KR20150056169A - 마찰가열 시스템용 마찰가열단위체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰가열시스템용 마찰가열단위체에 관한 것으로, 보일러, 마찰가열시스템에 사용하기위한 마찰가열단위체로서, 내부에 홈이 형성되고 내부외측으로는 요홈이나 돌기부가 형성되어있는 고정체와; 상기 고정체의 내부홈에서 회전할 수 있도록 회전축에 연결되는 하나 이상의 디스크를 포함함을 특징으로 하는 마찰가열단위체를 제공함으로서 그 목적이 달성된다.

Description

마찰가열 시스템용 마찰가열단위체{Friction heating unit for friction heating system}

본 발명은 마찰가열시스템용 마찰가열단위체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전체와 고정체를 이용해 회전체와 고정체사이로 유량이 통과될 때 회전체의 디스크판 회전을 이용해 유량을 마찰가열하는데 있어서 회전체와 고정체를 이루어지는 마찰가열단위체에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 난방이나 온수공급장치로 통상 사용되는데, 물을 일정온도로 가열시켜 공급관을 통해 고급하고 그 열의 복사열로 난방을 한 후 순환펌프로 복귀시키는 구조로 되어 있는데, 상기와 같은 보일러는 가정이나 사무실 등에서는 난방 및 온수공급장치로서, 산업현장 등에서는 산업활동에 필요한 동력발생장치로서 우리의 생활과 밀접한 관련이 있다.

상기와 같은 보일러는 그 필요성에 의해 많은 발전에 있어왔는데, 취급이 간편해지는 반면에 구조는 복잡해져서 시공, 정비 또는 보수면에서 고도의 기술을 필요로하게 하고 있으며, 보일러의 취급에 수반되는 부대시설이나 소비연료에 대한 효과적인 열관리도 중요한 문제로 대두되고 있다. 그러나 통상의 보일러는 연료로서 기름, 전기나 가스 등을 사용하여 열원을 제공하고, 순환펌프를 가동시켜 난방 및 온수를 공급한다는 기본개념은 바뀌지 않고 열효율 증대나 순환펌프의 성능개선 부분들에 관해서만 많은 연구개발이 이루어지고 있는 실정이다.

따라서, 현재까지 사용되고 있거나 개발된 보일러나 열발생장치는 그 특성상 많은 연구개발에도 불구하고 과다한 전력이나 연료를 소비해야만 하고, 시공이나 유지 관리면에서 소비자들에게 부담이 가중될 수 있어서 새로운 개념의 보일러나 열발생장치에 대한 지속적인 요구가 있어 왔다.

상기와 같은 요구들을 만족시키고자 다양한 시도들이 있어 왔는데, 예를 들어 공개특허 제 10-2011-0107932호에서는 유체가열용 발열체 시스템을 공개하고 있는데, 상기 공개특허는 도 1에서와 같이, 원통형 형태로 형성되어있는 회정디스크 하우징(10)의 내부 중앙에 회전축(50)이 삽입되어 있으며, 회전축(50)에 다수개의 회전디스크(60)가 장착되어 있고, 회전디스크(60)에 다수개의 관통공(62)이 형성되어 있으며, 회전디스크 하우징(10) 내벽의 접촉 부위에서 물이 새는 것을 방지할 수 있도록 회전축과 회전디스크 하우징 내벽의 접촉 부위의 리더기(80)가 장착되어 있는 회전디스크 하우징(10);

원통형 형태로 형성되어 있는 베어링 하우징(20)의 내부 중앙에 회전축(50)이 삽입되어 있으며, 회전축(50)에 다수개의 베어링(70)이 장착되어 있는 베어링 하우징(20); 원통형 형태로 형성되어 있는 연결부위 하우징(30)의 내부 중앙에 회전축(50)이 삽입되어 있는 연결부위 하우징(30); 및 원통형 형태로 형성되어 있는 모터연결 하우징(40)의 내부 중앙에 회전축(50)이 삽입되어 있는 모터연결 하우징(40)으로 이루어져 있으며, 상기 회전디스크하우징(10)의 한쪽 측면과 베어링 하우징(20)의 한쪽 측면이 볼트(60)로 결합되고, 연결부위 하우징(30)의 한쪽 측면과 모터연결 하우징(40)의 한쪽 측면이 볼트(90)로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 가열용 발열체 디스크 시스템으로 구성되어 있다.

그런데 상기 공개특허는 회전디스크의 관통공을 통해 물이 진행하므로 온도를 상승시키는데는 한정적이며, 유입수는 계속 유입되고 관통공을 통하는 물은 한정적이어서 일정 온도 이상을 유지하기 위해서도 회전축을 고속으로 회전시켜야 하고, 이를 위해서는 초고속으로 운영하여야만 하고 따라서 많은 동력이 필요하게 된다는 문제점을 안고 있다.

또한 공개특허 제 10-2012-0004046호에서는 회전력을 이용한 히팅장치를 공개하고 있는데, 상기 공개특허는 도 2에서와 같이

유입부와 유출부를 갖는 프레임(10);

상기 프레임(10)에 장착되고, 중공부(21a)를 갖는 고정체(21)와,

상기 고정체(21)와 연결되고, 수용부(23a)와 통수공(23b)을 갖는 격벽체(23)를 포함하는 고정부재(20),

상기 격벽체(23)의 수용부(23a)에 배열되는 지지체(31)와,

상기 지지체(31)와 연결되고, 상기 고정체(21)의 중공부(21a)에 내장되는 회전체(33)와,

상기 회전체(33)에 구비된 다수의 마찰공(33a)을 포함하는 회전부재(30);

상기 회전부재(30)의 지지체(31)와 연결되는 구동수단(40);

상기 고정부재(30)의 고정체(21)에 구비된 방수부재(50); 및

상기 고정체(21)의 내벽면 또는 상기 회전체(33)의 외벽면, 또는 이들 모두에 형성된 마찰홈(06);을 포함하여 이루어진 회전력을 이용한 히팅장치로 구성되어 있다.

그러나 상기 공개특허에서는 회전체(33)내에 형성된 마찰공(33a)이나 마찰돌기부(33b)를 통해서만 마찰열을 기대할 수 있고, 이러한 마찰열은 유입부로부터 유출부로 물이 한번 통과되는데 따른 열만을 기대할 수가 있어서 물의 온도 상승에는 제한적일 수밖에 없다는 문제점을 안고 있다.

또 다른 공개특허 제 10-2012-0066697호에서는 마찰가열시스템을 공개하고 있는데, 상기 공개특허는 고정체 홀 사이를 유동하는 유체가 고속유동과 저속유동 유체사이에서 찢기고 교란되면서 마찰하고 충격파로 마찰을 가함으로 충격파와 버블이 부딪히고 마찰하는 충격마찰열은 최대로 발생하게 되는 구조로 되어 있으나, 고정자 내부의 회전자가 돌기나 오목형 마찰면을 구비하고 있어도 그 마찰열을 미미할 것이고 유입되는 유량은 계속하여 유출할 것이므로 필요한 온도를 얻기 어렵다는 단점과 모터가 양측에서 필요할 것으로 판단되어 비경제적으로 여겨진다.

한편, 등록실용신안 제 20-0449290호에서는 디스크의 두께, 열매체 수용홈의 직경, 등을 한정한 마찰펌프를 제공하고 있으나 본 발명과는 상이한 것으로 여겨진다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 본 출원인은 본 출원인 명의의 등록특허 제 10-1306165호에서, 하부고정체, 물유입장치, 고정체와 회전체인 디스크를 포함하는 마찰가열단위체, 배출장치, 실링조인트부를 포함하는 마찰가열시스템을 개시한바 있다.

그러나, 상기 본인 명의의 특허에서는 고정체와 회전체로 이루어지는 마찰 가열단위체의 구성이 도 3a 및 3b와 같이 구성되어 있어서 물의 흐름이 도 4a 및 도 4b에서와 같이 직각을 이루고 흐르게 되어(도 4a 및 4b의 화살표 방향) 회전체(320, 320’)의 회전체에 따른 물의 가온 효과가 상대적으로 떨어질 수도 있다는 것이 발견되었다.

본 발명은 상기와 같은 본 출원인 명의의 특허나 또 다른 마찰가열시스템에서 사용되는 고정체와; 다수의 디스크를 포함하는 회전체로 이루어지는 마찰가열단위체에서 통과되는 물에 회전체에 의한 가온효과를 더욱 향상시킬 수 있는, 마찰가열시스템용 마찰가열단위체를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은; 마찰력에 의해 물을 가온할 수 있는 장치나 시스템에 사용하기위한 것으로, 고정체와; 상기고정체의 내부에서 회전하는 하나 이상의 디스크를 갖는 회전체로 구성되는 마찰가열 단위체에 있어서, 상기 디스크가 회전하는 고정체의 내측면쪽이나 디스크의 외면에는 원형이나 직각형이 아닌 다수의 각으로 이루어지는 요홈이나 돌기부가 형성되는 마찰가열단위체를 제공한다. 상기에서 요홈이나 돌기부가 형성되는 고정체나 디스크는 서로 요홈이나 돌기부가 반대방향으로 형성됨이 바람직하고, 상기 디스크의 외주면에도 직각이나 원형이 아닌 요홈이나 돌기부가 형성될 수도 있으며, 상기 고정체의 디스크가 회전하는 내부의 상?하는 직각, 원형, 타원형, 다각형 등 어떠한 형태로 하여도 바람직하다.

또한 상기디스크의 중앙부위 내부쪽으로는 요홈을 형성시켜 내부의 가온된 무이 잔류하면서 통과되는 물에 가온효과를 더 높이게 할 수도 있다.

또한 본 발명에서는 상기 요홈이나 돌기부를 와류가 형성되는 회전모양으로 형성시킬 수도 있다.

본 발명에 의하면 회전체를 이용하여 마찰열을 이용해 물을 가온시키는 경우 물의 흐름방향을 직선이 아닌 방향으로 흐르게 할 수 있고, 다수의 각진 방향을 통과하게 하여 종전의 직선방향흐름 보다 훨씬 가온효과를 높일 수 있게 되어, 새로운 개념의 보일러 적용 등에 유효적절하게 사용할 수가 있게 된다.

도 1은 종래 유체가열용 발열시스템 단면도
도 2는 종래 회전력을 이용한 히팅장치 분해사시도
도 3a 및 3b는 선행 마찰가열단위체 사시도
도 4a 및 4b는 선행 마찰가열단위체에서의 유체 흐름도
도 5a 및 6b는 본 발명에 의한 마찰가열단위체의 사시도
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 마찰가열단위체의 사시도
도 7은 본 발명의 마찰가열단위체를 적용한 마찰가열시스템의 개략단면도
도 8은 본 발명의 마찰가열시스템에서의 유체흐름도

이하에서는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하기의 실시 예는 본 발명의 이해 및 실시를 돕기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.

먼저, 도 5a는 본 발명에 따른 마찰가열 단위체(500)의 일실시예를 나타낸 것으로서 도 5b는 도 5a의 변형 예를 나타낸 것이다.

도 5a 및 도 5b에서 본 발명의 마찰가열단위체(500)는 고정체(600)와 회전체(700)로 구성되는데, 상기 회전체(700)에는 고정체(600) 내부에서 회전하는 디스크(750)가 하나이상 구성되고 중앙부에는 마찰가열시스템이나 보일러 등을 구동시키기 위한 축과 동축인 축(S)에 장착된다.

상기에서 고정체(600) 고정체(600) 간의 체결 시 누수 등을 방지하기 위한 ○링 체결홈(650)이 양측 외면에 형성되고 내면에는 회전체(700)의 디스크(750)가 회전하는 홈(630)이 형성되고 내부 외측으로는 하나이상의 요홈이나 돌기부(620)가 형성되고 상하부는 도 5a에서와 같이 각이지거나 도 5b에서와 같이 각이지지 않게 형성된다.

또한 상기 회전체(700)의 디스크(750)는 디스크(750)의 외면에 돌기부(720)나 요홈이 형성되고 디스크의 원주 쪽으로도 돌기부나 요홈(710)이 형성될 수도 있다.

본 발명에서는 또한 도 6의 또 다른 실시 예에서와 같이 회전체(700)의 디스크(750) 외주면에 돌기부(710)나 요홈을 와선형(720)으로 형성시킬 수도 있다.

또한 본 발명에서는 회전체(700)의 디스크(750, 75)의 내부측으로 요홈(730, 730)를 형성시킬 수도 있는데, 이는 가온된 물이 디스크(750, 750)의 내부에 잔류하면서 보온효과와 가온효과를 더 높이게 할 수도 있기 때문이다.

도 7은 본 발명의 마찰가열 단위체(500)를 장착한 마찰가열시스템을 나타낸 것으로 본 출원인 명의의 등록특허 제 10-1306165호와 대비하기위하여 도시한 것으로 물 유입부(①)와 유출부(②)가 나타나있고 기타의 구성요소는 유사한 마찰가열시스템을 보여준다.

도 8은 본 발명의 마찰가열 단위체(500)를 통과하는 유체의 흐름을 나타낸 것으로서 유체는 화살표 방향으로 진행하여 고정체(600) 내부의 홈(630)에서 회전하는 회전체(700)의 디스크(750) 사이를 통과하게 되는데 이때 고정체(600) 내부면에 요홈이나 돌기부(620)가 형성되어있고 디스크(750)의 외면에도 돌기부나 요홈(720)가 형성될수 있어서 진행되는 유체는 각 돌기부나 요홈들에 부딪히면서 통과되므로 충격에 의한 가온효과를 훨씬 더 높일 수 있고 디스크(750) 내부의 요홈(730)에는 항상 가온된 물이 있게 되어 통과되는 유체에 보온이나 가온효과를 더욱 줄 수 있게 된다.

또한 디스크(750)의 외주면도 원형이 아니고 요홈이나 돌기부가 형성될 수 있어서 통과되는 유체에 보다 많은 충격을 주게 되어 가온효과를 더욱 높이게 된다.

따라서 본 발명의 마찰가열단위체는 마찰가열시스템이나 보일러 등에 효과적으로 사용할 수 있게 된다.

500 : 마찰가열단위체 600 : 고정체 620 : 요홈 또는 돌기부
700 : 회전체 710 : 외주면 돌기부 720 : 와선형 돌기부
730 : 요홈 750 : 디스크

Claims (4)

1. 보일러, 마찰가열시스템에 사용하기위한 마찰가열단위체로서, 내부에 홈이 형성되고 내부외측으로는 요홈이나 돌기부가 형성되어있는 고정체와; 상기 고정체의 내부홈에서 회전할 수 있도록 회전축에 연결되는 하나 이상의 디스크를 포함함을 특징으로 하는 마찰가열단위체.
2. 제 1항에 있어서 상기 디스크의 외면에는 돌기부나 요홈이 형성됨을 특징으로 하는 마찰가열단위체.
3. 제 1항에 있어서, 상기 요홈이나 돌기부는 원형이 아닌 다각형임을 특징으로 하는 마찰가열단위체.
4. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한항에 있어서, 상기 요홈이나 돌기부는 와류형임을 특징으로 하는 마찰가열단위체.
   
   

Images