KR100315518B1 - 공기 조화기의 횡류 팬 - Google Patents

Abstract

블레이드들이 전체로서 균일하지만 개별로서 불균일하게 배열됨에 따라 블레이드의 회전 주파수에 의한 소음, 그리고 블레이드의 전체적인 배열 균일성으로 인한 진동과 소음을 대폭적으로 감소시킨 공기 조화기의 횡류 팬을 개시한다. 그러한 횡류 팬은 공기 조화기의 실내기에 내장되며, 실내 공기를 순환시키는 역할을 하는 다수의 블레이드를 구비한다. 횡류 팬의 전체의 블레이드는 동일한 개수의 다수의 그룹으로 분할되고, 그 각각의 그룹에서의 블레이드는 그에 인접한 블레이드와의 각도가 점증되도록 배열되며, 상기 각각의 그룹에서의 블레이드의 배열 패턴은 서로 동일하게 이루어진다.

Description

공기 조화기의 횡류 팬{Crossflow fan for an air conditioner}

본 발명은 공기 조화기의 횡류 팬(crossflow fan)에 관한 것이고, 보다 상세하게는 횡류 팬의 블레이드를 배열 구조를 개선함으로써 횡류 팬의 회전에 따른 소음과 진동을 대폭적으로 감소시킨 공기 조화기의 횡류 팬에 관한 것이다.

일반적으로, 분리형 공기 조화기는 실내기와 실외기로 구분되는데, 실내기에는 증발기 및 공기 순환용 팬 등이 내장되어 있고, 그 중에서 팬은 실내의 공기를 흡입하여 증발기에서 열교환시킨 후에 그 열교환된 공기를 다시 실내로 송풍시키는 역할을 한다. 그와 같이 실내의 공기를 순환시키는 송풍 작용을 하기 위해, 팬은 구동원으로서 모터와 결합되어 있다. 그러한 팬으로는 시로코 팬(sirocco fan), 횡류 팬, 터보 팬(turbo fan) 또는 축류 팬(propeller fan) 등의 여러 종류가 있지만, 분리형 공기 조화기의 실내기에는 주로 횡류 팬이 사용된다.

그러한 횡류 팬의 일반적인 구조가 도 1의 사시도로 도시되어 있다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 횡류 팬(10)은 실내의 공기를 회전 축선(B-B')에 대하여 직각인 방향, 즉 축선(A-A') 방향에서 흡입하여 증발기를 거쳐 그 회전 축선(B-B')에 대하여 직각인 방향으로 공기의 흡인과 토출시의 압력차를 이용하여 토출시키는 다수의 시로코 팬(11)이 횡방향으로 결합된 형식으로 구성되는데, 각각의 시로코 팬(11)은 다수의 블레이드(12)를 구비한다. 그러한 횡류 팬(10)의 블레이드(12)는 전체적으로 원통형을 이루고 있기 때문에, 각각의 블레이드(12)와 그에 인접한 블레이드(12')와의 사이에는 중심각의 형태로 간격이 형성되는데, 그러한 간격을 블레이드 피치(blade pitch)라고 한다.

이와 같은 블레이드 피치는 도 2 내지 도 4로부터 명료하게 파악될 수 있다. 도 2 내지 도 4는 도 1의 축선(A-A') 방향으로 절단한 단면을 회전 축선(B-B') 방향에서 바라본 횡단면도이다. 그들 단면도에서, 도면 부호 'B₁, B₂, B₃, …, B_n'은 n개의 블레이드를 각각 지시하고 있고, 도면 부호 'θ₁, θ₂, θ₃, …, θ_n'은 각각의 블레이드(B₁, B₂, B₃, …, B_n)와 시계 방향으로 그에 인접한 블레이드(B₂, B₃, …, B_n, B₁₎와의 사이의 각도를 각각 지시하고 있다.

도 2 및 도3은 각각의 선행 기술에 따른 횡류 팬(10a, 10b)의 블레이드 배열 구조를 각각 도시하고 있다. 먼저, 도 2에 따른 횡류 팬(10a)은 등피치 팬으로서, 횡류 팬(10a)의 각각의 블레이드는 시계 방향으로 그에 인접한 블레이드와의 각도가 모두 동일하게 형성되도록 배열된다. 즉, 'θ₁= θ₂= θ₃= … = θ_n'인 관계가 성립된다. 그러한 등피치 팬으로서의 횡류 팬(10a)에서는 블레이드의 회전 주파수 소음이 매우 커서 소음 특성이 나쁜 단점이 있다. 한편, 도 3에 따른 횡류 팬(10b)은 소위 랜덤 피치 팬(random pitch fan)으로서 구성된 것인데, 각각의 블레이드는 시계 방향으로 그에 인접한 블레이드와의 각도가 불균일하게 형성되도록 배열된다. 즉, θ₁≠ θ₂≠ θ₃≠ … ≠ θ_n'인 관계가 성립된다. 이 경우, 횡류 팬(10b)의 원주면에 배열된 블레이드의 불균일성으로 인하여 횡류 팬(10b)의 회전시 진동 특성이 악화되고, 블레이드 사이의 간격이 지나치게 심하게 변동되어 저주파 대역에서도 회전 주파수 소음대가 나타나는 단점이 생긴다.

최근, 등피치 팬의 배열과 랜덤 피치 팬의 배열을 상호 조합시켜 전술된 단점을 해소시키려는 몇 가지 방안들이 제안되고 있다. 그러나, 그 어떤 방안도 만족스러운 소음 및 진동 특성의 결과를 얻지는 못하였고, 그에 따라 대폭적으로 소음 및 진동을 감소시키는 것이 여전히 절실하게 요청되고 있다.

따라서, 전술된 선행 기술의 문제점으로부터 안출된 본 발명의 목적은 횡류 팬의 블레이드의 회전 주파수 소음, 그리고 횡류 팬의 블레이드의 배열 불균형성으로 인한 진동 및 저주파 대역의 소음을 대폭적으로 감소시킬 수 있는 횡류 팬의 블레이드를 제공하는데 있다.

도 1은 공기 조화기의 횡류 팬의 일반적인 구조를 나타낸 사시도.

도 2는 도 1의 A-A' 축선 방향으로 절단한 단면을 도 1의 B-B' 축선 방향에서 바라본 횡단면도.

도 3은 다른 선행 기술에 따른 횡류 팬에서의 도 2에 상응하는 횡단면도.

도 4는 본 발명에 따른 횡류 팬에서의 도 2 및 도 3에 상응하는 단면도.

도 5는 도 2의 경우의 횡류 팬의 소음 수준을 나타낸 그래프.

도 6은 도 3의 경우의 도 5에 상응하는 그래프.

도 7은 본 발명에 따른 횡류 팬의 도 5에 상응하는 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 횡류 팬 11 : 시로코 팬

12, B₁내지 B_n: 블레이드 θ₁내지 θ_n: 블레이드 피치

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 공기 조화기의 실내기에 내장되며, 실내 공기를 순환시키는 역할을 하는 다수의 블레이드를 구비하는 공기 조화기의 횡류 팬으로서, 상기 다수의 블레이드 전체는 동일한 개수의 다수의 그룹으로 분할되고, 그 각각의 그룹에서의 블레이드는 그에 인접한 블레이드와의 각도가 점증되도록 배열되며, 상기 각각의 그룹에서의 블레이드의 배열 패턴이 서로 동일하게 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기 조화기의 횡류 팬에 의하면, 블레이드의 각각의 그룹끼리는 서로 균일하지만 그 각각의 그룹에 속하는 개개의 블레이드끼리는 불균일하게 되도록 블레이드가 배열됨에 따라 블레이드의 회전 주파수 소음이 대폭적으로 감소되며, 또한 불균일하게 배열되는 인접한 2개의 블레이드 사이의 각도 변화가 최소한으로 되는 동시에, 불균일하게 배열된 블레이드로 이루어진 각각의 그룹이 전체적으로는 서로 균형을 이루게 됨에 따라 저주파 대역에서의 회전 주파수 소음뿐만 아니라 불균형성으로 인한 진동이 대폭적으로 감소되며, 그에 따라 전 주파수 대역에 걸쳐 회전 주파수 소음 특성 및 진동 특성이 획기적으로 개선된다.

한편, 각각의 블레이드의 그룹에서는 각각의 블레이드와 그에 인접한 블레이드와의 사이의 각도가 동일한 각도로 점증되도록 블레이드가 배열될 수 있다.

또한, 전체 블레이드의 그룹의 개수 및 그 각각의 그룹에 속하는 블레이드의 개수는 전체의 블레이드 개수의 인수 가운데 서로의 차이가 최소값인 2개의 인수로서 결정될 수 있다. 예컨대, 횡류 팬의 전체의 블레이드가 35개인 경우에는 1개의 그룹이 7개의 블레이드로 이루어진 5개의 그룹으로 분할되어 배열될 수 있고, 전체의 블레이드가 36개인 경우에는 1개의 그룹이 6개의 블레이드로 이루어진 6개의 그룹으로 분할되어 배열될 수 있다. 그것은 블레이드 배열의 균일성 및 불균일성을 최적으로 조화시키는데 유용하다.

이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조로 하여 바람직한 일 실시예에 의거하여 설명하기로 한다.

도 4에는 본 발명에 따른 공기 조화기의 횡류 팬(10c)의 블레이드의 배열 구조가 도시되어 있다. 그러한 공기 조화기의 횡류 팬(10c)은 공기 조화기의 실내기에 내장되어 실내 공기를 흡인하고, 흡인된 실내 공기를 증발기를 거쳐 다시 실내로 송풍시켜 순환시키는 역할을 한다. 이를 위해, 횡류 팬(10c)은 원통형 로터의 형태를 이루는 다수의 블레이드 및 그 로터를 회전시키는 모터를 구비한다.

본 발명에 따른 횡류 팬(10c)의 블레이드 전체는 동일한 개수의 다수의 그룹으로 분할되는데, 그 각각의 그룹에서의 블레이드는 그에 인접한 블레이드와의 각도가 점증되도록 배열된다. 또한, 각각의 그룹에서의 블레이드의 배열 패턴은 서로 동일하게 이루어진다. 도 4에 도시된 실시예는 블레이드 전체 개수(n)를 35개로 한정한 것임을 전제로 한다. 따라서, 이하에서는 n = 35임을 전제로 하여 설명하기로 하지만, 본 발명은 그에 한정되는 것이 아님을 특히 유념해야 할 것이다.

전체 블레이드의 그룹의 개수 및 그 각각의 그룹에 속하는 블레이드의 개수는 전체의 블레이드 개수의 인수 가운데 서로의 차이가 최소값인 2개의 인수로서 결정될 수 있다. 그것은 블레이드 배열의 균일성 및 불균일성을 최적으로 조화시키는데 유용하다. 따라서, 횡류 팬(10c)의 전체의 블레이드는 도 4으로부터 알 수 있는 바와 같이 1개의 그룹이 7개의 블레이드로 이루어진 5개의 그룹으로 분할된다. 즉, 'B₁내지 B₇', 'B₈내지 B₁₄', 'B₁₅내지 B₂₁', 'B₂₂내지 B₂₈' 및 'B₂₉내지 B₃₅'로 각각 이루어지는 5개의 그룹으로 분할된다.

이와 같이 분할된 각각의 그룹은 'θ₁내지 θ₇', 'θ₈내지 θ₁₄', 'θ₁₅내지 θ₂₁', 'θ₂₂내지 θ₂₈' 및 'θ₂₉내지 θ₃₅'의 각도를 각각 가지되, 그 각각의 그룹에서의 임의의 블레이드와 이에 인접한 블레이드와의 사이의 각도, 예컨대 'θ₁내지 θ₂'은 최소한도로 점증되도록 한다. 또한, 각각의 그룹에서의 블레이드의 배열 패턴은 동일하게 구성된다.

또한, 각각의 블레이드의 그룹에서는 각각의 블레이드와 그에 인접한 블레이드와의 사이의 각도가 동일한 각도만큼 점증되도록 블레이드가 배열될 수 있다.

결국, 이상의 배열 구조를 다음과 같은 관계식으로 종합할 수 있다:

'θ₁= θ₈= θ₁₅= θ₂₂= θ₂₉',

'θ₂= θ₉= θ₁₆= θ₂₃= θ₃₀= θ₁+ α',

'θ₃= θ₁₀= θ₁₅= θ₂₄= θ₃₁' = θ₁+ 2α',

'θ₄= θ₁₁= θ₁₅= θ₂₅= θ₃₂' = θ₁+ 3α',

'θ₅= θ₁₂= θ₁₅= θ₂₆= θ₃₃' = θ₁+ 4α',

'θ₆= θ₁₃= θ₁₅= θ₂₇= θ₃₄' = θ₁+ 5α',

'θ₇= θ₈= θ₁₅= θ₂₈= θ₃₅' = θ₁+ 6α',

'θ₁+ θ₂+ θ₃+ θ₄+ θ₅+ θ₆+ θ₇=

θ₈+ θ₉+ θ₁₀+ θ₁₁+ θ₁₂+ θ₁₃+ θ₁₄=

θ₁₅+ θ₁₆+ θ₁₇+ θ₁₈+ θ₁₉+ θ₂₀+ θ₂₁=

θ₂₂+ θ₂₃+ θ₂₄+ θ₂₅+ θ₂₆+ θ₂₇+ θ₂₈=

θ₂₉+ θ₃₀+ θ₃₁+ θ₃₂+ θ₃₃+ θ₃₄+ θ₃₅= 72°'.

α의 값은 θ₁의 값이 정해지면 바로 산출될 수 있다. 만일, θ₁의 값을 10°로 한다면, 'θ₁+ θ₂+ θ₃+ θ₄+ θ₅+ θ₆+ θ₇= 7θ₁+ 21α = 72°'의 관계로부터 'α = 2/21 ≒ 0.095°'로 산출될 수 있다. 한편, 'α = (72 - 7θ₁)/21 ＞ 0' 및 'θ₁＜ 10.28°(=72°/7)'의 조건 하에서, θ₁의 값이 정해질 수 있다. 한편, θ₁의 하한치와 관련하여 α의 값이 θ₁의 값에 비해 대단히 작다는 점을 고려하여 θ₁의 값이 결정되어야 할 것이다.

그러한 구성의 본 발명에 따른 횡류 팬에서는 각각의 그룹에 속하는 2개의 인접한 블레이드 사이의 각도가 최소한으로 변동되고, 단지 그룹과 그룹이 만나는 지점에서만 다소 큰 각도 변화가 생기게 된다. 즉, 블레이드가 개별적으로는 불균일하게 배열되면서도 전체적으로는 균일하게 배열되는 독특한 배열 구조가 이루어진다.

도 5 내지 도 7은 선행 기술 및 본 발명에 따른 횡류 팬에서의 주파수 대역에 따른 소음 수준을 각각 나타낸 그래프로서, 본 발명의 소음 특성이 선행 기술의 그것에 비해 월등히 우수함을 단적으로 보여주고 있다. 각각의 그래프에서, 가로 축은 주파수 대역(Hz)을, 그리고 세로 축은 음압 수준(Sound Pressure Level; ㏈A)을 각각 표시하고 있다.

도 5는 횡류 팬이 등피치 팬인 경우의 음압 수준을, 그리고 도 6은 횡류 팬이 랜덤 피치 팬인 경우의 음압 수준을 각각 나타낸 그래프이다. 전술된 바와 같이, 회전 주파수 소음의 수준이 매우 커서 대부분 0 ㏈A 이상의 범위에 있고 최대 70 ㏈A에까지 이르고 있다. 특히, 랜덤 피치 팬의 경우에는 저주파 대역에서도 40 ㏈A에까지 이르는 높은 회전 주파수 소음을 나타낸다.

반면에, 본 발명에 따른 횡류 팬의 경우에는 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이 회전 주파수 소음이 대부분 0 ㏈A 이하의 범위에 있고, 최대치도 불과 30 ㏈A 정도이다.

결국, 본 발명의 특징적 구성에 의해 선행 기술에서보다 현격히 개선된 소음 및 진동 특성이 얻어질 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따른 공기 조화기의 횡류 팬에서는, 동일한 개수의 블레이드로 구성된 각각의 그룹끼리는 서로 균일하지만 그 각각의 그룹에 속하는 개개의 블레이드끼리는 불균일하게 되도록 블레이드가 배열됨에 따라 블레이드의 회전 주파수 소음이 대폭적으로 감소되며, 불균일하게 배열되는 인접한 2개의 블레이드 사이의 각도 변화가 최소한으로 이루어짐에 따라 저주파 대역에서의 회전 주파수 소음이 크게 감소됨과 동시에, 불균일하게 배열된 블레이드로 이루어진 그룹이 전체적으로 서로 균형을 이루게 됨에 따라 진동이 대폭적으로 감소된다. 결국, 전 주파수 대역에 걸쳐 회전 주파수 소음 특성 및 진동 특성이 획기적으로 개선된다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 일 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허 청구 범위의 사상 및 범주를 이탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

Claims (6)

1. 공기 조화기의 실내기에 내장되며, 실내 공기를 순환시키는 역할을 하는 다수의 블레이드를 구비하는 공기 조화기의 횡류 팬으로서,

   상기 다수의 블레이드 전체는 동일한 개수의 다수의 그룹으로 분할되며, 그 각각의 그룹에서의 블레이드는 그에 인접한 블레이드와의 각도가 점증되도록 배열되고, 상기 각각의 그룹에서의 블레이드의 배열 패턴은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 횡류 팬.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 그룹에서의 블레이드는 그에 인접한 블레이드와의 사이의 각도가 동일한 각도(α)로 점증되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 횡류 팬.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 그룹 전체의 개수 및 상기 각각의 그룹에 속하는 블레이드의 개수는 전체의 블레이드 개수의 인수 가운데 서로의 차이가 최소값인 2개의 인수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 횡류 팬.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 전체의 블레이드는 총 35개이며, 1개의 그룹에 대해 7개의 블레이드로 이루어진 5개의 그룹으로 분할되어 배열되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 횡류 팬.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 각각의 그룹에서의 블레이드끼리의 각도는 10°로부터 출발하여 약 0.095°씩 점증되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 횡류 팬.
6. 공기 조화기의 실내기에 내장되며, 실내 공기를 순환시키는 역할을 하는 다수의 블레이드를 구비하는 공기 조화기의 횡류 팬으로서,

   상기 다수의 블레이드 전체는 동일한 개수의 다수의 그룹으로 분할되며, 그 각각의 그룹에서의 블레이드는 그에 인접한 블레이드와의 각도가 불규칙적으로 형성되도록 배열되며, 상기 각각의 그룹에서의 블레이드 배열 패턴은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 횡류 팬.