KR101831113B1 - 터보송풍기에 설치되는 인버터의 내부순환형 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보송풍기의 내부순환형 냉각장치에 관한 것이다. 본 발명은 공기를 유입시키기 위한 공기흡입부가 일측에 형성되어 있는 함체와 상기 함체의 내부에는 베이스에 고정 지지되는 고속모터 및 상기 고속모터에 연결되어 회전 가능한 임펠러를 구비하여, 상기 공기흡입부를 통해 내부로 흡입되는 공기를 배출시키는 터보송풍기와 상기 베이스의 하부에는 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기를 냉각시키는 응축기와 상기 터보송풍기의 일측으로 상기 고속모터의 회전 속도를 제어하는 인버터가 일측에 고정 형성되고, 상기 인버터의 하부에는 상기 인버터를 냉각시키는 증발기가 형성되고, 상기 인버터의 타측으로 일정 간격 이격 형성되어, 내부 온도를 일정하게 유지하도록 조절하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

터보송풍기에 설치되는 인버터의 내부순환형 냉각장치 {Inverter inside circulation type cooling apparatuse establish Turbo blower}

본 발명은 터보송풍기에 설치되는 인버터의 내부순환형 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 종래 터보송풍기와 일체로 설치되는 인버터 또는 제어기가 다습한 환경에서 부식 등으로 기계장치의 수명이 저하되는 문제점을 개선하기 위하여 인버터 및 제어기를 외부환경과 차단하여 밀폐시키고 내부순환형 냉각장치를 이용하여 인버터 및 제어기가 설치된 내부의 온도와 습도를 일정하게 유지하여 기계장치의 수명을 연장하고 운전작동을 안정적으로 하기 위한 내부순환형 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 터보 송풍기는 축류식 또는 원심식의 송풍기에서 송풍압력 1kg/㎠G 이하의 것을 의미한다. 고속모터와 인버터가 설치되는 터보 송풍기의 경우, 대부분 하폐수 처리장 부지에 설치되어 주변환경이 분진(먼지), 악취, 부식성 가스, 고온의 온도 등으로 운전조건이 매우 열악한 곳이 많다.

특히, 터보송풍기는 공기를 폭기조 등에 공급하는 기계장치로써 운전 시 분진이나 악취 부식성 가스 등에 쉽게 노출될수 밖 에 없다.

터보송풍기는 10,000rpm 이상 약 20,000~ 40,000rpm으로 고속회전하는 모터와 임펠러로 구성이 되며 모터의 운전과 회전을 제어하기 위해 인버터와 제어기 등의 전기, 전자 부품들이 일체형으로 구성되어 있다. 이러한 터보송풍기의 구동시 모터 및 인버터 등에서 상당한 양의 열이 발생된다.

또한, 먼지나 부식성 가스, 온도에 취약한 인버터, 제어기 등과 같은 부품들이 악조건에 노출되어 잦은 고장과 오작동, 심지어 부식성 가스와 먼지로 인해 전기적 누전이나 쇼트가 발생하여 인버터에 화재, 폭발 등이 발생 되고 있다.

그리고, 대부분의 터보송풍기의 운전은 주변온도 40℃ 이하에서 운전하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 터보송풍기의 운전을 제어하는 인버터 등의 전기전자 부품들의 40℃ 이상의 온도에서는 오작동의 염려가 있고, 전자부품들이 과열될 수 있기 때문이다.

인버터 및 제어기 등의 전기전자 부품의 작동 온도를 일정 온도 이하로 낮출 수만 있다면 터보송풍기의 운전은 60℃의 높은 온도에서도 작동하는 것이 가능하다. 우리나라 여름철 더울 때에는 온도가 40℃에 육박하게 되어 송풍기실(기계실) 내부에는 그 이상 높은 온도로 과도하게 상승하는 경우도 적지 않아 그러한 밀폐된 공간에 설치된 터보 송풍기의 경우에는 고온으로 정상적인 운전이 곤란한 경우가 발생하고 있다.

대한민국 등록특허 제0423618호 대한민국 등록특허 제0675821호

본 발명은 인버터 등의 전자적인 제어기와 일체형으로 작동하는 터보송풍기가 하.폐수처리장 등의 고온 다습한 송풍기실(기계실) 환경에서도 원활하게 작동할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 터보송풍기의 작동을 제어하는 인버터 및 제어기의 수명을 크게 향상시키기 위하여 인버터 및 제어기의 운전 온도를 일정하게 하기 위한 것이다.

본 발명은 터보송풍기에 유입되는 공기를 이용하여 응축기의 온도를 냉각시키는 방식이므로 냉각팬이 필요 없어 제작단가를 줄일 수 있으며 냉각효율을 향상시킨 내부순환형 냉각장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공기흡입부가 일측에 형성되어 있는 본체와 상기 본체의 내부에는 고속모터를 지지하는 베이스, 상기 고속모터에서 발생되는 회전동력을 전달하는 모터회전축 및 상기 모터회전축에 연결되어 회전날개로 구성되는 임펠러가 구비된 터보송풍기와 상기 터보송풍기의 고속모터의 회전속도를 제어하는 인버터 그리고 이를 컨트롤하는 제어기로 구성된다. 상기 인버터와 제어기는 별도의 밀폐된 공간에 형성되며 상기 터보송풍기의 회전속도를 제어하기 위한 주파수 범위는 60~ 600Hz이다.

상기 터보송풍기의 임펠러가 모터회전축의 회전동력을 전달받아 회전하면 공기흡입부를 통해 공기가 흡입되고 흡입된 공기는 하수처리장 폭기조 등 공기가 필요로 하는 곳에 공기를 공급하게 된다.

상기 인버터의 하부에는 상기 인버터를 냉각시키는 증발기가 형성되고, 상기 인버터가 설치된 밀폐공간의 일측에 인버터가 설치된 내부공간의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 조절하는 제어기가 형성되고, 상기 베이스의 하부에는 상기 공기흡입부를 통해 유입된 공기로 방열시키는 응축기가 설치된다.

또한, 상기 응축기에서 방열된 냉매가 팽창밸브를 통하여 팽창된 후 증발기에서 기화되고, 증발기에서 기화된 냉매는 압축기에서 압축되며, 상기 압축된 냉매는 응축기에 액화되면서 방열되는 내부순환형 냉각스시템으로 인버터가 설치된 밀폐공간의 온도와 습도를 일정하게 유지시켜 준다.

그리고, 상기 제어기에는 상기 밀폐공간의 내부 온도가 40~45℃ 온도 범위에서 설정된 온도 이상의 온도를 초과하면 알람이 울리도록 하는 경보부가 더 형성된다.

따라서, 본 발명의 터보송풍기에 설치되는 인버터 내부순환형 냉각장치는 공기의 내부순환 냉각장치를 이용하여 밀폐공간에 형성된 인버터 및 제어기 등의 운전환경을 일정하게 유지할 수 있도록 하여 인버터 등 전자장치의 부식 및 먼지로 인한 누전, 쇼트를 방지하고 기계장치의 수명을 연장시키기 위한 것이다.

또한, 응축기의 방열장치를 별도로 설치하지 않고, 터보송풍기 내부로 유입되는 공기를 이용하여 응축기의 열을 방열시키는 방식을 취하므로 냉각팬이 필요하지 않게 되어 제작 단가를 줄일 수 있으며 에너지를 절감할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 터보송풍기에 설치되는 인버터 내부순환형 냉각장치의 도면.

본 발명을 상세하게 설명함에 앞서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 의한 터보송풍기(20)와 터보송풍기의 출력을 제어하는 인버터가 별도의 공간에 설치되며, 상기 인버터의 운전 환경을 쾌적하게 제공하기 위한 내부순환형 냉각장치(100)의 도면이다.

도시된 대로, 상기 터보송풍기에 설치되는 인버터의 내부순환형 냉각장치(100)는 터보송풍기의 임펠러가 회전하면 공기흡입부(10)를 통하여 공기가 함체(30) 내부로 유입된다.

상기 터보송풍기(20)은 함체(30)의 내부의 베이스(18) 상부에 지지되어 설치된다. 상기 터보송풍기(20)는 고속모터(17)와 상기 고속모터(17)의 회전동력을 전달하는 모터회전축에 연결되어 회전 가능한 임펠러(15)로 구비되며, 상기 터보송풍기의 회전은 인버터의 주파수제어 방식으로 회전 출력을 제어하게 된다.

상기 터보송풍기의 작동은 인버터의 제어로 고속모터의 회전출력을 제어하며, 터보송풍기의 임펠러가 작동하면 공기흡입부(10)를 통해 공기를 흡입하고, 흡입된 공기는 하수처리장 등의 폐수처리를 위한 폭기조 등에 강제 공급되게 된다.

상기 고속모터(17)의 베이스(18) 저면에는 공기흡입부(10)를 통해 들어온 바람이 유입되어 통과될 수 있도록 유입구(도시는 생략)가 형성되며, 상기 유입구에 인버터를 냉각시키는 내부순환형 냉각장치의 응축기(11)를 설치하여 유입구를 통과한 바람이 상기 응축기의 냉매를 냉각시켜 주도록 설치된다.

상기 공기흡입부(10)의 입구에는 미세먼지를 걸러내거나 유입되는 공기를 정화하기 위하여 필터(미도시)가 길이 방향으로 형성되어 있는 것이 바람직할 것이다. 상기 필터는 망필터를 사용하여 곤충, 머리카락 등의 이물질를 걸러내고 필요한 경우에는 프리필터(prefilter)를 더 설치하여 0.0001~1mm의 잔먼지를 제거하여 준다.

상기 터보송풍기(20)의 일측에 별도의 밀폐공간에 상기 고속모터(17)의 회전 속도를 제어하는 인버터(22)가 형성된다. 즉, 상기 인버터(22)는 격벽(25)으로 터보송풍기와 별도의 밀폐공간에 형성되며, 상기 밀폐공간에 인버터(22)와 함께 증발기(21) 및 제어기(23)가 설치된다.

종래 터보송풍기를 제어하는 인버터(22)가 하나의 공간에 배치되는 구조인데 반면에, 본 발명의 터보송풍기(20)에 설치되는 내부순환형 냉각장치(100)는 외부 영향을 받지 않도록 밀폐되어 독립적인 공간에서 상기 인버터(22)를 비롯하여 제어기(23)와 증발기(21)를 설치하게 되는 것이다.

그리고, 상기 인버터(22)는 고속모터(17)의 회전속도와 전압을 제어, 조절하여 상기 터보송풍기(20)에서 송풍되는 공기의 양과 속도를 조절하는 기능을 하는 것이다. 참고로, 상기 인버터(22)의 주파수 범위는 60~600Hz이며, 10,000~ 36,000rpm의 회전속도로 회전될 수 있도록 제어한다.

상기 인버터(22)가 설치된 공간의 하부에는 상기 인버터(22)를 냉각시키는 증발기(21)가 형성되며, 상기 증발기에서 냉매가 증발하여 냉각될 때 주변 공기가 냉각되고 상기 냉각된 공기를 송풍팬으로 인버터의 운전온도와 습도를 일정하게 유지하여 준다. 즉, 상기 증발기(21)는 인버터(22)가 지속적으로 가동됨에 따라 발생하는 열을 송풍팬(도면부호 생략)에서 발생되는 바람을 이용하여 냉각시키는 역할을 하여 상기 인버터(22)의 과열을 방지하는 것이다. 상기 송풍팬의 바람은 인버터가 설치된 밀폐공간 내부를 순환하면서 인버터의 운전환경을 20~30℃의 온도, 50~75%의 습도 완경을 유지하여 주게 된다.

그리고, 상기 인버터(22)의 타측으로 일정 간격으로 이격 형성되어, 내부 온도를 일정하게 유지하도록 조절하는 제어기(23)가 형성되며, 상기 제어기는 인버터가 설치된 밀폐공간의 온도 20~30℃, 습도 50~75%를 벗어나게 되면, 센서에 의해 감지되어 내부순환형 냉각장치를 가동시키게 된다.

상기 제어기(23)는 밀폐공간의 내부에 설치된 온도 및 습도 센서(미도시)를 구비하여 냉각 온도 및 습도를 일정하게 조절하며 밀폐공간인 제2공간부(B)의 내부 온도와 습도를 일정하게 조절하여 주는 기능을 하는 것이다. 그리고, 상기 온도센서를 통하여 상기 증발기(21) 하부에 설치된 송풍팬 바람의 세기를 조절하여 내부온도를 조절하기도 하는 것이다.

또한, 상기 제어기(23)는 상기 밀폐공간인 제2공간부(B)의 내부 온도가 45℃를 초과하면 알람이 울리도록 하는 경보부(미도시)가 추가로 형성된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 터보송풍기의 작동으로 공기흡입부(10)를 통해 공기가 유입될 때 유입되는 공기가 응축기(11)의 열을 냉각시켜 주며, 상기 응축기(11)와 일정간격 이격, 형성되어 있는 압축기(14)는 냉매를 압축시켜 응축기(11)에 고온 고압의 냉매 가스를 보내고, 증발기(21)로부터 냉매를 받아 재압축하여 다시 응축기(11)로 보내도록 하여 계속 순환하는 방식인 것이다.

이하에서는 본 발명의 터보송풍기(20)의 내부순환형 냉각장치(100)의 작동관계에 대하여 설명하기로 한다.

설명의 편의를 위하여 본 발명의 내부순환형 냉각장치(100)의 내부를 제1공간부(A), 제2공간부(B), 제3공간부(C)로 구획하여 나누어서 설명한다.

먼저, 터보송풍기(20)를 가동하여 외부에서 공기를 인입하여 폭기조 등으로 배출하는 방식에 관하여 설명하기로 한다.

고속모터(17)의 구동에 의하여 터보송풍기(20)의 임펠러(15)에 고속모터의 회전동력이 전달되면 상기 임펠러가 회전하면서 외부 공기를 강하게 흡입하여 폭기조 등에 공기를 주입하게 되고, 상기 외부공기가 흡입될 때 응축기가 설치된 공기흡입구(10)에 바람이 흐르면서 응축기에서 발생된 열을 빼앗아 응축기를 냉각시켜 주게 된다.

종래에는 응축기의 열을 냉각시키기 위한 방열장치를 별도로 필요로 하였으나 본원발명에서는 터보송풍기의 흡입공기를 이용하여 응축기를 냉각하게 되므로 방열 냉각을 위한 별도의 장치가 필요 없어 구조가 간단하고 비용이 절감되는 장점이 있다.

이하에서는 공기의 내부순환 방식에 대하여 설명하기로 한다.

제2공간부(B)는 도 1에 도시된 바와 같이, 앞서 설명했지만, 인버터(22)와 상기 인버터를 온도와 습도를 일정하게 유지하기 위한 내부순환형 냉각장치, 상기 내부순환형 냉각장치를 제어하는 제어기(23)가 설치된 밀폐공간이다. 따라서, 제1공간부(A)와 제3공간부(C)의 경계가 되는 부분은 격벽(25)이 형성된다.

본 발명의 중요한 특징 중의 하나가 인버터(22)를 냉각시켜 과열을 방지하는 것인데 이하에서는 이에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 기체 상태의 냉매를 압축기(14)에서 압축시켜 고온고압의 냉매를 응축기(11)로 보내게 된다. 그러면, 상기 응축기(11)의 고온 고압의 냉매를 공기로 냉각시켜 주며, 본원발명에서는 공기유입구를 통과하는 공기가 공기유입구에 형성된 응축기의 열을 빼앗아 방열하게 된다.

상기 응축기에서 냉각된 저온고압의 냉매는 팽창밸브를 통과하면서 기화하게 되며, 팽창밸브를 통과한 냉매는 증발기에서 기체로 증발하면서 주변의 열을 빼앗아 주변의 공기가 냉각되게 된다. 즉, 증발기의 모세관(13)을 통과하는 액체 냉매가 모세관(13) 출구에서 갑자기 넓어지게 되어 증발하면 저압상태의 냉매가 기화하게 되는 것이다.

상기와 같이 증발기가 주변 공기를 냉각시키게 되면 냉각된 공기로 인버터(22)를 냉각시켜 주게된다.

그리고, 상기 증발기에서 기화된 기체 상태의 냉매는 상기 압축기(14)에서 다시 압축되며, 압축된 냉매는 응축기에서 액화되어 방열하며, 상기와 같은 과정(cycle)을 다시 반복순환하게 되는 것이다.

즉, 상기 증발기(21)는 압축기(14)에서 압축된 냉매가 상기 응축기(11)를 통해 액화되면서 발열되고, 상기 액화된 냉매가 증발기(21)로 보내지면 상기 냉매를 증발시켜 기화시키고, 기화시키면서 주변의 열을 빼앗아 냉각된 차가운 공기가 증발기(21) 하부에 형성된 송풍팬(fan: 도면부호는 생략)을 회전시켜 찬 바람을 토출시켜 상기 인버터(22)를 냉각시키는 것이다.

따라서, 증발기(21)가 바로 상부에 있는 인버터(22)를 상기 팬을 이용하여 냉각시켜 과열되지 않도록 식혀주므로 제2공간부(B)의 내부 온도가 상온(常溫)(20~ 30℃)을 언제나 유지하도록 한다.

그리고, 상기 인버터(22)의 일측에 형성된 제어기(23)는 상기 인버터(22)가 일정 온도를 늘 유지되도록 하기 위해 제어하는 역할을 하는 것이다. 따라서, 제2공간부(B) 내부가 고온 등으로 인하여 내부 전기장치(인버터 또는 제어기 등)의 부식 및 작동오류와 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 상기 제어기(23)의 작동에 관한 자세한 설명은 널리 공지된 것이므로 이를 생략하기로 한다.

이와 같은 구성으로 인하여 일반적인 종래 냉각장치를 이루는 중요한 구성인 터보송풍기와 인버터 및 제어기 등이 일체형으로 구성되어 있는 공간 내에 함께 위치하여 인버터(22) 및 제어기(23) 등과 같은 장치에 먼지나 오일성 유분, 부식성 가스 등이 무분별하게 혼입되어 생겨날 수 있는 장치의 고장과 누전, 쇼트, 오작동 및 기기 수명단축을 방지할 수 있는 것이다.

그리고, 제2공간부(B) 자체 내부 온도가 설정 상한온도(예로서, 40℃)보다 높아지게 되면 상기 인버터(22)의 하단에 있는 온도센서(미도시)가 작동하여, 제어기(23)에 형성되어 있는 경보기를 울리게 하여 미연에 조치를 취할 수 있도록 함으로써 고장 등을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 종래 터보송풍기와 일체 형태인 인버터(22)와 제어기(23)를 외부 영향을 전혀 받지 않도록 격벽(25)으로 독립된 구획을 만들어 설치해서, 상기 인버터(22)와 제어기(23)가 설치된 공간 내부의 공기를 냉각장치를 이용하여 내부순환시켜 온도와 습도를 항상 일정하게 유지하여 제어기나 인버터 등과 같은 전자장치를 외부 환경으로부터 완전 차단할 수 있으므로 장치의 내구성과 수명이 현저히 확대된다는 탁월한 장점이 있으며 안정적인 인버터 운전으로 터보송풍기 전체의 운전조건 및 성능이 향상되는 효과가 있는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개량 및 변화 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

10 : 공기흡입부 11 : 응축기 12 : 드라이어
13 : 모세관 14 : 압축기 15 : 임펠러
16 : 공기 배출부 17 : 고속모터 18 : 베이스
20 : 터보 송풍기 21 : 증발기 22 : 인버터
23 : 제어기 25 : 격벽 30 : 함체
100 : 내부순환 냉각장치
A : 제1공간부 B : 제2공간부 C : 제3공간부

Claims (4)

1. 터보송풍기에 설치되는 인버터 내부순환형 냉각장치(100)에 있어서,
   상기 인버터 내부순환형 냉각장치(100)는 공기가 유입되는 공기흡입부(10)에 필터가 형성된 함체(30);
   상기 함체(30)의 내부 베이스(18)에 고정 지지되는 고속모터(17) 및 상기 고속모터(17)에 연결되어 회전 가능한 임펠러(15)를 구비하여 상기 공기흡입부(10)를 통해 내부로 흡입되는 공기를 배출시키는 터보송풍기(20);
   상기 터보송풍기(20)의 일측으로 상기 고속모터(17)의 전압과 회전 속도를 제어하는 인버터(22)가 밀폐공간에 형성되고, 상기 인버터(22)의 하부에는 상기 인버터(22)의 운전온도를 일정하게 유지할 수 있도록 밀폐공간을 냉각시키는 증발기(21)가 형성되고, 상기 증발기에서 기화된 냉매를 압축시켜 주는 압축기에 연결되며, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 고온고압으로 응축시키는 응축기에서 냉매가 액체로 응축될 때 발생되는 열을 방열시키기 위하여 상기 터보송풍기(20)의 임펠러 회전에 의해 강제 흡입되는 공기로 상기 응축기(11)를 방열시키며, 상기 응축기에서 액화된 고압의 냉매를 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기에서 기화시켜 냉풍을 내부순환식으로 발생시키는 것을 특징으로 하는 터보송풍기에 설치되는 인버터 내부순환형 냉각장치.
   
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 인버터(22)가 설치되는 밀폐공간의 내부 온도는 20~30℃, 습도는 50~ 75%로 유지시켜 주는 것을 특징으로 하는 터보송풍기에 설치되는 인버터 내부순환형 냉각장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 인버터(22)의 주파수 범위는 60~600Hz이며, 회전속도는 10,000~ 36,000rpm인 것을 특징으로 하는 터보송풍기에 설치되는 인버터 내부순환형 냉각장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 인버터(22)와 상기 인버터를 온도와 습도를 일정하게 유지하기 위한 내부순환형 냉각장치, 상기 내부순환형 냉각장치를 제어하는 제어기(23)가 설치된 제2공간부(B)의 내부 온도가 40℃를 초과하면 알람이 울리도록 하는 경보부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 터보송풍기에 설치되는 인버터 내부순환형 냉각장치.
   
   
   
   

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