KR100821295B1 - 와류형 국소배기 시스템 - Google Patents

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KR100821295B1
KR100821295B1 KR1020070038831A KR20070038831A KR100821295B1 KR 100821295 B1 KR100821295 B1 KR 100821295B1 KR 1020070038831 A KR1020070038831 A KR 1020070038831A KR 20070038831 A KR20070038831 A KR 20070038831A KR 100821295 B1 KR100821295 B1 KR 100821295B1
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vortex
swirler
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이진원
이수갑
임영복
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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 와류(渦流)를 형성시켜서 배기영역 내의 오염된 공기를 흡입하는 와류형 국소배기장치들을 다수 개 구비한 와류형 국소배기 시스템에 관한 것이다. 즉, 본 발명의 와류형 국소배기 시스템은 와류를 형성시키는 와류형 국소배기장치들을 구비함으로써, 종래기술에 비해 보다 확대된 배기영역 내의 오염된 공기를 흡입 배출할 수 있다. 더욱이 본 발명은 와류형 국소배기장치들이 설치되는 장소 및 주위 조건에 따라 와류형 국소배기장치들의 배열 형태를 달리 설치함으로써 와류 주변의 오염된 공기가 더 멀리 확산되지 않도록 방지할 수 있는 장점이 있다.
국소배기장치, 와류, 스월러(swirler), 날개(fin), 배기

Description

와류형 국소배기 시스템{Local Ventilation System for Variable Swirl}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 와류형 국소배기 시스템을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 와류형 국소배기장치의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 와류형 국소배기장치의 내부를 절단하여 정면에서 바라본 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 와류형 국소배기장치로서, 날개가 회전판의 반경방향 바깥쪽 가장자리로부터 더 돌출될 수 있음을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 와류형 국소배기장치의 내부를 절단하여 정면에서 바라본 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 와류형 국소배기장치로서, 날개가 회전판의 일면에 경사지게 형성될 수 있음을 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 와류형 국소배기장치를 정면에서 바라본 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 와류형 국소배기 시스템의 평면도로서, 인접하는 한 쌍의 스월러들이 동일한 방향으로 회전하는 경우에 유발되는 와류 유동장을 나타낸 것이다.
도 9는 도 1에 도시된 와류형 국소배기 시스템의 평면도로서, 인접하는 한 쌍의 스월러들이 상호 다른 방향으로 회전하는 경우에 유발되는 와류 유동장을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 와류형 국소배기 시스템을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 와류형 국소배기장치 110, 210 : 배기관
120, 220 : 회전판 130, 230 : 날개
150, 250 : 구동부
본 발명은 오염된 공기를 외부로 흡입 배출시키는 국소배기(局所排氣) 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 와류(渦流)를 형성시켜서 배기영역 내의 오염된 공기를 흡입하는 와류형 국소배기장치들을 다수 개 구비한 와류형 국소배기 시스템에 관한 것이다.
국소배기 시스템은 다수 개의 국소배기장치들을 배열하여 설치한 집합체를 지칭한다. 국소배기 시스템은 일반적으로 오염물질이 많이 발생하는 공장 내부나 가정, 음식점 등에서 사용된다. 특히 국소배기 시스템은 배기구로부터 떨어진 바닥면에서 부분적인 오염원이 발생하거나, 다른 설치물에 의해 배기구를 오염원 근처에 설치하기 어렵거나, 순간적으로 오염원이 발생하는 경우에 유용하게 사용된 다.
먼저, 국소배기장치에 대해 살펴보면, 국소배기장치는 스월러(swirler)를 구비하는데, 이런 스월러는 배기관의 흡입구에 설치되는 회전판, 및 회전판의 바깥쪽 가장자리에 세워져 고정되는 다수 개의 날개(fin)를 구비한다. 이런 국소배기장치는 스월러를 회전시킴으로써 스월러의 내측의 공기를 바깥쪽 방향으로 밀어내고, 배기관의 흡입력으로 스월러의 내측으로 오염된 공기 뿐만 아니라 그 주위의 공기도 흡입한다. 이와 같은 공기의 흐름에 의해서 국소배기장치는 배기관 주위에 도너츠(donuts) 형상과 같이 와류를 형성시켜서, 배기영역을 확대한다. 이렇게 국소배기장치는 와류에 의해 영향을 받는 배기영역 내에서 오염된 공기를 매우 효과적으로 흡입한다.
상기 설명한 바와 같이 와류는 스월러의 내측의 공기를 바깥쪽 방향으로 밀어 내고서, 이를 다시 스월러의 내측으로 흡입하는 유동 흐름을 갖는다. 이와 같은 와류 유동에 의해서 종래기술의 와류형 국소배기장치는 와류 주변에 위치하는 오염된 공기를 더 멀리 확산시키는 문제점이 있다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 와류를 형성시켜서 배기영역 내의 오염된 공기를 흡입하는 와류형 국소배기장치들을 다수 개 구비하면서도, 와류 주변의 오염된 공기가 더 멀리 확산되지 않도록 와류형 국소배기장치들의 배열 형태를 개선한 와류형 국소배기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 와류형 국소배기 시스템은 배기관의 흡입구에 설치되어 외부의 동력 공급에 따라 상기 배기관을 중심으로 회전하는 스월러(swirler), 및 상기 배기관에 설치되어 상기 스월러를 회전시키는 구동부를 포함하는 와류형 국소배기장치를 적어도 두 개 이상 구비한다. 그리고, 상기 각각의 와류형 국소배기장치들은 상기 스월러의 회전에 따라 상기 스월러의 일측에 와류를 발생시키고, 상기 인접하는 한 쌍의 와류형 국소배기장치들은 각각의 상기 와류의 영역이 중복되게 상호 이격되게 배열된다. 이때, 상기 각각의 와류형 국소배기장치들은 상기 스월러가 각각 동일한 방향을 향하도록 배열되거나, 상기 스월러가 상호 대향하게 배치된다.
상기 인접하는 한 쌍의 와류형 국소배기장치들은 각각의 상기 스월러들을 동일한 속도로 회전시킨다.
상기 스월러는 상기 배기관의 흡입구에 설치되는 회전판, 및 상기 회전판의 반경방향 바깥쪽 가장자리를 따라 다수 개가 배치되면서 상기 회전판의 일면에 반경방향 바깥쪽을 향하여 세워져 고정되는 날개(fin)를 포함한다.
상기 날개는 상기 회전판의 바깥쪽 가장자리로부터 돌출되게 위치하고, 상기 회전판의 일면과 설정된 각도로 기울어지게 형성된다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 와류형 국소배기 시스템을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 와류형 국소배기 시스템은 와류를 형성시켜서 종래기술에 비해 배기영역 내의 오염된 공기를 보다 많이 흡입하는 와류형 국소배기장치들을 구비한다. 특히, 와류형 국소배기 시스템은 다수 개의 와류형 국소배기장치들 중에서 인접하는 한 쌍의 와류형 국소배기장치(100, 200)들이 각각의 와류영역이 중복되게 상호 이격되는 특징이 있다. 그러면, 와류형 국소배기 시스템은 와류 유동에 의해 주변으로 오염된 공기가 멀리 확산되지 않고, 중복되는 와류영역이 하나의 와류 유동장으로 형성되면서 와류 유동장 내의 오염된 공기를 보다 확실하게 배기관(110, 210) 내로 흡입 배출할 수 있다.
먼저, 각각의 와류형 국소배기장치(100, 200)의 구성에 대해 도 2 및 도 3을 참조하면서 살펴보겠다.
배기관(110, 210)은 오염된 공기를 외부로 방출시키기 위한 관로로서, 일반적으로 알려진 플렉서블 관 또는 금속 관과 같은 어떠한 형태의 관로가 사용되어도 무방하다. 이때, 와류형 국소배기장치(100, 200)는 자연 부압(負壓)에 의해 배기관(110, 210) 내로 오염된 공기를 흡입하거나, 구동모터 팬의 작동으로 강제 흡입할 수도 있다.
스월러(swirler)는 배기관(110, 210)의 흡입구에 설치되어, 구동부(150, 250)로부터 공급되는 동력에 의해 배기관(110, 210)을 중심으로 회전한다. 이런 스월러는 배기관(110, 210)의 흡입구에 설치되는 회전판(120, 220)과, 회전판(120, 220)의 반경방향 바깥쪽 가장자리에 부착되는 다수 개의 날개(130, 230)들을 포함한다.
회전판(120, 220)은 배기관(110, 210)의 흡입구 선단에 설치된 베어링 또는 별도의 구동장치를 매개로 하여 회전한다. 회전판(120, 220)은 환형 원판으로서, 배기관(110, 210)의 내부 직경에 대응하는 관통 구멍이 형성되고, 배기관(110, 210)의 축중심과 동일한 회전축을 갖는다.
날개(130, 230)는 회전판(120, 220)의 반경방향 바깥쪽 가장자리를 따라 다수 개가 배치되는데, 회전판(120, 220)의 일면에 반경방향 바깥쪽을 향하여 세워져 고정된다. 다수 개의 날개(130, 230)들은 방사(放射) 형상으로 각각 동일 간격으로 배치된다. 그리고, 날개(130, 230)가 회전판(120, 220)의 일 측면에 위치한다면, 배기관(110, 210)은 회전판(120, 220)의 타 측면에 위치한다.
구동부(150, 250)는 배기관(110, 210)의 중심 선상에 위치하는 모터, 배기관(110, 210)의 내부에서 모터를 지지하는 모터 지지부재, 모터로부터 인출되는 모터축, 및 모터축과 회전판(120, 220)을 상호 연결하는 연결부재(154, 254)를 포함한다. 이와 같은 구성으로 인해 구동부(150, 250)는 모터의 작동에 따라 스월러를 회전시킬 수 있다.
다만, 본 실시예는 구동부(150, 250)를 예시적으로 도시하고 설명하였을 뿐이며, 스월러를 회전시키는 동력을 제공할 수 있다면 그 어떠한 구조도 가능하며, 그 설치 위치도 한정하지 않는다. 즉, 구동부(150, 250)는 브라켓과 같은 수단에 의해서 배기관(110, 210)의 내면 또는 외면에 설치되어, 벨트 연결 또는 기어 결합 방식으로 스월러를 연동시킬 수 있다(도면에 도시되지 않음).
이와 같은 구성에 의해 와류형 국소배기장치(100, 200)들은 구동부(150, 250)의 작동에 따라 회전판(120, 220)을 회전시키고, 회전판(120, 220)의 일 측에 와류를 발생시킨다. 즉, 회전판(120, 220)이 회전하면, 날개(130, 230)는 회전판(120, 220)의 내측의 공기를 회전판(120, 220)의 반경방향 바깥쪽으로 밀어낸다. 그리고, 배기관(110, 210) 내로 오염된 공기가 흡입되면, 흡입되는 오염된 공기 뿐만 아니라 그 주위의 공기도 배기관(110, 210) 내부 및 회전판(120, 220)의 내측으로 들어오려 한다. 이와 같은 공기의 흐름에 의해서 회전판(120, 220)의 일 측에는 와류가 각각 형성된다.
그리고, 본 실시예는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 날개(130, 230)가 회전판(120, 220)의 바깥쪽 가장자리로부터 더 돌출되게 위치하여, 돌출 영역이 존재하도록 형성될 수도 있다. 이와 같이 본 실시예는 날개(130, 230)가 회전판(120, 220)의 반경방향 바깥쪽 가장자리로부터 돌출됨으로써, 회전판(120, 220)의 상부에 위치하는 공기를 하부로 유입시킨다. 그러면, 회전판(120, 220)의 반경방향 바깥쪽으로 유동하는 공기는 회전판(120, 220)의 상부로부터 유입되는 공기와 합쳐지면서, 회전판(120, 220)의 하부 방향으로 보다 먼 거리까지 유동할 수 있다. 즉, 와류의 크기는 도 2 및 도 3에 도시된 와류형 국소배기장치에 비해 더 크게 형성되어, 배기관(110, 210)으로부터 보다 멀리 떨어진 오염된 공기도 보다 용이하게 배기관(110, 210) 내로 흡입된다.
본 실시예는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 날개(130, 230)가 회전 판(120, 220)의 반경방향 바깥쪽을 향하여 세워져 고정되면서도, 회전판(120, 220)의 일면과 설정된 각도로 기울어지게 형성될 수 있다. 이와 같이 본 실시예는 와류를 형성시키는 날개(130, 230)가 회전판(120, 220)에 대하여 경사지게 형성됨으로써, 소음 발생 또는 동력 소모를 감소시키거나 아니면 배기영역을 보다 넓게 확대하여 오염된 공기를 보다 많이 흡입 배출할 수 있다.
와류형 국소배기 시스템은 다수 개의 와류형 국소배기장치들을 구비하고 있으나, 그 배열관계를 예시적으로 설명하기 위해서 인접하는 한 쌍의 와류형 국소배기장치(100, 200)들에 대해 도 8를 참고하여 설명하겠다.
도 8은 도 1에 도시된 와류형 국소배기 시스템의 평면도로서, 인접하는 한 쌍의 스월러들이 동일한 방향으로 회전하는 경우에 유발되는 와류 유동장을 나타낸 것이다.
도 1 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 와류형 국소배기장치(100)는 제1 회전판(120)이 회전함에 따라 제1 와류영역이 형성되고, 배기관(110)의 흡입력이 작용하면서 제1 배기영역까지 배기관(110) 내로 오염된 공기를 흡입하게 된다. 제2 와류형 국소배기장치(200)도 제1 와류형 국소배기장치(100)와 동일한 구성이므로, 각 구성요소의 작동에 의해 제2 와류영역 및 제2 배기영역을 형성시킨다.
그리고, 제1 와류형 국소배기장치(100) 및 제2 와류형 국소배기장치(200)는 제1 회전판(120)의 일면과 제2 회전판(220)의 일면이 각각 동일한 방향을 향하도록 배열되면서, 제1 와류영역과 제2 와류영역이 중복되게 상호 이격된다. 이때, 제1 와류형 국소배기장치(100) 및 제2 와류형 국소배기장치(200)는 제1 회전판(120)과 제2 회전판(220)이 동일한 속도로 회전하여, 제1 와류영역과 제2 와류영역이 동일한 크기로 형성된다. 그리고, 제1 와류형 국소배기장치(100) 및 제2 와류형 국소배기장치(200)는 상호 근접한 지점으로부터 제1 와류영역의 반경과 제2 와류영역의 반경이 상호 절반씩 중복되게 위치하는 것이 바람직하다.
다만, 도 8에서 제1 와류형 국소배기장치(100)의 제1 회전판(120)이 시계방향으로 회전한다면, 제2 와류형 국소배기장치(200)의 제2 회전판(220)은 제1 회전판(120)과 동일하게 시계방향으로 회전하도록 설정된다. 그러면, 제1 와류영역과 제2 와류영역이 중복되는 지점에서는 와류 유동장의 진행방향이 달라서, 와류가 상호 간섭에 의해 상쇄된다. 이로 인해, 제1 배기영역과 제2 배기영역은 하나의 커다란 배기영역으로 변환된다. 제1 와류형 국소배기장치(100)에서 발생되는 와류는 제2 배기영역 내의 오염물질을 외부로 확산시키지 않으며, 제2 와류형 국소배기장치(200)에서 발생되는 와류도 제1 배기영역 내의 오염물질을 외부로 확산시키지 않는다. 즉, 제1 배기영역과 제2 배기영역에서 발생하는 오염물질은 보다 확실하게 배기관(110, 210) 내로 흡입 배기될 수 있다.
도 9는 도 1에 도시된 와류형 국소배기 시스템의 평면도로서, 인접하는 한 쌍의 스월러들이 상호 다른 방향으로 회전하는 경우에 유발되는 와류 유동장을 나타낸 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 와류형 국소배기장치(100)와 제2 와류형 국소배기장치(200)는 도 8과 달리 제1 회전판(120)과 제2 회전판(220)의 각 회전방향이 상호 다르게 설정된다. 제1 와류형 국소배기장치(100)의 제1 회전판(120)이 반시 계방향으로 회전한다면, 제2 와류형 국소배기장치(200)의 제2 회전판(220)은 시계방향으로 회전한다. 그러면, 제1 와류영역과 제2 와류영역이 중복되는 지점에서는 와류 유동장이 상호 동일한 방향으로 진행되면서, 도 8의 경계선(C)을 따라 매우 강한 와류유동 경계가 형성된다. 제1 배기영역과 제2 배기영역 내의 각 오염물질은 상호 이동되지 않게 완벽히 차단되어, 오염물질 확산이 방지된다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 와류형 국소배기 시스템을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 와류형 국소배기 시스템은 제1 실시예와 비교하여 이와 동일한 구성의 와류형 국소배기장치(100, 200)를 구비하지만 그 배열에 있어 다른 특징이 있다.
즉, 와류형 국소배기 시스템은 도 2, 도 4, 도 6에서와 같은 구성요소를 갖는 와류형 국소배기장치(100, 200)들을 구비하지만, 인접하는 한 쌍의 와류형 국소배기장치들(100, 200)은 제1 회전판(120)의 일면과 제2 회전판(220)의 일면이 상호 대향하게 배치된다. 이때, 제1 와류형 국소배기장치(100)는 제1 회전판(120)이 회전함에 따라 제1 와류영역을 형성시키고, 제2 와류형 국소배기장치(200)도 제2 회전판(220)이 회전함에 따라 제2 와류영역을 형성시킨다. 그리고, 제1 와류형 국소배기장치(100) 및 제2 와류형 국소배기장치(200)는 제1 와류영역과 제2 와류영역이 중복되게 상호 이격되는데, 제1 회전판(120)과 제2 회전판(220)이 동일한 속도로 회전하여 제1 와류영역과 제2 와류영역이 동일한 크기로 형성된다.
이로 인해, 제2 실시예의 와류형 국소배기 시스템은 제1 와류영역과 제2 와 류영역에 의해 밀폐되는 공간이 배기영역이 되어, 배기영역 내의 오염된 공기를 보다 확실하게 배기관(110, 210) 내로 흡입 배출할 수 있다.
즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이 당연하다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 와류형 국소배기 시스템은 와류를 형성시키는 와류형 국소배기장치들을 구비함으로써, 종래기술에 비해 보다 확대된 배기영역 내의 오염된 공기를 흡입 배출할 수 있다. 더욱이 본 발명은 와류형 국소배기장치들이 설치되는 장소 및 주위 조건에 따라 와류형 국소배기장치들의 배열 형태를 달리 설치함으로써 와류 주변의 오염된 공기가 더 멀리 확산되지 않도록 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims (10)

  1. 배기관의 흡입구에 설치되어, 외부의 동력 공급에 따라 상기 배기관을 중심으로 회전하는 스월러(swirler); 및 상기 배기관에 설치되어, 상기 스월러를 회전시키는 구동부;를 포함하는 와류형 국소배기장치를 적어도 두 개 이상 구비하며,
    상기 각각의 와류형 국소배기장치들은 상기 스월러의 회전에 따라 상기 스월러의 일측에 와류를 발생시키고, 상기 스월러가 각각 동일한 방향을 향하도록 배열되며,
    상기 인접하는 한 쌍의 와류형 국소배기장치들은 각각의 상기 와류의 영역이 중복되게 상호 이격되게 배열되는
    와류형 국소배기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인접하는 한 쌍의 와류형 국소배기장치들은 각각의 상기 스월러들을 동일한 속도로 회전시키는 와류형 국소배기 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스월러는
    상기 배기관의 흡입구에 설치되는 회전판; 및
    상기 회전판의 반경방향 바깥쪽 가장자리를 따라 다수 개가 배치되면서 상기 회전판의 반경방향 바깥쪽을 향하여 세워져 고정되는 날개(fin)를 포함하는
    와류형 국소배기 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 날개는 상기 회전판의 바깥쪽 가장자리로부터 돌출되게 위치하는 와류형 국소배기 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 날개는 상기 회전판의 일면과 설정된 각도로 기울어지는 와류형 국소배기 시스템.
  6. 배기관의 흡입구에 설치되어, 외부의 동력 공급에 따라 상기 배기관을 중심으로 회전하는 스월러(swirler); 및 상기 배기관에 설치되며, 상기 스월러를 회전시키는 구동부;를 포함하는 와류형 국소배기장치를 적어도 두 개 이상 구비하며,
    상기 각각의 와류형 국소배기장치들은 상기 스월러의 회전에 따라 상기 스월러의 일측에 와류를 발생시키고,
    상기 인접하는 한 쌍의 와류형 국소배기장치들은 상기 스월러가 상호 대향하게 배치되며, 각각의 상기 와류의 영역이 중복되게 상호 이격되게 배열되는
    와류형 국소배기 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 인접하는 한 쌍의 와류형 국소배기장치들은 각각의 상기 스월러들을 동일한 속도로 회전시키는 와류형 국소배기 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 스월러는
    상기 배기관의 흡입구에 설치되는 회전판; 및
    상기 회전판의 반경방향 바깥쪽 가장자리를 따라 다수 개가 배치되면서 상기 회전판의 반경방향 바깥쪽을 향하여 세워져 고정되는 날개(fin)를 포함하는
    와류형 국소배기 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 날개는 상기 회전판의 바깥쪽 가장자리로부터 돌출되게 위치하는 와류형 국소배기 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 날개는 상기 회전판의 일면과 설정된 각도로 기울어지는 와류형 국소배기 시스템.
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