KR101289387B1 - 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치에 관한 것으로, 설치 공간을 적게 차지하고, 친환경적으로 물을 가열하여 열수를 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 전동보일러용 열수 발생 장치는 일측이 모터로부터 동력을 전달받아 회전하는 실린더 축와, 실린더 축에 결합되며 마주보는 양측면의 가장자리 부분에 다수의 관통 구멍이 형성되어 있고 양측면을 둘러싸는 외주면에 관통 구멍에 각각 연결되는 다수의 연결 구멍이 형성된 다수의 디스크판과, 다수의 디스크판을 포함하는 실린더 축을 둘러싸며 일정 양의 물을 수용할 수 있는 내부 공간을 형성하고 물이 주입되는 주입구와 물이 배출되는 배출구가 형성된 실린더 몸체를 포함한다. 여기서 다수의 디스크판은 실린더 몸체의 중심 부분에 대해서 대칭되게 양쪽에 적어도 하나의 디스크판이 실린더 축에 결합된다. 실린더 몸체는 다수의 디스크판이 수용되는 제1 내부 공간을 갖는 한 쌍의 제1 실린더 몸체와, 한 쌍의 제1 실린더 몸체 사이에 형성되어 한 쌍의 제1 실린더 몸체를 연결하고 제1 실린더 몸체에서 확관되어 제1 내부 공간보다 큰 제2 내부 공간을 갖는 제2 실린더 몸체를 포함한다.

Description

유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치{Hot water generating apparatus for electric powered boiler using hydrodynamics}

본 발명은 전동보일러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물을 고속으로 회전시켜 발생하는 물 분자 간의 마찰을 이용하여 물을 가열하는 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전동보일러와 같은 물을 가열하는 장치는 다음과 같은 다양한 방법으로 물을 가열하고, 가열된 물(열수)을 필요한 부분으로 공급한다. 즉 기존의 물을 가열하는 방법으로는 물탱크에 물을 담수하고, 이 물을 기름, 가스, 전기 등으로 직접 가열한 후 사용하는 방식과, 물탱크 내에 기름, 가스, 전기 등의 열원으로 부터 얻은 열을 운반하는 발열체를 다양한 방법으로 배치하고, 이 발열체를 물탱크에 넣고 물을 담아 가열하거나, 발열체에 물을 분사시켜 가열하는 방법 등이 있다.

그러나 이와 같은 방법은 물을 가열하기 위한 가열원으로 석탄, 경유, 가스 등과 같은 화석연료를 사용하기 때문에, 물 가열에 소요되는 비용이 과다하게 발생한다는 문제점이 있다.

그리고 물을 가열하기 위한 가열원으로 석탄, 경유, 가스 등과 같은 화석연료를 사용할 경우, 화석연료를 저장할 수 있는 저장고가 필요하여 설치 공간을 많이 차지하는 문제점을 안고 있다.

또한 화석연료의 사용으로 인해 이산화탄소를 비롯한 각종 유해한 물질이 배출되기 때문에, 공해와 같은 환경적인 문제를 발생시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 설치 공간을 많이 차지하지 않는 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 친환경적으로 물을 가열할 수 있는 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 물을 고속으로 회전시켜 발생하는 물 분자 간의 마찰을 이용하여 물을 가열하는 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실린더 축, 다수의 디스크판 및 실린더 몸체를 포함하는 전동보일러용 열수 발생 장치용 실린더를 제공한다. 상기 실린더 축은 일측이 모터로부터 동력을 전달받아 회전한다. 상기 다수의 디스크판은 상기 실린더 축에 결합되며, 마주보는 양측면의 가장자리 부분에 다수의 관통 구멍이 형성되어 있고, 상기 양측면을 둘러싸는 외주면에 관통 구멍에 각각 연결되는 다수의 연결 구멍이 형성된다. 그리고 상기 실린더 몸체는 상기 다수의 디스크판을 포함하는 상기 실린더 축을 둘러싸며, 일정 양의 물을 수용할 수 있는 내부 공간을 형성하고, 물이 주입되는 주입구와 물이 배출되는 배출구가 형성된다. 여기서 상기 다수의 디스크판은 상기 실린더 몸체의 중심 부분에 대해서 대칭되게 양쪽에 적어도 하나의 디스크판이 상기 실린더 축에 결합된다. 상기 실린더 몸체는 한 쌍의 제1 실린더 몸체 및 제2 실린더 몸체를 포함한다. 상기 한 쌍의 제1 실린더 몸체는 상기 다수의 디스크판이 수용되는 제1 내부 공간을 갖는다. 상기 제2 실린더 몸체는 상기 한 쌍의 제1 실린더 몸체 사이에 형성되어 상기 한 쌍의 제1 실린더 몸체를 연결하고, 상기 제1 실린더 몸체에서 확관되어 상기 제1 내부 공간보다 큰 제2 내부 공간을 갖는다.

본 발명에 따른 열수 발생 장치용 실린더에 있어서, 상기 제1 실린더 몸체는 상기 실린더 축 방향으로 원통형으로 형성되고, 상기 제2 실린더 몸체는 상기 실린더 축 방향으로 다각관형으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 열수 발생 장치용 실린더에 있어서, 상기 제2 실린더 몸체는 상기 제2 내부 공간의 내측면에 요부 또는 철부가 형성된다. 또는 상기 제2 실린더 몸체는 상기 실린더 축 방향으로 제2 내부 공간의 내측면에 나선형이 홈이 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 열수 발생 장치용 실린더에 있어서, 상기 다수의 디스크판은 각각, 상기 실린더 축에 결합되는 원판 형상의 디스크 몸체와, 상기 디스크 몸체의 외주면에 일체로 형성되며, 상기 디스크 몸체에 비해서 두껍게 형성되며, 상기 다수의 관통 구멍과 상기 다수의 연결 구멍이 형성되는 테두리부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 열수 발생 장치용 실린더에 있어서, 상기 디스크 몸체와 연결되는 상기 테두리부의 외측면은 경사면으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 열수 발생 장치용 실린더에 있어서, 상기 실린더 몸체 내부의 수압은 2kgf/㎠ 내지 5kgf/㎠이다.

본 발명에 따른 열수 발생 장치용 실린더에 있어서, 상기 다수의 디스크판은 상기 실린더 몸체의 중심 부분에 대해서 대칭되게 양쪽에 하나의 디스크판이 상기 실린더 축에 결합되어 있다. 상기 실린더 축의 양쪽에 설치된 상기 디스크판 사이의 상기 실린더 축 부분의 외측면에는 요철이 형성되어 있다.

본 발명에 따른 열수 발생 장치용 실린더에 있어서, 상기 디스크판의 외주면과 상기 실린더 몸체의 내주면 간의 간격은 3mm 이내이다.

본 발명은 또한, 전술된 실린더와, 상기 실린더의 실린더 축에 동력을 전달하는 모터를 포함하는 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치를 제공한다.

그리고 본 발명에 따른 유체역학을 이용한 열수 발생 장치에 있어서, 상기 모터는 일측으로 돌출된 회전축을 포함한다. 본 발명에 따른 열수 발생 장치는 전원을 공급하는 전원 공급부, 상기 전원 공급부에서 공급되는 전원의 주파수를 제어하여 상기 모터로 공급하는 인버터 및 상기 회전축과 상기 실린더 축을 연결하는 커플링부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 열수 발생 장치는 물의 가열원으로 전기를 사용하기 때문에, 종래의 가열원으로 화석연료를 사용하는 것에 비해서 설치 공간을 많이 차지하지 않고, 친환경적으로 물을 가열할 수 있다.

특히 본 발명에 따른 열수 발생 장치는 실린더에 내설된 다수의 디스크판이 고속으로 회전하면서 실린더로 투입된 물을 고속으로 회전시켜 물 분자 간의 마찰을 극대화하여 물을 가열하여 열수를 제공할 수 있다.

실린더 몸체 전체를 일정 내경을 갖는 원통형으로 형성하지 않고, 다수의 디스크판이 회전하는 부분은 원통형으로 한 쌍의 제1 실린더 몸체로 형성하고, 제2 실린더 몸체는 제1 실린더 몸체에 대해서 확관하여 다각관형으로 형성함으로써, 온수의 생산량과 열효율을 극대화할 수 있다. 즉 제2 실린더 몸체의 확관된 공간만큼 더 많은 온수를 생산할 수 있다. 또한 제1 실린더 몸체에서 제2 실린더 몸체를 확관하여 형성함으로써, 물의 흐름을 원활하게 유도하여 물의 저항을 줄임으로써 열효율을 높일 수 있다.

그리고 전원 공급부에서 공급되는 상용 교류 전원을 인버터를 통하여 상용 교류 전원의 주파수를 감속시켜 모터에 제공함으로써, 평균적으로 35% 이상의 전력을 절약할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 실린더 축에 복수의 디스크판이 설치된 상태를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 2의 디스크판을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2의 실린더를 보여주는 횡 단면도이다.
도 6은 도 2의 실린더를 보여주는 종 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치의 제2 실린더 몸체를 보여주는 종 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치의 제2 실린더 몸체를 보여주는 종 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치의 실린더를 보여주는 횡 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치의 제2 실린더 몸체를 보여주는 종 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는 데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치를 보여주는 블록도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치를 보여주는 사시도이다. 도 3은 도 2의 실린더 축에 복수의 디스크판이 설치된 상태를 보여주는 사시도이다. 도 4는 도 2의 디스크판을 보여주는 도면이다. 도 5는 도 2의 실린더를 보여주는 횡 단면도이다. 그리고 도 6은 도 2의 실린더를 보여주는 종 단면도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치(100)는 고속으로 회전하는 물(유체)의 운동에너지와, 고속으로 회전하는 물 분자 간의 마찰을 이용하여 물을 가열하여 열수를 제공한다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 열수 발생 장치(100)는 모터(10) 및 실린더(30)를 포함하며, 모터(10)와 실린더(30)는 커플링부(20)를 매개로 연결될 수 있다. 모터(10)는 실린더(30)에 동력을 전달한다. 실린더(30)는 일정 양의 물을 수용할 수 있는 내부 공간(61)을 가지며, 모터(10)로부터 동력을 전달받아 물을 회전시키는 과정에서 발생되는 마찰에 의해 발생된 열로 가열한다. 그리고 열수 발생 장치(100)는 전원 공급부(14), 인버터(16; inverter), 물탱크(81), 필터(82), 순환 펌프(83) 및 다수의 개폐 밸브(85,87)를 포함할 수 있다.

이때 전원 공급부(14)는 열수 발생 장치(100)의 각 부분에 필요한 전원을 공급하며, 특히 모터(10)의 구동에 필요한 전원을 공급한다. 인버터(16)는 모터(10)가 전원 공급부(14)로부터 공급되는 전원에 의해 안정적으로 구동할 수 있도록, 전원 공급부(14)에서 모터(10)로의 전원 공급을 제어한다. 전원 공급부(14)에서 공급되는 상용 교류 전원을 인버터(16)를 통하여 상용 교류 전원의 주파수를 감속시켜 모터(10)에 제공함으로써, 평균적으로 35% 이상의 전력을 절약할 수 있다.

물탱크(81)는 물을 저장하며, 실린더(30)로 필요한 물을 공급한다. 필터(82)는 물탱크(81)에서 배출되는 물에서 불순물을 걸러낸다. 순환 펌프(83)는 실린더(30)에 채워진 물을 순환시킨다. 이때 실린더(30)의 주입구(63)로 연결되는 배관에 제1 개폐 밸브(85)가 설치된다. 제1 개폐 밸브(85)는 물탱크(81)에서 실린더(30)의 주입구(63)로 공급되는 물의 흐름을 개폐한다. 실린더(30)의 배출구(65)로 연결되는 배관에 제2 개폐 밸브(87)가 설치된다. 제2 개폐 밸브(87)는 실린더(30)의 배출구(65)로부터 열수 사용처(00)로 공급되는 물의 흐름을 개폐한다. 예컨대 물탱크(81)에서 공급된 물을 가열하는 경우, 제1 개폐 밸브(85)를 물탱크(81) 쪽으로 개방하여 실린더(30)로 물을 공급한다. 다음으로 물이 실린더(30)를 경유하여 순환 펌프(83)로 순환할 수 있을 정도로 충분히 공급된 상태에서, 제1 개폐 밸브(85)는 물탱크(81)로부터 물이 공급되는 것을 차단한다.

그리고 제1 및 제2 개폐 밸브(85,87)는 실린더(30) 및 순환 펌프(83)로 물이 순환할 수 있도록 배관을 연결한다. 한편 열수 사용처(90)로부터 열수 공급 요청이 있으면, 제2 개폐 밸브(87)는 열수 사용처(90) 쪽으로 개방되어 실린더(30)에서 가열된 열수를 열수 사용처(90)로 공급한다.

모터(10)는 전기를 구동원으로 사용하는 전기모터로서, 일측으로 회전축(12)이 돌출되어 있다. 이때 모터(10)는 실린더(30)의 용량에 따라 5 내지 200 kwh의 용량의 전기모터가 사용될 수 있다. 모터(10)는 회전축(12)을 2000 내지 3000 rpm으로 회전시킨다. 이때 모터(10)가 회전축(12)을 2000 rpm 이하로 회전시키면, 물 분자 간의 마찰이 충분히 일어나지 않아 물을 가열하는 데 시간이 더 많이 소요될 수 있다. 반면에 모터(10)가 회전축(12)을 3000 rpm 이상으로 회전시키면, 물 분자 간의 마찰은 충분히 일어나는 반면에 실린더(30)의 다수의 디스크판(50)에서 발생되는 물의 저항에 따른 모터(10)에 부하가 걸리는 문제가 발생되기 때문이다.

실린더(30)는 실린더 축(40), 다수의 디스크판(50) 및 실린더 몸체(60)를 포함하여 구성된다. 실린더 축(40)은 일측이 모터(10)로부터 동력을 전달받아 회전한다. 다수의 디스크판(50)은 실린더 축(40)에 결합되며, 마주보는 양측면의 가장자리 부분에 다수의 관통 구멍(55)이 형성되어 있고, 양측면을 둘러싸는 외주면에 다수의 연결 구멍(56)이 형성되어 있다. 그리고 실린더 몸체(60)는 다수의 디스크판(50)을 포함하는 실린더 축(40)을 둘러싸며 내부 공간(61)을 형성하고, 마주보는 양측면에 각각 주입구(63)와 배출구(65)가 형성되어 있다.

실린더 축(40)의 양단부는 실린더 몸체(60)의 양측면 밖으로 돌출되어 있다. 실린더 몸체(60) 밖으로 돌출된 실린더 축(40)의 일단부는 커플링부(20)를 매개로 모터(10)의 회전축(12)에 연결될 수 있다. 이때 회전축(12)과 실린더 축(40)은 커플링부(20)를 매개로 축 방향으로 직접 연결된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 풀리나 기어 등을 이용하여 모터(10)에서 발생되는 구동력을 실린더 축(40)으로 전달할 수도 있다.

디스크판(50)은 전체적으로 원판 형태를 가지며, 디스크 몸체(54) 및 링 형상의 테두리부(57)를 포함한다. 디스크 몸체(54)는 중심 부분이 실린더 축(40)에 결합되며 원판 형상을 갖는다. 링 형상의 테두리부(57)는 디스크 몸체(54)의 외주면에 일체로 형성되며, 디스크 몸체(54)에 비해서 두껍게 형성되며, 다수의 관통 구멍(55)과 다수의 연결 구멍(56)이 균일하게 테두리부(57)에 형성되어 있다. 디스크판(54)은 열전도성이 양호한 특수금속으로 제조될 수 있다.

이때 다수의 관통 구멍(55)은 테두리부(57)의 일측면에서 타측면으로 경사지게 형성된다. 다수의 연결 구멍(56)은 각각 대응되는 관통 구멍(55)에 연결되며, 특히 테두리부(57)의 외주면에서 나선형으로 관통 구멍(55)에 연결된다. 이때 관통 구멍(55)은 연결 구멍(56) 보다는 큰 내경을 갖도록 형성된다. 이와 같이 디스크판(50)의 테두리부(57)에 다수의 관통 구멍(55) 및 연결 구멍(56)을 형성하는 이유는, 고속으로 회전하는 디스크판(50)에 의해 실린더 몸체(60)에 채워진 물 분자 간의 마찰을 극대화하기 위해서이다. 즉 디스크판(50)이 고속으로 회전하게 되면, 관통 구멍(55) 및 연결 구멍(56)이 형성된 부분에서 와류가 발생되고, 발생된 와류는 물 분자 간의 충돌 횟수를 증가시키고, 증가된 충돌로 인해 물 분자 간의 마찰이 극대화되어 물이 가열된다. 특히 관통 구멍(55)을 테두리부(57)의 일측면에서 타측면으로 수직으로 관통되게 형성하는 것에 비해서 나선형으로 형성하고, 연결 구멍(56)을 디스크판(50)의 축 방향으로 관통 구멍(55)에 연결되게 형성하는 것에 비해서 나선형으로 형성함으로써, 테두리부(57)에서의 와류 발생을 극대화할 수 있다.

디스크 몸체(54)에 연결되는 테두리부(57)의 외측면은 경사면(57a)으로 형성될 수 있다. 이와 같이 평평한 디스크 몸체(54)의 외측면에 연결되는 테두리부(57)의 외측면을 경사면(57a)으로 형성함으로써, 물의 흐름을 테두리부(57)쪽으로 유도할 수 있고, 테두리부(57)의 관통 구멍(55) 및 연결 구멍(56)과 함께 와류를 발생시킬 수 있다. 또한 테두리부(57)의 외측면을 경사면(57a)으로 형성함으로써, 디스크판(50)이 회전하는 과정에서 발생될 수 있는 진동을 최소화할 수 있다.

다수의 디스크판(50)은 실린더 몸체(60)의 중심 부분에 대해서 대칭되게 양쪽에 동일 수의 디스크판(50)이 실린더 축(40)에 결합된다. 이때 실린더 몸체(60)의 중심 부분에 대해서 일측에 결합된 디스크판(50)을 제1 디스크판(52)이라 하고, 타측에 결합되는 디스크판(50)을 제2 디스크판(53)이라 한다. 제1 및 제2 디스크판(52,53)은 적어도 하나이며, 제1 및 제2 디스크판(52,53)은 각각 실리더 몸체(60)의 양측의 내측면에 근접하게 설치된다. 예컨대 제1 및 제2 디스크판(52,53)의 외주면과 실린더 몸체(60)의 내주면 간의 간격은 3mm 이내이다. 이와 같이 제1 및 제2 디스크판(52,53)을 실린더 축(40)에 설치하는 이유는, 디스크판(50)의 회전에 따른 물 분자 간의 마찰을 극대화하기 위해서이다. 제1 및 제2 디스크판(52,53)과 실린더 몸체(60) 사이에 형성된 틈은 회전하는 제1 및 제2 디스크판(52,53)에 작용하는 압력을 분산하는 기능을 수행한다.

제1 실시예에서는 제1 및 제2 디스크 판(52,53)은 다수개이며, 서로 마주보는 제1 및 제2 디스크 판(52,53) 간의 거리(b)는 제1 디스크 판(52)들 또는 제2 디스크 판(53)들 간의 거리(a)보다는 길게 실린더 축(40)에 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제1 및 제2 디스크 판(52,53)을 실린더 축(40)에 설치하는 이유는, 디스크 판(50)의 회전에 따른 물 분자 간의 마찰을 극대화하기 위해서이다. 한편 본 실시예에서는 실린더 축(40)의 양단부에 각각 두 개의 디스크판(50)이 설치된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 실린더 축(40)의 양단부에 각각 두 개 내지 네 개의 디스크판(50)이 설치될 수 있다.

또한 실린더 축(40)의 양쪽에 설치된 디스크판(50) 사이의 실린더 축(40)의 외측면에는 올록볼록하게 요철(43)을 형성하여 실린더 축(40)과 물 간의 마찰을 향상시킬 수 있다.

그리고 실린더 몸체(60)는 내부 공간(61)을 갖는 관 형태를 갖는다. 도시하진 않았지만, 실린더 몸체(60)의 와곽은 단열부재에 의해 덮인다. 실린더 몸체(60)는 양측면에 배치되는 고정 프레임(70)에 의해 고정된다. 실린더 몸체(60)의 양측면 밖으로 돌출된 실린더 축(40)의 양단부는 고정 프레임(70)에 축베어링(41)을 매개로 결합될 수 있다. 축베어링(41)은 실린더 몸체(60)의 마주보는 양측면에 형성된 구멍()67)에 설치될 수 있다. 또한 실린더 몸체(60)에 연결된 주입구(63)와 배출구(65)는 양쪽의 고정 프레임(70)을 관통하여 밖으로 연장되어 있다. 이때 주입구(63)와 배출구(65)의 위치는 이것에 한정되는 것은 아니며, 주입구(63)와 배출구(65)의 위치를 변경하여 형성할 수도 있고, 실린더 몸체(60)의 특정 위치에 함께 형성할 수 있다. 주입구(63)와 배출구(65)를 각각 하나씩 형성하는 예를 개시하였지만, 주입구(63)와 배출구(65) 중 적어도 하나를 복수 개로 형성할 수도 있다.

특히 실린더 몸체(60)는 양쪽에 위치하는 한 쌍의 제1 실린더 몸체(62)와, 한 쌍의 제1 실린더 몸체(62)를 연결하는 제2 실린더 몸체(64)를 포함한다. 한 쌍의 제1 실린더 몸체(62)는 다수의 디스크판(50)이 수용되는 제1 내부 공간(62a)을 갖는다. 그리고 제2 실린더 몸체(64)는 한 쌍의 제1 실린더 몸체(62) 사이에 형성되어 한 쌍의 제1 실린더 몸체(62)를 연결한다. 또한 제2 실린더 몸체(64)는 제1 실린더 몸체(62)에서 확관되어 제1 내부 공간(62a)보다 큰 제2 내부 공간(64a)을 갖는다. 이때 제1 실린더 몸체(62)는 실린더 축(40) 방향으로 원통형으로 형성된다. 그리고 제2 실린더 몸체(64)는 실린더 축(40) 방향으로 다각관형으로 형성될 수 있다. 제1 실시예에서는 제2 실린더 몸체(64)가 육각관으로 형성된 예를 개시하였다.

이와 같이 실린더 몸체(60) 전체를 일정 내경을 갖는 원통형으로 형성하지 않고, 다수의 디스크판(50)이 회전하는 부분은 원통형으로 한 쌍의 제1 실린더 몸체(62)로 형성하고, 제2 실린더 몸체(64)를 제1 실린더 몸체(62)에 대해서 확관하여 다각관형으로 형성한 이유는 온수의 생산량과 열효율을 극대화하기 위해서이다. 즉 제2 실린더 몸체(64)의 확관된 공간만큼 더 많은 온수를 생산할 수 있다. 또한 제1 실린더 몸체(62)에서 제2 실린더 몸체(64)를 확관하여 형성함으로써, 물의 흐름을 원활하게 유도하여 물의 저항을 줄임으로써 열효율을 높일 수 있다.

또한 제2 실린더 몸체(64)는 원통형으로 형성하는 것과 비교하여, 제2 내부 공간(64a)을 10 내지 30% 증가할 수 있는 크기로 확관하는 것이 바람직하다. 즉 확관으로 인한 증가한 공간이 10% 이하인 경우, 확관으로 인한 온수의 생산량과 열효율의 상승이 미미할 수 있다. 반면에 확관으로 인한 증가한 공간이 30% 이상인 경우, 실린더(30)에서 물을 가열하는 데 시간이 많이 소요되는 문제가 발생될 수 있다.

또한 제2 실린더 몸체(64)의 제2 내부 공간(64a)을 원통형으로 형성하는 것에 비해서, 다각관형으로 형성함으로써, 물과 제2 내부 공간(64a)의 내측면 간의 마찰율을 높여 좀 더 신속하게 물을 가열할 수 있다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 열수 발생 장치(100)를 이용하여 물을 가열하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 물탱크(81)로부터 주입구(63)를 통하여 실린더 몸체(60) 안으로 물을 주입한다. 아울러 물이 주입구(63) 및 실린더 몸체(60) 및 배출구(65)를 지나 다시 주입구(63)로 순환할 수 있도록 제1 및 제2 개폐 밸브(85,87)를 조정한다. 즉 제1 개폐 밸브(85)는 개방하고, 제2 개폐 밸브(87)는 닫는다.

이와 같이 주입구(63), 실린더 몸체(60) 및 배출구(65)를 통하여 순환할 수 있도록 물이 공급된 이후에 제1 개폐 밸브(85)를 닫아 물탱크(81)로부터 실린더 몸체(60)로 물이 공급되는 것을 중지시킨다. 이때 물탱크(81)에서 배출된 물은 필터(82)를 통하여 불순물이 제거된 상태에서 실린더 몸체(60)로 공급된다.

다음으로 모터(10)를 구동시켜 회전축(12)에 커플링된 실린더(30)의 실린더 축(40)을 회전시킨다. 실린더 축(40)의 회전에 따라 다수의 디스크판(50)이 고속으로 회전하면서 물 분자들을 서로 충돌시켜 물의 온도를 상승시킨다. 아울러 물이 설정된 온도로 가열될 때까지, 물을 순환시킨다. 이때 실린더 몸체(60) 내에서 물이 주입구(63)에서 배출구(65)로 이동하면서 가열될 수 있도록, 실린더 몸체(60) 내부의 수압은 2kgf/㎠ 내지 5kgf/㎠를 유지한다. 바람직하게는 3kgf/㎠ 내지 4kgf/㎠로 실린더 몸체(60) 내부의 수압을 유지하는 것이다.

특히 디스크판(50)의 회전에 의해 테두리부(57)에서 물과 마찰하면서 와류가 발생된다. 실린더 몸체(60) 내에서 와류가 발생될 때, 물의 최상층은 제동이 걸리게 되고 표면 속도가 떨어지면서 마찰에 의해 열이 발생한다.

또한 물은 테두리부(57)의 경사면(57a)을 경유하면서 경사방향으로 흩뿌려지고, 관통 구멍(55)을 통과하면서 와류가 발생되고, 연결 구멍(56)을 거치면서 더욱 더 와류의 속도가 가속되면서 기포를 발생시킨다.

이와 같이 테두리부(57)의 경사면(57a), 관통 구멍(55) 및 연결 구멍(56)에 의해 형성된 기포의 표면은 와류에 의해 고속으로 회전하기 때문에, 실린더 몸체(60) 내에서 기포의 내부 압력에 대한 반작용과 디스크판(50)의 회전력이 물에 압력을 작용하게 된다.

따라서 디스크판(50)의 회전에 의해 발생된 기포들은 반작용으로 충돌하면서 연속적으로 터지게 되면서, 저주파 대역과 적외선 대역에서의 열을 발생시킨다.

이때 발생되는 열은 디스크판(50)의 회전에 의해 발생된 와류의 속도에 비례하고, 수압에 반비례한다. 따라서 관통 구멍(55)을 테두리부(57)의 일측면에서 타측면으로 수직으로 관통되게 형성하는 것에 비해서 나선형으로 형성하고, 연결 구멍(56)을 디스크판(50)의 축 방향으로 관통 구멍(55)에 연결되게 형성하는 것에 비해서 나선형으로 형성함으로써, 테두리부(57)에서의 와류 발생을 극대화할 수 있다. 또한 실린더 몸체(60) 내부의 수압은 2kgf/㎠ 내지 5kgf/㎠를 유지한다. 바람직하게 3kgf/㎠ 내지 4kgf/㎠로 실린더 몸체(60) 내부의 수압을 유지하는 것이다.

또한 물은 제1 실린더 몸체(62)를 통과하여 확관된 제2 실린더 몸체(64)로 원활하게 이동할 수 있도록 유도함으로써, 물의 저항을 줄여 열효율을 높일 수 있다. 또한 제2 실린더 몸체(64)의 제2 내부 공간(64a)을 원통형으로 형성하는 것에 비해서, 다각관형으로 형성함으로써, 물과 제2 내부 공간(64a)의 내측면 간의 마찰율을 높여 좀 더 신속하게 물을 가열할 수 있다.

그리고 물이 설정된 도달한 이후에, 열수 사용처(90)로부터 열수 공급 요청이 있으면, 제2 개폐 밸브(87)는 열수 사용처(90) 쪽으로 개방되어 실린더(30)에서 가열된 열수를 열수 사용처(90)로 공급한다. 한편 제1 개폐 밸브(85)를 조절하여 열수가 사용된 만큼 물이 물탱크(81)에서 실린더 몸체(60)로 공급될 수 있도록 한다.

한편 전술된 본 실시예에 따른 열수 발생 장치(100)를 이용하여 물을 가열하는 방법은 물을 실린더 몸체(60)에 주입한 이후에 디스크판(50)을 회전시키는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 먼저 디스크판(50)을 회전시킨 상태에서 실린더 몸체(60)로 물을 주입할 수도 있다.

한편 제1 실시예에서는 실린더(60)의 제2 실린더 몸체(64)의 내측면이 매끈하게 형성한 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 실린더 몸체(64)의 내측면에 요철(凹凸)을 형성할 수 있다. 여기서 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치의 제2 실린더 몸체(64)를 보여주는 종 단면도이다. 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치의 제2 실린더 몸체(64)를 보여주는 종 단면도이다. 그리고 도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치의 실린더 몸체(61)를 보여주는 횡 단면도이다.

도 7을 참조하면, 제2 실시예에 따른 실린더의 제2 실린더 몸체(64)는 내측면에 요(凹)부(66)가 형성되어 있다. 이때 요부(66)는 딤플(dimple) 형태로 제2 실린더 몸체(64)의 내측면에 균일하게 다수개 형성될 수 있다. 또는 요부(66)는 슬롯 형태로 길게 복수개 형성될 수 있으며, 예컨대 실린더 축(40)의 길이 방향에 평행하게 형성하거나 수직하게 형성될 수 있다. 또는 요부(66)는 실린더 축(40)의 길이 방향으로 곡선형으로 형성될 수도 있다.

도 8을 참조하면, 제3 실시예에 따른 실린더의 제2 실린더 몸체(64)는 내측면에 철(凸)부(88)가 형성되어 있다. 이때 철부(88)는 돌기 형태로 제2 실린더 몸체(64)의 내측면에 균일하게 다수개 형성될 수 있다. 또는 철부(68)는 바 형태로 길게 복수개 형성될 수 있으며, 예컨대 실린더 축(40)의 길이 방향에 평행하게 형성하거나 수직하게 형성될 수 있다. 또는 철부(68)는 실린더 축(40)의 길이 방향으로 곡선형으로 형성될 수도 있다.

도 9를 참조하면, 제4 실시예에 따른 실린더의 제2 실린더 몸체(64)는 내측면에 요부(69)가 사선 방향으로 형성되어 있다. 이때 요부(69)는 실린더 축(40)에 대해서 한쪽 방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 요부(69)는 실린더 축(40) 방향으로 제2 실린더 몸체(64)의 내측면에 복수회 회전하는 나선형으로 형성될 수 있다.

이때 도 9에 도시된 요부(69)는 철부로 형성될 수도 있다.

또한 제2 내지 제4 실시예에서는 제2 실린더 몸체(64)에 요부(66,69)만 형성되거나 철부(68)만 형성된 예를 개시하였지만, 요부와 철부가 함께 형성될 수 있다.

한편 제1 실시예에서는 제2 실린더 몸체(64)가 육각관형으로 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 실린더 몸체(164)는 팔각관형으로 형성될 수 있다. 여기서 도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치의 제2 실린더 몸체(164)를 보여주는 종 단면도이다. 그 외 제2 실린더 몸체는 삼각관형, 사각관형 등 다양한 다각관형으로 형성될 수 있다.

그리고 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 모터 12 : 회전축
20 : 커플링부 30 : 실린더
40 : 실린더 축 50 : 디스크판
52 : 제1 디스크판 53 : 제2 디스크판
54 : 디스크 몸체 55 : 관통 구멍
56 : 연결 구멍 57 : 테두리부
60 : 실린더 몸체 61 : 내부 공간
62 : 제1 실린더 몸체 63 : 주입구
64 : 제2 실린더 몸체 65 : 배출구
70 : 고정 프레임 81 : 물탱크
83 : 순환 펌프 85 : 제1 개폐 밸브
87 : 제2 개폐 밸브 100 : 열수 발생 장치

Claims (9)

1. 일측이 모터로부터 동력을 전달받아 회전하는 실린더 축;
   상기 실린더 축에 결합되며, 마주보는 양측면의 가장자리 부분에 다수의 관통 구멍이 형성되어 있고, 상기 양측면을 둘러싸는 외주면에 관통 구멍에 각각 연결되는 다수의 연결 구멍이 형성된 다수의 디스크판;
   상기 다수의 디스크판을 포함하는 상기 실린더 축을 둘러싸며, 일정 양의 물을 수용할 수 있는 내부 공간을 형성하고, 물이 주입되는 주입구와 물이 배출되는 배출구가 형성된 실린더 몸체;
   를 포함하며,
   상기 다수의 디스크판은 상기 실린더 몸체의 중심 부분에 대해서 대칭되게 양쪽에 적어도 하나의 디스크판이 상기 실린더 축에 결합되고,
   상기 실린더 몸체는,
   상기 다수의 디스크판이 수용되는 제1 내부 공간을 갖는 한 쌍의 제1 실린더 몸체;
   상기 한 쌍의 제1 실린더 몸체 사이에 형성되어 상기 한 쌍의 제1 실린더 몸체를 연결하고, 상기 제1 실린더 몸체에서 확관되어 상기 제1 내부 공간보다 큰 제2 내부 공간을 갖는 제2 실린더 몸체;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동보일러용 열수 발생 장치용 실린더.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 실린더 몸체는 상기 실린더 축 방향으로 원통형으로 형성되고,
   상기 제2 실린더 몸체는 상기 실린더 축 방향으로 다각관형으로 형성된 것을 특징으로 하는 전동보일러용 열수 발생 장치용 실린더.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2 실린더 몸체는 상기 제2 내부 공간의 내측면에 요부 또는 철부가 형성된 것을 특징으로 하는 전동보일러용 열수 발생 장치용 실린더.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제2 실린더 몸체는 상기 실린더 축 방향으로 제2 내부 공간의 내측면에 나선형이 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 전동보일러용 열수 발생 장치용 실린더.
5. 제1항에 있어서,
   상기 디스크판은 상기 관통 구멍이 일측면에서 타측면으로 나선형으로 형성되고, 상기 연결 구멍이 상기 관통 구멍에 나선형으로 연결되어 상기 디스크판의 회전에 의해 발생되는 와류에 의한 상기 디스크판과 물의 마찰 및 상기 물 분자 간의 마찰에 의해 상기 실린더 몸체에 수용된 상기 물의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 전동보일러용 열수 발생 장치용 실린더.
6. 제5항에 있어서, 상기 다수의 디스크판은 각각,
   상기 실린더 축에 결합되는 원판 형상의 디스크 몸체;
   상기 디스크 몸체의 외주면에 일체로 형성되며, 상기 디스크 몸체에 비해서 두껍게 형성되며, 상기 다수의 관통 구멍과 상기 다수의 연결 구멍이 형성되는 테두리부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동보일러용 열수 발생 장치용 실린더.
7. 제6항에 있어서,
   상기 디스크 몸체와 연결되는 상기 테두리부의 외측면은 경사면으로 형성되고,
   상기 실린더 몸체 내부의 수압은 2kgf/㎠ 내지 5kgf/㎠이고,
   상기 디스크판의 외주면과 상기 제1 실린더 몸체의 내주면 간의 간격은 3mm 이내이고,
   상기 실린더 축은 2000 내지 3000 rpm으로 회전하고,
   상기 실린더 축의 양쪽에 설치된 상기 디스크판 사이의 상기 실린더 축 부분의 외측면에는 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동보일러용 열수 발생 장치용 실린더.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 실린더;
   상기 실린더의 실린더 축에 동력을 전달하는 모터;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 모터는 일측으로 돌출된 회전축을 포함하며,
   전원을 공급하는 전원 공급부;
   상기 전원 공급부에서 공급되는 전원의 주파수를 제어하여 상기 모터로 공급하는 인버터;
   상기 회전축과 상기 실린더 축을 연결하는 커플링부;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체역학을 이용한 전동보일러용 열수 발생 장치.

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