KR20240010289A - 축류팬 및 이를 포함하는 창문형 공기조화기 - Google Patents

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최석호
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박근태
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Abstract

본 발명은 축류팬 및 이를 포함하는 창문형 공기조화기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 축류팬은 원주 방향으로 직경(또는 반경)이 상이한 블레이드를 포함할 수 있다. 상기 블레이드의 트레일링 에지측에서의 직경은 리딩 에지측 직경보다 크게 형성될 수 있다. 상기 블레이드의 팁을 기준으로 최대직경을 형성하는 부분은 상기 리딩 에지보다 트레일링 에지에 더 가깝게 형성될 수 있다.

Description

축류팬 및 이를 포함하는 창문형 공기조화기 {An axial fan and Window type air conditioner including the same}
본 발명은 축류팬 및 이를 포함하는 창문형 공기조화기에 관한 것이다.
공기 조화기는 냉동 사이클을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방하는 장치를 가리킨다. 냉동 사이클은 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 포함하며, 상기 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기는 배관에 의해 순차적으로 연결된다. 냉매는 배관을 통해 상기 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 순환한다.
일반적으로 공기 조화기는 분리형 공기조화기 및 일체형 공기조화기로 구분될 수 있다.
상기 분리형 공기 조화기에는, 실내에 배치되어 실내공간에 조화된 공기를 토출하는 실내기 및 상기 실내기와 배관을 통하여 연결되며 실외에 배치되는 실외기가 포함된다. 상기 실외기와 실내기에는 각각 열교환기가 포함될 수 있다. 상세히, 상기 실내기에는 실내 열교환기가 포함되며, 상기 실외기에는 압축기 및 실외 열교환기가 포함된다. 공기 조화기가 냉방운전을 수행할 때, 상기 실외 열교환기는 응축기로서 기능하며 상기 실내 열교환기는 증발기로서 기능할 수 있다. 그리고, 공기 조화기가 난방운전을 수행할 때, 상기 실내 열교환기는 응축기로서 기능하며 상기 실외 열교환기는 증발기로서 기능할 수 있다.
상기 일체형 공기조화기는 주로 창문에 설치되는 점에서 "창문형 공기조화기"라 이름할 수 있다.
상기 일체형 공기조화기에는, 케이스의 내부에 응축기 및 증발기가 함께 설치되며, 상기 응축기는 실외측에 배치되어 외기와 열교환 하며 상기 증발기는 실내측에 배치되어 실내공기와 열교환 될 수 있다. 그리고, 상기 실내공기는 상기 증발기에서 냉각된 후 실내공간으로 토출될 수 있다.
상기 응축기의 일측에는 상기 응축기로 외기를 불어주는 외기 팬이 제공될 수 있다. 일례로, 상기 외기 팬은 축류팬을 포함할 수 있다.
최근 1인용 가구가 급증하고 적은 용량의 공기조화기에 관한 수요가 커지면서 상기 창문형 공기조화기의 판매가 활발히 이루어지고 있다.
다만, 창문형 공기조화기는, 케이스의 내부에 냉동 사이클의 부품이 모두 구비되어야 하는 반면 공기조화기의 전체 크기를 너무 크게 구성하지 못하는 제약이 따를 수 있다. 이러한 제약으로 인하여 공기조화기로부터 토출되는 풍량이 제한되는 문제점이 있었다.
또한, 창문에 설치되어야 하는 공기조화기의 특성상, 토출유동이 불안정한 경우 공기조화기로부터 발생되는 소음이 증가하는 문제점이 있었다.
이러한 창문형 공기조화기와 관련한 선행문헌 정보는 아래와 같다.
1. 공개번호 (공개일) : 10-2005-0104737 (2005년 11월 3일)
2. 발명의 명칭 : 공기조화기
본 발명의 실시예는 블레이드의 직경을 원주 방향에 대하여 가변하여 팬의 성능을 개선할 수 있는 축류팬을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 응축수의 비산을 위한 림이 블레이드의 외주에 구비되고, 별도의 연결 구조물 없이 상기 림이 블레이드와 직접 연결되도록 함으로써 토출 유동을 안정화 할 수 있는 축류팬을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 블레이드의 직경이 확장되는 비율이 급격하게 변화하지 않도록 블레이드의 직경을 최적으로 설계하여 팬의 성능을 개선할 수 있는 축류팬을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 블레이드의 트레일링 에지측에서 언더 컷(undercut)이 발생하지 않도록 블레이드의 직경이 감소하는 구간을 형성하는 축류팬을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 축류팬은 원주 방향으로 직경(또는 반경)이 상이한 블레이드를 포함할 수 있다.
상기 블레이드의 트레일링 에지측에서의 직경은 리딩 에지측 직경보다 크게 형성될 수 있다.
상기 블레이드의 팁을 기준으로 최대직경을 형성하는 부분은 상기 리딩 에지보다 트레일링 에지에 더 가깝게 형성될 수 있다.
상기 최대직경을 형성하는 부분에서 상기 트레일링 에지를 향하여, 상기 블레이드 팁의 직경은 언더 컷이 방지되도록 감소할 수 있다.
상기 블레이드는 리딩 에지에서 트레일링 에지를 향하는 방향으로 그 직경이 일정한 제1구간과, 그 직경이 증가하는 제2구간 및 그 직경이 감소하는 제3구간을 포함할 수 있다.
상기 제2구간에서 직경이 증가하는 비율은 트레일링 에지로 갈수록 감소할 수 있다.
상기 블레이드의 직경이 최대 직경을 형성하는 부분은 상기 제2구간과 제3구간의 경계에 위치하고, 상기 리딩 에지에서 트레일링 에지를 향하는 방향으로 80% 이상의 구간에 형성될 수 있다.
상기 축류팬은 원주 방향으로 배열되는 다수의 블레이드를 포함하고, 상기 다수의 블레이드의 테두리에는 응축수를 응축기측으로 비산하기 위한 림이 연결될 수 있다.
상기 림은 별도의 구조물 없이 상기 다수의 블레이드의 테두리에 직접 연결됨으로써 상기 별도의 구조물에 의한 교란 유동의 발생이 감소할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 축류팬은, 모터 축이 결합되는 허브; 상기 허브의 외측에 원주 방향으로 구비되는 다수의 블레이드; 및 상기 다수의 블레이드의 외주에 연결되는 링 형상의 림을 포함할 수 있다.
상기 블레이드는, 상기 허브의 외주면에 결합되는 허브 연결부와, 반경방향으로 최외측 단부를 형성하는 팁과, 상기 허브 연결부와 상기 팁의 선단을 연결하는 리딩 에지 및 상기 허브 연결부와 상기 팁의 후단을 연결하는 트레일링 에지에 의하여 정의될 수 있다.
상기 블레이드는, 상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지를 향하는 원주 방향으로 반경이 일정한 제1영역 및 상기 원주 방향으로 반경이 가변하는 제2영역을 포함하고, 상기 림은 상기 블레이드의 제2영역에 직접 연결될 수 있다.
상기 제2영역은, 상기 제1영역의 끝지점에서 상기 트레일링 에지를 향하는 방향으로 반경이 증가하는 제2-1영역 및 상기 제2-1영역의 끝지점에서 상기 트레일링 에지를 향하는 방향으로 반경이 감소하는 제2-2영역을 포함할 수 있다.
상기 제2-1영역과 상기 제2-2영역의 경계는, 상기 블레이드의 최대 반경(Rmax)를 형성하는 부분을 포함할 수 있다.
상기 리딩 에지에서의 팁을 기준점(0.0)으로 두고 상기 트레일링 에지에서의 팁을 종점(1.0)으로 정의할 때, 상기 블레이드는 상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지를 향하는 원주 방향으로 0.6 지점까지는 적어도 상기 제1영역을 형성할 수 있다.
상기 제1영역의 끝지점에서 상기 트레일링 에지를 향하는 원주 방향으로 0.8 지점까지는 적어도 상기 제2-1영역을 형성할 수 있다.
상기 제2-1영역의 끝지점에서 상기 트레일링 에지까지 상기 제2-2영역을 형성할 수 있다.
상기 블레이드의 팁은, 별도의 연결 구조물에 의하지 아니하고, 상기 림에 직접 접촉하여 연결될 수 있다.
상기 림은 원주 방향으로 연장하며 설정된 폭을 가지는 제1파트 및 상기 제1파트에서 반경방향 내측으로 절곡하여 연장하는 제2파트를 포함하고, 상기 블레이드의 팁은 상기 제2파트에 연결될 수 있다.
상기 제2파트에 접촉하는 상기 블레이드의 팁의 일부분은 상기 제2영역에 구비될 수 있다.
상기 제2파트에 접촉하는 상기 블레이드의 팁의 일부분은 상기 블레이드의 최대 반경을 형성하는 부분에 구비될 수 있다.
상기 제1영역과 제2-1영역의 경계로부터 상기 트레일링 에지를 향하는 방향으로, 상기 블레이드의 반경 증가율은 제1기울기(SL1)로 형성되고, 상기 제1기울기를 형성하는 지점의 끝에서 상기 블레이드의 최대 반경(Rmax)을 형성하는 블레이드의 일 지점까지. 상기 블레이드의 반경 증가율은 제2기울기(SL2)를 형성할 수 있다.
상기 제2기울기(SL2)는 상기 제1기울기(SL1)보다 작게 형성될 수 있다.
상기 림과 상기 블레이드는 일체로 사출 성형될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에서 창문형 공기조화기는, 실내공간의 벽면 또는 창문에 설치되며, 내부공간을 형성하는 케이스; 상기 케이스의 내부에 설치되며, 상기 내부공간을 실외측 공기유로 및 실내측 공기유로로 구획하는 에어 가이드; 상기 실외측 공기유로에 설치되는 응축기 및 축류팬; 및 상기 실내측 공기유로에 설치되는 증발기 및 증발팬을 포함할 수 있다.
상기 축류팬은, 다수의 블레이드; 및 상기 다수의 블레이드의 외주에 연결되는 링 형상의 림을 포함할 수 있다.
상기 블레이드는, 상기 허브의 외주면에 결합되는 허브 연결부와, 반경방향으로 최외측 단부를 형성하는 팁과, 상기 허브 연결부와 상기 팁의 선단을 연결하는 리딩 에지 및 상기 허브 연결부와 상기 팁의 후단을 연결하는 트레일링 에지에 의하여 정의될 수 있다.
상기 블레이드는, 상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지를 향하는 원주 방향으로 반경이 일정한 제1영역 및 상기 원주 방향으로 반경이 가변하는 제2영역을 포함하고, 상기 림은 상기 블레이드의 제2영역에 구비되는 팁에 접촉할 수 있다.
상기 블레이드의 팁 중, 상기 림에 접촉하는 부분은 상기 블레이드의 최대 반경(Rmax)을 형성하는 부분을 포함할 수 있다.
상기 제2영역은, 상기 제1영역의 끝지점에서 상기 트레일링 에지를 향하는 방향으로 반경이 증가하는 제2-1영역 및 상기 제2-1영역의 끝지점에서 상기 트레일링 에지를 향하는 방향으로 반경이 감소하는 제2-2영역을 포함할 수 있다.
상기 블레이드의 팁 중, 상기 림에 접촉하는 부분은 상기 제2-1영역과 상기 제2-2영역의 경계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 블레이드의 직경을 원주 방향에 대하여 가변하여 팬의 성능을 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 응축수의 비산을 위한 림이 블레이드의 외주에 구비되고, 별도의 연결 구조물 없이 상기 림이 블레이드와 직접 연결되도록 함으로써 토출 유동을 안정화 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 블레이드의 직경이 확장되는 비율이 급격하게 변화하지 않도록 블레이드의 직경을 최적으로 설계하여, 블레이드의 표면이 왜곡되어 유동 박리가 발생하는 현상을 방지하고 팬의 성능을 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 블레이드의 직경이 감소하는 구간을 형성하는 축류팬을 제공함으로써, 블레이드의 트레일링 에지측에서 언더 컷(undercut)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 창문형 공기조화기의 일부 구성을 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 창문형 공기조화기의 구성 및 공기 유동을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 축류팬 및 쉬라우드의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축류팬의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 축류팬의 구성을 보여주는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 축류팬에서 블레이드와 림이 접촉하는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 축류팬의 블레이드의 반경이 원주 방향으로 가변하는 모습을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 창문형 공기조화기의 일부 구성을 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 창문형 공기조화기의 구성 및 공기 유동을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 축류팬 및 쉬라우드의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 창문형 공기 조화기(10, 이하 공기 조화기)는 건물의 벽면 또는 창문에 설치될 수 있다.
상기 공기 조화기(10)는 대략 육면체의 형상을 가질 수 있다. 상세히, 상기 공기 조화기(10)는 실외측 부품과 실내측 부품이 설치되는 베이스(15) 및 상기 베이스(15)의 상측에 제공되며 내부공간을 형성하는 케이스(20,30)를 포함할 수 있다.
넓은 의미에서, 상기 베이스(15)는 상기 케이스(20,30)의 일 구성이라 이해할 수 있다.
상기 케이스(20,30)는 실외측에 배치되어 실외 공기와 연통하는 실외측 케이스(20) 및 실내측에 배치되어 실내 공기와 연통하는 실내측 케이스(30)를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 실외측 케이스(20)와 상기 실내측 케이스(30)는 일체로 구성될 수 있다.
상기 실외측 케이스(20)는 실외 공기의 흡입을 위한 실외 흡입부(21) 및 응축기(61)와 열교환 한 실외 공기가 배출되는 실외 토출부(25)를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 실외 흡입부(21)는 상기 실외측 케이스(20)의 상면에 형성되고, 상기 실외 토출부(25)는 상기 실외측 케이스(20)의 측면에 형성될 수 있다.
상기 실내측 케이스(30)는 실내 공기의 흡입을 위한 실내 흡입부(31) 및 증발기(81)와 열교환 한 실내 공기가 배출되는 실내 토출부(35)를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 실내 흡입부(31)는 상기 실내측 케이스(30)의 측면에 형성되고, 상기 실내 토출부(35)는 상기 실내측 케이스(30)의 측면에 형성될 수 있다.
상기 케이스(20,30)의 내부에는 실외측 부품이 제공될 수 있다. 상기 실외측 부품은 상기 실외측 케이스(20)의 내부에 배치될 수 있다.
상기 케이스(20,30)의 내부에는 실내측 부품이 제공될 수 있다. 상기 실내측 부품은 상기 실내측 케이스(30)의 내부에 배치될 수 있다.
상기 실외측 부품과 상기 실내측 부품은 에어 가이드(40)에 의하여 분리되며, 상기 에어 가이드(40)의 양측에 배치될 수 있다. 상기 에어가이드(40)를 기준으로, 실외측 부품이 배치되는 실외측 공간에는 실외 공기가 유동하고, 실내측 부품이 배치되는 실내측 공간에는 실내 공기가 유동할 수 있다.
상기 실외측 부품은 압축기(50), 기액분리기(55), 응축기(60), 실외 팬(100), 쉬라우드(180) 및 팬 모터(90)를 포함할 수 있다.
상기 압축기(50)에는, 주파수의 조절이 가능한 인버터 압축기가 포함된다. 따라서, 상기 공기 조화기(10)의 냉방부하가 낮을 때에는 상기 압축기(50)의 주파수를 낮추고 상기 냉방부하가 높을 때에는 상기 압축기(50)의 주파수를 증가할 수 있다. 일례로, 상기 압축기(50)에는, 로터리 압축기가 포함될 수 있다.
상기 압축기(50)는 베이스(121)의 상면에 설치된다.
상기 기액분리기(55)는 상기 압축기(50)의 일측에 구비되며 상기 압축기(50)로 흡입되는 냉매 중 기상 냉매를 분리하고, 상기 기상냉매를 상기 압축기(50)로 가이드 할 수 있다.
상기 응축기(60)는 상기 실외측 케이스(20)의 내측에 배치된다. 일례로, 상기 응축기(60)는 상기 실외측 토출부(25)에 인접하여 배치될 수 있다. 상기 압축기(50)에서 압축된 냉매는 상기 응축기(60)로 유입하여 응축될 수 있다.
상기 응축기(60)는, 실외측 공기유동을 기준으로, 상기 실외 팬(100)을 통과한 공기가 지나도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 응축기(60)는 상기 실외 팬(100)의 출구측에 배치될 수 있다.
상기 실외 팬(100)에는 팬 모터(90)가 결합될 수 있다.
상기 실외 팬(100)에는, 축류팬이 포함될 수 있다.
상기 실외 흡입부(21)를 통하여 상기 실외측 케이스(20)의 내부로 흡입된 실외 공기는 상기 실외 팬(100)의 축방향으로 흡입되어 상기 실외 팬(100)의 축방향으로 토출될 수 있다. 그리고, 상기 실외 팬(100)을 통과한 실외 공기는 상기 실외 토출부(25)를 통하여 실외공간으로 배출될 수 있다.
상기 쉬라우드(180)는 상기 실외 팬(100)의 외측에 구비되어 상기 실외 팬(100)을 통과하는 공기의 유동을 가이드 할 수 있다.
상기 쉬라우드(180)는 상기 실외 팬(100)의 흡입측으로 공기를 가이드 하는 쉬라우드 개구부(185)를 형성하는 쉬라우드 본체(181)를 포함할 수 있다.
상기 쉬라우드 개구부(185)는 상기 쉬라우드 본체(181)의 중앙에 형성되며, 상기 쉬라우드 본체(181)의 전후방이 개구되도록 형성될 수 있다. 일례로, 상기 쉬라우드 개구부(185)는 원형의 형상을 가지며, 상기 실외 팬(100)이 삽입되도록 구성될 수 있다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 상기 쉬라우드 개구부(185)는 상기 실외 팬(100)의 흡입측 영역에 인접하게 배치되며, 상기 실외 팬(100)의 흡입측 부분을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 실외 흡입부(21)를 통하여 상기 실외측 케이스(20)의 내부로 흡입된 실외 공기는 상기 쉬라우드 개구부(185)를 통하여 상기 실외 팬(100)으로 흡입될 수 있다.
상기 실내측 부품은 증발기(80) 및 실내 팬(70)을 포함할 수 있다.
상기 증발기(80)는 상기 실내측 케이스(30)의 내측에 배치될 수 있다. 일례로, 일례로, 상기 증발기(80)는 상기 실내측 흡입부(31)에 인접하여 배치되어, 상기 실내 흡입부(31)에서 흡입된 실내 공기가 통과될 수 있다.
상기 증발기(80)의 유입측에는 상기 응축기(60)에서 응축된 냉매를 감압하기 위한 팽창장치(미도시)가 제공되며, 상기 팽창장치에서 감압된 냉매는 상기 증발기(80)로 유입하여 증발될 수 있다.
상기 실내 팬(70)은 실내측 공기유동을 기준으로, 상기 증발기(80)를 통과한 공기가 지나도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 실내 팬(160)은 상기 증발기(80)의 출구측에 배치될 수 있다.
일례로, 상기 실내 팬(70)에는 횡류팬이 포함될 수 있다.
상기 실내 흡입부(31)를 통하여 상기 실내측 케이스(30)의 내부로 흡입된 실내 공기는 상기 증발기(80)를 지나 상기 실내 팬(70)의 원주 방향으로 흡입되고 상기 실내 팬(70)의 원주 방향으로 토출될 수 있다. 상기 실내 팬(70)을 통과한 공기는 상기 실내 토출부(35)를 통하여 실내측 케이스(30)의 외부로 토출될 수 있다.
상기 베이스(15)에는 드레인 팬(95)이 설치될 수 있다.
상기 드레인 팬(95)의 상측에는 상기 증발기(80) 및 상기 응축기(60)가 배치될 수 있다. 상기 증발기(80)에서 생성된 응축수는 상기 드레인 팬(95)에 모여지고, 상기 드레인 팬(95)에 집수된 응축수는 상기 실외 팬(100) 및 응축기(60)의 하부로 유동할 수 있다.
상기 실외 팬(100)은 상기 드레인 팬(95)에 집수된 응축수를 상기 응축기(60)의 표면에 비산시켜 상기 응축기(60)에서의 열전달 성능을 개선할 수 있다.
상기 실외 팬(100)은 팬 모터(90)의 모터 축이 결합되는 허브(110)와, 상기 허브(110)의 원주 방향으로 배열되는 다수의 블레이드(120) 및 상기 다수의 블레이드(120)의 팁에 결합하며 상기 실외 팬(100)의 테두리를 구성하는 림(150)을 포함할 수 있다.
상기 림(150)은 상기 드레인 팬(95)에 집수된 응축수에 잠겨질 수 있도록, 상기 림(150)의 적어도 일부분은 상기 드레인 팬(95)의 내측 공간에 위치할 수 있다.
상기 림(150)은 상기 실외 팬(100)이 회전할 때 응축수를 들어 올리는 "수차"의 기능을 수행할 수 있다.
상세히, 상기 실외 팬(100)이 구동하면 상기 다수의 블레이드(120) 및 상기 림(150)은 회전하고, 상기 림(150)이 회전하는 과정에서 응축수는 점성에 의하여 실외 팬(100)의 상부로 이송되고, 상기 실외 팬(100)을 지나는 토출유동에 의하여 상기 응축기(60)의 표면에 비산할 수 있다.
상기 응축기(60)에 비산된 응축수에 의하여, 상기 응축기(60)에서의 응축 효율이 개선될 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 실외 팬(100)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축류팬의 구성을 보여주는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 축류팬의 구성을 보여주는 평면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 축류팬에서 블레이드와 림이 접촉하는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실외 팬(100)은 축방향으로 공기를 흡입하여 축방향으로 토출하는 축류팬(100)을 포함할 수 있다.
상기 축류팬(100)은 상기 팬 모터(90)의 모터 축(91)이 결합되는 허브(110) 및 상기 허브(110)의 외주면에 결합되는 다수의 블레이드(120)를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 허브(110)는 대략 원통 형상을 가질 수 있다.
상세히, 상기 허브(110)는 상기 다수의 블레이드(120)가 결합되는 허브 외주면(111)과, 공기가 불어오는 흡입측을 형성하는 허브 흡입면(113) 및 공기의 배출측을 형성하는 허브 배출면(115)을 포함할 수 있다. 상기 허브 흡입면(113)측에 상기 팬 모터(90)가 배치될 수 있다.
상기 허브(110)는 상기 모터 축(91)이 삽입되는 축 삽입부(116)를 형성할 수 있다.
상기 블레이드(120)는 일례로, 상기 허브(110)의 외주면에 4개가 원주 방향으로 이격하여 배치될 수 있다. 다만, 블레이드(120)의 개수는 이에 제한되지 않을 것이다.
상기 블레이드(120)는, 상기 허브 외주면(111)에 결합되는 허브 연결부(121) 및 상기 블레이드(120)의 끝단부를 형성하는 팁(122)을 포함할 수 있다.
상기 허브 연결부(121)는 반경방향 기준으로 상기 블레이드(120)의 내측 단부를 형성하며, 상기 팁(122)은 상기 블레이드(120)의 외측 단부를 형성한다.
상기 블레이드(120)는, 허브 연결부(121)와 팁(122)의 선단을 연결하는 리딩 에지(123, leading edge) 및 허브 연결부(121)와 팁(122)의 후단을 연결하는 트레일링 에지(124, trailing edge)를 포함할 수 있다. 도 5를 기준으로, 상기 축류팬(200)을 상방에서 바라 보았을 때, 상기 축류팬(200)은 반시계 방향으로 회전될 수 있다.
상기 블레이드(120)는, 공기가 불어오는 방향을 향하는 면을 정의하는 흡입면(Ps) 및 공기가 토출되는 방향을 향하는 압력면(Pr)을 포함할 수 있다.
상기 블레이드(120)는 주름부(125)를 더 포함할 수 있다. 상기 주름부(125)는 블레이드(120)의 후연부(224)에 형성될 수 있다.
상기 주름부(125)는 다수의 함몰부 및 다수의 돌출부가 교번 배치되도록 구성될 수 있다. 상세히, 상기 주름부(125)는 상기 블레이드(120)의 흡입면(Ps)을 향하는 방향으로 함몰하는 다수의 함몰부 및 상기 블레이드(120)의 압력면(Pr)을 향하는 방향으로 돌출하는 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 주름부(125)의 구성에 의하면, 상기 블레이드(120)의 후연부(124)의 높이를 반복적으로 변화시켜서 상기 블레이드(120)의 표면을 유동하는 공기에 위상차를 발생시킬 수 있고 이에 따라 블레이드(120)에서 발생되는 소음을 저감할 수 있다.
상기 축류팬(100)의 반경(R)이 정의될 수 있다. 상기 축류팬(100)의 반경(R)은 상기 허브(110)의 축 삽입부(116)로부터 상기 블레이드(120)의 팁까지의 거리로서 이해될 수 있다. 상기 축류팬(100)의 반경은 상기 블레이드(120)의 반경에 따라 결정될 수 있다.
상기 축류팬(100)의 반경은 원주 방향으로 일정하지 않도록 구성될 수 있다. 상기 축류팬(100)은 원주 방향으로 일정한 반경을 형성하는 제1영역(A1) 및 원주 방향으로 일정하지 않은 반경을 형성하는 제2영역(A2)을 가지는 블레이드(120)를 포함할 수 있다.
상기 블레이드(120) 중 제1영역(A1)을 형성하는 팁(122)은 일정한 반경(R1)을 가지도록 구성될 수 있다. 상기 제1영역(A1)은 상기 블레이드(120)의 리딩 에지(123)에서 트레일링 에지(124)를 향하는 원주 방향으로 그 직경이 일정하게 형성될 수 있다.
상기 제1영역(A1)은 상기 쉬라우드(180)의 내경과의 간극을 고려하여, 일정한 직경을 가지도록 구성된 영역으로서 이해될 수 있다.
도 5에는, 일정한 반경(R1)을 가지는 팁(122)의 일부분을 원주 방향으로 연장하였을 때 형성되는 제1가상선(ℓ1)을 표시한다.
상기 제1가상선(ℓ1)은 림(150)으로부터 설정거리만큼 간극(Cr1)이 형성될 수 있다.
상기 블레이드(120) 중 제2영역(A2)을 형성하는 팁(122)은 원주 방향으로 증가하는 반경을 가지는 부분을 포함하도록 구성될 수 있다. 상세히, 상기 제2영역(A2)은 상기 제1영역(A1)에서 상기 트레일링 에지(124)를 향하는 원주 방향으로 그 직경이 증가하는 제2-1영역(A21)을 포함할 수 있다.
상기 제2-1영역(A21)에서, 상기 블레이드(120)와 상기 림(150)은 연결될 수 있다. 일례로, 상기 제2-1영역(A21)에서 상기 블레이드(120)의 팁(122)과 상기 림(150)은 접촉할 수 있다.
상기 제2-1영역(A21)을 통하여 블레이드(120)의 반경이 증가됨으로써 블레이드(120)의 면적을 증가시킬 수 있고 팬의 성능이 개선될 수 있다.
상기 블레이드(120) 중 제2영역(A2)을 형성하는 팁(122)은 원주 방향으로 감소하는 반경을 가지는 부분을 포함하도록 구성될 수 있다. 상세히, 상기 제2영역(A2)은 상기 제2-1영역(A1)에서 상기 트레일링 에지(124)를 향하는 원주 방향으로 그 직경이 감소하는 제2-2영역(A22)을 포함할 수 있다.
상기 제2-2영역(A22)을 형성하는 팁(122)은 상기 블레이드(120)와 상기 림(150)이 연결되는 지점에서 상기 트레일링 에지(124)를 향하여 원주 방향으로 형성될 수 있다.
상기 제2-2영역(A22)에서 반경이 감소하도록 구성됨으로써, 상기 블레이드(120)와 림(150)이 사출 성형될 때 언더 컷(undercut)이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제2-1영역(A21)와 상기 제2-2영역(A22)의 경계는 상기 블레이드(120)의 최대 반경(Rmax)을 형성할 수 있다.
상기 최대 반경(Rmax)을 형성하는 상기 팁(122)상의 일 지점은 상기 리딩 에지(123)보다 상기 트레일링 에지(124)에 더 가깝게 형성될 수 있다.
다른 관점에서, 상기 제2-1영역(A21)와 상기 제2-2영역(A22)의 경계를 이루는 반경방향의 제2가상선(ℓ2)과 상기 트레일링 에지(124)가 이루는 각도는 상기 제2가상선(ℓ2)과 상기 리딩 에지(123)가 이루는 각도보다 작을 수 있다.
상기 림(150)은 상기 블레이드(120)의 팁(122)에 직접 연결될 수 있다. 상기 립(150)은 다수의 지점에서, 상기 다수의 블레이드(120)의 각 팁(122)에 연결될 수 있다.
상기 림(150)과 다수의 블레이드(120)는 일체로 사출하여 구성될 수 있고, 상기 블레이드(120)의 팁(122)과 상기 림(150)의 일부분은 접촉하여 연결될 수 있다.
이와 같이, 상기 림(150)은 별도의 연결 구조물이 필요없이 블레이드(120)에 직접 연결되므로, 상기 연결 구조물에 의한 난류가 발생됨이 없이 상기 블레이드(120)와 림(150) 주변의 토출 유동을 안정화 할 수 있고 소음을 방지할 수 있다.
상기 림(150)은 상기 다수의 블레이드(120)의 외측에서 원주 방향으로 연장하도록 구성될 수 있다. 일례로, 상기 림(150)은 링 형상을 가질 수 있다.
상기 림(150)은 원주 방향으로 연장하며 축방향으로 소정의 폭을 가지는 제1파트(151) 및 상기 제1파트(151)로부터 반경방향 내측으로 일정 길이만큼 연장하는 제2파트(152)를 포함할 수 있다.
상기 제2파트(152)는 상기 제1파트(151)의 축방향 단부에서 반경방향 내측으로 연장할 수 있다. 이러한 제1,2파트(151,152)의 구성에 의하여 상기 림(150)의 단면은 "ㄴ"자로 절곡된 형상을 가질 수 있다.
상기 블레이드(120)의 팁(122)은 상기 림(150)의 내주면에 연결되고, 상기 림(150)의 전후방으로 연장하도록 구성될 수 있다. 상기 전방은 축방향 중 공기가 흡입되어 들어오는 방향이고, 상기 후방은 축방향 중 공기가 배출되어 나가는 방향으로서 이해될 수 있다.
상기 팁(122)은 상기 제2파트(152)의 내주면에 접촉하여 연결될 수 있다. 상기 제2파트(152)는 상기 팁(122)에 접촉하는 림접촉부(152a)를 포함할 수 있다.
상세히, 도 7을 참조하면, 상기 블레이드(120)의 팁(122)은 상기 림(150)의 내측에서 전후 방향으로 연장하며 상기 림(150)의 림접촉부(152a)에 연결되는 팁접촉부(122a)를 포함할 수 있다.
상기 림접촉부(152a)와 상기 팁접촉부(122a)는 소정의 면적으로 면접촉 하여 연결될 수 있다.
상기 팁접촉부(122a)는 상기 블레이드(120)의 팁(122) 중, 반경이 가변되는 제2영역(A2)에 형성될 수 있다.
상기 팁접촉부(122a)는 상기 블레이드(120)의 팁(122) 중, 트레일링 에지(124)를 항하여 반경이 증가하는 제2-1영역(A21)에 형성될 수 있다.
상기 팁접촉부(122a)는 상기 블레이드(120)의 팁(122) 중, 최대 반경(Rmax)을 형성하는 부분에 형성될 수 있다.
상기 제2파트(152)가 제1파트(151)로부터 내측으로 연장되고, 상기 제2파트(152)의 내주면에 상기 블레이드(120)의 팁(122)이 연결되므로, 상기 블레이드(120)의 반경이 가변되는 구조에서, 상기 팁(122)과 림(150)의 연결이 용이할 수 있다.
상기 다수의 블레이드(120)에 구비되는 다수의 팁(122)에서 림(150)과 연결되므로, 상기 블레이드(120)와 림(150)의 연결이 견고하게 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 축류팬의 블레이드의 반경이 원주 방향으로 가변하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 7을 참조하면, 축류팬(100)은 리딩 에지(123)로부터 트레일링 에지(124)를 향하는 방향으로 블레이드(120)의 반경이 일정한 구간 및 가변하는 구간을 포함하도록 구성될 수 있다.
도 7에 도시된 그래프의 가로축은, 상기 리딩 에지(123)에서의 팁(122)을 기준점(0.0)으로 두고 상기 트레일링 에지(124)에서의 팁(122)을 종점(1.0)으로 정의할 때, 상기 팁(122)의 길이를 나타낸다.
상기 블레이드(120)는 상기 리딩 에지(123)로부터 상기 트레일링 에지(124)를 향하는 원주 방향으로 반경이 일정한 제1영역(A1)을 포함할 수 있다.
상기 제1영역(A1)은 상기 리딩 에지(123)로부터 트레일링 에지(124)를 향하는 방향으로 0.6 이상의 지점까지 형성될 수 있다. 즉, 상기 팁(122)의 길이를 기준으로 상기 리딩 에지(123)로부터 상기 트레일링 에지(124)를 향하는 방향으로 60% 이상의 구간까지는, 상기 블레이드(120)는 일정한 반경을 가지도록 구성될 수 있다.
일례로, 상기 팁(122)의 길이를 기준으로 상기 리딩 에지(123)로부터 상기 트레일링 에지(124)를 향하는 방향으로 약 63% (0.63)의 지점까지, 상기 블레이드(120)는 일정한 반경을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 블레이드(120)는 상기 제1영역(A1)으로부터 상기 트레일링 에지(124)까지 반경이 가변하는 제2영역(A2)을 포함할 수 있다.
상기 제2영역(A2)은 상기 제1영역(A1)의 끝지점으로부터 상기 트레일링 에지(124)를 향하는 방향으로 0.8 이상의 지점까지 블레이드(120)의 반경이 증가하는 제2-1영역(A21)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 팁(122)의 길이를 기준으로 상기 제1영역(A1)의 끝지점으로부터 상기 트레일링 에지(124)를 향하는 방향으로 80% 이상의 구간까지는, 상기 블레이드(120)는 증가하는 반경을 가지도록 구성될 수 있다.
일례로, 상기 팁(122)의 길이를 기준으로 상기 제1영역(A1)의 끝지점으로부터 상기 트레일링 에지(124)를 향하는 방향으로 약 85% (0.85)의 지점까지, 상기 블레이드(120)는 증가하는 반경을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 약 85%의 지점에서, 상기 블레이드(120)는 최대 반경(Rmax)을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 블레이드(120) 반경의 증가율이 지나치게 크면 상기 블레이드(120)의 표면이 왜곡되어 유동 박리가 발생하는 현상이 나타날 수 있다. 따라서, 반경의 증가율을 적절히 설계할 필요가 있다.
일례로, 상기 제1영역(A1)과 제2-1영역(A21)의 경계로부터 상기 트레일링 에지(124)를 향하는 방향으로 블레이드(120)의 반경이 증가하는 증가율은 감소할 수 있다.
먼저, 상기 제1영역(A1)과 제2-1영역(A21)의 경계로부터 상기 트레일링 에지(124)를 향하는 방향으로, 상기 블레이드(120)의 반경 증가율은 제1기울기(SL1)로 형성된다.
일례로, 상기 제1기울기(SL1)에 따른 반경의 증가율은 상기 리딩 에지(123)로부터 0.75인 지점까지 형성될 수 있다.
이후, 상기 0.75인 지점으로부터 상기 최대 반경(Rmax)을 형성하는 블레이드(120)의 일 지점까지. 상기 블레이드(120)의 반경 증가율은 제2기울기(SL2)를 형성하는 부분을 포함할 수 있다.
상기 제2기울기(SL2)는 상기 제1기울기(SL1)보다 작을 수 있다. 즉, 상기 트레일링 에지(124)를 향하는 방향으로 상기 제2-1영역(A21)에서 블레이드(120)의 반경이 증가하는 비율은 상대적으로 크게 형성되다가, 상기 최대 반경(Rmax)을 형성하는 부분에 인접하여서는 그 비율이 상대적으로 작게 형성될 수 있다.
상기 제2영역(A2)은 상기 최대 반경(Rmax)를 형성하는 부분으로부터 상기 트레일링 에지(124)까지 상기 블레이드(120)의 반경이 감소하는 제2-2영역(A22)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 팁(122)의 길이를 기준으로 상기 제2-1영역(A21)의 끝지점으로부터 상기 트레일링 에지(124)까지는, 상기 블레이드(120)는 감소하는 반경을 가지도록 구성될 수 있다.
다만, 상기 제2-2영역(A21)에서의 블레이드(120)의 반경은 상기 제1영역(A1)에서의 블레이드의 반경보다는 클 수 있다.
일례로, 상기 팁(122)의 길이를 기준으로 상기 제2-1영역(A21)의 끝지점으로부터 상기 트레일링 에지(124)까지, 상기 블레이드(120)는 감소하는 반경을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 제2-1영역(A21)과 상기 제2-2영역(A22)의 경계는 블레이드(120)의 최대 반경(Rmax)을 형성하는 부분을 나타낼 수 있다.
상기 제2-2영역(A22)은 상기 블레이드(120)의 팁(122)과 림(150)이 연결되는 구간 이후에서 상기 트레일링 에지(124)를 향하는 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제2-2영역(A22)을 구성함으로써, 상기 블레이드(120)와 림(150)이 사출 성형되는 과정에서 언더컷이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
10 : 창문형 공기조화기 20 : 실외측 케이스
30 : 실내측 케이스 50 : 압축기
60 : 응축기 70 ; 실내 팬
80 : 증발기 90 : 팬 모터
95 : 드레인 팬 100 : 축류팬
110 : 허브 120 : 블레이드
122 : 팁 123 : 리딩 에지
124 : 트레일링 에지 150 : 림
151 : 제1파트 152 : 제2파트

Claims (16)

  1. 모터 축이 결합되는 허브;
    상기 허브의 외측에 원주 방향으로 구비되는 다수의 블레이드; 및
    상기 다수의 블레이드의 외주에 연결되는 링 형상의 림을 포함하고,
    상기 블레이드는, 상기 허브의 외주면에 결합되는 허브 연결부와, 반경방향으로 최외측 단부를 형성하는 팁과, 상기 허브 연결부와 상기 팁의 선단을 연결하는 리딩 에지 및 상기 허브 연결부와 상기 팁의 후단을 연결하는 트레일링 에지에 의하여 정의되고,
    상기 블레이드는,
    상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지를 향하는 원주 방향으로 반경이 일정한 제1영역 및 상기 원주 방향으로 반경이 가변하는 제2영역을 포함하고,
    상기 림은 상기 블레이드의 제2영역에 직접 연결되는 축류팬.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2영역은,
    상기 제1영역의 끝지점에서 상기 트레일링 에지를 향하는 방향으로 반경이 증가하는 제2-1영역 및 상기 제2-1영역의 끝지점에서 상기 트레일링 에지를 향하는 방향으로 반경이 감소하는 제2-2영역을 포함하는 축류팬.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2-1영역과 상기 제2-2영역의 경계는, 상기 블레이드의 최대 반경(Rmax)를 형성하는 부분을 포함하는 축류팬.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 리딩 에지에서의 팁을 기준점(0.0)으로 두고 상기 트레일링 에지에서의 팁을 종점(1.0)으로 정의할 때,
    상기 블레이드는 상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지를 향하는 원주 방향으로 0.6 지점까지는 적어도 상기 제1영역을 형성하는 축류팬.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1영역의 끝지점에서 상기 트레일링 에지를 향하는 원주 방향으로 0.8 지점까지는 적어도 상기 제2-1영역을 형성하는 축류팬.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2-1영역의 끝지점에서 상기 트레일링 에지까지 상기 제2-2영역을 형성하는 축류팬.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드의 팁은, 별도의 연결 구조물에 의하지 아니하고, 상기 림에 직접 접촉하여 연결되는 축류팬.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 림은 원주 방향으로 연장하며 설정된 폭을 가지는 제1파트 및 상기 제1파트에서 반경방향 내측으로 절곡하여 연장하는 제2파트를 포함하고,
    상기 블레이드의 팁은 상기 제2파트에 연결되는 축류팬.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2파트에 접촉하는 상기 블레이드의 팁의 일부분은 상기 제2영역에 구비되는 축류팬.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2파트에 접촉하는 상기 블레이드의 팁의 일부분은 상기 블레이드의 최대 반경을 형성하는 부분에 구비되는 축류팬.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1영역과 제2-1영역의 경계로부터 상기 트레일링 에지를 향하는 방향으로, 상기 블레이드의 반경 증가율은 제1기울기(SL1)로 형성되고,
    상기 제1기울기를 형성하는 지점의 끝에서 상기 블레이드의 최대 반경(Rmax)을 형성하는 블레이드의 일 지점까지. 상기 블레이드의 반경 증가율은 제2기울기(SL2)를 형성하고,
    상기 제2기울기(SL2)는 상기 제1기울기(SL1)보다 작게 형성되는 축류팬.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 림과 상기 블레이드는 일체로 사출 성형되는 축류팬.
  13. 실내공간의 벽면 또는 창문에 설치되며, 내부공간을 형성하는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 설치되며, 상기 내부공간을 실외측 공기유로 및 실내측 공기유로로 구획하는 에어 가이드;
    상기 실외측 공기유로에 설치되는 응축기 및 축류팬; 및
    상기 실내측 공기유로에 설치되는 증발기 및 증발팬을 포함하고,
    상기 축류팬은,
    다수의 블레이드; 및
    상기 다수의 블레이드의 외주에 연결되는 링 형상의 림을 포함하고,
    상기 블레이드는, 상기 허브의 외주면에 결합되는 허브 연결부와, 반경방향으로 최외측 단부를 형성하는 팁과, 상기 허브 연결부와 상기 팁의 선단을 연결하는 리딩 에지 및 상기 허브 연결부와 상기 팁의 후단을 연결하는 트레일링 에지에 의하여 정의되고,
    상기 블레이드는,
    상기 리딩 에지로부터 상기 트레일링 에지를 향하는 원주 방향으로 반경이 일정한 제1영역 및 상기 원주 방향으로 반경이 가변하는 제2영역을 포함하고,
    상기 림은 상기 블레이드의 제2영역에 구비되는 팁에 접촉하는 창문형 공기조화기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 블레이드의 팁 중, 상기 림에 접촉하는 부분은 상기 블레이드의 최대 반경(Rmax)을 형성하는 부분을 포함하는 창문형 공기조화기.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2영역은,
    상기 제1영역의 끝지점에서 상기 트레일링 에지를 향하는 방향으로 반경이 증가하는 제2-1영역 및 상기 제2-1영역의 끝지점에서 상기 트레일링 에지를 향하는 방향으로 반경이 감소하는 제2-2영역을 포함하는 창문형 공기조화기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 블레이드의 팁 중, 상기 림에 접촉하는 부분은 상기 제2-1영역과 상기 제2-2영역의 경계를 포함하는 창문형 공기조화기.
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