KR20120121457A - 회전식 압력에너지 회수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전식 압력에너지 회수장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수압 펌프를 이용하여 해수를 흡입하여 역삼투식 담수장치의 막에 고압으로 공급하고 생산수로 배출되지 않은 농축된 해수의 압력 에너지를 바다로 버리지 않고 회수하여 수압펌프와 일체로 구성된 수압모터를 구동하게 함으로써, 수압펌프의 구동동력을 얻을 수 있어 버려지는 압력을 다시 회수하여 보조 동력으로 사용할 수 있으므로 에너지의 낭비를 줄이거나 효율을 높일 수 있으며, 상기 밸브판의 일단면이 구면으로 형성됨으로써, 실린더블록의 회전시, 항시 실린더블록의 중심이 회전 축 중심부에 위치하도록 자동조절되어 구조적인 안정성이 보장되며, 하나의 실린더블록과 하나의 밸브판에 펌프용 흡입토출 단속밸브와 수압모터용 공급 및 드레인 단속밸브가 공존하도록 구성되고, 상기 실린더블록과 밸브판 사이에는 정압베어링을 적용함으로써 상호 마찰저항의 감소하여 기계 효율 향상과 수명이 연장되는 특징이 있다.

Description

회전식 압력에너지 회수장치{Rotary energy recovery device}

본 발명은 회전식 압력에너지 회수장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수압 펌프를 이용하여 해수를 흡입하여 역삼투식 담수장치의 막에 고압으로 공급하고 생산수로 배출되지 않은 농축된 해수의 압력 에너지를 바다로 버리지 않고 회수하여 수압펌프와 일체로 구성된 수압모터를 구동하게 함으로써, 수압펌프의 구동동력을 얻을 수 있어 버려지는 압력을 다시 회수하여 보조 동력으로 사용할 수 있으므로 에너지의 낭비를 줄이거나 효율을 높일 수 있으며, 상기 밸브판의 일단면이 구면으로 형성됨으로써, 실린더블록의 회전시, 항시 실린더블록의 중심이 회전 축 중심부에 위치하도록 자동조절되어 구조적인 안정성이 보장되며, 하나의 실린더블록과 하나의 밸브판에 펌프용 흡입토출 단속밸브와 수압모터용 공급 및 드레인 단속밸브가 공존하도록 구성되고, 상기 실린더블록과 밸브판 사이에는 정압베어링을 적용함으로써 상호 마찰저항의 감소하여 기계 효율 향상과 수명이 연장되는 회전식 압력에너지 회수장치에 관한 것이다.

통상적으로 해수나 오폐수(이하, "해수"라 통칭한다)를 여과하여 정수를 생성하는 역삼투압 여과장치는 해수를 펌핑하는 펌핑 수단을 구비하고 있으며, 이러한 역삼투압 여과장치에서 펌핑된 해수는 일부가 소정의 여과 수단을 통과하여 여과되고 나머지 해수는 농축된 상태로 그대로 배출하게 된다.

이러한 역삼투압 여과장치에서 배출되는 농축된 해수는 상기한 바와 같이 고압펌프에 의해 펌핑된 압력을 상당히 유지하고 있다.

그러나 이러한 높은 압력의 해수는 그대로 배출함으로서 에너지가 소모되고 있으며, 이러한 단점을 보완하기 위한 수단으로 많은 종류의 압력 회수기구가 개발되어 보급되고 있다.

이러한 압력 회수기구에는 펠튼(pelton) 수차나 프란시스(francis) 수차 등의 터보형이 있으나, 이러한 것들은 효율이 낮고, 부피가 크기 때문에 소형 장치에는 사용할 수 없는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

수압 펌프를 이용하여 해수를 흡입하여 역삼투식 담수장치의 막에 고압으로 공급하고 생산수로 배출되지 않은 농축된 해수의 압력 에너지를 바다로 버리지 않고 회수하여 수압펌프와 일체로 구성된 수압모터를 구동하게 함으로써, 수압펌프의 구동동력을 얻을 수 있어 버려지는 압력을 다시 회수하여 보조 동력으로 사용할 수 있으므로 에너지의 낭비를 줄이거나 효율을 높일 수 있는 회전식 압력에너지 회수장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 상기 밸브판의 일단면이 구면으로 형성됨으로써, 실린더블록의 회전시, 항시 실린더블록의 중심이 회전 축 중심부에 위치하도록 자동조절되어 구조적인 안정성이 보장되며, 하나의 실린더블록과 하나의 밸브판에 펌프용 흡입토출 단속밸브와 수압모터용 공급 및 드레인 단속밸브가 공존하도록 구성되고, 상기 실린더블록과 밸브판 사이에는 정압베어링을 적용함으로써 상호 마찰저항의 감소하여 기계 효율 향상과 수명이 연장되는 회전식 압력에너지 회수장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 내부에 회전축이 축방향으로 관통 설치되고, 일측에 착탈 가능하게 밀폐커버가 설치되는 하우징과;

상기 회전축에 경사지게 설치되고, 일단면에 다수의 수압모터용 피스톤과 다수의 수압펌프용 피스톤이 구비되어 회전에 의해 수압모터용 피스톤과 수압펌프용 피스톤을 왕복 운동시키는 경사판과;

상기 경사판의 일측에 구비되고, 상기 다수의 수압모터용 피스톤과 다수의 수압펌프용 피스톤이 삽입되어 왕복 이동하도록 다수의 수압모터용 유압실과 다수의 수압펌프용 유압실이 형성되며, 끝단면이 호 형태의 유체통로 포터가 형성되어 회전되는 실린더블록과;

상기 실린더블록의 유체통로 포터에 접촉되어 구비되도록 일단면이 구면으로 형성되고, 상기 실린더블록으로부터 토출되는 유체와 통수커버로부터 유입되는 유체를 단속해주도록 수압모터용 통수공과 수압펌프용 통수공이 형성되는 밸브판과;

상기 하우징의 타측에 착탈 가능하게 설치되면서 상기 밸브판의 끝단면과 접촉되어 수압모터용 통수공과 연결되는 수압모터용 연결포트가 형성되며, 상기 밸브판의 수압펌프용 통수공과 연결되는 수압펌프용 연결포트가 형성되는 통수커버;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식 압력에너지 회수장치에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 회전식 압력에너지 회수장치는 수압 펌프를 이용하여 해수를 흡입하여 역삼투식 담수장치의 막에 고압으로 공급하고 생산수로 배출되지 않은 농축된 해수의 압력 에너지를 바다로 버리지 않고 회수하여 수압펌프와 일체로 구성된 수압모터를 구동하게 함으로써, 수압펌프의 구동동력을 얻을 수 있어 버려지는 압력을 다시 회수하여 보조 동력으로 사용할 수 있으므로 에너지의 낭비를 줄이거나 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 밸브판의 일단면이 구면으로 형성됨으로써, 실린더블록의 회전시, 항시 실린더블록의 중심이 회전 축 중심부에 위치하도록 자동조절되어 구조적인 안정성이 보장되며, 하나의 실린더블록과 하나의 밸브판에 펌프용 흡입토출 단속밸브와 수압모터용 공급 및 드레인 단속밸브가 공존하도록 구성되고, 상기 실린더블록과 밸브판 사이에는 정압베어링을 적용함으로써 상호 마찰저항의 감소하여 기계 효율 향상과 수명이 연장되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 압력에너지 회수장치를 나타낸 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실린더블록과 밸브판을 나타낸 분해 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실린더블록을 나타낸 후면 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 밸브판을 나타낸 전개도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 통수커버를 나타낸 전면도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 통수커버를 나타낸 후면도이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 내부에 회전축이 축방향으로 관통 설치되고, 일측에 착탈 가능하게 밀폐커버가 설치되는 하우징과;

상기 회전축에 경사지게 설치되고, 일단면에 다수의 수압모터용 피스톤과 다수의 수압펌프용 피스톤이 구비되어 회전에 의해 수압모터용 피스톤과 수압펌프용 피스톤을 왕복 운동시키는 경사판과;

상기 경사판의 일측에 구비되고, 상기 다수의 수압모터용 피스톤과 다수의 수압펌프용 피스톤이 삽입되어 왕복 이동하도록 다수의 수압모터용 유압실과 다수의 수압펌프용 유압실이 형성되며, 끝단면이 호 형태의 유체통로 포터가 형성되어 회전되는 실린더블록과;

상기 실린더블록의 유체통로 포터에 접촉되어 구비되도록 일단면이 구면으로 형성되고, 상기 실린더블록으로부터 토출되는 유체와 통수커버로부터 유입되는 유체를 단속해주도록 수압모터용 통수공과 수압펌프용 통수공이 형성되는 밸브판과;

상기 하우징의 타측에 착탈 가능하게 설치되면서 상기 밸브판의 끝단면과 접촉되어 수압모터용 통수공과 연결되는 수압모터용 연결포트가 형성되며, 상기 밸브판의 수압펌프용 통수공과 연결되는 수압펌프용 연결포트가 형성되는 통수커버;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 압력에너지 회수장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실린더블록과 밸브판을 나타낸 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실린더블록을 나타낸 후면 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 밸브판을 나타낸 전개도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 통수커버를 나타낸 전면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 통수커버를 나타낸 후면도이다.

도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 회전식 압력에너지 회수장치(60)는 해수를 펌핑하는데 사용되는 압력을 해수를 펌핑한 뒤, 버리지 않고 압력을 회수하여 보조 동력의 역할로 재활용하는 장치로써, 하우징(10)과, 경사판(20)과, 실린더블록(30)과, 밸브판(40)과, 통수커버(50)로 구성된다.

상기 하우징(10)은 도 1에 도시한 바와 같이, 내부가 중공되어 양측이 관통 형성되는데, 일측에는 착탈 가능하게 밀폐커버(11)가 설치되고, 타측에는 착탈 가능하게 통수커버(60)가 설치된다.

여기서, 상기 하우징(10)의 내부에는 축방향으로 길게 회전축(12)이 구비되는데, 상기 회전축(12)은 밀폐커버(11)의 중앙부를 관통하여 끝단부가 외측으로 돌출 형성되어 회전식 압력에너지 회수장치(60)를 외부에 지지하고, 상기 회전축(12)은 후술되는 경사판(20)과 실린더블록(30)과 밸브판(40)의 중앙부를 관통하여 통수커버(50)의 일단면에 회전축(12)의 일측 끝단부가 베어링(13)에 의해 지지된다. 이때, 상기 밀폐커버(11)와 접촉되는 회전축(12)의 외주연에도 베어링(13)이 설치되어 마찰을 줄여준다.

상기 경사판(20)은 도 1에 도시한 바와 같이, 하우징(10)의 내부에 구비되어 회전축(12)에 소정각도로 경사지게 설치되면서 경사판(20)의 일단면이 밀폐커버(11)에 고정된다.

여기서, 상기 경사판(20)의 일단면 즉, 경사진 면에는 다수의 수압모터용 피스톤(21)과 다수의 수압펌프용 피스톤(22)이 구비되고, 상기 수압모터용 피스톤(21)과 수압펌프용 피스톤(22)은 회전에 의해 도면상 좌,우 왕복 운동(피스톤 운동)을 한다. 이때, 상기 수압펌프용 피스톤(22)과, 수압모터용 피스톤(21)은 경사판(20)의 일단면에 원주방향으로 서로 교번되게 결합된다.

또한, 상기 다수의 수압모터용 피스톤(21)과 다수의 수압펌프용 피스톤(22)이 경사판에 연결되도록 피스톤슈(shoe of piston,23)가 더 형성되고, 상기 다수의 피스톤슈(23)는 하나의 원형 고리형 세트판(set plate,24)에 의해 연결되며, 상기 세트판(24)은 회전축(12)에 연결되도록 세트판(24)의 중앙부와 회전축(12)의 외주연 사이에 볼가이드(ball guide,25)가 설치되어 회전축(12)에 맞춰 회전되는 것이다.

그리고, 상기 경사판(20)을 따라 회전되는 방식은 일반적인 사판식 압축기의 원리와 유사하기에 별도로 기술하지 않는다.

상기 실린더블록(30)은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 경사판(20)의 일측에 소정간격 이격되어 회전축(12)과 스플라인 결합되고, 상기 회전축(12)과 동시에 회전되며, 이러한 상기 실린더블록(30)을 회전시키는 수단들로는 외부 즉, 해수의 압력에 의해 경사판(20)에서 왕복 운동하는 피스톤들(21,22)에 의해 회전된다.

여기서, 상기 실린더블록(30)의 일단면(경사판(20)과 상호 대응되는 면)에는 경사판(20)의 일측에 구비되는 다수의 수압모터용 피스톤(21)과 다수의 수압펌프용 피스톤(22)이 삽입되어 왕복 운동하도록 다수의 수압모터용 압력실(31)과 다수의 수압펌프용 압력실(32)이 관통 형성된다.

상기와 같이 실린더블록(30)에 형성된 압력실들(31,32)은 피스톤들(21,22)이 왕복 운동하는 공간으로 피스톤과 마찰을 일으키게 되며 이러한 마찰에 의해 내벽이 마모되거나 유체가 눌출될 염려가 있다. 이러한 단점을 해소하기 위해 상기 실린더블록(30)에 형성된 압력실들(31,32)의 내벽에는 피스톤들(21,22)과의 마찰을 감소시키고, 유체의 누출을 방지하기 위한 오일시일(미도시)이 더 형성될 수 있으며, 이러한 오일시일은 고강도의 금속이나 합성수지 등을 이용하여 형성될 수 있고 통상적으로 피스톤 시일과 동일 유사함으로 그 재질이나 방법에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 실린더블록(30)의 타단면에는 도 3에서처럼, 본 발명의 핵심기술로써, 실린더블록(30)의 회전시, 후술되는 밸브판(40)과의 사이에 마찰을 줄여주면서 항시 중심부(도면 1상 회전축(12)의 수평중심)에서 이탈되지 않도록 피스톤의 직경 길이를 갖는 호 형태, 구 형태의 유체통로 포터(33)가 형성된다.

그리고, 상기 유체통로 포터(33)에는 다수의 수압모터용 압력실(31)과 후술되는 밸브판(40)의 수압모터용 통수공(41)이 연결되도록 다수의 수압모터용 연결유로(34)가 형성되고, 상기 다수의 수압펌프용 압력실(32)과 후술되는 밸브판(40)의 수압펌프용 통수공(42)이 연결되도록 다수의 수압폄프용 연결유로(35)가 형성된다.

여기서, 상기 다수의 수압모터용 연결유로(34)와 다수의 수압폄프용 연결유로(35)는 도 3에서처럼, 수압모터용 압력실(31)과 수압펌프용 압력실(32)의 개수에 맞춰 형성되고, 상기 밸브판(40)의 수압모터용 통수공(41)과 수압펌프용 통수공(42)의 위치에 맞춰 형성된다.

상기 밸브판(40)은 도 1과 도 4에 도시한 바와 같이, 실린더블록(30)의 일측면 즉, 유체통로 포터(33)에 접촉되어 구비되는데, 상기 유체통로 포터(33)의 면과 밀접하게 접촉되도록 상호 대응되는 면이 볼록한 구면으로 형성되어 상기 실린더블록(30)의 회전시, 밸브판(40)과의 사이에 마찰을 줄여주면서 실린더블록(30)이 항시 중심부(도면 1상 회전축(12)의 수평중심)에서 이탈되지 않고 제자리에서 회전되게 한다.

여기서, 상기 밸브판(40)에는 실린더블록(30)으로부터 토출되는 유체와 통수커버(50)로부터 유입되는 유체를 단속해주도록 수압모터용 통수공(41)과 수압펌프용 통수공(42)이 형성된다.

그리고, 상기 수압모터용 통수공(41)과 수압펌프용 통수공(42)은 도 4에서처럼, 원호 형태로 무지개처럼 층층이 쌓이듯이 상호 이격되어 형성되고, 상기 밸브판(40)의 수평 중앙부를 중심으로 상,하 대칭되게 형성된다.

상기 통수커버(50)는 도 1과 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 밀폐커버(11)가 설치된 하우징(10)의 반대측에 착탈 가능하게 설치되어 외부에서 해수의 압력이 유입/유출되는데, 상기 밸브판(40)의 끝단면과 접촉되어 밸브판(40)의 단속을 받는다.

여기서, 상기 통수커버(50)의 일단면 즉, 밸브판(40)과 대응되는 면에는 도 5에서처럼, 밸브판(40)의 수압모터용 통수공(41)과 연결되는 수압모터용 연결포트(51)가 형성되고, 상기 밸브판(40)의 수압펌프용 통수공(42)과 연결되는 수압펌프용 연결포트(52)가 형성된다. 이때, 상기 수압모터용 연결포트(51)와 수압펌프용 연결포트(52)는 일실시예로써, 밸브판(40)의 수압모터용 통수공(41)과 수압펌프용 통수공(42)의 형태와 위치가 동일하게 형성된다.

또한, 상기 통수커버(50)의 타단면에는 도 6에서처럼, 일단면에 형성된 수압모터용 연결포트(51)와 연결되는 수압모터용 흡입포트(53)와 수압모터용 토출포트(54)가 형성되고, 상기 수압펌프용 연결포트(52)와 연결되는 수압펌프용 흡입포트(55)와 수압펌프용 토출포트(56)가 각각 형성된다.

10 : 하우징 11 : 밀폐커버
12 : 회전축 13 : 베어링
20 : 경사판 21 : 수압모터용 피스톤
22 : 수압펌프용 피스톤 23 : 피스톤슈
24 : 세트판 25 : 볼가이드
30 : 실린더블록 31 : 수압모터용 압력실
32 : 수압펌프용 압력실 33 : 유체통로 포터
34 : 수압모터용 연결유로 35 : 수압펌프용 연결유로
40 : 밸브판 41 : 수압모터용 통수공
42 : 수압펌프용 통수공 50 : 통수커버
51 : 수압모터용 연결포트 52 : 수압펌프용 연결포트
53 : 수압모터용 흡입포트 54 : 수압모터용 토출포트
55 : 수압펌프용 흡입포트 56 : 수압펌프용 토출포트
60 : 회전식 압력에너지 회수장치

Claims (5)

1. 내부에 회전축(12)이 축방향으로 관통 설치되고, 일측에 착탈 가능하게 밀폐커버(11)가 설치되는 하우징(10)과;
   상기 회전축(12)에 경사지게 설치되고, 일단면에 다수의 수압모터용 피스톤(21)과 다수의 수압펌프용 피스톤(22)이 구비되어 회전에 의해 수압모터용 피스톤(21)과 수압펌프용 피스톤(22)을 왕복 운동시키는 경사판(20)과;
   상기 경사판(20)의 일측에 구비되고, 상기 다수의 수압모터용 피스톤(21)과 다수의 수압펌프용 피스톤(22)이 삽입되어 왕복 이동하도록 다수의 수압모터용 압력실(31)과 다수의 수압펌프용 압력실(32)이 형성되며, 끝단면이 호 형태의 유체통로 포터(33)가 형성되어 회전되는 실린더블록(30)과;
   상기 실린더블록(30)의 유체통로 포터(33)에 접촉되어 구비되도록 일단면이 구면으로 형성되고, 상기 실린더블록(30)으로부터 토출되는 유체와 통수커버(50)로부터 유입되는 유체를 단속해주도록 수압모터용 통수공(41)과 수압펌프용 통수공(42)이 형성되는 밸브판(40)과;
   상기 하우징(10)의 타측에 착탈 가능하게 설치되면서 상기 밸브판(40)의 끝단면과 접촉되어 수압모터용 통수공(41)과 연결되는 수압모터용 연결포트(51)가 형성되며, 상기 밸브판(40)의 수압펌프용 통수공(42)과 연결되는 수압펌프용 연결포트(52)가 형성되는 통수커버(50);
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식 압력에너지 회수장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 통수커버(50)의 일단면에는 타측면에 형성된 수압모터용 연결포트(51)와 연결되는 수압모터용 흡입포트(53)와 수압모터용 토출포트(54)가 형성되고, 상기 수압펌프용 연결포트(52)와 연결되는 수압펌프용 흡입포트(55)와 수압펌프용 토출포트(56)가 형성되는 것을 특징을 하는 회전식 압력에너지 회수장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 회전축(12)은 경사판(20)과 실린더블록(30)과 밸브판(40)의 중앙부를 관통하여 통수커버(50)의 일단면에 끝단부가 베어링(13)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 회전식 압력에너지 회수장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 경사판(20)의 일단면에는 다수의 수압모터용 피스톤(21)과 다수의 수압펌프용 피스톤(22)이 경사판(20)에 연결되도록 피스톤슈(23)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 회전식 압력에너지 회수장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 실린더블록(30)의 유체통로 포터(33)에는 다수의 수압모터용 압력실(31)과 밸브판(40)의 수압모터용 통수공(41)이 연결되도록 다수의 수압모터용 연결유로(34)가 형성되고, 상기 다수의 수압펌프용 압력실(32)과 밸브판(40)의 수압펌프용 통수공(42)이 연결되도록 다수의 수압폄프용 연결유로(35)가 형성되는 것을 특징으로 하는 회전식 압력에너지 회수장치.
   

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