KR101913518B1 - 마찰보일러 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 마찰보일러는, 유체를 수용하는 유체탱크 및 상기 유체탱크 내부에 위치하여 상기 유체에 잠기는 가열부와 상기 가열부에 연결되는 모터를 가지는 유체가열부를 포함하고, 상기 가열부는, 내부로 흡입된 상기 유체가 부딪히는 충돌마찰부가 형성된 본체부와 상기 본체부에 결합되어 상기 유체가 부딪히는 커버마찰부가 형성된 커버를 포함할 수 있다.

Description

마찰보일러{FRICTION BOILLER}

본 발명은 마찰보일러에 관한 것이다.

일반적으로, 건물 난방방법은 연료를 연소시켜 실내 공기를 직접 가열하는 직접 가열방법과 실외 보일러에서 가열되는 증기 또는 온수를 열교환파이프 내부로 순환시켜 실내를 난방 하는 열교환 난방방법으로 나눌 수 있다.

이중 열교환 난방방법은 통상 벽이나 바닥천장 속에 파이프를 넣고, 그 속에 온수 또는 열풍 등을 보내줌으로써 벽, 바닥 또는 천장의 표면온도를 높여 난방하는 복사난방 방법이다.

예를 들면, 보일러에 의해 가열된 온수는 온수순환펌프에 의해 사용처에 공급된다. 온수는 온수파이프를 거쳐 온수분배기에서 각 방으로 분기되고 각 방의 바닥에 매설된 온수코일을 통해 온수의 열기를 바닥 및 실내에 공급하게 된다.

온수는 각 방을 순환하는 과정에서 온도가 낮아지고 보일러에 의해 가열되어온도가 유지된다. 보일러는 등유 또는 경유와 같은 연료를 소모시켜 온수를 가열하는 것이 일반적이나, 등유 또는 경유의 경우에는 발열량이 정해져 있고 그 효율이 80% 정도의 수준이므로, 요구되는 난방 부하가 클수록 연료소비량이 큰 보일러를 선정하게 된다.

따라서, 규모가 큰 건물, 농업용 및 산업용과 같이 부하가 큰 곳에 이용되는 보일러의 경우, 연료소비량이 매우 많아 에너지 절약에 대한 대책이 요구된다.

상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명은 에너지의 소비를 크게 줄일 수 있는 마찰보일러에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마찰보일러는, 유체를 수용하는 유체탱크 및 상기 유체탱크 내부에 위치하여 상기 유체에 잠기는 가열부와 상기 가열부에 연결되는 모터를 가지는 유체가열부를 포함하고, 상기 가열부는, 내부로 흡입된 상기 유체가 부딪히는 충돌마찰부가 형성된 본체부와 상기 본체부에 결합되어 상기 유체가 부딪히는 커버마찰부가 형성된 커버를 포함할 수 있다.

상기 본체부는, 내부에 상기 모터와 연결된 임펠러를 포함할 수 있다.

상기 충돌마찰부는, 상기 임펠러의 외주면을 마주보며 형성된 복수개의 제1 충돌마찰부 및 상기 임펠러의 평면을 마주보며 형성되고 상기 제1 충돌마찰부의 일부와 연결된 제2 충돌마찰부를 포함할 수 있다.

상기 제1 충돌마찰부는, 상기 제2 충돌마찰부와 연결되는 전면마찰면 및 상기 전면마찰면에서 상기 테두리부로부터 이어지고, 상기 제2 충돌마찰부의중심선으로부터 점점 멀어지도록 형성된 사이드마찰면을 포함할 수 있다.

상기 사이드마찰면은, 상기 제1 충돌마찰부 내측으로 오목하게 형성될 수 있다.

상기 사이드마찰면은, 상기 전면마찰면에서 상기 테두리부로 이어지고, 직선으로 형성되는 제1 사이드마찰면과 상기 제1 충돌마찰부 내측으로 오목하게 형성된 제2 사이드마찰면을 포함할 수 있다.

상기 제1 충돌마찰부는, 상기 제2 충돌마찰부로부터 상기 본체부 테두리부로 이어지는 사이드마찰면과, 상기 사이드마찰면으로부터 상기 테두리부로 경사지게 연결된 전면마찰면을 포함할 수 있다.

상기 제2 충돌마찰부는, 상기 제1 충돌마찰부와 인접한 상기 제1 충돌마찰부 사이에, 상기 테두리부를 향해 기울어진 경사면을 더 포함할 수 있다.

상기 커버는, 상기 임펠러 중앙으로 상기 유체가 유입되도록 흡입구가 형성될 수 있다.

상기 임펠러는, 상기 모터와 연결되는 연결부로부터 이격되고, 상기 임펠러 표면에서 돌출되어 만곡지게 형성된 가이드를 포함할 수 있다.

상기 임펠러는, 직경방향으로부터 경사진 제1 가이드와 상기 제1 가이드에 연결되어, 상기 제1 가이드로부터 경사진 제2 가이드를 포함할 수 있다.

상기 임펠러는, 상기 본체부 및 상기 커버에 오목하게 형성된 유입방지홈에 끼워지는 유입방지부를 더 포함할 수 있다.

상기 임펠러는, 상기 유입방지부와 상기 연결부 사이에는 유입홀이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마찰보일러는, 에너지 소비를 크게 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰보일러이다.
도 2는 도 1에 도시한 유체가열부의 분리사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 제1 충돌마찰부의 제1 실시예에 따른 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 제1 충돌마찰부의 제2 실시예에 따른 평면도이다.
도 5는 도 2에 도시한 제1 충돌마찰부의 제3 실시예에 따른 평면도이다.
도 6은 도 2에 도시한 제1 충돌마찰부의 제4 실시예에 따른 평면도이다.
도 7은 도 2에 도시한 본체부의 제1 실시예에 따른 단면도이다.
도 8은 도 3에 도시한 본체부의 제2 실시예에 따른 단면도이다.
도 9는 도 3에 도시한 임펠러의 제1 실시예에 따른 평면도이다.
도 10은 도 3에 도시한 임펠러의 제2 실시예에 따른 평면도이다.
도 11는 도 1에 도시한 다른 실시예에 따른 유체가열부의 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시한 본체부의 평면도이다.
도 13은 도 11에 도시한 임펠러의 평면도와 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰보일러이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰보일러이다.

도 1을 참고하면, 마찰보일러(100)는 유체탱크(10), 유체가열부(20)를 포함할 수 있다.

유체탱크(10)에는 외부로부터 유체가 유입되고 온도가 상승된 고온의 유체가 저장될 수 있다. 유체탱크(10)에 저장된 고온의 유체는 건물 난방용으로 사용된다. 또한, 유체탱크(10) 내부로 상수(上水)를 유입시켜 내부에 저장된 고온의 유체와 열교환시켜 온수로 만들 수 있다.

유체탱크(10)는 난방수관(12)과 시수관(14)이 연결될 수 있다. 예를 들면, 유체탱크(10) 내부의 고온의 유체는 난방수로 이용되고, 난방수관(12)을 통해 건물로 순환이 이루어지게 된다.

난방수관(12)은 공급관과 환수관을 포함할 수 있다. 난방수관(12)은 건물 내부에 설치된 팬코일유닛 또는 바닥난방코일과 연결되어 고온의 난방수를 공급할 수 있다. 난방수를 통해 열교환되어 저온의 온수는 다시 유체탱크로 환수된다.

시수관(14)은 유체탱크(10)에 연결되어, 유체탱크(10)의 내부 고온의 유체와 열교환하여 온수를 만들 수 있다. 예를 들면, 유체탱크(10) 내부 유체의 온도는 약 70 ~80℃일 수 있다.

유체탱크(10)로 유입되는 시수는 약 18℃ 정도 일 수 있으며, 이는 유체탱크(10) 내부의 유체와 열교환을 통해 약 45℃로 온도가 상승되어 토출될 수 있다. 이러한 온수는 화장실 또는 샤워실에서 사용자의 몸에 직접 사용되는 것으로, 난방을 위한 난방수에 비해 사용 온도가 낮다.

유체가열부(20)는 가열부(21)와 모터(22)를 포함할 수 있다. 유체가열부(20)는 유체탱크(10) 일측으로 연결되며, 유체가열부(20)의 일부는 유체탱크(10) 내부로 삽입되어, 유체에 잠길 수 있다.

가열부(21)는 유체탱크(10) 내부에 위치하고, 유체탱크(10) 외부에서 모터(22)는 가열부(21)와 연결될 수 있다. 가열부(21)는 유체를 흡입하는 흡입부(213a)와 유체를 토출하는 토출부(213b)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 흡입부(213a)에는 체크밸브(CV)가 연결될 수 있다. 유체는 흡입부(213a)를 통해 가열부(21) 내부로 유입되어 가열부(21) 내부에서 고온으로 상승하게 된 뒤 고온고압으로 토출된다. 이러한 과정에서 가열부(21)의 표면온도는 고온으로 상승하게 되고, 가열부(21) 표면 주위의 유체는 가열부(21) 표면과 열교환을 통해 온도가 상승하게 된다. 따라서, 유체탱크(10) 내부 유체는 가열부(21) 내부로 유입되어 온도가 상승할 뿐 아니라, 가열부(21) 표면과 열교환하여 온도가 상승하게 되고, 동시에, 가열부(21)의 내구성은 보다 크게 향상될 수 있다. 이와 같이, 가열부(21)를 유체탱크(10) 내부로 위치시켜 유체에 잠기게 함으로써, 가열부(21)로부터 발생되는 열은 온전히 유체탱크(10) 내부 유체로 전달할 수 있고, 고온고압으로 토출되는 유체를 통해 유체탱크(10) 내부의 유체를 보다 온전히 혼합시켜 마찰보일러(100)의 가열 성능은 크게 향상될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시한 유체가열부의 분리사시도이다.

도 2를 참고하면, 유체가열부(20)는 가열부(21) 및 모터(22)를 포함할 수 있다.

가열부(21)는 본체부(21a), 임펠러(28) 및 커버(21b)를 포함할 수 있다. 본체부(21a) 내부에 임펠러(28)가 수용되고, 내부에 임펠러(28)가 수용된 상태에서, 커버(21b)와 본체부(21a)는 상호 연결되어 내부를 밀폐하게 된다. 본체부(21a) 외주면에 테두리부(213)가 형성되며, 커버(21b)는 테두리부(213)에 연결된다.

본체부(21a) 내면에 충돌마찰부(23)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 충돌마찰부(23)는 임펠러(28) 주위로 형성될 수 있다. 충돌마찰부(23)는 제1 충돌마찰부(24) 및 제2 충돌마찰부(25)를 포함할 수 있다.

제1 충돌마찰부(24)는 본체부(21a) 테두리부(213)에 형성되고, 제2 충돌마찰부(25)는 본체부(21a) 내면에 형성된다. 본체부(21a) 내면은 테두리부(213)와 수직한 면을 의미하며, 내면에 모터(22)의 회전축(22a)이 삽입되는 삽입홀(212d)이 형성될 수 있다.

제1 충돌마찰부(24)와 제2 충돌마찰부(25)는 서로 연결될 수 있다. 예를 들면, 제1 충돌마찰부(24)는 복수개로 이뤄져 테두리부(213)를 따라 이격 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 충돌마찰부(24)는 본체부(21a) 테두리부(213)로부터 돌출되어 형성될 수 있다. 다른 예로, 제1 충돌마찰부(24)는 핀형태로 이뤄지고, 본체부(21a) 내면에 형성된 홀에 끼워져 본체부(21a)에 결합될 수 있다. 제1 충돌마찰부(24)는 원형일 수 있다. 제1 충돌마찰부(24)는 크기가 다른 여러 개의 마찰부로 이뤄질 수 있다. 예를 들면, 제1 마찰부(243)와 제1 마찰부(243)보다 크기가 작은 제2 마찰부(244)로 이뤄질 수 있다. 또한, 제1 마찰부(243)와 제2 마찰부(244)는 동일한 단면형상으로 이뤄질 수 있다. 다른 예로, 제1 마찰부(243)의 단면과 제2 마찰부(244)의 단면을 서로 다를 수 있다. 제1 마찰부(243)는 제2 충돌마찰부(25)와 연결될 수 있다.

제2 충돌마찰부(25)는 본체부(21a) 내면에서 제1 충돌마찰부(24)로 이어져 형성되며, 제2 충돌마찰부(25)와 인접한 제2 충돌마찰부(25) 사이에 경사면(251)이 형성될 수 있다. 유체는 제1 충돌마찰부(24)와 부딪힌 뒤, 경사면(251)에 의해 형성된 공간으로 이동하게 된다. 예를 들면, 유체는 임펠러(28)의 회전에 따른 원심력이 전달되어, 임펠러(28) 외주면을 따라 배치된 제1 충돌마찰부(24)에 매우 강하게 부딪히게 된다.

제1 충돌마찰부(24)에 부딪힌 유체는 경사면(251)으로 이동되어, 임펠러(28)의 회전에 의해 제2 충돌마찰부(25)에 부딪히면서 이동될 수 있다. 유체는 임펠러(28)의 외주면을 따라 이동되면서 지속적으로 제1 충돌마찰부(24)에 부딪히는 제1 흐름(WF1)과, 제1 충돌마찰부(24)와의 최초 충돌이후, 경사면(251)에 이동되어 제2 충돌마찰부(25)에 부딪히며 이동하는 제2 흐름(WF2)으로 나뉠 수 있다. 제1 흐름(WF1)과 제2 흐름(WF2)은 지속적으로 충돌마찰부(23)에 의해 충돌되고 서로 혼합되면서 유체의 온도는 점점 상승하게 된다.

커버(21b)에는 커버마찰부(26)가 형성된다. 예를 들면, 커버마찰부(26)는 본체부(21a) 내면에 형성된 제2 충돌마찰부(25)와 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 제2 충돌마찰부(25)의 경사면(251)으로 인해 형성되는 공간과 커버마찰부(26)의 경사면(251)으로 인해 형성되는 공간은 서로 합쳐져 제1 충돌마찰부(24)의 양단으로 충돌공간(CP)을 형성하게 된다. 충돌공간(CP)은 제1 충돌마찰부(24) 양단에 보다 많은 양의 유체를 모아, 유체는 제1 충돌마찰부(24) 및 제2 충돌마찰부(25)에 충돌시하면서 이동될 수 있다. 이에 따라, 가열되는 유체의 양은 보다 늘어나고, 유체는 제1 충돌마찰부(24) 및 제2 충돌마찰부(25)에 의해 지속적으로 충돌하게 되어 보다 온도가 빨리 상승하게 될 수 있다. 특히, 가열부(21) 내로 다량의 유체가 흡입되어 회전하는 임펠러(28)를 가로질러, 임펠러(28) 평면을 따라 흐르게 되더라도, 충돌공간(CP)으로 이동되어, 임펠러(28)의 간접적인 회전력을 전달받아 제2 충돌마찰부(25)에 충돌될 수 있다. 이를 통해, 가열부(21)내로 다량의 유체를 공급해서 가열 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

임펠러(28)는 표면에 복수개의 가이드(282)가 형성될 수 있다. 가이드(282)는 임펠러(28) 중앙에 형성된 연결부(283)로부터 이격되어 형성될 수 있다. 연결부(283)는 임펠러(28)의 양측면으로 돌출되어 형성된다.

연결부(283) 중앙으로 모터(22)의 회전축(22a)이 삽입되고 연결되며, 연결부(283)의 양측 단부는 본체부(21a) 내면과 커버(21b)에 형성된 단차(212c)에 맞물리게 된다. 이를 통해, 임펠러(28)가 고속으로 회전하게 되더라도 회전중심에서 벗어나 회전되는 것을 방지할 수 있다.

임펠러(28) 표면에 형성된 가이드(282)를 통해 유체에 임펠러(28)의 원심력을 보다 효율적으로 전달할 수 있다. 가이드(282)는 임펠러(28) 표면에서 돌출되도록 형성된다. 가이드(282)와 가이드(282) 사이에 임펠러(28)는 경사면(251)이 형성된다. 즉, 임펠러(28)의 외주면 방향으로 갈 수록 보다 많은 양의 유체는 가이드(282)에 의해 원심력이 전달될 수 있다.

임펠러(28)와 제1 충돌마찰부(24) 사이의 이격거리(G)는 매우 협소하게 형성된다. 이에 따라, 유체는 제1 충돌마찰부(24)와 강하게 부딪히고 임펠러(28)의 회전방향을 따라 유동하게 된다. 이때, 유체는 제1 충돌마찰부(24)와 제1 충돌마찰부(24) 사이에 형성되는 와류공간(VP)으로 이동되며, 와류와 제1 흐름(WF1)과 지속적으로 충돌되고 혼합될 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 유체의 흐름이 서로 부딪히고 혼합되어 유체의 평균 온도는 상승하게 된다.

도 3은 도 2에 도시한 제1 충돌마찰부의 제1 실시예에 따른 평면도이고, 도 4는 도 2에 도시한 제1 충돌마찰부의 제2 실시예에 따른 평면도이고, 도 5는 도 2에 도시한 제1 충돌마찰부의 제3 실시예에 따른 평면도이고, 도 6은 도 2에 도시한 제1 충돌마찰부의 제4 실시예에 따른 평면도이다.

도 3 내지 도 6을 참고하면, 본체부(21a)의 충돌마찰부(23)는 다양한 형태로 이뤄질 수 있다. 이하에서는 제1 충돌마찰부(24)의 다양한 실시예에 대해서 설명한다.

먼저, 본체부(21a) 테두리부(213)에는 흡입부(213a) 및 토출부(213b)가 형성될 수 있다. 흡입부(213a)는 토출부(213b)보다 길이가 작게 형성되어 테두리부(213)에 가깝게 형성되고, 토출부(213b)는 테두리부(213)로부터 돌출되어 형성될 수 있다. 이를 통해, 토출부(213b)로부터 빠르게 토출되는 유체로부터 간섭을 받지 않고 유체를 본체부(21a)로 흡입할 수 있다. 또한, 유체의 온도가 상승될수록 유체 내부에서 증기가 발생되어 캐비테이션 현상이 발생되므로, 흡입부(213a)를 짧게 형성하여 유체가 흡입되면서 발생되는 캐비테이션 현상을 방지할 수 있다.

본체부(21a) 내면에는 삽입홀(212d)이 형성될 수 있다. 삽입홀(212d)로 모터(22)의 회전축(22a)이 삽입되고, 회전축(22a)은 임펠러(28)의 연결부(283)와 연결된다. 본체부(21a) 내면에는 임펠러(28)의 연결부(283)가 위치하는 제1 면(212a)이 형성되며, 제1 면(212a) 외주면으로 제1 면과 단차(212c)를 이루며 형성된 제2 면(212b)이 위치하게 된다. 제1 면(212a)과 제2 면(212b)이 이루는 단차(212c)에 의해 임펠러(28)의 연결부(283)는 회전중심에서 이탈되지 않도록 구속되며, 이에 따라, 고속회전과 부하가 크게 걸릴 경우에도 임펠러(28)는 보다 안정적으로 회전중심을 유지하면서 회전할 수 있다.

제2 면(212b) 외주면을 따라 제2 충돌마찰부(25)가 형성된다. 제2 충돌마찰부(25)의 경사면(251)은 제2 면(212b)에서 이어져, 제1 충돌마찰부(24)로 이어질 수 있다. 제2 면(212b)은 본체부(21a) 테두리부(213)에 형성된 흡입부(213a)와 토출부(213b) 사이로 이어져 유체경계부(212e)를 형성될 수 있다. 유체경계부(212e)를 통해, 본체부(21a) 내부로 유입되는 유체와 토출되는 유체가 서로 간섭받지 않고 이동될 수 있다.

제1 충돌마찰부(24)는 제2 충돌마찰부(25)와 연결될 수 있다. 먼저, 도 3을 참고하면, 제1 충돌마찰부(24)는 전면마찰면(241)과 사이드마찰면(242)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2 충돌마찰부(25)와 연결되는 제1 충돌마찰부(24)는 본체부(21a) 테두리부(213)의 높이를 따라 형성되고, 임펠러(28)의 외주면과 마주보는 전면마찰면(241)이 형성된다. 전면마찰면(241)은 제2 충돌마찰부(25)와 연결되므로 평평하게 형성될 수 있다. 사이드마찰면(242)은 전면마찰면(241)에 연결되며, 제2 충돌마찰부(25) 중심선로부터 점점 이격되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 전면마찰면(241)에 의해 부딪힌 유체는 사이드마찰면(242)을 따라 이동될 수 있다.

전면마찰면(241)에 의해 부딪힌 유체가 사이드마찰면(242)으로 보다 용이하게 흐를 수 있도록 사이드마찰면(242)은 전면마찰면(241)과 경사지게 형성될 수 있으며, 제2 충돌마찰부(25) 중심선으로부터 멀어지도록 형성될 수 있다.

이에 따라, 제1 충돌마찰부(24)의 단면은 대략 사다리꼴과 같이 형성될 수 있다. 사이드마찰면(242)은 사다리꼴의 빗변일 수 있다.

제1 충돌마찰부(24)와 인접한 제1 충돌마찰부(24) 사이로 와류공간(VP)이 형성될 수 있다. 와류공간(VP)으로 제1 충돌마찰부(24)에 충돌된 유체가 유입된다. 와류공간(VP)에는 제1 충돌마찰부(24)에 부딪혀 유입되는 유체뿐 아니라, 임펠러(28)의 원심력에 의해 토출되는 유체가 유입될 수 있다. 임펠러(28)의 원심력에 의해 유입되는 유체는 와류공간(VP)으로 강하게 토출되고, 사이드마찰면(242)에 의해 유체는 마찰되면서 와류공간(VP) 외부로 이동될 수 있다. 이때, 전면마찰면(241)에 부딪혀 사이드마찰면(242)을 따라 유입되는 유체와 혼합되게 되고, 유체는 와류공간(VP)에서 서로 부딪히고 혼합되며, 사이드마찰면(242)에 의해 마찰되고 임펠러(28)의 원심력에 의해 가압되어 온도가 빠르게 상승하게 된다.

도 4의 경우, 제1 충돌마찰부(24)의 사이드마찰면(242)은 제1 충돌마찰부(24) 내측으로 만곡지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 와류공간(VP)은 내측이 만곡진 원형으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 제1 충돌마찰부(24) 전면마찰면(241)에 부딪혀 와류공간(VP)으로 유입된 유체는 만곡지게 형성된 내측면을 따라 빠르게 이동될 수 있다. 유체는 만곡진 사이드마찰면(242)을 따라 큰 손실없이 빠르게 이동하게 되고, 임펠러(28)의 원심력에 의해 와류공간(VP)으로 유입되는 유체와 강하게 충돌하게 된다. 와류공간(VP)은 임펠러(28)의 원심력 및 유체량에 비해 매우 협소한 공간이므로, 유체는 와류공간(VP)으로 사이드마찰면(242)에 의해 마찰되면서 유입되고, 임펠러(28)로부터 토출된 유체에 의해 강하게 가압되고 부딪혀 충돌된다. 특히, 만곡지게 형성된 사이드마찰면(242)에 의해 충돌된 유체는 보다 용이하게 와류공간(VP)으로부터 이탈될 수 있으며, 이를 통해, 원활한 유체의 흐름이 형성되어 유체는 온도는 보다 빠르게 상승할 수 있다.

도 5를 참고하면, 제1 충돌마찰부(24)는 제1 사이드마찰면(242a)과 제1 사이드마찰면(242a)과 형상이 다른 제2 사이드마찰면(242b)을 포함할 수 있다. 제1 사이드마찰면(242a)은 전면마찰면(241)으로부터 본체부(21a) 테두리부(213)까지 평평하게 이어질 수 있다. 다른 예로, 제1 사이드마찰면(242a)은 제2 충돌마찰부(25)의 중심선(CL)과 일치될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 사이드마찰면(242a)은 제2 충돌마찰부(25)의 중심선(CL)과 경사지게 위치할 수 있다. 제2 사이드마찰면(242b)은 제1 충돌마찰부(24) 내측으로 만곡지게 형성될 수 있다. 다른 예로, 제2 사이드마찰면(242b)은 제1 충돌마찰부(24) 외측으로 만곡지게 형성될 수 있다. 이를 통해, 와류공간(VP)의 내측면의 일측면은 평평하게 형성되고 타측면은 만곡지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 충돌마찰부(24)의 전면마찰면(241)에 부딪혀 와류공간(VP)으로 유입된 유체는 제1 충돌마찰부(24)의 만곡지게 형성된 제2 사이드마찰면(242b)을 따라 빠르게 이동되고, 평평하게 형성된 제1 사이드마찰면(242a)에서 저항을 받는다. 이에 따라, 유체는 제1 사이드마찰면(242a)과 충돌되어 되돌아오는 유체와 혼합되고 충돌될 수 있다. 또한, 유체는 임펠러(28)로부터 토출되어 강하게 유입되는 유체와 보다 용이하게 혼합되고 가압되며, 제1 사이드마찰면(242a)에 부딪히면서 유체의 온도는 보다 빠르게 상승될 수 있다.

도 6을 참고하면, 제1 충돌마찰부(24)는 본체부(21a) 테두리부(213)에서 제2 충돌마찰부(25)로 평평하게 이어지는 사이드마찰면(242)과 사이드마찰면(242)으로부터 경사지게 연결되는 전면마찰면(241)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 충돌마찰부(24)의 단면은 삼각형으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 전면마찰면(241)은 삼각형의 빗변일 수 있다. 임펠러(28)의 회전방향과 마주보는 방향으로 전면마찰면(241)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 사이드마찰면(242)에는 유체의 와류가 형성된다. 와류공간(VP)에는 사이드마찰면(242)에 발생된 와류와 전면마찰면(241)에 부딪혀 임펠러(28)의 회전방향과 반대방향으로 형성된 유체가 와류를 형성하는 유체 및 임펠러(28)로부터 토출된 유체와 함께 혼합되면서 유체의 온도는 상승하게 된다.

도 7은 도 2에 도시한 본체부의 제1 실시예에 따른 단면도이다.

도 7을 참고하면, 본체부(21a)는 제1 본체부(211a)와 제2 본체부(211b)를 포함할 수 있다. 본체부(21a) 테두리부에 형성된 흡입부(213a) 및 토출부(213b)는, 제1 본체부(211a) 및 제2 본체부(211b)와 완충공간(BP)을 두어 각각 연결될 수 있다. 예를 들면, 완충공간(BP)에 유체가 유입되어 충만하게 채워지고, 완충공간(BP)의 유체는 제1 본체부(211a) 및 제2 본체부() 내부로 유입될 수 있다. 이러한 완충공간(BP)을 통해 제1 본체부(211a)와 제2 본체부(211b)로 유체를 보다 안정적으로 공급할 수 있다. 또한, 유체가 공급되지 않아 제1 본체부(211a) 또는 제2 본체부(211b) 내부에 수용된 임펠러(28)가 고속 회전에 의해 발생된 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

제1 본체부(211a) 및 제2 본체부(211b)에는 각각 임펠러(28)를 내부에 수용할 수 있다. 각각의 임펠러(28)는 제1 본체부(211a) 및 제2 본체부(211b)를 관통하는 모터(22)의 회전축(22a)에 연결될 수 있다. 따라서, 임펠러(28)는 같은 회전속도로 제1 본체부(211a) 및 제2 본체부(211b) 내부에서 회전하게 된다. 이와 같이 본체부(21a)를 제1 본체부(211a) 및 제2 본체부(211b)로 나누어, 임펠러(28)를 각각 수용시켜 유체를 가열함으로써, 유체의 가열량을 두배로 향상시킬 수 있다. 이 경우, 완충공간(BP)에 임펠러(28)의 일부를 노출시킴으로써, 유체를 제1 본체부(211a)와 제2 본체부(211b) 내부로 보다 원활하게 유입시킬수 있다. 충돌마찰부(23)는 임펠러(28)의 가이드(282)를 마주보는 면으로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 본체부(211a) 내부에는 임펠러(28) 가이드(282)와 마주하는 면으로 충돌공간(CP)이 형성되며, 충돌공간(CP)의 내측면으로 충돌마찰부(23)가 형성된다. 이에 따라, 유체는 밀폐된 협소한 공간에서 임펠러(28)에 의해 가압되고 충돌마찰부(23)에 부딪히고 유체의 혼합으로 인해 온도는 빠르게 상승하게 된다.

도 8은 도 3에 도시한 본체부의 제2 실시예에 따른 단면도이다.

도 8을 참고하면, 본체부(21a)의 테두리부(213)에는 토출부(213b)가 형성되고, 본체부(21a)와 연결되는 커버(21b)에 흡입부(213a)가 형성될 수 있다. 흡입부(213a)를 통해 유체는 유입되어, 본체부(21a)에 형성된 토출부(213b)로 유체는 토출될 수 있다. 유체는 흡입부(213a)를 통해 유입되어 임펠러(28)의 회전에 의해 임펠러(28)의 중심에서 외주면으로 빠르게 이동된다. 이때, 원심력의 크기는 임펠러(28)의 회전속도와 유체의 질량 및 임펠러(28)의 직경에 좌우될 수 있다. 따라서, 유체를 임펠러(28)의 중심으로 유입시켜, 임펠러(28)의 평면을 따라 이동하는 거리를 크게 할 수 있어, 원심력의 크기를 보다 크게 향상시킬 수 있다. 이는 임펠러(28)의 외주면을 따라 토출되는 유체의 속도와 토출력이 커지는 것을 의미하므로, 제1 충돌마찰부(24)에 보다 강하게 부딪힐 수 있다. 이에 따라, 유체의 온도를 보다 크게 상승시킬 수 있다.

흡입부(213a)는 커버(21b) 중앙에 형성될 수 있다. 예를 들면, 흡입부(213a)는 임펠러(28)의 연결부(283)와 동일한 회전중심으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 임펠러(28)에 의해 발생되는 원심력의 크기를 보다 크게 유도할 수 있다. 다른 예로, 흡입부(213a)는 커버(21b)의 중심에서 이격된 위치에 형성될 수 있다.

도 9는 도 2에 도시한 임펠러의 제1 실시예에 따른 평면도이고, 도 10은 도 2에 도시한 임펠러의 제2 실시예에 따른 평면도이다.

도 9 및 도 10을 참고하면, 임펠러(28)는 임펠러본체(281), 연결부(283) 및 가이드(282)를 포함할 수 있다.

임펠러본체(281) 중앙에 연결부(283)가 형성된다. 연결부(283) 내측으로 삽입홀(212d)이 형성되며, 연결부(283)는 임펠러본체(281) 양측으로 돌출된다. 예를 들면, 임펠러본체(281)는 원형으로 형성된다. 연결부(283)에는 모터(22)의 회전축(22a)이 삽입되어 연결된다. 연결부(283)는 연결된 회전축(22a)의 외주면을 감싸도록 돌출되고, 가열부(21)의 본체부(21a)에 형성된 제1 면(212a)에 위치하게 된다. 또한, 연결부(283)는 제1 면(212a) 외주면에 형성된 단차(212c) 내부에 위치하게 될 수 있다. 이를 통해 임펠러(28)가 고속 회전을 하더라도 회전중심에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

임펠러본체(281)는 외주면으로 갈수록 두께가 얇아지도록 형성될 수 있다. 즉, 임펠러본체(281)의 외주면을 따라 경사면(251)이 형성될 수 있다. 가이드(282)는 임펠러(28) 경사면(251)에 형성되며, 연결부(283)로부터 이격된다. 예를 들면, 가이드(282)와 연결부(283) 사이에는 유입홀(285)이 형성될 수 있다. 즉, 유입홀(285)에 의해 유체가 임펠러(28)의 일측 중심으로 유입되는 경우에 유체를 임펠러(28)의 타측으로 이동될 수 있다.

유체()는 임펠러(28)의 외주면으로 이동되면서 원심력이 발생된다. 따라서, 가이드(282)는 연결부(283)로부터 이격되어, 가이드(282)와 연결부(283) 사이로 유체가 유입될 수 있다. 이를 통해, 가이드(282)와 인접한 가이드(282) 사이로 보다 많은 유체를 이동시킬 수 있다.

가이드(282)는 임펠러본체(281) 양측면으로 돌출된다. 돌출된 가이드(282)는 임펠러(28)의 외주면까지 이어진다. 임펠러본체(281) 일측면에 위치하는 가이드(282)와 인접한 가이드(282) 사이로 임펠러본체(281) 타측면에 형성된 가이드(282)가 위치할 수 있다. 예를 들면, 임펠러본체(281) 양측면에 형성된 가이드(282)는 지그재그로 형성될 수 있다. 이를 통해, 임펠러(28)의 면을 따라 이동되어 외주면에서 토출되는 유체의 토출 위치 차이를 둘 수 있다.

가이드(282)는 만곡지게 형성될 수 있다. 예를 들면, 임펠러(28)의 회전방향에 따라 만곡지게 형성될 수 있다. 즉, 연결부(283)로부터 이격된 가이드(282)는 만곡지면서 임펠러(28)의 외주면까지 이어질 수 있다. 이를 통해, 임펠러(28)의 회전속도를 고려하여 보다 많은 유체를 이동시킬 수 있도록 임펠러(28)의 회전방향를 선택할 수 있으며, 유체의 가열 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

가이드(282)는 임펠러본체(281)에 형성된 경사면(251)의 시작지점까지 이어지는 제1 가이드(282a)와 제1 가이드(282a)에서 연결되어 임펠러본체(281)의 경사면을 따라 형성되어 임펠러본체(281)의 외주면까지 이어지는 제2 가이드(282b)를 포함할 수 있다. 제1 가이드(282a)와 제2 가이드(282b)는 서로 경사지도록 연결된다. 예를 들면, 제1 가이드(282a)는 연결부(283)로부터 이격되고 임펠러(28)의 직경방향과 경사진 직선으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 가이드(282a)와 인접한 제1 가이드(282a)의 폭()은, 연결부(283)에 가까울수록 보다 좁게 형성될 수 있다. 이를 통해, 연결부(283) 부근에서 유입되는 유체를 보다 가압시켜 임펠러본체(281) 외주면으로 이동시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 가이드(282a)와 제1 가이드(282a)는 서로 디퓨저와 같이 유체 유입부분 보다 유체 토출부분의 폭을 더 크게 형성한다. 디퓨저의 원리에 의해 유입된 유체보다 토출되는 유체는 속도는 다소 줄지만 압력이 보다 높아져 이동될 수 있다. 이를 통해, 유체는 보다 강하게 충돌마찰부(23)에 부딪힐 수 있다.

제2 가이드(282b)는 제1 가이드(282a)에 연결되고 임펠러본체(281) 경사면(251)을 따라 임펠러본체(281) 외주면까지 이어진다. 제2 가이드(282b) 역시 제1 가이드(282a)에 연결되는 부근 보다 임펠러본체(281) 외주면 부근의 폭을 크게 형성하도록 배치될 수 있다. 이를 통해, 유체는 보다 강하게 충돌마찰부(23)에 부딪힐 수 있고, 유체의 온도는 보다 빠르게 상승될 수 있다.

도 11는 도 1에 도시한 다른 실시예에 따른 유체가열부의 단면도이고, 도 12는 도 11에 도시한 본체부의 평면도이고, 도 13은 도 11에 도시한 임펠러의 평면도와 단면도이다.

도 11 내지 도 13을 참고하면, 유체가열부(20)의 가열부(21)는 커버(21b)와 본체부(21a) 테두리부(213)에 흡입부(213a)가 형성될 수 있다. 임펠러(28)를 따라 이동하게 되는 유체에는 임펠러(28) 회전에 의한 원심력이 전달되고, 이러한 원심력에 의해 유체는 충돌마찰부(23)에 강하게 부딪힐 수 있다. 원심력이 크면 클수록 유체는 본체부(21a) 내부의 협소한 공간에서 충돌마찰부(23)에 부딪히고 이동하면서 보다 빠르게 온도가 상승될 수 있다.

커버(21b)에 흡입부(213a)가 형성된다. 원심력은 임펠러(28) 반경에 비례하고, 각속도 제곱에 비례하므로 유체를 임펠러(28) 중앙 부근으로 공급하여, 임펠러(28)의 가이드(282)를 따라 임펠러(28) 외주면으로 이동시켜 유체에 보다 큰 원심력을 전달할 수 있다. 이에 따라, 유체의 온도는 보다 빠르게 상승할 수 있다.

본체부(21a) 테두리부(213)에는 흡입부(213a)가 형성될 수 있다. 본체부(21a) 내부의 공간은 매우 협소하고 밀폐되어 있어 다량의 유체를 강제적으로 유입시킬 경우, 유체의 온도는 보다 빠르게 상승하게 된다. 따라서, 흡입부(213a)는 커버(21b)뿐 아니라, 본체부(21a) 테두리부(213)에도 형성될 수 있다.

본체부(21a)와 커버(21b)에는 유입된 유체가 임펠러(28)의 연결부위로 이동하는 것을 방지하기 위해 유입방지홈(214)이 각각 형성될 수 있다. 유입방지홈(214)에는 임펠러(28)에서 양측면으로 돌출된 유입방지부(284)가 삽입될 수 있다.

임펠러(28)의 유입방지부(284)와 연결부(283) 사이에는 유입홀(285)이 형성될 수 있다. 유입홀(285)을 통해 임펠러(28)의 일측 중심으로 유입되는 유체를 임펠러(28)의 타측으로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 임펠러(28) 타측으로 이동된 유체는 유체공급로(215)를 통해 본체부(21a) 내부 전체로 공급된다. 유입방지부(284)와 유입방지홈(214)으로 인해 유체는 임펠러(28)일측에서 가이드(282)로 이동되지 않고, 유입홀(285)을 통해 보다 손실없이 임펠러(28) 타측으로 이동될 수 있다. 이를 통해, 유체를 임펠러(28) 주위로 보다 빠르게 유입시켜 보다 빠르게 온도를 상승시킬 수 있다. 또한, 고속으로 회전하는 임펠러(28)는 유입방지부(284)와 커버(21b) 및 본체부(21a)의 유입방지홈(214)의 연결구조로 인해 회전중심이 이탈되는 것이 방지될 수 있다.

임펠러(28)에는 유입홀(285)이 형성되고, 유입홀(285)은 임펠러(28)의 유입방지부(284) 내측으로 형성될 수 있다. 커버(21b)에 형성된 흡입부(213a)로 유입된 유체는 유입홀(285)을 관통하여 임펠러(28)와 본체부(21a)가 마주하는 면으로 이동될 수 있다. 유체는 본체부(21a)에 형성된 유체공급로(215)로 이동된다. 전술한 바와 같이, 유체는 유체공급로(215)를 통해 임펠러(28)의 가이드(282) 부분으로 바로 이동될 수 있다. 이를 통해, 유체에 보다 큰 원심력을 전달하고, 충돌마찰부(23)에 보다 강하게 충돌시켜 유체의 온도를 보다 빠르게 상승시킬 수 있다.

본체부(21a) 내면에는 제1 면(212a)에서 토출부(213b)로 이어지는 유체공급로(215)가 형성될 수 있다. 유체공급로(215)는 제1 면(212a)에서 시작되어 제2 면(212b)을 가로질러 형성될 수 있다. 따라서 유체공급로(215)와 제2 면(212b) 사이에는 단차(212c)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 커버(21b) 중앙으로 유입되는 유체는 본체부(21a)에 형성된 유체공급로(215)를 통해 임펠러(28)의 가이드(282) 부분으로 바로 이동될 수 있다. 임펠러(28)의 가이드(282)에 유체가 유입되도록 이동시킬 수 있다. 유체는 가이드(282)에 의해 고속회전하는 임펠러(28)의 회전력이 전달될 수 있다.

임펠러(28)에 형성된 가이드(282)는 임펠러(28) 외주면에서 임펠러(28) 표면보다 더 돌출될 수 있다. 예를 들면, 임펠러(28) 양측으로 형성된 가이드(282)의 길이는, 임펠러(28)의 두께보다 더 길게 형성될 수 있다. 이를 통해, 임펠러(28)로부터 토출되는 유체의 양을 보다 향상시키고, 충돌마찰부(23)에 부딪혀 유체들에 임펠러(28)의 회전력을 보다 안정적으로 전달하여 본체부(21a) 내부의 협소한 공간으로 유체를 이동시켜 유체의 온도를 보다 빠르게 상승시킬 수 있다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰보일러이다.

도 14를 참고하면, 마찰보일러(100)는 유체탱크(10), 유체가열부(20) 및 제어부(106)를 포함할 수 있다. 유체탱크(10)는 제1 탱크(102)와 제2 탱크(103)를 포함할 수 있다.

유체탱크(10)는 상수(上水)를 유입하고 가열하여 고온의 난방수로 만들고 이를 저장할 수 있다. 제1 탱크(102)에는 유체를 저장하고, 제2 탱크(103)는 유체를 가열하여 고온으로 상승시킬 수 있다.

제1 탱크(102)는 제2 탱크(103)와 연결된다. 제1 탱크(102)는 난방수관(12)과 시수관(14)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 난방수관(12)을 통해 유체의 공급과 환수가 이뤄질 수 있다. 난방수관(12)은 공급관과 환수관을 포함할 수 있다.

유체는 공급관을 통해 건물 내부에 설치된 팬코일유닛 또는 바닥난방코일에 공급되고, 환수관을 통해 제1 탱크(102)로 다시 환수될 수 있다.

시수관(14)을 통해 온수가 형성될 수 있다. 시수관(14)은 환수관과 공급관을 포함할 수 있다. 환수관과 공급관은 제1 탱크(102) 내부에서 코일부로 서로 연결되어 있다. 예를 들면, 상수(上水)는 환수관을 통해 제1 탱크(102) 내부로 유입되며, 제1 탱크(102) 내부에 수용된 유체와 열교환을 하고, 공급관을 통해 제1 탱크(102)로부터 유출될 수 있다. 온수는 화장실 또는 샤워실에서 사용자가 직접 몸에 사용하는 것으로, 난방을 위한 유체에 비해 온도가 매우 낮다. 따라서, 유체와의 열교환을 통해 온수를 생성할 수 있다.

제2 탱크(103)는 제1 탱크(102) 하부에 위치하고 제1 탱크(102)와 연결될 수 있다. 먼저, 제2 탱크(103)는 챔버(103a)와 수용부(103b)를 포함할 수 있다.

챔버(103a)에서 유입된 유체를 고온으로 상승시키게 된다. 즉, 유체는 챔버(103a)에서 고온으로 가열되어 제1 탱크(102)로 공급될 수 있다. 챔버(103a)는 반원형으로 형성되고 챔버커버와 연결될 수 있다.

챔버(103a)는 챔버커버에 의해 내부가 밀폐되며, 챔버(103a) 내부에서 발생된 증기 또는 기포에 의해 내부 압력이 상승될 수 있다. 또한, 챔버(103a) 내부 유체의 열손실을 줄일 수 있다. 챔버(103a) 내부 압력이 높아질수록 유체의 증발을 방지하게 되어 유체를 가열부(21)에 보다 안정적으로 공급할 수 있다.

챔버(103a)의 부피는 제1 탱크(102)의 부피보다 작게 형성될 수 있다. 즉, 챔버(103a)에서 소량의 유체를 가열하고 제1 탱크(102)로 공급함으로써, 보다 빨리 제1 탱크(102)에 고온의 유체를 저장할 수 있다. 예를 들면, 챔버(103a)의 부피는 제1 탱크(102) 부피의 1/n로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 탱크(102)의 유체를 n번에 걸쳐 챔버(103a)로 보내 가열하고, 가열된 유체를 제1 탱크(102)로 공급한다. 이 과정에서 제1 탱크(102)로 공급된 고온의 유체는 제1 탱크(102) 내부에서 유동치며 혼합되어 온도분포가 균일해지는 효과가 있으며, 혼합에 의해 상대적으로 온도가 상승한 유체가 유입되어 설정된 온도로 보다 빨리 상승될 수 있다.

제2 탱크(103)는 제1 탱크(102)와 연결관을 통해 연결될 수 있다. 연결관(미도시)은 자동제어밸브(미도시)를 포함할 수 있다. 연결관은 챔버(103a) 측면에서 제1 탱크(102) 측면으로 연결될 수 있다. 다른 예로, 연결관은 챔버커버와 제1 탱크(102) 하부에 연결될 수 있다. 이 경우, 연결관이 유체탱크(10) 외부로 노출되지 않아 외부의 충격에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 마찰보일러(100)의 전체적인 미관을 향상시킬 수 있다. 자동제어밸브는 제어부와 연결될 수 있다. 자동제어밸브는 제어부(106)에 의해 제어될 수 있다. 이를 통해, 제1 탱크(102)에서 챔버(103a)로 유입시키는 유체의 양을 조절할 수 있다.

제2 탱크(103) 일측으로 유체가열부(20)가 연결된다. 유체가열부(20)는 제2 탱크(103) 내부로 삽입되어 일부가 제2 탱크(103) 외부로 노출될 수 있다.

유체가열부(20)는 가열부(21)와 모터(22)를 포함할 수 있다. 가열부(21)는 제2 탱크(103) 챔버(103a) 내부에 위치할 수 있다. 모터(22)는 제2 탱크(103)에 형성된 수용부(103b)에 안착될 수 있다. 가열부(21)는 모터(22)와 연결된다.

가열부(21)는 챔버(103a) 내부의 유체를 흡입하는 흡입부(213a)과 유체를 토출하는 토출부(213b)을 포함한다. 흡입부(213a)에는 체크밸브(CV)가 연결될 수 있다. 모터(22)의 작동에 의해 가열부(21) 내부에서 유체가 고속으로 회전하면서 가열부(21) 표면 온도는 고온으로 상승될 수 있다. 이를 통해, 유체는 가열부(21) 표면과 열교환함에 따라 가열부(21)는 유체에 의해 냉각되는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 가열부의 내구성은 향상되고 유체 가열 성능은 크게 향상될 수 있다.

제1 순환펌프(104)는 제1 탱크(102)와 제2 탱크(103)를 연결할 수 있다. 제1 순환펌프(104)는 제어부(106)와 연결되어 제어부(106)에 의해 작동이 제어될 수 있다.

제1 순환펌프(104)는 챔버(103a)에서 고온으로 상승된 유체를 제1 탱크(102)로 공급하게 된다. 예를 들면, 제1 순환펌프(104)는 챔버(103a) 내부 유체 온도가 일정온도를 초과하게 되면, 제어부(106)에 의해 제어되어 챔버(103a) 내부의 유체를 제1 탱크(102)로 공급할 수 있다.

제2 순환펌프(105)는 제2 탱크(103) 측면으로 연결될 수 있다. 제2 순환펌프(105)는 챔버와 가열부(21)를 연결할 수 있다. 즉, 제2 순환펌프(105)는 챔버(103a) 내부의 유체를 가열부(21)로 공급할 수 있다. 예를 들면, 제2 순환펌프(105)는 챔버(103a) 내부 유체 온도가 일정온도를 초과하게 되면, 제어부(106)에 의해 제어되어 챔버(103a) 내부의 유체를 가열부(21)로 공급할 수 있다. 이에 따라, 가열부(21)에 유체를 과급시킬 수 있으며, 가열부(21)의 마찰 가열 효율은 향상될 수 있다. 따라서, 유체는 보다 빨리 고온으로 상승할 수 있다.

제어부(106)는 제1 탱크(102) 및 제2 탱크(103) 내부에 설치되는 온도센서를 포함할 수 있다. 온도센서는 제1 탱크(102)에 설치되는 제1 온도센서(106a) 및 제2 탱크(103)에 설치되는 제2 온도센서(106b)를 포함할 수 있다. 제어부(106)는 제1 온도센서(106a) 및 제2 온도센서(106b)로부터 제1 탱크(102) 및 제2 탱크(103) 내부 유체 온도를 측정하여 모터(22), 제1 순환펌프(104) 및 제2 순환펌프(105)를 제어할 수 있다.

제어부(106)는 제1 온도센서(106a)로부터 측정된 온도가 제3 제어온도를 초과하게 될 경우 모터(22)의 작동을 정지시킬 수 있다. 즉, 제3 제어온도는 안전을 위해 제1 탱크(102)에 수용하는 유체의 최고온도로 설정될 수 있다. 따라서, 제3 제어온도를 초과하게 될 경우에는 모터(25)의 작동을 정지시켜 유체의 온도가 높아지는 것을 방지할 수 있다.

제어부(106)는 제2 온도센서(106b)로부터 제2 탱크(103) 내부 유체 온도를 측정하여 제1 제어온도를 초과하게 되면 제1 순환펌프(104)를 작동시킬 수 있다. 예를 들면, 유체 온도가 제1 제어온도를 초과하면 제1 순환펌프(104)를 작동시켜 제2 탱크(103) 내부의 유체를 제1 탱크(102)로 이동시킨다. 따라서, 유체는 제1 순환펌프(104)에 의해 제1 탱크(102)로 공급되어 제1 탱크(102) 내부에서 보다 빠르게 혼합될 수 있다. 제1 탱크(102)의 유체가 유입됨에 따라 제1 탱크(102) 내부 유체는 연결관을 통해 유출될 수 있다.

제어부(106)는 제2 온도센서(106b)로부터 제2 탱크(103) 내부 유체 온도를 측정하여 제2 제어온도를 초과하게 되면 제2 순환펌프(105)를 작동하도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 유체 온도가 제2 제어온도를 초과하면 제2 순환펌프(105)를 작동시켜 제2 탱크(103) 내부 유체를 가열부(21)로 공급시킬 수 있다. 이에 따라, 유체는 제2 순환펌프(105)에 의해 가열부(21)로 과급되어 마찰 가열 효율을 상승시킬 수 있다.

연결관의 자동제어밸브는 제어부(106)에 의해 제1 순환펌프(104)의 작동과 동시에 오픈되고, 제1 순환펌프(104)가 정지될 경우 자동제어밸브는 닫히도록 제어될 수 있다. 즉, 제1 순환펌프(104)를 통해 제1 탱크(102)로 공급되는 유량만큼 제1 탱크(102)에서 챔버(103a)로 유체가 유출될 수 있다. 온도가 상대적으로 낮은 유체는 제1 탱크(102) 하면에 위치하게 된다. 따라서, 온도가 낮은 유체는 자동제어밸브의 작동에 의해 제2 탱크(103) 챔버(103a)로 유입되고 온도가 상승된 유체는 제1 탱크(102)의 상면에 위치하게 된다. 이에 따라, 제2 탱크(103)의 챔버(103a)로 온도가 낮은 유체가 보다 원활하게 유입될 수 있다.

유체는 제1 순환펌프(104)와 연결관을 통해 제1 탱크(102)와 제2 탱크(103)를 순환할 수 있다. 제2 순환펌프(105)를 통해 챔버(103a)의 유체는 가열부(21)로 과급될 수 있다.

제1 순환펌프(104)의 작동으로 유체는 제2 탱크(103) 챔버(103a)에서 제1 탱크(102) 상단으로 이동되어 제1 탱크(102) 내부로 유입될 수 있다. 예를 들면, 제1 순환펌프(104)의 흡입부(213a)은 제2 탱크(103)의 챔버(103a)에 연결되고, 제1 순환펌프(104)의 토출부(213b)은 제1 탱크(102) 상단에 연결된다.

제1 탱크(102) 상단에서 유입되는 고온의 유체는 제1 탱크(102) 내부로 떨어져 혼합되고, 이에 따라, 제1 탱크(102) 내부의 전체적인 온도가 상승될 수 있다. 제1 순환펌프(104)는 제어부(106)에 의해 제어되며, 온도센서에 의해 측정된 제1 제어온도에 따라 작동이 제어된다. 즉, 챔버(103a) 내부 유체의 온도가 제1 제어온도를 초과할 경우 작동하게 된다. 예를 들면, 제1 제어온도를 70℃로 설정할 경우, 챔버(103a) 내부 유체 온도가 70℃를 초과하게 되면, 제1 순환펌프(104)가 작동될 수 있다. 제1 제어온도는 사용자가 요구하는 난방부하에 따라 설정될 수 있으며, 고정된 온도는 아니다.

다른 예로, 제어부(106)는 챔버(103a) 내부의 압력을 측정하여 제1 순환펌프(104)를 제어할 수 있다. 고온으로 상승된 유체 표면에서 발생되는 증기와 유체의 혼합 및 마찰로 인해 발생되는 기포에 의해 챔버(103a) 내부 압력은 변화될 수 있다. 이에 따라, 챔버(103a) 내부의 압력변화를 측정하여 제어부(106)는 제1 순환펌프(104)의 작동을 제어할 수 있다.

연결관은 제1 순환펌프(104)와 동시에 제어될 수 있다. 예를 들면, 제어부(106)에 의해 제1 순환펌프(104)가 제어될 때, 연결관의 자동제어밸브도 동시에 제어될 수 있다. 제1 순환펌프(104)에 의해 챔버(103a)의 유체가 제1 탱크(102)로 이동할 때, 동시에 연결관을 통해 제1 탱크(102)부터 유체가 챔버(103a)로 유입된다. 즉, 연결관의 자동제어밸브도 제1 제어온도에 따라 개폐되도록 제어된다. 따라서, 유체는 보다 빠르게 제1 탱크(102)와 제2 탱크(103)를 순환할 수 있다.

제2 순환펌프(105)는 제2 탱크(103) 측면에 위치하여 챔버(103a)에 수용된 유체를 챔버(103a) 내부에서 순환시킬 수 있다. 제2 순환펌프(105)는 챔버(103a) 내부 유체의 온도가 제2 제어온도를 초과할 경우 작동되도록 제어될 수 있다.

제2 순환펌프(105)의 작동으로 유체는 가열부(21)로 과급될 수 있다. 제2 순환펌프(105)의 토출부(213b)은 가열부(21)의 흡입부(213a)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 가열부(21) 흡입부(213a)은 체크밸브(CV)가 연결되며, 제2 순환펌프(105)의 토출부(213b)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 순환펌프(105)에 의해 유체가 강제 공급될 경우, 유체가 흡입부(213a)을 역류하여 외부로 토출되는 것을 방지할 수 있다.

유체는 제2 순환펌프(105)에 의해 가열부(21)로 강제 공급되어 가열부(21) 내부의 압력을 높여, 유체에서 발생되는 증기 또는 기포를 보다 빨리 가열부(21) 외부로 배출시킬 수 있다. 즉, 제2 순환펌프(105)는 유체 온도 증가에 따라 발생된 증기량이 많아지고 유체 내부의 기포가 많이 발생되더라도, 유체 양의 감소없이 가열부(21)로 공급할 수 있다. 이에 따라, 가열부(21)에서 발생되는 캐비테이션 현상을 보다 효율적으로 완화시키고, 가열부(21)의 내구성을 크게 향상시킬 수 있다. 동시에 가열부(21)의 가열 효율이 향상될 수 있다.

제어부(106)에 설정된 제1 제어온도와 제2 제어온도는 서로 다른 온도로 설정될 수 있다. 예를 들면, 제2 제어온도는 제1 제어온도보다 낮을 수 있다. 따라서, 제2 순환펌프(105)는 제1 순환펌프(104)보다 먼저 작동될 수 있다. 따라서, 제2 순환펌프(105)를 작동시켜 제1 제어온도에 이를 때까지 챔버 내부의 유체는 가열부(21)로 강제 공급될 수 있다. 유체가 제1 제어온도에 도달될 경우, 제1 순환펌프(104)에 의해 챔버(103a) 내부의 유체는 제1 탱크(102)로 이동되고, 제1 탱크(102) 내부의 유체가 유입되므로 유입된 유체 온도에 의해 제2 순환펌프(105)의 작동이 제어된다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

100: 마찰보일러 10: 유체탱크
102: 제1 탱크 103: 제2 탱크
103a: 챔버 103b: 수용부
104: 제1 순환펌프 105: 제2 순환펌프
106: 제어부 106a: 제1 온도센서
106b: 제2 온도센서 12: 난방수관
14: 시수관
20: 유체가열부 21: 가열부
22: 모터 22a: 회전축
21a: 본체부 211a: 제1 본체부
211b: 제2 본체부 21b: 커버
212: 내면 212a: 제1 면
212b: 제2 면 212c: 단차
212d: 삽입홀 212e: 유체경계부
213: 테두리부 213a: 흡입부
213b: 토출부 214: 유입방지홈
215: 유체공급로 23: 충돌마찰부
24: 제1 충돌마찰부 25: 제2 충돌마찰부
251: 경사면 241: 전면마찰면
242: 사이드마찰면 242a: 제1 사이드마찰면
242b: 제2 사이드마찰면 243: 제1 마찰부
244: 제2 마찰부 26: 커버마찰부
28: 임펠러 281: 임펠러본체
282: 가이드 282a: 제1 가이드
282b: 제2 가이드 283: 연결부
283a: 삽입홀 285: 유입홀
284: 유입방지부 G: 이격거리
WF1: 제1 흐름 WF2: 제2 흐름
CP: 충돌공간 VP: 와류공간
CL: 중심선 BP: 완충공간

Claims (13)

1. 유체를 수용하는 유체탱크; 및
   상기 유체탱크 내부에 위치하여 상기 유체에 잠기는 가열부와 상기 가열부에 연결되는 모터를 가지는 유체가열부를 포함하고,
   상기 가열부는,
   내부로 흡입된 상기 유체가 부딪히는 충돌마찰부 및 상기 모터와 연결된 임펠러가 형성된 본체부와 상기 본체부에 결합되어 상기 유체가 부딪히는 커버마찰부가 형성된 커버를 포함하되,
   상기 임펠러는,
   상기 본체부 및 상기 커버에 오목하게 형성된 유입방지홈에 끼워지는 유입방지부를 포함하는 마찰보일러.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 충돌마찰부는,
   상기 임펠러의 외주면을 마주보며 형성된 복수개의 제1 충돌마찰부; 및
   상기 임펠러의 평면을 마주보며 형성되고 상기 제1 충돌마찰부의 일부와 연결된 제2 충돌마찰부를 포함하는 마찰보일러.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 충돌마찰부는,
   상기 제2 충돌마찰부와 연결되는 전면마찰면; 및
   상기 전면마찰면에서 테두리부로부터 이어지고, 상기 제2 충돌마찰부의 중심선으로부터 점점 멀어지도록 형성된 사이드마찰면을 포함하는 마찰보일러.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 사이드마찰면은,
   상기 제1 충돌마찰부 내측으로 오목하게 형성되는 마찰보일러.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 사이드마찰면은,
   상기 전면마찰면에서 상기 테두리부로 이어지고, 직선으로 형성되는 제1 사이드마찰면과 상기 제1 충돌마찰부 내측으로 오목하게 형성된 제2 사이드마찰면을 포함하는 마찰보일러.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 충돌마찰부는,
   상기 제2 충돌마찰부로부터 상기 본체부의 테두리부로 이어지는 사이드마찰면과, 상기 사이드마찰면으로부터 상기 테두리부로 경사지게 연결된 전면마찰면을 포함하는 마찰보일러.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 제2 충돌마찰부는,
   상기 제1 충돌마찰부와 인접한 상기 제1 충돌마찰부 사이에, 상기 테두리부를 향해 기울어진 경사면을 더 포함하는 마찰보일러.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 커버는,
   상기 임펠러 중앙으로 상기 유체가 유입되도록 흡입구가 형성된 마찰보일러.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 임펠러는,
    상기 모터와 연결되는 연결부로부터 이격되고, 상기 임펠러 표면에서 돌출되어 만곡지게 형성된 가이드를 포함하는 마찰보일러.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 임펠러는,
    직경방향으로부터 경사진 제1 가이드와 상기 제1 가이드에 연결되어, 상기 제1 가이드로부터 경사진 제2 가이드를 포함하는 마찰보일러.
12. 삭제
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 임펠러는,
    상기 유입방지부와 상기 연결부 사이에는 유입홀이 형성된 마찰보일러.

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