KR101089497B1 - Apparatus of cooling and drying an air using vortex and system utilizing the same - Google Patents
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Abstract
볼텍스를 이용하는 에어 냉각 건조 장치가 제공된다. 상기 에어 냉각 건조 장치는 외부로부터 유입되는 고온 다습한 에어를 선회시켜 가속하여 상기 에어로부터 수분을 제거하여 건조시키는 하부 챔버 및 상기 에어가 배출되는 상부 챔버를 포함한다. 상기 상, 하부 챔버를 연통시키며, 냉각관에 의해 둘러싸인 관을 구비하며, 상기 건조된 에어가 상기 상부 챔버로 흘러가는 동안에 상기 건조된 에어를 냉각시키는 에바 튜브가 제공된다. 상기 하부 챔버 내의 상기 에바 튜브의 둘레에 배치되어 상기 상부 챔버까지 연장되며, 상기 에어와 열교환하여 상기 에어를 냉각시키는 다수의 히트 파이프가 구비된다. 상기 에바 튜브를 통과하여 상기 상부 챔버로 유입된 상기 냉각 에어는 상기 히트 파이프를 냉각시키고 배출된다. An air cooling drying apparatus using vortex is provided. The air-cooled drying apparatus includes a lower chamber that rotates and accelerates hot and humid air introduced from the outside to remove moisture from the air and to dry the upper chamber, and an upper chamber through which the air is discharged. An EVA tube communicating with the upper and lower chambers, having a tube surrounded by a cooling tube, and cooling the dried air while the dried air flows into the upper chamber is provided. A plurality of heat pipes are disposed around the EVA tube in the lower chamber and extend to the upper chamber, and heat exchange with the air to cool the air. The cooling air introduced into the upper chamber through the eva tube cools and exhausts the heat pipe.
Description
본 발명은 에어 냉각 건조 장치 및 이를 이용하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 볼텍스를 이용한 에어 냉각 건조 장치 및 이를 이용하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an air cooling drying apparatus and a system using the same, and more particularly, to an air cooling drying apparatus using a vortex and a system using the same.
일반적으로 에어 조화 시스템은 각종 에어 조화를 수행하는 구동기기를 유기적으로 조합하여 작동하도록 구성하게 되며, 압력원, 냉각기, 건조기, 청정화 장치, 제어밸브 및 기타 부속기기 등으로 구성된다. 여기서 구동기기는 압축된 에어 에너지를 기계적인 직선 운동 에너지 또는 회전 에너지 등으로 변환하는 기기를 말한다.In general, the air conditioning system is configured to operate in combination with the driving device for performing various air conditioning, and is composed of a pressure source, a cooler, a dryer, a purifier, a control valve and other accessories. Here, the driving device refers to a device that converts compressed air energy into mechanical linear kinetic energy or rotational energy.
에어 조화 시스템의 응용 분야로는 의료, 계측/제어기기, 파우더 코팅분야, 일반 공압용, 샌드 브라스팅 분야 등을 들 수 있다. 이에 따라, 본 발명이 응용될 수 있는 일반 공압용 분야의 기술은 앞으로 애플리케이션의 다양한 응용을 가져올 전망이다. 더욱이, 이러한 에어 조화 시스템에 적용되는 에어 냉각기 및 건조기의 활용 분야는 광범위하여 공작기계, 공압 및 에어실린더, 일반자동화공정, 일반도장, 정밀도장, 계측설비, 섬유산업, 원료이송, 분체도장, 정밀부품건조라인, 반도체전자부품, 의약품 공업, 초정밀공업, 화학공업, 의료 목적부터 광학용, 식품 유가공산업 등등 우리 주변 생활에 적용하기 위해 많은 연구가 진행되고 있으므로, 본 발명의 다양하게 활용될 것으로 기대할 수 있다.Applications of air conditioning systems include medical, instrumentation / control equipment, powder coating, general pneumatics and sand blasting. Accordingly, the technology in the general pneumatic field to which the present invention can be applied is expected to bring a variety of applications in the future. Moreover, the fields of use of air coolers and dryers applied to such air conditioning systems are extensive, such as machine tools, pneumatic and air cylinders, general automation processes, general coating, precision field, measuring equipment, textile industry, raw material transfer, powder coating, precision Since many studies are being conducted to apply to the life around us, such as parts drying line, semiconductor electronic components, pharmaceutical industry, ultra precision industry, chemical industry, medical purpose, optics, food processing industry, etc., it is expected that the present invention will be utilized in various ways. Can be.
상기 에어 조화 시스템은 일반적으로 다음과 같은 과정을 거친다. 에어 압력원인 압축기에서 발생된 압축 에어는 단열압축에 의해 온도가 150~250℃까지 상승하고 탱크로 공급된다. 여기서 에어는 공기일 수 있다. 탱크로 유입된 공기는 냉각기에서 냉각되고, 이후 건조기를 통과하여 수분이 제거된 상태로 배출된다. 이어서, 수분이 제거된 공기는 청정화장치인 필터를 거치면서, 이물질과 잔류 수분이 분리 및 제거된다. 이물질 등이 제거된 공기는 압력 제어 밸브에서 감압된 후에 이러한 공기를 필요로 하는 구동기기에 제공된다. The air conditioning system generally goes through the following process. Compressed air generated from the compressor, which is an air pressure source, is heated up to 150-250 ° C by adiabatic compression and is supplied to the tank. The air here may be air. The air entering the tank is cooled in a cooler and then passed through a dryer and discharged with water removed. Subsequently, the moisture-depleted air passes through a filter, which is a purifier, to separate and remove foreign substances and residual moisture. The air from which foreign matters and the like is removed is provided to a drive device requiring such air after the pressure is reduced in the pressure control valve.
앞서 언급한 냉각기는 냉매가 흐르는 냉매관에 둘러싸이는 관을 구비하며, 고온의 공기는 상기 관을 통과하여 상기 냉매관과 열교환하여 냉각된다. 이러한 냉각기로는 에프터 쿨러를 들 수 있으나, 이 장치는 고가이면서 복잡한 구성을 가짐과 아울러서 냉매를 냉각하는 냉각 수단을 별도로 설치할 수 없는 관계로, 협소한 장소에 설치하기에 적합하지 않은 측면이 있다. The above-mentioned cooler has a tube enclosed by a coolant tube through which a coolant flows, and hot air is cooled through heat exchange with the coolant tube. The cooler may be an after cooler. However, the apparatus has an expensive and complicated configuration, and a cooling means for cooling the refrigerant cannot be separately installed, and thus, the apparatus is not suitable for installation in a narrow place.
아울러, 건조기는 건조 방식에 따라 흡착식 및 흡수식으로 구분된다. 흡착식은 공기를 압축하는 과정에 외기에 포화된 수증기가 압축기를 통하여 흡입되어 압 축된 후 이 압축공기를 냉각기로 냉각하여 응축되는 수분을 1차로 제거하고, 응축되지 않은 포화수증기를 함유한 습공기의 습기를 흡착제(실리카젤, 알루미나젤, 합성 제오라이트 등)의 흡착에 의해 제거하는 방식이다. 이 방식은 건조제를 계속 제공하기 위하여 건조제의 소모시기를 파악하여야 하는 등의 문제점이 따르는 문제가 있었다. 흡수식은 흡습액(염회리튬 수용액, 토리에칠렌 그리콜등)을 이용하여 수분을 흡수하는 방식이다. 흡수식 역시 흡습액의 잦은 교체를 수반하는 등의 불편함이 존재하였다. In addition, the dryer is classified into an adsorption type and an absorption type according to a drying method. The adsorption type compresses the air, and the saturated water vapor is sucked through the compressor and compressed. After that, the compressed air is cooled by a cooler to remove the condensed water first, and the moisture of the wet air containing the uncondensed saturated water vapor. Is removed by adsorption of an adsorbent (silica gel, alumina gel, synthetic zeolite, etc.). This method has a problem in that it is necessary to determine the consumption time of the desiccant in order to continue providing the desiccant. Absorption is a method of absorbing moisture using a hygroscopic solution (aqueous lithium salt solution, toriethylene glycol, etc.). Absorption was also inconvenient, including frequent replacement of the hygroscopic solution.
이에 따라, 냉각기 및 건조기에 있어서, 상술한 문제점들을 해결하기 위한 다양한 시도가 있을 뿐만 아니라, 이들 기능을 하나의 장치에 구현하기 위한 연구들이 진행되고 있다. Accordingly, not only various attempts have been made to solve the above-described problems in the cooler and the dryer, but researches for implementing these functions in one apparatus are being conducted.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 냉각 및 건조 기능을 동시에 수행함과 아울러서 우수한 냉각 및 건조 효율을 갖는데 기여하는 에어 냉각 건조 장치를 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide an air-cooled drying apparatus that contributes to performing the cooling and drying functions at the same time, as well as having an excellent cooling and drying efficiency.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 냉각 및 건조 기능을 동시에 수행함과 아울러서 우수한 냉각 및 건조 효율을 갖는데 기여하는 에어 냉각 건조 장치를 구비하는 시스템을 제공하는데 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a system having an air-cooled drying apparatus that simultaneously performs cooling and drying functions and contributes to excellent cooling and drying efficiency.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않 은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 에어 냉각 건조 장치는 외부로부터 유입되는 고온 다습한 에어를 선회시켜 가속하여 상기 에어로부터 수분을 제거하여 건조시키는 하부 챔버 및 상기 에어가 배출되는 상부 챔버를 포함한다. 상기 상, 하부 챔버를 연통시키며, 냉각관에 의해 둘러싸인 관을 구비하며, 상기 건조된 에어가 상기 상부 챔버로 흘러가는 동안에 상기 건조된 에어를 냉각시키는 에바 튜브가 제공된다. 상기 하부 챔버 내의 상기 에바 튜브의 둘레에 배치되어 상기 상부 챔버까지 연장되며, 상기 에어와 열교환하여 상기 에어를 냉각시키는 다수의 히트 파이프가 구비된다. 상기 에바 튜브를 통과하여 상기 상부 챔버로 유입된 상기 냉각 에어는 상기 히트 파이프를 냉각시키고 배출된다. According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, the air-cooled drying device is a lower chamber and the air is discharged by rotating the hot and humid air flowing from the outside to remove moisture from the air to dry And an upper chamber. An EVA tube communicating with the upper and lower chambers, having a tube surrounded by a cooling tube, and cooling the dried air while the dried air flows into the upper chamber is provided. A plurality of heat pipes are disposed around the EVA tube in the lower chamber and extend to the upper chamber, and heat exchange with the air to cool the air. The cooling air introduced into the upper chamber through the eva tube cools and exhausts the heat pipe.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 상기 히트 파이프들 사이에 배치되어 상기 히트 파이프들을 구획하며, 상기 히트 파이프의 각각에서 상기 에어가 볼텍스 흐름을 발생시키는 다수의 볼텍스 발생부가 제공될 수 있다. In some embodiments of the present invention, a plurality of vortex generators may be provided disposed between the heat pipes to partition the heat pipes, in which the air generates a vortex flow in each of the heat pipes.
다른 실시예에서, 상기 히트 파이프는 외측 히트 파이프이되,상기 하부 챔버 내의 상기 에바 튜브와 상기 외측 히트 파이프 사이에 상기 상부 챔버까지 연장되는 다수의 내측 히트 파이프가 위치될 수 있다. 상기 하부 챔버 내에서 위치되어 상기 외측 히트 파이프와 상기 내측 히트 파이프 사이에 배치되며, 상기 에어가 상기 외측 히트 파이프의 하부에서 상부로 흐르고, 상기 상부로 흐른 에어가 상기 내측 히트 파이프의 상부에서 하부로 향하도록 상기 에어의 흐름 경로를 형성하는 외 측 격벽이 제공될 수 있다. In another embodiment, the heat pipe is an outer heat pipe, with a plurality of inner heat pipes extending between the eva tube and the outer heat pipe in the lower chamber to the upper chamber. Located in the lower chamber and disposed between the outer heat pipe and the inner heat pipe, the air flows from the bottom of the outer heat pipe to the top, and the air flowing upwards from the top to the bottom of the inner heat pipe. An outer partition wall may be provided to form a flow path of the air to face.
또 다른 실시예에서, 상기 냉각관은 CFC 냉매를 포함하고, 상기 CFC 냉매를 냉각시키는 냉매 냉각기 및 상기 상, 하부 챔버를 수용하는 케이스가 제공될 수 있다. 상기 냉매 냉각기는 상기 케이스 내에 포함되거나 상기 케이스와 이격되어 설치될 수 있다. In another embodiment, the cooling tube may include a CFC refrigerant, a refrigerant cooler for cooling the CFC refrigerant and a case for receiving the upper and lower chambers may be provided. The refrigerant cooler may be included in the case or spaced apart from the case.
또 다른 실시예에서, 상기 에바 튜브를 통과한 상기 냉각 에어를 냉기와 열기로 분류하여 배출시키며, 상기 냉기를 상기 냉각관에 공급하는 볼텍스 튜브가 배치될 수 있다. In another embodiment, a vortex tube may be disposed to discharge the cooling air passing through the eva tube into cold and hot air, and to supply the cold air to the cooling tube.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 시스템은 압축기, 상기 압축기로부터 압축되는 에어를 저장하는 탱크 및 상기 탱크로부터 유입되는 에어를 냉각 및 건조시키는 에어 냉각 건조 장치를 포함한다. 상기 에어 냉각 건조 장치는 외부로부터 유입되는 고온 다습한 에어를 선회시켜 가속하여 상기 에어로부터 수분을 제거하여 건조시키는 하부 챔버 및 상기 에어가 배출되는 상부 챔버를 포함한다. 상기 상, 하부 챔버를 연통시키며, 냉각관에 의해 둘러싸인 관을 구비하며, 상기 건조된 에어가 상기 상부 챔버로 흘러가는 동안에 상기 건조된 에어를 냉각시키는 에바 튜브가 제공된다. 상기 하부 챔버 내의 상기 에바 튜브의 둘레에 배치되어 상기 상부 챔버까지 연장되며, 상기 에어와 열교환하여 상기 에어를 냉각시키는 다수의 히트 파이프가 구비된다. According to another aspect of the present invention for achieving the above technical problem, the system includes a compressor, a tank for storing the air compressed from the compressor and an air cooling drying device for cooling and drying the air flowing from the tank. The air-cooled drying apparatus includes a lower chamber that rotates and accelerates hot and humid air introduced from the outside to remove moisture from the air and to dry the upper chamber, and an upper chamber through which the air is discharged. An EVA tube communicating with the upper and lower chambers, having a tube surrounded by a cooling tube, and cooling the dried air while the dried air flows into the upper chamber is provided. A plurality of heat pipes are disposed around the EVA tube in the lower chamber and extend to the upper chamber, and heat exchange with the air to cool the air.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.
본 발명에 따르면, 에어 냉각 건조 장치는 에어를 선회시켜 가속시키는 챔버 및 하부 챔버 내부에 설치되는 다수의 히트 파이프들을 구비한다. 고온 다습한 에어가 다수의 히트 파이프들과 접촉하여 열교환함으로써 냉각됨과 동시에 코안다(Coanda effect) 현상을 이용하여 상기 에어가 챔버 내에서 회전하면서 가속됨에 따라 에어 내의 수분을 제거된다. 아울러, 다수의 히트 파이프들 주위에서 에어의 흐름을 볼텍스로 형성시켜, 히트 파이프들과 유효 접촉을 증가시킬 수 있으므로 냉각 효율이 증대될 수 있다. 또한, 상기 에어가 냉각됨에 따라 에어가 건조됨으로써 건조 효율 역시 향상될 수 있다. According to the present invention, an air cooling drying apparatus has a chamber for turning and accelerating air and a plurality of heat pipes installed inside the lower chamber. The hot and humid air is cooled by contacting and exchanging heat with a plurality of heat pipes and simultaneously removing moisture in the air as the air is accelerated while rotating in the chamber using a Coanda effect. In addition, by forming a vortex of air flow around the plurality of heat pipes, the effective contact with the heat pipes can be increased, so that the cooling efficiency can be increased. In addition, as the air is cooled, the air may be dried, thereby improving drying efficiency.
이에 더하여, 에어 냉각 건조 장치는 다수의 히트 파이프들에 의해 둘러싸이며, 외측에 냉각관이 나선형으로 형성된 에바 튜브를 구비할 수 있다. 여기서 냉각관은 볼렉스 튜브와 연결될 수 있으며, 볼렉스 튜브는 에바 튜브로부터 제공되는 냉각 건조 공기를 냉기와 열기로 분류하여 배출하여, 냉기를 냉각관에 공급시킬 수 있다. 이에 따라, 냉각관의 냉매로서 CFC가 사용되지 않을 수 있으므로, 환경 오염의 문제를 해결할 수 있다. In addition, the air-cooled drying apparatus may be surrounded by a plurality of heat pipes, and may have an eva tube formed in a spiral form with a cooling tube on the outside thereof. Here, the cooling tube may be connected to the Vollex tube, and the Vollex tube may discharge the cooling dry air provided from the Eva tube into cold and hot air and supply the cold air to the cooling tube. Accordingly, the CFC may not be used as the refrigerant of the cooling tube, thereby solving the problem of environmental pollution.
이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described below. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are being provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Like numbers refer to like elements throughout. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular forms also include the plural unless specifically stated otherwise in the text. As used herein, “comprises” and / or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements in which the mentioned components, steps, operations and / or elements are known. Or does not exclude additions.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치에 관한 개략도이고, 도 2는 도 1의 A-B선을 따라 절단된 개략 단면도이다. Hereinafter, an air cooling drying apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. 1 is a schematic view of an air cooling drying apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line A-B of FIG.
도 1을 참조하면, 에어 냉각 건조 장치(100)는 외부의 압축기 또는 에어를 저장하는 탱크로부터 챔버 유입구(106)를 통해 유입되는 고압, 고온, 다습한 에어를 건조함과 아울러서 냉각시켜 배출구(124)를 통해 외부 장치로 배출한다. 여기서 에어는 외부 장치에 사용되는 다양한 기체일 수 있으며, 본 설명에서는 설명의 편의상 공기를 예로 들어 설명한다. 공기의 경우에, 압축기로부터 단열 압축되어 약 150~250℃의 온도일 수 있다. Referring to FIG. 1, the air cooling and drying
에어 냉각 건조 장치(100)는 외부로부터 유입되는 고온 다습한 에어로부터 수분 등을 제거하여 건조시키는 하부 챔버(102), 에어가 배출되는 상부 챔버(104) 및 상, 하부 챔버(102, 104)를 수용하는 케이스(미도시)를 포함한다. 이 경우에, 하부 챔버(102)의 상부는 원통형으로 형성되고, 하부 챔버(102)의 하부는 공기의 선회속도가 증가하도록 원추형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 고온 다습의 공기는 하부 챔버(102)의 내부 측벽을 따라 회전함과 아울러서 가속되므로, 원심력과 코안다 현상(Coanda effect)에 의해 상기 공기 내의 수분 및 불순물이 상기 공기로부터 분리되어 드레인(120)을 통해 배출된다. The air cooling and drying
에어 냉각 건조 장치(100)는 상, 하부 챔버(102)를 연통시키며, 나선형의 냉각관(122)에 둘러싸인 에바 튜브(118)를 포함한다. 냉각관(122)은 냉매를 포함할 수 있으며, 예컨대 CFC 가스 또는 FCFC 가스일 수 있다. 이러한 냉각관(122)은 냉매 냉각기(128)와 연결되며, 냉매 냉각기(128)는 후술하는 에바 튜브(118) 내에서 수행되는 공기의 냉각 과정에서 발생하는 열교환으로 인해 온도가 상승된 CFC를 냉각시켜 냉각관(122)으로 순환시킬 수 있다. 이러한 냉매 냉각기(128)는 케이스 내에 일체로 포함되거나 케이스와 분리되어 설치될 수 있다. 이에 따라, 설치 장소가 협소한 경우, 예를 들어 각종 선박의 기관실 및 산업 설비의 기계실 등에 설치되는 경우에 냉매 냉각기(128)만 따로 설치가능하다. 아울러, 분리설치된 냉매 냉각기(128)에서 나오는 고온의 공기는 필요한 공간에 난방으로 사용가능하다. The air
한편, 에어 냉각 건조 장치(100)는 하부 챔버(102) 내의 에바 튜브(118)의 둘레에 배치되는 다수의 외측 히트 파이프(110)를 포함한다. 외측 히트 파이프(110)는 에바 튜브(118)의 외주연을 따라 균등 간격으로 배치되며, 하부 챔 버(102)에서부터 상부 챔버(104)로 연장된다. 외측 히트 파이프(110)는 열전달율이 우수한 액체 등으로 채워질 수 있다. 외측 히트 파이프(110)는 하부 챔버(102)내의 공기와 접촉하면서 열교환한다. 이 경우에, 공기가 하부 챔버(102)의 내벽을 따라 큰 볼텍스의 형태로 흐름으로써 외측 히트 파이프(110)를 통한 열교환은 효율적으로 이루어질 수 있다. 이에 의해, 상술한 하부 챔버(102)에서 발생하는 공기의 선회 뿐만 아니라, 외측 히트 파이프(110)를 통해서도 공기가 냉각되어 공기 내의 수분 등이 분리될 수 있다. On the other hand, the air
아울러, 하부 챔버(102) 내에 외측 히트 파이프들(110) 사이에 배치되어 외측 히트 파이프들(110)을 구획하는 볼텍스 유도 날개들(108)이 배치될 수 있다. 볼텍스 유도 날개(108)는 하부 챔버(102)의 내벽과 이격되고, 내벽을 향하는 벽들로 구성될 수 있다. 이에 의해, 공기는 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 챔버(102)의 내측벽을 따라 회전하면서도 볼텍스 유도 날개들(108) 사이의 영역에서는 국지적인 볼텍스 흐름을 가짐으로써, 공기와 외측 히트 파이프(110) 사이의 유효 접촉을 증가시키는데 기여한다. In addition, the
이에 더하여, 에어 냉각 건조 장치(100)는 하부 챔버(102) 내에서 에바 튜브(118)와 외측 히트 파이프(110) 사이에 위치되며, 상부 챔버(104)까지 연장되는 다수의 내측 히트 파이프(114), 하부 챔버(102) 내에서 위치되어 외측 히트 파이프(110)와 내측 히트 파이프(114) 사이에 배치되는 외측 격벽(112)을 구비할 수 있다. 내측 히트 파이프(114)는 상술한 외측 히트 파이프(110)와 구조 및 기능 측면에서 실질적으로 동일하다. 외측 격벽(112)은 도 1에 도시된 바와 같이, 공기의 흐 름 경로를 외측 히트 파이프(110)의 하부에서 그 상부로 이동시킨 다음에, 내측 히트 파이프(114)의 상부에서 하부로 흐르도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 공기가 외측 히트 파이프(110)와 내측 히트 파이프(114)와 충분히 접촉하도록 하여 효율적인 열교환이 이루어진다.In addition, the air
또한, 하부 챔버(102) 내에서 에바 튜브(118)와 내측 히트 파이프(114) 사이에 배치되는 내측 격벽(116)이 위치될 수 있다. 내측 격벽(116)은 도 2에 도시된 바와 같이, 에바 튜브(118)의 주위에서 볼텍스를 유도시키도록 상단에 다수의 유입구(117)를 가지며, 유입구(117)는 에바 튜브(118)를 둘러싸는 원주의 방향을 따라 균등한 간격으로 배치되고, 원주의 소정 부분과 실질적으로 수평되게 공기가 흐르도록 형성될 수 있다. 참고로 도 2에서는 외측 격벽과 내측 히트 파이프가 생략되어 도시되어 있다. 이에 따라, 내측 히트 파이프(114)의 상부와 접촉한 공기는 에바 튜브(118)를 중심으로 회전 흐름을 형성하여 코안다 현상 및 원심력에 의해 냉각됨과 아울러서 건조될 수 있다.In addition, an
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치의 동작 과정을 설명하기로 한다. Hereinafter, an operation process of the air cooling drying apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
압축기 등에서 유입되는 고온 다습의 공기가 하부 챔버(102)의 챔버 유입구(106)를 통해 유입되어 하부 챔버(102) 내에서 큰 회전 흐름을 형성한다. 이에 따라, 공기는 코안다 현상 및 원심력에 의해 1차적으로 냉각 및 건조됨과 아울러서, 공기 내의 수분 및 폐윤활유 등과 같은 불순물이 분리되어 드레인(120)을 통해 배출된다. Hot humid air flowing from the compressor or the like is introduced through the
이어서, 1차적으로 냉각 및 건조된 공기는 외측 히트 파이프(110)와 접촉을 통해 열교환되면서 2차적으로 냉각된다. 이 경우에, 외측 히트 파이프들(110)을 구획하는 볼텍스 유도 날개들(108)에 의해 공기는 도 2에 도시된 바와 같이, 외측 히트 파이프(110)의 부근에서 국지적으로 볼텍스를 형성하여 외측 히트 파이프(110)와 접촉된다. 외측 히트 파이프(110)와 열교환된 공기는 외측 격벽(112)을 따라 내측 히트 파이프(114)의 상부로 유도되어 열교환됨으로써 3차적으로 냉각된다. 상술한 2차 및 3차 냉각을 통해서도 공기 내의 수분은 분리될 수 있다. Subsequently, the first cooled and dried air is secondarily cooled while being heat exchanged through contact with the
내측 히트 파이프(114)와 열교환된 공기는 내측 격벽(116)의 유입구(117)를 따라 에바 튜브(118)의 상단으로 유도된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유입구(117)를 통해 들어온 공기는 에바 튜브(118)를 중심으로 회전 흐름을 형성하여 코안다 현상 및 원심력에 의해 4차적으로 냉각되면서 잔류 수분이 더 제거될 수 있다. Air heat exchanged with the
내측 격벽(116)에 의해 에바 튜브(118)의 하단으로 안내되는 공기는 에바 튜브(118) 내로 유입되어 상부 챔버(104)로 이동된다. 공기가 상부 챔버(104)로 이동되면서 냉각관(122)을 통해 노점(dew point) 환경이 만들어진다. 이를 통해, 공기 내의 습기는 이슬점에서 물방울로 변화되어 중력에 의해 에바 튜브(118)를 따라 흘러 내려간다. 한편, 에바 튜브(118)를 통과하여 냉각, 건조된 공기는 상부 챔버(104) 내에서 다시 볼텍스가 형성되어 상부 챔버(104)로 연장된 내측 히트 파이프(114) 및 외측 히트 파이프(110)의 액체를 냉각시킬 수 있다. 즉, 냉각된 액체는 내측 히트 파이프(114) 및 외측 히트 파이프(110)의 하부에서 열교환에 의해 고온 이 된 유체와 순환할 수 있다. 아울러, 상부 챔버(104)로 유입된 공기는 내측 히트 파이프(114)와 외측 히트 파이프(110)와 열교환에 의해 온도가 약간 상승한 건조 공기를 외부 장치에 제공할 수 있다. Air guided to the lower end of the
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치에 관한 개략도이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치에 적용되는 볼텍스 튜브의 개략 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치에 적용되는 벤츄리 노즐의 개략 단면도이다.3 to 5, the air-cooled drying apparatus according to another embodiment of the present invention will be described in detail. Figure 3 is a schematic diagram of an air cooling drying apparatus according to another embodiment of the present invention, Figure 4 is a schematic cross-sectional view of a vortex tube applied to the air cooling drying apparatus according to another embodiment of the present invention, Figure 5 is a present invention A schematic cross-sectional view of a venturi nozzle applied to an air cooling drying apparatus according to another embodiment of the present invention.
본 실시예는 도 1 및 도 2의 실시예에서 언급된 에어 냉각 건조 장치의 냉각관과 연결되어 냉각 가스(또는 액체)를 제공하는 볼텍스 튜브와 볼텍스 튜브와 연결되는 벤츄리 노즐을 제외하고 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 부분을 위주로 설명하기로 한다. This embodiment is substantially the same except for the vortex tube which is connected to the cooling tube of the air cooling drying apparatus mentioned in the embodiment of FIGS. Therefore, the description will be mainly focused on this.
도 3을 참조하면, 에어 냉각 건조 장치(100a)는 도 1의 실시예에서와 같이, 외부로부터 유입되는 고온 다습한 에어를 선회시켜 가속하여 상기 에어로부터 수분을 제거하여 건조시키는 하부 챔버(102), 에어가 배출되는 상부 챔버(104), 상, 하부 챔버(102, 104)를 연통시키며, 냉각관(122)에 의해 둘러싸인 관을 구비하며, 에어가 상부 챔버(104)로 흘러가는 동안에 에어를 냉각시키는 에바 튜브(118) 및 하부 챔버(102) 내의 에바 튜브(118)의 둘레에 배치되어 상부 챔버(104)까지 연장 되는 다수의 외측 히트 파이프(110)를 포함한다. 또한, 에어 냉각 건조 장치(100a)는 외측 히트 파이프들(110) 사이에 배치되어 외측 히트 파이프(110)의 각각에서 에어가 볼텍스 흐름을 발생시키는 다수의 볼텍스 유도 날개(108)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the air cooling and drying
이에 더하여, 하부 챔버(102) 내의 에바 튜브(118)와 외측 히트 파이프(110) 사이에 위치되며, 상부 챔버(104)까지 연장되는 다수의 내측 히트 파이프(114) 및 외측 히트 파이프(110)와 내측 히트 파이프(114) 사이에 배치되는 외측 격벽(112)이 위치될 수 있다. 아울러, 하부 챔버(102) 에서 에바 튜브(118)와 내측 히트 파이프(114) 사이에 배치되며, 에바 튜브(118)의 주위에서 볼텍스를 유도시키도록 상단에 다수의 유입구(117)를 갖는 내측 격벽(116)이 설치될 수 있다. In addition, a plurality of
한편, 냉각관(122)은 볼텍스 튜브(130)와 연결된 공급관(142)로부터 냉각 가스를 제공받을 수 있다. 볼텍스 튜브(130)는 에바 튜브(118)를 통과한 냉각 에어를 냉기와 열기로 분류시켜 냉기를 냉기 배기관(144)을 통해 냉각관(122)으로 공급시키고, 열기를 벤츄리 노즐(150)로 분사시킬 수 있다. 볼텍스 튜브(130)는 다음과 같은 과정으로 동작할 수 있다. Meanwhile, the cooling
도 4를 참조하면, 에바 튜브(118)를 통과한 냉각 공기가 볼텍스 튜브 입구(132)로 공급되면, 이 압축공기는 튜브형의 볼텍스 회전실(134) 내로 투입되어 일차로 수백만 RPM으로 초고속 회전을 하게 된다. 이 회전하는 공기(이하, 1차 볼텍스라 칭함)는 열기 출구(136)를 통해 일부 배출되고, 나머지 공기가 조절밸브(139)에 의해 회송되어 1차 볼텍스 안쪽에서 2차 볼텍스를 형성하면서 반대쪽의 냉기 출구(138)를 통해 빠져 나가게 된다. 즉, 볼텍스 튜브(130)의 내부 공간에서는 바깥쪽과 안쪽에서 종방향을 따라 서로 반대방향으로 진행하는 별개의 볼텍스가 형성되어지는 것이다.Referring to FIG. 4, when the cooling air passing through the
이때, 상기 2차 볼텍스 흐름은 1차 볼텍스 흐름 안쪽에 있는 보다 낮은 압력의 영역을 통과하면서 열량을 잃고 냉기 출구(138)쪽으로 향하게 된다. 여기서, 상기와 같이 회전하는 두 개의 공기 흐름은 동일 방향 및 동일 각속도로 회전하는데, 안쪽 흐름(2차 볼텍스)의 공기 입자가 바깥쪽 흐름(1차 볼텍스)의 공기 입자와 1회전하는 시간이 동일(동일 각속도)하므로, 실제 운동속도는 안쪽 흐름이 바깥쪽 흐름보다 낮다. 이러한 운동속도의 차이는 운동에너지가 줄었음을 의미하며, 이 상실된 운동에너지는 열로 변환되어 바깥쪽 흐름(1차 볼텍스)의 공기 온도를 상승시키고, 안쪽 흐름(2차 볼텍스)은 더욱 더 온도가 내려가게 된다.At this time, the secondary vortex flow loses heat and is directed towards the
도 4의 볼텍스 튜브(130) 내부에서 상대적으로 바깥쪽에 표시된 나선형의 화살표(우측으로 진행)는 1차 볼텍스의 흐름을 나타내고, 안쪽에 표시된 나선형의 화살표(좌측으로 진행)는 2차 볼텍스의 흐름을 나타낸다.Inside the
본 실시예에 따르면, 냉각관의 냉매로서 CFC가 사용되지 않을 수 있으므로, 환경 오염의 문제를 해결할 수 있다. According to this embodiment, since the CFC may not be used as the refrigerant of the cooling tube, the problem of environmental pollution can be solved.
상술한 바와 같이, 벤츄리 노즐(150)은 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 노즐 유입구(152)를 통해 볼텍스 튜브(130)의 열기를 제공받을 수 있다.이 경우에, 열기는 볼텍스의 형태로 제1 노즐 유입구(152)에 유입될 수 있다. 아울러, 벤츄리 노즐(150)은 제2 노즐 유입구(154)를 통해 상부 챔버(104)의 배출구(124)로부터 공급 되는 따뜻한 건조 공기를 제공받을 수 있다. 이에 더하여, 제2 노즐 유입구(154)는 냉각관(122)의 차가운 공기를 배출구(124)의 따뜻한 건조 공기와 함께 공급받을 수 있다. As described above, the
상기 열기, 따뜻한 건조 공기 및 차가운 공기는 혼합부(156) 내에서 혼합되고, 혼합된 공기는 좁은 입구를 통과하면서 고속 흐름을 갖는 공기로 변하게 된다. 고속 흐름의 공기는 외부 장치와 연결되는 유출구(158)를 통해 배출될 수 있다. The hot, warm dry air and cold air are mixed in the
이하, 도 6를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치가 적용되는 시스템에 대하여 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치를 채택하는 시스템이다. Hereinafter, a system to which an air cooling and drying apparatus according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIG. 6. 6 is a system employing an air cooling drying apparatus according to an embodiment of the present invention.
시스템(200)은 에어, 예컨대 저온의 건조한 공기를 필요한 외부 장치에 제공하는 것으로서, 공기를 단열압축하는 압축기(210), 압축된 공기를 저장하는 탱크(220), 저장된 공기를 냉각 및 건조하여 배출하는 공기 냉각 에어 장치(100) 및 냉각, 건조된 공기를 공급받는 외부 장치(230)로 구성될 수 있다. 이 경우에, 공기 냉각 에어 장치는 도 1 또는 도 3의 실시예에서 언급된 에어 냉각 건조 장치를 채택할 수 있다. The
이에 더하여, 공기 냉각 건조 장치(100)와 외부 장치(230) 사이에 공기 냉각 에어 장치(100)의 상부 챔버에서 배출한 공기를 임시로 저장하는 저장 탱크(미도시) 및 저장 탱크 내의 압력에 따라 압축기를 온/오프 제어하는 제어 수단(미도시) 이 더 설치될 수 있다. In addition, a storage tank (not shown) for temporarily storing the air discharged from the upper chamber of the air
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.Although the present invention has been described in detail through the representative embodiments, those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications without departing from the scope of the present invention. Will understand. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by all changes or modifications derived from the claims and the equivalent concepts as well as the following claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치에 관한 개략도이다. 1 is a schematic diagram of an air cooling drying apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 A-B선을 따라 절단된 개략 단면도이다. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line A-B of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치에 관한 개략도이다. 3 is a schematic view of an air cooling drying apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치에 적용되는 볼텍스 튜브의 개략 단면도이다.Figure 4 is a schematic cross-sectional view of the vortex tube applied to the air cooling drying apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치에 적용되는 벤츄리 노즐의 개략 단면도이다.5 is a schematic cross-sectional view of a venturi nozzle applied to an air-cooled drying apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 냉각 건조 장치를 채택하는 시스템이다. 6 is a system employing an air cooling drying apparatus according to an embodiment of the present invention.
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