KR20110001122A - 팬 어셈블리와, 이를 구비한 환기 장치 및 환기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팬 어셈블리 및 이를 구비한 환기 장치에 관한 것으로서, 스크롤 내부의 컷오프 영역에서부터 토출구에 이르기까지 팬의 반경 방향뿐 아니라 축방향으로도 공기 유로 단면적이 확대됨으로써, 팬에 의하여 토출되는 공기의 동압 성분을 정압으로 회복시키는 장점이 있다.

환기 장치, 팬, 전열 교환 소자

Description

팬 어셈블리와, 이를 구비한 환기 장치 및 환기 시스템{Fan assembly, ventilation apparatus equipped with the fan assembly and ventilation system including the ventilation apparatus}

본 발명은 팬 어셈블리와, 이를 구비한 환기 장치 및 상기 환기 장치를 포함하는 환기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 팬 어셈블리라 함은 팬 블레이드의 회전에 의하여 공기의 강제 유동을 유발하여 공기가 특정 방향으로 흐로도록 하는 장치이다. 상기 팬 어셈블리는 공기의 강제 유동을 필요로 하는 제품에 다양하게 사용되는데, 특히 에어컨이나 온풍기와 같은 공기 조화기, 실내 공기와 실외 공기 간에 열교환이 이루어지도록 하는 환기 장치 등과 같은 제품에 많이 적용되고 있다.

또한, 상기 팬 어셈블리는 사용되는 팬은 공기의 흡입 방향과 토출 방향에 따라 분류된다.

상세히, 팬의 축방향으로 공기가 흡입되어 반경 방향으로 토출되는 원심팬(centrifugal fan), 팬의 축방향으로 공기가 흡입되어 축방향으로 토출되는 축류팬(axial fan) 및 팬의 축에 수직인 평면을 따라 일방향으로 공기가 흐르도록 하는 횡류팬(cross-flow fan)으로 구분된다.

또한, 상기 원심팬은 터보팬과 시로코팬을 포함하며, 특히 시로코팬의 경우 공기의 강제 유동을 유발하기 위하여 스크롤이라고 하는 에어 가이드 부재가 팬 하우징 내부에 형성된다.

상기 스크롤은 공기의 토출이 시작되는 근위단(proximal end)으로부터 공기가 토출되는 원위단(distal end)으로 갈수록, 팬의 외주면을 따라 아르키메데스 스파이럴(archimedes spiral) 형태로 라운드지는 형태를 이룬다. 상세히, 상기 아르키메데스 스파이럴 형태의 스크롤은 공기의 토출이 시작되는 지점으로부터 팬 블레이드의 단부 간의 간격이 점진적으로 확장되는 형태로 라운드지는 구조를 이룬다. 즉, 스크롤과 팬 블레이드 간의 종단면적이 팬의 토출구로 갈수록 점진적으로 확장되는 형태를 이루며, 상기 종단면적은 팬의 반경 방향으로 확장되는 형태를 이룬다. 이러한 형태의 스크롤에 의하여 팬의 반경 방향으로 토출되어 토출구쪽으로 회전하는 공기의 유속이 빨라지며 소음이 감소되는 특징이 있다.

시로코팬이 적용되는 종래의 팬 어셈블리의 경우, 팬 하우징 내부에 형성되는 공기 유로는 다음과 같은 형태로 이루어진다. 즉, 팬의 축방향 폭은 모든 지점에서 동일하고, 근위단으로부터 원위단 쪽으로 갈수록 팬의 반경 방향 폭만 점진적으로 증가하는 구조를 이룬다.

상기와 같은 종래의 시로코팬을 장착한 팬 어셈블리의 경우, 주어진 세트의 크기에서 스크롤 내부 공간을 확장하는데 제약이 따르는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 단점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 제한된 제품 공간 내에서 스크롤 내부를 최대한으로 확장하여, 팬에 의하여 흡입된 후 토출되는 공기의 축방향 속도 성분을 정압으로 회복시킴으로써 균일한 출구 유동을 가능하게 하는 팬 어셈블리와, 이를 구비한 환기 장치 및 상기 환기 장치를 포함하는 환기 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 팬 어셈블리는, 상호 교차되는 면에 흡입구와 토출구가 각각 형성되는 팬 하우징; 상기 팬 하우징의 내부에서 곡률이 점진적으로 증가하는 형태로 라운드지게 형성되어, 공기의 흐름을 안내하는 스크롤; 및 상기 스크롤의 내부에 놓이는 팬을 포함하고, 상기 팬의 외주와 상기 스크롤 사이에는 흡입되는 공기가 흐르는 유로가 형성되며, 상기 공기 유로의 폭은 상기 팬 하우징의 토출구쪽으로 갈수록 점진적으로 확장되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 팬 어셈블리가 구비된 환기 장치를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 환기 장치와 공기 조화 장치가 연결된 환기 시스템을 포함한다.

상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 팬 어셈블리, 환기 장 치 및 환기 시스템에 의하면, 스크롤 내부의 컷오프 영역에서부터 토출구에 이르기까지 팬의 반경 방향 뿐 아니라 축방향으로도 공기 유로 단면적이 확대됨으로써, 팬에 의하여 토출되는 공기의 동압 성분을 정압으로 회복시키는 장점이 있다.

상세히, 팬에 의하여 토출되는 공기 중의 동압 성분이 정압으로 회복됨으로써, 동일 RPM 대비 압력 회복이 큰 장점이 있다. 다시 말하면, 팬의 토출 영역에서 유동이 보다 균일하게 되므로, 동일 정압을 내기 위한 RPM이 상대적으로 낮아져서 소음 저감 효과가 큰 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 팬 어셈블리, 환기 장치 및 환기 시스템에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

이하에서 제시되는 실시예로부터 다양한 설계 변경이나 치환이 가능하며, 이들은 모두 본 발명의 청구범위에 기재된 권리 범위에 포함됨을 밝혀 둔다.

또한, 본 발명의 권리 범위는 이하에서 기술되는 상세 설명 및 첨부되는 도면에 의하여 제한되어서는 아니되고, 다만 본 발명의 청구범위에 의하여만 본 발명의 사상이 한정됨을 밝혀 둔다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 팬 어셈블리가 구비된 환기 장치의 외관 사시도이고, 도 2는 상기 환기 장치의 내부 구성을 보여주는 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 팬 어셈블리가 구비된 환기 장치(10)는, 외형을 이루는 케이스(11)와, 상기 케이스(11) 내부에 장착되어 유입되는 실외 공기와 배출되는 실내 공기의 열교환을 수행하는 전열 교환 소 자(12) 및 상기 케이스(11) 내부 일측 가장자리에 장착되어 실내 공기 및 실외 공기를 각각 흡입하여 토출하는 팬 어셈블리(20)를 포함한다.

상세히, 상기 케이스(11)의 일측면에는 실외 공기 흡입 덕트(111)와 실내 공기 토출 덕트(114)가 구비된다. 그리고, 상기 케이스의 타측면에는 실외 공기 토출 덕트(112)와 실내 공기 흡입 덕트(113)가 구비된다. 그리고, 상기 팬 어셈블리(20)는 실내 공기를 흡입하기 위한 팬 어셈블리와 실외 공기를 흡입하기 위한 팬 어셈블리를 포함한다. 그리고, 상기 한 쌍의 팬 어셈블리는 기능과 구성에 있어서 동일하며, 다만 토출구의 위치가 다르게 설정될 수 있다. 그리고, 상기 실외 공기 흡입 덕트(111)를 통하여 흡입되는 실외 공기는 상기 전열 교환 소자(112)를 통과한 뒤 상기 실외 공기 토출 덕트(112)를 통하여 실내로 토출된다. 그리고, 상기 실내 공기 흡입 덕트(113)를 통하여 흡입되는 실내 공기는 상기 전열 교환 소자(112)를 통과한 뒤 상기 실내 공기 토출 덕트(114)를 통하여 실외로 토출된다. 상기 전열 교환 소자(12)를 통과하는 실내 공기 및 실외 공기는 서로 섞어지 않은 상태로 열교환만 수행한다. 상기 전열 교환 소자(12)의 구성은 당해 기술 분야에서 널리 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 상기 케이스(1) 내부에는 격벽(13)이 설치되어, 흡입되는 실내 공기와 실외 공기가 케이스(11) 내부에서 혼합되지 않도록 한다. 즉, 실내 공기 유로와 실외 공기 유로가 구획되도록 한다.

한편, 상기 팬 어셈블리(20)에는 공기가 축방향으로 흡입되어 반경 방향으로 토출되는 원심팬이 적용되며, 원심팬들 중 시로코팬이 적용될 수 있다. 이하에서는 상기 본 발명의 사상이 적용된 팬 어셈블리(20)에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 다른 팬 어셈블리의 외관 사시도이고, 도 4는 팬이 제거된 상태의 팬하우징을 보여주는 외과 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 팬 어셈블리(20)는, 팬 하우징(21)과, 상기 팬 하우징 내부에 아르키메데스 스파이럴 형상으로 둘러지는 스크롤(213)과, 상기 스크롤(213) 내부에 회전 가능하게 놓이는 팬(24)과, 상기 팬 하우징(21)의 외주면에 장착되는 모터 브라켓(23)과, 상기 모터 브라켓(23)에 고정되어 상기 팬(24)을 회전시키는 팬모터(22)를 포함한다.

상세히, 상기 팬 하우징(21)의 일 측면에는 토출구(211)가 형성되고, 타측면에는 흡입구(212)가 형성된다. 상기 흡입구(212)가 형성되는 팬 하우징(21) 표면과 상기 토출구(211)가 형성되는 팬하우징(21) 표면은 일단이 인접하는 상태로 교차한다.

또한, 상기 모터 브라켓(23) 및 팬모터(22)는 상기 흡입구(212) 측에 장착된다. 그리고, 상기 스크롤(213)은 팬(24)으로부터 토출되는 공기의 나선 형상 흐름이 시작되는 근위단 영역(proximal end area)에 컷오프(cut-off)가 형성된다. 상기 아르키메데스 스파이럴이 시작되는 지점과 토출구 쪽으로 공기를 안내하는 가이드 부분이 시작되는 지점에 형성되는 라운드부(round portion)를 지칭한다.

상술한 바와 같이, 상기 아르키메디스 스파이럴이라 함은, 상기 컷오프 지점부터 상기 스크롤이 라운드져서 연장되되, 갈수록 곡률 반경이 증가하여 토출공기 의 유로 단면적이 점진적으로 확대되는 것을 의미한다. 그리고, 상기 스크롤(213)의 단부 쪽에 형성되며, 유로 단면적이 가장 큰 원위단 영역(lateral end)을 지나 상기 토출구(211)를 통하여 공기가 토출된다.

이때, 상기 흡입구(211)를 통하여 흡입되는 공기가 상기 팬(24)의 블레이드 회전에 의하여 흐름 방향이 반경 방향으로 전환된다. 상세히, 팬의 축방향으로 흡입되는 공기가 팬의 반경 방향으로 흐름 방향이 전환되는 과정에 있는 공기는 축방향 속도 성분과 반경 방향 속도 성분을 함께 가진다. 이와 같이 축방향 속도 성분을 가지는 흡입 공기를 정압으로 회복시켜서 유동을 균일하게 하여 소음을 저감시킬 필요가 있다. 이러한 소음 저감을 위하여 본 발명의 팬 어셈블리는 다음과 같은 구조적 특징을 가지며, 아래에서 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.

도 5는 도 4의 I-I'를 따라 절개되는 단면도로서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 팬 어셈블리의 팬 하우징 구조를 보여주는 단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 팬 어셈블리(20)의 팬 하우징(21) 내부에는 나선 형상, 상세히, 곡률이 점진적으로 증가하는 아르키메데스 스파이럴 형상의 스크롤(213)이 형성된다. 그리고, 상기 팬 하우징(21)의 바닥면에는 상기 팬(24)의 저면 형상에 대응되는 동심원 형태의 평평한 언덕부(214)가 형성된다. 상기 팬(24)의 외경과, 상기 흡입구(212)의 외경 및 상기 언덕부(24)의 외경은 거의 동일한 크기로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 스크롤(213)의 형상을 따라 상기 언덕부(214)의 가장자리에 둘러지는 함몰부(215)가 형성된다. 상세히, 상기 흡입구(212)를 통하여 팬의 축방향으로 흡입되는 공기는 팬의 반경 방향으로 흐름 방 향이 전환되면서 상기 함몰부(215)에 부딪히게 된다. 그리고, 토출되는 공기는 상기 함몰부(215)를 따라 흐르면서 축방향 속도 성분이 소멸되어 반경 방향 속도 성분으로 전환된다. 이때 상기 함몰부(215)의 폭과 깊이에 의하여, 상기 토출 공기가 정압으로 신속하게 회복되도록 한다. 종래의 팬 하우징의 바닥면은 평평한 단일 평면을 이루고 있으나, 본 발명에서는 상기 팬(24)의 가장자리 부위를 따라 함몰부(215)가 형성되도록 하였다.

상세히, 상기 컷오프가 형성된 지점, 즉 반경 방향으로 토출되는 공기의 회전이 시작되는 근위단 영역에서부터 상기 함몰부(215)의 폭과 깊이가 점진적으로 증가하여 토출구 영역에서 최대가 된다. 이와 같이, 상기 함몰부(215)의 폭과 깊이가 점진적으로 증가하여 공기의 유동 단면적(A)이 증가하도록 함으로써, 공기의 정압 회복을 촉진할 수 있다.

도면에서 보이는 바와 같이, 근위단 영역에서 원위단 영역으로 갈수록 유동단면적이 증가(A->B)함을 알 수 있다. 즉, 원위단 영역에서의 상기 함몰부의 깊이(d)와 폭(b)은 근위단 영역에서의 상기 함몰부의 깊이(c)와 폭(a)보다 크다는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 상기 원위단 영역에서 토출구에 이르는 거리만큼 상기 스크롤이 직선 형상을 이루되, 유동 단면적이 좁아지는 방향, 즉 팬 하우징(21)의 측면으로부터 멀어지는 방향으로 경사지는 형태로 연장되도록 설계될 수 있다.

도 6은 도 4의 I-I'를 따라 절개되는 단면도로서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 팬 어셈블리의 팬 하우징 구조를 보여주는 단면도이다.

본 실시예는 상기 제 1 실시예에서 보인 팬 하우징의 구조와 대부분 동일하 되, 상기 함몰부의 형태에 있어서 차이가 있다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 팬 하우징(21)도 제 1 실시예와 같이 스스크롤(213)을 따라 함몰부(215)가 형성된다. 그러나, 상기 함몰부(21)의 깊이는 근위단 영역에서 원위단 영역에 이르기까지 동일하게 유지되는 것(c=d)에 차이가 있다. 즉, 상기 함몰부(21)의 바닥은 단일 수평면을 이룬다. 그리고, 상기 함몰부(215)의 폭은 제 1 실시예와 같이 점진적으로 증가하는 형태를 이룬다.

도 7은 도 4의 I-I'를 따라 절개되는 단면도로서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 팬 어셈블리의 팬 하우징 구조를 보여주는 단면도이다.

본 실시예는 상기 제 1 실시예에서 보인 팬 하우징의 구조와 대부분 동일하되, 상기 함몰부의 개수에 있어서 차이가 있다.

도 7을 참조하면, 상기 제 1 실시예에서 설명된 함몰부와 동일한 형태의 함몰부가 상기 팬 하우징(21)의 상부면에도 형성되는 것을 특징으로 한다.

상세히, 상기 팬하우징(21)의 상부면, 즉 상기 흡입구(212)가 형성되는 면에 상측으로 함몰되는 함몰부(216)가 형성된다. 상기 함몰부(216)는 상기 흡입구(212)의 가장자리에서 상기 스크롤(213)의 형상을 따라 아르키메데스 스파이럴 형상으로 이루어진다. 따라서, 상기 팬 하우징(21)의 상측에 형성된 함몰부(216)와 하측에 형성된 함몰부(216)는 상기 팬 하우징(21)을 이등분하는 수평면(l)을 기준으로 서로 대칭되는 형태를 가질 수 있다. 그러나, 상기 팬 하우징(21)의 상측에 형성되는 함몰부(216)의 깊이는 하측에 형성되는 함몰부(215)의 깊이와 다르게 형성될 수도 있음은 물론이다.

또한, 상기 제 2 실시예에서 제시된, 깊이는 일정하고 폭만 점진적으로 증가하는 형태의 함몰부가 상기 팬 하우징(21)의 상부면과 바닥면에 각각 형성되는 구조도 제안 가능할 것이다.

또한, 상기 팬 하우징(21)의 바닥면에는 상기 제 1 실시예에서 제시되는 바와 같이 깊이와 폭이 점진적으로 확장되는 형태의 함몰부가 형성되고, 상부면에는 상기 제 2 실시예에서 제시되는 바와 같이 깊이는 동일하고 폭만 점진적으로 확장되는 함몰부가 형성되는 구조도 제안 가능할 것이다.

또한, 상기 팬 하우징(21)의 바닥면에 상기 제 2 실시예에서 제시되는 형태의 함몰부가 형성되고, 상부면에 상기 제 1 실시예에서 제시되는 형태의 함몰부가 형성되는 구조도 제안 가능할 것이다.

상기 팬 하우징(21) 내부에 형성된 스크롤의 형상을 상기 실시예들에서 보이는 바와 같이 개선함으로써, 공기의 유동 소음을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 환기 장치가 실내 공기 조화 장치에 연결되어 환기 시스템을 이루는 것을 보여주는 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 환기 장치(10)는 별도의 덕트 부재(20)에 의하여 에어컨, 공기 청정기, 온풍기 등과 같은 실내 공기 조화 장치(30)에 연결될 수 있다. 상세히, 상기 덕트 부재(20)는 실외 공기를 상기 환기 장치(10) 쪽으로 안내하는 급기 덕트(21)와, 실내 공기를 실외로 배출하기 위한 배기 덕트(22)를 포함한다. 그리고, 상기 급기 덕트(21)는 상기 환기 장치(10)의 실외 공기 토출 덕트(112)에 연결되고, 상기 배기 덕트(22)는 상기 환기 장치(10)의 실 내 공기 흡입 덕트(113)에 연결된다.

상기와 같은 구조에 의하여, 상기 환기 장치(10)의 실외 공기 흡입 덕트(111)로 흡입되는 실외 공기는 상기 급기 덕트(21)를 따라 상기 실내 공기 조화 장치(30)로 안내된다. 그리고, 상기 배기 덕트(22)를 통하여 배출되는 실내 공기는 상기 환기 장치(10)를 통과한 다음 실외로 배출된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 팬 어셈블리가 구비된 환기 장치의 외관 사시도.

도 2는 상기 환기 장치의 내부 구성을 보여주는 평면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 다른 팬 어셈블리의 외관 사시도.

도 4는 팬이 제거된 상태의 팬하우징을 보여주는 외과 사시도.

도 5는 도 4의 I-I'를 따라 절개되는 단면도로서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 팬 어셈블리의 팬 하우징 구조를 보여주는 단면도.

도 6은 도 4의 I-I'를 따라 절개되는 단면도로서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 팬 어셈블리의 팬 하우징 구조를 보여주는 단면도.

도 7은 도 4의 I-I'를 따라 절개되는 단면도로서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 팬 어셈블리의 팬 하우징 구조를 보여주는 단면도.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 환기 장치가 실내 공기 조화 장치에 연결되어 환기 시스템을 이루는 것을 보여주는 도면.

Claims (9)

1. 상호 교차되는 면에 흡입구와 토출구가 각각 형성되는 팬 하우징;

   상기 팬 하우징의 내부에서 곡률이 점진적으로 증가하는 형태로 라운드지게 형성되어, 공기의 흐름을 안내하는 스크롤; 및

   상기 스크롤의 내부에 놓이는 팬을 포함하고,

   상기 팬의 외주와 상기 스크롤 사이에는 흡입되는 공기가 흐르는 유로가 형성되며,

   상기 공기 유로의 폭은 상기 팬 하우징의 토출구쪽으로 갈수록 점진적으로 확장되는 것을 특징으로 하는 팬 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 공기 유로의 바닥면은 상기 팬이 놓이는 영역에 해당하는 팬 하우징 바닥면으로부터 함몰되는 것을 특징으로 하는 팬 어셈블리.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 공기 유로의 바닥면은 상기 팬 하우징의 토출구쪽으로 갈수록 함몰되는 깊이가 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 팬 어셈블리.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 공기 유로의 상부면은 상기 흡입구가 형성되는 면으로부터 상측으로 함몰되는 것을 특징으로 하는 팬 어셈블리.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 공기 유로의 상부면은 상기 팬 하우징의 토출구쪽으로 갈수록 함몰되는 깊이가 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 팬 어셈블리.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 공기 유로의 상부면은 상기 흡입구가 형성되는 면으로부터 상측으로 함몰되는 것을 특징으로 하는 팬 어셈블리.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 공기 유로의 상부면은 상기 팬 하우징의 토출구쪽으로 갈수록 함몰되는 깊이가 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 팬 어셈블리.
8. 일측면에 실외 공기 흡입 덕트 및 실내 공기 토출 덕트가 형성되고, 타측면에 실외 공기 토출 덕트와 실내 공기 흡입 덕트가 제공되는 케이스;

   상기 케이 내부에 제공되며, 흡입되는 실내 공기와 실외 공기가 열교환하는 전열 교환 소자; 및

   상기 제 1 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 팬 어셈블리를 포함하는 환기 장 치.
9. 흡입되는 실외 공기가 배출되는 실내 공기와 열교환하도록 하는 환기 장치;

   상기 환기 장치에 연결되는 공기 조화 장치; 및

   상기 환기 장치와 공기 조화 장치를 연결하는 덕트 부재를 포함하고,

   상기 환기 장치는,

   일측면에 실외 공기 흡입 덕트 및 실내 공기 토출 덕트가 형성되고, 타측면에 실외 공기 토출 덕트와 실내 공기 흡입 덕트가 제공되는 케이스;

   상기 케이 내부에 제공되며, 흡입되는 실내 공기와 실외 공기가 열교환하는 전열 교환 소자; 및

   상기 제 1 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 팬 어셈블리를 포함하는 환기 시스템.

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