KR100566501B1 - 송풍기 및 이를 이용한 공기조화기용 실외기 - Google Patents

송풍기 및 이를 이용한 공기조화기용 실외기 Download PDF

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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

회전중심이 될 허브(14)와, 이 허브(14)의 외주면에 배치된 전연(13a) 및 후연(13b)의 외주끝단(R)이 회전방향(F)의 전방에 위치하는 복수의 날개(13, 13, 13)를 구비하여 이루어지는 송풍기(4)를 대상으로 한다. 상기 각 날개(13, 13, 13)는, 각각 그 외주부(13c)가, 기류 누출이 시작되는 기점을 형성하도록 흡입 쪽으로 굴곡되며 또 이 굴곡부의 반경방향 폭(W)이, 상기 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 점차 커지도록 형성된다. 그리고 회전방향의 전방 쪽에 위치하는 날개(13)에서 발생한 익단와류(β)와, 회전방향(F)의 후방 쪽에 위치하는 날개(13)의 압력면으로부터의 박리와류가 상쇄되어, 방출와류가 억제된다.

Description

송풍기 및 이를 이용한 공기조화기용 실외기{AIR BLOWER APPARATUS AND OUTDOOR UNIT OF AIR CONDITIONER USING THE SAME}
본원 발명은, 프로펠러 팬 등의 송풍기 구조에 관한 것이다.
예를 들어 프로펠러 팬 등의 축류형 송풍기는, 공기조화기용 실외기 유닛의 송풍기로서 일반적으로 사용되고 있다. 이와 같은 프로펠러 팬 등의 송풍기를 송풍기로서 채용한 공기조화기용 실외기 유닛의 구성을 도 16~도 18에 나타낸다.
이들 각 도면에 도시한 바와 같이, 상기 공기조화기용 실외기 유닛은, 본체케이싱(1) 내의 배면 공기흡입구(10a) 쪽 열교환기(2)의 공기류 하류측에, 송풍유닛(3)을 설치하여 구성된다. 이 송풍유닛(3)은 축류형 송풍기로서의 프로펠러 팬(4)과, 이 프로펠러 팬(4) 외주 쪽에 위치하며 이 프로펠러 팬(4)의 후방 쪽 흡입영역(X)과 전방 쪽 토출영역(Y)을 구획하는 벨마우스(5)와, 상기 프로펠러 팬(4)의 토출측(전방 쪽)에 위치하는 팬 덮개(6)로 구성된다.
상기 본체케이싱(1)은 그 배면에 배면 공기흡입구(10a)가 형성되며, 그 어느 한쪽 측면에 측면 공기흡입구(10b)가 형성된다. 또 상기 본체케이싱(1) 안은 구획판(7)에 의해 열교환실(8)과 기계실(9)의 2실로 구획된다. 상기 열교환실(8)에는, 횡단면 형상이 L자형이며 배면 공기흡입구(10a) 및 측면 공기흡입구(10b)에 대향하는 열교환기(2)와, 이 열교환기(2) 하류 쪽에 위치하는 상기 송풍유닛(3)이 설치된 다. 한편, 상기 기계실(9)에는, 압축기(11) 등의 기타부품이 설치된다. 상기 프로펠러 팬(4)을 회전 구동시키는 팬모터(12)는 상기 열교환기(2) 하류 쪽에 위치하여 설치된 도시하지 않은 팬모터 장착 브라켓에 지지 고정된다.
그리고 상기 프로펠러 팬(4)은 예를 들어 도 19에 나타내는 바와 같이, 상기 팬모터(12)의 구동축(12a)에 연결 고정되어, 당해 프로펠러 팬(4)의 회전중심이 되는 허브(14)와, 이 허브(14) 외주면에 일체로 설치된 복수의 날개(13, 13, 13)로 구성된다. 이 날개(13, 13, 13)는 각각 당해 날개(13)의 전연(13a)와 후연(13b) 부분에서, 그 외주끝단(R)의 위치가 동일부분의 허브 쪽 기단(S)(즉 내주끝단) 위치보다 회전방향(F)의 전방에 위치한 송풍성능이 높은 전진익으로 형성된다.
그런데, 상기와 같은 구조의 실외기 유닛의 경우, 상기 프로펠러 팬(4) 개체로부터의 소음과 더불어, 상기 프로펠러 팬(4)으로부터의 토출기류가 팬 덮개(6) 등의 하류 쪽 구조물에 충돌하여 발생하는 소음이 원인이 되어 운전시 소음이 높아진다는 문제가 있다.
그래서, 이상과 같이 프로펠러 팬 등의 송풍기를 공기조화기용 실외기 유닛의 송풍기로서 구성했을 때의 종합적 소음을 저감하기 위해, 지금까지 예를 들어 프로펠러 팬 날개부의 날개면 형상 최적화나 공력성능이 우수한 두꺼운 날개화(厚翼化) 등의 대책, 검토가 이루어지고 있다. 그러나 이들 정음화 수법만으로는 다음과 같은 문제를 해결할 수가 없다.
즉, 예를 들어 도 20과 같은 날개구조의 프로펠러 팬(4)에 있어서, 이 날개(13)가 회전하면, 이 날개(13)의 외주부(13c) 쪽에서는, 압력이 높은 압력면(13d) 쪽으로부터 압력이 낮은 부압(負壓)면(13e) 쪽으로 돌아 들어오는 공기류(α)가 발생하고, 이 공기류(α)에 의해, 도시한 바와 같은 익단와류(翼端渦流)(β)가 형성된다. 그리고 이와 같은 익단와류(β)에 의한 토출기류의 흐트러짐은, 예를 들어 도 21 및 도 22에 나타내는 바와 같이, 하류 쪽으로 감에 따라 적층되어 점차 성장 증대됨과 동시에, 종국에 날개(13)의 부압면(13e)으로부터 떨어져, 인접하는 날개(13, 13)의 압력면(13d, 13d)이나 상기 벨마우스(5)의 내주면, 혹은 송풍기 하류 쪽 구조물인 팬 덮개(6) 등과 간섭하며, 이로써 소음이 더욱 증대된다. 특히 도 22에 나타내는 바와 같이, 상기 날개(13)의 부압면(13e)으로부터 분리된 익단와류(β)는, 상기와 같이 인접하는 날개(13, 13)와 간섭함으로써 더욱 흐트러짐이 커지고 그 결과, 송풍기 하류 쪽으로 방출된다. 이로써 더 한층 커다란 소음이 발생하게 된다.
이와 같은 현상은, 예를 들어 송풍기의 경량화나 염가화를 위해 상기 날개(13, 13, 13)의 익현(翼弦) 길이를 짧게 하면 특히 현저해진다. 이는 당해 날개(13, 13, 13) 본래의 익렬(翼列) 효과가 작아지므로, 예를 들어 도 23에 나타내는 바와 같이 익단와류(β)가 부압면(13e)으로부터 멀어지기 쉬워져, 상기한 경우보다 인접하는 날개(13, 13, 13)와 조기에 간섭하게 되기 때문이다.
그래서 상기와 같은 익단와류를 억제하기 위한 수법으로서, 본원 발명자들은 이전에, 프로펠러 팬 등 송풍기의 소음을 효과적으로 저감하도록 한 송풍기를 제안했다(일본국 특허원2001-388966). 이 송풍기는 예를 들어 도 24~도 26에 나타내는 바와 같이, 당해 송풍기의 날개(13) 외주부(13c)에, 그 전연 부근에서 후연 부근에 걸쳐 점차 반경방향의 폭이 커지는 휨부를 형성함으로써, 날개(13) 전체의 형상을 바꾸지 않고 익단와류를 확실하게 억제하고 있다.
즉 동 발명의 송풍기에서는, 도시한 바와 같이 회전중심인 허브(14)와, 이 허브(14) 외주면에 배치된, 전연(13a) 및 후연(13b)의 외주끝단이 회전방향 전방에 위치하는 복수의 날개(13, 13, 13)를 구비하여 이루어지는 송풍기에 있어서, 상기 각 날개(13, 13, 13)는 각각 그 외주부(13c)가 흡입 쪽으로 휘어지면서 이 휨부의 반경방향 폭(W)이, 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 점차 커지도록 형성된 것을 특징으로 한다.
이상과 같이, 날개(13)의 전연(13a)와 후연(13b)에 있어서, 그 외주끝단이 내주끝단보다 회전방향 전방에 위치한, 소위 전진익으로 이루어지는 프로펠러 팬 등 송풍기의 날개(13)에서, 그 외주부(13c) 부분이 흡입 쪽으로 휘어지면 예를 들어 도 24에 나타내는 바와 같이, 당해 날개(13) 외주끝단(R) 쪽에서는 기류가 볼록 원호면 형상의 압력면(13d)을 따라 부드럽게 오목 원호면 형상의 부압면(13e) 내로 유입되게 된다. 그리고 익단와류(β)의 와류반경이 작은 안정된 기류로 되어, 부압면(13e) 쪽의 날개 외주방향으로의 기류 흐름이 당해 익단와류(β)와 간섭하지 않게 된다.
또 이 작용은, 상기와 같이 날개(13)의 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 상기 날개 외주부(13c)의 휨부 폭(W)이 점차 커지면, 예를 들어 도 25에 도시된 바와 같이, 날개(13)의 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽에 걸쳐 점차 적층 증대되어 와류반경이 확대되는 익단와류(β)의 와류반경에 대응하여, 상기 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽까지 순조롭게 효과를 발휘하게 되며, 또 발생한 익단와류(β)가 날개 부압면(13e)으로부터 분리되기 어려워진다.
이로써, 예를 들어 도 26과 같이, 날개를 경량화하기 위해 익현길이를 짧게 한 경우에도, 익단와류(β)가 인접하는 날개(13, 13, 13) 사이에서 상호 간섭하지 않게 되어, 송풍기 하류 쪽으로 방출되게 된다. 그 결과, 송풍기 개체로서의 소음은 효과적으로 저감되게 된다.
확실히, 상기 선원 예의 구성에 의하면, 익단와류의 저감과 이 익단와류가 인접날개 사이에서 간섭하는 것은 피할 수 있었다.
그러나 상기 구성의 경우, 발생한 익단와류가 성장하여 송풍기 하류 쪽으로 방출되는 점에서 아직 개량의 여지가 남아 있음이 판명되었다.
즉, 상기 송풍기는 일반적으로 상술한 바와 같은 공기조화기용 실외기의 송풍기로서 사용될 것으로 생각하면, 당해 송풍기 직하류(直下流)에는, 당연히 팬 덮개 등 그릴 구조의 구조물이 있다. 따라서 실외기에의 조립상태에 있어서는, 상기 인접날개 사이로부터의 방출와류가 그릴구조의 구조물과 간섭하고, 이로써 소음이 발생한다.
본원 발명은, 이와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 당해 송풍기의 날개 외주부에, 압력면 쪽에서 부압면 쪽으로의 기류 누출 기점이 되도록, 그 전연 부근에서 후연 부근에 걸쳐 점차 반경방향의 폭이 커지는 굴곡부를 형성함으로써, 날개 전체 형상을 바꾸는 일없이 익단와류의 저감과 동시에, 송풍기 하류 쪽으로의 방출와류를 확실하게 억제할 수 있어, 예를 들어 공기조화기용 실외기에 조 립한 경우에도, 소음을 효과적으로 저감할 수 있도록 한 송풍기를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본원 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 다음과 같은 효과적인 과제 해결 수단을 구비하여 구성된다.
<1> 제1 해결수단
이 해결수단의 송풍기(4)는, 회전중심이 될 허브(14)와, 이 허브(14)의 외주면에 배치됨과 동시에 전연(13a) 및 후연(13b)의 외주끝단(R)이 회전방향 전방에 위치하는 복수의 날개(13, 13, 13)를 구비하여 이루어지는 송풍기(4)이며, 상기 각 날개(13, 13, 13)는, 각각 그 외주부(13c)가, 기류 누출이 시작되는 기점을 형성하도록 흡입 쪽으로 굴곡되며 또 이 굴곡부의 반경방향 폭(W)이, 상기 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 점차 커지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 각 날개(13, 13, 13) 외주부(13c)가, 압력면 쪽에서 부압면 쪽으로의 기류가 누출되기 시작하는 기점으로 되도록 흡입 쪽으로 굴곡되며 또 이 굴곡부의 반경방향 폭(W)이, 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 점차 커지도록 형성되면, 전술한 휨부의 경우와 마찬가지로, 당해 날개(13)의 압력면(13d) 쪽 기류는, 날개 외주부 쪽의 테이퍼면 형상의 압력면(13d)을 따라 같은 테이퍼면 형상의 부압면(13e) 내로 부드럽게 유입되게 된다. 그리고 날개(13)의 압력면(13d) 쪽으로부터 부압면(13e) 쪽으로 유입되는 기류에 의해 발생하는 익단와류(β)는, 그 와류반경이 작고 안정된 기류로 되어, 부압면(13e) 쪽의 날개 외주방향으로의 기류 흐름(γ)이 당해 익단와류(β)와 간섭하지 않게 된다.
그리고 이 작용은, 상기와 같이 날개(13)의 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 상기 날개 외주부(13c)의 굴곡부 폭(W)이 점차 커지면, 날개(13)의 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽에 걸쳐 점차 적층 증대되어 와류반경이 확대되는 익단와류(β)의 와류반경에 대응하여, 상기 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽까지 순조롭게 효과를 발휘하게 되며, 또 발생한 익단와류(β)가 날개 부압면(13e)으로부터 분리되기 어려워진다.
이로써, 예를 들어 날개를 경량화하기 위해 익현길이를 짧게 한 경우에도, 익단와류(β)가 인접하는 날개(13, 13, 13) 사이에서 상호 간섭하지 않게 된다.
한편, 이 구성에서는 전술한 선원 예의 휨부의 경우와 달리, 상기 날개 외주부(13c)의 둘레부가 반경방향의 소정 위치(Q)를 기점으로 하여 흡입 쪽으로 굴곡된다. 때문에 압력면(13d) 쪽으로부터 부압면(13e) 쪽으로의 기류(α) 누출의 기점(Q)이 결정됨으로써, 이 기점(Q) 이후의 기류 누출량이 일정해져 상기 익단와류(β)가 안정되게 된다.
또 이와 동시에, 상기 날개 외주부(13c)의 압력면(13d) 쪽에는, 상기 기점(Q) 이후 발생한 박리에 의해 종와류(縱渦流)(δ)가 생성된다. 어느 한 날개(13)에서 생성된 종와류(δ)와, 당해 날개(13)에 인접하는 날개(13) 중 송풍기(4)의 회전방향 전방 쪽에 위치하는 기류에서 발생한 익단와류(β)는, 각 날개(13)의 후연(13b)부 부근에서 각각 날개 면으로부터 분리되어 상호 상쇄하게 된다. 그리고 이와 같이 종와류(δ)와 익단와류(β)가 서로 상쇄됨으로써, 선원 예 에서 문제가 됐던 하류방향으로의 방출와류가 효과적으로 소멸되게 된다.
따라서 송풍기(4)의 날개차로부터 하류 쪽으로의 방출와류가 효과적으로 삭감된다. 그 결과 공기조화기용 실외기 유닛에 조립됐을 때의 팬 덮개 등과 송풍기(4)로부터의 방출와류와의 간섭에 의한 소음도 효과적으로 저감되게 된다.
<2> 제2 해결수단
이 해결수단의 송풍기(4)에서는, 상기 제1 해결수단의 구성에 있어서, 상기 굴곡부의 반경방향 폭(W)은, 당해 날개(13)의 허브 쪽 기단(S)에서 반경방향 외주끝단(R)까지 길이(La)의 25% 이하인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 굴곡부의 반경방향 폭(W)이, 후연 부근의 최대 폭 부분에서 당해 날개(13)의 허브 쪽 기단(S)으로부터 외주끝단(R)까지 길이(La)의 25% 이하로 되도록 하면, 당해 송풍기(4)의 송풍성능을 저하시키지 않는 범위에서 가장 효과적으로 상술한 익단와류(β) 및 방출와류 억제효과를 발휘시킬 수 있다.
즉 상기 굴곡부는, 익단와류(β) 및 방출와류의 억제에는 유효하지만, 송풍성능에는 기여하지 않는다. 따라서 상기 굴곡부 폭(W)을 필요 이상으로 크게 할 필요가 없다. 그래서 이 굴곡부의 폭(W)에 대해서는, 적어도 후연(13b) 부근의 최대 폭 부분이며, 당해 날개(13)의 허브 쪽 기단(S)으로부터 외주끝단(R)까지 길이(La)의 25% 이하의 범위에서, 당해 날개 외주끝단(R)의 전후 길이에 따른 변화폭(0 ≤W≤0.25La)으로 하는 것이 바람직하다. 즉 이 굴곡부의 폭(W)에 대해서는, 후연(13b) 부근의 가장 폭이 넓어지는 부분에서도, 날개(13)의 허브 쪽 기단(S)으로부터 외주끝단(R)까지 길이(La)의 25% 이하로 되며, 더욱이 날개 외주끝단(R)의 전후 방향으로 0 ≤W≤0.25La의 범위에서 변화하는 것이 바람직하다.
<3> 제3 해결수단
이 해결수단의 송풍기(4)에서는, 상기 제1 또는 제2 해결수단의 구성에 있어서, 임의의 날개반경(r)의 익현선(C)에서, 이 익현선(C) 길이를 Lo, 이 익현선(C) 상의 임의의 점을 P, 날개 전연(13a)으로부터 이 임의의 점(P)까지의 길이를 L로 하는 한편, 날개(13)의 허브 쪽 기단(S)에서 외주끝단(R)에 걸쳐 상기 길이(L)와 길이(Lo)의 비(L/Lo)가 일정해지는 상기 임의의 점(P)을 통과하는 반경방향의 곡선을 K로 하며, 또 이 곡선(K)을 회전중심축(O)을 포함하는 평면에 대해 회전 투영시킨 곡선(K')에 있어서, 날개(13)의 외주부(13c)가 흡입 쪽으로 구부러지기 시작하는 점(Q)과 날개(13)의 외주끝단(R)을 연결하는 직선(Q-R)과, 상기 점(Q)보다 날개(13) 내주 쪽의 곡선(K')의 상기 점(Q)에서의 접선(A-A')이 이루는 각도를 굴곡각도(θ)로 했을 때, 이 굴곡각도(θ)를 날개(13) 외주끝단(R)의 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 점차로 변화시키는 것을 특징으로 한다.
제1 또는 제2 해결수단의 구성에서 당해 굴곡부의 굴곡각도(θ)를, 상기와 같이 정의하고, 또 상기 조건하에서 날개 외주끝단(R)의 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 점차 커지도록, 또는 작아지도록, 당해 날개(13)의 형태에 따라 변화시키도록 하면, 상기 제1 또는 제2 해결수단의 익단와류(β) 및 방출와류 억제효과가 가급적 효과적으로 발휘된다.
즉 일반적으로, 압력면(13d)과 부압면(13e)의 압력차는, 날개(13)의 전연(13a)에서 후연(13b)에 걸쳐 점차 증대하며, 이에 따라 압력면(13d) 쪽에서 부 압면(13e) 쪽으로의 기류 유입(기류방향의 변화) 강도는, 후연에 가까워질수록 점차 커진다.
이에 반해 상기 날개(13)의 외주부(13c)에서의 굴곡각도(θ)가 전연(13a)에서 후연(13b)에 걸쳐 예를 들어 점차 커지는(굴곡부의 경사각이 심해지는) 구조로 하고, 날개(13)의 외주부(13c)에 형성된 굴곡부 부압면(13e) 쪽에 상술한 바와 같은 익단와류(β)를 안정적으로 생성시키도록 하면, 발생하는 익단와류(β)의 크기를 가급적 작게 할 수 있어 방출와류도 작게 할 수 있다.
한편 이와는 반대로, 굴곡각도(θ)가 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽에 걸쳐 점차 작아지는(굴곡부의 경사각이 완만해지는) 구조로 하면, 후연(13b) 쪽 방향으로 점차 커지는 익단와류(β)의 성장에 따라 굴곡각도(θ)가 감소하게 된다. 따라서 이와 같은 구조로 했을 경우에는, 날개(13)의 외주부(13c)에 형성된 굴곡부 부압면(13e) 쪽에 익단와류(β)가 확실하게 유지되게 되어, 인접하는 날개(13)와 익단와류(β)의 간섭이 효과적으로 억제된다.
이들의 결과, 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽까지 날개 외주부(13c)의 굴곡각도(θ)를 점차 변화시킴으로써, 익단와류(β) 및 방출와류에 기인하는 공기조화기 조립시의 소음 억제도 효과적으로 실행할 수 있게 된다.
<4> 제4 해결수단
이 해결수단의 송풍기(4)에서는, 상기 제3 해결수단의 구성에 있어서, 상기 곡선(K')이 허브 쪽 기단(S)으로부터 외주끝단(R)까지의 사이에서, 직선형상인 내주부와, 흡입 쪽으로 볼록형상인 중앙부와, 흡입 쪽으로 구부러진 외주부를 구비하 며, 전체적으로 갈고리 형태를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 곡선(K')이 상술한 형상으로 되도록 날개(13)가 형성되면, 상기 내주부 형상이 직선형이 됨으로써 회전 시의 원심력에 의해 당해 날개(13)의 부압면(13e) 쪽에서 발생하는 날개 외주끝단(R) 방향으로의 기류는, 이 부압면(13e)으로부터 박리되는 일없이, 이 부압면(13e)을 따라(부착되어) 안정되게 흐르게 된다. 따라서 이 기류가 익단와류(β)와 간섭하기 어려워진다.
또 상기 중앙부 형상이 흡입 쪽으로 볼록형상으로 됨으로써, 날개 압력면(13d) 쪽에서 압력면(13d) 쪽으로부터 부압면(13e) 쪽으로 흐르고자 하는 기류의 유속은, 사전에 억제되게 된다. 그 결과 이 기류에 의해 형성되는 익단와류(β) 자체의 크기를 작은 기류로 억제할 수 있게 된다.
또한 이 해결수단에서는, 그 외주끝단부가 흡입 쪽으로 구부러진다. 때문에, 당해 날개(13)의 압력면(13d) 쪽 기류는, 날개 외주부(13c)에서 테이퍼면 형상의 압력면(13d)을 따라 같은 테이퍼면 형상의 부압면(13e) 내로 부드럽게 유입되게 된다. 그리고 익단와류(β)의 와류반경이 한층 작고 안정된 기류로 되어 부압면(13e)쪽에서의 날개 외주끝단(R) 방향으로의 기류의 흐름이 당해 익단와류(β)와 간섭하기 어려워진다.
<5> 제5 해결수단
이 해결수단의 송풍기(4)에서는, 상기 제3 해결수단의 구성에 있어서, 상기 곡선(K')이 허브 쪽 기단(S)으로부터 외주끝단(R)까지의 사이에서, 흡입 쪽으로 오목형상인 내주부와, 흡입 쪽으로 볼록형상인 중앙부와, 흡입 쪽으로 구부러진 외주 부를 구비하며, 전체적으로 갈고리형태를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 곡선(K')이 상술한 형상으로 되도록 날개(13)가 형성되면, 상기 내주부 형상이 흡입 쪽으로 오목형상이 됨으로써, 회전 시의 원심력에 의해 당해 날개(13)의 부압면(13e) 쪽에서 발생하는 날개 외주끝단(R) 방향으로의 기류는, 이 부압면(13e)으로부터 박리되는 일없이, 이 부압면(13e)을 따라(부착되어) 안정되게 흐르게 된다. 따라서 이 기류가 익단와류(β)와 간섭하기 어려워진다.
또 상기 중앙부 형상이 흡입 쪽으로 볼록형상이 됨으로써, 날개 압력면(13d) 쪽에서 이 압력면(13d) 쪽으로부터 부압면(13e) 쪽으로 흐르고자 하는 기류의 유속은, 사전에 억제되게 된다. 그 결과 이 기류에 의해 형성되는 익단와류(β) 자체의 크기를 작은 기류로 억제할 수 있게 된다.
또한 이 해결수단에서는, 날개(13)의 외주부(13c)가 흡입 쪽으로 구부러진다. 때문에, 당해 날개(13)의 압력면(13d) 쪽 기류는, 날개 외주부(13c)에서의 테이퍼면 형상의 압력면(13d)을 따라 같은 테이퍼면 형상의 부압면(13e) 내로 부드럽게 유입되게 된다. 그리고 익단와류(β)의 와류반경이 한층 작고 안정된 기류로 되므로, 부압면(13e) 쪽의 날개 외주끝단(R) 방향으로의 기류 흐름이 당해 익단와류(β)와 간섭하기 어려워진다.
그리고 이 날개 외주끝단부의 작용은, 상술한 바와 같이 날개(13)의 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 상기 날개 외주부(13c)의 굴곡부 폭(W)이 점차 커지면, 당해 날개(13)의 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽에 걸쳐 점차 적층 증대되어 와류반경이 확대되는 익단와류(β)의 와류반경에 대응하여, 이 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽까지 한층 순조롭게 기류 유도 효과를 발휘하게 되며, 또 발생한 익단와류(β)가 더욱 날개 부압면(13e)으로부터 박리되기 어려워진다.
이로써 상술한 바와 같이, 예를 들어 날개(13)를 경량화하기 위해 익현길이를 짧게 한 경우에도, 발생한 익단와류(β)가 인접하는 날개(13, 13, 13) 사이에서 상호 간섭하기 어려워져, 송풍기(4) 하류 쪽으로의 방출와류도 적어진다.
이들의 결과, 이 해결수단의 구성에서는, 이상의 각 작용이 효과적으로 조합되어 공기조화기용 실외기 유닛에 조립됐을 때의 소음이 특히 효과적으로 저감되게 된다.
<6> 제6 해결수단
이 해결수단의 송풍기(4)에서는, 상기 제3, 제4, 또는 제5 해결수단의 구성에 있어서, 상기 곡선(K') 상의 날개 외주부(13c)의 굴곡부와, 회전중심축(O)에 직교하는 평면과 이루는 각도(θ2)가 90도 이하인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 전경각(前傾角)이 큰 날개(13)를 합성수지 성형으로 제조할 경우, 탈형(脫型)이 어려워져 성형효율이 악화된다.
그러나, 이상과 같이 상기 제3, 제4, 또는 제5 해결수단의 구성에 있어서, 상술한 곡선(K') 상의 날개 외주부(13c)의 굴곡부와, 회전중심축(O)에 직교하는 평면과 이루는 각도(θ2)가 90도 이하로 되도록 하면, 적절한 탈형 경사를 실현할 수 있어 성형작업이 용이해지며 성형효율도 향상된다.
<7> 제7 해결수단
이 해결수단의 송풍기(4)에서는, 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 또는 제6 해결수단의 구성에 있어서, 날개 외주끝단(R)의 날개 압력면(13d) 쪽에만 아르 면(곡면)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 상기 날개 외주끝단(R)의 날개 압력면(13d) 쪽에만 아르 면을 형성하면, 엣지(edge)부에 의한 흐름의 난류가 없어져, 날개 외주부(13c)의 압력면(13d) 쪽으로부터 부압면(13e) 쪽으로 더욱 부드럽게 기류가 유입되게 된다.
<8> 제8 해결수단
이 해결수단의 송풍기(4)에서는, 상기 제7 해결수단의 구성에 있어서, 날개차의 외주 부근에서의 날개(13) 두께를 t로 했을 때, 날개 외주끝단(R)의 날개 압력면(13d) 쪽에 형성된 아르 면의 크기가, t 이상 3t 이하로 되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 상기 송풍기(4) 날개차의 외주 부근에서 각 날개(13, 13, 13)의 두께를 t로 했을 때, 각 날개 외주끝단(R)의 압력면(13d) 쪽에 형성된 아르 면의 크기가 t 이상 3t 이하이면, 상기 제7 해결수단의 작용이 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근의 전역에 걸쳐 보다 효과적으로 발휘되게 된다.
즉 각 날개(13)의 외주끝단(R)에 있어서, 그 압력면(13d) 쪽에서 부압면(13e) 쪽으로 기류가 유입될 때의 당해 기류방향의 변화에 따라, 그 압력면(13d) 쪽에 형성된 아르 면의 곡률반경(r')을 상기와 같이 t~3t의 범위에서 변화시키도록 하면, 보다 순조롭게 압력면(13d) 쪽에서 부압면(13e) 쪽으로 기류가 유입되게 되어, 효과적으로 익단와류(β)가 억제되며 더욱 소음이 저감된다.
<9> 제9 해결수단
이 해결수단의 송풍기(4)에서는, 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7 또는 제8 해결수단의 구성에 있어서, 당해 송풍기(4)가 공기조화기용 실외기에 조립되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 상기 제1~제8의 각 해결수단에서는, 송풍기(4) 자체로부터의 방출와류 발생이 크게 저감된다. 따라서 이들 각 해결수단의 송풍기(4)는, 토출구의 하류 쪽으로 방출와류와 간섭하는 팬 덮개 등의 장애물이 배치되는 공기조화기용 실외기인 경우의 저소음화에 최적이 된다.
-효과-
이상의 결과, 본원 발명의 송풍기(4)에 의하면, 다음과 같은 유익한 효과를 얻을 수 있다.
<1> 송풍기(4) 그 자체의 소음을 저감할 수 있으며, 또 이 송풍기(4)를 공기조화기용 실외기에 조립했을 때의 소음도 효과적으로 저감할 수 있게 된다.
<2> 날개(13)의 경량화나 염가화를 위해 당해 날개(13)의 익현길이를 짧게 했을 경우에도, 익단와류(β)가 부압면으로부터 박리되지 않아 인접날개와 간섭하지 않는다. 이로써 높은 소음 저감 효과가 얻어짐과 동시에, 송풍성능의 열화도 억제할 수 있다.
<3> 송풍성능을 결정하는 날개(13) 전체의 형상에 영향을 주는 일없이, 당해 날개(13)의 일부인 외주끝단부에 굴곡부를 형성하기만 하면 되므로, 성형도 용이하 며 저원가를 실현할 수 있다.
<4> 또 굴곡부가 리브(rib) 작용을 발휘하므로, 날개(13)의 강성이 높아진다. 때문에 날개(13)를 박형화할 수 있으며 이로써 날개(13)의 가일층 저가화가 더욱 가능해진다. 동시에 날개(13)의 내진성도 향상되어 진동에 따른 이상소음의 발생도 저감된다.
<5> 이상의 효과가 얻어진 상태에서, 송풍능력의 저하도 억제 또는 방지할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 관한 송풍기 날개차부의 사시도.
도 2는 도 1의 송풍기 날개부의 일부 절개 사시도.
도 3은 도 1 송풍기의 허브 및 날개부의 설명용 배면도.
도 4는 도 1 송풍기 날개 3 개소의 반경방향 단면구조를 나타내는 단면도.
도 5는 도 1 송풍기 날개의 기본이 되는 형상을 나타내는 단면도.
도 6은 도 1 송풍기 날개의 주요부 형상을 나타내는 확대단면도.
도 7은 도 1 송풍기 날개의 굴곡각도(θ)를 나타내는 설명도.
도 8은 도 1 송풍기 날개 주요부의 기류 누출 기점의 결정작용을 나타내는 설명도.
도 9는 도 1 송풍기 날개 주요부의 익단와류 및 방출와류 저감작용을 나타내는 설명도.
도 10은 도 1 송풍기 날개의 방출와류 상쇄작용을 나타내는 설명용 사시도.
도 11은 도 1 송풍기 날개의 방출와류 상쇄작용을 나타내는 설명용 전개도.
도 12는 도 1 송풍기 날개의 제1 변형예 구성을 나타내는 개략도.
도 13은 도 1 송풍기 날개의 제1 변형예 구성을 나타내는 확대 개략도.
도 14는 도 1 송풍기 날개의 제2 변형예 구성을 나타내는 개략도.
도 15는 도 1 송풍기 날개의 제2 변형예 구성을 나타내는 확대 개략도.
도 16은 종래 일반 송풍기를 채용한 공기조화기용 실외기 유닛의 구성을 나타내는 정면도.
도 17은 도 16 실외기 유닛의 종방향 단면도.
도 18은 도 16 실외기 유닛의 수평방향 단면도.
도 19는 도 16 실외기 유닛에서 채용되는 종래 일반 송풍기(프로펠러 팬)의 배면도.
도 20은 도 16의 종래 송풍기 날개부의 단면구조와 주요부의 작용(문제점)을 나타내는 단면도.
도 21은 도 16의 종래 송풍기의 실외기 유닛 대응부 구조와의 관계에 있어서의 문제점(익단와류 발생 메커니즘)을 나타내는 개략설명도.
도 22는 도 16의 종래 송풍기 날개의 인접날개 사이의 익단와류 간섭 현상을 나타내는 개략도.
도 23은 도 16의 종래 송풍기 날개의, 도 22 경우의 익현길이를 짧게 했을 경우에 있어서의 인접날개 사이의 익단와류 간섭상태를 나타내는 개략도.
도 24는 도 16의 종래 송풍기의 종래 문제의 일부를 개선한 선원 예의 날개 차의 날개형상을 나타내는 단면도.
도 25는 도 16의 송풍기 날개부의 익단와류 저감작용을 나타내는 개략도.
도 26은 도 16 송풍기의 익단와류 저감작용을 나타내는 날개부의 설명용 전개도.
이하 본원 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명하기로 한다.
(제1 실시형태)
도 1~도 15는, 본원 발명의 제1 실시형태에 관한 송풍기(4)의 구성 및 작용을 나타낸다. 이 송풍기(4)는 공기조화기용 실외기 유닛에 적합한 프로펠러 팬이다.
도 1~도 11은 상기 송풍기(4) 날개부의 기본적인 구성과 작용을, 또 도 12~도 15는 몇 가지 변형예에 의한 날개(13)의 형상을, 각각 나타낸다.
<<날개부의 기본구성>>
도 1~도 11에 나타내는 바와 같이, 당해 송풍기(4)(프로펠러 팬)는, 합성수지제의 허브(14)를 구비한다. 이 허브(14)는 송풍기(4)의 회전중심이 되며, 그 외주면에는 복수 개(3 매)의 날개(13, 13, 13)가 일체로 형성된다.
이 날개(13, 13, 13)는 그 전연(13a)의 외주끝단(R)과 후연(13b)의 외주끝단(R)이, 각각 허브(14) 쪽의 내주끝단(S)보다 당해 날개(13)의 회전방향(F) 전방에 위치한다. 또 날개(13, 13, 13)의 외주부(13c) 부분은 도시한 바와 같이 상기 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 소정 폭으로, 압력면(13d) 쪽에서 부압면(13e) 쪽으로의 기류 누출이 시작되는 기점(Q)을 형성하도록 흡입쪽으로 구부러진다. 이 굴곡부의 반경방향 폭(흡입 쪽으로의 굴곡 둘레부의 투영면 폭)(W)은, 상기 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 점차 소정 비율로 확대된 것이다(전연(13a)부에서는 W＝0, 후연(13b)부에서 W＝최대: 도 3 참조).
이 굴곡부의 반경방향 폭(W)은, 당해 날개(13)의 송풍성능을 저하시키는 일없이 효과적으로 전술한 익단와류(β)를 억제하기 위해서는, 예를 들어 상기 후연(13b)부의 최대 폭 부분에서, 당해 날개(13)의 허브(14) 쪽 기단(밑동)으로부터 상기 날개(13) 외주끝단(R)까지의 반경방향 길이(La)의 25% 이하의 크기인 것이 바람직하다.
즉, 예를 들어 허브비 0.3, 팬 외경 400mm 날개에 있어서, 굴곡부에서의 후연(13b) 쪽 최대폭 부분은, 그 폭(W)이 35mm 이하인 것이 바람직하다. 이는 송풍성능을 저하시키지 않는 범위로 함과 동시에, 압력면(13d)에서의 후술하는 상쇄와류(??)를 충분히 발생시킬 수 있는 범위로 하기 위한 것이다.
여기서, 예를 들어 도 3 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 임의의 날개반경(R)의 익현선(C)에서, 이 익현선(C) 길이를 Lo, 이 익현선(C) 상의 임의의 점을 P, 날개 전연(13a)으로부터 상기 임의의 점(P)까지의 길이를 L로 한다. 또 날개(13)의 허브(14) 쪽 기단(S)으로부터 외주끝단(R)에 걸쳐 상기 길이(L)와 길이(Lo)의 비(L/Lo)가 일정해지는 상기 임의의 점(P)을 통과하는 반경방향의 곡선을 K로 한다. 또한 이 곡선(K)을 회전중심축(O)을 포함하는 평면에 대해 회전투영시킨 곡선(K')에서, 날개(13)의 외주부(13c)가 흡입 쪽으로 구부러지기 시작하는 점(Q) 과 날개(13) 외주끝단(R)을 잇는 직선(Q-R)과, 상기 점(Q)보다 날개 내주 쪽의 곡선(K')의 상기 점(Q)에서 접선(A-A')을 이루는 각을 굴곡각도(θ)로 한다. 이 경우, 본 제1 실시형태의 날개(13, 13, 13)에서는, 이 굴곡각도(θ)가 날개(13) 외주끝단(R)의 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 점차 변화한다.
또 상기 곡선(K') 상에 있어서 상기 날개(13)의 외주부(13c)가 흡입 쪽으로 구부러지기 시작하는 점(Q)과 상기 날개(13) 외주끝단(R)을 잇는 직선(Q-R)과, 상기 날개(13)의 회전중심축(O)에 직교하는 평면이 이루는 각도를 θ2로 한다. 본 제1 실시형태의 날개(13), 즉 당해 날개(13)의 전경사각이 전연(13a) 쪽에서 양, 후연(13b) 쪽에서 음이 되는 전진익에서는, 상기 각도(θ2)의 값이 일정하다(도 4 참조). 또한 이 각도(θ2)의 값은 날개(13)의 성형이 용이해지도록 90도 이하이다.
또 당해 날개(13)의 회전중심축(O)을 통과하는 평면에 대해 상기 곡선(K)을 회전투영시킨 당해 날개(13)의 단면형상은, 예를 들어 도 5에 상세하게 나타낸 바와 같이, 허브 쪽 기단(S)에서 날개 외주끝단(R)까지의 사이에서, 흡입 쪽으로 오목형상(또는 거의 직선형)을 이루는 내주부와, 흡입 쪽으로 볼록형상을 이루는 중앙부와, 흡입 쪽으로의 굴곡부를 갖는 외주끝단부의 3개 형상영역으로 이루어지도록 구성된다.
그리고 상기 날개(13) 외주부(13c)에는, 예를 들어 도 6에 나타내는 바와 같이, 압력면(13d) 쪽의 익단부를 컷팅함으로써, 당해 압력면(13d) 쪽에만 아르 면(즉 곡면)이 형성된다.
당해 송풍기(4)의 날개차 외주 부근에서 날개(13)의 두께를 기준두께(t)로 할 경우, 상기 외주부(13c)의 압력면(13d) 쪽에 형성된 당해 아르 면은, 그 크기(즉 곡률반경(r'))가 t 이상 3t 이하의 범위에서 변화한다.
<<날개부의 작용>>
이상과 같이, 이 발명의 제1 실시형태에서 프로펠러 팬 등의 송풍기(4)는, 회전중심이 될 허브(14)와, 이 허브(14)의 외주면에 배치된 전연(13a) 및 후연(13b)의 외주끝단(R)이 회전방향(F)의 전방에 위치하는 복수의 날개(13, 13, 13)를 구비하여 이루어지는 송풍기(4)이며, 상기 각 날개(13, 13, 13)는, 각각 그 외주부(13c)가, 기류(α) 누출이 시작되는 기점(Q)을 형성하도록 흡입 쪽으로 거의 V자형으로 굴곡되며, 또 이 굴곡부의 반경방향 폭(W)이, 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 점차 커지도록 형성되는 것을 특징으로 한다(도 1~도 6 참조).
이와 같이 본 제1 실시형태에서는, 날개(13)의 전연(13a)와 후연(13b) 양방에서 외주끝단(R)이 내주끝단(S)보다 회전방향(F)의 전방에 위치한 소위 전진익으로 구성되는 송풍기(4)의 날개(13)에 있어서, 그 외주부(13c) 부분이 기류(α)가 누출되기 시작하는 기점(Q)을 형성하도록 흡입 쪽으로 거의 V자형으로 구부러진다. 때문에, 예를 들어 도 9에 나타내는 바와 같이, 이미 기술한 선원 예의 휨부의 경우와 거의 마찬가지로, 당해 날개(13)의 압력면(13d) 쪽 기류(α)는, 외주끝단(R) 쪽의 테이퍼면 형상 압력면(13d)을 따라 같은 테이퍼형상의 부압면(13e) 내로 부드럽게 유입되게 된다. 그 결과 발생하는 익단와류(β)의 와류반경이 작고 안정된 기류로 되어, 부압면(13e) 쪽의 날개 외주 방향으로의 기류 흐름(γ)이 당해 익단와류(β)와 간섭하지 않게 된다.
더구나 이 작용은, 상기와 같이 날개(13)의 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐, 상기 날개외주부(13c)의 굴곡부 폭(W)이 점차 커짐으로써, 예를 들어 도 10에 나타내는 바와 같이, 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽 전역에 걸쳐 점차 적층 증대되어 와류반경이 확대되는 익단와류(β)의 와류반경에 대응하여, 후연(13b) 쪽 하류까지 순조롭게 효과를 발휘하게 된다. 따라서 예를 들어 도 11에 나타내는 바와 같이, 발생한 익단와류(β)가 날개 부압면(13e)으로부터 박리되기 어려워진다.
여기서 예를 들어 날개(13)를 경량화하기 위해, 날개(13)의 익현길이를 짧게 했을 경우에는 도 11에 나타내는 바와 같이, 발생한 익단와류(β)의 소용돌이 중심이 인접하는 날개(13, 13, 13) 사이를 그대로 통과하게 된다. 이에 반해 본 제1 실시형태의 경우는, 전술한 선원 예의 휨부의 경우와 달리 상기 날개외주부(13c)의 둘레부가 소정 반경방향 위치(Q)를 기점으로 하여 흡입 쪽으로 거의 V자형으로 구부러진다. 때문에 예를 들어 도 8에 나타내는 바와 같이, 압력면(13d) 쪽에서 부압면(13e) 쪽으로의 기류(α) 누출이 시작되는 기점(Q)이 확실하게 결정되게 되어, 이후의 기류 누출량이 일정해지고 발생하는 익단와류(β)가 안정된다.
또 이와 동시에, 상기 날개외주부(13c)의 압력면(13d) 쪽에는, 상기 기점(Q) 이후에 발생한 박리에 의해 종와류(δ)가 생성된다. 그 결과 예를 들어 도 10 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 어느 날개(13)에서 생성된 종와류(상쇄와류)(??)와, 당해 날개(13)에 인접하는 날개(13) 중 송풍기(4)의 회전방향(F) 전방 쪽에 위치하는 날개(13)에서 발생한 익단와류(β)는, 각 날개(13)의 후연(13b)부 부근에서 각각 날개 면으로부터 박리되고, 예를 들어 도 10에 나타내는 바와 같이 대향기류 상태로 충돌하여 상호 상쇄되게 된다. 그리고 이와 같이 종와류(δ)와 익단와류(β)가 서로 상쇄되므로, 선원 예에서 문제가 됐던 하류방향으로의 방출와류가 효과적으로 소멸되게 된다.
그 결과 송풍기(4)의 날개차 하류 쪽 기류의 난류현상도 적어져 도 17에 나타내는 바와 같은 그릴구조의 팬 덮개(6) 등과 송풍기(4)로부터의 방출와류와의 간섭도 발생하지 않게 된다. 따라서 당해 송풍기(4)를 전술한 도 16~도 18과 같은 공기조화기용 실외기 유닛에 조립한 경우에도, 소음이 효과적으로 저감되게 된다.
또 상기 송풍기(4)에서는 상술한 바와 같이, 상기 굴곡부의 반경방향 폭(W)이 당해 날개(13)의 허브 쪽 기단(S)으로부터 외주끝단(R)까지 길이(La)의 25% 이하이다.
이와 같이 굴곡부의 반경방향 폭(W)이, 후연(13b) 부근의 최대 폭 부분에서, 당해 날개(13)의 허브 쪽 기단(S)으로부터 외주끝단(R)까지 길이(La)의 25% 이하로 되도록 하면, 상술한 바와 같이 허브비에 대응하여, 당해 송풍기(4)의 송풍성능을 저하시키지 않는 범위에서 가장 효과적으로 상술한 상쇄와류를 발생시켜, 효과적으로 상술한 익단와류(β) 및 방출와류의 억제효과를 발휘시킬 수 있다.
즉 상기 굴곡부는, 익단와류(β) 및 방출와류의 억제에는 유효하지만, 송풍성능에는 기여하지 않는다. 따라서 상기 굴곡부 폭(W)을 필요 이상으로 크게 할 필요가 없다. 그래서 이 굴곡부의 폭(W)에 대해서는, 적어도 후연(13b) 부근의 최대 폭 부분에 있어서, 당해 날개(13)의 허브 쪽 기단(S)으로부터 외주끝단(R)까지 길이(La)의 25% 이하의 범위에서, 당해 날개 외주끝단(R)의 전후 길이에 따른 변화폭(0 ≤W≤0.25La)으로 하는 것이, 송풍성능 유지와 방출와류 등 억제작용의 양립을 도모하는 점에서 바람직하다. 즉 이 굴곡부의 폭(W)에 대해서는, 후연(13b) 부근의 가장 폭이 넓어지는 부분에서도, 날개(13)의 허브 쪽 기단(S)으로부터 외주끝단(R)까지 길이(La)의 25% 이하로 되며, 더욱이 날개 외주끝단(R)의 전후 방향으로 0 ≤W≤0.25La의 범위에서 변화하는 것이 바람직하다.
또 본 제1 실시형태의 송풍기(4)에 있어서, 상기 굴곡부의 굴곡각도(θ)는, 날개 외주끝단(R)의 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 점차로 변화된다. 그리고 당해 굴곡부의 굴곡각도(θ)를, 날개 외주끝단(R)의 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 점차 커지도록, 당해 날개(13)의 형태에 따라 변화시키도록 하면, 상기 익단와류(β)의 억제효과가 가급적 효과적으로 발휘된다.
즉 일반적으로, 압력면(13d)과 부압면(13e)의 압력차는, 날개(13)의 전연(13a)에서 후연(13b)에 걸쳐 점차 증대하며, 이에 따라 압력면(13d) 쪽에서 부압면(13e) 쪽으로의 기류 유입(기류방향의 변화) 강도는, 후연에 가까워질수록 점차 커진다. 이에 반해 상기 날개(13)의 외주부(13c)에서의 굴곡각도(θ)가 전연(13a)에서 후연(13b)에 걸쳐 점차 변화, 예를 들어 점차 커지는 구조로 함으로써, 날개(13) 외주부(13c)의 부압면(13e) 쪽에 익단와류(β)를 안정적으로 생성시키도록 하면, 발생하는 익단와류(β)의 크기를 가급적 작게 할 수 있다.
이와 같이, 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽까지 날개(13)의 외주부(13c)의 굴곡각도(θ)를 점차 변화시킴으로써, 익단와류(β)에 기인하는 공기조화기 조립 시의 소음 억제도 효과적으로 실행할 수 있게 된다.
또 본 제1 실시형태의 송풍기(4)에서는, 도 7에 나타내는 각도(θ2)가 90도 이하이다.
예를 들어, 전경각이 큰 날개(13)를 합성수지 성형으로 제조할 경우, 탈형이 어려워져 성형효율이 악화된다. 이에 반해 상기 각도(θ2)가 90도 이하로 되도록 하면, 적절한 탈형 경사를 실현할 수 있어 송풍기(4)의 성형작업이 용이해지며 성형효율도 향상된다.
또 본 제1 실시형태의 송풍기(4)에서는, 예를 들어 도 5에 나타내는 바와 같이, 상술한 곡선(K)을 당해 날개(13)의 회전중심축(O)을 통과하는 평면에 대해 회전투영시킨 당해 날개(13)의 단면형상이, 허브(14) 쪽에서 날개 외주끝단(R)까지의 사이에서, 흡입 쪽으로 오목형상(또는 거의 직선형)을 이루는 내주부와, 흡입 쪽으로 볼록형상을 이루는 중앙부와, 흡입 쪽으로의 굴곡부를 갖는 외주끝단부의 3 개 형상영역으로 이루어진다.
날개(13)의 상기 단면형상이, 흡입 쪽으로 오목형상(또는 거의 직선형)을 이루는 내주부와, 흡입 쪽으로 볼록형상을 이루는 중앙부와, 흡입 쪽으로의 굴곡부를 갖는 외주끝단부의 3 개 형상영역으로 형성되면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 내주부 형상이 흡입 쪽으로 오목형상(또는 거의 직선형)을 이룸으로써, 회전 시의 원심 력에 의해 당해 날개(13)의 부압면(13e) 쪽에 발생하는 날개 외주끝단(R) 방향으로의 기류는, 상기 부압면(13e)으로부터 박리되는 일없이, 이 부압면(13e)을 따라(부착되어) 안정되게 흐르게 된다. 따라서 이 기류가 익단와류(β)와 간섭하기 어려워진다.
또 상기 중앙부의 형상이 흡입 쪽으로 볼록형상을 이룸으로써, 날개 압력면(13d) 쪽에 있어서 이 압력면(13d) 쪽으로부터 부압면(31e) 쪽으로 흐르고자 하는 기류의 유속은 사전에 억제되게 된다. 그 결과 상기 기류에 의해 형성되는 익단와류(β) 자체의 크기를 작은 기류로 억제할 수 있게 된다.
또한 본 제1 실시형태에서는, 상술한 바와 같이 외주부(13c)가 흡입 쪽으로 굴곡된다. 때문에 당해 날개(13) 압력면(13d) 쪽의 기류는, 날개 외주부(13c)에서의 테이퍼형상 압력면(13d)을 따라 같은 테이퍼형상인 부압면(13e) 내로 부드럽게 유입되게 된다. 그리고 익단와류(β)의 와류반경이 한층 작고 안정된 기류로 되어, 부압면(13e) 쪽의 날개 외주끝단(R) 방향으로의 기류흐름이 당해 익단와류(β)와 간섭하기 어려워진다.
또 이 날개 외주부(13c)의 작용은, 상술한 바와 같이, 날개(13)의 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 상기 날개외주부(13c)의 굴곡부 폭(W)이 점차 커지면, 당해 날개(13)의 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽에 걸쳐 점차 적층 증대되어 와류반경이 확대되는 익단와류(β)의 와류반경에 대응하여, 상기 전연(13a) 쪽으로부터 후연(13b) 쪽까지 한층 순조롭게 기류 유도 효과를 발휘하게 되며, 또 발생한 익단와류(β)가 날개 부압면(13e)으로부터 더욱 박리되기 어려워진다.
때문에 상술한 바와 같이, 예를 들어 날개(13)를 경량화하기 위해, 익현길이를 짧게 했을 경우에도, 발생한 익단와류(β)가 인접하는 날개(13, 13, 13) 사이에서 상호 간섭하기 어려워져, 송풍기(4) 하류 쪽에서의 토출기류의 난류현상도 적어진다.
이들 결과, 본 제1 실시형태에서는, 이상의 각 작용이 효과적으로 조합되어, 공기조화기용 실외기 유닛에 조립됐을 때의 소음이, 특히 유효하게 저감되게 된다.
이들 작용효과는 상기 날개(13)의 내주부가 직선형일 경우에도, 상기 오목형상의 경우와 거의 마찬가지로 얻을 수 있다.
또 본 제1 실시형태의 송풍기(4)에서는, 상기 날개 외주끝단(R)의 압력면(13d) 쪽에만 아르 면을 형성한다.
이와 같이 상기 날개 외주끝단(R)의 압력면(13d) 쪽에만 아르 면을 형성하면, 익단에 의한 난류현상이 없어지며, 날개외주부(13c)의 압력면(13d) 쪽으로부터 부압면(13e) 쪽으로 한층 순조롭게 기류가 유입되게 된다.
또한 본 제1 실시형태의 송풍기(4)에서는, 예를 들어 도 6에 나타내는 바와 같이, 상기 송풍기(4) 날개차 외주 부근에서 날개(13)의 두께를 t로 했을 때, 날개 외주끝단(R)의 날개 압력면(13d) 쪽의 아르 크기(즉 아르 면의 곡률반경(r'))가 t 이상 3t 이하의 범위에서 변화하도록 한다.
이와 같이 상기 송풍기(4) 날개차 외주 부근에서 각 날개(13, 13, 13)의 두께를 t로 했을 때, 각 날개 외주끝단(R)의 압력면(13d) 쪽의 아르 크기(즉 아르 면의 곡률반경(r'))가 t 이상 3t 이하로 하면, 상기 기류 유도 작용이, 전연(13a) 부 근에서 후연(13b) 부근 전역에 걸쳐, 더욱 효과적으로 발휘되게 된다.
즉, 각 날개(13)의 외주끝단(R)에서, 그 압력면(13d) 쪽으로부터 부압면(13e) 쪽으로 기류가 유입될 때의 당해 기류방향의 변화에 따라, 그 압력면(13d) 쪽에 형성된 아르 면의 곡률반경(r')을 상기와 같이 t~3t의 범위에서 변화시키도록 하면, 보다 유연하게 압력면(13d) 쪽으로부터 부압면(13e) 쪽으로 기류가 유입되게 되어, 효과적으로 익단와류(β)가 억제되며, 더욱 소음이 저감된다.
<< 제1 변형예>>
상기 날개(13) 외주부(13c)의 굴곡부 형상은, 상술한 바와 같은 전체가 직선적인 형상의 것에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 12 및 도 13에 나타내는 바와 같이, 대략 직선형으로 형성된 굴곡부의 선단부근, 즉 외주끝단(R) 부근만을 부분적으로 흡입 쪽으로 둥글려 곡면형상으로 할 수도 있다. 이와 같이 하면 압력면(13d) 쪽으로부터 부압면(13e) 쪽으로의 기류 유입이 좋아져, 더욱 익단와류(β)의 지름이 작아진다.
<<제2 변형예>>
또 상기 날개 외주부(13c)의 굴곡부 형상은, 예를 들어 도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같은 거의 S자형이라도 된다. 이 변형예에서는 일단 흡입 쪽으로 직선적으로 굴곡된 부분(a)에서 끝을 다시 압력면(13d) 쪽으로 되돌려 날개 연장면(b)을 형성하고, 다시 그 외주끝단(c)을 흡입 쪽으로 구부림으로써, 굴곡부를 전체적으로 거의 S자형으로 형성한다. 이와 같은 구성의 경우에도, 효과적으로 익단와류(β)를 작게 하고 또 유효하게 인접날개 사이로부터의 방출와류를 소멸시 킬 수 있다.
<<제1 실시형태의 효과>>
이상의 결과, 본 발명의 송풍기(4)에 의하면, 다음과 같은 유익한 효과를 얻을 수 있다.
<1> 송풍기(4) 그 자체의 소음을 저감할 수 있으며, 또 이 송풍기(4)를 공기조화기에 조립했을 때의 소음도 효과적으로 저감할 수 있게 된다.
<2> 날개(13)의 경량화나 염가화를 위해 당해 날개(13)의 익현길이를 짧게 했을 경우에도, 익단와류(β)가 부압면으로부터 박리되지 않고, 익단와류(β)가 인접날개와 간섭하는 일없이, 인접하는 날개(13) 사이로부터의 방출와류가 효과적으로 저감된다. 이로써 팬 덮개나 그릴 등 외부장애물과 익단와류(β)와의 간섭도 저감되므로, 높은 소음저감효과가 얻어짐과 동시에 송풍성능의 열화도 억제할 수 있다.
<3> 송풍성능을 결정하는 날개(13) 전체의 형상에 영향을 주는 일없이, 당해 날개(13)의 일부인 외주부에 굴곡부를 형성하기만 하면 되므로, 성형도 용이하고 저원가를 실현할 수 있다.
<4> 또 굴곡부가 리브(rib) 작용을 발휘하므로, 날개(13)의 강성이 높아진다. 때문에 날개(13)를 박형화 할 수 있으며 이로써 날개(13)의 가일층 저원가화가 더욱 가능해진다. 동시에 날개(13)의 내진성도 향상되어 진동에 따른 이상소음의 발생도 저감된다.
<5> 이상의 효과가 얻어진 상태에서, 송풍능력의 저하도 억제 또는 방지할 수 있다.
-그 밖의 실시형태-
<1> 굴곡부의 굴곡각도(θ)에 대하여
상기 제1 실시형태의 굴곡부는, 예를 들어 도 2~도 4에 각각 나타내는 바와 같이, 그 반경방향 폭(W)이 날개(13)의 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽에 걸쳐 점차 커지는 한편, 그 굴곡각도(θ)(도 7 참조)가 변화하는 일없이 일정해진다.
이에 반해 굴곡부의 굴곡각도(θ)가 날개(13)의 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽에 걸쳐 점차 커지도록(심해지도록) 해도 된다. 이와 같이 할 경우에도 상기 제1 실시형태의 경우와 동일한 작용효과를 얻을 수 있다.
즉 일반적으로, 압력면(13d)과 부압면(13e)의 압력차는, 날개(13)의 전연(13a)에서 후연(13b)에 걸쳐 점차 증대하며, 이에 따라 압력면(13d) 쪽으로부터 부압면(13e) 쪽으로의 기류 유입(기류방향의 변화) 강도는, 후연에 가까워질수록 점차 커진다. 이에 반해 상기 날개(13)의 외주부(13c)에서의 굴곡각도(θ)가 전연(13a)에서 후연(13b)에 걸쳐 점차 커지는(굴곡부의 경사각이 심해지는) 구조로 하여, 날개(13) 외주부(13c)에 형성된 굴곡부의 부압면(13e) 쪽에 상술한 바와 같은 익단와류(β)를 안정적으로 생성시키도록 하면, 발생하는 익단와류(β)의 크기를 가급적 작게 할 수 있다.
또 상기와 같이 굴곡각도(θ)를 변화시키도록 했을 경우에, 예를 들어 상기의 경우와 역으로, 이 굴곡각도(θ)를 전연(13a)에서 후연(13b)에 걸쳐 점차 작게(굴곡부의 경사각을 완만하게) 하는 것도 가능하다.
앞서 기술한 바와 같이 날개(13) 외주부(13c)에서의 압력면(13d) 쪽과 부압면(13e) 쪽의 압력차는, 전연(13a) 쪽에서 후연(13b) 쪽으로 갈수록 커지며, 이에 따라 익단와류(β)가 성장하여 그 와류반경도 확대된다.
그래서 이에 대응하여 상기 굴곡부의 굴곡각도(θ)도 점차 완만해지도록 하면, 후연(13b) 쪽 방향으로 점차 커지는 익단와류(β)의 성장에 따라서 굴곡각도(θ)가 감소해가게 된다. 따라서 이와 같은 구조로 할 경우에는, 날개(13)의 외주부(13c)에 형성된 굴곡부의 부압면(13e) 쪽에 익단와류(β)가 확실하게 유지되게 되어, 인접하는 날개(13)와의 간섭이 억제된다. 또 점차 커지는 익단와류(β)를 날개(13)의 압력면(13d) 쪽으로부터 부압면(13e) 쪽으로, 효과적으로 유입시킬 수 있게 된다.
<2> 날개의 종류에 대하여
이상의 각 실시형태에서는, 그 어느 것도 슬림형 구조의 날개의 경우에 대해 설명했다. 그러나 본원 발명의 적용대상은, 그와 같은 슬림형 구조의 날개에 한정되지 않고, 예를 들어 일반적인 두꺼운 날개, 또는 두꺼운 날개이며 그 공력 성능을 한층 향상시킨 각종 두꺼운 날개 기타 날개의 경우에도 완전히 동일하게 채용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
이상과 같이 본 발명은, 공기조화기용 실외기 유닛 등에서 이용되는 송풍기에 유용하다.

Claims (9)

  1. 회전중심이 될 허브(14)와, 이 허브(14)의 외주면에 배치됨과 동시에 전연(13a) 및 후연(13b)의 외주끝단(R)이 회전방향 전방에 위치하는 복수의 날개(13, 13, 13)를 구비하여 이루어지는 송풍기(4)에 있어서,
    상기 각 날개(13, 13, 13)는, 각각 그 외주부(13c)가, 기류 누출이 시작되는 기점을 형성하도록 흡입 쪽으로 굴곡되며 또 이 굴곡부의 반경방향 폭(W)이, 상기 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 점차 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 송풍기.
  2. 제1항에 있어서,
    굴곡부의 반경방향 폭(W)은, 당해 날개(13)의 허브 쪽 기단(S)에서 반경방향 외주끝단(R)까지 길이(La)의 25% 이하인 것을 특징으로 하는 송풍기.
  3. 제1항에 있어서,
    임의의 날개반경(r)의 익현선(C)에서, 이 익현선(C) 길이를 Lo, 이 익현선(C) 상의 임의의 점을 P, 날개 전연(13a)으로부터 이 임의의 점(P)까지의 길이를 L로 하는 한편, 날개(13)의 허브 쪽 기단(S)에서 외주끝단(R)에 걸쳐 상기 길이(L)와 길이(Lo)의 비(L/Lo)가 일정해지는 상기 임의의 점(P)을 통과하는 반경방향의 곡선을 K로 하며, 또 이 곡선(K)을 회전중심축(O)을 포함하는 평면에 대해 회 전 투영시킨 곡선(K')에서, 날개(13)의 외주부(13c)가 흡입 쪽으로 구부러지기 시작하는 점(Q)과 날개(13)의 외주끝단(R)을 연결하는 직선(Q-R)과, 상기 점(Q)보다 날개(13) 내주 쪽의 곡선(K')의 상기 점(Q)에서의 접선(A-A')이 이루는 각도를 굴곡각도(θ)로 했을 때,
    이 굴곡각도(θ)를 날개(13) 외주끝단(R)의 전연(13a) 부근에서 후연(13b) 부근에 걸쳐 점차로 변화시키는 것을 특징으로 하는 송풍기.
  4. 제3항에 있어서,
    곡선(K')이 허브 쪽 기단(S)으로부터 외주끝단(R)까지의 사이에서, 직선형상인 내주부와, 흡입 쪽으로 볼록형상인 중앙부와, 흡입 쪽으로 구부러진 외주부를 구비하며, 전체적으로 갈고리 형태를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 송풍기.
  5. 제3항에 있어서,
    곡선(K')이 허브 쪽 기단(S)으로부터 외주끝단(R)까지의 사이에서, 흡입 쪽으로 오목형상인 내주부와, 흡입 쪽으로 볼록형상인 중앙부와, 흡입 쪽으로 구부러진 외주부를 구비하며, 전체적으로 갈고리형태를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 송풍기.
  6. 제3항, 제4항, 또는 제5항에 있어서,
    곡선(K') 상의, 날개 외주부(13c)의 굴곡부와, 회전중심축(O)에 직교하는 평면과 이루는 각도(θ2)가 90도 이하인 것을 특징으로 하는 송풍기.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    날개 외주끝단(R)의 날개 압력면(13d) 쪽에만 곡면이 형성되는 것을 특징으로 하는 송풍기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 곡면의 곡률반경(r')이, 날개차의 외주 부근에서의 날개(13) 두께를 t로 했을 때, t 이상 3t 이하로 되는 것을 특징으로 하는 송풍기.
  9. 공기조화기용 실외기에 있어서, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 송풍기가 조립된 공기조화기용 실외기.
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