KR101860864B1 - 유체 마찰 보일러 다단 헤드 - Google Patents

Abstract

회전을 통한 마찰로 유체를 가열하는 헤드에 있어서, 유체 간의 마찰빈도를 증가시키고 난류 흐름을 촉진하여 유체의 가열속도가 향상되도록, 본 발명은 유체의 유입구 및 유출구가 구비된 케이스 내부의 원통형 가열공간에서 모터와 연결되어 회전됨에 따라 유입된 상기 유체를 가열하는 유체 마찰 보일러 다단 헤드에 있어서, 일측부에 상기 유입구와 대향 배치되는 개구가 형성되되, 내부에 수용공간이 형성되고, 타측부에 상기 모터와 연결되는 모터연결부가 형성된 원통형 외측단 몸체부; 상기 수용공간 내부에 배치되되, 상기 외측단 몸체부에 결합되어 일체로 회전되는 원통형 내측단 몸체부; 및 상기 각 몸체부의 외주에 원주방향을 따라 돌설되되 상기 각 몸체부의 길이방향을 따라 다단으로 구비되어 각 돌설된 부분 사이가 링형 저수홈부에 의해 구획되며, 각각의 돌설된 둘레면을 따라 마찰돌기부와 마찰홈부가 순차 배치되도록 형성되고 상기 마찰돌기부를 관통하는 배출홀이 형성된 마찰날개부를 포함하는 유체 마찰 보일러 다단 헤드를 제공한다.

Description

유체 마찰 보일러 다단 헤드{multi-stage head for fluid friction boiler}

본 발명은 유체 마찰 보일러 다단 헤드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전을 통한 마찰로 유체를 가열하는 헤드에 있어서 유체 간의 마찰빈도를 증가시키고 난류 흐름을 촉진하여 유체의 가열속도가 향상되는 유체 마찰 보일러 다단 헤드에 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.

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

그리고, 전기에너지를 이용하는 가열장치는 전기저항을 이용한 전열기나 유체의 유동을 통해 열을 발생시키는 마찰가열기 등이 있다. 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 걸리는 문제점이 있었다.

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

한편, 종래의 마찰가열기는 원통형 케이스와, 상기 케이스의 내부에서 회전되는 원통형 헤드를 배치하여, 상기 헤드의 회전을 통해 상기 헤드와 상기 케이스 사이에서 유체를 마찰시켜 열을 발생시켰다.

그러나, 종래의 마찰가열기는 상기 헤드의 외주와 상기 케이스의 내주 사이 공간에 채워진 유체가 가열되는 방식으로 상기 공간이 너무 넓으면 유체의 마찰량이 적어 가열이 제대로 이루어지지 않으며, 상기 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 못하였다.

한국 공개특허 제10-2011-0027157호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 회전을 통한 마찰로 유체를 가열하는 헤드에 있어서 유체 간의 마찰빈도를 증가시키고 난류 흐름을 촉진하여 유체의 가열속도가 향상되는 유체 마찰 보일러 다단 헤드를 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 유체의 유입구 및 유출구가 구비된 케이스 내부의 원통형 가열공간에서 모터와 연결되어 회전됨에 따라 유입된 상기 유체를 가열하는 유체 마찰보일러 다단 헤드에 있어서, 일측부에 상기 유입구와 대향 배치되는 개구가 형성되되, 내부에 수용공간이 형성되고, 타측부에 상기 모터와 연결되는 모터연결부가 형성된 원통형 외측단 몸체부; 상기 수용공간 내부에 배치되되, 상기 외측단 몸체부에 결합되어 일체로 회전되는 원통형 내측단 몸체부; 및 상기 각 몸체부의 외주에 원주방향을 따라 돌설되되 상기 각 몸체부의 길이방향을 따라 다단으로 구비되어 각 돌설된 부분 사이가 링형 저수홈부에 의해 구획되며, 각각의 돌설된 둘레면을 따라 마찰돌기부와 마찰홈부가 순차 배치되도록 형성되고 상기 마찰돌기부를 관통하는 배출홀이 형성된 마찰날개부를 포함하는 유체 마찰 보일러 다단 헤드를 제공한다.

또한, 유체의 유입구 및 유출구가 구비된 케이스 내부의 원통형 가열공간에서 모터와 연결되어 회전됨에 따라 유입된 상기 유체를 가열하는 유체 마찰 보일러 다단 헤드에 있어서, 일측부에 상기 유입구와 대향 배치되는 개구가 형성되되, 내부에 수용공간이 형성되고, 타측부에 상기 모터와 연결되는 모터연결부가 형성된 원통형 외측단 몸체부; 상기 수용공간의 내부에 배치되되, 상기 외측단 몸체부에 외주가 슬라이스 회전되도록 지지되는 원통형 내측단 몸체부; 및 상기 각 몸체부의 외주에 원주방향을 따라 돌설되되 상기 각 몸체부의 길이방향을 따라 다단으로 구비되어 각 돌설된 부분 사이가 링형 저수홈부에 의해 구획되며, 각각의 돌설된 둘레면을 따라 마찰돌기부와 마찰홈부가 순차 배치되도록 형성되고 상기 마찰돌기부를 관통하는 배출홀이 형성된 마찰날개부를 포함하는 유체 마찰 보일러 다단 헤드를 제공한다.

그리고, 케이스 내부의 원통형 가열공간에서 모터와 연결되어 회전됨에 따라 유입된 유체를 가열하는 유체 마찰 보일러 다단 헤드에 있어서, 일측부에 개구가 형성되되, 내부에 수용공간이 형성되고, 타측부에 일방향 회전되는 외측단 모터축과 연결되는 외측단 모터연결부가 형성된 원통형 외측단 몸체부; 상기 수용공간 내부에 배치되되, 일측부에 타방향 회전되는 내측단 모터축과 연결되는 내측단 모터연결부가 형성된 원통형 내측단 몸체부; 및 상기 각 몸체부의 외주에 원주방향을 따라 돌설되되 상기 각 몸체부의 길이방향을 따라 다단으로 구비되어 각 돌설된 부분 사이가 링형 저수홈부에 의해 구획되며, 각각의 돌설된 둘레면을 따라 마찰돌기부와 마찰홈부가 순차 배치되도록 형성되고 상기 마찰돌기부를 관통하는 배출홀이 형성된 마찰날개부를 포함하는 유체 마찰 보일러 다단 헤드를 제공한다.

이때, 상기 각 몸체부의 내주면에는 길이방향을 따라 복수개의 마찰리브부가 돌설되되, 상기 각 마찰리브부는 상기 각 몸체부의 원주방향으로 상호 이격되어 다단으로 구비됨이 바람직하다.

또한, 상기 마찰돌기부는 높낮이가 조절되어 원주방향을 따라 교번하여 배치되는 고단돌기 및 저단돌기를 포함함이 바람직하다.

상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명에 따른 유체 마찰 보일러 다단 헤드는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 상기 외측단 몸체부의 내부 수용공간에 내측단 몸체부가 다단으로 구비되므로 각 몸체부에 배치된 배출홀을 통해 기포 형성 및 내파를 통한 가열영역이 확장되고, 각 배출홀에서 배출된 유체가 외측단 몸체부/케이스의 내주와 다단으로 충돌되므로 유체 분자의 운동량이 현저히 증가하여 유체 간의 마찰 및 충돌을 통한 마찰 가열이 촉진됨에 따라 제품의 가열 속도가 개선될 수 있다.

둘째, 상기 내측단 몸체부 및 상기 외측단 몸체부의 내주에 마찰리브부가 돌설되므로 각 몸체부의 내주에서 다단계의 마찰 발열이 이루어져 제품의 가열속도가 현저히 향상될 수 있으며, 유체의 상변화 온도까지 가열범위가 확장되어 제품의 활용범위가 증가될 수 있다.

셋째, 상기 고단돌기 및 저단돌기는 서로 다른 단차로 구비되므로 각 돌기의 배출홀 및 케이스 사이의 간격이 조절되므로 빠른 속도로 유동되어 케이스 내주 충돌되는 유체와 케이스로부터 먼 지점에서 감속되는 유체에 의해 케이스 및 유체 간의 충돌이 일정한 시간 간격을 두고 간헐적으로 발생되어 케이스의 마모 손상 및 균열 파괴 현상이 최소화되고 제품의 내구성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유체 마찰 보일러에서 외측단 헤드의 일측을 절개하여 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유체 마찰 보일러를 나타낸 단면도.
도 3은 도 2의 A-B 단면을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 마찰 보일러를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유체 마찰 보일러를 나타낸 단면도.
도 6은 도 5의 C-D 단면을 나타낸 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 유체 마찰 보일러 다단 헤드를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유체 마찰 보일러에서 외측단 헤드의 일측을 절개하여 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유체 마찰 보일러를 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 2의 A-B 단면을 나타낸 단면도이다.

도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 유체 마찰가열기(100)는 케이스(10), 헤드(30), 그리고 모터(미도시)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 유체 마찰 보일러(100)는 케이스(10)로 주입된 유체를 고속회전되는 헤드(30)를 통해 가열시키는 장치이다.

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

그리고, 원통형의 측면부(11) 일측에 가열된 유체가 배출되도록 측면부(13)의 내주와 외주를 관통하는 유출구(13)가 형성된다.

여기서, 상기 케이스(10)는 고속회전에 견딜 수 있는 금속이나 강화 플라스틱 등의 재질로 이루어짐이 바람직하다. 이때, 상기 유체는 물, 염수, 수증기, 열매체유 등으로 다양한 종류의 매질이 액체나 기체상태로 사용될 수 있다.

그리고, 상기 케이스(10)의 재질은 가열되는 유체가 물이나 염수, 수증기 등인 경우에는 스테인리스 스틸이나 강화 플라스틱 등 고강도를 가지되 부식에 강한 소재로 구비될 수 있으며, 가열되는 유체가 열매체유 등의 유류인 경우에는 강철로 구비될 수 있다.

또한, 상기 케이스(10)는 내부로 공급되는 유체가 새지 않도록 실링된 구조로 이루어짐이 바람직하며, 상기 유입구(14)는 유체의 공급을 위해 펌프나 유체저장탱크와 연결될 수 있으며, 상기 유출구(13)는 난방이나 온수 공급을 위한 배관과 연결될 수 있다.

그리고, 상기 모터(미도시)는 상기 케이스(10)의 후방부에 배치될 수 있으며, 상기 모터와 플렌지 결합된 회전구동축(20)은 상기 케이스(10)를 관통하여 상기 가열공간(c)에 배치된 헤드(30)와 키결합 등으로 연결될 수 있으며, 상기 헤드(30)를 회전구동하기 위한 회전력을 전달할 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. 여기서, 상기 헤드(30)는 외측단 몸체부(40)와 내측단 몸체부(50)를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 헤드(30)의 회전 중심선 및 상기 회전구동축(20)의 회전 중심선, 상기 가열공간(c)의 중심선은 일치되도록 배치됨이 바람직하다. 그리고, 상기 각 몸체부(40,50)의 외주에는 원주방향을 따라 마찰날개부(40b,50b)가 돌설되며, 길이방향을 따라 다단으로 돌설될 수 있다.

여기서, 상기 외측단 몸체부(40) 및 상기 외측단 몸체부(40)의 외주에 돌설된 외측단 마찰날개부(40b)는 회전가공을 통해 일체로 형성됨이 바람직하며, 상기 내측단 몸체부(50) 및 상기 내측단 몸체부(50)의 외주에 돌설된 내측단 마찰날개부(50b) 역시 일체로 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 헤드(30)는 유체가 물이나 염수, 수증기 등인 경우에 스테인리스 스틸, 강화 플라스틱 등을 소재로 형성될 수 있으며, 유체가 유류인 경우는 강철 등을 소재로 형성될 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 상기 외측단 몸체부(40)는 일측부에 상기 유입구(14)와 대향 배치되는 개구(43)가 형성되되, 내부에 수용공간(d)이 형성되고, 타측부에 상기 모터(미도시)와 연결되는 모터연결부(41)가 형성된다.

상세히, 상기 외측단 몸체부(40)는 일측부가 개방된 원통형상으로 구비될 수 있으며, 원통형 둘레를 형성하는 측벽부의 일측에 원형 단면의 개구(43)가 형성되고, 측벽부의 타측에 모터연결부(41)가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 모터연결부(41)에는 상기 모터의 회전력을 전달하도록 연결된 회전구동축(20)이 키결합되는 키홈부(41a)가 형성되어, 상기 모터연결부(41)와 상기 회전구동축(20)이 일체로 회전될 수 있으며, 상기 모터의 회전으로 상기 헤드(30)가 회전될 수 있다.

그리고, 상기 회전구동축(20)이 상기 케이스(10)를 관통하는 부분은 유체가 새지 않도록 실링되는 것이 바람직한데, 이러한 실링은 상기 회전구동축(20)의 회전에도 방해되지 않는 것이 좋다.

이를 위해, 상기 케이스(10)가 관통된 부분에는 상기 회전구동축(20)의 외주와 접하여 지지하는 베어링과 상기 가열공간(c)의 유체 누설을 방지하는 실링부재가 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 실링부재는 유체가 물이나 염수, 수증기인 경우에는 유체에 의해 베어링의 윤활액이 제거되고, 베어링이 깨지는 것을 방지하도록 상기 가열공간(c)과 상기 베어링을 구획하도록 배치됨이 바람직하다.

또한, 상기 외측단 몸체부(40)의 개구(43)에는 상기 유입구(14)와 연통되는 유입홀(46)이 형성된 커버부(40c)가 결합되며, 상기 커버부(40c)의 외주 및 상기 외측단 몸체부(40)의 개구(43)측 측면부 외주와 대면되는 위치의 상기 케이스(10)에는 헤드(30)의 회전시 상기 외측단 몸체부(40)의 외주를 회전지지하는 베어링(17)이 구비될 수 있다.

이를 통해, 상기 외측단 몸체부(40)의 회전시 진동을 최소화할 수 있으며, 진동으로 인한 회전구동축(20)의 손상 등을 예방할 수 있다.

이때, 상기 베어링(17)은 상기 유체가 유류인 경우에는 일반적인 베어링을 사용할 수 있으며, 상기 유체가 물이나 해수, 수증기 등인 경우에는 세라믹 베어링을 사용하는 것이 바람직하다.

물론, 상기 베어링(17)은 상기 가열공간(c) 내부의 유체와 접촉되지 않도록 상기 커버부(40c)의 유입홀(46) 테두리에 지지관부를 형성하고, 상기 지지관부의 테두리에 대응되는 유입구(14)의 내부에 배치되는 것도 가능하다. 이때, 상기 베어링(17)의 후방부에는 실링부재가 개재되어 상기 가열공간(c)의 유체가 상기 베어링(17)측으로 유동되지 않도록 실링할 수 있다.

한편, 상기 내측단 몸체부(50)는 상기 수용공간(d) 내부에 배치되되 상기 외측단 몸체부(40)에 결합되어 일체로 회전된다. 여기서, 상기 내측단 몸체부(50)는 전방면과 후방면이 개방된 원통형상으로 구비될 수 있으며, 후방부 테두리(52)가 상기 외측단 몸체부(40)의 모터연결부(41) 전면에 결합될 수 있다.

이때, 상기 내측단 몸체부(50)의 후방부 테두리(52) 및 상기 모터연결부(41)는 키결합 등으로 연결될 수 있으며, 상기 내측단 몸체부(50)는 상기 외측단 몸체부(40)와 일체로 회전될 수 있다.

또한, 상기 커버부(40c)는 상기 외측단 몸체부(40)와 일체로 회전되도록 상기 개구(43)에 결합될 수 있다. 즉, 상기 커버부(40c)는 상기 개구(43)를 부분적으로 차폐할 수 있으며, 상기 유입홀(46)은 상기 커버부(40c)의 회전중심에 배치됨이 바람직하다.

이때, 상기 내측단 몸체부(50)의 전방부 테두리(51)는 상기 커버부(40c)의 후면에 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 내측단 몸체부(50)는 전방부 및 후방부가 상기 외측단 몸체부(40)에 결합되어 일체로 회전되되, 전방부 및 후방부 테두리가 상기 외측단 몸체부(40)에 지지되어 회전시 진동을 최소화할 수 있다.

그리고, 상기 유체는 상기 유입구(14) 및 상기 유입홀(46)을 거쳐 상기 내측단 몸체부(50)의 내부공간(e)으로 유입될 수 있다.

한편, 상기 각 몸체부(40,50)의 외주에는 원주방향을 따라 마찰날개부(40b,50b)가 돌설되며, 상기 각 마찰날개부(40b,50b)는 상기 각 몸체부(40,50)의 길이방향을 따라 다단으로 구비되어 각 돌설된 부분 사이가 링형 저수홈부(47,57)에 의해 구획된다.

이때, 각 외측단 마찰날개부(40b) 사이는 외측단 저수홈부(47)가 배치되고, 각 내측단 마찰날개부(50b) 사이에는 내측단 저수홈부(57)가 배치될 수 있다.

여기서, 상기 각 저수홈부(47,57)는 상기 각 마찰날개부(40b,50b)의 둘레면과 상기 각 몸체부(40,50)의 외주면 사이에 단차를 형성하여 상기 각 마찰날개부(40b,50b)와 상기 유체 간의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다.

더욱이, 상기 각 저수홈부(47,57)는 상기 가열공간(c) 내부에 수용가능한 유체량을 증가시킬 수 있으며, 동일한 규격의 케이스나 헤드를 사용하더라도 한번에 보다 많은 량의 유체를 가열할 수 있어 유체의 가열속도가 개선될 수 있다.

또한, 상기 각 저수홈부(47,57)는 유체 간의 속도 편차를 형성하여 가열공간 내부에 수용된 유체의 난류 흐름을 촉진할 수 있다. 상세히, 각 마찰날개부(40b,50b)에 접촉된 유체, 각 몸체부(40,50)의 외주(각 저수홈부의 바닥면) 등 상기 헤드(30)와 접촉된 유체는 헤드(30)의 외면으로부터 직접 전단응력(shear stress)을 전달받게 되고, 빠르게 유동될 수 있다.

반면, 상기 헤드(30)로부터 이격된 유체는 헤드(30)의 외면으로부터 멀어질수록 낮은 전단응력을 전달받아 느리게 유동된다. 그리고, 빠르게 유동되는 유체와 느리게 유동되는 유체가 층류를 형성한 상태에서 회전됨에 따라 저수홈부(47,57) 내부에서 유체의 난류 흐름이 형성될 수 있다.

이에 따라, 유체 분자 간의 마찰 빈도가 증가됨과 더불어 유체 및 헤드/케이스 간의 마찰이 촉진될 수 있고, 원활한 마찰 가열로 유체 온도가 빠르게 상승될 수 있다.

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, 유체 및 헤드/케이스간의 충돌이나 점성 마찰로 인한 발열 등을 모두 포함하는 의미로 이해함이 바람직하다.

그리고, 각 마찰날개부(40b,50b) 사이의 저수홈부(47,57)는 유체 간의 속도 편차를 형성하여 난류 흐름을 촉진하므로 가열된 유체 및 비가열된 유체가 빠르게 혼합될 수 있으며, 가열공간(c) 내부에 수용된 유체의 각 부분에서 온도 편차가 감소되어 가열 후 유출구를 통해 배출되는 유체의 온도가 헤드의 회전수에 따라 정확하게 조절될 수 있으므로 제품의 가열 품질이 향상될 수 있다.

더욱이, 가열공간 내부 유체의 온도 편차로 인해 발생될 수 있는 헤드의 회전시 진동을 최소화할 수 있으며, 가열된 고온의 유체와 비가열된 저온의 유체를 빠르게 혼합하여 전체 유체의 온도를 균형적으로 상승시킴으로써 고온 유체의 열손실 가능성을 최소화하며, 온도 편차로 인한 유체의 대류/전도시 에너지 손실을 감소시켜 제품의 가열 효율을 개선할 수 있다.

한편, 상기 각 마찰날개부(40b,50b)는 돌설된 둘레면을 따라 마찰돌기부(48,58)와 마찰홈부(49,59)가 순차 배치되도록 형성된다. 즉, 하나의 마찰날개부(40b,50b) 외주에는 원주방향을 따라 마찰돌기부(48,58) 및 마찰홈부(49,59)가 반복하여 형성되며, 상기 마찰홈부(49,59)는 반원형으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 마찰돌기부(48,58)는 10개 이상 배치될 수 있으며, 유체의 빠른 가열을 위해 12개 이상으로 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 각 몸체부(40,50)에 돌설된 마찰날개부(40b,50b)는 서로 다른 갯수의 마찰돌기부(48,58)를 갖도록 구비될 수 있다.

예를 들어, 외측단 마찰날개부(40b)는 12개의 마찰돌기부(48)로 구비되고, 내측단 마찰날개부(50b)는 10개의 마찰돌기부(58)를 갖도록 구비될 수 있다.

이때, 상기 마찰날개부(40b,50b)는 상기 마찰홈부(49,59)를 통해 상기 유체와의 마찰력이 증가될 수 있으며, 상기 유체는 상기 마찰날개부(40b,50b)의 회전방향(R)으로 원활하게 회전될 수 있다.

여기서, 상기 마찰돌기부(48,58) 및 상기 마찰홈부(49,59)가 순차적으로 배치되므로 상기 마찰돌기부(48,58)의 둘레면측 좁은 공간에서 유체가 압축되고, 상기 마찰홈부(49,59)의 둘레면측 넓은 공간에서 유체가 팽창될 수 있다.

이와 같은, 유체의 압축 및 팽창의 반복을 통해 유체 분자의 운동량이 증가되고, 유체 분자 간의 마찰 빈도를 증가시켜 유체의 자체 발열이 촉진될 수 있다.

이처럼, 상기 가열공간(c)의 유체가 화학연료의 연소나 전열선의 저항 발열 등에 의해 간접 가열되는 것이 아니라 헤드(30)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 있다.

또한, 상기 각 마찰날개부(40b,50b)에는 상기 각 마찰돌기부(48,58)를 관통하는 배출홀(44,54)이 형성된다. 여기서, 상기 외측단 마찰날개부(40b)에 형성된 외측단 배출홀(44)은 상기 외측단 몸체부(40)의 내부와 외부를 연통시킬 수 있으며, 상기 내측단 마찰날개부(50b)에 형성된 내측단 배출홀(54)은 상기 내측단 몸체부(50)의 내부와 외부를 연통시킬 수 있다.

이때, 각 배출홀(44,54)은 상기 각 마찰돌기부(48,58)를 따라 방사상으로 복수개 형성됨이 바람직하다.

상세히, 상기 유체는 상기 유입구(14) 및 상기 유입홀(46)를 거쳐 내측단 몸체부(50)의 내부공간(e)으로 유입되며, 상기 헤드(30)가 회전됨에 따라 상기 내부공간(e)의 유체가 회전되며, 상기 유체는 원심력을 통해 상기 내측단 배출홀(54)을 통과하여 상기 외측단 몸체부(40)의 내주면측으로 방출될 수 있다.

그리고, 상기 외측단 몸체부(40)의 내주면측으로 방출되는 유체는 상기 내측단 마찰날개부(50b)의 회전과 함께 방출되므로 상기 헤드(30)의 회전방향(R)으로 회전되면서 상기 외측단 몸체부(40)의 내주면측으로 방출될 수 있다.

이때, 상기 유체는 상기 외측단 몸체부(40)의 내주면과 충돌되어 발열되면서, 상기 외측단 몸체부(40)의 내주를 따라 회전되며, 상기 외측단 배출홀(44)을 통과하여 상기 케이스(10)의 내주측으로 방출된다.

또한, 상기 케이스(10)의 내주측으로 방출되는 유체 역시 상기 외측단 마찰날개부(40b)의 회전과 함께 방출되므로 상기 케이스(10)의 내주를 따라 회전될 수 있다.

이때, 각 배출홀(44,54)을 통과하는 유체는 넓은 공간에서 원심력에 의해 좁은 배출홀(44,54)로 압축 유입되며 높은 유속을 가진 상태에서 각 배출홀(44,54)의 외측으로 토출될 수 있다. 여기서, 유체의 최대 유속은 모터의 시간당 회전수와 함께 증가되며, 유체의 속도가 증가하면 유체의 압력이 감소하게 된다.

유속이 증기압 이하로 떨어지면, 최대 유속 지점에서 공동화(cavitation) 현상이 발생하여 유체 내부에 기포가 형성되며, 유속이 감소하는 지점에 이르러 유압이 증가하면 기포가 내파되며 다량의 에너지를 방출하고, 유체의 온도가 증가될 수 있다.

이와 함께, 상기 내측단 배출홀(54)을 통과한 유체는 상기 외측단 몸체부(50)의 내주와 충돌하고, 상기 외측단 배출홀(44)을 통과한 유체는 상기 케이스(10)의 내주와 충돌하여 유체 내부의 분자 운동이 증가하게 되며, 충돌에 따른 난류 흐름의 파생으로 유체 분자 간의 마찰이 촉진되어 유체의 마찰 가열이 촉진될 수 있다.

이처럼, 유체는 내측단 배출홀(54) 및 외측단 배출홀(44)을 통과하며 기포의 형성 및 내파를 통해 발열됨과 함께 외측단 몸체부(40) 및 케이스(10)와의 충돌을 통해 발열될 수 있으며, 유입구(14)로 유입된 유체가 상기 헤드(30)의 외부로 유동되기까지 다단계의 발열과정을 거치므로 제품의 가열속도가 현저히 개선될 수 있다.

즉, 기포 형성 및 내파를 통해 가열되는 영역이 내측단 배출홀 및 외측단 몸체부 사이 영역과 외측단 배출홀 및 케이스 사이 영역으로 확장되어 유체가 매우 빠른 속도로 가열될 수 있다.

또한, 각 배출홀에서 배출된 유체는 외측단 몸체부와 충돌, 케이스 내주의 충돌 등 다단으로 충돌될 수 있으므로 유체 분자의 운동량이 현저히 증가하여 유체 간의 마찰 및 충돌을 통한 마찰 가열이 촉진되어 제품의 가열속도가 개선될 수 있다.

그리고, 상기 내측단 배출홀(54) 및 상기 외측단 배출홀(44)의 외측부는 다갈레로 분지될 수 있으며, 상기 각 배출홀의 형상은 인접한 다른 배출홀의 형상과 다르게 구비될 수 있다.

물론, 내측단 배출홀 및 외측단 배출홀의 형상이 서로 다르게 구비되는 것도 가능하다. 이로 인해, 상기 각 배출홀을 따라 배출되는 유체는 외측단 몸체부 내지 케이스의 내주측으로 분출될 때, 인접한 배출홀로부터 분출되는 유체와 상호 작용을 통해 높은 분자 운동량을 가질 수 있다.

그리고, 높은 분자 운동량을 가진 유체는 외측단 몸체부 내지 케이스와 충돌할 때, 그리고 유체 상호 간의 충돌시 높은 에너지를 분출하여 유체의 마찰 가열이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다.

또한, 상기 각 몸체부(40,50)의 내주면에는 길이방향을 따라 복수개의 마찰리브부(45,55)가 돌설되되, 상기 각 마찰리브부(45,55)는 상기 각 몸체부(40,50)의 원주방향으로 상호 이격되어 다단으로 구비됨이 바람직하다.

상세히, 상기 내측단 몸체부(50)의 내주에는 내측단 마찰리브부(55)가 돌설될 수 있으며, 상기 외측단 몸체부(40)의 내주에는 외측단 마찰리브부(45)가 돌설될 수 있다.

이때, 상기 유체는 상기 각 몸체부(40,50)의 내주면과 마찰을 통해 회전되며, 원심력을 통해 상기 각 몸체부(40,50)의 내주측으로 가압되어 상기 각 분출홀(44,54)로 배출될 수 있다.

여기서, 상기 각 마찰리브부(45,55)를 통해 상기 각 몸체부(40,50)의 내주와 상기 유체 간의 마찰력이 증가되어 유체가 보다 원활하게 회전될 수 있다.

또한, 상기 마찰리브부(45,55)는 각 몸체부(40,50)의 내주를 따라 가압회전되는 유체와의 충돌 및 충돌시 파생되는 난류 흐름을 통해 유체 분자간의 마찰빈도를 증가시켜 유체의 마찰 가열을 촉진시킬 수 있다.

여기서, 상기 각 마찰리브부(45,55)는 상기 각 몸체부(40,50)의 회전가공시 일체로 형성되기 힘들기 때문에 몸체부(40,50) 성형 후 용접 등으로 결합될 수 있다. 이때, 상기 마찰리브부(45,55)는 사각단면으로 구비됨이 바람직하며, 상기 몸체부(40,50)의 길이방향을 따라서는 직선형상으로 구비될 수 있다. 물론, 구불구불한 형상으로 구비되는 경우에 유체와의 마찰력이 더욱 증가될 수 있다.

이처럼, 헤드의 회전시 내측단 몸체부(50) 내주에서 내측단 마찰리브부(55) 및 유체 간의 마찰 가열이 이루어지고, 외측단 몸체부(40) 내주에서 외측단 마찰리브부(45) 및 유체의 간의 마찰 가열이 이루어질 수 있다.

이에 따라, 유입구(14)로 유입된 유체가 상기 헤드(30)의 외부로 유동되어 상기 케이스(10)의 내주에서 상기 케이스리브(16)와 마찰 가열되기까지 다단계의 발열 과정을 거치게 되므로 제품의 가열속도가 현저히 향상될 수 있다.

이를 통해, 가열 대상 유체를 매우 낮은 점성을 가진 수증기나 유증기를 사용하더라도 유체의 마찰 가열이 원활하게 이루어질 수 있으며, 가열 대상 유체의 다양화로 제품의 활용범위가 증가될 수 있다.

또한, 다단계 발열로 인해 유체가 상변화되는 온도까지 가열 범위가 확장될 수 있으므로 더욱 다양한 용도에서 제품을 활용가능하다.

한편, 상기 마찰날개부 중 상기 각 몸체부의 전단부 및 후단부 각각에 적어도 하나 이상은 배출홀이 관통 형성되지 않은 더미 마찰날개부(42)로 구비됨이 바람직하다.

이때, 상기 더미 마찰날개부(42)는 상기 배출홀을 통해 분출되는 유체와 상기 케이스(10) 사이의 반발력으로 인해 상기 헤드(30)가 과도하게 진동되는 것을 방지하고, 진동으로 상기 헤드(30)가 깨지는 것을 예방하는 역할을 한다.

그리고, 상기 더미 마찰날개부에는 상기 마찰돌기부의 원주방향 양측면을 관통하는 유동관통홀과 상기 유동관통홀로부터 반경방향 외측으로 분지되어 상기 마찰돌기부의 둘레면을 관통하는 원심배출홀이 형성될 수 있다.

이때, 상기 마찰돌기부의 회전방향대향면측 유체는 상기 몸체부의 회전력에 의해 상기 유동관통홀의 내부로 유입되며 가속/감압되고, 상기 유동관통홀의 외부로 배출되며 감속/승압될 수 있다.

이에 따라, 유체의 가속/감압에 따른 기포 형성 및 감속/승압에 따른 기포 내파 과정이 진행되며, 유체가 가열될 수 있다.

또한, 상기 유동관통홀을 따라 유동되는 유체는 상기 원심배출홀이 분지된 지점에서 원심력에 의해 케이스의 내주측으로 배출될 수 있다. 그리고, 케이스의 내주측으로 배출된 유체는 몸체부의 회전방향을 따라 유동되며 열에너지를 발생시킬 수 있다.

이때, 상기 원심배출홀의 직경은 상기 유동관통홀의 직경보다 좁은 직경으로 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 내측단 몸체부(50)의 더미 마찰날개부의 배치 형태는 상기 외측단 몸체부(40)의 더미 마찰날개부(42)의 배치 형태와 다르게 구비됨이 바람직하다.

예를 들어, 상기 외측단 몸체부(40)에서 상기 더미 마찰날개부는 전방부에 1개, 후방부에 3개 배치될 수 있으며, 상기 내측단 몸체부(40)에서 상기 더미 마찰날개부는 전방부에 3개, 후방부에 1개 배치될 수 있다.

즉, 내측단 몸체부(50)에서 배출홀이 형성된 마찰날개부 중 일부는 상기 외측단 몸체부(40)의 더미 마찰날개부와 대향되도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 내측단 몸체부(50)에서 상기 외측단 몸체부(40)의 더미 마찰날개부와 대향되도록 배치된 배출홀을 통과한 유체는 상기 외측단 몸체부(40)의 더미 마찰날개부의 내측부에 충돌하게 되며, 상기 외측단 몸체부(40) 및 상기 내측단 몸체부(50) 사이에서 길이방향의 흐름을 형성할 수 있다.

이에 따라, 상기 내측단 몸체부(40)의 외측으로 배출된 유체가 상기 외측단 몸체부(40) 및 상기 내측단 몸체부(50) 사이에서 정체되지 않고, 각 배출홀을 따라 원활하게 유동될 수 있다.

또한, 상기 마찰돌기부(48,58)은 높낮이가 조절되어 원주방향을 따라 교번하여 배치되는 고단돌기(48a,58a) 및 저단돌기(48b,58b)를 포함함이 바람직하다. 즉, 상기 마찰날개부(40b,50b)는 고단돌기(48a,58a), 마찰홈부(49,59), 그리고 저단돌기(48b,58b), 마찰홈부(49,59)의 순서로 반복되어 형성될 수 있다.

그리고, 상기 고단돌기(48a,58a)는 각 몸체부(40,50)의 외주로부터 높은 단차로 돌설되고, 상기 저단돌기(48b,58b)는 각 몸체부(40,50)의 외주로부터 낮은 단차로 돌설될 수 있다.

이때, 배출홀을 통과한 유체는 배출홀의 단부로부터 멀어질수록 유속이 감소되게 되므로, 상기 고단돌기(48a)의 배출홀을 통과한 유체는 케이스(10) 내주와 가까운 지점까지 높은 속도로 유동되어 케이스(10)와 충돌되고, 상기 저단돌기(48b)의 배출홀을 통과한 유체는 케이스(10) 내주에서 먼 지점에서 감속될 수 있다.

이에 따라, 상기 케이스(10)의 내주와 상기 배출홀로부터 분출된 유체 간의 충돌이 일정한 시간 간격을 두고 간헐적으로 발생될 수 있으므로, 상기 케이스(10)가 유체와 지속적으로 충돌하여 발생될 수 있는 마모 손상 및 균열 파괴 현상이 최소화되고 제품의 내구성이 향상될 수 있다.

또한, 상기 고단돌기(48a,58a) 및 상기 저단돌기(48b,58b)에 의해 상기 마찰날개부(40b,50b)의 외주를 따라 회전되는 유체가 세단계로 변화되는 간격을 통과하게 되므로 유체의 팽창 및 수축을 통한 유속 변화가 다양화되며, 유체의 난류 흐름이 한층 촉진되고 유체 분자 간의 마찰 빈도 및 충돌 횟수가 증가될 수 있다.

여기서, 상기 고단돌기(48a,58a) 및 상기 저단돌기(48b,58b)에 형성된 각 배출홀(44,54)은 회전 중심으로부터 방사상 방향으로 연장된 직선 형상으로 구비될 수 있으나, 유체의 강제적인 감속을 통한 기포의 내파시 가열 효율 개선, 배출된 유체 간의 상호 작용을 통한 난류 흐름 촉진, 배출된 유체 및 고단돌기(48a)의 충돌을 통한 마찰열 발생 촉진 등을 위해 각 배출홀(44,54)의 외측단은 다갈레로 분지되도록 형성됨이 바람직하다.

한편, 상기 각 배출홀(44)의 테두리(44a)는 유체의 팽창 촉진을 통해 유체를 빠르게 감속시켜 케이스(10)의 마모 손상을 최소화하도록 외주측으로 갈수록 경사지게 확관되도록 테이퍼 가공될 수 있다.

그리고, 상기 각 배출홀(44)의 내주에는 배출되는 유체가 나선형 흐름으로 유도되어 토출되도록 스크류홈(44b)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 배출홀(44)을 통과한 유체의 유속이 한층 증가될 수 있으며 공동화를 통한 기포 형성 및 내파가 보다 원활하게 이루어질 수 있다.

한편, 상기 커버부(30c)의 후면에는 상기 유체가 상기 내측단 몸체부(50)의 내부공간(e)으로 흡입되도록 제1와류(f)를 형성하는 제1임펠러부(60)가 구비됨이 바람직하다. 여기서, 상기 제1임펠러부(60)는 상기 내측단 몸체부(50)의 전방부 테두리보다 작은 직경으로 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 제1임펠러부(60)는 상기 외측단 몸체부(40)의 회전시 상기 커버부(40c)가 일체로 회전됨에 따라 상기 외측단 몸체부(40)와 함께 회전될 수 있다. 이때, 상기 제1임펠러부(60)는 내부에 상기 유입홀(46)과 연통되는 관통공(61)이 형성된 허브와, 상기 허브의 외주를 따라 경사지게 돌설된 블레이드(62)를 포함함이 바람직하다.

상세히, 상기 제1임펠러부(60)의 블레이드(62)는 상기 허브의 외주를 따라 반경방향 외측으로 돌설되되, 외측단으로 갈수록 낮은 단차로 돌출되며, 상기 헤드(30)의 회전반대방향측으로 경사지게 형성될 수 있다.

이때, 상기 제1임펠러부(60)의 블레이드(62)는 회전시 커버부(40c)의 후면으로부터 상기 내측단 몸체부(50)의 내부공간(e)측으로 향하며 시계방향으로 회전되는 나선형의 제1와류(f)를 형성하게 된다.

물론, 가열을 위한 유체가 채워진 경우에는 채워진 유체에 제1와류(f)가 형성될 수 있으며, 가열을 위한 유체가 채워지지 않은 경우에는 내측단 몸체부(50)의 내부공간(e)의 공기에 나선형 기류가 형성될 수 있다.

이때, 상기 제1와류(f)는 내측단 몸체부(50)의 후방측을 향하며 상기 내측단 몸체부(50)의 내주측으로 유체를 가압하여 상기 허브의 관통공(61)측 압력을 낮추게 되며, 낮아진 압력에 의해 유입구(14)측의 유체가 상기 관통공(61)측으로 흡입될 수 있다.

그리고, 상기 제1와류(f)에 의해 흡입된 유체는 나선형 흐름에 합류되어 상기 내측단 몸체부(50)의 내주를 따라 회전될 수 있다. 이때, 상기 내측단 몸체부(50)의 내주를 따라 회전되는 유체는 나선형 흐름에 의한 가압력과, 상기 내측단 몸체부(50)의 회전을 통한 원심력으로 상기 내측단 배출홀(54)을 따라 상기 외측단 몸체부(40)의 내부로 방출될 수 있다.

이때, 상기 외측단 몸체부(40)의 내주측으로 방출된 유체는 상기 외측단 몸체부(40)의 내주면과 충돌시 발열됨과 함께, 상기 외측단 몸체부(40)의 내주를 따라 회전되며 마찰열을 발생시킨다.

그리고, 상기 외측단 몸체부(40)의 내주를 따라 회전되는 유체는 원심력에 의해 외측단 배출홀(44)을 따라 상기 케이스(10)의 내주측으로 배출될 수 있다. 이때, 상기 케이스(10)의 내주측으로 방출된 유체는 상기 케이스(10)의 내주면과 충돌하여 발열되며, 상기 케이스(10)의 내주를 따라 회전되며 마찰열을 발생시킬 수 있다.

한편, 상기 모터연결부(41)의 전면에는 상기 제1임펠러부(60)에 형성된 제1와류(f)와 대향되는 흐름의 제2와류(g)를 형성하는 제2임펠러부(70)가 구비됨이 바람직하다.

여기서, 상기 제2임펠러부(70)는 상기 모터연결부(41)에 결합되는 허브와, 상기 허브를 중심으로 경사지게 배치되는 블레이드(72)를 포함하며, 허브를 관통하는 볼트(71)에 의해 상기 회전구동축(20)과 결합되어 상기 외측단 몸체부(40)의 동일한 회전방향(R)으로 회전될 수 있다.

그리고, 상기 제2임펠러부(70)의 블레이드(72)는 상기 허브의 외주를 따라 반경방향 외측으로 돌설되되, 외측단으로 갈수록 낮은 단차로 돌출되며, 상기 헤드(30)의 회전 반대방향측으로 경사지게 형성될 수 있다.

상세히, 상기 제2임펠러부(70)의 블레이드(72)는 회전시 상기 모터연결부(41)의 전면으로부터 상기 커버부(40c)의 후면측으로 향하며 반시계방향으로 회전되는 나선형의 제2와류(g)를 형성하게 된다.

이때, 상기 제1와류(f) 및 상기 제2와류(g)는 상기 내부공간(e)의 회전중심부의 압력을 낮춰 상기 유체를 내부공간(e)으로 흡입하므로 상기 유입구(14)에 별도의 펌프가 요구되지 않으며, 헤드(30)의 회전과 유체의 흡입이 일시에 이루어질 수 있다.

이처럼, 상기 헤드(30)의 내측에 대향 배치된 제1임펠러부(60) 및 제2임펠러부(70)는 내부공간(e)의 회전중심으로부터 내측단 몸체부(50)의 내주측으로 유체를 밀어내며 회전중심부의 유압을 감소시키고, 이를 통해 유체를 상기 내부공간(e)으로 흡입하므로 유체 공급을 위한 별도의 펌프가 요구되지 않아 장치가 간소화되어 제품의 경제성이 향상될 수 있다.

또한, 상기 제1와류(f) 및 상기 제2와류(g)는 상호 대향되는 방향으로 반발하는 나선형 흐름을 형성하여 충돌하게 되고, 충돌시 유체 마찰열을 발생시킨다. 이와 함께, 상기 제1와류(f) 및 상기 제2와류(g)가 마주치는 부분에 반발하는 두 유체 흐름의 충돌에 의해 수많은 난류 흐름이 파생되어 유체 분자 간의 마찰빈도가 증가되고 유체의 마찰 가열이 촉진될 수 있다.

더욱이, 상기 제1와류(f) 및 상기 제2와류(g)는 상기 헤드(30)의 회전에 따른 원심력과 함께 상기 유체를 내측단 몸체부(50)의 내주측으로 가압할 수 있다.

이에 따라, 상기 헤드(30)가 동일한 시간당 회전수를 갖더라도 상기 배출홀(44,54)을 통해 분출되는 유체의 유속이 증가될 수 있으며, 기포의 형성 및 내파가 촉진되어 유체의 마찰 가열 효율이 현저히 증가될 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 마찰 보일러를 나타낸 단면도이다. 본 실시예에서는 내측단 몸체부가 외측단 몸체부의 내부에서 회전되도록 지지되는 것을 제외한 기본적인 구성은 상술한 일실시예와 동일하므로 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 4에서 보는 바와 같이, 상기 내측단 몸체부(250)의 외주는 상기 외측단 몸체부(260)의 내측에 슬라이스 회전되도록 지지된다.

상세히, 상기 내측단 몸체부(250)의 전단 및 후단 테두리(251,252) 외주는 상기 외측단 몸체부(260)의 커버부(260c) 및 모터연결부(261)에 구비된 베어링(262,263)에 지지되어 회전되도록 구비될 수 있다.

여기서, 가열되는 유체가 열매체유나 유증기 등의 유체인 경우에는 상기 베어링(262,263)은 일반적인 베어링을 사용할 수 있으며, 물이나 염수 혹은 수증기 등의 유체인 경우에는 세라믹 베어링 내지 바이메탈 베어링을 사용하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 세라믹 베어링 내지 바이메탈 베어링 등은 별도의 윤활물질이 없더라도 사용가능하므로 물이나 수증기 등의 유체를 사용하여 윤활물질을 투입하기 힘든 경우에도 고속 회전되는 각 몸체부(250,260)를 효율적으로 지지할 수 있다.

물론, 상기 외측단 몸체부(260)의 커버부(260c) 및 모터연결부(261)에 원형의 홈을 형성하고, 상기 내측단 몸체부(250)의 전단부(251) 및 후단부(252)가 상기 홈에 삽입되는 방식의 홈-돌기 결합을 통해 별도의 베어링 없이 상기 내측단 몸체부(250)가 상기 외측단 몸체부(260)의 회전시 슬라이스 회전되는 것도 가능하다.

여기서, 슬라이스 회전이라는 말은 상기 내측단 몸체부(250)가 상기 외측단 몸체부(260)에 구속되어 일체로 회전되지 않으나, 베어링 결합 내지는 상기 홈-돌기 결합시 상기 외측단 몸체부(260)와의 마찰력으로 상기 외측단 몸체부(260)와 동일한 회전방향으로 느리게 회전되는 것을 의미하는 것으로 이해함이 바람직하다.

이에 따라, 상기 내측단 몸체부(250)의 외주 및 상기 외측단 몸체부(260)의 내주 사이에 수용된 유체가 서로 다른 속도로 회전되는 내측단 몸체부(250) 및 외측단 몸체부(260)에 의해 한층 빠른 속도로 마찰 가열될 수 있다.

한편, 도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 유체 마찰 보일러를 나타낸 단면도이며, 도 6은 도 5의 C-D 단면을 나타낸 단면도이다. 본 실시예에서는 내측단 몸체부가 외측단 몸체부과 다른 방향으로 회전되도록 구비되는 것을 제외한 기본적인 구성은 상술한 일실시예와 동일하므로 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 5 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 상기 유체 마찰 보일러 다단 헤드는 외측단 몸체부(360) 및 내측단 몸체부(350)를 포함한다.

그리고, 상기 외측단 몸체부(360)는 일측부에 개구가 형성되되, 내부에 수용공간(d)이 형성되며, 타측부에 일방향 회전되는 외측단 모터축(330)과 연결되는 외측단 모터연결부(361)가 형성된다.

또한, 상기 내측단 몸체부(350)는 상기 수용공간(d) 내부에 배치되되, 일측부에 타방향 회전되는 내측단 모터축(321)과 연결되는 내측단 모터연결부(351)가 형성된다.

상세히, 상기 케이스(310)의 일측 및 타측에는 서로 다른 방향으로 회전되는 한쌍의 모터(M1,M2)가 구비될 수 있으며, 상기 케이스(310)의 일측에 배치된 모터(M1)는 타방향(R3) 회전되는 내측단 모터축(321)을 가지며, 상기 내측단 모터축(321)은 상기 내측단 몸체부(350)의 내측단 모터연결부(351)와 연결될 수 있다.

그리고, 상기 케이스(310)의 타측에 배치된 모터(M2)는 일방향(R2) 회전되는 외측단 모터축(330)을 가지며, 상기 외측단 모터축(330)은 상기 외측단 몸체부(260)의 외측단 모터연결부(261)와 연결될 수 있다.

이에 따라, 상기 내측단 몸체부(350) 및 상기 외측단 몸체부(360)는 서로 다른 방향으로 회전될 수 있다.

여기서, 상기 내측단 몸체부(350) 및 상기 내측단 모터축(321)은 플렌지연결관(320)에 의해 연결될 수 있다.

상세하게로는, 상기 플렌지연결관(320)은 내부에 중공이 형성되며, 일단부가 반경방향으로 돌출되어 상기 내측단 모터축(321)과 플렌지 결합될 수 있으며, 타단부는 상기 내측단 모터연결부(251)와 연결될 수 있다.

그리고, 상기 플렌지연결관(320)의 일측에는 내부 중공과 연통되는 중공연결홀이 형성되고 상기 중공연결홀의 외부에는 유체 유입관(322)의 단부에 구비된 유체 챔버(323)가 배치된다. 이때, 상기 유체 챔버(323) 내에는 상기 유체 유입관(322)을 통해 주입된 유체가 채워질 수 있으며, 상기 유체는 상기 플렌지연결관(320)의 중공연결홀을 통해 상기 중공으로 유입되어 상기 내측단 몸체부(350)의 내부공간(e)으로 주입될 수 있다.

한편, 상기 외측단 몸체부(360)의 외주에 돌설된 마찰돌기부는 하나의 마찰돌기부가 인접한 다른 마찰돌기부와 상이한 높이를 가지도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 내측단 몸체부(350)의 외주에 돌설된 마찰돌기부는 서로 다른 높이를 가지도록 형성될 수 있으나, 상기 각 몸체부(350,360)가 서로 다른 방향으로 회전될 때 각 몸체부(350,360) 사이에서 과도한 압력이나 진동이 발생되지 않도록 동일한 높이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 외측단 몸체부(360)의 외주에 돌설된 마찰돌기부 및 상기 내측단 몸체부(350)의 외주에 돌설된 마찰돌기부는 각각 12개 이상으로 구비됨이 바람직하며, 회전시 유체가 더욱 빠르게 가열될 수 있다.

또한, 상기 내측단 몸체부(350)의 전단부 및 후단부 외주에는 반경방향 외측으로 돌출되어 상기 외측단 몸체부(360)의 내주를 지지하는 지지단턱부(350a,350b)가 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 외측단 몸체부(360) 전단부 내주는 상기 내측단 몸체부(350)의 전방측 지지단턱부(350a)에 의해 지지되고, 상기 내측단 몸체부(350)의 후방측 지지단턱부(350b)는 상기 외측단 몸체부(360) 후단부 내주에 지지되어, 각 몸체부(350,360)의 회전시 각 몸체부(350,360)에서 모터연결부(351,361)와 먼부분이 진동되는 것을 최소화할 수 있다.

이때, 상기 지지단턱부(350a,350b)의 외면에는 베어링 내지 마찰저감코팅 등의 마찰저감수단이 구비될 수 있으며, 물론, 별도의 마찰저감수단이 없는 경우에도 가열 대상체인 유체가 상기 각 지지단턱부의 외면과 상기 외측단 몸체부의 내주 사이에서 유막을 형성하여 마찰저감수단의 역할을 수행할 수 있다.

그리고, 상기 지지단턱부(350a)는 상기 외측단 몸체부(360)를 지지하되 접촉면적을 최소화화도록 단턱지게 구비될 수 있다. 또한, 상기 외측단 몸체부(360)의 모터연결부(361) 전방면에는 베어링홈이 형성될 수 있으며, 상기 내측단 몸체부(350)의 후방부에는 상기 베어링홈에 삽입되어 상기 외측단 몸체부(360)의 모터연결부 전방면과 상기 내측단 몸체부(350)의 후방면이 상호 이격되도록 지지하는 베어링 돌기부가 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 외측단 몸체부(360) 및 상기 내측단 몸체부(350) 간의 접촉면적을 최소화한 상태에서 각 몸체부(350,360)의 회전시 진동을 저감하도록 다른 몸체부에 지지될 수 있다.

상세히, 상기 내측단 몸체부(350)의 외주 및 상기 외측단 몸체부(360)의 내주 사이 공간에서 유동되는 유체는 상기 외측단 몸체부(360)의 내주와 접촉되어 상기 외측단 몸체부의 회전방향(R2)을 따라 일방향 회전되는 유체와, 상기 내측단 몸체부(350)의 외주와 접촉되어 상기 내측단 몸체부(350)의 회전방향을 따라 타방향(R3) 회전되는 유체로 나눠질 수 있다.

이때, 서로 다른 방향으로 회전되는 유체는 서로 충돌하여 강한 반발력으로 높은 마찰열을 형성할 수 있으며, 일방향 회전되는 유체 및 타방향 회전되는 유체 사이에는 높은 압력으로 압축된 난류 흐름이 형성될 수 있다.

이에 따라, 유체 내부의 분자가 높은 운동에너지를 가지고 빠르게 진동될 수 있으며, 각 유체 분자 간의 충돌 및 마찰에 따른 발열이 극대화되어 제품의 가열 속도가 현저히 개선될 수 있다.

한편, 상기 내측단 몸체부(350)의 내측단 모터연결부(351)의 후면에는 상기 유체를 후방측으로 유도하는 제1와류(f)를 형성하는 제1임펠러부(370)가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 외측단 몸체부(360)의 외측단 모터연결부(361)의 전면에는 상기 제1와류(f)와 대향되는 흐름을 갖는 제2와류(g)를 형성하는 제2임펠러부(380)가 구비될 수 있다.

여기서, 상기 제1임펠러부(370)의 블레이드(372)는 내부에 관통공(371)이 형성된 허브의 외주를 따라 반경방향 외측으로 돌설되되, 외측단으로 갈수록 낮은 단차로 돌출되며, 상기 내측단 모터축(321)의 회전반대방향측으로 경사지게 형성될 수 있다.

이때, 상기 제1임펠러부(370)는 상기 내측단 몸체부(350)와 함께 타방향(R3) 회전되며 상기 내측단 모터연결부(351)로부터 상기 제2임펠러부(270)측을 향하며 시계방향으로 회전되는 제1와류(f)를 형성하게 된다.

또한, 상기 제2임펠러부(380)의 블레이드(382)는 허브의 외주를 따라 반경방향 외측으로 돌설되되, 외측단으로 갈수록 낮은 단차로 돌출되며, 상기 외측단 모터축(M2)의 회전반대방향측으로 경사지게 형성될 수 있다.

이때, 상기 제2임펠러부(380)는 상기 외측단 몸체부(360)와 함께 일방향(R2) 회전되며 상기 외측단 모터연결부(361)로부터 상기 제1임펠러부(370)측을 향하며 반시계방향으로 회전되는 제2와류(g)를 형성하게 된다.

즉, 상기 제1임펠러부(370)는 상기 내측단 몸체부(350)와 함께 회전되고, 상기 제2임펠러부(380)는 상기 외측단 몸체부(360)와 함께 회전되며, 상호 반발하는 방향의 나선형 흐름을 형성할 수 있다.

이에 따라, 상기 제1와류(f) 및 상기 제2와류(g)는 강한 반발력으로 충돌하게 되며, 충돌시 유체 마찰열을 발생시킴과 함께, 수많은 난류 흐름이 파생시켜 유체 분자 간의 마찰빈도를 증가시키고 유체의 마찰 가열을 촉진시킬 수 있다.

또한, 상기 제1와류(f) 및 상기 제2와류(g)는 상기 내측단 몸체부(350) 내부공간(e)의 회전중심으로부터 내측단 몸체부(350)의 내주측으로 유체를 밀어내며 회전중심부의 유압을 감소시킬 수 있으며, 상기 허브의 관통공(371)측이 갑압되며 상기 플렌지연결관(320) 내부로 유동된 유체를 상기 내부공간(e)으로 흡입할 수 있다.

이에 따라, 유체 공급을 위한 별도의 펌프가 요구되지 않아 장치의 간소화를 통한 제품의 경제성 향상이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구한 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

100,200,300: 유체 마찰 보일러 10,310: 케이스
13: 유출구 14: 유입구
16: 케이스리브 20: 회전구동축
30: 헤드 40,260,360: 외측단 몸체부
50,250,350: 내측단 몸체부 40b,50b: 마찰날개부
40c: 커버부 41: 모터연결부
42: 더미 마찰날개부 44,54: 배출홀
45,55: 마찰리브부 47,57: 저수홈부
48,58: 마찰돌기부 49,59: 마찰홈부
48a,58a: 고단돌기 48b,58b: 저단돌기
60,370: 제1임펠러부 70,380: 제2임펠러부

Claims (5)

1. 유체의 유입구 및 유출구가 구비된 케이스 내부의 원통형 가열공간에서 모터와 연결되어 회전됨에 따라 유입된 상기 유체를 가열하는 유체 마찰 보일러 다단 헤드에 있어서,
   일측부에 상기 유입구와 대향 배치되는 개구가 형성되고, 상기 개구에는 유입구와 연통되는 유입홀이 형성된 커버부가 결합되며, 내부에 수용공간이 형성되고, 타측부에 상기 모터와 연결되는 모터연결부가 형성되며, 상기 모터연결부에는 상기 모터의 회전력을 전달하도록 연결된 회전구동축이 키결합되는 키홈부가 형성된 원통형 외측단 몸체부;
   상기 외측단 몸체부의 수용공간 내부에 배치되되, 후방부 테두리가 상기 외측단 몸체부의 모터연결부 전면에 결합되어 외측단 몸체부와 일체로 회전되는 원통형 내측단 몸체부; 및
   상기 각 몸체부의 외주에 원주방향을 따라 돌설되되 상기 각 몸체부의 길이방향을 따라 다단으로 구비되어 각 돌설된 부분 사이가 링형 저수홈부에 의해 구획되며, 각각의 돌설된 둘레면을 따라 마찰돌기부와 마찰홈부가 순차 배치되도록 형성되고 상기 마찰돌기부를 관통하는 배출홀이 형성된 마찰날개부를 포함하고,
   상기 외측단 몸체부와 내측단 몸체부의 내주면에는 길이방향을 따라 복수개의 마찰리브부가 돌설되되, 상기 각각의 마찰리브부는 상기 외측단 몸체부와 내측단 몸체부의 원주방향으로 상호 이격되어 다단으로 구비됨을 특징으로 하는 유체 마찰 보일러 다단 헤드.
   
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5. 제 1 항에 있어서,
   상기 마찰돌기부는 높낮이가 조절되어 원주방향을 따라 교번하여 배치되고, 각 몸체부의 외주로부터 높은 단차로 돌설되는 고단돌기 및 각 몸체부의 외주로부터 낮은 단차로 돌설되는 저단돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 마찰 보일러 다단 헤드.

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