KR20150125006A - 날개 바퀴 및 이것을 이용한 축류 송풍기 - Google Patents

날개 바퀴 및 이것을 이용한 축류 송풍기 Download PDF

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Abstract

회전날개는, 원주형상의 외형을 갖는 보스부와, 보스부에 방사형상으로 부착된 복수의 회전날개를 구비하고 있다. 회전날개는, 보스부에 접속된 내주연부터 소정의 반경 위치까지 제1 엇갈림각 분포를 갖는 제1 영역과, 제1 영역에 인접하는 소정의 반경 위치부터 외주연까지, 제1 엇갈림각 분포와는 다른 제2 엇갈림각 분포를 갖는 제2 영역을 가지며, 제2 엇갈림각 분포는, 제2 영역 내에서 엇갈림각이 극대가 되는 극대 반경 위치부터 외주연을 향하여 엇갈림각이 감소하는 분포를 갖는 것이다.

Description

날개 바퀴 및 이것을 이용한 축류 송풍기{IMPELLER AND AXIAL BLOWER IN WHICH SAME IS USED}
본 발명은 환기 팬이나 공기 조화 장치에 이용되어지는 날개 바퀴 및 이것을 이용한 축류 송풍기에 관한 것이다.
종래, 환기 팬이나 공기 조화 장치 등에 사용되는 축류 송풍기는, 몸체에 주연이 벨마우스 형상을 갖는 개구를 형성하고, 개구에 회전날개를 갖는 날개 바퀴를 배치한 구성을 갖고 있다. 이 축류 송풍기에 있어서, 주로 저소음화를 위해 회전날개의 일부가 벨마우스의 높이보다도 높은 위치로 돌출하도록 배치되어 있다. 또한, 회전날개가 벨마우스 단부로부터 돌출하지 않도록 배치된 경우, 벨마우스의 흡입측의 곡률을 크게 형성함에 의해 저소음화가 도모되어 있다.
또한, 날개 바퀴의 회전날개의 형상을 소정의 3차원 곡면 형상으로 함에 의해 저소음화 및 고효율화를 도모하는 것이 제안되어 있다(예를 들면 특허 문헌 1-3 참조). 특허 문헌 1에는, 날개가 보스부와의 접속 위치와 주연부를 연결하는 직선을 소정의 각도로 형성됨과 함께, 소정의 엇갈림각(stagger angle)으로 형성됨에 의해 소음을 억제하는 것이 개시되어 있다. 특허 문헌 2에는, 흡입 방향의 전경각(forward tilt angle)을 작게 하고, 회전 방향 전진각을 크게 하여 소음을 억제하는 것이 개시되어 있다. 특허 문헌 3에는, 보스부로부터 소정의 위치까지의 제1 영역의 제1 전경각을 일정하게 함과 함께, 제1 영역보다도 외주측의 제2 영역의 제2 전경각을 제1 전경각보다도 크게 형성한 날개를 갖는 축류 송풍기가 개시되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특공평2-2000호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개평11-303794호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특허 제3203994호 공보
상기한 특허 문헌 1-3과 같이, 날개 형상을 소정의 3차원 입체 형상으로 함으로서, 저소음화 및 고효율화를 도모하고 있지만, 전연(前緣) 외주 부근에서의 날개 측면으로부터의 흡입에 대해서는 충분한 고려가 되어 있지 않다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 횡흡입(laterally-sucked)을 고려하고 저소음화 및 고효율화를 도모할 수 있는 축류 송풍기를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 회전날개는, 원주형상의 외형을 갖는 보스부와, 보스부에 방사형상으로 부착된 복수의 회전날개를 구비하고, 회전날개는, 보스부에 접속된 내주연부터 소정의 반경 위치까지 제1 엇갈림각(stagger angle) 분포를 갖는 제1 영역과, 제1 영역에 인접하는 소정의 반경 위치부터 외주연까지, 제1 엇갈림각 분포와는 다른 제2 엇갈림각 분포를 갖는 제2 영역을 가지며, 제2 엇갈림각 분포는, 제2 영역 내에서 엇갈림각이 극대가 되는 극대 반경 위치부터 외주연을 향하여 엇갈림각이 감소하는 분포를 갖는 것이다.
본 발명의 회전날개에 의하면, 횡흡입이 있는 회전날개의 제2 영역의 엇갈림각을 횡흡입 분의 유량 증가에 적합한 각도를 갖는 제2 엇갈림각 분포로 함에 의해, 날개외주 부근에서의 흐름의 박리를 막을 수 있기 때문에, 횡흡입에 기인하는 소음의 저감 및 고효율화를 달성할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 축류 송풍기의 실시 형태 1을 도시하는 사시도.
도 1b는 본 발명의 축류 송풍기의 실시 형태 1을 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명의 날개 바퀴의 실시 형태 1을 도시하는 상면 모식도.
도 3은 본 발명의 날개 바퀴의 실시 형태 1을 도시하는 측면 모식도.
도 4는 도 2의 날개 바퀴에서의 회전날개의 소정의 반경 위치에서의 원통 단면 전개도.
도 5는 도 2의 회전날개의 엇갈림 각도 분포를 도시하는 그래프.
도 6은 도 2의 회전날개의 제1 영역의 반경 위치(R1)에서의 원통 단면 전개도.
도 7은 도 2의 회전날개의 제2 영역의 반경 위치(R2)에서의 원통 단면 전개도.
도 8은 비교례의 날개 바퀴의 한 예를 도시하는 측면 모식도.
도 9는 횡흡입을 고려하지 않은 경우의 상대속도 벡터를 도시하는 모식도.
도 10은 횡흡입을 고려한 경우의 상대속도 벡터를 도시하는 모식도.
도 11은 도 2의 날개 바퀴에서의 상대속도 벡터와 기류와의 관계를 도시하는 모식도.
도 12는 도 8의 비교례의 날개 바퀴에서의 상대속도 벡터와 기류와의 관계를 도시하는 모식도.
도 13은 도 2의 날개 바퀴 및 도 8의 비교례의 날개 바퀴를 이용한 경우의 비소음 특성을 도시하는 그래프.
도 14는 도 2의 날개 바퀴 및 도 8의 비교례의 날개 바퀴를 이용한 경우의 팬 효율 특성을 도시하는 그래프.
도 15는 도 2의 날개 바퀴 및 도 8의 비교례의 날개 바퀴를 이용한 경우의 최소 비소음의 차를 도시하는 그래프이다.
도 16은 도 2의 날개 바퀴 및 도 8의 비교례의 날개 바퀴를 이용한 경우의 최고 팬 효율의 차를 도시하는 그래프.
도 17은 도 2의 날개 바퀴 및 도 8의 비교례의 날개 바퀴를 이용한 경우의 외주연에서의 다른 엇갈림각 마다의 전개 단면도를 이용하여 높이의 비교를 한 그래프.
도 18은 본 발명의 날개 바퀴의 실시 형태 2에서의 회전날개의 엇갈림 각도 분포를 도시하는 그래프.
도 19는 도 18의 회전날개의 제1 영역의 반경 위치(R1)에서의 원통 단면 전개도.
도 20은 도 2의 날개 바퀴, 도 8의 비교례의 날개 바퀴 및 도 18의 날개 바퀴를 이용한 경우의 팬 효율 특성을 도시하는 그래프.
도 21은 도 2의 날개 바퀴, 도 8의 비교례의 날개 바퀴 및 도 18의 날개 바퀴를 이용한 경우의 팬 효율 특성을 도시하는 그래프.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 날개 바퀴 및 이것을 이용한 축류 송풍기의 실시 형태에 관해 설명한다. 도 1은 본 발명의 축류 송풍기의 실시 형태 1을 도시하는 사시도이고, 도 1을 참조하여 축류 송풍기(1)에 관해 설명한다. 또한, 도 1a는 축류 송풍기를 정면에서 본 사시도, 도 1b는 축류 송풍기(1)를 배면에서 본 사시도를 각각 도시하고 있다. 도 1의 축류 송풍기(1)는, 몸체(2)와, 흡입구에 회전 자유롭게 배치된 날개 바퀴(10)와, 날개 바퀴를 회전 구동시키는 모터(M)를 구비하고 있다. 몸체(2)는, 날개 바퀴(10)를 회전 자유롭게 수납하고 날개 바퀴에 의해 발생하는 기류가 통과하는 풍로인 개구(3)가 형성된 것이고, 개구(3)의 연부(緣部)에는 공기흐름의 상류측을 향하여 지름이 넓어지는 벨마우스(4)가 형성되어 있다.
날개 바퀴(10)는, 외형 개략 원주형상의 보스부(11)와, 보스부(11)의 외주에 방사형상으로 부착되어 마련된 복수의 회전날개(12)를 구비하고 있다. 보스부(11)는, 회전축(CL)에서 몸체(2)에 유지된 모터(M)에 접속되어 있고, 모터(M)가 구동함에 의해 보스부(11)가 회전축(CL)을 중심으로 화살표(RR) 방향으로 회전하고, 화살표(A) 방향(도 3 참조)의 기류가 발생한다. 또한, 도 1의 날개 바퀴(10)는 5장의 회전날개(12)를 갖는 경우에 관해 예시하고 있지만, 회전날개(12)의 매수는 3장 또는 다른 복수의 매수라도 좋다.
도 2는 본 발명의 날개 바퀴의 실시 형태 1을 도시하는 평면 모식도, 도 3은 본 발명의 날개 바퀴의 실시 형태 1을 도시하는 측면 모식도이고, 도 2 및 도 3을 참조하여 날개 바퀴(10)에서의 회전날개(12)에 관해 설명한다. 또한, 도 2 및 도 3에서 1장의 회전날개(12)에 관해 예시하고 있지만, 보스부(11)에 부착된 다른 회전날개(12)도 동일한 형상을 갖고 있다. 도 2의 회전날개(12)는, 소정의 3차원 입체 형상을 갖는 것이고, 회전 방향(RR)의 정방향측에 위치하는 전연(前緣)(12a)과, 회전 방향(RR)의 역방향측에 위치하는 후연(後緣)(12b)과, 보스부(11)에 접속된 내주연((12c)과, 몸체(2)측에 위치하는 외주연(12d)의 4개의 변이 형성되어 있다.
회전날개(12)는, 보스부(11)로부터 소정의 반경 위치(경계 위치)(Rd)까지의 제1 엇갈림각 분포(Dξ1)를 갖는 제1 영역(AR1)과, 경계 위치(Rd)로부터 외주연(12d)까지의 제1 엇갈림각 분포(Dξ1)와는 다른 제2 엇갈림각 분포(Dξ2)를 갖는 제2 영역(AR2)을 갖고 있다. 이 경계 위치(Rd)는, 예를 들면 내주연((12c)상의 위치(Rb)로부터 외주연(12d)상의 위치(Rt)까지의 지름 방향의 길이에 대해, 경계 위치(Rd)=0.7×(Rt-Rb)로 설정되어 있다. 여기서, 도 4는, 전연(12a)과 후연(12b)과의 중점을 연결한 선상의 임의의 점에서의 회전날개(12)의 전개 단면도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 엇갈림각(ξ)이란, 전연(12a)과 후연(12b)을 연결하는 날개 현선(SL)과, 회전날개(12)의 전연(12a)으로부터 회전축(CL)과 병행하게 늘어나는 수선(HL)이 이루는 각(ξ)을 의미한다.
도 5는 도 2의 회전날개(12)에서의 엇갈림각 분포의 한 예를 도시하는 그래프이다. 또한, 도 5의 엇갈림각(ξ)의 분포를 나타내는 선분에 있어서, 선분의 좌단이 보스부(11)에 접속된 내주연((12c)의 반경 위치(Rb)에서의 엇갈림각(ξb)이고, 우단이 외주연(12d)의 반경 위치(Rt)에서의 엇갈림각(ξt)을 나타내고 있다. 도 5에서, 제1 영역(AR1)의 제1 엇갈림각 분포(Dξ1)는, 엇갈림각(ξ)이 매끈하게 연속하도록 서서히 커지는 분포를 갖고 있고, 특히, 제1 엇갈림각 분포(Dξ1)는 엇갈림각(ξ)이 일정한 증가율로 직선적(1차함수적)으로 증가하는 분포로 되어 있다. 제1 엇갈림각 분포(Dξ1)는, 예를 들면 내주연((12c)의 반경 위치(Rb)의 엇갈림각(ξb)=58°로 설정되고, 경계 위치(Rd)에서의 엇갈림각(ξd)=64.46°로 설정되고, 그 사이의 제1 영역(AR1)에서는 직선적으로 엇갈림각(ξ)이 증가하는 분포로 되어 있다.
제2 영역(AR2)의 제2 엇갈림각 분포(Dξ2)는, 경계 위치(Rd)로부터 엇갈림각(ξ)의 증가율이 서서히 감소하도록 엇갈림각(ξ)이 커지고, 극대 반경 위치(R2max)에서 극대 엇갈림각(ξ2max)이 되고, 극대 반경 위치(Rmax)로부터 외주연(12d)을 향하여 서서히 엇갈림각(ξ)이 감소하여 가고, 제2 영역(AR2)의 외주연(12d)의 엇갈림각(ξt)이 극대 엇갈림각(ξ2max)보다 작아지는 분포를 갖고 있다(ξt<ξ2max). 환언하면, 제2 영역(AR2)의 제2 엇갈림각 분포(Dξ2)는, 제2 영역(AR2) 내에서 엇갈림각(ξ)이 극대가 되는 극대 반경 위치(R2max)로부터 외주연(12d)을 향하여 엇갈림각(ξ)이 감소하는 2차함수의 분포를 갖고 있다. 또한, 제2 영역(AR2)의 극대가 되는 엇갈림각(ξ2max)은, 회전날개(12) 전체의 엇갈림각(ξ)의 최대치로도 되어 있다. 제2 엇갈림각 분포(Dξ2)는, 예를 들면 경계 위치(Rd)의 엇갈림각(ξd)=64.46°로부터 극대 반경 위치(R2max)의 극대 엇갈림각(ξ2max)까지 증가하여 가고, 극대 반경 위치(R2max)로부터 외주연(12d)을 향하여 엇갈림각(ξ)이 감소하여, 외주연(12d)의 엇갈림각(ξt)=63.5°가 된다. 또한, 제1 영역(AR1)과 제2 영역(AR2)과 경계 위치(Rd)상에서, 엇갈림각 분포는 연속한 곡선 또는 직선이 되는 분포를 갖고 있다.
이와 같이, 회전날개(12)의 외주측에 있는 제2 영역(AR2)에서, 극대 반경 위치(R2max)보다도 외주연(12d)의 엇갈림각(ξt)이 작아지는 제2 엇갈림각 분포(Dξ2)를 갖고 있기 때문에, 외주연(12d)에서 발생하는 횡흡입 분의 유량 증가에 적합한 각도로 설정하여, 외주연(12d)에서의 흐름의 박리를 막을 수 있기 때문에, 흐트러짐에 기인하는 소음의 저감 및 팬 효율의 고효율화를 달성할 수 있다.
이하에, 날개 바퀴(10)에 관해 비교례와 비교하면서 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태 1로서 상술한 엇갈림각 분포(도 5 참조)를 갖는 회전날개(12)를 이용한다. 한편, 도 8은 비교례인 회전날개(112)의 한 예를 도시하는 모식도이고, 도 8을 참조하여 비교례의 회전날개(112)에 관해 설명한다. 비교례의 회전날개(112)도, 도 2 및 도 3의 회전날개(12)와 마찬가지로 소정의 3차원 입체 형상을 갖는 것이고, 회전 방향(RR)의 정방향측에 위치하는 전연(112a)과, 회전 방향(RR)의 역방향측에 위치하는 후연(112b)과, 보스부(111)에 접속된 내주연(112c)과, 몸체(2)측에 위치하는 외주연(112d)을 갖고 있다. 회전날개(112)는, 도 5의 점선으로 도시한 바와 같은 내주연(112c)의 위치로부터 외주연(112d)의 위치까지 직선적(1차 함수)으로 엇갈림각(ξ)이 증가하는 엇갈림 분포를 갖고 있다. 구체적으로는, 회전날개(112)는, 직경(Rt)=260(mm), 외주연(112d)측의 엇갈림각(ξt)=67.5°, 보스부(111)측의 엇갈림각(ξb)=58°로 설정되어 있고, 그 사이의 엇갈림각(ξ)은 날개 지름에 응하여 직선적으로 증가하는 엇갈림각 분포를 갖고 있다.
여기서, 도 5에서, 실시 형태 1과 비교례와의 내주연((12c)의 위치(Rb)에서의 엇갈림각(ξb)은 일치하고 있다. 그리고, 실시 형태 1의 회전날개(12)의 쪽이, 내주연((12c)으로부터 외주측을 향함에 따라, 비교례의 회전날개(112)보다도 큰 증가율로 엇갈림각(ξ)이 증가하여 간다. 도 6은, 제1 영역(AR1)의 임의의 반경 위치(R1)에서의 실시 형태 1의 회전날개(12) 및 비교례의 회전날개(112)를 도시하는 날개 단면 전개도이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 제1 영역(AR1)에서, 실시 형태 1의 회전날개(12)의 엇갈림각(ξ1)은 비교례의 회전날개(112)의 엇갈림각(ξc1)에 비하여 크게 되어 있고(ξ1>ξc1), 회전 방향(RR)에 대해 누워져 있다.
도 5의 제2 영역(AR2)에서, 실시 형태 1의 회전날개(12)의 엇갈림각(ξ)의 증가율이 서서히 감소하여 가고, 비교례의 회전날개(112)의 엇갈림각(ξ)에 서서히 근접하여 가고, 극대 반경 위치(R2max)보다도 외주측(외주연(12d))에서, 실시 형태 1의 회전날개(12)의 엇갈림각(ξ)이 비교례의 회전날개(112)의 엇갈림각(ξ)보다도 작아진다. 도 7은, 제2 영역(AR2)의 극대 반경 위치(R2max)보다도 외주측의 반경 위치(R2)에서의 실시 형태 1의 회전날개(12) 및 비교례의 회전날개(112)를 도시하는 날개 단면 전개도이다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 극대 반경 위치(R2max)보다도 외주측의 반경 위치(R2)에서는, 실시 형태 1의 회전날개(12)의 엇갈림각(ξ2)은 비교례의 회전날개(112)의 엇갈림각(ξc2)에 비하여 작게 되어 있고(ξ2<ξc2), 회전 방향(RR)에 대해 세워져 있다.
도 9 및 도 10은, 외주연(12d) 부근의 날개원통 단면도와 속도 삼각형과의 관계를 도시하는 모식도이다. 또한, 도 9는 횡흡입을 고려하지 않은 경우를 나타내고 있고, 도 10은 횡흡입을 고려한 경우를 각각 나타내고 있고, 도면 중에 있어서 회전축 방향(도 3의 화살표(A) 방향 참조)의 유속 벡터를 V, V10, 회전날개(12)의 회전 속도에 대응하는 가로 벡터를 U, 유속 벡터(V, V10)와 가로 벡터(U)를 합성한 상대유속 벡터를 W, W10로 나타낸다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 비교례의 회전날개(112)에서, 기류가 날개면의 동일 반경상의 선소(線素)인 날개소(翼素)에 따라 흐른다고 가정한 경우의 횡흡입을 고려하지 않은 유속 벡터(V) 및 가로 벡터(U)에 의거하여 2차원적인 최적 설계가 되어 있다. 따라서 설계된 유량에서는 회전날개(112)에의 유입 흐름을 나타내는 상대유속 벡터(W)의 방향은 전연(112a)에 거의 적합 하다.
그러나, 실제로는 외주연(112d)측부터의 공기흐름이 있기 때문에, 전연(112a)으로부터의 유입에 날개 측면으로부터의 횡흡입의 흐름이 가하여짐에 의해 유량이 많아지고, 유속 벡터(V10)(>V)가 된다. 이 때문에, 도 10에 도시하는 바와 같이 상대유속 벡터(W10)의 방향과 회전날개(112)의 전연(112a)측의 각도가 적합하지 않게 되어 버린다.
도 11은 상대유속 벡터(W10)의 방향과 회전날개(112)의 전연(112a)의 각도가 적합하지 않은 경우의 공기흐름의 상태를 도시하는 모식도이다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 회전날개(112)의 전면(前面)(도 3의 화살표(A) 방향)으로부터의 유입 이외에, 전연(112a)측에서 벨마우스(4)측부터 횡흡입이 있다. 이 때문에, 날개 부압면(112f)의 전연(112a)측에서 공기 박리(AC1) 등이 일어나, 회전날개(112)의 형상에 기류의 흐름이 적합하지 않고, 흐트러지면서 후연(112b)측으로 이류(移流)하고, 후류 소용돌이(후류와)(AC2)의 규모도 커진다. 이러한 흐름의 손실이 커지기 때문에, 송풍-소음 특성이 악화된다.
도 12는 상대유속 벡터(W10)의 방향과 회전날개(12)의 전연(12a)의 각도가 적합한 경우의 공기흐름의 상태를 도시하는 모식도이다. 회전날개(12)는 소정의 엇갈림각 분포를 갖고 있기 때문에(도 6 참조), 횡흡입의 영향이 큰 외주연(12d) 부근의 엇갈림각(ξ)이 유량 증가분에 대응한 분포를 갖고 있다. 이 때문에, 횡흡입이 있는 경우라도 상대유속 벡터(W10)의 방향과 전연(12a)의 각도가 적합한 방향으로 된다. 따라서 기류가 날개 형상에 따르고 흐르고, 박리가 작아지기 때문에 흐름의 손실이 작아지고, 송풍-소음 특성의 악화도 작아진다.
도 13은 실시 형태 1의 엇갈림각 분포(Dξ)를 갖는 회전날개(12)와 비교례의 엇갈림각 분포를 갖는 회전날개(112)에서의 비소음 특성과 팬 효율 특성을 비교한 그래프이다. 또한, 비소음(KS)[dB]는, 풍량을 Q[m3/min], 정압을 Ps [Pa], 소음 특성(A 보정 후)을 SPLA[dB]로 하였을 때, 하기 식(1)으로 표시할 수 있다.
[수식 1]
KS=SPLA-10Log(Q·Ps 2.5) …(1)
도 13에 도시하는 바와 같이, 비소음(KS)이 직선적인 엇갈림각 특성을 갖는 날개에 비하여 넓은 범위의 풍량대에서 저소음화가 도모되어 있고, 최대 -5(dB)의 저소음화를 도모할 수 있다.
도 14는 실시 형태 1의 엇갈림각 분포(Dξ)를 갖는 회전날개(12)와 비교례의 엇갈림각 분포를 갖는 회전날개(112)에서의 팬 효율 특성을 비교한 그래프이다. 또한, 팬 효율(Es)[%]은, 축동력을 Pw[W]로 하였을 때, 하기 식(2)으로 표시할 수 있다.
[수식 2]
ES=(Ps·Q)/(60·Pw) …(2)
도 14에 도시하는 바와 같이, 팬 효율에 대해서도 최대 +1(포인트)의 고효율화를 도모할 수 있다.
도 15는 도 4의 엇갈림각 분포(Dξ)를 갖는 회전날개(12)에서, 외주연(12d)의 엇갈림각(ξt)을 57.5∼66.5°까지 변화시킨 때의 최소 비소음(KS)과의 관계를 도시한 그래프이다. 도 15에서, 57.5°≤ξt≤66.5°의 범위 내에서, 모두 저소음화를 도모하는 것이 가능해진다. 도 16은 도 4의 엇갈림각 분포(Dξ)를 갖는 회전날개(12)에서, 외주연(12d)의 엇갈림각 57.5°≤ξt≤66.5°의 범위 내에서 변화시킨 때의 팬 효율의 최고점과의 관계를 도시한 그래프이다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 엇갈림각 분포를 갖는 날개에서는 금회 검토한 범위에서는 어느 것이나 고효율화를 도모하는 것이 가능해진다. 보다 바람직하게는, 도 15 및 도 16의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 60°≤ξt≤63°일 때, 소음의 발생을 최소한으로 억제하면서 효율적으로 축류 송풍기(1)를 운전시킬 수 있다. 또한, 회전날개(12)의 외주측에서 회전날개(12)의 높이를 비교례의 엇갈림각 분포를 갖는 날개와 비교하여 낮게 할 수가 있어서, 모터(M)와의 접합 등이 용이해진다.
도 17은, 외주연(12d)에서의 다른 엇갈림각(ξt)마다의 전개 단면도를 이용하여 높이의 비교를 한 그래프이다. 또한, 도 17에서 소정의 위치(예를 들면 전연(12a)측)에서 위치맞춤한 때의 높이의 비교를 나타내고 있다. 엇갈림각(ξt)이 작아지면 적어질수록 전연(12a)측과 후연(12b)측과의 고저차가 생겨서 회전날개(12)의 높이가 높아지고, 실시 형태 1에서는 비교례보다도 높아진다. 회전날개(12)의 높이는 제품의 높이 제약이나 모터 서포트 등의 간극의 관계 등의 제한을 받는다. 이 높이의 제한은, 각각의 제품 형태나 다른 부품과의 관계로부터 한품목마다 한 사양으로 되기 때문에, 일반적으로 정할 수가 없다. 한편, 엇갈림각(ξt)이 57.5∼66.5°의 범위 내라면 상술한 높이 제약의 범위 내로 넣을 할 수 있음과 함께, 상술한 저소음으로 고효율의 회전날개(12)를 제공할 수 있다. 특히 60°≤ξt≤63°라면, 소음의 발생을 최소한으로 억제하면서 효율적으로 축류 송풍기(1)를 운전시킬 수 있다.
실시 형태 2.
도 18은 본 발명의 날개 바퀴에서의 회전날개의 엇갈림각 분포의 실시 형태 2를 도시하는 그래프이다. 또한, 도 18의 엇갈림각 분포를 갖는 날개 바퀴도 도 1∼도 3에 도시하는 바와 같은 보스부(11) 및 복수의 회전날개(12)를 갖는 구성으로 되어 있다. 또한, 도 18의 엇갈림각 분포가 도 5의 엇갈림각 분포와 다른 점은, 제1 영역(AR1)의 제1 엇갈림각 분포(Dξ11)이다. 또한, 도 18에서도, 도 5와 마찬가지로 경계 위치(Rd)는 Rd=0.7×(Rt-Rb)의 위치로 설정되어 있고, 경계 위치(Rd)에 의해 제1 엇갈림각 분포(Dξ11)를 갖는 제1 영역(AR1)과 제2 엇갈림각 분포(Dξ2)를 갖는 제2 영역(AR2)으로 구분되어 있다. 또한, 외주연(12d)의 엇갈림각(ξt)은 57.5°≤ξt≤66.5°의 범위 내로 설정되어 있다.
도 18의 제1 영역(AR1)에서, 엇갈림각(ξ)은 내주연((12c)의 반경 위치(Rb)의 엇갈림각(ξ2b)으로부터 서서히 감소하고, 극소 반경 위치(R1min)에서 극소 엇갈림각(ξ1min)이 되고, 극소 반경 위치(R1min)로부터 경계 위치(Rd)의 엇갈림각(ξd)을 향함에 따라 서서히 증가하여 간다. 또한, 반경 위치(Rb)에서의 엇갈림각(ξ2b)은, 회전날개(12) 전체의 엇갈림각(ξ)에서의 최대치로 되어 있다. 구체적으로는, 제1 엇갈림각 분포(Dξ1)는, 예를 들면 내주연((12c)의 반경 위치(Rb)의 엇갈림각(ξ2b)=72°로 설정되고, 외주연(12d)의 반경 위치(Rt)의 엇갈림각(ξt)=63.5°로 설정되어 있다.
도 19는 도 18의 실시 형태 2의 엇갈림각 분포를 갖는 회전날개에서, 제1 영역(AR1)의 임의의 반경 위치(R1)의 단면 전개도이다. 도 19에 도시하는 바와 같이, 반경 위치(R1)에서, 종래의 엇갈림각 분포를 갖는 날개와 비교하여, 회전날개(12)가 누워져 있는 상태가 된다.
도 20은 실시 형태 2의 엇갈림각 분포(Dξ)를 갖는 회전날개(12)와 비교례의 엇갈림각 분포를 갖는 회전날개(112)에서의 비소음 특성과 팬 효율 특성을 비교한 그래프이고, 도 21은 실시 형태 2의 엇갈림각 분포(Dξ)를 갖는 회전날개(12)와 비교례의 엇갈림각 분포를 갖는 회전날개(112)에서의 팬 효율 특성을 비교한 그래프이다. 도 20 및 도 21에서, 대풍량측의 특성은 악화하는 부분이 존재하지만, 실사용 영역인 중간풍량의 포인트에서, 더욱 저소음·고효율화를 도모하는 것이 가능해지고, 종래의 엇갈림각 분포를 갖는 날개에 비하여, 최대 -6(dB)의 저소음화를 도모하는 것이 가능해진다. 팬 효율에 대해서도 최대 +2.4(포인트)의 고효율화를 도모하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 도 18에 도시하는 바와 같은 제1 영역(AR1)의 엇갈림각 분포(Dξ1)를 갖는 경우라도, 실시 형태 1과 마찬가지로 극대 반경 위치(R2max)보다도 외주연(12d)이 엇갈림각(ξt)이 작아지는 제2 엇갈림각 분포(Dξ2)를 갖고 있기 때문에, 외주연(12d)에서 발생하는 횡흡입분의 유량 증가에 적합한 각도로 설정하고, 외주연(12d)에서의 흐름의 박리를 막을 수 있기 때문에, 흐트러짐에 기인하는 소음의 저감 및 팬 효율의 고효율화를 달성할 수 있다. 또한, 회전날개(12)의 외주측에서 회전날개(12)의 높이를 비교례의 엇갈림각 분포를 갖는 날개와 비교하여 낮게 할 수가 있어서, 모터(M)와의 접합 등이 용이해진다. 또한, 제1 영역(AR1)에 관해 도 18에 도시하는 제1 엇갈림각 분포(Dξ11)로 함에 의해, 매끈하게 제2 영역(AR2)의 엇갈림각(ξ)과 접속할 수가 있어서, 박형화를 달성하는 것도 가능해진다.
본 발명의 실시 형태는, 상기 실시 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면 상기 실시 형태 1, 2에서, 제1 영역(AR1)이 소정의 제1 엇갈림각 분포(Dξ1, Dξ11)를 갖는 경우에 관해 예시하고 있지만, 제2 영역(AR2)의 제2 엇갈림각 분포(Dξ2)는, 제2 영역(AR2) 내에서 엇갈림각(ξ)이 극대가 되는 극대 반경 위치(R2max)로부터 외주연(12d)을 향하여 엇갈림각(ξ)이 감소하는 분포를 갖고 있는 것이면, 어떤 제1 엇갈림각 분포를 채용하여도 좋다.
또한, 상기 실시 형태 1에서 내주연((12c)의 엇갈림각(ξb)=58°의 경우에 관해 예시하고, 실시 형태 2에서 내주연((12c)의 엇갈림각(ξ20b)=72°의 경우에 관해 예시하고 있지만, 내주연((12c)의 엇갈림각(ξb, ξ20b)은, 58°∼72°의 범위인 것이 바람직하다. 이것은, 회전날개(12)에서, 송풍 성능에 가장 기여하는 범위는 반경의 0.7∼1.0배에 위치하는 외주측의 영역이고 내주연((12c)의 기여도는 외주측과 비교하여 낮은 것이지만, 내주측은 보스부(11)과의 관계에서 회전날개(12)가 누워 있는 것이 구조상 유리해지기 때문이다.
1 : 축류 송풍기 2 : 몸체
3 : 개구 4 : 벨마우스
10 : 날개 바퀴 11, 111 : 보스부
12, 112 : 회전날개 12a, 112a : 전연
12b, 112b : 후연 12c, 112c : 내주연
12d, 112d : 외주연 112f : 날개 부압면
AC1 : 공기 박리 AC2 : 후류 소용돌이
AR1 : 제1 영역 AR2 : 제2 영역
CL: 회전축 Dξ, Dξ1, Dξ11 : 제1 엇갈림각 분포
Dξ2 : 제1 엇갈림각 분포 HL: 수선
M : 모터 R1 : 제1 영역의 반경 위치
R2 : 제2 영역의 반경 위치 RR : 회전 방향
Rb : 내주연의 반경 위치 Rd : 경계 위치(소정의 반경 위치)
Rt : 외주연의 반경 위치 SL: 날개현선
U : 가로 벡터 V, V10 : 유속 벡터
W, W10 : 상대유속 벡터 ξ: 엇갈림각
ξb, ξ20b : 내주연의 엇갈림각 ξd : 경계 위치의 엇갈림각
ξt : 외주연의 엇갈림각

Claims (12)

  1. 원주형상의 외형을 갖는 보스부와,
    상기 보스부에 방사형상으로 부착된 복수의 회전날개를 구비하고,
    상기 회전날개는,
    상기 보스부에 접속된 내주연부터 소정의 반경 위치까지 제1 엇갈림각(stagger angle) 분포를 갖는 제1 영역과,
    상기 제1 영역에 인접하는 소정의 반경 위치부터 외주연까지, 상기 제1 엇갈림각 분포와는 다른 제2 엇갈림각 분포를 갖는 제2 영역을 가지며,
    상기 제2 엇갈림각 분포는, 상기 제2 영역 내에서 엇갈림각이 극대가 되는 극대 반경 위치부터 상기 외주연을 향하여 엇갈림각이 감소하는 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 날개 바퀴.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 엇갈림각 분포는, 상기 소정의 반경 위치부터 상기 극대 반경 위치까지 엇갈림각의 증가율이 감소하면서 엇갈림각이 커지는 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 날개 바퀴.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 엇갈림각 분포는, 2차함수의 곡선형상으로 변화하는 엇갈림 각도 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 날개 바퀴.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외주연의 엇갈림각은, 57.5°∼66.5°의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 날개 바퀴.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 엇갈림각 분포는, 상기 보스부로부터 외주를 향하여 엇갈림각이 증가하는 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 날개 바퀴.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 엇갈림각 분포는, 엇갈림각이 직선적으로 증가하는 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 날개 바퀴.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 엇갈림각 분포는, 상기 회전날개 중 가장 작은 최소 엇갈림각을 갖는 것을 특징으로 하는 날개 바퀴.
  8. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 엇갈림각 분포는, 상기 내주연부터 상기 제1 영역에서의 극소 반경 위치까지 엇갈림각의 감소율이 감소하도록 작아지고, 상기 제1 영역에서의 극소 반경 위치부터 상기 소정의 반경 위치에서는 서서히 엇갈림각이 증가하는 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 날개 바퀴.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 회전날개는, 상기 내주연의 엇갈림각이 상기 회전날개의 엇갈림각 중 최대가 되는 것을 특징으로 하는 날개 바퀴.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 제1 엇갈림각 분포는, 2차함수의 곡선형상으로 변화하는 엇갈림 각도 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 날개 바퀴.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내주연의 엇갈림각은, 58°∼72°의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 날개 바퀴.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 날개 바퀴와,
    상기 날개 바퀴의 상기 보스부를 회전 구동시키는 모터와,
    상기 날개 바퀴를 회전 자유롭게 수납하고 상기 날개 바퀴에 의해 발생하는 기류가 통과하는 몸체를 구비하는 것을 특징으로 하는 송풍기.
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