는 열원을 이용하면 좋겠다는 생각이 들기도 합니다.

그러면 궁금한 것이 있지요, 과연 스털링이 어떤 원리로 엔진이 회전하는지 처음 알게 되었서 소개하여 드립니다. 스텔링엔진은 외연기관으로 외부에서 실린더를 가열하면 실린더 내 가스가 가열과 냉각되는 원리로 이를 반복되게 하는 장치에 의해 연속적으로 실린더를 가열과 냉각되게하여 엔진을 회전시킵니다.

즉 피스톤을 열원에 의해 압축·팽창시켜 열에너지를 운동에너지로 바꾸는 엔진이 스털링엔진입니다. 우리가 현재 자동차에서 사용하는 내연기관은 가스나 연료를 태울 때 폭발행정으로 엔진의 떨림과 소음이 많지만 스털링엔진은 폭발행정이 없으므로 잠수함에서 이 엔진을 사용하기도 한답니다.

스텔링엔진의 원리는 두산백과에서 참고자료로 가져와 스텔링엔진의 이해를 돕기위해 함께 올려드립니다.

출력 피스톤의 상승으로 실린더 저온부에 있는 작동가스는 등온압축된다. 다음에 배제 피스톤이 하강해서 실린더 저온부에서 고온부로 부피가 일정한 상태에서 가스는 가열되면서 이동한다. 이때 이전 사이클에서 미리 가열되어 있는 재생기에서 예열되고 가열 코일에서 가열된다. 이것을 등적가열이라고 한다.

다음에 실린더 고온부에 있는 가스는 등온팽창하고, 배제와 출력의 두 피스톤은 함께 하강해서 일을 한다. 끝으로 출력 피스톤은 그대로 있고, 배제 피스톤만이 상승하기 때문에 작동가스는 실린더 고온부에서 저온부로 일정한 부피를 유지한 채 재생기와 냉각 코일에서 냉각되면서 이동한다. 이것을 등적냉각이라고 한다

 

모형 스털링엔진(유튜브 동영상 캡쳐)

 

에니메이션 스털링엔진(유튜브 동영상 캡쳐 1.)

 

에니메이션 스털링엔진(유튜브 동영상 캡쳐 2.)

 

에니메이션 스털링엔진(유튜브 동영상 캡쳐 3.)

 

유튜브 동영상 스털링엔진