KR102197455B1 - 고압 다단 재생형 유체기계 - Google Patents

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KR102197455B1
KR102197455B1 KR1020190147827A KR20190147827A KR102197455B1 KR 102197455 B1 KR102197455 B1 KR 102197455B1 KR 1020190147827 A KR1020190147827 A KR 1020190147827A KR 20190147827 A KR20190147827 A KR 20190147827A KR 102197455 B1 KR102197455 B1 KR 102197455B1
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이경용
최영석
김진혁
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한국생산기술연구원
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Abstract

고압 다단 재생형 유체기계가 개시된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 고압 다단 재생형 유체기계는 제 1 면 및 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 구비한 원판 형태의 임펠러로서, 제 1 면 둘레에 원주방향으로 제 1 유로홈이 형성되며, 제 1 유로홈을 구획하는 복수 개의 제 1 베인이 배치되고, 제 2 면의 둘레에 원주 방향으로 제 2 유로홈이 형성되며, 제 2 유로홈을 구획하는 복수 개의 제 2 베인이 배치된 임펠러 및 임펠러를 둘러싸는 제 1 케이싱 및 제 2 케이싱을 포함하는 하우징을 포함하되, 제 1 케이싱은 임펠러의 제 1 면과 대향하는 제 1 내측면, 하우징 내부로 유체가 유입되는 유체공급부 및 제 1 유로홈에 대향하도록 제 1 내측면의 둘레에 형성되는 제 1 만곡홈을 포함하고, 제 1 만곡홈 및 제 1 유로홈과의 사이에 유체가 유동할 수 있는 제 1 채널이 형성되며, 제 2 케이싱은 임펠러의 제 2 면과 대향하는 제 2 내측면, 하우징 내부로부터 유체가 배출되는 유체배출부 및 제 2 유로홈에 대향하도록 제 2 내측면의 둘레에 형성되는 제 2 만곡홈을 포함하고, 제 2 만곡홈 및 제 2 유로홈과의 사이에 유체가 유동할 수 있는 제 2 채널이 형성되며, 하우징에 제 1 채널의 일단부 및 제 2 채널의 일단부가 유체 소통가능하게 연결된 연결부가 구비되어, 유체공급부를 통하여 유입된 유체가 제 1 채널을 유동하면서 가압된 후 연결부를 지나 제 2 채널을 유동하면서 추가로 가압되고, 추가로 가압된 유체가 유체배출부를 통하여 하우징 외부로 배출된다.

Description

고압 다단 재생형 유체기계{HIGH PRESSURE MULTI-STAGE REGENERATIVE TYPE TURBO-MACHINERY}
본 발명은 재생형 유체기계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 압력으로 유체를 이송하기 위한 고압 다단 재생형 유체기계에 관한 것이다.
재생형 유체기계는 산업용 고압송풍기(링블로워)와 같이 상대적으로 적은 유량 및 높은 압력으로 기체를 이송하는 용도에 주로 사용되는 장치로서, 최근에는 하수처리장의 공기 공급용 송풍기, 생산공정의 진공 이송 시스템, 자동차용 연료펌프, 소방용 고압수 펌프 및 농가용 지하수 공급 펌프 등에 적용되고 있다.
그 중에서도 특히 연료전지의 효율을 향상시키는 방법, 즉, 연료전지의 연료로 사용되는 수소를 재순환하여 다시 스택에 공급하는 시스템에 재생형 유체기계를 적용하는 방법이 모색되고 있다.
다만, 기존 개발된 재생형 유체기계를 사용하는 경우 다수의 임펠러 층에 의한 마찰 손실로 효율이 낮은 단점이 있다. 또한 구조상 단일 임펠러로 복수 단계의 가압이 불가하므로, 고압의 수소를 공급하기 위해서는 복수 개의 임펠러를 다단으로 연결하거나, 임펠러의 회전수를 증가시켜야 하므로 기계설계 효율 측면에서 적합하지 않은 단점이 있다.
이를 해결하기 위해 재생형 유체기계의 핵심요소인 임펠러 홈 및 채널의 형상을 조정하는 방법 등이 모색되었으나, 이 또한 기계의 크기 및 임펠러의 회전수가 증가하고 효율이 감소하는 문제가 발생한다.
따라서, 임펠러의 개수 및 임펠러의 회전수를 감소시킬 수 있으면서도 고압으로 유체를 이송시킬 수 있는 재생형 유체기계의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 일 실시예는 컴팩트한 설계를 위해 제품 크기를 감소시킬 수 있는 고압 다단 재생형 유체기계를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 임펠러의 회전수를 감소시킬 수 있는 고압 다단 재생형 유체기계를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 단일한 임펠러 만으로 복수 단계의 가압이 가능한 고효율의 고압 다단 재생형 유체기계를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제 1 면 및 상기 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 구비한 원판 형태의 임펠러로서, 상기 제 1 면 둘레에 원주방향으로 제 1 유로홈이 형성되며, 상기 제 1 유로홈을 구획하는 복수 개의 제 1 베인이 배치되고, 상기 제 2 면의 둘레에 원주 방향으로 제 2 유로홈이 형성되며, 상기 제 2 유로홈을 구획하는 복수 개의 제 2 베인이 배치된 임펠러 및 상기 임펠러를 둘러싸는 제 1 케이싱 및 제 2 케이싱을 포함하는 하우징을 포함하되, 상기 제 1 케이싱은 상기 임펠러의 제 1 면과 대향하는 제 1 내측면, 상기 하우징 내부로 유체가 유입되는 유체공급부 및 상기 제 1 유로홈에 대향하도록 상기 제 1 내측면의 둘레에 형성되는 제 1 만곡홈을 포함하고, 상기 제 1 만곡홈 및 상기 제 1 유로홈과의 사이에 상기 유체가 유동할 수 있는 제 1 채널이 형성되며, 상기 제 2 케이싱은 상기 임펠러의 제 2 면과 대향하는 제 2 내측면, 상기 하우징 내부로부터 상기 유체가 배출되는 유체배출부 및 상기 제 2 유로홈에 대향하도록 상기 제 2 내측면의 둘레에 형성되는 제 2 만곡홈을 포함하고, 상기 제 2 만곡홈 및 상기 제 2 유로홈과의 사이에 상기 유체가 유동할 수 있는 제 2 채널이 형성되며, 상기 하우징에 상기 제 1 채널의 일단부 및 상기 제 2 채널의 일단부가 유체 소통가능하게 연결된 연결부가 구비되어, 상기 유체공급부를 통하여 유입된 유체가 상기 제 1 채널을 유동하면서 가압된 후 상기 연결부를 지나 상기 제 2 채널을 유동하면서 추가로 가압되고, 상기 추가로 가압된 유체가 상기 유체배출부를 통하여 상기 하우징 외부로 배출되는, 고압 다단 재생형 유체기계가 제공된다.
이때, 상기 연결부는 상기 하우징의 내부에 구비되도록 상기 제 1 케이싱의 상기 제 1 만곡홈의 일단부와, 상기 제 2 케이싱의 상기 제 2 만곡홈의 일단부가 상기 임펠러의 반경 방향의 외측에서 서로 연결되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 연결부는 일단부는 상기 제 1 채널의 일단부에 결합되고, 상기 연결부의 타단부는 상기 제 1 채널의 타단부에 결합되어 상기 제 1 채널 측으로부터 상기 제 2 채널 측으로 상기 유체를 전달하는 별도의 관형부재로 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 1 채널 및 상기 제 2 채널 사이의 상기 유체의 이동은 상기 연결부를 통해서만 이루어질 수 있다.
이때, 상기 유체공급부 및 상기 유체배출부는 상기 임펠러의 회전 방향에 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
이때, 상기 유체공급부는 상기 제 1 채널의 타단부에 연결되고, 상기 유체배출부는 상기 제 2 채널의 타단부에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 고압 다단 재생형 유체기계를 적어도 2기 이상 포함하되, 상기 2개 이상의 고압 다단 재생형 유체기계는 제 1 고압 다단 재생형 유체기계 및 상기 제 1 고압 다단 재생형 유체기계에 연결되는 제 2 고압 다단 재생형 유체기계를 포함하는, 멀티 고압 다단 재생형 유체기계가 제공된다.
이때, 상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계의 제 2 케이싱과 상기 제 2 고압 다단 재생형 유체 기계의 제 1 케이싱은 일체로 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체배출부와 상기 제 2 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체공급부가 서로 결합되되, 상기 제 2 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체공급부는 상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체배출부를 향하여 돌출된 형태로 형성되어 상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체배출부에 끼움 결합될 수 있다.
이때, 상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계와 상기 제 2 고압 다단 재생형 유체 기계는 서로 이격되도록 배치되되, 상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체배출부와 상기 제 2 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체공급부를 연결하는 별도의 관형 연결부재에 의해 서로 유체 소통가능하게 연결될 수 있다.
이때, 상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계의 제 1 임펠러와, 상기 제 2 고압 다단 재생형 유체 기계의 제 2 임펠러는 단일한 회전축을 중심으로 회전할 수 있다.
삭제
본 발명의 일 실시예는 단일한 임펠러의 양측에 서로 분리된 유체 채널을 형성하되 이를 직렬로 연결시킴으로써, 단일한 임펠러 만으로 복수 단계의 가압이 가능한 고효율의 고압 다단 재생형 유체기계를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 직렬 연결된 제 1 및 제 2 채널을 통해 2단계의 가압구조를 형성하여 유체를 이송시킴으로써, 필요로 하는 임펠러 수를 절감하고 임펠러의 회전수를 감소시킬 수 있으므로 컴팩트하고 경제성 있는 기계설계를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 재생형 유체기계를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 재생형 유체기계의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 재생형 유체기계의 단면사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 재생형 유체기계의 제 1 채널 및 제 2 채널의 연결부분를 확대하여 도시한 확대사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 재생형 유체기계의 제 1 채널 및 제 2 채널을 도시한 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 제 1 채널, 제 2 채널 및 임펠러를 분리하여 제 1 케이싱의 외측면에서 바라본 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 고압 다단 재생형 유체기계를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 고압 다단 재생형 유체기계의 분해사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 고압 다단 재생형 유체기계의 단면사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 고압 다단 재생형 유체기계의 각 채널을 도시한 구성도이다.
도 11은 도 10에 도시된 각 채널 및 임펠러를 분리하여 제 1 케이싱의 외측면에서 바라본 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 재생형 유체기계를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 재생형 유체기계의 분해사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 재생형 유체기계의 단면사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 재생형 유체기계(1, 이하 재생형 유체기계)는 케이싱 내부에 내장된 임펠러를 회전시킴으로써 높은 압력으로 유체를 이송하기 위한 장치이다.
본 발명의 일 실시예에서, 재생형 유체기계(1)에 의해 이송되는 유체는 기체 또는 액체 일 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 재생형 유체기계(1)는 고압이면서 동시에 저유량의 유체를 이송하는데 효과적일 수 있으며, 일례로 연료전지의 연료로 사용되는 수소를 재순환하여 다시 스택에 공급하는 시스템에 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 재생형 유체기계(1)는 제 1 케이싱(10), 제 2 케이싱(30) 및 임펠러(50)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 1 케이싱(10)은 임펠러(50)의 한쪽 면(제 1 면)을 충분히 감쌀 수 있는 부피를 가진 부재이다. 도면에는 제 1 케이싱(10)이 원반 형상을 가지는 것으로 도시되었으나, 제 1 케이싱(10) 및 후술될 제 2 케이싱(30)의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다. 임펠러(50)를 수용할 수 있는 형상이면 충분하나, 컴팩트한 설계를 위해서는 임펠러(50)의 형상과 유사한 원반 형상이 유리할 것이다.
제 1 케이싱(10)은 외부에 노출되는 제 1 외측면(12), 임펠러(50)와 접촉하는 제 1 내측면(14) 및 제 1 내측면(14)과 제 1 외측면(12) 사이에 존재하는 제 1 두께면(13)을 포함할 수 있다.
이때, 제 1 외측면(12) 및 제 1 두께면(13)의 일부에는 외부로부터 재생형 유체기계(1)의 내부로 유체를 공급하기 위한 유체공급부(16)가 형성될 수 있다. 유체공급부(16)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 외측면(12)으로부터 소정 높이 돌출된 형상으로 형성될 수 있다.
그리고 유체공급부(16)는 도 1에 도시된 바와 같이 임펠러의 회전 방향에 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
그러나 이와 달리 제 1 외측면(12)으로부터 돌출되지 않고, 도 1에 도시된 유체배출부(36)와 같이 제 1 외측면(12) 상에 형성된 개구 형태로 존재할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제 1 케이싱(10)의 제 1 외측면(12)의 반대 방향에는 임펠러(50)와 직접 접촉하는 제 1 내측면(14)이 존재한다.
이때, 제 1 내측면(14)은 후술될 임펠러(50)의 제 1 유로홈(52)과 함께 유체공급부(16)로부터 공급된 유체가 유동할 수 있는 제 1 채널(20)을 형성할 수 있다. 상세하게, 제 1 내측면(14)과 제 1 유로홈(52)의 사이에서 유체가 임펠러(50)의 회전축(58)을 중심으로 원운동하며 유동할 수 있는 공간인 제 1 채널(20)이 형성될 수 있다.
이때, 제 1 내측면(14)은 제 1 케이싱(10)과 임펠러(50)가 결합되었을 때를 기준으로 임펠러(50)의 제 1 유로홈(52)에 대응되는 제 1 내측면(14)의 일부에 오목하게 형성된 제 1 만곡홈(15)을 포함할 수 있다.
보다 상세하게, 제 1 만곡홈(15)은 제 1 내측면(14)으로부터 제 1 외측면(12) 방향으로 오목하게 형성되어 유체가 유동할 수 있도록 공간, 즉 제 1 채널(20)을 형성하는 역할을 한다. 여기서, 제 1 만곡홈(15)은 도 3에 도시된 바와 같이 반원 형상의 단면을 가질 수 있다. 그러나 제 1 만곡홈(15) 및 후술될 제 2 만곡홈(35)의 단면 형상이 이에 제한되는 것은 아니며, 타원 또는 사다리꼴 등과 같이 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재생형 유체기계(1)는 제 1 케이싱(10)과 결합되며, 제 1 케이싱(10)과 유사하게 제 2 채널(40)을 형성하는 제 2 케이싱(30)을 포함한다.
이때, 제 2 케이싱(30)은 제 1 케이싱(10)과 마찬가지로 외부에 노출되는 제 2 외측면(32), 임펠러(50)와 접촉하는 제 2 내측면(34) 및 제 2 내측면(34)과 제 2 외측면(32) 사이에 존재하는 제 2 두께면(23)을 포함할 수 있다.
이와 관련하여 제 2 외측면(32), 제 2 내측면(34) 및 제 2 두께면(23)의 구조 및 기능은 제 1 케이싱(10)과 거의 유사하므로 이에 대한 중복된 설명은 생략하되, 차이점 위주로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 2를 참조하면, 제 2 케이싱(30)은 유체가 재생형 유체기계(1)의 내부로부터 외부로 배출되는 유체배출부(36)를 포함할 수 있다.
더욱 상세하게 제 2 케이싱(30)은 유체공급부(16)를 통해 재생형 유체기계(1)의 내부로 공급된 유체가 유체 채널(제 1 채널(20) 및 후술될 제 2 채널(40))을 단계적으로 유동한 뒤 유체공급부(16)로 유입될 때보다 높은 압력으로 배출되는 배출구로서, 유체배출부(36)를 포함할 수 있다.
이때 유체배출부(36)는 유체공급부(16)와 마찬가지로 제 2 외측면(32)으로부터 소정 높이 돌출 형성될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 돌출 없이 제 2 외측면(32) 상에 개구 형태로 존재할 수도 있다.
그리고 유체배출부(36)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 임펠러의 회전 방향에 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 제 2 케이싱(30)은 제 2 내측면(34)과 임펠러(50)의 제 2 유로홈(54) 사이에 유체가 유동할 수 있는 공간으로서, 제 2 채널(40)을 형성할 수 있다. 이때, 제 2 내측면(34)은 제 1 내측면(14)과 마찬가지로 제 2 외측면(32) 방향으로 오목하게 형성된 제 2 만곡홈(35)을 형성할 수 있음은 물론이다. 즉, 임펠러(50)의 제 2 유로홈(54)과 제 2 만곡홈(35)에 의해 제 2 채널(40)이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재생형 유체기계(1)는 상술한 제 1 및 제 2 케이싱 사이에 회전축(58)을 중심으로 회전 운동하는 임펠러(50)를 포함한다.
이때, 임펠러(50)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 원반 형상으로 형성될 수 있으며, 원형의 양측면(51a, 51b) 한쌍과 회전축(58)으로부터 가장자리에 위치하는 외주면(56)으로 구성될 수 있다
본 발명의 일 실시예에서, 임펠러의 양측면(51a, 51b)의 일부로서 외주면(56)에 인접한 영역에는 원주방향을 따라 오목하게 형성된 링 형상의 유로홈(52, 54)이 형성될 수 있다.
이때, 유로홈(52, 54)은 제 1 내측면(14)에 접하는 제 1 유로홈(52)과 제 2 내측면(34)에 접하는 제 2 유로홈(54)으로 구성될 수 있다.
한편, 임펠러(50)의 회전축(58)에 수직한 단면을 기준으로 양측에 존재하는 제 1 유로홈(52)과 제 2 유로홈(54)은 서로 대칭을 이룰 수 있다. 이것은 제 1 채널(20)을 유동한 유체가 다시 제 2 채널(40)을 유동하므로 각 채널간 유량의 변화가 발생하지 않는 것을 고려하였을 때 양측의 유로홈을 동일하게 형성해도 무방하며, 또한 임펠러(50)의 제작상 편의를 도모하기 위함이다.
반면, 제 1 유로홈(52)과 제 2 유로홈(54)은 서로 개별적으로 존재하며, 서로 연결되어 있지 않다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서, 임펠러(50)의 양측면(51a, 51b)을 관통하는 관통구는 존재하지 않는다. 이것은 제 1 유로홈(52)과 제 2 유로홈(54)이 서로 연결될 경우, 제 1 채널(20)과 제 2 채널(40) 사이의 유동이 발생되고, 결론적으로 제 1 채널(20)과 제 2 채널(40)을 직렬로 연결하는 것이 불가하기 때문이다.
또한, 임펠러(50)는 제 1 및 제 2 유로홈(54)에 복수 개의 베인(vane)이 구비한다. 보다 상세하게, 베인은 각각의 유로홈(52, 54)을 복수의 영역으로 구획하는 날개 형상의 판상 부재로서, 임펠러(50)의 회전에 따라 유체에 압력을 가함으로써 유체를 일방향으로 유동시키는 역할을 할 수 있다.
이때, 베인의 형상은 도 4에 도시된 바와 같이 오목하게 형성된 유로홈(52, 54)의 형상에 대응되도록 반원형으로 형성될 수 있다. 그러나, 베인의 형상이 이에 제한되는 것은 아니며, 원하는 설계 유동에 따라 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.
한편, 제 1 및 제 2 유로홈(54)은 각각 제 1 및 제 2 내측면(34), 정확하게는 제 1 및 제 2 만곡홈(15, 35)과 함께 제 1 및 제 2 채널(40)을 형성함은 앞서 살펴본 바와 같다.
이하, 도면을 달리하여 본 발명의 일 실시예에 따른 재생형 유체기계(1)에 의한 제 1 및 제 2 채널(40)의 연결 구조 및 이와 관련된 유체의 유동에 대하여 기술한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 재생형 유체기계의 제 1 채널 및 제 2 채널의 연결부분를 확대하여 도시한 확대사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 다단 재생형 유체기계의 제 1 채널 및 제 2 채널을 도시한 구성도이다. 도 6은 도 5에 도시된 제 1 채널, 제 2 채널 및 임펠러를 분리하여 제 1 케이싱의 외측면에서 바라본 도면이다. 다만 여기서 도시된 제 1 및 제 2 채널은 가상의 유체 이동 경로이며, 설명을 용이하게 하기 위해 도시된 것임을 밝혀둔다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 4 내지 6을 참조하면, 제 1 채널(20)과 제 2 채널(40)은 서로 직렬로 연결된다. 여기서 채널이 서로 직렬로 연결된다는 것은 서로 순차적으로 연결되는 상태 또는 연속적으로 계속 연결되어 있는 상태를 의미할 수 있다. 다시 말하면, 유체가 하나의 채널에서 유동을 마치고, 다음 채널로 이동하여 다시 유동을 시작하는 것을 의미할 수 있다.
보다 상세하게, 도 5를 참조하면, 유체는 제 1 케이싱(10)의 유체공급부(16)를 통해 제 1 채널(20)로 진입한다. 이때 유체공급부(16)와 인접한 제 1 채널의 시작부(22)를 시작으로 임펠러(50)의 회전에 따라 제 1 유로홈(52)과 제 1 내측면(14) 사이를 거쳐 최종적으로 제 1 채널의 종료부(24)로 이동하면서 제 1 채널(20)을 통한 유동을 마친다.
그 후, 제 1 채널(20)에서의 유동을 마친 유체는 외부로 배출되지 아니한 채, 다시 제 2 채널(40)의 시작부(42)를 시작으로 동일한 임펠러(50)의 회전에 따라 제 2 유로홈(54)과 제 2 내측면(34) 사이를 거쳐 제 2 채널의 종료부(44)로 이동하며, 마지막으로 유체배출부(36)를 통해 재생형 유체기계(1)의 외부로 배출된다.
상술한 과정을 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 재생형 유체기계(1)는 단일한 임펠러(50)의 회전만으로도 2단계로 나누어 단계적으로 유체의 압력을 상승시킬 수 있다.
그 결과, 복수의 임펠러가 구비되지 않더라도 2단계의 가압 과정을 통해 높은 압력 상태의 유체를 이송시킬 수 있다. 그결과 보다 컴팩트한 구조의 재생형 유체기계(1)를 설계할 수 있다. 또한 임펠러(50)의 회전수를 증가시키지 않으면서도 유체를 보다 높은 압력으로 가압할 수 있으므로 에너지 효율 측면에서 효과적이다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 1 채널(20)과 제 2 채널(40)은 서로 직접 연결될 수도 있고, 또한 별도의 연결부재(미도시)에 의해 연결될 수도 있다.
먼저, 제 1 채널(20)과 제 2 채널(40)을 서로 직접 직렬로 연결하는 일례로서, 제 1 만곡홈(15)과 제 2 만곡홈(35)이 서로 연결되도록 제 1 및 제 2 케이싱(30)의 내측면을 설계할 수 있다.
상세하게, 도 4를 참조하면, 제 1 채널(20)의 종료부(24)와 제 2 채널(40)의 시작부(42)가 서로 연결되는 연결부분(24, 42)에 한하여, 두 채널이 서로 유체 연통되도록 임펠러(50)의 제 1 및 제 2 유로홈(54)과 케이싱(10, 30)의 제 1 및 제 2 만곡홈(35)이 일부만 겹치고 전체적으로는 서로 어긋나도록 설계할 수 있다.
이를 위해 구체적으로, 다시 도 4를 참조하면, 하우징(10, 30)의 내부에, 제 1 케이싱의 제 1 만곡홈(15)의 일단부와 제 2 케이싱의 제 2 만곡홈(35)의 일단부가 임펠러(50)의 반경 방향의 외측에서 서로 연결되어 형성되는 연결부가 형성될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 임펠러(50)의 외주면(56) 보다 외각 영역에 제 1 및 제 2 만곡홈(35)이 위치하도록 설계할 수 있다. 이것은 외주면(56)의 외각 영역에 유체가 제 2 채널(40)로 이동할 수 있는 공간을 형성하기 위함이다.
이때, 유체공급부(16)를 통해 제 1 케이싱(10) 내부로 유입된 유체가 제 1 채널(20)을 유동하면서 가압된 후, 상기 연결부를 지나 제 2 채널(20)을 유동하면서 추가로 가압되고, 추가로 가압된 유체는 최종적으로 제 2 케이싱(30)의 유체배출부(36)를 통하여 하우징(10, 30) 외부로 배출될 수 있다.
삭제
다만, 다시 도 3을 참조하면, 상술한 연결부분(24, 42)를 제외한 나머지 영역의 제 1 및 제 2 만곡홈(35)은 각각 제 1 및 제 2 유로홈(54)의 형상에 대응되도록 형성되므로, 제 1 만곡홈(15)과 제 2 만곡홈(35)은 연결부분를 제외한 다른 영역에서는 서로 연결될 수 없음은 물론이다.
이와 같이 제 1 만곡홈(15)과 제 2 만곡홈(35)이 직접 연결될 경우 케이싱의 설계만으로 제 1 채널(20)과 제 2 채널(40)을 직렬로 연결시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 유체가 제 1 채널(20)과 제 2 채널(40)을 순차적으로 지나며 가압되도록 제 1 채널(20)과 제 2 채널(40)을 연결시키기 위한 다른 예로서, 별도의 연결부재(미도시)를 도입하여 간접적으로 연결될 수도 있다. 일례로, 연결부재는 제 1 채널의 종료부(24)와 제 2 채널의 시작부(42)에 양 단부가 연결되어 유체를 전달하는 관형부재가 될 수 있다.
이하, 다시 도면을 달리하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 고압 다단 재생형 유체기계(100, 이하 멀티 재생형 유체기계)에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 고압 다단 재생형 유체기계를 도시한 사시도이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 고압 다단 재생형 유체기계의 분해사시도이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 고압 다단 재생형 유체기계의 단면사시도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 재생형 유체기계(100)는 본 발명의 일 실시예에 따른 재생형 유체기계(1)를 적어도 2기 이상 연결하여 형성된다. 멀티 재생형 유체기계(100)는 복수의 재생형 유체기계(1)를 연결함으로써 보다 많은 수의 채널을 확보 할 수 있다. 이를 통해 보다 높은 압력을 가진 유체를 이송시킬 수 있다.
멀티 재생형 유체기계(100)를 이루는 개별 재생형 유체기계(1)구조와 기능에 대한 중복된 설명은 생략하고, 단일한 재생형 유체기계(1)와 비교하여 차별화된 구성을 중점으로 설명한다.
멀티 재생형 유체기계(100)는 개별 재생형 유체기계(1)를 직렬로 연결하여 형성된다. 직렬로 연결된다 함은 각 채널이 서로 순차적으로 연결되는 상태 또는 직선적으로 계속 연결되어 있는 상태를 의미할 수 있음은 앞서 살핀 바와 같다.
개별 재생형 유체기계(1)를 연결하는 방법으로 직접 연결하는 방법과 간접 연결하는 방법이 있다.
먼저 직접 연결하는 방법은 어느 하나의 재생형 유체기계의 유체배출부(36)와 다른 하나의 재생형 유체기계의 유체공급부를 별도의 부재 없이 직접 연결하는 방법이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 개별 재생형 유체기계(1)를 직접 연결하는 예로서, 복수의 재생형 유체기계(1) 중 적어도 어느 하나의 제 2 케이싱(30)과 적어도 다른 하나의 제 1 케이싱(10)을 일체로 형성하는 방법이 있다.
보다 상세히, 도 8 및 도 9를 참조하면, 멀티 재생형 유체기계(100)의 중간 부분에 위치하는 허브 케이싱(30)을 도입할 수 있다.
상세하게, 허브 케이싱(30)은 기존 케이싱과 달리 외측면과 내측면의 구별이 없이 양측면 모두 임펠러(50, 90)와 접촉할 수 있도록 형성될 수 있다. 즉 어느 하나의 제 2 케이싱과 다른 하나의 제 1케이싱을 합쳐 일체로 형성되는 허브 케이싱(30)을 도입함으로써 하나의 케이싱 만으로 양측면에 복수의 유체 채널을 형성할 수 있다.
이때, 허브 케이싱(30)의 일측은 기존 재생형 유체 기계와 동일하게 제 1 임펠러(50) 및 제 1 케이싱(10)이 위치하고, 타측에는 제 2 임펠러(50) 및 제 3 케이싱(70)이 위치될 수 있다. 또한 각각의 임펠러(50, 90)는 단일한 모터에 의해 회전 가능하도록 회전축(58)을 공유하도록 형성될 수 있다.
이와 같이 허브 케이싱(30)이 있을 경우, 별도의 결합 구조를 구비하지 않아도 되고, 결합 구조 사이에서 발생할 수 있는 불필요한 유체의 유출을 막을 수도 있다.
다음으로 개별 재생형 유체기계(1)를 직접 연결하는 다른 예로서, 개구 형태의 유체배출부와 이와 대응되도록 형성된 돌출된 형태의 유체공급부를 서로 결합하여 연결하는 방법을 들 수 있다.
이때, 결합하는 방법으로는 유체공급부와 유체배출부간 억지끼움 또는 베어링을 부가하여 결합하는 방법 등이 이용될 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 재생형 유체기계(100) 사이의 결합방법이 이에 제한 되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 실시예에서, 별도의 연결부재(미도시)를 도입하여 개별 재생형 유체기계(1)를 간접적으로 연결할 수도 있다.
이때, 연결부재의 일례로서 복수의 재생형 유체기계 중 어느 하나의 유체배출부(36)와 다른 하나의 유체공급부(16)에 양 단부가 연결되어 유체를 전달하는 관형부재가 적용될 수 있다.
이상과 같은 구조로 이루어진 멀티 재생형 유체기계(100)를 통해 유체를 가압하여 이송하는 것에 대하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 고압 다단 재생형 유체기계의 각 채널을 도시한 구성도이다. 도 11은 도 10에 도시된 각 채널 및 임펠러를 분리하여 제 1 케이싱의 외측면에서 바라본 도면이다. 다만 여기서도 마찬가지로 도시된 각 채널은 가상의 유체 이동 경로이며, 설명을 용이하게 하기 위해 도시된 것임을 밝혀둔다.
도 10을 참조하면, 유체가 제 1 채널(20)의 시작부(24)로부터 종료부(24) 및 이와 연결된 제 2 채널(40)의 시작부(42)를 경유하여 제 2 채널(40)의 종료부(44)까지 유동하며 이송되는 과정은 이미 상술한 내용과 동일하다.
그러나, 멀티 재생형 유체기계(100)는 제 2 채널(40)의 종료부(44)에서 가압 과정을 종료하지 않고, 유체를 다른 개별 재생형 유체기계(1)에 포함된 제 3 채널(60)의 시작부로 이송한다.
그후, 멀티 재생형 유체기계(100)는 제 3 채널(60) 및 제 4 채널(80)을 통해 다시 가압 과정을 반복하며 더 높은 압력을 가진 유체를 이송할 수 있다. 최종적으로 4개의 채널(20, 40, 60, 80)이 직렬로 연결되는 유로를 통해 유체가 가압되는 것이다.
다만, 설계상 요구되는 유체의 압력에 따라 제 3 채널(60) 또는 제 4 채널(80) 중 어느 하나의 채널은 유체 이송에 이용하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 제 3 채널(60)만을 제 2 채널(40)과 연결하고, 제 3 채널(60)과 연결된 제 4 채널(80)은 별도로 형성하지 않거나, 또는 유체가 연통되지 않도록 폐쇄상태로 유지할 수 있다.이 경우 최종적으로 3개의 채널(20, 40, 60)을 통해 3단계에 걸쳐 유체를 가압할 수 있다.
또한, 더 높은 압력이 요구될 경우, 개별 재생형 유체기계(1)를 N 개 추가할 때마다 N 개 이상의 채널이 직렬로 연결된 유로를 생성할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 재생형 유체기계(100)는 N개의 임펠러 만으로 보다 높은 수준으로 유체를 가압할 수 있는 장점이 있다. 그 결과 설계상 필요로 하는 임펠러의 개수 또는 임펠러의 회전수를 감소시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 고압 다단 재생형 유체기계 10 제 1 케이싱
12 제 1 외측면 14 제 1 내측면
15 제 1 만곡홈 16 유체공급부
20 제 1 채널 22, 42 채널의 시작부
24, 44 채널의 종료부 30 제 2 케이싱
32 제 2 외측면 34 제 2 내측면
35 제 2 만곡홈 36 유체배출부
40 제 2 채널 50 임펠러
52 제 1 유로홈 53 베인
54 제 2 유로홈 56 임펠러의 외주면
58 회전축 60 제 3 채널
70 제 3 케이싱 80 제 4 채널
90 제 2 임펠러 100 멀티 고압 다단 재생형 유체기계

Claims (12)

  1. 제 1 면 및 상기 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 구비한 원판 형태의 임펠러로서, 상기 제 1 면 둘레에 원주방향으로 제 1 유로홈이 형성되며, 상기 제 1 유로홈을 구획하는 복수 개의 제 1 베인이 배치되고, 상기 제 2 면의 둘레에 원주 방향으로 제 2 유로홈이 형성되며, 상기 제 2 유로홈을 구획하는 복수 개의 제 2 베인이 배치된 임펠러 및
    상기 임펠러를 둘러싸는 제 1 케이싱 및 제 2 케이싱을 포함하는 하우징을 포함하되,
    상기 제 1 케이싱은 상기 임펠러의 제 1 면과 대향하는 제 1 내측면, 상기 하우징 내부로 유체가 유입되는 유체공급부 및 상기 제 1 유로홈에 대향하도록 상기 제 1 내측면의 둘레에 형성되는 제 1 만곡홈을 포함하고, 상기 제 1 만곡홈 및 상기 제 1 유로홈과의 사이에 상기 유체가 유동할 수 있는 제 1 채널이 형성되며,
    상기 제 2 케이싱은 상기 임펠러의 제 2 면과 대향하는 제 2 내측면, 상기 하우징 내부로부터 상기 유체가 배출되는 유체배출부 및 상기 제 2 유로홈에 대향하도록 상기 제 2 내측면의 둘레에 형성되는 제 2 만곡홈을 포함하고, 상기 제 2 만곡홈 및 상기 제 2 유로홈과의 사이에 상기 유체가 유동할 수 있는 제 2 채널이 형성되며,
    상기 하우징에 상기 제 1 채널의 일단부 및 상기 제 2 채널의 일단부가 유체 소통가능하게 연결된 연결부가 구비되어, 상기 유체공급부를 통하여 유입된 유체가 상기 제 1 채널을 유동하면서 가압된 후 상기 연결부를 지나 상기 제 2 채널을 유동하면서 추가로 가압되고, 상기 추가로 가압된 유체가 상기 유체배출부를 통하여 상기 하우징 외부로 배출되는, 고압 다단 재생형 유체기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 하우징의 내부에 구비되도록 상기 제 1 케이싱의 상기 제 1 만곡홈의 일단부와, 상기 제 2 케이싱의 상기 제 2 만곡홈의 일단부가 상기 임펠러의 반경 방향의 외측에서 서로 연결되어 형성되는, 고압 다단 재생형 유체기계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부는 일단부는 상기 제 1 채널의 일단부에 결합되고, 상기 연결부의 타단부는 상기 제 1 채널의 타단부에 결합되어 상기 제 1 채널 측으로부터 상기 제 2 채널 측으로 상기 유체를 전달하는 별도의 관형부재로 형성되는, 고압 다단 재생형 유체기계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 채널 및 상기 제 2 채널 사이의 상기 유체의 이동은 상기 연결부를 통해서만 이루어지는, 고압 다단 재생형 유체기계.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유체공급부 및 상기 유체배출부는 상기 임펠러의 회전 방향에 수직한 방향으로 배치되는, 고압 다단 재생형 유체기계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체공급부는 상기 제 1 채널의 타단부에 연결되고, 상기 유체배출부는 상기 제 2 채널의 타단부에 연결되는, 고압 다단 재생형 유체기계.
  7. 삭제
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 고압 다단 재생형 유체기계를 적어도 2기 이상 포함하되,
    상기 2개 이상의 고압 다단 재생형 유체기계는 제 1 고압 다단 재생형 유체기계 및 상기 제 1 고압 다단 재생형 유체기계에 연결되는 제 2 고압 다단 재생형 유체기계를 포함하는, 멀티 고압 다단 재생형 유체기계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계의 제 2 케이싱과 상기 제 2 고압 다단 재생형 유체 기계의 제 1 케이싱은 일체로 형성되는, 멀티 고압 다단 재생형 유체기계.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체배출부와 상기 제 2 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체공급부가 서로 결합되되,
    상기 제 2 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체공급부는 상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체배출부를 향하여 돌출된 형태로 형성되어 상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체배출부에 끼움 결합되는, 멀티 고압 다단 재생형 유체기계.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계와 상기 제 2 고압 다단 재생형 유체 기계는 서로 이격되도록 배치되되, 상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체배출부와 상기 제 2 고압 다단 재생형 유체 기계의 유체공급부를 연결하는 별도의 관형 연결부재에 의해 서로 유체 소통가능하게 연결되는, 멀티 고압 다단 재생형 유체기계.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 고압 다단 재생형 유체 기계의 제 1 임펠러와, 상기 제 2 고압 다단 재생형 유체 기계의 제 2 임펠러는 단일한 회전축을 중심으로 회전하는, 멀티 고압 다단 재생형 유체기계.
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