KR200491760Y1 - 열전소자에 의한 2중 냉각기능과 발전기능이 제공된 컴프레셔용 냉각기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 다단 압축방식에 의하여 고압의 압축공기를 생성시키는 작업시 제 1컴프레셔로부터 토출된 고온고압의 압축공기를 열교환탱크 내부의 열교환기를 거쳐 냉각시킨 다음, 이를 제 2컴프레셔측으로 공급하여 압축효율을 향상시키는 데 사용되는 컴프레셔용 냉각기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 열교환탱크 내부 중앙의 격판에 의하여 좌,우로 분리 구획된 2개의 공간 중 제 1컴프레셔로부터 고온고압의 압축공기가 유입되는 공간의 내부에 열전소자가 장착된 냉각수탱크를 삽입 설치하고, 상기 열전소자를 격판측 방향으로 배치시킨 상태에서 냉각수탱크를 통하여 냉각수를 순환시킴에 따라, 열교환탱크의 내부로 유입된 고온고압의 압축공기를 열교환기 및 열전소자에 의하여 2중으로 냉각시키는 한편, 고온 압축공기와 상온 냉각수와의 온도 차이를 이용하여 열전소자로부터 소정의 전력을 생산할 수 있도록 하며, 특히 상기 열전소자에 전열핀과 장착플랜지를 설치한 다수 개의 사각형 열전모듈을 냉각수탱크 일측면의 폭 방향과 길이 방향에 걸쳐 바둑판식으로 맞대어 배치시킴에 따라, 열전소자의 발전기능을 전열핀에 의하여 한층 더 극대화시킴과 동시에, 열전모듈의 장착플랜지와 냉각수탱크의 사이에 열전소자용 케이블의 배선공간이 제공되도록 하여 고열에 취약한 케이블을 안전하게 보호할 수 있도록 한 2중 냉각기능과 발전기능이 제공된 컴프레셔용 냉각기에 관한 것이다.

Description

열전소자에 의한 2중 냉각기능과 발전기능이 제공된 컴프레셔용 냉각기{Chiller for compressor with double-cooling and electric power-generating function by thermoelement}

본 고안은 다단 압축방식에 의하여 고압의 압축공기를 생성시키는 작업시 제 1컴프레셔로부터 토출된 고온고압의 압축공기를 열교환탱크 내부의 열교환기를 거쳐 냉각시킨 다음, 이를 제 2컴프레셔측으로 공급하여 압축효율을 향상시키는 데 사용되는 컴프레셔용 냉각기에 관한 것으로서, 상기 열교환탱크 내부 중앙의 격판에 의하여 좌,우로 분리 구획된 2개의 공간 중 제 1컴프레셔로부터 고온고압의 압축공기가 유입되는 공간의 내부에 열전소자가 장착된 냉각수탱크를 삽입 설치하고, 상기 열전소자를 격판측 방향으로 배치시킨 상태에서 냉각수탱크를 통하여 냉각수를 순환시킴에 따라, 열교환탱크의 내부로 유입된 고온고압의 압축공기를 열교환기 및 열전소자에 의하여 2중으로 냉각시키는 한편, 고온 압축공기와 상온 냉각수와의 온도 차이를 이용하여 열전소자로부터 소정의 전력을 생산할 수 있도록 한 2중 냉각기능과 발전기능이 제공된 컴프레셔용 냉각기에 관한 것이다.

일반적으로 산업현장에서 고압의 압축공기를 생성시키는 용도로 컴프레셔가 널리 사용되고 있으며, 다단 압축방식을 이용하여 공기의 압축효율을 높일 수 있도록 최소 2대 이상의 컴프레셔를 직렬식으로 연결시키되, 각각의 컴프레셔 사이마다 냉각기를 배치시킴으로서, 제 1컴프레셔로부터 토출된 고온고압의 압축공기를 냉각기로 유입시켜 해당 냉각기에서 압축공기를 냉각시킨 다음, 이를 제 2컴프레셔로 공급시키는 방식이 가장 보편적으로 적용되고 있다.

상기와 같이 다단 압축방식에 의하여 고압의 압축공기를 생성시키는 데 사용되는 컴프레셔용 냉각기는, 전방플레이트와 후방플레이트가 기밀(氣密) 가능하게 조립 설치되는 원통 형상의 열교환탱크와, 상기 열교환탱크의 내부 중앙에 수직 방향으로 설치되어 열교환탱크의 내부공간을 좌,우 2개의 공간으로 분리 및 구획시키는 격판과, 상기 격판의 중앙부에서 열교환탱크의 길이 방향을 따라 배치되는 열교환기를 포함하여서 이루어진다.

또한, 상기 열교환탱크에는 격판에 의하여 구획된 2개의 공간 중 일측 공간을 통하여 제 1컴프레셔로부터 토출된 압축공기를 유입시키는 유입덕트와, 상기 열교환기를 거쳐 냉각된 압축공기를 열교환탱크의 타측 공간으로부터 제 2컴프레셔측으로 배출시키는 배출덕트가 각각 연결 설치되고, 상기 전방플레이트 또는 후방플레이트에는 열교환기를 통하여 상온(28~32℃)의 냉각수를 순환시키는 유입관과 배출관이 각각 연결 설치되며, 상기 유입관과 배출관은 냉각탑(Cooling tower)과 연결된 상태로 냉각수의 순환배관을 이루게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 컴프레셔용 냉각기는 제 1컴프레셔로부터 토출된 고온(140~200℃)의 압축공기를 열교환탱크 내부의 열교환기만을 이용하여 40℃ 수준으로 냉각시키도록 하였기 때문에 열교환기 뿐만 아니라 냉각탑에서의 냉각부하를 크게 증대시키는 요인이 되었으며, 고온의 압축공기로부터 냉각수로 회수되는 폐열을 효율적으로 재활용하지 못하고 냉각탑에서 거의 소실시킴에 따라 에너지의 낭비를 유발시키는 문제점이 있었다.

다른 한편으로, 최근에 들어서는 고온유체와 저온유체 사이의 온도 차이를 이용하여 전력을 생산하는 열전소자가 다양한 산업분야에 걸쳐 널리 적용되고 있으며, 그 대표적인 예를 들자면 선박용 LNG 저장탱크의 내측 상단에 누적되는 증발(휘발)가스가 컴프레셔를 거쳐 엔진으로 공급되게 하는 제 1배관 및 저장탱크 내부의 액화연료를 엔진으로 공급하는 제 2배관의 사이에 설치되어 압축가스와 액화연료 사이의 온도 차이를 이용하여 전력을 생산토록 한 열전발전장치가 대한민국 공개특허 제 10-2015-0101824호(공개일자: 2015년 09월 04일)에 기재되어 알려져 있다.

상기와 같은 종래의 열전발전장치는 수 개 내지 수 십 개의 열전소자가 상,하부 커버판에 의하여 덮혀지도록 구성된 상태에서, 제 1배관과 제 2배관을 연결하는 방식 또는 동심원 형태의 배치를 이루는 제 1배관과 제 2배관의 사이에 삽입되는 방식으로 설치됨으로서, 컴프레셔를 거쳐 엔진으로 공급되는 압축가스의 온도를 이용하여 저장탱크로부터 엔진으로 공급되는 액화연료를 기화시킴과 동시에, 압축공기와 액화연료 사이의 온도 차이를 이용하여 열전소자에서 소정의 전력을 생산한 다음, 이를 컴프레셔나 펌프 등의 보조전력으로 활용할 수 있도록 하였다.

그러나, 상기와 같은 종래의 열전발전장치는 열전소자 및 케이블을 안전하게 보호하기 위한 상,하부 커버판이 제 1배관 및 제 2배관의 외측 표면과 접촉되는 방식으로 설치되었기 때문에, 커버판과 배관의 두께에 의한 열전달의 간섭 현상으로 말미암아 각 유체간의 온도 차이를 이용하는 열전소자의 발전성능이 크게 저하되는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 열전발전장치의 설치 및 유지보수 등에 소요되는 비용과 열전발전장치로부터 생산되는 전력량을 함께 고려할 경우 열전발전장치의 적용 자체가 비경제적이 되는 문제점이 있었다.

특히, 앞서 설명되어진 컴프레셔용 냉각기와 같이 열교환탱크의 내부로 고온의 압축공기를 유입시키는 유입덕트와 열교환기의 내부로 상온의 냉각수를 유입시키는 유입관이 1m 내외의 거리를 두고 떨어져 설치된 경우에는, 압축공기의 유입덕트와 냉각수의 유입관을 열전발전장치로 직접 연결시켜 전력을 생산토록 하는 것은 거의 불가능하며, 전,후방플레이트가 포함된 열교환탱크 자체가 두꺼운 금속재질이나 단열재질로 제작됨에 따라, 고온의 압축공기가 유동되는 내부공간의 외측에 해당하는 열교환탱크의 표면 중 냉각수의 유입관과 인접한 위치에 열전발전장치를 적용시키는 것 또한 실효성이 거의 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래의 열전발전장치를 열교환기의 좌측면이나 우측면에 밀착시켜 설치함으로서, 열교환기의 내부로 유입된 상온 냉각수와 열교환탱크의 내부로 유입된 고온 압축공기 사이의 온도차를 이용하여 전력을 생산코자 할 경우, 제 1컴프레셔로부터 열교환탱크의 일측 내부공간으로 유입된 고온의 압축공기가 열교환기를 거쳐 냉각된 다음, 타측 내부공간으로부터 제 2컴프레셔측으로 배출되는 구조적인 특성상, 열교환기가 제공하는 압축공기의 유동통로가 열전발전장치에 의하여 막힘에 따라 냉각기의 기능 자체를 제대로 수행할 수 없는 문제점이 발생하게 된다.

상기와 같은 요인으로 말미암아 상온(28~32℃)의 냉각수와 고온(140~200℃)의 압축공기가 제공하는 110~170℃ 수준의 온도 차이를 이용하여 열전소자로 상당량의 전력을 생산할 수 있음에도 불구하고 열교환탱크의 내부에 열전발전장치가 적용된 컴프레셔용 냉각기는 현재까지 개발된 바가 없었으며, 열전소자용 케이블이 고온에 취약한 소재임을 감안하여 140~200℃ 수준의 압축공기가 유동하는 열교환탱크의 내부에 열전소자를 케이블과 함께 안전하게 설치 및 사용할 수 있으면서도 열전소자에 의한 발전성능을 보다 더 극대화시킬 수 있는 구조적 개선방안 역시 제안되지 못한 실정이었다.

대한민국 공개특허 제 10-2015-0101824호

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 컴프레셔용 냉각기는 열교환탱크 내부 중앙의 격판에 의하여 좌,우로 분리 구획된 2개의 공간 중 제 1컴프레셔로부터 고온고압의 압축공기가 유입되는 공간의 내부에 열전소자가 장착된 냉각수탱크를 발전유닛으로 삽입 설치하고, 상기 열전소자를 격판측 방향으로 배치시킨 상태에서 냉각수탱크를 통하여 냉각수를 순환시킴에 따라, 열교환탱크의 내부로 유입된 고온고압의 압축공기를 열교환기 및 열전소자에 의하여 2중으로 냉각시키는 한편, 고온(140~200℃) 압축공기와 상온(28~32℃) 냉각수와의 온도 차이를 이용하여 열전소자로부터 소정의 전력을 생산할 수 있도록 하며, 이를 통하여 열교환기와 냉각탑에 가해지는 고온 압축공기의 냉각부하를 효율적으로 분산시킴과 동시에 기설치된 컴프레셔용 냉각기에도 별다른 구조적 변경없이 열전소자에 의한 발전유닛을 용이하게 설치 및 사용할 수 있도록 하는 것을 그 주된 기술적 과제로 한다.

특히, 상기 냉각수탱크를 직사각통 형상으로 납작하게 제작한 상태에서 상기 열전소자는 전열핀과 장착플랜지가 구비된 사각형 열전모듈로 하여, 냉각수탱크 일측면의 폭 방향과 길이 방향에 걸쳐 다수 개의 열전모듈을 바둑판식으로 맞대어 배치시킴에 따라, 열전소자의 발전기능을 전열핀에 의하여 한층 더 극대화시킴과 동시에, 열전모듈의 장착플랜지와 냉각수탱크의 사이에 열전소자용 케이블의 배선공간이 제공되도록 하여 고열에 취약한 케이블을 안전하게 보호할 수 있도록 하며, 상기 냉각수탱크를 열전소자용 장착판과 사각통 형상의 몸통체로 분리시켜 제작하되, 상기 장착판은 전열소재로 제작하고 상기 몸통체는 단열소재로 제작하여 열전소자를 거치지 아니하는 압축공기와 냉각수와의 불필요한 열교환을 최소화시킴으로서, 열교환탱크의 내부공간에 냉각수탱크가 포함된 발전유닛을 삽입시키더라도 열전소자에 의한 발전기능에 지장을 초래하지 않도록 하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

이와 더불어, 상기 냉각수탱크의 선단측과 후단측 및 냉각수탱크의 좌측단과 우측단에 바둑판식 배치를 가지는 열전모듈을 에워싸는 형태로 하여 열전모듈과 함께 냉각수탱크와 조립되는 단부커버 및 거치대를 각각 설치하고, 상기 거치대가 냉각수탱크의 좌,우측면과 소정의 간격을 두고 이격되게 함으로서, 열전소자의 케이블을 보다 더 안전하게 보호할 수 있도록 하는 한편, 해당 케이블을 (+)극과 (-)극끼리 한데 모아 냉각수탱크의 좌,우측단으로부터 열교환탱크의 외부로 용이하게 빼낼 수 있도록 하며, 상기 거치대의 끝단부가 열교환탱크의 내주면과 밀착되는 방식으로 하여 열전모듈이 장착된 발전유닛을 열교환탱크의 내부공간에 카트리지식으로 착탈 가능하게 삽입 설치할 수 있도록 하고, 열교환기용 냉각수의 유입관과 배출관에 냉각수탱크용 제 2유입관과 제 2배출관을 연결시킴에 따라, 냉각탑이 포함된 기존의 배관라인을 그대로 유지시키는 조건하에서 컴프레셔용 냉각기의 열교환탱크에 발전유닛을 손쉽게 설치 및 사용할 수 있도록 하는 것을 추가적인 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서의 본 고안은, 전방플레이트와 후방플레이트가 기밀(氣密) 가능하게 조립 설치되는 열교환탱크와, 상기 열교환탱크의 내부 중앙에 수직 방향으로 설치되어 열교환탱크의 내부공간을 좌,우 2개의 공간으로 구획시키는 격판과, 상기 격판의 중앙부에서 열교환탱크의 길이 방향을 따라 배치되는 열교환기를 포함하여서 이루어지며, 상기 열교환탱크에는 격판에 의하여 구획된 2개의 공간 중 일측 공간을 통하여 제 1컴프레셔로부터 토출된 압축공기를 유입시키는 유입덕트와, 상기 열교환기를 거쳐 냉각된 압축공기를 타측 공간으로부터 제 2컴프레셔측으로 배출시키는 배출덕트가 각각 연결 설치되고, 상기 전방플레이트 또는 후방플레이트에는 열교환기를 통하여 냉각수를 순환시키는 유입관과 배출관이 각각 연결 설치된 컴프레셔용 냉각기에 있어서, 상기 격판에 의하여 구획되는 2개의 공간 중 유입덕트와 연통되는 일측 공간의 내부에는 열전소자를 이용한 발전유닛이 삽입 설치되고, 상기 발전유닛은 직사각통 형상으로 납작하게 제작된 냉각수탱크의 상부면에 걸쳐 열전소자가 연결 설치된 것이며, 상기 열전소자가 설치된 냉각수탱크의 상부면이 격판측을 향하도록 열교환탱크의 길이 방향을 따라 발전유닛을 삽입시키되, 해당 일측 공간을 이루는 열교환탱크의 내주면 가장자리상에 1개의 발전유닛을 90도 각도로 세워서 설치하거나, 해당 일측 공간을 이루는 열교환탱크의 내주면 가장자리 곡률(曲律)에 맞추어 최소 2개 이상의 발전유닛을 근접시켜 설치토록 하며, 상기 전방플레이트나 후방플레이트 또는 열교환탱크의 몸통상에는 발전유닛의 냉각수탱크로 냉각수를 순환시키기 위한 제 2유입관 및 제 2배출관과 열전소자용 케이블이 각각 관통 설치되는 것을 특징으로 한다.

보다 더 바람직한 실시예로서, 상기 열전소자는 격판측을 향하는 상부면에 걸쳐 전열핀이 설치되는 한편, 상기 전열핀의 하단측에 해당하는 열전소자의 상부면 가장자리를 따라 사각테두리 형상의 장착플랜지가 설치된 사각형 열전모듈이 되며, 상기 열전모듈이 냉각수탱크 상부면의 폭 방향과 길이 방향에 걸쳐 최소 2열(列) 이상의 바둑판 배치를 이루도록 측방향으로 맞대어지는 한편, 상기 장착플랜지를 거쳐 냉각수탱크의 상부면으로 체결되는 조립볼트에 의하여 각각의 열전모듈이 냉각수탱크와 연결 설치되고, 상기 장착플랜지와 냉각수탱크의 사이에는 열전소자의 두께에 해당하는 간격만큼이 케이블용 배선공간으로 제공되는 것을 특징으로 하며, 상기 냉각수탱크의 선단측과 후단측에는 냉각수탱크의 폭 방향에 걸쳐 단부커버가 조립 설치되고, 상기 냉각수탱크의 좌,우측에는 냉각수탱크의 길이 방향에 걸쳐 거치대가 조립 설치되며, 상기 단부커버의 일측단에는 냉각수탱크의 폭 방향을 따라 배치된 열전모듈의 장착플랜지 상부면에 놓이는 조립단부가 돌출 형성되고, 상기 조립단부 부분이 해당 위치의 장착플랜지와 함께 조립볼트에 의하여 냉각수탱크와 연결 설치되며, 상기 거치대는 냉각수탱크의 좌,우측 상단면으로부터 소정의 폭만큼 수평 방향으로 연장되는 윙프레임과, 상기 냉각수탱크의 좌,우 측면을 커버하는 커버프레임이 포함된 "ㅜ"자형 단면의 프레임이 되고, 상기 윙프레임의 일측 단부가 냉각수탱크의 길이 방향을 따라 배치된 열전모듈의 장착플랜지 상부면에 놓인 상태에서 해당 위치의 장착플랜지와 함께 조립볼트에 의하여 냉각수탱크와 연결 설치되며, 상기 거치대의 윙프레임과 커버프레임의 자유단부 및 상기 냉각수탱크의 바닥면 모서리 부분이 열교환탱크의 내주면과 밀착되는 방식으로 하여 상기 발전유닛이 열교환탱크의 내부공간을 따라 카트리지식으로 삽입 설치되는 것을 특징으로 한다.

추가적인 사항으로서, 상기 냉각수탱크의 좌,우측면에는 냉각수탱크의 길이 방향에 걸쳐 조립프레임이 돌출 형성되고, 상기 거치대의 커버프레임에는 냉각수탱크의 조립프레임이 삽입되는 조립홈부가 형성되며, 상기 냉각수탱크의 좌,우측면은 조립프레임에 의하여 거치대의 커버프레임과 소정의 간격을 두고 이격되고, 상기 냉각수탱크의 좌,우측면과 커버프레임 사이의 간격이 열전소자용 케이블의 추가적인 배선공간을 제공하는 것을 특징으로 하며, 상기 냉각수탱크는 상부면이 개구된 직사각통 형상의 몸통체와, 상기 몸통체의 상부면에 수밀(水密) 가능하게 조립 설치되는 열전소자의 장착판과, 상기 몸통체의 내부공간에 걸쳐 냉각수의 지그재그식 유동통로를 제공하도록 설치되는 최소 1개 이상의 유로조정판을 포함하여서 이루어지고, 상기 장착판은 전열소재로 제작되는 한편, 상기 몸통체는 단열소재로 제작되는 것을 특징으로 하며, 상기 제 2유입관은 냉각탑으로부터 순환펌프를 거쳐 연장되는 공급관으로부터 열교환기용 유입관과 함께 분기되는 것이고, 상기 제 2배출관은 열교환기용 배출관과 함께 단일배관을 이루도록 연결 설치된 상태에서 해당 단일배관을 회수관으로 하여 냉각탑과 연결 설치되며, 상기 유입관과 제 2유입관에는 역류방지용 체크밸브가 각각 설치되고, 상기 회수관에는 이물질 제거용 스트레이너가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 고안에 따르면, 열교환탱크 내부 중앙의 격판에 의하여 좌,우로 분리 구획된 2개의 공간 중 제 1컴프레셔로부터 고온고압의 압축공기가 유입되는 공간의 내부에 열전소자가 장착된 냉각수탱크를 발전유닛으로 삽입 설치하고, 상기 열전소자를 격판측 방향으로 배치시킨 상태에서 냉각수탱크를 통하여 냉각수를 순환시킴에 따라, 열교환탱크의 내부로 유입된 고온고압의 압축공기를 열교환기 및 열전소자에 의하여 2중으로 냉각시키는 한편, 고온(140~200℃) 압축공기와 상온(28~32℃) 냉각수와의 비교적 큰 온도 차이를 이용하여 열전소자로부터 상당량의 전력을 생산할 수 있는 효과를 제공하며, 이를 통하여 열교환기와 냉각탑에 가해지는 고온 압축공기의 냉각부하를 효율적으로 분산시킴과 동시에 기설치된 컴프레셔용 냉각기에도 별다른 구조적 변경없이 열전소자에 의한 발전유닛을 용이하게 설치 및 사용할 수 있는 효과를 제공한다.

특히, 상기 냉각수탱크를 직사각통 형상으로 납작하게 제작한 상태에서 상기 열전소자는 전열핀과 장착플랜지가 구비된 사각형 열전모듈로 하여, 냉각수탱크 일측면의 폭 방향과 길이 방향에 걸쳐 다수 개의 열전모듈을 바둑판식으로 맞대어 배치시킴에 따라, 열전소자의 발전기능을 전열핀에 의하여 한층 더 극대화시킴과 동시에, 열전모듈의 장착플랜지와 냉각수탱크의 사이에 열전소자용 케이블의 배선공간이 제공되도록 하여 고열에 취약한 케이블을 안전하게 보호할 수 있는 효과를 제공하며, 상기 냉각수탱크를 열전소자용 장착판과 사각통 형상의 몸통체로 분리시켜 제작하되, 상기 장착판은 전열소재로 제작하고 상기 몸통체는 단열소재로 제작하여 열전소자를 거치지 아니하는 압축공기와 냉각수와의 불필요한 열교환을 최소화시킴으로서, 열교환탱크의 내부공간에 냉각수탱크가 포함된 발전유닛을 삽입시키더라도 열전소자에 의한 발전기능에 지장을 초래하지 않도록 하는 효과를 제공한다.

이와 더불어, 상기 냉각수탱크의 선단측과 후단측 및 냉각수탱크의 좌측단과 우측단에 바둑판식 배치를 가지는 열전모듈을 에워싸는 형태로 하여 열전모듈과 함께 냉각수탱크와 조립되는 단부커버 및 거치대를 각각 설치하고, 상기 거치대가 냉각수탱크의 좌,우측면과 소정의 간격을 두고 이격되게 함으로서, 열전소자의 케이블을 보다 더 안전하게 보호할 수 있도록 하는 한편, 해당 케이블을 (+)극과 (-)극끼리 한데 모아 냉각수탱크의 좌,우측단으로부터 열교환탱크의 외부로 용이하게 빼낼 수 있는 효과를 제공하며, 상기 거치대의 끝단부가 열교환탱크의 내주면과 밀착되는 방식으로 하여 열전모듈이 장착된 발전유닛을 열교환탱크의 내부공간에 카트리지식으로 착탈 가능하게 삽입 설치할 수 있는 효과를 제공하고, 열교환기용 냉각수의 유입관과 배출관에 냉각수탱크용 제 2유입관과 제 2배출관을 연결시킴에 따라, 냉각탑이 포함된 기존의 배관라인을 그대로 유지시키는 조건하에서 컴프레셔용 냉각기의 열교환탱크에 발전유닛을 손쉽게 설치 및 사용할 수 있는 등의 매우 유용한 효과를 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 컴프레셔용 냉각기의 정단면도.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3은 도 1의 B-B선 단면도.
도 4는 도 1의 C-C선 단면도.
도 5는 본 고안의 요부가 되는 발전유닛의 외관사시도.
도 6은 도 5에서 거치대를 제거시킨 상태의 외관사시도.
도 7은 도 5의 D-D선 단면도.
도 8은 도 5의 발전유닛을 이루는 사각형 열전모듈의 정단면도.
도 9는 도 5의 발전유닛을 이루는 냉각수탱크의 평단면도.
도 10은 발전유닛의 또 다른 배치상태를 나타내는 컴프레셔용 냉각기의 정단면도.
도 11은 본 고안에 따른 컴프레셔용 냉각기의 사용상태를 나타내는 배관도.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 고안에 따른 컴프레셔용 냉각기의 기본적인 구성은 도 1 및 도 2에 각각 도시된 바와 같이, 전,후방이 개구된 원통 형상의 열교환탱크(1)와, 상기 열교환탱크(1)의 선단측과 후단측에 기밀(氣密) 가능하게 조립 설치되는 전방플레이트(16) 및 후방플레이트(17)와, 상기 열교환탱크(1)의 내부 중앙에 수직 방향으로 설치되어 열교환탱크(1)의 내부공간을 좌,우 2개의 반원통 공간으로 구획시키는 격판(5)과, 상기 격판(5)의 중앙부에서 열교환탱크(1)의 길이 방향을 따라 배치되는 열교환기(7)를 포함하여서 이루어지며, 상기 열교환탱크(1)의 몸통 하부측에는 열교환탱크(1)의 지지를 위한 받침대(4)가 설치되어 있다.

상기 전방플레이트(16)는 소정의 두께를 가지는 원판 형태로 제작되는 한편, 열교환탱크(1) 선단 외주면에 형성된 플랜지부와의 사이에 밀폐링(1a)을 개재시킨 상태로 해당 플랜지부와 조립볼트(11)에 의하여 연결 설치되어 있고, 상기 후방플레이트(17) 역시 소정의 두께를 가지는 원판 형태로 제작되는 한편, 열교환탱크(1)의 후단부 내주면을 통하여 끼움식으로 조립 설치되어 있으며, 후방플레이트(17)의 조립부위를 따라 용접작업을 수행함으로서 후방플레이트(17)와 열교환탱크(1) 사이의 기밀 성능을 확보토록 하게 된다.

또한, 상기 열교환기(7)의 상부면과 하부면에는 열교환기(7)를 보호 및 지지하는 "〔 " 자형 단면의 받침커버(8)가 설치되어 있고, 상기 받침커버(8)가 열교환기(7)와 함께 열교환탱크(1)의 내부에서 안정적으로 위치 고정될 수 있도록, 열교환기(7)의 상부면과 하부면에는 받침커버(8)와 밀착되는 "ㄷ"자형 단면의 지지대(6)가 배치되는 한편, 상기 각각의 지지대(6)가 커넥팅바(9)와 조립볼트(11)에 의하여 해당 위치의 격판(5)과 연결 설치되어 있으며, 상기 격판(5)과 커넥팅바(9)와 지지대(6) 및 받침커버(8)에 의하여 열교환탱크(1)의 내부로 유입된 압축공기의 유동경로가 도 1의 점선 화살표 방향과 같이 열교환기(7)만을 수평 방향(좌,우 방향)으로 통과하도록 조성되는 것이다.

상기와 같이 열교환탱크(1)의 내부로 유입된 압축공기가 열교환기(7)를 거쳐 열교환탱크(1)의 외부로 배출될 수 있도록, 열교환탱크(1)의 외측면 상부에는 격판(5)에 의하여 구획된 2개의 공간 중 일측(도 1에서 우측) 공간을 통하여 제 1컴프레셔(입구측 컴프레셔)로부터 토출된 고온고압의 압축공기를 유입시키는 유입덕트(2)와, 상기 열교환기(7)를 거쳐 냉각된 압축공기를 타측(도 1에서 좌측) 공간으로부터 제 2컴프레셔(출구측 컴프레셔)로 배출시키는 배출덕트(3)가 각각 연결 설치되고, 상기 후방플레이트(17)에는 열교환기(7)를 통하여 냉각수를 순환시키는 유입관(14)과 배출관(15)이 각각 연결 설치되어 있다.

상기와 같이 열교환기(7)의 내부로 냉각수를 순환시키기 위한 유입관(14)과 배출관(15)을 열교환기(7)와 함께 열교환탱크(1)상에 보다 더 용이하게 설치할 수 있도록, 상기 후방플레이트(17)의 중앙부에는 열교환기(7)의 삽입을 위한 개구부를 형성시키고, 상기 열교환기(7)의 후방면에는 냉각수의 입구통로(7a)와 출구통로(7b)가 제공된 덮개판(12)을 일체로 연결시키며, 상기 덮개판(12)의 후방면에는 입구통로(7a)와 출구통로(7b)에 각각 대응되도록 2개의 유동공간(13a)이 제공된 커버판(13)을 맞대어 놓은 상태에서, 상기 커버판(13)을 조립볼트(11)에 의하여 후방플레이트(17)와 연결 설치하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 유입관(14)과 배출관(15)은 커버판(13)을 관통하여 해당 유동공간(13a)과 연통되도록 설치될 것이고, 상기 덮개판(12)이 후방플레이트(17)와 맞대어지는 부위 및 상기 커버판(13)이 덮개판(12)과 조립되는 부위에는 밀폐링(1a)을 개재시키는 것이 바람직하며, 상기 열교환기(7)는 수 개 내지 수 십 개의 전열튜브(미도시)를 열교환탱크(1)의 길이 방향을 따라 평행하게 배치시키되, 각각의 전열튜브가 일정 간격으로 이격되게 하여 전열튜브 사이의 간격이 압축공기의 유동통로가 되도록 한 튜브번들(Tube bundle) 또는 각각의 전열튜브 표면을 따라 촘촘한 간격으로 전열핀을 연결시킨 핀튜브번들(Fin-tube bundle)을 대표적인 예로 들 수 있다.

상기와 같이 튜브번들이나 핀튜브번들을 이루는 각 전열튜브의 선단측과 후단측(도 2에서 열교환기의 우측단과 좌측단)을 "⊃"자형과 "⊂"자형 이음관으로 연결시킴으로서, 유입관(14)을 거쳐 열교환기(7)로 유입된 냉각수가 각각의 전열튜브를 따라 지그재그식으로 유동되도록 하는 것이 바람직하고, 상기 덮개판(12)의 입구통로(7a)와 출구통로(7b)는 냉각수 유입용 전열튜브의 입구와 냉각수 배출용 전열튜브의 출구를 각각 제공하는 것이며, 이러한 튜브번들이나 핀튜브번들 이외에도 압축공기의 유동통로를 제공하면서 압축공기와 냉각수와의 열교환이 가능한 것이라면 어떠한 종류의 열교환기가 적용되더라도 무방하다.

도 1 및 도 2를 기초로 하여 위에서 설명되어진 컴프레셔용 냉각기(10)의 기본적인 구성은 본 고안에 적용될 수 있는 하나의 대표적인 일례에 불과한 것으로서, 전방플레이트(16)와 후방플레이트(17) 및 열교환기(7)가 열교환탱크(1)상에 설치되는 방식을 포함하여, 유입덕트(2)와 배출덕트(3) 및 유입관(14)과 배출관(15)이 설치되는 위치나 그 설치 구조 등은 다양하게 변경이 가능하며, 상기 커넥팅바(9)와 지지대(6) 및 받침커버(8)를 적용시키지 않고 상,하부측 격판(5)만이 열교환기(7)의 지지수단 및 열교환탱크(1)의 칸막이 수단으로 설치될 수도 있음은 물론이다.

또한, 도 2에서 도면부호 18로 도시된 것은 전방플레이트(16)의 직후방에 해당하는 열교환탱크(1)의 내측으로 삽입되어 격판(5)과 커넥팅바(9)와 지지대(6) 및 열교환기(7)를 후방플레이트(17)와 함께 보다 더 견고히 지지토록 하는 원판 형태의 가압플레이트로서, 이러한 가압플레이트(18)의 적용 여부도 하나의 선택사항에 해당하는 것이며, 도 1의 B-B선 단면도와 C-C선 단면도가 되는 도 3과 도 4에서는 본 고안의 요부 구성을 보다 더 명확하게 나타내기 위하여 상기 가압플레이트(18) 부분이 생략되었음을 밝혀두는 바이다.

본 고안의 실질적인 요부를 이루는 구성요소로서는 도 1 내지 도 9에 걸쳐 도시된 바와 같이, 상기 격판(5)과 커넥팅바(9)와 지지대(6) 및 열교환기(7)에 의하여 열교환탱크(1)의 내부에서 좌,우로 구획되는 2개의 공간 중 유입덕트(2)와 연통되는 일측(도 1에서 우측) 공간의 내부에 열전소자(21)에 의한 발전유닛(20)을 삽입 설치한 것으로서, 상기 발전유닛(20)은 직사각통 형상으로 납작하게 제작된 냉각수탱크(24)의 상부면(도 5 내지 도 7 참조)에 걸쳐 열전소자(21)가 연결 설치된 것이며, 상기 열전소자(21)는 앞서 설명되어진 바와 같이 고온유체(압축공기)와 저온유체(냉각수) 사이의 온도 차이를 이용하여 소정의 전력을 생산하는 부품이 된다.

또한, 상기 열전소자(21)가 설치된 냉각수탱크(24)의 상부면이 격판(5)과 마주보는 위치에 놓이도록 발전유닛(20)을 90도 각도만큼 측방향으로 세운 상태에서 해당 발전유닛(20)을 열교환탱크(1)의 길이 방향을 따라 열교환탱크(1)의 내부로 삽입 설치하되, 열전소자(21)와 열교환기(7)의 사이에 압축공기의 유동공간이 충분하게 제공될 수 있도록, 열교환탱크(1)의 내부 외곽측(도 1에서 우측 가장자리)에 발전유닛(20)을 위치시키는 한편, 냉각수탱크(24)의 바닥면(도 1에서 우측면) 모서리측이 열교환탱크(1)의 내주면과 밀착되게 함으로서, 열교환탱크(1)의 내부로 유입된 고온의 압축공기가 열전소자(21)가 설치되지 아니한 냉각수탱크(24)의 바닥면측으로 불필요하게 유동되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

필요시 상기 발전유닛(20)을 열교환탱크(1)의 내부에 안정적으로 위치 고정시킬 수 있도록 열교환탱크(1)의 선단 내주면상에 발전유닛(20)의 장착을 위한 브라켓이나 프레임 등을 추가로 설치할 수도 있으며, 상기 열교환탱크(1)의 전방플레이트(16)에는 발전유닛(20)의 냉각수탱크(24)로 냉각수를 순환시키기 위한 제 2유입관(27) 및 제 2배출관(28)이 관통 설치되는 바, 도 2에서와 같이 제 2유입관(27)과 제 2배출관(28)이 전방플레이트(16)를 관통하는 부위에는 압축공기의 누설을 방지하면서 각각의 배관을 전방플레이트(16)상에 견고하게 장착시킬 수 있도록 핏팅플랜지(27a)(28a)가 설치되어 있고, 앞서 설명되어진 가압플레이트(18)가 적용될 경우 상기 제 2유입관(27)과 제 2배출관(28)은 가압플레이트(18)와 전방플레이트(16)를 순차적으로 관통하여 설치될 것이며, 경우에 따라서는 상기 제 2유입관(27)과 제 2배출관(28)이 후방플레이트(17)나 열교환탱크(1)의 몸통 부분을 관통하도록 설치될 수도 있고, 제 2유입관(27)과 제 2배출관(28)이 전,후방플레이트(16)(17)나 열교환탱크(1)의 몸통 부분을 각각 하나씩 관통하도록 설치될 수도 있다.

상기와 같은 방식으로 컴프레셔용 냉각기(10)의 열교환탱크(1) 내부에 발전유닛(20)을 설치하게 되면, 제 1컴프레셔(유입측 컴프레셔)로부터 유입덕트(2)를 거쳐 열교환탱크(1)의 일측 내부공간으로 유입된 고온의 압축공기가 열교환기(7)와 발전유닛(20) 사이의 공간으로 유동된 다음, 열교환기(7)로부터 열교환탱크(1)의 타측 내부공간을 거쳐 배출덕트(3)를 따라 제 2컴프레셔(출구측 컴프레셔)로 빠져 나가는 과정에서, 고온의 압축공기가 열교환기(7) 및 냉각수탱크(24)를 순환하는 냉각수에 의하여 2중으로 냉각됨과 동시에, 열전소자(21)로부터는 고온(140~200℃) 압축공기와 상온(28~32℃) 냉각수와의 비교적 큰 온도 차이를 이용하여 상당량의 전력을 생산할 수 있는 것이다.

이를 통하여, 컴프레셔용 냉각기(10)의 냉각성능을 종래의 경우와 비교하여 크게 향상시킬 수 있음은 물론이고, 고온의 압축공기를 열교환기(7) 단독으로 냉각시켰던 종래의 경우보다 열교환기(7) 및 냉각탑에 가해지는 냉각부하 역시 크게 줄일 수 있으며, 냉각수탱크(24)의 일측면에 열전소자(21)가 설치된 발전유닛(20) 자체를 열교환탱크(1)의 내부로 직접 삽입시키는 방식을 적용함에 따라, 기설치된 컴프레셔용 냉각기(10)의 구조를 거의 변경시키지 않고 열교환탱크(1)의 전방플레이트(16)나 후방플레이트(17) 또는 열교환탱크(1)의 몸통상에 제 2유입관(27)과 제 2배출관(28)의 삽입을 위한 관통구멍을 형성시키는 간단한 작업만으로도 열전소자(21)에 의한 발전유닛(20)을 용이하게 설치 및 사용할 수 있는 것이다.

추가적인 사항으로서, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 냉각수탱크(24)를 상부면이 개구된 직사각통 형상의 몸통체(24d)와, 상기 몸통체(24d)의 상부면에 수밀(水密) 가능하게 조립 설치되는 열전소자(21)의 장착판(24c)으로 분리시켜 제작하되, 상기 장착판(24c)은 전열소재로 제작하는 한편, 상기 몸통체(24d)는 단열소재로 제작하고, 해당 몸통체(24d)의 내부공간에는 냉각수의 지그재그식 유동통로를 제공하도록 최소 1개 이상(도면상 5개)의 유로조정판(24a)을 설치함으로서, 열전소자(21)가 설치되는 표면을 제외한 냉각수탱크(24)의 나머지 표면에서 고온 압축공기와의 불필요한 열교환이 발생하지 않도록 함과 동시에, 냉각수탱크(24)의 일측면에 설치된 열전소자(21) 전체에 걸쳐 균일한 발전성능이 확보될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 냉각수탱크(24)용 장착판(24c)에 사용되는 전열소재로서는 내부식성이 우수한 스테인레스 스틸판 등의 금속소재를 대표적인 예로 들 수 있고, 냉각수탱크(24)용 몸통체(24d)에 사용되는 단열소재로서는 금속판의 표면에 단열도료나 단열필름이 코팅된 것을 대표적인 예로 들 수 있으며, 이외에도 압출성형 세라믹 패널 또는 알루미늄과 플라스틱의 합성패널과 같이 단열성능이 우수한 여러 가지의 소재가 냉각수탱크(24)용 몸통체(24d)의 소재로 사용될 수 있으며, 장착판(24c)과 몸통체(24d)의 조립방식은 해당 부품을 이루는 각 소재의 특성에 맞추어 용접방식(금속 and 금속)이나 접착방식(금속 and 비금속) 또는 밀폐링을 개재시킨 체결방식(금속 and 비금속) 등의 다양한 방식이 적용될 수 있다.

보다 더 바람직한 실시예로서는, 상기 열전소자(21)를 소정의 두께를 가지는 사각판 형태로 제작하고, 열교환탱크(1)의 격판(5)과 마주보는 위치에 해당하는 열전소자(21)의 상부면에는 전열핀(22)을 일체로 연결시키는 한편, 상기 전열핀(22)의 하단측에 해당하는 열전소자(21)의 상부면 가장자리, 즉 도 8에서 걸림턱(21a)에 해당하는 부위를 따라서는 사각테두리 형상의 장착플랜지(23)를 설치한 사각형 열전모듈을 기본유닛으로 하여, 상기 열전모듈이 냉각수탱크(24) 상부면의 폭 방향과 길이 방향에 걸쳐 최소 2열(列) 이상(도면상 폭 방향 3열과 길이 방향 5열)의 바둑판 배치를 이루도록 측방향으로 맞대어 배치시킴과 동시에, 상기 장착플랜지(23)의 체결공(23a)을 거쳐 냉각수탱크(24)의 상부면으로 체결되는 조립볼트(11)에 의하여 각각의 열전모듈이 냉각수탱크(24)와 연결 설치되도록 하는 것이다.

상기와 같이 전열핀(22)과 장착플랜지(23)가 설치된 사각형 열전모듈을 냉각수탱크(24) 상부면의 폭 방향과 길이 방향에 걸쳐 바둑판 배치를 이루도록 측방향으로 맞대어 배치시키게 되면, 각각의 장착플랜지(23)와 냉각수탱크(24)의 상부면 사이에 열전소자(21)의 두께에 해당하는 간격 만큼의 케이블(20a)용 배선공간(29)을 확보할 수 있음은 물론이고, 해당 배선공간(29)이 장착플랜지(23)에 의하여 덮혀진 상태에서 각각의 전열핀(22)만이 장착플랜지(23)의 외부로 돌출되는 구조가 제공됨에 따라, 열전소자(21)에 의한 발전기능을 전열핀(22)에 의하여 보다 더 극대화시킬 수 있고, 열전소자(21)용 케이블(20a)의 배선작업 역시 상기 배선공간(29)을 이용하여 손쉽게 수행할 수 있는 동시에, 고온에 취약한 열전소자(21)용 케이블(20a)을 장착플랜지(23)에 의하여 안전하게 보호할 수 있는 것이다.

상기와 같이 사각형 열전모듈이 제공하는 구조적인 잇점을 최대한으로 활용할 수 있도록, 상기 냉각수탱크(24)의 선단측과 후단측에는 냉각수탱크(24)의 폭 방향에 걸쳐 단부커버(26)가 조립 설치되고, 상기 냉각수탱크(24)의 좌,우측에는 냉각수탱크(24)의 길이 방향에 걸쳐 거치대(25)가 조립 설치되는 바, 도 5 및 도 6에 보다 명확하게 도시된 바와 같이 상기 단부커버(26)의 일측단에는 냉각수탱크(24)의 폭 방향을 따라 배치된 열전모듈의 장착플랜지(23) 상부면에 놓이는 조립단부(26a)가 돌출 형성되어 있고, 상기 조립단부(26a) 부분이 해당 위치의 장착플랜지(23)와 함께 조립볼트(11)에 의하여 냉각수탱크(24)와 연결 설치되어 있다.

이와 더불어, 도 5 및 도 7에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 상기 거치대(25)는 냉각수탱크(24)의 좌,우측 상단면으로부터 소정의 폭만큼 수평 방향으로 연장되는 윙프레임(25a)과, 상기 냉각수탱크(24)의 좌,우 측면을 커버하는 커버프레임(25b)이 포함된 "ㅜ"자형 단면의 프레임이 되고, 상기 윙프레임(25a)의 일측 단부가 냉각수탱크(24)의 길이 방향을 따라 배치된 열전모듈의 장착플랜지(23) 상부면에 놓인 상태에서 해당 위치의 장착플랜지(23)와 함께 조립볼트(11)에 의하여 냉각수탱크(24)와 연결 설치되어 있다.

상기와 같이 냉각수탱크(24)의 선단측과 후단측에 단부커버(26)를 각각 조립 설치하고, 냉각수탱크(24)의 좌측면과 우측면에 거치대(25)를 각각 조립 설치함으로서, 열전소자(21)용 케이블(20a)이 고온의 압축공기와 접촉되는 상황을 보다 더 효과적으로 차단시킬 수 있으며, 도 1에서와 같이 상기 거치대(25)의 윙프레임(25a)과 커버프레임(25b)의 자유단부 및 상기 냉각수탱크(24)의 바닥면 모서리 부분이 열교환탱크(1)의 내주면과 밀착되도록 함으로서, 열교환탱크(1)의 내부공간을 따라 발전유닛(20) 자체를 카트리지(Cartridge)식으로 보다 더 손쉽고 용이하게 삽입 설치할 수 있는 것이다.

추가적인 사항으로서, 상기 냉각수탱크(24)의 좌,우측면에 냉각수탱크(24)의 길이 방향에 걸쳐 조립프레임(24b)을 돌출 형성시키고, 상기 거치대(25)의 커버프레임(25b)에는 냉각수탱크(24)의 조립프레임(24b)이 삽입되는 조립홈부(25c)를 형성시키되, 상기 냉각수탱크(24)의 좌,우측면이 조립프레임(24b)에 의하여 거치대(25)의 커버프레임(25b)과 소정의 간격을 두고 이격되도록 함으로서, 냉각수탱크(24)에 대한 거치대(25)의 세팅 및 조립작업을 보다 더 손쉽고 정확하게 수행토록 함과 동시에, 냉각수탱크(24)의 좌,우측면과 거치대(25)의 커버프레임(25b) 사이에 열전소자(21)용 케이블(20a)의 또 다른 배선공간(29)이 제공되도록 하였다.

다시 말해서, 도 4와 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 각각의 열전소자(21)로부터 연장되는 케이블(20a)을 (+)극과 (-)극끼리 한데 모아 냉각수탱크(24)의 좌,우측면으로 나누어 배선시킨 상태에서, 해당 케이블(20a)을 냉각수탱크(24)의 좌,우측면과 거치대(25)의 커버프레임(25b) 사이에 제공된 배선공간(29)을 따라 전방플레이트(16)(또는 후방플레이트)측까지 연장시킨 다음, 이를 메인케이블로 하여 열교환탱크(1)의 외부로 빼낼 수 있도록 한다는 것이며, 각각의 메인케이블이 빠져 나오는 구멍은 제 2유입관(27)과 제 2배출관(28)이 관통되는 전방플레이트(16)측에 형성시키는 것이 바람직하지만, 필요에 따라서는 해당 관통구멍을 후방플레이트(17) 또는 열교환탱크(1)의 몸통 부분에 형성시키는 것도 가능하고, 거치대(25)로부터 발전유닛(20)의 외부로 연장되는 메인케이블상에 단열피복을 적용시킬 수도 있다.

또한, 상기 각각의 장착플랜지(23)와 단부커버(26) 및 거치대(25)를 냉각수탱크(24)의 몸통체(24d)와 같은 단열소재로 제작하게 되면, 열전소자(21)용 케이블(20a) 자체가 고온 조건하에 거의 노출되지 않도록 할 수 있으며, 이를 통하여 열전소자(21)용 케이블(20a)을 배선공간(29)의 내부에서 최대한으로 안전하게 보호할 수 있음은 물론이고, 열교환탱크(1)의 내부로 유입된 고온 압축공기와 냉각수탱크(24)를 유동하는 상온 냉각수와의 온도 차이를 불필요한 열손실없이 최대한 큰 폭으로 일정하게 유지시킬 수 있기 때문에, 열전소자(21)에 의한 발전기능(시간당 발전량)을 한층 더 극대화시킬 수 있으며, 이러한 관점에 입각하여 도 1에서와 같이 냉각수탱크(24)의 바닥면과 열교환탱크(1)의 내주면 사이에 유리섬유(Glass wool)나 광물섬유(Mineral wool) 또는 우레탄폼(Urethane foam) 등의 단열재(20b)를 충진시켜 놓을 수도 있음을 밝혀두는 바이다.

도 10에 도시된 것은 컴프레셔용 냉각기(10)를 이루는 열교환탱크(1)의 용량(내용적 또는 부피)가 비교적 큰 경우에 적용될 수 있는 본 고안의 다른 실시예로서, 유입덕트(2)가 연결되는 열교환탱크(1)의 일측(도면상 우측) 내부공간에 다수 개(도면상 3개)의 발전유닛(20)을 삽입 설치하되, 해당 일측 공간을 이루는 열교환탱크(1)의 내주면 가장자리 곡률에 맞추어 각각의 발전유닛(20)이 서로 근접되도록 연이어 설치되어 있으며, 도면상 중앙부에 위치하는 발전유닛(20)은 열교환기(7)와 마주보도록 90도 각도로 세워져 있고, 그 상부측과 하부측에 각각 위치하는 발전유닛(20)은 열교환탱크(1)의 내주면 곡률에 맞추어 소정의 각도만큼 비스듬히 세워져 설치되어 있다.

상기와 같이 다수 개의 발전유닛(20)을 열교환탱크(1)의 내주면 가장자리 곡률에 맞추어 근접 설치하게 되면, 대용량 열교환탱크(1)의 내부에 하나의 대형 발전유닛(20)을 수직 방향으로 설치하거나 다수 개의 소형 발전유닛(20)을 수직 방향으로 연결시켜 설치하는 경우와 비교하여 전력의 생산에 필요한 열전소자(21)의 설치면적 및 이를 기초로 하는 발전량 뿐만 아니라 열교환탱크(1)의 내부로 유입된 고온 압축공기의 유동공간 역시 충분하게 확보할 수 있는 잇점을 제공할 수 있으며, 각각의 발전유닛(20)마다 거치대(25)가 적용된 경우에는 서로 인접하는 거치대(25)의 윙프레임(25a)을 일체로 연결시킴으로서, 다수 개의 발전유닛(20)이 열교환탱크(1) 내주면의 곡률과 대응하는 호형(弧形)의 단일구조물을 이루도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 다수 개의 발전유닛(20)이 열교환탱크(1) 내주면의 곡률과 대응하는 호형의 단일구조물을 이루도록 한 상태에서, 최외곽측에 위치하는 나머지 윙프레임(25a)의 끝단부(자유단부)와 각 거치대(25)의 커버프레임(25b) 끝단부가 열교환탱크(1)의 내주면과 밀착되도록 치수설계를 행하게 되면, 다수 개의 발전유닛(20) 또한 하나의 단일구조물로 하여 열교환탱크(1)의 내부에 카트리지식으로 일괄 삽입시킬 수 있는 것이며, 그 이외에 각각의 발전유닛(20)을 이루는 나머지 세부적인 구성은 도 1 내지 도 9를 기초로 하여 설명되어진 내용과 동일하게 이루어지는 것이다.

도 11에 도시된 것은 본 고안에 따른 컴프레셔용 냉각기(10)의 실질적인 사용상태를 나타내는 배관도로서, 냉각탑(30)으로부터 순환펌프(31)를 구비하는 상태로 연장되는 공급관(32)이 열교환기(7)용 유입관(14)과 냉각수탱크(24)용 제 2유입관(27)으로 분기(分岐)되고, 열교환기(7)용 배출관(15)과 냉각수탱크(24)용 제 2배출관(28)은 하나의 단일배관을 이루도록 연결 설치된 상태에서 해당 단일배관이 회수관(35)으로 하여 냉각탑(30)과 연결 설치되는 바, 이러한 방식을 통하여 컴프레셔용 냉각기(10)를 냉각탑(30)과 연결하도록 기설치된 배관라인 자체를 변경시키지 않고 기존 배관라인의 유입관(14)과 배출관(15)에 제 2유입관(27)과 제 2배출관(28)을 각각 연결시키는 방식으로 컴프레셔용 냉각기(10)에 발전유닛(20)을 간단하게 설치하여 사용할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 발전유닛(20)이 포함된 본 고안의 컴프레셔용 냉각기(10)가 보다 더 원활하게 가동될 수 있도록, 상기 유입관(14)과 제 2유입관(27)에는 역류방지용 체크밸브(33)를 각각 설치하고, 상기 회수관(35)에는 이물질 제거용 스트레이너(Strainer)(34)를 설치하는 것이 바람직하며, 앞서 설명되어진 바와 같이 열교환탱크(1)의 유입덕트(2)는 제 1컴프레셔(36)의 토출측과 연결 설치되고, 열교환탱크(1)의 배출덕트(3)는 제 2컴프레셔(37)의 흡입측과 연결 설치되는 바, 상기 제 1컴프레셔(36)와 제 2컴프레셔(37)는 열교환탱크(1)의 입구측 컴프레셔와 출구측 컴프레셔를 구분하기 위한 것에 불과한 것으로서, 3개 또는 4개의 컴프레셔를 이용한 3단 또는 4단 압축방식을 예로 들 경우, 본 고안의 컴프레셔용 냉각기(10)는 각각의 컴프레셔 사이마다 1개씩 총 2개 또는 3개가 설치될 것임은 당업자에게 자명한 사항이다.

이와 더불어, 도 10에서와 같이 열교환탱크(1)의 내부에 다수 개의 발전유닛(20)을 삽입 설치한 경우에는, 각 발전유닛(20)의 냉각수탱크(24)로부터 연장되는 제 2유입관(27)을 열교환탱크(1)의 내부 또는 외부에서 하나의 단일배관을 이루도록 연결시키는 한편, 각 발전유닛(20)의 냉각수탱크(24)로부터 연장되는 제 2배출관(28)도 열교환탱크(1)의 내부 또는 외부에서 하나의 단일배관을 이루도록 연결시킨 다음, 각각의 제 2유입관(27)을 연결시킨 단일배관을 열교환기(7)용 유입관(14)과 함께 공급관(32)상에 연결시키고, 각각의 제 2배출관(28)을 연결시킨 단일배관을 열교환기(7)용 배출관(15)과 함께 회수관(35)상에 연결시키는 것이 바람직하며, 각 발전유닛(20)의 냉각수탱크(24)로부터 연장되는 상기 메인케이블 역시 열교환탱크(1)의 내부 또는 외부에서 (+)극과 (-)극끼리 추가로 한데 모아 이를 최종 출력케이블로 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 고안에 따르면, 열교환탱크(1) 내부 중앙의 격판(5)에 의하여 좌,우로 분리 구획된 2개의 공간 중 제 1컴프레셔(36)로부터 고온고압의 압축공기가 유입되는 공간의 내부에 열전소자(21)가 장착된 냉각수탱크(24)를 발전유닛(20)으로 삽입 설치하고, 상기 열전소자(21)를 격판(5)측 방향으로 배치시킨 상태에서 냉각수탱크(24)를 통하여 냉각수를 순환시킴에 따라, 열교환탱크(1)의 내부로 유입된 고온고압의 압축공기를 열교환기(7) 및 열전소자(21)에 의하여 2중으로 냉각시키는 한편, 고온 압축공기와 상온 냉각수와의 비교적 큰 온도 차이를 이용하여 열전소자(21)로부터 상당량의 전력을 생산할 수 있으며, 이를 통하여 열교환기(7)와 냉각탑(30)에 가해지는 고온 압축공기의 냉각부하를 효율적으로 분산시킴과 동시에 기설치된 컴프레셔용 냉각기(10)에도 별다른 구조적 변경없이 열전소자(21)에 의한 발전유닛(20)을 용이하게 설치 및 사용할 수 있다.

특히, 상기 냉각수탱크(24)를 직사각통 형상으로 납작하게 제작한 상태에서 상기 열전소자(21)는 전열핀(22)과 장착플랜지(23)가 구비된 사각형 열전모듈로 하여, 냉각수탱크(24) 상부면의 폭 방향과 길이 방향에 걸쳐 다수 개의 열전모듈을 바둑판식으로 맞대어 배치시킴에 따라, 열전소자(21)의 발전기능을 전열핀(22)에 의하여 한층 더 극대화시킴과 동시에, 열전모듈의 장착플랜지(23)와 냉각수탱크(24)의 사이에 열전소자(21)용 케이블(20a)의 배선공간(29)이 제공되도록 하여 고열에 취약한 케이블(20a)을 안전하게 보호할 수 있으며, 상기 냉각수탱크(24)를 열전소자(21)용 장착판(24c)과 사각통 형상의 몸통체(24d)로 분리시켜 제작하되, 상기 장착판(24c)은 전열소재로 제작하고 상기 몸통체(24d)는 단열소재로 제작하여 열전소자(21)를 거치지 아니하는 압축공기와 냉각수와의 불필요한 열교환을 최소화시킴으로서, 열교환탱크(1)의 내부공간에 냉각수탱크(24)가 포함된 발전유닛(20)을 삽입시키더라도 열전소자(21)에 의한 발전기능에 지장을 초래하지 않도록 할 수 있다.

이와 더불어, 상기 냉각수탱크(24)의 선단측과 후단측 및 냉각수탱크(24)의 좌측단과 우측단에 바둑판식 배치를 가지는 열전모듈을 에워싸는 형태로 하여 열전모듈과 함께 냉각수탱크(24)와 조립되는 단부커버(26) 및 거치대(25)를 각각 설치하고, 상기 거치대(25)가 냉각수탱크(24)의 좌,우측면과 소정의 간격을 두고 이격되게 함으로서, 열전소자(21)용 케이블(20a)을 보다 더 안전하게 보호할 수 있도록 하는 한편, 해당 케이블(20a)을 (+)극과 (-)극끼리 한데 모아 냉각수탱크(24)의 좌,우측단으로부터 열교환탱크(1)의 외부로 용이하게 빼낼 수 있으며, 상기 거치대(25)의 끝단부가 열교환탱크(1)의 내주면과 밀착되는 방식으로 하여 열전모듈이 장착된 발전유닛(20)을 열교환탱크(1)의 내부공간에 카트리지식으로 착탈 가능하게 삽입 설치할 수 있고, 열교환기(7)용 냉각수의 유입관(14)과 배출관(15)에 냉각수탱크(24)용 제 2유입관(27)과 제 2배출관(28)을 연결시킴에 따라, 냉각탑(30)이 포함된 기존의 배관라인을 그대로 유지시키는 조건하에서 컴프레셔용 냉각기(10)의 열교환탱크(1)에 발전유닛(20)을 손쉽게 설치 및 사용할 수 있는 것이다.

1 : 열교환탱크 1a : 밀폐링 2 : 유입덕트
3 : 배출덕트 4 : 받침대 5 : 격판
6 : 지지대 7 : 열교환기 7a : 입구통로
7b : 출구통로 8 : 받침커버 9 : 커넥팅바
10 : 냉각기 11 : 조립볼트 12 : 덮개판
13 : 커버판 13a : 유동공간 14 : 유입관
15 : 배출관 16 : 전방플레이트 17 : 후방플레이트
18 : 가압플레이트 20 : 발전유닛 20a : 케이블
20b : 단열재 21 : 열전소자 21a : 걸림턱
22 : 전열핀 23 : 장착플랜지 23a : 체결공
24 : 냉각수탱크 24a : 유로조정판 24b : 조립프레임
24c : 장착판 24d : 몸통체 25 : 거치대
25a : 윙프레임 25b : 커버프레임 25c : 조립홈부
26 : 단부커버 26a : 조립단부 27 : 제 2유입관
27a,28a : 핏팅플랜지 28 : 제 2배출관 29 : 배선공간
30 : 냉각탑 31 : 순환펌프 32 : 공급관
33 : 체크밸브 34 : 스트레이너 35 : 회수관
36 : 제 1컴프레셔 37 : 제 2컴프레셔

Claims (6)

1. 전방플레이트(16)와 후방플레이트(17)가 기밀(氣密) 가능하게 조립 설치되는 열교환탱크(1)와, 상기 열교환탱크(1)의 내부 중앙에 수직 방향으로 설치되어 열교환탱크(1)의 내부공간을 좌,우 2개의 공간으로 구획시키는 격판(5)과, 상기 격판(5)의 중앙부에서 열교환탱크(1)의 길이 방향을 따라 배치되는 열교환기(7)를 포함하여서 이루어지며, 상기 열교환탱크(1)에는 격판(5)에 의하여 구획된 2개의 공간 중 일측 공간을 통하여 제 1컴프레셔(36)로부터 토출된 압축공기를 유입시키는 유입덕트(2)와, 상기 열교환기(7)를 거쳐 냉각된 압축공기를 타측 공간으로부터 제 2컴프레셔(37)측으로 배출시키는 배출덕트(3)가 각각 연결 설치되고, 상기 전방플레이트(16) 또는 후방플레이트(17)에는 열교환기(7)를 통하여 냉각수를 순환시키는 유입관(14)과 배출관(15)이 각각 연결 설치된 컴프레셔용 냉각기(10)에 있어서,
   상기 격판(5)에 의하여 구획되는 2개의 공간 중 유입덕트(2)와 연통되는 일측 공간의 내부에는 열전소자(21)를 이용한 발전유닛(20)이 삽입 설치되고, 상기 발전유닛(20)은 직사각통 형상으로 납작하게 제작된 냉각수탱크(24)의 상부면에 걸쳐 열전소자(21)가 연결 설치된 것이며,
   상기 열전소자(21)가 설치된 냉각수탱크(24)의 상부면이 격판(5)측을 향하도록 열교환탱크(1)의 길이 방향을 따라 발전유닛(20)을 삽입시키되, 해당 일측 공간을 이루는 열교환탱크(1)의 내주면 가장자리상에 1개의 발전유닛(20)을 90도 각도로 세워서 설치하거나, 해당 일측 공간을 이루는 열교환탱크(1)의 내주면 가장자리 곡률에 맞추어 최소 2개 이상의 발전유닛(20)을 근접시켜 설치토록 하며,
   상기 전방플레이트(16)나 후방플레이트(17) 또는 열교환탱크(1)의 몸통상에는 발전유닛(20)의 냉각수탱크(24)로 냉각수를 순환시키기 위한 제 2유입관(27) 및 제 2배출관(28)과 열전소자(21)용 케이블(20a)이 각각 관통 설치되는 것을 특징으로 하는 열전소자에 의한 2중 냉각기능과 발전기능이 제공된 컴프레셔용 냉각기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 열전소자(21)는 격판(5)측을 향하는 상부면에 걸쳐 전열핀(22)이 설치되는 한편, 상기 전열핀(22)의 하단측에 해당하는 열전소자(21)의 상부면 가장자리를 따라 사각테두리 형상의 장착플랜지(23)가 설치된 사각형 열전모듈이 되고,
   상기 열전모듈이 냉각수탱크(24) 상부면의 폭 방향과 길이 방향에 걸쳐 최소 2열(列) 이상의 바둑판 배치를 이루도록 측방향으로 맞대어지는 한편, 상기 장착플랜지(23)를 거쳐 냉각수탱크(24)의 상부면으로 체결되는 조립볼트(11)에 의하여 각각의 열전모듈이 냉각수탱크(24)와 연결 설치되며,
   상기 장착플랜지(23)와 냉각수탱크(24)의 사이에는 열전소자(21)의 두께에 해당하는 간격만큼의 케이블(20a)용 배선공간(29)이 제공되는 것을 특징으로 하는 열전소자에 의한 2중 냉각기능과 발전기능이 제공된 컴프레셔용 냉각기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 냉각수탱크(24)의 선단측과 후단측에는 냉각수탱크(24)의 폭 방향에 걸쳐 단부커버(26)가 조립 설치되고, 상기 냉각수탱크(24)의 좌,우측에는 냉각수탱크(24)의 길이 방향에 걸쳐 거치대(25)가 조립 설치되며,
   상기 단부커버(26)의 일측단에는 냉각수탱크(24)의 폭 방향을 따라 배치된 열전모듈의 장착플랜지(23) 상부면에 놓이는 조립단부(26a)가 돌출 형성되고, 상기 조립단부(26a) 부분이 해당 위치의 장착플랜지(23)와 함께 조립볼트(11)에 의하여 냉각수탱크(24)와 연결 설치되며,
   상기 거치대(25)는 냉각수탱크(24)의 좌,우측 상단면으로부터 소정의 폭만큼 수평 방향으로 연장되는 윙프레임(25a)과, 상기 냉각수탱크(24)의 좌,우 측면을 커버하는 커버프레임(25b)이 포함된 "ㅜ"자형 단면의 프레임이 되고,
   상기 윙프레임(25a)의 일측 단부가 냉각수탱크(24)의 길이 방향을 따라 배치된 열전모듈의 장착플랜지(23) 상부면에 놓인 상태에서 해당 위치의 장착플랜지(23)와 함께 조립볼트(11)에 의하여 냉각수탱크(24)와 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 열전소자에 의한 2중 냉각기능과 발전기능이 제공된 컴프레셔용 냉각기.
4. 제 3항에 있어서, 상기 냉각수탱크(24)의 좌,우측면에는 냉각수탱크(24)의 길이 방향에 걸쳐 조립프레임(24b)이 돌출 형성되고, 상기 거치대(25)의 커버프레임(25b)에는 냉각수탱크(24)의 조립프레임(24b)이 삽입되는 조립홈부(25c)가 형성되며,
   상기 냉각수탱크(24)의 좌,우측면은 조립프레임(24b)에 의하여 거치대(25)의 커버프레임(25b)과 소정의 간격을 두고 이격되고, 상기 냉각수탱크(24)의 좌,우측면과 커버프레임(25b) 사이의 간격이 열전소자(21)용 케이블(20a)의 추가적인 배선공간(29)을 제공하는 것을 특징으로 하는 열전소자에 의한 2중 냉각기능과 발전기능이 제공된 컴프레셔용 냉각기.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각수탱크(24)는 상부면이 개구된 직사각통 형상의 몸통체(24d)와, 상기 몸통체(24d)의 상부면에 수밀(水密) 가능하게 조립 설치되는 열전소자(21)의 장착판(24c)과, 상기 몸통체(24d)의 내부공간에 걸쳐 냉각수의 지그재그식 유동통로를 제공하도록 설치되는 최소 1개 이상의 유로조정판(24a)을 포함하여서 이루어지고, 상기 장착판(24c)은 전열소재로 제작되는 한편, 상기 몸통체(24d)는 단열소재로 제작되는 것을 특징으로 하는 열전소자에 의한 2중 냉각기능과 발전기능이 제공된 컴프레셔용 냉각기.
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2유입관(27)은 냉각탑(30)으로부터 순환펌프(31)를 거쳐 연장되는 공급관(32)으로부터 열교환기(7)용 유입관(14)과 함께 분기되는 것이고, 상기 제 2배출관(28)은 열교환기(7)용 배출관(15)과 함께 단일배관을 이루도록 연결 설치된 상태에서 해당 단일배관을 회수관(35)으로 하여 냉각탑(30)과 연결 설치되며,
   상기 유입관(14)과 제 2유입관(27)에는 역류방지용 체크밸브(33)가 각각 설치되고, 상기 회수관(35)에는 이물질 제거용 스트레이너(34)가 설치되는 것을 특징으로 하는 열전소자에 의한 2중 냉각기능과 발전기능이 제공된 컴프레셔용 냉각기.

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