KR20170041570A

KR20170041570A - 공기조화장치용 터보팬

Info

Publication number: KR20170041570A
Application number: KR1020150141189A
Authority: KR
Inventors: 강용헌; 서응렬; 김진백; 김현주
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2015-10-07
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2017-04-17
Also published as: CN108138797B; EP3314130A4; EP3314130A1; KR102403728B1; CN108138797A; US10563657B2; WO2017061752A1; US20170101993A1; EP3314130B1

Abstract

본 발명은 공기조화장치용 터보팬에 관한 것으로서, 터보팬은 중앙에 흡입구가 형성된 쉬라우드; 상기 쉬라우드에서 수직방향으로 이격되어 설치되며, 상기 흡입구의 지름보다 작은 지름을 갖는 허브 판; 및 상기 허브 판과 상기 쉬라우드 사이에 원주 방향으로 설치되는 복수의 블레이드;를 포함하며, 상기 복수의 블레이드 각각은 상기 허브 판에 형성되고, 상기 복수의 블레이드 각각의 상기 쉬라우드의 흡입구를 마주하는 부분은 상기 허브 판에 대해 경사진 만곡부로 형성되며, 상기 허브 판의 외주면은 상기 복수의 블레이드 중 인접한 2개의 블레이드 사이마다 형성되는 복수의 노치를 포함한다.

Description

공기조화장치용 터보팬{Turbofan for air conditioning apparatus}

본 발명은 공기조화장치에 사용되는 터보팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복잡한 복수의 슬라이드 금형을 사용하지 않고 상하 금형만으로 제작할 수 있으며 2차원 터보팬보다 성능이 향상된 유사 3차원 터보팬 및 이러한 터보팬을 사용하는 공기조화장치에 관한 것이다.

공기조화장치에 많이 사용되는 터보팬은 쉬라우드, 허브 판, 및 쉬라우드와 허브 판 사이에 원주상으로 배열되는 복수의 블레이드로 구성된다.

이와 같은 터보팬은 블레이드의 형상에 따라 2D 터보팬과 3D 터보팬으로 구분된다.

2D 터보팬(100)은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 복수의 블레이드(130)가 허브 판(110)과 쉬라우드(120)에 대해 수직하게 설치된 구조이므로, 상하로 분리되는 금형을 사용하여 쉬라우드(120), 허브 판(110), 및 복수의 블레이드(130)가 일체로 형성된 한 개의 제품으로 성형할 수 있다.

그러나 이러한 2D 터보팬(100)은 금형 구조가 단순하여 제작원가가 낮다는 이점이 있으나, 블레이드(130)의 형상을 자유롭게 설계할 수 없으므로 소비전력과 소음의 개선에는 한계가 있다는 단점이 있다.

한편, 도 2에 도시된 3D 터보팬(200)은 허브 판(210), 쉬라우드(220), 및 복수의 블레이드(230)를 각각 별도의 금형에서 성형한 후, 초음파나 레이저를 이용하여 이들 부품들을 융착하여 형성한다.

이러한 3D 터보팬(200)은 블레이드(230)의 형상을 자유롭게 설계 제작할 수 있으므로 소비전력과 소음 측면에서는 2D 터보팬(100)에 비해 유리하다. 그러나 생산 측면에서 3D 터보팬(200)은 각각 허브 판(210), 쉬라우드(220), 블레이드(230)를 성형하기 위한 3종류의 금형을 사용하여야 하며, 복수의 블레이드(230), 예를 들어, 도 2의 경우에는 7개의 블레이드(230)를 쉬라우드(220)와 허브 판(210)에 융착시켜야 하므로 제조비용이 높다는 단점이 있다. 또한, 복수의 블레이드(230)를 쉬라우드(220)와 허브 판(210)에 융착시킬 때 발생하는 버(burr) 등에 의해 외관 품질이 좋지 않다는 단점도 있다.

따라서, 2D 터보팬에 비해 소비전력과 소음을 줄일 수 있으면서, 3D 터보팬에 비해 제작비용을 줄일 수 있으며 외관 품질을 향상시킬 수 있는 새로운 터보팬의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 2D 터보팬에 비해 소비전력과 소음을 줄일 수 있고, 3D 터보팬에 비해 제작비용을 줄일 수 있으며 외관 품질을 향상시킬 수 있는 터보팬과 이를 사용하는 공기조화장치와 관련된다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 공기조화장치용 터보팬은, 중앙에 흡입구가 형성된 쉬라우드; 상기 쉬라우드에서 수직방향으로 이격되어 설치되며, 상기 흡입구의 지름보다 작은 지름을 갖는 허브 판; 및 상기 허브 판과 상기 쉬라우드 사이에 원주 방향으로 설치되는 복수의 블레이드;를 포함하며, 상기 복수의 블레이드 각각의 상기 허브 판에 형성되고, 상기 복수의 블레이드 각각의 상기 쉬라우드의 흡입구를 마주하는 부분은 상기 허브 판에 대해 경사진 만곡부로 형성되며, 상기 허브 판의 외주면은 상기 복수의 블레이드 중 인접한 2개의 블레이드 사이마다 형성되는 복수의 노치를 포함할 수 있다.

이때, 상기 복수의 노치 각각은 상기 복수의 블레이드 중 한 개의 블레이드의 상기 허브 판에 설치된 부분을 따라 형성되는 제1측변과 상기 제1측변의 끝점과 인접한 블레이드와 상기 허브 판이 만나는 점을 연결하도록 형성되는 제2측변을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2측변은 곡선으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 복수의 블레이드 각각의 상기 만곡부와 상기 허브 판 사이에는 상기 허브 판에 수직한 수직부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 복수의 블레이드 각각의 상기 쉬라우드에 고정되는 부분은 상기 쉬라우드에 수직하게 형성될 수 있다.

또한, 상기 복수의 블레이드 각각의 상기 쉬라우드의 흡입구를 마주하는 부분에는 단차부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 허브 판에 고정된 상기 블레이드 부분의 상기 단차부의 낮은 곳의 높이가 상기 쉬라우드에 고정된 상기 블레이드 부분의 높이보다 높게 형성될 수 있다.

또한, 상기 쉬라우드는 중공의 원뿔대 형상으로 형성되며, 상기 복수의 블레이드 각각의 상기 쉬라우드의 하면에 고정된 부분은 상기 쉬라우드의 원뿔대의 내면까지 연장될 수 있다.

또한, 상기 복수의 블레이드가 설치되지 않은 상기 쉬라우드의 일면에는 상기 복수의 블레이드에 대응하는 복수의 수축 감소 리브가 형성될 수 있다.

또한, 상기 쉬라우드, 상기 허브 판, 및 상기 복수의 블레이드는 한 개의 몸체로 형성될 수 있다.

또한, 상기 공기조화장치용 터보팬은 상하로 분리되는 상형과 하형을 포함하는 금형을 이용하여 성형할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의한 공기조화장치는, 공기 인입구와 공기 배출구를 포함하는 하우징; 상기 하우징에 회전 가능하게 설치되는 상술한 특징 중의 하나를 포함하는 터보팬; 및 상기 하우징의 공기 인입구에 설치되는 벨 마우스;를 포함하며, 상기 벨 마우스의 일단과 상기 터보팬의 상기 복수의 블레이드의 상기 허브 판에 설치된 부분의 일단 사이에는 간격이 형성될 수 있다.

또한, 상기 터보팬의 복수의 블레이드 각각의 상기 벨 마우스를 마주하는 입구단에는 단차부가 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의한 터보팬 제작용 금형은, 상술한 특징 중의 하나를 포함하는 공기조화장치용 터보팬에 대응하는 캐비티를 형성하는 상형과 하형을 포함하며, 상기 상형과 하형 중의 하나에는 상술한 특징 중의 어느 하나의 특징을 포함하는 공기조화장치용 터보팬의 상기 복수의 블레이드를 형성하며, 상기 복수의 노치를 통해 분리될 수 있는 복수의 코어를 포함할 수 있다.

도 1a는 공기조화장치에 사용되는 종래 기술에 의한 2D 터보팬을 나타내는 사시도;
도 1b는 도 1a의 2D 터보팬의 평면도;
도 2는 공기조화장치에 사용되는 종래 기술에 의한 3D 터보팬을 나타내는 사시도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬을 나타내는 사시도;
도 4는 도 3의 공기조화장치용 터보팬을 나타내는 배면 사시도;
도 5는 도 3의 공기조화장치용 터보팬을 나타내는 평면도;
도 6은 도 3의 공기조화장치용 터보팬을 나타내는 배면도;
도 7은 도 5의 공기조화장치용 터보팬을 선 7-7을 따라 절단한 단면도;
도 8a는 도 3의 공기조화장치용 터보팬의 한 개의 블레이드를 나타내는 평면도;
도 8b는 도 3의 공기조화장치용 터보팬의 한 개의 블레이드를 나타내는 측면도;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬의 블레이드와 벨 마우스의 관계를 설명하기 위한 도면;
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬을 성형하기 위한 금형을 개략적으로 나타낸 도면;
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬이 도 10a의 하부 금형에 장착되어 있는 상태를 개략적으로 나타낸 도면;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬이 사용되는 천정형 공기조화장치를 나타내는 사시도;
도 12는 도 11의 천정형 공기조화장치를 선10-10을 따라 절단하여 나타낸 단면도;
도 13a와 도 13b는 종래 기술에 의한 2D 터보팬의 블레이드에서 공기의 유동을 나타낸 도면;
도 14a와 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬의 유동을 나타낸 도면;
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬과 종래 기술에 의한 2D 터보팬의 소비전력을 비교한 그래프;
도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬과 종래 기술에 의한 2D 터보팬의 소음을 비교한 그래프;
도 17은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬과 종래 기술에 의한 2D 터보팬의 정압특성을 비교한 그래프;
도 18은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬에서 블레이드의 단차부에 의한 소음 감소를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 공기조화장치용 터보팬과 이를 이용한 공기조화장치의 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들과 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬을 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 공기조화장치용 터보팬을 나타내는 배면 사시도이다. 도 5는 도 3의 공기조화장치용 터보팬을 나타내는 평면도이고, 도 6은 도 3의 공기조화장치용 터보팬을 나타내는 배면도이다. 도 7은 도 5의 공기조화장치용 터보팬을 선 7-7을 따라 절단한 단면도이다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬(1)은 허브 판(10), 쉬라우드(20), 복수의 블레이드(30)를 포함한다.

허브 판(10)은 대략 원판 형상으로 형성되며, 중앙에는 쉬라우드(20)가 설치된 방향으로 돌출된 고정부(11)가 형성된다. 고정부(11)는 대략 원뿔대 형상으로 형성되며, 중앙에는 관통공(13)이 마련된다. 관통공(13)에는 허브 판(10)을 회전시키는 구동력을 제공하는 모터(350, 도 12 참조)의 회전축이 고정된다.

쉬라우드(20)는 허브 판(10)의 상측으로 소정 거리 이격되어 설치되며, 대략 원판 형상으로 형성되며 중앙에는 흡입구(23)가 마련된다. 즉, 허브 판(10)은 쉬라우드(20)의 하면에서 허브 판(10)의 중심선(CL)을 따라 수직방향으로 일정 거리 이격되어 설치되어 있다. 흡입구(23)는 원형으로 형성되며, 흡입구(23)의 지름(D2)은 허브 판(10)의 지름(D1)보다 크게 형성된다.

쉬라우드(20)는 링 형상의 링부(21)와 링부(21)의 내주에서 허브 판(10)과 반대방향으로 돌출되는 돌출부(22)를 포함할 수 있다. 돌출부(22)는 대략 중공의 원뿔대 형상으로 형성되며, 돌출부(22)의 상단의 지름(D2), 즉 흡입구 지름이 허브 판(10)의 지름(D1)보다 크게 형성된다.

복수의 블레이드(30)는 허브 판(10)과 쉬라우드(20) 사이에 설치된다. 복수의 블레이드(30)는 허브 판(10)의 관통공(13)을 중심으로 고정부(11)의 둘레에 원주 방향으로 일정 간격으로 설치된다. 복수의 블레이드(30) 각각은 블레이드(30)의 일단의 일부분이 허브 판(10)에 고정되고, 블레이드(30)의 타단의 일부분은 쉬라우드(30)에 고정된다. 복수의 블레이드(30)는 모두 동일한 형상으로 형성되므로, 이하에서는 한 개의 블레이드(30)의 형상에 대해서만 설명한다.

도 8a는 도 3의 공기조화장치용 터보팬(1)의 한 개의 블레이드(30)를 나타내는 평면도이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 블레이드(30)는 일정한 곡률로 굽혀진 곡면으로 형성된다. 블레이드(30)는 도 5에 도시된 바와 같이 오목한 쪽이 허브 판(10)의 중심(C)을 향하고 볼록한 쪽이 허브 판(10)의 외측을 향하도록 허브 판(10)에 설치된다.

또한, 블레이드(30)는, 도 3, 도 4, 도 5, 및 도 6에 도시된 바와 같이, 허브 판(10)의 위에 위치하는 내측부(31)와 허브 판(10)에서 벗어나 쉬라우드(20)의 하부에 위치하는 외측부(33)를 포함한다. 블레이드(30)의 내측부(31)의 하단(31-3)은 고정부(11) 둘레의 허브 판(10)의 외주 부분에 고정되고, 블레이드(30)의 외측부(33)의 상단(33-1)은 쉬라우드(20)의 하면에 고정된다.

도 3을 참조하면, 블레이드(30)의 내측부(31)의 상단(31-4)은 쉬라우드(20)의 흡입구(23)를 마주하여, 터보팬(1)으로 들어오는 공기가 처음으로 접촉하는 입구단을 형성한다. 따라서, 외부 공기는 블레이드(30)의 내측부(31)를 거쳐 외측부(33)를 통해 터보팬(1)의 외부로 배출된다.

또한, 쉬라우드(20)의 흡입구(23)를 마주하는 블레이드(30)의 내측부(31)의 상단(31-4)의 모서리는 라운드 형상으로 가공되어 있다. 블레이드(30)의 외측부(31)의 하단(33-2)은 허브 판(10)에 의해 지지되지 않고 돌출된 상태이다.

또한, 블레이드(30)의 내측부(31), 즉 허브 판(10)에서 쉬라우드(20) 쪽으로 연장되며 쉬라우드(20)의 흡입구(23)를 마주하는 블레이드(30)의 일부분(31-1)은 허브 판(10)에 대해 일정 각도 경사지게 형성될 수 있다. 따라서, 블레이드(30)의 내측부(31)의 일부분(31-1)은 도 8a에 도시된 바와 같이 일정 곡률로 굽혀지며 허브 판(10)에 대해 경사진 만곡부로 형성된다. 이때, 만곡부(31-1)는, 도 3 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 허브 판(10)의 중심(C)을 기준으로 할 때, 허브 판(10)의 외측, 즉 허브 판(10)의 중심 방향(F)과 반대쪽으로 경사지게 형성될 수 있다. 여기서, 도 8b는 도 3의 공기조화장치용 터보팬(1)의 한 개의 블레이드(30)를 나타내는 측면도이다.

또한, 블레이드(30)의 내측부(31)는, 도 3 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 허브 판(10)에서 일정 높이(h1)까지는 수직부(31-2)로 형성하고, 만곡부(31-1)는 수직부(31-2)의 상단에서 일정 높이(h2)까지 연장되도록 형성할 수 있다. 블레이드(30)의 수직부(31-2)는 허브 판(10)에 수직하게 형성된다. 따라서, 블레이드(30)의 만곡부(31-1)와 허브 판(10) 사이에는 수직부(31-2)가 마련된다. 구체적으로, 블레이드(30)의 내측부(31)의 상부, 즉 쉬라우드(20)의 흡입구(23)와 마주하는 블레이드(30)의 부분은 만곡부(31-1)로 형성되고, 블레이드(30) 내측부(31)의 하부, 즉 허브 판(10)에 고정되는 부분은 수직부(31-2)로 형성된다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 만곡부(31-1)는 수직부(31-2)에 대해 허브 판(10)의 중심(C) 쪽에서 멀어지는 방향으로 일정 각도(θ) 경사지게 형성될 수 있다. 이때, 만곡부(31-1)의 경사 각도(θ)는 약 10~15도로 할 수 있다. 또한, 만곡부(31-1)의 높이(h2)는 수직부(31-2)의 높이(h1)와 동일하거나 높게 형성할 수 있다.

이와 같이 블레이드(30)의 내측부(31)의 상부(31-1), 즉 쉬라우드(20)의 흡입구(23)를 통해 인입되는 공기가 가장 먼저 접촉하는 부분을 만곡시켜 3차원 형상으로 형성하면, 종래의 3D 터보팬과 같이 소비전력과 소음을 줄일 수 있게 된다.

또한, 블레이드(30)의 내측부(31)의 상단(31-4), 즉 쉬라우드(20)의 흡입구(23)를 마주하는 블레이드(30)의 부분에는 단차부(35)를 형성할 수 있다. 단차부(35)는 쉬라우드(20)에 고정된 부분(35-1)의 높이가 높고 허브 판(10)의 중심(C)에 가까운 부분(35-2)의 높이가 낮은 형태로 형성된다. 단차부(35)의 높이(h)는 터보팬(1)의 크기에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 일 예로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 블레이드(30) 내측부(31)의 단차부(35)의 낮은 단(35-2)의 높이(h3)가 쉬라우드(20)에 고정된 블레이드(30)의 외측부(33)의 높이(h4)보다 낮아지지 않도록 단차부(35)의 높이(h)를 결정할 수 있다. 또한, 블레이드(30)의 내측부(31)의 상단(31-4)은 쉬라우드(20)의 상단(24)에서 돌출되지 않도록 형성된다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬(1)의 블레이드(30)와 벨 마우스(340)의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이 쉬라우드(20)의 흡입구(23)에는 터보팬(1)이 회전 가능하게 설치되는 하우징(310)에 마련되는 벨 마우스(340)의 일단(341)이 삽입된다. 이때, 블레이드(30)의 내측부(31) 상단(31-4)은 벨 마우스(340)의 일단(341)과 간섭되지 않고 일정 거리(G1) 이격되도록 형성된다. 또한, 블레이드(30)의 내측부(31) 상단(31-4)에 상술한 단차부(35)를 형성하면, 블레이드(30)의 상단(31-4)과 벨 마우스(340)의 일단(341) 사이의 간격(G2)을 더욱 크게 하여 터보팬(1)의 소음을 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 블레이드(30)의 상단(34-1)의 단차부(35)의 높이가 낮은 부분(35-2)과 벨 마우스(340)의 일단(341) 사이의 간격(G2)이 커지게 되므로 터보팬(1)의 소음을 감소시킬 수 있다.

블레이드(30)의 외측부(33), 즉 쉬라우드(20)의 하면에 고정되는 블레이드(30)의 부분(33)은 쉬라우드(20)의 하면에 수직하게 형성된다. 따라서, 블레이드(30)의 외측부(33)는 블레이드(30)의 내측부(31)의 수직부(31-2)와 같이 허브 판(10)에 대해 수직하게 형성된다. 이와 같이 쉬라우드(20)에 고정되는 블레이드(30)의 외측부(33)를 쉬라우드(20)의 하면에 수직하게 형성하면, 금형을 이용하여 터보팬(1)을 성형할 때, 블레이드(30)가 금형의 코어에 간섭되는 것을 방지할 수 있다.

블레이드(30)의 외측부(33)는 도 3에 도시된 바와 같이 대략 중공의 원뿔대 형상으로 형성된 쉬라우드(20)의 돌출부(22)의 내면까지 연장되도록 형성될 수 있다. 또한, 쉬라우드(20)의 상면, 즉 복수의 블레이드(30)가 설치되지 않은 쉬라우드(20)의 일면에는 하면에 고정된 복수의 블레이드(30)에 대응하는 복수의 수축 감소 리브(25)가 형성될 수 있다. 수축 감소 리브(25)는 쉬라우드(20)의 아래에 설치된 블레이드(30)의 단면에 대응하는 곡선으로 형성되며, 일정 높이의 긴 돌기 형상으로 형성된다. 이와 같은 복수의 수축 감소 리브(25)를 형성하면, 터보팬(1) 성형시 쉬라우드(20)가 수축되는 양을 줄일 수 있다.

또한, 도 4, 도 5, 및 도 6에 도시된 바와 같이, 허브 판(10)의 외주에는 허브 판(10)이 대략 삼각형 형상 또는 쐐기 형상으로 절취된 복수의 노치(15)가 형성된다. 여기서, 도 5와 도 6은 허브 판(10)에 형성된 복수의 노치(15)를 보여주기 위한 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 터보 팬(1)의 평면도와 배면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 복수의 노치(15)는 복수의 블레이드(30) 중 인접한 2개의 블레이드 사이마다 형성된다. 노치(15)는 일정 각도를 이루는 제1측변(15-1)과 제2측변(15-2)을 포함한다. 제1측변(15-1)은 복수의 블레이드(30) 중 한 개의 블레이드(30-1)의 허브 판(10)에 설치된 부분을 따라 절단된 부분이다. 제2측변(15-2)은 제1측변(15-1)의 끝점(P1), 즉 허브 판(10)에 고정된 블레이드(30-1)의 끝점에 대응하는 점과 인접한 블레이드(30-2)와 허브 판(10)의 외주면이 만나는 점(P2)을 연결하는 선을 따라 절단된 부분이다. 이때, 노치(15)의 제2측변(15-2)은 곡선 또는 직선으로 형성될 수 있다.

허브 판(10)의 외주에 복수의 노치(15)가 형성되면, 노치(15)는 쉬라우드(20), 허브 판(10), 및 블레이드(30) 모두와 간섭되지 않으며 터보팬(1)을 중심선(CL) 방향으로 관통하는 개구를 형성한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 터보팬(1)을 금형으로 성형시, 블레이드(30)와 허브 판(10)의 간섭없이 일부분이 3차원 형상으로 된 블레이드(30)를 형성하기 위한 금형의 코어를 노치(15)로 통과시킬 수 있다.

도 10a와 도 10b에 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬(1)을 성형하는데 사용될 수 있는 금형(400)의 일 예가 도시되어 있다.

도 10a는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬을 성형하기 위한 금형을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬이 도 10a의 하부 금형에 장착되어 있는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬(1)은 도 10a와 같이 별도의 슬라이드 금형 없이 상형(410)과 하형(420)으로 구성된 금형(400)으로 성형할 수 있다. 금형(400)의 캐비티(401)에 터보팬(1)이 성형된 후, 3차원 형상으로 비틀어진 복수의 블레이드(30)의 인입부(31)를 성형하는 코어(430)는 도 10b에 도시된 바와 같이 허브 판(10)에 형성된 복수의 노치(15)를 통해 분리될 수 있다.

따라서, 허브 판(10)에 복수의 노치(15)를 형성하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 터보팬(1)을 도 10a와 같은 슬라이드 코어 없이 상형(410)과 하형(420)만으로 구성된 금형(400)으로 한 개의 제품으로 성형할 수 있어 생산 비용을 절감할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬(1)은 쉬라우드(20), 허브 판(10), 및 복수의 블레이드(30)가 분리되지 않는 한 개의 몸체로 형성할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬(1)은 종래 기술에 의한 3D 터보팬(200)과 달리 쉬라우드(20), 허브 판(10), 복수의 블레이드(30)를 별도의 금형으로 성형하여 초음파나 레이저로 융착시켜 조립할 필요가 없이, 한 개의 금형으로 성형할 수 있으므로 생산비용을 줄일 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 터보팬이 사용되는 공기조화장치에 대해 첨부된 도 11과 도 12를 참조하여 설명한다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬이 사용되는 천정형 공기조화장치를 나타내는 사시도이고, 도 12는 도 11의 천정형 공기조화장치를 선12-12를 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.

참고로, 도 11과 도 12에 도시된 공기조화장치(300)는 천정형 공기조화장치이나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 의한 터보팬(1)은 다양한 타입의 공기조화장치에 사용될 수 있다.

도 11과 도 12를 참조하면, 공기조화장치(300)는 하우징(310), 열교환기(320), 터보팬(1)을 포함한다.

하우징(310)은 대략 중공의 직육면체로 형성되며, 공기조화장치(300)의 외관을 형성하며, 천정(350)의 내부에 설치된다. 하우징(310)의 하면에는 천정(350)의 외부로 노출되며, 터보팬(1)의 흡입구(23)와 마주하는 공기 인입구(311)가 마련된다. 또한, 하우징(310)의 하면에는 공기 인입구(311)의 둘레로 복수의 공기 배출구(312)가 마련된다. 공기 인입구(311)의 아래에는 인입되는 공기를 필터링하는 필터(314)가 설치될 수 있다.

터보팬(1)은 하우징(310)의 내부 중심에 설치되며, 하우징(310)의 상측에 설치된 모터(330)에 의해 회전한다. 터보팬(1)은 쉬라우드(20), 허브 판(10), 및 복수의 블레이드(30)를 포함한다. 터보팬(1)의 구조는 상술한 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

터보팬(1)의 쉬라우드(20)와 공기 인입구(311)가 형성된 하우징(310)의 하면 사이에는 인입되는 공기를 안정화시키기 위한 벨 마우스(340)가 설치된다. 또한, 벨 마우스(340)의 일단(341)과 벨 마우스(340)를 마주하는 터보팬(1)의 복수의 블레이드(30)의 부분 사이에는 간격이 형성될 수 있다.

열교환기(320)는 하우징(310)의 내측에 터보팬(1)을 둘러싸도록 설치된다. 열교환기(320)는 주위를 지나는 공기와 열교환을 하여 공기를 냉각시킨다.

모터(330)가 터보팬(1)을 회전시키면, 터보팬(1)의 내부에 부압이 발생하여 외부의 공기가 필터(314)를 통해 터보팬(1)의 흡입구(23)으로 유입된다. 터보팬(1)의 유입구(23)로 유입된 공기는 복수의 블레이드(30)에 의해 터보팬(1)의 주위에 설치된 열교환기(320)로 배출된다. 터보팬(1)에 의해 토출된 공기는 열교환기(320)를 지나면서 냉각된다. 냉각된 공기는 하우징(310)의 공기 배출구(312)를 통해 배출되어 공기조화장치(300)가 설치된 실내를 냉방시킬 수 있다.

이하, 상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 의한 터보팬을 사용하는 공기조화장치의 개선된 성능에 대해 첨부된 도 13a 내지 도 18을 참조하여 상세하게 설명한다.

공기조화장치(300)의 성능은 터보팬(1)에 의해 형성되는 공기의 유동 분포에 의해 많은 영향을 받는다.

도 13a와 도 13b는 종래 기술에 의한 2D 터보팬의 블레이드에서 공기의 유동을 나타낸 도면이고, 도 14a와 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬의 유동을 나타낸 도면이다. 도 13a 내지 도 14b의 도면은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 얻은 결과를 나타낸다.

도 13a를 참조하면, 종래 기술에 의한 2D 터보팬(100)의 블레이드(130)의 입구단(131)의 박리점에서 많은 와류(150)가 발생하는 것을 알 수 있다. 이러한 와류(150)의 영향으로, 도 13b에 도시된 바와 같이 2D 터보팬(100)의 블레이드(130)의 출구단(132)에서는 블레이드(130)의 높이의 대략 절반에만 유동장이 분포하는 것을 알 수 있다.

그러나 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬(1)의 경우에는 도 14a를 참조하면, 만곡부(31-1)의 영향에 의해 터보팬(1)의 블레이드(30)의 입구단의 박리점에서 종래 기술에 의한 2D 터보팬(100)에 비해 적은 와류(50)가 발생하는 것을 알 수 있다. 이와 같이 와류(50)가 적게 발생하므로, 본 발명의 일 실시예에 의한 터보팬(1)은, 도 14b에 도시된 바와 같이, 블레이드(30)의 출구단(32)에서 블레이드(30) 높이의 거의 전체에 걸쳐 유동장(50)이 분포하는 것을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예 의한 터보팬(1)과 종래 기술에 의한 2D 터보팬(100)의 소비전력과 소음을 측정한 결과가 도 15와 도 16에 도시되어 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬과 종래 기술에 의한 2D 터보팬의 소비전력을 비교한 그래프이고, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬과 종래 기술에 의한 2D 터보팬의 소음을 비교한 그래프이다.

도 15와 도 16에서 본 발명의 터보팬(1)의 측정 결과는 실험에 사용된 2D 터보팬(100)을 사용하는 공기조화장치에서 2D 터보팬(100)을 본 발명의 일 실시예에 의한 터보팬(1)으로 교체한 후 측정한 것이다.

도 15를 참조하면, 동일 유량에서 소비전력이 약 11% 감소하는 것을 알 수 있다. 도 15에서 P는 터보팬의 소비전력(W)을 나타내고, Q는 유량(CMM)을 나타낸다.

또한, 도 16을 참조하면, 동일 유량에서 발생 소음이 약 0.5dB 감소하는 것을 알 수 있다. 도 16에서 SPL(sound pressure level)은 터보팬에 의해 발생하는 소음(dB)을 나타내고, Q는 유량(CMM)을 나타낸다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 터보팬(1)은 블레이드(30) 표면에서의 고른 공기 유동 때문에 종래 기술에 의한 2D 터보팬(100)에 비해 소비전력과 소음이 감소되는 것을 알 수 있다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬과 종래 기술에 의한 2D 터보팬의 정압특성을 비교한 P-Q 그래프이다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬(1)은 고정압 조건에서 종래 기술에 의한 2D 터보팬(100)에 비해 풍량 감소율이 적은 것을 알 수 있다.

예를 들어, 도 17에서, 정상 상태에서 P0인 정압이 P1으로 상승한 경우에, 본 발명에 의한 터보팬(1)의 경우는 풍량이 Q0에서 Q1으로 감소하나, 종래 기술에 의한 2D 터보팬(100)의 경우는 풍량이 Q0에서 Q2로 감소되어 본 발명의 일 실시예에 의한 터보팬(1)에 비해 풍량이 더 감소하는 것을 알 수 있다. 도 17에서 P는 공기조화장치의 정압(Pa)을 나타내고, Q는 공기조화장치의 풍량(CMM)을 나타낸다. 도 17에서 곡선①은 종래 기술에 의한 2D 터보팬의 정압특성을 나타내는 그래프이고, 곡선②는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬의 정압특성을 나타내는 그래프이며, 곡선③은 공기조화장치의 시스템 저항 곡선을 나타낸다.

따라서, 공기 인입구에 설치된 필터에 먼지가 쌓여 공기조화장치의 정압이 상승하는 경우에는 본 발명의 일 실시예에 의한 터보팬(1)을 사용하는 공기조화장치가 종래기술에 의한 2D 터보팬(100)을 사용하는 공기조화장치에 비해 성능 저하가 적다는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 터보팬(1)은 블레이드(30)의 입구단(31-4)에 단차부(35)를 형성하여 블레이드(30)의 입구단(31-4)과 벨 마우스(340) 사이의 간격을 크게 함으로써 블레이드(30)의 입구단(31-4)에 단차부를 형성하지 않는 경우에 비해 소음을 더 줄일 수 있다. 그 결과가 도 18에 도시되어 있다.

도 18을 참조하면, 도 3에 도시된 바와 같이 블레이드(30)의 입구단(31-4)에 단차부(35)를 형성하여, 도 9에 도시된 바와 같이 블레이드(30)의 입구단(31-4)과 벨 마우스(340)의 일단(341) 사이의 간격을 크게 하면 소음이 약 0.4dB 감소하는 것을 알 수 있다. 도 18에서 곡선ⓐ는 블레이드(30)의 입구단(31-4)에 단차부(35)가 형성된 터보팬(1)의 소음을 나타낸 그래프이고, 곡선ⓑ는 블레이드(30)의 입구단(31-4)에 단차부가 없는 터보팬의 소음을 나타낸 그래프이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화장치용 터보팬은 블레이드의 입구부에 3차원 형상의 만곡부를 형성하여 종래 기술에 의한 2D 터보팬에 비해 소비전력과 소음을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시에에 의한 공기조화장치용 터보팬은 허브 판에 형성된 노치부를 통해 3차원 형상의 블레이드를 성형하는 코어를 통과시킬 수 있으며, 조립 없이 한 번의 성형으로 형성되므로 종래 기술에 의한 3D 터보팬에 비해 제작비용을 줄일 수 있으며 외관 품질을 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며, 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구범위의 범주 내에서 자유로이 실시될 수 있을 것이다.

1; 터보팬 10; 허브 판
11; 고정부 13; 관통공
15; 노치 20; 쉬라우드
21; 링부 22; 돌출부
23; 흡입구 25; 수축 감소 리브
30; 블레이드 31; 블레이드 내측부
31-1; 만곡부 31-2; 수직부
33; 블레이드 외측부 35; 단차부
100; 2D 터보팬 110; 허브 판
120; 쉬라우드 130; 블레이드
200; 3D 터보팬 210; 허브 판
220; 쉬라우드 230; 블레이드
300; 공기조화장치 310; 하우징
320; 열교환기 340; 벨 마우스
400; 금형 410; 상형
420; 하형 430; 코어

Claims

중앙에 흡입구가 형성된 쉬라우드;
상기 쉬라우드에서 수직방향으로 이격되어 설치되며, 상기 흡입구의 지름보다 작은 지름을 갖는 허브 판; 및
상기 허브 판과 상기 쉬라우드 사이에 원주 방향으로 설치되는 복수의 블레이드;를 포함하며,
상기 복수의 블레이드 각각은 상기 허브 판에 형성되고, 상기 복수의 블레이드 각각의 상기 쉬라우드의 흡입구를 마주하는 부분은 상기 허브 판에 대해 경사진 만곡부로 형성되며, 상기 허브 판의 외주면은 상기 복수의 블레이드 중 인접한 2개의 블레이드 사이마다 형성되는 복수의 노치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치용 터보팬.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 노치 각각은 상기 복수의 블레이드 중 한 개의 블레이드의 상기 허브 판에 설치된 부분을 따라 형성되는 제1측변과 상기 제1측변의 끝점과 인접한 블레이드와 상기 허브 판이 만나는 점을 연결하도록 형성되는 제2측변을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치용 터보팬.
제 2 항에 있어서,
상기 제2측변은 곡선으로 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화장치용 터보팬.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 블레이드 각각의 상기 만곡부와 상기 허브 판 사이에는 상기 허브 판에 수직한 수직부가 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화장치용 터보팬.
제 4 항에 있어서,
상기 복수의 블레이드 각각의 상기 쉬라우드에 고정되는 부분은 상기 쉬라우드에 수직하게 형성되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치용 터보팬.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 블레이드 각각의 상기 쉬라우드의 흡입구를 마주하는 부분에는 단차부가 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화장치용 터보팬.
제 6 항에 있어서,
상기 허브 판에 고정된 상기 블레이드 부분의 상기 단차부의 낮은 곳의 높이가 상기 쉬라우드에 고정된 상기 블레이드 부분의 높이보다 높은 것을 특징으로 하는 공기조화장치용 터보팬.
제 1 항에 있어서,
상기 쉬라우드는 중공의 원뿔대 형상으로 형성되며,
상기 복수의 블레이드 각각의 상기 쉬라우드의 하면에 고정된 부분은 상기 쉬라우드의 원뿔대의 내면까지 연장된 것을 특징으로 하는 공기조화장치용 터보팬.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 블레이드가 설치되지 않은 상기 쉬라우드의 일면에는 상기 복수의 블레이드에 대응하는 복수의 수축 감소 리브가 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화장치용 터보팬.
제 1 항에 있어서,
상기 쉬라우드, 상기 허브 판, 및 상기 복수의 블레이드는 한 개의 몸체로 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화장치용 터보팬.
제 10 항에 있어서,
상기 공기조화장치용 터보팬은 상하로 분리되는 상형과 하형을 포함하는 금형을 이용하여 성형하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치용 터보팬.
공기 인입구와 공기 배출구를 포함하는 하우징;
상기 하우징에 회전 가능하게 설치되는 청구항 1항 내지 10 항 중의 어느 한 항의 터보팬; 및
상기 하우징의 공기 인입구에 설치되는 벨 마우스;를 포함하며,
상기 벨 마우스의 일단과 상기 터보팬의 상기 복수의 블레이드의 상기 허브 판에 설치된 부분의 일단 사이에는 간격이 있는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제 12 항에 있어서,
상기 터보팬의 복수의 블레이드 각각의 상기 벨 마우스를 마주하는 입구단에는 단차부가 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
청구항 1항 내지 10항 중의 어느 한 항의 공기조화장치용 터보팬에 대응하는 캐비티를 형성하는 상형과 하형을 포함하며,
상기 상형과 하형 중의 하나에는 상기 청구항 1항 내지 10항 중의 어느 한 항의 공기조화장치용 터보팬의 상기 복수의 블레이드를 형성하며, 상기 복수의 노치를 통해 분리될 수 있는 복수의 코어가 마련된 것을 특징으로 하는 터보팬 제작용 금형.