KR101044395B1

KR101044395B1 - 스팀 터빈

Info

Publication number: KR101044395B1
Application number: KR1020100085127A
Authority: KR
Inventors: 김제호
Original assignee: 주식회사 에이치케이터빈
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2011-06-27

Abstract

본 발명은 반작용식 스팀 터빈에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 터빈은, i) 제1 판형 부재, ii) 제1 판형 부재와 이격되어 대향하는 제2 판형 부재, ii) 제1 판형 부재과 제2 판형 부재 사이에 위치하고, 제1 판형 부재 및 제2 판형 부재와 결합되어 밀폐되며, 실질적으로 동일한 간격으로 상호 이격되어 배열된 복수의 스팀 배출공들이 형성된 하우징(housing), iii) 제1 판형 부재의 중심을 관통하는 스팀 유입구, iv) 제2 판형 부재의 중심과 연결된 회전축, 및 v) 복수의 스팀 배출공들 각각에 결합된 복수의 직선형 스팀 배출부들을 포함한다. 하우징은 복수의 스팀 배출공들 중 하나의 스팀 배출공이 형성된 스팀 배출면을 더 포함하고, 스팀 배출면과 하우징의 중심을 연결하는 가상선이 뻗은 방향과 복수의 직선형 스팀 배출부들 중 스팀 배출공에 결합된 직선형 스팀 배출부가 뻗은 방향이 실질적으로 직각을 이룬다. 하우징의 직경은 하우징의 폭보다 크다.

Description

스팀 터빈 {STEAM TURBINE}

본 발명은 스팀 터빈에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 반작용식 스팀 터빈에 관한 것이다.

스팀 터빈은 증기가 가진 열에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 장치이다. 스팀 터빈은 터빈 날개에 보일러에서 생성된 고온고압의 증기를 충돌시켜서 축을 회전시킨다. 스팀 터빈에는 축에 연결된 수많은 팬들이 다수의 열을 형성하면서 좁게 배열되어 있으므로, 증기와의 충돌에 의해 힘을 받아 축을 회전시킨다. 한편, 열팽창 또는 원심력 등의 문제점을 줄이기 위해 스팀 터빈은 매우 정밀하게 설계할 필요가 있다.

스팀 터빈이 뉴턴 운동의 제2 법칙에 의해 회전 에너지를 얻는 것과는 달리, 반작용식 터빈은 뉴턴 운동의 제3 법칙인 반작용의 법칙에 의해 작동한다. 즉, 반작용식 터빈은 배출되는 스팀 에너지의 반작용에 의해 회전 에너지를 얻어서 작동한다. 따라서 반작용식 터빈의 구조는 매우 간단하고 견고하다. 또한, 반작용식 터빈은 스팀의 상태 변화에 대해 매우 안정적으로 작동할 수 있다.

소형이면서 높은 에너지 효율을 가지는 저가의 스팀 터빈을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 터빈은, i) 제1 판형 부재, ii) 제1 판형 부재와 이격되어 대향하는 제2 판형 부재, iii) 제1 판형 부재과 제2 판형 부재 사이에 위치하고, 제1 판형 부재 및 제2 판형 부재와 결합되어 밀폐되며, 실질적으로 동일한 간격으로 상호 이격되어 배열된 복수의 스팀 배출공들이 형성된 하우징(housing), iv) 제1 판형 부재의 중심을 관통하는 스팀 유입구, v) 제2 판형 부재의 중심과 연결된 회전축, 및 vi) 복수의 스팀 배출공들 각각에 결합된 복수의 직선형 스팀 배출부들을 포함한다. 하우징은 복수의 스팀 배출공들 중 하나의 스팀 배출공이 형성된 스팀 배출면을 더 포함한다. 스팀 배출면과 하우징의 중심을 연결하는 가상선이 뻗은 방향과 복수의 직선형 스팀 배출부들 중 스팀 배출공에 결합된 직선형 스팀 배출부가 뻗은 방향이 실질적으로 직각을 이루고, 하우징의 직경은 하우징의 폭보다 크다.

하우징은, i) 한 쌍의 하우징 측면들, 및 ii) 스팀 분출면과 각을 이루면서 스팀 분출면과 연결되고, 한 쌍의 하우징 측면들과 접하는 지지면를 더 포함할 수 있다. 스팀 배출면은 한 쌍의 하우징 측면들과 접할 수 있다. 지지면은 곡면을 포함하고, 곡면의 곡률 반경은 0.5mm 내지 7.5mm일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 터빈은 제2 판형 부재 위에 설치되고, 회전축과 결합되어 스팀 유입구를 향하는 스팀 분산부를 더 포함한다. 스팀 분산부의 직경은 스팀 유입구에 가까워지는 방향을 따라 점차 작아지며, 스팀 유입구를 통하여 유입된 스팀은 스팀 분산부와 충돌하여 지지면을 향하도록 적용될 수 있다. 제1 판형 부재 및 제2 판형 부재는, i) 하우징과의 중첩 영역, 및 ii) 중첩 영역을 둘러싸고, 제1 판형 부재 및 제2 판형 부재가 상호 마주하는 비중첩 영역을 각각 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 터빈은 i) 하우징과 이격되고, 직선형 스팀 배출부에 대응하여 곡면으로 형성된 스팀 반사부, 및 ii) 스팀 반사부를 그 내부 측면에 결합시킨 케이싱을 더 포함할 수 있다. 케이싱은 그 외면에 하우징으로부터 배출되는 스팀을 외부로 배출시키도록 형성되고, 달팽이관 형상을 가지는 스팀 배출관을 포함할 수 있다. 제1 판형 부재, 제2 판형 부재 및 하우징은 케이싱 내부에 위치할 수 있다. 스팀 반사부는, i) 직선형 스팀 배출부로부터 배출된 스팀을 회전 반사시키도록 적용된 반사면을 포함하는 스팀 반사부 본체, 및 스팀 반사부 본체 위에 결합되어 하우징 외부로 돌출된 블레이드를 포함할 수 있다. 반사면의 곡률 반경은 2.5mm 내지 15mm일 수 있다.

간단한 구조와 높은 에너지 효율을 가지는 스팀 터빈을 제조할 수 있다. 또한, 저가의 소형 스팀 터빈을 이용하여 가정용 또는 농업용 등으로 사용할 수 있다. 그리고 스팀 터빈을 이용하여 폐열회수 보일러 등에 사용할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스팀 터빈의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 자른 스팀 터빈의 단면도이다.
도 3은 도 1의 스팀 터빈의 부분 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 스팀 터빈의 부분 분해 평면도이다.
도 5는 도 1의 스팀 터빈의 내부 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스팀 터빈의 내부 부분 단면도이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스팀 터빈(100)을 개략적으로 나타낸다. 도 1의 스팀 터빈(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 스팀 터빈(100)의 구조를 다양한 형태로 변형할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 스팀 터빈(100)은 스팀 유입구(30), 회전축(40) 및 케이싱(80)을 포함한다. 이외에, 필요에 따라 스팀 터빈(100)은 다른 부품들을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 1에는 도시하지 않았지만, 제1 판형 부재(10)(도 3에 도시), 제2 판형 부재(20)(도 3에 도시), 하우징(50)(도 3에 도시) 및 직선형 스팀 배출구(60)(도 3에 도시)는 스팀 터빈(100)의 내부에 포함된다.

스팀은 -z축 방향을 따라 스팀 유입구(30)를 통하여 케이싱(80) 내부로 유입된다. 스팀은 xy 평면상에서 케이싱(80) 내부에서 방사상으로 흐르면서 회전축(40)을 회전시킨다. 회전축(40)은 커플링(42)에 의해 발전기와 결합되어 발전기를 회전시킴으로써 전력을 생성할 수 있다. 이외에, 회전축(40)을 회전시켜 다른 동력원으로 사용할 수도 있다.

한편, 하우징(50)으로부터 배출되고 케이싱(80) 내부에서 사용 완료된 스팀은 스팀 배출관(801)을 통하여 외부로 배출된다. 스팀 배출관(801)은 케이싱(80)의 외부에 형성된다. 스팀 배출관(801)으로 인하여 케이싱(80) 내부에 스팀이 잔존하여 물 등으로 응축되지 않는다. 스팀이 잘 배출될 수 있도록 스팀 배출관(801)의 내경은 스팀 배출구(803)에 가까울수록 점차 커진다. 그 결과, 스팀을 효율적으로 외부로 배출시킬 수 있다. 나아가, 스팀 배출관(801)은 달팽이관 형상을 가지므로, 스팀을 외부로 배출시키기에 바람직한 형상을 가진다. 이하에서는 도 2를 참조하여 스팀 터빈(100)의 내부 구조를 좀더 상세하게 설명한다.

도 2는 도 1의 II-II선을 따라 자른 스팀 터빈(100)의 단면 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 스팀 터빈(100)의 단면 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 스팀 터빈(100)의 단면 구조를 다양한 형태로 변형할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 케이싱(80)의 내부에는 제1 판형 부재(10), 제2 판형 부재(20) 및 하우징(50)이 위치한다. 하우징(50)은 제1 판형 부재(10)와 제2 판형 부재(20) 사이에 위치한다. 즉, 제2 판형 부재(20)는 제1 판형 부재(10)와 이격되어 제1 판형 부재(10)에 대향한다.

하우징(50)은 제1 판형 부재(10)와 제2 판형 부재(20)와 결합된다. 따라서 하우징(50)은 제1 판형 부재(10)와 제2 판형 부재(20)에 의해 밀폐된다. 즉, 하우징(50)은 +z축 및 -z축 방향을 향하여 개방되므로, 제1 판형 부재(10)와 제2 판형 부재(20)는 개방된 하우징(50)을 +z 방향 및 -z축 방향으로 밀폐시킨다. 여기서, 제1 판형 부재(10)와 제2 판형 부재(20)는 원판 형상을 가질 수 있다. 따라서 제1 판형 부재(10)와 제2 판형 부재(20)는 회전하면서 그 주변의 부품들과 상호 간섭하지 않는다.

좀더 구체적으로, 하우징(50)은 한 쌍의 하우징 측면들(502), 스팀 분출면(504) 및 지지면(506)를 포함한다. 스팀 분출면(504) 및 지지면(506)는 한 쌍의 하우징 측면들(502)과 접하여 형성된다. 한 쌍의 하우징 측면들(502)을 통하여 중공형 공간이 형성된다. 중공형 공간은 격실 등으로 나누어져 있지 않으며, 일체형으로 형성된다. 따라서 대부분의 스팀은 중공형 공간으로부터 외부로 모두 분출된다. 그 결과, 다단의 격실이 형성된 중공형 공간을 통하여 스팀을 흘려서 사용하지 않으므로, 스팀 터빈(100)의 구조가 간단하다.

도 2에 도시한 바와 같이, 스팀 유입구(30)를 통하여 화살표 방향으로 유입된 스팀은 중공형 공간을 통하여 흐른다. 스팀 유입구(30)는 제1 판형 부재(10)의 중심을 관통한다. -z축 방향으로 유입된 스팀을 하우징(50)의 가장자리로 이동시킴으로써 하우징(50)의 회전력을 극대화할 수 있다. 이를 위하여 스팀 분산부(90)를 하우징(50) 내부에 설치한다. 스팀 분산부(90)는 제2 판형 부재(20)의 중심과 연결된 회전축(40)과 안정적으로 결합되고, 스팀 유입구(30)를 향한다. 스팀 분산부(90)의 직경(d90)은 스팀 유입구(30)에 가까워지는 방향, 즉 +z축 방향을 따라 점차 작아진다. 따라서 스팀 유입구(30)를 통하여 유입된 스팀은 스팀 분산부(90)와 충돌하면서 위아래, 즉 하우징(50)의 가장자리로 원활하게 이동하면서 지지면(506)를 향한다.

스팀 분출면(504)에는 스팀 배출공(5041)이 형성된다. 직선형 스팀 배출부(60)(도 3에 도시)를 스팀 배출공(5041)에 단단히 결합할 수 있으므로, 스팀 분출면(504)은 고압의 스팀에 견딜 수 있다. 이를 위하여 직선형 스팀 배출부(60)(도 3에 도시)의 단부에는 나사선이 형성된다. 나사선을 이용하여 직선형 스팀 배출부(60)를 스팀 분출면(504)에 끼워 나사 결합하거나 직선형 스팀 배출부(60)를 스팀 분출면(504)을 관통하여 삽입한 후 그 반대편에 볼트를 끼워서 결합시킬 수 있다. 즉, 대형의 스팀 터빈(100)에는 나사 체결 방식을 이용하고, 중소형의 스팀 터빈(100)에는 볼트 체결 방식을 이용할 수 있다. 지지면(506)은 스팀이 분출되면서 강한 압력을 받는 스팀 분출면(504)을 지지한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 하우징(50)의 외부에는 스팀 반사부(70)가 위치한다. 스팀 반사부(70)는 직선형 스팀 배출부(60)(도 3에 도시)를 통하여 분사되는 스팀을 하우징(50)의 회전 방향을 따라 다시 흐르도록 제어한다. 그 결과, 스팀 반사부(70)에 의해 반사되는 스팀을 재활용하여 하우징(50)의 회전력을 더욱 높일 수 있다.

스팀 반사부(70)는 하우징(50)과 이격되어 위치하므로, 하우징(50)과 간섭되지 않는다. 스팀 반사부(70)는 케이싱(80)의 내부 측면에 결합되므로, 회전하는 하우징(50)과 이격되어 안정적으로 위치한다. 베어링들(805)은 하우징(50)이 케이싱(80) 내부에서 원활하게 회전하도록 설치된다. 즉, 하우징(50)의 전면에는 스팀 유입구(30)와 하우징(50) 사이에 베어링들(805)을 설치하고, 하우징(50)의 후면에는 회전축(40)과 케이싱(80)의 사이에 베어링들(805)을 설치한다. 그 결과, 하우징(50)이 케이싱(80) 내부에서 원활하게 잘 회전된다.

한편, 스팀 배출관(801)은 케이싱(80)의 내부와 연통되므로, 하우징(50)에 회전력을 부여하고 남은 스팀들을 스팀 배출구(803)를 통하여 외부로 배출시킨다. 스팀 배출관(801)은 하우징(50)이 회전하는 위치와 -z축 방향을 따라 다소 떨어져서 위치한다. 따라서 하우징(50)을 회전시키기 위해 필요한 스팀이 불필요하게 소모되어 하우징(50)의 회전력을 저하시키지 않도록 하며, 남은 스팀을 모아서 외부로 배출시킨다. 이하에서는 도 3을 통하여 하우징(50)의 구조를 좀더 상세하게 설명한다.

도 3은 도 1의 스팀 터빈(100)을 부분 분해하여 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 제1 판형 부재(10), 제2 판형 부재(20) 및 하우징(50)을 분해하여 나타낸다.

도 3에 도시한 바와 같이, 직선형 스팀 배출부(60)는 스팀 분출면(504)에 형성된 스팀 배출공(5041)(도 2에 도시)에 견고하게 나사 결합된다. 따라서 직선형 스팀 배출부(60)가 스팀을 배출시키면서 상호 결합된 제1 판형 부재(10), 제2 판형 부재(20) 및 하우징(50)이 함께 회전한다. 한편, 하우징(50)의 직경(d50)은 하우징(50)의 폭(w50)보다 크다. 따라서 스팀 터빈(100)(도 1에 도시)의 구조를 간단하게 할 수 있다.

하우징(50)은 스팀 분출면(504) 및 지지면(506)를 포함한다. z축 방향에서 볼 때, 복수의 스팀 분출면들(504) 및 복수의 지지면들(506)은 함께 연속 연결되어 대략적으로 톱니 형상을 가진다. 스팀 분출면(504)은 한 쌍의 하우징 측면들(502)의 사이에서 한 쌍의 하우징 측면들(502)과 상호 접한다. 한 쌍의 하우징 측면들(502)은 제1 판형 부재(10) 및 제2 판형 부재(20) 사이에 중공형 공간을 형성하면서 제1 판형 부재(10) 및 제2 판형 부재(20)와 각각 접한다. 지지면(506)은 스팀 분출면(504)과 각을 이루면서 연결된다.

지지면(506)은 한 쌍의 하우징 측면들(502)과 접한다. 지지면(506)에 포함된 곡면(5061)의 곡률반경을 조절하여 직선형 스팀 배출부(60)로부터 배출되는 스팀의 이용 효율을 최대화할 수 있다. 즉, 스팀이 직선형 스팀 배출부(60)로부터 배출된 후 지지면(506)을 따라 흐르므로, 스팀의 배출 방향은 곡면(5061)에 의해 영향을 받는다. 따라서 곡면(5061)의 곡률 반경을 0.5mm 내지 7.5mm로 조절하는 것이 바람직하다. 곡면(5061)의 곡률 반경이 너무 작은 경우, 스팀이 하우징(50)의 회전 방향을 따라 가이드되지 못하고, 곡면(5061)에 바로 충돌한다. 따라서 하우징(50)의 회전력을 극대화할 수 없다. 반대로, 곡면(5061)의 곡률 반경이 너무 큰 경우, 지지면(506)이 스팀 반사부(70)에 간섭될 수 있다. 따라서 곡면(5061)의 곡률 반경을 전술한 범위로 조절한다.

한편, 제1 판형 부재(10)의 직경 및 제2 판형 부재(20)의 직경은 하우징(50)의 직경(d50)보다 크다. 그 결과, 직선형 스팀 배출부(60)로부터 배출되는 스팀이 주로 제1 판형 부재(10) 및 제2 판형 부재(20) 사이로만 가이드된다. 즉, 스팀은 제1 판형 부재(10)의 좌측이나 제2 판형 부재(20)의 우측을 향하여 벗어나지 않는다. 따라서, 스팀은 하우징(50)의 회전 방향으로만 압력을 가하므로, 하우징(50)의 회전에 필요한 기계적 에너지를 최대화할 수 있다.

도 4는 도 1의 스팀 터빈(100)을 부분 분해하여 나타낸 평면도이다. 즉, 도 4에서는 스팀 터빈(100) 내부에 포함된 제1 판형 부재(10) 및 하우징(50)을 개략적으로 나타낸다. 도 4에서 제1 판형 부재(10)는 하우징(50) 위에 위치하므로, 하우징(50)은 점선으로 나타낸다.

도 4에 도시한 바와 같이, 하우징(50)에는 직선형 스팀 배출부들(60)이 결합되는 복수의 스팀 배출공들(5041)이 형성된다. 복수의 스팀 배출공들(5041)은 실질적으로 동일한 간격으로 상호 이격되어 배열된다. 따라서 하우징(50)이 스팀에 의해 균일한 힘을 받으므로, 하우징(50)은 편심되지 않고 균일하게 회전할 수 있다.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 판형 부재(10)와 하우징(50)은 중첩 영역(15a) 및 비중첩 영역(15b)을 포함한다. 즉, 도 4에서 제1 판형 부재(10)와 하우징(50)이 겹쳐진 부분은 중첩 영역(15a)으로 정의되고, 제1 판형 부재(10)와 하우징(50)이 겹쳐지지 않은 부분은 비중첩 영역(15b)으로 정의된다. 도 4에는 도시하지 않았지만, 실질적으로 제2 판형 부재(20)(도 3에 도시)는 제1 판형 부재(10)와 완전히 중첩되므로, 제2 판형 부재(20)(도 3에 도시)와 하우징(50)의 중첩 영역 및 비중첩 영역은 제1 판형 부재(10)와 하우징(50)의 중첩 영역(15a) 및 비중첩 영역(15b)과 동일하다. 한편, 비중첩 영역(15b)은 중첩 영역(15a)을 둘러싼다. 제1 판형 부재(10) 및 제2 판형 부재(20)(도 3에 도시)는 비중첩 영역(15b)에서 상호 마주한다

전술한 바와 같이, 비중첩 영역(15b)이 중첩 영역(15a)을 둘러싸므로, 직선형 스팀 배출부(60)를 통하여 배출되는 스팀은 제1 판형 부재(10) 및 제2 판형 부재(20)(도 3에 도시) 사이에서만 가이드된다. 그 결과, 스팀이 다른 방향으로는 움직이지 않고, 하우징(50)의 회전방향을 따라서만 움직이므로, 스팀이 실질적으로 하우징(50)의 회전력을 높인다.

도 5는 도 1의 스팀 터빈(100)의 내부 단면 구조를 개략적으로 나타낸다. 편의상 설명을 위하여 도 5에서는 도 1의 스팀 유입구(30) 및 회전축(40)을 생략하여 도시한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 가상선(L)은 스팀 배출면(504)과 하우징(50)의 중심(C)을 연결하는 선으로 정의된다. 스팀 배출면(504)의 연장선인 가상선(L)은 중심(C)을 통과한다. 여기서, 가상선(L)이 뻗은 방향과 직선형 스팀 배출부(60)가 뻗은 방향은 실질적으로 직각을 이룬다. 즉, 가상선(L)은 y축 방향으로 뻗어 있고, 직선형 스팀 배출부(60)는 x축 방향을 향하므로, 가상선(L)과 직선형 스팀 배출부(60)가 뻗은 방향은 상호 직교한다. 그 결과, 하우징(50)을 원형으로 가정하는 경우, 직선형 스팀 배출부(60)로부터 배출되는 스팀은 하우징(50)의 접선 방향과 일치하므로, 하우징(50)의 회전력을 최대화할 수 있다. 따라서 스팀의 운동에너지를 회전에너지로 최대로 변환할 수 있으므로, 스팀 터빈(100)(도 1에 도시)의 에너지 효율을 최대화할 수 있다.

한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 하우징(50)의 주위에는 스팀 반사부(70)가 설치된다. 스팀 반사부(70)는 케이싱(80)(도 1에 도시)의 내부에 위치한다. 스팀 반사부(70)는 직선형 스팀 배출부(60)로부터 반사되는 스팀을 반사시켜서 스팀에 의해 하우징(50)의 회전력을 높인다. 그 결과, 스팀의 이용 효율을 높일 수 있고, 하우징(50)의 회전력을 최대화할 수 있다. 이를 위해 스팀 반사부(70)는 하우징(50)과 이격되고, 직선형 스팀 배출부(60)에 대응하여 곡면으로 형성된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 스팀 반사부(70)는 스팀 반사부 본체(702)를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 스팀 반사부(70)는 다른 부품들을 더 포함할 수 있다. 스팀 반사부 본체(702)는 케이싱(80)(도 1에 도시) 내부에 결합되고, 반사면(7021)을 포함한다. 여기서, 반사면(7021)은 원형에 가까운 부분을 의미한다. 반사면(7021)을 이용하여 직선형 스팀 배출부(60)로부터 배출되는 스팀을 효율적으로 반사시킴으로써 하우징(50)의 회전력을 높일 수 있다. 전술한 내부 구조를 가지는 스팀 터빈(100)은 가정용 또는 농업용 소형 발전기 등에 사용하기에 적합하다.

반사면(7021)의 곡률 반경은 2.5mm 내지 15mm일 수 있다. 반사면(7021)의 곡률 반경이 너무 작은 경우, 스팀이 거의 하우징(50)의 중심(C)을 향하여 움직이므로, 하우징(50)의 회전을 오히려 방해한다. 반대로, 반사면(7021)의 곡률 반경이 너무 큰 경우, 스팀은 하우징(50)의 외부에서만 움직이므로, 하우징(50)의 회전에 큰 도움을 주지 못한다. 따라서 전술한 범위로 반사면(7021)의 곡률 반경을 조절하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스팀 터빈의 내부 단면 구조를 부분적으로 나타낸다. 도 6의 스팀 터빈의 내부 구조는 도 5의 스팀 터빈의 내부 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하고, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 스팀 반사부(72)는 스팀 반사부 본체(702), 블레이드(724) 및 나사(726)를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 스팀 반사부(70)는 다른 부품들을 더 포함할 수 있다. 블레이드(724)는 스팀 반사부 본체(702) 위에 나사(726)에 의해 견고하게 결합되어 하우징(50) 외부로 돌출된다. 블레이드(724)는 하우징(50)에 가까울수록 그 두께가 점차 증가하는 형상을 가진다.

반사면(7021)에 충돌한 스팀은 블레이드(724)를 따라 흐르면서 하우징(50)의 회전 방향을 따라 이송된다. 그 결과, 스팀에 의해 하우징(50)의 회전력을 더욱 높일 수 있다. 따라서 전술한 내부 구조를 가지는 스팀 터빈을 대용량 발전기 등에 사용할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이것도 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100. 스팀 터빈 10, 20. 판형 부재
15a. 중첩영역 15b. 비중첩영역
30. 스팀 유입구 40. 회전축
42. 커플링 50. 하우징
502. 하우징 측면 504. 스팀 분출면
5041. 스팀 배출공 506. 지지면
5061. 곡면 60. 직선형 스팀 배출부
70, 72. 스팀 반사부 702. 스팀 반사부 본체
7021. 반사면 724. 블레이드
726. 나사 80. 케이싱
801. 스팀 배출구 803. 스팀 배출관
805. 베어링 90. 스팀 분산부

Claims

제1 판형 부재,
상기 제1 판형 부재와 이격되어 대향하는 제2 판형 부재,
상기 제1 판형 부재과 상기 제2 판형 부재 사이에 위치하고, 상기 제1 판형 부재 및 상기 제2 판형 부재와 결합되어 밀폐되며, 동일한 간격으로 상호 이격되어 배열된 복수의 스팀 배출공들이 형성된 하우징(housing),
상기 제1 판형 부재의 중심을 관통하는 스팀 유입구,
상기 제2 판형 부재의 중심과 연결된 회전축, 및
상기 복수의 스팀 배출공들 각각에 결합된 복수의 직선형 스팀 배출부들
을 포함하고,
상기 하우징은 상기 복수의 스팀 배출공들 중 하나의 스팀 배출공이 형성된 스팀 배출면을 더 포함하고, 상기 복수의 직선형 스팀 배출부들 중 상기 스팀 배출공에 결합된 직선형 스팀 배출부가 뻗은 방향과 상기 스팀 배출면은 직각을 이루고, 상기 하우징의 직경은 상기 하우징의 폭보다 큰 스팀 터빈.
제1항에 있어서,
상기 하우징은,
한 쌍의 하우징 측면들, 및
상기 스팀 분출면과 각을 이루면서 상기 스팀 분출면과 연결되고, 상기 한 쌍의 하우징 측면들과 접하는 지지면
를 더 포함하고,
상기 스팀 배출면은 상기 한 쌍의 하우징 측면들과 접하는 스팀 터빈.
제2항에 있어서,
상기 지지면은 곡면을 포함하고, 상기 곡면의 곡률 반경은 0.5mm 내지 7.5mm인 스팀 터빈.
제2항에 있어서,
상기 제2 판형 부재 위에 설치되고, 상기 회전축과 결합되어 상기 스팀 유입구를 향하는 스팀 분산부를 더 포함하고,
상기 스팀 분산부의 직경은 상기 스팀 유입구에 가까워지는 방향을 따라 점차 작아지며, 상기 스팀 유입구를 통하여 유입된 스팀은 상기 스팀 분산부와 충돌하여 상기 지지면을 향하도록 적용된 스팀 터빈.
제1항에 있어서,
상기 제1 판형 부재 및 상기 제2 판형 부재는,
상기 하우징과의 중첩 영역, 및
상기 중첩 영역을 둘러싸고, 상기 제1 판형 부재 및 상기 제2 판형 부재가 상호 마주하는 비중첩 영역
을 각각 포함하는 스팀 터빈.
제1항에 있어서,
상기 하우징과 이격되고, 상기 직선형 스팀 배출부에 대응하여 곡면으로 형성된 스팀 반사부, 및
상기 스팀 반사부를 그 내부 측면에 결합시킨 케이싱
을 더 포함하고,
상기 케이싱은 그 외면에 상기 하우징으로부터 배출되는 스팀을 외부로 배출시키도록 형성되고, 달팽이관 형상을 가지는 스팀 배출관을 포함하며,
상기 제1 판형 부재, 상기 제2 판형 부재 및 상기 하우징은 상기 케이싱 내부에 위치하는 스팀 터빈.
제6항에 있어서,
상기 스팀 반사부는,
상기 직선형 스팀 배출부로부터 배출된 스팀을 회전 반사시키도록 적용된 반사면을 포함하는 스팀 반사부 본체, 및
상기 스팀 반사부 본체 위에 결합되어 상기 하우징 외부로 돌출된 블레이드
를 포함하는 스팀 터빈.
제7항에 있어서,
상기 반사면의 곡률 반경은 2.5mm 내지 15mm인 스팀 터빈.