KR20140104038A - 회전기계 - Google Patents

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Abstract

팽창기의 형태로 된 회전기계(1)가 개시된다. 팽창기는 내부에 공동부(9)를 가지는 하우징(5)과, 공동부(9)와 연이어 통하는 입구 및 출구 덕트(11, 12)와, 로터 축(A)을 가지는 로터(2)와, 로터(2) 내의 각 홈(18) 내에 이동가능하게 수납되며, 축(C) 주위에서 제어아암(14a,14b,14c)의 한쪽 끝단에 관절식으로 접속되고, 다른 쪽 끝단은 하우징(5)내의 공동부(9)를 중심방향으로 통하여 연장되는 고정된 축(24)내에 회전가능하게 지지되는 하나 이상의 베인(15a,15b,15c)과, 공동부(9)의 일부를 구성하는 적어도 한 개의 작동 챔버(9a)를 포함한다. 하우징(5)은 내부 원통형 중간부(5C)를 포함하며, 이 중간부는 로터(2) 및 베인(15a,15b,15c)과 상호작용한다. 로터(2)는 베인과 함께 회전하는 각 방사방향으로 연장된 플랜지부(2a',2b')를 가지는 릴 구조를 형성하고, 베인의 각 끝단면은 그에 대하여 작용한다.

Description

회전기계 {ROTARY MACHINE}
본 발명은 팽창기(expander)의 형태로 된 회전기계에 관한 것으로서, 이 기계는 공동부를 가지는 하우징과, 하우징 내에 배치되며 공동부와 연통하는 입구 및 출구 덕트와, 하우징 내에 수납 및 지지되며 로터 축을 가지는 로터(rotor)와, 로터내의 각 홈 내에 이동가능하게 수납되는 하나 이상의 베인과, 각 베인은 축 주위에서 제어아암의 한쪽 끝단에 관절식으로 접속되고, 다른 쪽 끝단은 하우징내의 공동부를 중심방향으로 통하여 연장되는 축과 일치하는 중앙축을 가지는 축 내에 회전가능하게 지지되며, 상기 축은 로터 축으로부터 간격을 두고 떨어져 있으면서 평행하고, 각 베인의 끝단은 제어아암과 베인을 연결하는 조인트를 통하여 축 내에 만곡부의 중심을 가지는 원통형 면영역을 형성하며, 공동부의 일부를 구성하고 하우징의 내부 둘레면과, 로터의 둘레면 및 적어도 한 개의 베인의 측면 사이에서 규정되는 적어도 한 개의 작동 챔버를 포함하며, 로터 자신은 출력을 위한 유니트를 구성하는 회전기계에 관한 것이다.
본 명세서에 기재되고 묘사된 회전기계는 특허 증기에 의하여 구동되는 팽창기로서 설계된 것이다.
회전기계는 또한, 특정한 변형 후, 콤프레서, 펌프, 진공펌프, 열교환기 및 내연기관으로서도 사용될 수 있는 열동력학적인 작업기게가 될 수 있다. 회전기계는 동등한 유니트들로 조립될 수 있고, 직렬로 조립될 수 있어서, 원칙적으로 이 기계는 수퍼차저 엔진내에서 콤프레서 유니트 및 내연기관 유니트용으로 사용된다. 이미 이 단계에서는, 회전기계가 크랭크축이 없으며, 그 기계는 동력을 로터로부터 직접적으로 공급받는다는 점에 주목하여야 한다.
현재의 회전기계는 또한 노르웨이 특허 NO 307,668 호 (WO 99/43926)에 기술된 기계로 발전되고 있지만, 많은 유사한 특성을 가지며 본 명세서에는 참조로서 결합되어 있다.
회전식의 공지의 내연기관은 회전 피스톤 엔진(Wankel)으로서 실시되고 있다. 여기에서 회전 피스톤은 곡면이 형성된 삼각형을 가지는 로터의 형태로 된 것으로서, 고리형상의 실린더 챔버내에서 회전한다. 그러한 내연기관은, 복잡한 구성에 부가하여, 로터가 실린더 벽에 대한 상당한 밀폐 문제를 가지고 있다. 부가적으로, 이들 내연기관은 높은 연비를 가진다.
독일 특허 DE-3011399 호는, 연소가스에 대한 입구 및 출구에 부가하여, 연속적으로 회전하는 로터를 수납하는 하나의 작동 챔버를 가진 엔진 하우징을 가지는 내연기관을 개시한다. 로터는 대략 원통형이며, 타원형의 공동부내에서 회전하며, 이 공동부는 로터의 표면과 그 공동부를 형성하는 하우징의 내부 표면에 의하여 규정되는, 전혀 다르게 대향하는 연소챔버를 포함한다. 로터는 방사방향으로 연장되는 미끄럼 홈을 가지도록 설계되며, 그 홈은 윙피스톤이 미끄럼 홈의 안팎으로 방사방향으로 미끄러질 수 있도록 수납하고 안내하는 것이다. 윙들은 피스톤 로드를 통하여 크랭크에 관절식으로 연결되고, 크랭크는 저널식으로 연결된 크랭크 축의 일부이다. 로터가 회전하면, 윙 피스톤은 상기 크랭크에 저널식으로 고정된 것에 의해 미끄럼 홈내에서 안팎으로 방사방향으로 움직이게 된다. 이러한 방식으로 제1 윙셋트는 공동부의 일부, 즉 제1 연료챔버 내에서 작용하는 반면, 제2 윙셋트는 대향하는 챔버내에서 작용하게 된다.
미국특허 4,061,450 호는 고정 하우징 및 로터를 수납하는 공동부를 가지는 윙방식의 로터리 펌프를 개시한다. 로터는 각 윙들이 이동하는 슬릿 그로브(slit groves)를 가지지만, 윙의 끝단은 로터의 각 회전시에 하우징의 내부 둘레면에서 왔다갔다 하게 된다.
미국특허 4451219 호는 2개의 챔버를 가지며 밸브가 생략된 회전 증기기관을 개시한다. 이 기관은 각 셋트에 3개의 블레이드를 가진 로터 블레이드 2셋트를 가진다. 각 로터 블레이드 셋트는 타원형의 모터 하우징 내에서 고정된 공동 크랭크축 상의 편심점의 주위를 회전하게 된다. 드럼 방식의 로터가 모터 하우징 내에 중심에 장착되며 2개의 대향하는 방사방향으로 연장되는 작업 챔버를 형성한다. 2 개의 로터 블레이트의 셋트는 상술한 기계와 유사한 로터 내에서 미끄럼 홈의 안팎으로 방사방향으로 이동한다. 또한 여기에서도, 윙은 그의 중심 끝단에서 고정된 축서브에 편심적으로 지지된다. 하지만, 윙은 관절식으로 되어 있지는 않지만, 이들의 대향하는 끝단은 로터내의 주변에 배치된 베어링에 경사지게 지지된다.
베인(vane) 방식의 펌프 및 콤프레서도 알려져 있다. 미국특허 4451218 호는, 단단한 베인 및 펌프 하우징 내에 편심적으로 지지된 로터를 가지는 베인 펌프에 관한 것이다. 로터는 베인이 방사방향으로 통과하고 안내되는 슬릿을 가진다. 미끄럼 개구의 각 측면에 밀폐물이 배치된다.
미국특허 제 4385873 호는 모터, 콤프레서 및 펌프로 사용될 수 있는 베인 방식의 회전기계를 도시한다. 이는 다수개의 강공한 베인들이 방사방향으로 통과하는 편심 장착된 로터를 가진다.
종래 기술의 다른 예로서는 미국특허 US3537432, US4767295 및 US5135372 호를 들 수 있다.
본 발명의 다양한 목적은, 다소 상이한 용도 및 용처를 가지고 있기는 하지만, 높은 효율과, 다위상 유체를 펌핑할 수 있는 능력, 낮은 연비 및 일산화 탄소, 질소 가스 및 비연소된 탄화수소와 같은 오염물질의 방출이 적은 회전기계를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 하나의 목적은, 제공되는 효과와 비하여 작은 엔진용량 및 작은 전체 용량을 가지는 콤팩트한 구성의 회전기계를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상술한 방식의 회전기계는, 하우징이 로터 및 베인과 상호작용하는 내부의 원통형 중간부분과, 그 내부의 원통형 중간부분의 각 끝단의 하나의 끝단 커버로 조립되며, 로터는 베인과 함께 회전가능한 방사방향으로 연장되는 플랜지 부를 가지고 베인의 측면에 대하여 힘을 가하는 릴(reel) 구조를 형성한다.
바람직한 실시형태에서, 로터는 2개의 주된 부분으로 조립되고, 이들 부분은 함께 릴 구조를 형성한다. 2개의 주된 부분 사이의 분리면이 방사방향으로 연장된다.
다른 실시예에서는, 릴 구성은 2개의 대략 C 자 형상인 하우징 부분에 의하여 만들어지며, 이들 부분은 중간 하우징을 형성한다. 이러한 변형은, 축방향으로 연장되는 분리면을 가지게 된다. 따라서, 하나의 부분으로 만들어질 때 2개의 반쪽 하우징이 릴구조 상에 탑재가능하게 된다.
바람직한 실시예에 있어서, 방사방향으로 연장되는 플랜지부는, 이들의 둘레면 상에, 각 끝단 커버의 내부 둘레면에 대하여 미세한 간극을 가진다.
바람직하게는, 방사방향으로 연장되는 플랜지부는, 이들의 방사상으로 연장되는 표면상에, 각 끝단 커버의 내부 끝단면에 대하여 미세한 간극을 가진다.
또한, 방사방향으로 연장되는 플랜지부는, 이들의 방사상으로 연장되는 표면상에, 중간 하우징의 방사방향으로 연장되는 외부의 대향하는 표면에 대하여 미세한 간극을 가질 수 있다.
상술한 표면들 사이의 상기 미세한 간극들은 일종의 접촉하지 않는 미로형 밀폐를 제공하게 된다.
하지만, 상기 미세한 간극의 적어도 하나는, 이들 표면 사이에 하나 이상의 기계적인 밀폐물을 설치할 수도 있다. 하나의 예로서는, 스플릿을 가지는 "피스톤 링" 방식의 밀폐물이거나, 상호간에 걸리는 끝단을 가지는 금속 피스톤 링의 방식일 수 있다. 이러한 방식은 종종 자동변속기내에서 축 밀폐물로서 사용된다.
바람직하게는 베인의 수는 3개 이상이다.
하나의 적절한 실시예에 있어서, 베인의 수는 6개 이다.
일 실시예에 있어서, 베인의 끝단은 밀폐수단을 포함한다.
바람직하게는, 베인 그로브는 각 베인과 상호작용하는 미끄럼 베어링을 포함할 수 있다.
적절하게는, 고정된 축의 자유로운 끝단은 편심 어댑터의 수단에 의하여 로터 내에 지지 및 안정화된다.
본 발명에 따른 회전 기계의 일 실시예에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 매우 콤팩트한 유니트로서의 완전히 조립된 회전기계의 사시도를 나타낸다.
도 2는 부품드링 상호간에 분리된 도 1에 따른 기계의 사시도를 나타낸다.
도 3은 로터 및 분리된 부품들에 대한 사시도를 나타낸다.
도 4는 로터로부터 분리된 베인들의 사시도를 나타낸다.
도 5는 제어아암을 포함하는 단일 베인의 사시도를 나타낸다.
도 6은 저널식으로 연결된 측 및 한쪽 끝단 커버와 베인 유니트를 나타낸다.
도 7은 2개의 C 자형 부분으로 중간 하우징이 나누어지는 변형례를 나타낸다.
도 8A 는 제2 실시예로서 3개의 베인들을 가지는 회전기계의 사시도를 나타낸다.
도 8B는 제2 실시예의 회전유니트의 사시도를 나타낸다.
도 9A는 한쪽 끝단 커버가 없는 제2 실시예의 회전 유니트의 사시도를 나타낸다.
도 9B는 베인유니트가 빠져 나온 제2 실시예의 회전 유니트의 사시도를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 회전기계의 일 실시예를 나타내는 것으로서, 이 회전기계는 팽창기(1)의 형태로 되어 있으며 조립 전의 상태로 사용 상태에서의 형상을 가진다. 팽창기(1)는 하우징(5)내에 지지되는 로터를 둘러싸는 하우징(5)을 포함한다. 하우징(5)은 증기용 입구(11) 및 팽창증기용 출구(12)를 포함한다. 축 또는 회전축(3)은 동력인출부(power take off)를 형성하며 회전기계의 에너지 사용을 위하여 다른 기계에 접속될 수 있다.
회전기계의 구성을 이해하기 위하여, 개별적인 부품을 나타내고 이들이 어떻게 조립되어 팽창기(1)를 구성하는지를 나타내는 도 2가 참고로 주어진다. 이 기계의 작동모드를 이해하기 쉽도록 하기 위하여 NO 307668 호(WO 99/43926) 가 참고로서 주어진다.
또한, 이 기계의 실시예는 팽창기로서 설계된 것임에 주의하여야 한다. 언급한 바와 같이, 이 구성은 다양한 소소한 변경 및 변화와 함께 실시예로서 내연기관, 콤프레서, 열교환기 또는 펌프를 구성하도록 사용될 수 있다. 또한, 이 기계는 밀폐물의 사용이 최소한으로 되어야 하는 정밀도로 구성 및 제조된다는 점에 유의한다. 구성물질은 상이한 강철 등급이 될 수 있지만, 어떤 적용예에 대해서는 플라스틱 및 테플론(Teflon)이 적절할 수 있다.
팽창기(1)는 중간 하우징(5c)과, 로터(2)를 둘러싸는 제1 및 제2 끝단 커버(5a),(5b)를 포함한다. 중간 하우징(5c)은 로터(2)를 둘러싸는 내부 원통면(5d)를 가지며, 로터(2)는 그 내부 원통면(5d)에 대하여 편심적으로 위치된다. 로터(2)로부터의 동력인출부를 대표하는 축(3)이 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 이 기계에는 크랭크축이 생략되어 있으며 동력은 축(3)을 통하여 로터(2)로부터 직접 취해진다. 로터(2)는 도 2에서 B 로 표시된, 중간 하우징(5c)의 길이방향 축과는 상이한 회전축 A 의 둘레를 회전한다.
도면은 중간 하우징(5c)이 그의 둘레 주위에서 일련의 볼트(10)에 의하여 끝단 커버(5a),(5b)와 어떻게 조립되는지를 보여준다. 중간 하우징(5c)의 내부 원통면(5d)은 공동부(9)를 둘러싸고 있다. 원통면(5d)은 입구(11) 및 출구(12)를 정의하는 그의 내부에 수납되는 개별 덕트들을 가진다.
팽창기(1)의 물리적 구조, 특히 로터(2)에 대해서, 도 3 및 도 2를 함께 참조하여 더 설명한다. 도 3은 2개의 반쪽 로터 하우징(2a),(2b)으로 만들어지는 로터 하우징 및 로터(2)의 베인(vane) 유니트(17)를 나타낸다. 각 베인 유니트(17)는 도 5에 나타낸 바와 같이 6개의 로터 베인(15a),(15b),(15c) 등으로 만들어진다. 각 로터 베인(15a),(15b),(15c) 등은 로터 하우징(2a),(2b) 내에 형성된 각각 방사방향으로 연장되는 슬릿(18a)과 미끄럼가능하게 공동으로 동작한다. 슬릿(18a)의 측면들은 팽창기가 작동할 때 각 로터 베인(15a),(15b),(15c) 등을 지지하고 미끄럼가능하게 담지하게 된다. "풀 스로틀(full throttle)"하에서, 각 로터 베인 (15a),(15b),(15c) 등에 대하여 둘레방향으로 작용하게 되는 힘은 슬릿(18a)의 출구 개구에 따른 선의 둘레에서 로터 베인(15a),(15b),(15c) 등 내의 기울어짐 또는 피칭(pitching) 모멘트에 실질적으로 기여하게 된다.
각 부품들이 상호간에 떨어진 상태로 도 4 및 도 5에 명확하게 나타낸 베이 유니트(17)는 다수개의 제어 아암(14a),(14b),(14c) 등도 도시하고 있으며, 여기에서 2개씩이 각 로터 베인(15a),(15b),(15c) 등을 담지하도록 되어 있다. 각 제어 아암(14a),(14b),(14c) 등의 쌍 및 로터 베인 (15a),(15b),(15c) 등은 동일한 기능을 가지며, 이들은 축 C 을 가지는 차축을 통하여 상호간에 연계되어 접속되어 있다. 제어아암(14a),(14b),(14c) 등은 이들의 큰 구멍들이 공통축(24)에 나중에 조립되도록 정렬된다. 이들 부품은 도 6에 명확하게 도시된 바와 같이 축(24) 상에서 동작하는 로터(2)의 베인 유니트(17)를 형성하도록 함께 장착된다.
각 베인 끝단(15a'),(15b'),(15c')들은 도면에서 나타낸 바와 같이 베인 자체의 재료와 상이한 재료로 형성될 수 있다. 각 베인 끝단(15a'),(15b'),(15c')들은 삽입물의 형태를 취할 수도 있다. 이들은 또한, 어떤 적용분야에 있어서는 표면(5d)과 접촉할 수도 있고, 표면(5d)에 대하여 스프링 부하를 걸 수도 있다.
도 2를 참조하면, 제1 끝단 커버(5a)는 제1 베어링(L1)을 담지하며, 제1 베어링(L1)은 축 A 를 따라서 차축(3)을 통하여 끝단 커버(5a)내에서 중심에 위치하는 로터(2)를 한쪽 끝단에서 지지한다. 이에 대응하여, 제2 끝단 커버(5b)는 제2 베어링(L2)을 담지하며, 제2 베어링(L2)은 축 A 를 따라서 끝단 커버(5b)내에서 대향하는 끝단에 있으며 중심에 위치하는 로터(2)를 지지한다. 로터(2)는 차축(24)으로 지지되지는 않지만, 제2 베어링(L2)을 통하여 중앙 베어링 보스(5b')내에 지지된다. 베어링 보스(5b')는 끝단 커퍼(5b)의 내부에 동심적으로 위치된다.
각 반쪽 하우징(2a),(2b)이 중간 하우징(5c)의 각 측부로부터 상호간을 향하여 변위되도록 로터가 중간 하우징(5c)내에 장착될 필요가 있다는 것을 이해하여야 한다. 릴(reel)의 형상을 가지는 로터(2)는, 각 부품들이 상호간에 대하여 장착되었을 때, 중간 하우징(5c)의 측면을 넘어서 연장되는 측부 또는 끝단 벽을 가지게 된다. 따라서, 베인 끝단(15a'),(15b'),(15c')들 만이 중간 하우징(5c)의 내부 원통면(5d) 내부에 위치하게 된다.
따라서 로터 하우징(5)은, 로터(2) 및 베인(15a),(15b),(15c)과 공동으로 작용하는 하나의 내부적인 원통형의 중간부 (5c)와, 그 하나의 내부적인 원통형의 중간부 (5c)의 각 끝단에서의 각 끝단커버(5a),(5b)에 의하여 만들어진다. 또한, 로터(2)는 2개의 주된 부분(2a),(2b)로 만들어지며, 이들은 베인과 함께 회전가능한 방사방향으로 연장되고 베인의 각 측부면에 대하여 작용하는 플랜지부(2a'),(2b')를 가지는 릴 구조를 형성한다.
또한, 실제적인 실시예에 있어서, 방사방향으로 연장되는 플랜지부(2a'),(2b')는 이들의 둘레면 상에 각 끝단커버(5a),(5b)내의 내부 둘레면에 대하여 미세한 간극을 가지는 점을 이해하여야 한다. 또한, 방사방향으로 연장되거나 위치결정하는 플랜지부(2a'),(2b')는 그들의 방사방향으로 위치결정하는 면 상에 각 끝단 커버(5a),(5b)내의 내부 끝단면에 대하여 미세한 간극을 가진다. 또한, 방사방향으로 위치결정하는 플랜지부(2a'),(2b')는 그들의 방사방향으로 위치결정하는 면상에, 중간 하우징(5c) 상의 외부로 대향하는 방사상 위치결정면들에 대하여 미세한 간극을 가진다. 따라서, 상술한 면들 사이의 미세한 간극들은 일종의 밀착면이 없는 미로(迷路)형의 밀폐를 제공한다. 어떤 경우, 또는 상황에 따라서는, 상기의 미세한 간극을 가지는 하나 이상의 표면 사이에 적절한 물리적인 밀폐물을 설치하는 것이 적절하다. 미로형 밀폐 효과를 증가시키기 위하여, 플랜지부(2a'),(2b')의 둘레면에 하나 이상의 홈이 부가적으로 형성될 수 있다. 선택적으로, 플랜지부(2a'),(2b')가 연장되고 상기 둘레면이 접하는 커버(5a),(5b)내에 하나 이상의 홈이 형성될 수 있다.
그러나, 어떤 실시형태에 있어서는, 상표 표면들 사이의 상기 미세한 간극들 중의 적어도 한 개에는 기계적인 밀폐수단의 하나 또는 다른 형태가 설치될 수 있다. 하나의 예로서, 긴 틈을 가지는 "피스톤 링" 방식의 밀폐가 될 수 있고, 상호간에 걸리도록 구성되는 갈고리를 가지는 끝단이 있는 금속 피스톤 링 방식의 밀폐도 될 수 있다. 이러한 방식의 밀폐물들은 자동 변속기 내의 축밀폐물로서 자주 사용되는 것이다. "피스톤 링"들은 하우징에 대하여 가로질러질 수 있으며 릴의 측면 또는 끝단벽내의 대응하는 홈들과 함께 하나 이상의 미로를 형성할 수 있다.
속도, 온도, 순도 필요 및 압력들은 어떤 형식의 재료가 적절할지를 판단하는 요소로 될 것이지만, 릴의 벽들은 상술한 바와 같이 그 자체로 미로가 된다. 주지된 바와 같이, 간극들은 가능한한 작게 만들어진다.
도 6은 베인 유니트(17)내로 도입되고 각 제어 아암(14a),(14b) 및 (14c) 등을 연결하는 축(24)을 나타낸다. 축(24)은 축 A 와는 상이한 중앙축 B 를 가진다. 도면은, 축(24)과, 그 축(24)의 끝단에 베어링(25)이 설치된 준비가 된 상태를 나타낸다. 베어링(25)은 베어링 보스(5b')에 동심적으로 위치한다. 로터 하우징 커버(5a),(5b)들은 축 A 에 대하여 중심에 위치하지만, 중간 하우징(5c) 및 축(24)의 길이방향 축 B 에 대해서는 편심적이다. 동시에, 축(24)은 길이방향 축 B 에 대하여는 각 베인(15a),(15b),(15c) 등을 중심적으로 지지하지만, 로터 하우징을 관통하는 길이방향 축 A 에 대해서는 편심적으로 지지한다.
이는, 베인들을 분리적으로 또는 개별적으로 고려할 때, 이들 베인 (15a),(15b),(15c)들이 실제로는 방사방향으로 안쪽 또는 바깥쪽으로 움직이지 않으며, 로터(2)가 회전할 때 축 C의 둘레에서 약간의 요동 또는 기울어짐 운동만을 한다는 것을 의미한다. 로터 하우징의 반쪽(2a),(2b)은 베인(15a),(15b),(15c)에 대하여 편심적으로 위치하고 있기 때문에, 즉 베인들과는 상이한 회전축을 가지기 때문에, 베인(15a),(15b),(15c)은 명백하게 홈(18a)내에서 안팎으로 움직이게 된다. 로터(2)의 회전 시에, 최대용적에 달할 때까지 유니트를 팽창하는 베인의 뒤에 있는 하나의 챔버는 다시 감소하게 된다. 또한, 불균형을 초래하는 어떠한 방사방향으로 작용하는 질량의 힘도 일어나지 않는다고 하는 현저한 결과가 얻어진다.
축(24)은 정적인 상태에 있으며 고정적으로 유지된다. 그의 기능은 아암(14a),(14b),(14c)을 통하여 베인(15a),(15b),(15c)들의 홈(18a)에 대한 상대적인 운동을 제어하기 위한 것이다. 또한, 축(24)이 회전가능하거나 또는 "고정"되지 않은 변형예를 연구하는 것도 가능하다.
각 베인(15a),(15b),(15c)은 상술한 바와 같이 제어아암(14a),(14b),(14c)의 한쪽 끝단에 관절식으로 접속되어 있으며, 그의 다른 끝단은 고정식 축(24)에 회전가능하게 연결되어 있다. 제어아암(14a),(14b),(14c)은 어떠한 작동력도 전달하지는 않지만, 각 베인(15a),(15b),(15c)은 로터 하우징 내의 가이드 홈 또는 슬릿(18)내에서의 가하여지는 동작에 의하여 제어됨으로써, 로터(2)의 회전 중의 어느 시점에서의 베인 끝단(15a'),(15b'),(15c')이 중간 하우징(5c)의 내부 면(5d)에 접선(밀착되지 않고 접촉)방향으로 되도록 마련된다.
공동부(9)는 팽창챔버(9a) 및 출구챔버(9b)로 나누어질 수 있으며, 이들 챔버는 회전시에 변위되고 입구(11) 및 출구(12)에 대한 베인의 위치에 의하여 결정된다.
회전기계의 동작에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 실시예는 팽창기를 나타낸다. 증기와 같은 스로틀 매체가 입구로 공급된다. 증기는 베인 끝단을 치게 되고 팽창상태로 되어 베인을 밀게 된다. 비록 팽창 챔버(9a)가 새로운 베인 끝단이 출몰함에 의하여 점진적으로 차단되지만, 선행하는 베인을 향하는 작동면은 카지게 되고 따라서 같은 방향으로 힘을 가하게 된다. 팽창 챔버가 그의 최대치에 도달한 후 즉시, 출구 챔부(9b)가 개방되고 팽창된 증기가 출구(12)로 빠져 나오게 된다.
팽창의 주기는 베인(15a),(15b),(15c)이 챔버(9a)로의 입구 덕트(11)를 통과할 때 개시되고, 베인이 출구챔버 및 출구 덕트(12)로 개방될 때까지 지속된다. 회전방향 R 에 대향하는 베인(15a),(15b),(15c)의 측부는 팽창기의 압력측을 구성한다. 기술적으로 고려하면, 팽창 주기는 챔버의 충만 단계 및 팽창 단계의 양자를 포함한다. 로터, 하우징, 베인(15a)(회전시에 전방) 및 (15b)(회전시 후방)에 의하여 규정되는 챔비에 대해서, 충만 단계는 베인(15a)이 입구의 시작 부분을 통과할 때 개시되고 베인(15b)이 입구의 끝을 통과할 때 끝나게 된다. 팽창 단계는 충만 단계가 끝날 때 시작되고 베인(15a)이 출구의 시작 부분을 통과할 때 종료된다.
베인의 끝단은 로터(2)화 함께 회전하는 동안 중간 하우징(5c)의 내부 원통면(5d)에 대한 "구름 동작"을 수행함을 알 수 있다. 로터(2)의 반 회전에 의하여, 각 베인 끝단은 베인 끝단 원호의 외곽 모서리들 사이에서 한 번의 구름 동작을 수행하게 된다. 따라서 베인 끝단들은 로터(2)의 1회전 동안에 1회 앞뒤로 구르게 된다.
도 7은 대략 C 자형 하우징 부(5e),(5f)에 의하여 중간 하우징(5c')이 만들어지는 회전기계 하우징을 모식적으로 나타낸다. 하우징 부(5e),(5f)는 축방향으로 연장되는 분리면을 가지는 하나의 하우징을 형성한다. 상부 및 하부는 상호간에 볼트로 조여져 있으며, 원한다면 그와 같이 조립되도록 나중에 가공될 수 있어서, 릴 구조에 대한 최종적인 조립 전에 마무리 미세 가공 조정 및 적응이 행해질 수 있고, 그 릴은 꼭 필요한 것은 아니지만 한 개의 부품으로 만들어질 수 있다. 입구 및 출구 덕트는 인발되지 않는다.
도 8A - 9A는 로터가 3개의 베인만을 가지고, 둘러싸는 하우징이 다소 단순화된 제2 실시예를 나타낸다. 회전기계의 전체 구성에 대해서 다시 기술하지는 않겠지만, 제1 실시예와 다른 부분에 대해서만 기술한다.
도 8A는 회전기계(1A), 또는 팽창기의 사시도로서, 로터리 유니트(2A)가 하우징(5A)으로부터 빠져나온 상태로 도시되어 있다. 또한, 하우징(5A) 내부의 출구덕트(U) 및, 접속부에 대한 선택사양을 가지는 입구 구멍(H)도 도시되어 있다. 도 8B에서 로터 유니트(2A)는 사시도로 나타내었다.
도 9A는 제1 끝단벽이 없는 제2 실시예에서의 회전 유니트(2A)의 사시도이며, 3개의 베인(V1-V3)이 도시된다. 도 9B는 베인 조립체(17A)가 회전유니트(2A)로부터 빠져나온 상태를 나타낸다.
회전기계(1A)는 상술한 바와 같이 내부 원통형 공동부(9A)를 가지는 하우징(5A) 및 각 끝단 커버를 포함하며, 하나의 끝단 커버(5aA)가 도시되었다. 입구 및 출구 채널 또는 덕트(H),(U)들은 하우징(5A)내에 마련되며 공동부(9A)와 연통한다. 로터(2A)는 하우징(5A)내에 수납되고 지지되며, 로터(2A)내의 각 홈내에 이동가능하게 수납되는 하나 이상의 베인(V1),(V2),(V3)을 가진다. 각 베인(V1),(V2),(V3)은 한개의 축(CA)의 둘레에서 제어아암(14A),(14B),(14C)의 한 끝단에 연결되며, 다른 끝단은 하우징(5A)의 공동부(9A)를 통하여 중심부분으로 연장되는 축과 일치하는 중심축을 가지는 축내에 피버트식으로 지지된다. 각 베인의 끝단은 제어아암(14A),(14B),(14C)과 하나의 베인(V1),(V2),(V3)을 연결하는 조인트를 통하여 축내에 만곡부의 중심을 가지는 원통형 표면부로서 기술된다. 로터(2A)는 각 방사방향으로 위치결정하는 플랜지부(2A'),(2B')를 포함하는 릴구조로서 제조된다. 플랜지부(2A'),(2B')들은 베인(V1),(V2),(V3)과 함께 회전하며, 베인의 각 끝단면(15A"),(15B"),(15C")들은 상기 플랜지부(2A'),(2B')에 대하여 작용한다. 각 방사방향으로 위치결정하는 플랜지부(2A'),(2B')는 각 끝단커버 및 내부의 원통형 중간부와의 미로형 밀폐를 형성하도록 하우징(5A)의 원통형 중간부내의 공동부의 지름을 넘어서 연장된다.

Claims (13)

  1. 내부에 원통형 공동부(9) 및 각 끝단 커버(5a,5b)를 가지는 하우징(5)과, 상기 하우징(5)내에 배치되며 상기 공동부(9)와 연이어 통하는 입구 및 출구 덕트(11, 12)와, 상기 하우징(5)내에 수납 및 지지되며 로터 축(A)을 가지는 로터(2)와, 상기 로터(2) 내의 각 홈(18) 내에 이동가능하게 수납되는 하나 이상의 베인(15a,15b,15c)과, 각 베인은 축(C) 주위에서 제어아암(14a,14b,14c)의 한쪽 끝단에 관절식으로 접속되고, 다른 쪽 끝단은 하우징(5)내의 공동부(9)를 중심방향으로 통하여 연장되는 축(B)과 일치하는 중앙축(B)을 가지는 축(24) 내에 회전가능하게 지지되며, 상기 축(B)은 로터 축(A)으로부터 간격(d)을 두고 떨어져 있으면서 평행하고, 각 베인의 끝단은 제어아암과 베인(15a,15b,15c)을 연결하는 조인트를 통하여 축 내에 만곡부의 중심을 가지는 원통형 면영역을 형성하며, 공동부(9)의 일부를 구성하고 하우징의 내부 둘레면(5d)과, 로터(2)의 둘레면(18c) 및 적어도 한 개의 베인의 측면(15') 사이에서 규정되는 적어도 한 개의 작동 챔버(9a)를 포함하며, 로터(2) 자신은 출력을 위한 유니트를 구성하며, 팽창기의 형태로 된 회전기계(1)에 있어서,
    로터(2)는 각각 방사방향으로 연장되는 플랜지부(2a'),(2b')를 가지는 릴(reel)구조 형상으로서 설계되고, 이들 플랜지부들은 베인(15a,15b,15c)과 함께 회전되며, 베인의 각 끝단면(15a", 15b", 15c")들이 이들 플랜지에 대하여 작용하고, 상기 방사방향으로 연장되는 플랜지부(2a'),(2b')들은 하우징의 원통형 중간 부(5c)의 공동부의 지름을 넘어서서 연장되어 하우징의 내부 원통형 중간부(5c)의 각 끝단에서 끝단 커버(5a),(5b)와 함께 미로형 밀폐를 형성함을 특징으로 하는 회전기계.
  2. 제1 항에 있어서,
    로터(2)는 2개의 주된 부분(2a,2b)으로 만들어지며, 이들 부분은 함께 상기 릴구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 회전기계.
  3. 제1 항에 있어서,
    하우징(5c')은 2개의 대략 C 자 형상인 하우징 부분(5e,5f)에 의하여 만들어지며, 이들 부분은 축방향으로 연장되는 분리면을 가지는 하우징을 형성하고, 하나의 부분으로 만들어지는 릴구조 상에 탑재가능하도록 채택되는 것을 특징으로 하는 회전기계.
  4. 제1 항 내지 제3 항중의 어느 한 항에 있어서,
    방사방향으로 연장되는 플랜지부(2a'),(2b')는, 이들의 둘레면 상에, 각 끝단 커버(5a,5b)의 내부 둘레면에 대하여 미세한 간극을 가지는 것을 특징으로 하는 회전기계.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    방사방향으로 연장되는 플랜지부(2a'),(2b')는, 이들의 방사상으로 연장되는 표면상에, 각 끝단 커버(5a, 5b)의 내부 끝단면에 대하여 미세한 간극을 가지는 것을 특징으로 하는 회전기계.
  6. 제1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    방사방향으로 연장되는 플랜지부(2a'),(2b')는, 이들의 방사상으로 연장되는 표면상에, 중간 하우징(5c)의 방사방향으로 연장되는 외부의 대향하는 표면에 대하여 미세한 간극을 가지는 것을 특징으로 하는 회전기계.
  7. 제4 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면들 사이의 상기 미세한 간극들은 일종의 접촉하지 않는 미로형 밀폐를 제공하는 것을 특징으로 하는 회전기계.
  8. 제4 항 내지 제7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면들 사이의 상기 미세한 간극들 중의 적어도 한 개는 "피스톤 링" 방식과 같은 기계적인 밀폐를 가지는 것을 특징으로 하는 회전기계.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    베인의 수는 3개 이상인 것을 특징으로 하는 회전기계.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    베인의 수는 6개인 것을 특징으로 하는 회전기계.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    베인의 끝단들은 밀폐수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전기계.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    베인 홈(18a)들은 각 베인(15a,15b,15c)과 상호작용하는 미끄럼 베어링(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전기계.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    고정된 축(24)의 자유로운 끝단은 편심 어댑터(25)의 수단에 의하여 로터(2)내에 지지 및 안정화되는 것을 특징으로 하는 회전기계.
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