KR101890957B1 - 소형 스크롤 팬 조립체 - Google Patents

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Abstract

전동식 공기 정화 호흡기(10)에 사용하기 위한 방사형 팬 조립체(18, 20, 20)는 적어도 임펠러(36), 인쇄 회로 기판(31) 및 스크롤 케이싱(22)을 포함한다. 스크롤 케이싱은 제1 스크롤 케이싱 요소(34) 및 제2 스크롤 케이싱 요소(31)를 갖는다. 제2 스크롤 케이싱 요소는 인쇄 회로 기판의 적어도 일부분을 포함한다. 방사형 팬 조립체가 전동식 공기 정화 호흡기에 사용될 때, 호흡기는 또한 필터 조립체(26)와 같은 구성요소를 포함할 수 있다.

Description

소형 스크롤 팬 조립체{COMPACT SCROLL FAN ASSEMBLY}
본 발명은, 스크롤 케이싱(scroll casing)이 인쇄 회로 기판의 적어도 일부분을 포함하는, 전동식 공기 정화 호흡기(powered air purifying respirator)에 사용하기 위한 방사형 팬 조립체(radial fan assembly)에 관한 것이다.
방사형 또는 원심형 팬으로도 알려진 스크롤 팬(scroll fan)은 다양한 장치에 그리고 다양한 목적을 위해 사용된다. 응용은, 예를 들어 실내 온도 조절(climate control), 차량 및 기계류 냉각 시스템, 개인 공조(personal comfort), 환기, 연기 배출, 먼지 제거, 및 건조를 포함한다. 구체적으로, 스크롤 팬은 헤어 드라이어와 낙엽 송풍기로부터 개인용 컴퓨터를 위한 냉각 유닛과 전동식 공기 정화 호흡기에 이르는 임의의 많은 장치에 사용될 수 있다.
전형적인 스크롤 팬은 스크롤 형상의 케이싱 및 임펠러(impeller)로 불리는 이동 구성요소를 갖는다. 임펠러는 흔히 일 세트의 블레이드(blade) 또는 리브(rib)가 그 둘레에 위치되는 중심 샤프트로 구성된다. 공기는 전형적으로 샤프트에서 또는 그 부근에서 팬으로 유입한다. 공기는 이어서 임펠러가 회전됨에 따라 샤프트로부터 스크롤 형상의 팬 케이싱 내의 개구로 이동한다. 공기는 편향력 및 원심력에 의해 출구를 향해 외향으로 회전된다. 스크롤 팬은 팬의 흡입구에 대해 비스듬한 또는 수직한 각도로 공기를 외부로 송풍한다. 스크롤 팬은 주어진 공기 체적에 대하여 다른 유형의 팬보다 높은 압력을 생성할 수 있는데, 이는 상기 언급된 것들과 같은 특정 응용에 바람직할 수 있다.
스크롤 형상의 케이싱 및 임펠러에 더하여, 스크롤 팬은 또한 전형적으로 모터, 및 흔히 제어 회로를 포함한다. 통상적인 스크롤 팬 구성은 스크롤 케이싱, 스크롤 케이싱 내에 봉입되는 임펠러, 임펠러를 회전시키는 모터, 및 흔히 모터 내에 장착되는 작은 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 갖는다. 모터와 PCB는 이어서 커넥터 리본(connector ribbon) 또는 다른 수단을 통해 더 큰 인쇄 회로 기판에 연결될 수 있다. 스크롤과 더 큰 PCB는 이어서 그들의 특정 장치 내에 수용된다.
임의의 스크롤 팬 설계에 대해 공간이 중요한 제약 인자일 수 있다. 전동식 공기 정화 호흡기(PAPR)도 예외가 아니다. 스크롤 팬을 포함하는 PAPR은 후드(hood), 헬멧(helmet), 안면 마스크(face mask), 수트(suit), 벨트 장착식(belt mounted) 호흡기 및 다른 형태를 비롯한 다양한 설계로 도입될 수 있다. 이들 설계 중 다수, 특히 PAPR이 착용자에 의해 휴대되거나 운반되도록 의도된 경우에, 경량이고 인체공학적이며 소형인 설계를 생성하는 것이 특히 중요하다.
일 태양에서, 본 발명은 전동식 공기 정화 호흡기에 사용하기 위한 방사형 팬 조립체에 관한 것이다. 방사형 팬 조립체는 적어도 임펠러, 인쇄 회로 기판, 및 스크롤 케이싱을 포함한다. 스크롤 케이싱은 제1 스크롤 케이싱 요소 및 제2 스크롤 케이싱 요소를 포함한다. 제2 스크롤 케이싱 요소는 인쇄 회로 기판의 적어도 일부분을 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 전동식 공기 정화 호흡기(PAPR)에 관한 것이다. PAPR은 적어도 필터 조립체 및 방사형 팬 조립체를 포함한다. 방사형 팬 조립체는 스크롤 케이싱을 포함한다. 스크롤 케이싱은 인쇄 회로 기판의 적어도 일부분을 포함한다.
본 발명은 첨부 도면과 관련하여 본 발명의 다양한 실시예의 하기의 상세한 설명을 고려하여 더욱 완전하게 이해될 수 있다.
도 1은 예시적인 전동식 공기 정화 호흡기의 도면.
도 2는 전동식 공기 정화 호흡기에 사용하기 위한 소형 스크롤 팬 조립체를 구비한 송풍기 조립체의 분해도.
도 3은 소형 스크롤 팬 조립체의 평면도.
도 4는 소형 스크롤 팬 조립체의 분해도.
도 5는 송풍기 조립체의 절결도.
도 6은 본 발명과 부합하는 예시적인 인쇄 회로 기판의 평면도.
예시된 실시예의 하기의 설명에서, 본 발명이 실시될 수 있는 다양한 실시예가 예로서 도시되어 있는 첨부 도면이 참조된다. 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이, 실시예가 이용될 수도 있으며 구조적 변경이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 도면이 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다. 도면에 사용되는 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 그러나, 주어진 도면에서 구성요소를 지칭하기 위한 도면 부호의 사용은 동일한 도면 부호로 표시된 다른 도면의 구성요소를 제한하고자 하는 것이 아님을 이해할 것이다.
이제 본 발명이 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되어 있는 첨부 도면을 참조하여 더욱 완전하게 기술될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 기재된 실시예로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 되며; 오히려, 이들 실시예는 본 발명을 철저하고 완벽하게 그리고 당업자에게 본 발명의 범주를 완전하게 전달하도록 제공된다.
도 1은 예시적인 전동식 공기 정화 호흡기(10)(PAPR)를 도시한다. 전동식 공기 정화 호흡기는 잠재적으로 건강에 위험하거나 해로운 먼지, 연기 또는 기체가 존재하는 것으로 알려져 있거나 존재할 위험이 있는 영역에서 작업하기 위해 통상적으로 사용되는 유형의 호흡기이다. PAPR은 가압된 공기 유동을 호흡기 사용자에게 전달하기 위해 전기 모터에 의해 구동되는 팬을 포함하는 송풍기 조립체(18)를 구비한다. 팬에 의해 그를 통해 공기가 흡인되는 송풍기 조립체에 필터(들)가 끼워진다. 공기는 송풍기 조립체(18)로부터 호흡 튜브 또는 호스(16)를 통해 봉쇄된(contained) 사용자(11) 환경으로 통과한다. 그러한 환경은 흔히 안면 쉴드(face shield)(14)(도 1에 예시된 바와 같음), 헤드 피스(head piece), 또는 수트에 의해 둘러싸인다. 예시된 실시예에서, 안면 쉴드는 또한 보호 헬멧(12)을 포함한다. 따라서, 호스(16)는 여과된 공기를 사용자의 호흡 구역(58)에 제공한다.
안면 쉴드(14)는 착용자의 양호한 시계를 가능하게 하도록 비교적 투명할 수 있으며, 폴리카르보네이트 재료 또는 임의의 다른 적합한 재료로 제조될 수 있다. 보호 헬멧(12)은 사용자의 호흡 구역(58) 내의 여과된 공기와 외측 환경 사이에 장벽을 제공하도록 사용자의 안면과 접촉을 이루는 밀봉 부재 또는 안면 시일(seal)(13)을 추가로 포함할 수 있다. 안면 쉴드(14)는 단일 유닛으로서 성형될 수 있거나, 이후에 서로 부착되는 다수의 구성요소를 포함할 수 있거나, 임의의 다른 적절한 방법에 의해 구성될 수 있다.
예시된 구성에서, 송풍기 조립체(18)는 벨트(19)에 장착되며, 사용자(11)에 의해 허리 둘레에 착용된다. 대안적으로, 송풍기 조립체는 사용자가 송풍기 조립체(18)를 착용하거나 가지고 다닐 수 있도록 백팩(backpack) 또는 임의의 다른 장치에 장착될 수 있다. 공기 유동을 송풍기 조립체(18)로부터, 예시된 실시예에서 안면 쉴드(14)와 헬멧(12)에 의해 봉쇄된 것과 같은 사용자의 호흡 구역(58)으로 지향시키기 위해 호스(16)가 사용된다.
PAPR에 대한 하나의 특정한 구성이 전술되었지만, 임의의 다양한 또는 구성의 PAPR이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구성에서, 필터와 송풍기 조립체는 보호 헬멧 내에 또는 안면부(facepiece) 내에 직접 장착될 수 있다(호흡 보조식 PAPR로도 알려짐).
도 2는 전동식 공기 정화 호흡기에 사용하기 위한 소형 방사형 또는 스크롤 팬 조립체(30)를 구비한 송풍기 조립체(20)의 분해도를 도시한다. 많은 PAPR은 전술된 바와 같이 사용자에 의해 착용되거나 운반되기 때문에, 송풍기 조립체의 크기, 중량, 및 형상은 중요한 인자이며, 사용자의 편안함 및 이동성에 기여할 수 있다. 팬은 PAPR 내의 중요한 구성요소이다. 모터 효율 및 속도에 더하여, 임펠러 직경, 블레이드 설계 및 스크롤 케이싱 시일과 같은 인자들이 사용자에게 제공되는 공기 압력 및 체적에 영향을 줄 수 있다.
도 2는 공기 체적 및 압력 수준을 유지하면서 송풍기 조립체(20) 내의 팬 조립체(30)에 대해 요구되는 전체 공간을 감소시킬 수 있는 소형 방사형 팬 조립체(30)의 예를 도시한다. 송풍기 후방 케이싱(22)은 송풍기 조립체(20)를 위한 외부 구조물을 제공한다. 후방 케이싱(22)은 클립, 스트랩이 통과하여 묶일 수 있는 슬롯, 상호맞물림 장치, 또는 송풍기 조립체(20)를 벨트, 하니스(harness), 백팩 또는 사용자에 의해 착용되거나 운반될 수 있는 다른 물품에 부착하기 위한 하나 이상의 다른 특징부를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 팬 조립체(30)는 송풍기 후방 케이싱(22)에 인접하게 끼워진다. 팬 조립체(30)는 제1 스크롤 케이싱 요소(34), 및 이러한 실시예에서 제2 스크롤 케이싱 요소로서 역할하는 인쇄 회로 기판(PCB)(31)을 포함한다. 제1 스크롤 케이싱 요소(34)는 스크롤 팬을 통한 공기 유동을 지향시키거나 봉쇄하는 역할을 하는 스크롤 케이싱의 임의의 부분일 수 있다. 제1 스크롤 케이싱 요소(34)는 원통형 형상 또는 보울형(bowl-like) 형상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 실행가능한 형상을 가질 수 있다. 제1 스크롤 케이싱 요소(34)는 성형되거나, 캐스팅되거나, 프레싱되거나, 임의의 다른 적절한 제조 방법에 의해 형성될 수 있다.
제2 스크롤 케이싱 요소가 역시 스크롤 팬을 통한 공기 유동을 지향시키거나 봉쇄하는 역할을 하는 스크롤 케이싱의 임의의 부분일 수 있다. PCB(31)는 예시된 실시예에서 제2 스크롤 케이싱 요소로서 역할하지만, PCB(31)는 단지 제2 스크롤 케이싱 요소의 일부일 수 있다. 예를 들어, 임의의 적절한 재료로 제조된 추가의 구성요소가 조합된 때 제2 스크롤 케이싱 요소를 형성하도록 PCB(31)에 고정될 수 있다.
제1 스크롤 케이싱 요소(34)는 필터 구성요소(26)을 통해 흡인된 공기가 스크롤 둘레로 회전되어 사용자에게 제공되는 경로를 형성하도록 PCB(31)에 장착된다. 인쇄 회로 기판(31)은 단층 또는 다층의, 강성 또는 가요성 형태로 유기 또는 무기 기부 재료를 사용할 수 있다. 송풍기 전방 케이싱(24), 즉 착용자의 신체로부터 멀리 향하는 송풍기 케이싱의 부분이 팬 조립체(30) 위에 끼워지고 송풍기 후방 케이싱(22)에 연결된다. 필터 구성요소(26)는 송풍기 전방 케이싱(24) 내에 끼워진다. 필터 구성요소(26)는 다양한 방법에 의해, 예를 들어 클립, 나사, 스냅, 슬롯 내로의 필터 구성요소(26)의 활주, 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 방법을 사용함으로써 송풍기 전방 케이싱(24)에 부착될 수 있다. 이러한 구성은 팬 조립체가 주변 공기를 필터 구성요소(26)를 통해 임펠러(36) 내로 그리고 스크롤 케이싱 둘레로 흡인하고(이후의 도면들에 예시된 바와 같음), 공기를 출구(37)를 통해 사용자의 호흡 구역으로 가압하는 것을 가능하게 한다.
필터 구성요소(26)는 다양한 재료 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있으며, 다양한 물질을 대상으로 할 수 있다. 예를 들어, 필터 구성요소(26)는 통상적인 필터 베드(filter bed), 주름형 매체, 또는 임의의 다른 유형의 여과 매체 또는 매체들의 조합을 포함할 수 있다. 필터 매체는 특정 여과 매체, 화학적 여과 매체, 또는 이 둘의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 화학적 여과 매체는 흡수제, 촉매 또는 화학적 반응성 매체 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 암모니아, 메틸아민, 포름알데히드, 염소, 염화수소, 이산화황, 산성 기체, 유기 증기 또는 임의의 다른 원하는 기체 또는 오염물과 같은 기체를 대상으로 할 수 있다. 일 실시예에서, 필터 구성요소(26)는 더욱 소형이거나 인체공학적인 구성을 제공하도록 만곡될 수 있다.
송풍기 조립체(20)는 다양한 상이한 방식으로 구성될 수 있다. 팬 조립체(30)는 바람직하게는 팬 조립체(30)가 주변 공기로부터 오염물을 수집하는 것을 방지하기 위해 필터 구성요소(26)의 하류에 배치된다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 필터 구성요소(26)는 팬 조립체(30)의 하류에 위치될 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 송풍기 케이싱은 송풍기 후방 케이싱(22)과 송풍기 전방 케이싱(24)을 포함하는 대신에 단일 구성요소로서 설계될 수 있다. 송풍기 케이싱은 또한 2개 초과의 구성요소를 가질 수 있거나, 예시된 것과 상이한 구성으로 배열되는 단지 2개의 구성요소를 포함할 수 있다. 송풍기 조립체(20)는 또한 헬멧 또는 안면부 내측에 끼워지거나 그에 장착되도록, 또는 임의의 다른 유형의 PAPR과 함께 사용되도록 구성될 수 있다.
도 3은 소형 팬 스크롤 조립체(30)의 평면도를 도시한다. 제1 스크롤 케이싱 요소(34)는 스크롤 팬 케이싱(54)을 형성하도록 나사(51)를 사용하여 인쇄 회로 기판(31)에 장착된다. 대안적으로, 클립, 클램프, 스냅, 핀 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 방법과 같은 임의의 다른 장착 방법 또는 장치가 제1 스크롤 케이싱 요소(34)를 인쇄 회로 기판(31)에 고정시키는 데 사용될 수 있다. 개스킷(61) 또는 다른 밀봉 요소가 PCB(31)와 제1 스크롤 케이싱 요소(34) 사이의 기밀(air-tight) 또는 거의 기밀인 시일을 제공하도록 PCB(31)와 제1 스크롤 케이싱 요소(34)의 에지 사이에 배치될 수 있다. 개스킷(61)은 발포체(foam) 또는 고무의 유형과 같은 탄성중합체성 재료를 비롯한 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있다. 예시된 실시예에서, PCB(31)는 또한 배터리 커넥터(35) 및 다른 개별 전기 구성요소들(42), 예컨대 트랜지스터, 마이크로컨트롤러, 다이오드, 저항기, 및 송풍기 조립체(20)와 PAPR의 또 다른 부분들을 위한 제어 회로에 사용되는 다른 구성요소를 비롯한, 그에 장착된 다른 구성요소를 갖는다.
도 4는 소형 스크롤 팬 조립체(30)의 분해도를 도시한다. PCB(31)는 그것이 스크롤 케이싱의 일부분이도록 그리고 팬 스크롤 내의 공기 유동을 지향시키거나 봉쇄하도록 하는 스크롤 케이싱 구성요소로서 역할한다. PCB(31)는 또한 모터(55)를 위한 장착 표면으로서 역할한다. 모터(55)는 적어도 고정자(stator)(32), 회전자(rotor) 조립체(33), 베어링 타워(bearing tower)(62), 및 홀 효과 센서(hall effect sensor)(68)를 포함한다. 고정자(32)는 PCB(31)에 납땜되거나 달리 고정될 수 있다. 베어링 타워(62)는 고정자(32)가 고정되었던 면 반대편의 PCB(31)의 면에 부착되거나 고정될 수 있다. 베어링 타워(62)는 나사 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 체결 방법을 사용하여 PCB(31)에 부착될 수 있다. 회전자(33)는 고정자(32) 위에 장착될 수 있다. 홀 효과 센서(68)는 납땜과 같은 방법에 의해 PCB(31) 상에 고정될 수 있으며, 회전자(33)의 위치를 감지하는 역할을 할 수 있다. 이러한 정보는 더욱 정밀한 모터 제어를 가능하게 하도록 모터 컨트롤러(도시 안됨)에 피드백될 수 있다.
모터(55)와 제1 스크롤 팬 케이싱 요소(34) 둘 모두를 PCB(31)에 장착하는 것의 하나의 이점은 본질적으로 안전한 응용에 대한 설계 및 안전 요건을 충족시키기 위한 단일의 더 큰 크기의 PCB(31)의 이용가능성이다. 통상적인 모터 설계는 모터(55) 내측에 장착되는 더 작은 PCB를 갖고, 커넥터가 모터(55)를 전형적으로 제2 PCB 상에 장착되는 그의 대응하는 구동 및 안전 구성요소에 연결시키기 위해 사용된다. 모터(55)를 더 큰 PCB(31)에 장착하는 것은 모터를 위한 구동 전자장치 및 안전 구성요소가 동일한 PCB(31)에 직접 장착되는 것을 가능하게 한다. 안전 구성요소의 예는 모터 전압이 최대 수준을 초과하는 것을 방지하는 데 사용되는 다이오드를 포함한다. 그러면, 이들 구성요소는 추가의 커넥터 구성요소 또는 리본을 필요로 하는 대신에 PCB 내의 트레이스를 사용하여 모터(55)에 연결될 수 있다. 이는 이어서 연결 실패 또는 스파킹(sparking)의 가능성을 감소시킬 수 있고, 위험한 장소에서의 사용에 대한 인증을 위한 안전 요건을 충족시키는 설계를 가능하게 한다.
임펠러(36)는 회전자 조립체(33)에 장착된다. 일 실시예에서, 임펠러(36)는 마찰을 사용하여 회전자 조립체(33)에 장착될 수 있다. 대안적으로, 임펠러(36)는 회전자 조립체(33) 위에 직접 성형되거나, 접착제를 사용하여 회전자 조립체(33)에 고정되거나, 임의의 다른 적절한 방법에 의해 고정될 수 있다. 제1 스크롤 케이싱 요소(34)는 최종적으로 PCB(31)에 장착되며, PCB(31)와 함께 스크롤 팬 조립체(30)를 위한 스크롤 케이싱(54)을 형성한다. 예시된 바와 같이, PCB(31)의 단지 일부분이 이러한 실시예에서 스크롤 케이싱(54)의 일부를 형성한다. 대안의 실시예에서, PCB(31)의 더 크거나 더 작은 표면적이 스크롤 케이싱(54)의 일부로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 2개 초과의 구성요소가 스크롤 케이싱(54)을 형성하는 데 사용될 수 있다.
고정자(32), 회전자 조립체(33), 베어링 타워(62) 및 홀 효과 센서(68)는 임펠러(36)를 회전시키는 전기 모터(55)를 형성하도록 조합된다. 임펠러(36)가 회전함에 따라, 이는 입구(38)를 통해 주변 공기를 흡인한다. 임펠러(36)의 블레이드(52)는 제1 스크롤 케이싱 요소(34)와 PCB(31) 둘 모두에 의해 형성되는 스크롤 케이싱(54)의 공기 통로(53)의 곡선 둘레로 공기를 가압한다. 출구 부품(37)이 스크롤 케이싱(54)에 부착된다. 출구 부품(37)은 스크롤 팬 조립체(30)와 사용자의 호흡 구역(58)(도 1에 도시됨) 사이의 공기 유동을 보장하도록 호스(16)(도 1에 도시됨)를 스크롤 케이싱(34)에 연결할 수 있다.
전기 모터(55)는 스크롤 팬과 함께 사용하기에 적절한 임의의 유형의 모터일 수 있다. 예를 들어, 이는 무브러시(brushless) 또는 브러시형(brushed) DC 모터와 같은 직류(DC) 모터일 수 있다. AC 유도(induction) 또는 AC 동기(synchronous) 모터와 같은 교류(AC) 모터가 또한 사용될 수 있다. 배터리가 PAPR에 전력을 공급하는 데 사용될 때, AC 모터의 사용은 DC 전력을 AC 모터에 사용가능한 형태로 변환하기 위한 전력 인버터(power inverter)의 추가적인 사용을 필요로 하기 때문에, DC 모터의 사용이 AC 모터보다 유리할 수 있다.
배터리가 PAPR(10) 내의 송풍기 조립체(20)에 전력을 제공하는 데 사용될 때, 리튬 이온, 니켈 수소 합금, 또는 니켈 카드뮴을 비롯한 다양한 배터리가 사용될 수 있다. 배터리는 임의의 원하는 방식으로 PAPR(10)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 배터리는 송풍기 조립체(20) 내에 수용되거나, 송풍기 조립체(20)의 외부에 부착되거나, 송풍기 중앙(20)에 케이블을 통해 부착되거나, 임의의 다른 수단에 의해 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 커넥터 조립체(35)는 먼지 또는 다른 잠재적으로 해로운 오염물에 의한 커넥터 핀의 오염을 방지하기 위해 배터리에 기밀 시일을 제공하도록 설계될 수 있다.
예시된 실시예에서, 임펠러(36)는 후방으로 경사진 블레이드(52)를 구비하지만, 임펠러(36)는 예를 들어 전방으로 만곡된 블레이드, 편평한 블레이드, 또는 임의의 다른 실행가능한 설계와 같은 임의의 적절한 블레이드 설계를 가질 수 있다. 임펠러(36)는 이후에 서로 고정되는 수개의 상이한 부품으로 제조될 수 있거나, 전체 임펠러(36)가 일체형 구성물일 수 있다. 예를 들어, 임펠러(36)의 기부 및 블레이드는 단일 구성요소로서 성형될 수 있고, 이후에 임펠러(36)를 형성하도록 링과 같은 환상 구성물에 고정될 수 있다. 임펠러(36)는 성형될 수 있거나, 임의의 다른 적절한 방법에 의해 제조될 수 있다.
도 5는 송풍기 조립체(20)의 절결도를 도시한다. 이러한 예시된 실시예에서, 송풍기 후방 케이싱(22)은 착용자에게 가장 근접해 있는 송풍기 케이싱의 부분을 형성한다. T 형상의 클립(44)이 송풍기 후방 케이싱(22)으로부터 돌출하여, 송풍기 조립체(20)를 벨트 또는 다른 유형의 스트랩, 캐리어 또는 의류에 고정하는 데 사용될 수 있다. 이러한 경우, 송풍기 후방 케이싱(22)의 표면은 착용자의 허리에 정합하도록 약간 만곡된다. PCB(31)는 송풍기 후방 케이싱(22)에 인접하게 위치될 수 있다. PCB(31)가 이러한 특정한 실시예에서 강성이지만, PCB(31)는 대안적으로 송풍기 후방 케이싱(22) 또는 송풍기 케이싱의 임의의 다른 부품의 형상에 더 잘 정합하도록 가요성일 수 있다. 가요성 PCB는 가요성 기판 상에 생성된 인쇄 회로를 포함하여, 이는 접히거나 구부러지는 것이 가능해진다. 가요성 PCB는 회로가 이용가능한 공간 내에 더 잘 끼워지거나 더 우수한 이동을 허용하는 것을 가능하게 할 수 있다.
베어링 타워(62), 고정자(32) 및 회전자(33)를 포함하는 모터(55)는 PCB(31)에 장착된다. 임펠러(36)는 모터(55)에 의해 회전된다. 제1 스크롤 케이싱 요소(34)는 PCB(31)에 고정되며, 이러한 경우에 입구(38)를 위한 개구를 제공하면서 임펠러(36)와 모터(55)를 덮는다. 송풍기 전방 케이싱(24)은 임펠러를 덮고, 이러한 경우에 스크롤 팬 조립체(30)를 감싸도록 송풍기 후방 케이싱(22)에 연결된다. 상기 언급된 바와 같이, 당업계에서 공지된 임의의 유형의 송풍기 케이싱이 본 발명과 부합하게 사용될 수 있다. 필터 구성요소(26)는 전방 송풍기 케이싱(22)의 상부(예시된 바와 같음) 또는 외향 표면에 장착된다. 상기 언급된 바와 같이, 필터 구성요소(26)는 클립, 나사, 스냅, 슬롯 내로의 필터 구성요소(26)의 활주와 같은 임의의 부착 방법을 사용하여 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 방법에 의해 송풍기 케이싱에 또는 송풍기 케이싱 내에 고정될 수 있다. 필터 구성요소(26)는 대안적으로 스크롤 팬 조립체(30)의 하류에 또는 PAPR 상의 임의의 다른 원하는 위치에 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명과 부합하는 인쇄 회로 기판(31)의 평면도를 도시한다. 본 경우, 고정자(32), 배터리 커넥터 조립체(35) 및 다른 전기 구성요소(42)가 PCB(31)에 장착된다. 추가로, 센서(43)가 PCB(31)에 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 센서(43)는 스크롤 팬 조립체(30)의 공기 유동 경로 내에 있다.
본 발명과 부합하는, 당업계에 공지된 임의의 유형의 PCB(31)가 사용될 수 있다. PCB는 일반적으로 전도성 경로 또는 트레이스(57)를 사용하여 전자 구성요소를 기계적으로 지지하고 전기적으로 연결하는 데 사용된다. PCB 및 이의 트레이스는 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 트레이스(57)는 비-전도성 기판 상에 적층된 구리 시트로부터 에칭될 수 있다. 기판은 다양한 재료로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 이는 에폭시 수지 사전-함침된 섬유와 함께 적층된 다수의 유전체 층으로 제조될 수 있다. 하나의 통상적으로 사용되는 유전체는 폴리테트라플루오로에틸렌이다. 사전-함침된 섬유는 예를 들어 페놀계 코튼지(phenolic cotton paper), 코튼지 및 에폭시, 직조된(woven) 유리 및 에폭시, 무광택 유리 및 폴리에스테르 등일 수 있다. 에폭시의 층들이 함께 적층된 후에, 이들은 예를 들어 얇은 구리 포일로 제조된 전도 층으로 코팅될 수 있다.
트레이스(57)는 몇몇 상이한 방법에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 실크 스크린 방법을 사용하여, 원하지 않는 구리는 임시 마스크를 적용한 후에 제거되며, 그에 따라 원하는 구리 트레이스만이 남게 된다. 원하는 구리 트레이스 위의 그러한 마스크는 구리 포일을 보호하도록 에치 저항성 잉크를 적용하는 실크 스크린 인쇄를 사용함으로써 생성될 수 있다. 후속 에칭이 이어서 원하지 않는 잉크를 제거할 수 있다. 포토인그레이빙(photoengraving) 방법이 기판으로부터 구리 포일을 제거하기 위해 포토마스크(photomask) 및 화학적 에칭을 사용한다. 포토마스크는 컴퓨터-이용 제조 소프트웨어를 사용하여 기술자에 의해 제공되는 데이터를 사용하여 포토플로터(photoplotter)에 의해 제조될 수 있다. PCB 밀링(milling)은 구리 포일을 기판으로부터 밀링 제거하기 위해 2 또는 3-축 기계적 밀링 시스템을 사용한다. 밀링은 더 적은 양 또는 시제품 양에 특히 유용할 수 있다. 트레이스(57)는 또한 원하는 트레이스만이 드러나도록 리버스 마스크(reverse mask)가 PCB 상의 구리 또는 전도성 층 위에 적용되는 부착 공정(additive process)에 의해 생성될 수 있다. 추가의 구리 또는 전도성 재료가 이어서 마스킹되지 않은 영역에서 기판 상에 도금될 수 있다.
PCB(31)는 그의 양 주 표면 모두의 상에 트레이스를 가질 수 있다. 비아(via), 즉 PCB를 통해 천공된 구멍이 흔히 PCB의 대향하는 면들 상의 도체 또는 트레이스의 열적 및 전기적 연결을 가능하게 하도록 전도성 재료의 환상 링으로 채워진다. 추가로, 다층 PCB로 알려진 일부 PCB는 PCB 내측에 트레이스 층을 갖는다. 이들은 별도로 에칭된 얇은 기판들을 함께 접합함으로써 형성될 수 있다.
PCB(31) 상의 트레이스(57)는 노출된 구리의 에칭 제거를 방지하기 위해 포토 레지스트(photo resist)와 같은 재료로 코팅될 수 있다. 납땜되지 않아야 하거나 트레이스를 포함하지 않는 영역은 땜납 마스크 코팅으로 덮일 수 있다. 그러한 코팅은 땜납이 도체들 사이를 교락시켜서 단락을 생성하는 것을 방지할 수 있다.
다른 코팅이 PCB(31)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 에폭시 수지 또는 실리콘과 같은 컨포멀 코팅(conformal coating)이 PCB의 전체 표면 또는 PCB의 표면의 단지 일부분에 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 스크롤 케이싱 요소에 가장 근접해 있는 PCB(31)의 부분이 컨포멀 코팅으로 밀봉될 수 있다. 하나의 예시적인 코팅은 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)에 의해 제조되는 쓰리엠(3M)™ 노벡(Novec)™이다. 코팅은 PCB의 표면 상의 임의의 노출된 트레이스 또는 비아를 밀봉하는 역할을 할 수 있고, PCB의 표면에 장착된 임의의 구성요소를 보호하는 것에 더하여 PCB의 표면에 대한 보호를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 스크롤 요소에 가장 근접해 있는 PCB의 면 상의 그러한 코팅은 유체 장벽(fluidic barrier)으로서 역할할 수 있다. 이는 팬 및 이어서 PAPR의 효율을 증가시킬 수 있다.
센서(43)는 제1 스크롤 케이싱 요소(34)도 또한 장착되어 있는 PCB(31)의 동일한 표면 상에서, PCB(31) 상의 임의의 적절한 위치에 장착될 수 있다. 추가로, 센서(43)는 PCB(31)의 반대편 면에 장착될 수 있거나, 스크롤 팬의 공기 경로 내의 영역에 장착될 수 있어서, 이는 스크롤 케이싱의 내부에 배치된다. 센서(43)는 온도, 공기 압력, 모터 위치, 모터 속도, 또는 임의의 다른 원하는 파라미터와 같은 파라미터를 모니터링할 수 있다. 본 발명과 부합하게 사용될 수 있는 센서의 예는 미국 텍사스주 오스틴 소재의 프리스케일(Freescale)™에 의해 공급되는 MPL115A 디지털 바로미터(Digital Barometer), 또는 미국 뉴저지주 모리스타운 소재 허니웰, 인크.(Honeywell, Inc.)에 의해 공급되는 ASDX 시리즈 압력 센서, 또는 임의의 다른 적절한 센서를 포함한다.
수동형(passive) 또는 능동형(active)인 다른 전기 구성요소(42)가 PCB(31) 상의 임의의 원하는 위치에 장착될 수 있다. 예를 들어, 마이크로프로세서, 저항기, 커패시터, 트랜지스터, 다이오드, 릴레이, 무선 송수신기 또는 임의의 다른 것이나 그러한 구성요소들의 조합이 본 발명과 부합하게 사용될 수 있다. 구성요소(42)는 스크롤 케이싱의 내부에, 스크롤 케이싱의 외부 상에, 또는 제1 스크롤 케이싱 요소 반대편의 PCB(31)의 면 상에 장착될 수 있다.
전자장치(42)는 PAPR의 임의의 부분을 위한 또는 전체 PAPR을 위한 제어 전자장치일 수 있다. 제어 전자장치(42)는 예를 들어 PAPR의 공기 유동의 속도를 조절하고, 잔여 배터리 수명을 계산하고, 필터 부착(loading) 및 임의의 다른 원하는 파라미터를 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
커넥터(35), 예컨대 별도의 구성요소 또는 하나 이상의 도체가 PCB(31) 및 그 상의 임의의 구성요소를 전원에 연결시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 일 실시예에서, 전원은 배터리일 수 있다. 대안적으로, 이는 AC 전원의 형태일 수 있다. PCB(31)를 위한 전원은 임의의 원하는 방식으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 이는 PCB(31)에, PCB(31)에 전기적으로 장착될 수 있고, 다른 곳에 장착되거나, 장착되지 않을 수도 있다.
이상의 설명 및 연관된 도면에 제시된 교시 내용의 이점을 갖는 본 발명의 많은 수정 및 다른 실시예가 본 발명과 관련된 당업자에게 안출될 것이다. 따라서, 본 발명이 개시된 특정의 실시예로 제한되지 않고 수정 및 다른 실시예가 첨부된 특허청구범위의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다는 것을 이해하여야 한다. 본 명세서에서 특정 용어들이 이용되지만, 이들 용어는 제한의 목적을 위한 것이 아니라 단지 일반적이고 설명적인 의미로 사용된다.

Claims (20)

  1. 전동식 공기 정화 호흡기(powered air purifying respirator)에 사용하기 위한 방사형 팬 조립체(radial fan assembly)로서,
    임펠러(impeller);
    인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB); 및
    제1 스크롤 케이싱(scroll casing) 요소 및 제2 스크롤 케이싱 요소를 포함하는 스크롤 케이싱
    을 포함하고,
    인쇄 회로 기판이 제2 스크롤 케이싱 요소로서의 역할을 하고, 인쇄 회로 기판 및 제1 스크롤 케이싱 요소가 결합하여 공기의 유동을 위한 경로를 형성하도록 제1 스크롤 케이싱 요소가 인쇄 회로 기판의 제1 표면에 장착되어 있는, 방사형 팬 조립체.
  2. 전동식 공기 정화 호흡기로서,
    필터 조립체; 및
    적어도 스크롤 케이싱을 포함하는 방사형 팬 조립체
    를 포함하고,
    스크롤 케이싱은 제1 스크롤 케이싱 요소 및 제2 스크롤 케이싱 요소를 포함하고, 인쇄 회로 기판이 제2 스크롤 케이싱 요소로서의 역할을 하고, 인쇄 회로 기판 및 제1 스크롤 케이싱 요소가 결합하여 필터 조립체를 통해 흡인되는 공기의 유동을 위한 경로를 형성하도록 제1 스크롤 케이싱 요소가 인쇄 회로 기판의 제1 표면에 장착되어 있는, 전동식 공기 정화 호흡기.
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