KR100529002B1 - 덮개가 구비된 스월러를 이용하는 국소배기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전형 스월러를 구비하여 와류를 형성하고 이를 이용하여 배기영역을 확대시킴으로써 배기효율을 향상시키는 국소배기(局所排氣)장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 스월러를 이용하는 국소배기장치는, 배기관의 끝단 유입구에 인접하여 위치하면서 배기관 축중심을 회전축으로 회전하는 환형원판(環形圓板)과, 상기 환형원판의 바깥쪽 가장자리를 따라 다수개가 배치되고 그 각각이 반경방향으로 세워져 고정되는 날개를 포함하는 스월러와; 상기 배기관의 외측면과의 사이에 제1의 틈을 두고 떨어져 배치되면서 상기 스월러 날개의 위를 덮는 환형(環形)의 상부덮개와, 상기 상부덮개와의 사이에 제2의 틈을 두고 떨어져 배치되면서 스월러 날개의 아래를 덮는 환형(環形)의 하부덮개를 포함하는 스월러 덮개; 및 배기관에 설치되어 상기 스월러 회전축이 고정되면서 상기 스월러를 회전시키는 구동부를 포함한다.

Description

덮개가 구비된 스월러를 이용하는 국소배기장치{LOCAL EXHAUST VENTILATION SYSTEM WITH COVERED ROTATING SWIRLER}

본 발명은 국소배기장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전형 스월러를 구비하여 와류를 형성하고 이를 이용하여 배기영역을 확대시킴으로써 배기효율을 향상시키는 국소배기(局所排氣)장치에 관한 것이다.

국소배기장치는 일반적으로 오염물질이 많이 발생하는 공장 내부나 가정, 음식점 등에서 사용되는데, 특히 부분적인 오염원이 배기구와 멀리 떨어진 바닥면에서 발생하는 경우나 다른 설치물에 의해 배기구가 오염원 근처에 설치되기 어려운 경우, 그리고 순간적인 오염원이 발생하는 경우에 유용하게 사용될 수 있다.

그러나 이와 같은 용도로 사용되었던 종래의 국소배기장치들은 여러 가지 문제점을 내포하고 있었는데 이는 다음과 같다.

즉 오염물질의 제거를 위해 필요한 포착 속도가 축방향으로 급격히 감소하여 배기관으로부터 먼 곳에서 발생하는 오염물질의 제거에 효율적이지 못하고, 이 때문에 오염물질의 발생 위치에 최대한 가까이 배기장치가 설치될 필요가 있었지만, 이 경우 작업공정에 방해가 될 뿐 아니라 작업자들의 움직임 등으로 인해 배기효율이 낮아지는 문제점이 있다.

이러한 종래 국소배기장치의 문제점을 보완하기 위하여 와류(渦流)를 이용한 배기장치들이 개발되었으며, 이 장치들은 배기하는 유량과 비슷한 양의 공기를 공간 중으로 불어내면서 와류를 발생시키고, 이를 배기장치가 흡입하는 과정에서 집중되는 와류를 이용하여 배기효율을 향상시키고자 하였다.

그러나 이러한 배기장치들도 배기구 아래의 좁은 영역에서 불어내는 유동과 흡입하는 유동의 상호 간섭에 의한 난류의 발생으로 소음이 발생하게 되고, 또한 공간 중으로 불어내는 유동에 의하여 공간 중에 있는 오염의 부가적인 확산을 유발할 우려도 있으며, 와류를 발생하기 위한 송풍기, 필터, 유동관 등의 부가적인 설비를 설치해야하는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 그 목적은 환형원판에 날개가 달린 스월러를 배기구에 설치하고 배기관의 외주를 따라 형성되는 틈과 반경방향으로의 틈을 갖도록 스월러 덮개를 구비하여 스월러를 회전시킴으로써, 배기구 위쪽의 공기를 끌어들여 반경방향으로 와류를 형성하여 배기효율을 향상시킨 국소배기장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 회전하는 스월러를 보호하도록 덮개를 구비함으로써 장치 아래에서 작업하는 작업자의 안전을 도모할 수 있는 국소배기장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스월러를 이용하는 국소배기장치는, 배기관의 끝단 유입구에 인접하여 위치하면서 배기관 축중심을 회전축으로 회전하는 환형원판(環形圓板)과, 상기 환형원판의 바깥쪽 가장자리를 따라 다수개가 배치되고 그 각각이 반경방향으로 세워져 고정되는 날개를 포함하는 스월러와; 상기 배기관의 외측면과의 사이에 제1의 틈을 두고 떨어져 배치되면서 상기 스월러 날개의 위를 덮는 환형(環形)의 상부덮개와, 상기 상부덮개와의 사이에 제2의 틈을 두고 떨어져 배치되면서 스월러 날개의 아래를 덮는 환형(環形)의 하부덮개를 포함하는 스월러 덮개; 및 배기관에 설치되어 상기 스월러 회전축이 고정되면서 상기 스월러를 회전시키는 구동부를 포함한다.

상기 스월러 덮개는 상기 스월러의 회전중심으로부터 반경방향으로 멀어질수록 상부덮개와 하부덮개 사이공간이 좁아지도록 형성된다.

또한 스월러 덮개에 있어서, 상기 환형의 상부덮개에는 상기 배기관의 외부 직경보다 큰 직경을 갖는 구멍이 형성되고, 상기 환형의 하부덮개에는 상기 배기관의 내부 직경에 가까운 직경을 갖는 구멍이 형성된다.

각각의 스월러 날개는 회전중심을 향할수록 높고, 회전중심으로부터 반경방향으로 멀어질수록 낮아지는 유선형상을 가지며, 이에 따라 상기 스월러 덮개의 상부덮개도 회전중심을 향할수록 높고, 회전중심으로부터 반경방향으로 멀어질수록 낮아지는 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 스월러 날개는 일부분이 환형원판의 가장자리 바깥쪽으로 반경방향을 따라 연장되어 형성될 수 있으며, 반경방향을 따라 직선상으로 뻗은 형상을 갖도록 형성되거나 상기 환형원판의 원주방향으로 만곡(彎曲)진 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 스월러의 각 날개는 상기 환형원판의 윗면에 상기 환형원판면과 수직하게 세워져 고정될 수 있다.

상기 구동부는 상기 배기관 내부에 브라켓에 의해 고정되는 구동모터가 설치되고, 이 구동모터의 구동로드에 상기 스월러의 회전중심이 고정되면서 상기 스월러를 회전시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 국소배기장치를 도시한 측단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 국소배기장치를 도시한 평단면도이다.

본 실시예에 따른 국소배기장치(10)는 배기관(12)의 끝단 유입구에 인접하여 설치되어 회전하면서 와류를 형성하는 스월러(20)와 이 스월러(20)의 날개(27)부분을 아래위에서 덮고 있는 스월러 덮개(30), 그리고 배기관(12)에 고정되어 상기 스월러(20)를 회전시키는 구동부(40)를 포함하여 이루어진다.

스월러(20)는 배기관(12)의 끝단에 인접하여 위치하면서 배기관(12)의 축중심을 회전축으로 회전하는 환형원판(環形圓板)(23)과, 상기 환형원판(23)의 바깥쪽 가장자리를 따라 다수개가 배치되고 그 각각이 방사상(放射狀)으로 세워져 고정되는 날개(27)를 포함하여 구성된다.

환형원판(23)에는 상기 배기관(12)의 내부직경과 적어도 같은 크기의 직경을 갖는 구멍이 형성되며, 환형원판(23)의 외측 직경은 상기 배기관(12)의 직경보다 크게 이루어진다. 이러한 환형원판(23)은 스월러(20)의 회전중심(21)으로부터 다수개가 방사상으로 연장되는 연결살(25)에 구멍 내측이 연결되면서 고정된다. 연결살(25)은 배기관(12)의 입구에 배치되므로 너무 많은 수가 형성될 경우 유체의 흐름을 방해하므로 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 3개 정도가 배치되는 것이 바람직하다.

환형원판(23)의 바깥쪽 가장자리에 배치되는 날개(27)는 환형원판(23)의 윗면에 원판면과 수직하게 세워져 고정되는 것이 바람직하며, 날개(27)의 일부분은 환형원판(23)의 테두리 바깥쪽으로 반경방향을 따라 연장되어 형성된다.

날개(27)의 형상은 상기 환형원판(23)에 세워져 고정되는 경우를 기준으로 할 때, 도 1에서 보는 바와 같이, 스월러(20) 회전중심(21)을 향할수록 높이가 높고, 회전중심(21)으로부터 반경방향으로 멀어질수록 높이가 낮아지는 유선형상으로 이루어진다. 날개(27)는 스월러(20)가 회전할 때 실질적으로 와류를 발생시키는 부분이므로, 상기와 같은 유선형상을 가질 경우 배기관(12)의 유입구 위쪽에서 다량의 공기를 끌어들여 반경방향으로 분출할 수 있다.

또한 본 실시예에서 이러한 날개(27)의 각각은 도 2에서 보는 바와 같이, 반경방향을 따라 직선상으로 뻗어 형성된다.

한편, 스월러 덮개(30)는 상기 스월러 날개(27)의 위를 덮는 상부덮개(32)와 스월러 날개(27)의 아래를 덮는 하부덮개(36)로 이루어진다.

상부덮개(32)는 가운데에 상기 배기관(12)의 외부 직경보다 더 큰 구멍을 가진 환형(環形)의 형상으로 이루어지며, 상기 배기관(12)의 외측면과의 사이에 제1의 틈(Ⅰ)을 두고 떨어져 배치된다. 그리고 하부덮개(36)는 가운데에 상기 배기관(12)의 내부 직경과 근사한 크기의 구멍을 가진 환형의 형상으로 이루어지며, 상기 상부덮개(32)와의 사이에 제2의 틈(Ⅱ)을 두고 떨어져 배치된다.

특히 상부덮개(32)는 상기 스월러 날개(27)의 형상을 따라 스월러(20) 회전중심(21)을 향할수록 높이가 높고, 회전중심(21)으로부터 반경방향으로 멀어질수록 높이가 낮아지는 곡선 형상으로 이루어진다. 반면에 하부덮개(36)는 평판 형상으로 이루어지므로, 스월러 덮개(30)는 상기 상부덮개(32)와 하부덮개(36)의 사이공간이 반경방향으로 중심으로부터 멀어질수록 좁아지게 된다. 이러한 형상을 가짐에 따라 상기 스월러 덮개(30)는 스월러(20)에 의해 끌어들여진 공기를 반경방향으로 분출할 때, 좁아지는 공간에 의해 가속되면서 강력한 와류를 형성하게 된다.

상기 스월러 덮개(30)는 이외에도 스월러 날개(27)를 위아래에서 덮으면서 이를 보호하는 역할도 한다.

상부덮개(32)는 고정핀(38)을 통해 상기 배기관(12)의 외측면에 고정되는데, 이러한 고정핀(38)은 배기관(12)의 외측면과 상부덮개(32) 사이의 제1의 틈(Ⅰ)을 지나는 유체의 흐름이 방해받지 않을 정도의 간격을 두고 서로간에 등간격을 유지하며 설치되는 것이 바람직하며, 대략 4개 내지 6개정도 설치될 수 있다.

상부덮개(32)와 하부덮개(36)도 고정핀(34)으로 서로 연결되는데, 이 고정핀(34)은 상기 상부덮개(32)와 하부덮개(36)의 외곽 테두리를 따라 다수개가 양 덮개(32, 36)의 사이에 방사상으로 세워져 형성된다. 이러한 고정핀(34)은 서로간에 등간격을 유지하며 설치되는 것이 바람직하며, 상기 스월러(20)의 각 날개(27)와 대응되는 위치에 대응되는 개수로 형성될 수 있으나, 위치와 개수가 반드시 이 범위에 국한되는 것은 아니다. 따라서 본 실시예에서 상기 고정핀(34)은, 도 2에서 보는 바와 같이, 반경방향으로 따라 직선상으로 뻗어 형성된다.

구동부(40)는, 도 1에서 보는 바와 같이, 상기 배기관(12)의 내측면에 브라켓(41)을 매개로 구동모터(43)를 고정 설치하고, 상기 구동모터(43)의 구동로드(45)는 배기관(12)의 끝단 입구까지 연장되어 상기 스월러(20)가 이에 고정되면서 스월러(20)를 회전시킨다. 그러나 본 발명에 있어서의 구동부는 상기 구조에 국한되지 않으며, 배기관의 축중심을 회전축으로 하여 스월러를 회전시킬 수 있으면 어떤 구조도 가능하다.

한편, 이상 설명한 바와 같은 스월러(20), 스월러 덮개(30) 및 구동부(40)는 간단히 모듈화하여 제작될 수 있으며, 이렇게 제작된 스월러 모듈을 기존의 배기관에 부착하여 사용할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 국소배기장치를 도시한 평단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 국소배기장치는 상기 실시예에 따른 국소배기장치와 다른 부분은 같으며, 다만 환형원판(23)에 세워 고정되는 날개(52)와 스월러 덮개(30)의 상부덮개(32)와 하부덮개(36) 사이에서 소정의 틈을 형성하며 연결하는 역할을 하는 고정핀(54)의 형상이 다르다.

즉 본 실시예에서 스월러 날개(52)는 환형원판(23)의 원주방향으로 만곡(彎曲)진 형상을 갖도록 형성되고, 고정핀(54)의 형상도 상기 하부덮개(36)의 원주방향으로 만곡진 형상을 가진다. 이 때, 상기 스월러 날개(52)의 만곡진 방향은 상기 고정핀(54)의 만곡진 방향과 서로 반대방향을 향하도록 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 형성함으로써 상기 스월러(20)에 의해 가속된 유체가 강력한 와류가 될 수 있도록 도와주는 역할을 하게 된다.

본 발명에 따른 국소배기장치의 작동원리는 다음과 같다.

도 1과 같이 배기 작동이 이루어지는 상태에서 스월러(20)가 회전하게 되면, 배기관(12)의 유입구 위쪽의 유체(ⓐ)는 제1의 틈(Ⅰ)을 통하여 스월러 덮개(30) 속으로 빨려 들어와 스월러 날개(27)에 의해 제2의 틈(Ⅱ)을 통해 반경 방향으로 와류 형태의 유동(ⓑ)으로 분출되게 된다. 이 때, 스월러 덮개(30)와 고정핀(34)에 의해 유체는 와류 성분을 유지한 형태로 가속되어 분출된다. 가속된 와류 유동에 의해 배기관(12)의 유입구 아래에 있는 유동은 반경 방향으로 밀려나가는 유동(ⓒ)과 배기 작동에 의해 중심축으로 향하는 유동(ⓓ)으로 나눠지게 된다. 배기 장치(10)는 배기 유량을 일정하게 유지하며 작동하므로, 반경 방향으로 밀려난 유량만큼을 축 아래의 유체로 보충해서 배기하게 되고, 이러한 유동의 상호 작용으로 배기 영역이 축 방향으로 확장된다.

반경 방향으로 분출되는 와류(ⓑ,ⓒ)는 배기 유동에 의해 축 방향으로 다시 모여들게 되는데, 이로 인해 스월러(20) 아래에는 2차 와류(ⓔ)가 형성된다. 상기한 2차 와류(ⓔ)는 스월러(20)에 의해 계속적으로 에너지를 공급받아 일정한 속도로 돌게 되므로, 2차 와류(ⓔ) 아래쪽의 공기를 배기관(12) 쪽으로 밀어 넣는 역할을 한다. 이러한 원리로 배기 유동의 배기관(12)의 유입구 방향으로 가속되어 배기 영역이 확장된다.

또한 큰 반경으로 펼쳐진 와류 성분이 배기 유동에 의해 축 중심으로 모여들게 되면 각운동량 보존에 의해 더욱 강한 회전속도를 가지게 되므로, 이에 의해 배기관(12) 아래 축 방향으로 낮은 압력 분포가 형성되어 강한 배기 유동을 형성하게 된다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스월러를 이용하는 국소배기장치에 의하면, 스월러와 이를 덮고 있는 스월러 덮개에 의해 배기관의 유입구 위쪽의 공기를 끌어들여 반경방향으로 와류를 형성함으로써 장치의 배기 성능을 향상시킬 수 있고, 오염물질의 재확산을 방지할 수 있으며, 국부적으로 발생하는 오염물질에 대한 효율적인 제거가 가능하다.

또한 스월러, 스월러 덮개 및 구동부를 모듈화하여 기존의 배기관에 간단하게 설치하여 사용할 수 있으므로, 부가적인 설비의 증설 없이 기존의 장치를 활용할 수 있는 효과가 있다.

아울러 고속회전하는 스월러 날개를 스월러 덮개로 덮어 형성하므로, 장치의 아래에서 작업하는 작업자를 보호할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 국소배기장치를 도시한 측단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 국소배기장치를 도시한 평단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 국소배기장치를 도시한 평단면도이다.

Claims (10)

1. 배기관의 끝단 유입구에 인접하여 위치하면서 배기관 축중심을 회전축으로 회전하는 환형원판(環形圓板)과, 상기 환형원판의 바깥쪽 가장자리를 따라 다수개가 배치되고 그 각각이 반경방향으로 세워져 고정되는 날개를 포함하는 스월러(swirler);

   상기 배기관의 외측면과의 사이에 제1의 틈을 두고 떨어져 배치되면서 상기 스월러 날개의 위를 덮는 환형(環形)의 상부덮개와, 상기 상부덮개와의 사이에 제2의 틈을 두고 떨어져 배치되면서 스월러 날개의 아래를 덮는 환형(環形)의 하부덮개를 포함하는 스월러 덮개; 및

   배기관에 설치되어 상기 스월러 회전축이 고정되면서 상기 스월러를 회전시키는 구동부

   를 포함하는 스월러를 이용하는 국소배기장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스월러 덮개는 상기 스월러의 회전중심으로부터 반경방향으로 멀어질수록 상부덮개와 하부덮개 사이공간이 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스월러를 이용하는 국소배기장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 스월러 덮개는 상기 배기관의 외부 직경보다 큰 직경을 갖는 구멍이 형성된 환형의 상부덮개와, 상기 배기관의 내부 직경에 가까운 직경을 갖는 구멍이 형성된 하부덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 스월러를 이용하는 국소배기장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 각각의 날개는 회전중심을 향할수록 높고, 회전중심으로부터 반경방향으로 멀어질수록 낮아지는 유선형상을 갖는 것을 특징으로 하는 스월러를 이용하는 국소배기장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 스월러 덮개의 상부덮개는 상기 스월러의 날개 형상을 따라 회전중심을 향할수록 높고, 회전중심으로부터 반경방향으로 멀어질수록 낮아지는 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스월러를 이용하는 국소배기장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 스월러 날개는 일부분이 환형원판의 가장자리 바깥쪽으로 반경방향을 따라 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 스월러를 이용하는 국소배기장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 스월러의 각 날개는 반경방향을 따라 직선상으로 뻗은 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스월러를 이용하는 국소배기장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 스월러의 각 날개는 상기 환형원판의 원주방향으로 만곡(彎曲)진 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스월러를 이용하는 국소배기장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 스월러의 각 날개는 상기 환형원판의 윗면에 상기 환형원판면과 수직하게 세워져 고정되는 것을 특징으로 하는 스월러를 이용하는 국소배기장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 구동부는 상기 배기관 내부에 브라켓에 의해 고정되는 구동모터가 설치되고, 이 구동모터의 구동로드에 상기 스월러의 회전중심이 고정되면서 상기 스월러를 회전시키는 것을 특징으로 하는 스월러를 이용하는 국소배기장치.