KR100347048B1 - 냉장고의 냉기순환용 축류팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉장고의 냉기순환용 축류팬에 관한 것으로서, 특히 모터축이 연결되는 허브와, 상기 허브에 설치되는 복수개의 날개를 포함하되, 상기 날개의 개수, 허브비, 상기 날개의 스윕각, 피치각, 캠버율을 비롯한 팬의 설계변수들을 각각 최적의 조건으로 선정하여 냉장고의 큰 압력손실과 복잡한 유로특성에 적합한 냉기의 유동을 생성할 수 있는 동시에 팬 자체의 유체소음이 감소되어 냉장고의 저소음화가 실현될 수 있도록 한 냉장고의 냉기순환용 축류팬에 관한 것이다.

Description

냉장고의 냉기순환용 축류팬 {Axial flow fan for refrigerator}

본 발명은 냉장고에서 증발기를 통해 냉각된 공기를 냉동실과 냉장실로 공급하는 팬에 관한 것으로서, 특히 팬의 저소음화 설계에 적합하도록 날개의 개수, 허브비, 스윕각, 피치각, 최대캠버율 등과 같은 팬 설계인자들을 선정한 냉장고의 냉기순환용 축류팬에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 냉장고의 냉기순환용 축류팬이 도시된 도면이고, 도 2는 종래 기술에 따른 축류팬의 날개 끝단 단면이 도시된 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 종래 기술에 따른 냉장고의 냉기순환용 축류팬의 구조 및 작동에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 종래의 냉기순환용 축류팬은 모터축이 연결되는 허브(1)와, 상기 허브(1)에 설치된 복수개의 날개(5)로 구성되며, 상기한 날개(5)의 개수는 보통 3∼4개이다.

또한, 상기 허브(1)와 팬 외경의 직경비인 허브비(Hub ratio)는 0.25∼0.3이며, 상기 날개(5)의 피치각(Pitch angle)은 25°∼35°이다.

여기서, 상기 피치각은 날개(5)의 리딩에지와 트레일링에지를 연결한 직선인 코드와 반경방향이 이루는 각도로서, 상기 날개(5)가 회전축에 수직인 평면과 얼마나 경사지게 형성되는가를 의미한다.

그러나, 종래의 냉기순환용 축류팬은 날개(5)의 개수, 허브비, 피치각 등과 같은 팬의 설계변수들이 냉장고의 큰 압력손실과 복잡한 유로특성에 적합한 냉기의유동을 생성하기에는 부적합하게 선정되어 있기 때문에 유체소음이 크게 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 축류팬은 날개(5)와 날개(5) 사이에서 발생하는 와류 및 날개(5) 간의 충돌로 인해 발생하는 BVI(Blade vortex interaction)에 의하여 팬 자체의 소음이 더욱 증가되는 문제점이 있었다.

여기서, 상기한 BVI는 회전방향을 기준으로 날개(5)가 회전하면서 생성시킨 와류띠(Vortex stream)에 뒤따라 회전되는 날개(5)가 부딪힘으로써 소음이 발생되는 현상이다.

또한, 종래 기술에 따른 냉기순환용 축류팬은 날개팁(5a)이 도 2에 도시된 바와 같이 형성되어 날개(5)의 압력면에서 부압면으로 넘어가는 공기의 정압 회복이 급작스럽게 일어나도록 되어 있다.

따라서, 상기 날개(5)의 회전에 따라 주변물과 유동의 충돌에 의해 발생되는 소음의 주된 주파수로서, 날개(5)의 개수와 회전수의 곱의 양의 정수배로 표시되는 BPF(Blade passing frequency)가 낮게 된다.

그런데, 냉장고의 압축기, 기계실용 팬, 냉기순환용 팬 등에서 발생된 후 여러 가지 경로를 거쳐 외부로 유출되는 소음을 막기 위한 냉장고 문은 일반적으로 700㎐ 이상의 고주파 소음을 차단하도록 형성되어 있으므로, 종래의 축류팬에서 발생되는 낮은 BPF는 상기한 냉장고 문에 의하여 거의 차단되지 않게 된다.

다시 말하면, 종래의 냉기순환용 축류팬은 주로 저주파 대역이 크고 BPF가 낮은 소음을 발생시키기 때문에 냉장고의 문에 의한 차폐음 효과, 즉 소음 감소 효과를 거의 볼 수 없게 되어 외부 유출 소음이 커지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 팬의 저소음화 설계에 적합하도록 날개의 개수, 허브비, 스윕각, 피치각, 최대캠버율 등과 같은 팬 설계인자들을 선정하여 냉장고의 운전 소음이 감소되도록 하는 냉장고의 냉기순환용 축류팬을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 냉장고의 냉기순환용 축류팬이 도시된 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 축류팬의 날개 끝단 단면이 도시된 도면,

도 3은 본 발명에 따른 냉장고의 냉기순환용 축류팬이 도시된 도면,

도 4는 본 발명에 따른 축류팬의 정면이 도시된 도면,

도 5는 본 발명에 따른 축류팬의 원주방향 날개 단면이 도시된 도면,

도 6은 본 발명에 따른 축류팬의 반경 방향 날개 끝단 단면이 도시된 도면,

도 7은 종래 기술에 따른 축류팬과 본 발명에 따른 축류팬을 각각 적용한 경우 나타나는 냉장고의 전방 소음 특성에 관한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 허브 55 : 날개

55a : 날개팁 55b : 날개허브

θ : 스윕각 ψ : 피치각

CP : 최대캠버위치

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 냉장고의 냉기순환용 축류팬은, 모터축이 연결되는 허브와, 상기 허브에 설치된 복수개의 날개가 포함되는 축류팬에 있어서, 상기 날개의 개수는 적어도 7개 이상이고, 허브비(Hub ratio)는 0.45∼0.55이며, 피치각(Pitch angle)은 날개팁에서 32°±2°, 날개허브에서 45°±2°로 형성되고, 상기 날개허브를 0, 날개팁을 1이라 가정할 때에 0.65 지점에 최대캠버가 형성되며, 스윕각(Sweep angle)은 32°∼34°인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 냉장고의 냉기순환용 축류팬이 도시된 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 축류팬의 정면이 도시된 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 축류팬의 원주방향 날개 단면이 도시된 도면이다. 또한, 도 6은 본 발명에 따른 축류팬의 반경 방향 날개 끝단 단면이 도시된 도면이고, 도 7은 종래 기술에 따른 축류팬과 본 발명에 따른 축류팬을 각각 적용한 경우 나타나는 냉장고의 전방 소음 특성에 관한 그래프이다.

도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 냉장고의 냉기순환용 축류팬의 구조와 작동을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 냉기순환용 축류팬은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 모터축이 연결되는 허브(51)와, 상기 허브(51)에 설치된 복수개의 날개(55)를 포함하되, 상기 날개(55)의 개수는 적어도 7개 이상이다.

이때, 상기 날개(55)의 개수는 효율, 풍량, 풍압 등의 여러 가지 사항을 고려할 때 9개인 것이 가장 바람직하다.

또한, 상기 허브(51)와 팬 외경의 직경비인 허브비(Hub ratio)는 0.45∼0.5로서, 상기 허브(51)의 직경은 55±5㎜의 범위 내에 분포되고, 상기한 팬 외경, 즉 날개(55)의 외경은 110±10㎜의 범위 내에 분포되어 있다.

또한, 상기 날개(55)의 스윕각(Sweep angle)(θ)은 32°∼34°의 범위 내에 분포되어 있다.

여기서, 상기한 스윕각(θ)은 날개(55)의 리딩에지와 트레일링에지를 연결한 직선인 코드가 반경방향을 따라서 양의 원주방향으로 기울어진 각도를 나타낸 것으로서, 상기 날개(55)가 앞쪽으로 얼마나 치우치게 형성되는가를 의미한다.

또한, 상기 날개(55)의 피치각(Pitch angle)(ψ)은 날개팁(55a)에서 32°±2°, 날개허브(55b)에서 45°±2°로 분포되어 있다.

여기서, 상기한 피치각(ψ)은 날개(55)의 리딩에지와 트레일링에지를 연결한 직선인 코드와 반경방향이 이루는 각도로서, 상기 날개(55)가 회전축에 수직인 평면과 얼마나 경사지게 형성되는가를 의미한다.

또한, 상기 날개(55)의 최대캠버위치(CP)는 날개허브를 0, 날개팁을 1이라 가정할 때에 0.65인 지점에 형성되고, 상기 최대캠버위치로부터 상기 날개허브(55b) 및 상기 날개팁(55a)까지 완만한 곡선을 이루면 캐버량이 감소되도록 형성된다. 그리고, 최대캠버율은 날개팁(55a)에서 11.5%, 날개 허브(51)에서 8%로 분포되어 있다.

여기서, 상기한 캠버는 날개(55)의 양끝단을 연결한 선을 코드라 할 때에 상기 코드와 날개 사이의 수직 거리, 즉, 날개의 코드 길이(CL)에 대해 날개(55) 중심선이 갖는 곡률에 의한 변위를 캠버라 하며, 상기 캠버가 가장 긴 위치를 최대캠버(C)라 한다.그리고, 상기한 최대캠버율은 최대캠버(C)와 코드의 길이(CL)의 비를 백분율로 나타낸 것이다.

상기한 바와 같이, 날개(55)의 스윕각(θ), 피치각(ψ), 최대캠버율을 크게 형성시키면 팬 자체에서 발생하는 유체소음이 감소되게 된다.

뿐만 아니라, 상기 날개(55)의 회전에 따라 주변물과 유동의 충돌에 의해 발생되는 소음의 주된 주파수인 BPF가 증가되어 대부분의 BPF가 냉장고 문에 의해 차단되므로 냉장고의 외부 유출 소음이 대폭 감소되게 된다.

또한, 상기 날개(55)의 날개팁(55a)은 도 6에 도시된 바와 같이, 압력면에서 부압면을 향해 소정 곡률을 가지면서 휘어지도록 형성되어 있으며, 이때 상기 날개팁(55a)은 팬 직경의 0.1배 이하의 반경과 동일한 곡률을 갖는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 날개팁(55a)을 형성시키면 압력면에서 부압면으로 넘어가는 공기의 정압 회복이 천천히 진행되게 되므로 날개(55)의 뒤로 발생되는 와류띠의 생성이 억제되어 BVI가 약화되게 된다.

마지막으로, 상기 날개(55)가 양의 축방향에 대해 기울어진 정도를 나타내는 레이크(Rake)는 0이다.

상기와 같이 구성 및 작동되는 본 발명에 의한 축류팬을 냉장고에 적용하면 도 7의 (a)와 같은 전방 소음 특성을 나타내는 그래프를 얻을 수 있다. 이때, 기존의 축류팬에 의한 전방 소음 특성을 나타내는 그래프는 도 7의 (b)이다.

상기한 도 7의 (a)와 (b)에 나타난 그래프를 서로 비교하면 기존의 축류팬을 냉장고에 적용한 경우보다 본 발명의 축류팬을 냉장고에 적용한 경우에 냉장고 송풍소음이 전방 기준으로 4.3㏈(A) 정도 감소됨을 알 수 있다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명에 따른 냉장고의 냉기순환용 축류팬은, 날개(55)의 개수, 허브비, 스윕각(θ), 피치각(ψ), 최대캠버율 등과 같은 팬 설계인자들을 최적화함으로써 냉장고의 큰 압력손실과 복잡한 유로특성에 적합한 냉기의 유동을 생성할 수 있는 동시에 팬 자체의 유체소음이 감소되는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 축류팬은 날개(55)의 회전에 따라 주변물과 유동의 충돌에 의해 발생되는 소음의 주된 주파수인 BPF가 기존의 팬보다 2배 이상 증가되므로 대부분의 BPF가 냉장고 문에 의해 차단되어 냉장고의 외부 유출 소음이 대폭 감소되는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 냉기순환용 축류팬은 날개팁(55a)이 소정의 곡률을 갖도록 휘어지게 형성됨으로써 날개(55)의 뒤로 발생하는 와류띠의 생성이 억제되어 상기한 와류띠에 뒤따라 회전되는 날개(55)가 부딪히면서 소음이 발생되는 현상인 BVI가 약화되는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 모터축이 연결되는 허브와, 상기 허브에 설치된 복수개의 날개가 포함되는 축류팬에 있어서;

   상기 날개의 개수는 적어도 7개 이상이고, 허브비(Hub ratio)는 0.45∼0.55이며, 피치각(Pitch angle)은 날개팁에서 32°±2°, 날개허브에서 45°±2°로 형성되고, 상기 날개허브를 0, 날개팁을 1이라 가정할 때에 0.65 지점에 최대캠가 형성되며, 스윕각(Sweep angle)은 32°∼34°인 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉기순환용 축류팬.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 날개의 날개팁은 압력면에서 부압면을 향해 소정 곡률을 가지면서 휘어진 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉기순환용 축류팬.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 날개의 레이크는 0인 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉기순환용 축류팬.