KR101626488B1 - 원심팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심팬에 관한 것으로, 복수 개의 블레이드가 구비된 원심팬에 있어서, 상기 블레이드의 압력면에는 소음저감부가 형성되어 효율적으로 원심팬의 소음을 감소시킬 수 있는 원심팬에 관한 것이다.

Description

원심팬{Centrifugal fan}

본 발명은 원심팬에 관한 것으로, 보다 구체적으로 소음 발생을 최소화할 할 수 있는 블레이드를 구비한 원심팬에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기 등과 같은 가전제품이나 공장 설비의 환기 시스템에는 기체를 강제로 송풍시키는 여러 종류의 송풍팬들이 설치되며, 이러한 송풍팬들은 송풍기체의 유동 특성에 따라 축류팬과 원심팬으로 구분 할 수 있다.

축류팬은 기체의 유동이 회전축과 평행하게 발생하는 송풍팬이며, 원심팬은 통상적으로 블레이드 입구 유동은 회전축 방향이나 출구 유동은 회전축에 직각인 반경방향으로 발생하는 송풍팬이다.

이러한 축류팬은 그 구조상 정압성능이 매우 낮은 단점이 있다. 따라서, 축류팬의 경우에는 정압성능을 증가시키기 위해서 블레이드의 크기 또는 팬의 회전속도를 크게 하여야 한다.

그러나, 공기청정기 등과 같은 가전제품의 경우에는 제품의 크기에 제약이 따르기 때문에, 정압성능을 증가시키기 위해 블레이드의 크기를 증가시키는 대신에 주로 팬의 회전속도에 의존해왔다.

그러나, 이처럼 팬의 회전속도를 크게 할 경우, 공기와 블레이드 사이의 압력파가 증가하게 되어 소음이 크게 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 최근에는 상기와 같은 축류팬의 단점을 해결하고자, 축방향의 유동이 요구되면서 제품의 크기가 제한되는 경우에, 축류팬 대신에 정압성능이 높은 원심팬을 채용한 제품이 증가하고 있는 추세이다.

이하 도 1 및 도 2를 참조하여 종래의 원심팬(100)에 대해서 설명한다.

원심팬(100)는 회전 중심축이 결합하기 위한 중앙부(미도시)가 마련된 백플레이트(130)를 포함한다. 상기 백플레이트(130)에는 유체의 이동을 돕고 에너지를 유체에 전달하기 위한 다수 개의 블레이드(120)가 배치되어 있다.

상기 블레이드(120)는 곡선을 이루며 마련될 수 있다. 에어포일 블레이드(120)를 갖는 원심팬(100)은 유동의 흐름을 부드럽게 하여 평판 블레이드(120)보다 성능 및 효율에 있어서 유리할 수 있다.

또한, 상기 원심팬(100)은 상기 블레이드(120)의 단부와 결합되는 쉬라우드(110)를 포함할 수 있다. 상기 쉬라우드(110)는 상기 블레이드(120)와 함께 유체의 이동통로를 형성한다.

상기 원심팬(100)은 상기 유체의 압력을 높이기 위한 디퓨져(diffuser)가 구비될 수 있다. 상기 디퓨저(미도시)는 상기 원심팬(100)의 내부를 통과하는 유체의 속도를 낮춤으로써 유체의 압력을 높이는 수단이다.

그러나, 축방향의 유동이 요구되는 경우에 있어서 상기와 같은 원심팬을 사용하는 경우에는 다음과 같은 문제점이 있다.

팬의 축방향에 수직인 방향으로 토출되는 기체가 다시 축방향으로 전환되는 과정에서 유동손실이 크게 발생되어 풍량이 감소되는 문제점이 있다.

또한, 팬의 축방향에 수직인 방향으로 토출되는 기체가 가이드 등에 충돌되면서 소음이 크게 발생하는 문제점이 있다.

따라서 상기 원심팬(100)의 작동시 발생하는 소음을 줄이기 위한 많은 노력이 있다. 최근 사용되는 기계장치에서는 제품의 고성능 및 고효율뿐만 아니라 제품의 저소음 또한 중요한 요소로 인식되고 있기 때문이다.

다른 구조물에 의해 상기 원심팬 자체의 소음이 묻히는 경우도 있으나 원심팬를 다양한 용도와 장소에서 사용함이 더욱 일반적이다. 따라서 상기 원심팬를 가리는 구조물이 없는 경우에도 원심팬가 효율적으로 사용될수 있도록, 상기 원심팬에서 발생하는 소음을 최소화할 필요성이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 원심팬 소음을 줄이기 위한 블레이드가 구비된 원심팬을 제공하고자 한다.

보다 구체적으로, 상기 블레이드의 층류경계층에서 발생 되는 와류에 의해 진동 및 소음이 유발되는 것을 방지하고자 한다.

전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 복수 개의 블레이드가 구비된 원심팬에 있어서, 상기 블레이드의 리딩에지와 트레일링에지 사이의 일부영역에는 나머지 영역보다 표면거칠기가 큰 소음저감부가 마련된 원심팬를 제공할 수 있다.

특히, 상기 소음저감부는 상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지까지의 직선거리에서 40% 이상 60% 이하가 되는 지점에 마련되고, 상기 소음저감부는 상기 블레이드의 압력면에 마련됨이 바람직하다.

또한, 상기 소음저감부는 상기 리딩 에지 및 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나와 평행하게 마련될 수 있다.

상기 소음저감부는 상기 원심팬로 유입되는 유체의 유동방향에 수직 된 방향으로 마련될 수 있는 것이다. 이는 상기 소음저감부는 스트립 형태로 형성되는 것을 암시 할 수 있다.

한편, 상기 소음저감부의 폭은 적어도 1mm 이상인 것이 바람직하다. 이때 상기 소음저감부는 딤플 형상으로 이루어질 수 있고, 사포와 같이 거칠기가 큰 재료로 구성될 수도 있다.

상기 소음저감부의 재질 및 형상은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이다. 즉, 소정의 두께를 가진 형상으로 와류를 감소할 수 있는 형태면 충분하다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 원심팬 소음을 최소화하는 블레이드가 구비된 원심팬을 제공할 수 있다. 구체적으로는 상기 블레이드에 소음저감부를 마련하여 블레이드의 경계층에서 발생하는 와류를 줄일 수 있다.

즉, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 블레이드에 마련된 소음저감부가 유체에서 발생 되는 와류에 의해 진동 및 소음이 유발되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 원심팬을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 원심팬의 일실시예를 도시한 입체도이다.
도 2는 종래의 원심팬의 일실시예를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 원심팬의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 블레이드의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 원심팬의 소음 감소를 그래프로 도시한 것이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하의 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성할 수도 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

우선, 도2 참조하여 기본적인 원심팬의 구성에 대해서 상세히 설명한다. 상기 원심팬(100)는 회전 중심축이 결합하기 위한 중앙부(미도시)가 마련된 백플레이트(130)와, 상기 백플레이트(130)로부터 연장된 복수 개의 블레이드(120)가 마련될 수 있다. 상기 블레이드는 블레이드의 외곽선이 곡선을 이루도록 연장될 수 있다.

상기 블레이드(120)는 상기 원심팬(100)의 회전날개를 구성하며, 원심팬(100)의 운동 에너지를 유체에 전달하는 기능을 수행한다. 상기 블레이드(120)는 소정의 간격을 두고 복수 개로 마련될 수 있으며, 상기 백플레이트(130) 상에 방사상 형태로 배열될 수 있다.

상기 쉬라우드(110)는 유체가 통과하는 흡입단부와 토출단부를 갖는다. 상기 쉬라우드는 상기 흡입단부측으로 갈수록 직경이 작아지도록 만곡되어 형성될 수 있다.

또한 상기 흡입단부와 상기 토출단부 사이를 곡선으로 연결하는 둘레부를 포함할 수 있다. 상기 둘레부는 상기 쉬라우드의 내측 단면적이 넓어지도록 소정의 곡률을 가지고 라운딩 될 수 있다. 이러한 쉬라우드(110)는 백플레이트(130) 및 블레이드(120)와 함께 유체의 이동 통로를 형성할 수 있다.

유체의 이동방향을 살펴보면, 쉬라우드를 통해 유체는 상기 블레이드(120)의 회전에 의해 상기 원심팬(100)의 원주방향으로 유동하게 됨을 알 수 있다. 즉, 상기 원심팬(100)는 원심력으로 유속을 증가시켜 상기 원심팬(100)의 반경 방향으로 상기 유체를 토출 시킬 수 있다.

또한, 상기 원심팬(100)는 유체의 운동에너지를 압력에너지로 변환하기 위한 디퓨저(미도시)를 포함할 수 있다. 원심팬(100)의 회전에 의해서 원주방향으로 가속된 유체가 확산 되면서 속도가 감소하며, 상기 유체의 운동에너지가 효율성 있는 압력으로 변환될 수 있다.

상기 블레이드(120)의 단부와 결합되는 쉬라우드(110)는 상기 백플레이트(130)와 소정 간격이 이격 되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 쉬라우드(110)는 상기 백플레이트(130)와 평행하게 마주보는 면이 생기도록 마련될 수 있다.

이때 상기 쉬라우드(110)와 상기 백플레이트(130) 사이의 양끝단은 디퓨저(미도시)를 형성하게 된다. 즉, 유체가 토출되는 상기 쉬라우드의 토출단부와 상기 백플레이트의 토출단부는 디퓨저(미도시)의 역할을 수행할 수 있다.

한편, 상기 유체가 상기 쉬라우드(110)로 유입되어 토출되면서 상기 블레이드(120)의 경계층에는 와류가 발생할 수 있다. 층류 경계층에서 발생한 와류는 블레이드(120)의 끝전을 지나면서 층류 경계층 와류 흘림 소음(Laminar boundary Layer Vortex Shedding Noise)을 발생시킨다.

층류 경계층 와류 흘림 소음은 상기 블레이드(120)의 끝전에서 발생하는 레이놀즈 수에 따라 달라진다. 일반적인 에어포일 형태의 블레이이드에서는 상기 레이놀즈 수에 따라 종모양의 스펙트럼 형상을 가지는 층류 경계층 와류 흘림 소음이 존재한다.

도 3은 상기 소음을 감소시키기 위해 블래이드에 소음저감부가 마련된 본 발명의 바람직한 일실시예를 도시하고 있으며, 도 4는 도 3의 블레이드를 확대하여 도시하였다.

상기 복수개의 블레이드(120)는 각각 공기를 밀어내는 압력면(123)과, 압력면의 맞은편에 형성되어 대기압 보다 낮은 압력을 갖는 부압면(124)을 구비한다.

또한, 복수개의 블레이드(120)는 각각 상기 중심부 방향으로 유입되는 공기와 접촉하는 리딩엣지(121)(leading edge)와, 상기 백플레이트 외주측에 형성되어 공기를 토출시키는 트레일링엣지(122)(trailing edge)를 구비할 수 있다.

상기 원심팬이 반시계방향으로 회전하면, 상기 원심팬의 중심부(131)의 압력이 낮아지게 되어 외부와의 압력차에 의해 기체가 상기 흡입단부(111)를 통해 원심팬(100)의 중심부(131)로 흡입된다.

상기 흡입된 기체는 블레이드(120)의 회전에 의한 원심력에 의해 블레이드(120)의 부압면(124)측으로 밀려가게된다. 블레이드(120)의 부압면(124) 측으로 밀려간 기체는 소정의 각도로 경사진 상기 블레이드(120)의 압력면(123)에 수직된 방향으로 힘을 받는다.

상기 부압면(124)에 소음저감부(125)가 마련되면 상기 유체가 유동되는 과정에서 발생하는 소음을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

즉, 상기 블레이드(120)의 리딩 에지(121)(leading edge)와 트레일링 에지(122)(trailing edge) 사이의 일부영역에는 나머지 영역보다 표면거칠기가 큰 소음저감부(125)가 마련될 수 있다. 상기 소음저감부는 상기 부압면(124)에 마련됨이 바람직하다.

특히 상기 소음저감부(125)는 상기 블레이드(120)의 가로 너비의 중앙선에 가까울수록 소음이 효과적으로 감소한다.

보다 구체적으로, 상기 소음저감부(125)는 상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지까지의 거리에서 25% 이상 75% 이하가 되는 지점에 마련됨이 바람직하다.

보다 바람직하게는 상기 트레일링에지와 상기 리딩에지의 직선거리의 50%가 되는 지점에 스트립 형태로 마련될 수 있다.

상기 지점에서 유체의 와류가 자주 발생하므로 상기 위치에 상기 소음저감부(125)가 마련되었을 때 효과적으로 와류 발생을 줄일 수 있기 때문이다.

또한, 도 4를 도시된 화살표 방향으로 유체의 유동이 발생하는 경우, 상기 소음저감부(125)는 상기 원심팬으로 유입되는 유체의 유동방향에 수직 된 방향으로 형성됨이 바람직하다.

본발명의 일실시예에 따르면 상기 소음저감부는 상기 리딩 에지 및 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나와 평행하게 마련될 수 있다. 이는 상기 유체의 유동방향에 수직방향으로 상기 소음저감부(125)가 마련될 수 있음을 의미한다.

상기 원심팬(100)의 원심력으로 유속이 증가되면 유체는 상기 원심팬(100)의 반경 방향으로 토출된다. 즉, 유체는 회전하는 블레이드(120)에 의해 리딩 에지(121)로부터 상기 트레일링 에지(122) 방향으로 빠져나가며, 상기 블레이드의 굴곡진 부압면에서 와류가 발생한다.

따라서 상기 유체의 유동방향에 수직 된 방향으로 소음저감부(125)가 마련되면 상기 소음저감부에서는 와류가 감소하게 되고, 상기 블레이드(120)의 트레일링 에지(122)에서 발생하는 와류 흘림소음도 효과적으로 절감시킬 수 있다.

도 6 에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 원심팬에서 발생되는 소음이 감소되는 현상을 그래프로 도시하고 있다. 블레이드 기준으로 400mm직경의 플러그 타입의 원심팬을 1570rpm으로 동작시켰으며, 상기 소음저감부는 리딩엣지와 트레일링엣지 사이의 50% 지점에 스트립 형태로 마련하였다.

상기 조건에서 원심팬에서 발생하는 소음은 소음저감부가 마련되지 않은 경우 보다 4.8% 감소하였다. 특히 약 2500Hz 에서 3500Hz 사이에서 얻는 소음 절감 효과는 매우 효과적인 것을 알 수 있다.

참고로, 상기 쉬라우드에 상기 소음저감부가 마련된 경우에는 소음 변화가 거의 없었으며, 블레이드의 트레일링엣지의 경우에는 원심팬의 소음이 2.9% 감소하였고, 리딩엣지에 상기 소음저감부가 마련된 경우에는 3.3%감소하였다.

즉, 상기 소음 저감부를 상기 블레이드 부압면의 중앙에 유체가 토출되는 유동방향에 수직인 방향으로 부착하는 경우, 약 5% 소음이 감소하는 것으로 가장 효과적으로 원심팬의 소음을 감소시킴을 알 수 있다.

한편, 상기 유체에서 발생 되는 와류에 의해 진동 및 소음이 유발되는 것을 방지하기 위한 소음저감부(125)의 폭은 적어도 1mm 이상인 것이 바람직하다. 물론 제작의 효율성 및 편리성을 감안하여 두께의 폭은 조정될 수 있다.

또한, 본원발명의 일실시예에 따르면 상기 소음저감부(125)는 딤플형상으로 마련될 수 있다. 또 다른 일 실시예에 따르면 사포와 같이 거친 소재의 거칠기로 마련될 수 있다.

상기 블레이드의 부압면(124)에 상기 거칠기를 부착하기 위한 부착수단을 마련하고, 그 위해 소정의 두께를 가진 거칠기가 부착될 수 있다.

물론 상기 소음저감부의 형태 또는 재질은 상기 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

100: 원심팬 110: 쉬라우드
111: 흡입단부 113: 토출단부
120: 블레이드 121: 리딩 에지(leading edge)
122: 트레일링 에지(trailing edge) 123: 소음저감부

Claims (8)

1. 복수 개의 블레이드가 구비된 원심팬에 있어서,
   상기 블레이드의 리딩에지(leading edge)와 트레일링에지(trailing edge) 사이의 일부 영역에는, 나머지 영역보다 표면거칠기가 크게 형성된 소음저감부가 마련되고,
   상기 소음저감부는 상기 리딩에지와 상기 트레일링에지 사이의 50% 지점에 마련되며,
   상기 소음저감부는 상기 리딩에지에서 상기 트레일링에지의 직선거리 방향에 수직되게 스트립 형태로 형성되고,
   상기 소음저감부는 상기 리딩 에지 및 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나와 평행하게 그리고 원심팬으로 유입되는 유체의 유동방향에 수직 된 방향으로 마련되는 것을 특징으로 하는 원심팬.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 소음저감부는 상기 블레이드의 부압면에 마련된 것을 특징으로 하는 원심팬.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 소음저감부의 폭은 적어도 1mm 이상인 것을 특징으로 하는 원심팬.
8. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 소음저감부는 딤플 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원심팬.

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