KR102041393B1 - Apparatus for lifting deep-seabed mineral resorces - Google Patents

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KR102041393B1
KR102041393B1 KR1020180112411A KR20180112411A KR102041393B1 KR 102041393 B1 KR102041393 B1 KR 102041393B1 KR 1020180112411 A KR1020180112411 A KR 1020180112411A KR 20180112411 A KR20180112411 A KR 20180112411A KR 102041393 B1 KR102041393 B1 KR 102041393B1
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slurry
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KR1020180112411A
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정금영
정대성
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케이에스비한국(주)
정금영
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    • E21CMINING OR QUARRYING
    • E21C50/00Obtaining minerals from underwater, not otherwise provided for
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F7/00Equipment for conveying or separating excavated material
    • E02F7/10Pipelines for conveying excavated materials

Abstract

Disclosed is a lifting device for transferring of deep-seabed mineral resource. The present lifting device includes a shroud which prevents precipitation of a seabed mineral particle included in a slurry by maintaining a flow rate of the slurry passing through an inside of the lifting device above a critical settling velocity when a solid-liquid slurry composed of seabed mineral particles and seawater is press-transferred to a marine mining line, and is formed with a slurry flow path structure to effectively cool a motor unit by using seawater of low temperature.

Description

심해저 광물자원의 이송을 위한 양광장치{APPARATUS FOR LIFTING DEEP-SEABED MINERAL RESORCES} Photovoltaic device for transport of deep sea mineral resources {APPARATUS FOR LIFTING DEEP-SEABED MINERAL RESORCES}

본 발명은 심해저 광물자원을 이송하는 기술에 대한 것으로서, 더 자세하게는 해저면에서 채집된 광물자원을 해상으로 송출하기 위한 양광장치에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for transporting deep sea mineral resources, and more particularly, to a light lifting device for transmitting the mineral resources collected from the sea bottom to the sea.

심해저에는 망간단괴, 망간각, 열수광상 등 아직 개발되지 않은 미래 광물자원들이 다량 매장되어 있다. 육지에서의 자원이 고갈되어가고 유가금속자원의 수요가 급증하는 시점에서 이러한 심해저 광물자원의 잠재 가치가 점점 높아지고 있다. In the deep sea, there are abundant deposits of future mineral resources, such as manganese nodules, manganese shells and hydrothermal deposits, which have not yet been developed. The potential value of these deep sea mineral resources is increasing at a time when land resources are depleted and demand for valuable metal resources is increasing.

심해저 광물자원, 특히 심해저의 망간단괴(Manganese Nodule)는 감자 모양의 덩어리 형태이거나 구상(球狀)을 이루며, 흑갈색을 띠는 연한 비결정질로 되어 있다. 도 1에서 보듯이, 일반적으로 심해저의 망간단괴를 채집하기 위한 시스템은, 해저면에서 망간단괴를 채집하는 집광장치(A), 채집된 망간단괴를 일시 저장함과 아울러 양관관을 통한 송출이 용이하도록 최적의 농도로 망간단괴와 해수의 슬러리를 형성하는 버퍼장치(B), 하부 양광관을 통해 유입되는 슬러리에 압력을 가하여 채광선(D)으로 수직 이송하는 양광장치(C), 이송된 슬러리로부터 망간단괴를 분리하여 저장하는 채광선(D)을 포함하여 구성된다.Deep-sea minerals, especially Manganese Nodule, are deeply potato-like lumps or spherical, light brown, light amorphous. As shown in Figure 1, in general, a system for collecting manganese nodules of the deep sea bottom, condensing device (A) for collecting the manganese nodules from the sea floor, and temporarily store the collected manganese nodules to facilitate the transmission through both pipes Buffer device (B) for forming slurry of manganese nodules and seawater at the optimum concentration, lifting device (C) for vertically conveying to the light beam (D) by applying pressure to the slurry flowing through the lower light pipe, and from the transferred slurry It comprises a light ray (D) for separating and storing the manganese nodules.

여기서, 양광장치(C)는 폄프 및 펌프를 구동하기 위한 모터를 포함하며, 버퍼장치(B)로부터 유입된 슬러리를 펌프에 의해 해상의 채광선(D)으로 송출하기 위한 장치이다. 양광장치는 하부 및 상부 양광관에 연결되는데, 하부 양광관으로부터 유입된 슬러리를 펌핑하여 상부 양광관으로 송출한다. 모터는 채광선(D)으로부터 제공되는 전력케이블에 연결되어 전기적으로 구동되며, 모터의 회전축에 의해 회전되는 펌프에 의해 상부 양광관으로 슬러리를 펌핑한다.Here, the light lifting device C includes a motor for driving the pump and the pump, and is a device for sending the slurry introduced from the buffer device B to the marine light beam D by the pump. The photovoltaic device is connected to the lower and upper photoconductors and pumps the slurry introduced from the lower photoconductors to the upper photoconductors. The motor is electrically driven by being connected to a power cable provided from the light beam D, and pumps the slurry to the upper positive pipe by a pump that is rotated by the rotating shaft of the motor.

본 발명은 심해저 광물자원을 이송하기 위한 양광장치에 있어서, 해저광물 입자 및 해수로 이루어진 고액 슬러리를 해상의 채광선으로 압송할 때, 양광장치 내부를 통과하는 슬러리의 유속을 한계침강속도 이상으로 유지함으로써 슬러리에 포함된 해저광물 입자의 침전을 방지하고, 또한 저온의 해수를 이용하여 모터유닛을 효과적으로 냉각시키기 위한 슬러리 유로구조가 형성된 시라우드를 포함하는 양광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention, in the light lifting device for transporting deep sea mineral resources, when the solid-liquid slurry consisting of the sea mineral particles and sea water is transported to the sea mining line, the flow rate of the slurry passing through the inside of the light lifting device is maintained above the limit sedimentation speed Accordingly, an object of the present invention is to provide a light lifting apparatus including a shroud in which a slurry flow path structure is formed to prevent precipitation of subsea mineral particles contained in the slurry and to effectively cool the motor unit using low temperature seawater.

나아가, 본 발명은 심해저에 설치되는 양광장치에서, 모터유닛의 내부에 충전된 윤활매 및 모터유닛 외부의 해수 사이의 압력 차이를 상쇄 및 보상하는 멤브레인을 통해, 모터유닛을 구성하는 구성품들이 수압에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있는 양광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Furthermore, the present invention is a solar light installation device installed in the deep sea bottom, the components constituting the motor unit through the membrane to compensate for and compensate for the pressure difference between the lubricating medium charged inside the motor unit and the sea water outside the motor unit, It is an object of the present invention to provide a light-emitting device that can prevent damage by the device.

아울러, 모터케이싱 내부에 기밀 충전된 윤활매를 순환시켜 모터케이싱 외부를 통과하는 슬러리와 열교환되게 함으로써, 모터 구성품들에 의해 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 윤활매 순환경로가 마련된 모터유닛을 포함하는 양광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the motor unit is provided with a lubricating medium circulation path for circulating the airtightly filled lubricant inside the motor casing to exchange heat with the slurry passing through the outside of the motor casing, thereby effectively releasing heat generated by the motor components. An object of the present invention is to provide a light-emitting device.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects that are not mentioned will be clearly understood from the following description.

본 발명에 따른 양광장치는, 회전축을 회전구동하는 모터유닛, 및 상기 회전축과 연결되어 구동되는 하나 이상의 양광펌프를 포함하는 펌프유닛을 포함하는 양광장치로서, 하부 양광관으로부터 해저광물 및 해수가 포함된 슬러리가 흡입되는 슬러리 흡입구, 및 내측면에 상기 슬러리 흡입구로부터 흡입된 상기 슬러리를 상기 회전축에 대하여 방사상으로 확장되는 복수의 방사형 유로로 분배시키는 상호 이격된 복수의 콘형 플로우 레귤레이터를 포함하는 흡입 플랜지부; 상기 모터유닛이 수용되고, 내측면에 상기 복수의 방사형 유로 각각에 연속되는 복수의 직선형 유로를 형성하는 상호 이격된 복수의 직선형 플로우 레귤레이터를 포함하는 하부 케이싱부; 일단이 상기 하부 케이싱에 연결되고, 내부에 상기 펌프유닛이 수용되는 상부 케이싱부; 및 일단이 상기 상부 케이싱부에 연결되고, 상기 펌프유닛에 의해 펌핑된 상기 슬러리가 상부 양광관으로 토출되는 토출 플랜지부;를 포함하여 구성될 수 있다.The lifting device according to the present invention is a lifting device including a motor unit for rotating a rotating shaft and a pump unit including at least one lifting pump driven to be connected to the rotating shaft, the bottom including a submarine mineral and seawater from the pipe. A suction flange portion including a slurry suction port through which the prepared slurry is sucked, and a plurality of mutually spaced cone-shaped flow regulators for distributing the slurry sucked from the slurry suction port into a plurality of radial flow paths extending radially with respect to the rotation axis on an inner side thereof ; A lower casing portion accommodating the motor unit and including a plurality of linear spaced flow regulators spaced apart from each other to form a plurality of linear flow paths continuous to each of the plurality of radial flow paths on an inner side thereof; An upper casing portion having one end connected to the lower casing and accommodating the pump unit therein; And a discharge flange part having one end connected to the upper casing part and the slurry pumped by the pump unit being discharged to the upper positive pipe.

또한, 본 발명에 따른 양광장치는, 상기 모터유닛 및 상기 양광펌프 사이에 개재되고, 상기 복수의 직선형 유로 각각으로부터 유입되는 상기 슬러리를 상기 회전축 방향으로 합류시켜 상기 양광펌프로 전달하는 복수의 합류 유로가 형성된 플로우 인듀서를 더 포함할 수 있다.In addition, the lifting device according to the present invention is interposed between the motor unit and the lifting pump, a plurality of confluence flow passages for joining the slurry flowing from each of the plurality of linear flow path in the direction of the rotation axis to deliver to the lifting pump. It may further comprise a flow inducer formed.

특히, 본 발명에 따른 양광장치에서, 상기 복수의 방사형 유로의 단면적의 합이 상기 슬러리 흡입구의 단면적보다 작거나 같도록 형성된 것이 바람직하다. 나아가, 상기 복수의 직선형 유로 각각의 단면적은 대응하는 상기 방사형 유로의 단면적보다 작거나 같도록 형성된 것이 바람직하다.In particular, in the light lifting apparatus according to the present invention, it is preferable that the sum of the cross-sectional areas of the plurality of radial flow paths is formed to be less than or equal to the cross-sectional area of the slurry suction port. Further, the cross-sectional area of each of the plurality of linear flow paths is preferably formed to be smaller than or equal to the cross-sectional area of the corresponding radial flow path.

아울러, 상기 모터유닛은, 상기 복수의 콘형 플로우 레귤레이터 각각에 밀착되는 원추형 케이싱부; 및 상기 복수의 직선형 플로우 레귤레이터 각각에 밀착되는 원통형 케이싱부를 포함하고, 상기 원추형 케이싱부는 원주상으로 만곡지게 형성된 딤플부를 포함할 수 있다.In addition, the motor unit, the conical casing portion in close contact with each of the plurality of cone-shaped flow regulator; And a cylindrical casing portion in close contact with each of the plurality of linear flow regulators, and the conical casing portion may include a dimple portion formed to be curved in a circumferential shape.

또한, 상기 모터유닛은, 윤활매가 충전된 모터케이싱을 포함하고, 상기 모터케이싱에 마련된 모터캐비티 내부에 회전축, 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링부, 상기 회전축에 고정된 회전자, 및 상기 회전자와 이격되고 코일이 권선된 고정자가 배치된, 모터구동부; 및 상기 모터케이싱 내부에 충전된 상기 윤활매를 외부와 분리함과 동시에 상기 모터케이싱 내부 및 외부의 압력 차이에 따라 변형 가능한 멤브레인, 및 상기 멤브레인이 내측에 배치된 멤브레인 케이싱을 포함하는 압력평형보상부;를 포함할 수 있다.In addition, the motor unit includes a motor casing filled with a lubricant, the rotating shaft inside the motor cavity provided in the motor casing, a bearing portion for rotatably supporting the rotating shaft, a rotor fixed to the rotating shaft, and the rotation A motor driving part spaced from the electrons and having a stator wound around a coil; And a membrane that is deformable according to the pressure difference between the inside and the outside of the motor casing at the same time as separating the lubricant filled in the motor casing from the outside, and a membrane casing in which the membrane is disposed inside. It can include;

또한, 상기 모터유닛은, 모터캐비티가 형성되어 그 내부에 회전축, 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링부, 상기 회전축에 고정된 회전자, 상기 회전자와 이격되고 코일이 권선된 고정자, 및 상기 회전축의 일단에 체결되어 회전되는 순환임펠러가 각각 배치된 모터캐비티 프레임; 및 상기 모터캐비티 프레임을 내부에 수용하고 상기 모터캐비티 프레임과의 사이에 냉각채널이 마련된 쿨링프레임;을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 모터캐비티 프레임 및 상기 쿨링프레임 내부에 기밀충전된 윤활매가 상기 회전축을 따라 회전되는 상기 순환임펠러에 의해 상기 베어링부, 상기 고정자, 상기 냉각채널을 순차적으로 통과한 후 다시 상기 순환임펠러로 유입되는 윤활매 순환경로가 형성된다.In addition, the motor unit, the motor cavity is formed therein the rotating shaft, a bearing portion for rotatably supporting the rotating shaft, a rotor fixed to the rotating shaft, a stator spaced apart from the rotor and the coil is wound, and the A motor cavity frame in which circulation impellers which are engaged and rotated at one end of the rotation shaft are disposed; And a cooling frame accommodating the motor cavity frame therein and a cooling channel provided between the motor cavity frame and the motor cavity frame. Here, the lubricating medium hermetically charged inside the motor cavity frame and the cooling frame sequentially passes through the bearing part, the stator, and the cooling channel by the circulation impeller rotated along the rotation axis, and then flows back into the circulation impeller. A lubricant circulation path is formed.

본 발명에 따른 양광장치를 구성하는 시라우드에 마련된 슬러리의 유로구조는, 슬러리의 유속을 한계침강유속 이상으로 유지할 수 있도록 형성된다. 특히, 복수의 방사형 플로우 레귤레이터, 복수의 직선형 플로우 레귤레이터, 및 플로우 인듀서를 통해, 슬러리 흡입구로부터 유입된 고액 슬러리가 양광펌프의 입구까지 이송되는 중에 시라우드 내부에서 해저광물 입자의 침전이 발생하지 않도록 슬러리의 유속을 일정하게 유지할 수 있다.The flow path structure of the slurry provided in the shroud constituting the light lifting device according to the present invention is formed so that the flow rate of the slurry can be maintained above the limit settling flow rate. In particular, a plurality of radial flow regulators, a plurality of linear flow regulators, and a flow inducer, so that the solid-liquid slurry flowing from the slurry inlet is not transferred to the inlet of the lifting pump so that precipitation of the sea minerals does not occur inside the shroud. The flow velocity of the slurry can be kept constant.

또한, 본 발명에 따른 모터유닛은 압력평형보상부를 포함하며, 이를 통해 외부 압력(즉, 수압)이 커지더라도 윤활매가 압축되어 외부압과 동등한 대응 압력이 생성되게 함으로써 모터유닛 내부 및 외부의 압력 평형을 이룰 수 있다. 추가적으로, 본 발명에 따른 모터유닛은, 양광장치 뿐만 아니라 수심이 깊은 곳에 설치되어 회전축을 구동하기 위한 수중모터로서 활용이 가능하다.In addition, the motor unit according to the present invention includes a pressure balance compensation portion, through which the pressure balance inside and outside the motor unit by generating a corresponding pressure equivalent to the external pressure even if the external pressure (that is, hydraulic pressure) increases Can be achieved. In addition, the motor unit according to the present invention can be utilized as a submersible motor for driving a rotating shaft installed in a deep water as well as a light receiving device.

나아가, 본 발명에 따른 양광장치는, 심해저에 설치되므로 모터케이싱 내부에 충전된 윤활매가 누수되지 않도록 기밀 충전되어야 한다. 모터케이싱 내부에 기밀 충전된 윤활매가 순환임펠러에 의해 순환되면서 모터케이싱 외부를 통과하는 해수와 열교환되므로, 심해에서 저온의 해수를 이용하여 모터유닛을 효과적으로 냉각시킬 수 있다. Furthermore, since the light lifting device according to the present invention is installed in the deep sea bottom, it should be hermetically filled so that the lubricant filled inside the motor casing is not leaked. Since the airtight lubricant filled inside the motor casing is circulated by the circulation impeller and exchanges heat with the seawater passing through the outside of the motor casing, it is possible to effectively cool the motor unit by using the seawater of low temperature in the deep sea.

도 1은 심해저 광물자원을 채광하기 위한 채광시스템 전체를 개요적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 양광장치를 개요적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 양광장치의 시라우드를 구성하는 흡입 플랜지부의 내측을 바라 본 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 양광장치의 시라우드를 구성하는 하부 케이싱부를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 양광장치에 사용되는 플로우 인듀서를 도시한 사시도이다.
도 6은 플로우 인듀서 및 양광펌프의 체결 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 모터유닛을 개요적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 모터유닛의 압력평형보상부의 기능을 설명하는 부분단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 모터유닛에 사용되는 코일을 도시한 사시도이다.
1 is a view schematically showing the whole mining system for mining deep sea mineral resources.
2 is a view schematically showing a light lifting device according to the present invention.
Figure 3 is a perspective view of the suction flange portion constituting the shroud of the light lifting device according to the present invention.
Figure 4 is a perspective view showing a lower casing portion constituting the shroud of the light lifting device according to the present invention.
5 is a perspective view showing a flow inducer used in the light lifting device according to the present invention.
6 is a cross-sectional view showing a fastening state of the flow inducer and the lift pump.
7 is a cross-sectional view schematically showing a motor unit according to the present invention.
8 is a partial cross-sectional view illustrating the function of the pressure balance compensation unit of the motor unit according to the present invention.
9 is a perspective view showing a coil used in the motor unit according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.The present invention may be variously modified and have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail for the practice of the present invention.

먼저, 도 2에서 보듯이, 본 발명에 따른 양광장치는, 회전축(미도시)을 회전구동하는 모터유닛(200) 및 회전축과 연결되어 구동되는 하나 이상의 양광펌프를 포함하는 펌프유닛(300)을 내부에 수용하는 시라우드(Shroud)로 구성된다. 양광장치는, 중심해(Archibenthic Zone; 해수면으로부터 약 200m ~ 1,000m 사이)에 배치되어, 버퍼장치로부터 유입된 슬러리를 하부 양광관으로부터 흡입 및 펌핑하여 상부 양광관을 통해 해상으로 송출한다.First, as shown in FIG. 2, the light lifting apparatus according to the present invention includes a pump unit 300 including a motor unit 200 driving a rotating shaft (not shown) and one or more lifting pumps connected to the rotating shaft. It consists of a shroud that is housed inside. The lifting device is disposed in the central sea (Archibenthic Zone, between about 200 m and 1,000 m from the sea level), and the slurry introduced from the buffer device is sucked and pumped from the lower lifting pipe and discharged to the sea through the upper lifting pipe.

여기서, 펌프유닛(300)은 해저광물(예컨대, 망간단괴)의 고체입자 및 해수의 혼합물로 이루어진 고액 슬러리에 압력을 가하여 이송하기 위한 수단으로서, 직렬로 배치된 다수의 양광펌프(310)로 구성될 수 있다. 그리고, 모터유닛(200)은 펌프유닛(300)에 동력을 전달하기 위한 수단으로서, 모터유닛(200)에 의해 구동되는 회전축에 다수의 양광펌프(310)가 연결된다. 시라우드는, 상부 및 하부에 연결된 양광관의 중량, 내부에서 유동되는 고액 슬러리의 중량 및 해저에서의 유동에 의한 비틀림을 지지하도록 설계된다. 특히, 시라우드에는, 슬러리가 그 내부에 배치된 모터유닛(200)의 외측을 경유하여 펌프유닛(300)으로 이송될 수 있는 슬러리 이동 경로가 마련되는데, 이하에서는 시라우드의 구조에 대해 더 자세히 설명한다.Here, the pump unit 300 is a means for applying pressure to the solid slurry consisting of a mixture of solid particles and seawater of seabed minerals (for example, manganese nodules), it is composed of a plurality of lifting pump 310 arranged in series Can be. In addition, the motor unit 200 is a means for transmitting power to the pump unit 300, a plurality of positive pump 310 is connected to the rotating shaft driven by the motor unit 200. The shroud is designed to support the weight of the photoconductors connected to the top and bottom, the weight of the solid liquid slurry flowing therein, and the torsion by the flow at the seabed. In particular, the shroud is provided with a slurry movement path through which the slurry can be transferred to the pump unit 300 via the outside of the motor unit 200 disposed therein. Hereinafter, the structure of the shroud will be described in more detail. Explain.

시라우드는, 하부 양광관(미도시)과 연결되어 하부 양관관의 하중을 지지하는 흡입 플랜지부(110), 내부에 모터유닛(200)이 수용되는 하부 케이싱부(120), 내부에 펌프유닛(300)이 수용되는 상부 케이싱부(130), 및 상부 양광관(미도시)에 연결되어 슬러리를 해상으로 토출하는 토출 플랜지부(140)로 구성될 수 있다. 여기서, 흡입 플랜지부(110), 하부 케이싱부(120), 상부 케이싱부(130) 및 토출 플랜지부(140)는 위치 및 기능에 따라 구분된 영역을 의미하며, 각각이 물리적으로 구분된 개별 부재를 의미하지는 않는다.The shroud is connected to the lower positive pipe (not shown) to support the load of the lower positive pipe 110, the suction casing 110, the lower casing 120 is accommodated in the motor unit 200, the pump unit therein It may be composed of an upper casing portion 130 is accommodated 300, and a discharge flange portion 140 is connected to the upper positive pipe (not shown) for discharging the slurry to the sea. Here, the suction flange portion 110, the lower casing portion 120, the upper casing portion 130 and the discharge flange portion 140 means a region divided according to the position and function, each of the individual members physically separated It does not mean.

흡입 플랜지부(110)에는 슬러리가 흡입되는 슬러리 흡입구(112)가 마련된다. 슬러리 흡입구(112)는 모터유닛(200)에 의해 구동되는 회전축으로부터 연장된 가상의 중심축선(P)에 대하여 대칭인 원형의 개구로 형성되는 것이 바람직하다. 흡입 플랜지부(110)의 내측면에는 슬러리 흡입구(112)로부터 흡입된 슬러리를 회전축에 대하여 방사상으로 확장되는 복수의 방사형 유로(116)로 분배시키는 상호 이격된 복수의 콘형 플로우 레귤레이터가 형성된다. 즉, 도 3에서 보듯이, 흡입 플랜지부(110)의 내측면은 원추형상으로 형성되며, 내측면 상에 서로 이격된 복수의 콘형 플로우 레귤레이터(114)가 형성된다. 복수의 콘형 플로우 레귤레이터(114)는 중심축선(P)에 대하여 대칭되도록 배치되는 것이 바람직하다. 콘형 플로우 레귤레이터들(114)들 사이의 이격된 공간은 방사형 유로(116)로서 기능한다. 콘형 플로우 레귤레이터(114)는 후술하는 모터유닛(200)의 원추형 케이싱부(210)의 외측면과 밀착됨으로써, 이웃하는 콘형 플로우 레귤레이터(114) 사이로 슬러리가 이동될 수 있는 공간(즉, 방사형 유로(116))를 형성한다.The suction flange 110 is provided with a slurry suction port 112 through which the slurry is sucked. The slurry inlet 112 is preferably formed as a circular opening symmetrical with respect to the virtual center axis P extending from the rotation axis driven by the motor unit 200. On the inner side of the suction flange 110 is formed a plurality of spaced apart cone-shaped flow regulator for distributing the slurry sucked from the slurry inlet 112 to a plurality of radial flow path 116 extending radially with respect to the rotation axis. That is, as shown in Figure 3, the inner surface of the suction flange 110 is formed in a conical shape, a plurality of cone-shaped flow regulator 114 spaced apart from each other on the inner surface is formed. The plurality of cone-shaped flow regulators 114 are preferably arranged to be symmetrical with respect to the central axis P. As shown in FIG. The spaced spaces between the cone flow regulators 114 function as the radial flow path 116. The cone flow regulator 114 is in close contact with the outer surface of the conical casing portion 210 of the motor unit 200 to be described later, so that the space in which the slurry can be moved between neighboring cone flow regulators 114 (that is, a radial flow path ( 116)).

다음으로, 하부 케이싱부(120)에는 모터유닛(200)이 수용된다. 도 4에서 보듯이, 하부 케이싱부(120)의 내측면에는 복수의 방사형 유로(116) 각각에 연속되는 복수의 직선형 유로(126)를 형성하는 상호 이격된 복수의 직선형 플로우 레귤레이터(124)가 형성된다. 모터유닛(200)은 중심축선(P)에 회전축이 일치되도록 배치되는 것이 바람직하다. 복수의 직선형 플로우 레귤레이터(124)는 모터유닛(200)의 원통형 케이싱부(220)와 밀착됨으로써, 이웃하는 두개의 직선형 플로우 레귤레이터(124) 사이의 이격된 공간이 직선형 유로(126)로서 기능한다.Next, the motor casing 200 is accommodated in the lower casing part 120. As shown in FIG. 4, a plurality of linear flow regulators 124 spaced apart from each other are formed on an inner surface of the lower casing part 120 to form a plurality of linear flow paths 126 continuous to each of the plurality of radial flow paths 116. do. Motor unit 200 is preferably disposed so that the rotation axis coincides with the central axis (P). The plurality of linear flow regulators 124 are in close contact with the cylindrical casing 220 of the motor unit 200, so that spaced spaces between two neighboring linear flow regulators 124 function as the linear flow paths 126.

상부 케이싱부(130)는 하부 케이싱부(120)의 상측에 위치하고, 내부에 하나 또는 복수의 양광펌프(310)가 직렬로 연결된 펌프유닛(300)이 수용된다. 도 6에서 보듯이, 양광펌프(310)는, 펌프케이싱(312) 내부에 임펠러(314)가 구비되어, 모터유닛(200)에 의해 구동되는 회전축(R)을 따라 임펠러(314)가 회전하면서 슬러리를 압송한다. 또한, 도 5 및 도 6에서 보듯이, 모터유닛(200)과, 이 모터유닛(200)에 가장 인접하게 배치된 양광펌프(310) 사이에 플로우 인듀서(320)가 개재된다. The upper casing part 130 is positioned above the lower casing part 120 and accommodates a pump unit 300 to which one or a plurality of positive pumps 310 are connected in series. As shown in FIG. 6, the positive pump 310 includes an impeller 314 inside the pump casing 312, while the impeller 314 rotates along the rotation shaft R driven by the motor unit 200. Pressurize the slurry. 5 and 6, the flow inducer 320 is interposed between the motor unit 200 and the positive pump 310 disposed closest to the motor unit 200.

플로우 인듀서(320)에는 복수의 직선형 유로(126)각각에 연속되는 복수의 합류 유로(326)가 형성되며, 합류 유로(326)는 대응하는 직선형 유로(126)로부터 유입되는 슬러리를 회전축(R) 방향으로 합류시켜 양광펌프(310)로 전달한다. 즉, 합류 유로(326)는, 모터유닛(200) 측에 인접하는 제1면(321)의 가장자리로부터 양광펌프(310) 측에 인접하는 제2면(322)의 중심부로 연결되도록 형성된다. 합류 유로(326)는 복수의 직선형 유로(126)의 개수와 동일한 개수로 형성되며, 인접하는 슬러리 유로(326)는 격리구(324)에 의해 구분된다. The flow inducer 320 is provided with a plurality of confluence flow passages 326 that are continuous to each of the plurality of straight flow passages 126. The confluence flow passage 326 rotates the slurry flowing from the corresponding straight flow passage 126. The confluence in the direction of) is delivered to the light pump 310. That is, the joining flow path 326 is formed to be connected to the center of the second surface 322 adjacent to the positive pump 310 side from the edge of the first surface 321 adjacent to the motor unit 200 side. The joining flow passage 326 is formed in the same number as the number of the plurality of linear flow passages 126, and the adjacent slurry flow passage 326 is separated by the isolation port 324.

상술한 구조의 시라우드를 포함하는 양광장치에서, 흡입 플랜지부(110)에 형성된 슬러리 흡입구(112)로 유입된 슬러리는, 복수의 방사형 유로(116)를 따라 분배되고, 복수의 직선형 유로(126)를 따라서 모터유닛(200)의 외부에 안내되어 이송된 후, 플로우 인듀서(320)에 마련된 합류 유로(326)에 의해 합류되어 양광펌프(310)로 유입되고, 양광펌프(310)에 의해 펌핑되어 상부 양광관으로 토출된다. 여기서, 슬러리는 해저광물 입자와 해수로 구성되므로 이송 중에 슬러리의 이동 속도가 떨어지면 슬러리에 포함된 해저광물 입자가 침전될 수 있다. 양광장치는 수중에서 직립하여 배치되는데, 슬러리의 유속저하로 인해 해저광물 입자의 침전이 발생하면 양광 효율이 저하되고, 양광장치 내에 마련된 유로가 해저광물 입자의 침적에 의해 막히는 문제가 야기될 수 있다. 그러므로, 시라우드에 마련된 유로를 통과하는 슬러리의 유속이 한계침강유속 이상으로 유지될 수 있는 단면 구조로 설계되어야 한다.In the light lifting device including the shroud having the above-described structure, the slurry introduced into the slurry suction port 112 formed in the suction flange 110 is distributed along the plurality of radial flow paths 116 and the plurality of linear flow paths 126. After being guided and transported to the outside of the motor unit 200 along, it is joined by the joining flow path 326 provided in the flow inducer 320 and flows into the lifting pump 310, by the lifting pump 310. Pumped and discharged to the upper positive tube. Here, since the slurry is composed of submarine mineral particles and seawater, the submarine mineral particles included in the slurry may be precipitated when the moving speed of the slurry decreases during transport. The lifting device is disposed upright in water, the precipitation efficiency of the submarine mineral particles due to the flow rate of the slurry decreases the efficiency of the lifting, and may cause a problem that the flow path provided in the lifting device is blocked by the deposition of the sea mineral particles. . Therefore, the flow rate of the slurry passing through the flow path provided in the shroud should be designed in a cross-sectional structure that can be maintained above the threshold sedimentation flow rate.

본 발명에서는, 복수의 콘형 플로우 레귤레이터(114)에 의해 폭이 좁은 복수의 방사형 유로(116)로 슬러리를 분배시킴으로써, 슬러리 흡입구(112)를 통해 유입된 슬러리의 유속을 일정하게 유지할 수 있다. 특히, 복수의 콘형 플로우 레귤레이터(114)의 치수 및/또는 설치개수를 조절하여, 복수의 방사형 유로(116) 각각이 가지는 단면적(슬러리의 이동 방향에 대하여 수직한 단면적을 의미함)의 합이 슬러리 유입구(112)의 단면적(슬러리의 이동 방향에 대하여 수직한 단면적을 의미함)보다 작거나 같도록 형성되게 함으로써, 슬러리 흡입구(112)를 통과한 슬러리가 유속 저하없이 방사형 유로(116)로 분배되게 할 수 있다.In the present invention, the flow rate of the slurry introduced through the slurry inlet 112 can be kept constant by distributing the slurry into the plurality of narrow radial flow paths 116 by the plurality of cone-shaped flow regulators 114. In particular, the sum of the cross-sectional area (meaning the cross-sectional area perpendicular to the direction of slurry movement) of each of the plurality of radial flow paths 116 is adjusted by adjusting the dimensions and / or the number of installations of the plurality of cone-shaped flow regulators 114. It is formed to be less than or equal to the cross-sectional area of the inlet 112 (meaning the cross-sectional area perpendicular to the direction of slurry movement), so that the slurry passing through the slurry inlet 112 is distributed to the radial flow path 116 without decreasing the flow rate. can do.

마찬가지로, 복수의 직선형 플로우 레귤레이터(124)에 의해 방사형 유로(116) 각각에 연속되는 복수의 직선형 유로(126)가 형성된다. 여기서, 복수의 직선형 플로우 레귤레이터(124)의 치수 및/또는 설치개수는, 방사형 유로(116) 각각을 통과한 슬러리가 대응하는 직선형 유로(126)를 경유할 때, 슬러리의 유속이 한계침강속도 이상으로 유지될 수 있도록 설계될 수 있다. 특히, 직선형 유로(126)는 이웃하는 직선형 플로우 레귤레이터(124) 및 모터유닛(200)의 외측면으로 이루어진 경로로 형성되는데, 직선형 유로(126)의 단면적(슬러리의 이동 방향에 대하여 수직한 단면적을 의미함)은 대응하는 방사형 유로(116)의 단면적(슬러리의 이동 방향에 대하여 수직한 단면적을 의미함)보다 작거나 같도록 형성되는 것이 바람직하다.Similarly, the plurality of linear flow regulators 124 form a plurality of linear flow passages 126 continuous to each of the radial flow passages 116. Here, the dimensions and / or the number of installations of the plurality of linear flow regulators 124 are such that when the slurry having passed through each of the radial flow paths 116 passes through the corresponding straight flow path 126, the flow velocity of the slurry is equal to or greater than the threshold settling speed. It can be designed to be maintained as. In particular, the straight flow path 126 is formed by a path formed by the outer surfaces of the adjacent straight flow regulator 124 and the motor unit 200, and the cross-sectional area of the straight flow path 126 (cross section perpendicular to the direction of slurry movement) is defined. Preferably) is formed to be smaller than or equal to the cross-sectional area of the corresponding radial flow path 116 (meaning the cross-sectional area perpendicular to the direction of movement of the slurry).

아울러, 플로우 인듀서(320)에 마련된 복수의 합류 유로(326)는 격리구(324)의 치수 및 설치개수를 조절함으로써, 직선형 유로(126)에 연속되는 합류 유로(326)를 통과하는 슬러리의 유속이 한계침강유속 이상이 되도록 제어할 수 있다. 즉, 합류 유로(326) 각각의 단면적(슬러리의 이동방향에 대하여 수직한 단면적을 의미함)은 대응하는 직선형 유로(126)의 단면적(슬러리의 이동방향에 대하여 수직한 단면적을 의미함)보다 작거나 같도록 설계되는 것이 바람직하다.In addition, the plurality of confluence flow paths 326 provided in the flow inducer 320 may adjust the dimensions and the number of installation of the isolation port 324, thereby allowing the slurry to pass through the confluence flow path 326 continuous to the straight flow path 126. It is possible to control the flow rate to be above the threshold sedimentation flow rate. That is, the cross-sectional area (meaning the cross-sectional area perpendicular to the direction of movement of the slurry) of each of the confluence flow paths 326 is smaller than the cross-sectional area of the corresponding linear flow path 126 (meaning the cross-sectional area perpendicular to the direction of movement of the slurry). Is preferably designed to be equal or equal.

이와 같이, 본 발명에 따른 양광장치를 구성하는 시라우드에 마련된 슬러리의 유로구조는 슬러리의 유속을 한계침강유속 이상으로 유지할 수 있도록 형성된다. 특히, 복수의 방사형 플로우 레귤레이터(114), 복수의 직선형 플로우 레귤레이터(124) 및 격리구(324)의 치수 및 설치개수를 조절하면, 슬러리 흡입구(112)로부터 유입된 고액 슬러리가 양광펌프(310)의 입구까지 이송되는 중에, 시라우드 내부에서 해저광물 입자의 침전이 발생하지 않도록 슬러리의 유속을 일정하게 유지할 수 있다.As such, the flow path structure of the slurry provided in the shroud constituting the light lifting device according to the present invention is formed to maintain the flow rate of the slurry above the limiting settling flow rate. In particular, by adjusting the dimensions and the number of installations of the plurality of radial flow regulators 114, the plurality of linear flow regulators 124, and the isolation openings 324, the solid-liquid slurry introduced from the slurry inlet 112 is positively pumped 310. During the transfer to the inlet of, the flow rate of the slurry can be kept constant so that precipitation of the sea mineral particles does not occur inside the shroud.

한편, 모터유닛(200)은 시라우드 내부에서 아래측에 배치된다. 그러므로, 슬러리 흡입구(112)로 유입된 슬러리는 모터유닛(200)의 선단부를 거쳐 외측면을 경유하여, 위측에 배치된 펌프유닛(300)으로 이송된다. 이때, 모터유닛(200)에서 발생된 열은, 모터유닛(200)의 외측면을 통과하는 슬러리에 포함된 저온의 해수와 열교환된다.On the other hand, the motor unit 200 is disposed below the inside of the shroud. Therefore, the slurry introduced into the slurry inlet 112 is transferred to the pump unit 300 disposed above through the outer surface via the front end of the motor unit 200. At this time, the heat generated in the motor unit 200 is heat-exchanged with the low temperature seawater contained in the slurry passing through the outer surface of the motor unit 200.

도 7을 참조하여 모터유닛(200)의 구조를 살펴보면 다음과 같다.Looking at the structure of the motor unit 200 with reference to Figure 7 as follows.

모터유닛(200)을 구성하는 모터케이싱은, 시라우드의 하부 케이싱부(120)에 수용되되, 복수의 콘형 플로우 레귤레이터(114) 각각에 밀착되는 원추형 케이싱부(210), 및 복수의 직선형 플로우 레귤레이터(124) 각각에 밀착되는 원통형 케이싱부(220)로 구성될 수 있다. 원통형 케이싱부(220)에는 회전축(R)을 구동하기 위한 다양한 구성부품들이 적절한 위치에 배치된다.The motor casing constituting the motor unit 200 is accommodated in the lower casing portion 120 of the shroud, the conical casing portion 210 in close contact with each of the plurality of cone-shaped flow regulator 114, and a plurality of linear flow regulators. 124 may be composed of a cylindrical casing portion 220 in close contact with each other. In the cylindrical casing 220, various components for driving the rotation shaft R are disposed at appropriate positions.

여기서, 슬러리 흡입구(112)를 통해 유입된 슬러리는, 원추형 케이싱부(210)의 외측면을 따라 방사형 유로(116)로 분배된 후, 원통형 케이싱부(220)의 외측면을 따라 직선형 유로(126)로 이송된다. 이때, 원추형 케이싱부(210)의 선단(212)에는 원주상으로 만곡지게 형성된 딤플부(213)가 마련된다. 딤플부(213)는 슬러리 흡입구(112)로부터 유입되는 고액 슬러리(Solid-Liquid Slurry)에 포함된 해저광물 입자가 원추형 케이싱부(210)에 부딪쳐 난류가 형성되는 것을 방지하기 위하여 형성된다. 딤플부(213)는 슬러리 흡입구(112)로부터 유입된 해저광물 입자의 이동 방향을 방사형 유로(116)로 원활하게 유도하며, 이를 통해 슬러리의 유속 변화를 최소화한다.Here, the slurry introduced through the slurry inlet 112 is distributed to the radial flow path 116 along the outer surface of the conical casing portion 210, and then the straight flow path 126 along the outer surface of the cylindrical casing portion 220. Is transferred to). At this time, the tip 212 of the conical casing portion 210 is provided with a dimple 213 formed to be curved in a circumferential shape. The dimple portion 213 is formed to prevent the turbulence from forming by hitting the conical casing portion 210 with sea mineral particles contained in the solid-liquid slurry flowing from the slurry inlet 112. The dimple portion 213 smoothly guides the movement direction of the subsea mineral particles introduced from the slurry inlet 112 to the radial flow path 116, thereby minimizing the change in the flow velocity of the slurry.

한편, 원통형 케이싱부(220)에는 회전축(R)을 회전구동하기 위한 모터구동부가 설치된다. 즉, 원통형 케이싱부(220)에 마련된 모터캐비티(231)에는, 회전축(R)과, 회전축(R)을 회전가능하게 지지하는 베어링부(232)와, 회전축(R)에 고정된 회전자(233)와, 회전자(233)와 소정의 간격을 두고 이격되어 배치되되 코일이 권선된 고정자(234)가 배치된다. 베어링부(232)는 회전축(R)이 자유롭게 회전되도록 지지하며, 베어링볼(232a) 및 베어링 캐리어(232b)를 포함하여 구성된다. 고정자(234)에는 전력케이블(미도시)이 연결되어 공급된 전원에 의해 전자기력을 발생시키고, 회전축(R)에 고정된 회전자(233)가 고정자(234)에서 발생된 전자기력에 의해 회전됨으로써 회전축(R)이 회전된다. 모터구동부를 구성하는 베어링부(232), 회전자(233) 및 고정자(234)는 통상의 모터 구성을 이용할 수 있으므로 여기서는 이들 구성요소들에 대한 자세한 설명을 생략한다.On the other hand, the cylindrical casing 220 is provided with a motor driving unit for rotating the rotation shaft (R). That is, the motor cavity 231 provided in the cylindrical casing portion 220 includes a rotation shaft R, a bearing portion 232 for rotatably supporting the rotation shaft R, and a rotor fixed to the rotation shaft R ( 233 and the rotor 233 are spaced apart from each other at predetermined intervals, and a stator 234 having a coil wound thereon is disposed. The bearing part 232 supports the rotation shaft R to freely rotate, and includes a bearing ball 232a and a bearing carrier 232b. The stator 234 is connected to a power cable (not shown) to generate electromagnetic force by the supplied power, and the rotor 233 fixed to the rotating shaft R is rotated by the electromagnetic force generated by the stator 234 to rotate the shaft. (R) is rotated. Since the bearing part 232, the rotor 233, and the stator 234 constituting the motor driving part may use a conventional motor configuration, detailed description of these components is omitted here.

상술한 모터 구동 요소들이 설치되는 모터케이싱으로 기능하는 원통형 케이싱부(220)에는 윤활매가 기밀 충전된다. 또한, 원통형 케이싱부(220) 아래에는 압력평형보상부가 설치된다. 압력평형보상부는, 윤활매의 열팽창, 열수축 또는 해수압과의 차압에 따라 변형 가능한 멤브레인(251)과, 멤브레인(251)이 내측에 배치되어 변형 가능한 공간을 제공하는 멤브레인 캐비티(252)가 마련된 멤브레인 케이싱(250)을 포함하여 구성된다. 압력평형보상부는 원통형 케이싱부(220) 아래에 배치된 원추형 케이싱부(210) 내부에 마련된 빈 공간에 배치될 수 있다. 또한, 멤브레인 케이싱(250)의 상단에는, 멤브레인(251)이 변형되어 원통형 케이싱부(220) 내측으로 인입되는 것을 저지하는 경계막(253)이 배치될 수 있다. 아울러, 멤브레인 케이싱(250)에는 외부 유체가 유입되는 유체 유입구(250a)가 형성된다. 그리고, 경계막(253)에는 원통형 케이싱부(220)에 충전된 윤활매가 멤브레인 캐비티(252a) 내부로 유입 및 유출될 수 있는 오프닝(253a)이 형성되어 있다.The cylindrical casing portion 220 which functions as a motor casing in which the above-described motor drive elements are installed is filled with a lubricant. In addition, a pressure balance compensation unit is installed below the cylindrical casing unit 220. The pressure balance compensator includes a membrane 251 that can be deformed according to thermal expansion, thermal contraction, or a differential pressure of seawater, and a membrane cavity 252 in which the membrane 251 is disposed to provide a deformable space. It comprises a casing 250. The pressure balance compensation part may be disposed in an empty space provided in the conical casing part 210 disposed below the cylindrical casing part 220. In addition, at the upper end of the membrane casing 250, a boundary membrane 253 may be disposed to prevent the membrane 251 from being deformed and drawn into the cylindrical casing 220. In addition, the membrane casing 250 has a fluid inlet 250a through which external fluid flows. In addition, an opening 253a through which the lubricant filled in the cylindrical casing 220 is introduced and discharged into the membrane cavity 252a is formed in the boundary membrane 253.

압력평형보상부의 기능에 대해 자세히 설명하면, 본 발명에 따른 양광장치는 중심해(해수면으로부터 약 200m ~ 1,000m 사이)에 배치되므로, 모터케이싱 내부 및 외부는 약 20bar ~ 100bar 정도의 압력차이가 발생할 수 있다. 그러나, 모터케이싱이 20bar~100bar의 차압을 견딜 수 있는 내력강도를 갖도록 모터유닛(200)을 제조하는 것은, 양광장치 자체의 중량이 지나치게 커지는 문제를 야기할 뿐만 아니라 경제적으로도 현실적이지 못하다. 즉, 내력강도설계로서 해수압을 견디도록 모터케이싱의 두께를 설계하는 것은 양광장치의 구동을 위한 여러 제약으로 인해 현실적이지 못하다. 또한, 양광장치의 구동시 발생되는 열에 의해 모터케이싱 내부에 기밀 충전된 윤활매가 열팽창 또는 열수축하는 경우, 외부와의 압력차이에 의해 모터유닛이 손상되어 윤활매의 기밀 충전 상태가 해제될 위험이 있다.Referring to the function of the pressure balance compensation unit in detail, since the light-emitting device according to the present invention is disposed in the center sea (between about 200m to 1,000m from the sea level), the pressure difference of about 20bar ~ 100bar may occur inside and outside the motor casing. Can be. However, manufacturing the motor unit 200 such that the motor casing has a strength strength capable of withstanding a differential pressure of 20 bar to 100 bar may not only cause a problem in that the weight of the photovoltaic device itself is excessively large, but also economically unrealistic. In other words, it is not practical to design the thickness of the motor casing to withstand seawater pressure as the strength-bearing strength design due to various restrictions for driving the light lifting device. In addition, in the case where the airtightly charged lubricant is thermally expanded or contracted by heat generated during operation of the photovoltaic device, there is a risk that the airtight charge state of the lubricant is released due to a pressure difference with the outside. .

이러한 문제를 해결하기 위하여, 모터케이싱 내부 및 외부의 압력 차이를 상쇄 및 보상하여 압력 평형을 이루게 하기 위한 수단으로서, 상술한 구조의 압력평형보상부를 설치한다. 압력평형보상부를 구성하는 멤브레인(251)은, 모터케이싱 내부에 충전된 윤활매의 열팽창 또는 열수축에 따라 수축 또는 팽창되거나, 혹은 해수압에 의한 모터케이싱 내외부의 차압에 따라 변형됨으로써, 모터케이싱 내외부의 압력 차이를 보상하여 평형을 이루게 한다.In order to solve this problem, a pressure balance compensator having the above-described structure is provided as a means for achieving a pressure balance by compensating for and compensating the pressure difference inside and outside the motor casing. The membrane 251 constituting the pressure balance compensator is contracted or expanded in accordance with thermal expansion or thermal contraction of a lubricant filled inside the motor casing, or deformed according to the differential pressure in and out of the motor casing by seawater pressure, thereby Balance the pressure difference to achieve equilibrium.

예컨대, 원추형 케이싱부(210)에 형성된 개구(211)를 통해 유입(화살표 ⓐ)된 해수는, 멤브레인 케이싱(250)에 형성된 유체 유입구(250a)를 통해 멤브레인 캐비티(252) 내부로 유입(화살표 ⓑ)된다. 이때, 멤브레인 캐비티(252)는, 멤브레인(251)에 의해 윤활매가 충전된 내부 캐비티(252a)와, 외부 유체(즉, 해수)가 유입되어 수용되는 외부 캐비티(252b)로 구분된다.For example, the seawater introduced (arrow ⓐ) through the opening 211 formed in the conical casing 210 flows into the membrane cavity 252 through the fluid inlet 250a formed in the membrane casing 250 (arrow ⓑ). )do. In this case, the membrane cavity 252 is divided into an inner cavity 252a filled with a lubricant by the membrane 251, and an outer cavity 252b in which an external fluid (that is, seawater) is introduced and accommodated.

도 8에서 보듯이, 외부 캐비티(252b)로 유입된 고압의 해수(200b)에 의해 멤브레인(251)이 모터케이싱 측으로 변형될 수 있다. 그에 의해 외부 캐비티(252b) 영역은 증가하고, 내부 캐비티(252a) 영역은 감소한다. 이때, 내부 캐비티(252a) 영역이 감소된 만큼, 모터케이싱 내부에 충전된 윤활매(200a)가 압축된다. 그러므로, 외부 압력(즉, 수압)이 커지더라도 모터구동부를 구성하는 기계적 구성품들에는 직접적인 손상이 가해지지 않고 단지 윤활매만 압축됨으로써 모터유닛 내부 및 외부의 압력 평형을 이룰 수 있다. 반대로, 모터구동부의 동작에 따라 모터 내부에서 발생된 열에 의해 윤활매(200a)가 팽창하는 경우, 멤브레인(251)이 다시 외측으로 변형되며, 그에 따라 외부 캐비티(252b) 영역이 감소하고 동시에 내부 캐비티(252a) 영역이 증가하면서 압력 평형을 유지한다. As shown in FIG. 8, the membrane 251 may be deformed to the motor casing side by the high pressure seawater 200b introduced into the outer cavity 252b. This increases the area of the outer cavity 252b and decreases the area of the inner cavity 252a. At this time, as the area of the inner cavity 252a is reduced, the lubricant 200a filled in the motor casing is compressed. Therefore, even if the external pressure (i.e., hydraulic pressure) is increased, the mechanical components constituting the motor driving unit are not directly damaged, and only the lubricant is compressed, thereby achieving pressure balance inside and outside the motor unit. On the contrary, when the lubricant 200a expands due to the heat generated inside the motor according to the operation of the motor driver, the membrane 251 is deformed to the outside again, thereby reducing the area of the outer cavity 252b and at the same time the inner cavity. 252a maintains pressure equilibrium as the area increases.

여기서, 멤브레인(251)은 연성의 금속재질 또는 합성수지재를 이용하여 형성될 수 있다. 멤브레인(251)은 모터케이싱 내부에 기밀 충전된 윤활매와 외부 유체(예컨대, 해수)를 분리하면서, 동시에 양자 사이의 압력 평형을 이룰 수 있도록 변형 가능한 재질이면 어떠한 재질을 사용하여도 무방하다. 아울러, 멤브레인(251)은 여러번의 수축 또는 팽창에 의해서도 윤활매의 기밀성이 유지될 수 있도록 복원이 가능한 재질인 것이 바람직하다.Here, the membrane 251 may be formed using a soft metal material or a synthetic resin material. The membrane 251 may be made of any material that can be deformed so as to separate the hermetic sealant and the external fluid (eg, seawater) sealed inside the motor casing and at the same time achieve pressure equalization therebetween. In addition, the membrane 251 is preferably made of a material that can be restored so that the airtightness of the lubricant may be maintained even by multiple contractions or expansions.

한편, 모터케이싱을 구성하는 원통형 케이싱부(220) 내부에서는 윤활매의 순환에 의해 모터구동부에서 발생된 열을 외부로 방출하는 냉각구조가 마련된다.On the other hand, the inside of the cylindrical casing 220 constituting the motor casing is provided with a cooling structure for discharging the heat generated in the motor drive unit by the circulation of the lubricant to the outside.

다시 도 7로 돌아가서, 원통형 케이싱부(220)는, 회전축(R), 베어링부(232), 회전자(233) 및 고정자(234)가 배치된 모터캐비티(231)가 형성된 모터캐비티 프레임(230)과, 모터캐비티 프레임(230)를 내부에 수용하고 그 사이에 냉각채널(242)이 마련되는 쿨링프레임(240)을 포함하여 구성될 수 있다. 특히, 모터캐비티 프레임(230)의 하측에는 회전축(R)의 일단에 체결되어 회전되는 순환임펠러(235)가 설치된다. 윤활매는 모터캐비티 프레임(230) 내부에 마련된 모터캐비티(231)을 포함한 쿨링프레임(240) 내부의 전체 공간에 기밀 충전된다.7 again, the cylindrical casing 220 includes a motor cavity frame 230 in which a motor cavity 231 in which a rotating shaft R, a bearing part 232, a rotor 233, and a stator 234 are disposed is formed. And a cooling frame 240 accommodating the motor cavity frame 230 therein and a cooling channel 242 therebetween. In particular, the lower end of the motor cavity frame 230 is provided with a circulation impeller 235 is fastened and rotated to one end of the rotation shaft (R). The lubricant is hermetically filled in the entire space inside the cooling frame 240 including the motor cavity 231 provided in the motor cavity frame 230.

모터캐비티 프레임(230) 및 쿨링프레임(240) 내부에는, 회전축(R)을 따라 회전되는 순환임펠러(235)에 의해 모터캐비티(231) 내부로 유입된 윤활매가, 베어링부(232)가 형성된 영역(화살표 ②), 고정자(234) 및 회전자(233) 사이의 영역(화살표 ③), 및 냉각채널(242)(화살표 ④)을 통과하여 순환임펠러(235) 측으로 유입(화살표 ①)되고, 다시 순환임펠러(235)에 의해 모터캐비티(231) 내부로 유입될 수 있는 윤활매 순환경로가 형성되어 있다. 이렇게 순환되는 윤활매는, 베어링부(232)에서 발생된 열, 고정자(234)에서 발생된 열, 회전자(233)에서 발생된 열을 빼앗은 후, 냉각채널(242)을 통과하면서 쿨링프레임(240) 외측을 통과하는 저온의 슬러리와 열교환함으로써, 모터 내부에서 발생된 열을 외부로 방출한다. 부수적으로, 쿨링프레임(230)의 하부에 설치되는 멤브레인 케이싱(250) 내부에 마련된 멤브레인 캐비티(252a)에도 윤활매가 충전될 수 있다. 내부 캐비티(252a)에 충전된 윤활매(200a)는 외부 캐비티(252b)에 충전된 해수와 멤브레인(251)을 통해 열교환될 수도 있다.In the motor cavity frame 230 and the cooling frame 240, the lubricant flowing into the motor cavity 231 by the circulation impeller 235 rotated along the rotation shaft R, the bearing part 232 is formed in the region. (Arrow ②), through the region (arrow ③) between the stator 234 and the rotor 233, and through the cooling channel 242 (arrow ④) to the circulation impeller 235 side (arrow ①), and again A lubricant circulation path that can flow into the motor cavity 231 by the circulation impeller 235 is formed. The lubricating medium circulated in this way, after taking away the heat generated from the bearing part 232, the heat generated from the stator 234, and the heat generated from the rotor 233, passes through the cooling channel 242 and the cooling frame 240. The heat generated in the motor is released to the outside by heat exchange with a low temperature slurry passing through the outside. Incidentally, a lubricant may also be filled in the membrane cavity 252a provided in the membrane casing 250 installed under the cooling frame 230. The lubricant 200a filled in the inner cavity 252a may be heat-exchanged through the membrane 251 with seawater filled in the outer cavity 252b.

본 발명에 따른 양광장치는 심해에 설치되므로, 모터케이싱 내부에 충전된 윤활매가 누수되지 않도록 기밀 충전되어야 한다. 이러한 환경에서, 순환임펠러(235)에 의해 윤활매 순환경로를 따라 윤활매를 순환시키면, 모터 구성품들에서 발생된 열을 모터케이싱 외부를 통과하는 해수와 열교환시켜 모터의 냉각 효율을 극대화할 수 있다. 이때, 모터캐비티 프레임(230)과의 사이에 냉각채널(242)을 형성하는 쿨링프레임(240)의 외주면을 열전도가 우수한 재질로 형성된 방열 패널(241)로 형성하면 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.Since the light lifting device according to the present invention is installed in the deep sea, it must be airtightly filled so that the lubricant filled inside the motor casing is not leaked. In this environment, when the lubricant is circulated along the lubricant circulation path by the circulation impeller 235, heat generated from the motor components may be exchanged with seawater passing outside the motor casing to maximize the cooling efficiency of the motor. . In this case, if the outer circumferential surface of the cooling frame 240 forming the cooling channel 242 between the motor cavity frame 230 is formed of a heat dissipation panel 241 formed of a material having excellent thermal conductivity, cooling efficiency may be further improved. .

한편, 본 발명에 따른 양광장치는 심해에 설치되므로, 윤활매의 누수가 발생한 경우 해양 오염을 최소화하기 위하여, 물을 윤활매로 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 고정자(234)에 권선된 코일은, 전기전도성 금속와이어(234a) 및 이를 피복하는 방수튜브(234b)를 포함하는 코일을 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 구리와 같은 금속와이어(234a)가 윤활매인 물에 직접적으로 접촉되면 누전이 발생할 수 있으므로, 물과의 접촉을 차단하는 방수튜브(234b)로 피복된 코일을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 방수튜브(234b)로는 예컨대 PVC 등의 합성수지재를 이용할 수 있다.On the other hand, since the light lifting device according to the present invention is installed in the deep sea, it is preferable to use water as a lubricant in order to minimize marine pollution when leakage of the lubricant occurs. At this time, the coil wound on the stator 234, it is preferable to use a coil including an electrically conductive metal wire 234a and a waterproof tube 234b covering the same. For example, a short circuit may occur when the metal wire 234a such as copper directly contacts water, which is a lubricant, and therefore, it is preferable to use a coil coated with a waterproof tube 234b that blocks contact with water. Here, as the waterproof tube 234b, a synthetic resin material such as PVC may be used.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although a preferred embodiment of the present invention has been described so far, those skilled in the art will be able to implement in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments of the present invention described herein are to be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation, and the scope of the present invention is shown in the appended claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope are set forth in the present invention. Should be interpreted as being included in.

Claims (7)

회전축을 회전구동하는 모터유닛, 및 상기 회전축과 연결되어 구동되는 하나 이상의 양광펌프를 포함하는 펌프유닛을 포함하는 양광장치로서,
하부 양광관으로부터 해저광물 및 해수가 포함된 슬러리가 흡입되는 슬러리 흡입구, 및 내측면에 상기 슬러리 흡입구로부터 흡입된 상기 슬러리를 상기 회전축에 대하여 방사상으로 확장되는 복수의 방사형 유로로 분배시키는 상호 이격된 복수의 콘형 플로우 레귤레이터를 포함하는 흡입 플랜지부;
상기 모터유닛이 수용되고, 내측면에 상기 복수의 방사형 유로 각각에 연속되는 복수의 직선형 유로를 형성하는 상호 이격된 복수의 직선형 플로우 레귤레이터를 포함하는 하부 케이싱부;
일단이 상기 하부 케이싱에 연결되고, 내부에 상기 펌프유닛이 수용되는 상부 케이싱부; 및
일단이 상기 상부 케이싱부에 연결되고, 상기 펌프유닛에 의해 펌핑된 상기 슬러리가 상부 양광관으로 토출되는 토출 플랜지부;를 포함하는 양광장치.
A light lifting device comprising a pump unit including a motor unit for driving the rotary shaft to rotate, and at least one lifting pump connected to the rotary shaft,
A mutually spaced plurality of slurry inlets through which a slurry containing sea minerals and seawater is sucked from a lower positive pipe, and a plurality of radial flow paths distributing the slurry sucked from the slurry inlet to a plurality of radial flow paths extending radially with respect to the rotation axis on an inner surface; A suction flange including a cone-shaped flow regulator;
A lower casing portion accommodating the motor unit and including a plurality of linear spaced flow regulators spaced apart from each other to form a plurality of linear flow paths continuous to each of the plurality of radial flow paths on an inner side thereof;
An upper casing portion having one end connected to the lower casing and accommodating the pump unit therein; And
And a discharge flange part having one end connected to the upper casing part and the slurry pumped by the pump unit being discharged to the upper positive pipe.
제 1 항에 있어서,
상기 모터유닛 및 상기 양광펌프 사이에 개재되고, 상기 복수의 직선형 유로 각각으로부터 유입되는 상기 슬러리를 상기 회전축 방향으로 합류시켜 상기 양광펌프로 전달하는 복수의 합류 유로가 형성된 플로우 인듀서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 양광장치.
The method of claim 1,
And a flow inductor interposed between the motor unit and the lifting pump, the flow inductor having a plurality of joining flow paths configured to join the slurry introduced from each of the plurality of linear flow paths in a direction of the rotation axis to be transferred to the lifting pump. Light-emitting device, characterized in that.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 방사형 유로의 단면적의 합이 상기 슬러리 흡입구의 단면적보다 작거나 같도록 형성된 것을 특징으로 하는, 양광장치.
The method of claim 1,
And the sum of the cross-sectional areas of the plurality of radial flow paths is smaller than or equal to the cross-sectional area of the slurry inlet.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 직선형 유로 각각의 단면적은 대응하는 상기 방사형 유로의 단면적보다 작거나 같도록 형성된 것을 특징으로 하는, 양광장치.
The method of claim 1,
And a cross-sectional area of each of said plurality of linear flow paths is formed to be less than or equal to the cross-sectional area of said corresponding radial flow path.
제 1 항에 있어서,
상기 모터유닛은, 상기 복수의 콘형 플로우 레귤레이터 각각에 밀착되는 원추형 케이싱부; 및 상기 복수의 직선형 플로우 레귤레이터 각각에 밀착되는 원통형 케이싱부를 포함하고, 상기 원추형 케이싱부의 선단에는 원주상으로 만곡지게 형성된 딤플부가 형성된 것을 특징으로 하는, 양광장치.
The method of claim 1,
The motor unit, the conical casing portion in close contact with each of the plurality of cone-shaped flow regulator; And a cylindrical casing portion in close contact with each of the plurality of linear flow regulators, wherein a tip of the conical casing portion is formed with a dimple formed to be circumferentially curved.
제 1 항에 있어서,
상기 모터유닛은,
윤활매가 충전된 모터케이싱을 포함하고, 상기 모터케이싱에 마련된 모터캐비티 내부에 회전축, 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링부, 상기 회전축에 고정된 회전자, 및 상기 회전자와 이격되고 코일이 권선된 고정자가 배치된, 모터구동부; 및
상기 모터케이싱의 일측에 배치된 멤브레인 케이싱, 및 상기 멤브레인 케이싱 내부에 배치되어 상기 모터케이싱 내부에 충전된 상기 윤활매를 외부와 분리함과 동시에 상기 모터케이싱 내부 및 외부의 압력 차이에 따라 변형 가능한 멤브레인을 포함하는 압력평형보상부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양광장치.
The method of claim 1,
The motor unit,
And a motor casing filled with a lubricant, wherein a rotating shaft is provided inside the motor cavity provided in the motor casing, a bearing portion rotatably supporting the rotating shaft, a rotor fixed to the rotating shaft, and a coil spaced apart from the rotor. A motor drive unit in which the stator is disposed; And
A membrane casing disposed at one side of the motor casing, and a membrane disposed inside the membrane casing, the membrane being filled in the motor casing, and separated from the outside, and deformable according to pressure differences inside and outside the motor casing Pressure balanced compensation comprising a; a light lifting device comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 모터유닛은,
모터캐비티가 형성되어 그 내부에 회전축, 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링부, 상기 회전축에 고정된 회전자, 상기 회전자와 이격되고 코일이 권선된 고정자, 및 상기 회전축의 일단에 체결되어 회전되는 순환임펠러가 각각 배치된 모터캐비티 프레임; 및
상기 모터캐비티 프레임을 내부에 수용하고 상기 모터캐비티 프레임과의 사이에 냉각채널이 마련된 쿨링프레임;을 포함하고,
상기 모터캐비티 프레임 및 상기 쿨링프레임 내부에 기밀충전된 윤활매가 상기 회전축을 따라 회전되는 상기 순환임펠러에 의해 상기 베어링부, 상기 고정자, 상기 냉각채널을 순차적으로 통과한 후 다시 상기 순환임펠러로 유입되는 윤활매 순환경로가 형성된 것을 특징으로 하는, 양광장치.
The method of claim 1,
The motor unit,
A motor cavity is formed therein, the rotating shaft therein, a bearing portion rotatably supporting the rotating shaft, a rotor fixed to the rotating shaft, a stator spaced apart from the rotor and wound with a coil, and fastened to one end of the rotating shaft to rotate. A motor cavity frame in which circulation impellers are disposed; And
And a cooling frame accommodating the motor cavity frame therein and having a cooling channel provided between the motor cavity frame and the motor cavity frame.
Lubrication filled in the motor cavity frame and the cooling frame with airtightly charged lubricant sequentially passes through the bearing part, the stator, and the cooling channel by the circulation impeller rotated along the rotation axis, and then flows into the circulation impeller again. Light circulation device, characterized in that each circulation path is formed.
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