KR200302853Y1 - 감압 잠열을 이용한 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 액체와 접촉하는 표면의 압력을 감압시킴으로서 발생되는 다량의 증기 잠열로써 주위의 온도를 냉각시키도록 하는 감압 잠열을 이용한 냉각장치에 관한 것이다.

이에 따른 본 고안의 구성은, 상온에서 액체인 냉매를 저수할 수 있는 용적을 갖고, 외면에 열교환 효율을 위해 방열핀(13)이 다수 형성되며, 일측부에 냉매를 선택적으로 공급하기 위한 냉매공급통(11)으로부터 냉매의 충진을 위한 급수관(12)이 연결되되, 냉매에 의해 부식이 되지 않는 재질을 갖는 냉매 저수통(10)과; 상기 냉매 저수통(10)과 연통 연결되고, 증발된 냉매의 열접촉면적을 높이기 위해 충분한 길이를 가지며, 외면에 열교환 효율을 위해 방열핀(21)이 다수 형성된 냉각관(20)과; 상기 냉각관(20)의 일측부에 설치되어 밀폐상태의 냉매 저수통(10) 내부를 대기압 이하로 강제 감압하여 냉매의 비등점을 낮추어 기화시키도록 하는 진공펌프(30); 및 상기 냉매 저수통(10)과 냉각관(20) 사이에 연결 설치되어 압력게이지(41)에 의해 감압된 압력상태를 측정할 수 있도록 병목형상으로 된 압력측정관(40);을 포함하여 구성하였다.

Description

감압 잠열을 이용한 냉각장치{Cooling device using of reduced pressure sensible heat}

본 고안은 감압 잠열을 이용한 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액체와 접촉하는 표면의 압력을 감압시킴으로서 발생되는 다량의 증기 잠열로써 주위의 온도를 냉각시키도록 하는 감압 잠열을 이용한 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 에어컨이나 냉장고는 냉매를 압축하고 팽창, 응축하는 일련의 냉각사이클을 거치도록 함으로써 냉각열을 얻도록 하는 방식이 대부분이다.

그러나 이러한 압축방식의 냉각장치 및 방법은 프레온가스라 불리우는 CFC를 냉매로 사용하고 있으나 이 냉매는 오존층 파괴의 주범으로 인식되어 전세계적으로 사용규제되는 상황에 놓여 있고, 또한 이를 대체할 수 있는 대체냉매는 꾸준히 개발되어져 오고 있는 실정이나 실험에 따른 경제적인 부담이 크고 고압가스를 취급해야 하므로 냉각장치 제작비용이 상승됨과 동시에 취급에 따른 위험성과 독성이 뒤따르는 문제가 있어 현실적으로 적용 불가능한 실정이다.

따라서 본 고안은 상기의 제반문제를 해결하기 위해 창출된 것으로서, 그 목적은 종래의 단열 압축방식을 배제하고, 그 반대로 잠열이 크고, 경제적이고, 친환경적이며, 위험성이나 독성이 전혀 없는 액체를 감압함으로써 그 액체를 실외기온 보다 낮은 온도로 강제기화시켜 그 잠열을 이용하여 냉각하는 감압 잠열을 이용한 냉각방법 및 이를 이용한 냉각장치를 제공함에 있다.

도 1 은 본 고안에 따른 감압 잠열을 이용한 냉각장치를 개략적으로 도시한 구성도.

도 2 는 본 고안의 다른 실시양태를 보인 개략 구성도.

도 3 은 본 고안의 또 다른 실시양태를 보인 개략 구성도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 냉매 저수통, 11: 냉매 공급통,

12: 급수관, 13: 방열핀,

14: 응결수 집수통, 15: 드레인 관,

16: 고주파 발진기, 17: 초음파 진동자,

18: 팽창밸브, 20: 냉각관,

21: 방열핀, 30: 진공펌프,

40: 압력 측정관, 41: 압력게이지,

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 진공펌프를 이용하여 상온에서 액체인 냉매를 밀폐상태에서 대기압보다 낮은 압력으로 강제 감압하고, 감압된 냉매가 비등점이 낮아지면서 증발될 때 발생되는 잠열(潛熱)에 의해 주위의 온도를 냉각하도록 한 특징을 갖는다.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 상온에서 액체인 냉매를 저수할 수 있는 용적을 갖고, 외면에 열교환 효율을 위해 방열핀이 다수 형성되며, 일측부에 냉매를 선택적으로 공급하기 위한 냉매공급통으로부터 냉매의 충진을 위한 급수관이 연결되되, 냉매에 의해 부식이 되지 않는 재질을 갖는 냉매 저수통과;

상기 냉매 저수통과 연통 연결되고, 증발된 냉매의 열접촉면적을 높이기 위해 충분한 길이를 가지며, 외면에 열교환 효율을 위해 방열핀이 다수 형성된 냉각관과;

상기 냉각관의 일측부에 설치되어 밀폐상태의 냉매 저수통 내부를 대기압 이하로 강제 감압하여 냉매의 비등점을 낮추어 기화시키도록 하는 진공펌프; 및

상기 냉매 저수통과 냉각관 사이에 연결 설치되어 압력게이지에 의해 감압된 압력상태를 측정할 수 있도록 병목형상으로 된 압력측정관;을 포함하여 구성된 특징을 갖는다.

이하 본 고안의 구성을 첨부한 도면과 함께 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면에 의하면 도 1 은 본 고안에 따른 감압 잠열을 이용한 냉각방법 및 이를 이용한 냉각장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2 는 본 고안의 다른실시양태를 보인 개략 구성도이며, 도 3 은 본 고안의 또 다른 실시양태를 보인 개략 구성도이다.

본 고안에 따른 감압 잠열을 이용한 냉각방법은, 진공펌프(30)를 이용하여 상온에서 액체인 냉매를 밀폐상태에서 대기압보다 낮은 압력으로 강제 감압하고, 감압된 냉매가 비등점이 낮아지면서 증발될 때 발생되는 잠열(潛熱)에 의해 주위의 온도를 냉각하도록 한 감압방식이다.

여기에서 사용되는 냉매는 친환경적이고 독성이 전혀 없으며 쉽게 얻을 수 있는 물, 수용액, 알콜, 에테르 중 어느 하나의 물질일 수 있고, 바람직하게는 물이 가장 적합하다.

한편, 본 고안을 이루기 위한 장치의 일실시예는 도 1 에 도시된 바와 같이,

상온에서 액체인 냉매를 저수할 수 있는 용적을 갖고, 외면에 열교환 효율을 위해 방열핀(13)이 다수 형성되며, 일측부에 냉매를 선택적으로 공급하기 위한 냉매공급통(11)으로부터 냉매의 충진을 위한 급수관(12)이 연결되되, 냉매에 의해 부식이 되지 않는 재질을 갖는 냉매 저수통(10)과,

상기 냉매 저수통(10)과 연통 연결되고, 증발된 냉매의 열접촉면적을 높이기 위해 충분한 길이를 가지며, 외면에 열교환 효율을 위해 방열핀(21)이 다수 형성된 냉각관(20)과,

상기 냉각관(20)의 일측부에 설치되어 밀폐상태의 냉매 저수통(10) 내부를 대기압 이하로 강제 감압하여 냉매의 비등점을 낮추어 기화시키도록 하는 진공펌프(30) 및

상기 냉매 저수통(10)과 냉각관(20) 사이에 연결 설치되어 압력게이지(41)에 의해 감압된 압력상태를 측정할 수 있도록 병목형상으로 된 압력측정관(40)을 포함한 구성을 갖는다.

물론 전원의 인가와 압력게이지(41)에 검출된 신호를 입력받아 진공펌프(30)를 제어하도록 하는 장치제어수단이 구비되어짐은 당연한 일일 것이다.

한편, 도 2 는 본 고안의 다른 실시예를 보인 도면으로서, 냉매의 잠열과 외기온도간의 열격차에 의해 상기 냉매 저수통(10) 및 냉각관(20)의 외측면에서 결로되는 응결수를 받아 이를 냉매로 재사용할 수 있도록 리사이클되는 응결수 순환수단이 더 구비되는 구성을 갖는다.

상기 응결수 순환수단은 구체적으로, 상기 냉매 저수통(10) 및 냉각관(20)의 응결수를 받아 집수하는 응결수 집수통(14)과, 상기 응결수 집수통(14)의 응결수를 냉매공급통(11)으로 선택적으로 재공급하는 드레인 관(15)으로 구성된다.

한편 도 3 은 본 고안의 또 다른 실시예를 보인 도면으로서,

냉매의 증발 표면적을 증가시키고, 온도하강시간을 단축시키며, 보다 낮은 온도의 수증기를 얻기 위하여,

냉매 저수통(10)의 하부에 냉매를 초음파에 의해 감압초기부터 무화시키는 고주파 발진기(16) 및 초음파 진동자(17)와, 냉매 저수통(10)과 압력측정관(40) 사이에, 진공흐름에 의해 배출되는 수증기가 단열팽창을 이룰 수 있도록 팽창밸브(18)를 추가로 구비된 구성을 갖는다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

냉매 공급통(11)을 통해 냉매를 일정수위까지 공급받은 냉매 저수통(10)의 초기상태는 대가압상태이므로 통 안의 내부온도는 외기온도보다 약간 낮은 습구온도가 된다.

이 상태에서 진공펌프(30)가 작동되면 서서히 냉매 저수통(10)의 압력이 감소되면서 그 때부터 냉매의 비등점이 낮아져 증발이 보다 활발해지기 시작하며, 그 증발잠열에 의해 냉매 저수통(10) 내부의 온도가 점차 하강하기 시작한다.

계속하여 감압상태를 높여 냉매 저수통(10)의 냉매가 포화증기압에 도달하게 되면 다량의 잠열을 빼앗아 압력 측정관(40)을 통해 냉각관(20)으로 공급이 시작된다.

상기 냉각관(20)을 거쳐 배출되는 냉매는 진공펌프(30)를 통해 배출되기까지 외기와 열교환이 일어나 주위의 온도를 냉각시키게 된다.

종래의 냉각방식은 냉매를 압축하여 응축시키기 위하여 별도의 열교환기가 있어 그 열처리에 문제가 있었지만 본 고안에서는 증기를 대기중으로 방출되어도 문제가 없는 순수 액체(물)를 사용하기 때문에 열교환기가 필요없는 특징이 있다.

도 2 에 도시된 바와 같이 본 고안의 다른 실시예는 냉매 저수통(10)과 냉각관(20)에서 발생되는 응결수 처리를 위한 대안으로, 발생되는 응결수를 버리지 않고 드레인 관(15)을 통해 냉매 공급통(11)으로 재유입시켜 냉매를 재활용하도록 하는 것이다.

도 3 에 도시된 바와 같이 본 고안의 또 다른 실시예에서는 냉매의 증발 표면적을 증가시키고, 온도하강시간을 단축시키며, 보다 낮은 온도의 수증기를 얻기위하여, 또한 진공펌프(30)의 초기부하를 감소하기 위한 방안으로써, 진공펌프(30)의 작동초기에 초음파 진동자(17)를 가동시켜 냉매의 증발을 촉진시키는 촉매작용을 하는 역할의 구성이다.

이상과 같은 본 고안은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 임의의 액체(물, 수용액, 알콜, 에테르 등)를 냉매로 사용하기 때문에 친환경적이며, 경제적이고, 독성이 없고, 고압의 위험성이 없으며, 특히 물과 같은 잠열이 큰 액체를 사용하기 때문에 냉각효율을 현저히 높일 수 있다.

둘째, 압축방식에서와 같이 냉매의 순환방식이 아니기 때문에 냉각장치의 제작경비를 크게 줄일 수 있으며, 실외기없이 냉각시킬 수 있어 공간의 효율성이 좋다.

세째, 종래의 압축방식이 아닌 감압방식이기 때문에 장치의 동력부분의 부하가 적다.

네째, 압력을 조절하여 온도를 일정하게 유지할 수 있기 때문에 냉각장치의 온도평형을 쉽게 이룰 수 있다.

다섯째, 냉매가 물인 경우, 그 물에 수용성이 있는 이온물질을 용해시키면 물이 쉽게 결빙되지 않아 보다 낮은 온도의 열교환을 이룰 수 있다.

Claims (4)

1. 상온에서 액체인 냉매를 저수할 수 있는 용적을 갖고, 외면에 열교환 효율을 위해 방열핀(13)이 다수 형성되며, 일측부에 냉매를 선택적으로 공급하기 위한 냉매공급통(11)으로부터 냉매의 충진을 위한 급수관(12)이 연결되되, 냉매에 의해 부식이 되지 않는 재질을 갖는 냉매 저수통(10)과;

   상기 냉매 저수통(10)과 연통 연결되고, 증발된 냉매의 열접촉면적을 높이기 위해 충분한 길이를 가지며, 외면에 열교환 효율을 위해 방열핀(21)이 다수 형성된 냉각관(20)과;

   상기 냉각관(20)의 일측부에 설치되어 밀폐상태의 냉매 저수통(10) 내부를 대기압 이하로 강제 감압하여 냉매의 비등점을 낮추어 기화시키도록 하는 진공펌프(30); 및

   상기 냉매 저수통(10)과 냉각관(20) 사이에 연결 설치되어 압력게이지(41)에 의해 감압된 압력상태를 측정할 수 있도록 병목형상으로 된 압력측정관(40);을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 감압 잠열을 이용한 냉각장치.
2. 청구항 1 에 있어서, 냉매의 잠열과 외기온도간의 열격차에 의해 상기 냉매 저수통(10) 및 냉각관(20)의 외측면에서 결로되는 응결수를 받아 이를 냉매로 재사용할 수 있도록 리사이클되는 응결수 순환수단이 더 구성됨을 특징으로 하는 감압 잠열을 이용한 냉각장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서, 상기 응결수 순환수단은

   상기 냉매 저수통(10) 및 냉각관(20)의 응결수를 받아 집수하는 응결수 집수통(14)과;

   상기 응결수 집수통(14)의 응결수를 냉매공급통(11)으로 선택적으로 재공급하는 드레인 관(15);으로 구성됨을 특징으로 하는 감압 잠열을 이용한 냉각장치.
4. 청구항 1 에 있어서, 냉매의 증발 표면적을 증가시키고, 온도하강시간을 단축시키며, 보다 낮은 온도의 수증기를 얻기 위하여,

   냉매 저수통(10)의 하부에 냉매를 초음파에 의해 감압초기부터 무화시키는 고주파 발진기(16) 및 초음파 진동자(17)와;

   냉매 저수통(10)과 압력측정관(40) 사이에, 진공흐름에 의해 배출되는 수증기가 단열팽창을 이룰 수 있도록 팽창밸브(18);를 추가로 구성함을 특징으로 하는 감압 잠열을 이용한 냉각장치.