[논문]축류형 흡배송 송풍기의 성능에 관한 실험적연구

최형준; 박영하; 안국영; 조수용

doi:10.5293/kfma.2011.14.4.019

축류형 흡배송 송풍기의 성능에 관한 실험적연구
A Experimental Study on the Performance of an Axial-Type Suction-Blowing Fan 원문보기

유체기계저널 = Journal of fluid machinery, v.14 no.4 = no.67, 2011년, pp.19 - 24

최형준 (경상대학교 대학원) , 박영하 (경상대학교 대학원) , 안국영 (한국기계연구원 환경에너지연구본부) , 조수용 (경상대학교 항공기부품기술연구센터(기계항공공학부))

Abstract ▼ AI-Helper

An experimental study was conducted to examine the effectiveness of a suction-blowing fan that could not only remove polluted air by suction but also create the air-curtain by blowing. In order to create the air-curtain, rotors were installed on the surface of the shroud. These blows fresh air into the polluted region. The fresh air is spouted backward 45o on the basis of the axial direction using a double-ducted bellmouth. In the same suction operating condition, the suction region was extended by increasing the blowing velocity. However, the increasing rate of suction region was reduced when the blowing velocity was increased steadily. Thus, an efficient blowing velocity should be determined depending on the suction operating condition. In addition, the blowing requires additional input power. In a fixed suction operating condition, the input power was linearly increased in proportion to the blowing flowrate. When the suction-blowing fan was operated in the same input power as the suction fan, the suction region was increased more than 30% based on the 0.6m/sec velocity.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

즉, 공기차단막이 덕트의 끝부분에서 원주방향 전체에서 동일한 공기차단막을 형성하지 못하여 어떤 구역은 강한 공기차단막이 형성되고 또 다른 구역은 약한 공기차단 막이 형성되어 전반적으로 흡입성능의 향상을 저해하였다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 완전한 이중 턱트를 적용하며, 덕트간의 교차가 없도록 하는 흡배송송풍기(9)를 개발하였다. 아울러 흡배송송풍기를 사용하는 경우에 흡입성능의 향상에 대한 실험적인 연구를 수행하였으며, 보다 향상된 환기시스템의 개발에 일조하고자 한다.
본 연구에서는 하나의 로터에 의하여 공기차단막을 형성하고 흡입하는 흡배송송풍기를 개발하였으며, 아울러 흡배송송풍기의 효과를 실험적으로 규명하였다. 흡입작동조건을 일정하게 설정하고 단지 공기차단막을 형성하기 위하여 분사되어지는 유속을 변경하게 되면 이 유속의 증가에 따라서 흡입영역은 증대하였다.
본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 완전한 이중 턱트를 적용하며, 덕트간의 교차가 없도록 하는 흡배송송풍기(9)를 개발하였다. 아울러 흡배송송풍기를 사용하는 경우에 흡입성능의 향상에 대한 실험적인 연구를 수행하였으며, 보다 향상된 환기시스템의 개발에 일조하고자 한다.

제안 방법

공기차단막을 형성하여 흡입성능의 실험을 수행하기 앞서 흡입송풍기만 작동하는 실험을 수행하였다. Fig. 5에서 보여 주는 것과 같이 흡입송풍기 로터의 외주면에 공기차단막을 형성하는 동익을 설치하지 않았으며, 실험에서는 흡입레이놀즈수(Re_s)를 변경하면서 흡입구 앞에 있는 영역에서의 유동장을 측정하였다. 흡입레이놀즈수는 흡입구에서의 평균유속과 흡입구의 직경을 기준으로 정하였다.
공기차단막에 의한 흡입영향영역을 확인하기 위하여 흡입 송풍기 로터의 쉬라우드 외주면에 동익을 설치하여 공기를 후향 45도로 분사하였다. 동일한 흡입레이놀즈수에서 분사레이놀즈수(Re_b)를 조정하기 위하여 분사용 동익의 각도가 다른 3대의 로터를 제작하여 분사량을 조절하였으며, 아울러 각각의로터는 회전수의 변화에 따른 흡입성능을 측정하였다.
공기차단막을 형성하여 흡입성능의 실험을 수행하기 앞서 흡입송풍기만 작동하는 실험을 수행하였다. Fig.
공기차단막에 의한 흡입영향영역을 확인하기 위하여 흡입 송풍기 로터의 쉬라우드 외주면에 동익을 설치하여 공기를 후향 45도로 분사하였다. 동일한 흡입레이놀즈수에서 분사레이놀즈수(Re_b)를 조정하기 위하여 분사용 동익의 각도가 다른 3대의 로터를 제작하여 분사량을 조절하였으며, 아울러 각각의로터는 회전수의 변화에 따른 흡입성능을 측정하였다. 분사레이놀즈수는 직선의 이중 덕트에서 측정하였으며, 이중 덕트에서의 평균 유속과 등가 지름을 기준으로 정하였다.
따라서 본 실험에서는 각각의 작동조건에서 소모되는 입력을 측정정밀도가 ±0.1% 이내인 요코가와의 WT1600 동력측정 계를 사용하여 측정하였다.
흡입구에서는 공기차단막의 형성을 위하여 벨마우스를 설치하였으며, 이중 덕트에 맞도록 각각의 벨마우스를 제작하였다. 벨마우스의 최대 직경은 흡입송풍기 케이싱의 두 배로설정하였으며, 공기차단막을 형성하기 위하여 분사되는 공기의 방향은 45도 후향을 향하도록 하는 경우가 분사공기량의 증가에 대하여 가장 효과적^(3-4)이었으므로 45도 후향으로 제작하였다.
동일한 흡입레이놀즈수에서 분사레이놀즈수(Re_b)를 조정하기 위하여 분사용 동익의 각도가 다른 3대의 로터를 제작하여 분사량을 조절하였으며, 아울러 각각의로터는 회전수의 변화에 따른 흡입성능을 측정하였다. 분사레이놀즈수는 직선의 이중 덕트에서 측정하였으며, 이중 덕트에서의 평균 유속과 등가 지름을 기준으로 정하였다.
측정의 정확성을 향상시키기 위해서 전체를 각각 3번의 반복 실험을 수행하고 평균하였다. 아울러 공기온도의 변화에 대한보정도 이루어졌다.
647로 설정되었다. 아울러 공기차단막을 형성하는 동익은 구조의 안정성을 고려하여 흡입송풍기의 동익과 같은 위치에 설정하였으며, 효율적인 공기차단막에 대한 연구결과^(3-4)를 바탕으로 분사송풍기에서의 익형 높이는 흡입송풍기 케이싱 직경의 9%로 설정하였다. Fig.
또한 내부덕트에서는 안쪽과 바깥쪽에서 공기의 유동방향이 다르므로 로터의 설치로 인한 누설이 없도록 하였다. 이를 위하여 덕트 사이에 베어링으로 차단하는 방법, 라바란스 실을 적용하는 방법 등이 있으나 덕트의 두께가 얇으므로 덕트간 진원도의 정밀도를 향상하고, 접촉되는 간극을 1mm 이하로 축소하여 누설이 없도록 하였으나 축간극에 대한 추가적인 보완으로 고정 덕트의 주위로 셀룰로즈막을 부착하여 회전에는 전혀 영향을 미치지 않도록 하면서도 상호교차하는 유동이 완전히 차단되도록 하였다.
입력동력을 동일하게 하고 흡입송풍기만 작동하는 경우와 공기차단막을 형성하여 흡입하는 경우를 기준으로 흡입영역의 비교를 수행하였다. 흡입레이놀즈수가 340,000으로 흡입 송풍기만이 작동할 때 흡입영역에서의 속도분포를 Fig.
흡입영역에서의 유동장은 축방향에 대하여 동일하므로 하나의 평면을 기준으로 유동장의 측정이 이루어졌다. 측정은 Kanomax사의 IHW-100의 열선유속계를 사용하였으며, 열선을 유동에 수직한 방향이 되도록하여 측정하였다. 측정영역은 벨마우스의 중심을 기준으로 축방향(x)과 반경방향(r) 으로 흡입송풍기 케이싱반경(R)대비 5.
48의 영역에 대해 50mm간격으로 총 273개소에서 속도를 측정하였다. 측정의 정확성을 향상시키기 위해서 전체를 각각 3번의 반복 실험을 수행하고 평균하였다. 아울러 공기온도의 변화에 대한보정도 이루어졌다.
환기시스템에 적용되는 송풍기의 표준적인 사양을 바탕으로 본 연구에서는 Table 1과 같이 흡입을 위한 송풍기의 요구조건을 설정하였다. 주어진 회전수에서 요구조건의 풍량과 압력을 달성할 수 있는 것은 익형의 형상에 의하여 결정되어지므로, 전압력의 상승은 오일러식과 송풍기에서 예상되는 총효율(η)을 사용하여 이를 선회계수(ω)와 유량계수(λ)에 의하여 표현하면 식 (1)과 같이 얻어진다.
흡입구에서는 공기차단막의 형성을 위하여 벨마우스를 설치하였으며, 이중 덕트에 맞도록 각각의 벨마우스를 제작하였다. 벨마우스의 최대 직경은 흡입송풍기 케이싱의 두 배로설정하였으며, 공기차단막을 형성하기 위하여 분사되는 공기의 방향은 45도 후향을 향하도록 하는 경우가 분사공기량의 증가에 대하여 가장 효과적^(3-4)이었으므로 45도 후향으로 제작하였다.
흡입영역에서의 유동장은 축방향에 대하여 동일하므로 하나의 평면을 기준으로 유동장의 측정이 이루어졌다. 측정은 Kanomax사의 IHW-100의 열선유속계를 사용하였으며, 열선을 유동에 수직한 방향이 되도록하여 측정하였다.

대상 데이터

측정은 Kanomax사의 IHW-100의 열선유속계를 사용하였으며, 열선을 유동에 수직한 방향이 되도록하여 측정하였다. 측정영역은 벨마우스의 중심을 기준으로 축방향(x)과 반경방향(r) 으로 흡입송풍기 케이싱반경(R)대비 5.8X3.48의 영역에 대해 50mm간격으로 총 273개소에서 속도를 측정하였다. 측정의 정확성을 향상시키기 위해서 전체를 각각 3번의 반복 실험을 수행하고 평균하였다.

이론/모형

가장 간단한 방법이 평균반경의 결과를 반경방향에 분포하는 방법이며, 자유와류방식, 강제와류의 방식⁽¹¹⁾, 익형에서의 반동을 일정하게 하는 법⁽¹²⁾, 자유와류법의 와류와 일정 반동법의 와류를 평균하여 적용하는 방법, 출구에서의 와류를 일정하게 하는 방법, 자유와류에 의한 와류를 조정하는 지수적인 방식 등 여러 가지 방법이 있다. 본 연구에서는 3차원의 익형에서 전반적으로 균일한 선회계수의 값과 양호한 효율 ⁽¹³⁾을 보여주었던 케스캐이드 이론을 적용하였다. 동익의 개수는 8개로 선정되었으며 평균반경에서의 현절비(solidity)는 0.

성능/효과

또한 동일한 입력에서 작동하는 경우에 B&K사의 Pulse3560의 장비로 소음을 측정한 결과 공기차단막을 설치한 경우에 소음이 다소 낮아지는 효과를 나타내었다.
하지만 분사유속을 크게 하였을 경우에 흡입영역의 증가율은 감소되어졌다. 또한 분사에 따른 송풍기 입력은 증대되었으나 대체적으로 동일한 흡입작동에서 분사유량의 증가에 따라 입력은 직선적으로 증대하였다. 동일한 입력조건에서 흡입작동만 하는 경우와 공기차단막을 형성하는 경우의 비교에서 흡입영역은 흡입속도를 낮추더라도 공기차단막을 형성하는 경우가 흡입영역을 30%이상 향상 하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유해 한 환경은 대분류로 어떻게 구분할 수 있는가?	산업의 발달에 따라 대두되고 있는 직업성 질병의 대부분이 유해한 작업환경으로부터 기인하므로 작업 환경의 개선은 작업자 보호 측면뿐만 아니라 노동 생산성의 향상을 위하여 필요 불가결한 과제이다. 유해 한 환경은 대분류로 소음, 진동, 방사선 등에 의하여 야기되는 물리적 환경과 유해가스, 분진 등의 유해 물질 환경으로 구분할 수 있다. 특히 악취, 유해가스, 분진 등은 공정개선에 의한 근원적인 차단이불가능할 경우에는 환기시스템에 의하여 제거한다.
	흡입구 주위에 벨마우스를 설치하여 흡입영향영역을 향상하는 것은 어떤 문제를 개선하기 위함인가?	오염된 공기의 제거를 보다 확실히 하기 위하여 환기장치의 흡입구를 오염원 근처에 설치하게 되면 작업자의 활동 반경이나 생활 영역이 침범되어 원활한 작업이나 활동이 이루어지지 못한다. 이러한 문제를 개선하기 위하여 흡입구 주위에 벨마우스를 설치하여 흡입영향영역을 향상하고 있다.
	환기시스템이 요구되는 장소로는 무엇이 있는가?	특히 악취, 유해가스, 분진 등은 공정개선에 의한 근원적인 차단이불가능할 경우에는 환기시스템에 의하여 제거한다. 환기시스템이 요구되는 장소로 용접 및 절단이 이루어지는 작업장, 연마작업이 빈번하여 분진이 많이 발생하는 곳, 유해성분의 가스나 악취를 발생하는 화합물을 다루는 작업장 등이 있다. 유해가스나 악취에 의하여 오염된 공기를 환기장치에 의하여 제거하는 경우에 가장 간단한 방식으로 송풍기와 연결된 흡입관을 사용하여 오염된 공기를 배출한다.

참고문헌 (13)

조종현, 김재실, 조수용, 2008, "흡입관의 형상에 따른 흡입성능에 대한연구," 대한설비관리학회지, Vol. 13, No. 3, pp. 67-78.
함진식, 2001, "흡기용 에어커텐이 렌지후드의 환기성능에 미치는 영향에 관한 연구," 대한건축학회논문집, 계획계 Vol. 17, No. 6, pp. 153-160.
조종현, 정양범, 조수용, 2009, "흡입성능향상을 위한 공기차단막의 효과에 관한연구," 한국실내환경학회지, Vol. 6, No. 1, pp. 27-37.
조종현, 김재실, 조수용, 2009, "흡입관 주위에 형성된 공기차단막이 흡입성능에 미치는 영향," 유체기계저널, Vol. 12, No. 5, pp. 25-32.

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Chokhar, I. A., Prozorov, D. S., Spotar, S. Y., 1993, "An Efficient Extraction of Fumes by Means of The Vortex Suction Device," Russian Academy of Science.
Hijikata, K. and Suzuki, Y., 1995, "Local Ventilation and Heat Transfer by Tornado-Like Vortex," ASME/JSME Thermal Engineering Conference, Volume 1.
Li Y. and Desante, A., 1996, "Derivation of Capture Efficiency of Kitchen Range Hoods in a Confined Space," Building and Environment, Vol 31, No. 5, p. 461.

상세보기
김수용, 정상현, 최범석, 박무룡, 2000, "와류유동을 이용한 환기시스템개발," 한국기계연구원 연구보고서 2000-01-31.
최형준, 조종현, 조수용, 2010, "A Ventilation Device Using the Air Curtain and a Ventilation Fan," PCT/KR2010/001504
Horlock, J. H., 1973, "Axial Flow Compressor," Robert E. Krieger Publish Co.
조수용, 최범석, 오종학, 1999, "축류송풍기의 설계시 적용된 와류형식의 영향에 관한 실험적 연구," 유체기계저널, Vol. 2, No. 3, pp. 7-16.
손상범, 주원구, 조강래, 남형배, 윤인규, 남임우, 1999, "축류 송풍기의 공력학적 설계," 유체기계저널, Vol. 2, No. 1, pp. 22-28.
최형준, 김창수, 조종현, 조수용, 2010, "축류형 흡입송풍기 설계기술에 관한연구," 유체기계저널 13권, No.1, pp. 42-51.

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