KR200405731Y1 - 마찰열을 이용한 열에너지 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 보일러 등과 같은 난방장치에 사용되는 열원이나 증기를 공급하는 장치에 관한 것으로, 물수납통(10)의 내부공간에 수용된 물을 가열하거나 수증기를 발생시키기 위한 열에너지 발생장치를 구성함에 있어서, 상기 물수납통(10)에 외부동력에 의해 회전하는 동력발생체(20)를 매개로 연결되어 회전하면서 그 회전축(31)상에 적어도 한 개 이상의 디스크(32)가 순차적으로 배치된 에너지발생체(30)가 내장되어, 상기 에너지발생체(30)의 회전과정에서 발생하는 마찰열을 통해 물분자운동을 가속화하여 열에너지를 발생시키는 것을 특징으로 하여, 물수납통에 수용된 물을 디스크의 고속 회전과정에서 발생하는 마찰열을 이용하여 가열하거나 수증기를 발생시킴으로써, 화석연료의 사용을 배제한 상태에서도 열에너지의 발생이 가능하여 경제적인 부담이 최소화됨은 물론 환경문제에도 기여할 수 있게 한 것이다.

열에너지발생장치, 물수납통, 동력발생체, 에너지발생체, 디스크

Description

마찰열을 이용한 열에너지 발생 장치 {A Genesis Equipment of Thermal Energy from Friction Heat}

도 1은 본 고안에 따른 열에너지 발생장치를 도시한 전체도면,

도 2는 본 고안에 따른 열에너지 발생장치의 동력발생체를 도시한 사시도,

도 3은 본 고안에 따른 동력발생체를 도시한 부분확대도이다.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 열에너지발생장치 10 : 물수납통

11 : 주입구 12 : 배출구

20 : 동력발생체 21 : 회전축

30 : 에너지발생체 31 : 회전축

32 : 디스크 32a, 32b : 수평공, 수직공

33 : 고정프레임 34 : 통체

본 고안은 보일러 등과 같은 난방장치에 사용되는 열원이나 증기를 공급하는 장치에 관한 것으로, 특히 디스크의 고속 회전과정에서 발생하는 마찰열을 통해 물분자운동을 가속화하여 열에너지를 발생시킬 수 있도록 된 마찰열을 이용한 열에너지 발생 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 보일러는 가정이나 건물에서 난방이나 온수를 공급할 목적으로 사용되는 난방장치로서, 이 보일러는 물을 일정한 온도 이상으로 가열한 다음 공급관을 통하여 각 사용장소로 공급하고 그 복사열을 이용하여 난방작업을 마친 후 순환 펌프로 통해 복귀시키는 구조이다.

그런데, 보일러는 지금까지 석유나 가스나 석탄 등에 의한 화석연료 또는 전기에 의해 가열되는 연소실에 의해 열원을 제공하는 방식이므로, 고유가 시대에 경제적인 부담을 가중시킴은 물론 환경문제 까지도 유발시키고 있다.

더욱이, 보일러는 기술의 발전으로 인하여 순환펌프의 성능을 개선하거나 열손실을 보존하는 방향으로 연구개발이 이루어질 뿐, 화석연료의 사용을 최소화하거나 또는 순환펌프 등을 배제하는 등과 같은 인식전환은 이루어지지 않고 있다.

이에, 본 고안은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 서, 외부동력에 의한 디스크의 고속 회전과정에서 발생하는 마찰열을 통해 물분자운동을 가속화하여 열에너지를 발생시킬 수 있도록 된 마찰열을 이용한 열에너지 발생 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 물수납통의 내부공간에 수용된 물을 가열하거나 수증기를 발생시키기 위한 열에너지 발생장치를 구성함에 있어서, 상기 물수납통에 동력발생체를 매개로 연결되어 회전하면서 그 회전축상에 적어도 한 개 이상의 디스크가 순차적으로 배치된 에너지발생체가 내장되어, 상기 에너지발생체의 회전과정에서 발생하는 마찰열을 통해 물분자운동을 가속화하여 열에너지를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 따른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3은 본 고안에 따른 열에너지발생장치의 전체도면과 동력발생체의 사시도 및 동력발생체의 부분확대도로서, 물수납통(10)의 내부공간에 수용된 물을 가열하거나 수증기를 발생시키기 위한 열에너지 발생장치를 구성함에 있어서, 상기 물수납통(10)에 외부동력에 의해 회전하는 동력발생체(20)를 매개로 연결되어 회전하면서 그 회전축(31)상에 적어도 한 개 이상의 디스크(32)가 순차적으로 배치된 에너지발생체(30)가 내장되어, 상기 에너지발생체(30)의 회전과정에서 발생하는 마찰열을 통해 물분자운동을 가속화하여 열에너지를 발생시킨다.

먼저, 열에너지발생장치(1)는, 마찰열을 이용하여 물을 가열하거나 또는 수 증기화하기 위한 것으로서, 물을 수용하는 물수납통(10)과, 이 물수납통(10)의 내부에 구성된 에너지발생체(30)와, 이 에너지발생체(30)에 연결되어 회전동력을 발생시키는 동력발생체(20)로 구성된다.

그리고, 물수납통(10)은, 물공급라인(미도시)에서 공급되는 물을 수용하는 통체로서, 그 내부공간을 가능한 원통형으로 형성시킴이 바람직하며, 그 일측부에 물을 수용하는 주입구(11)가 형성되면서 그 타측부에 가열된 물이나 수증기를 사용장소로 공급하는 배출구(12)가 형성된다.

물론, 물수납통(10)은 그 양측부에 주입구(11)와 배출구(12)가 각각 형성된 것으로 한정하여 설명하였지만, 그 밖에도 주입구(11)와 배출구(12)의 위치를 변경하여 형성시킬 수도 있고 그 일면에 모두 형성시킬 수도 있으며, 특히 그 갯수는 가능한 각각 한 개로 형성시킴이 바람직하다.

그리고, 동력발생체(20)는, 물수납통(10)의 측부에 구성되어 이후에 설명하는 에너지발생체(30)에 회전력을 제공하는 것으로서, 모우터 등과 같은 에너지발생체(30)를 회전시킬 수 있는 수단이라면 본원의 기술범주에 포함되며, 특히 그 일측부에 회전축(21)이 구성되어 있다.

그리고, 에너지발생체(30)는, 동력발생체(20)에 연결되어 동시에 회전하는 것으로서, 동력발생체(20)의 측부에 장착되어 고정프레임(33)을 통해 고정된 통체(34)와. 이 통체(34)의 내부공간에 장착된 회전축(31) 및, 이 회전축(31)상에 순차적으로 장착된 다수개의 디스크(32)로 구성된다.

물론, 디스크(32)는, 상기 회전축(31)상에 고정되는 원판형상의 고정부(32c) 와, 이 고정부(32c)의 둘레면에 일체로 성형된 링형상의 외곽부(32d)로 구성되며, 특히 고정부(32c)에 비해 외곽부(32d)의 두께를 상대적으로 더 두껍게 형성하여 회전관성을 최대화시킴이 바람직하다.

또한, 고정부(32c)와 외곽부(32d)의 접촉지점에 물의 흐름방향을 외곽으로 유도하는 경사부(32e)가 일정각도로 경사지게 형성된다.

또한, 디스크(32)는, 외곽부(32d)에 소용돌이를 발생시키는 다수개의 수평공(32a)과 수직공(32b)이 상호 연통되게 형성된다.

물론, 디스크(32)의 경사부(32e)는 수평/수직공(32a,32b)과 함께 소용돌이를 발생시킴은 물론 물의 흐름을 경사방향으로 유도하는 기능을 수행한다.

또한, 디스크(32)는 그 외표면에 도면층을 형성하거나 또는 부식성이 우수한 재질로 성형하여 수명을 연장시킴이 바람직하다.

또한, 디스크(32)에서 수평공(32a)과 수직공(32b)의 내경은 물수납통(10)의 체적 또는 동력발생체(20)의 용량에 따라 적절한 크기로 조절할 수 있는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

또한, 동력발생체(20)의 회전축(21)과 에너지발생체(30)의 회전축(31)은 커플링을 통해 직접 연결할 수도 있고, 그 밖에도 풀리나 벨트를 통해 간접적으로 연결할 수도 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.

또한, 에너지발생체(30)의 구성과정에서, 회전축(31)을 병렬로 다수개 구성하여 효율을 증대시킬 수 있음은 당연하다,

이하, 본 고안에 따른 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 물수납통(10)에 수용된 물을 가열하거나 수증기를 발생시키려는 경우 일단 동력발생체(20)를 작동시키면, 이 동력발생체(20)에 회전축(31)을 통해 연결된 에너지발생체(30)가 회전한다.

그런 다음, 물수납통(10)의 주입구(11)에 공급된 물이 물수납통에 가득 채워졌을 때 에너지발생체(30)의 디스크(32)를 회전시키면, 디스크(32)의 구성요소와 물이 마찰되면서 소용돌이를 일으키게 된다.

이때, 물수납통(10)내의 물이 소용돌이를 일으킬 때 물의 최상층은 제동이 걸리게 되고 표면을 속도가 떨어지면서 마찰열을 발생시키는 것이다.

이어서, 물수납통(10)에 유입되는 물이 경사부(32e)를 경유하면서 경사방향으로 흩뿌려짐은 물론 수평공(32a)를 거치면서 힘차게 소용돌이치고 수직공(32b)을 거치면서 더욱 더 소용돌이가 가속화되어 기포를 발생시킨다.

이로 인해, 수평/수직공(32a,32b)과 경사부(32e)에 의해 형성된 기포의 표면이 강한 속도로 회전하므로, 물수납통(10)에서 수증기 기포의 내부 압력에 대한 반작용과 디스크(32)의 회전운동력이 물의 질량과 표면 장력에 압력을 주게 된다.

따라서, 디스크(32)의 회전과정에서 생성된 기포들은 반작용에 부딪치면서 연속적으로 터지게 되며 저주파 대역(소리)과 열적외선 대역에서의 충격에너지(열)를 함께 분출하는 것이다.

이때, 대역별로 만들어지는 기포의 크기와 방출되는 에너지 밀도 크기는 물의 표면과 디스크가 마찰되는 상호 작용의 선속도에 정비례하고 물 내부의 압력과는 반비례하므로, 기포의 크기를 조절해야 한다.

특히, 디스크(32)의 수평/수직공(32a,32b)과 경사부(32e)를 이용하여 열적외선 대역에 집중된 열에너지를 얻기 위해서 소용돌이상의 수증기 기포의 크기를 500∼1500 나노미터로 생성해 마찰에너지의 효율을 최대함이 바람직하다.

따라서, 마찰열을 최대화하는 것은 물의 최상층에서 발생하는 수증기 기포의 크기, 압력, 마찰단면적, 마찰시간, 마찰속도 등이 관련되며, 이러한 과정에 의해 가열된 물이 배출구(12)로 통해 사용장소로 공급되는 것이다.

이때, 에너지발생장치(1)에 보조장치로서 예컨대, 별도의 히팅장치를 부가하여 사용할 수도 있음은 당연하다.

한편, 본 고안에 따른 열에너지발생장치(1)를 이용하여 마찰열의 발생을 최적화하였을 때, 수온 20℃의 물 1톤을 96℃로 가열하는 데에 약 30분이 소요되었으며, 이러한 실험결과는 마찰열이 새로운 에너지원이 될 수 있다는 것을 의미할 뿐만 아니라 발생장치의 크기를 적절하게 조절한다면 소형 열에너지에서 대형 열에너지까지 생산해 낼 수 있다는 것을 의미한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 마찰열을 이용한 열에너지 발생 장치에 의하면, 물수납통에 수용된 물을 디스크의 고속 회전과정에서 발생하는 마찰열을 이용하여 가열하거나 수증기를 발생시킴으로써, 화석연료의 사용을 배제한 상태에서도 열에너지의 발생이 가능하여 경제적인 부담이 최소화됨은 물론 환경문제에도 기여할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 물수납통(10)의 내부공간에 수용된 물을 가열하거나 수증기를 발생시키기 위한 열에너지 발생장치를 구성함에 있어서,

   상기 물수납통(10)에 외부동력에 의해 회전하는 동력발생체(20)를 매개로 연결되면서 그 회전축(31)상에 적어도 한 개 이상의 디스크(32)가 순차적으로 배치된 에너지발생체(30)가 내장되어, 상기 에너지발생체(30)의 회전과정에서 발생하는 마찰열을 통해 물분자운동을 가속화하여 열에너지를 발생시키는 것을 특징으로 하는 마찰열을 이용한 열에너지 발생 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 에너지발생체(30)의 디스크(32)는,

   상기 회전축(31)상에 고정된 원판형상의 고정부(32c)와, 이 고정부(32c)의 둘레면에 일체로 성형되면서 이 고정부(32c)에 비해 두껍게 형성된 링형상의 외곽부(32d), 이 외곽부(32d)에 상호 연통되게 형성되어 소용돌이를 발생시키는 다수개의 수평/수직공(32a,32b) 및, 상기 고정부(32c)와 외곽부(32d)의 접촉지점에 형성되어 물의 흐름방향을 경사지게 유도하는 경사부(32e)로 이루어진 것을 특징으로 하는 마찰열을 이용한 열에너지 발생 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 동력발생체(20)는,

   모우터인 것을 특징으로 하는 마찰열을 이용한 열에너지 발생 장치.

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