KR100379499B1

KR100379499B1 - 냉장고용 축류팬

Info

Publication number: KR100379499B1
Application number: KR10-2000-0061319A
Authority: KR
Inventors: 정용규; 김창준
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2003-04-10
Also published as: KR20020030486A

Abstract

본 발명은 축류팬을 구성하는 블레이드 형상의 최적설계를 통해 냉장고 냉기유로상의 공기유동을 원활하게 함과 동시에 공기의 유동량을 증가시켜 진일보된 고효율ㆍ저소음 축류팬을 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 위해, 본 발명은 허브와, 블레이드로 이루어진 냉장고용 축류팬에 있어서; 상기 허브의 외주면에 방사상으로 5개의 블레이드가 형성되고, 상기 허브 직경(I)과 상기 축류팬 외경(O)의 비(I/O)가 28.4±1%로 설정되고 상기 블레이드 폭(W)과 상기 축류팬 외경(O)의 비(W/O)가 27.8±1%로 설정되며, 상기 축류팬의 외경이 88±1mm이며, 상기 블레이드의 전연을 0, 후연을 1이라 할 때 최대캠버위치(P)는 0.65로 상기 블레이드의 허브위치에서 상기 블레이드의 팁위치까지 일정하게 분포되고, 상기 블레이드의 허브측 위치를 0, 블레이드의 팁 위치를 1이라 할 때 최대캠버(M)는 0 위치에서 5.0±0.5%, 0.375 위치에서 6.0%, 1 위치에서 7.5±0.5%로 곡선분포됨을 특징으로 하는 냉장고용 축류팬을 제공한다.

Description

냉장고용 축류팬{Axial fan for a refrigerator}

본 발명은 냉장고용 축류팬에 관한 것으로서, 더 상세하게는 축류팬의 블레이드 구조 개선에 관한 것이다.

일반적으로, 축류팬(axial fan)은 외부의 구동원으로부터 전달되는 회전력에 의해 회전하면서 공기를 축방향으로 송풍하는 유체기계의 하나로서, 냉장고나 선풍기 및 공기 조화기등의 가전제품 뿐만 아니라, 항공기나 발전기 분야등 다양한 산업분야에 널리 적용되고 있다.

이러한 축류팬의 주요 성능은, 팬의 효율등과 같은 유체역학적 특성과 구조물의 강도 및 진동과 같은 구조적인 특성에 의해 지배되며, 경우에 따라 소음 등의 특성은 유체 유동과 구조물의 상호작용에 의해 영향을 받기도 한다.

이하에서는 도 1과 도 2를 참조하여 일반적인 냉장고 및 종래 냉장고용 축류팬에 대해 살펴보고자 한다.

일반적으로, 냉장고는, 도 1에 도시된 바와 같이 외형을 이루고 냉동실(10a)과 냉장실(10b)을 구획하는 본체(10)와, 상기 본체에 구비되어 냉매를 압축하는 압축기(20)와, 고온의 냉기를 저온으로 열교환하기 위해 상기 압축된 냉매를 팽창시키는 열교환기(30)와, 상기 열교환된 저온의 냉기를 고내 전체에 형성된 유로(화살표 참조)로 보내주도록 냉동실측 시라우드(40) 상에 구비된 축류팬(50)으로 이루어진다.

기존의 냉장고용 축류팬(50)은, 도 2에 도시된 바와 같이 모터(60)의 구동축에 결합되는 허브(51)와, 상기 허브의 외주부에 방사상으로 형성되어 공기를 송풍시키는 작용을 하는 3개의 블레이드(52)로 이루어진다.

여기서, 상기 블레이드(52)는 공기유동을 일으키는 주요한 구성요소로서, 블레이드의 3차원적인 형상은 축류팬에서 얻어지는 공기의 유동특성을 결정하게 되는데, 이러한 블레이드의 3차원적인 형상은 공기역학 분야에서 잘 알려진 여러 가지 인자들로 나타낼 수 있다.

예컨대, 블레이드(52)의 3차원적인 형상은, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 스윕각(β;sweep angle)과, 내외경비(I/O), 피치각(α;pich angle), 최대 캠버(M; maximum camber) 및 최대 캠버위치(P) 등의 구성인자들로 표현될 수 있으며, 상기 각 구성인자들에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 스윕각(β)은 회전방향에 대한 블레이드(52)의 쏠림 정도를 나타내는 것으로 허브(51)에서의 스윕각은 0이며 중심에서 반경방향으로 멀어질수록 쏠림 정도가 커지고 이에 따라 해당 함수에 의해 스윕각(β)이 결정되게 된다.

상기 내외경비(I/O)는 블레이드(52)가 회전할 때 블레이드의 팁(52c)이 그리는 궤적의 직경인 회전직경(O)에 대한 허브(51)의 직경(I)의 비율로 나타낸다.

그리고, 블레이드 팁(blade tip)은 블레이드의 전연(52a)과 후연(52b)을 연결한다.

이 때, 전연(52a, leading edge)은 블레이드 팁(52c) 일측과 허브(51)를 연결하는 부분으로서 공기를 흡입하는 역할을 하게 되며, 후연(52b, trailing edge)은 블레이드 팁 타측과 허브를 연결하는 부분으로서 공기를 배출하는 역할을 하게 된다. 여기서, 전연과 후연을 연결한 직선으로부터 블레이드가 가장 멀리 떨어진 지점이 최대캠버위치(P)가 되고, 이 때, 전연을 0으로 후연을 1로 했을 때 전연에서부터 거리로 표시한다. 또한 전연과 후연 사이의 길이가 코드라인(C; chord line)이 되며, 최대캠버위치와 블레이드 사이의 거리(ML)를 코드라인(C)의 길리에 대한 비(ML/C)로 나타낸 것을 최대캠버(M)로 정의 한다.

상기와 같이 구해진 캠버는 블레이드의 굴곡정도를 나타내는 척도가 된다.

그리고, 상기 코드라인(C)이 평면과 이루는 각, 즉 코드라인이 X축과 이루는 각을 피치각(α)으로 정의하고 이 피치각은 날개의 비틀림정도를 나타내는 척도로 이용된다.

이상과 같이 축류팬(50)은 여러 구성인자들로 표현될 수 있으며, 상기 구성인자들은 통상적으로 축류팬의 종류에 따라 상이한 수치의 값을 갖는다.

하지만, 상기한 종래 냉장고용 축류팬(50)은 다음과 같은 문제를 야기시키는 구조의 한계가 있었다.

첫째, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉장고의 냉기유로(화살표 참조)는 길고 복잡하게 구성되어 있기 때문에, 냉기의 흐름은 상기 냉기유로에 의해 큰 저항을 받게 된다. 이에 따라 냉기의 순환이 제대로 이루어지지 않게 되어 냉장고의 효율이 저하되는 문제가 있다.

둘째, 냉기가 상기 냉기유로를 따라 원활하게 순환되도록 냉장고용 축류팬의RPM을 높일 경우, 상당한 소음이 발생되고, 이는 냉장고의 압축기와 함께 냉장고의 주요 소음원인이 되어 제품에 대한 가치를 저하시키게 된다.

본 발명은 종래기술에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 축류팬을 구성하는 블레이드 형상의 최적설계를 통해 냉기유로상의 공기유동을 원활하게 함과 동시에 공기의 유동량을 증가시켜 진일보된 고효율ㆍ저소음 축류팬을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적으로 축류팬이 구비된 냉장고의 구조를 나타낸 단면도.

도 2는 종래기술에 따른 냉장고용 축류팬을 나타낸 정면도.

도 3은 도 2의 블레이드 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 축류팬을 나타낸 정면도

도 5는 도 4의 측면도.

도 6은 풍량의 변화와 블레이드 수의 변화에 따른 소음변화를 나타낸 그래프.

도 7은 풍량의 변화와 블레이드 폭을 외경으로 나눈 폭ㆍ외경비(W/D)의 변화에 따른 소음변화를 나타낸 그래프.

도 8a는 풍량의 증가에 따른 본 발명과 종래기술의 소음변화를 비교한 그래프.

도 8b는 도 8a의 일부구간을 나타낸 그래프.

도 9는 본 발명에 따른 블레이드의 경계데이타를 나타낸 도표.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 축류팬 110: 허브

120: 블레이드 121: 전연

122: 후연

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 허브와, 블레이드로 이루어진 냉장고용 축류팬에 있어서; 상기 허브의 외주면에 방사상으로 5개의 블레이드가 형성되고, 상기 허브 직경(I)과 상기 축류팬 외경(O)의 비(I/O)가 28.4±1%로 설정되며, 상기 블레이드 폭(W)과 상기 축류팬 외경(O)의 비(W/O)가 27.8±1%로 설정된 냉장고용 축류팬을 제공한다.

상기 내용을 더 상세하게 설명하기 위해 도면을 참조하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 축류팬을 나타낸 정면도이고, 도 5는 도 4의 측면도이며, 도 6은 풍량의 변화와 블레이드 수의 변화에 따른 소음변화를 나타낸 그래프이고, 도 7은 풍량의 변화와 블레이드 폭을 외경으로 나눈 폭ㆍ외경비(W/D)의 변화에 따른 소음변화를 나타낸 그래프이며, 도 8a는 풍량의 증가에 따른 본 발명과 종래기술의 소음변화를 비교한 그래프이고, 도 8b는 도 8a의 일부구간을 나타낸 그래프이며, 도 9는 본 발명에 따른 블레이드의 경계데이타를 나타낸 도표이다.

도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉장고용 축류팬(100)은허브(110)의 외주면에 방사상으로 5개의 블레이드(120)가 형성되고, 상기 허브 직경(I)과 상기 축류팬 외경(O)의 비(I/O)가 28.4±1%로 설정되며, 상기 블레이드 폭(W)과 상기 축류팬 외경(O)의 비(W/O)가 27.8±1%로 설정되어 이루어진다.

이때, 상기 축류팬(100)은 고효율 및 저소음을 위해 88±1mm의 외경과 24.5±1mm의 블레이드 폭을 가짐이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 따른 축류팬의 블레이드(120)는, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 상기 블레이드의 전연(121)을 0, 후연(122)을 1이라 하면, 최대캠버위치(P)가 0.65로 상기 블레이드의 허브위치에서 상기 블레이드의 팁위치까지 일정하게 분포되고; 상기 블레이드의 허브측 위치를 0, 블레이드의 팁 위치를 1이라 하면, 최대캠버(M)가 0 위치에서 5.0±0.5%, 0.375 위치에서 6.0%, 1 위치에서 7.5±0.5%로 곡선분포되어 이루어진다.

이와 더불어, 본 발명에 따른 축류팬의 블레이드(120)는, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 피치각(α,pitch angle)이 상기 블레이드의 허브측 위치에서 상기 블레이드의 팁위치까지 35。∼27。로 선형적인 분포를 이루고, 스윕각(β,sweep angle)이 상기 블레이드의 팁에서 28。로 설정되어 이루어진다.

이와 같이, 본 발명에 따른 블레이드(120)의 3차원적 형상은, 내ㆍ외경비(I/O), 폭ㆍ외경비(W/O) , 최대 캠버(M), 최대 캠버위치(P), 피치각(α), 스윕각(β)을 종합하여 볼 때, 도 9에 도시된 바와 같이, 블레이드의 경계데이타를 만족하는 형상을 얻을 수 있다.

이에 따라, 도 6 내지 8b에 도시된 그래프를 참조하여, 상기와 같이 이루어진 냉장고용 축류팬(120)을 종래기술에 따른 냉장고용 축류팬(도 2의 52참조)과 비교하여 설명하면 다음과 같은 차이점을 얻을 수 있다.

첫째, 풍량의 변화와 블레이드(120) 수의 변화에 따른 소음변화를 나타낸 그래프인 도 6을 참조하면, 풍량이 적은 경우(즉, 축류팬의 회전속도가 느릴 때) 블레이드 수가 5개일 때 소음이 최소로 나타났고, 풍량이 0.65(CMM, 냉장고의 냉기순환을 위한 최적의 풍량)인 경우 역시 블레이드 수가 5개일 때 소음이 최소로 나타났다. 이는 블레이드 수가 많다고 해서 소음이 감소되는 것이 아님을 증명함과 더불어, 최적 설계가 이루어지기 위해서는 허브에 5개의 블레이드가 형성됨이 바람직함을 증명한 것이다.

둘째, 풍량의 변화와 축류팬의 블레이드 폭(W)을 외경(O)으로 나눈 폭ㆍ외경비(W/O)의 변화에 따른 소음변화를 나타낸 그래프인 도 7를 참조하면, 풍량이 0.65(CMM)인 경우 폭ㆍ외경비(W/O)가 27.8%일 때 소음이 최소로 나타났다. 이는 폭ㆍ외경비(W/O)가 블레이드에 중요한 인자임을 확인함과 더불어, 최적 설계가 이루어지기 위해서는 폭ㆍ외경비(W/O)가 27.8%으로 설정됨이 바람직함을 증명한 것이다.

셋째, 풍량의 변화에 따른 본 발명과 종래기술의 소음변화를 비교한 그래프인 도 8a를 참조하면, 대체적으로 본 발명의 소음변화 그래프가 종래기술의 소음변화 그래프보다 선형적 변화를 보임을 알 수 있다. 이는 상기와 같이 이루어진 본 발명에 따른 축류팬(100)이 종래기술에 따른 축류팬(도 2의 50참조)보다 소음변화가 안정적임을 증명한 것이다. 여기서, 소음변화가 안정적이라는 것은 풍량 변화시상대적으로 소음이 커지는 현상인 잡음현상이 나타나지 않는 것을 의미한다.

넷째, 풍량의 변화에 따른 본 발명과 종래기술의 소음변화를 비교한 그래프인 도 8a의 일부구간을 나타낸 도 8b를 참조하면, 풍량이 0.67(CMM, 냉장고의 냉기순환을 위한 최적의 풍량)인 경우 본 발명의 축류팬(100)에 의해 발생되는 소음이 종래기술의 축류팬(50)에 의해 발생되는 소음보다 작게 나타났다. 이는 본 발명의 축류팬이 종래기술의 축류팬 보다 최적설계가 이루어졌음을 증명하는 것이다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 특허청구범위에 나타나 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 축류팬을 구성하는 블레이드의 최적설계를 통해 종래의 축류팬에서 보다 상대적으로 많은 풍량을 얻을 수 있으며, 소음이 저감되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 상세한 설명에 언급된 모든 효과를 다 포함한다.

Claims

허브와, 블레이드로 이루어진 냉장고용 축류팬에 있어서,

상기 허브의 외주면에 방사상으로 5개의 블레이드가 형성되고,

상기 허브 직경(I)과 상기 축류팬 외경(O)의 비(I/O)가 28.4±1%로 설정되고 상기 블레이드 폭(W)과 상기 축류팬 외경(O)의 비(W/O)가 27.8±1%로 설정되며,

상기 축류팬의 외경이 88±1mm이며,

상기 블레이드의 전연을 0, 후연을 1이라 할 때, 최대캠버위치(P)는 0.65로 상기 블레이드의 허브위치에서 상기 블레이드의 팁위치까지 일정하게 분포되고,

상기 블레이드의 허브측 위치를 0, 블레이드의 팁 위치를 1이라 할 때, 최대캠버(M)는 0 위치에서 5.0±0.5%, 0.375 위치에서 6.0%, 1 위치에서 7.5±0.5%로 곡선분포됨을 특징으로 하는 냉장고용 축류팬.
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제 1 항에 있어서,

피치각(α,pitch angle)은 상기 블레이드의 허브측 위치에서 상기 블레이드의 팁위치까지 35。∼27。로 선형적인 분포를 이루고,

스윕각(β,sweep angle)은 상기 블레이드의 팁에서 28。로 설정됨을 특징으로 하는 냉장고용 축류팬.
제 4 항에 있어서,

상기 허브의 회전 중심축을 통과하는 선을 Z축, 상기 Z축 및 상기 허브의 폭 중심을 수평하게 통과하는 선을 X축, 상기 Z축 및 상기 허브의 폭중심을 수직하게 통과하는 선을 Y축으로 하며, 각 축의 교차점을 기준으로 하여, 도 9와 같은 블레이드 경계데이터에 의한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉장고용 축류팬.