KR20020066799A - 흡입효율 향상방법과 그 이용장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡입구의 흡입효율을 향상시키기 위하여 분출(blowing)을 이용하는 방법과 그 이용장치에 관한 것이다. 보다 자세히 설명하면 흡입(suction)은 분출에 비하여 흡입하는 영역이 넓으므로 흡입구에서 조금만 떨어져도 흡입압력이 급격히 감소하는 특성을 갖고 있다. 이러한 흡입(suction)특성에 비하여 집진성이 있는 분출(blowing)을 흡입구 외곽에 응용하여 흡입공간을 줄여주어 흡입력이 급격히 감소하는 것을 방지하는 방법이다. 이러한 방법은 흡입과 분출이 공존하는 영역에 혼합영역(mixing zone) 및 와류(vortex), 회전류(swirl flow, or tornado)를 형성케 하고, 분출 및 흡입압력, 흡입부와 분출구 사이의 거리, 그리고 분출각도 등을 조절함으로써 혼합영역 및 인공적인 와류, 회전류를 제어하는 것이다. 여기에서 말하는 제트란 증기 ·액체 ·기체 등이 좁은 구멍에서 나오는 상태를 말하는 것으로 흡입효율을 향상시키는 방법은 기체뿐만 아니라 액체 등에 적용할 수 있다.

기존의 공기청정기 또는 분연장치 등은 흡입구와 분출구를 동시에 갖고 있지만 흡입구와 분출구가 서로 간섭이 없거나 상호간섭이 극히 적은 위치 및 방향에 배설되어 있다. 따라서 흡입구에서 조금만 떨어져도 흡입압력이 급격히 감소하여 흡입속도는 아주 느려 흡입효율이 좋지 못하다. 본 발명은 분출제트를 이용하여 흡입특성의 단점을 보완하였으며, 특정공간 내에서 오염된 기체(또는 액체)를 흡입하는 집진기의 외곽 영역에 제트를 분출시켜 흡입효율을 높였다. 일례를 들어 설명하면 재실자가 책상 위에서 담배를 피우는 경우 본 발명에 따른 집진부를 오염 발생원의 최단거리에 설치한다면 오염된 담배연기를 효율적으로 흡입할 수 있다. 또 다른 일례를 들면 회식 테이블 중앙에 본 발명에 따른 집진부를 설치하되 한쪽 방향으로만 흡입부를 배설한 집진부를 흡연중인 사람의 방향으로 회전시킬 수 있도록 함으로써 흡연자의 담배연기를 효율적으로 배출하여 옆좌석 또는 앞좌석의 비흡연자의 간접흡연을 방지할 수 있다. 이외에도 본 발명의 방법을 적용한 기체흡입장치는 특정공간의 다수의 위치에 배설함으로써 기체흐름을 자연스럽게 회전하는 흐름(swirl flow, or tornado)을 형성시켜 오염된 기체(담배연기)를 효율적으로 배출할 수 있다.

본 발명의 분출제트는 흡입부가 오염된 기체를 집중적으로 흡입할 수 있도록 기체흐름 안내 깃(guide vane)하는 역할을 수행하며, 흡입부의 방향 및 위치를 오염기체 발생 위치 및 방향에 둠으로써 오염된 기체가 주위사람에게 전파되지 않고 집중적으로 흡입되도록 하였다. 또한 본 발명에 따른 분출제트는 분출구멍의 단면적과 분출속도를 조절함으로써 분출흐름이 흡입압력에 꺾이지 않고 어느 정도 견딜 수 있도록 하였으며, 오염된 기체를 제거할 때 저속의 흐름을 형성케 하여 재실자가 드래프트(draft)를 느끼지 않도록 하였다.

따라서 본 발명은 오염된 기체의 발생원 부분에 집중적으로 흡입할 수 있는 집진부와 집진부 외곽에 분출구를 설치함으로써 오염된 기체를 고효율로 배출할 수 있으므로 공기청정장치, 비행체의 자세제어 등에 적용할 수 있다. 이외에도 넓은 실내공간에 부분적인 냉 ·난방이 필요한 경우와 컴퓨터 칩을 비롯한 국부적인 냉각이 필요한 경우에 본 발명의 방법을 적용할 수 있다.

Description

흡입효율 향상방법과 그 이용장치 {The method of suction efficiency improvement and it's application apparatus}

본 발명은 흡입구의 흡입효율을 향상시키기 위하여 분출(blowing)을 이용하는 방법과 그 이용장치에 관한 것이다. 흡입은 분출에 비하여 흡입하는 영역이 넓으므로 흡입구에서 조금만 떨어져도 흡입압력이 급격히 감소하는 특성을 갖고 있다. 따라서 이러한 흡입(suction)특성에 비하여 집진성이 있는 분출(blowing)을 흡입구 외곽에 응용하여 흡입공간을 줄여주어 흡입력이 급격히 감소하는 것을 방지하는 방법이다.

이러한 방법은 흡입구멍이 있는 흡입부 외곽에 분출 제트(jet)를 만들어줌으로써 혼합영역(mixing zone) 및 인공적인 와류(vortex), 회전류(swirl flow, ortornado)를 형성케 하고, 분출 및 흡입압력, 흡입부와 분출구 사이의 거리, 그리고 분출각도 등을 조절함으로써 유동장(flow field)을 제어하는 것이다. 본 발명은 오염된 기체를 효과적으로 배출시켜 실내의 일부공간을 청정한 기체로 유지시킬 수 있는 환기장치뿐만 아니라 컴퓨터 칩을 비롯한 국부적인 냉각(또는 난방)이 필요한 물체에 적용할 수 있다.

분출(blowing)되는 제트(jet)에 의해 발생되는 분출구 주위의 유동에 대한 연구는 1960∼70년대 상호작용의 문제의 하나로 다루어져 왔으며, 주로 미사일이나 비행체의 급기동 또는 자세제어를 위하여 측력(side force)으로 활용하는 방법을 모색해 왔다. 따라서 초음속의 자유류(freestream)에 대해 일정한 각도로 분출되는 제트에 대하여 궁형의 분리 충격파(detached shock wave)와 박리(separation)영역의 발생, 노즐 전방에 상대적인 높은 압력의 형성, 후류(wake)의 특징적인 와류의 형성과 같은 복잡한 현상에 대하여 많은 연구가 수행되었다. 이와 같이 자유류에 대해 분출가스가 주위의 흐름에 미치는 영향에 대한 연구는 미사일개발과 더불어 제트분출이 비행체의 모멘트와 공력계수 들에 미치는 영향들을 조사하기 위하여 수행해 왔지만, 흡입과 분출이 공존하는 유동장에서의 상호간섭에 대한 연구는 상당히 미흡하다.

종래의 공기청정장치는 도12에 나타나 있듯이 실내공간의 전체공기를 순환시키기 위하여 흡입구와 분출구가 상 ·하로 완전히 분리된 상태로 배설되어 있다. 또한 분출을 이용하여 오염된 공기를 제거한다 하더라도 특정공간에 에어커튼을 형성케 하거나 인공회오리를 발생시키기 위한 기법(특허등록번호: 2000-10-0268044)으로 사용되어왔다. 이외에도 공기를 정화하기 위해 필터를 사용하여 흡입공기를 정화한 다음 이를 분출구로 제트를 분사하여 인공회오리를 발생시키거나 흡입구의 방향과 분출구의 방향을 직각으로 배설하여 에어커튼(air curtain)을 형성케 하는 기법으로 사용한 예는 있지만, 본 발명에서와 같이 실내공간의 흡입속도를 증가시키는 흡입효율을 향상시키기 위한 장치로 사용되지는 않았다.

본 발명은 흡입구의 흡입효율을 향상시키기 위하여 분출(blowing)을 이용하는 방법으로 흡입은 분출에 비하여 흡입하는 영역이 넓은 흡입(suction)특성과 다른 분출(blowing)특성을 이용하여 흡입효율을 향상시키는 방법이다. 이러한 방법은 흡입구멍이 있는 흡입부 외곽에 제트(jet)를 분출시킴으로써 혼합영역(mixing zone)및 인공적인 와류(vortex), 회전류(swirl flow, or tornado)를 형성케 하고, 분출및 흡입압력, 흡입부와 분출구 사이의 거리, 그리고 분출각도 등을 조절함으로써 유동장을 제어하는 방법으로 기존의 기술사상과는 완전히 다르다.

본 발명은 오염된 기체(또는 액체)를 흡입하기 위한 장치로 활용하기 위하여 흡입효율을 향상시키는 기법으로 흡입구 주변의 모든 방향의 기체를 흡입하는 흡입특성에 비하여 집진성이 있는 분출특성을 이용하는 것이다. 본 발명은 오염된 기체를 근접거리에서 흡입하여 외부로 배출할 수 있도록 베르누이 정리, 수축부 설계기술, 확산부 설계기술, 흡입(suction)과 분출(blowing)의 혼합유동장(mixing zone) 형성기술, 와류(vortex)형성기술, 회전류(swirl flow)형성기술, 소음기 설계기술 등을 응용한 종합적인 공기조화 기술이다. 따라서 흡입(suction)과 분출(blowing)의 상호간섭 및 혼합된 유동장(mixing zone)의 구조를 파악하여야 할 뿐만 아니라 이를 이용한 장치로 특정공간의 오염된 기체가 소음(騷音)없이 쾌적한 상태에서 높은 흡입효율로 집진부를 통하여 배출시켜야 하는 기술적 과제가 있다.

이러한 기술적 과제를 보다 자세히 설명하면, 각종 환기장치에 사용되는 흡입구의 흡입효율을 높이기 위하여 분출을 적용하는 경우 분출구의 각도, 위치, 분출속도, 흡입부의 크기 등의 변수들을 적용하여 흡입과 분출이 혼합되는 유동장을 파악하여야 한다. 이러한 흡입효율 향상방법은 일례를 들면 개인이 담배를 피는 경우 담배연기가 발생되는 위치에서 오염된 공기를 높은 흡입효율로 집중적으로 배출하기 위하여 흡입부에 분출을 적용하여 집진부의 흡입능력을 향상시키고, 오염된 공기를 배출하는 속도에 있어서 재실자가 드래프트(draft)를 느끼지 않도록 기류속도를 줄여야 한다. 또한 배관은 흡입과 분출파이프를 동시에 연결하여야 할 뿐만 아니라 거주공간의 바닥, 천장, 벽면 등에 설치할 경우 배관의 수력직경(단면적)은 작아 장애물이 되지 않아야 한다. 따라서 담배연기, 음식냄새 등으로 오염된 공간에서 공기를 효과적으로 정화시키고, 효율적인 냉 ·난방을 하기 위해서는 기체속도, 소음, 진동, 분출, 흡입, 오염기체 배출량 등을 효과적으로 제어하는 기법을 강구하여야 한다.

도1은 본 발명을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.

도2는 본 발명에 사용된 분출과 흡입특성을 나타낸다.

도3은 본 발명에 따른 분출각, 분출구와 흡입구 사이의 거리에 대한 정의를 나타낸다.

도4는 본 발명에 따른 실시 예로 집진부의 흡입부에 분출구가 설치된 환기장치의 집진부를 나타낸다.

도5는 본 발명에 따른 실시 예로 공기청정장치의 집진부 모양과 집진부 단면을 나타낸다.

도6은 본 발명에 따른 실시 예로 흡입 및 분출장치를 다수의 위치에 설치한 특정구역 환기장치를 나타낸다.

도7은 본 발명에 따른 실시 예로 칸막이 패널에 적용한 경우를 나타낸다.

도8은 본 발명에 따른 실시 예로 실내공간의 공기청정기(또는 냉 ·난방기)에 적용한 경우를 나타낸다.

도9는 본 발명에 따른 실시 예로 집진부와 분출구가 따로 떨어져 있는 흡입 및 분출장치 및 그 단면을 나타낸다.

도10은 본 발명에 따른 실시 예로 흡입 및 분출장치를 다수의 위치에 설치한 특정구역 환기장치를 나타낸다.

도11은 본 발명에 따른 실시 예로 흡입구와 분출구가 서로 분리된 경우의 흡입 및 분출장치 그리고 그 단면을 나타낸다.

도12는 기존의 공기정화장치로 상단의 분출구와 하단의 흡입구를 갖고 있다.

도면의 부호 설명

1 : 흡입구

1a : 흡입공기

2 : 분출부

2a : 분출공기

3 : 혼합영역(mixing zone)

4 : 분출구

4a : 하류(downstream)의 분출공기

5 : 흡입구

5a : 넓은 흡입영역에서 흡입되는 공기

6 : 분출각

7 : 분출구와 흡입구 사이의 거리

8 : 집진부

8a : 원형의 흡입구로 제작된 흡입부

8b : 원형의 분출구로 제작된 분출부

9 : 상단 집진부

9a : 원형의 흡입구로 제작된 흡입부

9b : 라인형태의 분출구로 제작된 분출부

9c : 수축부

9d : 확산부

10 : 하단 집진기

11 : 흡입공기의 방향

12 : 분출공기의 방향

13 : 원형의 흡입구로 제작된 흡입부

14 : 라인형태의 분출구로 제작된 분출부

15 : 상단에 배설된 분출부

16 : 하단에 배설된 흡입부

17 : 중앙에 배설된 흡입부

18 : 흡입부 외곽에 배설된 분출구

19 : 상단 집진부

19a : 하단 집진부

20 : 수축부

21 : 일부구간에 배설된 분출구

22 : 확산부

23 : 흡입구 위치 단면

24 : 분출구 위치 단면

25 : 상단 집진부

25a : 하단 집진부

26 : 수축부

27 : 라인형태 또는 원형 형태의 분출구로 제작된 분출부

28 : 확산부

29 : 흡입구 또는 분출구 위치 각도

30 : 분출구 위치 단면

31 : 흡입구 위치 단면

도1은 본 발명에 따른 흡입효율 향상방법을 설명하기 위한 집진부의 단면을 나타낸 경우로 중앙에 다수의 흡입구(1)로 형성된 흡입부, 좌 ·우측에 제트를 분사하기 위한 분출구(2)의 등으로 구성되어 있다. 흡입(suction)은 분출(blowing)에비하여 흡입하는 영역이 넓어 흡입구에서 조금만 떨어져도 흡입압력이 급격히 감소하는 특성을 갖고 있으므로 환기장치로 활용하는 경우 이러한 점을 고려하여야 한다. 본 발명은 이러한 흡입특성과 다른 분출특성을 이용하여 흡입효율을 향상시키는 방법이다. 즉 도1에 나타나 있듯이 흡입구 좌 ·우측에 제트를 분사하여 일종의 에어커튼을 형성하여 흡입공간을 줄여줌으로써 한정된 방향의 기체(또는 액체)만을 흡입하도록 하는 방법이다. 이와 같이 흡입과 분출이 공존하는 유동장(3)에서의 상호간섭은 혼합영역(mixing zone) 및 인공적인 와류(vortex)를 형성할 뿐만 아니라 벽면에서 멀어지면서 회전류를 형성하며, 이를 제어하기 위해 분출속도(2a)와 흡입속도(1a), 흡입구와 분출구 사이의 거리, 그리고 분출각도 등을 조절하여야 한다.

본 발명은 분출류(기체 또는 액체)의 집진 특성을 이용하여 흡입효율을 향상시키는 방법으로 분출제트와 흡입류 사이의 경계는 두 흐름의 속도에 따라 달라진다. 이러한 경계 주위에서의 흐름은 서로 혼합된 영역을 만들면서 회전류를 발생시키고, 이러한 회전류는 하류로 갈수록 제트(2a)가 퍼짐에 따라 더욱 심해진다. 이와같이 흡입과 분출의 효율을 높이기 위해 흡입과 다른 기체(different gas)를 분사(injection)하는 경우 밀도 차의 존재로 인하여 흡입효과가 향상한다.

본 발명은 기체뿐만 아니라 액체 등에서도 적용하여 흡입효율을 향상시킬 수 있으며, 이를 이용하여 실생활에 활용할 수 있는 장치로 만들 수 있다. 일례를 들면 개인 대응형 공기청정기로 단면적이 큰 집진부를 끝단에 두고 수축부와 연결함으로써 다른 끝단 공기배관 파이프의 단면적을 줄여 오염된 공기를 흡입하는 장치이다. 집진부에 흡입구멍을 수백 개를 뚫어 흡입부를 만들고, 흡입구 외곽을 둘러싼 분출구를 두어 흡입영역을 줄여줌으로써 높은 흡입효율로 오염된 공기를 배제하는 장치이다. 또한 집진부의 흡입부는 회전류(swirl flow)를 만들 수 있도록 경사방향의 흡입구멍을 뚫는 경우 흡입과 분출에 의한 회전류와 더불어 흡입축에 대한 회전류를 만들 수 있으므로 그 효율을 향상시킬 수 있다.

도2는 분출구(4)에서의 제트흐름과 흡입구(5)에서 흡입되는 흐름 형태를 나타낸 것이다. 제트는 정지된 기체 속에 기체가 분출될 때 혼합영역(mixing zone)이 형성되며, 하류로 갈수록 혼합영역(4a)이 증가하는 것을 알 수 있다. 제트란 분류(噴流)라고도 하며, 제트의 내부에서는 다른 부분보다 압력이 내려가 있으므로 분무기 처럼 주위의 유체(流體)는 제트 속으로 흡인(吸引)된다. 흡입구(5)에서의 공기 흡입력은 흡입공간이 넓기 때문에 흡입구에서 약간의 거리만 떨어져도 흡입력(5a)은 급격히 떨어진다. 예를 들어 촛불을 흡입구와 분출구에서 어느 정도 거리를 두고 위치시키는 경우 같은 내부 압력으로 분출 또는 흡입을 하는 경우 분출되는 제트에서는 촛불이 꺼지지만 흡입되는 공기에서의 촛불은 꺼지지 않는 특징이 있다.

도3은 본 발명장치의 제트의 분출각도θ(6), 그리고 흡입구와 분출구 사이의 거리 D(7)에 대한 정의를 나타낸 것이다. 분출각도는 흡입부의 용도에 따라 다르게 적용될 수 있으며, 본 발명에 따른 분출각도θ는 5°에서 175°의 범위에서 적용될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 흡입구에서 분출구까지의 거리 D는 흡입구의 직경 d의 0.5배에서 70배의 범위에서 적용될 수 있다.

도4는 본 발명의 흡입효율 향상방법을 적용한 일례로 집진부(8)를 나타낸 것으로 중앙부분에 흡입구(8a)가 뚫려 있으며, 그 외곽에 분출구(8b)가 배설되어 있다. 이러한 집진부의 중앙부분(8a)에서는 오염된 공기를 흡입하며, 가장자리에서는 분출을 통하여 흡입효율을 높일 수 있도록 하였다. 이러한 방법은 공기청정장치를 비롯한 냉 ·난방 장치, 비행체 자세제어 등에 적용될 수 있으며, 보다 자세히 설명하면 흡입구에서 약간의 거리만 떨어져도 흡입력이 급격히 감소하는 흡입특성을 보완하기 위하여 흡입구 외곽 주변에 분출구(8b)를 뚫어 분출시킴으로써 혼합영역(mixing zone) 및 인공적인 와류(vortex), 그리고 회전류(swirl flow, or tornado)를 형성할 수 있도록 하여 흡입구 외부의 흡입공간을 줄여주는 방법이다. 이와 같은 중앙부분의 흡입부는 흡입하는 흐름을 회전류를 발생할 수 있도록 일정각도의 경사각이 있는 흡입구를 제작함으로써 흡입류를 회전시킬 수 있다. 따라서 흡입구로 흡입되는 흐름은 흐름 축을 중심으로 회전류로 형성되며, 흡입류와 분출류로 인해 흐름축의 직각방향의 축에 대해 회전하게 되므로 이중의 회전류를 만들 수 있다. 이와 같이 이중으로 회전하는 흐름을 형성하는 이유는 분출류와 서로 다른 흐름구조를 만듦으로써 상호간섭을 줄여주고, 일종의 에어커튼을 역할을 향상시키기 위한 것이다. 또한 공기청정장치의 집진부에 공기의 흐름과 반대되는 방향으로 전달되는 소음(騷音)을 제거하기 위하여 진동 및 소음 제거장치를 집진부와 연결된 공기회로상에 추가로 설치할 수 있다.

도5는 본 발명의 흡입효율 향상방법을 적용한 또 다른 실시 예로, 상단 집진부(9), 흡입구멍(9a), 외곽 분출구(9b), 수축부(9c), 확산부(9d), 하단 집진부(10)등으로 구성된 집진장치를 나타낸다. 이것은 단면적이 큰 다수의 집진부가 설치되었고, 단면적이 작은 공기회로와 연결되었으며, 집진부 외곽에 분출구멍을 뚫려 있어 특정공간에 일종의 에어커튼(air curtain)을 형성시킬 수 있는 장치이다. 따라서 이러한 집진장치를 특정공간 내의 다수의 위치에 설치하는 경우 오염된 공기가 외부로 이탈되지 않고 오염된 공기를 높은 효율로 흡입하는 환기장치로 활용될 수 있다. 일반적으로 의자에 앉아 담배를 피거나 주방에서 요리를 하는 경우 냄새가 발생하는 위치는 1m 전후이며, 이러한 냄새는 대부분 온도가 높으므로 상층부로 상승하는 기류이다. 그러므로 이를 고려하여 오염정도가 제일 심한 높이에 흡입구의 속도가 작은 집진기를 설치함으로써 주방에서는 가스레인지의 화염에 미치는 속도영향을 줄이고, 담배를 피는 경우에는 고속에서 느끼는 불쾌감(드래프트)을 감소시킬 수 있다. 따라서 이러한 장치의 집진부는 흡연자의 높이에 따른 담배연기의 발생위치를 고려하여(서있거나 앉아 있는 경우) 높이를 조절할 수 있도록 하였으며, 주방에서도 오염된 공기가 집중되는 높이에 집진기를 장착하고 높이와 방향을 조절할 수 있도록 함으로써 오염공기를 근접위치에서 높은 효율로 흡입할 수 있도록 하였다. 이와 같은 집진장치는 외부 미관을 고려하여 보기 좋게 디자인하여 외부 형상을 변경할 수 있다. 도5의 우측 그림은 집진장치의 외부 형상의 실시 예와 흡입구(11) 외곽에 분출구(12)가 뚫려져 있는 집진부의 단면을 나타낸다.

도6은 도5의 집진장치를 특정공간상에 적용한 실시 예를 나타낸 것이다. 본 집진장치는 단면적과 압력구멍의 크기를 적절히 조절하여 흡입량을 제어하며 3차원 공간 내부의 오염된 공기가 외부로 이탈하지 않도록 분출을 이용하여 에어커튼(air curtain)을 형성시켜 오염된 공기를 흡입할 수 있도록 고안하였다. 즉 건물의 복도나 실내공간에 흡연공간을 설정하여 본 집진장치(흡입 및 분출장치)를 바닥(또는벽면, 천장)에 적절히 설치하면 흡연공간과 금연공간 사이에 에어커튼(air curtain)을 형성시켜 담배연기가 흡연구역 외부로 이탈하지 않도록 하는 것이다.

도7에서는 본 발명에 따른 실시 예를 나타낸 것으로 공기청정장치를 칸막이 패널로 제작한 경우이다. 사무실용 칸막이에 벽면에 흡입부(13)를 설치하고 외곽에 라인(또는 원형의 구멍)형태의 분출구(14)를 배설한 것이다. 여러 개의 칸막이를 조립하여 사무실내 흡연구역으로 활용할 수 있으며, 이것의 설치위치 및 개수는 제한을 두지 않는다. 이러한 칸막이 패널은 기업의 사무실이나 기업의 접견실 등과 같이 여러 사람들의 동시에 근무하는 경우 설치하면 효과적이다. 이와 같은 칸막이 형태도 내부에 흡입구멍을 회전류를 발생하도록 경사각이 있는 구멍형태로 뚫을 수 있으며, 중앙부분의 흡입부(13)를 여러 구역으로 나눠 그 외곽에 분출구를 뚫어 제트를 분출시킬 수 있다. 도6의 우측 그림은 집진장치 전체의 단면을 나타낸 것으로 흡입과 분출방향을 제시한 것이다.

도8에서는 본 발명에 따른 실시 예를 나타낸 것으로 실내공간에 설치하는 공기청정기(또는 냉 ·난방기)를 나타낸 것이다. 종래의 공기청정기(또는 냉 ·난방기)는 일반적으로 도12과 같이 상단부분에 분출구(15)를, 하단부분에 흡입구(16)를 설치하여 실내공기전체가 회전할 수 있도록 배설해 왔다. 그러나 일부공간을 집중적으로 환기시킬 경우에는 중앙에 흡입구(17)를 설치하고 외곽에 라인(또는 원형의 구멍)형태의 분출구(18)를 배설한 것이 효과적이다. 이와 같은 공기청정장치(또는 냉 ·난방기)도 내부에 흡입구멍을 회전류를 발생하도록 경사각이 있는 슬릿형태(또는 경사각이 있는 원형구멍)로 뚫을 수 있으며, 집진부 중앙에 추가적인 분출구를 배설할 수 있다.

도9는 본 발명의 흡입효율 향상방법을 적용한 또 다른 실시 예를 나타낸 것으로 상단 집진부(19), 수축부(20), 분출부(21), 확산부(22), 하단 집진부(19a) 등으로 구성되어 있다. 이것은 실내공간의 일부공간을 개방된 상태로 환기시키기 위한 집진기로 일부구간에서는 분출을 하도록 하여 다수의 위치에 설치함으로써 인공적인 회전류(또는 회오리바람)를 형성시킬 수 있는 장치이다. 따라서 특정공간 내에서 오염된 공기가 외부로 이탈되지 않도록 회전류(또는 인공회오리바람)를 발생시킨 상태에서 오염된 공기를 집중적으로 흡입하는 집진부를 설치하는 방법이다. 이와같은 집진장치는 외부 미관을 고려하여 보기 좋게 디자인하여 외부 형상을 변경할수 있다. 도7의 우측 상단 그림은 흡입구(23)가 설치된 집진부의 단면A-A를 나타내고 하단그림은 분출구(24)가 설치된 공기회로의 단면B-B를 나타낸 것이다.

도10은 도9의 집진장치를 특정공간상에 적용한 실시 예를 나타낸 것이다. 흡입구가 가장 많이 설치된 집진부에서 오염된 공기를 집중적으로 흡입하도록 하고, 집진부와 수축부를 거쳐 연결된 공기회로부에 분출구를 뚫어 지구의 자전의 효과가 포함된 방향(공간내부에서 바닥을 쳐다보았을 때 시계반대방향)으로 에어 커튼(air curtain)을 만들고 그 반사작용으로 인공적인 회전류를 만들어 특정공간 외부로 오염공기가 이탈하지 않도록 하는 방법이다. 또한 집진장치는 바닥뿐만 아니라 벽면, 천장 등에 설치할 수 있으며, 집진부의 회전방향 및 높이를 승용차 안테나처럼 쉽게 조절 가능하도록 제작하였다. 도10의 우측 상단 도면은 집진장치 분출이 발생하는 위치에서의 단면을 나타낸 것이고, 하단 도면은 흡입이 발생하는 위치에서의 단면을 나타낸 것으로 흡입과 분출방향을 제시한 것이다.

또한 도6과 도10의 집진방식을 조합한 방법을 이용하여 환기장치에 적용할 수 있다. 이것은 집진기의 일부 구간에서는 분출을 하도록 하고 다수의 위치에 설치함으로써 인공적인 회전류(또는 회오리바람)를 형성시키고, 집진기 흡입부 외곽의 분출을 이용하여 에어커튼(air curtain)을 형성시켜 오염된 공기를 흡입할 수 있도록 도6과 도10의 집진방식을 조합하는 방법이다.

도11은 본 발명의 흡입효율 향상방법을 적용한 또 다른 실시 예를 나타낸 것으로 상단 집진부(25), 수축부(26), 분출부(27), 확산부(28), 하단 집진부(25a) 등으로 구성되어 있다. 이것은 실내공간의 일부공간을 개방된 상태로 환기시키기 위한 집진기로 집진기의 전구간에 분출구와 흡입구가 동시에 배설되어 있다. 이러한 집진장치는 다수의 바닥위치(또는 벽면, 천장)에 설치함으로써 인공적인 회전류(또는 회오리바람)를 형성시킬 수 있다. 따라서 특정공간 내에서 오염된 공기가 외부로 이탈되지 않도록 회전류(또는 인공회오리바람)를 발생시킨 상태에서 오염된 공기를 집중적으로 흡입할 수 있다. 이와 같은 집진장치는 외부 미관을 고려하여 보기 좋게 디자인하여 외부 형상을 변경할 수 있다. 도9의 우측 그림은 흡입구와 분출구가 설치된 집진부의 단면과 본 장치의 구멍과 x축사이의 각도α의 정의(29)를 나타낸 것이다. 본 집진 장치의 분출구 위치(30)는α= -50°∼50°사이에 설치될 수 있으며, 흡입구 위치(31)는α= 0°-170°사이에 설치될 수 있다. 여기에서 분출구는 인공 회오리바람을 형성시키고, 집진부는 오염공기 발생원 위치에서 집중적으로 흡입하여 배출하는 역할을 수행한다. 이러한 집진장치를 특정공간상에 다수의바닥위치에 설치하여 흡입구가 가장 많이 설치된 집진부에서 오염된 공기를 집중적으로 흡입하도록 하고, 집진 장치 전구간에 분출구를 뚫어 제트를 분사시킴으로써 지구의 자전의 효과가 포함된 방향(공간내부에서 바닥을 쳐다보았을 때 시계반대방향)으로 에어커튼(air curtain)을 만들어 특정공간 외부로 오염공기가 이탈하지 않도록 하는 방법이다. 또한 이러한 장치를 바닥뿐만 아니라 벽면이나 천장에 부착하여 설치할 수 있으며, 특히 연결배관의 단면적을 줄여줌으로써 거주공간 내에 설치하더라도 장애물이 되지 않도록 하였다.

본 발명을 적용할 수 있는 장치로 원형단면을 갖는 집진부 형상을 갖는 개인대응형 공기청정장치가 있다. 이것은 집진기의 흡입부에 일부 방향만 흡입구를 뚫고 360°회전할 수 있도록 하여 흡연자 쪽으로 흡입구 방향을 돌릴 수 있도록 하거나, 360°전 방향에 구간을 나누어 흡입구를 뚫고 각 구간마다 덮개를 만들어 흡연자쪽의 덮개만 열어 오염공기를 집중적으로 흡입할 수 있도록 하였다. 또 다른 개인대응형 청정장치는 공기가 흡입되는 집진부, 흡입된 공기가 배관으로 연결되는 수축부, 배관부, 흡입된 공기가 실외로 토출되는 토출부, 집진부의 방향과 높이를 조절하는 관절부, 공기를 흡입하여 토출구로 토출시키는 송풍기(또는 흡입기) 등이 기본적인 구성품이다. 공기청정장치의 모양이나 크기는 책상형 스탠드 조명등처럼 여러 가지 형태를 가질 수 있으며, 연결 관절을 이용하여 집진부의 회전방향 및 높이를 쉽게 조절 가능하도록 제작하였다. 또한 집진부의 흡입부를 회전류(swirl flow)를 만들 수 있도록 경사방향의 흡입구멍을 뚫는 경우 공기흐름은 자연스럽게 회전하는 흐름(지구의 자전영향을 고려한 방향)을 형성하도록 하면서 오염된 공기(담배연기)를 빨아드린다. 그리고 흡입구멍을 수십 개를 뚫은 집진부 외곽에 분출구를 두어 흡입영역을 한정함으로써 흡입효율을 높일 수 있는 기능을 추가적으로 배설할 수 있다. 따라서 경사방향의 흡입구에 의한 회전류와 흡입과 분출에 의한 회전류를 유도하므로 서로 다른 2개의 축에 대해 회전하는 흐름이 발생되어 흡입효율이 향상된다.

기존의 공기청정기 또는 분연장치 등은 흡입구와 분출구를 동시에 갖고 있지만 흡입구와 분출구 서로 간섭이 없거나 간섭영향이 극히 작은 거리의 다른 위치에 두어 분출구에서의 분출속도에 비하여 흡입구 근처에서의 흡입속도는 아주 느린 특성을 갖고 있다. 또한 오염된 기체를 제거하기 위한 환기장치로 흡입구를 배설하여 외부로 배출하거나 필터를 통해 정화시키고 있지만 흡입은 분출에 비하여 흡입하는 영역이 넓으므로 흡입구에서 조금만 떨어져도 흡입압력이 급격히 감소한다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 오염가스를 안내하는 집진판을 갖추기도 하지만 이것은 공간을 차지하는 불편이 있다. 따라서 본 발명에서는 흡입(suction)특성과 다른 분출(blowing)특성을 이용하여 흡입효율을 향상시키는 방법을 고안하였으며, 이것은 흡입구 외곽에 분출을 통하여 흡입공간을 줄여줌으로써 흡입효율을 높이는 방법이다.

따라서 본 발명은 오염발생원 근처에서 높은 효율로 흡입할 수 있는 공기청정장치로 활용할 수 있다. 일례를 들어 설명하면 재실자가 책상 위에서 담배를 피우는 경우 본 발명장치의 집진부를 오염 발생원의 최단거리에 설치하여 집중적으로오염된 담배연기를 흡입함으로써 타좌석 재실자의 간접흡연을 방지할 수 있는 장치로 사용할 수 있다. 또 다른 일례를 들면 회식자리의 중앙에 한쪽 방향으로 흡입하는 공기청정장치를 설치하고 흡연하는 사람의 방향으로 회전시킬 수 있도록 하여 담배연기가 집중적으로 흡입함으로써 다른 옆 또는 앞좌석의 비흡연자에게 담배연기가 전파되는 것을 방지할 수 있도록 한 장치로 활용할 수 있다. 따라서 비흡연자의 간접흡연을 줄여주기 위한 책상형 스탠드 형태로 흡입위치를 원하는 위치로 변경할수 있는 개인대응형 공기청정장치로 활용될 수 있다. 또한 본 발명을 이용한 개인대응형 공기청정장치는 기존의 장치에 비하여 구조적으로 간단하여 제작비용도 줄일 수 있다.

본 발명의 방법을 적용한 환기장치는 재실자의 체감속도가 작으므로 항공기나 기차 등의 개별좌석 뿐만 아니라 사무실의 책상이나 탁자, 그리고 레스토랑 의 식탁등에서 설치하여 오염공기를 제거할 수 있다. 또한 본 공기청정장치를 식당이나 가정에서도 주방에 활용한다면 음식냄새로 거실이나 다른 방에 확산되지 않고 오염된 공기를 쾌속으로 배출할 수 있으므로 가정에서도 필요한 장치이다. 특히 기차나 배, 비행기 등과 같이 장시간 여행하는 고객에게 본 개인대응형 공기청정장치를 설치한 흡연석을 마련해 준다면 고객이 장시간 금연해야하는 고통을 줄여줄 수 있으며, 주위의 비흡연자들에게 간접흡연 효과를 방지할 수 있는 특징이 있다. 이외에도 넓은 실내공간에 부분적인 냉 ·난방이 필요한 경우 본 발명에 따른 흡입효율 향상방법을 사용한다면 훨씬 경제적일 것이다. 또한 컴퓨터 칩을 비롯한 국부적인 냉각이 필요한 경우 본 발명의 방법을 적용할 수 있으며, 항공기, 미사일, 비행선, 헬리콥터 등 각종 비행체의 자세제어에도 적용할 수 있다.

Claims (22)

1. 흡입구(1)가 있는 영역 주위에 제트(2)를 분출시킴으로써 혼합영역(mixing zone)및 인공적인 와류(vortex), 회전류(swirl flow, or tornado)를 형성시키고, 분출속도와 흡입속도, 흡입구와 분출구 사이의 거리, 그리고 분출각도 등을 조절하여 유동장(flow field)을 제어함으로써 흡입효율을 향상시키는 방법, 이를 이용한 장치.
2. 제 1항에 있어서, 중앙에 흡입구(8a)를 배설하고, 그 외곽 전체, 외곽의 일부에 배설된 분출구(8b)를 통해 제트를 분출시켜 혼합영역(mixing zone)을 유도하며, 오염된 기체를 포집하여 배제하는 것을 특징으로 하는 집진장치와 이를 이용한 기구.
3. 제 1, 2항에 있어서, 공기를 포함한 기체뿐만 아니라 액체에 적용한 경우의 흡입효율을 향상시키는 방법, 이를 이용한 장치.
4. 원형단면을 갖는 집진기의 흡입부에 일부 방향만 흡입구를 뚫고 360°회전할 수 있도록 하여 흡연자 쪽으로 흡입구 방향을 돌릴 수 있도록 하거나, 360°전 방향에 대해 구간을 나누어 흡입구를 뚫고 각 구간마다 덮개를 만들어 오염기체 발생방향의 덮개만 열어 흡입할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 회전식 환기장치.
5. 공기를 흡입하는 큰 단면적(900㎠이하)의 집진부가 있고; 수축부를 배설하여 연결배관의 단면적을 줄이고; 집진부와 토출구 사이에 흡입 동력장치를 설치하며; 오염공기 집진부 단면적과 흡입구멍의 크기를 조절하여 흡입속도와 흡입 공기량을 제어함으로써 오염된 공기를 집중적으로 흡입할 수 있는 개인대응형 기체청정장치.
6. 제 1항에 있어서, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 원형, 타원형, 임의의 형상등을 갖는 분출구의 형태에서 분출각도θ(6)가 5°에서 175°의 범위를 갖고, 흡입구에서 분출구까지의 거리 D(7)가 흡입구의 직경 d의 0.5배에서 70배의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 흡입효율을 향상시키는 방법을 이용한 장치.
7. 제 1항에 있어서, 컴퓨터 칩을 비롯한 각종 열 발생체에 대하여 국부적인 냉각을 할 경우 본 발명의 방법을 적용한 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
8. 제 1항에 있어서, 실내공간에서 국부적인 난방이 필요한 경우 본 발명의 방법을 적용한 것을 특징으로 하는 난방 장치.
9. 제 1항에 있어서, 항공기, 미사일을 비롯한 각종 비행체에 본 발명의 방법을 적용한 것을 특징으로 하는 비행체.
10. 제 1항에 있어서, 공기를 흡입하는 큰 단면적(900㎠이하)의 집진부가 있고; 수축부를 배설하여 연결배관의 단면적을 줄이고; 집진부와 토출구 사이에 흡입동력을 설치하며; 연결 관절을 이용하여 집진부의 회전방향 및 높이를 쉽게 조절 가능하도록 제작하며; 오염공기 집진부 또는 흡입구멍의 단면적을 변화시켜 흡입속도와 흡입 공기량을 조절하여 오염된 공기를 효과적으로 흡입할 수 있는 개인대응형 기체청정장치.
11. 제 1항에 있어서, 집진기의 흡입부를 회전류(swirl flow)를 만들 수 있도록 경사방향의 흡입구멍을 뚫는 것을 특징으로 하는 흡입효율 향상방법을 이용한 장치.
12. 제 1,4,5항에 있어서, 수축부로 연결된 집진부를 일종의 Resonator역할을 하는 소음기로 활용하거나, 소음을 줄이기 위하여 진동 또는 소음 제거장치를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 흡입효율 향상방법을 이용한 장치.
13. 제 1항에 있어서, 실내공간의 일부공간을 개방된 상태로 환기시키기 위하여 기체를 흡입하는 집진부(19), 단면적이 축소되는 수축부(20), 기체가 분사되는 분출부(21), 단면적이 확대되는 확산부(22) 등으로 구성된 집진 장치의 일부구간에서는 분출을 하도록 하고 다수의 바닥위치에 설치함으로써 특정공간내의 공기를 인공적인 회전류로 만들어 오염된 공기를 집중적으로 흡입하는 집진방법을 이용한 장치.
14. 제 13항에 있어서, 천장에 설치함으로써 인공적인 회전류를 형성시켜 오염된 공기를 집중적으로 흡입하는 집진방법을 이용한 장치.
15. 제 13항에 있어서, 바닥과 벽면 그리고 천장에 조합하여 설치함으로써 인공적인 회전류를 형성시켜 오염된 공기를 집중적으로 흡입하는 집진방법을 이용한 장치.
16. 집진기의 일부 구간에서는 분출(21)을 하도록 하고 다수의 위치에 설치함으로써 인공적인 회전류를 형성시키는 방법과 흡입부 외곽의 분출을 이용하여 에어커튼(air curtain)을 형성시켜 오염된 공기를 집중적으로 배제할 수 있는 방법을 조합하여 이용하는 환기장치.
17. 제 1,4,5항에 있어서, 집진기의 일부 구간에서는 분출을 하도록 하고 다수의 위치에 설치함으로써 인공적인 회전류(회오리바람)를 형성시키는 방법과 집진기 흡입부 외곽의 분출을 이용하여 에어커튼(air curtain)을 형성시키는 방법을 조합하여 적용한 장치.
18. 제 5항에 있어서, 책상형 스탠드 조명등처럼 여러 가지 형태로 외부형상을변경한 개인대응형 기체청정장치.
19. 제 5항에 있어서, 연결 관절을 이용하여 집진부의 회전방향 및 높이를 쉽게 조절가능하도록 제작한 개인대응형 기체청정장치.
20. 제 5항에 있어서, 집진기의 흡입부를 회전류(swirl flow)를 만들 수 있도록 경사방향의 흡입구멍을 뚫는 것을 특징으로 하는 개인대응형 기체청정장치.
21. 제1,2,3,4,5,8,10,11,12,13,14,15,16,17,19,20항에 있어서, 외부 미관을 고려하여 디자인하여 외부형상을 변형하거나, 예술적인 감각과 실용성(예 : 스탠드 조명, 조각품, 예술품)등을 고려하여 외형을 가공한 장치.
22. 제 1,4,5항에 있어서, 냉방장치, 난방장치, 향기발생기, 음이온 발생기, 공기정화필터, 전기식 집진기 중에서 하나라도 적용한 것을 특징으로 하는 흡입효율 향상방법을 이용한 장치.