KR20040105022A - 자동차 공조장치용 블로어 유니트의 스크롤 케이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 공조장치용 블로어 유니트(blower unit)의 스크롤 케이스(scroll case)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스크롤 시점으로부터 종점까지 하나의 곡선, 예컨대 지수함수식으로 연결되어, 럼블(rumble) 및 휘슬(whistle) 등의 소음을 최소화할 수 있는 블로어 유니트용 스크롤 케이스에 관한 것이다.

본 발명은, 팬이 내부에 장착되는 스크롤부와, 상기 스크롤부의 내부와 통하면서 상기 스크롤부로부터 연장된 토출구가 형성된 케이스를 구비하는 자동차 공조장치용 블로어 유니트의 스크롤 케이스에 있어서, θ는 스크롤 종점으로부터 임의의 스크롤 지점까지의 시계방향으로의 각도,H _θ´ 는 임의의 각도 θ´에서의 팬 중심으로부터 스크롤까지의 거리, θ_c는 스크롤 시점으로부터 컷 오프 시점까지의 시계방향으로의 각도,R _w´ 은 블로어 팬의 반경과 컷 오프 시점 간의 간극의 합, α´은 스크롤의 전개각도라 할 때, 상기 스크롤부의 스크롤 시점으로부터 스크롤 종점까지의 형상은,

H _θ´ =R _w´ ×{1+2π×Tan(α´)}^θ´/2π, (0 ≤θ´≤2π- θ_c, θ´= θ- θ_c)

의 관계식을 만족하면서 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차 공조장치용 블로어 유니트의 스크롤 케이스{Scroll Case of a Blower Unit for an Air Conditioning System of Automobile}

본 발명은 자동차 공조장치용 블로어 유니트(blower unit)의 스크롤 케이스(scroll case)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스크롤 시점으로부터 종점까지 하나의 곡선, 예컨대 지수함수식으로 연결되어, 럼블(rumble) 및 휘슬(whistle) 등의 소음을 최소화할 수 있는 블로어 유니트용 스크롤 케이스에 관한 것이다.

자동차용 공조장치는 블로어 유니트에 의하여 공기를 공조 케이스 내부로 송풍하고, 이와 같이 송풍된 공기와 공조장치를 순환하는 열교환매체를 열교환시킴으로써 상기 공기의 온도를 조절하여 자동차의 실내를 냉ㆍ난방하는 장치이다.

도 5 및 도 6을 참조하여 블로어 유니트의 작용을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

블로어 유니트는, 그 상부에 내기유입구(61) 및 외기유입구(62)가 형성된 덕트(duct)(6)와, 상기 덕트(6)의 하부에 결합되고 스크롤부(71) 및 상기 스크롤부(71)로부터 연장되는 토출구(72)를 구비한 스크롤 케이스(7)와, 상기 스크롤부(71)의 저면에 설치된 모터(81)에 의하여 구동됨으로써 내ㆍ외기 유입구(61, 62)로부터 유입되는 공기를 흡입하여 토출구(72) 쪽으로 송풍하는 원심팬(8)과, 상기 내ㆍ외기 유입구 (61, 62) 사이에서 선회하면서 상기 내ㆍ외기 유입구(61, 62)를 선택적으로 개폐하는 전환도어(9)를 포함하여 구성된다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 모터(81)의 구동에 의하여 원심팬(8)을 시계방향으로 회동시키면 공기가 전환도어(9)에 의하여 선택적으로 개방된 내ㆍ외기 유입구(61, 62)를 통하여 원심팬(8)의 축방향으로 유입된다. 그 다음, 상기 유입된 공기는 원심팬(8)의 회동에 따라 스크롤부(71)를 따라 시계방향으로 선회하면서 토출구(72)를 통하여 배출된다.

스크롤 케이스(7)는 도 7에 도시된 바와 같이, 원심팬 (8)과 스크롤 케이스와의 간격이 토출구(72) 쪽으로 갈수록 확대되는 구조를 갖는다. 상기 스크롤부(71)가 시작되는 지점을 컷 오프(73)의 시점(731)이라 하고, 상기 컷 오프 시점(731)으로부터 원심팬(8)의 중심방향으로 원심팬(8)의 외주와 만나는 거리(D)는 컷 오프 간극(cut-off clearance)이라 한다. 이와 같은 스크롤부(71)를 가진 스크롤 케이스(7)에 설치되는 토출구(72)는 스크롤 종점(P), 즉 스크롤부(71)의 확대부 끝으로부터 연장되는 가이드 벽면(74)을 가진다.

따라서, 원심팬(8)이 시계방향으로 회전하면, 내ㆍ외기유입구(61, 62)를 통하여 원심팬(8)의 축방향으로 도입되는 공기는 스크롤부(71)의 내벽면을 따라 시계방향으로 회전하면서 토출구(72) 밖으로 송풍된다.

한편, 상기 스크롤 케이스(7)에 있어서, 상기 토출구(72) 밖으로 송풍된 공기가 증발기 코어, 히터 코어 및 덕트를 유동할 때 유동저항이 커져 스크롤 케이스(7) 출구부에 높은 정압이 작용함으로써, 컷 오프(73) 부근에서 공기가 역류하는 현상이 발생하고, 상기 역류된 공기와 원심팬(8)의 출구공기와의 상호 간섭으로 인하여 약 25Hz∼400Hz 사이의 저주파 소음인 럼블 소음(rumble noise)이 발생하는 데, 상기 럼블 소음은 주로 컷 오프(73)의 위치와 관련되어 있다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 컷 오프(73)의 위치를 설계상 스크롤 시점(S) 쪽으로 상향이동시킨 경우에는, 원심팬(8)과 이동된 컷 오프(75) 사이의 간극(D)이 좁아져, 또 다른 소음인 휘슬 소음(whistle noise)이 발생하게 된다. 상기 휘슬 소음은 원심팬의 블레이드가 스크롤부(71)의 컷 오프 부근을 지날 때마다 발생하는 풍압변동으로 인하여 발생하는 소음이다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 케이스의 휘슬 소음과 럼블 소음은 주로 블로어 팬과 컷오프 사이의 간극 및 컷 오프의 위치와 각각 관련되어 있기 때문에, 케이스의 스크롤의 설계시 상기 두 인자의 설정은 상당히 중요한 역할을 하게 된다.

이와 관련하여, 종래에는 상기와 같은 케이스의 스크롤부를 설계하는 데, 아래의 지수함수식을 사용하여 왔다.

H_θ= R_w×{1+2π×Tan(α)}^θ/2π, (0 ≤θ≤2π) ---- (1)

여기서, H_e는 스크롤 시점(S)으로부터 시계방향으로의 임의의 각도 θ에서 팬 중심(O)으로부터 스크롤까지의 거리, R_w는 블로어 팬의 반경을 의미한다(도 1 참조). 그리고, α는 스크롤이 전개될 때의 전개각도를 의미한다.

그러나, 상기 (1)식을 사용하여 케이스의 스크롤부를 설계하는 경우, 다음과 같은 문제가 있었다.

즉, 블로어 팬의 반경(R_w)과 스크롤의 전개각도(α)가 주어지면 컷 오프 부근을 제외한 스크롤의 형상(곡선 I)이 결정되는 데, 여기서 먼저 블로어 팬과 컷 오프 사이의 간극(D)을 소정의 요구되는 값으로 정한 경우, 컷 오프의 시점(A)은 상기 (1)식에 의해서 곡선 I 상에서 자동적으로 정해지게 된다(도 2참조).

만일, 이 때 발생되는 럼블소음이 설계 상의 기준치를 만족시키지 못하면, 도 2와 같이 럼블 소음을 줄이기 위해, 블로어 팬과 컷 오프 사이의 간극(D)을 유지하면서 컷 오프의 시점을 조절할 필요가 생긴다. 그런데, 컷 오프의 시점을 A지점에서 B지점로 상향 이동시키는 경우에는, B지점은 상기 곡선 I 상에서 벗어나므로 상기 곡선 I 상의 A지점과 B지점을 이어주는 별도의 새로운 곡선이 요구되게 되는 데, 통상적으로 A지점과 B지점을 동일 반경을 가지는 원호로 연결시키는 작업을 추가적으로 하여 스크롤 형상을 마무리 해주고 있는 문제점이 있었다.

한편, 상기와는 반대로 블로어 팬의 반경(R_w)과 스크롤의 전개각도(α)가 주어진 상태에서 컷 오프 부근을 제외한 스크롤의 형상(곡선 I)을 결정한 후, 컷 오프의 시점을 곡선 I 상에서 먼저 소정의 요구되는 위치(A)로 정한 경우, 블로어 팬과 컷 오프 사이의 간극(D)은 곡선 I에 의해 자동적으로 정해지게 된다. 따라서, 이 때 발생되는 휘슬 소음이 과도하여, 블로어 팬과 컷 오프 사이의 간극(D)을 변경하여 휘슬 소음을 줄이고자 하는 경우에도, 상기 식(1)에 의한 곡선 I로는 커버가 곤란하므로 별도의 곡선을 생성하여 컷 오프 부근을 수정하는 작업을 추가적으로 해야 하는 문제점이 있었다.

즉, 종래의 식(1)을 사용하는 경우, 블로어 팬과 컷 오프 사이의 간극, 컷 오프의 위치를 조절하고자 할 때 곡선 I로는 커버가 불가하여 별도의 수정작업이 추가적으로 요구되며, 그 결과 스크롤부가 하나의 곡선에 의해 완전히 정의되지 못하여 휘슬 및 럼블 소음이 과도하게 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 별도의 수정작업 없이 한 번의 작업으로 블로어 팬과 컷 오프 사이의 간극, 그리고 컷 오프의 위치를 동시에 원하는 대로 설정하여, 케이스의 스크롤이 하나의 지수함수식에 의해 완전히 정의되는 자동차 공조장치용 블로어 유니트의 스크롤 케이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은, 팬을 포함한 스크롤 케이스의 단면도이다.

도 2 및 도 3은, 컷 오프 시점의 위치를 조정할 때, 종래의 스크롤 케이스 설계시의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는, 본 발명에 따른 스크롤 케이스를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는, 자동차 공조장치용 블로어 유니트의 사시도이다.

도 6은, 도 5의 블로어 유니트의 주요부의 단면도이다.

도 7은, 스크롤 케이스의 주요부를 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

7...스크롤 케이스, 73...컷 오프,

731...컷 오프 시점, D...컷 오프 간극,

θ...스크롤 시점(S)으로부터 임의의 스크롤 지점(Q)까지의 시계방향으로의 각도,

H _θ´ ...임의의 각도 θ´에서의 팬 중심(O)으로부터 임의의 스크롤 지점(Q)까지의 거리,

θ_c...스크롤 시점(S)으로부터 컷 오프 시점(A′)까지의 시계방향으로의 각도,

R _w´ ...블로어 팬의 반경(R_w)과 컷 오프 간극(D)의 합,

α´...스크롤의 전개각도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 팬이 내부에 장착되는 스크롤부와, 상기 스크롤부의 내부와 통하면서 상기 스크롤부로부터 연장된 토출구가 형성된 케이스를 구비하는 자동차 공조장치용 블로어 유니트의 스크롤 케이스에 있어서, θ는 스크롤 시점(S)으로부터 임의의 스크롤 지점(Q)까지의 시계방향으로의 각도,H _θ´ 는 임의의 각도 θ´에서의 팬 중심(O)으로부터 임의의 스크롤 지점(Q)까지의 거리, θ_c는 스크롤 시점(S)으로부터 컷 오프 시점(A′)까지의 시계방향으로의 각도,R _w´ 은 블로어 팬의 반경(R _w )과 컷 오프 간극(D)의 합, α´은 스크롤의 전개각도라 할 때, 상기 스크롤부의 형상은,

H _θ´ =R _w´ ×{1+2π×Tan(α´)}^θ´/2π, (0 ≤θ´≤2π- θ_c, θ´= θ- θ_c)

---(2)

의 관계식을 만족하면서 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 θ_c는 10°에서 70°의 범위에서 형성되는 것이 바람직하다.

이하에서, 상기 식(2)를 사용하여 설계된 블로우 유니트의 스크롤 케이스의 특징 및 장점들을 상세히 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 식(1)의 변수 R_w,α, θ에 각각 대응하는 새로운 변수R _w´ ,α´,θ´를 설정한다. 여기서,R _w´ 은 블로어 팬의 반경(R_w)과 컷 오프 간극(D)의 합, α´은 스크롤의 전개각도, θ´는 스크롤 시점(S)으로부터 임의의스크롤 지점(Q)까지의 시계방향으로의 각도인 θ에서 스크롤 시점(S)으로부터 컷 오프 시점(A′)까지의 시계방향으로의 각도인 θ_c를 뺀 각도로 정의된다.

상기와 같이 정의된 식(2)을 사용하면, 전개되는 스크롤을 컷 오프 시점으로부터 시작할 수 있어, 컷 오프 시점의 위치 및 블로어 팬과 컷 오프 사이의 간극을 만족하는 스크롤부의 형상을 하나의 지수함수식에 의해 한 번의 작업으로 형성할 수 있게 된다.

즉, 스크롤부의 설계시, 주어진 컷 오프 간극(D)과 컷 오프 시점의 위치를 동시에 만족시키는 스크롤 시점(A´)를 정한다. 그 다음, 상기 스크롤 시점(A´)으로부터 상기 식(2)에 의해 스크롤 종점(P)까지 스크롤을 전개시켜 줌으로써, 하나의 지수함수식에 의하여 별도의 수정작업 없이 한 번에 스크롤의 형상이 완성된다.

만일, 상기의 형상이 테스트 결과 럼블 및 휘슬 소음이 설계기준치를 만족시키지 못하여 스크롤 형상의 수정이 요구되는 경우에도, 간단히 새로운 스크롤 시점을 정해주면, 그로부터 상기 식(2)에 의해 간단히 스크롤부의 형상을 한 번에 완성할 수 있어 스크롤부 형상의 수정작업을 간단하게 수행할 수 있게 된다.

이처럼 상기 식(2)에 의해 하나의 지수함수식으로 완전하게 정의된 스크롤부는 컷 오프 부근에서 일부 수정작업이 요구되었던 종래의 스크롤부와는 달리, 스크롤의 시점(A′)으로부터 종점(P)까지 하나의 지수함수식에 의해 완전히 정의되기 때문에, 송풍기에서의 럼블 소음 및 휘슬 소음을 최소한으로 손쉽게 줄일 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 별도의 수정작업 없이 한 번의 작업으로 컷 오프 간극, 그리고 컷 오프의 위치를 동시에 원하는 대로 설정하여, 케이스의 스크롤부가 하나의 지수함수식에 의해 완전히 정의되는 자동차 공조장치용 블로어 유니트의 스크롤 케이스를 제공할 수 있어, 송풍기에서 발생되는 럼블 및 휘슬 소음을 최소한으로 손쉽게 줄일 수 있는 효과를 가진다.

Claims (2)

1. 팬이 내부에 장착되는 스크롤부와, 상기 스크롤부의 내부와 통하면서 상기 스크롤부로부터 연장된 토출구가 형성된 케이스를 구비하는 자동차 공조장치용 블로어 유니트의 스크롤 케이스에 있어서,

   θ는 스크롤 시점(S)으로부터 임의의 스크롤 지점(Q)까지의 시계방향으로의 각도,H _θ´ 는 임의의 각도 θ´에서의 팬 중심(O)으로부터 임의의 스크롤 지점(Q)까지의 거리, θ_c는 스크롤 시점(S)으로부터 컷 오프 시점(A′)까지의 시계방향으로의 각도,R _w´ 은 블로어 팬의 반경(R_w)과 컷 오프 간극(D)의 합, α´은 스크롤의 전개각도라 할 때,

   상기 스크롤부의 형상은,

   H _θ´ = R _w´ ×{1+2π×Tan(α´)} ^θ´/2π ,(0 ≤θ´≤2π- θ _c , θ´=θ- θ _c )의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 자동차 공조장치용 블로어 유니트의 스크롤 케이스.
2. 제1항에 있어서,

   상기 θ_c는 10°에서 70°의 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 공조장치용 블로어 유니트의 스크롤 케이스.