KR100337287B1 - 원심 송풍기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원심 송풍기에 관한 것으로서, 다수의 송풍날개를 구비한 시로코 팬; 및 상기 시로코 팬의 외측에 와선형으로 통풍로를 형성하는 스크롤 케이싱을 포함하되, 상기 스크롤 케이싱의 통풍로가 이루는 와선의 중심(O2,O3)으로부터 상기 시로코 팬의 중심(O1)이 소정거리 이격되도록 상기 시로코 팬이 설치되어 있으므로, 스크롤 케이싱의 와류 곡선을 간단히 비선형으로 변화시켜, 시로코 팬의 저속 회전에서도 유량을 증가시키고 소음을 줄일 수 있다는 효과가 있다.

Description

원심 송풍기{centrifugal fan}
본 발명은 원심 송풍기에 관한 것으로서, 특히, 원심 송풍기의 스크롤 케이싱에 관한 것이다.
도1에 도시한 바와 같이, 원심 송풍기는 다수의 송풍날개를 원주방향을 배열한 시로코 팬(2)과, 상기 시로코 팬(2)의 외측에 와선형으로 통풍로를 형성하는 스크롤 케이싱(4)을 구비한 구조로서, 공기가 상기 시로코 팬(2)의 축방향을 따라 유입하여 공기입구와 90도방향으로 스크롤 케이싱내에서 와류를 형성하여 출구(6)로 토출하게 된다.
이러한 종래의 원심 송풍기에서 스크롤 케이싱(4)의 와선은 아르키메데스 와선이나 대수와선으로 되어 있다. 그리고, 상기 와선시점(P1)은 상기 시로코 팬(2)의 중심(O)와 와선종점(F1)을 잇는 선에서 와류실(S)의 내측으로 들어가 있다. 따라서, 스크롤 각은 360도 이상으로 되어 있다.
또한, 도2에 도시한 바와 같이, 아르키메데스 와선은 스크롤각도(와선시점에서 와선종점을 향하여 잰 각도)가 증가함에 따라 스크롤 반경(시로코 팬의 중심에서 와선까지의 거리)이 선형적으로 증가하는 곡선이고, 대수와선도 스크롤각도가 증가함에 따라 스크롤 반경이 대체적으로 직선에 가깝게 선형적으로 증가하는 곡선이다.
이러한 아르키메데스 와선이나 대수와선을 이용하여 제작한 스크롤 케이싱은 곡선을 형성하기가 용이하여 제작은 간단하지만, 원주방향의 어떤 범위에서 와류가 박리되므로, 송풍효율이 저하하여 송풍기의 성능이 낮아지며 소음이 증가하게 된다.
이러한 상기 아르키메데스 와선이나 대수와선을 이용하여 제작한 스크롤 케이싱의 결점을 보완하고자, 와선을 비선형으로 수정하여 제작한 스크롤 케이싱이 일본 특개평 6-117397호로 개시되어 있다.
상기 특개평 6-117397호는 도3에 도시한 바와 같이, 스크롤 케이싱(14)의 와선은, 와선시점(P2)으로부터 임의의 스크롤 각(θ1) 까지는 일정한 확대각으로 형성시킨 스크롤 반경으로 이루어 지고, 상기 스크롤 각(θ1)으로부터 와선종점(F2)까지의 스크롤 반경은, 상기 와선시점(P2)부터 와선종점(F2)까지 일정한 확대각으로 형성되는 경우의 스크롤 반경보다 크고, 상기 와선종점(F2)의 스크롤 반경은 상기 와선시점(P2)부터 와선종점(F2)까지 일정한 확대각으로 형성되는 경우의 스크롤 반경과 같게 되어 있다.
즉, 도4에 도시한 바와 같이, 와선시점(P2)의 스크롤 각을 0 이라 하고, 와선종점(F2)의 스크롤 각을 θ2라 하면, 스크롤 케이싱(14)의 와선의 스크롤 반경은 다음식으로 표시된다.
r(θ) = r0+ r1exp(n θ) + R(θ)
여기서, R(θ)는,
0 < θ< θ1일 경우는 R(θ) = 0이고,
θ1< θ< θ2일 경우는
R(θ) = k1sin {π/2 x (θ- θ1)/ (θ- θ2)이다.
그리고, r0는 시로코 팬의 외주면과 와선시점(P2)사이의 거리이고,
r1은 시로코 팬의 반경이며,
n 은 확대각이며,
θ는 와선시점(P2)을 기준으로 잰 임의의 각이다.
도4에서는 실선은 상기 와선시점(P2)부터 와선종점(F2)까지 일정한 확대각으로 형성되는 경우의 스크롤 반경을 나타내고, 점선은 임의의 스크롤 각(θ1)에서 와선종점의 스크롤 각( θ2)까지의 스크롤 반경을 나타내고 있다.
그리고, 와선시점(P2)은 상기 시로코 팬(12)의 중심(O)와 와선종점(F2)을 잇는 선에서 와류실(S)의 외측으로 이동되어 있다. 따라서, 스크롤 각의 범위는 360도 이하로 되어 있다.
이와 같이 구성된 종래의 특개평 6-117397호의 스크롤 케이싱은 수식에 따른 정확한 비선형 곡선으로 제작하기가 용이하지 못하다는 문제점에 있었다.
또한, 공기 사이 및 스크롤 케이싱 내면사이의 마찰저항이 그다지 감소하지 못하여 송풍효율이 저하하여 송풍기의 성능이 낮아지며 소음이 증가하게 된다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 제작이 용이할 뿐만 아니라 송풍효율이 높고 소음이 감소하는 원심 송풍기를 제공하는 데 있다.
도1은 종래 선형 스크롤 곡선을 가진 원심 송풍기를 나타내는 개략단면도,
도2는 도1의 스크롤 반경과 스크롤 각의 관계를 나타내는 그래프,
도3은 종래 비선형 스크롤 곡선을 가진 원심 송풍기를 나타내는 개략단면도,
도4는 도3의 스크롤 반경과 스크롤 각의 관계를 나타내는 그래프,
도5는 본 발명의 일실시예에 의한 비선형 스크롤 곡선을 가진 원심 송풍기를 나타내는 개략단면도,
도6은 도5에서 화살표 A-A선에 따른 단면도,
도7은 도5의 스크롤 반경과 스크롤 각의 관계를 나타내는 그래프,
도8은 종래 원심 송풍기와 본 발명의 일실시예에 의한 원심 송풍기의 회전수에 대한 유량비교 그래프,
도9은 종래 원심 송풍기와 본 발명의 일실시예에 의한 원심 송풍기의 유량에 대한 소음비교 그래프,
도10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 비선형 스크롤 곡선을 가진 원심 송풍기를 나타내는 개략단면도,
도11은 도10의 스크롤 반경과 스크롤 각의 관계를 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
22 : 시로코 팬 24 : 스크롤 케이싱
P3 : 와선시점(스크롤 시점) F3 : 와선종점(스크롤 종점)
O1: 시로코 팬의 중심 O2,O3: 스크롤 케이싱의 와선중심
Rd: 스크롤 반경
본 발명에 의한 원심 송풍기는, 다수의 송풍날개를 구비한 시로코 팬; 및 상기 시로코 팬의 외측에 와선형으로 통풍로를 형성하는 스크롤 케이싱을 포함하되, 상기 스크롤 케이싱의 통풍로가 이루는 와선의 중심으로부터 상기 시로코 팬의 중심이 소정거리 이격되도록 상기 시로코 팬이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 스크롤 케이싱의 와선은 아르키메데스 와선이나 대수와선으로 되어 있다.
상기 스크롤 케이싱의 스크롤 시점과 스크롤 종점은 동일선상에 있다. 따라서 스크롤 각은 0도에서 360도까지 변하게 된다. 그러나, 스크롤 각의 범위를 360도 이하나 360도 이상으로 할 수도 있다.
상기 시로코 팬의 중심은 상기 스크롤 케이싱의 와선중심으로부터 상기 스크롤 시점의 반대측 방향으로 이동되어 있다. 그러나 시로코 팬의 중심을 상기 스크롤 케이싱의 와선중심으로부터 상,하,좌,우방향으로 다양하게 이동하여, 시로코 팬의 중심에서 보아서 스크롤 케이싱의 와선을 비선형 스크롤 곡선으로 만들 수도 있다.
상기 시로코 팬의 중심이 상기 스크롤 케이싱의 와선중심으로부터 이격된 거리(D)는, 식 0 D ≤0.15 RP3(여기서, RP3는 스크롤 시점의 와선반경)을 만족하게 되어 있는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도5 및 도6에 도시한 바와 같이, 다수의 송풍날개(21)를 원주방향을 배열한 시로코 팬(22)의 외측에는 와선형으로 통풍로를 형성하는 스크롤 케이싱(24)이 구비되어 있다. 상기 시로코 팬(22)의 중심(O1)은 상기 스크롤 케이싱(24)의 와선중심(O2)으로 부터 소정거리(D) 하측으로 이격되어 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 스크롤 케이싱(24)의 와선중심(O2)에서 와선까지의 거리를 와선반경이라 하고, 시로코 팬(22)의 중심(O1)에서 와선까지의 거리를 스크롤 반경이라 한다.
상기 스크롤 케이싱(24)에서 상기 시로코 팬(22)의 축방향에는 공기가 유입되는 공기 입구(26)가 형성되어 있고, 스크롤 케이싱의 와선종점(F3)측에는 상기 공기입구(26)와 90도 방향으로 공기 출구(28)가 형성되어 있다. 상기 공기 입구(26)에서 유입된 공기는 시로코 팬(22)에서 에너지를 받아 와선시점(P3)에서 압력이 증가하여 와류로 형성되어 와선종점(F3)부위에서 압력수두가 속도수두로 바뀌어 유출한다.
상기 시로코 팬(22)은, 중앙부가 공기입구측으로 볼록하게 된 베이스 판(30)의 가장자리 원주를 따라 다수의 송풍날개(21)가 배열되고, 상기 송풍날개(21)의 공기입구측 가장자리는 지지링(32)에 의해 연결되어 원통형상의 강성을 유지하게 되어 있다. 그리고, 상기 시로코 팬(22)의 베이스판(30)은 모터(M)의 모터축에 연결되어 있다.
상기 스크롤 케이싱(24)은 와선중심(O2)을 기준으로 하여 아르키메데스 와선으로 형성되거나 대수와선으로 이루어져 있다.
상기 아르키메데스 와선은 수식 r = r3+ m θ를 만족하는 곡선이며,
상기 대수와선은 수식 r = r3e를 만족하는 곡선이다.
상기 수식에서,
r 은 스크롤 케이싱의 와선중심(O2)에서 와선까지의 거리이고,
r3는 와선시점(P3 ; 스크롤 시점)에서의 와선반경이고,
θ는 와선시점(P3 ; 스크롤 시점)에서 와선종점(F3 ; 스크롤 종점)을 향하여 잰 스크롤 각도이며,
m 및 n은 상수이다.
상기 스크롤 케이싱(24)의 스크롤 시점(P3)과 스크롤 종점(F3)은 동일선상에 있다. 따라서 스크롤 각은 0도에서 360도까지 변하게 된다. 그러나, 상기 스크롤 시점(P3)을 상기 시로코 팬(22)의 중심(O1)과 스크롤 종점(F3)을 잇는 선에서 와류실(S)의 내측으로 들어가게 하여 스크롤 각 범위를 360도 이상으로 하거나, 스크롤 시점(P3)을 상기 시로코 팬(22)의 중심(O1)와 스크롤 종점(F3)을 잇는 선에서 와류실(S)의 외측으로 이동시켜 스크롤 각 범위를 360도 이하로 할 수도 있다.
상기 시로코 팬(22)의 중심이 상기 스크롤 케이싱(24)의 와선중심으로부터 이격된 거리(D)는, 식 0 D ≤0.15 RP3(여기서, RP3는 스크롤 시점의 와선반경)을 만족하게 되어 있다.
이와 같이 시로코 팬의 중심이 스크롤 케이싱의 와선중심으로부터 하측으로 이동하여 형성되는 스크롤 곡선이 도7에 도시되어 있다. 즉, 시로코 팬(22)의 중심(O1)을 기준으로 한 스크롤 반경(Rd)은 스크롤 시점부근에서는 거의 증가하지 않고 있다. 그리고, 스크롤 각 150도 부근에서는 와선중심(O2)을 기준으로 한 와선반경과 동일하게 된다. 이와 같이 스크롤 곡선이 비선형으로 되어 있다.
도7의 스크롤 곡선은 대수와선으로 형성된 스크롤 케이싱(24)의 와선중심(O2)으로부터 시로코 팬(22)의 중심이 이격된 거리(D)가 스크롤 시점(P3)의 와선반경의 0.15배로 된 경우이나, 상기 이격된 거리(D)를 변화시킴에 의해 다양한 스크롤 곡선을 얻을 수 있다.
상기한 바와 같이 스크롤 케이싱의 와선중심(O2)으로부터 시로코 팬의 중심(O1)이 하측으로 이동하여 형성되는 스크롤 곡선을 가지는 실시예는, 와선시점(스크롤 시점)부근에서의 통로폭이 크게 되어 스크롤 초기시에 마찰저항이 현저히 감소하여 송풍효율이 증가하고 송풍기의 성능이 상승하며 소음이 현저히 감소하게 된다.
도8은 종래 대수와선을 스크롤 곡선으로 가지는 원심 송풍기와, 시로코 팬의 중심을 이동시켜 비선형으로 된 스크롤 곡선(도7의 곡선)을 가지는 본 발명의 실시예에 의한 원심 송풍기의 회전수에 대한 유량비교 그래프이다. 도시한 바와 같이, 동일한 회전수에서 본 발명 원심 송풍기의 유량이 종래의 원심 송풍기의 유량보다 현저히 많음을 알 수 있다.
도9는 종래 대수와선을 스크롤 곡선으로 가지는 원심 송풍기와, 시로코 팬의 중심을 이동시켜 비선형으로 된 스크롤 곡선(도7의 곡선)을 가지는 본 발명의 실시예에 의한 원심 송풍기의 유량에 대한 소음비교 그래프이다. 도시한 바와 같이, 동일한 유량에서 본 발명의 원심 송풍기의 소음이 종래의 원심 송풍기의 소음보다 현저히 감소하였음을 할 수 있다.
이러한 본원발명에 의하면, 낮은 회전수에서 유량이 많으므로, 저속운전을 할 수 있게 되어 소음을 감소시킬 수 있게 된다. 그리고, 대수와선이나 아르키메데스 와선을 사용하여 스크롤 케이싱을 제작하므로, 원심 송풍기의 제작을 용이하게 할 수 있다.
도10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 비선형 스크롤 곡선을 가진 원심 송풍기를 나타내는 개략단면도이다. 도시한 바와 같이, 스크롤 케이싱(34)의 와선중심(O3)으로부터 시로코 팬(32)의 중심(O1)이 소정거리(D) 상측으로 이격되어 있다.
이와 같이 스크롤 케이싱의 와선중심으로부터 시로코 팬의 중심이 상측으로 이동하여 형성되는 스크롤 곡선이 도11에 도시되어 있다. 즉, 시로코 팬(32)의 중심(O1)을 기준으로 한 스크롤 반경(Rd)은 스크롤 중간 부근에서는 거의 증가하지 않게 되어 있다.
상기 스크롤 케이싱의 와선중심으로부터 상기 시로코 팬의 중심을 좌,우방향으로도 다양하게 이동하여, 시로코 팬의 중심에서 보아서 스크롤 케이싱의 와선을 비선형 스크롤 곡선으로 만들 수도 있다.
본 발명에 의한 원심 송풍기에 의하면, 제작이 용이할 뿐만 아니라 송풍효율이 높고 소음이 감소하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 원심송풍기에 있어서,
    다수의 송풍날개를 구비한 시로코 팬; 및
    상기 시로코 팬의 외측에 와선형으로 통풍로를 형성하는 스크롤 케이싱을 포함하되,
    상기 스크롤 케이싱의 통풍로가 이루는 와선의 중심으로부터 상기 시로코 팬의 중심이 소정거리 이격되도록 상기 시로코 팬이 설치된 것을 특징으로 하는 원심 송풍기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시로코 팬의 중심이 상기 스크롤 케이싱의 와선중심으로부터 이격된 거리(D)는, 식 0 D ≤0.15 RP3(여기서, RP3는 스크롤 시점의 와선반경)을 만족하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 원심송풍기.
  3. (삭제)
  4. (삭제)
  5. (정정)
    제1항 내지 제2항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 시로코 팬의 중심은 상기 스크롤 케이싱의 와선중심으로부터 상기 스크롤 시점의 반대측 방향으로 이동되어 있는 것을 특징으로 하는 원심 송풍기
KR1019990030810A 1999-07-28 1999-07-28 원심 송풍기 KR100337287B1 (ko)

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