KR102560264B1 - 리블렛 구조의 임펠러를 이용한 고효율 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펌프의 임펠러에 리블렛 구조를 적용하여 펌프 몸체 내부로 인입 되어 임펠러의 회전에 따라 외부로 토출되는 유체의 임펠러에 대한 유동 저항을 감소시켜 펌프의 출력을 향상시키는 발명에 관한 것으로, 펌프 몸체(100), 임펠러(200), 구동축(300), 유체 유입부(400), 유체 유출부(500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

리블렛 구조의 임펠러를 이용한 고효율 펌프{A high-effective pump whose impeller engraved riblets pattern}

본 발명은 리블렛 구조의 임펠러를 이용한 고효율 펌프에 관한 것으로, 상세하게는 펌프의 임펠러에 리블렛 구조를 적용하여 펌프 몸체 내부로 인입 되어 임펠러의 회전에 따라 외부로 토출되는 유체의 임펠러에 대한 유동 저항을 감소시켜 펌프의 출력을 향상시키는 기술에 관한 것이다.

인류는 자연현상이나 동물의 신체 구조학적 특성을 통해 많은 과학적 영감을 얻어 많은 과학 기술들을 개발해 왔는데, 예를 들면, 새가 비행하는 것을 보고 비행기를 개발했고, 잠자리의 비행을 통해 헬리콥터를 개발했고, 박쥐의 특성을 이용하여 레이더를 개발했다.

특히, 상어는 큰 덩치와 빠른 헤엄 속도로 유명한 해양동물로서, 관찰과 연구를 통해 상어 특유의 비늘 표면의 작은 돌기에 의해 바닷속에서 헤엄칠 때 발생 되는 유동 저항을 감소시켜 빠르게 헤엄친다는 것을 발견했으며, 이를 이용해 리블렛(Riblets) 효과를 발견했다.

리블렛 효과란 유체와의 접촉 시 발생하는 유동 저항을 감소시키는 효과를 의미하며, 리블렛 구조란 리블렛 효과를 발생시킬 수 있도록 유체와 접촉되는 표면에 형성되는 특수 구조를 의미한다.

이러한 리블렛 효과를 발생시키는 리블렛 구조가 적용된 제품들이 개발되고 있다.

예를 들면, 리블렛 구조가 적용된 전신 수영복이 개발되어 각종 경기에서 일반 수용복보다 좋은 경기 기록을 수립하고 있으며, 비행기 외부에 리블렛 효과를 발생시키는 필름을 도장 하여 비행 중에 발생하는 공기저항을 감소시켜 연료비를 절약하고 있다.

한편, 펌프는 기계적 운동에너지를 이용하여 유체를 가압하여 관로를 통해 외부로 공급하는 기계장치로, 펌프의 종류는 작동방식에 따라 피스톤식, 원심식, 기어식 등이 있으며, 모든 펌프는 회전하면서 유체와 접촉하는 임펠러가 구비 되어 있다.

펌프의 임펠러 회전 시, 유체가 임펠러를 구성하는 블레이드(날개)에 접촉 충돌하면서 발생하는 마찰에 의한 유동 저항으로 펌프의 출력이 저하되는 현상이 발생한다.

즉, 유체의 유동 저항으로 인해 펌프의 소비 전력이 증가하고, 펌프의 출력 효율이 감소하고, 펌프의 블레이드가 파손될 가능성이 증가한다.

따라서 본 발명은 펌프의 임펠러(구체적으로 블레이드)에 리블렛 구조를 적용하여 펌프 몸체 내부로 인입 되어 임펠러의 회전에 따라 외부로 토출되는 유체의 임펠러에 대한 유동 저항을 감소시켜 펌프의 출력 효율을 향상시키고 임펠러를 구성하는 블레이드의 파손 가능성을 줄이는 기술을 제안하고자 한다.

다음은 이와 관련한 종래의 선행기술들이다.

1. 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0041557호 유체마찰 저감형 냉각팬 2. 대한민국 등록특허공보 제10-2041251호 원심 펌프용 임펠러 및 원심 펌프 3. 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0101798호 저저항 블레이드

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 펌프의 임펠러(구체적으로 블레이드)에 리블렛 구조를 적용하여 펌프 몸체 내부로 인입 되어 임펠러의 회전에 따라 외부로 토출되는 유체의 임펠러에 대한 유동 저항을 감소시키는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명인 리블렛 구조의 임펠러를 이용한 고효율 펌프는,

내부에 임펠러(200)가 설치되는 펌프 몸체(100)와;

상기 펌프 몸체(100) 내부에 설치되고 블레이드(210)가 형성된 임펠러(200)와;

상기 임펠러(200)에 축 연결되어 임펠러(200)에 회전 구동력을 제공하는 구동축(300)과;

상기 펌프 몸체(100) 내부로 유체가 유입될 수 있도록 펌프 몸체(100) 일측에 형성되는 유체 유입부(400)와;

상기 펌프 몸체(100) 내부에서 외부로 유체가 유출될 수 있도록 펌프 몸체(100) 일측에 형성되는 유체 유출부(500)를 포함하고,

상기 임펠러(200)의 블레이드(210) 표면 구조는 유체의 유동저항을 감소시켜 리블렛 효과를 발생시키는 구조인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 펌프의 임펠러(구체적으로 블레이드)에 리블렛 구조를 적용하여 펌프 몸체 내부로 인입 되어 임펠러의 회전에 따라 외부로 토출되는 유체의 임펠러에 대한 유동 저항을 감소시켜 펌프의 출력 효율을 향상시키고 임펠러를 구성하는 블레이드의 파손 가능성을 줄이는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 전체 구성도
도 2는 본 발명의 임펠러 세부 구성도
도 3은 본 발명의 구성 블록도
도 4는 본 발명의 임펠러에 형성된 리블렛 구조 예시도

본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1, 2를 참조하면, 본 발명의 리블렛 구조의 임펠러를 이용한 고효율 펌프(10, 이하 ‘본 발명’)는 펌프의 임펠러(구체적으로 블레이드)에 리블렛 구조를 적용하여 펌프 몸체 내부로 인입 되어 임펠러의 회전에 따라 외부로 토출되는 유체의 임펠러에 대한 유동 저항을 감소시켜 펌프의 출력 효율을 향상시키고 임펠러를 구성하는 블레이드의 파손 가능성을 줄이는 효과를 얻을 수 있는 발명으로, 도 3과 같이, 펌프 몸체(100), 임펠러(200), 구동축(300), 유체 유입부(400), 유체 유출부(500)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 본 발명의 리블렛 구조의 임펠러를 이용한 고효율 펌프는, 도 1, 3에 도시된 바와 같이,

내부에 임펠러(200)가 설치되는 펌프 몸체(100)와;

상기 펌프 몸체(100) 내부에 설치되고 블레이드(210)가 형성된 임펠러(200)와;

상기 임펠러(200)에 축 연결되어 임펠러(200)에 회전 구동력을 제공하는 구동축(300)과;

상기 펌프 몸체(100) 내부로 유체가 유입될 수 있도록 펌프 몸체(100) 일측에 형성되는 유체 유입부(400)와;

상기 펌프 몸체(100) 내부에서 외부로 유체가 유출될 수 있도록 펌프 몸체(100) 일측에 형성되는 유체 유출부(500)를 포함하고,

상기 임펠러(200)의 블레이드(210) 표면 구조는 유체의 유동저항을 감소시켜 리블렛 효과를 발생시키는 구조인 것을 특징으로 한다.

도 1을 참조하면, 상기 펌프 몸체(100)는 펌프의 각 구성들이 설치되는 공간을 제공하는 구성으로, 임펠러(200), 구동축(300), 유체 유입부(400), 유체 유출부(500)가 형성된다.

펌프 몸체(100)는 일정한 크기의 내부공간이 형성되어 내부에 임펠러(200)가 설치되고, 설치된 상기 임펠러(200)는 구동축(300)에 축 연결되고, 펌프 몸체(100)의 일측에는 유체 유입부(400)와 유체 유출부(500)가 각각 형성된다.

여기서, 상기 펌프 몸체(100)에 형성된 유체 유입부(400)를 통해 유체가 유입되면, 펌프 몸체(100) 내부에 설치된 임펠러(200)가 회전하여 유체를 유체 유출부(500)를 통해 펌프 몸체(100) 외부로 토출(유출)시킨다.

도 2를 참조하면, 상기 임펠러(200)는 펌프 몸체(100) 내부에 설치되고 다수의 블레이드(210)가 형성된 구성으로, 임펠러(200)는 구동축(300)에 축 연결되어 구동축(300)의 회전에 따라 회전하여 펌프 몸체(100) 내부로 유입된 유체를 방향을 바꾸어 펌프 몸체(100) 외부로 토출되도록 한다.

이때, 펌프의 토출 효율 향상을 위해서 임펠러(200)를 구성하는 블레이드(210)에 대한 유체의 유동 저항을 감소시킬 필요가 있다. 즉, 리블렛 효과를 얻기 위해, 블레이드(210)에 리블렛 구조를 적용할 필요가 있다.

따라서 본 발명에서는 상기 임펠러(200)를 구성하는 블레이드(210) 표면에 도 2에 도시된 바와 같이, 유체의 유동 방향을 따라 형성된 다수의 요철 형태의 리블렛 구조를 형성한다.

이때, 블레이드(210) 표면에 유체의 유동 방향을 따라 형성된 다수의 요철 형태는 도 4와 같이, 마름모꼴, 삼각형, 사각형, 엠보싱, 물결, 사다리꼴 형태 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 임펠러(200)를 구성하는 블레이드(210) 표면에 유체의 유동 방향을 따라 마름모꼴, 삼각형, 사각형, 엠보싱, 물결, 사다리꼴 중 어느 한 형태의 요철이 다수 형성되면, 임펠러(200) 회전 시, 즉 블레이드(210) 회전 시, 블레이드(210) 표면에 접촉하는 유체의 유동 저항이 감소한다.

즉, 본 발명의 임펠러(200)를 구성하는 블레이드(210) 표면에는 유동 저항 감소를 위해 다수의 비늘이 형성되고, 그 비늘들의 형성 방향은 유동 방향인 것을 특징으로 한다.

유동 저항은 마찰 저항으로, 블레이드와 유체의 접촉 면적이 클수록 유동 저항은 커진다.

예를 들어, A란 면적을 갖는 블레이드를 비늘이 없는 밋밋하게 플랫한 구조로 형성하는 경우와 다수의 비늘 구조로 형성하는 경우의 마찰 저항인 유동 저항을 설명한다.

블레이드를 비늘이 없는 밋밋하게 플랫한 구조로 형성하는 경우, 블레이드에 대한 유체의 유동 저항은 블레이드의 면적 A에 대한 마찰 저항이 된다.

반면, 동일한 면적 A를 갖는 블레이드 표면에 다수의 비늘 구조로 형성하는 경우, 비늘이 겹치는 부위에 유체의 지그재그 움직임이 발생해 난류 천이 현상이 제거되어 결과적으로 마찰 저항이 감소 되어 블레이드에 대한 유체의 유동 저항이 감소하게 된다.

또한, 동일한 면적 A를 갖는 블레이드 표면에 다수의 비늘 구조로 형성하는 경우, 블레이드에 대한 유체의 유동 저항은 각각의 비늘 면적에 대한 마찰 저항의 총합이 되는데, 다수의 비늘들의 면적 합은 면적 A보다 작아 블레이드에 대한 유체의 유동 저항이 감소하게 된다.

또한, 블레이드 회전 시, 회전하는 블레이드 선단부에 형성된 비늘이 유체와 접촉하면서 작은 동공을 형성하게 되고, 이로 인해 블레이드 선단부 이후(중간, 선미)에 형성된 비늘들의 유체 접촉이 줄어 마찰 저항이 감소하고, 결과적으로 블레이드에 대한 유체의 유동 저항이 감소하게 된다.

도 1을 참조하면, 상기 구동축(300)은 임펠러(200)에 축 연결되어 임펠러(200)에 회전 구동력을 제공하는 구성으로, 구동축(300)이 임펠러(200)에 동일한 회전 구동력을 제공해도 상기 임펠러(200)에서 발생 되는 유입된 유체의 유동 저항이 감소하면 토출압력이 향상되는 것이다.

상기 유체 유입부(400)는 펌프 몸체(100) 일측에 형성되어 입수측 관로(미 도시)가 연결되어 펌프 몸체(100) 내부로 유체가 유입될 수 있도록 한다.

상기 유체 유출부(500)는 펌프 몸체(100) 일측에 형성되어 출수측 관로(미 도시)가 연결되어 펌프 몸체(100) 내부로 유입된 유체가 임펠러(200)의 회전에 의해 펌프 몸체(100) 외부로 토출될 수 있도록 한다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

10 : 리블렛 구조의 임펠러를 이용한 고효율 펌프
100 : 펌프 몸체
200 : 임펠러
300 : 구동축
400 : 유체 유입부
500 : 유체 유출부

Claims (3)

1. 유동저항을 감소시키는 구조인 리블렛 구조의 임펠러를 이용한 고효율 펌프에 있어서,
   내부에 임펠러(200)가 설치되는 펌프 몸체(100)와;
   상기 펌프 몸체(100) 내부에 설치되고 블레이드(210)가 형성된 임펠러(200)와;
   상기 임펠러(200)에 축 연결되어 임펠러(200)에 회전 구동력을 제공하는 구동축(300)과;
   상기 펌프 몸체(100) 내부로 유체가 유입될 수 있도록 펌프 몸체(100) 일측에 형성되는 유체 유입부(400)와;
   상기 펌프 몸체(100) 내부에서 외부로 유체가 유출될 수 있도록 펌프 몸체(100) 일측에 형성되는 유체 유출부(500)를 포함하고,
   상기 임펠러(200)의 블레이드(210) 표면 구조는 유체의 유동저항을 감소시켜 리블렛 효과를 발생시키는 구조인 것을 특징으로 하되,
   
   유체의 유동저항을 감소시켜 리블렛 효과를 발생시키는 상기 임펠러(200)의 블레이드(210) 표면 구조는 유체의 유동 방향을 따라 형성된 다수의 비늘 형태이고,
   상기 비늘 형태는 마름모꼴, 사각형, 물결, 사다리꼴 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리블렛 구조의 임펠러를 이용한 고효율 펌프.
   
   
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