KR20160025254A

KR20160025254A - 사판식 팽창기

Info

Publication number: KR20160025254A
Application number: KR1020140112244A
Authority: KR
Inventors: 노귀성
Original assignee: 주식회사 엔진텍
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2016-03-08
Also published as: KR101604764B1

Abstract

본 발명은 사판식 팽창기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 사판식 팽창기는 작동유체(1)를 흡입/배출하는 분배밸브(20)와 케이스(10)의 내면 사이에 "C"형 단면의 링 형태의 패킹(60)이 배치됨으로써, 분배밸브(20)와 케이스(10) 내면 사이의 간극을 통해 이동하는 작동유체(1)의 흐름이 차단되고 그 압력이 패킹(60) 내부에서 저하되므로, 그 간극에서 작동유체(1)의 누설을 방지한다.

Description

사판식 팽창기{SWASH PLATE TYPE EXPANDER}

본 발명은 사판식 팽창기에 관한 것이다.

치솟는 유가의 상승은 자동차 유지비용의 상승과 직결되므로, 이와 관련하여 자동차 업계에 많은 변화가 일어나고 있다. 이러한 변화는 대체에너지 개발과 연비개선을 기반으로 하는데, 가솔린엔진이나 디젤엔진과 전기모터를 함께 사용하는 하이브리드 자동차도 이러한 변화의 결과이다.

또한, 자동차의 연비 향상을 위하여, 하기 선행기술의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 사판식 팽창기가 고안되었다. 이러한 사판식 팽창기는 최근 자동차의 연비 향상을 위한 보조동력으로 각광받고 있다. 사판식 팽창기는 작동유체에 의한 밀폐체적의 증가를 피스톤의 운동에너지로 전환하고, 이러한 피스톤의 운동을 이용해 경사판을 회전시켜 동력을 얻는 장치이다. 구체적으로, 사판식 팽창기는 복수의 피스톤과 실린더, 실린더를 고정하고 회전하는 로터, 피스톤과 회동가능하게 연결되는 경사판 및 로터와 연결되는 샤프트 등으로 구성된다. 이러한 사판식 팽창기는 작동유체가 실린더 내부로 주입될 때, 밀폐체적이 증가되어 피스톤을 전진시키고, 이로 인해 경사판과 로터가 회전한다. 이때, 로터의 회전에너지는 샤프트에 의해 전달되어 기계장치를 구동시킨다.

종래 사판식 팽창기는 구동 효율이 작동유체의 팽창비와 관련이 있으므로, 고온 고압의 증기를 작동유체로 사용한다. 그러나, 이러한 고온 고압의 작동유체는 실링(sealing)이 어렵다는 문제가 있다. 이때, 사판식 팽창기의 실링이 제대로 이루어지지 않으면, 작동유체의 누설량이 증가하게 된다. 이러한 작동유체의 누설은 결국 팽창기의 효율을 저하시키는 주요한 요인이 된다.

따라서, 종래 사판식 팽창기에 발생하는 문제를 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있다.

KR

2003-0078955

A

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일측면은 작동유체를 흡입/배출하는 분배밸브와 케이스의 내면 사이에 "C"형 단면의 링 형태의 패킹이 배치됨으로써, 분배밸브와 케이스 내면 사이에서 작동유체의 누설을 방지하는 사판식 팽창기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 측면은, 로테이팅 밸브에 의해 둘러싸인 분배밸브의 평면에는 함몰된 딤플이 형성되고, 외주연에는 함몰된 실링홀이 형성됨으로써, 로테이팅 밸브와 분배밸브 사이에서 작동유체의 누설을 방지하는 사판식 팽창기를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기는 내부에 수용공간을 구비하고, 일측에 작동유체가 내부로 유입되는 유입구와 상기 작동유체가 외부로 유출되는 유출구가 형성된 케이스, 원통형으로 형성되고, 일면이 상기 케이스의 일측 내면에 인접 배치되며, 상기 유입구와 연통되도록 관통된 흡입포트와 상기 유출구와 연통되도록 관통된 배출포트를 구비하는 분배밸브, 판형으로 형성되고 일면이 상기 분배밸브의 타면에 인접 배치되는 받침부와 상기 분배밸브의 외주연을 감싸도록 상기 받침부의 일면으로부터 관형으로 돌출된 외벽부를 포함하는 로테이팅 밸브, 상기 케이스의 타측 내면에 경사지게 배치되고, 회전가능한 경사판, 각각의 헤드가 상기 로테이팅 밸브의 타면에 밀착 배치되는 복수 개의 실린더와 각각의 일단이 각각의 상기 실린더 내에 삽입되고 각각의 타단이 상기 경사판에 결합되어 상기 실린더 내에 상기 작동유체가 유출입됨에 따라 왕복운동하는 복수 개의 피스톤을 포함하는 피스톤 실린더군, 및 링 형태로 형성되어, 관통된 중심부에 상기 흡입포트 또는 상기 배출포트가 위치되고, 상기 분배밸브의 일면과 상기 케이스의 일측 내면 사이에 접촉 배치되어 그 사이를 밀봉하며, 내부에 중공을 구비하고 상기 중심부를 향하는 내측면에 개구부가 형성되어 단면이 "C"형으로 형성되는 패킹을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기에 있어서, 상기 분배밸브의 일면에 상기 패킹이 삽입되도록 링 형태로 함몰된 삽입홈이 형성된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기에 있어서, 상기 패킹은 일측이 상기 삽입홈에 삽입되어 상기 분배밸브에 밀착되고, 타측이 상기 분배밸브의 일면보다 돌출되어 상기 케이스의 일측 내면에 밀착된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기에 있어서, 상기 패킹은 금속 재질로 형성된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기에 있어서, 상기 분배밸브의 타면에 오목하게 함몰된 딤플이 형성된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기에 있어서, 상기 딤플은 깊어질수록 직경이 점점 작아지는 분화구 형상으로 형성된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기에 있어서, 상기 딤플은 복수 개로, 상기 흡입포트 및 상기 배출포트까지 방사형으로 배치된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기에 있어서, 상기 분배밸브의 외주연으부터 함몰된 실링홀이 형성된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기에 있어서, 상기 실링홀은 복수 개로 서로 이격되어 배치된다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 작동유체를 흡입/배출하는 분배밸브와 케이스의 내면 사이에 "C"형 단면의 환형 패킹이 배치됨으로써, 분배밸브와 케이스 내면 사이의 간극을 통해 이동하는 작동유체의 흐름이 차단되고 그 압력이 패킹 내부에서 저하되므로, 그 간극에서 작동유체의 누설을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 로테이팅 밸브에 의해 둘러싸인 분배밸브의 평면에는 함몰된 딤플이 형성되고, 외주연에는 함몰된 실링홀이 형성됨으로써, 로테이팅 밸브와 분배밸브의 외면 사이에 래버린스(labyrinth) 구조가 이루어지므로, 로테이팅 밸브와 분배밸브 사이에서 작동유체의 누설을 방지하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기의 패킹의 일부분을 절개한 사시도이다.
도 4는 도 1의 A부분을 확대한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기의 패킹과 분배밸브의 사시도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기의 패킹의 일부분을 절개한 사시도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기는 내부에 수용공간을 구비하고, 일측에 작동유체(1)가 내부로 유입되는 유입구(15)와 작동유체(1)가 외부로 유출되는 유출구(17)가 형성된 케이스(10), 원통형으로 형성되고, 일면이 케이스(10)의 일측(11) 내면에 인접 배치되며, 유입구(15)와 연통되도록 관통된 흡입포트(21)와 유출구(17)와 연통되도록 관통된 배출포트(23)를 구비하는 분배밸브(20), 판형으로 형성되고 일면이 분배밸브(20)의 타면에 인접하는 받침부(31)와 분배밸브(20)의 외주연을 감싸도록 받침부(31)의 일면으로부터 관형으로 돌출된 외벽부(33)를 포함하는 로테이팅 밸브(30), 케이스(10)의 타측(13) 내면에 경사지게 배치되고, 회전가능한 경사판(40), 각각의 헤드가 로테이팅 밸브(30)의 타면에 밀착 배치되는 복수 개의 실린더(51a, 51b)와 각각의 일단이 각각의 실린더(51a, 51b) 내에 삽입되고 각각의 타단이 경사판(40)에 결합되어 실린더(51a, 51b) 내에 작동유체(1)가 유출입됨에 따라 왕복운동하는 복수 개의 피스톤(53a, 53b)을 포함하는 피스톤 실린더군(50), 및 링 형태로 형성되어, 관통된 중심부에 흡입포트(21) 또는 배출포트(23)가 위치되고, 분배밸브(20)의 일면과 케이스(10)의 일측(11) 내면 사이에 접촉 배치되어 그 사이를 밀봉하며, 내부에 중공을 구비하고 중심부를 향하는 내측면에 개구부가 형성되어 단면이 "C"형으로 형성되는 패킹(60)을 포함한다.

본 발명에 따른 사판식 팽창기는 작동유체(1)를 이용한 동력발생 장치로서, 작동유체(1)의 누설 손실을 저감시키기 위해서, 케이스(10), 분배밸브(20), 로테이팅 밸브(30), 경사판(40), 피스톤 실린더군(50) 및 패킹(60)을 포함한다.

본 발명에 따른 사판식 팽창기는 작동유체(1)에 의한 실린더(51a, 51b) 내의 밀폐체적 증가를 피스톤(53a, 53b)의 운동에너지로 전환하여 경사판(40)을 회전시킴으로써 동력을 얻는 장치이다. 즉, 고온 고압의 작동유체(1)의 열에너지 및 압력에너지를 기계에너지로 변화하여 출력하는 것이다. 구제적으로, 본 발명에 따른 사판식 팽창기는 경사판(40)과 피스톤(53a, 53b)이 결합됨으로써, 실린더(51a, 51b) 내에서 왕복운동하는 피스톤(53a, 53b)은 경사판(40) 및 로터(5)를 회전시킨다. 이러한 로터(5)의 회전력은 샤프트(3)를 통해서 전달되고, 자동차 등과 같은 기계장치의 구동력으로 작용한다.

본 발명에 따른 사판식 팽창기는 자동차의 연비개선을 위한 보조동력으로 사용되지만, 반드시 자동차의 동력장치에 한정되는 것은 아니고, 일반적으로 구동되는 기계장치에도 사용될 수 있다.

여기서, 작동유체(1)는 실린더(51a, 51b) 내의 밀폐체적을 증가시키기 위해서 열에너지와 압력에너지를 가져야 하므로, 일반적으로 고온 고압의 증기가 사용된다. 따라서, 이하에서 작동유체(1)는 고온 고압의 증기로 가정하여 설명한다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 실린더(51a, 51b) 내의 밀폐체적을 증가시킬 수 있는 모든 고온 고압의 유체를 포함한다.

케이스(10)는 내부에 분배밸브(20), 로테이팅 밸브(30), 경사판(40), 피스톤 실린더군(50), 패킹(60) 등을 수용하는 것으로서, 이를 위해서 내부에 수용공간을 구비하고, 유입구(15)와 유출구(17)가 형성된다. 여기서, 유입구(15)는 실린더(51a, 51b)에 주입되는 작동유체(1)가 케이스(10) 내로 유입되도록 형성된 통로이고, 유출구(17)는 실린더(51a, 51b)에서 배출되는 작동유체(1)가 케이스(10) 외부로 유출되도록 형성된 통로이다. 이러한 유입구(15) 및 유출구(17)는 케이스(10)의 일측(11) 즉, 케이스(10)의 한쪽 벽(wall)을 관통하여 형성된다. 일반적으로 유입구(15)와 유출구(17)에는 노즐(7)이 결합되어 작동유체(1)를 공급하고 회수하는데, 반드시 노즐(7)이 결합되는 것은 아니다.

분배밸브(20)는 작동유체(1)를 통하게 하거나 차단하는 밸브로서, 원통형으로 형성되되, 흡입포트(21) 및 배출포트(23)를 구비한다. 구체적으로, 분배밸브(20)는 원통형 형상으로 형성되어 일면이 케이스(10)의 일측(11) 내면에 인접하도록 배치된다. 여기서, 분배밸브(20)의 일면은 원통 즉, 원기둥의 2개의 밑면 중 어느 하나를 의미한다. 한편, 분배밸브(20)에는 일면과 그 반대면인 타면을 관통하는 흡입포트(21)와 배출포트(23)가 형성된다. 이때, 흡입포트(21)는 케이스(10)의 유입구(15)와 연통되고, 배출포트(23)는 케이스(10)의 유출구(17)와 연통된다. 따라서, 회전하는 복수 개의 실린더(51a, 51b) 중 어느 하나의 실린더(51a)가 흡입포트(21)와 소통되면 작동유체(1)가 유입구(15)와 흡입포트(21)를 통해서 실린더(51a, 51b) 내부로 공급되고, 실린더(51a)가 회전하면서 분배밸브(20)의 일면에 의해 폐쇄되면 실린더(51a)는 밀폐된다. 또한, 실린더(51a)가 계속 회전하여 배출포트(23)와 소통되면 작동유체(1)가 실린더(51a) 내부에서부터 배출포트(23)와 유출구(17)를 거쳐서 케이스(10) 외부로 배출된다. 한편, 어느 하나의 실린더(51a)가 흡입포트(21)와 소통될 때에, 다른 하나의 실린더(51b)가 배출포트(23)와 소통될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 작동원리에 따라, 분배밸브(20)는 실린더(51a, 51b) 내로의 작동유체(1)의 공급, 실린더(51a, 51b)의 밀폐, 실린더(51a, 51b)로부터의 작동유체(1)의 배출을 제어한다.

로테이팅 밸브(30)는 분배밸브(20)와 연동하여 작동유체(1)의 흐름을 조절하는 밸브로서, 받침부(31) 및 외벽부(33)를 포함한다. 여기서, 로테이팅 밸브(30)는 피스톤 실린더군(50), 로터(5) 등과 동일한 속도와 방향으로 회전하면서 분배밸브(20)의 흡입포트(21) 또는 배출포트(23)를 실린더(51a, 51b) 내부와 소통시킨다. 이때, 로테이팅 밸브(30)는 분배밸브(20)의 타면과 외주연을 감싸는 형태로 형성된다. 구체적으로, 로테이팅 밸브(30)는 판형으로 형성된 받침부(31), 및 받침부(31)의 일면으로부터 관형으로 돌출된 외벽부(33)로 이루어져서, 내부에 공간을 형성하므로, 그 공간에 분배밸브(20)가 삽입된다. 따라서, 분배밸브(20)의 타면은 받침부(31)의 일면에 인접하고, 분배밸브(20)의 외주연은 외벽부(33)에 의해 둘러싸인다. 이때, 받침부(31)에는 흡입포트(21) 또는 배출포트(23)와 실린더(51a, 51b) 내부가 소통되도록 관통된 관통홀(35)이 형성된다. 이때, 관통홀(35)은 실린더(51a, 51b)가 복수 개이므로, 이에 대응하여 복수 개가 형성되고, 각각의 관통홀(35)은 로테이팅 밸브(30)가 회전함에 따라서 순차적으로 흡입포트(21)와 소통된 후에, 분배밸브(20)의 일면에 의해 폐쇄되고, 그 이후에는 배출포트(23)와 소통된다. 이러한 방식으로, 로테이팅 밸브(30)는 분배밸브(20)와 연동하여, 실린더(51a, 51b) 내부와 유입구(15), 또한 실린더(51a, 51b) 내부와 유출구(17)를 서로 연통시키거나 차단한다.

경사판(40)은 케이스(10)의 타측(13) 내면 즉, 분배밸브(20)가 배치된 케이스(10) 내면의 반대면에 배치되어 회전한다. 이때, 샤프트(3)가 경사판(40)의 중심부를 관통하는데, 경사판(40)은 샤프트(3)에 대해 소정의 각도로 기울어져 경사지게 배치된다. 또한, 경사판(40)에 결합된 피스톤(53a, 53b)이 샤프트(3)에 평행하게 배치되므로, 경사판(40)은 피스톤(53a, 53b)의 왕복운동에 따라서 로터(5)와 함께 회전한다.

피스톤 실린더군(50)은 작동유체(1)에 의해 로터(5)와 경사판(40)을 회전시키는 것으로서, 복수 개의 실린더(51a, 51b) 및 복수 개의 피스톤(53a, 53b)을 포함한다. 여기서, 실린더(51a, 51b)는 중공관으로서, 실린더(51a, 51b) 헤드가 로테이팅 밸브(30)의 타면에 밀착된다. 이때, 실린더(51a, 51b) 내부는 로테이팅 밸브(30)의 관통홀(35)과 연통된다. 한편, 복수 개의 실린더(51a, 51b)는 샤프트(3)를 중심으로 동일한 원주상에 서로 이격되도록 로터(5)에 의해 고정된다. 한편, 피스톤(53a, 53b)은 일단이 실린더(51a, 51b) 헤드의 반대쪽으로 삽입되고, 타단은 경사판(40)에 회동 가능하게 결합된다. 이때, 실린더(51a, 51b) 내부는 피스톤(53a, 53b)의 일단에 의해 폐쇄되므로, 실린더(51a, 51b) 헤드를 통해 작동유체(1)가 유입되고 유출되면, 피스톤(53a, 53b)은 왕복운동을 한다. 이러한 피스톤(53a, 53b)의 왕복운동은 로터(5)를 회전시킨다. 이때, 로테이팅 밸브(30), 피스톤 실린더군(50), 샤프트(3)가 각각 로터(5)에 결합되어 로터(5)와 함께 회전한다.

패킹(60)은 분배밸브(20)의 일면과 케이스(10)의 일측(11) 내면 사이를 밀봉하는 충전물이다. 이러한 패킹(60)은 둥근 고리 형상의 링(ring) 형태로 형성되어 흡입포트(21) 또는 배출포트(23)의 테두리를 감싼다. 즉, 링의 중심 구멍에 해당하는 중심부에 흡입포트(21) 또는 배출포트(23)가 배치되는 것이다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 링 형태의 패킹(60)은 내부에 중공이 구비되되, 내측면에 개구부가 형성되므로, 패킹(60)의 단면이 "C"형으로 형성된다. 여기서, 패킹(60)의 내측면은 링의 안쪽면 즉, 흡입포트(21) 또는 배출포트(23)가 위치하는 패킹(60)의 중심부를 바라보는 면을 의미한다. 이러한 패킹(60)은 작동유체(1)가 누설되는 것을 방지하는 것으로, 구체적인 사항은 이하에서 설명한다.

도 4는 도 1의 A부분을 확대한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 사판식 팽창기의 패킹과 분배밸브의 사시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 분배밸브(20)의 일면과 케이스(10)의 일측(11) 내면 사이에는 제1 조립간극(a), 분배밸브(20)의 타면과 바닥부 사이에는 제2 조립간극(b), 분배밸브(20)의 외주연과 외벽부(33) 사이에는 제3 조립 간극(c)이 존재한다. 이러한 조립 간극(a, b, c)은 고온의 작동유체(1)로 인한 분배밸브(20)의 열변형을 고려한 것으로서, 설계상 불가피하다. 이때, 조립 간극(a, b, c)을 통한 작동유체(1)의 누설은 팽창기의 효율을 저하시키는 주요한 원인이 된다. 따라서, 본 발명에 따른 사판식 팽창기는 패킹(60)을 포함함으로써, 이러한 작동유체(1)의 누설을 방지하므로, 팽창기의 효율을 증대시킨다.

구제적으로, 패킹(60)은 분배밸브(20)의 일면과 케이스(10)의 일측(11) 내면 사이에 배치된다. 이때, 패킹(60)의 중심부에는 유입구(15)와 흡입포트(21)가 맞닿아 이어지는 제1 이음부, 또는 유출구(17) 및 배출포트(23)가 맞닿아 이어지는 제2 이음부가 배치된다. 한편, 패킹(60)은 2개가 포함되어, 각각 제1 이음부와 제2 이음부가 중심부에 위치되도록 배치될 수 있다. 따라서, 이하에서는 2개의 패킹(60)이 포함되는 것으로 가정하여 설명한다. 다만, 패킹(60)이 반드시 2개가 배치되어야 하는 것은 아니고, 하나만 배치될 수도 있다.

이때, 본 발명에 따른 사판식 팽창기는 패킹(60)이 고정되도록, 분배밸브(20)의 일면에 삽입홈(24)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 삽입홈(24)은 링 형태의 패킹(60)이 삽입될 수 있도록 분배밸브(20)의 일면으로부터 링 형태로 함몰되어 형성된다. 이때, 패킹(60)의 일측(65)은 삽입홈(24)에 삽입되어 분배밸브(20)에 밀착되고, 그 일측의 반대쪽인 패킹(60)의 타측(67)은 분배밸브(20)의 일면보다 돌출되어 케이스(10)의 일측(11) 내면에 밀착되므로, 패킹(60)은 제1 조립 간극(a)을 밀봉한다. 따라서, 제1 이음부와 제2 이음부는 분배밸브(20)의 일면, 케이스(10)의 일측(11) 내면 및 패킹(60)에 의해 감싸져서 밀폐된다.

한편, 패킹(60)은 단면이 "C"형으로 형성되므로, 작동유체(1)로 사용되는 고압 증기의 압력을 감소시킨다. 구체적으로, 제1 이음부에서 누설된 고압의 증기는 제1 조립 간극(a)을 따라서 패킹(60)의 내부로 유동한다. 이때, 제1 조립 간극(a)보다 패킹(60)의 "C"형 내부가 더 넓게 형성된다. 따라서, 고압의 증기가 좁은 제1 조립 간극(a)을 통과하다가, 넓은 패킹(60)의 내부에 다다르면, 급격히 팽창하면서 압력이 저하된다.

또한, 제1 이음부를 통과해 실린더(51a, 51b) 내부로 유입되는 고압의 증기는, 피스톤 실린더군(50)이 회전하여 실린더(51a, 51b)가 밀폐되는 순간 그 압력이 더욱 상승한다. 이러한 고압의 증기는 제1 조립 간극(a)을 따라서 단면이 "C"형인 패킹(60) 내부로 유입되어 패킹(60) 내부에 압력을 가한다. 이때, 패킹(60)의 일측(65, 도 3 참조)과 타측(67, 도 3 참조)이 양쪽으로 벌어지므로, 분배밸브(20)의 일면과 케이스(10)의 일측(11) 내면에 더욱 밀착되어 밀봉 효율을 증대시킨다.

한편, 패킹(60)은 금속 재질로 형성될 수 있다. 금속 재질로 형성된 패킹(60)은 내구성이 향상되므로, 고온의 증기로 인한 온도에 잘 견딘다. 또한, 제1 조립 간극(a)으로 인한 유격은 분배밸브(20)를 유동시키고, 이로 인해 패팅(60)을 가압하는데, 금속 재질의 패킹(60)은 이때의 압력에도 잘 견딜 수 있다. 따라서, 패킹(60)의 사용 수명이 향상된다.

또한, 본 발명에 따른 사판식 팽창기는 작동유체(1)의 누설을 방지하기 위해서, 분배밸브(20)에 딤플(25) 및 실링홀(27)이 형성될 수 있다. 이때, 딤플(25)과 실링홀(27)은 반드시 함께 형성되어야 하는 것은 아니고, 어느 하나만 형성될 수도 있다.

여기서, 딤플(25)은 제2 조립 간극(b) 사이에서의 작동유체(1)의 누설을 방지하는 것으로서, 분배밸브(20)의 타면에 오목하게 함몰되어 형성된다. 구체적으로, 고압의 작동유체(1)는 흡입포트(21)를 통과하므로 흡입포트(21)에서는 고압 상태이지만, 배출포트(23)에서는 작동유체(1)가 이미 실린더(51a, 51b) 내에서 팽창하였으므로, 저압 상태이다. 따라서, 고압의 작동유체(1)는 흡입포트(21)로부터 제2 조립 간극(b)을 따라서 배출포트(23)로 이동한다. 이때, 고압 증기인 작동유체(1)가 딤플(25)에 다다르면 급격히 팽창하므로, 압력이 저하되어 더 이상 누설되지 않는다.

한편, 딤플(25)은 깊어질수록 직경이 점점 작아지는 분화구 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 반드시 분화구 형상으로 형성되어야 하는 것은 아니고, 작동유체(1)의 종류, 온도 및 압력 등을 고려하여 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

실링홀(27)은 제3 조립 간극(c) 사이에서의 작동유체(1)의 누출을 방지하는 것으로서, 분배밸브(20)의 외주연으로부터 오목하게 함몰되어 형성된다. 구체적으로, 흡입포트(21) 및 배출포트(23)에서 누출된 작동유체(1)는 제3 조립 간극(c)을 따라서 케이스(10) 내부로 이동하는데, 실링홀(27)은 상술한 딤플(25)과 동일한 원리로서, 작동유체(1)의 누설을 방지한다. 즉, 제3 조립 간극(c)을 따라 흐르는 작동유체(1)가 실링홀(27)에서 팽창하여 압력이 저하되도록 함으로써, 작동유체(1)의 누설을 방지한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 딤플(25)은 복수 개로서, 방사형으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 분배밸브(20)의 타면은 원형이므로, 원의 중심으로부터 외측을 향하여 바퀴살 모양으로, 흡입포트(21) 및 배출포트(23)까지 배열된다. 따라서, 작동유체(1)는 제2 조립 간극(b)에서 어떠한 방향으로 이동하더라도, 딤플(25)에 다다르게 된다.

한편, 실링홀(27)은 분배밸브(20)의 외주연을 따라 회전하면서 형성될 수 있다. 이렇게 분배밸브(20)의 외주연을 따라 회전하는 실링홀(27)은 나선형으로 형성될 수도 있고(도시되지 않음), 폐쇄된 곡선을 형성할 수도 있다. 폐쇄된 곡선으로 형성된 실링홀(27)은 복수 개가 서로 이격되어 배치될 수도 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 작동유체 3: 샤프트
5: 로터 7: 노즐
10: 케이스 11: 케이스의 일측
13: 케이스의 타측 15: 유입구
17: 유출구 20: 분배밸브
21: 흡입포트 23: 배출포트
24: 삽입홈 25: 딤플
27: 실링홀 30: 로테이팅 밸브
31: 받침부 33: 외벽부
35: 관통홀 40: 경사판
50: 피스톤 실린더군 51a, 51b: 실린더
53a, 53b: 피스톤 60: 패킹
65: 패킹의 일측 67: 패킹의 타측

Claims

내부에 수용공간을 구비하고, 일측에 작동유체가 내부로 유입되는 유입구와 상기 작동유체가 외부로 유출되는 유출구가 형성된 케이스;
원통형으로 형성되고, 일면이 상기 케이스의 일측 내면에 인접 배치되며, 상기 유입구와 연통되도록 관통된 흡입포트와 상기 유출구와 연통되도록 관통된 배출포트를 구비하는 분배밸브;
판형으로 형성되고 일면이 상기 분배밸브의 타면에 인접 배치되는 받침부와 상기 분배밸브의 외주연을 감싸도록 상기 받침부의 일면으로부터 관형으로 돌출된 외벽부를 포함하는 로테이팅 밸브;
상기 케이스의 타측 내면에 경사지게 배치되고, 회전가능한 경사판;
각각의 헤드가 상기 로테이팅 밸브의 타면에 밀착 배치되는 복수 개의 실린더와 각각의 일단이 각각의 상기 실린더 내에 삽입되고 각각의 타단이 상기 경사판에 결합되어 상기 실린더 내에 상기 작동유체가 유출입됨에 따라 왕복운동하는 복수 개의 피스톤을 포함하는 피스톤 실린더군; 및
링 형태로 형성되어, 관통된 중심부에 상기 흡입포트 또는 상기 배출포트가 위치되고, 상기 분배밸브의 일면과 상기 케이스의 일측 내면 사이에 접촉 배치되어 그 사이를 밀봉하며, 내부에 중공을 구비하고 상기 중심부를 향하는 내측면에 개구부가 형성되어 단면이 "C"형으로 형성되는 패킹;
을 포함하는 사판식 팽창기.
청구항 1에 있어서,
상기 분배밸브의 일면에 상기 패킹이 삽입되도록 링 형태로 함몰된 삽입홈이 형성되는 사판식 팽창기.
청구항 2에 있어서,
상기 패킹은 일측이 상기 삽입홈에 삽입되어 상기 분배밸브에 밀착되고, 타측이 상기 분배밸브의 일면보다 돌출되어 상기 케이스의 일측 내면에 밀착되는 사판식 팽창기.
청구항 1에 있어서,
상기 패킹은 금속 재질로 형성되는 사판식 팽창기.
청구항 1에 있어서,
상기 분배밸브의 타면에 오목하게 함몰된 딤플이 형성되는 사판식 팽창기.
청구항 5에 있어서,
상기 딤플은 깊어질수록 직경이 점점 작아지는 분화구 형상으로 형성되는 사판식 팽창기.
청구항 5에 있어서,
상기 딤플은 복수 개로, 상기 흡입포트 및 상기 배출포트까지 방사형으로 배치되는 사판식 팽창기.
청구항 1에 있어서,
상기 분배밸브의 외주연으부터 함몰된 실링홀이 형성되는 사판식 팽창기.
청구항 8에 있어서,
상기 실링홀은 복수 개로 서로 이격되어 배치되는 사판식 팽창기.