KR101009259B1 - 수심 100ｍ의 망간단괴 채취용 양광펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프에 관한 것으로, 그 목적은 수심 200ｍ 정도의 근해역에서 작동되어 망간 단괴 알갱이를 채취할 수 있는 근해역 망간 단괴 채취용 양광펌프를 제공하는 것이다.

본 발명은 반구형 상부 캡과, 펌프부의 흡입 케이스가 결합되는 반구형 하부 캡에 의해 상,하부가 밀폐되는 원통형 몸체와; 원통형 몸체의 내부에서 수직방향으로 고정 설치되는 펌프용 모터와; 펌프용 모터의 모터 케이스 하단에 연결설치되어 내측에 제 1 오일챔버를 형성하는 메인커버와, 상기 메인커버의 외측 중앙에 결합되어 제 2 오일챔버를 형성하는 보조커버에 의해 펌프용 모터 내부로의 해수유입을 방지하는 커버와; 펌프용 모터의 축과 반구형 하부 캡 사이에 설치되어 망간 단괴를 포함하여 해수를 끌어 올리는 펌프부와; 상기 펌프용 모터와 펌프부 사이를 밀폐시켜 주는 밀폐수단을 포함하되, 상기 밀폐수단은 모터 케이스와 메인커버의 내측 사이에 노출된 모터의 축 상에 설치되는 이너(inner) 메카니컬 실과, 제2오일챔버내에 노출된 모터의 축상에 설치되는 아우터(outer)메카니컬 실과, 제 1,2오일챔버에 충전되는 오일을 포함하도록 되어있다.

양광펌프, 근해역, 메카니컬 실, 망간단괴, 수중펌프

Description

수심 100ｍ의 망간단괴 채취용 양광펌프{Lifting pump for mining Manganese nodules in the sea of 100m-depth}

본 발명은 근해역 망간 단괴 채취용 양광 펌프에 관한 것으로, 수심 100~250 m의 근해역에서 수밀을 유지하며 작동되고 40㎜ 정도의 망간 단괴 입자가 자유롭게 통과될 수 있는 유로를 구비한 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프에 관한 것이다.

일반적으로 심해저의 망간 단괴(manganese nodule)는 편평한 모양이거나 구상(球狀)을 이루며, 흑갈색을 띠는 비결정질(非結晶質)로서 채집시는 연하고, 마르면 굳어서 부서지기 쉽다.

이와 같은 망간 단괴는 망간, 철, 규산 및 수분을 주로 하여, 미량성분량(微量成分量)에는 지역적으로 차이가 있고, 콜로이드 상태인 수산화물로부터의 침전설과 산화철의 촉매작용에 의한 침전설이 있으며, 그 성장속도는 1000년에 0.01∼1㎜정도로 알려져 있다.

상기와 같은 심해저 망간 단괴를 채광하는 시스템은, 심해저면의 집광기와, 양광관, 양광펌프 시스템 및 버퍼, 해상의 채광선으로 구성된다.

집광기에 의해 해저면으로부터 분리 채집되는 망간 단괴는 중간 저장소인 양광관 하단의 버퍼에서 단괴의 유동농도를 최적으로 조절한 후 양광관을 통하여 해상까지 연속적으로 이송된다.

또한, 상기 집광기와 버퍼 사이에는 유연한 호스를 통하여 망간 단괴를 이송함으로써 집광기가 해저면에서 부드럽게 주행할 수 있도록 설계되어 있다.

또, 상기 집광기와 버퍼를 연결하는 유연호스는 집광기의 주행성능을 최대한 보장하기 위하여 집광기와는 수직방향으로 연결되어 큰 아치형상을 유지하면서 버퍼로 연결되도록 설계되는데, 이때 버퍼는 집광기의 전방에 위치하여 유연호스의 아치형상이 유지되도록 한다.

이러한 집광기에 대한 버퍼의 상대위치를 최적으로 유지하는 것은 양광관의 동적거동을 정확하게 고려하더라도 해상 채광선의 동적 위치 시스템(Dynamic Positioning System, DPS)만으로는 거의 불가능하다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 버퍼에 자체의 추진시스템을 설치함으로써 채광선 DPS의 기능을 보완함과 아울러 최적의 상대위치를 유지하도록 제어하는 방안이 고려되고 있다.

전술한 바와 같이 버퍼의 위치제어에 의해서 버퍼와 집광기간의 상대위치가 최적으로 유지될 때 집광기의 해저면에서의 주행성능이 보장되며, 집광주행차량의 우수한 주행성능은 채광시스템의 상업적 규모의 망간 단괴 생산량을 결정하는 가장 중요한 요소가 된다.

한편, 일부 심해저 망간 단괴 채광 시스템에서는 수봉식 펌프를 사용하고 있는데, 이와 같은 수봉식 펌프는 도 1 에 도시된 바와 같이, 몸체(101)의 상부에는 펌프가 설치되며, 하부에는 모터가 설치되고, 그 중간부에는 흡입구(102)를 둔 제품으로 흡입구(102)에는 스트레이나(103)가 설치된 구성으로 되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 펌프가 해저에 깔린 망간 단괴를 채취하는 방법은 다음과 같다.

또 다른 분출관에서 해수를 부유시켜 토사와 망간 단괴를 부유시키고, 이렇게 부유된 토사와 망간 단괴는 몸체(101)의 중간에 위치된 흡입구(102)로 해수와 함께 유입되며, 이와 같이 유입된 토사와 망간 단괴 함유물은 해수의 운동에너지에 의해 해상으로 유출되어 채집된다.

그러나 이와 같은 구성을 갖는 수봉식 펌프는 첫째, 상부에 펌프가 설치되고 하부에 모터가 설치되며 그 중간에 흡입구를 두었기 때문에 해저면과 거리가 있게 되어 펌프의 하부와 해저면과의 거리로 인해서 분출관에서 해수를 분출하여 토사와 망간 단괴를 부유시키지 않으면, 쓸데없이 많은 해수를 흡입해야만 하는 문제가 발생하여 해수의 단위 체적당 함유하고 있는 망간 단괴의 양이 적어 채취 비용의 증가를 가져오는 문제점이 있다.

둘째, 펌프 몸체의 중간에 흡입구를 형성시켜 두었기 때문에 흡입구를 스트레이너로 막아 흡입조건이 악화되는 문제가 빈번히 발생하여 흡입구가 막히는 현상이 빈발하고, 이로 인한 전동기 기능 발휘에 문제가 발생하게 되는 문제점이 있다.

셋째, 흡입된 양광 알갱이가 펌프를 통과하면서 임펠러와 축 사이에 끼이게 될 가능성이 많아 모터의 소손 가능성이 큰 문제점이 있다.

넷째, 펌프의 길이가 길어 설치 등의 어려움이 상존하고 다섯째, 모터가 수봉식인 관계로 바닷물에 의한 부식의 우려가 크게 되는 등의 문제점이 있다.

또한, 본 발명의 출원인이 출원하여 등록받은 특허등록 제 0716061 호의 경우, 상기와 같은 문제점을 해소한 양광펌프이나, 상기 특허등록 제 0716061 호는 천해역 즉, 수심 200ｍ 이하의 천해역에서 망간 단괴 알갱이를 채취하기 위한 것으로, 이러한 천해역 양광펌프를 수민 200ｍ 이상의 근해역에 적용할 수 없다.

즉, 천해역 양광펌프는 밀폐수단으로 모터 케이스와 커버의 내측 사이에 노출된 모터의 축 상에 메카니컬 실을 설치하고, 상기 커버의 내부에는 오일을 충진시키도록 되어 있으나, 상기와 같은 밀폐수단은 수심 200ｍ 에서 그 기능을 구비할 수 없다.

또한, 수중다단펌프의 경우, 단수가 늘어남에 따라 반경방향의 하중을 베어링이 충분히 견디어 주어야 하나, 상기 천해역 양광펌프를 근해역에 적용할 경우, 반경방향의 하중을 베어링이 견디지 못하여 펌프부가 작동되지 못하는 문제점이 발생되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 수심 200 ｍ 정도의 근해역에서 작동되어 망간 단괴 알갱이를 채취할 수 있는 근해역 망간단괴 채취용 양광펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 이너(inner) 메카니컬 실과 아우터(outer) 메카니컬 실의 이중 구조설치에 따른 밀폐수단을 구비하여, 진공압력 20㎏_f/㎠ 이상을 구비하도록 한 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 이너(inner) 메카니컬 실과 아우터(outer) 메카니컬 실의 설치위치에 각각 제 1 오일챔버 및 제 2 오일챔버를 구비하도록 하여, 이너(inner) 메카니컬 실과 아우터(outer) 메카니컬 실의 설치에 따른 윤활작용을 구비하도록 한 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 모터 축과 흡입케이스 사이에 오일레스 베어링을 설치하여, 단수의 증가에 따른 반경방향의 하중을 견디고 해수에서 작동될 수 있는 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 흡입구를 바로 망간 단괴가 깔린 해저면에 위치하도록 하여 적은 양의 해수 유입으로도 많은 양의 망간 단괴를 채취할 수 있어 채취 시간과 비용을 절감할 수 있는 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 흡입된 망간 단괴 알갱이가 모터 주변을 싸고 있는 수로를 통과되도록 유로 구조가 단순화하여 토사 또는 단괴가 끼일 염려가 적고, 안전한 작동이 가능하므로 제품의 가동 안정성을 높일 수 있어 펌프의 소손이 매우 적은 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 더블 메카니컬 실(Mechanical Seal)과 싱글 메카니컬 실을 축봉장치로 사용하기 때문에 축봉 장치로의 토사유입이 없어 유지 보수비용이 매우 작은 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 설치 수심에 따른 변화를 이단 또는 삼단 등으로 적용할 수 있도록 다단 설치가 가능한 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 펌프부와 모터가 일체형으로 설치되어 있어, 별도의 축 이음이 필요하지 않으며, 무게 중심이 펌프 중앙부에 위치하도록 되어 있어, 설치시 중심선 확보가 용이하고 해류에 영향을 받지 않고 안정적으로 동작할 수 있는 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프를 제공하는 것이다.

본 발명은 유체 배출구와 케이블 삽입관을 구비한 반구형 상부 캡과, 펌프부의 흡입 케이스가 결합되는 반구형 하부 캡에 의해 상,하부가 밀폐되는 원통형 몸체와;

원통형 몸체의 내면과 모터 케이스 외주면 사이에 유로가 형성되도록 몸체의 내부에서 수직방향으로 고정 설치되어 케이블을 통해 전력이 공급되면 펌프부를 작동시켜 주는 펌프용 모터와;

모터 케이스의 하단에 연결설치되어 내측에 제 1 오일챔버를 형성하는 메인 커버와, 상기 메인커버의 외측 중앙에 결합되어 제 2 오일챔버를 형성하는 보조커버에 의해 펌프용 모터 내부로의 해수유입을 방지하는 커버와;

펌프용 모터의 축과 반구형 하부 캡 사이에 설치되고 펌프용 모터에 의해 작동되어 망간 단괴를 포함한 해수를 끌어 올리는 펌프부와;

상기 펌프용 모터와 펌프부 사이를 밀폐시켜 주는 밀폐수단을 포함하되,

상기 밀폐수단은 모터 케이스와 메인커버의 내측 사이에 노출된 모터의 축 상에 설치되는 이너(inner) 메카니컬 실과, 메인커버와 보조커버 사이의 제 2 오일챔버내에 노출된 모터의 축상에 설치되는 아우터(outer) 메카니컬 실과, 제 1,2 오일챔버에 충전되는 오일을 포함하도록 되어 있다.

이와 같이 본 발명은 커버의 구조변경 및 이중 메카니컬 실의 설치에 의해 이중 밀폐수단을 구비하도록 함으로써, 수심 200ｍ 정도의 근해역에서도 안정적으로 작동될 수 있다.

즉, 본 발명은 밀폐수단으로 이너(inner) 메카니컬 실과 아우터(outer) 메카니컬 실이 분리 설치되어 있어, 진공압력 20㎏f/㎠ 이상을 구비하고, 이너 메카니컬 실이 설치되는 메인커버 내측 및 아우터 메카니컬 실이 설치되는 메인커버 외측에 각각 제 1 오일챔버와 제 2 오일챔버가 형성되도록 되어 있어, 제 2 오일챔버와 아우터 메카니컬 실에 의한 1차 수밀방어 및, 제 1 오일챔버와 이너 메카니컬 실에 의한 2차 수밀방어를 통해 수심 200ｍ 정도의 근해역에서도 용이하게 작동될 수 있 도록 되어 있다.

또한, 본 발명은 이너 메카니컬 실로 더블 메카니컬 실을 사용하고, 아우터 메카니컬 실로 싱글 메카니컬 실의 이중 구조를 구비하여, 진공압력 20㎏f/㎠ 이상을 구비하도록 되어 있다.

또한, 본 발명은 펌프부의 다단설치시, 모터 축과 흡입케이스 사이에 오일레스 베어링을 설치하여, 단수의 증가에 따른 반경방향의 하중을 견디면서 해수에서 작동될 수 있도록 되어 있다.

본 발명은 펌프 하단의 흡입구에 유연 호스를 더 연결하여 설치할 경우, 어느 조건에서도 망간 단괴 알갱이를 쉽게 흡입할 수 있다.

또한, 본 발명은 직경 45㎜ 고체 알갱이가 통과할 수 있도록 임펠러 및 유로가 형성되어 있어, 안정적으로 망간단괴를 양광할 수 있다.

또한, 본 발명은 흡입구를 바로 망간 단괴가 깔린 해저면에 위치시킬 수 있으므로 적은 양의 해수 유입으로도 많은 양의 망간 단괴를 채취할 수 있어 채취 시간과 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 토출된 망간 단괴 알갱이가 모터 주변을 싸고 있는 수로를 통과하도록 함으로써 유로 구조가 단순하여 토사 또는 단괴가 끼일 염려가 적어 안전한 작동이 가능하므로 제품의 가동 안정성을 높일 수 있어 펌프의 소손을 매우 적게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 축봉장치로 이너 메카니컬 실과 아우터 메카니컬 실을 사용하기 때문에 축봉 장치로의 토사유입이 없어 유지 보수비용이 매우 작고, 넷째 펌 프 하단에 유연 호스를 설치할 수 있게 하여 어느 조건에서도 망간 단괴 편을 쉽게 흡입할 수 있으며, 다섯째 설치 수심에 따른 변화를 이단 또는 삼단 등으로 적용할 수 있도록 다단 설치가 가능하다.

또한, 본 발명은 펌프부와 모터를 일체형으로 하여 줌으로써 설치가 용이하고 별도의 축 이음이 필요하지 않다.

또한, 본 발명은 무게 중심이 펌프 중앙부에 위치하도록 함으로써 설치시 중심선 확보가 용이하고 해류에 영향을 받지 않고 안정적으로 동작할 수 있는 등 매우 많은 효과가 있다.

도 2 는 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도를, 도 3 은 본 발명 양광 펌프의 메카니컬 실 설치상태를 보인 예시도를, 도 4 는 본 발명에 따른 오일레스 베어링의 설치상태를 보인 예시도를, 도 5 는 본 발명에 따른 오일레스 베어링의 구성을 보인 예시도를, 도 6 은 본 발명에 따른 임펠러의 구성을 보인 예시도를 도시한 것으로,

본 발명은 유체 배출구와 케이블 삽입관을 구비한 반구형 상부 캡과, 펌프부의 흡입 케이스가 결합되는 반구형 하부 캡에 의해 상,하부가 밀폐되는 원통형 몸체와; 원통형 몸체의 내면과 모터 케이스 외주면 사이에 유로가 형성되도록 몸체의 내부에서 수직방향으로 고정 설치되어 케이블을 통해 전력이 공급되면 펌프부를 작동시켜 주는 펌프용 모터와; 모터 케이스의 하단에 연결설치되어 내측에 제 1 오일챔버를 형성하는 메인커버와, 상기 메인커버의 외측 중앙에 결합되어 제 2 오일챔버를 형성하는 보조커버에 의해 펌프용 모터 내부로의 해수유입을 방지하는 커버와; 펌프용 모터의 축과 반원형 하부 캡 사이에 설치되어 펌프용 모터에 의해 작동되어 망간 단괴를 포함한 해수를 끌어 올리는 펌프부와; 상기 펌프용 모터와 펌프부 사이를 밀폐시켜 주는 밀폐수단을 포함하되,

상기 밀폐수단(5)은 모터 케이스(22)와 메인커버(31)의 내측 사이에 노출된 모터의 축 상에 설치되는 이너(inner) 메카니컬 실(53)과, 제2오일챔버(34)내에 노출된 모터의 축상에 설치되는 아우터(outer) 메카니컬 실(54)과, 제 1,2 오일챔버(33,34)에 충전되는 오일(52)을 포함하도록 되어 있다.

또한, 상기 펌프부(4)의 저부에는 망간 단괴를 포함한 해수를 펌프부(4)로 유도시켜 주는 흡입부(7)가 설치되어 있다.

상기 펌프부(4)는 펌프용 모터(2)의 축(21) 상에 순차적으로 고정 설치되는 적어도 2개 이상의 임펠러(41)와; 임펠러(41)의 외부면을 감싸주는 상태에서 반원형 하부 캡(12)에 고정 설치되는 흡입 케이스(42)와; 흡입 케이스(42)의 개구부에 설치되고 흡입부(7)와 결합되는 흡입 커버(43);로 구성되어 있다.

상기 임펠러(41)는 도 2 및 도 3 과 같이 2개를 설치하는 것을 기본으로 하나, 이 밖에도 3 개 및 4 개 등 다단으로 부가 설치할 수도 있는데. 이와 같이 다단으로 설치할 경우 펌프용 모터(2)의 축(21)을 임펠러(41)의 개수에 맞게 연장 형성하고, 각각의 임펠러(41)는 흡입 케이스(42) 내에 삽입 설치한 형태에서 흡입 케이스(42) 끼리 상호 결합시킨다. 또한, 상기 임펠러(41)는 도 6 에 도시된 바와 같이 직경 45㎜ 고체 알갱이가 통과할 수 있는 유로를 구비하고 있다. 즉, 상기 임펠러(41)는 직경 45㎜ 고체 알갱이가 통과할 수 있을 정도의 유로확보에 따른 유량과 양정에 맞추어 설계되어 있다.

또한, 상기 흡입케이스(42)와 모터의 축(21) 사이에는 오일레스 베어링이 설치되며, 상기 오일레스 베어링(60)은 도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같은 황동재질의 금속모재(61)에 탄소 소결체를 윤활유에 넣고 가열한 특수 고체윤활제(62)를 압인한 구조로 이루어져 있다. 이와 같이 구성된 오일레스 베어링(60)은 해수에 노출되면 특수 고체윤활제에서 윤활유가 미량 방출되게 된다.

상기 밀폐수단(5)은 모터 케이스(22)와 커버(3)의 내측 사이에 노출된 모터(2)의 축(21) 상에 메카니컬 실(51)이 설치되고, 상기 메카니컬 실이 위치하는 내부에 오일(52)이 충진된다.

상기 커버(3)는 도 2 또는 도 3 에 도시된 바와 같이, 모터 케이스(22) 하단에 조립되어 제 1 오일챔버(33)를 형성하는 메인커버(31)와, 상기 메인커버(31)에 조립되어 메인커버(31) 외측과의 사이에 제 2 오일챔버(34)를 형성하는 보조커버(32)로 구성되며, 모터 케이스(22)와 메인커버(31)의 내측 사이에 노출된 모터의 축 상에 이너 메카니컬 실(53)이 설치되고, 메인커버(31) 외측과 보조커버(32) 사이에 노출된 모터의 축 상에 아우터 메카니컬 실(54)이 설치되며, 이너 메카니컬 실(53) 및 아우터 메카니컬 실(54)이 위치하는 메인커버 내측 즉 제 1 오일챔버(33)에 오일(52)이 충전되고, 아우터 메카니컬 실(54)이 위치하는 메인커버 외측과 보조커버 사이 즉, 제 2 오일챔버(34)에 오일(52)이 충전된다.

상기 이너 메카니컬 실(53)은 완전 진공(Full Vacuum)압력 30㎏_f/㎠, 온도 -60℃∼200℃, 점도(viscosity) 300cp 를 구비하는 더블 실(언밸런스 실)로 이루어져 있다.

상기 아우터 메카니컬 실(54)는 완전 진공(Full Vacuum)압력 30㎏_f/㎠, 온도 -60℃∼200℃, 점도(viscosity) 30,000cp 를 구비하는 싱글 실(밸런스 실)로 이루어져 있다.

또한, 상기 모터 케이스(22)의 내측에 축지되는 모터(2)의 축(21) 상단부에는 어퍼 볼 베어링(23)이 설치되고 내측 하단에는 스러스트 베어링(26)이 설치되어 있다. 여기서 미설명 부호 24 는 회전자이고, 25 는 고정자이다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 메인커버와 보조커버로 이루어진 커버, 이너/아우터 메카니컬 실 및, 오일이 충전되는 제 1,2 오일챔버에, 의해 이중 수밀방어를 구비하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 근해역 양광 펌프의 작용효과를 설명하면 다음과 같다. 아울러, 본 발명에 따른 작동 및 펌프부의 다단 설치에 대한 작동에 대해 설명되지 못한 부분은 본 발명의 출원인이 출원하여 등록받은 특허 제 0716061 호의 내용을 활용한다.

본 발명에 의한 근해역 양광 펌프는 상,하 개구부에 반구형의 상,하 캡(11)(12)이 설치된 원통형 몸체(1)와, 펌프용 모터(2), 메인커버(31) 및 보조커버(32)로 이루어진 커버(3), 펌프부(4), 이너 메카니컬 실(53) 및 아우터 메카니컬 실(54)을 구비하는 밀폐수단(5), 스탠드(6) 및, 흡입부(7)를 포함하도록 되어 있다.

이때, 상기 원통형 몸체(1)의 상방 개구부에 설치되는 반구형의 상부 캡(11)에는 도시 생략된 양광관을 통해 해상의 채광선과 연결되는 유체 배출구(111)가 구비됨과 동시에 펌프용 모터(2)에 전력을 공급시켜 주기 위한 케이블(13)이 해수와 접촉되지 않도록 밀폐된 형태로 설치되는 케이블 삽입관(112)을 구비하고 있다.

또한, 회전자(24)와 고정자(25), 축(21) 및 모터 케이스(22)로 구성되는 펌프용 모터(2)는 상기 몸체(1)의 내부에 수직방향으로 고정 설치하게 되는데, 이때 상기 펌프용 모터(2)의 크기는 상기 몸체(1)의 내부 공간부보다 비교적 작게 형성시켜 상기 모터(2)의 케이스(22) 외주면과 원통형 몸체(1)의 내면 사이에는 펌프부(4)의 흡입 작동에 의해 20㎜ 망간단괴 알갱이를 포함한 해수가 흡입될 때 이들이 충분히 통과할 수 있는 공간부를 갖는 유로(27)가 형성되도록 한다.

이와 같은 모터(2)의 케이스(22)에는 펌프의 모든 부품들이 조립되는 상태를 가지며, 본 발명의 근해역 양광 펌프는 펌프용 모터(2)에서 발생된 열의 방열 구조와 펌프부(4)에서 유출되는 해수가 지나가는 유로 구조가 서로 연결되어 있어, 펌프용 모터(2)에서 발생된 열이 모터 케이스(22)로 전달되고, 이렇게 전달된 열은 모터 케이스(22)의 외부 면으로 전도를 통해 전달되므로 해수와의 마찰에 의해 해수로 대류되어 열전달이 이루어지게 된다.

따라서, 상기 펌프용 모터(2)에서 발생되는 열은 해수에 의해 자동 냉각되므로 상기 모터 케이스(22)는 항상 일정온도 이하를 유지시킬 수 있어 펌프용 모터(2)의 과열을 방지하여 펌프의 안정성을 높일 수 있다.

또한, 양광 펌프는 펌프용 모터(2)가 기밀을 유지하면서 해저에 잠긴 상태에서 작동을 해야 하기 때문에 해수의 유입을 원천적으로 차단해야 한다.

따라서, 상기 펌프용 모터(2)의 축(21) 부위에는 커버(3)를 설치하여 펌프부(4)에 의해 흡입되는 해수 등이 모터(2)의 내부로 유입되는 것을 방지하게 되는데, 본 발명의 근해역 양광펌프는 커버(3)를 메인커버(31)와 보조커버(32)로 분리하여 설치하고, 상기 모터 케이스(22)와 메인커버(31)의 내측 사이에 형성되는 제 1 오일챔버(33)에 노출된 모터(2)의 축(21) 상에는 밀폐수단(5)으로서 이너 메카니컬 실(53)을 설치하고, 메인커버(31) 외측과 보조커버(32) 내측 사이에 형성되는 제 2 오일챔버(34)에 노출된 모터의 축 상에는 밀폐수단으로 아우터 메카니컬 실(54)를 설치하되, 상기 메인커버의 제 1 오일챔버(33) 및 제 2 오일챔버(34)에는 오일(52)을 충진시켜 준다.

이와 같이 구성된 본 발명은 펌프용 모터(2)의 축(21)이 통과하는 커버(3)의 축공을 통해 유입될 수 있는 해수 등이 밀폐수단(5) 및 축봉장치의 역할을 하는 이너/아우터 메카니컬 실(53,54)에 의해 차단되고, 또한 상기 펌프용 모터(2)의 구동으로 인해 축(21)이 회전할 때, 이너/아우터 메카니컬 실(53,54)도 회전하며 제 1,2 오일챔버(33,34)에 충진되어 있는 오일(52)을 튀기게 되므로 모터(2)의 축(21)과 메카니컬 실(51) 사이에서 발생되는 마찰에 의해 열기를 오일을 통해 식힐 수 있어 마찰열로 인한 손상을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 상기 모터 케이스(22)의 내측에 축지되는 모터(2)의 축(21) 상단부에는 어퍼 볼 베어링(23)이 설치되어 있고, 축(21)의 하단부에는 스러스트 베어링(26)이 설치되어 있으므로 케이블(13)을 통해 전력이 공급될 때 상기 펌프용 모터(2)의 축(21) 및 회전자(24)가 케이스(22)의 내부에서 원활히 회전될 수 있다.

또한, 상기 모터(2)에 의해 구동되어 망간 단괴를 포함하여 해수를 몸체(1)의 내로 끌어올려 유체 배출구(111)를 통해 해상의 채광선 측으로 보내 주는 펌프부(4)는 상기 펌프용 모터(2)의 축(21)과 반구형 하부 캡(12) 사이에 설치되어 상기 펌프용 모터(2)의 회전에 의해 작동하게 되는데, 이때 상기 펌프부(4)는 적어도 2개 이상의 임펠러(41)와 흡입 케이스(42) 및 흡입 커버(43)로 구성된다.

상기에 있어서 임펠러(41)는 상기 펌프용 모터(2)의 축(21) 상에 순차적으로 고정 설치되고, 직경 45㎜ 고체 알갱이가 통과할 수 있도록 되어 있다.

상기 흡입 케이스(42)는 수개의 임펠러(41) 중 반구형 하부 캡(12)의 저부에 위치되는 임펠러(41)의 외부면을 감싸주는 상태에서 반원형 하부 캡(12)에 고정 설치된다.

또한 상기 흡입 케이스(42)와 모터 축 사이에는 오일레스 베어링(60)이 설치되어 모터축의 작동을 용이하게 한다.

상기 흡입 커버(43)는 그 저부로 흡입부(7)가 결합된 상태에서 흡입 케이스(42)의 개구부에 설치되는 구성을 갖는다.

상기 흡입부(7)는 해저에 깔린 망간 단괴를 포함하여 주변의 해수를 펌프 부(4)로 정확히 유도시켜 주는 것으로, 적은 양의 해수 유입으로도 많은 양의 망간 단괴를 채취할 수 있어 채취 시간과 비용을 절감할 수 있다.

또한, 상기 펌프부(4)의 단수는 펌프용 모터(2)의 용적 및 펌핑하고자 하는 해수 량 등에 따라 변형 가능한 것으로 도면에 도시된 바와 같은 2단 및 3단에 한정하는 것은 아니며, 그 이상의 단수를 포함한다.

이와 같이 펌프부(4)를 다단으로 설치할 경우에는 상기 펌프용 모터(2)의 축(21) 길이는 임펠러(41)의 개수에 맞게 연장 형성하고, 각각의 임펠러(41)는 흡입 케이스(42) 내에 삽입 설치한 형태에서 흡입 케이스(42) 끼리 상호 결합시키면 된다.

상기에 있어서 하부 캡(12)은 바로 전 단계의 임펠러(41)로부터 유입된 높은 압력과 빠른 유속의 해수를 단면적의 변화에 의한 유속의 감소(속도 에너지의 감소)를 정압(압력에너지)으로 변환하는 기능을 수행하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

도 1 은 종래 망간 단괴 채굴에 사용된 수봉식 펌프의 개략 구성도

도 2 는 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도

도 3 은 본 발명 양광펌프의 메카니컬 실 설치상태를 보인 예시도

도 4 는 본 발명에 따른 오일레스 베어링의 설치상태를 보인 예시도

도 5 는 본 발명에 따른 오일레스 베어링의 구성을 보인 예시도

도 6 은 본 발명에 따른 임펠러의 구성을 보인 예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 원통형 몸체 (2) : 모터

(3) : 커버 (4) : 펌프부

(5) : 밀폐수단

(7) : 흡입부 (11) : 상부 캡

(12) : 하부 캡 (13) : 케이블

(21) : 축 (22) : 모터 케이스

(23) : 어퍼 볼 베어링 (24) : 회전자

(25) : 고정자 (26) : 스러스트 베어링

(27) : 유로 (31) : 메인커버

(32) : 보조커버 (33) : 제 1 오일챔버

(34) : 제 2 오일챔버 (41) : 임펠러

(42) : 흡입 케이스 (43) : 흡입 커버

(51) : 메카니컬 실 (52) : 오일

(53): 이너 메카니컬 실 (54): 아우터 메카니컬 실

(60) : 오일레스 베어링(Oilless Bearing)

(61) : 황동재질 금속모재 (62) : 특수 고체 윤활제

(111): 유체 배출구 (112): 케이블 삽입관

Claims (8)

1. 유체 배출구와 케이블 삽입관을 구비한 반구형 상부 캡과, 펌프부의 흡입 케이스가 결합되는 반구형 하부 캡에 의해 상,하부가 밀폐되는 원통형 몸체와;

   원통형 몸체의 내면과 모터 케이스 외주면 사이에 유로가 형성되도록 몸체의 내부에서 수직방향으로 고정 설치되어 케이블을 통해 전력이 공급되면 펌프부를 작동시켜 주는 펌프용 모터와;

   모터 케이스의 하단에 연결설치되어 내측에 제 1 오일챔버를 형성하는 메인커버와, 상기 메인커버의 외측 중앙에 결합되어 제 2 오일챔버를 형성하는 보조커버에 의해 펌프용 모터 내부로의 해수유입을 방지하는 커버와;

   펌프용 모터의 축과 반원형 하부 캡 사이에 설치되어 펌프용 모터에 의해 작동되어 망간 단괴를 포함한 해수를 끌어 올리는 펌프부와;

   상기 펌프용 모터와 펌프부 사이를 밀폐시켜 주는 밀폐수단을 포함하되,

   상기 밀폐수단은 모터 케이스와 메인커버의 내측 사이에 노출된 모터의 축 상에 설치되는 이너 메카니컬 실과, 제2오일챔버내에 노출된 모터의 축상에 설치되는 아우터 메카니컬 실과, 제 1,2 오일챔버에 충전되는 오일을 포함하여,

   제 1,2 오일챔버를 구비하는 커버 및, 이너/아우터 메카니컬 실을 구비하는 밀폐수단에 의해 이중 수밀방어가 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프.
2. 청구항 1 에 있어서;

   상기 이너 메카니컬 실은 완전 진공(Full Vacuum)압력 30㎏_f/㎠, 온도 -60℃∼200℃, 점도(viscosity) 300cp 를 구비하는 더블 실(언밸런스 실)로 이루어진 것을 특징으로 하는 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프.
3. 청구항 1 에 있어서;

   상기 아우터 메카니컬 실은 완전 진공(Full Vacuum)압력 30㎏_f/㎠, 온도 -60℃∼200℃, 점도(viscosity) 30,000cp 를 구비하는 싱글 실(밸런스 실)로 이루어진 것을 특징으로 하는 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프.
4. 청구항 1 에 있어서;

   상기 펌프부 펌프용 모터의 축 상에 순차적으로 고정 설치되는 적어도 2개 이상의 임펠러와;

   임펠러의 외부면을 감싸주는 상태에서 반구형 하부 캡에 고정 설치되는 흡입 케이스와;

   흡입 케이스의 개구부에 설치되고 흡입부(7)와 결합되는 흡입 커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프.
5. 청구항 4 에 있어서;

   펌프용 모터의 축과 흡입 케이스 사이에는 오일레스 베어링이 설치된 것을 특징으로 하는 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프.
6. 청구항 5 에 있어서;

   오일레스 베어링은 황동재질의 금속모재에 탄소 소결체를 윤활유에 넣고 가열한 고체윤활제가 압인되어, 해수에 노출시 고체윤활제에서 윤활유가 미량 방출되는 것을 특징으로 하는 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프.
7. 청구항 1 또는 4 에 있어서;

   상기 펌프부의 저부에는 망간 단괴를 포함한 해수를 펌프부로 유도시켜 주는 흡입부가 설치된 것을 특징으로 하는 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프.
8. 청구항 4 에 있어서;

   상기 임펠러는 직경 45㎜ 고체 알갱이가 통과할 수 있는 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 수심 100m의 망간단괴 채취용 양광펌프.

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