KR101705781B1 - 터보블로워의 외함 - Google Patents

Abstract

주변환경의 영향을 덜 받으며 고온의 작동 조건에서도 경제적이고도 효과적으로 발열부품을 냉각시킬 수 있는 터보블로워의 외함이 소개된다. 그 터보블로워외함은 폐형 순환식 냉각구조, 즉 케이스 내부에서 공기가 순환하면서 발열 부품을 냉각할 수 있도록 구성된다. 공냉식의 제1, 제2 열교환기(20,30), 그리고 수냉식의 보조 열교환기(60)를 가질 수 있다.

Description

터보블로워의 외함{EXTERNAL CASE OF A TURBO BLOWER}

본 발명은 터보블로워의 외함, 특히 인버터 등 터보블로워의 전기장치를 냉각하기 위한 공간구조 및 냉각장치와 관련된 터브블로워의 외함에 관한 것이다.

터보블로워는 일종의 송풍기로서 분체의 이송이나 폐수처리장 등 압축공기를 필요로 하는 산업 현장에서 널리 사용된다.

이러한 터보 블로워는 고압공기의 생산을 위해 임펠러와 이를 구동하기 위한 모터, 그리고 인버터 등 각종 전기부품이 사용된다. 특히 이들 전기부품은 운전과정 중 상당한 열을 발생하기에 작동 안정성을 위해서는 냉각이 필요하다.

종래 터보블로워는 외부에서 공기를 흡입하여 각종 부품을 냉각시킨 후 케이스 외부로 배출시키는 형태의 냉각시스템을 가지고 있었다.

그러나 터보블로워가 부식성 가스나 미세 이물질이 다량으로 존재하는 환경에서 사용되는 경우, 케이스 외부로부터 공기를 흡입하여 냉각하는 것은 공기흡입구에 필터를 장착한다고 하더라도 부식이나 미세 이물질로 인한 영향으로부터 자유로울 수 없다. 또한 자주 필터를 청소하고 교체해야 하는 번거로움도 문제이다.

종래기술로서 한국특허 제0572850호에서는 터보블로워에서 흡입하는 공기를 이용하여 냉각하는 기술, 한국특허 제1123655호에서는 임펠러 작동 모터에 연결된 별도의 냉각팬을 이용하여 냉각하는 기술이 공지되어 있다.

그러나 위 2개의 특허 또한 외부로부터 흡입된 공기를 직접 이용하여 터보블로워를 냉각하는 것이어서, 앞서 부식이나 미세 이물질 등 터보블로워가 놓여진 외부환경에 따른 성능 악화 문제는 해결되지 않으며, 이러한 문제점에 대한 인식이 전혀 없다.

터보블로워는 주로 산업용으로 사용되고 있고 특성상 주변환경이나 오염원으로부터 차단되기보다는 그대로 노출되어 있기 쉬운 실정임을 고려한다면, 위와 같은 종래기술은 반드시 개선될 필요가 있다.

한국특허 제0572850호 한국특허 제1123655호

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점에 대한 인식에 기초한 것으로, 부식이나 미세 이물질 등 좋지 않은 외부 환경으로 인한 성능 열화를 방지할 수 있는 터보블로워의 외함을 제공하고자 한다.

위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터보블로워의 외함은 밀폐형 순환식 냉각구조, 즉 케이스 내부에서 공기가 순환하면서 발열 부품을 냉각할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

실시예에 따르면 터보블로워의 외함은, 케이스; 이 케이스를 제1 및 제2 공간부로 구획하며, 서로 다른 위치에 형성된 제1 및 제2홀을 갖는 제1 격벽; 상기 제1 홀을 통해 제1 공간부로부터 제2 공간부로 공기가 유입되고 제2 공간부의 공기가 제2 홀을 통해 제1 공간부로 되돌아 가는 공기순환이 이루어질 수 있도록 케이스 내 설치된 팬과, 그 순환공기의 냉각을 위한 라디에이터를 포함하는 제1 열교환기를 포함한다.

위와 같이 구성된 터보블로워의 외함은 케이스 내부의 제1 및 제2 공간을 순환하는 공기를 이용하여 제1 공간을 냉각할 수 있다. 바람직하게는 제1 공간에는 열 발생이 많은 인버터 등 송풍장치의 구동 및 제어를 위한 전기장치가 설치된다. 임펠러, 방풍밸브와 같은 기계적인 송풍장치는 제3의 공간에 설치하는 것이 좋다.

실시예에 따르면 터보블로워의 외함은 제1 열교환기로부터 배출되는 냉매의 냉각을 위한 제2 열교환기를 더 포함할 수 있으며, 나아가 제1 열교환기 또는 제2 열교환기로부터 배출되는 냉매의 냉각을 위한 리저버를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 제2 열교환기는 케이스 외부에 별도 설치된다.

또한 실시예에 따르면 리저버에는 보조 교환기가 설치될 수 있으며, 바람직하게는 이 보조 열교환기의 열교환에는 수돗물이 이용된다.

위와 같이 구성된 터보블로워의 외함은 케이스 내부의 순환공기를 효과적으로 냉각시킬 수 있으며, 외부로부터 유입되는 공기를 이용하지 않기 때문에 이물질이나 부식환경 등의 영향으로부터 자유롭다.

또한 수돗물을 이용한 보조 열교환기를 이용하는 경우 여름철이나 더운 지역 등 고온의 환경에서 매우 효과적으로 터보블로워, 특히 발열이 심한 전기부품을 냉각시킬 수 있게 된다.
실시예에 의하면, 터보블로워 외함은 내부공간이 적어도 제1, 제2 및 제3 공간부로 분할된 케이스; 제1 공간부와 제2 공간부를 구분하며, 서로 다른 위치에 제1 및 제2 홀이 형성된 제1 격; 제1 공간부와 제3 공간부를 구분하는 제2 격벽; 제1 홀을 통해 제1 공간부로부터 제2 공간부로 공기가 유입되고 제2 공간부의 공기가 제2 홀을 통해 제1 공간부로 되돌아 가는 공기순환이 이루어질 수 있도록 제2홀 위치에 배치된 팬과, 그 순환공기의 냉각을 위한 라디에이터를 구비하는 제1 열교환기; 제1 열교환기로부터 배출된 냉매가 유입되는 리저버; 및 외부의 수돗물 공급라인에 연결하기 위한 유입관과, 유입관으로터 공급된 수돗물의 배출을 위한 유출관과, 유입관으로부터 연장되어 유입관을 통해 유입된 수돗물로 리저버 내의 냉매를 냉각하기 위해 리저버 내에 감겨진 후 유출관에 연결된 냉각배관을 갖는 보조 열교환기;를 포함하며, 제1 공간부에 전기장치가 설치되며 제3 공간부에 송풍장치가 설치되고, 제1 공간부와 제2 공간부를 순환하는 공기가 제1 열교환기에서 냉각되어 제1 공간부를 냉각하도록 구성된 것일 수 있다.

본 발명에 의하면, 내부의 공기순환을 통해 발열 부품을 냉각하기 때문에 부식이나 미세 이물질 등 오염물질이 많은 주변환경에서도 터보블로워의 성능 열화가 방지된다.

또한 본 발명에 의하면 작동시간 내내 외부공기를 케이스 내부로 흡입해야 할 필요가 없기에 공기필터가 필요하지 않다.

또한 본 발명에 의하면 더운 여름철이나 더운 국가 등, 고온의 작동조건에서도 경제적이면서도 효과적으로 발열 부품을 냉각시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보블로워 외함의 개략적인 평면도,
도 2는 도 1에 Ⅱ로 표시된 방향에서 바라 본 터보블로워 외함의 개략적인 정면도,
도 3은 도 2에서 103으로 표시된 제1 격벽의 개략도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터보블로워 외함의 냉각시스템을 보인 개략도,
도 5는 도 4에 도시된 냉각시스템을 갖는 터보블로워 외함의 개략도로서, 도 1을 기준으로 Ⅴ로 표시된 방향에서 바라 본 도면,
도 6은 본 발명에 따른 제2 열교환기의 다른 예를 보인 개락도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 대하여 구체적으로 살펴본다.

도 1 내지 도 3에는 일실시예에 따른 터보블로워의 외함 내부가 개략적으로 도시되어 있다.

터보블로워는 통상 외함(External Case)으로 불리우는 케이스(100) 내에 송풍을 위한 각종의 부품이 설치된다.

도 1에서 보듯이 실시예에 따른 터보블로워 외함의 케이스(100)는 내부공간이 제1 내지 제3 공간부(S1,S2,S3)로 분할된다. 제1 격벽(103)에 의해 제1, 제2 공간부(S1,S2)로 분할되며, 제2 격벽(106)에 의해 제1 공간부(S1)와 제3 공간부(S3)가 분할된다.

도 1 및 도 2에서 보듯이, 제1 공간부(S1)에 인버터 등의 전기장치(10)가 설치되며, 제2 공간부(S2)에 제1 열교환기(20)가 설치된다. 제3 공간부(S3)에는 임펠러 등 압축공기를 만들어 이를 외부로 공급하기 위한 기계적인 장치인 송풍장치(70, 도 5 참조)가 설치된다.

실시예에 따르면 제2 공간부(S2)에는 제1 열교환기(20)가 설치된다. 제1 열교환기(20)는 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2) 간의 공기순환을 위한 팬(21)과 순환공기의 냉각을 위한 라디에이터(22)를 포함할 수 있다. 라디에이터(22)에는 냉매, 예로서 냉각수가 흐른다.

제1 및 제2 공간부(S1,S2) 간의 공기순환이 원활하게 이루어지는 한, 제1 열교환기(20) 전체 혹은 그 일부는 제2 공간부(S2)에 배치되거나, 제1 및 제2 공간부(S1,S2) 간의 경계, 또는 제3의 공간에 배치될 수도 있을 것이다.
도 1에서 보듯이, 제1 및 제2 격벽(103,106)은 둘다 공간을 수직으로 분할하는 수직벽이다. 제2 공간부(S2)는, 제1 격벽(103)을 사이에 두고 전기장치(10)가 설치된 제1 공간부(S1)와 직접 마주하며, 제2 격벽(106)을 사이에 두고 제1 공간부(S1)와 마주하는 제3 공간부(S3)와는 직접 연통되지 않는다.

도 2 및 도 3에서 보듯이, 제1 격벽(103)에는 제1 및 제2홀(104,105)이 형성된다.

제1 홀(104)은 제1 격벽(103) 상부 측 그리고 제2 홀(105)은 제1 격벽(103) 하부 측에 마련된다. 제1 열교환기(20)의 팬(21)에 의해, 제1 공간부(S1)에 설치된 전기장치(10)에 의해 데워진 공기는 제1 홀(104)을 통해 제2 공간부(S2)로 유입되어 라디에이터(22)에서 냉각된 후 제1 공간부(S1)로 순환된다.

좋게는 제1 열교환기(20)는 제2 공간부(S2)에서 제1 격벽(103)의 제2 홀(105) 위치에 설치된다. 구체적으로 라디이에터(22)는 제2 홀(105) 위치에서 제1 격벽(103)에 고정되며 팬(21)은 제2 홀(105)을 통해 제2 공간부(S2)로부터 제1 공간부(S1)로의 순환공기를 발생시킨다.

케이스(100), 특히 제1 및 제2 공간부(S1,S2)는 완전한 실링까지 요구되는 것은 아니나 외부환경으로부터의 차단을 위해 어느 정도 밀폐성을 갖는 것이 좋다. 밀폐된 케이스(100) 내에서만 공기순환이 이루어지기에, 외부공기의 지속적인 흡입으로 인한 종래와 같은 문제가 발생되지 않으며 외부환경이나 그 변화로부터 자유롭다.

또한 위와 같이 터보블로워 외함의 냉각시스템이 구성될 경우 제1 공간부(S1)의 냉각을 위한 공기 순환라인에 에어필터를 둘 필요가 없으므로 비용이 절감되며 필터의 청소 등으로 인한 번거로움을 피할 수 있다.

한편 제1 열교환기(20)는, 예로서 에어컨 냉매를 사용할수도 있을 것이나 공간을 많이 차지하며 무엇보다 비용이 높다. 따라서 냉각수가 흐르는 라디에이터(22)와 팬(21)을 이용한 열교환 시스템이 선호된다.

도 4 및 도 5에는 다른 실시예에 따른 터보블로워 외함이 도시되어 있다. 이 터보블로워 외함은 앞서 도 1 내지 도 3의 설명에서 언급된 기본적인 구성을 그대로 가질 수 있으며 설명과정에 도면 부호도 그대로 사용된다.

도 4에서 보듯이, 터보블로워의 외함은 앞서 설명된 제1 열교환기(20)를 흐르는 냉각수를 공냉하기 위한 제2 열교환기(30)를 가질 수 있다. 나아가 제2 열교환기(30)를 흐르는 냉각수의 냉각 및 공급을 위한 리저버(40), 나아가 보조 열교환기(60)를 포함할 수 있다.

제1 열교환기(20)를 흐르는 냉각수는 리저버(40)를 거친 후 제2 열교환기(30)로 흐르도록 구성될수도 있을 것이나, 이보다는 제2 열교환기(30)를 먼저 거친 후 리저버(40)로 유입되어 추가 냉각되도록 하는 것이 냉각 성능 측면에서 바람직하다.

도 4를 참조하여 계속 설명하면, 제1 열교환기(20)의 라디에이터(22)를 흐르는 냉각수는 순환펌프(50)에 의해 리저버(40)로부터 공급된다. 리저버(40)로부터 공급된 냉각수는 제1 열교환기(20)에서 승온되어 제2 열교환기(30)에서 공냉된 다음, 리저버(40)에서 수냉각된다.

실시예에 따르면 제1 열교환기(20)는 케이스(100) 내부, 특히 제1 공간부(S1)의 열을 빼내기 위한 열교환기라면, 제2 열교환기(30)는 제1 열교환기(20)에서 데워진 냉각수를 외부공기를 이용하여 냉각하기 위한 열교환기이다.

이러한 제2 열교환기(30)는 제1 열교환기(20)와 마찬가지로 라디이에터(32)와 팬(31)을 구비할 수 있다. 제1, 2 열교환기(20,30) 및 리저버(40)를 순환하는 냉각수의 순환은 순환펌프(50)에 의해 이루어진다.

도 4에는 명확하게 나타나 있지 않지만, 제2 열교환기(30)는 케이스(100) 외부에 설치되는 것이 바람직하다. 물론 라디에이터(32)가 케이스(100)의 외벽 어딘가에 설치하는 것을 고려할 수도 있을 것이나 외부에 독립적인 유닛 형태로 별도 설치하는 것이 선호된다.

위와 같이 제2 열교환기(30)를 케이스(100) 외부에 설치하는 경우, 제1 공간부(S1) 또는 제2 공간부(S2)로의 외부공기 유입이 필요없고 터보블로워 외함의 케이스(100) 또는 내부 구조를 과다하게 복잡하게 하지 않으며 열교환기 수리 등을 위해 편리하다.

만일 제2 열교환기(30)가 케이스(100) 내부에 설치된다면, 송풍을 위해 기계본체(70)로 유입되는 외부공기를 이용하여 공냉될 수 있도록, 제3 공간부(S3) 혹은 기타 케이스(100) 내부 어딘가에 설치될 수 있을 것이다. 다만 이 경우 케이스 내부 설계가 복잡해진다.

한편 제2 열교환기(30) 없이 제1 열교환기(20)의 후단에 리저버(40)와 보조 열교환기(60)만 설치하는 것도 고려될 수 있으나, 수돗물을 이용한 수냉각이 여의치 않은 경우도 있을 수 있고 충분한 냉각을 위해서는 공냉식의 제2 열교환기(30)를 포함하는 냉각시스템이 바람직하다.

도 4에서 보듯이, 리저버(40)에는 냉각수의 양을 측정하기 위한 수위계(41)가 설치될 수 있다. 냉각수가 부족한 경우 리저버(40) 내로 수돗물을 유입시킨다. 이를 위해 별도의 수돗물 유입라인이 있을 수 있다.

또한 바람직하게는 리저버(40)에는 보조 열교환기(60)가 설치된다. 보조 열교환기(60)는 수돗물을 이용하여 리저버(40) 내 냉각수를 수냉한다. 이러한 보조 열교환기(60)는 외부의 수돗물 공급라인에 연결하기 위한 유입관(61)과, 유입관(61)으로터 공급된 수돗물의 배출을 위한 유출관(62)과, 유입관(61)으로부터 연장되어 유입관(61)을 통해 유입된 수돗물로 리저버(40) 내의 냉매를 냉각하기 위해 리저버(40) 내에 감겨진 후 유출관(62)에 연결된 냉각배관을 갖는다.

보조 열교환기(60)는 냉각수 온도, 예로서 리저버(40)의 냉각수 온도를 측정하기 위한 온도계(미도시)와 온도계 측정 온도에 따라 유입관(61)을 자동 개폐하기 위한 솔레노이드밸브를 더 포함할 수 있다. 온도계는 특정 온도를 감지하는 온도스위치일 수 있다.

실시예에 의하면 통상적인 경우 보조 열교환기(60)는 작동되지 않는다. 그러나 여름철 온도가 상승하거나 무더운 지역에서와 같이, 제2 열교환기(30)만으로는 충분히 냉각수를 냉각시킬 수 없을 때 보조 열교환기(60)가 작동하도록 구성될 수 있다.

도 5에는 실시예에 따른 터보블로워 외함의 구조가 보다 구체적으로 도시되어 있다.

도 5에서 보듯이, 제3 공간부(S3)에는 송풍장치(70), 구체적으로 임펠러 등 압축공기의 생성을 위한 기계본체(71), 방풍밸브(72), 흡음기(73) 등의 기계적인 장치가 설치된다. 에어필터(110)를 통해 유입된 외부공기는 기계본체(71)에서 압축되어 확산배관(74)을 거쳐 목표로 하는 곳으로 공급된다.

제1 공간부(S1)에 설치된 전기장치(10)로부터 송풍장치(70)의 구동을 위한 전력공급 등이 이루어지며, 제1 공간부(S1)에서 발생하는 열은 제2 공간부(S2)에 설치된 제1 열교환기(20)에 의해 순환하는 냉각공기에 의해 냉각된다.

도 5에서 보듯이, 리저버(40) 및 보조 열교환기(60)는 케이스(100) 내부 어느 공간에 설치될 수 있다. 예를 들어 수평 격벽에 의해 제3 공간부(S3)와 분할된 제4 공간부(S4)에 배치될 수 있다.

도 6에는 제2 열교환기(30)의 다른 예가 도시되어 있다.

도 6에서 보듯이, 제2 열교환기(30)는 터보블로워 외함의 케이스(100) 외부에 별도로 설치 가능한 독립된 유닛으로 구성되고, 여기에 리저버(40) 및 보조 열교환기(60)가 통합되어 포함될 수 있다.

위와 같이 구성하는 경우 터보블로워 외함의 케이스(100)에는 제1 열교환기(20)만 배치되므로 공간적으로 여유가 있을 수 있으며, 터보블로워 외함의 조립이 용이해진다.

리저버(40)나 보조 열교환기(60)는 수돗물을 사용하는 것이 선호되는데, 위와 같이 별도의 독립된 유닛으로 제2 열교환기(30)와 함께 통합하게 되면, 터보블로워 외함의 케이스(100)를 통해 수돗물 라인을 직접 연결하기 어려운 경우나 기타 터보블로워가 설치되는 현장의 위치, 조건에 따른 대응이 매우 용이하다.

살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면 케이스(100) 내부의 순환공기를 이용하여 전기장치(10)를 냉각하므로 외부환경이나 조건으로부터 자유롭게 터보블로워를 설치하고 운전할 수 있다.

또한 발열이 많은 전기장치(10)가 설치되는 제1 공간부(S1)가 송풍장치(70)가 설치되는 제3 공간부(S3)와 분리되어 있으므로, 비교적 컴팩트하게 제1 공간부(S1)를 구성할 수 있으며, 따라서 효율적인 냉각이 가능하다.

종래에는 송풍장치(70)를 포함해서 케이스(100) 내부 전체를 냉각하고자 하였으나, 본 발명에 의하면 제1 열교환기(20) 등 냉각시스템은 이러한 제1 공간부(S1)만을 냉각하면 되므로 냉각이 매우 효율적이다. 터보블로워에서 송풍장치(70)가 차지하는 공간이 가장 크다는 사실에 주목할 필요가 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면 보조 열교환기(60)에 수돗물을 연결하므로 낮은 비용으로 냉각시스템을 운영할 수 있다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 또는 변형될 수 있고 또 이것이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다는 것이 이해될 필요가 있다.

또한, 하기의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 도면에 도시된 실시예를 통해 본 발명의 구성을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위하여 기재된 것일 뿐, 이에 한정되지 않는다.

Claims (11)

1. 내부공간이 적어도 제1, 제2 및 제3 공간부(S1,S2,S3)로 분할된 케이스(100);
   제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)를 구분하며, 서로 다른 위치에 제1 및 제2 홀(104,105)이 형성된 제1 격벽(103);
   제1 공간부(S1)와 제3 공간부(S3)를 구분하는 제2 격벽(106);
   제1 홀(104)을 통해 제1 공간부(S1)로부터 제2 공간부(S2)로 공기가 유입되고 제2 공간부(S2)의 공기가 제2 홀(105)을 통해 제1 공간부(S2)로 되돌아 가는 공기순환이 이루어질 수 있도록 제1 격벽(103)의 제2홀(105) 위치에 배치된 팬(21)과, 그 순환공기의 냉각을 위한 라디에이터(22)를 구비하는 제1 열교환기(20);
   제1 열교환기(20)로부터 배출된 냉매가 유입되는 리저버(40); 및
   외부의 수돗물 공급라인에 연결하기 위한 유입관(61)과, 유입관(61)으로터 공급된 수돗물의 배출을 위한 유출관(62)과, 유입관(61)으로부터 연장되어 유입관(61)을 통해 유입된 수돗물로 리저버(40) 내의 냉매를 냉각하기 위해 리저버(40) 내에 감겨진 후 유출관(62)에 연결된 냉각배관을 갖는 보조 열교환기(60);를 포함하며,
   제1 공간부(S1)에 전기장치(10)가 설치되며 제3 공간부(S3)에 송풍장치(70)가 설치되고, 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)를 순환하는 공기가 제1 열교환기(20)에서 냉각되어 제1 공간부(S2)를 냉각하도록 구성된 것을 특징으로 하는 터보블로워의 외함.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 열교환기(20)의 라디에이터(22)로부터 배출되는 냉매의 냉각을 위한 제2 열교환기(30)를 더 포함하며,
   리저버(40)에서 제1 열교환기(20)로 공급된 냉매가 제2 열교관기(30)를 거쳐 리저버(40)로 순환되도록 구성된 것을 특징으로 하는 터보블로워의 외함.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 제2 열교환기(30)는 냉매가 흐르는 라디에이터(32)와 라디에이터(32)의 냉각을 위한 팬(31)을 구비하며,
   제2 열교환기(30)의 일측에 리저버(40) 및 보조 열교환기(60)가 함께 하나의 유닛으로 통합되어 케이스(100) 외부에 독립적으로 설치됨을 특징으로 하는 터보블로워의 외함.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 유입관(61)의 개폐를 위한 솔레노이드밸브(63)와, 리저버(40) 내 냉매의 양을 측정하기 위한 수위계(41)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보블로워의 외함.
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