KR101200089B1 - 볼텍스 튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼텍스 튜브에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 볼텍스 튜브는 메인 바디와, 상기 메인 바디의 후방에 결합되어 압축 공기가 유입되는 유입부와, 상기 메인 바디 내부에 설치되는 중공관 형태의 공기 순환 챔버와, 상기 메인 바디의 내주면과 상기 공기 순환 챔버의 외주면 사이 공간에 형성되고, 상기 유입부를 통해서 유입되는 공기가 전방으로 이동되는 이동 통로와, 상기 공기 순환 챔버의 전방에 결합되어 상기 이동통로를 통해서 유입되는 공기를 공기 순환 챔버 내부에서 회전시키는 볼텍스 발생부와, 상기 메인 바디의 전방에 결합되어 상기 공기 순환 챔버로부터 냉각 공기가 배출되는 냉각 공기 배출부와, 상기 공기 순환 챔버의 후방에 결합되어 상기 공기 순환 챔버로부터 고온 공기를 배출시키는 고온 공기 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

볼텍스 튜브{voltex tube}

본 발명은 볼텍스 튜브 관한 것으로서, 볼텍스 튜브의 내부 공기 유입 흐름을 개선한 볼텍스 튜브에 관한 것이다.

일반적으로, 볼텍스 튜브(Vortex Tube)는 산업현장 곳곳의 국부적 냉각문제에 대한 해결책으로 사용되고 있으며, 산업현장에서 사용되는 일반적인 압축공기(콤프레셔)를 구동 에너지원으로 사용한다.

또한, 볼텍스 튜브는 기계적 구동부가 전혀 없이 차가운 공기와 뜨거운 공기의 흐름을 동시에 만들어 내며, 볼텍스 튜브는 비용이 저렴하며 신뢰성이 높고 유지보수의 필요성이 전혀 없는 냉각장치로써 고온의 산업 현장인 용접, 용탕 등 의 제조 공정에서 이용되고 있다.

이러한 볼텍스 튜브와 관련된 선행기술에는 대한민국 특허청에 출원된 출원번호 제10-2007-0025237호, 제10-2008-0005461호 등이 있다.

도 1은 종래의 볼텍스 튜브의 구조를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 볼텍스 튜브는 압축공기의 주입을 위한 압축공기 주입부(15)가 형성되는 메인바디(10)와 상기 메인바디(10)에 결합되어 냉기와 열기를 발생시키는 볼텍스 발생기(14) 및 상기 볼텍스 발생기(14)와 결합되는 공기순환튜브(12) 상기 메인바디(10)에 결합되는 커버(13) 및 상기 커버(13)에 결합되는 조절밸브(16)와 캡(17)으로 구성된다.

종래의 볼텍스 튜브는 주입구(15)로부터 공급된 압축공기가 볼텍스발생기(14)와 공기순환튜브(12)를 거치며 냉기와 열기로 분리되어 열기는 공기순환튜브(12)의 일측에 배치된 조절밸브(16)와의 틈새를 통해 외부로 배출되고, 냉기는 전방의 분사구를 통해 분사되는 구조로 열기의 배출이 원활하게 이루어질수록 그 효율이 높아지게 된다.

도 2는 볼텍스 튜브의 내부 유동을 도시하는 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 볼텍스 이론에 대해 설명하면, 압축공기가 볼텍스 튜브로 공급되면 이 공기는 노즐을 통하여 볼텍스 회전실의 안쪽 측면에 접하면서 튜브의 길이방향에 수직으로 분사된다.

이렇게 분사된 공기는 회오리바람과 같은 와류를 형성하며 튜브의 안쪽 벽면을 타고 돌면서 튜브의 끝쪽으로 이동한다. 이때, 튜브의 끝부분에 달린 밸브를 조금 열면 더워진 공기가 일부 외부로 배출되고 배출되지 않은 나머지 공기는 다시 방향을 바꾸어 튜브의 중심부를 따라 작은 볼텍스를 형성한 채 역류한다. 2차로 형성된 내부의 볼텍스는 열을 잃어버려 냉각된 채 튜브의 반대편 끝으로 배출되는 것이다.

즉, 이때 종래의 볼텍스 튜브는 외부에서 회전되는 더워진 공기가 메인 바디 자체의 온도를 상승시켜서 사용자가 화상을 입는 문제점이 있었다.

본 발명에 따른 볼텍스 튜브는 차가운 공기와 더운 공기로 분리되는 과정에서 메인바디가 가열되는 문제점을 해결할 수 있는 볼텍스 튜브의 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 볼텍스 튜브는 메인 바디와, 상기 메인 바디의 후방에 결합되어 압축 공기가 유입되는 유입부와, 상기 메인 바디 내부에 설치되는 중공관 형태의 공기 순환 챔버와, 상기 메인 바디의 내주면과 상기 공기 순환 챔버의 외주면 사이 공간에 형성되고, 상기 유입부를 통해서 유입되는 공기가 전방으로 이동되는 이동 통로와, 상기 공기 순환 챔버의 전방에 결합되어 상기 이동통로를 통해서 유입되는 공기를 공기 순환 챔버 내부에서 회전시키는 볼텍스 발생부와, 상기 메인 바디의 전방에 결합되어 상기 공기 순환 챔버로부터 냉각 공기가 배출되는 냉각 공기 배출부와, 상기 공기 순환 챔버의 후방에 결합되어 상기 공기 순환 챔버로부터 고온 공기를 배출시키는 고온 공기 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 공기 순환 챔버의 전방측 외주면에는 일정한 각도로 분할된 위치에 돌기가 돌출형성되고, 상기 돌기 사이로 압축 공기가 이동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동 통로를 통해서 유입되는 압축 공기는 상기 공기 순환 챔버의 외주면을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 고온 공기 배출부는 배출되는 공기량을 조절하기 위한 밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 볼텍스 튜브는 유입부를 메인 바디 후방에 설치하고, 메인 바디와 공기 순환 챔버 사이로 압축 공기가 유입되도록 하여 더워진 공기가 메인 바디로 열을 전달하는 것을 차단할 수 있는 구조를 제공하므로 공기 분리 과정에서 메인 바디가 가열되는 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 볼텍스 튜브를 도시하는 단면도.
도 2는 볼텍스 튜브의 내부 유동을 도시하는 개념도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 볼텍스 튜브를 도시하는 분해사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 볼텍스 발생부를 도시하는 개념도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 볼텍스 튜브의 단면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 볼텍스 튜브의 내부 유동흐름도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 볼텍스 튜브를 도시하는 분해사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 볼텍스 튜브는 메인 바디(10)와. 유입부(20), 이동 통로(12), 냉각 공기 배출부(30), 고온 공기 배출부(40)는 볼텍스 발생부(50) 및 공기 순환 챔버(60)를 포함하여 이루어진다.

상기 메인 바디(10)는 볼텍스 튜브의 기본적인 골격을 이루는 프레임 역할을 하며, 가운데가 빈 중공관 형태이다.

그리고, 상기 유입부(20)는 압축 공기가 저장된 압축 탱크(컴프레샤)에 연결되어 압축 공기가 유입된다.

또한, 볼텍스 발생부(50)는 상기 이동 통로(12)를 통해서 상기 유입부(20)로부터 유입되는 압축 공기를 공기 순환 챔버(60) 내부에 볼텍스 형태로 회전되도록 하는 역할을 하며, 보다 상세히 살펴보면, 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 볼텍스 발생부를 도시하는 개념도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 볼텍스 발생부(50)는 외주면에서 내주면측으로 일정한 경사로 형성된 다수 개의 회전 유도 통로(52)를 통해서 압축 공기를 회전시키는 역할을 한다.

또한, 상기 볼텍스 발생부(50)의 중심에는 공기 순환 챔버(60)에서 냉각된 공기가 전방으로 배출될 수 있도록 관통되어 있다.

그리고, 공기 순환 챔버(60)는 상기 유입부(20)를 통해서 유입되는 공기의 이동 통로(12)가 형성되도록 상기 메인 바디(10) 내부에 설치된다. 상기 공기 순환 챔버(60)는 중공관 형태이며, 일측은 개구되어 볼텍스 발생부(50)와 밀착되고, 후방에는 고온 공기 배출부(40)에 연결된다.

즉, 공기 순환 챔버(60)의 외주면과 메인 바디(10)의 내주면이 일정한 간격을 두고 결합되고, 그 사이 공간을 통해서 이동 통로(12)가 형성되는 것이다.

이러한 이동 통로(12)는 기본적으로 공기 이동 통로 역할을 하지만, 공기 순환 챔버(60)를 냉각시키는 역할도 하게 된다.

마지막으로, 냉각 공기 배출부(30)와 고온 공기 배출부(40)는 상기 메인 바디(10)의 전후방에 각각 결합되어 상기 공기 순환 챔버(60)로부터 냉각 및 고온 공기가 배출된다.

여기서, 사이 고온 공기 배출부(40)는 압축 공기가 유입되는 유입부(20)와 간섭되지 않도록 일측으로 편향된 형태로 상기 공기 순한 챔버(60)에 결합되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 공기 순환 챔버(60)의 전방측 외주면에는 일정한 각도로 분할된 위치에 돌기(62)가 돌출형성되고, 상기 돌기(62) 사이로 압축 공기가 이동된다.

상기 돌기(62)를 통해서 압축 공기의 흐름이 층류화되고, 층류화된 공기는 볼텍스 발생부(50)에서 일정한 각속도를 가지고 회전되므로 공기 순환 챔버(60) 내부에서의 열교환 효율을 높일 수 있다.

본 발명에 따른 볼텍스 튜브의 작동 상태에 대해 보다 상세히 살펴보면,

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 볼텍스 튜브의 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 상기 고온 공기 배출부(40)는 배출되는 공기량을 조절하기 위한 밸브(42)가 설치되어 상기 밸브(42)를 통해서 배출되는 공기량에 따라서 냉각 공기 배출부(30)를 통해서 배출되는 냉각 공기의 온도를 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 볼텍스 튜브는 메인 바디(10)와 공기 순환 챔버(60) 사이에 이동 통로(12)가 형성되고, 상기 이동 통로(12)를 통해서 압축 공기가 유입되므로 열교환 과정에서 고온 공기를 통해서 메인 바디가 가열되는 문제점을 원천적으로 해결한 것이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 볼텍스 튜브의 내부 유동흐름도이다.

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 볼텍스 튜브는 유입부(20)를 통해서 압축 공기가 유입되면 이동 통로(12)를 통해서 전방으로 압축 공기가 이동된다.

이동된 압축 공기는 볼텍스 발생부(50)를 통해서 회전되고, 공기 순환 챔버(60) 내부에서 회전되면서 후방으로 이동된다.

상기 공기 순환 챔버(60)의 내부에서 후방으로 이동되는 공기의 일부는 고온 공기 배출부를 통해서 외부로 배출되고, 일부의 공기는 공기 순환 챔버(60)의 중심을 통해서 전방으로 배출되고, 냉각 공기 배출부(20)를 통해서 외부로 배출된다.

즉, 공기 순환 챔버(60) 내부에서 고온의 공기가 이동되므로 이동 통로(12) 외부 위치한 메인 바디(10)에는 열이 전달되지 않아서 메인 바디가 가열되는 문제점을 해결할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 볼텍스 튜브를 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로 본 발명의 진정한 범위는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

10: 메인 바디
20: 유입부
12: 이동 통로
30: 냉각 공기 배출부
40: 고온 공기 배출부
50: 볼텍스 발생부
52: 회전 유도 통로
60: 공기 순환 챔버
62: 돌기

Claims (4)

1. 메인 바디와;
   상기 메인 바디의 후방에 결합되어 압축 공기가 유입되는 유입부와;
   상기 메인 바디 내부에 설치되는 중공관 형태의 공기 순환 챔버와;
   상기 메인 바디의 내주면과 상기 공기 순환 챔버의 외주면 사이 공간에 형성되고, 상기 유입부를 통해서 유입되는 공기가 전방으로 이동되는 이동 통로와;
   상기 공기 순환 챔버의 전방에 결합되어 상기 이동통로를 통해서 유입되는 공기를 공기 순환 챔버 내부에서 회전시키는 볼텍스 발생부와;
   상기 메인 바디의 전방에 결합되어 상기 공기 순환 챔버로부터 냉각 공기가 배출되는 냉각 공기 배출부와;
   상기 공기 순환 챔버의 후방에 결합되어 상기 공기 순환 챔버로부터 고온 공기를 배출시키는 고온 공기 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 공기 순환 챔버의 전방측 외주면에는,
   일정한 각도로 분할된 위치에 돌기가 돌출형성되고, 상기 돌기 사이로 압축 공기가 이동되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 이동 통로를 통해서 유입되는 압축 공기는 상기 공기 순환 챔버의 외주면을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 고온 공기 배출부는,
   배출되는 공기량을 조절하기 위한 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브.
   

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