KR101283926B1 - 유체를 이용한 팬 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체케이스에 고압의 물을 공급하여 송풍팬을 회전시키는 유체를 이용한 팬 구동장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 유체를 이용한 팬 구동장치는, 공기의 유동을 생성하는 송풍팬(100)과; 상기 송풍팬(100)의 외측을 감싸며, 공기의 유동을 안내하는 송풍케이스(110)와; 상기 송풍케이스(110)의 일측에 구비되어, 유체의 유동을 안내하는 유체케이스(120)와; 유체케이스(120) 내부를 유동하는 유체의 흐름에 의해 회전하는 수차블레이드(130)와; 상기 유체케이스(120)의 유체유입구(122)를 통해 유입되는 유체가 나선방향으로 내측으로 유입되도록 안내하는 유체가이드(140)와; 상기 수차블레이드(130)와 송풍팬(100)을 서로 연결하여, 상기 수차블레이드(130)의 회전력을 송풍팬(100)으로 전달하는 샤프트(150)와; 상기 샤프트(150)가 회전 가능하게 지지하는 베어링(160) 및 베어링하우징(170) 등으로 이루어진다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 전기에 의한 폭발 위험이 방지되는 이점이 있다.

Description

유체를 이용한 팬 구동장치{Fan driving apparatus using fluid}
본 발명은 유체를 이용한 팬 구동장치에 관한 것으로서, 유체케이스에 고압의 물을 공급하여 유체케이스 내부의 수차블레이드를 회전시킴으로써, 수차블레이드와 샤프트에 의해 연결된 송풍팬을 회전시켜 공기의 유동이 일어나도록 하는 유체를 이용한 팬 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 팬(fan)은 공기(air)에 회전 운동을 주어 원심력에 의해 속도의 에너지 일부를 압력으로 전환, 토출구에 적당한 속도와 압력으로 외부에 토출하는 작용을 하는 것이다. 즉, 기계적인 에너지를 기체에 주어서 양력과 속도 에너지로 변환시켜 주는 장치이다.
따라서, 이러한 팬(fan)은, 환기장치와 같이 공기의 유동이 필요한 곳이면 다양한 장소에 설치되어 사용되며, 팬(fan)을 회전시키기 위해서는 일반적으로 전기모터가 사용된다.
그리고, 폭발성 가스 즉, 수소 메탄 부탄 프로판 등이 지하 하수도나 맨홀, 특히 산업용 정유 시설이나 유조선, 폭발이 예상되는 설비 등에도 팬(fan)이 사용되어 공기의 순환을 강제하고 있다.
그러나, 이와 같이 밀폐된 공간이나 폭발성 가스가 상존하는 구역에서는, 전기적 제품(모터)을 사용하면 전기적 스파크 발생으로 인하여, 내부 공간에 잔존하고 있는 가스의 폭발을 가져오는 문제점이 있다.
이처럼 선박과 같은 밀폐된 공간에서 팬(fan) 구동을 위해 전기 모터(motor)를 사용하게 되면, 폭발의 위험이 상존하는 문제점이 있는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폭발성 가스가 상존하는 지역에서도 팬(fan) 구동이 가능한 유체를 이용한 팬 구동장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 유체를 이용한 팬 구동장치는, 공기의 유동을 생성하는 송풍팬과; 상기 송풍팬의 외측을 감싸며, 공기의 유동을 안내하는 송풍케이스와; 상기 송풍케이스의 일측에 구비되어, 유체의 유동을 안내하는 유체케이스와; 상기 유체케이스의 내측에 구비되어, 유체케이스 내부를 유동하는 유체의 흐름에 의해 회전하는 수차블레이드와; 상기 수차블레이드의 외측에 구비되어, 상기 유체케이스의 유체유입구를 통해 유입되는 유체가 나선방향으로 내측으로 유입되도록 안내하는 유체가이드와; 상기 수차블레이드와 송풍팬을 서로 연결하여, 상기 수차블레이드의 회전력을 송풍팬으로 전달하는 샤프트와; 상기 샤프트가 회전 가능하게 지지하는 베어링 및 베어링하우징;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유체가이드는, 상기 베어링하우징의 상단에 일체로 형성되며, 다수개가 등(等)간격으로 유선형의 단면을 가지도록 형성됨을 특징으로 한다.
상기 수차블레이드는, 중앙부에 형성되며, 유체가 내부로 유입되도록 안내하는 다수의 유입홀이 관통 형성되는 몸체와; 상기 몸체의 상측에 구비되며, 상기 유입홀을 통해 몸체 내측으로 유입된 유체가 상방으로 토출되도록 안내하는 토출구와; 상기 몸체의 하단으로부터 하측으로 돌출 형성되며, 상기 샤프트의 상단에 결합되는 장착구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 송풍케이스와 유체케이스 사이에는, 상기 유체케이스과 상기 송풍케이스로부터 이격된 위치에 고정되도록 지지하는 서포트가 구비되며; 상기 서포트에는, 상기 송풍케이스의 에어유입구를 통해 유입된 공기가 외부로 토출도록 안내하는 다수의 에어배출구가 관통되게 형성됨;을 특징으로 한다.
그리고, 상기 몸체는, 서로 일정 간격 상하로 이격되게 구비되는 상면판 및 하면판과, 상기 상면판과 하면판 사이에 구비되어 유체(물)의 흐름을 안내하는 가이드편을 포함하는 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유체를 이용한 팬 구동장치는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에서는, 공기의 유동을 안내하는 송풍케이스와 유체의 유동을 안내하는 유체케이스가 각각 구비되고, 유체케이스 내부에 설치되는 수차블레이드의 회전에 따라 송풍팬이 구동되어 공기의 유동을 일으키게 된다. 따라서, 본 발명에서는 팬(fan) 구동을 위해 전기제품(모터)을 사용하지 않으므로 전기적 스파크에 의한 폭발의 위험이 미연에 방지되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서는, 유체유입구로 유입되는 유체(물)가 나선형으로 유동하도록 안내하는 유체가이드가 구비되고, 이러한 유체가이드에 의해 안내된 유체가 수차블레이드에 충돌하여 회전력을 발생시킨다. 따라서, 효과적인 회전력 생성이 가능하여 효율성이 배가되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 유체를 이용한 팬 구동장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 외관사시도.
도 2는 본 발명에 의한 유체를 이용한 팬 구동장치의 바람직한 실시예의 내부구성을 보인 단면도.
도 3은 본 발명 실시예를 구성하는 베어링하우징에 수차블레이드가 결합된 상태를 보인 사시도.
도 4는 도 3의 A-A'단면도.
도 5는 본 발명 실시예를 구성하는 베어링하우징의 구성을 보인 사시도.
도 6는 본 발명 실시예를 구성하는 수차블레이드의 구성을 보인 사시도.
이하 본 발명에 의한 유체를 이용한 팬 구동장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2에는 본 발명에 의한 유체를 이용한 팬 구동장치의 일 실시예가 사시도 및 단면도로 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 유체를 이용한 팬 구동장치는, 공기의 유동을 생성하는 송풍팬(100)과, 상기 송풍팬(100)의 외측을 감싸며 공기의 유동을 안내하는 송풍케이스(110)와, 상기 송풍케이스(110)의 일측에 구비되어 유체의 유동을 안내하는 유체케이스(120)와, 상기 유체케이스(120)의 내측에 구비되어 유체케이스(120) 내부를 유동하는 유체의 흐름에 의해 회전하는 수차블레이드(130)와, 상기 수차블레이드(130)의 외측에 구비되어 상기 유체케이스(120)의 유체유입구(122)를 통해 유입되는 유체가 나선방향으로 내측으로 유입되도록 안내하는 유체가이드(140)와, 상기 수차블레이드(130)와 송풍팬(100)을 서로 연결하여 상기 수차블레이드(130)의 회전력을 송풍팬(100)으로 전달하는 샤프트(150)와, 상기 샤프트(150)가 회전 가능하게 지지하는 베어링(160) 및 베어링하우징(170) 등으로 구성된다.
상기 송풍팬(100)은, 도시된 바와 같이, 상기 송풍케이스(110)의 내측에 구비되며, 상기 샤프트(150)의 하단에 결합된다.
상기 송풍팬(100)은, 다수의 블레이드(blade)가 구비된 팬(fan)으로, 회전에 의해 하부의 공기를 상측으로 강제로 밀어올리도록 설치된다. 이와 같은 송풍팬(100)의 구성은 많이 사용되는 것이므로 여기서는 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
상기 송풍케이스(110)는, 도시된 바와 같이 원통형상으로 이루어져, 내부에는 상기 송풍팬(100)이 위치되도록 한다. 그리고, 이러한 송풍케이스(110)의 하단은 타 부품에 결합 가능하도록 좌우로 절곡되어 있다.
상기 유체케이스(120)는, 도시된 바와 같이, 상기 송풍케이스(110)로부터 상측으로 소정 거리 이격된 위치에 구비되며, 아래에서 설명할 서포트(180)에 의해 지지된다.
상기 유체케이스(120)에는, 외부로부터 유체가 내부로 유입되도록 안내하는 유체유입구(122)와, 상기 유체케이스(120) 내부로 유입된 유체가 외부로 토출되도록 안내하는 유체배출구(124)가 각각 형성된다.
상기 수차블레이드(130)는, 상기 유체유입구(122)를 통해 유입되는 유체에 의해 회전하는 것으로, 상기 샤프트(150)의 상단에 결합된다. 이러한 수차블레이드(130)의 상세 구성은 아래에서 설명한다.
상기 유체가이드(140)는, 도시된 바와 같이, 상기 수차블레이드(130)의 외측에 수평되게 설치되어, 상기 유체유입구(122)를 통해 유입되는 유체를 상기 수차블레이드(130)로 원활하게 안내하는 역할을 한다.
상기 샤프트(150)는, 도시된 바와 같이 상기 유체케이스(120)와 송풍케이스(110)의 중앙부에 상하로 설치되어, 상기 수차블레이드(130)와 송풍팬(100)이 일체로 회전되도록 한다.
상기 베어링하우징(170)은, 도시된 바와 같이 원통 형상으로 이루어지며, 상단은 상기 유체가이드(140)의 하단에 고정 결합된다. 그리고, 이러한 베어링하우징(170)의 내측에는 상기 샤프트(150)가 상하로 관통되게 설치된다.
상기 베어링하우징(170)의 내부에는 베어링(160)이 구비되어, 상기 샤프트(150)가 상기 베어링하우징(170) 내부에서 회전 가능하도록 지지하게 된다.
그리고, 상기 베어링하우징(170)의 내측에는, 베어링하우징(170)의 내부를 통해 유체나 공기가 상하로 유동하지 못하도록 차단하는 별도의 밀폐부재가 더 구비되기도 한다.
한편, 상기 송풍케이스(110)와 유체케이스(120) 사이에는, 상기 유체케이스(120)과 상기 송풍케이스(110)로부터 이격된 위치에 고정되도록 지지하는 서포트(180)가 구비된다.
상기 서포트(180)는, 도시된 바와 같이 원형의 링(ring) 형상으로 이루어져 상기 유체케이스(120)의 하단을 지지하는 지지단(182)과, 상기 지지단(182)으로부터 하측으로 등(等)간격으로 연장 형성되는 다수의 연결대(184) 등으로 이루어진다. 즉, 상기 지지단(182)으로부터 하측으로 3개의 연결대(184)가 경사지게 형성되고, 이러한 연결대(184)의 하단은 상기 송풍케이스(110)의 상단에 체결된다.
상기 서포트(180)에는, 상기 송풍케이스(110)의 에어유입구(112)를 통해 유입된 공기가 외부로 토출되도록 안내하는 다수의 에어배출구(114)가 관통되게 형성된다. 즉, 상기 3개의 연결대(184) 사이에는 소정 크기의 홀(hole)이 형성되는데, 이러한 홀(hole)이 공기의 배출을 안내하는 에어배출구(114)가 되는 것이다.
상기 유체케이스(120)에는, 상기 유체가이드(140)의 상단을 고정 지지하는 상부고정부(190)가 더 구비된다. 즉, 도시된 바와 같이, 상기 유체가이드(140)의 상단은 상기 상부고정부(190)의 하단과 결합되며, 상기 유체가이드(140)와 상부고정부(190) 및 베어링하우징(170)의 상단이 하나의 체결구(200)에 의해 서로 결합된다.
그리고, 상기 상부고정부(190)는 상기 유체케이스(120)의 일부를 구성한다. 즉, 도시된 바와 같이, 상기 상부고정부(190)는, 상기 유체케이스(120) 내면으로부터 내측으로 더 돌출되어 상기 유체가이드(140)의 상단과 접하도록 형성된 부분으로, 상기 유체케이스(120)와 일체로 형성된다. 물론, 이러한 상기 상부고정부(190)가 유체케이스(120)와 별개의 구성품으로 이루어지도록 하는 구성도 가능할 것이다.
그리고, 상기 서포트(180)에는, 사용자의 휴대를 용이하게 하기 위한 손잡이(210)가 상방으로 돌출되도록 쌍으로 더 구비된다.
도 3 내지 도 6에는 상기 베어링하우징(170)과 수차블레이드(130)의 상세 구성이 도시되어 있다. 즉, 도 3에는 상기 베어링하우징(170)에 수차블레이드(130)가 결합된 상태를 보인 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 A-A'단면도가 도시되어 있으며, 도 5 및 도 6에는 상기 베어링하우징 및 수차블레이드의 구성을 보인 사시도가 각각 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 상기 베어링하우징(170)의 상면에는 상기 유체가이드(140)가 일체로 형성된다. 즉, 상기 유체가이드(140)는, 상기 베어링하우징(170)의 상단에 일체로 형성되며, 다수개가 등(等)간격으로 유선형의 단면을 가지도록 형성된다.
보다 구체적으로 살펴보면, 상기 유체가이드(140)는 비행기 날개의 단면과 같은 형상의 단면을 가지며, 이러한 유체가이드(140)의 꼬리 부분이 베어링하우징(170)의 내측으로 향하도록 일정부분 경사지게 형성된다. 따라서, 다수의 유체가이드(140)에 의해 내부로 안내되는 유체는 나선방향으로 내부로 유입된다. 그리고, 이러한 유체가이드(140)에 의해 나선 방향으로 유입되는 유체가 상기 수차블레이드(130)에 충돌하여 수차블레이드(130)의 회전을 강제하게 되는 것이다.
상기 수차블레이드(130)는, 유체가 내부로 유입되도록 안내하는 다수의 유입홀(132a)이 관통 형성되는 몸체(132)와, 상기 유입홀(132a)을 통해 몸체(132) 내측으로 유입된 유체가 상방으로 토출되도록 안내하는 토출구(134)와, 상기 샤프트(150)의 상단에 결합되는 장착구(136) 등으로 이루어진다.
상기 몸체(132)는, 중앙부에 형성되며, 소정의 두께를 가지게 된다. 그리고, 이러한 몸체(132)의 내부는 중공되어 있으며, 다수의 유입홀(132a)이 형성되어 내측과 외측이 연통되도록 구성된다.
보다 구체적으로 살펴보면, 상기 몸체(132)는, 서로 소정 간격 상하로 이격되게 구비되는 상면판(132b) 및 하면판(132c)과, 상기 상면판(132b)과 하면판(132c) 사이에 구비되어 유체(물)의 흐름을 안내하는 가이드편(132d) 등으로 이루어진다.
상기 상면판(132b)과 하면판(132c)은 도시된 바와 같이, 원형의 평판으로 이루어지며, 상기 가이드편(132d)은 '
Figure 112011080580096-pat00001
'형상으로 라운드지게 형성된다. 그리고, 이러한 가이드편(132d)은 내측으로 갈수록 점차 그 폭이 작아지도록 형성된다.
따라서, 상기 유체가이드(140)에 의해 안내된 유체가, 상기 다수의 유입홀(132a)을 통해 내부로 유입되며, 유입홀(132a)을 통해 유입되는 유체는 상기 가이드편(132d)에 부딪히게 되어 결국, 상기 수차블레이드(130)가 시계방향(도 4에서)으로 회전하도록 회전력을 생성시키는 것이다.
상기 토출구(134)는, 도시된 바와 같이, 상기 몸체(132)의 상측에 구비되며, 내부가 비어있어 유로를 형성한다. 따라서, 이러한 토출구(134)를 통해 몸체(132) 내부로 유입된 유체가 상방으로 토출된다.
상기 장착구(136)는, 상기 몸체(132)의 하단으로부터 하측으로 돌출 형성된다. 그리고, 이러한 장착구(136)는 상기 샤프트(150)의 상단에 결합되어, 샤프트(150)가 수차블레이드(130)와 함께 회전되도록 한다.
이하 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 유체를 이용한 팬 구동장치의 작용에 대해 살펴본다.
먼저 외부의 펌프(도시되지 않음) 등으로부터 유체의 유동이 일어나고, 이러한 고압의 유체 유동은 상기 유체케이스(120)의 유체유입구(122)를 통해 유체케이스(120) 내부로 유입된다.
상기 유체유입구(122)로 유입되는 고압의 유체는 소정의 높은 수압을 가지고 있으며, 이러한 유체가 상기 유체가이드(140)에 의해 안내되어 빠른 속도로 상기 수차블레이드(130)로 들어간다.(도 2 및 도 4 참조)
상기 수차블레이드(130)로 들어가는 유체는, 수차블레이드(130)의 유입홀(132a)을 통해 유입되면서, 상기 가이드편(132d)에 부딪힌다. 따라서, 이와 같이 유체가 상기 가이드편(132d)에 충돌함에 따라, 상기 수차블레이드(130)가 시계방향(도 4에서)으로 회전하게 된다.
그리고, 상기 수차블레이드(130)의 내측으로 유입된 유체는 상기 토출구(134)를 통해 상방으로 이동하여, 상기 유체배출구(124)를 통해 외부로 배출된다.
한편, 상기 수차블레이드(130)가 회전하게 되면, 상기 수차블레이드(130)는, 상기 샤프트(150)에 의해 상기 송풍팬(100)에 연결되어 있으므로, 상기 송풍팬(100)이 동시에 회전한다. 그리고, 상기 베어링(160)은, 이러한 샤프트(150)의 원활한 회전이 가능하도록 지지하게 된다.
상기 송풍팬(100)이 회전하면, 상기 송풍케이스(110) 하측의 공기가 송풍케이스(110) 내부로 유입된 다음, 상기 에어배출구(114)를 통해 외부로 토출된다. 이와 같이 되면, 상기 송풍케이스(110) 하측의 내부공간의 공기가 외부로 배출되어, 선박과 같은 밀폐된 내부공간에 환기가 이루어지는 것이다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
예를 들어, 상기의 실시예에서는 상기 송풍케이스(110)의 하측의 에어유입구(112)를 통해 공기가 송풍케이스(110) 내부로 유입된 다음, 상기 에어배출구(114)를 통해 외부로 공기가 토출된다. 즉, 상기 송풍팬(100)이 하측의 공기를 상방으로 토출하도록 구성되어 있다.
그러나, 상기 송풍팬(100)의 방향을 변경하거나, 블레이드 형상을 변경하여, 상기 송풍팬(100)이 상방의 공기를 하방으로 토출하도록 하는 구성도 가능할 것이다. 즉, 상기 에어배출구(114)를 통해서는 송풍케이스(110) 내부로 공기가 유입되고, 상기 에어유입구(112)를 통해 공기가 외부로 배출되도록 하는 구성도 가능할 것이다.
100. 송풍팬 110. 송풍케이스
120. 유체케이스 130. 수차블레이드
140. 유체가이드 150. 샤프트
160. 베어링 170. 베어링하우징
180. 서포트 190. 상부고정부
200. 체결구

Claims (5)

  1. 공기의 유동을 생성하는 송풍팬(100)과;
    상기 송풍팬(100)의 외측을 감싸며, 공기의 유동을 안내하는 송풍케이스(110)와;
    상기 송풍케이스(110)의 일측에 구비되어, 유체의 유동을 안내하는 유체케이스(120)와;
    상기 유체케이스(120)의 내측에 구비되어, 유체케이스(120) 내부를 유동하는 유체의 흐름에 의해 회전하는 수차블레이드(130)와;
    상기 수차블레이드(130)의 외측에 구비되어, 상기 유체케이스(120)의 유체유입구(122)를 통해 유입되는 유체가 나선방향으로 내측으로 유입되도록 안내하는 유체가이드(140)와;
    상기 수차블레이드(130)와 송풍팬(100)을 서로 연결하여, 상기 수차블레이드(130)의 회전력을 송풍팬(100)으로 전달하는 샤프트(150)와;
    상기 샤프트(150)가 회전 가능하게 지지하는 베어링(160) 및 베어링하우징(170)을 포함하며;
    상기 수차블레이드(130)는,
    중앙부에 형성되며, 유체가 내부로 유입되도록 안내하는 다수의 유입홀(132a)이 형성되는 몸체(132)와;
    상기 몸체(132)의 상측에 구비되며, 상기 유입홀(132a)을 통해 몸체(132) 내측으로 유입된 유체가 상방으로 토출되도록 안내하는 토출구(134)와;
    상기 몸체(132)의 하단으로부터 하측으로 돌출 형성되며, 상기 샤프트(150)의 상단에 결합되는 장착구(136);를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체를 이용한 팬 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유체가이드(140)는,
    상기 베어링하우징(170)의 상단에 일체로 형성되며, 다수개가 등(等)간격으로 유선형의 단면을 가지도록 형성됨을 특징으로 하는 유체를 이용한 팬 구동장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 송풍케이스(110)와 유체케이스(120) 사이에는,
    상기 유체케이스(120)과 상기 송풍케이스(110)로부터 이격된 위치에 고정되도록 지지하는 서포트(180)가 구비되며;
    상기 서포트(180)에는, 상기 송풍케이스(110)의 에어유입구(112)를 통해 유입된 공기가 외부로 토출도록 안내하는 다수의 에어배출구(114)가 관통되게 형성됨;을 특징으로 하는 유체를 이용한 팬 구동장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 몸체(132)는,
    서로 일정 간격 상하로 이격되게 구비되는 상면판(132b) 및 하면판(132c)과, 상기 상면판(132b)과 하면판(132c) 사이에 구비되어 유체의 흐름을 안내하는 가이드편(132d)을 포함하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 유체를 이용한 팬 구동장치.
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