KR100545985B1

KR100545985B1 - 공기조화기

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Publication number: KR100545985B1
Application number: KR1019990010457A
Authority: KR
Inventors: 나베시마노리유키; 다카다도모히토; 구로카와미치히로; 고이즈미도모히토; 도오야요시노리; 고야마기요시; 이시가키시게야
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2006-01-25
Also published as: DE69923490D1; EP0947708B1; EP0947708A3; KR19990078295A; EP0947708A2; TW377393B; DE69923490T2

Abstract

회전 1차음으로 인한 소음레벨을 저감시킴과 동시에 저주파수측의 8N전후에서의 소음레벨의 강도 및 변동을 저감시킨다.

축방향에 소정의 간격으로 병렬시킨 복수의 지지원판(13)의 바깥둘레의 둘레방향으로 다수의 날개(12)를 배열하여 이루워지는 공기조화기용 크로스플로팬(3)에 있어서,

상기 다수의 날개(12)는 둘레방향으로 로지스틱(logistic)사상(寫像)에 의하여 결정한 피치로 배열한다.

Description

공기조화기 {AIR CONDITIONER}

도 1은 본 발명의 한 실시형태를 나타내는 공기조화기용 크로스플로팬의 정면도.

도 2는 도 1의 날개차의 A-A화살표시로 본 단면도.

도 3은 도 1의 날개의 확대단면도.

도 4는 종래 및 본 발명의 구성에 의한 크로스플로팬의 피치패턴을 나타내는 도면.

도 5는 도 4에 나타내는 피치패턴의 종래구성 및 본 발명구성에 의한 소음실험결과의 선(線)도면.

도 6은 크로스플로팬을 사용한 공기조화기의 실내유니트의 요부측단면도.

도 7은 종래의 크로스플로팬의 요부 확대단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 본체

1a 흡입구

1b 배출구

1c 리어가이더

2 열 교환기

3 크로스플로팬

3a 날개

3b 지지판

4 안정장치

4a 텅(tongue)부재면

5 통풍로

6 에어필터

7 전면 커버

7a 흡입구

12 날개

13 지지원판

본 발명은 크로스플로팬등의 공기조화기에 사용되는 팬에 관한 것이며, 특히 복수의 날개가 회전축의 주위에 원통상으로 배치된 횡류팬(이하, 크로스플로팬이라고 함)에 관한 것이다.

공기조화기에 있어서, 열교환기에 피조화실(실내)의 공기를 공급하여 공기조화된 공기를 실내로 되돌리기 위한 송풍팬으로서 공기가 송풍팬을 가로지르도록 흐르는 크로스플로팬이 있다.

일반적으로, 공기조화기는 그 본체상부에 실내의 공기를 빨아넣는 흡입구와, 본체의 하부에 냉방/난방/제습된 조화공기를 실내로 되돌리는 배출구를 연계시켜 주는 풍로내에 흡입구로부터 차례로 에어필터와 열 교환기와 이 열 교환기의 배면측에 서로 대향하는 크로스플로팬이 배치되어 있다.

이 크로스플로팬은 회전축의 축방향에 등간격으로 배치된 복수의 원판상 지지판과 이들 지지판의 바깥둘레에 배치된 복수의 날개에 의해서 구성되어 있다.

이 크로스플로팬은 모터에 의해서 구동되는 바, 송풍효율을 높이기 위하여 후방의 리어가이더와 전방의 안정장치(stabilizer)사이에 끼어 있다.

또한, 상기 안정장치에는 텅(tongue)부재부가 설치되어 있다.

그런데, 이와 같이 구성된 공기조화기에 있어서, 상기 크로스플로팬을 회전시키면, 열 교환기에 의해서 냉방/난방/제습된 공기는 배출구로부터 실내로 송풍되 지만, 이때, 안정장치의 텅부재면에 크로스플로팬으로부터 송풍되는 바람의 일부가 충돌하여 재차 크로스플로팬내로 빨려들어가서 만들어지는 편심한 동심원상의 커다란 와류(소용돌이 흐름)가 형성된다.

이 와류를 상기의 각 날개가 끊게 되므로서 압력변동이 생겨 소음의 발생원인이 된다.

이 소음의 주파수는 팬의 매초당 회전수를 N, 날개의 매수를 Z로 하였을 때에 N·Z로 된다.

이 때문에, 종래에는 이 특정주파수를 저감시키기 위하여 둘레방향으로 인접하는 날개의 간격을 무작위로 하여 소음의 주파수를 분산시킨 구성이 제안되어 있었다.

그리고, 상기한 바와 같은 날개피치의 무작위화는 흡입측에 능력이 작은 날개(피치가 좁은 날개)가 배치되고 배출측에도 그 능력이 작은 날개가 배치되었을 경우에는 풍량의 저하를 초래하고, 또, 역으로 능력이 큰 날개가 배치되었을 경우에는 이와는 반대현상을 초래했었다.

그 결과, 이 통풍량의 변화로 인하여 진동과 소음레벨이 오히려 증가해버리는 문제가 있었다.

이 때문에, 종래에 있어서는 실험 등에 의해서 최적이라고 생각되는 날개피치를 결정하고 있었다.

그러나, 날개피치의 분포를 최적으로 하는 일은 대단히 어렵고, 상기한 회전 1차음을 저감시킬 수가 있다해도 날개차의 회전에 수반하는 저주파수(1N∼20N)의 회전음은 잘 저감되지 않는 문제가 있었다.

그리고, 특히 8N전후의 주파수영역에서의 소음레벨이 높아지고, 그 전후의 주파수영역에서의 소음레벨이 불연속적으로 변화하고 있는 경우에는 청취자에게 불쾌감을 준다는 것이 출원자들의 실험에 의해서 확인되었다.

본 발명은 이와 같은 점을 감안한 것으로, 그 목적은 종래와 동일하게 회전 1차음에 의한 소음레벨을 저감시킴과 동시에 저주파수측의 8N전후에서의 소음레벨의 강도 및 변동을 저감시켜, 청취자에게 불쾌감을 주지 않고 저소음을 실현한 공기조화기를 제공하는데 있다.

본 발명은 단일의 케이싱내에 조화시킬 실내의 공기가 에어필터, 열매체가 흐르는 열교환기, 크로스플로팬의 순서로 흐르도록 이들 기기를 풍로내에 배치하여 구성되는 공기조화기에 있어서,

크로스플로팬의 바깥둘레를 이루는 복수의 날개의 회전축에 대한 각도의 간격을 상기한 로지스틱 사상에 기초하여 결정되는 값으로 구성하도록 한 것이며, 소음의 주파수 및 음압의 양면을 불쾌하게 되지 않는 대역으로 가져갈 수 있는 것이다.

그리고, 다수의 날개는 다음의 수식(1)로 결정되는 각도간격으로 둘레방향에 배설되어 있는 것이다.

X(n+1)=4·(1-X(n))·X(n)

P(n)=a+b·X(n) ···········(1)

단, n=1∼B의 정수, B는 날개의 수, X(1)=0.1, a는 297/B∼333/B의 정수, b는 2.0∼3.0의 정수, P(n)은 회전축 중심으로부터의 n번째의 날개와 n-1번째의 날개와의 각도간격이며, P(1)은 1번째의 날개와 B번째의 날개와의 각도간격으로 한다.

이 P(n)의 값은 제조오차를 고려하면,

P(n)-1.0

P(n)

P(n)+1.0의 범위에 있으면 본발명의 작용효과를 손상시키는 일은 없다.

그리고, 모든 날개의 각도간격 P(1)으로부터 P(B)의 합계가 360°가 되도록 어느 날개의 각도간격P(n), 구체적으로는 B번째의 날개의 각도간격 P(B)를 조정한 구성으로 해도 좋다.

이 구성을 사용하므로서, P(B) 이외의 날개의 각도간격은 로지스틱 사상에 의해서 결정된 피치로 배열된다.

또, 모든 날개의 각도간격P(1)으로부터 P(B)의 합계가 360°가 되도록 각도간격 P(n)을 다음의 수식(2)에 의해서 결정되는 P'(n)으로 각각 조정한 구성으로 해도 좋다.

이 구성을 사용하므로서, 모든 날개가 로지스틱 사상에 의해서 결정된 피치 로 균형되게 배열된다.

다시 구체적으로 설명하면, 상기의 다수의 날개는 로지스틱 사상에 의해 결정한 피치로 크로스플로팬의 회전방향과 역방향으로 순차배열시키고 있다.

풍로는 이 풍로에서 토출되는 조화공기의 방향에 대하여 크로스플로팬의 배면측에 위치하는 리어가이더와 크로스플로팬측에 위치하는 안정장치를 구비하여 크로스플로팬의 회전방향을 리어가이더, 조화공기의 토출측, 안정장치의 차례로 회전하는 방향으로 구성하는 것이다.

또, 크로스플로팬의 최하점을 열 교환기의 최하점보다 높게 구성하는 것이다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 기초로하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예를 나타내는 공기조화기의 단면도이다.

이 도면에 있어서, 그 본체(1)의 상부에 형성되어 실내의 공기를 빨아들이는 흡입구(1a), (7a)와 본체(1)의 하부에 형성되어 조화공기를 실내로 불어내는 배출구(1b)를 연계시키는 풍로(5)내에 에어필터(6)과, 열교환기(2)와, 이 열교환기(2)의 배면측에 대향하는 송풍팬인 크로스플로팬(3)이 차례로 배치되어 있다.

열교환기(2)는 적어도 냉매압축기, 응축기, 감압장치, 증발기로 구성되는 냉동싸이클의 응축기 또는 증발기를 구성하는 것이며, 열교환기(2)가 응축기로서 작용하고 있을 때에는 냉매의 응축작용을 사용한 난방이 가능하게 되며, 열교환기(2)가 증발기로서 작용하고 있을 때에는 냉매의 증발작용을 사용한 냉방이 가능하게 되는 것이다.

또한, 열교환기(2)는 온수 또는 냉수가 흐르는 열교환기로 구성하여도 좋다.

이 경우, 열교환기(2)의 방열 또는 방냉에 의해 난방 및 냉방이 가능하게 된다.

크로스플로팬(3)은 도시하지 않은 전동모터로 구동되는 바, 송풍효과를 높이기 위하여 풍로(5)의 크로스플로팬(3)의 후방에 해당하는 곳을 크로스플로팬의 위치로부터 배출구(1b)를 향해서 풍로의 단면적이 넓어지는 형상의 리어가이더(1c)(정류용의 리브를 형성하여도 좋다)로서 형성하고, 전방에는 텅부재의 면(4a)를 갖는 안정장치(4)가 설치되어 있다.

흡입구(1a), (7a)는 전면의 커버(7)에 형성되며, 흡입구(7a)와 열교환기(2)와의 사이에 에어필터(6)이 설치되어 있다.

또한, 안정장치(4)는 열교환기(2)로부터 흘러내리는 드레인수를 받기 위한 드레인팬(물받이 접시)의 역할을 겸하고 있다.

또, 크로스플로팬(3)의 최하점을 열교환기(2)의 최하점보다 높게 하여 열교환기(2)에 유효하게 작용하는 면적을 크게 하고 있다.

이와 같은 배치에 의해서 열교환기(2)의 하부를 통과한 공기도 크로스플로팬(3)에 말려들어간 후, 배출구(1b)에서 실내로 토출되는 것이다.

도 1은 도 6에 나타낸 크로스플로팬(3)을 흡입구(7a)에서 보았을 때의 정면도, 도 2는 도 1의 날개차의 A-A화살표로 본 단면도, 도 3은 도 1의 날개의 확대 단면도이다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 크로스플로팬(3)의 날개(12) 는 크로스플로팬(3)의 회전축방향에 거의 등간격으로 병렬한 복수개의 지지원판(13)의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝, 즉, 도 1을 향해서 좌측끝에서 우측끝에 이르러 각 지지원판(13)을 한장의 날개로서 관통하는 것이다.

각 날개(12)는 한결같이 피구동측보다는 구동측(모터측)을 회전방향 ω로 나아가게 한 경사, 이른바, 스큐(skew)를 형성하고 있다.

또한, 이 크로스플로팬(3)은 뒤에서 앞쪽을 향해서 회전하는 것이다.

그 날개(12)의 단면은 도 3에 나타내는 바와 같이, 도면중에 화살표로 나타내는 회전방향ω측에 한 원호(arc)로 소성가공하여 만곡시켜 앞으로 경사지게 하고 있다.

그리고, 본 실시형태에서 사용한 날개(12)의 단면치수는 현장(弦長)이 11.7 mm, 외부측 원호의 반지름이 9mm, 내부측 원호의 반지름이 10mm, 외부측원호와 내부측원호와의 사이의 단부원호의 반지름이 0.44mm이다.

또, 상기한 각 날개(12)의 스큐의 경사각도는 피구동측에 대하여 구동측을 회전방향 ω로 회전축을 중심으로 하여 43°나아가게 한 형태로 하고 있다.

그리고, 크로스플로팬(3)의 팬 지름을 88mm, 축방향의 길이를 600mm로 하고 있다.

또, 날개(12)는 지지원판(13)의 바깥둘레에서 둘레방향으로 후술하는 바와 같이 카오스(chaos)이론에 기초하여 결정한 피치 P(1), P(2), P(3), P(4), ……, P(35)로, 35매의 날개(12)를 회전방향 ω측과 역방향으로 차례로 배치시키고 있다.

이 피치 P(n)(n=1∼35의 정수)은 크로스플로팬(3)의 회전축중심으로부터의 n 번째의 날개(12)와, 인접하는 n-1번째의 날개(12)와의 각도간격이며, P(1)은 1번째의 날개(12)와 35번째의 날개(12)와의 각도간격으로 하고 있다.

각 날개(12)는 카오스이론에 기초하여 그 각도간격이 결정되어 있으며, 구체적으로는 다음의 식으로 나타내는 로지스틱 관수(關數)에 기초하여 각 날개(12)에 대응하는 카오스 난수(亂數)를 구하고 있다.

X(n+1)=4·(1-X(n))·X(n)

단, n=1∼35의 정수, X(1)=0.1로 한다.

그리고, 각 날개(12)의 각도간격P(n)을 상기 카오스 난수를 사용하여 다음의 식으로 구하고 있다.

단, 모든 각 날개(12)의 각도간격 P(1)으로부터 P(35)의 합계가 반드시 360°가 되는 것은 아니기 때문에 본 실시형태에서는 각도간격을 조정하여 전체의 합계가 360°가 되도록 하고 있다.

P(n)=a+b·X(n)

단, a는 297/35∼333/35의 정수, b는 2.0∼3.0의 정수, P(n)은 회전축 중심으로부터의 n번째의 날개와 n-1번째의 날개와의 각도간격이며, P(1)은 1번째의 날개와 35번째의 날개와의 각도간격으로 한다.

이상과 같이 하여 결정된 각 날개(12)의 각도간격의 값을 표 1로 나타낸다.

이에 의해서 P(35) 이외의 날개의 각도간격은 로지스틱 사상에 의해서 결정된 피치로 배열되는 것이 된다.

날개번호n	각도간격P(n)〔deg〕
1	9.30
2	9.95
3	11.35
4	9.77
5	11.10
6	10.51
7	11.48
8	9.33
9	10.05
10	11.45
11	9.42
12	10.31
13	11.55
14	9.05
15	9.05
16	9.06
17	9.09
18	9.20
19	9.63
20	10.83
21	11.10
22	10.53
23	11.47
24	9.37
25	10.15
26	11.52
27	9.18
28	9.56
29	10.67
30	11.33
31	9.85
32	11.23
33	10.17
34	11.52
35	10.84

다음에, 상기의 구성으로 한 본 발명의 크로스플로팬(3)을 사용한 실험결과에 대하여 설명한다.

이 실험에서는 도 6에 나타낸 실내유니트를 사용하여, 회전1차음(NZ음)이 저감하도록 각 날개의 각도간격을 최적이라고 생각되는 무작위간격으로 설정한 종래의 것과 본 발명품을 비교하였다.

도 4에 종래의 것 및 본 발명의 구성에 의한 크로스플로팬의 피치패턴을 나타낸다.

여기에서, 도 4는 가로축에 1번째로부터 35번째까지의 각 날개(12)의 번호를 나타내며, 세로축에 각 날개(12)에 대응하는 각도간격P(n)을 나타내고 있다.

도 5는 상기 도 4에 나타내는 피치패턴의 종래구성 및 본 발명구성에 의한 소음실험결과를 나타낸다.

여기서, 도 5는 가로축에 주파수(Hz), 세로축에 소음레벨(dB)를 잡고, 양자를 함께 1360rpm으로 회전시켜서 실험을 하였다.

도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 회전1차음 NZ(=793Hz)는 종래구성이 24dB, 본 발명구성이 27dB로 되어 있으며, 본 발명구성의 것이 약간 높지만 거의 차이가 없는 결과로 되어 있다.

도 5에서는 도시하지 않고 있으나, 각 날개(12)의 피치패턴을 등간격으로 하였을 경우에는 실험에서는 NZ가 28dB라는 결과를 얻었다.

또, 저주파수측의 8N(=181Hz)에서는 종래구성이 29dB인데 대해서, 본 발명구성에서는 16dB로 되어 있으며, 상당히 낮은 값으로 되어 있고, 동시에 그 전후의 주파수영역에 있어서 거의 변동이 없는 결과로 되어 있다.

이상의 결과로부터, 상기한 본 발명의 구성에 의하면, 회전1차음에 의한 소음레벨을 저감시킴과 동시에, 저주파수측의 8N 전후에서의 소음레벨의 강도와 변동이 저감되고 있는 것을 알 수 있다.

또, 열교환기(2)의 하부를 통과한 공기가 돌아들어가는 텅부재부(4b)부근의 소용돌이에 동기(同期)하게 되면 소용돌이가 크게 되어 크로스플로팬(3)의 소음증가에 연이어지지만, 본 발명의 피치패턴으로 소음의 성분이 넓은 대역에 분산하게 되므로서, 소음이 특정한 영역에서 특출하게 되는 일이 없어지고 있다.

따라서, 종래와 같이 저주파영역의 8N전후에서의 소음에 의해 청취자에게 불쾌감을 주는 일이 없다.

이상의 실험에서는 날개(12)가 35매로, 상기한 스큐를 설정한 크로스플로팬(3)에 대해서 비교실험한 경우에 대해 설명하였으나, 그 밖의 날개의 매수나 스큐를 설정하지 않은 경우에 있어서도 상술한 실험결과와 동일한 경향의 결과가 얻어진다.

다시, 카오스이론에 기초하여 결정한 피치 P(1), P(2), P(3), P(4),……, P(35)로 35매의 날개(12)를 팬 회전방향 ω측과 역방향으로 순차배치시킨 경우에 있어서도 상술한 실험결과와 동일한 경향의 결과가 얻어진다.

또한, 상기 실시형태의 설명은 본 발명을 설명하기 위한 것으로서, 특허청구의 범위에 기재한 발명을 한정하고, 혹은 범위를 감축시키는 것으로 해석되는 것은 아니다.

또, 본 발명의 각부의 구성은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 특허청구의 범위에 기재한 기술적범위내에서 여러가지의 변형이 가능하다는 것은 물론이다.

예를 들면, 상기 실시형태의 설명에서는 P(35)의 각도간격을 조정하여 전체의 합계가 360°가 되도록 하고 있으나, 이에 한정하지 않고 다른 날개(12)의 각도간격을 조정하여도 상관이 없다.

혹은 모든 날개의 각도간격 P(1)으로부터 P(35)의 합계가 360°가 되도록 상기한 각도간격 P(n)을 다음의 식에 의해서 결정되는 P＇(n)으로 각각 조정한 구성으로 하여도 좋다.

이 구성에 의하면, 모든 날개(12)가 로지스틱 사상에 의해 결정된 피치로 균형좋게 배치되는 것으로 된다.

또, 크로스플로팬(3)의 제조방법에 관해서도 상기한 바와 같이 한장의 날개(12)를 복수의 지지원판(13)에 조합시키는 방법뿐만이 아니라, 단일 지지원판의 주위에 복수의 날개를 설치한 것을 차례로 쌓아 올리도록하여 구성하여도 좋고, 또 합성수지로 일체로(또는 복수로 분할하여) 정형(整形)하여도 좋다.

크로스플로팬의 제조에 있어서, 제조오차가 생기는 바, P(n)의 값이

P(n)-1.0

P(n)

P(n)+1.0의 범위를 만족시키고 있으면 작용효과에 있어서 현저한 오차는 보이지 않았다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 열교환기의 최하점보다 크로스플로팬의 최하점을 높게 하여 열교환기 및 크로스플로팬의 배치를 응축시켜서 소형화를 꾀하는 공기조화기에서도 이 소형화로 인한 풍로의 단차이로 발생하는 소음에 대하여도 회전 1차음에 의한 소음레벨을 저감시킴과 동시에, 저주파수측의 8N전후에서의 소음레벨의 강도와 변동을 저감시켜 청취자에게 불쾌감을 주지 않고 저소음을 실현한 공기조화기를 제공할 수가 있다.

Claims

단일의 케이싱내에, 피조화실내의 공기가 에어필터, 열매체가 흐르는 열교환기, 크로스플로팬의 순서로 흐르도록 이들 기기를 풍로내에 배치하여 이루어지는 공기조화기에 있어서,

상기 크로스플로팬의 바깥둘레를 이루는 다수의 날개는 다음의 수식 (1)에 의해 결정되는 회전축에 대한 각도간격으로, 둘레방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화기.

X(n+1)=4·(1-X(n))·X(n)

P(n)=a+b·X(n) ···········(1)

단, n=1∼B의 정수, B는 날개의 수, X(1)=0.1, a는 297/B∼333/B의 정수, b는 2.0∼3.0의 정수, P(n)은 회전축 중심으로부터의 n번째의 날개와 n-1번째의 날개와의 각도간격이며, P(1)은 1번째의 날개와 B번째의 날개와의 각도간격으로 한다.
제1항에 있어서,

P(n)의 값은 P(n)-1.0
P(n)
P(n)+1.0의 각도범위를 허용하는 것을 특징으로하는 공기조화기.
제1항에 있어서,

모든 날개의 각도간격 P(1)로부터 P(B)의 합계가 360°가 되도록, 각도간격 P(n)을 다음의 수식(2)에 의해서 결정되는 P'(n)으로 각각 조정한 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제1항에 있어서,

상기 풍로는 이 풍로로부터 토출되는 조화공기의 방향에 대하여 상기 크로스플로팬의 배면측에 위치하는 리어가이더와 상기 크로스플로팬의 전면측에 위치하는 안정장치를 구비하고 크로스플로팬의 회전방향을 리어가이더, 조화공기의 토출측, 안정장치의 차례로 회전하는 방향으로 구성하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제4항에 있어서,

상기 크로스플로팬의 최하점을 상기 열교환기의 최하점보다 높게 구성하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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