KR20210108250A - 횡류팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 횡류팬의 블레이드에 관한 것으로, 본 발명에 따른 횡류팬 블레이드는 회전축; 상기 회전축과 평행한 방향으로 연장되고 정압면과 부압면이 형성된 복수개의 블레이드; 및 상기 회전축과 상기 블레이드를 연결하는 커넥터를 포함하고, 상기 복수개의 블레이드에는 두께방향으로 돌출되고 상기 블레이드의 길이방향으로 연장된 적어도 하나의 돌기가 형성되어, 블레이드 표면에 형성된 돌기로 인하여, 블레이드 표면과의 마찰로 인한 유동박리현상이 억제되어 횡류팬에서 발생하는 소음을 줄일 수 있다.

Description

횡류팬 {A Cross Fan}

본 발명은 횡류팬에 관한 것으로, 보다 상세하게는 횡류팬 블레이드에 관한 것이다.

회전을 통해 공기를 흡입 및 토출시키는 송풍팬은, 회전축과 유동방향의 위치관계에 따라 원심팬, 축류팬, 횡류팬 등 다양한 종류로 구분된다.

이 중 횡류팬의 경우 회전축과, 상기 회전축 방향으로 길게 연장된 블레이드를 구비하는 것이 일반적이고, 횡방향으로 다량의 공기가 흡입되는 것이 특징이다.

이와 같은 횡류팬의 성능을 결정짓는 요소 중 하나는 소음인데, 횡류팬의 소음은 주로 블레이드 인근에서 발생한다.

블레이드 인근에서 발생하는 소음의 가장 큰 원인은 블레이드 표면과의 마찰로 인한 유동박리 현상으로서, 블레이드 인근에 박리된 유동이 횡류팬으로 공기가 흡입되는 것을 방해하면서 소음을 발생시킨다.

선행특허 KR20110122220A에서는 상기와 같은 문제점을 해결하고자, 블레이드 외측엣지에 형성된 돌기구조를 개시하고 있으나, 블레이드 정압면과 부압면 전반에 걸쳐 발생하는 유동박리현상을 해결하지는 못한다는 문제점이 있다.

선행특허 US2012/0171013A1에서는 상기와 같은 문제점을 해결하고자, 캠버라인방향으로 복수개의 변곡점을 갖는 블레이드 구조를 개시하고 있으나, 일정 두께의 블레이드로 인해 내구성이 약하고, 다양한 유동각도에 대한 적응성이 부족하다는 문제점이 있다.

한국등록특허 10-1883502 미국등록특허 US2012/0171013 A1

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 블레이드 인근에서 박리되는 유동량을 감소시켜 횡류팬에서 발생하는 소음을 저감시키는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 블레이드 두께변형을 통해, 블레이드의 내구성을 향상시키고, 다양한 유동각도에 대한 범용성을 갖게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 종래 블레이드 규격을 기초로 본 발명의 블레이드를 설계함으로써, 적은 제조단가로 소음저감효과를 극대화시키는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 횡류팬은 회전축; 상기 회전축을 중심으로 소정각도 이격되게 배치되고, 정압면과 부압면이 형성된 복수개의 블레이드; 및 상기 복수개의 블레이드와 상기 회전축을 연결하는 커넥터를 포함한다.

상기 복수개의 블레이드 각각에는 상기 정압면 및 상기 부압면 중 적어도 어느 하나의 면에 상기 블레이드의 두께방향으로 돌출되고, 상기 블레이드의 길이방향으로 연장되는 돌기가 형성된다.

상기 돌기는 상기 블레이드의 일측 끝단부로부터 타측 끝단부까지 연장되어 형성될 수 있다.

상기 돌기는 상기 정압면 및 상기 부압면에 각각 형성될 수 있고, 상기 정압면에 형성된 돌기와 상기 부압면에 형성된 돌기는 서로 반대방향으로 돌출되어 한 쌍의 대향돌기를 형성할 수 있다.

상기 대향돌기는 횡단면이 원의 궤적을 그릴 수 있다.

상기 대향돌기는 캠버라인방향으로 이격되도록 복수개가 형성될 수 있고, 상기 대향돌기 중 어느 하나는 상기 블레이드의 내측엣지에 형성될 수 있고, 상기 대향돌기 중 다른 하나는 상기 블레이드의 외측엣지에 형성될 수 있다.

상기 복수개의 대향돌기 각각의 중심은 캠버라인 상에 위치할 수 있다.

상기 복수개 대향돌기의 간격은 상기 대향돌기 각각의 중심으로부터 상기 블레이드의 코드라인에 수선의 발을 내릴 시, 상기 코드라인이 등분되도록 형성될 수 있다.

상기 복수개 대향돌기의 직경은 상기 내측엣지에 가깝게 형성된 대향돌기일수록 크게 형성될 수 있다.

상기 복수개의 대향돌기는 보로 연결될 수 있다.

상기 보의 두께는 내측엣지에서 멀어질수록 얇게 형성될 수 있다.

상기 돌기를 포함한 상기 블레이드의 표면은 연속된 곡률분포를 가질 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 횡류팬에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째,　블레이드 표면에 형성된 돌기로 인하여, 블레이드 표면과의 마찰로 인한 유동박리현상이 억제되어 횡류팬에서 발생하는 소음을 줄일 수 있다.

둘째,　캠버라인을 따라 블레이드의 두께와 돌기의 직경을 달리함으로써, 블레이드의 내구성을 향상시킴과 동시에 다양한 유동각도에 대한 적응성을 갖게 할 수 있다.

셋째,　종래 블레이드의 형상규격을 기초로 본 발명의 블레이드를 설계하여, 제조 단가의 큰 변화없이 소음을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 통상적인 횡류팬의 사시도이다.
도 2는 블레이드의 설계규격을 설명하는 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 사시도의 일부를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드의 단면도이다.
도 6은 종래기술과 본 발명의 실시예에 따른 횡류팬 내의 유속분포를 비교한 컨투어이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 횡류팬의 소음저감효과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 횡류팬의 소음저감효과를 나타내는 다른 그래프이다.

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.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 횡류팬을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1을 참조하여 설명할 때, 블레이드(3)라는 명칭은 본 발명의 실시예에서 사용되는 블레이드(30, 40)와는 구별되는 종래의 블레이드(3)를 지칭하는 것이며, 블레이드(3)와 회전축(10) 및 커넥터(20)와의 배치관계를 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 요지와는 무관하다.

도 1을 참조하면, 횡류팬(1)은 외부 동력원(미도시)으로부터 동력을 얻어 회전하는 회전축(10)과, 회전에 의해 외부 공기를 횡류팬(1)의 내부로 흡입하는 블레이드(3)와, 회전축(10)과 블레이드(3)를 연결하는 커넥터(20)를 포함한다.

블레이드(3)는 복수개일 수 있고, 복수개의 블레이드(3)는 회전축(10)을 중심으로 소정각도 이격되게 배치된다. 블레이드(3)는 회전축(10) 방향의 길이를 가지고 회전축(10)과 평행하도록 배치될 수 있고, 복수개의 커넥터(20)가 회전축(10) 방향으로 이격되게 배치되어 회전축(10)과 블레이드(3)를 연결할 수 있다.

이하에서는 도 2을 참조하여, 본 발명의 설명을 위해 블레이드 설계에 통용되는 기호를 정의한다.

블레이드의 표면 상에서 회전축에 가깝게 위치한 단부를 내측엣지(E1)라 하고, 회전축에 멀게 위치한 단부를 외측엣지(E2)라 한다.

내측엣지(E1)와 외측엣지(E2)가 형성되는 부위는 반원의 형태를 가질 수 있고, 내측엣지(E1) 반원의 직경을 내측직경(D1)이라 하고, 외측엣지(E2) 반원의 직경을 외측직경(D2)이라 한다.

내측엣지(E1)와 외측엣지(E2)를 모두 지나고, 블레이드 두께의 중간지점을 잇는 곡선을 캠버라인(C)이라고 하고, 내측엣지(E1)와 외측엣지(E2)를 잇는 직선을 코드라인(L)이라 한다.

내측엣지(E1)에서 회전방향과 캠버라인(C)이 이루는 각도를 내측각도(B1)라 하고, 외측엣지(E2)에서 회전방향과 캠버라인(C)이 이루는 각도를 외측각도(B2)라 한다.

이하에서는 도 1 및 도 2에서 설명한 내용을 바탕으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제 1실시예에 따른 블레이드(30)를 설명한다.

도 3에 도시된 블레이드(30)는 도 1에 도시된 횡류팬(1)의 구성 중 종래의 블레이드(3)를 대체하여 배치될 수 있고, 회전축(10) 및 커넥터(20)와의 배치 및 연결관계는 도 1에서 설명한 바와 같을 수 있다.

블레이드(30)의 표면은 회전에 의해 정압을 받는 정압면(31)과 부압을 받는 부압면(32)으로 이루어질 수 있고, 정압면(31)과 부압면(32)이 만나는 지점에 내측엣지(E1)와 외측엣지(E2)가 각각 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 블레이드(30)는 복수개가 회전축(10)으로부터 소정각도 이격되어 배치될 수 있고, 이에 따라 각각의 블레이드(30)는 해당 블레이드(30)의 부압면(32)이 선행 블레이드의 정압면과 마주보고, 해당 블레이드(30)의 정압면(31)이 후행 블레이드의 부압면과 마주보도록 배치될 수 있다.

정압면(31)에는 블레이드(30)의 두께 방향으로 돌출된 정압돌기(33a)가 형성될 수 있고, 부압면(32)에는 블레이드(30)의 두께 방향으로 돌출된 부압돌기(33b)가 형성될 수 있다. 정압돌기(33a)와 부압돌기(33b)는 각각 정압면(31)과 부압면(32)을 따라 복수개가 캠버라인(C) 방향으로 이격되어 형성될 수 있다.

정압돌기(33a)와 부압돌기(33b)는 내측엣지(E1) 또는 외측엣지(E2)에 형성될 수 있고, 횡단면의 형상이 반원의 궤적을 그릴 수 있다.

정압돌기(33a)와 부압돌기(33b)는 캠버라인(C)을 기준으로 대칭되는 위치에 형성되어, 한 쌍의 대향돌기(33)를 형성할 수 있다. 대향돌기(33)는 블레이드(30)의 횡단면 상에서 원기둥의 궤적을 그리도록 형성될 수 있다.

대향돌기(33)는 블레이드(30) 길이방향으로 일측 끝에서 타측 끝까지 연장되도록 형성될 수 있다. 대향돌기(33)는 캠버라인(C) 방향으로 이격되게 복수개가 형성될 수 있고, 회전축(10)과 평행하도록 형성될 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 A-A' 단면도를 제 1실시예에 따라 나타낸 것이다.

대향돌기(33)는 캠버라인(C) 방향으로 이격되도록 복수개가 형성될 수 있고, 가장 내측에 위치한 선발대향돌기(33F)는 내측엣지(E1)에 형성될 수 있고, 가장 외측에 위치한 후발대향돌기(33L)는 외측엣지(E2)에 형성될 수 있다. 선발대향돌기(33F)와 후발대향돌기(33L)의 중심은 캠버라인(C) 상에 위치할 수 있다.

뿐만 아니라 복수개 대향돌기(33)의 중심은 모두 캠버라인(C) 상에 위치할 수 있다.

복수개 대향돌기(33)의 간격은 일정하게 형성될 수 있고, 여기서 간격이 일정하다고 함은, 각 대향돌기(33)의 중심에서 코드라인(L)으로 수선의 발을 내릴 시, 코드라인(L)이 등분된다는 것을 의미할 수 있다.

복수개 대향돌기(33)에 모두 접하는 곡선(3a)은 도 2에 도시된 종래 블레이드의 표면과 동일할 수 있고, 이에 따라 블레이드(30)는 종래 블레이드에서 대향돌기(33)가 나타나도록 표면을 절삭시키는 방식으로 제조될 수 있다.

블레이드(30)의 정압면(31)과 부압면(32)은 대향돌기(33)의 표면과 보(34)의 표면으로 이루어진 집합체일 수 있다. 보(34)는 서로 이격되게 형성된 대향돌기(33)를 연결해주는 구조물로서 기능할 수 있고, 편평한 판의 형상을 가질 수 있다.

보(34)는 도 2에 도시된 종래 블레이드의 표면과 동일한 곡률 분포를 가질 수 있고, 이에 따라 블레이드(30)는 일부가 보(34)의 표면을 이루는 제 2가상의곡선(3b)에 대향돌기(33)를 돌출시키는 방식으로 제조될 수 있다.

복수개 대향돌기(33)는 횡단면이 원기둥의 궤적을 그리도록 형성될 수 있고, 각 대향돌기(33)의 직경은 내측엣지(E1)에 가까울수록 커질 수 있다.

각 대향돌기(33)의 직경은 해당 대향돌기(33)의 중심이 내측엣지(E1)로부터 캠버라인(C)을 따라 떨어진 거리에 반비례할 수 있다.

각 대향돌기(33)를 연결하는 보(34)의 두께는 내측엣지(E1)에 가까울수록 두껍게 형성될 수 있고, 해당 대향돌기(33)의 중심이 내측엣지(E1)로부터 캠버라인(C)을 따라 떨어진 거리에 반비례할 수 있다.

보(34)는 대향돌기(33)를 연결하는 연결수단으로서의 보(34)가 아닌, 블레이드(30)의 골격을 이루는 연속된 곡판형일 수 있고, 이 경우 대향돌기(33)는 보(34)의 표면에 돌출된 형태일 수 있다. 즉, 이 경우에는 제 2가상의곡선(3b)이 보(34)의 표면일 수 있고, 보(34)의 두께는 내측엣지(E1)에서 외측엣지(E2)로 향해감에 따라 얇아질 수 있고, 각 대향돌기(33)의 직경과 해당 대향돌기(33)가 형성된 위치에서 보(34)의 두께 간의 비율은 일정할 수 있다.

대향돌기(33)의 표면에서 보(34)의 표면으로 전환되는 영역에는 와류가 형성될 수 있고, 이에 따라 블레이드(30) 표면을 따라 유동하는 공기가 블레이드(30) 표면이 아닌 상대적으로 마찰강도가 적은 와류와 마찰을 일으키게 됨으로써, 박리되는 유동량이 저감될 수 있다.

상기와 같은 와류의 발생은 복수개 블레이드(30)에 각각 형성된 대향돌기(33)가 인접한 블레이드의 대향돌기와 서로 마주보도록 배치됨으로써, 상호작용에 의해 보다 강화되어 나타날 수 있다.

도 5는 도 3에 도시된 A-A' 단면도를 제 2실시예에 따라 나타낸 것이다. 이 때, A-A' 단면도를 제 2실시예에 따라 나타낸 것이라 함은, 본 발명의 제 2실시예에 따른 블레이드(40)의 횡단면도를 나타낸 것을 의미한다.

제 2실시예에 따른 블레이드(40)의 대향돌기(43)는 횡단면이 타원통형의 궤적을 그리도록 형성될 수 있다. 블레이드(40)가 형성하는 정압면(41)과 부압면(42)은 블레이드(40) 전 표면에 걸쳐서 연속된 곡률분포를 가질 수 있고, 이는 제 1실시예에 따른 블레이드(30)가 대향돌기(33)와 보(34)가 접촉되는 지점에서 불연속적인 곡률분포를 가지는 것과 소정의 차이가 있다.

이 때, 대향돌기(43)의 표면에서 보(44)의 표면으로 전환되는 영역은 매끄러운 곡선형태를 가질 수 있다.

제 2실시예에 따른 블레이드(40)의 대향돌기(43)가 가지는 배치간격, 직경과 같은 사항은 제 1실시예에서 설명한 바와 동일하거나 유사하므로 설명을 생략한다.

이하에서는 도 6 내지 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 횡류팬의 소음성능개선효과를 설명한다.

도 6은 종래기술에 따른 횡류팬과 본 발명의 실시예에 따른 횡류팬 내의 유속분포를 컨투어로 비교한 것으로, 도면 기준 좌측이 종래기술에 따른 컨투어이고 우측이 본 발명의 실시예에 따른 컨투어이다.

컨투어의 전체적인 유속분포를 관찰했을 때, 유속이 느리게 분포되는 파란영역이 좌측에서 더 넓은 것으로 보아, 평균적인 유속이 본 발명에 따를 때 증가한다는 것을 가시적으로 확인할 수 있으므로, 횡류팬의 유량성능이 향상되었다고 할 수 있다.

도 7은 종래기술에 따른 횡류팬과 본 발명의 실시예에 따른 횡류팬의 소음성능을 비교한 그래프이다.

그래프의 X축은 횡류팬으로 유입되는 공기의 풍량을 나타낸 것이고, Y축은 해당 풍량조건에서 측정되는 소음값을 나타낸 것이다.

직사각형 형태의 점들을 이어그린 선도는 종래기술에 따른 소음측정값을 나타낸 것이고, 마름모 형태의 점들을 이어그린 선도는 본 발명의 실시예에 따른 소음측정값을 나타낸 것이다.

전 풍량조건에 걸쳐 본 발명의 실시예에 따른 횡류팬에서 보다 적은 소음값이 측정되었고, 이를 통해 소음성능이 개선되었음을 확인할 수 있다.

도 8은 종래기술에 따른 횡류팬과 본 발명의 실시예에 따른 횡류팬의 소음성능을 소음스펙트럼분석을 통해 비교한 그래프이다.

그래프의 X축은 발생소음의 주파수영역대를 나타낸 것이고, Y축은 발생소음의 강도를 데시벨로 나타낸 것이다.

그래프 상의 검은색 선도는 종래기술에 따른 횡류팬의 소음스펙트럼이고, 회색 선도는 본 발명의 실시예에 따른 횡류팬의 소음스펙트럼이다.

도면 상의 A영역(800~1300Hz)에서 본 발명의 실시예에 따른 횡류팬의 소음강도가 종래기술에 비해 5dB가량 낮게 측정되었고, 이를 통해 소음성능이 개선되었음을 확인할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

1: 횡류팬 10: 회전축
20: 커넥터 30: 블레이드
31: 정압면 32: 부압면
33: 대향돌기 34: 보

Claims (15)

1. 회전축;
   상기 회전축을 중심으로 소정각도 이격되게 배치되고, 상기 회전축과 평행한 방향으로 연장되고, 정압면과 부압면이 형성된 복수개의 블레이드; 및
   상기 복수개의 블레이드와 상기 회전축을 연결하는 커넥터를 포함하고,
   상기 블레이드 각각에는
   상기 정압면 및 상기 부압면 중 적어도 어느 하나의 면에 상기 블레이드의 두께방향으로 돌출되고, 상기 블레이드의 길이방향으로 연장된 적어도 하나의 돌기가 형성된 횡류팬.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 돌기는
   상기 블레이드 길이방향의 일측 끝단부로부터 타측 끝단부까지 연장되게 형성된 횡류팬.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 돌기는
   상기 정압면 및 상기 부압면에 각각 형성된 횡류팬.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 정압면에 형성된 돌기와 상기 부압면에 형성된 돌기는 서로 반대방향으로 돌출되어 한 쌍의 대향돌기를 형성하는 횡류팬.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 대향돌기는 횡단면이 원의 궤적을 형성하는 횡류팬.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 대향돌기는
   상기 블레이드의 캠버라인방향으로 이격되도록 복수개가 형성된 횡류팬.
   
7. 제 5항에 있어서,
   상기 복수개의 대향돌기 중 어느 하나는
   상기 블레이드의 내측엣지에 형성되고,
   상기 복수개의 대향돌기 중 다른 하나는
   상기 블레이드의 외측엣지에 형성되는 횡류팬.
   
8. 제 4항에 있어서,
   상기 대향돌기의 중심은 상기 블레이드의 캠버라인 상에 위치하는 횡류팬.
   
9. 제 6항에 있어서,
   상기 복수개의 대향돌기 각각의 중심은 상기 블레이드의 캠버라인 상에 위치하는 횡류팬.
   
10. 제 6항에 있어서,
    상기 복수개 대향돌기의 간격은
    상기 대향돌기 각각의 중심으로부터 상기 블레이드의 코드라인에 수선의 발을 내릴 시, 상기 코드라인이 등분되도록 형성되는 횡류팬.
    
11. 제 6항에 있어서,
    상기 대향돌기의 직경은
    상기 블레이드의 내측엣지에서 외측엣지로 갈수록 작아지는 횡류팬.
    
12. 제 6항에 있어서,
    상기 복수개의 대향돌기는
    양측면이 상기 정압면 및 상기 부압면의 일부를 이루는 보와 연결되는 횡류팬.
    
13. 제 12항에 있어서,
    상기 보의 표면은 편평한 횡류팬.
    
14. 제 12항에 있어서,
    상기 보의 두께는
    상기 블레이드의 내측엣지에서 외측엣지로 갈수록 얇아지는 횡류팬.
    
15. 제 1항에 있어서,
    상기 정압면 및 상기 부압면은
    상기 돌기의 전후로 연속된 곡률분포를 가지는 횡류팬.
    

Images