KR20160024521A

KR20160024521A - 폐열을 이용한 보온파이프가 구비된 수직형 원심 발열펌프

Info

Publication number: KR20160024521A
Application number: KR1020140111387A
Authority: KR
Inventors: 류운형
Original assignee: 류운형
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-03-07

Abstract

본 발명은 폐열을 이용한 보온파이프가 구비된 수직형 원심 발열펌프에 관한 것으로서, 내부에서 디스크 마찰열에 의한 온수 가열이 이루어지는 펌프본체에서 발생되는 폐열을 이용하여 온수예열 및 단열기능이 수행되어질 수 있도록 하기 위한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 내부에는 수직방향으로 설치된 구동축(20)에 삽입 구성되되, 상기 구동축(20)에는 다수의 마찰돌기(41)가 둘레를 따라 돌출 형성된 발열디스크(40)가 결합 구성되어진 펌프본체(10)와; 상기 구동축(20)에 동력을 전달하기 위해 상부에 연결 구성되어져 있는 구동모터(30)와; 상기 펌프본체(10)의 상부에 결합된 상부 커버체(50)와; 상기 상부 커버체(50) 내에서 구동축(20)의 회동을 지지하는 지지베어링(60)과; 상기 펌프본체(10)의 하부에 결합된 하부 커버체(70)와; 상기 펌프본체(10)의 외부를 감싸는 형태로 구성되는 보온파이프(80)와; 상기 펌프본체(10)의 외부에 구성되며, 내부에는 물 또는 열매체(W)가 충진되어지게 되는 내부하우징(90)과; 상기 내부하우징(90)의 외부에 구성되며, 내부에는 일정크기의 단열공간부(101)를 형성하는 외부하우징(100)을 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 한다.

Description

폐열을 이용한 보온파이프가 구비된 수직형 원심 발열펌프{WASTE HEAT USING VERTICAL TYPE CENTRIFUGAL GENERATING HEAT PUMP}

본 발명은 발열펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구동축이 수직방향으로 세워진 상태로 설치가 이루어지는 가운데 펌프 본체 내에서 디스크의 마찰열에 의해 온수의 생산 및 공급이 이루어질 수 있도록 하는 수직형 원심 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 발열없이 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 기술의 발열펌프에서는 하우징이 외부에 노출되어져 있기 때문에 급탕과정에서 발생되는 열이 펌프본체 표면을 통해 외부로 손실되어지게 되고, 이에 따른 에너지 효율이 저감될 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 발열펌프 본체에서 발생되는 폐열을 이용하여 열에너지 손실을 최소화할 수 있는 구성을 제공함으로써 발열펌프의 에너지 효율을 극대화하도록 하는데 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 수직형 원심 발열펌프는, 내부에는 수직방향으로 설치된 구동축에 의해 회동이 가능하도록 다수의 발열디스크가 결합된 펌프본체와; 상기 구동축에 동력을 전달하기 위해 상부에 연결 구성되어져 있는 구동모터와; 상기 펌프본체의 상부에 결합된 상부 커버체와; 상기 플렌지 커버체 내에서 구동축의 회동을 지지하는 지지베어링과; 상기 펌프본체의 하부에 결합된 하부 커버체와; 상기 상부 커버체 내에서 구동축의 회동을 지지하는 지지베어링과; 상기 펌프본체의 외부를 감싸는 형태로 구성되는 보온파이프와; 상기 펌프본체의 외부에 구성되며, 내부에는 물 또는 열매체가 충진되어지게 되는 내부하우징과; 상기 내부하우징의 외부에 구성되며, 내부에는 일정크기의 단열공간부를 형성하는 외부하우징을 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 수직형 발열펌프는, 내부에서 디스크 마찰에 의해 발열이 이루어지는 펌프본체에서 발생 되는 폐열을 이용하여 보온파이프에 의한 온수 예열 및 단열기능이 수행되어 질 수 있게 되고 이에 따른 에너지 효율이 향상되어지는 효과를 나타낸다.

또한, 동작과정에서 발생된 수증기가 구동축 상부에 구비된 베어링으로의 유입을 차단함으로써 베어링 부식발생을 방지하는 이점을 나타낸다.

특히, 발열디스크가 구동축에 의해 상부에 매달려진 형태의 구조를 이룸으로써 발열디스크 하부가 바닥면에서 일정 높이 이격된 상태를 이루게 되어, 마찰력을 최소화함과 함께 이에 따른 고속회전이 가능한 이점을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직형 발열펌프 단면 구조도.
도 2는 도 1의 A부 확대도.
도 3은 본 발명 발열펌프의 분해도.
도 4는 본 발명 발열펌프의 보온파이프 설치상태 측면 구조도.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수직형 원심 발열펌프의 전체적인 구성을 도 1 내지 도 4를 통해 살펴보면, 펌프본체(10) 내부에는 수직방향으로 구동축(20)이 삽입 구성되고, 구동축(20)에는 발열디스크(40)가 일체로 구성되어지되, 상기 발열디스크(40) 외측에는 다수의 마찰돌기(41)가 돌출 형성되어져 있다.

그리고, 구동축(20) 상부에는 동력 전달을 위한 구동모터(30)가 연결 구성되며, 펌프본체(10)의 상부에는 상부 커버체(50)가 결합되고, 상부 커버체(50) 내에는 구동축(20)의 회동을 지지하는 지지베어링(60)가 구성되며, 펌프본체(10)의 하부에는 하부 커버체(70)가 결합된 것을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 펌프본체(10)의 외부를 감싸는 형태로 보온파이프(80)가 구성되고, 상기 펌프본체(10)의 외부에는 내부에 물 또는 열매체(W)가 충진되어질 수 있도록 내부하우징(90)이 구성되며, 내부하우징(90)의 외부에는 내부에 일정크기의 단열공간부(101)를 형성하는 외부하우징(100)이 구성되어지게 된다.

특히, 상부 커버체(50)에는 펌프본체(10) 내부에서 발생된 온수의 외부 출수를 위한 출수관(57)이 연결 구성되며, 하부 커버체(70)에는 보온파이프(80)로 물을 공급하는 입수관(74)이 연결 구성고, 하부 커버체(70)에는 보온파이프(80)를 경유하는 과정에서 열교환이 이루어진 온수를 펌프본체(10)로 공급하기 위한 온수 공급관(75)이 연결 구성된다.

또한, 지지베어링(60)은 쌍을 이루는 상부 베어링(61)과 하부 베어링(62)이 원통형상의 스페이서(63)에 의해 지지 되어 상호 일정 간격을 유지하며 구성됨으로써 구동축(20)의 유동을 방지하고 수직상태가 안정적으로 유지되어 질 수 있게 되고, 이에 따라 발열디스크(40)가 안정적으로 상부에 매달려진 상태에서 회동이 이루어질 수 있도록 하였다.

그리고, 구동축(20) 상부에는 펌프본체(10) 내의 물이 구동축(20)을 따라 상승 이동하여 지지베어링(60) 측으로 유입되는 것을 차단하기 위한 수류홈(21)이 형성되었으며, 상기 수류홈(21)과 대응되는 상부커버체(50) 내벽면에는 수류안내홈(51)이 형성된다.

이와 함께, 구동축(20) 상부에는 펌프본체(10) 내의 수증기가 구동축(20)을 따라 상승하는 것을 차단하여 보조 출수구(53)측으로 수증기의 배출이 이루어질 수 있도록 하기 위한 차단임펠러(25)가 체결 구성되고, 상기 차단임펠러(25)의 상면과 면접촉이 이루어질 수 있도록 상부커버체(50) 내벽면에는 돌기부(55)가 돌출 구비되며, 상기 차단임펠러(25) 상면에는 응축수 저장홈(26)이 형성되고, 상기 응축수 저장홈(26)에 삽입되어질 수 있도록 상기 돌기부(55)에는 가이드돌부(56)가 구성된다. 이러한 수증기 차단을 위한 구성으로 발열디스크(40) 상부에도 응축수 저장홈(48)과 가이드돌부(58)가 구비된다.

또한, 발열디스크(40) 상면에는 고속회전시 수증기가 지지베어링(60)측으로 유입되는 것을 차단하기 위한 다수의 수류홈(42,43,46)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 그중 일부 수류홈(42,43)은 고정볼트(44,45)가 체결되어지는 볼트홈의 깊이를 깊게 형성하여 고정볼트(44,45) 체결 후 볼트 머리부위에 형성된다.

도면 중 미설명 부호 24는 구동축(20)을 지지하기 위한 록킹너트이고, 31은 모터축과 구동축(20)을 연결하여 동력 전달이 이루어지도록 하는 커플러를 각각 나타낸다.

이와 같은 구성을 이루는 본 발명 수직형 원심 발열펌프의 구동에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.

먼저, 제품 조립 후 물 또는 열매체(W)를 상부 커버체(50)에 형성된 열매체 주입구(52)를 통해 내부하우징(90) 내에 주입시킴과 함께, 입수관(74)을 통해 외부로 부터 물을 공급시키게 되면 공급된 물은 보온파이프(80)와 온수공급관(75)을 통해 펌프본체(10) 내부에 채워지게 된다.

이와 같이 펌프본체(10)에 물이 채워진 상태에서 구동모터(30)가 구동되어지게 되면 회동력을 전달받은 구동축(20)이 고속으로 회전되어지게 되면서 함께 회전되어지는 발열디스크(40)의 작용에 의해 내부에 채워진 물이 발열되어지게 된다.

즉, 이때에는 발열디스크(40)가 고속으로 회전되어짐에 따라 둘레를 따라 돌출 구비된 마찰돌기(41)가 물분자들과 충돌되어짐으로써 열이 발생되어지는 발열현상이 나타나게 되고, 이로 인해 저온의 물이 점차 가열되어지면서 고온의 온수로 바뀌어지게 된다.

그리고, 이와 같은 내부 발열구동에 의해 가열이 이루어진 온수는 출수관(57)을 통해 출수되어 가정이나 축사 등 별도의 난방용 온수 사용처로 공급되어지게 된다.

한편, 이러한 발열펌프 동작과정에서 펌프본체(10)에서 발생 되는 폐열은 주변을 감싸고 있는 보온파이프(80)와 열교환 작용이 이루어지게 됨으로써, 보온파이프(80)를 통해 유입되는 물에 대한 예열효과를 나타낼 수 있게 된다.

즉, 펌프본체(10) 내부로 유입되는 물은 보온파이프(80)를 경유하는 과정에서 펌프본체(10) 외벽면과 열교환에 의해 일정 온도로 예열이 이루어진 상태에서 유입되어지게 되고, 이와 같이 일정 온도로 예열이 이루어진 상태에서 펌프본체(10) 내부로 유입된 온수는 펌프본체(10) 내부에서 발열디스크(40) 작용에 의해 보다 높은 온도로의 가열이 이루어지게 된다.

또한, 내부하우징(90) 내에 열매체(W)가 채워져 있기 때문에 보온파이프(80)의 온도를 일정하게 유지시켜줌과 함께 단열 기능에 따른 열손실이 방지되어 질 수 있게 되며, 이러한 내부하우징(90)은 다시 한 번 외부하우징(100)에 의해 보호되어지기 때문에 보온효과를 극대화할 수 있게 된다.

그리고, 구동축(20)의 회동과정에서는 펌프본체(10)의 내부압력이 증가되어짐에 따라 온수 가열과정에서 발생되는 수증기가 도 4에서 나타내어진 바와 같이 구동축(20)과 상부 커버체(50) 사이의 틈새를 통해 상승 이동되어 지지베어링(60)에 악영향을 미치게 되는데, 본 발명에서는 구동(20) 상부에서 수류홈(21)에 의해 방사방향으로 발생 되는 수류의 힘에 의해 차단되어짐으로써 지지베어링(60)에 수증기가 유입되는 것이 방지되어 질 수 있게 된다.

즉, 구동축(20)이 고속 회전되어짐에 따라 상단 측벽면에 형성된 수류홈(21)에 의해 주변에 방사방향으로 수류가 형성되어 수증기의 상승을 방지하는 기능을 수행하게 된다.

특히, 수류홈(21)과 대향되는 플렌지 상부 커버체(50) 내측에 수류안내홈(51)이 함께 형성되어짐으로써 보다 강한 수류력이 발생되어 질 수 있게 됨을 알 수 있다.

그리고, 수류홈(21) 형성부위 하부의 발열디스크(40)에는 추가적으로 다수의 수류홈(42,43,46)이 형성되어져 있으며, 또한 응축수 저장홈(48)과 가이드돌부(58)가 구성되어져 있기 때문에 1차적인 수증기의 이동 차단이 이루어질 수 있게 된다.

또한, 수류홈(21) 부위의 상부와 하부에서는 각각 상승 이동되는 일부 수증기는 차단임펠러(25)에서 추가적으로 상승이 차단되어지게 되는데, 이때는 응축수 저장홈(26)에 응축수가 채워지게 되므로 가이드돌부(56)에 의해 꺽여진 틈새 유로 부위에 의해 수증기 입자의 이동이 원천적으로 차단되어 상승 된 수증기들은 보조 출수구(53)를 통해 외부로 배출되어질 수 있게 된다.

따라서, 구동축(20) 회동과정에서 상승 되는 수증기가 지지베어링(60)에 유입됨으로 인한 베어링 부식 및 작동불량 발생을 미연에 방지하는 이점을 나타내게 됨을 알 수 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 원심발열펌프 구조가 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.

그러나, 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 : 펌프본체 20 : 구동축
21 : 수류홈 24 : 록킹너트
25 : 차단임펠러 26 : 응축수 저장홈
30 : 구동모터 31 : 커플러
40 : 발열디스크 41 : 마찰돌기
42,43,46 : 수류홈 44,45 : 고정볼트
48 : 응축수 저장홈 50 : 상부 커버체
51 : 수류안내홈 52 : 열매체 주입구
53 : 보조 출수구 55 : 돌기부
56 : 가이드돌부 57 : 출수관
58 : 가이드돌부 60 : 지지베어링
61 : 상부베어링 62 : 하부베어링
63 : 스페이서 70 : 하부 커버체
74 : 입수관 75 : 온수 공급관
80 : 보온파이프 90 : 내부하우징
100 : 외부하우징 101 : 단열 공간부

Claims

내부에는 수직방향으로 설치된 구동축(20)이 삽입 구성되되, 상기 구동축(20)에는 다수의 마찰돌기(41)가 둘레를 따라 돌출 형성된 발열디스크(40)가 결합 구성되어진 펌프본체(10)와;
상기 구동축(20)에 동력을 전달하기 위해 상부에 연결 구성되어져 있는 구동모터(30)와;
상기 펌프본체(10)의 상부에 결합된 상부 커버체(50)와;
상기 상부 커버체(50) 내에서 구동축(20)의 회동을 지지하는 지지베어링(60)과;
상기 펌프본체(10)의 하부에 결합된 하부 커버체(70)와;
상기 펌프본체(10)의 외부를 감싸는 형태로 구성되는 보온파이프(80)와;
상기 펌프본체(10)의 외부에 구성되며, 내부에는 물 또는 열매체(W)가 충진되어지게 되는 내부하우징(90)과;
상기 내부하우징(90)의 외부에 구성되며, 내부에는 일정크기의 단열공간부(101)를 형성하는 외부하우징(100);
을 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 보온파이프가 구비된 수직형 원심 발열펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 상부 커버체(50)에는 펌프본체(10) 내부에서 발생 된 온수의 외부 출수를 위한 출수관(57)이 연결 구성되며, 하부 커버체(70)에는 보온파이프(80)로 물을 공급하는 입수관(74)이 연결 구성된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 보온파이프가 구비된 수직형 원심 발열펌프.
청구항 2에 있어서,
상기 하부 커버체(70)에는 보온파이프(80)를 경유하는 과정에서 열교환이 이루어진 온수를 펌프본체(10)로 공급하기 위한 온수 공급관(75)이 연결 구성된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 보온파이프가 구비된 수직형 원심 발열펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 지지베어링(60)은 쌍을 이루는 상부 베어링(61)과 하부 베어링(62)이 스페이서(63)에 의해 상호 일정 간격을 유지하며 구성된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 보온파이프가 구비된 수직형 원심 발열펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 구동축(20) 상부에는 펌프본체(10) 내의 수증기가 구동축(20)을 따라 상승 이동하여 지지베어링(60) 측으로 유입되는 것을 차단하기 위한 수류홈(21)이 형성되었으며, 상기 수류홈(21)과 대응되는 상부커버체(50) 내벽면에는 수류안내홈(51)이 형성된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 보온파이프가 구비된 수직형 원심 발열펌프.
청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
상기 구동축(20) 상부에는 펌프본체(10) 내의 수증기가 구동축(20)을 따라 상승하는 것을 차단하여 상부커버체(50)측에 형성된 보조 출수구(53) 측으로 수증기의 배출이 이루어지도록 하기 위한 차단임펠러(25)가 구성되고, 상기 차단임펠러(25)의 상면과 면접촉이 이루어질 수 있도록 상부커버체(50) 내벽면에는 돌기부(55)가 돌출 구비되며, 상기 차단임펠러(25) 상면에는 응축수 저장홈(26)이 형성되고, 상기 응축수 저장홈(26)에 삽입되어질 수 있도록 상기 돌기부(55)에는 가이드돌부(56)가 구성된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 보온파이프가 구비된 수직형 원심 발열펌프.
청구항 6에 있어서,
상기 발열디스크(40) 상면에는 고속회전시 수증기가 지지베어링(60)측으로 유입되는 것을 차단하기 위한 다수의 수류홈(42,43,46)이 형성된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 보온파이프가 구비된 수직형 원심 발열펌프.