KR20050119520A - 원심 송풍기 - Google Patents

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KR20050119520A
KR20050119520A KR1020040044634A KR20040044634A KR20050119520A KR 20050119520 A KR20050119520 A KR 20050119520A KR 1020040044634 A KR1020040044634 A KR 1020040044634A KR 20040044634 A KR20040044634 A KR 20040044634A KR 20050119520 A KR20050119520 A KR 20050119520A
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Abstract

본 발명에 따른 원심 송풍기는, 흡입 영역인 컷 오프 위치각으로부터 공기유동방향으로 일정 영역까지는 스크롤 하우징의 외곽을 이루는 곡률반경의 팽창각이 점차 감소하고, 그 이후로부터 토출 영역쪽으로는 스크롤 하우징의 외곽을 이루는 곡률반경의 팽창각이 점차 커지도록 형성됨으로써, 송풍 성능을 향상시킴과 아울러 소음 저감 효과를 실현할 수 있는 효과가 있다.

Description

원심 송풍기{Centrifugal fan}
본 발명은 원심 송풍기에 관한 것으로서, 특히 스크롤 하우징의 전체적인 폭의 증가 없이 팽창각을 변화시켜 송풍 성능을 향상시키는 동시에 소음저감 효과를 얻을 수 있는 원심 송풍기에 관한 것이다.
일반적으로, 시로코 팬(sirocco fan)으로 불리는 원심 송풍기는 공기를 배출시키기 위하여 가전제품 등에 널리 사용되는 원심 송풍기로서, 도 1에 도시된 바와 같이 공기를 흡입하는 임펠러(11)와, 상기 임펠러(11)에 의하여 흡입된 공기를 토출구(12b)로 안내하여 배출시키는 스크롤 하우징(12)로 구성된다.
상기 임펠러(11)는 리브(11b)에 의해 지지되는 복수개의 블레이드(11a)로 형성되어 모터의 구동부에 연결된다. 상기 스크롤 하우징(12)은 전방에 형성된 흡입구(12a)를 통하여 벨마우스(13)의 안내에 따라 흡입된 공기가 컷오프 위치(C)로부터 점차 확대되는 유로를 따라 토출구(12b)를 통하여 토출될 수 있도록 설계된다. 즉, 구동부에 연결된 임펠러(11)가 회전하게 되면 흡입구(12a) 전방의 공기가 흡입되어, 스크롤 하우징(12)의 점차 확대되는 유로를 따라 상기 토출구(12b)로 이동된 다음, 외부로 토출된다.
따라서, 스크롤 하우징(12)의 설계에 따라 원심 송풍기(10)에서 발생되는 소음과 풍량이 민감하게 변하게 되기 때문에 소음이 저감되고 풍량은 증대되는 스크롤 하우징의 설계가 연구되고 있다.
참조 부호 θo는 상기 스크롤 하우징(50)의 외곽을 이루는 곡면이 끝나는 곳의 기준각을, θc는 컷오프의 위치(C)가 시작되는 컷오프 위치각, θx는 상기 기준각(θo)으로 부터 반시계 방향으로 임의의 각도를 각각 나타낸다.
도 2는 종래 기술에 의한 원심 송풍기의 스크롤 하우징을 아르키메딕 스크롤(Archimedic Scroll) 곡선을 사용하여 설계한 경우의 팽창각을 도시한 그래프이고, 도 3은 종래기술에 의한 원심 송풍기의 스크롤 하우징을 아르키메딕 곡선을 사용하여 설계한 경우의 개략적인 정면도이다. 또한 도 4는 종래 원심 송풍기의 스크롤 하우징을 지수함수 스크롤(Exponential Scroll) 곡선을 사용하여 설계한 경우의 팽창각을 도시한 그래프이다.
종래의 원심 송풍기 스크롤 하우징(12)은 도 2 와 도 4에 도시된 바와 같이 아르키메딕 스크롤 곡선(A)을 사용하여 설계한 경우와 지수함수 스크롤 곡선(E)을 사용하여 설계한 경우로 양분할 수 있다.
먼저, 상기 아르키메딕 스크롤 곡선(A)을 사용하여 스크롤 하우징(12)의 외경을 작도하는 방법은 임펠러(11)의 반경(R0)이 결정되었을 경우, 평균 유속이론에 따라 스크롤 하우징(12)의 곡률 반경(Rθ)이 각도(θ)에 따라 비례적으로 증가하도록 한 구조로서, 스크롤 하우징(12)의 팽창각이 α인 경우 임의의 각도 θx에서 스크롤 곡률 반경 Rθ는 아래의 수학식들에 의해 계산된다.
여기서, Ro는 임펠러의 반경(mm)을 나타내고, θx는 임의의 각도(˚)이며, Cc 는 컷 오프(Cut-off) 틈새(mm), θc는 컷오프(Cut-off) 위치각(˚)이다
다음, 상기 지수함수 스크롤 곡선(E)을 사용하여 스크롤 하우징(12)의 외경을 작도하는 방법은 자유 와류이론에 의해 곡률반경이 지수 함수적으로 증가하는 구조로서, 스크롤 하우징(12)의 팽창각이 α인 경우 임의의 각도 θx에서 스크롤 곡률 반경 Rθ는 아래의 수학식에 의해 계산된다.
여기서, 도 2에서와 같이 아르키메딕 스크롤 곡선(A)에서의 스크롤 하우징(12)의 폭(W)은 스크롤 곡률 반경(Rθ)이 180˚일 때의 폭(w180)과, 스크롤 곡률 반경(Rθ)이 360˚일 때의 폭(w360)을 합한 것이 된다. 그러므로 임펠러의 반경(R0)이 결정되고 스크롤 하우징(12)의 폭(W)이 고정되면 스크롤 하우징(12)의 팽창각 α는 상기한 바와 같은 수학식들에 의해 한정되어 진다.
즉, 임펠러(11)의 반경(R0)이 40mm이고, 컷오프 틈새(Cc)가 5mm, 컷오프 각도(θc)가 90˚, 스크롤 하우징의 폭(W)이 115mm로 한정되었을 경우, 상기 아르키메딕 스크롤 곡선에서의 최대 팽창각(α)는 5.053˚가 되며, w180은 51.2501mm, w360은 63.7503mm가 된다.
상기 지수함수 스크롤 곡선(E)의 경우에는 최대 팽창각(α)은 4.3334˚가 되며 w180은 50.6882mm, w360은 64.3123mm가 된다
그러나, 상기한 바와 같은 방법으로 구성되는 종래의 원심 송풍기 스크롤 하우징은, 임펠러(11)의 반경(R0)과 컷오프 틈새(Cc)가 결정되고, 스크롤 하우징(12)의 폭(W)이 고정되면, 스크롤 하우징(12)의 최대 팽창각(α)은 고정되어지기 때문에 풍량에 영향이 큰 인자인 팽창각(α)을 크게 하기 위해서는 임펠러의 반경(R0)과 컷오프 틈새(Cc)를 적게 설계해야 하나, 이는 송풍 성능의 저하 및 소음의 증가를 가져오는 문제점이 있다.
또한, 스크롤 하우징(12)의 폭이 동일한 경우 지수함수 곡선을 이용한 스크롤 하우징(12)은 아르키메딕 곡선에 비해 거의 전범위에 걸쳐 곡률반경이 적어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스크롤 하우징의 외곽을 이루는 곡률반경의 팽창각을 컷오프 위치각으로부터 일정 영역까지 점차 감소시킨 다음 다시 증가시킴으로써 송풍 성능을 향상시킴과 아울러 소음 저감 효과를 실현할 수 있는 원심 송풍기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 원심 송풍기는, 흡입 영역인 컷 오프 위치각으로부터 공기유동방향으로 일정 영역까지는 스크롤 하우징의 외곽을 이루는 곡률반경의 팽창각이 점차 감소하고, 그 이후로부터 토출 영역쪽으로는 스크롤 하우징의 외곽을 이루는 곡률반경의 팽창각이 점차 커지도록 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 팽창각이 감소하는 영역은 상기 컷오프 위치각에서부터, 스크롤 하우징의 외곽의 곡면이 끝나는 기준각으로부터 180˚±10˚부근까지로 설정된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따라 스크롤 하우징을 설계한 원심 송풍기의 개략적인 정면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 스크롤 하우징의 팽창각과 종래 아르키메딕 곡선을 이용한 팽창각에 대한 그래프이다.
본 발명에 따른 원심 송풍기는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 모터에 의해 회전 구동되면서 공기를 흡입하는 임펠러(50)와, 이 임펠러(50)에 의하여 흡입된 공기를 토출구(60a)로 안내하여 배출시키는 스크롤 하우징(60)으로 구성된다.
특히 상기 스크롤 하우징(60)은 그 외곽을 이루는 곡면이 끝나는 곳을 기준각(θo)으로 하여 공기유동방향을 따라 임의의 각도(θx)를 설정할 때, 외곽 면을 이루게 되는 곡선(P)은 임의의 각도(θx)에 따른 팽창각(α1, α2)을 다르게 변화시키는 바, 흡입 영역인 컷 오프 위치각(θc)으로부터 임펠러(50) 회전 방향으로 일정 영역까지는 스크롤 하우징(60)의 외곽을 이루는 곡률반경(Rθ)의 팽창각(α1)이 점차 감소하고, 그 이후로부터 토출 영역쪽으로는 스크롤 하우징(60)의 외곽을 이루는 곡률반경(Rθ)의 팽창각(α2)이 점차 커지도록 형성된다.
즉, 본 발명에 따른 스크롤 하우징(60)의 외곽의 곡면(P)은 상기 팽창각(α1)이 감소하는 영역이 상기 컷오프 위치각(θc)에서부터, 스크롤 하우징(60)의 외곽의 곡면이 끝나는 기준각(θ0)으로부터 180˚±10˚부근까지로 설정되고, 상기 팽창각(α2)이 점차 커지는 영역은 외곽 곡률반경의 팽창각이 아르키메딕(Archimedic) 곡선이나 지수함수(Exponential) 곡선에 의한 팽창각으로 설정되거나, 도 6의 아르키메딕 곡선(A)에 의한 팽창각(α)보다 크게 형성된다.
따라서, 본 발명에 따른 원심 송풍기는 상기 임펠러(50)의 반경은 동일하게 설계한 상태에서, 상기 스크롤 하우징(60)을 컷 오프 위치각(θc)으로부터, 기준각(θo)에서 180˚부근 위치까지 팽창각(α1)이 점차 감소하게 되므로, 이 구간에서 임펠러의 외경과 스크롤 하우징의 곡면 사이의 틈새가 컷 오프 지점의 틈새(Cc)가 가장 크고, 180˚부근의 틈새(Cc')가 가장 작아지게 된다. 그리고, 상기 스크롤 하우징(60)을 180˚~ 360˚사이의 공간에서 팽창각(α2)이 종래 아르키메딕 곡선(A)에 의한 팽창각(α)보다 크게 설계되므로 도 6에 도시된 바와 같이 팽창각(α2)의 기울기가 급격하게 증가하게 된다.
하기의 표는 종래 아르키메딕(A) 곡선과 지수함수(E) 곡선에 의한 스크롤 하우징 외곡률 반경과, 본 발명에 따른 곡선(P)을 이용한 스크롤 하우징의 외곽 곡률반경을 비교한 것을 나타낸 것이다.
상기 스크롤 하우징(60)의 폭(W)은 스크롤 곡률 반경(Rθ)이 180˚일 때의 폭(w180)과, 스크롤 곡률 반경(Rθ)이 360˚일 때의 폭(w360)을 합한 것이 된다. 그러므로 임펠러의 반경(R0)이 결정되고 스크롤 하우징(60)의 폭(W)이 고정되면 스크롤 하우징의 곡률 반경(Rθ)은 상기의 표와 같이 설계된다.
여기서 임펠러(50)의 반경(R0)이 40mm, 컷오프 틈새(Cc)가 5mm, 컷오프 위치각(θc)이 90˚이고, 스크롤 폭(W)이 115mm로 한정되었을 경우, 180˚위치에서 컷오프 틈새(Cc’)를 3mm로 하였을 때, 본 발명의 스크롤 곡선(P)의 팽창각(α2)은 종래 아르키메딕 곡선(A)의 팽창각(α) 5.053˚보다 두 배 이상이 큰 12.116˚이 되면, 이때의 폭(W)은 각각 w180은 43mm, w360은 72mm가 된다.
이와 같이 스크롤 하우징(60)의 폭(W)이 한정되어 있는 경우, 임펠러의 반경(R0)은 동일하게 하고 컷 오프 위치각(θc)으로부터 초기 팽창각(α1)을 감소시킨 후 그 후 팽창각(α2)은 증가시키는 데, 이때 스크롤 반경을 토출 영역 부위인 270˚~ 360˚사이의 공간에서 종래 보다 더 크게 설계됨으로서 스크롤 하우징(60)의 폭(W)의 증가 없이 팽창각 증가에 의한 풍량 증가 효과에 의해 스크롤 내부의 유동 손실이 생기는 영역의 공간을 감소시킬 수 있고, 컷 오프 지점에서의 소음은 종래와 동일하게 함으로서 동일 풍량에서의 소음 저감 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 원심 송풍기와 종래 기술에 의한 송풍기의 압력과 풍량 및 회전 속도 비교 그래프로서, 본 발명과 종래 모두 동일한 임펠러(50)를 사용하였을 때, 본 발명에서 풍량(정압 Ps가 0 일 때)이 증가하였고, 또한 작동점(O)에서의 풍량(Q)은 동일하나, 임펠러의 회전속도(rpm)가 감소하여 동일 풍량에서의 소음이 크게 감소된 것을 알 수 있다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 원심 송풍기는, 풍량 및 소음에 영향이 적은 흡입 영역에서는 팽창각을 감소시키고 그 이후부터인 토출 영역 부위에서는 팽창각을 기존 보다 크게 함으로서 최대한의 토출 유로를 확보할 수 있기 때문에 토출 면적의 크기가 커져 토출되는 유체의 속도를 압력으로 쉽게 변환시키므로 풍량의 증대 효과를 얻을 수 있고, 또한 소음 발생원인 컷 오프 부분에서의 소음은 이전과 동일하게 발생되므로 동일 풍량에서 소음 저감 효과를 얻을 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 원심 송풍기가 도시된 개략적인 정면도,
도 2는 종래 기술에 의한 원심 송풍기의 스크롤 하우징을 아르키메딕 스크롤 곡선을 사용하여 설계한 경우의 팽창각을 도시한 그래프,
도 3은 종래 기술에 의한 원심 송풍기의 스크롤 하우징을 아르키메딕 곡선을 사용하여 설계한 경우의 개략적인 정면도,
도 4는 종래 기술에 의한 원심 송풍기의 스크롤 하우징을 지수함수 스크롤 곡선을 사용하여 설계한 경우의 팽창각을 도시한 그래프,
도 5는 본 발명에 따라 스크롤 하우징을 설계한 원심 송풍기의 개략적인 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 스크롤 하우징의 팽창각과 종래 아르키메딕 곡선을 이용한 팽창각에 대한 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 원심 송풍기와 종래 기술에 의한 송풍기의 압력과 풍량 및 회전 속도 비교 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
50 : 임펠러 60 : 스크롤 하우징
60a : 토출구 θ0 : 스크롤 기준각
θc : 컷오프 위치각 θx : 임의의 각
R0 : 임펠러의 반경 Rθ : 스크롤 하우징 외곽 곡률반경
α, α1 , α2 : 팽창각

Claims (5)

  1. 흡입 영역인 컷 오프 위치각으로부터 공기유동방향으로 일정 영역까지는 스크롤 하우징의 외곽을 이루는 곡률반경의 팽창각이 점차 감소하고,
    그 이후로부터 토출 영역쪽으로는 스크롤 하우징의 외곽을 이루는 곡률반경의 팽창각이 점차 커지도록 형성된 것을 특징으로 하는 원심 송풍기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창각이 감소하는 영역은 상기 컷오프 위치각에서부터, 스크롤 하우징의 외곽의 곡면이 끝나는 기준각으로부터 180˚±10˚부근까지로 설정된 것을 특징으로 하는 원심 송풍기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 팽창각이 점차 커지는 영역은 외곽 곡률반경의 팽창각이 아르키메딕(Archimedic) 곡선이나 지수함수(Exponential) 곡선에 의한 팽창각으로 설정된 것을 특징으로 하는 원심 송풍기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 팽창각이 점차 커지는 영역은 외곽 곡률반경의 팽창각이 아르키메딕 곡선에 의한 팽창각보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 원심 송풍기.
  5. 흡입 영역인 컷 오프 위치각으로부터, 공기유동방향으로 스크롤 하우징의 외곽의 곡면이 끝나는 기준각으로부터 180˚±10˚부근까지는 스크롤 하우징의 외곽을 이루는 곡률반경의 팽창각이 점차 감소하도록 형성된 것을 특징으로 하는 원심 송풍기.
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