KR20130061469A - 원심발열펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심발열펌프에 있어서, 유체가 유입되고 배출되도록 양측에 각각 유입구 및 배출구가 형성된 원통형의 하우징; 상기 하우징의 중심축을 관통하며 회전가능하게 설치되고, 일단에 구동수단이 구비되어 회전운동하는 샤프트; 상기 샤프트와 일체로 회전가능하게 하우징의 내부에 삽입되어 설치되며 소정의 직경으로 이루어진 원통형의 체적관; 및 상기 체적관에 삽입고정되어 일체로 회전하며 상기 유체 분자를 마찰시켜 유체를 가열할 수 있도록 형성된 원형의 디스크;를 포함하는 원심발열펌프에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 샤프트와 디스크의 사이에 체적관을 구비하여 하우징의 내부 공간 체적을 줄임으로써, 샤프트를 회전시키는 구동수단에 전력부하가 최소로 가해져 구동수단의 장시간 작동에도 안전하게 오랜 기간 사용할 수 있는 원심발열펌프를 제공할 수 있다.

Description

원심발열펌프{Centrifugal generating heat pump}

본 발명은 원심발열펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펌프 내에 샤프트에 결합되어 샤프트이 회전되면서 캐비테이션(Cavitation) 현상을 일으키는 디스크에 의하여 물분자를 잘게 부숴 발열체 없이 열을 발생시킬 수 있는 원심발열펌프에 관한 것이다.

일반적으로 난방이나 온수의 공급장치로 널리 사용되고 있는 것이 보일러이다. 이러한 보일러는 물을 일정시간 동안을 가열하고 배관을 통해 급수시설이나 난방시설로 공급한다. 여기서 물을 가열하기 위한 수단으로써 별도의 연소실을 구비하여 물을 가열하는 것이 보통이다.

근래의 보일러는 기술의 발전으로 인하여 성능이 향상되면서 취급이 간편해진 반면에, 구조가 복잡해져 시공정비, 보수에 있어서 고도의 기술을 요하게 되는 단점이 있었다. 또한 보일러 취급에 수반되는 부대시설비용 및 고유가에 따른 연료수급에 대한 부담도 증대되고 있는 실정이다.

특히, 최근에는 전기보일러가 개발되어 심야전기를 통해 저렴한 전기요금으로 고유가에 대한 연료절감을 할 수 있었으나, 강추위에 따른 전력소모량이 증가하면서 저렴하던 전기요금조차 고가로 변동되어 전기보일러의 사용에 어려움이 있었다.

이러한 문제점을 해소하고자 연료손실절감을 위한 다양한 형태의 에너지절감 보일러들이 제시되고 있다.

에너지절감보일러의 예로, 연소물(화석연료 또는 전기)에 의한 발열 없이 디스크가 회전하는 운동에너지를 이용하여 저온의 유체를 고온으로 만들 수 있도록 하는 원심발열펌프가 다양하게 개발되고 있다.

한편, 원심발열펌프는 일정한 밀폐공간을 갖는 하우징 내에서 샤프트을 통해 디스크를 고속으로 회전시킴에 따라 샤프트를 회전시키는 구동수단에 무리가 가해져 구동수단의 수명이 단축되고 장시간 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 샤프트와 디스크의 사이에 체적관을 구비하여 하우징의 내부 공간 체적을 줄임으로써, 샤프트를 회전시키는 구동수단에 전력부하가 최소로 가해져 구동수단의 장시간 작동에도 안전하게 오랜 기간 사용할 수 있는 원심발열펌프를 제공하기 위함이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 원심발열펌프에 있어서, 유체가 유입되고 배출되도록 양측에 각각 유입구 및 배출구가 형성된 원통형의 하우징; 상기 하우징의 중심축을 관통하며 회전가능하게 설치되고, 일단에 구동수단이 구비되어 회전운동하는 샤프트; 상기 샤프트와 일체로 회전가능하게 하우징의 내부에 삽입되어 설치되며 소정의 직경으로 이루어져 유체가 통과하지 못하도록 밀폐된 원통형의 체적관; 및 상기 체적관에 삽입고정되어 일체로 회전하며 상기 유체 분자를 마찰시켜 유체를 가열할 수 있도록 형성된 원형의 디스크;를 포함한다.

또한, 상기 체적관은 상기 하우징의 내부공간 체적을 60% 차지하도록 형성되며, 샤프트와 일체로 회전하여 구동수단에 전력부하가 일정하게 가해지도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 디스크는 중심축을 기준으로 지그재그로 일정간격 이격되며 원형배열되는 다수의 관통공; 및 외주면에 일정간격 이격되어 원형배열되되, 중심축으로 반원형상이 내입되어 형성되는 관통홈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 샤프트와 디스크의 사이에 체적관을 구비하여 하우징의 내부 공간 체적을 줄임으로써, 샤프트를 회전시키는 구동수단에 전력부하가 최소로 가해져 구동수단의 장시간 작동에도 안전하게 오랜 기간 사용할 수 있는 원심발열펌프를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원심발열펌프를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원심발열펌프의 디스크를 나타낸 평면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원심발열펌프 내의 유체 흐름을 나타낸 흐름도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원심발열펌프의 실험결과데이터를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 원심발열펌프를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원심발열펌프를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원심발열펌프의 디스크를 나타낸 평면도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원심발열펌프 내의 유체 흐름을 나타낸 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원심발열펌프의 실험결과데이터를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원심발열펌프는 하우징(110), 샤프트(130), 체적관(150) 및 디스크(120)를 포함한다.

하우징(110)은 원통형으로 형성되며, 양측 끝단에 각각 형성된 유입구(112)와 배출구(114)를 포함한다.

그리고, 유입구(112)는 유체가 유입되는 입구이고, 배출구(114)는 유입구에 유입된 유체가 배출되는 출구이다.

여기서, 유체는 상수를 나타낸다.

또한, 샤프트(130)는 하우징(110)의 중심축을 관통하며 회전가능하게 설치되고, 일단에 구동수단(140)이 구비되어 구동수단(140)의 작동에 의해 회전운동을 한다.

이때, 구동수단(140)은 회전운동하며 샤프트(130)를 회전시킬 수 있도록 하되, 약 3600rpm 정도로 고속 축 회전을 할 수 있는 모터를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

체적관(150)은 샤프트(130)와 일체로 회전가능하게 하우징(110)의 내부에 삽입되어 설치되며 소정의 직경으로 이루어진 원통형이다.

여기서, 체적관(150)은 하우징(110)의 내부공간 체적을 60% 차지하며, 유체가 통과하지 못하도록 밀폐되도록 형성된다.

다시 말해, 유체로 가득찬 하우징(110)의 내부 공간에서 샤프트(130)를 고속회전시키기 위해서 사용되는 구동수단(140)은 작동시간이 증가할수록 전력부하가 높아져 구동수단(140)의 수명이 단축되기 때문에 이를 방지하기 위하여 하우징(110)의 내부공간 체적을 차지하는 원통형의 체적관(150)을 설치하는 것이다.

즉, 샤프트(130)에 체적관(150)을 설치함으로써, 샤프트(130)와 일체로 회전하여 구동수단(140)에 전력부하가 일정하게 가해지도록 하여, 구동수단(140)의 수명이 단축되는 것을 방지하고 장기간 사용할 수 있는 것이다.

한편, 디스크(120)는 체적관(150)에 삽입고정되어 일체로 회전하며 유체 분자를 마찰시켜 유체를 가열할 수 있도록 원형으로 형성된다.

또한, 디스크(120)는 관통공(121)과 관통홈(128)을 포함한다.

그리고, 관통공(121)은 디스크(120)의 중심축을 기준으로 지그재그로 일정간격 이격되며 원형배열된다.

또한, 관통홈(128)은 외주면에 일정간격 이격되어 원형배열되되, 중심축으로 반원형상이 내입되어 형성된다.

한편, 하우징(110)의 내주면과 디스크(120)의 외주면 사이 간격은 유체가 역류되는 것을 방지하고 원활하게 유입구(112)에서 배출구(114)로 이동될 수 있도록 약 3㎜ 정도로 이격되는 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

이와 같은 본 발명의 원심발열펌프는 샤프트(130)와 디스크(120)의 사이에 체적관(150)을 구비하여 하우징(110)의 내부 공간 체적을 줄임으로써, 샤프트(130)를 회전시키는 구동수단(140)에 전력부하가 최소로 가해져 구동수단(140)의 장시간 작동에도 안전하게 오랜 기간 사용할 수 있는 것이다.

다음으로, 본 발명의 원심발열펌프에 사용된 다양한 체적관(150)에 따라 구동수단(140)에 가해지는 전력부하를 최소화할 수 있도록 다음과 같은 조건으로 실험을 하였다.

먼저, 하우징(110)의 내부 공간을 차지하는 체적이 다르도록 형성된 3종류의 체적관(150)을 사용하였다.

하우징(110)은 지름이 268mm이다.

실험에 사용된 체적관의 종류는 3종류로써, 하우징(110)의 내부공간 체적을 70%차지하는 a체적관, 하우징(110)의 내부공간 체적을 60%차지하는 b체적관 및 하우징(110)의 내부공간 체적을 40%차지하는 c체적관이다.

또한, a 내지 c체적관에 삽입고정되어 일체로 회전하는 디스크(120)는 중심축을 기준으로 지그재그로 일정간격 이격되며 원형배열되는 다수의 관통공(121)과 외주면에 일정간격 이격되어 원형배열되되, 중심축으로 반원형상이 내입되어 형성되는 관통홈(128)이 형성되어 있다.

그리고, 구동수단(140)은 일반적으로 원심발열펌프의 샤프트(130)를 회전시키는데 사용되는 75마력의 모터로써, 샤프트, 체적관 및 디스크를 3600rpm으로 고속회전시킬 수 있으며, 120Ａ 이상의 전력부하가 가해질 경우 모터의 수명이 단축될 수 있으며 손상되어 작동이 중지될 수 있다. 그 외의 조건은 동일하게 하였다.

이와 같은 조건으로 실험을 하였으며, 도 4를 참조하면, 체적관(150)이 하우징(110)의 내부공간 체적을 차지하는 비율에 따라 구동수단(140)에 가해지는 전력부하의 변화를 알 수 있었다. 참고로, 도 4에 나타낸 A는 a체적관, B는 b체적관 및 C는 c체적관이 설치된 샤프트를 회전시킬 때 구동수단(140)에 가해지는 전력부하를 나타낸다. 또한, D는 체적관이 설치되지 않은 샤프트를 회전시킬 때 구동수단(140)에 가해지는 전력부하를 나타낸다.

구동수단(140)을 작동시켜 일체로 회전하는 샤프트(130), 체적관(150) 및 디스크(120)를 3600rpm으로 고속회전시킨 결과, 30분이 경과했을 때 a체적관 또는 b체적관이 설치된 샤프트(130)를 회전시키는 구동수단(140)에 가해진 전력부하 A 또는 B는 100Ａ이었고, c체적관이 설치된 샤프트(130)를 회전시키는 구동수단(140)에 가해진 전력부하 C와 체적관이 설치되지 않은 샤프트를 회전시킬 때 구동수단(140)에 가해지는 전력부하 D는 100Ａ 이상이었다.

그 후, 구동수단(140)이 작동된 지 120분이 경과했을 때, b체적관이 설치된 샤프트(130)를 회전시키는 구동수단(140)에 가해진 전력부하 B는 구동수단(140)이 30분 작동했을 때와 변함이 없었으나, a체적관이 설치된 샤프트(130)를 회전시키는 구동수단(140)에 가해진 전력부하 A는 소폭 상승하였고, c체적관이 설치된 샤프트(130)를 회전시키는 구동수단(140)에 가해진 전력부하 C와 체적관이 설치되지 않은 샤프트를 회전시킬 때 구동수단(140)에 가해지는 전력부하 D는 110Ａ 이상이 되었다.

또한, 구동수단(140)이 380분 이상 작동했을 때와 120분 작동했을 때 가해지는 전력부하는 변화가 없었다.

실험 결과, a 또는 b체적관이 설치된 샤프트(130)를 3600rpm으로 고속회전시키는 구동수단(140)은 작동하는 동안 무리가 가지않는 정도의 전력부하가 일정하게 가해지며 안정적으로 사용할 수 있는 반면, 체적관(150)이 설치되지 않은 샤프트(130)를 회전시키는 구동수단(140)에 가장 큰 전력부하가 발생함에 따라 무리가 가해져 수명 단축 및 작동이 중지될 수 있음을 예측할 수 있었다.

또한, a체적관과 b체적관 중에는 하우징(110)의 내부공간 체적을 차지함에 있어서, 효율적이며 전력부하의 변화가 없는 b체적관을 샤프트(130)에 설치하는 것이 바람직하다.

그러므로, 실험의 결과로부터 본 발명에 따른 원심발열펌프에 사용되는 구동수단(140)을 안전하고, 효율적으로 사용하기 위해서 하우징(110)의 내부공간 체적을 60% 차지하도록 형성된 체적관(150)을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110 하우징 112 유입구
114 배출구 120 디스크
122 관통공 124 관통홈
130 샤프트 140 구동수단
150 체적관

Claims (3)

1. 원심발열펌프에 있어서,
   유체가 유입되고 배출되도록 양측에 각각 유입구 및 배출구가 형성된 원통형의 하우징;
   상기 하우징의 중심축을 관통하며 회전가능하게 설치되고, 일단에 구동수단이 구비되어 회전운동하는 샤프트;
   상기 샤프트와 일체로 회전가능하게 하우징의 내부에 삽입되어 설치되며 소정의 직경으로 이루어져 유체가 통과하지 못하도록 밀폐된 원통형의 체적관; 및
   상기 체적관에 삽입고정되어 일체로 회전하며 상기 유체 분자를 마찰시켜 유체를 가열할 수 있도록 형성된 원형의 디스크;를 포함하는 원심발열펌프.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 체적관은,
   상기 하우징의 내부공간 체적을 60% 차지하도록 형성되며, 샤프트와 일체로 회전하여 구동수단에 전력부하가 일정하게 가해지도록 하는 것을 특징으로 하는 원심발열펌프.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 디스크는,
   중심축을 기준으로 지그재그로 일정간격 이격되며 원형배열되는 다수의 관통공; 및
   외주면에 일정간격 이격되어 원형배열되되, 중심축으로 반원형상이 내입되어 형성되는 관통홈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심발열펌프.

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