KR20040056871A - 볼텍스튜브 냉방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉방시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열을 이용하여 유기 열매체를 가열하여 압력에너지를 얻고 이를 볼텍스튜브에 공급하여 에너지분리를 유발하여 냉열을 얻는 태양열을 열원으로 하는 볼텍스튜브 냉방시스템에 관한 것이다.

Description

볼텍스튜브 냉방시스템{Vortex tube solar cooler}

본 발명은 냉방시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열을 이용하여 유기 열매체를 가열하여 압력에너지를 얻고 이를 볼텍스튜브에 공급하여 에너지분리를 유발하여 냉열을 얻는 태양열을 열원으로 하는 볼텍스튜브 냉방시스템에 관한것이다.

일반적으로, 현재 상용화되어 있는 거의 모든 냉각장치는 히트펌프의 원리에 의한 증기압축 사이클방식이거나 흡수식 냉동 사이클방식이다. 이러한 기존 냉각 방식에서는 사이클의 구동을 위하여 축동력 또는 열에너지가 소요되며, 이러한 에너지는 주로 화석연료의 연소를 통하여 얻어지고 있고, 따라서 냉방환경을 얻기 위해서는 에너지비용의 부담은 물론, 지구온난화 가스배출 등의 환경문제를 감수하여야 한다.

최근, 생활수준의 향상에 따라 냉방수요는 증가되고 있는 반면에 환경오염 문제는 점차 심화되고 있는 실정이므로, 이러한 냉방 기술분야에 있어서도 공해가 없는 청정에너지의 사용이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 사항을 감안하여 창안된 것으로서, 청정에너지인 태양열을 이용하여 건물 등에 대하여 냉방환경을 제공할 수 있는 냉방시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 냉방비용을 저감하는 한편, 기존 냉방장치에서 에너지원으로 필요한 화석연료를 사용하지 않도록 하여 환경오염을 저감할 수 있는 냉방시스템을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 볼텍스튜브 냉방시스템의 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 하부헤드 2 : 증발관

3 : 태양 복사열 4 : 증기드럼

5 : 증기관 6 : 볼텍스튜브(vortex tube)

7 : 저온증기 8 : 공기냉각기

9 : 냉각공기 10 : 응축기

11 : 냉각수 12 : 응축액

13 : 고온증기 14 : 증기 냉각기

15 : 작동유체 16 : 급액펌프

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 볼텍스튜브 냉방시스템은, 급액펌프(16)에 의해 작동유체(15)가 증발관(2)으로 유입되어 태양 복사열(3)에 의해가열, 증발되고, 발생된 증기는 증기드럼(4)에 모여진 후, 증기관(5)을 통해 볼텍스튜브(6)로 공급되어 에너지분리에 의해 저온증기(7)와 고온증기(13)로 구분되어 각각 양단에서 배출되며, 상기 저온증기(7)는 공기냉각기(8)에 공급되어 공기와 열교환을 통해 냉방용 냉각공기(9)가 얻어지도록 한 후, 응축기(10)에서 응축액(12)으로 액화되어 증기냉각기(14)를 통과하여 상기 급액펌프(16)에 의해 상기 증발관(2)으로 재공급되는 한편, 상기 볼텍스튜브(6)에서 배출된 상기 고온증기(13)는 상기 증기냉각기(14)에서 상대적으로 저온인 상기 응축액(12)과 열교환되어 온도강하된 다음, 상기 응축기(10)의 입구에서 상기 공기냉각기(8)의 출구로부터의 상기 저온증기(7)와 혼합되어 상기 응축기(10)에서 액화되게 되는 폐회로의 냉동사이클을 이루는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

종래의 압축식 냉동 사이클 방식은 작동유체 증기의 압축, 액화, 감압 및 팽창 그리고 증발과정으로 구성되고, 대부분의 에너지가 증기의 압축을 위해 필요된다.

본 발명에서는 이러한 압축과정에서 요구되는 에너지를 태양열로 대체 이용한다.

도 1은 본 발명에 따른 볼텍스튜브 냉방시스템의 구성도이다.

도면을 참조하면, 액체상태의 작동유체(15)가 급액펌프(16)에 의하여 증발관(2)으로 유입되면, 태양 복사열(3)에 의해 가열되어 증발되고, 발생된 증기는 증기드럼(4)에 모여진다.

여기서, 증기드럼(4)의 압력은 증발관(2) 내부의 온도와 작동유체(15)의 열물리학적 특성치 및 증기유량에 의해 결정되며, 후술하는 볼텍스튜브(vortex tube)(6)에서 충분한 에너지분리 효과를 얻기 위해서는 5~10기압 정도가 되어야 한다.

상기와 같은 압력의 증기를 증기관(5)을 통해 볼텍스튜브(6)에 공급하면, 내부에서 에너지분리 현상이 발생하여 저온의 증기(7)와 고온의 증기(13)로 구분되어 각각 양단에서 배출된다.

저온증기(7)의 온도는 증기드럼(4)에서의 압력과 온도, 저온증기(7) 유량과 고온증기(13) 유량의 비율 및 후술하는 응축기(10)에서의 압력 등에 따라 결정되며, 공기냉각기(8) 표면에 대한 결빙을 방지하기 위해서는 0℃ 수준이 되는 것이 적절하며, 이를 위해 상기의 온도에 미치는 제반인자들이 조절되어야 한다.

저온증기(7)는 공기냉각기(8)를 통과하면서 냉방에 필요한 냉각공기(9)가 얻어질 수 있도록 한 다음, 냉각수(11)를 이용하는 응축기(10)에서 액화됨으로서 볼텍스튜브(6)의 작동이 이루어질 수 있는 저압부를 형성하게 된다.

이어서, 작동유체(15)의 응축액(12)은 급액펌프(6)에 의해 가압되어 증발관(2)으로 재공급됨으로서 폐회로를 이루게 되며, 이로써 증기의 압축이 태양 복사열(3)에 의하여 직접적으로 이루어지는 냉동사이클이 형성되는 것이다.

한편, 볼텍스튜브(6)의 일단에서 배출된 고온증기(13)는 증기냉각기(14)에서 상대적으로 저온인 응축액(12)과 열교환되어 온도강하가 이루어진 후, 응축기(10) 입구에서 공기냉각기(8) 출구의 저온증기(7)와 혼합된 다음, 응축기(10)에서 액화과정을 거치게 된다.

여기서, 응축기(10) 내부가 볼텍스튜브(6)의 작동이 가능한 저압부로 작용하기 위해서는 저온증기(7)의 열용량이 고온증기(13)의 열용량보다 많아지도록 저온증기(7) 유량과 고온증기(13) 유량의 비율이 조절되어야 한다. 일 예로, 저온증기(7)와 고온증기(13)의 비율이 열량 기준으로 60%와 40%이면, 20%의 저온증기(7) 열량이 냉각공기(9)에 전달되어지게 되며, 나머지 저온증기(7)의 냉열량과 고온증기(13)의 열량은 응축기(10)에 유입되기 전에 상쇄되어진다. 따라서, 응축기(10) 내부는 냉각수(11)의 온도에 해당되는 작동유체(15)의 증기압으로 유지될 수 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 냉열을 얻기 위해 증기압축기가 필요되지 않아 기계적인 장치를 줄일 수 있어 설비비가 저감될 뿐만 아니라 청청에너지인 태양 복사열을 열원으로 이용하기 때문에 환경보존과 저렴한 운전비용 등의 유리한 효과가 달성되게 된다.

Claims (1)

1. 급액펌프(16)에 의해 작동유체(15)가 증발관(2)으로 유입되어 태양 복사열(3)에 의해 가열, 증발되고, 발생된 증기는 증기드럼(4)에 모여진 후, 증기관(5)을 통해 볼텍스튜브(6)로 공급되어 에너지분리에 의해 저온증기(7)와 고온증기(13)로 구분되어 각각 양단에서 배출되며, 상기 저온증기(7)는 공기냉각기(8)에 공급되어 공기와 열교환을 통해 냉방용 냉각공기(9)가 얻어지도록 한 후, 응축기(10)에서 응축액(12)으로 액화되어 증기냉각기(14)를 통과하여 상기 급액펌프(16)에 의해 상기 증발관(2)으로 재공급되는 한편, 상기 볼텍스튜브(6)에서 배출된 상기 고온증기(13)는 상기 증기냉각기(14)에서 상대적으로 저온인 상기 응축액(12)과 열교환되어 온도강하된 다음, 상기 응축기(10)의 입구에서 상기 공기냉각기(8)의 출구로부터의 상기 저온증기(7)와 혼합되어 상기 응축기(10)에서 액화되게 되는 폐회로의 냉동사이클을 이루는 것을 특징으로 하는 볼텍스튜브 냉각시스템.