KR20150005395A - 수직형 원심 발열펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직형 원심 발열펌프에 관한 것으로서, 구동 중심축이 수직으로 세워지는 수직형 구조를 이룸으로써 설치공간을 최소화 함과 함께 온수 가열을 위한 발열 효율을 극대화하기 위한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 물이 유입되는 입수구(11)와, 내부에서 가열된 온수가 배출되는 출수구(12)가 각각 형성되며, 내부에는 구동 중심축(20)이 수직방향으로 삽입 구성되어져 있는 본체하우징(10)과; 상기 구동 중심축(20)에 동력을 전달하기 위해 본체하우징(10)의 상부에 연결 구성되어져 있는 구동모터(30)와; 상기 구동 중심축(20)에 다수 개가 일정 간격으로 결합되어져 있으며, 외측 테두리를 따라 마찰홈(41)이 형성되어져 있는 발열디스크(40)와; 상기 본체하우징(10)의 상부에 결합되는 플렌지 커버체(50)와; 상기 플렌지 커버체(50) 내에서 구동 중심축(20)의 상부를 지지하는 중심축 상위베어링(60)과; 상기 구동 중심축(20)의 하단부에 돌출 구성된 하부지지볼(70)과; 상기 하부지지볼(70)이 안착되어 질 수 있도록 본체하우징(10)의 바닥면에 형성된 볼 받침대(15)를 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 한다.

Description

수직형 원심 발열펌프{VERTICAL TYPE CENTRIFUGAL GENERATING HEAT PUMP}
본 발명은 원심 발열펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펌프 내에 샤프트에 결합되어 샤프트가 회전되면서 디스크와의 마찰열에 의한 열이 발생되어 질 수 있는 발열펌프에 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 개발되고 있다.
그 종래 일 예로 특허출원 제2011-0117072호(입형 원심발열펌프)에서는 설치공간을 절약하기 위해 펌프본체를 수직형으로 설치하는 기술이 제안된 바 있다.
그러나, 상기한 종래 기술에서는 수직방향으로 설치된 구동축의 하중을 지지하기 위한 하부베어링이 설치되어져야 하는데, 구동축의 높은 하중으로 인해 베어링의 파손 내지는 변형이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 수직형 원심발열펌프의 구동축 하부를 지지하기 위한 수단으로 베어링을 대체할 수 있는 볼형태의 구조를 제공함으로써 베어링 손상을 방지함과 함께 볼 부위에서 발생 되는 열을 이용함으로써 온수의 발열 효율을 향상시키도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 수직형 원심 발열펌프는, 물이 유입되는 입수구와, 내부에서 가열된 온수가 배출되는 출수구가 각각 형성되며, 내부에는 구동 중심축이 수직방향으로 삽입 구성되어져 있는 본체하우징과; 상기 구동 중심축에 동력을 전달하기 위해 본체하우징의 상부에 연결 구성되어져 있는 구동모터와; 상기 구동 중심축에 다수 개가 일정 간격으로 결합되어져 있으며, 외측 테두리를 따라 마찰홈이 형성되어져 있는 발열디스크와; 상기 본체하우징의 상부에 결합되는 플렌지 커버체와; 상기 플렌지 커버체 내에서 구동 중심축의 상부를 지지하는 중심축 상위베어링과; 상기 구동 중심축의 하단부에 돌출 구성된 하부지지볼과; 상기 하부지지볼이 안착되어 질 수 있도록 본체하우징의 바닥면에 형성된 볼 받침대를 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부지지볼은 내마모성이 우수한 초경합금 재질로 구비됨을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 원심발열펌프는, 구동 중심축이 수직으로 세워지는 수직형 구조를 이룸으로써 펌프의 설치공간을 최소화할 수 있으며 구동 중심축 하단부가 기존의 베어링 지지구조가 아닌 내마모성이 우수한 초경합금 재질의 지지볼에 의해 회동이 지지되는 지지구조를 이룸으로써 회동과정에서 마찰열이 발생되어 질 수 있게 되어 온수 가열을 위한 발열 효율을 극대화하는 효과를 나타낸다.
특히, 구동 중심축 하부의 초경지지볼 및 볼받침대는 구동 중심축의 힘을 지탱해주는 기능을 수행하고, 중심축 하위베어링이 구동 중심축의 중심을 잡아주는 기능을 상호 보완적으로 수행하게 되므로 베어링의 수명을 증대시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명 수직형 발열펌프의 전체 단면 구조도.
도 2는 본 발명 발열펌프의 내부 구동부 부품 단면 구조도.
도 3은 본 발명 발열퍼프의 본체하우징 하부 분리도.
도 4는 본 발명 발열펌프의 본체하우징 상부 분리도.
도 5는 도 4의 A-A부 단면도.
도 6은 본 발명 발열펌프의 발열디스크 평면 구조도.
도 7은 본 발명 발열펌프의 원심력디스크 단면 상세도.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직형 원심발열펌프의 전체적인 구조를 도 1을 통해 살펴보면, 원통형상을 이루는 본체하우징(10) 내부에는 다수의 발열디스크(40)가 결합되어져 있는 구동 중심축(20)이 수직방향으로 삽입 설치되어지며, 본체하우징(10) 상부에는 구동 중심축(20)을 지지하기 위한 플렌지 커버체(50)가 결합되고, 구동 중심축(20)의 상단부에는 동력 전달을 위한 구동모터(30)가 연결 구성되며, 플렌지 커버체(50) 내에는 구동 중심축(20)의 회전시 상부를 지지하는 중심축 상위베어링(60)이 장착되어져 있다.
특히, 구동 중심축(20) 하단부에는 도 3에서 나타내어지는 바와 같이 구동 중심축(20)의 회동을 지지하기 위한 하부지지볼(70)이 구성되는데, 이러한 하부지지볼(70)은 내마모성이 우수하고 열전도성이 뛰어난 초경합금 재질이 사용됨이 바람직하고, 본체하우징(10)의 바닥면 중앙에는 하부지지볼(70)이 안착되어질 수 있도록 볼 받침대(15)가 형성된다.
상기 볼 받침대(15) 역시 초경합금 재질로 형성됨이 바람직하다.
또한, 구동 중심축(20)의 하부에는 구동중심축(20)의 회동시 중심을 잡아주기 위한 중심축 하위베어링(16)이 구비되었다.
또한, 볼 받침대(15)는 볼받침대하우징(17)에 고정 구성되며, 상기 볼받침대하우징(17) 하부에는 볼받침대하우징(17)의 높이를 조절하기 위한 볼받침대 높이조절볼트(18)가 체결됨으로써 볼 받침대(15)가 하부지지볼(70)과 마찰에 의해 마모되는 경우 볼받침대 높이조절볼트(18)를 돌려서 볼받침대하우징(17)을 조금씩 상승시켜서 볼 받침대(15)의 높이를 조금씩 높여줌으로써 반 영구적으로 사용할 수 있도록 하였다.
그리고, 본체하우징(10)의 상부에는 외부로부터 물이 유입되는 입수구(11)가 구비되고, 하부에는 내부에서 가열된 온수가 사용처로 배출되는 출수구(12)가 구비된다.
상기 발열디스크(40)는 물이 유통될 수 있도록 다수의 통공(42)이 형성되고, 외측 테두리를 따라서는 고속회전에 따른 물입자와의 마찰열이 발생되어 질 수 있도록 다수의 마찰홈(41)이 일정 간격으로 형성되어 진 것을 도 6을 통해 확인할 수 있다.
한편, 구동 중심축(20)에는 회전 원심력을 증대시키기 위해 일정 두께를 이루는 원심력디스크(80)가 상부와 하부에 각각 대칭형태로 결합 구성되되, 상기 각 원심력디스크(80)에는 물이 유통가능하도록 유통공(81)이 형성된다.
특히, 도 7에서와 같이 원심력디스크(80)에는 중력의 힘에 의하여 회전속도를 빠르게 하여 보다 강한 원심력이 작용되어질 수 있도록 디스크 주변 둘레를 따라 강철재질의 원심력 중량체(82)가 구성됨이 바람직하다.
그리고, 도 4에서와 같이 구동 중심축(20) 상부에는 축의 방사방향으로 수류를 형성하여 본체하우징(10) 내의 물이 상승 이동하여 중심축 상위베어링(60)측으로 유입되는 것을 차단하기 위한 수류홈(21)이 형성되었으며, 플렌지 커버체(50)에는 상승 이동된 물을 외부로 배출시킴과 함께 수류력 발생시 외부 공기가 유입되어질 수 있는 보조출수구(52)가 구비된다.
또한, 수류홈(21)과 대응되는 플렌지 커버체(50)의 내벽면에는 수류홈(21)에 의해 발생 되는 수류가 유입되어 질 수 있도록 수류안내홈(51)이 형성된다.
도면 중 미설명 부호 13은 노폐물 배출구이고, 53은 중심축 상위베어링(60)으로의 물 유입을 차단하기 위한 실링제이며, 54는 커플링을 각각 나타낸다.
이와 같은 구성을 이루는 본 발명의 수직형 원심 발열펌프의 구동에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.
먼저, 입수구(11)를 통해 본체하우징(10) 내로 물이 유입되어 진 상태에서 구동모터(30)가 구동되어지게 되면 회동력을 전달받은 구동 중심축(20)이 고속으로 회전되어지게 되면서 내부에 채워진 물이 발열되어지게 된다.
즉, 이때에는 고속으로 회전되어지는 다수의 발열디스크(40)에 형성된 마찰홈(41)이 물분자들과 충돌되어짐으로서 발열이 발생되어지고, 이로 인해 저온의 물이 점차 가열되어지면서 온수로 바뀌어지게 된다.
특히, 구동 중심축(20)의 상부와 하부에는 일정 두께를 이루는 원심력디스크(80)가 결합되어져 있는데, 이러한 원심력디스크(80)의 외측 주변 둘레를 따라 강철재질의 원심력 중량체(82)가 구성됨으로써 원심효과를 극대화하여 발열디스크(40)가 더욱 고속으로 회전되어지면서 발열량을 증대시킬 수 있게 된다.
한편, 이러한 구동 중심축(20)의 회동 과정에서 축 하단부에 구성된 초경재질의 하부지지볼(70)은 볼받침대(15)와의 마찰이 지속되어지면서 열이 발생하게 되어 물이 보다 높은 온도로 가열되어짐과 함께 가열시간을 단축시킬 수 있게 되어 에너지 효율을 향상시키는 이점을 나타내게 된다.
즉, 구동 중심축(20)이 수직으로 세워진 상태를 이룸과 함께 하부에 회동 지지수단으로 구동 중심축(20)의 중심 편차만을 잡아주는 기능을 수행하는 중심축 하위베어링(16)과 구동 중심축(20)의 하중을 지지하는 초경재질의 하부지지볼(70)을 각각 구성시킴으로써 회동과정에서의 발열이 이루어지게 되고, 이러한 하부지지볼(70) 및 중심축 하위베어링(16)에 의한 발열동작은 발열디스크(40)에 의한 발열동작과 합해지면서 온수의 온도를 더욱 상승시키는 효과를 나타내게 되는 것이다.
특히, 하부지지볼(70)이 물속에서 회전하게 되므로 하부지지볼(70) 자체의 온도상승을 최소화함과 함께 마찰열을 온수 발열에 활용하는 이점을 나타낼 수 있게 된다.
그리고, 이와 같은 내부 발열구동에 의해 가열이 이루어진 온수는 하부의 출수구(12)를 통해 사용처로 공급되어지게 된다.
한편, 상기 발열펌프 동작 과정에서 본체하우징(10) 내부 압력에 의해 일부 물이 구동 중심축(20)을 따라 플렌지 커버체(50)측으로 상승되어지게 되는데, 이러한 상승은 구동 중심축(20) 상부에서 수류홈(21)에 의해 발생 되는 수류의 힘에 의해 차단되어짐으로써 중심축 상위베어링(60)에 물이 유입되는 것이 방지되어 질 수 있게 된다.
즉, 구동 중심축(20)이 고속 회전되어짐에 따라 상단 측벽면에 형성된 수류홈(21)에 의해 주변에 방사방향으로 수류가 형성되어 물의 상승을 방지하는 기능을 수행하게 된다.
특히, 수류홈(21)과 대향되는 플렌지 커버체(50) 내측에 수류안내홈(51)이 함께 형성되어짐으로서 보다 강한 수류력이 발생되어 질 수 있게 됨을 알 수 있다.
또한, 이러한 수류력으로 인해 외부 공기가 보조출수구(52)를 통해 유입되어짐으로서 물의 상승 방지작용이 향상되어 질 수 있게 된다.
이와 함께 구동 중심축(20)의 구동이 멈춘 상태에서 입수구(11)를 통해 물의 유입이 계속적으로 이루어질 경우 물의 상승작용이 이루어질 수 있게 되는데, 이와 같이 비 가동중 상승된 물은 보조출수구(52)를 통해 배출되어 질 수 있게 됨으로써 중심축 상위베어링(60)이 물과 접촉되는 것을 차단할 수 있게 된다.
그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 원심발열펌프 구조가 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.
예를 들면, 상기 일 실시 예에서는 원심력디스크(80)가 상부와 하부에 1개씩 구성된 상태가 설명 및 도시되었으나, 이러한 원심력디스크(80)의 설치 갯 수 및 위치는 펌프의 길이 및 용량에 따라 변경되어 질 수 있게 된다.
따라서, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.
10 : 본체하우징 11 : 입수구
12 : 출수구 13 : 노폐물 배출구
15 : 볼받침대 16 : 중심축 하위베어링
17 : 볼받침대하우징 18 : 볼받침대 높이조절볼트
20 : 구동 중심축 21 : 수류홈
30 : 구동모터 31 : 모터지지대
40 : 발열디스크 41 : 마찰홈
50 : 플렌지커버체 51 : 수류안내홈
52 : 보조출수구 53 : 실링제
60 : 중심축 상위베어링 70 : 하부지지볼
80 : 원심력디스크 81 : 유통공
82 : 원심력 중량체

Claims (8)

  1. 물이 유입되는 입수구(11)와, 내부에서 가열된 온수가 배출되는 출수구(12)가 각각 형성되며, 내부에는 구동 중심축(20)이 수직방향으로 삽입 구성되어져 있는 본체하우징(10)과;
    상기 구동 중심축(20)에 동력을 전달하기 위해 본체하우징(10)의 상부에 연결 구성되어져 있는 구동모터(30)와;
    상기 구동 중심축(20)에 다수 개가 일정 간격으로 결합되어져 있으며, 외측 테두리를 따라 마찰홈(41)이 형성되어져 있는 발열디스크(40)와;
    상기 본체하우징(10)의 상부에 결합되는 플렌지 커버체(50)와;
    상기 플렌지 커버체(50) 내에서 구동 중심축(20)의 상부를 지지하는 중심축 상위베어링(60)과;
    상기 구동 중심축(20)의 하단부에 돌출 구성된 하부지지볼(70)과;
    상기 하부지지볼(70)이 안착되어질 수 있도록 본체하우징(10)의 바닥면에 구성되는 볼 받침대(15);
    를 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 하는 수직형 원심 발열펌프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 중심축(20)의 하부에는 구동 중심축(20)의 회동시 중심을 잡아주기 위한 중심축 하위베어링(16)이 구비된 것을 특징으로 하는 수직형 원심 발열펌프.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 볼 받침대(15)는 볼받침대하우징(17)에 고정 구성되며, 상기 볼받침대하우징(17) 하부에는 볼받침대하우징(17)의 높이를 조절하기 위한 볼받침대 높이조절볼트(18)가 체결된 것을 특징으로 하는 수직형 원심 발열펌프.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부지지볼(70)은 내마모성이 우수한 초경합금 재질로 구비되고, 상기 볼 받침대(15) 역시 초경합금 재질로 구비된 것을 특징으로 하는 수직형 원심 발열펌프.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 중심축(20)에는 회전 원심력을 증대시키기 위해 일정 두께를 이루는 원심력디스크(80)가 상부와 하부에 각각 대칭형태로 결합 구성되되, 상기 각 원심력디스크(80)에는 물이 유통가능하도록 유통공(81)이 형성된 것을 특징으로 하는 수직형 원심 발열펌프.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 원심력디스크(80)에는 주변 둘레를 따라 강철재질의 원심력 중량체(82)가 구성된 것을 특징으로 하는 수직형 원심 발열펌프.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 중심축(20) 상부에는 축의 방사방향으로 수류를 형성하여 본체하우징(10) 내의 물이 상승 이동하여 중심축 상위베어링(60)측으로 유입되는 것을 차단하기 위한 수류홈(21)이 형성되었으며, 플렌지 커버체(50)에는 상승 이동된 물을 외부로 배출시킴과 함께 상기 수류힘으로 인해 외부 공기의 유입이 이루어질 수 있는 보조출수구(52)가 구비된 것을 특징으로 하는 수직형 원심 발열펌프.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 수류홈(21)과 대응되는 플렌지 커버체(50)의 내벽면에는 수류홈(21)에 의해 발생 되는 수류가 유입되어질 수 있도록 수류안내홈(51)이 형성된 것을 특징으로 하는 수직형 원심 발열펌프.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017135581A1 (ko) * 2016-02-04 2017-08-10 주식회사 동신 수직형 마찰보일러 및 그 제작방법

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