KR20060127258A - 회전식 팽창기 - Google Patents

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데쯔야 오까모또
가쯔미 사끼따니
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Abstract

회전피스톤(67)의 상하 양 끝단면(67b, 67c)에는 고리형의 실링 홈(91)이 원형고리 끝단면(67b, 67c)을 따라 형성되며, 이 실링 홈(91)에는 고리형의 립실(92)이 끼워진다. 이로써, 샤프트(40)의 급유 홈(49)으로부터 공급된 윤활유가 회전피스톤(67)의 상하 양 끝단면(67b, 67c)과 프론트헤드(61) 및 리어헤드(62)와의 사이로부터 실린더(63)의 유체실(65)로 유입되는 일은 거의 없으므로, 윤활유 부족이 해소된다.
회전피스톤, 실링 홈, 실린더, 샤프트, 급유 홈

Description

회전식 팽창기{ROTARY TYPE EXPANSION MACHINE}
본 발명은 회전식 팽창기에 관한 것이며, 특히 오일유출의 방지대책에 관한 것이다.
종래, 고압유체의 팽창에 의해 동력을 발생시키는 팽창기로서, 예를 들어 회전식 팽창기 등의 용적형 팽창기가, 예를 들어 일특개 2003-172244호 공보에 개시되어있다.
이 회전식 팽창기는, 양끝이 프론트헤드와 리어헤드로 막힌 실린더와, 이 실린더에 수납된 피스톤을 갖는 팽창기구부를 구비한다. 이 팽창기구부에는, 피스톤에 회전 자유롭게 끼워진 편심부를 갖는 샤프트가 관통된다. 그리고 상기 회전식 팽창기에서는, 샤프트에 설치된 오일펌프에 의해 퍼 올려진 윤활유가 팽창기구부에 공급되어, 팽창기구부의 윤활이 이루어진다.
<발명의 개시>
<발명이 해결하고자 하는 과제>
그러나 상술한 종래의 회전식 팽창기에서는, 팽창기구부에 윤활유가 지나치게 공급되면, 윤활유가 피스톤의 끝단면과 프론트헤드 또는 리어헤드 사이로부터 실린더 내의 팽창실로 과잉 누출되어버린다는 문제가 있다. 이 때문에 윤활유가 냉매와 함께 팽창기로부터 유출되어, 이른바 오일유출이 발생하여, 윤활유 부족이 발생한다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 팽창기구에 있어서 윤활유의 팽창실 내로의 과잉 유입을 방지하고 윤활유 부족 문제를 해소하여, 신뢰성의 향상을 도모하는 것이다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
본 발명이 강구한 해결수단은 이하에 나타내는 것이다.
구체적으로 제 1 해결수단은, 양끝이 폐색부재(61, 62)로 막힌 실린더(63)와, 이 실린더(63) 내에 수납된 회전피스톤(67)을 갖는 팽창기구(60)를 구비하는 회전식 팽창기를 전제로 한다. 그리고 상기 회전피스톤(67)의 양 끝단면 중 적어도 한 면에는, 폐색부재(61, 62)와의 사이를 밀봉하기 위한 실링기구(90)가 구성된다.
상기 해결수단에서는, 회전피스톤(67)의 양 끝단면에 실링(sealing)기구(90)를 구성한 경우, 팽창기구(60)의 습동부에 공급된 윤활유가 회전피스톤(67)의 양 끝단면과 폐색부재(61, 62) 사이로부터 실린더(63) 내의 팽창공간으로 과잉 누출되는 일은 없다. 또 상기 회전피스톤(67)의 한 면에 실링기구(90)를 구성한 경우, 그 한 면에는 실링기구(90)를 구성하지 않는 끝단면에 작용하는 윤활유의 압력보다 높은 압력이 작용하여, 회전피스톤(67)이 실링기구(90)를 구성하지 않는 쪽 폐쇄부재(61, 62)로 눌려 거의 밀착상태로 된다. 이로써, 상기 양 끝단면에 실링기구(90)를 구성한 경우와 마찬가지로 윤활유가 회전피스톤(67)의 양 끝단면과 폐색부재(61, 62) 사이로부터 실린더(63) 내의 팽창공간으로 과잉 누출되는 일은 없다. 따라서 어느 경우에서도 윤활유가 팽창공간 내의 유체와 함께 팽창기구(60)로부터 유출되는 일은 거의 없으므로, 오일유출이 방지되어, 윤활유 부족이 해소된다.
또 제 2 해결수단은, 상기 제 1 해결수단에 있어서, 상기 회전피스톤(67)에 회전 자유롭게 끼워진 편심부(41)를 갖는 1개의 회전축(40)을 구비한다. 그리고 이 회전축(40)에는, 적어도 편심부(41)와 폐색부재(61, 62)와의 습동부 및 회전피스톤(67)과 편심부(41)와의 습동부에 급유하기 위한 급유 홈(49)이 형성된다.
상기 해결수단에서는, 회전축(40)의 급유 홈(49)으로부터, 적어도 편심부(41)와 폐색부재(61, 62)와의 습동부 및 회전피스톤(67)과 편심부(41)와의 습동부에 공급된 윤활유의 누출이 억제된다.
또한 제 3 해결수단은, 상기 제 2 해결수단에 있어서, 상기 팽창기구(60)가 회전피스톤(75, 85)을 복수 구비한다. 이 각 회전피스톤(75, 85)은 1개의 회전축(40)으로 접속되며 또 차례로 병설됨과 더불어, 서로 인접하는 회전피스톤(75, 85)의 끝단면이 중간구획판(64)을 개재하고 서로 대향하도록 배치된다. 그리고 상기 실링기구(90)는, 복수 회전피스톤(75, 85)의 끝단면 중 폐색부재(61, 62)에 대향하는 끝단면에 구성된다.
상기 해결수단에서는, 각 회전피스톤(75, 85)에 있어서, 폐색부재(61, 62)에 대향하는 끝단면에는 중간구획판(64)에 대향하는 윤활유의 압력보다 높은 압력이 작용하여, 각 회전피스톤(75, 85)이 중간구획판(64)으로 눌려 거의 밀착상태로 된다. 이로써, 복수 실린더식의 팽창기구(60)에서도, 각 회전피스톤(75, 85)의 동작 중에 실링기구(90)가 중간구획판(64)에 형성된 회전축(40)용 광통공에 말려들어 손상되는 등의 우려가 없으므로, 윤활유의 누출이 억제된다.
또 제 4 해결수단은, 상기 제 1∼제 3 해결수단 중 어느 하나에 있어서, 상기 실링기구(90)가, 회전피스톤(67)의 끝단면에 형성된 실링 홈(91)과, 이 실링 홈(91)에 끼워진 실링부재(92)로 구성된다.
상기 해결수단에서는, 실링부재(92)가 폐색부재(61, 62) 및 실링 홈(91)에 밀착됨으로써, 회전피스톤(67)의 끝단면과 폐색부재(61, 62) 사이가 밀봉된다.
또한 제 5 해결수단은, 상기 제 4 해결수단에 있어서, 상기 실링부재(92)가 립실(lip seal) 또는 칩실(chip seal)이다.
상기 해결수단에서는, 립실 또는 칩실이 윤활유의 압력작용에 의해 폐색부재(61, 62) 및 실링 홈(91)에 밀착된다. 이로써, 회전피스톤(67)의 끝단면과 폐색부재(61, 62) 사이가 밀봉된다.
또 제 6 해결수단은, 상기 제 1∼제 3 해결수단 중 어느 하나에 있어서, 상기 실링기구(90)가, 라비린스실(labyrinth seal)이다.
상기 해결수단에서는, 윤활유의 점성에 의한 마찰효과나 조임구에서의 축류효과 등 라비린스 효과에 의해, 회전피스톤(67)의 끝단면과 폐색부재(61, 62) 사이가 밀봉된다.
또한 제 7 해결수단은, 상기 제 4 또는 제 5 해결수단에 있어서, 상기 실링부재(92)가 4불화에틸렌계(PTFE계)의 수지재료로 형성된다.
상기 해결수단에서는, 4불화에틸렌계의 수지재료가 내마모성이나 내열성이 우수한 재료이므로, 회전피스톤(67)의 끝단면과 폐색부재(61, 62) 사이가 확실하게 밀봉된다.
또 제 8 해결수단은, 상기 제 1∼7 해결수단 중 어느 하나에 있어서, 상기 회전축(40) 축심방향에 있어서 회전피스톤(67)의 끼워맞춤 공차(fit tolerance)가 실린더(63) 안지름(D)의 1/5000∼1/1000 치수로 설정된다.
상기 해결수단에서는, 회전피스톤(67)의 가공 정밀도나 조립 정밀도를 엄격하게 관리할 필요가 없어지므로, 원가저하를 도모할 수 있다.
<발명의 효과>
따라서 제 1 해결수단에 의하면, 회전피스톤(67)의 적어도 한쪽 끝단면에 폐색부재(61, 62)와의 사이를 밀봉하기 위한 실링기구(90)를 구성하도록 하므로, 팽창기구(60)의 습동부에 공급된 윤활유가 팽창공간 내로 누출되는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 윤활유가 팽창된 유체와 함께 팽창기구(60)로부터 유출되는 일은 거의 없어지므로, 오일유출을 방지하여, 윤활유 부족을 방지할 수 있다. 그 결과, 기기의 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.
또, 특히 압축기와 일체로 되어 이른바 고압 돔형의 팽창기로 구성되며, 예를 들어 증기압축식 냉동주기가 이루어지는 냉매회로에 이용한 경우에는, 윤활유가 고온고압의 가스냉매에 의해 가열되어 고온으로 되는 한편, 팽창기구(60)로 유입되는 냉매가 비교적 저온이지만, 전술한 바와 같이 팽창공간 내로의 윤활유 누출을 억제함으로써 저온의 냉매가 고온의 윤활유와 혼합되어 가열되는 것을 저지할 수 있어, 팽창과정에서의 열 손실을 방지할 수 있다. 그 결과, 운전효율의 향상을 도모할 수 있다.
또한 제 2 해결수단에 의하면, 회전축(40)에 형성된 급유 홈(49)으로부터 윤활유를 공급하는 급유방식을 구비한 팽창기구(60)에서도, 윤활유의 팽창공간으로의 누출을 억제할 수 있다.
또 제 3 해결수단에 의하면, 복수 실린더식의 팽창기구(60)에서, 실링기구(90)를 각 회전피스톤(75, 85)의 중간구획판(64) 쪽 끝단면에는 구성하지 않고 폐색부재(61, 62) 쪽 끝단면에 구성하도록 하므로, 동작 중에 실링기구(90)가 중간구획판(64)에 비교적 크게 형성된 회전축(40)용 관통공에 말려들어 손상되는 등의 우려 없이, 윤활유의 누출을 억제할 수 있다.
또한 제 4 해결수단에 의하면, 실링기구(90)를 실링 홈(91)과 이 실링 홈(91)에 끼워진 실링부재(92)로 구성하도록 하므로, 실링부재(92)가 폐색부재(61, 62)와 실링 홈(91)에 밀착됨으로써, 회전피스톤(67)의 끝단면과 폐색부재(61, 62) 사이를 밀봉할 수 있다.
또 제 5 해결수단에 의하면, 실링부재(92)를 립실 또는 칩실로 하므로, 윤활유의 압력작용에 의해 립실 또는 칩실을 폐색부재(61, 62)와 실링 홈(91)에 확실하게 밀봉할 수 있다.
또한 제 6 해결수단에 의하면, 실링기구(90)를 라비린스실로 하므로, 라비린스 효과에 의해 회전피스톤(67)의 끝단면과 폐색부재(61, 62) 사이를 확실하게 밀봉할 수 있다.
또 제 7 해결수단에 의하면, 실링부재(92)를 내마모성이나 내열성이 우수한 4불화에틸렌계의 수지재료로 형성하도록 하므로, 회전피스톤(67)의 회전에 따르는 폐색부재(61, 62)와의 미끄럼운동에 있어서도 높은 밀봉성을 확보할 수 있다.
도1은 공조기를 나타내는 배관 계통도.
도2는 제 1 실시형태에 관한 압축팽창유닛을 나타내는 종단면도.
도3은 제 1 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 모식적으로 나타내는 횡단면도.
도4는 제 1 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 모식적으로 나타내는 종단면도.
도5는 제 1 실시형태에 관한 회전축의 회전각 90°마다의 팽창기구 상태를 실링기구를 생략하여 나타내는 횡단면도.
도6은 제 2 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 모식적으로 나타내는 횡단면도.
도7은 제 2 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 모식적으로 나타내는 종단면도.
도8은 제 3 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 모식적으로 나타내는 횡단면도.
도9는 제 4 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 모식적으로 나타내는 횡단면도.
도10은 제 5 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 모식적으로 나타내는 횡단면도.
도11은 제 5 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 모식적으로 나타내는 종단면도.
도12는 제 6 실시형태에 관한 압축팽창유닛을 나타내는 종단면도.
도13은 그 밖의 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 모식적으로 나타내는 종단면도.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
(제 1 실시형태)
본 발명의 제 1 실시형태에 대해 설명한다. 도1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 공조기(10)는 본 발명에 관한 회전식 팽창기를 구비한다.
<공조기의 전체구성>
도1에 나타내는 바와 같이 상기 공조기(10)는, 이른바 분리형의 것이며, 실외기(11)와 실내기(13)를 구비한다. 상기 실외기(11)에는, 실외팬(12), 실외 열교환기(23), 제 1 십자절환밸브(21), 제 2 십자절환밸브(22), 및 압축팽창유닛(30)이 수납된다. 한편 상기 실내기(13)에는, 실내팬(14) 및 실내 열교환기(24)가 수납된다. 상기 실외기(11)는 옥외에 설치되며, 실내기(13)는 옥내에 설치된다. 또 상기 실외기(11)와 실내기(13)는, 한 쌍의 연락배관(15, 16)으로 접속된다. 여기서 상기 압축팽창유닛(30)의 상세는 후술하기로 한다.
상기 공조기(10)에는 냉매회로(20)가 구성된다. 이 냉매회로(20)는, 압축팽창유닛(30)이나 실내 열교환기(24) 등이 접속된 폐회로이다. 또 이 냉매회로(20)에는, 냉매로서 이산화탄소(CO 2 )가 충전된다.
상기 실외 열교환기(23)와 실내 열교환기(24)는 모두 크로스핀식 핀튜브 열교환기로 구성된다. 상기 실외 열교환기(23)에서는, 냉매회로(20)를 순환하는 냉매가 실외공기와 열교환 된다. 상기 실내 열교환기(24)에서는, 냉매회로(20)를 순환하는 냉매가 실내공기와 열교환 된다.
상기 제 1 십자절환밸브(21)는 4개의 포트를 구비한다. 이 제 1 십자절환밸브(21)는, 그 제 1 포트가 압축팽창유닛(30)의 토출관(36)에, 제 2 포트가 연락배관(15)을 개재하고 실내 열교환기(24)의 한 끝에, 제 3 포트가 실외 열교환기(23)의 한 끝에, 제 4 포트가 압축팽창유닛(30)의 흡입포트(32)에 각각 접속된다. 그리고 상기 제 1 십자절환밸브(21)는 제 1 포트와 제 2 포트가 연통되며 제 3 포트와 제 4 포트가 연통되는 상태(도1에 실선으로 나타내는 상태)와, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통되며 제 2 포트와 제 4 포트가 연통되는 상태(도1에 점선으로 나타내는 상태)로 절환된다.
상기 제 2 십자절환밸브(22)는 4개의 포트를 구비한다. 이 제 2 십자절환밸브(22)는, 그 제 1 포트가 압축팽창유닛(30)의 유출포트(35)에, 제 2 포트가 실외 열교환기(23)의 다른 끝에, 제 3 포트가 연락배관(16)을 개재하고 실내 열교환기(24)의 다른 끝에, 제 4 포트가 압축팽창유닛(30)의 유입포트(34)에 각각 접속된 다. 그리고 상기 제 2 십자절환밸브(22)는 제 1 포트와 제 2 포트가 연통되며 제 3 포트와 제 4 포트가 연통되는 상태(도1에 실선으로 나타내는 상태)와, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통되며 제 2 포트와 제 4 포트가 연통되는 상태(도1에 점선으로 나타내는 상태)로 절환된다.
<압축팽창유닛의 구성>
도2∼도4에 나타내는 바와 같이, 상기 압축팽창유닛(30)은, 세로로 긴 원통형의 밀폐용기인 케이싱(31)을 구비한다. 이 케이싱(31)의 내부에는, 밑부터 위를 향해 차례로, 압축기구(50)와, 전동기(45)와, 팽창기구(60)가 배치된다.
상기 케이싱(31)에는 토출관(36)이 설치된다. 이 토출관(36)은, 전동기(45)와 팽창기구(60) 사이에 배치되어, 케이싱(31)의 내부공간으로 연통된다.
상기 전동기(45)는, 케이싱의 길이 방향 중앙부에 배치된다. 이 전동기(45)는, 고정자(46)와 회전자(47)로 구성된다. 상기 고정자(46)는 케이싱(31)에 고정된다. 상기 회전자(47)는 고정자(46)의 안쪽에 배치되며, 동축으로 샤프트(40)의 주축부(44)가 관통된다. 상기 샤프트(40)는 회전축을 구성하며, 하단측에 2개의 하측 편심부(58, 59)가 형성되고, 상단측에 1개의 대경 편심부(41)가 형성된다.
상기 2개의 하측 편심부(58, 59)는, 주축부(44)보다 큰 지름으로 또 주축부(44)의 축심보다 편심되어 형성되며, 하측이 제 1 하측 편심부(58)를, 상측이 제 2 하측 편심부(59)를 각각 구성한다. 그리고 상기 제 1 하측 편심부(58)와 제 2 하측 편심부(59)에서는, 주축부(44)의 축심에 대한 편심방향이 역으로 된다.
상기 대경 편심부(41)는 주축부(44)보다 큰 지름으로 또 주축부(44)의 축심 보다 편심되어 형성된다.
상기 압축기구(50)는 요동피스톤형의 회전압축기를 구성한다. 이 압축기(50)는, 실린더(51, 52)와 회전피스톤(57)을 2개씩 구비한다. 상기 압축기구(50)에서는, 밑부터 위를 향해 차례로, 리어헤드(55)와, 제 1 실린더(51)와, 중간플레이트(56)와, 제 2 실린더(52)와, 프론트헤드(54)가 적층된 상태로 구성된다.
상기 제 1 실린더(51) 및 제 2 실린더(52)의 내부에는, 원통형의 회전피스톤(57)이 1개씩 배치된다. 이 회전피스톤(57)은, 도시하지 않지만, 측면에 평판형의 블레이드가 돌출 형성되며, 이 블레이드가 요동부시를 개재하고 실린더(51, 52)에 지지된다. 상기 제 1 실린더(51) 내의 회전피스톤(57)은, 샤프트(40)의 제 1 하측 편심부(58)와 맞물린다. 한편, 상기 제 2 실린더(52) 내의 회전피스톤(57)은, 샤프트(40)의 제 2 하측 편심부(59)와 맞물린다. 상기 각 회전피스톤(57, 57)은, 내주 면이 하측 편심부(58, 59)의 외주 면과 미끄럼 접촉하며, 외주 면이 실린더(51, 52)의 내주 면과 미끄럼 접촉한다. 그리고 각 회전피스톤(57, 57)의 외주 면과 실린더(51, 52)의 내주 면 사이에 압축실(53)이 형성된다.
상기 제 1 실린더(51) 및 제 2 실린더(52)에는, 각각 흡입포트(32)가 1개씩 형성된다. 이 각 흡입포트(32)는, 실린더(51, 52)를 반지름 방향으로 관통하며, 종단이 실린더(51, 52) 내로 개구된다. 또 각 흡입포트(32)는 배관에 의해 케이싱(31)의 외부로 연장된다.
상기 프론트헤드(54) 및 리어헤드(55)에는, 각각 토출포트가 1개씩 형성된다. 상기 프론트헤드(54)의 토출포트는, 제 2 실린더(52) 내의 압축실(53)을 케이 싱(31)의 내부공간과 연통시킨다. 상기 리어헤드(55)의 토출포트는, 제 1 실린더(51) 내의 압축실(53)을 케이싱(31)의 내부공간과 연통시킨다. 또 상기 각 토출포트는, 종단에 리드밸브로 된 토출밸브가 배치되어, 이 토출밸브에 의해 개폐된다. 여기서, 도2에서 토출포트 및 토출밸브의 도시는 생략한다. 그리고 상기 압축기구(50)로부터 케이싱(31)의 내부공간으로 토출된 가스냉매는, 토출관(36)을 통해 압축팽창유닛(30)으로부터 토출된다.
상기 케이싱(31) 내의 저부에는, 윤활유가 저류되는 오일팬(oil pan)이 형성된다. 상기 샤프트(40)의 하단부에는, 오일팬에 잠긴 원심식 오일펌프(48)가 설치된다. 이 오일펌프(48)는, 샤프트(40)의 회전에 의해 오일팬의 윤활유를 퍼 올리도록 구성된다. 그리고 상기 샤프트(40)의 내부에는, 하단에서 상단에 걸쳐 급유 홈(49)이 형성된다. 이 급유 홈(49)은, 오일펌프(48)에 의해 퍼 올려진 윤활유가 압축기구(50)나 팽창기구(60)의 각 습동부에 공급되도록 형성된다.
상기 팽창기구(60)는, 이른바 요동피스톤형의 것이며, 본 발명의 회전식 팽창기를 구성한다. 이 팽창기구(60)는, 프론트헤드(61)와, 리어헤드(62)와, 실린더(63)와, 회전피스톤(67)을 구비한다. 또 상기 팽창기구(60)에는, 유입포트(34)와 유출포트(35)가 형성된다.
상기 팽창기구(60)에서는 밑부터 위를 향해 차례로, 프론트헤드(61), 실린더(63), 및 리어헤드(62)가 적층된다. 상기 실린더(63)는, 하측 끝단면이 프론트헤드(61)로 막히며, 상측 끝단면이 리어헤드(62)로 막힌다. 즉, 상기 프론트헤드(61) 및 리어헤드(62)는, 각각이 실린더(63)의 폐색부재를 구성한다.
상기 샤프트(40)는, 적층된 상태의 프론트헤드(61), 실린더(63), 및 리어헤드(62)를 관통하며, 대경편심부(41)가 실린더(63) 내에 위치한다.
상기 회전피스톤(67)은, 상하 양끝이 막힌 실린더(63) 내에 수납된다. 상기 회전피스톤(67)은, 고리형 또는 원통형으로 형성되며, 안지름이 대경편심부(41)의 바깥 지름과 대략 같다. 그리고 상기 회전피스톤(67)에는 대경 편신부(41)가 회전 자유롭게 끼워지며, 회전피스톤(67)의 내주 면과 대경 편심부(41)의 외주 면이 거의 전면에 걸쳐 미끄럼 접촉한다.
상기 회전피스톤(67)은, 외주 면이 실린더(63)의 내주 면에 미끄럼 접촉하는 동시에, 상측 끝단면(67b)이 리어헤드(62)에, 하측 끝단면(67c)이 프론트헤드(61)에 각각 미끄럼 접촉한다. 상기 실린더(63) 내에는, 내주 면과 회전피스톤(67)의 외주 면 사이에 유체실(65)이 형성된다.
상기 회전피스톤(67)에는, 블레이드(67a)가 일체로 형성된다. 이 블레이드(67a)는, 회전피스톤(67)의 반지름 방향으로 이어지는 판상으로 형성되며, 회전피스톤(67)의 외주 면으로부터 바깥쪽으로 돌출된다. 상기 실린더(63) 내의 유체실(65)은, 블레이드(67a)에 의해 고압측의 고압실(66a)과 저압측의 저압실(66b)로 구획된다.
상기 실린더(63)에는, 한 쌍의 부시(68)가 장착된다. 각 부시(68)는, 내측 면이 평면이며 외측 면이 원호 면이 되는 반원형으로 형성되며, 블레이드(67a)가 개재된 상태에서 장착된다. 상기 부시(68)는 내측 면이 블레이드(67a)와, 외측 면이 실린더(63)와 미끄럼 운동한다. 그리고 상기 회전피스톤(67)과 일체인 블레이 드(67a)는, 부시(68)를 개재하고 실린더(63)에 지지되며, 실린더(63)에 대해 회전운동 자유롭게 또 진퇴 자유롭게 구성된다.
상기 유입포트(34)는 프론트헤드(61)에 형성되며, 종단이 프론트헤드(61)의 내측 면으로 개구되어 고압실(66a)로 연통된다. 한편 상기 유출포트(35)는 실린더(63)에 형성되며, 시작단이 실린더(63)의 내주 면으로 개구되어 저압실(66b)로 연통된다.
상기 샤프트(40)의 급유 홈(49)은, 팽창기구(60)의 각 습동부(A, B)에 급유하기 위한 가는 홈(49a)을 구비한다. 이 가는 홈(49a)은, 주로 대경편심부(41)의 양 끝단면과 리어헤드(62) 및 프론트헤드(61)와의 습동부(A)와, 대경편심부(41)의 외주 면과 회전피스톤(67) 내주 면과의 습동부(B)에 급유하기 위해 형성된다.
상기 회전피스톤(67)의 상하 양 끝단면(67b, 67c)에는, 리어헤드(62) 및 프론트헤드(61) 사이를 밀봉하는 실링(sealing)기구(90)가 구성된다. 이 실링기구(90)는, 실링 홈(91)과, 이 실링 홈(91)에 끼워진 실링부재(92)를 구비한다.
상기 실링 홈(91)은, 회전피스톤(67)의 상측 끝단면(67b) 및 하측 끝단면(67c) 양면에 형성된다. 상기 각 실링 홈(91)은, 단면이 오목형상으로 형성되며, 또 평면적으로 볼 때 회전피스톤(67) 끝단면(67b, 67c)의 전체 둘레를 따라 고리형으로 형성된다.
상기 실링부재(92)는, 메카니컬 실인 립실(lip seal)로 구성된다. 이 립실(92)은, 안쪽으로 개구된 거의 C자형의 단면형상으로 형성되며, 또 평면적으로 볼 때 연속된 고리형으로 형성된다. 즉 상기 립실(92)은, 개구 쪽이 샤프트(40) 쪽을 향하도록 실링 홈(91)에 장착된다.
또 상기 립실(92)은 4불화에틸렌계(PTFE계)의 수지재료로 형성된다. 이 4불화에틸렌계의 수지재료는, 순수한 4불화에틸렌 수지(PTFE)에 유리섬유나 카본섬유 등의 충전재를 첨가한 것이다. 이 4불화에틸렌계의 수지재료는, 내마모성이나 내열성이 우수한 재료이므로, 높은 밀봉성이 확보된다.
상기 실링기구(90)에서는, 각 습동부(A, B)에 과잉으로 급유되면, 윤활유가 립실(92)의 개구부로 흘러 들어가, 그 윤활유의 압력작용에 의해 립실(92)의 개구가 확대된다. 이 립실(92)의 개구가 확대되면, 립실(92)이 프론트헤드(61) 및 리어헤드(62)에 밀착됨과 동시에, 실링 홈(91)의 저면에 밀착되어, 회전피스톤(67)의 상하 양 끝단면(67b, 67c)과 리어헤드(62) 및 프론트헤드(61) 사이가 밀봉된다. 이로써, 각 습동부(A, B)에 공급된 윤활유가 실린더(63)의 유체실(63)로 누설되는 일은 거의 없다.
또 상기 회전피스톤(67)의 상측 끝단면(67b)과 리어헤드(62)의 틈새(clearance), 및 회전피스톤(67)의 하측 끝단면(67c)과 프론트헤드(61)의 틈새는, 각각이 실린더(63) 안지름의 1/10000∼1/2000 치수로 설정된다. 즉, 상기 샤프트(40)의 축심방향에 있어서 회전피스톤(67)의 끼워맞춤 공차(fit tolerance)가 실린더(63) 안지름의 1/5000∼1/1000 치수로 설정된다. 이는, 전술한 실링기구(90)에 의해, 회전피스톤(67)의 상하 양 끝단면(67b, 67c)과 프론트헤드(61) 및 리어헤드(62) 사이를 밀봉할 수 있는 점에서, 회전피스톤(67)의 끝단면(67b, 67c)과 프론트헤드(61) 및 리어헤드(62)와의 틈새를 종래만큼 작게 할 필요는 없다는 것이다. 따라서 상기 회전피스톤(67)의 가공 정밀도나 조립 정밀도를 엄격하게 관리할 필요가 없어지므로, 원가의 저하를 도모할 수 있다.
-운전동작-
다음으로, 상기 공조기(10)의 동작에 대해 설명한다. 여기서는 공조기(10)의 냉방운전 시 및 난방운전 시의 동작에 대해 설명하며, 이어서 팽창기구(60)의 동작에 대해 설명한다.
<냉방운전>
냉방운전 시에는, 제 1 십자절환밸브(21) 및 제 2 십자절환밸브(22)가 도1에 점선으로 나타내는 상태로 절환된다. 이 상태에서 압축팽창유닛(30)의 전동기(45)를 통전시키면, 냉매회로(20)에서 냉매가 순환되어 증기압축식의 냉동주기가 이루어진다.
상기 압축기구(50)에서 압축된 냉매는, 토출관(36)을 통해 압축팽창유닛(30)으로부터 토출된다. 이 상태에서 냉매의 압력은, 임계압력보다 높아진 상태이다. 이 토출냉매는, 제 1 십자절환밸브(21)를 통해 실외 열교환기(23)로 보내진다. 이 실외 열교환기(23)에서는, 유입된 냉매가 실외공기에 방열한다.
상기 실외 열교환기(23)에서 방열한 냉매는, 제 2 십자절환밸브(22)를 통과하여, 유입포트(34)로부터 압축팽창유닛(30)의 팽창기구(60)로 유입된다. 이 팽창기구(60)에서는, 고압냉매가 팽창하여, 그 내부 에너지가 샤프트(40)의 회전동력으로 변환된다. 그리고 팽창 후의 저압냉매는, 유출포트(35)를 통과하여 압축팽창유닛(30)으로부터 유출되며, 제 2 십자절환밸브(22)를 통해 실내 열교환기(24)로 보 내진다.
상기 실내 열교환기(24)에서는, 유입된 냉매가 실내공기로부터 흡열하고 증발하여, 실내공기가 냉각된다. 상기 실내 열교환기(24)로부터 나온 저압가스냉매는, 제 1 십자절환밸브(21)를 통과하여, 흡입포트(32)로부터 압축팽창유닛(30)의 압축기구(50)로 흡입된다. 이 압축기구(50)는, 흡입된 냉매를 다시 압축하여 토출한다.
<난방운전>
난방운전 시에는, 제 1 십자절환밸브(21) 및 제 2 십자절환밸브(22)가 도1에 실선으로 나타내는 상태로 절환된다. 이 상태에서 압축팽창유닛(30)의 전동기(45)를 통전시키면, 냉매회로(20)에서 냉매가 순환되어 증기압축식의 냉동주기가 이루어진다.
상기 압축기구(50)에서 압축된 냉매는, 토출관(36)을 통해 압축팽창유닛(30)으로부터 토출된다. 이 상태에서 냉매의 압력은, 임계압력보다 높아진 상태이다. 이 토출냉매는, 제 1 십자절환밸브(21)를 통해 실내 열교환기(24)로 보내진다. 이 실내 열교환기(24)에서는, 유입된 냉매가 실내공기에 방열하여, 실내공기가 가열된다.
상기 실내 열교환기(24)에서 방열한 냉매는, 제 2 십자절환밸브(22)를 통과하여, 유입포트(34)로부터 압축팽창유닛(30)의 팽창기구(60)로 유입된다. 이 팽창기구(60)에서는, 고압냉매가 팽창하여, 그 내부 에너지가 샤프트(40)의 회전동력으로 변환된다. 그리고 팽창 후의 저압냉매는, 유출포트(35)를 통과하여 압축팽창유 닛(30)으로부터 유출되며, 제 2 십자절환밸브(22)를 통해 실외 열교환기(23)로 보내진다.
상기 실외 열교환기(23)에서는, 유입된 냉매가 실외공기로부터 흡열하여 증발한다. 상기 실외 열교환기(23)로부터 나온 저압가스냉매는, 제 1 십자절환밸브(21)를 통과하여, 흡입포트(32)로부터 압축팽창유닛(30)의 압축기구(50)로 흡입된다. 그리고 이 압축기구(50)는, 흡입된 냉매를 다시 압축하여 토출한다.
<팽창기구의 동작>
상기 팽창기구(60)의 동작에 대해 도5를 참조하면서 설명한다. 이 팽창기구(60)의 고압실(66a)에 초임계상태의 고압냉매가 유입되면, 샤프트(40)가 도5 각 도에 있어서 반시계방향으로 회전한다.
상기 샤프트(40)의 회전각이 0°인 시점에서는, 유입포트(34)의 종단이 대경편심부(41)의 끝단면에 의해 막힌다. 이 상태로부터 샤프트(40)가 약간 회전하면, 유입포트(34)와 고압실(66a)이 연통되어, 고압냉매가 고압실(66a)로 유입되기 시작한다. 그 후, 상기 샤프트(40)의 회전각이 90°, 180°, 270°로 점차 커짐에 따라, 고압실(66a)의 용적이 점차 증가한다. 그리고 상기 샤프트(40)의 회전각이 거의 360。에 달하면, 유입포트(34)가 대경편심부(41)의 끝단면에 의해 다시 막혀, 고압실(66a)로의 고압냉매 유입이 차단된다.
이어서 상기 샤프트(40)의 회전각이 다시 0°인 상태로 되면, 저압실(66b)이 유출포트(35)와 연통되어, 저압실(66b)의 냉매가 유출되기 시작한다. 그 후, 상기 샤프트(40)의 회전각이 90°, 180°, 270°로 점차 커짐에 따라, 저압실(66b)의 용 적이 점차 감소하며, 그 동안 냉매가 유출포트(35)로부터 계속 유출된다. 그리고 상기 샤프트(40)의 회전각이 거의 360。에 달하면, 유출포트(35)가 회전피스톤(67)으로 막혀, 저압실(66b)로부터의 냉매 유출이 차단된다. 이 때, 고압실(66a)과 저압실(66b)의 압력차에 의해 회전피스톤(67) 및 샤프트(40)가 회전 구동된다.
상기 팽창기구(60)의 동작 중에는, 샤프트(40)의 회전에 의해 오일팬의 윤활유가 급유 홈(49)으로부터 팽창기구(60) 등의 습동부에 공급된다. 여기서 상기 팽창기구(60)에서, 가는 홈(49a)으로부터 각 습동부(A, B)에의 급유가 과잉으로 행해져 여분의 윤활유가 발생해도, 이 윤활유의 유체실(65)로의 유입은 실링기구(90)가 억제한다. 이로써, 윤활유가 유체실(65) 내의 냉매와 혼합되어, 냉매와 함께 유출포트(35)를 통해 압축팽창유닛(30)으로부터 유출되는 일은 거의 없어진다. 그 결과, 냉매회로(20)에의 오일유출을 억제하여, 각 열교환기(23, 24)의 성능저하를 억제할 수 있다.
또 본 실시형태의 압축팽창유닛(30)은, 압축기구(50)를 가지며 이른바 고압 돔형으로 구성되므로, 오일팬의 윤활유가 압축기구(50)로부터 토출된 고온고압의 가스냉매에 의해 가열된다. 따라서 상기 팽창기구(60)에 공급되는 윤활유는 비교적 고온이다. 한편, 상기 냉매회로(20)에서는 냉매의 증기압축식 냉동주기가 이루어지는 점에서, 팽창기구(60)로 유입되는 냉매의 온도는 비교적 낮은 상태이다. 이 점에서, 팽창기구(60)에서, 실링기구(90)가 윤활유의 유체실(65)로의 유입을 억제함으로써, 유체실(65) 내의 저온 냉매가 고온의 윤활유와 혼합되어 가열되는 일은 없어지므로, 팽창과정에서의 열 손실을 억제할 수 있다.
또한 상기 립실(92)은 내마모성이나 내열성이 우수한 4불화에틸렌계의 수지재료로 형성되므로, 회전피스톤(67)의 회전에 따르는 프론트헤드(61) 또는 리어헤드(62)와의 미끄럼 운동에 있어서도, 높은 밀봉성을 확보할 수 있다.
-실시형태의 효과-
이상 설명한 바와 같이, 본 제 1 실시형태에 의하면, 회전피스톤(67)의 상하 양 끝단면(67b, 67c)에 프론트헤드(61) 및 리어헤드(62) 사이를 밀봉하기 위한 실링기구(90)를 구성하도록 하므로, 팽창기구(60)의 각 습동부(A, B)에 급유된 윤활유가 유체실(65) 내로 누출되는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 윤활유가 냉매와 함께 압축팽창유닛(30)으로부터 유출되는 일은 거의 없어진다. 따라서 냉매회로(20)에의 오일유출을 억제하여, 팽창기구(60)에서의 윤활유 부족을 해소할 수 있음과 더불어, 각 열교환기(23, 24)의 성능 저하를 억제할 수 있다. 그 결과, 기기의 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.
또 특히 고압 돔형의 압축팽창유닛(30)에서는 오일팬의 윤활유가 비교적 고온인 한편, 증기압축식 냉동주기가 행해지는 냉매회로(20)에서는 팽창기구(60)로 유입되는 냉매가 비교적 저온이지만, 전술한 바와 같이 유체실(65) 내로의 윤활유 누출을 억제함으로써 저온의 냉매가 고온의 윤활유와 혼합되어 가열되는 것을 저지할 수 있어, 팽창과정에서의 연 손실을 억제할 수 있다. 그 결과, 운전효율의 향상을 도모할 수 있다.
또한 상기 실링부재로서 립실(92)을 이용하도록 하므로, 윤활유의 압력작용에 의해 립실(92)의 개구를 확대시켜, 립실(92)을 프론트헤드(61) 및 리어헤드(62) 와 실링 홈(91)에 확실하게 밀착시킬 수 있다. 이로써, 회전피스톤(67)의 상하 양 끝단면(67b, 67c)과 프론트헤드(61) 및 리어헤드(62) 사이를 확실하게 밀봉할 수 있다.
또 상기 립실(92)을 내마모성이나 내열성이 우수한 4불화에틸린계의 수지재료로 형성하도록 하므로, 회전피스톤(67)의 회전운동에 따르는 프론트헤드(61) 또는 리어헤드(62)와의 미끄럼 운동에 있어서도, 높은 밀봉성을 확보할 수 있다.
또한 상기 샤프트(40)의 축심방향에 있어서 회전피스톤(67)의 끼워맞춤 공차(fit tolerance)를 실린더(63) 안지름의 1/5000∼1/1000 치수로 설정하므로, 회전피스톤(67)의 가공 정밀도나 조립 정밀도를 엄격하게 관리할 필요가 없어져, 원가저하를 도모할 수 있다.
(제 2 실시형태)
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
본 제 2 실시형태는, 도6 및 도7에 나타내는 바와 같이, 상기 제 1 실시형태가 실링부재(92)로서 립실을 이용한 대신에, 칩실(chip seal)을 이용하는 것이다. 즉 본 실시형태에서 실링기구(90)는, 회전피스톤(67)의 상하 양 끝단면(67b, 67c)에 형성된 실링 홈(91)과, 이 실링 홈(91)에 끼워진 칩실(92)로 구성된다.
구체적으로 상기 칩실(92)은, 메카니컬 실의 일종으로, 구리 등의 금속재료로 형성된다. 이 칩실(92)은, 단면이 사각형으로 형성되며, 또 평면적으로 볼 때 불연속한 고리형으로 형성된다. 즉 상기 칩실(92)은, 전체 둘레 중 한 부분이 지름방향으로 절단된다(도6의 D부 참조). 이 절단은, 칩실(92)을 팽팽하게 한 상태 로 실링 홈(91)에 장착하고, 장착 후에 칩실(92)이 지름방향 바깥쪽으로 팽창되도록 하기 위해 실시된다.
상기의 경우, 각 습동부(A, B)에 과잉으로 급유되면, 칩실(92)의 내주 면에 윤활유의 압력이 작용한다. 이 윤활유의 압력이 작용하면, 칩실(92)은, 전체적으로 실링 홈(91)에서 약간 떠오르는 동시에 바깥쪽으로 눌려, 프론트헤드(61) 및 리어헤드(62)에 밀착되는 동시에 실링 홈(91)의 외주 면에 밀착된다. 이로써, 회전피스톤(67)의 상하 양 끝단면(67b, 67c)과 리어헤드(62) 및 프론트헤드(61) 사이가 밀봉된다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
그리고 본 실시형태에서는, 칩실(92)을 금속재료로 형성하도록 하지만, 제 1 실시형태와 마찬가지로 4불화에틸렌계의 수지재료로 형성하도록 해도 된다. 이 경우, 칩실(92)은 절단이 없는 고리형으로 형성된다.
(제 3 실시형태)
다음에, 본 발명의 제 3 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
본 제 3 실시형태는, 도8에 나타내는 바와 같이, 상기 제 2 실시형태의 실링 홈(91) 및 칩실(92)의 형상을 변경한 것이다. 즉 본 실시형태의 실링 홈(91)은, 상기 제 2 실시형태의 고리형 실링 홈(91)의 한 부분을 생략하여 이루어지는 C자형으로 형성된다. 상기 칩실(92)도 마찬가지로, 평면에서 볼 때 실링 홈(91)에 맞춘 C자형으로 형성된다. 그리고 상기 실링 홈(91)은, C자형의 개구부에 상당하는 부분(C)이 유체실(65)의 고압실(66a) 쪽에 임하도록 형성된다.
상기의 경우, 회전피스톤(67)의 끝단면(67b, 67c)과, 프론트헤드(61) 및 리 어헤드(62) 사이 중, C자형 개구부에 상당하는 부분(C)이 밀봉되지 않게 되지만, 고압실(66a)이 칩실(92)의 안쪽과 거의 같은 압력이므로, 윤활유가 고압실(66a), 즉 유체실(65)로 누출되는 것을 억제할 수 있다.
또 상기 실링 홈(91)을 C자형으로 형성하므로, 샤프트(40)의 회전에 따르는 미끄럼 운동에 의해 칩실(92)이 실링 홈(91) 내를 둘레방향으로 벗어나거나 하지 않는다. 이로써, C자형 개구부에 상당하는 부분(C)이 항상 고압실(66a) 쪽에 임하게 되므로, 윤활유의 유체실(65)로의 누출을 확실하게 억제할 수 있다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 2 실시형태와 마찬가지이다.
(제 4 실시형태)
다음으로 본 발명의 제 4 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
본 제 4 실시형태는, 도9에 나타내는 바와 같이, 상기 제 2 실시형태 칩실(92)의 절단형태를 변경한 것이다. 구체적으로 상기 제 2 실시형태에서는 칩실(92)의 한 부분을 지름방향으로 직선형상으로 절단했지만, 본 실시형태에서는 칩실(92)의 한 부분을 계단형상으로 절단한다(D부 참조). 즉 본 실시형태의 칩실(92)은, 절단부분에 겹침부분이 형성된다.
상기의 경우, 샤프트(40)의 회전에 따르는 미끄럼 운동에 의해 칩실(92)이 실링 홈(91) 내를 둘레방향으로 이동해도, 겹침부분의 존재에 의해 절단부분(D)의 절단면은 상호 접촉된 채 분리되지 않는다. 이로써, 윤활유의 유체실(65)로의 누출을 억제할 수 있다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 2 실시형태와 마찬가지이다.
그리고 본 실시형태에서는, 칩실(92)을 계단형상으로 절단하도록 하지만, 예를 들어 지름방향으로 경사시켜 직선형상으로 절단하도록 해도 된다. 즉, 상기 칩실(92)을, 절단형상이 테이퍼형상이 되도록 절단해도 된다. 이를테면, 절단부분(D)에 겹침부분이 형성되는 식의 절단형상이면 된다.
(제 5 실시형태)
다음으로 본 발명의 제 5 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
본 제 5 실시형태는, 도10 및 도11에 나타내는 바와 같이, 상기 제 1 실시형태에서 실링기구(90)를 실링 홈(91)과 실링부재(92)로 구성한 대신, 실링기구(90)를 복수의 실링 홈(93)으로만 구성한 것이다. 즉, 본 실시형태의 실링기구(90)는 라비린스실(labyrinth seal)로 구성된다.
구체적으로 상기 라비린스실(90)은, 3개의 실링 홈(93)으로 구성된다. 이 실링 홈(93)은 회전피스톤(67)의 상하 양 끝단면(67b, 67c)에 3개씩 형성된다. 상기 3개의 실링 홈(93)은, 제 1 실시형태의 실링 홈(91)과 비슷한 형상이며 서로 지름 크기가 다르고, 회전피스톤(67)의 지름방향으로 3중으로 형성된다.
상기 라비린스실(90)에서는, 윤활유의 점성에 의한 마찰효과나 조임구에서의 축류효과 등 라비린스효과에 의해, 회전피스톤(67)의 상하 양 끝단면(67b, 67c)과 리어헤드(62) 및 프론트헤드(61) 사이가 밀봉된다. 이 경우, 실링부재(92) 자체의 생략이나 그 실링부재(92)의 조립공정이 생략 가능하므로, 원가저하를 도모할 수 있다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
그리고 본 실시형태에서는, 라비린스실(90)을 3개의 실링 홈(93)으로 구성하 며, 또 실링 홈(93)의 단면형상을 사각형으로 하지만, 이에 한정되지 않고, 라비린스 효과를 발휘할 수 있는 범위라면 어떠한 수량이나 단면형상으로 해도 된다.
(제 6 실시형태)
다음으로 본 발명의 제 6 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
본 제 6 실시형태는, 도12에 나타내는 바와 같이, 상기 제 1 실시형태에 관한 팽창기구(60)의 구성을 변경함과 더불어, 실링기구(90)의 설치위치를 변경한 것이다. 즉, 상기 제 1 실시형태가 팽창기구(60)를 이른바 1 실린더식으로 한 대신, 본 실시형태에서는 팽창기구(60)를 2 실린더식으로 한 것이다.
구체적으로 상기 샤프트(40)에는, 상단측에 2개의 대경편심부(41, 42)가 형성된다. 이 2개의 대경편심부(41, 42)는, 하측이 제 1 대경편심부(41)를, 상측이 제 2 대경편심부(42)를 각각 구성한다. 이 제 1 대경편심부(41)와 제 2 대경편심부(42)에서는, 주축부(44)의 축심에 대한 편심방향이 역으로 된다.
상기 팽창기구(60)는, 쌍을 이룬 실린더(71, 81) 및 회전피스톤(75, 85)의 2 조와, 프론트헤드(61)와, 중간플레이트(64)와, 리어헤드(62)를 구비한다. 상기 팽창기구(60)에서는, 밑부터 위를 향해 차례로, 프론트헤드(61), 제 1 실린더(71), 중간플레이트(64), 제 2 실린더(81), 리어헤드(62)가 적층된다. 상기 제 1 실린더(71)는, 하측 끝단면이 프론트헤드(61)로 막히며, 상측 끝단면이 중간플레이트(64)로 막힌다. 한편, 상기 제 2 실린더(81)는, 하측 끝단면이 중간플레이트(64)로 막히며, 상측 끝단면이 리어헤드(62)로 막힌다. 또 상기 제 1 실린더(71)와 제 2 실린더(81)는, 같은 안지름으로 형성된다.
상기 샤프트(40)는, 적층된 상태의 프론트헤드(61), 제 1 실린더(71), 중간플레이트(64), 제 2 실린더(81) 및 리어헤드(62)를 관통한다. 그리고 상기 샤프트(40)의 제 1 대경편심부(41)가 제 1 실린더(71) 내에 위치하며, 샤프트(40)의 제 2 대경편심부(42)가 제 2 실린더(81) 내에 위치한다.
상기 제 1 실린더(71) 내에는 제 1 회전피스톤(75)이, 제 2 실린더(81) 내에는 제 2 회전피스톤(85)이 각각 설치된다. 상기 제 1 실린더(71)와 제 2 실린더(81)는, 모두 고리형 또는 원통형으로 형성되며, 바깥지름이 서로 같다. 그리고 상기 제 1 회전피스톤(75)에는 제 1 대경편심부(41)가, 제 2 회전피스톤(85)에는 제 2 대경편심부(42)가 각각 회전 자유롭게 끼워진다.
상기 제 1 회전피스톤(75)은, 외주 면이 제 1 실린더(71)의 내주 면에 미끄럼 접촉함과 동시에, 하측 끝단면(75c)이 프론트헤드(61)에, 상측 끝단면(75b)이 중간플레이트(64)에 각각 미끄럼 접촉한다. 상기 제 1 실린더(71) 내에는, 내주 면과 제 1 회전피스톤(75) 외주 면과의 사이에 제 1 유체실(72)이 형성된다. 한편, 상기 제 2 회전피스톤(85)은, 외주 면이 제 2 실린더(81)의 내주 면에 미끄럼 접촉함과 동시에, 상측 끝단면(85b)이 리어헤드(62)에, 하측 끝단면(85c)이 중간플레이트(64)에 각각 미끄럼 접촉한다. 상기 제 2 실린더(81) 내에는, 내주 면과 제 2 회전피스톤(85) 외주 면과의 사이에 제 2 유체실(82)이 형성된다.
즉, 본 실시형태의 팽창기구(60)에서는, 중간플레이트(64)가 제 1 실린더(71) 내와 제 2 실린더(81) 내를 구획하기 위한 중간구획판을 구성한다. 그리고 상기 각 회전피스톤(75, 85)은 1개의 샤프트(40)로 접속되며 또 차례로 병설됨과 더불어, 서로 인접하는 회전피스톤(75, 85)의 끝단면(75b, 85c)이 중간플레이트(64)를 개재하고 대향하도록 배치된다.
상기 프론트헤드(61)에는, 제 1 유체실(72)의 고압실로 연통되는 제 1 유입포트(34a)가 형성되며, 상기 리어헤드(62)에는, 제 2 유체실(82)의 고압실로 연통되는 제 2 유입포트(34b)가 형성된다. 한편, 상기 각 실린더(71, 81) 각각에는, 각 유체실(72, 82)의 저압실로 연통되는 유출포트(35)가 형성된다.
상기 제 1 회전피스톤(75)의 하측 끝단면(75c) 및 제 1 회전피스톤(75)의 상측 끝단면(85b) 각각에는, 실링기구(90)가 구성된다. 즉, 이 실링기구(90)는, 각 회전피스톤(75, 85)의 끝단면 중 폐색부재인 프론트헤드(61) 및 리어헤드(62)에 대향하는 끝단면(75c, 85b)에 구성된다. 여기서 상기 실링기구(90)의 구성은 제 1 실시형태의 구성과 마찬가지이다.
본 실시형태의 경우, 각 실린더(71, 81)에서 과잉으로 급유되면, 실링기구(90)를 구성한 쪽 끝단면(75c, 85b)에는 실링기구(90)를 구성하지 않는 중간플레이트(64) 쪽 끝단면(75b, 85c)에 작용하는 윤활유의 압력보다 높은 압력이 작용하여, 각 회전피스톤(75, 85)이 증간플레이트(64) 쪽으로 눌려 중간플레이트(64)와 거의 밀착상태로 된다. 이로써, 각 회전피스톤(75, 85)의 상하 양 끝단면(75b, 75c, 85b, 85c)에 있어서 프론트헤드(61), 리어헤드(62) 및 중간플레이트(64)와의 사이가 밀봉된다. 이와 같이 실링기구(90)를 각 회전피스톤(75, 85)의 중간플레이트(64) 쪽 끝단면(75c, 85b)에 구성하지 않도록 하므로, 중간플레이트(64)의 샤프트(40)용 관통공(64a)에 립실(92)이 말려 들어가는 것을 방지하면서, 밀봉성을 확 보할 수 있다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
(그 밖의 실시형태)
본 발명은 상기 각 실시형태에 대해, 다음과 같은 구성으로 해도 된다.
예를 들어 상기 제 2∼제 4 실시형태에서는, 회전피스톤(67)의 상하 양 끝단면(67b, 67c)에 실링 홈(91) 및 칩실(92)을 1 쌍씩 구성하도록 하지만, 도13에 나타내는 바와 같이, 2 쌍씩 구성하여 2중으로 밀봉하도록 해도 된다. 이 경우, 한층 밀봉성을 확보할 수 있다.
또 상기 제 1∼제 5 실시형태에서는, 회전피스톤(67)의 양 끝단면(67b, 67c)에 실링기구(90)를 구성하도록 하지만, 어느 한쪽 끝단면에 구성하도록 해도 된다. 이 경우, 상기 제 6 실시형태와 마찬가지의 밀봉작용을 얻을 수 있다. 즉 본 발명은, 회전피스톤(67)의 양 끝단면(67b, 67c) 중 적어도 한 면에 실링기구(90)를 구성하면 된다.
또한 상기 제 1∼제 4, 및 제 6 실시형태에서, 실링부재(92)의 재료는 4불화에틸렌계의 수지재료 이외의 것을 이용해도 됨은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 고압유체의 팽창에 의해 동력을 발생시키는 회전식 팽창기로서 유용하다.

Claims (8)

  1. 양끝이 폐색부재(61, 62)로 막힌 실린더(63)와, 이 실린더(63) 내에 수납된 회전피스톤(67)을 갖는 팽창기구(60)를 구비하는 회전식 팽창기로서,
    상기 회전피스톤(67)의 양 끝단면 중 적어도 한 면에는, 폐색부재(61, 62)와의 사이를 밀봉하기 위한 실링기구(90)가 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식 팽창기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전피스톤(67)에 회전 자유롭게 끼워진 편심부(41)를 갖는 1개의 회전축(40)을 구비하며,
    이 회전축(40)에는, 적어도 편심부(41)와 폐색부재(61, 62)와의 습동부 및 회전피스톤(67)과 편심부(41)와의 습동부에 급유하기 위한 급유 홈(49)이 형성되는 것을 특징으로 하는 회전식 팽창기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 팽창기구(60)가 회전피스톤(75, 85)을 복수 가지며,
    이 각 회전피스톤(75, 85)은 1개의 회전축(40)으로 접속되며 또 차례로 병설됨과 더불어, 서로 인접하는 회전피스톤(75, 85)의 끝단면이 중간구획판(64)을 개재하고 서로 대향하도록 배치되고,
    상기 실링기구(90)는, 복수 회전피스톤(75, 85)의 끝단면 중 폐색부재(61, 62)에 대향하는 끝단면에 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식 팽창기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실링기구(90)는, 회전피스톤(67)의 끝단면에 형성된 실링 홈(91)과, 이 실링 홈(91)에 끼워진 실링부재(92)에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식 팽창기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 실링부재(92)는, 립실(lip seal) 또는 칩실(chip seal)인 것을 특징으로 하는 회전식 팽창기.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실링기구(90)는, 라비린스실(labyrinth seal)인 것을 특징으로 하는 회전식 팽창기.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 실링부재(92)는, 4불화에틸렌계(PTFE계)의 수지재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전식 팽창기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전축(40)의 축심방향에 있어서 회전피스톤(67)의 끼워맞춤 공차(fit tolerance)가 실린더(63) 안지름(D)의 1/5000∼1/1000 치수로 설정되는 것을 특징으로 하는 회전식 팽창기.
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