KR101911706B1 - 축류팬 - Google Patents

Abstract

본 발명의 축류팬은 허브; 및 상기 허브와 연결된 복수의 회전날개를 포함하고, 상기 회전날개의 전연선에서의 스윕각은 정현 함수 또는 정현 함수와 다차 함수가 중첩된 형태의 함수를 따르는 것을 특징하며, 현저한 소음 저감 효과가 있다.

Description

축류팬{AXIAL FAN AND AIR CONDITIONER HAVING THE SAME}

본 발명은 축류팬 및 이를 포함하는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로 축류팬은 공기를 축방향으로 흡입된 공기를 축방향으로 송풍하는 팬이다. 이러한 축류팬은 모터 등의 회전축과 결합되는 허브와, 상기 허브의 외주면 복수의 회전날개가 형성된 구조이다.

이러한 축류팬은 공기조확상기 축류팬이 회전할때, 공기는 회전날개의 전연 (leading edge)로부터 후연(trailing edge)로 정압면을 따라 유동하는데, 이때,상기 정압ㄹ상기 회전날개는 공기가

일반적인 축류팬은 모터와 같은 구동원으로부터 전달되는 회전력에 의해 공기를 축방향으로 송풍하는 장치이다. 이러한 축류팬은 선풍기나 공기조화기 및 냉장고 등의 가전제품뿐만 아니라, 항공기나 발전기 등과 같이 다양한 산업분야에 널리 적용되고 있다.

상기 축류팬의 송풍 성능 및 소음 특성은 유체역학적 특성과, 팬이나 구조물의 구조적인 특성에 의해 달라지는데, 특히 소음 발생을 효과적으로 줄일 수 있는 방안을 강구할 필요가 있다.

본 발명이 해결하려고 하는 과제는 소음 발생을 효과적으로 저감시킨 축류팬 및 공기조화기를 제공하는 것이다.

본 발명의 축류팬은 허브; 및 상기 허브와 연결된 복수의 회전날개를 포함하고, 상기 회전날개의 전연선에서의 스윕각은 정현 함수 또는 정현 함수와 다차 함수가 중첩된 형태의 함수를 따르는 것을 특징으로 한다.

다르게는, 본 발명의 축류팬은 허브와, 상기 허브와 연결된 복수의 회전날개를 포함하는 축류팬에 있어서, 정현 함수 또는 정현 함수와 다차 함수가 중첩된 형태의 스윕각 함수를 따라 전연선을 형성하고, 상기 회전날개의 전연과 후연을 연결하는 익현길이 및 상기 회전날개의 압력면과 흡입면 사이의 중간 지점을 연결하는 캠버라인의 전연에서의 접선과 후연에서의 접선이 이루는 캠버각 중의 적어도 하나를 인자로 하여 상기 회전날개의 유선형 단면 형상을 정하고, 상기 유선형 단면에서의 전연과 후연을 잇는 직선과 상기 허브의 회전축이 이루는 피치각과, 상기 회전날개의 익근과 익단을 잇는 직선과 상기 허브의 회전축이 이루는 레이크각을 적용하여 형성된다.

본 발명의 축류팬 및 공기조화기는 회전날개의 후연(trailing edge)에서 유동의 박리가 이루어지며 발생하는 소음에 위상차를 두어 팬 구동에 따른 소음을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 실외기를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 축류팬을 도시한 사시도이다.
도 3은 도2의 회전날개(a)와, 스윕각 분포를 도시한 그래프(b)를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 축류팬의 회전날개(a)와, 스윕각 분포를 도시한 그래프(b)이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 축류팬의 회전날개(a)와, 스윕각 분포를 도시한 그래프(b)이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 실외기를 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 공기조화기는 압축, 응축, 팽창 및 증발되는 냉매의 순환 사이클을 통해 주변 공기의 온도를 조화시키는 장치이다. 이러한, 공기조화기는 실내에 설치되어 공기와의 열교환을 통해 실내 공기를 조화시키는 실내기와, 실외에 설치되어 공기와 열교환하는 실외기를 포함할 수 있다. 이러한 실외기는 실내기와의 사이에서 순환되는 냉매를 압축하기 위한 압축기(미도시), 상기 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축시키는 열교환기 또는 응축기(미도시)와, 외기를 강제 송풍시키는 축류팬을 포함할 수 있다. 냉난방 겸용 공기 조화기의 경우, 실외기에 구비된 열교환기는 냉방 운전시에는 응축기로, 난방 운전시에는 증발기로 작용한다.

도 1은 이러한 실외기의 일례를 도시한 것으로, 실외기는 케이싱(2)과, 모터 등의 구동장치에 의해 케이싱(2) 내에서 회전되는 축류팬(10)을 포함한다. 케이싱(2)에는 외기 흡입을 위한 흡입구(3)와 축류팬(10)에 의해 송풍된 공기가 토출되는 토출구(4)가 형성될 수 있다.

이하, 축류팬(10)은 공기조화기의 실외기에 구비되는 것으로 설명하나, 이에 한하지 않는다. 예를들어, 실내기에는 냉매와 실내 공기와의 사이에 열교환을 위한 열교환기가 구비되고, 이러한 열교환기를 통해 공조된 공기를 실내로 송풍시키기 위한 송풍팬이 구비되는데. 최근에는 실내기의 송풍팬으로 시로코팬 또는 터보팬 등의 원심팬이 주로 이용되는 추세이기는 하나, 실내기의 구조에 따라서는 축류팬이 이용될 수도 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 축류팬을 도시한 사시도이다. 도 3은 도2의 회전날개(a)와, 스윕각 분포를 도시한 그래프(b)를 도시한 것이다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 축류팬(10)은 허브(11)와, 허브(11)의 둘레를 따라 복수가 형성되는 회전날개(20)를 포함한다.

허브(11)는 모터 등의 구동장치에 의해 회전되는 회전축에 연결된다. 회전날개(20)는 허브(11)의 외주에 방사상으로 배열되어 허브(11)와 일체로 회전되면서 공기를 축방향으로 송풍한다. 축류팬은 허브(11)와 복수의 회전날개(20)가 일체로 형성된 합성수지재로 형성될 수 있다. 회전날개(20)가 회전되면서 그 전후면에서의 공기 유동속도 차이에 따른 압력차를 생성시켜 공기를 축방향으로 송풍시킨다. 여기서, 공기를 밀어내는 회전날개(20)의 일면을 압력면(21a)이라고 하고, 압력면(21a)의 반대쪽 면을 흡입면(21b)이라고 한다. 또한, 회전날개(20)와 허브(11)가 만나는 부분을 익근(24)이라고 하고, 회전날개(20)의 최외각을 익단(25)이라고 한다.

전연선(leading edge line)(22)은 회전날개(20)의 회전방향의 전단을 의미하고, 후연선(trailing edge line)(23)은 회전날개(20)의 회전방향의 후단을 의미하고, 전연(L1)과 후연(T1)은 각각 전연선(22)과 후연선(23) 상에서, 허브(11)의 중심(o)으로부터 동일 반경에 위치한다. 축류팬(10) 회전시 공기는, 전연선(22)으로부터 후연선(23)으로 유동한다.

이와 같은 축류팬에 있어서, 공기 유동에 직접 관여하는 것은 회전날개(10)로서, 이 회전날개는 유선형 단면구조를 가질 수 있고, 회전날개(20)의 회전시에 유도되는 압력면(21a)에서의 압력 상승을 이용하여 축류팬의 후방으로부터 전방으로 축방향으로 공기를 송풍시킨다.

이러한 축류팬에서 회전날개(20)의 형상을 결정하는 인자로서 스윕각, 익현길이, 캠버각, 피치각, 레이크 앵글은 후술하는 바와 같이 정해진다.

도 3을 참조하면, 스윕각(sweep angle)(ψ)은 허브(11)의 중심(o)에서 회전날개(20)의 전연선(22)과 익근(24)이 만나는 내측단(L0)을 연결하는 직선(P0)과 전연선(22) 상의 임의의 점(L1)에서의 접선(P1) 사이의 각이다. 도 3의 그래프는 전연선(22)의 내측단(L0)과 외측단(L2)을 연결하는 직선(x축)을 따라 허브(11)로부터 익단(25), 즉 L0에서 L2 이르며 스윕각의 크기(y축)를 그래프로 나타낸 것이다.

익현길이(chord length)는 전연(L1)에서 후연(T1)까지를 연결한 익현(chord)(c)의 길이이다. 상기 익현길이는 축류팬의 회전시 회전날개(20)의 회전방향의 폭을 나타내는 인자로서, 풍량과 효율에 영향을 준다. 즉, 동일한 조건의 축류팬에 있어서 상기 익현길이가 클수록 풍량과 효율이 증가하나 일정 기준값 이상에서는 오히려 감소하는 특징을 보인다. 또한, 회전날개(20)의 반경방향을 따른 임의의 점을 지나는 익현의 길이는, 회전날개(20)의 반경방향에서의 위치에 따라 다른 값을 갖을 수 있으며, 상기 익현길이의 분포형태는 소음발생과 밀접한 영향을 미친다.

캠버각(camber angle)은, 회전날개(20)의 유선형 단면에서 압력면(21a)과 흡입면(21b) 사이의 중간 지점을 연결하는 캠버라인(camber line)의 전연에서의 접선과 후연에서의 접선이 이루는 각이다.

피치각(pitch angle)은 회전날개(20)의 유선형 단면에서 전연(L1)과 후연(T1)을 잇는 직선(c)과 허브(11)의 회전축(z)에 직교하는 평면이 이루는 각이다. 축류팬은 회전하면서 공기를 축방향으로 이송시키는데, 이러한 공기의 이동은 회전날개(20)가 회전되면서 압력면(21a)에서의 압력이 상승함에 따라 발생한다. 즉, 회전날개(20)의 압력면(21a)에는 정압(positive pressure, +)이 생성되고, 흡입면(21b)에는 부압(negative pressure, -)이 발생하게 되며, 이러한 측면에서 압력면(21a)을 정압면으로, 흡입면(21b)을 부압면이라고 부르기도 한다.

레이크각(rake angle)은 익근(24)과 익단(25)을 연결하는 직선과 허브(11)의 회전축(z) 사이의 각도이다. 도 3에서는 회전날개(20)의 원주방향 상의 중간 지점에서의 레이크각을 측정하기 위한 기준선으로 익근(24)에서의 중간점과 익단(25)에서의 중간점을 잇는 직선(R.L)이 도시되어 있고, 이때의 레이크각은 직선(R.L)과 z축 사이의 각도로 정의될 수 있다.

상기와 같은 축류팬에서 회전날개는 스윕각을 적용하여 전연선(22)의 형상을 정한 후, 익현길이와 캠버각 등을 적용하여 캠버의 형상을 정하고, 피치각, 레이크각 들을 차례로 적용함으로써 최종적인 형상이 결정된다. 여기서, 특히 스윕각(ψ)은 회전날개(20)의 설계시 전연(L1)과 후연(T1)을 연결하는 익현길이에 밀접한 영향을 끼치는 인자로, 공기가 원주방향으로 회전날개(20)의 표면을 따라 이동하는 거리와 관련된다. 따라서, 반경방향을 따른 스윕각(ψ)의 분포에 따라 후연선 상의 각 지점에서 발생하는 소음 사이에 위상차를 유도할 수 있고, 이는 축류팬의 소음을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

이하에서는, 이러한 스윕각(ψ)의 분포 형태에 따라 결정되는 회전날개의 다양한 실시예들을 설명한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 축류팬에서의 회전날개(20)는 정현 함수( sinusoidal function)와 다차 함수가 중첩된 형태의 스윕각 함수(F(r))에 따라 스윕각이 결정된다. 여기서, r은 내측단(L0)에서 외측단(L2)으로의 변위이다.

이하의 실시예에서의 회전날개들은 모두 허브(11)로부터 회전방향을 향해 전향된 형태이나, 서로 다른 형태의 전연선들을 갖는다.

도 3의 회전날개(20)는 전연선(22)상에 적어도 하나의 극점(a1)과 적어도 하나의 변곡점(a2)을 갖는 형태로, 극점(a1)에서 최소 스윕각을 갖는다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 축류팬의 회전날개(a)와, 스윕각 분포를 도시한 그래프(b)이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 축류팬에서의 회전날개(30)는 적어도 하나의 극점(b1)과 도3의 경우보다 더 많은 수의 변곡점(b2, b3)을 갖는다. 극점(b1)에서 최소 스윕각을 갖고, 반경방향을 따라 익단측(L2)으로 갈수록 상기 변곡점들에서의 스윕각의 크기가 증가한다.

도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 축류팬에서의 회전날개(a)와, 스윕각 분포를 도시한 그래프(b)이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 축류팬에서의 회전날개(40)는 도 4에서보다 많은 수의 극점(c1, c3, c5, c7, c9)과 변곡점(c2, c4, c6, c8 ,c10)을 갖고, 반경방향을 따라 익단측(L2)으로 갈수록 극점에서의 스윕각과 변곡점에서의 스윕각의 크기가 각각 증가하는 특성을 보인다.

상기 실시예들에서, 반경방향을 따라 익단측(L2)으로 갈수록 극점들에서의 스윕각 또는 변곡점들에서의 스윕각의 크기가 커지는 경향을 보이는데, 이는 회전날개가 전체적으로는 회전방향으로 치우친 전향익의 형태를 유지하게 하며, 그러면서도 인접하는 극점들 사이 또는 변곡점들 사이에서의 스윕각의 크기가 증감됨으로써 회전날개와의 사이에서의 유동 박리로 인해 발생하는 소음에 다양한 형태의 위상차를 생성한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

1. 허브; 및
   상기 허브와 연결된 복수의 회전날개를 포함하고,
   상기 회전날개의 전연선에서의 스윕각은,
   정현 함수 또는 정현 함수와 다차 함수가 중첩된 형태의 스윕각 함수를 따르고,
   상기 스윕각 함수는,
   극소점과 극대점이 교대로 반복되는 복수개의 극점을 갖고,
   상기 극소점은 복수개가 구비되고,
   상기 복수개의 극소점은 상기 회전날개가 상기 허브와 만나는 익근측에서 상기 회전날개의 익단측으로 갈수록 값이 점점 증가하고,
   상기 극대점은 복수개가 구비되고,
   상기 익근측에서 상기 익단측으로 갈수록 값이 점점 증가하고,
   상기 스윕각 함수는,
   상기 각각의 극대점과 상기 각각의 극소점 사이에서 정의되는 변곡점들이 상기 익근측에서 상기 익단측으로 갈수록 값이 점점 증가하는 축류팬.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전날개는 전향익인 것을 특징으로 하는 축류팬.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 극점 중 상기 허브와 가장 인접한 것에서 최소 스윕값을 갖는 것을 특징으로 하는 축류팬.
7. 허브와, 상기 허브와 연결된 복수의 회전날개를 포함하는 축류팬에 있어서,
   정현 함수 또는 정현 함수와 다차 함수가 중첩된 형태의 스윕각 함수를 따라 전연선을 형성하고,
   상기 회전날개의 전연과 후연을 연결하는 익현길이 및 상기 회전날개의 압력면과 흡입면 사이의 중간 지점을 연결하는 캠버라인의 전연에서의 접선과 후연에서의 접선이 이루는 캠버각 중의 적어도 하나를 인자로 하여 상기 회전날개의 유선형 단면 형상을 정하고,
   상기 유선형 단면에서의 전연과 후연을 잇는 직선과 상기 허브의 회전축이 이루는 피치각과, 상기 회전날개의 익근과 익단을 잇는 직선과 상기 허브의 회전축이 이루는 레이크각을 적용하여 형성되고,
   상기 스윕각 함수는,
   극소점과 극대점이 교대로 반복되는 복수개의 극점을 갖고,
   상기 극소점은 복수개가 구비되고,
   상기 복수개의 극소점은 상기 회전날개가 상기 허브와 만나는 익근측에서 상기 회전날개의 익단측으로 갈수록 값이 점점 증가하고,
   상기 극대점은 복수개가 구비되고,
   상기 익근측에서 상기 익단측으로 갈수록 값이 점점 증가하고,
   상기 스윕각 함수는,
   상기 각각의 극대점과 상기 각각의 극소점 사이에서 정의되는 변곡점들이 상기 익근측에서 상기 익단측으로 갈수록 값이 점점 증가하는 축류팬.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 스윕각 함수는,
    상기 복수의 극점 중 상기 허브와 가장 인접한 것에서 최소값을 갖는 것을 특징으로 하는 축류팬.
12. 제 1 항, 제 2 항, 제 6 항, 제 7 항 및 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서의 축류팬을 포함하는 공기조화기.

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