KR100990927B1 - Disc type fluid heating device - Google Patents

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KR100990927B1
KR100990927B1 KR1020100045137A KR20100045137A KR100990927B1 KR 100990927 B1 KR100990927 B1 KR 100990927B1 KR 1020100045137 A KR1020100045137 A KR 1020100045137A KR 20100045137 A KR20100045137 A KR 20100045137A KR 100990927 B1 KR100990927 B1 KR 100990927B1
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fluid
disk
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KR1020100045137A
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Inventor
김성권
레브 자하라비치 두다레브
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주식회사 신연에너지
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F24V40/00—Production or use of heat resulting from internal friction of moving fluids or from friction between fluids and moving bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation

Abstract

PURPOSE: A disk-type fluid heating apparatus is provided to effectively heat a large amount of fluid within a short time by inducing strong vortex collision in the fluid. CONSTITUTION: A disk-type fluid heating apparatus comprises a heating unit(10), a high pressure pump(20), a drive motor(30), and a frame(50). The heating unit comprises a body(11) having an outlet(11a) in the center of a side wall, a pair of covers(12) which are attached to both ends of the body and have inlets(12a), a rotary shaft(17) which is arranged across the center of the body and allowed to rotate, a pair of fixed disks(13) which are formed in the shape of a disk and fixed inside the body, and a rotary disk(14) which is arranged inside the fixed disks with a fixed gap. The drive motor drives the rotary shaft. The pump supplies high-pressure fluid to the inside of the heating unit body through an inlet.

Description

디스크형 유체 가열장치{Disc Type Fluid Heating Device}Disc Type Fluid Heating Device

본 발명은 물이나 공기 등의 유체를 디스크의 회전력을 이용하여 가열하는 디스크형 유체 가열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 유체에 강한 와류 충돌(Vortex Colliding)을 발생시킴으로서 다량의 유체를 단시간에 효과적으로 가열할 수 있는 디스크형 유체 가열장치에 관한 것이다.The present invention relates to a disk-type fluid heating device for heating a fluid such as water or air by using the rotational force of the disk, and more particularly, by generating a strong vortex colliding to the fluid in a short time A disk type fluid heating apparatus capable of heating effectively.

디스크형 유체 가열장치는 디스크의 기계적 회전력을 이용하여 유체를 가열하는 장치로서, 연소 가열장치나 배기 장치를 설치하기 곤란한 장소 등에 적용되어 왔으나, 연소 생성물인 배기 가스에 의한 환경 오염을 방지할 수 있으며, 화염에 의해 국부적으로 고온 가열되는 부분이 없어서 가연성 또는 폭발성 유체를 안전하게 가열할 수 있고, 연소 장치, 배기 장치 및 열교환기 등이 필요 없어 장치를 컴팩트하게 저렴한 비용으로 구성할 수 있다는 등의 장점이 있어서 최근 들어 그 적용 범위가 점차 넓어지고 있다.Disc-type fluid heating device is a device that heats a fluid by using the mechanical rotational force of the disc, and has been applied to a place where it is difficult to install a combustion heating device or an exhaust device, but can prevent environmental pollution by exhaust gas as a combustion product. It is possible to safely heat flammable or explosive fluids because there is no part where it is locally heated by flame, and there is no need for a combustion device, an exhaust device, and a heat exchanger. In recent years, its application range is gradually widening.

디스크형 유체 가열장치는 유체의 점성 마찰(viscous friction)에 의한 발열을 이용하는 방식과 유체를 상호 충돌시켜 유체의 운동에너지(kinetic energy)를 유체 내부에너지(internal energy)로 변환시킴으로서 발열을 유발하는 방식으로 크게 대별된다.Disk-type fluid heating device uses heat generated by viscous friction of fluid and generates heat by converting kinetic energy of fluid into internal energy by colliding with fluid. As largely divided.

도 1은 점성 마찰을 이용한 디스크형 유체 가열장치의 일례를 나타내는 도면으로, 대한민국 등록특허 제10-0914261호에 개시되어 있는 열 발생 장치를 나타내는 바, 회전축(102)에 형성되어 있는 유체공급공(102a)와 요홈(102b)을 통해 공급된 유체는 회전축(102)에 교호로 설치된 회전디스크(103)와 고정디스크(104) 사이로 분배 공급되어, 회전디스크(103)와 고정디스크(104) 사이의 미세 간극를 통과하면서 상호 압축 및 마찰에 의해 열을 발생하게 되며, 원심력에 의해 하우징(101)의 중앙쪽으로 이동하면서 다수의 디스크 사이를 통과함으로서 반복적인 압축, 마찰에 의해 열을 발생하게 된다.1 is a view showing an example of a disk-type fluid heating apparatus using viscous friction, showing a heat generating device disclosed in Korean Patent No. 10-0914261, the fluid supply hole formed in the rotating shaft 102 ( The fluid supplied through the 102a and the recess 102b is distributed and supplied between the rotating disk 103 and the fixed disk 104 alternately installed on the rotating shaft 102, so that the fluid is rotated between the rotating disk 103 and the fixed disk 104. Heat is generated by mutual compression and friction while passing through the fine gap, and heat is generated by repeated compression and friction by passing between a plurality of disks while moving toward the center of the housing 101 by centrifugal force.

미설명 부호 1b, 1c는 회전축 및 베어링 냉각용 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급공을 나타낸다.Reference numerals 1b and 1c denote cooling water supply holes for supplying a rotating shaft and cooling water for bearing cooling.

상기한 바와 같이, 점성 마찰을 이용한 디스크형 유체 가열장치는 회전디스크(103)와 고정디스크(104) 사이의 미세 간극을 통과하는 유체 사이의 점성 마찰이 주요 열 발생원이 되는 것으로서, 공급 유체와 토출 유체의 온도차를 크게 할 수 있다는 장점이 있으나, 유체에 점성 마찰을 유발하기 위해 디스크 사이의 간격을 극히 좁게 설치해야 하므로 토출 유량을 일정 한도 이상 크게 하기 어려우며, 따라서 다량의 유체를 가열하는 경우 전체적인 가열 효율(overall efficiency)이 낮다는 단점이 있었다.As described above, in the disk-type fluid heating apparatus using viscous friction, viscous friction between the fluid passing through the micro-gap between the rotating disk 103 and the fixed disk 104 is the main heat source, the supply fluid and the discharge Although there is an advantage in that the temperature difference between the fluids can be increased, it is difficult to increase the discharge flow rate beyond a certain limit because the gap between the discs must be set to be extremely narrow in order to cause viscous friction in the fluid, so that when heating a large amount of fluid, the overall heating The disadvantage is that the overall efficiency is low.

또한, 베어링 결합부분을 냉각하기 위해 별도의 냉각수를 공급해야 하므로 장치가 복잡해 지고 장치비가 증대한다는 문제점이 있었다.In addition, since a separate cooling water must be supplied to cool the bearing coupling part, the device becomes complicated and the device cost increases.

한편, 유체의 충돌에 의해 운동 에너지를 내부에너지로 전환시키는 방식의 예로는, 디스크에 형성된 라발 노즐(de Laval Nozzle), 즉 축소-확대 노즐을 통해 유체의 압력 에너지를 운동에너지로 전환시킨 후, 유체의 충돌에 의해 이 운동 에너지를 내부 에너지로 전환하는 방식이 러시아 특허 RU 2269727 C1에 제안된 바 있다.On the other hand, as an example of a method of converting the kinetic energy into internal energy by the collision of the fluid, after converting the pressure energy of the fluid into the kinetic energy through a de Laval nozzle, that is, a reduction-expansion nozzle formed on the disk, The method of converting this kinetic energy into internal energy by the impact of a fluid has been proposed in Russian patent RU 2269727 C1.

이와 같이 노즐을 이용한 가열장치는 전술한 점성 마찰 방식의 가열 장치에 비해서는 단위 시간당 통과 유량을 증가시킬 수는 있으나, 유체가 좁은 단면적의 노즐을 통과함으로서 운동에너지를 얻게 되므로 유량 증대 효과에 한계가 있어서 전체적인 가열 효율을 크게 증대시킬 수 없다는 한계가 있을 뿐만 아니라, 장치가 복잡하다는 문제점이 있어서 널리 활용되고 있지 못하고 있으며, 현재까지는 점성 마찰 방식의 가열 장치가 주류를 이루고 있는 실정이다.Thus, the heating device using the nozzle can increase the flow rate per unit time compared to the above-described viscous friction type heating device. However, since the kinetic energy is obtained by the fluid passing through the nozzle with a narrow cross-sectional area, there is a limit to the flow increase effect. In addition, there is a limitation that the overall heating efficiency can not be greatly increased, and there is a problem in that the device is complicated, and thus it has not been widely used, and until now, viscous friction type heating devices have become mainstream.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 디스크형 유체 가열장치의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다량의 유체를 단시간에 효과적으로 가열할 수 있는 디스크형 유체 가열장치을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the conventional disk-type fluid heating apparatus as described above, and an object thereof is to provide a disk-type fluid heating apparatus capable of effectively heating a large amount of fluid in a short time.

본 발명의 또 다른 목적은 별도의 냉각 장치 없이 간단한 구성으로 베어링을 냉각할 수 있도록 함으로서 디스크형 유체 가열장치의 내구성 및 신뢰성을 향상시키는 데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to improve the durability and reliability of the disk-type fluid heating device by allowing the bearing to be cooled in a simple configuration without a separate cooling device.

본 발명은, 유체에 고압의 강력한 와류를 발생시켜 이들을 상호 충돌시킴으로서 유체간의 충돌을 극대화하는 경우, 다량의 유체를 단시간에 효과적으로 가열할 수 있다는 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 본 발명에 따른 디스크형 유체 가열장치는, 원통형으로 형성되어, 측벽 중간부에 유체 토출구가 형성있는 몸체; 상기 몸체의 양단 개구부에 각각 결합되며 유체유입구가 형성되어 있는 한 쌍의 커버; 상기 몸체의 중심을 가로질러 회전 가능하게 배치되는 회전축; 원판형으로 형성되어, 중심부에는 상기 회전축의 외주보다 큰 직경의 유체 통과공이 형성되어 있고, 일측 벽에는 다수의 와류 형성홈이 반경 방향으로 길게 형성되어 있으며, 상기 커버의 내측에 상기 와류 형성홈이 상기 몸체의 측벽 중간부를 향하게 배치되도록 상기 몸체 내부에 고정되는 한 쌍의 고정 디스크; 원판형으로 형성되어, 중심부에는 상기 회전축에 결합되는 결합공이 형성되어 있으며, 양측벽에 다수의 와류 형성홈이 반경 방향으로 길게 형성되어 있고, 상기 와류 형성홈의 외측으로 유체 분출공이 형성되어 있으며, 상기 고정 디스크의 내측에 상기 고정 디스크와 일정 간격을 두고 배치되는 상태로 상기 회전축에 결합되는 회전 디스크;를 구비하는 가열 유닛과, 상기 회전축을 구동하는 구동모터;와 상기 가열 유닛의 유체 유입구을 통해 상기 가열 유닛의 본체 내부로 고압 유체를 공급하는 펌프;를 구비하는 것을 특징으로 한다. The present invention has been made in view of the fact that, when maximizing the collision between the fluids by generating a high-pressure strong vortex in the fluid to collide with each other, a large amount of fluid can be effectively heated in a short time, the disk-shaped fluid according to the present invention The heating apparatus has a cylindrical shape, the body having a fluid discharge port formed in the middle of the side wall; A pair of covers respectively coupled to openings at both ends of the body and having fluid inlets formed therein; A rotating shaft rotatably disposed across the center of the body; It is formed in a disk shape, a fluid through hole of a diameter larger than the outer periphery of the rotary shaft is formed in the center, a number of vortex forming grooves are formed in one side wall is formed long in the radial direction, the vortex forming grooves inside the cover A pair of fixed disks fixed within the body to be disposed toward an intermediate portion of the side wall of the body; It is formed in a disc shape, the coupling hole is formed in the central portion is coupled to the rotating shaft, a plurality of vortex forming grooves are formed long in the radial direction on both side walls, the fluid ejection hole is formed outside the vortex forming groove, A heating unit including a rotating disk coupled to the rotating shaft in a state in which the fixed disk is spaced apart from the fixed disk, and a driving motor for driving the rotating shaft; and the fluid inlet of the heating unit. And a pump for supplying a high pressure fluid into the body of the heating unit.

본 발명의 이러한 특징에 따르면, 가열 대상 유체의 통로가 디스크 사이의 좁은 틈새로 형성되는 것이 아니라 회전 디스크에 형성되어 있는 다수의 유체 분출공에 의해 형성되며, 다수의 디스크를 밀접하게 설치할 필요 없이 와류 발생용의 최소한의 디스크만을 필요로 하므로, 간단한 구성으로 다량의 유체를 단시간에 효과적으로 가열할 수 있게 된다. According to this aspect of the invention, the passage of the fluid to be heated is not formed by a narrow gap between the disks but is formed by a plurality of fluid ejection holes formed in the rotating disk, and vortex without the necessity of installing a plurality of disks closely. Since only a small number of disks are required for generation, a simple configuration can efficiently heat a large amount of fluid in a short time.

디스크가 회전함에 따라, 유체는 와류 형성홈에 의해 원주 방향으로 회전력을 받으면서 와류를 형성함과 동시에, 원심력에 의해 디스크의 외주 방향으로의 힘을 받으면서 와류 형성홈을 따라 유도되어 와류를 형성하는 바, 와류 형성홈의 단면은 대략 타원 아크(arc of ellipse)의 형상으로 형성하는 것이 바람직하며, 외주 방향으로 갈수록 곡률이 커지도록 형성하는 것이 바람직하다. As the disk rotates, the fluid forms a vortex while receiving a rotational force in the circumferential direction by the vortex forming groove, and is guided along the vortex forming groove while receiving the force in the circumferential direction of the disk by the centrifugal force to form a vortex. The cross section of the vortex forming groove is preferably formed in the shape of an arc of ellipse, and it is preferable that the cross section of the vortex forming groove is formed so as to increase the curvature toward the outer circumferential direction.

회전디스크의 유체 분출공을 통해 몸체의 내측으로 공급된 유체 역시 회전디스크의 와류 형성홈에 의해 몸체 외주 방향으로 유도되면서, 회전 디스크와 몸체 사이의 미세 틈새를 통해 역류될 수 있는 바, 이는 가열 효율를 저하시키는 요인이 됨을 실험 결과를 통해 확인할 수 있었다.Fluid supplied to the inside of the body through the fluid ejection hole of the rotating disk is also guided in the circumferential direction of the body by the vortex forming groove of the rotating disk, it can be flowed back through the fine gap between the rotating disk and the body, which is a heating efficiency It can be confirmed through the experimental results that the deterioration factor.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 회전 디스크의 외주에 다수의 역류 방지공을 형성하여 역류 방지공에 의한 원심력에 의해 회전 디스크와 몸체 사이에 유체벽을 형성함으로서 유체의 역류를 방지하는 것이 바람직하다. According to another feature of the invention, it is preferable to prevent the back flow of fluid by forming a plurality of backflow prevention holes on the outer periphery of the rotating disk to form a fluid wall between the rotating disk and the body by centrifugal force by the backflow prevention hole. .

한편, 디스크를 고속으로 회전시키는 디스크형 유체 가열장치의 특성상, 회전축을 지지하는 베어링의 내구성은 장치의 내구성 및 신뢰성에 큰 영향을 미치는 바, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 커버의 중앙부에는 상기 회전축이 통과하는 축통과공이 형성되어 있고, 상기 커버의 외측에는 베어링 하우징이 설치되어 상기 베어링 하우징에 고정된 베어링에 의해 상기 회전축이 지지되며, 상기 베어링 하우징과 상기 커버 사이에는 메카니컬실이 설치되는 메카니컬실 하우징이 설치되며, 상기 커버에는 상기 유체 유입구로 유입된 유체를 상기 메카니컬실 하우징의 내부로 유도하는 유체 통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 바, 본 발명의 이러한 특징에 따르면, 상대적으로 온도가 낮은 유입구 측의 유체를 커버에 형성된 유체 통로를 통해 메카니컬실 하우징에 공급하여 축 및 이에 연결되어 있는 베어링을 냉각함으로서, 냉각수를 공급하기 위한 펌프 등의 별도의 장치 없이 간단한 구성으로 장치의 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.On the other hand, due to the characteristics of the disk-type fluid heating device for rotating the disk at high speed, the durability of the bearing supporting the rotating shaft has a great effect on the durability and reliability of the device, according to another feature of the present invention, the central portion of the cover A shaft through hole through which the rotating shaft passes is formed, and a bearing housing is installed outside the cover to support the rotating shaft by a bearing fixed to the bearing housing, and a mechanical seal is installed between the bearing housing and the cover. The mechanical seal housing is installed, and the cover is formed with a fluid passage for guiding the fluid introduced into the fluid inlet into the interior of the mechanical seal housing. According to this aspect of the present invention, a relatively temperature Fluid through the fluid passageway formed in the cover By supplying the mechanical seal housing to cool the shaft and the bearings connected thereto, the durability and reliability of the device can be improved by a simple configuration without a separate device such as a pump for supplying cooling water.

본체 내부 유체의 압력을 조절하고, 고압으로 공급된 고압 유체가 정상 압력으로 배출될 수 있도록 유체토출구에 연결되는 관로에는 감압 밸브를 설치하는 것이 바람직하다.It is preferable to install a pressure reducing valve in the conduit connected to the fluid discharge port so as to adjust the pressure of the fluid inside the main body and allow the high pressure fluid supplied at a high pressure to be discharged at the normal pressure.

본 발명에 따르면, 가열 대상 유체의 통로가 디스크 사이의 좁은 틈새로 형성되는 것이 아니라 회전 디스크에 형성되어 있는 다수의 유체 분출공에 의해 형성되며, 다수의 디스크를 밀접하게 설치할 필요 없이 와류 발생용의 최소한의 디스크만을 필요로 하므로, 간단한 구성으로 다량의 유체를 단시간에 효과적으로 가열할 수 있게 된다. According to the present invention, the passage of the fluid to be heated is not formed by a narrow gap between the disks, but is formed by a plurality of fluid ejection holes formed in the rotating disk, and is used for vortex generation without the necessity of installing a plurality of disks closely. Since only a small amount of disk is required, a simple configuration enables efficient heating of large quantities of fluid in a short time.

따라서, 소용량 가열 장치에 한정되지 않고, 주택, 산업시설, 수영장, 온실 등의 난방 또는 대용량 온수 탱크나 공정용 오일 또는 공기 등을 가열하는 데 종래의 연소 가열장치를 대치하여 기계적으로 작동되는 디스크형 유체 가열장치를 적용할 수 있도록 함으로서, 환경 오염을 방지하는 데 크게 기여할 수 있게 된다. Therefore, the disk type is not limited to a small capacity heating device, and mechanically operated by replacing a conventional combustion heating device for heating a large capacity hot water tank or a process oil or air, such as a house, an industrial facility, a swimming pool, a greenhouse, or the like. By making it possible to apply a fluid heater, it is possible to contribute greatly to preventing environmental pollution.

또한, 상대적으로 온도가 낮은 유입구 측의 유체를 커버에 형성된 유체 통로를 통해 메카니컬실 하우징에 공급하여 축 및 이에 연결되어 있는 베어링을 냉각함으로서, 냉각수를 공급하기 위한 펌프 등의 별도의 장치 없이 간단한 구성으로 장치의 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, by supplying a fluid at the inlet side of a relatively low temperature to the mechanical chamber housing through a fluid passage formed in the cover to cool the shaft and the bearing connected thereto, a simple configuration without a separate device such as a pump for supplying cooling water This can improve the durability and reliability of the device.

도 1은 종래 점성 마찰 방식 디스크형 유체 가열장치의 일례를 나타내는 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 유체 가열장치의 전체적인 구성을 나타내는 도면.
도 3는 고정 디스크의 정면도 및 그 단면도.
도 4은 회전 디스크의 정면도 및 그 단면도.
도 5는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 개념도로, 도 5a는 반경 방향의 와류 형성 작용을 설명하기 위한 개념도, 도 5b는 원주 방향의 와류 형성 작용을 설명하기 위한 개념도.1 is a conceptual view showing an example of a conventional viscous friction disk type fluid heating device.
2 is a view showing the overall configuration of the disk-type fluid heating apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a front view and a sectional view of the fixing disk;
4 is a front view and a sectional view of the rotating disk;
5 is a conceptual diagram for explaining the principle of the present invention, Figure 5a is a conceptual diagram for explaining the vortex forming action in the radial direction, Figure 5b is a conceptual diagram for explaining the vortex forming action in the circumferential direction.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 실시예에 따른 디스크형 유체 가열장치는, 가열 유닛(10), 가열 유닛의 유체 유입구을 통해 고압 유체를 공급하는 고압 펌프(20), 가열 유닛의 회전축을 구동하기 위한 구동모터(30)가 프레임(50)상에 설치되어 하나의 유닛으로 제조된다.In the disk-type fluid heating apparatus according to the present embodiment, the heating unit 10, the high pressure pump 20 for supplying a high pressure fluid through the fluid inlet of the heating unit, the drive motor 30 for driving the rotating shaft of the heating unit is framed It is installed on 50 and manufactured in one unit.

가열 유닛(10)은, 양단이 개구되어 있는 원통형의 몸체(11)와, 몸체의 양단 개구부에 각각 결합되는 한 쌍의 커버(12)와, 몸체의 중심을 가로질러 회전 가능하게 배치되는 회전축(17)과, 본체의 내부에 고정되는 고정 디스크(13)와, 회전축에 결합되어 구동 모터(30)가 구동됨에 따라 본체 내부에서 회전 운동하는 회전 디스크(14)로 구성된다.The heating unit 10 includes a cylindrical body 11 having both ends open, a pair of covers 12 respectively coupled to openings at both ends of the body, and a rotating shaft rotatably disposed across the center of the body ( 17), a fixed disk 13 fixed to the inside of the main body, and a rotating disk 14 coupled to the rotating shaft to rotate in the main body as the drive motor 30 is driven.

몸체(11)의 측벽 중간부에는 유체 토출구(11a)가 형성있고, 몸체 양측의 커버(12)에는 유체 유입구(12a)가 형성되어 있어서, 펌프(20)에 의해 공급되는 고압의 유체는 가열 유닛 양측의 유체 유입구(12a)로 유입되어, 고정 디스크(13) 및 회전 디스크(14)를 거쳐 몸체 중간부의 유체 토출구(11a)로 토출된다. The fluid outlet 11a is formed in the middle of the side wall of the body 11, and the fluid inlet 12a is formed in the cover 12 on both sides of the body, so that the high pressure fluid supplied by the pump 20 is heated. It flows into the fluid inlet 12a of both sides, and is discharged to the fluid discharge port 11a of the middle part of a body through the fixed disk 13 and the rotating disk 14.

고정 디스크(13)는 원판형으로 형성되어, 중심부에는 회전축(17)의 외주보다 큰 직경의 유체 통과공(13a)이 형성되어 있고, 일측 벽에는 다수의 와류 형성홈(13b)이 반경 방향으로 길게 형성되어 있으며, 와류 형성홈(13b)이 몸체의 측벽 중앙부을 향하는 상태로, 고정 볼트(13d)에 의해 커버(12) 내측벽에 일정 간격을 두고 고정된다. The fixed disk 13 is formed in a disc shape, and a fluid passage hole 13a having a diameter larger than the outer circumference of the rotation shaft 17 is formed at the center thereof, and a plurality of vortex forming grooves 13b are radially formed at one wall. It is formed long and is fixed to the inner wall of the cover 12 by a fixed bolt 13d with the vortex forming groove 13b facing the center of the side wall of the body.

회전 디스크(14) 역시 원판형으로 형성되며, 중심부에는 회전축(17)에 결합되는 결합공(14a)이 형성되어 있으며, 양측벽에는 반경 방향으로 길게 형성된 다수의 와류 형성홈(14b)이 형성되어 있고, 와류 형성홈의 외측으로 다수의 유체 분출공(14c)이 형성되어 있으며, 외주에는 다수의 역류 방지공(14d)이 형성되어 있으며, 고정 디스크(13)의 내측에 고정 디스크와 일정 간격을 두고 배치된다.Rotating disk 14 is also formed in a disc shape, the center is formed with a coupling hole (14a) coupled to the rotary shaft 17, a plurality of vortex forming grooves (14b) formed in the radial direction long in both side walls are formed A plurality of fluid ejection holes 14c are formed on the outside of the vortex forming groove, and a plurality of backflow preventing holes 14d are formed on the outer circumference thereof. Placed and placed.

와류 형성홈의 단면은 대략 타원 아크(arc of ellipse)의 형상으로 형성되는 바, 외주 방향으로 갈수록 곡률이 커지도록 형성하는 것이 바람직하다. Since the cross-section of the vortex forming groove is formed in the shape of an arc of ellipse, the curvature may be formed to increase in the circumferential direction.

고정 디스크(13)와 회전 디스크(14) 사이의 간격 및 양측 회전 디스크(13) 사이의 간격은 디스크의 직경 및 두께, 와류 형성홈의 형상에 따라 최적의 값을 실험적으로 선택하는 것이 바람직한 바, 실험 결과에 따르면, 고정 디스크(13)와 회전 디스크(14) 사이의 간격은 대체적으로 디스크의 두께에 해당하는 간격이 적절하였으며, 양측 회전 디스크(13) 사이의 간격은 대체적으로 회전 디스크(14)의 반경 또는 반경보다는 약간 크게 형성하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.The interval between the fixed disk 13 and the rotating disk 14 and the interval between the two rotating disk 13 is preferably selected experimentally the optimal value according to the diameter and thickness of the disk, the shape of the vortex forming groove, According to the experimental results, the spacing between the fixed disk 13 and the rotating disk 14 is generally appropriate to the thickness of the disk, the spacing between the two rotating disk 13 is generally the rotating disk 14 It was confirmed that it is preferable to form a slightly larger than the radius or radius of.

이하, 도 5를 중심으로 본 발명에 주요 작동 원리를 설명한다.Hereinafter, the main operating principle of the present invention will be described with reference to FIG.

펌프(20)에 의해 공급되는 고압의 유체는 가열 유닛 양측의 유체유입구(12a)로 유입된 후, 고정 디스크(13)의 유체 통과공(13a)과 회전축(17) 사이의 통로를 통과하여 고정 디스크(13)과 회전 디스크(14) 사이에 공급된다.The high pressure fluid supplied by the pump 20 flows into the fluid inlet 12a on both sides of the heating unit, and is then fixed through the passage between the fluid passage hole 13a of the fixed disk 13 and the rotary shaft 17. It is supplied between the disk 13 and the rotating disk 14.

고정 디스크(13)과 회전 디스크(14) 사이에 공급된 유체는, 회전 디스크(14)가 회전함에 따라, 양측 디스크에 형성되어 있는 다수의 와류 형성홈(13b, 14b)에 의해, 도 5a에 도시된 바와 같은 반경 방향의 와류와 도 5b에 도시된 바와 같은 원주 방향, 다시 말해. 디스크의 상대적인 회전 운동에 따른 회전 방향의 와류를 복합적으로 형성하게 되며, 이와 같이 고정 디스크(13)과 회전 디스크(14) 양측으로부터 형성된 고압, 고속의 격심한 와류가 상호 충돌하여 운동 에너지가 내부 에너지로 변환됨으로서 유체의 온도가 상승하게 된다. The fluid supplied between the fixed disk 13 and the rotating disk 14 is shown in FIG. 5A by the plurality of vortex forming grooves 13b and 14b formed in both disks as the rotating disk 14 rotates. Radial vortices as shown and circumferential directions as shown in FIG. The vortices in the rotational direction according to the relative rotational motion of the disk are formed in a complex manner. As such, the high-pressure, high-speed intense vortices formed from both sides of the fixed disk 13 and the rotating disk 14 collide with each other so that the kinetic energy is internal energy. The temperature of the fluid is increased by converting to.

회전디스크(14)의 유체 분출공(14c)을 통해 몸체의 내측으로 공급된 유체 역시 회전디스크(14)의 와류 형성홈에 의해 몸체 외주 방향으로 유도되면서 와류를 형성하게 되며, 양측 회전디스크(14)에 형성된 와류가 상호 충돌하면서, 2차적으로 유체의 운동 에너지가 내부에너지로 변환되어 온도가 상승된 후, 몸체 중간부의 유체토출구(11a)를 통해 배출된다.Fluid supplied to the inside of the body through the fluid ejection hole 14c of the rotating disk 14 is also guided in the outer circumferential direction of the body by the vortex forming groove of the rotating disk 14 to form a vortex, both rotating disk 14 As the vortices formed at) collide with each other, the kinetic energy of the fluid is secondly converted into internal energy and the temperature is raised, and then discharged through the fluid discharge port 11a in the middle of the body.

본 발명에 따르면, 가열장치를 통과하기 전후의 온도차는 점성 마찰형의 가열장치에 비해 다소 낮으나, 유체의 통로가 디스크 사이의 좁은 틈새로 형성되는 것이 아니라 회전 디스크에 형성되어 있는 다수의 유체 분출공에 의해 형성되며, 다수의 디스크를 밀접하게 설치할 필요 없이 와류 발생용의 최소한의 디스크만을 필요로 하므로, 다량의 유체를 단시간에 순환시킬 수 있게 되며, 결과적으로 전체적인 가열 효율(overall heating efficiency)을 높일 수 있게 된다.According to the present invention, the temperature difference before and after passing through the heating apparatus is somewhat lower than that of the viscous friction type heating apparatus, but the plurality of fluid ejection holes formed in the rotating disk are not formed in the narrow gap between the disks. It is formed by, and because it requires only the minimum disk for vortex generation without the need to install a large number of disks closely, it is possible to circulate a large amount of fluid in a short time, and consequently to increase the overall heating efficiency It becomes possible.

또한, 일반적으로 유체는 온도가 높아질수록 점성이 저하되므로, 점성 마찰형의 경우 유체의 온도가 높아질수록 가열 효율 자체가 급속히 저하되지만, 본 발명의 경우는 점성의 영향을 거의 받지 않으므로 높은 온도에서도 효과적으로 가열작용을 수행할 수 있다.In addition, since the fluid generally decreases in viscosity as the temperature increases, in the case of a viscous friction type, the heating efficiency itself rapidly decreases as the temperature of the fluid increases. However, in the case of the present invention, the fluid is hardly affected by viscosity, so it is effective even at high temperatures. Heating can be carried out.

한편, 본 실시예의 경우, 커버(12)의 중앙부에 회전축(17)이 통과하는 축통과공(12c)이 형성되어 있고, 커버의 외측에는 베어링 하우징(15)이 설치되어 있어서, 베어링 하우징에 고정된 베어링(15a)에 의해 회전축(17)이 지지되며, 베어링 하우징(17)과 커버(12) 사이에는 메카니컬실(16a)이 설치되는 메카니컬실 하우징(16)이 설치되며, 커버(12)에는 유체 유입구(12a)로 유입된 유체를 메카니컬실 하우징(16)의 내부로 유도하는 유체 통로(12b)가 형성되어 있어서, 상대적으로 온도가 낮은 유체 유입구(12a) 측의 유체를 커버(12)에 형성된 유체 통로(12b)를 통해 메카니컬실 하우징(16)에 공급하여 회전축(17) 및 이에 연결되어 있는 베어링(15a)을 냉각함으로서, 냉각수를 공급하기 위한 펌프 등의 별도의 장치 없이 간단한 구성으로 장치의 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.On the other hand, in the present embodiment, the shaft through hole 12c through which the rotating shaft 17 passes is formed in the center of the cover 12, and the bearing housing 15 is provided on the outside of the cover, so that it is fixed to the bearing housing. The rotating shaft 17 is supported by the bearing 15a, and the mechanical seal housing 16, in which the mechanical seal 16a is installed, is installed between the bearing housing 17 and the cover 12, and the cover 12 A fluid passage 12b is formed which guides the fluid introduced into the fluid inlet 12a into the interior of the mechanical chamber housing 16, so that the fluid at the side of the fluid inlet 12a having a relatively low temperature is formed in the cover 12. By supplying to the mechanical chamber housing 16 through the formed fluid passage 12b to cool the rotating shaft 17 and the bearing 15a connected thereto, the device is provided in a simple configuration without a separate device such as a pump for supplying cooling water. Can improve the durability and reliability of It is good.

또한, 본 실시예의 경우, 본체 내부 유체의 압력을 조절하고, 고압으로 공급된 고압 유체가 정상 압력으로 배출될 수 있도록 유체토출구에 연결되는 관로에 감압 밸브(40)가 설치되어 있는 것을 나타내고 있는 바, 토출 관로에는 필요에 따라 압력조절밸브가 설치될 수 있다.In addition, in the present embodiment, it is shown that the pressure reducing valve 40 is installed in the conduit connected to the fluid discharge port so as to regulate the pressure of the fluid inside the main body and allow the high pressure fluid supplied at a high pressure to be discharged at the normal pressure. In the discharge conduit, a pressure control valve may be installed as necessary.

미설명 부호 21은 펌프를 구동하기 위한 모터, 31은 가열유닛 구동모터의 구동축과 가열유닛의 회전축을 연결하는 커플링을 나타낸다.Reference numeral 21 denotes a motor for driving the pump, 31 denotes a coupling connecting the drive shaft of the heating unit drive motor and the rotation shaft of the heating unit.

10 : 가열유닛 10: 고압 펌프
30 : 구동모터 40 : 감압 밸브
11 : 본체 12 : 커버
13 : 고정 디스크 14 : 회전 디스크
13a : 유체 통과공 13b, 14b : 와류 형성홈
14c : 유체 분출공 14d : 역류 방지공
16 : 메카니컬실 하우징 16a : 메카니컬실10: heating unit 10: high pressure pump
30: drive motor 40: pressure reducing valve
11: body 12: cover
13: fixed disk 14: rotating disk
13a: fluid passage hole 13b, 14b: vortex forming groove
14c: fluid jet hole 14d: backflow prevention hole
16: mechanical seal housing 16a: mechanical seal

Claims (5)

원통형으로 형성되어, 측벽 중간부에 유체 토출구가 형성있는 몸체;
상기 몸체의 양단 개구부에 각각 결합되며 유체유입구가 형성되어 있는 한 쌍의 커버;
상기 몸체의 중심을 가로질러 회전 가능하게 배치되는 회전축;
원판형으로 형성되어, 중심부에는 상기 회전축의 외주보다 큰 직경의 유체 통과공이 형성되어 있고, 일측 벽에는 다수의 와류 형성홈이 반경 방향으로 길게 형성되어 있으며, 상기 커버의 내측에 상기 와류 형성홈이 상기 몸체의 측벽 중간부을 향하게 배치되도록 상기 몸체 내부에 고정되는 한 쌍의 고정 디스크;
원판형으로 형성되어, 중심부에는 상기 회전축에 결합되는 결합공이 형성되어 있으며, 양측벽에 다수의 와류 형성홈이 반경 방향으로 길게 형성되어 있고, 상기 와류 형성홈의 외측으로 유체 분출공이 형성되어 있으며, 상기 고정 디스크의 내측에 상기 고정 디스크와 일정 간격을 두고 배치되는 상태로 상기 회전축에 결합되는 회전 디스크;를 구비하며, 상기 회전 디스크의 외주에는 다수의 역류 방지공이 형성되어 있는 가열 유닛과,
상기 회전축을 구동하는 구동모터와,
상기 가열 유닛의 유체 유입구을 통해 상기 가열 유닛의 본체 내부로 고압 유체를 공급하는 펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크형 유체 가열장치.
A body formed in a cylindrical shape and having a fluid discharge port formed in a middle portion of the side wall;
A pair of covers respectively coupled to openings at both ends of the body and having fluid inlets formed therein;
A rotating shaft rotatably disposed across the center of the body;
It is formed in a disk shape, a fluid through hole of a diameter larger than the outer periphery of the rotary shaft is formed in the center, a number of vortex forming grooves are formed in one side wall is formed long in the radial direction, the vortex forming grooves inside the cover A pair of fixed disks fixed within the body to be disposed toward the middle of the side wall of the body;
It is formed in a disc shape, the coupling hole is formed in the central portion is coupled to the rotating shaft, a plurality of vortex forming grooves are formed long in the radial direction on both side walls, the fluid ejection hole is formed outside the vortex forming groove, And a rotating disk coupled to the rotating shaft in a state in which the fixed disk is spaced apart from the fixed disk, wherein the heating unit has a plurality of backflow prevention holes formed on the outer circumference of the fixed disk;
A drive motor for driving the rotating shaft;
And a pump for supplying a high pressure fluid into the body of the heating unit through the fluid inlet of the heating unit.
제 1 항에 있어서,
상기 와류 형성홈의 단면은 외주 방향으로 갈수록 곡률이 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크형 유체 가열장치.The method of claim 1,
The cross section of the vortex forming groove is a disk-type fluid heating device, characterized in that the curvature is formed larger toward the outer circumferential direction. 삭제delete 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 커버의 중심부에는 상기 회전축이 통과하는 축통과공이 형성되어 있고, 상기 커버의 외측에는 베어링 하우징이 설치되어 상기 베어링 하우징에 고정된 베어링에 의해 상기 회전축이 지지되며,
상기 베어링 하우징과 상기 커버 사이에는 메카니컬실이 설치되는 메카니컬실 하우징이 설치되며,
상기 커버에는 상기 유체 유입구로 유입된 유체를 상기 메카니컬실 하우징의 내부로 유도하는 유체 통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크형 유체 가열장치.The method according to claim 1 or 2,
A shaft through hole through which the rotating shaft passes is formed in the center of the cover, and a bearing housing is installed outside the cover to support the rotating shaft by a bearing fixed to the bearing housing.
A mechanical seal housing is installed between the bearing housing and the cover, and the mechanical seal is installed.
And a fluid passage formed in the cover to guide the fluid introduced into the fluid inlet into the mechanical chamber housing. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유체토출구에 연결되는 관로에는 감압 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 디스크형 유체 가열장치. The method according to claim 1 or 2,
Disk-type fluid heating device, characterized in that the pressure reducing valve is installed in the pipeline connected to the fluid discharge port.
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