KR20140112791A - 클리닝 장치가 구비된 팬 조립체 - Google Patents

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KR20140112791A
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Abstract

본 출원은 복수개의 블레이드를 고정시키는 허브(HUB)를 포함하는 팬(FAN), 팬(FAN)의 회전축을 기준으로 대칭을 이루며 배치되고 음파를 발생시키는 음파 발생부, 음파 발생부에 연결되어 상기 음파발생부를 고정시키는 지지부; 및 음파 발생부의 일 측에 연결되어 상기 음파 발생부에서 출력된 음파를 증폭시켜 상기 팬(FAN)으로 전달하는 음파 증폭부를 포함하고, 음파 증폭부는 팬(FAN)에 근접할수록 상기 음파 증폭부의 단면적이 점차 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 클리닝 장치가 구비된 팬 조립체를 제공한다.

Description

클리닝 장치가 구비된 팬 조립체 {Fan assembly with cleaning apparatus}
본 출원은 음향진동을 이용하여 일반적인 팬(fan) 블레이드(blade) 표면에 부착된 이물질을 용이하게 제거할 수 있도록 하는 클리닝(cleaning) 장치가 구비된 팬 조립체에 관한 것이다.
팬(fan)은 다양한 구동환경에서 바람에 의해 회전할 수 있다. 따라서 작동 중에 팬(fan)의 블레이드(blade) 표면에는 곤충의 사채, 먼지, 결빙 등이 부착될 수 있고 이는 시간이 지날수록 블레이드(blade) 표면을 거칠어지게 만들 수 있다.
이러한 표면 거칠기(roughness)를 형성하는 주 원인으로는 연료의 불완전 연소물이 표면에 달라붙어 굳는 퇴적, 외부 이물질에 의해 블레이드(blade) 표면에 홈이 생겨 표면이 파이는 침식과 부식, 블레이드(blade) 표면 코팅재가 깨져나가는 현상 등이 있다.
이러한 원인들 가운데 블레이드(blade)의 거칠기를 가장 증대시켜 팬(fan)의 효율을 떨어뜨리는 것은 바로 각 종 오염물의 퇴적에 의한 블레이드 (blade)손상 이라 할 수 있다.
오염 물에 의해 거칠어진 블레이드(blade)는 경계층 천이를 빠르게 일으키고, 마찰계수와 열 전달율을 증가시켜 시스템 전체의 성능을 저하시킬 수 있다.
한편, 풍력발전기의 나셀과 선박의 기계실에 일반적으로 사용되는 축류팬(axial fan)의 경우, 다량의 오염 물이 팬(fan)에 축적되면 주변장치들을 해체 작업한 뒤 청소해야 하는 불편함이 있다.
분해에 의한 청소는 큰 비용을 발생시키기 때문에 주기적으로 하기 곤란하고 결국 장기간 방치하게 됨으로써 팬(fan)본연의 기능을 상실하게 할 수 있다. 또한, 물을 이용하여 팬(fan)을 세척하는 경우에는 세척 후 수분을 닦고 건조시키는 과정이 불편하며 방수장치의 고장이 발생할 수 있는 문제가 있다.
종래 기술 대한민국 특허출원 제10-1168529호에 따르면, 풍력발전시스템에 음향 발생기를 설치함으로써, 음향 발생기로부터 음파를 출력시켜 블레이드(blade)에 부착된 얼음을 제거하는 장치에 대하여 나타나 있다.
이처럼 음파를 출력하여 블레이드(blade)에 부착된 오염 물을 제거하게 되면 주기적인 청소를 위한 별도의 비용이 들지 않고 소형 팬(fan)에서 부터 대형 팬(fan)에 이르기까지 작업자가 수동으로 청소작업을 할 필요가 없어 시간과 비용을 동시에 줄일 수 있는 이점이 있다.
한국등록특허 10-1168529 한국등록특허 10-0491426
따라서, 본 출원은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 작업자가 수동으로 팬(fan)을 청소하지 않고 음향파를 출력하는 장치를 이용하여 자동으로 팬(fan)을 클리닝(cleaning)하고자 한다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 실시예는, 복수개의 블레이드(blade)를 고정시키는 허브(hub)를 포함하는 팬(fan), 팬(fan)의 회전축을 기준으로 대칭을 이루며 배치되고 음파를 발생시키는 음파 발생부, 음파 발생부에 연결되어 상기 음파 발생부를 고정시키는 지지부; 및 음파 발생부의 일 측에 연결되어 상기 음파 발생부에서 출력된 음파를 증폭시켜 상기 팬(fan)으로 전달하는 음파 증폭부를 포함하여 구성된다.
또한, 허브(hub)의 직경은 음파 증폭부의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 음파 발생부는 팬(fan)의 회전 수를 감지하여, 이에 따라 음파 발생부에 공급되는 압축공기의 양을 조절하는 제어장치를 포함할 수 있다.
또한, 음파 증폭부는 팬(fan)에 근접할수록 상기 음파 증폭부의 단면적이 점차 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하여 구성된다.
또한, 음파 증폭부는 공기가 유입되는 곳에 배치되어 공기의 유로가이드를 형성하는 것을 특징으로 하여 구성된다.
본 발명의 실시예는, 팬(fan)의 블레이드(blade) 표면에 이물질이 부착되는 경우, 음향파를 이용하여 이물질을 용이하게 제거하여 팬(fan)의 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 클리닝 장치를 이용하여 자동으로 팬(fan)을 클리닝 함으로써, 팬(fan)을 청소하는 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 팬(fan)의 클리닝 공정이 필요한 다방면에 응용하여 설치할 수 있다.
또한, 음파 증폭부의 최대 직경을 허브(hub)의 직경보다 작게 하여 상기 음파 증폭부를 지나 팬(fan)으로 유입되는 공기의 유동을 방해하지 않을 수 있다.
또한, 음파 발생부는 제어장치를 포함하여, 과도한 음향 파의 출력으로 팬(fan)의 구동에 충돌을 일으키지 않을 수 있다.
또한, 음파 증폭부가 호른(horn)형상으로 이루어져, 음파 발생기로부터 출력된 음파를 증폭시켜 팬(fan)으로 전달할 수 있다.
또한, 음파 증폭부는 공기의 유입 구에 배치되어, 팬(fan)의 효율이 가장 높은 블레이드(blade)의 팁(tip)으로 공기가 집중될 수 있도록 유로가이드를 형성한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로, 클리닝(cleaning) 장치가 구비된 팬(fan) 조립체를 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로, 클리닝(cleaning) 장치의 구조를 설명하기 위한 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로, 클리닝(cleaning) 장치의 동작방법을 설명하기 위한 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로, 클리닝(cleaning) 장치에서 음향파가 출력되는 모습을 설명하기 위한 도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예로, 클리닝(cleaning) 장치와 팬(fan)의 규모를 설명하기 위한 도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 실시예에 따른 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 실시예에 따른 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래 클리닝 장치가 구비된 팬 조립체와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로, 클리닝 장치가 구비된 팬 조립체를 도시한 측면도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 클리닝 장치가 구비된팬 조립체는, 복수개의 블레이드(blade)(100)와 허브(hub)(103)로 구성되는 팬(fan)조립체와 음파 발생부(300), 음파 증폭부(310), 지지부(330)로 구성되는 클리닝 장치 및 제어장치(500)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 팬 조립체는 외부의 구동원으로부터 전달되는 회전력에 의해 회전하면서 공기를 송풍하는 유체기계로써, 선풍기나 공기조화기 및 냉장고 등의 가전제품뿐만 아니라 항공기나 발전기 분야 등 다양한 산업분야에 널리 적용될 수 있다.
이와 같은 팬 조립체는 팬(fan)의 회전축(C)에 결합되는 허브(hub)(103)와 상기 허브(hub)(103)의 외측 부에 방사상으로 형성되어 공기를 송풍 시키는 복수개의 블레이드(blade)(100)로 이루어진다.
허브(103)의 직경은 팬(fan) 전체의 직경의 20~25%를 차지하고, 이는 팬(fan)의 종류에 따라 달라질 수 있다.
또한, 팬(fan)을 통과하는 공기는 블레이드(100) 부위만을 통과하기 때문에 허브(103)상에는 공기가 통과하지 않아, 허브(103)상의 공기의 압력이 블레이드(blade)(100)상의 공기의 압력보다 더 낮아지게 된다.
따라서 블레이드(100)를 통과한 압력이 높은 공기가, 압력이 낮은 허브(103)의 가장 자리와 블레이드(100)의 뿌리 부분 사이로 다시 유입되는 현상을 방지하기 위해 공기차단부재(미 도시)를 허브(103)상에 설치하여 팬(fan)에서의 공기 재 순환을 막을 수 있다.
공기차단부재(미 도시)는 씰 디스크(SEAL DISK)로 이루어 질 수 있으며, 이에 한정되지 않고 공기유동을 차단할 수 있는 재질이라면 무관하다.
클리닝 장치는 음파 발생부(300), 음파 증폭부(310), 지지부(330)로 이루어져 상기 블레이드(blade)(100) 상에 퇴적되는 이물질을 용이하게 제거할 수 있다.
음파 발생부(300)는 음파의 전달율과 영률이 좋은 금속 재질로 이루어져, 팬의 회전축(C)을 기준으로 대칭을 이루며 배치될 수 있다.
한편, 음파 발생부(300)의 일 측은 음파 증폭부(310)에 연결되고 음파 증폭부(310)로 갈수록 직경이 감소되는 원통구조로 이루어 질 수 있다.
이러한, 음파 발생부(300)는 진동플레이트(303)를 포함하여 상기 진동플레이트(303)의 유동에 의해 강한 음파를 발생시킬 수 있다.
음파 발생부(300)의 자세한 형상 및 동작 방법에 대해선 도 2와 도 3 에서 후술하기로 한다.
이와 같은, 음파 발생부(300)는 음파 증폭부(310)와 용접방식으로 결합될 수 있다.
음파 증폭부(310)는 음파 발생부(300)와 유사한 재질로 이루어져, 일 측은 음파 발생부(300)와 연결되고 타 측은 개방된 구조를 갖는다.
한편, 유체의 흐름과 관련하여 블레이드(blade)(100)의 형상을 정의함에 있어서, 유체가 팬(fan)으로 흡입되기 전의 위치인 상류 측에서 팬(fan)을 바라 볼 때 보이는 블레이드(blade)(100)의 면은 부압면, 그 반대쪽의 보이지 않는 블레이드(blade)(100)은 압력면으로 정의된다.
그리고, 상기 블레이드(blade)(100)의 반경방향 끝 부분은 블레이드의 전연(leading edge)(101)과 후연(trailing edge)(102)을 연결하는 블레이드 팁(tip)(105)으로 정의된다.
이 때, 전연(leading edge)(101)은 블레이드 팁(tip)(105) 일 측과 허브(hub)(103)를 연결하는 부분으로서 공기를 흡입하는 역할을 하게 되며, 후연(trailing edge)(102)은 블레이드 팁(tip)(105) 타 측과 허브(hub)(103)를 연결하는 부분으로서 공기를 배출하는 역할을 하게 된다.
이와 같이 구성된 팬(fan)이 회전함에 따라, 블레이드(blade)(100)의 압력면과 부압면 사이에는 압력차이가 발생하게 되고, 이에 따라 유동을 발생시키게 된다.
이때, 블레이드(blade)(100)의 팁(105)에서는 와류가 발생할 수 있고, 이 와류는 팬(fan)의 효율을 떨어뜨리는 가장 큰 요인이 될 수 있다. 이러한 이유로 인해 음파 증폭부(310)는 음파 발생부(300)에 연결된 상태로 팬(fan)의 회전축(C)을 기준으로 대칭을 이루며 배치되어 팬(fan)에 근접할수록 상기 음파 증폭부(310)의 단면적이 점차 커지도록 형성되는 호른(horn)형상을 가질 수 있다.
즉, 호른(horn) 형상의 음파 증폭부(310)는 팬(fan)으로 공급되는 공기의 유로가이드를 형성하여 유체가 팬(fan)의 블레이드 팁(105)부분을 향해 동일한 속도로 이동할 수 있도록 하는 동시에 유량을 집중시킬 수 있다.
따라서, 블레이드 팁(105)상에서 발생하는 와류는 감소하게 되고 팬(fan)의 효율도 향상될 수 있다.
음파 증폭부(310)의 자세한 형상 및 동작 방법에 대해선 도 4에서 후술하기로 한다.
지지부(330)는 상기 음파 발생부(300)에 연결되어 상기 음파발생부(300)를 공기가 유입되는 유입구상에 고정시키는 역할을 한다.
지지부(330)와 음파 발생부(300)는 압출 성형에 의해 단일 형상으로 이루어질 수 있고, 별도 독립적인 부품을 이룬 다음 각 부품들이 용접 기타 결합방법에 의해 하나의 장치로 이루어질 수 있다.
한편, 제어장치(500)는 팬(fan)의 회전 수를 감지하여 상기 음파 발생부(300)에 공급되는 압축공기의 양을 조절할 수 있다.
팬(fan)의 회전수가 많아지면 음향 발생부(300)로 공급하는 압축공기의 양을 늘려 더 강한 펄스(pulse)를 발생시키고, 팬(fan)의 회전수가 줄어들면 압축공기의 양을 줄여 팬(fan)의 회전 수에 따라 음향파를 조절할 수 있다.
또한, 제어장치(500)로 음파발생을 조절하기 때문에 과도한 음파의 출력으로 팬(fan)과 충돌을 일으키지 않을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로, 클리닝(cleaning) 장치의 구조를 설명하기 위한 도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 발생부(300)는 진동플레이트(diaphragm)(303), 덕트(duct)(305)로 이루어질 수 있다.
또한, 음파 발생부(300)는 내부에 공기가 유입될 수 있도록 일정공간을 가질 수 있다. 따라서, 음파를 출력하기 위한 방법의 일환으로 음파 발생부(300) 내부로 유입된 압축공기가 외부로 유출되지 않는 밀폐 형상을 가질 수 있다.
또한, 음파 발생부(300) 내부로 압축공기를 공급하는 압축기(미 도시)의 대표적인 예로는 왕복 피스톤식 압축기가 있으며, 피스톤의 왕복 운동에 따라 압축 시킨 공기를 음파 발생부(300)로 전달하게 된다.
압축 기(미 도시)는 피스톤식 압축기로 한정되지 않고, 압축공기를 음파 발생부(300)로 전달할 수 있다면 어느 것이든 무관하다.
이후, 음파 발생부(300) 내부로 유입된 압축공기로 인하여 음파 발생부(300)내부의 압력이 급속도로 증가하게 되면 진동플레이트(303)가 유동을 갖게 된다.
이때, 진동플레이트(303)는 덕트(305)의 일 측면에 수직으로 맞닿아 덕트(305)내부로 공기가 유입되는 것을 제어할 수 있다.
진동플레이트(303)의 재질은 티타늄(titanium)과 같은 금속박막으로 이루어 질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 신축성 있는 폴리머 재질의 박막도 무관하다.
또한, 상기의 금속 박막이나 폴리머 박막으로 스핀코팅법에 의해 코팅하여 사용될 수 있다.
한편, 덕트(305)는 상기의 음파 발생부(300)와 유사한 재질로 이루어질 수 있다.
덕트(305)의 일 측은 음파 증폭부(310)와 연결되고 타 측은 진동플레이트(303)와 연결되어 상기의 음파 증폭부(310)와 음파 발생부(300)를 유기적으로 연결할 수 있다.
덕트(305)의 외형은 특정형상으로 한정되지 않고, 음파 발생부(300)에서 출력된 음파가 덕트(305)를 통해, 음파 증폭부(310)로 이동 가능한 형상이라면 무관하다.
음파 증폭부(310), 음파 발생부(300), 덕트(305)는 압출 성형에 의해 단일 형상으로 이루어질 수 있고, 별도 독립적인 부품을 이룬 다음 각 부품들이 용접 기타 결합방법에 의해 하나의 장치로 이루어질 수 있다.
도 3은 도 2에서 설명한 바와 같이, 음파 발생부(300)내부로 유입된 압축공기로 인해 진동플레이트(303)가 펄스(pulse)를 발생시키는 모습을 나타낸 도이다.
도 2에서 전술한 바와 같이, 압축공기가 공급된 음파 발생부(300)내부의 압력은 급속도로 증가하고 이로 인해 진동플레이트(303)는 유동을 하게 된다.
따라서, 덕트(305)와 맞닿아 있던 진동플레이트(303)의 유동에 의해 상기 덕트(305)의 일 측이 개방됨에 따라 음파 발생부(300)내의 압축공기가 덕트(305)내부로 유입될 수 있다.
이후, 음파 발생부(300)의 압력은 다시 낮아지고 진동플레이트(303)가 재빠르게 돌아오면서 강한 펄스(pulse)가 발생하게 된다.
도 4는 도 3에서 설명한 바와 같이, 음파 발생부(300)로부터 출력된 음파가 증폭되어, 피 세척물로 전달되는 모습을 나타낸 도이다.
도 3에서 전술한 바와 같이, 진동플레이트(303)의 유동에 의해 발생한 펄스(pulse)는 음파 발생부(300)내부의 덕트(305)를 통해 음파 증폭부(310)로 이동할 수 있다.
음파 증폭부(310)의 내부는 비어있고 팬(fan)에 근접할수록 상기 음파 증폭부(310)의 단면적이 점차 커지도록 형성되는 호른(horn)형상을 가질 수 있다.
즉, 펄스(pulse)는 음파 증폭부(310)의 웨이브가이드를 따라 점차 증폭되면서 상기 음파 증폭부(310)의 개방된 타 측을 통해 피 세척물이 있는 외부로 전달될 수 있다.
따라서, 피 세척물과 가까운 부분에서 가장 큰 세정력이 나타내며 피 세척물에 묻어있는 각종 오염 물을 제거할 수 있다.
도 5은 본 발명의 일 실시예로, 클리닝(cleaning) 장치와 팬(fan)의 규모를 설명하기 위한 도이다.
팬(fan)은 도 1에서 전술한 바와 같이 블레이드(blade)와 허브(hub)로 구성될 수 있다.
팬(fan)은 구조 및 기능은 이미 도 1에서 전술한 바와 같으므로 생략하기로 한다.
팬(fan)을 통과하는 공기는 블레이드(blade)(100) 부위만을 통과하기 때문에 허브(hub)(103)상에는 공기가 통과하지 않아 팬(fan)의 효율을 결정짓는 요소는 블레이드(blade)(100)라 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예와 같이 공기의 유입 구에 설치된 음파 증폭부(310)의 직경(a)을 허브(hub)의 직경(b)보다 작게 설치하여 유체가 블레이드(blade)(100)부위를 통과하는 것을 방해하지 않도록 한다.
이처럼, 본 발명의 실시예는 음향파를 이용하여 일반적인 팬(fan) 블레이드(blade) 표면에 부착된 이물질을 용이하게 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
100: 블레이드(blade) 303: 진동플레이트
101: 전연(leading edge) 305: 덕트
102: 후연(trailing edge) 310: 음파 증폭부
103: 허브(hub) 330: 지지부
105: 팁(tip) 500: 제어장치
300: 음파 발생부

Claims (4)

  1. 복수개의 블레이드를 고정시키는 허브(HUB)를 포함하는 팬(FAN);
    상기 팬(FAN)의 회전축을 기준으로 대칭을 이루며 배치되고 음파를 발생시키는 음파 발생부;
    상기 음파 발생부에 연결되어 상기 음파 발생부를 고정시키는 지지부; 및
    상기 음파 발생부의 일 측에 연결되어 상기 음파 발생부에서 출력된 음파를 증폭시켜 상기 팬(FAN)으로 전달하는 음파 증폭부;
    를 포함하고,
    상기 음파 증폭부는 상기 팬(FAN)에 근접할수록 상기 음파 증폭부의 단면적이 점차 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 클리닝 장치가 구비된 팬 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 허브(HUB)의 직경은 상기 음파 증폭부의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 클리닝 장치가 구비된 팬 조립체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 음파 발생부는 팬(FAN)의 회전 수를 감지하여 상기 음파 발생부에 공급되는 압축공기의 양을 조절하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리닝 장치가 구비된 팬 조립체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 음파 증폭부는 공기가 유입되는 곳에 배치되어 공기의 유로가이드를 형성하는 것을 특징으로 하는 클리닝 장치가 구비된 팬 조립체.
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