KR101066273B1 - 유체 가열장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 가열장치에 관한 것으로, 유동성을 갖는 열매체를 저장한 케이스, 이 케이스에 회전 가능하게 삽입되어 일방향으로 강제 회전되며 열매체에 마찰열을 발생시키는 제 1마찰열발생부, 이 케이스에 회전 가능하게 삽입되어 타방향으로 강제 회전되며 열매체에 마찰열을 발생시키는 제 2마찰열발생부 및 이 케이스의 둘레면 내부에 감기고 발생된 마찰열을 전달받아 내부를 흐르는 유체를 가열 유도하는 유체유동안내부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래 기술과 달리 서로 다른 방향으로 회전하는 마찰열발생부로써 적은 동력원으로 유동성을 갖는 열매체에 회전 마찰열을 발생시키며, 이 마찰열을 전달받아 유체를 가열함으로써 효용성을 극대화할 수 있다.
열매체, 마찰열, 가열

Description

유체 가열장치{FLUID HEATING DEVICE}
본 발명은 유체 가열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 방향으로 회전하는 마찰열발생부로써 적은 동력원으로 유동성을 갖는 열매체에 회전 마찰열을 발생시키며, 이 마찰열을 전달받아 유체를 가열함으로써 효용성을 극대화하기 위한 유체 가열장치에 관한 것이다.
열 발생장치는 열 동력 공학에 속하는 기술로, 주택이나 산업시설 또는 농업용 난방을 위해 이용되는 액체 가열 시스템에 일반적으로 사용된다.
열 발생장치로는 열 펌프가 널리 사용된다. 열 펌프의 작동시에는 내부에 열 교환 및 열의 역순환이 발생한다.
즉, 외부환경으로부터 열을 흡수하여 매체를 고온의 물질로 전환시키는 원리가 적용된다. 이러한 열 펌프의 대표적 예로 물질의 물리적이고 기계적인 매개변수(특히 압력과 부피)의 변화를 이용하여 열 에너지를 발생시키는 열 펌프 시스템이 존재한다.
기존 열 펌프 시스템은 열 교환을 위한 각종 장치, 예컨데 압축기, 응축기, 증발기 등이 부대적으로 필요하여 시스템이 복잡하고 소형화에 어려운 문제점이 있다. 더욱이, 종래의 열 펌프 시스템은 단일 시스템 내에 냉각과 가열이 상존하는 형태로 가열만의 목적을 달성하기 위한 단순한 시스템을 구현하는 데에는 한계가 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 간단한 구조인 케이스에 서로 다른 방향으로 회전되게 장착된 마찰열발생부를 통해 케이스 내부에 저장된 유동성의 열매체를 가열함으로써 마찰열의 발생을 극대화하고, 이 마찰열을 이용할 수 있도록 케이스의 둘레면 내측에 유체를 유동시키는 유동안내부재를 구비함에 따라 마찰열의 효용성을 향상시키고자 한 유체 가열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 유체 가열장치는: 유동성을 갖는 열매체를 저장한 케이스, 이 케이스에 회전 가능하게 삽입되어 일방향으로 강제 회전되며 열매체에 마찰열을 발생시키는 제 1마찰열발생부, 이 케이스에 회전 가능하게 삽입되어 타방향으로 강제 회전되며 열매체에 마찰열을 발생시키는 제 2마찰열발생부 및 이 케이스의 둘레 면 내부에 감기고 발생된 마찰열을 전달받아 내부를 흐르는 유체를 가열 유도하는 유체유동안내부재를 포함한다.
상기 제 1마찰열발생부와 상기 제 2마찰열발생부 각각은 상기 케이스에 양측이 회전 가능하게 지지되는 회전축, 상기 케이스 내부에 해당되는 상기 회전축 둘레면에 형성되어 상기 회전축과 함께 회전하는 회전부재 및 상기 회전부재의 둘레면을 따라 다수 개 돌출 형성되어 상기 열매체의 마찰열 발생을 증가시키는 갈퀴부재를 포함하고, 회전부재는 상기 회전축 각각에 형성되는 하나의 원기둥 형상 또는 서로 유격되게 배치되는 원판 형상으로 함이 바람직하다.
상기 회전부재는 일측으로 개방된 중공으로 형성되고, 개방된 일측의 내측면과 상기 회전축을 리브로 연결하며, 둘레면에 연통홀을 통공함이 바람직하다.
상기 회전축은 상기 회전부재의 회전력을 향상시키기 위해 둘레면에 회전력보강부재를 일체로 형성함이 바람직하다.
상기 갈퀴부재는 상기 열매체를 통과시킴으로써 저항을 줄이기 위해 타공홀을 통공하고, 상기 회전축의 축방향과 나란한 방향으로 비연속되게 형성됨이 바람직하다. 아울러, 상기 타공홀은 열매체의 유입측을 확대한 확관부를 형성함이 바람직하다.
상기 케이스는 둘레면 내부에 진공상태인 진공공간부를 형성하고, 상기 유체유동안내부재는 상기 진공공간부에 구비되며, 상기 케이스 외측으로 돌출된 유입구 및 토출구를 갖게 형성됨과 아울러 진공공간부는 히터부재를 구비하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유체 가열장치는 종래 기술과 달리 케이스에 서로 다른 방향으로 회전되게 장착된 마찰열발생부를 통해 케이스 내부에 저장된 유동성의 열매체를 가열함으로써 마찰열의 발생을 극대화할 수 있다. 그리고, 본 발명은 이 마찰열을 이용할 수 있도록 케이스의 둘레면 내측에 유체를 유동시키는 유동안내부재를 구비함에 따라 마찰열의 효용성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 유체 가열장치의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가열장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가열장치의 내부도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가열장치의 종단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가열장치의 횡단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가열장치는 케이스(10), 제 1마찰열발생부(20), 제 2마찰열발생부(30) 및 유체유동안내부재(50)를 포함한다.
케이스(10)는 본 발명에 따른 유체 가열장치의 외형을 형성한다. 이 케이스(10)는 내부에 유동성을 갖는 열매체(도시하지 않음)를 저장한다. 따라서, 케이스(10)는, 도시하지는 않았지만, 열매체를 주입하거나 배출시키기 위한 포트(port)를 구비함이 바람직하다. 아울러, 열매체는 마찰열에 의해 열을 발생하는 물 등 다양한 액상 성분이다. 특히, 케이스(10)는 형상 및 재질을 다양하게 변형 가능하다.
그리고, 제 1마찰열발생부(20)와 제 2마찰열발생부(30)는 케이스(10)에 각각 회전 가능하게 삽입, 장착된다. 이때, 제 1마찰열발생부(20)와 제 2마찰열발생부(30)는 서로 반대 방향으로 강제 회전되게 장착된다. 이는, 서로 반대 방향으로 회전하면서 열매체에 마찰열을 충분히 발생시키기 위함이다. 따라서, 제 1마찰열발생부(20)와 제 2마찰열발생부(30)는 각각 독립된 모터(도시하지 않음)와 연결됨이 바람직하다.
더욱 상세히, 제 1마찰열발생부(20)와 제 2마찰열발생부(30)는 각각 회전축(42), 회전부재(44) 및 갈퀴부재(46)를 포함한다.
회전축(42)은 각각의 양측을 케이스(10)의 마주하는 측부위에 회전 가능하게 구비된다. 여기서, 회전축(42) 각각은 케이스(10) 외측으로 연장되어 구동모터(도시하지 않음)와 연결되어 회전력을 전달받게 된다. 회전축(42)이 구동모터와 연결되는 구조는 일반적인 방식으로 한다. 이때, 케이스(10)와 회전축(42)의 결합부위 는 틈새가 발생하지 않도록 밀봉 처리됨이 바람직하다.
특히, 한 쌍의 회전축(42)은 나란하게 케이스(10)에 회전 가능하게 장착됨이 바람직하다. 또한, 회전축(42)은 유동성을 갖는 열매체에 담겨지게 설치되기 때문에 방청성 및 내구성을 갖는 재질로 이루어짐이 바람직하다.
그리고, 회전부재(44)는 케이스(10) 내부에 해당되는 회전축(42) 둘레면에 형성되어 회전축(42)과 함께 회전한다. 이때, 회전축(42)과 회전부재(44)는 일체로 형성될 수도 있고, 분리 가능하게 형성될 수도 있다. 그리고, 회전부재(44)는 다양한 재질 및 다양한 형상으로 변형 가능하다.
이때, 회전부재(44)는 각각 회전축(42)에 형성되기 때문에 한 쌍 구비되어 회전하면서 열매체에 와류를 충분히 발생 유도한다. 따라서, 열매체는 회오리치면서 분자간 마찰에 의해 마찰열을 발생하게 된다.
특히, 회전부재(44)는 원통이나 원기둥 형상일 수도 있고, 열매체의 마찰열을 발생량을 증가시킬 수 있도록 다각형의 통 형상일 수도 있다.
아울러, 도시하지는 않았지만, 회전부재(44)는 열매체와의 마찰열 발생을 증가시키기 위해 하나의 회전축(42)에서 축방향을 따라 서로 유격되게 배치되는 원판 형상일 수도 있다. 물론, 회전부재(44)는 다각형의 판 형상일 수 있다.
이때, 회전부재(44)는 다양한 방식에 의해 회전축(42)에 고정된다.
또한, 회전부재(44)는 일측으로 개방된 중공으로 형성되어 내부로 열매체를 유입하고, 둘레면에 연통홀(45)을 내·외측 연통되게 통공함이 바람직하다. 이는, 회전부재(44) 내부로 유입된 열매체가 회전부재(44)의 회전시 연통홀(45)을 통해 회전부재(44) 외측으로 방사상으로 분출됨으로써 회전부재(44) 외측의 열매체와 부딪힘으로써 많은 마찰열을 발생하도록 하기 위함이다. 이때, 연통홀(45)은 다양한 형상으로 통공 형성 가능하다.
아울러, 회전부재(44)의 개방된 일측의 내측면과 회전축(42)의 외측면은 리브(43)로 연결된다. 이는, 회전축(42)이 회전부재(44)의 중심축 상에 위치한 상태를 유지하기 위함이다. 여기서, 리브(43)는 다양한 형상으로 변형 가능하고, 다양한 재질로 이루어질 수 있으며, 회전부재(44) 및 회전축(42)에 연결되는 방식은 용접 등 일반적인 방식으로 한다.
한편, 각각의 회전부재(44) 둘레면에는 갈퀴부재(46)가 돌출 형성된다. 이 갈퀴부재(46)는 각각의 회전부재(44) 둘레면에 다수 개 돌출 형성되어 해당되는 회전부재(44)와 동일 방향으로 함께 회전함으로써 열매체에 큰 와류를 일으킴으로써 마찰열 발생을 증가시키는 역할을 한다.
이 갈퀴부재(46)는 각각의 회전부재(44)의 둘레면에 일체로 형성될 수도 있고, 분리 가능하게 결합될 수도 있다.
아울러, 갈퀴부재(46)는 회전시 열매체와의 저항에 따른 부서짐을 저감시키기 위해 회전 궤적에 대한 접선방향으로 타공홀(48)을 통공함이 바람직하다.
그래서, 타공홀(48)이 열매체의 일부를 통과시킴으로써 갈퀴부재(46)의 내구성을 향상시킨다.
특히, 도 4에서처럼, 타공홀(48)은 열매체의 유입측을 확대한 확관부(48a)를 형성함이 바람직하다. 이때, 확관부(48a)는 타공홀(48)의 직경보다 크게 형성되어 갈퀴부재(46)의 회전시 열매체를 타공홀(48)로 충분히 안내함으로써 갈퀴부재(46)의 내구성을 증가시키는 역할을 한다.
또한, 갈퀴부재(46)는 회전축(42)의 축방향과 나란하도록 회전부재(44) 각각의 둘레면에 연속되게 형성될 수 있으나, 회전시 열매체와의 저항을 줄이기 위해 회전축(42)의 축방향과 나란한 방향으로 비연속되게 형성됨이 바람직하다. 갈퀴부재(46)는 다양한 형상 및 다양한 재질로 변형 가능하다.
특히, 회전부재(44)는 회전시 갈퀴부재(46)에 의해 열매체와 저항을 크게 일으키게 된다.
이로 인해, 회전부재(44)는 회전축(42)과 슬립을 발생하면서 정확한 회전 토크를 발생하기 어렵게 된다. 따라서, 회전축(42)은 회전부재(44)의 회전력을 향상시키기 위해 둘레면에 회전력보강부재(49)를 일체로 형성함이 바람직하다.
즉, 이 회전력보강부재(49)는 회전부재(44)의 밀폐된 단부와 회전축(42) 사이에 형성되어 회전부재(44)의 회전을 지지한다. 이 회전력보강부재(49)는 다각 형상이나, 도시한 바와 같이, 별 형상 등 다양한 형상으로 형성되어 회전부재(44)의 내부에 축 삽입됨으로써 회전부재(44)의 회전을 지지하는 역할을 한다.
이때, 회전력보강부재(49)는 회전축(42)과 일체로 금형 제작됨이 바람직하다. 아울러, 회전력보강부재(49)는 금속 등 내구성이 강한 재질로 이루어짐이 바람직하다.
더불어, 회전력보강부재(49)는 회전축(42)에 일체로 형성되어 회전부재(44) 내부에서 유동하는 열매체와 부딪힘으로써 이 열매체에 마찰열을 발생하도록 하는 역할을 한다.
그리고, 제 1마찰열발생부(20)와 제 2마찰열발생부(30)가 외력에 의해 서로 반대 방향으로 회전하면서 발생되는 열매체의 마찰열은 유체유동안내부재(50)에 전달된다.
특히, 케이스(10)는 둘레면 내부에 진공상태인 진공공간부(12)를 형성하고, 유체유동안내부재(50)는 진공공간부(12)에 해당되는 케이스(10)의 둘레면 내부에 감기게 형성되어 발생된 마찰열을 전달받는다.
이때, 유체유동안내부재(50)는 케이스(10) 외측으로 돌출된 유입구(52) 및 토출구(54)를 갖는다.
그래서, 유체유동안내부재(50)는 외부로부터 물 등의 유체(도시하지 않음)를 공급받게 된다. 이 유체는 유입구(52)를 통해 유체유동안내부재(50) 내부로 유입되어 유동하면서 발생된 마찰열에 의해 열교환하며 가열된다. 이 가열된 유체는 토출구(54)를 통해 배출되어 온수로 사용된다.
여기서, 유체유동안내부재(50)는 케이스(10)의 둘레면 내부에 감길 수 있도록 플렉시블한 재질의 튜브로 이루어짐이 바람직하다.
아울러, 진공공간부(12)가 진공으로 이루어지는 이유는 유체유동안내부재(50)로 전달된 마찰열이 케이스(10) 외부로 유출되는 것을 최대한 줄이기 위함이다. 따라서, 유체유동안내부재(50)의 유입구(52)와 토출구(54) 각각과 케이스(10)의 연결부위는 틈새 발생이 방지되도록 밀봉 처리됨이 바람직하다.
한편, 진공공간부(12) 내측에는 히터부재(14)가 구비된다. 특히, 히터부 재(14)는 진공공간부(12)에서 코일 형상으로 권회되게 구비됨이 바람직하다.
이 히터부재(14)는 외부로부터 인가되는 전원에 의해 케이스(10) 내측 및 진공공간부(12)에 유동하는 열매체를 가열함으로써 열발생 효율을 향상시키는 역할을 한다.
이때, 히터부재(14)가 외부로부터 전원을 인가받는 방식은 일반적인 것으로 하며, 다양한 히터발생장치로 적용 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가열장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가열장치의 내부도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가열장치의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가열장치의 횡단면도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10: 케이스 12: 진공공간부
20,30: 제 1,2마찰열발생부 42: 회전축
44: 회전부재 46: 갈퀴부재
48: 타공홀 50: 유체유동안내부재
52: 유입구 54: 토출구

Claims (7)

  1. 유동성을 갖는 열매체를 저장한 케이스;
    상기 케이스에 회전 가능하게 삽입되어 일방향으로 강제 회전되며 상기 열매체에 마찰열을 발생시키는 제 1마찰열발생부;
    상기 케이스에 회전 가능하게 삽입되어 타방향으로 강제 회전되며 상기 열매체에 마찰열을 발생시키는 제 2마찰열발생부; 및
    상기 케이스의 둘레면 내부에 감기고, 발생된 마찰열을 전달받아 내부를 흐르는 유체를 가열 유도하는 유체유동안내부재를 포함하고,
    상기 케이스는 둘레면 내부에 진공상태인 진공공간부를 형성하며,
    상기 유체유동안내부재는 상기 진공공간부에 구비되고, 상기 케이스 외측으로 돌출된 유입구 및 토출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 가열장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1마찰열발생부와 상기 제 2마찰열발생부 각각은,
    상기 케이스에 양측이 회전 가능하게 지지되는 회전축;
    상기 케이스 내부에 해당되는 상기 회전축 둘레면에 형성되어 상기 회전축과 함께 회전하는 회전부재; 및
    상기 회전부재의 둘레면을 따라 다수 개 돌출 형성되어 상기 열매체의 마찰열 발생을 증가시키는 갈퀴부재를 포함하며,
    상기 회전부재는 상기 회전축 각각에 형성되는 하나의 원기둥 형상 또는 서로 유격되게 배치되는 원판 형상인 것을 특징으로 하는 유체 가열장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 회전부재는 일측으로 개방된 중공으로 형성되고, 개방된 일측의 내측면과 상기 회전축을 리브로 연결하며, 둘레면에 연통홀을 통공하는 것을 특징으로 하는 유체 가열장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 회전축은 상기 회전부재의 회전력을 향상시키면서 상기 회전부재 내부의 열매체에 마찰열 발생을 유도하기 위해 둘레면에 회전력보강부재를 일체로 형성하는 것을 특징으로 하는 유체 가열장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 갈퀴부재는 상기 열매체를 통과시킴으로써 저항을 줄이기 위해 타공홀을 통공하고, 상기 회전축의 축방향과 나란한 방향으로 비연속되게 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 가열장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 타공홀은 열매체의 유입측을 확대한 확관부를 형성하는 것을 특징으로 하는 유체 가열장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공공간부는 히터부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 가열장치.
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