KR200436152Y1 - 온도 조절용 에어펌프 - Google Patents

Abstract

본 고안은 수조 내의 산소 공급 장치인 온도 조절용 에어펌프에 관한 것으로써 펄티 효과의 열전 소자를 이용해 온도 조절용 에어펌프를 개발 제공함으로써 에어펌프에서 나오는 압력 공기로 수조의 물을 냉각 또는 가열함으로 수족관 등 수조의 물의 온도와 산소공급을 동시에 조절하는 장비임.

에어펌프, 산소공급기, 냉난방기, 수족관 에어펌프

Description

온도 조절용 에어펌프{Air Pump for the control temperature}

[도1] 은 온도 조절용 에어펌프 시스템구성도

[도2] 는 온도 조절용 에어펌프 제품 구성도

[도3] 은 에어펌프 열전 반도체 열교환기 단면도

[도4] 는 에어펌프 열전 반도체 열교환기 사시도

[도5] 는 에어펌프 열전 반도체 열교환기 측면도

[도6] 은 에어펌프 열전 반도체 열교환기 나선형의 사시도

[도7] 은 에어펌프 이중 열전 반도체 열교환기 사시도

[도8] 은 [도1]의 응축수 배출 시스템(8)의 단면도

[도9] 는 온도조절용 에어펌프를 수조(수족관)에 사용한 예

[도10] 은 에어밸트의 단면도

[도11] 은 종래 기술의 예

[도12] 은 온도조절용 에어펌프와 에어밸트를 연결한 개별 사용의 예

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1 : 향균 에어 필터 2 : 공기 이동 통로

3 : 소독 및 청소용약품 투입구 4 : 에어펌프

5, 5-1 : 방열판 6, 6-1 : 열전반도체

7, 7-1 : 흡열부 8 : 응축수배출시스템

9 : 온도 제어용 센서 10 : 접속구(Air Conection)

10-1 : 분리용 공급관 10-2 : 버클-고정장치

11 : 전열판 12 : 흡열부 전열 매체

13, 13-1 : 발열부

14 : 열전 반도체 열교환기 공기 이동 통로

14-1 : 에어 펌프 출구 공기이동통로 구경 표기

14-2 : 열전 반도체 열교환기 공기 이동 통로 구경 표기

15 : 휀(FAN) 16 : 외부센서(H.T.C)-과열센서

17 : 내부센서(C.T.C) 18 : 플랙시블(진동방지용배관)

18-1 : 공급관

19 : 진동방지시스템 20 : 공기 입구 통로

21 : 공기 출구통로 22 : 커버(Cover)

23 : 열교환기 공기이동통로 31 : 에어밸트

32 : 에어밸트의 에어 분출구 33 : 기포

34 : 수조(수족관) 35 : 에어분사기

81 : 볼(Ball) 82 : 밸브

83 : 밸브시트 84 : 응축수

85 : 응축수 배출구 86 : 제어부

100 : 수배관 101 : 수펌프

103 : 열교환기 냉각장치 104 : 팽창변

105 : 응축기 106 : 콤프레샤

107 : 4방밸브 200 : 냉동장치

201 : 수배관설비

에어펌프의 역할은 공기를 흡입하여 압력을 증대 및 순환하는 부품으로써 수족관의 산소공급장치로 사용되기도 한다. 예를 들어 수족관에서 대기중의 공기를 수족관에 투입하면 대기의 온도와 수족관의 온도가 비례적으로 상승되는 요인이 되고 수족관의 특성상 열전도성이 비교적 좋아 실내 온도가 수족관 온도의 영향을 주어 왔다. 지금까지 이를 방지하기 위해 [도11] 수족관에 수배관(100)을 설비하고 냉동장치(200)를 설치하고 펌프(101)로 물을 순환시켜 온도를 맞추어 왔다. 간단히 설명하면 수조(34)의 온도를 맞추기 위해서 열교환기 냉각장치(103)에서 흡열이 일어나는데 과정은 콤프레샤(106)에서 압축운동을 하여 고온고압의 가스상태로 응축기(105)에서 열교환이 일어나 열을 방출하면 가스(GAS)가 액상태로 되는데 이 액이 압력의 힘으로 팽창변(Expansion)을 지나면서 냉동목적을 달성한다. 차가운 가스(GAS)가 열교환기 냉각장치(103)으로 지나면서 수펌프(101)에 의해서 순환되는 물과 열교환이 되어 순환 물의 온도가 내려가 수조 온도를 맞춘다. 역으로 온도를 올리는데 4방밸브(107)를 이용하여 역사이클 운전이 되면서 증발기에서 발열이 나는 시스템이다. 이와 같이 수족관에 온도를 맞추기 위해서 수배관설비(201)와 냉동장치(200)가 필요해 왔다.

상기에 의해 제시된 것을 [도9]와 같이 에어펌프로 산소 공급과 물의 온도를 조절하는 한 시스템으로 하여 제공되는 것이며 여기에 맞는 열전 반도체로 열교환기 설계와 내부 세균억제, 밀봉 압력에서 응축수 배출 제어 등의 문제가 해결 된다.

본 고안은 대기에서 흡입된 공기의 압력을 증대하여 필요한 공기 온도를 만들어 내보내는 기계로서 상기에 제시된 수조[도11]의(34) 온도조건을 맞추기 위해 수배관(100)과 펌프(102) 냉동장치(200)가 필요 없이 온도 조절용 에어펌프 하나로 수조의 기포에 의해 수조[도9]의(34)의 물의 온도를 냉각 가열 하여 온도를 유지하는 것으로서 시스템이다. 내부 오염물질 유입을 방지하기 위한 에어필터링시스템과 열전반도체가 부착된 에어펌프와 응축수 배출 시스템과 제어부로 구성된다.

[도1]의 14번 내부에 공기의 흐름으로 인해 먼지 등으로 오염되면 효율이 저하될 수 있으므로 향균에어필터(1) 과 같이 장착하여 들어오는 먼지와 세균을 사전에 제거하도록 하였으며 에어펌프(4), 열전반도체가 장착된 부분의 열교환기 공기 이동 통로(14) 등의 내부를 오염으로부터 보호하도록 하고 있다. 에어펌프에서 나오는 공기로 수조의 온도를 조절하므로 대기오염이 수조의 오염을 일으킨다. 이를 방지하기 위해 대기의 오염물질을 필터링 하기 위해 향균필터를 사용하였다. 이 향균필터를 사용함으로서 세균증식을 억제 하는 것도 장점이다. 예를 들면 은나노(Nano Silver) 효능으로 강력 살균 기능, 향균효과, 방취기능, 제전기능을 들 수 있다.

열전 반도체가 결합된 에어펌프의 특징은 에어펌프의 진동이 열교환기 쪽으로 전달되는 것을 방지하기 위해 에어펌프와 열교환기에 공급관(18, 18-1)을 이용하여 조립된 제품이 제공된다.

에어펌프는 공기를 순환과 공기압력을 증대하는 장치로써 압축부와 열교환부로 나누어진다. 압축부는 공기를 압축하는 과정이 왕복운동 또는 회전운동으로 공기를 순환시키므로 진동과 소음이 발생된다. 이 발생된 진동이 열전반도체의 열교환기에 전달되면 열교환기의 내구성이 떨어지므로 진동이 전달되지 않도록 시스템화 하였다. 그림에 도시된 바와 같이 에어펌프와 열교환기 사이에 공간을 두고 공급관(18-1)을 신설하여 플랙시블(18)의 신축이음을 설치하여 진동을 최소화하였다.

그리고 주파수(Hz) 변환과 직류전압변압에 용량 조절 할 수 있는 각자 동력부가 제공된다. 이렇게 함으로서 용량제어에 따른 소비전력의 감소와 지속적인 온도 유지를 가져올 수 있다.

(주파수(Hz) 증감에 따른 동력부 속도 가감과 DC 동력 사용시 직류 사용시 전압조정으로 동력부 속도 가감함으로서 공기(Air) 용량이 변하도록 하였다.)

공기의 공급량을 제어할 수 있도록 설정 공기량에 따라 4~20mmA 또는 0~10V의 전기 신호를 받아 주파수 또는 전류를 조절 하는 시스템을 제공하도록 하여 에어펌프 동력의 제어로 요구되는 일정공기량이 나가도록 하였다.(PID 제어)

에어펌프 하부에 진동을 방지할 수 있는 방진시스템(19)을 제공한다. 에어펌프의 무게를 고려해서 스프링과 방진고무로 고정하는 방진시스템을 적용하였고 플랙시블(18)에 의해 에어펌프의 진동이 열교환기 쪽으로 전달되는 것을 최소화 하였다. 소음은 외부 케이싱에 난연성 흡음재를 사용하여 소음을 감소시켜 정숙한 운전이 되도록 하였다. 에어펌프는 향균필터 이후(뒤에) 설치하여 먼지로부터 오염을 방지하도록 하였다.

열전 반도체(N,P Type) 직류전기를 인가해 주면 한쪽 흡열과 반대편에서 발열이 일어나는데 이러한 현상의 펄티 효과를 이용한 것으로 공기 이동통로(14)를 중심으로 열전반도체를 이용하여 가열 및 냉각이 이루어지도록 하는 것으로 공기 이동통로가 ㄹ 형 열교환기를 제공한다.

에어펌프 압력 증대 장치에서 넘어온 공기량이 리턴공기 없이 외기 전부 100%가 흡입하여 압력을 형성된 공기 흐름이 빠른 공기를 냉각 및 가열의 열교환 하려면 압력 증대 장치에서 나오는 공기 배관 구경(14-1)에 비해 [도1] 열전 반도체 열교환기(14)에서 이동되는 공기의 면 풍속이 작도록 하기 위해 열교환기 구경(14-2)을 크게하여 열교환기(14) 내에 공기 속도를 줄여 전열 면적과(11) 이동 공기 속도의 접촉시간을 크도록 하여 전열 효율을 증대 하였으며 [도3]에서와 같이 전열판(11)에 의해 에어흐름을 흡열부(7, 7-1) 전체에 골고루 접촉되도록 유도하였고 전열판(11)의 굴곡부를 많이 주어 전열판(11)과 이동 공기의 접촉을 크게하여 효율을 크도록 한 것이 특징이다. (감겨있는 긴 호스에서 소음 감소효과가 있듯이 공기의 이동거리를 ㄹ 형 또는 나선형[도6] 길게 줌으로서[도7] 공기와 전열판(전열매체)의 접촉 효율이 좋아지고 소음의 감소효과도 볼 수 있도록 하였다).

발열부는 발열부(13, 13-1)에 방열판(5,5-1)을 부착하여 휀(FAN)(15)이 작동하여 열을 방출하도록 하는데 흡열부와(7,7-1)의 온도와 발열부(13, 13-1) 온도차가 70℃ 이하가 되도록 하여 흡열부의 냉동 목적을 달성하도록 하였고 설정값(목표값) 공급온도에 의해 전압에 따라 흡열량과 발열량이 제어되도록 하는 것을 제공하는 것이 특징이다.

14의 공간에 흡열부 냉각 열교환 시 흡입하는 외기의 공기와 흡열부의 온도 차이로 결로 현상이 발생되면 배출되는 응축수에 의해 여러가지 악영향을 끼친다. 응축수는 공기와 충돌하여 미세먼지와 세균 등이 응결수에 함유됨으로 수조에 들어가는 것을 방지하기 위해 응축수배수시스템(8)을 이용하여 밖으로 배출하는 것을 특징으로 한다. 응축수처리과정은 [도3]에 도시된 것처럼 공기와 응축수가 같이 밖으로 에어 힘으로 밀려나와 응축수배출시스템(8)에 의해서 응축수는 밖으로 배출 되도록 하였다. 내부 높은 압력에서 응축수 배출은 공기보다 물의 비중이 큰 특징을 이용하여 다음과 같이 작동하도록 하였다. 응축수배출시스템[도8]의 도시된 바와 같이 응축수(84)가 일정 높이에 오르면 볼(Ball)(81)의 부력으로 밸브(82)가 열려 배출구(85)로 배출되고 응축수가 빠지면 볼(Ball)(81)의 부력이 낮아 밸브(82)가 닫힌다.(공기 압력이 아무리 높아도 동일 용기 내에 물의 부력이 크기 때문에 열림)

보온은 생략

흡열부(7,7-1)에서 콘트롤 제어에서 극성이 바뀌면 발열부(13, 13-1)로 변환되어 난방이 이뤄지도록 되는 특징을 이용하여 냉난방 컨트롤의 온도제어용센서(9)의 신호를 받아 제어하게 되므로 냉방 또는 난방이 수동/자동으로 전환하도록 되어 있다.

온도제어용센서(9)의 신호를 받아 흡열부의 열량이 조절되도록 되어 있다. 온도제어용센서(9)의 전기 신호는 토출되는 공기의 온도를 알리는 신호이며 이 신호에 의해 비례제어시스템(PID)으로 요구되는 흡열 또는 난방 시 발열을 단계제어로 필요한 양만큼 발산하게 된다. 그러므로 정밀온도 제어를 할 수 있다.

공기의 온도를 센서에 응축수가 다량 묻어 있으면 동작 신호가 늦어지고 이러므로 온도 편차가 크므로 정확한 온도제어를 위해 응축수배출구 이후에 센서를 부착하여 응축수로 인해 온도 제어에 문제가 없도록 하는 것이 특징이다.

공급되는 온도를 (디지털로 감시할 수 있으며) 풍량(공기량)과 온도를 개별 조절 장치로 원하는 풍량과 온도를 조절하므로 소비전력의 감소효과 있도록 하였다.

외부센서(16)를 감지하여 방열부 일정 온도가 이상이 되면 열전반도체의 소손을 막기 위해 알람(Er)발생과 함께 운전이 정지되도록 제어하고 있다.

내부센서(17) 온도 난방시 흡열이 발열로 변환되며 여기에 내부센서(17)에 의해 일정온도가 넘어가면 열전반도체의 소손을 막기 위해 알람(Er)발생과 기계가 정지되도록 하고 있다.

본체, 호스 류의 분해 조립이 용이하도록 공기접속구(Air Connection)(10)과 분리용 공급관(10-1)이 분해가 쉽도록 공기접속구(Air Connection) 링(10)을 밀어서 호스를 끼우고 링(10)을 밀어서 호스를 분리하도록 하였다.

[도12]의 에어밸트(31)는 인체에 착용하여 에어밸트(31)에 있는 분출구(32)로 일정 온도의 공기가 공급되므로 개별 사용 시 넓은 공간에서 적은 소비전력으로 개인의 개별 냉난방을 하는 시스템이다. 소독 및 청소용약품 투입구(3)는 바이러스 증식 억제 및 제거용 약품 투입구로 오존 등 필요한 다른 약품을 투입하도록 접속구(Connection)으로 연결되어 있음.

에어펌프에 온도 조절 기능이 있어 에어펌프에서 나오는 공기로 온도 조절이 가능하여 수조에 산소 공급과 물의 일정 온도를 유지할 수 있다.

수족관의 냉각 또는 난방 장치가 별도 필요 하지 않음.

인체에 호스로 인한 개별 냉난방기기 사용의 예[도12]

넓은 평수에 몇 사람의 개별 냉·난방으로 전력비가 감소 됨.

야외에서도 호스 등으로 공급 받는 개별 냉·난방이 정확히 이루어짐.

등산 낚시 등으로 개인 냉·난방기 등으로 유용함.

시험장치에 국부 냉·난방을 유지할 수 있음.

국부 냉·난방이 가능함.

파이프, 호스로 송기함으로 설비가 적게 들어감.

장비의 무게가 적게 나가 운반이 용이함.

Claims (4)

1. 열전 반도체 열교환기를 이용한 온도 조절용 에어펌프
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