KR20170130776A - 원심발열펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심발열펌프의 운전소음과 진동을 억제시키고, 수직상태로 회전하는 발열펌프의 구동축의 하단을 탄성력으로 지지함으로써 구동축의 마모에 의한 간격을 보정하고 구동축의 편심을 보정하며, 보다 빠르게 발열시킬 수 있고, 펌프 하우징속으로 에어나 각종 약품을 투입하여 혼합기로 사용할 수 있으며, 구동축을 회전가능하게 지지하는 베이링의 수명이 단축되지 않도록 하여 수명을 연장시킬 수 있는 원심발열펌프에 관한 것이다.

Description

원심발열펌프{CENTRIFUGAL GENERATING HEAT PUMP}

본 발명은 원심발열펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원심발열펌프의 운전소음과 진동을 억제시키고, 수직상태로 회전하는 발열펌프의 구동축의 하단을 탄성력으로 지지함으로써 구동축의 마모에 의한 축선방향의 유격을 보정하고 구동축의 편심을 보정하며, 보다 빠르게 발열시킬 수 있고, 펌프 하우징속으로 에어나 각종 약품을 투입하여 혼합기로 사용할 수 있으며, 구동축을 회전가능하게 지지하는 베이링의 수명이 단축되지 않도록 하여 수명을 연장시킬 수 있는 원심발열펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 보일러는 버너를 사용하여 물을 가열시킨 후 가열된 온수를 사용자측 배관순환계통으로 공급한다.

근래의 보일러는 기술의 발전으로 인하여 성능이 향상되고, 취급이나 조작이 편해졌으나 구조가 콤팩트화되면서 구성이 복잡해져 정비나 유지보수 작업시 숙련된 기술을 요하는 단점이 있다.

최근 전기보일러가 개발되어 심야전기를 통해 저렴한 전기요금으로 고유가에 대한 연료절감을 할 수 있었으나, 강추위에 따른 전력소모량이 증가하면서 비용적인 측면에서 전기 보일러의 사용에 어려움이 있고, 또한 보일러 취급에 수반되는 부대시설비용 및 고유가에 따른 연료수급에 대한 부담이 증가하면서 에너지 절감형 보일러들이 제안되고 있다.

전술한 에너지 절감형 보일러의 하나로서, 연소물(화석연료 또는 전기)에 의한 발열없이 디스크가 회전하는 운동에너지를 이용하여 저온의 유체를 고온으로 가열시킬 수 있는 원심발열펌프가 있다.

원심발열펌프는 특허출원 제2011-0117072호 "입형 원심발열펌프"가 공지되어 있는데, 위 입형 원심발열펌프는 설치공간을 절약하기 위해 펌프 본체를 수직형태로 설치하고, 구동모터에 의해 고속으로 회전하는 디스크(이하 임펠라 라함)에 의해 물 입자의 크기를 극 미세로 쪼개지고 입자간의 충돌유발시켜 물이 발열되도록 한 것에 특징이 있다. 보다 상세한 내용은 위 공지 특허를 참조하기 바란다.

그러나, 전술한 기존의 원심발열펌프는 고속으로 회전하는 구동축에서 발생되는 진동과 소음이 심해 가정용으로 사용하기 어려워 주로 산업용으로 사용하고 있고, 진동에 의해 하우징의 수밀상태가 불량해지며, 또한 열에 의해 구동축을 지지하는 베어링의 수명이 단축되고, 임펠라(디스크 라고도 함)의 회전에 따라 저온의 물을 가열시키는데 까지 상당한 시간이 소요되는 뚜렸한 단점이 있다.

이에 본 발명자는 전술한 바와 같은 문제를 해결하고자 창안하였고, 본 발명을 통해 제안하고자 한다.

본 발명은 원심발열펌프의 운전소음과 진동을 억제시키고, 수직상태로 회전하는 발열펌프의 구동축의 하단을 탄성력으로 탄력적으로 지지함으로써 구동축의 마모로 인해 축선방향으로의 유격없게 즉시 보정하고, 구동축의 편심을 보정하며, 보다 빠르게 발열시킬 수 있고, 펌프 하우징속으로 에어나 각종 약품을 투입하여 혼합기로 사용할 수 있으며, 구동축을 회전가능하게 지지하는 베이링의 수명이 단축되지 않도록 하여 수명을 연장시킬 수 있는 원심발열펌프를 제공하려는 것이다.

본 발명의 해결수단으로는,

원통형상의 내벽에 일정간격으로 축선방향으로 배치되는 임펙트 슬롯과, 외부에서 내부로 산소와 영양을 공급하기 위한 투입구를 더 포함하는 펌프 하우징과;

입수구를 갖추고 상기 펌프 하우징의 상측에 수밀되도록 결합되는 상측 플렌지와;

출수구를 갖추고, 상기 펌프 하우징의 하측에 수밀되도록 결합되되, 압축스프링이 내장된 스러스트베어링과, 상기 스러스트베어링의 상부에 구형 볼 받침판을 유동가능하게 수용하는 축받이 포켓과, 상기 축받이 포켓의 둘레를 수밀가능하게 애워싸고 냉각수가 순환되는 쿨링자켓을 포함하고 상기 펌프 하우징의 하부에 수밀가능하게 결합되는 하측 플렌지와;

상기 상/하측 플렌지에 수밀되도록 회전가능하게 결합되는 구동축과;

구동축에 일정간격으로 결합되어 구동축과 함께 회전되되, 표면에는 물이 통과하는 통공들이 마련되고, 원주면에는 일정간격으로 임펙트 홈이 배치되어 있는 디스크형 임펠라와;

상기 하측 플렌지사이와 펌프 하우징의 외벽에 각각 결합되어 펌프 하우징을 지지하는 지지 브라켓트로 구현되는 것에 특징이 있다.

본 발명은 구동모터에 의해 구동축이 회전되면, 디스크형 임펠라가 동시에 회전하면서 임펠라의 임펙트 홈과 하우징의 임펙트 슬롯사이에 극심한 와류가 발생되므로, 물 입자의 분쇄와 입자간의 충돌현상의 증진에 의해 발열시간을 단축시킬 수 있다.

또한 본 발명은 구동축을 수직하게 회전가능하도록 지지함에 있어 구동축의 구형 볼의 마모로 인해 구동축의 길이가 단축되더라도 압축스프링의 탄성력에 의해 구동축의 축선방향으로 유격되지 않게 구동축의 길이를 즉시 보정할 수 있을 뿐 아니라 구동축의 회전 시 구동축의 편심회전을 보정하고 진동을 흡수하므로 구동축의 회전이 안정되도록 지지할 수 있다.

또한 본 발명은 하우징의 외벽과 상측 플렌지와 하측 플렌지에 선택적으로 결합된 지지 브라켓트에 의해 구동축의 회전에 따른 진동과 소음을 현저히 억제시킬 수 있다.

또한 본 발명은 구동축의 회전 시 발생되는 마찰열이 스러스트 베어링에 전도되더라도 그 둘레를 싸고 있는 쿨링자켓의 내부를 순환하는 냉각수에 의해 일정 온도이상 상승하지 않게 되므로 스러스트 베어링의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명은 펌프 하우징의 투입구를 통해 에어나 소망하는 특정 약품을 하우징속으로 투입함으로써 발열펌프를 혼합기로 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 원심발열펌프의 종단면도,
도 2는 도 1에 도시된 원심발열펌프 하우징의 구성을 발췌하여 도시한 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 원심발열펌프의 하우징의 단면도,
도 4는 도 1과 도 2에 도시된 임펠라의 평면도,
도 5는 도 1에 도시된 상측 플렌지를 도시한 단면도, 및
도 6은 도 1에 도시된 하측 플렌지를 발췌하여 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 원심발열펌프에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 원심발열펌프의 종단면도로, 본 발명의 원심발열펌프(100)는 발열부(100a)와 구동부(100b) 및 지지부(100c)로 구성되어 있다.

상기한 발열부(100a)는 물을 가열시키는 것으로, 원통형상으로 이루어진 펌프 하우징(110)과, 상기의 펌프 하우징(110)내에 회전가능하게 결합되고, 복수의 임펠라(111)가 상기 하우징의 축선방향으로 일정간격으로 이격되게 결합되어 있는 구동축(115)으로 구성되어 있다.

상기의 구동부(100b)는 전술한 구동축(115)을 회전 시키기 위한 동력을 제공하는 것으로, 구동부(100b)는 전술한 펌프 하우징(110)의 상측에 상기 구동축(115)을 회전가능하게 지지하는 니들 베어링(needle bearing)을 갖추고 상기 하우징(110)에 수밀되도록 결합된 상측 플렌지(120)와, 상기한 상측 플렌지(120)위에 고정되도록 결합되고, 커플링(122)을 통해 구동축(115)과 연결되는 샤프트(121)를 갖춘 구동모터(123)로 구성된다.

상기 지지부(100c)는 하우징(110)을 지지하는 것으로, 전술한 하우징(110)의 하측에 수밀가능하게 결합되는 하측 플렌지(130)와, 상기의 하측 플렌지(130)에 결합되어 상기한 구동축(115)의 단부를 회전가능하게 지지하는 축받이 조립체(140)로 구성된다.

따라서, 전술한 구동모터(123)가 회전하면 구동축(115)과 임펠라(111)가 3600rpm으로 고속 회전되게 된다.

또한 전술한 구동축(115)은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 최상 및 최하측 임펠라(111)와 이웃하게 도 3에 도시된 바와 같이 물이 통과하는 작은 직경의 통공(116a)를 갖추고, 외주면 주위에 강철 추(116b)가 내장되어 있는 원심 디스크(116)가 결합되어 있다.

따라서, 구동축(115)이 회전하면 원심 디스크(116)에 의해 구동축(115)에 원심력이 내재되면서 구동축(115)의 회전에 따른 에너지를 절감할 수 있게 된다.

상기한 원심 디스크(116)는 임펠라(111)속에 등간격으로 대칭되도록 추(116b)를 내장하거나 도 5에 도시된 바와 같이 추(116b)를 링 형상으로 편심되지 않게 내장시키거나 또는 원심 디스크(116)의 외측 두께를 내측(중앙)의 두께보다 더 두껍게 해서 채용해도 된다. 이에 대해서는 앞서 인용한 종래의 특허의 상세한 설명에 기재된 내용과 같으므로 상세한 설명은 생략한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(110)속으로 에어나 소망하는 특정 약품을 투입할 수 있는 투입구(110b)이 연결되어 있고, 그 내경에 축선방향으로 일정간격으로 배치되는 임펙트 슬롯(110a)이 마련되어 있다.

상기한 임펠라(111)는 도 4에 도시된 바와 같이 디스크 형상으로 이루어져 있고, 전술한 구동축(115)에 축선방향으로 일정간격으로 이격되게 결합되어 있는데, 그 표면에는 물이 통과하는 작은 통공(116a)들이 마련되어 있고, 외경에는 구동축(115)의 고속회전에 의해 물 입자를 극 미세크기로 쪼개고 입자를 서로 충돌시키기 위한 임펙트 홈(111a)이 일정 간격으로 배치되어 있다.

상기한 상측 플렌지(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 구동축(115)이 관통함에 있어 수밀가능하게 관통 결합되고, 니들 베어링에 의해 구동축(115)이 회전가능하게 지지된다.

상기한 상측 플렌지(120)는 하우징(110)속으로 물을 공급할 수 있는 사용자측 배관순환계통(도면에는 미도시)과 연결된 입수구(124)가 마련되어 있다. 상기의 상측 플렌지(120)와 구동축(115)은 앞서 인용한 종래 특허기술에 기재된 구성과 거의 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

또한 전술한 구동축(115)은 그 하단에 구동축(115)의 회동을 지지하기 위한 초경합금재로 이루어진 구형 볼(115a)이 결합되어 있고, 구형 볼(115a)을 지지하는 초경합금재질로 이루어진 볼 받침판(142)이 후술하는 스러스트 베어링(144)위에 배치되어 있다. 도 5에서 도면부호 144a는 그리이스 충진용 니플이다.

도 2에서 미설명 도면부호 S은 구동축이 결합된 상하측 플렌지 사이로 물이 누수되는 것을 차단하기 위한 실링부재이다

상기한 하측 플렌지(130)는 플렛폼(150)에 결합된 지지대(151)에 의해 일정높이로 이격되게 상기 펌프 하우징(110)의 하측이 수밀되도록 결합되어 있는데, 상기 하측 플렌지(130)에는 하우징(110)내의 물을 배출하기 위한 사용자측 배관순환계통(도면에는 미도시)과 연결된 출수구(131)가 마련되어 있다.

상기한 하측 플렌지(130)는 전술한 구동축(115)의 하단을 회전가능하게 지지하기 위한 것으로 구동축의 구형 볼(115a)을 회전가능하게 지지하기 위한 축받이 조립체(140)가 결합되어 있다.

따라서, 구동축(115)은 전술한 니들 베어링과 하측 축받이 조립체(140)에 의해 회전할 수 있다.

상기 축받이 조립체(140)는 구동축(115)의 외경이 삽입되는 스러스트 베어링(144)(thrust bearing)과, 후술하는 구형 볼(115a)을 지지하는 볼 받침판(142)과, 상기한 볼 받침판(142)을 탄력적으로 지지하는 압축스프링(143)을 갖춘 스러스트 베어링(144)을 포함하는 축받이 포켓(141) 및 상기 축받이 포켓(141)의 둘레를 포위하여 냉각수가 순환되는 쿨링자켓(145)을 포함한다.

상기한 축받이 포켓(141)은 하측 플렌지(130)의 저면에 결합되어 밀폐 공간을 구성하며, 그 내부에 스러스트 베어링(144), 볼 받침판(142)이 차례로 수납되게 된다.

따라서 구형 볼(115a)이 결합된 구동축(115)은 볼 받침판(142)에 의해 구동축(115)의 하중이 지지되고, 구형 볼(115a)과 볼 받침판(142)에 의해 회전가능하게 지지될 수 있다.

상기한 압축스프링(143)은 축선방향으로 작용하는 탄성력에 의해 볼 받침판(142)을 밀어 올리게 되는데, 압축스프링(143)의 탄성력은 구동축(115)의 하중에 따라 적절히 조절될 수 있다. 상기한 쿨링자켓(145)은 그 속으로 냉각수가 순환되면서 축받이 포켓(141)속에 결합된 스로스트 베어링을 냉각시키게 된다,

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 원심발열펌프(100)의 작용효과를 설명한다.

전술한 입수구(124)를 통해 펌프 하우징(110)속으로 물이 유입되는 물은 구동모터(123)가 구동되면, 구동축(115)와 함께 회전되는 임펠라(111)의 임펙트 홈(111a)에 의해 물 입자가 극미세 크기로 쪼개지고, 쪼개진 물 입자가 서로 충돌하면서 발열이 발생되는데, 이때 펌프 하우징(110)내벽에 축선방향으로 배치된 임펙트 슬롯(110a)과 임펠라(111)의 외경 사이에서 극심한 와류가 급격히 형성된다.

그로 인해 물 입자의 쪼개짐과 충돌현상이 빠르게 격동되면서 저온의 물이 빠르게 발열되게 된다.

이때 구동축(115)은 원심 디스크(116)에 의해 구동축(115)의 원심력이 극대화되므로 구동축(115)의 회전운동에 따른 에너지 절감하고 발열을 극대화할 수 있다.

한편, 구동축(115)이 회전될 때, 도 2에 도시된 투입구(110b)를 통해 펌프 하우징(110)속으로 소망하는 약품을 투입하면, 약품이 물과 희석되어 출수구(131)로 배출되므로 원심발열펌프(100)를 혼합기처럼 사용할 수 있다.

또한 구동축(115)의 하단부에 결합된 구형 볼(115a)은 구동축(115)의 회전에 의해 마모되어 길이가 단축되더라도 도 6에 도시된 바와 같이 압축스프링(143)의 탄성력에 의해 볼 받침판(142)을 구동축(115)의 축선방향으로 밀어올리게 되면서 항상 구형 볼이 볼 받침판위에 지지된 상태로 유지할 수 있고, 또한 구동축(115)의 회전에 따른 진동과 편심에 의한 진동 및 소음을 완화시킬 수 있다.

그러므로 전술한 구동축(115)의 회전 시 스러스트 베어링(144)과 압축스프링(143)에 의해 구동축(115)의 편심 회전과 구동축(115)의 길이 변화에 대응하여 보정하는 것이 가능해지므로 구동축(115)의 구형 볼(115a)은 항상 볼 받침판(142)에 밀착된 상태로 고속회전할 수 있도록 지지될 수 있다.

이상과 같이 펌프 하우징(110)내에서 가열이 이루어진 온수는 출수구(131)를 통해 사용측 배관순환계통을 따라 흐르게 된다.

또한 본 발명은 하우징(110)의 외벽에 결합된 지지 브라켓트(110c)에 의해 하우징(110)의 진동을 줄일 수 있고, 지지 브라켓트(110c)에 걸이용 구멍(도면부호 미표기)을 마련하여 원심발열펌프(100)의 운반이나 설치 혹은 교체시 원심발열펌프(100)의 취급이 용이해지게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 구동모터에 의해 구동축이 회전되면, 고속회전되는 임펙트 홈에 의해 물 입자가 극미세 크기로 분쇄되고 입자간의 충돌작용은 펌프 하우징의 임펙트 슬롯에 의해 더 가속되어 발열시간이 단축되고, 구동축을 수직하게 회전가능하도록 지지함에 있어 구동축의 단부가 마모로 인해 구동축의 길이가 단축되더라도 압축스프링의 탄성력에 의해 유격되지 않게 길이를 보정할 수 있을 뿐 아니라 구동축의 회전 시 구동축의 회전과 편심으로 인해 발생되는 진동은 압축스프링의 탄성력에 의해 흡수하므로 구동축을 편심되지 않도록 지지할 수 있고, 더불어 하우징의 외벽에 부착된 지지 브라켓트에 의해 구동축의 회전에 따른 진동과 소음을 현저히 억제시킬 수 있다.

또한 본 발명은 구동축의 회전 시 구형 볼에서 발생되는 마찰열이 스러스트 베어링에 전도되더라도 쿨링자켓속을 순환하는 냉각수에 의해 일정 온도이상 상승하지 않게 되므로 스러스트 베어링의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.

100: 원심발열펌프 100a: 발열부
100b: 구동부 100c: 지지부
110: 펌프 하우징 110a: 임펙트 슬롯
110b: 약품 투입구 111: 임펠라
115: 구동축 115a: 구형 볼
116: 원심 디스크 116a: 통공
116b: 추 120: 상측 플렌지
121: 샤프트 122: 커플링
123: 구동모터 124: 입수구
130: 하측 플렌지 131: 출수
140: 축받이 조립체 141: 축받이 포켓
142: 볼 받침판 143: 압축스프링
144: 스러스트 베어링 145: 쿨링자켓
150: 플렛폼 151: 지지대

Claims (1)

1. 원통형상의 내벽에 일정간격으로 축선방향으로 배치되는 임펙트 슬롯과, 외부에서 내부로 산소와 영양을 공급하기 위한 투입구를 더 포함하는 펌프 하우징과;
   입수구를 갖추고 상기 펌프 하우징의 상측에 수밀되도록 결합되는 상측 플렌지와;
   출수구를 갖추고, 상기 펌프 하우징의 하측에 수밀되도록 결합되되, 압축스프링이 내장된 스러스트베어링과, 상기 스러스트베어링의 상부에 구형 볼 받침판을 유동가능하게 수용하는 축받이 포켓과, 상기 축받이 포켓의 둘레를 수밀가능하게 애워싸고 냉각수가 순환되는 쿨링자켓을 포함하고 상기 펌프 하우징의 하부에 수밀가능하게 결합되는 하측 플렌지와;
   상기 상/하측 플렌지에 수밀되도록 회전가능하게 결합되는 구동축과;
   구동축에 일정간격으로 결합되어 구동축과 함께 회전되되, 표면에는 물이 통과하는 통공들이 마련되고, 원주면에는 일정간격으로 임펙트 홈이 배치되어 있는 디스크형 임펠라와;
   상기 하측 플렌지사이와 펌프 하우징의 외벽에 각각 결합되어 펌프 하우징을 지지하는 지지 브라켓트로 구성된 것을 것을 특징으로 하는 원심발열펌프.
   

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