KR100504764B1 - 수직 충격파를 이용한 에너지 변환장치 및 그 방법과 이를이용한 냉난방 시스템 - Google Patents

수직 충격파를 이용한 에너지 변환장치 및 그 방법과 이를이용한 냉난방 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압축된 유체(기체)를 축소/확대 노즐의 스로트를 통과한후 수직 충격파를 발생시킴에 의해 유체의 운동 에너지를 열에너지로 변환시켜 열교환을 하거나, 수직 충격파가 발생하지 않는 조건으로 노즐의 스로트를 통과시켜 급속 팽창시킴에 따라 유체의 온도를 강하시켜 냉각된 유체로 열교환에 이용하여 냉기를 발생하거나 냉각수를 냉동시킬 수 있는 무연소, 무연료, 무공해 방식(3N)의 냉난방 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 전기 에너지의 인가에 따라 회전동력을 발생하는 회전동력 발생기와; 상기 회전동력의 인가에 따라 유체의 질량을 가능한한 최대로 압축하여 회전 에너지를 유체의 운동 에너지로 변환하기 위한 압축수단과; 상기 압축된 유체가 정상 유동 등엔트로피 유동 방식으로 노즐 내부의 스로트를 통과한후 가속되어 수직 충격파를 발생시켜 유체의 운동 에너지를 열에너지로 변환시키기 위한 충격파 변환수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

수직 충격파를 이용한 에너지 변환장치 및 그 방법과 이를 이용한 냉난방 시스템{Energy Converting Apparatus Using Vertical Impulse Wave, Method thereof and Air-conditioning System}
본 발명은 수직 충격파를 이용한 에너지 변환장치 및 그 방법과 이를 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로, 특히 압축된 유체(기체)를 축소/확대 노즐의 스로트를 통과한후 수직 충격파를 발생시킴에 의해 유체의 운동 에너지를 열에너지로 변환시켜 열교환을 하거나, 수직 충격파가 발생하지 않는 조건으로 노즐의 스로트를 통과시켜 급속 팽창시킴에 따라 유체의 온도를 강하시켜 냉각된 유체로 열교환에 이용하여 냉기를 발생하거나 냉각수를 냉동시킬 수 있는 무연소, 무연료, 무공해 방식(3N)의 냉난방 시스템에 관한 것이다.
종래의 보일러와 같은 난방 시스템은 천연가스, 경유, 등유 또는 유연탄이나 무연탄을 연료로 사용하여 발생된 열을 이용하거나, 전기 에너지를 히팅 코일에 인가하여 이로부터 발생된 열에너지를 이용하는 방식이었다.
상기한 연소방식은 천연 연료자원의 고갈에 따라 연료의 원가가 갈수록 증가하는 추세에 있으며, 연소후에 발생되는 배기가스가 공해를 유발하는 문제도 안고 있다. 따라서, 난방 비용이 연료비의 증가에 따라 크게 영향을 받으며, 배기가스의 정화를 위한 시설비가 추가되어 보일러장치의 원가를 증가시키고 있다.
또한 전기 보일러는 무연소 방식이므로 연소식 보일러에 비하여 장치가 간단하고 배기가스를 발생하지 않는 장점이 있는 반면에 연소식 보일러에 비하여 상대적으로 난방비가 더 높은 단점이 있다.
더욱이, 상기한 연소식 보일러 및 전기식 보일러는 개별적으로 차이가 있으나 대체적으로 에너지 변환효율이 70-80% 정도를 나타내고 있으므로 근본적인 에너지 변환방식의 변경이 없는 이상 변환효율의 큰 상승은 기대하기 어렵다.
한편, 원자력 또는 조력이나 태양열을 이용하는 방식은 초기의 시설투자 비용이 크기 때문에 개인이나 소규모 차원에서는 소화하기 어렵고, 기타 폐유나 쓰레기를 이용하는 방식도 배기가스의 정화시설 비용이 크기 때문에 실용성이 적은 문제가 있다.
따라서, 상기한 전기 보일러와 같이 비연소식이면서도 에너지 변환효율이 우수한 새로운 개념의 에너지 변환방법과 이를 이용한 새로운 난방 시스템의 개발이 요구되고 있다.
더욱이, 종래에는 난방과 냉방 방식이 서로 현저하게 상이하기 때문에 이를 하나의 장치로서 겸용할 수 있는 냉난방 겸용 시스템이 불가능하였고, 설사 겸용으로 제작한다 할지라도 그 가격이 매우 비싸고 변환효율이 낮아 유지비용 또한 높기 때문에 가정용으로는 보급이 어려운 문제가 있었다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 변환장치를 보여주는 개략 계통도,
도 2는 도 1에 도시된 노즐의 형상을 보여주는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 냉난방 시스템을 보여주는 개략 계통도,
도 4는 본 발명 시스템을 가정용 난방 시스템에 적용한 예를 보여주는 계통도이다.
따라서 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 압축된 유체(기체)를 정상유동 등엔트로피 유동방식으로 축소/확대 노즐의 스로트를 통과한후 수직 충격파를 발생시킴에 의해 유체의 운동 에너지를 열에너지로 변환시켜 열교환시킬 수 있는 무연소, 무연료, 무공해 방식(3N)의 고효율 에너지 변환장치 및 그 방법과 이를 이용한 난방 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 압축된 유체(기체)를 정상유동 등엔트로피 유동방식으로 축소/확대 노즐을 통과시킬 때 수직 충격파가 발생하지 않는 조건으로 노즐을 통과시켜 급속 팽창시킴에 따라 유체의 온도와 압력을 낮추어 저온의 유체로 열교환에 이용하여 냉기를 발생하거나 냉각수를 냉동시킬 수 있는 무연소, 무연료, 무공해 방식(3N)의 고효율 에너지 변환장치 및 그 방법과 이를 이용한 냉방 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 구조가 극히 간단하고 저렴하며 콤팩트하게 구현될 수 있으며 높은 효율로서 유지비용이 저렴한 새로운 방식의 냉난방 시스템을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전기 에너지의 인가에 따라 회전동력을 발생하는 회전동력 발생기와; 상기 회전동력의 인가에 따라 유체의 질량을 가능한한 최대로 압축하여 회전 에너지를 유체의 운동 에너지로 변환하기 위한 압축수단과; 상기 압축된 유체가 정상 유동 등엔트로피 유동 방식으로 노즐 내부의 스로트를 통과한후 가속되어 수직 충격파를 발생시켜 유체의 운동 에너지를 열에너지로 변환시키기 위한 충격파 변환수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환장치를 제공한다.
상기 충격파 변환수단은 관의 내주부가 상기 압축수단의 출구와 동일한 제1직경부, 직경이 점차적으로 감소하는 제2직경부, 직경이 점차적으로 증가하는 제3직경부 및 상기 제1직경부와 동일한 직경을 갖는 제4직경부가 연속적으로 형성된 라발(Laval) 노즐로 구성된다.
상기 노즐의 제2 및 제3 직경부 사이의 스로트를 통과한후 유체의 속도는 마하 1.5 이상으로 가속되도록 제1 및 제4 직경부의 직경과 슬로트의 직경 비율이 설정된다.
또한, 상기 열에너지를 열교환시켜 열교환된 난방수를 난방배관으로 순환시키기 위한 난방 열교환기를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 열에너지를 열교환시켜 열교환된 온수를 배출할 수 있는 온수 열교환기를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 열에너지를 열교환시켜 열교환된 가열공기를 배출할 수 있는 온풍 열교환기를 더 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 전기 에너지를 전기 모터에 인가하여 회전동력을 발생하는 단계와; 상기 회전동력을 압축기에 인가하여 기체의 질량을 가능한한 최대로 압축하여 회전 에너지를 유체의 운동 에너지로 변환하는 단계와; 상기 압축된 유체를 정상 유동 등엔트로피 유동방식으로 축소/확대 노즐의 스로트를 통과한후 마하 1.5 이상의 속도로 가속됨에 의해 수직 충격파를 발생시켜 유체의 운동 에너지를 열에너지로 변환시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환방법을 제공한다.
상기 열에너지를 열교환기에서 열교환시켜 열교환된 열전달 매체를 난방부하로 공급하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전기 에너지를 전기 모터에 인가하여 회전동력을 발생하는 단계와; 상기 회전동력을 압축기에 인가하여 유체의 질량을 가능한한 최대로 압축하여 회전 에너지를 유체의 운동 에너지로 변환하는 단계와; 상기 압축된 유체가 정상 유동 등엔트로피 유동방식으로 축소/확대 노즐의 스로트를 통과한후 마하 1 내지 마하 1.5 사이의 속도로 가속되어 급속 팽창됨과 동시에 유체의 온도와 압력을 낮추어 유체를 냉각시키는 단계와; 상기 냉각된 유체에 의해 열교환을 수행하여 열전달매체를 냉각시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 전기 에너지의 인가에 따라 회전동력을 발생하는 회전동력 발생기와; 상기 회전동력의 인가에 따라 유체의 질량을 가능한한 최대로 압축하여 회전 에너지를 유체의 운동 에너지로 변환하기 위한 압축수단과; 상기 압축된 유체가 노즐 내부의 스로트를 통과한후 정상 유동 등엔트로피 유동 방식으로 마하 1.5 이상의 속도로 가속되어 수직 충격파를 발생시킴에 의해 유체의 운동 에너지를 열에너지로 변환시키기 위한 난방용 축소/확대 노즐과, 상기 압축된 유체가 정상 유동 등엔트로피 유동방식으로 노즐 내부의 스로트를 통과한후 마하 1 내지 마하 1.5 사이의 속도로 가속되어 급속 팽창됨과 동시에 유체의 온도와 압력을 낮추어 유체를 냉각시키기 위한 냉각용 축소/확대 노즐과; 상기 열에너지를 열전달 매체에 열교환시켜 열교환된 열전달 매체를 난방부하로 공급하기 위한 다수의 난방용 열교환기와, 상기 냉각된 유체에 의해 열교환을 수행하여 냉각된 열전달 매체를 냉방부하로 공급하기 위한 적어도 하나의 냉방용 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템을 제공한다.
상기 시스템에서, 상기 난방용 열교환기의 열전달 매체는 공기와 난방수중 어느 하나이고, 상기 냉방용 열교환기의 열전달 매체는 공기와 냉각수중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 전기 에너지의 인가에 따라 회전동력을 발생하는 회전동력 발생기와; 상기 회전동력의 인가에 따라 유체의 질량을 가능한한 최대로 압축하여 회전 에너지를 유체의 운동 에너지로 변환하기 위한 압축수단과; 상기 압축된 유체가 정상 유동 등엔트로피 유동 방식으로 노즐 내부의 스로트를 통과한후 마하 1.5 이상의 속도로 가속되어 수직 충격파를 발생시킴에 의해 유체의 운동 에너지를 열에너지로 변환시키기 위한 난방용 축소/확대 노즐과, 상기 열에너지를 열교환시켜 열교환된 난방수를 난방배관으로 순환시키기 위한 난방 열교환기와, 상기 열에너지를 열교환시켜 열교환된 온수를 배출하기 위한 온수 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템을 제공한다.
상기 유체는 공기를 사용할 수 있다.
상기한 바와같이 본 발명에서 에너지 변환효율이 높게 나오는 이유는 열에너지는 일에너지로 변환되기 힘드나(저효율), 일에너지는 열에너지로 전부 변환될 수 있다(고효율)는 열역학 법칙에 기초를 두고 있다.
즉, 본 발명에서는 압축된 유체(기체)를 정상유동 등엔트로피 유동방식으로 축소/확대 노즐의 스로트를 통과한후 수직 충격파를 발생시킴에 의해 유체의 운동 에너지를 열에너지로 변환시키거나, 수직 충격파가 발생하지 않는 조건으로 노즐의 스로트를 통과시켜 급속 팽창시킴에 따라 유체의 온도와 압력을 낮추어 저온의 유체로 열교환에 이용하여 냉기를 발생하거나 냉각수를 냉동시킴에 의해 무연소, 무연료, 무공해 방식(3N)의 고효율 냉난방 시스템이 얻어질 수 있으며, 더욱이 본 발명 시스템은 구조가 극히 간단하고 저렴하며 콤팩트하게 구현될 수 있다.
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 에너지 변환장치를 보여주는 개략 계통도이고, 도 2는 도 1에 도시된 노즐의 형상을 보여주는 개략 단면도이다.
먼저 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 에너지 변환장치는 전기에 의해 작동되는 모터(M)(10)와, 모터의 회전력에 의해 기체를 압축시키기 위한 압축기(COMP)(20)와, 압축기(20)에서 압축된 유체(기체)가 정상유동 등엔트로피 유동방식으로 스로트(throat)를 통과할 때 수직 충격파가 발생되어 유체의 운동 에너지가 열에너지로 변환되거나, 또는 수직 충격파가 발생하지 않는 조건으로 노즐을 통과하여 급속 팽창될 때 유체의 온도와 압력을 낮추는 축소/확대 노즐(converging-diverging nozzle), 일명 라발 노즐(Laval nozzle)(30) 및 노즐(30)로부터 배출된 온도 변화가 이루어진 유체를 사용하여 각각의 용도에 적합한 열교환이 이루어지는 열교환기(heat exchanger)(40)로 이루어진다.
상기한 에너지 변환 매체, 즉 유체로 사용 가능한 기체는 고온/고압으로 압축되더라도 폭발성이 없고 안정한 기체가 사용 가능하며, 저렴한 기체, 예를들어 공기가 가장 바람직하다.
유체의 압축에 사용 가능한 압축기(COMP)(20)는 예를들어, 왕복동식(reciprocating), 스크류(screw) 방식, 터보(turbo) 방식, 스크롤(scroll) 방식 등 어떤 압축기도 사용 가능하다.
일반적으로 왕복동식 압축기는 압축압력이 높고 짧은 시간에 고열을 발생할 수 있으나, 공기 토출량이 적고 토출량과 압력의 변화가 크며 소음 및 진동이 크다는 단점이 있어 대용량이나 산업용에 적합하다. 반면에 스크류 방식의 압축기는 토출량과 압축량이 일정하고 상대적으로 토출량이 왕복동식에 비하여 더 크며 소음과 진동이 작아 특히 가정용 기기에 적합하다.
상기한 축소/확대 노즐(30)은 도 2에 도시된 바와같이 압축기의 출구 직경과 동일한 제1직경부(31), 제1직경부(31)에서 연장되며 직경이 점차적으로 축소되는 제2직경부(32), 제2직경부(32)의 단부에 형성된 스로트(33), 스로트로부터 직경이 확대되는 제3직경부(34) 및 제1직경부와 동일한 직경을 갖는 제4직경부(35)로 구성된다.
노즐(30)의 설치는 압축기(20)의 토출측 요구길이를 충분히 벗어난 지점에 설치하는 것이 노즐의 스로트(33)에서 최대 질량 유량이 이상적으로 유동될 수 있게 한다.
노즐(30)의 입구까지의 체적 또는 압력의 값은 노즐 스로트에 의해 정체 성질을 가지게 되고 스로트(33)에서는 최대 질량유량을 갖도록 길이를 설정하였으므로 노즐의 스로트(33)에서 질식(chocking)된다. 따라서, 스로트에서의 유속은 마하 1로 된다.
바람직하게는 축소/확대 노즐(30)은 그의 후단에 유체의 속도를 감소시키고 온도/압력을 상승시키기 위한 재확대관(36)을 구비할 수 있다.
상기한 축소/확대 노즐(30)은 스로트(33)를 통과한후 유체의 유동속도가 마하(Mach) 1-1.5 사이로 가속되는 경우 수직 충격파는 발생하지 않으며, 마하 1.5 이상으로 가속되는 경우 노즐의 출구에 수직 충격파가 발생한다.
따라서, 노즐(30)은 도 2에 도시된 바와같이 열교환기(40)가 냉방용인 경우 노즐(30)의 스로트(33)를 통과한후 유체의 유동속도는 마하(Mach) 1-1.5 사이로 설정되도록 동일 직경부(31)와 스로트(33)의 직경 비율이 정하여지며, 열교환기(40)가 난방용인 경우 노즐(30)의 스로트(33)를 통과한후 유체의 유동속도는 마하(Mach) 1.5 이상이 되도록 동일 직경부(31)와 스로트(33)의 직경 비율이 정하여진다.
즉, 노즐(30)은 스로트(33)로부터의 유체의 유동속도가 마하 1-1.5로 설정되는 경우 냉각용 노즐(30a)로 사용되고, 유체의 유동속도가 마하 1.5 이상으로 설정되는 경우 난방용 노즐(30b)로 사용된다.
한편, 도 3과 같이 냉각용 노즐(30a)에 연결되는 냉방 열교환기(41)는 냉기를 발생하도록 노즐(30a)로부터 배출된 저온의 유체가 통과하는 열교환 코일(41a)과, 열교환 코일(41a)에 의해 냉각된 공기를 외부로 방출하기 위한 블로워 팬(51)으로 구성될 수 있다.
또한, 난방용 노즐(30b)에 연결되는 온풍 열교환기(42)는 가열공기를 발생하도록 노즐(30b)로부터 배출된 고온의 유체가 통과하는 열교환 코일(42a)과, 열교환 코일(42a)에 의해 가열된 공기를 외부로 방출하기 위한 블로워 팬(52)으로 구성될 수 있다.
더욱이, 난방용 노즐(30b)에 연결되는 온수 열교환기(43)는 온수를 발생하도록 노즐(30b)로부터 배출된 고온의 유체가 통과하는 열교환 코일(43a)과, 열교환 코일(43a)에 의해 가열된 온수를 외부로 방출하기 위한 펌프(53)으로 구성될 수 있다. 이 경우 펌프(53)는 필요에 따라 설치될 수 도 있고 생략될 수 도 있다.
또한, 난방용 노즐(30b)에 연결되는 난방 열교환기(44)는 온수를 발생하도록 노즐(30b)로부터 배출된 고온의 유체가 통과하는 열교환 코일(44a)과, 열교환 코일(44a)에 의해 가열된 온수를 난방배관(55)으로 순환시키기 위한 순환펌프(54)로 구성될 수 있다.
상기한 온수 또는 난방 열교환기(43,44)는 예를들어 판형 열교환기 또는 저탕식 열교환기를 사용할 수 있으며, 판형 열교환기는 저탕식 열교환기에 비하여 소형으로 순간적인 열교환이 이루어지므로 시스템의 크기를 줄일 수 있고 빠르게 필요한 난방수 또는 온수를 사용할 수 있게 된다.
또한 열교환 코일(41a-44a)로부터 배출되는 열교환을 마치고 배출되는 냉각 또는 가열 유체(공기)는 완전한 열교환이 이루어진 상태가 아니므로 필터를 거쳐 필요한 장소로 공급하거나 또는 압축기(56)로 순환시킬 수 있다.
상기한 압축기(20)로부터 배출된 압축 유체는 사용자가 어떤 열교환기(41-44)를 선택하는 가에 따라 냉각용 노즐(30a)과 난방용 노즐(30b)중 어느 하나에 선택적으로 공급되도록 제어밸브(61,62)를 사용하여 제어될 수 있고, 이에 따라 열교환기(41-44)중 어느 하나 또는 그이상의 열교환기가 선택되어 작동될 수 있다.
도 4에는 예를들어, 30평형 주택의 난방과 온수 겸용 열교환기를 구비한 보일러 시스템이 도시되어 있다.
도 4에서 도 3에 도시된 부품과 동일한 부품에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하였다. 이를 다시 정리하면 부재번호 10은 모터, 20은 스크류형 압축기, 22는 에어 필터, 24는 오일 분리기(oil separator), 30은 축소/확대 노즐, 43은 온수 열교환기, 44는 난방 열교환기, 54는 순환펌프, 55는 난방배관, 70은 팽창탱크, 72는 삼방변을 각각 가리킨다.
상기한 보일러 시스템의 동작은 상기 도 3의 보일러 부분과 실질적으로 동일하다. 차이가 있는 오일 분리기(24)는 압축기(20)가 오일형 압축기이므로 압축된 공기와 오일을 분리시키기 위하여 사용하는 것이고, 팽창탱크(70)는 난방배관(55)의 순환수가 과열에 의해 팽창되는 것을 흡수하기 위한 용도이고, 삼방변(72)은 상온상태의 냉수(cool water), 즉 수돗물을 팽창탱크(70)와 온수 열교환기(43)중 어느 하나로 전환시켜주는 역할을 한다.
따라서, 온수 열교환기(43)로부터 가열된 온수(heat water)를 사용할 수 있고, 난방 열교환기(44)의 동작으로 난방배관(55)이 가열되어 난방이 이루어진다.
상기한 도 4에 도시된 본 발명의 간접방식 난방 시스템은 전기로 직접 히터를 가열하는 직접 가열식 방식에 비하여 3.44배라는 높은 열변환 효율이 얻어질 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예 이외에도 각종 열교환기에 응용이 가능하다. 예를들어, 차량용 공조시스템, 저온 창고용 냉장 시스템, 의료용 급속냉각장치 등 어떤 적용분야에도 활용이 가능하다.
상기 실시예에 있어서는 축소/확대 노즐이 1단으로 이루어진 예를 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고 예를들어 직렬 연결된 2단 축소/확대 노즐로 구성되는 것도 가능하다. 여기서 중요한 것은 난방용 노즐인 경우 노즐의 스로트를 통과한후 수직 충격파를 발생할 수 있는 조건을 만족할 수 있는 노즐이라면 어떤 노즐이라도 가능하다.
또한, 노즐의 대구경과 스로트의 직경 사이의 비율은 열교환기에 연결되는 부하에 따라 결정되어야 하므로 특정한 값에 한정될 수 없다.
본 발명에 있어서는 냉각용 노즐(30a)과 난방용 노즐(30b)을 도 3과 같은 조합형 또는 도 4와 같은 단독형으로 필요에 따라 구성할 수 있고, 또한 각각의 노즐(30a,30b)에 연결되는 냉방부하 또는 난방부하도 열전달 매체로서 공기나 물을 사용할 수 있다.
따라서, 도 4와 같이 2개의 열교환기(43,44)를 사용하여 난방과 온수를 겸용으로 사용할 수 있으며, 필요에 따라 열풍을 배출하는 열풍 열교환기(42)를 결합하여 사용할 수 도 있다.
따라서, 본 발명에 있어서는 연소식 난방방식이 아니기 때문에 간단한 구조로서 냉난방 겸용 시스템의 구현이 가능하며, 사용자의 선택에 따라 선택적으로 가동시킬 수 있다.
상기한 바와같이 본 발명에서는 압축된 유체(기체)를 사용하여 수직 충격파를 발생시킴에 의해 유체의 높은 운동 에너지를 열에너지로 변환시키거나, 수직 충격파가 발생하지 않는 조건으로 노즐을 통과시켜 급속 팽창시킴에 따라 유체의 온도를 낮추어 저온의 유체로 열교환에 이용할 수 있어 무연소, 무연료, 무공해 방식(3N)의 고효율 냉난방 시스템으로서 구조가 극히 간단하고 저렴하며 콤팩트하게 구현될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 전기 에너지의 인가에 따라 회전동력을 발생하는 회전동력 발생기와;
    상기 회전동력의 인가에 따라 외부로부터 도입되는 공기의 질량을 가능한한 최대로 압축하여 회전 에너지를 공기의 운동 에너지로 변환하기 위한 압축수단과;
    노즐의 스로트에서 최대 질량 유량이 유동되도록 상기 압축수단의 토출측으로부터 벗어난 지점에 연결되어, 상기 압축된 유체가 정상 유동 등엔트로피 유동 방식으로 노즐 내부의 스로트를 통과한후 마하 1.5 이상으로 가속되어 수직 충격파를 발생시킴에 의해 공기의 운동 에너지를 열에너지로 변환시키기 위한 라발(Laval) 노즐로 구성되고,
    상기 라발 노즐은 관의 내주부가 상기 압축수단의 출구와 동일한 제1직경부, 직경이 점차적으로 감소하는 제2직경부, 직경이 점차적으로 증가하는 제3직경부 및 상기 제1직경부와 동일한 직경을 갖는 제4직경부가 연속적으로 형성되며,
    상기 노즐의 제2 및 제3 직경부 사이의 스로트를 통과한후 유체의 속도는 마하 1.5 이상으로 가속되도록 제1 및 제4 직경부의 직경과 스로트의 직경 비율이 설정되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 열에너지를 열교환시켜 열교환된 난방수를 난방배관으로 순환시키기 위한 난방 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열에너지를 열교환시켜 열교환된 온수를 배출할 수 있는 온수 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 열에너지를 열교환시켜 열교환된 가열공기를 배출할 수 있는 온풍 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환장치.
  7. 삭제
  8. 전기 에너지를 전기 모터에 인가하여 회전동력을 발생하는 단계와;
    상기 회전동력을 압축기에 인가하여 외부로부터 도입되는 기체의 질량을 가능한한 최대로 압축하여 회전 에너지를 유체의 운동 에너지로 변환하는 단계와;
    상기 압축된 유체를 정상 유동 등엔트로피 유동방식으로 노즐의 스로트에서 최대 질량 유량이 유동되도록 상기 압축기의 토출측으로부터 벗어난 지점에 연결한 축소/확대 노즐의 스로트를 통과시켜 마하 1.5 이상의 속도로 가속시킴에 의해 수직 충격파를 발생시켜 유체의 운동 에너지를 열에너지로 변환시키는 단계와;
    상기 열에너지를 열교환기에서 열교환시켜 열교환된 열전달 매체를 난방부하로 공급하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환방법.
  9. 삭제
  10. 전기 에너지를 전기 모터에 인가하여 회전동력을 발생하는 단계와;
    상기 회전동력을 압축기에 인가하여 유체의 질량을 가능한한 최대로 압축하여 회전 에너지를 유체의 운동 에너지로 변환하는 단계와;
    상기 압축된 유체가 정상 유동 등엔트로피 유동방식으로 축소/확대 노즐의 스로트를 통과한후 마하 1 내지 마하 1.5 사이의 속도로 가속되어 급속 팽창됨과 동시에 유체의 온도와 압력을 낮추어 유체를 냉각시키는 단계와;
    상기 냉각된 유체에 의해 열교환을 수행하여 열전달매체를 냉각시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 유체는 공기인 것을 특징으로 하는 에너지 변환방법.
  12. 전기 에너지의 인가에 따라 회전동력을 발생하는 회전동력 발생기와;
    상기 회전동력의 인가에 따라 유체의 질량을 가능한한 최대로 압축하여 회전 에너지를 유체의 운동 에너지로 변환하기 위한 압축수단과;
    상기 압축된 유체가 노즐 내부의 스로트를 통과한후 정상 유동 등엔트로피 유동 방식으로 마하 1.5 이상의 속도로 가속되어 수직 충격파를 발생시킴에 의해 유체의 운동 에너지를 열에너지로 변환시키기 위한 난방용 축소/확대 노즐과,
    상기 압축된 유체가 정상 유동 등엔트로피 유동방식으로 노즐 내부의 스로트를 통과한후 마하 1 내지 마하 1.5 사이의 속도로 가속되어 급속 팽창됨과 동시에 유체의 온도와 압력을 낮추어 유체를 냉각시키기 위한 냉각용 축소/확대 노즐과;
    상기 열에너지를 열전달 매체에 열교환시켜 열교환된 열전달 매체를 난방부하로 공급하기 위한 다수의 난방용 열교환기와,
    상기 냉각된 유체에 의해 열교환을 수행하여 냉각된 열전달 매체를 냉방부하로 공급하기 위한 적어도 하나의 냉방용 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 난방용 열교환기의 열전달 매체는 공기와 난방수중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 냉방용 열교환기의 열전달 매체는 공기와 냉각수중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
  15. 전기 에너지의 인가에 따라 회전동력을 발생하는 회전동력 발생기와;
    상기 회전동력의 인가에 따라 유체의 질량을 가능한한 최대로 압축하여 회전 에너지를 유체의 운동 에너지로 변환하기 위한 압축수단과;
    상기 압축된 유체가 정상 유동 등엔트로피 유동 방식으로 노즐 내부의 스로트를 통과한후 마하 1.5 이상의 속도로 가속되어 수직 충격파를 발생시킴에 의해 유체의 운동 에너지를 열에너지로 변환시키기 위한 난방용 축소/확대 노즐과,
    상기 열에너지를 열교환시켜 열교환된 난방수를 난방배관으로 순환시키기 위한 난방 열교환기와,
    상기 열에너지를 열교환시켜 열교환된 온수를 배출하기 위한 온수 열교환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
KR10-2001-7004064A 1999-07-30 2000-07-31 수직 충격파를 이용한 에너지 변환장치 및 그 방법과 이를이용한 냉난방 시스템 KR100504764B1 (ko)

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