KR20230121324A

KR20230121324A - 터보팬

Info

Publication number: KR20230121324A
Application number: KR1020220018045A
Authority: KR
Inventors: 양승덕; 최석호; 정재혁
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2022-02-11
Filing date: 2022-02-11
Publication date: 2023-08-18

Abstract

본 발명은 연속 배치되는 한 쌍의 메인 블레이드 사이에 스플리터 역할을 하는 서브 블레이드를 배치하여, 메인 블레이드 사이에 형성되는 공기의 유동공간을 분할함으로써 고정압 환경에도 적합하며, 서브 블레이드의 위치 및 길이 비율을 메인 블레이드 대비 최적화하여 동일 풍량 생성 조건에서 소음 발생과 최소화하고 소비전력을 절감할 수 있는 터보팬에 관한 것이다.

Description

터보팬{TURBO FAN}

본 발명은 공기조화기의 실외기에 관한 것으로, 보다 상세히는 연속 배치되는 한 쌍의 메인 블레이드 사이에 스플리터 역할을 하는 서브 블레이드를 배치하여, 메인 블레이드 사이에 형성되는 공기의 유동공간을 분할함으로써 고정압 환경에도 적합하며, 서브 블레이드의 위치 및 길이 비율을 메인 블레이드 대비 최적화하여 동일 풍량 생성 조건에서 소음 발생과 최소화하고 소비전력을 절감할 수 있는 터보팬에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 냉매를 압축하는 압축기, 실내공기와 열교환하는 실내열교환기, 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 실외공기와 열교환하는 실외열교환기를 포함한다.

공기조화기의 압축기와 실외열교환기는 실외기에 구비되고, 공기조화기의 실내열교환기는 실내기에 구비될 수 있다. 팽창밸브는 실내기 및 실외기 중 적어도 어느 하나에 구비될 수 있다.

공기조화기의 실내기는, 실내 공기를 유입한 후 열교환된 공기를 실내로 토출되도록 하는 역할을 한다.

특히, 천정형 실내기는, 중앙에 배치되는 흡입구를 통해 공기가 흡입되고, 흡입된 공기는 천정형 실내기 내부에 배치되는 열교환기에 의해 공조될 수 있다.

공조된 공기는 천정형 실내기의 토출부를 통해 실내로 토출되어 실내 공간의 온도 및 습도를 조절할 수 있다.

이와 관련하여, 한국특허공개번호 제10-2008-0054153호(선행문헌 001)에는, 흡입구를 통해 흡입된 공기의 유동을 생성하도록 천정형 실내기의 내부에 배치되는 터보팬을 구비하는 구성이 개시되어 있다.

이 때, 터보팬은 공기를 터보팬을 기준으로 축방향으로부터 유입하여 터보팬의 반경 방향으로 토출할 수 있하도록 구성된다.

도 1에는 선행문헌001에 구비되는 종래기술의 터보팬이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래기술의 터보팬(20)은, 팬모터(미도시)의 회전력이 회전력이 전달되는 허브(21)와, 허브(21)와 함께 회전하는 주판(22)과, 허브(21)와 주판(22)에 방사상으로 배열되며 이들과 일체로 회전하는 복수의 블레이드(24)와, 주판(10)의 일면과 대향되도록 블레이드(20)의 단부에 결합되는 쉬라우드(24)를 포함하여 구성될 수 있다.

도시된 바와 같이, 허브(21)의 중심부에는 팬모터와 축결합할 수 있도록 축홀(21b)을 구비하여 마련되는 축보스(21a)와, 허브(21)를 관통하여 형성되며 팬모터의 냉각을 위한 공기가 도입되는 통기홀(21c)이 구비될 수 있다.

쉬라우드(23)를 통해 터보팬(20)의 내부로 흡입된 공기는, 블레이드(24)에 의해 가속되어 터보팬(20)의 반경방향 외측으로 토출될 수 있다.

바람직하게는 다수의 블레이드(24) 사이 및 주판(22)과 쉬라우드(23) 사이에 형성되는 토출구를 통해 가속된 공기가 토출될 수 있다.

블레이드(24)가 도면을 기준으로 반시계 방향으로 회전할 때, 블레이드(24)의 정압면을 따라 이동하는 공기는 토출구(34)를 통해 외부로 토출될 수 있다.

다만, 블레이드(20)를 따라 이동되는 공기는, 블레이드(20)의 정압면의 표면에서 이격되는 유동박리 현상이 발생될 수 있다. 유동박리 현상은, 터보팬(1)의 작동시 소음 발생 및 소비전력 증가의 원인이 되었다.

따라서 이와 같은 소음 및 소비전력 증가의 문제에 따라 종래기술의 터보팬은 고성능의 필터 및 고성능의 열교환기가 적용되는 고정압 환경에서 적용하기에는 적합하지 않다는 문제점이 있었다.

한국특허공개공보 제10-2008-0054153호

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 연속 배치되는 한 쌍의 메인 블레이드 사이에 스플리터 역할을 하는 서브 블레이드를 배치하여, 메인 블레이드 사이에 형성되는 공기의 유동공간을 분할함으로써 고정압 환경에 적합한 초박형 터보팬을 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 서브 블레이드의 위치 및 길이 비율을 메인 블레이드 대비 최적화하여 동일 풍량 생성 조건에서 소음 발생과 최소화하고 소비전력을 절감할 수 있는 터보팬을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 터보팬은, 모터의 회전축이 중앙에 결합되는 허브; 상기 허브와 축방향으로 이격되어 배치되고, 반경방향 내측에 공기흡입구가 형성되는 쉬라우드; 및 상기 허브와 상기 쉬라우드 사이에 구비되고, 원주방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 블레이드를 포함하고, 상기 복수의 블레이드는, 반경방향 내측에지로부터 반경방향 외측에지까지 현의 최대길이가 제1 길이가 되는 복수의 메인 블레이드; 및 반경방향 내측에지로부터 반경방향 외측에지까지 현의 최대길이가 제2 길이가 되는 복수의 서브 블레이드를 포함하고, 상기 메인 블레이드와 상기 서브 블레이드는 서로 교번하여 배치되고, 상기 제2 길이는 상기 제1 길이보다 더 작게 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 길이는, 상기 메인 블레이드의 반경방향 내측에지 중에서 상기 회전축의 회전중심에 가장 근접해서 형성되는 반경방향 내측단부으로부터 상기 메인 블레이드의 반경방향 외측에지 중에서 상기 회전축의 회전중심으로부터 가장 멀리 형성되는 반경방향 외측단부까지 측정되는 직선거리가 되고, 상기 제2 길이는, 상기 서브 블레이드의 반경방향 내측에지 중에서 상기 회전축의 회전중심에 가장 근접해서 형성되는 반경방향 내측단부으로부터 상기 서브 블레이드의 반경방향 외측에지 중에서 상기 회전축의 회전중심으로부터 가장 멀리 형성되는 반경방향 외측단부까지 측정되는 직선거리가 될 수 있다.

또한, 상기 서브 블레이드의 반경방향 내측단부로부터 상기 회전중심까지의 반경방향 거리와, 상기 메인 블레이드의 반경방향 내측단부 및 반경방향 외측단부 사이의 중간위치로부터 상기 회전중심까지의 반경방향 거리는 동일하게 될 수 있다.

또한, 상기 서브 블레이드에 연속하여 선행 배치되는 선행 메인 블레이드의 중간위치로부터 상기 서브 블레이드의 반경방향 내측단부까지의 원주방향 거리는, 상기 선행 메인 블레이드의 중간위치로부터 상기 서브 블레이드에 연속하여 후행 배치되는 후행 메인 블레이드의 중간위치까지의 원주방향 거리에 대해서 제1 비율을 갖게 될 수 있다.

또한, 상기 선행 메인 블레이드의 반경방향 외측단부로부터 상기 서브 블레이드의 반경방향 외측단부까지의 원주방향 거리는, 상기 선행 메인 블레이드의 반경방향 외측단부로부터 상기 후행 메인 블레이드의 반경방향 외측단부까지의 원주방향 거리에 대해서 제2 비율을 갖게 되고, 상기 제2 비율은 상기 제1 비율보다 더 작게 될 수 있다.

또한, 상기 제1 비율은, 0.49 내지 0.51의 수치범위를 갖고, 상기 제2 비율은, 0.35 내지 0.37의 수치범위를 갖게 될 수 있다.

또한, 상기 제2 길이는 상기 제1 길이에 대해서 0.5 미만의 비율을 갖게 될 수 있다.

또한, 상기 비율범위는 0.47 내지 0.49의 수치범위를 갖게 될 수 있다.

또한, 상기 제2 길이는, 상기 쉬라우드의 반경방향 폭보다 더 크게 될 수 있다.

또한, 상기 서브 블레이드의 반경방향 외측에지의 형상은, 상기 메인 블레이드의 반경방향 외측에지의 형상과 다르게 될 수 있다.

또한, 상기 메인 블레이드의 반경방향 외측에지의 형상은 반경방향 외측으로 볼록한 곡률을 갖는 곡선이 되고, 상기 서브 블레이드의 반경방향 외측에지의 형상은 직선이 될 수 있다.

또한, 상기 서브 블레이드의 반경방향 내측에지에는 ㄴ자 형상의 단차가 형성될 수 있다.

또한, 상기 메인 블레이드는 상기 반경방향 내측에지로부터 상기 반경방향 외측에지를 향해 진행하면서 원주방향 두께가 일정하게 유지될 수 있다.

또한, 상기 서브 블레이드는 상기 반경방향 내측에지로부터 상기 반경방향 외측에지를 향해 진행하면서 원주방향 두께가 일정하게 유지될 수 있다.

또한, 상기 메인 블레이드의 원주방향 두께와 상기 서브 블레이드의 원주방향 두께는 서로 동일하게 될 수 있다.

본 발명에 따른 터보팬은, 연속 배치되는 한 쌍의 메인 블레이드 사이에 스플리터 역할을 하는 서브 블레이드를 배치하여, 메인 블레이드 사이에 형성되는 공기의 유동공간을 분할함으로써 고정압 환경 조건에서도 적용가능하게 되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 터보팬은, 서브 블레이드의 위치 및 길이 비율을 메인 블레이드 대비 최적화하여 동일 풍량 생성 조건에서 소음 발생과 최소화하고 소비전력을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

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

도 1은 종래기술에 따른 터보팬의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터보팬이 구비되는 실내기의 저면사시도이다.
도 3은 도 2의 단면개략도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터보팬의 사시도이다.
도 5는 도 4의 평면도이다.
도 6 및 도 7은 도 5의 부분확대도이다.
도 8 및 도 9는 도 5에 도시된 터보팬의 부분확대도이다.
도 10은 도 5에 도시된 터보팬에 구비되는 서브 블레이드의 정면도이다.
도 11 및 도 12는 종래기술에 따른 터보팬과 본 발명의 일실시예에 따른 터보팬의 시험결과를 도시한 그래프이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.

이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 실외기(O)의 구성을 도시하는 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

[공기조화기의 전반적 구성]

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터보팬이 구비되는 천정형 공기조화기의 실내기의 사시도이고, 도 3은 도 2의 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 천정형 공기조화기는, 실외 공간에 설치되는 실외기(미도시), 실내 공간에 설치되는 실내기(10) 및 실외기(미도시)와 실내기(10)를 연결하고, 냉매가 이동되는 냉매관(미도시)을 포함할 수 있다.

실내기(10)는, 외관을 형성하는 케이스(100), 케이스(100) 내부에 제공되는 터보팬(200), 터보팬(200)과 결합되고 동력을 제공하는 팬모터(300) 및 팬모터(300)의 외측에 제공되는 열교환기(400)를 포함할 수 있다.

케이스(100)는, 측면을 형성하는 본체(101) 및 본체(101)에 결합되고 전면을 형성하는 프런트 패널(120)을 포함할 수 있다.

그리고, 본체(101)는, 실내 천정에 설치되며, 프런트 패널(120)의 전면에 형성되는 흡입구(150)와 연통되도록 하부가 개방될 수 있다. 본체(101)는 공간 활용도 또는 미감을 고려할 때 실내 천정에 설치되는 것이 바람직하나, 본체(101)의 설치 공간이 이에 제한되는 것은 아니다. 예시적으로, 본체(101)는, 실내 측벽에 설치될 수도 있다.

프런트 패널(120)은, 본체(101)의 하부에 착탈 가능하도록 결합될 수 있다. 그리고, 프런트 패널(120)은, 실내기(10) 내부로 공기를 흡입하거나 토출할 수 있도록 실내에 노출되도록 배치될 수 있다. 프런트 패널(120)은 본체(101)의 개방된 부분을 커버할 수 있다. 일 예로, 프런트 패널(120)은, 본체(101)의 개구를 커버하도록 사각 플레이트 형상을 가질 수 있다. 또한, 프런트 패널(120)에는, 실내 공기를 흡입하는 흡입구(150) 및 실내로 공기를 토출하는 토출구(130)가 포함될 수 있다.

흡입구(150)는 프런트 패널(120)의 중앙 부분에 배치될 수 있다. 그리고, 토출구(130)는, 흡입구(150)의 외측 사방에 각각 대칭되게 형성될 수 있다. 흡입구(150)는 그릴 구조로 형성될 수 있고, 토출구(130)는, 일정한 폭과 길이를 가지는 직사각형 구조를 가질 수 있다. 다만, 흡입구(150) 및 토출구(130)의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 프런트 패널(120)의 내측에는, 흡입구(150)를 통해 본체(101) 내부로 흡입되는 공기 중에 포함되어 있는 각종 이물질을 제거하기 위한 필터(190)가 마련될 수 있다.

터보팬(200)은, 팬모터(300)의 회전축과 연결되는 허브(210), 팬모터(300)에 의해 회전하는 주판(220), 일단이 주판(220)과 연결되고 주판(220) 상에서 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치되는 다수의 블레이드(240) 및 주판(220)과 대향되도록 배치되어 다수의 블레이드(240)의 타단을 연결하는 쉬라우드(203)를 포함할 수 있다. 쉬라우드(203)는, 터보팬(200)의 회전시 흡입구(150)로 공기의 유입을 가이드 할 수 있다.

터보팬(200)은, 본체(101) 내부로 흡입되는 공기의 흡입 효율을 향상시킬 수 있도록 흡입구(150)와 대응되는 위치에 설치될 수 있다. 구체적으로, 도 3을 기준으로 볼 때, 터보팬(200)은, 흡입구(150)와 상하 방향으로 대응되게 설치될 수 있다.

그리고, 터보팬(200)은, 흡입구(150)를 통해 흡입된 실내 공기를 열교환기(400)로 송풍시키는 역할을 수행할 수 있다. 터보팬(200)의 구체적인 구성에 대해서는 도 4 이하를 참조하여 후술한다.

열교환기(400)는, 터보팬(200)의 외측을 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다. 일 예로, 열교환기(400)는, 본체(101)의 측면 형상에 대응되도록 사각 구조로 구성될 수 있다. 열교환기(400)는, 터보팬(200)을 통해 본체(101) 내부로 흡입된 공기를 열교환 시키는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 천정형 공기조화기의 냉방 운전시, 열교환기(400)를 통과하는 공기의 온도는 하강하고, 천정형 공기조화기의 난방 운전시, 열교환기(400)를 통과하는 공기의 온도는 상승될 수 있다.

열교환기(400)의 하측에는, 열교환기(400)를 통과하는 냉매와 실내 공기의 열교환 과정 중 발생되는 응축수를 수용할 수 있는 드레인 플레이트(401)가 배치될 수 있다. 또한, 드레인 플레이트(401)에는, 드레인 플레이트(401)에 집수된 응축수를 외부로 배출하기 위한 드레인 배관(미도시)이 연결될 수 있다.

본체(101)의 내부 외곽부에는, 공기의 이동 방향을 가이드 하는 가이드 유로(180)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 가이드 유로(180)는, 열교환기(400)에 의해 열교환된 공기를 토출구(130)로 안내할 수 있다.

토출구(130)에는, 공기의 이동 방향을 제어하는 베인(141)이 설치될 수 있다. 베인(141)은, 소정 각도로 회전 가능하게 구성될 수 있다. 또한, 베인(141)은, 프런트 패널(120)의 전면으로부터 외측으로 경사지게 설치될 수 있다. 이는, 실내 모든 부분에 균일한 풍속을 가지는 바람을 제공하기 위함이다. 다만, 베인(141)의 회전 방향이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 베인(141)의 배치, 구성 및 작동 방식이 이에 제한되는 것은 아니다.

터보팬(200)의 작동 시, 터보팬(200) 내부로 유입된 공기는, 다수의 블레이드(240) 사이에 형성되는 공간을 통해 외부로 토출될 수 있다.

즉, 공기는, 다수의 블레이드(240)의 표면을 따라 이동될 수 있다. 다만, 블레이드(240)를 따라 이동되는 공기는, 블레이드(240)의 표면에서 이격되는 유동박리 현상이 발생될 수 있다.

유동박리 현상은 터보팬(200)의 작동 시 발생되는 소음발생의 원인 및 소비전력 증가의 원인이 될 수 있으며, 이는 고성능의 필터 및 고성능의 열교환기가 적용되는 고정압 환경에서 적용하기에는 곤란하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.

[터보팬의 세부 구조]

이하 도 4 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 터보팬(200)의 세부 구성에 대하여 설명한다.

먼저 도 4 내지 도 5를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 터보팬(200)은, 팬모터의 회전축이 중앙에 결합되는 허브(210)와, 허브(210)와 축방향으로 이격되어 배치되고 반경방향 내측에 공기흡입구가 형성되는 쉬라우드(230)와, 허브(210)와 쉬라우드(230) 사이에 구비되고 원주방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 블레이드(240)를 포함하여 구성될 수 있다.

허브(210)는 도시되지 않은 팬모터에 의해 생성되는 회전구동력에 의해서 회전하며, 원주방향을 따라 방사형으로 배치되는 복수의 블레이드(240)를 지지하는 역할을 한다.

이를 위해, 허브(210)는 반경방향 내측에 구비되며 회전축방향을 따라 공기흡입구를 향해 돌출 형성되는 모터결합부(214)와, 모터결합부(214)의 반경방향 외측에 구비되는 주판(220)을 포함하여 구성될 수 있다.

모터결합부(214)의 중앙에는 팬모터의 회전축이 체결되는 축보스(211)가 구비될 수 있다.

또한, 축보스(211)의 내부에는 팬모터의 회전축이 관통 결합될 수 있도록 축홀(212)이 형성될 수 있다.

이 때, 축홀(212)의 중심은 팬모터의 회전축의 회전중심(C)과 동심이 되도록 형성될 수 있다.

종래기술과 유사하게 허브(210)의 중앙 측에는 팬모터의 냉각을 위한 다수의 통기홀(213)이 축홀(212)을 중심으로 하여 원주방향을 따라 배열될 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 상태를 기준으로 돌출 형성되는 모터결합부(214)의 하부 측에는 팬모터가 수용될 수 있는 공간이 형성될 수 있다.

모터결합부(214)의 반경방향 외측에는 복수의 블레이드(240)가 방사상으로 배열되는 주판(220)이 구비될 수 있다.

주판(220)은, 반경방향 내측에 구비되는 곡면부와, 곡면부의 반경방향 외측에 구비되는 평판부를 포함할 수 있다.

곡면부에는 동심원 형태로 구비되는 다수의 링형 돌기부가 구비될 수 있다.

링형 돌기부는, 후술하는 유동가이드돌기(2415)와 함께 터보팬(200)의 내부로 유입되는 공기유동에 난류 성분을 형성하여 블레이드(240)의 표면에서의 유동박리 현상을 최소화하는 역할을 하게 된다.

도시된 바와 같이, 허브(210)는 모터결합부(214)와 주판(220)이 일체화되어 형성될 수 있다.

한편, 허브(210)는 소비전력을 감소를 위해서 중량이 최소로 유지될 필요가 있으며, 이를 위해 허브(210) 두께는 최소한으로 대략 일정하게 유지되도록 구성될 수 있다.

예시적으로, 적어도 주판(220)의 평면부의 두께는 일정하게 유지될 수 있으며, 평면부의 두께는 후술하는 쉬라우드(230)의 두께와 동일한 수준이 되도록 형성될 수 있다.

한편, 쉬라우드(230)는 원주방향을 따라 진행하면서 반경방향 내측에지(231)와 반경방향 외측에지(232) 사이의 반경방향 폭이 일정하게 유지되는 링형상으로 형성될 수 있다.

전체적으로 원홀 형태로 개방된 상태가 되는 쉬라우드(230)의 내부에는 원형의 공기흡입구가 형성될 수 있다.

따라서 터보팬(200)의 회전 시에 쉬라우드(230)의 공기흡입구를 통해서 회전축에 대략 나란한 방향으로 기류가 형성되며 공기가 흡입될 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 상태를 기준으로 쉬라우드(230)의 반경방향 외측 하부에는 가속된 공기가 배출되는 토출구가 형성될 수 있다. 보다 상세히는 주판(220)과 쉬라우드(230) 사이 및 인접하여 연속 배치되는 한 쌍의 블레이드(240) 사이에 토출구가 형성될 수 있다.

도시된 상태를 기준으로, 쉬라우드(230)의 저면에는 복수의 블레이드(240)의 상단에지가 견고하게 부착될 수 있다. 따라서 쉬라우드(230)는 복수의 블레이드(240)를 상측에서 지지하는 역할을 겸할 수 있다.

전술한 허브(210)와 유사하게, 중량 감소를 위해서 쉬라우드(230)는 반경방향 및 원주방향(또는 회전방향)을 따라 진행하면서 두께는 일정하게 유지되도록 구성될 수 있다.

이 때, 예시적으로 쉬라우드(230)의 두께는 주판(220)의 평면부와 동일한 수준의 두께를 갖도록 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 터보팬(200)에 구비되는 복수의 블레이드(240)는, 복수의 메인 블레이드(241) 및 복수의 서브 블레이드(242)를 포함하여 구성될 수 있다.

이들 메인 블레이드(241)와 서브 블레이드(242)는 원주방향 또는 회전방향(R)을 따라 진행하면서 서로 교번하여 배치될 수 있다.

도 4 이하에서는 총 9개의 메인 블레이드(241)와 총 9개의 서브 블레이드(242)가 구비되는 실시예가 도시되어 있다. 이들 메인 블레이드(241)와 서브 블레이드(242)의 개수는 터보팬(200)의 필요 용량 및 사이즈에 따라 조절되어 구비될 수 있다. 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니지만, 이하에서는 예시적으로 총 9개의 메인 블레이드(241)와 총 9개의 서브 블레이드(242)가 구비되는 실시예를 기준으로 설명하도록 한다.

메인 블레이드(241)는 공기흡입구를 통해서 흡입된 공기를 가속하여 배출하는 역할을 한다.

공기의 흡입 및 가속하는 역할을 수행하기 위해서, 메인 블레이드(241)는 주판(220)의 곡면부로부터 평면부까지 곡면 형상으로 연장될 수 있다.

전술한 바와 같이, 메인 블레이드(241)의 반경반향 내측에지(2411) 측으로서 정압면(2413)에는 다수의 유동가이드돌기(2415)가 구비될 수 있다.

이 때, 메인 블레이드(241)는 반경방향 내측에지(2411)로부터 반경방향 외측에지(2412)를 향해 진행하면서 두께가 일정하게 유지되도록 구성될 수 있다.

예시적으로 도시된 상태를 기준으로 메인 블레이드(241)의 하단에지의 반경방향 최외곽 측은 주판(220)의 평면부의 반경방향 외측에지(221)까지 연장될 수 있다.

또한, 메인 블레이드(241)의 상단에지의 반경방향 최외곽 측은 쉬라우드(230)의 반경방향 외측에지(232)까지 연장될 수 있다.

한편, 서브 블레이드(242)는 인접해서 연속 배치되는 한 쌍의 메인 블레이드(241) 사이에 배치되며, 메인 블레이드(241)의 사이의 공간을 분할하는 스플리터 역할을 한다.

이 때, 서브 블레이드(242)는 인접해서 연속 배치되는 한 쌍의 메인 블레이드(241) 사이의 공간으로서 반경방향 외측 공간을 분할하도록 배치될 수 있다.

서브 블레이드(242)는 주판(220)의 평면부에 배치되도록 구성되며, 메인 블레이드(241)와 유사하게 곡면 형상으로 연장될 수 있다.

또한, 메인 블레이드(241)와 유사하게 서브 블레이드(242)는 반경방향 내측에지(2421)로부터 반경방향 외측에지(2422)를 향해 진행하면서 두께가 일정하게 유지되도록 구성될 수 있다.

예시적으로 소비전력 저감 및 중량 감소를 위해서 서브 블레이드(242)는 메인 블레이드(241)와 동일한 원주방향 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 바람직하게는 초박형 두께를 가질 수 있도록 쉬라우드(230)의 두께와 동일하거나 더 작은 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

이와 같이, 인접해서 연속 배치되는 한 쌍의 메인 블레이드(241) 사이의 공간으로서 반경방향 외측 공간이 서브 블레이드(242)에 의해서 분할될 수 있다.

즉, 인접해서 연속 배치되는 블레이드(240)의 정압면(2413, 2423) 및 부압면(2414, 2424) 사이의 반경방향 외측 공간이 종래 보다 더 줄어들 수 있게 된다.

이를 통해, 메인 블레이드(241)의 반경방향 외측 공간에서의 메인 블레이드(241)의 표면에서의 유속이 저하되는 것이 방지됨과 동시에 블레이드이 표면에서의 유동 박리 현상이 감소될 수 있다. 따라서 종래기술 대비 동일 풍량을 생성하기 위한 소비전력이 절감될 수 있고 동일 풍량 생성시 발생되는 소음이 현저히 감소될 수 있게 된다. 종래기술 대비 소비전력 절감 효과 및 소음 저감 효과는 도 11 및 도 12를 참조하여 후술한다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이 서브 블레이드(242)의 반경방향 내측단부(2421a)는 복수의 메인 블레이드(241)의 중간위치(PM)를 연결하는 가상의 원(CM)에 배치되도록 구성될 수 있다.

즉, 서브 블레이드(242)의 시작점은 메인 블레이드(241)를 기준으로 메인 블레이드(241)의 중간위치(PM)가 될 수 있다.

이를 달리 표현하면, 서브 블레이드(242)의 반경방향 내측단부(2421a)로부터 회전중심(C)까지의 반경방향 거리는, 메인 블레이드(241)의 반경방향 내측단부(2411a) 및 반경방향 외측단부(2412a) 사이의 중간위치(PM)로부터 회전중심(C)까지의 반경방향 거리와 동일하게 되는 것으로 볼 수 있다.

여기서 서브 블레이드(242)의 반경방향 내측단부(2421a)는 서브 블레이드(242)의 반경방향 내측에지(2421) 중에서 회전중심(C)에 가장 근접해서 형성되는 부분으로 규정될 수 있다. 또한, 서브 블레이드(242)의 반경방향 외측단부(2422a)는 서브 블레이드(242)의 반경방향 외측에지(2422) 중에서 회전중심(C)으로부터 가장 멀리 형성되는 부분으로 규정될 수 있다.

이러한 반경방향 내측단부와 반경방향 외측단부에 대한 의미는, 이하에서 달리 정의하지 않는 한 메인 블레이드(241)에도 동일하게 적용될 수 있다.

이 때, 서브 블레이드(242)의 시작점을 구성하는 서브 블레이드(242)의 반경방향 내측단부(2421a)의 원주방향 위치와, 반경방향 외측단부(2422a)의 원주방향 위치는, 이웃하여 연속적으로 배치되는 한 쌍의 메인 블레이드(241)에 대해서 상대적으로 결정될 수 있다.

보다 상세히는 도 6에 도시된 바와 같이, 회전방향(R)을 기준으로 서브 블레이드(242)에 연속하여 선행 배치되는 선행 메인 블레이드(241)의 중간위치(PM)로부터 서브 블레이드(242)의 반경방향 내측단부(2421a)까지의 원주방향 거리는, 선행 메인 블레이드(241)의 중간위치(PM)로부터 서브 블레이드(242)에 연속하여 후행 배치되는 후행 메인 블레이드(241)의 중간위치(PM)까지의 원주방향 거리에 대해서 제1 비율을 가질 수 있다.

이 때, 제1 비율은 0.5 내외가 되고, 바람직하게는 0.49 내지 0.51의 수치범위가 될 수 있다.

즉, 서브 블레이드(242)의 내측단부(2421a)의 위치는 선행 메인 블레이드(241)와 후행 메인 블레이드(241) 사이의 대략 중간지점에 형성될 수 있다.

한편, 서브 블레이드(242)의 반경방향 외측단부(2422a)의 원주방향 위치는 반경방향 내측단부(2421a)의 원주방향 위치와는 다르게 형성될 수 있다.

보다 상세히는, 도 6에 도시된 바와 같이 선행 메인 블레이드(241)의 반경방향 외측단부(2412a)로부터 서브 블레이드(242)의 반경방향 외측단부(2422a)까지의 원주방향 거리는, 선행 메인 블레이드(241)의 반경방향 외측단부(2412a)로부터 후행 메인 블레이드(241)의 반경방향 외측단부(2412a)까지의 원주방향 거리에 대해서 제1 비율보다 더 작은 제2 비율을 가질 수 있다.

이 때, 구체적으로 제2 비율은 0.35 내지 0.37의 수치범위가 될 수 있다.

즉, 서브 블레이드(242)의 외측단부(2422a)는 선행 메인 블레이드(241)의 부압면(2414)을 향해 후행 메인 블레이드(241)의 정압면(2413)보다 더 근접해서 배치될 수 있다.

이는, 유동 박리가 더 크게 발생하는 메인 블레이드(241)의 부압면(2414) 측의 유동공간을 더 작게 형성함으로써 부압면(2414)에 인접한 부분에서의 공기의 유동속도를 더 증가시키기 위한 목적을 갖는다.

한편, 서브 블레이드(242)의 유효 길이도 메인 블레이드(241)에 대한 관계에서 결정될 수 있다.

메인 블레이드(241) 및 서브 블레이드(242)의 유효 길이는 각각의 반경방향 내측단부로부터 반경방향 외측단부까지의 직선거리, 즉 현의 길이로서 규정될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제2 길이(L2)가 되는 서브 블레이드(242)의 현의 길이는 제1 길이(L1)가 되는 메인 블레이드(241)의 현의 길이보다 더 작게 형성된다.

보다 상세히는 제2 길이(L2)는 제1 길이(L1)에 대해서 0.5 미만의 비율을 갖도록 서브 블레이드(242)의 유효 길이가 결정될 수 있으며, 바람직하게는 0.47 내지 0.49의 수치범위를 갖도록 유효 길이 비율이 결정될 수 있다.

이는 0.47 이하가 되면 서브 블레이드(242)의 유효 길이가 상대적으로 줄어들게 됨에 따라 토출 풍량이 감소되어 동일 풍량을 공급하기 위한 소비 전력이 증가될 수 있고, 0.49 이상이 되면, 서브 블레이드(242)의 유효 길이가 상대적으로 증가됨에 따라 공기의 유동 저항이 증가될 수 있기 때문이다.

한편, 도시된 바와 같이 제2 길이는 쉬라우드(230)의 반경방향 폭보다는 더 크게 설정될 수 있다.

나아가 유동저항을 최소화하기 위해서, 서브 블레이드(242)의 반경방향 내측에지(2421) 및 반경방향 외측에지(2422)의 형상은, 각각 메인 블레이드(241)의 반경방향 내측에지(2411)의 형상과 반경방향 외측에지(2412)의 형상과 다르게 설정될 수 있다.

보다 상세히는 도 8에 도시된 바와 같이, 서브 블레이드(242)의 반경방향 내측에지(2421)의 형상은, 도시된 상태를 기준으로 하부 측이 상부 측보다 반경방향 내측으로 더 돌출되어 형성되는 단차부(2422b)가 형성되도록 구성될 수 있다.

반면에, 메인 블레이드(241)의 반경방향 내측에지(2411)는 이와 같은 단차부(2422b)가 구비되지 않는 단순 곡선 형상을 갖도록 구성될 수 있다.

이와 같이 서브 블레이드(242)의 반경방향 내측에지(2421)에 단차부(2422b)가 구비되도록 함으로써 공기유입구를 통과하는 공기에 대한 유동저항이 최소화될 수 있다.

이 때, 단차부(2422b)의 높이 비율은 서브 블레이드(242)의 반경방향 내측에지(2421)의 전체 높이 대비 50% 내지 55%가 되도록 설정될 수 있다.

한편, 도 9에 도시된 바와 같이 메인 블레이드(241)의 반경방향 외측에지(2412)의 형상은 반경방향 외측을 향해 볼록하게 형성되는 곡선 형상을 갖도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 메인 블레이드(241)의 정압면(2413) 및 부압면(2414)에 대한 유효 면적이 최대로 확보될 수 있다.

다만 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 메인 블레이드(241)의 반경방향 외측에지(2412)의 형상과는 달리, 서브 블레이드(242)의 반경방향 외측에지(2422)의 형상은 쉬라우드(230)의 반경방향 외측에지(232)와 주판(220)의 외측에지(221)를 연결하는 직선형상을 갖도록 구성될 수 있다.

이를 통해, 서브 블레이드(242)의 반경방향 외측에지(2422)에서 발생되는 유동 저항 및 회전 저항이 최소화되고, 이를 통해 소비전력이 절감되고 소음발생이 최소화될 수 있다.

이하, 도 11과 도 12를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 터보팬(200)과 종래기술에 따른 터보팬의 시험결과를 설명하도록 한다.

종래기술에 따른 터보팬은, 도 1에 도시된 바와 같이 서브 블레이드(242)를 구비하지 않다는 점만 다를 뿐 다른 구성은 본 발명에 따른 터보팬(200)과 동일한 구성을 갖도록 제작되었다.

도 10은 동일 풍량을 생성하는 조건에서 측정되는 소음 발생 정도(dBA)를 측정한 결과이고, 도 11은 동일 풍량을 생성하는 조건에서 측정되는 소비전력(W)을 측정한 결과이다.

먼저 도 11을 참조하면, 명백히 동일 풍량을 생성하는 조건에서 본 발명에 따른 터보팬(200)이 종래기술에 따른 터보팬보다 더 낮은 소음을 발생시키는 것을 확인할 수 있다.

특히, 풍량 10.0 CMM(Cubic Meter per Minute) 생성 조건에서 종래기술의 터보팬은 42.1dBA의 소음을 발생시키나, 본 발명의 일실시예에 따른 터보팬(200)은 41.5dBA의 소음을 발생시키는 것으로 나타났다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 터보팬(200)은 종래기술의 터보팬보다 약 12% 정도의 소음 발생을 낮추는 효과가 있는 것이 확인되었다.

한편, 도 12를 참조하면 마찬가지로 동일 풍량을 생성하는 조건에서 본 발명에 따른 터보팬(200)이 종래기술에 따른 터보팬보다 더 낮은 전력을 소비하는 것을 확인할 수 있다.

특히, 풍량 10.0 CMM(Cubic Meter per Minute) 생성 조건에서 종래기술의 터보팬은 27.7W의 전력을 소비하게 되나, 본 발명의 일실시예에 따른 터보팬(200)은 25.4W의 전력을 소비하는 것으로 나타났다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 터보팬(200)은 종래기술의 터보팬보다 약 9% 정도의 소비전력을 절감할 수 있는 효과가 있는 것이 확인되었다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 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 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

200: 터보팬 210: 허브
220: 주판 230: 쉬라우드
240: 블레이드
241: 메인 블레이드 242: 서브 블레이드

Claims

모터의 회전축이 중앙에 결합되는 허브;
상기 허브와 축방향으로 이격되어 배치되고, 반경방향 내측에 공기흡입구가 형성되는 쉬라우드; 및
상기 허브와 상기 쉬라우드 사이에 구비되고, 원주방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 블레이드;
를 포함하고,
상기 복수의 블레이드는,
반경방향 내측에지로부터 반경방향 외측에지까지 현의 최대길이가 제1 길이가 되는 복수의 메인 블레이드; 및
반경방향 내측에지로부터 반경방향 외측에지까지 현의 최대길이가 제2 길이가 되는 복수의 서브 블레이드;
를 포함하고,
상기 메인 블레이드와 상기 서브 블레이드는 서로 교번하여 배치되고,
상기 제2 길이는 상기 제1 길이보다 더 작게 형성되는 터보팬.
제1 항에서,
상기 제1 길이는, 상기 메인 블레이드의 반경방향 내측에지 중에서 상기 회전축의 회전중심에 가장 근접해서 형성되는 반경방향 내측단부으로부터 상기 메인 블레이드의 반경방향 외측에지 중에서 상기 회전축의 회전중심으로부터 가장 멀리 형성되는 반경방향 외측단부까지 측정되는 직선거리가 되고,
상기 제2 길이는, 상기 서브 블레이드의 반경방향 내측에지 중에서 상기 회전축의 회전중심에 가장 근접해서 형성되는 반경방향 내측단부으로부터 상기 서브 블레이드의 반경방향 외측에지 중에서 상기 회전축의 회전중심으로부터 가장 멀리 형성되는 반경방향 외측단부까지 측정되는 직선거리가 되는 터보팬.
제2 항에서,
상기 서브 블레이드의 반경방향 내측단부로부터 상기 회전중심까지의 반경방향 거리와,
상기 메인 블레이드의 반경방향 내측단부 및 반경방향 외측단부 사이의 중간위치로부터 상기 회전중심까지의 반경방향 거리는 동일하게 되는 터보팬.
제3 항에서,
상기 서브 블레이드에 연속하여 선행 배치되는 선행 메인 블레이드의 중간위치로부터 상기 서브 블레이드의 반경방향 내측단부까지의 원주방향 거리는,
상기 선행 메인 블레이드의 중간위치로부터 상기 서브 블레이드에 연속하여 후행 배치되는 후행 메인 블레이드의 중간위치까지의 원주방향 거리에 대해서 제1 비율을 갖게 되는 터보팬.
제4 항에서,
상기 선행 메인 블레이드의 반경방향 외측단부로부터 상기 서브 블레이드의 반경방향 외측단부까지의 원주방향 거리는,
상기 선행 메인 블레이드의 반경방향 외측단부로부터 상기 후행 메인 블레이드의 반경방향 외측단부까지의 원주방향 거리에 대해서 제2 비율을 갖게 되고,
상기 제2 비율은 상기 제1 비율보다 더 작게 되는 터보팬.
제5 항에서,
상기 제1 비율은, 0.49 내지 0.51의 수치범위를 갖고,
상기 제2 비율은, 0.35 내지 0.37의 수치범위를 갖게 되는 터보팬.
제2 항에서,
상기 제2 길이는 상기 제1 길이에 대해서 0.5 미만의 비율을 갖게 되는 터보팬.
제7 항에서,
상기 비율은 0.47 내지 0.49의 수치범위를 갖게 되는 터보팬.
제7 항에서,
상기 제2 길이는, 상기 쉬라우드의 반경방향 폭보다 더 크게 되는 터보팬.
제2 항에서,
상기 서브 블레이드의 반경방향 외측에지의 형상은, 상기 메인 블레이드의 반경방향 외측에지의 형상과 다르게 되는 터보팬.
제11 항에서,
상기 메인 블레이드의 반경방향 외측에지의 형상은 반경방향 외측으로 볼록한 곡률을 갖는 곡선이 되고,
상기 서브 블레이드의 반경방향 외측에지의 형상은 직선이 되는 터보팬.
제2 항에서,
상기 서브 블레이드의 반경방향 내측에지에는 ㄴ자 형상의 단차가 형성되는 터보팬.
제1 항에서,
상기 메인 블레이드는 상기 반경방향 내측에지로부터 상기 반경방향 외측에지를 향해 진행하면서 원주방향 두께가 일정하게 유지되는 터보팬.
제13 항에서,
상기 서브 블레이드는 상기 반경방향 내측에지로부터 상기 반경방향 외측에지를 향해 진행하면서 원주방향 두께가 일정하게 유지되는 터보팬.
제14 항에서,
상기 메인 블레이드의 원주방향 두께와 상기 서브 블레이드의 원주방향 두께는 서로 동일하게 되는 터보팬.