KR20100030036A

KR20100030036A - 극저온 유체 순환용 펌프

Info

Publication number: KR20100030036A
Application number: KR1020080088792A
Authority: KR
Inventors: 권운식; 박희주; 이치환; 김영춘
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-18
Also published as: US20100061869A1; US8342820B2; KR100981048B1

Abstract

본 발명은 극저온 유체를 순환시켜 이송하고자 하는 목적으로 사용되는 펌프에 관한 것으로, 더 상세하게는 펌프에 의해 극저온 유체를 순환시키는 과정에서 대류에 의해 열이 침투되는 것을 방지함과 아울러 펌프를 회전시키기 위해 회전되는 축을 통하여 순환되는 극저온 유체로 열전달이 이루어지는 것을 최소화할 수 있도록 하기 위하여,

극저온 유체를 순환시켜 이송하는 펌프에 있어서, 상기 펌프는 대류에 의한 열이 침투되는 것을 방지하도록 유입통로와 배출통로가 형성된 진공 챔버의 내부에 동력원의 회전력을 전달받아 자력에 의해 회전되면서 유체를 순환시키는 마그네트 펌프부를 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 유체 순환용 펌프에 관한 것이다.

극저온, 유체, 펌프, 마그네트, 회전

Description

극저온 유체 순환용 펌프{The pump for the cryogenic fluid circulation}

본 발명은 극저온 유체를 순환시켜 이송하고자 하는 목적으로 사용되는 펌프에 관한 것으로, 더 상세하게는 펌프에 의해 극저온 유체를 순환시키는 과정에서 대류에 의해 열이 침투되는 것을 방지함과 아울러 펌프를 회전시키기 위해 회전되는 축을 통하여 순환되는 극저온 유체로 열전달이 이루어지는 것을 최소화할 수 있도록 한 극저온 유체 순환용 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 극저온 유체라 함은 온도범위를 명확하게 규정하고 있지 않지만은 통상적인 액화 천연 가스(LNG)나 액체산소 등과 같이 약 영하 183℃ 이하의 온도를 유지하는 유체를 말하는 것으로, 이러한 극저온 유체를 순환시켜 이송하고자 하는 목적으로 사용되는 펌프는 극저온 유체의 특성상 순환시키는 과정에서 기화 등과 같은 손실을 최소화하면서 순환시켜야 하는 조건을 구비해야 하는 것이다.

그러나, 통상적으로 사용되는 유체 순환용 펌프는 상온의 온도조건에서 사용되는 것으로, 극저온 유체에 사용하기에는 부적합하여 사용하지 못하였으며 그에 따라 근래에 들어 극저온 유체를 순환시켜 이송할 수 있는 펌프가 개발되어 사용되고 있는바, 종래 극저온 유체를 순환시키기 위한 펌프는 전면에 내부로 구비된 임 펠러에 의해 극저온 유체가 유입되고 측면으로 유입된 극저온 유체를 배출하는 하우징이 구비되고, 상기 임펠러에는 구동원과 연결되는 구동축과 연결되어 회전되도록 구성된다.

또한, 상기 임펠러와 연결되는 구동축과 하우징 사이에는 극저온 유체가 누출되는 것을 방지하고자 통상적인 메커니컬 실(Mechanicl seal)이나 래버닌스 실(Labyrinth seal) 등이 장착되어 극저온 유체가 누출되는 것을 방지하였으며, 상기 구동원과 임펠러를 연결하는 구동축은 순환되는 극저온 유체에 열이 전달되는 것을 최소화할 수 있도록 비교적 길이를 최대한 길게 형성하였다.

그러나, 상기와 같은 종래의 극저온 유체를 순환시키고자 사용되는 펌프에 있어서는 임펠러가 내장된 하우징이 대기에 그대로 노출되어 있으므로, 대류에 의한 열침투가 발생하는 문제점이 초래되었고, 상기 구동원과 임펠러 사이에 연결되는 구동축 또한 열전달을 최소화하고자 길이가 길게 형성되는 관계로, 부피가 상당히 커지는 문제점도 발생하였다.

또한, 상기 하우징과 구동축 사이에 극저온 유체가 누출되는 것을 최소화하고자 구비되는 메커니컬 실이나 래버닌스 실 등이 구동축의 지속적인 회전으로 인해 일정한 사용기간이 경과 한 후 마모 등으로 인해 극저온 유체가 누출되는 문제점도 발생하였다.

이러한 문제점으로 인해 종래 극저온 유체를 순환시키고자 사용되는 펌프는 비교적 열손실과 누출을 무시하는 환경, 즉 LNG용 펌프나 액체질소 저장소 등지에서 주로 사용하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하고자 창안한 것으로, 그 주된 목적은 펌프에 의해 극저온 유체를 순환시키는 과정에서 대류에 의해 열이 침투되는 것을 방지함과 아울러 펌프를 회전시키기 위해 회전되는 축을 통하여 순환되는 극저온 유체로 열전달이 이루어지는 것을 최소화할 수 있도록 한 극저온 유체 순환용 펌프를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 극저온 유체를 순환시켜 이송하는 펌프에 있어서, 상기 펌프는 대류에 의한 열이 침투되는 것을 방지하도록 유입통로와 배출통로가 형성된 진공 챔버의 내부에 동력원의 회전력을 전달받아 자력에 의해 회전되면서 유체를 순환시키는 마그네트 펌프부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 마그네트 펌프부는 동력원과 연결되어 회전되는 구동수단의 자력에 의해 유체유입구와 유체배출구가 형성된 하우징의 내부에서 회전되는 회전수단에 의해 유체를 순환시키는 것을 특징으로 한다.

상기 구동수단은 동력원과 직접 연결되는 구동축과, 이 구동축의 끝단 진공 챔버의 내부 측에 상기 하우징의 일측 외측면을 감싸고 하우징과 접한 내측면에 일정간격으로 수개의 마그네트가 구비된 구동부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 회전수단은 하우징의 내부에 형성되는 고정축 상에 회전이 자유롭게 이 루어질 수 있도록 일측 외주면에 마그네트가 형성되고 이 마그네트가 형성된 반대측 상기 유체유입구와 유체배출구 측으로 임펠러가 형성되어 장착되는 회전부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 펌프에 의해 극저온 유체를 순환시키는 과정에서 대류에 의해 열이 침투되는 것을 진공 챔버에 의해 방지함과 아울러 펌프를 회전시 자력에 의해 회전되도록 하여 회전되는 축을 통하여 순환되는 극저온 유체로 열전달이 이루어지는 것을 최소화할 수 있도록 함으로써, 순환되는 극저온 유체의 누설됨 없이 열에 의해 기화되는 현상을 최소화하여 원활하게 순환되어 이송될 수 있는 효과를 가지는 것이다.

또한, 임펠러를 회전시키는 방식이 열전달을 방지하고자 축을 길게 연결하는 형태가 아니라 자력에 의해 회전되도록 하여 펌프의 전체적인 길이를 현저하게 줄일 수 있는 효과도 갖는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명을 개략적으로 나타낸 요부 단면도이고, 도 2는 본 발명의 사용 상태를 개략적으로 나타낸 요부도이다.

도시된 바와 같이 통상적인 액화 천연 가스(LNG)나 액체산소 등과 같이 약 영하 183℃ 이하의 온도를 유지하는 극저온 유체를 기화 등과 같은 손실을 최소화 하면서 순환시켜 이송하는 펌프(1)에 있어서,

본 발명은, 상기 펌프에 의해 극저온 유체를 순환시키는 과정에서 대류에 의해 열이 침투되는 것을 방지함과 아울러 펌프의 회전축을 통하여 순환되는 극저온 유체로 열전달이 이루어지는 것을 최소화할 수 있도록 하기 위하여,

상기 펌프(1)는 대류에 의한 열이 침투되는 것을 방지하도록 후술하는 유체유입구와 유체배출구가 내부에 위치할 수 있도록 유입통로(12)와 배출통로(14)가 형성된 진공 챔버(10)의 내부에 모터 등과 같은 동력원(M)의 회전력을 전달받아 통상적인 축 연결에 의한 동력전달방식이 아닌 자력에 의해 회전되면서 유체를 순환시키는 마그네트 펌프부(20)를 구비하는 것을 나타낸 것이다.

상기 마그네트 펌프부(20)는 동력원과 연결되어 회전되는 구동수단(30)의 자력에 의해 상기 유입통로와 배출통로에 위치하는 유체유입구(42)와 유체배출구(44)가 형성된 하우징(40)의 내부에서 회전되는 회전수단(50)에 의해 유체가 순환될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이때 상기 하우징(40)은 진공 챔버 내부에서 유동성이 없도록 함과 아울러 열전도도가 낮고 강도가 높은 유리 섬유 보강 플라스틱(FRP) 등으로 형성되는 통상적인 지지대(41) 등에 의해 지지되도록 한다.

상기 구동수단(30)은 동력원(M)과 통상적인 커플링이나 공지의 축 조인트 방식 등에 의해 직접 연결되는 구동축(32)과, 이 구동축의 끝단 진공 챔버(10)의 내부 측에 상기 하우징(40)의 일측 외측면을 감싸고 그 하우징과 접한 내측면에 일정간격으로 수개의 마그네트(33)가 구비된 구동부재(34)로 구성되는 것이 바람직하다.

상기에서, 진공 챔버와 구동축이 연결되는 부분에는 통상적인 베어링과 함께 진공 챔버 내의 진공도를 유지하면서 먼지, 습기, 부식성 물질 등의 이물질 침입을 방지하도록 통상적인 자성 유체 씰(Magnetic fluid seal)이 개재되는 것이 바람직하고, 이 진동 챔버와 구동축이 연결되는 부분과 구동부재 사이에는 구동축 회전에 따른 유동성을 최소화하여 안정적으로 회전이 이루어질 수 있도록 지지대(31)에 의해 지지되는 베어링(35)이 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 회전수단(50)은 하우징(40)의 내부에 형성되는 고정축(52) 상에 회전이 자유롭게 이루어질 수 있도록 통상적인 베어링 블록에 의해 일측 외주면에 마그네트(53)가 형성되고 이 마그네트가 형성된 반대측 상기 유체유입구와 유체배출구 측으로 임펠러(54)가 형성되어 장착되는 회전부재(55)로 구성되는 것이 바람직하다.

상기에서, 하우징과 임펠러는 극저온의 온도 조건에서 열수축이나 적절한 강도를 유지하면서 자력의 영향을 받지 않는 재질인 스테인리스(SUS 304) 재질로 형성하는 것이 바람직하고, 상기 하우징은 진공 챔버 내에서도 극저온 유체의 누수를 최소화할 수 있도록 매커니컬 실 재질과 같은 재질로 밀봉하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 도 2에 도시된 바와 같이 대기에 노출되지 않도록 진공 챔버(10)의 내부에 동력원(M)의 회전력을 전달받아 자력에 의해 회전되는 마그네트 펌프부(20)를 통하여 극저온 유체를 순환시키도록 구성함에 따라 대류에 의한 열침투를 진공 챔버에 의해 방지할 수 있는 조건을 가지게 되는 것이다.

그리고, 상기 진공 챔버 내의 마그네트 펌프는 동력원과 연결되어 회전되는 구동수단의 구동축(32)이 회전되면서 이 구동축의 끝단에 형성된 구동부재(34)의 마그네트(33)에 의해 하우징(40) 내의 고정축(52) 상에 회전이 자유롭게 장착된 회전부재(55)가 회전되면서, 즉 상기 마그네트와 대응되는 위치의 외주면에 형성된 마그네트(53) 간의 자력에 의해 회전되면서 임펠러(54)가 회전됨으로써, 상기 하우징의 유체유입구(42)를 거쳐 유입된 극저온 유체가 유체배출구(44)를 통하여 배출되는 것이다.

다시 말해서, 상기 구동원과 연결되는 구동축이 임펠러에 직접 연결되어 회전시키는 것이 아니라 구동축의 끝단에 형성되는 구동부재와 하우징 내에 구비되는 고정축 상에 구비되는 회전부재에 형성된 각각의 마그네트의 자력에 의해 회전되도록 함에 따라, 즉 구동축과 고정축이 직접 연결되지 않아 축을 통하여 열이 전달되는 것을 최소화할 수 있는 것이다.

아울러, 종래 축 연결방식에 의해 하우징과 구동축 사이에 누출방지를 위해 구비되는 메커니컬 실이나 래버닌스 실 등과 같은 기밀수단이 불필요하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명의 펌프는 극저온 유체를 순환시켜 이송하는 과정에서 대류에 의한 열이 침투되는 것을 진공 챔버에 의해 차단함과 아울러 임펠러의 회전 또한 통상적인 축 연결방식이 아닌 마그네트에 의한 자력으로 회전되도록 함으로써, 축을 통하여 열이 전달되는 것 또한 방지할 수 있는 조건을 가지게 되는 것이다.

한편, 상기한 하우징 내부에 구비되는 임펠러는 통상적인 유체 펌프에 적용되는 임펠러와 같은 형태를 적용함은 물론 하우징의 전방에 유체유입구를, 이 유체유입구와 직교되는 방향의 측면에 유체배출구를 형성한 것을 일 예로 설명하였으나 통상적인 마찰 펌프(Wesco pump)의 구조에 적용하여도, 즉 하우징의 내부에 임펠러를 구비하고 유체유입구와 유체배출구를 하우징의 측면에 형성되는 일반적인 구조에 적용하여도 무방하다.

도 1은 본 발명을 개략적으로 나타낸 요부 단면도.

도 2는 본 발명의 사용 상태를 개략적으로 나타낸 요부도.

도면의 주요 부분에 부호의 설명

1 : 펌프 10 : 진공 챔버

12 : 유입통로 14 : 배출통로

20 : 마그네트 펌프부 30 : 구동수단

31,41 : 지지대 32 : 구동축

33,53 : 마그네트 34 : 구동부재

40 : 하우징 42 : 유체유입구

44 : 유체배출구 50 : 회전수단

54 : 임펠러 55 : 회전부재

Claims

극저온 유체를 순환시켜 이송하는 펌프에 있어서,

상기 펌프(1)는 대류에 의한 열이 침투되는 것을 방지하도록 유입통로(12)와 배출통로(14)가 형성된 진공 챔버(10)의 내부에 동력원(M)의 회전력을 전달받아 자력에 의해 회전되면서 유체를 순환시키는 마그네트 펌프부(20)를 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 유체 순환용 펌프.
제1항에 있어서, 상기 마그네트 펌프부(20)는 동력원과 연결되어 회전되는 구동수단(30)의 자력에 의해 유체유입구(42)와 유체배출구(44)가 형성된 하우징(40)의 내부에서 회전되는 회전수단(50)에 의해 유체를 순환시키는 것을 특징으로 하는 극저온 유체 순환용 펌프.
제2항에 있어서, 상기 구동수단(30)은 동력원과 직접 연결되는 구동축(32)과, 이 구동축의 끝단 진공 챔버의 내부 측에 상기 하우징의 일측 외측면을 감싸고 하우징과 접한 내측면에 일정간격으로 수개의 마그네트(33)가 구비된 구동부재(34)로 구성되는 것을 특징으로 하는 극저온 유체 순환용 펌프.
제2항에 있어서, 상기 회전수단(50)은 하우징의 내부에 형성되는 고정축(52) 상에 회전이 자유롭게 이루어질 수 있도록 일측 외주면에 마그네트(53)가 형성되고 이 마그네트가 형성된 반대측 상기 유체유입구와 유체배출구 측으로 임펠러(54)가 형성되어 장착되는 회전부재(55)로 구성되는 것을 특징으로 하는 극저온 유체 순환용 펌프.