KR20160069500A - 스월러팬을 구비한 배기장치 모듈 - Google Patents

스월러팬을 구비한 배기장치 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기장치의 효율을 향상시키고자 함을 목적으로 하여, 이중구조의 팬이 장착된 배기장치 모듈을 적용하되, 배기장치 모듈은 중심부에 관통부를 구비한 환형의 원판위에 복수개의 핀(fin)이 형성된 스월러팬을 전단에 배치하고, 스월러팬 후단에 일반적인 원심형 또는 축류형의 흡입팬을 배치하여, 스월러팬 구동에 의해 형성되는 와류가 흡입구 주변에 도넛형의 저기압대를 형성하게 하고, 흡입팬 구동에 의해 도넛형의 저기압대를 회전시켜 회오리를 형성함으로써 스월러팬 하부의 기체를 빠른 유속으로 상승시켜 흡입 배출하게 하였다.
또한, 본 발명은, 상기 배기장치 모듈을 구성함에 있어서, 스월러팬을 둘러싸되, 하단부에 수평단이 형성된 사각뿔대형 또는 원뿔대형의 벨마우스(bell-mouth)를 배치하여, 보다 넓은 도넛형의 저기압대 형성을 효과적으로 유도하였다.

Description

스월러팬을 구비한 배기장치 모듈{VANTILATOR MODULE WITH SWILRER FAN}
본 발명은 배기장치 모듈에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 환형의 원판위에 복수개의 핀(fin)이 형성된 스월러팬을 적용하여 효율을 향상시킨 배기장치 모듈에 관한 것이다.
모든 기체는 기압이 높은 곳에서 기압이 낮은 쪽으로 이동한다. 이러한 원리를 이용하여 만들어진 것이 기계적인 팬이다. 날개를 회전시키면 공기를 밀어내어 날개 주변의 공기밀도가 낮아져 기압이 낮아진다. 그러면 상대적으로 기압이 높아진 주변의 공기가 날개 쪽으로 이동한다. 이때 날개의 뒤틀림 방향에 따라 공기를 흡입하게 하거나 송출하게 한다.
일정 공간의 오염물질을 제거하기 위해서 배기팬이 사용된다. 배기팬은 환풍기 형태로 만들어져 주택, 상가, 공장 등 다양한 공간의 오염물질 제거를 위해 사용 되며, 레인지 후드 형태로 만들어져 주방의 요리시 발생하는 각종 오염물질을 제거하기 위해서도 사용된다. 또한 국소 작업 현장에서 발생하는 분진, 오일 미스트, 용접흄 등을 제거하기 위해서 이동식 배기장치 형태로 만들어져 사용되기도 한다.
일반적으로, 배기팬은 공간의 상부 벽면이나 천정에 배관을 하여 외부로 배기구를 내고, 배관 전단부 또는 배관 후단부인 배기구 근처에 배기팬을 설치하여 구성된다. 이때, 설치되는 배기팬은 원심형팬(sirocco fan 또는 turbo fan)이 거의 대부분이며, 드물게는 축류형 프로펠러 팬이 설치되는 경우도 있다. 대한민국 등록특허 제10-0845577호, 등록특허 제10-0684696호, 등록특허 제10-0589607호 모두 그러한 배기팬을 구비하고 있다.
배기팬은 팬을 구동시켜 만들어낸 부압에 의해 공기유동을 발생시켜 공기를 배기구로 배출시키면 공간내의 오염물질도 공기에 실려 같이 배출될 것이라고 전제한다. 그러나 무게와 체적을 갖고 있는 오염물질들이 공기에 실려 배출되려면 오염원이 있는 위치에서 그것이 갖는 중력과 관성보다 더 큰 공기유동속도(유속)이 있어야 한다. 이를 포집속도(capture velocity)라 하는데, 알려진 바에 의하면 20μm이하의 미세먼지인 경우에도 최소 포집속도는 0.25m/sec 이다. 따라서 배기팬이 만들어낸 공기유동속도(유속)이 낮으면 오염물질들은 공기에 실려 배출되지 못하고 제자리에 머물고, 가벼운 공기만 배출되게 된다.
이와 같은 이유로 기존의 배기팬의 오염원 포집 범위는 도 1의 시뮬레이션 그림과 같이 흡입구 인접부에 불과하다는 단점이 있다. 즉, 모든 배기팬은 배기구 입구로부터, 거리의 제곱에 반비례하여 흡입유속이 급감해, 일정 거리 이상 떨어진 곳에 있는 오염원들을 실어 나르지 못한다.
이는 도 2(velocity Contours - plain circular opening - % of opening velocity; American Conference of Governmental Industrial Hygienists(ACGIH): Industrial Ventilation Manual, 23rd Edition)에 나타난 바와 같이, 일반적인 배기팬의 회전은 공기유동을 만들기는 하지만, 배기구 입구직경 만큼 하강한 부위에 이르면 기류의 유속이 배기구 입구 유속의 7.4%에 불과하게 감소되기 때문이다.
배기구 입구로부터, 거리의 제곱에 반비례하여 유속이 감소하는 것은 Dalle Valle 방정식으로도 널리 알려져 있다.
Dalla Valle 방정식은 Vx =
Figure pat00001

여기서 Vx는 x지점에서의 유속, Vf는 배기구 입구 유속
x는 배기구로 부터의 거리, d는 배기구의 직경(diameter)을 나타낸다.
따라서 배기구 직경(d)의 1배, 즉 x=d인 지점에서의 유속은
Vx =
Figure pat00002
=
Figure pat00003
= 0.074Vf,
즉, 배기구 입구 유속(Vf)의 7.4%가 된다.
이러한 메커니즘에도 불구하고, 대부분의 배기팬의 구성에서 배기구의 위치는 오염물 발생원으로부터 배기구 입구 직경보다 훨씬 더 멀리 떨어진 지점에 있게 되어 배출력이 매우 낮다.
따라서 기존의 모든 배기 장치들은 배기 풍량을 늘려 유속을 증가시켜 배출력을 증가시키려 하고 있다.
그러나 Fan Affinity Law에 따르면 유속을 2배로 증가 시키려면 팬의 소비전력을 23, 즉 8배로 올려주어야 하므로(유동속도 세제곱의 법칙) 소비전력이 지나치게 커지게 되고, 그에 따른 소음이 증가 되는 문제가 있다.
Fan Affinity Law에 따른 원심형팬의 소비전력은
P 1 / P 2 = ( n 1 / n 2 ) 3 ( d 1 / d 2 ) 5 　　, 　　 q 1 / q 2 = ( n 1 / n 2 )( d 1 / d 2 ) 3 　　　　　
이때,
P = power (W, bhp , ..)
q = volume flow capacity (m 3 /s, gpm , cfm , ..)
n = wheel velocity - revolution per minute - ( rpm )
d = wheel diameter
KR 10-0845577 B1 (2008.07.04 등록) KR 10-0684696 B1 (2007.02.13 등록) KR 10-0589607 B1 (2006.06.07 등록)
따라서 본 발명의 목적은 배기력을 향상시키면서 소비전력과 소음을 모두 낮출 수 있는, 새로운 방식의 배기장치 모듈을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은 배기장치 모듈을 구성함에 있어서, 이중구조의 팬을 적용하되, 배기팬 모듈은 전단(1단)의 스월러팬과 후단(2단)의 흡입팬을 포함하여, 중심부에 관통부를 구비한 환형의 원판위에 복수개의 핀(fin)이 형성된 스월러팬을 전단(1단)에 배치하고, 스월러팬 후단(2단)에 일반적인 원심형팬 또는 축류형팬 같은 흡입팬을 배치하여, 스월러팬이 회전하면 도넛형의 와류가 형성되고, 도넛형 와류의 내부는 기압이 낮아지게 되어, 하부의 상대적으로 고기압대에 있는 기체가 빠른 유속으로 상승하게 되고, 동시에 후단(2단)의 흡입팬 구동에 의해 스월러팬 입구로 상승한 기체를 배기구로 강력하게 흡입 배출하게 하였다.
또한, 본 발명은, 상기 배기장치 모듈을 구성함에 있어서, 스월러팬을 둘러싸되, 하단부에 수평단이 형성된 사각뿔대형 또는 원뿔대형 벨마우스(bell-mouth)를 배치하여, 도넛형 와류의 저기압대 형성 영역을 넓혀주어 배기대상물질의 포집영역을 효과적으로 넓혀 주도록 하였다.
즉, 본 발명은, 중심부에 관통부를 구비한 환형의 원판위에 복수개의 핀(fin)이 형성된 스월러팬; 상기 스월러팬 후단에 배치되는 일반적인 원심형 또는 축류형의 흡입팬; 및 상기 스월러팬과 흡입팬을 동시에 구동하도록 두 개의 팬에 동축으로 연결되도록 연결 부재에 의해 조립되는 모터;를 포함하는 배기장치 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 스월러팬을 둘러싸되, 상단부에 개구부가 형성되고 하단부에 수평단이 형성된 사각뿔대형 또는 원뿔대형 벨마우스(bell-mouth)를 더 포함하는 배기장치 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 흡입팬을 내장하되, 바닥면에 개구부가 형성되고 일측에 배출구가 조립되는 흡입팬 케이스를 더 포함하는 배기장치 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은, 배기장치 모듈에 있어서, 스월러팬 후단에 설치되는 흡입팬을 축류형 프로펠러팬으로 구성하여, 상기 흡입팬 케이스의 배출구가 흡입팬이 배치된 지점과 동일축에 오도록 조립되는 배기장치 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 스월러팬은, 상기 모터의 모터축과 결합하는 중심부와, 상기 중심부의 외측을 둘러싸도록 배치되는 원형띠부재와, 상기 중심부의 외주면으로부터 상기 원형띠부재의 내주면까지 방사상으로 연장 형성되는 복수 개의 연결로드와, 상기 원형띠부재의 외측 둘레를 감싸도록 결합되며 일면에 복수 개의 핀이 돌출 형성되는 회전판을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 스월러팬 아래쪽에 배치되는 그리드 형태의 가드를 더 포함하는 배기장치 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 스월러팬은, 상기 모터의 모터축과 결합하는 중심부와, 상기 중심부에 결합되는 회전판과, 상기 회전판의 외측을 둘러싸도록 배치되며 외주면을 따라 복수 개의 핀이 돌출 형성되는 원형띠부재와, 상기 회전판의 외주면으로부터 상기 원형띠부재의 내주면까지 방사상으로 연장 형성되는 복수 개의 연결로드를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 스월러팬은 상기 연결로드의 일측에 흡입유속을 증대시키는 보조날개를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 흡입팬과 상기 모터를 내장하며 상단부에 배출구가 조립되는 흡입팬 케이스를 더 포함하되, 상기 흡입팬은 축류형 프로펠러팬으로 구성되고, 상기 배출구는 상기 축류형 프로펠러팬의 회전축과 동심으로 조립될 수 있다.
또한, 본 발명은, 중심부에 관통부를 구비한 환형의 원판위에 복수개의 핀(fin)이 형성된 스월러팬; 상기 스월러팬을 구동하기 위해 하우징에 연결 부재에 의해 조립되는 모터; 상기 스월러팬과 이격되어 후단에 배치되는 일반적인 원심형 또는 축류형의 흡입팬; 및 상기 원심형 또는 축류형 흡입팬을 독립적으로 구동하기 위해 하우징에 연결 부재에 의해 조립되는 별도의 모터;를 포함하는 배기장치 모듈을 제공한다.
본 발명에 따르면, 기체를 흡입하는 배기장치 모듈의 이중 구조의 팬으로 인해, 매우 강력한 회오리 기류가 형성되어 강력한 흡입 및 배기력을 나타내는 배기팬을 제공할 수 있다. 즉, 중심부에 관통부를 구비한 환형의 원판위에 복수개의 핀(fin)이 형성된 스월러팬이 회전하면 도넛형의 와류가 형성되고, 도넛형 와류의 내부는 기압이 낮아지게 되어, 하부의 상대적으로 고기압대에 있는 기체가 빠른 유속으로 상승하게 되고, 동시에 후단의 흡입팬 구동에 의해 스월러팬 주변으로 상승한 기체를 강력하게 흡입 배출하게 된다.
이때 스월러팬의 중앙 관통부로 유입되던 공기의 일부가 회전판의 핀(fin)이 공기를 바깥 방향으로 밀어내는 힘에 휩쓸려 배기구로 빠지지 않고 바깥 방향으로 재확산될 수 있다. 환형 회전판의 내주면과 연결로드 사이에 수직으로 관통되어 일정한 높이를 가지며 원형띠 형상으로 형성되는 원형띠부재는 중앙 관통부로 유입되던 공기가 바깥 방향으로 재확산되는 것을 막아 원활히 배기되도록 해주는 역할을 한다.
이러한 본 발명의 배기장치 모듈의 경우, 종래의 흡입팬 만에 의한 배기팬에 비해 훨씬 더 광범위한 영역에 걸쳐 흡입 배출력을 발휘하게 되며, 상승기류의 유속이 빨라 신속하게 오염물질 및 냄새를 없애준다.
또한, 본 발명의 벨마우스(bell-mouth)는 스월러팬의 주변부에서 좀 더 확장된 범위에 도넛형 와류의 저기압대를 형성할 수 있게 유도하여 회오리 기류의 중심부를 확대 및 유지시켜 상승기류 발생 영역을 넓혀준다.
본 발명과 같은 이중 구조의 팬 및 벨마우스(bell-mouth)를 적용한 배기장치 모듈은, 인위적으로 팬의 회전속도를 높여 풍량을 늘려 흡입 유속을 증가시키는 종래의 기술과 달리 동일한 팬의 회전 속도에서도 흡입 유속을 증가시켜 포집깊이 및 포집범위를 넓혀주어 비교적 저전력 및 저소음으로도 오염물질 및 냄새를 강력하고도 신속하게 배출하여 준다.
도 1은 종래의 배기장치의 기류와 유속 분포를 시물레이션한 결과에 따른 포집영역을 보여주는 도해도이다.
도 2는 일반적인 배기팬의 유속 분포를 보여주는 도해도이다.(velocity Contours - plain circular opening - % of opening velocity; American Conference of Governmental Industrial Hygienists(ACGIH): Industrial Ventilation Manual, 23rd Edition)
도 3은 본 발명의 배기장치 모듈의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서 본 발명의 배기장치 모듈을 이용하여 구성한 레인지 후드를 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서 스월러팬을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서 또 다른 스월러팬을 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 배기장치 모듈의 조립도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배기장치 모듈의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 배기장치 모듈의 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 배기장치 모듈에 의해 형성되는 기류와 압력분포를 시물레이션한 결과를 보여주는 도해도이다.
도 11은 본 발명의 배기장치 모듈에 의해 형성되는 기류와 유속분포를 시물레이션한 결과에 따른 포집영역을 보여주는 도해도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3을 보면, 본 발명에 따른 배기장치 모듈의 분해 사시도가 나와 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기장치 모듈은, 스월러팬(100), 흡입팬(200), 모터(300)를 포함하며, 흡입팬 케이스(400), 벨마우스(bell-mouth)(500), 배출구(600), 및 조립 부재(700)를 더 포함할 수 있다.
중심부에 관통부(107)를 구비한 환형의 원판위에 복수개의 핀(104)이 형성된 스월러팬(100)과 그 후단(도면상 상단)에 배치되는 흡입팬(200)은 동시에 구동되도록 하나의 모터(300)에 의해 연결 부재로 연결된다. 상기 두 개의 팬은 동축을 유지하며 상기 모터(300)와 연결되어 조립된다. 즉, 모터축(330)을 동축으로 하여 스월러 팬(100)과 흡입팬(200)이 동시에 구동된다.
도 4는 본 발명에 따른 배기장치 모듈을 적용하여 구성한 주방용 레인지 후드의 일 실시예를 보여주는 분해 사시도이다. 레인지 후드는 주방 천정에 설치되는 것이 일반적이므로, 천정에 고정되어야 하는 각종 부재들의 지지체가 되기도 하고 미관을 좋게 하는 후드 바디(710)가 천정에 설치될 수 있다. 후드 바디(710)는 그 중심에 개구부가 형성되며, 후드 바디(710) 전단(도면상 하단)에는 벨마우스(500)와 스월러팬(100)이 배치되고, 후드 바디(710) 후단(도면상 상단)에는 흡입팬(200)이 수용되는 흡입팬 케이스(400) 및 배출구(600)가 배치된다.
또한, 상기 스월러팬(100) 아래쪽에 그리드 형태의 가드(800)를 설치하는 것이 바람직하다.
이때, 바닥면에 개구부(420)를 가지고 내부에 공간부가 형성되는 육면체 형태의 조립 부재(700)가 후드 바디(710)의 후단에 결합될 수 있다. 이 경우, 흡입팬 케이스(400)는 조립 부재(700)의 내부 공간부에 수용되며, 모터(300)와 배출구(600)는 흡입팬 케이스(400)와 연통하도록 조립 부재(700)의 후단에 배치된다.
상기 스월러팬(100)의 일실시예는 도 5에 나타난 바와 같이, 회전판(102)과 회전판(102)의 내주면을 따라 연결로드(106)를 복수개 배치하여 고정하고, 회전판(102) 위에 복수개의 일정 각도의 핀(104)이 직립 형성되며, 상기 환형 회전판(102)의 내주면과 연결로드(106) 사이에 수직으로 관통되어 일정한 높이를 가지며 원형띠 형상으로 형성되는 원형띠부재(108)로 이루어져 있다.
즉, 도 5에 도시된 스월러팬(100)은, 모터(300)의 모터축(330)이 결합되는 중심부(100a)와, 중심부(100a)의 외측을 둘러싸도록 배치되는 원형띠부재(108)와, 중심부(100a)의 외주면으로부터 원형띠부재(108)의 내주면까지 방사상으로 연장 형성되는 복수 개의 연결로드(106)와, 원형띠부재(108)의 외측 둘레를 감싸도록 결합되며 일면에 복수 개의 핀(104)이 돌출 형성되는 회전판(102)을 포함한다.
이때, 연결로드(106)의 일측에 소정 각도로 경사진 보조날개(101)가 형성될 수 있다. 이 보조날개(101)는 회전판(102) 회전시 관통부(107)를 통과하는 흡입유속을 증대시키는 역할을 한다.
상기 스월러팬(100)의 또 다른 실시예는 도 6에 나타낸 바와 같이, 모터축(330)과 연결되는 중심부(100a)에서 연결로드(106)를 복수 개 배치하고, 상기 연결로드(106) 가장자리를 따라 원형띠부재(108)가 형성되고, 상기 원형띠부재(108)의 바깥 면에 복수 개의 핀(104)이 반경 방향으로 직립 고정될 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 스월러팬(100)은, 모터(300)의 모터축(330)과 결합하는 중심부(100a)와, 중심부(100a)에 결합되는 회전판(102)과, 회전판(102)의 외측을 둘러싸도록 배치되며 외주면을 따라 복수 개의 핀이 반경방향 외측으로 돌출 형성되는 원형띠부재(108)와, 회전판(102)의 외주면으로부터 원형띠부재(108)의 내주면까지 방사상으로 연장 형성되는 복수 개의 연결로드(106)를 포함하여 이루어진다.
이때에도 역시, 회전판(102) 회전시 관통부(107)를 통과하는 흡입유속의 증대를 위해, 연결로드(106)의 일측에 소정 각도로 경사진 보조날개(101)가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 연결로드(106)의 단부가 원형띠부재(108)를 관통하여 외측으로 돌출되고, 연결로드(106)의 단부 일측에 핀(104)이 수직하게 형성될 수 있다. 다른 예로서, 핀(104)은 원형띠부재(108)의 외주면에 회전판(102)과 평행하게 돌출되는 수평부재와, 수평부재의 일측에 수직하게 형성되는 수직부재를 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.
상기 스월러팬(100)이 모터(300)에 의해 회전되면, 와류를 형성하게 된다. 이러한 와류는 도 10, 11에 보인 바와 같이 도넛형의 저기압대를 형성하게 된다. 도 10, 11은 일종의 단면도이며, 스월러팬(100)의 구동에 의해 기류는 스월러팬(100)의 외측을 향해 흐르다 되돌아오면서 저기압골을 형성한다. 스월러팬(100)의 외측 주변부에 일종의 도넛형(입체적으로 볼 때)의 저기압대가 형성되는 것이다. 이와 같은 저기압대로 인해 도넛형 와류의 중심부 역시 저기압이 형성되어 상승기류가 나타나게 된다. 그러나 이러한 스월러팬(100)에 의한 중심부의 저기압만으로는 원하는 수준의 기체 흡입 및 배출효과를 얻을 수 없다. 따라서 본 발명에서와 같이 스월러팬(100) 후단에 흡입팬(200)을 추가하여 구동시킴으로써 강력한 상승기류를 만드는 것이다. 흡입팬(200)이 스월러팬(100)과 함께 회전 구동됨에 따라 도넛형의 저기압대는 원운동을 하게 되고, 이로 인한 회오리 기류는 광범위하게 기체를 포집할 수 있게 한다. 회오리 기류의 중심부는 매우 낮은 저기압대로 흡입팬(200)에 의해 상승추진력을 공급받아 기류는 고속으로 상승된다. 이와 같은 메커니즘으로 본 발명의 배기팬은 강력하고 신속한 오염물질 및 냄새의 배출 효과를 나타낼 수 있다.
스월러팬(100)과 흡입팬(200)은 동축으로 조립되고 축상에 하나의 모터(300)가 연결되어 동시 구동되게 한다.
특히, 본 발명자는, 스월러팬(100) 자체만으로는 와류가 도넛형의 저기압대를 좀 더 넓은 면적으로 형성되기 어렵다는 점을 알아내어, 상단부에 개구부가 형성되고 경사면을 가지며 하단부에 수평단이 형성된 벨마우스(bell-mouth)(500)를 설치하였다. 벨마우스(500)는 도 3, 도 4에 표시된 바와 같이, 상단부에 개구부(520)가 형성되고, 상단부의 테두리를 따라 외측 하향으로 경사진 경사면이 형성되며, 경사면의 끝단 즉, 하부에는 수평으로 펼쳐진 수평단(510)을 구비한다. 이때 수평단(510)은 스월러팬(100)의 하단과 동일하거나 더 낮은 위치에 형성되며, 이에 따라 스월러팬(100)은 벨마우스(500)의 내부에 수용된다.
이와 같은 수평단(510)은 도 10의 시뮬레이션에서 알 수 있듯이, 표면에 근접하여 분출된 기류가 그 면에 빨려서 부착하여 흐르는 코안다 효과(Coanda Effect)를 발생시키게 되며, 스월러팬(100)의 구동에 의해 발생 되는 기류는 수평단(510)을 따라 와류를 형성하게 되어 와류띠의 크기를 키워 주고 결과적으로 포집영역을 넓혀 준다.
즉, 벨마우스(bell-mouth)(500)의 경사면과 수평단(510)을 따라 기류가 흐르면서 기류의 이동거리를 확대해 기류가 계속적인 추진력을 얻기보다 되돌아오게 되어 도넛형의 저기압대를 형성하게 된다. 이때, 스월러팬(100)에 의해 벨마우스(500)의 경사면을 타고 흐르는 기류는 수평단(510)을 따라 바깥으로 유도되어 흐르다 되돌아오면서 벨마우스(500)의 하부 외측에 이격하여 도넛형 와류의 저기압대를 형성하게 된다. 이와 같은 벨마우스(bell-mouth)(500)는 경사면과 수평단(510)을 구비하면 되므로 반드시 원뿔대 형상일 필요는 없고 사각뿔대를 비롯한 각뿔대, 타원뿔대 형상으로 구성하고 그 하단부는 수평단(510)을 구비하게 하면 동일한 기능을 나타낼 수 있다. 사각뿔대형의 경우, 좌우방향의 모서리에만 수평단(510)을 구성하여 간소화할 수 있다.
벨마우스(bell-mouth)(500) 중심부도 개구부(520)를 구비하며, 이를 설치함으로써 중심부에서의 상승기류 속도 향상과 포집 범위를 확대하는 결과를 가져온다.
스월러팬(100)과 벨마우스(bell-mouth)(500)의 구성에 따라 도넛형의 저기압대가 형성되면, 이를 회전시켜 회오리 기류를 만들어 그 중심부에서 강력한 상승기류를 만들어줄 구동력을 부여해야 하는데, 이러한 역할을 하는 것이 흡입팬(200)이다. 흡입팬(200)은 기존에 널리 알려져 있는 원심형팬(시로코팬, 터보팬), 또는 축류형팬 등을 적용할 수 있으며, 흡입팬 케이스(400) 또한 종래 알려진 것을 사용한다. 예컨대, 흡입팬은 중심 개구부(220)를 갖는 원통에 다수의 날개(210)를 갖는다.
도 3에 도시된 바와 같이, 흡입팬 케이스(400) 하단부는 흡입팬(200)이 내장되도록 개구되어 있고, 상단부에도 모터(300) 조립을 위한 개구부(420)를 구비하며, 배출구(600)가 조립되는 부분도 개구부를 구비한다. 또한, 중심에 개구부(720)를 갖는 평면형 조립 부재(700)를 흡입팬 케이스(400) 하단부에 배치하여 흡입팬 케이스(400)의 바닥면을 이루게 하며, 흡입팬(200)이 위치한 부분이 개구부(720)에 의해 노출되고 그외 부분은 밀폐하여 기류가 흩어지지 않고 상승되게 한다.
도 3의 배기장치 모듈의 분해 사시도의 구성품들을 조립한 사시도를 도 7에 나타내었다.
이때, 흡입팬 케이스(400)의 후단(도면상 상단) 개구부(420)를 통해 모터(300)가 결합되며, 흡입팬 케이스(400)의 내부에 흡입팬(200)이 수용된다. 흡입팬 케이스(400)의 전단(도면상 하단)에는 조립 부재(700)와 벨마우스(500)가 차례로 결합되며, 모터(300)의 모터축(330)은 흡입팬 케이스(400)의 개구부(420)와 흡입팬(200), 조립부재의 개구부(720)와 벨마우스(500)의 개구부(520)를 차례로 관통하여 스월러팬(100)의 중심부(100a)에 결합된다. 한편, 이때 배출구(600)는 흡입팬 케이스(400)의 일측 즉, 흡입팬(200)의 반경방향 외측을 향해 형성된다.
또한, 도 8에 보인 바와 같이, 중심부에 개구부를 구비한 스월러팬(100)의 후단(도면상 상단)에 설치되는 흡입팬을 축류형 프로펠러팬(250)으로 구성하는 경우, 배기팬 케이스의 배출구(600)는 흡입팬이 배치된 지점과 동일축에 오도록 조립될 수 있다. 배출구(600)의 조립은 도 8의 흡입팬 케이스(450)(하우징이라 부를 수도 있다) 후단(도면상 상단)에서 이루어질 수 있다. 축류형 프로펠러팬(250)의 중심부에도 기류가 소통할 수 있는 개구부가 날개 골격들 사이에 형성된다. 배기팬을 도 8과 같이 구성하는 경우, 구성품이 좀 더 간소화된다는 장점이 있다. 이때, 모터(300)와 축류형 프로펠러팬(250)은 흡입팬 케이스(450) 내부에 수용되며, 벨마우스(500)와 스월러팬(100)은 흡입팬 케이스(450)의 전단(도면상 하단)에 배치된다.
도 9는 본 발명의 또 다른 배기장치 모듈의 구성을 보여주는 분해 사시도이다. 본 발명의 배기장치 모듈을 이동식 집진장치 등에 적용할 경우 집진한 미세먼지 등을 처리하기 위하여 후단에 필터를 설치할 필요가 있다. 이때 필터에 의한 압력손실로 인해 흡입팬(200)의 흡입력이 저하될 수 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 후단의 흡입팬(200)을 보다 강력하게 구동하여야 한다. 이를 위해 전단(도면상 하단)의 스월러팬(100)을 구동하기 위한 모터(300)및 모터하우징(310)과 별도로 후단(도면상 상단)의 흡입팬(200)을 구동하기 위한 모터(900) 및 흡입팬 케이스(400)를 구비하여 배기장치 모듈을 구성할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 배기장치 모듈을 구동하였을 때 기류변화를 시뮬레이션한 것을 보여주는 그림이다. 스월러팬(100)에 의해 벨마우스(bell-mouth)(500)의 벽면을 타고 바깥으로 흐르던 기류는 수평단(510)을 따라 유도되어 흐르다 되돌아오면서 벨마우스(bell-mouth)(500)의 하부 외측에 이격하여 도넛형 와류의 저기압대를 형성한다. 흡입팬(200)에 의해 도넛형 와류의 저기압대는 회오리를 일으키고, 도넛형 와류 중심부의 극저기압대의 상승기류는 흡입팬(200) 구동에 의해 강한 추진력으로 빠르게 상승된다. 또한, 벨마우스(bell-mouth)(500) 구성으로 인해 포집 범위가 확대된다는 것을 알 수 있다.
이와 같이 하여 고효율의 배기팬을 구현할 수 있다.
본 발명의 권리는 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: 스월러팬 100a : 중심부
101: 보조날개 102 : 회전판
104 : 핀 106 : 연결로드
107 : 관통부 108 : 원형띠부재
210: 날개 220, 420, 520, 720: 개구부
200: 흡입팬 250: 축류형 프로펠러팬
300, 900: 모터 310: 모터하우징
330: 모터축 400, 450: 흡입팬 케이스
500: 벨마우스(bell-mouth) 510: 수평단
600: 배출구 700: 조립 부재
710: 후드바디 800: 가드

Claims (4)

  1. 중심부에 관통부를 구비한 환형의 원판위에 복수개의 핀(fin)이 형성된 스월러팬;
    상기 스월러팬 후단에 배치되는 흡입팬;
    상기 스월러팬과 흡입팬을 구동하도록 동축으로 조립되는 모터; 및
    상기 스월러팬을 둘러싸되, 상단부에 개구부가 형성되고 상단부의 테두리를 따라 외측 하향으로 경사진 경사면이 형성되며, 상기 경사면의 끝단인 하단부에는 수평으로 펼쳐진 수평단이 상기 스월러팬의 하단과 동일하거나 더 낮은 위치에 형성되어, 상기 스월러팬을 내부에 수용하는 벨마우스(bell-mouth)를 포함하되,
    상기 스월러팬에 의해 상기 벨마우스의 경사면을 타고 흐르는 기류가 상기 수평단을 따라 바깥으로 유도되어 흐르다 되돌아오면서 상기 벨마우스의 하부 외측에 이격하여 도넛형 와류의 저기압대를 형성하는 것을 특징으로 하는 배기장치 모듈.
  2. 중심부에 관통부를 구비한 환형의 원판위에 복수개의 핀(fin)이 형성된 스월러팬;
    상기 스월러팬 후단에 배치되는 흡입팬; 및
    상기 스월러팬과 흡입팬을 동시에 구동하도록 두 개의 팬에 동축으로 연결되도록 연결 부재에 의해 조립되는 모터;를 포함하되,
    상기 스월러팬은, 상기 모터의 모터축과 결합하는 중심부와, 상기 중심부의 외주면으로부터 방사상으로 연장 형성되는 복수 개의 연결로드와, 상기 연결로드의 일측에 흡입유속 증대를 위해 구비되는 보조날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기장치 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스월러팬은, 상기 중심부의 외측을 둘러싸도록 배치되는 원형띠부재와, 상기 원형띠부재의 외측 둘레를 감싸도록 결합되며 일면에 복수 개의 핀이 돌출 형성되는 회전판을 더 포함하며, 상기 연결로드는 상기 중심부의 외주면으로부터 상기 원형띠부재의 내주면까지 방사상으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 배기장치 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스월러팬은, 상기 중심부에 결합되는 회전판과, 상기 회전판의 외측을 둘러싸도록 배치되며 외주면을 따라 복수 개의 핀이 돌출 형성되는 원형띠부재를 더 포함하며, 상기 연결로드는 상기 회전판의 외주면으로부터 상기 원형띠부재의 내주면까지 방사상으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 배기장치 모듈.
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