KR102305856B1 - 상변화 물질을 이용한 열교환 방식의 냉동식 에어 드라이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콤프레셔에서 생성한 고온 다습한 압축 공기를 열 교환으로 응축시켜 건조처리하는 상변화 물질을 이용한 열교환 방식의 냉동식 에어 드라이어에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 콤프레셔에서 생성한 고온 다습한 압축 공기가 지그 재그 형태로 지나는 압축 공기 이송로에 냉매관과, 상변화 물질(PCM)이 내장되는 스토리지를 설치하여 상기 냉매관의 냉매 가스와 상변화 물질(PCM)의 축냉에 의한 열 교환으로 고온 다습한 압축 공기를 응축처리하여 압축 공기를 효과적으로 건조시키도록 하되, 상기 스토리지를 열전도율이 우수한 소재로 적용함은 물론 스토리지에 냉매관을 직접 삽입 설치하여 상변화 물질(PCM)이 순간적으로 축냉하도록 하면서 압축 공기의 건조처리 효율을 극대화하고, 상기 스토리지를 알루미늄 다이캐스팅 금형에 의해 성형 제작하기 때문에 균일한 품질, 제작 방식의 단순화, 용량별로 맞춤 제작이 가능하고, 제조 시간 단축 및 제조 단가를 획기적으로 절약하도록 하는데 그 특징이 있다.

Description

상변화 물질을 이용한 열교환 방식의 냉동식 에어 드라이어{Refrigeration air dryer of Heat exchange type using phase change material}

본 발명은 콤프레셔에서 생성한 고온 다습한 압축 공기를 열 교환으로 응축시켜 건조처리하는 냉동식 에어 드라이어에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 고온 다습한 압축 공기의 이송로에 냉매관과 상변화 물질(PCM)이 내장되는 스토리지를 설치하여 냉매관의 냉매 가스와 상기 냉매 가스에 의한 상변화물질의 축냉으로 압축 공기의 수분을 응축시키는 건조 처리 효율이 우수한 상변화 물질을 이용한 열교환 방식의 냉동식 에어 드라이어에 관한 것이다.

일반 산업 현장에서 사용하고 있는 에어 콤프레셔(Air Compressor)는 압축 공기를 생성하는 장비로서 상기 압축 공기는 다양한 용도로 사용하고 있다.

특히, 상기 압축 공기를 각종 실린더나 밸브 장치의 제어 작동을 위한 용도로 사용하는 경우 콤프레셔의 공기 압축 과정에서 고온 다습한 압축 공기가 생성되기 때문에 상기 압축 공기의 열이 식으면 수분이 응축되어 장치의 오작동 또는 고장을 유발하는 원인이 되었다.

이 때문에 상기 압축 공기의 수분은 각종 필터나 에어 드라이어를 사용하여 제거하는데, 상기 에어 드라이어는 고온 다습한 압축 공기를 흡착재로 통과시켜 수분을 흡착 제거하는 흡착식 에어 드라이어와 고온 다습한 압축 공기의 이슬점 온도를 낮추어 수분을 응축시켜 제거하는 냉동식 에어 드라이어를 사용하고 있다.

상기 냉동식 에어 드라이어는 하우징 내부에 지그 재그 형태의 유통로로 압축 공기를 통과시키되, 상기 유통로에 냉매관을 설치하여 열 교환에 의해 고온 다습한 압축 공기를 냉각 응축시켜 수분을 제거하도록 하였다.

이때, 상기 유통로에서 냉매관의 열 교환 효율을 높이기 위해 종래에는 판형 전열판이 적층된 열교환기를 설치하여 압축 공기의 접촉 면적을 확대하므로 압축 공기의 냉각 응축 효율을 높이도록 하였다.

그러나 상기한 종래 냉동식 에어 드라이어의 열 교환 효율을 높이기 위해 사용되는 열 교환기의 전열판을 기계 가공으로 제작하여 적층 조립하기 때문에 제조 과정이 복잡하고 제조 간단가 상승함은 물론 제조 설비가 복잡하여 전문 기술자에 의한 작업이 요구되는 문제점이 있었다. 무엇보다 냉각 용량에 따라 다양하게 제작해야 함은 물론 열 교환 효율을 높이기 위해 전열판의 사이즈를 크게 형성할 수 밖에 없어 소형 제작이 곤란한 문제점이 있었다.

등록특허 제10-0591141호(2006년06월12일) 등록특허 제10-1233098호(2013년02월07일)

본 발명은 상기한 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 해결하고자 발명된 것으로서, 고온 다습한 압축 공기의 이송로에 냉매관과 상변화 물질(PCM)이 내장되는 스토리지를 설치하여 냉매관의 냉매 가스와 상기 냉매 가스에 의한 상변화물질의 축냉으로 압축 공기의 수분을 응축시키는 건조 처리 효율을 우수하게 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 스토리지를 알루미늄 소재로 간단히 성형 제작함은 물론 열 전도율이 우수한 소재 적용과 함께 스토리지에 냉매관을 직접 관통 삽입시켜 상변화 물질을 즉각적으로 축냉시키도록 하면서 압축 공기의 수분을 응축시키는 건조 처리 효율을 더욱 우수하게 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명은 콤프레셔에서 생성한 고온 다습한 압축 공기가 공급되는 하우징 내부에 압축 공기가 이송되는 압축 공기 이송로를 형성하되, 상기 압축 공기 이송로에 냉매 가스가 순환되는 냉매관과 상기 냉매관이 관통되게 삽입되고 내부에 상변화 물질(PCM)이 내장되는 스토리지를 설치하여 상기 냉매관의 냉매 가스와 상기 냉매 가스에 의한 상변화 물질(PCM)의 축냉으로 고온 다습한 압축 공기를 열 교환에 의해 응축시켜 건조 처리하도록 구성함에 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 스토리지는 내부에 상변화 물질(PCM)을 저장하는 저장 공간부를 갖는 본체와 상기 본체 일측에 결합되는 커버로 구성하여 상기 본체의 조립 구멍에 커버의 조립 돌기를 결합하여 조립하되, 상기 스토리지에는 냉매관이 삽입되는 삽입홀을 적어도 하나 이상 배열 형성하여 구성함에 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 스토리지는 알루미늄 소재로 다이캐스팅 금형에 의해 성형하되 외표면에 열 교환 면적의 증대를 위한 요철 구조를 형성하여 구성함에 그 특징이 있다.

이러한 본 발명은 콤프레셔에서 생성한 고온 다습한 압축 공기가 지그 재그 형태로 지나는 압축 공기 이송로에 냉매관과, 상변화 물질(PCM)이 내장되는 스토리지를 설치하여 상기 냉매관의 냉매 가스와 상변화 물질(PCM)의 축냉에 의한 열 교환으로 고온 다습한 압축 공기를 응축처리하여 압축 공기를 효과적으로 건조시키도록 하는 것이다.

특히, 상기 스토리지를 열전도율이 우수한 소재로 적용함은 물론 스토리지에 복수의 냉매관을 직접 삽입 설치하여 상변화 물질(PCM)이 순간적으로 축냉하도록 하면서 고온 다습한 압축 공기를 열 교환으로 응축 처리하는 압축 공기의 건조처리 효율을 극대화하고, 뿐만 아니라 상기 스토리지를 알루미늄 소재로 다이캐스팅 금형에 의해 성형 제작하기 때문에 균일한 품질, 제작 방식의 단순화, 용량별로 맞춤 제작이 가능함은 물론 제조 시간 단축 및 제조 단가를 획기적으로 절약하는 효과를 갖게 되는 것이다.

도 1은 본 발명이 적용되는 냉동식 에어 드라이어의 증발기를 보여주는 단면 구성도.
도 2는 도 1의 스토리지를 보여주는 사시도.
도 3은 도 2의 스토리지를 보여주는 분해 사시도.
도 4는 본 발명이 적용된 냉동식 에어 드라이어를 보여주는 전체 구성도.

이하, 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 발명의 상변화 물질을 이용한 열교환 방식의 냉동식 에어 드라이어 는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 콤프레셔에서 생성한 고온 다습한 압축 공기를 하우징(10)의 유입구(10a)로 유입시켜 증발관(1a) 내부의 공기에 의해 열교환하는 제1 열교환부(1)와 냉매관 내부의 냉매 가스에 의해 열교환하는 제2 열교환부(2)를 거쳐 응축수를 드레인 출구(10c)로 드레인 시키고, 압축 공기는 제1 열교환부의 증발관(1a)을 통과시킨 후 배출구(10b)로 배출시키도록 구성하는 것이다.

상기 제2 열교환부(2)는 지그 재그 형태의 압축 공기 이송로(12)를 형성하되, 상기 압축 공기 이송로에 냉매 가스가 순환되는 냉매관(15)과 상변화 물질(PCM)이 내장되는 스토리지(20)를 설치 구성하는 것이다.

상기 냉매관(15)은 압축 공기 이송로(12)를 직선 통과하도록 다수열로 배열하고, 상기 스토리지(20)는 냉매관이 관통되게 삽입 설치하여 상기 냉매관의 냉매 가스와 상변화 물질(PCM)이 냉매 가스에 의한 축냉으로 고온 다습한 압축 공기를 열 교환하여 응축처리하도록 구성하는 것이다.

이때, 상기 압축 공기 이송로(12)는 상부에 격벽(13)과 하부에 스토리지(20)를 번갈아 설치하는 것에 의해 지그 재그 형태의 압축 공기 이송로(12)를 형성하도록 구성한다.

상기 스토리지(20)는 내부에 상변화 물질(PCM)을 저장하는 저장 공간부(22)를 갖는 본체(21)와 상기 본체 일측에 결합되는 커버(25)로 구성하여 상기 본체 일측의 조립 구멍(21a)에 커버 일측의 조립 돌기(25a)를 결합하여 조립하도록 구성한다.

그리고 상기 스토리지(20)에는 냉매관(15)이 삽입되는 삽입홀(20a)을 적어도 하나 이상 배열 형성하여 냉매관의 냉매 가스가 상변화 물질(PCM)을 순간적으로 냉각시키면서 축냉하도록 구성하는 것이다.

또한, 상기 스토리지(20)는 외표면에 열 교환 면적의 증대를 위한 요철 구조(20b)를 형성하여 구성한다.

또한, 상기 스토리지(20)는 열전도율이 우수한 알루미늄 소재로 알루미늄 다이캐스팅 금형에 의해 성형하여 균일한 품질로 제작하되, 용량별로 다양한 크기 및 다양한 형태로 제작 가능함은 물론이다.

그 밖에 상기 냉매관(15)의 냉매 가스는 냉동 콤프레셔(3)와 에어 쿨링 콘덴서(4)를 거쳐 냉각한 후 재 순환 공급하도록 구성한다.

미 설명 부호로서, 5는 하우징으로 공급되는 압축 공기를 1차 냉각하는 에어 쿨링 콘덴서, 6은 여과 필터, 7은 응축수를 수거하는 오토 트랩을 나타내는 것이다.

다음은 상기와 같이 구성되는 본 발명의 작동 및 작용에 대해 살펴보기로 한다.

먼저 본 발명의 스토리지(20)는 본체(21)와 커버(25)를 열전도율이 우수한 알루미늄 소재로 알루미늄 다이캐스팅 금형에 의해 균일한 품질로 용량에 맞추어 성형한 후 상기 본체와 커버를 조립 구멍(21a)과 조립 돌기(25a)에 의해 결합하여 조립하는 것이다.

그리고 상기 본체 내부의 저장 공간부(22)로 상변화 물질(PCM)을 충진하는 것이다.

이와 같은 본 발명의 스토리지(20)는 냉매 가스가 순환되는 냉매관(15)과 함게 하우징 내부의 압축 공기 이송로(12)에 설치한다.

특히 상기 스토리지(20)는 압축 공기 이송로(12)를 지그 재그 형태로 형성하기 위해 설치되는 상부 격벽(13)과 함께 하부 격벽 위치로 설치하는데, 상기 스토리지(20)에 관통 형성된 다수의 삽입홀(20a)에 냉매관(15)이 직접되는 형태로 설치하는 것이다.

즉, 상기 스토리지(20)의 삽입홀(20a)에 냉매관(15)이 관통되도록 삽입 설치되어 냉매 가스와 상변화 물질(PCM)이 열전도율이 우수한 알루미늄 소재를 통해 직접 접촉되도록 하므로 상변화 물질(PCM)이 냉매 가스에 의해 즉각적으로 축냉하게 되는 것이다.

이와 같이 설치된 상태에서 상기 하우징(10)의 유입구(10a)로 콤프레셔에서 생성한 고온 다습한 압축 공기를 공급하면, 상기 압축 공기가 증발관(1a) 내부의 공기 접촉에 의해 열교환하는 제1 열교환부(1)를 거쳐 제2 열교환부(2)의 압축 공기 이송로(12)를 지그 재그 형태로 이송 안내되는 것이다.

이 과정에서 상기 압축 공기 이송로(12)에 설치되는 냉매관(15)의 냉매 가스와, 스토리지(20)의 상변화 물질(PCM)이 축냉에 의해 고온 다습한 압축 공기의 온도를 열 교환으로 낮추어 수분을 응축 처리하게 되는 것이다.

특히, 상기 스토리지(20)는 다수의 삽입홀(20a)로 직접 삽입되는 냉매관(15)에 의해 상변화 물질(PCM)이 즉각적으로 축냉하기 때문에 고온 다습한 압축 공기의 온도를 더 신속하게 낮추어 수분을 효과적으로 응축 처리하게 되는 것이다.

이때, 상기 스토리지(20)는 외표면이 요철 구조(20b)로 형성되어 압축 공기와의 열 교환 면적을 더 증대시키므로 열 교환에 의한 압축 공기의 응축 처리 효율을 더 높이게 되는 것이다.

이와 같이 고온 다습한 압축 공기를 열 교환에 의해 수분을 응축시켜 건조처리한 상태로 배출하게 되고, 상기 응축수는 오토 트랩(7)으로 별도 수거하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 콤프레셔에서 생성한 고온 다습한 압축 공기가 지나는 압축 공기 이송로(12)에 냉매관(15)과, 상변화 물질(PCM)이 내장되고 냉매관이 관통 삽입되는 스토리지(20)를 설치하여 상기 냉매관의 냉매 가스와 상변화 물질(PCM)의 축냉에 의한 열 교환으로 고온 다습한 압축 공기를 응축처리하여 압축 공기를 효과적으로 건조시키도록 함은 물론 상기 스토리지(20)를 알루미늄 다이캐스팅 금형에 의해 성형 제작하기 때문에 균일한 품질, 제작 방식의 단순화, 용량별로 맞춤 제작이 가능하고, 제조 시간 단축 및 제조 단가를 획기적으로 절약하도록 하는 것이다.

10: 하우징 12: 압축 공기 이송로
15: 냉매관 20: 스토리지
20a: 삽입홀 20b: 요철 구조
21: 본체 22: 저장 공간부
25: 커버

Claims (3)

1. 콤프레셔에서 생성한 고온 다습한 압축 공기가 공급되는 하우징(10) 내부에 압축 공기가 이송되는 압축 공기 이송로(12)를 형성하되,
   상기 압축 공기 이송로에 냉매 가스가 순환되는 냉매관(15)과 상기 냉매관이 관통되게 삽입되고 내부에 상변화 물질(PCM)이 내장되는 스토리지(20)를 설치하여 상기 냉매관의 냉매 가스와 상기 냉매 가스에 의한 상변화 물질(PCM)의 축냉으로 고온 다습한 압축 공기를 열 교환에 의해 응축시켜 건조 처리하도록 구성하고,
   상기 스토리지(20)는 내부에 상변화 물질(PCM)을 저장하는 저장 공간부(22)를 갖는 본체(21)와 상기 본체 일측에 결합되는 커버(25)로 구성하여 상기 본체의 조립 구멍(21a)에 커버의 조립 돌기(25a)를 결합하여 조립하되,
   상기 스토리지(20)에는 냉매관(15)이 관통 삽입되는 삽입홀(20a)을 적어도 하나 이상 배열 형성하여 구성한 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 열교환 방식의 냉동식 에어 드라이어.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 스토리지(20)는 알루미늄 소재로 다이캐스팅 금형에 의해 성형하되, 외표면에 열 교환 면적의 증대를 위한 요철 구조(20b)를 형성하여 구성한 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 열교환 방식의 냉동식 에어 드라이어.
   

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