KR20040099213A - 공기 싸이클 터보 냉각 냉동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 싸이클 터보 냉각 냉동 장치에 관한 것이다.

보다 더 상세히 설명하면 공기를 압축하여 발생한 압축열을 방열 냉각한 후 단열 팽창시켜 저온을 얻는 역 브레이튼 싸이클의 열펌프에 관한 것이다.

종래 기술은 터보 장치와 외부의 라디에이터 장치가 있고, 고 정밀기계로 제작곤란하며, 고가이며, 소형 가전제품화 불가능 등의 문제점이 있다.

본 발명은 문제점을 해소하여, 종래 기술과 달리 외부의 라디에이터가 없고, 하나의 터보 로터에 원심 형 압축기와 단열 처리된 원심 형 터빈과 압축공기 냉각장치가 함께 장치된 특징이 있고,

종래 기술과 달리 소형 가전제품 수준의 소량의 작동유체로 작동하는 압축기와 터빈의 간단한 구조와 특수한 장치와 작동 원리가 특징이다.

본 발명은 터보 로터의 내부에서 압축공기 생산과 압축열 냉각과 단열팽창이 일어나 차가워진 공기가 생산되어 공기조화 냉각 냉동용으로 사용하는 장치로 되어 있다.

본 발명의 효과는 생산비가 저렴하며 소형 가전제품으로 사용할 수 있고, 열효율이 크고 에너지 절약과 환경보호 효과가 크고 정제적 효과가 크다.

Description

공기 싸이클 터보 냉각 냉동 장치 {The air cycle Turbo cooler ＆ refrigerator devices}

본 발명은 공기 싸이클 터보 냉각 냉동 장치에 관한 것이며, 좀더 상세히 설명하면 공기를 압축하여 발생한 압축열을 방열 냉각한 후 단열 팽창시켜 저온을 얻는 역브레이튼 싸이클의 열펌프에 관한 것이다.

종래 기술의 공기 싸이클을 이용한 냉각 냉동 방식은 피스톤 기관을 사용하여, 20세기 초엽에 이미 식품의 저온 저장용으로 사용된 일이 있었지만, 그 이후 암모니아와 프레온 가스를 냉매로 하는 증기 식 싸이클에 밀려서 사라졌고, 현재까지의 유일한 사용 분야는 항공기 엔진의 압축기에서 빼어낸 압축공기를 팽창시켜 여객기 내부의 공기 조화용으로 쓰이는 것이다.

종래 기술이 다시 각광을 받게 된 것은 프레온 가스의 환경공해가 문제로 제기되면서부터 친환경적이라는 이유 때문이며, 이로 인해 1990년대에 normal air garrett사가 독일 ICE 2 고속열차의 공기공조에 적용 성공함으로써, 실용화해도 경제적 타산이 맞는다는 것을 발견하면서부터이고, 육류 및 생선의 수분을 보존하는 좋은 냉동법이라는 것을 발견한 때문이다.

종래 기술은 그 이후 유럽과 미국과 일본에서 연구 중에 있고, 국내의 경우 100-150 마력 급 냉동기를 개발 중에 있어, 에어베어링을 사용하고, 고속회전을 하는 모터의 회전축 양단에 장치된 원심압축기와 원심터빈이 있고, 압축공기 냉각 라디에이터 장치가 별도로 구성되어 있는 방식이다.

종래 기술의 작동 과정은 하나의 회전축에 장치된 원심 압축기와 원심 터빈이 있어, 고속 회전 전동기로 회전축을 구동하면, 원심압축기로 흡입된 공기는 압축기의 임펠러와 디퓨저를 거처 압축기 출구에서 기종에 따라 2기압 또는 4기압 정도의 압축비와 압축열을 가진 뜨거운 압축공기가 되고 있고, 뜨거워진 압축공기는 배관을 통하여 터보 동체 이외의 장소에 장치한 압축공기 냉각 라디에이터로 들어가서, 압축으로 발생한 열을 방열 냉각한 후, 배관을 통하여 다시 터보 장치의 원심터빈의 노즐로 들어가서 압축공기가 단열팽창을 하며, 압축공기의 동력을 전달한 후 차가워진 공기가 되어 냉각용 냉동용으로 사용되는 구성과 장치로 되어 있다.

종래 기술은 프레온 계통의 가스를 쓰지 않아 환경보호에 효과가 크고, 공기 자체를 냉각하므로 공기 중의 수분 손실이 없는 공기를 보급할 수 있어, 냉동육과 냉동생선의 수분감소와 중량감소와 품질감소와 경제적 손실을 가져오지 않고, 공기 자체를 냉각하므로 냉각속도가 빠르고, 정제성도 증명되었다는 등의 장점이 있다.

그럼에도 불구하고 종래 기술은 터보 냉각기계가 고도의 정밀 기계이며, 제작하기 어렵고, 가격이 고가라는 문제점이 있고, 대량의 공기의 작동 유체 량을 처리할 수 있어야 설계와 제작이 용이한 터보 장치의 특성상 원심 압축기와 원심터빈의 소형화가 곤란한 어려운 문제점이 있고, 제작 상 압축기와 터빈이 장치된 터보기계, 그리고 별도로 압축공기 냉각용 라디에이터와 연결 배관들이 펼요하다는 문제점이 있고, 냉각 용량이 작은 동력을 사용할 수 없어, 염가의 일반 가전제품으로 만들어 보급하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 종래의 기술의 문제점을 모두 해소하는 구성과 장치를 가지고 있다.

본 발명은 종래 기술이 터보 기계장치와 압축공기 냉각 라디에이터 장치, 두개의 별도의 장치가 배관으로 연결 되어 있는 것과는 달리, 본 발명은 라디에이터 장치와 연결 배관이 없이 오직 하나의 터보 로터 장치로만 되어 있는 특징이 있다.

본 발명이 하나의 로터 내부에 장치한 압축기와 터빈과 냉각 장치는 종래 기술과 완전히 다른 것으로, 종래 기술의 원심 형 압축기는 임펠러와 디퓨저 2개 부분으로 되어있고, 원심형 터빈은 터빈과 입구 노즐이 2개 부분으로 되어 있고, 라디에이터는 고정되어 있지만, 본 발명은 원심 압축기 디퓨저가 없고, 터빈의 입구노즐이 없고, 회전하는 냉각장치가 있다는 특징이 있다.

본 발명은 임펠러와 터빈의 회전부분의 간격과 같은 고 정밀 부속이 필요하지 않으며, 임펠러의 예선회 날개나 터빈의 배출구의 날개가 없어도 되는 기술이 있으므로 구조가 간단하며, 정밀 주조가 필요 없으며, 제작하기가 쉽고, 제작비용이 저렴하고, 제품의 가격이 저렴하다는 특징이 있어, 종래 기술의 고 정밀성 기계, 제작곤란, 높은 가격의 문제점을 모두 해소할 수 있다는 특징이 있다.

본 발명의 가장 큰 특징은 작동유체의 양을 소량으로 하고, 작동 유체의 흐름속도를 저속으로 하고, 작동 유체의 흐름을 미세 조정하는 기술과 장치를 가지고 있으므로, 소형으로도 제작할 수 있는 것으로서, 종래 기술이 작동 유체의 양을 소량으로 할 수 없고, 유체의 흐름 속도를 저속으로 할 수 없고, 작동유체의 흐름을 미세 조정할 수가 없어 소형화가 불가능하다는 문제점을 본 발명은 모두 해소하고 있다.

본 발명은 종래의 기술이 가전제품으로 사용할 수 없는 문제점을 해소하여, 일반 가전제품 수준의 저 용량의 냉각 냉장 냉동 기기와 작은 동력으로 작동할 수 있어, 염가의 가전제품의 공기조화 장치와 냉각기와 냉동기로 사용할 수 있다는 특징이 있다.

본 발명의 구조와 작동을 설명한다면, 모터에 회전축 또는 별도의 회전축에장치된 원반형 혹은 원통형의 알루미늄을 비롯한 금속재료로 만든 터보 로터 동체 내부에는 종래 기술과는 달리 예선회 날개가 없고, 디퓨저가 없는 원심압축기의 임펠러 부분이 장치되어 있고, 종래 기술과는 달리 터빈입구의 노즐이 없고, 배출기 날개가 없는 원심터빈이 있고, 그 사이에는 종래 기술의 유체 순환 라디에이터 형과는 다른 구조로 작동하는 회전하는 로터의 냉각장치가 있어, 압축공기가 냉각핀들의 사이를 지나가며 방열 냉각하게 되어 있고, 로터 내부에 쌓이는 먼지와 이물질을 배출하는 장치가 있고, 경우에 따라 로터에 장치할 수 있는 압축공기 분사노즐장치가 있다.

본 발명이 작동하는 것을 설명 한다면, 회전축에 가까운 위치에 장치된 공기 흡입구로부터 흡입된 따뜻한 공기는 원심압축기 임펠러를 통과하면서 가속되어 원심력으로 디퓨저가 있는 압축기의 절반 정도의 압축비로 압축되고, 압축열로 인해 높은 온도의 압축공기가 되고, 회전방향 속도의 관성을 얻어서 원심 압축기의 하단 원주 부분을 통과하게 된다.

높은 온도의 압축된 공기는 압축기와 연결되어 있는 압축공기 냉각장치의 핀들의 사이에 있는 유로를 통과 하면서 냉각되고, 압축공기 냉각장치는 압축열을 로터의 외부 방열 냉각핀들에 전달하여 공기와 회전 접촉하며 방열 냉각한다.

냉각된 압축공기는 회전방향 관성 에너지와 압축공기 에너지를 가지고 있어, 압축공기는 내부가 모두 단열처리 된 터빈의 원주 부분으로 들어가서 단열 팽창을 시작하며, 가지고 있던 회전방향 관성 에너지를 모두 터빈에 전달한 후 차가운 공기가 되어 배출구로 배출된다.

경우에 따라 장치할 수도 있는 냉각된 압축공기의 분사 노즐 장치가 있는 경우, 냉각된 압축공기는 노즐로 분사되어 분사하는 반동으로 회전력을 로터에 전달하고 차가운 공기가 배출된다.

배출된 차가운 공기는 공기조화용, 냉각용, 냉장고용, 냉동고용으로 사용 할 수 있다.

본 발명은 압축기와 압축공기 냉각 장치와 터빈과 경우에 따라 장치 할 수도 있는 분사노즐과 하나의 로터 속에 함께 장치되어 있어, 종래 기술보다 구조가 간단하고, 제작이 간단하고, 제작비용도 작고, 유체 역학적 효율도 높고, 열효율도 높고, 소형의 가전제품으로 만들 수도 있다는 특징이 있다.

도 1은 공기 싸이클 터보 냉각 냉동 장치의 구성 개념도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1: 구동모터 2: 회전축 3: 터보로터 4: 먼지와 이물질 배출장치 5: 압축열 냉각장치의 로터 외부의 방열 핀들 6: 경우에 따라 장치하는 압축공기 분사노즐 장치의 위치 7: 압축기 입구 또는 터빈 배출구를 장치하는 위치 8: 압축열 냉각장치의 로터 내부의 냉각핀들이 있는 유로 9: 로터 내부에 장치된 원심 압축기 임펠러 10: 압축기의 베인 11: 압축기의 공기 흡입구 12: 로터 내부에 장치된 원심 터빈 13: 터빈의 베인 블레이드 14: 터빈의 공기 배출구 15: 공기의 흐름 방향

본 발명의 구성은 회전축에 장치되어 모터에 의해 회전하는 원반형 또는 원통형의 알루미늄을 비롯한 금속의 재료로 만든 로터 장치와 로터 내부의 원심 압축기 장치와 압축공기 냉각장치와 원심 터빈장치와 내부에 쌓이는 먼지와 이물질을 제거하기 위한 배출 장치와 로터 외부의 냉각 핀 장치와 로터를 보호하는 하우징 장치와 따뜻한 공기와 차가운 공기와 압축공기의 압축열을 냉각하는 냉각용 공기 유통로들의 장치와 경우에 따라 로터에 장치할 수도 있는 분사노즐 장치와 경우에 따라 장치할 수 있는 히트펌프 장치로 되어 있다.

본 발명은 다양한 조건에 맞추어 장치할 수 있어, 그 구조의 배치와 형태는 다양하며, 다음과 같이 실시되는 것이 바람직하다.

본 발명의 터보 로터는 소형인 경우 구동력을 제공하는 모터의 회전축에 장치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 대형인 경우에는, 상기 소형의 터보 로터의 경우와 같이 모터의 회전축에 바로 장치하는 것이 바람직하지만, 터보 로터가 커야만 냉각 기능을 감당 할 수 있는 경우에는 별도의 회전축을 마련하고, 베어링 장치를 하고 연결 커넥터 혹은 벨트 혹은 기어 등을 사용하여 구동할 수도 있다.

본 발명의 터보 로터의 동체 형태에 있어, 소형의 경우 원반형이 바람직한 것은 원반의 회전축 방향 양면을 모두 냉각장치 기능으로 사용 할 수 있기 때문이며, 대형은 원통형이 바람직한 것은 작동 유체 량이 많으면 냉각면적도 따라서 커야 하기 때문에 원통형의 동체를 회전축 방향으로 길게 만들면, 필요한 냉각 면적을 확보할 수 있기 때문이다.

본 발명의 터보 로터는 조립식으로 만드는 데 그 형식은 동체를 파이프 형태로 만들어 양쪽에 뚜껑 형태를 만드는 것과 같은 방법과 또는 한쪽은 원통형 한쪽은 뚜껑 형식으로 만드는 방법 등 제작의 편리와 용도에 따라 다양하게 만들 수 있다.

따뜻한 공기와 차가운 공기가 같은 편에서 공급받고 같은 편으로 배출하는 경우는 로터의 동체에 압축기의 입구와 터빈의 출구가 같은 면에 장치되는 갓이 바람직하고, 따뜻한 공기와 찬 공기가 서로 다른 방향에 있는 경우는 로터의 서로 반대의 면에 압축기 입구와 터빈 출구를 장치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 로터 동체 내부에는 원심 압축기와 원심 터빈이 함께 장치되어 있어, 압축기와 터빈을 양면으로 서로 등지게 흡입구와 배출구를 배열하는 방법도 있고, 압축기와 터빈을 양편으로 분리 했지만 흡입구와 배출구를 같은 면에 장치할 수도 있다.

대형의 경우에는 압축기와 터빈을 원통형의 회전축 방향 양단에 장치하고 그 가운데를 냉각장치로 사용하는 것이 바람직하다.

종래 기술은 압축기 임펠러의 입구 부분에 공기 예선회 날개가 장치되어 있어, 정밀주조를 해야 되므로 제작비용이 많이 들게 된다. 그러나 본 발명은 공기 흡입구 부분의 베인을 후향 형으로 하면 예선회 안내 날개가 없어도 되므로 정밀주조가 필요없고 저렴한 제작비용으로 제작이 가능하다.

본 발명의 원심 압축기는 디퓨저 부분은 없이 임펠러 부분만 로터의 동체에 장치되어 있어, 동일한 규격과 회전수에서 디퓨저가 있는 원심 압축기보다 약 절반 정도의 압축비를 얻을 수 있다.

본 발명의 압축기는 직선 베인 형이 제작 상 간편하지만, 후향 베인 형이나 전향 베인 형을 사용할 수도 있고, 압축기 입구에 가까운 쪽은 예선회 날개가 없이 흡입하는 공기와의 각도를 적응하기 위해 베인을 조작하여, 후향 형으로 하다가 직선 형으로 베인의 형상이 바뀔 수도 있고, 또는 후향 형으로 하다가 전향 형으로 베인의 형상이 바뀔 수도 있다.

본 발명의 원심형 터빈은 입구 노즐이 없는 형태로 만들어졌고, 터빈의 주요 기능은 단열 팽창하며 통과하는 공기가 가진 회전방향의 관성 에너지를 회수하는 것이다.

터빈은 단열 팽창하는 압축공기에게 열을 전달하지 못하도록 터빈의 내부를모두 단열재로 처리하는 방법을 사용하는 것이 바람직하며, 터빈 자체를 단열재로 만드는 방법도 사용 할 수도 있지만, 터빈 자체를 단열재로 만들어 사용하면 터빈이 장치된 면을 냉각장치로 이용할 수 없게 된다.

단열재는 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 고속 회전시의 원심력과 응력에 견디는 재료라야 하며, 단열재를 성형하여서 터빈 내부에 부착, 접착 장치할 수도 있고, 간단하게 터빈 내부에 합성수지 에폭시 수지나 단열재 칠을 할 수도 있다.

원심터빈의 형태는 보통은 직선 형이 바람직하며, 압축공기가 가진 회전방향의 관성 에너지를 모두 회수하기 위해 터빈의 배출구 부분의 베인을 전향 형으로 하는 것이 바람직하며, 터빈 전체를 전향 베인 형으로 하려면, 압축기 전체도 전향 베인 형으로 해야 공기가 압축기에서 터빈으로 흐를 수 있게 된다.

배출구를 통과하는 공기의 회전방향 관성 에너지를 모두 회수하기 위해 터보 차져의 터빈처럼 배출구 날개를 장치할 수도 있지만 그렇게 되면 정밀 주조를 해야 되므로 제작비가 많이 들게 된다.

본 발명의 압축기와 터빈은 회전시 꼭 같이 원심 압축기의 임펠러로 작동하면서 서로 압력 균형을 이루고 있는 것이 특징이며, 압축기 쪽의 압력이 약간 높도록 되어있어 터빈 쪽으로 공기가 흐를 수 있게 되어 있다.

본 발명에는 압축공기가 가진 회전방향의 관성 에너지를 회수하는 터빈이 있지만, 경우에 따라 압축공기를 분사하여 압축공기가 가진 에너지를 회전력으로 바꾸는 방식도 사용할 수 있어, 압축공기 냉각 장치 부위를 통과한 압축공기가 회전 반대 방향을 향하여 분사 되도록 분사 노즐을 장치하여, 압축공기만이 고속으로 분사되어 회전동력을 얻는 방법이 있고, 먼지와 이물질 배출도 겸하여 압축공기가 고속으로 분사되어 회전 동력을 얻는 방법도 있다.

본 발명에는 간이 형으로 터빈이 없이 압축공기 분사 반동 에너지만으로 로터가 회전하는 방식이거나, 터빈과 분사장치가 같이 장치되어 회전력을 분담하는 방식으로 사용할 수도 있지만, 소형의 경우에는 분사할 공기의 작동 량이 부족하고, 대형의 경우도 공기의 분사된 에너지가 로터를 회전시키는 효율이 나쁘고, 분사하는 제트 소음이 크다는 문제점이 있어, 원심 터빈으로 회전력을 회수하는 것이 바람직하다.

본 발명의 압축공기를 냉각하는 장치는 로터의 내부를 통과하는 압축공기로부터 열을 전달 받는 장치가 있고, 회전하는 로터 동체의 표면이 외부 공기와 회전 접촉하며 냉각 할 수 있어, 터보 로터의 회전축방향의 압축기가 있는 면과 터빈이 있는 면과 로터 동체의 원주 외부 표면 전체를 냉각장치의 기능으로 사용할 수도 있고, 압축기가 있는 면과 동체의 표면만을 냉각장치의 기능으로 사용할 수도 있고, 동체 원주 표면만을 냉각장치의 기능으로 사용할 수도 있다.

압축공기가 형성되어 있는 로터의 원주의 표면 면적이 넓을수록 방열 냉각을 잘 할 수 있어 냉각장치를 위해 다양한 모양의 동체 원주 표면 형태가 가능하다.

본 발명의 아주 작은 소형은 로터 내부에 냉각용의 베인 형 핀들과 외부의 원환형 핀들이 장치되지 않아도 냉각면적이 확보되는 경우가 있지만, 대개의 경우 로터 내부의 베인 형 냉각핀들과 로터 외부의 원환 형의 냉각 핀들을 장치하는 것이 바람직하다.

냉각장치에는 원환 형의 핀이 아닌 다른 종류의 핀들도 장치가 가능하지만, 그렇게 되면 공기와의 마찰로 인하여 회전속도가 떨어지고 마찰열 때문에 냉각 효율이 떨어지게 된다.

본 발명의 로터 내부의 원주 부분이 압축기로부터 공기가 공급되는 부분과 냉각장치로부터 압축공기를 터빈으로 공급하는 부분은 공기가 마찰열을 일으키지 않도록 곡면으로 만드는 방법을 사용 할 수도 있다.

본 발명은 회전축의 부분에 공기 흡입구와 배출구가 있어서, 고속 회전하는 로터 동체 내부에 공기와 함께 들어간 먼지와 이물질들이 원심력에 의하여 내부에 축적되므로, 먼지와 이물질을 제거하기 위한 수동 또는 자동 배출 장치가 있다.

본 발명은 터빈 외부에 장치된 방지 필터를 통과한 미세한 먼지들이 터빈 내부로 들어가서 쌓이는 것을 방지하기 위해, 터빈의 원심 방향 끝부분에 이물질이 압축열 냉각 장치로 넘지 못하도록 턱을 만들고, 원주를 회전 방향으로 양분하거나 4 등분 등으로 회전 밸런스를 고려한 등분을 하여 원심부분으로 가장 깊게 파인 먼지 수집 부위를 설치하고, 수동 또는 자동 배출 밸브를 장치하고 있어, 자동밸브는 로터가 처음 회전을 시작 할 때는 스프링의 장력에 의해 밸브가 열려 있어, 압축되는 공기가 배기되면서 먼지와 이물질이 함께 배출이 되지만 회전속도가 빨라지면 배출 밸브가 원심력에 의하여 스프링의 장력을 이기고 닫혀서 밀폐되어 정상적으로 압축공기가 생산되고, 회전을 정지 시킬때 회전력이 감소되면 스프링의 장력에 의해 배출 밸브가 열리고 공기와 쌓여 있던 먼지와 이물질들이 함께 자동 배출되는 기능을 가지고 있다.

본 발명이 공기를 흡입하고 배출하는 작동 과정을 설명한다면, 전동기에 의해 로터가 고속 회전하면 로터 내부의 원심 압축기와 원심 터빈은 동시에 함께 원심 압축기의 임펠러와 같은 기능으로 작동하여 압축공기를 압축하기 시작하지만, 원심 압축기의 입구 원주가 회전축 쪽으로 가깝게 장치되고, 원심 터빈 배출구의 원주는 회전축에서 보다 멀게 장치하면 공기는 배출구 공기의 압력이 더 높아서 배출구 쪽으로 빠져나가고 흡입구에서는 공기를 흡입을 하게 된다.

이외에도 만일 압축기는 전향 형 베인이고. 터빈은 직선 형 베인이라면 압축기의 압력이 보다 크므로 압축기 쪽에서 터빈 쪽으로 공기가 흐르게 되며,

또는 원심 압축기 입구의 예선회 날개가 있는 경우 프로펠러 식으로 조금 더 공기를 흡인하는 힘이 강하게 되어 있으면 공기는 원심 압축기 쪽으로 들어가서 터빈 쪽으로 배출하게 되며.

또는 내부의 작동유체에 작용하는 압축기와 터빈의 힘이 평형을 이룬다면 외부에서 팬에 의하여 공기를 불어 넣으면 공기가 들어간 쪽이 압축기가 되고, 공기가 흘러서 나오는 쪽이 터빈이 될 수도 있다.

본 발명은 터빈의 배출구 외부의 차가운 공기 유로에 밸브를 장치하고 있어 밸브의 개방을 작게 하면 소량의 온도가 낮은 차가운 공기가 배출되고, 밸브의 개방을 많이 하면 대량의 온도가 높은 차가운 공기를 배출하게 된다.

본 발명의 압축기는 로터의 회전수가 빨라지면 임펠러의 베인에 의해 가속되어 회전력을 얻고 원심력에 의해 압축이 시작되고, 압축기 하단의 먼지 포집 턱을 넘어 임펠러 팁에서 최고의 회전방향 속도와 원심력을 얻어 압축공기가 된다.

압축된 공기는 압축열로 인해 높은 온도이며, 원주 부분에 있는 냉각장치가 있는 부위를 통과하게 되고, 대형의 경우에는 공기의 유량이 많으므로, 냉각 장치가 있는 부위는 로터의 내부와 외부에 냉각핀들이 장치되어 있어, 로터 내부에 회전축방향으로 길게 장치된 베인 형의 냉각핀들이 다수 있고, 압축된 공기의 열을 전달 받아 냉각시키고, 터빈 로터의 동체를 통과한 열은 터빈 로터의 외부에 원주를 따라 다수 장치된 도우너트 형의 원환 형 냉각핀들에 의해 회전하면서 접촉하는 외부 공기에 의해 냉각된다.

본 발명의 냉각장치는 고속으로 회전하며 내부의 작동유량보다 로터 외부의 더 많은 외부공기와 접촉할 수 있으므로 냉각이 신속하게 이루어지는 특징이 있다.

본 발명은 새로운 외부공기를 계속 순환시키며 로터와 압축공기를 냉각하는 방식이 바람직하지만, 실내의 공조용으로 사용하는 경우 실내공기를 순환시켜 압축공기 열을 냉각하면 실내온도가 올라가게 되며, 실외공기를 순환 시킬 수도 없으므로, 그런 경우에는 로터의 하우징 내에 밀폐된 공기가 순환하며 냉각하고 공기가 전달 받은 열을 히트파이프에 전달하여 히트파이프가 외부로 열을 보내어 냉각하는 방법을 사용할수 있다.

냉각 장치를 통과하여 냉각된 압축공기는 회전방향 관성을 가지고 원심 터빈으로 들어간다.

본 발명의 내부가 단열 처리된 원심터빈은 터빈입구 노즐이 없으며, 원심 터빈 내부는 모두 단열 처리 되어 있으므로, 공기는 단열 팽창을 하며 온도가 내려가기 시작하고, 가지고 있는 회전방향 관성 에너지를 터빈에 전달하면서 출구 쪽으로가며 차가워지고, 회전력을 모두 전달한 공기는 완전 팽창된 상태에서 완전히 차가운 공기로 배출된다.

본 발명에 경우에 따라 장치할 수 있는 압축공기 분사노즐이 있어, 냉각장치를 통과하여 냉각된 압축공기가 분사노즐을 통해 고속으로 분사되어 단열 팽창하여 회전력을 전달하고 차가운 공기가 되어 배출되었어도, 차가워진 공기는 역시 터빈을 통과한 차가워진 공기의 경우와 같이 공기조화용으로 사용할 수도 있고, 냉각용으로 혹은 냉동용으로 사용할 수 있게 된다.

본 발명은 회전하는 로터의 주위에 하우징을 만들어 외부로부터 로터를 보호하고 회전 작동 소음을 방지하고, 로터가 파손 될 때 파편이 밖으로 튀어 나가지 않도록 안전장치가 되며, 로터를 구동하는 모터의 마운트가 될 수도 있고, 로터의 회전축을 지지하는 베어링 마운트가 될 수도 있고, 따뜻한 공기의 흡입구와 차가운 공기의 배기구와 압축공기 열을 냉각하는 공기의 출입구 장치들을 할 수 있고, 경우에 따라 선택적으로 장치하는 히트파이프의 마운트가 될 수도 있다.

본 발명의 구성은 종래 기술과 달리 하나의 터보 로터로서 구성되어 있으며, 소형가전제품 수준의 작은 작동 유체량을 정밀한 수준으로 조절할 수 있는 구조와 장치로 되어 있고, 정밀 주조가 필요 없이 저렴하게 제작할 수 있는 간단한 구조와 장치를 특징으로 하고 있다.

본 발명은 공기 싸이클 작용에 의한 터보 냉각기와 터보 냉동기를 저렴하고 간단하게 생산할 수 있으며, 에어컨과 냉장고 냉동고용으로 사용할 수 있고, 열효율이 높기 때문에, 에너지 절약과 환경보호 효과가 크고 경제적 효과가 크다.

Claims (4)

1. 공기 싸이클로 작동하는 터보 로터 냉각기와 냉동기의 구성과 장치가 있어, 하우징 내부에 모터에 의해 구동되는 금속 재료로 만든 터보 로터가 있고, 터보 로터의 내부에 디퓨저가 없는 원심 형 압축기 임펠러 장치가 있고, 터보 로터의 내부에 터빈 입구 노즐이 없고 내부를 단열처리한 원심 형 터빈 장치가 있고, 터보 로터의 내부에 압축공기 냉각장치가 압축공기의 압축열을 전달받아 로터의 동체 외부로 전달하여 회전 접촉하는 공기로 냉각하고 있고, 터보 로터 내부에 축적되는 먼지와 이물질을 배출하는 장치가 있고, 로터의 내외부에 압축기 입구로부터 터빈 출구로 공기를 흐르게 하는 장치가 있어, 로터 내부로 공기가 들어가서 압축기에서 압축되어, 압축공기가 가진 압축열을 냉각장치를 통과하며 냉각한 후, 냉각된 압축공기가 가지고 있는 에너지를 터빈에 전달하고 단열 팽창하여 차가워지고 있고, 단열팽창 되어 차가워진 공기를 공기조화, 냉각, 냉장, 냉동 용도로 사용하는 것이 특징인 구성과 장치.
2. 제 1항에 있어서, 로터의 내부와 외부에 압축공기 냉각 효율을 높이기 위해 냉각핀들을 장치하는 것
3. 제 1항에 있어서 경우에 따라 로터에 압축공기 분사노즐을 장치하는 것,
4. 제 1항에 있어서 경우에 따라 하우징 내부에 히트파이프를 장치하는 것,