KR100388669B1 - 회전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 회전장치는 두 개의 진행로(3,4)와 회전자(8), 그리고 고정자(13)을 구비한다. 상기 고정자(13)은 외면(15)를 가진 제 1 중심체(14)를 포함한다. 상기 외면 (15)는 고정자 블레이드들(19)와 함께 매체 진행 공간(27)을 한정한다. 고정자 블레이드(19)의 일 단부(20)은 축방향에서 상당히 벗어난 방향으로 제 5 매체 진행로(24)를 형성하고 타단부(22)는 축방향에서 약간 벗어난 방향으로 제 6 매체 진행로(25)를 형성한다. 제 5 매체 진행로(24)는 제 4 매체 진행로(11)과 연결되고 제 6 매체 진행로(25)는 제 2 매체 진행로(3,4)와 연결된다. 또한 상기 고정자(13)은 제 2 중심체(23)을 더 구비하고, 제 6 매체 진행로(25)와 제 2 매체 진행로(3, 4)사이에는 제 2 중심체와 하우징에 의해 매니폴드 채널들(26)이 형성된다.

Description

회전 장치{Rotation Device}

회전장치는 수많은 구현 예를 통해 알려져 있다.

예를 들어, 원심 펌프는 축방향 입구, 원심력에 의해 액체를 방사 방향 바깥으로 펌핑하기 위한 블레이드가 장착된 회전자, 그리고 하나 혹은 복수개의 접선 방향 출구를 구비한다.

또한 축방향 압축기는 직렬로 정렬된 다수개의 회전자 블레이드와 고정자 블레이드를 구비한다. 이런 구조에는 고도의 치수 정확도와 기계력에 관한 표준에 따라 매우 복잡한 형태를 가진 수천 개의 부품들이 사용된다. 그 한 예가 가스 터빈으로서, 압력이 인가되어 특정 매체원에서 가스 매체가 회전자의 블레이드로 전달되면 회전자가 구동하여 전기 발전기와 같은 기계를 회전시킨다.

이들 종래의 회전장치는 특히 낮은 유량에서 불안정한 플로우를 보인다. 이런 경우 대개 회전자의 로드가 불안정해짐에 따라 진동이 심해지고, 회전속도가 통제불능일 정도로 변하며, 베어링, 축, 및 블레이드가 매우 큰 기계적 로드를 받는다.

종래의 모든 회전장치들은 일정한 기술적 결함을 가지고 있다.

이를테면 회전장치의 효율은 상대적으로 낮은 편이며 회전속도에 크게 좌우된다.

더욱이 이들 장치들은 부피가 크고 무거우며 고가인 단점이 있다.

주물 기술을 이용해 회전자를 제작할 경우, 회전자 블레이드는 최소 소정 두께를 가져야하는데, 이런 경우 매체 방출과 흔적 형성으로 인해 효과적인 유량이 줄어드는 결과가 일어난다. 더욱이 블레이드 두께와 요구되는 블레이드 형태를 만족시키려면 사용할 수 있는 블레이드 수가 제한된다. 또한 상기 주물기술의 피할 수 없는 단점은 함유물의 농도가 일정하지 않아 표면이 거칠어지고 균형이 깨어진다는 것이다.

주형 금과 합금의 인장력도 제한된다.

종래의 원심 펌프는 인접 블레이드들에 의해 형성되는 플로우 채널의 흡입면에 플로우가 거의 점착되지 않는 소위 미끄럼(slippage) 현상의 영향을 받는다. 블레이드간의 팽창 각 때문에 미끄럼 영역 또는 정체 영역, 즉 대규모의 정체된 난류(亂流)가 있는 영역이 존재한다. 이런 영역에서 관통 플로우는 0이 된다. 결과적으로 원심 펌프의 출구 압력이 강하게 맥동한다.

게다가, 종래의 장치들은 작동시 소음이 크다. 물 펌프로 사용되는 종래의 모든 장치는 압력용량이 제한되어 있다. 예를 들어 소방 펌프의 경우, 펌핑을 위한 수상력으로 표현되는 요구 압력을 맞추기 위해서 여러 개의 펌프들을 연결 사용한다.

종래의 회전장치의 결점에는 매체 입구와 출구가 동일한 방향으로 형성되어있지 않고 이를테면 서로 직각으로 되어 있다는 것이다. 주어진 조건하에서는 적어도 상기 입출구의 방향이 동일하게 되는 덕이 바람직하다.

또한 종래의 회전장치는 매우 다양한 점성도를 가진 매체로는 동작하지 못한다.

관류하는 매체의 유속은 매우 다양하게 변하고, 가속도가 생기면 잡음이 일어나고 효율 손실이 나타난다. 이 점에서 어떤 경우에라도 회전장치를 관류하는 매체의 유속을 항상 일정하게, 예를 들면 목표치의 0.2 내지 0.5배의 범위내로 유지하는 것이 바람직할 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점과 한계를 극복하거나 감소시킬 수 있는 회전장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 종래 보다 더 큰 동작범위에 걸쳐 통제될 수 있는 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 회전장치의 전반적인 구조는 청구항 제 1항에 나타나 있다.

청구항 제 2항에 따르면 상기 회전장치는 펌프나 압축기로 이용될 수 있다.

청구항 제 3항에 따르면 상기 회전장치는 모터로 동작하는 장치와 관련된다.

청구항 제 4항 내지 제 6항은 서로 다른 펌핑 매체를 제시하고 있으며 청구항 제6항에서 사용된 "2-상태 매체"는 동작 온도와 동작 압력에 따라 액체 및/또는 가스 상태의 매체가 될 수 있다. 이러한 매체는 주로 냉각 시스템에서 사용된다. 그 예로는 프레온, 암모니아, 알칸이 있다.

청구항 제 7항은 일반적 의미의 회전자 채널의 형태를 기술한다.

청구항 제 8항 내지 10항은 회전자 채널의 수를 바람직한 순서대로 제시한다.

청구항 제 11항은 동작시 강한 주기적 압력 맥동을 방지할 수 있는 회전장치 구조를 기술한다.

청구항 제 12항에 따르면 회전장치가 매체 펌프로 이용될 경우, 매체 입구에 인피드 프로펠러를 설치한다. 상기 인피드 프로펠러는 매체가 특정 압력과 속도에서 방출되지 않고 회전자 채널로 주입되도록 한다.

가볍고 제작이 용이한 회전자와 관련된 매우 실용적인 실시예가 청구항 제 13항 및 제 14항에 기술되어 있다.

제 3 매체 진행로 영역에서는 매체 진행이 단절되지 않고 지속되는 것이 상당히 중요하다. 왜냐하면 매체 단절이 일어날 경우, 대규모 소용돌이와 난류, 매체 방출과 잡음이 일어날 수 있기 때문이다. 이 점에서 청구항 제 13항에 기술된 구조의 장점이 있다.

청구항 제 16항은 제 3 매체 진행로의 위치에 설치되어도 두께가 매체 흐름을 감소시키지 않는 배플을 다수개 사용할 수 있는 회전장치 구조를 나타낸다. 가로 치수가 회전자 채널의 축방향에 비해 방사 방향으로 더 넓기 때문에 상기 제 3 매체 진행로로부터 떨어진 위치에 제 2 배플들을 배치할 수 있는 여분의 공간이 확보된다. 필요하다면, 제 3 배플들을 제 1배플들과 제 2 배플들 사이에 둘 수 있다. 제 3 배플들은 제 2 배플들 보다 짧고, 제 3 매체 진행로에서 제 3 매체 진행로에향해 있는 제 2 매체 진행로의 단부에서 떨어진 제 4 매체 진행로까지 연장될 수 있다. 이러한 구조는 효과적인 매체 진행에 악영향을 끼치지 않으며 매체의 순조로운 플로우를 가능케 한다.

청구항 제 17항 및 18항은 고정자 블레이드들의 형태와 관련된다. 모든 고정자 블레이들은 각도상 동일한 거리로 배열되므로 어떠한 축방향 위치에서도 상호간의 거리는 항상 동일하다. 그러나 제 5 매체 진행로에서 제 6 매체 진행로 방향으로 볼 때 고정자 채널에서 플로우 라인 방향으로 효과적인 송풍이 이루어지는 것이 유동학적으로 매우 중요하다. 상기 블레이들 사이의 이러한 플로우 라인 방향의 어떠한 위치에서도 진행 각도를 플로우 라인의 직각 방향에서 정의할 수 있다. 청구항 제 17항은 이 각도에 관한 것이며 청구항 제 18항에 따른 구조는 상당히 개선된 효율을 보여준다.

청구항 제 19항에 따라 플레이트 재질을 이용하여 디쉬와 블레이드를 제조하게 되면 회전자가 매우 가벼워지는 장점이 있다. 플레이트 재질은 매우 가볍고 매끄러우며 부피면에서 신뢰할 만하다. 상기 재질을 고를 때는 매체에 따라 마모성, 휨 강성, 기계적 강도 등을 고려한다. 상기 설명한 이중 곡선 형태로 되어 있는 디쉬를 가지는 회전자에 있어서 재질이 고속 회전으로 인해 생긴 원심력에 취약한 경우에도 회전자의 주요 형태가 유지되는 것이 중요하다. 이런 점에서 디쉬들을 연결하는 블레이들이 회전자 강화에 상당 부분 기여한다는 사실에 관심이 집중되고 있다. 이러한 이유로 인해 블레이드를 많이 사용하는 것이 중요하다. 회전자는 고도의 치수 정밀성과 본질적으로 생길 수 밖에 없는 다소 미미한 정도의 불균형은 감내하도록 제조될 수 있다.

청구항 제 20항 내지 22항은 특정 조건하의 재질 선택에 관한 것이다.

상기 설명한 플레이트 재질의 바람직한 값은 회전자의 크기와 회전속도에 따라 결정된다. 청구항 제 23항에 제시된 범위내에서 값을 적절히 선택한다. 불균형 가능성과 관련해서, 특히 가스처럼 밀도가 낮은 매체의 경우에는 회전자의 관성에 대한 질량 모멘트는 되도록 작을수록 바람직하다. 이런 맥락에서 기술적으로 가장 작은 두께를 선택하도록 권고된다.

청구항 제 24항은 회전자 배플들을 디쉬들에 연결하는 방법을 나타낸다.

청구항 제 25항은 고정자 블레이드들의 재질 선택에 관한 것으로 이는 회전자 배플들을 선택하는 경우와 거의 동일한 기술적 고려가 요구된다.

청구항 제 26항은 하우징의 원통형 내부 표면과 고정자 배플들의 재질 선택과 관련된다. 청구항 제 20항에 따라 이들 재질의 열 팽창 계수를 결정하면 열 응력이 방지되고 고정자 채널들의 상호 연결성과 형태가 심한 온도 변화에도 그대로 유지된다.

블레이드들을 박판 재질로 형성해도 열 응력을 효과적으로 방지할 수 있다.

청구항 제 27항은 상기 설명한 기술적 원리가 발전된 것으로서 하우징의 내면과 고정자 블레이드 재질들이 동일할 수 있음을 보여준다. 나아가 하우징의 원통형 내부 표면뿐만 아니라 하우징의 원통형 전체 재킷 또는 전체 하우징까지 적절한 재질로 이루어져야 한다는 것은 자명하다.

청구항 제 28항은 고정자 채널들의 형태에 집중한다.

청구항 제 19항 내지 23항과 관련하여 상기 설명한 바와 같이 회전자의 관성에 대한 질량 모멘트와 그에 따른 회전자의 불균형은 가능한 한 작아야 바람직하다.

청구항 29항은 특히 매체로서 가스를 사용하면 관성의 질량 모멘트에 별 특별한 기여를 하지 못함을 나타낸다. 작은 방사방향의 크기 때문에 축이 회전자와 동일한 관성에 대한 질량 모멘트를 가지려면 상강히 무게가 나가야 하겠지만 소정 조건하에서는 축 길이가 상대적으로 길기 때문에 관성에 대한 질량 모멘트가 크게 증가될 가능성이 있다. 더욱이 관성의 질량 모멘트가 상대적으로 작아지도록 가능한 한 가장 가벼운 형태로 회전자를 제작하는 것이 바람직하다.

청구항 제 30항과 31항은 회전자 디쉬들의 형성 방법을 기술한다.

청구항 제 32항은 소정 회전자 제작 방법에 집중한다.

특히 매체의 온도가 지나치게 높거나 낮은 경우, 청구항 제 33항에 따른 구조가 중요한 의미를 가진다.

청구항 제 34항은 효과적인 밀봉과 실질적으로 0인 마찰력이 결합된 매우 유리한 실시예에 관한 것이다.

청구항 제 35항 및 36항에서는 고정자 블레이드들의 수가 바람직한 순서대로 제시되어 있다. 본 발명에 따라 회전장치를 설계함에 있어서 국부 플로우 튜브가 기다란 형태일 경우 넓은 플로우 범위에서만 제어 가능하다는 사실을 고려해야 한다.

청구항 제 37항 내지 39항은 모든 제 4 매체 진행로와 제 3매체 진행로간의횡단면 비와 관련하여 회전장치의 특성을 기술한다. 설계 요건에 따라 횡단면 비는 달라진다.

마찬가지로 청구항 제 40항 내지 42항에서는 제 4 매체 진행로 링의 직경과 제 3 매체 진행로 직경의 비의 옵션이 나타나 있다. 펌프의 경우에는 입출구사이의 압력비에 따라 또한 터빈의 경우에는 팽창비에 따라 직경비가 달라진다.

본 발명에 따른 펌프에서 제 4 및 5 매체 진행로 영역에서는 강한 회전이 이루어지므로 종래의 원심 펌프와는 달리 상대적으로 낮은 정압(靜壓)이 국부적으로 발생한다. 결과적으로 벽과 국부 밀봉장치 두께에 대한 요구조건이 상대적으로 완화되어 특정 상황에서는 저급으로 간주되는 래버린스 밀봉장치와 같은 단순 밀봉장치도 사용 가능하다. 알려진 바와 같이, 래버린스 밀봉장치로는 성질상 완전한 밀봉이 되지 않는다. 그러나 상대적으로 낮은 국부 압력 때문에 래버린스 밀봉장치로도 밀봉이 충분하다.

벽 두께가 작으므로 인해 딥-드로잉(deep-drawing)에 의한 제조가 가능하다.

본 발명에 따른 회전장치의 용도는 광범위하다. 펌프로 사용될 경우, 압력이 고르고 효율적이며 다소 단조로운 파워 특성을 보여주기 때문에 하나의 펌프로도 많은 다양한 용도로 사용될 수 있다. 반면에 일반적인 펌프는 다른 용도로 이용될 때는 치수를 달리해야 하는 단점이 있다.

회전 속도와는 관계없이 단조로운 선형 특성으로 인해 단순히 구동력 조절만으로도 명확한 출력 성능을 얻을 수 있다. 종래에는 이런 목적을 성취하려면 많은 관련 변수들의 순간 값들에 따라 복잡하고 고가인 조정을 실시해야 했다. 이런 이유로 종래에서 하던 조정들이 실제로는 적용되지 않는다.

회전장치의 매체 점성력 의존도가 낮기 때문에, 다양한 점성력을 가지는 매체들을 펌핑하기 위해서는 서로 다른 크기의 단지 제한된 수의 펌프들만 사용하면 된다.

본 발명의 회전장치를 펌프로 사용할 경우, 종래의 펌프들을 여러 개 연결하여 사용할 때와 동일한 고유량 및/또는 고압을 얻을 수 있다.

펌프 작동을 모터 작동으로 혹은 그 반대로 역동하기 위해서는 대개 고정자 채널들과 회전자 채널들의 크기를 변경하는 것이 바람직하다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발영은 회전장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 회전장치의 부분 횡단면도이자 및 부분 측단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 회전장치의 공간적 구조를 보여주는 개략적인 부분 절개 사시도이다.

도 3은 변형된 매니폴드를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전장치의 부분 절개 사시도이다.

도 5A는 고정자 채널들을 형성하는 고정자 블레이들을 구비하는 고정자의 부분 전개도이다.

도 5B는 고정자 블레이드의 전개도이다.

도 5C는 기하학적 비를 설명하기 위해 도 2에 도시된 두 개의 고정자 블레이드들을 나타낸다.

도 5D는 도 5C에 도시된 고정자의 일직선도이다.

도 5E는 채널 폭을 채널 거리의 함수로 나타낸 그래프이다.

도 5F는 엔클로즈(enclosed) 각을 채널 거리의 함수로 나타낸 그래프이다.

도 6A는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전장치의 개략적 단면도이다.

도 6B는 도 6A에 도시된 회전장치의 변형예를 나타낸다.

도 7은 본 발명의 회전자와 고정자가 있는 내부 구조물의 밑면에서 바라 본, 또 다른 실시예에 따른 회전장치의 분해 사시도로서, 하우징과 하부 회전자 디쉬가 제외되어 있다.

도 8은 하우징과 회전자를 제외한 도 7에 도시된 고정자의 상면도이다.

도 9는 회전자의 밑면에서 바라본 도 7에 도시된 회전장치의 분해 사시도이다.

도 10A는 도 8에 도시된 회전장치에서 매니폴드가 다른 형태로 구현된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전장치의 사시도이다.

도 10B는 도 10A에 도시된 회전장치의 변형예를 나타낸다.

도 10C는 도 10B에 도시된 회전장치의 변형예를 나타낸다.

도 10D는 두 개의 블레이드 간의 접선 거리와 축 위치의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 10E는 채널 폭을 채널 위치의 함수로 나타낸 그래프이다.

도 10F는 엔클로즈 각을 채널 위치의 함수로 나타낸 그래프이다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전장치의 부분 분해 사시도이다.

도 12A는 회전자 블레이드들을 제조하기 위해 샤용되는 몰드의 개략적 부분 사시도이다.

도 12B는 도 12A에 도시된 몰드의 B-B 라인에 따른 단면도이다.

도 12C는 고정자 블레이드 제조 장치의 개략적 분해도이다.

도 12D는 도 12C에 도시된 장치의 사시도이다.

도 13A는 도 9에 도시된 회전자를 조립하기 위한 장치의 개략적 분해도이다.

도 13B는 고정자 제조 단계에서 배치되는 도전 블록들의 개략적인 부분 사시도이다.

도 13C는 도 13B에 나타난 바와 같이 제조된 고정자의 부분 분해 사시도이다.

도 13D는 도 13B에 도시된 열과 전기를 전도하는 블록들의 조립체를 나타낸다.

도 14는 종래의 회전장치와 본 발명에 따른 회전장치에 있어서 효율을 상대적인 유량의 함수로 나타낸 그래프이다.

도 15는 종래의 회전장치와 비교하여, 본 발명에 따른 회전장치에서 발생하는 압력을 서로 다른 회전 속도에서 유량의 함수로 나타낸 그래프이다.

도 16은 도 15에 도시된 그래프와 마찬가지로 다른 실시예에 따른 회전장치의 특성을 나타낸 그래프이다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전장치의 사시도이다.

도 18은 도 17에 도시된 회전장치의 절개도이다.

도 19는 도17에 도시된 회전장치의 분해도이다.

도 20은 모터의 사시도이다.

도 21은 제 6 매체 진행로와 제 2 매체 진행로 사이에 신장되어 있는 플로우 채널 유닛의 사시도이다.

도 22는 도 21에 도시된 플로우 채널 유닛의 상면도이다.

도 23은 변형예의 절개 사시도이다.

도 1은 회전장치1을 도시한다. 상기 회전장치1은 축방향으로 중심부에 위치한 제 1 매체 진행로3과 역시 축방향에 위치한 세 개의 제 2 매체 진행로4, 5, 및 6을 가지는 하우징2를 구비한다. 또한 상기 회전장치1은 하우징2 외부에서 내부로 관통하는 축7을 구비하며 상기 축7은 하우징2에 대해 회전하며 하우징2에 구비된 회전자8을 지지한다. 회전자8은 중심부의 제 3 매체 진행로9를 통해 상기 제 1 매체 진행로3과 연결되고 상기 제 3 매체 진행로9는 각도상 상호 등거리인 회전자 채널들10으로 분기된다. 각각의 회전자 채널10은 다소 방사방향의 주 평면에서 제 3 매체 진행로9로부터 제 4 매체 진행로11 방향으로 신장된다. 제 3 매체 진행로9의 단부와 제 4 매체 진행로11의 단부는 각각 축방향으로 신장된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 각각의 회전자 채널10은 1/2 코사인 함수와 유사한 S자 형태로 되어 있고 회전자 채널10의 중간부12는 방사방향에 근접한 방향으로 신장되어 있다. 각 회전자 채널10의 횡단면은 제 3 매체 진행로9에서 제 4 매체 진행로11로 갈수록 커진다.

상기 회전장치1은 또한 하우징2에 구비된 고정자13을 포함한다. 상기 고정자13은 제 1 중심체14와 제 2 중심체23으로 구성된다. 제 1 중심체14는 회전자8과 인접한 영역에 원통형 외면15를 가지며 상기 원통형 외면15는 하우징2의 원통형 내면16과 함께 일반적으로 원통형인 매체 진행 공간17을 형성한다. 상기 매체 진행 공간17은 방사상 크기가 원통형 외면15 반경의 최대 0.2배이며 이 매체 진행 공간17에는 각도상 등거리인 복수 개의 고정자 블레이드들19가 있으며 고정자 블레이드들19는 각 쌍마다 고정자 채널18을 형성한다. 고정자 블레이드19 각각은 단부20이 회전자8 쪽으로 놓여있고 축 방향21에서 상당히 어긋난 방향, 특히 적어도 60°로 제 5 매체 진행로24를 형성한다. 각 고정자 블레이드19의 단부22는 축 방향21과 약간 다른 방향, 특히 최대 15°로 제 6 매체 진행로25를 형성한다. 상기 제 5 매체 진행로24는 제 4 매체 진행로11과 연결되고 제 6 매체 진행로25는 제 2 매체 진행로4, 5, 및 6과 연결된다.

제 2 중심체23에는 세 개의 매니폴드 채널들26은 제 6 매체 진행로25와 제 2 매체 진행로4, 5, 및 6사이에 위치하여 제 2 매체 진행로4, 5, 및 6쪽으로 끝이 좁아지는 형태로 신장되어 있다. 이들 매니폴드 채널들은 제 2 중심체23의 외면29와 하우징2의 원통형 내면16에 의해 한정된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 매체 관통로27이 화살표로 표시되어 있다. 이 관통로27은 제 1 매체 진행로3과 제 2 매체 진행로4, 5, 및 6 사이의 진행로로서 제 1 매체 진행로3, 제 3 매체 진행로9, 회전자 채널18, 제 6 매체 진행로25, 매니폴드 채널26, 제 2 매체 진행로4, 5, 및 6 이들 사이에 매체의 순조로운 이동이 이루어진다. 회전장치1의 펌핑 동작으로 화살표26이 가리키는 방향으로 매체가 흘러간다. 상기 펌핑 동작을 위해서는 축7이 모터 수단(미도시)에 의해 회전 구동된다. 만약 매체가 압력을 받아 매체 진행로4, 5, 및 6을 통해 제 2 매체 진행로 4, 5, 및 6으로 유입된다면 회전장치1의 구조상 매체가 역류하게되고 축7도 회전 구동되어 동시에 회전자8이 회전하게 된다. 이러한 회전장치1의 구조를 하기에 설명할 것이다.

회전장치1에서는 회전자8의 회전력, 즉 축7의 회전력과 상기 매체 관통로27을 통해 흐르는 매체의 속도 및 압력 사이에 상호 우력(偶力)이 일어난다.

따라서 상기 회전장치1는 대개 펌프로 이용될 수 있으며 이런 경우, 축7이 구동되어 매체가 화살표27 방향으로 펌핑된다. 상기 회전장치1이 터빈이나 모터로 이용될 경우, 매체 흐름이 역류되면서 매체가 구동력을 제공한다.

도 2는 도 1에 도시된 회전장치1의 개략적 사시도이다. 매니폴드 채널들26은 제 2 중심 본체23에 의해 형성되었음이 분명하게 나타나 있다. 상기 제 2 중심 본체는 제 1 중심 본체14의 상부에 위치하여 상기 매니폴드 채널들26을 형성하는 세 개의 홈30을 구비하는 삽입물로 볼 수 있다. 이들 세 개의 홈은 형태가 둥글며 아래쪽으로는 화살표27의 방향에 따라 매체를 제 2 매체 진행로4, 5, 및 6으로 안내하기 위한 제 6 매체 진행로25와 연결되어 있다.

도 3은 삽입물23의 부분 절개 사시도이다. 본 실시예에서 삽입물23은 금속박판으로 형성된다. 그외 다른 적절한 재질, 이를테면 선택적으로 강화된 고체 플라스틱으로 구성될 수도 있다.

도 4는 도 1에 도시된 회전장치와 동일한 기능을 수행하는 회전장치31을 나타낸다. 회전장치31은 구동 모터28을 구비한다. 매체 입구 역할을 하는 제 3 매체 진행로9에 복수 개의 프로펠러 블레이드33을 가진 인피드 프로펠러32가 설치되어 있음이 도 1 보다 도 4에서 더 분명하게 나타난다.

도 1 및 도 9에 도시된 회전자8에 비해 도 4의 회전장치31에 구비된 회전자34에는 회전자8에는 없는 많은 쇼어25가 설치되어 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 회전자8은 복수 개의 서로 분리된 구성요소들로 구성되며 이들은 하기에 설명하는 방식으로 일체화된다. 회전자8에는 하부 디쉬36, 상부 디쉬37, 12개의 긴 배플38, 및 배플들38사이에 위치한 12개의 짧은 블레이드39가 있으며, 상기 블레이드들39은 회전자 채널들10의 등거리 경계선을 형성한다. 배플38과 블레이드39 각각은 곡선 형태이며 가장자리40 및 41이 디쉬36과 37에 매체가 긴밀하게 연결되도록 직각으로 휘어져 있다. 배플38과 블레이드39는 디쉬와 용접으로 연결되어 일체화된 회전자를 형성하는 것이 바람직하다. 중심부의 제 3 매체 진행로9에 인피드 프로펠러32가 설치된다. 인피드 프로펠러32는 유동학적으로 별 특별한 변환 없이 상기 긴 회전자 배플38에 연결된 12개의 블레이드를 가진다. 하부로 갈수록 끝이 가늘어지는 유선형 부재42는 인피드 프로펠러32의 중앙에 설치된다.

도 4는 액체 펌프로 작동하는 회전장치31의 동작을 보여준다. 축7을 구동하여 회전자34를 회전함으로써 액체가 프로펠러32를 통해 회전자 채널들로 주입된다. 원심력 가속도로 인해 원심 펌프에 비견될 정도의 강한 펌핑 동작이 일어난다. 그러나 원심 펌프는 근본적으로 다르게 형성된 회전자 채널들로 동작한다. 회전자 채널10에서 흘러 나온 액체는 강하게 회전하여 접선 혹은 회전 방향 요소와 축 방향 요소를 가진 환상(環狀) 플로우를 형성한다. 고정자 블레이드19는 회전 방향 요소는 제거하고 처음에 축방향으로 유입된 플로우를 다시 한번 축방향으로 매니폴드 채널들26의 내부로 주입한다. 매니폴드 채널들26에서는 플로우 부분들이 모여 각각의 매체 출구4, 5, 및 6으로 공급된다. 필요하다면, 세 개의 출구4, 5, 및 6을 하나의 도관43으로 합쳐 도 2에 도시된 방식으로 매체를 하나의 도관을 통해 더 펌핑시킬 수 있다. 다른 실시예들도 구현 가능하며, 도 10의 경우에는 출구가 정확히 축방향으로 신장되어 있다.

도 5A는 인피드면의 가장자리44가 휜 고정자 블레이드19를 도시한다. 이러한 가장자리는 유동학적 기능을 가진다. 가장자리44가 휨으로써 고속으로 회전하는 회전자34에 의해 강하게 회전하는 매체 플로우가 고정자 채널18로 부드러운 유선형으로 이동한다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에서 상기의 회전자들의 구성요소들, 즉 진행로36 및 37, 베플38 및 39, 프로펠러32 등이 스테인레스 스틸로 형성된다.

도 5A는 제 1 중심체의 외면과 고정자 블레이드19의 전개도이다.

도 5B는 도 5A에서 라인 B-B에 따른 배플19의 단면을 도시한다.

도 5C는 고정자 채널들18을 형성하는 고정자 블레이드들19를 도시한다.

도 5D는 채널18의 공작도로서 연속선들46에 따라 각도가 규정되어 있으며 최소한 본 실시예에서는 선 사이의 거리가 축을 따라 약 5mm로 되어 있다. 각 고정자 채널의 출구 폭은 도 5C에 도시된 바와 같이 15mm이다. 도 5D에는 표시된 위치에서의 블레이드들19간의 각도의 1/2인 지점들이 도시되어 있다.

도 5E는 채널 폭을 도 5C 및 도 5D에 도시된 위치 함수로 나타낸다.

도 5F는 도 5D에 도시된 엔클로즈 각들을 나타낸 그래프이다. 모든 엔클로즈 각은 유동학적으로 중요한 값, 즉 15°를 넘지 않으며 모두 14°미만으로 되어 있다.

도 1과 도 4를 볼 때, 각각의 회전자8 및 34는 제 3 매체 진행로와 제 4 매체 진행로 영역에서 래버린스 밀봉장치45 및 46에 의해 하우징2와 밀봉되어 있다. 축은 적어도 두 개의 베어링으로 하우징에 실장되고 두 개의 베어링중 하나만이 도 1 및 도 4에 도시되어 있다. 참조번호 47은 상기 베어링을 가리킨다.

도 6A는 약간 다른 형태의 회전장치를 보여준다. 이 구조에는 제 2 중심체50과 하우징52의 벽51에 의해 공간49가 형성됨으로써 연속적인 매니폴드 채널 유닛이 설정되어 있다. 따라서 매체 출구4는 하나만 있다.

도 6B는 회전장치48'를 도시하는데 이 회전장치는 도 6A에 나타난 회전장치48과 실제적으로는 거의 동일하다. 회전장치48과는 달리 회전장치48'는 전기 모터를 구비한다. 이 전기 모터에는 고정된 위치에 설치된 여러 개의 고정자 와인딩90과 회전자8의 상부 디쉬37에 고정된 회전자 앵커(anchor)가 포함된다.

상기 고정자 와인딩의 연결선은 도시되어 있지 않다. 이들 연결선은 고정자블레이드들19 내부의 사용되지 않는 공간을 통해 위로 신장되어 적절한 위치에서 상기 회전장치48' 밖으로 배출된다.

도 7은 하부 디쉬36를 제외한 회전자8의 내부 구조를 도시한다. 이와 관련하여 도 9를 참조한다. 도 7에서 특히 중요한 부분은 제 2 중심체53의 구조이다. 도 2와 비교해 보면 이 실시예가 회전장치1의 구조와 얼마나 다른지 분명해진다. 상기 제 2 중심체53은 세 개의 삽입물54를 구비하고 상기 삽입물들은 홈55를 형성한다. 상기 홈들은 고정자 채널들18의 출구를 매체 출구4, 5, 및 6에 연결한다. 홈들55는 플로우 안내 배플들을 구비하는데 이들은 서로 다른 형태를 가지고는 있지만 편의상 참조번호56으로 통칭한다. 이러한 구조로 인해 매우 조용하고 안정된 플로우가 이루어진다.

도 8은 도 7에 도시된 고정자57를 다른 측면에서 나타낸다.

도 10A는 제 5 실시예의 일부를 도시한다. 고정자61이 상당히 규칙적이고 대칭적인 형태를 가진다는 점에서 도 2와 도 7에 도시된 실시예들과는 상당히 다르다. 도 10A의 실시예에서는 매니폴드 채널들62가 고정자 채널들18위에 유사하게 형성되어 있다. 매니폴드 채널들62는 한편으로는 출구4쪽으로 끝이 가늘어지는 제 2 중심체62에 의해 다른 한편으로는 하우징(미도시)의 내면에 의해 한정된다. 채널들62는 분리 벽들65에 의해 서로 분리되어 있다. 도시된 바와 같이, 평균 2.7개의 고정자 채널들이 하나의 매니폴드 채널62을 형성한다.

도 10B는 도 10A에 도시된 장치의 변형예를 나타낸다. 채널들62'가 도 10A와는 다른 형태를 가진 제 2 중심체 면63'와 배플들65'에 의해 서로 분리되는 정도에있어서 도 10B의 고정자61'와 도 10A의 고정자61의 다른 점이 있다. 결과적으로 도 10B의 매체 진행로93'가 도 10A의 매체 진행로93 보다 더 넓다. 따라서 채널62'에서의 속도 차는 채널62에서의 속도차보다 적다. 이는 특정 조건하에서는 더 바람직할 수 있다.

도 10C는 또 다른 변형예를 보여준다. 고정자61"은 긴 배플들19 뿐만 아니라 그 사이에 놓인 작은 베플들19'도 구비한다. 이로서 생기는 효과는 도 10D 내지 도 10F를 참조하여 설명할 것이다. 그 외 다른 점에서는 고정자61"과 고정자61'은 거의 동일하다. 배플들19와 19'의 하부 단부는 접혀져 있다. 결과적으로 양호한 유선형 플로우와 강도 증가, 및 무부식성이 보장된다.

도 10D는 도 10C에 나타난 인접 배플들19 및 19'와 도 10A 및 도 10B에 나타난 배플들19간의 접선 거리를 나타낸다. 상기 접선거리는 축 방향 함수로 나타나며 곡선 I과 II는 인접 배플들을 나타낸다.

도 10E는 도 10C에 나타난 실시예와 관련된다. 이 그래프는 채널 폭을 채널 위치의 함수로 보여준다. 상대적으로 길고 짧은 배플들의 혼합 배치의 영향이 그래프의 폭등으로 명확하게 나타난다. 이러한 그래프상의 폭등이 없다면 곡선 II는 곡선 I에 부드럽게 연결되어 결과적으로 영역 II에서의 채널 폭은 더 넓어질 것이다. 이렇게 되면 고정자 채널들의 기다란 형태에 상당한 영향을 미쳐 상기 회전장치의 성능에도 영향을 줄 것이다.

도 10F는 엔클로즈 각을 채널 위치의 함수로 나타낸다. 도 5F에서는 거의 14°이던 엔클로즈 각이 도 10F에서는 길고 짧은 배플들의 혼합 배치로 인해 항상 10°미만이 된다.

도 11은 제 6 실시예를 도시한다. 회전장치66은 금속 박편으로 된 벽들에 의해 한정된 복수 개의 회전자 채널들68을 가진 회전자67을 구비한다. 이 회전자는 고무 프레스나 다른 적절한 기술을 이용하여 내부 매체 압력을 통해 폭발 변형법으로 형성할 수 있다. 매니폴드 채널들69는 도면에서 사선형으로 신장되어 있는 배플들70에 의해 한정된다.

도 12는 공간적으로 매우 복잡한 고정자 블레이드19 형태를 각각의 스테인레스 스틸 스트립으로 제조할 수 있는 방법을 나타낸다.

도 12A는 소정 길이의 납작한 스틸 스트립으로부터 고정자 블레이드19를 형성하기 위한 몰드71을 매우 개략적으로 도시한다. 상기 몰드는 두 개의 몰드 부분72 및 73으로 구성되고, 이들은 상호 회전할 수 있으며 밀폐 회전위치에서는 두 개의 대향 면들을 가지고 있다. 이들 면의 형태는 거의 동일하며 블레이드19의 형태와 대응된다. 일 대향면은 참조번호74가 가리키는 곳에 위치하며 여기서는 블레이드19가 실제의 형태에 따라 도시되어 있다. 또한 몰드 부분72 및 73은 절개된 형태로 도시되어 있다. 다른 대향면75는 아래쪽에 있으며 블레이드19의 형태를 이어간다. 화살표76은 몰드 부분72와 73의 상대적인 회전을 나타낸다. 가이드 블록들76과 77은 회전시에 몰드 부분72 및 73의 가이드로서 동작한다. 몰드 부분72와 73을 회전시키는 수단은 미도시되었다.

도 12A에는 도시되지 않았지만 몰드가 열린 상태에서는 직선 형태의 스테인레스 스틸 스트립이 삽입된다. 이 스트립은 전체적으로 평평하고 직선이다. 몰딩면이 서로 근접하도록 몰드 부분들이 상호 회전한다. 스트립을 설치하는 동시에 변형이 일어난다. 이와 관련하여 상호 동작하는 몰드 부분들72 및 73을 도시한 도 12B를 참조하면, 스트립119의 휜 하부 가장자리79에 해당하는 홈78이 지지 실린더77과 연결되는 몰드 부분73의 하부에 있으며, 유사한 형태의 홈80은 몰드가 닫힐 때 몰드 부분72와 73의 윗면 사이에 남게 된다. 블레이드19의 금속 두께에 따라 상기 몰드의 최종 밀폐가 전적으로 결정된다. 홈80은 상부 휜 가장자리81에 대응한다.

도 12C 및 도 12D는 도 12D에 도시된 소정의 길이를 가진 곡선 형태의 평평한 스틸 스트립801로 고정자 블레이드819를 형성하는 대안 장치 또는 대안 몰드871을 나타낸다. 몰드871은 두 개의 몰드 부분들872 및 873을 구비하고, 상기 몰드 부분들은 서로 상대적인 회전을 하며 밀폐 회전 위치에서 블레이드819의 형태와 동일한 두 개의 대향면을 포함한다. 핸들802를 이용하여 몰드 부분873을 회전시키면 상기 몰드 부분들872 및 873이 상호 회전한다. 이때, 공작 면에 고정된 프레임803에 일체적으로 형성되어 있기 때문에 몰드 부분872는 정적인 상태로 있다. 제 2 핸들804는 스트립801의 설치와 형성된 블레이드819의 철거를 담당하는 다소 삼각형에 가까운 오프닝806에 고정되어 있다. 부재805와 814는 키 구멍807에 맞는 키808을 이용하여 회전하도록 서로 연결된다.

고정자 블레이드를 각 원통형 본체에 연결하는 휜 가장자리812 및 813이 없어도, 대향면810 및 811은 스트립801을 이중 곡선 형태로 만드는 역할을 한다. 중간 핸들802에 이용한 회전을 통해 이러한 형태를 만든 후에 핸들804를 이용한 회전을 통해 휜 가장자리812 및 813을 형성하게 된다. 두 번째 회전동작에서 부재805에 연결되는 휨기능을 가진 가장자리815를 구비한 중심부814가 회전함으로써 상기 가장자리들을 원하는 만큼 휘게 할 수 있다. 휨 기능을 가진 제 2 가장자리816은 부재805의 내부에 위치한다.

상기 장치871의 간단한 작동으로 금속 스트립801로부터 블레이드819를 형성할 수 있다.

스트립801은 레이저 절삭으로 제조된다. 이로써 칩(chip)과 버(burr)가 없으며 내부 응력이 생기지 않는 매우 정교한 금속 박편을 얻을 수 있다. 좁다란 단부820을 820'가 가리키는 위치로 화살표823 방향을 따라 접으면 블레이드819를 고정자의 한 구성요소로서 사용할 준비가 완료된다. 이러한 고정자의 예는 도 13C에 도시되어 있다.

도 13A는 회전자8을 제조하는 매우 실제적인 방법을 도시한다. 하부 디쉬36와 상부 디쉬37 사이에 회전자 배플들38 및 39를 정렬하여 연결 고정한다 (도 9 참조).

도 13A는 전기 및 열을 전도하는 서로 유사한 형태를 가진 블록 체인82가 3차원적으로 형성된 베플들38 및 39에 일체화될 수 있음을 나타낸다. 이들 블록은 와이어83으로 연결되어 각각의 체인을 이루며, 상부 전극84, 디쉬37을 통해 전원 장치86로부터 인가된 전류를 배플들38 및 39, 하부 디쉬36, 그리고 하부 전극85으로 전도한다. 도 3에서 앞서 언급한 이격된 구성요소들을 미는 것과 마찬가지 방법으로 미도시된 프레스 수단을 이용해 상부 디쉬37 및 하부 디쉬36와 각각 동일한형태를 가진 전극84 및 85를 밀어 서로 밀착시킨다. 프레싱 포인트 역할을 하는 프로파일(profiled) 영역들86은 상부 전극84에 있다. 충분히 큰 전류를 인가하면, 영역들86 및 87간에 형성된 전류로를 통해 큰 전류가 흐른다. 따라서 배플들38 및 39가 디쉬36 및 37에 효과적으로 점 용접(spot welding)된다. 배플들38 및 39에 열 관련 악영향을 끼치지 않고 전기 전도가 잘 이루어지는 데에는 이를테면 구리로 된 상기 블록들82이 중요한 역할을 한다. 점 용접이 끝나면 와이어83을 뽑아 상기 블록 체인들을 제거할 수 있다. 그렇게 되면 회전자가 거의 완성된다. 도 1에 나타난 바와 같이, 고정 원판90을 상부 디쉬37에 용접할 수 있으며 커버91을 사용하여 축7을 회전자에 고정 연결한다. 도 13을 참조하여 설명한 상기 점 용접이 끝나면, 도 4에 도시된 회전자에 쇼어35가 구비된 후 축37이 고정된다.

도13B는 도 13C에 도시된 고정자831을 제작하기 위한 구조물830을 간략하게 보여준다. 도 13B에 도시된 구조물830을 더 잘 이해하기 위해서 도 13C를 먼저 참조한다. 고정자831은 원통형 내벽832와 원통형 외벽833을 포함한다. 본 실시예에서는 이들 벽이 스테인레스 스틸로 구성된다. 외벽833은 상대적으로 두껍고 내벽832는 상대적은 얇은 편이다. 긴 고정자 블레이드819 (도 12 참조)와 그 사이에 배열된 짧은 블레이드819'를 적절한 곳에 배열하고 블레이드들의 휜 가장자리812 및 813은 각각 내벽832와 외벽833에 용접으로 고정한다. 이들 휜 가장자리812 및 813은 해당 원통형 벽면에 정확하게 맞아야 한다. 이를 위해 도 12에 도시된 장치가 특별히 설계되었다.

도 13B는 원통형 벽832 및 833을 제외하고 등거리로 배열된 일련의 구리 블록 체인들을 나타낸다. 상기 구리 블록들은 편의상 참조번호 834 하나로 통칭하며 도 13D에 도시된 바와 같이 블레이드819 및 819'의 형태와 동일하게 구성된다. 이들 블록들은 각각 기계적으로 연결되며 레이스(lace)835에 의해 전기적으로는 상호 분리된다. 블록들834, 레이스835, 쿠션(cushion)836으로 구성된 전체 구조물837이 고정자831의 블레이드819 및 819'사이에 정확히 맞도록 상기 고무 쿠션836을 구성한다. 블록들834는 일반적으로 U자 형태를 취한다. 이로써, 가장자리812 및 813은 블레이드819 중간 플레이트를 통한 전기 전도없이 전기 전도 및 열 전도가 일어나도록 상호 연결된다. 도 13B 및 도 13C를 비교함으로써 블록834와 블레이드들819 및 819'의 상대적인 배치상태를 파악할 수 있다.

도 13D는 설명의 명확성을 위해 원통형 재킷들832 및 833은 제외하고 블록 체인들837만 간략하게 도시한다. 외부 전극838은 외부 재킷833의 외부에 설치되고 내부 전극839는 내부 재킷832의 내부에 설치된다. 이들 전극은 모두 840으로 통칭되는 점-용접 영역을 통해 동시에 전류를 인가하도록 구성된다. 이를 위해 전극838 및 839는 전원841에 연결된다. 체인들837이 사이사이에 설치된 블레이드819 및 819'를 내부 실린더832와 외부 실린더833의 주변영역에 배열한 후, 내부 전극839 및 외부 전극838을 설치한다. 이후 전류를 인가하면 전류가 흐르는 지점에서 휜 가장자리812 및 813이 내부 실린더832와 외부 실린더833에 점-용접된다. 이후 각각의 체인들837은 레이스들835상의 구조물 상부로 제거한다. 이로써 고정자831이 완성된다.

도 14는 종래의 장치(그래프 I), 도 1에 따른 장치(그래프II), 그리고 도 7내지 10에 따른 장치(그래프 III)에 있어서 백분율로 표현된 효율 "EFF"를 각 유량Q의 함수로 도시한 그래프이다. 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 장치의 효율 곡선이 종래 장치의 효율 곡선 보다 위에 위치하고 훨씬 더 평평한 형태를 보여준다. 특히 종래보다 개선된 점이 낮은 회전속도에서 확연해진다. 따라서 본 발명에 따른 장치는 하나를 다양한 용도로 사용할 수 있다. 종래 기술에서는 다른 용도로 사용하기 위해서는 다른 장치를 사용하는 단점이 있었다.

도 15는 본 발명에 따른 장치가 펌프로 사용될 경우의 성능을 나타낸다. 이 도면에서는 본 발명에 따른 장치와 이 장치에 비견될 크기의 8-단계 표준 원심 펌프를 비교하여 펌프 압력을 유량의 함수로 나타낸다. 원형의 포인트로 표시된 곡선 I은 종래의 NOVA PS 1874 펌프에 관한 것이고 그외 나머지 곡선은 분당 회전율이 각각 1500, 3000, 4000, 5000, 5500, 6000인 경우의 본 발명에 따른 장치를 나타낸다.

도 16은 본 발명에 따른 두 종류의 장치와 종래의 두 종류 장치에 관련된 그래프이다. 곡선 I과 II는 분당 3000회전수를 보이는 일반적인 8-단계 원심 펌프를 나타내는데 전자는 입구가 58mm인 경우를 후자는 입구가 80mm인 경우를 나타낸다.

분당 회전율이 1500, 3000, 4000, 5000, 6000이라고 표시된 곡선들은 하우징의 직경이 170mm, 회전자 직경이 152mm, 입구 직경이 38mm인 본 발명에 따른 1 단계 장치를 나타낸다. 실선으로 표시된 곡선들 역시 본 발명에 따른 1단계 장치를 나타내는 것으로서 이 경우에는 하우징 직경이 170mm, 회전자 직경이 155mm, 그리고 입구 직경이 60mm이다.

라인 III과 IV는 각각 본 발명에 따른 제 1, 2 타입의 캐비테이션(cavitation) 경계를 나타낸다.

상기 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 새로운 구조의 회전장치가 종래의 유사 회전장치들 보다 훨씬 더 나은 결과를 나타냄을 알 수 있다. 도 15 및 도 16을 통해 본 발명에 따른 1단계 회전장치와 종래의 8-단계 회전장치, 즉 8개의 회전장치를 연결하여 이루어진 장치를 비교할 수 있다.

도 17은 회전장치902와 모터903을 구비한 유닛901을 나타낸다. 상기 유닛은 펌프로 이용되도록 설계되었다. 하부에는 입구 역할을 하는 제 1 매체 진행로904가 있고 측면에는 출구 역할을 하는 제 2 매체 진행로905가 있다.

도 18은 유닛901의 구조를 개략적으로 도시한다. 모터와 펌프가 상호 분리되지 않도록 연결된 도 4의 실시예에 대한 변형예로서, 유닛901은 두 개의 분리된 요소들로 구성된다. 이를 위해 모터 축906은 단부가 외부로 갈수록 가늘어지는 형태를 하고 있고 그 끝에는 원뿔형의 나사산907이 설치되며 회전자 축908은 그에 대응되는 보완형태로 구성된다. 이런 방법으로 모터903과 펌프902가 동력 전달 방식으로 상호 연결되어 있다. 그러나 그 둘은 매우 용이하게 분리가능하다. 도 21 및 도 22를 참조하여 펌프902의 구성요소를 설명할 것이다.

도 19는 주요 구성요소들이 상호 연결되어 연동하는 방법을 도시하기 위한 분해도이다. 고정자가 위치한 펌프902의 상부 부재909는 앞서 설명한 다른 실시예의 그것과는 다르게 구성된다. 회전자910과 입구 부재들911은 상기 설명한 실시예들과 동일하다.

도 20은 출구 부재909에 실장된 연결 슬리브913과 연결되는 연결부912를 하부에 포함하는 모터903을 도시한다.

도 21 및 도 22는 상기 출구 부재909의 부재914를 나타낸다. 부재914는 중심 오프닝916을 가진 금속 박편으로 제조된 깔대기915를 구비한다. 상기 깔대기915의 벽에는 도면에 나타난 바와 같은 방식으로 플로우 안내 배플들이 정렬되어 있다. 이들 배플은 형태는 다르지만 동일한 참조번호917로 통칭한다. 배플들917은 한 패러미터계의 구성요소들이다.

역시 금속 박편으로 제조된 내부 깔대기918은 깔대기915 내부에 위치하여, 플로우 안내 배플들917이 깔대기915와 내부 깔대기918에 의해 한정되고 결과적으로 플로우 안내 채널들919를 형성하게 된다. 플로우 안내 채널들919는 모두 출구905로 모여 낮은 마찰 손실을 가진 플로우 패턴을 형성한다. 플로우 안내 배플917은 고정자 블레이드와/또는 회전자 블레이드와 같은 방법으로 제조될 수 있다. 도 12와 도 13을 참조하여 가능한 제조방법을 설명할 것이다.

플로우 안내 채널919는 도 10A 및 도 10B에 도시된 매니폴드 채널62 및 62'와 기능적으로 동일하다. 도 10과는 달리, 유닛903의 구조는 출구 905가 유닛903의 측면으로 나 있어 모터903과 펌프902간의 연결 구조가 단순해진다. 이 점에서 이를테면 도 1, 2, 4에 따른 실시예들도 적용될 수 있다.

도 23은 회전자1003을 구동하는 전기 모터1002를 구비하는 펌프1001을 도시한다. 고정자1005의 입구1004는 회전-대칭 전달 영역1007을 통해 측면 입구1006과 연결된다. 제 2 회전-대칭 전달 영역1008을 통해 회전자1003은 측면 출구1009와 연결된다. 본 발명에서 상기 측면 출구1009는 입구1006에 대해 동축상에 위치하며 영역1007과 1008도 포함 동축 관계(enveloping coaxial relation)에 있다.

도 23에는 블레이드나 배플과 같은 구성요소는 미도시된다.

화살표1010은 매체 플로우를 나타낸다.

Claims (42)

1. (a) 실질적으로 축방향에 있는 중심부의 제 1 매체 진행로(3)과 실질적으로 축방향에 있는 적어도 하나의 제 2 매체 진행로(4,5,6)을 가지는 하우징 (2);

   (b) 상기 하우징(2)내에 설치되어 하우징(2) 외부로 신장되고, 상기 하우징(2)에 설치된 회전자를 지지하는 회전자 축, 상기 회전자는 중심부의 제 3 매체 진행로(9)를 통해 상기 제 1 매체 진행로(3)에 연결되고, 상기 제 3 매체 진행로(9)는 각도상으로 등거리인 복수 개의 회전자 채널들로 분기되며, 상기 회전자 채널 각각은 적어도 다소 방사상의 주 평면에서 제 3 매체 진행로(9)로부터 제 4 매체 진행로(11) 방향으로 신장되고, 제 3 매체 진행로(9)와 제 4 매체 진행로(11)의 단부 각각은 실질적으로 축방향으로 신장되고, 각 회전자 채널은 일반적인 S자나 일반적인 U자와 같은 곡선 형태로 되어 있으며, 회전자 채널의 중간 부분(12)는 적어도 상당한 방사 성분을 포함한 방향으로 신장되고, 각 회전자 채널(10)의 플로우 튜브 횡단면, 즉 주요 방향에서 횡단으로 절개한 단면이 제 3 매체 진행로에서 제 4 매체 진행로 방향으로 상대치 1에서 적어도 상대치 4로 증가되는, 상기 회전자 축; 및

   (c) 상기 하우징(2)에 실장되고

   (c.1) 실질적으로 회전-대칭인, 이를테면 적어도 다소 원통형, 적어도 다소 원뿔형, 곡선 형태, 또는 복합적인 형태의 매끈한 외면(15)을 가진 제 1 중심체(14), 상기 외면(15)는 하우징(2)의 내면(16)과 함께 실질적으로 회전-대칭인, 이를테면 원통형인 매체 진행로 공간(17)을 한정하고, 상기 매체 진행로 공간(17)의 방사방향 크기는 최대 상기 외면 반경의 0.4배이며, 상기 매체 진행로 공간(17)에는 각도상 등거리인 복수 개의 고정자 블레이드들(19)이 위치하며, 상기 고정자 블레이들(19)는 각 쌍마다 고정자 채널들(18)을 형성하고, 고정자 블레이드의 일 단부(20)은 회전자(8)쪽으로 향하여 축 방향(21)과는 상당히 다른, 특히 적어도 60°로 제 5 매체 진행로(24)를 형성하고 타 단부(22)는 축 방향(21)과는 약간 다른, 특히 최대 15°로 제 6 매체 진행로(25)를 형성하고, 상기 제 5 매체 진행로(24)는 축방향 매체 흐름을 위해 상기 제 4 매체 진행로(11)과 연결되고 실질적으로 동일한 방사방향으로 나 있으며, 상기 제 6 매체 진행로(25)는 적어도 하나의 제 2 매체 진행로(4,5,6)와 연결되는, 상기 제 1 중심체(14)와

   (c.2) 상기 제 6 매체 진행로(25)와 적어도 하나의 제 2 매체 진행로(4,5,6) 사이에 복수 개의 매니폴드 채널들(26)이 제 6 매체 진행로(25)에서 상기 적어도 하나의 제 2 매체 진행로(4,5,6) 방향으로 끝이 점차 가늘어지는 형태로 신장되고 제 2 중심체(23)의 외면(29)와 하우징(2)의 원통형 내면(16)에 의해 한정되는, 상기 제 2 중심체(23)을 포함하는 고정자(13)을 구비하고,

   상기 제 1 매체 진행로(3)과 적어도 하나의 상기 제 2 매체 진행로(4,5,6) 사이에 일반적인 매체 관통로(27)이 한정됨으로써, 상기 제 1 매체 진행로(3), 상기 제 3 매체 진행로(9), 회전자 채널들(10), 제 4 매체 진행로들(11), 고정자 채널들(18), 제 6 매체 진행로들(25), 매니폴드 채널들(26), 제 2 매체 진행로(4, 5,6) 순으로 그리고 그 역순으로 매체 플로우가 일어나고 동작 중에 상기 진행로간에 실질적으로 순조롭고 지속적인 매체 전달이 이루어지며,

   동작 중에 한편으로는 회전자(8)의 회전력, 따라서 축(7)의 회전력과 상기 매체 관통로(27)를 통해 흐르는 매체의 압력간에 우력이 일어남을 특징으로 하는 회전장치(1).
2. 제 1 항에 있어서, 상기 축(7)은 구동을 위해 모터(28)과 연결되고 제 1 매체 진행로는 매체 입구가 되고 제 2 매체 진행로는 매체 출구가 됨을 특징으로 하는 회전장치.
3. 1 항에 있어서, 상기 제 2 매체 진행로는 매체 입구가 되어 압력이 인가되면 매체원과 연결되며, 상기 제 1 매체 진행로는 매체 출구가 됨을 특징으로 하는 회전장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 매체는 액체, 현탁액, 또는 유액임을 특징으로 하는 회전장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 매체는 가스임을 특징으로 하는 회전장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 매체는 2-위상 매체임을 특징으로 하는 회전장치.
7. 제 1 항에 있어서, 각 회전자 채널의 축방향 단면은 1/2 코사인 함수와 다소 부합하는 형태임을 특징으로 하는 회전장치.
8. 제 1 항에 있어서, 회전자 채널 수는 적어도 10개임을 특징으로 하는 회전장치.
9. 제 8 항에 있어서, 회전자 채널 수는 적어도 20개임을 특징으로 하는 회전장치.
10. 제 9 항에 있어서, 회전자 채널 수는 적어도 40개임을 특징으로 하는 회전장치.
11. 제 1 항에 있어서, 회전시에 제 4 매체 진행로와 제 5 매체 진행로의 위치가 일치하는 것을 막음으로써 매체 흐름의 주기적인 압력 변동을 방지하기 위해 회전자 채널 수와 고정자 채널의 수를 달리 설정함을 특징으로 하는 회전장치.
12. 제 2 항에 있어서, 복수 개의 프로펠러 블레이드를 가진 인피드 프로펠러가 매체 입구 역할을 하는 제 3 매체 진행로에 배치됨을 특징으로 하는 회전장치.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자는 스페이서 역할을 하는 배플들과 함께 상기 회전자 채널들을 한정하는 두 개의 디쉬를 구비함을 특징으로 하는 회전장치.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 배플들은 제 3 매체 진행로에서 제 4 매체 진행로들을 형성하는 상기 디쉬들의 단부로부터 이격된 영역으로 신장됨을 특징으로 하는 회전장치.
15. 제 12 항 또는 13항에 있어서, 각 프로펠러 블레이드는 하나의 배플에 연결됨을 특징으로 하는 회전장치.
16. 제 13 항에 있어서, 제 1 배플 그룹은 제 3 매체 진행로에서 제 4 매체 진행로로 신장되고, 적어도 하나의 제 2 배플 그룹은 제 3 매체 진행로에서 이격된 위치에서 제 4 매체 진행로로 신장되면서 상기 제 1 배플 그룹의 배플들 사이에 정렬됨을 특징으로 하는 회전장치.
17. 제 13 항에 있어서, 하나의 고정자 채널을 형성하는 일련의 고정자 블레이드들간의 각도는 제 5 매체 진행로와 제 6 매체 진행로 사이의 영역에서 최대 20°임을 특징으로 하는 회전장치.
18. 제 16 항 또는 17항에 있어서, 상기 각도는 최대 10°임을 특징으로 하는 회전장치.
19. 제 13 항에 있어서, 상기 디쉬들과 배플들은 섬유-강화 플래스틱, 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인레스 스틸, 또는 스프링 스틸과 같은 플레이트 재질로 형성됨을 특징으로 하는 회전장치.
20. 제 1 항에 있어서, 매체와 접촉하는 모든 면은 매체와 화학적 및/또는 기계적인 반응을 하지 않음을 특징으로 하는 회전장치.
21. 제 1 항에 있어서, 매체와 접촉하는 모든 면은 스파크 발생을 효과적으로 차단하기 위해 도전 물질로 제조되고 전기적 전도를 위해 상호 연결됨을 특징으로 하는 회전장치.
22. 제 1 항에 있어서, 매체와 접촉하는 모든 면은 연삭(grinding), 연마(polishing), 호닝 가공(honing), 또는 탄화물(carbide), 티타늄 니트라이드(titanum nitride)나 보론 니트라이드(boron nitride)와 같은 질화물(nitrid), 유리, 실리케이트(silicate), 폴리이미드(polyimide)와 같은 고급 플라스틱과 같은 물질로 된 코팅을 이용하여 미리 표면을 매끄럽게 처리함을 특징으로 하는 회전장치.
23. 제 19 항에 있어서, 회전자 직경과 플레이트 물질 두께의 비는 50 내지 1600임을 특징으로 하는 회전장치.
24. 제 13 항에 있어서, 상기 베플들은 점-용접, 아교 접착, 납땜, 자기력, 나사 연결, 또는 립/홀(lip/hole) 연결을 통해 상기 디쉬들에 연결됨을 특징으로 하는 회전장치.
25. 제 1 항에 있어서, 상기 고정자 블레이드들은 섬유-강화 플라스틱, 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인레스 스틸, 또는 스프링 스틸과 같은 플레이트 물질로 구성됨을 특징으로 하는 회전장치.
26. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징 내면의 열 팽창 계수와 고정자 블레이드들의 열 팽창 계수는 거의 동일함을 특징으로 하는 회전장치.
27. 제 26 항에 있어서, 적어도 상기 하우징 내면은 상기 고정자 블레이드와 동일한 물질로 구성됨을 특징으로 하는 회전장치.
28. 제 1 항에 있어서, 축방향을 가로지르는 주변 평면의 각 각도 위치에서 대향벽들간의 거리가 같도록 상기 고정자 채널들을 형성함을 특징으로 하는 회전장치.
29. 제 1 항에 있어서, 상기 축은 고체이고 이로써 상기 축과 상기 회전자로 구성되는 회전 유닛의 관성에 대한 질량 모멘트에 상당히 기여함을 특징으로 하는 회전장치.
30. 제 13 항에 있어서, 상기 디쉬들은 딥 드로잉(deep drawing), 전조(rolling), 강제 형성법(forcing), 하이드로폼법(hydroforming), 폭발 변형법, 또는 고무 프레스를 이용하여 형성함을 특징으로 하는 회전장치.
31. 제 13 항에 있어서, 상기 디쉬들은 사출성형, 열형성법, 또는 열진공 형성법을 이용하여 플라스틱으로 형성함을 특징으로 하는 회전장치.
32. 제 1 항에 있어서, 금속 박편을 적어도 두 개의 층으로 만들어 원하는 회전자 형태의 공동을 가진 몰드에 적층하고 적층된 박편층 사이로 압력이 가해진 매체를 유입시켜 플라스틱 변형이 일어나는 동안 상기 박편이 몰드 공동의 벽으로 확장시켜 상기 회전자를 형성함을 특징으로 하는 회전장치.
33. 제 1 항에 있어서, 매체 관통로를 관통하는 매체의 온도가 크게 상승하거나 하강해도 별 영향을 받지 않도록 베어링들을 매체 관통로에서 상당히 이격된 위치에 설치하여 상기 축을 하우징에 대해 회전하도록 실장함을 특징으로 하는 회전장치.
34. 제 1 항에 있어서, 적어도 두 개의 래버린스 밀봉장치를 제 3 매체 영역과 제 4 매체 영역에 각각 하나씩 사용하여 상기 회전자를 상기 하우징에 밀봉함을 특징으로 하는 회전장치.
35. 제 1 항에 있어서, 상기 고정자 블레이드의 수는 최소한 10개임을 특징으로 하는 회전장치.
36. 제 35 항에 있어서, 상기 고정자 블레이드의 수는 최소한 20개임을 특징으로 하는 회전장치.
37. 제 1 항에 있어서, 모든 제 4 매체 진행로들과 제 3 매체 진행로간의 총 단면비는 적어도 1임을 특징으로 하는 회전장치.
38. 제 37 항에 있어서, 모든 제 4 매체 진행로들과 제 3 매체 진행로간의 총 단면비는 적어도 3임을 특징으로 하는 회전장치.
39. 제 38 항에 있어서, 모든 제 4 매체 진행로들과 제 3 매체 진행로간의 총 단면비는 적어도 10임을 특징으로 하는 회전장치.
40. 제 1 항에 있어서, 제 4 매체 진행로들의 링 직경과 제 3 매체 진행로의 직경간의 비는 적어도 1.5임을 특징으로 하는 회전장치.
41. 제 40 항에 있어서, 제 4 매체 진행로들의 링 직경과 제 3 매체 진행로의 직경간의 비는 적어도 10임을 특징으로 하는 회전장치.
42. 제 41 항에 있어서, 제 4 매체 진행로들의 링 직경과 제 3 매체 진행로의 직경간의 비는 적어도 20임을 특징으로 하는 회전장치.