KR0147912B1 - Power saving refrigerating apparatus using gas motor - Google Patents

Power saving refrigerating apparatus using gas motor

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KR0147912B1 KR1019950012796A KR19950012796A KR0147912B1 KR 0147912 B1 KR0147912 B1 KR 0147912B1 KR 1019950012796 A KR1019950012796 A KR 1019950012796A KR 19950012796 A KR19950012796 A KR 19950012796A KR 0147912 B1 KR0147912 B1 KR 0147912B1
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Abstract

가스모타 이용 절전 냉동장치의 발명의 요지는 유체기기의 일종인 공기모타 에너지 이용효율을 높일 수 있도록 설치 구성을 개선하여 유체 에너지의 낭비와 손실을 줄여주는 기체모타 직렬 연결장치와 열이동에 따른 에너지 전달을 냉매물질의 상태변화로 바꾸어서 활용할 수 있도록 하기 위하여 공기모타를 구동시키는 데 사용되는 유체 매개체를 불응축 가스인 공기를 사용하는 대신에 증발온도가 매우 낮고 상태변화를 쉽게 일으키는 특성을 가진 고압가스 냉매를 사용하여서 열이동으로 나타나는 고압가스 냉매의 상태변화 특성을 유체기기의 회전력 동력으로 얻어서 회수된 동력에너지 만큼 절전효과를 얻을 수 있게 되는 가스모타 이용 절전 냉동장치를 구성하게 된 것이다.The invention of the power saving refrigeration device using gas motor is a gas motor series connection device that reduces the waste and loss of fluid energy by improving the installation configuration to improve the efficiency of using the air motor energy, which is a kind of fluid equipment, and energy due to heat transfer. High pressure gas with very low evaporation temperature and easy change of state instead of using non-condensable air in the fluid medium used to drive the air motor so that the transfer can be utilized by changing the state of the refrigerant material. By using the refrigerant to change the state characteristics of the high-pressure gas refrigerant represented by the heat transfer by the rotational power of the fluid device to configure the power saving refrigeration device using a gas motor to obtain a power saving effect as the power energy recovered.

첫째로, 기체모타 직렬연결장치는 압축공기로 구동되는 공기모타의 에너지 이용효율을 높일 수 있도록 공기모타 사용할때 설치방법을 단일장치의 병렬구성에서 다수장치의 직렬구성으로 변경 개선하여서 에너지 이용율을 10%에서 70% 이상으로 높인 것이다.First, the gas motor series connection device improves the energy utilization rate by changing the installation method from the parallel configuration of a single device to the serial configuration of a plurality of devices when using the air motor to improve the energy utilization efficiency of the air motor driven by compressed air. It is increased from 70% to more than 70%.

기존의 공기모타 사용방법인 단일장치 병렬구성으로는 각각 1개씩의 공기모타를 구동하면서 대기중에 압축공기를 방출하면서 구동시키게 되는데 이때 대기중에 방출되는 압축공기는 많은 유체의 운동에너지를 함유한체 낭비되어 손실로 벼려지므로 실제로 얻게 되는 에너지 이용효율은 10% 이내로서 매우 낮다. 이러한 저효율을 개선시키기 위하여 직렬구성으로 설치방법을 변경하여 다수대(본 발명장치는 11대로 구성함)의 공기모타를 연결 구동하게 되면 마지막단의 공기모타 출구측에 1대를 구동시킬 때와 같은 양의 압축공기가 나가도록 하면 직렬 연결된 다수개의 공기모타는 흐르는 유체량과 유체속도가 동일하므로 1대와 같은 정격 회전력으로 구동되어서 같은 양의 압축공기를 소모하면서 더 많은 동력 에너지로 변환시킬 수 있게 되는 것이다. 대기중에 방출되는 부분과 흡입되는 부분에서 발생되는 에너지 손실을 줄이기 위하여 마지막 단의 공기모타의 출구측과 압축기의 흡입측을 연결하므로서 순환도는 싸이클을 이루게 하여 에너지 낭비와 손실을 최소화하여 에너지 이용효율을 높여서 유체기기를 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 기체모타 직렬 연결장치며,In a single device parallel configuration, which is a conventional method of using air motors, each air motor is driven while releasing compressed air into the atmosphere. At this time, the compressed air released into the atmosphere wastes a lot of fluid containing kinetic energy. The energy utilization efficiency actually obtained is very low, within 10% because it is forgiven for loss. In order to improve such low efficiency, when the installation method is changed to a series configuration and the plurality of air motors (the device of the present invention comprises 11 units) are connected and driven, the same operation as when driving one unit to the air motor outlet side of the last stage When a lot of compressed air is discharged, a plurality of air motors connected in series have the same flow volume and fluid velocity, so they are driven by the same rated rotational force to convert more power energy while consuming the same amount of compressed air. Will be. In order to reduce the energy loss generated in the part emitted to the atmosphere and the part sucked in, the circulation degree is cycled by connecting the outlet side of the air motor of the last stage and the suction side of the compressor, thereby minimizing energy waste and loss, and thus the energy utilization efficiency. It is a gas motor series connection device that can increase the efficiency of fluid equipment.

둘째로, 가스모타 이용 절전 냉동장치를 구성하기 위하여서 공기모타를 구동시키기 위하여 사용되고 있는 유체 매개체를 압축기의 동력으로만 충진되는 불응축 가스인 공기를 사용하는 대신에 액체에서 기체로 기화될때 증발온도가 낮아서 상온의 대기온도에서도 대기열을 흡수함으로써 고압의 강한 압력을 갖게 되어 압축공기보다도 더 강하게 공기모타를 구동시킬 수 있는 고압가스 냉매를 유체 매개체로 하여서 공기모타를 구동시키도록 하였다.Second, the evaporation temperature is evaporated when the fluid medium used to drive the pneumatic motor in the gas motor is vaporized from liquid to gas instead of using air, a non-condensable gas filled only by the power of the compressor. It is low and absorbs the queue even at ambient temperature, so it has a high pressure and high pressure, and the air motor is driven by using a high-pressure gas refrigerant that can drive the air motor more strongly than compressed air.

고압가스 냉매로서 공기모타를 구동시킴으로서 열이동 에너지를 이용할 수 있게 되어서 열펌프로서 작동하기 위하여 사용되는 고압가스 냉매 순환용 압축기 동력의 역학적 에너지와 증발기의 열흡수 및 응축기의 열방출로 연결되어서 열이동으로 전달되는 에너지 전달의 효과가 합해져서 냉매순환을 돕게 되므로써 단일장치 내에서 랭킨 싸이클과 역랭킨 싸이클의 원리가 활용되어지는 복합장치를 구성할 수 있게 되어서 기존의 고압가스 냉동장치에서와 마찬가지로 냉,난방 장치의 기능을 갖춘 열 펌프로서 활용하면서도 순환되는 유체 냉매의 비운동에너지를 동력으로 회수하여 이용할 수 있게 되는 것이다.It is possible to use heat transfer energy by driving air motor as high pressure gas refrigerant, which is connected to mechanical energy of circulating compressor power used to operate as heat pump, heat absorption of evaporator and heat release of condenser. By combining the effects of energy transfer to the system to help refrigerant circulation, it is possible to construct a complex device utilizing the principles of the Rankine cycle and the reverse Rankine cycle in a single device. While being utilized as a heat pump with a function of a heating device, the non-kinetic energy of the circulating fluid refrigerant can be recovered and used as power.

열펌프로서 구성된 고압가스 냉동장치의 계통내에 순환되고 있는 유체 냉매의 비운동에너지를 효율적으로 이용하기 위하여 유체기기의 에너지 이용율을 높여주는 기체모타 직렬 연결장치를 설치하여서 같은 양의 유체 냉매흐름으로 많은 동력에너지를 회수할 수 있도록 하여 에너지 이용효율을 향상시킬 수 있는 장치를 구성함으로써 열펌프로서 기능을 수행하면서 그와 동시에 유체기기의 회전력 동력을 얻게 되고 열이동에 따른 에너지 전달효과는 열펌프와 동력회수장치의 효율을 향상시킴으로써 역학적 운동에너지인 유체기기의 회전력 동력을 다각적으로 활용할 수 있도록 하며 기존의 고압가스 냉동장치에 적용하여서 절전형으로 개조 설치할 수 있게 되는 가스모타 이용 절전 냉동장치이다.In order to efficiently use the non-kinetic energy of the fluid refrigerant circulated in the system of the high-pressure gas refrigeration system configured as a heat pump, a gas motor series connection device is installed to increase the energy utilization rate of the fluid equipment. By constructing a device that can recover the power energy and improve the energy utilization efficiency, it functions as a heat pump and at the same time obtains the rotational power of the fluid equipment, and the energy transfer effect of the heat transfer is the heat pump and power It is a power saving refrigeration device using a gas motor that can be applied to the existing high pressure gas refrigeration device and can be retrofitted and installed.

Description

가스모타를 이용한 절전 냉동장치Power saving refrigeration unit using gas motor

본 발명의 목적은 고압가스 냉매 유체의 흐름으로 구동되는 유체기기의 동력을 효율적으로 얻어서 활용할 수 있게 하는 장치를 제공함에 있는 것으로서, 특히 유체기기 구동시 설치방법을 개선하여 동일한 특성과 동일한 구조의 유체기기를 사용하면서도 에너지 이용 효율을 향상시키는 방법을 제공하게 되며, 현재 많이 사용하고 있는 공기모타를 구동시키는 유체매개체를 불응축가스인 공기를 사용하는 대신에 고압가스 냉매를 사용하여서 열을 흡수 또는 방출하면서 기체와 액체로서 상태변화를 일으켜서 일이동에 따른 에너지 전달을 유체기기의 회전운동 에너지로 활용하게 하며, 기존의 고압가스 냉동장치에 적용하여서 냉, 난방장치로서만 이용하고 있는 장치내부에 순환되는 유체냉매로서 유체기기를 구동하여 동력으로 이용할 수 있는 장치를 구성함으로써 회수되는 동력에너지만큼 절전효과를 얻게 되는 것으로, 즉, 열펌프의 기능을 수행하면서 동시에 유체기기를 구동하여 동력을 얻을 수 있게 되는 복합장치인 가스모타를 이용한 절전 냉동장치를 제공함에 있는 것이다.An object of the present invention is to provide a device that can efficiently obtain and utilize the power of the fluid device driven by the flow of the high-pressure gas refrigerant fluid, in particular to improve the installation method when driving the fluid device fluid of the same characteristics and the same structure It provides a method of improving energy use efficiency while using the device, and absorbs or releases heat by using a high-pressure gas refrigerant instead of using non-condensable air in the fluid medium that drives the air motor which is currently used. By changing the state as gas and liquid, the energy transfer according to the movement of the work is used as the rotational kinetic energy of the fluid equipment, and it is circulated inside the device that is used only as a cooling and heating device by applying it to the existing high pressure gas refrigeration system. A device that can be used as a power by driving a fluid device as a fluid refrigerant It is to provide a power-saving effect by the power energy recovered by the configuration, that is, to provide a power-saving refrigeration apparatus using a gas motor, which is a complex device that can perform the function of the heat pump and at the same time drive the fluid equipment. .

일반적으로, 기체나 액체, 즉 유체의 흐름을 이용하여 동력을 얻어서 이용하는 장치로서는 풍차, 수차, 스팀터빈, 가스터빈, 공기모타 등이 있다.In general, wind power, water wheels, steam turbines, gas turbines, air motors, and the like are used as devices that obtain power by using gas or liquid, that is, fluid flow.

이러한 여러 가지의 유체기기들 중에서 자연적인 조건에 의해 만들어진 바람이나 물을 이용한 풍차나 수차 또는 간만의 차에 의한 바닷물을 이용한 조력등은 원리는 단순하고 사용한 역사는 오래되었으나, 자연의 조건이 먼저 갖추어져야 하며 제반 시설을 갖추고 운용하는 데 과다한 경비가 소요되며, 넓은 공간이 필요함은 물론, 설비후 가동하였을 때에 얻을 수 있는 동력이 상대적으로 매우 작기 때문에 실용적으로 많이 쓰이지 않고 인위적으로 만들어진 공간 내부에서 기체운동을 크게 하고, 유체흐름을 빠르게 하여 유체기기를 구동하여서 동력으로 활용하는 방법들이 현실적으로 많이 사용되고 있는 것이다.Among these various fluids, windmills made by natural conditions and tidal waves made by water or aberrations or tidal waters using tidal waters are simple in principle and have a long history of use. It requires excessive cost to equip and operate various facilities, and requires a large space, and because the power that can be obtained after the operation is relatively small, it is not practically used much and it is used in the artificially created space. In order to increase the fluid flow rate and to drive the fluid device by using the power as a power it is a lot of practical use.

본 발명의 공기모타는 각종의 산업현장에서 일반적으로 휴대용 에어공구로서 많이 사용되고 있으나, 사용자들 조차도 작동원리에 대한 특성을 생각지 않고 무관심하게 사용함이 현 실정인 것이다.The air motor of the present invention is generally used as a portable air tool in various industrial sites, but even the users are indifferent to use without thinking about the characteristics of the operation principle.

공기모타는 전기모타에 비하여 그 크기가 작고 가벼워서 휴대하기에 용이하고 실용성이 뛰어나며, 또한 압축공기를 사용하기 때문에 안전성이 우수함은 물론 과부하로 인하여 모타회전이 정지하더라도 전기모타와는 달리 소손될 염려가 전혀 없으며, 인화물질이 다량있는 곳에서도 전기 스파크 등 불꽃이 없기 때문에 화재위험이 없이 유용하게 이용될 수 있는 장점들은 매우 많으나, 그 반면에 에너지 이용 효율이 고압공기를 만드는 압축기 측과 대비할 때 5-10% 이내로서 극히 저조하여 일반적인 동력장치로서 널리 사용되지 못하고, 선박 계통의 특수한 엔진의 시동장치나 인화가스 발생으로 화재위험이 상존하여 있는 유조선의 갑판상에 있는 동력장치들, 그리고 휴대용 공압공구 등 특수한 용도에 한정되어서 사용되어 왔던 것이다.Compared to electric motors, air motors are smaller and lighter than electric motors, making them easy to carry and practical. Also, because they use compressed air, they are excellent in safety and can be damaged even if motor rotation stops due to overload. Although there are no flammable materials and there is no spark such as electric spark, there are many advantages that can be usefully used without risk of fire, while energy utilization efficiency is higher than that of the compressor that makes high pressure air. It is extremely low, less than 10%, and it is not widely used as a general power unit, power units on the deck of oil tankers where there is a fire risk due to the start of a special engine of a ship system or the generation of flammable gas, and portable pneumatic tools. It has been used only for special purposes.

공기모타의 여러 가지 장점들을 보았을 때 장치의 에너지 이용 효율을 높여서 사용범위를 넓혀야 할 것임은 필연적인 과제로써, 따라서 지금까지 공기모타 제조업체에서는 정밀가공 기술로서 단일장치의 이용율을 높이기에 많은 연구와 노력을 기울여 왔으나 그 효율은 선진국 제품인(예컨대, 독일 보쉬, 일본 후지 등)경우에 10%정도에 불과한 것이다.In view of the various advantages of air motor, it is inevitable to expand the range of use by increasing the energy use efficiency of the device. Therefore, until now, air motor manufacturers have made much efforts to increase the utilization of a single device as a precision processing technology. However, the efficiency is only about 10% for developed countries such as Germany, Bosch and Japan.

제1도는 공기의 에너지 효율이 낮은 단일장치 공기모타의 종래사용방법을 도시해 보인 설치계통도.1 is an installation system diagram showing a conventional method of using a single device air motor with low energy efficiency of air.

제2도는 공기모타의 에너지 이용 효율을 개선시킨 기체모타 직렬연결장치를 도시해 보인 계통도.2 is a system diagram showing a gas motor series connection device that improves the energy utilization efficiency of the air motor.

제3도는 에너지 손실을 줄이기 위하여 유체순환 계통내에 기체모타의 직렬연결장치를 설치하여 유체기기의 효율을 개선시킨 기체모타 직렬 연결장치 순환 싸이클장치를 도시한 개략도.3 is a schematic diagram showing a gas motor series connection device circulation cycle device in which a gas motor series connection device is installed in a fluid circulation system to improve the efficiency of a fluid device in order to reduce energy loss.

제4도는 기체모타 직렬연결장치가 실용화될 수 있도록 각각 공기모타를 작동/정지할 수 있는 밸브와 배관이 설치된 기체모타 직렬연결장치 실용화의 설치계통도.4 is an installation system diagram of a commercialization of a gas motor series connection device in which valves and pipes are installed to operate / stop the air motors so that the gas motor series connection device can be put to practical use.

제5도는 고압가스 냉매압축기에 기체모타 직렬연결장치를 설치할 수 있게 하며 순환계통내에 냉매의 상태를 검사하고 충진하기에 용이하도록 하는 기체모타 직렬연결장치 설치용 벨브계통도.5 is a valve system for installing a gas motor series connection device to facilitate the installation of the gas motor series connection device in the high-pressure gas refrigerant compressor and to facilitate the inspection and filling of the state of the refrigerant in the circulation system.

제6도는 종래의 고압가스 냉동장치에 응용되어 가스모타를 이용한 절전 냉동장치를 구성하는 장치의 계통도.6 is a system diagram of an apparatus for applying a conventional high pressure gas refrigeration apparatus to configure a power saving refrigeration apparatus using a gas motor.

제7도는 제6도를 기본으로 하여 고온상태의 응축기와 저온상태의 증발기에 남은 잔여의 일을 교환하여 열전달 에너지의 효율을 개선하여 구성되는 가스모타를 이용한 절전 냉동장치의 전체계통도.7 is an overall system diagram of a power saving refrigeration apparatus using a gas motor configured to improve the efficiency of heat transfer energy by exchanging the remaining work remaining in the high temperature condenser and the low temperature evaporator on the basis of FIG.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

DT,C1-C11:압축기 EM:전기모타DT, C1-C11: Compressor EM: Electric Motor

G1-G11:가스모타(공기모타) V1-V6:밸브G1-G11: Gas motor (Air motor) V1-V6: Valve

P1-P6:파이프연결구 K1-K11:동력연결용커플링P1-P6: Pipe connector K1-K11: Coupling for power connection

따라서, 본 발명에서는 유체기기의 에너지 이용 효율을 높이기 위하여 기존의 유체기기의 설치방법을 변경하여 개선시킨 것으로서, 종래 10%에 불과한 에너지 이용효율을 70-80%정도까지 높일 수 있게 된 것이다.Therefore, in the present invention, by improving the installation method of the existing fluid equipment in order to increase the energy utilization efficiency of the fluid equipment, it is possible to increase the energy utilization efficiency of only 10% to 70-80%.

유체기기의 에너지 효율을 개선하기 위해서는 해당 유체기기의 작동원리를 각 종류별로 비교 검토하여 작동중에 나타나는 현상을 관찰하여 문제점을 파악해야만이 비로소 방법을 개선할 수 있게 된다.In order to improve the energy efficiency of the fluid equipment, it is only possible to improve the method by comparing the principle of operation of the fluid equipment with each type and observing the phenomena occurring during the operation.

유체기기 중에서 특히, 기체상태로 구동되는 유체기기의 대표적인 장치인 증기터빈과 공기모타를 비교해 보면, 증기터빈이나 공기모타는 양자가 고압기체의 빠른 흐름에 의해서 터보 회전자 또는 로터리 회전자를 고압의 유체가 밀어서 구동되는 원리자체는 동일하게 생각할 수 있지만, 고압기체가 만들어지는 과정 및 에너지원은 다르다.Compared with the steam turbine and the air motor, which are representative devices of the fluid equipment driven in gaseous state, among the steam equipment, the steam turbine and the air motor are both high pressure gas and the turbo rotor or the rotary rotor The principle in which a fluid is driven by pushing can be thought of as the same, but the process and energy source of making a high-pressure gas are different.

즉, 증기터빈이나 증기모타(공기모타와 거의 같은 구조의 회전기기임)의 에너지원은 열이 전달되는 것으로서 물을 유체 매개체로 하여 물이 대기압에서 100℃이상의 온도로 가열되면 끓어서 고온 고압의 증기가 되어 강한 압력으로 증기터빈 회전자를 밀어서 증기터빈을 구동시키게 되는데, 1차 터빈을 구동시키고 나서도 증기는 고온 고압의 상태이므로 2차 터빈, 3차 터빈 등 온도와 압력이 유지되는 한 계속 사용하여 에너지 이용 효율을 높이는 방법으로 구동시키게 된다.In other words, the energy source of the steam turbine or steam motor (which is a rotary machine of almost the same structure as the air motor) is heat transfer, and when water is heated to a temperature above 100 ° C from atmospheric pressure, the water boils and is heated at high pressure. The steam turbine rotor is driven by a strong pressure to drive the steam turbine. Even after the primary turbine is driven, the steam is at a high temperature and high pressure. Therefore, the steam turbine is continuously used as long as the temperature and pressure of the secondary turbine and the third turbine are maintained. It is driven by the method of increasing energy use efficiency.

그러나 고온고압의 증기온도에 비하여 대기온도인 주위온도는 대단히 낮기 때문에 급격하게 냉각되어서 터빈을 구동시키고 난 고온고압의 증기는 온도와 체적이 급격하게 감소되어 압력이 낮아지므로 계속해서 터빈을 구동시킬 수 없게 된다.However, since the ambient temperature, which is the atmospheric temperature, is very low compared to the steam temperature of high temperature and high pressure, the steam of the high temperature and high pressure that has been cooled rapidly to drive the turbine can be continuously driven because the temperature and volume decrease rapidly and the pressure is lowered. There will be no.

이에 반하여, 공기모타는 에너지원이 동력에너지로서 불응축 가스인 대기중의 공기를 기계적으로 압축하여서 일정한 용기안에 많이 저장하여 압력이 높아진 상태로서 고압공기를 만들게 된다.On the contrary, the air motor mechanically compresses the air in the atmosphere whose energy source is the non-condensable gas as the power energy, and stores a lot in a certain container to make the high pressure air in a state where the pressure is high.

이와 같이 만들어진 고압의 압축공기를 배관을 통해서 공기모타를 통과시키고 저압축인 대기중에 방출하면서 공기모타를 구동하게 되는데, 이러한 형태의 공기모타 사용방법은 강한 압력과 속도로 대기중에 방출되는 압축공기 속에 포함된 많은 에너지를 손실로 낭비하여 버리게 된다.The high-pressure compressed air made in this way passes the air motor through the pipe and releases it into the low-compressed atmosphere while driving the air motor. This type of air motor is used in the compressed air discharged to the atmosphere at high pressure and speed. It is a waste of much of the energy involved.

본 발명에서 첫 번째로 에너지 이용효율을 개선시키는 방법은 대기중에 방출되는 유체에너지의 손실을 줄이기 위하여서 기체보다 직렬연결장치를 사용하여 유체흐름의 에너지를 크게 활용할 수 있게 하였다.In the present invention, the first method of improving the energy utilization efficiency allows the use of the energy of the fluid flow using the series connection device rather than the gas in order to reduce the loss of fluid energy released into the atmosphere.

기체모타 직렬연결장치로서 유체기기 에너지의 이용효율을 향상시키는 방법을 상세하게 이해하기 위해서는 먼저 종래의 공기모타 사용방법인 단일장치 병렬구성으로서 공기모타를 구동시키기 위해서 공기 압축기를 사용하여 대기중에 있는 공기를 압축탱크에 충전하고, 5㎏/㎠ 이상의 압축공기로 만들어야 하며, 이 압축공기로서 공기모타를 통과시켜서 대기중에 방출시킬 때 빠른 속도로 직진하는 고압공기가 회전자를 밀게 되므로 결국 공기모타가 회전하게 되는데, 이때 공기모타의 회전력은 공기모타 내부를 통해서 흐르는 유체의 비운동에너지(유체의 질량 × 유체속도의 제곱 × 1/2)에 의해서 결정되겠으나, 기존방법인 단일장치로 공기모타를 구동하였을 때 공기모타에서 얻어질 수 있는 회전력은 고압공기 유체의 비운동에너지의 10% 이내로서 소량에 불과하며, 이때 대기중에 방출되는 고압공기는 많은 유체운동에너지를 함유한 채로(90%이상) 빠른 속도를 가지고 대기중에 버려지고 있기 때문에 손실로 낭비하여 버려지는 것이다.In order to understand in detail how to improve the utilization efficiency of fluid equipment energy as a gas motor series connection device, air in the air using an air compressor to drive the air motor in a single device parallel configuration, which is a conventional method of using air motors To the compressed tank and make compressed air more than 5㎏ / ㎠, and when the air is passed through the air motor and released into the atmosphere, the high-pressure air going straight forward pushes the rotor. In this case, the rotational force of the air motor is determined by the specific kinetic energy of the fluid flowing through the inside of the air motor (the mass of the fluid × the square of the fluid velocity × 1/2), but the conventional method of driving the air motor The torque that can be obtained from the air motor is within 10% of the specific kinetic energy of the high pressure air fluid. It is only a small amount. At this time, the high-pressure air released into the atmosphere is wasted as a loss because it is thrown into the atmosphere at a high speed with a lot of fluid kinetic energy (90% or more).

압축공기로서 구동되는 공기모타의 에너지 이용 효율을 산업현장에서 실제적으로 산출하기 위해서는 일정량의 압축공기를 충진하는데 소요되는 동력과 공기모타가 정격출력으로 구동되면서 소비되는 압축공기의 실제 소비량을 각각 산출하여서 비교해 보아야 할 것이다.In order to actually calculate the energy utilization efficiency of the air motor driven as compressed air in the industrial field, the power required to fill a certain amount of compressed air and the actual consumption of the compressed air consumed while the air motor is driven at the rated output are calculated. It should be compared.

공기 압축기의 압축공기의 토출향은 정격 소비전력에 따라서 거의가 일정하게 나타나는데 비하여, 공기모타가 구동되는데 필요한 압축공기의 소비량은 제작회사의 기술수준 및 구조에 따라서 상당히 큰 차이가 나타나는데 이는 에너지 이용 효율이 크게 다르다는 것을 반증한다.While the discharge direction of the compressed air of the air compressor is almost constant according to the rated power consumption, the consumption of the compressed air required to drive the air motor varies considerably according to the manufacturer's technical level and structure. This proves to be very different.

다음에 첨부된 비교표는 각 제조업체의 제품을 참조하여 비교한 자료이다.The following comparison table is a comparison of each manufacturer's products.

위의 자료에서 나타난 바와 같이 공기압축기의 압축공기의 토출량에 비하여 동일출력의 공기모타가 소비하고 있는 압축공기의 평균공기 소비량은 10-20배 정도에 이르는 것을 확인할 수 있다.As shown in the above data, it can be seen that the average air consumption of compressed air consumed by the same output air motor is about 10-20 times higher than that of compressed air of the air compressor.

공기모타를 사용하는 공압기기들은 전동기기들에 비하여 소형, 경량이며, 편의성, 안전성, 내구성 등에서 많은 장점들을 가지고 있으면서도 널리 사용되지 못하고 있는 이유는 무엇보다도 에너지 이용효율이 10% 이내로서 너무 낮기 때문에 특별한 경우를 제외하고는 사용상에 많은 제약을 받음에 기인한다.Pneumatic devices that use pneumatic motors are smaller, lighter than electric machines, and have many advantages in convenience, safety, and durability, but are not widely used because the energy use efficiency is too low, within 10%. Except in the case of the use is due to many restrictions.

다음은 공기모타의 압축공기 소비량에 따른 공기모타의 회전력 특성을 실제로 확인하기 위한 실험결과와 기체모타 직렬연결 장치로서 손실로 낭비되고 있는 에너지의 손실을 줄이고 에너지 이용효율을 증가시키는 방법과 실제 현상을 단계적으로 구성하여 이를 비교설명하고 있다.The followings are the results of experiment to confirm the rotational force characteristics of the air motor according to the compressed air consumption of the air motor, and the method and the actual phenomena to reduce the energy loss and increase the energy utilization efficiency. It is constructed in stages and compared.

첨부된 제1도에서부터 제3도는 에너지 이용효율을 실제 실험에 의해서 비교분석하여 설명한 것이다.1 to 3 illustrate the comparative analysis of energy use efficiency by actual experiments.

이 실험에 사용되는 공기모타는 5㎏/㎠의 압축공기 압력에서 10,000RPM으로 회전하는 그라인더에 사용하는 공기모타이다.The air motor used in this experiment is an air motor used in a grinder rotating at 10,000 RPM at a compressed air pressure of 5 kg / cm 2.

제1도는 종래의 방법대로 공기모타를 사용한 것을 나타낸 것으로서, 이때 단일장치로 설치되어 대기중에 방출하면서 정격회전수 10,000 RPM으로 구동되고 있는 공기모타를 연속적으로 정상운전하기 위해서는 10배 이상의 출력을 가진 공기 압축기로서 압축공기를 계속해서 충진해야만 공기모타에서 소비되는 압축공기를 충당하여 충진시킬 수 있는 것이다.1 shows the use of the air motor according to the conventional method, in which air having a power of 10 times or more in order to continuously operate the air motor which is installed as a single device and discharged into the atmosphere and is driven at a rated speed of 10,000 RPM Compressed air must be continuously filled as a compressor to fill and fill the compressed air consumed by the air motor.

만일 압축공기의 출력이 적어서 정격압력이 형성되지 않으면 공기모타를 정지시켜서 압축공기를 소비하지 않는 상태로 기다렸다가 정격압력이 형성되면 압축공기 공급밸브를 열어서 공기모타를 운전하고 압력이 낮아지면 밸브를 닫아서 정지하는 동작을 반복해야 한다. 즉, 공기모타를 연속해서 사용할 수 없게 된다.If the rated pressure is not formed due to the low output of compressed air, stop the air motor and wait without using compressed air.If the rated pressure is formed, open the compressed air supply valve to operate the air motor, and close the valve when the pressure is low. The stopping action must be repeated. In other words, the air motor cannot be used continuously.

이때, 공기모타가 정격압력인 5㎏/㎠에서 정상동작할 때는 공기모타는 정격회전수 10,000 RPM으로 회전하고 있으며, 이때 공기모타 내부의 기체흐름속도(S)와 매초당 기체 소모량(q)은 일정한 상태를 유지하면서 탱크압력이 유지되어 있는 동안 공기모타는 정상적으로 작동하게 되는 것이다.At this time, when the air motor operates normally at the rated pressure of 5㎏ / ㎠, the air motor rotates at the rated speed of 10,000 RPM, and the gas flow rate (S) and the gas consumption per second (q) in the air motor are The air motor will operate normally while the tank pressure is maintained while maintaining a constant state.

제2도에서는 1도에서 단일장치의 공기모타를 구동하면서 유체가 보유하고 있는 에너지의 10% 이내 밖에 사용하지 못하는 결점을 보완하기 위하여 기체모타 직렬연결장치로서 설치구성을 변경개선함으로서 에너지 이용효율을 개선시킨 것이다.In FIG. 2, the gas motor series connection device is changed to improve the energy use efficiency in order to compensate for the drawback of operating the air motor of a single device at 1 degree while using only 10% of the energy possessed by the fluid. It is an improvement.

이때 공기보다 직렬연결장치 사이에서 공기의 누전은 전혀 없어야 하며 맨끝단에 연결된 공기모타 출구에서 제1도 때와 같은 양의 공기를 소모하게 되면 직렬로 연결된 10개의 공기모타 내부를 통과하는 공기의 기체 흐름속도(S)는 동일하게 되므로 10개의 공기모타 회전력은 동일하다.At this time, there should be no leakage of air between the series connection devices than air, and when the air motor outlet connected to the terminal consumes the same amount of air as in the first degree, the gas of the air passing through the 10 connected air motors in series Since the flow velocity S is the same, the ten air motor torques are the same.

본 실험에서는 1도 때에 비교하여 공기저항이 증가하였기 때문에 동일한 회전력을 얻기 위하여서 압축탱크의 공기압력을 5㎏/㎠에서 5.5㎏/㎠로서 10%만큼 더 높였을 때에 정격출력으로 회전하게 되었다.In this experiment, since the air resistance increased compared to 1 degree, in order to obtain the same rotational force, when the air pressure of the compression tank was increased by 10% from 5㎏ / ㎠ to 5.5㎏ / ㎠, it was rotated at the rated output.

유체기기에서 유체저항 증가에 따른 유체압력 상승과 전기장치 저항증가에 따른 압력전압의 공급에서 나타나는 특징은 상이하게 나타나고 있음을 발견하였다.It was found that the characteristics of the fluid pressure increase with increasing fluid resistance and the supply of pressure voltage with increasing electrical device resistance were different.

에너지 이용효율은 크게 증가하였으나 공기의 흡입측과 방출측에서는 에너지 손실이 나타나고 있었다.The energy use efficiency increased significantly, but energy loss appeared on the intake and discharge sides of the air.

제3도에서는 제2도에서도 나타나고 있는 에너지 손실을 줄이기 위해서 공기 압축기의 흡입축과 공기모타의 배출측을 연결하여 유체를 바로 순환시킴으로써 대기중에 흡입, 방출되면서 발생하는 에너지의 손실을 완벽하게 줄일 수 있게 된다.In FIG. 3, in order to reduce the energy loss shown in FIG. 2, the fluid is directly circulated by connecting the suction shaft of the air compressor and the discharge side of the air motor to completely reduce the loss of energy generated by inhalation and release in the atmosphere. Will be.

공기 압축기에 투입되는 에너지는 100%에 가깝게 거의 다 활용할 수 있게 되는 것이다.The energy input to the air compressor will be available almost close to 100%.

기계적인 손실만을 제외사고 모든 에너지를 회수할 수 있다.All energy can be recovered except for mechanical losses.

본 발명의 구성을 위한 기본적인 장치인 공기모타의 기체소모량에 따른 회전력을 비교 실험한 결과에 의해서 다음과 같은 유체회전기기의 특성을 정리할 수 있게 된다.By comparing the rotational force according to the gas consumption of the air motor, which is a basic device for the configuration of the present invention, the characteristics of the fluid rotating device can be summarized as follows.

[실험결과 1][Experiment Result 1]

같은 구조의 기체모타 회전력은 기체모타 내부에 흐르는 기체의 이동속도에 따라서 결정되며 내부기체의 흐름속도는 입구측과 축구측의 압력차이에 따른다.The gas motor rotational force of the same structure is determined by the moving speed of the gas flowing inside the gas motor, and the flow velocity of the internal gas depends on the pressure difference between the inlet side and the football side.

[실험결과 2][Experiment 2]

같은 구조의 기체모타를 외부로 기체누실이 없이 직렬로 연결하여 구동하면 직렬로 연결된 기체모타 내부에 흐르는 기체량은 모두가 동일하므로 직렬연결된 모든 기체모타의 회전력은 동일하다.If a gas motor of the same structure is connected and driven in series without gas leakage to the outside, the amount of gas flowing in the gas motor connected in series is the same, so the rotational force of all the gas motors connected in series is the same.

[실험결과 3][Experiment Result 3]

같은 구조의 기체모타를 직렬로 여러대를 연결하더라도 1대를 구동시킬 때와 같은 양의 기체가 출구측에 나가도록 하면 직렬연결된 모든 기체모타는 1대를 구동시킬 때와 거의 같은 출력으로 회전한다.Even if several gas motors of the same structure are connected in series, if the same amount of gas is sent to the exit side as driving one, all the series-connected gas motors rotate at about the same output as driving one. .

[실험결과 4][Experiment Result 4]

같은 구조의 기체모타를 직렬로 연결하면 기체모타에 의한 흐름에 대한 저항은 배수로 증가하지만, 전체 기체 통로에 있어서 기체모타의 저항은 상대적으로 적어서 탱크측 압력을 조금만 증가시켜도 출구측으로 나가는 기체의 소모량은 같게 할 수가 있고, 모든 기체모타를 정격회전력으로 구동할 수 있다.When the gas motors of the same structure are connected in series, the resistance to the flow by the gas motor increases in multiples, but the resistance of the gas motor in the entire gas passage is relatively small. The same can be done, and all the gas motors can be driven at the rated rotational power.

[실험결과 5][Experiment 5]

불응축가스인 공기와 동일한 압력으로 충진된 고압가스 냉매를 사용하여 기체모타를 구동하여 회전력을 비교한 결과 고압공기에서 구동시킬때보다 고압가스 냉매로 구동시켰을 때 기체모타는 더 큰 화전력으로 구동하였으며 오랜 시간을 구동시킬 수 있었다. (주위열을 흡수하면서 고압가스 냉매가 팽창하기 때문임)Gas motors are driven by using high-pressure gas refrigerant filled with the same pressure as non-condensable gas, and the rotational force is compared. It was able to drive a long time. (Because the high pressure gas refrigerant expands while absorbing ambient heat)

위의 실험과 결과에서 고, 저압의 압력차이를 조절하여 동일량의 기체를 소모하면서 직렬로 연결된 여러대의 공기모타를 정격회전력으로 작동시킬 수 있어서 전체적으로 큰 회전력의 동력에너지를 얻을 수 있음을 알 수 있게 되었다.From the above experiments and results, it can be seen that a large rotational power energy can be obtained as it is possible to operate several air motors connected in series at rated rotational power while consuming the same amount of gas by adjusting the pressure difference between high and low pressures. It became.

기체 모타 직렬 연결장치는 종래의 공기모타를 사용하되 단일장치의 병렬구성으로 사용함으로써 유체의 비운동에너지를 효과적으로 활용하지 못하고 대기중에 방출하여 버리게 되는 에너지의 손실을 줄여서 에너지의 이용효율을 높일 수 있는 방법으로 동일성을 가진 다수개의 공기모타를 직렬로 연결설치하여 유체의 순환싸이클을 이룰 수 있도록 설치구성을 변경, 갱신한 것이다.The gas motor series connection device uses a conventional air motor, but can be used in a parallel configuration of a single device, so that the efficiency of energy utilization can be increased by reducing the energy loss emitted to the atmosphere without effectively utilizing the nonkinetic energy of the fluid. In this way, the installation configuration is changed and updated to achieve the circulation cycle of the fluid by installing and connecting the same air motors in series.

제4도에서는 기체모타 직렬연결장치를 실제로 산업현장에서 활용할 수 있도록 구성된 개통도로서 파이프 배관과 밸브의 설치 계통을 나타낸 것이다.4 shows the installation system of pipes and valves as an opening diagram configured to utilize the gas motor series connection device in an industrial field.

3WAY밸브를 조작하여 유체통로를 공기모타로 통과시키거나 바이패스(측로)시켜서 공기모타를 운전하거나 정지시킬 수 있도록 하는 기체모타 직렬연결장치의 실용화 구성 계통도이다.This is a practical configuration diagram of a gas motor series connection device that operates or stops the air motor by passing the fluid passage through the air motor or by bypassing the 3-way valve.

상기의 실험과 결과에서 알 수 있듯이 기존에 사용하는 공기모타의 설치구성을 변경 개선하므로써, 기체모타 직렬 연결장치를 이용하게 되면 작은량의 압축공기를 소비하면서 다수대의 큰 회전력(직렬연결된 공기모타의 회전력 출력과 유체에너지 손실의 백타적인 합)을 얻을 수 있게 되어서 종래 방법의 단일장치 병렬구성으로 사용할 때에 10% 이내의 낮은 에너지 이용효율을 70-80% 정도로 7배 이상으로 높일 수 있게 되어 공기모타를 효과적 및 실용적으로 사용할 수 있게 한 기체모타 직렬연결 장치이다.As can be seen from the above experiments and results, by changing and improving the installation configuration of the existing air motor, the use of a gas motor series connection device consumes a small amount of compressed air, It is possible to obtain an incredible sum of torque output and fluid energy loss), and it is possible to increase the energy utilization efficiency of less than 10% to 70-80% more than 7 times when using the single device parallel configuration of the conventional method. This is a gas motor series connection device that can be used effectively and practically.

본 발명의 둘째 단계로 가스모타를 이용한 절전 냉동장치를 구성하기 위해서 열 이동에 따른 에너지 이용방법에 대한 물리적인 상태변화의 현상을 정확히 이해하기 위해서는 동력에너지를 얻기 위해서 투입되는 초기 에너지원이 역학적인 동력에너지만을 가해서 불응축 가스인 공기를 충진하여 만들어지는 압축공기를 사용하고 있는 공기모타의 작동특성과 구조에 대비하여 초기 에너지원이 열에너지로서 물을 가열하여서 고압기체로 상태변화를 일으켜 동력을 얻는 증기터빈과 비교하여 에너지원의 차이점과 특성을 파악하여 실용화시키는 방법을 찾아야 되며 증기터빈과 비교하여 에너지원의 차이점과 특성을 파악하여 실용화시키는 방법을 찾아야 되며 증기터빈과 초기의 에너지원은 열에너지로서 같지만 구조적으로나 사용용도는 공기모타와 스팀모타의 작동특성과 구조에 대해서 이해하여야 할 것이다.In the second step of the present invention, in order to construct a power saving refrigeration apparatus using a gas motor, in order to accurately understand the phenomenon of the physical state change of the energy use method according to the heat movement, the initial energy source inputted to obtain the power energy is dynamic. In preparation for the operating characteristics and structure of the air motor using compressed air, which is made by filling the air which is non-condensable gas by applying only the power energy, the initial energy source heats water as thermal energy to generate power by changing the state with high pressure gas. Compared with steam turbines, we need to find out how to find out the practicality of the differences and characteristics of the energy sources and find ways to put them into practical use. It is the same, but its structural and usage are the same as air motor. It should be understood with respect to the operating characteristics of the motor and the team structure.

본 발명에서 특별히 중요한 기능을 담당하는 공기모타(본원 발명장치에서는 기체모타 또는 가스모타라 칭함)는 스팀모타와 비슷한 구조로 만들어진 유체기기로서 내연기관인 가스터빈이나 외연기관인 증기터빈과는 구조 및 사용특성이 판이하게 다른 장치이며, 공기보다(AIR MOTOR)로 제작 및 판매되고 있다.Air motors (particularly referred to herein as gas motors or gas motors), which play a particularly important function in the present invention, are fluid devices made of a structure similar to steam motors, and have a structure and use characteristics with a gas turbine as an internal combustion engine or a steam turbine as an external combustion engine. This is a different device and is manufactured and sold with AIR MOTOR.

가스모타를 이용한 절전 냉동장치를 구성하기 위해서는 공기모타를 보완하여 만들어진 기체모타 직렬연결장치를 종래의 고압가스 냉동싸이클 내에 유체가 순환되고 있는 곳에 응용 설치하여서 싸이클 내부에 빠른 속도로 순환하고 있는 유체의 비운동에너지를 가스모타의 회전하는 동력으로 회수하여 사용하기 위하여 계통내부의 유체가 누설되지 않도록 기체모타 직렬연결장치를 설치사용해야 한다.In order to construct a power saving refrigeration device using a gas motor, a gas motor series connection device made by supplementing an air motor is installed in a place where a fluid is circulated in a conventional high-pressure gas refrigeration cycle. In order to recover and use the non-kinetic energy with the rotating power of the gas motor, the gas motor series connection device should be installed and used so that the fluid inside the system does not leak.

이와 같은 열에너지 전달과 역학적 에너지의 변환장치는 종래의 고압가스 냉동장치나 공기조화장치에서 응용되어 일정한 공간의 열을 흡수하여 유체의 상태변화를 일으키며, 외부에 열을 방출하면서 다시 유체의 상태를 원래대로 변화를 일으키는 순환 싸이클로 구성된 열펌프로서만 이용되어져 왔으나 이때에 고압가스냉매가 빠르게 순환하면서 개통내부를 흐르고 있는 유체의 비운동에너지는 활용하지는 못하고 있었던 것이다.Such a device for transferring heat energy and mechanical energy is applied in a conventional high-pressure gas refrigerating device or an air conditioner to absorb heat in a certain space, causing a change in the state of the fluid, and releasing heat to the outside while resetting the state of the fluid. It has been used only as a heat pump composed of a circulating cycle causing a change, but at this time, the high-pressure gas refrigerant was rapidly circulating and the non-kinetic energy of the fluid flowing inside the opening was not utilized.

단순히 열을 흡수하는 것을 이용한 냉각장치나 열을 방출하는 것을 난방장치로서만 사용하였을 뿐이며 유체가 순환하고 있는 에너지를 활용하지는 못하였던 것이다.The cooling device or the heat dissipation using simply absorbing heat was used only as a heating device and did not utilize the energy circulating in the fluid.

고압가스 냉동싸이클에서 유체싸이클에서, 유체냉매의 순환계통은 냉매 압축기에 의해서 역학적인 동력으로 냉매를 순환시키고 있지만, 이때 열흡수와 열방출은 열이동에너지로서 냉매순환을 돕게되어 압축기의 열량을 적게하는 결과를 나타내고 있음을 발견할 수 있게 되었다.In the high-pressure gas refrigeration cycle, in the fluid cycle, the circulation system of the fluid refrigerant circulates the refrigerant by dynamic power by the refrigerant compressor, but at this time, the heat absorption and heat dissipation help the refrigerant circulation as heat transfer energy, thereby reducing the amount of heat in the compressor. It can be found that the results are shown.

이에 따라서 냉매 압축기에 의해서 투입되는 역학적인 동력에너지보다 더 큰 냉매유체 흐름의 비운동 에너지를 얻을 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to obtain the non-kinetic energy of the refrigerant fluid flow larger than the dynamic power energy input by the refrigerant compressor.

가스모타를 이용한 절전 냉동장치에서는 역학적 에너지인 동력을 가해서 유체 냉매의 상태변화를 일으키며 열에너지의 이동을 일으키게 되는 역랭킨 싸이클의 원리가 적용되어지는 냉동장치로서의 활용과 함께 이와 반대현상으로 나타나는 열에너지 전달에 의해서 유체의 운동을 더 크게 일으켜서 역학적 에너지인 동력장치의 회전운동을 얻게 되는 랭킨싸이클 원리가 적용되어지는 증기터빈 장치와 동일한 원리로서 역랭킨싸이클과 랭킨싸이클이 단일장치의 계통내에서 병행하여 이루어지는 것을 활용하게 되는 것이다.In the power saving refrigeration unit using gas motors, the refrigeration unit, which applies the principle of reverse-rankin cycle, which changes the state of the fluid refrigerant and causes the movement of heat energy by applying mechanical energy, is applied to the transfer of heat energy. This is the same principle as the steam turbine system in which the Rankine cycle principle, which causes the fluid movement to be made larger, thereby obtaining the rotational motion of the dynamic energy device, is applied in parallel with the reverse Rankine and Rankine cycles within the system of a single device. Will be utilized.

랭킨싸이클로 이용되는 증기터빈에서 보일러의 버너에서 열이 가해지면 증발기에서 물이 증발하여 만들어지는 고온고압의 증기로서 터빈을 구동하게 되는 에너지 전달과정 형태는 증발온도 및 작동특성이나 장치의 구조는 다르지만 고압가스 냉동장치의 증발기에서 주위열이나 대기열을 흡수하면서 액체 냉매가 기체냉매로 증발되어서 유체 운동에너지가 더 크게 되는 에너지 전달과정은 동일한 열에너지의 전달계통인 것이다.In the steam turbine used as a Rankine cycle, when heat is applied to the burner of a boiler, the high-pressure, high-pressure steam produced by evaporation of water from the evaporator drives the turbine. The energy transfer process in which the liquid refrigerant evaporates into the gas refrigerant and the fluid kinetic energy becomes larger while absorbing the ambient heat or the queue in the evaporator of the gas refrigerating device is a transfer system of the same heat energy.

열이동으로 전달되는 에너지가 초기에 입력되는 동력에너지에 더해지는 현상을 실제적으로 확인하기 위하여 제작업체 등에서 제작된 공기조화장치를 비교 분석하여 보았다.In order to actually check the phenomenon that the energy transferred by heat transfer is added to the initially input power energy, the air conditioner manufactured by the manufacturer was compared and analyzed.

정격소비전력이 3.2[KW](열량으로 환산하면 3.2X860 = 2.752[Kcal])일 때 냉방능력은 7.80[Kcal]의 열량으로 흡수하여 냉각시킬 수 있게 되며 응측기에서 방출하는 열량은 냉방능력보다 더 크게 된다.When the rated power consumption is 3.2 [KW] (when converted into calories, 3.2X860 = 2.752 [Kcal]), the cooling capacity can be absorbed and cooled by the heat quantity of 7.80 [Kcal]. Becomes larger.

상기의 비교에서 알 수 있는 것은 입력되는 에너지는 2.752[Kcal]로서 적게 투입되었는데, 열이동으로 나타나는 에너지는 7.800[Kcal]이상이 되므로 유체냉매의 비운동에너지의 출력은 7.800[Kcal]이상을 동력에너지로 회수하여 활용할 수 있는 조건이 되는 것이다.It can be seen from the above comparison that the input energy is 2.752 [Kcal], and the energy input by heat transfer is more than 7.800 [Kcal], so the output of non-kinetic energy of the fluid refrigerant is more than 7.800 [Kcal]. It is a condition that can be recovered and utilized as energy.

그러나 실제로는 손실등을 감안하여 80% 정도를 동력에너지로 활용하게 되므로 약 6.000[Kcal] 정도의 에너지를 회수하여 재활용할 수 있게 되는 것이다.In practice, however, 80% of the energy is used in consideration of losses, so that about 6.000 [Kcal] of energy can be recovered and recycled.

이 사실을 잘못 오해하면 입력에너지 2.752[Kcal]에 비하여 더 큰 출력에너지를 얻게되는 것으로서 에너지 보존법칙을 벗어난 것처럼 생각되지만, 이와 같은 결과가 나타나는 것은 열이동에 따라서 전달되는 에너지가 고압가스 냉매의 상태 변화로 나타나며 이는 또한 압축기의 열량을 도와주는 결과가 되기 때문에 증발기와 응축기의 열전달을 더 빠르고 더 많이 하게 되면, 더 많은 열에너지를 이동시킬 수 있게 되어서 더욱 효과적으로 유체기기의 회전 동력 에너지를 얻을 수 있게 된다.If this is misunderstood, the output energy is larger than the input energy of 2.752 [Kcal], which seems to deviate from the law of energy conservation. However, the result is that the energy transferred by the heat transfer is the state of the high-pressure gas refrigerant. This also results in the heat of the compressor, which means that the faster and more heat transfer of the evaporator and condenser, the more heat energy can be transferred and the more effectively the rotational power energy of the fluid unit can be obtained. .

따라서 이와 같은 현상은 에너지 보존법칙에서 전혀 벗어나지 않는 것으로서 열이동으로 열에너지가 전달되는 물리적인 현상이다.Therefore, this phenomenon does not deviate from the law of energy conservation at all and is a physical phenomenon in which thermal energy is transferred by heat transfer.

본 발명의 가스모타를 이용한 절전 냉동장치에서는 열펌프 기능을 사용하는 냉동장치로서 이용하면서도 단일계통내에서 다른 한편에 나타나는 현상인 열에너지 이용에 의해서 유체냉매의 비운동에너지를 크게 하여서 역학에너지인 동력을 얻게되는 장치를 복합적으로 구성하여 장치의 이용효율과 에너지 이용효율을 동시에 향상시킬 수 있도록 가스모타 직렬연결장치가 계통내에 설치되어서 가스모타를 이용한 절전 냉동장치를 구성하게 된 것이다.In the power saving refrigeration apparatus using the gas motor of the present invention, while using as a refrigeration apparatus using a heat pump function, by using the heat energy which is a phenomenon appearing on the other side in a single system, the nonkinetic energy of the fluid refrigerant is increased to increase the dynamic energy power. The gas motor series connection device is installed in the system so that the energy saving refrigeration device using the gas motor is configured to improve the utilization efficiency and energy utilization efficiency of the device by combining the obtained devices.

종래의 고압가스 냉동장치에서 유체냉매의 순환계통내부에 불응축 가스인 공기가 들어가게 되면 냉매 순환용 압축기는 열량이 많아져서 과부하 상태가 되므로전동기에는 과도한 열이 발생하여 운전이 불가능하게 되는 것을 냉동기 운전중에 흔히 경험되게 된다.In the conventional high-pressure gas refrigeration system, when the non-condensable gas is introduced into the circulation system of the fluid refrigerant, the refrigerant circulation compressor is overloaded due to a large amount of heat, so that excessive heat is generated in the motor, making it impossible to operate the refrigerator. It is often experienced in the midst.

이와 같이 고압가스 냉동장치에서는 증발온도가 낮으며 상온에서 쉽게 상태변화를 일으키는 특성을 가진 고압가스냉매가 계통내부를 순환하면서 열이동을 일으키는 열펌프의 매개체로서 열에너지를 빠르게 전달해야만 냉매압축기는 적은 동력에너지를 투입하여서 냉매뮤체를 빠르게 순환시킬 수 있게 되어 냉매유체의 비운동에너지를 더 크게 얻게 되는 것이다.As described above, the high pressure gas refrigerant has a low evaporation temperature and a high pressure gas refrigerant having a characteristic of easily changing state at room temperature transfers thermal energy quickly as a medium of a heat pump causing heat movement while circulating inside the system. By inputting energy, the refrigerant fluid can be circulated quickly so that the specific kinetic energy of the refrigerant fluid is increased.

본 발명장치는 단일계통의 장치에서 냉방 또는 난방장치로서 이용을 할 수 있으며 이때 필연적으로 이루어지는 유체 냉매의 흐름을 이용하여 가스모타의 회전동력을 얻어서 활용하게 되는 다목적인 기능을 동시에 수행하는 장치로서 에너지 이용율을 높이는 가스모타를 이용한 절전 냉동장치이다.The device of the present invention can be used as a cooling or heating device in a single system, and at the same time, it is a device that simultaneously performs a multi-purpose function to obtain and utilize the rotational power of the gas motor by using the flow of the fluid refrigerant which is inevitably made. It is a power-saving refrigeration unit using a gas motor to increase the utilization rate.

첨부된 제5도에는 본 발명장치중의 일부인 기체모타 직렬연결장치를 기존의 고압가스 냉동장치에 실제로 작용할 수 있도록 고압가스 냉매 압축기에 기체모타 직렬연결장치를 설치할 수 있게 하며 계통내부에 순환되고 있는 냉매를 점검하고 운전상태를 알 수 있도록 기체모타 직렬연결장치 설치용 배관과 밸브가 도시되어 있다.In FIG. 5, the gas motor series connection device, which is a part of the present invention device, can be installed in the high pressure gas refrigerant compressor so that the gas motor series connection device can actually operate in the existing high pressure gas refrigeration device. Piping and valves for the gas motor series connection are shown to check the refrigerant and to determine the operating conditions.

이 연결배관과 밸브를 조절하여서 정상 운전하고 있는 냉동장치에 기체모타 직렬연결장치를 쉽게 설치하면서 회전동력 에너지로 이용할 수 있도록 냉매압축기의 토출측과 흡입측에 3개의 밸브와 3개소의 연결관으로 이루어진 장치를 각각 1세트씩 설치하여서 장치설비의 용이성과 고압가스 냉동기의 운전조작을 용이하게 하였다.It consists of three valves and three connecting pipes on the discharge side and the suction side of the refrigerant compressor, so that the gas motor series connection device can be easily installed in the refrigerating device operating normally by adjusting the connecting pipe and the valve. One set of each device was installed to facilitate ease of installation and operation of the high pressure gas refrigerator.

제6도는 기체모타 직렬연결장치를 가스모타를 이용한 절전 냉동장치로서 산업상에 실용적으로 이용하기 위한 계통도인바, 종래의 고압가스 냉동장치에 기체모타 직렬연결장치를 설치하여서 유체 냉매의 비운동에너지를 얻어서 그 회전력 동력으로 추가로 설치된 압축기를 구동시켜서 동력으로 활용하는 장치를 나타내고 있다.6 is a system diagram for practical use of the gas motor series connection device as a power saving refrigeration device using a gas motor. The gas motor series connection device is installed in a conventional high pressure gas refrigeration device to prevent the non-kinetic energy of the fluid refrigerant. The apparatus which obtains and drives the compressor further installed by the rotational force power is shown.

고압가스 냉매는 열에너지를 흡수하거나 배출하면서 기체상태나 액체상태로 상태변화를 일으키면서 순환싸이클내의 배관장치를 순환하고 있다.The high-pressure gas refrigerant circulates the piping in the circulation cycle while absorbing or discharging thermal energy, causing a state change to a gaseous state or a liquid state.

시동용 압축기(CT) SMS 전기모타(EM)에 의해서 구동되는 압축기로서 초기 시동시에 고저압의 압력차이를 형성하여 가스모타(G1-G11)를 구동시킬 수 있도록 냉매를 빠르게 순환시키며, 냉매에 의해서 가스모타(G1-G11)가 정격회전력으로 구동하게 되면 각 가스모타(G1-G11)에 기계적으로 연결된 자체 압축기(G1-G11)를 각각 구동하게 되어 시동용 압축기(CT)와 병렬로 연결된 자체 압축기(G1-G11)들은 냉매를 압축하여서 전기모타(EM)로 구동되는 시동용 압축기(CT)의 압축 열량을 돕기 때문에 전기모타(EM)가 구동되는 시간을 단축하면서도 동일한 압축열량을 하게 되어서 냉매의 순환싸이클을 형성할 수 있기 때문에, 같은 냉동효율을 일으키면서도 전기모타(EM) 의 사용할 때 시간을 줄여서 전기를 절약하는 절전형 냉동장치를 구성할 수 있게 되는 것이다.Starting Compressor (CT) A compressor driven by an SMS electric motor (EM) that forms a high and low pressure differential at initial start-up to quickly circulate the refrigerant to drive the gas motors (G1-G11). When the gas motor (G1-G11) is driven at the rated rotational power by driving the self-compressor (G1-G11) mechanically connected to each gas motor (G1-G11), respectively, connected in parallel with the starting compressor (CT) Compressors (G1-G11) by compressing the refrigerant to help the heat of the compression of the starting compressor (CT) driven by the electric motor (EM) to reduce the time to drive the electric motor (EM) while the same amount of compressed heat to the refrigerant Since it is possible to form a cycle of circulation, it is possible to configure a power-saving refrigeration unit that saves electricity by reducing the time when using the electric motor (EM) while producing the same refrigeration efficiency.

첨부된 제7도는 제6도를 기본으로 하여서 난방장치로 활용할 수 있는 응축기의 열과 냉방장치로 활용할 수 있는 증발기의 냉각상태를 더욱 효과적으로 열에너지를 이동시키기 위하여 남아있는 잔여의 일을 서로 교환시켜서 응축기의 응축효과를 더욱 높이고, 증발기의 기화효과를 더욱 높여서 에너지 이용효율을 한층 더 개선시킨 가스모타를 이용한 절전 냉동장치의 전체적인 계통도이며, 제6도와 장치구성은 거의 비슷한 구조이다.The attached FIG. 7 is based on FIG. 6 to exchange the remaining work with each other in order to transfer heat energy more effectively to transfer the heat of the condenser that can be used as a heating device and the cooling state of the evaporator that can be used as a cooling device more effectively. The overall system diagram of a power saving refrigeration system using a gas motor further improves the condensation effect and further enhances the evaporator's vaporization effect, further improving energy use efficiency.

다른 구조는 응축기의 출구와 증발기의 출구측 배관들을 교차시켜서 열교환기로서 잔존한 열에너지를 교환하여서 열이동에너지 효과를 더욱 크게 하였으며, 유체냉매에 의해서 구동되는 가스모타(G1-G11)와 자체 압축기(G1-G11)들을 기계적으로 연결하여 동력에너지를 전달하는 동력 연결 전달용 연결커플링(K1-K11)이 도시되어 있다.Another structure makes the heat transfer energy effect even more by exchanging the remaining heat energy as a heat exchanger by crossing the outlet pipe of the condenser and the outlet of the evaporator, and the gas motor (G1-G11) driven by the fluid refrigerant and its own compressor ( Shown is a coupling coupling K1-K11 for transmission of power connection which mechanically connects G1-G11) to transfer power energy.

제6도와 제7도에서는 기체모타 직렬 연결장치를 설치할 때 시동용 압축기(CT)의 토출측과 흡입측에 각각 다르게 설치된 계통을 표시하고 있다. 이것은 기체모타 직렬연결장치의 가스모타(G1-G11)로서 고압가스냉매의 순환에 의해서 유체의 비운동에너지를 회전동력으로 얻어 내고자 할 때 기존의 고압가스 냉동장치에 적용하여 응용 설치할 때는 배관의 굵기나 구조특성 및 냉매흐름 상태를 확인한 결과 압축기의 토출측에 설치하는 것이 에너지 이용 효율을 높여서 얻기에 적합하다는 것을 확인할 수 있었다.6 and 7 show systems installed differently on the discharge side and the suction side of the starting compressor CT when the gas motor series connection device is installed. This is the gas motor (G1-G11) of the gas motor series connection device. When the non-kinetic energy of the fluid is obtained by the rotational power by the circulation of the high pressure gas refrigerant, it is applied to the existing high pressure gas refrigeration system. As a result of checking the structural characteristics and the state of refrigerant flow, it was confirmed that the installation on the discharge side of the compressor is suitable for obtaining energy efficiency.

그러나 압축기의 토출측에는 고온이 발생하기 때문에 기존의 상온에서 사용하는 공기모타로 구성된 기체모타 직렬연결장치를 설치하여 장시간동안 사용하기에 어려우며 장치의 밀폐를 완벽하게 하기에 많은 어려움이 따른다.However, since the high temperature is generated on the discharge side of the compressor, it is difficult to use the gas motor series connection device composed of the air motor used at room temperature, which is difficult to use for a long time, and it is difficult to completely seal the device.

이후에 본 발명장치를 범용적으로 활용하기 위해서는 고압가스 냉동장치의 설계를 변경하여서 냉매 압축기의 흡입측에 연결 설치하여도 동일한 작동원리에 의해서 고압가스 냉매가 가지고 있는 유체의 비운동에너지를 가스모타 회전동력으로 회수할 수 있음을 나타내주고 있는 것이다.In order to utilize the present invention in general, even if the design of the high-pressure gas refrigeration apparatus is changed and connected to the suction side of the refrigerant compressor, the gas motor generates the specific kinetic energy of the fluid of the high-pressure gas refrigerant according to the same operation principle. It indicates that it can be recovered by rotating power.

예컨대, 종래의 공기조화장치와 비슷하게 구성된 시제품의 장치에서 에너지 이용효율이 저조한 상태의 가스모타(공기모타)를 설치하여서도 강한 회전력으로 구동되고 있음을 확인할 수 있는 것이고, 압축기를 통과한 고온 고압의 기체냉매는 열에너지와 운동에너지를 잃어야만이 응축하기에 용이해짐으로 가스모타를 구동시키면서 통과한 기체냉매는 에너지가 손실되어서 응축기에 유입됨으로 응축효율이 높아지며 냉동싸이클의 냉동효율을 더 향상시키게 된다는 것이다.For example, it can be seen that the gas generator (air motor) in a prototype device configured similarly to a conventional air conditioner is driven by a strong rotational force even when a gas motor (air motor) with low energy use efficiency is installed. The gas refrigerant is easy to condense only when it loses heat and kinetic energy, so the gas refrigerant passed while driving the gas motor is lost in energy and flows into the condenser, which increases condensation efficiency and further improves the freezing cycle's refrigeration efficiency. .

따라서, 이상에서와 같이 본 발명장치를 종래의 고압가스 냉동장치에 활용하여 냉난방으로 이용하고 있는 열펌프의 기능과 유체의 비운동에너지를 동력으로 회수하여 이용하는 장치의 기능을 다각적으로 이용하면서도, 에너지의 이용효율을 높여서 실내의 적정온도를 유지하고 쾌적한 생활을 위하여 사용범위가 크게 증가하고 있는 고압가스 냉동장치의 원리를 한차원 더 높여 가스모타를 이용한 절전 냉동장치를 구성할 수 있게 됨으로 국가경제 및 산업상에 광범위하게 이용할 수 있는 장치인 것이다.Therefore, as described above, the present invention is utilized in the conventional high pressure gas refrigeration apparatus, while utilizing the function of the heat pump used for cooling and heating and the function of the apparatus which recovers the non-kinetic energy of the fluid with power, In order to maintain the proper temperature in the room and increase the use efficiency of the high-pressure gas refrigeration system, which increases the range of use for a pleasant life, the power saving refrigeration system using the gas motor can be configured to raise the principle of national economy and industry. It is a device that can be widely used in the phase.

Claims (2)

고압가스 냉매의 고유 특성을 이용하여 열펌프로 활용하기 위해서 압축기-응축기-팽창변-증발기 등으로 구성된 순환 싸이클계통을 이루고 있는 고압가스 냉동장치에 있어서, 압축기에 의해서 충진되는 유체냉매가 기체 또는 액체로서 상태변화를 일으키며 빠르게 흐르는 곳인 압축기의 출구측에 유체기기인 가스모타를 설치함으로 유체냉매가 보유하고 있는 유체의 비운동 에너지를 가스모타의 동력에너지로 회수하여 활용할 수 있도록 하여 냉, 난방장치로 이용되는 열펌프와 함께 동력에너지를 회수하는 장치가 단일장치의 계통내에 복합적으로 설치되도록 함을 특징으로 하는 가스모타를 이용한 절전 냉동장치.In the high-pressure gas refrigeration apparatus consisting of a circulation cycle system consisting of a compressor, a condenser, an expansion valve, an evaporator, etc., in order to utilize a heat pump using the inherent characteristics of the high pressure gas refrigerant, the fluid refrigerant filled by the compressor is a gas or a liquid. By installing gas motor which is a fluid device on the outlet side of the compressor which is a place that flows rapidly and changes its state, it can be used as cooling and heating device to recover the non-kinetic energy of the fluid held by the fluid refrigerant as the power energy of the gas motor. Power saving refrigeration apparatus using a gas motor characterized in that the device for recovering the power energy with the heat pump to be installed in the system of a single device. 제1항에 있어서, 유체냉매가 흐르는 곳에 설치하여 동력에너지를 얻는 유체기기가 사용될 수 있도록 공기모타를 구동시키는 매개체로 불응축 가스인 공기를 대체하여 공기모타를 설치함으로 유체 냉매의 흐름에 의해서 동력을 회수하여 재활용할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 가스모타를 이용한 절전 냉동장치.The method of claim 1, wherein the air motor is installed by replacing the non-condensable gas as a medium for driving the air motor so that a fluid device that obtains power energy can be used where the fluid refrigerant flows. Power saving refrigeration apparatus using a gas motor, characterized in that configured to recover and recycle.
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