KR101494835B1 - 실내 공기 확산장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실내 공기 확산장치에 관한 것으로, 천장 고정부와; 상기 천장 고정부에 결합되어 있는 동력발생수단과; 상기 동력발생수단에 의해 회전하는 허브와 상기 허브에 결합하는 다수의 블레이드를 포함하는 팬으로 이루어져 있으며, 상기 팬의 블레이드는, 허브에서 횡방향으로 연장되는 직각장향으로 받음각(angle of attack)(a)을 형성하여 상단으로 올라간 전방면과 하단으로 내려간 하단면으로 이루어져 있고, 상기 전방면에는 만곡부가 형성되어 있어, 팬의 블레이드에 만곡부를 형성하여 팬의 회전시 만곡부에 형성되어 있는 요철에 의해 유체가 분산되어 항력을 줄임과 동시에 블레이드의 하측면에서 발생하는 유체의 와류현상을 방지함으로써, 블레이드 끝 부분에서의 와류현상에 의한 블레이드의 진동을 방지하여, 냉풍 또는 온풍을 발생하는 공기조화기에서의 냉풍 또는 온풍을 실내 전 구역에 고르게 확산시킬 수 있고, 블레이드의 받음각을 크게 형성하더라도 블레이드 끝 부분에서의 유체 와류 현상 및 블레이드의 진동이 발생하지 않아 많은 량의 풍량을 발생시킬 수 있어 풍량 효율성을 향상시킬 수 있는 실내 공기 확산장치를 제공한다.

Description

실내 공기 확산장치{A diffusing apparatus of indoor air}
본 발명은 실내 공기 확산장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 팬의 블레이드에 만곡부를 형성하여 팬의 회전시 만곡부에 형성되어 있는 요철에 의해 유체가 분산되어 항력을 줄임과 동시에 블레이드의 하측면에서 발생하는 유체의 와류현상을 방지함으로써, 블레이드 끝 부분에서의 와류현상에 의한 블레이드의 진동을 방지하여, 냉풍 또는 온풍을 발생하는 공기조화기에서의 냉풍 또는 온풍을 실내 전 구역에 고르게 확산시킬 수 있고, 블레이드의 받음각을 크게 형성하더라도 블레이드 끝 부분에서의 유체 와류 현상 및 블레이드의 진동이 발생하지 않아 많은 량의 풍량을 발생시킬 수 있어 풍량 효율성을 향상시킬 수 있는 실내 공기 확산장치에 관한 것이다.
일반적으로, 공기조화기는 냉풍 또는 온풍 또는 냉풍과 온풍을 선택적으로 발생시킬 수 있도록 구성되어 여름이나 겨울에 사용하여 실내 온도를 일정수준으로 유지할 수 있는 장치이다.
하지만, 실내에 형성되는 유체는 대류현상에 의해 차가운 유체는 실내 하부에 집중 형성되고, 더운 유체는 실내 상부에 집중 형성되기 때문에 공기조화기의 효율성이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
도 1은 천장 팬(대한민국 공개특허 10-2008-0074045호(2008.08.12.))에 관한 것으로 도면에서와 같이 천장 고정부(113)에 블레이드(111)를 형성한 팬(110)을 구성하여 실내 공기의 확산을 유도할 수 있도록 이용하고 있다.
일반적으로, 천장 팬(100)의 풍량을 향상시키기 위해서는 팬(110)의 블레이드(111)의 받음각을 크게 형성하거나, 또는 블레이드(111) 자체 크기를 크게 형성하여야 한다.
하지만, 한정된 공간 내에서 블레이드(111)의 크기를 크게 형성하는 것은 한계가 있음은 물론이거니와, 낙하의 위험성도 따르게 된다.
따라서, 상기와 같은 천장 팬(100)의 풍량이 많아지게 하기 위해서는 블레이드(111)의 받음각을 크게 형성하여야 하지만, 받음각을 크게 형성하게 되면 유체와 맞닿는 면적이 넓어지게 되어 유체와의 저항인 항력 발생으로 인한 가동의 문제점이 발생하게 된다.
또한, 받음각의 크기를 크게 형성할 경우 도 7에서와 같이 블레이드 끝단에서 공기가 불안정하게 이동하게 되어 와류현상이 발생하게 되고, 이렇게 발생한 와류현상으로 인해 블레이드 끝단에서 진동이 발생하게 되어 원활하게 풍량을 형성하지 못하는 것은 물론, 천장 팬(100)의 내구성이 저하되는 치명적인 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 일반적인 블레이드(111)는 받음각을 7°보다 낮은 각도로 형성하여 풍량의 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실내공기 확산장치는, 천장 고정부와; 상기 천장 고정부에 결합되어 있는 동력발생수단과; 상기 동력발생수단에 의해 회전하는 허브와 상기 허브에 결합하는 다수의 블레이드를 포함하는 팬으로 이루어져 있으며, 상기 팬의 블레이드는, 허브에서 횡방향으로 연장되는 직각방향으로 받음각(angle of attack)(a)을 형성하여 상단으로 올라간 전방면과 하단으로 내려간 하단면으로 이루어져 있고, 상기 전방면에는 만곡부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 팬의 블레이드에 형성된 받음각은 7 ∼ 21°로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 만곡부는 블레이드와 일체로 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 만곡부는 블레이드와 별도로 제작되어, 블레이드 및 만곡부에 제1, 2 결합부를 형성해 결합 및 분해 가능하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 만곡부는 라운드를 형성한 요홈과 요철이 반복적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 팬의 블레이드에 만곡부를 형성하여 팬의 회전시 만곡부에 형성되어 있는 요철에 의해 유체가 분산되어 항력을 줄임과 동시에 블레이드의 하측면에서 발생하는 유체의 와류현상을 방지함으로써, 블레이드 끝 부분에서의 와류현상에 의한 블레이드의 진동을 방지하여, 냉풍 또는 온풍을 발생하는 공기조화기에서의 냉풍 또는 온풍을 실내 전 구역에 고르게 확산시킬 수 있다.
또한, 블레이드의 받음각을 크게 형성하더라도 블레이드 끝 부분에서의 유체 와류 현상 및 블레이드의 진동이 발생하지 않아 많은 량의 풍량을 발생시킬 수 있어 풍량 효율성을 향상시킬 수 있는 유용한 발명이다.
도 1은 종래의 천장 팬을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 실내공기 확산장치를 도시한 측면도.
도 3은 도 2의 평면도.
도 4는 본 발명의 블레이드를 도시한 평면도.
도 5는 도 4의 다른 실시 예를 도시한 평면도.
도 6은 블레이드에 작용하는 압력을 표시한 상태도.
도 7은 블레이드에서 와류가 발생하는 상태를 도시한 상태도.
도 8은 일반적인 블레이드의 와류현상을 도시한 해석도.
도 9는 본 발명에서의 만곡부의 작용을 도시한 상태도.
도 10은 본 발명의 만곡부의 작용을 도시한 제1 해석도.
도 11은 본 발명의 만곡부의 작용을 도시한 제2 해석도.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 구성을 더욱 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은 냉풍 또는 온풍(이하, '유체'라 함)을 발생하는 공기조화기(도면에 미도시)의 인근에 설치하여 유체를 실내에 고르게 확산시키기 위한 것이다
구성을 살펴보면,
우선, 도 2 내지 도 3에서와 같이 천장 고정부(10)가 구성된다.
상기 천장 고정부(10)는 천장에 고정설치할 수 있는 통상의 결합부재(도면에 미도시)로 구성되어 있는 일반적인 구성으로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 동력발생수단(M)도 통상적으로 설치되는 구성으로 상세한 설명은 생략한다.
다만, 상기 동력발생수단(M)은 모터와 같이 회전력을 발생시킬 수 있으면서, 정, 역회전 가능한 형태이면 어떠한 구성으로 이루어져 있어도 무방하다.
다음으로, 팬(20)은 상기 동력발생수단(M)에 연결되어 동력발생수단(M)의 동력을 전달받아 회전할 수 있도록 구성되어 있다.
이러한, 팬(20)은 동력발생수단(M)과 직접 연결되는 허브(21)와 상기 허브(21)에 결합하는 다수의 블레이드(22)로 구성되어 있다.
이때에, 상기 허브(21)와 블레이드(22)는 도면에서는 상세히 도시하지 않았지만 통상의 볼트/너트를 이용하여 결합할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 상기 블레이드(22)에 받음각(angle of attack)(a)이 형성되어 상단으로 올라가 있는 전방면(22a)과 하단으로 내려가 있는 후방면(22b)을 구성하고 있다.
여기서, 상기 받음각(a)은 7 ∼ 21°사이에 형성할 수 있다.
다음으로, 만곡부(30)는 상기 팬(20)의 블레이드(22)에 형성된 전방면(22a)에 형성되어 있다.
이러한, 만곡부(30)는 라운드(R)가 형성된 다수의 요홈(31)과 요철(32)이 일정한 패턴으로 동일 반복적으로 형성되어 블레이드(22)가 연장된 길이만큼 형성된다.
여기서, 상기 만곡부(30)는 도 4에서와 같이 팬(20)의 블레이드(22)의 제작시 일체형으로 제작하여 형성할 수도 있고, 도 5에서와 같이 블레이드(22)와 만곡부(30)를 별도로 제작한 상태에서 블레이드(22)에는 제1 결합부(J1)를 형성하고, 만곡부(30)에는 제2 결합부(J2)를 형성해 볼트/너트 또는 리벳 등 다양한 결합수단(도면에 미도시)을 이용하여 결합할 수 있도록 제작할 수도 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 실내공기 확산장치의 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.
우선, 본 발명의 실내공기 확산장치(50)는 통상의 공기조화기(도면에 미도시)에 의해 형성되는 온풍 또는 냉풍과 같은 유체를 확산시킬 수 있도록 이용되며, 더욱 구체적으로는, 본 발명은 스탠드 형태 또는 벽걸이 형태의 공기조화기에서 발생하는 유체를 실내 전체에 확산시켜 열 효율성을 향상시킬 수 있도록 설치한다.
즉, 겨울 또는 여름이 되면 사용자는 온풍이나 냉풍이 나오는 공기조화기를 작동시키게 된다.
그런데, 실내에 퍼지는 온풍이나 냉풍은 실내의 대류현상에 의해 공기 흐름이 형성된다.
예컨대, 사용자가 온풍이 나올 수 있도록 공기조화기를 작동시킬 경우 대류현상에 의해 더운 공기가 실내 상부에 집중되어 열효율성이 저하된다.
따라서, 실제 거주구역에 있는 사람들에게는 온풍이 제대로 전달되지 않게 되어 사용자는 지속적으로 온풍이 나오도록 공기조화기를 작동시키게 된다.
이와 반대로, 사용자가 냉풍을 가동시킬 경우 차가운 공기는 실내 하부에만 집중되어 있어 이 또한 열효율성이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 실내의 대류 현상에 의한 열효율성이 저하되는 현상을 방지하고자 설치하는 것으로, 통상적으로 천장에 부착하여 사용하게 된다.
상기와 같은 본 발명의 실내공기 확산장치(50)는 동력발생수단(M)을 통해 허브(21)에 결합된 다수의 블레이드(22)로 이루어진 팬(20)을 구동시켜 여름철에 공기조화기를 가동하였을 때에 발생하는 차가운 공기를 실내 상부로 유도하도록 하고, 겨울철에 공기조화기를 가동시켜 발생하는 더운 공기는 블레이드(22)를 반대방향으로 가동시켜 실내 상부의 더운 공기를 실내 하부로 유도하도록 함으로써 열 효율성을 향상시킬 수 있도록 작용하게 된다.
여기서, 상술한 팬(20)의 구성요소인 블레이드(22)는 유체의 흐름을 바꾸기 위해서 일정한 받음각(a)을 형성하고 있다.
즉, 상기 블레이드(22)의 하단면(22c)이 유체와 맞닿도록 회전할 경우(시계방향) 실내 하부의 유체를 실내 상부로 이동시킬 수 있도록 작용하게 되고, 이와 반대의 경우(반시계방향)에는 유체를 실내 하부로 이동시킬 수 있도록 작용하게 된다.
이를 상세히 살펴보면, 도 6에서와 같이 일반적으로 유체 내로 통과하는 블레이드(22)는 유체에 의해 받는 저항, 다시 말해 항력이 발생하게 된다.
또한, 블레이드(22)를 통과하는 유체에서는 유체가 흐르는 방향으로 작용하는 동압과 유체가 흐르는 방향과 직각되는 방향으로 작용하는 정압이 발생하게 된다.
즉, 블레이드에서 발생하는 압력은 '전압 = 동압 + 정압'으로 표기할 수 있다.
한편, 블레이드(22)에 작용하는 압력은 블레이드(22)의 상측면(22d)으로 이동하는 유체에 의한 압력과 블레이드(22) 하측면(22c)으로 이동하는 압력으로 이루어지게 된다.
일반적으로 받음각(a)을 형성한 블레이드(22)가 하측면(22c)이 유체와 맞닿는 방향으로 회전이 이루어지게 되면, 블레이드(22) 하측면(22c)에서 발생하는 압력이 상측면(22d)에서 발생하는 압력보다 더 크게 작용하게 된다.
이러한, 원리는 원심력이 발생하는 태풍을 이용해 설명할 수 있다.
즉, 태풍의 원심력이 발생하는 중심부에서는 회전력이 작아 압력 및 풍량이 작고, 상대적으로 원심력이 발생하는 태풍의 중심부에서 벗어난 위치에서는 회전력이 높아 압력 및 풍량이 많이 형성된다.
이러한, 원리에 비추어 보면, 일반적인 블레이드(22)는 유선형으로 제작되어 유체의 이동시 일부 회전력이 발생하게 된다.
여기서, 블레이드(22)의 상측면(22d)을 띠라 이동하는 유체는 상측면(22d)을 기점으로 하여 유체가 이동하기 때문에 유체의 회전시 원심력의 중심에 존재하는 것이고, 블레이드(22)의 하측면(22c)을 따라 이동하는 유체는 원심력의 중심에서 최 외곽과 같은 위치에 존재하게 된다.
따라서, 블레이드(22)의 상측면(22d)에서 발생하는 압력 및 유체 이동량은 블레이드(22) 하측면(22c)에서 발생하는 압력 및 유체 이동량보다 작게 된다.
한편, 유체는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하게 되기 때문에, 도 7에서와 같이 블레이드(22)의 끝단에서는 블레이드(22)의 하측면(22c)을 따라 이동한 유체가 상측으로 이동하려는 현상이 발생하게 된다.
특히, 상기와 같이 하측면(22c)에서 상측면(22d)으로 이동하려는 유체는 블레이드(22)의 받음각(a)의 크기와 비례하게 된다.
이렇게 블레이드(22)의 하측면(22c)에서 상측면(22d)으로 이동하던 유체는 받음각(a)이 커질수록 상측면(22d)에서 이동하는 유체와 충돌이 발생하게 되면서 와류현상이 발생하게 되는 것이다.
이를 정리하면, 종래기술에서 언급한 바와 같이 블레이드(22)의 받음각(a)을 7° 이상으로 형성할 경우, 도 8의 유체해석 프로그램을 이용한 유체 흐름을 도시한 해석도에서와 같이 블레이드(22)의 끝단 부분에서 와류가 발생하게 되어 공기 흐름이 불안정하게 형성되고, 이로 인해, 블레이드(22) 끝단에서 진동이 발생하게 되어 효율성이 저하되므로, 받음각(a)을 크게 형성할 수 없게 된다.
이에 본 발명에서는 블레이드(22)의 전방면(22a)에 라운드(R)를 형성한 요홈(31)과 요철(32)을 포함하는 만곡부(30)를 형성해 블레이드(22) 끝단에서 발생하는 공기의 흐름을 안정화시킴으로써, 블레이드(22) 끝단에서의 진동이 발생하지 않도록 작용하게 된다.
이를 상세히 살펴보면, 블레이드(22)가 시계방향으로 회전시 유체와의 항력이 발생함과 동시에 유체는 만곡부(30)와 맞닿게 된다.
상기와 같이 만곡부(30)에 맞닿는 유체는 도 9에서와 같이 만곡부(30)의 요철(32) 부분에서 유체 흐름이 요홈(31) 방향으로 분산되어 블레이드(22)의 상측면(22d) 및 하측면(22c)으로 이동이 이루어지게 된다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이 블레이드(22) 끝단에서 발생하는 유체의 와류현상은 블레이드(22)의 하측면(22c)에서 발생하는 압력이 상측면(22d)에서 발생하는 압력보다 높게 형성되어, 하측면(22c)에서 발생하는 유체가 압력이 낮은 상측으로 이동하면서 발생하는 것인데, 상기와 같이 만곡부(30)의 요철(32)에 의해 유체가 분산이 이루어지게 되면, 블레이드(22)의 하측면(22c)과 상측면(22d)에서 발생하는 정압의 차이가 줄어들게 되어 유체의 와류현상 방지 및 이로 인한 블레이드(22)의 진동 발생을 방지할 수 있게 되는 것이다.
이러한, 만곡부(30)의 작용은 도 10 내지 도 11에서와 같이 유체해석 프로그램을 이용한 실험에서도 알 수 있다.
도 10은 최초 유체가 만곡부가 형성된 블레이드를 통과하는 과정을 도시한 것이고, 도 11은 만곡부 및 블레이드를 통과한 유체의 흐름을 도시한 것으로서 블레이드 끝단에서의 와류현상이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 만곡부(30)의 작용으로 인해 블레이드(22)의 받음각(a) 각도를 더 크게 형성하더라도 블레이드(22)의 진동을 방지하기 때문에, 풍량을 더 많이 유동시킬 수 있어 실내 하부의 공기를 상부로 이동시키거나 실내 상부의 공기를 하부로 이동시킬 때에 유체 확산을 보다 용이하게 실시할 수 있게 되는 것이다.
물론, 상기에서 받음각(a)의 각도를 더 크게 형성할 경우에는 만곡부(30)의 요홈(31)과 요철(32)의 크기 및 개수를 변경하여 유체에 의한 항력 및 블레이드(22)의 상측면(22d)과 하측면(22c)에서 발생하는 압력차를 줄일 수 있도록 구성할 수 있는 것은 당연한 것이다.
상술한 예는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 대해 기재한 것이지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음을 명시한다.
10 : 천장 고정부
M : 동력발생수단
20 : 팬
21 : 허브 22 : 블레이드 22a : 전방면 22b : 후방면
30 : 만곡부
31 : 요홈 32 : 요철 R : 라운드
50 : 실내공기 확산장치

Claims (5)

  1. 천장 고정부(10);
    상기 천장 고정부(10)에 결합되어 있는 동력발생수단(M);
    상기 동력발생수단(M)에 의해 회전하는 허브(21)와 상기 허브(21)에 결합하는 다수의 블레이드(22)를 포함하는 팬(20)으로 이루어져 있으며,
    상기 팬(20)의 블레이드(22)는, 허브(21)에서 횡방향으로 연장되는 직각방향으로 7 ∼ 21°로 이루어진 받음각(angle of attack)(a)을 형성하여 상단으로 올라간 전방면(22a)과 하단으로 내려간 하단면(22b)으로 이루어져 있고, 상기 전방면(22a)에는 라운드(R)를 형성한 동일한 형태의 요홈(31)과 요철(32)이 연속 반복적으로 만곡부(30)가 형성되어 있는 것에 특징이 있는 실내 공기 확산장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 만곡부(30)는 팬(20)의 블레이드(22)와 일체로 형성하는 것에 특징이 있는 실내 공기 확산장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 만곡부(30)는 팬(20)의 블레이드(22)와 별도로 제작되어, 블레이드(22) 및 만곡부(30)에 제1, 2 결합부(J1, J2)를 형성해 결합 및 분해 가능하도록 구성하는 것에 특징이 있는 실내 공기 확산장치.
  5. 삭제
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