KR20030036875A - 내연기관의 랭킨 사이클 장치 - Google Patents

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다니구치히로요시
우다마코토
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혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
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Abstract

증기를 발생시키는 증발기(3)와, 증기의 열 에너지를 기계 에너지로 변환시키는 팽창기(4)와, 팽창기(4)가 배출한 증기를 냉각시켜서 물로 복귀시키는 응축기 (5)와, 응축기(5)로부터의 물을 저류하는 탱크(6)와, 탱크(6) 내의 물을 가압해서 증발기(3)에 공급하는 공급 펌프(7, 8)를 구비한 내연기관의 랭킨 사이클 장치에 있어서, 저압 펌프(7)로써 탱크(6) 내의 물을 내연기관(1)의 물 재킷(105)을 경유해서 분배 밸브(106)에 공급하고, 분배 밸브(106)에서 분배된 물의 일부를 고압 펌프(8)에서 더욱 가압해서 증발기(3)에 공급하고, 분배 밸브(106)에서 분배된 물의 기타 일부를 차량 실내 난방용의 히터 등의 보조 기기(110)에서 방열시킨 후에 탱크(6)에 배출한다. 이것에 의해, 랭킨 사이클 장치의 성능을 유지하면서, 그 액체 상태 작동 매체인 물로써 내연기관(1)의 발열부를 충분히 냉각시킬 수 있도록 하여 라디에이터의 폐지를 도모할 수 있다.

Description

내연기관의 랭킨 사이클 장치{RANKINE CYCLE DEVICE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
일본국 실개소59-174308호 공보에는, 내연기관의 배기 가스로써 액체 상태 작동 매체를 가열해서 기체 상태 작동 매체를 발생시키는 증발기와, 증발기에서 발생된 기체 상태 작동 매체로써 구동되는 팽창기와, 팽창기를 통과한 기체 상태 작동 매체를 냉각해서 액체 상태 작동 매체로 복귀시키는 응축기와, 응축기로부터의 액체 상태 작동 매체를 가압해서 증발기에 공급하는 공급 펌프를 구비한 랭킨 사이클 장치가 기재되어 있다.
그런데 상기 종래의 것은, 액체 상태 작동 매체로서의 물을 내연기관의 배기관(排氣管)에 설치한 증발기의 내부 뿐만 아니라, 실린더 헤드 및 실린더 블록에 형성한 냉각 통로의 내부를 통과시켜서 가열하도록 되어 있으며, 이것에 의해 내연기관의 폐열을 한층 효과적으로 이용하는 동시에, 실린더 헤드 및 실린더 블록을 액체 상태 작동 매체로써 냉각시켜서 종래의 라디에이터의 폐지를 도모하고 있다.
그러나, 일반적으로 랭킨 사이클 장치의 액체 상태 작동 매체로서의 물의 유량과, 내연기관의 냉각수의 유량과의 비율은 1:100 정도이며, 내연기관의 냉각수의 유량은 랭킨 사이클 장치의 물의 유량에 비해서 매우 큰 것으로 된다. 또한 랭킨 사이클 장치의 증발기에 공급되는 물의 압력은, 내연기관의 물 재킷(water jacket)에 공급되는 냉각수의 압력에 비해서 약 100배이며, 양자(兩者) 간에는 큰 차(差)가 존재한다.
따라서, 랭킨 사이클 장치의 물 순환 경로와 내연기관의 냉각수 순환 경로를 직렬로 접속해서 라디에이터의 폐지를 도모하는 것은, 양쪽 순환 경로에 있어서의 유량 및 압력에 큰 차가 존재하기 때문에 사실상 곤란하고, 내연기관이 과열되거나, 랭킨 사이클 장치가 충분한 성능을 발휘할 수 없게 되거나 할 가능성이 있다.
본 발명은, 내연기관의 폐열(廢熱)을 이용한 랭킨 사이클 장치에 관한 것으로, 특히 그 작동 매체로써 내연기관의 발열부(發熱部)를 냉각시킬 수 있는 랭킨 사이클 장치에 관한 것이다.
도 1∼도 14는 본 발명의 하나의 실시예를 나타내는 것으로,
도 1은 내연기관의 랭킨 사이클 장치의 개략도.
도 2는 도 4의 2-2선 단면도에 상당하는 팽창기의 종단면도.
도 3은 도 2의 회전 축선 주변의 확대 단면도.
도 4는 도 2의 4-4선 단면도.
도 5는 도 2의 5-5선 단면도.
도 6은 도 4의 일부 확대도.
도 7은 도 3의 7-7선 확대 단면도.
도 8은 로터 챔버(rotor chamber) 및 로터의 단면 형상을 나타내는 모식도(模式圖).
도 9는 로터의 분해 사시도.
도 10은 로터 세그먼트(rotor segment)의 분해 사시도.
도 11은 베인(vane)의 분해 사시도.
도 12는 회전 밸브의 분해 사시도.
도 13은 팽창기의 팽창 행정에 윤활수를 공급하는 위상(位相)에 대한 팽창기의 출력 증가량의 관계를, 윤활수의 온도마다 나타내는 그래프.
도 14는 팽창기의 팽창 행정에 윤활수를 공급하는 위상에 대한 팽창기의 출력 증가량의 관계를, 윤활수의 공급량마다 나타내는 그래프.
본 발명은 전술한 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 랭킨 사이클 장치의 성능을 유지하면서, 그 액체 상태 작동 매체로써 내연기관의 발열부를 충분히 냉각시킬 수 있게 해서 라디에이터의 폐지를 도모하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1특징에 의하면, 내연기관의 폐열로써 액체 상태 작동 매체를 가열해서 기체 상태 작동 매체를 발생시키는 증발기와, 증발기가 배출한 기체 상태 작동 매체의 열(熱) 에너지를 기계 에너지로 변환시키는 팽창기와, 팽창기가 배출한 기체 상태 작동 매체를 냉각시켜서 액체 상태 작동 매체로 복귀시키는 응축기와, 응축기가 배출한 액체 상태 작동 매체를 저류(貯留)하는 탱크와, 탱크 내의 액체 상태 작동 매체를 증발기에 공급하는 펌프를 구비한 내연기관의 랭킨 사이클 장치에 있어서, 상기 펌프는 저압 펌프 및 고압 펌프로서 이루어지고, 상기 저압 펌프는 탱크 내의 액체 상태 작동 매체를 내연기관의 냉각 수단을 통과시킴으로써 가열해서 분배 밸브에 공급하고, 분배 밸브에서 분배된 액체 상태 작동 매체의 일부는 상기 고압 펌프에서 가압되어서 증발기에 공급되고, 분배 밸브에서 분배된 액체 상태 작동 매체의 기타 일부는 보조 기기에서 방열된 후에 탱크에 배출되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 랭킨 사이클 장치를 제안한다.
상기 구성에 의하면, 탱크 내의 액체 상태 작동 매체를 저압 펌프로써 내연기관의 냉각 수단에 공급해서 그 내연기관의 발열부를 냉각시킨 후, 냉각 수단을 나온 액체 상태 작동 매체의 일부를 분배 밸브로부터 고압 펌프에 공급해서 가압한 상태에서 랭킨 사이클 장치의 증발기에 공급하는 동시에, 냉각 수단을 나온 액체 상태 작동 매체의 기타 일부를 분배 밸브로부터 보조 기기에 공급하고, 랭킨 사이클 장치의 팽창기를 나와 응축기를 통해서 액화된 액체 상태 작동 매체와 보조 기기에서 방열된 액체 상태 작동 매체를 탱크에 복귀시키므로, 랭킨 사이클 장치의 액체 상태 작동 매체 순환 계통과 내연기관의 냉각 수단의 액체 상태 작동 매체 순환 계통을 통합하면서, 랭킨 사이클 장치 및 냉각 수단에 각각 적합한 유량 및 압력의 액체 상태 작동 매체를 공급하는 것이 가능하게 되어, 랭킨 사이클 장치의 성능을 유지하면서 내연기관의 발열부를 충분히 냉각해서 라디에이터를 폐지할 수 있다.
또한 본 발명의 제2특징에 의하면, 상기 제1특징에 추가해서, 저압 펌프로부터 나온 액체 상태 작동 매체는 내연기관의 배기관에 설치된 열교환기(熱交換器)에서 예열되어서 냉각 수단에 공급되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 랭킨 사이클 장치를 제안한다.
상기 구성에 의하면, 저압 펌프로부터 냉각 수단에 공급되는 액체 상태 작동 매체를 배기관에 설치한 열교환기에서 예열시키므로, 배기 가스의 폐열을 한층 효과적으로 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 내연기관의 저온 시(時)에 냉각 수단을 통과하는 액체 상태 작동 매체에 의한 과냉각(過冷却)의 발생을 방지해서 내연기관의 기관 온도 유지를 촉진할 수 있다.
또한 본 발명의 제3특징에 의하면, 상기 제1 또는 제2특징에 추가해서, 분배 밸브로부터 분배되는 가열된 액체 상태 작동 매체의 일부를 팽창기의 윤활 매체로서 사용하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 랭킨 사이클 장치를 제안한다.
상기 구성에 의하면, 분배 밸브로부터 분배되는 가열된 액체 상태 작동 매체의 일부를 팽창기의 윤활 매체로서 사용하므로, 저온의 윤활 매체에 의한 팽창기의 온도 저하를 방지해서 팽창 일(work)의 저감을 억제하고, 내연기관의 폐열 회수 효율을 높일 수 있다.
또한 본 발명의 제4특징에 의하면, 상기 제3특징에 추가해서, 윤활 매체로서 공급된 액체 상태 작동 매체의 일부를 팽창기의 팽창 행정(行程)에 기체 상태 작동 매체로서 공급하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 랭킨 사이클 장치를 제안한다.
상기 구성에 의하면, 윤활 매체로서 공급된 액체 상태 작동 매체의 일부를 팽창기의 팽창 행정에 기체 상태 작동 매체로서 공급하므로, 윤활 매체로서의 액체상태 작동 매체가 갖는 열 에너지를 유효하게 이용해서 팽창기의 출력을 증가시킬 수 있다.
또한 본 발명의 제5특징에 의하면, 상기 제2특징에 추가해서, 분배 밸브로부터 분배되는 가열된 액체 상태 작동 매체의 일부를 감압 밸브를 통과시켜서 기체 상태 작동 매체로 변환시키고, 이 기체 상태 작동 매체를 팽창기의 팽창 행정에 공급하는 것을 특징으로 하는 랭킨 사이클 장치를 제안한다.
상기 구성에 의하면, 분배 밸브로부터 분배되는 가열된 액체 상태 작동 매체를 감압 밸브에서 기체 상태 작동 매체로 변환시켜서 팽창기의 팽창 행정에 공급하므로, 액체 상태 작동 매체가 내연기관의 발열부로부터 받은 열 에너지를 효과적으로 이용해서 팽창기의 출력을 증가시킬 수 있다.
또한 본 발명의 제6특징에 의하면, 상기 제1∼제5특징 중 어느 하나의 특징에 추가해서, 액체 상태 작동 매체로서 물을 사용하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 랭킨 사이클 장치를 제안한다.
상기 구성에 의하면, 탄화(炭化) 등의 조성 변화 없이도 사용할 수 있는 온도 영역이 넓은 물을 액체 상태 작동 매체로서 사용하므로, 팽창기에 공급되는 고온(高溫) 상태의 기체 상태 작동 매체와 내연기관의 냉각 수단으로부터 배출되는 저온(低溫) 상태의 액체 상태 작동 매체를 지장 없이 융합시킬 수 있으며, 게다가 윤활 매체로서 물을 사용했을 경우에 작동 매체 및 윤활 매체를 지장 없이 혼합시킬 수 있다.
한편, 실시예의 물은 본 발명의 액체 상태 작동 매체에 대응하고, 실시예의증기는 본 발명의 기체 상태 작동 매체에 대응하며, 실시예의 물 재킷(105)은 본 발명의 냉각 수단에 대응한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 내연기관(1)의 배기 가스의 열 에너지를 회수해서 기계 에너지를 출력하는 랭킨 사이클 장치(2)는, 내연기관(1)의 배기 가스를 열원(熱源)으로 해서 물을 가열함으로써 고온고압(高溫高壓) 증기를 발생시키는 증발기(3)와, 그 고온고압 증기의 팽창에 의해 축(軸) 토크(torque)를 출력하는 팽창기 (4)와, 그 팽창기(4)로부터 배출된 강온강압(降溫降壓) 증기를 냉각해서 액화시키는 응축기(5)와, 응축기(5)로부터 배출된 물을 저류하는 탱크(6)와, 탱크(6) 내의 물을 다시 증발기(3)에 공급하는 저압 펌프(7) 및 고압 펌프(8)를 갖춘다.
탱크(6) 내의 물은 통로 Pl 상에 배치된 저압 펌프(7)에서 2∼3MPa로 가압되어, 내연기관(1)의 배기관(101)에 설치된 열교환기(102)를 통과해서 예열된다. 열교환기(102)를 통과해서 예열된 물은, 통로 P2를 경유해서 내연기관(1)의 실린더 블록(103) 및 실린더 헤드(104) 내에 형성된 물 재킷(105)에 공급되어, 거기를 통과하는 사이에 내연기관(1)의 발열부를 냉각시키고, 그 자체는 상기 발열부의 열을 빼앗아 승온(昇溫)된다. 물 재킷(105)을 나온 물은 통로 P3을 경유해서 분배 밸브 (106)에 공급되고, 거기에서 통로 P4로 연결되는 제1계통과, 통로 P5로 연결되는 제2계통과, 통로 P6으로 연결되는 제3계통과, 통로 P7로 연결되는 제4계통에 분배된다.
분배 밸브(106)에서 통로 P4로 이루어지는 제1계통에 분배된 물은, 고압 펌프 (8)에서 10MPa 이상의 고압으로 가압되어서 증발기(3)에 공급되며, 거기에서 고온의 배기 가스와의 사이에서 열교환되어 고온고압 증기로 되어서 팽창기(4)의 고압부(후술하는 팽창기(4)의 실린더(33…))에 공급된다. 한편, 분배 밸브(106)에서 통로 P5로 연결되는 제2계통에 분배된 물은, 거기에 장치된 감압 밸브(107)를 통과해서 상기 고온고압에 비교해서 저온저압의 증기로 되어 팽창기(4)의 저압부(후술하는 팽창기(4)의 베인 챔버(50…))에 공급된다. 이렇게, 분배 밸브(106)로부터의 가열된 물을 감압 밸브(107)에서 증기로 변환시켜서 팽창기(4)의 저압부에 공급하므로, 물이 내연기관(1)의 물 재킷(105)에서 받은 열 에너지를 효과적으로 이용해서 팽창기(4)의 출력을 증가시킬 수 있다. 또한 통로 P6으로 연결되는 제3계통에 분배된 물은 팽창기(4)의 피윤활부에 공급된다. 이 때 물 재킷(105)에서 가열된 고온의 물을 이용해서 팽창기(4)의 피윤활부를 윤활시키므로, 팽창기(4)가 과냉각되는 것을 방지해서 소위 냉각 손실을 저감시킬 수 있다. 팽창기(4)로부터 배출된 물을 포함하는 강온강압 증기는 통로 P8에 장치한 응축기(5)에 공급되어, 전동 모터(108)로써 구동되는 냉각 팬(fan)(109)으로부터의 냉각풍(冷却風)과의 사이에서 열교환되어, 응축수는 탱크(6)로 배출된다. 또한, 복수의 통로 P7로 연결되는 제4계통에 분배된 물은, 차량 실내 난방용의 히터나 열전(熱電) 소자 등의 보조 기기(110)에 공급되어서 방열되고, 온도 저하된 물은 통로 P9에 장치한 체크 밸브(111)를 거쳐서 탱크(6)로 배출된다.
저압 펌프(7), 고압 펌프(8), 분배 밸브(106) 및 전동 모터(108)는, 내연기관 (1)의 운전 상태, 팽창기(4)의 운전 상태, 보조 기기(110)의 운전 상태, 탱크(6) 내의 물의 온도 등에 따라서 전자제어 유닛(unit)(112)에 의해 제어된다.
이어서, 팽창기(4)의 전체적인 구조를 도 2∼도 6에 근거해서 설명한다.
팽창기(4)의 케이싱(casing)(11)은 금속제의 제1, 제2케이싱 반체(半體)(12, 13)로서 구성된다. 제1, 제2케이싱 반체(12, 13)는, 협동해서 로터 챔버(14)를 구성하는 본체부(12a, 13a)와, 그들 본체부(12a, 13a)의 외주(外周)에 일체로 연결되는 원형 플랜지(flange)(12b, 13b)로서 이루어지고, 양쪽 원형 플랜지(12b, 13b)가 금속 개스킷(gasket)(15)을 사이에 끼워서 결합된다. 제1케이싱 반체(12)의 외면(外面)은 깊은 사발형을 이루는 중계 챔버 외벽(16)에 의해 덮혀져 있고, 그 외주에 일체로 연결되는 원형 플랜지(16a)가 제1케이싱 반체(12)의 원형 플랜지(12b)의 좌측면에 서로 중첩된다. 제2케이싱 반체(13)의 외면은, 팽창기(4)의 출력을 외부에 전달하는 마그넷 커플링(도시하지 않음)을 수납하는 배기 챔버 외벽(17)에 의해 덮혀져 있고, 그 외주에 일체로 연결되는 원형 플랜지(17a)가 제2케이싱 반체(13)의 원형 플랜지(13b)의 우측면(右側面)에 서로 중첩된다. 그리고 상기 4개의 원형 플랜지 (12a, 13a, 16a, 17a)는, 원주 방향으로 배치된 복수 개의 볼트(18…)로써 함께 체결된다. 중계 챔버 외벽(16) 및 제1케이싱 반체(12) 사이에 중계 챔버(19)가 구획되고, 배기 챔버 외벽(17) 및 제2케이싱 반체(13) 사이에 배기 챔버(20)가 구획된다. 배기 챔버 외벽(17)에는, 팽창기(4)에서 일을 마친 강온강압 증기를 응축기(5)에 인도하는 배출구(17b)가 설치된다.
양쪽 케이싱 반체(12, 13)의 본체부(12a, 13a)는 바깥쪽으로 돌출하는 중공(中空) 베어링통(12c, 13c)을 가지고 있으며, 그것들 중공 베어링통(12c, 13c)에, 중공부(中空部)(21a)를 갖는 회전축(21)이 1쌍의 베어링 부재(22, 23)를 통해서 회전 가능하게 지지된다. 이것에 의해, 회전축(21)의 축선 L은 대략 타원형을 이루는 로터 챔버(14)에 있어서의 긴 직경과 짧은 직경과의 교점을 지나간다. 또한 회전축 (21)의 오른쪽 끝의 소 직경부(21b)는, 제2케이싱 반체(13)의 중공 베어링통(13c)을 관통해서 배기 챔버(20)의 내부로 연장되고, 거기에 마그넷 커플링의 로터 보스 (rotor boss)(24)가 스플라인(spline) 결합된다. 회전축(21)의 오른쪽 끝의 소 직경부(21b)의 외주와 제2케이싱 반체(13)의 중공 베어링통(13c)의 내주(內周)와의 사이는 밀봉 부재(25)로써 밀봉되어 있으며, 이 밀봉 부재(25)는 중공 베어링통(13c) 내주에 나사 결합되는 너트(26)에 의해 고정된다.
도 4 및 도 8로부터 명확한 바와 같이, 유사 타원 형상을 이루는 로터 챔버 (14)의 내부에, 원형을 이루는 로터(27)가 회전이 자유롭게 수납된다. 로터(27)는 회전축(21)의 외주에 끼워 맞추어져서 핀(pin)(28)으로써 일체로 결합되어 있으며, 회전축(21)의 축선 L에 대하여 로터(27)의 축선 및 로터 챔버(14)의 축선은 일치하고 있다. 축선 L 방향으로 본 로터 챔버(14)의 형상은 4개의 정점(頂點)을 둥글게 한 능형(菱形)에 유사한 유사 타원 형상이며, 긴 직경 DL과 짧은 직경 DS를 구비한다. 축선 L 방향으로 본 로터(27)의 형상은 진원(眞圓)이며, 로터 챔버 (14)의 짧은 직경 DS 보다도 약간 작은 직경 DR을 구비한다.
축선 L과 직교하는 방향으로 본 로터 챔버(14) 및 로터(27)의 단면 형상은 모두 육상 경기의 트랙 형상을 이루고 있다. 즉, 로터 챔버(14)의 단면 형상은, 거리 d를 가지고 평행하게 연장되는 1쌍의 평탄면(14a, 14a)과, 이들 평탄면(14a, 14a)의 외주를 매끄러운 모양으로 접속하는 중심각 180°의 원호면(14b)으로 구성되고, 마찬가지로 로터(27)의 단면 형상은, 거리 d를 가지고 평행하게 연장되는 1쌍의 평탄면(27a, 27a)과, 이들 평탄면(27a, 27a)의 외주를 매끄러운 모양으로 접속하는 중심각 180°의 원호면(27b)으로 구성된다. 따라서, 로터 챔버(14)의 평탄면(14a, 14a)과 로터(27)의 평탄면(27a, 27a)은 서로 접촉하고, 로터 챔버(14) 내주면(內周面)과 로터(27) 외주면(外周面)과의 사이에는 초승달 모양을 이루는 1쌍의 공간(도 4참조)이 형성된다.
이어서, 도 3, 도 6, 도 9 및 도 10을 참조해서 로터(27)의 구조를 상세히 설명한다.
로터(27)는 회전축(21)의 외주에 고정되는 로터 코어(rotor core)(31)와, 로터 코어(31)의 주위를 덮도록 고정되어서 로터(27)의 외곽을 구성하는 12개의 로터 세그먼트(rotor segment)(32…)로서 구성된다. 로터 코어(31)는 원판 형상의 본체부 (31a)와, 본체부(31a)의 중심부에서 축 방향 양측으로 돌출하는 기어 형상의 보스부 (31b, 31b)를 구비한다. 본체부(31a)에 세라믹(또는 카본)제의 12개의 실린더(33…)가 30° 간격으로 방사상으로 장착되어 캡(cap)(34…) 및 키(key)(35…)로써 빠지지 않게 된다. 각각의 실린더(33)의 내측 단부에는 소 직경부(33a)가 돌출 설치되며, 소 직경부(33a)의 기초 단부는 0링(36)을 사이에 끼워서 로터 코어(31)의 본체부(31a)와의 사이를 밀봉한다. 소 직경부(33a)의 선단(先端)은 중공의 회전축(21)의 외주면에 끼워 맞추어져 있으며, 실린더 보어(33b)는 소 직경부(33a) 및 회전축 (21)을 관통하는 12개의 제3증기통로(S3…)를 통해서 그 회전축(21)의 중공부(21a)에 연통된다. 각각의 실린더(33)의 내부에는 세라믹제의 피스톤(37)이 미끄럼 운동이 자유롭게 끼워 맞추어진다. 피스톤(37)이 가장 반경 방향 내측으로 이동하면 실린더 보어(33b)의 내부에 완전히 후퇴하여 들어가고, 가장 반경 방향 외측으로 이동하면 전체 길이의 약 반이 실린더 보어(33b)의 외부에 돌출된다.
각각의 로터 세그먼트(32)는 5개의 부품을 결합해서 구성된다. 5개의 부품 (5)은, 중공부(38a, 38a)를 갖는 1쌍의 블록 부재(38, 38)와, U자 형상의 판체(板體)로 이루어지는 1쌍의 측판(39, 39)과, 직4각형 형상의 판체로 이루어지는 저판(底板)(40)이며, 이것들은 납땜에 의해 일체화된다.
각각의 블록 부재(38)의 외주면, 즉 로터 챔버(14)의 1쌍의 평탄면(14a, 14a)에 대향하는 면에는 축선 L을 중심으로 해서 원호 형상으로 연장되는 2개의 홈(38b, 38c)이 형성되어 있으며, 이 홈(38b, 38c)의 중앙에 윤활수 분출구(38d, 38e)가 개구되어 있다. 또한 블록 부재(38)의 측판(39)과의 결합면에는, 제20물통로 (W20) 및 제21물통로(W21)가 오목하게 설치된다.
저판(40)의 중앙에는 12개의 오리피스(orifice)를 갖는 오리피스 형성 부재 (41)가 끼워 맞추어져 있으며, 오리피스 형성 부재(41)를 둘러싸도록 저판(40)에 장착된 0링(42)은, 로터 코어(31)의 본체부(31a) 외주면과의 사이를 밀봉시킨다. 블록 부재(38)에 결합되는 저판(40)의 표면에는, 오리피스 형성 부재(41)로부터 방사 방향으로 연장되는 각각 2개의 제14∼제19물통로(W14∼W19)가 오목하게 설치되어 있으며, 이것들 제14∼제19물통로(W14∼W19)는 측판(39)과의 결합면을 향해서 연장되어 있다.
각각의 측판(39)의 블록 부재(38, 38) 및 저판(40)에의 결합면에는 제22∼ 제27물통로(W22∼W27)가 오목하게 설치된다. 저판(40)의 외측의 제14물통로(W14), 제15물통로(W15), 제18물통로(W18) 및 제19물통로(W19)는, 측판(39)의 제22물통로 (W22), 제23물통로(W23), 제26물통로(W26) 및 제27물통로(W27)에 연통되고, 저판 (40) 내측의 제16물통로(W16) 및 제17물통로(W17)는, 블록 부재(38)의 제20물통로 (W20) 및 제21물통로(W21)를 통해서 측판(39)의 제24물통로(W24) 및 제25물통로 (W25)에 연통된다. 측판(39)의 제22물통로(W22), 제25물통로(W25), 제26물통로 (W26) 및 제27물통로(W27)의 외단(外端)은 측판(39)의 외면에 4개의 윤활수 분출구 (39a…)로서 개구된다. 또한 측판(39)의 제23물통로(W23) 및 제24물통로(W24)의 외단은, 블록 부재(38, 38)의 내부에 형성된 제28물통로(W28) 및 제29물통로(W29)를 통해서 홈(38b, 38c) 내의 윤활수 분출구(38d, 38e)에 각각 연통된다. 반경 방향 외측으로 이동한 피스톤(37)과의 간섭을 회피하기 위해, 측판(39)의 외면에는 부분 원호 형상의 단면을 갖는 노치(notch)(39b)가 형성된다. 또한, 제20물통로(W20) 및 제21물통로(W21)를 측판(39)이 아니고 블록 부재(38)에 형성한 이유는, 상기 노치 (39b)에 의해서 측판(39)이 얇은 두께로 되고, 제20물통로(W20) 및 제21물통로 (W21)를 형성하는 살두께를 확보할 수 없기 때문이다.
도 2, 도 5, 도 9 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 로터(27)가 인접하는 로터 세그먼트(32…) 사이에 방사 방향으로 연장되는 12개의 베인 홈(43…)이 형성되어 있으며, 이들 베인 홈(43…)에 판 형상의 베인(44…)이 각각 미끄럼 운동이 자유롭게 끼워 맞추어진다. 각각의 베인(44)은 로터 챔버(14)의 평행면(14a, 14a)을따르는 평행면(44a, 44a)과, 로터 챔버(14)의 원호면(14b)을 따르는 원호면(44b)과, 양쪽 평행면(44a, 44a) 사이에 위치하는 노치(44c)를 구비해서 개략 U자 형상으로 형성되어 있으며, 양쪽 평행면(44a, 44a)으로부터 돌출하는 1쌍의 지축(支軸)(44d, 44d)에 롤러 베어링(roller bearing) 구조의 롤러(45, 45)가 회전이 자유롭게 지지된다.
베인(44)의 원호면(44b)에는 U자 형상으로 이루어진 합성 수지제의 밀봉 부재 (46)가 유지되어 있으며, 이 밀봉 부재(46)의 선단은 베인(44)의 원호면(44b)으로부터 약간 돌출해서 로터 챔버(14)의 원호면(14b)에 미끄럼 접촉한다. 베인(44)의 평행부(44a, 44a)에는 합성 수지제의 접동(摺動) 부재(47, 47)가 고정되어 있으며, 이들 접동 부재(47, 47)는 로터 챔버(14)의 평행면(14a, 14a)에 미끄럼 접촉한다. 또한 베인(44)의 노치(44c)의 양측에는 합성 수지제의 접동 부재(48, 48)가 고정되어 있으며, 이들 접동 부재(48, 48)는 로터 코어(31)의 본체부(31a)에 미끄럼 접촉한다. 베인(44)의 양(兩) 측면에는 각각 2개의 홈(44e, 44e)이 형성되어 있으며, 이들 홈(44e, 44e)은, 로터 세그먼트(32)의 각각의 측판(39, 39)의 외면에 개구되는 4개의 윤활수 분출구(39a…)의 반경 방향 내측의 2개에 대향한다. 베인(44)의 노치 (44c) 중앙에 반경 방향 내향으로 돌출 설치된 돌기(突起)(44f)가, 피스톤(37)의 반경 방향 외단(外端)에 맞닿는다. 베인(44)의 내부에는 반경 방향으로 연장되는 물배출통로(44g)가 형성되어 있으며, 그 반경 방향 내단(內端)은 상기 돌기(44f)의 선단에 개구되고, 그 반경 방향 외단은 베인(44)의 한쪽의 측면에 개구된다. 물배출통로 (44g)가 베인(44)의 한쪽의 측면에 개구되는 위치는, 베인(44)이 가장 반경 방향 외측으로 돌출했을 때에, 로터(27)의 원호면(27b) 보다도 반경 방향 외측에 면하고 있다.
제1, 제2케이싱 반체(12, 13)에 의해 구획되는 로터 챔버(14)의 평탄면(14a, 14a)에는, 4개의 정점을 둥글게 한 능형에 유사한 유사 타원 형상의 환상(環狀)홈 (49, 49)이 오목하게 설치되어 있으며, 양쪽 환상홈(49, 49)에 각각의 베인(44)의 1쌍의 롤러(45, 45)가 전동(轉動)이 자유롭게 걸린다. 이들 환상홈(49, 49) 및 로터 챔버(14)의 원호면(14b) 간의 거리는 전체 주위에 걸쳐 일정하다. 따라서, 로터 (27)가 회전하면 롤러(45, 45)가 환상홈(49, 49)에 안내된 베인(44)이 베인 홈(43) 내를 반경 방향으로 왕복 운동하고, 베인(44)의 원호면(44b)에 장착된 밀봉 부재 (46)가 일정량 만큼 압축된 상태에서 로터 챔버(14)의 원호면(14b)을 따라 미끄럼 운동한다. 이것에 의해, 로터 챔버(14) 및 베인(44…)이 직접 고체 접촉하는 것을 방지하여, 미끄럼 운동 저항의 증가나 마모의 발생을 방지하면서, 인접하는 베인 (44…) 간에 구획되는 베인 챔버(50…)를 확실하게 밀봉시킬 수 있다.
로터 챔버(14)의 평탄면(14a, 14a)에는, 상기 환상홈(49, 49)의 외측을 둘러싸도록 1쌍의 원형 밀봉홈(51, 51)이 형성된다. 각각의 원형 밀봉홈(51)에는 2개의 0링(52, 53)을 구비한 1쌍의 링 밀봉(54)이 미끄럼 운동이 자유롭게 각각 끼워 맞추어져 있으며, 그 밀봉면은 각각의 로터 세그먼트(32)에 형성된 홈(38b, 38c)에 대향하고 있다. 1쌍의 링 밀봉(54, 54)은, 각각 녹 핀(knock pin)(55, 55)으로써 제1, 제2케이싱 반체(12, 13)에 대하여 회전이 정지된다.
로터(27)의 조립은 다음과 같이 해서 실행된다. 도 9에 있어서, 미리 실린더(33…), 캡(34…) 및 키(35…)를 조립 부착시킨 로터 코어(31)의 외주에 12개의 로터 세그먼트(32…)를 끼워 맞추고, 인접하는 로터 세그먼트(32…) 사이에 형성된 12개의 베인 홈(43…)에 베인(44…)을 끼워 맞춘다. 이 때, 베인(44…) 및 로터 세그먼트(32…)의 측판(39…) 사이에 소정의 클리어런스(clearance)를 형성하기 위해, 베인(44…)의 양면에 소정 두께의 심(shim)을 개재(介在)시켜 둔다. 이 상태에서, 치구(治具)를 이용해서 로터 세그먼트(32…) 및 베인(44…)을, 로터 코어(31)를 향해서 반경 방향 내향(內向)으로 조이고, 로터 코어(31)에 대하여 로터 세그먼트 (32…)를 정밀하게 위치 결정시킨 후, 각각의 로터 세그먼트(32…)를 임시 정지 볼트(58…)(도 2 참조)로써 로터 코어(31)에 임시 정지시킨다. 계속해서 로터(27)를 치구로부터 떼어내고, 각각의 로터 세그먼트(32)에 로터 코어(31)를 관통하는 핀 구멍(56, 56)을 함께 가공하고, 이들 핀 구멍(56, 56)에 녹 핀(57, 57)을 압입해서 로터 코어(31)에 로터 세그먼트(32…)를 결합시킨다.
도 3, 도 7 및 도 12로부터 명확한 바와 같이, 회전축(21)의 외주면을 지지하는 1쌍의 베어링 부재(22, 23)는 로터(27)측을 향해서 확경(擴徑)하도록 테이퍼 (taper)된 내주면을 구비하고 있으며, 그 축방향 외단부가 제1, 제2케이싱 반체 (12, 13)의 중공 베어링통(12c, 13c)에 요철(凹凸)로 걸려서 회전이 정지된다. 또한, 회전축(21)에 대한 로터(27)의 조립 부착을 가능하게 하기 위해서, 좌측의 중공 베어링통(12c)에 지지되는 회전축(21)의 좌단(左端) 외주부는 별도의 부재(21c)로서 구성되어 있다.
중계 챔버 외벽(16)의 중심에 개구(16b)가 형성되어 있으며, 축선 L 상에 배치된 밸브 하우징(61)의 보스부(61a)가 상기 개구(16b)의 내면에 복수의 볼트(62…)로써 고정되고, 또한 너트(63)로써 제1케이싱 반체(12)에 고정된다. 회전축(21)의 중공부(21a)에는 원통 형상의 제1고정축(64)이 상대 회전이 자유롭게 끼워 맞추어져 있으며, 이 제1고정축(64)의 우단(右端) 내주에 제2고정축(65)이 동축(同軸)으로 끼워 맞추어진다. 제1고정축(64)으로부터 돌출하는 제2고정축(65)의 우단 외주부와 회전축(21)의 중공부(21a)와의 사이가 0링(66)에 의해 밀봉된다. 제1고정축(64)의 내부에 연장되는 밸브 하우징(61)은 플랜지(61b)를 구비하고 있어, 이 플랜지 (61b)의 우측에 0링(67), 제1고정축(64)의 두께부(64a), 0링(68), 와셔(washer) (69), 너트(70) 및 상기 제2고정축(65)이 순차로 끼워 맞추어진다. 밸브 하우징 (61)에 대하여 너트(70) 및 제2고정축(65)은 나사 결합되어 있으며, 따라서 제1고정축(64)의 두께부(64a)는 밸브 하우징(61)의 플랜지(61b)와 와셔(69)와의 사이에 1쌍의 0링(66, 67)을 사이에 끼워서 위치 결정된다.
제1케이싱 반체(12)의 중공 베어링통(12c)의 내주에 0링(71)을 통해서 지지된 제1고정축(64)의 좌단은, 링 형상의 올덤 커플링(Oldham coupling)(72)에 의해 밸브 하우징(61)의 보스부(61a)에 연결되어 있으며, 이 올덤 커플링(72)으로 제1고정축 (64)의 반경 방향의 진동을 허용함으로써, 제1고정축(64)의 외주에 회전축(21)을 통해서 지지된 로터(27)의 진동을 허용할 수 있다. 또한 제1고정축(64)의 좌단에 느슨하게 끼워 맞추는 회전 정지 부재(73)의 완부(腕部)(73a, 73a)를 볼트(74, 74)로써 제1케이싱 반체(12)에 고정함으로써, 제1고정축(64)이 케이싱(11)에 대하여 회전이 정지된다.
축선 L 상에 배치된 밸브 하우징(61)의 내부에 증기 공급 파이프(75)가 끼워 맞추어져서 너트(76)로써 밸브 하우징(61)에 고정되어 있으며, 이 증기 공급 파이프 (75)의 우단은 밸브 하우징(61)의 내부에 압입된 노즐 부재(77)에 접속된다. 밸브 하우징(61)과 노즐 부재(77)의 선단부를 가로 질러서 1쌍의 오목부(81, 81)(도 7 참조)가 180°의 위상차(位相差)를 가지고 형성되어 있으며, 거기에 환상의 조인트 (joint) 부재(78, 78)가 끼워 맞추어져 유지된다. 노즐 부재(77)의 중심에는 증기 공급 파이프(75)에 연결되는 제1증기통로(Sl)가 축방향으로 형성되고, 또한 제1고정축(64)의 두께부(64a)에는 1쌍의 제2증기통로(S2, S2)가 180°의 위상차를 가지고 반경 방향으로 관통된다. 그리고 제1증기통로(Sl)의 말단부와 제2증기통로(S2, S2)의 반경 방향 내단부가 상기 조인트 부재(78, 78)를 통해서 항상 연통된다. 전술한 바와 같이, 회전축(21)에 고정된 로터(27)에 30° 간격으로 유지된 12개의 실린더(33…)의 소 직경부(33a) 및 회전축(21)을 12개의 제3증기통로(S3…)가 관통하고 있으며, 이들 제3증기통로(S3…)의 반경 방향 내단부는, 상기 제2증기통로 (S2, S2)의 반경 방향 외단부에 연통 가능하게 대향한다.
제1고정축(64)의 두께부(64a)의 외주면에는 1쌍의 노치(64b, 64b)가 180°의 위상차를 가지고 형성되어 있으며, 이들 노치(64b, 64b)는 상기 제3증기통로(S3…)에 연통 가능하다. 노치(64b, 64b)와 중계 챔버(19)는, 제1고정축(64)에 비스듬히 형성된 1쌍의 제4증기통로(S4, S4)와, 제1고정축(64)에 축방향으로 형성된 제5증기통로(S5)와, 밸브 하우징(61)의 보스부(61a)에 형성된 제6증기통로(S6)와, 밸브 하우징(61)의 보스부(61a) 외주에 개구되는 관통 구멍(61c…)을 통해서 서로 연통된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 제1케이싱 반체(12)에는, 로터 챔버(14)의 짧은 직경 방향을 기준으로 해서 로터(27)의 회전 방향 진행측 15°의 위치에, 방사 방향으로 정렬된 복수의 흡기 포트(port)(79…)가 형성된다. 이 흡기 포트(79…)에 의해, 로터 챔버(14)의 내부 공간이 중계 챔버(19)에 연통된다. 또한 제2케이싱 반체(13)에는, 로터 챔버(14)의 짧은 직경 방향을 기준으로 해서 로터(27)의 회전 방향 지연측 15°∼75°의 위치에, 방사 방향 복수 열(列)로 정렬된 다수의 배기 포트(80…)가 형성된다. 이 배기 포트(80…)에 의해, 로터 챔버(14)의 내부 공간이 배기 챔버(20)에 연통된다.
제2증기통로(S2, S2) 및 제3증기통로(S3…), 및 제1고정축(64)의 노치(64b, 64b) 및 제3증기통로(S3…)는, 제1고정축(64) 및 회전축(21)의 상대 회전에 의해 주기적으로 연통되는 회전 밸브(Ⅴ)를 구성한다.
도 2 및 도 3으로부터 명확한 바와 같이, 제1, 제2케이싱 반체(12, 13)의 원형 밀봉홈(51, 51)에 끼워 맞추는 링 밀봉(54, 54)의 배면에 압력실(86, 86)이 형성되어 있으며, 제1, 제2케이싱 반체(12, 13)에 형성된 제1물통로(Wl)는, 파이프로서 이루어지는 제2물통로(W2) 및 제3물통로(W3)를 통해서 양쪽 압력실(86, 86)에 연통된다. 제2케이싱 반체(13)의 중공 베어링통(13c)의 반경 방향 외측에, 2개의 0링 (87, 88)을 구비한 커버(89)로써 개폐되는 필터 실(室)(13d)이 형성되어 있으며, 그 내부에 환상의 필터(90)가 수납된다. 제2케이싱 반체(13)의 제1물통로(Wl)는, 파이프로서 이루어지는 제4물통로(W4)를 통해서 필터(90)의 외주면에 연통되고, 필터 (90)의 내주면은 제2케이싱 반체(13)에 형성된 제5물통로(W5)를 통해서, 제2케이싱 반체(13) 및 회전축(21) 사이에 형성된 환상의 제6물통로(W6)에 연통된다. 그리고 제6물통로(W6)는 회전축(21)의 내부를 축방향으로 연장되는 12개의 제7물통로(W7…), 회전축(21)의 외주에 형성된 환상홈(21d) 및 로터 코어(31)의 내부를 반경 방향으로 연장되는 12개의 제8물통로(W8…)를 통해서 12개의 오리피스 형성 부재(41…)에 각각 연통된다.
또한 회전축(21)의 외주에 형성된 환상홈(21d)은 축방향으로 연장되는 12개의 제9물통로(W9…)(도 7 참조)를 통해서 회전축(21)의 외주에 형성된 환상홈(21e)에 연통되고, 환상홈(21e)은 회전축(21)의 내부를 축방향으로 연장되는 12개의 제10물통로(WlO…)를 통해서 회전축(21e)의 좌단 및 제1하우징(12) 사이에 형성된 환상의 제11물통로(Wll)에 연통된다. 환상의 제6물통로(W6) 및 제11물통로(Wll)는, 베어링 부재(22, 23)에 나사 결합된 오리피스 형성 볼트(91…)의 외주의 오리피스를 통과하고, 또한 베어링 부재(22, 23) 내에 형성된 제12물통로(W12…)를 경유해서, 베어링 부재(22, 23) 내주 및 회전축(21)의 외주 간의 접동부 면은 드레인(drain)의 제13물통로(W13…)를 경유해서 베인 홈(43)에 연통된다.
환상의 제6물통로(W6)는, 회전축(21)에 축방향으로 뚫어 설치한 2개의 제30물통로(W30, 30)를 경유하여, 회전축(21)의 중공부(21a) 내주면과 제1고정축(64)의 우단 외주면과의 접동부에 연통된다. 제1고정축(64)의 두께부(64a)의 우측에 형성된 밀봉홈(64c)은 제1고정축(64)의 내부에 비스듬히 뚫어 설치한 제31물통로(W31, 31)를 통해서 제5증기통로(S5)에 연통된다. 환상의 제11물통로(Wll)는 회전축(21)의 중공부(21a) 내주면과 제1고정축(64)의 좌단 외주면과의 접동부에 연통되어 있으며, 제1고정축(64)의 두께부(64a)의 좌측에 형성된 밀봉홈(64d)은, 제1고정축(64)을 반경 방향으로 관통하는 제32물통로(W32, 32) 및 상기 제31물통로(W31, 31)를 통해서 제5증기통로(S5)에 연통된다.
그러나, 도 1 및 도 2를 비교하면 명확한 바와 같이, 증발기(3)로부터의 고온고압 증기는 통로 P4를 경유해서 팽창기(4)의 증기 공급 파이프(75)에 공급되고, 분배 밸브(106)의 하류의 감압 밸브(107)로부터의 증기는 통로 P5를 경유해서 팽창기 (4)의 중계 챔버(19)에 공급되며, 분배 밸브(106)로부터의 고온의 물은 통로 P6을 경유해서 팽창기(4)의 제1물통로(Wl)에 공급되고, 또한 팽창기(4)의 배출구(17b)로부터의 강온강압 증기는 통로 P8에 배출된다.
이어서, 상기 구성을 구비한 본 실시예의 작용에 대해서 설명한다.
우선, 팽창기(4)의 작동에 대해서 설명한다. 도 3에 있어서, 증발기(3)의 하류측에 연결되는 통로 P4로부터의 고온고압 증기는 증기 공급 파이프(75)와, 노즐 부재(77)에 축방향으로 형성된 제1증기통로(Sl)와, 노즐 부재(77), 조인트 부재 (78, 78) 및 제1고정축(64)의 두께부(64a)를 반경 방향으로 관통하는 1쌍의 제2증기통로(S2, S2)에 공급된다. 도 6 및 도 7에 있어서, 로터(27)와 일체로 회전하는 회전축(21)이 소정의 위상에 도달하면, 로터 챔버(14)의 짧은 직경 위치로부터 화살표 R로써 나타내는 로터(27)의 회전 방향 진행측에 있는 1쌍의 제3증기통로(S3, S3)가 1쌍의 제2증기통로(S2, S2)에 연통되고, 제2증기통로(S2, S2)의 고온고압 증기가 상기 제3증기통로(S3, S3)를 거쳐서 1쌍의 실린더(33, 33)의 내부에 공급되어, 피스톤 (37, 37)을 반경 방향 외측으로 압압(押壓)한다. 이들 피스톤(37, 37)에 압압된 베인(44, 44)이 반경 방향 외측으로 이동하면, 베인(44, 44)에 설치된 1쌍의 롤러 (45, 45)와 환상홈(49, 49)과의 걸어 맞춤에 의해, 피스톤(37, 37)의 전진 운동이 로터(27)의 회전 운동으로 변환된다.
로터(27)의 화살표 R방향의 회전에 따라 제2증기통로(S2, S2)와 상기 제3증기통로(S3, S3)와의 연통이 차단된 후에도, 실린더(33, 33) 내의 고온고압 증기가 더욱 팽창을 계속함으로써 피스톤(37, 37)을 더욱 더 전진시키고, 이것에 의해 로터 (27)의 회전이 속행된다. 베인(44, 44)이 로터 챔버(14)의 긴 직경 위치에 도달하면, 대응하는 실린더(33, 33)에 연결되는 제3증기통로(S3, S3)가 제1고정축(64)의 노치(64b, 64b)에 연통되고, 롤러(45, 45)가 환상홈(49, 49)에 안내된 베인(44, 44)에 압압된 피스톤(37, 37)이 반경 방향 내측으로 이동함으로써, 실린더(33, 33) 내의 증기는 제3증기통로(S3, S3), 노치(64b, 64b), 제4증기통로(S4, S4), 제5증기통로(S5), 제6증기통로(S6) 및 관통 구멍(61c…)을 지나서, 제1의 강온강압 증기로 되어서 중계 챔버(19)에 공급된다. 제1의 강온강압 증기는, 증기 공급 파이프(75)로부터 공급된 고온고압 증기가 피스톤(37, 37)을 구동시키는 일을 마치고 온도 및 압력이 저하된 것이다. 제1의 강온강압 증기가 갖는 열 에너지 및 압력 에너지는 고온고압 증기에 비해서 저하되어 있지만, 여전히 베인(44…)을 구동시키는 데에 충분한 열 에너지 및 압력 에너지를 가지고 있다.
또한 중계 챔버(19)에는 분배 밸브(106)의 하류의 감압 밸브(107)로부터 통로(5)를 경유해서 증기가 공급되고, 이 증기는 상기 제1의 강온강압 증기에 합류되어 일체로 혼합된다.
중계 챔버(19) 내에서 혼합된 제1의 강온강압 증기 및 분배 밸브(106)로부터의 증기는 제1케이싱 반체(12)의 흡기 포트(79…)로부터 로터 챔버(14) 내의 베인 챔버(50), 즉 로터 챔버(14), 로터(27) 및 인접하는 1쌍의 베인(44, 44)에 의해 구획된 공간에 공급되고, 거기에서 더욱 팽창함으로써 로터(27)를 회전시킨다. 그리고 일을 마치고 더욱 온도 및 압력이 저하된 제2의 강온강압 증기는, 제2케이싱 반체(13)의 배기 포트(80…)로부터 배기 챔버(20)에 배출되고, 거기에서 배출구 (17b)를 경유해서 응축기(5)에 공급된다.
이렇게, 고온고압 증기의 팽창에 의해 12개의 피스톤(37…)을 잇달아 작동시켜서 롤러(45, 45) 및 환상홈(49, 49)을 통해 로터(27)를 회전시키고, 또한 고온고압 증기가 강온강압된 제1의 강온강압 증기 및 분배 밸브(106)로부터의 증기의 팽창에 의해 베인(44…)을 통해서 로터(27)를 회전시킴으로써 회전 축(21)으로부터 출력을 얻을 수 있다.
이어서, 상기 팽창기(4)의 각각의 접동부의 물에 의한 윤활에 대해서 설명한다. 또한, 윤활용의 물의 공급은 분배 밸브(106)로부터 통로 P6을 경유해서 케이싱 (11)의 제1물통로(Wl)에 공급된다.
제1물통로(Wl)에 공급된 물은 파이프로서 이루어지는 제2물통로(W2) 및 제3물통로(W3)를 경유해서 제1케이싱 반체(12) 및 제2케이싱 반체(13)의 원형 밀봉홈 (51, 51) 저부의 압력실(86, 86)에 공급되어, 링 밀봉(54, 54)을 로터(27)의 측면을 향해서 힘을 가한다. 또한 제1물통로(Wl)로부터 파이프로서 이루어지는 제4물통로 (W4)에 공급된 물은 필터(90)로써 이물질을 여과시킨 후에, 제2케이싱 반체(13)에 형성된 제5물통로(W5), 제2케이싱 반체(13) 및 회전축(21) 사이에 형성된 제6물통로 (W6), 회전축(21) 내에 형성된 제7물통로(W7…), 회전축(21)의 환상홈(21d) 및 로터 코어(31)에 형성된 제8물통로(W8…)에 공급되어, 거기에서 로터(27)의 회전에 수반하는 원심력으로써 더욱 가압되어서 로터 세그먼트(32…)의 오리피스 형성 부재(41…)에 공급된다.
각각의 로터 세그먼트(32)에 있어서, 오리피스 형성 부재(41)를 통과해서 저판(40)의 제14물통로(W14)에 유출된 물은, 측판(39)의 제22물통로(W22)를 통해서 윤활수 분출구(39a…)로부터 분출되고, 오리피스 형성 부재(41)를 거쳐서 저판(40)의 제17물통로(W17)에 유출된 물은, 블록 부재(38)의 제21물통로(W21) 및 측판(39)의 제25물통로(W25)를 통해서 윤활수 분출구(39a…)로부터 분출되며, 오리피스 형성 부재(41)를 통과해서 저판(40)의 제18물통로(W18)에 유출된 물은, 측판(39)의 제26물통로(W26)를 통해서 윤활수 분출구(39a…)로부터 분출되고, 오리피스 형성 부재 (41)를 통과해서 저판(40)의 제19물통로(W19)에 유출된 물은, 측판(39)의 제27물통로(W27)을 통해서 윤활수 분출구(39a…)로부터 분출된다. 측판(39)의 표면에 개구되는 상기 4개의 윤활수 분출구(39a…) 중, 아래쪽의 2개는 베인(44)의 홈(44e, 44e) 내에 연통된다.
오리피스 형성 부재(41)를 통과해서 저판(40)의 제15물통로(W15)에 유출된 물은, 측판(39)의 제23물통로(W23) 및 블록 부재(38)의 제29물통로(W29)를 통해서 홈(38c) 내의 윤활수 분출구(38e)로부터 분출되고, 오리피스 형성 부재(41)를 통과해서 저판(40)의 제16물통로(W16)에 유출된 물은, 블록 부재(38)의 제20물통로 (W20), 측판(39)의 제24물통로(W24) 및 블록 부재(38)의 제28물통로(W28)를 통해서 홈(38b) 내의 윤활수 분출구(38d)로부터 분출된다.
그러나, 각각의 로터 세그먼트(32)의 측판(39)의 윤활수 분출구(39a…)로부터 베인 홈(43) 내에 분출된 물은, 베인 홈(43)에 미끄럼 운동이 자유롭게 끼워 맞추어지는 베인(44)과의 사이에 정압(靜壓) 축받이를 구성해서 그 베인(44)을 부동(浮動) 상태로 지지하고, 로터 세그먼트(32)의 측판(39)과 베인(44)과의 고체 접촉을 방지해서 늘어붙음 및 마모의 발생을 방지한다. 이렇게, 베인(44)의 접동면을 윤활시키는 물을 로터(27)의 내부에 방사상으로 설치한 제8물통로(W8)를 통해 공급함으로써, 물을 원심력으로써 가압할 수 있을 뿐만 아니라, 로터(27) 주변의 온도를 안정시켜서 열팽창에 의한 영향을 적게 하고, 설정한 클리어런스를 유지해서 증기의 누출을 최소한으로 억제할 수 있다.
그런데, 각각의 베인(44)에 가해지는 원주 방향의 하중(판 형상의 베인(44)에 대하여 직교하는 방향의 하중)에는, 로터 챔버(14) 내의 베인(44)의 전후면에 가해지는 증기압의 차압(差壓)에 의한 하중과, 베인(44)에 설치한 롤러(45, 45)가 환상홈(49, 49)으로부터 받는 반력(反力)의 상기 원주 방향의 성분과의 합력(合力)으로 되지만, 그것들의 하중은 로터(27)의 위상에 따라서 주기적으로 변화된다. 따라서, 이 편중 하중을 받은 베인(44)은 베인 홈(43) 내에서 기울어지는 거동(擧動)을 주기적으로 나타내게 된다.
이렇게 하여 상기 편중 하중으로써 베인(44)이 기울어지면, 양측의 로터 세그먼트(32)의 측판(39, 39)에 개구되는 각각 4개의 윤활수 토출 구멍(39a…)과 베인 (44)과의 간극(間隙)이 변화되기 때문에, 간극이 확장된 부분의 수막(水膜)이 유실되게 되고, 또한 간극이 협소해진 부분에 물이 공급되기 어려워지기 때문에 접동부에 압력이 생기지 않게 되어, 베인(44)이 측판(39, 39)의 접동면에 직접 접촉해서 마모가 발생할 가능성이 있다. 그러나, 본 실시예에 의하면, 로터 세그먼트(32)에 설치한 오리피스 형성 부재(41)에 의해 윤활수 토출 구멍(39a…)에 오리피스를 통해서 물이 공급되기 때문에, 상기 불합리가 해소된다.
즉, 윤활수 토출 구멍(39a…)과 베인(44)과의 간극이 확장되었을 경우, 물의 공급 압력이 일정하므로, 정상 상태에서 오리피스의 전후에 발생하는 일정한 차압에 대하여, 상기 간극으로부터의 유출량의 증대에 의해 물의 유량이 증대함으로써, 오리피스 효과로써 오리피스의 전후의 차압이 증대하여 상기 간극의 압력이 감소하는 것으로 되고, 그 결과, 확장된 간극을 좁혀서 원래 상태로 복귀시키는 힘이 발생한다. 또한 윤활수 토출 구멍(39a…)과 베인(44)과의 간극이 협소해졌을 경우, 상기 간극으로부터의 유출량이 감소해서 오리피스의 전후의 차압이 감소하기 때문에, 그 결과, 상기 간극의 압력이 증대해서 협소해진 간극을 확장시켜 원래 상태로 복귀시키는 힘이 발생한다.
이렇게, 베인(44)에 가해지는 하중으로써 윤활수 토출 구멍(39a…)과 베인 (44)과의 간극이 변화되어도, 그 간극의 크기의 변화에 따라서 그 간극에 공급되는 물의 압력을 오리피스가 자동적으로 조정하므로, 베인(44) 및 양측의 로터 세그먼트 (32)의 측판(39, 39) 사이의 클리어런스를 원하는 크기로 안정시켜서 유지할 수있다. 이것에 의해, 베인(44) 및 측판(39, 39) 사이에 항상 수막을 유지해서 베인 (44)을 부동 상태로 지지하고, 베인(44)이 측판(39, 39)의 접동면에 고체 접촉해서 마모가 발생하는 것을 확실하게 회피시킬 수 있다.
또한 베인(44)의 양면에 각각 2개씩 형성된 홈(44e, 44e)에 물이 유지되기 때문에, 이 홈(44e, 44e)이 압력의 잔류로 되어서 물의 누출에 의한 압력 저하를 억제한다. 그 결과, 1쌍의 측판(39, 39)의 접동면에 끼워져 있던 베인(44)이 물에 의해서 부동 상태로 되어, 접동 저항을 전무에 가까운 상태까지 저감시키는 것이 가능하게 된다. 또한 베인(44)이 왕복 운동하면 로터(27)에 대한 베인(44)의 반경 방향의 상대 위치가 변화되지만, 상기 홈(44e, 44e)은 측판(39, 39) 측이 아니고 베인(44) 측에 설치되어 있으며, 또한 베인(44)에 가장 하중이 걸리는 롤러(45, 45)의 근방에 설치되어 있기 때문에, 왕복 운동하는 베인(44)을 항상 부동 상태로 유지해서 접동 저항을 효과적으로 저감시키는 것이 가능해 진다.
또한, 측판(39, 39)에 대한 베인(44)의 접동면을 윤활시킨 물은 원심력으로써 반경 방향 외측으로 이동하고, 베인(44)의 원호면(44b)에 설치한 밀봉 부재(46)와 로터 챔버(14)의 원호면(14b)의 접동부를 윤활시킨다. 그리고 윤활을 끝낸 물은, 로터 챔버(14)로부터 배기 포트(80…)를 통해서 배기 챔버(20)로 배출된다.
측판(39, 39)과 베인(44)과의 접동면을 윤활시킨 후에 로터 챔버(14)에 유입된 물 중, 로터 챔버(14)의 팽창 행정의 베인 챔버(50…)에 유입된 물은, 거기에서 고온의 증기와 혼합되어 증기화됨으로써 팽창기(4)의 출력을 증가시킨다.
도 13에 나타내는 그래프의 가로축은 베인 챔버(50)에 물이 공급되는 타이밍(위상)이고, 세로 축은 팽창기(4)의 출력 증가량이다. 또한 접동면을 통해서 베인 챔버(50)에 공급되는 물의 압력은 2MPa이며, 증발기(3)로부터 통로 P4를 경유해서 팽창기(4)의 베인 챔버(50)에 공급되는 물의 양에 대한, 접동면을 통해서 베인 챔버(50)에 공급되는 물의 양의 비율은 60％이다. 도 13에는 접동면을 통해서 베인 챔버(50)에 공급되는 물의 온도가 50℃, 100℃, 200℃의 경우가 나타나 있으며, 물의 온도가 높을수록 팽창기(4)의 출력의 증가량이 커지고, 또한 출력의 증가량이 피크(peak)로 되는 위상이 빨라지는 것을 알 수 있다.
도 14에 나타내는 그래프의 가로축 및 세로축은 상기 도 13에 나타내는 그래프와 같으며, 증발기(3)로부터 통로 P4를 경유해서 팽창기(4)의 베인 챔버(50)에 공급되는 물의 양에 대한, 접동면을 통해서 베인 챔버(50)에 공급되는 물의 양의 비율이, 0％, 20％, 40％, 60％의 경우를 나타내고 있다. 여기서, 접동면을 통해서 베인 챔버(50)에 공급되는 물의 압력은 2MPa, 온도는 200℃로서 일정하다. 접동면을 통해서 베인 챔버(50)에 공급되는 물의 양의 비율이 증가하면 팽창기(4)의 출력의 증가량이 증가하지만, 출력의 증가량이 피크로 되는 위상은 항상 일정해서 변화되지 않는 것을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1케이싱 반체(12) 및 제2케이싱 반체(13)의 원형 밀봉홈 (51, 51)의 저부의 압력실(86, 86)에 물을 공급해서 링 밀봉(54, 54)을 로터(27)의 측면을 향해서 힘을 가하고, 또한 각각의 로터 세그먼트(32)의 홈(38b, 38c)의 내부에 형성된 윤활수 분출구(38d, 38e)로부터 물을 분출시켜 로터 챔버(14)의 평탄면 (14a, 14a)과의 접동면에 정압 축받이를 구성함으로써, 원형 밀봉홈(51, 51)의 내부에서 부동 상태로 있는 링 밀봉(54, 54)으로써 로터(27)의 평탄면(27a, 27a)을 밀봉 시킬 수 있으며, 그 결과 로터 챔버(14) 내의 증기가 로터(27)와의 간극을 통해서 누출되는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 링 밀봉(54, 54)과 로터(27)와는 윤활수 분출구(38d, 38e)로부터 공급된 수막으로써 격리되어져서 고체 접촉할 일이 없고, 또한 로터(27)가 기울어져도, 거기에 추종(追從)해서 원형 밀봉홈(51, 51) 내의 링 밀봉(54, 54)이 기울어짐으로써, 마찰력을 최소한으로 억제하면서 안정된 밀봉 성능을 확보할 수 있다.
또한, 링 밀봉(54, 54)과 로터(27)와의 접동부를 윤활시킨 물은, 원심력으로써 로터 챔버(14)에 공급되어, 거기로부터 배기 포트(80…)를 경유해서 배기 챔버 (20)에 배출된다.
한편, 제6물통로(W6)로부터 공급된 물은, 베어링 부재(23)의 오리피스 형성 볼트(91…)의 외주에 형성된 오리피스 및 제12물통로(W12…)를 경유해서, 베어링 부재(23) 내주 및 회전축(21) 외주의 접동면에 수막을 형성하고, 그 수막에 의해 회전축(21)의 우반부(右半部)의 외주를 부동 상태로 지지함으로써, 회전축(21)과 베어링 부재(23)와의 고체 접촉을 방지해서 늘어붙음이나 마모가 발생하지 않도록 윤활시킨다. 제6물통로(W6)로부터 회전축(21)에 형성된 제7물통로(W7…), 제9물통로(W9…), 제10물통로(WlO…) 및 제11물통로(Wll)에 공급된 물은, 베어링 부재(22)의 오리피스 형성 볼트(91…)의 외주에 형성된 오리피스 및 제12물통로(W12…)를 거쳐서, 베어링 부재(22) 내주 및 회전축(21) 외주의 접동면에 수막을 형성하고, 그 수막에 의해 회전축(21)의 좌반부(左半部)의 외주를 부동 상태로 지지함으로써,회전축(21)과 베어링 부재(22)와의 고체 접촉을 방지해서 늘어붙음이나 마모가 발생하지 않도록 윤활시킨다. 양쪽 베어링 부재(22, 23)의 접동면을 윤활시킨 물은, 그 내부에 형성된 제13물통로(W13…)를 경유해서 베인 홈(43…)에 배출된다.
또한, 베인 홈(43…)에 잔류된 물은 베인(44…)의 저부와 베인(44…)의 일측면을 접속하는 물배출통로(44g…)에 유입되지만, 이 물배출통로(44g…)는 베인(44…)이 로터(27)로부터 가장 돌출하는 소정의 각도 범위에서 로터 챔버(14)에 개구되기 때문에, 베인 홈(43…)과 로터 챔버(14)와의 압력차에 의해 베인 홈(43…) 내의 물은 물배출통로(44g…)를 거쳐서 로터 챔버(14)에 배출된다.
또한 제6물통로(W6)로부터 회전축(21)에 형성된 제30물통로(W30…)를 경유해서 공급된 물은, 제1고정축(64) 외주 및 회전축(21) 내주의 접동면의 우반부를 윤활시키고, 제1고정축(64)의 밀봉홈(64c)으로부터 제31물통로(W31, W31)를 경유해서 제5증기통로(S5)에 배출된다. 또한, 상기 제11물통로(Wll)로부터의 물은, 제1고정축 (64) 외주 및 회전축(21) 내주의 접동면의 좌반부를 윤활시키고, 제1고정축(64)의 밀봉홈(64d)으로부터 제31물통로(W31)를 경유해서 제5증기통로(S5)에 배출된다.
이상과 같이, 팽창기(4)의 로터(27)를 로터 코어(31)와 복수의 로터 세그먼트 (32…)로 분할하여 구성했으므로, 로터(27)의 베인 홈(43…)의 치수 정밀도를 용이하게 높일 수 있다. 즉, 단체(單體)의 로터(27)에 있어서 베인 홈(43…)의 홈 폭을 정밀도 좋게 가공해서 접동면의 면 조도(粗度)를 높이는 것은 지극히 곤란하지만, 미리 제작한 복수의 로터 세그먼트(32…)를 로터 코어(31)에 조립 부착함으로써 상기 문제를 해결할 수 있다. 게다가 복수의 로터 세그먼트(32…)의 조립 부착에 의해서 오차가 집적되어도, 최후의 1개의 로터 세그먼트(32)의 치수를 조정함으로써 상기 오차의 집적을 흡수해서 전체적으로 고정밀도의 로터(27)를 얻을 수 있다.
또한 고온고압 증기가 공급되는 내측의 로터 코어(31)와, 비교적으로 저온인 외측의 로터 세그먼트(32…)를 별도의 부재로서 구성했으므로, 고온의 로터 코어 (31)로부터 로터 세그먼트(32…)에의 열전도를 억제할 수 있고, 로터(27) 외부로의 열의 방산을 방지해서 열효율을 높이는 것이 가능해 질 뿐만 아니라, 로터(27)의 열변형을 완화해서 정밀도를 높일 수 있다. 게다가 로터 코어(31) 및 로터 세그먼트 (32…)의 각각의 기능에 걸맞는 재질이나 가공 방법을 선택할 수 있으므로 설계 자유도나 가공 방법의 자유도가 증가하고, 로터 세그먼트(32…) 및 베인(44…)의 접동면의 마모 경감, 내구성의 향상, 밀봉성의 향상을 도모할 수 있다. 또한 로터(27)의 일부에 불합리가 생겼을 경우에서도, 그 일부를 교환하는 것만으로써 보수할 수 있으므로, 로터(27) 전체를 교환 혹은 폐기할 경우에 비해서 비용의 삭감에 기여할 수 있다.
이어서, 랭킨 사이클 장치(2)를 포함하는 내연기관(1)의 냉각계의 작용을 주로 해서 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다.
저압 펌프(7)로써 탱크(6)로부터 빨아 올려진 물은 통로 Pl을 경유해서 배기관(101)에 설치된 열교환기(102)에 공급되고, 거기에서 예열된 후에 통로 P2를 거쳐서 내연기관(1)의 물 재킷(105)에 공급된다. 물 재킷(105) 내를 흐르는 물은 내연기관(11)의 발열부인 실린더 블록(103) 및 실린더 헤드(104)를 냉각시키고, 온도상승된 상태에서 분배 밸브(106)에 공급된다. 이렇게, 배기관(101)의 열교환기(102)에서 예열된 물을 물 재킷(105)에 공급하므로, 내연기관(1)의 저온 시에는 그 기관 온도 유지를 촉진할 수 있고, 또한 내연기관(1)의 과냉각을 방지해서 배기 가스 온도를 상승시킴으로써 증발기(3)의 성능을 높일 수 있다.
분배 밸브(106)에서 분배된 고온의 물의 일부는 통로 P4에 장치한 고압 펌프(8)에서 가압되어서 증발기(3)에 공급되고, 거기에서 배기 가스와의 사이에서 열교환되어 고온고압 증기로 된다. 증발기(3)에서 발생한 고온고압 증기는, 팽창기 (4)의 증기 공급 파이프(75)에 공급되어서 실린더(33…) 및 베인 챔버(50…)를 통과해서 회전축(21)을 구동시킨 후에 배출구(17b)로부터 배출된다.
분배 밸브(106)에서 분배된 고온의 물의 기타 일부는 통로 P5에 장치한 감압 밸브(107)에서 감압되어서 증기로 되고, 팽창기(4)의 중계 챔버(19)에 공급된다. 중계 챔버(19)에 공급된 증기는, 증기 공급 파이프(75)로부터 공급되어서 실린더(33…)를 통과한 제1의 강온강압 증기와 합류하여, 회전축(21)을 구동시킨 후에 배출구 (17b)로부터 배출된다. 이렇게, 분배 밸브(106)로부터의 고온의 물의 일부를 감압 밸브(107)로써 증기화시켜서 팽창기(4)에 공급하므로, 물이 내연기관(1)의 물 재킷 (105)에서 받은 열 에너지를 효과적으로 이용해서 팽창기(4)의 출력을 증가시킬 수 있다. 또한 분배 밸브(106)에서 분배된 고온의 물의 기타 일부는 통로 P6을 경유해서 팽창기(4)의 제1물통로(Wl)에 공급되어, 각각 피윤활부를 윤활시킨다. 이렇게 고온의 물을 이용해서 팽창기(4)의 피윤활부를 윤활시키므로, 팽창기(4)가 과냉각되는 것을 방지해서 소위 냉각 손실을 저감시킬 수있다. 또한 윤활 후에 팽창 행정의 베인 챔버(50…)에 들어온 물은, 베인 챔버(50…)의 증기와 혼합됨으로써 가열되어 증기화하고, 그 팽창 작용으로써 팽창기(4)의 출력을 증가시킨다. 그리고 팽창기(4)의 배출구(17b)로부터 통로 P8에 배출된 제2의 강온강압 증기는 응축기(5)에 공급되고, 거기에서 냉각 팬(19)에 의해 냉각되어서 물이 되어, 탱크(6)에 복귀된다. 또한 분배 밸브(106)에서 분배된 고온의 물의 기타 일부는 통로 P7에 장치한 보조 기기(110)와의 사이에서 열교환해서 냉각된 후에, 체크 밸브(111)를 거쳐서 탱크 (6)에 복귀된다.
이상과 같이, 저압 펌프(7)로써 탱크(6)로부터 빨아 올린 물을 물 재킷(105)에 공급해서 내연기관(1)의 발열부를 냉각시킨 후에, 그 물을 보조 기기(110)에 공급해서 냉각시키고 나서 탱크(6)에 복귀시키는 물 순환 경로와, 물 재킷(105)을 나온 물의 일부를 작동 매체로 해서 분배하여, 그 물을 고압 펌프(8), 증발기(3), 팽창기(4) 및 응축기(5)를 경유해서 탱크(6)에 복귀시키는 랭킨 사이클 장치(2)의 물 순환 경로를 복합시키고, 또한 물 재킷(105) 및 보조 기기(110)를 통과하는 내연기관(1)의 냉각계의 물 순환 경로를 저압 대유량으로 하고, 랭킨 사이클 장치(2)의 물 순환 경로를 고압 소유량으로 하였으므로, 내연기관(1)의 냉각계 및 랭킨 사이클 장치(2)에 각각 적합한 유량 및 압력의 물을 공급하는 것이 가능하게 되어, 랭킨 사이클 장치(2)의 성능을 유지하면서 내연기관(1)의 발열부를 충분히 냉각해서 라디에이터를 폐지할 수 있다. 게다가 저압 펌프(7)로부터 물 재킷(105)에 공급되는 물을 배기관(101)에 설치된 열교환기(102)에서 예열시키므로, 내연기관(1)의 폐열을 한층 효과적으로 이용할 수 있다.
또한 저압 펌프(7)로부터 저온의 물이 공급되는 열교환기(102)를, 증발기(3)의 위치 보다 배기 가스의 온도가 저하되어 있는 배기관(101)의 하류에 설치했으므로, 배기 가스가 갖는 잉여의 폐열을 남김 없이 효율적으로 회수할 수 있다. 또한, 열교환기(102)에서 예열된 물을 물 재킷(105)에 공급하므로, 내연기관(1)의 과냉각을 방지하는 동시에, 연소 열, 즉 배기 가스를 더욱 고온화시켜서 배기 가스의 열 에너지를 높혀, 폐열 회수 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 상술했지만, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 설계 변경을 실행하는 것이 가능하다.
예를 들면, 실시예에서는 작동 매체로서 물(증기)을 예시했지만, 본 발명에서는 암모니아 등의 기타 임의의 작동 매체를 채용할 수 있다. 단, 물은 탄화 등의 조성 변화 없이 사용할 수 있는 온도 영역이 넓기 때문에 작동 매체겸 윤활 매체로서 적합하고, 팽창기(4)에 공급되는 작동 매체로서의 고온의 증기와, 내연기관(1)의 물 재킷(105)으로부터 배출되는 비교적 저온의 윤활 매체로서의 물을 지장 없이 혼합시킬 수 있다.
본 발명에 관련된 내연기관의 랭킨 사이클 장치는 자동차용으로서 이용하는 데에 적합하지만, 자동차용 이외의 임의의 내연기관에 대해서도 적용하는 것이 가능하다.

Claims (6)

  1. 내연기관(1)의 폐열로써 액체 상태 작동 매체를 가열해서 기체 상태 작동 매체를 발생시키는 증발기(3)와, 증발기(3)가 배출한 기체 상태 작동 매체의 열 에너지를 기계 에너지로 변환시키는 팽창기(4)와, 팽창기(4)가 배출한 기체 상태 작동 매체를 냉각시켜서 액체 상태 작동 매체로 복귀시키는 응축기(5)와, 응축기(5)가 배출한 액체 상태 작동 매체를 저류(貯留)하는 탱크(6)와, 탱크(6) 내의 액체 상태 작동 매체를 증발기(3)에 공급하는 펌프(7, 8)를 구비한 내연기관의 랭킨 사이클 장치에 있어서,
    상기 펌프(7, 8)는 저압 펌프(7) 및 고압 펌프(8)로서 이루어지고, 상기 저압 펌프(7)는 탱크(6) 내의 액체 상태 작동 매체를 내연기관(1)의 냉각 수단(105)을 통과시킴으로써 가열해서 분배 밸브(106)에 공급하고, 분배 밸브(106)에서 분배된 액체 상태 작동 매체의 일부는 상기 고압 펌프(8)에서 가압되어서 증발기(3)에 공급되고, 분배 밸브(106)에서 분배된 액체 상태 작동 매체의 기타 일부는 보조 기기 (110)에서 방열된 후에 탱크(6)에 배출되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 랭킨 사이클 장치.
  2. 제1항에 있어서, 저압 펌프(7)로부터 나온 액체 상태 작동 매체는 내연기관 (1)의 배기관(排氣管)(101)에 설치된 열교환기(102)에서 예열되어서 냉각 수단 (105)에 공급되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 랭킨 사이클 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분배 밸브(106)로부터 분배되는 가열된 액체 상태 작동 매체의 일부를 팽창기(4)의 윤활 매체로서 사용하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 랭킨 사이클 장치.
  4. 제3항에 있어서, 윤활 매체로서 공급된 액체 상태 작동 매체의 일부를 팽창기 (4)의 팽창 행정에 공급하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 랭킨 사이클 장치.
  5. 제2항에 있어서, 분배 밸브(106)로부터 분배되는 가열된 액체 상태 작동 매체의 일부를 감압 밸브(107)를 통과시켜서 기체 상태 작동 매체로 변환시키고, 이 기체 상태 작동 매체를 팽창기(4)의 팽창 행정에 공급하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 랭킨 사이클 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 상태 작동 매체로서 물을 사용하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 랭킨 사이클 장치.
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