KR20180114520A - 고온용 원심펌프 - Google Patents

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배영석
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Abstract

고온용 원심펌프가 개시된다. 상기 고온용 원심펌프는, 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, 구동모터부로부터 전달되는 구동력에 따라 회전하는 회전축부, 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 바디부 상단에 형성되며 상기 내부 챔버로부터 전달되는 유체를 냉각시키는 유체 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고온용 원심펌프{CENTRIFUGAL PUMP FOR HIGH TEMPERATURE}
본 발명은 고온용 원심펌프에 관한 것으로서, 상부 챔버와 공간적으로 분리된 냉각 챔버를 형성하고 냉각 챔버와 상부 챔버 사이에 공냉부를 형성시킴으로써 메카니칼 씰의 수명을 연장할 수 있는 고온용 원심펌프에 관한 것이다.
원심펌프(Centrifugal Pump)는 날개 형태의 임펠러를 고속으로 회전시켜 유체를 회전시킴으로써 유체의 원심력에 의해 유체를 펌핑하는 장치이다. 임펠러 중앙으로 유입된 유체는 임펠러가 회전함에 따라 주변 방향으로 퍼져 나갈 수 있고, 이러한 압력 에너지에 의해 유체가 펌핑되게 된다. 일반적으로 원심펌프는 다른 종류의 펌프에 비해 구조가 간단하며 제작비용이 저렴하고 내구성 및 효율도 훌륭한 장점이 있어 널리 이용되고 있다.
메카니칼 씰은 고속 회전을 하는 축(샤프트)으로부터 유체의 누출을 방지하기 위한 장치로서 원심펌프의 경우 유체가 통과하는 내부 챔버와 구동 모터 사이의 영역에 설치될 수 있다.
종래의 원심펌프는 메카니칼 씰이 유체가 통과하는 상부 챔버 영역에서 샤프트에 결합되었기 때문에, 고온 또는 고압의 유체를 펌핑하는 경우 메카니칼 씰이 고온/고압의 유체에 노출되어 수명이 짧아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상부 챔버와 공간적으로 분리된 냉각 챔버를 형성하고 냉각 챔버와 상부 챔버 사이에 공냉부를 형성시킴으로써 메카니칼 씰의 수명을 연장할 수 있는 고온용 원심펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프는, 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, 구동모터부로부터 전달되는 구동력에 따라 회전하는 회전축부, 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 바디부 상단에 형성되며 상기 내부 챔버로부터 전달되는 유체를 냉각시키는 유체 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 바디부는, 상기 내부 챔버가 형성되는 내부 하우징부, 상기 내부 하우징부의 외측면에 이격되어 형성되는 외부 하우징부, 및 상기 내부 하우징부 및 상기 외부 하우징부 중 적어도 하나의 상부에 결합되어 상기 내부 챔버의 상단을 덮는 제1 상부 커버부를 포함하고, 상기 유체 냉각부는, 상기 제1 상부 커버부 상단에 결합되며 내부가 빈 공간인 공냉부를 형성하는 냉각 하우징부, 및 상기 냉각 하우징부 상단에 결합되어 상기 냉각 하우징부와 함께 냉각 챔버를 형성하는 제2 상부 커버부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 공냉부는, 상기 내부 챔버를 통과하는 유체 및 상기 냉각 챔버로 유입된 유체의 열을 흡수하여 외부로 방출할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 회전축부에 구비되는 샤프트가 상기 제1 상부 커버부, 상기 냉각 하우징부 및 상기 제2 상부 커버부를 관통하고, 상기 유체 냉각부는, 상기 샤프트에 결합되며 상기 냉각 챔버의 유체가 상기 구동모터부 방향으로 누설되는 것을 방지하는 메카니칼 씰을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 샤프트와 상기 냉각 하우징부의 외측면 사이에 냉각 유로가 형성되어 상기 내부 챔버의 유체가 상기 냉각 챔버로 유입될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 유체 냉각부는, 상기 냉각 하우징부 및 상기 제1 상부 커버부 중 적어도 하나에 결합되고 상기 냉각 유로의 일 영역에 배치되어 상기 샤프트의 진동을 방지하고 상기 내부 챔버로부터 상기 냉각 챔버로 유입되는 유체의 양을 감소시키는 부싱을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 냉각 하우징부는, 일 영역에 형성되어 상기 공냉부 내부의 공기를 외부와 순환시키는 통기구를 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 통기구 주변에 배치되어 상기 공냉부 내부의 공기를 외부로 배출하는 환풍장치를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제2 상부 커버부 또는 상기 냉각 하우징부의 일 영역에 배치되고, 상기 냉각 챔버의 유체 온도를 측정하거나 상기 냉각 챔버 주변의 상기 제2 상부 커버부 또는 상기 냉각 하우징부의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 온도 측정부에서 측정된 온도가 소정 한계치를 초과하면, 환풍장치의 가동속도를 높이거나 상기 고온용 원심펌프의 가동률을 낮추도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제2 상부 커버부의 일 영역에 결합되고, 상기 냉각 챔버로 유입되는 기체를 외부로 배출하는 제1 에어벤트를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 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 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.
상기와 같은 본 발명에 따른 고온용 원심펌프는, 상부 챔버와 공간적으로 분리된 냉각 챔버를 형성하고 냉각 챔버와 상부 챔버 사이에 공냉부를 형성시킴으로써 메카니칼 씰의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프를 전체적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프의 내부 하우징부 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프의 유체 냉각부 주변을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고온용 원심펌프를 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 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프를 전체적으로 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프(100)는, 흡입부(10), 토출부(20), 바디부(30), 회전축부(60), 적어도 하나의 임펠러부(70) 및 유체 냉각부(80)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(70) 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), 외부 하우징부(50) 및 제1 상부 커버부(51)를 포함할 수 있다. 내부 하우징부(40)는 내부에 상기 내부 챔버(11, 12, 13)가 형성될 수 있으며, 외부 하우징부(50)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 내부 하우징부(40)의 외측면에 이격되어 형성될 수 있다. 제1 상부 커버부(51)는 내부 하우징부(40) 및 외부 하우징부(50) 중 적어도 하나의 상부에 결합될 수 있고, 내부 챔버(11, 12, 13)의 상단을 덮을 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.
회전축부(60)는, 바디부(30)에 의해 형성되는 내부 챔버(11, 12, 13)의 일 영역 및 유체 냉각부(80) 내부를 따라 배치될 수 있다. 회전축부(60)의 상단은 구동모터부(미도시)와 결합될 수 있으며, 구동모터부로부터 전달되는 구동력에 의해 회전축부(60)가 회전될 수 있다.
적어도 하나의 임펠러부(70)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(70)는, 적어도 하나의 임펠러 하우징(41)에 의해서 구획된 다수 개의 중간 챔버(12)에 각각 수용될 수 있다.
유체 냉각부(80)는 바디부(30) 상단에 형성될 수 있고, 내부 챔버(11, 12, 13)로부터 전달되는 유체를 냉각시킬 수 있다. 내부 챔버(11, 12, 13)를 통과하는 유체가 고온인 경우에도 유체 냉각부(80)에 의해 메카니칼 씰(88)을 고온의 유체로부터 보호할 수 있다. 유체 냉각부(80)의 구체적인 구조 및 동작에 대해서는 도 3을 참조하여 상술하기로 하고 여기에서는 자세한 설명을 생략한다.
제1 에어벤트(91)는 유체 냉각부(80)의 일 영역에 결합될 수 있고, 유체 냉각부(80) 내부로 유입되는 기체를 자동으로 외부로 배출할 수 있다. 제2 에어벤트(92)는 내부 챔버(11, 12, 13)로 유입되는 기체를 자동으로 외부로 배출할 수 있다. 유체에 포함된 기체나 펌프 작동 중에 발생되는 기체가 펌프 성능을 악화시키고 과도한 소음 및 부식 등을 발생시킬 수 있는데, 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프(100)는 제1 에어벤트(91) 및 제2 에어벤트(92)를 구비하므로 펌프 내부의 기체를 자동적으로 외부로 배출할 수 있다.
모터 브라켓(93)은 도 1에 도시된 바와 같이 유체 냉각부(80)의 상단에 결합되고, 구동축(61)과 샤프트(63)가 결합되는 커플링부(62) 주변에 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프의 내부 하우징부 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 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)의 샤프트(63) 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 2에 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(70)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 샤프트(63)의 회전에 간섭되지 않도록 샤프트(63)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 2에 도시된 바와 같이, 외측에는 완만한 곡면 형태로 형성되어 적어도 하나의 임펠러부(70)의 블레이드(72) 사이에서 가압된 유체가 곡면 형상을 따라서 흐르면서 자연스럽게 상승될 수 있다. 즉, 도 2에 화살표로 표시된 바와 같이, 적어도 하나의 임펠러부(70)의 블레이드(72)에서 가압된 유체가 임펠러부(70)의 하판(71) 부근에서 시작된 내측 곡면을 따라서 흐르게 되므로, 임펠러부(70)의 하부와 임펠러 하우징(41)의 상부벽(41_2) 사이의 넓은 공간에서 발생되었던 와류 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프(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(70)의 입구(73)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(70)의 회전에 의해 강한 압력을 받는 실러(47) 및 실러 시트(48)의 내구력을 증대시킬 수 있다.
상기 적어도 하나의 임펠러부(70)의 하판(71)은 하측의 유체가 블레이드들(72) 사이의 공간으로 원활히 유도될 수 있도록 하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 임펠러부(70)의 입구(73) 주변에서 하단 방향으로 소정 구간 돌출된 형상으로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프의 유체 냉각부 주변을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 유체 냉각부(80)는, 제2 상부 커버부(81) 및 냉각 하우징부(82)를 포함할 수 있고, 실시예에 따라 공냉부(83), 통기구(84), 냉각 챔버(85), 냉각 유로(86), 부싱(87), 메카니칼 씰(88) 및 씰 커버(89)를 더 구비할 수 있다.
제2 상부 커버부(81)는 냉각 하우징부(82) 상단에 결합될 수 있고, 냉각 하우징부(82)와 함께 냉각 챔버(85)를 형성할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 제2 상부 커버부(81)는 제1 상부 커버부(51)와 동일한 규격 및 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프(100)은 제1 상부 커버부(51)를 제작한 후 제2 상부 커버부(81)로도 사용할 수 있으므로, 제작비용이 절감되고 제작이 용이할 수 있다.
냉각 하우징부(82)는 제1 상부 커버부(51) 상단에 결합될 수 있고, 내부에 빈 공간인 공냉부(83)를 형성할 수 있다. 냉각 하우징부(82)의 하단부는 제1 상부 커버부(51)의 상단에 대응되는 형상으로 형성될 수 있고, 냉각 하우징부(82)의 상단부는 제2 상부 커버부(81)의 하단에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 냉각 하우징부(82)는 제1 상부 커버부(51) 또는 제2 상부 커버부(81)와 유사하게 스테인리스강 재질 등으로 형성될 수 있다.
공냉부(83)는 내부의 빈 공간에 공기를 수용할 수 있고, 내부 챔버(11, 12, 13) 중 상부 챔버(13)를 통과하는 유체 및 냉각 챔버(85)로 유입된 유체의 열을 흡수하여 외부로 방출할 수 있다. 공냉부(83)는 냉각 유로(86)를 통과하는 유체의 열을 흡수하여 외부로 방출할 수 있다. 공냉부(83)는 중앙에 샤프트(63)가 관통하는 도넛 형태로 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 냉각 하우징부(82)의 일 영역에는 공냉부(83) 내부의 공기를 외부와 순환시키는 통기구(84)가 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 회전축부(60)에 구비되는 샤프트(63)가 제1 상부 커버부(51), 냉각 하우징부(82) 및 제2 상부 커버부(81)를 관통할 수 있다. 샤프트(63)는 커플링부(62)에 의해 구동축(61)과 결합될 수 있다. 구동축(61)은 상단에 배치되는 구동모터부와 연결될 수 있고, 구동모터부의 구동력에 의해 구동축(61)이 회전하면서 샤프트(63)가 회전할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 메카니칼 씰(88, Mechanical Seal)은 냉각 챔버(85) 내부에서 샤프트(63)에 결합될 수 있으며, 냉각 챔버(85)로 유입된 유체가 상기 구동모터부 방향으로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 메카니칼 씰(88)의 재질 및 구조 등은 다양하게 변경될 수 있다. 메카니칼 씰(88) 상단에는 씰 커버(89, Seal Cover)가 제2 상부 커버부(81)의 일 영역에 결합될 수 있다.
상기 샤프트(63)와 냉각 하우징부(82)의 외측면 사이에는 냉각 유로(86)가 형성되어 상부 챔버(13)의 유체가 냉각 유로(86)를 따라 냉각 챔버(85)로 유입될 수 있다. 상기 상부 챔버(13)로부터 상기 냉각 챔버(85)로 유입되는 유체의 양이 적을수록 메카니칼 씰(88)을 보호하고 장시간 사용할 수 있으므로, 상기 샤프트(63)와 냉각 하우징부(82)의 외측면은 소정 임계치 이하로 근접될 수 있다. 일례로서, 상기 냉각 유로(86)의 폭은 0.5mm일 수 있다.
부싱(87)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 샤프트(63)에 근접하여 배치될 수 있고, 냉각 하우징부(82)의 일 영역 중 냉각 유로(86)의 아래쪽에 결합될 수 있다. 부싱(87)은 샤프트(63)의 진동을 방지할 수 있고 상부 챔버(13)로부터 상기 냉각 챔버(85)로 유입되는 유체의 양을 감소시킬 수 있다. 실시예에 따라, 상기 부싱(87)은 냉각 하우징부(82) 및 제1 상부 커버부(51) 중 적어도 하나에 결합될 수 있으며, 냉각 유로(86)의 일 영역에 배치될 수 있다. 일례로서, 상기 부싱(87)은 치수 안정성이 좋고 내마모성이 큰 금속 재질로 형성될 수 있다.
제1 에어벤트(91)는 제2 상부 커버부(81) 및 모터 브라켓(93)의 일 영역에 결합될 수 있고, 상기 냉각 챔버(85)로 유입되는 기체를 외부로 배출할 수 있다. 제2 에어벤트(92)는 제1 상부 커버부(51) 및 냉각 하우징부(82)의 일 영역에 결합될 수 있고, 상부 챔버(13)로 유입된 기체를 외부로 배출할 수 있다. 제1 에어벤트(91) 및 제2 에어벤트(92)의 동작으로 인해 냉각 챔버(85) 및 상부 챔버(13) 내부로 유입된 기체가 외부로 배출될 수 있으므로 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프(100)의 손상 및 오작동 등이 방지될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프(100)의 동작에 대해 설명하면, 회전축부(60)의 회전으로 적어도 하나의 임펠러부(70)에서 발생된 펌핑력에 의해서 흡입부(10)로 유입된 유체가 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(70)의 입구를 지나 다음의 중간 챔버(12)로 흐르게 되는 과정이 연속적으로 이루어질 수 있다. 중간 챔버(12)의 상측에는 다수의 임펠러부(70)에서 가압되어 상승되는 유체의 고압력을 어느 정도 완충할 수 있는 공간인 상부 챔버(13)가 형성될 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.
종래의 원심펌프는 메카니칼 씰(88)이 상부 챔버(13) 영역에서 샤프트(63)에 결합되었기 때문에, 고온 또는 고압의 유체를 펌핑하는 경우 메카니칼 씰(88)이 고온/고압의 유체에 노출되어 수명이 짧아지는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프(100)는, 유체 냉각부(80)를 추가로 더 구비하고 메카니칼 씰(88)이 유체 냉각부(80)에 형성되는 냉각 챔버(85)에 형성되므로 메카니칼 씰(88)이 고온/고압의 유체에 직접적으로 노출되는 문제점을 해결할 수 있다.
즉, 상부 챔버(13)로 고온/고압의 유체가 통과하더라도 샤프트(63) 주변에 부싱(87)이 존재하고 냉각 유로(86)의 폭이 매우 좁기 때문에, 상부 챔버(13)를 통과하는 고온/고압의 유체가 냉각 챔버(85) 쪽으로 올라오는 것이 방지될 수 있다. 또한, 상기 고온용 원심펌프(100)의 계속적인 동작으로 인해 상부 챔버(13)의 유체가 부싱(87)과 샤프트(63) 사이의 틈과 냉각 유로(86)를 따라 냉각 챔버(85) 내부로 유입되더라도, 유체가 냉각 유로(86)를 통과하는 동안 냉각 하우징부(82)와 공냉부(83)를 통해 열이 발산될 수 있고 냉각 챔버(85) 내부에 수용된 상태에서도 하단의 공냉부(83)를 통해 열이 발산될 수 있으므로, 유체의 온도가 내려갈 수 있다. 또한, 유체가 상부 챔버(13)를 통과하는 동안에도 제1 상부 커버부(51)를 통해 공냉부(83)로 열이 발산될 수 있다. 따라서, 흡입부(10)를 통해 고온/고압의 유체가 흡입되더라도 냉각 챔버(85)의 메카니칼 씰(88)은 고온/고압의 유체로부터 보호될 수 있다. 이를 위해 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프(100)에 구비되는 냉각 하우징부(82), 제1 상부 커버부(51), 제2 상부 커버부(81)는 열전도율이 높은 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프(100)는 제1 상부 커버부(51)와 제2 상부 커버부(81)가 동일한 규격으로 제작될 수 있고 간단한 구조의 냉각 하우징부(82)만 추가하여 상부 챔버(13)와 공간적으로 분리된 냉각 챔버(85)를 형성하고 냉각 챔버(85)와 상부 챔버(13) 사이에 공냉부(83)를 형성시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프(100)는 별도의 복잡한 냉각 장치가 없이도 공냉식의 간단한 구조로 메카니칼 씰(88)의 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온용 원심펌프를 나타내는 도면이다. 도 4는 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 고온용 원심펌프(100)와 같은 기계적인 구성은 생략한 블록다이어그램이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온용 원심펌프(200)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 고온용 원심펌프(100)의 기계적인 구성 이외에도 온도 측정부(210), 제어부(220), 구동모터부(230) 및 환풍장치(240)를 더 포함할 수 있다.
온도 측정부(210)는, 제2 상부 커버부(81) 또는 냉각 하우징부(82)의 일 영역에 배치될 수 있다. 온도 측정부(210)는 냉각 챔버(85)의 유체 온도를 측정하거나 냉각 챔버(85) 주변의 제2 상부 커버부(81) 또는 냉각 하우징부(82)의 온도를 측정할 수 있다. 상기 온도 측정부(210)는 측정된 온도 정보를 제어부(220)로 전송할 수 있다.
제어부(220)는 온도 측정부(210)에서 측정된 온도가 소정 한계치를 초과하면, 환풍장치(240)의 가동속도를 높이거나 고온용 원심펌프(200)의 가동률을 낮추도록 제어할 수 있다. 제어부(220)는 온도 측정부(210)에서 측정된 냉각 챔버(85)의 유체 온도 등이 소정 한계치를 넘어서는 경우 메카니칼 씰(88)의 손상을 방지하기 위하여 유체 온도를 낮추는 방향으로 구동모터부(230) 및 환풍장치(240)를 제어할 수 있다. 구동모터부(230)는 회전축부(60)의 상단에 결합될 수 있으며 회전축부(60)의 회전을 위한 구동력을 발생시킬 수 있다. 환풍장치(240)는 통기구(84) 주변에 배치되어 공냉부(83) 내부의 공기를 외부로 배출할 수 있다. 환풍장치(240)의 배치 위치 및 개수 등은 다양하게 변경될 수 있다.
제어부(220)는 구동모터부(230)를 제어하여 회전축부(60)의 회전 속도를 조절함으로써 고온용 원심펌프(200)의 가동률을 낮출 수 있으며, 환풍장치(240)를 제어하여 공냉부(83)의 공기 순환을 빠르게 함으로써 냉각 챔버(85) 내부로부터 공냉부(83)로의 열 발산을 촉진시킬 수 있다. 제어부(220)는 구동모터부(230) 및 환풍장치(240)로부터 현재 동작 상태 등에 관한 정보를 피드백받을 수 있다. 일례로서, 상기 제어부(220)는 데이터 처리 및 장치 제어가 가능한 마이크로프로세서(MPU)로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 고온용 원심펌프(100, 200)는 원심펌프 이외에도 메카니칼 씰이 사용될 수 있는 다양한 펌프 장치에 적용될 수 있다.
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
51: 제1 상부 커버부 60: 회전축부
61: 구동축 62: 커플링부
63: 샤프트 70: 임펠러부
71: 하판 72: 블레이드
73: 입구 80: 유체 냉각부
81: 제2 상부 커버부 82: 냉각 하우징부
83: 공냉부 84: 통기구
85: 냉각 챔버 86: 냉각 유로
87: 부싱 88: 메카니칼 씰
89: 씰 커버 91: 제1 에어벤트
92: 제2 에어벤트 93: 모터 브라켓
210: 온도 측정부 220: 제어부
230: 구동모터부 240: 환풍장치

Claims (10)

  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;
    구동모터부로부터 전달되는 구동력에 따라 회전하는 회전축부;
    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 바디부 상단에 형성되며 상기 내부 챔버로부터 전달되는 유체를 냉각시키는 유체 냉각부를 포함하고,
    상기 바디부는,
    상기 내부 챔버의 상부에 결합되어 상기 내부 챔버의 상단을 덮는 제1 상부 커버부를 포함하고,
    상기 유체 냉각부는,
    상기 제1 상부 커버부 상단에 결합되며 내부가 빈 공간인 공냉부를 형성하는 냉각 하우징부; 및
    상기 냉각 하우징부 상단에 결합되어 상기 냉각 하우징부와 함께 냉각 챔버를 형성하는 제2 상부 커버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온용 원심펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공냉부는,
    상기 내부 챔버를 통과하는 유체 및 상기 냉각 챔버로 유입된 유체의 열을 흡수하여 외부로 방출하는 것을 특징으로 하는 고온용 원심펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전축부에 구비되는 샤프트가 상기 제1 상부 커버부, 상기 냉각 하우징부 및 상기 제2 상부 커버부를 관통하고,
    상기 유체 냉각부는,
    상기 샤프트에 결합되며 상기 냉각 챔버의 유체가 상기 구동모터부 방향으로 누설되는 것을 방지하는 메카니칼 씰을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온용 원심펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 샤프트와 상기 냉각 하우징부의 외측면 사이에 냉각 유로가 형성되어 상기 내부 챔버의 유체가 상기 냉각 챔버로 유입되는 것을 특징으로 하는 고온용 원심펌프.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유체 냉각부는,
    상기 냉각 하우징부 및 상기 제1 상부 커버부 중 적어도 하나에 결합되고 상기 냉각 유로의 일 영역에 배치되어 상기 샤프트의 진동을 방지하고 상기 내부 챔버로부터 상기 냉각 챔버로 유입되는 유체의 양을 감소시키는 부싱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온용 원심펌프.
  6. 제1항에 있어서, 상기 냉각 하우징부는,
    일 영역에 형성되어 상기 공냉부 내부의 공기를 외부와 순환시키는 통기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온용 원심펌프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 통기구 주변에 배치되어 상기 공냉부 내부의 공기를 외부로 배출하는 환풍장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온용 원심펌프.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 상부 커버부 또는 상기 냉각 하우징부의 일 영역에 배치되고, 상기 냉각 챔버의 유체 온도를 측정하거나 상기 냉각 챔버 주변의 상기 제2 상부 커버부 또는 상기 냉각 하우징부의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온용 원심펌프.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 온도 측정부에서 측정된 온도가 소정 한계치를 초과하면, 환풍장치의 가동속도를 높이거나 상기 고온용 원심펌프의 가동률을 낮추도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온용 원심펌프.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 상부 커버부의 일 영역에 결합되고, 상기 냉각 챔버로 유입되는 기체를 외부로 배출하는 제1 에어벤트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온용 원심펌프.
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