KR102416299B1 - 화학 공정용 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상대적으로 펌프의 크기를 덜 증가시키면서도 펌프의 성능을 향상시킬 수 있는 화학 공정용 펌프에 관한 것으로, 회전하여 일측으로 유입되는 유체를 타측으로 배출하는 임펠러, 상기 임펠러에 결합되는 샤프트, 상기 샤프트와 결합되어 회전하는 로터, 상기 샤프트가 연장된 방향을 기준으로 상기 로터의 일측에 배치되어, 상기 로터를 회전시키며, 상기 샤프트와 평행한 가상의 축을 기준으로 권선되는 코일을 포함하는 제1스테이터 및 상기 제1스테이터를 상기 임펠러, 상기 샤프트 및 상기 로터와 분리하여 유체가 상기 제1스테이터측으로 누출되는 것을 방지하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

화학 공정용 펌프{Chemical process pump}

본 발명은 펌프에 관한 것으로, 보다 상세히는 화학 공정에 사용되어 유체의 유입을 방지할 수 있되, 성능을 향상시킬 수 있는 화학 공정용 펌프에 관한 것이다.

각종 화학 공정에서는 펌프가 사용되고 있다.

도 1은 종래 화학 공정에서 사용되는 펌프를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1에 도시된 종래 화학 공정에 사용되는 펌프는, 일측에 임펠러(10)가 위치하며, 샤프트(20)는 임펠러(10)에 결합되어 회전한다. 샤프트(20)의 일측에는 모터(30)가 형성되어, 샤프트(20)를 회전시켜, 결과적으로 임펠러(10)를 회전시켰다. 도 1에 도시된 펌프의 경우, 각종 화학 공정상에서 사용되는 펌프로, 임펠러(10)가 토출시키는 유체는 모터(30)측으로 누출되지 않아야 한다. 이를 위해, 샤프트(20)의 중 임펠러(10)와 모터(30) 사이의 일부분에는 소정의 기계적인 씰링이 부가되어 유체의 누출을 방지했는데, 이러한 기계적인 씰링은 사용기간에 따라 부식 또는 손상되어 씰링력이 저하되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제를 극복하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같은 형태의 회전구조를 임펠러측에 형성한 펌프가 소개되었다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 펌프 중 하나는 임펠러(10)측 샤프트(20)에 회전구조(31)를 형성하고, 회전구조(31)에 연결된 모터(30)에서 회전구조(31)를 회전시키는 방식을 사용했다. 이러한 방식은, 회전구조(31)는 회전하되, 구동시키는 드라이브 자석(32)은 하우징(50)에 의해 공간이 구분되기 때문에, 유체의 유출을 방지할 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같은 형태를 자석 구동형(Magnetically driven) 펌프라 한다.

도 3은 도 2에 도시된 회전구조와 모터(30)를 하나의 모터로 구현한 펌프로, 캔드 타입(Canned type)의 펌프라 한다. 캔드 타입의 펌프는 로터(60)가 스테이터(70)가 하우징(50)에 의해 분리되어, 로터(60)측의 유체가 스테이터(70)측으로 누출되는 것을 방지한다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같은 펌프는 래디얼(Radial) 타입의 모터를 사용한다. 이러한 래디얼 타입의 모터의 출력을 향상시키려면, 로터(60)와 스테이터(70) 사이의 공극면적이 증가해야 한다. 로터(60)와 스테이터(70) 사이의 공극을 증가시키려면 도 3을 기준으로 수평 방향으로 길이가 연장되어야 한다. 일반적으로 펌프의 성능은 임펠러(20)의 직경으로 결정되는데, 래디얼 타입의 모터를 사용하면서 펌프의 성능을 향상시키려면 임펠러(20)의 직경을 증가시킴과 동시에 로터(60) 및 스테이터(70)가 길이 방향으로 연장되어야 하기 때문에, 펌프의 전체적인 크기가 커지는 등의 문제점이 있는 실정이다.

일본 공개특허공보 제2020-159336호("전동 펌프", 2020.10.01.)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 화학 공정용 펌프의 목적은 상대적으로 펌프의 크기를 덜 증가시키면서도 펌프의 성능을 향상시킬 수 있는 화학 공정용 펌프를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 화학 공정용 펌프는, 회전하여 일측으로 유입되는 유체를 타측으로 배출하는 임펠러. 상기 임펠러에 결합되는 샤프트, 상기 샤프트와 결합되어 회전하는 로터, 상기 샤프트가 연장된 방향을 기준으로 상기 로터의 일측에 배치되어, 상기 로터를 회전시키며, 상기 샤프트와 평행한 가상의 축을 기준으로 권선되는 코일을 포함하는 제1스테이터 및 상기 제1스테이터를 상기 임펠러, 상기 샤프트 및 상기 로터와 분리하여 유체가 상기 제1스테이터측으로 누출되는 것을 방지하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터와 상기 제1스테이터의 폭은, 상기 임펠러의 직경 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터의 일면과 상기 하우징의 내면은 일정 간격 이격되고, 상기 로터의 일면에 상기 샤프트와 동축으로 형성되어, 일단이 상기 하우징의 내면과 맞닿는 보조 샤프트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징은, 상기 보조 샤프트와 맞닿은 내면이 일정 정도 함몰 형성되되, 외곽이 경사지게 형성되는 경사 보조부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1스테이터는 상기 하우징의 외면에 밀착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징은, 외주면에서 상기 샤프트에서 수직한 방향으로 연장 형성되는 제1결합 보조부를 포함하고, 상기 제1스테이터는, 상기 제1결합 보조부에 대응되는 위치에 형성되는 제2결합 보조부를 포함하며, 상기 제1결합 보조부와 상기 제2결합 보조부는 볼팅되어 상기 하우징과 상기 제1스테이터는 서로 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터는, 외주면에 위치하는 영구자석을 포함하고, 상기 하우징의 외주면에 상기 영구자석에 인접하여 배치되는 제2스테이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터는, 일면에 돌출되어 위치하는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터는 유도기 로터로, 내부에 위치하는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 화학 공정용 펌프에 의하면, 로터와 스테이터가 액시얼(Axial) 형태로 권선되어, 로터와 스테이터의 출력을 향상시키기 위해 증가되는 로터와 스테이터의 폭 방향이 임펠러의 성능 향상을 위해 증가되는 임펠러의 반경 방향과 동일하므로, 종래 기술과 비교했을 때, 본 발명에 의한 화학 공정용 펌프가 동일한 성능을 가지더라도 크기가 더 작은 화학 공정용 펌프를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 기계적 씰링을 사용하는 종래 화학 공정 펌프의 개략도이고,
도 2는 종래 화학 공정 펌프 중 자석 구동형 펌프의 개략도이며,
도 3은 종래 화학 공정 펌프 중 캔드 타입(Canned type) 펌프의 개략도이고,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 화학 공정용 펌프의 단면도이고,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 화학 공정용 펌프의 단면도이며,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 의한 화학 공정용 펌프의 단면도이고,
도 7은 본 발명의 제4실시예에 의한 화학 공정용 펌프의 단면도이며,
도 8은 본 발명의 제5실시예에 의한 화학 공정용 펌프의 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 화학 공정용 펌프의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

[제1실시예]

도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 화학 공정용 펌프의 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 화학 공정용 펌프는, 임펠러(100), 샤프트(200), 로터(300), 제1스테이터(410) 및 하우징(500)을 포함한다.

임펠러(100)는 유입되는 유체를 일측으로 타측으로 배출한다. 도 4에서 임펠러(100)로 유입되는 유체의 방향은 좌측에서 우측이며, 임펠러(100)에서 배출하는 유체의 방향은 하측에서 상측 방향이다. 배경기술에서 설명했듯, 임펠러(100)에서 배출하는 유체의 양을 향상시키기 위해서는, 임펠러(100)의 회전속도가 빨라지거나 임펠러(100)의 직경이 커져야 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 샤프트(200)는 임펠러(100)에 결합된다. 샤프트(200)는 일단이 임펠러(100)에 결합되며, 타단은 후술할 로터(300)에 결합된다. 임펠러(100)와 로터(300) 사이에는 도번을 지정하진 않았지만 샤프트(200)를 잡아주는 역할을 하는 부재가 설치되어, 임펠러(100), 샤프트(200) 및 로터(300)가 회전할 때, 샤프트(200)가 흔들리는 것을 방지한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 로터(300)는 샤프트(100)의 타단에 결합되어 샤프트(100)와 함께 회전한다. 로터(300)의 일면에는 제1영구자석(310)이 형성되어 있다. 제1영구자석(310)은 후술할 스테이터(400)에서 로터(300)를 회전시키기 위해 마련된다. 제1영구자석(310)은 로터(300)의 일면에서 돌출되는 형태로 마련되며, 도 4에는 도시되어 있지 않지만, 본 발명의 제1실시예에 의한 화학 공정용 펌프에서 제1영구자석(310)은 표면에 보호부가 덮여, 제1영구자석(310)을 보호할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1스테이터(410)는 샤프트(100)가 연장된 방향을 기준으로 했을 때, 로터(300)의 일측에 로터(300)의 일면과 일정간격 이격되어 배치된다. 제1스테이터(410)는 권선된 코일을 포함할 수 있는데, 본 발명의 제1실시예에 의한 화학 공정용 펌프에서 제1스테이터(410)에 포함되는 코일은 샤프트(100)가 연장 형성된 방향과 평행한 소정의 축을 기준으로 권선될 수 있다. 즉, 제1스테이터(410)에 포함되는 코일은 액시얼(Axial) 타입으로 권선되어, 상술했던 로터(300)의 일면에 마련된 제1영구자석(310)과 자계를 형성한다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 제1스테이터(410)에 포함되는 코일의 위치는 로터(300)의 일측에 위치한 제1영구자석(310)에서 우측으로 이동한 부분이다. 본 실시예는 제1스테이터(410)에 포함되는 코일이 액시얼 타입으로 권선되기 때문에, 펌프의 성능을 향상시키기 위해 로터(300)와 제1스테이터(410) 사이의 공극을 증가시킬 때, 로터(300)와 제1스테이터(410)를 폭 방향으로 연장시킬 수 있다. 이는 임펠러(100)의 성능 향상을 위해 증가시키는 임펠러(100)의 반경 방향과 동일하므로 앞서 배경기술로 설명한 종래의 래디얼 타입의 모터를 포함하는 펌프와 비교했을 때, 본 발명에 의한 화학 공정용 펌프가 동일한 성능을 가지더라도 크기가 더 작은 화학 공정용 펌프를 구현할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서는 로터(300)와 제1스테이터(410)의 폭(도면을 기준으로 상하방향)은, 임펠러(100)의 직경 이상으로 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 로터(300)와 제1스테이터(410)의 폭이 임펠러(100)의 직경과 동일하게 형성되어, 상대적으로 펌프의 크기를 적게 증가시키면서 높은 성능 향상을 구현할 수 있다.

하우징(500)은, 제1스테이터(410)를 임펠러(100), 샤프트(200) 및 로터(300)와 분리하여, 임펠러(100)에서 토출하는 유체가 제1스테이터(410)측으로 누출되는 것을 방지한다. 하우징(500)은 비자성체로 제조될 수 있으며, 대표적으로 플라스틱과 같은 합성수지가 사용될 수 있다. 하우징(500) 자체는 고정되어 있으며, 로터(300)의 일면, 보다 상세히는 로터(300)의 일면에 마련된 제1영구자석(310)은 하우징(500)의 내면과 서로 이격된다.

[제2실시예]

도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 화학 공정용 펌프의 단면을 도시한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 화학 공정용 펌프는, 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에 의한 화학 공정용 펌프에서 보조 샤프트(210)를 더 포함할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 보조 샤프트(210)는, 로터(300)의 일면에 샤프트(200)와 동축으로 형성되어, 일단이 하우징(500)의 내면과 맞닿도록 마련된다. 보조 샤프트(210)는 임펠러(100), 샤프트(200) 및 로터(300)가 회전할 때, 임펠러(100), 샤프트(200) 및 로터(300)의 위치를 잡아주는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 보조 샤프트(210)의 일단은 하우징(500)의 내면과 맞닿는데, 하우징(500)은 보조 샤프트(210)와 맞닿은 내면이 일정 정도 함몰 형성되되, 외곽이 경사지게 형성되는 경사 보조부(도번 미도시)를 포함하여, 임펠러(100), 샤프트(200) 및 로터(300)가 회전할 때, 회전 및 토출압력에 의해 로터(300)의 위치가 일정 정도 어긋나더라도 보조 샤프트(210)와 경사 보조부를 통해 로터(300)의 위치를 어느 정도 유지시킬 수 있다.

[제3실시예]

도 6은 본 발명의 제3실시예에 의한 화학 공정용 펌프의 단면을 도시한 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 의한 화학 공정용 펌프는, 앞서 설명한 본 발명의 제2실시예에 의한 화학 공정용 펌프에 있어서, 제1스테이터(410)가 하우징(500)의 외면측으로 밀착된다. 본 실시예에서 제1스테이터(410)가 하우징(500)의 외면에 밀착되는 이유는, 제1스테이터(410)와 로터(300) 사이가 가까울수록 펌프의 성능이 향상되기 때문이다. 제1스테이터(410)는 다양한 방법을 통해 하우징(500)의 외면에 밀착될 수 있으며, 일종의 커버가 제1스테이터(410)를 덮어 하우징(500)과 결합되어, 제1스테이터(410)를 하우징(500)의 외면에 밀착시키는 등의 실시예가 있을 수 있다.

[제4실시예]

도 7은 본 발명의 제4실시예에 의한 화학 공정용 펌프의 단면을 도시한 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 의한 화학 공정용 펌프는, 앞서 설명한 본 발명의 제3실시예에 의한 화학 공정용 펌프에 있어서, 제1결합 보조부(510), 제2결합 보조부(520) 및 볼트(600)를 더 포함할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제1결합 보조부(510)는 하우징(500)의 외주면에서 외측(샤프트(200)에서 수직한 방향)으로 연장 형성된다. 제1결합 보조부(510)는 하우징(500)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.

제2결합 보조부(520)는 제1결합 보조부(510)에 대응되도록 제1스테이터(410)에서 연장 형성된다. 본 실시예에서 제1결합 보조부(510)와 제2결합 보조부(520)는 서로 면접할 수 있으며, 본 발명에서 제1결합 보조부(510)와 제2결합 보조부(520)는 서로 볼팅되어, 제1스테이터(410)가 하우징(500)의 외면에 밀착되도록 서로 결합될 수 있다. 앞서 설명했듯, 하우징(500)은 플라스틱과 같은 합성수지로 제조되어 일정 정도의 탄성을 가지므로, 볼트(600)를 통해 제1결합 보조부(510)와 제2결합 보조부(520)가 서로 볼팅되어 결합되어 일정 부분에 응력이 발생하더라도 파손되지 않는다.

[제5실시예]

도 8은 본 발명의 제5실시예에 의한 화학 공정용 펌프의 단면을 도시한 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 의한 화학 공정용 펌프는, 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에 의한 화학 공정용 펌프에 있어서, 제2영구자석(320)과 제2스테이터(420)를 더 포함한다.

제2영구자석(320)은 로터(300)의 외주면에 위치하며, 제2스테이터(420)는 제2영구자석(320)과 하우징(500)을 사이에 두고 배치된다. 본 실시예에서 제1스테이터(410)와 제2스테이터(420)는 앞서 설명한 실시예와 같이 소정의 방법을 이용해 하우징(500)의 외면에 밀착될 수 있다.

제2스테이터(420) 또한 제1스테이터(410)와 마찬가지로 코일을 포함할 수 있는데, 제2스테이터(420)에 포함되는 코일은 래디얼(Radial) 타입으로 권선된다. 보다 구체적으로, 제2스테이터(420)에 포함되는 코일은 샤프트(200)에 수직인 축을 기준으로 권선될 수 있다. 제2스테이터(420)에 인가되는 3상전류를 위한 전선은, 제1스테이터(410)에 3상전류를 인가하기 위해 마련되는 전선과 별개일 수 있다. 본 실시예는 제2스테이터(420)와 제2영구자석(320)을 통해 샤프트(200)에 회전력을 더 가할 수 있으며, 이를 통해 펌프의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 다양한 실시예에 의한 화학 공정용 펌프는, 로터(300)의 일면에 영구자석(310)이 돌출되었다. 이는 본 발명에서 로터(300)와 제1스테이터(410)가 액시얼 모터로 구현되었기 때문이다. 본 발명의 다른 실시예에서 로터는 유도기 로터일 수 있으며, 이때 영구자석은 유도기 로터의 내부에 포함될 수 있다. 유도기 로터의 내부에 영구자석이 포함되면, 영구자석이 돌출되었던 길이만큼 로터를 제1스테이터 측으로 이동시킬 수 있으므로, 앞서 설명한 본 발명의 다양한 실시예에 의한 화학 공정용 펌프에 비해 펌프 자체의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 필요에 따라 로터와 스테이터를 더 부가할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 의한 화학 공정용 펌프가 적용된 환경이 한 쌍의 로터-제1스테이터로 낼 수 있는 출력 이상의 출력을 요구하는 환경일 경우, 로터와 제1스테이터를 추가적으로 부가할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 다른 실시예에 의한 화학 공정용 펌프는 샤프트가 일측(도면을 기준으로 우측)으로 더 연장되거나, 추가적인 샤프트가 로터(300)의 일면에서 일측으로 연장 형성될 수 있으며, 최외각에 위치하는 제1스테이터를 제외한 다른 스테이터는 샤프트가 삽입될 수 있도록, 중앙 부분이 관통 형성된 형태일 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

10, 100 : 임펠러
20, 200 : 샤프트
30 : 모터
31 : 회전구조
32 : 드라이브 자석
40 : 유도기
50, 500 : 하우징
300 : 로터
310 : 제1영구자석
320 : 제2영구자석
410 : 제1스테이터
420 : 제2스테이터
510 : 제1결합 보조부
520 : 제2결합 보조부
600 : 볼트

Claims (9)

1. 회전하여 일측으로 유입되는 유체를 타측으로 배출하는 임펠러;
   상기 임펠러에 결합되는 샤프트;
   상기 샤프트와 결합되어 회전하는 로터;
   상기 샤프트가 연장된 방향을 기준으로 상기 로터의 일측에 배치되어, 상기 로터를 회전시키며, 상기 샤프트와 평행한 가상의 축을 기준으로 권선되는 코일을 포함하는 제1스테이터; 및
   상기 제1스테이터를 상기 임펠러, 상기 샤프트 및 상기 로터와 분리하여 유체가 상기 제1스테이터측으로 누출되는 것을 방지하는 하우징;
   을 포함하되,
   상기 로터는, 외주면에 위치하는 영구자석을 포함하고,
   상기 하우징의 외주면에 상기 영구자석에 인접하여 배치되는 제2스테이터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 공정용 펌프.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 로터와 상기 제1스테이터의 폭은, 상기 임펠러의 직경 이상인 것을 특징으로 하는 화학 공정용 펌프.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 로터의 일면과 상기 하우징의 내면은 일정 간격 이격되고,
   상기 로터의 일면에 상기 샤프트와 동축으로 형성되어, 일단이 상기 하우징의 내면과 맞닿는 보조 샤프트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 공정용 펌프.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 하우징은, 상기 보조 샤프트와 맞닿은 내면이 일정 정도 함몰 형성되되, 외곽이 경사지게 형성되는 경사 보조부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 공정용 펌프.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1스테이터는 상기 하우징의 외면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 화학 공정용 펌프.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 하우징은, 외주면에서 상기 샤프트에서 수직한 방향으로 연장 형성되는 제1결합 보조부;를 포함하고,
   상기 제1스테이터는, 상기 제1결합 보조부에 대응되는 위치에 형성되는 제2결합 보조부;를 포함하며,
   상기 제1결합 보조부와 상기 제2결합 보조부는 볼팅되어 상기 하우징과 상기 제1스테이터는 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 화학 공정용 펌프.
   
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 로터는, 일면에 돌출되어 위치하는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 공정용 펌프.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 로터는 유도기 로터로, 내부에 위치하는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 공정용 펌프.

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