KR100429997B1 - 터보팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주판과 쉬라우드 사이에 방사상으로 수직하게 설치된 다수의 블레이드를 구비한 터보팬에 있어서, 상기 블레이드는, 그 수직투영면이 에어포일 형상을 취하고, 양측면에 볼록한 정압면과 오목한 부압면이 형성되며, 난류를 발생시키게 되는 얇은 두께로 형성된 몸체부와; 상기 몸체부의 선단부 정압면측에 돌출되어 부분 정압면을 형성하는 선단 정압면 난류방지부와; 상기 몸체부의 선단부 부압면측에 돌출되어 부분 부압면을 형성하는 선단 부압면 난류방지부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 블레이드를 제시함으로써, 동일 또는 증대된 풍량을 발생할 수 있고, 동일 또는 감소된 전력소모 및 소음을 발생시킨다는 전제하에서, 제작비용 및 제작시간을 절감하고 팬 전체의 무게를 감소시킬 수 있도록 얇게 형성된 블레이드를 구비한 터보팬을 제공한다.

Description

터보팬{TURBO FAN}

본 발명은 터보팬에 관한 것으로서, 상세하게는, 동일한 풍량 및 전력소모를 유지하는 전제하에서 제작비용 및 제작시간을 절감할 수 있도록 얇게 형성된 블레이드를 구비한 터보팬에 관한 것이다.

일반적으로, 송풍팬은 날개차 또는 로터의 회전력에 의해 공기를 압송하기 위한 수단으로 사용되고 있으며, 냉장고, 공기조화기, 청소기 등에 두루 적용되고 있다.

특히, 송풍팬은 공기의 흡입 및 토출방법 또는 그 형상에 따라 축류팬, 시로코팬, 터보팬 등으로 구분된다.

이들중, 터보팬은 공기를 팬의 축방향으로부터 유입하여 날개 사이사이, 즉 팬의 측면부를 통해 방사상으로 토출하는 방식으로서, 공기가 자연스럽게 팬의 내부로 유입되어 외부로 토출되므로 덕트가 필요치 않으며, 비교적 대형제품(천정부착형 공기조화기 등)에 적용된다.

도 1 내지 도 3은 종래의 터보팬의 구조를 도시한 것으로서, 도 1은 평면도, 도 2는 측단면도, 도 3은 블레이드의 수직투영면을 도시한 평면도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 터보팬은 본체(1)와, 그 본체(1)의 하부를 형성하며 팬모터(5)가 설치되는 주판(2)과, 그 주판(2)의 내측면 주위를 따라 일정간격으로 다수개가 형성된 블레이드(3)와, 그 블레이드(3)의 상단을 따라 연결된 쉬라우드(4)를 포함하여 구성된다.

본체(1)의 상부에는 공기를 흡입하기 위한 흡입구(7)가 형성되고, 중앙부에는 공기를 토출하고자 하는 방향으로 유도하기 위한 유로(6)가 형성되며, 측면부에는 흡입된 공기를 토출하기 위한 토출구(8)가 형성된다.

따라서, 팬모터(5)의 구동에 의해 본체(1)가 회전하면, 그 본체(1)와 일체로 형성된 블레이드(3)의 회전에 의해 외부공기가 본체의 하부에 형성된 흡입구(7)로 유입되고, 유입된 공기는 유로(6)를 따라 토출구(8)측으로 배출된다.

한편, 블레이드(3)는 수직투영면이 에어포일(aerofoil) 형상을 취하고, 양측면에 볼록한 정압면(31)과 오목한 부압면(32)을 가지며, 주판(2)과 쉬라우드(4) 사이에 방사상으로 수직하게 설치된다.

여기서, 에어포일이란, 1950년 NACA(미항공자문위원회)에서 개발된 유선익형으로서, 다음과 같은 이론에 의해 설계된 블레이드의 형상을 말한다.

도 4는 종래의 터보팬에 설치되는 블레이드의 수직투영면을 도시한 평면도로서, 블레이드의 내측 단부의 꼭지점인 선단점(O)을 원점으로 설정하고, 그 원점과 블레이드의 외측 단부의 꼭지점인 후단점(Z)을 연결하는 가상적인 직선을 X축으로 설정한 직교좌표축상에 표시한 것이다.

상기 에어포일 이론(NACA 4-Digit Aerofoil)은 블레이드의 두께를 나타내는 두께함수(thickness function : yt)와 그 두께의 평균값이 이루는 포물선을 나타내는 캠버라인(33)함수(camberline function : yc)를 적용하여, 다음과 같은 수학식에 의해 블레이드의 정압면 및 부압면이 이루는 포물선을 좌표값에 의해 나타낸다.

먼저, 두께함수(yt)는 수학식 1과 같다.

캠버라인함수(yc)는 수학식 2와 같다.

인 경우,

인 경우,

여기서, M은 최대 캠버의 Y좌표를 나타내고, p는 최대 캠버의 X좌표를 나타낸다.

이들로부터 블레이드의 정압면이 이루는 포물선(31)은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

,

여기서,

인 경우,

인 경우,

또한, 블레이드의 부압면이 이루는 포물선(32)은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

,

여기서, θ값은 상기 블레이드의 정압면이 이루는 포물선(31)의 경우와 같다.

그런데, 상기와 같은 종래의 방식에 의해 제작된 블레이드는 그 두께가 두꺼우므로, 동일한 풍량을 발생하기 위한 소모전력이 크고, 소음의 발생이 크다는 점이 문제점으로 지적되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여, 블레이드의 전반적인 두께를 종래 기술 대비 얇게 하면서도 동일 또는 증대된 풍량을 발생할 수 있고, 종래 기술 대비 동일 또는 감소된 전력소모 및 소음을 발생시키는 조건하에서, 제작비용 및 제작시간을 절감하고 팬 전체의 무게를 감소시킬 수 있는 블레이드를 구비한 터보팬을 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1 내지 도 4는 종래의 터보팬의 구조를 도시한 것으로서,

도 1은 평면도

도 2는 측단면도

도 3은 블레이드의 수직투영면을 도시한 평면도

도 4는 블레이드의 수직투영면을 직교좌표축상에 도시한 평면도

도 5는 본 발명에 의한 블레이드의 수직투영면을 도시한 평면도

도 6은 수직투영면의 두께가 두꺼운 경우의 블레이드를 도시한 평면도

도 7은 수직투영면의 두께가 얇은 경우의 블레이드를 도시한 평면도

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

O : 선단점 Z : 후단점

C : 현 40 : 몸체부

41 : 정압면 42 : 부압면

50 : 선단 정압면 난류방지부 51 : 부분 정압면

60 : 선단 부압면 난류방지부 61 : 부분 부압면

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 주판과 쉬라우드 사이에 방사상으로 수직하게 설치된 다수의 블레이드를 구비한 터보팬에 있어서, 상기 블레이드는, 그 수직투영면이 에어포일 형상을 취하고, 양측면에 볼록한 정압면과 오목한 부압면이 형성되며, 난류를 발생시키게 되는 얇은 두께로 형성된 몸체부와; 상기 몸체부의 선단부 정압면측에 돌출되어 부분 정압면을 형성하는 선단 정압면 난류방지부와; 상기 몸체부의 선단부 부압면측에 돌출되어 부분 부압면을 형성하는 선단 부압면 난류방지부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 터보팬을 제공한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일실시례에 대하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 의한 블레이드의 수직투영면을 도시한 평면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 블레이드는 그 수직투영면이 에어포일 형상을 취하고, 양측면에 볼록한 정압면(41)과 오목한 부압면(42)이 형성된 몸체부 (40)와; 몸체부(40)의 선단부 정압면(41)측에 돌출되어 부분 정압면(51)을 형성하는 선단 정압면 난류방지부(50)와; 몸체부(40)의 선단부 부압면(42)측에 돌출되어 부분 부압면(61)을 형성하는 선단 부압면 난류방지부(60)를; 포함하여 구성된다.

여기서, 몸체부(40)는 종래의 블레이드에 비해 얇은 두께를 갖도록 형성하고, 그 몸체부(40)의 선단부 정압면(41) 및 부압면(42)에 돌출된 난류방지부 (50,60)만을 종래의 경우와 동일하게 두꺼운 두께로 형성하고 난류방지부(50)(60)를 제외한 블레이드의 나머지 부분의 두께는 얇게 형성함으로써 와류형성과 같은 불리한 효과를 최대한 억제할 수 있도록 한 것이다. 바꾸어 말하면, 블레이드의 대부분의 두께를 얇게 형성하면서도 종래 블레이드와 같은 정도의 두께를 가지는 난류방지부(50)(60)를 형성함으로써 난류를 방지하여 와류형성과 같은 문제점을 배제할 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 원리에 관하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 수학식 3 및 4는 에어포일 형상을 취하는 블레이드의 정압면 및 부압면을 구성하는 포물선의 좌표를 구하는 공식으로서, 이들은 두께함수인 수학식 1에서얻어지는 값(yt)에 의존하는 것이므로, 상기 수학식 1의 변수인 tc값을 임의로 정함에 따라, 임의의 두께를 갖는 블레이드의 정압면 및 부압면을 구성하는 포물선의 좌표를 구할 수 있다.

한편, 재료의 절감, 블레이드의 무게 감소에 의한 전력소비 절감 등을 꾀하기 위해서는, 블레이드를 가능한 한 얇은 두께로 제작하는 것이 유리하겠으나, 지나치게 두께가 얇아질 경우 블레이드의 선단부에 와류가 발생한다는 문제점이 있다. 이는 종래의 터보팬의 블레이드가 전반적인 두께를 두껍게 형성하고 있음에서 그 이유를 알 수 있다.

따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 최대 두께 a 를 갖는 두꺼운 에어포일 형상의 블레이드와, 도 7에 도시된 바와 같이 최대 두께 b 를 갖는 얇은 에어포일 형상의 블레이드가 있다고 가정할 때, 상기한 바와 같은 위험구역인 선단부 만을 도 6의 경우와 같이 두껍게 형성하고, 나머지 부분은 도 7의 경우와 같이 얇게 형성함으로써, 도 5에 도시된 바와 같은 경제적인 수직투영면을 갖는 블레이드의 구조를 상정해 볼 수 있는 것이다.

이러한 원리를 종래의 에어포일 이론에 의한 수학식 1 내지 4에 따라 표현하면 다음과 같다.

종래의 경우와 마찬가지로, 도 4에 도시된 바와 같이 선단점(O)을 원점으로 설정하고 그 원점과 후단점(Z)을 연결하는 가상적인 직선을 X축으로 설정한 직교좌표축을 기준으로 하고, 블레이드의 수직투영면이 상기 직교좌표축 위에 놓여진다는 가정을 전제로 한다.

여기서, 선단점(O)이란 블레이드의 수직투영면에 있어서, 블레이드의 내측단부의 꼭지점을 말하며, 후단점(Z)이란 블레이드의 외측 단부의 꼭지점을 말한다.

몸체부(40)의 정압면(41) 및 부압면(42)을 이루는 포물선은 각각 수학식 3 및 4 의해 얻어지는 좌표에 의해 형성되며, 이러한 포물선에 의해 얻어지는 블레이드의 윤곽의 두께는 에어포일 이론을 만족하는 범위 내에서 가능한 한 얇게 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 선단 정압면 난류방지부(50)에 의해 형성되는 부분 정압면(51) 및 선단 부압면 난류방지부(60)에 의해 형성되는 부분 부압면(61)을 이루는 포물선의 경우도 각각 수학식 3 및 4에 의해 얻어지는 좌표에 의해 형성된다는 점에서는 상기 몸체부(40)의 경우와 동일하나, 이들은 도 5에 도시된 바와 같이 와류형성을 방지하기 위하여 블레이드의 선단부에 돌출부를 형성하는 것이므로, 그 포물선에 의해 얻어지는 블레이드의 윤곽의 두께가 와류형성을 억제할 수 있을 정도로 두껍게 형성되어야 한다.

따라서, 선단 정압면 난류방지부(50)에 의해 형성되는 부분 정압면(51)을 이루는 포물선에 관한 좌표의 Y축 좌표값은 몸체부(40)의 정압면(41)을 이루는 포물선에 관한 좌표의 Y축 좌표값보다 큰 값이 되도록 하여야 한다.

이와 반대로, 선단 부압면 난류방지부(60)에 의해 형성되는 부분 부압면(61)을 이루는 포물선에 관한 좌표의 Y축 좌표값은 몸체부(40)의 부압면(42)을 이루는 포물선에 관한 좌표의 Y축 좌표값보다 작은 값이 되도록 하여야 한다.결과적으로는 선단 정압면 난류방지부(50)는 몸체부(40)의 정압면(41)을 이루는 포물면에서 돌출되게 형성되는 것이고, 선단 부압면 난류방지부(60)는 몸체부(40)의 부압면(42)을 이루는 포물면에서 돌출되게 형성하여야 한다는 것이다.

한편, 선단 난류방지부(50)(60)의 현(D)의 길이가 지나치게 길 경우, 블레이드의 두께감소를 꾀한다는 본 발명의 기본적인 사상을 퇴색시킬 우려가 있다.

따라서, 이에 관한 실험결과, 선단 난류방지부(50)(60)의 현(D)의 길이는 상기 몸체부(40)의 현(C)의 길이의 40%이하인 것이 바람직한 것으로 나타났다.

본 발명은 블레이드를 형성하는 몸체부의 선단측에 난류방지부를 형성하는 것에 의하여 몸체부의 두께를 대폭적으로 얇게 형성할 수 있으면서도 종래 기술 대비 동일 또는 증대된 풍량을 발생할 수 있고, 종래 기술 대비 동일 또는 감소된 전력소모 및 소음을 발생시키는 조건하에서 제작비용 및 제작시간을 절감하고 팬 전체의 무게를 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

Claims (6)

1. 주판과 쉬라우드 사이에 방사상으로 수직하게 설치된 다수의 블레이드를 구비한 터보팬에 있어서,

   상기 블레이드는

   그 수직투영면이 에어포일 형상을 취하고, 양측면에 볼록한 정압면과 오목한 부압면이 형성되며, 난류를 발생시키게 되는 얇은 두께로 형성된 몸체부와;

   상기 몸체부의 선단부 정압면측에 돌출되어 부분 정압면을 형성하는 선단 정압면 난류방지부와;

   상기 몸체부의 선단부 부압면측에 돌출되어 부분 부압면을 형성하는 선단 부압면 난류방지부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 터보팬.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 블레이드의 선단 난류방지부의 현의 길이는 상기 몸체부의 현의 길이의 40%이하인 것을 특징으로 하는 터보팬.