(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
一般的に、局部冷却装置は、費用が安価で信頼性が高く、維持補修の必要性が全くない冷却装置であって、産業現場の随所での局部的冷却の問題に対する解決策として用いられており、産業現場で用いられる一般的な圧縮空気(コンプレッサ)を駆動エネルギー源として使用する。また、局部冷却装置は、機械的駆動部が全くなく、冷たい空気と熱い空気の流れを同時に作り出す。
【0003】
このような局部冷却装置は、電子制御および通信装備の冷房、産業装備のコントロール(制御)ボックスの冷却(温度維持)、PLCモータコントローラの冷却(温度維持)、機械加工工程の局部的冷却(切削油の代替)、高温環境に設けられたCCTVカメラの冷却、溶湯の凝固、ろう付けまたは溶接部位の冷却、大容量スイッチング素子の冷却、高温メカニカルシーリング部位の冷却および苛酷な低温環境作り用性能試験装備の製作などに用いられている。
【0004】
このような局部冷却装置に関する従来技術としては、韓国登録特許第10−0880276号(2009年01月23日)[ボルテックスチューブ](従来技術1)と、韓国登録特許第10−0901741号(2009年06月02日)[ボルテックスチューブを用いた空気乾燥機](従来技術2)がある。しかし、前記従来技術1および2に提示された局部冷却装置は、回転室の回転誘導部材を通過した圧縮空気が回転しながら分離室の入口に流入し、回転しながら出口に移動するようになっているため、圧縮空気を冷気と温気に分離する効率に劣る。
【0005】
又、局部冷却装置は、設けられた環境の温度を一定に維持するために、発熱する部位(局部)に冷気を供給し続ける装置として活用されるが、このような自動温度調節機能が備えられた冷却装置に関する従来技術として、韓国登録特許第10−1211482号(2012年12月06日)[MGO冷却システム](従来技術3)、および韓国登録特許第10−1297382号(2013年08月09日)[自動制御冷却装置](従来技術4)がある。しかし、前記従来技術3および4に提示された自動温度調節手段は、電気を必要とするが、開閉バルブを電気的装置を活用して駆動する。従って、駆動電源を必ず印加しなければならないので、電気を使用できない環境、または低電力動作のために電気の使用を最小化しなければならない環境などでは、使用が難しいという欠点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、注入された圧縮空気を温気と冷気に分離して、温気は排出し、冷気は発熱している空間または対象体に吐出して冷却させ、これによって、設けられた空間または対象体の周辺温度を一定に維持することを目的とする。
【0007】
また、電気を必要としないアナログ(Analog)式自動温度調節手段が備えられ、電気を使用できない環境(電気の使用が危険な防爆地域および化学工場)、または低電力動作のために電気の使用を最小化しなければならない環境(コンプレッサエアに対する節減および節約、エネルギーセービング(Energy Saving)効果を期待する事業場)などでの活用を可能にすることを目的とする。
【0008】
さらに、開閉部材は、接触端部および傾斜部を有する構造で備えられ、摩擦力を最小化して前後進動作特性が強化され、膨張部材の小さな力にも敏感に反応できることを目的とする。
【0009】
さらにまた、ハウジングの内側に防振部材を導入して、低振動低騒音で動作することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するため本発明の局部冷却装置は、
圧縮空気が注入される注入口と、注入された圧縮空気から分離された冷気が吐出される冷気ノズルと、前記冷気ノズルおよび注入口に連結された流路部とを含む本体と、
前記流路部を貫通して備えられ、温度の変化に応じて流路部の開閉程度を調節する温度調節手段と、を含んでなる。
【0011】
また、前記温度調節手段は、
本体の正面に備えられた雌ねじ部に結合される調節ねじ部材と、
前記調節ねじ部材の雄ねじ部の内側に形成された空間部に挿入され、温度によって体積が膨張または収縮する膨張部材と、
前記調節ねじ部材の空間部に挿入され、前記膨張部材によって空間部の内部を前後進する加圧部材と、
一端は前記加圧部材の端部と接触する開閉部材と、
前記開閉部材を弾性支持するリターン部材と、を含んでなる。
【0012】
さらに、前記開閉部材は、
前記加圧部材の端部と接触する接触端部と、
前記接触端部につながり、後方にいくほど直径が大きくなる傾斜部と、
前記傾斜部につながり、前記注入口に配列されて注入口を密閉する側面部と、を含んでなる。
【0013】
また、前記流路部に連結され、前記本体の後方に配列される冷温気分離室をさらに含み、前記冷温気分離室の外側を取り囲む防振部材をさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【0014】
上記の構成を有する本発明は、
注入された圧縮空気を温気と冷気に分離して、温気は排出し、冷気は発熱している空間または対象体に吐出して冷却させ、これによって、設けられた空間または対象体の周辺温度を一定に維持することができ、
また、電気を必要としないアナログ(Analog)式自動温度調節手段が備えられ、電気を使用できない環境(電気の使用が危険な防爆地域および化学工場)、または低電力動作のために電気の使用を最小化しなければならない環境(コンプレッサエアに対する節減および節約、エネルギーセービング(Energy Saving)効果を期待する事業場)などで活用可能である。
【0015】
さらに、開閉部材は接触端部および傾斜部を有する構造で備えられ、摩擦力を最小化して前後進動作特性が強化され、膨張部材の小さな力にも敏感に反応し、
さらにまた、ハウジングの内側に防振部材を導入して、低振動低騒音で動作し、
使用者の満足度が高い。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、添付した図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【0018】
本発明は、多様な変更を加えられて様々な形態を有し得るが、実施形態(態様、aspect)(または実施例)を本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態について限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物または代替物を含むことが理解されなければならない。
【0019】
各図面において、同一の参照符号、特に、十の桁および一の桁数、または十の桁、一の桁およびアルファベットが同一の参照符号は、同一または類似の機能を有する部材を表し、特別な言及がない場合、図面の各参照符号の指し示す部材は、かかる基準に準ずる部材として把握すればよい。
【0020】
また、各図面における構成要素は、理解の便宜などを考慮して大きさや厚さを誇張して大きくしたり(または厚く)、小さく(または薄く)表現したり、単純化して表現しているが、これによって本発明の保護範囲が制限的に解釈されてはならない。
本明細書で使った用語は、単に特定の実施形態(態様、aspect)(または実施例)を説明するために使われたものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本出願において、〜含む〜、または〜なる〜などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、1つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないことが理解されなければならない。
【0021】
別途に定義されない限り、技術的または科学的な用語を含むここで使われるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味を持っている。一般的に使われる辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されなければならず、本出願において明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されない。
【0022】
本明細書に記載された〜第1〜、〜第2〜などは、互いに異なる構成要素を区分するために指し示すものに過ぎず、製造された順序にこだわらず、発明の詳細な説明と請求の範囲でその名称が一致しないことがある。
まず、本発明を説明するに先立ち、厳密でない大まかな方向を特定すると、
図1に示された通りの状態において、本体10の位置する左側を前方、ハウジング50の位置する右側を後方に設定し、これを基準として説明する。また、内側、外側の意味は、一般的な常識上の内部および外部空間の方向を意味し、特別な言及がない限り、特許請求の範囲においてもこれに従う。
【0023】
図1から確認できるように、本発明に係る局部冷却装置Aは、本体10と、温度調節手段20とを含んでなる。
また、本体10の後方に結合されるハウジング50をさらに含んでなる。
同時に、ハウジング50の外面には、温気が排出される温気出口51が形成されていることを確認することができる。本体10の周りに沿って備えられたフレームおよびOリングの存在も確認可能である。
【0024】
具体的な各構成を、以下、添付した図面を参照してより詳細に説明する。
まず、
図1および
図2に示されているように、本発明において、本体10は、圧縮空気が注入される注入口11を含んでなる。注入口11は、空気圧縮機(Compressor)に連結されて圧縮空気が注入される通路で、注入口11の内周には、ねじ山111が形成されているが、これは空気圧縮機との持続的な結合のためのものである。
また、
図1および
図2に示されているように、本発明において、本体10は、注入された圧縮空気から分離された冷気が吐出される冷気ノズル13をさらに含んでなる。
【0025】
まず、
図2を参照すれば、本体10の後方には冷温気分離室30が備えられているが、注入口11を通して注入された圧縮空気が、冷温気分離室30で冷気および温気に分離され、分離された圧縮空気のうち、冷気の成分は本体10の冷気ノズル13に、温気の成分は冷温気分離室30の後方に備えられた温気ノズル40に吐出される。
同時に、冷気ノズル13は、本局部冷却装置Aが冷却しようとする空間に直接連結され、冷却部位に冷気が直接噴射されるようにすることが好ましい。
【0026】
また、
図4に示されているように、本体10は、冷気ノズル13および注入口11に連結された流路部15をさらに含んでなる。(
図4[A]は上側観察視点の断面図であり、
図4[B]、[C]は側方向観察視点の断面図である。)流路部15は、本体10内部の空間で、前方には冷気ノズル13が備えられ、側方には注入口11が備えられていることを、
図4を通して確認することができる。
【0027】
流路部15は、下記の温度調節手段20とともに本発明の核心をなす構成で、この流路部15の開閉によって、冷却しようとする空間の自動温度調節が可能であるが、電気的装置Aを必要としないアナログ(Analog)方式の温度調節手段20を備えているため、制御パネル(キャビネット)内部(冷却しようとする空間)の温度を感知して、制御パネル(キャビネット)内部(冷却しようとする空間)の温度上昇の際、敏感に直ちに反応して冷却し、吐出される圧縮空気(冷気)を制御することでエネルギーセービング(Energy Saving)効果があり、冷却しようとする空間の特性上、電気的装置Aの具備が難しい場合や、または電力消耗を最小化しようとする場合などの一般的な電気制御方式の自動温度調節装置Aの具備が難しい場合に、より効果的に使用が可能である。
【0028】
次に、本発明の核心をなす流路部15を貫通して備えられ、温度の変化に応じて流路部15の開閉程度を調節する温度調節手段20についてより詳細に説明する。
【0029】
上述のように、前記温度調節手段20は、「非電気的自動温度調節」という本発明の核心的課題をなすための核心的構成要素である。
まず、
図2および
図4に示されているように、温度調節手段20は、本体10の正面に備えられた雌ねじ部12に結合される調節ねじ部材21を含んでなる。前記調節ねじ部材21は、加圧部材23の初期変位を設定し、これによって、加圧部材23のストローク(Stroke)の長さを調節して、温度調節のための注入口11の開閉程度の最大または最小値を設定することができる。
すなわち、より明確には、調節しようとする温度の幅を初期セットすることができるが、これを調節ねじ部材21の雌ねじ部12内の変位(引出し・引込みの程度)によりセットすることができるのである。
【0030】
次に、
図2および
図4に示されているように、温度調節手段20は、調節ねじ部材21の雄ねじ部211の内側に形成された空間部213に挿入され、温度によって体積が膨張または収縮する膨張部材22をさらに含んでなる。
膨張部材22は、熱によって体積が膨張する物質で、固体またはゲル(Gel)状態からなることが好ましく、調節ねじ部材21の雄ねじ部211の内側空間部213に挿入され、温度が上昇すれば、体積が膨張して空間部213を狭め(
図4[C])、温度が下降すれば、体積が縮小して空間部213を広げて、その空間だけ加圧部材の前進が行われるようにする(
図4[B])。
【0031】
次に、
図2および
図4に示されているように、温度調節手段20は、調節ねじ部材21の空間部213に挿入され、前記膨張部材22によって空間部213の内部を前後進する加圧部材23をさらに含んでなる。
【0032】
上述のように、設けられた環境の温度が上昇すれば、膨張部材22の体積が膨張して空間部213を狭めると、ともに空間部213に挿入された加圧部材23は、膨張部材22に押されて後進して空間部213から一部引出され(
図4[C])、設けられた環境の温度が下降すれば、膨張部材22の体積が縮小して空間部213を広げると、ともに空間部213に挿入された加圧部材23は、膨張部材22の縮小した分だけ前進して空間部213から一部引込まれる(
図4[B])。
【0033】
次に、温度調節手段20は、一端は前記加圧部材23の端部と接触する開閉部材24と、開閉部材24を弾性支持するリターン部材25とをさらに含んでなる。上述した加圧部材23の前後進過程で膨張部材22の体積膨張による加圧部材23の後進は自然に行われるが、膨張部材22の体積縮小による加圧部材23の前進は自然に行われないことから、加圧部材23の端部と接触する開閉部材24およびこれを弾性支持するリターン部材25を通して、加圧部材23および開閉部材24の常時前進を弾性支持しなければならない。
【0034】
また、前記開閉部材24は、設けられた環境の温度が上昇して加圧部材23が後進する時、ともに押されて後進して注入口11を開放することで、注入される圧縮空気の量を増加させ、設けられた環境の温度が下降して加圧部材23が前進する時、ともに前進して注入口11を閉鎖することで、注入される圧縮空気の量を減少させる。注入される圧縮空気の量に応じて冷気ノズル13を通して吐出される冷気の量が変化するため、これによって、設けられた環境(局部)の温度が自動的に調節可能である。
さらに、リターン部材25は、
図2および
図4から確認できるように、スプリングからなり、加圧部材23および開閉部材24の常時前進を弾性支持する役割を果たす。また、
図2および
図4から確認できるように、リターン部材25の端部には仕上げ部材が備えられるが、リターン部材25の離脱防止および流路部15の密閉のための一種の「蓋」の役割を果たす。
【0035】
次に、添付した図面を参照して開閉部材24についてより詳細に説明する。
本発明の核心的課題が「非電気的自動温度調節」にあることは上述した通りである。
このために、開閉部材24の特徴は重要な核心的特徴の1つであるが、このような開閉部材24の特徴を説明すれば、
図3に示されているように、開閉部材24は、加圧部材23の端部と接触する接触端部241を含み、
接触端部241につながり、後方にいくほど直径が大きくなる傾斜部243をさらに含み、
傾斜部243につながり、前記注入口11に配列されて注入口11を密閉する側面部245を含んでなる。
このような構造は、開閉部材24の動作特性を強化するのに寄与するが、一般的に、円筒状や多面体の構造を有する場合には、側面部245の摩擦によって開閉部材24の前後進動作が妨げられることになる。
【0036】
しかし、本発明で解決しようとする技術課題である「非電気的自動温度調節」においては、膨張部材22の膨張率によりすべての構成の前後進が決定されるので、開閉部材24の前後進動作はより敏感に行われる必要がある。
本発明は、このような開閉部材24の側面部245の摩擦を最小化するために、接触端部241につながり、後方にいくほど直径が大きくなる傾斜部243を備え、傾斜部243の下部に側面部245を備えるが、接触端部241と傾斜部243と側面部245とがすべて一体となるようにする開閉部材24を導入した。好ましくは、側面部245は、注入口11の形状に相応する形状を有し、場合によって、注入口11の完全密閉も保障するのである。
【0037】
一方、本発明の他の核心的特徴は、局部冷却装置Aとして動作する過程で「低騒音、低振動」で動作することであるが、本発明に係る局部冷却装置Aは、
図2に示されているように、冷温気分離室30の外側を取り囲む防振部材31をさらに含んでなる。
【0038】
まず、
図2から確認できるように、冷温気分離室30は、流路部15に連結され、前記本体10の後方に配列される構成である。したがって、注入された圧縮空気が、冷温気分離室30で冷気と温気に分離され、冷気は前方に備えられた冷気ノズル13を通して吐出され、温気は冷温気分離室30の後方に連結された温気ノズル40またはハウジング50に備えられた温気出口51などに吐出され、冷却しようとする空間に冷気のみを吐出する。
また、防振部材31は、冷温気分離室30から発生する振動および騒音がハウジングの外部に放出されないように吸収し、本発明の他の核心的特徴である「低振動、低騒音動作」を実現する。
【0039】
以下、本局部冷却装置Aにおいて、圧縮空気が冷気と温気に分離される過程と原理を簡単に説明する。(具体的な説明は、本出願人の前の出願である韓国登録特許第10−1385148号(2014年4月8日)[高効率局部冷却装置A]からも確認できるので省略する。)
【0040】
圧縮空気の冷気および温気の分離過程および原理は、冷温気分離室30の入口に流入した圧縮空気は冷温気分離室30の内壁に沿って回転しながら出口に移動をし、出口に到達した圧縮空気はその一部が後方の温気ノズル40に吐出され、吐出されなかった残りの空気は方向を変えて入口に逆流し、逆流する空気は熱を失って冷却されながら冷温気分離室30の入口を通過して、本体10に備えられた冷気ノズル13に吐出されることである。
【0041】
逆流する空気(すなわち、冷気)が熱を失う理由は、冷温気分離室30の周縁である内壁に沿って回転して流れる空気は高温状態で冷温気分離室30の出口側に流れて一部が温気ノズル40に排出され、残りは冷温気分離室30の出口側中心部で同じ方向に回転して低温状態になって、冷温気分離室30の入口側に流れて排出される時、冷温気分離室30の周縁と中心部とで互いに反対方向に流れる空気(すなわち、温気と冷気)は同じ方向、同じ速度で回転するが、
力学の法則のうち、角運動量(回転運動量)保存の法則によって回転半径の大きい外郭を回転していた気体(すなわち、温気)が、回転半径の狭い内部に流入して循環することになり、回転速度が速くなければならないが、
冷温気分離室30では、内部を循環する空気(すなわち、冷気)の回転角速度が速くならずに外郭を回る時と同じであるが、これは内部の空気が角運動量を失ったからであり、角運動量を失った内部の空気は、つまりエネルギーを失ったものであり、その結果、温度が下がり、内部の空気が失ったエネルギーは外部を回転する空気に伝達されて、外部を回転する空気が熱くなるのである。
【0042】
一方、本発明に係る局部冷却装置Aは、
図1および
図2から確認できるように、そして上述のように、冷温気分離室30を含む本体10の後方を取り囲むハウジング50をさらに含んでなる。また、本体10の後端部には、ハウジング50との結合のための第1結合部17が形成されており、ハウジング50の前端部には、第1結合部17と結合される第2結合部57が形成されている。
図2では、第1および第2結合部17、57が相互ねじ結合することを実施例として示した。
【0043】
また、温気ノズル40を通して排出される温気の残量排出のための温気出口51がハウジング50に通孔形態で備えられていることも、図面を通して確認することができる。以上の本発明の詳細な説明において、各構成の素材、特に、防振部材31の素材および膨張部材22の物質の種類などに関連する公知の技術について具体的な説明は省略したが、当業者であれば十分推論し理解して実施できると判断される。
【0044】
以上、添付した図面を参照して本発明の局部冷却装置Aを説明するにあたり、特定の形状および方向を中心に説明したが、本発明は当業者によって多様な変形および変更が可能であり、このような変形および変更は本発明の権利範囲に含まれると解釈されなければならない。