KR101150327B1

KR101150327B1 - 사판식 팽창기 및 이를 이용한 보조동력장치

Info

Publication number: KR101150327B1
Application number: KR1020100035854A
Authority: KR
Inventors: 노귀성
Original assignee: 주식회사 엔진텍
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2012-06-08
Also published as: KR20110116439A

Abstract

본 발명은 사판식 팽창기에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 사판식 팽창기는, 유체가 주입되는 유입구와, 상기 유체가 배출되는 유출구를 포함하는 케이스; 복수 개의 실린더와, 상기 실린더 내에 각각 삽입되어 상기 유체에 의해 왕복 운동하는 복수 개의 피스톤을 포함하는 피스톤 실린더군; 상기 케이스에 경사지게 고정된 경사판 하우징; 일면이 상기 경사판 하우징 상에 결합되어 회전운동하는 것으로, 상기 일면의 반대쪽에 위치한 타면에는 상기 복수 개의 피스톤이 결합되는 경사판; 상기 피스톤 실린더군이 고정결합되는 로터; 상기 로터에 결합된 것으로, 각각의 상기 실린더에 연통되는 복수 개의 유동관이 형성된 로테이팅 밸브; 및 상기 유입구를 통하여 주입된 유체를 상기 로테이팅 밸브의 유동관으로 주입하는 흡입포트와, 상기 로테이팅 밸브의 유동관을 통하여 배출되는 유체가 통과하는 배출포트를 포함하는 분배밸브를 포함하되, 상기 분배밸브는 상기 피스톤의 상사점을 기준으로 상기 흡입포트의 위상을 조절하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 사판식 팽창기를 사용함으로써, 흡입포트의 위상을 가변으로 하여 사판식 팽창기를 구동시키는 최적의 팽창비로 구동되도록 할 수 있다.

Description

사판식 팽창기 및 이를 이용한 보조동력장치{SWASH PLATE TYPE INFLATOR AND AUXILIARY POWER UNIT USING THE SAME}

본 발명은 사판식 팽창기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분배 밸브의 흡기포트 위치를 조절함으로써, 팽창비를 조절할 수 있는 사판식 팽창기에 관한 것이다.

일반적으로 사판식 팽창기는 밀폐체적이 증가하는 것을 통하여 피스톤을 구동시키고, 이러한 피스톤의 운동에너지를 이용하여 경사판을 회전시킴으로써, 동력을 얻는 장치를 말한다. 종래에는 대한민국 공개특허공보 제2003-0078955호에 개시된 바와 같이, 로터에 의해 회전하는 가동측 밸브플레이트와, 로터리 밸브 본체에 고정결합된 고정측 밸브플레이트가 접하며 결합하는데, 고정측 밸브플레이트를 통과하는 유체가 가동측 밸브플레이트를 통과하여 실린더 내로 주입되면, 실린더의 체적이 증가하면서 경사판과 결합한 로터가 회전하는 것이다.

그러나 종래의 사판식 팽창기와 같이 유체가 주입되는 고정측 밸브플레이트가 고정되어 있는 경우, 고정측 밸브플레이트에 형성된 흡기 포트와, 가동측 밸브플레이트의 유로의 위치에 따라 로터가 회전방향이 달라질 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 만큼의 팽창비를 구현할 수 없어서 효율이 저하된다는 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는, 흡기포트의 위상을 조절하여 최적의 팽창비를 구현하는 사판식 팽창기를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는, 팽창비를 조절할 수 있는 사판식 팽창기를, 엔진의 배기 가스 열을 이용하여 구동시키는 보조동력장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 유체가 주입되는 유입구와, 상기 유체가 배출되는 유출구를 포함하는 케이스;

복수 개의 실린더와, 상기 실린더 내에 각각 삽입되어 상기 유체에 의해 왕복 운동하는 복수 개의 피스톤을 포함하는 피스톤 실린더군;

상기 케이스에 경사지게 고정된 경사판 하우징;

일면이 상기 경사판 하우징 상에 결합되어 회전운동하는 것으로, 상기 일면의 반대쪽에 위치한 타면에는 상기 복수 개의 피스톤이 결합되는 경사판;

상기 피스톤 실린더군이 고정결합되는 로터;

상기 로터에 결합된 것으로, 각각의 상기 실린더에 연통되는 복수 개의 유동관이 형성된 로테이팅 밸브;

상기 유입구를 통하여 주입된 유체를 상기 로테이팅 밸브의 유동관으로 주입하는 흡입포트와, 상기 로테이팅 밸브의 유동관을 통하여 배출되는 유체가 통과하는 배출포트를 포함하는 분배밸브: 및

상기 분배밸브를 회전시키는 밸브위상조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 팽창기를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브위상조절기는 상기 흡입포트가 상기 피스톤의 상사점 후 지점에 위치하도록 상기 분배밸브를 회전시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 로터는, 상기 흡입포트와 연통되는 상기 유동관의 센터가 상기 피스톤의 상사점 후에 위치하도록, 그 시동 위치가 조절될 수 있다.

본 발명은 상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 상기 사판식 팽창기; 및,

주동력원인 엔진과 상기 사판식 팽창기 사이에 위치하는 것으로, 상기 엔진의 배기 가스를 이용하여 상기 사판식 팽창기에 주입되는 유체를 가열하는 열회수장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조동력장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 초기에 로터가 역회전하는 것을 방지할 수 있고, 흡입포트의 위치가 이동 가능하기 때문에 최적의 팽창비를 구현할 수 있으며, 이로 인하여 사판식 팽창기의 효율을 최대로 높일 수 있다. 또한, 엔진의 배기가스의 열로 가열된 유체를 이용하여 상기 사판식 팽창기를 구동하기 때문에, 별도의 연료를 추가 공급할 필요 없이 보조동력장치를 구동할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사판식 팽창기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분배 밸브의 사시도이다.
도 3은 도 1의 3-3의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조동력장치의 개략도이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 사판식 팽창기(100)는, 유체가 주입되는 유입구(112)와, 상기 유체가 배출되는 유출구(114)를 포함하는 케이스(110);

복수 개의 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h), 및 상기 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h) 내에 각각 삽입되어 상기 유체에 의해 왕복 운동하는 복수 개의 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)을 포함하는 피스톤 실린더군(120);

상기 케이스(110)에 일정한 경사각으로 경사지게 고정된 경사판 하우징(130);

일면(145)이 상기 경사판 하우징(130) 상에 결합되어 회전운동하는 것으로, 상기 일면(145)의 반대쪽에 위치한 타면(147)에는 상기 복수 개의 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)이 결합된 경사판(140);

상기 피스톤 실린더군(120)이 고정결합되는 로터(150);

상기 로터(150)에 결합된 것으로, 상기 각각의 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)에 유체가 주입되고 배출되도록 상기 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)와 연통되는 복수 개의 유동관(162a, 162b, 162c, 162d, 162e, 162f, 162g, 162h)이 형성된 로테이팅 밸브(160);

상기 유입구(112)를 통하여 주입된 유체를 상기 로테이팅 밸브(160)의 유동관(162a, 162b, 162c, 162d, 162e, 162f, 162g, 162h)으로 주입하는 흡입포트(172)와, 상기 로테이팅 밸브(160)의 유동관(162a, 162b, 162c, 162d, 162e, 162f, 162g, 162h)을 통하여 배출되는 유체가 통과하는 배출포트(174)를 포함하는 분배밸브(170): 및

상기 분배밸브(170)를 회전시키는 밸브위상조절기(180)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

사판식 팽창기란, 고온 고압의 유체의 열에너지 및 압력에너지를 기계에너지로 변환하여 출력할 수 있는 장치로서, 경사판을 피스톤과 결합시킴으로써, 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤에 의하여 경사판 및 로터가 회전하게 되고, 이 회전력이 샤프트를 통해서 상기 사판식 팽창기가 장착된 기계장치에 구동력을 공급한다.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 사판식 팽창기(100)의 단면도가 도시되어 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 사판식 팽창기(100)에는 외부를 감싸는 케이스(110)에 유입구(112)와 유출구(114, 도 2 참조)가 포함되는데, 상기 유입구(112) 및 유출구(114)를 통하여 상기 사판식 팽창기(100)를 구동시키는 유체가 유입, 배출된다. 상기 유입구(112)를 통하여 주입된 유체는 상기 분배밸브(170)의 흡입포트(172)를 통하여 피스톤 실린더군(120)을 구성하는 각각의 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h, 도 3 참조)에 순차적으로 주입되면서, 상기 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h) 내에 삽입되어 있는 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h, 도 3 참조)이 하사점(BDC, 도 3참조)으로 이동하게 되면, 상기 케이스(110)에 일정한 각도로 경사지게 고정 결합되어 있는 경사판 하우징(130)을 따라 상기 경사판(140)이 회전하게 된다. 즉, 상기 경사판(140)의 일면(145)은, 상기 경사판 하우징(130)과 마주하고, 상기 경사판(140)의 타면(147)에는 상기 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)이 결합되어 있는데, 상기 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)이 하사점(BDC) 또는 상사점(TDC, 도 3 참조)으로 이동하게 되면, 상기 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)에 결합된 상기 경사판(140)이 상기 경사판 하우징(130) 상에서 회전운동하게 되는 것이다. 따라서, 상기 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)의 단부가 회동 가능하게 고정결합된 상기 경사판(140)은, 상기 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)과의 위상차가 0인 반면에, 상기 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)이 구동될 때, 상기 경사판(140)과 상기 경사판 하우징(130) 사이에서는 계속해서 위상차가 발생한다. 이러한 구동 방식에 따라, 상기 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)의 왕복운동이 상기 경사판(140)의 회전운동으로 전환되면서, 상기 경사판(140)과 함께 회전운동하는 상기 피스톤 실린더군(120)을 따라 상기 로터(150)가 동시에 회전하게 된다. 따라서, 상기 로터(150)에 결합된 샤프트(S)에 회전력이 전달되는 것이다.

본 발명에 따른 사판식 팽창기(100)는, 요구되는 회전력에 따라 상기 사판식 팽창기(100)의 팽창비를 조절할 수 있도록, 상기 분배밸브(170)를 회전시킬 수 있다. 즉, 상기 밸브위상조절기(180)가 상기 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)의 상사점(TDC)을 기준으로 상기 분배밸브(170)의 흡입포트(172) 위상을 조절함으로써 팽창비를 조절하는 것이다. 이와 같이, 상기 흡입포트(172)와 상기 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)의 상사점(TDC)의 위상차에 따라 변화되는 팽창비를 조절함으로써, 본 발명에 따른 사판식 팽창기(100)는 출력을 조절한다. 여기서 상기 로테이팅 밸브(160), 로터(150), 피스톤 실린더군(120), 및 경사판(140)이 그 일부 또는 전체와 서로 결합되어 있기 때문에, 동일한 속도와 방향으로 회전하게 된다. 또한 상기 분배밸브는, 상기 로테이팅 밸브와 별개로, 상기 밸브위상조절기에 의해 회전하게 된다.

도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 사판식 팽창기(100)의 부분사시도가 도시되어 있다. 이는 상기 피스톤 실린더군(120)에 주입되는 유체의 이동 경로를 이해하기 위하여 도시된 것으로, 상기 케이스의 유입구(112)와 유출구(114), 상기 분배밸브의 흡입포트(172)와 배출포트(174), 로테이팅 밸브의 유동관(162a, 162b, 162c, 162d, 162e, 162f, 162g, 162h), 각각의 상기 유동관(162a, 162b, 162c, 162d, 162e, 162f, 162g, 162h)과 유체 연통되는 복수개의 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h) 및 상기 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h) 내를 왕복 운동하는 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)이 도시되어 있다.

상기 분배밸브(170)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 흡입포트(172)를 통해 유체가 상기 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)로 공급될 때, 하나의 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)에만 유체를 공급할 수 있는 크기의 관 형상으로 형성될 수도 있고, 복수 개의 실린더와 연통되는 형상으로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 배출포트(174)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)에서 유체가 배출되는 동안 다른 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)에서도 유체가 배출되는 것이 진행되도록 복수개의 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)와 연통될 수 있는 형상으로 형성될 수도 있고, 각각의 상기 실린더와 차례로 하나씩 연통되는 형상으로 형성될 수도 있다.

도 3에는 도 1의 3-3의 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 분배밸브와 로테이팅 밸브의 여러 구동 예가 도시되어 있다.

여기서, 상기 경사판 하우징이 고정되어 있기 때문에, 상기 피스톤이 상사점에 도달하는 위치와 하사점에 도달하는 위치는 항상 일정하다.

본 발명의 일실시예에 따른 사판식 팽창기는, 상기 흡입포트(172)의 위치를 상사점 후 지점(ATDC)으로부터 하사점 전 지점(BBDC) 사이에 위치하도록 할 수 있다. 즉, 상기 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)이 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 이동하는 지점 사이에 상기 흡입포트(172)가 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 흡입포트(172)를 지난 지점부터 하사점(BDC)에 이르기 전까지 상기 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h) 내에서 팽창이 진행되기 때문에, 상기 흡입포트(172)가 하사점(BDC)과 위상 차가 클수록, 팽창이 진행될 수 있는 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)의 체적이 증가하기 때문에, 상기 사판식 팽창기의 팽창비가 증가하는 것이다.

상기 분배밸브(170)는, 상기 로테이팅 밸브(160)와 접하는 면이 흡입포트(172)와 배출포트(174)가 형성된 위치를 제외하고는 막혀있기 때문에, 상기 흡입포트(172)를 통과한 이후에 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)는 배출포트(174)에 이르기 전까지 밀폐된다. 따라서, 상기 흡입포트(172)를 통해 고온의 유체가 유입되면, 상기 유체의 압력에 의해서 상기 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h) 내부에서 순차적으로 팽창이 진행되는 것이다. 예를 들어, 본 발명의 일실시예에 따른 사판식 팽창기(100)에 주입되는 유체가 고온 고압의 스팀일 경우, 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)에 유입된 스팀은, 상기 스팀의 압력과 온도의 영향으로 상기 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)을 밀어주게 된다. 즉, 고온 고압이었던 스팀은, 물리적으로 안정화하는 과정에서 체적이 증가하게 되고, 이로 인하여, 상기 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)와 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h) 사이의 공간이 증가하도록 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)을 밀어주게 되는 것이다.

상기 피스톤 실린더군(120)의 회전방향은 상기 흡입포트(172)를 기준으로 상기 배출포트(174)가 어느 쪽에 위치하는지에 따라 결정할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배출포트(174)가 상기 흡입포트(172)의 반시계방향에 위치하면, 상기 피스톤 실린더군(120)은 시계방향으로 회전하고, 상기 배출포트(174)가 상기 흡입포트(172)의 시계방향에 위치하면 상기 피스톤 실린더군(120)은 반시계방향으로 회전한다.

상기 사판식 팽창기는 작동을 정지시킨 후 다시 가동시킬 때, 상기 흡입포트(172)와 연통되는 유동관(162a, 162b, 162c, 162d, 162e, 162f, 162g, 162h)의 센터가 어느 위치에 구비되어 있는지에 따라 원래 구동방향의 반대방향으로 회전이 진행될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 상기 흡입포트(172)와 연통되는 상기 유동관(162a, 162b, 162c, 162d, 162e, 162f, 162g, 162h)의 센터가, 상기 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)의 상사점 후 지점(ATDC)에 위치하도록 상기 로터(150)의 시동 위치를 조절할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 분배밸브(170)는, 상기 배출포트(174)가 상기 흡입포트(172)의 반시계방향에 위치하기 때문에, 상기 로테이팅 밸브(160)가 시계방향으로 구동된다. 따라서, 도 3a와 같이, 상기 흡입포트(172)와 연통되는 상기 유동관(162a)의 센터가 상사점 후 지점(ATDC)에 위치할 경우, 상기 유동관(162a)을 통해 스팀이 주입되면, 상기 스팀이 상기 피스톤(124a)을 밀어주기 때문에, 상기 유동관(162a)은 시계방향으로 이동하게 된다. 그러나, 정지된 상태에서, 도 3b와 같이, 흡입포트(172)와 연통되는 유동관(162h)의 센터가 상사점 전 지점(BTDC)에 위치할 경우, 상기 실린더(122h)와 피스톤(124h) 사이의 체적이 증가하면서, 상기 로테이팅 밸브(160)가 반시계방향으로 구동될 수 있다. 또, 도 3c와 같이, 상기 흡입포트(172)와 연동되는 상기 유동관(162h)의 센터가 상사점(TDC)에 위치할 경우, 상기 로테이팅 밸브(160)가 어느 방향으로 회전할지 가늠할 수 없다. 따라서, 본 발명에 따른 사판식 팽창기(100)는, 상기 사판식 팽창기(100)가 정지한 뒤 다시 구동될 때, 상기 흡입포트(172)와 연통되는 유동관(162a, 162b, 162c, 162d, 162e, 162f, 162g, 162h)의 센터가 상기 상사점 후 지점(ATDC)에 위치하도록 로터(150)를 회전시킨 후에 상기 사판식 팽창기(100)를 구동시키는 것이 바람직하다. 이때, 상기 밸브위상조절기(180)는, 상기 흡입포트(172)가 항상 피스톤의 상사점 후 지점(ATDC)에 위치하도록 상기 분배밸브(170)를 조정하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 피스톤(124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h)이 하사점(BDC)을 향해 이동할 때, 상기 로터(150)가 역방향으로 구동되는 것을 방지하기 위하여, 상기 흡입포트(172)가 항상 피스톤의 상사점 후 지점(ATDC)에 위치하도록 상기 분배밸브(170)를 회전시키는 것이다.

본 발명에 따른 사판식 팽창기(100)의 상기 밸브위상조절기(180)는, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 흡입포트(172)의 위치를 제1위상(α₁)으로 이동시키거나, 도 3d 내지 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 흡입포트(172)의 위치를 제2위상(α₂)으로 이동시킴으로써, 팽창비를 조절할 수 있다. 즉, 상기 흡입포트(172)의 위치를 조절하게 되면, 피스톤 실린더군(120)의 팽창개시각이 변경되기 때문에 팽창비가 조절되는 것이다. 여기서 팽창개시각이란, 실제 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)에 주입되는 스팀의 팽창이 진행되기 시작하는 지점과 상사점(TDC) 사이의 각도를 말하는 것으로, 상기 흡입포트(172)가 제1위상(α₁)에 위치할 때의 팽창개시각은 제1팽창개시각(θ₁)이고, 제2위상(α₂)에 위치할 때의 팽창개시각은 제2팽창개시각(θ₂)이다. 제2팽창개시각(θ₂)은 상기 제1팽창개시각(θ₁)보다 크기 때문에, 상기 흡입포트(172)가 제2위상(α₂)으로 이동했을 때 상기 사판식 팽창기(100)의 팽창비는, 상기 흡입포트(172)가 제1위상(α₁)으로 이동했을 때의 팽창비보다 그 값이 작다. 즉, 상기 흡입포트(172)가 제2위상(α₂)에 구비되어 있을 때, 팽창이 진행중인 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h) 구간은, 팽창이 개시되는 지점부터 하사점(BDC)까지를 나타낸다. 따라서, 상기 흡입포트(172)가 제1위상(α₁)에 구비되어 있을 때보다, 팽창이 진행중인 실린더(162a, 162b, 162c) 면적이 좁기 때문에, 상기 사판식 팽창기(100)의 팽창비가 상기 흡입포트(172)의 위치에 따라 조절 가능한 것이다.

상기 팽창비를 구하는 식은 아래와 같다.

여기서, PR은 팽창비이고, θ는 팽창개시각이고, k는 사판식 팽창기(100)에 주입되는 유체의 비열비를 뜻하며, ε는 간극 체적비로 행정체적당 간극체적을 나타낸다. 따라서, 상기 팽창개시각 위치에 상기 흡입포트(172)가 상기 제1위상(α₁) 값인 15˚에 위치할 때의 팽창개시각 40.8˚와 제2위상(α₂) 값인 26.4˚에 위치할 때의 팽창개시각인 52.2˚를 각각 대입하고, 상기 k 값에 스팀의 비열비, 1.2889를 대입하면, 상기 제1위상(α₁)에서 상기 사판식 팽창기(100)의 팽창비는 10.085 이고, 상기 제2위상(α₂)에서 상기 사판식 팽창기(100)의 팽창비는 6.475이다. 여기서, 상기 사판식 팽창기(100)는 작동 유체는 스팀이고, 간극체적비는 0.054이다.

이와 같이, 팽창비를 가변으로 하면, 상기 사판식 팽창기의 운전 조건이 바뀌는 경우에 상기 사판식 팽창기가 최적의 성능을 내도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)에 주입되는 스팀의 압력이 높으면, 팽창비가 높은 것이 효율적이고, 상기 압력이 낮으면 상기 팽창비가 낮아야 상기 사판식 팽창기가 효율적으로 구동된다. 즉, 상기 스팀의 압력이 높으면, 상기 실린더(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h) 내에 주입된 이후에, 상기 스팀의 팽창이 원활하게 진행되기 때문에, 상기 스팀이 팽창되는 구간이 증가하여도 상기 사판식 팽창기가 원활하게 구동될 수 있다. 반면에, 상기 스팀의 압력이 낮으면, 상기 스팀이 팽창되는 구간을 감소시킴으로써, 낮은 스팀의 압력으로도 상기 사판식 팽창기가 원활하게 구동되도록 조절할 수 있는 것이다. 이와 더불어, 상기 경사판 하우징의 각도를 조절하는 틸팅장치를 더 구비함으로써, 상기 사판식 팽창기의 팽창비를 조절할 수도 있다.

도 4에는 본 발명의 일실시예에 따른 보조동력장치가 도시되어 있다.

상기 사판식 팽창기(100)를 구동하는 유체는 스팀 외에도 여러 가지가 사용될 수 있으며, 압축성 유체인 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 사판식 팽창기(100)에 공급되는 유체는, 도 4에 도시된 바와 같이, 열회수장치를 통해 상기 엔진으로부터 회수한 열로 가열된 이후에, 상기 사판식 팽창기(100)에 공급되는 것이 바람직하다. 이와 같이 상기 사판식 팽창기(100)와 열회수장치를 포함하는 보조동력장치(10)를 상기 기계장치(M)에 장착할 경우, 상기 보조동력장치에 의한 기계에너지가 상기 기계장치(M), 또는 주동력장치인 엔진에 가해지기 때문에, 적은 양의 연료로도 상기 기계장치(M)의 출력량을 증가시킬 수 있게 된다. 따라서, 상기 보조동력장치를 장착한 상기 기계장치(M)는 연비가 높아질 뿐만 아니라, 대기오염을 최소화할 수도 있다는 장점이 있다. 여기서, 상기 사판식 팽창기(100)는 엔진의 배기가스 열로 가열된 유체가 작동유체로 사용될 수도 있지만, 이에 한정되지 않고, 상기 엔진의 배기가스를 바로 상기 사판식 팽창기에 주입시키거나, 상기 실린더 내에서 팽창이 진행될 수 있도록 가공된 상기 배기가스를 상기 사판식 팽창기에 주입시킬 수도 있다.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

10: 보조동력장치 100: 사판식 팽창기
110: 케이스 112: 유입구
114: 유출구 120: 피스톤 실린더군
122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h: 실린더
124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h: 피스톤
130: 경사판 하우징 140: 경사판
145: 일면 147: 타면
150: 로터 160: 로테이팅밸브
162a, 162b, 162c, 162d, 162e, 162f, 162g, 162h: 유동관
170: 분배밸브 172: 흡입포트
174: 배출포트 180: 밸브위상조절기
S: 샤프트

Claims

유체가 주입되는 유입구와, 상기 유체가 배출되는 유출구를 포함하는 케이스;
복수 개의 실린더와, 상기 실린더 내에 각각 삽입되어 상기 유체에 의해 왕복 운동하는 복수 개의 피스톤을 포함하는 피스톤 실린더군;
상기 케이스에 경사지게 고정된 경사판 하우징;
일면이 상기 경사판 하우징 상에 결합되어 회전운동하는 것으로, 상기 일면의 반대쪽에 위치한 타면에는 상기 복수 개의 피스톤이 결합되는 경사판;
상기 피스톤 실린더군이 고정결합되는 로터;
상기 로터에 결합된 것으로, 각각의 상기 실린더에 연통되는 복수 개의 유동관이 형성된 로테이팅 밸브;
상기 유입구를 통하여 주입된 유체를 상기 로테이팅 밸브의 유동관으로 주입하는 흡입포트와, 상기 로테이팅 밸브의 유동관을 통하여 배출되는 유체가 통과하는 배출포트를 포함하는 분배밸브: 및
상기 분배밸브를 회전시키는 밸브위상조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 팽창기.
제1항에 있어서,
상기 밸브위상조절기는, 상기 흡입포트가 상기 피스톤의 상사점 후 지점에 위치하도록 상기 분배밸브를 회전시키는 것을 특징으로 하는 사판식 팽창기.
제1항에 있어서,
상기 로터는, 상기 흡입포트와 연통되는 상기 유동관의 센터가 상기 피스톤의 상사점 후에 위치하도록, 그 시동 위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 사판식 팽창기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 사판식 팽창기; 및
주동력원인 엔진과 상기 사판식 팽창기 사이에 위치하는 것으로, 상기 엔진의 배기 가스를 이용하여 상기 사판식 팽창기에 주입되는 유체를 가열하는 열회수장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조동력장치.