KR100830453B1 - 크로스플로우 팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임펠러의 각 단위팬별로 토출되는 공기의 속도를 균일하게 함으로써, 팬의 성능을 향상시키고 소음을 저감시킬 수 있는 크로스플로우 팬에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 회전방향을 따라 만곡된 다수의 블레이드(13)가 원주상에 일정 간격으로 배열된 단위팬(11)이 축방향을 따라 직렬로 연결된 임펠러(10)와, 상기 임펠러와 이격된 상태로 축방향을 따라 구비되어 임펠러 내부에 생성되는 와류를 안정화시키는 스태빌라이저(30)와, 상기 임펠러에서 토출되는 공기의 토출유로를 형성하며, 상기 임펠러와의 최단거리를 유지하는 갭부(121)가 스태빌라이저와 함께 고압부와 저압부의 경계를 형성하되, 상기 갭부와 임펠러와의 간격(a,b)이 토출공기의 속도구배에 따라 다르게 형성되어 토출공기의 속도를 균일하게 하는 리어가이드(120)를 포함하는 크로스플로우 팬을 제공한다.

크로스플로우 팬, 리어가이드

Description

크로스플로우 팬{crossflow fan}

도 1a 및 1b는 일반적인 크로스플로우 팬의 구조를 도시한 단면도 및 토출공기의 속도구배를 도시한 정면도

도 2a는 본 발명에 따른 크로스플로우 팬의 구조를 도시한 정면도

도 2b는 본 발명에 따른 크로스플로우 팬의 구조를 도시한 단면도

도 3은 본 발명에 따른 크로스플로우 팬의 토출공기의 속도구배를 도시한 정면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 임펠러 30 : 스태빌라이저

120 : 리어가이드 121 : 리어가이드 갭부

R1,R2 : 곡률반경

본 발명은 크로스플로우 팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각각의 단위팬으로부터 토출되는 공기의 속도를 균일하게 함으로써 성능을 향상시키고 소음을 저감시킬 수 있는 크로스플로우 팬에 관한 것이다.

일반적으로 송풍기는 공기조화기 또는 냉동장치 등에 설치되어 외부공기 또는 냉기를 강제 흡입하여 토출하는 장치이다. 이러한 송풍기는 토출압력에 따라 저압용 팬과 고압용 블로워(blower)로 구분되며, 또한 블레이드(blade)의 형상에 따라 원심형 송풍기, 축류형 송풍기, 횡류형 송풍기 등으로 구분된다. 이 중에서도, 크로스플로우 팬(crossflow fan)은 횡류형 송풍기의 일종으로 축방향으로의 흡입흐름이 없는 대신 임펠러(impeller)의 축(40)에 수직한 평면 내에서 공기의 흡입과 토출이 생긴다. 이러한 특성을 갖는 크로스플로우 팬은 일반적으로 고정압 대풍량을 생산하는데 유리하며 축방향으로 고른 흐름이 발생되기 때문에 공기조화기, 특히 창문형 공기조화기나 천장형 공기조화기에 널리 적용된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 크로스플로우 팬의 구조를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1a 및 1b는 각각 일반적인 크로스플로우 팬의 구조를 개략적으로 도시한 단면도 및 토출공기의 속도구배를 도시한 정면도로서, 상기 크로스플로우 팬은 모터(도시생략)에 축결합되어 공기유동을 일으키는 임펠러(impeller;10)와, 상기 임펠러에서 토출되는 공기의 토출유로를 형성하도록 소정 곡률에 따라 만곡된 리어가이드(rear guide;20)와, 상기 임펠러와 이격된 상태로 축방향을 따라 구비되어 임펠러의 내부영역에 발생하는 와류를 안정화시키고 상기 리어가이드와 함께 고압부(H)와 저압부(L)의 경계를 형성하는 스태빌라이저(stabilizer;30)로 구성된다.

상기 임펠러(10)는 환형의 경계판(15)에 의해 직렬로 연결된 다수의 단위팬(11)으로 구성되며, 각각의 단위팬(11)은 회전방향으로 만곡된 다수의 블레이드(13)가 원주상에 적당한 간격을 두고 배열되어 구성된다. 이 때, 상기 블레이드(13)가 경계판(15)에 결합될 수 있도록 상기 블레이드의 단부에 삽입돌기가 형성되고, 상기 경계판의 원주면에 다수의 블레이드 삽입홈이 형성된다.

상기 리어가이드(20)는 그 일측에 임펠러(10)까지 최단거리를 유지하는 갭부(gap portion;21)가 축방향을 따라 형성된다. 이 때, 상기 리어가이드의 갭부(21)는 스태빌라이저(30)와 함께 흡입공기와 토출공기의 경계를 형성하게 된다.

이와 같이 구성된 크로스플로우 팬은 상기 임펠러(10)가 회전하게 되면 임펠러의 내부에 와류가 생성되며, 이 와류에 의해 공기의 강제 유동이 발생한다. 이를 상술하면, 도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 임펠러(10)가 시계방향으로 회전하게 되면 스태빌라이저(30)와 리어가이드의 갭부(21)를 잇는 가상선(l)을 기준으로 전방(도면상 우측)에 저압부(L)가 형성되어 공기가 강제 흡입되고, 상기 가상선(l)의 후방(도면상 좌측)에 고압부(H)가 형성되어 흡입된 공기가 리어가이드(20)의 안내를 받으면서 토출된다. 이상에서, 크로스플로우 팬은 축방향으로의 흡입흐름이 없는 대신 임펠러(10)의 축(40)에 수직한 평면 내에서 공기의 흡입과 토출이 생김을 알 수 있다.

그런데, 전술한 바와 같은 크로스플로우 팬은 상기 임펠러의 각 단위팬(11)별로 토출되는 공기의 속도가 일정하지 않은 단점이 필수불가결하게 존재하게 되었다. 이것은 상기 임펠러(10)가 다수의 단위팬으로 구성됨에 따라, 각각의 단위팬(11)으로부터 토출되는 공기가 서로 영향을 미침으로써 유동 특성이 달라지기 때문에 야기되는 것이다. 일반적으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 3개의 단위팬(11)으로 구성된 임펠러(10)의 경우 토출공기의 속도는 중앙의 단위팬에서 빠르고 양측의 단위팬에서 느린 현상을 보인다. 또한, 각각의 단위팬별로 그 중심에서 토출공기의 속도가 가장 빠르고 양측의 경계판(15) 측으로 갈수록 속도가 느린 구배를 보인다.

전술한 바와 같이, 상기 단위팬별로 토출공기의 속도가 달라짐으로 인해 토출공기의 유동이 상당히 불안정하여 팬의 성능이 저하될 뿐만 아니라, 불안정한 유동으로 인해 상당한 소음이 야기되었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 임펠러의 각 단위팬별로 토출되는 공기의 속도를 균일하게 함으로써, 팬의 성능을 향상시키고 소음을 저감시킬 수 있는 크로스플로우 팬을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 회전방향을 따라 만곡된 다수의 블레이드가 원주상에 일정 간격으로 배열된 단위팬이 축방향을 따라 직렬로 연결된 임펠러와, 상기 임펠러와 이격된 상태로 일측에 축방향을 따라 구비되어 임펠러 내부에 생성되는 와류를 안정화시키는 스태빌라이저와, 상기 임펠러에서 토출되는 공기의 토출유로를 형성하며 상기 임펠러와 최단거리를 유지하는 갭부가 스태빌라이저와 함께 고압부와 저압부의 경계를 형성하되, 상기 갭부와 임펠러와의 간격이 토출공기의 속도구배에 따라 다르게 형성되어 토출공기의 속도를 균일하게 하는 리어가이드를 포함하는 크로스플로우 팬을 제공한다.

그리고, 본 발명은 상기 리어가이드의 갭부로부터 토출구까지 이어지는 곡면이 토출공기의 속도구배에 따라 서로 다른 곡률반경에 따라 형성되는 크로스플로우 팬을 제공한다.

따라서, 본 발명은 임펠러와 리어가이드의 갭부 사이에 형성되는 간격과 상기 리어가이드의 곡률반경을 토출공기의 속도패턴을 고려하여 축방향을 따라 다르게 함으로써, 임펠러의 각 단위팬별로 토출되는 공기의 속도를 균일하게 하여 토출공기의 유동을 안정화시키며, 이로 인해 팬의 성능을 향상시키고 소음을 저감시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 크로스플로우 팬을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2a는 본 발명에 따른 크로스플로우 팬의 구조를 도시한 정면도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 크로스플로우 팬의 구조를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 크로스플로우 팬의 토출공기의 속도구배를 도시한 정면도이다.

도 2a 및 2b에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 따른 크로스플로우 팬은 모터(도시생략)에 축결합되어 공기유동을 일으키는 임펠러(10)와, 상기 임펠러에서 흡입공기의 토출유로를 형성하도록 소정 곡률에 따라 만곡된 리어가이드(120)와, 상기 임펠러와 이격된 상태로, 일측에 축방향을 따라 구비되어 임펠러의 내부영역에 발생하는 와류를 안정화시키고 상기 리어가이드와 함께 고압부와 저압부의 경계를 형성하는 스태빌라이저(30)로 구성된다.

상기 임펠러(10)는 환형의 경계판(15)에 의해 직렬로 연결된 다수의 단위팬(11)으로 구성되며, 본 발명은 3개의 단위팬이 연결된 임펠러를 제시한다. 이 때, 상기 단위팬(11)은 회전방향으로 만곡된 다수의 블레이드(13)가 원주상에 적당한 간격을 두고 배열되어 구성된다. 이 때, 상기 블레이드(13)가 경계판(15)에 결합될 수 있도록 상기 블레이드의 단부에 삽입돌기가 형성되고, 상기 경계판의 원주면에 다수의 블레이드 삽입홈이 형성된다.

상기 리어가이드(120)는 그 일측에 임펠러(10)까지 최단거리를 유지하는 갭부(121)가 축방향을 따라 형성된다. 이 때, 상기 리어가이드의 갭부(121)는 스태빌라이저(30)와 함께 흡입공기와 토출공기의 경계를 형성하게 된다.

한편, 본 발명은 각 단위팬(11)별로 토출되는 공기의 속도를 균일하게 하기 위해, 상기 리어가이드의 갭부(121)와 임펠러(10) 사이의 간격을 토출공기의 속도구배에 따라 다르게 형성한다. 이것은 상기 리어가이드의 갭부(121)와 임펠러(10) 사이의 간격이 토출공기의 속도에 영향을 미치는 중요한 요소이기 때문에, 상기 간격을 토출공기의 속도패턴을 고려하여 결정함으로써 그 속도를 균일하게 할 수 있기 때문이다.

이를 상술하면, 토출공기의 속도가 빠른 단위팬(11)에서는 상기 단위팬에 대응하는 리어가이드의 갭부(121)와의 간격을 크게 함으로써 그 속도를 낮출 수 있고, 이와 반대로 토출공기의 속도가 느린 단위팬에서는 상기 단위팬에 대응하는 리어가이드의 갭부(121)와의 간격을 작게 함으로써 그 속도를 높일 수 있다. 이 때, 기존의 크로스플로우 팬에 있어서 토출공기의 속도는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 중앙에 위치하는 단위팬(11)에서 가장 빠르고 상기 단위팬으로부터 양측으로 갈수록 느려지는 바, 본 발명에서는 임펠러의 단위팬(11) 중 중앙에 위치하는 단위팬에서 상기 리어가이드의 갭부(121a)와 임펠러가 이루는 간격(a)이 상기 단위팬의 양측에 위치하는 단위팬에서 리어가이드의 갭부(121b)와 임펠러가 이루는 간격(b)보다 크게 형성된다.

또한, 기존의 크로스플로우 팬에 있어서, 각 단위팬별로 토출공기의 속도가 그 중심에서 가장 빠르고 양측 경계판으로 갈수록 느려지는 구배를 갖는 바, 본 발명에서는 상기 리어가이드의 갭부(121)와 임펠러(10)의 간격이 각 단위팬(11)별로 전술한 속도구배에 대응하도록 소정의 곡률을 갖는 곡선을 따라 형성된다. 즉, 상기 각각의 단위팬(11)별로 리어가이드의 갭부(121)와 임펠러(10)의 간격은 그 중심(O)에서 가장 크고 양측 경계판(15)으로 갈수록 작아지는 곡선에 따라 형성된다.

이상에서, 상기 리어가이드의 갭부(121)와 임펠러(10)의 간격(a,b)은 각 단위팬별로 서로 다른 곡률을 갖는 곡선에 따라 형성되며, 상기 곡선들이 경계판(15)에 대응하는 변곡점을 중심으로 연결되어 구성됨을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 각 단위팬(11)별로 토출되는 공기의 속도를 균일하게 하기 위해, 상기 리어가이드의 갭부(121)로부터 토출구까지 이어지는 곡면이 토출공기의 속도구배에 따라 서로 다른 곡률반경에 따라 형성되는 것을 제시한다. 이것은 상기 리어가이드의 갭부(121) 후방에 위치하는 곡면(123a,123b)과 임펠러(10) 사이의 간격 역시 리어가이드의 갭부와 임펠러 사이의 간격 못지않게 토출공기의 속도에 영 향을 미치는 중요한 요소이기 때문에, 상기 리어가이드의 곡률반경(R1,R2)을 토출공기의 속도패턴을 고려하여 결정함으로써 그 속도를 균일하게 할 수 있기 때문이다.

이를 상술하면, 토출공기의 속도가 빠른 단위팬(11)에서는 상기 단위팬에 대응하는 리어가이드의 곡률반경을 크게 함으로써 임펠러(10)와의 간격을 넓혀 속도를 낮출 수 있고, 이와 반대로 토출공기의 속도가 느린 단위팬에서는 상기 단위팬에 대응하는 리어가이드의 곡률반경을 상대적으로 작게 함으로써 임펠러와의 간격을 좁혀 속도를 높일 수 있다. 이 때, 기존의 크로스플로우 팬에 있어서 토출공기의 속도가, 도 1b에 도시된 바와 같이, 중앙에 위치하는 단위팬에서 가장 빠르고 상기 단위팬으로부터 양측으로 갈수록 느려지는 바, 본 발명에서는 임펠러의 단위팬(11) 중 중앙에 위치하는 단위팬에 대응하는 리어가이드의 곡률반경(R1)이 상기 단위팬의 양측에 위치하는 단위팬에 대응하는 리어가이드의 곡률반경(R2)보다 크게 형성된다.

이와 같이 구성된 크로스플로우 팬은 상기 임펠러(10)가 블레이드(13)의 만곡된 방향에 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하게 되면 임펠러의 내부에 와류가 생성되어 공기의 강제 유동이 발생한다. 이를 상술하면, 상기 임펠러(10)가 회전하게 되면 스태빌라이저(30)와 리어가이드의 갭부(121)를 잇는 가상선을 기준으로 그 일측에 저압부가 형성되고 타측에 고압부가 형성된다. 따라서, 공기는 상기 저압부를 통해 임펠러(10)의 내부로 흡입되어 임펠러의 회전방향을 따라 회전하면서 리어가이드(120)의 안내를 받아 고압부로 토출된다. 그 일례가 도 1a에 잘 도 시되어 있다.

이 때, 상기 임펠러의 각 단위팬별로 그 유동패턴이 달라 토출공기의 속도가 다를 수 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 임펠러(10)와 리어가이드의 갭부(121)가 이루는 간격(a,b)과 함께 상기 리어가이드의 곡률반경(R1,R2)이 각 단위팬(11)별로 갖는 유동패턴을 고려하여 서로 다르게 형성되는 바, 토출공기의 속도를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 토출공기의 유동이 안정되어 팬의 성능이 향상됨과 더불어 유동 불안정으로 인해 야기되는 소음이 상당히 저감된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 변형된 형태의 실시예를 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위에 있는 변형된 형태는 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 크로스플로우 팬은 임펠러와 리어가이드의 갭부 사이에 형성되는 간격과 상기 리어가이드의 곡률반경을 토출공기의 속도패턴을 고려하여 축방향을 따라 다르게 함으로써, 임펠러의 각 단위팬별로 토출되는 공기의 속도를 균일하게 하여 토출공기의 유동을 안정화시키며, 이로 인해 팬의 성능을 향상시키고 소음을 저감시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (7)

1. 회전방향을 따라 만곡된 다수의 블레이드가 원주상에 일정 간격으로 배열된 단위팬이 축방향을 따라 직렬로 연결된 임펠러;

   상기 임펠러와 이격된 상태로 축방향을 따라 구비되어 임펠러 내부에 생성되는 와류를 안정화시키는 스태빌라이저;

   상기 임펠러에서 토출되는 공기의 토출유로를 형성하며, 상기 임펠러와의 최단거리를 유지하는 갭부가 스태빌라이저와 함께 고압부와 저압부의 경계를 형성하되, 상기 갭부와 임펠러의 간격이 토출공기의 속도구배에 따라 다르게 형성되어 토출공기의 속도를 균일하게 하는 리어가이드를 포함하는 크로스플로우 팬.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 리어가이드의 갭부와 임펠러의 간격은 토출공기의 속도가 빠른 부분에서 크고, 토출공기의 속도가 느린 부분에서 작도록 소정의 곡률을 갖는 곡선을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 크로스플로우 팬.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 리어가이드의 갭부와 임펠러의 간격은 임펠러의 단위팬 중 중앙에 위치하는 단위팬에서 가장 크고, 상기 단위팬으로부터 양측 단위팬으로 갈수록 작아지는 것을 특징으로 하는 크로스플로우 팬.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 리어가이드의 갭부와 임펠러의 간격은 각 단위팬별로 그 중심에서 가장 크고 양측의 경계판에 대응하는 부분으로 갈수록 작아지는 곡률에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 크로스플로우 팬.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 리어가이드의 갭부로부터 토출구까지 이어지는 곡면은 토출공기의 속도구배에 따라 서로 다른 곡률반경에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 크로스플로우 팬.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 리어가이드의 곡률반경은 토출공기의 속도가 빠른 부분에서는 크고, 토출공기의 속도가 느린 부분에서는 작은 것을 특징으로 하는 크로스플로우 팬.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 리어가이드의 곡률반경은 임펠러의 중앙 단위팬에 대응하는 부분에서 크고, 양측 단위팬에 대응하는 부분에서 작은 것을 특징으로 하는 크로스플로우 팬.

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