KR101228990B1 - 자기력을 이용한 유체기계장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기력을 이용한 유체기계장치에 관한 것이며, 본 발명의 자기력을 이용한 유체기계장치는 유체를 유입하는 유입구와 유입된 유체를 유출하는 유출구를 형성하는 케이싱; 상기 케이싱 내에 수용된 상태로 회전하되, 서로 다른 방향으로 회전하여 상기 유입구로부터 유입된 유체를 상기 유출구 측으로 이송시키는 한 쌍의 루츠 블로워(roots blower); 상기 한 쌍의 루츠 블로워에 각각 장착되는 자력부; 상기 케이싱의 외부에 마련되며, 상기 한 쌍의 루츠 블로워가 서로 다른 방향으로 동기화된 상태로 회전하도록 상기 자력부에 자력을 인가하는 자기력 인가부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 자기력을 이용하여 회전력을 발생시킴으로써 유체누설을 최소화하고 성능은 향상시킬 수 있는 자기력을 이용한 유체기계장치가 제공된다.

Description

자기력을 이용한 유체기계장치{FLUID MACHINERY APPARATUS USING MAGNETIC FORCE}

본 발명은 자기력을 이용한 유체기계장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 누설을 최소화함으로써 유체 이송 성능이 향상될 수 있는 자기력을 이용한 유체기계장치에 관한 것이다.

일반적으로 액체펌프는 모터를 이용해 임펠러(impeller)를 회전시켜 액체를 흡입 및 배출시키도록 구성되는 펌핑장치로서, 액체를 원하는 지점으로 이송시키거나 순환시키는 용도로 널리 사용된다.

도 1은 종래의 유체기계장치의 일례를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 종래의 유체기계장치(10)에는 유입구(12) 및 배출구(13)가 형성된 케이싱(11)과, 케이싱(11) 내에 수용되는 임펠러(14)와, 케이싱(11)의 외부로부터 내부로 연장되어 임펠러(14)에 연결되는 회전축(16)을 갖는 모터(15)가 구비된다.

종래의 유체기계장치(10)의 경우 케이싱(11)을 관통하도록 설치된 회전축(16)에 의해 모터(15)로부터 임펠러(14)로 회전력이 전달됨으로써 유입구(12)를 통해 케이싱(11) 내로 액체가 유입되는 흡입동작과, 흡입된 액체가 가압되어 배출구를 통해 밀려 나가는 배출동작이 반복적으로 수행된다.

그러나, 이러한 종래의 유체기계장치(10)는 모터(15)의 회전축(16)이 케이싱(11)을 관통하도록 설치되는 구조상 케이싱(11)과 회전축(16) 사이의 틈을 통해 액체가 누설되는 현상이 필연적으로 발생하는 문제가 있다.

이를 해결하기 위하여, 케이싱(11)과 회전축(16) 사이의 틈에 대한 기밀을 유지하도록 패킹을 구비하는 방식이 사용되기는 하나, 유체기계장치를 장시간 사용할 경우에는 패킹이 마모, 노후되어 근원적인 누설 대책이 될 수 없다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자기력을 이용하여 회전력을 발생시킴으로써 유체누설을 최소화하고 성능은 향상시킬 수 있는 자기력을 이용한 유체기계장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 유체를 유입하는 유입구와 유입된 유체를 유출하는 유출구를 형성하는 케이싱; 상기 케이싱 내에 수용된 상태로 회전하되, 서로 다른 방향으로 회전하여 상기 유입구로부터 유입된 유체를 상기 유출구 측으로 이송시키는 한 쌍의 루츠 블로워(roots blower); 상기 한 쌍의 루츠 블로워에 각각 장착되는 자력부; 상기 케이싱의 외부에 마련되며, 상기 한 쌍의 루츠 블로워가 서로 다른 방향으로 동기화된 상태로 회전하도록 상기 자력부에 자력을 인가하는 자기력 인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 유체기계장치에 의해 달성된다.

또한, 상기 자력부는 상기 루츠 블로워에 장착되는 영구자석이며, 상기 자기력 인가부는 상기 자력부에 대향되게 배치되는 영구자석으로 마련되는 자석부; 상기 루츠 블로워가 회전하도록 상기 자석부에 동력을 제공하는 동력부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 루츠 블로워는 회전중심으로부터 방사방향으로 연장되는 복수개의 블레이드를 포함하고, 상기 자력부는 복수개의 불레이드에 장착될 수 있다.

또한, 상기 루츠 블로워는 상기 블레이드가 상기 케이싱으로부터 이격된 상태로 회전하도록 회전중심으로부터 축방향을 따라 양측으로 돌출되어 케이싱과 접촉하는 회전돌출부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전돌출부가 회전시에 위치가 유지되도록 상기 케이싱의 내벽면의 상기 회전돌출부가 접촉하는 위치에는 위치고정부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 각각의 루츠 블로워에 구비되는 블레이드는 2개 또는 3개일 수 있다.

본 발명에 따르면, 별도의 회전축을 이용한 물리적인 연결없이 자기력만을 이용함으로서, 이송시 유체 누설을 최소화할 수 있는 자기력을 이용한 유체기계장치가 제공된다.

또한, 루츠 블로워의 회전중심에 회전돌출부를 형성함으로써, 회전을 원활하게 할 수 있다.

또한, 회전돌출부의 위치가 고정되도록 케이싱 내벽면에 위치고정부를 함몰 형성함으로써 루츠 블로워가 일정한 위치에서 회전할 수 있다.

도 1은 종래의 유체기계장치의 일례를 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자기력을 이용한 유체기계장치의 개략적인 사시도이고,
도 3은 도 2의 자기력을 이용한 유체기계장치의 정단면을 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 도 2의 자기력을 이용한 유체기계장치의 측면단을 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 도 2의 자기력을 이용한 유체기계장치의 개략적인 작동 단면도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자기력을 이용한 유체기계장치의 변형례의 정단면을 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 자기력을 이용한 유체기계장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자기력을 이용한 유체기계장치의 개략적인 사시도이고, 도 3은 도 2의 자기력을 이용한 유체기계장치의 정단면을 개략적으로 도시한 것이고, 도 4는 도 2의 자기력을 이용한 유체기계장치의 측면단을 개략적으로 도시한 것이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 자기장을 이용한 유체기계장치(100)는 케이싱(110)의 외부의 구성요소와 케이싱 내부에 포함되는 구성요소 간을 서로 물리적으로 연결하기 위한 별도의 축이 제거된 구조로 유체를 이송 또는 압축하는 장치로서, 케이싱(110)과 루츠 블로워(120)와 자력부(130)와 자기력 인가부(140)와 구동부(150)와 제어부(160)를 포함한다.

상기 케이싱(110)은 후술하는 루츠 블로워(120)를 내부에 수용하여 유체를 이송하기 위한 이송공간의 역할을 하며, 양단에는 유체가 유입되기 위한 유입구(111) 및 유체를 외부로 이송하기 위한 유출구(112)가 형성된다.

또한, 후술하는 루츠 블로워(roots blower)(120)가 케이싱(110)의 내면으로부터 미세한 간격으로 이격된 상태를 유지하며 회전할 수 있도록, 케이싱(110)의 형상, 규격은 동기화된(synchronized) 상태로 회전하는 루츠 블로워(120)의 두께, 회전반경 등을 종합적으로 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.

케이싱(110)의 서로 대향되는 내벽면에는 후술하는 루츠 블로워(120)의 회전돌출부(123)의 단부가 접촉하는 위치에 내측으로 함몰되는 위치고정부(113)가 형성되며, 회전돌출부(123)가 위치고정부(113) 내에 수용된 상태로 회전함으로써 루츠 블로워(120)는 정해진 위치로부터 이탈하지 않고 회전할 수 있다.

한편, 종래의 장치와는 달리, 본 실시예의 케이싱(110)에는 유입구(111) 및 유출구(112)를 제외하고 이송, 처리되는 유체가 누설될 수 있는 관통형태의 구성이 배제된다.

상기 루츠 블로워(120)는 한 쌍이 케이싱(110)의 내부에 설치되어 후술하는 자기력 인가부(140)에 의하여 상호 동기화(synchronized)된 상태로 회전하는 것으로서, 회전중심(121)과 블레이드(122)와 회전돌출부(123)를 포함한다.

상기 회전중심(121)은 후술하는 블레이드(122)의 회전시의 중심점으로서, 후술하는 회전돌출부(123)가 연장되는 시작점이 되는 위치이다.

상기 블레이드(122)는 한 쌍으로 마련되어 회전하여 유체를 이송하는 직접적인 구성요소에 해당하는 것으로서, 각각이 회전중심(121)으로부터 방사방향으로 연장되게 형성된다. 이때, 블레이드(122)는 회전시에 상술한 케이싱(110)의 내부공간으로부터 미세 간극을 유지한 상태로 간섭을 일으키지 않을 정도의 길이로 형성된다.

또한, 블레이드(122)는 위치에 따라 폭을 달리하는 만곡된 형상을 가진다. 즉, 블레이드(122)의 외측은 볼록한 형상을 가지되, 블레이드(122)의 내측은 오목한 형상을 가진다. 다시 설명하면, 어느 하나의 루츠 블로워(120)의 블레이드(122)가 이웃하는 루츠 블로워(120)의 블레이드(122)의 내측으로 함몰되어 만곡한 영역, 즉, 오목한 영역에 수용되도록 한다.

상기 회전돌출부(123)는 블레이드(122)의 회전시 회전중심(121)을 지지하기 위한 것으로서, 회전중심(121)으로부터 축방향을 따라 양측으로 연장되어 케이싱(110)의 내벽면과 접촉한다.

즉, 회전돌출부(123)는 회전중심(121)으로부터 케이싱(110) 내벽면을 향하여 돌출되어 회전시의 루츠 블로워(120)가 케이싱(110) 벽면으로부터 미세하게 이격된 상태를 유지하도록 하는 역할을 하는 동시에, 루츠 블로워(120)의 회전시의 지지축으로서의 역할을 한다.

상기 자력부(130)는 블레이드(122)에 장착되어 후술하는 자기력 인가부(140)로부터 인가되는 자기력을 블레이드(120)에 전달하기 위한 부재로서, 본 실시예에서 자력부(130)는 한 쌍의 블레이드(122) 각각에 N극과 S극의 영구자석의 형태로 장착된다.

상기 자기력 인가부(140)는 상술한 자력부(130)에 자기력을 인가하기 위한 것으로서, 한 쌍의 자기력 인가부(140)가 케이싱(110)의 외부에 루츠 블로워(120)와 대향되는 위치에 각각 설치된다. 각각의 자기력 인가부(140)는 루츠 블로워(120)에 설치되는 자력부(130)와 동일한 형태로, N극과 S극이 서로 이웃하게 설치된다.

상기 구동부(150)는 각각의 자기력 인가부(140)를 회전시키기 위한 것으로서, 모터의 형태로 마련되나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 제어부(160)는 한 쌍의 루츠 블로워(120)가 동기화(synchronized)된 상태로 회전할 수 있도록 구동부(150)를 제어하기 위한 부재이다.

지금부터는 상술한 자기력을 이용한 유체기계장치의 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.

도 5는 도 2의 자기력을 이용한 유체기계장치의 개략적인 작동 단면도이다.

이하, 도 5를 참조하여 어느 하나의 루츠 블로워(120)를 제1루츠 블로워(120a)라하고, 다른 하나의 루츠 블로워(120)를 제2루츠 블로워(120b)라 정의하여 설명한다.

먼저, 제어부(160)가 한 쌍의 구동부(150)를 각각 구동하면, 구동부(150)와 연결되는 자기력 인가부(140)가 회전한다. 자기력 인가부(140)가 회전함에 따라 케이싱(110)의 내부에 자기력 인가부(140)와 대향되게 설치되는 한 쌍의 루츠 블로워(120) 역시 회전한다.

이때, 제1루츠 블로워(120a)의 블레이드(122) 사이의 오목한 영역에 제2루츠 블로워(122b)의 블레이드(122)의 단부가 일시적으로 삽입된 상태로 회전하며, 각 루츠 블로워(120)의 1/4 회전 후에는 1루츠 블로워(120a)의 블레이드(122)의 단부가 제2루츠 블로워(120b) 블레이드(122) 사이의 오목한 영역에 일시 적으로 삽입된다.

유입구(111)로부터 유입된 유체는 루츠 블로워(120)의 회전에 의하여 케이싱(110)의 내벽면을 따라 유출구(112) 측으로 이송되어 외부로 최종 송출된다.

한편, 루츠 블로워(120)의 회전 구동 방식에 대해서 자세히 설명하면, 자기력 인가부(140)의 N극과 S극 각각은 자력부(130)의 S극과 N극에 인력을 발생시키도록 정렬되며, 자기력 인가부(140)의 회전에 의하여 자력부(130) 및 자력부(130)가 설치되는 블레이드(122)가 회전한다.

회전시에 한 쌍의 루츠 블로워(120) 각각은 상호 직접적인 접촉없이 간격을 유지한 상태로 회전하도록 동기화(synchronized) 제어되며, 이러한 동기화는 자기력 인가부(140)를 구동하는 제어부(150)에 의하여 제어된다.

한편, 루츠 블로워(120)는 케이싱(110)과 접촉한 상태의 회전돌출부(123)에 의하여 회전시에 견고하게 지지된다. 또한, 케이싱(110)의 내벽면에 함몰 형성되는 위치고정부(113) 내에 회전돌출부(123)가 수용되고, 위치고정부(113)는 회전돌출부(123)의 위치 이탈을 방지하므로 회전돌출부(123)는 일정 위치를 유지한 상태에서 회전할 수 있다.

따라서, 본 실시예의 자기력을 이용한 유체기계장치(100)는 케이싱(110)의 내부와 외부를 연결하는 별도의 물리적인 축 없이도 동력이 전달되어 구동되고, 이로 인하여 축을 관통하기 위하여 케이싱(110)에 별도의 관통구를 형성할 필요가 없으므로 외부로의 유체 누설이 최소화될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자기력을 이용한 유체기계장치의 변형례의 정단면을 개략적으로 도시한 것이다.

한편, 본 실시예에서 각 루츠 블로워(120)에는 한 쌍의 블레이드(122)가 마련되는 것으로 설명하였으나, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자기력을 이용한 유체기계장치(200)의 변형례에서는 각 루츠 블로워(120')에는 총 세 개의 블레이드가 마련될 수도 있으며, 루츠 블로워(120')의 변형에 따라 자력부(123') 역시 세 개의 블레이드 중 두 개에만 장착될 수 있다.

또한, 블레이드(122)의 개수는 상술한 내용에 제한되지 않고, 처리되는 유체의 종류, 유량 등을 종합적으로 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100 : 본 발명의 일실시예에 따른 자기장을 이용한 유체기계장치
110 : 케이싱 120 : 루츠 블로워
130 : 자력부 140 : 자기력 인가부
150 : 구동부 160 : 제어부

Claims (6)

1. 유체를 유입하는 유입구와 유입된 유체를 유출하는 유출구를 형성하는 케이싱;
   상기 케이싱 내에 수용된 상태로 회전하되, 서로 다른 방향으로 회전하여 상기 유입구로부터 유입된 유체를 상기 유출구 측으로 이송시키는 한 쌍의 루츠 블로워(roots blower);
   상기 한 쌍의 루츠 블로워에 각각 장착되는 자력부;
   상기 케이싱의 외부에 마련되며, 상기 한 쌍의 루츠 블로워가 서로 다른 방향으로 동기화된 상태로 회전하도록 상기 자력부에 자력을 인가하는 자기력 인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 유체기계장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자력부는 상기 루츠 블로워에 장착되는 영구자석이며,
   상기 자기력 인가부는 상기 자력부에 대향되게 배치되는 영구자석으로 마련되는 자석부; 상기 루츠 블로워가 회전하도록 상기 자석부에 동력을 제공하는 동력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 유체기계장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 루츠 블로워는 회전중심으로부터 방사방향으로 연장되는 복수개의 블레이드를 포함하고,
   상기 자력부는 복수개의 불레이드에 장착되는 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 유체기계장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 루츠 블로워는 상기 블레이드가 상기 케이싱으로부터 이격된 상태로 회전하도록 회전중심으로부터 축방향을 따라 양측으로 돌출되어 케이싱과 접촉하는 회전돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 유체기계장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 회전돌출부의 회전시에 위치가 유지되도록 상기 케이싱의 내벽면의 상기 회전돌출부가 접촉하는 위치에는 위치고정부가 형성되는 것을 특징으로 자기력을 이용한 유체기계장치.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 각각의 루츠 블로워에 구비되는 블레이드는 2개 또는 3개인 것을 특징으로 하는 자기력을 이용한 유체기계장치.

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