KR0132050B1

KR0132050B1 - 원심 송풍기 조립체

Info

Publication number: KR0132050B1
Application number: KR1019900006924A
Authority: KR
Inventors: 티. 루디. 추 에스.; 롤랜드 호건 마크
Original assignee: 프란세스 케이. 레파트; 캐리어 코포레이션
Priority date: 1989-05-15
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1998-04-20
Also published as: US4944654A; ES2021245A6; KR900018607A; IT9020270A1; JPH0689907B2; CA2013480A1; JPH035633A; IT1239971B; AR243274A1; IT9020270A0; CA2013480C; BR9002235A; MX166489B

Abstract

내용없음

Description

원심 송풍기 조립체

제1도는 원심 팬 또는 송풍기 및 종래의 스크롤을 도시한 표준형 패키지 터미널 공기 조절기(PTAC)의 해당 부분의 부분 사시도.

제2도는 팬 위에 커버를 갖는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 팬 및 분할 스크롤 조립체를 도시한 PTAC 유니트의 부분 사시도.

제3도는 커버를 가진 제2도의 팬 및 분할 스크롤 조립체의 개략적인 단면도.

제4도는 다른 실시예에 따른 팬 및 분할 스크롤 조립체의 개략적인 단면도.

제5도 및 제6도는 본 발명에 따른 커버를 가진 분할 스크롤 및 팬 조립체의 다른 적용예를 도시한 개략적인 도면.

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 캐비넷 11 : 팬 로터

12 : 축 13 : 데크 공동

14 : 날개(또는 날) 15 : 스크롤(또는 안내 날개)

21 : 팬 27 : 절곡점

31 : 커버 47 : 분할 배플

본 발명은 공기 이송 팬 특히, 난방, 통풍, 공조(HVAC, Heating, Ventilation, and Air Conditioning)장치가 병합된 원심 팬 또는 원심 송풍기에 관한 것이다. 본 발명은 원심 팬 또는 원심 송풍기로부터 나오는 공기를 안내하기 위한 개선된 스크롤 또는 공기 가이드에 관한 것이다. 이하에 기술된 특정 실시예에서, 덮개를 가진 분할 스크롤(Covered Split Scroll)은 패키지 터미널 공기 조절기(PTAC, Packaged Terminal Air Conditioner)에 적용될 뿐만 아니라 실내 공기 조절기 등의 장치에도 적당하다. PTAC는 빌딩 벽의 관통 구멍을 통해 외부 또는 외측에 연결된 내부 또는 내측을 갖는 유니트이다. 이들 유니트는 여름철에는 냉방을 위한 그리고 겨울철에는 난방을 위한 공기 조절기로서 모두 사용될 수 있다. PTAC에는 외측 및 내측의 원심 팬에 동력을 공급하기 위해 동일한 모터와 구동축이 통상 사용된다.

전력의 소비를 감소시키고 팬에 의해 발생되는 소음 레벨을 감소시키면서 이들 팬의 공기 이송 효율을 증가시키는 것이 이 산업분야에서의 목표이다.

PTAC 또는 이와 유사한 유니트의 내측 원심 송풍기는 송풍기에서 나오는 배출 공기를 유니트의 상부 전방에 있는 공기 플리넘(plenum)으로 안내하기 위한 소위 스크롤 또는 유동 가이드를 통상 가지고 있다. 원심 팬은 일반적으로 공기 유동을 효율적으로 수집하고 확산시키기 위한 스크롤이 필요하다. 대부분의 HVAC시스템에서는, 공기 유동은 도관, 용광로 열교환기 셀의 집합체, 플리넘 또는 여러 가지 차폐물 및 굴곡부일 수도 있는 하류 측으로 배출된다. 압력손실(이하, 소음)이 최저가 된다면, 비교적 고속인 팬에서의 배기 제어는 상당히 중요하다.

PTAC 유니트에서, 원심 팬을 출발하는 비교적 고속의 공기는 스크롤에 의해 상방으로 안내되고, 데크 공동(deck cavity) 또는 플리넘 내로 배출되고, 그리고 나서 90°선회하여 유니트의 전방으로 배출된다. PTAC 유니트로부터의 소음을 감소시키기 위한 한 방법은 소음원을 둘러싸는 것이다. PTAC 유니트 내의 원심 팬은 강력한 내부 소음원이나 전체적으로 둘러싸는 것은 공기 유입 도관 및 배출 도관을 필요로 하기 때문에 불가능하다. 그러나, 이론적으로 소음의 직사 방출을 제거하기 위하여 팬 또는 송풍기를 부분적으로 둘러쌀 수도 있다.

소음 감소에 대한 다른 접근 방법은 팬에 부과되는 공기 압력 요구 조건을 최소화하는 것, 즉, 공기 이송 효율을 증가시키는 것이다. 이는 팬의 압력 증가를 낮게할 수 있고, 따라서 공기 송풍 성능의 손실없이 기존 팬을 대체한다면 보다 조용한 팬이 될 것이다.

그러나, 본 발명 이전에는, 원심 송풍기를 위하여 제안된 적당한 장치가 없었다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 결점들을 극복하는 원심 송풍기 및 스크롤 조립체를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 효율을 증가시키고 이에 관련하여 소음 레벨을 감소 시킬 수 있는 원심 팬 또는 송풍기용 스크롤을 제공하는 데 있다.

본 발명의 한 양태에 따르면, 원심 송풍기 조립체는 원심팬 로터 및 로터에서 나오는 공기를 플리넘으로 안내하기 위해 로터의 한 측면에 배출 평면에 있는 스크롤 공기 가이드를 포함한다. 임의의 원심 팬에서, 공기는 팬 로터의 날개(blade) 또는 날(vane)의 형상에 따라 로터의 외주로부터 소정의 각도인 공기 유동 접선 방향으로 팬 로터에서 나온다. 본 발명의 스크롤 공기 가이드는 팬 로터 축으로부터의 반경이 로터 외주에 가장 가까운 소정 절곡점으로부터 팬 로터를 향해 증가하는 제1 만곡벽을 가지고 있다. 이 반경은 배출 평면 쪽으로 절곡점으로부터 연장된 제2 만곡벽이 있다. 제1 및 제2 만곡벽은 절곡점을 통과하는 공기 유동 접선에 대응하는 평면에 대해 대체로 서로 경면 대칭 형상이다. 양호하게는, 제1 및 제2 만곡벽은 대수(logarithmic) 스파이럴(spiral)이다.

주요 실시예에 있어서, 배출 평면에서 팬 로터의 외주 위에 만곡된 커버가 제공되어 있다. 커버는 안내 엣지 또는 덮개 절곡점으로부터 적어도 초기 거리에 대수 스파이럴 형상으로 연장되는 상부 및 하부 표면을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 스크롤 공기 가이드는 로터 근처의 절곡점으로부터 배출 평면 쪽으로 진행하는 제1 만곡벽 및 로터와 제1 만곡벽 사이의 공간에 만곡된 배플(baffle)을 가질수 있다. 배플은 배플 절곡점으로부터 연장되고 팬 회전 방향으로 증가되는 팬측으로부터의 반경을 가지고 있는 만곡된 내벽 및 외벽을 갖는다.

제1 만곡벽 및 배플은 제1 및 제2 공기 도관을 한정한다. 만곡벽 및 배플은 대수적으로 전개될 수도 있다.

이들 실시예는 팬 로터의 효율을 증가시키도록 작용하고 이에 의해 공기 송풍 능력의 손실 없이 압력 증가가 적고 보다 조용한 팬을 사용될 수 있게 된다. 본 발명의 상기 목적 및 많은 다른 목적, 특징 및 장점들이 첨부된 도면을 참조하여 이하의 양호한 실시예의 설명으로부터 완전히 이해될 수 있을 것이다.

제 1도에서는, 본 발명에 직접적으로 관련이 없는 대부분의 부품들이 생략된 패키지 터미널 공기 조절 유니트(PTAC)의 전방 또는 내부 부분이 개략적으로 도시되어 있다. PTAC 유니트는 수평면 내의 축(12)에 대해 회전하는 원심 팬 로터(11)이 있는 캐비넷(10)을 갖는다. 비교적 고속인 공기는 캐비넷 내로부터 플리넘으로 작용하는 데크 공동(13)의 상방으로 향하게 되고, 상기 데크 공동은 공간으로서 작용하고, 공기는 상부 데크(19)의 내면 상에 충돌되어 예각으로 회전되어 그릴(도시 안됨)을 통하여 캐비넷으로부터 방안으로 전진 배출된다.

팬 로터(11)은 외주에 날 또는 날개(14)를 가지며, 본 실시예에서는 전방으로 향하여 있다. 이는 동일한 크기의 팬에 대해서 후방으로 경사진 날개 또는 날을 가진 팬으로부터 얻는 것 보다 높은 배출 속도를 나타낸다.

본 실시예에 있어서, 팬 로터(11)의 회전 방향은 캐비넷(10)의 전방에서 볼 때 반시계 방향이다.

캐비넷(10) 내의 스크롤 또는 안내 날개(15)는 팬 로터(11)에서 배출되는 고속의 공기를 수집하고 확산시키며, 긴 배출 포트(16)을 통해 플리넘 또는 데크 공동(13)내로 향하게 한다. 이러한 스크롤(15)는 팬 로터(11)의 좌측(하방 회전측)으로 배출 포트(16)의 단부에서 절곡점 또는 시작점(cutoff point or takeoff point, 17) 및, 팬 로터(11) 주위의 절곡점(17)으로부터 배출 포트(16)의 다른 단부로 반시계 방향으로 연장됨에 따라 직경이 증가되는 만곡벽(18)을 갖는다. 여기에서, 스파이럴 만곡벽(18)은 축(12)으로부터 측정된 반경(R)을 가지도록 설계되고, 이는 대체로 다음과 같은 관계를 가진다.

R/R1= f(e)

여기에서 f(e)는 단조롭게(monotonically) 증가되고, R₁은 절곡점(17)에서의 반경이고, e는 절곡점(17)으로부터 반시계 방향으로 측정될 때 벽(18) 상의 각도 위치이다.

그러나, 이 표준 스크롤은 팬의 한쪽으로만 배출할 수 있고, 노출된 팬 로터(11)의 상부를 출발하여, 팬에서 발생된 소음이 직접 실내 작업 공간이나 거주 공간 내로 전달된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따른 팬 및 스크롤 조립체가 제2도 및 제3도에 도시되어 있다. 여기에서, 제1도의 캐비넷(10)과 유사한 캐비넷(20)은 제1도의 팬(11)과 대체적으로 유사하게 수평축(22)에 대해 회전하는 원심 팬(21)을 가지며, 공기 플리넘으로서의 역할을 하는 데크 공동(23) 내로 공기를 배출한다. 상기 팬(21)은 또한 전방으로 향한 날개(24)를 갖는다.

여기에서, 분할 스크롤(25)는 팬 로터(21)의 양쪽으로 연장된 긴 배출 포트(26)내로 팬 날개(24)로부터 나오는 공기를 상향으로 안내한다. 스크롤(25)는 팬 로터(21) 둘레에 부분적으로 배출 평면으로부터 회전되는 절곡점(27)을 갖는다. 단조롭게 증가하는 제1 또는 주 만곡벽(28)는 반시계 방향 또는 회전 방향으로 절곡점(27)으로부터 연장되어 배출 포트(26)으로 연장됨에 따라 직경이 증가된다. 단조롭게 증가하는 제2 만곡벽(29)는 다른 방향 즉, 팬 회전 방향에 반대 방향으로부터 배출 포트(26)의 대향단부까지 연장된다. 만곡벽이 대수적으로 전개되는 경우에 f(e)=C1n(R/R1)이고, 이 형상은 전체 로터 또는 송풍기 외주로부터의 공기를 수집하고 상방으로 향하기에 이상적인 것으로 생각된다. 대수 또는 달팽이 모양은 배출 평면에서 데크 공동 내로의 공기 유동 속도를 감소시킨다. 제3도에 도시된 바와 같이, 외주에 대해 팬 로터에서 배출되는 공기 유입 방향을 나타내는 공기 유동 접선(30)은 절곡점(27)을 통과한다. 단조롭게 증가하는 만곡벽(28 및 29)는 절곡점(27)을 통과하는 공기 유동 접선(30)에 대응하는 평면에 대해 서로 경면 대칭 형상이 되도록 특별하게 선정된다. 이렇게 하면 절곡점(27)에서 부드럽게 공기가 분할되어 팬 및 스크롤 조립체의 효율을 최대화하고 또한 소음을 최소화해 준다. 이 공기 유동 접선(30)은 팬 형상의 특성이고, 팬 로터 속도와는 관계없다. 두 표면(28,29)의 경면 대칭 평면은 공기 유동 접선(30) 평면의 약 15도 이내이어야 한다.

상기 분할 스크롤의 변형예로서 커버(31)이 소음 배플로 사용될 수 있다. 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이, 커버(31)은 팬 로터(21)의 상부에서 배출되는 공기를 안내하고, 로터(21)로부터 작업 공간 또는 생활 공간 내로 직접 방사되는 소음을 또한 차단한다. 이러한 커버(31)은 노우즈 또는 선단(34)로부터 종단(35)까지 연장된 만곡된 상면 및 하면(32 및 33)을 갖는다. 선단(34)로부터 종단(35)까지의 거리는 팬(21)의 노출부 너머로 연장되기에 충분한 거리이다. 이는 직사 팬 소음(line-of-sight fan noise)을 감소시킨다. 표면(32 및 33)은 공기 속도가 가장 빠른 적어도 선단 부분에서는 공기 유동 형상(airflow contours)을 따른다. 적어도 선단 부분에서는 상면 및 하면(32 및 33)은 대수 스파이럴 표면을 가질 수도 있다. 효율을 최적화하기 위하여, 이들 선단 부분은 커버(31)에 대해 절곡점으로 작용하는 선단(34)를 통과하는 공기 유동 접선에 대응하는 평면에 대해 서로 다소간 경면 대칭 형상일 수 있다.

본 실시예에서, 팬 로터(21)의 외주로부터 절곡점(27)까지 및 커버의 선단(34)까지의 거리는 각각 팬 직경의 약 10%이어야 한다.

제2도 및 제3도에 도시된 구조 및 상기 설명에서, 팬으로부터의 공기의 유동은 정상적인 기류선을 따라 분할되어, PTAC 유니트의 일반적으로 전체 상부 영역의 데크 공동(23)으로 들어간다. 이것은 데크(또는 플리넘)(23)에서 공기 유동 속도를 감소시키나 동일한 공기 유동량을 유지한다. 따라서, 본 발명의 커버를 가진 분할 스크롤은 공기 기류에 보다 적은 부하를 과한다. 이는 다음과 같은 적어도 두 개의 잇점을 갖는다. 팬의 회전 속도를 감소시킬 수 있으며 그리고/또는 전방 날개 각도도 감소시킬 수 있다. 그 결과, 일반적으로 제2도 및 제3도에 도시된 커버를 가진 분할 스크롤은 29 내지 30%의 축 동력의 감소와 함께 4dBA의 소음이 감소된다.

본 발명의 분할 스크롤의 제2 실시예가 제4도에 개략적으로 도시되어 있다. 여기에서, 팬(41)의 한쪽 배출 평면을 한정하는 데크(또는 플리넘, 43)으로 배출된다. 스크롤(44)는 플리넘 배출 평면에서 절곡점(46)으로부터 연장된 제1 만곡벽(45)을 가지며 배출 평면(43) 후방의 팬(410 둘레의 회전 방향(즉, 반시계 방향)으로 진행함에 따라 단조롭게 직경이 증가한다.

분할 배플(47)이 팬 로터(41)과 제1 만곡벽(45) 사이에 배치된다. 분할 배플(47)은 팬(41)과 대면하는 만곡된 내벽(48)과 제1 또는 제1 만곡벽(45)와 대면하는 만곡된 외벽(49)를 갖는다. 이들 두 벽(48 및 49)는 절곡점(50)으로부터 단조롭게 증가하는 스파이럴 형상이고, 절곡점은 로터의 외주로부터 일정 거리, 즉, 로터 직경의 약 10%인 거리에 위치되는 것이 양호하다.

이들 벽(48 및 49)의 선단 부분의 접선은 절곡점(50)을 통과하는 공기 유동 접선(51)에 대응하는 평면에 대해 서로 대체로 경면 대칭 형상이어야 한다.

본 실시예의 변형예로서 벽(48)의 일부가 소음 배플로 작용하도록 팬 로터(41) 너머로 연장될 수도 있다.

만곡벽(45)와 배플(47)의 외벽(49)는 모두 제1 공기 도관을 한정하며, 배플(47)의 만곡된 내벽(48)은 제2 공기 도관을 한정한다. 양호한 실시예에서 공기의 약 60 내지 80%는 제1차 공기 도관을 통해 배출되고 제2차 공기 도관을 통해 나머니지 20 내지 40%가 배출된다.

상기 실시예가 PTAC 유니트를 포함할지라도, 이러한 구조의 커버를 가진 분할 스크롤은 실내 공기 조절에 유용하며 원심 팬이 사용되는 때에는 다른 HVAC 유니트에서도 유용하다.

제5도에 도시된 본 발명의 구조의 추가의 가능한 적용예는 가스 로의 송풍기 및 도관을 포함한다. 여기에서, 팬 로터 및 스크롤 조립체의 주요부는 제2도 및 제3도에 사용된 것과 동일한 도면 부호가 붙어 있으나 프라임 부호를 붙여 표시하였다. 제5도에 있어서, 공기는 팬(21')로부터 배출되고 두 개의 스크롤 벽(28' 및 29')을 통해서 가스 로 내의 다수의 도관(52)내로 분할한다. 커버(31')가 사용되지 않는 경우에 고온의 공기 도관을 통하여 운반될 수도 있는 송풍기의 소음은 커버가 사용되면 크게 감소될 것이며, 이는 조용하고 효율적인 송풍기의 작동을 위하여 필요한 공기 역학적 제어를 제공한다.

제6도에 도시된 바와 같이, 커버를 가진 분할 스크롤 장치는 지붕용 환기 유니트에 사용될 수도 있다. 여기에서, 제2도 및 제3도의 것과 동일한 요소는 동일한 도면 부호로 표시되나 이중 프라임 부호를 붙였다. 팬(21)에서 배출되는 공기가 보조 지붕(53) 환기 도관(54)내로 안내되는 지붕(53)내로 관통 구멍을 통해 단조롭게 증가하는 두 개의 만곡벽(28 및 29)에 의해 확산되고 안내된다. 로터 커버(31)는 도관(54)으로 들어오는 많은 양의 팬 소음을 차단하고 공기 역학적 제어를 제공한다.

이들 실시예는 고효율 및 저소음 원심 팬 장치가 필요한 많은 가능한 적용에의 몇몇 예일 뿐이다.

본 발명이 임의의 양호한 실시예에 대해 상세하게 기술되었으나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 기술분야에 숙달된 자들에게는 첨부된 특허 청구의 범위에 한정된 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 많은 수정 및 변경이 가능할 것이다.

Claims

소정 직경의 원형 단면부 및 로터의 외주로부터 소정 각도의 공기 유동 접선 방향으로 팬 로터에서 배출되는 공기를 원심 방향으로 송풍하기 위해 외주에 대해 이격된 다수의 날개(24)를 갖는 원심 팬 로터(21)과, 배출 평면쪽으로 및 로터 외주에 가장 근접한 소정의 절곡점(27)로부터 팬 회전 방향으로 단조롭게 증가되는 팬 로터 축으로부터의 반경을 갖는 제1 만곡벽 부분(28)과, 절곡점으로부터 회전 반대 방향으로 배출 평면쪽으로 연장되는 제2 만곡벽 부분(29)를 포함하고 로터에서 배출되는 공기를 로터 한 쪽의 배출 평면(26)으로 안내하는 스크롤 공기 가이드(25)와, 상기 배출 평면에서 팬로터의 외주에 걸쳐 만곡된 커버(31)을 포함하며 상기 제1 및 제2 만곡벽 부분(28, 29)는 상기 절곡점을 통과하는 공기 유동 접선(30)에 대응하는 평면에 대해 대체로 서로 경면 대칭 형상인 것을 특징으로 하는 원심 송풍기 조립체.
제1항에 있어서, 상기 커버(31)은 커버 절곡점(34)로부터 회전 방향으로 연장된 상부 표면(32) 및 하부 표면(33)을 가지며, 상기 상부 표면 및 하부 표면은 적어도 선단 부분에서는 단조롭게 증가되는 만곡된 면인 것을 특징으로 하는 원심 송풍기 조립체.
축(42)에 대해 소정 직경의 원형 단면부 및 로터의 외주로부터 소정 각도의 공기 유동 접선(51) 방향으로 팬 로터에서 배출되는 공기를 원심 방향으로 송풍하기 위해 외주에 대해 이격된 다수의 날개를 갖는 원심 팬 로터(41)과, 배출 평면(43) 쪽으로 로터 외주에 가장 근접하고 소정 절곡점(46)으로부터 단조롭게 증가되는 팬 로터 축(42)로부터의 반경을 갖는 제1 만곡벽 부분(45)를 포함하고, 로터에서 배출되는 공기를 로터의 한 쪽의 배출 평면(43)으로 안내하는 스크롤 공기 가이드(44)와, 팬 회전 방향으로 단조롭게 증가하는 팬 축으로부터의 반경을 가지며 배플 절곡점(50)으로부터 연장되는 만곡된 내벽(48) 및 배플 절곡점(50)으로부터 단조롭게 외측으로 만곡된 외벽(49)를 갖는 배플(47)을 포함하며, 배플 내벽(48) 및 외벽(49)는 상기 절곡점(50)에서 배플 절곡점(50)을 통해 공기 유동 접선(51)에 대응하는 평면의 양 측면에 대체로 동일한 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 원심 송풍기 조립체.
제3항에 있어서, 상기 배플 절곡점(50)은 팬 로터 외주로부터 팬 로터의 직경의 약 10%의 거리로 이격된 것을 특징으로 하는 원심 송풍기 조립체.
제3항에 있어서, 상기 배플(50)은 공기 유동의 약 20 내지 40%가 팬 로터(41)과 배플(50) 사이에서 유동하고 공기 유동의 60 내지 80%가 배플(50)과 스크롤 공기 가이드(44)의 제1 만곡벽(45) 사이에서 유동되도록 제1 만곡벽 내의 공기 유동을 분할하는 것을 특징으로 하는 원심 송풍기 조립체.
제3항에 있어서, 상기 제1 만곡벽(45)는 대수 스파이럴 표면인 것을 특징으로 하는 원심 송풍기 조립체.
제6항에 있어서, 상기 내벽(48) 및 외벽(49)는 각각 대수 스파이럴 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 송풍기 조립체.