KR20120131403A - 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템 - Google Patents

볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 압축공기를 공급하는 공기압축기, 공기압축기로부터 공급되는 압축공기를 저온의 공기와 고온의 공기로 분리하여, 저온의 공기는 저온공기 유출구로 유출하고, 고온의 공기는 고온공기 유출구로 각각 유출하는 볼텍스 튜브, 저온공기 유출구와 연결되어 저온공기를 공급받고, 저온공기를 열교환매체로 하여 제1공조공간으로 저온공조공기를 보내는 제1열교환기 및 고온공기 유출구와 연결되어 고온공기를 공급받고, 고온공기를 열교환매체로 하여 제2공조공간으로 고온공조공기를 보내는 제2열교환기를 포함하는 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템을 제공한다.
따라서, 경제적이며, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템 {Air-conditioning system using vortex tube}
본 발명은 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템에 관한 것이다.
일반적으로 저온의 공기와 고온의 공기를 얻기 위한 공조시스템은, 저온의 공기를 얻기 위한 냉각장치와, 고온의 공기를 얻기 위한 히터 등의 가열장치를 구비하여 이루어진다.
그런데, 이러한 종래의 공조시스템은, 상기한 가열장치와, 냉각장치를 별도로 구비해야하기 때문에 부품의 개수가 증가함은 물론, 에너지 효율도 그리 높지 않은 문제점이 있었다.
본 발명은, 볼텍스 튜브를 이용하여 가열장치와 냉각장치를 별도로 구비하지 않고도 고온의 공기와 저온의 공기를 공급받음으로서 경제적이며, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 압축공기를 공급하는 공기압축기, 상기 공기압축기로부터 공급되는 상기 압축공기를 저온의 공기와 고온의 공기로 분리하여, 상기 저온의 공기는 저온공기 유출구로 유출하고, 상기 고온의 공기는 고온공기 유출구로 각각 유출하는 볼텍스 튜브, 상기 저온공기 유출구와 연결되어 상기 저온공기를 공급받고, 상기 저온공기를 열교환매체로 하여 제1공조공간으로 저온공조공기를 보내는 제1열교환기 및 상기 고온공기 유출구와 연결되어 상기 고온공기를 공급받고, 상기 고온공기를 열교환매체로 하여 제2공조공간으로 고온공조공기를 보내는 제2열교환기를 포함하는 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템을 제공한다.
따라서, 본 발명에 따른 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템은, 경제적이며, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 볼텍스 튜브와 제1 및 제2열교환기의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템의 제어부의 제어흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템은, 공기압축기(100)와, 볼텍스 튜브(200)와, 제1열교환기(300)와, 제2열교환기(400)를 포함한다.
상기 공기압축기(100)는, 압축공기 공급라인(10)을 통하여 상기 볼텍스 튜브(200)로 압축공기를 공급하는 역할을 한다. 여기서, 상기 압축공기 공급라인(10)은, 상기 압축공기의 유량을 제어하기 위한 압축공기 제어밸브(12)를 구비한다.
상기 볼텍스 튜브(200)는, 상기 공기압축기(100)로부터 공급받은 상기 압축공기를 저온의 공기와 고온의 공기로 분리하여, 상기 저온의 공기는 저온공기 유출구(210)로 유출하고, 상기 고온의 공기는 고온공기 유출구(220)로 각각 유출한다. 상기한 볼텍스 튜브(200)에 대하여 도 2를 참조하여 상세하게 살펴보면, 상기 볼텍스 튜브(200)는, 상기 압축공기가 유입되는 유입부(201)와, 상기 압축공기가 통과하면서 고속회전하고 저온의 공기와 고온의 공기로 분리되는 챔버(202)와, 고온의 공기가 토출되는 부분에 구비되어 공기의 온도를 조절할 수 있는 조절밸브(203)를 포함한다. 상기 볼텍스 튜브(200)의 작동은, 공지의 볼텍스 튜브의 작동과 실질적으로 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1열교환기(300)는, 상기 저온공기 유출구(210)와 연결되어 상기 저온공기를 공급받고, 상기 저온공기를 열교환매체로 하여 제1공조공간(A)으로 저온공조공기를 공급한다.
상기 제2열교환기(400)는, 상기 고온공기 유출구(220)와 연결되어 상기 고온공기를 공급받고, 상기 고온공기를 열교환매체로 하여 제2공조공간(B)으로 고온공조공기를 공급한다. 한편, 미설명부호 310은 제1열교환기(300)를 거친 저온공조공기를 제1공조공간(A)으로 강제적으로 공급하는 제1블로어이고, 410은 제2열교환기(400)를 거친 고온공조공기를 제2공조공간(B)으로 강제적으로 공급하는 제2블로어이다.
한편, 본 발명의 제1실시예는, 상기 볼텍스 튜브(200)와, 상기 제1열교환기(300)와, 상기 제2열교환기(400)가 일체화되게 서로 결합되어 있는 구조로서, 상기 제1열교환기(300)는, 상기 볼텍스 튜브(200)의 일측에 결합되어 상기 볼텍스 튜브(200)로부터 저온공기를 공급받고, 상기 제2열교환기(400)는 상기 볼텍스 튜브(200)의 타측에 결합되어 상기 볼텍스 튜브(200)로부터 고온공기를 공급 받는다.
이에, 상기 제1 및 제2열교환기(300,400)에 대하여 상세하게 살펴보면, 먼저 상기 제1열교환기(300)는, 상기 볼텍스 튜브(200)의 일측에 결합되고 내부에 수용공간이 형성된 제1하우징(310)과, 상기 제1하우징(310)의 내부에 배치되고 상기 저온공기 유출구(210)와 연통되게 연결되어 내부로 상기 저온공기가 유동하며 지그재그로 서로 이격되게 적층배열되는 제1튜브(320)와, 상기 제1튜브(320) 사이에 구비되는 제1핀부(330)를 포함한다.
상기 제2열교환기(400)는, 상기 볼텍스 튜브(200)의 타측에 결합되고 내부에 수용공간이 형성된 제2하우징(410)과, 상기 제2하우징(410)의 내부에 배치되고 상기 고온공기 유출구(220)와 연통되게 연결되어 내부로 상기 고온공기가 유동하며 지그재그로 서로 이격되게 적층배열되는 제2튜브(420)와, 상기 제2튜브(420) 사이에 구비되는 제2핀부(430)를 포함한다.
여기서, 본 실시예에서 상기 제1 및 제2열교환기(300,400)는 튜브와 핀을 구비한 구조를 실시예로 하였으나, 이는 일 실시예로 상기한 고온의 공기와 저온의 공기를 통하여 제1 및 제2공조공간(A,B)으로 저온공조공기와 고온공조공기를 공급할 수 있는 구조라면 모두 가능하다.
한편, 본 실시예는, 상기 제1열교환기(300)로부터 토출되는 저온토출공기와, 상기 제2열교환기(400)로부터 토출되는 고온토출공기를 각각 회수하여 상기 공기압축기(100)로 재공급하는 폐루프(close loop)구조의 시스템으로 할 수 있다.
이를 위하여, 본 실시예는, 상기 제1열교환기(300)와 상기 공기압축기(100)와 연결되어 상기 제1열교환기(300)로부터 유출되는 저온토출공기를 상기 공기압축기(100)로 공급하는 저온공기라인(20)과, 상기 저온공기라인(20) 상에 구비되어 상기 저온토출공기의 유량을 제어하는 제1제어밸브(22)를 포함한다.
또한, 본 실시예는, 상기 제2열교환기(400)와 상기 공기압축기(100)와 연결되어, 상기 제2열교환기(400)로부터 유출되는 상기 고온토출공기를 상기 공기압축기(100)로 공급하는 고온공기라인(30)과, 상기 고온공기라인(30) 상에 구비되는 제2제어밸브(32)를 포함한다. 여기서, 상기 제2제어밸브(32)는, 상기 고온토출공기의 유량을 제어함과 동시에 상기 고온토출공기의 온도를 강하시키도록 압력을 강하하는 역할을 한다.
나아가, 본 실시예는 상기 고온공기라인(30) 상에 구비되어 상기 고온토출공기를 냉각시키는 제3열교환기(500)를 더 포함한다. 상기 제3열교환기(500)는, 상기 고온토출공기의 온도를 설정온도 이하로 충분히 낮추어, 상기 고온토출공기를 공급받는 상기 공기압축기(100)의 과부하를 방지하는 역할을 한다. 여기서, 미설명부호 510은 제3블로어를 나타낸다.
나아가, 본 실시예는, 상기 고온공기라인(30) 상에 구비되는 온도센서(34)와, 제어부(600)를 포함한다. 상기 온도센서(34)는 상기 제2제어밸브(32)와 상기 제3열교환기(500) 사이의 상기 고온공기라인(30) 상에 구비되어 상기 고온토출공기의 온도를 측정한다. 도 3을 참조하면, 상기 제어부(600)는, 상기 온도센서(34)로부터 신호를 전달받아 상기 제2제어밸브(32)와, 상기 제3열교환기(500)를 제어한다. 여기서, 상기 제어부(600)는, 경우에 따라 상기 제2제어밸브(32)와, 상기 제3열교환기(500)를 제어할 뿐만 아니라 제1열교환기(300)와 상기 제2열교환기(400)를 제어할 수 있음은 물론이다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템을 살펴보면, 상기 다른 실시예에 따른 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템은, 도 1과 비교하여, 상기 제1열교환기(300b)와 상기 제2열교환기(400b)가 상기 볼텍스튜브(200)와 각각 분리되어 있으며, 상기 고온공기라인(30)과 상기 저온공기라인(20)으로부터 상기 고온토출공기와 상기 저온토출공기를 공급받는 탱크(110)를 더 구비하여, 회수된 상기 고온토출공기와 상기 저온토출공기를 상기 탱크(110)에서 미리 공급받아 이를 상기 공기압축기(100)로 공급하는 구조이다. 여기서, 상기 탱크(110)는 유입되는 상기 고온토출공기와 상기 저온토출공기를 서로 혼합시키고 토출되는 혼합공기의 압력을 균일하게 함과 동시에, 압력을 강하시켜 온도를 저하시키는 역할을 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10... 압축공기 공급라인 12... 압축공기 제어밸브
20... 저온공기라인 22... 제1제어밸브
30... 고온공기라인 32... 제2제어밸브
34... 온도센서 100... 공기압축기
110... 탱크 200... 볼텍스 튜브
210... 저온공기 유출구 220... 고온공기 유출구
300,300b... 제1열교환기 400,400b... 제2열교환기
500... 제3열교환기 600... 제어부

Claims (7)

  1. 압축공기를 공급하는 공기압축기;
    상기 공기압축기로부터 공급되는 상기 압축공기를 저온의 공기와 고온의 공기로 분리하여, 상기 저온의 공기는 저온공기 유출구로 유출하고, 상기 고온의 공기는 고온공기 유출구로 각각 유출하는 볼텍스 튜브;
    상기 저온공기 유출구와 연결되어 상기 저온공기를 공급받고, 상기 저온공기를 열교환매체로 하여 제1공조공간으로 저온공조공기를 보내는 제1열교환기; 및
    상기 고온공기 유출구와 연결되어 상기 고온공기를 공급받고, 상기 고온공기를 열교환매체로 하여 제2공조공간으로 고온공조공기를 보내는 제2열교환기를 포함하는 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1열교환기와 상기 공기압축기와 연결되어, 상기 제1열교환기로부터 유출되는 저온토출공기를 상기 공기압축기로 공급하는 저온공기라인과,
    상기 저온공기라인 상에 구비되어 상기 저온토출공기의 유량을 제어하는 제1제어밸브를 더 포함하는 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제2열교환기와 상기 공기압축기와 연결되어, 상기 제2열교환기로부터 유출되는 상기 고온토출공기를 상기 공기압축기로 공급하는 고온공기라인과,
    상기 고온공기라인 상에 구비되어 상기 고온토출공기의 온도를 강하키키도록 압력을 강하하는 제2제어밸브와,
    상기 고온공기라인 상에 구비되어 상기 고온토출공기를 냉각시키는 제3열교환기를 더 포함하는 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템은,
    상기 고온공기라인 상에 구비되어 상기 고온토출공기의 온도를 측정하는 온도센서와,
    상기 온도센서로부터 신호를 전달받아 상기 제2제어밸브와, 상기 제3열교환기를 제어하는 제어부를 더 포함하는 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템은,
    상기 고온공기라인과, 상기 저온공기라인 각각으로부터 상기 고온토출공기와 상기 저온토출공기를 공급받아 상기 공기압축기로 공급하는 탱크를 더 포함하는 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템은,
    상기 볼텍스 튜브와, 상기 제1열교환기와, 상기 제2열교환기가 일체화되게 서로 결합되어 있는 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1열교환기는,
    상기 볼텍스 튜브의 일측에 결합되고 내부에 수용공간이 형성된 제1하우징과, 상기 제1하우징의 내부에 배치되고 상기 저온공기 유출구와 연통되게 연결되어 내부로 상기 저온공기가 유동하며 지그재그의 파형을 가지면서 서로 이격되게 적층배열되는 제1튜브와, 상기 제1튜브 사이에 구비되는 제1핀부를 포함하고,
    상기 제2열교환기는,
    상기 볼텍스 튜브의 타측에 결합되고 내부에 수용공간이 형성된 제2하우징과, 상기 제2하우징의 내부에 배치되고 상기 고온공기 유출구와 연통되게 연결되어 내부로 상기 고온공기가 유동하며 지그재그의 파형을 가지면서 서로 이격되게 적층배열되는 제2튜브와, 상기 제2튜브 사이에 구비되는 제2핀부를 포함하는 볼텍스 튜브를 이용한 공조시스템.
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