KR101280966B1 - 원심 유체발열펌프 - Google Patents

Abstract

유체 분자간의 충돌 효율을 개선하여 유체의 온도를 고온으로 상승시킬 수 있는 원심 유체발열펌프를 제공한다.
원심 유체발열펌프(100)는 디스크(30)의 외주면에 그 디스크의 중심축과 직각을 이루는 방향을 향하여 형성되는 제1홈(32)이 외주면을 따라 등간격으로 다수 형성되고, 디스크의 측면 가장자리 둘레를 따라 그 디스크의 중심축과 평행한 방향으로 관통구멍(33)이 등간격으로 다수 형성되고, 관통구멍과 관통구멍 사이에 그 관통구멍 방향을 따라 제2홈(34)이 형성되고, 제1홈(32)은 그 디스크의 중심축과 직각을 이루는 방향을 기준으로 하여 관통구멍(33)과 제2홈(34) 사이에 위치하도록 배치되고, 제1홈(32)이 형성된 디스크의 외주면과 대향하도록 하우징의 내면에는 환설 돌출부(25)를 구성하고, 상기 환설 돌출부를 기준으로 양측에는 제1환설홈(23)과, 그 제1환설홈의 중앙부에는 호형의 오목한 제2환설홈(24)이 구성됨으로써, 하우징 내에서 유체의 마찰 및 와류를 크게 활성 시킬 수 있다.

Description

원심 유체발열펌프{Centrifugal heat pump}

본 발명은 원심 유체발열펌프에 관한 것으로서, 더 상세하게는 유체 분자간의 충돌 효율을 개선하여 용이하게 유체의 온도를 상승킬 수 있도록 원심 유체발열펌프를 구성하는 하우징과 디스크의 구조를 개량하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 화석연료를 이용하는 보일러로 온수나 난방수를 가열하여 공급하는 구조가 대부분이나, 온수나 난방수를 얻는 기술이 발전하면서 전기 모터의 회전에 의한 물 분자간 마찰을 이용하여 온도를 상승시키는 원심 유체발열펌프에 대한 기술이 개발되고 있다.

종래 원심 유체발열펌프의 기술로는 국내 특허등록번호 제934244호, 제991457호 등이 알려져 있다.

상기 일반적인 원심 유체발열펌프는 유체의 유입구와 유출구가 형성된 하우징 내에 복수의 디스크를 설치한 후 회전시켜 투입된 유체 분자간의 마찰을 유도함으로써 유체의 온도를 상승시키는 구조로 되어있으나, 유체의 온도 상승 효율이 떨어지는 단점이 있다.

국내 특허등록번호 제934244호 국내 특허등록번호 제991457호

본 발명은 원심 유체발열펌프의 온도 상승 효율을 개선하는 것에 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 온도 상승 효율을 개선할 수 있는 원심 유체발열펌프의 하우징과 디스크 구조를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 에너지소비 효율을 개선할 수 있는 친환경적인 유체 가열장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명의 원심 유체발열펌프는, 일측에 유체 유입구와 타측에 유체 유출구가 형성된 원통형의 하우징과, 상기 원통형의 하우징의 중심축을 관통하여 설치되는 샤프트와, 상기 하우징 내에서 샤프트에 결합되어 회전하는 다수의 원판형 디스크를 구비하고,

상기 각 디스크의 외주면에 그 디스크의 중심축과 직각을 이루는 방향을 향하여 형성되는 제1홈이 외주면을 따라 등간격으로 다수 형성되고, 상기 디스크의 측면 가장자리 둘레를 따라 그 디스크의 중심축과 평행한 방향으로 관통구멍이 등간격으로 다수 형성되고, 상기 관통구멍과 관통구멍 사이에 그 관통구멍 방향을 따라 제2홈이 형성되고, 상기 제1홈은 그 디스크의 중심축과 직각을 이루는 방향을 기준으로 하여 상기 관통구멍과 제2홈 사이에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 제2홈은 상기 유체 유입구가 형성되는 쪽에 구성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 제1홈이 형성된 디스크의 외주면과 대향하는 하우징의 내면은 환설 돌출부를 구성하고, 상기 환설 돌출부를 기준으로 양측에는 제1환설홈이 형성되고, 그 제1환설홈의 중앙부에는 호형의 제2환설홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 각 디스크의 외주면에 그 디스크의 중심축과 직각을 이루는 방향을 향하여 형성되는 제1홈이 외주면을 따라 등간격으로 다수 형성되고, 디스크의 측면 가장자리 둘레를 따라 그 디스크의 중심축과 평행한 방향으로 관통구멍이 등간격으로 다수 형성되고, 관통구멍과 관통구멍 사이에 그 관통구멍 방향을 따라 제2홈이 형성되고, 제1홈은 그 디스크의 중심축과 직각을 이루는 방향을 기준으로 하여 관통구멍과 제2홈 사이에 위치하도록 배치되고, 제1홈이 형성된 디스크의 외주면과 대향하는 하우징의 내면은 환설 돌출부를 구성하고, 상기 환설 돌출부를 기준으로 양측에 형성되는 제1환설홈과, 제1환설홈의 중앙부에 호형의 오목한 제2환설홈이 구성됨으로써, 디스크의 회전구동을 통한 유체의 와류 및 유체 분자의 충돌을 충분히 활성 시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또, 종래의 일반적인 보일러 구조와 비교하여 배관 및 설치 면적이 작아지고, 설치보수가 용이한 장점이 있다.

또, 화석 연료를 집적 연소하는 대신에 전기 모터만을 이용하여 구동할 수 있기 때문에 매연 및 소음이 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 원심 유체발열펌프를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 디스크를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 디스크를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2의 A-A'선을 따라 절단하여 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 2의 B-B'선을 따라 절단하여 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1의 h부분의 확대도이다.

이하, 도 1내지 도 6을 참고하여 발명의 원심 유체발열펌프의 기술 구성 및 작용 효과에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1과 같이 본 발명의 원심 유체발열펌프(100)는 샤프트(10)가 관통하는 하우징(20)과, 상기 하우징 내에 샤프트에 결합되어 회전하는 디스크(30)와, 상기 샤프트를 구동하는 모터(40)로 구성된다.

하우징의 양단에는 베어링(50), 메커니컬실(60)이 각각 설치되어 샤프트(10)가 관통하고, 관통된 샤프트의 일단은 모터 축(51)에 고정되어 회전이 제어되도록 구성된다. 상기 베어링(50)은 샤프트의 회전마찰을 줄이는 역할을 하고, 메커니컬실(60)은 하우징(10) 내의 유체가 샤프트 사이의 간극을 통하여 외부로 누수되지 않도록 밀폐 실링하는 작용을 한다.

상기 샤프트의 회전 과정에서 메커니컬실(60)과 샤프트(10) 사이의 기밀 접촉 면이 눌러 붙지 않도록 수막을 형성하기 위하여 하우징(20) 내로부터 수분을 공급할 수 있는 파이프(70)가 설치된다.

또, 상기 하우징(20)의 일측에는 외부로 부터 유체(물)가 하우징 내부로 유입되는 유체 유입구(21)이 구성되고, 타측에는 하우징 내부로부터 유체가 외부로 배출되는 유체 유출구(22)가 구성된다.

상기 유체 유입구 및 유체 배출구를 구비한 하우징(20)은 샤프트(10)에 고정된 디스크(30)가 원활히 회전할 수 있도록 원통형으로 이루어진다.

디스크(30)는 그 중심축에 형성된 결합구(31)를 샤프트(10)에 끼워 샤프트가 회전할 때 겉돌지 않도록 견고하게 고정된다.

샤프트에 고정되는 디스크(30)는 필요에 따라 하우징 내에 일정한 간격으로 다수 배치되도록 구성할 수 있고, 도 1에서는 디스크(30)가 3개 배치된 형태를 예시하여 나타냈다. 디스크(30)의 두께는 15~30mm, 직경은 300~350mm로 구성할 수 있고 디스크의 수가 많을수록 유체 분자 간의 충돌이 활발하여 지므로 유체의 온도를 빠르게 상승시킬 수 있다.

본 발명의 디스크(30)는 도 2 내지 도 6과 같이 디스크의 외주면 즉, 하우징(20)의 내면에 형성되는 환설 돌출부(25)와 마주하는 면을 따라 등각격으로 제1홈(32)들이 형성된다. 제1홈(32)은 직경과 깊이가 3~10mm로 구성된다.

또, 디스크 측면의 가장자리 둘레를 따라 디스크의 중심축과 평행한 방향으로 10~15mm 직경을 갖는 관통구멍(33)이 등간격으로 형성되고, 상기 관통구멍(33)과 관통구멍(33) 사이에는 관통구멍과 같은 방향으로 제2홈(34)이 형성된다.

상기 제2홈(34)의 직경은 관통구멍과 같이 10~15mm, 깊이는 디스크의 절반 정도의 두께를 갖도록 형성된다.

상기 제2홈(34)은 하우징의 유체 유입구(21) 쪽을 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.

디스크(30)의 제1홈(32)이 형성된 외주면과 마주하는 하우징(20)의 내면에는 대략 디스크의 두께 폭과 대응하는 폭을 갖고, 높이는 1mm 정도로 형성되는 환설 돌출부(25)가 구성되고, 그 환설 돌출부의 양측에는 제1환설홈(23)이 형성되고, 상기 제1환설홈의 중앙부에는 최대 0.5mm 깊이를 갖는 호형의 제2환설홈(24)이 형성된다.

상기 제1환설홈(23)은 환설 돌출부(25)의 높이에 대응하는 깊이를 갖고 제2환설홈(24)은 제1환설홈의 바닥을 기준으로 중심부가 최대 0.5mm 깊이를 갖도록 구성된다.

상기 디스크(30)의 외주면과 하우징(20)의 환설 돌출부(25) 사이의 간격은 디스크(30)의 회전시 물이 그 간격을 이루는 틈을 지나 제1홈(32)이 형성된 공간부를 거쳐 빠져나오는 과정에서 강력한 와류가 발생할 수 있도록 0.3~0.7mm의 간격을 갖도록 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 원심 유체발열펌프(100)의 구동 과정 및 작용을 설명한다.

먼저, 유체 유입구(21)를 통하여 물이 하우징(20)의 내부 공간에 주입된다.

상기 하우징(20) 내에 공급된 물은 고속회전하는 디스크(30)에 의해 와류가 형성되고 마찰이 일어난다. 디스크에 형성된 제1홈(32), 제2홈(34) 및 관통구멍(33)과, 하우징의 제1환설홈(21) 및 제2환설홈(22)의 작용으로 물의 이동 과정에서 와류의 형성이 더 촉진되고 촉진된 와류로 인하여 물 분자 간의 마찰이 더 활발히 일어나므로 물의 온도 상승이 급격히 이루어진다.

특히, 하우징의 제2환설홈(22)의 작용으로 촉진된 와류로 인하여 기포가 다량 발생된 유체가 하우징의 환설 돌출부(25)와 디스크(30) 외주면 사이를 빠져나가면서 디스크에 형성된 제1홈(32)에 모여 응축되면서 유체 분자간의 마찰이 극대화된다. 하우징의 제2홈(34)은 와류의 생성을 더 크게하는 작용을 하고, 관통구멍(33)은 회전 과정에서 유체의 이동 밸런스 및 와류의 생성을 촉진하도록 작용한다.

유체 유입구(21)와 가까운 첫 번째 디스크(30)의 관통구멍(33)과, 그 디스크 외주면과 하우징 내면에 형성된 환설 돌출부(25) 사이를 통과하면서 온도 상승이 일어난 물은 같은 형태로 두번 째 디스크(30)를 통과하면서 재차 온도 상승이 이루어지고, 세번 째 디스크(30)을 통과하면서 물의 온도가 최대 300℃까지 상승되고, 온도가 상승된 물은 온수나 난방원으로 유체 유출구(22)를 통하여 외부로 배출된다.

이상, 본 발명을 예시된 도면을 참고하여 설명하였지만, 그 예시된 도면 구조에 한정되지 않고, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 청구범위에 기재된 기술 사상 및 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형 실시할 수 있을 것이다.

10 - 샤프트 20 - 하우징
21 - 유체 유입구 22 - 유체 유출구
23, 제1환설홈 24 - 제2환설홈
25 - 환설 돌출부
30 - 디스크 31 - 결합구
32 - 제1홈 33 - 관통구멍
34 - 제2홈 40 - 모터
50 - 베어링 51 - 모터 축
60 - 메커니컬실 70 - 파이프
100 - 원심 유체발열펌프

Claims (4)

1. 일측에 유체 유입구와 타측에 유체 유출구가 형성된 원통형의 하우징과, 상기 원통형의 하우징의 중심축을 관통하여 설치되는 샤프트와, 상기 하우징 내에서 샤프트에 결합되어 회전하는 다수의 원판형 디스크를 구비하고,
   상기 각 디스크의 외주면에 그 디스크의 중심축과 직각을 이루는 방향을 향하여 형성되는 제1홈이 외주면을 따라 등간격으로 다수 형성되고, 상기 디스크의 측면 가장자리 둘레를 따라 그 디스크의 중심축과 평행한 방향으로 관통구멍이 등간격으로 다수 형성되고, 상기 관통구멍과 관통구멍 사이에 그 관통구멍 방향을 따라 제2홈이 형성되고, 상기 제1홈은 그 디스크의 중심축과 직각을 이루는 방향을 기준으로 하여 상기 관통구멍과 제2홈 사이에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 원심 유체발열펌프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2홈은 상기 유체 유입구가 형성되는 쪽에 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 유체발열펌프.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1홈이 형성된 디스크의 외주면과 대향하는 하우징의 내면은 환설 돌출부를 구성하고, 상기 환설 돌출부를 기준으로 양측에는 제1환설홈이 형성되고, 그 제1환설홈의 중앙부에는 호형의 제2환설홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 원심 유체발열펌프.
4. 제3에 있어서,
   상기 제2환설홈은 호형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 유체발열펌프.
   

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