KR0142112B1 - 횡방향 팬용 임펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임펠러의 회전축에 길이방향으로 평행하게 연장된 블레이드(31)을 갖는 힝방향 팬용 임펠러(10)에 관한 것이다. 각 블레이드는 코드 선(Ch) 및 캠버선(Ca)에 의해 한정되는 에어포일 단면을 가지며, 세팅 각도(Γ)로 임펠러 내에 위치된다. 각 블레이드의 가장 외부 엣지(Eo)는 회전축(Ar, Ar′)로부터 소정 거리(Rmax)에 위치된다. 팬 내의 블레이드 사이의 각도 간격(Σ)는 균일하다. 임펠러의 블레이드 사이에서, 가장 외부 엣지로부터 회전축 까지의 거리(Rmax), 코드 선 길이(Ch), 코드 선으로부터 캠버 선의 최대 편차(Dmax) 및 블레이드 세팅 각도의 변수 중 적어도 하나의 값은 이들 변수의 기준치로부터 무작위적으로 변화된다. 무작위적인 변수 변화는 균일한 블레이드 변수를 갖는 임펠러를 갖는 팬에 비해 무작위적으로 변화되는 변수를 갖는 임펠러를 갖는 팬에 의해 생성된 블레이드 등급에 따른 톤의 소음을 감소시킨다.

Description

횡방향 팬용 임펠러

제1도는 통상의 횡방향 팬 구조의 개략도.

제2도는 횡방향 팬 임펠러의 사시도.

제3도는 통상의 횡방향 팬 임펠러 블레이드 단면의 개략도.

제4도는 횡방향 팬 임펠러 상의 팬 블레이드 구조의 개략도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10:횡방향 팬30:임펠러

31:블레이드

본 발명은 일반적으로 팬 및 송풍기와 같은 공기 이송 장치의 분야에 관한 것이며, 특히, 횡방향 형상의 팬에 사용하기 위한 임펠러에 관한 것이다. 횡방향 팬은 크로스-유동(cross-flow) 또는 탄젠셜(tangential) 팬으로도 알려져 있다.

횡방향 팬은 그 작동 특성 및 물리적 형상 때문에 여러 공기 이송 장치에서 사용하기에 특히 적합하다. 횡방향 팬은 공기 조화 및 통풍 장치에 널리 사용된다. 그러한 장치는 거의 항상 거주 공간 내에서 또는 그 근처에서 작동되기 때문에, 조용한 작동이 주요 설계 및 제조 목적이다.

제1도는 통상의 횡방향 팬 설치시 일반적인 배치 및 공기 유동 경로를 개략적으로 도시하고 있다. 제2도는 통상의 횡방향 팬 임펠러의 주요 형상을 도시한다. 팬 조립체(10)는 임펠러(30)가 설치된 수납부(11, enclosure)를 포함한다. 임펠러(30)는 일반적으로 원통형이며 외부면을 따라 축방향으로 배치된 다수의 블레이드(31)를 갖는다. 임펠러(30)는 인접한 한 쌍의 파티션 디스크(34)에 의해 또는 하나의 단부 디스크(33) 및 하나의 파티션 디스크(34)에 의해 각각 한정되는 다수의 모듈(32)을 포함한다. 각각의 인접 쌍의 디스크 사이에는 다수의 블레이드(31)가 길이방향으로 연장된다. 각 블레이드는 하나의 길이방향 단부가 하나의 디스크에 다른 길이방향 단부가 그 쌍의 다른 디스크에 부착된다. 소정 임펠러는 제2도에서 도시된 바와 같이 복수의 모듈 또는 블레이드가 양 단부에서 단부 디스크에 부착된 단일 모듈로 구성될 수 있다. 단일 또는 복수 모듈 형상의 선택은 팬 크기, 구성 재질 강도 및 무게 등과 같은 요인에 따른다. 임펠러(30)가 회전됨에 따라, 공기는 수납부 입구(21)로부터 입구 플리넘(22)을 통해 임펠러(30)를 통해 출구 플리넘(23)을 통해 수납부 출구(24)를 통해 외부로 유동된다. 후방 또는 안내 벽(15) 및 와류(vortex) 벽(14)은 입구 및 출구 플리넘(22 및 23)의 두부분을 형성한다. 횡방향 팬 작동의 일반적인 원리는 본 발명의 이해에 필요한 것을 제외하고는 본 명세서에서 상세히 설명될 필요는 없다.

횡방향 팬이 작동할 때, 팬은 소정량의 소음을 발생시킨다. 팬의 전체 소음 출력 중 하나의 주요 성분은 팬 블레이드의 수에 의해 증폭된 팬의 회전 속도에 관련된 진동수를 갖는 톤(블레이드 레이트 톤(blade rate tone)이다. 와류벽을 지나는 블레이드 경로는 이러한 블레이드 레이트 톤을 생성한다. 일반적으로 개별 진동수의 소음은 동일한 강도(intensity)의 넓은 밴드의 소음보다 듣는 사람에게는 보다 귀에 거슬린다. 전형적인 종래 기술의 횡방향 팬에 의해 생성된 블레이드 레이트 톤 때문에 횡방향 팬은 조용한 작동이 필요한 경우에는 사용이 제한되었다.

적어도 하나의 종래 기술 문서에서 횡방향 팬에 의해 생성된 블레이드 레이트 톤의 소음 감소 수단이 제안되었다. 미합중국 특허 제4,538,963호(1985년 9월 3일 서지오 등에 특허)에서는 원주 블레이드(상기 특허에서는 피치각이라 함)가 무작위로된 횡방향 팬 임펠러가 공개되어 있다.

발명자 중 한 명이 본 발명의 발명자이며 양수인이 본 발명의 양수인과 동일한 다른 특허, 미합중국 특허 제5,266,007호(1993년 11월 30일 버셸 등에 특허)에서는, 불균일하나 무작위는 아닌 방식으로 임펠러 블레이드의 각도 간격을 변화시킴으로써 횡방향 임펠러 내의 블레이드 레이트 톤의 소음을 감소시키기에 효과적인 횡방향 팬 임펠러가 공개되어 있다.

횡방향 팬에서 블레이드 레이트 톤을 생성하는 것은 팬 블레이드 자신들이라기 보다는 공기 유동과 와류 벽 사이의 상호 작용 때문이다. 그러므로 와류 벽에서 공기 유동 상호작용의 규칙성을 감소시키기는 어떤 수단에 의해서도 블레이드 레이트 톤을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 종래 횡방향 팬 임펠러에 의해 생성된 소음에 비해 블레이드 레이트 톤과 관련된 소음을 감소시키는 형상을 갖는 횡방향 팬 임펠러에 관한 것이다. 임펠러의 블레이드 사이의 어떤 블레이드 변수를 무작위적으로 변화시킴으로써 이러한 소음을 감소시켰다. 이는 와류 벽과 상호 작용하는 공기 유동의 무작위적인 변화를 야기하여 그에 의해 블레이드 레이트 톤을 감소시킨다.

임펠러의 블레이드는 에어포일(airfoil) 단면을 갖는다. 에어포일은 코드(chord) 및 캠버(camber)를 갖는다. 각 블레이드의 코드는 임펠러의 회전축과 블레이드의 내부 엣지에서의 코드 및 캠버 선의 교차점을 지나는 반경에 대해 소정 각도로 세팅된다. 각 블레이드의 가장 외부 엣지는 임펠러의 회전 축으로부터 소정 방사상 거리에 있다. 블레이드들 사이에서 한계치 내에서 무작위적으로(randomly)변화되는 것은 변수들(즉, 코드의 길이, 코드로부터 캠버 선의 최대 편차, 회전 축으로부터 가장 외부 엣지의 거리 및 세팅 각도) 중 적어도 하나이다. 한 실시예에서는 코드의 길이만이 변화되며, 다른 실시예에서는 최대 편차만이 변화되며, 다른 실시예에서는 세팅 각도만이 변화되며, 또 다른 실시예에서는 선단 엣지의 거리만이 변화된다. 모든 변수의 무작위적인 변화도 가능하다. 여러 실시예중 어느 실시예도 팬으로부터 방사되는 소음을 감소시키는 데 효과적이다. 특정 한계치 내에서 유지된다면 형상의 무작위적인 변화도 팬 성능에 부정적인 영향을 미치지 않을 것이다.

첨부된 도면은 본 명세서의 일부이다. 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 표시한다.

제1도 및 제2도를 참조한 상기 설명에서는, 횡방향 팬의 기본 구조 및 작동에 관한 정보가 제공되었다.

제3도는 횡방향 팬용 임펠러의 통상의 블레이드의 단면을 개략적으로 도시한다. 제3도에서는 블레이드 캠버 선(Ca) 및 코드(Ch)가 도시되어 있다. 코드(Ch)로부터 캠버 선(Ca)의 최대 편차량은 Dmax이다. 코드(Ch)와의 교차부에서 캠버선(Ca)에 접한 선들은 캠버각(θ)을 형성하도록 교차된다. 임펠러 회전 축(Ar) 및 캠버 선(Ca)와 코드(Ch)의 내부 교차부를 통과하는 반경(R)과 코드(Ch) 사이의 각도는 각도(Γ)로 세팅된다. 또한 제3도에서, 블레이드 세팅 각(Γ)이 0이면 Ar′는 임펠러 회전축이며 Rmax는 반경(R′)를 따라 회전축(Ar′)로부터 블레이드의 가장 외부 엣지(Eo) 까지의 반경 거리이다.

제4도는 측단면에서 횡방향 팬 임펠러 상의 블레이드(B)의 배치를 도시한다. 블레이드(B)는 임펠러 회전축(Ar) 및 각 블레이드 상의 유사한 지점으로부터 반경(R, R′) 사이에 동일한 각도 간격(Σ)을 갖는다. 블레이드(Bref)는 회전축으로부터 블레이드의 가장 외부 엣지까지의 거리, 블레이드 코드, 코드로부터 캠버의 최대 편차 및 세팅 각도의 기준치를 갖는 블레이드이다. 블레이드(B△Ch)는 기준치로부터 벗어난 코드를 갖는다. 블레이드(B△Rmax)는 기준치로부터 벗어난 회전축으로부터 블레이드 가장 외부 엣지까지의 거리를 갖는다. 블레이드(B△Dmax)는 기준치로부터 벗어난 코드로부터 캠버의 최대 편차를 갖는 캠버 선을 갖는다. 블레이드(B△Γ)는 기준치로부터 벗어난 세팅 각도를 갖는다.

본 발명을 구체화한 횡방향 팬 임펠러에서는:회전축으로부터 블레이드 가장 외부 엣지까지의 거리에 대한 기준치가 임펠러 내의 모든 블레이드 중 가장 긴거리이며:블레이드 코드에 대한 기준치가 임펠러 내의 모든 블레이드 중 가장 긴 코드를 갖는 코드 길이이며:캠버에 대한 기준치가 임펠러 내의 모든 블레이드 중 코드와 캠버 선 사이의 최대 편차 값의 평균이며:세팅 각도에 대한 기준치가 0°이다.

횡방향 팬의 블레이드의 기하학적 형상에서의 사소한 변경은 팬의 성능에 거의 영향이 없다는 것이 본 기술 분야에 공지되어 있다. 그러나, 초과되면 팬 성능에 부정적인 영향을 미치는 회전축으로부터 블레이드 가장 외부 엣지까지의 거리, 코드 길이, 캠버 및 세팅 각도의 값의 한계치가 있다.

본 발명의 한 실시예에서는, 임펠러 회전축으로부터 블레이드 가장 외부 엣지까지의 거리는 기준치(Rmaxref)로부터 블레이드 사이에서 무작위적으로 변화된다. 본 실시예에서는, 한계치는 기준치의 0.9 내지 1.0배이다.

즉, 0.9 Rmaxref ＜ Rmax ＜ 1.0 Rmaxref.

본 발명의 다른 실시예에서는, 여러 블레이드의 코드 길이는 기준치(Chref)로부터 무작위적으로 변화된다. 본 실시예에서는, 한계치는 기준 코드 길이의 0.5 내지 1.0배이다.

즉, 0.5 Chref ＜ Ch ＜ 1.0 Chref.

본 발명의 다른 실시예에서는, 여러 블레이드의 코드로부터 캠버까지의 최대 편차는 기준치(Dmaxref)로부터 무작위적 변화된다. 본 실시예에서는, 한계치는 코드로부터 캠버 선까지의 최대 거리의 기준치의 0.5 내지 1.5배이다.

즉, 0.5 Dmaxref ＜ Dmax ＜ 1.5 Dmaxref.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 기준치(Γref)로부터 변화되는 세팅 각도는 한계치 내에서 변화된다. 본 실시예에서는, 한계치는 기준 세팅 각도보다 15° 작거나 15° 크다.

즉, Γref - 15° ＜ Γ ＜ Γref + 15°.

상술된 여러 물리적 변수의 하나 이상 또는 모두의 값이 상술된 값 사이의 값을 갖는 블레이드를 갖는 횡방향 임펠러 팬은 본 발명의 범위 내에 있다.

상술된 횡방향 팬 임펠러의 블레이드 형상은 작은 정적 불균형(static imbalance)을 가질 수도 있다. 임의의 그러한 불균형은 하나 이상의 팬 디스크 상에 적절한 위치에 적절한 보상 질량을 추가함으로써 극복될 수 있다.

Claims (7)

1. 임펠러의 회전축(Ar)에 길이방향으로 평행하게 정렬되고 상기 임펠러의 회전축으로부터 일반적으로 방사성 외향으로 연장된 다수의 블레이드(31)를 갖는 형태의 횡방향 팬(10)용 임펠러에 있어서, 상기 각 블레이드는 코드(Ch), 캠버(Ca), 세팅 각도(Γ) 및 회전축으로부터 소정 거리(Rmax)에 있는 외부 엣지(Eo)를 가지며:상기 다수의 블레이드 중에서, 코드로부터 캠버까지의 최대 편차(Dmax), 세팅 각도, 또는 회전축으로부터 외부 엣지의 거리의 값 중 적어도 하나가 변수의 기준 세트에 대해 무작위적으로 변화되며:상기 변수의 기준 세트는, 상기 캠버와 상기 코드 사이의 최대 편차가 상기 다수의 블레이드 중 모든 블레이드의 최대 편차의 평균과 같은 캠버와, 0°의 세팅 각도와, 상기 다수의 블레이드 중 모든 블레이드에서 가장 큰 회전축으로부터 외부 엣지까지의 거리와 같은 회전축으로부터 외지 엣지의 거리인 것을 특징으로 하는 횡방향 팬용 임펠러.
2. 제1항에 있어서, 상기 코드로부터 캠버까지의 최대 편차만이 변화되는 값인 것을 특징으로 하는 횡방향 팬용 임펠러.
3. 제1항에 있어서, 상기 최대 편차와 값은 상기 기준 최대 편차의 0.5 내지 1.5배로 변화되는 것을 특징으로 하는 횡방향 팬용 임펠러.
4. 제1항에 있어서, 상기 세팅 각도만이 변화되는 값인 것을 특징으로 하는 횡방향 팬용 임펠러.
5. 제1항에 있어서, 상기 세팅 각도는 상기 기준 세팅 각도의 ±15° 내에서 변화되는 것을 특징으로 하는 횡방향 팬용 임펠러.
6. 제1항에 있어서, 상기 회전축으로부터 외부 엣지의 거리만이 변화되는 값인 것을 특징으로 하는 횡방향 팬용 임펠러.
7. 제1항에 있어서, 상기 회전축으로부터 외부 엣지의 거리는 회전축으로부터 외부 엣지의 기준 거리의 0.9 내지 1.0배로 변화되는 것을 특징으로 하는 횡방향 팬용 임펠러.