KR0174734B1 - 안내 날개를 구비한 엘보우 - Google Patents

안내 날개를 구비한 엘보우 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안내 날개를 구비한 엘보우에 관한 것이다. 상기 안내 날개는 서로 유사한 소채널 형상을 형성하도록 배치된다.

Description

안내 날개를 구비한 엘보우
제1도는 본 발명의 실시예 1에 따른, 안내 날개를 구비하며 깊이가 일정한 확대형 엘보우의 단면도.
제2도는 본 발명의 실시예 1에 따른, 안내 날개를 구비하며 깊이가 일정한 정상형 엘보우의 단면도.
제3도는 본 발명의 실시예 1에 따른, 안내 날개를 구비하며 깊이가 일정한 축소형 엘보우의 단면도.
제4a도 내지 제4c도는 정상형 엘보우의 단면도로, 제4b도 및 제4c도는 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우를 도시한 것으로, 소채널의 수 m과 엘보우 크기 사이의 관계를 도시한 도면.
제5a도 내지 제5d도는 팽창 엘보우의 단면도로, 제5b도, 제5c도, 및 제5d도는 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우를 도시한 것으로, 소채널의 수 m과 엘보우 크기 사이의 관계를 도시한 도면.
제6a도 내지 제6e도는 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 팽창 엘보우의 단면도로, 소채널의 종횡비 r과 유출구각 사이의 관계를 도시한 도면.
제7도는 본 발명의 실시예 2에 따른 L형 엘보우의 사시도.
제8a도 내지 제8c도는 본 발명의 실시예 2에 따른 T형 엘보우의 사시도로, 제8a도는 외형을 도시하며, 제8b도는 엘보우내의 내부 배치를 도시하며, 제8c도는 안내 날개의 배치를 도시한 도면.
제9a도 및 제9b도는 본 발명의 실시예 4에 따른 분출 장치의 측단면도 및 전면도.
제10a도 및 제10b도는 본 발명의 실시예 5에 따른 분출 장치의 측단면도 및 전면도.
제11a도 및 제11b도는 본 발명의 실시예 6에 따른 자동차 공기 조절 장치의 단면도 및 사시도.
제12a도 및 제12b도는 본 발명의 실시예 7에 따른 자동차의 계기판 공기 유출구의 단면도 및 전면도.
제13도는 본 발명의 실시예 8에 따른 자동차의 방풍 제상기의 전면도.
제14도는 본 발명의 실시예 9에 따른 개방식 진열장의 측단면도.
제15도는 본 발명의 실시예 10에 따른 김 건조기의 단면도.
제16a도는 본 발명의 실시예 11에 따른 엘보우에 사용되는 안내 날개의 전면도, 제16b도는 제16a도의 B-B 선을 따라 취한 단면도, 제16c도는 측면도.
제17도는 본 발명의 실시예 12에 따른 보일러의 단면도.
제18도는 본 발명의 실시예 13에 따른 유동층 건조기의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기초 엘보우 2,12,13 : 엘보우의 유입구
3 : 엘보우의 유출구 4 : 엘보우의 내측벽
5,6,7 : 안내 날개 8 : 엘보우의 외측벽
9,15,16 : L형 엘보우 10,11 : 확대형 엘보우
14 : T형 엘보우 17,18,19,20,21 : 엘보우
26 : 유입 도관 27 : 분출 장치
본 발명은 안내 날개를 구비하며, 죠인트 또는 굽은 도관의 유출구에 사용되는 확대형, 정상형, 또는 축소형 엘보우에 관한 것이다.
변경비(굽은 도관의 중심선의 곡률 반경과 굽은 도관의 폭의 비)가 비교적 작은 굽은 도관을 엘보우라 일컫는 반면에, 반경비가 비교적 큰 굽은 도관을 벤드(bend)라고 일컫는다. 엘보우는 통상 직각 형상이지만, 벤드는 통상 동심 원호 형상이다. 굽은 도관에서 유동 손실은 굽은 도관의 내측벽에 인접한 흐름의 분리로 인한 분리 손실과 굽은 도관의 주위 벽으로 인한 마찰 손실의 합이다. 분리 손실은 반경비가 증가함에 따라 감소한다. 따라서 굽은 도관에 안내 날개를 제공하여 굽은 도관을 폭이 좁고 반경비가 큰 여러개의 소채널로 분리하는 것이 분리 손실을 줄이는데 효과적이다.
상술한 바와 같이 벤드를 여러개의 소채널로 분할하는 벤드 분할 방법은 벤드 전체 길이를 따라 하나 또는 두 개의 안내 날개를 벤드내에 삽입함으로써 용이하게 실행할 수 있다. 그러나, 안내 날개의 부가로 인해 도관의 벽부 면적이 증가하면 마찰 손실이 증가하기 때문에, 반경비가 비교적 작은 벤드에만 이 분할 방법을 적용할 수 있다.
형상이 단순하고 크기가 작은 엘보우가 도관에 폭넓게 사용된다. 엘보우의 반경비가 작고 분리 손실이 다소 크면, 엘보우의 흐름 손실이 다소 커진다. 원호 형상의 내측 및 외측벽을 채택함으로써 엘보우의 흐름 손실을 감소시킬 수 있다. 그러나, 엘보우 내측벽의 반경비가 흐름 손실을 실제 수준까지 감소시킬 만큼 충분히 증가되면, 엘보우의 형상 및 크기는 벤드의 형상 및 크기와 비슷해져서 엘보우의 장점인 간결함을 잃게된다.
파이프 및 도관의 흐름 저항(일본 기계 공학 학회, 1991)이라는 기술 자료 소책자의 84페이지에 엘보우에서 사용하기 위한 흐름 교정 기술이 기재되어 있다. 이 소책자에는 개발된 흐름 교정 방법으로서, 흐름 분리(1934, 프레이, 케이.)로 인한 와류 흐름의 발생을 막기 위하여 길이가 다소 짧으나 크기가 같은 여러개의 1/4 원호 형상의 안내 날개를 유선을 따라 적절히 배치하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 방법은 일반화되지 못하였는데, 그 이유는 유선을 결정하기가 어렵고 생산하는데 어려움이 있기 때문이다. 길이가 다소 짧으나 크기가 동일한 15-20개의 1/4 원호 형상의 안내 날개를 반경방향의 간격을 동일하게 하거나 내측벽을 향해 반경방향의 간격을 좁게하여 배치하는 다른 흐름 교정 방법이 포함된다(1946, 샐터, 씨.). 그러나, 이제는 풍동 등에서의 특정한 종류의 굽은 도관용으로만 이 방법을 이용하며, 복잡한 구조로 인해 대개는 이 방법을 이용하지 않는다.
모든 형태의 엘보우, 즉 확대형, 정상형, 축소형 엘보우에 적용할 수 있는 안내 날개를 구비한 신규한 형태의 엘보우를 개발함으로써 상술한 엘보우는 개발되지 않았다.
본 발명의 목적은, 간결함을 유지하며 내측벽과 외측벽에서의 반경비가 벤드의 반경비와 같으며 안내 날개의 수를 최소로 하였으며, 확대형, 정상형, 축소형 엘보우에 동일하게 적용될 수 있는 안내 날개를 구비한 엘보우를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 서로 유사한 소채널 형상을 형성하도록 배치된 안내 날개를 구비한 엘보우가 제공된다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 소채널의 형상은 다음의 식에 기초하여 결정된다.
p0= h/{[f/(f-r)]m-1}…①
an= p0r[f/f-r)]n…②
bn= an/f…③
h : 엘보우의 유입구 폭
p0: 엘보우의 유출구에서의 안내 날개의 돌출 길이
f : 유출구 포/유입구 폭으로 표시된 엘보우의 확대비
r : 소채널의 종횡비(rf)
m : 소채널의 수
an: n번째 소채널의 유출구 폭(an은 n=0일 때에는 내측벽의 곡률 반경을 나타내며 n=m일 때에는 외측벽의 곡률 반경을 나타낸다)
bn: n번째 소채널의 유입구 폭
본 발명의 다른 양호한 실시예에 따르면, 확대비 f는 5f1의 범위내에 있다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 따르면, 확대비 f는 1이다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 따르면, 확대비 f는 1f0.4의 법위내에 있다.
본 발명에 다른 양호한 실시예에 따르면, 엘보우의 유입구 및 유출구의 단면 형상은 깊이가 동일한 직사각형이다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 따르면, 엘보우의 유입구 및 유출구의 단면 형상은 원형이다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 따르면, 2개의 엘보우를 구비한 L형 엘보우가 제공되며, 2개의 엘보우는 직각으로 서로 엇갈려 엘보우의 유출구 방향으로 직렬로 배치되어 있다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 따르면, 5개의 엘보우를 구비한 T형 엘보우가 제공되며, 5개의 엘보우는 직렬 및 병렬로 조합되어 배치되어 있다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 따르면, 안내 날개는 열교환기 파이프로 구성된 판넬로 제작된다.
(1) 균일한 유속
① 엘보우와 같은 굽은 도관에서의 흐름은 RV=일정(R : 흐름 반경, V=유속)인 자유 와류 흐름이 된다. 따라서, 내측벽 근처에서의 유속은 외측벽 근처에서의 유속보다 빠르다. 유속은 외측벽으로부터 내측벽으로 선형으로 변한다.
② 본 발명에 있어서, 엘보우는 그 외측벽에 인접한 소채널로부터 그 내측벽에 인접한 소채널로 향해 크기가 감소하는 다수의 유사한 형상의 소채널로 분할된다. 따라서, 소채널의 측벽 길이와 소채널의 단면적의 비는, 엘보우의 외측벽에 인접한 소채널에서 그 내측벽에 인접한 소채널로 향함에 따라 커진다. 그러므로, 소채널에서의 흐름의 마찰 손실은 엘보우의 외측벽에 인접한 소채널에서 그 내측벽에 인접한 소채널로 향함에 따라 증가한다. 반면에, 모든 소채널에서의 흐름의 분리 손실은 동일한데, 그 이유는 소채널이 유사하고 반경비가 같기 때문이다. 따라서, 소채널에서의 압력 손실은 유사하고 외측벽에 인접한 소채널에서 그 내측벽에 인접한 소채널로 향함에 따라 증가한다.
③ 본 발명에 있어서, ①과 ②로 인한 흐름의 속도 분포는, 소채널의 수 m이 적절히 결정되면 엘보우의 단면 전체에 걸쳐 균일하게 된다. 특히, 본 발명에 있어서, 엘보우에서의 흐름은 소채널의 수 m이 적절히 결정되면 교정될 수 있다. 발명자가 실시한 실험 결과에 따르면, 소채널의 수 m은 3 내지 5개가 바람직하다.
(2) 소채널의 수 m과 엘보우 크기 사이의 관계
엘보우 죠인트, 엘보우 유출구 등은 직각 엘보우에 기초하여 제작된다. 이후, 엘보우 죠인트, 엘보우 유출구 등의 기초를 형성하는 직각 엘보우를 기초 엘보우라 일컫는다.
제4a도 내지 제5d도를 참조하여 소채널의 종횡비 r이 일정한 경우의 소채널의 수 m와 엘보우의 크기 사이의 관계를 설명한다. 제4a도 내지 제4c도는 확대비 f가 1인 정상형 엘보우를 도시한 반면에, 제5a도 내지 제5d도는 확대비 f가 4인 확대형 엘보우를 도시한다. 제4a도 내지 제5d도에서, 직사각형 abcd는 기초 엘보우를 나타낸다. 제4a도 및 제5a도는 안내 날개가 없으며 m=1인 엘보우를 도시하며, 제4b도 및 제5b도는 안내 날개가 1개 있으며 m=2인 엘보우를 도시하며, 제4c도 및 제5c도는 안내 날개가 2개 있으며 m=3인 엘보우를 도시하며, 제5d도는 안내 날개가 3개 있으며 m=4인 엘보우를 도시한다.
제4a도 내지 제5d도에서 도시한 바와 같이, 안내 날개의 돌출 길이 p0는 급격히 감소하고, 엘보우의 크기는 소채널 수 m이 증가함에 따라 급격히 감소하며, 엘보우의 형상과 크기는 기초 엘보우 abcd의 형상과 크기에 가깝게 된다. 특히, 제5a도 내지 제5d도에 도시된 확대형 엘보우에 있어서, 엘보우의 크기는 소채널의 수 m이 증가함에 따라 급격하게 감소하는데, 그 이유는 기초 엘보우 abcd가 평직사각형이기 때문이다.
상기에서 자명해진 바와 같이, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우는 소채널의 수 m이 다소 적을 경우, 예컨대 2 내지 5일 때 조차 크기가 현저하게 작아진다. 따라서, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우는 좁은 공간에서도 사용될 수 있다.
(3) 엘보우의 흐름 저항 및 엘보우의 유입구에서의 상대 정압력
본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우와 종래 엘보우에서의 동압력, 정압력, 압력 손실 등을 측정하였다.
표 1에 그 결과치를 나타낸다.
표 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우(엘보우 No. 2 내지 4)의 압력 손실은 안내 날개가 없는 종래의 직각 엘보우(엘보우 No. 1)의 압력 손실보다 적은데, 그 이유는 본 발명에 따른 엘보우에서의 흐름은 안내 날개에 의해 교정되기 때문이다. 그 결과, 엘보우의 유입구에서의 상대 정압력({엘보우의 유입구에서의 정압력}-{엘보우의 유출구에서의 정압력})은 종래 엘보우(엘보우 No. 1)에서 보다는 본 발명에 따른 엘보우(엘보우 No. 2 내지 4)에서 낮다. 본 발명에 따른 확대형 엘보우의 경우에, 엘보우의 유입구에서의 상대 정압력은 확대비 f가 약 2일 때 0이 된다. 즉, 확대비 f가 약 2일 때 겉보기 저항이 0이 된다. 엘보우의 확대비 f가 2보다 크면, 엘보우의 유입구에서의 상대 정압력, 또는 외견상의 저항은 음이 된다. 확대비 f가 엘보우에서의 유속에 관계없이 약 2일 때 엘보우의 유입구에서의 상대 정압력이 0이 된다는 것을 본 발명자가 증명하였다.
앞에서 명백해진 바와 같이, 본 발명에 따른 엘보우의 유입구에서의 상대 정압력은 종래의 엘보우에서의 상대 정압력보다 낮다. 따라서, 본 발명에 따른 엘보우는 여러 종류의 플랜트, 공조기 등에서 에너지를 절약하는데 상당히 기여할 수 있다.
(4) 소채널의 종횡비 r과 유출구 각도 사이의 관계.
제1도에서, 소채널의 종횡비 r은 A1A2/A1C1, A2A3/A2C2, A3A4/A3C3, A4A5/A4C4이다. 본 발명에 따르면, A1A2/A1C1= A2A3/A2C2= A3A4/A3C3= A4A5/A4C4이다.
제6a도 내지 제6e도에는 소채널의 종횡비 r과 유출구 각도 사이의 관계가 도시되어 있다. 제6a도 내지 제6e도에서, 유입구 흐름과 유출구 흐름은 화살표로 표시되어 있다. 소채널의 종횡비 r은 제5a도, 제6b도, 제6c도, 제6d도 순서로 점점 커진다. 제6e도에 유출구 각도의 기호가 도시되어 있다. 제6a도 내지 제6d도에 도시된 바와 같이, 유출구 각도는 소채널의 종횡비 r이 점점 커짐에 따라 (-), (0), (+) 순서로 변한다. -10˚ 내지 +40˚범위내에서 유출구 각도를 변경할 수 있다. 소채널의 종횡비 r과 유출구 각도 사이의 관계는 실험에 의해 결정할 수 있다.
경사진 유출구 흐름을 발생시키는 능력은 자동차, 개방식 진열장, 통상의 에어 커튼(air curtain)등에 사용된 측창식 제상기의 유출구용으로 요구된 특성이다.
(5) 확대비 f의 최대치
본 발명자에 의해 실행된 실험은 유출 흐름의 속도 분포가 균일하도록 보장할 수 있는 본 발명에 따른 엘보우의 확대비 f의 최대치는 5라는 것을 나타낸다. 확대비 f가 5보다 크게 되면, 유출 흐름의 속도 분포는 더 이상 균일하게 유지되지 않는다.
노즐로부터 분출된 공기가 속도 분포를 균일하게 유지시키는 거리(X)는 거의 2.5D(D : 노즐의 유출구 직경)와 같다. 본 발명에 따른 엘보우에서, 3개의 벽(2개의 측벽과, 엘보우의 유입구 반대편의 1개의 후방벽)으로 둘러싸인 채널내로 공기를 불어넣으면, 엘보우에서의 공기 흐름의 확산이 억제된다. 따라서, 거리(X)는 개방형 공기중에서 보다는 엘보우에서 길어진다. 그 결과, 소채널의 유입구에서의 흐름의 속도 분포는, 엘보우의 확대비 f가 5이고 엘보우의 유입구와 소채널의 유입구 사이의 거리가 2.5h(h : 엘보우의 유입구 폭)보다 크더라도 균일하게 유지된다. (1)에서 지적한 바와 같이, 엘보우에서의 흐름의 속도 분포는 소채널 구역에서 균일하게 유지된다. 따라서, 본 발명에 따른 엘보우에 있어서, 유출 흐름의 속도 분포는 엘보우의 확대비 f가 5가 되더라도 균일하게 유지된다.
엘보우의 확대비 f가 0.4이거나 그 보다 작게 되면, 안내 날개의 돌출 길이 p0는 매우 길어진다. 따라서, 엘보우를 소채널로 분할하여 안내 날개의 돌출 길이 p0를 짧게하여 엘보우를 컴팩트화한 본 발명의 잇점을 잃게 된다. 결과적으로, 본 발명에 따른 엘보우에 있어서, 엘보우의 확대비 f의 실제 범위는 df0.4이다.
[실시예 1]
제1도에 도시된 확대형 엘보우를 참조하여 엘보우내에 안내 날개를 배치하여 엘보우를 다수의 유사한 형상의 소채널로 분할하는 방법을 설명한다.
(1) 엘보우의 유출구에서의 안내 날개의 돌출 길이 p0, n번째 소채널의 유출구 폭 an(an은 n=0일 때에는 내측벽의 곡률 반경을 나타내며 n=m일 때에는 외측벽의 곡률 반경을 나타낸다), 및 n번째 소채널의 유입구 폭 bn을 구하기 위한 공식의 유도.
제1도에서, 참조 번호(1)은 기초 엘보우 b1E2B5E1을 나타내며, 참조 번호 (2)는 엘보우의 유입구를 나타내며, 참조 번호(3)은 엘보우의 유출구를 나타내며, 참조 번호(4)은 엘보우의 내측벽을, 참조 번호(5)는 안내 날개 No. 1을, 참조 번호(6)은 안내 날개 No. 2를, 참조 번호(7)은 안내 날개 No. 3을, 참조 번호(8)은 엘보우의 외측벽을 나타낸다. 제1도에서, 참조 기호 W는 엘보우의 유출구 폭을, h는 엘보우의 유입구 폭을 나타낸다.
엘보우내에 형성된 소채널은 서로 유사하다. 따라서, 엘보우의 확대비 f는 다음과 같이 나타내진다.
f = w/h = (a1+a2+a3+....)/(b1+b2+b3+....)
= a1/b1= a2/b2= a3/b3+ ....
= an/bn
소채널의 직사각형 길이 pn은 다음과 같이 나타내진다.
p1= p0+b1, p2= p0+b1+b2,
p3= p0+b1+b2+b3,
pn= p0+b1+b2+b3+...+bn
소채널의 종횡비 r은 다음과 같이 나타내진다.
r = a0/p0= a1/p1= a2/p2= a3/p3= ....
= an/pn
상기 식으로부터, 유입구 폭 h와 유출구 폭 w의 주어진 값과 소채널의 수 m과 소채널의 종횡비 r을 기초로하여, 엘보우의 유출구에서의 안내 날개의 돌출 길이 p0, n번째 소채널의 유출구 폭 an, 및 n번째 소채널의 유입구 폭 bn을 구하기 위해 다음식을 유도한다.
p0= h/{[f/(f-r)]m-1}....①
an= p0r[f/(f-r)]n....②
bn = an/f....③
(2) 안내 날개, 내측벽, 및 외측벽의 배치.
식 ① 내지 ③에서 구한, 엘보우의 유출구에서의 안내 날개의 돌출 길이 p0, n번째 소채널을 유출구 폭 an, 및 n번째 소채널의 유입구 폭 bn을 기초로 하여, 제1도에 도시된 바와 같이, 직사각형 A0A1B1C0, A1A2B2C1, A2A3B3C2, A3A4B4C3, A4A5V5C4가 결정된다.
선 C0B1A1, C1B2A2, C2B3A3, C3B4A4, C4B5A5, 및 점 C0, C1, C2, C3, C4와 각각 접하는 원호 R0, R1, R2, R3, R4는 제1도에 도시된 바와 같이 결정된다.
선 B2C1은 선 B1C0의 길이와 동일한 길이 만큼 연장되어 선 C1D0를 결정한다. 선 B3C2는 선 B2C1의 길이와 동일한 길이 만큼 연장되어 선 C2D1을 결정한다. 선 B4C3는 선 B3C2의 길이와 동일한 길이 만큼 연장되어 선 C3D2를 결정한다. 선 B5C4는 선 B4C3의 길이와 동일한 길이 만큼 연장되어 선 C4D3를 결정한다. 선 B1C0는 적절한 길이 만큼 연장되어 선 C0F1을 결정한다. 선 D3E1은 선 B1F1의 길이와 동일한 길이 만큼 연장되어 선 E1F2를 결정한다. 따라서, 안내 날개(D0C1A2, D1C2A3, D2C3A4)와, 내측벽(F1C0A1)과, 외측벽(F2D3C4A5)이 결정된다.
그 결과, 본 발명에 따른, 서로 유사한 소채널(C0A1A2D0, C1A2A3D1, C2A3A4D2, C3A4A5D3)을 형성하는 안내 날개를 구비한 확대형 엘보우를 얻을 수 있다.
제2도에는, 상술한 바와 동일한 방식으로 결정한, 확대비 f가 1인 정상형 엘보우가 도시되어 있다. 제2도에서, 동일한 요소와 점은 제1도와 동일한 참조 번호 및 기호로 표시된다.
제3도에는, 상술한 바와 동일한 방식으로 결정한, 확대비 f가 0.5인 축소형 엘보우가 도시되어 있다. 제3도에서, 동일한 요소와 점은 제1도와 동일한 참조 번호 및 기호로 표시된다.
엘보우의 유입구(2)와 유출구(3)의 단면 형상은 깊이가 같은 직사각형, 또는 원형이다. 고압 유체가 엘보우를 통과하는 경우에 원형 단면 형상이 채용된다. 그렇지 않고는 직사각형 단면 형상이 채용된다.
[실시예 2]
제7도에는, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 2개의 확대형 엘보우로 조립된 L형 엘보우(9)가 도시되어 있다. L형 엘보우(9)는 유입구(12)를 구비한 제1확대형 엘보우(10)와, 유출구(13)를 구비한 제2확대형 엘보우(11)를 포함한다. 엘보우(10, 11)는 본 발명에 따라 구성된다. 제 2 옐보우 (11)는 제 1 옐보우(10)에 직렬로 연결된다. 엘보우(10, 11)의 유출 방향은 서로 직각으로 엇갈린다. 처음에 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우의 확대비 f의 최대치는 5이다. 따라서, L형 엘보우(9)의 확대비 f의 최대치는 5 × 5인 25이다. L형 엘보우(9)는 확대비가 매우 크기 때문에, 자동차 공조 장치의 유입구 부재, 전기 집진기의 유입구 부재등으로 유용하다.
[실시예 3]
제8a도 내지 제8c도에는, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 5개의 엘보우로 조립된 T형 엘보우(14)가 도시되어 있다.
제8c도에 도시된 바와 같이, T형 엘보우(14)는 가로 방향으로 서로 접하여 대칭으로 배치된 한쌍의 L형 엘보우(15, 16)를 포함한다. L형 엘보우(15)는 직렬로 연결된 2개의 엘보우(17, 18)를 구비한다. L형 엘보우(16)도 직렬로 연결된 2개의 엘보우(19,20)를 구비한다. 엘보우(21)는 L형 엘보우(15, 16)사이에 배치된다. L형 엘보우(15, 16)와 엘보우(21)의 유출구(22, 23, 24)는 평직사각형 형상으로 형성되며 같은 방향으로 향해 있다. 유출구(22, 23, 24)는 T형 엘보우(14)의 유출구(25)를 형성한다. 단면 형상이 정사각형인 유입 도관(26)은 L형 엘보우(15, 16) 및 엘보우(21)의 유입구에 연결된다. T형 엘보우(14)에서, 공기는 유입 도관(26)으로부터 L형 엘보우(15, 16)와 엘보우(21)내로 흐른다. L형 엘보우(15)내로 흐르는 공기는 유출구(22) 밖으로 흐른다. L형 엘보우(16)내로 흐르는 공기는 유출구(23)밖으로 흐른다. L형 엘보우(15, 16)내의 공기 흐름은 서로 대칭이다. 엘보우(21)내로 흐르는 공기는 유출구(24) 밖으로 흐른다.
T형 엘보우(14)에서, 유출 흐름의 속도 분포는 균일하게 보장되는데, 그 이유는 엘보우(17, 18, 19, 20, 21)가 본 발명에 따라 구성되고, L형 엘보우 (15, 16)내의 공기 흐름이 서로 대칭이라는 사실에 의해 유출구(22, 23, 24)에서 유출 흐름의 속도 분포가 균일하게 보장되기 때문이다. 위에서 명확해진 바와 같이, T형 엘보우(14)는 단면 형상이 정사각형인 유입 공기 흐름을 속도 분포가 균일하고 단면 형상이 평직사각형인 유출공기 흐름으로 변환할 수 있다. T형 엘보우(14)는 에어 커튼 장치(air curtain unit)용의 흐름 교정 부재, 여러 종류의 장치용의 풍함, 분출 장치 등으로서 매우 유용하다.
L형 엘보우(15)의 유입구 면적과 L형 엘보우(16)의 유입구 면적의 비가 L형 엘보우(15)의 유출구 면적의 비와 동일한 비대칭식 T형 엘보우를 구성하는 것이 가능하다.
[실시예 4]
제9a도 및 제9b도에는, 본 발명에 따른, 안내 날개와, 교정 격자와, 환풍기로 조립된 분출 장치(27)가 도시되어 있다.
제9a도 및 베9b도에 도시된 바와 같이, 분출 장치(27)는 안내 날개를 구비한 확대형 엘보우(28)와, 교정 격장(29)와, 환풍기(30)를 포함한다. 확대형 엘보우(28)는 본 발명에 따라 구성된다. 교정 격자(29)와 환풍기(30)은 확대형 엘보우(28)의 유입구(31)에 연결된다.
분출 장치(27)에 있어서, 환풍기(30)에 의해 발생한 공기 와류 흐름은 교정 격자(29)를 통과할 때 교정된다. 선회 속도 성분을 빼앗긴 공기 흐름은 확대형 엘보우(28)내로 안내되어, 교정되고 팽창된 공기 흐름으로서 확대형 엘보우(28) 밖으로 흐른다.
엘보우(28)의 유출구(32)의 깊이 d는 환풍기(30)의 직경과 동일하다. 엘보우(28)의 유출구(32)의 폭 w은 그 최대치가 유입구(31) 폭 h의 5배인 경우를 제외하고는 자유롭게 결정할 수 있다. 표1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우의 압력 손실이 매우 적기 때문에, 분출 장치(27)의 공기 용량은 환풍기(30)의 최대 공칭 용량과 거의 같다. 따라서, 분출 장치(27)내에서 고속의 유출공기 흐름을 보장한다. 예컨대, 직경이 60cm 인 환풍기를 사용하고, 확대비 f를 4로 설정하면, 유출 공기의 속도는 3m/sec 가 된다.
따라서, 에너지 소비가 적어지고, 소음이 적어지고, 구조가 간단하게 되어, 분출 장치(27)는 에어 커튼 장치용 분출 부재, 스탠드업 팬(standup fan), 청소기용 분출 부재등으로서 매우 유용하다.
[실시예 5]
제10a도 및 제10b도에는, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 확대형 엘보우(34)와, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 한쌍의 엘보우를 포함하는 T형 엘보우(35)와, 교정 격자(36), 및 환풍기(37)로 조립된 분출 장치(33)가 도시되어 있다.
분출 장치(33)에 있어서, 환풍기(37)에 의해 발생한 공기 와류 흐름은 교정 격자(36)을 통과할 때 교정된다. 선회 속도 성분을 빼앗긴 공기 흐름은 T형 엘보우(35)내로 안내된다. 공기 흐름이 T형 엘보우(35)를 통과할 때, 공기 흐름의 단면은 평직사각형 형상으로 변환된다. 그후, 공기흐름은 확대형 엘보우(34)내로 안내된다. 공기 흐름이 확대형 엘보우(34)를 통과할 때, 공기 흐름의 단면은 큰 정사각형 형상으로 변환된다. 그후, 공기 흐름은 교정된 공기 흐름으로서 확대형 엘보우의 유출구(38) 밖으로 흐른다.
통상의 환풍기에 의해 발생된 공기 흐름은 선회 속도 성분을 포함하기 때문에, 멀리 이동할 수 없다. 게다가, 공기 흐름은 분진을 밀어올린다. 분출 장치(33)에 의해 발생된 공기 흐름은 선회 속도 성분을 포함하지 않은 층류이다. 따라서, 분출 장치(33)는 실내의 오염된 먼지가 많고 혼탁한 공기 청소용 환풍기로서 매우 유용하다.
[실시예 6]
제11a도 및 제11b도에는, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 한쌍의 엘보우(40)와, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우(42)로 조립된 L형 엘보우를 포함하는 자동차용 공조 장치(39)가 도시되어 있다.
시로코 팬(SIROCCO FAN ; 43)에 의해 발생된 고속의 공기 흐름이 엘보우 (40)내로 안내된다. 공기 흐름은 엘보우(40 내지 42)를 통과할 때 비약적으로 팽창된다. 그후, 비약적으로 팽창된 공기 흐름은 공조 장치(39)의 공조부(44)내로 안내된다. 공기 흐름은 냉각기(45)에 의해 냉각되거나 히터(46)에 의해 가열된다. 공기 흐름의 온도는 공기 혼합식 댐포(47)에 의해 조절된다. 공기 흐름은 자동차의 댐퍼(48, 49)를 통과하여 승객측 격실내로 안내된다.
공조 장치에서, 시로코 팬으로부터 나오는 고속 유출 공기 흐름은 초기 속도의 1/10 까지 감속되어야 한다. 따라서, 냉각기(45)의 단면적은 시로코 팬(43)의 유출구 단면적의 10배가 된다. 공조 장치가 설치된 엔진 격실은 제한된 공간을 갖기 때문에, 비약적인 팽창 도관은 통상적으로 시로코 팬(43)과 냉각기(45)사이에 배치된다. 종래의 비약적인 팽창 도관은 속도 분포가 균일한 유출 공기 흐름을 발생시킬 수 없었기 때문에, 냉각기(45)는 균일하지 않은 공기 흐름에 노출되어 있다. 따라서, 열교환 효율은 떨어지고, 압력 손실이 증가하고, 소음이 발생한다.
엘보우(40 내지 42)를 포함하는 비약적인 확대형 엘보우 조립체는 압력 손실이 낮을시 속도 분포가 균일한 유출 공기 흐름을 발생시킬 수 있다. 따라서, 엘보우(40 내지 42)를 포함하는 비약적인 확대형 엘보우 조립체는 자동차 공조 장치 등의 비약적인 팽창 도관으로서 매우 유용하다.
[실시예 7]
제12a도 및 제12b도에는, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우(51, 52, 53, 54)를 포함하는 자동차 계기판의 공기 유출구(50)가 도시되어 있다.
종래의 자동차 계기판의 공기 유출구에서는, 유출 공기의 방향은 루우버 (louver ; 55, 56)에 의해서만 제어되어서, 유출 공기 흐름은 난류가 되어 직진할 수 없었다. 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우가 직진할 수 있는 공기 흐름을 발생시킴에 따라, 중앙 유출구(57)로부터 나오는 유출 공기 흐름은 승객측 격실의 뒷좌석 부분을 적절히 공조할 수 있다. 측창식 제상기의 유출구(58)를 형성하는 엘보우(53)는 경사진 유출흐름을 발생시키는 제6d도에 도시된 엘보우로 구성될 수 있다. 따라서, 측창식 제상기의 효율은 증강된다. 계기판의 공기 유출구(50)는 자동차 공조시 에너지 절약에 기여하는데, 그 이유는 계기판 공기 유출기(50)의 압력 손실이 매우 적기 때문이다.
[실시예 8]
제13도에는, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우(60, 61)를 포함하는 자동차 방풍 제상기(59)가 도시되어 있다.
방풍 제상기(59)는 유출구 전체 길이에 걸쳐 속도 분포가 균일한 따뜻한 공기 흐름을 발생시킨다. 따라서, 방풍 제상기(59)는 고 효율을 달성할 수 있다.
[실시예 9]
제14도에 도시된 개방식 진열장은 그 유출구(63)가 본 발명에 따라 안내 날개를 구비한 엘보우에 의해 형성된 에어 커튼(64), 공기 유입구(65), 팬(66), 냉각기(67), 기계실(68), 및 선반(69)을 구비한다.
종래의 개방식 진열장의 에어 커튼은 플라스틱으로 제작된 벌집형 유출구를 사용한다. 이 벌집형 유출구는 압력 손실이 높고, 분진, 서리 등에 의해 봉쇄되기 쉽고, 그 재료가 열화되기 쉬운 단점이 있어서, 송풍팬 에너지 낭비의 원인이 되고 유지하는데 어려움이 있다.
다른 한편으로는, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우를 이용한 유출구는 유출 흐름의 속도 분포가 균일하고, 압력 손실이 적으며, 분진, 서리등에 의해 쉽게 봉쇄되지 않으며, 재료의 사용 수명이 길다는 장점이 있다(본 발명에 따른 엘보우는 구조가 간단하여 알루미늄과 같은 금속 재료로 제작될 수 있다).
따라서, 개방식 진열장(62)은 팬(66)에 의한 에너지의 손실을 줄이고, 제조비용이 저렴해지고, 용이하게 유지할 수 있다.
본 발명자는 개방식 진열장(62)이 효율이 높고 냉기를 유지할 수 있는 에어 커튼(64)을 발생시킬 수 있다는 것을 증명하였다.
[실시예 10]
제15도에는, 환풍기(71)와, 연도(72)와, 노(73)와 환풍기(71), 연도(72), 노(73)를 수용하는 챔버(74)와, 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 엘보우(75, 76)와, 개구비가 크고 압력 손실이 적은 다공 판넬(77, 78)과, 젖은 김 쉬이트를 지지하는 배수판(79)과, 배수판(79)과 그 배수판을 이동시키는 구동장치를 수용하는 건조실(80)을 구비하는 김 쉬이트 건조기(70)가 도시되어 있다.
김 쉬이트 건조기(70)에서, 배수판(79)상에 위치된 젖은 김 쉬이트에, 속도 분포가 균일하며 온도가 높지 않은 고속의 공기 흐름을 공급하여 김 쉬이트의 질을 유지하는 것이 필요하다.
김 쉬이트 건조기(70)에 있어서, 챔버(74)에서 발생된 따뜻한 공기 흐름은 엘보우(75, 76)와 다공 판넬(77, 78)을 통과할 때 교정된다. 그후, 교정되고 속도 분포가 균일한 공기 흐름은 건조 챔버(80)내로 안내되어 배수판(79)상의 젖은 김 쉬이트를 신속하게 건조시킨다.
통상의 동력을 가진 시판되는 환풍기가 김 쉬이트 건조기(70)의 환풍기(71)로서 사용하더라도, 배수판(79)상의 젖은 김 쉬이트를 신속하게 건조시킬 만큼 고속의 공기 흐름을 건조 챔버(80)내로 송출할 수 있는데, 그 이유는 엘보우(75, 76) 및 다공 판넬(77, 78)의 압력 손실이 매우 적기 때문이다.
[실시예 11]
제16a도 내지 제16c도에는, 본 발명에 따른 엘보우에 사용되며, 고온 가스를 냉각하기 위한 안내 날개(81)이 도시되어 있다.
아내 날개(81)는 핀을 구비하고 함께 열교환기 판넬로 용접되는 열교환기관(82), 열교환기 판넬의 일단부에 연결되는 헤더 파이프(header pipe ; 83) 및 열교환기 판넬의 타단부에 연결되는 헤더 파이프(84)를 구비한다. 물 또는 고압 증기와 같은 열교환 매체가 안내 날개(81)를 통과한다. 다수의 안내 날개(81)를 포함하는 엘보우가 크기가 큰 보일러, 열교환기 등에 사용되어 그들의 효율을 증강시킨다.
[실시예 12]
제17도에는, 버너(86), 노(87), 수평 연도에 배치된 과열기(88) 및 재열기(89), 고온 가스를 냉각하기 위해 제11실시예의 안내 날개(81)를 다수 구비한 엘보우(90), 수직 도관내에 배치되는 수평 과열기(91)와 수평 재열기(92) 및 연료 이코노마이저(feul economizer ; 93), 및 내열 강판으로 제작되며 안내 날개를 구비한 엘보우(94)를 구비한 크기가 큰 보일러(85)가 도시되어 있다.
종래 보일러에서는, 연도가 직각으로 굽어지는 엘보우에 교정기가 배치되어 있지 않기 때문에, 그곳에 강한 와류 흐름이 발생한다. 따라서, 엘보우의 유출구에 위치된 수평 과열기는 속도 분포가 균일하지 않은 연소 가스 흐름에 노출된다. 그 결과, 열교환이 늦어지고, 연소 가스의 압력 손실이 많아져서, 보일러 효율이 떨어진다.
본 실시예의 보일러(85)에 있어서, 고온 가스를 냉각하기 위해 제11실시예의 안내 날개(81)를 다수 구비한 엘보우(90)와, 내열 강판으로 제작되고 안내 날개를 구비한 엘보우(94)가 연도의 굽은 부분에 배치되기 때문에, 와류 흐름이 발생하는 것을 막을 수 있고, 열교환기(91, 92)에 의해 열교환이 촉진되며, 연소 가스의 압력 손실이 적어지고, 보일러 구성 비용과 운전 비용이 감소된다.
[실시예 13]
제18도에는, 팬(96), 히터(냉각기) (97), 본 발명에 따른, 안내 날개를 구비한 제1엘보우(98)와 제 2T 형 엘보우(99) 및 제 3 엘보우(100), 개구비가 큰 가스 분산판(1010), 유동층 챔버(102), 원료 공급기(103), 및 분리기(104)를 구비하는 유동층 건조기(95)가 도시되어 있다.
유동층 건조기(95)에 있어서, 엘보우(98 내지 100)에서 발생한 속도 분포가 균일한 공기 흐름이 분산판(101)을 통과하여 유동층 챔버(102)내로 안내된다. 원료 공급기(103)로부터 유동층 챔버(102)내로 분말상의 젖은 원료(105)가 공급된다. 분말상의 젖은 원료(105)의 유동층(106)이 유동층 챔버(102)에 형성된다. 건조된 분말상의 원료(105)는 유동층 챔버(102)로부터 직접 제품(107)으로서 취해진다. 유동층(106)을 통과하는 공기와 그 공기에 의해 부유 운반되는 건조된 분말상의 원료(105)는 분리기(104)내로 안내된다. 건조된 분말상의 원료(105)는 분리기(104)에서 분리되어 제품(108)으로서 분리기(104)에서 배출된다. 공기는 배기(109)로서 분리기(14)에서 배출된다.
종래의 유동층 건조기에서, 가스 분산판(101)아래의 풍함(엘보우)으로부터 나오는 유출 공기 흐름의 속도 분포는 불균일하다. 따라서, 불균일한 공기 흐름을 교정하고 분산판 위로 기포를 균일하게 분산시키는데 개구비가 작은 가스 분산판이 사용된다. 가스 분산판은 개구비가 작고 압력 손실이 크기 때문에, 가스 분산판을 통과하여 흐르는 교정된 공기흐름은 속도가 매우 빠르다. 그 결과, 유동층 챔버 측벽의 영향으로 인해 유동층의 중심선 둘레로 기포가 모인다. 따라서, 유동층은 그 챔버의 측벽 근처에 침체된다. 이런 현상이 유동층이 사용되는 연소실, 건조기, 반응기 등에서의 기술적 어려움의 주원인이 된다.
유동층 건조기(95)에서, 가스 분산판(101) 아래의 풍함은, 본 발명에 따라, 안내 날개를 구비한 엘보우(100)로 구성되어 속도 분포가 균일한 교정된 유출 공기 흐름이 풍함으로부터 가스 분산판(101) 상으로 수직으로 흐를 수 있다. 따라서, 가스 분산판(101)의 개구비가 크더라도, 가스 분산판(101) 위로 기포를 균일하게 분산시킬 수 있다. 개구비가 큰 가스 분산판(101)을 채택함으로써, 가스 분산판(101)을 통과하여 흐르는 공기 흐름은 속도가 빠르지 않다. 따라서, 유동층(106)내의 기포는 균일하게 되고 침체 구역이 발생하지 않는다.
양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 사상 및 범위를 이탈하지 않는 한 변형 및 개량할 수 있다는 것을 알것이다. 본 발명의 범위는 첨부한 특허청구 범위에 의해서만 결정된다.
주 :
① 엘보우 No. 1은 종래의 직각 엘보우이고, 엘보우 No. 2 내지 4는 본 발명에 따라 안내 날개를 구비한 엘보우이다.
② 유출 흐름과 유출구 평면 사이의 각은 90˚이다.
③ 공기 온도 : 20˚ C
④ mmAq : 수두 (mm)
⑤ △h = ky(v /2g)
k : 압력 손실 계수
r : 공기의 비중(kg/m ) (20˚C에서 1.2kg/m )
V : 엘보우 유입구에서의 유속(m/s)
g :중력 가속도(m/s )

Claims (12)

  1. 서로 유사한 소채널 형상을 형성하도록 안내 날개가 배치되는 것을 특징으로 하는 안내 날개를 구비한 엘보우.
  2. 제1항에 있어서,
    다음의 식,
    p0= h/{[f/(f-r)]m-1} ...... ①
    an= p0r[f/(f-r)]n...... ②
    bn = an/f ...... ③
    h : 엘보우의 유입구 폭
    p0: 엘보우의 유출구에서의 안내 날개의 돌출 길이
    f : 유출구 폭/유입구 폭으로 표시된 엘보우의 확대비
    r : 소채널의 종횡비 (rf)
    m : 소채널의 수
    an: n번째 소채널의 유출구 폭
    (an은 n=m일때는 내측벽의 곡률 반경을 나타내며 n=m일때는 외측벽의 곡률 반경을 나타낸다.)
    bn : n번째 소채널의 유입구 폭
    을 기초로 하여 소채널의 형상이 결정되는 것을 특징으로 하는 안내 날개를 구비한 엘보우.
  3. 제2항에 있어서, 확대비 f는 5f1의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 안내 날개를 구비한 엘보우.
  4. 제2항에 있어서, 확대비 f는 1인 것을 특징으로 하는 안내 날개를 구비한 엘보우.
  5. 제2항에 있어서, 확대비 f는 1f≥0.4의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 안내 날개를 구비한 엘보우.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 엘보우의 유입구 및 유출구의 단면 형상은 깊이가 같은 직사각형인 것을 특징으로 하는 안내 날개를 구비한 엘보우.
  7. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 엘보우의 유입구 및 유출구의 형상은 원형인 것을 특징으로 하는 안내 날개를 구비한 엘보우.
  8. 2개의 엘보우를 구비하는 L형 엘보우로서, 상기 엘보우는 직렬로 배치되고, 엘보우의 유출구 방향은 서로 직각으로 엇갈리는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 따른 2개의 엘보우를 구비하는 L형 엘보우.
  9. 5개의 엘보우를 구비하는 T형 엘보우로서, 상기 엘보우는 직렬 및 병렬의 조합으로 배치되는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 따른 5개의 엘보우를 구비하는 T형 엘보우.
  10. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 안내 날개가 열교환기 관으로 구성된 판넬로 제작되는 것을 특징으로 하는 안내 날개를 구비한 엘보우.
  11. 제8항에 있어서, 상기 안내 날개가 열교환기 관으로 구성된 패널로 제작되는 것을 특징으로 하는 안내 날개를 구비한 엘보우.
  12. 제9항에 있어서, 상기 안내 날개가 열교환기 관으로 구성된 판넬로 제작되는 것을 특징으로 하는 안내 날개를 구비한 엘보우.
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