KR200303053Y1 - Energy efficient fluid equipment series connection circulator - Google Patents
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Abstract
본 고안은 기체나 액체 등의 유체가 흐르는 운동을 역학 에너지로 전환하여 회전동력을 이용하는에너지 효율이 높은 유체기기 직렬연결 순환장치이다.The present invention is an energy-efficient fluid equipment series connection circulator using rotational power by converting the flow of fluid such as gas or liquid into mechanical energy.
공기압축기로 만들어지는 고압공기를 저압측으로 흐르게하면서 유체기기인 기존의 에어모터를 구동할 때 에너지이용효율이 10%이내로서 낮은 상태의 에어모터 설치구성을 개선하여 80%이상으로 에너지 이용효율을 높인다.When high pressure air made by air compressor flows to the low pressure side, when the existing air motor which is a fluid device is driven, the energy utilization efficiency is less than 10%, improving the air motor installation configuration in the low state, and improving the energy utilization efficiency by more than 80%. .
배관계통 내부에 흐르는 기체나 액체 등의 운동에너지를 크게 획득하도록 완전밀폐형의 다수대 유체기기를 직렬로 연결하여 순환장치를 구성한다.In order to obtain large kinetic energy such as gas or liquid flowing inside the piping system, a plurality of completely sealed fluid devices are connected in series to form a circulation device.
화재위험이 있는 곳의 동력장치나 자동화기기 또는 휴대용 에어공구 등으로 특수한 용도에만 사용되는 에어모터의 압축공기 에너지 이용효율을 높여서 크기가 작고 사용하기에 편리하나 에너지효율이 낮았던 기존의 에어모터를 고효율의 유체기기로 개선하여 고압가스 냉매가 액체나 기체상태로 흐르는 배관계통에서 회전동력을 획득하여 다용도로 이용할 수 있는에너지 효율이 높은 유체기기 직렬연결 순환장치이다Compressed air energy used in special applications such as power devices, automation devices, or portable air tools where there is a risk of fire is increased. It is an energy efficient series connected circulation device that can be used for multi-purpose by acquiring rotational power in piping system where high pressure gas refrigerant flows in liquid or gas state by improving to fluid equipment
Description
본 고안은 액체나 기체인 유체의 비 운동에너지를 역학적인 에너지로 전환하거나 역학 에너지를 유체의 운동에너지로 변환시키는 유체기기 중에서,The present invention is a fluid device that converts the specific kinetic energy of a fluid, which is a liquid or gas, into mechanical energy or converts mechanical energy into kinetic energy of a fluid.
압축공기를 사용하는 에어모터의 에너지 이용효율을 향상시키는 것이다.It is to improve the energy utilization efficiency of the air motor using the compressed air.
에어모터는 전기모터에 비하여 크기가 작고 가벼우며 구조가 간단하여 고장 발생시 수리가 용이하며 과부하시 안전하여 화재위험이 없는 등 많은 장점을 가지고 있으나, 에어모터의 압축공기 에너지 이용 효율이 10%이내로서 너무나도 낮기 때문에 사용상에 많은 제한을 받고 있다.Compared to electric motors, air motors have many advantages, such as small size, light weight, simple structure, easy repair in case of breakdown, safety in overload, no risk of fire, but the efficiency of using compressed air energy is less than 10%. It is so low that there are many restrictions on its use.
유체기기 중에서 대기공기의 운동을 동력으로 변환하여 활용하는 풍차나 압축공기의 운동을 동력으로 변환하는 에어모터는 동일한 작동 원리로,Among the fluid equipment, windmills that convert the movement of atmospheric air into power and air motors that convert the movement of compressed air into power use the same principle.
기체상태인 공기의 흐름을 동력발생 장치로 이용했던 역사는 오래 되었으나 단순 구조의 단일 장치로는 에너지 이용효율이 낮아서 많이 사용되지 못하였으며 공기의 흐름을 동력으로 활용하는 기술의 발전도 극히 미약하였다.Although gaseous air flow has been used as a power generating device for a long time, a single device with a simple structure was not used because of low energy use efficiency, and the development of technology using air flow as a power was very weak.
산업혁명이후 외연기관과 내연기관의 열역학 에너지 장치가 빠른 속도로 보급되면서 심각한 대기권 공해문제를 일으키면서부터,After the Industrial Revolution, the rapid spread of thermodynamic energy devices of external and internal combustion engines caused serious atmospheric pollution problems,
구미 선진국을 중심으로 시작하여 공해가 없는 청정한 에너지원을 동력으로 활용하기 위한 기술개발의 일환으로 압축공기의 운동을 동력으로 변환하는 유체기기를 개발하여 효율을 향상시키기 위하여 많은 노력을 기울여 왔다.Starting from the developed countries of Europe and America, as part of the development of technology to utilize clean energy sources without pollution as a power, much efforts have been made to improve the efficiency by developing fluid equipment that converts the movement of compressed air into power.
풍차 형태의 날개를 가진 장치에서 시작하여, 피스톤 형태, 로우터리 형태, 터보 형태등으로 정밀가공 기술에 의존하여 단일장치의 효율을 향상시키기 위해서 많은 노력을 기울여 왔으나 독일 일본 미국 등의 선진국에서 만든 에어모터 제품들의 압축공기 에너지 이용효율이 10%이내로서,Starting with a windmill type winged device, a lot of effort has been made to improve the efficiency of a single unit, relying on precision machining technology such as piston type, rotary type and turbo type. Compressed air energy use efficiency of motor products is less than 10%,
한계에 머물러 있어서 단일장치의 병렬구성으로 압축공기를 사용하여서는 더 이상의 큰 에너지 효율향상을 기대할 수 없게 되었던 것이다.Because of the limitations, the use of compressed air in a parallel configuration of a single device prevents further energy efficiency improvements.
작동 특성상 많은 장점을 가지고 있으면서도 압축공기 에너지 이용효율이 10%이내로서 낮아서 사용에 제약을 받고 있는 종래 사용방법인 단일장치 병렬구성의 에어모터 에너지 이용효율을 개선하여, 전기모터의 효율인 80% 수준이상으로 향상시켜야 하는과제를 안고 있는 것이다.Although it has many advantages in terms of operation characteristics, the compressed air energy use efficiency is less than 10%, which improves the air motor energy use efficiency of the single device parallel configuration, which is a conventional method of use, which is restricted in use. There is a challenge to improve above.
이러한 문제점은 스팀터빈의 효율을 높여서 사용하는 직렬식 다단터빈의 원리를 응용하여 유체기기의 일종인 에어모터를 직렬로 연결하여 순환장치를 구성함으로서 해결할 수 있게되는 것이다.This problem can be solved by applying the principle of the tandem multi-stage turbine to increase the efficiency of the steam turbine by connecting the air motor which is a kind of fluid equipment in series to configure the circulation device.
유체기기의 케이스를 압축공기나 고압가스냉매 등의 유체가 누설되지 않는 완전밀폐형으로 제작하여 압축공기가 통과하는 배관에 직렬구성으로 연결 설치하므로서 순환 장치를 구성하여,The circulating device is constructed by making the case of fluid equipment in a completely sealed type that does not leak fluid such as compressed air or high pressure gas refrigerant and connecting it in series to the pipe through which compressed air passes.
일정한 양의 유체 흐름의 운동에 의하여 회전동력을 크게획득 할 수 있는에너지 효율이 높은 유체기기 직렬연결 순환장치를 개발하고자 한다.In order to develop a highly efficient fluid equipment series connection circulator that can obtain a large amount of rotational power by the movement of a certain amount of fluid flow.
제 1도는 압축공기 흐름에 대하여 병렬구성으로 사용하는 종래의 방법으로 에어모터를 사용하는 예의 설치 계통도.1 is an installation diagram of an example in which an air motor is used in a conventional method using a parallel configuration for compressed air flow.
제 2도는 압축공기의 흐름에 대하여 직렬연결 순환계통 구성으로 에어모터 에너지 이용효율을 높여서 사용하는 예의 설치 계통도.2 is an installation system diagram of an example of using the air motor energy efficiency by using a series connected circulation system for the flow of compressed air.
제 3도는 직렬연결된 다수대의 유체기기 중에서 필요에 따라서 각각의 유체기기를 운전 정지 할 수 있도록 구성된 설치 계통도.3 is an installation system diagram configured to stop operation of each fluid device as needed among a plurality of fluid devices connected in series.
제 4도는에너지 효율이 높은 유체기기 직렬연결 순환장치를 실용화시키는 전체적인 시스템의 설치 계통도4 is a schematic diagram of the installation of the entire system for the practical use of energy-efficient fluid series cascade circulation system.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
EMC : 전기모터구동 압축기. AT : 압축공기 저장탱크.EMC: Electric Motor Drive Compressor. AT: Compressed air storage tank.
AM1-AM8 : 유체기기(8개) 3WV1-3WV6 : 3방 밸브(6개)AM1-AM8: Fluid equipment (8 units) 3WV1-3WV6: 3 way valve (6 units)
SV : 스톱 밸브.SV: stop valve.
본 고안 장치는 유체기기의 일종으로 특수한 동력장치를 비롯하여 자동화 기기나 휴대용 공구 등으로 사용범위가 확장되고 있는 에어모터의 압축공기 에너지이을 효율을 향상 시켜 산업현장에서 범용적으로 활용 할 수 있도록 하는에너지효율이 높은 유체기기 직렬연결 순환장치이다. Energy that the subject innovation apparatus was a type of fluid device, including a special power unit improves the automation device or to be a range of use extended to portable tools, such as compressed air energy be the efficiency of the air motor to be utilized in the industry universally High efficiency fluid equipment series connection circulator .
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 고안 장치의 세부 구성과 상세한 작동원리를 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a detailed configuration and detailed operation principle of the device.
제 1도는 압축공기 흐름에 대하여 병렬구성인 종래의 방법으로 에어모터를 사용하는 설치 계통도이다.1 is an installation system diagram using an air motor in a conventional manner in parallel with respect to compressed air flow.
전기모터구동 압축기(EMC)에 의해서 대기중의 공기를 압축공기 탱크(AT)에 충진된 압축공기를 사용하여 에어모터(AM1 - AM3)를 병렬로 구동하면서 3개의 에어모터는 각각 일정양의 압축공기를 대기중에 배출하고 있다.The air motors AM1 to AM3 are driven in parallel by using compressed air packed in the compressed air tank (AT) by the electric motor drive compressor (EMC), and the three air motors each compress a certain amount of air. Air is being released to the atmosphere.
이때 압축공기를 사용하여 동력을 얻을수 있는 역학 에너지는 압축공기의 질량과 속도 자승의 곱(E = M X V2X 1/2) 으로 산출할 수 있으며 유체의 질량에 비하여 흐르는 유체의 속도에 더 큰 영향을 받게됨을 알 수 있다.In this case, the dynamic energy that can be gained by using compressed air can be calculated as the product of compressed air mass and velocity squared (E = MXV 2 X 1/2) and has a greater effect on the velocity of the flowing fluid compared to the mass of the fluid. You will see that you receive.
압축기 흡입측과 에어모터의 배출측에서는 유체운동 에너지의 손실이 많기 때문에 이와같이 각각장치들이 병렬로 구동되는 에어모터의 수량에 따라서 압축공기의 소비량이 배수로 증가하므로 소비된 공기를 충진하는 전기모터 구동압축기(EMC)는 매우 큰 용량이 필요한 것이다.Since there is a large loss of fluid kinetic energy at the compressor suction side and the discharge side of the air motor, the consumption of compressed air increases by multiple depending on the number of air motors in which the devices are driven in parallel. EMC) requires very large capacity.
제 2도는 압축공기 흐름에 대하여 직렬연결 순환계통 구성으로 에어모터를 사용하는 설치 계통도이다.2 is an installation system diagram of using an air motor in a series-connected circulation system configuration for compressed air flow.
제 2도에서는 제 1도의 단일장치 병렬구성으로는 압축공기를 충진하는데 소요되는 동력에 비해서 에어모터로 획득할 수 있는 동력이 10%이내밖에 활용하지못하는 결점을 개선하기 위하여 에어모터 직렬연결 순환장치로 설치하여 압축공기에너지 이용효율을 향상시킨 것이다.In FIG. 2, in order to improve the drawback that the single device parallel configuration of FIG. 1 utilizes less than 10% of the power that can be obtained by the air motor compared to the power required to fill the compressed air, the air motor series circulation circuit It is installed to improve the efficiency of compressed air energy use.
이때 에어모터 직렬연결 순환계통에서는 공기 누설이 전혀 없어야 하며 직렬로 연결된 에어모터를 통과하는 압축공기량이 제 1도에서 하나의 에어모터와 같은 양의 압축공기를 소모하게 되면 직렬로 연결된 8개의 에어모터(AM1 - AM8) 내부를 통과하는 압축공기가 흐르는 속도는 동일하기 때문에 에어모터가 구동되는 회전력도 거의 동일하다.At this time, there should be no air leakage in the air motor series connection circulation system. If the compressed air passing through the air motor connected in series consumes the same amount of compressed air as one air motor in FIG. 1, the 8 air motors connected in series (AM1-AM8) Since the compressed air flowing through the inside is the same, the rotational force that drives the air motor is almost the same.
이때 압축공기를 충진하고 있는 전기모터구동 압축기(EMC)의 용량은 하나의 에어모터가 소모하는 압축공기를 충당하면 되므로 공기 압축기에 입력되는 에너지는 적게 투입 되면서도 에어모터로 획득 할 수 있는 출력 에너지는 상대적으로 크게 활용 할 수 있는 것이다.At this time, the capacity of the electric motor drive compressor (EMC) filling the compressed air is to fill the compressed air consumed by one air motor, so the output energy that can be obtained by the air motor is reduced while the energy input to the air compressor is reduced. It can be used relatively largely.
제 3도는 직렬연결된 다수대의 유체기기 중에서 사용자의 필요에 따라서 운전/정지를 할 수 있도록 3방 밸브와 배관으로 구성된 설치 계통도 이며,3 is an installation system diagram consisting of three-way valves and pipes to run / stop according to the needs of users among a plurality of fluid equipment connected in series.
제 4도는에너지 효율이 높은 유체기기 직렬연결 순환장치를 실용화 시킨 전체적인 설치 계통도로서, 유체 흐름에 직렬로 연결된 유체기기의 일종인 에어모터(AM1 - AM6)중에서 다른 에어모터를 그대로 구동하면서 하나를 정지하고자 할 때 3방 밸브(3WV1 - 3WV6)로 압축공기를 에어모터로 보내거나 바이패스 하면서 운전 또는 정지를 선택 할 수 있도록 하여에너지 효율이 높은 유체기기 직렬연결 순환장치를 구성한 것이다.4 is a diagram showing the overall installation system utilizing the energy-efficient fluid equipment series connection circulation device . It is configured to send in compressed air to the air motor, or by-pass while driving or to select a stop to energy-efficient fluid devices connected in series circulator-way valve (3WV6 3WV1) when you want.
본 고안 장치는 전기모터에 비하여 크기가 작고 구조가 간단하면서도 많은장점을 가지고 있는 에어모터가 압축공기 에너지 이용효율이 낮아서 사용상에 제약을 받는 점을 극복하여 압축공기 에너지 이용효율을 높인 것이다.The device of the present invention improves the compressed air energy use efficiency by overcoming the limitations of the use of air motors, which are smaller in size, simpler in structure, and have many advantages compared to electric motors, because the compressed air energy use efficiency is low.
상기에서 설명된 바와 같이 기존의 압축공기 에너지 이용효율이 10% 이내로서 낮은 단일 에어모터의 병렬설치구성을 개선하여, 직렬연결 순환 장치로 구성하게 되면 적은 양의 압축공기를 소모하면서 다수대의 에어모터 회전력을 획득하여에너지효율이 높은 유체기기 직렬연결 순환장치가 제공된다.As described above, by improving the parallel installation configuration of a single air motor having a low efficiency of using the compressed air energy of less than 10%, and configuring a series-connected circulation device, a plurality of air motors are consumed while consuming a small amount of compressed air. By obtaining the rotational force, an energy efficient fluid equipment series connection circulator is provided.
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