KR102072062B1 - 수직연계형 다단펌프 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직연계형 다단펌프 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하우징과, 상기 하우징에 구비되어 용수를 상승시켜 배출하는 펌프와, 이 펌프를 구동하기 위한 구동수단을 포함하여 이루어지되, 상기 펌프를 서로 수직으로 복수개를 연결하여 용수를 복수번 펌핑하여 상승시킴에 따라 높은곳으로도 용수를 손쉽게 끌어올릴 수 있으며, 상기 펌프가 날개부재에 의해 형성된 기류의 흐름에 따라 용수를 끌어올리도록 구성됨으로서, 고중량의 용수를 이송하는 경우에도 이를 감당하도록 중량을 분산시킬 수 있는 수직연계형 다단펌프 어셈블리에 관한 것이다.

Description

수직연계형 다단펌프 어셈블리{MULTI PUMP ASSEMBLY}

본 발명은 수직연계형 다단펌프 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하우징과, 상기 하우징에 구비되어 용수를 상승시켜 배출하는 펌프와, 이 펌프를 구동하기 위한 구동수단을 포함하여 이루어지되, 상기 펌프를 서로 수직으로 복수개를 연결하여 용수를 복수번 펌핑하여 상승시킴에 따라 높은곳으로도 용수를 손쉽게 끌어올릴 수 있으며, 상기 펌프가 날개부재에 의해 형성된 기류의 흐름에 따라 용수를 끌어올리도록 구성됨으로서, 고중량의 용수를 이송하는 경우에도 이를 감당하도록 중량을 분산시킬 수 있는 수직연계형 다단펌프 어셈블리에 관한 것이다.

고압의 용기 속으로 압송하는 기기이다. 이러한 펌프에는 왕복펌프, 회전펌프, 원심펌프, 축류펌프, 마찰펌프 등이 있으며, 원심펌프는 한 개 또는 다수개의 임펠러를 밀폐된 케이스 내에서 회전시킴으로써 발생되는 원심력을 이용하여 유체를 수송하거나 압송하게 된다.

임펠러가 회전하게 되면 원심력이 발생하게 되고, 중심부의 유체가 원심력에 의해 외부로 빠져나오게 되면, 중심부는 압력이 저하되어 진공에 가까워지게 된다. 따라서, 흡수관을 통해 유체가 임펠러의 중심부를 향해 흡입된다. 이처럼 유체는 연속적으로 압력에 의해 흡상 및 압상된다. 원심펌프의 흡입구가 임펠러의 중심으로 향하게 되는 것은 바로 이 때문이다.

원심펌프는 고속 회전이 가능하고, 소형이면서 경량이며, 구조가 간단하여 취급이 용이하고, 효율이 높아 공업 분야에서 널리 사용되고 있다. 즉, 배수용, 상하수도용, 광산용, 화학공업용 등 산업체에서 사용하고 있는 펌프 중 가장 많이 사용되고 있다.

이러한 종래기술로는 공개특허 제10-2015-0007436호 『입형 침수 수직펌프』가 있는데,

상기 종래기술은 펌프의 회전축에 설치된 비산익과, 상기 비산익의 상부 또는 하부에 취부된 비산익과, 상기 비산익에 의해 비산되는 물방울을 상기 펌프 외부로 배수시키기 위해 상기 펌프에 형성된 적어도 하나 이상의 통수공을 포함함으로써, 간단한 구성으로 환벽한 실링을 구현할 수 있는 입형 침수 수직펌프를 제시하고 있다.

또한 종래기술로 등록특허 제10-0656500호 『수직펌프』가 있는데,

상기 종래기술은 회전 동력을 제공하는 회전모터와, 상기 회전모터의 하측에 구비되어 회전모터를 지지하는 모터지지부와, 상기 모터지지부의 하측에 구비되어 유체가 흡입 및 토출되는 케이스와, 상기 케이스의 중심부에 관통되어 상기 회전모터의 회전 동력에 의해 회전 운동하게 되는 회전축과, 상기 회전축의 하단부에 체결되어 회전축의 회전에 의해 회전 운동하면서, 유체를 흡입하고 토출하며, 상방으로 유동되는 유체를 하방으로 안내하는 역류방지회전체를 포함하는 수직펌프를 제시하고 있다.

또 다른 종래기술로는 공개특허 제10-2009-0108785호 『논실 구조를 갖는 수직형 펌프 장치』가 있는데,

상기 종래기술은 상부의 모터와 하부의 펌프로 구성하고, 상기 펌프 하부에 하우징 내부로 설치된 임펠러와 모터를 축에 연결 구동하되, 상기 모터와 펌프의 하우징 사이에는 축을 따라 역류하는 유체의 역류 압력 분산을 위해 내외측으로 제1, 2 챔버를 갖는 제1압력분산부와, 내외측으로 제3,4 챔버를 하우징 내부에 갖는 제2압력분산부를 상하로 결합 구성하되, 상기 제3챔버 내부에는 하부로 토출력을 갖는 익스펠러를 축상에 결합 구성하는 수직형 펌프 장치를 제시하고 있다.

나아가 종래기술로 등록특허 제10-0953260호 『수직형 다단펌프』가 있는데,

상기 종래기술은 일측에 내부로 연결되는 유체흡입구가 형성되고 내부 중앙 상부가 개방된 하단케이싱, 상기 하단케이싱의 개방된 중앙 상부를 덮어씌워 상방으로 다단 적층되되 유체를 가압하는 임펠러 및 이 임펠러를 덮어씌우고 상면 중앙에 관통공이 형성된 케이싱이 마련되며 이들 소정의 케이싱에 선택적으로 유체배출구가 마련되는 복수의 펌핑부 및 상기 각 펌핑부의 임펠러와 모터축이 축 결합된 상태로 임펠러를 고속 회전시켜 유체가 각 펌핑부에서 단계적으로 상향 가압 펌핑되도록 하는 펌핑모터를 포함하는 수직형 다단펌프를 제시하고 있다.

그러나 상기 종래기술들은 단순히 유체를 상승시키는 펌프에 관한 것으로서, 임펠러 또는 모터의 회전력에 의한 원심력을 이용하여 유체를 상승시키는 것으로서, 유체의 단위면적당 중량에 따라 적은 면적의 유체를 수직으로 끌어 올리기에는 용이하나, 단위면적이 커지면 유체의 중량이 커짐에 따라 유체를 끌어올리기에는 한계가 있으며, 이에 따라 한 번의 다량의 유체를 펌핑하기에는 무리가 있으며,

특히, 높은 곳으로 용수를 끌어올리고자 하는 경우에는 임펠러 또는 모터의 회전력이 그만큼 상승하여야 함으로서 고회전율을 갖는 임펠러 또는 모터를 사용할 수 밖에 없으며, 이 또한 높이에 따른 한계가 생겨 펌핑이 수월하게 동작하지 못하는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로서,

하우징과, 이 하우징에 구비되어 용수를 상승시키는 펌프로 이루어지되, 상기 펌프를 복수개로 서로 연결되도록 구비함에 따라, 용수를 복수번 펌핑하는 효과를 통해 높은 곳에도 손쉽게 용수를 상승시킬 수 있는 수직연계형 다단펌프 어셈블리를 제공함을 목적으로 한다.

펌프회전축과, 상기 펌프회전축에 나선형으로 결합되는 날개부재를 포함하는 펌핑부재 및 이 펌핑부재를 회전시키도록 상기 펌프회전축을 연결하는 구동축이 구비되는 구동모터로 이루어지는 구동부재를 통하여, 나선형의 날개부재를 따라 용수가 상승하여 하우징 상부에 구비되는 토출로로 배출될 수 있어 한 번에 다량의 용수를 펌핑할 수 있는 수직연계형 다단펌프 어셈블리를 제공함을 또 하나의 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 수직연계형 다단펌프 어셈블리는

하부에 용수가 저장되는 저장부가 구비되고, 상기 저장부와 연통되는 낙수공간이 형성된 하우징;

상기 하우징에 구비되는 것으로, 펌프본체와, 상기 펌프본체에 구비되어 상기 저장부의 용수를 상승시켜 상기 낙수공간으로 배출하는 펌핑부재와, 상기 펌핑부재를 회전시키도록 구동모터로 이루어지는 구동부재를 포함하여 이루어지는 펌프;

를 포함하여 이루어지되,

상기 펌프는

상기 저장부의 용수를 복수번 펌핑하여 상승시키도록, 서로 연결되는 복수개의 펌프가 수직방향으로 구비되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 수직연계형 다단펌프 어셈블리는

하우징과, 상기 하우징에 구비되어 용수를 상승시키는 펌프로 이루어지되, 상기 펌프를 복수개가 서로 수직방향으로 연결되도록 구비함으로서, 용수를 끌어올릴 때 복수번 펌핑을 할 수 있도록 함으로서 높은 곳으로도 손쉽게 용수를 공급할 수 있고, 나아가 펌프 토출 압력이 유지될 수 있는 효과가 있다.

또한, 각각의 펌프에 있어서, 사선형으로 결합되는 날개부재의 회전에 의해 날개부재를 따라 용수가 상승할 수 있도록 하며, 고중량의 물을 이송하는 경우에도 이 중량을 감당하도록 분산시킬 수 있어 다량의 용수를 한 번에 상승시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 다단 펌프 어셈블리의 개략적인 도면
도 2는 본 발명에 따른 다단 펌프 어셈블리의 펌프의 개략 단면도
도 3은 본 발명에 따른 다단 펌프 어셈블리의 펌핑부재의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 다단 펌프 어셈블리에 구비되는 수차의 상세도
도 5는 본 발명에 따른 다단 펌프 어셈블리의 변형례

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에 따른 수직연계형 다단펌프 어셈블리(PA)는 하우징(10)과, 상기 하우징(10)에 구비되는 펌프(20)를 포함하여 이루어지되, 상기 펌프(20)는 복수개의 펌프(20)가 수직방향으로 서로 연결되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

도1 내지 도 4를 참조하여 각각의 구성에 대하여 보다 상세하게 설명하면,

먼저, 상기 하우징(10)은 하부에 용수가 저장될 수 있는 저장부(11)가 형성되고, 상기 하우징(10)의 일측 또는 양측에 상기 저장부(11)에 저장된 용수를 끌어올리는 펌프(20)가 구비될 수 있는 펌프설치부(13)가 형성되어 있으며, 상기 하우징(10) 중앙에는 상기 저장부(11)와 연통되는 낙수공간이 형성되어, 상기 펌프(20)를 통해 끌어올려진 용수가 상기 펌프설치부(13) 상부에서 낙수공간으로 토출되어 다시 저장부(11)로 인입되어 용수가 순환될 수 있도록 이루어진다.

아울러 상기 낙수공간에는 용수가 낙하할 때 발생되는 압력을 이용하여 전기를 생성하는 수차(W)가 더 구비되는 것이 바람직하며, 이는 하기에 보다 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명은 용수를 보다 높은 곳으로 효율적으로 상승시키는 것을 목적으로 하는 바, 이를 위하여 복수의 펌프(20)를 서로 수직방향으로 연결되도록 구비하고 있으며, 도면에서는 4개의 펌프(20)가 상호 연결된 실시예를 도시하였으나, 펌프(20)의 수는 다양하게 구현될 수 있으며 이에 권리범위를 제한 해석해서는 안 된다.

또한 상기 펌프설치부(13)는 복수의 격실(131)로 이루어져 있으며, 각 격실(131)에 펌프(20)가 구비되어 안정적으로 펌프(20)를 설치할 수 있도록 이루어져 있다.

대략적으로, 상기 펌프(20)는 하부에 용수가 유입되는 유입부(211a)가 형성되고, 상부에 용수가 배출되는 토출부(213a)가 형성된 것으로, 복수의 펌프(20) 중 최하부에 위치한 펌프(20)는 유입부(211a)가 저장부(11)에 위치하여 저장부(11)의 용수를 끌어올릴 수 있도록 이루어지고, 토출부(213a)는 새로운 용수의 유입부(211a)와 연결되는 구조로, 이를 반복하여 복수의 펌프(20)를 상호 연결시킬 수 있도록 이루어져 있으며, 최상부의 펌프(20)의 토출부(213a)는 상기 낙수공간으로 돌출되어 상승시킨 용수를 낙수공간으로 토출시킬 수 있도록 이루어져 있다.

또한 각 펌프(20)에는 구동모터(251)가 구비되어 있는 바, 펌프설치부(13)가 복수의 격실(131)구조로 이루어지고, 각 격실(131)에 각각의 구동모터(251)가 위치함에 따라 유지보수의 편의성 및 설치의 안정성을 확보하는 효과를 갖는다.

이하, 도2 내지 도 4를 참조하여 펌프(20)에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.

먼저 상기 펌프(20)는 유입부(211a)와 상승부(212a) 및 토출부(213a)가 형성된 펌프본체(21)와, 상기 펌프본체(21)에 구비되어 용수를 상승시키는 펌핑부재(23) 및 펌핑부재(23)에 동력을 전달하는 구동부재(25)를 포함하여 이루어져 있다.

보다 상세하게는 상기 펌프본체(21)는 용수가 유입되는 유입부(211a)와 유입된 용수가 상승하는 상승부(212a) 및 상승된 용수가 배출되는 토출부(213a)가 형성된 것으로서, 상기 펌프본체(21)는 조립 편의성을 높이기 위하여 제1분체(211)와, 상기 제1분체(211) 상부에 결합되는 제2분체(212) 및 상기 제2분체(212) 상부에 구비되는 제3분체(213)로 이루어져 있다.

먼저 상기 제1분체(211)는 용수가 유입되도록 일측 또는 양측 또는 하부에 유입부(211a)가 형성되는 것으로, 원통형의 형상으로 이루어져 있으며, 상부에 외측으로 돌출되는 제1플랜지부(211b)가 형성된다.

상기 제1분체(211)의 상부에는 제2분체(212)가 결합되게 되며, 상기 제2분체(212)는 원통형의 형상으로 상기 제1분체(211)로부터 상승되는 용수가 통과하는 상승부(212a)가 형성되어 있으며, 하부와 상부에는 각각 제2플랜지부(212b)와 제3플랜지부(212c)가 구비되어 있다.

상기 제2분체(212)의 상부에는 제3분체(213)가 결합되어 있으며, 상기 제3분체(213)의 일측에는 용수가 배출될 수 있는 토출부(213a)가 형성되어 있으며, 하부에 제4플랜지부(213b)가 형성되는 원통형의 형상을 이루고 있다.

즉, 이러한 구조로, 상기 제1분체(211), 제2분체(212) 및 제3분체(213)를 결합하는 경우, 상기 제1플랜지부(211b)와 제2플랜지부(212b)를 체결하고, 제3플랜지부(212c)와 제4플랜지부(213b)를 체결함으로서 조립식으로 간편하게 결합될 수 있도록 이루어져 있으며, 각각의 플랜지부들은 별도의 체결볼트(215)를 이용하여 견고하게 결합될 수 있다.

또한 각각의 플랜지부들 사이에는 수밀성 확보를 위한 패킹부재(216)를 더 구비하여 용수가 새어나가는 것을 방지하는 것이 바람직하며, 각각의 분체들 사이에 내삽될 수 있는 보강부재(217)를 더 구비하여 결합력을 더 향상시킬 수 도 있다.

나아가 상기 제3분체(213)의 일측에는 상승된 용수가 배출될 수 있는 토출부(213a)가 일측으로 형성되어 있으며, 이 토출부(213a)에는 별도의 개폐밸브를 더 구비하여 토출부(213a)를 개방 또는 폐쇄할 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 펌프(20)에는 후술하는 펌핑부재(23)를 회전시키기 위한 구동부재(25)가 더 구비되어 있으며, 상기 구동부재(25)는 상기 상부본체(30) 상부에 구비되는 구동모터(251)와 이 구동모터(251)에 구비되는 구동축(253)으로 이루어져 있으며, 상기 구동축(253)에 후술하는 펌프회전축(231)이 연동되도록 결합되어, 상기 구동모터(251)의 작동에 의해 상기 펌프회전축(231)이 회전할 수 있도록 이루어진다.

상기 펌프(20)에는 용수를 상부로 상승시키기 위한 펌핑부재(23)가 더 구비되어 있으며, 도3 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 상기 펌핑부재(23)는 상기 펌프본체(21) 중앙에 구비되어 상기 구동축(253)과 연결되는 펌프회전축(231)과, 이 펌프회전축(231) 외면에 사선형으로 구비되는 복수개의 날개부재(233)를 포함하여 이루어져 있다.

더욱 구체적으로는 상기 펌핑부재(23)는 펌프본체(21), 보다 정확하게는 제1분체(211), 제2분체(212) 및 제3분체(213)에 각각 구비되며, 상기 각각의 분체들이 상호 결합되면, 상기 펌핑부재(23), 보다 정확하게는 펌프회전축(231)이 상호간에 연동 결합될 수 있도록 이루어진다.

설명의 편의를 위하여 하나의 펌핑부재(23)에 대하여 설명하면, 상기 펌프회전축(231)의 외면에는 복수개의 날개부재(233)가 구비되어 있으며, 이 날개부재(233)는 바람직하게는 4개의 날개부재(233)가 하나의 군을 형성하고 있으며,(이하 날개군(235)이라 한다.) 각각의 날개군(235)이 서로 일정거리 이격되어 형성되어 있다.

더욱 바람직하게는 상기 제1분체(211)에 하나의 날개군(235)이 구비되고, 상기 제2분체(212)에 2 이상의 날개군(235)이 구비되며, 제3분체(213)에 1 이상의 날개군(235)이 형성되어 있다.

상기 펌프회전축(231)은 상기 펌프본체(21)의 상하 길이방향으로 정중앙에 형성되는 것으로, 공회전 가능하게 이루어져 있으며, 펌프본체(21)의 상부와 하부에 각각 회전유도부재(218)를 통하여 고정되게 된다.(보다 정확하게는 각각의 분체 상부와 하부에 구비되어 있다.)

이 회전유도부재(218)는 베어링 등의 다양한 장치로서, 상기 펌프본체(21) 내의 중앙부분에 펌프회전축(231)을 고정시킴과 동시에 상기 펌프회전축(231)이 상기 구동모터(251)의 동작에 의해 함께 회전할 수 있도록 이루어져 있다.

상기 펌프회전축(231)에는 도3에 도시된 바와 같이, 복수개의 날개부재(233)가 사선형으로 구비되어 있으나, 도3의 일점쇄선에 도시된 형상(제2실시예)으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하며, 상기 제2실시예를 기초로 상기 날개부재(233)에 대하여 설명하도록 한다.

상기 펌프회전축(231)에는 복수개의 날개부재(233)가 사선형으로 구비되어 있는 바, 이 날개부재(233)는 제1 내지 제4날개부재(233a)(233b)(233c)(233d)로 이루어져 날개군(235)을 형성하고, 상기 날개군(235) 또한 서로 이격되어 복수개로 구비되며, 상기 제1내지 제4날개부재(233a)(233b)(233c)(233d) 또한 각각 이격되어 용수이송로(234)를 상기 날개부재(233)들 사이에 형성하도록 이루어져 있다.

상기 날개군(235)들은 제1분체(211), 제2분체(212) 및 제3분체(213)에 각각 구비되되, 상기 제1분체(211)에 구비되는 날개군(235)의 직경이 제2분체(212) 및 제3분체(213)에 구비되는 날개군(235)의 직경보다 크게 이루어져 처음 용수를 끌어올리는 데 보다 큰 원심력을 형상할 수 있도록 이루어진다.

다시 상기 제1 내지 제4날개부재(233a)(233b)(233c)(233d)는 각각 평면도를 기준으로 그 시작지점이 90도로 회전된 형상을 이루고, 하나의 날개부재(233)가 상기 펌프회전축(231)을 한바퀴 감을 수 있도록 이루어진다.

또한 상기 날개부재(233)는 상기 펌프회전축(231)으로부터 사선방향으로 경사지게 구비되어 회전력에 의해 용수를 상승시킬 수 있도록 이루어지고, 이에 따라 펌프회전축(231)이 회전하면, 용수가 상기 각각의 날개부재(233)들 사이에 형성되는 용수이송로를 통하여 날개부재(233)들의 면을 따라 상승하도록 이루어진다.

아울러, 상기 펌프본체(21)는 제1분체(211)와 제2분체(212) 및 제3분체(213)가 상호 결합되는 구조로, 인접되는 펌프회전축(231)이 상호 연동가능하게 결합되어야 하며, 이를 위하여 상기 펌프회전축(231)에는 연결부재(231a)를 더 구비하고 있다.

상기 연결부재(231a)는 상기 각각의 분체에 구비되는 펌프회전축(231)의 상부와 하부에 모두 구비되는 것으로서, 원통형의 형상으로 이루어진 펌프회전축(231)의 단부에 끼워질 수 있도록 이루어지며, 상기 연결부재(231a)의 단면에는 톱니연결부가 형성되어 인접하는 연결부재(231a)들의 톱니연결부들이 상호 맞물려 체결됨에 따라 회전동작을 연동시킬 수 있도록 이루어진다.

또한 도면에는 4개의 날개부재(233)가 하나의 날개군(235)을 형성하도록 도시하였으나, 이는 하나의 실시예를 도시한 것으로서, 날개부재(233)의 수는 다양하게 변경될 수 있으며 이에 권리범위를 제한 해석해서는 안 된다.

도1 및 도 4는 앞서 언급한 수차(W)에 관한 것으로서, 낙하하는 용수의 압력을 이용하여 전기를 생성하는 장치에 관한 것이다.

먼저 본 발명에 따른 수차(W)는 용수가 통과하도록 유로(31)가 형성된 본체(30)와, 상기 유로(31)에 구비되어 회전축(41)의 회전력을 이용하여 전기를 생성하는 발전수단(40)과, 상기 회전축(41)에 구비되어 낙하하는 용수에 의해 회전축(41)을 회전시키는 복수의 블레이드(51)로 이루어지는 회전날개(50)를 포함하여 이루어져 있으며, 특히 상기 회전날개(50)가 상기 회전축(41)에 상하 서로 이격되노록 복수단으로 구비되는 것을 특징으로 한다.

먼저, 상기 본체(30)에 대하여 설명하면, 상기 본체(30)는 상기 하우징(10)의 낙수공간에 구비되는 것으로서, 낙수된 물이 통과하도록 유로(31)가 형성된 구조로서, 상기 유로(31)의 상부에는 낙수된 용수가 유입되는 유입로(311)가 형성되고, 상기 유로(31)의 하부에는 용수가 배출되는 배출로(313)가 형성되며, 이 때 상기 배출로(313)가 상기 저장부(11)에 연통되도록 이루어져 저장부(11)에서 용수를 모을 수 있도록 이루어진다.

즉, 수차(W)를 통과하여 전기를 생성한 용수는 상기 저장부(11)에 모아지고, 상기 저장부(11)에 모아진 용수가 상기 다단펌프 어셈블리(PA)에 의해 상승하여 다시 낙수공간으로 배출되며, 이 낙수공간으로 배출된 용수가 다시 유입로(311)로 유입

됨에 따라 제한적인 양의 용수로 전기를 안정적으로 연속하여 생산할 수 있는 특징이 있다.

아울러 상기 본체(30)의 상부에는 점차 직경이 커지도록 구비되는 유입경사부(315)가 더 구비되어 있으며, 이 유입경사부(315)는 낙하하는 물을 상기 유입로(311)로 안내함과 동시에, 경사를 형성하여 유속을 증가시켜 보다 강한 압력으로 유입로(311)로 용수를 유입시키는 기능을 하게 된다.

다시, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 본체(30)에는 발전수단(40)이 더 구비되어 있으며, 이 발전수단(40)은 상기 본체(30)의 유로(31), 보다 정확하게는 유로(31) 중앙에 상하 수직방향으로 구비되는 회전축(41)과, 이 회전축(41) 상부에 구비되어, 회전축(41)의 회전력을 통하여 전기를 생성하는 발전부재(43)를 포함하여 이루어져 있다.

본 발명은 상기 유입로(311)로 유입된 용수가 상기 유로(31)를 통과하면서 상기 회전축(41)을 회전시켜 전기를 생성하는 것을 목적으로 하는 바, 이를 위하여 회전날개(50)의 구성을 더 구비하는 것이 특징이다.

보다 상세하게는 상기 회전날개(50)는 상기 회전축(41)에 사선형으로 구비되는 복수의 블레이드(51)로 이루어지는 것으로서, 상기 블레이드(51)는 상기 회전축(41) 외면에 사선방향, 보다 바람직하게는 수평선을 기준으로 35도~45도 기울어지게 구비되는 것으로, 복수의 블레이드(51)가 위치상 서로 중첩되도록 구비되어 낙하하는 물이 블레이드(51) 상면에 떨어질 수 있도록 구성한다.

또한 도면에서는 8개의 블레이드(51)를 하나의 회전날개(50)로 구성하였으나, 이는 하나의 실시예를 도시한 것으로, 블레이드(51)의 개수, 블레이드(51)의 폭, 너비 등은 다양하게 변경될 수 있으며 이에 권리범위를 제한 해석해서는 안 된다.

나아가, 상기 회전날개(50)의 외면에는 별도의 커버링이 더 구비되고, 이 커버링이 상기 회전축(41)과 연결되어, 커버링이 상기 본체(30) 내에서 회전함에 따라 수차(W)가 회전할 때 원심력이 발휘 될 수 있도록 하는 것도 가능하나, 이에 권리범위를 제한 해석해서는 안 된다.

결과적으로 용수가 유입로(311)로 유입되면, 수직방향으로 낙하하게 되며, 낙하되는 용수가 상기 블레이드(51)의 상면에 부딪히고, 이 부딪힌 힘에 의해 사선형으로 형성된 블레이드(51)는 회전을 하여 회전축(41)을 회전시켜 전기를 생성하게 된다.

나아가 본 발명은 보다 높은 회전력을 부여하기 위하여 상기 회전날개(50)를 회전축(41)의 상하방향으로 서로 이격되게 복수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

즉, 하나의 회전날개(50)를 통과한 용수가 두 번째 회전날개(50)에 부딪혀 가압력을 통해 회전력을 부여하게 되며, 도면에 도시된 바와 같이 4개의 회전날개(50)에 의해 서로 4번의 가압력이 형성되어 승압효과가 있으며, 이에 따라 회전력 또한 상승하여 보다 효율적으로 전기를 생성할 수 있으며, 회전날개(50)의 수는 다양하게 변경 가능하며 이에 권리범위를 제한 해석해서는 안 된다.

아울러, 회전날개(50)를 통과한 용수는 회전력에 의해 자연스럽게 와류를 형성하여 낙하하게 되는데, 와류가 형성되면 수직방향으로 낙하하는 용수보다 다음 번 회전날개(50)에 부여되는 압력이 저하될 수 밖에 없으며, 이로 인해 발전효율이 저하되는 문제점을 갖게 된다.

따라서 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 턴키(60)를 더 구비하고 있다.

보다 상세하게는 상기 턴키(60)는 상기 복수단의 회전날개(50)들 사이에 복수개로 구비되는 것으로서, 도1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 와류를 형성하며 낙하하는 용수의 흐름을 제어하여 수직으로 다음 번 회전날개(50)에 낙하될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로는 상기 턴키(60)는 판형의 부재로서, 상기 본체(30)에 형성되는 관통공(33)을 통과하여 유로(31)에 위치하도록 결합되는 것으로, 상기 턴키(60)의 수는 상기 회전날개(50)를 구성하는 블레이드(51)의 수와 동일하게 구현되는 것이 바람직하며, 상기 턴키(60)는 상기 본체(30) 외측에서 유로(31)를 침범하도록 관통 결합됨에 따라, 결합 시 틈새의 수밀성을 확보하기 위한 실리콘, 패킹 등과 같은 밀폐수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 턴키(60)는 상기 블레이드(51)의 사선방향과 경사진 방향으로 형성되어 보다 안정적으로 와류를 제거하도록 이루어지는 것이 바람직하며, 보다 정확하게는 도4의 일점쇄선에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(51)의 최하부 위치에서 시작되어, 상기 블레이드(51)의 경사진 방향과 반대방향으로 경사지게 형성되되, 이 경사각도는 수직을 기준으로 약 5~15도 정도 기울어진 각도로 이루어져 와류를 형성하며 낙하하는 용수가 부딪혀 수직으로 다음번 블레이드(51)로 낙하될 수 있도록 한다.

또한 상기 턴키(60)의 크기 또한 다양하게 구현될 수 있다.

상기 다음번 블레이드(51)의 위치는 상기 수평방향으로 인접하는 턴키(60)들 사이에 위치하여 용수의 흐름을 원활하게 하는 것이 더욱 바람직하다.

나아가 도5는 본 발명에 따른 수직연계형 다단펌프 어셈블리(PA)의 변형례를 도시한 것으로서, 보다 정확하게는 상기 하우징(10)에 구비되는 수차(W)에 있어서, 상기 수차(W)의 턴키(60)를 상기 본체(30)에 결합시키기 위한 것으로, 상기 턴키(60)에는 플랜지부(61)가 더 구비되어, 상기 관통공(33)을 통과하지 못하고, 본체(30)에 밀착되며, 이 플랜지부(61)가 고정핀유닛(PD)에 의해 본체에 고정됨에 따라 턴키(60)를 견고하게 고정하는 것을 특징으로 한다.

상기 고정핀유닛(PD)은 본체(30)에 구비되되, 중앙에 돌출되어 구비되는 회전심부재(PH1)를 포함하는 핀홀(PH)과. 상기 핀홀(PH)에 삽입되되, 상기 회전심부재(PH1)가 내삽되며, 내측면에 걸림홈(P11)이 구비되는 끼움홀(P1)이 형성된 고정핀(P)과, 상기 회전심부재(PH1)에 구비되어, 상기 걸림홈(P11)에 인입되도록 상기 회전심부재(PH1)로부터 외측으로 돌출 가능하게 구비되는 회전고정체(S)를 포함하여 이루어져,

상기 고정핀(P)이 상기 핀홀(PH)에 삽입되면, 상기 회전고정체(S)가 상기 걸림홈(P11)에 인입되어 고정핀(P)의 분리를 방지하고,

상기 회전심부재(PH1)는

상기 핀홀(PH) 저면에 고정되는 고정심재(PH11)와, 상기 고정심재(PH11) 상부에 회전가능하게 구비되는 회전심재(PH12)로 이루어지되, 상기 회전심재(PH12)의 하부에는 인입방지블럭(PH13)이 더 구비되어,

상기 고정핀(P)을 결합한 후, 상기 회전심재(PH12)를 회전시키면, 상기 인입방지블럭(PH13)이 상기 회전고정체(S)의 단부를 지지하여 회전고정체(S)가 내측으로 회전되지 않도록 이루어져 걸림홈(P11)로부터 이탈되는 것을 방지하도록 이루어지는 것 특징으로 한다.

각각의 구성에 대하여 도5[A]와 도5[B]를 참고하여 설명하면, 우선 도5[A]는 상기 고정핀(P)과 핀홀(PH)이 결합되기 전의 단면을 도시한 것이고, 도5[B]는 결합 후 단면을 도시한 것으로,

상기 고정핀(P)은 헤드부(P2)와 몸통부(P3)로 이루어진 일반적인 볼트와 외형이 유사하게 이루어져 있으며, 상기 고정핀(P)의 중앙에는 상기 회전심부재(PH1)가 내삽되는 끼움홀(P1)이 형성되고, 상기 몸통부(P3)의 외면은 평탄하게 이루어져 상기 핀홀(PH)에 끼움 결합시킬 수 있도록 이루어진다.

상기 끼움홀(P1)은 상기 회전심부재(PH1)가 내삽되는 공간으로, 상기 끼움홀(P1)의 양측에는 걸림홈(P11)이 중첩배열되도록 더 형성되어 상기 턴키, 보다 정확하게는 턴키의 플랜지부의 두께에 따라 선택되어 상기 회전고정체(S)가 인입될 수 있도록 이루어진다.

상기 걸림홈(P11)과 회전고정체(S)의 형상은 반원형의 형상으로 이는 상기 고정핀(P)을 결합하는 경우 및 고정핀(P)을 분리하는 경우 상기 고정핀(P)의 인입 및 분리 동작에 대응하여 상기 회전고정체(S)가 손쉽게 회전할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 핀홀(PH)에 대하여 보다 상세하게 설명하면, 상기 핀홀(PH)은 상기 고정핀(P)의 몸통부(P3)가 인입될 수 있도록 이루어지는 것으로서, 중앙에 돌출 구비되는 회전심부재(PH1)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 회전심부재(PH1)에 대하여 보다 상세하게 설명하면,

상기 회전심부재(PH1)는 상기 핀홀(PH) 저면에 형성되는 고정심재(PH11)와, 상기 고정심재(PH11)에 구비되는 회전심재(PH12)로 이루어지되, 상기 회전심재(PH12)의 저면 중심은 상기 회전심재(PH12)의 중심과 회전점(PH2)을 기준으로 공회전 가능하게 구비되게 된다.(보다 정확하게는 상기 회전심재(PH12)에 구비되는 인입방지블럭(PH13)의 중심과 상기 고정심재(PH11)가 회전결합되는 구조로 이루어진다.)

나아가 상기 회전심부재(PH1)의 상기 회전점(PH2)에는 인입방지블럭(PH13)이 더 형성되어 상기 회전고정체(S)의 인입을 방지하는 것을 특징으로 한다.

상기 인입방지블럭(PH13)에 대하여 설명하기에 앞서, 상기 회전고정체(S)에 대하여 설명하면, 상기 고정심부재의 일측, 바람직하게는 양측에 회전고정체(S)가 힌지결합되어 있으며, 외측으로 탄성력을 부여받을 수 있도록 상기 힌지결합되는 부분에는 탄지스프링(SS)이 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 회전심부재(PH1)에는 상기 회전고정체(S)가 인입될 수 있는 인입공간(PH3)이 더 형성되게 된다.

따라서, 고정핀(P)을 핀홀(PH)에 삽입하면, 상기 회전고정체(S)는 인입공간(PH3)에 의해 내측으로 인입되는 동작을 반복하여 고정핀(P)의 결합을 허용하고, 이 때 상기 회전고정체(S)는 탄성력에 의해 상기 고정핀(P)의 걸림홈(P11)에 끼워져 고정핀(P)을 고정하게 된다.

상기와 같이 회전고정체(S)가 걸림홈(P11)에 끼워지면, 이를 유지하는 별도의 장치가 있어야 상기 고정핀(P)이 핀홀(PH)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있는데, 이를 위하여 상기 회전심재(PH12)의 하부에는 상기 인입방지블럭(PH13)을 구비하고 있다.

우선, 상기 인입방지블럭(PH13)은 도면에 나타난 바와 같이, 상기 회전심재(PH12)의 직경보다 일방향에서 볼 때 폭이 작게 이루어지는 돌기인 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 도5[A]에 도시된 바와 같이, 평상시에는 상기 인입방지블럭(PH13)의 폭 차이로 인해 양측에 인입공간(PH3)을 형성함에 따라 회전고정체(S)의 회전을 허용하고 있으나, 고정핀(P)을 결합한 후에는 상기 회전심재(PH12)를 회전시키면(회전을 위하여 상기 회전심재(PH12)의 노출부 단면에는 별도의 조정홈(PH4)이 더 구비되어, 사용자가 드라이버 등을 이용하여 회전시킬 수 있도록 이루어진다.), 상기 인입방지블럭(PH13)이 회전하여 직경 차이에 따라 도5[B]와 같은 형상으로 변경되어 상기 회전고정체(S)의 일단, 보다 정확하게는 내측을 지지하여 회전고정체(S)가 내부로 인입되는 것을 방지하고, 이를 통해 고정핀(P)이 임의로 분리되는 것을 방지하고 있다.

아울러, 본 발명의 고정핀유닛(PD)은 턴키(60)를 본체(30)에 고정하기 위한 것으로, 턴키의 플랜지부에는 별도의 통공(61a)이 더 구비되고, 상기 고정핀(P)의 몸통부(P3)가 상기 통공을 관통하여 핀홀(PH)에 결합되며, 상기 헤드부(P2)가 상기 턴키의 플랜지부의 일면을 가압하여 고정시키는 것으로,

고정력을 향상시키고, 상기 회전고정체(S)와 걸림홈(P11)의 위치에 의한 오차를 보정하기 위하여 별도의 가압부재(P4)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 가압부재(P4)는 상기 몸통부(P3) 외면에 구비되되 상기 헤드부(P2)에 이격 구비되는 가압판(P41)과, 상기 헤드부(P2)와 가압판(P41)을 연결하는 복수의 탄성체(P42)를 포함하여 이루어져 있다.

즉, 상기 가압판(P41)이 턴키의 플랜지부(61)의 일면을 가압하게 되며, 상기 탄성체(P42)의 탄성력에 의해 가압력을 향상시킬 수 있고, 상기 가압판(P41)과 헤드부(P2) 사이의 이격거리에 의해 탄성체(P42)의 압축 정도를 변화시켜 상기 회전고정체(S)와 걸림홈(P11)이 서로 정확한 위치에 대응되어 결합될 수 있도록 하여 결합력을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 상기 구성에 의하여 회전심재(PH12)를 90도 방향 정도만 회전시켜도 보다 견고하게 턴키(60)를 본체(30)에 고정할 수 있도록 이루어져 종래의 볼트체결 방식에 비하여 작업 편의성을 향상시키고, 기존 볼트체결방식의 경우 나사산이 망가져 결합력이 약해질 수 있으나, 본 발명은 이러한 문제가 발생되지 않아 결합 용이성, 안정성을 모두 확보할 수 있는 효과가 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조 및 구성을 갖는 수직연계형 다단펌프 어셈블리를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

PA : 다단펌프 어셈블리
10 : 하우징 11 : 저장부
13 : 펌프설치부 15 : 낙수공간
20 : 펌프 21 : 펌프본체
211 : 제1분체 211a : 유입부
211b : 제1플랜지부 212 : 제2분체
212a : 상승부 212b : 제2플랜지부
212c : 제3플랜지부 213 : 제3분체
213a : 토출부 213b : 제4플랜지부
215 : 체결볼트 216 : 패킹부재
217 : 보강부재 218 : 회전유도부재
23 : 펌핑부재 231 : 펌프회전축
213a : 연결부재 233 : 날개부재
235 : 날개군 25 : 구동부재
251 : 구동모터 253 : 구동축

Claims (4)

1. 하부에 용수가 저장되는 저장부(11)가 구비되고, 상기 저장부(11)와 연통되는 낙수공간(15)이 형성된 하우징(10);
   상기 하우징(10)에 구비되는 것으로, 펌프본체(21)와, 상기 펌프본체(21)에 구비되어 상기 저장부(11)의 용수를 상승시켜 상기 낙수공간(15)으로 배출하는 펌핑부재(23)와, 상기 펌핑부재(23)를 회전시키도록 구동모터로 이루어지는 구동부재(25)를 포함하여 이루어지는 펌프(20);
   를 포함하여 이루어지되,
   상기 펌프(20)는
   상기 저장부(11)의 용수를 복수번 펌핑하여 상승시키도록, 서로 연결되는 복수개의 펌프(20)가 수직방향으로 구비되고
   상기 하우징(10)에는
   낙수공간으로 유입된 용수가 통과하도록 유로(31)가 형성된 본체(30)와, 상기 유로(31)에 구비되는 회전축(41)을 포함하는 발전수단(40) 및 상기 회전축(41)에 사선형으로 구비되어 용수에 의해 회전축을 회전시키는 회전날개(50)를 포함하여, 낙하되는 용수를 이용하여 전기를 생성하는 수차(W);가 더 구비되며,
   상기 본체(30)에는
   상기 회전날개(50) 사이에 구비되어 상기 회전날개(50)에 의해 와류를 형성하여 낙하하는 용수를 선회시켜 와류를 형성하지 않고 다음 번 회전날개(50)에 낙하할 수 있도록 하는 복수의 턴키(60);가 더 구비되며,
   상기 턴키(60)에는 상기 본체(30) 외면에 고정핀유닛(PD)에 의해 결합되도록 플랜지부(61)가 더 구비되고,
   상기 고정핀유닛(PD)은
   상기 본체(30)에 구비되어 중앙에 돌출구비되는 회전심부재(PH1)를 포함하는 핀홀(PH)과,
   상기 핀홀(PH)에 삽입되되, 상기 회전심부재(PH1)가 내삽되며, 내측면에 걸림홈(P11)이 구비되는 끼움홀(P1)이 형성되며 몸통부(P3)와 헤드부(P2)로 이루어진 고정핀(P)과,
   상기 회전심부재(PH1)에 구비되어, 상기 걸림홈(P11)에 인입되도록 상기 회전심부재(PH1)로부터 외측으로 돌출 가능하게 구비되는 회전고정체(S)를 포함하여 이루어져,
   
   상기 고정핀(P)의 헤드부(P2)가 상기 플랜지부(61)를 가압하도록 상기 몸통부(P3)가 상기 핀홀(PH)에 삽입되면, 상기 회전고정체(S)가 상기 걸림홈(P11)에 인입되어 고정핀(P)의 분리를 방지하고,
   상기 회전심부재(PH1)는
   상기 핀홀(PH) 저면에 고정되는 고정심재(PH11)와, 상기 고정심재(PH11)에 회전가능하게 구비되는 회전심재(PH12)로 이루어지되, 상기 회전심재(PH12)에는 인입방지블럭(PH13)이 더 구비되어,
   상기 고정핀(P)을 결합한 후, 상기 회전심재(PH12)를 회전시키면, 상기 인입방지블럭(PH13)이 상기 회전고정체(S)의 단부를 지지하여 회전고정체(S)가 내측으로 회전되지 않도록 이루어져 걸림홈(P11)로부터 이탈되는 것을 방지하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직연계형 다단펌프 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 펌핑부재(23)는
   상기 구동모터와 연결되는 펌프회전축(231)과, 상기 펌프회전축(231)에 사선형으로 결합되는 복수의 날개부재(233)를 포함하여 이루어지고,
   상기 펌핑부재(23)가 회전하면, 상기 날개부재(233)의 회전에 의해 날개부재(233)를 따라 용수가 상승하는 것을 특징으로 하는 수직연계형 다단펌프 어셈블리.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 펌프본체(21)는
   용수가 유입되도록 유입부(211a)가 구비된 제1분체(211)와, 상기 제1분체(211) 상부에 체결되는 제2분체(212) 및 상기 제2분체(212) 상부에 체결되어 상승한 용수를 배출하는 토출부(213a)가 형성된 제3분체(213)로 이루어지고,
   상기 토출부(213a)에 또 다른 펌프의 유입부가 연결되어 복수개의 펌프가 서로 수직으로 연결되고,
   상기 복수개의 펌프(20) 중 최하부의 펌프의 유입부는 상기 저장부에 연통되고, 최상부의 펌프의 토출부가 낙수공간과 연통되어, 저장부의 용수를 복수번 펌핑시켜 상기 낙수공간으로 배출시킬 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직연계형 다단펌프 어셈블리
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유로(31)의 상부에는 낙수된 용수가 유입되는 유입로(311)가 형성되고,
   상기 본체(30)의 상부에는 유입경사부(315)가 더 구비되어, 낙하하는 물을 상기 유입로(311)로 안내할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직연계형 다단펌프 어셈블리.

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