KR20180048497A - 하이브리드 부스터 펌프 - Google Patents

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KR20180048497A
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Abstract

에너지 하베스팅 기술이 적용된 하이브리드 부스터 펌프가 개시된다. 상기 하이브리드 부스터 펌프는, 유체를 외부로부터 흡입하는 흡입부, 상기 유체를 외부로 토출하는 토출부, 상기 흡입부 및 상기 토출부의 일 영역에 결합되고 상기 흡입부를 통해 흡입된 유체가 통과하는 내부 챔버가 형성되는 바디부, 상기 바디부에 의해 형성되는 내부 챔버의 일 영역에 배치되는 회전축부, 상기 회전축부와 결합되고 구동력을 발생시켜 상기 회전축부를 회전시키는 구동모터부, 상기 회전축부에 결합되고 상기 회전축부의 회전에 따라 회전하여 상기 유체에 압력을 가함으로써, 상기 흡입부를 통해 흡입된 유체가 상기 토출부로 토출되도록 하는 적어도 하나의 임펠러부, 및 상기 바디부의 일 영역에 배치되고, 상기 적어도 하나의 임펠러부의 회전에 따라 발생하는 상기 유체의 와류 또는 압력에 의해 전기 에너지를 발생시키는 압전소자부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 부스터 펌프{HYBRID BOOSTER PUMP}
본 발명은 에너지 하베스팅 기술이 적용된 하이브리드 부스터 펌프에 관한 것으로서, 임펠러부의 회전에 따라 발생하는 유체의 와류 또는 압력을 이용하여 전기를 발생시키는 압전소자부 등을 구비함으로써, 펌프 구동시 발생하는 여러 가지 에너지를 전기 에너지로 변환하여 에너지 효율을 높일 수 있는 하이브리드 부스터 펌프에 관한 것이다.
부스터 펌프(Booster pump)는 고층 빌딩의 배관시에 건물 중간층에 설치하는 승압용 펌프를 말한다. 부스터 펌프는 최근 공동주택의 급수설비로서 기존의 고가수조 방식 대신에 널리 사용되고 있다.
부스터 펌프 시스템은 건물 내의 지하 저수조로부터 여러 대의 펌프를 급수사용량에 따라 제어하여 일정한 압력의 급수를 각 세대에 직접 공급하는 급수 시스템으로서, 건물의 최상층까지 충분한 급수압력을 제공할 수 있는 장점이 있다. 또한, 건물옥상이나 별도로 높은 위치에 설치되는 저수조가 불필요하므로 수질 오염의 염려가 없으며, 건물 상부에 고가수조가 없기 때문에 상부의 미관을 뛰어나게 설계할 수 있는 장점이 있다.
한편, 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)이란 일상생활에서 버려지거나 소모되는 에너지를 수확(harvest)하여 전력으로 재활용하는 기술로서, 태양광, 진동, 열, 사람의 움직임, 전자기파 및 풍력 등과 같은 에너지원을 이용할 수 있다. 에너지 하베스팅은 환경공해를 줄일 수 있는 친환경 에너지 활용 기술로 각광받고 있으며, 최근 들어 주거 환경에 사용되는 에너지의 집약 효율 및 사용 효율을 높일 수 있는 친환경 에너지 절감 방안들이 제시되고 있다.
그러나, 부스터 펌프와 같은 급수 시스템 분야에서는 인버터 제어 방식을 이용한 압력 제어 기술이나 급수 압력을 높일 수 있는 기술 분야에만 기술 개발의 초점이 맞춰져 있을 뿐, 펌프의 전기 에너지 사용 효율을 높일 수 있는 기술은 널리 알려져 있지 않다. 이에 따라, 에너지 하베스팅 기술을 적용하여 에너지 효율을 높일 수 있는 펌프 시스템에 대한 기술이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 임펠러부의 회전에 따라 발생하는 유체의 와류 또는 압력을 이용하여 전기를 발생시키는 압전소자부 등을 구비함으로써, 펌프 구동시 발생하는 여러 가지 에너지를 전기 에너지로 변환하여 에너지 효율을 높일 수 있는 하이브리드 부스터 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프는, 유체를 외부로부터 흡입하는 흡입부, 상기 유체를 외부로 토출하는 토출부, 상기 흡입부 및 상기 토출부의 일 영역에 결합되고 상기 흡입부를 통해 흡입된 유체가 통과하는 내부 챔버가 형성되는 바디부, 상기 바디부에 의해 형성되는 내부 챔버의 일 영역에 배치되는 회전축부, 상기 회전축부와 결합되고 구동력을 발생시켜 상기 회전축부를 회전시키는 구동모터부, 상기 회전축부에 결합되고 상기 회전축부의 회전에 따라 회전하여 상기 유체에 압력을 가함으로써, 상기 흡입부를 통해 흡입된 유체가 상기 토출부로 토출되도록 하는 적어도 하나의 임펠러부, 및 상기 바디부의 일 영역에 배치되고, 상기 적어도 하나의 임펠러부의 회전에 따라 발생하는 상기 유체의 와류 또는 압력에 의해 전기 에너지를 발생시키는 압전소자부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 압전소자부는, 상기 바디부의 상부 내측면에 배치될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 바디부는, 상기 내부 챔버가 형성되는 내부 하우징부, 및 상기 내부 하우징부의 외측면에 이격되어 형성되는 외부 하우징부를 포함하고, 상기 내부 하우징부와 상기 외부 하우징부 사이에 외측 유로가 형성되고, 상기 외측 유로는 상기 내부 챔버와 상기 토출부 사이를 연결하여 상기 내부 챔버에서 배출된 유체를 상기 토출부로 전달할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 압전소자부는, 상기 내부 하우징부의 내측면에 배치될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 압전소자부는, 상기 내부 하우징부의 외측면 및 상기 외부 하우징부의 내측면 중 적어도 하나에 형성되어 상기 외측 유로를 통과하는 유체에 의해 발생하는 와류 또는 압력에 의해 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 내부 하우징부는, 상기 내부 하우징부의 외주연을 형성하는 적어도 하나의 임펠러 하우징, 및 상기 적어도 하나의 임펠러 하우징의 내측에 결합되어 상기 적어도 하나의 임펠러부의 회전에 의해 가압된 유체가 상기 내부 하우징부의 상측 방향으로 이동하도록 유도하는 내부 유로 형성부를 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 하이브리드 부스터 펌프는, 상기 회전축부의 일 영역 및 상기 구동모터부의 구동축의 일 영역 중 적어도 하나에 결합되는 회전자 및 상기 회전자와 이격되어 상기 회전자 주변에 배치되는 고정자를 구비하는 회전 발전부를 더 포함하고, 상기 회전 발전부는, 상기 회전축부 및 상기 구동모터부의 구동축이 회전함에 따라, 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 유도기전력에 의해 전기를 발생시킬 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 하이브리드 부스터 펌프는, 상기 압전소자부 및 상기 회전 발전부에 의해 생산된 전기를 저장하는 배터리부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 하이브리드 부스터 펌프는, 상기 배터리부에 저장된 전력을 3상 교류로 변환하여 상기 구동모터부에 제공하는 컨버터부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 하이브리드 부스터 펌프는, 상기 구동모터부 주변에 배치되거나 상기 구동모터부에 밀착되어 상기 구동모터부에서 발생하는 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 열전소자부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 하이브리드 부스터 펌프는, 임펠러부의 회전에 따라 발생하는 유체의 와류 또는 압력을 이용하여 전기를 발생시키는 압전소자부를 구비함으로써, 펌프 구동시 발생하는 물리적인 에너지를 전기 에너지로 변환하여 에너지 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 하이브리드 부스터 펌프는, 구동모터부의 구동력 제공에 따라 회전하는 회전축에 회전 발전부가 구비되어 유도기전력에 의해 전기 에너지를 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 하이브리드 부스터 펌프는, 상기 구동모터부 주변에 배치된 열전소자부에 의해 상기 구동모터부에서 발생하는 열 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프를 전체적으로 나타내는 단면도이고, 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프의 상세 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프의 전기 에너지 생성 및 재사용 과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프가 적용되는 부스터 펌프 시스템을 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프를 전체적으로 나타내는 단면도이고, 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프의 상세 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(100)는, 흡입부(10), 토출부(20), 바디부(30), 회전축부(60), 구동모터부(70), 적어도 하나의 임펠러부(80) 및 압전소자부(90)를 포함할 수 있다.
흡입부(10)는, 외부 배관에 결합될 수 있으며 물과 같은 유체를 외부로부터 흡입할 수 있다. 흡입부(10)는 상하방향으로 다수 형성된 중간 챔버(12)의 하측에 마련된 하부 챔버(11)와 연통될 수 있다.
토출부(20)는, 외부 배관에 결합될 수 있으며 임펠러부(80) 등에 의해 가압된 유체를 외부로 토출할 수 있다. 토출부(20)는 외측 유로(15)와 연통될 수 있고, 펌핑된 유체가 외측 유로(15)를 지나 토출부(20)로 모여 바디부(30)의 외부로 방출될 수 있다.
바디부(30)는, 상기 흡입부(10) 및 토출부(20)의 일 영역, 바람직하게는 상부측에 결합될 수 있으며, 흡입부(10)를 통해 흡입된 유체가 통과하는 내부 챔버(11, 12, 13)가 바디부(30)의 내부에 형성될 수 있다. 상기 내부 챔버(11, 12, 13)는, 하부 챔버(11), 중간 챔버(12) 및 상부 챔버(13)를 포함할 수 있다.
상기 바디부(30)는, 내부 하우징부(40) 및 외부 하우징부(50)를 포함할 수 있다. 내부 하우징부(40)는 내부에 상기 내부 챔버(11, 12, 13)가 형성될 수 있으며, 외부 하우징부(50)는 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 내부 하우징부(40)의 외측면에 이격되어 형성될 수 있다. 상기 내부 하우징부(40)의 외측면과 외부 하우징부(50)의 내측면 사이에 외측 유로(15)가 형성될 수 있고, 상기 외측 유로(15)는, 상기 내부 챔버(11, 12, 13)와 상기 토출부(20) 사이를 연결하여 내부 챔버(11, 12, 13)에서 배출된 유체를 토출부(20)로 전달할 수 있다.
상기 내부 하우징부(40)는, 적어도 하나의 임펠러 하우징(41) 및 내부 유로 형성부(43)를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 임펠러 하우징(41)은 내부 하우징부(40)의 외주연을 형성할 수 있다. 상기 적어도 하나의 임펠러 하우징(41)은 원통 형상의 측벽(41_1)을 구비할 수 있고, 상기 측벽(41_1)의 상단이 중앙 방향으로 소정 구간 오므라든 형상의 상부벽(41_2)을 구비할 수 있다. 상기 상부벽(41_2)의 끝단은 회전축부(60)의 외주연과 소정 거리 이격될 수 있고, 이에 따라 상부벽(41_2)의 끝단과 회전축부(60) 사이에는 유체의 통과가 가능한 크기의 유체상승공(42)이 형성될 수 있다. 상기 적어도 하나의 임펠러 하우징(41)의 측벽(41_1) 하단에는 아래쪽에 위치되는 다른 임펠러 하우징(41)과의 조립을 위한 조립부(41_3)가 형성될 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 임펠러 하우징(41)이 여러 층으로 적층됨으로써 내부 공간을 복수 개의 중간 챔버(12)로 서로 구획할 수 있다.
내부 유로 형성부(43)는, 적어도 하나의 임펠러 하우징(41)의 내측에 결합되어, 상기 적어도 하나의 임펠러부(80)의 회전에 의해 가압된 유체가 내부 하우징부(40)의 상측 방향으로 이동하도록 유도할 수 있다. 상기 내부 유로 형성부(43)는, 베인(44), 이너 플레이트(45), 와류방지 가이드(46), 실러(47), 실러 시트(48) 및 실러캡(49)을 포함할 수 있다.
베인(44)은, 상기 적어도 하나의 임펠러 하우징(41)의 상부벽(41_2) 내측면에 소정의 각도 간격으로 고정배치될 수 있다. 이너 플레이트(45)는 각각의 베인(44)의 하단에 원 형상으로 고정장착될 수 있다. 이너 플레이트(45)의 내주연은 회전축부(60)의 회전에 간섭되지 않도록 회전축부(60)로부터 소정 거리 이격되어 형성될 수 있으며, 이너 플레이트(45)의 외주연은 중간 챔버(12) 내의 유체가 베인(44)들 사이의 공간으로 향할 수 있도록 임펠러 하우징(41)의 측벽(41_1) 내주연과 소정의 간격이 이격된 상태로 형성될 수 있다.
와류방지 가이드(46)는 적어도 하나의 임펠러 하우징(41)의 상부벽(41_2)과 이너 플레이트(45)의 사이에 형성될 수 있고, 상기 적어도 하나의 임펠러 하우징(41)의 상부벽(41_2)에 용접이나 볼트 등과 같은 고정수단에 의해서 고정장착될 수 있다. 와류방지 가이드(46)는 전체적으로 환형상을 이루며, 도 1b에 도시된 바와 같이, 외측에는 완만한 곡면 형태로 형성되어 적어도 하나의 임펠러부(80)의 블레이드(82) 사이에서 가압된 유체가 곡면 형상을 따라서 흐르면서 자연스럽게 상승될 수 있다. 즉, 도 1b에 화살표로 표시된 바와 같이, 적어도 하나의 임펠러부(80)의 블레이드(82)에서 가압된 유체가 임펠러부(80)의 하판(81) 부근에서 시작된 내측 곡면을 따라서 흐르게 되므로, 임펠러부(80)의 하부와 임펠러 하우징(41)의 상부벽(41_2) 사이의 넓은 공간에서 발생되었던 와류 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(100)는, 와류 형성에 의한 소음의 발생을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 유체의 손실도 줄일 수 있어 결과적으로는 펌프의 효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 적어도 하나의 임펠러부(80)의 입구(83)와 적어도 하나의 임펠러 하우징(41)의 상부벽(41_2) 내주연 사이에는 기밀유지를 위해 테프론 재질로 된 링 형상의 실러(47)가 배치될 수 있고, 상기 실러(47)와 함께 실러(47)의 이탈을 방지하기 위한 실러 시트(48) 및 실러캡(49)이 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 상기 와류방지 가이드(46)와 실러 시트(48)는 일체형으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 적어도 하나의 임펠러 하우징(41)의 상부벽(41_2)에 넓게 장착된 와류방지 가이드(46)에 의해서 실러 시트(48)가 보강되므로, 적어도 하나의 임펠러부(80)의 회전에 의해 강한 압력을 받는 실러(47) 및 실러 시트(48)의 내구력을 증대시킬 수 있다.
회전축부(60)는, 바디부(30)에 의해 형성되는 내부 챔버(11, 12, 13)의 일 영역에 배치될 수 있다. 회전축부(60)의 상단은 구동모터부(70)와 결합될 수 있으며, 구동모터부(70)의 구동력에 의해 회전축부(60)가 회전될 수 있다.
구동모터부(70)는, 바디부(30)의 상측에 배치될 수 있고, 구동모터부(70)의 구동축이 커플링부에 의해 상기 회전축부(60)와 결합될 수 있으며, 구동력을 발생시켜 상기 회전축부(60)를 회전시킬 수 있다.
적어도 하나의 임펠러부(80)는, 상기 회전축부(60)에 결합될 수 있고, 회전축부(60)의 회전에 따라 회전하여 상기 유체에 압력을 가함으로써, 흡입부(10)를 통해 흡입된 유체가 토출부(20)로 토출되도록 할 수 있다. 적어도 하나의 임펠러부(80)는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 임펠러 하우징(41)에 의해서 구획된 다수 개의 중간 챔버(12)에 각각 수용될 수 있다. 상기 임펠러부(80)의 하판(81)은 하측의 유체가 블레이드들(82) 사이의 공간으로 원활히 유도될 수 있도록 하기 위하여, 도 1b에 도시된 바와 같이 그 입구(83)가 소정 구간 돌출된 형상으로 형성될 수 있다.
압전소자부(90)는, 상기 바디부(30)의 일 영역에 배치될 수 있고, 상기 적어도 하나의 임펠러부(80)의 회전에 따라 발생하는 상기 유체의 와류 또는 압력에 의해 전기 에너지를 발생시킬 수 있다. 일례로서, 상기 압전소자부(90)는, 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 바디부(30)의 상부 내측면에 배치될 수 있으며, 실시예에 따라, 상부 챔버(13)를 형성하는 바디부(30)의 측방향 내측면에 배치될 수도 있다.
상기 압전소자부(90)는 압력을 가하면 전기가 발생하는 '압전효과'를 이용한 것으로서, 중간 챔버(12)를 통과하면서 가압된 유체의 와류나 진동, 압력에 의한 기계 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 상기 압전소자부(90)는, 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 또는 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 변환할 수 있는 압전 특성을 갖는 다결정체인 압전소자를 포함할 수 있으며, 상기 압전소자는 일반적으로 Pb(ZrTi)O3로 구성될 수 있다. 압전소자에서 발생하는 전기적인 에너지의 양은 압축과 인장에 의해 변형된 물리적인 변형량에 비례하여 발생할 수 있다.
일례로서, 상기 압전소자부(90)는 외팔보(cantilever) 구조로 형성될 수 있다. 외팔보 구조의 압전소자부(90)는 유체의 와류를 잡을 수 있는 틀이 형성될 수 있고 압전발전 장치가 유체의 와류에 의해 진동함으로써 전력을 생산할 수 있다. 외팔보 구조의 압전소자부(90)는 상부 챔버(13) 방향으로 돌출되어 형성될 수 있고, 상기 압전소자부(90)의 압전발전 장치에는 세라믹 압전 재료가 소정 두께로 도포될 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 압전소자부(90)는 세라믹 압전 재료가 도포된 압전발전 장치가 상단 챔버(13)의 내측면에 굴곡진 정현곡선 형태나 다양한 형태로 배치될 수 있다. 또한 실시예에 따라, 상기 압전소자부(90)의 압전발전 장치는 바디부(30)의 상부 내측면에 배치되고 압전소자부(90)의 다른 구성들은 바디부(30)의 상부 외측면에 배치되는 것과 같이, 압전소자부(90)는 바디부(30)의 내측면 및 외측면에 각각 일부분이 형성되면서 서로 전기적으로 연결될 수도 있다. 상술한 압전소자부(90)의 형상 및 구조는 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 다양한 형태 및 구조로 변경될 수 있다.
도 1b를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(100)의 동작에 대해 설명하면, 회전축부(60)의 회전으로 적어도 하나의 임펠러부(80)에서 발생된 펌핑력에 의해서 흡입부(10)에서 유입된 유체는 하부 챔버(11)에서 최하측의 임펠러 하우징(41)에 마련된 중간 챔버(12)로 유입되고, 최하측 중간 챔버(12)의 유체는 그 상측에 위치된 임펠러부(80)의 입구를 지나 다음의 중간 챔버(12)로 흐르게 되는 과정이 연속적으로 이루어질 수 있다. 중간 챔버(12)의 상측에는 다수의 임펠러부(80)에서 가압되어 상승되는 유체의 고압력을 어느 정도 완충할 수 있는 공간인 상부 챔버(13)가 형성될 수 있다. 상부 챔버(13)까지 펌핑된 유체는 강한 압력을 가지고 있어 상부 챔버(13)의 내측면에 배치되어 있는 압전소자부(90)에 진동 또는 압력을 제공하여 전기 에너지를 생성할 수 있다. 압전소자부(90)에서 생성된 전기 에너지는 별도의 전력 전달수단 등을 통해 외부로 전달되어 배터리부(미도시)에 저장될 수 있고, 다시 구동모터부(70)로 제공되어 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(100)의 에너지 효율을 높일 수 있다.
상기 상부 챔버(13)와 외측 유로(15) 간에는 다수의 통공(14)이 관통 형성될 수 있다. 상기 통공(14)을 통과한 유체는 외측 유로(15)를 따라서 하향되어 토출부(20)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(200)는 압전소자부(90)의 배치 위치가 도 1과 다르게 변경될 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(200)에 구비되는 압전소자부(90)는 내부 하우징부(40)의 내측면에 배치될 수 있다. 일례로서, 상기 압전소자부(90)는 적어도 하나의 임펠러 하우징(41)의 내측면에 배치되어 적어도 하나의 임펠러부(80)에 의해 측면 방향으로 가압된 유체에 의해 발생되는 와류 또는 진동 등에 의해 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(300)는 압전소자부(90)의 배치 위치가 도 1 및 도 2와 다르게 변경될 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(300)에 구비되는 압전소자부(90)는, 상기 내부 하우징부(40)의 외측면 및 상기 외부 하우징부(50)의 내측면 중 적어도 하나에 형성되어 상기 외측 유로(15)를 통과하는 유체에 의해 발생되는 와류 또는 압력 등에 의해 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(100)에 구비되는 압전소자부(90)는 흡입부(10) 및 토출부(20) 등 다른 위치에도 다양하게 배치될 수 있으며, 도 1 내지 도 3에 도시된 압전소자부(90)가 하나의 하이브리드 부스터 펌프에 모두 구비되는 등 상술한 바와 같은 실시예가 서로 다양하게 조합될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(400)는, 회전자(76) 및 고정자(77)를 구비하는 회전 발전부(75)를 더 포함할 수 있다.
상기 회전자(76)는 회전축부(60)의 일 영역 및 구동모터부(70)의 구동축(71)의 일 영역 중 적어도 하나에 결합될 수 있다. 또한, 회전축부(60)와 구동모터부(70)의 구동축(71)이 커플링부(72)에 의해 서로 결합되는 경우에는, 상기 커플링부(72)에 상기 회전자(76)가 결합될 수도 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 고정자(77)는 상기 회전자(76)와 이격되어 회전자(76) 주변에 배치될 수 있다.
상기 회전 발전부(75)는, 상기 회전축부(60) 및 상기 구동모터부(70)의 구동축(71)이 회전함에 따라, 상기 회전자(76)와 고정자(77) 사이의 유도기전력에 의해 전기 에너지를 발생시킬 수 있다. 일례로서, 상기 회전 발전부(75)는, 상기 고정자(77)에 전기자 코일이 형성되는 경우에는 회전자(76)에 계자권선이 형성될 수 있고, 고정자(77)에 계자권선이 형성되는 경우에는 회전자(76)에 전기자 코일이 형성될 수 있다. 회전 발전부(75)는 회전축부(60) 및 구동축(71)의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 구성으로서, 통상의 기술자에게 알려진 범위에서 다양하게 변경될 수 있다. 도 4에 도시된 회전 발전부(75)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 하이브리드 부스터 펌프에 다양하게 조합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프의 전기 에너지 생성 및 재사용 과정을 나타내는 도면이다. 도 5는 도 1 내지 도 4에 도시된 하이브리드 부스터 펌프의 기계적인 구성은 생략한 도면으로서, 하이브리드 부스터 펌프에서 생성된 전기 에너지가 저장되고 재사용되는 과정을 나타내는 블록다이어그램이다.
도 5를 참조하면, 하이브리드 부스터 펌프(500)의 내부에 배치되는 압전소자부(90)에 의해 생성된 전기 에너지가 배터리부(96)에 저장될 수 있다. 일례로서, 압전소자부(90)에서 출력되는 전기 에너지는 일반적으로 전압/전류의 변화가 심하므로 정류 과정을 거쳐 직류로 변환되어 상기 배터리부(96)에 저장될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(500)는, 회전 발전부(75)에 의해 생성된 전기 에너지가 배터리부(96)에 저장될 수 있다. 회전 발전부(75)에 의해 생성된 전기 에너지가 교류인 경우에는 AC/DC 컨버터(미도시) 등에 의해 정류 과정을 거쳐 직류로 변환되어 상기 배터리부(96)에 저장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(500)는, 구동모터부(70) 주변에 배치되거나 구동모터부(70)에 밀착되어 상기 구동모터부(70)에서 발생하는 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 열전소자부(93)를 더 포함할 수 있다. 상기 열전소자부(93)는, 두 개의 서로 다른 금속 접합부의 온도차에 의하여 기전력이 발생하는 현상인 제베크 효과 등을 이용한 것으로서, 구동모터부(70)에서 발생하는 열 에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리부(96)에 저장할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(500)는, 상기 압전소자부(90), 상기 회전 발전부(75) 및 열전소자부(93)에 의해 생산된 전기 에너지를 저장하는 배터리부(96)를 더 포함할 수 있다. 일례로서, 상기 배터리부(96)는 재생 배터리로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(500)는, 상기 배터리부(96)에 저장된 전력을 3상 교류로 변환하여 상기 구동모터부(70)에 제공하는 컨버터부(99)를 더 포함할 수 있다. 컨버터부(99)는 배터리부(96)에 충전된 전기 에너지를 구동모터부(70)에서 사용하기 적합한 3상 교류로 변환하여 전달할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(500)는, 압전소자부(90), 회전 발전부(75) 및 열전소자부(93) 등에서 생산된 전기 에너지를 다시 재사용할 수 있으므로 구동모터부(70)의 구동에 필요한 외부 전력을 절감할 수 있고, 경우에 따라서는 별도의 외부 전원 없이도 구동모터부(70)를 구동할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(500)는, 입력받은 교류 또는 직류 전력을 원하는 크기의 전압 및 주파수를 갖는 교류로 변환하여 구동모터부(70)의 속도를 제어할 수 있는 인버터부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 컨버터부(99)에서 출력되는 3상 교류가 인버터부로 전송될 수 있고, 인버터부에서 원하는 크기의 전압 및 주파수를 갖는 교류로 변환하여 구동모터부(70)로 제공할 수 있다. 일례로서, 상기 인버터부는 외부의 3상 전원으로부터 3상 교류를 제공받을 수도 있다. 또한, 실시예에 따라 배터리부(96)에서 출력되는 직류 전원이 상기 인버터부에 바로 연결될 수도 있다.
한편, 실시예에 따라, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프(500)는, 압전소자부(90), 회전 발전부(75) 및 열전소자부(93) 중 적어도 하나가 생략될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프가 적용되는 부스터 펌프 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이 부스터 펌프 시스템은 컨트롤 패널 및 복수 개의 부스터 펌프를 구비할 수 있고, 각각의 부스터 펌프는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 부스터 펌프로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 하이브리드 부스터 펌프의 기술적 사상은 부스터 펌프뿐만 아니라, 압전소자부(90), 회전 발전부(75) 및 열전소자부(93) 중 적어도 하나의 이용이 가능한 다양한 펌프에 적용 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: 흡입부 11: 하부 챔버
12: 중간 챔버 13: 상부 챔버
14: 통공 15: 외측 유로
20: 토출부 30: 바디부
40: 내부 하우징부 41: 임펠러 하우징
41_1: 측벽 41_2: 상부벽
41_3: 조립부 42: 유체상승공
43: 내부 유로 형성부 44: 베인
45: 이너 플레이트 46: 와류방지 가이드
47: 실러 48: 실러 시트
49: 실러캡 50: 외부 하우징부
60: 회전축부 70: 구동모터부
71: 구동축 72: 커플링부
75: 회전발전부 76: 회전자
77: 고정자 80: 임펠러부
81: 하판 82: 블레이드
83: 입구 90: 압전소자부
93: 열전소자부 96: 배터리부
99: 컨버터부

Claims (9)

  1. 유체를 외부로부터 흡입하는 흡입부;
    상기 유체를 외부로 토출하는 토출부;
    상기 흡입부 및 상기 토출부의 일 영역에 결합되고 상기 흡입부를 통해 흡입된 유체가 통과하는 내부 챔버가 형성되는 바디부;
    상기 바디부에 의해 형성되는 내부 챔버의 일 영역에 배치되는 회전축부;
    상기 회전축부와 결합되고 구동력을 발생시켜 상기 회전축부를 회전시키는 구동모터부;
    상기 회전축부에 결합되고 상기 회전축부의 회전에 따라 회전하여 상기 유체에 압력을 가함으로써, 상기 흡입부를 통해 흡입된 유체가 상기 토출부로 토출되도록 하는 적어도 하나의 임펠러부;
    상기 바디부의 일 영역에 배치되고, 상기 적어도 하나의 임펠러부의 회전에 따라 발생하는 상기 유체의 와류 또는 압력에 의해 전기 에너지를 발생시키는 압전소자부; 및
    상기 회전축부의 일 영역 및 상기 구동모터부의 구동축의 일 영역 중 적어도 하나에 결합되는 회전자 및 상기 회전자와 이격되어 상기 회전자 주변에 배치되는 고정자를 구비하는 회전 발전부를 더 포함하고,
    상기 회전 발전부는,
    상기 회전축부 및 상기 구동모터부의 구동축이 회전함에 따라, 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 유도기전력에 의해 전기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 부스터 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압전소자부는,
    상기 바디부의 상부 내측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 부스터 펌프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 바디부는,
    상기 내부 챔버가 형성되는 내부 하우징부; 및
    상기 내부 하우징부의 외측면에 이격되어 형성되는 외부 하우징부를 포함하고,
    상기 내부 하우징부와 상기 외부 하우징부 사이에 외측 유로가 형성되고, 상기 외측 유로는 상기 내부 챔버와 상기 토출부 사이를 연결하여 상기 내부 챔버에서 배출된 유체를 상기 토출부로 전달하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 부스터 펌프.
  4. 제3항에 있어서, 상기 압전소자부는,
    상기 내부 하우징부의 내측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 부스터 펌프.
  5. 제3항에 있어서, 상기 압전소자부는,
    상기 내부 하우징부의 외측면 및 상기 외부 하우징부의 내측면 중 적어도 하나에 형성되어 상기 외측 유로를 통과하는 유체에 의해 발생하는 와류 또는 압력에 의해 전기 에너지를 발생시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 부스터 펌프.
  6. 제3항에 있어서, 상기 내부 하우징부는,
    상기 내부 하우징부의 외주연을 형성하는 적어도 하나의 임펠러 하우징; 및
    상기 적어도 하나의 임펠러 하우징의 내측에 결합되어 상기 적어도 하나의 임펠러부의 회전에 의해 가압된 유체가 상기 내부 하우징부의 상측 방향으로 이동하도록 유도하는 내부 유로 형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 부스터 펌프.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하이브리드 부스터 펌프는,
    상기 압전소자부 및 상기 회전 발전부에 의해 생산된 전기를 저장하는 배터리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 부스터 펌프.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하이브리드 부스터 펌프는,
    상기 배터리부에 저장된 전력을 3상 교류로 변환하여 상기 구동모터부에 제공하는 컨버터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 부스터 펌프.
  9. 제1항에 있어서, 상기 하이브리드 부스터 펌프는,
    상기 구동모터부 주변에 배치되거나 상기 구동모터부에 밀착되어 상기 구동모터부에서 발생하는 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 열전소자부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 부스터 펌프.
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