KR20150000303U - 보텍스 튜브의 공기제어판 - Google Patents

Abstract

본 고안은 보텍스 튜브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접작업, 밀링 또는 선반 등과 같은 공작기계를 통한 부품가공의 절삭작업에서 마찰열 등이 발생되는 고온의 열을 냉각하거나, 상기한 공작물 가공에서 생겨나는 칩 등의 찌꺼기를 날려보내어 작업환경 개선 및 작업능률의 극대화를 이루기 위하여 초저온공기를 발산하도록 하는 보텍스 튜브에서 와류공기를 고속으로 직진시키도록 제어하는 보텍스튜브의 공기제어판에 관한 것이다.
본 고안의 공기제어판(50)은 금속봉재를 절삭으로 가공되어 작업이 용이하고 정밀한 가공 및 대량생산성이 충족되는 한편 고압공기 및 와류와의 마찰에서 냉, 온공기를 정확하게 분리와 함께 제어시키도록 하고 제어된 와류공기에서 분리된 냉기의 흐름을 신속히 180˚로 전환시켜 직진하도록 함으로 냉, 온기 분리가 극대화되고 또한 분리된 냉기가 신속히 와류내로 직진과 함께 배출할 수 있도록 배출공기에서의 소음발생도 억제할 수 있도록 하는 것이다.

Description

보텍스 튜브의 공기제어판{Vortex Tube Panel of air}

본 고안은 보텍스 튜브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접작업, 밀링 또는 선반 등과 같은 공작기계를 통한 부품가공의 절삭작업에서 마찰열 등이 발생되는 고온의 열을 냉각하거나, 상기한 공작물 가공에서 생겨나는 칩 등의 찌꺼기를 날려보내어 작업환경 개선 및 작업능률의 극대화를 이루기 위하여 초저온공기를 발산하도록 하는 보텍스 튜브에서 와류공기를 고속으로 직진시키도록 제어하는 보텍스튜브의 공기제어판 관한 것이다.

보텍스(Vortex)라 함은, 소용돌이 또는 나선형 회전이라는 뜻으로써, 1928년 프랑스의 죠지 랭크가 유체역학적 원리를 이용하여 냉매나 전기 또는 화학약품을 사용하지 않고 단지 압축공기(3~10kg/㎠)를 공급하여 매우 짧은 시간에 초저온 공기(-60℃ 이상)를 발생시키는 구성의 보텍스 튜브가 고안되어 사용되었다.

상술한 원리를 이용하여 선출원된 등록실용 제 20-234382호에는 다수의 회전안내홈을 갖는 회전체를 이용하고 고압기체를 주입한 후 그 고압기체를 냉·온기로 분리 배출할 수 있도록 한 냉,온기 겸용 보텍스 튜브가 사용되어 왔다.

그리고 본 출원인에 의해 선등록된 등록실용 제 20-0388861호가 알려지고 있고 이러한 보텍스튜브는 상기 본원 출원인의 선등록에서 도시한 도 1의 보텍스 튜브의 구성을 나타낸 부분단면도에 도시된 바와 같이, 상기한 종래의 보텍스 튜브(300)는, 먼저 압축공기주입 배관과 연결된 공기주입구(301)를 통해소정의 압축공기가 원통체 형상의 바디부(302) 내의 회전실(303)에 공급되면 일차로 회전체(304)의 소용돌이 회전안내홈(305)에 안내되어 초고속으로 회전하게 된다. 이렇게 회전된 공기는 이동공간부(306)의 접선방향을 따라 이동하면서 1차 보텍스공기(온열공기)를 형성하게 되고, 상기 1차 보텍스공기가 조절밸브(307)의 스핀들(308)의 지점에 이르면 일부는 스핀들(308)을 통과하여 온기배출홈(311)을 통하여 배출되고, 나머지 일부의 1차 보텍스공기는 역으로 회송되면서 2차보텍스공기(냉각공기)를 형성하여 나가게 되는데, 이때 2차 보텍스공기의 흐름은 1차 보텍스공기 흐름의 안쪽으로 위치하게 되어 낮은 압력의 지역을 통과하면서 열량을 잃어 냉각되고 노즐소켓(309)의 선단에 결합된 원터치커플러(310)를 통해 외부로 발산되도록 구성되어 있다.

그러나, 상기한 종래의 보텍스 튜브(300)는, 원통체로 형성된 바디부(302)가 회전체(304)를 수용하기 때문에 상기 바디부(302)의 지름 크기에 따라 회전체의 크기가 소형으로 한정되며, 그에 따라 회전안내홈(305)의 길이를 축소할 수 밖에 없게 되었던 것이다.

따라서, 상기 회전안내홈(305)을 통하여 효과적인 회전력을 형성하지 못하게 되므로 상기 바디부(302) 내에서 적절한 냉기와 온기의 분리가 이루어지지 않게 된다.

또한, 상기 회전안내홈(305)을 따라 주입되는 압축공기가 고속으로 회전하는 보텍스공기로 변화되어 상기 바디부(302)의 이동공간부(306)로 이동주입되는 과정 중 마찰력에 의해 회전력을 상실한 상태로 상기 바디부(302)로 굴절 주입됨에 따라, 원활한 냉·온기의 분리가 이루어지지 않은 상태로 온기배출홈(311)과 노즐소켓(309)으로 의도하는 공기와 반대성향을 갖는 온도의 공기가 함께 섞여 배출됨으로서 작업장에서 필요로 하는 적합한 냉기 또는 온기를 사용할 수 없게 되는 문제점이 발생 하게 된다.

또한, 상기와 같이 스핀들(308)에 의해서만 1차 보텍스공기의 흐름을 전환시켜 진공상태의 1차 보텍스공기의 중앙공간을 통해 노즐소켓(309) 방향으로 이동 배출시키도록 하므로서 원활히 그 흐름이 전환되지 않는 문제점이 발생하였다.

이러한 문제를 개선하기 위한 상기 선등록기술은 상기한 문제를 개선하고 있으나, 선행기술에서는 보텍스내로 공급되는 와류 공기가 내부파이프 끝단에 결합된 십자형의 흐름제어판에 의해 그 와류흐름의 정지로 회전력을 상실한 상태에서 상기 와류로 진입되는 공기의 소용돌이 안쪽의 낮은 압력쪽으로 직진시켜 공급함으로서 이때 이 지역을 통과하면서 열량을 잃은 열교환을 이루게 되는 것이다.

그러나 상기 와류 흐름제어판은 단순히 얇은 판재를 절곡하여 열십자형으로 구성함으로서 제조가 어렵고 정교한 등분설정 및 두께 또는 크기와 폭등을 정밀하게 설계되지 못하여 공기제어에 많은 문제를 야기함으로서 공기를 정밀하게 제어하지 못하고 보텍스튜브에서 바람직한 효과를 생성하지 못하는 요인이 되고 있다.

또한 제어된 와류공기에서 분리된 냉기의 흐름을 신속히 180˚로 전환시켜 직진하는 작용이 현저히 늘여져 냉, 온기 분리가 부정확하여 냉기를 극대화시키지 못하면서 분리된 냉기가 신속히 와류내로 직진과 배출하지 못함으로서 야기되는 문제 및 배기불량에 따른 소음발생도 야기시키는 큰 단점이 있어왔다.

등록실용 제 20-234382호 등록실용 제 20-0388861호

본 고안은 출원인의 선등록고안에서의 제어된 와류공기에서 분리된 냉기의 흐름을 신속히 180˚로 전환시켜 직진하는 작용이 현저히 늦어지는 단점 및 냉, 온기 분리가 부정확하여 냉기를 극대화시키지 못하면서 분리된 냉기가 신속히 와류내로 직진과 배출하지 못함으로서 야기되는 문제 및 배기불량에 따른 소음발생등의 문제를 개선할 수 있도록 공기제어판(50)을 개선함을 목적으로 한다.

본 고안의 상기 과제의 해결수단은 출원인의 선등록고안에 적용된 공기제어판(50)을 일체의 금속봉재를 등분으로 분할되게 구성되는 격벽(51)을 형성하는 원통판(52), 상기 격벽(51)으로 분할된 각각의 원통판(52)에 각각의 공기배출공(53)을 뚫어 구성되는 공기제어판(50)으로 구성한다.

이러한 공기제어판(50)은 금속봉재를 절삭으로 가공되어 작업이 용이하고 정밀한 가공 및 대량생산성이 충족되는 한편 고압공기 및 와류와의 마찰에서 냉, 온공기를 정확하게 분리와 제어시키도록 함과, 제어된 와류공기에서 분리된 냉기의 흐름을 신속히 180˚로 전환시켜 직진하도록 함으로서 냉, 온기 분리가 극대화되고 또한 분리된 냉기가 신속히 와류 내로 직진과 함께 배출할 수 있도록 배출공기에서의 소음발생도 억제할 수 있도록 하는 것이다.

본 고안은 공기와류관 끝단에 형성된 십자형의 공기제어판(50)은 공기의 흐름방향 전환을 더욱 효과적으로 변환시켜 줌에 따라 보다 뛰어난 냉기 및 온기의 분리배출이 가능하여 작업장에서 필요로 하는 온도의 냉기를 대량으로 공급할 수 있어 작업능률의 효과를 극대화 할 수 있게 되는 효과가 발휘되는 것이다.

도 1은 본 고안의 중요부분을 도시한 절개 사시도,
도 2의 (a)는 본 고안의 중요부분 공기제어판을 도시한 사시도.
(b)는 본 고안의 중요부분 공기제어판을 도시한 평면도.
도 3은 본 고안의 사용상태에 따른 작동설명도.

본 고안은 본원 출원인의 선등록고안에서 적용된 공기제어판을 개선함으로서 선등록고안에서의 문제점을 극복하여 보다 효과적인 보텍스튜브를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 전술한 본출원인의 선등록고안에서와 같이 압축공기 주입공(11)을 구비한 블럭(12)과 헤드(13)를 체결하되, 상기 블럭(12)과 헤드(13)내로 주입된 공기를 회전시키기 위한 공기와류형성안내부(21)가 구비된 공기회전링(22), 그리고 냉,온기로 분리되어 배출되는 냉기의 직진 공기를 외부로 배출하기 위한 공기배출관(23)이 체결링(24)에 의해 체결되도록 구성되는 와류생성장치부(20)가 상기 블럭(12)과 헤드(13)내에 체결구성되는 헤드부(10)와,

상기 블럭(12)에 체결되는 원통관으로 구성되는 몸체부(30) 끝단으로 소음기(40)를 장착함과 함께 이 몸체부(30)내로 상기 소음기(40)와 결합되는 공기와류관(31)이 몸체부(30)와 일정한 간격으로 형성된 열교환실(33)을 형성한 상태로 구성되고 상기 몸체부(30)에는 열교환실(33)로부터 배출되는 열기를 배출시키기 위한 열기배출공(32)이 복수로 뚫려 구성된다.

그리고 상기 공기와류관(31) 끝단에 와류공기를 제어하기 위한 공기제어판(50)이 구성된다.

본 고안의 상기 공기제어판(50)은 도 2에서 도시한 바와 같이 일체의 금속봉재를 등분으로 분할되게 구성되는 격벽(51)을 형성하는 원통판(52), 상기 격벽(51)으로 분할된 각각의 원통판(52)에 각각의 공기배출공(53)을 뚫어 구성되는 공기제어판(50)으로 구성된다.

이러한 공기제어판(50)은 금속봉재를 절삭으로 가공되어 작업이 용이하고 정밀한 가공 및 대량생산성이 충족되는 한편 고압공기 및 와류와의 마찰에서 냉, 온공기를 정확하게 분리와 제어시키도록 함과, 제어된 와류공기에서 분리된 냉기의 흐름을 신속히 180˚로 전환시켜 직진하도록 함으로서 냉, 온기 분리가 극대화되고 또한 분리된 냉기가 신속히 와류 내로 직진과 함께 배출할 수 있도록 배출공기에서의 소음발생도 억제하게 되는 것이다.

미설명부호 15는 냉기분출공, T는 압축공기 공급관, 41은 본고안의 보텍스튜브를 부착시키기 위한 브라켓이다.

상기와 같은 구성으로 되는 본 고안에 따른 보텍스 튜브의 작용효과를 첨부도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안의 작용상태를 도시한 단면도이며 상기 도면에서 도시한 바와 같이 본고안의 블럭(12)에 형성된 압축공기 주입공(11)에 압축공기를 공급하기 위한 압축공기 공급관(T)을 연결시켜 공지와 같이 압축공기를 공급시키게된다.

이러한 압축공기는 상기 압축공기 주입공(11)으로부터 블럭(12)내에 장착된 와류생성장치부(20)의 공기회전링(22) 사이로 형성된 공기와류형성안내부(21)로 공급되고, 상기에서 공급된 압축공기는 고속 이동하여 상기 공기와류형성안내부(21)에 구성된 미도시한 공기안내로에 의해 회전방향으로 회전시켜 회전되는 압축공기가 상기 공기회전링(22)의 중앙부에 형성된 배출공에 의해 이와 연결된 공기와류관(31)으로 배출된다.

따라서 상기한 회전공기는 상기 공기와류관(31)에서 이 공기와류관(31)내벽면을 따라 회전되는 와류로 형성되어 고속 이동하게 된다.

이러한 와류는 상기 공기와류관(31)과의 마찰, 고속회전 등에 의해 공기 중의 열기는 상기 공기와류관(31)을 통해 열교환되어 몸체부(30)사이의 열교환실(33)을 거쳐 열교환배출공(32)을 통해 외부로 방출된다.

그리고 계속 이동되는 냉각 와류는 상기 공기와류관(31) 끝단에 와류공기를 제어하기 위한 공기제어판(50)에 도달하여 공기제어판(50)과 마찰과 분리제어로 와류를 정지시키는 흐름의 전환으로 회전력을 상실한 상태에서 공기제어판(50)의 격벽(51)에 의해 상기 공기와류관(50)내의 와류공기 내측의 진공부를 통해 역 직진하게 되며 또한 일부공기는 소음기(40)를 통해 외부로 배출되는 것이다.

이와 같이 역방향으로 이동하는 공기는 와류가 회전되면서 진입되는 공기의 소용돌이 안쪽의 낮은 압력쪽으로 음압에 의해 입기되어 쉽게 진입과 함께 이동하고 이 지역을 통과하면서 외부의 와류와 열교환으로 열량을 잃은 열교환을 이루게 된다.

그리고 더욱 찬 공기 질량 분율증가를 이루는 냉기를 발생하게 되고 상기와 같이 발생된 냉기는 다시 상기한 공기와류관(31)내의 와류 내측을 지나 공기회전링(22)의 중앙을 거쳐 공기배출관(23)을 통해 헤드(13)의 냉기분출공(15)으로 분출시키게 된다.

이상에서 분출되는 냉기는 작업장에서의 용접작업 및 각종 부품가공에서 발생하는 고온의 열을 냉각시키는 냉기이용 및 공작물에 의해 발생 되는 칩 등을 날려버리는데 사용되는 것이다.

또한 본 고안은 공기와류관 끝단에 형성된 십자형의 공기제어판(50)은 공기의 흐름방향 전환을 더욱 효과적으로 변환시켜 줌에 따라 보다 뛰어난 냉기 및 온기의 분리배출이 가능하여 작업장에서 필요로 하는 온도의 냉기를 대량으로 공급할 수 있어 작업능률의 극대화를 이룰 수 있게 되는 효과가 발휘되는 것이다.

그리고 본고안의 공기제어판(50)은 일체의 금속봉재를 등분으로 분할되게 격벽(51)을 형성하는 원통판(52), 상기 격벽(51)으로 분할된 각각에 공기배출공(53)을 뚫어 구성되는 제작의 용이성과 고압공기 및 와류와의 마찰에서 냉, 온공기를 정확하게 분리와 제어를 시킬 수 있게 구성됨으로 제어된 와류공기에서의 분리된 냉기의 흐름을 신속히 180˚로 전환시켜 직진하도록 함으로서 냉, 온기 분리가 극대화되고 또한 분리된 냉기가 신속히 와류내로 직진과 함께 배출할 수 있도록 배출공기에서의 소음발생도 억제하게 되는 것이다.

10 : 헤드부 11 : 압축공기 주입공 12 : 블럭
13 : 헤드 15 : 냉기분출공 20 : 와류생성장치부
21 : 공기와류형성안내부 22 : 공기회전링 23 : 공기배출관
24 : 체결링 30 : 몸체부 31 : 공기와류관
33 : 열교환실 32 : 열기배출공 40 : 소음기
41 : 브라켓 50 : 공기제어판 51 : 격벽
52 : 원통판 53 : 공기배출공 T: 압축공기 공급관

Claims (1)

1. 압축공기 주입공(11)을 구비한 블럭(12)과 헤드(13)내로 주입된 공기를 회전시키기 위한 공기와류형성안내부(21)가 구비된 공기회전링(22), 냉,온기로 분리되어 배출되는 냉기의 직진 공기를 외부로 배출하기 위한 공기배출관(23)이 체결링(24)에 의해 체결되도록 구성되는 와류생성장치부(20)가 구성되는 헤드부(10)와,
   상기 블럭(12)에 체결되는 원통관으로 구성되는 몸체부(30) 끝단으로 소음기(40)를 장착함과 함께 몸체부(30)내로 상기 소음기(40)와 결합되는 공기와류관(31)이 몸체부(30)와 일정한 간격으로 형성된 열교환실(33)을 구비하고 상기 공기와류관(31) 끝단에 와류공기를 제어하기 위한 공기제어판(50)을 구성하는 통상의 보텍스 튜브의 공기제어판을 구비하는 것에 있어서,
   
   상기 공기제어판(50)은 일체의 금속봉재를 등분으로 분할되게 구성되는 격벽(51)을 형성하는 원통판(52), 상기 격벽(51)으로 분할된 각각의 원통판(52)에 각각의 공기배출공(53)을 뚫어 구성되는 공기제어판(50)으로 구성됨을 특징으로 하는 보텍스 튜브의 공기제어판.
   

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