KR100727869B1 - 차량용 공기조화기의 송풍기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 공기조화기에 적용되어 유체를 강제 순환시키는 역할을 하는 송풍기에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 송풍기의 회전날개에 대한 고정날개의 위치, 고정날개의 높이, 회전날개와 컷오프 간격에 대한 고정날개의 위치, 고정날개의 높이등을 면밀히 고려하여 고효율 및 저소음화를 가능케 하는 차량용 공기조화기의 송풍기를 제공함에 있다.

이를 위한 본 발명은, 케이싱(10)의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 다수개의 회전날개(21)로 이루어진 원심팬(20)과, 상기 회전날개(21)의 주변을 따라 원형 배열된 복수개의 고정날개(30)가 구비된 것에 있어서;

상기 원심팬(20)의 중심(O)으로부터 어느 한 고정날개(30)의 출구단(31)을 잇는 직선 L₁과, 상기 고정날개(30)의 입구단(32)과 출구단(31)을 잇는 직선 L₂의 사이각을 고정날개 설치각(θ₁ )이라 하며,

상기 원심팬(20)의 중심(O)으로부터 어느 한 회전날개(21)의 출구단(22)을 잇는 직선 L₃와 직각을 이룸과 함께 상기 회전날개(21)의 출구단(22)에 접하는 직선 L₄와, 상기 직선 L₄와 어느 한 회전날개(21)로부터 배출되는 유체배출라인(L₅)과의 사이각을 회전날개 공기유출각(θ₂)이라 할 때, 상기 θ₁ 와 θ₂의 관계가 θ₁ ＞ θ₂인 것을 특징으로 한다.

차량, 자동차, 공기조화기, 공조기, 송풍기, 원심팬, 회전날개, 고정날개

Description

차량용 공기조화기의 송풍기{a blower of air conditioner for automobile}

도 1은 종래 송풍기의 일예를 도시한 구성도

도 2는 본 발명에 따른 송풍기의 분리사시도

도 3은 도 2의 결합상태 단면도

도 4는 본 발명에 따른 송풍기의 제 1 설계조건을 나타낸 도면

도 5는 본 발명에 따른 송풍기의 제 2 설계조건을 나타낸 도면

도 6은 본 발명에 따른 송풍기의 제 3 설계조건을 나타낸 도면

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 케이싱 20 : 원심팬

21 : 회전날개 22 : 회전날개의 출구단

30 : 고정날개 31 : 고정날개의 출구단

32 : 고정날개의 입구단 40 : 컷오프

O : 원심팬의 중심

L₁ : 원심팬의 중심으로부터 어느한 고정날개의 출구단을 잇는 직선

L₂ : 고정날개의 입구단과 출구단을 잇는 직선

L₃ : 원심팬의 중심으로부터 어느 한 회전날개의 출구단을 잇는 직선

L₄ : L₃와 직각을 이루며 회전날개의 출구단에 접하는 직선

L₅ : 회전날개로부터 배출되는 유체의 공기배출선

θ₁ : L₁ 과 L₂의 사이각

θ₂ : L₄ 와 L₅의 사이각

h₁ : 고정날개의 높이

h₂ : 회전날개의 높이

d₁ : 회전날개의 출구단과 고정날개의 입구단 사이의 거리

d₂ : 컷오프와 원심팬 사이의 거리

본 발명은 차량용 공기조화기에 적용되어 유체를 강제 순환시키는 역할을 하는 송풍기에 관한 것이다.

통상, 송풍기는 유체를 흡인하여 목적하는 위치까지 압송하여 주는 역할을 하는 것으로서, 차량에는 공기조화기측에 이러한 송풍기가 적용되고 있다.

차량용 공기조화기의 송풍기는 다수개의 회전날개가 원주방향으로 배열된 원통상의 원심팬과, 상기 원심팬을 구동시켜주는 팬모터와, 상기 원심팬 및 팬모터를 감싸고 있는 케이싱으로 구성되어 있다.

이때, 상기 원심팬은 동압력과 정압력의 압력차이를 이용한 비행기 날개 이론이 적용되고 있으며, 그 단면을 보면 리딩에지(leading edge)와 트레일링 에지(trailing edge)를 연결하는 회전날개의 단면 중심선을 기준으로 상/하면이 유연한 곡선을 이루고 있다.

또한, 상기 회전날개는 상/하면이 동일하게 만곡되게 형성되어 일정한 두께 분포를 갖는 아크(arc) 형상을 가지며, 상/하면 기울기에 따라 다종류의 에어포일(airfoil)과 같은 형상을 갖는다.

이러한 원심팬의 주요 성능인자는 효율과 소음을 우선으로 꼽는다. 따라서, 이러한 성능인자를 높이기 위한 방법으로서, 원심팬의 회전자와 고정자의 사이에서 유동하는 유체의 유동 간섭을 최소한으로 줄임과 아울러, 상기 유동간섭에 의한 유동 항력과 난류 발생을 극소화 하기 위한 연구개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

도 1은 종래 송풍기의 일예를 도시한 구성도로서, 이는 일본국 공개특허공보 평3-213699(발명의 명칭:볼류트 케이싱)를 인용한 것이다.

도면에 따르면, 종래 송풍기는 3개 이상 n개의 고정날개(1)를 유로(3) 내에 원주방향으로 n등분되게 배치하고, n-1번째 고정날개(1)의 원심팬(4)과의 원거리 끝단(1a)은 n번째 고정날개(2)의 시작위치로 하고, n번째 고정날개(2)의 시작하는 원거리 끝단(2a)에 의해 구획된 유로(3)의 내외 면적비는 대략 1:n-1이 되도록 한 것을 요지로 하고 있다.

이러한 종래 송풍기는 고정날개(1,2)를 볼류트(volute)형상으로 배열하되, 고정날개(1,2)의 상호 대향하는 끝단의 위치관계와, 상기 고정날개(1,2)에 의해 유 로(3)를 구획하여 유로의 면적비를 적절히 조정하므로써 정압분포의 발란스를 맞춰 반경 트러스트(trust)의 저감과 유로마찰 손실이 최소화 되도록 한 것이다.

그러나, 종래 송풍기는 도면상 추정해 볼 때 고정날개(1,2)가 원심팬(4)의 외주면(4a)과 거의 동일한 방향으로 설치되어 있으므로 원심팬(4)의 회전날개(4b)와는 거의 직각을 이루는 상태가 된다.

따라서, 회전날개(4b)로부터 배출되는 유체가 고정날개(1,2)에 충돌되면서 충돌소음이 발생되게 되며, 또한 고정날개(1,2)에 의해 유체의 원활한 흐름이 제한되면서 송풍효율의 향상도 크게 기대할 수 없었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 송풍기의 회전날개 및 컷오프에 대한 고정날개의 위치, 고정날개의 높이, 고정날개의 각도등을 면밀히 고려하여 고효율 및 저소음화를 가능케 하는 차량용 공기조화기의 송풍기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

케이싱의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 다수개의 회전날개로 이루어진 원심팬과, 상기 회전날개의 주변을 따라 원형 배열된 복수개의 고정날개가 구비된 것에 있어서;

상기 원심팬의 중심으로부터 어느 한 고정날개의 출구단을 잇는 직선 L₁과, 상기 고정날개의 입구단과 출구단을 잇는 직선 L₂의 사이각을 고정날개 설치각(θ₁ ) 이라 하며,

상기 원심팬의 중심으로부터 어느 한 회전날개의 출구단을 잇는 직선 L₃와 직각을 이룸과 함께 상기 회전날개의 출구단에 접하는 직선 L₄와, 상기 직선 L₄와 어느 한 회전날개로부터 배출되는 유체배출라인(L₅)과의 사이각을 회전날개 공기유출각(θ₂)이라 할 때, 상기 θ₁ 와 θ₂의 관계가 θ₁ ＞ θ₂인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정날개 높이(h₁)와 회전날개 높이(h₂)의 관계가 h₁ ≥h₂ /2 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전날개의 출구단으로부터 고정날개의 입구단 까지의 거리(d₁)와, 컷오프와 원심팬 사이거리(d₂)의 관계가 d₁ ≥ d₂ 인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 송풍기의 분리 사시도이며, 도 3은 도 2의 결합상태 단면도이다.

도면에 따르면, 본 발명에 따른 송풍기는 케이싱(10)의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 다수개의 회전날개(21)를 가진 원심팬(20)과; 상기 원심팬(20)의 주변에 위치하도록 케이싱(10)의 내벽에 대략 원형 배열된 고정날개(30)로 구성된 것이다.

도 4는 원심팬의 회전날개와 케이싱에 형성된 고정날개의 제 1 설계조건을 나타낸 도면으로서, 특히 도 3의 A부를 확대한 도면이다.

도면에 따르면, 본 발명의 원심팬은 고정날개(30)의 설치각을 원심팬(20)의 유체배출각에 비해 크게 한 것이다.

보다 상세하게는 상기 원심팬(20)의 중심(O)으로부터 어느 한 고정날개(30)의 출구단(31)을 잇는 직선, 상기 고정날개(30)의 입구단(32)과 출구단(31)을 잇는 직선을 각각 L₁ ,L₂ 라 할 때, 이 선들의 교차지점(C)에서의 각을 고정날개 설치각(θ₁ )이라 하고;

상기 원심팬(20)의 중심으로부터 어느 한 회전날개(21)의 출구단(22)을 잇는 직선, 상기 직선과 직각을 이루며 상기 출구단(22)에 접하는 직선을 각각 L₃, L₄ 라 할 때, 상기 직선 L₄ 와 어느 한 회전날개(21)로부터 배출되는 공기배출선(L₅) 사이의 각도를 회전날개 공기유출각(θ₂)이라 하면, 이때 본 발명은 θ₁＞θ₂이 만족되도록 한 것이다.

상기 설계조건은 원심팬(20)의 회전날개(21)로부터 배출되는 공기유출각을 감안하여 고정날개(30)의 설치각을 설정한 것으로서, 상기 조건을 따르게 되면 원심팬(20)으로부터 배출되는 유체가 고정날개(30)에 의해 안내될 때 속도에너지를 압력에너지로 변환 시킴으로써 송풍능력을 향상시킬 수 있고, 그로인해 소음도 저감시킬 수 있게 된다.

다만, 상기 조건에 있어서 유의할 점은 상기 θ₁을 필요이상으로 크게 하면 원심팬(20)으로부터 배출되는 유체가 고정날개(30)에 의해 유동저항이 커지므로 이를 감안할 필요가 있으며, 반대로 θ₁을 필요이상 작게 하면 원심팬(20)으로부터 배 출되는 유체가 고정날개(30)에 의해 안내되지 못하고 바로 배출되므로 고정날개(30)의 실효성이 없다.

따라서, θ₁ - θ₂ 는 45° 이내에서 결정되는 것이 바람직하다(θ₁ - θ ₂ ≥45°).

도 5는 본 발명에 따른 송풍기의 제 2 설계조건을 나타낸 도면으로서, 특히 도 4의 사이도를 나타낸 것이다.

도면에 따르면, 본 발명에 따른 송풍기의 제 2 설계조건은 상기 고정날개(30)의 높이(h₁)를 회전날개(21) 높이(h₂)의 1/2이상이 되도록 한 것이다(h₁ ≥h₂/2).

이러한 고정날개(30)의 높이설정조건은 회전날개(21)의 높이가 고정날개(30)에 비해 현저하게 낮다면 회전날개(21)로부터 배출되는 유체가 고정날개(30)에 의해 전량 안내되지 못하고 고정날개(30)와 회전날개(21)의 높이편차(h₁-h₂) 만큼 공기안내에 대한 로스(loss)가 발생하게 되므로 이를 감안한 설계요건이다.

도 6은 본 발명에 따른 송풍기의 제 3 설계조건을 나타낸 도면이다.

도면에 따르면, 본 발명에 따른 송풍기의 제 3 설계조건은 상기 회전날개(21)의 출구단(22)과 고정날개(30)의 입구단(32)과의 거리(d₁)를 컷오프(cut off)(40)와 원심팬(20) 사이거리(d₂)와 적어도 같거나 그 이상으로 되도록 한 것이다(d₁≥d₂).

이 조건은 상기 컷오프(40) 부분이 원심팬(20)의 압력특성 및 소음에 큰 영향을 미치고 있음은 널리 알려진 바, 이를 고려한 설계요건이다.

즉, 상기 조건은 컷오프(40)에 인접한 고정날개(30)가 컷오프(40)의 출구면 쪽으로 연장되는 위치상의 이점으로 컷오프(40)에서의 데드죤(dead zone)(41)이 발생하지 않게 된다.

상기 데드죤(41)은 유체의 2차 유동이 성장하여 광대역 난류소음이 원인이 됨을 감안할 때 데드죤(41)이 발생하지 않음은 소음저감에 큰 역할을 하게 된다.

이상과 같은 본 발명은 송풍기의 회전날개 및 컷오프에 대한 고정날개의 위치, 고정날개의 높이, 고정날개의 개수등을 고려하여 정밀 설계하므로써 기존 송풍기에 비해 고효율과 저소음화를 이룰 수 있는 장점을 갖추게 된다.

Claims (3)

1. 케이싱(10)의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 다수개의 회전날개(21)로 이루어진 원심팬(20)과, 상기 회전날개(21)의 주변을 따라 원형 배열된 복수개의 고정날개(30)가 구비된 것에 있어서;

   상기 원심팬(20)의 중심(O)으로부터 어느 한 고정날개(30)의 출구단(31)을 잇는 직선 L₁과, 상기 고정날개(30)의 입구단(32)과 출구단(31)을 잇는 직선 L₂의 사이각을 고정날개 설치각(θ₁ )이라 하며,

   상기 원심팬(20)의 중심(O)으로부터 어느 한 회전날개(21)의 출구단(22)을 잇는 직선 L₃와 직각을 이룸과 함께 상기 회전날개(21)의 출구단(22)에 접하는 직선 L₄와, 상기 직선 L₄와 어느 한 회전날개(21)로부터 배출되는 유체배출라인(L₅)과의 사이각을 회전날개 공기유출각(θ₂)이라 할 때,

   상기 θ₁ 와 θ₂의 관계가 θ₁ ＞ θ₂인 것을 특징으로 하는 차량용 공기조화기의 송풍기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정날개(30) 높이(h₁)와 회전날개(21) 높이(h₂)의 관계가 h₁ ≥h ₂/2 인 것을 특징으로 하는 차량용 공기조화기의 송풍기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전날개(21)의 출구단(22)으로부터 고정날개(30)의 입구단(32) 까지의 거리(d₁)와, 컷오프(40)와 원심팬(20) 사이거리(d₂)의 관계가 d₁ ≥ d₂ 인 것을 특징으로 하는 차량용 공기조화기의 송풍기.

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