JP2017523368A - 局部冷却装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、注入された圧縮空気を温気と冷気に分離して、温気は排出し、冷気は冷却が必要な空間または対象体に吐出するが、電気を使用できない環境（電気の使用が危険な防爆地域および化学工場）、または低電力動作のために電気の使用を最小化しなければならない環境（コンプレッサエアに対する節減および節約、エネルギーセービング（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ）効果を期待する事業場）などで活用可能であり、さらに、防振手段が備えられ、低騒音および低振動で動作する局部冷却装置に関し、圧縮空気が注入される注入口と、注入された圧縮空気から分離された冷気が吐出される冷気ノズルと、前記冷気ノズルおよび注入口に連結された流路部とを含む本体と、前記流路部を貫通して備えられ、温度の変化に応じて流路部の開閉程度を調節する温度調節手段とを含んでなる。【選択図】なし

Description

本発明は、局部冷却装置に関する。より詳細には、注入された圧縮空気を温気と冷気に分離して、温気は排出し、冷気は冷却が必要な空間または対象体に吐出するものであり、電気を使用できない環境（電気の使用が危険な防爆地域および化学工場）、または低電力動作のために電気の使用を最小化しなければならない環境（コンプレッサエアに対する節減および節約、エネルギーセービング（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ）効果を期待する事業場）などで活用される局部冷却装置である。特に、制御パネル（キャビネット）内部の発熱を直ちに無電源状態で感知して、制御パネル（キャビネット）の内部に冷気を吐出して最適な温度と湿度を維持して運転するようにし、適正温度維持の際には圧縮空気の供給を自動的に遮断する温度調節手段が備えられた低振動および低騒音局部冷却装置に関する。

一般的に、局部冷却装置は、費用が安価で信頼性が高く、維持補修の必要性が全くない冷却装置であって、産業現場の随所での局部的冷却の問題に対する解決策として用いられており、産業現場で用いられる一般的な圧縮空気（コンプレッサ）を駆動エネルギー源として使用する。また、局部冷却装置は、機械的駆動部が全くなく、冷たい空気と熱い空気の流れを同時に作り出す。

このような局部冷却装置は、電子制御および通信装備の冷房、産業装備のコントロール（制御）ボックスの冷却（温度維持）、ＰＬＣモータコントローラの冷却（温度維持）、機械加工工程の局部的冷却（切削油の代替）、高温環境に設けられたＣＣＴＶカメラの冷却、溶湯の凝固、ろう付けまたは溶接部位の冷却、大容量スイッチング素子の冷却、高温メカニカルシーリング部位の冷却および苛酷な低温環境作り用性能試験装備の製作などに用いられている。

このような局部冷却装置に関する従来技術としては、韓国登録特許第１０−０８８０２７６号（２００９年０１月２３日）［ボルテックスチューブ］（従来技術１）と、韓国登録特許第１０−０９０１７４１号（２００９年０６月０２日）［ボルテックスチューブを用いた空気乾燥機］（従来技術２）がある。しかし、前記従来技術１および２に提示された局部冷却装置は、回転室の回転誘導部材を通過した圧縮空気が回転しながら分離室の入口に流入し、回転しながら出口に移動するようになっているため、圧縮空気を冷気と温気に分離する効率に劣る。

又、局部冷却装置は、設けられた環境の温度を一定に維持するために、発熱する部位（局部）に冷気を供給し続ける装置として活用されるが、このような自動温度調節機能が備えられた冷却装置に関する従来技術として、韓国登録特許第１０−１２１１４８２号（２０１２年１２月０６日）［ＭＧＯ冷却システム］（従来技術３）、および韓国登録特許第１０−１２９７３８２号（２０１３年０８月０９日）［自動制御冷却装置］（従来技術４）がある。しかし、前記従来技術３および４に提示された自動温度調節手段は、電気を必要とするが、開閉バルブを電気的装置を活用して駆動する。従って、駆動電源を必ず印加しなければならないので、電気を使用できない環境、または低電力動作のために電気の使用を最小化しなければならない環境などでは、使用が難しいという欠点がある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、注入された圧縮空気を温気と冷気に分離して、温気は排出し、冷気は発熱している空間または対象体に吐出して冷却させ、これによって、設けられた空間または対象体の周辺温度を一定に維持することを目的とする。

また、電気を必要としないアナログ（Ａｎａｌｏｇ）式自動温度調節手段が備えられ、電気を使用できない環境（電気の使用が危険な防爆地域および化学工場）、または低電力動作のために電気の使用を最小化しなければならない環境（コンプレッサエアに対する節減および節約、エネルギーセービング（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ）効果を期待する事業場）などでの活用を可能にすることを目的とする。

さらに、開閉部材は、接触端部および傾斜部を有する構造で備えられ、摩擦力を最小化して前後進動作特性が強化され、膨張部材の小さな力にも敏感に反応できることを目的とする。

さらにまた、ハウジングの内側に防振部材を導入して、低振動低騒音で動作することを目的とする。

上記の目的を達成するため本発明の局部冷却装置は、
圧縮空気が注入される注入口と、注入された圧縮空気から分離された冷気が吐出される冷気ノズルと、前記冷気ノズルおよび注入口に連結された流路部とを含む本体と、
前記流路部を貫通して備えられ、温度の変化に応じて流路部の開閉程度を調節する温度調節手段と、を含んでなる。

また、前記温度調節手段は、
本体の正面に備えられた雌ねじ部に結合される調節ねじ部材と、
前記調節ねじ部材の雄ねじ部の内側に形成された空間部に挿入され、温度によって体積が膨張または収縮する膨張部材と、
前記調節ねじ部材の空間部に挿入され、前記膨張部材によって空間部の内部を前後進する加圧部材と、
一端は前記加圧部材の端部と接触する開閉部材と、
前記開閉部材を弾性支持するリターン部材と、を含んでなる。

さらに、前記開閉部材は、
前記加圧部材の端部と接触する接触端部と、
前記接触端部につながり、後方にいくほど直径が大きくなる傾斜部と、
前記傾斜部につながり、前記注入口に配列されて注入口を密閉する側面部と、を含んでなる。

また、前記流路部に連結され、前記本体の後方に配列される冷温気分離室をさらに含み、前記冷温気分離室の外側を取り囲む防振部材をさらに含むことが好ましい。

上記の構成を有する本発明は、
注入された圧縮空気を温気と冷気に分離して、温気は排出し、冷気は発熱している空間または対象体に吐出して冷却させ、これによって、設けられた空間または対象体の周辺温度を一定に維持することができ、
また、電気を必要としないアナログ（Ａｎａｌｏｇ）式自動温度調節手段が備えられ、電気を使用できない環境（電気の使用が危険な防爆地域および化学工場）、または低電力動作のために電気の使用を最小化しなければならない環境（コンプレッサエアに対する節減および節約、エネルギーセービング（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ）効果を期待する事業場）などで活用可能である。

さらに、開閉部材は接触端部および傾斜部を有する構造で備えられ、摩擦力を最小化して前後進動作特性が強化され、膨張部材の小さな力にも敏感に反応し、
さらにまた、ハウジングの内側に防振部材を導入して、低振動低騒音で動作し、
使用者の満足度が高い。

本発明の斜視図である。 本発明の分解斜視図である。 本発明の温度調節手段の詳細図である。 本発明の開閉過程を例示する上側視点および側方視点の断面図である。

以下、添付した図面を参照して本発明を詳細に説明する。

本発明は、多様な変更を加えられて様々な形態を有し得るが、実施形態（態様、ａｓｐｅｃｔ）（または実施例）を本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態について限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物または代替物を含むことが理解されなければならない。

各図面において、同一の参照符号、特に、十の桁および一の桁数、または十の桁、一の桁およびアルファベットが同一の参照符号は、同一または類似の機能を有する部材を表し、特別な言及がない場合、図面の各参照符号の指し示す部材は、かかる基準に準ずる部材として把握すればよい。

また、各図面における構成要素は、理解の便宜などを考慮して大きさや厚さを誇張して大きくしたり（または厚く）、小さく（または薄く）表現したり、単純化して表現しているが、これによって本発明の保護範囲が制限的に解釈されてはならない。
本明細書で使った用語は、単に特定の実施形態（態様、ａｓｐｅｃｔ）（または実施例）を説明するために使われたものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本出願において、〜含む〜、または〜なる〜などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないことが理解されなければならない。

別途に定義されない限り、技術的または科学的な用語を含むここで使われるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味を持っている。一般的に使われる辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されなければならず、本出願において明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されない。

本明細書に記載された〜第１〜、〜第２〜などは、互いに異なる構成要素を区分するために指し示すものに過ぎず、製造された順序にこだわらず、発明の詳細な説明と請求の範囲でその名称が一致しないことがある。
まず、本発明を説明するに先立ち、厳密でない大まかな方向を特定すると、図１に示された通りの状態において、本体１０の位置する左側を前方、ハウジング５０の位置する右側を後方に設定し、これを基準として説明する。また、内側、外側の意味は、一般的な常識上の内部および外部空間の方向を意味し、特別な言及がない限り、特許請求の範囲においてもこれに従う。

図１から確認できるように、本発明に係る局部冷却装置Ａは、本体１０と、温度調節手段２０とを含んでなる。
また、本体１０の後方に結合されるハウジング５０をさらに含んでなる。
同時に、ハウジング５０の外面には、温気が排出される温気出口５１が形成されていることを確認することができる。本体１０の周りに沿って備えられたフレームおよびＯリングの存在も確認可能である。

具体的な各構成を、以下、添付した図面を参照してより詳細に説明する。
まず、図１および図２に示されているように、本発明において、本体１０は、圧縮空気が注入される注入口１１を含んでなる。注入口１１は、空気圧縮機（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）に連結されて圧縮空気が注入される通路で、注入口１１の内周には、ねじ山１１１が形成されているが、これは空気圧縮機との持続的な結合のためのものである。
また、図１および図２に示されているように、本発明において、本体１０は、注入された圧縮空気から分離された冷気が吐出される冷気ノズル１３をさらに含んでなる。

まず、図２を参照すれば、本体１０の後方には冷温気分離室３０が備えられているが、注入口１１を通して注入された圧縮空気が、冷温気分離室３０で冷気および温気に分離され、分離された圧縮空気のうち、冷気の成分は本体１０の冷気ノズル１３に、温気の成分は冷温気分離室３０の後方に備えられた温気ノズル４０に吐出される。
同時に、冷気ノズル１３は、本局部冷却装置Ａが冷却しようとする空間に直接連結され、冷却部位に冷気が直接噴射されるようにすることが好ましい。

また、図４に示されているように、本体１０は、冷気ノズル１３および注入口１１に連結された流路部１５をさらに含んでなる。（図４［Ａ］は上側観察視点の断面図であり、図４［Ｂ］、［Ｃ］は側方向観察視点の断面図である。）流路部１５は、本体１０内部の空間で、前方には冷気ノズル１３が備えられ、側方には注入口１１が備えられていることを、図４を通して確認することができる。

流路部１５は、下記の温度調節手段２０とともに本発明の核心をなす構成で、この流路部１５の開閉によって、冷却しようとする空間の自動温度調節が可能であるが、電気的装置Ａを必要としないアナログ（Ａｎａｌｏｇ）方式の温度調節手段２０を備えているため、制御パネル（キャビネット）内部（冷却しようとする空間）の温度を感知して、制御パネル（キャビネット）内部（冷却しようとする空間）の温度上昇の際、敏感に直ちに反応して冷却し、吐出される圧縮空気（冷気）を制御することでエネルギーセービング（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ）効果があり、冷却しようとする空間の特性上、電気的装置Ａの具備が難しい場合や、または電力消耗を最小化しようとする場合などの一般的な電気制御方式の自動温度調節装置Ａの具備が難しい場合に、より効果的に使用が可能である。

次に、本発明の核心をなす流路部１５を貫通して備えられ、温度の変化に応じて流路部１５の開閉程度を調節する温度調節手段２０についてより詳細に説明する。

上述のように、前記温度調節手段２０は、「非電気的自動温度調節」という本発明の核心的課題をなすための核心的構成要素である。
まず、図２および図４に示されているように、温度調節手段２０は、本体１０の正面に備えられた雌ねじ部１２に結合される調節ねじ部材２１を含んでなる。前記調節ねじ部材２１は、加圧部材２３の初期変位を設定し、これによって、加圧部材２３のストローク（Ｓｔｒｏｋｅ）の長さを調節して、温度調節のための注入口１１の開閉程度の最大または最小値を設定することができる。
すなわち、より明確には、調節しようとする温度の幅を初期セットすることができるが、これを調節ねじ部材２１の雌ねじ部１２内の変位（引出し・引込みの程度）によりセットすることができるのである。

次に、図２および図４に示されているように、温度調節手段２０は、調節ねじ部材２１の雄ねじ部２１１の内側に形成された空間部２１３に挿入され、温度によって体積が膨張または収縮する膨張部材２２をさらに含んでなる。
膨張部材２２は、熱によって体積が膨張する物質で、固体またはゲル（Ｇｅｌ）状態からなることが好ましく、調節ねじ部材２１の雄ねじ部２１１の内側空間部２１３に挿入され、温度が上昇すれば、体積が膨張して空間部２１３を狭め（図４［Ｃ］）、温度が下降すれば、体積が縮小して空間部２１３を広げて、その空間だけ加圧部材の前進が行われるようにする（図４［Ｂ］）。

次に、図２および図４に示されているように、温度調節手段２０は、調節ねじ部材２１の空間部２１３に挿入され、前記膨張部材２２によって空間部２１３の内部を前後進する加圧部材２３をさらに含んでなる。

上述のように、設けられた環境の温度が上昇すれば、膨張部材２２の体積が膨張して空間部２１３を狭めると、ともに空間部２１３に挿入された加圧部材２３は、膨張部材２２に押されて後進して空間部２１３から一部引出され（図４［Ｃ］）、設けられた環境の温度が下降すれば、膨張部材２２の体積が縮小して空間部２１３を広げると、ともに空間部２１３に挿入された加圧部材２３は、膨張部材２２の縮小した分だけ前進して空間部２１３から一部引込まれる（図４［Ｂ］）。

次に、温度調節手段２０は、一端は前記加圧部材２３の端部と接触する開閉部材２４と、開閉部材２４を弾性支持するリターン部材２５とをさらに含んでなる。上述した加圧部材２３の前後進過程で膨張部材２２の体積膨張による加圧部材２３の後進は自然に行われるが、膨張部材２２の体積縮小による加圧部材２３の前進は自然に行われないことから、加圧部材２３の端部と接触する開閉部材２４およびこれを弾性支持するリターン部材２５を通して、加圧部材２３および開閉部材２４の常時前進を弾性支持しなければならない。

また、前記開閉部材２４は、設けられた環境の温度が上昇して加圧部材２３が後進する時、ともに押されて後進して注入口１１を開放することで、注入される圧縮空気の量を増加させ、設けられた環境の温度が下降して加圧部材２３が前進する時、ともに前進して注入口１１を閉鎖することで、注入される圧縮空気の量を減少させる。注入される圧縮空気の量に応じて冷気ノズル１３を通して吐出される冷気の量が変化するため、これによって、設けられた環境（局部）の温度が自動的に調節可能である。
さらに、リターン部材２５は、図２および図４から確認できるように、スプリングからなり、加圧部材２３および開閉部材２４の常時前進を弾性支持する役割を果たす。また、図２および図４から確認できるように、リターン部材２５の端部には仕上げ部材が備えられるが、リターン部材２５の離脱防止および流路部１５の密閉のための一種の「蓋」の役割を果たす。

次に、添付した図面を参照して開閉部材２４についてより詳細に説明する。
本発明の核心的課題が「非電気的自動温度調節」にあることは上述した通りである。
このために、開閉部材２４の特徴は重要な核心的特徴の１つであるが、このような開閉部材２４の特徴を説明すれば、
図３に示されているように、開閉部材２４は、加圧部材２３の端部と接触する接触端部２４１を含み、
接触端部２４１につながり、後方にいくほど直径が大きくなる傾斜部２４３をさらに含み、
傾斜部２４３につながり、前記注入口１１に配列されて注入口１１を密閉する側面部２４５を含んでなる。
このような構造は、開閉部材２４の動作特性を強化するのに寄与するが、一般的に、円筒状や多面体の構造を有する場合には、側面部２４５の摩擦によって開閉部材２４の前後進動作が妨げられることになる。

しかし、本発明で解決しようとする技術課題である「非電気的自動温度調節」においては、膨張部材２２の膨張率によりすべての構成の前後進が決定されるので、開閉部材２４の前後進動作はより敏感に行われる必要がある。
本発明は、このような開閉部材２４の側面部２４５の摩擦を最小化するために、接触端部２４１につながり、後方にいくほど直径が大きくなる傾斜部２４３を備え、傾斜部２４３の下部に側面部２４５を備えるが、接触端部２４１と傾斜部２４３と側面部２４５とがすべて一体となるようにする開閉部材２４を導入した。好ましくは、側面部２４５は、注入口１１の形状に相応する形状を有し、場合によって、注入口１１の完全密閉も保障するのである。

一方、本発明の他の核心的特徴は、局部冷却装置Ａとして動作する過程で「低騒音、低振動」で動作することであるが、本発明に係る局部冷却装置Ａは、図２に示されているように、冷温気分離室３０の外側を取り囲む防振部材３１をさらに含んでなる。

まず、図２から確認できるように、冷温気分離室３０は、流路部１５に連結され、前記本体１０の後方に配列される構成である。したがって、注入された圧縮空気が、冷温気分離室３０で冷気と温気に分離され、冷気は前方に備えられた冷気ノズル１３を通して吐出され、温気は冷温気分離室３０の後方に連結された温気ノズル４０またはハウジング５０に備えられた温気出口５１などに吐出され、冷却しようとする空間に冷気のみを吐出する。
また、防振部材３１は、冷温気分離室３０から発生する振動および騒音がハウジングの外部に放出されないように吸収し、本発明の他の核心的特徴である「低振動、低騒音動作」を実現する。

以下、本局部冷却装置Ａにおいて、圧縮空気が冷気と温気に分離される過程と原理を簡単に説明する。（具体的な説明は、本出願人の前の出願である韓国登録特許第１０−１３８５１４８号（２０１４年４月８日）［高効率局部冷却装置Ａ］からも確認できるので省略する。）

圧縮空気の冷気および温気の分離過程および原理は、冷温気分離室３０の入口に流入した圧縮空気は冷温気分離室３０の内壁に沿って回転しながら出口に移動をし、出口に到達した圧縮空気はその一部が後方の温気ノズル４０に吐出され、吐出されなかった残りの空気は方向を変えて入口に逆流し、逆流する空気は熱を失って冷却されながら冷温気分離室３０の入口を通過して、本体１０に備えられた冷気ノズル１３に吐出されることである。

逆流する空気（すなわち、冷気）が熱を失う理由は、冷温気分離室３０の周縁である内壁に沿って回転して流れる空気は高温状態で冷温気分離室３０の出口側に流れて一部が温気ノズル４０に排出され、残りは冷温気分離室３０の出口側中心部で同じ方向に回転して低温状態になって、冷温気分離室３０の入口側に流れて排出される時、冷温気分離室３０の周縁と中心部とで互いに反対方向に流れる空気（すなわち、温気と冷気）は同じ方向、同じ速度で回転するが、
力学の法則のうち、角運動量（回転運動量）保存の法則によって回転半径の大きい外郭を回転していた気体（すなわち、温気）が、回転半径の狭い内部に流入して循環することになり、回転速度が速くなければならないが、
冷温気分離室３０では、内部を循環する空気（すなわち、冷気）の回転角速度が速くならずに外郭を回る時と同じであるが、これは内部の空気が角運動量を失ったからであり、角運動量を失った内部の空気は、つまりエネルギーを失ったものであり、その結果、温度が下がり、内部の空気が失ったエネルギーは外部を回転する空気に伝達されて、外部を回転する空気が熱くなるのである。

一方、本発明に係る局部冷却装置Ａは、図１および図２から確認できるように、そして上述のように、冷温気分離室３０を含む本体１０の後方を取り囲むハウジング５０をさらに含んでなる。また、本体１０の後端部には、ハウジング５０との結合のための第１結合部１７が形成されており、ハウジング５０の前端部には、第１結合部１７と結合される第２結合部５７が形成されている。図２では、第１および第２結合部１７、５７が相互ねじ結合することを実施例として示した。

また、温気ノズル４０を通して排出される温気の残量排出のための温気出口５１がハウジング５０に通孔形態で備えられていることも、図面を通して確認することができる。以上の本発明の詳細な説明において、各構成の素材、特に、防振部材３１の素材および膨張部材２２の物質の種類などに関連する公知の技術について具体的な説明は省略したが、当業者であれば十分推論し理解して実施できると判断される。

以上、添付した図面を参照して本発明の局部冷却装置Ａを説明するにあたり、特定の形状および方向を中心に説明したが、本発明は当業者によって多様な変形および変更が可能であり、このような変形および変更は本発明の権利範囲に含まれると解釈されなければならない。

Ａ： 局部冷却装置
１０： 本体
１１： 注入口
１２： 雌ねじ部
１３： 冷気ノズル
１５： 流路部
１７： 第１結合部
２０： 温度調節手段
２１： 調節ねじ部材
２１１：雄ねじ部
２１３：空間部
２２： 膨張部材
２３： 加圧部材
２４： 開閉部材
２４１：接触端部
２４３：傾斜部
２４５：側面部
２５： リターン部材
３０： 冷温気分離室
３１： 防振部材
４０： 温気ノズル
５０： ハウジング

Claims (4)

1. 圧縮空気が注入される注入口と、注入された圧縮空気から分離された冷気が吐出される冷気ノズルと、前記冷気ノズルおよび注入口に連結された流路部と、を含む本体と、
   前記流路部を貫通して備えられ、温度の変化に応じて流路部の開閉程度を調節する温度調節手段と、を含んでなり、
   前記温度調節手段は、
   本体の正面に備えられた雌ねじ部に結合される調節ねじ部材と、前記調節ねじ部材の雄ねじ部の内側に形成された空間部に挿入され、温度によって体積が膨張または収縮する膨張部材と、前記調節ねじ部材の空間部に挿入され、前記膨張部材によって空間部の内部を前後進する加圧部材と、一端は前記加圧部材の端部と接触する開閉部材と、前記開閉部材を弾性支持するリターン部材と、を含んでなる局部冷却装置。
2. 前記本体の後方を取り囲むハウジングをさらに含み、
   前記本体は、後端部に形成された第１結合部を有し、前記ハウジングは、前端部に形成され、前記第１結合部と結合される第２結合部を有することを特徴とする請求項１に記載の局部冷却装置。
3. 前記開閉部材が、
   前記加圧部材の端部と接触する接触端部と、
   前記接触端部につながり、後方にいくほど直径が大きくなる傾斜部と、
   前記傾斜部につながり、前記注入口に配列されて注入口を密閉する側面部と、を含んでなる請求項１に記載の局部冷却装置。
4. 前記流路部に連結され、前記本体の後方に配列される冷温気分離室をさらに含み、
   前記冷温気分離室の外側を取り囲む防振部材をさらに含む請求項３に記載の局部冷却装置。

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