KR101607848B1 - 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축방향으로 관통된 관체로 형성되면서 둘레면에는 압축공기가 주입되는 주입구가 형성된 메인하우징; 상기 메인하우징의 일측으로부터 축 방향으로 연결된 관체로 형성되며, 상기 메인하우징으로부터 압축공기를 제공받아 냉기 및 온기로 분리하는 냉온기분리관; 상기 메인하우징의 장착 공간 내에 설치되면서 주입구를 통해 주입된 압축공기에 선회력을 부여하여 상기 냉온기분리관으로 유동되도록 안내하는 회전유도체; 상기 메인하우징의 타측에 설치됨과 더불어 상기 냉온기분리관으로부터 역으로 유동되는 냉기의 배출을 안내하는 냉기노즐; 상기 냉온기분리관의 외측 끝단 외주면을 감싸도록 설치되는 관체로 형성됨과 더불어 내주면 일부에는 외부 공기의 유입을 통한 냉온기분리관을 방열하는 복수의 공기유입홈이 형성되어 이루어진 밸브하우징; 상기 밸브하우징 내에 설치되면서 상기 냉온기분리관을 따라 유동되는 온기의 배출을 안내하는 온기노즐;을 포함하여 이루어진 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브가 제공되며, 이를 통해 고온 배출측으로 유동되는 고온의 온기에 대한 방열이 원활히 이루어질 수 있도록 하여 상기 고온 배출측을 통해 배출되는 고온의 온기에 의한 안전사고의 위험을 방지함과 더불어 온기와 냉기의 분리 효률을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브{vortex tube}
본 발명은 볼텍스 튜브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고온 배출측으로 유동되는 고온의 온기에 대한 방열이 원활히 이루어질 수 있도록 하여 상기 고온 배출측을 통해 배출되는 고온의 온기에 의한 안전사고의 위험을 방지함과 더불어 온기와 냉기의 분리 효률을 향상시킬 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브에 관한 것이다.
일반적으로 볼텍스 튜브는 냉각 대상체를 냉각시킬 수 있도록 한 냉각장치로써, 기계적 구동부가 전혀 없으면서도 압축기로부터 제공받은 압축공기를 이용하여 냉기를 생성할 수 있다는 장점에 의해 산업현장에서 다양하게 사용되고 있다.
이와 같은 볼텍스 튜브는 메인하우징의 주입구로 강제 주입된 압축공기를 냉온기 분리관에서 고속 회전되도록 유도함과 더불어 이러한 고속 회전의 소용돌이 현상에 의한 에너지 분리현상에 의해 고온의 온기와 저온의 냉기로 분리되도록 한 후 이를 통해 얻어진 냉기는 냉기노즐로 배출하여 냉각 대상체를 냉각시킬 수 있도록 하고, 고온의 온기는 고온 배출측을 통해 외부로 배출되도록 구성된다.
이러한 볼텍스 튜브에 대하여는 등록특허 제10-1385148호, 등록특허 제10-0797653호, 공개특허 제10-2012-008805호 등에 개시된 바와 같다.
하지만, 전술된 종래 기술에 따른 볼텍스 튜브는 압축공기로부터 분리된 고온의 온기로 인해 장시간의 사용시 냉온기분리관의 전체 온도가 상승되어 상기 냉온기분리관 내의 냉온기 전체 온도를 높이게 되는 현상을 야기하며, 이로써 압축공기로부터의 냉기 및 온기가 분리되는 분리효률이 저하될 수밖에 없다는 문제점이 있었다.
또한, 전술된 종래 기술에 따른 볼텍스 튜브는 압축공기로부터 분리된 고온의 온기가 고온 배출측으로 배출될 때 이 고온 배출측에 위치한 작업자로 분사됨으로써 상기 작업자에게 화상을 입히는 등의 안전사고가 발생되었던 문제점이 있었다.
등록특허 제10-1385148호 등록특허 제10-0797653호 공개특허 제10-2012-008805호
본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고온 배출측으로 유동되는 고온의 온기에 대한 방열이 원활히 이루어질 수 있도록 하여 상기 고온 배출측을 통해 배출되는 고온의 온기에 의한 안전사고의 위험을 방지함과 더불어 온기와 냉기의 분리 효률을 향상시킬 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브는 축방향으로 관통된 관체로 형성되면서 둘레면에는 압축공기가 주입되는 주입구가 형성된 메인하우징; 상기 메인하우징의 일측으로부터 축 방향으로 연결된 관체로 형성되며, 상기 메인하우징으로부터 압축공기를 제공받아 냉기 및 온기로 분리하는 냉온기분리관; 상기 메인하우징의 장착 공간 내에 설치되면서 주입구를 통해 주입된 압축공기에 선회력을 부여하여 상기 냉온기분리관으로 유동되도록 안내하는 회전유도체; 상기 메인하우징의 타측에 설치됨과 더불어 상기 냉온기분리관으로부터 역으로 유동되는 냉기의 배출을 안내하는 냉기노즐; 상기 냉온기분리관의 외측 끝단 외주면을 감싸도록 설치되는 관체로 형성됨과 더불어 내주면 일부에는 외부 공기의 유입을 통한 냉온기분리관을 방열하는 복수의 공기유입홈이 형성되어 이루어진 밸브하우징; 상기 밸브하우징 내에 설치되면서 상기 냉온기분리관을 따라 유동되는 온기의 배출을 안내하는 온기노즐;을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
여기서, 상기 냉온기분리관은 압축공기의 유동을 안내하면서 냉기와 온기로 분리되는 부위로 제공되는 안내관 및 상기 안내관의 내주면을 타고 유동되는 온기의 배출 유동을 안내하는 온기관으로 구성됨과 더불어 상기 안내관 및 온기관은 서로 분리 가능하게 결합되면서 단일화된 냉온기분리관을 이루도록 구성되고, 상기 안내관과 상기 온기관은 서로 다른 재질로 형성됨과 더불어 상기 안내관은 상기 온기관에 비해 상대적으로 열전달률이 낮은 재질로 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉온기분리관 중 온기노즐과 연결되는 측의 내부에는 이 냉온기분리관 내를 유동하는 압축공기를 난류화시켜 난류 소산을 줄일 수 있도록 하는 난류생성부가 더 구비됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 밸브하우징의 내주면에 형성되는 공기유입홈의 공기 유입측은 외부로 갈수록 점차 외향 확장되는 라운드구조로 형성되고, 상기 온기노즐은 외부 관로에 연결되는 노즐부 및 배출되는 온기량의 조절을 위한 밸브부를 포함하여 이루어지며, 상기 밸브부는 상기 밸브하우징 내에 축방향으로 이동 가능하게 결합되는 몸체단과, 상기 몸체단의 전면 중 둘레 부위를 따라 관통 형성된 복수의 통과공과, 상기 몸체단의 전면 중앙으로부터 상기 냉온기분리관 내부를 향하여 돌출되고, 전방으로 갈수록 점차 직경이 줄어들면서 상기 냉온기분리관을 통과하는 온기의 유동을 안내하는 경사면 및 상기 경사면의 후단에 위치되면서 상기 밸브하우징의 공기유입홈을 통해 유입되는 외부 공기의 유동 안내와 유속을 증가하여 상기 통과공을 통해 배출되는 공기 배출을 증폭하기 위한 라운드면으로 이루어진 돌출안내단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 밸브하우징의 내주면 중 상기 냉온기분리관의 끝단 둘레면이 위치된 측에는 밸브부 내의 배압에 의해 역으로 유동되는 온기를 다시금 상기 밸브부의 통과공으로 유동되도록 안내하기 위해 라운드지게 형성된 리턴홈이 더 형성됨을 특징으로 한다.
이상에서와 같이 본 발명의 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브는 밸브하우징에 복수의 공기유입홈을 형성한 구조에 의해 온기관에 대한 더욱 우수한 방열이 이루어질 수 있게 됨과 더불어 배출되는 온기의 온도가 낮아져서 화상과 같은 안전사고가 미연에 방지될 수 있다는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브는 밸브하우징 내주면에 형성된 리턴홈의 구조에 따라 밸브부의 몸체단 내에 일부의 배압이 존재한다 하더라도 이러한 배압에 의해 역으로 배출되는 온기의 유동이 리턴되면서 통과공을 통해 다시금 몸체단 내로 원활히 배출될 수 있고, 이로써 상기 역류되는 온기에 의해 밸브하우징의 공기유입홈이 막혀 외부 공기의 흡입을 방해하는 현상은 방지될 수 있게 된 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브는 냉온기분리관이 안내관과 온기관으로 분할됨과 더불어 서로는 열전달율이 다른 재질로 형성함으로써 온기관의 열기가 안내관으로 전도되는 현상이 최소화되고, 이로써 냉온기분리관 내의 중심을 따라 역으로 흐르는 냉기에 영향을 미치는 문제점을 방지할 수 있다는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브는 온기관의 내부에 제공되는 난류생성부의 구조에 의해 온기관 내의 난류 소산을 줄임으로써 온기의 온도 상승을 저감시키고, 이를 통해 온기관의 온도 상승이 최소화될 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 설명하기 위해 서로 다른 방향에서 본 상태를 나타낸 분해 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 설명하기 위해 나타낸 결합 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 볼텍스 튜브의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 단면도
도 5는 도 4의 “A”부 확대도
이하, 본 발명의 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브(이하, “볼텍스 튜브”라 함)에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
실시예의 설명에 앞서, 후술될 실시예에서 설명될 각 방향은 각 도면에 도시된 방향을 기준으로 볼 때 냉기가 토출되는 방향(좌측 방향)은 전방으로 지칭함과 더불어 온기가 토출되는 방향(우측 방향)은 후방으로 지칭하고, 이러한 전방을 향하는 면은 전면, 후방을 향하는 면은 후면이라 함과 더불어 전방에 위치된 측은 선단, 후방에 위치된 측은 후단이라 한다.
첨부된 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 설명하기 위해 나타낸 결합 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 설명하기 위해 나타낸 내부 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 볼텍스 튜브는 크게 메인하우징(100)과, 냉온기분리관(200)과, 회전유도체(300)와, 냉기노즐(400)과, 밸브하우징(500) 그리고, 온기노즐(600)을 포함하여 구성되며, 특히 상기 밸브하우징(500)의 내주면에는 복수의 공기유입홈(510)이 형성되어 외부 공기가 상기 공기유입홈(510)을 통해 내부로 유입될 수 있도록 함으로써 냉온기분리관(200)의 온도를 낮출 수 있도록 하고, 또한 냉온기분리관(200)은 안내관(210)과 온기관(220)으로 분할 및 결합 가능하게 구성하여 서로 간의 열전달을 최소화함으로써 온기와 냉기의 분리 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
이를 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 메인하우징(100)은 볼텍스 튜브의 몸체를 형성하는 부위이다.
이와 같은 메인하우징(100)은 내부에 장착 공간을 갖도록 형성됨과 더불어 축방향으로 관통된 관체로 형성되고, 둘레면에는 압축공기가 주입되는 주입구(110)가 형성되어 이루어진다.
여기서, 상기 주입구(110)는 압축기(도시는 생략됨)와 연결되도록 구성되면서 상기 압축기로부터 압축된 공기를 주입받도록 구성된다.
특히, 상기 주입구(110)는 상기 메인하우징(100) 내의 공간으로 접선 방향을 향하도록 형성되며, 이로써 상기 주입구(110)를 통해 메인하우징(100) 내의 접선방향으로 강제 주입된 압축공기에 선회력이 부가될 수 있도록 한다.
한편, 상기 메인하우징(100)의 내부에는 일부가 상기 메인하우징(100) 내에 위치됨과 더불어 다른 일부는 상기 메인하우징(100)을 통과하여 후술될 냉온기분리관(200) 내로 삽입되게 설치되는 가이드부시(120)가 구비된다.
다음으로, 상기 냉온기분리관(200)은 상기 메인하우징(100) 내로 주입된 압축공기가 유동되면서 냉기 및 온기로 분리되도록 이루어진 튜브이다.
이러한 냉온기분리관(200)의 일단은 상기 메인하우징(100)의 후면에 고정(혹은, 삽입 결합)됨과 더불어 타단은 후방으로 연장된 관체로 형성된다. 이때 도 1 및 도 2에는 상기 냉온기분리관(200)이 메인하우징(100)과 분리된 구조로 형성됨을 예시하고 있지만, 실질적으로 상기 냉온기분리관(200)은 첨부된 도 4와 같이 상기 메인하우징(100)에 일체로 형성되도록 함이 바람직하다.
한편, 상기 냉온기분리관(200)에 의해 상기 압축공기가 냉기와 온기로 분리되는 이유는 볼텍스 이론에 관계된다.
즉, 메인하우징(100)의 접선 방향으로 주입된 압축공기는 그 유입 과정에서 상기 냉온기분리관(200)의 내벽면을 타고 돌면서 해당 냉온기분리관(200)의 타단(후방측)으로 유동되고, 이의 과정에서 상기 압축공기 중 일부는 냉온기분리관(200)의 내벽면을 따라 큰 볼텍스를 형성하면서 온기노즐(600)을 통해 배출됨과 더불어 상기 압축공기 중 나머지 일부는 방향을 바꾸어 냉온기분리관(200)의 중심부를 따라 상기 큰 볼텍스와는 또 다른 작은 볼텍스를 형성한 채 역류하게 되는 볼텍스 이론에 의거하여 냉온기분리관(200)을 따라 유동되는 압축공기가 냉기와 온기로 분리된다는 것을 알 수 있다.
또 한편, 본 발명의 실시예에서는 상기한 냉온기분리관(200)이 압축공기의 유동을 안내하면서 냉기와 온기로 분리되는 부위로 제공되는 안내관(210) 및 상기 안내관(210)의 내주면을 타고 유동되는 온기의 배출 유동을 안내하는 온기관(220)으로 구성됨과 더불어 상기 안내관(210) 및 온기관(220)은 서로 분할 형성됨을 제시하며, 이러한 안내관(210) 및 온기관(220)은 나사식 결합을 통해 서로 결합되면서 단일화된 냉온기분리관(200)을 이루도록 구성됨을 제시한다. 이때 상기 안내관(210)은 상기 메인하우징(100)에 결합 혹은, 일체로 형성되고, 상기 온기관(220)은 후술될 온기노즐(600)에 연결되는 부위로 제공되도록 이루어진다.
특히, 상기 안내관(210)의 경우는 상기 온기관(220)에 비해 상대적으로 열전달률이 낮은 재질로 형성됨을 제시하며, 이때 상기 온기관(220)은 황동이나 알미늄과 같이 비교적 열전달률이 높은 재질로 형성되고, 상기 안내관(210)은 스테인레스스틸(SUS)과 같이 비교적 열전달률이 낮은 재질로 형성됨을 그 예로 한다.
전술된 바와 같은 냉온기분리관(200)의 구조(분할 구조 및 서로 다른 재질로 이루어진 구조)는 상기 온기관(220)의 고온 열기가 안내관(210)으로 열전도됨을 최소화하기 위한 구조로써, 이를 통해 상기 안내관(210) 내를 통과하여 온기관(220)으로 유동되는 고압공기로부터 냉기의 분리 효율이 저하됨을 방지할 수 있도록 한 것이다.
더욱이, 상기 온기관(220)은 열전달률이 높은 재질로 형성되기 때문에 해당 열기의 외부 방열이 더욱 훤활히 이루어질 수 있도록 하는 역할을 추가로 수행한다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 냉온기분리관(200) 중 상기 온기관(220)의 내부에 난류생성부(230)가 더 구비됨을 추가로 제시한다.
즉, 냉온기분리관(200)을 따라 유동되는 압축공기 중 중심 부위를 따라 역으로 유동되면서 작은 볼텍스를 형성하는 공기의 경우는 연결관(210)과 온기관(220) 간의 연결 부위에 이르기까지 존재함과 더불어 상기 온기관(220) 내에는 연결관(210)의 내주면을 타고 큰 볼텍스를 형성하면서 유동되는 공기만 유동되는데, 이렇게 온기관(220) 내로 유동되는 공기의 경우는 난류 소산에 의해 운동에너지의 일부가 열에너지로 바뀌면서 더욱 온도가 상승되기 때문에 상기 온기관(220) 내부에 상기 난류생성부(230)를 추가로 제공하여 온기관(220) 내에서의 난류생성을 증가시킴에 따라 상기 온기관(220) 내를 따라 유동되는 공기의 난류 소산에 의한 온도 상승이 방지되도록 하며, 이를 통해 온기관(220)의 온도 상승 역시 최소화될 수 있도록 한 것이다.
이러한 난류생성부(230)는 다공관으로 이루어진 부시 혹은, 메쉬망으로 이루어진 관체 등으로 형성될 수 있으며, 이러한 난류생성부(230)의 각 구멍이나 통공으로 인해 온기관(220) 내를 유동하는 공기에 난류가 계속해서 존재할 수 있도록 하여 난류 소산에 의한 온기관(220)의 온도 상승을 저감시킬 수 있도록 한다.
물론, 도시되지는 않았지만 상기 난류생성부(230)의 선단(도면상 좌측 끝단 부위)은 안내관(210) 내의 일부에까지 삽입되도록 구성할 수도 있다.
다음으로, 상기 회전유도체(300)는 메인하우징(100)의 주입구(110)를 통해 주입된 압축공기에 선회력을 부여함과 더불어 상기 냉온기분리관(200)으로 유동되도록 안내하는 구성으로써, 상기 메인하우징(100)의 장착 공간 내에 설치된다.
이러한 회전유도체(300)는 상기 주입구(110)와 대향되는 측에 위치되는 선회안내단(310) 및 상기 선회안내단(310)의 전면으로부터 전방으로 돌출되면서 후술될 냉기노즐(400)과 결합되는 결합단(320)을 포함하여 이루어진다.
특히, 상기 선회안내단(310)의 전면 둘레에는 상기 주입구(110)를 통해 주입되는 압축공기에 선회력을 부여하기 위한 복수의 안내날개(311)가 유선형을 이루면서 라운드지게 형성되어 이루어진다.
이와 함께, 상기한 회전유도체(300) 내의 중심으로는 후방측 끝단면으로부터 전방측 끝단면으로 갈수록 점차 내경이 확장되는 구조의 유동안내공(330)이 관통 형성되며, 이러한 유동안내공(330)을 통해 냉온기분리관(200)으로부터 역으로 유동되는 냉기가 냉기노즐(400)로 원활히 안내될 수 있게 된다.
다음으로, 상기 냉기노즐(400)은 상기 냉온기분리관(200)으로부터 역으로 유동되면서 상기 회전유도체(300)의 유동안내공(330)을 통과한 냉기의 외부 배출을 안내하는 노즐이다.
이러한 냉기노즐(400)은 상기 메인하우징(100)의 전방으로부터 축 방향을 향하여 돌출되도록 설치되며, 이때 상기 냉기노즐(400)의 내부에는 상기 회전유도체(300)의 결합단(320)이 삽입 결합된다.
다음으로, 상기 밸브하우징(500)은 후술될 온기노즐(600)이 냉온기분리관(200)의 온기관(220)에 안정적으로 설치된 상태를 유지하도록 하는 부위이다.
이러한 밸브하우징(500)은 상기 냉온기분리관(200)의 타측 끝단 외주면을 감싸면서 설치되는 관체로 형성된다.
특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 밸브하우징(500)의 내주면에 외부 공기의 유입을 통한 냉온기분리관(200)의 방열을 위한 복수의 공기유입홈(510)이 형성됨을 제시한다. 이는 기체유동이 인접한 벽면에 밀착하여 흐르는 현상으로 자유 분류에 비해 속도 감쇠가 작고, 압력이 낮아져 주위에 있는 공기를 끌어들이는 현상의 코안다 효과(Coanda effect)를 이용한 구조이다.
즉, 상기한 각 공기유입홈(510)의 추가적 형성을 통해 냉온기분리관(200)의 외주면과 상기 밸브하우징(500)의 내주면 사이에 외부 공기가 유입될 수 있는 유로가 형성되도록 하였으며, 이러한 공기유입홈(510)은 냉온기분리관(200) 내를 빠르게 통과하는 압축공기에 의해 온기관(220)의 끝단과 온기노즐(600) 간의 사이에서 발생되는 급격한 압력 저하로 인한 압력 차이로써 외부 공기가 상기 공기유입홈(510)에 의해 형성되는 유로를 통해 유입되면서 상기 온기관(220)을 자체 냉각시킬 수 있도록 한 것이다.
또한, 상기 각 공기유입홈(510)의 공기 유입측은 외부로 갈수록 점차 외향 확장되는 라운드구조로 형성되도록 함으로써 외부 공기의 유입이 더욱 원활히 이루어질 수 있도록 함이 더욱 바람직하다.
다음으로, 상기 온기노즐(600)은 상기 냉온기분리관(200)을 따라 유동되는 온기의 배출을 안내하는 부위로써, 상기 밸브하우징(500) 내에 설치된다.
이러한 온기노즐(600)은 외부 관로에 연결되는 노즐부(610) 및 상기 밸브하우징(500)의 끝단에 설치됨과 더불어 그 후방으로는 상기 노즐부(610)가 결합되면서 상기 냉온기분리관(200)의 온기관(220)을 통해 배출되는 공기의 량의 조절하기 위한 밸브부(620)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 밸브부(620)는 상기 밸브하우징(510) 내에 축방향으로 이동 가능하게 결합되는 몸체단(621)과, 상기 몸체단(621)의 전면 중앙으로부터 상기 냉온기분리관(200) 내부를 향하여 돌출된 돌출안내단(622)과, 상기 몸체단(621)의 전면 중 상기 돌출안내단(622)의 둘레를 따라 관통 형성된 복수의 통과공(623)을 포함하여 이루어지며, 특히 상기 돌출안내단(622)은 상기 몸체단(621)의 전면 중앙으로부터 상기 냉온기분리관(200) 내부를 향해 갈수록 점차 직경이 줄어들면서 상기 냉온기분리관(200)을 통과하는 온기의 유동을 안내하는 경사면(622a) 및 상기 경사면(622a)의 후단에 위치되면서 상기 밸브하우징(510)의 공기유입홈(511)을 통해 유입되는 외부 공기의 유동 안내와 유속을 증가하여 상기 통과공(623)을 통해 배출되는 공기 배출을 증폭하기 위한 라운드면(622b)으로 이루어짐을 제시한다.
이때, 상기 각 통과공(623)을 몸체단(621)의 전면에 형성하는 이유는 온기관(220)을 통과하면서 상기 돌출안내단(622)의 안내를 받아 흐르는 온기가 유속의 저하 없이 원활히 유동되도록 하여 코안다 효과에 의한 상기 각 공기유입홈(510)으로의 공기 유입이 원활히 이루어질 수 있도록 하기 위함이다. 즉, 도시되지는 않았지만 통과공(623)이 몸체단(621)의 둘레면에 형성될 경우에는 급격한 온기의 방향 전환에 의해 유속이 느려질 뿐만 아니라 압력 저하 현상이 줄어들게 되고, 이로써 각 공기유입홈(510)으로의 공기 유입이 원활히 이루어지지 않기 때문에 전술된 통과공(623)의 전면 배치에 따른 구조로 인해 각 공기유입홈(510)으로의 공기 유입이 원활히 이루어질 수 있도록 한 것이다.
물론, 전술된 통과공(623)의 위치 변경에 따른 구조 변경에도 불구하고 상기 밸브하우징(500)의 내부 중 온기관(220)과 상기 돌출안내단(622)이 위치되는 공간 내에는 몸체단(621) 내의 배압에 의해 온기가 각 통과공(623)을 통과하지 못하고 역으로 유동될 우려가 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 상기 밸브하우징(500)의 내주면 중 상기 냉온기분리관(200)의 끝단 둘레면이 위치된 측에 상기 몸체단(621) 내의 배압에 의해 역으로 유동되는 온기를 다시금 상기 밸브부(620)의 통과공(623)으로 유동되도록 안내하기 위해 라운드진 리턴홈(520)이 더 형성됨을 추가로 제시한다.
즉, 상기한 리턴홈(520)의 추가 형성을 통해 밸브부(620)의 몸체단(621) 내에 일부의 배압이 존재한다 하더라도 역으로 배출되는 온기의 유동을 리턴시켜 상기 통과공(623)을 통해 다시금 배출될 수 있도록 하며, 이를 통해 상기 역류되는 온기가 밸브하우징(500)의 공기유입홈(510)을 막아서 외부 공기의 흡입을 방해하는 현상을 방지하도록 한 것이다.
특히, 상기 밸브부(620)를 이루는 돌출안내단(622)의 경우 통과공(623)과의 연결 부위를 라운드지도록 형성함이 바람직하다. 즉, 돌출안내단(622)의 안내를 받아 유동되는 온기의 경우 상기 돌출안내단(622)의 표면을 타고 흐름을 고려할 때 이 돌출안내단(622)의 끝단 부위를 라운드지게 형성함으로써 해당 온기가 상기 라운드를 따라 흐르면서 더욱 빠른 흐름을 형성할 수 있게 되어 고안다 효과에 의한 외부 공기의 흡입 효과를 더욱 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
하기에서는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 볼텍스 튜브의 작용을 더욱 상세히 설명하도록 한다.
우선, 냉기의 사용을 위해 압축기를 구동시키게 되면, 이러한 압축기의 구동에 의해 고압의 압축공기가 발생되고, 이렇게 발생된 압축공기는 메인하우징(100)의 주입구(110)로 주입된다.
그리고, 상기 주입구(110)로 주입된 압축공기는 메인하우징(100) 내에 위치된 회전유도체(300)의 각 안내날개(311)에 안내받아 더욱 큰 선회력을 부여받은 상태로 냉온기분리관(200) 내로 제공된 후 상기 냉온기분리관(200)의 내주면을 타고 흐르면서 온기노즐(600)이 위치된 부위로 유동된다.
이때, 상기 온기노즐(600)을 이루는 밸브부(620)의 조작을 통해 돌출안내단(622)의 위치 조절을 수행함으로써 상기 냉온기분리관(200)을 통해 배출되는 온기의 배출량이 결정되면 이렇게 결정된 배출량만큼 상기 온기노즐(600)로 유동된 압축공기의 배출이 이루어지게 된다. 이와 함께 나머지의 압축공기는 상기 냉온기분리관(200) 내의 중심 부위를 따라 역으로 형성되는 작은 볼텍스에 편승되어 냉기관(210)측으로 유동되며, 이의 과정에서 에너지를 잃게 되면서 저온화됨과 더불어 상기 잃어버린 에너지는 상기 냉온기분리관(200)의 내주면을 타고 흐르는 압축공기로 제공되면서 해당 압축공기를 고온화시키게 된다.
또한, 상기 냉온기분리관(200) 내의 중심 부위를 따라 작은 볼텍스를 형성하면서 역류되는 공기(냉기)는 메인하우징(100) 내로 유동되면서 회전유도체(300)의 중심 부위를 따라 형성된 유동안내공(330)의 안내를 받아 냉기노즐(400)로 제공된 후 상기 냉기노즐(400)을 통해 배출된다.
한편, 전술된 일련의 과정이 진행되는 도중에는 밸브하우징(500)에 형성된 각 공기유입홈(510)을 통해 외부의 공기가 상기 밸브하우징(500) 내부로 흡입된다.
즉, 압축공기로부터 분리된 고온의 온기가 냉온기분리관(200)을 따라 유동되면서 온기노즐(600)을 통해 배출되는 과정에서 상기 밸브하우징(500) 내에 발생되는 급격한 압력 저하로 인해 외부의 공기가 상기 밸브하우징(500)의 각 공기유입홈(510)을 통해 상기 밸브하우징(500) 내의 냉온기분리관(200)의 공기 유출측인 밸브부(620)가 위치된 부위로 유입되고, 그 과정에서 상기 냉온기분리관(200)을 방열시킴과 더불어 배출되는 온기의 온도를 낮추어 이 배출되는 온기에 의한 작업자의 화상과 같은 안전사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 냉온기분리관(200)을 통과하여 배출되는 온기의 경우 밸브부(620)의 돌출안내단(622)에 의해 그 유동을 안내받아 밸브하우징(500)의 내주면으로 확산되면서 상기 밸브하우징(500)의 각 공기유입홈(510)을 통해 유입된 공기와 혼합된 후 밸브부(620)의 몸체단(621) 전면에 형성된 각 통과공(623)을 통과하여 배출된다. 이때, 상기 몸체단(621) 내의 배압에 의해 상기 밸브하우징(500)의 공기유입홈(510)이 형성된 공간으로 온기의 역류가 발생될 수 있지만, 이 공간 내에는 리턴홈(520)이 형성되어 있고, 이러한 리턴홈(520)은 역류되는 온기의 유동을 다시금 각 통과공(623)을 향하도록 구성됨에 따라 상기 역류되는 온기로 인해 상기 공기유입홈(510)으로 유입되는 외부 공기의 유동 방해는 방지될 수 있게 된다.
더욱이, 상기 냉온기분리관(200)은 안내관(210)과 온기관(220)으로 분할되어 형성되고, 상기 온기관(220)은 열전달율이 높은 재질로 형성되는 반면, 안내관(210)은 상대적으로 열전달율이 낮은 재질로 형성되기 때문에 상기 온기관(220)의 열기가 상기 안내관(210)으로 전도되는 현상은 최소화되고, 이로써 냉온기분리관(200) 내의 중심을 따라 역으로 흐르는 냉기에 영향을 미치는 문제점은 방지된다.
또한, 상기 냉온기분리관(200) 중 상기 온기관(220)의 내부에는 난류생성부(230)가 구비되고 있음을 고려할 때 냉기가 분리된 온기는 상기 온기관(220) 내를 통과하는 과정에서 상기 난류생성부(230)에 의해 난류화되며, 이로써 난류 소산에 의한 온도 상승이 방지된다.
결국, 본 발명의 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브는 밸브하우징(500)에 복수의 공기유입홈(510)을 형성한 구조에 의해 온기관(220)에 대한 더욱 우수한 방열이 이루어질 수 있게 됨과 더불어 배출되는 온기의 온도가 낮아져서 화상과 같은 안전사고가 미연에 방지된다.
또한, 본 발명의 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브는 밸브하우징(500) 내주면에 형성된 리턴홈(520)의 구조에 의해 밸브하우징(500) 내부의 공간으로 역류된 몸체단(621) 내의 온기가 밸브부(620)의 각 통과공(623)으로 다시금 배출되도록 안내함에 따라 상기 역류되는 온기가 밸브하우징(500)의 공기유입홈(510)을 막아서 외부 공기의 흡입을 방해하는 현상이 방지될 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브는 냉온기분리관(200)이 안내관(210)과 온기관(220)으로 분할됨과 더불어 서로는 열전달율이 다른 재질로 형성함으로써 온기관(220)의 열기가 안내관(210)으로 전도되는 현상이 최소화되고, 이로써 냉온기분리관(200) 내의 중심을 따라 역으로 흐르는 냉기에 영향을 미치는 문제점은 방지된다.
또한, 본 발명의 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브는 온기관(220)의 내부에 제공되는 난류생성부(230)의 구조에 의해 온기관(220) 내의 난류 소산을 최대한 줄임으로써 온기의 온도 상승을 저감시키고, 이를 통해 온기관(220)의 온도 상승이 최소화될 수 있게 된다.
100. 메인하우징 110. 주입구
120. 가이드부시 200. 냉온기분리관
210. 안내관 220. 온기관
230. 난류생성부 300. 회전유도체
310. 선회안내단 311. 안내날개
320. 결합단 330. 유동안내공
400. 냉기노즐 500. 밸브하우징
510. 공기유입홈 520. 리턴홈
600. 온기노즐 610. 노즐부
620. 밸브부 621. 몸체단
622. 돌출안내단 622a. 경사면
622b. 라운드면 623. 통과공

Claims (5)

  1. 축방향으로 관통된 관체로 형성되면서 둘레면에는 압축공기가 주입되는 주입구가 형성된 메인하우징;
    상기 메인하우징의 후방측에 축 방향으로 연결된 관체로 형성되며, 상기 메인하우징으로부터 제공되는 압축공기의 유동을 안내하면서 냉기와 온기로 분리하는 냉온기분리관;
    상기 메인하우징의 전방측에 설치됨과 더불어 상기 냉온기분리관으로부터 역으로 유동되는 냉기의 배출을 안내하는 냉기노즐;
    전면 중앙 부위를 통과하여 상기 냉온기분리관의 후방측 끝단이 수용되는 관체로 형성되고, 내주면에는 상기 냉온기분리관과의 외주면 사이에 외부 공기가 유입되어 유동되도록 유로를 형성하는 복수의 공기유입홈이 요입 형성되어 이루어진 밸브하우징;
    상기 밸브하우징 내에 설치되면서 상기 냉온기분리관을 따라 유동되는 온기의 배출을 안내하며, 외부 관로에 연결되는 노즐부 및 배출되는 온기량의 조절을 위한 밸브부로 이루어진 온기노즐;을 포함하고,
    상기 온기노즐의 밸브부는 상기 밸브하우징 내에 축방향으로 이동 가능하게 결합됨과 더불어 전면의 둘레측 부위를 따라 축방향을 향하여 관통되는 복수의 통과공이 형성되어 이루어진 몸체단과, 상기 몸체단의 전면 중앙으로부터 돌출되면서 상기 냉온기분리관의 끝단 내부로 일부 요입되도록 형성됨과 더불어 전방으로 갈수록 점차 직경이 줄어들면서 상기 냉온기분리관을 통과하는 온기의 유동이 상기 각 통과공을 향하도록 안내하는 경사면 및 상기 경사면으로부터 통과공에 이르기까지 연장되면서 각 공기유입홈을 통해 유입되는 외부 공기의 유속을 증가시키기 위한 라운드면으로 이루어진 돌출안내단을 포함하여 구성되며,
    상기 밸브하우징의 각 공기유입홈은 상기 밸브하우징의 전면 중앙인 냉온기분리관과의 사이를 향하여 연통되도록 형성되어 상기 냉온기분리관을 통과하여 밸브하우징 내로 유동되는 온기의 유동 방향과 동일한 방향으로 외부 공기가 유입되도록 한 후 상기 냉온기분리관의 외주면을 따라 유동되면서 상기 냉온기분리관을 방열시키도록 형성되고,
    상기 각 공기유입홈의 공기 유입측인 상기 밸브하우징의 전면 중앙측 부위는 상기 냉온기분리관과의 접촉면으로 갈수록 점차 축관되는 구조로 경사 혹은, 라운드지게 형성됨과 더불어 상기 각 공기유입홈은 밸브하우징의 전면으로 노출되는 공기 유입측으로부터 냉온기분리관의 온기 유출측인 밸브부의 돌출안내단이 이루는 경사면 및 라운드면이 위치된 부위로 갈수록 냉온기분리관 외주면과의 사이 간격이 순차적으로 줄어들도록 다단으로 단차지게 형성됨을 특징으로 하는 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉온기분리관은
    압축공기의 유동을 안내하면서 냉기와 온기로 분리되는 부위로 제공되는 안내관 및 상기 안내관의 내주면을 타고 유동되는 온기의 배출 유동을 안내하는 온기관으로 구성됨과 더불어 상기 안내관 및 온기관은 서로 분리 가능하게 결합되면서 단일화된 냉온기분리관을 이루도록 구성되고,
    상기 안내관과 상기 온기관은 서로 다른 재질로 형성됨과 더불어 상기 안내관은 상기 온기관에 비해 상대적으로 열전달률이 낮은 재질로 형성됨을 특징으로 하는 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉온기분리관 중 온기노즐과 연결되는 측의 내부에는 이 냉온기분리관 내를 유동하는 압축공기를 난류화시켜 난류 소산을 줄일 수 있도록 하는 난류생성부가 더 구비됨을 특징으로 하는 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브하우징의 내주면 중 상기 냉온기분리관의 끝단 둘레면이 위치된 측에는 밸브부 내의 배압에 의해 역으로 유동되는 온기를 다시금 상기 밸브부의 통과공으로 유동되도록 리턴시키기 위해 밸브하우징의 공기 유입측을 향해 요입되면서 라운드지게 형성된 리턴홈이 더 형성됨을 특징으로 하는 자체 냉각기능을 가지는 볼텍스 튜브.
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