KR100482982B1 - 비동질형 자석커플링을 이용한 고온 무누출 자석펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영구자석을 이용한 무누출 자석펌프에 관한 것으로, 고가의 메카니컬 씰을 사용하지 않고 펌프헤드의 완벽한 밀폐가 가능하도록 하기 위해, 펌프헤드케이스와, 펌프헤드케이스 내부를 향해 연장되는 고정회전축을 구비한 압력판을 포함하는 펌프헤드; 고온특성이 우수한 다수의 알니코자석을 내장한 상태로 고정회전축에 회전가능하게 설치되는 종동자석커플링; 베이스판과 베이스판 중심부에서 연장되는 원통부로 이루어져, 베이스판측이 제1자석하우징에 중심이 일치하도록 결합되는 연결축; 다수의 블레이드를 구비하며 원통부에 고정되는 임펠러; 및 상온특성이 우수한 다수의 네오디움자석을 내장한 상태로 모터의 출력축에 설치된 상태에서 종동자석커플링과 압력판을 사이에 두고 대향하도록 배치되는 주동자석커플링;을 포함한 구성으로 이루어져, 고가의 메카니컬 씰을 사용하지 않고도 완벽한 밀폐가 가능하여 유지비를 절감할 수 있고, 비동질자석을 이용하여 커플링간의 전단자기력을 극대화시킴으로써 고온, 고압의 유체를 펌핑하는데 적합할 뿐만아니라 유해물질 및 환경오염물질을 포함한 유체의 펌핑시 누설방지용으로 탁월한 효과를 갖는 무누출 자석펌프를 제공한다.

Description

비동질형 자석커플링을 이용한 고온 무누출 자석펌프{HIGH-TEMPERATURE SEALED MAGNETIC PUMP USING NONHOMOGENEOUS MAGNETIC COUPLINGS}

본 발명은 영구자석을 이용한 무누출 자석펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체가 외부로 누출되는 것을 방지하기 위하여 유체가 유동하는 펌프헤드를 완전히 밀봉하고, 펌프헤드 내·외에 각각 알니코자석 및 네오디움자석이 장착된 커플링을 사용한 비동질자석형 동력전달구조로 동력을 전달하도록 함으로써, 일반적인 펌프에서 밀봉용으로 사용되는 메카니컬 씰(mechanical seal)의 사용이 어려운 고압펌프구조에 적합할 뿐만 아니라 고온의 유체를 펌핑하기에 더욱 적합한 비동질형 고온 무누출 자석펌프에 관한 것이다.

일반적으로 펌프는 압력차를 이용하여 유체를 이송하는 장치로서, 전기적인 동력제공수단인 모터나 기계적인 동력제공수단인 원동기로부터 동력을 전달받아, 흡입구 및 토출구를 제외한 모든 부분이 밀폐되는 펌프헤드의 내부공간에 설치되는 임펠러 또는 스크류를 회전시키는 방법으로 압력차를 형성하여 흡입구로부터 유체를 흡입하여 토출관으로 고압의 유체를 배출하는 장치이다. 모터 또는 원동기의 출력축은 직접 또는 간접적으로 펌프헤드의 내부로 삽입되고, 이와 같이 삽입되는 출력축에 임펠러 또는 스크류 등이 설치되어 동력제공수단의 회전시 함께 회전할 수 있도록 구성된다. 외부로부터 삽입되는 출력축으로 인해 밀봉유지의 취약점을 갖게 되며, 이러한 취약점을 극복하고자 출력축의 외주와 출력축이 관통하는 통공의 내주사이에 위치하도록 메카니칼 씰(mechanical seal)을 설치하여 내부공간을 밀봉시키게 된다.

그러나, 메카니컬 씰은 제한적일 수 밖에 없는 수명 때문에 펌프의 기능을 상실하기가 쉬워 재보수를 하는 경우가 많을 뿐만 아니라, 특히 고압구조에 취약하고 또한 고온의 유체와 접촉시 취약성을 갖는 메카니컬 씰의 특성상 고온 및 고압용도의 펌프에는 사용이 어려운 문제점이 있었다.

즉, 완벽한 밀폐가 불가능함에 따라, 고압 상태로 운전되는 유독성, 가연성 및 방사성물질 등과 같은 유해물질 및 환경오염물질이 포함된 유체를 펌핑하거나, 발전소 등에 사용되는 발전설비의 용수 순환용도 등 고온환경에 사용할 용도로는 부적합한 실정이다.

이상과 같은 종래기술의 문제점을 해소하고자 발명한 것으로서,

본 발명의 목적은 주기적으로 교체해야 하는 고가의 메카니컬 씰을 사용할 필요없이 펌프헤드의 완벽한 밀폐가 가능하고, 고온 및 고압을 요구하는 펌프에 적합하며, 누출시 안전에 큰 위협이 되는 유독성, 가연성 및 방사성물질 등과 같은 유해물질 및 환경오염물질을 포함한 유체의 펌핑에도 적합할 뿐만 아니라, 별도의 윤활유 공급 없이도 마찰에 의한 마모를 감소시키고 마찰열을 감소시켜 펌프의 내구성을 극대화 시키는 고온 무누출 자석펌프를 제공하는 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은

임펠러(30)가 내장되는 펌프헤드(10)를 밀봉한 상태에서 영구자석을 이용하여 동력을 전달하는 자석펌프에 있어서,

흡입구(2) 및 토출구(3)를 구비하는 펌프헤드케이스(5)와, 중심부에서 펌프헤드케이스(5) 내부를 향해 연장되는 고정회전축(50)을 구비하며 펌프헤드케이스(5)를 밀봉하는 압력판(15)을 포함하는 상기 펌프헤드(10);

도우넛형의 제1요오크(35)와, 이 제1요오크(35)의 다수의 지점에 각각 하나 이상의 층으로 설치되는 다수의 알니코자석(40), 및 다수의 알니코자석(40)이 설치된 제1요오크(35)를 내장할 수용홈(51)을 구비하고 중심부에 관통공(59)을 구비하는 제1자석하우징(55)을 포함하며, 상기 고정회전축(20)에 회전가능하게 설치되는 종동자석커플링(50);

원판형의 베이스판(61)과 베이스판 중심부에서 연장되는 원통부(63)로 이루어지고, 베이스판측이 제1자석하우징(55)에 중심이 일치하도록 결합되는 연결축(60);

다수의 블레이드(25)를 구비하며 자체의 중심공을 통해 상기 원통부(63)에 고정되는 상기 임펠러(30); 및

도우넛형의 제2요오크(75)와, 이 제2요오크의 다수의 지점에 각각 하나 이상의 층으로 설치되는 다수의 네오디움자석(80), 및 다수의 네오디움자석(80)이 설치된 제2요오크(75)를 내장할 수용홈(81)을 구비하고 중심부에 관통공(89)을 구비하는 제2자석하우징(85)을 포함하며, 모터의 출력축(95)에 설치된 상태에서 상기 종동자석커플링(50)과 연동가능하도록 상기 압력판(15)의 외측면에 인접하게 배치되는 주동자석커플링(70);을 포함하는 것을 특징으로 하는 비동질형 고온 무누출 자석펌프를 제공한다.

여기서, 상기 종동자석커플링(50)은 제1자석하우징(55)의 관통구(59)에 설치되는 하나 이상의 베어링(21)(22)을 통해 상기 고정회전축(20)에 고정되고, 상기 제1자석하우징(55)은 압력판(15)과 대향하는 측면에 형성되는 다수의 서브블레이드(65)를 구비하며, 상기 연결축(60)은 그 중심을 관통하는 통공(64)을 구비하여, 흡입구(2), 연결축의 통공(64), 베어링(21)(22), 서브블레이드(65), 토출구(3) 순으로 연결되는 유체의 내부유동경로를 갖는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 서브블레이드(65)는 상기 임펠러(30)의 블레이드(25)와 동일한 방향으로 만곡된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정회전축(20)은 그 외주면에 형성되는 다수의 그루브(19)를 구비하여, 흡입구(2), 연결축의 통공(64), 베어링(21)(22) 및 그루브(19), 서브블레이드(65), 토출구(3) 순으로 연결되는 유체의 내부유동경로를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그루브(19)는 축방향과 평행하거나 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 무누출 자석펌프는 크게 펌프헤드(10)와, 펌프헤드(10)에 내장되는 임펠러(30) 및 종동자석커플링(50)과, 전기모터(90) 및, 전기모터에 설치되어 종동자석커플링(50)과 대향하는 위치에 배치되는 주동자석커플링(70)으로 이루어진다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유체를 압송하기 위한 임펠러(30)가 내장되는 펌프헤드(10)는 펌프헤드케이스(5)와 이를 완전히 밀봉하는 압력판(15)으로 구성된다. 펌프헤드케이스(5)에는 임펠러(30) 및 임펠러와 일체로 결합되는 종동자석커플링(50)이 내장될 공간이 형성되며, 유체가 출입하는 유입구(2) 및 유출구(3)가 각각 형성되어 있다. 그리고, 압력판(15)은 그 중심부에서 펌프헤드케이스(5) 내부를 향해 연장되는 고정회전축(20)을 구비하며, 펌프헤드(10)에 내장될 종동자석커플링(50)의 크기에 따라 평판형으로 형성되거나, 고정회전축(20)이 형성된 측의 테두리부분 보다 들여진 형태로 형성되어 내부에 공간을 갖도록 형성함으써 펌프헤드케이스(5)의 내부공간과 함께 축방향으로 길이가 연장된 종동자석커플링(50)을 내장할 수 있도록 한다.

펌프헤드케이스(5)는 또한 내부의 유체를 완전히 배출시키기 위해 형성되는 드레인구멍(6)을 구비하며, 이 드레인구멍(6)은 평상시 밀봉용 볼트부싱(7)에 의해 밀봉상태에 놓이게 된다. 그리고, 압력판(15)과 펌프헤드케이스(5) 사이에는 씰(11)을 넣은 상태에서, 볼트(13)를 체결하여 밀봉하게 된다.

종동자석커플링(50)은 탄소강 재질의 도우넛형의 요오크(35)와, 이 요오크의 다수의 지점에 각각 하나 이상의 층으로 설치되는 다수의 알니코자석(40), 및 다수의 알니코자석(40)이 설치된 요오크(35)를 내장할 수용홈(51)을 갖는 하우징케이스(53)와 이를 폐쇄하는 하우징커버(57)로 이루어지는 자석하우징(55)을 포함한다. 자석하우징(55) 역시 중심부를 관통하는 관통공(59)을 갖는 도우넛형으로 형성된다.

다수의 알니코자석(40)은, 도 2a에 도시한 바와 같이, 요오크(35)의 일측면, 즉 압력판(15)을 향한 면에 다양한 방법으로 배열될 수 있는 것으로서, 배열되는 지점의 수에 따라 알니코자석(40)의 수적증감과 더불어 각 알니코자석(40)의 단면적이 조정될 수 있으며, 또한 각 지점에 설치되는 알니코자석(40)의 층수에 따라 배열되는 영구자석(40)의 수적증감이 있을 수 있다. 알니코자석(40)은 원판형으로 형성되는 것이 바람직하며, 배열시 인접지점의 영구자석간의 거리(X)는 0 에서 부터 영구자석의 반지름(D/2; D=지름)에 해당하는 거리의 범위에서 일정한 간격을 유지하도록 하며, 종동자석커플링(50)과 후술하는 주동자석커플링(70) 사이의 간격과 종동 및 주동 양측의 자석간에 작용하는 인력 및 적용하려는 장치에서 요구하는 토오크(torque)를 고려하여 결정된다.

종동자석커플링(50)과 임펠러(30)는 서로 형상적으로 대응하는 하우징케이스(53)측 평면과 블레이드(25)가 형성되지 않은 임펠러(30)의 배면이 서로 마주보도록 결합되는 것으로서, 상호간에 연결축(60)을 통해 결합된다.

연결축(60)은 상기 원판형의 베이스판(61)과 베이스판 중심부에서 돌출하며 외주면에 나사가 형성된 원통부(63)로 이루어지며, 베이스판(61)측이 하우징케이스(53) 중심부에 볼트체결 또는 용접으로 결합된다. 그리고, 임펠러(30)의 중심공을 원통부(63)가 관통하도록 임펠러(30)를 끼운 후 너트(31)로 체결하여 임펠러(30)를 연결축(60)에 고정함으로써, 임펠러(30)와 종동자석커플링(50)을 일체형으로 형성한다.

상기한 바와 같이, 결합시 서로 마주보는 종동자석커플링(50)의 자석하우징(55)과 임펠러(30)의 평면구조를 형상적으로 대응하도록 함에 따라, 펌프헤드(10) 내부에 위치하는 임펠러(30)와 종동자석커플링(50)간의 일체화를 통해 고정회전축의 길이를 최소화할 수 있게 된다.

이와 같이 일체형으로 결합되는 임펠러(30) 및 종동자석커플링(50)은 상기 압력판(15)에 구비된 고정회전축(20)에 설치된 상태에서 후술하는 주동자석커플링(70)의 회전시 자력에 의해 연동되어 함께 회전하게 된다. 즉, 종동자석커플링(50)을 구성하는 하우징케이스(53)의 내주면과 고정회전축(20)의 외주면사이에 위치하도록 끼움되는 한 쌍의 베어링(21)(22)에 의해 회전가능하도록 설치된다. 베어링(21)과 베어링(22) 사이에는 간격유지를 위한 부싱(23)이 설치되며, 종동자석커플링(50)에는 항상 영구자석의 인력에 의한 축방향하중이 압력판(15))측으로 작용하므로 베어링(21)(22)과 종동자석커플링(50) 사이 및 베어링(21)(22)과 고정회전축(20) 사이의 접촉부위에 별도로 고정용 핀과 같은 체결요소를 결합하지 않아도 된다.

상기한 바와 같이 조립된 상태에서 압력판(15)을 펌프헤드케이스(5)에 조립함과 동시에 임펠러(30) 및 종동자석커플링(50)은 펌프헤드케이스(5) 내부의 정위치, 즉 유체의 펌핑을 위한 작동위치에 위치하게 된다.

상기 종동자석커플링(50)은 전기모터(90)의 회전에 의해 압력판(15)의 외측면에 근접하게 위치하는 주동자석커플링(70)이 회전함에 따라 함께 회전하게 되고, 따라서 임펠러(30)가 회전함으로써 유체를 펌핑할 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 3에 상세히 도시한 바와 같이, 상기 연결축(60)은 중심부를 관통하는 통공(64)을 구비하며, 이 통공(64)은 종동자석커플링(50)이 회전할 때 발생하는 펌핑효과에 의해서 유체가 임펠러(30)측에서 종동자석커플링(50)의 중심부를 경유하여 압력판(15)의 내측면까지 도달할 수 있도록 하는 내부유동경로로서 제공된다. 더불어, 통공(63)을 통한 유체의 순환을 원활하게 하기 위해, 고정회전축(20)의 외주면에 축방향 또는 나선방향으로 형성되는 그루브(19)를 형성한다.

그리고, 도 4에 도시한 바와 같이, 펌핑효과를 발생시키기 위해 압력판(15)의 내측면과 마주보는 종동자석커플링(50)의 하우징커버(57)의 외측면에는 다수의 서브블레이드(65)가 형성된다. 이 서브블레이드(65)는 임펠러(30)에 형성되는 블레이드(25)와 유사하게 형성되는 것으로서, 서브블레이드(65)의 방향은 임펠러(30)에 형성된 블레이드(65)의 방향과 동일하다.

부연하면, 종동자석커플링(50)의 회전시 임펠러(30)에 구비된 블레이드(25) 뿐만아니라 하우징커버(57)에 구비된 서브블레이드(65) 역시 펌핑효과를 발생시킴에 따라, 연결축의 통공(64)을 통해 자석하우징(55)의 관통공(59)측으로 유체가 유입되고, 이어서 각 베어링(21)(22) 자체의 틈을 통하거나 고정회전축(20)에 형성된 그루브(19)를 경유하여 서브블레이드(65)가 위치한 하우징커버(57)와 압력판(15)의 내측면 사이로 유입되어, 최종적으로 하우징커버(57)의 서브블레이드(65)가 발생시키는 추진력에 의해 토출구(3)측으로 빠져나가게 되며, 이와 같이 흐르는 유체는 섭동부의 마찰을 완화하는 윤활제로서의 역할을 수행하게 되어, 베어링의 수명을 증대시키며, 나아가 펌프의 내구성을 향상시키는 효과를 갖도록 한다.

즉, 고정회전축(20)과 자석하우징(55)사이에 위치하는 베어링(21)(22)에 윤활효과가 작용하도록 내부의 유체를 순환시킴으로써 베어링에 발생하는 마찰열을 줄이고 마모를 감소시켜 베어링의 수명을 크게 증대시킬 수 있게되는 것이다.

상기 주동자석커플링(70)은 종동자석커플링(50)과 마찬가지로, 도우넛형의 요오크(75)와, 이 요오크의 다수의 지점에 하나 이상의 층으로 설치되는 다수의 네오디움자석(80), 및 다수의 네오디움자석(80)이 설치된 요오크(75)를 내장할 수용홈(81)을 같는 하우징케이스(83)와 이를 폐쇄하는 하우징커버(87)로 이루어지는 자석하우징(85)을 포함한 구성으로 이루어진다. 마찬가지로 자석하우징(85) 역시 중심부를 관통하는 관통공(89)을 갖는 도우넛형으로 형성된다. 더불어, 다수의 네오디움자석(80)을 배열하는 방법은, 도 2b에 도시한 바와 같이, 종동자석커플링(50)에서 알니코자석을 배열하는 방법과 동일하게 하여 양측의 자석이 일대일로 맞대응하도록 한다. 물론, 주동자석커플링(70)과 종동자석커플링(50) 간에는 서로 끌어 당기는 인력이 작용해야 하므로, 각각에 사용되는 자석(40)(80)의 극성이 서로 다른 것이어야 함은 당연하다 할 것이다.

또한, 주동자석커플링(70)은 전기모터(90)의 출력축(95)에 설치되어 전기모터(90)의 회전에 의해 회전하게 되는 것으로서, 주동자석커플링(70)을 구성하는 자석하우징(85)의 내주면에 부싱(97)을 끼워 전기모터(90)의 출력축(95)에 고정하게 되며, 부싱(97)과 자석하우징(85)을 서로 고정하는 고정핀(98)과, 출력축(95)과 부싱(97)을 서로 고정하는 고정핀(99)을 각각 압입하여 각 경계부위에서 상대적인 회전을 방지하고, 자력에 의해 주동자석커플링(70)이 출력축(95)에서 빠져 압력판(15)측으로 이탈하는 것을 방지하도록 고정한다.

전기모터(90)는 펌프헤드(10) 내부에서 임펠러(30)와 종동자석커플링(50)에 작용하는 마찰력과 요구되는 유체의 토출압력에 따라 결정되는 토오크를 고려하여 선정되어야 하며, 다시 말해 양측의 자석간에 작용하는 인력으로 실현할 수 있는 최대펌프출력 이상의 모터출력을 갖는 것으로 선정되어야 할 것이다.

이상과 같이, 임펠러(30) 및 종동자석커플링(50)이 내장된 상태의 펌프헤드(10)는 지지블럭(105)을 이용하여 펌프받침대(100)에 고정되며, 출력축(95)에 주동자석커플링(70)이 설치된 전기모터(90) 역시 주동자석커플링(70)이 종동자석커플링(50)과 동축상에 위치하도록 지지블럭(110)을 이용하여 펌프받침대(100)에 고정된다.

이하, 이상과 같은 본 발명에 따른 무누출 자석펌프의 작동방법에 관해 설명한다.

우선, 전기모터(90)에 전기를 인가함에 따라 구동자석커플링(70)이 회전하게 되고, 구동자석커플링(70)과 종동자석커플링(50)은 서로 인력이 작용하는 상태에 놓이게 됨에 따라 종동자석커플링(50)이 회전하게 되며, 동시에 종동자석커플링(50)과 일체형으로 결합된 임펠러(30)가 회전함에 따라 펌프헤드(10)의 흡입구(2)로부터 유입되는 유체가 토출구(3)로 빠져나가게 된다. 전기모터(90)의 회전은 주동자석커플링(70)과 종동자석커플링(50)사이에 슬립이 발생함에 따른 펌핑효율의 저하를 방지하고자 처음부터 과도하게 증가시키지 않고 서서히 증가시키는 것이 바람직하며, 따라서 부가적으로 모터의 속도를 제어하기 위한 속도제어기(인버터)(도시 안됨)를 구비한다. 속도제어기는 전원 주파수를 OHz 에서부터 60Hz 일정시간동안 선형으로 증가시킴으로써 자력(흡인력)에 의하여 주동자석커플링(70)과 쌍으로 배치된 임펠러(30)측의 종동자석커플링(50)이 무리 없이 연동되도록 한다. 물론 전원주파수를 선형으로 증가시키지 않고 종동자석커플링(50)의 초기하중이 클 경우와 같이 'S'자 형태의 특정 곡선형태로 증가시킬 수도 있다. 즉, 초기에 주파수의 증가분을 서서히 증가시켜 종동자석커플링(50)에 회전동력이 원활하게 전달되도록 하는 것이다.

물론, 상기한 바와 같이 펌프헤드(10)를 내부를 통과하는 유체의 일부가, 베어링(21)(22)과 같은 섭동부의 마찰을 완화하는 윤활작용과 마찰열을 감소시켜 더욱 원활한 회전이 가능하게 함과 더불어 더욱 효과적인 펌핑이 가능하게 된다.

또한, 종동자석커플링(50)의 알니코자석(40)은 고온에서 우수한 자기적 특성을 갖는 고온 자석이며, 주동자석커플링(70)의 네오디움 자석은 상온에서 우수한 자기적 특성을 갖는 상온 자석임에 따라, 고온의 유체를 펌핑하는데 더욱 우수한 특성을 갖게 되며, 더불어 양측간에 작용하는 인력이 현저히 증가하여 펌프의 출력을 더욱 더 증가시킬 수 있음에 따라 고압을 요구하는 펌프로 사용하는데 있어 더욱 적합한 특성을 같게 된다.

다시 말해, 고온 자석과 상온 자석을 사용한 비동질자석형 동력전달구조를 통해 고온의 유체가 유동하는 펌프헤드 내부에 설치되는 고온특성이 우수한 알니코자석의 세기를 외부에 설치되는 상온특성이 우수한 네오디움자석의 자계 강도(Oersted)세기 수준으로 극대화시키고, 알니코자석 및 네오디움자석을 여러 층으로 적층하여 자속 밀도(Gauss)를 높여 자석커플링을 통해 제공가능한 펌프출력을 더욱 증대시킨 것이다.

종동자석커플링의 알니코자석은 자석하우징에 설치가능한 최대한의 층으로 장착되며, 외부에 위치하는 주동자석커플링의 네오디움자석은 요구되는 커플링간의 전단자기력(shear magnetic force)에 따라 적층되는 층수를 가변적으로 조정하여 적절한 자력이 제공되도록 한다.

도 5를 참조하면, 포화로 설치된 종동자석커플링의 알니코자석과 층수의 변화에 따른 주동자석커플링의 네오디움자석사이에 작용하는 전단자기력의 상관관계를 알 수 있으며, 또한, 자석간 거이에 따른 전단자기력의 상관관계를 알 수 있을 것이다. 즉, 네오디움자석의 층수를 증가시키면 증가된 전단자기력을 구현할 수 있으며, 자석간의 거리가 증가하면 전단자기력이 감소하게 되고, 또한 자석간거리가 증가할수록 네오디움자석의 층수변화에 대한 영향력은 감소하여 어느 정도의 자석간거리에 도달하면 네오디움자석의 층수변화가 전단자기력에 거의 영향을 주지 못하는 것을 알 수 있다.

이상과 같은 특성을 감안하여, 자석간의 거리를 최소한으로 하고, 이 상태에서 네오디움자석의 층수를 필요에 따라 조정하여 자석커플링간에 작용하는 작용하는 전단자기력을 극대화시킴으로써, 극재화된 펌프출력을 실현할 수 있는 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따른 고온 무누출 자석펌프는 주기적으로 교체해야 하는 고가의 메카니컬 씰을 사용하지 않으므로 유지비를 절감할 수 있고, 펌프헤드의 완전한 밀페가 가능하여 메카니컬 씰 사용이 어려운 고압 펌프인 경우에 적합하며, 일반 배관압력계통(10kg/cm2 이하) 뿐만아니라 고압 배관압력계통(250kg/cm2 이하)에서 고압 및 고온 상태로 운전되는 유독성, 가연성 및 방사성물질 등과 같은 유해물질 및 환경오염물질을 포함한 유체의 펌핑시 누설방지용으로 탁월한 효과를 갖는다.

그리고, 고온자석인 펌프헤드 내부의 알니코자석과 상온자석인 외부의 네오디움자석으로 이루어지는 비동질자석형 동력전달구조를 사용함에 따라, 양측의 커플링간에 작용하는 인력의 극대화와 이에 따른 최대펌프출력의 극대화를 실현할 수 있게 된다.

또한, 임펠러와 종동자석커플링을 일체형으로 결합함에 있어서, 연결축에 의해 부가되는 축의 길이를 최소화하여 펌프의 소형화 및 단순화가 가능하여, 기계적 및 구조적 결함이 감소되고, 제작이 용이한 장점을 갖는다.

더불어, 펌핑되는 유체의 일부를 마찰이 발생하는 부분에 공급할 수 있는 구조를 구비함에 따라, 마찰에 의한 마모가 감소하고 마찰열이 감소되어 베어링의 수명을 증대시켜 펌프의 내구성을 극대화 시키는 장점을 갖는 것이다.

이상에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경, 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 비동질형 고온 무누출 자석펌프를 도시한 단면도.

도 2는 영구자석의 배열형태를 도시한 도면으로서, 도 2a는 도우넛형의 요오크에 알니코자석을 배열한 형태를 도시한 정면도 및 단면도이고, 도 2b는 도우넛형의 요오크에 네오디움자석을 배열한 형태를 도시한 정면도 및 단면도.

도 3는 내부유동경로를 도시한 도 1의 펌프헤드부분 확대단면도.

도 4는 자석하우징에 구비된 서브블레이드를 도시한 정면도 및 단면도.

도 5는 포화로 설치된 알니코(ALNICO) 자석과 네오디움(Nd) 자석을 이용한 자석 커플링에서 자석간 거리 및 네오디움자석의 층수변화에 따른 전단자기력(shear magnetic force)의 상관관계를 도시한 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2: 흡입구 3: 토출구

5: 펌프헤드케이스 6: 드레인구멍

7: 볼트부싱 10: 펌프헤드

15: 압력판 19: 그루브

20: 고정회전축 21, 22: 베어링

25: 블레이드 30: 임펠러

35, 75: 요오크 40: 알니코자석

50: 종동자석커플링 51, 81: 수용홈

53, 83: 하우징케이스 55, 85: 자석하우징

57, 87: 하우징커버 59, 89: 관통구

60: 연결축 61: 베이스판

63: 원통부 64: 통공

70: 주동자석커플링 80: 네오디움자석

90: 전기모터 100: 펌프받침대

Claims (6)

1. 내부에 적어도 하나 이상의 자석을 구비하는 종동자석부를 포함하고, 상기 종동자석부에 연결된 임펠러가 회전함에 따라 흡입구를 통하여 유입된 유체가 토출구를 통하여 빠져나가도록 구성된 펌프헤드; 및 내부에 적어도 하나 이상의 자석을 구비하고, 구동모터의 출력축에 연결되고, 그리고 상기 펌프헤드와 소정 간격 이격되어 위치하는 주동자석부;를 구비하고, 상기 구동모터의 회전에 의하여 상기 주동자석부가 회전함에 따라 상기 종동자석부가 회전하여 상기 임펠러를 회전시키는 자석펌프에 있어서,

   상기 종동자석부의 자석은 복수개의 알니코자석이고, 그리고 상기 주동자석부의 자석은 복수개의 네오디움자석인 것을 특징으로 하는 비동질형 고온 무누출 자석펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 종동자석부는 제1자석하우징이고, 상기 펌프헤드는 상기 흡입구 및 토출구를 구비하는 펌프헤드케이스, 및 중심부에서 상기 펌프헤드케이스를 향하여 연장되어 그 주위를 상기 제1자석하우징이 회전할 수 있도록 고정회전축을 구비하고 상기 펌프헤드케이스를 밀봉하는 압력판을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비동질형 고온 무누출 자석펌프.
3. 제2항에 있어서, 상기 펌프헤드의 연결축의 중심을 축 방향을 따라 관통하는 통공이 형성되고, 상기 제1자석하우징의 가운데 부분에 관통공이 상기 통공에 연결되도록 형성되고, 그리고 상기 제1자석하우징과 상기 압력판 사이에 상기 관통공과 연결되도록 통로가 형성되어, 상기 흡입구를 통하여 유입된 유체가 상기 통공, 관통공, 및 통로를 따라 순차적으로 이동할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 비동질형 고온 무누출 자석펌프.
4. 제2항에 있어서, 상기 제1자석하우징의 상기 압력판과 대향하는 측면에 복수개의 서브블레이드가 형성되는 것을 특징으로 하는 비동질형 고온 무누출 자석펌프.
5. 제3항에 있어서, 상기 고정회전축 외주면에 다수개의 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는 비동질형 고온 무누출 자석펌프.
6. 제5항에 있어서, 상기 그루브는 축방향과 평행하거나 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 비동질형 고온 무누출 자석펌프.