KR20190087904A - 횡류팬 유로 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리어가이드면(32)과 스테빌라이져(33)를 포함하는 횡류팬(40)의 유로 구조에, 상기 토출안내면(331)과 리어가이드면(32)에 의해 규정되는 토출유로(36)를, 상기 백플로우 안내면(332)과 횡류팬(40)이 마주하는 부위보다 더 상류에 배치되는 흡입공간(38)과 연통하는 와류 중심제어부(34); 상기 횡류팬보다 공기 유동의 상류에 위치하는 제1벽(12)에에서 횡류팬을 향해 상기 공기 유동의 하류 방향으로 비스듬히 연장되는 흡입 가이드베인(121); 및상기 횡류팬(40)보다 공기 유동의 상류에 위치하며 상기 제1벽(12)과 마주하는 제2벽으로부터 공기 유동의 상류 방향으로 비스듬히 연장되는 편류판(131)을 추가적으로 적용한 공조 기기를 제공한다.

Description

횡류팬 유로 구조{An Air Nozzle Vacuum Cleaner}

본 발명은 횡류팬 유로 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기의 유입구가 제한된 상태에서도 횡류팬의 유동 효율을 크게 높일 수 있는 횡류팬 유로 구조에 관한 것이다.

벽걸이 에어컨의 실내기에는 횡류팬이 설치된다. 횡류팬은 팬이 회전축 방향으로 길고 반경 방향은 좁은 대략 원통의 형상을 가지는 팬을 의미한다.

도 14에는 종래의 횡류팬 구조가 적용된 벽걸이 에어컨의 실내기 구조가 도시되어 있다. 유입구(6)에서 유입되는 공기는 증발기(2)를 거치며 냉각되고, 도면 상 반시계 방향으로 회전하는 횡류팬(1)에 의해 토출구(7) 쪽으로 배출된다.

횡류팬(1)은 그 자체의 형상만으로는 와류를 일으킬 뿐이며, 프론트 가이드면(3), 리어가이드면(4), 스테빌라이저(5)와 같은 유로 안내면에 의해 흡입과 토출이 이루어지므로, 이러한 유로의 구조는 횡류팬의 성능을 높이는데 있어서 대단히 중요한 요소이다.

이러한 횡류팬은, 도 14에 도시된 바와 같이 토출구(7)에 비해 유입구(6)의 유동 단면적이 훨씬 넓은 유동 환경에서 사용해야 원활한 공기 유동을 유도할 수 있다. 즉 유입구가 좁은 유동 환경에서는 횡류팬으로 원활한 유동을 기대할 수 없다. 이로 인해 횡류팬 자체가 가지는 장점을 적용할 수 있는 유동 환경은 크게 제한적이다.

대한민국 등록특허공보 제286303호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 유입구가 좁은 유동 환경에서도 원활한 유동을 일으킬 수 있는 횡류팬 유로 구조와, 이를 적용한 공조 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 공기가 유입되는 유입구(11)와, 공기가 토출되는 토출구(37)와, 상기 유입구(11)와 토출구(37) 사이에 마련되어 상기 유입구(11)에서 유입된 공기가 상기 토출구(37)로 유동하는 경로를 규정하는 벽(12, 13)을 구비하는 본체(10); 상기 유입구(11) 부근에 설치되어 상기 유입구로부터 유입되는 공기를 공조 처리하는 공조부(20); 상기 공조부(20)보다 공기 유동의 하류에 배치되고, 상기 벽에 나란한 회전축을 가지며, 상기 토출구(37) 부근에 마련된 횡류팬(40); 상기 횡류팬(40)이 공기를 토출구(37) 쪽으로 밀어내는 방향으로 회전하는 쪽과 가까이 배치된 제1벽(12)으로부터 상기 토출구(37)까지 연장되는 리어가이드면(32); 및 상기 횡류팬(40)이 공기를 유입구(11) 쪽으로 되돌리는 방향으로 회전하는 쪽과 가까이 배치되는 백플로우 안내면(332)과, 상기 리어가이드면(32)과 나란히 이격 배치되어 상기 횡류팬(40) 부근으로부터 상기 토출구(37)까지 연장되는 토출안내면(331)을 구비하는 스테빌라이저(33);를 포함하는 공조기기에 있어서, 상기 토출안내면(331)과 리어가이드면(32)에 의해 규정되는 토출유로(36)를, 상기 백플로우 안내면(332)과 횡류팬(40)이 마주하는 부위보다 더 상류에 배치되는 흡입공간(38)과 연통하는 와류 중심제어부(34);를 형성하여, 공기 유동 효율을 더욱 높인 횡류팬 유로 구조를 제공한다.

상기 토출안내면(331)에 대해 상기 와류 중심제어부(34)가 이루는 각도(a)는 85도 내지 95도일 수 있다. 그리고 상기 횡류팬의 직경(d) 대비 와류 중심제어부(34)의 폭(T)의 비는 0.029 내지 0.069 일 수 있다. 가령 횡류팬의 직경(d)이 102mm일 때, 와류 중심제어부(34)의 폭(T)은 3 내지 7 mm 일 수 있다.

상기 횡류팬보다 공기 유동의 상류에 위치하는 제1벽(12)에는 횡류팬을 향해 상기 공기 유동의 하류 방향으로 비스듬히 연장되는 흡입 가이드베인(121)이 마련될 수 있다.

상기 흡입 가이드베인(121)이 상기 공조부(20)의 유동배출면(21)과 이루는 사면의 각도(c)는 60도 내지 70도일 수 있다. 그리고 상기 횡류팬의 직경(d) 대비 상기 흡입 가이드베인(121)의 사면의 길이(l)는 0.44 내지 0.56 일 수 있다. 가령 횡류팬의 직경(d)이 102mm일 때, 흡입 가이드베인(121)의 사면의 길이(l)는 45 내지 57 mm 일 수 있다.

상기 횡류팬(40)보다 공기 유동의 상류에 위치하며 상기 제1벽(12)과 마주하는 제2벽으로부터 공기 유동의 상류 방향으로 비스듬히 연장되는 편류판(131)을 더 포함할 수 있다.

상기 편류판(131)이 상기 제2벽(13)과 이루는 각도(P)는 62도 내지 68도일 수 있다. 그리고 상기 횡류팬의 직경(d) 대비 상기 편류판(131)의 연장 길이(h)는 0.34 내지 0.51 일 수 있다. 그리고 상기 제2벽(13) 상에서 상기 편류판(131)이 설치된 위치와 상기 공조부(20)의 유동배출면(21) 사이의 거리(U)는, 상기 횡류팬의 직경(d) 대비, 0.50 내지 0.57 일 수 있다. 가령 횡류팬의 직경(d)이 102mm일 때, 편류판의 길이(h)는 35 내지 52 mm 일 수 있고, 편류판의 설치 위치(U)는 52 내지 58 mm 일 수 있다.

상기 본체(10)에서 상기 공조부(20)보다 공기 유동의 하류에는, 상기 벽(12, 13)과 나란한 회전 중심축을 가지는 풍향 실린더(30)가 설치되고, 제1벽(12) 및 상기 제1벽과 마주하는 제2벽(13)의 단부에는, 상기 풍향 실린더(30)의 외주면과 인접하며 마주하는 제1맞댐부(122)와 제2맞댐부(132)가 마련되며, 상기 풍향 실린더(30)에 상기 횡류팬(40), 토출구(37), 리어가이드면(32), 스테빌라이저(33) 및 와류 중심제어부(34)가 구비되고, 상기 풍향 실린더(30)는, 상기 토출구(37)가 상기 제1맞댐부(122)와 제2맞댐부(132) 사이에 배치되는 범위에서 회전 가능하다.

상기 풍향 실린더(30)에서 상기 스테빌라이저(33)보다 상류 쪽에는, 상기 흡입공간(38)의 공기가 상기 횡류팬 쪽으로 유입되는 것을 안내하는 흡입가이드면(35)이 마련되고, 상기 흡입가이드면(35)의 선단부와 상기 리어가이드면(32)의 선단부가 상기 풍향 실린더(30) 내부로 공기가 유입되는 통로인 흡입구(31)를 규정할 수 있다.

그리고 상기 본체(10)에는 제1벽 또는 제2벽을 기준으로 나란히, 또는 대칭을 이루며 한 쌍의 풍향실린더(30)가 설치될 수 있다.

본 발명의 횡류팬 유로 구조에 따르면, 유입구가 좁은 환경에서도 횡류팬의 성능, 즉 풍량 증가, 소음 저감 및 소비전력효율 등을 크게 높일 수 있다. 이에 따라 횡류팬의 적용 범위를 크게 확장할 수 있고 다양한 형태의 실내기(공조 기기)를 개발하는 것이 가능하다.

또한 본 발명의 횡류팬 유로 구조에 따르면, 유입구가 좁아도 횡류팬을 적용하는 것이 가능하므로, 증발기, 에어 필터 등의 공조부를 컴팩트하고 단순한 형상으로 설계할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 토출구의 풍향을 전환하는 구조에 횡류팬을 적용하더라도 유동 효율을 충분히 확보할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 횡류팬 유로 구조가 적용된 공조 기기의 본체의 단면도이다.
도 2는 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인과 편류판이 적용되지 아니한 횡류팬 유로 구조에서 횡류팬에 의해 발생하는 공기 유동의 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 와류 중심제어부가 적용된 횡류팬 유로 구조에서 횡류팬에 의해 발생하는 공기 유동의 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 흡입 가이드베인이 적용된 횡류팬 유로 구조에서 횡류팬에 의해 발생하는 공기 유동의 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 편류판이 적용된 유로 구조에서 횡류팬에 의해 발생하는 공기 유동의 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인이 적용된 횡류팬 유로 구조에서 횡류팬에 의해 발생하는 공기 유동의 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 흡입 가이드베인과 편류판이 적용된 횡류팬 유로 구조에서 횡류팬에 의해 발생하는 공기 유동의 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 와류 중심제어부와 편류판이 적용된 횡류팬 유로 구조에서 횡류팬에 의해 발생하는 공기 유동의 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인과 편류판이 모두 적용된 횡류팬 유로 구조에서 횡류팬에 의해 발생하는 공기 유동의 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은, 도 2와 같이 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인과 편류판이 적용되지 아니한 횡류팬 유로 구조의 풍량과, 도 6과 같이 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인을 적용하되 흡입 가이드베인의 사면 각도를 변경시키며 적용한 횡류판 유로 구조의 풍량을 나타낸 그래프이다.
도 11은, 도 2와 같이 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인과 편류판이 적용되지 아니한 횡류팬 유로 구조의 소비전력과, 도 6과 같이 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인을 적용하되 흡입 가이드베인의 사면 각도를 변경시키며 적용한 횡류판 유로 구조의 소비전력을 나타낸 그래프이다.
도 12는, 도 2와 같이 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인과 편류판이 적용되지 아니한 횡류팬 유로 구조의 소음과, 도 6과 같이 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인을 적용하되 흡입 가이드베인의 사면 각도를 변경시키며 적용한 횡류판 유로 구조의 소음을 나타낸 그래프이다.
도 13은, 도 2와 같이 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인과 편류판이 적용되지 아니한 횡류팬 유로 구조의 소음과, 도 9와 같이 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인과 편류판을 모두 적용하되 편류판의 연장 길이를 변경시키며 적용한 횡류판 유로 구조의 풍량을 나타낸 그래프이다.
도 14는 종래의 횡류팬 유로 구조를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

[공조 기기의 구조]

본 발명에 따른 횡류팬 유로 구조가 적용된 공조 기기는 스탠드 에어컨의 실내기일 수 있다. 도 1은 이러한 스탠드 에어컨의 실내기를 나타낸 평면 단면도로 이해할 수 있다.

도 1에서 도면 상 윗부분과 아랫부분은, 스탠드 에어컨의 뒷면과 앞면을 나타낸다.

스탠드 에어컨 실내기의 본체(10)의 후방은 개방되어 있고, 이는 본체(10) 내부로 공기가 유입되는 유입구(11)가 된다. 상기 본체(10)는 에어컨 실내기의 양측면을 규정하는 측면하우징(13)을 포함한다.

본체(10)의 전방에서 상기 한 쌍의 측면하우징(13) 사이에는, 도시된 바와 같이 한 쌍의 풍향 실린더(30)가 설치되어 있다. 상기 풍향 실린더(30)가 회전함에 따라, 풍향 실린더(30) 전방에 마련된 토출구(37)의 방향이 전환된다. 도 1에서 우측의 풍향 실린더(30)는 토출구(37)가 전방을 향하도록 회전한 상태이고, 좌측의 풍향 실린더(30)는 토출구(37)가 측방을 향하도록 회전한 상태이다. 상기 풍향 실린더(30)는 대략 원기둥의 형상으로서, 원기둥의 중심축을 기준으로 통째로 회전함으로써, 토출구(37)의 방향이 결정될 수 있다.

한 쌍의 풍향 실린더(30) 내에는 각각 횡류팬(40)이 설치되어 있다. 따라서 횡류팬(40)은, 상기 풍향 실린더(30)가 회전할 때 풍향 실린더(30)와 함께 이동하게 된다. 아울러 풍향 실린더(30)의 내부에는, 상기 횡류팬(40)과 인접하여 리어가이드면(32)과 스테빌라이저(33)가 마련되어 있으며, 이들 역시 풍향 실린더(30)와 일체로 거동한다.

본체(10) 내부에는, 상기 한 쌍의 횡류팬(40)에 의해 각각 독립적으로 공기 유동이 일어날 수 있도록 차폐벽(12)이 설치된다. 차폐벽(12)은 본체(10) 내부의 공간을 구획한다. 이에 따라 상기 유입구(11)에서 유입되는 공기는 차폐벽에 의해 분할된 후 독립적으로 유동한다.

본체(10) 내에서 상기 유입구(11) 부근에는, 본체 내부로 유입된 공기를 공조 처리하는 공조부(20)가 설치된다. 공조부(20)는, 실내 냉방 시 증발기의 기능을 하거나 실내 난방 시 응축기의 기능을 하는 열교환기, 공기 중의 입자를 걸러주는 공기 정화 필터, 공기 중의 습도를 조절해주는 가습 필터 등을 포함할 수 있다.

공조부(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이 차폐벽(12)에 의해 본체(10) 내부의 공간이 분할되기 전의 위치에 설치될 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 독립적인 유동 경로를 가지는 본체 내에 하나의 공조부를 설치할 수 있으므로, 부품 수와 관련 비용을 줄일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 공조부(20)가 차폐벽(12)에 의해 공간 분할이 이루어지기 전의 위치에 설치되는 구조가 예시된다.

도시하지는 아니하였으나, 차폐벽에 의해 분할된 공간에 공조부를 개별적으로 설치할 수도 있다. 이와 같은 구조에 따르면 좌측의 횡류팬과 우측의 횡류팬을 독립적으로 제어할 수 있으므로, 공조 기기의 다양한 운전 모드를 구현하는 것이 가능하다.

도 1을 참조하면, 에어컨 측면하우징(13)의 전후 방향 연장 길이는, 차폐벽(12)의 전후 방향 연장 길이보다 짧다. 이는 한 쌍의 풍향 실린더(30)의 풍향 전환 범위와 연관된다. 즉 풍향 실린더(30)의 토출구(37)는 도 1의 우측에 도시된 바와 같이 전방을 바라보거나, 도 1의 좌측에 도시된 바와 같이 바깥쪽 측면을 바라보도록 조절될 수 있다. 따라서 에어컨 측면하우징(13)은 차폐벽(12)보다 더 짧게 구성되는 것이 바람직하다.

아울러 상기 에어컨 측면하우징(13)의 선단부와 차폐벽(12)의 선단부에는 각각 상기 풍향 실린더(30)의 외주면과 대응하는 호 형상면을 구비하는 제2맞댐부(132)와 제1맞댐부(122)를 구비한다. 제1맞댐부(122)와 제2맞댐부(132)는, 상기 풍향 실린더(30)의 외주면과 협동하여, 상기 본체(10) 전방 외부의 공간과 상기 본체 내부의 공간을 차폐시키면서도, 상기 풍향 실린더(30)가 회전할 수 있도록 안내한다.

[횡류팬 유로 구조]

이하 도 1을 참조하여, 상기 공조 기기에 적용된 횡류팬 유로 구조를 설명한다.

횡류팬(40)의 회전함으로써 발생하는 공기 유동은, 본체(10)의 외부로부터 본체 후방의 유입구(11)을 통해 본체 내부로 유입된다. 유입구(11)를 통해 유입된 공기는 공조부(20)에서 공기 조화 처리된다. 그리고 공조부(20)의 유동 배출면(21)을 지나, 차폐벽(12)으로 구획된 공간으로 유입된 공기는 횡류팬(40)에 의해 형성되는 와류에 합류한다.

도 1에서 좌측의 횡류팬은 시계 방향으로 회전하고, 우측의 횡류팬은 반시계 방향으로 회전한다. 좌측과 우측은 차폐벽을 중심으로 좌우 대칭적으로 배치되어 있으므로, 이하에서는 좌측의 횡류팬을 기준으로 설명한다.

횡류팬(40)은 풍향 실린더(30)에 설치된다. 횡류팬(40)의 회전축은 풍향 실린더(30)의 회동 축과 평행하게 배치된다.

횡류팬의 회전 중심축은 풍향 실린더(30) 내부에 위치하며, 풍향 실린더(30)의 원활한 회전을 위해, 횡류팬(40)이 풍향 실린더(30)의 외주면에 의해 형성되는 가상의 원 내부에 위치하도록 할 수 있다. 횡류팬(40)은 풍향 실린더(30) 내에서 후방에 배치된다.

풍향 실린더(30)의 후방은 상기 유입구(11)를 향해 개방된 흡입구(31)를 구비한다. 흡입구(31)는 상기 유입구(11)와 연통하며, 토출구(37)의 방향을 전환하기 위해 풍향 실린더(30)가 회전하더라도 흡입구(31)는 유입구(11)와 연통하는 위치에 있어 원활한 공기 유동이 가능하다.

차폐벽(12)과 에어컨 측면하우징(13)이 각각 공기의 유동 단면을 규정하는 제1벽과 제2벽이 되는바, 상기 풍향 실린더(30)가 회동함에 따라 상기 풍향 실린더(30)의 흡입구(31)는 상기 제1벽과 제2벽 사이에 위치하게 된다.

상기 흡입구(31)와 연결되는 풍향 실린더(30)의 내부 공간은 풍향 실린더(30)의 후방으로부터 풍향 실린더(30) 내부로 유입된 공기가 상기 횡류팬(40)으로 유입되기 전에, 자연스럽게 유동이 전환되는 흡입공간(38)이 된다.

그리고 상기 흡입공간(38)과 마주하는 풍향 실린더(30)의 내벽은, 상기 흡입구(31)로부터 후술할 스테빌라이저(33) 쪽으로 갈수록 점점 횡류팬(40)과 가까워지는 유선형의 흡입가이드면(35)이 형성된다.

따라서 횡류팬(40)의 시계방향으로 회전함에 따라 발생하는 와류에 의해 상기 흡입구(31)를 통해 유입되는 공기는, 상기 흡입가이드면(35)을 따라 유동이 안내되며, 상기 흡입공간(38)을 거쳐 횡류팬(40)의 와류에 합류한다.

흡입가이드면(35)과 마주하는 횡류팬(40) 외주면은 전방에서 후방으로, 그리고 흡입가이드면에서 멀어지는 방향으로 회전하므로, 상기 흡입공간(38)을 거쳐 횡류팬(40)의 와류에 합류한 공기는 횡류팬(40)의 회전을 따라 시계방향으로 회전하며 횡류팬 우측의 리어가이드면(32)을 따라 안내되어 토출구(37)로 토출된다. 리어가이드면(32)은 횡류팬(40)의 회전방향을 따라, 그 표면이 횡류팬으로부터 점점 멀어지는 유선형의 형상을 가지며, 횡류팬으로부터 어느 정도 멀어진 후에는 직선 형의 표면을 가진다.

상기 리어가이드면(32)과 마주하는 면에는 스테빌라이저(33)가 설치된다. 스테빌라이저(33)는, 상기 리어가이드면(32)의 직선 구간과 대응하는 직선 형태의 표면을 가지는 토출안내면(331)을 포함한다. 토출안내면(331)은 상기 리어가이드면(32)과 함께, 상기 횡류팬(40)의 와류로부터 원심력을 받아 멀어지는 공기가 토출구(37) 쪽으로 유동하는 토출유로(36)를 규정하고, 토출유로(36)를 지나는 공기를 안내한다.

그리고 토출안내면(331)의 상류측 단부에는, 횡류팬(40)의 원주면의 이동 방향과 나란한 방향으로 연장되는 백플로우 안내면(332)을 가진다. 횡류팬(40)을 따라 유동하는 와류 중 원심력이 약해 토출유로(36)로 유동하지 못한 공기는, 횡류팬(40)을 따라 다시 흡입공간(38) 쪽으로 재유입 되는데, 백플로우 안내면(332)은 이를 안내한다.

이와 같은 횡류팬 유로 구조에 의해 형성되는 공기 유동은, 도 2에 도시된 바와 같다. 유입구를 통해 제1벽과 제2벽 사이로 유입된 공기는 시계방향으로 회전하는 횡류팬의 와류에 합류되고, 횡류팬을 따라 회전한 후 토출유로를 통해 토출구로 토출되고, 일부는 스테빌라이저의 백플로우 안내면을 따라 재유입된다.

그런데, 제1벽과 제2벽에 의해 유입구가 좁게 제한된 유로 구조에서 횡류팬을 회전시키면, 도 2의 도면 상 우측 상단 부분에 도시된 바와 같이 강한 와류(vortex)가 발생하게 된다. 이는 증발기 등의 공조부를 통과한 흡입 유동 중 횡류팬으로 흡입되지 못한 유동이 회전하면서 형성되는 유동이다. 이와 같이 큰 와류가 형성되면, 공기의 유량이 감소하고, 소음이 증가하며, 소비전력이 높아지게 된다.

모든 유동에는 점성력이 존재한다. 그래서 벽면 근처에서는 유동 속도가 낮아지고 와류가 발생하게 된다. 에어컨 실내기의 경우, 증발기와 횡류팬 주변에 와류가 발생하면 증발기과 팬으로 유입되는 실질적인 흡입 면적이 줄어들게 되어, 증발기의 열교환 능력과 팬에 의해 발생하는 유량이 줄어들게 된다. 따라서 위와 같은 증발기와 팬 흡입구 주면의 와류 제어는 팬의 성능 향상에 매우 중요한 영향을 미치는 요소가 된다.

본 발명에서는 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인을 적용하여, 증발기와 횡류팬 사이에서 발생하는 와류를 최소화하고, 횡류팬의 유동을 안정화함은 물론, 성능도 향상시킬 수 있도록 하는 횡류팬 유로 구조를 개시한다.

[와류 중심제어부]

본 발명에 따르면, 공조부(20)와 횡류팬(40), 그리고 제1벽(12)과 제2벽(13)에 의해 규정되는 유동 공간에 와류가 발생하는 것을 최소화하기 위해, 와류 중심제어부(vortex core controller)를 구성한다.

와류 중심제어부(34)는, 백플로우 안내면(332)과는 별도로, 토출유로(36)와 흡입공간(38)을 연결하는 공간으로서, 상기 스테빌라이저(33)에 관통 형성된다. 이는 슬릿과 같은 얇은 공간으로서, 횡류팬(40)에서 원심력에 의해 이탈하여 토출유로(36)로 유입된 공기의 일부가 흡입공간(38) 쪽으로 재유입되도록 하는 통로가 된다.

상기 와류 중심제어부(34)가 제 기능을 확실히 하기 위해서는, 가령 102mm의 직경을 가지는 횡류팬을 적용하였을 때, 상기 토출안내면(331)에 대해 상기 와류 중심제어부(34)가 이루는 각도(a)는 85도 내지 95도를 이루고, 그 폭(T)이 3 내지 7 mm인 것이 바람직하다. 즉 횡류팬의 직경(d) 대비 와류 중심제어부(34)의 폭(T)의 비는 0.029 내지 0.069 정도일 수 있다.

도 3을 참조하면, 와류 중심제어부(34)에 의해 흡입공간(38)에 재유입된 공기는 횡류팬(40)의 와류에 합류하는 유동을 형성한다. 이에 따라 본체(10)의 유입구(11)로부터 유입된 공기는, 보다 넓은 면적으로 횡류팬(40)에 흡입되고, 결과적으로 도 2의 우측 상부에 있던 와류의 크기가 상당히 줄어들게 된다.

이에 따라 공조부와 횡류팬의 유량은 증가하고 횡류팬에 의해 발생하던 소음이 감소하는 효과가 발생한다.

다만 와류 중심제어부를 적용하는 것만으로는 유동의 불안정성이 여전히 남아 있으므로, 이를 완전히 해소할 수 있는 구조가 더 요구된다.

[흡입 가이드베인]

한편 본 발명에 따르면, 공조부(20)와 횡류팬(40), 그리고 제1벽(12)과 제2벽(13)에 의해 규정되는 유동 공간에 와류가 발생하는 것을 최소화하기 위해, 흡입 가이드베인(inlet guide vane)을 구성한다.

흡입 가이드베인(121)은 제1벽(12) 쪽, 즉 도 2에 도시된 바와 같이 횡류팬(40)의 외주면이 회전하면서 접근하는 벽 쪽에서 큰 와류가 형성되는 부분에 설치된다. 이는 상기 횡류팬보다 공기 유동의 상류에 위치하는 제1벽(12)으로부터, 상기 횡류팬을 향해 상기 공기 유동의 하류 방향으로 비스듬히 연장되는 형상을 가진다.

상기 흡입 가이드베인(121)은 제1벽(12)에서 상기 공조부(20)의 유동배출면(21)과 맞닿는 위치로부터 연장된다. 이는 와류가 형성되는 공간을 분할하여 와류를 억제함으로써 와류의 크기를 크게 줄여준다.

상기 흡입 가이드베인(121)이 제 기능을 더 확실히 하기 위해, 가령 102mm의 직경을 가지는 횡류팬을 적용하였을 때, 상기 흡입 가이드베인(121)이 상기 공조부(20)의 유동배출면(21)과 이루는 사면의 각도(c)는 60도 내지 70도이고, 그 연장 길이(ㅣ)가 약 45 내지 57 mm인 것이 바람직하다. 즉 횡류팬의 직경(d) 대비 흡입 가이드베인의 사면의 길이(l)의 비는 0.44 내지 0.56 정도일 수 있다.

도 4를 참조하면, 흡입 가이드베인(121)은 와류를 크게 억제한다. 이에 따라 공조부와 횡류팬의 유량은 증가하고 횡류팬에 의해 발생하던 소음이 감소하는 효과가 발생한다.

다만 흡입 가이드베인(121)을 설치하는 것만으로는 유동의 불안정성이 여전히 남아 있으므로, 이를 완전히 해소할 수 있는 구조가 더 요구된다.

[편류판]

본 발명에 따르면, 공조부(20)와 횡류팬(40), 그리고 제1벽(12)과 제2벽(13)에 의해 규정되는 유동 공간에 와류가 발생하는 것을 최소화하기 위해, 편류판을 추가 구성한다.

편류판(131)은 상기 횡류팬(40)보다 공기 유동의 상류에 위치하며 상기 제1벽(12)과 마주하는 제2벽으로부터 공기 유동의 상류 방향으로 비스듬히 연장된다. 편류판(131)은 흡입 가이드베인(121)이 적용됨에 따라 발생하는 유동 경향의 변화를 보완한다.

도 2와 도 4를 비교하여 살펴보면, 흡입 가이드베인(121)이 설치됨에 따라 횡류팬(40)으로 유입되는 실질적인 면적이 좌측으로 다소 이동하게 된다. 그런데 여기에 편류판(131)을 추가 적용하면, 도 4에 도시된 와류가 도 7에 도시된 바와 같이 제1벽 쪽으로 더 억제되면서 횡류팬(40)의 실질적인 흡입 면적이 더 확장되는 결과를 가져온다. 이에 따라 공조부와 횡류팬의 유량은 증가하고 횡류팬에 의해 발생하던 소음이 감소하는 효과가 발생한다.

이러한 결과를 가져오기 위해, 상기 횡류팬의 직경이 102mm 일 때, 상기 편류판(131)이 상기 제2벽(13)과 이루는 각도(P)는 62도 내지 68도이고, 편류판의 연장 길이(h)는 35 내지 52 mm 이며, 편류판이 설치되는 위치(U)는 공조부(20)의 유동배출면(21)으로부터 약 52 내지 58 mm 떨어진 위치인 것이 바람직하다. 즉 상기 횡류팬의 직경(d) 대비, 상기 편류판(131)의 연장 길이(h)는 0.34 내지 0.51 이고, 상기 제2벽(13) 상에서 상기 편류판(131)이 설치된 위치의 거리(U)는, 0.50 내지 0.57 일 수 있다.

다만 흡입 가이드베인(121)과 편류판(131)을 설치하는 것만으로는 유동의 불안정성이 여전히 남아 있으므로, 이와 함께 앞서 설명한 와류 중심제어부(34)를 더 적용하는 것이 바람직하다.

유의할 것은, 도 5에 도시된 바와 같이, 편류판(131)을 단독으로 적용할 경우, 오히려 도면 상 우측 상부에 있던 와류가 더 커지게 된다는 점이다. 그리고, 흡입 가이드베인 없이, 와류 중심제어부(34)와 편류판(131)을 적용하는 경우라 하더라도, 도 3과 도 8을 대비하여 확인할 수 있듯이, 와류 중심제어부(34)를 단독으로 사용한 것과 대비하여 개선되는 점이 거의 없다. 따라서 편류판(131)은 흡입 가이드베인(121)과 함께 적용하는 것이 바람직하다.

[와류 중심제어부 + 흡입 가이드베인]

도 6에는 와류 중심제어부(34)와 흡입 가이드베인(121)을 함께 적용한 횡류팬의 유로 구조에서의 유동 특성이 도시되어 있다.

도 3과 도 6, 그리고 도 4와 도 6을 각각 대비하여 확인할 수 있듯이, 와류 중심제어부(34)와 흡입 가이드베인(121)을 함께 적용하면, 그렇지 않은 경우에 비해 도면 상 우측 상부에 있는 와류를 더욱 크게 억제하고, 공조부(20)와 횡류팬(40)의 유효 흡입 면적을 더 확장할 수 있다.

다만 와류 중심제어부(34)와 흡입 가이드베인(121)을 설치하는 것만으로는 유동의 불안정성이 여전히 남아 있으므로, 이와 함께 앞서 설명한 편류판(131)을 더 적용하는 것이 바람직하다.

도 10에는 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인을 횡류팬의 유로 구조에 적용하기 전(Base)과 후의 풍량을 나타낸 그래프이다. 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인을 적용한 것이, 그렇지 아니한 경우(Base)보다 더 높은 풍량을 가짐을 확인할 수 있으며, 아울러 흡입 가이드베인의 길이(l)가 45mm일 때, 흡입 가이드베인의 각도(c)가 60도인 경우 가장 높은 풍량을 가지게 됨을 확인할 수 있다. 풍량은 약 1.09 내지 2.72% 정도 더 향상된다.

도 11에는 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인을 횡류팬의 유로 구조에 적용하기 전(Base)과 후의 소비전력을 나타낸 그래프이다. 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인을 적용한 것이, 그렇지 아니한 경우(Base)보다 더 낮은 소비전력을 가짐을 확인할 수 있으며, 아울러 흡입 가이드베인의 길이(l)가 45mm일 때, 흡입 가이드베인의 각도(c)가 60도인 경우 가장 낮은 소비전력을 가지게 됨을 확인할 수 있다. 즉 소비전력은 약 2.1 내지 4.17% 정도 더 감소한다.

도 12에는 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인을 횡류팬의 유로 구조에 적용하기 전(Base)과 후의 소음을 나타낸 그래프이다. 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인을 적용한 것이, 그렇지 아니한 경우(Base)보다 더 낮은 소음을 가짐을 확인할 수 있으며, 아울러 흡입 가이드베인의 길이(l)가 45mm일 때, 흡입 가이드베인의 각도(c)가 60도 내지 70도에서 전반적으로 낮은 소음을 가지게 됨을 확인할 수 있다. 즉 소음은 약 1 내지 1.5 dBA 정도 더 감소한다.

[와류 중심제어부 + 흡입 가이드베인 + 편류판]

도 9에는 와류 중심제어부(34)와 흡입 가이드베인(121)과 편류판(131)을 모두 함께 적용한 횡류팬의 유로 구조에서의 유동 특성이 도시되어 있다.

도 9를 참조하면, 도면 상 우측 상부에 있던 와류는 완전히 소멸되고, 공조부(20)와 횡류팬(40)의 모든 면적이 유효 흡입 면적이 됨을 확인할 수 있다.

즉, 이로 인해 공조부(20)와 횡류팬(40)의 유량이 증가하고, 횡류팬(40)에 의해 발생하던 소음을 더욱 줄일 수 있게 된다. 아울러 증발기 등의 공조부의 서징(surging) 현상이 사라져 안정적인 유동이 형성된다.

도 13에는 와류 중심제어부와 흡입 가이드베인을 설치한 유로 구조에, 추가적으로 편류판을 설치하기 전과 후의 풍량을 나타낸 그래프이다. 편류판을 추가적으로 설치하면 그렇지 아니한 경우보다 풍량이 더 증가함을 확인할 수 있으며, 편류판의 연장 각도(P)가 65도일 때, 편류판의 연장 길이(h)가 43 내지 52 mm 인 경우 더욱 높은 풍량을 가지게 됨을 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10: 본체
11: 유입구
12: 제1벽(차폐벽)
121: 흡입 가이드베인
122: 제1 맞댐부
13: 제2벽(에어컨 측면하우징)
131: 편류판
132: 제2 맞댐부
20: 공조부(열교환기(증발기), 필터, 가습)
21: 유동배출면
30: 풍향 실린더
31: 흡입구
32: 리어가이드면
33: 스테빌라이저
331: 토출안내면
332: 백플로우 안내면
34: 와류 중심제어부
35: 흡입가이드면
36: 토출유로
37: 토출구
38: 흡입공간
40: 횡류팬
a: 와류 중심제어부 형성각
d: 횡류팬의 직경
T: 와류 중심제어부 폭
c: 흡입 가이드베인 사면 각
l: 흡입 가이드베인 사면 길이
P: 편류판의 연장 각도
h: 편류판의 연장 길이
U: 편류판 형성 위치의 거리

Claims (13)

1. 공기가 유입되는 유입구(11)와, 공기가 토출되는 토출구(37)와, 상기 유입구(11)와 토출구(37) 사이에 마련되어 상기 유입구(11)에서 유입된 공기가 상기 토출구(37)로 유동하는 경로를 규정하는 벽(12, 13)을 구비하는 본체(10);
   상기 유입구(11) 부근에 설치되어 상기 유입구로부터 유입되는 공기를 공조 처리하는 공조부(20);
   상기 공조부(20)보다 공기 유동의 하류에 배치되고, 상기 벽에 나란한 회전축을 가지며, 상기 토출구(37) 부근에 마련된 횡류팬(40);
   상기 횡류팬(40)이 공기를 토출구(37) 쪽으로 밀어내는 방향으로 회전하는 쪽과 가까이 배치된 제1벽(12)으로부터 상기 토출구(37)까지 연장되는 리어가이드면(32);
   상기 횡류팬(40)이 공기를 유입구(11) 쪽으로 되돌리는 방향으로 회전하는 쪽과 가까이 배치되는 백플로우 안내면(332)과, 상기 리어가이드면(32)과 나란히 이격 배치되어 상기 횡류팬(40) 부근으로부터 상기 토출구(37)까지 연장되는 토출안내면(331)을 구비하는 스테빌라이저(33); 및
   상기 토출안내면(331)과 리어가이드면(32)에 의해 규정되는 토출유로(36)를, 상기 백플로우 안내면(332)과 횡류팬(40)이 마주하는 부위보다 더 상류에 배치되는 흡입공간(38)과 연통하는 와류 중심제어부(34);를 포함하는 공조 기기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 토출안내면(331)에 대해 상기 와류 중심제어부(34)가 이루는 각도(a)는 85도 내지 95도인 공조 기기.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 횡류팬의 직경(d) 대비 와류 중심제어부(34)의 폭(T)의 비는 0.029 내지 0.069 인 공조 기기.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 횡류팬보다 공기 유동의 상류에 위치하는 제1벽(12)에는 횡류팬을 향해 상기 공기 유동의 하류 방향으로 비스듬히 연장되는 흡입 가이드베인(121)이 마련되는 공조 기기.
   
5. 공기가 유입되는 유입구(11)와, 공기가 토출되는 토출구(37)와, 상기 유입구(11)와 토출구(37) 사이에 마련되어 상기 유입구(11)에서 유입된 공기가 상기 토출구(37)로 유동하는 경로를 규정하는 벽(12, 13)을 구비하는 본체(10);
   상기 유입구(11) 부근에 설치되어 상기 유입구로부터 유입되는 공기를 공조 처리하는 공조부(20);
   상기 공조부(20)보다 공기 유동의 하류에 배치되고, 상기 벽에 나란한 회전축을 가지며, 상기 토출구(37) 부근에 마련된 횡류팬(40);
   상기 횡류팬(40)이 공기를 토출구(37) 쪽으로 밀어내는 방향으로 회전하는 쪽과 가까이 배치된 제1벽(12)으로부터 상기 토출구(37)까지 연장되는 리어가이드면(32);
   상기 횡류팬(40)이 공기를 유입구(11) 쪽으로 되돌리는 방향으로 회전하는 쪽과 가까이 배치되는 백플로우 안내면(332)과, 상기 리어가이드면(32)과 나란히 이격 배치되어 상기 횡류팬(40) 부근으로부터 상기 토출구(37)까지 연장되는 토출안내면(331)을 구비하는 스테빌라이저(33); 및
   상기 횡류팬보다 공기 유동의 상류에 위치하는 제1벽(12)에 마련되며 상기 횡류팬을 향해 상기 공기 유동의 하류 방향으로 비스듬히 연장되는 흡입 가이드베인(121);을 포함하는 공조 기기.
   
6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
   상기 흡입 가이드베인(121)이 상기 공조부(20)의 유동배출면(21)과 이루는 사면의 각도(c)는 60도 내지 70도인 공조 기기.
   
7. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
   상기 횡류팬의 직경(d) 대비 상기 흡입 가이드베인(121)의 사면의 길이(l)는 0.44 내지 0.56인 공조 기기.
   
8. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
   상기 횡류팬(40)보다 공기 유동의 상류에 위치하며 상기 제1벽(12)과 마주하는 제2벽으로부터 공기 유동의 상류 방향으로 비스듬히 연장되는 편류판(131)을 더 포함하는 공조 기기.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 편류판(131)이 상기 제2벽(13)과 이루는 각도(P)는 62도 내지 68도인 공조 기기.
   
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 횡류팬의 직경(d) 대비 상기 편류판(131)의 연장 길이(h)는 0.34 내지 0.51인 공조 기기.
    
11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2벽(13) 상에서 상기 편류판(131)이 설치된 위치와 상기 공조부(20)의 유동배출면(21) 사이의 거리(U)는, 상기 횡류팬의 직경(d) 대비, 0.50 내지 0.57인 공조 기기.
    
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체(10)에서 상기 공조부(20)보다 공기 유동의 하류에는, 상기 벽(12, 13)과 나란한 회전 중심축을 가지는 풍향 실린더(30)가 설치되고,
    제1벽(12) 및 상기 제1벽과 마주하는 제2벽(13)의 단부에는, 상기 풍향 실린더(30)의 외주면과 인접하며 마주하는 제1맞댐부(122)와 제2맞댐부(132)가 마련되며,
    상기 풍향 실린더(30)에 상기 횡류팬(40), 토출구(37), 리어가이드면(32), 스테빌라이저(33) 및 와류 중심제어부(34)가 구비되고,
    상기 풍향 실린더(30)는, 상기 토출구(37)가 상기 제1맞댐부(122)와 제2맞댐부(132) 사이에 배치되는 범위에서 회전 가능한 공조 기기.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 풍향 실린더(30)에서 상기 스테빌라이저(33)보다 상류 쪽에는, 상기 흡입공간(38)의 공기가 상기 횡류팬 쪽으로 유입되는 것을 안내하는 흡입가이드면(35)이 마련되고,
    상기 흡입가이드면(35)의 선단부와 상기 리어가이드면(32)의 선단부가 상기 풍향 실린더(30) 내부로 공기가 유입되는 통로인 흡입구(31)를 규정하는 공조 기기.

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