KR100370044B1 - 혼합 유로팬 및 이를 적용한 냉장고의 냉기 유로구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축류팬과 터보팬으로 이루어진 혼합 유로팬 및 이를 적용한 냉장고의 냉기 유로구조에 관한 것이다.

본 발명에 따른 혼합 유로팬은 모터의 회전축에 결합되는 허브와 상기 허브의 외주연에 방사방향으로 형성된 다수의 회전날개로 이루어져 축방향으로 공기를 토출시키는 축류팬과, 상기 허브와 연결되고 상기 축류팬의 팁으로부터 소정 간격 이격된 다수의 회전날개로 이루어져 반경방향으로 공기를 토출시키는 터보팬으로 구성된다.

그리고, 본 발명에 따른 냉장고의 냉기 유로구조는 증발 열교환기를 통과한 냉기를 강제 순환시키기 위해 냉동실 일측에 흡입유로와 토출유로를 갖는 하우징과, 상기 하우징 내에 구비된 모터와, 상기 모터의 회전축에 허브가 결합되고 축류팬과 상기 축류팬의 팁 외곽에 터보팬으로 구성된 혼합 유로팬과, 상기 혼합 유로팬의 전면에 토출된 냉기가 냉동실 및 냉장실로 유입되는 냉기덕트로 이루어진다.

Description

혼합 유로팬 및 이를 적용한 냉장고의 냉기 유로구조{fan with multi flow passage and structure of cool air passage with it in refrigerator}

본 발명은 냉장고 등에 적용되는 팬 및 냉장고의 냉기 유로구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2개의 유로를 가지며 각각의 유로에 서로 다른 날개를 갖는 혼합 유로팬과 이를 적용한 냉기 유로구조에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 냉매가 압축 - 응축 - 팽창 - 증발하는 냉동사이클을 반복함에 따라 고내를 저온화시켜 음식물을 일정 기간 동안 신선하게 유지시켜 주는 장치로서 생활에 있어서 필수품중 하나이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 일반적인 냉장고의 구조를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 일반적인 냉장고의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 일반적인 냉장고의 냉기 유로구조를 나타낸 구성도이며, 도 3은 일반적인 냉장고의 구조를 개략적으로 나타낸 정면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바에 따르면, 냉장고의 후면에는 저온, 저압상태의 기체 냉매를 고온, 고압상태의 기체 상태로 승온, 승압하는 압축기(3)와, 응축 열교환기(도시 생략) 및 모세관(도시 생략)을 거쳐 감압된 냉매를 저온, 저압상태로 증발시키면서 상기 냉매에 비해 상대적으로 고온인 고내의 공기와 열교환되어 고내를 저온화시키는 증발 열교환기(4)가 구비되어 냉동사이클을 구성한다.

그리고, 상기 증발 열교환기(4)의 상부에는 상기 증발 열교환기에 의해 저온화된 냉기를 강제 송풍하는 축류팬(6)과, 상기 축류팬을 구동하는 모터(5)와, 상기 축류팬(6)의 날개를 감싸는 슈라우드(7)가 구비되며, 상기 증발 열교환기 및 팬의 전면에는 냉기덕트(10)와, 상기 냉기덕트에서 냉동실(1)로 통하는 다수의 토출구(11)가 구비된다. 그리고, 상기 냉기덕트(10)의 하단에는 냉동실을 순환하면서 고온화된 냉기가 다시 증발 열교환기(4)로 유입되는 흡입구(12)가 구비된다.

한편, 도 3에 도시된 바에 따르면 상기 냉동실(1)의 일 측면에 배리어(13)에 의해 상기 냉동실과 구획되는 냉장실(2)이 구비되고, 상기 배리어(13)에는 상기 냉동실로 토출된 냉기중 일부가 냉장실로 토출되는 토출유로(13a)와 상기 냉장실을 순환하면서 고온화된 냉기가 다시 냉동실을 통해 흡입구(12)로 유입되는 흡입유로(13b)가 형성된다.

이와 같이 구성된 냉장고는 냉동실(1) 및 냉장실(2) 내에 음식물을 채운 상태에서 전원을 인가하면 기계실(도시생략)에 구비되어 있는 압축기(3)가 콘트롤러(도시생략)의 제어 신호를 받아 저온, 저압의 기체 냉매를 고온, 고압의 기체 냉매로 압축시키며, 압축된 고온, 고압의 기체 냉매는 응축 열교환기와 모세관을 통과하면서 저온, 저압의 액체 냉매로 변환된 다음, 상기 냉각사이클을 구성하는 증발 열교환기(4)를 통과하면서 저온, 저압의 기체 냉매로 변환된다.

이와 같이 냉매가 증발 열교환기(4)를 통과하면서 저온, 저압의 기체 냉매로 변환될 때 고내를 순환하면서 고온화된 냉기가 상기 증발 열교환기의 주위를 지나면서 증발작용에 의해 저온화되며, 상기 저온화된 냉기는 축류팬(6)의 회전에 의해 슈라우드(7)를 지나 냉기덕트(10)로 토출된다. 계속해서, 상기 냉기는 토출구(11)를 통해 냉동실(1)로 유입되고, 상기 냉기 중 일부는 토출유로(13a)를 통해 냉장실(2)로 유입된다. 그리고, 상기 냉동실 및 냉장실을 순환하면서 고온화된 냉기는 다시 흡입구(12)를 통해 증발 열교환기(4)로 유입되는 냉기 순환구조를 이룬다.

한편, 도 4a는 일반적인 냉장고의 축류팬을 나타낸 정면도이고, 도 4b는 일반적인 축류팬의 정압 대 풍량 특성을 나타낸 그래프이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 축류팬(6)은 모터의 구동축에 연결되는 허브(6a)와, 상기 허브의 외주연에 방사상으로 형성되어 공기를 송풍시키는 4개의 회전날개(6b)로 구성된다. 이 때, 상기 회전날개(6b)는 공기 유동을 일으키는 주요 구성요소로서, 회전날개의 3차원적인 형상에 의해 공기의 유동특성을 결정하게 된다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 축류팬은 저정압 상태에서 풍량이 풍부한 특성을 나타내는데, 일정 정압 이상에서는 풍량이 급격히 감소함을 알 수 있다.

한편, 도 1내지 도 3에 도시된 바와 같이, 냉기는 냉동실(1)과 냉장실(2)을경유하여 후면의 유로를 통해 다시 증발 열교환기(4)와 축류팬(6)을 통과하는 길고 복잡한 유로를 통과해야 한다. 이로 인해, 냉기의 유동에 상당한 저항이 발생하게 된다. 그리고, 상기 냉동실(1)과 냉장실(2)은 설정온도 및 용량이 다르기 때문에 필요 풍량이 달라지게 된다.

그러나, 기존의 냉장고에서는 1개의 축류팬만으로 높은 유로 저항과 서로 용량이 다른 풍량에 대응하기 위해, 상기 축류팬의 팬 직경을 높이거나 아니면 높은 RPM으로 회전시켜야만 하였다. 결국, 상기 축류팬은 효율과 소음 측면에서 유리한 저정압 상태에서 운전되어야 함에도 불구하고, 높은 유로 저항 하에서 고속으로 운전되고 있어 효율이 떨어지고 소음이 발생하는 문제점이 대두되었다. 이러한 문제점은 장시간 운전시 증발 열교환기에 성에가 생기는 순간에 극대화되어, 소음은 더욱 커지고 풍량은 줄어들어 냉장실에 수용된 음식물의 신선도가 떨어지는 결정적인 요인이 되었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 2개의 유로를 가지며 각각의 유로에 서로 다른 회전날개를 갖도록 구성되어 효율을 향상시킴과 동시에 소음을 감소시킬 수 있는 혼합 유로팬을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 혼합 유로팬을 냉장고의 냉기 유로상에 적용함으로써 필요 풍량이 다른 냉동실과 냉장실에 적절하게 냉기를 공급함과 아울러, 특히 냉장실의 신선도를 항상 유지할 수 있는 냉장고의 냉기 유로구조를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 냉장고의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도

도 2는 일반적인 냉장고의 냉기 유로구조를 나타낸 구성도

도 3은 일반적인 냉장고의 구조를 개략적으로 나타낸 정면도

도 4a는 일반적인 냉장고의 축류팬을 나타낸 정면도

도 4b는 일반적인 축류팬의 정압 대 풍량 특성을 나타낸 그래프

도 5a는 본 발명에 따른 혼합 유로팬을 나타낸 정면도

도 5b는 본 발명에 따른 혼합 유로팬을 나타낸 측면도

도 6은 본 발명에 따른 혼합 유로팬의 정압 대 풍량 특성을 나타낸 그래프

도 7은 본 발명에 따른 혼합 유로팬의 시스템 저항에 대한 정압 대 풍량 특성을 나타낸 그래프

도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 냉기 유로구조를 나타낸 구성도

도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉장고의 냉기 유로구조를 나타낸 구성도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

5 : 모터 10 : 냉기덕트

15 : 격벽 16 : 냉기유로

20 : 혼합 유로팬 21 : 축류팬

22 : 허브 23 : 축류팬 회전날개

25 : 터보팬 26 : 터보팬 회전날개

30 : 하우징 31 : 흡입유로

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 혼합 유로팬은 모터의 회전축에 결합되는 허브와 상기 허브의 외주연에 방사방향으로 형성된 다수의 회전날개로 이루어져 축방향으로 공기를 토출시키는 축류팬과, 상기 허브와 연결되고 상기 축류팬의 팁으로부터 소정 간격 이격된 다수의 회전날개로 이루어져 반경방향으로 공기를 토출시키는 터보팬으로 구성된다.

이 때, 상기 터보팬의 회전날개 수가 축류팬의 회전날개 수보다 많으며, 그리고 상기 축류팬과 터보팬은 시계방향 또는 반시계방향의 동일한 회전방향을 가지며 각각의 회전날개 형상은 상기 회전방향에 맞도록 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 냉장고의 냉기 유로구조는 증발 열교환기를 통과한 냉기를 강제 순환시키기 위해 냉동실 일측에 흡입유로와 토출유로를 갖는 하우징과, 상기 하우징 내에 구비된 모터와, 상기 모터의 회전축에 허브가 결합되고 축류팬과 상기 축류팬의 팁 외곽에 터보팬으로 구성된 혼합 유로팬과, 상기 혼합 유로팬의 전면에 토출된 냉기가 냉동실 및 냉장실로 유입되는 냉기덕트로 이루어진다.

이 때, 상기 냉기덕트의 일측에 터보팬으로부터 토출된 냉기만이 별도로 유입되는 유로를 형성하기 위해 격벽이 구비되고, 상기 터보팬으로부터 토출된 냉기는 냉장실로 유입되며, 상기 축류팬으로부터 토출된 냉기는 냉동실로 유입된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혼합 유로팬 및 이를 적용한 냉장고의 팬 유로구조를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 5a는 본 발명에 따른 혼합 유로팬을 나타낸 정면도이고, 도 5b는본 발명에 따른 혼합 유로팬을 나타낸 측면도이다.

도 5a 및 5b에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 따른 혼합 유로팬(20)은 모터의 회전축에 결합되는 중앙의 허브(22)와, 상기 허브의 외주연에 방사방향으로 형성된 다수의 회전날개(23)로 이루어져 상기 모터의 회전축 방향으로 공기를 토출시키는 축류팬(21)과, 상기 축류팬의 회전날개 팁(23a)으로부터 소정 간격 이격된 다수의 회전날개(26)로 이루어져 반경방향으로 공기를 토출시키는 터보팬(25)으로 이루어진다.

이 때, 상기 터보팬(25) 역시 허브(22)에 연결되어 있어 상기 허브의 회전으로 작동된다.

그리고, 상기 터보팬(25)의 회전날개 수는 축류팬(21)의 회전날개 수보다 많게 구비되는데, 이는 팬통과 주파수(Blade Passing Frequency)를 분산시킴으로써 전체적인 송풍소음을 감소시키고 팬 효율을 높이기 위한 것이다. 즉, 상기 터보팬의 회전날개(26) 수는 7개이고 상기 축류팬의 회전날개(23) 수는 5개로서, 이를 냉장고에 송풍팬으로 적용할 경우 700 Hz 이상의 터보팬(25)으로 인한 소음은 냉장고 문에 의해 차단되어짐에 따라 전체적으로 송풍소음을 감소시킬 수 있다. 그리고, 상기 혼합 유로팬(20)은 통상적으로 효율이 높은 터보팬(25)과 효율이 낮은 축류팬(21)으로 이루어짐에 따라, 상기 터보팬과 축류팬의 중간 효율을 얻을 수 있으며, 이것은 기존 축류팬의 효율보다 높은 것이다.

한편, 도 5a 및 5b에 도시된 혼합 유로팬(20)은 반시계 방향(CCW)의 회전방향을 갖는 것으로, 상기 축류팬(21)과 터보팬(25)의 회전날개(23,26) 형상은 반시계 방향으로 회전시 전면과 반경방향으로 공기를 토출시키도록 이루어진다.

또한, 상기 혼합 유로팬(20)이 시계 방향(CW)의 회전방향을 가질 경우, 상기 축류팬과 터보팬의 회전날개 형상은 상술한 반시계 방향의 회전방향을 갖는 것과 반대가 되어야 할 것이다.

이와 같이 구성된 혼합 유로팬의 성능을 기존의 축류팬과 대비하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 6은 본 발명에 따른 혼합 유로팬의 정압 대 풍량 특성을 나타낸 그래프로서, 세로축은 정압을 나타낸 축이고 가로축은 풍량을 나타낸 축이다. 그리고, 점선으로 도시된 곡선(A,B)은 각각 기존의 축류팬과 터보팬의 특성을 나타낸 것이고, 실선으로 도시된 곡선(C)은 본 발명에 따른 혼합 유로팬의 특성을 나타낸 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 기존 축류팬(A)의 경우 일정 정압 이상에서 풍량이 급속히 감소함을 알 수 있고, 기존 터보팬(B)의 경우 일정 풍량을 얻기 위해서는 정압이 커야함을 알 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 혼합 유로팬(C)은 상기 축류팬과 터보팬의 정압 대 풍량 특성의 중간치를 얻음으로써, 정압이 커질수록 풍량이 완만하게 감소하는 것을 알 수 있다. 이것은 시스템 저항이 변하는 경우에 갑작스러운 풍량 감소를 방지할 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명에 따른 혼합 유로팬의 시스템 저항에 대한 정압 대 풍량 특성을 나타낸 그래프로서, 세로축은 정압을 나타내고 가로축은 풍량을 나타내며, 시스템 저항이 변하는 경우에 기존 축류팬과 상기 혼합 유로팬의 풍량 감소를비교하고 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 시스템 저항이 변하는 경우 즉, 냉장고에 있어서 증발 열교환기에 성에가 발생한다든지 하는 경우에, 시스템 저항 곡선은 D₁에서 D₂로 이동하게 되고, 상기 혼합 유로팬과 기존 축류팬의 풍량은 상기 시스템 저항 곡선과 만나는 지점에서 결정된다. 즉, 일정 시스템 저항 곡선(D₁)이 상기 혼합 유로팬의 특성 곡선(C) 및 기존 축류팬의 특성 곡선(A)과 만나는 지점으로부터 저항이 증가하는 방향으로 이동하는 경우, 상기 혼합 유로팬의 풍량과 기존 축류팬의 풍량은 새로운 시스템 저항 곡선(D₂)과 만나는 지점으로 이동되며, 결국은 풍량이 감소하게 된다. 이 때, 상기 혼합 유로팬의 풍량 감소량(Q₁-Q₂)이 기존 축류팬의 풍량 감소량(Q₁-Q₃)보다 더 적음을 알 수 있다.

한편, 이와 같은 특성을 갖는 혼합 유로팬을 적용한 냉장고의 냉기 유로구조를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 냉기 유로구조를 나타낸 구성도이고, 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉장고의 냉기 유로구조를 나타낸 구성도이다.

먼저 도 8a에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고의 냉기 유로구조는 냉동실의 후면에 구비되고 증발 열교환기를 통과한 냉기가 강제 순환되도록 흡입유로(31)와 토출유로를 갖는 하우징(30)과, 상기 하우징의 내부에 구비되어 전원 인가시 회전력을 발생시키는 모터(5)와, 상기 모터의 회전축(5a)에 허브(22)가 결합된 혼합 유로팬과, 상기 혼합 유로팬의 전면에 토출된 냉기가 냉동실 및 냉장실로 유입되는 냉기덕트(10)로 이루어진다. 이 때, 상기 혼합 유로팬은 상술한 바와 같이 상기 허브(22)로부터 방사방향으로 형성된 다수의 회전날개(23)로 이루어져 축방향으로 냉기를 토출시키는 축류팬(21)과, 상기 축류팬의 회전날개 팁(23a)으로부터 소정 간격 이격된 다수의 회전날개(26)로 이루어져 반경방향으로 냉기를 토출시키는 터보팬(25)으로 이루어진다.

그리고, 상기 흡입유로(31)는 하우징의 하단 일측에 형성되고, 상기 토출유로는 축류팬(21)으로부터 토출된 냉기의 경우는 축방향으로, 터보팬(25)으로부터 토출된 냉기의 경우는 반경방향으로 형성된다.

이와 같이 구성된 냉장고의 냉기 유로구조에서 증발 열교환기를 통과하면서 저온화된 냉기는 하우징(30) 하단의 흡입유로(31)를 통해 유입되고, 그 일부는 축류팬(21)을 지나면서 축방향으로 나머지는 터보팬(25)을 지나면서 반경방향으로 토출되어 냉기덕트(10)에 모이게 되며, 상기 냉기는 냉기덕트를 지나면서 냉동실 및 냉장실로 공급된다.

다음 도 8b에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉장고의 냉기 유로구조는 상술한 일 실시예에 따른 냉기 유로구조와 거의 유사하나, 다른 점은 상기 냉기덕트(10)의 혼합 유로팬 전면에 상기 터보팬(25)으로부터 토출된 냉기만이 유입되는 냉기유로(16)를 형성하기 위해 별도의 격벽(15)이 형성된다.

즉, 상기 격벽(15)은 터보팬(25)의 토출유로 전면에 구비되어 상기 토출유로를 냉기덕트(10)로부터 분리시킴으로써, 상기 터보팬으로부터 토출된 냉기를 축류팬(21)으로부터 토출된 냉기와 분리시킨다.

한편, 이와 같이 냉기덕트(10)와 냉기유로(16)로 구분된 냉기는 냉동실과 냉장실에 각각 분리되어 공급될 수 있다. 일례로, 상기 냉기유로(16)로 유입된 냉기는 냉장실로 공급되고, 상기 냉기덕트(10)로 유입된 냉기는 냉동실로 공급된다. 이 경우, 상기 냉기유로(16)로 유입된 냉기는 터보팬(25)으로부터 토출된 냉기로서, 이를 냉장실로 공급함으로써 냉장실로 공급되는 풍량을 항상 일정하게 유지할 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 터보팬(25)은 정압 변화에 따른 풍량의 변화가 완만한 특성을 지니기 때문에, 증발 열교환기에 성에가 생겨 순간적으로 높인 유로 저항이 발생하더라도 풍량은 크게 감소되지 않으며, 이로 인해 냉장실의 신선도를 일정하게 유지할 수 있다.

본 발명에 따른 혼합 유로팬 및 이를 적용한 냉장고의 냉기 유로구조는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 본 발명에 따른 혼합 유로팬은 축류팬과 터보팬으로 이루어져 기존 축류팬보다 높은 효율을 제공할 수 있다.

둘째, 상기 혼합 유로팬을 적용한 냉장고의 냉기 유로구조는 팬통과 주파수가 높은 터보팬을 적용함에 따라 소음을 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 터보팬의 팬통과 주파수는 냉장고의 문에 의해 차단됨에 따라 전체적인 송풍 소음을 감소시킬 수 있다.

셋째, 상기 혼합 유로팬을 적용한 냉장고의 냉기 유로구조는 정압 변화에 대한 풍량의 변화가 완만한 터보팬을 적용함에 따라 갑작스러운 유로 저항이 발생하더라도 축류팬의 풍량 감소를 상기 터보팬이 보완함으로써, 전체적으로 일정한 풍량을 제공할 수 있다. 특히, 터보팬으로부터 토출된 냉기를 냉장실로 공급함으로써 냉장실의 신선도를 항상 일정하게 유지할 수 있으며, 이로 인해 냉장실의 음식물이 상하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (6)

1. 모터의 회전축에 결합되는 허브와, 상기 허브의 외주연에 방사방향으로 형성된 다수의 회전날개로 이루어져 축방향으로 공기를 토출시키는 축류팬과;

   상기 허브와 연결되고 상기 축류팬의 팁으로부터 소정 간격 이격된 다수의 회전날개로 이루어져 반경방향으로 공기를 토출시키는 터보팬으로 구성되는 혼합 유로팬.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 터보팬의 회전날개 수가 축류팬의 회전날개 수보다 많은 혼합 유로팬.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 축류팬과 터보팬은 시계방향 또는 반시계방향의 동일한 회전방향을 가지며, 각각의 회전날개 형상은 상기 회전방향에 맞도록 구성되는 혼합 유로팬.
4. 제 3 항에 있어서,

   증발 열교환기를 통과한 냉기를 강제 순환시키기 위해 냉동실 일측에 흡입유로와 토출유로를 갖는 하우징과;

   상기 하우징 내에 구비된 모터와;

   상기 모터의 회전축에 허브가 결합되고 축류팬과 상기 축류팬의 팁 외곽에터보팬으로 구성된 혼합 유로팬과;

   상기 혼합 유로팬의 전면에 토출된 냉기가 냉동실 및 냉장실로 유입되는 냉기덕트로 이루어지는 냉장고의 냉기 유로구조.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 냉기덕트의 일측에 터보팬으로부터 토출된 냉기만이 별도로 유입되는 유로를 형성하기 위해 격벽이 구비되는 냉장고의 냉기 유로구조.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 터보팬으로부터 토출된 냉기는 냉장실로 유입되고, 상기 축류팬으로부터 토출된 냉기는 냉동실로 유입되는 냉장고의 냉기 유로구조.