KR20100091003A - 터보팬 및 이를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주판; 상기 주판의 양측으로 배치된 2개의 슈라우드; 및 상기 주판과 상기 슈라우드 사이에 배치되는 복수의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드의 외측 단부는, 상기 주판과 만나는 교점 및 상기 슈라우드와 만나는 교점 사이가 외측으로 돌출되게 형성된 터보팬과 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것으로써, 상기 주판과 상기 슈라우드에 형성되는 경계층에 잠기는 상기 블레이드의 면적을 줄여 유동의 손실을 줄이고, 소음을 저감하는 효과가 있다.

Description

터보팬 및 이를 포함하는 공기 조화기{Turbofan and air conditioner having the same}

본 발명은 터보팬 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주판 및 슈라우드에 형성되는 경계층에 잠기는 블레이드의 면적을 줄인 터보팬 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.

일반적으로, 송풍팬은 날개차 또는 로터의 회전력에 의해 공기를 압송하기 위한 수단으로 사용되고 있으며, 냉장고, 공기조화기, 청소기 등에 두루 적용되고 있다. 특히, 송풍팬은 공기의 흡입 및 토출방법 또는 그 형상에 따라 축류팬, 시로코팬, 터보팬 등으로 구분된다.

이들 중, 터보팬은 공기를 팬의 축방향으로부터 유입하여 날개 사이사이, 즉, 팬의 측면부를 통해 방사상으로 토출하는 방식으로서, 공기가 자연스럽게 팬의 내부로 유입되어 외부로 토출되므로 덕트가 필요치 않으며, 비교적 대형제품인 천장부착형 공기조화기 등에 많이 적용된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 터보팬은, 주판 및 슈라우드에 형성된 경계층에 잠기는 블레이드의 면적이 과도하여 유동의 손실이 발생하고 이상소음이 발 생하는 문제점이 있었다.

본원 발명은, 주판 및 슈라우드의 표면에 형성된 경계층에 잠기는 블레이드의 면적을 줄인 터보팬 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에 따른 터보팬은, 주판; 상기 주판의 양측으로 배치된 2개의 슈라우드; 및 상기 주판과 상기 슈라우드 사이에 배치되는 복수의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드의 외측 단부는, 상기 주판과 만나는 교점 및 상기 슈라우드와 만나는 교점 사이가 외측으로 돌출되게 형성된다.

또한, 본 발명에 따른 공기 조화기는, 주판; 상기 주판의 양측으로 배치된 2개의 슈라우드; 및 상기 주판과 상기 슈라우드 사이에 배치되는 복수의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드의 외측 단부는, 상기 주판과 만나는 교점 및 상기 슈라우드와 만나는 교점 사이가 외측으로 돌출되게 형성된 터보팬을 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 터보팬 및 그를 포함하는 공기 조화기는, 블레이드의 외측 단부가 외측으로 돌출되게 형성되어, 주판 및 슈라우드와 접하는 부분의 길이를 줄일 수 있다. 따라서, 주판 및 슈라우드의 표면에 형성된 경계측에 잠기는 블레이드의 면적을 줄일 수 있게되어 유동의 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 경계층에 잠기는 블레이드의 면적이 줄어들게되어 이상소음의 발생이 저감되는 효과가 있다.

또한, 블레이드의 중앙부가 외측으로 돌출되게 형성되기 때문에 블레이드의 면적을 넓혀 송풍량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

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 터보팬(1)의 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 터보팬(1)의 정압면(31)을 도시한 부분확대도이다. 도 3은 도 1에 도시된 터보팬(1)의 부압면(32)을 도시한 부분확대도이다. 이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

터보팬(1)은 팬모터(미도시)에 의해 회전하는 주판(10)과, 주판(10)의 양측면 둘레를 따라 수직으로 배치되는 복수의 블레이드(30)와, 복수의 블레이드(30)의 타단부를 연결하는 슈라우드(shroud, 20)를 포함한다. 여기서, 블레이드(30)는 주판(10)의 양측으로 복수가 배치되기 때문에, 슈라우드(20)는 주판(10)가 양측으로 2 개가 구비된다.

터보팬(1)의 상, 하부에는 공기를 흡입하기 위한 흡입구(21)가 각각 형성되고, 중앙부에는 공기를 토출하고자 하는 방향으로 유도하기 위한 유로가 형성되며, 측면부에는 흡입된 공기를 토출하기 위한 토출구(25)가 형성된다. 보다 상세하게, 흡입구(21)는 슈라우드(20)의 중앙부가 개구되어 이루어지며, 토출구(25)는 주판(10), 슈라우드(20) 및 블레이드(30)가 둘러싸면서 형성하는 공간으로 이루어진다.

블레이드(30)는 양측면이 각각 압력면(31)과 부압면(32)을 이루며, 주판(10)의 양측으로, 주판(10)과 슈라우드(20) 사이에 방사상으로 수직하게 배치된다. 블레이드(30)가 주판(10)의 양측으로 배치되기 때문에 상하 축방향을 따라 양측에서 공기를 흡입한 후 측방향으로 토출할 수 있어, 보다 많은 공기를 송풍시킬수 있는 장점이 있다

한편, 블레이드(30)는 주판(10)의 양측면을 따라 일정 간격으로 배치되는 것이 바람직하고, 도 1에 도시된 바와 같이 주판(10)의 상측면에 배열된 블레이드와, 하측면에 배열된 블레이드는 서로 엇갈리게 배열되는 것이 바람직하다.

흡입구(21)를 통해 블레이드(30)의 내측으로 유입된 공기는 부압면(32)의 내측을 따라 유입되어 부압면(32)의 외측 단부를 따라 토출된다. 본 실시예에서는 블레이드(30)가 평평한 판형으로 형성되나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 블레이드(30)는 전체적으로 굴곡된 면을 이루도록 형성될 수 있다. 이 경우, 굴곡을 이루는 면의 볼록한쪽 면이 정압면이 될 것이고, 오목한쪽 면이 부압면이 될 것이다.

한편, 블레이드(30)는 전술한 바와 같이 일단이 주판(10)에 수직으로 연결되며, 타단이 슈라우드(20)에 연결되는데, 블레이드(30)의 외측 단부(33)는 대략 중앙부가 외측으로 돌출되는 형상으로 형성된다.

보다 상세하게, 블레이드(30)의 외측 단부(33)가 주판(10)과 만나는 교점을 P1이라고 하고, 블레이드(30)의 외측 단부(33)가 슈라우드(20)와 만나는 교점을 P2라고 하면, P1과 P2 사이가 외측으로 돌출되게 형성된다. 이때, 블레이드(30)의 외측 단부(33)는 회전시 접촉하는 공기와의 저항을 줄일 수 있도록 곡선을 이루는 것이 바람직하다. 즉, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 P1으로부터 P2에 이르는 부분이 곡선을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다.

흡입구(21)를 통해 흡입된 공기가 유동하면서 주판(10) 및 슈라우드(20)의 표면에 소정의 경계층이 형성되고, 블레이드(30)의 상하부가 상기 경계층에 잠기게된다. 상기 경계층에 잠기는 블레이드(30)의 면적이 넓을수록 유동의 손실이 커지게 되는데, 이때 유동의 손실이란 상기 경계층에 의해 발생하는 마찰 손실로 정의가 가능하다.

상기와 같이 블레이드(30)가 외측으로 돌출된 형상을 이루기 때문에, 반대로 말하면 블레이드(30)의 상단과 하단이 내측으로 들어가 있기 때문에, 블레이드(30)의 하단과 주판(10) 및, 블레이드(30)의 상단과 슈라우드(20)가 만나는 부분의 길이를 줄일 수 있다. 이로인해 주판(10) 및 슈라우드(20)의 표면에 형성된 경계층에 잠기는 블레이드(20)의 면적을 줄일 수 있고, 전술한 바와 같은 유동의 손실을 줄일 수 있고, 이상 소음의 발생도 저감된다.

또한, 주판(10) 및 슈라우드(20)와 접하는 블레이드(30)의 상하부의 길이가 줄어든다고 하더라도, 블레이드(30)가 외측으로 돌출된 형상을 하고 있기 때문에 송풍을 위한 충분한 면적을 확보할 수 있는 장점이 있다. 즉, 블레이드(30)의 상하 단의 폭이 줄어들더라도 중앙부의 폭을 넓게 함으로써 면적이 줄어들지 않고, 같은 면적으로 일정한 폭을 가진 블레이드의 경우보다 유동의 손실 및 소음의 발생은 줄이면서 송풍효율은 떨어지지 않도록 구현이 가능하다.

또한, 블레이드(30)의 외측 단부(33)가 곡선을 이루도록하여, 흡입구(21)를 통해 흡입된 공기가 블레이드(30)의 부압면(32)을 따라 흐르면서 토출될 시, 블레이드(30)의 표면에서 박리 되는 것을 줄일 수 있어, 흡입 및 토출되는 공기의 유동이 원활하게 되고 소음이 저감되는 장점이 있다. 특히, 흡입구(21)를 통해 흡입된 공기가 직각 방향으로 꺽이는 부분에서 발생하기 쉬운 유동의 박리현상 및 와류(vortex)의 발생을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1 에 도시된 터보팬(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

팬모터(미도시)의 구동에 의해 터보팬(1)이 회전하면, 블레이드(30)의 회전에의해 외부 공기가 흡입구(21)로 유입되고, 유입된 공기는 주판(10), 슈라우드(20) 및 블레이드(30)에 의해 둘러싸여 형성된 공간인 토출구(25)를 통해 토출된다. 이 과정에서, 공기의 유동은 흡입구(21)측에서 토출구(25)측으로 직각으로 꺾이면서 토출되고, 이때 주판(10) 및 슈라우드(20)의 표면에 경계층이 형성되어 유동의 손실 및 이상 소음이 발생하는 문제가 생길 수 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 블레이드(30)는 외측 단부(33)가 외측으로 돌출된 형태를 갖도록 형성됨으로써, 블레이드(30)와 주판(10), 및 블레이드(30)와 슈라우드(20)가 접하는 부분의 길이를 줄여 경계층에 잠기는 블레이드(20)의 면적을 줄일 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 터보팬(1)을 구비한 공조 유닛(120)을 포함하는 공기 조화기의 일실시예의 대략적인 구성도이다. 터보팬(1)의 구성은 전술한 바와 동일하므로 이하 설명을 생략하기로 한다.

공기 조화기는, 냉매와 실내 공기를 열교환하여 공조된 공기를 토출구(160a, 160b)를 통해 실내로 토출하는 적어도 하나의 실내기(160)와, 냉매와 외부 공기를 열교환하는 실외기(140)와, 실외 공기를 실내로 공급하고, 실내 공기를 배기 또는 순환시켜 실내 공간의 공기 조화를 수행하는 공조 유닛(120, AHU: air handling unit)과, 실외기(140), 실내기(160) 및 공조 유닛(120) 사이로 선택적으로 냉매를 분배하는 냉매 분배 유닛(170)을 포함한다. 이하, 본 실시예에서는 2 개의 실내기(160)가 제공된 것으로 설명하나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않음을 명시한다.

실내기(160), 실외기(140) 및 공조 유닛(120) 사이에는 냉매가 순환하며, 냉매가 압축, 응축, 팽창 및 증발하는 과정을 거치면서 실내/외 공기와 열교환하여 실내 공간을 공기 조화시킨다.

공기 조화기는 냉매 분배 유닛(170)과 적어도 하나의 실내기(160) 사이를 순환하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(164a, 164b)와, 냉매 분배 유닛(170)과 공조 유닛(120) 사이를 순환하는 냉매를 팽창 시키는 팽창 밸브(117)를 더 포함할 수 있다.

공조 유닛(120)은 실내공기(R.A; room air)가 흡입되는 실내공기 흡입구(134), 흡입된 실내공기(R.A)를 실외로 배기(E.A; exhaust air)로서 실외로 배출 하는 배기구(136) 및, 실내공기 흡입구(134) 및 배기구(136) 사이에 배치되며, 실내공기 흡입구(134) 측에서 배기구(136) 측으로 공기가 순환시키는 터보팬(1)을 구비한 순환기(112)를 포함할 수 있다.

또한, 공조 유닛(120)은 실외 공기(O.A; outdoor air)를 흡입하는 실외공기 흡입구(132)와, 흡입된 실외 공기(O.A)를 실내로 토출하는 송풍구(138), 실외공기 흡입구(132) 및 송풍구(138) 사이에 배치되어 송풍력을 발생시키는 터보팬(1)을 구비한 송풍기(114), 실외공기 흡입구(132)를 통해 흡입된 실외공기(O.A)를 정화시키는 여과장치(114)), 여과장치(114)를 거친 공기를 냉배 분배 유닛(170)으로부터 분배된 냉매와 열교환 시키는 열교환기(116) 및, 열교환기(116)와 열교환한 공기의 습도를 조절하는 습도조절장치(118)를 더 포함할 수 있다. 여과장치(114), 열교환기(116) 및, 습도조정장치(118)는 반드시 본 실시예에서와 같은 순서로 배치될 필요는 없으며, 배치순서에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

한편, 공조 유닛(120)은 열교환기(116) 대신에 가스 히트펌프(GHP; gas heat pump), 전기 구동식 히트펌프(EHP; electric heat pump) 또는 지열원 열펌프(GSHPs; ground source heat pump) 등의 각종 열원을 이용하여 흡입된 실외공기(R.A)를 열교환시키도록 다양한 방식으로 구현될 수도 있다.

공조 유닛(120)에 의해 실내 공기가 조화되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

송풍기(114)의 터보팬(1)이 회전하면서 발생하는 흡입 및 송풍력에 의해 실외공기 흡입구(132)를 통해 실외공기(O.A)가 흡입되게 되고, 흡입된 실외공기(O.A)는 여과장치(114)를 거치면서 먼지 등이 제거되고, 열교환기(116)을 거치면서 열교 환 되고, 습도조절장치(118)를 거치면서 습도가 조절되 된 후, 송풍구(138)를 통해 실내 공간으로 토출된다.

순환기(112)의 터보팬(1)이 회전하면, 실내공기 흡입구(134)를 통해 실내공기(R.A)가 흡입된 후, 배기구(136)를 통해 배기(E.A)로서 실외로 배출된다.

즉, 공조 유닛(120)은, 탁한 실내공기(R.A)를 실외로 배출하고, 실외공기(O.A)를 여과, 열교환 및, 습도 조절 과정을 거치면서 공조시켜, 공조되어 실내로 토출되는 공기(S.A; supply air)에 의해 실내 공간을 환기시키고, 쾌적한 상태로 유지시키는 역할을 수행한다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보팬의 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 터보팬의 정압면을 도시한 부분확대도이다.

도 3은 도 1에 도시된 터보팬의 부압면을 도시한 부분확대도이다.

도 4는 도 1에 도시된 터보팬을 구비한 공조 유닛을 포함하는 공기 조화기의 일 실시예의 대략적인 구성도이다.

<도면의 주요부분의 부호에 대한 간단한 설명>

1: 터보팬 10: 주판

20: 슈라우드 21: 흡입구

25: 토출구 30: 블레이드

31: 정압면 32: 부압면

33: 외측 단부 120: 공조 유닛

112: 순환기 114: 송풍기

132: 실외공기 흡입구 134: 실내공기 흡입구

136: 배기구 138: 송풍구

Claims (6)

1. 주판;

   상기 주판의 양측으로 배치된 2개의 슈라우드; 및

   상기 주판과 상기 슈라우드 사이에 배치되는 복수의 블레이드를 포함하고,

   상기 블레이드의 외측 단부는,

   상기 주판과 만나는 교점 및 상기 슈라우드와 만나는 교점 사이가 외측으로 돌출되게 형성된 터보팬.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 블레이드의 외측 단부는 곡선을 이루는 터보팬.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 블레이드는 상기 주판의 양측면을 따라 일정 간격으로 배치되는 터보팬.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 블레이드의 양측 단부가 상기 주판 및 상기 슈라우더의 표면에 형성되는 경계층에 잠기는 면적을 줄여 유동의 손실 및 소음의 발생이 저감되는 터보팬.
5. 주판;

   상기 주판의 양측으로 배치된 2개의 슈라우드; 및

   상기 주판과 상기 슈라우드 사이에 배치되는 복수의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드의 외측 단부는, 상기 주판과 만나는 교점 및 상기 슈라우드와 만나는 교점 사이가 외측으로 돌출되게 형성된 터보팬을 포함하는 공기 조화기.
6. 제 5 항에 있어서,

   실외 공기를 실내로 공급하고, 실내 공기를 배기 또는 순환시켜 실내 공간의 공기 조화를 수행하는 공조 유닛을 더 포함하고,

   상기 터보팬은 상기 공조 유닛에 구비되는 공기 조화기.

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