KR100850345B1 - 터널용 제트팬 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터널의 환기 및 방재용으로 사용되는 제트팬에 관한 것으로, 예를 들어 터널 내부의 먼지, 습기 및 자동차 배기가스 등으로 오염된 공기와 화재시 고온의 화염, 연기, 유독가스 등을 배출시키는 환기설비 기준에 적합하면서, 초기 시설비와 사후 관리 비용을 절감할 수 있는 저소음, 고효율의 제트팬을 제공한다.
이에 따른 본 발명은 터널용 제트팬에 있어서, 3매의 알루미늄 합금주조품인 브레이드가 스테인리스재인 허브 내면에 홀더로 조립되어 각도 변환이 가능한 임펠러와; 상기 임펠러를 정회전 또는 역회전 구동하는 모터부; 및 상기 허브와 상기 모터부의 회전축을 직접 연결한 단강재 또는 주강재 보스를 포함하되, 상기 브레이드는 일측에 홀더를 이용하여 각도 변환이 가능하도록 조립부가 형성되며, 타측 방향으로 점차 넓어지는 사다리꼴 형상의 날개부가 형성되고, 상기 날개부 양쪽 변의 단면 형상은 길이 방향으로 이등분하는 중심축에 대하여 한쪽의 말단 상부가 하부에 비해 볼록하게 돌출 형성되며, 다른 한쪽의 말단 하부가 상부에 비해 볼록하게 돌출 형성되어 고온의 화염이 흡입되어도 허브는 케이싱 재질과 동일한 스테인리스재이므로 열팽창 차가 발생되지 않아 브레이드 끝단과 케이싱 내면의 간격을 줄일 수 있어 동일한 출력의 모터로 제트팬 분류속도를 증가시키는 고효율이며, 허브의 직경과 동일하고 임펠러의 반대방향으로 점차 좁아지는 원추형인 흡음소재가 내부에 장착된 소음기를 적용하여 소음기 길이를 반으로 줄여도 규정이 충족되는 저소음형인 것을 특징으로 한다.
터널, 제트팬, 임펠러, 환기, 저소음, 고효율, 시설비, 사후 관리

Description

터널용 제트팬{JET FAN FOR TUNNEL}
본 발명은 터널의 환기 및 방재용으로 사용되는 제트팬에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터널 내부의 먼지, 습기 및 자동차 배기가스 등으로 오염된 공기와 화재시 고온의 화염, 연기, 유독가스 등을 배출시키는 환기설비 기준에 적합한 조건에서 동작하는 저소음, 고효율의 터널용 제트팬에 관한 것이다.
일반적인 터널은 입출구만이 개방되어 있으므로 터널길이가 길어질수록 터널 내부의 공기가 외부공기로 대체되는 자연적인 순환현상이 일어나지 않는다.
이에 따라, 터널 내부를 주행하는 각종 자동차 또는 철도 차량으로부터 발생되는 배기가스, 먼지 및 습기 등 오염된 공기로 인해 운전자와 통행인들의 호흡 및 가시거리를 확보해 주기 위하여 별도의 환기설비를 통해 강제로 터널 외부로 배출시켜 줘야 한다.
특히, 터널 내부에서 자동차들 간의 추돌 또는 충돌 등과 같은 교통사고로 인하여 화재가 발생하는 경우, 고온의 화염과 연기로 부터 터널 내부에 있는 사람 들을 보호하고 탈출 경로를 확보해 줄 수 있도록 외부로부터 신선한 공기를 유입하고 터널내 화염과 연기를 신속히 배출시키는 배연설비가 상기 기술한 환기설비와 병용될 수 있도록 필수적으로 설치된다.
현재까지 아치형 또는 장방형의 구조를 갖는 터널 내부의 천장면에 제트팬을 설치하여 터널내부의 공기를 외부공기와 강제로 순환시켜주는 방법이 주로 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 터널용 제트팬이 설치된 상태를 나타낸 개념도이고, 도 2는 일반적인 터널용 제트팬의 정면도이며, 도 3은 일반적인 터널용 제트팬의 임펠러 형상을 나타낸 도면이다
일반적인 터널용 제트팬은, 도 1에 도시된 바와 같이 터널(T) 천장면에 앵커용 구멍을 천공하고, 이 구멍에 앵커(110)를 삽입 장착한 후 브라켓트(120)를 장착하여 이를 와셔와 너트로 조이고 턴버클(130)을 이용하여 제트팬(100)이 흔들리지 않도록 고정시켜 터널(T)에 설치하게 된다.
상기 제트팬(100)의 임펠러(140)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 예를 들어, 6매의 브레이드(150)로 구성되고, 상기 브레이드(150)의 단면 형상은 유선형으로 길이방향으로 이등분하는 중심축에 대하여 상하부가 서로 대칭되며, 상기 브레이드(150)의 바깥쪽 방향으로 점차 좁아지는 형상으로 이루어진다.
종래의 임펠러(140)에 적용되는 브레이드(150) 수가 6∼8매인 제트팬(100)인 경우, 브레이드(150)가 상호간 중복 부분이 발생되는 결과를 초래하여 유효분류면적 내에서 유동을 방해하므로 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 상기 브레이드(150)를 연결하는 허브(160)는 알루미늄 주조품으로 필요한 강도를 유지하기 위해서 일정두께 이상으로 두껍게 제작되므로 유효분류면적이 협소하게 되어 유로를 방해하므로 효율이 저하된다. 그리고 배연시 터널내 고온의 화염을 배출하게 되므로 허브(160)의 열팽창이 과도하게 발생하며, 브레이드(150)가 케이싱에 접촉되어 운전이 불가능할 수 있는 것을 고려하여 상호 이격거리를 크게 하므로 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
한편, 상기 제트팬(100)은 1999.12월자에 공지되어 현재까지 적용되는"도로설계편람" 환기설비기준의 제트팬 사양에 만족하도록 설계되는데, 공기흡입구 또는 공기토출구의 내경은 1,030mm이고, 분류평균속도는 30m/sec이고, 효율은 60%이고, 소음은 85dB(A)이하이고, 전장은 4,900mm이고, 외경은 1,200mm이고, 분류풍량은 25㎥/sec이고, 유효분류면적은 0.83㎡이고, 분류방향은 양방향, 모터 출력은 30kw 등의 조건으로 설계 및 제작되어 설치되고 있다.
상기 제트팬(100)은 상술한 "도로설계편람"환기설비 기준의 제트팬 사양에 따라 터널(T)의 천장면에 차도면과 수평으로 설치되며, 터널의 길이가 예를 들어, 수Km ~ 십여Km 길이의 긴 터널의 경우, 많은 대수의(예컨대, 부산에서 거제도까지의 해저 침매터널 3.5km 구간에 182대 설치 예정) 제트팬(100)을 설치하므로 초기 시설비는 물론 사후 관리 비용이 과다하게 발생하는 문제점이 있었다.
즉, 상기 "도로설계편람" 환기설비 기준의 제트팬(100) 사양에 만족하는 분류면적(0.83㎡)등 외형이 동일한 조건에서, 제트팬(100)의 사용 동력을 증가시키지 않고, 제트팬(100)의 분류속도를 증가시킬 수 있는 고효율의 제트팬(100)이 필요한 실정이다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 예를 들어 제트팬의 환기설비기준에 적합한 조건으로 내경, 모터출력, 유효분류면적 및 분류방향 등은 동일한 상태로 형성하고, 임펠러의 재질과 형상을 변경하여 분류평균속도, 효율, 분류풍량을 증대시키고, 제트팬의 전장을 줄여도 소음규정과 동일한 소음치를 얻을 수 있는 고효율 및 저소음으로 운전되는 터널용 제트팬을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 일측에 홀더를 이용하여 각도 변환이 가능하도록 조립부가 형성되며, 타측 방향으로 점차 넓어지는 사다리꼴 형상의 날개부가 형성되고, 상기 날개부 양쪽 변의 단면 형상은 길이방향으로 이등분하는 중심축에 대하여 한쪽의 말단 상부가 하부에 비해 볼록하게 돌출 형성되며, 다른 한쪽의 말단 하부가 상부에 비해 볼록하게 돌출 형성된 알루미늄 합금주조품인 3매의 브레이드가 스테인리스재인 허브의 내면에 홀더를 이용하여 각도 변환이 가능하도록 조립되는 임펠러를 포함하여 분류평균속도를 증가시키는 터널용 제트팬을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터널용 제트팬은, 터널용 제트팬에 있어서, 3매의 알루미늄 합금주조품인 브레이드가 스테인리스재인 허브 내면에 홀더로 조립되어 각도변환이 가능한 임펠러와; 상기 임펠러를 정회전 또는 역회전 구동하는 모터부; 및 상기 허브와 상기 모터부의 회전축을 직접 연결한 단강재 또는 주강재 보스를 포함하되, 상기 브레이드는, 일측에 조립부가 형성되고, 타측 방향으로 점차 넓어지는 사다리꼴 형상의 날개부가 형성되며, 상기 날개부 양쪽 변의 단면 형상은 길이방향으로 이등분하는 중심축에 대하여 한쪽의 말단 상부가 하부에 비해 볼록하게 돌출 형성되고, 다른 한쪽의 말단 하부가 상부에 비해 볼록하게 돌출 형성되어 분류평균속도를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 임펠러와 상기 모터부의 소음을 흡수하는 흡음재가 설치된 케이싱부, 상기 임펠러의 전후단에 배치되며 상기 임펠러 측으로 흡입 공기가 원활하게 유입되도록 상기 임펠러의 반대방향으로 점차 좁아지고, 상기 임펠러를 마주보는 측면이 상기 허브의 직경과 동일한 원추형의 소음기 및 상기 소음기와 상기 케이싱부 사이에 설치되는 복수개의 지지대를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 허브의 직경과 상기 모터부의 후레임 직경차가 20mm를 벗어나지 않고, 상기 모터의 후레임 직경이 상기 허브의 직경보다 크지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 터널용 제트팬은, 공기흡입구 또는 공기토출구의 내경이 1,030mm이고, 외경은 1,200mm이고, 유효분류면적은 0.83㎡이고, 전장은 3,310mm이고, 분류방향은 양방향이고, 모터 출력은 30kw인 상태에서 분류평균속도는 33m/sec 내지 35.2m/sec이고, 효율은 70% 내지 76%이고, 분류풍량 27.4㎥/sec 내지 29.2㎥/sec이고, 소음은 1.5m에서 85dB(A)인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 터널용 제트팬은, 예를 들어 도로설계편람에 제시된 환기설비기준의 사양에 만족하는 분류면적이 동일한 제트팬을 터널 내부에 설치하여 사용 동력을 증가시키지 않고, 제트팬의 분류속도를 증가시킬 수 있는 고효율 제트팬을 제공함으로써, 터널 내부에 설치되는 제트팬의 설치수량을 현격히 줄일 수 있고 설치수량이 감소함으로 인하여 전기 배선, 배관, 기동반 및 수전용량을 줄일 수 있어 초기 투자비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 종래의 브레이드 수가 6∼8매로서 상호간 중복 부분이 발생되는 결과를 초래하여 유효분류면적 내에서 유동을 방해하므로 효율이 저하되는 것을 브레이드 수를 3매로 변경하여 상호간 중복 부분이 발생되지 않아 매끄러운 유동이 형성되어 효율을 상승시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 허브를 스테인리스 재질로 형성하여 터널내의 오염물질에 대한 내구성이 강하며 케이싱 재질과 동일하므로 열팽창에 따른 이격거리가 커져 효율이 저하되는 원인을 제거할 수 있는 장점이 있다. 특히, 얇은 판을 사용하더라도 강도에 문제가 발생되지 않는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 터널용 제트팬의 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 터널용 제트팬의 구성을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 터널용 제트팬의 정면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 터널용 제트팬의 임펠러의 형상을 나타낸 도면이다.
먼저, 본 발명에 따른 터널용 제트팬은, 예를 들어 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 공기 흡토출구(11, 12), 아이볼트(13), 케이싱부(15), 단자 박스(16), 리드 파이프(17), 모터부(20), 임펠러(30), 브레이드(31, 32, 33), 허브(40), 보스(50), 소음기(60) 및 지지대(70)로 구성된다.
상기 제트팬(10)의 일측 말단과 그에 반대되는 타측 말단에는 공기 흡토출구(11, 12)가 형성되는데, 상기 공기 흡토출구(11, 12)는 제트팬(10)의 정회전 또는 역회전에 따라 공기 흡입구 또는 공기 토출구가 될 수 있다. 여기서, 상기 제트팬(10)의 공기흡입구 또는 공기토출구의 내경은 1,030mm이고, 외경은 1,200mm이다.
상기 제트팬(10)의 외면에는 다수의 흔들림 방지용 아이볼트(13)가 배치되고, 터널(T) 천장면에 설치되는 다수의 앵커와 연결된 안전 와이어(도시되지 않음)를 다수의 아이볼트(13)에 연결하여 중량이 1,300kg의 제트팬(10)을 지지하도록 구성된다. 여기서, 상기 제트팬(10)의 전장을 줄이게 되면, 제트팬(10)의 중량(1,300kg)이 작아지므로 터널(T) 내부에 설치하는데 매우 용이해 진다.
상기 케이싱부(15)는 제트팬(10)의 점검, 정비가 편리하도록 수직 3분할 및 수평 2분할이 가능하도록 구성되며, 보수시 내외부 케이싱이 손상되지 않으면서, 내부에 설치되는 상기 임펠러(30)와 상기 모터부(60)의 소음을 흡수하는 흡음재를 교환할 수 있도록 구성된다.
상기 케이싱부(15)의 외측면에는 단자박스(16)가 설치되며, 상기 단자 박 스(16)를 통해 외부에서 전기가 상기 모터부(20)에 공급된다.
상기 모터부(20)는 이중 농형 삼상유도전동기로서, 출력이 30kw 이며, 상기 모터부(20)와 상기 케이싱부(15) 사이에는 스테인리스 재질의 리드 파이프(16)를 설치하여 상기 단자박스(15)를 통해 연결되는 리드선이 직접 유체에 접촉되지 않도록 배선된다.
상기 임펠러(30)는 재질이 저압주조방법에 의한 알루미늄 합금주물로서, 예를 들어 3매의 브레이드(31, 32, 33)가 스테인리스재인 허브(40)의 내면에 홀더(도시되지 않음)를 이용하여 조립부(41)에 장착되고, 상기 3매의 브레이드(31, 32, 33)는 각도 변환이 가능하도록 조립된다.
상기 브레이드(31,32,33)는 일측에 연결부(34)가 형성되며, 타측 방향으로 점차 넓어지는 사다리꼴 형상의 날개부(35)가 형성되되, 상기 날개부(35) 양쪽 변(35a)의 단면 형상은 길이방향으로 이등분하는 중심축에 대하여 한쪽의 말단 상부가 하부에 비해 볼록하게 돌출 형성되고, 다른 한쪽의 말단 하부가 상부에 비해 볼록하게 돌출 형성되어 분류평균속도을 증가시키게 된다.
상기 허브(40)의 재질은 스테인리스이며, 상기 모터부(20)의 후레임과 허브(40)의 직경차가 예를 들어, 20mm를 벗어나지 않도록 형성되고, 상기 모터부(20)의 후레임 직경이 상기 허브(40)의 직경(예컨대, 400mm) 보다 크지 않도록 구성되어야 한다. 이는 상기 모터부(20)의 후레임과 허브(40)의 직경 차가 커지지 않게 하는 것은, 유체의 흐름이 원활하지 않아 효율이 감소되고, 소음이 증가되는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 허브(40)와 보스(50)는 분리형으로 구성되며, 상기 보스(50)는 모터부(20)의 회전축에 직접 연결되어 상기 허브(50)와 상기 브레이드(31,32,33)가 일체로 정회전 또는 역회전되므로 피로강도에 견딜 수 있는 단강 또는 주강품을 정밀기계 가공한 재료를 사용한다.
상기 소음기(60)는 상기 임펠러(30)의 전후단에 배치되며, 상기 임펠러(30) 측으로 흡입 공기가 원활하게 유입되도록 상기 임펠러(30)의 반대방향으로 점차 좁아지고, 상기 임펠러(30)를 마주보는 측면이 상기 허브(50)의 직경과 동일한 원추형으로 형성된다.
상기 소음기(60)와 상기 케이싱부(15) 사이에는, 다수의 지지대(70)가 설치되어, 상기 모터부(20)와 임펠러(30) 및 소음기(60) 등을 지지하게 된다.
상기 소음기(60)는 내측과 외측에 흡음재를 충진하여 흡음재가 운전 시에도 비산되지 않도록 예를 들어, 스테인리스 재질의 다공판 등으로 보호하고, 상기 소음기(60)를 부착한 제트팬 전장이 3,310mm가 되어도, 상기 제트팬(10)의 소음은 1.5m 거리에서 흡입측 정방향 및 45도 방향과 측방향에서 평균 85dB(A)이하가 되도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 터널 내부의 먼지, 습기 및 자동차 배기가스 등으로 오염된 공기와 화재시 고온의 화염, 연기, 유독가스 등을 배출시키는 환기설비기준에 적합한 조건하에 제트팬의 내경, 모터출력, 유효분류면적, 분류방향(양방향)이 동일한 상태에서 분류평균속도, 효율, 분류풍량을 증대시킨 고효율 및 외경, 소음 규정은 준수하고 전장을 줄일 수 있는 저소음형으로 초기 시설비와 사후 관리비용을 절감할 수 있는 고효율, 저소음형의 제트팬을 제공할 수 있게 된다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또 다른 다양한 실시 예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
도 1은 일반적인 터널용 제트팬이 설치된 상태를 나타낸 개념도.
도 2는 일반적인 터널용 제트팬의 정면도.
도 3은 일반적인 터널용 제트팬의 임펠러 형상을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 터널용 제트팬의 구성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 터널용 제트팬의 정면도.
도 6은 본 발명에 따른 터널용 제트팬의 임펠러의 형상을 나타낸 도면.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ***
10, 100 : 제트팬 11, 12 : 공기 흡토출부
13 : 아이볼트 15 : 케이싱부
16 : 단자 박스 17 : 리드 파이프
20 : 모터부 30, 140 : 임펠러
31, 32, 33, 150 : 브레이드 34 : 연결부
35 : 날개부 35a : 변
40, 160 : 허브
41 : 조립부 50 : 보스
60 : 소음부 70 : 지지대
110 : 앵커 120 : 브라켓트
130 : 턴버클 T : 터널

Claims (5)

  1. 터널용 제트팬에 있어서,
    3매의 알루미늄 합금주조품인 브레이드가 스테인리스재인 허브 내면에 홀더로 조립되어 각도변환이 가능한 임펠러와;
    상기 임펠러를 정회전 또는 역회전 구동하는 모터부; 및
    상기 허브와 상기 모터부의 회전축을 직접 연결한 단강재 또는 주강재 보스를 포함하되,
    상기 브레이드는, 일측에 조립부가 형성되고, 타측 방향으로 점차 넓어지는 사다리꼴 형상의 날개부가 형성되며, 상기 날개부 양쪽 변의 단면 형상은 길이방향으로 이등분하는 중심축에 대하여 한쪽의 말단 상부가 하부에 비해 볼록하게 돌출 형성되고, 다른 한쪽의 말단 하부가 상부에 비해 볼록하게 돌출 형성되어 분류평균속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 터널용 제트팬.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임펠러와 상기 모터부의 소음을 흡수하는 흡음재가 설치된 케이싱부와,
    상기 임펠러의 전후단에 배치되며 상기 임펠러 측으로 흡입 공기가 원활하게 유입되도록 상기 임펠러의 반대방향으로 점차 좁아지고, 상기 임펠러를 마주보는 측면이 상기 허브의 직경과 동일한 원추형의 소음기 및
    상기 소음기와 상기 케이싱부 사이에 설치되는 복수개의 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널용 제트팬.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 허브의 직경과 상기 모터부의 후레임 직경차가 20mm를 벗어나지 않고, 상기 모터의 후레임 직경이 상기 허브 직경 보다 크지 않는 것을 특징으로 하는 터널용 제트팬.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 터널용 제트팬은, 공기흡입구 또는 공기토출구의 내경이 1,030mm이고, 외경은 1,200mm이고, 유효분류면적은 0.83㎡이고, 전장은 3,310mm이고, 분류방향은 양방향이고, 전동기 출력은 30kw인 상태에서 분류평균속도는 33m/sec 내지 35.2m/sec이고, 효율은 70% 내지 76%이고, 분류풍량 27.4㎥/sec 내지 29.2㎥/sec이고, 소음은 1.5m에서 85dB(A)인 것을 특징으로 하는 터널용 제트팬.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 터널용 제트팬은, 공기흡입구 또는 공기토출구의 내경이 1,030mm이고, 외경은 1,200mm이고, 유효분류면적은 0.83㎡이고, 전장은 3,310mm 내지 4,900mm이 고, 허브경은 400mm이고, 분류방향은 양방향이고, 전동기 출력은 30kw인 상태에서 분류평균속도는 33m/sec 내지 35.2m/sec이고, 효율은 70% 내지 76%이고, 분류풍량 27.4㎥/sec 내지 29.2㎥/sec이고, 소음은 1.5m에서 85dB(A)인 것을 특징으로 하는 터널용 제트팬.
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