KR101590537B1 - 단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과열로 인한 화상의 위험을 방지하기 위한 단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 몸체부; 상기 몸체부의 일측에 설치되고 외부의 압축공기가 내부로 주입되는 압축공기 주입구가 외주면에 형성되어 상기 주입된 압축공기를 회전시키는 볼텍스 생성부; 상기 볼텍스 생성부의 일측에 설치되어 상기 몸체부로부터 냉기가 배출되는 냉기 배출부; 및 상기 몸체부의 타측에 설치되어 외부로 배출되는 열기의 양을 조절하는 차폐밸브가 구비된 열기 배출부;를 포함하여 구성되는 볼텍스 튜브에 있어서, 상기 몸체부에서 발생하는 열기를 외부로의 발산을 차단하기 위한 단열성 코팅제로 이루어진 단열막이 상기 몸체부의 내면에 형성되되, 상기 단열성 코팅제는 단열성 필름, 단열성 도료 및 단열성 에어로겔 중 어느 하나이고, 상기 단열막은 딥 코팅법(Dip-coating method) 및 스프레이 코팅법(Spray-coating method) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성되며, 상기 딥 코팅법은, 상기 몸체부의 외면에 마스킹테이프를 부착한 다음, 아크릴 에멀젼 수지 및 알루미늄 실리케이트를 혼합한 단열성 도료로 딥 코팅한 후 80~150℃에서 30분~1시간 동안 건조하여 코팅하고, 상기 스프레이 코팅법은, 점도가 20cps 이하인 저점도 단열성 코팅제로 분사량과 분사압을 제어하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브를 기술적 요지로 한다.

Description

단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브{Vortex tube heat having insulation function}

본 발명은 단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과열로 인한 화상의 위험을 방지하기 위한 단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브에 관한 것이다.

일반적으로 볼텍스 튜브는 기계적 구동부가 전혀 없이 산업현장에서 사용되는 콤프레셔의 압축 공기만으로 냉기를 획득할 수 있어 비용이 저렴하며 신뢰성이 높고 유지보수의 필요성이 전혀 없는 냉각장치로써, 온도 조절범위는 -46~+127℃이며, 냉기 유량 조절범위는 28~4248 SLPM이고, 최대 냉각능력은 2571 Kcal/hr수준에 이르고 있다.

이에, 주물, 유리, 제철, 도자기, 전기적 장치나, 장비 및 시설 등 열로 인해 발생 될 수 있는 가혹한 환경에 국부적으로 냉기를 공급하여 쾌적한 환경으로 조성하는데 효과적으로 이용되고 있다.

이하, 종래 일반적인 볼텍스 튜브의 구성을 참조하여 설명해보면 다음과 같다.

도 1은 종래 볼텍스 튜브의 구조를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 볼텍스 튜브는 압축공기 주입부(14)가 형성되는 메인바디(10), 메인바디(10)에 결합되어 냉기와 열기를 발생시키는 볼텍스 발생기(13), 볼텍스 발생기(13)와 결합되는 공기순환튜브(11), 메인바디(10)에 결합되는 커버(12) 및 커버(13)에 결합되는 조절밸브(15)와 캡(16)으로 구성된다.

이러한 종래 볼텍스 튜브는, 주입구(14)로부터 공급된 압축공기가 볼텍스 발생기(13)와 공기순환튜브(11)를 거치며 냉기와 열기로 분리되어 열기는 공기순환튜브(11)의 일측에 배치된 조절밸브(15)와의 틈새를 통해 외부로 배출되고, 냉기는 전방의 분사구를 통해 분사되는 구조로 열기의 배출이 원활하게 이루어질수록 그 효율을 높게 하는 방식이다.

그러나, 기존의 볼텍스 튜브는 공기순환튜브(11)로부터 방출되는 열기로 인하여 공기순환튜브(11)가 과열되므로 사용자가 공기순환튜브(11)와 접촉시 화상의 우려가 있어 그대로는 사용이 어려우므로, 공기순환튜브(11)의 외측에 별도의 커버(12)를 형성시켜 사용자가 공기순환튜브(11)에 직접적으로 접촉하는 것을 방지함으로써 이러한 문제점을 해소하였다.

이처럼, 공기순환튜브(11)의 외측에 별도의 커버구조가 씌워지면 공기순환튜브(11)로부터 배출된 직접적인 열기가 조절밸브(15)를 이용한 배출구조를 통해 외부로 배출되지만, 공기순환튜브(11) 표면으로부터 발생하는 열기는 외부로 신속하게 배출되지 못하고, 메인바디(10)와 공기순환튜브(11)의 사이에 잔류하며 공기순환튜브(11)의 열기가 배출되는 것을 방해하여 볼텍스 튜브의 냉각효율을 저하시키는 문제점이 있다.

한편, 이와 관련된 종래 기술인 '볼텍스 튜브(출원번호: 10-2012-0107364)'에서는 유입부를 메인 바디 후방에 설치하고, 메인 바디와 공기 순환 챔버 사이로 압축공기가 유입되도록 하여 더워진 공기가 메인 바디로 열을 전달하는 것을 차단할 수 있는 구조를 가짐으로써 공기 분리 과정에서 메인 바디가 가열되는 문제점을 해결하려고 하였으나, 공기 분리 과정이 복잡하게 진행되어 이러한 과정상의 오류가 발생할 수 있으므로 볼텍스 튜브를 간편하게 단열시킬 수 있는 새로운 기술 개발이 요구되는 시점이다.

국내 등록특허공보 제10-1200089호, 2012.11.12.자 등록.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 볼텍스 튜브 몸체부의 가열로 인한 화상 발생을 미연에 방지할 수 있고 에너지 분리 효율 극대화로 인한 열 효율이 향상된 단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 몸체부; 상기 몸체부의 일측에 설치되고 외부의 압축공기가 내부로 주입되는 압축공기 주입구가 외주면에 형성되어 상기 주입된 압축공기를 회전시키는 볼텍스 생성부; 상기 볼텍스 생성부의 일측에 설치되어 상기 몸체부로부터 냉기가 배출되는 냉기 배출부; 및 상기 몸체부의 타측에 설치되어 외부로 배출되는 열기의 양을 조절하는 차폐밸브가 구비된 열기 배출부;를 포함하여 구성되는 볼텍스 튜브에 있어서, 상기 몸체부에서 발생하는 열기를 외부로의 발산을 차단하기 위한 단열성 코팅제로 이루어진 단열막이 상기 몸체부의 내면에 형성되되, 상기 단열성 코팅제는 단열성 필름, 단열성 도료 및 단열성 에어로겔 중 어느 하나이고, 상기 단열막은 딥 코팅법(Dip-coating method) 및 스프레이 코팅법(Spray-coating method) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성되며, 상기 딥 코팅법은, 상기 몸체부의 외면에 마스킹테이프를 부착한 다음, 아크릴 에멀젼 수지 및 알루미늄 실리케이트를 혼합한 단열성 도료로 딥 코팅한 후 80~150℃에서 30분~1시간 동안 건조하여 코팅하고, 상기 스프레이 코팅법은, 점도가 20cps 이하인 저점도 단열성 코팅제로 분사량과 분사압을 제어하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브를 기술적 요지로 한다.

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상기 몸체부의 양단에는, 상기 볼텍스 생성부와 상기 열기 배출부가 각각 분리 가능하게 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따른 단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브는, 볼텍스 튜브의 구성인 몸체부 내면에 단열성 코팅제를 코팅함으로써 과열 현상을 일어나지 않게 하여 작업자의 화상 발생을 방지함으로써 작업성을 개선할 수 있는 효과가 있다.

이에 따라, 볼텍스 튜브 내부에서 배출되지 못한 열기가 역류하여 냉기로 변하면서 에너지 분리 효율이 증대되어 냉각효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 볼텍스 튜브의 구조를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브는, 몸체부(100), 볼텍스 생성부(200), 냉기 배출부(300) 및 열기 배출부(400)를 포함하여 크게 구분된다.

앞서, 본 발명에서 바람직한 실시예로 제시하는 볼텍스 튜브는 압축공기 주입구(202)를 통해 주입되는 압축공기(A)를 볼텍스 생성부(200)에서 와류 형태로 순환시켜 압축공기(A)에 포함된 열기(H)와 냉기(C)를 분리 배출하는 것이다.

먼저, 본 발명인 볼텍스 튜브의 구성요소에 대하여 설명하고자 한다.

상기 몸체부(100)는 경량성과 내구성을 가지도록 열전도성이 높은 알루미늄 소재를 사용하여 관형으로 제조되는 것이 바람직하다.

그리고, 몸체부(100)의 일측에는 볼텍스 생성부(200)가 설치되고, 타측에는 열기 배출부(400)가 설치되는 것이 바람직한데, 여기서, 볼텍스 생성부(200)와 열기 배출부(400)에 대하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

상기 볼텍스 생성부(200)는 몸체부(100)의 일측에 설치되고 외부의 압축공기(A)가 내부로 주입되는 압축공기 주입구(202)가 외주면에 형성되어 주입된 압축공기(A)를 회전시키는 역할을 하는 곳으로, 압축공기 주입구(202)로 공급되는 압축공기(A)가 볼텍스 튜브의 길이방향에 대하여 수직으로 분사되어 회오리 바람과 같은 와류를 형성하는 공간이다.

이때, 볼텍스 생성부(200)는 몸체부(100)의 일측에 분리 가능하게 나사로 회전 결합될 수 있다.

여기서, 볼텍스 생성부(200)의 일측에는 몸체부(100)로부터 냉기가 배출되는 냉기 배출부(300)가 결합되는 것이 바람직하다.

부가적으로, 냉기 배출부(300)는 열전도가 낮은 소재를 이용하여 제조함으로써 냉기(C)가 열적으로 절연되어 냉기 배출부(300) 표면 온도가 이슬점 이하로 떨어지는 것을 방지할 수 있게 한다.

상기 열기 배출부(400)는 몸체부(100)의 타측에 설치되어 외부로 배출되는 열기의 양을 조절하는 차폐밸브(402)가 구비되는 곳으로, 볼텍스 생성부(200)의 내부에서 와류를 형성한 압축공기가 열기 배출부(400)가 설치된 몸체부(100)의 내측으로 이동하면서 열기(H)를 배출하게 된다. 이때, 배출되는 열기(H)의 양은 차폐밸브(402)의 차폐 정도에 따라 조절 가능하다.

여기서, 열기 배출부(400)는 몸체부(100)의 타측에 분리 가능하게 나사로 회전 결합될 수 있다.

그리고, 차폐밸브(402)를 조절함에 따라 열기가 볼텍스 튜브 외부로 배출되고, 배출되지 못한 나머지 열기는 다시 냉기 배출부(300)가 설치된 방향으로 작은 볼텍스를 형성하며 역방향으로 역류하게 되는데, 이는 곧 2차로 형성되는 작은 볼텍스가 열을 잃어버려 냉각된 채 냉기 배출부(300)측으로 이동하게 되는 것을 의미한다.

이때, 내부의 볼텍스가 냉기 배출부(300) 측으로 이동하면서 열을 잃어버리는 이유는, 볼텍스 튜브의 내벽을 소용돌이치며 흐르는 공기가 고온 상태로 튜브의 어느 한쪽으로 흘러(up stream) 일부가 배출되고 나머지는 고온의 소용돌이 내부에서 동일한 방향으로 소용돌이치며 저온상태가 되어 튜브의 반대편으로 흘러(down stream) 배출될 때, 두개의 소용돌이는 동일한 방향, 동일한 속도로 회전하게 되는 방식으로 설명할 수 있다.

이를 보다 구체적으로 각운동량(회전운동량) 보존의 법칙에 의하여 설명해보면, 회전 반경이 큰 외곽을 회전하던 공기가 회전반경이 좁은 내부로 유입되어 순환하게 되면서 회전속도가 빨라져야 하지만, 볼텍스 튜브에서는 내부를 순환하는 공기의 회전 각속도가 빨라지지 않고 외곽을 돌 때와 동일하다.

이것은, 내부의 공기가 각운동량을 잃어버렸다는 의미이므로 각동운량을 잃어버린 내부의 공기는 곧 에너지를 잃어버린 것이며, 그 결과 온도가 떨어지게 되고, 내부의 공기가 잃어버린 에너지는 외부를 회전하는 공기에 전달되어 외부를 회전하는 공기가 뜨거워지는 방식임을 알 수 있다.

다음으로, 본 발명의 특징인 몸체부(100)의 내면에 형성되는 단열성 코팅제로 이루어진 단열막(500)에 대하여 설명하고자 한다.

즉, 몸체부(100)에서 발생될 수 있는 열기가 몸체부(100)의 외부로 발산되는 것을 차단하기 위하여 단열성 코팅제를 코팅함으로써, 몸체부(100) 내부의 열, 즉 몸체부(100) 자체 내부 열이 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있다.

여기서, 단열성 코팅제로 단열성 필름, 단열성 도료 및 단열성 에어로겔 등을 선택하여 코팅할 수 있으며, 본 발명에서는 단열성을 지니는 소재라면 어떠한 단열성 코팅제를 사용하여도 무방하다.

부가적으로, 단열막(500)을 형성하는 방법으로는 딥 코팅법(Dip-coating method) 및 스프레이 코팅법(Spray-coating method) 등을 선택할 수 있다.

시험 결과, 딥 코팅법 수행 후 80~150℃에서 30분~1시간 동안 건조하는 것이 가장 안정적으로 코팅이 되는 조건임을 알 수 있었다. 또한, 몸체부(100)의 외면에 마스킹테이프를 부착해 딥코팅하여 건조시킴으로써 몸체부(100)의 내면을 깔끔하게 코팅할 수 있다.

그리고, 스프레이 코팅법 수행시에는 점도가 20cps 이하인 저점도 단열성 코팅제를 사용하여 분사량과 분사압을 적절히 제어 조절하여 단열막(500)을 형성할 수 있었다.

예를 들어, 단열성 도료로 아크릴 에멀젼 수지, 알루미늄 실리케이트 등을 혼합한 단열성 도료를 딥 코팅법으로 몸체부(100) 내부를 코팅할 수 있다.

그리고, 단열성 필름은 단열 기능을 가지는 필름이라면 어느 것을 사용하여도 무방하다.

또한, 단열성 에어로겔에 대하여 설명을 해보자면, 단열성 에어로겔에 용매 등을 충진한 후 용매가 충진된 에어로겔을 바인더가 분산된 용액에 분산시켜 단열성 에어로겔 코팅액으로 제조할 수 있으며, 이러한 단열성 에어로겔 코팅액을 이용하여 몸체부(100)의 내면을 코팅함으로써 단열 효과를 달성할 수 있다.

단, 코팅 조건 등은 당업자에게 자명한 정도이므로 여기서는 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.

추가적으로, 몸체부(100)의 내부에 단열성 코팅제가 코팅되도록 일체로 이중 사출 성형하는 것도 가능하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브는, 몸체부(100)의 내벽면에 단열성 코팅제를 코팅하여 단열막을 형성함으로써, 몸체부(100)에서 발생할 수 있는 열기로 인한 작업자의 화상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 몸체부(100), 즉 볼텍스 튜브 내부에서 배출되지 못한 열기가 역류하여 냉기로 변하면서 에너지 분리 효율이 증대되어 냉각효율의 향상을 기대할 수 있다.

따라서, 본 발명인 볼텍스 튜브의 내면을 단열성 코팅제로 코팅하여 종래 볼텍스 튜브보다 열기의 발생에 대한 단열 효과를 극대화함으로써, 외부로 배출되지 못한 열기가 냉기로 변화시키는 효율을 증대하여 냉각효율이 극대화될 수 있는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

A: 압축공기 H: 열기
C: 냉기 100: 몸체부
200: 볼텍스 생성부 202: 압축공기 주입구
300: 냉기 배출부 400: 열기 배출부
402: 차폐밸브 500: 단열막

Claims (4)

1. 몸체부(100);
   상기 몸체부(100)의 일측에 설치되고 외부의 압축공기가 내부로 주입되는 압축공기 주입구(202)가 외주면에 형성되어 상기 주입된 압축공기를 회전시키는 볼텍스 생성부(200);
   상기 볼텍스 생성부(200)의 일측에 설치되어 상기 몸체부(100)로부터 냉기가 배출되는 냉기 배출부(300); 및
   상기 몸체부(100)의 타측에 설치되어 외부로 배출되는 열기의 양을 조절하는 차폐밸브(402)가 구비된 열기 배출부(400);를 포함하여 구성되는 볼텍스 튜브에 있어서,
   상기 몸체부(100)에서 발생하는 열기를 외부로의 발산을 차단하기 위한 단열성 코팅제로 이루어진 단열막(500)이 상기 몸체부(100)의 내면에 형성되되,
   상기 단열성 코팅제는 단열성 필름, 단열성 도료 및 단열성 에어로겔 중 어느 하나이고,
   상기 단열막(500)은 딥 코팅법(Dip-coating method) 및 스프레이 코팅법(Spray-coating method) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성되며,
   상기 딥 코팅법은,
   상기 몸체부(100)의 외면에 마스킹테이프를 부착한 다음, 아크릴 에멀젼 수지 및 알루미늄 실리케이트를 혼합한 단열성 도료로 딥 코팅한 후 80~150℃에서 30분~1시간 동안 건조하여 코팅하고,
   상기 스프레이 코팅법은,
   점도가 20cps 이하인 저점도 단열성 코팅제로 분사량과 분사압을 제어하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 몸체부(100)의 양단에는,
   상기 볼텍스 생성부(200)와 상기 열기 배출부(400)가 각각 분리 가능하게 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 단열 기능을 가지는 볼텍스 튜브.

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