WO2015012468A1 - 압축공기를 이용하는 공기조화장치 - Google Patents

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WO2015012468A1
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air
porter
storage tank
cross
discharge
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PCT/KR2014/001892
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윤종찬
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주식회사 비엠티
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    • F24F5/0007—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner, and more particularly, an evaporator of a cooler is installed in an inner space and has a storage tank having a predetermined capacity, and has a cross-sectional area of Si and is provided on one side of the storage tank in an air compressor.
  • a compressed cooling storage device is installed between the air compressor and the work space including an inflow porter through which compressed air is introduced and a discharge port having a cross-sectional area of So and provided on the other side of the storage tank to discharge cooled air to the work space.
  • the cross-sectional area So of the discharge porter is formed smaller than the cross-sectional area Si of the inlet porter, and the discharge porter is provided on the other side of the storage tank away from the point where the inlet porter is provided, so that the high pressure air flowing into the inlet porter is caused by the evaporator. After being cooled and stored, the high pressure is discharged to the work space through the discharge port sequentially. It relates to an air conditioning apparatus using compressed air.
  • An air conditioner generally called an air conditioner, is composed of a closed cycle in which a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are sequentially connected, and the refrigerant circulating in the closed cycle absorbs a certain amount of heat through the evaporator and then discharges it to the outside through the condenser. By repeating the operation to maintain the temperature of the specific space at the intended level.
  • each device constituting the closed cycle of the air conditioner since each device constituting the closed cycle of the air conditioner usually has a limited capacity, it is not efficient to use it for cooling a work space with a high ceiling and a large room, such as a factory.
  • the relevant industry uses a method of adding a blower to the air conditioner, cooling the wind induced by the blower while passing through the cooling chamber in which the evaporator of the air conditioner is installed, and then supplying it to the work space through a pipe line. have.
  • this configuration of adding a blower is basically a structure that cools the air and then transfers it to a remote work space, so that the air volume loss occurs during the transfer by the pipe, and the pipe maintains a relatively high temperature.
  • a very large heat loss occurs because it can only be directly exposed to the working space.
  • the air flowing into the cooling chamber in which the evaporator is located has a constant blowing pressure (speed)
  • the air is not transferred using a separate blower, but is transmitted to a point away by using a compressive force of air, and the air is cooled at that point to use it for cooling.
  • this method eliminates the need for a separate device called a blower, and also reduces the heat loss during the transfer process using the blower in that compressed air can be directly used for cooling at the point where cooling is required. The advantage is that it can be prevented.
  • the present invention has been proposed to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an air conditioner capable of cooling a work area of a considerable area even if a smaller capacity air compressor and cooler are used.
  • the present invention includes an air compressor (1) provided with a pump and a cooler (3) provided with an evaporator to supply air supplied from the air compressor (1) to the cooler (3).
  • An air conditioner that uses compressed air to cool the furnace to supply the cooled air to the work space (5).
  • an evaporator (4) of the cooler (3) is provided between the air compressor (1) and the work space (7).
  • the storage tank 12 is installed in the inner space and has a predetermined capacity, and has a cross-sectional area of Si and is provided on one side of the storage tank 12, the inlet port into which the compressed air flows from the air compressor 1 14 and a compression cooling storage device 10 having a cross-sectional area of So and provided on the other side of the storage tank 12 and having a discharge port 16 for discharging the cooled air to the work space 5.
  • the cross-sectional area Si of the rotor 14 is formed to have a different size, and the discharge porter 16 is provided on the other side of the storage tank 12 away from the point where the inlet porter 14 is provided, thereby allowing the inlet porter.
  • the high-pressure air flowing into the 14 is cooled and stored by the evaporator 4, and then the high-pressure air is discharged to the work space through the discharge porter 16 sequentially without loss of pressure.
  • the cross-sectional area So of the discharge porter 16 may be smaller than the cross-sectional area Si of the inlet porter 14.
  • the work space 5 is preferably provided with a sensor 20 that can recognize the worker.
  • At least one selected from the storage tank 12 or the discharge porter 18 may be equipped with a pressure sensor 30.
  • the silencer 40 may be mediated between the air compressor 1 and the compression cooling storage device 10.
  • the present invention is to store the high-pressure air in a storage tank of a certain capacity to cool it and then transmit it to a space that requires cooling, the discharge port is formed at a point away from the inlet porter, the inlet port and outlet port of the storage tank, respectively By forming different cross-sectional area of each other, it flows into the storage tank and then cools and stores the stored high pressure air in sequence so that it is easy to transfer the cooling air of a certain pressure to the space which is a certain distance away even if the capacity of the air compressor and the cooler is not large. To make sure.
  • the present invention by removing the noise inevitably generated in the process of transmitting the air to the storage tank by compressing the air to a high pressure through the silencer between the air compressor and the compressed cooling storage tank, the workers can work in a more comfortable environment To make sure.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an air conditioner using high pressure air according to the present invention
  • Figure 2 is another schematic diagram of an air conditioner using high pressure air according to the present invention.
  • Figure 3 is another schematic diagram of an air conditioner using high pressure air according to the present invention.
  • Figure 4 is another schematic configuration of the air conditioner using high pressure air according to the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of an air conditioner using high pressure air according to the related art.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an air conditioner using high pressure air according to the present invention. What is disclosed in the drawings and the present invention is characterized by comprising an air compressor (1), a cooler (3), and a compression cooling storage device (10).
  • the air compressor (1) is a means for compressing air above a certain pressure, although not shown in the figure is provided with a compressor for compressing the air flowing from the outside. In addition, it may be further provided with a high-pressure air storage tank for temporarily storing the compressed air.
  • the present invention in the operation of the air compressor (1) compresses the air to a specific value and transmits it to the compression cooling storage device 10 to be described later, the compression cooling storage device 10 by the high pressure air supplied continuously
  • the air compressor may be controlled to suspend the operation of the air compressor.
  • Such operation control may be performed by a control device not shown, which is well known in the art, and thus detailed description thereof will be omitted.
  • the cooler 3 corresponds to a cooling cycle using a refrigerant as a means for cooling the compressed air at high pressure.
  • the cooling cycle constituting the cooler 3 may be configured in a configuration in which a conventional compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator 4 are sequentially connected.
  • the compressor is a device for changing the refrigerant gas in the low temperature, low pressure state to a high temperature, high pressure state
  • the condenser is a device for changing the refrigerant liquid in the medium temperature, high pressure state by pressurizing the refrigerant gas converted into a high temperature, high pressure state in the compressor.
  • the expansion valve is a device for converting the refrigerant liquid converted into medium temperature and high pressure by the condenser into a low temperature, low pressure easy to evaporate
  • the evaporator (4) receives a low temperature, low pressure liquid refrigerant discharged from the expansion valve to receive a low temperature
  • It is a device that absorbs the surrounding heat while evaporating to the refrigerant gas in a low pressure state.
  • the compressed cooling storage device 10 is a portion installed between the air compressor 1 and the work space 7, the present invention for cooling the high-pressure air compressed in the air compressor (1) for use for cooling
  • a condensation cooling storage device 10 having the following three requirements is proposed.
  • the compression cooling storage device 10 is provided with a storage tank 12 having an internal space of a predetermined capacity.
  • the storage tank 12 functions as a space in which the air compressed at high pressure in the air compressor 1 is introduced and cooled, and then temporarily stored. That is, the storage tank 12 is not a simple housing for the installation of the evaporator 4 for cooling the high pressure air as disclosed in FIG. 4, but the high pressure air is sufficiently cooled while the cooled air is temporarily cooled. There is a feature that functions as a space that can be stored.
  • the internal space size of the storage tank 12 is not determined uniformly, but is determined in consideration of a sufficient degree of cooling of the inlet and stored high-pressure air, the size of the working space, and the like.
  • the evaporator 4 is extended in the storage tank 12 internal space. Extension of the evaporator is preferably determined in consideration of the size and shape of the internal space of the storage tank 12, the inflow of high pressure air and the discharge flow of cooling air.
  • the cross-sectional area of the inlet porter 14 into which the high-pressure air compressed by the air compressor 1 flows is set to Si, and the cross-sectional area of the discharge porter 16 through which the cooled high-pressure air is discharged to the work space 5.
  • these So and Si are formed to have different cross-sectional sizes. If the cross-sectional area of each of the inlet porter and the outlet porter has a different size, it is possible to appropriately control the amount of the cooled high-pressure air discharged through the outlet porter.
  • the air compressor 1 is formed.
  • the amount of air introduced into the storage tank 12 is greater than the amount of air discharged into the work space 5, so that a certain amount of air is always stored in the storage tank 12. There is this.
  • the inlet porter 12 is formed on one side of the storage tank 12, the discharge porter 16 is formed on the other side of the storage tank 12, the discharge porter 16 ) Is to come to a point away from the point where the inlet porter 14 is provided. This is to induce sufficient cooling by the evaporator by inducing the high pressure air stored in the storage tank 12 through the inflow porter 14 and then cooled by the evaporator 4 to be sequentially discharged.
  • the present invention proposes a structure in which an evaporator is extended in a storage tank having an internal space of a predetermined capacity in cooling the high pressure air by using an evaporator, thereby sufficiently cooling the high pressure air introduced into the storage tank.
  • the inlet porter and the outlet porter are arranged at different positions of the storage tank, but the cross-sectional area of the outlet porter is formed differently from the cross-sectional area of the inlet porter, so that the storage tank can be sufficiently cooled and stored. Do it.
  • the cross-sectional area of the discharge porter is formed smaller than the cross-sectional area of the inlet porter, this effect can be further doubled.
  • the discharge port through which the cooled air is discharged may be configured in various configurations, which include a plurality of consecutive individual discharge porters 17 arranged on the other side of the storage tank 12 as shown in FIG. As shown in FIG. 3, a single discharge port may be formed on the other side of the storage tank 12, but a plurality of second discharge porters 18 may be configured at the end thereof. Each of these is a configuration suitable for supplying cooling air to each individual workspace when the workspaces are spaced apart from each other.
  • the storage tank 12, the inflow porter 14, and the discharge porters 17 and 18 each having an internal space having a predetermined capacity in which the evaporator 4 is extended are disposed of the storage tank 12.
  • the constraints for forming the cross-sectional area of the discharge porter different from the cross-sectional area of the inlet porter is the same. That is, in the configuration of FIGS. 2 and 3, the sum of the cross-sectional area of the inlet porter (Si)> the cross-sectional area of the outlet porter (So1 + So2 + So3) or vice versa must be observed.
  • the present invention proposes a case in which the human body detecting sensor 20 that can detect the presence of the operator is further provided on one side of the workspace (5).
  • the human body sensor 20 detects the presence of an operator, it sends a signal to a control device, not shown, and the control device opens the discharge port 18 according to the signal to provide high-pressure air cooled to the work space. Done.
  • the opening degree of the discharge porter 18 may be appropriately controlled according to the working environment such as the temperature of the work space, the number of workers, and the like.
  • the human body sensor 20 may be formed of a conventional infrared sensor.
  • the present invention proposes a case in which the pressure sensor 30 is provided on one side of the compression cooling storage device 10.
  • the pressure sensor 30 is compressed to high pressure by the air compressor (1) and then sent to the compression cooling storage device (10) to measure the amount of air stored on one side of the storage tank (12) or discharge porter It may be mounted on at least one selected from one side of (18).
  • the drawings disclose a case in which a pressure sensor is mounted on one side of the discharge porter.
  • the pressure sensor 30 checks the amount of air that is cooled after being stored in the internal space of the storage tank 12, and when the value reaches a specific pressure value, the air compressor 1 according to the input signal of the controller not shown. ) To stop the inflow of high pressure air, or to operate the air compressor (1) again to replenish the air to transfer the high pressure air to the storage tank (12).
  • the discharge porter 18 may be temporarily closed in consideration of the amount of air filled in the storage tank 12 internal space.
  • the present invention proposes a configuration in which the silencer 40 is mediated between the air compressor 1 and the compression cooling storage device 10, as disclosed in FIG.
  • the air Pi compressed by the air compressor 1 flows into the inner space 42 through the inlet 44 of the silencer 40 (1 ′), and then the inner space. High pressure dispersed along the divided guide path formed at 42 and moved a certain distance (2 '), finally joined again (3'), and dropped to the pressure of Pi 'via the outlet 46 provided at the end. Air is introduced into the inlet porter 14 of the compression cooling storage tank (10).
  • the high pressure air compressed by the air compressor (1) is spatially partitioned inside the silencer (40) and the movement is forced along the guide path made of a predetermined length as a sudden pressure change is prevented as the shock wave in the silencer All are limited to the intended size range is removed, the high-pressure air can be introduced into the compression cooling storage tank 10 without the generation of shock waves.
  • the guide formed in the silencer may be formed in various shapes and structures.
  • FIG. 1 schematically.
  • the air compressor is controlled to initially input Pi value, and a pressure sensor and a human body sensor are provided at one side and the work space of the discharge porter 18, respectively. It is assumed.
  • the air compressor 1 sucks external air according to an input signal of a control device, not shown, and initially inputs the sucked air. Compress to the pressure Pi. Hot air compressed to Pi by the air compressor 1 is sequentially transmitted to the inlet port 14 of the compression cooling storage device 10 through a separate pipe (1).
  • the high temperature and high pressure air introduced into the storage tank 12 by the pressure of Pi through the inflow porter 14 is gradually cooled while losing heat by the action of the evaporator 4 extending to the storage tank 12.
  • the high pressure air, which loses heat by the action of the evaporator 4 is subsequently moved to the other side of the storage tank 12 by being pushed by the high temperature and high pressure air introduced through the inlet port 14, and the evaporator 4 installed in the process is extended. It is further cooled by the action of (2).
  • the pressure sensor 30 When the high pressure and high temperature air is continuously introduced through the inflow porter 14 and then cooled sequentially and filled in the internal space of the storage tank 12, the pressure is continuously increased and the value is real time by the pressure sensor 30. Is detected. When the value detected by the pressure sensor 30 reaches a certain value, it is no longer transmitted to the pressure value Pi that was originally set and operated in the air compressor 1, and thus the air compressor 1 is Operation stops according to the input signal. When the worker enters the work space 5 while the high pressure air cooled in the storage tank 12 is filled, the human body sensor 20 detects this, and the control device opens the discharge porter 18 according to the detected signal. Thereby providing the cooled air to the workspace (5).
  • the air finally discharged to the work space through the discharge porter 16 is at a low temperature, and its pressure is Po, which is about the same as the high temperature air pressure Pi flowing into the storage tank 12 through the inlet porter 14. It will have a value. This is because the high pressure air is continuously introduced into the storage tank through the inflow porter, and the high pressure air continuously introduced is cooled in the storage tank internal space, and then temporarily stored and exported through the discharge port.
  • the discharge porter 18 When the air cooled through the discharge porter 18 escapes, the pressure in the internal space of the storage tank 12 is continuously lowered, and the trend is detected by the pressure sensor 30. When the pressure continues to decrease and reaches a certain value, the air compressor 1 operates again according to the input signal of the control device to compress the air and transmit it to the storage tank 12. In this case, the discharge porter 18 may be temporarily closed in the process, and whether the discharge porter is temporarily closed may be determined by an initial setting operation of the apparatus.
  • the present invention cools the high-pressure air in a storage tank having a predetermined capacity, but changes the cross-sectional area of the inlet porter and the outlet porter, and in addition, the ejector port in which the cooled high-pressure air is discharged is positioned a predetermined distance away from the inlet porter.

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Abstract

본 발명은 공기조화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각기의 증발기가 내부공간에 연장설치되며 일정용량의 크기를 가지는 저장탱크와, Si의 단면적을 가지며 상기 저장탱크의 일측에 구비되어 공기압축기에서 압축된 공기가 유입되는 유입포터와, So의 단면적을 가지며 상기 저장탱크의 타측에 구비되어 냉각된 공기를 작업공간으로 토출시키는 배출포터로 이루어지는 압축냉각저장장치를 공기압축기와 작업공간 사이에 설치하되, 배출포터의 단면적 So는 유입포터의 단면적 Si와 서로 다른 크기로 형성되고, 배출포터는 유입포터가 구비되는 지점에서 일정거리 떨어진 저장탱크의 타측에 구비됨으로써, 유입포터로 유입되는 고압의 공기는 증발기에 의해 냉각 및 저장된 다음 압력의 손실없이 순차적으로 배출포터를 통해 작업공간으로 고압배출되는 것을 특징으로 하는 압축공기를 이용하는 공조장치를 제공한다.

Description

압축공기를 이용하는 공기조화장치
본 발명은 공기조화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각기의 증발기가 내부공간에 연장설치되며 일정용량의 크기를 가지는 저장탱크와, Si의 단면적을 가지며 상기 저장탱크의 일측에 구비되어 공기압축기에서 압축된 공기가 유입되는 유입포터와, So의 단면적을 가지며 상기 저장탱크의 타측에 구비되어 냉각된 공기를 작업공간으로 토출시키는 배출포터로 이루어지는 압축냉각저장장치를 공기압축기와 작업공간 사이에 설치하되, 배출포터의 단면적 So는 유입포터의 단면적 Si 보다 작게 형성되고, 배출포터는 유입포터가 구비되는 지점에서 일정거리 떨어진 저장탱크의 타측에 구비됨으로써, 유입포터로 유입되는 고압의 공기는 증발기에 의해 냉각 및 저장된 다음 압력의 손실없이 순차적으로 배출포터를 통해 작업공간으로 고압배출되는 것을 특징으로 하는 압축공기를 이용하는 공조장치에 관한 것이다.
일반적으로 에어컨으로 불리우는 공기조화장치는 압축기, 응축기, 팽창변, 증발기가 순차 연결된 폐쇄사이클로 구성되며, 이러한 폐쇄사이클을 순환하는 냉매가 증발기를 통해 일정양의 열을 흡수한 다음 응축기를 통해 이를 외부로 배출하는 동작을 반복함으로써 특정공간의 온도를 의도하는 수준으로 유지하게 된다.
한편, 공기조화장치의 폐쇄사이클을 구성하는 각 장치들은 통상적으로 제한적인 용량을 가지고 있기 때문에 공장과 같이 천장이 높고 실내가 넓은 작업공간을 냉각시키는 용도로 사용하는 것은 효율적이지 못하다. 이를 위하여, 관련 업계에서는 공기조화장치에 송풍기를 부가하고, 송풍기에 의해 유도되는 바람을 공기조화장치의 증발기가 설치된 냉각실로 통과시키면서 냉각시킨 다음 이를 배관선로를 통해 작업공간에 공급하는 방법을 사용하고 있다.
하지만, 송풍기를 부가하는 이러한 구성은 기본적으로 공기를 냉각한 다음 이를 원격지인 작업공간으로 전송하는 구조라는 점에서 배관에 의한 전송과정에서 풍량손실이 발생함은 물론, 배관이 상대적으로 높은 온도를 유지하는 작업공간에 직접 노출될 수 밖에 없어 매우 큰 열손실이 발생하는 문제가 있었다. 더욱이, 증발기가 위치하는 냉각실로 유입되는 공기는 일정한 송풍 압력(속도)을 가지고 있기 때문에, 증발기에 의한 충분한 열흡수가 이루어질 수 없는 구조적인 한계로 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 고압의 공기를 이용하여 특정공간에 냉각 공기를 공급하는 기술이 다수 제안되었으며 그 중의 하나가 대한민국 공개특허 제1998-0021625호이다. 이 기술은 도 5에 개시된 것과 같이, 외부에서 유입되는 공기를 압축하고, 이 압축된 공기를 덕트(510)를 통해 냉각이 필요한 공간 일측에 위치하는 하우징(110)으로 전송하면, 하우징(110) 내부에 장착되어 있는 증발기(100)가 전송된 공기의 열을 흡수하여 이를 외부로 배출하는 구성으로 이루어진다.
즉, 별도의 송풍기를 사용하여 공기를 이송하는 것이 아니라, 공기의 압축력을 이용하여 일정거리 떨어진 지점으로 전송한 다음, 그 지점 부위에서 공기를 냉각하여 이를 냉방용으로 사용하는 방식이다. 이 방식은 일견하여 볼 때, 송풍기라는 별도의 장치가 필요없을 뿐 아니라, 냉방이 필요한 지점에서 압축 공기를 바로 냉각하여 냉방용으로 사용할 수 있다는 점에서 송풍기를 사용하여 발생하는 전송과정 중의 열손실을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
그런데, 이 기술을 적용하기 위해서는 냉방이 필요한 위치마다 증발기를 각각 설치해야 한다는 점에서 실질적으로 전체 장치가 더 복잡해지는 문제가 있다. 하지만 이보다 더 심각한 문제는 공기조화장치가 이러한 구조로 이루어진다면 냉각효율이 매우 낮아진다는 것이다. 왜냐하면, 별도의 송풍기를 사용하지 않고 공기를 일정거리 떨어진 지점으로 전송하기 위해서는 공기를 일정압력 이상으로 압축해야 하는데, 이럴 경우 공기는 증발기가 위치한 하우징을 일정속도 이상으로 지나감으로 인해 증발기에 의해 열흡수가 거의 일어나지 않기 때문이다. 따라서, 이러한 구성으로는 당초 의도하는 목적을 전혀 달성할 수 없다는 점에서 고압공기를 이용하여 공기조화장치를 구성하기 위해서는 새로운 장치의 설계가 필요하다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 보다 작은 용량의 공기압축기 및 냉각기를 사용하더라도 상당 면적의 작업공간을 냉방할 수 있는 공기조화장치를 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 펌프가 구비되는 공기압축기(1)와, 증발기가 구비되는 냉각기(3)를 포함하여 상기 공기압축기(1)로부터 공급되는 공기를 상기 냉각기(3)로 냉각시켜 작업공간(5)에 냉각된 공기를 공급하는 압축공기를 이용하는 공기조화장치로서, 상기 공기압축기(1)와 작업공간(7) 사이에는, 상기 냉각기(3)의 증발기(4)가 내부공간에 연장설치되며 일정용량의 크기를 가지는 저장탱크(12)와, Si의 단면적을 가지며 상기 저장탱크(12)의 일측에 구비되어 상기 공기압축기(1)에서 압축된 공기가 유입되는 유입포터(14)와, So의 단면적을 가지며 상기 저장탱크(12)의 타측에 구비되어 냉각된 공기를 작업공간(5)으로 토출시키는 배출포터(16)로 이루어지는 압축냉각저장장치(10)가 설치되되, 상기 배출포터(16)의 단면적 So와 상기 유입포터(14)의 단면적 Si는 서로 다른 크기로 형성되고, 상기 배출포터(16)는 상기 유입포터(14)가 구비되는 지점에서 일정거리 떨어진 저장탱크(12)의 타측에 구비됨으로써, 상기 유입포터(14)로 유입되는 고압의 공기는 상기 증발기(4)에 의해 냉각 및 저장된 다음 압력의 손실없이 순차적으로 상기 배출포터(16)를 통해 작업공간으로 고압배출되는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
상기 배출포터(16)의 단면적 So는 상기 유입포터(14)의 단면적 Si보다 작게형성될 수 있다.
또한, 상기 배출포터(16)는 각 배출 단면적이 So1, So2, . . , Son으로 이루어지는 복수 개의 배출포터로 분리되어 이루어지되, 그 배출 단면적은 So = So1 + So2 + . . + Son 로 이루어질 수 있다.
상기 작업공간(5)에는 작업자를 인지할 수 있는 감지센서(20)가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 저장탱크(12) 또는 배출포터(18) 중에 선택되는 적어도 어느 하나에는 압력센서(30)가 장착될 수 있다.
상기 공기압축기(1)와 압축냉각저장장치(10) 사이에는 소음기(40)가 매개될 수 있다.
본 발명은 고압 공기를 일정용량의 저장탱크에 저장하여 이를 냉각한 다음에 냉방이 필요한 공간으로 전송하되, 배출포터를 유입포터와 일정거리 떨어진 지점에 형성시키고, 저장탱크의 유입포터 및 배출포터 각각의 단면적을 서로 달리 형성하여 저장탱크에 유입된 다음 냉각되어 저장된 고압의 공기가 순차적으로 전송되도록 함으로써 공기압축기 및 냉각기의 용량이 크지 않더라도 일정거리 떨어져 있는 공간으로 일정 압력의 냉각 공기를 용이하게 전송할 수 있도록 해준다.
또한, 본 발명은 공기압축기와 압축냉각저장탱크 사이에 소음기를 매개시켜 공기를 고압으로 압축하여 저장탱크로 전송하는 과정에서 필연적으로 발생하는 소음을 제거함으로써 작업자들이 보다 쾌적한 환경에서 작업을 수행할 수 있도록 해준다.
도 1은 본 발명에 따른 고압공기를 이용하는 공기조화장치의 개략적인 일 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 고압공기를 이용하는 공기조화장치의 개략적인 다른 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 고압공기를 이용하는 공기조화장치의 개략적인 또 다른 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 고압공기를 이용하는 공기조화장치의 개략적인 또 다른 구성도.
도 5는 종래 고압공기를 이용하는 공기조화장치의 일 구성도.
본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 상술함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고압공기를 이용하는 공기조화장치의 개략적인 구성도이다. 도면에 개시된 것과 본 발명은, 공기압축기(1)와, 냉각기(3)와, 압축냉각저장장치(10)를 포함하여 이루어지는 특징이 있다.
상기 공기압축기(1)는 공기를 일정압력 이상으로 압축하기 위한 수단으로서, 도면에 도시되지는 않았지만 외부에서 유입되는 공기를 압축하기 위한 압축기가 구비된다. 또한, 이에 부가하여 압축된 공기를 일시저장하기 위한 고압공기 저장탱크가 더 구비될 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명은 공기압축기(1)가 작동함에 있어 특정 값으로 공기를 압축하여 이를 후술할 압축냉각저장장치(10)로 전송하고, 연속하여 공급되는 고압 공기에 의해 압축냉각저장장치(10)에 공기가 채워지면 공기압축기의 작동을 일시 중지하도록 제어할 수도 있다. 이러한 작동제어는 미도시된 제어장치에 의해 수행될 수 있는데 관련업계에서 널리 알려진 사항인바 상세한 설명은 생략한다.
상기 냉각기(3)는 고압으로 압축된 공기를 냉각시키기 위한 수단으로서 냉매를 이용하는 냉각사이클이 이에 해당된다. 상기 냉각기(3)를 구성하는 냉각사이클은 통상적인 압축기, 응축기, 팽창변, 증발기(4)가 순차 연결된 구성으로 이루어질 수 있다.
압축기는 저온, 저압 상태인 냉매 기체를 고온, 고압상태로 변화시키는 장치이며, 응축기는 압축기에서 고온, 고압상태로 변환된 냉매 기체를 가압시켜 중온, 고압상태의 냉매 액체로 변화시키는 장치이다. 또한, 팽창변은 응축기에 의해 중온, 고압으로 변환된 냉매 액체를 증발하기 쉬운 저온, 저압상태로 변화시키는 장치이며, 증발기(4)는 팽창변에서 배출되는 저온, 저압상태의 액체 냉매를 입력받아 저온, 저압상태의 냉매 기체로 증발시키면서 주변의 열을 흡수하는 장치이다.
상기 압축냉각저장장치(10)는 공기압축기(1)와 작업공간(7) 사이에 설치되는 부분으로서, 본 발명은 공기압축기(1)에서 압축된 고압의 공기를 냉각시켜 냉방용으로 사용하기 위한 구성으로서 다음과 같은 3가지 제한요건을 가지는 압축냉각저장장치(10) 구성을 제안한다.
먼저, 압축냉각저장장치(10)에는 일정용량의 내부공간을 가지는 저장탱크(12)가 구비된다. 상기 저장탱크(12)는 공기압축기(1)에서 고압으로 압축된 공기가 유입되어 냉각된 다음 일시적으로 저장되는 공간으로 기능한다. 즉, 저장탱크(12)는 도 4에 개시된 것과 같이 고압의 공기를 냉각시키기 위한 증발기(4)의 설치를 위한 단순한 하우징이 아니라, 유입되는 고압의 공기가 충분히 냉각되며 이와 동시에 냉각된 공기가 일시 저장될 수 있는 공간으로 기능하는 특징이 있다.
상기 저장탱크(12)의 내부공간 크기는 일률적으로 결정할 일이 아니라 유입되어 저장되는 고압 공기의 충분한 냉각정도, 작업공간의 크기 등을 종합적으로 고려하여 결정할 일이다. 증발기(4)는 저장탱크(12) 내부공간에 연장설치된다. 증발기의 연장설치는 저장탱크(12)의 내부공간 크기 및 형상, 그리고 고압공기의 유입흐름 및 냉각공기의 배출흐름 등을 종합적으로 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.
다음으로, 공기압축기(1)에서 압축된 고압의 공기가 유입되는 유입포터(14)의 단면적을 Si로 하고, 냉각된 고압의 공기가 작업공간(5)으로 배출되는 배출포터(16)의 단면적을 So로 하되, 이들 So와 Si는 그 단면적 크기가 서로 달리 형성한다. 유입포터 및 배출포터 각각의 단면적이 서로 다른 크기로 이루어지면 배출포터를 통해 배출되는 냉각된 고압 공기의 양을 적절하게 조절할 수 있기 때문이다.
유입포터 및 배출포터 각각의 단면적이 서로 다른 크기로 이루어지는 경우, 이 중에서 특히 배출포터(16)의 단면적 So를 상기 유입포터(14)의 단면적 Si 보다 작게 형성하는 경우에는, 공기압축기(1)를 통해 저장탱크(12) 내부로 유입되는 공기의 양이 작업공간(5)으로 배출되는 공기의 양보다 크게 됨으로써, 저장탱크(12) 내부에는 항상 일정양의 공기가 저장된 상태를 유지될 수 있다는 이점이 있다.
또한, 이에 부가하여 도면에 개시된 것과 같이, 유입포터(12)를 저장탱크(12)의 일측에 형성시키고, 배출포터(16)는 저장탱크(12)의 타측에 형성시키되, 상기 배출포터(16)는 유입포터(14)가 구비되는 지점에서 일정거리 떨어진 지점에 오도록 한다. 이는 유입포터(14)를 통해 저장탱크(12) 내부공간에 유입된 다음 증발기(4)에 의해 냉각되어 저장된 고압 공기가 순차적으로 배출되도록 유도함으로써 증발기에 의한 냉각이 충분히 이루어지도록 유도하기 위함이다.
이처럼, 본 발명은 증발기를 이용하여 고압의 공기를 냉각시킴에 있어, 일정용량의 내부공간을 가지는 저장탱크 내부에 증발기를 연장설치하는 구조를 제안함으로써 저장탱크 내부로 유입되는 고압 공기가 충분히 냉각한 다음 일시 저장될 수 있도록 하고, 유입포터 및 배출포터 상호간을 저장탱크의 서로 다른 위치에 배치하되 배출포터의 단면적을 유입포터의 단면적과 서로 달리 형성함으로써, 저장탱크의 냉각 및 저장기능이 충분히 발휘되게 해준다. 특히, 배출포터의 단면적을 유입포터의 단면적보다 작게 형성하는 경우에는 이러한 효과가 더욱 배가될 수 있다.
냉각된 공기가 배출되는 배출포터는 여러 다양한 구성으로 이루어질 수 있는데 이에는, 도 2와 같이 저장탱크(12)의 타측에 일련의 연속하는 개별 배출포터(17)를 복수 개로 구성하는 경우와, 도 3과 같이 저장탱크(12)의 타측에 단일의 배출포터를 형성하되 그 단부에 복수 개의 제2 배출포터(18)를 구성하는 경우가 있을 수 있다. 이들 각각은 작업공간이 서로 이격되어 위치하는 경우에 각 개별 작업공간마다 냉각 공기를 공급하기에 적합한 구성이다.
다만, 이러한 구성으로 이루어지는 경우에도 증발기(4)가 연장설치되는 일정용량의 내부공간을 가지는 저장탱크(12), 유입포터(14) 및 배출포터(17, 18) 상호간을 저장탱크(12)의 서로 다른 위치에 배치하되 배출포터의 단면적을 유입포터의 단면적보다 작게 형성하는 것을 포함하여, 배출포터의 단면적을 유입포터의 단면적과 달리 형성하는 제한조건은 동일하게 적용됨은 물론이다. 즉, 도 2 및 도 3의 구성에서도 유입포터의 단면적(Si) > 배출포터의 단면적 합(So1 + So2 + So3) 또는 이와 반대의 조건이 반드시 지켜져야 한다.
한편, 본 발명은 작업공간(5) 일측에 작업자의 존재여부를 감지할 수 있는 인체감지센서(20)가 더 구비되는 경우를 제안한다. 인체감지센서(20)가 작업자의 존재를 감지하면 미도시된 제어장치로 신호를 보내게 되고, 제어장치는 이 신호에 따라 배출포터(18)를 개방하여 작업공간에 냉각된 고압의 공기를 제공하게 된다. 작업공간의 온도, 작업자의 수 등과 같은 작업환경에 따라 배출포터(18)의 개방정도는 적절하게 제어될 수 있다. 상기 인체감지센서(20)는 통상적인 적외선센서로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 압축냉각저장장치(10)의 일측에 압력센서(30)가 구비되는 경우를 제안한다. 상기 압력센서(30)는 공기압축기(1)에 의해 고압으로 압축된 다음 압축냉각저장장치(10)로 전송되어 저장되는 공기의 양을 가늠하기 위한 수단으로서 저장탱크(12)의 일측 또는 배출포터(18)의 일측 중에 선택되는 적어도 어느 하나에 장착될 수 있다. 도면에는 이 중에서 배출포터 일측에 압력센서가 장착되는 경우가 개시되어 있다.
압력센서(30)는 저장탱크(12) 내부공간에 냉각된 다음 저장되는 공기의 양을 점검하게 되며, 그 값이 특정 압력값에 도달하면 미도시된 제어장치의 입력신호에 따라 공기압축기(1)의 작동을 정지시켜 고압 공기의 유입을 중지시키거나, 또는 공기의 보충을 위해 공기압축기(1)를 다시 작동시켜 고압공기를 저장탱크(12)로 전송시키게 된다. 공기압축기(1)를 다시 작동시키는 경우 배출포터(18)가 개방되어 있으면 저장탱크(12) 내부공간에 채워져 있는 공기의 양을 감안하여 배출포터(18)는 일시 폐쇄될 수도 있다.
한편, 공기를 고압으로 압축한 다음 이를 외부로 배출하는 경우 압력 경계면(연결되는 장치 경계면)에서 발생하는 충격파로 인해 진동 및 소음이 발생하게 되는데, 충격파로 인한 진동 및 소음은 압축 정도에 비례하여 증가한다. 이러한 진동 및 소음은 작업공간에서 활동하는 작업자들에 적지 않은 공해로 작용할 수 있기 때문에 적절한 제거수단이 필요하다. 이를 위하여 본 발명은 도 4에 개시된 것과 같이, 공기압축기(1)와 압축냉각저장장치(10) 사이에 소음기(40)가 매개되는 구성을 제안한다.
소음기(40)가 매개되면, 공기압축기(1)에 의해 압축된 공기(Pi)는 소음기(40)의 유입구(44)를 통해 내부공간(42)으로 유입된 다음(①′), 상기 내부공간(42)에 형성되는 분할된 가이드로를 따라 분산되어 일정거리 이동하고(②′), 최종적으로 다시 합류되어(③′) 단부에 구비되는 배출구(46)를 거쳐 Pi′의 압력으로 강하된 고압 공기가 압축냉각저장탱크(10)의 유입포터(14)로 유입되게 된다.
즉, 공기압축기(1)에서 압축된 고압의 공기는 소음기(40)의 내부에 공간적으로 구획되고 일정길이로 이루어지는 가이드로를 따라 그 이동이 강제되면서 급격한 압력 변화가 방지됨에 따라 충격파는 소음기 내부에서 의도하는 크기 범위로 제한되어 모두 제거되고, 고압의 공기는 충격파의 발생없이 압축냉각저장탱크(10)로 유입될 수 있는 것이다. 소음기 내부공간에 형성되는 가이드로는 다양한 형상 및 구조로 이루질 수 있음은 물론이다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 작동구성을 도 1을 참조하여 개략적으로 살펴본다. 아래는 배출포터의 단면적을 유입포터의 단면적보다 작게 형성되는 예로서, 공기압축기가 초기 입력된 Pi 값으로 제어되며, 배출포터(18) 일측 및 작업공간에 각각에는 압력센서 및 인체감지센서가 구비되는 경우를 상정한 것이다.
먼저, 압축냉각저장장치(10)의 배출포터(16)가 폐쇄된 상태에서, 미도시된 제어장치의 입력신호에 따라 공기압축기(1)가 외부 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 초기 입력된 압력 Pi 값으로 압축한다. 공기압축기(1)에 의해 Pi까지 압축된 고온의 공기는 별도의 배관을 통해 압축냉각저장장치(10)의 유입포터(14)로 순차적으로 전송된다(①).
유입포터(14)를 통해 Pi의 압력으로 저장탱크(12) 내부로 유입된 고온, 고압 공기는 저장탱크(12)에 연장설치된 증발기(4)의 작용으로 열을 잃으면서 서서히 냉각된다. 증발기(4)의 작용으로 열을 잃게 되는 고압 공기는 연이어 유입포터(14)를 통해 유입되는 고온, 고압 공기에 밀려 저장탱크(12)의 타측으로 이동하게 되며 그 과정에서 연장설치된 증발기(4)의 작용으로 더욱 냉각된다(②).
공기압축기(1)가 지속적으로 작동하면 고온, 고압의 공기가 연속하여 유입포터(14)로 전송되고, 최초 유입된 고온, 고압의 공기는 뒤이어 밀려들어오는 공기에 의해 저장탱크(12)의 내부공간을 따라 밀려가며, 그 이동과정에서 증발기(4)에 의해 열의 대부분을 잃고 최종적으로 저온 고압의 상태로 변환된 다음 배출포터(16)가 형성되어 있는 저장탱크(12)의 타측 부위에 위치하게 된다.
유입포터(14)를 통해 지속적으로 고압, 고온의 공기가 유입된 다음 순차적으로 냉각되어 저장탱크(12) 내부공간에 채워면 압력은 지속적으로 상승하게 되고 그 값은 압력센서(30)에 의해 실시간 감지된다. 압력센서(30)에 의해 감지된 값이 일정 수치에 도달하면, 당초 공기압축기(1)에 설정되어 작동되던 압력값 Pi로는 더 이상 전송이 어려워지고, 이에 따라 공기압축기(1)는 제어장치의 입력신호에 따라 작동이 정지된다. 저장탱크(12)에 냉각된 고압 공기가 채워진 상태에서 작업자가 작업공간(5)으로 들어오면 인체감지센서(20)가 이를 감지하고, 제어장치는 감지된 신호에 따라 배출포터(18)를 개방하여 냉각된 공기를 작업공간(5)으로 제공하게 된다.
배출포터(16)를 통해 작업공간으로 최종 배출되는 공기는 저온상태로서 그 압력은 Po인데 이는 유입포터(14)를 통해 저장탱크(12) 내부공간으로 유입되는 고온상태의 공기 압력 Pi와 거의 동일한 값을 가지게 된다. 이는 유입포터를 통해 고압의 공기를 저장탱크 내부공간으로 연속하여 유입시키고, 연속하여 유입되는 고압의 공기를 저장탱크 내부공간에서 냉각한 다음 이를 일시 저장하여 순차적으로 배출포터를 통해 내보내기 때문이다.
배출포터(18)를 통해 냉각된 공기가 빠져나가면, 저장탱크(12) 내부공간의 압력이 지속적으로 저하되며 그 추이는 압력센서(30)에 의해 감지된다. 압력의 저하가 계속되어 일정한 값에 도달하면 공기압축기(1)는 제어장치의 입력신호에 따라 다시 작동하여 공기를 압축하고 이를 저장탱크(12)로 전송하게 된다. 이때 배출포터(18)는 그 과정에서 일시 폐쇄될 수도 있는데 배출포터의 일시 폐쇄여부는 장치의 초기 세팅작업에 의해 결정될 수 있을 것이다.
이처럼, 본 발명은 고압의 공기를 일정용량을 가지는 저장탱크 내부에서 냉각시키되 유입포터와 배출포터의 단면적을 달리하고, 이에 부가하여 냉각된 고압 공기가 배출되는 배출포터를 유입포터와 일정거리 떨어져 위치시켜, 고압의 공기를 충분히 냉각시킴과 동시에 냉각된 공기가 일시저장된 다음 순차적으로 배출되도록 유도함으로써 공기압축기 및 냉각기의 용량이 커지 않더라도 고압의 공기가 가지는 특성을 충분히 이용할 수 있도록 해준다. 만일, 공기압축기(1)와 압축냉각저장장치(10) 사이에 소음기(40)가 더 매개된다면 소음이나 진동 공해없이 더욱 쾌적한 상태로 냉각 공기를 제공해 줄 수 있음은 자명하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 한정하여 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 여러 다양한 방법으로 변경되어 실시될 수 있으며, 나아가 개시된 기술적 사상에 기초하여 별도의 기술적 특징이 부가되어 실시될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

Claims (6)

  1. 펌프가 구비되는 공기압축기(1)와, 증발기가 구비되는 냉각기(3)를 포함하여 상기 공기압축기(1)로부터 공급되는 공기를 상기 냉각기(3)로 냉각시켜 작업공간(5)에 냉각된 공기를 공급하는 압축공기를 이용하는 공기조화장치로서,
    상기 공기압축기(1)와 작업공간(7) 사이에는, 상기 냉각기(3)의 증발기(4)가 내부공간에 연장설치되며 일정용량의 크기를 가지는 저장탱크(12)와, Si의 단면적을 가지며 상기 저장탱크(12)의 일측에 구비되어 상기 공기압축기(1)에서 압축된 공기가 유입되는 유입포터(14)와, So의 단면적을 가지며 상기 저장탱크(12)의 타측에 구비되어 냉각된 공기를 작업공간(5)으로 토출시키는 배출포터(16)로 이루어지는 압축냉각저장장치(10)가 설치되되, 상기 배출포터(16)의 단면적 So와 상기 유입포터(14)의 단면적 Si는 서로 다른 크기로 형성되고, 상기 배출포터(16)는 상기 유입포터(14)가 구비되는 지점에서 일정거리 떨어진 저장탱크(12)의 타측에 구비됨으로써, 상기 유입포터(14)로 유입되는 고압의 공기는 상기 증발기(4)에 의해 냉각 및 저장된 다음 압력의 손실없이 순차적으로 상기 배출포터(16)를 통해 작업공간으로 고압배출되는 것을 특징으로 하는 압축공기를 이용하는 공기조화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배출포터(16)의 단면적 So는 상기 유입포터(14)의 단면적 Si보다 작게형성되는 것을 특징으로 하는 압축공기를 이용하는 공기조화장치.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 배출포터(16)는 각 배출 단면적이 So1, So2, . . , Son으로 이루어지는 복수 개의 배출포터로 분리되어 이루어지되, 그 배출 단면적은 So = So1 + So2 + . . + Son 인 것을 특징으로 하는 압축공기를 이용하는 공기조화장치.
  4. 제1항 또는 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 작업공간(5)에는 작업자를 인지할 수 있는 감지센서(20)가 구비되는 것을 특징으로 하는 압축공기를 이용하는 공기조화장치.
  5. 제1항 또는 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 저장탱크(12) 또는 배출포터(18) 중에 선택되는 적어도 어느 하나에는 압력센서(30)가 장착되는 것을 특징으로 하는 압축공기를 이용하는 공기조화장치.
  6. 제1항 또는 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 공기압축기(1)와 압축냉각저장장치(10) 사이에는 소음기(40)가 매개되는 것을 특징으로 하는 압축공기를 이용하는 공기조화장치.
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