KR20160016023A - 와류 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 유입구에서 와류를 방지하는 장치로서, 원주면 둘레에 다수의 통수공을 형성하는 관형상의 통수부와, 이 관형상의 통수부의 일측에서 유체 유입을 허용하는 개구부, 및 관형상의 통수부의 타측을 폐쇄하는 커버를 구비한 스트레이너와; 소정의 두께로 형성되고, 커버)의 일측면 상에 면접하는 밑면을 갖춘 디스크; 및 관형상의 통수부의 커버 일측면에 디스크를 교체가능하게 위치고정하는 체결부재;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
특히, 디스크는 다른 구성부재(예컨대, 열교환기 내부 부품 등)보다 이온화 경향이 큰 재질로 되어 희생부식될 수 있게 희생금속으로 구성되어 있다.

Description

와류 방지 장치 {Vortex prevention apparatus}

본 발명은 와류 방지 장치, 특히 펌프, 열교환기 등의 흡입측으로 유입될 유체의 와류방지를 돕는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산업용으로 사용되는 열교환기 및/또는 펌프는 해수 혹은 청수(淸水)를 사용하여 온수의 열을 상대적으로 저온의 해수 혹은 청수를 통해 냉각시킬 수 있는바, 이를 위해 지속적으로 냉각수의 유입을 보장해야 한다.

냉각수는 열교환기 및/또는 펌프의 흡입측에 형성된 유입구를 경유하여 열교환기 혹은 펌프 내부로 유입되는데, 예컨대 흡입측의 수위가 일정 수위 이하로 내려갈 경우 유입 배관에 와류가 발생하게 된다. 또한, 냉각수의 흡입측이 고속의 유속에서 부분적으로 냉각수의 압력이 작아져 캐비테이션(cavitation)을 일으키기 쉽게 됩니다. 와류(vortex)는 널리 알려져 있듯이 유체의 흐름 속에 유체의 회전운동에 의해 주류와 반대방향으로 소용돌이치는 흐름으로써, 관로의 불규칙성, 장애물 등으로 인해 발생되는 것으로 알려져 있다.

이러한 냉각수의 와류 현상과 캐비테이션은 열교환기 및/또는 펌프 내부에 유체와 함께 유입되는 공기를 통해 내부 구성부재(순환 펌프 혹은 임펠러)의 손상을 야기시켜 정상적인 운행을 보장할 수 없게 하는 문제점을 가지고 있습니다.

다시 말하자면, 열교환기 및/또는 펌프는 내부로 유입되는 냉각수에 대해 와류 발생 현상을 억제시키면서 냉각수의 지속적인 공급을 보장할 수 있는 다양한 시도를 모색하고 있다. 특허문헌 1은 전술된 문제점을 해소하기 제안된 다양한 시도 중 하나로서, 연결관 입구 둘레에 와류 방지판을 지지할 수 있는 받침대를 구비한 간단한 구조의 와류 형성 방지 장치를 기술하고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2005-0008184호

본 발명은 열교환기 및/또는 펌프 등의 흡입측으로 유입될 유체의 와류 현상을 미연에 방지하는 동시에 환경상 부식에 노출될 수 있는 부품의 산화를 방지하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 유체 유입구에서 와류를 방지하는 장치로서, 원주면 둘레에 다수의 통수공을 형성하는 관형상의 통수부와, 이 관형상의 통수부의 일측에서 유체 유입을 허용하는 개구부, 및 관형상의 통수부의 타측을 폐쇄하는 커버를 구비한 스트레이너와; 소정의 두께로 형성되고, 커버의 일측면 상에 면접하는 밑면을 갖춘 디스크; 및 관형상의 통수부의 커버 일측면에 디스크를 교체가능하게 위치고정하는 체결부재;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 스트레이너는 커버의 일측면 중심에서 수직방향으로 신장된 볼트 형상부를 구비하고, 볼트 형상부는 일측 개구부를 향해 돌출되어 있다.

체결부재는 볼트 형상부와 체결가능한 너트로 형성되어 있다.

스트레이너와 체결부재는 부품의 산화를 방지하기 위해 스테인리스강 재질로 제작되는 것이 바람직하다.

특별하기로, 디스크는 다른 구성부재(예컨대, 열교환기 내부 부품 등)보다 이온화 경향이 큰 재질로 되어 희생부식될 수 있게 희생금속으로 구성되어 있다. 이는 결과적으로 환경상 부식에 노출될 수 있는 부품의 산화를 방지하는 것을 목적을 달성할 수 있다.

선택가능하기로, 디스크는 아연 재질의 희생금속으로 구성될 수 있다.

본 발명에서, 교체가능한 디스크는 원통형상의 몸체부 상에 절두형 원뿔형상부를 일체로 구비하며 이의 중심부를 관통하는 체결공을 형성하는데, 커버의 볼트 형상부가 체결공을 가로질러 체결부재와 체결될 수 있다.

여기서, 절두형 원뿔형상부는 원통형상의 몸체부의 밑면과 소정의 두께로 평행하게 떨어져 있는 윗면과, 밑면의 가장자리와 원통형상의 몸체부 상단 가장자리를 연결하는 옆면으로 이루어져 있다.

체결공은 이의 내주면에 암나사산을 형성할 수 있고, 이는 볼트 형성부와 부가적으로 체결되어 예상치 못한 체결부재의 분리시에도 디스크의 부착을 보장하게 된다.

추가로, 본 발명의 디스크는 오목하게 만곡된 옆면으로 이루어질 수 있다.

커버는 이의 가장자리 둘레를 따라 등간격으로 하나 이상의 관통공을 형성하고, 캐비테이션을 방지하기 위해 관통공과 디스크의 밑면을 상호 중첩되지 않게 배치한다.

덧붙여서, 본 발명은 관통공과 디스크를 동심원으로 배열하도록 한다.

본 발명에서, 스트레이너는 열교환기 혹은 펌프의 유체 흡입측 유입구에 안착을 돕기 위해 관형상의 통수부의 일측 개구부 둘레에 플랜지를 추가로 구비한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 유체(냉각수)의 열교환기 및/또는 펌프 내부로 유입하는 과정에서 와류 현상을 억제하여 펌프 등의 내부 구성부재의 성능 향상과 수명 연장을 가능하도록 제공된다.

또한, 본 발명은 해수와 접촉하는 내부 구성부재들의 부식 현상을 방지할 수 있는 희생금속을 채용하고 있으며, 디스크 형상의 희생금속을 쉽게 주기적으로 교체가능한 구조를 갖추고 있다.

도 1은 열교환기와 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와류 방지 장치의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와류 방지 장치의 분해도이다.
도 3은 도 1에 도시된 와류 방지 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 와류 방지 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 와류 방지 장치를 개략적으로 도시한 배면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 와류 방지 장치를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 7은 본 발명의 와류 방지 장치에 장착될 디스크의 다른 변형예를 도해한 도면이다.

이제, 본 발명에 따른 와류 방지 장치는 첨부 도면을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.

본 발명의 장점, 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되는 실시예들을 통해 명확해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일하거나 유사한 구성요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불명료하게 할 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1을 참조로 하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와류 방지 장치(1)는 유체 이송 장치 인 펌프(미도시) 혹은 열교환기(100)의 일 흡입측에 설치되어 와류(소용돌이)와 캐비테이션의 발생을 억제시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와류 방지 장치(1)는 도시된 바와 같이 열교환기(100)의 흡입측에 형성된 유입구(110)에 장착될 수 있으며, 이에 국한되지 않고 다양하게 배치 혹은 장착될 수 있음을 미리 밝혀둔다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와류 방지 장치(1)는 도 2 내지 도 6을 참조로 하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와류 방지 장치(1)는 개략적으로 스트레이너(10;strainer)와 디스크(20;disk) 및 체결부재(30)로 이루어져 있다.

스트레이너(10)는 통수공(11a)을 원주면 둘레에 형성하고 있는 관형상의 통수부(11)로 이루어져 있다. 스트레이너(10)는 관형상의 통수부(11)의 타측에 편평한 커버(12)를 구비하는바, 커버(12)는 도시된 바와 같이 관형상의 통수부(11)의 타측 개구부를 밀폐한다.

이와 대향되게, 스테레이너(10)는 일측 개구부(14)를 개방하여 열교환기(100) 혹은 펌프 내부로의 냉각수 유입을 허용하는 경로를 제공하게 된다. 통수부(11)의 일측 개구부(14)는 이의 가장자리에 플랜지(15)를 형성한다. 이 플랜지(15)는 도 1에 도시된 바와 같이 열교환기(100)의 유입구(110) 측에 안착을 돕는다.

통수공(11a)은 관형상의 통수부(11) 전 둘레 영역에 걸쳐 형성되되, 외부에서 공급되는 냉각수는 통수부(11)에 형성된 통수공(11a)을 통해 열교환기(100) 혹은 펌프로 유입될 수 있다. 여기서, 냉각수라 함은 열교환기(100) 혹은 펌프로 유입가능한 유체 혹은 냉매의 일 종류일 수 있다.

도시되었듯이, 다수의 통수공(11a)은 통수부(11)의 둘레면을 따라 형성되어 외부에서 공급되는 냉각수를 통수부(11)의 길이방향과 직교되는 방향으로 방향 전환시켜 냉각수의 이동방향과 이의 수압을 확산 및/또는 분산시켜 와류 현상을 억제시킬 수 있다.

특별하기로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와류 방지 장치(1)는 통수부(11)로 인해 야기될 수 있는 캐비네이션을 최소화시키기 위해 통수부(11)의 타측을 폐쇄하는 편평한 커버(12)에 하나 이상의 관통공(12a)를 구비한다. 냉각수가 통수공(11a)을 통해 유입구 내부로 안내되면서 발생되는 유수(流水)의 단면 혹은 흐름 방향이 바뀔 때 그 근방에 공동부(空洞部)를 통해 와류가 발생되는데, 이러한 와류는 앞서 기술되었듯이 소음과 진동의 원인이 되고, 임펠러 등의 구성부재에 침식을 가져오게 된다.

이에, 관통공(12a)은 커버(12) 하류에 공동부의 형성을 미연에 방지하도록 편평한 커버(12)의 가장자리 둘레를 따라 배치되되, 다수의 관통공(12a)은 커버(12)의 가장자리 둘레를 따라 등간격으로 이격되게 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시시예 따른 와류 방지 장치(1)는 관형상의 통수부(11)의 바닥면 내측, 구체적으로 커버(12)의 일측면에 금속 재질의 디스크(20)를 구비한다. 디스크(20)는 이의 중심부를 관통하는 체결공(20a)을 형성하고, 전반적으로 절두형 원뿔형상(truncated cone)으로 형성되어 있다. 도시된 바와 같이, 디스크(20)는 원통형상의 몸체부(24) 상에 절두형 원뿔형상부를 일체로 하는 소정의 두께를 가진 구성부재일 수 있다.

절두형 원뿔형상의 디스크(20)는 편평한 커버(12)의 일측면 상에 면접하는 밑면(21)과 이 밑면(21)과 일정한 거리를 두고 평행하게 이격되어 있는 윗면(22) 그리고 밑면(21)의 가장자리와 원통형상의 몸체부 상단 가장자리를 연결하는 옆면(23)으로 이루어지는데, 옆면(23)은 일직선상으로 경사지게 형성되어 있다.

디스크(20)은 외부에서 유입되는 냉각수를 커버(12)의 관통공(12a)으로 안내할 수 있게 상부를 사다리꼴 단면형상을 가지도록 한다. 또한, 디스크(20)는 유입되는 냉각수와 직접적으로 접촉하는 커버(12)의 일측면 상에 배치되어 관형상의 통수부의 커버 부분을 덧대고 있어 보강재 역할도 수행하게 된다.

덧붙여서, 디스크(20)의 밑면(21)이 다수의 관통공(12a)을 가로막지 않은 크기를 가져야 한다. 즉, 관통공(12a)과 디스크(20)를 동심원으로 배치되되, 다수의 관통공(12a)을 연결한 가상원의 반지름이 디스크(20)의 밑면(21) 반지름보다 크게 되어 있다.

디스크(20)는 체결부재(30)를 매개로 하여 관형상의 통수부(11)에 위치고정될 수 있도록 한다. 바람직하기로, 체결부재(30)는 너트(nut)로 이루어지고, 이와 상응하게 커버(12)의 일측면 중심에서 일측 개구부(14)를 향해 수직방향으로 신장되어 있는 볼트 형상부(13)를 구비한다. 볼트 형상부(13)는 커버(12)의 일측면과 면접하는 디스크(20)의 체결공(20a)을 가로질러 디스크(20)의 윗면(22)으로 돌출되어 체결부재(30), 구체적으로 너트와 체결된다. 이는 작업자가 필요에 따라 체결부재(30)의 죄임과 풀림 작업을 하여 디스크(20)의 교체를 가능하게 할 것이다. 본 발명은 유체의 유동으로 발생되는 진동 등의 외력으로 디스크(20)를 와류 방지 장치(1)와의 분리를 방지할 수 있게 디스크(20)의 체결공(20a) 내측에 암나사산을 형성하여, 볼트 형상부(13)의 외주면에 형성된 숫나사산과 체결될 수도 있다(도 3 참조).

당해 분야의 숙련자들에게 이미 널리 알려져 있듯이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와류 방지 장치(1)는 해수(혹은 청수)와 접촉될 수 있어 환경상 부식에 노출될 수 있어 산화방지를 위한 스테인리스강 재질로 제작되는 것이 바람직하다.

특별하기로, 본 발명의 와류 방지 장치(1)는 디스크(20)를 스테인레스강 재질을 대신하여 희생금속 재질로 제작할 수 있다. 다시 말하자면, 디스크(20)는 철보다 쉽게 산화(혹은 부식)될 수 있는 아연 재질로 제작하여, 철 혹은 황동으로 제작된 구성부재들의 부식을 방지할 수 있다. 희생금속 재질로 제작된 디스크(20)는 철 혹은 황동으로 만들어지는 열교환기(100)의 내부 부품(배관 등)을 보호할 수 있도록 아연 재질로 제작되되, 이는 황동 혹은 철보다 이온화 경향이 큰 아연이 먼저 산화되므로 열교환기의 내부 부품의 부식을 방지할 수 있는 음극화 보호(cathodic protection)를 이용하는 것이다.

도 7은 디스크의 다른 변형예를 도시한 도면으로, 상부를 절두형 원뿔형상으로 형성한 디스크(20')는 도 2 내지 도 6에 도시된 디스크(20)의 옆면(23)에 곡률을 제외하고는 매우 유사한 구조로 이루어져 있기 때문에, 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해서 유사하거나 동일한 구성부재에 대한 설명은 여기서 배제할 것이다.

디스크(20')는 원통형상의 몸체부(24) 상에 절두형 원뿔형상부를 일체로 구비하는데, 편평한 원형 커버(12;도 4 참조)의 일측면 상에 면접하는 밑면(21)과 이 밑면과 일정한 거리를 두고 평행하게 이격되어 있는 윗면(22) 그리고 밑면(21)의 가장자리와 윗면(22)의 가장자리를 연결하는 옆면(23')으로 이루어지는데, 옆면(23')은 오목형상으로 만곡되어 있게 한다. 스트레이너(10)의 일측 개구부(14)를 통해 직선방향으로 유입되는 냉각수가 디스크(20')의 옆면(23')에 가해지는 수압을 낮추기 위해 도시된 바와 같이 오목형상으로 만곡되도록 한다.

물론, 절두형 원뿔형상의 디스크(20')도 열교환기의 내부 부품들보다 이온화 경향이 큰 재질, 구체적으로 아연 재질로 제작되어 희생 금속으로 사용될 수 있다.

디스크(20')는 이의 중심부를 관통하는 체결공(20a)을 구비하는데, 도 3에 도시된 바와 같이 그 내부면에 암나사산을 형성할 수도 있으며 도 7에 도시된 바와 같이 별도의 형상을 제공하지 않는 관형상으로 이루어져 볼트 형상부(13;도 3 참조)의 유출입을 도와 교체시 작업공수를 줄일 수 있을 것이다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 와류 방지 장치는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1 ----- 와류 방지 장치,
10 ----- 통수부,
20 ----- 디스크,
30 ----- 체결부재,
100 ----- 열교환기.

Claims (12)

1. 유체 유입구에서 와류를 방지하는 장치에 있어서,
   원주면 둘레에 다수의 통수공(11a)을 형성하는 관형상의 통수부(11)와, 상기 관형상의 통수부(11)의 일측에서 유체 유입을 허용하는 개구부(14), 및 상기 관형상의 통수부(11)의 타측을 폐쇄하는 커버(12)를 구비한 스트레이너(10)와;
   소정의 두께로 형성되고, 상기 커버(12)의 일측면 상에 면접하는 밑면(21)을 갖춘 디스크(20); 및
   상기 통수부(11)의 커버(12) 일측면에 상기 디스크(20)를 위치고정하는 체결부재(30);로 이루어진 것을 특징으로 하는 와류 방지 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스트레이너(10)는 상기 커버(12)의 일측면 중심에서 수직방향으로 신장된 볼트 형상부(13)를 구비하고,
   상기 볼트 형상부(13)는 상기 일측 개구부(14)를 향해 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 와류 방지 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 체결부재(30)는 너트로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 와류 방지 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 스트레이너(10)와 체결부재(20)는 스테인리스강 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 와류 방지 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 디스크(20)는 희생금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 와류 방지 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 디스크(20)는 아연 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 와류 방지 장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 디스크(20)는 원통형상의 몸체부(24) 상에 절두형 원뿔형상부를 일체로 구비하며 이의 중심부를 관통하는 체결공(20a)을 형성하고,
   상기 절두형 원뿔형상부는 상기 원통형상의 몸체부(24)의 밑면(21)과 소정의 두께로 평행하게 이격되어 있는 윗면(22)과, 상기 밑면의 가장자리와 상기 원통형상의 몸체부 상단 가장자리를 연결하는 옆면(23)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 와류 방지 장치.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 체결공(20a)은 이의 내주면에 암나사산을 형성하는 것을 특징으로 하는 와류 방지 장치.
   
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 디스크는 오목하게 만곡된 옆면(23')을 구비하는 것을 특징으로 하는 와류 방지 장치.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버(12)는 이의 가장자리 둘레를 따라 등간격으로 하나 이상의 관통공(12a)을 형성하는 것을 특징으로 하는 와류 방지 장치.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 관통공(12a)과 상기 디스크(20)는 동심원으로 배열되고,
    상기 관통공(12a)이 상기 디심크(20)의 밑면(21)과 중첩되지 않게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 와류 방지 장치.
    
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 스트레이너(10)는 상기 관형상의 통수부(11)의 일측 개구부(14) 둘레에 플랜지(15)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 와류 방지 장치.
    

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