JP5744994B2 - ボルテックスチューブ - Google Patents

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Description

本発明はボルテックスチューブに係り、より詳しくはボルテックスチューブの内部空気流入の流れを改善したボルテックスチューブに関するものである。
一般的に、ボルテックスチューブ(Vortex Tube)は産業現場の多くの箇所での局所的冷却問題に対する解決策として使われており、産業現場で使われる一般的な圧縮空気(コンプレッサー)を駆動エネルギー源として使用する。
また、ボルテックスチューブは、機械的駆動部なしで冷気と熱気の流れを同時に形成し、ボルテックスチューブは費用が安くて信頼性が高いし、維持保守の必要性が全然ない冷却装置であり、高温の産業現場である熔接、溶湯などの製造工程に用いられている。
このようなボルテックスチューブに係わる先行技術としては、大韓民国特許庁に出願された特許文献1及び特許文献2などがある。
図1は従来のボルテックスチューブの構造を示す断面図である。
図1に示すように、従来のボルテックスチューブは、圧縮空気の注入のための圧縮空気注入部15が形成された本体10と、前記本体10に結合されて冷気と熱気を発生させるボルテックス発生器14と、前記ボルテックス発生器14に結合される空気循環チューブ12と、前記本体10に結合されるカバー13と、前記カバー13に結合される調節バルブ16及びキャップ17とからなる。
従来のボルテックスチューブは、注入口15から供給された圧縮空気がボルテックス発生器14と空気循環チューブ12を経って冷気と熱気に分離され、熱気は空気循環チューブ12の一側に配置された調節バルブ16との隙間を通じて外部に排出され、冷気は前方の噴射口を通じて噴射される構造のもので、熱気の排出が円滑になされるほどその効率が高くなる。
図2はボルテックスチューブの内部流動を示す概念図である。
図2に示すように、ボルテックス理論について説明すれば、圧縮空気がボルテックスチューブに供給されれば、この空気はノズルを通じてボルテックス回転室の内側面に接しながらチューブの長手方向に対して垂直に噴射される。
このように噴射された空気はつむじ風のような渦流を形成し、チューブの内側壁面に沿って回りながらチューブの端部側に移動する。この際、チューブの端部に付いたバルブを少し開けば、熱くなった空気が一部外部に排出され、排出されなかった残りの空気は再び方向を転換してチューブの中心部に沿って小さなボルテックスを形成したままで逆流する。2次に形成された内部のボルテックスは熱を失って冷却したままでチューブの反対側端部に排出される。
すなわち、従来のボルテックスチューブは、外部で回転する熱気が本体そのもの温度を上昇させて使用者がやけどを負う問題点があった。
大韓民国特許出願第10−2007−0025237号明細書 大韓民国特許出願第10−2008−0005461号明細書
本発明は、空気が冷気と熱気に分離される過程で本体が加熱される問題点を解決することができるボルテックスチューブの構造を提供することにその目的がある。
前記目的を達成するために、本発明によるボルテックスチューブは、本体と;前記本体の後方に結合され、圧縮空気が流入される流入部と;前記本体の内部に設置される中空管状の空気循環チャンバーと;前記本体の内周面と前記空気循環チャンバーの外周面との間の空間に形成され、前記流入部を通じて流入される空気が前方に移動する移動通路と;前記空気循環チャンバーの前方に結合され、前記移動通路を通じて流入される空気を空気循環チャンバーの内部で回転させるボルテックス発生部と;前記本体の前方に結合され、前記空気循環チャンバーから冷却空気が排出される冷却空気排出部と;前記空気循環チャンバーの後方に結合され、前記空気循環チャンバーから高温空気を排出させる高温空気排出部と;を含むことを特徴とする。
そして、前記空気循環チャンバーの前方側外周面には、一定の角度で分割された位置に突起が突設され、前記突起の間で圧縮空気が移動することができる。
また、前記移動通路を通じて流入する圧縮空気は前記空気循環チャンバーの外周面を冷却させることができる。
また、前記高温空気排出部は、排出される空気量を調節するためのバルブを備えることができる。
本発明によるボルテックスチューブは、流入部を本体の後方に設置し、本体と空気循環チャンバーの間に圧縮空気を流入させることで、熱くなった空気が本体に熱を伝達することを遮断する構造を提供するので、空気の分離過程で本体が加熱される問題点を解決することができる利点がある。
従来のボルテックスチューブを示す断面図である。 ボルテックスチューブの内部流動を示す概念図である。 本発明の好適な一実施例によるボルテックスチューブを示す分解斜視図である。 本発明の好適な一実施例によるボルテックス発生部を示す概念図である。 本発明の好適な一実施例によるボルテックスチューブの断面図である。 本発明の好適な一実施例によるボルテックスチューブの内部流動を示す断面図である。
以下、添付図面に基づいて本発明の好適な一実施例を詳細に説明する。
図3は本発明の好適な一実施例によるボルテックスチューブを示す分解斜視図である。
図3に示すように、本発明によるボルテックスチューブは、本体10、流入部20、移動通路12、冷却空気排出部30、高温空気排出部40、ボルテックス発生部50及び空気循環チャンバー60を含んでなる。
前記本体10は、ボルテックスチューブの基本的な骨格をなすフレームの役目をし、中空管の形態である。
そして、前記流入部20は、圧縮空気が貯蔵された圧縮タンク(コンプレッサー)に連結され、これを通じて圧縮空気が流入する。
また、ボルテックス発生部50は、前記移動通路12を通じて前記流入部20から流入する圧縮空気を空気循環チャンバー60の内部にボルテックス状に回転するようにする役目をし、より詳しくは、図4は本発明の好適な一実施例によるボルテックス発生部を示す概念図である。
図4に示すように、ボルテックス発生部50は外周面から内周面側に一定の傾斜で形成された多数の回転誘導通路52を通じて圧縮空気を回転させる役目をする。
また、前記ボルテックス発生部50の中心は、空気循環チャンバー60で冷却された空気が前方に排出されるように貫通されている。
そして、空気循環チャンバー60は、前記流入部20を通じて流入する空気の移動通路12が形成されるように、前記本体10の内部に設置される。前記空気循環チャンバー60は中空管の形態で、一側は開口してボルテックス発生部50に密着し、後方は高温空気排出部40に連結される。
すなわち、空気循環チャンバー60の外周面と本体10の内周面が一定の間隔で結合され、その空間によって移動通路12が形成されるものである。
このような移動通路12は基本的に空気移動通路の役目をするが、空気循環チャンバー60を冷却させる役目もする。
最後に、冷却空気排出部30と高温空気排出部40は前記本体10の前後方にそれぞれ結合されることで、前記空気循環チャンバー60から冷却空気及び高温空気が排出される。
ここで、前記高温空気排出部40は、圧縮空気が流入する流入部20と干渉しないように、一側に偏向した形に前記空気循環チャンバー60に結合されることが好ましい。
そして、前記空気循環チャンバー60の前方側外周面には一定の角度で分割された位置に突起62が突設され、前記突起62の間に圧縮空気が移動する。
前記突起62によって圧縮空気の流れが層流化され、層流化された空気はボルテックス発生部50で一定の角速度で回転するので、空気循環チャンバー60の内部での熱交換効率を高めることができる。
本発明によるボルテックスチューブの作動状態について詳細に説明する。
図5は本発明の好適な一実施例によるボルテックスチューブの断面図である。
図5に示すように、前記高温空気排出部40は、排出される空気量を調節するためのバルブ42が設置され、前記バルブ42を通じて排出される空気量によって冷却空気排出部30を通じて排出される冷却空気の温度を調節することができる。
本発明によるボルテックスチューブは、本体10と空気循環チャンバー60の間に移動通路12が形成され、前記移動通路12を通じて圧縮空気が流入されるので、熱交換過程で高温空気によって本体が加熱される問題点を根本的に解決したものである。
図6は本発明の好適な一実施例によるボルテックスチューブの内部流動を示す断面図である。
図6に示すように、本発明によるボルテックスチューブは、流入部20を通じて圧縮空気が流入すれば、移動通路12を通じて前方に圧縮空気が移動する。
移動した圧縮空気はボルテックス発生部50によって回転し、空気循環チャンバー60の内部で回転しながら後方に移動する。
前記空気循環チャンバー60の内部から後方に移動する空気の一部は高温空気排出部を通じて外部に排出され、一部の空気は空気循環チャンバー60の中心を通じて前方に排出され、冷却空気排出部20を通じて外部に排出される。
すなわち、空気循環チャンバー60の内部で高温の空気が移動し、移動通路12の外部に位置する本体10には熱が伝達されないので、本体が加熱される問題点を解決することができるものである。
以上のように、本発明はボルテックスチューブを提供することを主な技術的思想とし、図面を参照して先に説明した実施例はただ一実施例に過ぎないので、本発明の真正な範囲は特許請求範囲によって決定されなければならない。
本発明は、空気が冷気と熱気に分離される過程で本体が加熱される問題点を解決することができるボルテックスチューブの構造に適用可能である。
10 本体
20 流入部
12 移動通路
30 冷却空気排出部
40 高温空気排出部
50 ボルテックス発生部
52 回転誘導通路
60 空気循環チャンバー
62 突起

Claims (3)

  1. 本体と;
    前記本体の後方に結合され、圧縮空気が流入される流入部と;
    前記本体の内部に設置される中空管状の空気循環チャンバーと;
    前記本体の内周面と前記空気循環チャンバーの外周面との間の空間に形成され、前記流入部を通じて流入される空気が前方に移動されるようにする移動通路と;
    前記空気循環チャンバーの前方に結合され、前記移動通路を通じて流入される空気を空気循環チャンバーの内部で回転させるボルテックス発生部と;
    前記本体の前方に結合され、前記空気循環チャンバーから冷却空気が排出される冷却空気排出部と;
    前記空気循環チャンバーの後方に結合され、前記空気循環チャンバーから高温空気を排出させる高温空気排出部と;を含み、
    前記空気循環チャンバーの前方側外周面には、一定の角度で分割された位置に突起が突設され、前記突起の間で圧縮空気が移動することを特徴とする、ボルテックスチューブ。
  2. 前記移動通路を通じて流入される圧縮空気は前記空気循環チャンバーの外周面を冷却させることを特徴とする、請求項1に記載のボルテックスチューブ。
  3. 前記高温空気排出部は、排出される空気量を調節するためのバルブを備えることを特徴とする、請求項1に記載のボルテックスチューブ。
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