KR102662088B1

KR102662088B1 - 화기 냉각 시스템

Info

Publication number: KR102662088B1
Application number: KR1020230052277A
Authority: KR
Inventors: 이미도; 김학기
Original assignee: 제일모터산업 주식회사
Priority date: 2023-04-20
Filing date: 2023-04-20
Publication date: 2024-04-30

Abstract

개시된 본 발명의 화기 냉각 시스템은 화기를 냉각하기 위한 화기 냉각 시스템에 있어서, 공기를 공급하는 공기 공급부, 상기 공기 공급부와 연통하고, 상기 공기 공급부에서 공급되는 공기를 냉각하는 냉각부 및 상기 냉각부와 상기 화기를 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

화기 냉각 시스템{WEAPON COOLING SYSTEM}

본 발명은 화기 냉각 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 총열 또는 포신 등을 냉각할 수 있는 화기 냉각 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 권총, 소총 등과 같은 개인화기 및 탱크, 장갑차, 헬기 등에 장착되는 기관총 등과 탱크와 함정 등의 주포 등과 같은 화기는 탄 발포 시 고온의 열을 발생한다.

이러한 고온의 열은 화기의 총열 또는 포신에 예측이 불가능한 변형을 발생시킬 수 있고 이러한 변형에 의해 화기의 명중률을 저하시키는 등의 문제점이 있었다.

따라서 화기는 총열 또는 포신을 냉각 시키기 위한 냉각 설계가 필요하였다.

종래의 화기는 총열 또는 포신을 공기에 노출되게 하여 자연 공냉 방식으로 냉각하거나 짧은 시간에 발생된 고열에 의해 총열 또는 포신의 변형을 최소화 시킬 수 있도록 총열 또는 포신의 소재를 열 변형율을 최소할 수 있는 소재로 제조하였다.

하지만 종래의 화기는 총열 또는 포신의 소재를 열 변형율을 최소화할 수 있는 소재로 제조하더라도 탄의 발포 시 발생되는 고열에 의한 총열 또는 포신의 변형을 막을 수 없어 여전히 화기의 명중률이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 탱크 또는 함정의 연속사격용 주포는 발포 시 발생되는 고열로 인해 주포를 연속적으로 운용하는데 제한이 발생하며, 한계 시간 동안 발포 후 포신을 냉각을 하기 위해 발포 시간을 지체 해야 하는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0022906호 (공개일자 2014.02.25)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 화기의 총열 또는 포신을 냉각시킬 수 있는 화기 냉각 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

개시된 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 화기 냉각 시스템은 화기를 냉각하기 위한 화기 냉각 시스템에 있어서, 공기를 공급하는 공기 공급부, 상기 공기 공급부와 연통하고, 상기 공기 공급부에서 공급되는 공기를 냉각하는 냉각부 및 상기 냉각부와 상기 화기를 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 화기 냉각 시스템은 단순한 구성으로 화기의 총열이나 포신에 직접적으로 냉기를 공급하여 냉각하기 때문에 총열이나 포신의 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다.

상기 공기 공급부는 필터가 장착되고, 상기 필터를 통과한 공기가 유입되는 제1 공기유입홀이 형성된 전측바디와, 상기 전측바디와 결합되고, 상기 전측바디와의 사이에 공간이 형성된 후측바디와, 상기 공간에 형성되고, 상기 제1 공기유입홀과 대응되는 위치에 제2 공기유입홀이 형성되며 상기 제2 공기유입홀을 통해 유입되는 공기를 가속하여 배출하는 에어가속부와, 상기 에어가속부에 연결되고, 상기 결합부와 연통된 공기공급관으로 공기를 배출하는 공기배출구와, 상기 에어가속부로 공기가 흡입되도록 하는 구동팬 및 상기 구동팬과 전기적으로 연결되고, 상기 구동팬을 조작하며, 상기 구동팬의 상태를 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 화기 냉각 시스템은 단순한 구성으로 화기의 총열이나 포신에 직접적으로 냉기를 공급하여 비용을 절감하고 조작을 쉽게 하는 효과가 있다.

냉각부는 내부에 상기 공기 공급부와 연통하는 와류실을 형성하고, 일단부로부터 타단부로 관통되게 형성된 냉각바디와, 상기 냉각바디의 타단부에 결합하고, 상기 공기 공급부로부터 공급되는 공기로부터 냉기를 발생시키는 볼텍스 제너레이터와, 상기 볼텍스 제너레이터의 단부에 개구되게 형성되고, 상기 냉기를 배출하는 냉기 배출구를 포함할 수 있다.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 화기 냉각 시스템은 단순한 구성으로 화기의 총열이나 포신에 직접적으로 냉기를 공급하여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

상기 연결부는 일단부를 상기 냉기 배출구와 연통하고, 타단부를 상기 화기의 일측부에 연통할 수 있다.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 화기 냉각 시스템은 단순한 구성으로 화기의 총열이나 포신에 직접적으로 냉기를 공급하여 효과적으로 냉각할 수 있는 효과가 있다.

상기 화기의 일측부에 결합하고 내부에 냉각유로가 형성된 냉각챔버를 포함하고, 상기 연결부의 상기 타단부는 상기 냉각챔버와 연결되고, 상기 냉각유로로 상기 냉기를 유도할 수 있다.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 화기 냉각 시스템은 단순한 구성으로 화기의 총열이나 포신을 효과적으로 냉각할 수 있는 효과가 있다.

상기 볼텍스 제너레이터에서 발생된 상기 냉기는 상기 연결부에 의해 상기 화기의 내부를 통해 상기 화기의 총열 또는 포신으로 이동하여 냉각할 수 있다.

상기 볼텍스 제너레이터에서 발생된 상기 냉기는 상기 연결부에 의해 상기 화기의 총열 또는 포신으로 이동하여 냉각할 수 있다.

상기 연결부의 상기 타단부는 상기 냉각챔버로 경사지게 연결될 수 있다.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 화기 냉각 시스템은 연결부로부터 냉각챔버의 내부로 공급되는 냉기가 와류를 형성하게 할 수 있다.

상기 공기 공급부는 에어컴프레셔(air compressor)일 수 있다.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 화기 냉각 시스템은 대형 화기의 내부에 설치된 에어컴프레셔를 이용하여 포신을 냉각할 수 있다.

본 발명에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화기 냉각 시스템은 단순한 구성으로 화기의 총열이나 포신에 직접적으로 냉기를 공급하여 냉각하기 때문에 총열이나 포신의 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화기 냉각 시스템은 총열이나 포신의 변형을 방지하여 화기의 명중률을 일정하게 유지하게 하는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화기 냉각 시스템은 저비용으로 총열이나 포신을 효과적으로 냉각할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화기 냉각 시스템은 화기의 발포 딜레이 시간을 극소화하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화기 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에서 공기 공급부만을 분해하여 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 에어가속부의 내부를 도시한 구성도이다.
도 4는 도 1에서 냉각부의 단면을 도시한 단면도이다.
도 5는 냉각 공기의 유량에 따라 축소 또는 확대되는 볼텍스 제너레이터의 단면도이다.
도 6은 냉각 공기의 유량에 따라 축소 또는 확대되는 오리피스 슬리브의 단면도이다.
도 7은 냉각 공기의 유량에 따라 축소 또는 확대되는 와류실의 부분 단면을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 화기 냉각 시스템의 냉각챔버와 연결부만을 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8의 정면도이다.
도 10은 도 9를 A-A' 절단선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 화기 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 화기 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 화기 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것일 수 있다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

또한, 제1 엘리먼트(또는 구성요소)가 제2 엘리먼트(또는 구성요소) 상(ON)에서 동작 또는 실행된다고 언급될 때, 제1 엘리먼트(또는 구성요소)는 제2 엘리먼트(또는 구성요소)가 동작 또는 실행되는 환경에서 동작 또는 실행되거나 또는 제2 엘리먼트(또는 구성요소)가 직접 또는 간접적으로 상호 작용을 통해서 동작 또는 실행되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

어떤 엘리먼트, 구성요소, 장치 또는 시스템이 프로그램 또는 소프트웨어로 이루어진 구성요소를 포함한다고 언급되는 경우, 명시적인 언급이 없더라도 그 엘리먼트, 구성요소, 장치 또는 시스템은 그 프로그램 또는 소프트웨어가 실행 또는 동작하는데 필요한 하드웨어(예를 들면, 메모리, CPU 등)나 다른 프로그램 또는 소프트웨어(예를 들면, 운영체제나 하드웨어를 구동하는데 필요한 드라이버 등)를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 어떤 엘리먼트(또는 구성요소)가 구현됨에 있어서 특별한 언급이 없다면, 그 엘리먼트(또는 구성요소)는 소프트웨어, 하드웨어, 또는 소프트웨어 및 하드웨어 어떤 형태로도 구현될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화기 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1에서 공기 공급부만을 분해하여 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 에어가속부의 내부를 도시한 구성도이고, 도 4는 도 1에서 냉각부의 단면을 도시한 단면도이고, 도 5는 냉각 공기의 유량에 따라 축소 또는 확대되는 볼텍스 제너레이터의 단면도이고, 도 6은 냉각 공기의 유량에 따라 축소 또는 확대되는 오리피스 슬리브의 단면도이고, 도 7은 냉각 공기의 유량에 따라 축소 또는 확대되는 와류실의 부분 단면을 도시한 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 화기 냉각 시스템의 냉각챔버와 연결부만을 도시한 사시도이고, 도 9는 도 8의 정면도이고, 도 10은 도 9를 A-A' 절단선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화기(火器) 냉각 시스템은 총, 포 등과 같은 화기(10)를 냉각하기 위한 시스템으로서 공기 공급부(100), 냉각부(300) 및 연결부(500)를 포함한다.

도 2 및 도 3을 참고하여, 공기 공급부(100)는 내부에 설치된 구동팬에 의해 공기를 흡입하여 고속회전시켜 1.4 내지 3bar의 압력을 가지는 공기를 배출할 수 있다. 이때, 1.4 내지 3bar의 공기압을 가지도록 내부의 구동팬의 회전속도를 조절할 수 있다. 공기 공급부(100)는 전측바디(110), 후측바디(120), 에어가속부(150), 공기배출구(130), 디스플레이부(140), 필터장착부(123), 제1 공기유입홀(125), 제2 공기유입홀(153), 구동팬(160) 및 배터리(200)를 포함할 수 있다.

전측바디(110)는 공기 공급부(100)의 전면에 형성되는 외부케이스의 일부일 수 있다. 전측바디(110)는 외부로 노출되며, 도 1 내지 도 3과 같이 전체적으로 원형으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 사각 또는 삼각형태 등의 다각형태로 형성될 수 있다. 전측바디(110)는 외측 방향으로 필터(50)가 장착되는 필터장착부(123)가 형성될 수 있다.

후측바디(120)는 공기 공급부(100)의 후측에 형성되는 외부케이스의 일부일 수 있다. 후측바디(120)는 전측바디(110)와 결합되게 형성될 수 있다. 그리고 후측바디(120)와 전측바디(110)의 사이에 공간을 형성할 수 있다.

후측바디(120)와 전측바디(110)의 사이에 형성된 공간은 에어가속부(150), 디스플레이부(140)를 조절하는 회로 및 구동팬(160) 등의 구성품들을 내부에 형성할 수 있다.

필터장착부(123)는 필터(50)가 장착되도록 전측바디(110)에 형성될 수 있다. 필터장착부(123)는 필터(50)의 모양에 상응하도록 형성될 수 있다. 이때, 필터장착부(123)는 전측바디(110)의 내측으로 오목하게 형성되어 필터(50) 장착시 필터(50)가 외부로 돌출되는 것을 방지할 수 있다.

제1 공기유입홀(125)은 전측바디(110)를 관통하게 형성될 수 있다. 제1 공기유입홀(125)은 전측바디(110)의 중앙에 형성되는 것이 바람직하다. 제1 공기유입홀(125)은 필터(50)로부터 공급되는 공기가 구동팬(160)을 통해 흡입되어 에어가속부(150)로 유입되도록 형성될 수 있다.

에어가속부(150)는 제1 공기유입홀(125)을 통해 유입되는 공기를 가속시켜 공기배출구(130)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 에어가속부(150)는 원반형으로 형성되며, 가속된 공기가 배출되는 구조를 가질 수 있다. 에어가속부(150)는 제1 공기유입홀(125)과 상응하는 위치에 제2 공기유입홀(153)을 형성할 수 있다. 한편, 에어가속부(150)는 별도로 구비되지 않고 전측바디(110)와 후측바디(120)의 형태 변형을 통해 구현될 수 있다. 즉, 전측바디(110)와 후측바디(120)를 제조할 때, 에어가속부(150)의 형태를 내측에 구성하여 시간과 비용을 절감시킬 수 있다.

구동팬(160)은 에어가속부(150)와 전측바디(110)의 사이에 형성되어 외부 공기를 흡입하도록 구동될 수 있다. 구동팬(160)은 소형팬과 모터가 결합되는 형태이며, 모터는 소음과 진동을 최소화하기 위하여 BLDC(Brushless DC Motor)모터가 사용될 수 있다. 구동팬(160)은 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 공기유입홀(125)과 제2 공기유입홀(153) 사이에 형성되어 에어가속부(150) 방향으로 필터(50)를 거친 공기가 유입되도록 동작할 수 있다. 구동팬(160)은 회전수 제어에 따라 내부로 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있다.

구동팬(160)은 회전수에 따라 에어가속부(150)를 통해 외부로 배출되는 공기의 압력을 조절할 수 있다. 예를 들면, 구동팬(160)은 200rpm 내지 4000rpm으로 회전속도가 조절될 수 있다. 이때, 구동팬(160)은 200rmp으로 동작시 출력되는 공기압력이 작아 2000rpm 내지 4000rpm으로 동작이 제어될 수 있다. 이때, 구동팬(160)은 2000rpm으로 동작하는 경우 약 1.4bar의 압력의 공기가 배출되며, 4000rpm으로 동작할 경우 3bar의 압력으로 공기가 배출될 수 있다.

공기배출구(130)는 에어가속부(150)와 결합되게 형성된다. 공기배출구(130)는 공기 공급부(100)의 상향으로 설치되나, 이에 한정되지 않으며 경사지거나, 측면 방향으로 설치될 수 있다.

디스플레이부(140)는 외부에 공기 공급부(100)의 상태를 안내하도록 형성된다. 디스플레이부(140)는 조작부의 기능을 함께 구비하며, 사용자의 터치에 반응하여 장치의 동작 및 동작상태를 표시할 수 있다. 예를 들면, 사용자가 공기 공급부(100)의 동작을 수행하도록 디스플레이부(140)를 터치하면, 구동팬(160)을 동작시키면서 디스플레이부(140)에 동작 상태를 표시할 수 있다. 디스플레이부(140)는 배터리(200)의 용량상태, 구동팬(160)의 동작 상태(회전강도 포함), 기기 온/오프 등의 상태를 문자나 그림 등으로 표시할 수 있다. 또한, 디스플레이부(140)는 필터(50)의 교환 시기 알람 등을 표시할 수 있다. 디스플레이부(140)의 반대면에는 구동팬(160)을 동작시키는 구동회로가 탑재된 PCB가 설치될 수 있다.

PCB는 배터리(200)와 연결되어 전원을 공급받고, 사용자의 디스플레이부(140) 조작에 따라 구동팬(160)의 동작을 실행시킬 수 있다.

배터리(200)는 착탈식으로 구비될 수 있다. 배터리(200)는 대용량 2차 전지가 사용된다. 배터리(200)는 필터(50)가 전측바디(110)의 외측으로 형성되므로, 공간 구성의 용이성에 따라 후측바디(120)에 형성될 수 있다. 배터리(200)는 후측바디(120)의 일부에 장착될 수 있다. 이때, 후측바디(120)는 배터리(200)의 장착이 용이하고, 사용자의 불편을 해소하기 위하여 내측으로 오목한 형태의 장착공간이 형성될 수 있다.

에어가속부(150)는 내부로 유입된 공기의 회전속도를 높이기 위하여 에어가이드부(155)를 더 포함할 수 있다.

에어가이드부(155)는 공간방향으로 돌출되는 돌기형태로 형성될 수 있다. 에어가이드부(155)는 나선형태로 형성되며 공기의 흐름을 가속하는 방향으로 형성될 수 있다. 에어가이드부(155)는 에어가속부(150)의 내면에서 돌출되게 5개가 형성된 것을 도시하고 있으나, 개수는 이에 한정되지 않는다. 에어가이드부(155)는 구동팬(160)의 회전수가 적어도 효과적으로 공기배출구(130)로 공기를 배출할 수 있어 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 일실시 예에 따른 공기 공급부(100)는 PCB에 무선통신모듈을 설치하고, 무선통신모듈을 통해 스마트단말기와 연결되어 구동팬(160)의 동작을 제어하고, 모티터링 할 수 있다. 예를 들면, 스마트단말기는 구동팬(160)의 동작을 온/오프하거나, 회전수 등을 제어할 수 있다. 또한, 스마트단말기는 필터의 사용시간을 수신하고 적정 사용 시간이 초과된 경우 교체 알림 신호를 발생할 수 있다.

도 4 내지 도 7을 참고하여, 냉각부(300)는 공기 공급부(100)에서 공급되는 공기를 순환시켜 냉풍과 온풍을 공급할 수 있다. 냉각부(300)는 공기 공급부(100)와 결합부(400)를 통해 연결될 수 있다. 냉각부(300)는 약 1.4bar 내지 17.2bar에서 동작하나, 본 발명의 일실시예에서 공기 공급부(100)는 1.4 내지 3bar의 압력으로 공기를 공급할 수 있으므로 냉각부(300)는 1.4 내지 3bar의 압력에서 최대의 냉각효과를 가지도록 설계될 수 있다. 냉각부(300)는 냉각바디(310), 볼텍스 제너레이터(320), 냉기 배출구(321), 오리피스 슬리브(330) 및 스로틀 밸브(340)를 포함할 수 있다.

냉각바디(310)는 와류실(311)과 압축공기 주입구(312)가 형성되고, 이와 아울러 일측에는 수용구(313)가 형성되고 타측에는 열기 배출구(314)가 형성될 수 있다.

와류실(311)은 하부에 압축공기 주입구(312)를 개구되게 형성할 수 있다. 그리고 압축공기 주입구(312)를 통해 공기 공급부(100)와 연통하고, 공기 공급부(100)로부터 공급된 공기를 와류실(311)로 안내할 수 있다. 와류실(311)은 둘레부에 복수개의 방열판을 형성하고 내부를 유동하는 공기를 냉각할 수 있다.

냉각부(300)는 냉각바디(310)의 압축공기 주입구(312)를 통해 공급되는 압축공기는 볼텍스 제너레이터(320)를 통해 고속으로 회전하면서 와류실(311) 내로 주입될 수 있다. 여기서 주입된 압축공기는 오리피스 슬리브(330)를 통해 와류실(311)로 이동하는데 오리피스 슬리브(330)는 내경의 직경이 일정한 비율로 커지도록 하여 볼텍스 제너레이터(320)의 노즐(326)과 챔버(325)에 의해 형성된 외측와류가 각운동량 보존 법칙에 의해 비교적 크기가 작은 입구측 내경으부터 비교적 크기가 큰 출구측 내경으로 이동하면서 오리피스 슬리브(330)의 내경벽으로부터 열에너지를 점점 잃으면서 이동할 수 있다. 즉 오리피스 슬리브(330)는 각운동량 보존법칙에 의해 외측와류의 속도가 점점 늦어지면서 내측와류와의 접촉 시간이 늘어나게 함에 따라 상대적으로 고온의 외측와류에서 저온의 내측와류로 열교환이 되게 하는 원리로 외측와류를 1차적으로 냉각할 수 있다. 그리고 압축공기는 회오리 바람과 같은 와류(voltex) 현상을 일으키면서 와류실(311) 끝으로 이동할 수 있다. 압축공기 주입구(312)를 통해 주입된 공기는 볼텍스 제너레이터(320)를 통해 공급되면서 더워진 공기가 열기 배출구(314)를 통해 소음기(360)를 거쳐 외부로 배출되고 배출되지 않은 나머지 공기는 외측와류를 형성면서 발열판을 형성한 와류실(311)의 내부벽과 부딪히면서 2차적으로 열에너지를 잃고 냉각하면서 방향을 바꾸어 저온의 내측와류를 형성한 채 역류하며 3차적으로 냉각할 수 있다. 그리고 역류과정에서 생성되는 내측와류의 냉기는 냉기 배출구(321)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 즉 고온의 외측와류는 와류실(311) 내에서 반사되어 열에너지를 잃으면서 저온의 내측와류로 변환되고, 고온의 외측와류는 스로틀 밸브(340)를 통해 배출될 수 있다.

볼텍스 제너레이터(320)는 노즐, 챔버 및 홀더를 포함하며, 냉각바디(310)의 수용구(313)에 수용된 상태로 냉각바디(310)에 결합되어, 냉각바디(310)의 압축공기 주입구(312)로부터 공급되는 압축공기로부터 냉기와 열기를 발생시키는 역할을 수행하며, 일측에 냉기 배출구(321)를 형성할 수 있다.

냉각부(300)는 소비 유량 절감 즉, 최소한의 압축 공기만 소비될 수 있도록, 볼텍스 제너레이터(320)의 입구와 출구가 최적의 직경비를 가질 수 있다.

볼텍스 제너레이터(320)의 유입구측 실링부재(327)는 냉각바디(310)의 내부로 삽입되는 볼텍스 제너레이터(320)의 외측면에 형성된 제1실링홈(324)에 삽입된 후 볼텍스 제너레이터(320)의 외측면과 냉각바디(310)의 내측면에 긴밀히 밀착됨으로써, 볼텍스 제너레이터(320)의 외측면과 냉각바디(310)의 내측면 사이의 기밀을 유지하도록 구성될 수 있다.

볼텍스 제너레이터(320)는 압축공기 주입구(312)를 통해 유입된 공기를 회전하는 와류로 형성하기 위하여, 볼텍스 제너레이터입구(a) 측에 챔버(325)가 요입 형성되고, 챔버(325)의 챔버면의 외측에는 간격이 넓은 터보 날개 형상으로 곡면 노즐(326)들이 일정 각도 간격으로 배치 형성될 수 있다. 그리고 곡면 노즐(326)들의 일측 단부는 챔버(325)의 외경에 위치하고, 타측 단부는 챔버(325)의 내부에 위치할 수 있다.

볼텍스 제너레이터(320)는 유량에 따라 냉각부(300)의 크기가 가변되며, 이에 따라 볼텍스 제너레이터(320)의 크기 또한 가변될 수 있다. 이 경우, 노즐(326)들의 챔버(325) 내측에 위치하는 단부를 연결하는 노즐내경(325b)은 최대의 와류를 형성하도록 노즐내경(325b) 대 챔버깊이(325c)의 비가 2.5 ~ 1.8: 1의 비를 가지도록 형성될 수 있다.

볼텍스 제너레이터(320)의 노즐외경(325a) 대 챔버깊이(325c)의 비는 6~7: 4~3의 범위의 비를 가지도록 형성될 수 있다. 노즐외경(325a) 또는 노즐내경(325b)과 챔버깊이(325c)가 일정 비율을 가지도록 하는 것은, 압축공기 주입구(312)를 통해 유입되는 공기가 유량에 따라 노즐(326)에 의해 회전되면서 최대 속도의 와류를 형성하도록 챔버(325) 내에서 정체하는 최적의 조건을 형성하도록 챔버(325) 내부의 체적 및 원통 구조를 설정하기 위함이다. 볼텍스 제너레이터(320)의 챔버깊이(325c)와 노즐외경(325a) 및 노즐내경(325b)은 필요 냉기 유량에 따라 볼텍스 제너레이터(320)의 크기가 변하는 경우, 최대 와류를 형성하는 일정 비를 가지도록 확대 또는 축소될 수 있다.

오리피스 슬리브(330)는 냉각바디(310)의 수용구(313)에 수용된 상태로 냉각바디(310)와 볼텍스 제너레이터(320)의 사이에 개재된다. 오리피스 슬리브(330)는 외측와류와 내측와류의 최적의 분리에 의한 에너지 분리를 위하여, 오리피스 슬리브 입구(330a)의 내경과 오리피스 슬리브출구(330b)의 내경의 비가 대략 1: 1.5 내지 1: 3.5 사이의 비를 가지도록 형성된다.

오리피스 슬리브출구(330b)의 내경과 오리피스 슬리브(330)의 길이는 대략 1: 2.5 내지 1: 3.5의 비를 가지도록 형성될 수 있다. 오리피스 슬리브(330)가 외측와류와 내측와류의 최적의 분리에 의한 에너지 분리를 위하여, 오리피스 슬리브입구(330a)의 내경과 오리피스 슬리브출구(330b)의 내경의 비가 대략 1: 1.5 내지 1: 3.5 사이의 비를 가지도록 형성될 수 있다. 이때, 오리피스 슬리브출구(330b)의 내경과 오리피스 슬리브(330)의 길이는 대략 1: 2.5내지 1: 3.5의 비를 가지도록 형성되는 이유는, 오리피스 슬리브(330)의 내경의 직경이 일정한 비율로 커지도록 하여 볼텍스 제너레이터(320)의 노즐(326)과 챔버(325)에 의해 형성된 외측와류가 각운동량 보존 법칙에 의해 비교적 크기가 작은 입구측 내경으부터 비교적 크기가 큰 출구측 내경으로 이동하면서 오리피스 슬리브(330)의 내경벽으로부터 열에너지를 점점 잃으면서 이동하도록 하기 위함일 수 있다. 이러한 오리피스 슬리브(330)는 냉기배출구(321)를 통해 배출되는 냉기가 최저 온도를 가질 수 있도록 할 수 있다.

슬리브입구(330a)의 내경은 8mm, 오리피스 슬리브출구(330b)의 내경은 10mm, 오리피스 슬리브(330)의 길이는 30.8mm를 가지도록 구성될 수 있고, 오리피스 슬리브입구(330a)의 내경: 오리피스 슬리브출구(330b)의 내경의 비는 내경 1:1.25이고, 오리피스 슬리브출구(330b)의 내경: 오리피스 슬리브(330)의 길이의 비는 내경 1:3.08의 범위를 가질 수 있다.

스로틀 밸브(340)는 게이트 밸브의 일종으로 원판을 회전시켜 관로를 열고 닫음으로써 유체와의 마찰에 의하여 유체의 압력을 낮추는데 사용하는 밸브로서, 냉각바디(310)의 열기 배출구(314)에서 배출되는 열기를 조절할 수 있도록 냉각바디(310)의 열기 배출구(314)에 결합될 수 있다.

스로틀 밸브 실링부재(347)는 냉각바디(310)의 내부로 삽입되는 스로틀밸브(340)의 외측면에 형성된 제2실링홈에 삽입된 후 스로틀 밸브(340)의 외측면과 냉각바디(310)의 내측면에 긴밀히 밀착됨으로써, 스로틀 밸브(340)의 외측면과 냉각바디(310)의 내측면 사이의 기밀을 유지하도록 구성된다.

스로틀 밸브(340)는 와류실(311)의 단부에 형성되는 스로틀 밸브고정홀(315)를 통해 삽입되는 스로틀 밸브고정구(341)에 의해 고정 와류실(311)에 고정될 수 있다.

와류실(311)의 내부에는 스로틀 밸브(340)가 삽입되어 나사 결합되는 경우, 스로틀 밸브(340)의 단부가 와류실(311) 내측면과 밀착 결합되는 결합 위치에 스로틀 밸브(340)의 과 삽입을 방지함은 물론, 외측와류가 반사되어 에너지를 잃으면서 내측와류로 변환되도록 하고 외측와류의 열에너지를 스로틀 밸브(340)를 통해 배출하도록 하는 탭부(311c)가 형성될 수 있다.

냉기 유량의 가변에 따른 냉각부(300)의 크기 변화에 무관하게 원뿔대 형상을 이루는 탭부(311c) 사이의 탭부사잇각(311d)은 45°~ 70°사이의 범위를 가지도록 형성된다. 탭부(311c)의 최소 내경을 형성하는 와류실내출구(311a)의 내경은 약 0.5mm 내지 1.5mm의 범위 내의 값을 가지고 증가할 수 있다.

와류실내출구(311a)의 내경은 5.5mm로 형성되고, 탭부사잇각(311d)은 60°를 형성할 수 있다. 최대의 냉기 유량을 배출하도록 냉각부(300)에 장착되는 와류실(311)은 와류실내부의 와류실내출구(311a)를 형성하는 탭부사잇각(311d)을 45°~ 70°사이의 범위의 각도 중 특정 각도를 가지도록 형성될 수 있다. 그리고 와류실내출구(311a)의 내경은 대략 4.5mm로 형성될 수 있다. 탭부사잇각(311d)과 와류실내출구(311a)의 크기를 냉각부(300)의 크기에 따라 가변시키는 것은 외측와류 중 열을 포함하는 외측와류가 스로틀 밸브로 배출되는 경우 내측와류로 열교환이 일어나지 않도록 배출되도록 하기 위함이다.

냉각부(300)는 냉각바디(110)의 열기 배출구(314)에 스로틀밸브(340)를 결합한 상태에서 소음을 저감할 수 있도록 열기 배출구(314)에 결합되는 소음기(360)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 열기 배출구(314)의 끝단 내측에 암나사를 가공하고 수나사로 된 황동 소결로 형성된 소음기(360)를 연결할 수 있다.

연결부(500)는 연결부(500)로부터 배출되는 냉기를 화기(10)로 연결할 수 있다. 제1 실시예로 연결부(500)는 일단부를 냉각부(300)의 냉기 배출구(321)와 연통하고, 타단부를 냉각챔버(600)에 연통하게 연결할 수 있다. 즉 연결부(500)는 냉각부(300)에서 생성된 냉풍을 냉각챔버(600)의 내부로 유동하도록 유도할 수 있다. 연결부(500)는 합성수지, 합성섬유, 고무, 합성고무 등과 같은 유연한 소재의 호스(hose) 또는 튜브(tube) 등으로 형성될 수 있다. 그리고 연결부(500)로부터 냉각챔버(600)로 연결되는 연결부는 경사지게 형성될 수 있다. 따라서 연결부(500)로부터 냉각챔버(600)로 유동하는 냉기는 경사진 연결부에 의해 냉각챔버(600)의 내부로 와류를 형성하며 유입할 수 있다.

도 8 내지 도 10을 참고하여, 냉각챔버(600)는 화기(10)의 총열 또는 포신의 외측 둘레부에 끼움 결합할 수 있다. 그리고 내부로 냉기를 유동시켜 화기(10)의 총열 또는 포신을 냉각시킬 수 있다. 냉각챔버(600)는 열전도율이 높은 스테인리스(stainless), 철(steel), 구리(cu) 등과 같은 금속 소재로 형성될 수 있다. 그리고 냉각챔버(600)는 내부에 냉기를 유동시킬 수 있는 냉각유로(610)를 형성할 수 있다. 냉각유로(610)는 냉각챔버(600)의 내부에 냉각챔버(600)의 길이를 따라 공간을 형성할 수 있고 또는 냉각챔버(600)의 내부에 나선형으로 연장되게 형성될 수 있다. 그리고 냉각유로(610)의 단부는 외부로 개구되는 냉기배출부(630)를 형성할 수 있다. 냉기배출부(630)는 냉각챔버(600)의 외측 둘레부측으로 경사지게 형성되어 화기(10)의 총구 반대측으로 냉기를 배출하게 할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 화기 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 11을 참고하여, 연결부(500)는 일단부를 냉각부(300)의 냉기 배출구(321)와 연통하고, 타단부를 화기(10)의 일측부에 연통하게 연결할 수 있다. 즉 연결부(500)는 냉각부(300)에서 생성된 냉풍을 화기(10)로 유동하도록 안내할 수 있다. 제2 실시예로 연결부(500)는 타단부를 화기(10)의 일측부로 연통하고, 화기(10)의 일측부를 통해 화기(10)의 내부로 냉풍을 유동시키고 화기(10)의 내부를 따라 화기(10)의 전측부인 총열 또는 포신으로 냉기가 이동하도록 냉기의 공급량을 조절하여 유도할 수 있다.

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 화기 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 12를 참고하여, 제3 실시예에 따른 본 발명의 화기 냉각 시스템의 연결부(500)는 타단부를 화기(10)의 전측부인 총열 또는 포신으로 직접 연통하고, 화기(10)의 총열 또는 포신으로 저온의 냉풍을 유도하여 총열 또는 포신을 냉각시킬 수 있다.

도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 화기 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 13을 참고하여, 제4 실시예에 따른 화기 냉각 시스템은 탱크, 장갑차, 군함 등과 같은 대형 화기(T)에 설치될 수 있다. 그리고 냉각챔버(600)는 대형 화기(T)의 포신(T1)의 외측 둘레부에 끼움 결합될 수 있다. 그리고 냉각부(300)는 대형 화기(T)의 내부에 내장된 공기 공급부(100a)에 연결되어 공기를 공급받을 수 있다. 제4 실시예에서 공기 공급부(100a)는 대형 화기(T)의 내부에 설치된 에어컴프레셔(air compressor)일 수 있다. 그리고 냉각부(300)는 공기 공급부(100a)로부터 공급받은 공기를 냉각한 냉기를 연결부(500)를 통해 냉각챔버(600)로 유동시켜 대형 화기(T)의 포신(T1)을 냉각시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10: 화기
50: 필터
100, 100a: 공기 공급부
110: 전측바디
120: 후측바디
123: 필터장착부
125: 제1 공기유입홀
130: 공기배출구
140: 디스플레이부
150: 에어가속부
153: 제2 공기유입홀
155: 에어가이드부
200: 배터리
300: 냉각부
310: 냉각바디
311: 와류실
311a: 와류실내출구
311c: 탭부
311d: 탭부사잇각
312: 압축공기 주입구
313: 수용구
314: 열기 배출구
315: 스르틀 밸브고정홀
320: 볼텍스 제너레이터
321: 냉기 배출구
324: 제1실링홈
325: 챔버
325a: 노즐외경
325b: 노즐내경
325c: 챔버깊이
326: 곡면 노즐
327: 유입구측 실링부재
330: 오리피스 슬리브
330a: 오리피스 슬리브 입구
330b: 오리피스 슬리브 출구
340: 슬로틀 밸브
347: 슬로틀 밸브 실링부재
360: 소음기
400: 결합부
500: 연결부
510: 냉각유로
T: 대형 화기
T1: 포신

Claims

화기(火器)를 냉각하기 위한 화기 냉각 시스템에 있어서,
공기를 공급하는 공기 공급부;
상기 공기 공급부와 연통하고, 상기 공기 공급부에서 공급되는 공기를 냉각하는 냉각부; 및
상기 냉각부와 상기 화기를 연결하는 연결부; 를 포함하며,
상기 공기 공급부는,
필터가 장착되고, 상기 필터를 통과한 공기가 유입되는 제1 공기유입홀이 형성된 전측바디와, 상기 전측바디와 결합되고 상기 전측바디와의 사이에 공간이 형성된 후측바디와, 상기 공간에 형성되고 상기 제1 공기유입홀과 대응되는 위치에 제2 공기유입홀이 형성되며 상기 제2 공기유입홀을 통해 유입되는 공기를 가속하여 배출하는 에어가속부와, 상기 에어가속부에 연결되고 공기를 배출하는 공기배출구와, 상기 에어가속부로 공기가 흡입되도록 하는 구동팬 및 상기 구동팬과 전기적으로 연결되고, 상기 구동팬을 조작하며, 상기 구동팬의 상태를 표시하는 디스플레이부를 포함하며,
상기 에어가속부는, 내부로 유입된 공기의 회전속도를 높이기 위하여 공간방향으로 나선형태로 돌출되는 에어가이드부가 형성되는 것을 특징으로 하는 화기 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 냉각부는, 내부에 상기 공기 공급부와 연통하는 와류실을 형성하고 일단부로부터 타단부로 관통되게 형성된 냉각바디와, 상기 냉각바디의 타단부에 결합하고 상기 공기 공급부로부터 공급되는 공기로부터 냉기를 발생시키는 볼텍스 제너레이터와, 상기 볼텍스 제너레이터의 단부에 개구되게 형성되고 상기 냉기를 배출하는 냉기 배출구와, 상기 냉각바디와 상기 볼텍스 제너레이터 사이에 개재되어 상기 와류실에서 형성되는 외측와류와 내측와류의 에너지 분리를 하는 오리피스 슬리브를 포함하며,
상기 볼텍스 제너레이터는, 유입된 공기를 회전하는 와류로 형성하기 위하여 입구측에 챔버가 요입 형성되고, 상기 챔버의 챔버면의 외측에는 터보 날개 형상으로 곡면노즐이 일정 각도 간격으로 배치형성되며,
상기 곡면노즐의 일측 단부는 상기 챔버의 외경에 위치되고 타측 단부는 상기 챔버의 내부에 위치하며,
상기 곡면 노즐의 상기 챔버 내에 위치하는 단부를 연결하는 노즐내경은 최대의 와류를 형성하도록 상기 노즐내경 대 상기 챔버 깊이의 비가 2.5 ~ 1.8 : 1의 비를 가지며, 노즐외경 대 상기 챔버 깊이의 비가 6~7:4~3의 비를 가지도록 형성되며,
상기 오리피스 슬리브는, 입구측 내경과 출구측 내경의 비가 1:1.5 내지 1:3.5의 비를 가지며, 출구측 내경과 길이는 1:2.5 내지 1:3.5의 비를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 화기 냉각 시스템.
화기(火器)를 냉각하기 위한 화기 냉각 시스템에 있어서,
공기를 공급하는 공기 공급부;
상기 공기 공급부와 연통하고, 상기 공기 공급부에서 공급되는 공기를 냉각하는 냉각부; 및
상기 냉각부와 상기 화기를 연결하는 연결부; 를 포함하며,
상기 냉각부는, 내부에 상기 공기 공급부와 연통하는 와류실을 형성하고 일단부로부터 타단부로 관통되게 형성된 냉각바디와, 상기 냉각바디의 타단부에 결합하고 상기 공기 공급부로부터 공급되는 공기로부터 냉기를 발생시키는 볼텍스 제너레이터와, 상기 볼텍스 제너레이터의 단부에 개구되게 형성되고 상기 냉기를 배출하는 냉기 배출구와, 상기 냉각바디와 상기 볼텍스 제너레이터 사이에 개재되어 상기 와류실에서 형성되는 외측와류와 내측와류의 에너지 분리를 하는 오리피스 슬리브를 포함하며,
상기 볼텍스 제너레이터는, 유입된 공기를 회전하는 와류로 형성하기 위하여 입구측에 챔버가 요입 형성되고, 상기 챔버의 챔버면의 외측에는 터보 날개 형상으로 곡면노즐이 일정 각도 간격으로 배치형성되며,
상기 곡면노즐의 일측 단부는 상기 챔버의 외경에 위치되고 타측 단부는 상기 챔버의 내부에 위치하며,
상기 곡면 노즐의 상기 챔버 내에 위치하는 단부를 연결하는 노즐내경은 최대의 와류를 형성하도록 상기 노즐내경 대 상기 챔버 깊이의 비가 2.5 ~ 1.8 : 1의 비를 가지며, 노즐외경 대 상기 챔버 깊이의 비가 6~7:4~3의 비를 가지도록 형성되며,
상기 오리피스 슬리브는, 입구측 내경과 출구측 내경의 비가 1:1.5 내지 1:3.5의 비를 가지며, 출구측 내경과 길이는 1:2.5 내지 1:3.5의 비를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 화기 냉각 시스템.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 연결부는 일단부를 상기 냉기 배출구와 연통하고, 타단부를 상기 화기의 일측부에 연통하는 것을 특징으로 하는 화기 냉각 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 화기의 일측부에 결합하고 내부에 냉각유로가 형성된 냉각챔버를 포함하고,
상기 연결부의 상기 타단부는 상기 냉각챔버와 연결되고, 상기 냉각유로로 상기 냉기를 유도하는 것을 특징으로 하는 화기 냉각 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 볼텍스 제너레이터에서 발생된 상기 냉기는 상기 연결부에 의해 상기 화기의 내부를 통해 상기 화기의 총열 또는 포신으로 이동하여 냉각하는 것을 특징으로 하는 화기 냉각 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 볼텍스 제너레이터에서 발생된 상기 냉기는 상기 연결부에 의해 상기 화기의 총열 또는 포신으로 이동하여 냉각하는 것을 특징으로 하는 화기 냉각 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 연결부의 상기 타단부는 상기 냉각챔버로 경사지게 연결된 것을 특징으로 하는 화기 냉각 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 공기 공급부는 에어컴프레셔(air compressor)인 것을 특징으로 하는 화기 냉각 시스템.