KR101823322B1

KR101823322B1 - 유체 마찰열 펌프

Info

Publication number: KR101823322B1
Application number: KR1020150053322A
Authority: KR
Inventors: 오영한; 신말순
Original assignee: 오영한; 신말순
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2018-01-30
Also published as: KR20160123147A

Abstract

케이스 내에 회전 가능하게 설치되어 유체의 분자운동을 촉진시킴으로써 유체를 가열하는 유체 마찰열 펌프에 관한 것이다. 유체 마찰열 펌프는 회전 액추에티어와, 제1 케이스와, 제1 헤드와, 제2 케이스, 및 제2 헤드를 포함한다. 회전 액추에이터는 회전 축 일단에 제1 구동풀리와, 제2 구동풀리가 각각 이격되어 장착된다. 제1 케이스는 유체의 유입구 및 유출구가 구비되고, 내면에 복수의 마찰리브가 길이방향으로 형성된다. 제1 헤드는 제1 케이스 내부에 배치되며, 일단에 제1 구동풀리와 벨트에 의해 연결된 제1 종동풀리가 장착된다. 제2 케이스는 제1 케이스와 이격 배치되고, 유체의 유입구 및 유출구가 구비되며, 내면에 복수의 마찰리브가 길이방향으로 형성된다. 제2 헤드는 제2 케이스 내부에 배치되며, 일단에 제2 구동풀리와 벨트에 의해 연결된 제2 종동풀리가 장착된다.

Description

유체 마찰열 펌프{Pump for heat exchange}

본 발명은 유체의 분자운동을 촉진시킴으로써 유체를 가열하는 유체 마찰열 펌프에 관한 것이다.

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

한편, 전술한 화학연료를 이용한 가열장치는 화학연료의 연소과정에서 다량의 공해물질이 배출되며, 소모된 화학연료 대비 열효율이 떨어지는 문제가 있다. 그리고, 전기에너지를 이용한 가열장치는 전기저항을 이용하거나 유체의 유동을 통해 열을 발생시키는 마찰가열기 등으로, 유체의 성질에 따라 누전이나 화재의 위험이 항시 존재할 뿐만 아니라, 저항으로 발열되는 전열선 부근에서만 유체가 가열될 수 있기 때문에 대량의 유체를 가열하는데 많은 시간이 걸리는 문제가 있다.

이에 따라, 최근에는 전기에너지를 통해 유체를 유동시키고, 유체의 유동으로 유체가 직접 가열되는 방식의 마찰가열기기가 사용되고 있다. 이때, 마찰가열기는 유체의 마찰, 공동 현상 등을 통해 유체를 가열하며, 이를 촉진하기 위해서는 유체의 유속 및 난류 흐름을 증가시키는 것이 중요하다.

이에 따라, 마찰가열기는 케이스와, 케이스의 내부에서 회전되는 원통형 헤드를 구비하여, 헤드의 회전을 통해 헤드와 케이스 사이에서 유체를 마찰시켜 열을 발생시키도록 개선되었다.

그러나, 상기 마찰가열기는 헤드의 외주와 케이스의 내주 사이 공간에 채워진 유체가 가열되는 방식으로 상기 공간이 너무 넓으면 유체의 마찰량이 적어 가열이 제대로 이루어지지 않으며, 공간이 너무 좁으면 가열되는 유체량이 적어 대량의 유체를 가열하기 위해 많은 시간이 걸리는 문제점이 있었다.

이에, 헤드의 외주에 다단의 날개부를 형성하여 유체와의 마찰면적을 증가시키기도 하였으나, 대량의 유체를 승온시키기 위해 필요한 난류 흐름이나 유체의 마찰, 유속을 충분히 제공하지 못하는 단점이 있다.

공개특허공보 10-2011-0027157(2011.03.16 공개)

본 발명의 과제는 유체 간의 마찰빈도를 증가시키고 난류 흐름을 촉진하여 유체의 가열속도가 향상된 유체 마찰열 펌프를 제공함에 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 마찰열 펌프는 회전 축 일단에 한 쌍의 제1,2 구동풀리가 장착된 회전 액추에이터; 유체의 유입구 및 유출구가 구비되고, 내면에 복수의 마찰리브가 길이방향으로 형성된 제1 케이스; 상기 제1 케이스 내부에 배치되며, 일단에 상기 제1 구동풀리와 연결된 제1 종동풀리가 장착된 제1 헤드; 상기 제1 케이스와 이격 배치되고, 유체의 유입구 및 유출구가 구비되며, 내면에 복수의 마찰리브가 길이방향으로 형성된 제2 케이스; 및 상기 제2 케이스 내부에 배치되며, 일단에 상기 제2 구동풀리와 연결된 제2 종동풀리가 장착된 제2 헤드;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 케이스 내의 유체가 화학연료의 연소나 전열선의 저항 발열 등에 의해 간접 가열되는 것이 아니라 헤드의 회전을 통해 자체 발열되므로 가열 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 헤드 내부에 자기유도부재를 원주방향으로 장착함에 따라, 헤드와 함께 회전하며 케이스 내부의 유체에 자기장을 가하게 된다. 이에 따라, 유체 분자의 전하 간 인력 균형을 제거하고 분자의 운동량이 쉽게 변화될 수 있는 활성화된 분자 구조로 전환시켜 유체의 마찰 가열속도를 개선할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 마찰열 펌프를 도시한 상측면도.
도 2는 도 1에 도시된 유체 마찰열 펌프의 측면도.
도 3은 도 1에 도시된 제1 케이스의 분해 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 제1 케이스의 내부를 도시한 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 제1 케이스의 외부를 도시한 측면도.
도 6은 도 5에 도시된 제1 헤드를 발췌하여 도시한 사시도.
도 7은 도 6의 측면도.
도 8은 도 7에 도시된 제1 헤드의 A-A'를 도시한 단면도.
도 9는 도 7에 도시된 제1 헤드의 B-B'를 도시한 단면도.
도 10은 도 7에 도시된 제1 헤드의 C-C'를 도시한 단면도.
도 11은 도 1에 도시된 제2 케이스의 분해 사시도.
도 12는 도 11에 도시된 제2 케이스의 내부를 도시한 단면도.
도 13은 도 12에 도시된 제2 헤드를 발췌하여 도시한 사시도.
도 14는 도 13의 측면도.
도 15는 유체 마찰열 펌프를 포함하는 전기보일러 시스템을 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 마찰열 펌프를 도시한 상측면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 유체 마찰열 펌프의 측면도이다. 그리고, 도 3은 도 1에 도시된 제1 케이스의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 제1 케이스의 내부를 도시한 단면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 제1 케이스의 외부를 도시한 측면도이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 유체 마찰열 펌프(100)는 회전 액추에이터(110)와, 제1 케이스(120)와, 제1 헤드(130)와, 제2 케이스(140), 및 제2 헤드(150)를 포함한다. 여기서, 유체 마찰열 펌프(100)는 제1,2 케이스(120, 140) 내부의 가열공간(s)으로 주입된 유체를 헤드의 고속 회전을 통해 가열시키는 장치이다.

회전 액추에이터(110)는 회전 축 일단에 제1 구동풀리(111)와, 제2 구동풀리(112)가 각각 이격되어 장착될 수 있다. 여기서, 회전 액추에이터(110)는 회전 모터로 이루어지는 것이 바람직하다.

제1 케이스(120)는 일측에 유체의 유입구(121)가 형성되고 타측에 유출구(122)가 형성될 수 있다. 여기서, 제1 케이스(120)는 고속회전에 견딜 수 있는 금속이나 강화 플라스틱 등의 소재로 이루어질 수 있으며, 유체가 열매체유 내지 유증기 등의 유류인 경우에는 높은 강도를 갖는 강철 등의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

제1 케이스(120)는 내부로 공급되는 유체가 외부로 유출되지 않도록 실링된 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고, 제1 케이스(120)는 이동 가능한 받침대(20) 상에 안착될 수 있다. 그리고, 벨트(21)와 같은 고정수단에 의해 받침대(20) 상에 체결될 수 있는데, 이는 후술되는 제1 헤드(130)의 회전시 진동에 의한 이탈을 방지하기 위함이다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 케이스(120)의 내면에는 길이방향으로 돌출된 복수의 마찰리브(123)가 원주방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다. 이처럼 제1 케이스(120) 내부에 마찰리브(123)가 형성됨에 따라 제1 헤드(130)의 외주를 따라 회전되는 유체를 통한 마찰 가열을 촉진시킬 수 있다.

즉, 높은 분자운동량을 가진 유체 분자가 마찰리브(123)에 충돌하게 되면 다량의 에너지를 방출하게 되어 유체의 온도가 빠르게 상승하게 되는 것이다. 이때, 마찰리브(123)는 제1 헤드(130)방향으로 돌출된 복수의 돌기들을 갖도록 이루어질 수 있는데, 이는 마찰리브(123)와 유체의 접촉 면적을 증가시켜 마찰 가열을 향상시키기 위함이다.

여기서, 마찰 가열이라는 말은 유체 분자 간의 마찰 내지 충돌을 통한 발열과, 유체의 가속/감압 및 감속/승압에 따른 기포 형성 및 내파로 인한 발열, 유체와 제1 헤드(130)/제1 케이스(120)간의 충돌이나 점성 마찰로 인한 발열 등을 모두 포함하는 의미로 이해하는 것이 바람직하다.

제1 헤드(130)는 제1 케이스(120) 내부에 배치되며, 일단에 제1 구동풀리(111)와 벨트(10)에 의해 연결된 제1 종동풀리(131)가 장착된다. 이에 따라, 회전 액추에이터(110)가 구동하게 되면, 회전 액추에이터(110)의 회전 축에 장착된 제1 구동풀리(111)가 회전하게 되고, 제1 구동풀리(111)와 벨트(10)에 의해 연결된 제1 종동풀리(131)가 회전하게 된다. 그러면, 제1 종동풀리(131)와 연결된 제1 헤드(130)가 회전하게 되어 제1 케이스(120) 내부로 유입된 유체를 열교환하여 가열할 수 있게 된다.

제1 헤드(130)의 내부에는 자기장을 형성하는 복수의 제1 자기유도부재(132)가 원주방향을 따라 길이방향으로 설치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 자기유도부재(132)는 N극과 S극을 갖는 영구자석으로 이루어질 수 있으며, N극과 S극이 원주방향을 따라 교대로 배치되도록 형성할 수 있다. 이때, 영구자석은 높은 자성을 형성하는 네오디뮴(Neodymium-iron-boron; Nd-Fe-B)계열 또는 사마륨(Samariuml) 계열 자석으로 형성될 수 있다.

이처럼 제1 헤드(130) 내부에 제1 자기유도부재(132)가 설치됨에 따라, 제1 자기유도부재(132) 주위에 자기장이 형성되어 제1 케이스(120) 내로 유입되는 유체가 활성화된다. 여기서, 제1 자기유도부재(132)의 자기력은 N극에서 S극 방향으로 작용하므로, 제1 케이스(120) 내부의 유체 분자는 N극과 S극을 연결하는 자기력선의 방향을 따라 이동하게 된다.

즉, 제1 헤드(130) 내부에 제1 자기유도부재(132)가 설치된 상태로 회전하게 되면, 제1 케이스(120) 내부로 유입된 유체에는 회전되는 자기장이 가해질 수 있게 된다. 이에 따라, 유체 분자 내부의 전하 간 인력 균형이 제거되어 유체 분자 구조가 분자 운동성이 높은 활성화된 분자 구조로 치환될 수 있으며, 유체의 회전에 따른 충돌 및 마찰이나, 유체의 가속/감압 및 감속/승압에 따른 기포 형성 및 내파 과정에서의 유체 가열이 가속화될 수 있게 된다.

여기서, 유체의 분자는 음전하 및 양전하 사이의 인력으로 인해 운동성이 낮은 상태의 구조를 형성하게 되는데, 유체가 활성화된다는 말은 유체의 분자 구조가 운동성이 높은 상태 즉, 외력에 의해 쉽게 운동량이 증가될 수 있는 상태로 변화된다는 의미로 이해함이 바람직하다.

또다른 실시예에 따르면, 제1 케이스(120)는 내부 케이스(120a)와, 내부 케이스(120a)로부터 이격 배치된 외부 케이스(120b)로 이루어질 수 있다. 이처럼 제1 케이스(120)가 2중 구조로 형성됨에 따라, 제1 케이스(120) 단열효율을 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 내부 케이스(120a)의 외주면에는 유체를 더욱 활성화시키기 위해 복수의 제3 자기유도부재(190)가 원주방향을 따라 서로 이격되어 장착될 수 있다. 이때, 제3 자기유도부재(190)는 도 5에 도시된 바와 같이 전방에 N극이 배치되고 후방에 S극이 배치되도록 형성할 수 있으며, 길이방향으로 복수개 구비하여 각각의 제3 자기유도부재(190)가 교차로 배치되게 형성할 수도 있다.

도 6은 도 5에 도시된 제1 헤드를 발췌하여 도시한 사시도이고, 도 7은 제1 헤드의 측면도이다. 그리고, 도 8은 도 7에 도시된 제1 헤드의 A-A'를 도시한 단면도이고, 도 9는 도 7에 도시된 제1 헤드의 B-B'를 도시한 단면도이며, 도 10은 도 7에 도시된 제1 헤드의 C-C'를 도시한 단면도이다.

도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 헤드(130)는 원기둥 형상으로 형성된 중공의 몸체부(134)와, 몸체부(134)의 외주면으로부터 돌출되어 제1 케이스(120) 내부로 유입된 유체를 열교환하는 복수의 마찰돌기부(135)로 이루어질 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 헤드(130)의 몸체부(134)에 길이방향으로 형성된 중공에는 제1 종동풀리(131)와 일측이 연결된 제1 샤프트(133)가 삽입되어 체결될 수 있다. 이에 따라, 제1 헤드(130)는 제1 샤프트(133)와 연결된 제1 종동풀리(131)로부터 회전력을 전달받아 안정적으로 회전할 수 있게 된다.

마찰돌기부(135)는 제1 마찰돌기(135a)와, 제1 마찰홈부(135b)와, 제2 마찰돌기(135c)와, 제2 마찰홈부(135d)를 포함한다.

제1 마찰돌기(135a)는 제1 헤드(130)의 몸체부(134) 외주면에 원주방향을 따라 돌출되고, 제1 마찰홈부(135b)에 의해 원주방향을 따라 구획된 것으로, 적어도 하나 이상 구비되어 양 끝단에 각각 배치될 수 있다.

제2 마찰돌기(135c)는 제1 헤드(130)의 몸체부(134) 외주면에 원주방향을 따라 돌출되고, 제2 마찰홈부(135d)에 의해 원주방향을 따라 구획된 것으로, 복수개 구비되어 제1 마찰돌기(135a)들 사이에 배치될 수 있다. 이처럼 제2 마찰돌기(135c)가 길이방향으로 복수개 구비되어 서로 이격 배치됨에 따라, 제2 마찰돌기(135c)들 사이에는 길이방향으로 링형홈부(135e)가 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 제2 마찰돌기(135c)는 중앙으로부터 양측으로 테이퍼지게 형성될 수 있다. 그리고, 홀수 번째 제2 마찰돌기(135c)와 짝수 번째 제2 마찰돌기(135c)는 중앙이 서로 마주보게 배치될 수 있다. 이처럼 제2 마찰돌기(135c)가 중앙으로부터 양측으로 테이퍼지게 형성됨에 따라 링형홈부(135e)의 면적이 증대되어 유체와 헤드가 접촉하는 면적이 증대된다. 이에 따라, 열교환 면적이 증대되어 제1 헤드(130)의 외주면을 따라 유동하는 유체를 보다 빠르게 가열할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 몸체부(134)의 외주면에 제1,2 마찰홈부(135b, 135d)와 링형홈부(135e)가 형성됨에 따라, 제1 헤드(130)가 회전할 때 제1 마찰돌기(135a)와 제1 케이스(120) 및 제2 마찰돌기(135c) 사이의 좁은 공간에서 유체가 압축되고, 제1,2 마찰홈부(135b, 135d)와 제1 케이스(120) 및 링형홈부(135e)와 제1 케이스(120) 사이의 넓은 공간에서 유체가 팽창될 수 있게 된다. 이와 같은, 유체의 압축 및 팽창의 반복을 통해 유체 분자의 운동량이 증가되고, 유체 분자 간의 마찰 빈도를 증가시켜 유체의 자체 발열이 촉진될 수 있게 된다.

이처럼, 가열공간(s)의 유체가 화학연료의 연소나 전열선의 저항 발열 등에 의해 간접 가열되는 것이 아니라 제1 헤드(130)의 회전을 통해 유체의 가속/감압 및 감속/승압에 따른 기포 분해시 발열과 유체 분자 간 마찰에 따른 발열 등으로 자체 발열될 수 있어 높은 가열 효율을 제공할 수 있게 된다.

한편, 유체의 열교환 효율을 증대하기 위해 제1,2 마찰돌기(135a, 135c)에는 마찰 홀(135f)들이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 헤드(130)가 회전하게 되면 마찰 홀(135f)들로 유체가 빠르게 통과하게 되어 제1,2 마찰돌기(135a, 135c) 주변에 기포가 발생하게 된다. 따라서, 가열공간(S) 내의 공동화를 위한 기포 형성이 보다 원활하게 이루어지게 되어 제품의 가열속도가 향상된다.

도 11은 도 1에 도시된 제2 케이스의 분해 사시도이고, 도 12는 도 11에 도시된 제2 케이스의 내부를 도시한 단면도이다. 그리고, 도 13은 도 12에 도시된 제2 헤드를 발췌하여 도시한 사시도이고, 도 14는 제2 헤드의 측면도이다.

도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 제2 케이스(140)는 일단에 유체의 유입구(141)가 형성되고 타측에 유출구(142)가 형성될 수 있다. 그리고, 회전 액추에이터(110)를 사이에 두고 제1 케이스(120)와 이격 배치될 수 있다.

제2 케이스(140)는 제1 케이스(120)와 마찬가지로, 고속회전에 견딜 수 있는 금속이나 강화 플라스틱 등의 소재로 이루어질 수 있으며, 유체가 열매체유 내지 유증기 등의 유류인 경우에는 높은 강도를 갖는 강철 등의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고, 제2 케이스(140)는 벨트(21)와 같은 고정수단에 의해 받침대(20) 상에 체결될 수 있다.

제2 케이스(140)의 내면에는 마찰 가열을 촉진시키기 위해 길이방향으로 돌출된 복수의 마찰리브(143)가 원주방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 마찰리브(143)는 마찰 가열효율을 향상시키기 위해 제1 케이스(120)의 마찰리브(143)의 형상과 같게 이루어질 수도 있고, 도 11에 도시된 바와 같이 곡선 형상을 갖도록 이루어질 수도 있다.

제2 헤드(150)는 제2 케이스(140) 내부에 배치되며, 일단에 제2 구동풀리(112)와 벨트(10)에 의해 연결된 제2 종동풀리(151)가 장착된다. 이에 따라, 회전 액추에이터(110)가 구동하게 되면, 회전 액추에이터(110)의 회전 축에 장착된 제2 구동풀리(112)가 회전하게 되고, 제2 구동풀리(112)와 벨트(10)에 의해 연결된 제2 종동풀리(151)가 회전하게 된다. 그러면, 제2 종동풀리(151)와 연결된 제2 헤드(150)가 회전하게 되어 제2 케이스(140) 내부로 유입된 유체를 열교환하여 가열할 수 있게 된다.

제2 헤드(150)의 내부에는 자기장을 형성하는 복수의 제2 자기유도부재(152)가 원주방향을 따라 길이방향으로 설치될 수 있다. 여기서, 제2 자기유도부재(152)는 N극과 S극을 갖는 영구자석으로 이루어질 수 있는데, 보다 구체적으로 영구자석은 높은 자성을 형성하는 네오디뮴(Neodymium-iron-boron; Nd-Fe-B)계열 자석 또는 사마륨(Samariuml) 계열 자석으로 형성될 수 있다.

이처럼 제2 헤드(150) 내부에 제2 자기유도부재(152)가 설치됨에 따라, 제2 자기유도부재(152) 주위에 자기장이 형성되어 제2 케이스(140) 내로 유입되는 유체가 활성화되어 가열이 가속화될 수 있게 된다.

한편, 제2 헤드(150)는 제1 헤드(130)의 형상과 같게 형성될 수도 있으나, 도 13에 도시된 바와 같이 다른 형상으로 형성될 수도 있다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 제1 헤드(130)와 차이가 있는 내용을 중심으로 설명하기로 한다.

제2 헤드(150)는 원기둥 형상으로 형성된 중공의 몸체부(134)와, 몸체부(134)의 외주면으로부터 돌출되어 제2 케이스(140) 내부로 유입된 유체를 열교환하는 복수의 마찰돌기부(135)로 이루어질 수 있다.

보다 구체적으로, 제2 헤드(150)의 몸체부(134)에 길이방향으로 형성된 중공에는 제2 종동풀리(151)와 일측이 연결된 제2 샤프트(153)가 삽입되어 체결될 수 있다. 이에 따라, 제2 헤드(150)는 제2 샤프트(153)와 연결된 제2 종동풀리(151)로부터 회전력을 전달받아 안정적으로 회전할 수 있게 된다.

그리고, 제1 헤드(130)와 마찬가지로 마찰돌기부(135)는 제1 마찰돌기(135a)와, 제1 마찰홈부(135b)와, 제2 마찰돌기(135c)와, 제2 마찰홈부(135d)를 포함한다. 이때, 제1 마찰돌기(135a)는 고단돌기(35a)와, 고단돌기(35a)와 원주방향을 따라 교대로 배치되되 고단돌기(35a)의 높이보다 낮게 돌출된 복수의 저단돌기(35b)를 포함한다. 이에 따라, 제1 마찰돌기(135a)는 몸체부(134)의 원주방향을 따라 고단돌기(35a)→제1 마찰홈부(135b)→ 저단돌기(35b)→ 제1 마찰홈부(135b) 순으로 반복하여 배치될 수 있다.

즉, 하나의 마찰홈부(135b)를 기준으로 볼 때, 마찰홈부(135b) 양측에 배치된 고단돌기(35a)와 저단돌기(35b)는 서로 다른 높이를 갖도록 형성되므로, 제2 헤드(150)의 회전방향을 따라 유동되는 유체가 고단돌기(35a)와 제2 케이스(140) 및, 저단돌기(35b)와 제2 케이스(140) 사이의 간격 변화에 따라 팽창 및 압축을 반복하게 된다. 이에 따라, 유체 분자의 운동량이 증가되어 제2 케이스(140) 내부와 충돌 시 다량의 에너지를 방출할 수 있게 되어 유체의 온도가 빠르게 상승하게 된다.

또다른 실시예에 따르면, 제2 케이스(140)는 내부 케이스(140a)와, 내부 케이스(140a)로부터 이격 배치된 외부 케이스(140b)로 이루어질 수 있다. 이처럼 제2 케이스(140)가 2중 구조로 형성됨에 따라, 제2 케이스(140) 단열효율을 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 내부 케이스(140a)의 외주면에는 유체를 더욱 활성화시키기 위해 복수의 제3 자기유도부재(190)가 원주방향을 따라 서로 이격되어 장착될 수 있다. 이때, 제3 자기유도부재(190)는 전방에 N극이 배치되고 후방에 S극이 배치되는 것이 바람직하다.

또다른 실시예에 따르면, 제1 헤드(130)의 몸체부(134) 선단에는 유체를 유출구(122) 측으로 이동시키도록 제1 와류를 형성하는 제1 임펠러(160)가 장착되고, 후단에는 유체를 유입구(121) 측으로 이동시키도록 제2 와류를 형성하는 제2 임펠러(170)가 장착될 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 임펠러(160)는 한 쌍으로 이루어진 중공의 허브(161)와, 허브(161) 사이에 경사지게 돌출된 복수의 블레이드(162)를 구비할 수 있다. 이에 따라, 제1 임펠러(160)의 블레이드(162)가 회전하게 되면 유입구(121)로부터 유출구(122)를 향하는 나선형의 제1 와류가 형성된다.

제2 임펠러(170)는 제1 임펠러와 마찬가지로 한 쌍의 허브(미도시)와, 허브 사이에 경사지게 돌출된 복수의 블레이드(미도시)를 구비할 수 있다. 이에 따라, 제2 임펠러(170)의 블레이드가 회전하게 되면 유입구(141)로부터 유출구(122)를 향하여 나선형의 제2 와류가 형성된다.

이처럼 제1,2 임펠러(160, 170)에 의해 제1 와류 및 제2 와류가 형성됨에 따라, 유입구(121) 및 유출구(122) 측으로 나선형 흐름이 형성되어 유체가 제1 케이스(120)와 충돌하게 되고, 충돌시 유체 마찰열을 발생시켜 유체의 가열속도가 향상될 수 있다.

한편, 제2 헤드(150) 또한 몸체부(134)의 선단에는 유체를 유출구(142) 측으로 이동시키도록 제1 와류를 형성하는 제1 임펠러(160)가 장착되고, 후단에는 유체를 유입구(141) 측으로 이동시키도록 제2 와류를 형성하는 제2 임펠러(170)가 장착될 수 있다.

또다른 실시예에 따르면, 제1 헤드(130)의 중공에 삽입된 제1 샤프트(133)의 외주면에는 실링부재(180)가 장착될 수 있다. 보다 구체적으로, 실링부재(180)는 제1 샤프트(133)와 제1 케이스(120)가 맞닿는 면에 배치될 수 있으며, N극과 S극이 교대로 배치된 고무자석으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 실링부재(180) 주변에 자력선 흐름이 발생하게 되고, 이는 유체의 와류현상을 유도하여 실링부재(180) 주변에 생성되는 스케일을 제거할 수 있게 된다.

또한, 제1 샤프트(133)의 외주면에 실링부재(180)가 장착됨에 따라 가열공간(s) 내의 유체가 제1 케이스(120) 밖으로 유출되지 않는 동시에 제1 샤프트(133)의 마모를 방지할 수 있게 된다.

한편, 제2 헤드(150)의 중공에 삽입된 제2 샤프트(153) 또한 제2 케이스(140)와 맞닿는 면으로 실링부재(180)를 장착하여 주변의 스케일을 제거하고, 밀폐효율을 향상시키며, 제2 샤프트(153)의 마모를 방지할 수 있다.

도 15는 유체 마찰열 펌프를 포함하는 전기보일러 시스템을 도시한 도면이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 유체 마찰열 펌프(100)는 전기보일러 시스템(1)에 적용되어 사용될 수 있다. 이때, 전기보일러 시스템(1)에 의해 가열되는 유체는 제1,2 케이스(120, 140) 내의 가열공간(S), 유출관(11), 분배기(12), 유입관(13)을 따라 순환될 수 있다. 그리고, 분배기(12)로 유동된 유체는 저장배관을 통해 온수저장탱크(14)로 유동될 수 있으며, 용도배관을 통해 유동되어 난방에 사용될 수 있다.

한편, 분배기(12)에는 혹한기에 동결을 방지하기 위한 보조히터(12a)가 구비될 수 있다. 그리고, 유입관(13)에는 유체의 순환을 위한 펌프가 구비될 수 있으며, 유출관(11)은 가열 유체의 열손실을 방지하기 위해 이중관으로 형성될 수 있으며 순환되는 유체의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(15)가 구비될 수 있다.

한편, 회전 액추에이터(110)는 배전반(16)으로부터 전력을 공급받아 제1,2 케이스(120, 140) 내에 배치된 제1,2 헤드(130, 150)를 회전구동시킬 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

110.. 회전 액추에이터 111.. 제1 구동풀리
112.. 제2 구동풀리 120.. 제1 케이스
121.. 유입구 122.. 유출구
123.. 마찰리브 130.. 제1 헤드
131.. 제1 종동풀리 132.. 제1 자기유도부재
133.. 제1 샤프트 140.. 제2 케이스
141.. 유입구 142.. 유출구
143.. 마찰리브 150.. 제2 헤드
151.. 제2 종동풀리 152.. 제2 자기유도부재
153.. 제2 샤프트 160.. 제1 임펠러
170.. 제2 임펠러 180.. 실링부재
190.. 제3 자기유도부재

Claims

회전 축 일단에 제1 구동풀리와, 제2 구동풀리가 각각 이격되어 장착된 회전 액추에이터;
유체의 유입구 및 유출구가 구비되고, 내면에 복수의 마찰리브가 길이방향으로 형성된 제1 케이스;
상기 제1 케이스 내부에 배치되며, 일단에 상기 제1 구동풀리와 벨트에 의해 연결된 제1 종동풀리가 장착되며, 내부에 자기장을 형성하는 복수의 제1 자기유도부재가 원주방향을 따라 길이방향으로 설치되는 제1 헤드;
상기 제1 케이스와 이격 배치되고, 유체의 유입구 및 유출구가 구비되며, 내면에 복수의 마찰리브가 길이방향으로 형성된 제2 케이스; 및
상기 제2 케이스 내부에 배치되며, 일단에 상기 제2 구동풀리와 벨트에 의해 연결된 제2 종동풀리가 장착되며, 내부에 자기장을 형성하는 복수의 제2 자기유도부재가 원주방향을 따라 길이방향으로 설치되는 제2 헤드;를 포함하며,
상기 제1,2 케이스는,
내부 케이스와, 상기 내부 케이스로부터 이격 배치된 외부 케이스로 이루어지며, 상기 내부 케이스의 외주면에는 제3 자기유도부재가 장착되며;
상기 제1,2 헤드는,
원기둥 형상으로 형성된 중공의 몸체부와, 상기 몸체부의 외주면으로부터 돌출되어 상기 제1,2 케이스 내부로 유입된 유체를 열교환하는 복수의 마찰돌기부를 포함하며;
상기 마찰돌기부들은,
상기 몸체부 외주면에 원주면을 따라 돌출되되 제1 마찰홈부에 의해 원주방향을 따라 구획되는 제1 마찰돌기와, 상기 제1 마찰돌기들 사이에 배치되되 제2 마찰홈부에 의해 원주방향을 따라 구획되며 중앙으로부터 양측으로 테이퍼지게 형성된 제2 마찰돌기들, 및 상기 제1,2 마찰돌기에 형성된 마찰 홀들을 각각 포함하며;
상기 제2 헤드의 제1 마찰돌기는,
고단돌기와, 상기 고단돌기와 원주방향을 따라 교대로 배치되되 상기 고단돌기의 높이보다 낮게 돌출된 복수의 저단돌기를 포함하며;
상기 제1 헤드의 중공에는 상기 제1 종동풀리와 연결된 제1 샤프트가 삽입되어 체결되고, 상기 제1 샤프트에는 상기 제1 케이스와 맞닿는 면으로 실링부재가 장착되며;
상기 제2 헤드의 중공에는 상기 제2 종동풀리와 연결된 제2 샤프트가 삽입되어 체결되고, 상기 제2 샤프트에는 상기 제2 케이스와 맞닿는 면으로 실링부재가 장착되며;
상기 실링 부재들은 주변에 자력선 흐름이 발생하게 되도록 N극과 S극이 교대로 배치된 고무자석으로 각각 이루어진 것을 특징으로 하는 유체 마찰열 펌프.
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제1항에 있어서,
상기 제1,2 헤드의 선단에는 유체를 유출구 측으로 이동시키도록 제1 와류를 형성하는 제1 임펠러가 각각 장착되고,
상기 제1,2 헤드의 후단에는 유체를 유입구 측으로 이동시키도록 제2 와류를 형성하는 제2 임펠러가 각각 장착된 것을 특징으로 하는 유체 마찰열 펌프.
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