KR101603941B1 - 회전 마찰열보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전 마찰열보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전 마찰열보일러로 공급되는 유체를 예열수단에서 예열하여 공급함에 따라 회전 마찰열보일러에서의 가열시간을 단축할 수 있으며, 또한 실질적으로 유체와 마찰을 일으키는 헤드의 구조를 개선하여 유체와의 마찰빈도수를 증가시켜 보다 빠르게 유체를 가열할 수 있도록 할 수 있고, 또한 별도의 동력을 이용하지 않고 모터와 회전 마찰열보일러를 연결하는 플랜지 결합부분에 영구자석이 구비된 디스크 또는 드럼을 설치하여 예열파이프를 가열토록 하므로서 에너지소비를 최소화할 수 있도록하는 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 디스크 또는 드럼에 설치된 영구자석에 근접하도록 발전용 코일을 설치하여 예열기능 뿐만 아니라 발전기능도 제공할 수 있도록 한 회전 마찰열보일러에 관한 것이다.

Description

회전 마찰열보일러{Friction boiler}

본 발명은 회전 마찰열보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전 마찰열보일러로 공급되는 유체를 예열수단에서 예열하여 공급함에 따라 회전 마찰열보일러에서의 가열시간을 단축할 수 있으며, 또한 실질적으로 유체와 마찰을 일으키는 헤드의 구조를 개선하여 유체와의 마찰빈도수를 증가시켜 보다 빠르게 유체를 가열할 수 있도록 할 수 있고, 또한 별도의 동력을 이용하지 않고 모터와 회전 마찰열보일러를 연결하는 플랜지 결합부분에 영구자석이 구비된 디스크 또는 드럼을 설치하여 예열파이프를 가열토록 하므로서 에너지소비를 최소화할 수 있도록하는 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 디스크 또는 드럼에 설치된 영구자석에 근접하도록 발전용 코일을 설치하여 예열기능 뿐만 아니라 발전기능도 제공할 수 있도록 한 회전 마찰열보일러에 관한 것이다.

일반적으로 온수 공급이나 난방을 위해 물, 증기, 열매체유 등의 유체를 가열하는 가열장치는 화학연료나 전기를 이용하여 유체를 가열하고, 가열된 유체를 직접 사용하거나 가열된 유체를 통해 일정한 온도로 실내를 난방하는 장치이다.

화학연료를 이용한 가열장치는 화학연료의 연소과정에서 다량의 공해물질이 배출되며, 소모된 화학연료 대비 열효율이 떨어지는 문제점이 발생하고 있었다.

그리고, 전기에너지를 이용하는 가열장치는 전기저항을 이용한 전열기나 윷의 유동을 통해 열을 발생시키는 마찰가열기 등이 있는데, 이때 전기저항을 이용한 전열기는 유체의 성질에 따라 누전이나 화재의 위험이 항시 존재할 뿐만 아니라 저항으로 발열되는 전열선 부근에서만 유체가 가열될 수 있기 때문에 대량의 유체를 가열하는데 많은 시간이 소모되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에는 전기에너지를 통해 유체를 유동시키고 유체의 유동으로 유체가 직접 가열되는 마찰 전기보일러가 사용되고 있다.

종래의 마찰 전기보일러는 유체의 마찰, 공동 현상 등을 통해 유체를 가열하며 이를 촉진하기 위해서 유체의 유속 및 난류 흐름을 증가시키는 것이 매우 중요하며, 이를위해 원통형의 케이스와, 케이스의 내부에서 회전되는 원통형 헤드를 배치하여 헤드의 회전을 통해 유체를 마찰시켜 가열하도록 구성되고 있다.

그러나, 종래의 마찰 전기보일러는 저온의 유체를 그대로 케이스 내에 공급하여 헤드를 작동시켜 가열하기 때문에 많은 양의 유체를 마찰열로서 가열하는데 많은 시간이 필요하게되고, 그만큼 오랜 시간 동안 모터를 작동시켜야만 하므로 전력 소비량이 늘어나게되는 문제점이 발생하고 있었다.

또한, 종래에는 헤드의 구조가 유체를 효율적으로 마찰시킬 수 있도록 제공되지 못하여 마찰 가열효율이 나빠지는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 회전 마찰열보일러로 공급되는 유체를 예열수단에서 예열하여 공급함에 따라 회전 마찰열보일러에서의 가열시간을 단축할 수 있으며, 또한 실질적으로 유체와 마찰을 일으키는 헤드의 구조를 개선하여 유체와의 마찰빈도수를 증가시켜 보다 빠르게 유체를 가열할 수 있도록 할 수 있고, 또한 별도의 동력을 이용하지 않고 모터와 회전 마찰열보일러를 연결하는 플랜지 결합부분에 영구자석이 구비된 디스크 또는 드럼을 설치하여 예열파이프를 가열토록 하므로서 에너지소비를 최소화할 수 있도록하는 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 디스크 또는 드럼에 설치된 영구자석에 근접하도록 발전용 코일을 설치하여 예열기능 뿐만 아니라 발전기능도 제공할 수 있도록 한 회전 마찰열보일러를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

제 2 플랜지(62)가 형성된 축(61)을 구비한 모터(60)와;

유체의 유입구(14) 및 유출구(13)가 구비되고 내부에 원통형 가열공간(c)이 구비된 케이스(10)와, 제 1 플랜지(21)가 형성된 회전구동축(20)이 일측에 결합되고 가열공간(c)에 설치되어 예열수단(70)으로 부터 예열되어 공급되는 유체를 가열하는 헤드(30)를 포함하여 구성된 회전 마찰열보일러(100);를 포함하고,

제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62) 사이에는 고속회전하는 영구자석의 자력변화를 이용하여 예열파이프(73) 내의 유체를 예열하여 회전 마찰열보일러(100)로 공급하는 예열수단(70) 또는 영구자석의 자력변화를 이용하여 전기를 생성하는 발전수단(90)을 설치하여 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 회전 마찰열보일러로 공급되는 유체를 예열수단에서 예열하여 공급함에 따라 회전 마찰열보일러에서의 가열시간을 단축할 수 있으며, 또한 실질적으로 유체와 마찰을 일으키는 헤드의 구조를 개선하여 유체와의 마찰빈도수를 증가시켜 보다 빠르게 유체를 가열할 수 있도록 할 수 있고, 또한 별도의 동력을 이용하지 않고 모터와 회전 마찰열보일러를 연결하는 플랜지 결합부분에 영구자석이 구비된 디스크 또는 드럼을 설치하여 예열파이프를 가열토록 하므로서 에너지소비를 최소화할 수 있도록하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 회전 마찰열보일러의 제 1 실시예를 보인 사시도.
도 2 는 본 발명에 적용된 예열수단의 제 1 실시예를 보인 단면도.
도 3 은 제 1 실시예 예열수단에 적용된 디스크를 보인 정면도.
도 4 는 본 발명 예열수단의 제 2 실시예를 보인 단면도.
도 5 는 본 발명에 적용된 예열수단의 제 2 실시예의 드럼을 보인 단면도.
도 6 은 예열수단의 제 2 실시예의 다른 실시예를 보인 도면.
도 7 은 본 발명에 적용된 헤드를 보인 사시도.
도 8a 는 본 발명에 적용된 헤드를 보인 평면도.
도 8b 는 도 7 의 A방향에서 헤드를 보인 평면도.
도 8c는 도 7 의 B방향에서 헤드를 보인 평면도.
도 9 는 본 발명에 적용된 헤드를 보인 정면도.
도 10 은 본 발명에 적용된 헤드를 보인 단면도.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 10 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 도면에 의하면, 본 발명은,

제 2 플랜지(62)가 형성된 축(61)을 구비한 모터(60)와;

유체의 유입구(14) 및 유출구(13)가 구비되고 내부에 원통형 가열공간(c)이 구비된 케이스(10)와, 제 1 플랜지(21)가 형성된 회전구동축(20)이 일측에 결합되고 가열공간(c)에 설치되어 예열수단(70)으로 부터 예열되어 공급되는 유체를 가열하는 헤드(30)를 포함하여 구성된 회전 마찰열보일러(100);를 포함하고,

제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62) 사이에는 고속회전하는 영구자석의 자력변화를 이용하여 예열파이프(73) 내의 유체를 예열하여 회전 마찰열보일러(100)로 공급하는 예열수단(70) 또는 영구자석의 자력변화를 이용하여 전기를 생성하는 발전수단(90)을 설치하여 구성한 것을 특징으로 한다.

예열수단(70)은

제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62) 사이에 끼워져 결합되는 디스크(71)와;

디스크(71)의 일면 또는 양면에 N극과 S극이 교번되도록 환형으로 설치되는 다수의 영구자석(72)과;

디스크(71)의 일면 또는 양면에 근접하도록 배선되고, 디스크(71)가 고속회전할때 영구자석(72)의 N극 과 S극이 교차하면서 발생하는 자력선변화에 의해 가열되어 내부를 통과하는 유체를 예열하며, 전도성 금속재로 이루어진 예열파이프(73); 로 구성한 것을 특징으로 한다.

예열수단(70)은

제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62) 사이에 끼워지는 결합판(82)이 중간부에 수직방향으로 형성된 원통형의 드럼(81)과;

드럼(81)의 외주면에 N극과 S극이 교번되도록 설치되는 다수의 영구자석(83)과;

드럼(81)의 외주면에 근접하도록 배선되고, 드럼(81)이 고속회전할 때 영구자석(83)의 N극과 S극이 교차하면서 발생하는 자력선변화에 의해 가열되어 내부를 통과하는 유체를 예열하며, 전도성 금속재로 이루어진 예열파이프(73); 로 구성한 것을 특징으로 한다.

발전수단(90)은

제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62) 사이에 끼워져 결합되는 디스크(71)와;

디스크(71)의 일면 또는 양면에 N극과 S극이 교번되도록 환형으로 설치되는 다수의 영구자석(72)과;

디스크(71)의 일면 또는 양면에 근접하도록 설치되고, 디스크(71)가 고속회전할때 영구자석(72)의 N극 과 S극이 교차하면서 발생하는 자력선변화에 의해 전기를 생성하는 전기자코일(91); 로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 헤드(30)는,

일측부에 유입구(14)와 대향 배치되는 개구가 형성되되, 내부에 수용공간(d)이 형성되고, 타측부에 모터(60)와 연결되는 모터연결부(31)가 형성된 원통형 몸체부(30a)와;

상기 몸체부(30a)의 외주에 원주방향을 따라 돌설되되 상기 몸체부(30a)의 길이방향으로 다단 구비되어 각 돌설된 부분 사이가 2중 나선형저수홈부(37)에 의해 구획되며, 각각의 돌설된 둘레면을 따라 마찰돌기부(38)와 마찰홈부(39)가 형성되는 마찰날개부(30b)를 포함하는 나선형 저수홈부(37); 로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1 내지 도 10 에 도시된 바와같이, 본 발명의 자력을 이용한 예열수단을 갖는 마찰 전기보일러는 회전 마찰열보일러(100), 모터(60) 그리고 예열수단(70)으로 구성된다.

회전 마찰열보일러(100)는 모터(60)로 부터 공급되는 회전력으로 고속회전하는 헤드(30)가 내부에 설치되어 있으면서 유체를 마찰시켜 가열하는 것이고, 예열수단(70)은 고속회전하는 영구자석의 N,S극 자력변화를 이용하여 유체를 예열하여 회전 마찰열보일러(100)로 공급하므로서, 회전 마찰열보일러(100)에서의 유체 가열시간이 단축될 수 있도록 하는 것이다.

모터(60)는 축(61)의 끝단에 제 2 플랜지(62)가 형성되어 있고, 회전 마찰열보일러(100)를 이루는 케이스(10)의 일측으로 결합된 회전구동축(20)의 끝단에 제 2 플랜지(62)와 맞대어져 결합되기 위한 제 1 플랜지(21)가 형성되어 있다.

통상적으로 제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62)가 결합됨에 따라 모터(60)의 회전력이 회전구동축(20)으로 전달되어 회전구동축(20)과 연결되어 있는 헤드(30)가 회전 작동하도록 구성된다.

본 발명에서는 상기 제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62)의 사이에 예열수단(70)을 설치하여 유체를 예열할 수 있도록 구성한다.

예열수단(70)의 제 1 실시예는 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와같은 디스크타입이다.

예열수단(70)의 제 1 실시예는 예열수단(70)은 제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62) 사이에 디스크(71)를 끼워 결합하고, 이 디스크(71)의 일면 또는 양면에 N극과 S극이 교번되도록 다수의 영구자석(72)을 환형으로 설치한다. 디스크(71)의 표면에 홈을 형성하여 영구자석(72)을 매립되는 형태로 설치하는 것이 바람직하다.

디스크(71)는 별도 구성하여 제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62)의 사이에 끼워 설치할 수도 있고, 또는 제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62)를 더 넓게 확장시켜 구현할 수 있다.

제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62)의 외곽부분을 확장시켜 디스크(71)를 구현하면 구성부품을 줄여줄 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

영구자석(72)을 설치할 때에는 복수의 열로 설치하여 넓은 영역의 예열파이프(73)를 가열할 수 있도록 한다.

그리고, 영구자석(72)이 설치된 디스크(71)의 일면 또는 양면에 근접하도록 예열파이프(73)를 나선형태로 배선하는데, 예열파이프(73)를 배선할 때에는 별도의 브라켓(미도시하였음)을 설치하여 예열파이프(73)가 견고하게 설치될 수 있도록 한다.

예열파이프(73)의 일단에는 유체가 유입되는 입수부(74)가 형성되고 타단에는 회전 마찰열보일러(100)의 유입구(14)와 연결되기 위한 출수부(75)를 형성하여 예열파이프(73) 내에서 예열된 유체가 회전 마찰열보일러(100)로 공급될 수 있도록 한다.

모터(60)가 구동함에 따라 제 1 및 제 2 플랜지(21,62) 사이에 결합되어 있는 디스크(71)가 고속으로 회전하게되면, 디스크(71)의 일면 또는 양면에 설치되어 있는 영구자석(72)들이 고속으로 회전하면서 예열파이프(73)에 N,S 자력이 교번되게 인가되고, 전도체(예를들면 황동 재질)로 이루어진 예열파이프(73)에 지속적으로 자기력이 가해지면서 예열파이프(73)가 가열된다.

예열파이프(73)가 가열됨에 따라 예열파이프(73) 내부를 흐르는 유체가 예열되어 회전 마찰열보일러(100)로 공급되는 것이다.

본 발명에서는 디스크(71)의 양면에 영구자석(72)을 설치할 수 있으므로 보다 넓은 영역에서 예열파이프(73)를 가열할 수 있게되므로 유체 예열효율을 높여줄 수 있게된다.

한편, 도 4 내지 도 6 은 본 발명에 적용된 예열수단(70)의 제 2 실시예를 도시한 것으로서, 제 2 실시예는 드럼타입이다.

제 2 실시예의 예열수단(70)은

제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62) 사이에 원통형의 드럼(81)을 끼워 결합하는데, 드럼(81)의 중간부에 결합판(82)을 수직방향으로 형성하므로서, 이 결합판(82)이 제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62)의 사이에 끼워진 상태로 볼트로서 결합될 수 있도록 한다.

그리고, 드럼(81)의 외주연에는 도면과 같이 N극과 S극이 교번되도록 다수의 영구자석(83)을 설치하는데, 이때, 드럼(81)의 외주면에 홈을 형성하여 영구자석(83)을 매립되게 설치하는 것이 바람직하나, 영구자석(83)의 표면이 드럼(81) 외주면으로 부터 살짝 돌출되도록 설치하여도 무방하다.

드럼(81)의 외주면에는 제 1 실시예와 같이 영구자석(83)에 근접하도록 미도시된 브라켓을 이용하여 예열파이프(73)를 배선하는데, 예열파이프(73)는 도 4 에 도시된 바와같이 나선형으로 배선할 수도 있고, 또는 도 6 에 도시된 바와같이 지그재그 형태, 즉, 'S'자 모양으로 배선할 수도 있다.

제 2 실시예는 드럼(81)의 외주연에 예열파이프(73)를 배선하는 것이므로, 제 1 실시예에 비해 예열파이프(73)의 배선이 좀더 용이한 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에 적용된 예열수단은 별도의 동력이나 에너지를 사용하지 않고 회전 마찰열보일러(100)를 작동시키는 모터(60)의 동력을 이용하게되므로 에너지 소비를 최소화하면서도 회전 마찰열보일러(100)로 공급되는 유체를 미리 예열하여 공급할 수 있게되므로 회전 마찰열보일러(100)에서의 유체 가열시간을 현저히 단축시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

한편, 상기 제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62) 사이에는 발전수단(90)을 설치할 수 있다.

도 2b는 플랜지(21)(62) 사이에 발전수단(90)을 설치한 실시예를 도시한 것으로서, 양면에 영구자석(72)이 설치되어 있는 디스크(71)를 플랜지(21)(62) 사이에 설치하고, 영구자석(72)에 근접하도록 전기자코일(91)를 디스크(71)의 양면에 설치하여 구성한다.

회전 마찰열 보일러(100)를 작동시키기 위해 모터(60)가 작동하면 그 축(61)에 연결된 디스크(71)가 고속으로 회전하므로서 영구자석(72)의 N, S 극이 전기자코일(91)에 자기력을 제공하면서 전기자코일(91)에 전기가 생성되는 것이다.

도 2c에는 디스크(71)의 일면에 전기자코일(91)를 설치하고, 디스크(71)의 타면에는 예열파이프(73)를 배선하므로서, 디스크(71)에 예열수단(70)과 발전수단(90)을 동시에 설치할 수 있는 것을 예시하였다.

한편, 도 4b는 드럼(81)의 외주연에 전기자코일(91)를 영구자석(83)과 마주하면서 근접하도록 설치하여 발전수단(90)을 구성한 실시예를 도시한 것이며, 도 4c는 드럼(81)의 외주면 일부분에 전기자코일(91)를 환형으로 설치하면서 전기자코일(91)와 나란하게 예열파이프(73)를 드럼(81)의 외주면에 배선하므로서, 드럼(81)에 발전수단(90)과 예열수단(70)을 동시에 설치할 수 있도록 구성할 수 있는 것이다.

한편, 도 7 내지 도 10을 참조하여 회전 마찰열보일러(100)의 구성을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 회전 마찰열보일러(100)는 케이스(10) 내부의 가열공간(c)으로 주입된 예열된 유체를 고속회전되는 헤드(30)의 회전을 통해 가열시키는 장치이다. 이때, 상기 유체는 담수, 염수, 열매체유 등으로 다양하게 구비될 수 있다.

한편, 상기 케이스(10)는 원통 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 케이스의 내부에는 원통형 가열공간(c)이 형성되고, 전면부에 유체 유입을 위한 유입구(14)가 형성된 케이스커버(12)가 결합될 수 있다.

그리고, 상기 케이스(10)의 측면부(11) 일측에는 가열된 유체가 배출되도록 내주면과 외주면을 관통하는 유출구(13)가 형성된다.

상기 케이스(10)는 고속회전에 견딜수 있는 금속이나 강화 플라스틱 등의 재질로 이루어질 수 있으며, 높은 강도를 가지되 경제적인 소재인 강철 등으로 구비됨이 바람직하다.

또한, 상기 케이스(10)는 내부로 공급되는 유체가 새지 않도록 실링된 구조로 이루어짐이 바람직하며, 상기 유입구(14)는 유체의 공급을 위해 펌프 내지는 유체저장탱크 등과 연결될 수 있으며, 상기 유출구(13)는 난방을 위한 배관과 연결될 수 있다.

그리고, 모터(60)는 케이스(10)의 후방부에 배치될 수 있으며, 상기 모터와 연결된 회전구동축(20)은 상기 케이스(10) 후방부를 관통하여 가열공간(c)에 배치된 헤드(30)와 키결합 등으로 연결될 수 있으며, 헤드(30)를 회전구동하기 위한 회전력을 전달할 수 있다.

이때, 케이스(10)의 내주에는 길이방향을 따라 케이스리브(16)가 돌설되며, 상기 케이스리브(16)는 원주방향으로 상호 이격되도록 복수개 구비된다. 즉, 케이스리브(16)는 케이스(10)의 길이방향을 따라 상기 케이스(10)의 전방부에서 후방부까지 연장형성되며, 상기 케이스(10)의 원주방향을 따라 다단 배치되도록 형성된다.

이때, 케이스리브(16)는 원형이나 반원형 등으로 구비될 수 있으며, 사각단면으로 구비되는 경우에 유체의 충돌을 통한 발열이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 헤드(30)가 회전되면 헤드(30)의 외주 및 상기 케이스(10) 내주 사이에서 회전되는 유체가 상기 케이스리브(16)와의 충돌을 통해 가열될 수 있으며, 가열된 유체는 상기 유출구(13)로 배출될 수 있다.

한편, 상기 헤드(30)는 상기 케이스(10) 내부의 원통형 가열공간(c)에 배치되며, 회전시 상기 유입구(14)를 통해 유입된 유체를 가열한다. 이때, 헤드(30)는 원통형 몸체부(30a)와 마찰날개부(30b)를 포함하여 이루어진다.

헤드(30)의 회전 중심선 및 상기 회전구동축(20)의 회전 중심선, 상기 가열공간(c)의 중심선은 일치되도록 배치됨이 바람직하고, 상기 원통형 몸체부(30a) 및 마찰날개부(30b)는 회전가공을 통해 일체로 형성됨이 바람직하다.

도 9 와 도 10 을 참조하면, 몸체부(30a)는 일측부에 유입구(14)와 대향배치되는 개구(33)가 형성되되, 내부에 유체가 수용되는 수용공간(d)이 형성되고, 타측부에 상기 모터(60)와 연결되는 모터연결부(31)가 형성된다.

몸체부(30a)는 일측부가 개방된 원통형상으로 구비될 수 있으며, 원통형 둘레를 형성하는 측벽부의 일측에 원형 단면을 갖는 개구(33)가 형성되고, 측벽부의 타측에 모터연결부(31)가 형성될 수 있다.

또한, 모터연결부(31)에는 상기 모터(60)의 회전력을 전달하도록 연결된 회전구동축(20)이 연결되되, 모터연결부(31)는 키홈부(31a)를 통해 회전구동축(20)과 키결합되어 일체로 회전될 수 있다.

그리고, 회전구동축(20)이 상기 케이스(10)를 관통하는 부분(15)은 유체가 새지 않도록 실링하는 것이 바람직하며, 이러한 실링은 상기 회전구동축(20)의 회전에도 방해되지 않도록 하는 것이 좋다.

이를위해, 케이스(10)가 관통된 부분(15)에는 상기 회전구동축(20)의 외주와 접하여 지지하는 베어링과 상기 가열공간(c)의 유체누설을 방지하는 실링부재가 구비된다.

그리고, 상기 몸체부(30a)의 개구(33)에는 상기 유입구(14)와 연통되는 유입홀(36)이 형성되어 상기 몸체부(30a)와 일체로 회전되도록 결합되는 커버부(30c)가 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 유체는 상기 유입구(14) 및 상기 유입홀(36)을 통해 수용공간(d)으로 유입되며, 유입홀(36)은 커버부(30c)의 회전중심에 배치됨이 바람직하다.

한편, 도 7 과 도 8a를 참조하면, 상기 마찰날개부(30b)는 몸체부(30a)의 외주에 원주방향을 따라 돌설되고, 몸체부(30a)의 길이방향을 따라 다단으로 구비되어 각 돌설된 부분 사이가 2중 나선형 저수홈부(37)에 의해 구획된다.

이때, 마찰날개부(30b)는 길이방향의 단수가 증가될수록 전력소모량 대비 가열효율 및 가열속도가 향상될 수 있다.

상기 2중 나선형 저수홈부(37)는 마찰날개부(30b)와 몸체부(30a) 사이에 단차를 형성하여 헤드(30)와 유체 간의 접촉면적이 증가될 수 있으며, 증가된 접촉면적으로 헤드(30)의 회전력이 유체로 원활하게 전달되고, 헤드의 회전당 가열효율이 증가될 수 있다.

좀더 상세히 설명하면, 유입구(14)를 통해 수용공간(d)으로 유입된 유체는 헤드(30)의 회전에 따른 원심력으로 배출홀(34)을 거쳐 수용공간(d)에서 헤드(30) 외측으로 배출되고, 헤드(30)의 외주 및 케이스(10)의 내주 사이로 충진되며, 충진된 유체는 헤드(30)와 함께 회전한다. 이때, 유체 중 일부는 헤드(30)의 마찰날개부(30b)와의 마찰을 통해 헤드(30) 및 케이스(10) 사이에서 회전되며, 다른 일부는 마찰날개부(30b) 사이의 2중 나선형 저수홈부(37)의 내부를 따라 회전된다.

여기서, 상기 2중 나선형 저수홈부(37)는 나선 형상으로 구비되어 유체에 대한 헤드의 회전력 전달 효율이 향상될 수 있다.

즉, 저수홈부(37)와 케이스(10) 사이의 간격은 마찰날개부(30b) 및 케이스(10) 사이의 간격보다 넓기 때문에 저수홈부(37)를 따라 유동되는 유체와 케이스(10) 사이에서 발생되는 마찰 발열이 마찰날개부(30b)를 따라 유동되는 유체와 케이스(10) 사이에서 발생되는 마찰 발열보다 낮을 수 있다.

이때, 상기 2중 나선형 저수홈부(37)는 케이스(10)와 넓은 간격으로 이루며 다량의 유체를 저수하여 회전시키면서도 내부를 따라 유동되는 유체가 나선형 흐름을 갖도록 유도하여 유체 내부 에너지를 증가시킬 수 있으며, 넓은 간격으로 인한 유속 저하 및 충돌 에너지 저하를 최소화하여 헤드(30)의 전반적인 발열 속도를 개선할 수 있다.

한편, 상기 2중 나선형 저수홈부(37)는 상호 교차하도록 배치된 제 1 나선형홈부(37a)와 제 2 나선형 홈부(37b)를 포함한다.

도 8b와 도 8c를 참조하면, 제 1 나선형 홈부(37a)는 시계방향 회전을 따라 헤드(30)의 전방에서 후방으로 전진하는 나선 형상으로 구비되며, 상기 제 2 나선형 홈부(37b)는 시계방향 회전을 따라 상기 헤드(30)의 후방에서 전방으로 후퇴하는 나선 형상으로 구비될 수 있다.

즉, 헤드(30)가 시계방향(R)으로 회전되면, 상기 저수홈부(37)를 따라 유동되는 유체 중 일부는 제 1 나선형 홈부(37a)를 따라 시계방향으로 회전되며 전방에서 후방으로 전진하는 나선형 흐름을 가지게되고, 다른 일부는 제 2 나선형 홈부(37b)를 따라 시계방향으로 회전되면서 후방에서 전방으로 후퇴되는 나선형 흐름을 가지게 된다.

이때, 상기 제 1 나선형 홈부(37a) 및 제 2 나선형홈부(37b)는 상기 헤드(30)의 상단 및 하단 외주, 즉, 12시 방향 및 6시 방향에서 교차(k)되며, 교차되는 부분(k)은 헤드(30)의 길이방향을 따라서도 다단으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제 1 나선형 홈부(37a) 및 상기 제 2 나선형 홈부(37b)를 따라 유동되는 유체는 헤드(30)와 함께 회전되며, 제 1 나선형 홈부(37a)를 따라 회전되는 유체는 헤드(30)의 후방을 향하는 나선형 흐름을 형성하고, 제 2 나선형 홈부(37b)를 따라 회전되는 유체는 헤드(30)의 전방을 향하는 나선형 흐름을 형성한다.

그리고, 각각의 나선형 홈부(37a,37b)를 따라 유동되는 유체는 각 나선형 홈부(37a,37b)가 교차되는 부분에서 만나 충돌하게 된다.

즉, 각 나선형홈부를 따라 상반된 나선형 흐름으로 분기 유동되는 유체는 각 나선형 홈부가 합류되는 좁은 교차 부분(k)에서 충돌하며 격렬한 마찰을 유발하여 내부에 다량의 난류 흐름을 형성하며 압축되어 높은 에너지를 가지게 된다.

그리고, 충돌 후 각 유체는 헤드(30)의 회전력에 압축으로 인한 반발력을 더해 각 나선형 홈부(37a,37b)로 분기 배출되면서 매우 빠른 유속을 가지게 된다.

따라서, 상기 나선형 홈부(37a,37b)를 따라 유동되는 유체는 교차 부분에서의 격렬한 마찰로 1차 발열되고, 높은 에너지를 가진 상태에서 충돌 시 압력과 헤드의 회전력을 더해 고속 회전되며 케이스리브(16)와 충돌하여 매우 높은 열에너지를 방출하므로 다단계 발열 및 발열량 증가를 통해 유체의 가열 속도가 현저히 증가될 수 있게 되는 것이다.

한편, 마찰날개부(30b)는 각각의 돌설된 둘레면을 따라 마찰돌기부(38)와 마찰홈부(39)가 순차 배치되도록 형성된다. 즉, 하나의 마찰날개부(30b)외주에는 원주방향을 따라 마찰돌기부(38) 및 마찰홈부(39)가 반복하여 형성되며, 상기 마찰홈부(39)는 반원형으로 형성될 수 있다.

이때, 마찰날개부(30b)는 상기 몸체부(30a)와 일체로 형성되어 상기 헤드(30)의 회전시 함께 회전되도록 구성된다. 따라서, 상기 마찰홈부(39)를 통해 마찰날개부(30b)의 둘레면에서 상기 유체와의 마찰력이 증가될 수 있으며, 유체를 마찰날개부(30b)의 회전방향(R)으로 원활하게 회전시킬 수 있게된다.

또한, 마찰홈부(39) 및 마찰돌기부(38)가 순차적으로 배치되므로 마찰돌기부(38) 및 케이스(10)의 내주 사이의 좁은 공간에서 유체가 압축되고, 마찰홈부(39) 및 케이스(10)의 내주 사이의 넓은 공간에서 유체가 팽창될 수 있으며, 이와같은 유체의 압축 및 팽창의 반복을 통해 유체 분자의 운동량이 증가되고 유체분자 간의 마찰 빈도를 증가시켜 유체의 마찰 가열이 촉진될 수 있게된다.

여기서, 마찰가열이라는 말은 유체 분자 간의 마찰 내지 충돌을 통한 발열과, 유체의 가속/감압 및 감속/승압에 따른 기포 형성 및 내파 분해로 인한 발열, 유체 및 헤드/케이스간의 충돌이나 점성 마찰로 인한 발열 등을 모두 포함하는 의미로 이해될 수 있다.

이와같이 상기 가열공간(c)의 유체가 화학연료의 연소나 전열선의 저항 발열등에 의해 간접 가열되는 것이 아니라 헤드(30)의 회전을 이용한 유체 분자 간 마찰에 따른 발열과 원심력을 통한 유체의 가속/감압 및 감속/승압에 따른 기포 분해시 발열 등으로 자체 발열될 수 있어 높은 가열 효율을 제공할 수 있다.

한편, 상기 마찰홈부(39)는 함입깊이가 조절된 심층홈부(39b) 및 표층홈부(39a)가 원주방향을 따라 교번하여 배치되도록 형성됨이 바람직하다. 즉, 하나의 마찰돌기부(38)를 기준으로 마찰돌기부(38) 양측의 홈부(39a,39b)가 서로 다른 높이로 함입될 수 있다.

예를들어, 상기 마찰홈부(39) 및 마찰돌기부(38)는 심층홈부, 마찰돌기부, 표층홈부, 마찰돌기부, 심층홈부, 마찰돌기부, 표층홈부의 순서가 반복되도록 형성될 수 있다.

이때, 상기 심층홈부(39b)는 마찰날개부(30b)의 둘레면으로 부터 깊게 함입되어 형성되며, 상기 표층홈부(39a)는 마찰날개부(30b)의 둘레면으로 부터 얕게 함입되어 형성될 수 있다.

이에따라, 상기 마찰날개부(30b)의 둘레면을 따라 회전되는 유체가 심층홈부(39b) 및 표층홈부(39a) 간의 상이한 함입 깊이에 따른 헤드 외면 및 케이스 내면 간의 간격 변화로 인해 마찰날개부(30b)의 각 부분에서 다양한 유속으로 유동될 수 있으며, 유속 변화에 따라 팽창 및 압축을 반복하여 내부 분자의 운동량이 증가될 수 있다.

이와같은 분자운동량의 증가를 통해 유체 및 케이스리브(16) 간의 충돌시 마찰 발열량이 증가될 수 있다.

한편, 상기 심층홈부(39b)에는 수용공간(d)과 연통되는 배출홀(34)이 형성된다. 여기서, 배출홀(34)은 마찰날개부(30b)를 관통하여 상기 수용공간(d)과 헤드(30) 외측의 가열공간(c)을 연결한다.

이때, 배출홀(34)은 원주방향을 따라 각 심층홈부(39b)에 복수개 구비되어 방사상으로 배치됨이 바람직하다.

좀더 상세히 설명하면, 상기 유체는 상기 유입구(14) 및 개구(33)를 거쳐 수용공간(d)으로 유입되며, 상기 몸체부(30a)의 회전에 따른 원심력을 통해 배출홀(34)을 거쳐 심층홈부(39b) 외측으로 방출된다.

이때, 유체는 넓은 수용공간(d)에서 원심력에 의해 좁은 배출홀(34)로 압축 유입되며 높은 유속을 가진 상태에서 심층홈부(39b)의 외부로 토출될 수 있다. 외부로 토출된 유체는 일정한 거리까지는 빠른 속도를 유지하며, 일정거리를 벗어나면 팽창되어 느려지게 된다.

유체의 속도가 증가하면 유체의 압력은 감소하게되며, 유속이 증기압 이하로 떨어지면 최대 유속 지점에서 공동화(cavitation) 현상이 발생하여 유체 내부에 기포가 형성된다. 그리고, 유속이 감소하는 지점에 이르러 유체의 압력이 증가하면 기포가 내파 분해되며 에너지를 방출하여 유체의 온도가 상승할 수 있다.

여기서, 유체의 속도가 유지되는 거리는 헤드(30)의 시간당 회전수와 함께 증가하게 된다. 그리고, 상기 헤드(30)는 회전 발열을 위해 높은 회전수를 유지하며 회전되는데, 이로 인해 배출홀(34)로 방출된 유체가 케이스(10)의 내주면에 충격을 주게되고, 충격이 누적되어 케이스(10)가 균열되는 등의 피로 파괴가 발생될 수 있다.

이때, 상기 배출홀(34)이 상기 케이스(10)와 넓은 간격을 갖는 심층홈부(39b)에 형성되므로, 넓은 간격에 의해 높은 압력과 느린 유속을 갖는 심층홈부측 유체가 상기 배출홀(34)에 분출된 유체를 빠르게 감속시킬 수 있다.

이에따라 배출홀에서 분출된 유체가 배출홀에서 멀어지면 자연적으로 감속되는 것이 아니라 높은 에너지를 가진 상태에서 급격한 감속 및 승압 과정을 거치게되므로 기포의 내파 분해를 통해 방출되는 에너지량이 증가되어 유체의 가열 속도가 향상될 수 있다.

또한, 유체의 공동화 현상을 통한 발열이 상기 헤드(30)의 외주와 인접한 곳에서 발생하므로 케이스(10) 마모 손상 및 균열 파괴 현상을 최소화하여 제품의 내구성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

여기서, 상기 심층홈부(39b) 중 길이방향 폭이 최대인 부분에는 상기 배출홀(34)의 개수가 증가되어 복수개소 형성됨이 바람직하다.

상기 2중 나선형 저수홈부(37)에 의해 구획된 각 마찰날개부(30b)는 각 나선형 홈부(37a,37b)가 교차되는 형상에 따라 양측부가 좁고, 중앙부가 두꺼운 폭을 갖게 된다.

이때, 길이방향의 폭이 최대인 부분의 심층홈부(39b)에는 배출홀(34)에 다단으로 형성되며, 배출홀(34)이 다단으로 형성된 부분의 양측에는 각 나선형 홈부(37a,37b)가 교차되는 부분이 위치한다. 이에따라 헤드(30) 외부로의 유체공급이 원활하게 이루어질 수 있으며, 헤드(30) 내부의 유체 정체로 인한 회전력 손실을 최소화 할 수 있다.

또한, 다단 배출홀(34)이 각 나선형 홈부(37a,37b)의 교차부분에 인접하게 형성되므로 다단 배출홀(34)을 통해 다량의 유체가 배출되더라도 교차부분에서 압축된 유체를 빠르게 감속할 수 있다.

한편, 상기 커버부(30c)의 후면에는 상기 유체가 수용공간(d)으로 흡입되도록 제 1 와류(f)를 형성하는 제 1 임펠러부(40)가 구비된다.

여기서, 상기 제 1 임펠러부(40)는 몸체부(30a)의 회전시 상기 커버부(30c)가 일체로 회전됨에 따라 상기 몸체부(30a)와 함께 회전될 수 있다. 그리고 제 1 임펠러부(40)는 내부에 유입홀(36)과 연통되는 관통공(41)이 형성된 허브와, 상기 허브의 외주를 따라 경사지게 돌설된 블레이드(42)를 포함함이 바람직하다.

즉, 제 1 임펠러부(40)의 블레이드(42)는 상기 허브의 외주를 따라 반경방향 외측으로 돌설되되, 외측단으로 갈소록 낮은 단차로 돌출되며 상기 몸체부(30a)의 회전반대방향측으로 경사지게 형성될 수 있다.

이때, 상기 제 1 임펠러부(40)의 블레이드(42)는 회전시 커버부(30c)의 후면으로 부터 상기 수용공간(d) 내부측을 향하며 시계방향으로 회전되는 나선형의 제 1 와류(f)를 형성하게 된다.

물론, 가열을 위한 유체가 채워진 경우에는 채워진 유체와 제 1 와류(f)가 형성될 수 있으며, 가열을 위한 유체가 채워지지 않은 경우에는 수용공간(d) 내부의 공기에 나선형 기류가 형성될 수 있다.

이때, 상기 제 1 와류(f)는 수용공간(d) 내부측으로 향하며 상기 몸체부(30a)의 내주측으로 유체를 가압하여 상기 허브의 관통공(41)측 압력을 낮추게 되며, 낮아진 압력에 의해 유입구(14) 측의 유체가 상기 관통공(41) 측으로 흡입될 수 있다.

그리고, 상기 관통공(41)을 통해 흡입된 유체는 제 1 와류(f)에 합류되어 상기 몸체부(30a)의 내주를 따라 회전될 수 있다. 이때, 상기 몸체부(30a)의 내주를 따라 회전되는 유체는 나선형 흐름에 의한 가압력과 원심력을 통해 상기 배출홀(34)로 가압되어 토출될 수 있다.

한편, 상기 모터연결부(31)의 전면에는 상기 제 1 임펠러부(40)에 형성된 제 1 와류(f)와 대향되는 흐름의 제 2 와류(g)를 형성하는 제 2 임펠러부(50)가 구비됨이 바람직하다.

제 2 임펠러부(50)는 상기 모터연결부(31)에 결합되는 허브와, 상기 허브를 중심으로 경사지게 배치되는 블레이드(52)를 포함하며, 상기 허브를 관통하는 볼트(51)에 의해 상기 회전구동축(20)과 결합되어 상기 몸체부(30a)와 동일한 회전방향으로 회전될 수 있다.

그리고, 상기 제 2 임펠러부(50)의 블레이드(52)는 상기 허브의 외주를 따라 반경방향 외측으로 돌설되고, 외측단으로 갈수록 낮은 단차로 돌출되며, 상기 몸체부(30a)의 회전반대방향측으로 경사지게 형성될 수 있다.

제 2 임펠러부(50)의 블레이드(52)는 회전시 상기 모터연결부(31)의 전면으로 부터 상기 커버부(30c)의 후면측으로 향하며 반시계방향으로 회전되는 나선형의 제 2 와류(g)를 형성하게 된다.

이때, 상기 제 1 와류(f) 및 제 2 와류(g)는 상기 수용공간(d)의 회전중심부의 압력을 낮춰 상기 유체를 수용공간(d)으로 흡입하므로 상기 유입구(14)에 별도의 펌프가 유구되지 않으며, 헤드(30)의 회전과 유체의 흡입이 일시에 이루어질 수 있다.

이처럼, 상기 몸체부(30a)의 내측에 대향 배치된 제 1 임펠러부(40) 및 제 2 임펠러부(50)는 수용공간(d)의 회전중심으로 부터 몸체부(30a)의 내주측으로 유체를 밀어내며 회전중심부의 유압을 감소시키고, 이를 통해 유체를 수용공간(d)으로 흡입하므로 유체공급을 위한 별도의 펌프가 요구되지 않아 장치가 간소화되어 제품의 경제성이 향상될 수 있다.

또한, 제 1 와류(f) 및 제 2 와류(g)는 상호 대량되는 방향으로 반발하는 나선형 흐름을 형성하여 충돌하게되고, 충돌시 유체 마찰열을 발생시킨다.

이와함께, 상기 제 1 와류(f) 및 제 2 와류(g)가 마주치는 부분에 반발하는 두 유체 흐름의 충돌에 의해 수많은 난류 흐름이 파생되어 유체분자 간의 마찰빈도가 증가되고 유체의 가열이 촉진될 수 있다.

더욱이 제 1 와류(f) 및 제 2 와류(g)는 몸체부(30a)의 회전에 따른 원심력과 함께 상기 유체를 몸체부(30a)의 내주측으로 가압할 수 있다.

이에따라, 상기 헤드(30)가 동일한 시간당 회전수를 갖더라도 상기 배출홀(34)을 통해 분출되는 유체의 유속이 증가되고 기포의 형성 및 내파가 촉진되어 유체의 가열속도가 개선될 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 회전 마찰열보일러(100)로 공급되는 유체를 예열수단(70)에서 예열하여 공급함에 따라 회전 마찰열보일러(100)에서의 가열시간을 단축할 수 있으며, 또한 실질적으로 유체와 마찰을 일으키는 헤드(30)의 구조를 개선하여 유체와의 마찰빈도수를 증가시켜 보다 빠르게 유체를 가열할 수 있도록 할 수 있고, 또한 별도의 동력을 이용하지 않고 모터와 회전 마찰열보일러를 연결하는 플랜지 결합부분에 영구자석이 구비된 디스크 또는 드럼을 설치하여 예열파이프(73)를 가열토록 하므로서 에너지소비를 최소화할 수 있도록하는 효과를 기대할 수 있다.

100: 회전 마찰열 보일러, 10: 케이스,
13: 유출구, 14: 유입구,
16: 케이스리브, 20: 회전구동축,
21: 제 1 플랜지, 30: 헤드,
30a: 몸체부, 30b: 마찰날개부,
30c: 커버부, 31: 모터연결부,
34: 배출홀, 36: 유입홀,
37: 2중 나선형 저수홈부, 37a: 제 1 나선형홈부,
37b: 제 2 나선형 홈부, 38: 마찰돌기부,
39: 마찰홈부, 40: 제 1 임펠러부,
50: 제 2 임펠러부, 60: 모터,
61: 축, 62: 제 2 플랜지,
70: 예열수단, 71: 디스크,
72: 영구자석, 73: 예열파이프,
74: 입수부, 75: 출수부,
81: 드럼, 82: 결합판,
83: 영구자석, 90: 발전수단,
91: 전기자코일,

Claims (10)

1. 제 2 플랜지(62)가 형성된 축(61)을 구비한 모터(60)와;
   유체의 유입구(14) 및 유출구(13)가 구비되고 내부에 원통형 가열공간(c)이 구비된 케이스(10)와, 제 1 플랜지(21)가 형성된 회전구동축(20)이 일측에 결합되고 가열공간(c)에 설치되어 예열수단(70)으로 부터 예열되어 공급되는 유체를 가열하는 헤드(30)를 포함하여 구성된 회전 마찰열보일러(100);를 포함하고,
   제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62)에는 고속회전하는 영구자석의 자력변화를 이용하여 예열파이프(73) 내의 유체를 예열하여 회전 마찰열보일러(100)로 공급하는 예열수단(70)을 구성한 것을 특징으로 하는 회전 마찰열보일러.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   예열수단(70)은
   제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62) 사이에 끼워져 결합되는 디스크(71)와;
   디스크(71)의 일면 또는 양면에 N극과 S극이 교번되도록 환형으로 설치되는 다수의 영구자석(72)과;
   디스크(71)의 일면 또는 양면에 근접하도록 배선되고, 디스크(71)가 고속회전할때 영구자석(72)의 N극 과 S극이 교차하면서 발생하는 자력선변화에 의해 가열되어 내부를 통과하는 유체를 예열하며, 전도성 금속재로 이루어진 예열파이프(73); 로 구성한 것을 특징으로 하는 회전 마찰열보일러.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   예열수단(70)은
   제 1 플랜지(21)와 제 2 플랜지(62) 사이에 끼워지는 결합판(82)이 중간부에 수직방향으로 형성된 원통형의 드럼(81)과;
   드럼(81)의 외주면에 N극과 S극이 교번되도록 설치되는 다수의 영구자석(83)과;
   드럼(81)의 외주면에 근접하도록 배선되고, 드럼(81)이 고속회전할 때 영구자석(83)의 N극과 S극이 교차하면서 발생하는 자력선변화에 의해 가열되어 내부를 통과하는 유체를 예열하며, 전도성 금속재로 이루어진 예열파이프(73); 로 구성한 것을 특징으로 하는 회전 마찰열보일러.
   
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7. 제 3 항에 있어서,
   예열파이프(73)는 드럼(81)의 외주연에 근접하도록 나선형으로 배선되거나 지그재그 형태로 배선되는 것을 특징으로 하는 회전 마찰열보일러.
   
   
   
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