KR101312842B1 - 액체가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기저항식 가열기와 같은 별도의 가열수단 없이도 고온의 온수를 생성시킬 수 있도록 한 액체가열장치에 관한 것으로, 회전축이 관통하여 내부로 돌출되고 일측면이 개방된 상태로 형성되며 타측 내면에는 상기 회전축과 동심인 복수의 원형 그루브가 등간격으로 형성되는 중공 원통형의 케이스,
상기 케이스 내에서 상기 회전축에 결합되어 회전하고 상기 케이스의 타측 내면과 대향하는 면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제1 방사방향 그루브가 형성되며 상기 케이스의 타측 내면과 대향하는 면의 반대측 면 중앙에는 복수의 블레이드가 형성되는 블레이드부가 구비되는 원판형의 회전체,
상기 케이스의 개방된 일측면을 폐쇄하며 내측면에는 액체가 유입 및 배출되는 제1 유입구와 배출구가 구비되는 커버부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

액체가열장치{Liquid heating device}

본 발명은 액체가열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전기저항식 히터와 같은 가열기를 구비하지 않고서도 강제 회전하는 액체에 의해 발생되는 캐비테이션, 마찰 저항 등에 의해 액체를 가열할 수 있도록 한 액체가열장치에 관한 것이다.

일반적으로 온수 등의 고온의 액체를 제조하기 위해서는 전기저항식 히터와 같은 외부 열원을 이용하여 저온의 액체를 직접 가열하는 방법이 사용되고 있다.

이러한 일례로서, 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2010-0037206호(2010.4.9.공개)은 고온의 증기가 가지고 있는 열에너지에 의해 내부, 외부 발열체가 가열되고 발열체에 설치된 발열돌기에 고속회전하는 회전체를 통해 물을 고속으로 회전시켜 발열돌기와 접촉하여 물을 가열하고, 회전체의 돌기와 발열체의 돌기에 물을 회전 마찰시켜 온수를 공급하는 회전마찰을 이용한 온수공급장치로서, 소량의 전기만으로도 일정한 수량과 일정한 온도의 물을 공급할 수 있는 특징이 있다.

그러나, 이 종래기술은 증기를 공급하기 위한 보일러 장치가 필요하므로 장치가 복잡하고 대형화되는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명은 전기저항식 가열기와 같은 별도의 가열수단 없이도 고온의 온수를 생성시킬 수 있도록 한 액체가열장치를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 에너지 소비가 적고 구조가 크거나 복잡하지 않은 액체가열장치를 제공하고자 하는 데 목적이 있다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명인 액체가열장치는,

회전축이 관통하여 내부로 돌출되고 일측면이 개방된 상태로 형성되며 타측 내면에는 상기 회전축과 동심인 복수의 원형 그루브가 등간격으로 형성되는 중공 원통형의 케이스,

상기 케이스 내에서 상기 회전축에 결합되어 회전하고 상기 케이스의 타측 내면과 대향하는 면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제1 방사방향 그루브가 형성되며 상기 케이스의 타측 내면과 대향하는 면의 반대측 면 중앙에는 복수의 블레이드가 형성되는 블레이드부가 구비되는 원판형의 회전체,

상기 케이스의 개방된 일측면을 폐쇄하며 내측면에는 액체가 유입 및 배출되는 제1 유입구와 배출구가 구비되는 커버부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전체의 블레이드부의 외주면을 감싸도록 배치되는 고정체를 더 포함하여 구성되되,

상기 블레이드부의 블레이드 외측면 각각에는 상기 회전축과 평행한 방향으로 외주면 그루브가 형성되고,

상기 고정체의 내주면에는 상기 회전축과 평행한 방향으로 복수의 내주면 그루브가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 블레이드부의 좌우 양측을 관통하여 형성되는 복수의 제1 관통공 및

상기 커버부의 내측면에 형성되되 상기 복수의 제1 관통공과 연통될 수 있도록 형성되는 제2 유입구를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전체에서 상기 케이스의 타측 내면과 대향하는 면의 반대측 면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제2 방사방향 그루브가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전체의 블레이드부의 외측면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제3 방사방향 그루브가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전체의 블레이드부의 외주면을 감싸도록 배치되는 고정체를 더 포함하여 구성되되,

상기 고정체의 커버부 측의 측면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제4 방사방향 그루브가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커버부의 내측면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제5 방사방향 그루브가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전축의 단부에 결합되어 상기 회전체의 축방향 이탈을 방지하는 회전체 고정구를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전체의 블레이드부의 외주면을 감싸도록 배치되는 고정체를 더 포함하여 구성되며,

상기 케이스는 중공 원통형으로 형성되되 그 중심축은 상기 회전축과 편심되도록 형성되며

상기 고정체의 외주면 일측에는 초승달 형태의 고정부가 형성되되 상기 고정부는 상기 케이스에 고정결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 방사방향 그루브와 제2 방사방향 그루브는 원주방향을 따라 서로 교호로 형성되며,

상기 제2 방사방향 그루브 사이에는 상기 제1 방사방향 그루브와 연통하는 제2 관통공이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 과제해결수단을 통해, 본 발명인 액체가열장치는 전기저항식 가열기와 같은 별도의 가열수단 없이도 고온의 온수를 생성시킬 수 있으며, 에너지 소비가 적고 구조가 크거나 복잡하지 않아 에너지 소비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 제작이 쉽고 유지보수가 용이한 이점이 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 액체가열장치 전체를 도시한 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 액체가열장치의 주요부를 도시한 분해사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 액체가열장치의 회전체를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 액체가열장치의 고정체를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 액체가열장치를 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 액체가열장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 액체가열장치 전체를 도시한 사시도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 액체가열장치의 주요부를 도시한 분해사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 액체가열장치의 회전체를 도시한 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 액체가열장치의 고정체를 도시한 사시도이며, 도 8은 본 발명에 따른 액체가열장치를 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 액체가열장치는 물, 오일 등과 같은 액체를 전기저항식 가열기, 보일러 등의 외부 열원(熱源)에 의하지 않고 고속으로 회전하는 회전체 주위의 유체가 국부적으로 압력이 포화증기압보다 낮아지면서 기포가 발생, 성장하여 파괴되면서 수 천도에 이르는 열에너지를 방출하는 캐비테이션 현상, 회전체와 유체의 마찰 저항, 유체 내부의 속도 변화 및 속도 차에 의한 마찰 저항 등을 최대로 활용할 수 있는 최적 구조의 채택을 통해 신속히 고온으로 가열할 수 있도록 한 장치이다.

이를 위해, 본 발명에 따른 액체가열장치는 액체의 압력과 유속을 변화시키기 위한 다양한 홈과 유로를 가지게 되며, 열발생량의 최대화하기 위한 구조를 가지게 된다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액체가열장치는 크게 케이스(10), 상기 케이스(10) 내부에 위치하고 고속으로 회전하며 액체를 강제 유동시키기 위한 회전체(20), 상기 회전체(20)를 보호하며 내부의 액체가 외부로 유출되지 않도록 하는 커버부(30)로 나누어 볼 수 있다.

여기서, 상기 케이스(10)는 회전축(S)이 관통하여 내부로 돌출되고 일측면이 개방된 상태로 형성되며 타측의 내면에는 상기 회전축(S)과 동심인 복수의 원형 그루브(11)가 등간격으로 형성되며 중공 원통형으로 이루어진다.

상기 회전축(S)은 상기 케이스(10)의 외부로 인출되어 동력전달수단을 통해 모터 등의 구동수단(M)에 연결되어 회전하게 된다.

상기 동력전달수단으로는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(S)의 인출 단부에 형성되는 피동 풀리(OP), 구동수단(M) 측에 형성되는 구동 풀리(IP), 상기 피동 풀리(OP)와 구동 풀리(IP)를 연결하는 벨트(V)로 이루어진다. 따라서, 구동수단(M)인 모터가 회전하면 모터 회전축 --> 구동 풀리(IP) --> 벨트(V) --> 피동 풀리(OP) --> 회전축(S)과 같은 순서로 회전력이 전달되어 회전축(S)을 회전하게 된다.

상기 회전체(20)는, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 케이스(10) 내에서 상기 회전축(S)에 결합되어 회전하고, 상기 케이스(10)의 타측 내면과 대향하는 면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제1 방사방향 그루브(21)가 형성되며, 상기 케이스(10)의 타측 내면과 대향하는 면의 반대측 면 중앙에는 유입된 액체를 회전시킬 수 있는 복수의 블레이드(22)가 형성되는 블레이드부(B)가 구비되며, 원판형으로 이루어지는 부재이다.

상기 회전체(20)의 중앙에는 상기 회전축(S)이 삽입되기 위한 회전축용 홀(23)이 구비되고, 상기 회전축(S)과 상기 회전축용 홀(23)에는 키(Key)홈이 마련되며, 상기 키 홈에 키가 삽입되는 형태로 상기 회전체(20)와 회전축(S)은 결합되어 회전하게 된다.

상기 커버부(30)는 상기 케이스(10)의 개방된 일측면을 폐쇄하며 내측면에는 액체가 유입 및 배출되는 제1 유입구(31)와 배출구(32)가 구비되는 부재로서, 상기 커버부(30)에는 액체를 유입시키기 위한 유입배관(IN)과 액체를 배출하기 위한 배출배관(OUT)이 결합되는데, 상기 유입배관(IN)은 상기 제1 유입구(31)에 연결되도록 결합되고 상기 배출배관(OUT)은 상기 배출구(32)에 연결되도록 결합된다.

그리고 본 발명에서는 상기 회전체(20)의 블레이드부(B)의 외주면을 감싸도록 배치되는 중공 원통형의 고정체(40)를 더 포함하여 구성되는데, 도 4, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 고정체(40)의 외주면 일측에는 초승달 형태의 고정부(41)가 형성되며, 상기 고정부(41)가 결합된 상기 고정체(40)의 전체 형상은 원형을 이루도록 하며 그 크기를 상기 케이스(10)의 내부에 충분히 안착될 수 있도록 한다.

그리고 상기 케이스(10)는 중공 원통형으로 형성되되 그 중심축은 상기 회전축(S)과는 편심되도록 형성하며 상기 고정부(41)가 상기 케이스(10)의 내면에 볼트 등의 결합수단을 통해 고정됨으로써 상기 고정체(40)는 상기 케이스(10)에 고정되게 된다.

그리고 상기 회전축(S)의 단부에는 회전체 고정구(50)가 결합 설치되는데, 이를 통해, 회전체(20)는 회전축(S) 축방향으로의 이탈을 방지하게 된다. 바람직하기에 회전축(S)에 암나사부를 형성하고 상기 상기 회전체 고정구(50)에 수나사부를 형성하여 나사결합시킴으로써 상기 회전체 고정구(50)를 상기 회전축(S)에 고정시키게 된다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 커버부(30)의 내측면에는 상기 유입배관(IN)에서 분기되어 액체를 유입시키는 분기관(SUB)과 연결되는 제2 유입구(33)가 구비되며, 상기 블레이드부(B)에는 좌우 양측을 관통하여 형성되는 복수의 제1 관통공(34)이 구비되며, 상기 제2 유입구(33)는 상기 복수의 제1 관통공(34)과 연통될 수 있도록 형성된다.

본 발명에 따른 액체가열장치에서는 액체의 유동에 의한 캐비테이션 효과를 높이기 위한 수단으로 다양한 유로 단면 변화구조를 가지게 되는데 그 구체적인 구성에 대해 설명한다.

먼저, 상기 블레이드부(B)의 블레이드 외측면 각각에는 상기 회전축(S)과 평행한 방향으로 외주면 그루브(24)가 형성되고, 이와 마주보는 상기 고정체(40)의 내주면에는 마찬가지로 상기 회전축(S)과 평행한 방향으로 복수의 내주면 그루브(42)가 형성된다.

그리고 상기 회전체(20)에서 상기 케이스(10)의 타측 내면과 대향하는 면의 반대측 면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제2 방사방향 그루브(25)가 형성되고, 상기 회전체(20)의 블레이드부(B)의 외측면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제3 방사방향 그루브(26)가 형성되며, 상기 고정체(40)의 커버부(30) 측의 측면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제4 방사방향 그루브(43)가 형성되며, 상기 커버부(30)의 내측면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제5 방사방향 그루브(35)가 형성된다.

그리고 상기 제1 방사방향 그루브(21)와 제2 방사방향 그루브(25)는 원주방향을 따라 서로 교호로 형성되며, 상기 제2 방사방향 그루브(25) 사이에는 상기 제1 방사방향 그루브(21)와 연통하는 제2 관통공(27)이 구비된다.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 액체가열장치의 동작원리와 작동방법에 대해 구체적으로 설명한다.

구동수단(M)이 작동하면 회전축(S)에 결합된 회전체(20)가 회전하게 되고, 도 8에 도시된 바와 같이, 회전체(20)가 회전하면 회전체(20)에 결합되어 회전하는 블레이드에 의해 부압이 형성되어 제1 유입구(31)로부터 액체가 유입되며, 동시에 제2 유입구(33)에서도 액체가 유입되게 된다.

상기 제1 유입구(31)를 통해 유입된 액체는 블레이드(22) 사이의 공간을 거쳐 배출구(32)로 배출되게 되는데, 이때 일부 유체는 블레이드(22)와 고정체(40) 사이의 공간, 제2 방사방향 그루브(25)와 고정체(40) 사이의 공간, 고정체(40)와 커버부(30) 사이의 공간 등의 단면이 급격히 변화하는 구간을 통과하면서 열을 발생 및 흡수하게 된다.

상기 제2 유입구(33)를 통해 유입된 액체는 제1 관통공(34), 케이스(10) 내면과 회전체(20) 사이의 공간, 제2 관통공(27), 회전체(20)와 고정체(40) 사이의 공간, 블레이드부(B)와 커버부(30) 사이의 공간 등의 단면이 급격히 변화하는 구간을 통과하면서 열을 발생 및 흡수하고 배출구(32)를 통해 배출되게 된다.

이와 같이, 블레이드의 회전에 의해 제1 유입구(31)와 제2 유입구(33)를 통해 유입된 액체는 케이스(10) 내부의 단면이 급변하는 공간을 통과하면서 캐비테이션 현상 등에 의해 온도가 상승하게 되고 승온된 액체는 배출구(32)를 통해 배출됨으로써 전기저항식 가열기가 없이 모터의 구동만으로도 승온된 액체를 얻을 수 있게 된다.

10: 케이스 11: 원형 그루브
20: 회전체 21: 제1 방사방향 그루브
22: 블레이드 23: 회전축용 홀
24: 외주면 그루브 25: 제2 방사방향 그루브
26: 제3 방사방향 그루브 27: 제2 관통공
30: 커버부 31: 제1 유입구
32: 배출구 33: 제2 유입구
34: 제1 관통공 35: 제5 방사방향 그루브
40: 고정체 41: 고정부
42: 내주면 그루브 43: 제4 방사방향 그루브
50: 회전체 고정구
S: 회전축 M: 구동수단
IP: 구동 풀리 OP: 피동 풀리
V: 벨트 IN: 유입배관
OUT: 배출배관 B: 블레이드부
SUB: 분기관

Claims (10)

1. 회전축이 관통하여 내부로 돌출되고 일측면이 개방된 상태로 형성되며 타측 내면에는 상기 회전축과 동심인 복수의 원형 그루브가 등간격으로 형성되는 중공 원통형의 케이스,
   상기 케이스 내에서 상기 회전축에 결합되어 회전하고 상기 케이스의 타측 내면과 대향하는 면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제1 방사방향 그루브가 형성되며 상기 케이스의 타측 내면과 대향하는 면의 반대측 면 중앙에는 복수의 블레이드가 형성되는 블레이드부가 구비되는 원판형의 회전체,
   상기 케이스의 개방된 일측면을 폐쇄하며 내측면에는 액체가 유입 및 배출되는 제1 유입구와 배출구가 구비되는 커버부를 포함하여 구성되며,
   상기 회전체에서 상기 케이스의 타측 내면과 대향하는 면의 반대측 면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제2 방사방향 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는
   액체가열장치
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전체의 블레이드부의 외주면을 감싸도록 배치되는 고정체를 더 포함하여 구성되되,
   상기 블레이드부의 블레이드 외측면 각각에는 상기 회전축과 평행한 방향으로 외주면 그루브가 형성되고,
   상기 고정체의 내주면에는 상기 회전축과 평행한 방향으로 복수의 내주면 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는
   액체가열장치
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 블레이드부의 좌우 양측을 관통하여 형성되는 복수의 제1 관통공 및
   상기 커버부의 내측면에 형성되되 상기 복수의 제1 관통공과 연통될 수 있도록 형성되는 제2 유입구를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는
   액체가열장치
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전체의 블레이드부의 외측면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제3 방사방향 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는
   액체가열장치
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전체의 블레이드부의 외주면을 감싸도록 배치되는 고정체를 더 포함하여 구성되되,
   상기 고정체의 커버부 측의 측면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제4 방사방향 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는
   액체가열장치
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 커버부의 내측면에는 등각도 간격으로 배치되되 방사상으로 형성되는 복수의 제5 방사방향 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는
   액체가열장치
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전축의 단부에 결합되어 상기 회전체의 축방향 이탈을 방지하는 회전체 고정구를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는
   액체가열장치
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전체의 블레이드부의 외주면을 감싸도록 배치되는 고정체를 더 포함하여 구성되며,
   상기 케이스는 중공 원통형으로 형성되되 그 중심축은 상기 회전축과 편심되도록 형성되며
   상기 고정체의 외주면 일측에는 초승달 형태의 고정부가 형성되되 상기 고정부는 상기 케이스에 고정결합되는 것을 특징으로 하는
   액체가열장치
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 방사방향 그루브와 제2 방사방향 그루브는 원주방향을 따라 서로 교호로 형성되며,
   상기 제2 방사방향 그루브 사이에는 상기 제1 방사방향 그루브와 연통하는 제2 관통공이 더 구비되는 것을 특징으로 하는
   액체가열장치
   
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