KR102665018B1 - 열전소자를 이용한 증기 응축장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전소자를 이용한 증기 응축장치에 관한 것으로, 이의 구성은 통과하는 증기가 응축될 수 있도록 내부에 응축실(21a)이 구비되는 하우징(2); 하우징(2)에 밀착되어 전원이 공급될 때 상기 밀착된 부분이 냉각면(3a)이 되고 노출 부분이 방열면(3b)이 되어 밀착된 냉각면(3a)이 하우징(2)을 냉각시켜 증기를 응축가능케 하는 열전소자(3); 열전소자(3)의 방열면(3b)에 밀착되어 열교환실(4a)을 순환하는 응축액의 냉각열로 방열면(3b)을 냉각시키는 방열블록(4); 응축실(21a)에서 응축된 응축액을 회수하여 저장하는 회수탱크(5); 입구(6a)로 유입된 증기가 응축실(21a)로 공급되게 하고, 응축실(21a)에서 응축된 응축액이 회수탱크(5)로 수거될 수 있도록 응축실(21a)과 회수탱크(5)에 연결되는 회수관(6); 회수탱크(5)에 저장된 응축액이 방열블록(4)으로 공급될 수 있도록 회수탱크(5)와 방열블록(4)의 입구(4b)에 연결되는 공급관(7); 방열블록(4)으로 공급된 응축액이 회수탱크(5)로 토출될 수 있도록 방열블록(4)의 출구(4c)와 회수탱크(5)에 연결되는 토출관(8); 공급관(7)에 장착되고, 회수탱크(5)에 저장된 응축액이 방열블록(4)을 경유하여 다시 회수탱크(5)로 순환할 수 있도록 응축액을 압송시키는 펌프(9);를 포함한다.

Description

열전소자를 이용한 증기 응축장치{Vapor condensation device using thermoelectric cooler}

본 발명은 열전소자를 채용한 응축기를 이용하여 냉매를 사용하지 않고도 증기, 특히 유증기를 응축시켜 휘발성 유기화합물을 포함한 유해 성분을 액상의 형태로 수거하여 환경오염을 방지하고, 더 나아가 수거한 저온의 응축액으로 열전소자의 방열면을 냉각시킴으로써 응축실의 응축온도를 낮게 유지시켜 응축 효율을 높일 수 있는 열전소자를 이용한 증기 응축장치에 관한 것이다.

각종 산업분야에서는 필요 용도에 맞게 사용하는 가스, 유류는 사용 중에 대기 중으로 배출되거나 또는 사용 후 법적 규정에 따라 오염물질을 제거한 다음 대기 중으로 배출된다.

일례로, 반도체 공정에서 웨이퍼에 패턴을 성형할 때 필요없는 부분을 불산가스를 사용하여 단시간에 식각처리 하여 제거하고, 이후 사용된 폐불산가스는 스크러버와 같이 오염물 제거장치를 거치면서 오염물질이 제거된 후 대기 중으로 배출된다.

다른 례로, 주유소의 탱크로리에서 지하에 매설된 유류저장탱크에 유류를 충전(하역)하면 유류저장탱크에 존재하는 유증기는 증기압력에 의해 외부로 배출될 수 밖에 없다. 또한 유류저장탱크에 저장된 유류를 자동차에 주유할 때도 연료탱크의 주입구와 주유건 사이에 발생된 틈으로 유증기가 배출된다. 이러한 사실은 주유 과정에서 유증기에서 발생하는 심한 냄새를 통해서 유증기가 대기 중으로 배출된다는 것을 누구나 경험을 통해 알 수 있다.

이와 같이 각종 산업분야에서 사용과정 또는 사용 후 폐기되는 물질, 즉 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상의 유기화합물을 총칭해서 휘발성 유기화합물(VOCs : Volatile Organic Compounds)이라고 한다. VOCs는 자연적으로 토양, 습지, 초목, 초지 등에서 발생하는 것 외에도 유기용제 사용시설, 도장시설, 세탁소, 저유소, 주유소, 석유 정제시설 등에서 인위적으로 발생할 수 있다. VOCs는 대기오염 물질 중 하나로, 배출원이 굴뚝으로 고정되어 있지 않아 저장시설과 수송수단 및 공정 중에서도 발생될 수 있다는 점에서 오염의 심각성이 크다. 특히 VOCs는 높은 휘발성을 가지고 있어 증기상태로 쉽게 배출되므로 환경 오염의 주원인이 되는 문제가 있다.

VOCs에 포함된 가스는 다양한 종류가 있으며, 극소량으로 존재하는 메탄과 에탄을 제외하면 프로판, 부탄을 포함한 거의 모든 가스 성분은 -40℃이내에서 응축되므로 액상의 형태로 포집하여 제거할 수 있다.

VOCs를 포함한 증기를 응축시켜 제거하기 위한 종래 증기 응축장치는 냉매로 구동하는 전통적인 냉각시스템, 즉 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 등으로 구성된 냉각시스템을 사용하였다. 냉매를 사용하는 냉각시스템은 부피가 큰 압축기, 응축기, 증발기를 냉매가 순환해야 하므로 부피가 대형화되는 것을 피할 수 없어 사용 장소에 따라 사용이 제한적이며, 압축기가 구동할 때 소음을 발생하여 작업자의 피로도를 높이는 문제가 있었다. 무엇보다도 종래 냉각시스템은 증기를 응축시키기 위한 응축온도에 도달하기까지 기체 상태의 냉매를 충분히 압축하여 액상으로 만들어야 하고, 이후 압축된 냉매가 응축기와 증발기를 거쳐야 하기 때문에 초기 구동이 많이 소요되어 냉각 효율이 나빠지는 문제가 있다. 응축기에서 증기를 응축시키기 위한 일정한 설정 응축온도의 유지가 어렵다.

종래 증기 응축장치의 특허문헌은 대한민국 공개특허 제10-2014-0096184호의 휘발성 유기화합물 회수 시스템이 2014년 08월 04일에 공개되었다.

상기 특허문헌의 구성은 원유저장탱크;

상기 원유저장탱크와 연결되어 상기 원유저장탱크에서 발생하는 VOC(휘발성 유기화합물)가스를 압축시키는 압축기;

상기 압축기와 연결되어 상기 압축된 VOC 가스를 응축시키는 제1 응축기;

상기 제1 응축기 및 원유저장탱크와 연결되는 것으로, 응축된 상기 VOC 가스를 상기 원유저장탱크로 회수시키고 응축되지 않은 상기 VOC 가스를 하기 스팀보일러로 공급하는 제1 분리기;

상기 제1 분리기와 연결되어 상기 응축되지 않은 VOC 가스를 연료로 사용하는 스팀보일러;

상기 제1 분리기와 일측이 연결되고 상기 원유저장탱크 및 스팀보일러 중 적어도 하나와 타측이 연결되는 것으로, 상기 응축된 VOC 가스를 수용하였다가 상기 응축된 VOC 가스를 스팀보일러의 구동 열원으로 사용하거나 원유저장탱크로 회수시키는 보조 탱크; 및

상기 스팀보일러와 연결되어 상기 스팀보일러에서 발생한 증기를 열원으로 하는 흡수식 냉동기를 포함하고,

상기 흡수식 냉동기에서 냉각된 작동유체를 상기 원유저장탱크 및 압축기 사이에 설치되는 유로로 공급하여 상기 원유저장탱크에서 발생하는 VOC 가스를 냉각시킨다.

그러나, 상기 특허문헌의 경우도 이미 설명한 바와 같이 냉매를 사용하는 전통적인 냉각시스템을 채용하고 있다. 따라 부피가 대형화되어 장소에 따라 사용이 제한적이고, 압축기에서 발생하는 소음으로 인하여 작업자의 피로도가 증가하는 문제를 피할 수 없고, 더 나아가 초기 구동 후 실제 응축이 수행되기까지 준비에 많은 시간이 소요되는 문제점을 여전히 가지고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0096184호

이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 증기 응축장치의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그의 해결하고자 하는 과제는 열전소자를 채용한 응축기를 이용하여 냉매를 사용하지 않고도 오염된 증기, 특히 유증기를 응축시켜 액상의 형태로 수거할 수 있는 열전소자를 이용한 증기 응축장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 해결하고자 하는 과제는 수거한 저온의 응축액으로 열전소자의 방열면을 냉각시킴으로써 응축실의 응축온도를 낮게 유지시켜 응축 효율을 높일 수 있는 열전소자를 이용한 증기 응축장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 해결하고자 하는 과제는 열전소자를 채용함으로써 응축에 필요한 냉각속도를 단축시켜 신속한 증기 응축을 수행할 수 있는 열전소자를 이용한 증기 응축장치를 제공함에 있다.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 증기 응축장치는 통과하는 증기가 응축될 수 있도록 내부에 응축실이 구비되는 하우징;

상기 하우징에 밀착되어 전원이 공급될 때 상기 밀착된 부분이 냉각면이 되고 노출 부분이 방열면이 되어 밀착된 냉각면이 하우징을 냉각시켜 증기를 응축가능케 하는 열전소자;

상기 열전소자의 방열면에 밀착되어 열교환실을 순환하는 응축액의 냉각열로 상기 방열면을 냉각시키는 방열블록;

상기 응축실에서 응축된 응축액을 회수하여 저장하는 회수탱크;

입구로 유입된 증기가 상기 응축실로 공급되게 하고, 상기 응축실에서 응축된 응축액이 회수탱크로 수거될 수 있도록 응축실과 회수탱크에 연결되는 회수관;

상기 회수탱크에 저장된 응축액이 방열블록으로 공급될 수 있도록 회수탱크와 방열블록의 입구에 연결되는 공급관;

상기 방열블록으로 공급된 응축액이 회수탱크로 토출될 수 있도록 방열블록의 출구와 회수탱크에 연결되는 토출관;

상기 공급관에 장착되고, 회수탱크에 저장된 응축액이 방열블록을 경유하여 다시 회수탱크로 순환할 수 있도록 응축액을 압송시키는 펌프;를 포함한다.

다른 실시예의 열전소자를 이용한 증기 응축장치는 통과하는 증기가 응축될 수 있도록 내부에 응축실이 구비되는 하우징;

상기 하우징에 밀착되어 전원이 공급될 때 상기 밀착된 부분이 냉각면이 되고 노출 부분이 방열면이 되어 밀착된 냉각면이 하우징을 냉각시켜 증기를 응축가능케 하는 열전소자;

상기 열전소자의 방열면에 밀착되어 열교환실을 순환하는 냉각수의 냉각열로 상기 방열면을 냉각시키는 방열블록;

상기 응축실에서 응축된 응축액을 회수하여 저장하는 회수탱크;

입구로 유입된 증기가 상기 응축실로 공급되게 하고, 상기 응축실에서 응축된 응축액이 회수탱크로 수거될 수 있도록 응축실과 회수탱크에 연결되는 회수관;

냉각수가 상기 방열블록을 순환할 수 있도록 방열블록의 입,출구에 연결되는 순환관;

상기 순환관에 장착되고, 순환관과 방열블록의 열교환실에 채워된 냉각수가 순환할 수 있도록 냉각수를 압송시키는 펌프;

상기 순환관에 장착되고, 순환관을 순환하는 냉각수를 냉각시키는 칠러;를 포함한다.

또 다른 실시예의 열전소자를 이용한 증기 응축장치는 통과하는 증기가 응축될 수 있도록 내부에 응축실이 구비되는 하우징;

상기 하우징에 밀착되어 전원이 공급될 때 상기 밀착된 부분이 냉각면이 되고 노출 부분이 방열면이 되어 밀착된 냉각면이 하우징을 냉각시켜 증기를 응축가능케 하는 열전소자;

상기 열전소자의 방열면에 밀착되어 공기에 의해 냉각되어 상기 방열면을 냉각시키는 히트싱크;

상기 히트싱크에 공기를 압송하여 히트싱크를 냉각시키는 송풍팬;

상기 응축실에서 응축된 응축액을 회수하여 저장하는 회수탱크; 및

입구로 유입된 증기가 상기 응축실로 공급되게 하고, 상기 응축실에서 응축된 응축액이 회수탱크로 수거될 수 있도록 응축실과 회수탱크에 연결되는 회수관;을 포함한다.

본 발명은 회수관 입구로 유입된 증기가 응축실로 공급되기 전에 상기 증기를 액상으로 흡수하는 흡수수단을 더 포함하고,

여기서, 상기 흡수수단은 공급관을 통해 방열블록으로 공급되는 응축액 일부를 회수관 내부로 공급할 수 있도록 공급관에서 분기되어 회수관 내부까지 연장되는 바이패스관;

상기 회수관 내부에 위치한 바이패스관에 장착되어 응축액을 분사하는 노즐; 및

상기 노즐 하부에 배치되고 하우징과 연결되어 하우징의 냉열을 전달받아 냉각되고, 상기 노즐에서 분사되는 응축액을 표면적이 넓게 보관하여 응축실로 이동하는 증기가 상기 표면적이 넓게 보관된 응축액에 흡수토록 하는 충전재;를 포함한다.

본 발명은 공급관의 경로에 공급관을 냉각시키는 서브냉각수단을 더 포함하고,

여기서, 상기 서브냉각수단은 전원이 공급될 때 일측면이 온도가 낮아 냉각면이 되고 타측면이 온도가 높아 열을 방열하는 방열면이 되는 서브열전소자;

금속재로 구성된 몸체에 유로가 관통되고, 상기 유로 양측이 상기 공급관과 연결되어 공급관 기능을 하고, 상기 유로 일측에 형성된 평면형태의 열교환부가 상기 서브열전소자의 냉각면과 밀착되어 냉각되는 서브냉각블록;

응축액이 통과할 수 있도록 통로가 관통되고, 상기 서브열전소자의 방열면에 밀착되어 상기 통로를 통과하는 응축액과 공기에 의해 냉각되어 상기 방열면을 냉각시키는 서브히트싱크;

상기 공급관을 통해 방열블록으로 공급되는 응축액 일부가 서브히트싱크를 경유할 수 있도록 상기 공급관에서 분기되고 서브히트싱크를 경유하여 토출관에 연결되는 분기관; 및

상기 서브히트싱크에서 발산되는 열을 송풍시켜 서브히트싱크를 냉각시키는 서브송풍팬;을 포함한다.

본 발명의 하우징은 증기가 통과할 수 있도록 응축실과 연통되게 입,출구가 형성되는 본체; 및

복수 개의 응축봉이 돌출되는 내측면이 본체와 협력하여 응축실을 형성할 수 있도록 상기 본체의 개방된 위치에 고정되는 응축판;을 포함한다.

본 발명의 열전소자는 면적이 다른 복수 개가 적층식으로 밀착되어 다단식으로 조립되되, 면적이 큰 것의 냉각면이 면적이 작은 것의 방열면에 순차적으로 밀착되고, 최외곽 면적이 작은 것의 냉각면이 상기 하우징의 응축판에 밀착되고 최외곽 면적의 큰 것의 방열면이 상기 방열블록에 밀착된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 열전소자를 이용한 증기 응축장치는 냉매를 순환시켜 목적물을 냉각시키는 기존의 전통적인 냉각시스템을 사용하지 않고도 증기를 액상으로 응축시킬 수 있으므로 구조의 단순화로 소형화를 구현할 수 있고, 이로 인하여 협소한 장소에도 설치가 가능하여 설치장소에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 설비 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 수거한 저온의 응축액을 순화시켜 열전소자의 방열면을 냉각시킴으로써 응축기의 응축온도를 낮게 유지시켜 응축 효율을 한층 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 구동 후 열전소자가 단시간에 응축실을 냉각하게 되므로 응축에 필요한 냉각속도를 단축시켜 신속한 증기 응축을 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예 사용상태를 예시한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예 내부를 보인 개념도
도 3은 본 발명의 계통도
도 4는 본 발명의 응축기를 보인 분해 사시도
도 5는 본 발명의 응축기를 보인 분해 평면도
도 6은 본 발명의 응축기를 보인 조립 평면도
도 7은 본 발명에 따른 열전소자를 보인 사시도
도 8은 본 발명의 서브냉각수단을 보인 개념도
도 9는 본 발명에 따른 서브냉각수단의 냉각블록이 공급관에서 분리된 상태를 보인 사시도
도 10은 본 발명의 방열블록 내부를 보인 평면도
도 11은 본 발명의 다른 실시예 내부를 보인 개념도
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예 내부를 보인 개념도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 증기 응축장치의 구성을 상세히 설명한다.

본 발명은 대기 중으로 쉽게 증발되는 휘발성 유기화합물(VOCs : Volatile Organic Compounds)을 포함한 유해증기 또는 유해가스를 냉각 응축시켜 액상으로 수거하여 재활용하거나 제거할 수 있도록 하는 응축장치이다.

예컨대, 휘발성 유기화합물의 성분은 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 벤젠, 톨루엔, 자일렌을 포함한 혼합물로 구성되며, 이중에서 메탄과 에탄은 아주 미량 포함되어 있고 그의 응축온도가 약 -90℃보다 더 낮아 응축이 매우 까다로워 환경법에서도 규제를 하지 않는다. 나머지는 성분들은 약 -40℃ 이하에서 응축이 가능하므로 본 발명을 이용하여 응축할 수 있다.

상기 도면과 같이 본 발명에 따른 열전소자(3)를 이용한 증기 응축장치(1)는 통과하는 증기가 응축될 수 있도록 내부에 응축실(21a)이 구비되는 하우징(2);

상기 하우징(2)에 밀착되어 전원이 공급될 때 상기 밀착된 부분이 냉각면(3a)이 되고 노출 부분이 방열면(3b)이 되어 밀착된 냉각면(3a)이 하우징(2)을 냉각시켜 증기를 응축가능케 하는 열전소자(3);

상기 열전소자(3)의 방열면(3b)에 밀착되어 열교환실을 순환하는 응축액의 냉각열로 상기 방열면(3b)을 냉각시키는 방열블록(4);

상기 응축실(21a)에서 응축된 응축액을 회수하여 저장하는 회수탱크(5);

입구로 유입된 증기가 상기 응축실(21a)로 공급되게 하고, 상기 응축실(21a)에서 응축된 응축액이 회수탱크(5)로 수거될 수 있도록 응축실(21a)과 회수탱크(5)에 연결되는 회수관(6);

상기 회수탱크(5)에 저장된 응축액이 방열블록(4)으로 공급될 수 있도록 회수탱크(5)와 냉각블록의 입구에 연결되는 공급관(7);

상기 방열블록(4)으로 공급된 응축액이 회수탱크(5)로 토출될 수 있도록 방열블록(4)의 출구와 회수탱크(5)에 연결되는 토출관(8);

상기 공급관(7)에 장착되고, 회수탱크(5)에 저장된 응축액이 방열블록(4)을 경유하여 다시 회수탱크(5)로 순환할 수 있도록 응축액을 압송시키는 펌프(9);를 포함한다.

상기 하우징(2)은 회수관(6)의 입구(6a)를 통해 응축실(21a)로 유입되는 증기를 냉각시켜 액상으로 응축시킨다. 이러한 하우징(2)은 도 4 내지 도 6과 같이 증기가 통과할 수 있도록 응축실(21a)과 연통되게 입,출구(21b)(21c)가 형성되는 본체(21); 및

복수 개의 응축봉(22a)이 돌출되는 내측면이 본체(21)와 협력하여 응축실(21a)을 형성할 수 있도록 상기 본체(21)의 개방된 위치에 고정되는 응축판(22);을 포함한다.

상기 하우징(2)은 열전소자(3)의 냉각열이 전달될 수 있도록 본체(21)와 응축판(22)은 모두 열전달율이 높은 금속재로 구성되는 것이 좋으며, 예컨대, 알루미늄, 구리, 스텐레스를 재질을 사용할 수 있을 것이다.

본체(21)는 증기를 응축시키는 응축실(21a)을 갖도록 함체 형상으로 구성되고, 도 4와 같이 일측 또는 양측에 응축판(22)이 조립될 수 있도록 개방된다. 도면에서는 응축판(22)이 양측에 조립될 수 있도록 양측이 개방되는 것을 보이고 있다. 본체(21)는 저면에 회수관(6)이 조립되는 입구(21b)가 관통되고, 상면에 응축을 마친 증기가 외부로 배출될 수 있도록 출구(21c)가 형성된다.

상기 응축판(22)은 응축실(21a)의 표면적을 넓혀 많은 양의 증기를 응축할 수 있도록 내측면에 응축봉(22a)이 돌출된다. 상기 응축봉(22a)은 응축실(21a) 중앙 부분을 향해 돌출되고 열전소자(3)에 의해 냉각되어 그와 접촉하는 증기를 포집하여 액상으로 응축하게 된다. 상기 응축봉(22a)은 응축판(22)과 일체로 형성할 수 있고, 또는 응축판(22)과 별도로 가공하여 추후에 양자를 조립하여 제작할 수도 있다. 응축봉(22a)은 복수 개가 지그재그식으로 서로 교호되게 배치되어 응축실(21a)을 통과하는 모든 증기가 접촉되게 하여 응축 효율을 높이도록 하는 것이 바람직하다.

상기 응축판(22)은 볼트 체결에 의해 본체(21)에 기밀 가능하게 고정되며, 기밀성을 높이기 위해 본체(21)와의 접촉부분에 기밀용 오링 또는 가스켓을 끼워 사용하는 것이 좋다.

상기 열전소자(3)는 전원이 공급되면 어느 일측면은 열을 타측면으로 빼았겨 온도가 낮아져 냉각면(3a)이 되고, 타측면은 그 열을 흡수하여 온도가 상승하기 때문에 방열면(3b)이 되는 특징이 있다. 냉각면(3a)이 응축판(22)에 밀착 고정되어 그를 냉각시키므로 냉각된 응축판(22)이 장착된 본체(21)도 함께 냉각된다. 따라서 응축실(21a)을 형성하는 본체(21)와 응축판(22)이 함께 냉각됨에 따라 증기가 통과하는 응축실(21a)은 저온상태로 냉각되어 증기를 응축시키게 된다.

일반적으로 열전소자는 냉각면과 방열면의 온도차는 이론상으로 약 70℃에 이른다. 예컨대 방열면의 온도가 0℃라고 가정하면 냉각면의 온도는 약 -70℃이고, 방열면의 온도가 20℃라고 가정하면 냉각면의 온도는 약 -50℃가 된다. 냉각면에 상기 냉각면보다 높은 온도를 가진 목적물을 부착하여 그를 냉각시키면, 즉 부하를 가하면 냉각면은 목적물에 냉열을 빼앗겨 온도가 상승하면서 목적물을 냉각시키고, 방열면은 더 많은 열이 발생하여 부하 전보다 온도가 상승하게 되므로 공랭식 또는 수냉식 냉각장치를 이용하여 방열면을 냉각시켜야 한다. 결국 열전소자는 방열면의 온도를 낮추면 낮출수록 냉각면의 온도가 점점 낮아져 냉각효율이 좋아진다.

출원인의 실험결과 단층 열전소자의 냉각면에 목적물을 부착하지 않은 무부하 상태에서 그의 방열면에 공랭식 냉각장치(대기온도 25℃)를 장착하여 전원을 공급하면 냉각면의 온도는 대략 -15∼-13℃ 정도까지 낮아졌고, 역시 무부하 상태에서 방열면에 수냉식 냉각장치(냉각수 온도 18℃)를 장착하여 전원을 공급하면 냉각면의 온도는 대략 -25∼-23℃ 정도까지 낮아졌다. 상기 실험결과 열전소자의 냉각면의 온도는 결국 방열면을 냉각시키는 냉각장치의 냉각 성능에 따라 달라진다는 것을 알 수 있었다. 동일 조건 하에서 공랭식 냉각장치가 장착된 열전소자 냉각면에 상온 상태의 목적물을 냉각시키도록 부하를 작용시키면 목적물은 약 -10∼-7℃까지 낮아졌고, 수냉식 냉각장치가 장착된 열전소자의 냉각면에 상온 상태의 목적물을 냉각시키도록 부하를 작용시키면 목적물은 약 -20∼-17℃까지 낮아졌다. 상기 실험은 목적물(부하물)의 면적, 열전소자의 크기와 성능, 열전소자 조립상태, 열전소자에 공급되는 전류의 세기 등 다양한 고려 사항에 따라 목적물의 냉각 온도는 편차가 발생할 수 밖에 없다.

현존 하는 단층 단열전소자의 방열면을 공랭식보다 냉각 성능이 더 좋은 수냉식 냉각장치로 냉각시키더라도 그의 냉각면을 -40℃까지 냉각시키는 것은 불가능에 가까운 것으로 알려져 있다. 따라서 종래 단층 열전소자를 이용한 냉각수단으로는 약 -40℃ 이하에서 응축이 가능한 휘발성 유기화합물의 성분을 포함한 증기를 응축할 수 없었다.

그 이유는 방열면을 냉각시키는 수냉식 냉각장치는 순환하는 냉각수가 0℃에서 결빙되어 사용할 수 없기 때문이다. 냉각수를 사용가능한 임계온도인 1℃로 냉각시키는 데 또 다른 냉각장치를 사용해야 하는 문제가 있고, 그를 구동시키려면 많은 에너지가 소요되어 경제적으로 맞지 않기 때문에 통상 공장의 냉각탑의 냉각수를 사용하는 데, 그의 온도는 대략 18∼25℃ 정도이다.

이러한 이유 때문에 냉각수를 부동액으로 대체하려는 시도를 하고 있으나 부동액은 물보다 열전달율이 현저히 낮아 오히려 물보다 냉각장치의 냉각 성능이 더 떨어져 적용하지 못하고 있다.

이러한 현실적인 문제 때문에 목적물을 -25℃ 이하로 냉각시키는 곳에는 부피가 커 사용이 불편함에도 불구하고 부득이 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 이용하여 냉매를 순환시키는 전통적인 냉각시스템을 사용하고 있다.

본 발명의 열전소자(3)는 상기 문제를 해결하기 위해 도 7(a), 도7(b), 도 7(c)와 같이 다단식으로 적층된 열전소자(3)를 사용하고, 그의 방열면(3b)을 냉각시키는 작동유체는 적층식 열전소자(3)에 의해 응축된 응축액을 사용한다.

본 발명의 다단식으로 적층된 열전소자(3)는 도 5 내지 도 7과 같이 면적이 다른 복수 개가 적층식으로 밀착되어 다단식으로 조립되되, 면적이 큰 것의 냉각면(3a)이 면적이 작은 것의 방열면(3b)에 순차적으로 밀착되고, 최외곽 면적이 작은 것의 냉각면(3a)이 상기 응축판(22)에 밀착되고 최외곽 면적의 큰 것의 방열면(3b)이 방열블록(4)에 밀착된다.

이와 같이 면적이 큰 열전소자(3)의 냉각면(3a)이 면적이 작은 열전소자(3)의 방열면(3b)에 순차적으로 밀착되어 있으므로 면적이 가장 작은 최외곽 열전소자(3)의 방열면(3b)은 온도가 공냉식은 물론이고 수냉식 냉각장치보다 현저히 낮아지게 된다. 따라서 면적이 가장 작은 최외곽 열전소자(3)들의 냉각면(3a) 복수 개가 응축판(22) 전역에 밀착되므로 응축판(22)의 온도를 단층 열전소자를 채용한 냉각장치보다 현저히 낮아진다.

그러므로, 상기 낮아진 응축판(22)과 일체로 고정된 본체(21)도 함께 온도가 낮아져 그들이 형성하는 응축실(21a)의 온도는 -40℃ 이하로 유지되므로 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

상기 방열블록(4)은 이미 설명한 바와 같이 양측 응축판(22)에 밀착 고정된 면적이 큰 최외곽 열전소자(3)의 방열면(3b)에 밀착되어 그 방열면(3b)을 냉각시키는 기능을 한다. 따라서 방열블록(4)의 온도가 낮으면 낮을수록 면적이 작은 최외곽 열전소자(3)의 냉각면(3a)의 온도도 점점 더 낮아진게 된다.

상기 방열블록(4)은 상기 응축실(21a)에서 -40℃ 이하로 응축된 응축액이 펌프(9)에 의해 순환하여 내부를 통과할 때 그와 밀착된 면적이 큰 최외곽 열전소자(3)의 방열면(3b)을 냉각시킨다. 따라서 방열블록(4)은 도 10과 같이 응축액이 내부를 순환할 수 있도록 내부에 형성된 열교환실(4a)과 연통되게 입,출구(4b)(4c)가 형성된다. 상기 열교환실(4a)에는 저온의 응축액이 통과할 때 넓은 접촉면적으로 활발한 열교환이 진행될 수 있도록 냉각판(4d)이 고정된다.

상기 회수탱크(5)는 응축실(21a)에서 응축된 응축액을 회수하여 저장하게 된다. 따라서 회수탱크(5)는 외부와의 열교환을 차단할 수 있도록 단열재로 도포되어 최대한 열손실을 차단토록 한다.

상기 회수관(6)은 상기 응축실(21a)에서 응축된 응축액이 회수탱크(5)에 회수될 수 있도록 응축실(21a)과 회수탱크(5)에 연결된다. 회수관(6)은 외부에서 증기가 유입되어 상기 응축실(21a)로 공급될 수 있도록 하부에 입구(6a)가 형성된다. 상기 회수관(6)도 외부와의 열교환을 차단할 수 있도록 단열재로 도포되어 최대한 열손실을 차단토록 한다.

상기 공급관(7)은 회수탱크(5)에 저장된 응축액이 방열블록(4)으로 공급될 수 있도록 회수탱크(5)와 방열블록(4)의 입구(4b)에 연결된다. 상기 공급관(7)도 외부와의 열교환을 차단할 수 있도록 단열재로 도포되어 최대한 열손실을 차단토록 한다.

상기 토출관(8)은 상기 방열블록(4)으로 공급된 응축액이 순환한 후 회수탱크(5)로 토출될 수 있도록 방열블록(4) 출구(4c)와 회수탱크(5)에 연결된다. 상기 토출관(8)도 외부와의 열교환을 차단할 수 있도록 단열재로 도포되어 최대한 열손실을 차단토록 한다.

상기 펌프(9)는 상기 공급관(7)에 장착되고, 회수탱크(5)에 저장된 응축액이 방열블록(4)을 경유하여 다시 회수탱크(5)로 순환할 수 있도록 응축액을 압송시키는 기능을 한다.

한편, 본 발명은 상기 회수관(6) 입구(6a)로 유입된 증기가 응축실(21a)로 공급되기 전에 상기 증기를 액상으로 흡수하는 흡수수단을 더 포함한다.

상기 흡수수단은 공급관(7)을 통해 방열블록(4)으로 공급되는 응축액 일부를 회수관(6) 내부로 공급할 수 있도록 공급관(7)에서 분기되어 회수관(6) 내부까지 연장되는 바이패스관(10);

상기 회수관(6) 내부에 위치한 바이패스관(10)에 장착되어 응축액을 분사하는 노즐(11); 및

상기 노즐(11) 하부에 배치되고 하우징(2)과 연결되어 하우징(2)의 냉열을 전달받아 냉각되고, 상기 노즐(11)에서 분사되는 응축액을 표면적이 넓게 보관하여 응축실(21a)로 이동하는 증기가 상기 표면적이 넓게 보관된 응축액에 흡수토록 하는 충전재(12);를 포함한다.

상기 흡수수단은 펌프(9)의 압송력에 의해 회수탱크(5)에서 방열블록(4)으로 이동하는 저온의 응축액을 일부를 바이패스관(10)을 통해 회수관(6) 내부로 이송시켜 노즐(11)을 통해 충전재(12) 전역에 분사하게 된다. 따라서 충전재(12) 전역에 분사된 응축액은 넓은 면적으로 충전재(12)에 머물면서 충전재(12)를 통과하는 증기 중 일부를 먼저 흡수하여 휘발성 유기화합물의 양을 먼저 줄이게 된다.

상기 충전재(12)는 분사된 응축액에 의해 신속하게 냉각될 수 있도록 열전도율이 좋은 금속재로 구성되고, 냉각 상태를 유지할 수 있도록 상기 저온의 하우징(2)과 연결된다. 상기 충전재(12)는 금속재로 구성된 와이어 메시 또는 폴링을 사용할 수 있다. 상기 와이어 메시와 폴링은 관련 산업분야에서 널리 사용되고 있는 공지 요소이므로 더 이상 자세한 설명은 생략하기로 한다.

또 한편, 본 발명은 도 3 및 도 8과 같이 상기 공급관(7)의 경로에 공급관(7)을 냉각시키는 서브냉각수단(13)을 더 포함한다.

상기 서브냉각수단(13)은 전원이 공급될 때 일측면이 온도가 낮아 냉각면(3a)이 되고 타측면이 온도가 높아 열을 방열하는 방열면(3b)이 되는 서브열전소자(3);

금속재로 구성된 몸체에 유로(14a)가 관통되고, 상기 유로(14a) 양측이 상기 공급관(7)과 연결되어 공급관(7) 기능을 하고, 상기 유로(14a) 일측에 형성된 평면형태의 열교환부(14b)가 상기 서브열전소자(3)의 냉각면(3a)과 밀착되어 냉각되는 서브냉각블록(14);

응축액이 통과할 수 있도록 통로(15a)가 관통되고, 상기 서브열전소자(3)의 방열면(3b)에 밀착되어 상기 통로(15a)를 통과하는 응축액과 공기에 의해 냉각되어 상기 방열면(3b)을 냉각시키는 서브히트싱크(15);

상기 공급관(7)을 통해 방열블록(4)으로 공급되는 응축액 일부가 서브히트싱크(15)를 경유할 수 있도록 상기 공급관(7)에서 분기되고 서브히트싱크(15)를 경유하여 토출관(8)에 연결되는 분기관(16); 및

상기 서브히트싱크(15)에서 발산되는 열을 송풍시켜 서브히트싱크(15)를 냉각시키는 서브송풍팬(17);을 포함한다.

상기 서브열전소자(3)는 위에서 설명한 바와 같이 적층식 열전소자(3)를 사용하는 것이 좋다. 물론 통상과 같이 단층 열전소자도 사용할 수 있다. 따라서 서브열전소자(3)의 각 부분을 나타내는 부호도 앞에서 설명한 적층식 열전소자(3)와 동일하게 사용한다. 서브열전소자(3)는 면적이 큰 것의 냉각면(3a)이 면적이 작은 것의 방열면(3b)에 순차적으로 밀착되고, 최외곽 면적이 작은 것의 냉각면(3a)이 상기 냉각블록에 밀착되고 최외곽 면적의 큰 것의 방열면(3b)이 서브히트싱크(15)에 밀착된다.

상기 서브냉각블록(14)은 응축액이 통과할 수 있도록 내부에 유로(14a)가 관통되고, 상기 유로(14a) 양단에 공급관(7)이 연결된다. 서브냉각블록(14)은 응축액이 흐르는 유로(14a)를 길게 확보하여 많은 냉열을 보관할 수 있도록 몸체를 길게 연장하는 것이 좋다.

상기 서브히트싱크(15)는 분기관(16)을 통해 공급된 응축액이 내부를 통과할 수 있도록 몸체에 통로(15a)가 관통되고, 상기 통로(15a) 양단부는 분기관(16)과 연결된다. 몸체 외측면에는 서브송풍팬(17)에 의해 공급되는 신선한 공기가 넓은 면적으로 열교환될 수 있도록 골과 산이 연속된 형태로 핀(15b)이 돌출된다.

상기 서브냉각수단(13)은 서브열전소자(3)의 냉각면(3a)이 서브냉각블록(14)을 냉각시켜 유로(14a)를 흐르는 응축액을 냉각시키고, 이와 동시에 서브히트싱크(15)는 그의 통로(15a)를 지나는 응축액과 서브송풍팬(17)에 의해 공급된 신선한 공기에 의해 원활한 냉각이 수행되고, 이에 따라 서브열전소자(3) 냉각면(3a)은 더욱 낮은 온도로 서브냉각블록(14)을 냉각시키게 된다. 그러므로 서브냉각블록(14)의 유로(14a)를 통과하는 응축액은 서브냉각블록(14)의 온도보다 높지 않은 상태로 통과하게 되므로 방열블록(4)으로 공급되는 과정에서 온도가 급격히 상승하지 않게 된다.

다음은 본 발명을 이용하여 증기를 액상으로 응축하는 일련의 과정을 도 1 내지 도 3을 참조하여 자세히 설명한다.

예컨대, 본 발명을 도 1과 같이 주유소에 설치하여 유류에서 증발하는 유증기를 액상으로 포집하는 것을 설명한다.

본 발명의 응축장치(1)를 구동시키기 전에 회수탱크(5)에 휘발성 유기화합물 성분을 함유하고 있는 유류, 예컨대 휘발유를 미리 소량 충전시킨 후, 사전 구동시켜 휘발유가 공급관(7)과 방열블록(4)에 채워지도록 한다. 이 상태에서 응축장치(1)를 구동시키면 응축판(22)에 부착된 적층식 열전소자(3)의 냉각면(3a)들이 응축판(22)과 본체(21)를 냉각시킴에 따라 응축실(21a)은 냉각된다. 이와 동시에 회수관(6) 입구(6a)를 통해 내부로 공급된 유기화합물을 포함한 유증기는 상기 응축실(21a)을 지나면서 온도가 낮아져 액상의 상태로 응축되고, 응축된 응축액은 하부로 떨어져 회수탱크(5)에 저장되고 응축되지 않은 아주 소량의 유증기는 하우징(2)의 출구(21c)를 통해 외부로 배출된다.

상기와 같이 유증기가 응축됨과 동시에 회수탱크(5)에 저장된 휘발유는 펌프(9)의 구동에 의해 방열블록(4)으로 공급되어 상기 방열블록(4)을 냉각시킨 후 온도가 상승한 상태로 다시 토출관(8)을 통해 회수탱크(5)로 회수됨을 반복하게 된다. 유증기가 점차 응축됨에 따라 응축액이 회수탱크(5)에 점차 채워지면서 구동 전 회수탱크(5)에 미리 채워진 휘발유는 누적된 응축액과 혼합되면서 온도가 점점 낮아지게 된다. 이에 따라 상기 낮아진 응축액을 작동유체로 사용하는 방열블록(4)은 적층식 열전소자(3)의 방열면(3b)의 온도를 점차 낮추게 되므로 냉각면(3a)의 온도는 그에 비례하여 낮아져 응축실(21a)의 온도를 약 -40℃ 근접되게 냉각시키게 된다.

유증기 응축이 진행된 후 약 5분 이상이 경과하여 유증기를 본격적으로 응축할 시점에는 응축실(21a)의 온도는 -40℃ 이하가 되어 휘발유에 포함된 메탄과 에탄을 제외한 나머지 유증기 성분은 거의 포집되어 액상의 상태로 응축되어 회수탱크(5)에 저장된다. 상기 회수탱크(5)에 저장된 응축액은 펌프(9)의 구동에 의해 공급관(7)을 통해 방열블록(4)으로 공급된 후 다시 회수탱크(5)로 순환하는 것을 반복하게 되는 데, 순환 온도는 대략 -32∼-35℃가 되어 열전소자(3)의 냉각면(3a)은 지속적으로 응축실(21a)의 온도를 -40℃ 이하로 유지시켜 유증기를 액상으로 응축시키게 된다.

상기 과정에서 펌프(9)의 압송력에 의해 바이패스관(10)을 통해 노즐(11)에서 분사된 응축액이 충전재(12)에 분사되고, 이 충전재(12)에 넓게 분포된 상태로 위치한 응축액은 막을 형성하게 된다. 상기 충전재(12)는 저온의 하우징(2)과 연결되어 냉각상태를 유지하고 있으므로 보관하고 있는 응축액을 지속적으로 냉각시키므로 상기 응축액은 약 -35℃로 냉각되어 유증기의 흡수율을 높이게 된다.

따라서, 회수관(6) 입구(6a)로 유입된 유증기 일부는 응축실(21a)에 도달하기 전에 상기 막을 형성하고 있는 저온의 충전재(12)를 통과하면서 액상으로 포집되어 회수탱크(5)로 수거되고, 상기 충전재(12)를 통과한 나머지 유증기는 온도가 더 낮은 응축실(21a)에서 응축된 후 회수탱크(5)로 수거된다. 상기 응축실(21a)에서도 응축되지 않은 메탄과 에탄과 같은 아주 미량의 성분은 하우징(21)의 출구(21c)를 통해 외부로 배출된다.

한편, 상기 유증기 응축과정에서 공급관(7) 경로에 설치된 서브냉각수단(13)은 펌프(9)에 의해 방열블록(4)으로 공급되는 응축액의 온도가 상승하지 않도록 추가로 냉각시킨다. 구체적으로 방열블록(4)으로 공급되는 응축액은 금속재로 구성된 서브냉각블록의 유로(14a)를 통과하고, 또한 응축액의 일부는 분기관(16)을 통해 서브히트싱크(15)의 통로(15a)를 통과하면서 서브히트싱크(15)른 냉각시킨다. 또한 상기 서브히트싱크(15)는 서브송풍팬(17)에 의해 공급된 신선한 공기에 의해 냉각된다.

따라서 서브히트싱크(15)는 통로(15a)를 통과하는 응축액과 신선한 공기에 의해 동시에 냉각되므로 그와 접촉된 서브열전소자(3)의 방열면(3b)의 온도를 낮추게 되고, 이로 인하여 서브열전소자(3)의 냉각면(3a)의 온도도 비례하여 낮아진다. 그러므로 서브냉각블록(14)의 유로(14a)를 흐르는 응축액은 저온 상태를 유지하게 된다.

상기와 같이 유증기를 응축시키는 과정에서 방열블록(4)과 서브냉각수단(13)의 서브히트싱크(15)를 통과하는 응축액이 가열되어 온도가 상승한 상태로 회수탱크(5)로 이동하지만 전체 응축액 중 일부에 지나지 않고, 더 나아가 그의 온도가 종래에 냉각에 사용된 냉각수의 온도보다 현저히 낮기 때문에 유증기를 응축시키는 데 문제가 되지 않는다.

본 발명은 장시간 유증기 응축과정에서 응축실(21a)이 과냉각되면 응축실(21a)에 성에가 발생하여 응축 효율이 낮아진다. 이 경우 열전소자(3)에 공급되는 전류방향을 반대로 하면, 냉각면(3a)이 방열면(3b)으로 전환되어 응축실(21a)의 온도를 급격히 높여 성에를 신속하게 제거할 수 있다.

종래의 경우 응축실(21a)에 성에가 발생하면 히터와 같은 별도의 성에 제거수단을 갖추어야 하는 불편함이 있고, 그 수단을 장착하기 위한 비용이 많이 소요되고, 더 나아가 성에 제거에 소요되는 시간이 길어지는 문제가 있다. 본 발명은 열전소자(3)에 공급되는 전류방향만 바꾸면 냉각면(3a)이 방열면(3b)으로 전환되어 간단히 성에를 제거할 수 있으므로 종래 문제점을 일거에 해소할 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예는 열전소자의 방열면(3b)을 종래와 같이 수냉식 냉각수단으로 냉각하여 -40℃보다 높은 온도에서 응축되는 증기를 응축시켜 회수할 수 있도록 한다.

상기 다른 실시예에 따른 열전소자(3)를 이용한 증기 응축장치(30)는 도 11과 같이 통과하는 증기가 응축될 수 있도록 내부에 응축실(21a)이 구비되는 하우징(2);

상기 하우징(2)에 밀착되어 전원이 공급될 때 상기 밀착된 부분이 냉각면(3a)이 되고 노출 부분이 방열면(3b)이 되어 밀착된 냉각면(3a)이 하우징(2)을 냉각시켜 증기를 응축가능케 하는 열전소자(3);

상기 열전소자(3)의 방열면(3b)에 밀착되어 열교환실(4a)을 순환하는 냉각수의 냉각열로 상기 방열면(3b)을 냉각시키는 방열블록(4);

상기 응축실(21a)에서 응축된 응축액을 회수하여 저장하는 회수탱크(5);

입구로 유입된 증기가 상기 응축실(21a)로 공급되게 하고, 상기 응축실(21a)에서 응축된 응축액이 회수탱크(5)로 수거될 수 있도록 응축실(21a)과 회수탱크(5)에 연결되는 회수관(6);

냉각수가 상기 방열블록(4)을 순환할 수 있도록 방열블록(4)의 입,출구에 연결되는 순환관(V);

상기 순환관(V)에 장착되고, 순환관(V)과 방열블록(4)의 열교환실(4a)에 채워된 냉각수가 순환할 수 있도록 냉각수를 압송시키는 펌프(P); 및

상기 순환관(V)에 장착되고, 순환관(V)을 순환하는 냉각수를 냉각시키는 칠러(C);를 포함한다.

상기 구성에서 하우징(2), 열전소자(3), 방열블록(4), 회수탱크(5), 회수관(6), 펌프(P)는 앞에서 구성과 기능을 설명하였으므로 중복을 피하기 위해 더 이상 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 열전소자(3)는 다단식으로 적층된 것을 사용하여 응축실(21a)의 냉각 효율을 높이도록 한다.

상기 순환관(V)은 냉각수가 방열블록(4)을 순환할 수 있게 하는 것으로, 그의 경로에 냉각수를 순환시키는 펌프(P)와 냉각수를 냉각시키는 칠러(C)가 장착된다.

상기 칠러(C)는 냉각수가 결빙되지 않은 범위에서 최저 온도로 냉각시킬 수 있는 성능을 가진 것을 사용하면 좋고, 이미 산업분야에서 널리 사용되고 있으므로 구성의 설명은 생략한다.

이와 같이 구성되는 다른 실시예의 열전소자를 이용한 증기 응축장치(30)는 칠러(C)에 의해 냉각된 냉각수를 펌프(P)가 구동하여 순환시키면, 냉각수에 의해 냉각된 방열블록(4)이 적층식 열전소자(3)의 방열면(3b)을 냉각시키고, 이에 따라 냉각된 상기 열전소자(3)는 냉각면(3a)이 응축실(21a)을 냉각시켜 그 응축실(21a)에서 응축될 수 있는 유증기를 응축시키고, 상기 응축된 응축액은 회수관(6)을 통해 회수탱크(5)에 저장된다.

본 발명의 또 다른 실시예는 열전소자의 방열면(3b)을 종래와 같이 공냉식 냉각수단으로 냉각하여 -40℃보다 높은 온도에서 응축되는 증기를 응축시켜 회수할 수 있도록 한다.

상기 또 다른 실시예에 따른 열전소자를 이용한 증기 응축장치(50)는 도 12와 같이 통과하는 증기가 응축될 수 있도록 내부에 응축실(21a)이 구비되는 하우징(2);

상기 하우징(2)에 밀착되어 전원이 공급될 때 상기 밀착된 부분이 냉각면(3a)이 되고 노출 부분이 방열면(3b)이 되어 밀착된 냉각면(3a)이 하우징(2)을 냉각시켜 증기를 응축가능케 하는 열전소자(3);

상기 열전소자(3)의 방열면(3b)에 밀착되어 공기에 의해 냉각되어 상기 방열면(3b)을 냉각시키는 히트싱크(H);

상기 히트싱크(H)에 공기를 압송하여 히트싱크(H)를 냉각시키는 송풍팬(F);

상기 응축실(21a)에서 응축된 응축액을 회수하여 저장하는 회수탱크(5); 및

입구로 유입된 증기가 상기 응축실(21a)로 공급되게 하고, 상기 응축실(21a)에서 응축된 응축액이 회수탱크(5)로 수거될 수 있도록 응축실(21a)과 회수탱크(5)에 연결되는 회수관(6);을 포함한다.

상기 구성에서 하우징(2), 열전소자(3), 회수탱크(5), 회수관(6)은 앞에서 구성과 기능을 설명하였으므로 중복을 피하기 위해 더 이상 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 열전소자(3)는 다단식으로 적층된 것을 사용하여 응축실(21a)의 냉각 효율을 높이도록 한다.

상기 히트싱크(H)는 통상 방열판으로 널리 알려져 있고 송풍팬(F)은 공기를 압송하는 것으로, 이들은 당업자라면 누구 알 수 있는 공지 구성요소이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같이 구성되는 또 다른 실시예의 열전소자를 이용한 증기 응축장치(50)는 송풍팬(F)이 구동하여 히트싱크(H)를 냉각시키면 상기 히트싱크(H)가 그와 밀착된 열전소자(3)의 방열면(3b)을 냉각시키고, 이에 따라 냉각된 상기 열전소자(3)는 냉각면(3a)이 응축실(21a)을 냉각시켜 그 응축실(21a)에서 응축될 수 있는 유증기를 응축시키고, 상기 응축된 응축액은 회수관(6)을 통해 회수탱크(5)에 저장된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 전통적인 냉각시스템을 사용하지 않고도 증기를 액상으로 응축시킬 수 있는 점, 회수한 저온의 응축액을 순화시켜 열전소자의 방열면(3b)을 냉각시킴으로써 응축실(21a)의 온도를 낮게 유지시켜 응축 효율을 한층 높일 수 있는 점, 적층식 열전소자를 채용하여 구조를 단순화하여 소형화를 구현할 수 있는 점, 소형화로 인하여 협소한 장소에도 설치가 가능한 점, 설비 비용을 절감할 수 있는 점, 구동 후 열전소자가 단시간에 응축실(21a)을 냉각하게 되므로 응축에 필요한 냉각속도를 단축시켜 신속한 증기 응축을 수행할 수 있는 점을 갖추고 있으므로 진보성을 갖춘 발명이라 하겠다.

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1 : 응축장치 2 : 하우징
3 : 열전소자 4 : 방열블록
5 : 회수탱크 6 : 회수관
7 : 공급관 8 : 토출관
10 : 바이패스관 11 : 노즐
12 : 충전재

Claims (7)

1. 통과하는 증기가 응축될 수 있도록 내부에 응축실(21a)이 구비되는 하우징(2);
   상기 하우징(2)에 밀착되어 전원이 공급될 때 상기 밀착된 부분이 냉각면(3a)이 되고 노출 부분이 방열면(3b)이 되어 밀착된 냉각면(3a)이 하우징(2)을 냉각시켜 증기를 응축가능케 하는 열전소자(3);
   상기 열전소자(3)의 방열면(3b)에 밀착되어 열교환실(4a)을 순환하는 응축액의 냉각열로 상기 방열면(3b)을 냉각시키는 방열블록(4);
   상기 응축실(21a)에서 응축된 응축액을 회수하여 저장하는 회수탱크(5);
   입구(6a)로 유입된 증기가 상기 응축실(21a)로 공급되게 하고, 상기 응축실(21a)에서 응축된 응축액이 회수탱크(5)로 수거될 수 있도록 응축실(21a)과 회수탱크(5)에 연결되는 회수관(6);
   상기 회수탱크(5)에 저장된 응축액이 방열블록(4)으로 공급될 수 있도록 회수탱크(5)와 방열블록(4)의 입구(4b)에 연결되는 공급관(7);
   상기 방열블록(4)으로 공급된 응축액이 회수탱크(5)로 토출될 수 있도록 방열블록(4)의 출구(4c)와 회수탱크(5)에 연결되는 토출관(8);
   상기 공급관(7)에 장착되고, 회수탱크(5)에 저장된 응축액이 방열블록(4)을 경유하여 다시 회수탱크(5)로 순환할 수 있도록 응축액을 압송시키는 펌프(9);를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 증기 응축장치.
   
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4. 청구항 1에 있어서, 상기 회수관(6) 입구(6a)로 유입된 증기가 응축실(21a)로 공급되기 전에 상기 증기를 액상으로 흡수하는 흡수수단을 더 포함하고,
   여기서, 상기 흡수수단은 공급관(7)을 통해 방열블록(4)으로 공급되는 응축액 일부를 회수관(6) 내부로 공급할 수 있도록 공급관(7)에서 분기되어 회수관(6) 내부까지 연장되는 바이패스관(10);
   상기 회수관(6) 내부에 위치한 바이패스관(10)에 장착되어 응축액을 분사하는 노즐(11); 및
   상기 노즐(11) 하부에 배치되고 하우징(2)과 연결되어 하우징(2)의 냉열을 전달받아 냉각되고, 상기 노즐(11)에서 분사되는 응축액을 표면적이 넓게 보관하여 응축실(21a)로 이동하는 증기가 상기 표면적이 넓게 보관된 응축액에 흡수토록 하는 충전재(12);를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 증기 응축장치.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 공급관(7)의 경로에 공급관(7)을 냉각시키는 서브냉각수단(13)을 더 포함하고,
   여기서, 상기 서브냉각수단(13)은 전원이 공급될 때 일측면이 온도가 낮아 냉각면(3a)이 되고 타측면이 온도가 높아 열을 방열하는 방열면(3b)이 되는 서브열전소자(3);
   금속재로 구성된 몸체에 유로(14a)가 관통되고, 상기 유로(14a) 양측이 상기 공급관(7)과 연결되어 공급관(7) 기능을 하고, 상기 유로(14a) 일측에 형성된 평면형태의 열교환부(14b)가 상기 서브열전소자(3)의 냉각면(3a)과 밀착되어 냉각되는 서브냉각블록(14);
   응축액이 통과할 수 있도록 통로(15a)가 관통되고, 상기 서브열전소자(3)의 방열면(3b)에 밀착되어 상기 통로(15a)를 통과하는 응축액과 공기에 의해 냉각되어 상기 방열면(3b)을 냉각시키는 서브히트싱크(15);
   상기 공급관(7)을 통해 방열블록(4)으로 공급되는 응축액 일부가 서브히트싱크(15)를 경유할 수 있도록 상기 공급관(7)에서 분기되고 서브히트싱크(15)를 경유하여 토출관(8)에 연결되는 분기관(16); 및
   상기 서브히트싱크(15)에서 발산되는 열을 송풍시켜 서브히트싱크(15)를 냉각시키는 서브송풍팬(17);을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 증기 응축장치.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 하우징(2)은 증기가 통과할 수 있도록 응축실(21a)과 연통되게 입,출구(21b)(21c)가 형성되는 본체(21); 및
   복수 개의 응축봉(22a)이 돌출되는 내측면이 본체(21)와 협력하여 응축실(21a)을 형성할 수 있도록 상기 본체(21)의 개방된 위치에 고정되는 응축판(22);을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 증기 응축장치.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 열전소자(3)는 면적이 다른 복수 개가 적층식으로 밀착되어 다단식으로 조립되되, 면적이 큰 것의 냉각면(3a)이 면적이 작은 것의 방열면(3b)에 순차적으로 밀착되고, 최외곽 면적이 작은 것의 냉각면(3a)이 상기 하우징(2)의 응축판(22)에 밀착되고 최외곽 면적의 큰 것의 방열면(3b)이 상기 방열블록(4)에 밀착되는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 증기 응축장치.

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