KR20160012981A

KR20160012981A - 펌프 장치

Info

Publication number: KR20160012981A
Application number: KR1020157025381A
Authority: KR
Inventors: 하랄트 부할라
Original assignee: 한닝 일렉트로-베르케 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2016-02-03
Also published as: CN105164416B; US20190048866A1; US20160090979A1; EP2999886B1; PL2999886T3; WO2014187447A1; CN105164416A; JP2016520170A; EP2999886A1

Abstract

본 발명은, 자기 열량 효과를 갖는 물질을 포함하는 유닛과, 유닛의 영역에 배치되고 액상 또는 기상 열 전도 매체가 관류되는 채널 장치와, 진행 파형 원리에 따라서 작동하는 펌프 시스템을 포함하는 펌프 장치에 관한 것이다.

Description

펌프 장치{PUMP ARRANGEMENT}

"자기 열량"의 효과로 열 펌프로서 작동하는 유닛들은 상당히 오래전부터 공지되었다. 상기 유닛들 내에서 자기 열량 효과를 갖는 물질들은 주기적으로 자계에 노출된다. 자계의 영향으로, 물질의 비열용량 또는 비열저장용량은 변한다.

공급되고 배출되는 매체들(가스, 액체)에 의해, 유닛들에는 열 에너지가 공급되어 다른 온도 레벨로 변환되고 다시 배출될 수 있다. 상기 매체들의 공급 및 배출을 위해서는 펌프 장치들이 필요하다. 이런 펌프 장치들은 적은 유지보수로, 그리고 효율적으로 작동해야만 한다. 하기에는 상기 적용 목적을 위해 그 적합성이 특히 우수한 펌프 장치가 설명된다.

도 1에는, 온도(δ₁)를 갖는 매체가 공급되고, 다시 온도(δ₂)를 갖는 매체가 배출되는 유닛(1)이 도시되어 있다. 온도 변환의 효과를 생성하기 위해 상기 유형의 유닛들에는 바람직하게는 회전 에너지가 공급된다. 유닛들 내에서 이용되는 컴포넌트들의 비교적 큰 열 시간 상수를 통해, 외부 구동 장치들을 통해 유도되는 회전 운동의 회전 주파수는 유닛들 내에서는 낮아야만 한다(특히 0.5Hz와 20Hz 사이, 바람직하게는 1Hz 내지 10Hz의 범위이어야 한다). 상기 외부 구동 장치들은 예컨대 분명하게 더 빠르게 작동하고 대개 원통형으로 형성되는 전기 모터들(2)과 하나의 감속 기어박스(3)로 이루어진 조합 구조를 통해 형성될 수 있다.

원판형으로 형성되고 느리게 작동하는 모터(4)의 이용은 분명히 더 콤팩트하고 더 저소음이며 그 유지보수가 더 적고 더 에너지 효율적이다. 이 경우, 모터(4)는 특히 바람직하게는 다극성 축 방향 자속형 모터(multi-pole axial flux motor)로서 형성될 수 있다. 도 2에는, 상기 모터가 비대칭성 (일측) 축 방향 자속형 기기로서 도시되어 있다. 상기 모터는 동기 모터로서 형성되고 스테이터(5)와 로터(6)로 구성된다. 토크와 그에 따른 회전 운동은 코일들(8)에 회전 자계를 인가하는 것을 통해 로터(6) 상에 고정된 영구 자석들(7)에 의해 생성된다. 토크는 샤프트(9)를 통해 인출될 수 있다.

도 3에는, 대칭성으로 양측에 구성된 축 방향 자속형 기기의 형태인 유사한 장치가 도시되어 있다. 마찬가지로 앞서 언급한 목적을 위해 외부 로터 원리(도 4 참조)에 따르는 영구 자석 여기형 동기기의 이용이 적합하다. 두 모터 형태들에 대한 특징은 로터와 스테이터 사이의 공동부이다.

전술한 종래 기술과 관련하여 로터와 스테이터 사이의 공동부는 특히 적합한 방식으로 열 전도 매체의 이송을 위한 하나 또는 복수의 펌프를 수용하기 위해 적합하다.

달성하고자 하는 전체 장치의 공간상 및 기능상 통합에 근거하여, 그리고 낮은 회전속도를 이용하는 설명한 구동 특성을 고려하여 확인된 점에 따르면, 바람직하게는 진행 파형 원리에 따라서 작동하는 펌프 시스템들이 이용될 수 있다. 상기 유형의 펌프 시스템들은 예컨대 유럽 특허 공보 EP 1 317 626 B1에서 기술된다.

도 5에는, 일반적으로 스테이터(5) 상에서 환형 그루브 내에 진행 파형 원리에 따르는 펌프 시스템이 어떻게 배치되는지 그 방법이 도시되어 있다. 캠(10)(cam)이 로터(6)의 회전 운동을 통해 주기적으로 멤브레인 장치(11)를 스쳐 지나간다면, 포트들(12 및 13)을 통해 액상 또는 기상 매체가 이송될 수 있다. 이 경우, 관형 멤브레인 장치(11)의 횡단면은 유럽 특허 EP 1 317 626 B1에 기술된 장치에 상응한다. 펌프는 거의 마모 없이 작동될 수 있고 거의 유지보수가 필요하지 않고 저소음이면서 효율적이다. 이 경우, 진행 파형 펌프의 원리에 따라서 이동되는 부재들 상에는 실링들이 필요하지 않다. 캠(10)과 멤브레인 장치(11) 사이에서는 거의 마찰이 발생하지 않기 때문에, 포함된 컴포넌트들은 거의 마모되지 않는다. 상기 펌프 장치는 변위되는 방식으로, 또는 동적 펌프(dynamic pump)로서 작동할 수 있기(예컨대 캠 높이를 통해 설정될 수 있기) 때문에, 예컨대 10mbar 내지 20bar 범위의 폭 넓은 압력 레벨이 반영될 수 있다. 또한, 가변 자계의 공급을 위한 미도시한 수단도 제공된다.

도 6에는, 추가의 동심성 멤브레인 장치(14)와 추가 캠(15)을 통한 2개의 독립된 매체 회로를 포함하는 장치의 한 개선예가 도시되어 있다. 그에 따라, 포트들(16 및 17)을 통해 추가의 매체 회로가 작동될 수 있다. 그 밖에, 도 6에는, 횡단면(폭 및 높이도 생각해볼 수 있음)이 서로 상이한 멤브레인 장치들(11 및 14)도 도시되어 있다. 이로써, 두 회로 내에서 동일한 부피 유량들을 달성하기 위해, 예컨대 캠들의 서로 상이한 반경 방향의 회전속도가 보상될 수 있다. 또한, 서로 상이한 부피 유량들 또는 압력 레벨들을 이용하고 또 다른 방식으로 혼합되는 작동 모드들도 실현된다.

이 경우, 상기 사항과 유사하게, 추가 회로들을 위한 특히 동심성인 추가 장치들도 생각해볼 수도 있고 가능하기도 하다.

도 7에는, 대칭성으로 (양측에) 구성되는 축 방향 자속형 기기에 대한 이전의 장치의 한 개선예가 도시되어 있으며, 이런 개선예는 앞서 설명한 것처럼 다양한 변형예들로 실현될 수 있다.

도 8에는, 원주 상에서 반경 방향으로 구획(segment)된 장치가 도시되어 있다. 구획은 임의의 개수 및 형상으로 실현될 수 있다.

도 9에는, 원형 경로(circular path) 당 복수의 캠을 포함하는 장치가 도시되어 있다(임의의 개수 및 형상도 생각해볼 수 있다).

도 10에는, 멤브레인 장치들에 대한 추가 위치들이 도시되어 있다.

도 11에는, 외부 로터 원리에 따르는 영구 자석 여기형 동기기에서 멤브레인 장치들에 대한 유사하게 생각해볼 수 있는 위치들이 도시되어 있다.

또 다른 구조의 모터, 예컨대 내부 로터 원리에 따르는 모터가 이용되는 점에 한해, 전술한 고려 사항은 2개의 평행 평면 플레이트 사이에, 또는 자기 열량형 유닛 내에서, 또는 그 상에서 2개의 원통형 장치의 내벽부와 외벽부 사이의 상응하는 반경 방향 공동부들 사이에 유사하게 적용된다.

특히 장치들의 효율의 개량을 위해, 특히 멤브레인(11, 14)과 캠(10, 15) 사이에서 마찰의 감소를 위한 조치들이 강구될 수 있다. 이런 점에 한해, 여하히 이미 상대적으로 더 적은 마찰은, 롤러들을 제공하는 것을 통해, 또는 [예컨대 멤브레인(11, 14) 또는 캠들(10, 15)을 코팅하는 것을 통한] 미끄럼 특성을 개량하는 것을 통해 추가로 개량될 수 있다.

본 발명의 설명한 실시예들은 상호 간에 조합될 수 있다. 실시예들은 각각 예시이며, 이미 실시예들의 개별 특징들은 그 자체로 볼 때 발명의 핵심이거나, 또는 발명의 핵심일 수 있다. 또한, 펌프 시스템은 예시로서만 로터와 스테이터 사이의 간격 내에 수용된다. 원칙적으로, 펌프 시스템은 펌프 장치 또는 구동 유닛의 임의의 컴포넌트들이면서 상호 간에 상대적으로 이동되는 상기 컴포넌트들 사이에 배치될 수 있다. 또한, 모터는 측면에서 유닛에 장착될 수 있거나, 또는 유닛의 내부에서 임의의 위치에 통합될 수도 있다. 이런 점에 한해, 적은 장착 공간을 갖는 통합적인 실현이 제공된다.

Claims

펌프 장치로서, 자기 열량 효과를 갖는 물질을 포함하는 유닛과, 이 유닛의 영역에서 안내되면서 액상 또는 기상 열 전도 매체에 의해 관류되는 채널 장치와, 진행 파형 원리에 따라서 작동하는 펌프 시스템을 포함하는 상기 펌프 장치
제1항에 있어서, 상기 펌프 시스템은 공간상 상기 작동 유닛 내에 통합되어 제공되는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 작동 유닛은 로터 및 스테이터를 구비하여 회전 작동하는 전기 기기를 포함하며, 그리고 상기 펌프 시스템은 상기 로터와 상기 스테이터 사이에 형성된 전기 기기의 간격 내에 적어도 부분적으로 수용되는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 자계를 주기적으로 공급하기 위한 수단들이 제공되는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
자기 열량 효과를 갖는 물질을 포함하는 유닛을 통해 열 전도 매체를 이송하기 위한 방법에 있어서, 진행 파형 원리에 따라서 작동하고 회전 작동하면서 상기 열 전도 매체를 이송하는 펌프 시스템은 0.2Hz 내지 20Hz 범위, 바람직하게는 1Hz 내지 10Hz 범위의 회전 주파수로 작동되는, 열 전도 매체 이송 방법.
제5항에 있어서, 자기 열량 효과를 갖는 상기 물질은 주기적으로 자계에 노출되는 것을 특징으로 하는 열 전도 매체 이송 방법.
자기 열량 효과를 가지면서 주기적으로 자계에 노출되는 물질을 제공하는 작동 유닛을 통해 열 전도 매체를 이송하기 위한, 진행 파형 원리에 따라서 작동하는 펌프 시스템의 용도.