KR101292257B1

KR101292257B1 - 입형 원심발열펌프 및 이를 이용한 급탕 설비 구조체

Info

Publication number: KR101292257B1
Application number: KR1020110117072A
Authority: KR
Inventors: 노호기
Original assignee: 노호기
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-08-09
Also published as: KR20130051746A

Abstract

본 발명은 종래의 원심발열펌프의 모터와 원심발열부가 눕혀서 설치됨으로써 설치공간이 많이 소비되며, 모터와 원심발열부의 연결부가 커플링으로 연결되어 외부로 노출됨으로써 외부의 충격에 취약하고 설치공간이 크게 소비되는 문제점을 해소할 수 있는 입형 원심발열펌프 및 이를 이용한 급탕 설비 구조체를 개시한다. 본 발명은 하부에 회전축을 구비한 모터; 상기 회전축이 관통하도록 상기 모터의 하방에 장착된 고정 플레이트; 상기 고정 플레이트에 장착되고 상부의 유입로와 하부의 유출로가 각각 형성된 하우징; 상기 하우징 내부에 위치하도록 상기 회전축과 동축으로 결합된 구동축; 상기 구동축에 일정간격으로 배치된 다수 개의 디스크; 및 상기 구동축의 말단이 회전가능하게 장착되고, 상기 하우징의 말단을 밀폐하는 마감 플레이트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

입형 원심발열펌프 및 이를 이용한 급탕 설비 구조체 {UPRIGHT CENTRIFUGAL HEAT PUMP AND HOT-WATER SUPPLING STRUCTURE}

본 발명은 입형(upright type) 원심발열펌프 및 이를 이용한 급탕 설비 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 원심발열펌프의 모터와 원심발열부가 눕혀서 설치됨으로써 설치공간이 많이 소비되며, 모터와 원심발열부의 연결부가 커플링으로 연결되어 외부로 노출됨으로써 외부의 충격에 취약하고 설치공간이 크게 소비되는 문제점을 해소할 수 있는 입형 원심발열펌프 및 이를 이용한 급탕 설비 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 난방이나 온수의 공급장치로 널리 사용되고 있는 것이 보일러이다. 이러한 보일러는 물을 일정시간 동안을 가열하고 배관을 통해 급수시설이나 난방시설로 공급한다. 여기서 물을 가열하기 위한 수단으로써 별도의 연소실을 구비하여 물을 가열하는 것이 보통이다.

근래에 보일러는 기술의 발전으로 인하여 성능이 향상되면서 취급이 간편해진 반면에, 구조가 복잡해져 시공정비 및 보수에 있어서 고도의 기술을 요구하게 되는 단점이 있다. 또한 보일러 취급에 수반되는 부대시설비용 및 고유가에 따른 연료수급에 대한 부담도 증대되고 있는 실정이다.

이러한 문제점을 해소하고자 종래에는 연료손실절감을 위한 다양한 형태의 에너지절감 보일러들이 제시되었다.

그러나, 이러한 에너지절감 보일러들도 종래의 보일러와 동일하게 석유, 가스, 석탄 등의 연료를 연소시켜 물을 가열하는 방식으로 획기적으로 에너지를 절약하는 데는 어느 정도 한계에 직면할 수밖에 없었다.

특히, 에너지 부존자원이 고갈되어 에너지 전량을 외국에서 수입하고 있는 현실에서 이와 같은 장기간에 걸친 고유가 부담을 해결하기 위한 대체 에너지수단의 필요성이 더욱 대두되고 있다.

또한, 기후협약의 발효로 국가별 에너지 절약을 위한 법률제정 등 에너지 자원에 대한 안보가 그 어느 때보다 중요한 상황이다. 따라서, 비화석연료의 사용을 통한 난방/급탕설비의 개발이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.

이러한 화석연료를 사용하지 않는, 즉 연소물에 의한 발열 없이 축 회전력을 통한 운동에너지를 이용하여 저온의 유체를 고온으로 만들 수 있도록 하는 것으로서 원심발열펌프가 있다.

이러한 원심발열펌프는 일정한 밀폐공간을 갖는 하우징 내에서 샤프트를 통해 디스크를 고속으로 축 회전시켜 하우징 내부를 따라 흐르는 유체 분자들이 서로 충돌하면서 이른바 캐비테이션 현상(유체 속에서 그 흐름이 빨라져 압력이 낮은 곳이 생기면 물속의 기체가 분리되어 기포가 발생하는 현상)이 발생되도록 하여 저온의 유체를 고온의 유체로 상변화를 일으키는 원리이다.

그러나, 종래의 원심발열펌프는 도 1과 같이 모터(60)의 측면으로 회전축(61)이 노출되고 이 회전축(61)과 연결된 제1몸체(10)와 제2몸체(20)가 플랜지부(11)에 의해 고정된 상태를 이룬다. 여기서 제1몸체(10)와 제2몸체(20)에는 타공디스크(미도시)가 장착되어 냉수 유입관(2)으로 유입되는 냉수를 유입관(15)을 통해 유입시켜 플랜지부(11)의 내부에서 원심 발열시켜 온수로 전환한다. 이와 같이 전환된 온수는 유출관(16)을 통해 온수 유출관(3)으로 토출된다.

이와 같은 구성을 갖는 종래의 원심발열펌프는 측면으로 눕혀진 상태로 모터와 플랜지부(11)가 배치되어 설치공간이 크게 소요되는 단점이 있었다.

또한, 회전축(61)이 노출된 상태로 플랜지부(11)와 연결되어 외부충격에 취약하고 외부 인자에 의해 손상될 우려가 있었다. 더욱이 회전축(61)과 플랜지부(11) 내부의 타공 디스크와 커플링(예를 들어, 유니버셜 조인트; universal joint)를 통해 기계적 연결이 이루어지고, 또한 이들 연결축에는 매커니컬 실(mechanical seal)과 같은 밀봉수단이 필요하며, 이에 따라 연결부가 외부로 노출됨으로써 외부충격에 취약하고 설치공간이 크게 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 종래의 원심발열펌프의 모터와 원심발열부가 눕혀서 설치됨으로써 설치공간이 많이 소비되며, 모터와 원심발열부의 연결부가 커플링으로 연결되어 외부로 노출됨으로써 외부의 충격에 취약하고 설치공간이 크게 소비되는 문제점을 해소할 수 있는 입형 원심발열펌프 및 이를 이용한 급탕 설비 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 하부에 회전축을 구비한 모터; 상기 회전축이 관통하도록 상기 모터의 하방에 장착된 고정 플레이트; 상기 고정 플레이트에 장착되고 상부의 유입로와 하부의 유출로가 각각 형성된 하우징; 상기 하우징 내부에 위치하도록 상기 회전축과 동축으로 결합된 구동축; 상기 구동축에 일정간격으로 배치된 다수 개의 디스크; 및 상기 구동축의 말단이 회전가능하게 장착되고, 상기 하우징의 말단을 밀폐하는 마감 플레이트를 포함하는 입형 원심발열펌프를 제공한다.

상기 고정 플레이트의 외주면에 설치되어 상기 모터를 지지하는 적어도 하나의 지지대를 더 포함할 수 있다.

상기 고정 플레이트에 설치되어 상기 구동축의 선단의 외주면에 밀착되는 제1 베어링, 및 상기 마감 플레이트에 설치되어 상기 구동축의 말단의 외주연에 밀착되는 제2 베어링을 더 포함할 수 있다.

상기 디스크의 상면에는 유입홈이 형성되고, 상기 유입홈에 수직하도록 상기 디스크의 외주연에는 유도공이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 다수개가 직렬 또는 병렬로 연결되는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 입형 원심발열펌프; 상기 원심발열펌프로 공급수를 제공하는 급수수단; 및 상기 입형 원심발열펌프로부터 온수를 제공하는 공급수단을 제공한다.

본 발명에 따르면, 모터와 원심발열부가 수직(입형; upright type)으로 설치되어 설치공간을 획기적으로 줄일 수 있어, 협소한 공간에도 용이하게 설치할 수 있는 효과가 있다. 또한, 모터의 연결부가 하우징 내부에 위치하도록 직결 설치되는 구조로 외부 충격으로부터 연결부를 보호할 수 있으며, 장치의 소형화를 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 원심발열펌프의 설치상태를 보여주는 상태도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입형 원심발열펌프의 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입형 원심발열펌프가 병렬로 설치된 상태를 보여주는 예시도, 및
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입형 원심발열펌프가 직렬로 설치된 상태를 보여주는 예시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입형 원심발열펌프의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입형 원심발열펌프가 병렬로 설치된 상태를 보여주는 예시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입형 원심발열펌프가 직렬로 설치된 상태를 보여주는 예시도이다.

도 2와 같이, 본 발명의 입형 원심발열펌프는 모터(100), 고정 플레이트(130), 하우징(210), 디스크(251), 구동축(250)으로 구성된다.

상기 모터(100)는 하방에 회전축(110)이 위치되도록 설치되는데, 모터(100)는 고정 플레이트(130)와 결합되며 고정 플레이트(130)에는 회전축(110)이 관통된다. 여기서 고정 플레이트(130)는 모터(100)의 일측면에 일체로 형성된 제1플레이트(131)와 제1플레이트(131)에 나사결합되는 제2플레이트(132)로 구성될 수 있다. 또한 제2플레이트(132)에는 제1 베어링(120)이 장착될 수 있어 구동축(250)의 선단의 회전운동을 용이하게 한다(마찰력을 줄이는 작용).

한편, 고정 플레이트(130)의 주변에는 다수의 지지대(230)가 설치되어 입형상태로 설치되는 모터(100)의 구동시 이를 지지하는 역할을 한다. 또한 하우징(210)의 내부에는 안내판(240)을 구비하는데, 이 안내판(240)은 유입로(150)에 근접하도록 설치되어 유입로(150)로 공급되는 공급수를 최상부의 디스크(251a)의 관통공(H1)으로 안내한다. 구체적으로 안내판(240)은 제1판(241)과 제2판(242)으로 구분되어 하우징(210) 내부로 유입된 공급수가 하우징(210) 내부에 가득 채워지기 않은 상태에서 디스크(251)의 축 회전시 공회전이 발생되어 유체의 원활한 충돌 및 안내가 이루어지지 않는 것을 방지하도록 최상부의 디스크(251a)의 유로로 공급수를 유도하는 역할을 한다.

상기 구동축(250)은 모터(100)의 회전축(120)에 동축 상으로 연결된다. 즉, 회전축(120)에 스플라인(또는 키 홈방식)이 형성되고 구동축(250)에는 스플라인 홈이 형성되어 동축선 상에 직결될 수 있다. 또한 고정 플레이트(130)에 장착된 제1 베어링(120)을 매개로 선단이 고정됨으로써 별도의 커플링 없이도 용이하게 동력전달이 가능하고, 하우징 내부에 연결부가 위치함으로써 외부 충격으로부터 보호함과 동시에 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

상기 디스크(251)는 구동축(250) 상에 다수 개가 일정간격마다 설치된 구조를 갖는다. 이 디스크(251)에는 유입홈(H3)과 이 유입홈(H3)에서 수직하게 연통된 유도공(H2)이 형성된다. 이에 따라 디스크(251)로 유입된 유체는 유입홈(H3)을 통해 유도공(H2)으로 토출되는 유로를 형성한다. 이에 따라 유도된 유체는 1차로 유입홈(H3)에서 미세 분쇄(물 분자의 충돌)가 이루어지고, 2차로 유도공(H2)에서 분쇄되며 하우징(210)의 내측면에 충돌하여 3차 분쇄가 이루어진다.

이와 같은 과정 속에서 물분자가 서로 충돌하여 저온의 유체가 고온의 유체가 되는 상 변화를 일으킨다

이때, 하우징(210)의 말단에는 밀폐를 위한 마감 플레이트(220)가 설치되고 이 마감 플레이트(220)는 고온화된 유체가 배출되는 유출로(160)가 관통형성될 수 있다. 또한 이에 따라 하우징(210)의 내부에는 선단(고정 플레이트; 130)에 유입로(150)가 형성되어 공급수를 제공받아 하우징(210) 내부의 디스크(251)를 통해 물 분자의 충돌을 일으켜 마감 플레이트(220)의 유출로(160)를 통해 배출하는 구조를 갖는다.

도 3 및 도 4와 같이, 상기와 같은 구조를 갖는 입형 원심발열펌프(500)는 경우에 따라 병렬 또는 직렬로 배치될 수 있다. 이에 따라 다단(도 3 및 도 4에서 510 내지 530으로 도시함)으로 구성할 수 있어 공급수의 온도를 점증적으로 높일 수 있다(즉, 원심발열펌프의 개체수가 많을수록 온수의 온도를 높일 수 있음).

다시 말해, 도 3과 같이 입형 원심발열펌프(510 내지 530)를 병렬로 배치하면 급수수단(600)에서 보다 많은 공급수를 급탕하여 공급수단(700)을 통해 공급할 수 있다. 한편, 도 4와 같이 입형 원심발열펌프(510 내지 530)를 직렬로 배치하면 급탕효율을 보다 향상시킬 수 있어 급탕온도를 상승시키는 것이 가능하다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

100: 모터 110: 회전축
120: 제1 베어링 130: 고정 플레이트
150: 유입로 160: 유출로
210: 하우징 220: 마감 플레이트
230: 지지대 250: 구동축
500: 입형 원심발열펌프 600: 급수수단
700: 공급수단

Claims

하부에 회전축을 구비한 모터;
상기 회전축이 관통하도록 상기 모터의 하방에 장착된 고정 플레이트;
상기 고정 플레이트에 장착되고 상부의 유입로와 하부의 유출로가 각각 형성된 하우징;
상기 하우징 내부에 위치하도록 상기 회전축과 동축으로 결합된 구동축;
상기 구동축에 일정간격으로 배치된 다수 개의 디스크; 및
상기 구동축의 말단이 회전가능하게 장착되고, 상기 하우징의 말단을 밀폐하는 마감 플레이트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입형 원심발열펌프.
제1항에 있어서,
상기 고정 플레이트의 외주면에 설치되어 상기 모터를 지지하는 적어도 하나의 지지대를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입형 원심발열펌프.
제1항에 있어서
상기 고정 플레이트에 설치되어 상기 구동축의 선단의 외주면에 밀착되는 제1 베어링, 및
상기 마감 플레이트에 설치되어 상기 구동축의 말단의 외주면에 밀착되는 제2 베어링을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입형 원심발열펌프.
제1항에 있어서,
상기 디스크의 상면에는 유입홈이 형성되고,
상기 유입홈에 수직하도록 상기 디스크의 외주연에는 유도공이 형성된 것을 특징으로 하는 입형 원심발열펌프.
제4항에 있어서,
상기 하우징의 내부에는 상기 유입로에 근접하도록 설치되어 상기 유입로로 공급되는 공급수를 최상부의 상기 디스크에 형성된 관통공으로 안내하는 안내판을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입형 원심발열펌프.
다수개가 직렬 또는 병렬로 연결되는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 입형 원심발열펌프;
상기 원심발열펌프로 공급수를 제공하는 급수수단; 및
상기 입형 원심발열펌프로부터 온수를 제공하는 공급수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 급탕 설비 구조체.