KR100960883B1 - 개량된 제트팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하주차장이나 터널 내에 환기목적으로 설치되는 제트팬(JET FAN)에 관한 것이다. 본 발명은 코안다 효과와 벽 마찰 손실을 최소화시켜 추력향상 및 배기효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 제트팬 운영시 제트팬의 양방향 즉, 양 토출구를 선택적으로 에어를 토출시킴으로써 운영자가 선택적으로 환기방향을 운용할 수 있다. 또한 본 발명은 제트팬에서 토출되는 기류의 송풍각도를 제트팬의 축선방향 외측으로 경사지게 송풍시킴으로써 별도의 각도조절장치가 필요치 않으며 시공에 따른 설치공간과 설비의 제작비용 및 운전비용을 절감할 수 있다.

본 발명은 전원에 의해 정·역회전이 가능한 날개를 구비한 구동모터가 결합된 몸통(100)과; 상기 몸통(100) 전후에 각각의 토출구(200)를 부착함에 있어 상기 토출구(200)의 중심축선(P2)이 상기 몸통(100)의 중심축선(P1)에 대하여 축선방향 외측으로 경사지도록 대칭 부착되어 있다.

제트팬, 환기, 터널, 지하주차장

Description

개량된 제트팬{ADEVACED JET FAN}

본 발명은 외기의 유입이 원활하지 못한 지하주차장이나 터널과 같은 공간내의 오염공기를 신속히 외부로 배출시키기 위해 축선방향으로 기류를 송풍시키는 제트팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제트팬에 추력을 저하시키는 코안다 효과와 벽 마찰 손실을 최소화하여 환기효율을 향상시키고, 제트팬의 설치, 제작 그리고 운전에 따른 비용을 절감할 수 있도록 개량한 제트팬에 관한 것이다.

일반적으로, 제트팬은 전술한 바와 같이 외기 유입이 원활하지 못한 밀폐된 공간에서 발생되는 먼지, 분진, 매연, 악취 혹은 기타 오염원(화재시 유독가스)을 보다 신속하고 효과적으로 외부로 배출시키기 위하여 에어를 송풍시키기 위해 널리 사용되고 있다.

일반적인 제트팬(50)은 도 1에 도시된 바와 같이 천장(T1)에 부착한 뒤 내부에 장착된 모터(M)의 구동에 의해 토출구(51)를 통해 토출구의 축선방향으로 에어를 송풍시킨다. 또한, 종래의 제트팬에 대한 특허문헌으로서는 대한민국 특허번호 10-0682052호 "터널용 제트팬"에 상세히 개시되어 있다.

도 2에 도시된 종래의 제트팬에서 제안한 기술적 특징으로 살펴보면, 제트 팬(50)은 터널(T)에 설치할 때 롤러 가이드(30)상에 구름작용을 하는 롤러(41a)를 조립하여 롤러(41a)의 구름작용에 의해 제트팬(50)의 공기 흡입 및 토출부(51a, 51b)를 상하로 조절할 수 있는 제트팬(50)과 그 설치구조에 대해 상세히 개시하고 있다.

그러나 전술한 종래의 제트팬(50)은 공기 흡입 및 토출부(51a, 51b)를 상하로 조절하기 위해서는 토출구의 상하조절에 따른 유격거리가 반드시 필요하므로 지상고가 낮은 지하주차장 등에는 설치하기 어렵고, 또한 설치시에도 롤러 가이드(30)와 롤러가이드(30)상에 구름작용되도록 조립되는 롤러(41a) 등 부속설비의 설치작업이 번거롭고, 설치비용이 상승하는 단점이 있으며, 또한 제트팬을 경사지게 설치한 경우 그 반대쪽은 천장을 향하게 되므로 흡입되는 공기의 소음이 크고 양방향 환기기능은 수행할 수 없는 단점이 있다.

만일 제트팬을 천장 표면과 나란하게 설치할 경우 양방향 환기기능은 구현할 수 있으나, 이 경우 제트팬에서 토출되는 기류는 벽 마찰 손실과 코안다 효과로 인해 기류의 진행방향이 왜곡될 수 있고, 또한 추력 감소로 환기효율이 저하되는 매우 불리한 점이 있다.

따라서, 이를 보완하기 위하여 제트팬에 필요 이상으로 큰 용량의 모터를 채용해야 하고, 운전에 따른 소음이 커지며, 팬의 제작비 및 시공비용이 상승되고, 또 보다 큰 설치공간이 요구되는 단점이 있다.

코안다 효과(Coanda Effect)란 제트팬과 벽체와의 사이에 기압차에 의해 유인작용을 의미하는 것으로, 제트팬이 벽체와 이격거리가 짧은 경우 주로 발생되는 데, 코안다 효과가 커질수록 벽마찰 효과에 의한 저항이 증가되고, 기류분포가 불균일해질 뿐만 아니라 추력을 단축시켜 실내의 환기효율이 저하시킨다.

아울러, 벽 마찰 손실이란 벽면에서 발생하는 전단응력과 기류가 진행할 때 확산되는 기류진행 영역에서 기류가 벽면과 충돌하거나 마찰에 따른 기류손실을 말한다.

도 3을 참조하면, 도 3에는 코안다 효과 유발 형태를 예시한 것으로, 송풍 기류가 코안다 효과에 의해서 기류흐름경로가 변경되는 사례를 보여준다.

추력에 악영향을 주는 인자로서 전술한 벽마찰 손실 코안다 효과와 이외에도 기류의 진행경로상에 놓여진 장애물, 예를 들어 신호등, 유도판 혹은 표지판과 같은 안전운전 시설물이나 돌출된 건물골조 혹은 기타 전기장치 및 환기장치와 같은 부속물 등도 추력을 감소시키는 요소이다.

다만 본 발명에서는 추력을 저하시키는 인자 즉, 전술한 교통용 유도판 혹은 표지판, 돌출된 골조물 혹은 각종 부착 부속류와 제트팬이 설치된 공간적 건물구조의 차이, 제트팬의 직경 및 모터의 출력 등과 같은 인자 등은 설계자 혹은 제조자가 부속류의 설치위치변경 및 구조물의 설계변경과 제트팬의 제조사양 변경등을 통해 추력에 미치는 영향을 가변적으로 줄일 수 있음으로 이러한 가변인자에 대해서는 본 발명에서는 다루지 않는다. 다만 본 발명에서는 종래의 제트팬에서 나타나는 토출구 부근에서 발생하는 벽마찰 손실과, 코안다 효과를 최대한 발생되지 않도록 함으로써 환기효율을 향상시키는 것에 관심을 두고 있다.

본 발명의 목적은 지하주차장이나 터널내에 설치되어 제트팬으로부터 에어송풍시 기류에 의한 벽마찰 손실 및 코안다 효과를 최소화시킴으로써 환기효율의 최적화를 구현하고, 또한 제트팬을 통한 환기시스템의 운영시 양방향 즉, 양 토출구은 모두 모터의 회전방향에 따라 에어를 토출시킴으로써 운영자가 환기방향을 선택적으로 운용할 수 있도록 한 개량된 제트팬을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 제트팬으로부터 토출되는 기류의 송풍각도를 제트팬의 축선방향 외측으로 송풍시킴으로써 별도의 각도조절장치가 필요치 않으므로 팬의 시공시 설치공간과 설비의 제작비용 및 운전비용 등을 절감할 수 있는 개량된 제트팬을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 개량된 제트팬의 구현 수단으로서;

날개를 구비하고 전원에 의해 정·역회전 가능한 구동모터가 내장된 몸통과;

상기 몸통의 전후에 각각의 토출구를 부착함에 있어 상기 토출구는 상기 토출구의 중심축선이 상기 몸통의 중심축선에 대하여 축선방향 외측으로 경사지도록 부착함으로써 달성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 본 발명은 몸통의 양측에 결합된 각 토출구의 중심축선이 몸통의 중심축선에 대해 외측방향으로 일정각도로 경사지도록 결합함으로써 토출구 의 단부가 천장이나 벽과 일정거리 이격되도록 설치되므로 토출구에서 토출되는 기류에 의한 벽마찰 손실과 코안다 효과를 최소화할 수 있다. 따라서, 추력감소에 영향을 주는 벽마찰 손실과 코안다 효과를 최대한 방지함으로써 환기효율을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 모터의 정역회전시 양 토출구에서 바람이 선택적으로 토출됨으로 환기시스템 운용시 제트팬의 전후 어디쪽으로든 환기시킬 수 있고, 제트팬의 설치에도 종래와 같이 별도의 각도조절장치가 필요치 않을 뿐만 아니라 환기효율이 향상되므로 과도하게 큰 용량의 모터를 채용할 필요가 없어 제작비용을 줄일 수 있으며, 부수적으로 소비전력 및 케이블을 절감할 수 있고, 또한 제트팬의 설치와 제작비용을 절감할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 개량된 제트팬에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개량된 제트팬의 사시도가 예시되어 있고, 도 5에는 도 4에 도시된 제트팬의 설치예를 예시한 단면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제트팬(300)은 몸통(100)과 토출구(200)로 구성되어 있다. 몸통(100)은 천장(T)이나 벽체에 고정시키기 위한 프레임(400)이 설치되어 있고, 그 내부에 날개를 구비한 모터(도면에는 도시되지 않음)가 설치되어 있다. 토출구(200)는 상기 몸통(100)의 전후에 서로 대칭되도록 설치 되어 있고, 모두 내부가 빈 실린더 형상으로 구성되어 있다.

따라서, 상기한 모터가 회전하면, 회전 날개에 의해 발생되는 기류는 토출구(200)에 의해 가이드 되면서 토출된다. 도면에서 참조번호 P1은 몸통(100)의 중심축선이고, P2는 토출구(200)의 중심축선이며, α는 P1과 P2간의 경사각도이다. α가 0인 경우에 발생하는 유동은 아래의 그림 1의 (A)에 나타난 바와 같이 중심축에서 가장 높은 제트기류(속도)가 발생된다.

[그림 1]

(A) 무한 공간에서 발생되는 제트기류(jet flow)	(B) 벽체부근에서 발생되는 제트기류(jet flow)

위 그림 1의 (B)에 도시된 바와 같이 벽체부근에서 제트기류가 발생하면 도 2와 같이 인접한 벽체에 의해, 저항이 발생하게 되며 이러한 문제점을 개선하기 위해, 제트기류의 토출각도를 변화시키면 인접한 벽체에서의 저항을 감소시키며 환기대상 공간인 하부로 제트기류의 대부분이 이동하게 된다. 이로 인하여 토출각도(α=5~15°)가 증가함에 따라 경사각도(α)가 0인 경우보다 하부로 토출되는 풍량이 증가하게 되며 증가량은 무차원 벽체이격거리(s/D)(도 4 내지 도 7참조 s:토출구와 벽면과의 이격거리, D:토출구의 직경)에 따라 25% 내지 40%범위로 확인되었다.

[실시예]

시뮬레이션은 범용 CFD프로그램(CFD program)인 피닉스(phoenics)를 사용하였으며, 제트팬의 직경은 108mm로 가정하였고 터널의 축방향길이는 10m이고 높이는 1m로 하여 시연하였으며, 그에 따른 제트팬(300)의 바람직한 토출각도범위(α)를 수득한다.

[그래프 1] 토출구의 각도변화에 따른 풍량변화 그래프

팬의 토출압력을 일정하게 적용한 후, 토출각도 변화에 따른 제트팬의 풍량변화를 분석한 결과 벽체와의 무차원이격거리(s/D)에 관계없이 토출각도가 7.5°와 10°구간에서 최대값을 나타내고 있으며 10°이상에서는 풍량변화가 없는 것으로 나타났다. 아래 [그래프 2]는 토출각도가 12.5°에서 기류분포도를 나타내는 것이다.

[그래프 2] 토출구의 경사각도이 12.5°에서 풍속별 기류분포도

[시뮬레이션 결과]

시뮬레이션을 통해 아래의 표 1과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

[표 1] s/D=0.75인 경우 평균속도 및 풍량 시뮬레이션 결과

	0°	2.5°	5°	7.5°	10°	12.5°	15°
평균속도(m/s)	1.5	1.7	1.6	2.0	1.9	1.9	1.85
풍 량(m3/s)	2.1	2.4	2.2	2.8	2.7	2.6	2.5

[시뮬레이션결과에 따른 분석]

위 그래프 1과 표 1을 살펴보면, 토출구의 경사각도 "α"가 증가함에 따라 토출각도가 0°인 경우보다 벽체와의 무차원 이격거리(s/D)변화에 따라 약 25~40% 추력이 향상되었음을 확인할 수 있었다. 기류의 평균속도와 풍량은 토출구(200)의 경사각도 즉, "α"값이 커질수록 수치가 높아지는 것을 알 수 있는데, 여기서 "α"값이 크다는 의미는 추력이 코안다 효과의 영향을 상대적으로 적게 받고 있음을 의미하는 것으로, 무차원 벽체이격거리(s/D)변화되어도 토출구(200)의 경사각도 "α"값이 10°이상에서는 토출풍속의 증가수치가 유사한 것으로 나타났다.

따라서, 가장 바람직한 토출구의 경사각도 "α"값은 7.5~10°범위임을 예측할 수 있다.

아래의 그래프 3은 본 발명의 제트팬과 종래의 제트팬를 거리 대비 높이에 대한 풍속을 측정한 그래프이다.

[그래프 3] 거리 대비 높이에 따른 풍속도

위 그래프 3에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 제트팬의 경우 높은 위치 즉, 천정부근에서 높은 기류속도가 유지되고 중앙부 이하에서는 기류속도가 급격히 떨어져 전체적으로 상측부의 기류가 빠르게 나타나는 것을 알 수 있으나, 본 발명에 따른 제트팬(300)의 기류속도는 중간에서 약간 빠르기는 하나 높이차에도 불구하고 높이에 따른 풍속 및 기류분포가 비교적 고르게 나타나는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 제트팬(300)은 위 그래프 3에 도시된 바와 같이 높이차가 있음에도 종래의 제트팬에 비해 고른 풍속 및 기류분포을 유지하여 실내공간 즉, 지하 주차장 혹은 터널 하부의 공간에서 고른 환기작용을 제공하게 되는 것 을 알 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 개량된 제트팬(300)은 토출구(200)가 몸통(100)의 축선방향 외측으로 소정각도 절곡된 구성에 의해 제트팬(300)을 천장이나 벽면에 장착할 때 별도의 각도조절장치 없이도 토출구(200)의 단부가 천장 혹은 벽면과 이격되도록 설치되므로 기류에 의한 벽 마찰손실과 코안다 효과를 최소화할 수 있고, 그 결과 최적화된 환기효율을 구현할 수 있는 것이다.

도 6과 도 7을 참조하면, 도 6과 도 7에는 도 4와 도 5에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제트팬의 응용예를 도시한 것으로서, 제트팬(300)의 설치시 설치공간이 비교적 거리가 짧거나 양방향 환기가 요구되지 않는 경우 유용하다. 물론 이 경우 경사진 토출구에서 경사진 각도방향으로 바람이 토출되므로 전술한 벽 마찰 손실 및 코안다 효과를 줄일 수 있음은 당연하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 개량된 제트팬의 토출구 경사각은 몸통과 동축인 종래의 제트팬에 비해 기류에 영향을 미치는 벽 마찰 손실과 코안다 효과가 상대적으로 낮음을 알 수 있고, 토출구의 경사각도는 2.5~15°범위에서 종래의 제트팬에 비해 환기효율 향상에 더 유용하다는 것을 확인할 수 있다.

도 1은 종래 제트팬의 설치예를 예시한 단면도이다.

도 2는 특허번호 제10-0682052호 "터널용 제트팬"의 도 7로 도시된 단면도로서, 종래의 제트팬 설치예를 예시한 단면도이다.

도 3은 코안다 효과의 발생원리를 예시한 예시도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제트팬을 예시한 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시된 제트팬의 설치상태를 도시한 단면도이다.

도 6은 본 발명의 제트팬의 응용예를 예시한 사시도이다.

도 7은 도 6에 도시된 제트팬의 설치상태를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:몸통 200:토출부

300:제트팬 400:프레임

P1:몸통의 중심축선 P2:토출구의 중심축선

D:제트팬 토출구의 직경 s:토출구와 벽체의 거리

T:천장 α:P1에 대한 P2의 각도

Claims (3)

1. 터널이나 지하 주차장의 오염공기를 환기시키기 위하여 천장이나 벽면에 부착되는 제트팬에 있어서,

   날개를 구비하고, 전원에 의해 정·역회전 가능한 구동모터가 내장된 몸통(100)과;

   상기 몸통(100) 전후에 토출구(200)를 각각 부착함에 있어 상기 토출구(200)의 중심축선(P2)은 상기 몸통(100)의 중심축선(P1)에 대하여 외측으로 7.5°내지 10°의 각도로 경사지게 부착된 것을 특징으로 하는 개량된 제트팬.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 양 토출구(200) 중 어느 하나의 토출구는 상기 몸통(100)의 중심축선(P1)과 동축으로 부착된 것을 특징으로 하는 개량된 제트팬.

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