KR101799154B1 - 원심팬 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원심팬에 관한 것이다. 일 측면에 따른 원심팬은 하우징 및 상기 하우징에 장착되는 임펠러; 상기 임펠러에 구비되며, 모터의 구동력에 의해 회전하는 허브; 및 상기 허브에 방사상으로 연장되는 다수의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드는 리딩 에지로부터 트레일링 에지를 향하여 상기 임펠러의 회전방향 측으로 만곡되는 형상으로 이루어지고, 상기 블레이드에서 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지를 잇는 면으로부터 가장 먼 지점은 최고점부로 정의되고, 상기 최고점부는 상기 트레일링 에지보다 상기 리딩 에지에 가까이 배치된다.

Description

원심팬 {CENTRIFUGAL FAN}
본 발명은 원심팬에 관한 것이다.
원심팬은 송풍기의 일종으로서 모터에 의해 구동되며, 날개차의 회전에 의해 공기를 날개차 안쪽에서 원심력에 의해 원주 방향으로 내보낸다. 일반적으로 원심팬은 유량과 압력이 요구되는 곳에 사용된다. 일례로 원심팬은 공기조화기, 건조기, 헤어 드라이기 등에 이용되고 있다.
원심팬은 하우징과 하우징 내부에 수용되는 임펠러 및 임펠러를 회전시키기 위한 모터를 포함한다. 외부 공기는 임펠러의 축방향을 따라 하우징 내로 유입되어 압축된 후 임펠러의 회전방향으로 토출된다. 원심팬의 토출 유량 성능은 임펠러의 형상, 모터의 성능 또는 하우징의 형상 등에 의해 영향을 받는다.
선행문헌인 한국공개특허공보 제10-2006-0089789호에는 "원심팬"에 관한 내용이 개시된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 임펠러에 구비된 블레이드 형상을 변경함으로써 원심팬의 유량과 압력 성능을 만족하는 동시에 유동 소음을 저감시키는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 원심팬은 하우징 및 상기 하우징에 장착되는 임펠러; 상기 임펠러에 구비되며, 모터의 구동력에 의해 회전하는 허브; 및 상기 허브에 방사상으로 연장되는 다수의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드는 리딩 에지로부터 트레일링 에지를 향하여 상기 임펠러의 회전방향 측으로 만곡되는 형상으로 이루어지고, 상기 블레이드에서 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지를 잇는 면으로부터 가장 먼 지점은 최고점부로 정의되고, 상기 최고점부는 상기 트레일링 에지보다 상기 리딩 에지에 가까이 배치된다.
본 발명의 실시 예에 따른 원심팬은 블레이드의 형상을 변경함으로써 유량과 압력 성능을 만족하는 동시에 유동소음이 저감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원심팬의 사시도이다.
도 2는 도1의 Ⅰ-Ⅰ`를 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 도 2의 블레이드를 도시한 도면이다.
도 4는 원심팬의 유량-정압 그래프이다.
도 5는 특유 지름과 특유 속도와의 관계를 나타낸 Cordier 그래프이다.
도 6은 POMC와 원심팬의 소음과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 7 본 발명의 임펠러가 도 6의 조건을 만족하는 경우의 설계사항을 기재한 것이다.
도 8 본 발명의 실시 예에 따른 원심팬의 블레이드의 설계사항에 따른 소음과 압력 성능을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원심팬의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 원심팬(1)은 하우징(10), 임펠러(20) 및 모터(미도시)를 포함한다. 상기 임펠러(20)는 상기 하우징(10) 내부에 회전 가능하게 장착되며, 상기 모터는 상기 임펠러(20)에 연결되어 상기 임펠러(20)에 회전력을 제공할 수 있다.
상기 하우징(10)에는 외부 공기가 흡입되는 흡입구(11) 및 공기가 토출되는 토출구(12)가 형성된다.
외부에서 유입되는 공기는 상기 흡입구(11)를 통해 상기 임펠러(20)의 회전축 방향을 향한다. 상기 토출구(12)는 상기 임펠러(20)의 반경방향에 형성될 수 있다. 즉, 상기 흡입구(11)와 상기 토출구(12)는 서로 수직한 방향에 형성된다.
이에 따라, 상기 흡입구(11)를 통해 상기 하우징(10)으로 유입된 공기는 상기 토출구(12)를 통해 반경방향으로 토출될 수 있다.
상기 토출구(12)의 일측에는 컷오프(cut-off)부(13)가 형성될 수 있다.
상기 흡입구(11)로 유입된 공기는 상기 컷오프부(13)로부터 점차 확대되는 유로를 따라 상기 토출구(12)로 이동된다. 상기 토출구(12)로 토출되는 공기는 상기 토출구(12) 주위에서 동압을 정압으로 회복하면서 상기 토출구(12) 외부로 토출되게 된다.
상기 임펠러(20)는 상기 모터의 구동력에 의해 회전하는 허브(미도시)와, 상기 허브에 방사상으로 연장되는 다수의 블레이드(201)가 구비될 수 있다. 상기 다수의 블레이드(201)의 형상 및 배치 등에 의해 상기 원심팬(1)의 유량과 압력 성능이 영향을 받을 수 있다.
도 2는 도1의 Ⅰ-Ⅰ`를 따라 절개한 단면도이고, 도 3은 도 2의 블레이드를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 블레이드(201)는 만곡된 형상으로 이루어진다. 상기 블레이드(201)의 내측 에지를 리딩 에지(LE: leading edge)(203)라 이름하고, 상기 블레이드(201)의 외측 에지를 트레일링 에지(TE: trailing edge)(205)라 이름한다.
상기 블레이드(201)는 상기 리딩 에지(203)로부터 상기 트레일링 에지(205)를 향하여 상기 임펠러(20)의 회전방향측으로 만곡되는 형상으로 이루어진다.
상기 블레이드(201)에서 상기 리딩 에지(203)와 상기 트레일링 에지(205)를 잇는 면으로부터 가장 먼 지점은 최고점부(207)로 정의될 수 있다.
상기 최고점부(207)까지의 거리를 굴곡높이라 할 수 있다.
상기 최고점부(207)는 상기 트레일링 에지(205)보다 상기 리딩 에지(203)에 가까이 배치될 수 있다. 즉, 상기 최고점부(207)는 상기 블레이드(201)의 중심부보다 상기 임펠러(20)의 회전축(O) 측으로 치우진 곳에 위치한다.
이와같은 형상을 통해 상기 블레이드(201)의 리딩 에지(203) 및 상기 트레일링 에지(205) 측에서 유동 균일화에 효과가 있다. 이와 같은 효과는 유동 해석을 통하여 확인할 수 있었다.
이하에서는, 상기 원심팬(1)의 유량 및 압력 성능을 제어하기 위한 인자에 대해 설명한다.
D1(mm)은 상기 블레이드(201)의 내경을 의미한다. 상기 블레이드(201)의 내경은 다수의 블레이드(201)의 리딩 에지(203)를 잇는 원의 지름을 의미한다. 이때, 상기 블레이드(201)의 회전축(O)이 상기 원의 중심이 된다.
D2(mm)는 상기 블레이드(201)의 외경을 의미한다. 상기 블레이드(201)의 외경은 다수의 블레이드(201)의 트레일링 에지(205)를 잇는 원의 지름을 의미한다. 이때, 상기 블레이드(201)의 회전축(O)이 상기 원의 중심이 된다.
P(mm)는 상기 다수의 블레이드(201)의 피치(Pitch)로서, 각 블레이드(201) 사이의 간격을 의미한다.
OA(degrees)는 Occupation Angle의 약자로서, 상기 블레이드(201)의 기울어진 각도를 의미한다. 구체적으로, OA는 상기 임펠러(20)의 회전축을 중심으로 상기 블레이드(201)의 리딩 에지(LE)와 트레일링 에지(TE) 사이의 각도를 의미한다.
CL(mm)은 Chord length의 약자로서, 상기 블레이드(201)의 시위길이를 의미한다. 구체적으로, 상기 블레이드(201)의 시위길이는 상기 블레이드(201)의 리딩 에지(LE)에서 트레일링 에지(TE)까지의 거리(a)로 정의된다.
POMC는 Position of Maximum Camber의 약자로서, 상기 블레이드(201)의 시위길이(a)에 대한 상기 블레이드(201)의 리딩 에지(203)로부터 상기 블레이드(201)의 최고점부(207)까지의 거리(b)의 비로 정의된다.
MC는 Maximum Camber의 약자로서, 상기 블레이드(201)의 시위길이(a)에 대한 상기 블레이드(201)의 최고점부(207) 높이(c)의 비로 정의된다.
β1(degrees)은 상기 블레이드(201)의 리딩 에지(203)로 유입되는 공기의 입구각을 의미한다. β2(degrees)는 상기 블레이드(201)의 트레일링 에지(205)로부터 유출되는 공기의 출구각을 의미한다.
도 4는 원심팬의 유량-정압 그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 원심팬(1)의 유량(Flow Rate)과 정압(Static Pressure)의 관계를 나타낸 그래프가 도시된다.
도 4의 그래프에 표시된 유량(Flow Rate)은 본 발명의 임펠러(20)에 의해 발생하는 공기의 유량을 CMM(Cubic Meter per Minute) 단위로 나타낸 것이다.
도 4의 그래프에 표시된 정압(Static Pressure)은 본 발명의 임펠러(20)의 블레이드(20에 흐르는 유체와 직각방향으로 작용하는 압력을 Pa(pascal) 단위로 나타낸 것이다.
System 저항_min은 통상적으로 적용되는 시스템 저항의 최소치를 의미하고, System 저항_max는 통상적으로 적용되는 시스템 저항의 최대치를 의미한다.
Impeller_min는 본 발명의 임펠러(201)의 최소치를 의미하고, Impeller_max는 본 발명의 임펠러(201)의 최대치를 의미한다.
도 5는 특유 지름과 특유 속도와의 관계를 나타낸 Cordier 그래프이다.
도 5을 참조하면, 본 발명의 임펠러(20)는 무차원식인 특유 지름(Specific Diameter, Ds) 값과, 특유 속도(Specific Speed, Ns)값을 갖는다. 이를 수식으로 정의하면 아래과 같다.
Figure 112015095386236-pat00001
Figure 112015095386236-pat00002
여기서 Φ는 유량계수(Flow Coefficient)를 의미하고, Ψ는 양정계수(Head Coefficient)를 의미한다. 이를 각각 수식으로 나타내면 아래와 같다.
Figure 112015095386236-pat00003
Figure 112015095386236-pat00004
여기서, ρ는 계수, Q는 유량을 의미하고, N은 rpm 속도를 의미하고, D는 지름을 의미하고, PT 펌프의 양정을 의미한다.
시로코팬(Sirroco_AC, Sirroco_DC)의 특유 지름 및 특유 속도 값들은 Cordier`s diagram의 하단에 분포한다. 여기서, 본 발명의 특유 지름 및 특유 속도 값은 시로코팬(Sirroco_AC, Sirroco_DC)의 특유 지름 및 특유 속도 값들의 분포에서 벗어나 있는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 POMC와 원심팬의 소음과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 블레이드(201)의 POMC값이 0.5인 경우 소음이 최소가 되며, 상기 블레이드(201)의 POMC값이 0.5를 초과하게 되면 소음값이 급격하게 상승하는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 블레이드(201)의 POMC값이 0.5를 기준으로 작아질수록 소음값이 완만하게 증가하는 것을 알수 있다.
상기 블레이드(201)의 POMC값은 0.01 내지 0.49인 것이 바람직하다.
도 7 본 발명의 임펠러가 도 6의 조건을 만족하는 경우의 설계사항을 기재한 것이다.
도 7을 참조하여 표에 기재된 설계인자를 설명한다.
D2/H는 세경비로서, 상기 블레이드(201)의 외경 상기 임펠러(20)의 높이(H)로 나눈 값으로 정의된다. N(rpm)은 상기 임펠러(20)의 회전 속도를 의미한다. Z(ea.)는 상기 임펠러(20)에 구비된 블레이드(201)의 개수를 의미한다.
MC 값은, 상기 리딩 에지(203)로부터 상기 트레일링 에지(205)까지의 거리(a)에 대한 상기 최고점부(207)의 높이(c)의 비로 정의되고, 상기 MC 값은 0.05 이상 0.16 이하인 것이 바람직하다.
상기 리딩 에지(203)에서의 공기의 입구각(β1)은 90.74도 이상 104.35도 이하인 것이 바람직하다.
상기 트레일링 에지(205)에서의 공기 출구각(β2)은 49.95도 이상 63.85도 이하인 것이 바람직하다.
상기 임펠러(20)의 회전 중심(O)을 기준으로 상기 리딩 에지(203)와 상기 트레일링 에지(205)가 이루는 각도(OA)는 5.5도 이상 9.8도 이하인 것이 바람직하다.
상기 임펠러(20)에 장착되는 다수개의 블레이드의 개수(Z)는 50개 이상 60개 이하로 구비되는 것이 바람직하다.
각각의 블레이드(201)에 구비된 리딩 에지(203)를 잇는 원의 지름(D1)은 116.4mm 이상 128.8mm 이하인 것이 바람직하다.
한편, 상기 블레이드(201)의 β2값을 크게할수록 상기 임펠러(20)의 효율을 높이고 유동소음의 저감에 효과가 있다.
도 8 본 발명의 실시 예에 따른 원심팬의 블레이드의 설계사항에 따른 소음과 압력 성능을 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 압력(Pressure) 성능에 대해서는 r1, Z, OA의 영향도가 큰 것을 알 수 있으며, 소음(Noise) 인자에 대하여는 r1, Z, β2의 영향도가 큰 것을 알 수 있다.
또한, r1은 Z와 반비례 관계에 있으며, OA와는 비례관계에 있음을 알 수 있다.
이처럼, 본 발명에서 제안하는 특정 Ns값과 Ds값을 만족하도록 상기 원심팬(1)의 임펠러(20)를 설계하게 되면, 유량과 압력 성능을 만족하는 동시에 유동소음이 저감될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 원심팬 10: 하우징
20: 임펠러 201: 블레이드

Claims (8)

  1. 하우징;
    상기 하우징에 장착되는 임펠러;
    상기 임펠러에 구비되며, 모터의 구동력에 의해 회전하는 허브; 및
    상기 허브에 방사상으로 연장되는 다수의 블레이드를 포함하고,
    상기 블레이드는 리딩 에지로부터 트레일링 에지를 향하여 상기 임펠러의 회전방향 측으로 만곡되는 형상으로 이루어지고,
    상기 블레이드에서 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지를 잇는 면으로부터 가장 먼 지점은 최고점부로 정의되고,
    상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지까지의 거리에 대한 상기 리딩 에지로부터 상기 최고점부까지의 거리의 비는 POMC 값으로 정의되며,
    상기 POMC 값은 0.01 이상 0.49 이하인 원심팬.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지까지의 거리에 대한 상기 최고점부의 높이의 비는 MC 값으로 정의되고,
    상기 MC 값은 0.05 이상 0.16 이하인 원심팬.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리딩 에지에서의 공기의 입구각은 90.74도 이상 104.35도 이하인 원심팬.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 트레일링 에지에서의 공기 출구각은 49.95도 이상 63.85도 이하인 원심팬.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 임펠러의 회전 중심을 기준으로 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지가 이루는 각도는 5.5도 이상 9.8도 이하인 원심팬.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 임펠러에 장착되는 다수개의 블레이드의 개수는 50개 이상 60개 이하로 구비되는 원심팬.
  8. 제 1 항에 있어서,
    각각의 블레이드에 구비된 리딩 에지를 잇는 원의 지름은 116.4mm 이상 128.8mm 이하인 원심팬.





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