KR970009837B1

KR970009837B1 - 변환닥트를 갖는 원심력팬

Info

Publication number: KR970009837B1
Application number: KR1019890015867A
Authority: KR
Inventors: 카플랜 브라디미어; 에치 해리슨 리차드
Original assignee: 볼티모어 에어코일 캄파니; 찰스 이.부톤
Priority date: 1988-11-16
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1997-06-18
Also published as: NO172557C; NO892440D0; DK557689D0; MX164147B; PL282330A1; KR900008181A; NZ229379A; IE892049L; IN172502B; JPH02157498A; PH26088A; AU3719389A; PT91867B; ATE84131T1; IL90335A0; ZA894054B; FI894131A; HK141495A; NO172557B; AU619014B2

Abstract

내용 없음.

Description

변환닥트를 갖는 원심력팬

제1도는 본 발명에 부합되는 팬변환덕트의 사시도.

제2도는 본 발명에 부합되는 팬변환덕트에 연결된 원심력팬의 측면도.

제3도는 본 발명에 부합되는 팬변환덕트에 연결된 원심력팬을 가진 역류냉각탑의 부분적인 횡단면상의 측면도.

제4도는 통상의 일직선상인 직사각형 팬-덕트조립체의 측면도.

제5도는 대칭적으로 확장되는 통상 팬-덕트조립체의 측면도.

제6도는 본 발명에 부합되는 제2의 실시예인 팬변환덕트에 연결된 원심력팬의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 변환덕트(transition duct)

12,14 : 덕트이 상,하단부(top and bottom section)

16,18 : 끝단(측면)부(end(side) section) 20 : 덕트의 입구(inlet)

22 : 턱트의 출구(outlet) 30,32 : 상단모서리(top edge)

34,36 : 하단모서리(bottom edge) 40 : 원심력 핀(centrifugal fan)

50 : 냉각탑(cooling tower) 54 :필시이트(fill sheet)

66 : 챔버(chamber)

본 발명은 팬덕트를 갖는 원심력팬에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에어공급기에 의해서 작동되는 시스템에 장착되는 변환덕트(transition duct)를 갖는 원심력팬에 관한 것이다. 대부분의 원심력팬응용분야에서는 공간의 제한을 받게되며 이 공간의 제한을 고려하여 보다 바람직한 설계가 연구되고 있다.

대부분의 응용분야에서는 팬이 출구변환덕트에 연결되되, 그 총길이 및 설계가 시스템 팬효율의 완전한 달성에 크게 영향을 미칠수 있도록하는 것을 요구하고 있다.

통상적으로, 상기 덕트는 에어흐름방향에 직각인 횡단면상으로 대칭형상 및 상당한 길이를 갖는다.

공기이동과 조화협회(Air Moving Conditioning Association)의 팬응용편란의 22~23페이지에는, 제조업자에 의해서 제공된 등급표에 나타난 최대효율은 비교(변환)덕트가 시스템내에 포함되지 않는다면 달성되지 않으며, 또한, 100%(속도)회복을 위하여(변환) 덕트는 적어도

대응덕트직경(equivalent duct diameter)만큼 확장되어야 한다고 기재되어있다. 직사각형 덕트에 대한 대응덕트직경은 덕트의 높이 a와 폭 w에 의해 결정되는데, 그 값은

와 같다. 상기 편람에 따르면, 대략 4,000 feet/min(1,219 m/min)의 기준에어출구속도에 대하여, 변환덕트길이는 대응덕트직경의 4배로하여야 한다.

팬효율의 손실은 덕트내의 엘보우 또는 유사한 밴드부가 팬출구에 매우 근접하여 있으면 대략 50%정도 될 수 있다. 팬이 냉각탑에 근접-결합된 경우에는 통상적으로 추천되는 변환덕트길이는 어떠한 팬응용분야에서는 심각한 설계상의 문제와 제한을 가져오게된다. 최적의 팬효율을 얻기 위해서는 추천된 변환덕트길이에 대해 공간이 배당되어야 한다.

예를들면, 어떤 냉각탑 응용분야에서는 가능한한 낮고 좁은 냉각탑을 갖는 것이 요망되는 경우도 있다.

원심력팬이 냉각탑에 사용되어 냉각탑내로 에러를 흡입하거나 또는 냉각탑으로부터 에어를 배출하는 경우에는 냉각탑에 여분의 높이와 폭을 할당하여 추천된 변환덕트길이를 수용하는 것이 필요하다. 따라서, 본 발명의 목적은 여분의 덕트길이를 갖지않고 최적의 팬효율을 부여하는 곡선변환덕트(curvilinear transition duct)를 갖는 원심력팬을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른목적은 냉각탑에 원심력팬을 구비한 곡선변환덕트를 사용하여 에어이동시스템(air moving system)의 전체효율을 개선시키고자하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 냉각탑을 가로질러 에어분배를 개선시키고자 하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 대칭덕트에서 전형적으로 나타나는 컷-오프(cut-off)부에서의 심한 난류현상(turbulence)을 제거하는 신규한 변환덕트를 제공하고 그리고 팬하우징의 나선형챔버의 확장부내에 완만한 연속부를 제공하므로서 높은 속도압회복(velocity pressure recovery)정도에 영향을 주고자하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적은 비대칭구조의 변환덕트를 형성하여 상기 덕트의 상단패널(판)(부)을 팬의 컷-오프부(부재)에 연결하므로서 달성된다.

본 발명의 변환덕트를 갖는 원심력팬은 변환덕트가 4개의 측면을 갖는 덕트인데, 상단부 또는 판은 위에서 볼때 오목한 형상을 갖고 있다. 2개의 측면부는 상단 및 하단부와 결합되어 덕트를 형성하게 된다.

에어흐름방향에서 보아 덕트의 총 세로길이는 대응덕트직경보다 더 짧다. 이것은 당해기술분야에서 제시된 것과는 매우 상이한 것이다. 덕트길이의 감소로 인한 공간의 절감(saving)은 그 내부에서 본 발명의 덕트가 사용되는 가열 및 냉각시스템 또는 냉각탑을 설계함에 있어 그 크기의 현저한 감소를 가져오게 된다. 상기와 같은 공간의 절감은 축소된 총 높이와 폭이 요구되는 냉각탑에서 특히 바람직하다.

본 발명의 원심력팬(centrifugal fan)은 덕트와 함께 사용되는 경우, 팬은 수평배출부에서 덕트에 고정될수 있고, 이로인하여 덕트로부터의 배출은, 덕트입구와 유출표면사이의 각이 예각이므로, 약간 위로 향하게 될 것이다.

또한, 팬은 덕트로부터의 배출공기방향이 수평하게 될수 있도록, 수평으로 부터 하방으로 배출되도록 회전가능하게 고정될 수 있다. 이러한 장치는 냉각탑응용에 있어 바람직하다.

이하, 본 발명을 도면에 의해 상세히 설명한다.

제1도에는 본 발명의 원심력팬에 갖춰진 곡선변환덕트가 부호 10으로 나타나 있다. 상기 덕트(10)은 얇은금속으로 이루어지며 부식저항을 부여하기위하여 전기도금되는 것이 보통이다. 덕트(10)의 상단부(12)는 오목한(덕트(10)위에서 볼때) 금속부를 포함하고 있다. 상단부(12)는 에어이동방향과 일치하도록 한정되는 세로덕트중심축을 따라 오목하게 된다. 덕트(10)위에서 볼때 세로덕트중심축을 따라 일직선 또는 오목하게 할수 있다.

끝단(측면)부는(16,18)는 보통 동일한 금속부이며, 덕트가 측면으로 확장하는 경우에는 다소 곡선화될 수 있다. 끝단부(16,180는 상단부(12)의 각각의 측면모서리와 연결되는 상단모서리(30,32)를 각각 구비하고 있다.

따라서, 끝단부(16,18)의 상단모서리(30,32)는 상단부(12)의 곡률에 상응하는 오목모양(덕트(10)위쪽에서 볼 때)으로 곡선화된다.

또한, 끝단부(16,18)는 하단부(14)의 각각의 측면모서리에 연결되는 하단모서리(34,36)을 각각 구비하고 있다. 따라서, 끝단부(16,18)의 하단모서리(34,36)는 하단부(14)가 곡선화 될 수 있는 경우에 상응하는 오목모양(덕트(10)위쪽에서 볼때)으로 곡선화 될 수 있다.

상기 상단과 끝단부는 완만하게 곡선화된 것으로 나타나 있지만 하단부는 직선 또는 곡선화 될 수 있다.

그러나, 총변환덕트가 점점 벌어지도록 플레어화(flare)되는 한, 하단부(14)는 하나 또는 다수의 편평한 증대부(14A)를 포함할 수 있고, 그리고 상단부(12)는 다수의 편평한 증대부(12A)를 포함할 수 있다.

이것은 출구(22)의 높이가 입구(20)의 높이보다 항상 더 높게되도록 보장해준다.

에어입구(20)는 덕트(10)의 한쪽의 세로측면에서 상단부(12), 측면부(16), 하단부(14) 및 측면부(18)의 4개의 모서리에 의해 형성된다. 통상, 에어출구(22)는 덕트(10)의 다른 세로측면에서 상단부(12), 측면부(16), 하단부(14) 및 측면부(18)의 4개의 모서리에 의해서 형성된다. 출구(22)의 총높이는 입구(20)의 높이보다 항상 크게된다. 따라서, 출구(22)에서 끝단부(16,18)의 높이는 입구(20)에서 그것들의 높이보다 더 높게 된다.

또한, 출구(22)의 총폭이 입구(20)의 폭보다 더 넓게되도록 끝단부(16,18)는 출구(22)를 향해 외부 및 측면상으로 곡선화되는 것이 바람직하다.

하단부(14)는 상단부(12)보다 큰 세로길이를 갖는다. 입구(20)와 출구(22)의 모서리와 접하는 가상평면은 덕트(10)위로 확장될때 본 발명에 따라 1°~60°, 바람직하게는 1°~45°사이의 각 A를 형성한다.

제2도에 나타난 바와같이, 원심력 팬(40)은 덕트의 상단부(12)의 연장부(31)가 팬의 측면, 하단 및 컷-오프부사이로 한정되는 송풍지역에서 팬의 컷-오프부(48)와 결합되도록 덕트(10)의 입구(20)에 연결된다. 이러한 구조는 컷-오프부(48)의 하류부에서 확장을 강조하므로서 속도 압력회복을 촉진시킨다. 덕트(10)의 수직확장윤곽은 팬출구(42)와 덕트사이에서 에어흐름이 급격히 확장하는 통상의 긴덕트에서 나타나는 에러분리 현상을 제기한다. 팬(40)은 덕트(10)의 출구(22)가 수직으로 되도록 수직으로부터 각 A만큼 경사져있다.

또한, 출구(22)는 냉각탑과같은 시스템(46)에 연결된다.

본 발명의 다른실시예에서는 팬출구(42)가 수직면이거나 또는 덕트입구(20)와 결합하도록 팬(40)이 베이스(base)에서 수평으로 될 수 있다. 이러한 팬방향은 설계상의 선택요건이 된다.

완전한 수직, 완전한 수평 또는 설계와 설비요건에 의해 예측되는 어떠한 설계방향이든지 덕트(10)가 수직하게 수용할수 있음을 알수 있다. 제3도에 나타난 바와같이, 원심력팬(40)은 덕트(10)에 연결되고, 덕트(10)의 출구(22)는 역류냉각탑(50)의 입구(52)에 연결된다. 냉각탑(50)은 헤더도관(50)내로 운반되어 헤어도관(56)내의 노즐(58)에 의해 아래로 향해 분사되는, 액체를 냉각하도록 작동된다. 액에 분사부가 나란하게 일정간격을 갖고 배열되는 필시이트(fill sheet)(54)와 접촉하므로 액체는 필시이트(54)와 접촉하고 그 위에서 아래로 흐르게 된다.

제시된 변환덕트를 관통한 에어는 덕트의 상단패널(부)의 오목한 형상에 기인하여 스트립라인에서 수직성분을 얻게 된다. 이러한 방향은 필표면부(70)를 가로지르는 에어분배에 매우 유익하게 된다. 게다가, 상기 표면부(70)와 수레벨(62)사이의 공간에서의 에어확장뿐만아니라 필시이트사이의 에어확장은 속도압력회복을 더욱 촉진하게 된다. 따라서, 전체에어이동시스템은 보다 효율적이 된다. 에으는 상부방향으로 필시이트(54)사이를 지나서 외부상단통풍공을 통해 배출된다.

통풍공 또는 배제기(60)는 보통 근접한공간을 갖고 배열된 날개들로 이루어져 에어에 의해서 상방을 향해 뿌려지는 다량의 공수(air-borne) 액체방울을 수집하고 그리고 액체방울을 아래로 향해 필시이트(54)상에 떨어지도록하는 힘을 부여하게 된다. 액체는 필시이트(54)를 따라 하방으로 이동하여 저장조(68) 내의 작동레벨(62)로 떨어질때 냉각된다. 액체는 저장조(68)로부터 제거되고 열을 흡수하기위하여 냉각장치에 사용된다.

가열된 액체는 헤더도관(56)으로 다시 복귀되고, 복귀된 액체는 노즐(58)을 통해 배출되어 상기한 액체냉각작용을 시작하게 된다. 시스템이 여러가지 이유로 인하여 정지할때 액체분사는 정지되고 거의 모든액체는 정지레벨(64)로 저장조(68)에 저장된다. 이 정지액체레벨(64)은 작동레벨(62)보다 더 높다는 것을 알수 있다. 팬(40)은 곡선변환덕트(10)을 통해 냉각탑(50)에 연결되므로 챔버(66)의 입구통로(52)의 상부와 외부를 향해 지지되어있다. 따라서, 팬(40)이 최고정지레벨(64)위에 위치되므로 액체가 결코 팬휘일(41)과 접촉되지 않도록 보증해 준다. 게다가, 실질적인 공간절감은 적어도 2.5×대응덕트 직경과 동일한 길이의 덕트와 맞서는 변환덕트(10)의 사용에 의해서 얻어진다. 더욱이, 챔버(66)내로 그리고 필시이트(54)를 통과하는 에어흐름의 최대효율을 획득하기위하여 출구(22)가 챔버(66)에 대한 입구(52)의 높이 및 폭과 근본적으로 일치하도록 곡선변환덕트가 크기화되는 것이 바람직하다.

제4도 및 제5도에는 통상의 팬-덕트조립체가 도시되어 있는데, 제4도에서의 덕트는 직사각형덕트로서 부호 71로 나타나 있으며, 팬(72)을 구비하고 있다.

제5도에는 대칭형확장덕트가 도시되어 있는데 여기서, 덕트는 부호 80으로 표시되어 있고 팬(82)을 포함한다. 공기이동산업에 있어서의 공지접근방법은, 제4도 및 제5도와 상기산 공기이동 및 조화협회의 팬응용 편람에 나타난 바와같이, 배출덕트를 출구부에 연결하는 것이다. 이러한 배출덕트는 제4도 및 제5도에 나타난바와같이 상단과 하단패널에서 확장부 ET 및 EB의 동일한 각을 갖게되며, 제4도의 직사각형덕트(71)에 대해서는 AT=AB=0이고 제5도의 대칭 확장덕트(80)에 대해서는 ｜+ET｜=｜-EB｜이다. 이러한 구조에 있어서, 송풍부를 떠나는 에어의 수직비대칭속도형태는 덕트의 높이를 따라 균일하게 취급되므로 컷-오프부에서의 속도압력회복효과를 감소시키게 된다. 게다가, 송풍부와 출구부사이에서의 갑작스런 에어확장은 컷-오프부의 하류에서의 난류현상에 기인하여 팬-덕트시스템내의 현저한 압력손실을 일으키게 된다.

본 발명의 비대칭덕트는 대칭형인 긴 덕트에서 나타나는 흐름분리 및 난류현상을 제거하므로서, 송풍부를 떠나는 에어흐름의 완만하고 정적인 확장을 위한 수단을 제공한다.

변환덕트가 제4도의 출구부(42)에 부착되어 있는 통상의 팬-덕트조립체에 반하여, 본 발명의 비대칭덕트는 송풍부의 컷-오프부에서 팬하우징(40)과 연결된 다음 폭방향으로는 대칭적으로 확장되지만 높이방향으로는 비대칭적으로 확장된다.(제2도 참조)

높이방향의 팽창정도는 제2도에 나타난 바와같이, 상단패널(12) 각 DT 및 하단패널 각 DB에 의하여 기술될 수 있다. DT 및 DB는 만약 팬하우징소용돌이 발생방향과 일치한다면 양(positive)의 값으로, 그렇지않고 반대방향이라면 음의 값으로 정의된다. 이론상으로는 이들 각이 서로 반대부호를 갖는다 할지라도, 실제상으로는 이러한 상태는 덕트(10)의 중앙부둘레에 스트립분리현상을 가져오게되고 다음에는 팬효율을 감소시키게 된다.

따라서, DT 와 DB는 동일하게 양의 방향으로 갖는 것이 바람직하다. 또한, 각도 DB는 직선상의 하단판에 대해 0(zero)일 수도 있다. 실질적인 덕트(10)의 확장은 상단(12) 및 하단(14)패널편차(확장부=f(Y₂-Y₁))와 출구(22)의 폭이 입구(20)의 폭보다 크게 될수 있다는 사실에 의해서 발생되는 폭-넓이 팽창에 의해서 형성되는 결합효과로부터 이루어진다.

공지기술로는 각이 동일하고 반대방향인 구조가 제시되어 있는 반면에, 보다 짧은 비대칭덕트(10)는 상단각이 하단각보다 크게 된다는 것을 함축하고 있다. 제안된 상단덕트 각 DT는 5°~64°사이의 값을, 그리고 보다 긴 덕트각 DB는 3°~32°사이의 값을 가져야 하며, 각각 10°~47°및 5°~19°의 곡선병형스펙트럼을 갖는 것이 바람직하다. 비대칭덕트기하학에 있어서 가중 중요한 고려사항은 구성요소인 상당 패널의 곡률이다. 왜냐하면, 이러한 구조는 송풍부로부터 팬에 의해서 작동되는 덕트 또는 장치로의 에어흐름을 완만하고 비-방해확장으로 제공하기 때문이다. 비대칭덕트는 고정각 A가 응용분야에 따라 변화될 수 있기 때문에 팬설치에 있어서 폭 넓은 다양성을 제공하게 된다. 보통으로 요구되는 각 A의 범위는 전형적인 공기-이동팬응용분야에 대해서는 1°~60°이며, 반면에, 냉각탑등의 경우에 있어서는 바람직한 스펙트럼은 5°~45°이다.

제6도에서 부호 90으로 도시된 다른 실시예의 덕트개념은 입구면(92)과 출구(96)사이에서 0(zero)도의 각도를 갖는다. 또한, 출구(96)높이가 상단판(98)의 곡률에 기인하여 입구(92)높이보다 항상 높다할지라도 하단판(94)은 직선상이 된다.

Claims

측면, 하단 및 상단컷오프부를 갖는 일반적인 직사각형팬출구(42)를 구비한 일반적인 직사각형보디를 포함하여 변환덕트(10)에 결합되고, 상기 변환덕트(10)가, 하단(판)부(14), 상기 하단(판)부(14)의 측면모서리로부터 상부방향으로 확장하여 측면모서리에 결합되는 2개의 측면(판)부(16)(18) 및 변환덕트(10)의 세로 방향을 따라 모양화되는 일반적인 오목부 및 상기 측면(판)부(16)(18)의 상단모서리에 결합되는 측면모서리를 구비한 상단(판)부(12)를 포함하되, 상기 하단부(14), 측면부(16)(18) 및 상단부(12)가 상기 변환덕트(10)의 한쪽 세로측면에서는 일반적인 직사각형 에어입구(20)통로를 그리고 상기 변환덕트(16)의 다른쪽 세로측면에서는 일반적인 직사각형 에어입구(20)통로를 그리고 상기 변환덕트(16)의 다른쪽 세로측면에서는 일반적인 직사각형에어출구(22)통로를 한정하고, 상기 하단(판)부(14)가 상기 상단(판)부(12)보다 긴 세로길이를 갖게되어 상기 입구(20)통로의 모서리와 접촉하는 제1평면이 1°~60°의 각도(A)로 상기 출구(22)통로의 모서리와 일치하는 제2평면과 교차되고, 그리고, 상기 팬출구(42)가 팬의 측면 및 하단부와, 상기 변환덕트(10)의 입구(14)통로의 상단판에 결합된, 팬출구(42)의 상단컷-오프부(48)사이로 한정되는 개방부를 갖도록 구성되는 변환닥트를 갖는 원심력 팬(centrifugal fan).
제1항에 있어서, 상기 에어 입구(20)통로의 높이가 에어 출구(22)통로의 높이보다 낮도록 측면모서리가 경사진 상단모서리를 갖는 변환닥트를 갖는 원심력 팬.
제1항에 있어서, 상기 하단(판)부(14)가 다수의 편평한 증대부(incremental section)(14A)를 형성하므로서 곡선화되는 변환닥트를 갖는 원심력 팬.
제1항에 있어서, 상기 상단(판)부(12)의 곡률반경이 상기 하단(판)부(14)의 곡률반경보다 작도록 구성되는 변환닥트를 갖는 원심력 팬.
제1항에 있어서, 상기 에어 출구(22)통로의 폭이 에어 입구(20)통로의 폭보다 넓게 되도록 측면 모서리가 변환덕트의 세로방향을 따라 오목화되는 변환닥트를 갖는 원심력 팬.