KR100599860B1

KR100599860B1 - 후드에 구비되는 복합 다단 축류 송풍기

Info

Publication number: KR100599860B1
Application number: KR1020030009698A
Authority: KR
Inventors: 이승배
Original assignee: 주식회사 에어로네트
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2006-07-12
Also published as: KR20040074221A

Abstract

본 발명은 포집갓과 직선 도관을 구비하고, 댐퍼가 설치되는 레인지용 후드에 있어서 상기 도관상의 포집갓 출구와 댐퍼 사이 혹은 댐퍼와 배기라인 사이에서 요구되는 최대 정압, 무부하 최대유량 및 중간부하에서의 유량을 내는 부분 슈라우드 및 날개 선단이 후류로 경사진 날개를 동익으로 정익과 함께 다단으로 설치한 다단축류홴과, 좁은 자바라 덕트로 연결시에도 성능의 유지 및 작동 소음을 최소화하기 위해 출구 정익을 갖춘 유선형의 리듀서와, 입구 노즐 형태의 공명기를 갖는 부속장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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

다단축류홴, 후드, 슈라우드, 공명기, 리듀서

Description

후드에 구비되는 복합 다단 축류 송풍기{Hybrid Multi-stage Axial Fan Provided with a Hood}

도 1은 본 발명에 따른 복합 다단 축류홴의 주요 구성을 나타내는 단면도,

도 2는 일반적인 다단홴 형상을 상측에 도시하고 그리고 원심형 시코홴과의 성능 및 소음특성 비교를 그래프 도시하는 도면,

도 3은 180mm 직경 다단홴에 150mm(상측에 도시됨)와 125mm(하측에 도시됨)의 자바라 덕트를 달았을 때의 성능 비교를 나타내는 그래프,

도 4는 부분 슈라우드 축류홴 형상을 상측에 도시하고 그리고 부분 슈라우드 축류홴의 성능 변화 특성을 하측에 그래프로 도시하는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 다단축류홴 1차, 2차 동익, 정익 및 인듀서, 리듀서 부품 3차원 형상을 나타내는 모식도, 및

도 6은 정익 모타 전기선 통과 에어포일 형상 모식도.

본 발명은 주방환기용 레인지 후드 등의 각종 후드에 구비되는 복합 다단 축류 홴에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 필요 되어지는 최대 정압, 무부하 최대유량 및 중간부하에서의 유량을 내는 부분 슈라우드(shroud) 날개를 동익으로 정익과 함께 다단으로 설치한 다단축류홴으로 포집갓 밖에 설치하여 레인지 후드의 적용성을 향상시키며, 특히 좁은 자바라 덕트로 연결시에도 성능의 유지 및 작동 소음을 최소화하기 위해 출구 정익을 갖춘 유선형의 리듀서와 입구 노즐 형태의 공명기를 갖는 홴 및 부속장치에 관한 것이다.

주방의 냄새 및 열을 효과적으로 배출시키기 위해서 현재까지 원심형 다익홴(일명 시로코홴)을 후드의 포집갓 내에 설치하거나 원심형 터보 홴을 포집갓 밖에 설치하는 발명이 미국 특허 공개정보 제 5,803,072에 기술되어 있다. 일반적으로 레인지 후드에 많이 적용되는 원심형 전향익의 일종인 시로코홴은 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.

또한 덕트 시스템을 갖는 환기장치용 저소음 다단축류홴이 일본공개공보 JP2000-27798호에 개시되어 있다. 이 다단축류홴은 원통형 케이싱 내에 지지된 양축을 갖는 모터 양쪽에 동익을 설치하며, 가운데는 정익을 설치하여 송풍압력을 개선하였으며, 덕트를 흡음처리하여 저소음 처리한다.

그러나 축류형 송풍기는 비록 유선형의 연결관이더라도 출구 직경보다 작은 관에 연결되면, 원심력에 의해 반경이 클수록 빠른 속도의 회전속도를 갖는 공기가 지나가면서 수축되는 관 표면에 부딪쳐서 많은 손실이 발생하게 되며 결국, 동일한 회전수에서 유량이 감소하게 된다. 이러한 사실은 도 2에서 보듯이 180mm 직경 다단홴에 150mm와 125mm의 자바라 덕트가 적용되었을 때의 성능 감소특성을 살펴보면 분명히 알 수가 있다.

이러한 문제의 해결을 위해서 다단 축류홴 후류의 축소 연결관 내에 스테이터 베인를 설치하면 다단홴 출구 회전속도를 축방향으로 변환하여 손실을 줄이게 되며, 연결된 관내의 유동이 균일하게 된다. 본 발명은 도 5의 e에 나타난 바와 같이 이러한 기능을 갖는 리듀서를 고안하여 다단 축류홴이 다른 직경의 관과의 연결시 발생하는 풍량 감소의 문제점을 극복한다.

또한 슈라우드가 없는 홴은 성능이 불안정한 중간영역을 제외하고는 슈라우드된 홴보다 성능면에서 매우 유리하다. 높은 압력을 낼 수 있으며, 낮은 저항에서는 많은 유량을 낼 수 있다. 그러나 불안정한 구간이 중간에 위치해 있기 때문에 홴의 선정 및 작동점 결정에 주위를 기울여야하는 어려운 문제가 발생한다. 그러나 슈라우드가 있는 홴의 경우에는 높은 토크의 제한으로 높은 압력을 낼 수 는 없지만 불안정한 구간이 높은 부하로 이동하기 때문에 작동점 결정에 있어서는 매우 용이해 지고, 홴을 보다 넓은 범위에서 사용할 수 있기 때문에 홴을 설계하는 데도 용이해진다. 만약 두 종류의 축류홴의 장점만을 살려 도 4와 같이 슈라우드가 없는 홴의 성능에 슈라우드홴의 특성이 가미된다면 기존홴의 성능특성에서 불안정한 구간을 고부하쪽으로 이동시킬 수 있게 된다. 또한 도 3에서 알 수 있듯이 동일한 회전수에서 상당한 성능향상을 볼 수가 있다.

또한 다단 축류홴은 최대압이 크며 무부하에서 유량이 큰 반면 공조 및 환기 에서 사용되는 중간 부하에서는 시로코 홴보다 낮은 유량 특성을 갖는다. 이러한 문제를 해결하기 위해 각 동익 혹은 일부 동익의 날개 후류부분 팁 반경을 약간 증가시켜 원심형의 특성을 혼합하였으며, 날개 사이의 누설에 의해 효율이 감소하는 것을 막고자 하여 날개 뒤쪽에 부분 슈라우드 홴을 채용하여 축류형 홴으로 후드 및 공조에서 요구되는 성능특성과 같도록 고안하였다.

끝으로 후드용으로 사용시 후드 아랫면으로의 소음전파를 막기 위해 유동손실을 줄이면서, 날개 끝단에서의 회전에 의한 소음을 막아내며 축류홴의 날개통과 주파수에 해당하는 공명통 및 흡음형 구조를 갖는 노즐을 입구에 채용하였다.

그러므로 본 발명의 목적은 레인지 후드의 적용성을 향상시키며 작동 소음을 최소화하기 위해 다단 축류형 홴(송풍기)을 적용시의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 좁은 자바라 덕트연결시의 유량감소현상 및 다단 축류홴의 중간 부하 영역에서의 성능저하 그리고 후드 필터 아랫면으로의 소음 방사를 방지하는 복합 다단 축류홴을 제공한다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 포집갓과 직선 후드도관을 구비하고, 댐퍼가 설치되는 레인지용 후드에 있어서 상기 도관 상의 포집갓 출구와 댐퍼 사이 혹은 댐퍼와 배기라인 사이에서 요구되는 최대 정압, 무부하 최대유량 및 중간부하에서의 유량을 내는 부분 슈라우드 및 날개 선단이 후류로 경사진 날개를 동익으로 정익과 함께 다단으로 설치한 다단축류홴과 좁은 자바라 덕트로 연결시에도 성능의 유지 및 작동 소음을 최소화하기 위해 출구 정익을 갖춘 유선형의 리듀서와 입구 노즐 형태의 공명기를 갖는 부속장치를 포함하고 있다.

이때, 상기 다단 축류홴은 1차 동익, 정익, 2차 동익, 노즐형 공명기, 리듀서를 동일축 상에 일체로 구비한다.

이와 같이 냄새 및 열을 효과적으로 배출시 불가피한 좁은 자바라 덕트연결시의 유량감소현상 및 다단 축류홴의 중간 부하 영역에서의 성능저하를 최소화하며 후드 필터 아랫면으로의 소음 방사를 방지하여, 레인지 후드의 적용성을 향상시키며 작동 소음을 최소화하는 것이 가능하다.

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

도 1은 본 발명에 따른 복합 다단 축류홴의 주요 구성을 나타내는 단면도이고, 도 5는 다단 축류홴의 입구측 동익, 중간 측 정익, 출구측 동익과 그리고 공명기 및 리듀서를 사시적으로 도시한 도면이다.

본 실시예의 복합 다단 축류홴(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 선단이 실내와 유통하고 있는 포집갓(1)이 유통하여 고정되어 있고, 기단이 지지프레임(2)에 고정되어 있는 직선형 후드도관(3) 내에 끼워맞춤되어 있다.

이 복합 다단 축류홴(100)은, 전체적으로 동일 축선상에, 다단 축류홴(10), 상기 다단 축류홴(10)의 상류 측에 유통하여 연결되어 있는 입구노즐형 공명기(20), 상기 다단 축류홴(10)의 하류 측에 유통하여 연결되어 있는 유선형의 리듀서(30)을 구비하고 있다.

상기 다단 축류홴(10)은 양단이 방사상 바깥방향으로 돌출된 플랜지(11)를 구비하고서 상류측보다 하류측의 직경이 크게 개구되어 있는 테이퍼진 원통형 케이싱(13), 방사상 외단이 상기 케이싱(13)의 내주면에 고정되어 있는 복수의 정익(14)을 외주면에 고정적으로 구비하고 있는 양축 모터(M), 후드도관(3)의 길이방향과 평행한 방향으로 배치된 상기 모터(M)의 양축에 각각 탈착가능하게 장착되어 양축의 회전에 따라 함께 회전하는 1차 동익(15)과 2차 동익(16), 상기 1차 및 2차 동익(15, 16)의 각각의 외단의 하류측 부근에는 링형상의 슈라우드(17, 18)가 배치되어 상기 1차 및 2차 동익(15, 16)에 고정되어서 상기 동익들과 함께 회전한다. 또한, 상기 복수의 정익(14)들중 어느 하나의 정익(14)에는 상기 모터(M)를 구동시키기 위한 전원을 공급하는 전선이 상기 모터에 접속될 수 있도록 복수의 관통구멍(19)이 형성되어 있다.

상기 유선형의 리듀서(30)는, 상류측 단부에 다단 축류홴(10)의 케이싱(13)의 하류측에 형성된 플랜지(11)와 맞닿음하도록 방사상 바깥방향으로 돌출한 플랜지(31)를 구비하고 있고, 그리고 상기 후드도관보다 작은 직경의 외부와 유통한 자바라관(50)과 끼워맞춤될 수 있는 크기로 되어 있고 무유동시 닫히고 유동시 하류로 접히면서 열리는 댐퍼(60)가 형성되어 있는 하류측 단부를 구비한 리듀서 외부케이싱(32)을 가지고 있다. 또한, 상기 리듀서(30)는 상기 리듀서 외부케이싱(32)에 대하여 방사상 안쪽으로 동일길이 만큼 이격되어 배치되어 상류측 단부가 상기 2차 동익(16)의 내경과 같은 내경을 가진 리듀서 내부케이싱(33)을 구비하고 있으며, 그리고 상기 리듀서 내부케이싱(33)에 방사상 내단이 고정되어 있고 방사상 외 단이 상기 리듀서 외부케이싱(32)에 고정되어, 상기 리듀서 외부케이싱(32)의 외주에 동등한 간격을 두고서 배치되어 있는 복수의 스트레이트형 스테이터베인(34)을 구비하고 있다.

서로 맞닿음된 상기 케이싱(13)의 플랜지(11)와 상기 외부케이싱(32)의 플랜지(31)는 클램프(C1)에 의해 고정되며, 이 클램프(C1)는 상기 플랜지(11, 31)을 결합하여 고정한 상태에서 상기 후드도관(3)에 삽입될 시 상기 후드도관(3)의 내면과 억지끼워맞춤된다.

상기 입구노즐형 공명기(20)는, 하류측 방사상 외단부에 상기 다단 축류홴(10)의 케이싱(13)의 상류측에 형성된 플랜지(11)와 맞닿음하도록 방사상 바깥방향으로 돌출한 플랜지(21)를 구비하고 있고, 상류측 방사상 외단부에 상기 후드도관(3)과 상기 포집갓(1)이 이어지는 부분을 관통하는 돌출부로서 외주부에 등간격을 두고서 복수개 형성되어 있는 고정 돌출부(22)를 구비하고 있는 공명기 케이싱(23)을 포함하고 있다. 이 공명기 케이싱(23)은 방사상 외면이 상기 후드도관(3)의 내면형상에 따르고, 방사상 내면이 방사상 안쪽으로 볼록하게 만곡되어 최대 만곡점이 노즐목으로 되어 노즐을 형성하며, 헬름홀츠공명기 구멍(24)이 방사상 내면의 하류측 부분에 형성되어 있고, 흡음재(25)가 상기 외면과 상기 내면 사이에 충전되어 있다.

서로 맞닿음된 상기 케이싱(13)의 플랜지(11)와 상기 공명기 케이싱(23)의 플랜지(21)는 클램프(C2)에 의해 고정되며, 이 클램프(C2)는 상기 플랜지(11, 21)을 결합하여 고정한 상태에서 상기 후드도관(3)에 삽입될 시 상기 후드도관(3)의 내면과 억지끼워맞춤된다.

도 5의 a와 b에는 도 1에 도시된 부분 슈라우드를 갖는 동익의 형상이 사시적으로 도시되어 있다. 본 발명은 슈라우드 폭을 동익 날개의 선단(tip)의 회전축선상의 높이의 20% 에서 100% 사이에서 결정하며, 일반적인 슈라우드 홴보다 날개의 선단의 회전축선상의 높이가 매우 크기 때문에 전면을 덮지 않고 입구쪽은 슈라우드가 없는 상태로 하고 하류측에 슈라우드를 붙여 설계되었다. 하류측에 슈라우드를 한 이유는 입구쪽에 충분한 흡입면적을 확보하여 하류측에서의 손실을 줄이도록 하며, 캠버각에 의한 유동 방향 변화가 후류쪽에서 많이 이루어지고 날개 선단 측에서의 와동현상도 후류측에서 많이 발생하기 때문에 이를 막고자 본 발명은 동익 날개의 선단의 회전축선상의 전체 높이부분중 10% 내지 50% 범위내에서 슈라우드로 동익의 선단의 후류측을 덮도록 되어 있다.

또한, 동익 코드길이가 긴 일반적인 축류홴에서 팁부근 유동을 보면 유입된 공기가 날개표면을 따라 흐르다가 회전축선 방향으로 나오는 것이 아니라 원심력 때문에 일부의 공기는 반경방향으로 빠져나가게 된다. 이러한 반경방향 유동은 슈라우드와 충동하여 팁쪽에 복잡한 유동과 와동을 야기시켜 홴 성능과 소음에 나쁜 영향을 준다. 이러한 현상을 막기 위해 본 발명은 다단 축류홴 동익 설계시 동익 날개 선단 부근에 대략 5°내지 35°사이의 레이크각을 주어 동익 후류에서의 확산현상이 잘 이루어 지도록 설계되어도 된다.

그리고 각 동익 혹은 일부 동익의 날개 후류 부분 선단 반경을 1^o에서 5^o 사 이로 경사지게 설계하여, 중간 부하에서 원심형의 특성이 나타나도록 한다.

도 5의 c에는 도 1에 도시된 모터(M)를 내측으로 하는 정익이 사시적으로 도시되어 있으며, 이 정익은 1차 동익으로부터의 회전속도를 정압으로 회복하여 가능한 회전축선 방향 속도로만 2차 동익에 유입되도록 하는 기능을 갖는다. 그런데 모터가 내부에 설치되어 전기선이 밖으로 빠져나가야 하므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 정익중 하나를 전기선이 통과하도록 에어포일 형태의 형상으로 내부에 빈 공간을 갖도록 설계된다. 정익의 날개수는 동익과 상호간섭소음이 일어나지 않도록 동익의 날개수들과의 최대 공약수가 1이 되도록 선정된다.

예를 들면 1차 동익 날개수 5개, 2차 동익 날개수 6개인 경우, 정익의 날개수는 7개, 11개, 13개 등으로 하며, 이들 값 중에서 사출금형이 용이한 경우를 택하도록 한다.

도 5의 d에는 도 1에 도시된 입구노즐형 공명소음기 형상이 사시적으로 도시되어 있다. 본 발명의 노즐은 입구 벨마우스와 노즐목 및 디퓨져부가 결합된 형상이며, 노즐부와 바깥원통 사이에는 빈 공간 혹은 흡음재가 들어있는 공간으로 노즐부를 형성하는 케이싱(23)의 만곡된 내면의 노즐목 후류측 면에는 1, 2차 동익의 날개통과주파수(날개의 초당 회전수×날개수)에 해당하는 헬름홀츠 공명기 역할을 하도록 소정의 깊이와 직경의 천공구멍이 10% 내지 60% 사이의 개구율로 면에 수직하게 형성된다.

여기서 f는 공명주파수(날개통과주파수), c_o는 상온에서의 음속, S_b는 천공 구멍 면적, L'은 천공구멍의 유효길이, V는 공명기 내부 부피이다. 또한 본 발명의 노즐 직경은 동익 날개 팁 소음의 저감 및 유동손실최소화를 동시에 만족하도록 날개 직경의 40%에서 75% 범위에서 설계된다.

도 5의 e에는 도 1에 도시된 스트레이트형 스테이터베인을 내부에 갖춘 리듀서 형상이 사시적으로 도시되어 있다. 다단 축류홴을 그 출구직경보다 작은 관에 접속하면 원심력에 의해 반경이 클수록 빠른 속도의 회전속도를 갖는 공기가 지나가면서 수축되는 관 표면에 부딛쳐 많은 손실이 발생하게 되며 결국, 동일한 회전수에서 유량이 감소하게 된다. 이러한 손실을 최소화 하기 위해 수축부내에 스트레이트형 스테이터 베인을 설치하여 2차 동익의 허브에서 끝단까지의 후류 회전속도를 직선속도로 가능한 회복하도록 한다. 내부에 설치된 베인의 높이는 전체 리듀서 높이의 30% 이상으로 하며, 베인수는 2차 동익날개수와의 최대공약수가 1이 되도록 하여 간섭소음이 없도록 한다.

이상의 구성 및 작용에 따르면 본 발명은 좁은 자바라 덕트로 연결시에도 성능의 유지 및 작동 소음을 최소화하기 위해 출구 정익을 갖춘 유선형의 리듀서와 입구 노즐 형태의 공명기를 갖는 부속장치를 포함하여, 실제 정압부하에서 필요한 풍량을 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

선단에는 실내와 유통하고 있는 포집갓이 고정되어 있고, 기단에는 지지프레임에 고정되어 있는 직선형 후드도관과, 상기 후드도관 내부에 장착되고 동일축 상에 동익과 정익의 조합으로 구성된 다단 축류홴을 포함한 복합다단 축류홴에 있어서,

상기 다단 축류홴(10)은 상류측보다 하류측의 직경이 크게 개구되어 있는 테이퍼진 원통형 케이싱(13), 방사상 외단이 상기 케이싱(13)의 내주면에 고정되어 있는 복수의 정익(14)을 외주면에 고정적으로 구비하고 있는 양축 모터(M), 상기 모터(M)의 양축에 각각 탈착가능하게 장착되어 있는 1차 동익(15)과 2차 동익(16), 상기 1차 및 2차 동익(15, 16)의 각각의 선단의 하류측 부근에 배치되어 상기 1차 및 2차 동익(15, 16)에 고정되어 있는 링형상의 슈라우드(17, 18)을 구비하고;

상기 복합 다단 축류홴은 전체적으로 동일 축선상에, 상기 다단 축류홴(10)의 상류 측에 유통하여 연결되어 있는 입구노즐형 공명기(20), 상기 다단 축류홴(10)의 하류 측에 유통하여 연결되어 있는 유선형의 리듀서(30)를 서로 고정시켜 구비하고 있으며;

상기 유선형의 리듀서(30)는, 상기 후드도관(3)보다 작은 직경의 외부와 유통한 자바라관(50)과 끼워맞춤이 가능한 크기로 되어 있고 무유동시 닫히고 유동시 열리는 댐퍼(60)가 형성되어 있는 하류측 단부를 구비한 리듀서 외부케이싱(32), 상기 리듀서 외부케이싱(32)에 대하여 방사상 안쪽으로 동일길이 만큼 간격을 두고 배치되어 상류측 단부가 상기 2차 동익(16)의 내경과 같은 내경을 가진 리듀서 내부케이싱(33) 및 상기 리듀서 내부케이싱(33)에 방사상 내단이 고정되어 있고 방사상 외단이 상기 리듀서 외부케이싱(32)에 고정되어, 상기 리듀서 외부케이싱(32)의 외주에 동등한 간격을 두고서 배치되어 있는 복수의 스트레이트형 스테이터베인(34)을 포함하고 있으며;

상기 입구노즐형 공명기(20)는, 방사상 외면이 상기 후드도관(3)의 내면형상에 따르고, 방사상 내면이 방사상 안쪽으로 볼록하게 만곡되어 최대 만곡점이 노즐목으로 되어 노즐을 형성하며, 헬름홀츠공명기 구멍(24)이 방사상 내면의 하류측 부분에 형성되어 있고, 흡음재(25)가 상기 외면과 상기 내면 사이에 충전되어 있는 공명기 케이싱(23);을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 후드에 구비되는 복합다단 축류홴.
제 1항에 있어서,

상기 1차 및 2차 동익(15, 16)은 후류 선단측을 동익 날개의 회전축선상 높이의 10% - 50% 범위내에서 상기 슈라우드(17, 18)에 의해 방사상으로 덮혀 있으며,

상기 공명기의 노즐목 직경은 동익 날개의 직경의 40% 내지 75% 범위 사이를 갖는 것을 특징으로 하는 후드에 구비되는 복합다단 축류홴.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 복수의 정익(14)들중 어느 하나의 정익(14)에는 상기 모터(M)를 구동시키기 위한 전원을 공급하는 전선이 상기 모터에 접속될 수 있도록 복수의 관통구멍(19)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 후드에 구비되는 복합다단 축류홴.