KR20140049675A - 극저온 냉매 강제순환용 초전도 극저온 펌프 - Google Patents

극저온 냉매 강제순환용 초전도 극저온 펌프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극저온 냉매 강제순환용 초전도 극저온 펌프에 관한 것이다.
이에 본 발명의 기술적 요지는 가스 혹은 액체의 헬륨, 수소, 네온, 아르곤, 질소, 메탄, 산소 등 극저온 냉매를 강제순환 시키는 극저온 펌프에 있어서, 상기 극저온 펌프는 회전 시 펌프의 회전 샤프트 축상에 초전도 링이 부설되도록 형성되어 초전도의 완전반자성 특성으로 인해 임펠러가 비접촉식 자기 부상으로 이격되어 마찰 없이 회전할 수 있도록 함으로써, 극저온 펌프의 회전자 수명을 반 영구적으로 확보할 수 있도록 하여 펌프 자체의 내구성을 극대화함은 물론 펌프의 운전 효율을 현저하게 개선하도록 하는 특징이 있다.

Description

극저온 냉매 강제순환용 초전도 극저온 펌프{The pump for the cryogenic fluid circulation}
본 발명은 가스 혹은 액체의 헬륨, 수소, 네온, 아르곤, 질소, 메탄, 산소 등 극저온 냉매를 강제순환 시키는 극저온 펌프에 있어서, 상기 극저온 펌프는 회전 시 펌프의 회전 샤프트 축상에 초전도 링이 부설되도록 형성되어 초전도의 완전반자성 특성으로 인해 임펠러가 비접촉식 자기 부상으로 이격되어 마찰 없이 회전할 수 있도록 함으로써, 극저온 펌프의 회전자 수명을 반 영구적으로 확보할 수 있도록 하는 바, 이는 펌프 자체의 내구성을 극대화함은 물론 펌프의 운전 효율을 현저하게 개선하도록 하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉매 강제순환용 초전도 극저온 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 극저온 유체라 함은 온도범위를 명확하게 규정하고 있지 않지만은 통상적인 액화 천연 가스(LNG)나 액체의 헬륨, 수소, 네온, 아르곤, 질소, 메탄, 산소 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 한다.
이에, 통상적으로 사용되는 유체 순환용 펌프는 상온의 온도조건에서 사용되는 것으로, 극저온 유체에 사용하기에는 부적합하여 사용하지 못하였으며 그에 따라 근래에 들어서는 극저온 유체를 순환시켜 이송할 수 있도록 하는 극저온 펌프가 개발되어 사용되고 있는 실정이다.
이와 같이, 극저온 유체를 순환시키기 위한 종래의 극저온 펌프는 도 3에서 보는 바와 같이, 전도 혹은 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 회전부(20)를 구비하되, 상기 회전부(20)는 동력원과 연결되어 회전되는 구동수단(30)의 자기력에 의해 유체유입구(42)와 유체배출구(44)가 형성된 하우징(40)의 내부에서 회전되는 회전수단(50)에 의해 유체를 순환시키도록 구성된다.
이때, 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 구성된다.
이에, 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 구성되어 이루어진다.
그러나, 이러한 종래의 극저온 펌프는 펌프 내에 위치하는 임펠러 축이 펌프 하우징과 베어링에 의한 지지방식으로 제작되어 극저온 환경에서 장시간 동작(회전)시 마찰에 의한 고장이 빈번히 발생하게 되어 펌프 자체의 내구성이 저하되는 문제가 발생되고 있다.
또한, 종래의 극저온 펌프는 극저온 냉매의 강제순환시 펌프가 고장나면 초전도 회전기기 자체의 동작이 불능 상태가 되어 수리 후 재 가동해야 함으로써, 유지보수 및 운전비용이 증가하게 되는 문제가 계속되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적 요지는 가스 혹은 액체의 헬륨, 수소, 네온, 아르곤, 질소, 메탄, 산소 등 극저온 냉매를 강제순환 시키는 극저온 펌프에 있어서, 상기 극저온 펌프는 회전 시 펌프의 회전축 상에 초전도 링이 부설되도록 형성되어 초전도의 완전반자성 특성으로 인해 임펠러가 비접촉식 자기 부상으로 이격되어 마찰 없이 회전할 수 있도록 함으로써, 극저온 펌프의 회전자 수명을 반 영구적으로 확보할 수 있도록 하는 바, 이는 펌프 자체의 내구성을 극대화함은 물론 펌프의 운전 효율을 현저하게 개선하도록 하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉매 강제순환용 초전도 극저온 펌프를 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 극저온 냉매의 유입과 배출을 도모하도록 유입관(110)과 배출관(120)이 형성된 함체 형상의 진공챔버(100)가 형성되고, 상기 진공챔버(100)의 내부에는 다수개의 블레이드(210)를 갖는 임펠러(200)가 상,하 양단에 회전 샤프트(221,222)를 구비하며 내장되도록 형성되며, 상기 임펠러(200)의 상단 회전 샤프트(221)에는 구동축(300)의 전자석 또는 영구자석(310)과 대응되어 자성에 의해 회전을 수행하도록 마그네트 회전체(230)가 결합되고, 상기 임펠러의 하단 회전 샤프트(222)에는 진공챔버(100)의 외측에 형성된 전자석 또는 영구자석(130)과 대응되어 회전을 수행하도록 초전도 링(240)이 결합되어 비접촉식 자기 부상으로 임펠러가 마찰없이 이격되어 회전할 수 있도록 구성된다.
이에, 상기 임펠러(200)의 상단 회전 샤프트(221)에 결합되는 마그네트 회전체(230)는 일부 면상에 초전도체(231)가 결합되어 하부 초전도 링(240)과 함께 임펠러(200)의 상,하 중심축 얼라인먼트를 조정할 수 있도록 하면서 회전할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 극저온 펌프는 회전 시 펌프의 회전 샤프트 축상에 초전도 링이 부설되도록 형성되어 초전도의 완전반자성 특성으로 인해 임펠러가 비접촉식 자기 부상으로 이격되어 마찰 없이 회전할 수 있도록 함으로써, 극저온 펌프의 회전자 수명을 반 영구적으로 확보할 수 있도록 하는 바, 이는 펌프 자체의 내구성을 극대화함은 물론 펌프의 운전 효율을 현저하게 개선하도록 하는 효과가 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 초전도 링이 부설된 냉각펌프의 개략적 구성도,
도 3은 종래의 극저온 펌프를 나타낸 예시도이다.
다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 상세히 설명하겠다.
먼저, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 초전도 회전기기의 운전 시 극저온 냉매의 순환을 도모하도록 하는 극저온 펌프에 관한 것으로, 상기 극저온 액체냉매는 극저온 펌프를 통하여 극저온 상태를 최대한 유지하면서 초전도 모터나 발전기 등으로 공급되도록 형성된다.
이에, 본 발명은 극저온 냉매의 유입과 배출을 도모하도록 유입관(110)과 배출관(120)이 형성된 함체 형상의 진공챔버(100)가 형성된다.
이때, 상기 진공챔버(100)의 내부에는 다수개의 블레이드(210)를 갖는 임펠러(200)가 상,하 양단에 회전 샤프트(221,222)를 구비하며 내장되도록 형성된다.
이에, 상기 임펠러(200)의 상단 회전 샤프트(221)에는 구동축(300)의 전자석 또는 영구자석(310)과 대응되어 자성에 의해 회전을 수행하도록 마그네트 회전체(230)가 결합되고, 상기 임펠러의 하단 회전 샤프트(222)에는 진공챔버(100)의 외측에 형성된 전자석 또는 영구자석(130)과 대응되어 회전을 수행하도록 초전도 링(240)이 결합되어 비접촉식 자기 부상으로 임펠러가 마찰없이 이격되어 회전할 수 있도록 구성된다.
이때, 상기 임펠러(200)의 상단 회전 샤프트(221)에 결합되는 마그네트 회전체(230)는 일부 면상에 초전도체(231)가 결합되어 하부 초전도 링(240)과 함께 임펠러(200)의 상,하 중심축 얼라인먼트를 조정할 수 있도록 하면서 회전할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 초전도 링은 진공펌프 하부 측에 형성된 전자석 또는 영구자석(130)과 대응되어 냉매가 유입되면 초전도 특성으로 인해 임펠러를 들어올리면서 반 영구적으로 마찰 없이 회전시키도록 형성된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 ... 진공챔버 110 ... 유입관
120 ... 배출관 130 ... 전자석 또는 영구자석
200 ... 임펄러 210 ... 블레이드
221 ... 상단 회전 샤프트 222 ... 하단 회전 샤프트
230 ... 마그네트 회전체 231 ... 초전도체
240 ... 초전도 링 300 ... 구동축
310 ... 전자석 또는 영구자석

Claims (2)

  1. 극저온 냉매의 유입과 배출을 도모하도록 유입관(110)과 배출관(120)이 형성된 함체 형상의 진공챔버(100)가 형성되고, 상기 진공챔버(100)의 내부에는 다수개의 블레이드(210)를 갖는 임펠러(200)가 상,하 양단에 회전 샤프트(221,222)를 구비하며 내장되도록 형성되며, 상기 임펠러(200)의 상단 회전 샤프트(221)에는 구동축(300)의 전자석 또는 영구자석(310)과 대응되어 자성에 의해 회전을 수행하도록 마그네트 회전체(230)가 결합되고, 상기 임펠러의 하단 회전 샤프트(222)에는 진공챔버(100)의 외측에 형성된 전자석 또는 영구자석(130)과 대응되어 회전을 수행하도록 초전도 링(240)이 결합되어 비접촉식 자기 부상으로 임펠러가 마찰없이 이격되어 회전할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉매 강제순환용 초전도 극저온 펌프.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 임펠러(200)의 상단 회전 샤프트(221)에 결합되는 마그네트 회전체(230)는 일부 면상에 초전도체(231)가 결합되어 하부 초전도 링(240)과 함께 임펠러(200)의 상,하 중심축 얼라인먼트를 조정할 수 있도록 하면서 회전할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉매 강제순환용 초전도 극저온 펌프.
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