KR20030016175A

KR20030016175A - 와류 팬

Info

Publication number: KR20030016175A
Application number: KR1020020048769A
Authority: KR
Inventors: 스기오다카시; 이즈미요시키
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2003-02-26
Also published as: CN100445567C; JP2003056485A; CN1407244A; CN1955487A; CN100430608C; CN1955488A; JP3843781B2; CN1297752C

Abstract

본 발명은 저소음, 대풍량의 와류 팬에 관한 것이다. 공기의 입구 포트와 출구 포트를 구비한 원통 형상의 케이싱과, 케이싱내에 설치되고, 외주부 양측에 복수개의 날개를 갖는 원반상 임펠러와, 입구 포트와 출구 포트의 사이의 케이싱과 임펠러와의 간극에 설치된 스트리퍼부를 구비하고, 원반상 임펠러의 외경을 D1, 상기 케이싱의 내경을 D2, 상기 날개의 높이를 b1이라 했을 때, 0.70≤b1/((D2-D1)/2+b1))≤0.85의 관계를 갖는 구성으로 되어 있다.

Description

와류 팬{VORTEX FLOW FAN}

본원 발명은 임펠러 외경이 100mm 이하인 초소형 와류 팬에 관한 것으로, 특히 저소음으로 대풍량을 얻을 수 있는 와류 팬에 관한 것이다.

와류 팬은 정방향 회전, 역방향 회전의 전환이 가능하고, 예컨대 환기용 팬으로서 실외공기의 흡기와 실내공기의 배기 등에 사용되고 있다.

종래의 이러한 종류의 와류 팬으로서, 예컨대 일본 특허 공개 제 1979-47114호 공보에 기재되어 있는 도 7에 나타낸 구성이 개시되어 있다.

도 7a는 정면 단면도를 나타내고, 도 7b는 도 7a의 A-A 단면을 나타낸다. 도면에 있어서, 공기(100)를 유입시키는 입구 포트(101)를 구비한 케이싱(102)과, 화살표(a)의 방향으로 회전함으로써, 유입된 공기(100)를 반송 승압하는 복수개의 날개(103)를 갖는 임펠러(104)와, 승압된 공기(100)를 케이싱(102)으로부터 배출하는 출구 포트(105)를 구비하고 있다. 임펠러(104)의 회전 방향으로서 출구 포트(105)로부터 입구 포트(101)까지의 케이싱(102)내의 유로(106)에는 스트리퍼부(107)가 배치되어, 날개(103) 이외의 유로(106)를 폐색하고 있다. 또한, 임펠러(104)는 외부에 설치된 모터(108)에 연결된 회전축(109)에 부착되어 있다.

이와 같이 구성된 와류 팬에 있어서, 입구 포트(101)로부터 유입된 공기(100)는 케이싱(102)내의 유로(106)를 따라 흐르는 동안에, 복수개의 날개(103)를 갖는 임펠러(104)의 작용으로 서서히 승압되어 출구 포트(105)로부터 배출된다. 또한, 입구 포트(101)와 출구 포트(105) 사이의 유로(106)에 소정 각도(θ)로 설치된 스트리퍼부(107)는 도 7b에 도시한 바와 같이 케이싱(102)내의 유로(106)의 임펠러(104)가 회전하는 영역 이외를 대부분 폐색하고 있다. 이러한 작용에 의해서, 이러한 종류의 와류 팬은 일반적인 원심 팬에 비해 훨씬 높은 압력을 얻을 수 있다고 되어 있다.

또한, 일본 특허 공개 제 2000-146219 호, 일본 특허 공개 제 2000-193269호, 일본 특허 공개 제 2000-249365 호 공보에서는, 와류 팬이 회전 방향을 반전시키는 것만으로, 흐름 방향을 반전시킬 수 있다는 특징이 있다는 점을 활용하여, 공기 조화기의 환기용 팬으로서 사용되고 있는 예가 개시되어 있다.

이들, 와류 팬은, 일반적인 와류 펌프 또는 재생 펌프, 와류 송풍기로서 잘 알려져 있는 유체 기계와 동일한 동작 원리이며, 보다 낮은 압력으로 큰 풍량을 실현하고, 또한 저소음으로 운전하는 것이 요구된다.

그렇지만, 상기 종래 예에서는, 이러한 낮은 압력, 저소음, 대풍량에 알맞은 형상이 나타내지 못하고, 특히 소형의 와류 팬에서는 풍량이 작은데 소음이 크다는 등의 과제를 갖고 있었다.

본 발명의 와류 팬은, 종래의 과제를 해결하기 위해서, 공기의 입구 포트와 출구 포트를 구비한 원통 형상의 케이싱과, 케이싱내에 설치되고, 외주부 양측에 복수개의 날개를 갖는 원반상 임펠러와, 입구 포트와 출구 포트의 사이의 케이싱과 임펠러와의 간극에 설치된 스트리퍼부를 구비하고, 원반상 임펠러의 외경을 D1, 상기 케이싱의 내경을 D2, 상기 날개의 높이를 b1라 했을 때에, 0.70≤b1/((D2-D1)/2+b1))≤0.85인 관계를 갖는 구성으로 되어 있다.

상기 구성에 의해서, 유로의 높이 (D2-D1)/2+b1에 대해, 날개 높이 b1을 충분히 취함으로써, 임펠러가 난류 유동을 촉진하여, 충분한 승압량을 얻을 수 있음과 동시에, 임펠러와 함께 스트리퍼부를 빠져나가, 입구 포트측으로 되돌려지는 풍량이 억제되어, 와류 팬의 회전수에 대한 풍량을 증가시킬 수 있다. 본 발명은 이와 같이 종래의 와류 팬의 과제를 해결하여, 고성능이고 저소음의 와류 팬을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1a는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 와류 팬의 정면 일부 단면도,

도 1b는 도 1a의 A-A 단면도,

도 1c는 도 1b의 B-B 확대 단면도,

도 2는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 와류 팬의 유로 높이와 날개 높이 비에 대한 풍량 성능을 나타내는 특성도,

도 3은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 와류 팬의 임펠러 외경과 날개부 루트부 직경 비에 대한 풍량 성능을 나타내는 특성도,

도 4는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 케이싱의 유로 폭과 날개 폭 비에 대한 풍량 성능을 나타내는 특성도,

도 5a는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 와류 팬의 정면 일부 단면도,

도 5b는 도 5a의 A-A 단면도,

도 6a는 본 발명의 실시예 3에 있어서의 와류 팬의 정면 일부 단면도,

도 6b는 도 6a의 A-A 단면도,

도 7a는 종래 예에 있어서의 와류 팬의 정면 일부 단면도,

도 7b는 도 7a의 A-A 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 임펠러2 : 날개

4 : 케이싱5 : 유로

6 : 입구 포트7 : 출구 포트

8 : 스트리퍼부11 : 베어링부

14 : 공기15 : 입구부

16 : 출구부18 : 모떼기부

21 : 고정자22 : 회전자부

이하, 본 발명의 실시예에 관해서, 도면을 참조하여 설명한다.

실시예 1

도 1a는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 와류 팬의 정면 일부 단면도를 나타내고, 도 1b에는 도 1a의 A-A 단면도를, 또한 도 1c에는 도 1b의 B-B 확대 단면도를 나타낸다.

도면에 있어서, 임펠러(1)는 복수개의 날개(2)와 그 날개사이 공간(3)으로 구성되어 있다. 임펠러(1)와 그것을 수납하는 케이싱(4)의 사이에는 유로(5)가 설치되어 있고, 또한 케이싱(4)에는 소정의 간격을 두고 입구 포트(6)와 출구 포트(7)가 배치되어 있다. 또한, 입구 포트(6)와 출구 포트(7)의 유로(5)를 격리시켜, 공기의 누설을 최소한으로 하기 위해서 스트리퍼부(8)를 설치하고 있다. 도 1b에 도시한 바와 같이, 스트리퍼부(8)의 내면(9)과 임펠러(1)의 외면(10)은 될 수 있는 한 작은 틈새(clearance)를 유지하고 있다. 또한, 스트리퍼부(8)의 입구 포트(6)와 출구 포트(7)에 대항하는 면은 각각 입구 포트(6)와 출구 포트(7)의 벽면의 일부를 구성하고 있다. 또한, 임펠러(1)는 베어링부(11)를 통해, 모터(12)의 회전축(13)과 결합되고, 모터(12)의 회전에 의해서 도 1a의 화살표(B) 방향 또는 그것과 역방향으로 회전한다.

와류 팬에서 승압이 실시되는 원리에 관해서는, 일반적으로 다음과 같이 설명된다. 즉, 입구 포트(6)로부터 유입된 공기(14)는 유로(5)를 임펠러(1)의 회전에 의해서 화살표(C)의 방향으로 진행하는데 따라, 임펠러(1) 외주단과 내주에 있어서의 각운동량의 차이에 의해 발생하는 유동의 난류가 차츰 증가하여 승압 및 반송 작용이 강해진다. 이와 동시에, 임펠러(1)의 날개사이 공간(3)의 공기(14)는 날개(2)의 선단에서 유로(5)내에 방출되고, 다시 날개 루트부로 돌아가는 유동을 일으킨다.

이러한 작용은 다수의 날개(2)에 의해서 동시에 실시되기 때문에, 유로(5) 중에 있어서 공기의 혼합과 충격이 심해져서, 난류 유동은 한층 더 촉진된다. 그 결과, 공기의 압력을 차츰 높이면서 출구 포트(7)로 보내진다. 따라서, 승압량을 증가시켜 난류 유동을 촉진하기 위해서는, 임펠러(1)와 공기(14)와의 접촉 면적을 늘리거나, 날개(2)를 크게 하는 것이 효과적이라고 생각된다.

한편, 입구 포트(6)로부터 유입된 공기(14)는 최대라도 임펠러(1)와 동일한 속도로 유로(5)를 진행하여 출구 포트(7)에서 나가지만, 이때 임펠러(1)의 날개사이 공간(3) 내의 용적분의 공기는, 임펠러(1)의 회전과 동시에 스트리퍼부(8)를 빠져나가, 입구 포트(6)측으로 되돌려진다. 따라서, 임펠러(1) 내부의 용적이 작을수록, 입구 포트(6)측으로 되돌려지는 공기량이 적어져서 와류 팬의 회전수에 대한 출구 풍량이 증가하게 된다.

따라서, 와류 팬에서는, 승압량을 증가시키도록 난류 유동을 촉진하기 위해서, 임펠러(1)와 공기와의 접촉 면적을 늘리거나, 날개(2)를 크게 하는 것이 효과적이고, 임펠러(1)의 외경을 케이싱(4)의 내경에 대해 크게 하면, 날개(2)의 크기를 크게 함으로써, 승압량을 증가시킬 수 있다.

또한, 임펠러(1) 내부의 용적이 작을수록, 입구 포트(6)측으로 되돌려지는 공기량이 적고, 결과적으로 와류 팬의 회전수에 대한 출구 풍량이 증가하게 된다. 따라서, 임펠러(1)의 외경을 케이싱(4)의 내경에 대해 작게 하면, 임펠러(1) 내부의 용적을 작게 하는 것이 되어, 회전수에 대한 출구 풍량이 증가하게 된다.

도 1b에 도시한 바와 같이, 임펠러(1)의 외경을 D1, 케이싱(4)의 내경을 D2, 날개(2)의 높이를 b1, 임펠러(1)의 폭을 b2, 임펠러(1)의 외측에서 케이싱(4) 내측면까지의 간극을 a1이라고 하고 있다. 이 때, b1/((D2-D1)/2+b1)), 즉 유로높이와 날개 높이의 비에 대한 풍량 성능을 도 2에 나타낸다. 도면에 도시한 바와 같이, 0.70≤b1/((D2-D1)/2+b1))≤0.85 범위에 있어서 풍량은 대략 극대치를 나타내고 있다.

또한, 0.70>((D2-D1)/2+b1))의 경우에는, 유로(5)의 높이에 대하여 임펠러(1)의 날개(2)의 높이가 너무 작아져서, 난류 유동의 충분한 촉진을 기대할 수 없게 된다. 한편, ((D2-D1)/2+b1))>0.85의 경우에는, 임펠러(1) 내부의 용적이 커져서, 입구 포트(6)측으로 되돌려지는 풍량이 많아져 결과적으로 와류 팬의 회전수에 대한 풍량이 감소하고 있다고 생각된다.

또한, 도 2의 결과는 임펠러 외경 D1이 68mm의 경우의 결과이며, 임펠러 외경 D1이 100mm 이하의 범위에서는 성립하는 것을 확인하고 있다.

다음으로, (D1-2×b1)/D1, 즉 임펠러 외경과 날개부 루트부 직경의 비에 대한 풍량 성능을 도 3에 나타낸다. 도 3에서 0.40≤(D1-2×b1)/D1≤0.50에 있어서,풍량은 대략 극대치를 나타내고 있다. 또한, (D1-2×b1)/D1>0.50의 경우에는, 임펠러 외경에 비하여 임펠러 내경이 너무 커져서, 날개가 작아져서 난류 유동의 충분한 촉진을 기대할 수 없게 되어, 유로 높이 자체도 작아지고, 0.40>(D1-2×b1)/D1인 경우에는, 임펠러 내외경 차가 너무 커짐으로써 임펠러 내외경부의 유속차가 과도하게 발생하는데 따른 손실이 증대하여 결과적으로 와류 팬의 회전수에 대한 풍량이 감소한다고 생각된다.

다음으로, b2/(b2+2×a1), 즉 케이싱의 유로 폭과 날개 폭 비에 대한 풍량 성능을 도 4에 나타낸다. 도 4에서, 0.25≤b2/(b2+2×a1)≤0.50인 범위에 있어서 대략 극대치를 나타내고 있다. 또한, 0.25>b2/(b2+2×a1)인 경우에는, 케이싱 내폭에 비하여 임펠러 폭이 너무 작아져서, 난류 유동의 충분한 촉진을 기대할 수 없게 되고, b2/(b2+2×a1)>0.50인 경우에는, 임펠러 내부의 용적이 커져, 입구 포트측으로 되돌려지는 풍량이 많아져, 결과적으로 와류 팬의 회전수에 대한 풍량이 감소하게 된다.

다음으로, 스트리퍼부(8)에 관해서 설명한다. 스트리퍼부(8)는 본 실시예에서는 도 1에 도시한 바와 같이 개략 터널 형상을 하고 있다. 입구 포트(6)로부터 유입된 공기(14)는 임펠러(1)와 함께 회전하고, 스트리퍼부(8)의 입구부(15)에서 출구 포트(7)로 향하는 유동과 임펠러(1)와 함께 스트리퍼부(8)내의 개구를 통과하여 출구부(16)로부터 나와, 입구 포트(6)로부터 유입되는 유동에 합류하는 유동으로 나뉘어진다.

도 1b의 B-B 단면도인 도 1c에 도시한 바와 같이, 스트리퍼부(8)의입구부(15)의 각부(17)의 양측면에는 모떼기부(18)를 설치하고 있다. 임펠러(1)의 날개(2)가 스트리퍼부(8)에 들어갈 때에는, 주위의 공기가 급격히 압축되고, 그 압축이 날개(2)의 피치에 동기하여 변동하기 때문에, 주파수가 회전수×날개 개수로 표시되는 nZ음 및 그 고조파가 발생한다. 본 실시예에 의하면, 이 모떼기부(18)에 의해서 주위의 공기가 급격히 압축되지 않고, 따라서 nZ음의 저감이 가능해진다. 또한, 본 실시예로서는 스트리퍼부(8)의 출구부(16)에 있어서도 모떼기부(18)를 설치하고 있다. 따라서, 임펠러(1)의 날개(2)가 스트리퍼부(8)에서 나갈 때에도, 주위의 공기의 압력 변동이 날개의 피치에 동기하여 발생하여, 주파수가 회전수×날개 개수로 표시되는 nZ음 또는 그 고조파가 발생하지만, 이 모떼기부(18)에 의해서 저감된다.

본 실시예에서는, 모떼기부는 R 모떼기인 편이 공기 흐름 저항이 작아지지만, C 모떼기도 효과가 있다는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 본 실시예에서는, 도 1c에 도시한 바와 같이 임펠러(1)의 양면의 날개(2)의 설치 위치를 반 피치 어긋나게 놓고, 양면에서 발생하는 nZ음의 상호 간섭으로 nZ음의 완화를 꾀하고 있다.

실시예 2

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예 2를 나타내는 것으로 본 실시예의 구성 중 실시예 1과 공통의 부분에 관해서는 설명을 생략한다. 즉, 임펠러(1)의 내주부에서 케이싱(4)의 측면부(19)를 향해 원통상의 플랜지부(20)를 연장하고 있다. 이에 따라, 임펠러(1)와 공기(14)와의 접촉 면적이 증가하기 때문에, 난류 유동이 촉진되어 승압량을 증가시킨다. 한편, 임펠러(1)의 용적은 실질적으로 거의 불어나지 않기 때문에, 임펠러(1)와 함께 스트리퍼부(8)를 빠져나가, 입구 포트(6)측으로 되돌려지는 풍량이 많아짐에 따른 성능 저하는 미비하고, 종합적으로 풍량 증가를 얻을 수 있다.

또한, 케이싱(4)에 고정된 고정자(21)의 주위를 회전자부(22)가 회전하는 외부 회전자 모터의 회전자부(22)와, 임펠러(1)의 내주부로부터 케이싱(4)의 측면부(19)를 향해 연장된 원통상의 플랜지부(20)를 일체로 형성함으로써, 도 1에 나타낸 것과 같은 임펠러의 허브부(23)와 케이싱(4)의 유로(5)의 내주벽(24)의 2중 구조가 불필요해져서, 유로 면적을 늘릴 수 있기 때문에, 회전수당 풍량을 늘릴 수 있다.

실시예 3

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예 3을 나타내는 것이다. 본 실시예의 구성중 실시예 1과 공통의 부분에 관해서는 설명을 생략한다. 도면에 도시한 바와 같이, 임펠러(1) 외주부 중앙으로부터 케이싱(4)의 외주 내면(25)을 향해 원반상으로 플랜지(26)를 연장하고 있다. 이에 따라, 임펠러(1)와 공기와의 접촉 면적이 증가하기 때문에, 난류 유동을 촉진하여 승압량을 증가시키는 한편, 임펠러(1)의 용적은 실질적으로 거의 증가하지 않기 때문에, 임펠러(1)와 함께 스트리퍼부(8)를 빠져나가, 입구 포트(6)측으로 되돌려지는 풍량이 많아짐에 따른 성능 저하는 미비하고, 종합적으로 풍량 증가를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 실시예의 구성에 한정되는 것이 아니라, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 적절히설계 변경 가능하다는 것은 물론이다.

이상과 같이, 본 발명의 와류 팬은 충분한 승압량을 얻을 수 있는 동시에, 임펠러와 함께 스트리퍼부를 빠져나가서 입구 포트측으로 되돌려지는 풍량이 억제되고, 와류 팬의 회전수에 대한 풍량을 증가시켜 nZ음을 저감할 수 있기 때문에, 저소음으로 대풍량의 와류 팬을 제공할 수 있다.

Claims

와류 팬에 있어서,

공기의 입구 포트와 출구 포트를 구비한 원통 형상의 케이싱과,

상기 케이싱내에 설치되고, 외주부 양측에 복수개의 날개를 갖는 원반상 임펠러와,

상기 입구 포트와 출구 포트의 사이의 상기 케이싱과 상기 임펠러와의 간극에 설치된 스트리퍼부를 구비하고,

상기 원반상 임펠러의 외경을 D1, 상기 케이싱의 내경을 D2, 상기 날개의 높이를 b1라고 했을 때, 0.70≤b1/((D2-D1)/2+b1))≤0.85인 것을 특징으로 하는

와류 팬.
제 1 항에 있어서,

0.40≤(D1-2×b1)/D1≤0.50인 것을 특징으로 하는

와류 팬.
제 2 항에 있어서,

상기 임펠러의 폭을 b2, 임펠러와 케이싱 내측면까지의 간극을 a1이라고 했을 때, 0.25≤b2/(b2+2×a1)≤0.50인 것을 특징으로 하는

와류 팬.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 임펠러의 외경 D1이 100mm 이하인 것을 특징으로 하는

와류 팬.
와류 팬에 있어서,

공기의 입구 포트와 출구 포트를 구비한 원통 형상의 케이싱과,

상기 케이싱내에 설치되고, 외주부 양측에 복수개의 날개를 갖는 원반상 임펠러와,

상기 입구 포트와 출구 포트 사이의 상기 케이싱과 상기 임펠러와의 간극에 설치된 스트리퍼부를 구비하고,

상기 스트리퍼부의 상기 출구 포트측 단부에 모떼기부를 설치한 것을 특징으로 하는

와류 팬.
제 5 항에 있어서,

상기 스트리퍼부의 입구 포트측 단부에 모떼기부를 설치한 것을 특징으로 하는

와류 팬.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 모떼기부가 R 모떼기인 것을 특징으로 하는

와류 팬.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

외주부 양측에 설치한 날개의 위치가 원반상 임펠러의 중심에 대하여 어긋나고 있는 것을 특징으로 하는

와류 팬.
와류 팬에 있어서,

공기의 입구 포트와 출구 포트를 구비한 원통 형상의 케이싱과,

상기 케이싱내에 설치되고, 외주부 양측에 복수개의 날개를 갖는 원반상 임펠러와,

상기 입구 포트와 출구 포트 사이의 상기 케이싱과 상기 임펠러와의 간극에 설치된 스트리퍼부를 구비하고,

상기 케이싱내의 공기 유로가 상기 케이싱의 내주면부와, 측면부와, 상기 임펠러에 설치된 플랜지부에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는

와류 팬.
제 9 항에 있어서,

상기 플랜지부는 상기 임펠러에 설치되고 날개의 루트부를 형성하고, 상기 케이싱의 양측면을 향해 연신되어 있는 것을 특징으로 하는

와류 팬.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

상기 케이싱내에서 원반상 임펠러를 회전하기 위한 고정자와 회전자를 구비하고, 상기 회전자와 상기 임펠러에 설치된 플랜지부를 일체로 형성한 것을 특징으로 하는

와류 팬.
와류 팬에 있어서,

공기의 입구 포트와 출구 포트를 구비한 원통 형상의 케이싱과,

상기 케이싱내에 설치되고, 외주부 양측에 복수개의 날개를 갖는 원반상 임펠러와,

상기 입구 포트와 출구 포트 사이의 상기 케이싱과 상기 임펠러와의 간극에 설치된 스트리퍼부를 구비하고,

상기 임펠러의 외주부 중앙으로부터 상기 케이싱을 향해 원반상의 플랜지부가 연장된 것을 특징으로 하는

와류 팬.