KR101616617B1 - 곡선형 블레이드들을 가지는 송풍기 - Google Patents

Abstract

원심형 송풍기 조립체는 유체 유입구 및 이격된 유체 배출구를 포함하는 스크롤 하우징을 포함한다. 임펠러가 상기 스크롤 하우징 내에 배치되고 그리고 상기 임펠러의 회전 축 주위로 환형으로 배열된 복수의 이격된 블레이드들을 포함한다. 유입구 유체에 인접한 각각의 블레이드의 부분이, 유체 유입구에 대향하는 허브에 커플링된 각각의 블레이드의 부분 보다 더 먼 거리로 상기 임펠러의 회전 축으로부터 이격된다. 상기 블레이드들의 각각이 상기 임펠러의 회전 축으로부터 멀리 방사상 방향으로 경사지거나 곡선형이 되고, 그에 따라 임펠러가 일정한 속도로 회전될 때, 블레이드들의 각각이 블레이드들의 각각의 길이를 따라서 보다 균일한 압력 분포를 가지게 된다.

Description

곡선형 블레이드들을 가지는 송풍기{BLOWER WITH CURVED BLADES}

본원 발명은 원심형 송풍기에 관한 것이고, 보다 특히 곡선형 블레이드들의 환형 어레이를 가지는 원심형 송풍기의 임펠러에 관한 것이다.

HVAC 시스템들에서 이용하기 위한 원심형 송풍기들이 당업계에 공지되어 있다. 원심형 송풍기는 통과하여 유동하는 가스 스트림으로 운동을 부여하기 위해서 이용된다. 원심형 송풍기는 일반적으로 외주에 형성된 블레이드들을 구비하는 임펠러 및 상기 임펠러를 둘러싸는 스크롤 하우징을 포함한다. 가스가 유입구를 통해서 축방향으로 원심형 송풍기로 유입되는 한편, 원심력의 영향으로 인해서 임펠러의 회전이 가스를 외측으로 지향되게 유도하며, 그에 따라 임펠러의 중심 내에서 흡입을 유도한다. 가스가 원심형 송풍기의 외부를 향해서 지향됨에 따라, 스크롤 하우징은, 가스가 배출구에서 원심형 송풍기를 빠져나갈 때까지, 가스를 원심형 송풍기의 둘레 주위로 지향시킨다.

통상적인 원심형 송풍기들과 연관된 하나의 잠재적인 문제는, 전형적으로, 블레이드들이 송풍기의 유입구로부터 멀리 연장됨에 따라 임펠러의 블레이드들에 걸친 압력의 불균일한 분배가 존재한다는 것이다. 이는, 가스가 임펠러의 회전에 의해서 외측으로 지향됨에 따라, 가스가 약 90°로 선회되기(turned) 전에 축방향을 따라 송풍기로 진입됨에 따른 가스 유동 방향의 변화로 인해서 발생된다. 전형적으로, Iyer 등의 미국 특허출원 공개 제 2013/0209245 호에 개시된 바와 같이, 임펠러의 블레이드들이 임펠러의 중앙 허브에 인접한 선형 표면을 포함하고, 상기 블레이드들의 선형 표면은 임펠러의 회전 축에 평행하게 정렬되며, 상기 미국 특허출원은 그 전체가 여기에서 참조로서 포함된다. 축방향을 따라 원심형 송풍기 내로 유동하는 가스는, 인접한 블레이드들 사이의 공간으로 진입하고 그리고 외측으로 지향됨에 따라, 반드시 선회되어야 한다. 유입구의 중앙 영역을 통해서 유동하는 가스는, 블레이드들을 향해서 선회됨에 따라, 점진적으로 선회될 수 있는 한편, 유입구의 둘레 영역들로 진입하는 공기는 송풍기의 유입구에 인접한 블레이드들 사이의 공간으로 진입하기 위해서 상당히 더 급격하게 선회되어야 한다. 결과적으로, 송풍기의 유입구에 인접한 블레이드들의 부분들은 적은 통과 가스 유동을 경험하는 경향이 있고, 이는 송풍기의 효율에 부정적인 영향을 미친다. 또한, 유입구에 인접한 블레이드들의 부분들을 통해서 유동하는 가스는 보다 큰 압력 손실을 경험하는 경향이 있는데, 이는 그러한 가스 유동이 체험하는 급격한 선회와 연관된 선회 손실들(turning losses) 때문이다.

또한, 통상적인 송풍기들은 스크롤 하우징 내의 상이한 영역들에서 정압(static pressure)의 큰 차이를 체험하는 경향이 있다. 예를 들어, 임펠러의 둘레 주위에 형성된 정압은 송풍기의 배출구에 인접하여 가장 높을 수 있을 것이다. 각각의 블레이드의 길이를 따른 압력의 균등한 분포를 가지지 않는 임펠러 블레이드들을 가지는 송풍기들에서, 배출구에 인접한 고압 가스가 임펠러 블레이드들의 저압 영역들 내로 역류하게 되는 상황들이 존재할 수 있다. 블레이드들 내로의 역류로 인해서 덜컹거리는(rumble) 소음이 생성될 수 있고, 그러한 소음이 HVAC 시스템을 통해서 전파되고 그리고, 예를 들어, 송풍기가 내부에 설치된 차량 내의 승객에게 들릴 수 있다.

따라서, 임펠러의 블레이드들에 걸친 균일한 압력 분포를 제공함으로써 그리고 임펠러의 블레이드들의 각각의 선도(leading) 엣지를 타격하기 전에 원심형 송풍기를 통해서 유동하는 가스의 선회 각도를 최소화시킴으로써, 효율이 최대화된 원심형 송풍기를 생산하는 것이 요구되고 있다 할 것이다.

본원 발명과 양립가능하고(compatible) 그리고 본원 발명으로 적응됨으로써(attuned), 최소화된 선회 손실들 및 각각의 블레이드의 길이에 걸친 동적(dynamic) 압력의 균일한 분포로 인해서 효율이 최대화된 원심형 송풍기가 놀랍게도 발견되었다.

발명의 일 실시예에서, 원심형 송풍기 조립체는 유체 유입구 및 이격된 유체 배출구를 포함하는 스크롤 하우징, 그리고 상기 스크롤 하우징 내에 배치되는 임펠러를 포함하고, 상기 임펠러는 임펠러의 회전 축 주위로 환형으로 배열된 복수의 이격된 블레이드들을 포함한다. 유입구 유체에 인접한 각각의 블레이드의 부분이, 유체 유입구에 대향하는 허브에 커플링된 각각의 블레이드의 부분 보다 더 먼 거리로 상기 임펠러의 회전 축으로부터 이격된다.

발명의 제 2 실시예에서, 원심형 송풍기 조립체는 유체 유입구 및 이격된 유체 배출구를 포함하는 스크롤 하우징, 그리고 상기 스크롤 하우징 내에 배치되는 임펠러를 포함하고, 상기 임펠러는 임펠러의 회전 축 주위로 환형으로 배열된 복수의 이격된 블레이드들, 상기 임펠러의 허브에 커플링된 각각의 블레이드의 제 1 단부 및 상기 유체 유입구에 인접한 환형 유입구 링에 커플링된 각각의 블레이드의 제 2 단부를 포함한다. 상기 각각의 블레이드의 제 1 단부가 상기 임펠러의 회전 축으로부터 이격된 거리보다 더 먼 거리로, 상기 각각의 블레이드의 제 2 단부가 상기 임펠러의 회전 축으로부터 이격된다.

발명의 또 다른 실시예에서, 원심형 송풍기 조립체는 유체 유입구 및 이격된 유체 배출구를 포함하는 스크롤 하우징을 포함한다. 송풍기 조립체는 또한 상기 스크롤 하우징 내에 배치되는 임펠러를 포함하고, 상기 임펠러는 임펠러의 회전 축 주위로 환형으로 배열된 복수의 이격된 블레이드들, 상기 임펠러의 허브에 커플링된 각각의 블레이드의 제 1 단부 및 상기 유체 유입구에 인접한 환형 유입구 링에 커플링된 각각의 블레이드의 제 2 단부를 포함하고, 상기 블레이드들의 각각이 상기 임펠러의 회전 축과 대면하는 리딩 엣지 및 상기 리딩 엣지에 대향하는 후행(trailing) 엣지를 포함한다. 상기 송풍기 조립체는 또한 상기 임펠러의 둘레 주위로 연장하고 그리고 상기 유체 배출구 내로 종료되는 스크롤 도관을 포함하고, 상기 유체 배출구는 상기 스크롤 도관으로부터 접선방향으로 연장한다. 상기 스크롤 하우징은 내부에 형성된 컷오프 엣지를 포함하고, 상기 컷오프 엣지는 상기 유체 배출구와 상기 스크롤 도관의 일 단부 사이의 경계를 형성한다. 상기 블레이드들의 각각이 상기 허브로부터 멀리 그리고 상기 환형 유입구 링을 향해서 연장함에 따라, 상기 블레이드들의 각각의 리딩 엣지가 상기 임펠러의 회전 축으로부터 멀리 곡선을 이루고(curve away), 그에 따라 각각의 블레이드의 리딩 엣지가 볼록한 형상을 가지게 하고 그리고 각각의 블레이드의 트레일링 엣지가 오목한 형상을 가지게 하며, 상기 컷오프 엣지는 각각의 블레이드의 트레일링 엣지의 형상에 상응하는 형상을 가진다.

본원 발명의 상기한, 그리고 또한 다른 목적들 및 장점들은, 첨부 도면에 비추어 고려할 때, 발명의 바람직한 실시예에 관한 이하의 구체적인 설명으로부터 당업자들에게 자명해질 것이다.
도 1은 발명의 실시예에 따른, 원심형 송풍기 조립체를 일부를 절개하여 도시한 평면도이다.
도 2는 선 2-2를 따라서 취한 도 1에 도시된 원심형 송풍기 조립체의 횡단면 입면도이다.
도 3a는 도 1 및 2에 도시된 원심형 송풍기 조립체의 블레이드의 측부 입면도이다.
도 3b는 발명의 다른 실시예에 따른, 도 1 및 2에 도시된 원심형 송풍기 조립체의 블레이드의 측부 입면도이다.
도 3c는 발명의 다른 실시예에 따른, 도 1 및 2에 도시된 원심형 송풍기 조립체의 블레이드의 측부 입면도이다.
도 3d는 발명의 다른 실시예에 따른, 도 1 및 2에 도시된 원심형 송풍기 조립체의 블레이드의 측부 입면도이다.

이하의 구체적인 설명 및 첨부 도면들은 발명의 여러 실시예들을 설명하고 도시한다. 그러한 설명 및 도면들은 당업자가 발명을 조제 및 이용할 수 있게 하는 역할을 하고, 그리고 임의의 방식으로 발명의 범위를 제한하기 위한 의도를 가지지 않는다. 여기에서 개시된 방법들과 관련하여, 제시된 단계들은 본질적으로 예시적인 것이고, 그에 따라 단계들의 순서는 필수적이거나 임계적인 것이 아니다.

도 1 및 2는 발명의 실시예에 따른 송풍기 조립체(10)를 도시한다. 송풍기 조립체(10)는, 예를 들어, 차량의 가열, 환기(ventilating), 및 공조(HVAC) 시스템들과 같은 기후 제어 적용예들에서의 이용을 위해서 구성될 수 있을 것이다. 그러나, 송풍기 조립체(10)가 공기의 강제 유동을 필요로 하는 임의 시스템에서의 이용을 위해서 구성될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.

송풍기 조립체(10)는 중공형 격실(14)이 내부에 형성된 스크롤 하우징(12)을 포함하고, 상기 스크롤 하우징(12)의 내부 표면(13)은 격실(14)을 형성한다. 스크롤 하우징(12)은 유체 유입구(16) 및 접선방향 유체 배출구(18)를 더 포함한다. 유체 유입구(16)는 유입구 도관(미도시)과 스크롤 하우징(12)의 격실(14) 사이의 유체 소통을 제공하는 한편, 접선방향 유체 배출구(18)는 배출구 도관(미도시)과 스크롤 하우징(12)의 격실(14) 사이의 유체 소통을 제공한다. 유체 유입구(16)는 상기 접선방향 유체 배출구(18)로부터 이격되고 그리고 상기 접선방향 유체 배출구(18)에 대해서 실질적으로 수직으로 배열되며, 상기 접선방향 유체 배출구(18)는 상기 스크롤 하우징(12)의 외주방향 측부 표면(6)으로부터 연장한다. 상기 접선방향 유체 배출구(18)는, 상기 접선방향 유체 배출구(18)가 연장하기 시작하는 상기 외주방향 측부 표면(6)에 대해서 접선적인 방향을 따라서, 상기 스크롤 하우징(12)의 격실(14)로부터 멀리 연장한다.

임펠러(20)가 상기 스크롤 하우징(12)의 격실(14) 내에 배치된다. 임펠러(20)는 상기 임펠러(20)의 회전 축(A) 주위로 배열된 이격된 블레이드들(50)의 환형 어레이를 포함한다. 임펠러(20)는 유체 유입구(16)로부터 축방향으로 이격된 허브(30)를 더 포함하고, 상기 허브(30)는 상기 유체 유입구(16)뿐만 아니라 상기 임펠러(20)의 회전 축(A)과 동심적으로 배열된다. 상기 허브(30)는 상기 유체 유입구(16)에 인접한 상기 임펠러(20)의 단부에 대향하는 임펠러의 단부 상에 배치된다. 상기 블레이드들(50)의 각각이 그 제 1 단부(51)에서 상기 허브(30)에 커플링된다. 상기 블레이드들(50)의 각각의 제 2 단부(52)는, 상기 스크롤 하우징(12) 내에 형성된 환형 리세스(19) 내에 배치된 환형 유입구 링(55)에 커플링된다. 상기 환형 리세스(19)는 상기 유체 유입구(16)로부터 방사상 외측으로 형성될 수 있을 것이다. 상기 환형 리세스(19)를 형성하는 상기 스크롤 하우징(12)의 내부 표면(13)의 내측 부분이 또한, 희망에 따라서, 유체 유입구(16)를 형성할 수 있을 것이다. 도시된 임펠러(20)는 전형적으로 모터(미도시)에 의해서 회전 축(A) 주위로 회전하도록 구동된다. 그러나, 희망하는 바에 따라서, 임펠러(20)가 다른 수단에 의해서 회전되도록 유도될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.

스크롤 도관(40)이 블레이드들(50)의 환형 어레이와 스크롤 하우징(12)의 내부 표면(13) 사이에서 임펠러(20)의 둘레 주위로 연장한다. 스크롤 도관(40)이 상기 접선방향 유체 배출구(18)에 인접한 컷오프 엣지(60)의 일 측부에 대해서 보다 작은 횡단면 면적을 가질 수 있고, 상기 컷오프 엣지(60)는, 상기 접선방향 유체 배출구(18)의 내측 벽의 일부를 또한 형성하는 임펠러(20)에 밀접하게 근접한 스크롤 하우징(12)의 내부 표면(13)의 일부가 된다. 컷오프 엣지(60)는 상기 스크롤 도관(40)의 일 단부와 상기 접선방향 유체 배출구(18) 사이의 경계로서 효과적으로 기능한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 컷오프 엣지(60)가 또한 시계 방향을 따라 임펠러(20)의 주위로 연장하는 유동 채널의 시작 부분이 되는 것으로 또한 간주될 수 있을 것이고, 상기 유동 채널은 스크롤 도관(40) 및 접선방향 유체 배출구(18)를 포함한다. 상기 스크롤 도관(40)이 상기 임펠러(20)의 둘레 주위로 연장함에 따라, 그러한 스크롤 도관의 횡단면 면적이, 스크롤 도관(40)이 접선방향 유체 배출구(18) 내에서 종료될 때까지, 점진적으로 증가될 수 있을 것이다.

이제 도 2를 참조하면, 블레이드들(50)의 각각이 리딩 엣지(57) 및 트레일링 엣지(58)를 포함하고, 각각의 엣지(57, 58)는 허브(30)로부터 환형 유입구 링(55)까지 연장한다. 각각의 블레이드(50)의 리딩 엣지(57)는, 임펠러(20)의 회전 축(A)과 대면하는(facing) 관계인 각각의 블레이드(50)의 방사상 내측 엣지를 지칭하는 한편, 각각의 블레이드(50)의 트레일링 엣지(58)는 스크롤 도관(40)과 대면하는 관계인 각각의 블레이드(50)의 방사상 외측 엣지를 지칭한다. 도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 블레이드들(50)의 각각이 제 1 표면(53) 및 제 2 표면(54)을 더 포함하고, 상기 제 1 표면(53) 및 제 2 표면(54)의 각각은 각각의 블레이드(50)의 리딩 엣지(57) 및 각각의 블레이드(50)의 트레일링 엣지(58) 각각에 연결된다.

당업계에 공지된 바와 같이, 송풍기 조립체(10)를 빠져나가는 유체의 희망 유량 및 압력에 따라서, 송풍기 조립체(10)가 전방향(forward)-곡선형 블레이드들, 후방향-곡선형 블레이드들, 또는 직선형-방사상 블레이드들을 가질 수 있다는 것이 유리할 수 있을 것이다. 전방향-곡선형 블레이드들의 경우에, 제 1 표면(53)이 임펠러(20)의 회전 방향으로 대면하는 전반적으로 오목한 형상을 가질 수 있는 한편, 제 2 표면(54)은 전반적으로 볼록한 형상을 가질 수 있을 것이다. 후방향-곡선형 블레이드들의 경우에, 제 1 표면(53)이 임펠러(20)의 회전 방향으로 대면하는 전반적으로 볼록한 형상을 가질 수 있는 한편, 제 2 표면(54)은 전반적으로 오목한 형상을 가질 수 있을 것이다. 직선형-곡선형 블레이드들의 경우에, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 표면(53) 및 제 2 표면(54)의 각각이 전반적으로 평면형 및 선형일 수 있을 것이다.

부가적으로, 임펠러(20)의 허브(30)가 또한, 상기 허브(30) 주위로 배열된 블레이드들(50)을 향해서 공기의 유동을 지향시키기 위해서, 상기 허브(30)의 베이스로부터 그리고 유체 유입구(16)를 향해서 연장하는 중앙 배플(baffle) 부분을 포함할 수 있을 것이다. 상기 배플 부분은 회전 축(A)과 동심적으로 배열된 원뿔 형상의 정점(peak)을 가지는 실질적으로 원뿔형인 형상일 수 있을 것이다. 허브(30)가 예를 들어 Iyer 등의 미국 특허출원 공개 제 2013/0209245 호에 개시된 것과 유사한 형상을 가질 수 있을 것이다. 그러나, 이하에서 보다 구체적으로 설명하는 바와 같이, 임펠러(20)의 블레이드들(50)의 형상 및 배열로 인해서, 송풍기 조립체(10)가 허브(30)의 배플 부분을 필요로 하지 않을 수 있을 것이다.

도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 블레이드들(50)의 각각이 일반적으로 원호형 또는 곡선형 프로파일을 가진다. 각각의 블레이드(50)의 리딩 엣지(57)의 프로파일이 일반적으로 볼록한 형상을 가지는 한편, 각각의 블레이드(50)의 상응하는 트레일링 엣지(58)의 프로파일이 일반적으로 오목한 형상을 가진다. 각각의 블레이드(50)의 리딩 엣지(57)가 그 길이를 따라서 각각의 블레이드(50)의 상응하는 트레일링 엣지(58)에 대해서 실질적으로 평행하고 그리고 상응하는 트레일링 엣지(58)로부터 균일하게 이격될 수 있을 것이다. 상기 허브(30)의 둘레에 커플링되는 각각의 블레이드(50)의 제 1 단부(51)가, 상기 회전 축(A)으로부터 방사상으로 이격된, 상기 환형 유입구 링(55)에 커플링된, 각각의 블레이드(50)의 제 2 단부(52)보다 짧은 거리로, 상기 임펠러(20)의 회전 축(A)으로부터 방사상으로 이격된다. 각각의 블레이드(50)의 리딩 엣지(57) 및 상응하는 트레일링 엣지(58)가 상기 허브(30)에 인접한 각각의 블레이드(50)의 제 1 단부(51)에서 상기 임펠러(20)의 회전 축에 대해서 실질적으로 평행하게 배열될 수 있을 것이다. 각각의 블레이드(50)의 리딩 엣지(57) 및 상응하는 트레일링 엣지(58)가 상기 환형 유입구 링(55)에 인접한 각각의 블레이드(50)의 제 2 단부(52)에서 상기 임펠러(20)의 회전 축에 대해서 실질적으로 수직으로 배열될 수 있을 것이다. 그러나, 도 3a-3d에 가장 잘 도시된 바와 같이, 리딩 엣지(57) 및 트레일링 엣지(58)의 다른 배열들도 이용될 수 있을 것이다.

도 3a에 도시된 하나의 실시예에서, 각각의 블레이드(50)의 리딩 엣지(57) 및 트레일링 엣지(58)가, 각각의 블레이드(50)의 제 1 단부(51)로부터 각각의 블레이드(50)의 제 2 단부(52)까지 연장하는 실질적으로 일정한 곡률 반경을 가지는 곡선형 형상을 가질 수 있을 것이다. 다른 실시예들에서, 리딩 엣지(57) 및 트레일링 엣지(58)의 곡률 반경이 각각의 블레이드(50)의 제 1 단부(51)로부터 각각의 블레이드(50)의 제 2 단부(52)까지 변화될 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 각각의 블레이드(50)의 제 1 단부(51)에 인접한 각각의 블레이드(50)의 리딩 엣지(57) 및 트레일링 엣지(58)의 곡률 반경이 각각의 블레이드(50)의 제 2 단부(52)에 인접한 각각의 블레이드(50)의 리딩 엣지(57) 및 트레일링 엣지(58)의 곡률 반경 보다 클 수 있을 것이다. 대안적으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 각각의 블레이드(50)의 제 1 단부(51)에 인접한 각각의 블레이드(50)의 리딩 엣지(57) 및 트레일링 엣지(58)의 곡률 반경이 각각의 블레이드(50)의 제 2 단부(52)에 인접한 각각의 블레이드(50)의 리딩 엣지(57) 및 트레일링 엣지(58)의 곡률 반경 보다 작을 수 있을 것이다. 다른 예로서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 블레이드들(50)의 각각이, 곡선형 부분으로의 전이에 앞서서 회전 축(A)에 대해서 각을 이루어 배치되는 각각의 블레이드(50)의 제 1 단부(51)에 인접한 실질적으로 선형인 부분을 포함할 수 있을 것이다. 블레이드들(50)의 각각이 허브(30)로부터 멀리 그리고 환형 유입구 링(55)을 향해서 연장됨에 따라, 블레이드들(50)의 각각의 선형 부분이 회전 축(A)으로부터 멀리 연장되도록 각도를 형성한다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 스크롤 하우징(12)의 컷오프 엣지(60)가, 각각의 블레이드(50)의 트레일링 엣지(58)의 프로파일과 전반적으로 일치되는 한편 그로부터 이격되는 프로파일을 가질 수 있을 것이다. 이로 인해서, 접선방향 유체 배출구(18)의 내부 벽이 또한 스크롤 도관(40)으로부터 접선방향 유체 배출구(18)까지의 전이부에 인접한 각각의 블레이드(50)의 트레일링 엣지(58)의 프로파일과 전반적으로 일치되는 프로파일을 가지게 된다.

도 1 및 2에서 임펠러(20)가 12개의 블레이드들(50)을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 본원 발명의 범위 내에서 유지되면서도, 임의 수의 블레이드들(50)을 이용할 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 송풍기 조립체(10)에서 이용되는 블레이드들(50)의 수는, 희망하는 압력 및 희망하는 유량과 같은, 송풍기 조립체(10)를 통해서 유동하는 공기의 희망하는 특성들을 기초로 결정될 수 있을 것이다.

사용 중에, 임펠러(20)가 회전 축(A) 주위로 회전되는 동안, 공기가 유체 유입구(16) 내로 유동하도록 유도되며, 그에 따라 컷오프 엣지(60)에 인접한 스크롤 도관(40)의 부분으로부터 접선방향 유체 배출구(18)를 향해서 스크롤 하우징(12) 주위로 이동한다. 도 1에서, 임펠러(20)의 회전 방향이 시계 방향으로 도시되어 있다. 송풍기 조립체(10)는, 각각의 인접한 블레이드(50) 사이의 공간들을 통해서 유동하는 공기의 압력을 높이기 위해서, 임펠러(20)의 회전으로부터 생성된 원심력을 이용한다. 임펠러(20)가 회전할 때, 회전 축(A) 주위의 블레이드들(50)의 회전에 의해서 생성된 원심력으로 인해서, 각각의 블레이드(50)의 리딩 엣지(57)와 만나는 공기가 블레이드의 트레일링 엣지(58)를 향해서 지향된다. 결과적으로, 스크롤 도관(40) 내의 공기 압력이 증가된다. 이어서, 공기가 임펠러(20)의 회전 방향을 따라서 접선방향 유체 배출구(18)를 향해서 스크롤 도관(40) 주위로 안내되며, 상기 접선방향 유체 배출구(18)에서 공기가 송풍기 조립체(10)를 떠난다. 공기가 각각의 블레이드(50)로부터 스크롤 도관(40)을 향해서 지향된 후에, 블레이드들(50)의 리딩 엣지들(57) 사이의 임펠러(20)의 중앙 영역 내의 공기 압력이 감소된다. 유체 유입구(16)를 통해서 송풍기 조립체(10)로 진입하는 공기가 임펠러(20)의 중앙 영역 내로 유동하여 그 내부의 압력을 정상화시킨다(normalize). 이러한 사이클이 반복되고, 그리고 공기가 임펠러(20)의 회전에 의해서 유체 유입구(16)로부터 접선방향 유체 배출구(18)로 계속적으로 이송될 수 있다.

각각의 블레이드(50)의 리딩 엣지(57) 및 트레일링 엣지(58)의 곡선형 또는 경사형 프로파일은, 회전축에 평행하게 배열된 블레이드들을 가지는 종래 기술의 송풍기 조립체들의 임펠러 블레이드들 보다 우수한 몇 가지 장점들을 제공한다. 예를 들어, 블레이드들(50)이 허브(30)로부터 연장하에 따라, 블레이드들(50)이 외측으로 곡선화되기 때문에, 스크롤 하우징(12)의 유체 유입구(16)가 통상적인 송풍기 조립체들 보다 더 커질 수 있다. 이는, 통상적인 송풍기 조립체에서 가능하지 않을 수 있는 넓은 범위의 유량들 및 내부 압력들을 수용하도록 송풍기 조립체(10)가 구성될 수 있기 때문에, 설계에 있어서 보다 큰 탄력성을 허용한다.

부가적으로, 블레이드들(50)의 곡선형 프로파일은, 유체 유입구(16)를 통과하는 공기가 임펠러(20)의 회전 축(A)에 대해서 방사상인 방향을 따라서 블레이드들(50)을 지나서 그리고 스크롤 도관(40) 내로 지향되도록 하기 위해서 반드시 선회되어야 하는 양을 감소시킨다. 회전 축에 평행하게 배열된 블레이드들을 가지는 통상적인 송풍기 조립체들에서, 스크롤 하우징의 유체 유입구에 바로 인접한 공기가, 유체 유입구에 인접한 각각의 블레이드의 부분들을 통과하기 위해서, 반드시 급격하게(90°만큼) 선회되어야 한다. 통상적인 송풍기 조립체들의 유체 유입구에 인접하여 공기를 급격하게 선회시키는 것은 종종, 유체 유입구에 바로 인접한 블레이드들의 부분들이 적은 양의 통과 공기 유동을 경험하게 하며, 그에 따라 블레이드들의 그러한 부분들이 송풍기 조립체를 통해서 공기를 이송하는데 있어서 덜 효과적이 되게 한다.

부가적으로, 유체 유입구에 인접한 공기의 급속한 방향 변화에 의해서 경험되는 선회 손실들로 인해서, 공기가 임펠러의 허브에 보다 근접한 블레이드들의 부분들에서 블레이드들의 각각의 리딩 엣지와 만남에 따라서 보다 점진적으로(gradually) 선회하는 공기의 속도의 크기 보다 그 사이를 통과하는 공기의 속도의 크기가 더 낮아질 수 있고, 이는 블레이드들의 각각의 길이에 걸친 동적 압력 분포에 영향을 미칠 수 있을 것이다. 임펠러의 블레이드들을 통과하는 공기의 동적 압력이 이하의 식에 의해서 제공된다:

주어진 식에서, q는 유체의 동적 압력이고, ρ는 유체의 밀도이고, 그리고 v는 전체 유체 속도이다. 임펠러의 블레이드들을 통과하는 공기의 전체 유체 속도(v)는, 공기가 사이에서 통과하는 블레이드들의 선형 접선방향 속도와 공기가 임펠러의 블레이드들과 접촉함에 따른 공기의 상대적인 속도의 합이다. 블레이드들이 회전 축에 평행하게 배열되기 때문에, 통상적인 송풍기 조립체에서, 블레이드들의 선형 접선방향 속도가 각각의 블레이드의 길이에 걸쳐서 일정할 것이다. 또한, 이해할 수 있는 바와 같이, 공기가 블레이드들과 접촉함에 따른 공기의 상대적인 속도는, 공기가 선회 손실들로 인해서 느려지는 양뿐만 아니라 공기가 각각의 블레이드의 리딩 엣지를 타격하는 각도 모두에 의해서 영향을 받는다. 결과적으로, 통상적인 블레이드 조립체의 블레이드들을 통해서 유동하는 공기의 동적 압력이 블레이드들의 각각의 길이를 따라서 실질적으로 변화될 수 있을 것이다. 전형적으로, 블레이드들이 유체 유입구로부터 멀리 연장함에 따라, 유체 유입구에 인접한 블레이드들의 각각의 부분을 가로질러 유동하는 공기의 동적 압력이 각각의 블레이드들의 나머지 부분을 가로질러 유동하는 공기의 동적 압력 보다 상당히 낮을 것이다.

대조적으로, 블레이드들(50)이 허브(30)로부터 그리고 환형 유입구 링(55)을 향해서 연장함에 따라, 송풍기 조립체(10)의 블레이드들(50)의 각각의 리딩 엣지(57)가 회전 축(A)으로부터 멀리 곡선화된다. 이로 인해서, 블레이드들(50)의 각각이 임펠러(20)의 일정한 회전 레이트(rate) 중에 그 길이를 따라서 변화되는 크기의 선형 접선방향 속도를 가지게 되며, 상기 선형 접선방향 속도의 크기는 유체 유입구(16)에 인접한 곳에서 가장 큰데, 이는 각각의 블레이드(50)의 제 2 단부(52)가 회전 축(A)으로부터 가장 먼 거리에 배치되기 때문이다. 따라서, 블레이드들(50)이 환형 유입구 링(55)을 향해서 연장함에 따른 각각의 블레이드(50)의 선형 접선방향 블레이드 속도의 크기 증가가 유체 유입구(16)에 인접하여 블레이드들(50)을 통과하기 위해서 공기가 반드시 겪어야 하는 선회 각도로 인한 공기의 상대적인 임의 손실을 보상함에 따라서, 각각의 블레이드(50)의 길이에 걸친 동적 압력이 실질적으로 일정하게 되는 방식으로 블레이드들(50)이 회전 축(A)으로부터 외측으로 경사지거나 곡선화될 수 있다.

동적 압력이 보다 균일하게 분포되면, 블레이드들(50)의 각각의 길이를 따른 전체 압력이 몇 가지 장점들을 제공한다. 첫 번째로, 유체 유입구(16)에 인접한 각각의 블레이드(50)의 부분이 보다 큰 공기 유동을 체험하고 그리고 그러한 곳을 통과하는 공기가 증가된 동적 압력을 체험함에 따라, 송풍기 조립체(10)의 전체적인 효율이 증가된다. 이는, 송풍기 조립체(10)가 통상적인 송풍기와 동일한 회전 레이트에서 보다 큰 공기 압력들을 달성할 수 있게 한다. 대안적으로, 통과 유동하는 공기의 압력의 희망하는 증가를 여전히 달성하면서도, 송풍기 조립체(10)가 통상적인 송풍기 보다 더 느린 레이트로 회전될 수 있고, 이는, 통상적인 송풍기 조립체에 대비할 때, 에너지 소비 및 소음을 감소시킬 수 있다.

두 번째로, 블레이드들(50)에 걸친 전체 압력의 보다 균일한 분포가, 특히 컷오프 엣지(60)에 인접하여, 블레이드들(50) 내로의 역류를 감소시키는데 도움이 될 수 있다. 통상적인 송풍기 조립체들에서, 공기가 각각의 블레이드의 트레일링 엣지를 떠남에 따라, 공기가 컷오프 엣지에 인접한 유체 배출구에 도달할 때까지, 그 공기는 하우징 내에 형성된 스크롤 도관 주위로 유동하게 된다. 공기가 스크롤 도관 주위로 그리고 유체 배출구를 향해서 유동함에 따라, 공기의 정압이 증가되어, 컷오프 엣지에 인접한 스크롤 도관의 영역이 스크롤 도관의 나머지 보다 더 큰 전체 압력을 체험하게 된다. 일부 상황들에서, 유체 유입구에 인접한 각각의 블레이드 부분에 걸쳐 유동하는 공기의 감소된 동적 압력은, 컷오프 엣지에 인접하여 보다 큰 전체 압력을 가지는 공기가 그들 사이의 압력차로 인해서 블레이드들 내로 역류하게 유도할 수 있다. 이는 송풍기 조립체의 효율에 영향을 미칠뿐만 아니라, 통상적인 송풍기 조립체가 내부에 설치된 차량의 승객실 내의 운전자에게 들릴 수 있는 소음의 생성을 유발할 수 있을 것이다. 그러한 소음은 임펠러의 회전하는 블레이드들 내로의 공기 역류에 의해서 발생되는 난류의 결과일 수 있다. 대조적으로, 곡선형 블레이드들(50)을 가지는 송풍기 조립체(10)는, 유체 유입구(16)에 인접하는 각각의 블레이드(50)의 부분들을 포함하여, 블레이드들(50)의 각각의 길이를 따른 보다 균일한 압력 분포로 인해서, 역류 가능성을 감소시킨다.

블레이드들(50)의 각각이 임펠러(20)의 회전 축(A)으로부터 멀리 연장하는 방식이 또한, 임펠러(20)가 회전할 때, 임펠러(20)의 안정성 부족에 의해서 유발되는 소음 발생을 감소시키는데 있어서 도움이 될 수 있을 것이다. 통상적인 송풍기 조립체에서 보다 회전 축(A)으로부터 더 먼 거리에 배치되는 각각의 블레이드(50)의 제 2 단부(52)는, 임펠러(20)가 보다 큰 관성 모멘트를 가질 수 있게 한다. 결과적으로, 임펠러(20)가 통상적인 임펠러 보다 큰 정도로 회전 속도 변화를 저지할 수 있을 것이며, 그에 따라 일정한 회전 레이트로 동작할 때 임펠러(20)가 보다 큰 안정성을 가지도록 한다.

전술한 설명으로부터, 당업자는 본원 발명의 본질적인 특성들을 용이하게 확인할 수 있을 것이고 그리고, 본원 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도, 다양한 용도들 및 조건들에 맞추기 위해서 발명을 다양하게 변경 및 수정할 수 있을 것이다.

Claims (20)

1. 유체 유입구 및 이격된 유체 배출구를 포함하는 스크롤 하우징; 및
   상기 스크롤 하우징 내에 배치되는 임펠러로서, 상기 임펠러는 임펠러의 회전 축 주위로 환형으로 배열된 복수의 이격된 블레이드들을 포함하고, 상기 각각의 블레이드는 상기 유체 유입구로부터 이격된 제 1 단부 및 상기 유체 유입구에 인접한 제 2 단부를 포함하고, 상기 각각의 블레이드의 제 2 단부가 각각의 블레이드의 제 1 단부보다 더 먼 거리로 상기 임펠러의 회전 축으로부터 이격되는, 임펠러를 포함하고,
   상기 블레이드들의 각각이 상기 임펠러의 회전 축을 향해서 대면하는 리딩 엣지를 가지고, 상기 리딩 엣지는 곡선형 부분을 포함하는, 원심형 송풍기 조립체.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 각각의 블레이드의 리딩 엣지의 곡선형 부분은 상기 임펠러의 회전 축 방향으로 볼록한 형상인, 원심형 송풍기 조립체.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 블레이드들의 각각이 상기 블레이드의 리딩 엣지에 대향되는 트레일링 엣지를 포함하고, 상기 각각의 블레이드의 트레일링 엣지가 상기 리딩 엣지의 볼록한 형상에 상응하는 오목한 형상을 가지는 부분을 포함하는, 원심형 송풍기 조립체.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 스크롤 하우징이 상기 각각의 블레이드의 트레일링 엣지에 상응하는 형상을 가지는 컷오프 엣지를 더 포함하는, 원심형 송풍기 조립체.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 리딩 엣지의 곡선형 부분의 곡률 반경이, 상기 각각의 블레이드의 제 2 단부에 인접한 상기 리딩 엣지의 곡선형 부분의 곡률 반경 보다, 상기 각각의 블레이드의 제 1 단부에 인접하여 더 큰, 원심형 송풍기 조립체.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 각각의 블레이드의 리딩 엣지의 곡선형 부분이 상기 유체 유입구에 인접하여 형성되고, 그리고 상기 각각의 블레이드의 리딩 엣지의 나머지 부분이 선형 부분을 가지는, 원심형 송풍기 조립체.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 각각의 블레이드의 리딩 엣지의 선형 부분이 상기 임펠러의 회전 축에 대해서 각도를 이루어 배치되는, 원심형 송풍기 조립체.
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드들의 각각의 제 1 단부가 허브에 커플링되고, 그리고 상기 블레이드들의 각각의 제 2 단부가 환형 유입구 링에 커플링되는, 원심형 송풍기 조립체.
11. 제 1 항에 있어서,
    스크롤 도관이 상기 임펠러의 둘레 주위에서 스크롤 하우징 내에 형성되고, 상기 스크롤 도관이 상기 유체 배출구 내에서 종료되고, 상기 유체 배출구가 상기 스크롤 도관으로부터 접선방향으로 연장하는, 원심형 송풍기 조립체.
12. 유체 유입구 및 이격된 유체 배출구를 포함하는 스크롤 하우징; 그리고
    상기 스크롤 하우징 내에 배치되는 임펠러로서, 상기 임펠러는 임펠러의 회전 축 주위로 환형으로 배열된 복수의 이격된 블레이드들, 상기 임펠러의 허브에 커플링된 각각의 블레이드의 제 1 단부 및 상기 유체 유입구에 인접한 환형 유입구 링에 커플링된 각각의 블레이드의 제 2 단부를 포함하며, 상기 각각의 블레이드의 제 1 단부가 상기 임펠러의 회전 축으로부터 이격된 거리보다 더 먼 거리로, 상기 각각의 블레이드의 제 2 단부가 상기 임펠러의 회전 축으로부터 이격되는, 임펠러를 포함하고,
    상기 블레이드들이 상기 허브로부터 멀리 그리고 환형 유입구 링을 향해서 연장함에 따라, 상기 블레이드들의 각각이 상기 임펠러의 회전 축으로부터 멀리 곡선화되는, 원심형 송풍기 조립체.
13. 삭제
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 블레이드들의 각각이 상기 임펠러의 회전 축과 대면하는 리딩 엣지 및 상기 블레이드의 리딩 엣지에 대향되는 상응하는 트레일링 엣지를 포함하고, 상기 리딩 엣지가 상기 임펠러의 회전 축 방향으로 볼록한 형상을 가지고 그리고 상기 트레일링 엣지가 상기 임펠러의 회전 축 방향으로 오목한 형상을 가지는, 원심형 송풍기 조립체.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스크롤 하우징이 그 내부에 형성된 컷오프 엣지를 더 포함하고, 상기 컷오프 엣지가 상기 유체 배출구와 상기 유체 배출구를 향해서 공기를 배향시키기 위해서 상기 임펠러의 둘레 주위로 배치된 스크롤 도관의 일 단부 사이에 경계를 형성하는, 원심형 송풍기 조립체.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 컷오프 엣지가 상기 블레이드들의 각각의 트레일링 엣지의 형상에 상응하는 형상을 가지는, 원심형 송풍기 조립체.
17. 제 14 항에 있어서,
    상기 각각의 블레이드의 제 1 단부에 인접한 상기 각각의 블레이드의 리딩 엣지의 곡률 반경이 상기 각각의 블레이드의 제 2 단부에 인접한 상기 각각의 블레이드의 리딩 엣지의 곡률 반경 보다 큰, 원심형 송풍기 조립체.
18. 제 12 항에 있어서,
    상기 각각의 블레이드의 리딩 엣지가 선형 부분 및 곡선형 부분을 포함하고, 상기 각각의 블레이드가 상기 곡선형 부분으로의 전이에 앞서서 상기 허브로부터 멀리 연장함에 따라, 상기 각각의 블레이드의 선형 부분이 상기 임펠러의 회전 축으로부터 멀리 경사지는, 원심형 송풍기 조립체.
19. 삭제
20. 유체 유입구 및 이격된 유체 배출구를 포함하는 스크롤 하우징;
    상기 스크롤 하우징 내에 배치되는 임펠러로서, 상기 임펠러는 임펠러의 회전 축 주위로 환형으로 배열된 복수의 이격된 블레이드들, 상기 임펠러의 허브에 커플링된 각각의 블레이드의 제 1 단부 및 상기 유체 유입구에 인접한 환형 유입구 링에 커플링된 각각의 블레이드의 제 2 단부를 포함하고, 상기 블레이드들의 각각이 상기 임펠러의 회전 축과 대면하는 리딩 엣지 및 상기 리딩 엣지에 대향하는 트레일링 엣지를 포함하는, 임펠러;
    상기 임펠러의 둘레 주위로 연장하고 그리고 상기 유체 배출구 내로 종료되는 스크롤 도관으로서, 상기 유체 배출구가 상기 스크롤 도관으로부터 접선방향으로 연장하는, 스크롤 도관; 및
    상기 스크롤 하우징 내부에 형성된 컷오프 엣지로서, 상기 컷오프 엣지는 상기 유체 배출구와 상기 스크롤 도관의 일 단부 사이의 경계를 형성하는, 컷오프 엣지를 포함하고,
    상기 블레이드들의 각각이 상기 허브로부터 멀리 그리고 상기 환형 유입구 링을 향해서 연장함에 따라, 상기 블레이드들의 각각의 리딩 엣지가 상기 임펠러의 회전 축으로부터 멀리 곡선을 이루어, 각각의 블레이드의 리딩 엣지는 상기 임펠러의 회전 축 방향으로 볼록한 형상을 가지게 하고 각각의 블레이드의 트레일링 엣지는 상기 임펠러의 회전 축 방향으로 오목한 형상을 가지게 하며, 상기 컷오프 엣지는 각각의 블레이드의 트레일링 엣지의 형상에 상응하는 형상을 가지는, 원심형 송풍기 조립체.
    

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