KR20080012660A - Turbine for generating mechanical energy - Google Patents

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KR20080012660A KR1020060073831A KR20060073831A KR20080012660A KR 20080012660 A KR20080012660 A KR 20080012660A KR 1020060073831 A KR1020060073831 A KR 1020060073831A KR 20060073831 A KR20060073831 A KR 20060073831A KR 20080012660 A KR20080012660 A KR 20080012660A
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Abstract

A turbine for generating mechanical energy is applied to an internal combustion engine in order to improve efficiency of the engine. A turbine for generating mechanical energy includes a turbine shaft(4), a rotor(5), and a stator(3). The rotor is connected to the turbine shaft such that the rotor is rotatable together with the turbine shaft. The rotor has an outer surface with a plurality of turbine blades(2). The stator is arranged on the outer circumference of the rotor, and cooperates with the outer surface of the rotor to form a passage of gas for rotating the rotor.

Description

동력발생용 터빈{TURBINE FOR GENERATING MECHANICAL ENERGY}Turbine for power generation {TURBINE FOR GENERATING MECHANICAL ENERGY}

도1은 종래의 터빈 구조를 나타낸다.1 shows a conventional turbine structure.

도2 및 도3은 본 발명에 의한 터빈의 바람직한 실시예를 나타낸다.2 and 3 show a preferred embodiment of the turbine according to the invention.

도4는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다.4 shows another embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 설명** Description of the main parts of the drawings *

1 : 입구 2 : 터빈블레이드,1: entrance 2: turbine blade,

3 : 스테이터 4 : 터빈축3: stator 4: turbine shaft

5 : 로터 6, 16 : 안내날개5: rotor 6, 16: guide wing

7 : 터빈서포트 8 : 출구7: turbine support 8: exit

9 : 입구 조립체 10 : 베어링9 inlet assembly 10 bearing

11 : 베어링 브라켓 12 : 기밀판11: bearing bracket 12: airtight plate

13 : 차단벽13: barrier wall

본 발명은 팽창유체가 가지고 있는 열적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 동력발생용 터빈(turbine)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbine for generating power that converts thermal energy possessed by an expansion fluid into mechanical energy.

일반적으로 터빈은 물, 증기, 가스 또는 바람과 같이 움직이는 유체의 운동에너지를 기계적 회전운동 에너지로 바꾸는 장치를 말하며, 대형 터빈은 가스터빈엔진, 증기터빈, 제트엔진, 수차 등이 있다.In general, a turbine refers to a device that converts kinetic energy of a moving fluid such as water, steam, gas, or wind into mechanical rotational kinetic energy, and a large turbine includes a gas turbine engine, a steam turbine, a jet engine, and aberrations.

종래 터빈의 종류는 작동방식에 따라 충동터빈, 반동터빈, 혼식터빈으로 분류한다.Conventional turbines are classified into impulse turbines, reaction turbines, and mixed turbines depending on the operating method.

먼저, 충동터빈은 충격력만을 사용하는 터빈으로, 단식·속도복식·압력복식의 3가지가 있다.First, the impulse turbine is a turbine that uses only the impact force. There are three types of impulse turbines: single, speed and pressure.

단식은 1열의 노즐과 1열의 회전날개로 이루어지며 드라발 터빈이라고도 한다. 또한, 날개차의 회전수가 높아 대형화할 수 없으므로 소형 터빈에 쓰인다.Fasting consists of a row of nozzles and a row of rotor blades, also called DeLaval turbines. In addition, it is used in small turbines because the rotation speed of the van is not large.

속도복식은 1열의 노즐과 2열 이상의 회전날개로 구성되어 속도에너지를 회전력으로 변환시키며, 커티스 터빈이라고도 한다. 작은 출력용으로 쓰이지만 다른 터빈과 조합하여 고출력 터빈으로도 많이 쓰인다.Speed double is composed of one row of nozzles and two or more rows of rotor blades to convert the speed energy into rotational force, also known as Curtis turbine. It is used for small power but also used as a high power turbine in combination with other turbines.

압력복식은 단식을 많이 배열한 형식으로, 고압증기의 열에너지를 여러 단의 속도에너지로 변환시키므로 고출력에 적합하다. 이를 라토 터빈이나 첼리 터빈이라고도 한다.Pressure double is a type of fasting arranged a lot, it is suitable for high power because it converts the heat energy of the high-pressure steam into the speed energy of several stages. This is also called a Lato Turbine or Celli Turbine.

둘째, 반동터빈은 축류와 반경류(半徑流) 방식이 있으며, 회전날개 안에서 생기는 팽창력의 반동을 이용한다. 축류는 번갈아 설치되는 고정날개와 회전날개에서 고리모양의 증기 통로를 만든다. 보통 고정날개와 회전날개는 단면이 같으며 파슨스 터빈이라고도 한다. 반경류는 동심원모양으로 회전날개와 고정날개 또는 회전날개를 줄지어 늘어놓고, 증기를 가운데에서 주입·팽창시켜 밖으로 내보내는 것으 로, 2개의 회전날개를 사용하여 서로 역회전시키는 융스트림 터빈이 대표적이다. 반경류는 소형으로 중 출력용으로 사용된다.Second, the recoil turbine has axial and radial flows, and uses the recoil of expansion force generated in the rotor blades. Axial flow creates ring-shaped steam passages from alternating fixed and rotating vanes. Fixed blades and rotor blades usually have the same cross-section and are also known as Parsons turbines. Radial flow is a concentric circle, lined with rotor blades and stationary blades or rotor blades, and injected and inflated in the middle of the steam to be discharged outwards. The typical example is a meltstream turbine that reverses each other using two rotor blades. . The radial flow is small and is used for heavy output.

세째, 혼식터빈은 반동터빈과 충동터빈을 조합한 것으로 팽창가스 부피가 작은 고압 측 단에 커티스 등 충동터빈을 설치하고, 그 뒤를 반동터빈으로 만들고 고출력용으로 사용된다.Third, a mixed turbine is a combination of a reaction turbine and an impulse turbine, and an impulse turbine such as Curtis is installed at the high-pressure side with a small expansion gas volume, and then the reaction turbine is used for high power.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 파슨스 터빈 구조는, 회전날개가 다단 또는 단단으로 구성되어 있고, 다단은 방사형으로 생긴 날개 판을 축 방향으로 여러 겹 배치한 모양이고, 단단은 한 겹 또는 두 겹으로 배치한 모양이다. 단단 터빈은 소형 및 고속용으로, 다단은 저속 고토오크용으로 사용된다. 이러한 터빈 날개 형식은 압력을 유효하게 이용하는 것보다 많은 유체를 흘려보내는 대용량 기기에 적합한 구조이다.As shown in Figure 1, the conventional Parsons turbine structure, the rotor blade is composed of a multi-stage or single stage, the multi-stage is a shape in which a plurality of radially arranged blade plate in the axial direction, the single stage is one or two It is arranged in layers. Single stage turbine is used for small size and high speed, and multi stage turbine is used for low speed high torque. This turbine blade type is suitable for high capacity equipment that flows more fluid than it uses pressure effectively.

이러한 종래 터빈 효율은 일반적으로 47%를 넘지 못하고 있다. 그 이유는 도 1에 도시된 바와 같이, 입력된 팽창유체는 비틀림 고정날개와 회전날개를 통과하면서 회전력을 얻고 비틀림 날개 사이로 그냥 유체가 새어 나가는 형태로 압력에 대한 기밀성이 떨어지기 때문이다. 이와 같은 방식은 대용량에 적합한 방식이다. Such conventional turbine efficiency generally does not exceed 47%. The reason is that as shown in FIG. 1, the input expansion fluid receives rotational force while passing through the torsional fixed blade and the rotary blade, and the airtightness is inferior in the form of fluid leaking between the torsional blades. This method is suitable for large capacity.

한편, 현재 내연기관, 가스터빈엔진, 증기터빈 등을 포함한 열기관들 효율이 작게는 24%, 많게는 40% 정도로 효율성 열기관이 되지 못하고 있는 것이 지금의 실정이다. 내연기관에서 효율보다 손실이 많은 이유는 냉각손실, 배기손실, 기계적 동력변환구조 때문이며, 이와 같은 손실문제를 해결할 필요가 있다.On the other hand, heat engines, including internal combustion engines, gas turbine engines, steam turbines, etc., are currently not efficient at about 24% and as high as 40%. The more losses than the efficiency in internal combustion engines are due to cooling losses, exhaust losses, and mechanical power conversion structures, which need to be solved.

또한, 터빈은 종래에 내연기관 특히 차량용 내연기관과 결합하여 토크발생용 소형터빈으로 사용하는 예는 없고, 압축공기를 이용하는 수공구 또는 치과용 초미니 터빈은 사용되고 있다.In addition, a turbine is not conventionally used as a small turbine for generating torque in combination with an internal combustion engine, particularly a vehicle internal combustion engine, and a hand tool or dental ultra mini turbine using compressed air is used.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 차량용 내연기관에 사용될 수 있는 새로운 구조의 동력발생용 소형터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a small turbine for generating power of a new structure that can be used in a vehicle internal combustion engine.

또한, 고효율의 터빈을 제공하며, 차량용 내연기관에 사용될 경우 내연기관의 효율이 향상될 수 있는 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a turbine of high efficiency, and to provide a turbine capable of improving the efficiency of an internal combustion engine when used in a vehicle internal combustion engine.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 동력발생용 터빈은, 터빈축(4)과; 상기 터빈축(4)과 함께 회전되도록 연결되고, 외주에 복수의 터빈블레이드(2)가 구비된 로터(5)와; 상기 로터(5)의 외주 둘레에 구비되어 상기 로터(5)의 외주면과 함께 상기 로터(5)를 회전시키기 위한 가스의 통로를 형성하는 스테이터(3)를; 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a power generating turbine according to the present invention, the turbine shaft (4); A rotor 5 connected to the turbine shaft 4 to rotate together with a plurality of turbine blades 2 disposed on an outer circumference thereof; A stator (3) provided around the outer circumference of the rotor (5) to form a passage for gas for rotating the rotor (5) together with the outer circumferential surface of the rotor (5); Characterized in that it comprises a.

바람직하게는, 상기 스테이터(3)에는 상기 가스가 상기 로터(5)의 회전방향으로 유입되게 하는 입구(1) 및 유출되게 하는 출구(8)가 형성된다.Preferably, the stator 3 is provided with an inlet 1 for allowing the gas to flow in the rotational direction of the rotor 5 and an outlet 8 for allowing the gas to flow out.

또한, 상기 출구(8) 단면적은 상기 입구(1) 단면적 보다 큰 것이 바람직하다. 입구(1)로 유입된 가스는 상기 출구(8)로 가면서 팽창하게 되며, 그로 인해 압력은 점점 낮아지게 되어 로터(5)가 더욱 원활하게 회전된다.Further, it is preferable that the outlet 8 cross-sectional area is larger than the inlet 1 cross-sectional area. The gas entering the inlet 1 expands as it goes to the outlet 8, whereby the pressure becomes lower and the rotor 5 rotates more smoothly.

상기 터빈블레이드(2)는 반달모양으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 유입 된 가스를 받기에 적합한 형태가 되며, 회전할 때 그 전방에 있는 가스에 대한 저항을 적게 받는 형태가 된다.The turbine blade 2 is preferably formed in a half moon shape. It becomes a form suitable for receiving the introduced gas, and a form that receives less resistance to the gas in front of it when rotating.

상기 스테이터(3)의 내면에는 상기 가스의 흐름을 상기 터빈블레이드(2)로 유도하도록 형성된 복수의 안내날개(6)들이 구비되는 것이 바람직하다.The inner surface of the stator 3 is preferably provided with a plurality of guide wings 6 formed to guide the flow of the gas to the turbine blade (2).

상기 안내날개(6)가 없으면, 터빈블레이드(2)와 스테이터(3) 내면 사이에 있는 가스는 일을 하지 않고 그대로 유입되고 유출되게 되어 효율에 좋지 않다.Without the guide vane 6, the gas between the turbine blade 2 and the inner surface of the stator 3 does not work and flows in and out as it is, resulting in poor efficiency.

또한, 상기 안내날개(6)는 가스가 통로를 지나면서 팽창할 때 그 팽창의 지지 역할을 하여 팽창되는 가스가 상기 터빈블레이드(2)를 더욱 밀어내어 회전시키도록 작용한다.In addition, the guide vane 6 serves to support the expansion of the gas as it expands through the passage so that the expanded gas further pushes and rotates the turbine blade 2.

상기 안내날개(6)는 일측은 반구형으로 타측은 반원형으로 형성되는 형태가 바람직하다. 다르게는 상기 안내날개는 반달모양으로 형성되고, 그 오목한 방향은 상기 터빈블레이드(2)와 반대가 되도록 형성될 수 있다.The guide wing 6 is preferably formed in one side is hemispherical, the other side is semi-circular. Alternatively, the guide wings may be formed in a half moon shape, and the concave direction thereof may be formed to be opposite to the turbine blade 2.

또한, 상기 터빈이 회전할 때, 상기 터빈블레이드가 상기 안내날개와 번갈아가면서 밀폐와 개방이 교차 작동되게 하는 것이 바람직하다.In addition, when the turbine is rotated, it is preferable that the turbine blades alternately operate with the seal and the opening alternately with the guide blades.

상기 안내날개(6)는 또한 상기 출구(8)쪽으로 갈수록 점점 그 크기가 커지는 것이 바람직하다.The guide vanes 6 also preferably increase in size toward the outlet 8.

상기 스테이터(3)의 입구에는 노즐이 형성되는 것이 바람직하며, 상기 노즐로 인해 스테이터(3)로 유입되는 가스는 더욱 가속된다.A nozzle is preferably formed at the inlet of the stator 3, and the gas flowing into the stator 3 is further accelerated by the nozzle.

복수의 스포크들을 가지고 상기 터빈축(4)과 상기 로터(5)를 연결하는 터빈서포트(7)를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to further include a turbine support 7 having a plurality of spokes connecting the turbine shaft 4 and the rotor 5.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, regardless of the reference numerals. Duplicate explanations will be omitted.

먼저, 도 2는 본 발명에 따른 터빈의 측면도를, 도 3은 본 발명에 따른 터빈의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 터빈 내부의 유체 흐름 및 작용을 나타낸 단면도이다.First, Figure 2 is a side view of the turbine according to the invention, Figure 3 is a cross-sectional view of the turbine according to the invention, Figure 4 is a cross-sectional view showing the fluid flow and action inside the turbine according to the present invention.

도시되는 바와 같이, 터빈은 터빈 내부의 유체 흐름의 통로 형성과 외부 유체기기와 결합하기 위해 고정설치되는 스테이터(고정체)(3)와, 회전 몸체로서 스테이터(3) 내측에서 회전되는 로터(회전체)(5)와, 상기 로터(5)와 연결되어 상기 로터(5)와 함께 회전하는 터빈축(4)을 포함한다.As shown, the turbine includes a stator (fixed body) 3 which is fixedly installed to form a passage of the fluid flow inside the turbine and engages with an external fluid device, and a rotor that rotates inside the stator 3 as a rotating body. And a turbine shaft 4 connected to the rotor 5 and rotating together with the rotor 5.

스테이터(3)의 내면과 로터(5)의 외주면은 함께 가스의 밀폐된 통로를 형성한다.The inner surface of the stator 3 and the outer peripheral surface of the rotor 5 together form a closed passage of gas.

스테이터(3)의 내면은 반타원형의 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.The inner surface of the stator 3 preferably has a semi-elliptic shape.

로터(5)의 외주에는 회전날개로서 터빈블레이드(2)가 구비되어 있다. 그리고, 상기 스테이터(3)는 가스가 유입되는 입구(1)와 유출되는 출구(8)를 갖는다.On the outer circumference of the rotor 5, a turbine blade 2 is provided as a rotary blade. The stator 3 has an inlet 1 through which gas is introduced and an outlet 8 through which the gas flows out.

상기 입구(1)로 유입된 가스는 스테이터(3) 내면과 로터(5) 외주면 사이의 통로를 따라 흐르게 되며, 이때 터빈블레이드(2)를 밀어 로터(5)를 회전시키게 된다. 여기서, 상기 입구(1)에 있는 입구조립체(9)는 노즐(미도시)을 포함하고 있으며, 노즐로 인해 유입되는 가스는 더욱 가속된다.The gas introduced into the inlet 1 flows along a passage between the inner surface of the stator 3 and the outer circumferential surface of the rotor 5. At this time, the turbine blade 2 is pushed to rotate the rotor 5. Here, the inlet assembly 9 in the inlet 1 includes a nozzle (not shown), and the gas introduced by the nozzle is further accelerated.

터빈블레이드(2)는 도시되는 바와 같이 반달모양으로 형성되어 있는데, 이는 유입되는 가스를 받아들이기 좋은 형태이며, 또한 회전될 때 저항을 적게 받는 형태이다.Turbine blade 2 is formed in a half moon shape as shown, which is a form that is good to accept the incoming gas, and also a form that receives less resistance when rotated.

여기서, 출구(8)의 단면적은 입구(1)의 단면적보다 크며, 가스가 흐르는 상기 통로는 출구(8)쪽으로 갈수록 그 단면적이 점점 커지고 있다. 이와 같이 출구(8)쪽으로 가면서 단면적이 크기 때문에 가스가 팽창하게 되며 그 팽창력으로 인해 로터(5)의 회전은 더욱 가속된다.Here, the cross-sectional area of the outlet 8 is larger than the cross-sectional area of the inlet 1, and the passage through which the gas flows increases toward the outlet 8. In this way, the gas expands due to the large cross-sectional area toward the outlet 8 and the rotation of the rotor 5 is further accelerated by the expansion force.

스테이터(3)의 내면에는 안내날개(6)가 구비되고 있는데, 이는 가스의 흐름을 도 4와 같이 터빈블레이드(2)로 유도하는 역할을 한다. 또한, 위와 같이 가스가 팽창할 때 팽창하는 가스에 대해 지지하는 역할을 하여 그 팽창에 의한 에너지가 터빈블레이드(2)로 향하도록 유도하게 된다. 즉, 팽창하는 가스는 안내날개(6)에 지지되어 터빈블레이드(2)를 더욱 힘차게 밀게 되는 것이다.Guide blades 6 are provided on the inner surface of the stator 3, which serves to guide the flow of gas to the turbine blade 2 as shown in FIG. In addition, the gas serves to support the expanding gas when the gas expands to induce energy due to the expansion to the turbine blade (2). That is, the expanding gas is supported by the guide vanes 6 to push the turbine blades 2 more vigorously.

이를 위해, 본 발명에서는 안내날개(6)는, 입구(1) 측은 스테이터(3) 내벽을 따라 흐르는 유체가 터빈블레이드(2)에 저항없이 안내되도록 입구(1) 쪽은 반구형으로 오목하게 구성하고, 출구(8) 측은 터빈블레이드(2)가 회전하면서 반사되거나 팽창되어지는 반동력을 유효하게 받쳐주도록 반원형으로 오목하게 구성한다. 이처럼 유입되는 유체의 흐름을 유연하게 하고 역류의 흐름을 차단하게 한다.To this end, in the present invention, the guide blade 6, the inlet (1) side is configured to be concave in the hemispherical shape so that the fluid flowing along the inner wall of the stator (3) is guided without resistance to the turbine blade (2) The outlet 8 side is concave in a semicircular shape so as to effectively support the reaction force that is reflected or expanded as the turbine blade 2 rotates. This smoothes the flow of incoming fluid and blocks the flow of backflow.

또한, 도 4의 유체흐름 화살표와 같이 터빈이 회전할 때 터빈블레이드(2)가 안내날개(6)의 A~F 점과 번갈아 가면서 밀폐와 개방을 교차 작동하도록 되어 있다.In addition, as shown in the fluid flow arrow of Figure 4, when the turbine rotates, the blade blades 2 alternately with the A to F points of the guide blades 6 so as to cross-operate sealing and opening.

도 4를 참조하면, 어느 한순간은 밀폐 구조로 되는데, 즉, B, D, F 점에서 안내날개(6)는 터빈블레이드(2)와 끝 부분이 맞닿아 있어서 기밀을 유지하고, 다음 단계에서는 A, C, E 점에서 안내날개(6)가 기밀을 유지하게 되는 것이 특징이며 고효율의 기술이 된다.Referring to FIG. 4, one moment is a closed structure, that is, at the points B, D, and F, the guide blades 6 are in contact with the turbine blades 2 to maintain airtightness. , C, E point is characterized in that the guide blade (6) to maintain the airtight and become a highly efficient technology.

또한, 출구(8) 쪽으로 갈수록 가스가 흐르는 통로가 넓기 때문에 그에 따라 안내날개(6)도 입구(1)쪽에서 출구(8)쪽으로 갈수록 점점 커지도록 형성되는 것이 바람직하다.In addition, since the passage of gas flows toward the outlet 8 toward the wider side, the guide vane 6 is also preferably formed to increase gradually from the inlet 1 toward the outlet 8.

도 3에서, 터빈블레이드(2)는 16개이고, 안내날개(6)는 6개로 구비되고 있다. 이와 같은 터빈블레이드(2)의 갯수 및 안내날개(6)의 갯수는 다르게 구성될 수 있다.In FIG. 3, 16 turbine blades 2 are provided and 6 guide blades 6 are provided. The number of such turbine blades 2 and the number of guide vanes 6 may be configured differently.

도시되지는 않았지만, 스테이터(3)는 냉각을 위한 냉각수단(미도시)이 구비될 수 있다. 예컨대, 스테이터(3) 외주에 냉각핀이 구비될 수 있다.Although not shown, the stator 3 may be provided with cooling means (not shown) for cooling. For example, a cooling fin may be provided on the outer circumference of the stator 3.

로터(5)의 회전은 터빈축(4)으로 전달되고, 터빈축(4)은 회전하여 일을 하게 된다.Rotation of the rotor 5 is transmitted to the turbine shaft 4, the turbine shaft 4 is rotated to work.

여기서, 로터(5)와 터빈축(4)은 터빈서포트(7)에 의해 연결되고 있다. 그리고, 터빈서포트(7)는 로터(5) 내측 원주면에 연결되는 다수의 스포크를 포함하고 있다.Here, the rotor 5 and the turbine shaft 4 are connected by the turbine support 7. The turbine support 7 includes a plurality of spokes connected to the inner circumferential surface of the rotor 5.

터빈서포트(7)는 위와 같이 스포크로 로터(5)와 연결되기 때문에, 상기 로터(5)가 가질 수 있는 열이 그대로 터빈축(4)으로 전달되는 것이 방지된다. 그리고, 스포크는 팬과 같은 역할을 하기 때문에 회전됨에 따라 기류를 형성시켜 냉각이 더욱 잘 되는 구조이다.Since the turbine support 7 is connected to the rotor 5 by the spoke as described above, the heat that the rotor 5 can have is prevented from being transferred to the turbine shaft 4 as it is. In addition, since the spokes play a role as a fan, the spokes form a stream of air as it rotates, so that the cooling is better.

터빈축(4)은 베어링(10)에 의해 지지되는데, 베어링(10)은 고온의 팽창유체를 사용할때는 메탈 베어링을 사용하고, 윤활유 순환 냉각구조를 가질 수 있다. 그리고, 압축공기를 사용할 때는 저온이기 때문에 볼 베어링을 사용할 수 있다.The turbine shaft 4 is supported by the bearing 10. The bearing 10 uses a metal bearing when using a high-temperature expansion fluid, and may have a lubricating oil circulation cooling structure. When the compressed air is used, a ball bearing can be used because of low temperature.

베어링 브라켓(11)은 베어링(10)을 수용하고 지지하는 몸체로서 윤활유 순환형은 오일 씨일과 함께 기밀을 유지해야 한다.The bearing bracket 11 is a body for receiving and supporting the bearing 10, the lubricating oil circulation type must be kept airtight together with the oil seal.

기밀판(12)은 가스가 흐르는 상기 통로 이외에 다른 부분으로 팽창가스가 새지 않도록 기밀을 유지한다. 이와 같은 기밀판(12)은 기밀유지 정도에 따라서 한 겹 또는 여러 겹으로 할 수 있다.The airtight plate 12 maintains airtightness so that the expansion gas does not leak to a portion other than the passage through which the gas flows. Such an airtight plate 12 can be made into one layer or several layers depending on the degree of confidentiality.

터빈블레이드(2)를 밀며 로터(5)를 회전시키는 가스는 출구(8)를 통해 외부로 유출되는데, 이때, 상기 출구(8) 쪽에 있는 가스가 입구(1) 쪽으로 유입되지 않도록 차단벽(13)이 형성되어 있다.Gas which rotates the rotor 5 while pushing the turbine blade 2 flows out through the outlet 8, whereby the barrier wall 13 is prevented from entering the gas at the outlet 8 toward the inlet 1. ) Is formed.

도 5는 본 발명에 따른 터빈의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing another embodiment of a turbine according to the present invention.

도 5에 도시된 터빈은, 터빈블레이드(2)는 32개이고, 안내날개(16)는 19개로 구비된 형태이며, 그 외의 다른 구성은 도 2 내지 도 4에 나타난 터빈과 다르지 않으므로, 그 설명은 생략하기로 한다. 여기서, 본 발명은 터빈의 크기에 따라 안내날개(16)와 터빈블레이드(2) 수가 달라질 뿐만 아니라 입구와 출구의 회전각 길이도 조정이 가능하다.In the turbine shown in FIG. 5, 32 turbine blades 2 and 19 guide blades 16 are provided, and other configurations are not different from those shown in FIGS. 2 to 4. It will be omitted. Here, in the present invention, the number of guide blades 16 and turbine blades 2 varies according to the size of the turbine, and the rotation angle lengths of the inlet and the outlet can be adjusted.

안내날개(16)는, 도 5에 도시되는 바와 같이, 터빈블레이드(2)와 같이 반달 모양으로 형성된다, 다만, 그 오목한 방향은 상기 터빈블레이드(2)와 반대가 되도록 한다.As shown in FIG. 5, the guide vanes 16 are formed in the shape of a half moon like the turbine blade 2, except that the concave direction is opposite to the turbine blade 2.

즉, 터빈블레이드(2)는 입구(1)쪽을 향하는 부분이 오목하고 출구(8)쪽을 향하는 부분이 볼록한 형태의 반달모양을 하고 있지만, 안내날개(16)는 그와 반대로, 입구(1)쪽이 볼록하고, 출구(8)쪽이 오목하다. That is, the turbine blade 2 has a half moon shape in which the portion facing toward the inlet 1 is concave and the portion facing toward the outlet 8 is convex, but the guide blade 16 has the inlet 1 on the contrary. ) Side is convex, and the exit 8 side is concave.

이는, 터빈블레이드(2)는 오목한 부분이 가스를 담을 수 있도록 홈으로 이루어지는 것이 바람직하지만, 안내날개(16)는 입구(1) 쪽이 볼록하게 하여 그곳에 가스가 유입되어 머무는 것을 방지하여 유체 흐름을 원활하게 할 수 있다.It is preferable that the turbine blade 2 is made of a groove so that the concave portion can contain the gas, but the guide blade 16 makes the inlet 1 side convex to prevent the gas from entering and staying there. I can do it smoothly.

그리고, 상기 안내날개(16)는 도시되는 바와 같이 출구(8)쪽으로 갈수록 그 크기가 점점 크다. 출구(8)쪽으로 갈수록 가스가 흐르는 통로가 넓기 때문에 그에 따라 안내날개(6)도 점점 커지도록 형성되는 것이 바람직하다.And, as shown, the guide blade 16 is larger in size toward the outlet 8 as shown. Since the passage through which the gas flows toward the outlet 8 is wide, it is preferable that the guide vanes 6 are formed to be larger accordingly.

이상에서, 본 발명에 의한 터빈은 차량용 내연기관에 사용되는 경우, 달팽이관처럼 입구는 좁고 출구는 넓은 형태의 구조를 가지면 유체 팽창에 적합하여 팽창유체용 터빈에 적합하다.In the above, when the turbine according to the present invention is used in an internal combustion engine for a vehicle, if the inlet is narrow and the outlet has a wide configuration, such as a cochlear tube, the turbine is suitable for expansion of a fluid for expansion fluid.

유체 팽창과정에서 충동력과 반동력이 터빈블레이드(2)에 자동적으로 번갈아 전달되며, 충동작용은 유입통로를 통해 들어온 팽창유체가 노즐을 통하여 고압으로 분사하게 되어 있어서 그 충동력으로 터빈블레이드(2)를 때리게 되므로 동력을 얻게 되고, 반동 작용은 분사된 유체가 터빈블레이드(2)와 안내날개(6) 사이 팽창실에서 풍선처럼 원형으로 팽창하려는 성질을 이용하여 그 반동력으로 터빈블레이드(2)를 밀어 동력을 추가 생산할 수 있다.In the process of fluid expansion, the impulse and reaction force are automatically alternately transmitted to the turbine blade (2), and the impulse action is that the expansion fluid entering through the inflow passage is injected at a high pressure through the nozzle so that the turbine blade (2) is the impulse force. And the reaction force pushes the turbine blades 2 with the reaction force by using the property of the injected fluid to expand in a circular shape like a balloon in the expansion chamber between the turbine blades 2 and the guide vanes 6. Can produce additional power.

팽창 통로는 배기구 쪽으로 나아갈수록 압력과 온도가 감소하여 유체의 체적이 늘어나므로 출구(8)는 입구(1)보다 전체 체적 공간이 몇 배 넓을 수 있다.As the expansion passage proceeds toward the exhaust port, the pressure and temperature decrease to increase the volume of the fluid, so that the outlet 8 can have several times the total volume space than the inlet 1.

달팽이관처럼 생긴 통로를 팽창유체가 출구(8)로 곧장 빠져 나아가지 못하도록 여러 단의 안내날개(6)를 두어 이들을 거치는 동안 유체는 반드시 일을 하고 나가게 되며 고효율의 터빈을 얻을 수 있다.Through the cochlear-like passages, there are several stages of guide vanes 6 to prevent the expansion fluid from escaping straight to the outlet 8 while the fluid passes through them and the turbine can be obtained with high efficiency.

종래 터빈의 효율은 47% 정도로 낮아서 소형 동력변환장치로 사용하기에 적합하지 않다. 대형 터빈으로 사용되는 터빈날개는 방사형 날개 형태를 가지고 있으며 대형 및 저속에서는 다단 날개를, 고속에서는 1~3단 날개를 가지고 있다.The efficiency of conventional turbines is as low as 47%, making them unsuitable for use as small power converters. Turbine wings used as a large turbine have a radial wing shape and have multistage wings at large and low speeds, and 1 to 3 stages at high speed.

이러한 종래 터빈은 안내날개(6)와 터빈블레이드(2) 사이에 기밀성이 떨어지고 고압에서 저압으로 팽창하려는 속성을 이용한 형태로 다량의 유체를 흘려 동력을 얻는 대형발전시스템에 적합한 터빈이다. 그러므로 소형동력변환 장치에 사용하는 터빈구조는 대형터빈과 같이 그 구조가 같을 수 없고 날개구조와 그 변환 구조가 달라야 한다.Such a conventional turbine is a turbine suitable for a large power generation system that obtains power by flowing a large amount of fluid in a form using a property of inferior airtightness between the guide vane 6 and the turbine blade 2 and expanding from high pressure to low pressure. Therefore, the turbine structure used in the small power converter should not have the same structure as the large turbine and the wing structure and the conversion structure should be different.

본 발명에 의한 터빈은 기존 터빈과 그 형태나 모양이 완전히 다른 구조로 소용량에 적합하도록 구성되었으며 그 원리는 물레방아 버켓이 일정량의 물을 조금씩 가지고 떨어지는 것처럼 회전하면서 팽창유체를 조금씩 일정량만 차례로 가지고 나아가는 것과 같은 구조로 되어 있다.The turbine according to the present invention has a structure that is completely different from the existing turbine, and is configured to be suitable for a small capacity. The principle is that the watermill bucket rotates as if falling with a certain amount of water while moving the expansion fluid little by little. It is structured like this.

본 터빈의 특징은 안내날개(6)를 배치한 것인데, 팽창유체가 속도를 가질 때는 직선방향으로 나아갈려는 성질이 있어 터빈모양이 직선이 아닌 원형이어서 스테이터(3) 안쪽 벽 쪽을 타고 흐르기 때문에 터빈블레이드(2)에 전달되는 유체 양이 작아진다. 이를 방지하기 위하여 안내날개(6) 방향이 터빈블레이드(2) 쪽을 향하도록 하였다. 또한 스테이터(3) 내벽을 반구형으로 하여 안내날개(6)들 사이가 팽창 공간으로 작용하여 유체 팽창력이 터빈 중앙으로 작용하도록 하였다. The characteristic feature of this turbine is that the guide vanes 6 are arranged. When the expansion fluid has a velocity, the turbine has a property to move in a straight direction, and since the turbine is circular rather than straight, the turbine flows through the inner wall of the stator 3. The amount of fluid delivered to the blade 2 is small. In order to prevent this, the direction of the guide blade (6) was to face the turbine blade (2). In addition, the inner wall of the stator 3 was hemispherical, and the guide wings 6 acted as an expansion space, so that the fluid expansion force acted as the center of the turbine.

본 터빈은 소형으로 구조가 간단해서 제작이 용이하며 내연기관과 결합하거나 압축공기를 이용한 동력변환 장치에 효율향상 또는 성능향상을 목적으로 사용하기에 적합한 구조이다. This turbine is small in size and simple in structure, which makes it easy to manufacture. It is suitable for use in combination with internal combustion engines or for power conversion devices using compressed air for efficiency or performance.

상기 실시예에서는 단단으로 이루어진 경우에 대해 예시하고 있는데, 본 발명에 의한 터빈은 다단으로 구성될 수 있음은 당연하다.In the above embodiment has been described for the case consisting of a single stage, it is obvious that the turbine according to the present invention can be configured in multiple stages.

또한, 본 발명은 상기의 실시예에 국한되는 것은 아니며 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 설계 변경이나 회피설계를 한다 하여도 본 발명의 범위 안에 있다 할 것이다.In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and even if a person of ordinary skill in the art makes a design change or avoidance design within a range not departing from the scope of the technical idea of the present invention. Will be in range.

본 발명에 의하면 차량용 내연기관에 사용될 수 있는 새로운 구조의 동력발생용 소형터빈을 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a small turbine for generating power of a new structure that can be used for an internal combustion engine for a vehicle.

그리고, 본 발명에 의한 터빈은 고효율이며, 차량용 내연기관에 사용될 경우 내연기관 자체의 효율 향상에도 기여할 수 있다.In addition, the turbine according to the present invention is highly efficient, and when used in a vehicle internal combustion engine, it may contribute to the improvement of the efficiency of the internal combustion engine itself.

또한, 본 발명에 의한 터빈은 소형으로 컴택트하게 구성될 수 있어서, 제작이 용이할 뿐만 아니라, 유지 보수가 용이하다.In addition, the turbine according to the present invention can be configured to be compact and contact, not only easy to manufacture, but also easy to maintain.

Claims (11)

터빈축과;A turbine shaft; 상기 터빈축과 함께 회전되도록 연결되고, 외주에 복수의 터빈블레이드가 구비된 로터와;A rotor connected to rotate together with the turbine shaft and provided with a plurality of turbine blades on an outer circumference thereof; 상기 로터의 외주 둘레에 구비되어 상기 로터의 외주면과 함께 상기 로터를 회전시키기 위한 가스의 통로를 형성하는 스테이터를;A stator provided around the outer circumference of the rotor to form a passage for gas for rotating the rotor together with the outer circumferential surface of the rotor; 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동력발생용 터빈.Turbine for power generation, characterized in that it comprises a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스테이터는 상기 가스가 상기 로터의 회전방향으로 유입되고 유출되도록 입구 및 출구가 형성된 것을 특징으로 하는 동력발생용 터빈.The stator has a power generation turbine, characterized in that the inlet and the outlet is formed so that the gas flows in and out of the rotor direction. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 출구의 단면적은 상기 입구의 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 동력발생용 터빈.And the cross-sectional area of the outlet is greater than the cross-sectional area of the inlet. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 터빈블레이드는 반달모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 동력발생용 터빈.The turbine blade is a power generating turbine, characterized in that formed in a half moon shape. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 스테이터의 내면에는 상기 가스의 흐름을 상기 터빈블레이드로 유도하도록 형성된 적어도 하나 이상의 안내날개들이 구비된 것을 특징으로 하는 동력발생용 터빈.Power generating turbine, characterized in that the inner surface of the stator is provided with at least one guide blades formed to guide the flow of the gas to the turbine blades. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 안내날개는 일측은 반구형으로 타측은 반원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 동력발생용 터빈.The guide vane is a turbine for power generation, characterized in that one side is formed in a hemispherical shape and the other side is a semi-circular shape. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 안내날개는 반달모양으로 형성되고, 그 오목한 방향은 상기 터빈블레이와 반대가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 동력발생용 터빈.The guide vanes are formed in a half moon shape, the concave direction of the power generating turbine, characterized in that formed to be opposite to the turbine blades. 제6항 또는 제7항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 안내날개는 출구쪽으로 갈수록 점점 그 크기가 커지는 것을 특징으로 하는 동력발생용 터빈.The guide blade is a power generating turbine, characterized in that the size gradually increases toward the outlet. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 터빈이 회전할 때, 상기 터빈블레이드가 상기 안내날개와 번갈아가면서 밀폐와 개방이 교차 작동되게 하는 것을 특징으로 하는 동력발생용 터빈.The turbine for generating power, characterized in that when the turbine rotates, the turbine blade alternately with the guide blade to seal and open the cross-operation. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 입구에는 노즐이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동력발생용 터빈.Power generation turbine, characterized in that the inlet is formed with a nozzle. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 복수의 스포크들을 가지고 상기 터빈축과 상기 로터를 연결하는 터빈서포트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 동력발생용 터빈.And a turbine support for connecting said turbine shaft and said rotor with a plurality of spokes.
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