KR100435600B1 - 다단 축류 송풍기를 채용한 레인지 후드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포집갓(11)과 직선 도관(12)을 구비하고, 댐퍼(20)가 설치되는 레인지용 후드(10)에 있어서: 상기 직선 도관(12) 상에서 포집갓(11) 출구와 댐퍼(20) 사이 혹은 댐퍼(20)와 배기라인 사이에 설치되고, 미세공(40a)이 형성된 주위로 흡음재(45)를 구비하여 머플러 기능을 수행하는 원형 덕트(40); 및 상기 원형 덕트(40)의 내부에 장착되고, 동익과 정익의 조합으로 구성된 다단 축류홴(50)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 이때, 상기 다단 축류홴(50)은 동익(50a), 정익(50b), 동익(50a)을 동일축 상에 일체로 구비한다.

이에 따라, 필요한 풍량 및 정압을 내는 다단 축류형 홴(송풍기)을 포집갓 밖의 원형관내에 설치하여 레인지 후드의 적용성을 향상시키며 작동 소음을 최소화하는 효과가 있다.

Description

다단 축류 송풍기를 채용한 레인지 후드{A Range Hood Employing a Multi-stage Axial Fan}

본 발명은 주방환기용 레인지 후드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 필요 되어지는 풍량 및 정압을 내는 다단 축류형 홴(송풍기)을 포집갓 밖에 설치하여 레인지 후드의 적용성을 향상시키며 작동 소음을 최소화하는 다단 축류 송풍기를 채용한 레인지 후드에 관한 것이다.

주방에서 취사시 발생하는 각종 유해물질은 실내공기 오염의 주된 요인이 되며, 특히 연소시 발생하는 유해물질과 음식물의 조리냄새는 적절하게 옥외로 배출하여 실내의 다른 공간이나 건물 전체로 확산되는 것을 방지하는 것은 실내의 공기 환경을 쾌적하고 안전하게 유지하는 중요한 역할을 하게 된다.

가스레인지에서 연소에 의해 발생되는 열은 조리과정에 공급되는 열량으로 일부는 음식물로 전달되고, 일부는 후드를 통하여 배출된다. 또한 나머지는 주방 주위로 확산되어 열취득 요인이 되어 주방의 냉방부하를 증가시키고, 조리과정의 냄새가 실내로 확산되는 주요한 요인이 된다.

도 1은 종래의 레인지 후드의 설치 상태를 나타내는 구성도이고, 도 2는 종래의 레인지 후드에 적용되는 시로코 홴을 나타내는 구성도이고, 도 3 및 도 4는 각각 도 2의 성능곡선 및 소음특성을 나타내는 그래프이다.

주방의 냄새 및 열을 효과적으로 배출시키기 위해서 현재까지 원심형 다익홴(일명 시로코홴(30))을 후드(10)의 포집갓(11) 내에 설치하거나 원심형 터보홴을 포집갓(11) 밖에 설치하는 발명이 미국 특허 공개정보 제 5,803,072에 기술되어 있다. 일반적으로 레인지 후드에 많이 적용되는 원심형 전향익의 일종인 시로코홴(30)은 앞굽음깃(forward curved blade)을 가지고 있으며, 상대적으로 낮은 부하에서 소형으로도 많은 유량을 낼 수 있다. 또한 동일 유량에서 축류형 홴이나 뒷굽음깃 원심형 홴(backward curved centrifugal fan) 등보다 소음이 낮아, 낮은 효율에도 불구하고 현재 공조기기, 환기장치 그리고 주방기기 등에 많이 사용되어지고 있다.

송풍기 소음은 광대역 소음과 이산 주파수소음의 두 성분으로 크게 구성된다. 광대역 소음은 송풍기 난류유입소음, 임펠러 날개 위의 경계층 유동과 날개 후연과의 상호작용에 의한 날개 후연소음 등의 공력소음을 말하며, 이산 주파수소음은 임펠러 회전수에 관련된 날개통과주파수의 정수배가 되는 조화주파수들에서 높은 소음레벨을 갖는 불연속 분포의 소음으로 저주파영역의 정상상태 하중에 의한 하중소음과 날개끝단 와류 혹은 동익·정익간의 상호간섭 등의 비정상 하중변화에 의한 소음이다(Neise,1992).

최근 후드용 송풍기 이산 및 광대역 소음을 줄이기 위해 미국 특허공개정보 제 09/287,649호에는 후드 하우징내의 입출구부에 머플러 형태의 유로 가이드를 설치하여 소음을 저감하는 설계 및 제조방법이 기재되어 있다.

또한 송풍기 이산소음을 줄이는 설계방법으로 미국 특허 공개정보 제 5603607에는 송풍기 날개 후단을 톱니 모양으로 만들어 후단소음의 발생위상을 간섭시켜 소음을 줄이는 발명이 개시된다. 이외에도 같은 형상을 갖는 날개의 간격을 불균일하게 배치하여 같은 크기의 소음원들의 위상차를 발생시켜 저소음화를 실현하는 기술도 공지된 바 있다.

그러나 현재까지 레인지 후드에 적용된 홴의 형태는 원심형 시로코홴, 원심형 터보홴 등으로 기하학적 적합성으로 인해 후드의 포집갓 내에 설치되므로 소음적인 측면에서 매우 불리하며 특히 주방공간 활용 및 미적 공간 창출을 매우 제약하게 된다.

그러므로 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 필요 되어지는 풍량 및 정압을 내는 다단 축류형 홴(송풍기)을 포집갓 밖에 설치하여 레인지 후드의 적용성을 향상시키며 작동 소음을 최소화하는 다단 축류 송풍기를 채용한 레인지 후드를 제공한다.

도 1은 종래의 레인지 후드의 설치 상태를 나타내는 구성도,

도 2는 종래의 레인지 후드에 적용되는 시로코 홴을 나타내는 구성도,

도 3 및 도 4는 각각 도 2의 성능곡선 및 소음특성을 나타내는 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 레인지 후드의 주요 구성을 나타내는 모식도,

도 6은 본 발명에 따른 1단 축류홴의 설계를 나타내는 개념도 및 성능곡선,

도 7은 본 발명에 따른 다단 축류홴을 입체적으로 나타내는 모식도,

도 8은 도 7의 설계에 따른 속도벡터 및 설계변수를 나타내는 도식도,

도 9는 도 8의 설계를 수행하는 과정을 순차적으로 나타내는 플로우차트,

도 10은 도 7의 다단 축류홴을 적용한 경우의 성능곡선도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10 : 후드 11 : 포집갓

12 : 직선 도관 20 : 댐퍼

30 : 시로코홴 40 : 원형 덕트

45 : 흡음재 50 : 다단 축류홴

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 포집갓(11)과 직선 도관(12)을 구비하고, 댐퍼(20)가 설치되는 레인지용 후드(10)에 있어서: 상기 직선 도관(12) 상에서 포집갓(11) 출구와 댐퍼(20) 사이 혹은 댐퍼(20)와 배기라인 사이에 설치되고, 미세공(40a)이 형성된 주위로 흡음재(45)를 구비하여 머플러 기능을 수행하는 원형 덕트(40); 및 상기 원형 덕트(40)의 내부에 장착되고, 동익과 정익의 조합으로 구성된 다단 축류홴(50)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 다단 축류홴(50)은 동익(50a), 정익(50b), 동익(50a)을 동일축 상에 일체로 구비한다.

이와 같이 냄새 및 열을 효과적으로 배출하는데 필요한 풍량 및 정압을 내는다단 축류형 홴(송풍기)을 포집갓 밖의 원형관내에 설치하여 레인지 후드의 적용성을 향상시키며 작동 소음을 최소화하는 것이 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 레인지 후드의 주요 구성을 나타내는 모식도이고, 도 6은 본 발명에 따른 1단 축류홴의 설계를 나타내는 개념도 및 성능곡선이다.

본 발명은 종래와 같이 후드(10)의 포집갓(11) 내부에 시로코홴(30)을 구비하지 않고, 직선 도관(12) 내에 설치된 원형 덕트(40) 혹은 댐퍼(20) 하류에 설치된 원형 덕트(40) 내에 다단 축류홴(50)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 원형 덕트(40)는 레인지 후드(10)의 소음을 최소화하도록 직선 도관(12) 상에 원형 혹은 사각형 단면으로 설치된다. 원형 덕트(40)는 일정 부분에 미세하게 천공된 미세공(40a)을 구비하며, 미세공(40a)의 외측으로 그라스울 등의 흡음재(45)를 씌워 공명형 혹은 흡음형 머플러 기능을 수행한다.

또, 본 발명은 냄새 및 열을 효과적으로 배출하는데 필요한 풍량 및 정압을 내는 다단 축류홴(50)(송풍기)을 포집갓(11) 상부의 직선 도관(12)에 설치하여 레인지 후드의 설치를 자유롭게 한다.

일반적으로 레인지 후드용 시로코홴(30)의 성능곡선은 도 3에 나타난 바와 같이 다른 형태의 송풍기와 달리 정압상승에 비해 유량계수가 매우 큰 것을 특징으로 한다. 따라서 가정용 레인지 후드에 사용되는 외경이 150mm인 시로코홴의 작동점에서 요구되는 유량이 270m³/hr, 정압상승이 130pa, 그리고 회전수가 1,570 rpm라고 가정하면, 도 6에 나타난 튜브형 축류홴을 적용하면 주어진 정압과 같은 경우 매우 작은 유량이 발생하거나 주어진 유량과 같은 경우 매우 낮은 정압이 필터가 설치된 후드의 유로저항으로 인해 발생하게 된다.

따라서 1개의 축류형 홴으로는 일반적인 시로코 홴 성능을 내지 못하게 된다. 또한 이를 극복하기 위해 두 개 이상의 축류홴을 직렬로 연결하여 사용하는 경우 이상적으로는 같은 유량에서 직렬로 설치된 홴의 개수에 비례하여 정압이 상승하나, 이 경우 각 축류홴 후류에서의 회전속도가 축방향 성분으로 바뀌도록 충분한 거리를 유지해야 하므로 실용적이지 못하다.

도 7은 본 발명에 따른 다단 축류홴을 입체적으로 나타내는 모식도이고, 도 8은 도 7의 설계에 따른 속도벡터 및 설계변수를 나타내는 도식도이고, 도 9는 도 8의 설계를 수행하는 과정을 순차적으로 나타내는 플로우차트이고, 도 10은 도 7의 다단 축류홴을 적용한 경우의 성능곡선도이다.

도 7에서, 본 발명은 도시된 바와 같이 동익(50a), 정익(50b), 동익(50a)의 구성을 갖는 2단 혹은 그 이상의 다단 축류홴(50)이 제안된다. 다단 축류홴(50)에서는 정익(50b)에서도 정압상승이 일어나게 되므로 레인지 후드가 작동하는 설계점에서 요구되는 유량과 정압을 내도록 설계할 수가 있다. 상기의 조건의 경우, 첫 번째 동익(50a)에서 토출되는 최대 스월속도는 25m/s가량이며, 이 회전속도가 정익(50b)에서 정압으로 변환되는 평균 정압상승을 100pa로 가정하면, 도 6에 주어진 성능을 갖는 축류홴에 대하여 유량은 292m³/hr 그리고 정압이 약 150 pa인 성능을 발휘하게 된다.

도 8 내지 도 10에서, 본 발명에 따라 2개의 동익과 1개의 정익이 동익, 정익, 동익의 순서로 배치되는 다단 축류홴(50)은 도 10에서 주어진 유량(Qo)과 정압(ΔP_o)을 만족하도록 원형 덕트(40) 내에 설치된다. 주어진 유량(Qo)에서의 동익의 정압을 ΔP₁이라고 하면, ΔP_o= 2 * ΔP₁+ ΔPs 가 된다.(기호는 도 10 참조) 즉 설계유량(Qo)에서 두 개의 동익에서의 정압상승량과 정익에서의 정압상승량이 설계 정압상승량(ΔP_o)이 되면 된다. 그런데 동익 모터의 소비동력과 소음적 측면에서는 같은 설계 유량조건에서 동익에서의 정압상승량이 가능한 적고 정익에서의 상승량이 많을수록 유리하다. 따라서 동익과 정익을 반복적으로 설계하여 상기의 조건을 만족하도록 한다.

즉, 동익에서의 ΔP₁를 가정하여 동익의 평균 유선에서 유동각과 날개각 등을 구한다. 즉, 설계 변수들은 반경방향으로 한 날개를 여러 등분하여 각 미소 단면마다 Howell의 2차원 관계식을 이용하여 계산한다. 압력 상승을 맞추기 위해 코드길이(C_r)를 조정하며, 코드길이(C_r)가 변할 때마다 현절비(σ)가 변하게 되고 그와 관련된 여러 변수들이 바뀌게된다. 그래서 압력상승을 맞출 때마다 현절비(σ)와 관련된 모든 변수들을 다시 계산한다. 계산을 통해 수렴한 변수들을 날개 끝에서 발생하는 슬립을 고려하여 다시 계산하게 되며, 최종적으로 소음을 고려하여 캠버각(c)과 코드길이(C_r)를 결정하게 된다. 위 과정들은 효율이 수렴할 때까지 반복 계산되며, 효율이 수렴하였을 때의 동익에서의 출구유동각(α₂) 등을 이용하여 정익의 형상을 설계한다. 정익 날개 입구에서의 피치(S₃)와 날개의 원주방향 두께(t_u3)를 고려하여, 정익 입구유동각(α₃)을 결정한다. 이것을 바탕으로 하여 정익의 출구속도(C₄)와 입구속도(C₃)의 비가 C₄/C₃>0.6를 만족시키면서도 최대 정압상승이 일어나도록, 정익의 날개 개수(Z_s), 코드길이(C_s)를 정한다. 이렇게 하여 구한 정익에서의 ΔPs를 이용하여 다시 동익에서의 정압상승량(ΔP₁)을 구하여 가능한 동익에서의 소비동력과 소음이 최소화 되도록 반복설계를 수행한다. 삼차원적으로 형상을 구현할 때는 회전하는 물체 표면에서의 유선(stream line)을 고려하여 날개를 형상화한다,

이상의 구성 및 작용에 따르면 본 발명은 필요한 풍량 및 정압을 내는 다단 축류형 홴(송풍기)을 포집갓 밖의 원형관내에 설치하여 레인지 후드의 적용성을 향상시키며 작동 소음을 최소화하는 효과가 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (2)

1. 포집갓(11)과 직선 도관(12)을 구비하고, 댐퍼(20)가 설치되는 레인지용 후드(10)에 있어서,

   상기 직선 도관(12) 상에서 댐퍼(20)와 배기라인 사이에서 설치되고, 미세공(40a)이 형성된 주위로 흡음재(45)를 구비하여 머플러 기능을 수행하는 원형 덕트(40); 및

   상기 원형 덕트(40)의 내부에 장착되고, 동익과 정익이 반복적으로 조합 설계되어 구성된 다단 축류휀(50)을 포함하며,

   상기 정익은 정익 출구속도(C4)와 정익 입구속도(C3)의 비가 C4/C3>0.6을 만족하면서 최대 정압상승이 일어나도록 날개개수(Zs) 및 코드길이(Cs)가 정해지는 것을 특징으로 하는 다단 축류휀(50)을 채용한 레인지 후드.
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