KR102128580B1

KR102128580B1 - 축류팬

Info

Publication number: KR102128580B1
Application number: KR1020180133396A
Authority: KR
Inventors: 김숭엽; 김종욱; 박병일; 오시영; 전부환
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2020-06-30
Also published as: KR20200050606A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬은, 모터의 구동축과 연결되는 허브; 상기 허브의 외주면으로부터 방사상으로 연장되는 복수개의 블레이드(blade); 및 상기 블레이드의 팁(tip) 부분에 형성되고, 상기 블레이드의 압력면에서 부압면으로 말린 윙렛(winglet);을 포함하고, 상기 윙렛은, 상기 블레이드의 압력면에서 부압면 방향으로 그 높이가 상기 블레이드의 트레일링 에지(traling edge)에서 가장 짧게 형성되는 것이 바람직하다.

Description

축류팬 {Axial flow fan}

본 발명은 풍량의 저하 없이 소음을 개선할 수 있는 축류팬에 관한 것이다.

일반적으로 공기 조화기는 압축기, 실외 열교환기, 팽창밸브 및 실내 열교환기를 포함하는 냉동 사이클을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방시키는 장치이다.

이러한 공기 조화기는 실내기와 실외기로 구성되는데, 실내기는 실내 열교환기 및 실내 팬 등을 포함하고, 실외기는 압축기, 실외 열교환기 및 실외 팬 등을 포함한다.

최근 사용자의 주거형태의 변화에 따라, 좁은 공간에 설치될 수 있는 고성능의 공기 조화기가 요구된다. 상기 실외기의 용량을 증가시키기 위해서, 냉매를 열교환시키는 실외 열교환기의 열의 수를 증가시킬 수 있다. 이 때, 실외기의 크기는 증가시키지 않고, 실외 열교환기의 수를 증가시키려면, 실외기의 내부에 설치되는 구성들 사이에 간격이 상대적으로 짧아지게 된다.

일예로, ‘ㄱ’자로 절곡된 실외 열교환기가 포함되는 실외기의 경우, 실외 열교환기는 팬의 후방에 위치한 후방 열교환부와 팬의 측방에 위치한 측방 열교환부로 구분될 수 있다. 물론, 팬과 후방 열교환부 사이에는 모터가 위치되어, 후방 열교환부와 팬이 충분히 이격되어 배치될 수 있다. 하지만, 팬과 측방 열교환부 사이에는 별도의 구성을 포함하지 않으므로, 팬의 소음이 측방 열교환부를 통하여 실외기 외부로 방출될 수 있는 문제점이 있다.

한편, 실외기에는 기체의 유동이 회전축과 평행하게 발생하는 축류팬이 적용되는데, 축류팬은 송풍량이 많은 반면, 정압 성능이 매우 낮아 멀리 보내지 못하는 단점이 있다. 따라서, 축류팬의 경우에는 정압 성능을 증가시키기 위해서 블레이드의 크기 또는 팬의 회전속도를 크게 하여야 한다.

그러나, 제품의 크기에 제약이 따르기 때문에 정압 성능을 증가시키기 위하여 블레이드의 크기를 증가시키는 대신에 주로 팬의 회전속도에 의존하는데, 팬의 회전속도가 클수록 공기와 블레이드 사이의 압력파가 증가하게 되어 소음이 크게 발생하는 문제점이 있다.

또한, 블레이드의 부압면과 압력면 사이의 압력차이로 인하여 압력면에서 부압면으로 유동이 흐름이 발생되는데, 블레이드의 팁에서 tip voltex 가 발생하여 유동 손실이 일어나고, 회전 방향을 기준으로 앞쪽 블레이드가 생성시킨 tip voltex 가 뒤따라 회전하는 블레이드와 부딪혀 소음을 발생시키는 문제점이 있다.

따라서, 풍량의 저하 없이 소음을 개선시킬 수 있는 축류팬이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 풍량의 저하 없이 소음을 개선시킬 수 있는 축류팬을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 윙렛은, 상기 블레이드의 압력면에성 부압면 방향으로 높이가 상기 블레이드의 리딩 에지(leading edge)에서 가장 길게 형성될 수 있다.

상기 윙렛은, 상기 블레이드의 리딩 에지로부터 트레일링 에지 사이의 설정 구간 별로 그 높이가 다르게 구성될 수 있고, 상기 블레이드의 리딩 에지로부터 트레일링 에지 사이의 설정 구간 별로 그 높이가 스플라인 곡선을 따라 연결되는 것이 바람직하다.

상기 윙렛은, 상기 블레이드의 리딩 에지와 근접한 제1설정 구간(A)에 형성되고, 가장 긴 제1설정값(L1)의 높이를 갖는 제1윙렛부와, 상기 블레이드의 트레일링 에지와 근접한 제3설정 구간(C)에 형성되고, 가장 짧은 제3설정값(L3)의 높이를 갖는 제3윙렛부와, 상기 블레이드의 제1설정 구간(A)과 제3설정 구간(C) 사이에 위치된 제2설정 구간(B)에 형성되고, 제1설정값(L1) 보다 작고 제3설정값(L3)보다 큰 제2설정값(L2)의 높이를 갖는 제2윙렛부를 포함하고, 상기 제3윙렛부는, 제3설정값(L3)의 높이가 0으로 구성될 수 있다.

상기 블레이드는, 상기 허브에서 설정 간격 떨어진 분기점까지 리딩 에지를 포함하고 제1두께를 가지는 이너 리딩 에지부(inner leading edge portion)와, 상기 분기점부터 팁까지 리딩 에지를 포함하고 상기 제1두께보다 얇은 제2두께를 가지는 아우터 리딩 에지부(outer leading edge portion)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 분기점은, 상기 허브에서 상기 블레이드의 날개폭 30% 만큼 떨어진 지점이고, 상기 제2두께는, 1mm 이하로 구성될 수 있다.

상기 블레이드는, 상기 아우터 리딩 에지부와 근접한 압력면에 돌출된 스트립(strip)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 스트립은, 상기 아우터 리딩 에지부로부터 상기 허브의 동심원을 따라 원주 방향으로 설정 구간에만 길게 형성되고, 상기 아우터 리딩 에지의 반경 방향으로 일정 간격을 두고 복수개가 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 축류팬은, 모터의 구동축과 연결되는 허브; 상기 허브의 외주면으로부터 방사상으로 연장되는 복수개의 블레이드(blade); 및 상기 블레이드의 팁(tip) 부분에 형성되고, 상기 블레이드의 압력면에서 부압면으로 말린 윙렛(winglet);을 포함하고, 상기 윙렛은, 그 곡률 반경이 상기 블레이드의 트레일링 에지(traling edge)에서 가장 크게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 윙렛은, 그 곡률 반경이 상기 블레이드의 리딩 에지(leading edge)에서 가장 작게 형성될 수 있다.

상기 윙렛은, 상기 블레이드의 리딩 에지로부터 트레일링 에지 사이의 설정 구간 별로 그 곡률 반경이 다르게 구성될 수 있고, 상기 블레이드의 리딩 에지로부터 트레일링 에지 사이의 설정 구간 별로 그 곡률 반경이 스플라인 곡선을 따라 연결되는 것이 바람직하다.

상기 윙렛은, 상기 블레이드의 리딩 에지와 근접한 제1설정 구간(A)에 형성되고, 가장 큰 제1설정값(ρ1)의 곡률 반경을 갖는 제1윙렛부와, 상기 블레이드의 트레일링 에지와 근접한 제3설정 구간(C)에 형성되고, 가장 짧은 제3설정값(ρ3)의 곡률 반경을 갖는 제3윙렛부와, 상기 블레이드의 제1설정 구간(A)과 제3설정 구간(C) 사이에 위치된 제2설정 구간(B)에 형성되고, 제1설정값(ρ1) 보다 작고 제3설정값(ρ3)보다 큰 제2설정값(ρ2)의 곡률 반경을 갖는 제2윙렛부를 포함할 수 있다.

상기 블레이드는, 상기 아우터 리딩 에지부와 근접한 압력면에 돌출된 스트립(strip)을 더 포함하는데, 상기 스트립은, 상기 아우터 리딩 에지부로부터 상기 허브의 동심원을 따라 원주 방향으로 설정 구간에만 길게 형성되고, 상기 아우터 리딩 에지의 반경 방향으로 일정 간격을 두고 복수개가 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 블레이트의 팁에 압력면에서 부압면으로 말린 윙렛이 구비되는데, 리딩 에지에 비해 트레일링 에지 측에서 윙렛의 높이가 작거나, 윙렛의 곡률을 크게 구성한다.

따라서, 블레이드의 팁에 구비된 윙렛의 무게 감소하여 공진에 의한 진동의 힘과 소음 레벨이 감소되고, 블레이드의 고유진동수를 다소 변경하여 외부진동수와 편차가 크게 나도록 하여 공진의 크기를 감소시킬 수 있다.

또한, 블레이드의 트레일링 에지로 갈수록 블레이드의 부압면으로부터 tip voltex 가 점차 멀어지기 때문에 블레이드의 트레일링 에지 측에 윙렛이 없더라도 tip voltex 에 의한 풍량 손실을 줄일 수 있다.

물론, 블레이드의 트레일링 에지 측에서 tip voltex 가 발생하더라도 블레이드의 트레일링 에지 측에 팁 부분이 인접한 오리피스와 소정 간극을 이루기 때문에 tip voltex 를 억제하여 마찬가지로 풍량 손실을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기의 실외기가 도시된 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기의 실외기가 도시된 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기의 실외기가 도시된 평단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬이 도시된 측단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 압력면이 도시된 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 부압면이 도시된 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 윙렛이 도시된 측면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 제1윙렛부가 도시된 단면도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 제2윙렛부가 도시된 단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 제3윙렛부가 도시된 단면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 아우터 리딩 에지부가 도시된 단면도.
도 12는 종래와 본 발명의 다양한 실시예에 따른 축류팬의 소음이 도시된 그래프.
도 13은 종래와 본 발명의 실시예에 따른 축류팬의 풍량이 도시된 그래프.
도 14는 종래와 본 발명의 실시예에 따른 축류팬의 소비전력이 도시된 그래프.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기의 실외기가 도시된 사시도와 분해 사시도와 평단면도이다.

본 발명의 공기 조화기는, 냉방과 난방 중 어느 하나의 운전 모드로 동작되어 실내를 공기조화할 수 있는 냉난방 동시형 멀티 공기조화 시스템이거나, 냉방과 난방 중 어느 하나의 운전 모드로 절환되어 실내를 공기조화할 수 있는 히트 펌프 타입의 냉난방 절환형 멀티 공기조화시스템일 수 있으며, 한정되지 아니한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기는 복수개의 실내기와, 하나의 실외기(10)를 포함할 수 있다.

실외기(10)는, 외관을 형성할 뿐 아니라 다수의 부품을 내장하는 케이스를 포함한다.

실외기(10)의 케이스는, 실외기(10)의 전면을 구성하는 전방 패널(11)과, 전방 패널(11)의 후방에 이격되어 실외기의 후면을 구성하는 후방 패널(12)과, 전방패널(11)과 후방 패널(12)의 상측에 구비되어 실외기(10)의 상면을 구성하는 상면 패널(13)과, 전방 패널(11)과 후방 패널(12)의 양측에 구비되어 실외기(10)의 양측면을 구성하는 좌측 패널(14)과 우측 패널(15)을 포함한다.

실외기(10)의 케이스에 의해 둘러 쌓인 내부 공간이 형성된다.

실외기(10)는 내부 공간으로 실외 공기가 흡입되는 흡입구(12A, 14A, 15A)와, 내부공간에서 열교환된 실외 공기가 토출되는 토출구(11A)가 구비된다. 흡입구(12A, 14A, 15A)는 후방 패널(12)과 좌측 패널(14) 및 우측 패널(15)에 형성될 수 있고, 토출구(11A)는 전방 패널(11)에 형성될 수 있다. 실외기(10)의 후방 또는 측방에서 실외 공기가 흡입된 다음, 내부 공간에서 열교환되고, 실외기(10)의 전방으로 토출될 수 있다.

실외기(10)는 서비스 패널(16)을 더 포함한다. 서비스 패널(16)은 실외기(10) 전면에서 일측으로 라운드지게 형성될 수 있고, 서비스 커버(16A)를 포함할 수 있다. 따라서, 서비스 패널(16)은 하나의 패널로 전방과 측방을 동시에 개방 및 폐쇄할 수 있으므로, 작업자 또는 관리자가 서비스 커버(16A)를 통하여 후술할 전장실(60)에 쉽게 접근할 수 있다.

실외기(10)는, 실외기(10)의 하면을 이루는 베이스(17)를 더 포함한다. 베이스(17)의 상면에 후술할 냉동사이클의 일부 구성 요소를 비롯하여 각종 전장 부품 등이 배치될 수 있다. 베이스(17)의 하면이 지면과 접촉하여 실외기를 지면에 고정시킬 수 있다.

실외기(10)는 베이스(17)로부터 상방으로 연장된 배리어(barrier : 19)을 포함한다.

배리어(19)는 일종의 플레이트로서, 배리어(19)의 하단이 베이스(17)의 상면에 결합될 수 있고, 배리어(19)의 상단이 상면 패널(13)과 소정 간격 이격되게 위치될 수 있다. 또한, 배리어(19)의 선단이 후술할 오리피스(100)의 일측에 고정될 수 있고, 배리어(19)의 후단이 후술할 열교환기(24)의 일측에 고정될 수 있다.

배리어(19)는 실외기(10)의 내부 공간을 열교환실(50)과 전장실(60)로 나누어주고, 배리어(19)의 좌측에 열교환실(50)이 구비되고 배리어(19)의 우측에 전장실(60)이 위치될 수 있다.

열교환실(50)은 후술할 열교환기(24) 및 송풍팬(32)이 배치되는 공간으로서, 열교환기(24)를 통과하는 냉매와 송풍팬(32)에 의해서 유동하는 공기가 열교환 된다.

전장실(60)은 일종의 컨트롤박스인 전장부(70)가 위치하는 공간이다. 배리어(19)는 라운드지는 곡면을 포함할 수 있으며, 배리어(19)의 곡면은 전장실(60)에 배치되는 구성 요소와 대응되도록 곡률을 가지도록 구성될 수 있다.

실외기(10)에는, 냉매를 압축하는 압축기(21)와, 오일분리기(미도시)와, 사방밸브(미도시)와, 실외 열교환기(24)와, 실외 전자밸브(미도시)와, 기액 분리기(25) 및 다수의 냉매배관(26)이 구비될 수 있다.

압축기(21)에서 냉매가 압축된 다음, 오일 분리기에서 냉매로부터 오일이 분리되고, 사방밸브에 의해 유로를 가변하여 오일이 분리된 압축 냉매를 실외 열교환기(24)와 실내기의 실내 열교환기(미도시) 중 하나로 유동되도록 한다.

공기 조화기의 냉방 운전인 경우, 사방밸브에 의해 압축 냉매가 실외 열교환기(24)로 유동되고, 실외 열교환기(24)에서 응축된 냉매는 실외 팽창밸브를 통과하면서 감압된 다음, 실내기로 유동되며, 실내 열교환기에서 증발된 냉매는 다시 유동 전환부로 유입될 수 있다.

공기 조화기의 난방 운전인 경우, 사방밸브에 의해 압축 냉매가 실내기의 실내 열교환기로 유동되고, 실내 열교환기에서 응축된 냉매는 실내 팽창밸브를 통과하면서 감압된 다음, 실내기로 유동되고, 실외 열교환기(24)에서 증발된 냉매는 다시 유동 전환부로 유입될 수 있다.

유동 전환부를 통과한 냉매는 기액 분리기(25)로 유동하고, 기액 분리기(25)에서 액상 냉매가 분리된 다음, 기상 냉매만 압축기(21)로 유입되고, 상기와 같은 냉동 사이클을 따라 운전될 수 있다.

실외 열교환기(24)는 냉매를 외부 공기와 열교환하도록 구성되며, 냉방 운전 시에 응축기 역할을 하고, 난방 운전 시에 증발기 역할을 하게 된다.

실외 열교환기(24)는 'ㄱ’자로 절곡될 수 있다. 따라서, 실외 열교환기(24)는 후방 패널(12)과 좌측 패널(14)에 인접하게 위치될 수 있으나, 후방 패널(12)과 우측 패널(14)에 인접하게 위치될 수도 있다.

실외 열교환기(24)는, 후방 열교환부(24A)와, 후방 열교환부(24A)로부터 절곡하여 연장되는 측방 열교환부(24B)를 포함한다. 후방 열교환부(24A)는 후방 패널(12)에 대응되게 위치되고, 측방 열교환부(24B)는 좌측 패널(14)에 대응되게 위치될 수 있다.

실외 열교환기(24)는 실외 공기가 유입되는 유입면과 열교환된 공기가 토출되는 토출면을 포함한다. 유입면은 실외 열교환기(24)를 기준으로 후방 패널(12)과 좌측 패널(14)을 향하는 면이고, 토출면은 실외기(10)의 내부 공간을 향하는 면이다.

실외기(10)에는 모터(M)와, 송풍팬(100)과, 모터 브라켓(M/B)이 더 구비될 수 있다.

모터(M)는 송풍팬(100)에 회전력을 부여한다.

송풍팬(100)은 모터(M)의 회전축에 체결되어, 회전됨에 따라 실외 공기를 유동시킨다. 송풍팬(100)은 낮은 정압으로 높은 유량을 만들 수 있는 축류팬(axial flow fan)이 적용되며, 하기에서 상세히 설명하기로 한다. 터 브라켓(M/B)은 모터(M)가 체결되어, 모터(M) 및 송풍팬(100)을 지지한다. 모터 브라켓(M/B)의 하단이 베이스(17)의 상면에 체결되고, 모터 브라켓(M/B)의 상단이 상면 패널(13)의 하면에 체결된다.

그리고, 모터(M)가 모터 브라켓(M/B)의 전면에 체결되고, 송풍팬(100)이 모터(M)의 회전축에 체결되는데, 모터(M)와 송풍팬(100)이 전면 패널(11)의 토출구(11A)에 대응되도록 위치시킨다.

따라서, 열교환실(50)에는, 토출구(11A)와, 송풍팬(100)과, 모터(M)와, 모터 브라켓(M/B)과, 후방 열교환부(24A)가 전방에서 후방으로 차례로 배치될 수 있다.

실외기(10)는 토출구(11A)와 송풍팬(100) 사이에 구비되고, 전방 패널(11)에 체결되는 오리피스(40)를 더 포함한다.

오리피스(40)은 전방의 전방패널(11)과 후방의 송풍팬(100) 사이에 위치되고, 좌측의 측방 열교환부(24B)와 우측의 배리어(19)사이에 위치될 수 있다.

따라서, 오리피스(40)는 송풍팬(100)에서 토출구(11A)로 유동하는 실외 공기를 가이드하고, 송풍팬(100)의 회전에 따른 소음이 측방 열교환부(24B)를 통하여 실외기(10) 외부로 전달되는 것을 방지할 수 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬이 도시된 도면이고, 도 7 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 윙렛이 도시된 도면이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 아우터 리딩 에지부가 도시된 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬(100)은, 모터(M : 도 2에 도시)의 회전축이 체결되는 허브(110)와, 허브(110)의 외주면에 형성된 복수개의 블레이드(120)를 포함한다.

허브(110)는 축 방향으로 길게 연장된 원통형으로 이루어질 수 있고, 그 중심에 모터(M : 도 2에 도시)의 회전축이 결합될 수 있다.

블레이드(120)는 공기가 토출되는 방향에 위치하는 압력면(120a)과, 공기가 유입되는 방향에 위치하는 부압면(120b)을 포함하고, 압력면(120a)과 부압면(120b)은 서로 반대면에 해당한다.

블레이드(120)는 기류가 닿기 시작하는 부분에 해당하는 일 측단을 구성하는 리딩 에지(leading edge : 120LE)와, 기류가 분리되는 부분에 해당하는 타 측단을 구성하는 트레일링 에지(trailing edge : 120TE)와, 리딩 에지(120LE)와 트레일링 에지(120TE)를 연결하도록 반경 방향의 최외측단을 구성하는 블레이드 팁(tip : 120t)을 포함할 수 있다

리딩 에지(120LE)는 허브(110)의 입구 즉, 기류가 유입되는 방향에 위치되고, 트레일링 에지(120TE)는 허브(110)의 출구 즉, 기류가 토출되는 방향에 위치되될 수 있다. 따라서, 블레이드(120)는 리딩 에지(120LE)와 트레일링 에지(120TE) 사이에는 소정의 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.

블레이드(120)는 트레일링 에지(TE)로부터 허브(110)의 중심을 기준으로 한 동심원들을 따라 일부 구간에 연장된 복수개의 요철(121)을 포함할 수 있다.

요철들(121)은 압력면(120a) 뿐만 아니라 부압면(120b)의 표면에도 영향을 미친다. 압력면(121a) 상에서 요철들(121)에 의해 볼록한 부분은 부압면(120b) 상에서는 오목한 부분이되고, 반대로 부압면(120b) 상에서 오목한 부분은 압력면(120a) 상에서는 볼록한 부분이 된다.

이러한 요철들(121)이 블레이드(120)에 형성되면, 축류팬(100)의 회전 시에 트레일링 에지(120TE)에서 발생하는 소음에 위상차를 생성함으로서, 트레일링 에지(120TE)의 소음을 저감시킬 수 있다.

블레이드(120)는 팁(120t) 부분에 압력면(120a)으로부터 부압면(120b)으로 말린 형상으로 구비된 윙렛(winglet : 122)을 포함할 수 있다.

팁(120t)의 설정 구간 별로 윙렛(122)의 크기가 다르게 구성될 수 있는데, 리딩 에지(120LE)로부터 트레일링 에지(120TE)로 갈수록 윙렛(122)의 크기가 점차 작아지게 구성될 수 있다. 윙렛(122)의 크기는 블레이드의 압력면(120a)으로부터 부압면(120b) 방향으로 길이에 해당하는 높이(L)와 말린 정도를 나타내는 곡률 바반경(ρ)에 좌우될 수 있다.

윙렛(122)은 팁(120t) 부분을 리딩 에지(120LE)부터 트레일링 에지(120TE) 방향으로 세 등분한 제1설정 구간(A)과 제2설정 구간(B) 및 제3설정 구간(C)에 걸쳐 구비되는데, 제1설정 구간(A)에 구비된 제1윙렛부(122a)와, 제2설정 구간(B)에 구비된 제2윙렛부(122b)와, 제3설정 구간(C)에 구비된 제3윙렛부(122c)를 포함할 수 있다.

제1윙렛부(122a)는 리딩 에지(120LE)와 근접하게 위치되고, 제1설정 구간(A)에 걸쳐 동일한 높이(L1)와 동일한 곡률(ρ1)을 가지도록 구성되는데, 제1윙렛부(122a)가 제2윙렛부(122b)와 제3윙렛부(122c) 보다 크게 구성될 수 있다.

제2윙렛부(122b)는 리딩 에지(120LE)와 트레일링 에지(120TE) 중간에 위치되고, 제2설정 구간(B)에 걸쳐 동일한 높이(L2)와 동일한 곡률(ρ2)을 가지도록 구성되는데, 제2윙렛부(122b)가 제1윙렛부(122a) 보다 작지만, 제3윙렛부(122c) 보다 크게 구성될 수 있다.

제3윙렛부(122c)는 트레일링 에지(120TE)와 근접하게 위치되고, 제3설정 구간(C)에 걸쳐 동일한 높이(L3)와 동일한 곡률(ρ3)을 가지도록 구성되는데, 제3윙렛부(122c)가 제1윙렛부(122a)와 제2윙렛부(122b) 보다 작게 구성될 수 있다.

제1윙렛부(122a)의 높이(L1)가 가장 길고, 제3윙렛부(122c)의 높이(L3)가 가장 짧으며, 제2윙렛부(122b)의 높이(L2)가 제1윙렛부(122a)의 높이(L1)와 제3윙렛부(122c)의 높이(L3) 사이의 값을 가지도록 구성될 수 있다.

제1윙렛부(122a)의 곡률(ρ1)이 가장 작고, 제3윙렛부(122c)의 곡률(ρ3)이 가장 크며, 제2윙렛부(122b)의 곡률(ρ2)이 제1윙렛부(122a)의 곡률(ρ1)과 제3윙렛부(122c)의 곡률(ρ3) 사이의 값을 가지도록 구성될 수 있다

물론, 제1,2윙렛부(122a,122b)만 구비되고, 제3윙렛부(122c)가 생략될 수 있다.

제1윙렛부(122a)와 제2윙렛부(122b) 및 제3윙렛부(122c)는 높이와 곡률이 다르게 구성됨에 따라 서로 단차지게 구성될 수 있고, 서로 연결 부분에 스프라인 곡선(spline curve) 형태로 완만하게 연결된 윙렛 연결부들(122ab,122bc)이 구비될 수도 있다.

이와 같이 윙렛(122) 구조는 리딩 에지(120LE) 측에서 tip voltex 의 발달을 억제시킬 수 있고, 블레이드의 팁 전체에 걸쳐 윙렛이 일정한 형상으로 형성된 것에 비해 블레이드(120)의 무게를 감소시켜 공진 소음을 저감시킬 수 있다.

블레이드(120)는 리딩 에지(122LE)를 포함하는 소정 영역에 구비된 이너 리딩 에지부(inner leading edge portion : 123a) 및 아우터 리딩 에지부(outer leading edge portion : 123b)를 포함할 수 있다.

이너 리딩 에지부(123a)는 허브(100)에서 설정간격 떨어진 분기점까지 리딩 에지(120LE)을 포함하고, 제1두께(t1)를 가지도록 구성될 수 있다.

아우터 리딩 에지부(123b)는 분기점에서 팁(120t)까지 리딩 에지(120LE)를 포함하고, 제1두께(t1)보다 얇은 제2두께(t2)를 가지도록 구성될 수 있다.

이너 리딩 에지부(123a)와 아우터 리딩 에지부(123b)를 나누는 분기점은 허브로부터 블레이드의 날개폭(span)의 30% 만큼 떨어진 지점일 수 있고, 이너 리딩 에지부(123a)의 두께(t1)와 아우터 리딩 에지부(123b)의 두께(t2) 편차는 1mm 이하로 구성될 수 있다.

물론, 이너 리딩 에지부(123a)와 아우터 리딩 에지부(123b)가 서로 다른 두께(t1,t2)를 가지더라도 분기점을 기준으로 서로 완만하게 연결될 수 있다.

이러한 이너 리딩 에지부(123a)에 비해 아우터 리딩 에지부(123b)의 두께를 일부 감소함으로서, 블레이드(120)의 팁(tip) 진동 관련 모드의 공진주파수를 변경하여 공진 소음을 감소시킬 수 있다.

블레이드(120)는 아우터 리딩 에지부(124b)의 굽힘 강도를 보강하기 위하여 아우터 리딩 에지부(124b)와 근접한 압력면(120a)에 돌출된 스트립(124a,124b)을 더 포함할 수 있다.

스트립(124a,124b)은 아우터 리딩 에지부(124b)로부터 허브(110)의 동심원을 따라 원주 방향으로 설정 구간에만 길게 형성되는데, 아우터 리딩 에지부(124b)의 반경 방향으로 일정 간격을 두고 복수개가 형성될 수 있다.

스트립(124a,124b)은 압력면(120a)으로부터 1.5mm 높이로 돌출된 형상으로 구성될 수 있다.

이러한 스트립(124a,124b) 추가로, 블레이드(120)의 리딩 에지(120LE) 굽힘 관련 모드의 공진주파수를 변경하여 공진 소음을 감소시킬 수 있다.

도 12는 종래와 본 발명의 다양한 실시예에 따른 축류팬의 소음이 도시된 그래프이다.

종래의 축류팬은 블레이드에 윙렛이 없는 구조이고, 본 발명의 제1실시예에 따른 축류팬은 블레이드에 윙렛이 적용된 구조이며, 본 발명의 제2실시예에 따른 축류팬은 블레이드에 윙렛과 아우터 리딩 에지가 적용된 구조이고, 본 발명의 제3실시예에 따른 축류팬은 블레이드에 윙렛과 아우터 리딩 에지 및 스트립이 적용된 구조이다.

종래의 축류팬은 580 ~ 760RPM 회전속도 하에서 약 52.7 ~ 55.2db 수준의 공진소음이 발생된다.

제1실시예에 따른 축류팬은 같은 회전속도 하에서 공진이 일어나지만, 블레이드의 형상이 변경됨에 따라 종래의 축류팬에 비해 공진 소음이 약 0.5 ~ 1.5dB 수준으로 낮아진 것을 확인할 수 있다.

제2실시예에 따른 축류팬은 리딩 에지부의 두께 감소로 인하여 공진주파수가 변경됨에 따라 팁 진동 모드 관련하여 공진을 회피할 수 있고, 700rpm 회전속도 일 때 제1실시예 보다 공진 소음이 개선된 것을 확인할 수 있다.

제3실시예에 따른 축류팬은 스트립의 추가로 공진주파수가 변경됨에 따라 리딩 에지 굽힘 관련하여 공진을 회피할 수 있고, 680 ~ 690 rpm 회전속도에서 제2실시예 보다 공진 소음이 개선된 것을 확인할 수 있다.

도 13 내지 도 14는 종래와 본 발명의 실시예에 따른 축류팬의 풍량 및 소비전력이 도시된 그래프이다.

종래의 축류팬은 블레이드에 윙렛이 없는 구조인 반면, 본 발명의 제3실시예에 따른 축류팬은 블레이드에 윙렛과 아우터 리딩 에지 및 스트립이 적용된 구조로서, 종래에 비해 그 형상이 달라진다.

하지만, 본 발명의 제3실시예에 따른 축류팬은 종래의 축류팬과 비교하여 풍량과 소비전력이 그대로 유지되는 것을 확인할 수 있으며, 풍량과 소비전력의 성능 저하 없이 공진 소음을 개선할 수 있다.

100 : 축류팬 110 : 허브
120 : 블레이드 120a : 압력면
120b : 부압면 120LE : 리딩 에지
120TE : 트레일링 에지 120t : 팁
121 : 돌기부 122 : 윙렛
122a : 제1윙렛부 122b : 제2윙렛부
122c : 제3윙렛부 123a : 이너 리딩 에지부
123b : 아우터 리딩 에지부 124a,124b : 스트립

Claims

모터의 구동축과 연결되는 허브;
상기 허브의 외주면으로부터 방사상으로 연장되는 복수개의 블레이드(blade);
상기 블레이드의 일 측단을 구성하는 리딩 에지(leading edge);
상기 블레이드의 타 측단을 구성하는 트레일링 에지(traling edge);
상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지를 연결하도록 상기 블레이드의 반경 방향의 최외측단을 구성하는 팁(tip); 및
상기 블레이드의 팁(tip) 부분에 형성되고, 상기 블레이드의 압력면에서 부압면으로 말린 윙렛(winglet);을 포함하고,
상기 윙렛은,
상기 블레이드의 압력면에서 부압면 방향으로 그 높이가 상기 블레이드의 트레일링 에지(traling edge)에서 가장 짧게 형성되고,
상기 블레이드는,
상기 허브에서 설정간격 떨어진 분기점까지 해당하는 리딩 에지를 포함하는 이너 리딩 에지부(inner leading edge portion);
상기 분기점에서 상기 팁까지 해당하는 리딩 에지를 포함하며, 상기 이너 리딩 에지부의 두께보다 얇은 두께를 가지는 아우터 리딩 에지부(outer leading edge portion); 및
상기 아우터 리딩 에지부로부터 상기 허브의 동심원을 따라 원주 방향으로 설정구간에 형성되며, 상기 아우터 리딩 에지부의 반경 방향으로 일정 간격으로 이격 배치되는 복수 개의 스트립(strip)을 포함하는 축류팬.
제1항에 있어서,
상기 윙렛은,
상기 블레이드의 압력면에서 부압면 방향으로 그 높이가 상기 블레이드의 리딩 에지(leading edge)에서 가장 길게 형성되는 축류팬.
제1항에 있어서,
상기 윙렛은,
상기 블레이드의 리딩 에지로부터 트레일링 에지 사이의 설정 구간 별로 그 높이가 다르게 구성되는 축류팬.
제3항에 있어서,
상기 윙렛은,
상기 블레이드의 리딩 에지로부터 트레일링 에지 사이의 설정 구간 별로 그 높이가 스플라인 곡선을 따라 연결되는 축류팬.
제3항에 있어서,
상기 윙렛은,
상기 블레이드의 리딩 에지와 근접한 제1설정 구간(A)에 형성되고, 가장 긴 제1설정값(L1)의 높이를 갖는 제1윙렛부와,
상기 블레이드의 트레일링 에지와 근접한 제3설정 구간(C)에 형성되고, 가장 짧은 제3설정값(L3)의 높이를 갖는 제3윙렛부와,
상기 블레이드의 제1설정 구간(A)과 제3설정 구간(C) 사이에 위치된 제2설정 구간(B)에 형성되고, 제1설정값(L1) 보다 작고 제3설정값(L3)보다 큰 제2설정값(L2)의 높이를 갖는 제2윙렛부를 포함하는 축류팬.
제5항에 있어서,
상기 제3윙렛부는,
제3설정값(L3)의 높이가 0으로 구성되는 축류팬.
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제1항에 있어서,
상기 분기점은,
상기 허브에서 상기 블레이드의 날개폭 30% 만큼 떨어진 지점인 축류팬.
제1항에 있어서,
상기 이너 리딩 에지부와 아우터 리딩 에지부의 두께 편차는,
1mm 이하로 구성되는 축류팬.
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삭제
삭제
모터의 구동축과 연결되는 허브;
상기 허브의 외주면으로부터 방사상으로 연장되는 복수개의 블레이드(blade);
상기 블레이드의 일 측단을 구성하는 리딩 에지(leading edge);
상기 블레이드의 타 측단을 구성하는 트레일링 에지(traling edge);
상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지를 연결하도록 상기 블레이드의 반경 방향의 최외측단을 구성하는 팁(tip); 및
상기 블레이드의 팁(tip) 부분에 형성되고, 상기 블레이드의 압력면에서 부압면으로 말린 윙렛(winglet);을 포함하고,
상기 윙렛은,
그 곡률 반경이 상기 블레이드의 트레일링 에지(traling edge)에서 가장 크게 형성되고,
상기 블레이드는,
상기 허브에서 설정간격 떨어진 분기점까지 해당하는 리딩 에지를 포함하는 이너 리딩 에지부(inner leading edge portion);
상기 분기점에서 상기 팁까지 해당하는 리딩 에지를 포함하며, 상기 이너 리딩 에지부의 두께보다 얇은 두께를 가지는 아우터 리딩 에지부(outer leading edge portion); 및
상기 아우터 리딩 에지부로부터 상기 허브의 동심원을 따라 원주 방향으로 설정구간에 형성되며, 상기 아우터 리딩 에지부의 반경 방향으로 일정 간격으로 이격 배치되는 복수 개의 스트립(strip)을 더 포함하는 축류팬.
제13항에 있어서,
상기 윙렛은,
그 곡률 반경이 상기 블레이드의 리딩 에지(leading edge)에서 가장 작게 형성되는 축류팬.
제13항에 있어서,
상기 윙렛은,
상기 블레이드의 리딩 에지로부터 트레일링 에지 사이의 설정 구간 별로 그 곡률 반경이 다르게 구성되는 축류팬.
제15항에 있어서,
상기 윙렛은,
상기 블레이드의 리딩 에지로부터 트레일링 에지 사이의 설정 구간 별로 그 곡률 반경이 스플라인 곡선을 따라 연결되는 축류팬.
제15항에 있어서,
상기 윙렛은,
상기 블레이드의 리딩 에지와 근접한 제1설정 구간(A)에 형성되고, 가장 큰 제1설정값(ρ1)의 곡률 반경을 갖는 제1윙렛부와,
상기 블레이드의 트레일링 에지와 근접한 제3설정 구간(C)에 형성되고, 가장 짧은 제3설정값(ρ3)의 곡률 반경을 갖는 제3윙렛부와,
상기 블레이드의 제1설정 구간(A)과 제3설정 구간(C) 사이에 위치된 제2설정 구간(B)에 형성되고, 제1설정값(ρ1) 보다 작고 제3설정값(ρ3)보다 큰 제2설정값(ρ2)의 곡률 반경을 갖는 제2윙렛부를 포함하는 축류팬.
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