WO2022139498A1 - 원심팬을 구비하는 공기 조화기 - Google Patents

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WO2022139498A1
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shroud
region
rotation
leading edge
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사토세이지
고토신지
이노우에노조무
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삼성전자주식회사
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    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/0007—Indoor units, e.g. fan coil units
    • F24F1/0018—Indoor units, e.g. fan coil units characterised by fans
    • F24F1/0022—Centrifugal or radial fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/20—Casings or covers

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner and a fan provided therefor.
  • the conventional centrifugal fan has a blade shape designed on the premise that air blows only in the centrifugal direction, and as disclosed in Patent Document 1, the shape of the leading edge of the blade against inflow in the axial direction has been studied. not being done
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2010-53803
  • One aspect of the present invention provides a centrifugal fan that suppresses generation of turbulence to improve blowing efficiency and reduces noise.
  • an air conditioner is a housing that can be embedded in or suspended from a ceiling, and includes: a housing having an air intake and an air outlet formed at a lower portion of the housing; and a heat exchanger disposed inside the housing; and a centrifugal fan disposed inside the housing to suck air into the housing through the air inlet and discharge air to the outside of the housing through the air outlet;
  • the centrifugal fan includes: a base plate to which a shaft of a motor is connected; and a plurality of blades joined to the base plate; and a ring-shaped shroud having an opening in the center, wherein the shroud and the base plate are spaced apart by the plurality of wings and are joined to the plurality of wings so that the shroud and the base plate face each other; Including, wherein the plurality of blades each include a leading edge and a trailing edge, and in a shape projected on a plane perpendicular to the rotation axis of the centrifugal fan, the
  • Each of the plurality of blades includes one end joint joined to the base plate and the other end joint joined to the shroud, and the outer peripheral end of the other end joint has a rotation direction of the centrifugal fan than the outer peripheral end of the one end joint.
  • the wing includes one end joint joined to the base plate and the other end joint joined to the shroud, and the outer peripheral end of the other end joint is in the opposite direction to the rotational direction of the centrifugal fan than the outer peripheral end of the one end joint. can be located
  • the rear protrusion region may be provided in plurality.
  • the leading edge may include a region that is continuous from the rear protruding region toward the outer periphery and retracts toward the outer periphery.
  • the leading edge is a first region in which an angle formed with the rotation axis is constant from the rotation center side toward the outer circumference side; a second region in which the angle formed with the rotation axis decreases and then increases; and a third region that is continuous from the second region toward the outer periphery and has an angle of more than 90 degrees with the rotation axis; may include
  • the angle between the leading edge and the rotation shaft may be an angle formed between a tangent line at a point of the leading edge and the rotation shaft and facing the suction side of the centrifugal fan.
  • An angle between the leading edge and the rotation axis in the first region may be 5 degrees or more and 30 degrees or less.
  • the air conditioner may further include a bell mouse provided inside the shroud, the inner diameter of which is gradually enlarged toward an upstream side, and a downstream end of the bell mouse may be positioned at a position opposite to the third region.
  • the leading edge may include, in a shape projected on a meridian surface passing through the rotation axis, a first region in which an angle formed with the rotation axis is constant or increases from the rotation center side toward the outer circumference side; and a second region that is continuous from the first region toward the outer periphery and has an angle of greater than 90 degrees with the rotation axis until it is joined to the shroud.
  • the air conditioner may further include a bell mouse provided inside the shroud, the inner diameter of which gradually expands toward an upstream side, and a downstream end of the bell mouse is positioned at a position opposite to the second region.
  • the trailing edge may be inclined so that a shroud side of the trailing edge faces a direction opposite to the rotational direction of the centrifugal fan.
  • the trailing edge may have a region in which an angle between the trailing edge and the rotation axis decreases toward the shroud side of the trailing edge.
  • the air conditioner further includes a bell mouse provided inside the shroud and having an inner diameter gradually enlarged toward an upstream side, wherein the bell mouse has a ring shape provided on the outer periphery of the bell mouse so as to be adjacent to an inlet portion of the shroud. member may be included.
  • the wing may include a joint at one end joined to the base plate and a joint at the other end joined to the shroud, wherein the length of the one end joint is greater than the length of the other end joint, and a shape projected on a plane perpendicular to the rotation axis
  • the angle formed by a first straight line connecting the leading edge position and the trailing edge position of the one end junction part, and a straight line passing through the midpoint of the first straight line and the rotation center is the leading edge position and the trailing edge position of the other end junction part
  • the angle between the connected second straight line and the midpoint of the second straight line and a straight line passing through the center of rotation may be smaller than an angle.
  • an air conditioner is a housing that can be embedded in or suspended from a ceiling, and includes a housing having an air intake and an air outlet formed at a lower portion of the housing; and a heat exchanger disposed inside the housing. and a centrifugal fan disposed inside the housing to suck air into the housing through the air inlet and discharge air to the outside of the housing through the air outlet; and a bell mouse provided on the inside of the shroud, the inner diameter of which is gradually enlarged toward the upstream side;
  • the centrifugal fan includes: a base plate to which a motor is connected; and a plurality of blades joined to the base plate; and a ring-shaped shroud having an opening in the center, wherein the shroud and the base plate are spaced apart by the plurality of wings and are joined to the plurality of wings so that the shroud and the base plate face each other; Including, wherein each of the plurality of blades includes a leading edge and a trailing edge according to the rotation
  • the trailing edge may have a region in which an angle between the trailing edge and the rotation axis decreases toward the shroud side of the trailing edge.
  • the bell mouse may include a ring-shaped member provided on the outer periphery of the bell mouse so as to be adjacent to the inlet portion of the shroud.
  • an air conditioner is a housing that can be embedded in or suspended from a ceiling, the housing having an air inlet and an air outlet formed at a lower portion of the housing; and a heat exchange disposed inside the housing. energy; and a centrifugal fan disposed inside the housing to suck air into the housing through the air inlet and discharge air to the outside of the housing through the air outlet;
  • the centrifugal fan includes: a base plate to which a motor is connected; and a plurality of blades joined to the base plate; and a ring-shaped shroud having an opening in the center, wherein the shroud and the base plate are spaced apart by the plurality of wings and are joined to the plurality of wings so that the shroud and the base plate face each other; Including, wherein the wing includes one end joint joined to the base plate and the other end joint joined to the shroud, wherein the length of the one end joint is greater than the length of the other end joint, and projected on a plane perpendicular
  • the centrifugal fan according to the present invention includes a base plate having a boss part to which the rotation shaft of the motor is connected at the center, a plurality of blades joined to the base plate and arranged at regular intervals along the circumferential direction, and facing the base plate
  • the angle formed by the straight line passing through the midpoint of the straight line and the center of rotation is the angle formed by the second straight line connecting the leading edge position and the trailing edge position of the other end joint, and the straight line passing through the midpoint of the second
  • an axial flow blade that smoothly receives air flowing in the axial direction is added to the rotation center side, which is in front of the conventional centrifugal blade, so that the air flow smoothly flows into the blade. This suppresses the generation of turbulence to improve blowing efficiency and reduce noise.
  • the leading edge of the blade is projected onto a plane perpendicular to the rotation axis. It is preferable to have a region that advances after retreating from the center side toward the outer periphery with respect to the rotational direction or a region in which the retreat with respect to the rotational direction gradually decreases from the rotation center side toward the outer periphery.
  • the leading edge of the blade is projected on a plane perpendicular to the rotation axis, from the rotation center side toward the outer circumference side to the outer circumference side of the region where it advances after retreating with respect to the rotation direction, or It is preferable to have a region in which the retreat with respect to the rotation direction gradually increases on the outer periphery side of the region in which the retreat with respect to the rotation direction gradually decreases from the rotation center side toward the outer peripheral side.
  • the wing has a twisted shape so that the outer peripheral end of the other end joint to be joined to the shroud is positioned in a direction opposite to rotation of the outer peripheral end of the one end joint to be joined to the base plate.
  • the leading edge of the wing preferably has a region that becomes constant or increases, or becomes constant or increases after the angle formed with the rotation shaft decreases.
  • the length of the blade to the outlet can be increased for the airflow that is concentrated in the vicinity of the outer periphery according to the bell mouse and the inflow can be smoothly pressured It can be raised and blown from the outlet.
  • the leading edge of the wing has a region in which the angle formed with the rotation axis exceeds 90 degrees until it is joined to the shroud in the shape projected on the meridian plane passing through the rotation shaft, and at a position opposite to this region Preferably, the downstream end of the bell mouth is located.
  • the wings do not interfere with the bell mouse, so that the length of the wings near the shroud can be increased.
  • the thickness of the region where the shroud and the bell mouse overlap in the radial direction in the shape projected on the meridian plane passing through the rotation axis of the leading edge of the wing does not overlap the region It is preferably larger than the thickness.
  • the pressure surface of the blade can be thickened, and the entrance angle of the camber line of the blade can be substantially changed. As a result, it is possible to match the recirculation flow to the blades, thereby suppressing separation of the airflow and reducing noise.
  • the trailing edge of the blade is inclined so that the shroud side faces in a direction opposite to rotation.
  • the trailing edge of the blade has a region in which the angle between the trailing edge and the rotation axis decreases toward the shroud in order to suppress the flow concentration to the connection part with the shroud.
  • the leading edge of the blade has an angle between a tangent line (in the case of a straight line, an extension line in the case of a straight line) from the rotation center side and the rotation axis is -60 degrees or more and 60 degrees or less (preferably 5 It is preferable that it is more than 30 degrees and less than 30 degrees).
  • the ratio (A2/A1) of the inlet area A1 of the shroud to the outlet area A2 of the centrifugal fan is 1.1 or more and 1.5 or less.
  • the air blown out from the outlet of the centrifugal fan becomes a recirculation flow and flows between the shroud and the bell mouth.
  • the centrifugal fan of the present invention preferably further includes a ring-shaped member provided by opening a gap downward from the inlet of the shroud in the outer periphery of the bell mouth.
  • an indoor unit for an air conditioner using the centrifugal fan is an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating the configuration of an indoor unit for an air conditioner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a centrifugal fan according to an embodiment and a perspective view with one blade emphasized.
  • Figure 3 is a schematic diagram showing the shape of the blade projected on a plane perpendicular to the axis of rotation according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a view schematically showing the air flow of the conventional centrifugal fan and the centrifugal fan of this embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a shape of a wing projected on a meridian plane passing through a rotation shaft according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a simulation result showing the blowing efficiency according to the angle of the first region (a) according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a view schematically showing the flow of air according to the presence or absence of the second region (b) according to an embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the shape of the blade projected on a plane perpendicular to the axis of rotation of the modified embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the shape of the blade projected on a plane perpendicular to the rotation axis of the modified embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the shape of the blade projected on a plane perpendicular to the rotation axis of the modified embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the shape of the wing projected on the meridian plane passing through the rotation shaft of the modified embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a recirculation flow.
  • FIG. 14A is a configuration in which the pressure surface is not thickened
  • FIG. 14B is a simulation result showing an airflow flow in a configuration in which the pressure surface is thickened.
  • 15 is a perspective view showing the configuration of the trailing edge of the wing according to the modified embodiment.
  • 16 is a simulation result showing the distribution of the outlet wind speed of the centrifugal fan when the trailing edge of the blade is tilted in the opposite direction to rotation.
  • Fig. 17 is a partially enlarged cross-sectional view schematically showing the configuration of a modified embodiment.
  • FIG. 18A is an inflow direction near the recirculation flow when the ring-shaped member is not present
  • FIG. 18B is a simulation result showing the inflow direction near the recirculation flow when the ring-shaped member is present.
  • the indoor unit 100 for an air conditioner is a ceiling-mounted type or a ceiling-mounted type that is suspended from the ceiling, and includes a housing 1 having an air intake port H1 and an air discharge port H2 formed on a lower surface thereof.
  • An air intake port H1 is formed in the central portion of the lower surface of the housing 1 , and four air discharge ports H2 are formed to surround the air intake port H1 .
  • the four air outlets H2 are formed to correspond to the four sides of the quadrangle when viewed in a plan view.
  • a centrifugal fan 2 for sucking air from the air inlet H1 and blowing air out to the air outlet H2, and a centrifugal fan 2
  • the heat exchanger 3 in contact with the air flow generated by the The heat exchanger (3) is arranged so as to surround the periphery of the centrifugal fan (2). Accordingly, the air sucked in from the air intake port H1 by the centrifugal fan 2 is heat-exchanged by the heat exchanger 3 and then blown into the room through the air discharge port H2.
  • the centrifugal fan 2 of this embodiment includes a base plate 21 , a plurality of blades 22 , a shroud 23 , and a bell mouth 24 as shown in FIG. 1 .
  • the base plate 21 has a boss portion 21a to which the rotation shaft 41 of the motor 4 is connected at the center and has a circular shape.
  • a protrusion 21b is formed in the central portion of the base plate 21, and accordingly, the base plate 21 has a mountain shape.
  • the plurality of blades 22 are joined to one surface of the base plate 21 on which the protrusions 21b are formed, and are arranged at regular intervals in the circumferential direction.
  • the plurality of blades 22 are formed from the outer circumferential surface of the protrusion 21b formed in the central portion of the base plate 21 to the outer periphery 21c of the base plate 21 .
  • the specific configuration of the wing 22 will be described later.
  • the shroud 23 is disposed to face the base plate 21 and has an opening 23a in the center in a ring shape joined to the other end of the plurality of blades 22 . Air is sucked in from the central opening 23a of this shroud 23 . In addition, air is blown out through the opening 23b formed between the shroud 23 and the base plate 21 .
  • the bell mouth 24 has a downstream end 24a provided on the inside of the shroud 23, and the inner diameter is gradually enlarged toward the upstream side.
  • the wing 22 of this embodiment has a leading edge (LE, FIG. 3) corresponding to the front end of the wing 22, and a trailing edge corresponding to the rear end of the wing 22 (trailing edge, 22z, FIG. 15) may be included. When it rotates with the wing 22 , air may be guided from the leading edge LE side to the trailing edge 22z side.
  • the wing 22 may include an end joint portion 22a ( FIG. 3 ) that is a portion joined to the base plate 21 , and a second end joint portion 22b ( FIG. 3 ) that is a portion joined to the shroud 23 .
  • the wing 22 of this embodiment has the length (Lh) of the one end joint portion 22a joined to the base plate 21 is the length (Lh) of the other end joint portion 22b joined to the shroud 23 ( It is configured to be larger than Ls).
  • the blade 22 has a shape projected on a plane perpendicular to the rotation axis C of the rotation shaft 41, and the first straight line connecting the leading edge position p1 and the trailing edge position p2 of the junction part 22a.
  • the angle ⁇ h formed between the midpoint of (L1) and the first straight line L1 and the straight line passing through the center of rotation X is the leading edge position p3 and the trailing edge position p4 of the other end joint portion 22b. It is configured to be smaller than the angle ⁇ s between the connected second straight line L2 and the straight line passing through the midpoint of the second straight line L2 and the rotation center X.
  • outer peripheral side end of the other end bonding portion 22b joined to the shroud 23 may be located in the rotational direction than the outer peripheral side end of the one end bonding portion 22a bonded to the base plate 21 .
  • the surface facing the rear of the rotational direction in the inlet part (suction side part) of the blade 22 faces the suction side and the rotation opposite direction like an axial fan. Accordingly, as shown in FIG. 4 , the change in the flow direction at the portion where the airflow is introduced into the blade 22 is smaller than that of the conventional centrifugal fan, so that the airflow can be smoothly introduced into the blade 22 .
  • the leading edge LE of the blade 22 is in a shape projected on a plane perpendicular to the rotation axis C, from the rotation center X side toward the outer periphery side with respect to the rotation direction. It has an area 22x that changes toward the advancing side after retreating. That is, in the shape projected on a plane perpendicular to the rotation axis C, the region 22x in the leading edge LE of the wing 22 according to this embodiment rotates from the rotation center X side toward the outer periphery. It is a configuration that advances after retreating with respect to This region 22x may be referred to as a rear protruding region.
  • the leading edge LE of the blade 22 is in the shape projected onto the meridian plane passing through the rotation axis C, and the angle ⁇ 1 formed with the rotation axis C is the rotation center
  • a first area (a) which is constant from the side toward the outer circumference side
  • the angle ⁇ 1 formed with the rotation axis C is the angle formed between the tangent line (in the case of a straight line, an extension line in the case of a straight line) from the rotation center side and the rotation axis C , an angle facing the suction side between the axis of rotation (C), that is, an angle formed on the suction side with respect to the axis of rotation (C).
  • the angle ⁇ 1 between the tangent from the rotation center side and the rotation axis C is -60 degrees or more and 60 degrees or less, and preferably 5 degrees or more and 30 degrees or less.
  • the blowing efficiency is shown in FIG. 6 .
  • Figure 6 it can be seen that the ventilation efficiency becomes remarkable at 5 degrees or more and 30 degrees or less.
  • the ratio (A2/A1) of the area) (A2) is 1.1 or more and 1.5 or less.
  • the second region (b) closes the outer periphery along the bell mouth (24).
  • the length of the blade 22 to the outlet can be increased, and the pressure can be gently increased to blow air from the outlet.
  • leading edge LE of the wing 22 has a shape projected on the meridian plane passing through the rotation axis C as shown in FIG. ) has a third region (c) in which the angle ( ⁇ 1) formed with the rotation axis exceeds 90 degrees during the time it is joined.
  • downstream end 24a of the bell mouse 24 is positioned at a position opposite to the third region c.
  • FIG. 8 the simulation result of the axial power reduction effect of the centrifugal fan according to the present embodiment compared to the conventional centrifugal fan is shown in FIG. 8 .
  • the horizontal axis of FIG. 8 is the air volume [CMM]
  • the vertical axis is the shaft power [W].
  • the centrifugal fan of this embodiment has a 7.5% reduction in shaft power compared to the conventional centrifugal fan.
  • the indoor unit 100 for an air conditioner configured as described above, since an axial flow blade that smoothly receives the air flowing in the axial direction is added to the rotation center side, which is in front of the conventional centrifugal blade, the air flow can be smoothly performed on the blade ( 22) is introduced. Accordingly, it is possible to suppress the occurrence of turbulence, thereby improving the blowing efficiency and reducing noise.
  • the leading edge of the blade 22 has a region that advances after retreating from the rotation center side toward the outer circumference side in the rotation direction in a shape projected on a plane perpendicular to the rotation axis C, the outer periphery of the blade 22 Air can be actively sucked in from the side portion, so that the outlet wind speed on the shroud 23 side can be increased to make the wind speed distribution uniform. Accordingly, it is possible to reduce the resistance and noise by mitigating the collision of the airflow to the heat exchanger 3 or the like disposed on the outlet side of the centrifugal fan 2 .
  • the leading edge LE of the blade 22 has a first area (a) in which the angle ⁇ 1 with the rotation axis is constant from the end of the rotation center side toward the outer circumference side, and on the outer circumference side continuous to the first area (a) Since the angle ⁇ 1 has the second region b that increases without increasing or decreasing after decreasing, for the airflow concentrated around the periphery along the bell mouth 24 by the second region b, the outlet It is possible to increase the length of the blade 22 up to, so that the air can be blown by gently increasing the pressure.
  • the leading edge LE of the wing 22 is a third region c in which the angle ⁇ 1 exceeds 90 degrees until it is joined to the shroud 23 on the outer peripheral side continuous to the second region b. ), and since the downstream end 24a of the bell mouth 24 is located at a position opposite to the third region c, the wing 22 does not interfere with the bell mouth 24 and the shroud 23 ) The length of the wing 22 in the vicinity can be increased.
  • the wing 22 has an outer peripheral side end 22d of the other end bonding portion 22b bonded to the shroud 23 is bonded to the base plate 21 at one end of the bonding portion 22a. It has a twisted shape so as to be located in a direction opposite to the rotational direction than the outer peripheral side end portion 22c.
  • the leading edge LE of the wing 22 is in a shape projected on a plane perpendicular to the rotation axis, from the rotation center X side toward the outer periphery side, after retreating with respect to the rotation direction, it advances. It is also possible to have a plurality of regions 22x that change toward the side.
  • FIG. 10 shows an example in which regions 22x that change toward the forward side after retracting in the rotation direction are respectively formed on the rotation center side and the outer peripheral side at the leading edge LE of the blade 22 .
  • the region 22x at the leading edge LE of the blade 22 is configured to change toward the forward side after retracting from the rotation center X side toward the outer periphery with respect to the rotation direction, but Fig. 11
  • the retreat (ie, retreat amount) with respect to the rotation direction gradually decreases and then the retreat (ie, retreat amount) may be configured to increase again. That is, it may be configured to retreat from the rotation center X side toward the outer periphery with respect to the rotation direction, then change toward the forward side, and then retreat again.
  • leading edge LE of the wing 22 is, in the shape projected to the meridian plane passing through the rotation axis C, as shown in FIG. 12 , the angle ⁇ 1 with the rotation axis C does not decrease and is constant or It may have an increasing first region d.
  • leading edge LE of this blade 22 is on the outer peripheral side continuous to the 1st area
  • the angle (theta)1 made with the rotation axis is 90 degrees. It has a second region (e) that exceeds
  • the downstream end 24a of the bell mouse 24 is positioned at a position opposite to the second region (e).
  • the air blown out from the outlet of the centrifugal fan 100 becomes a recirculation flow and flows into the space (gap) between the shroud 23 and the bell mouth 24 . Since this recirculation flow has a locally strong axial velocity component, a problem arises that the inlet angle of the blade 22 does not match the recirculation flow.
  • the leading edge of the wing 22 does not overlap the thickness of the region where the shroud 23 and the bell mouth 24 overlap in the radial direction. It is preferably greater than the thickness of the region.
  • the inlet angle of the camber line of the blade can be substantially changed by thickening the pressure surface at the leading edge of the blade 22 . As a result, it is possible to match the recirculation flow to the blades, thereby suppressing separation of the airflow and reducing noise.
  • the trailing edge 22z of the blade 22 be inclined so that the shroud side faces in the opposite direction of rotation, as shown in FIG. Accordingly, it is possible to induce a flow on the shroud side, and it is possible to improve the processing air volume on the shroud side.
  • the trailing edge 22z of the blade 22 is the angle between the trailing edge 22z and the rotation axis C. It is preferable to have a region 22z1 that decreases as (A) goes toward the shroud side.
  • the air ejected from the outlet of the centrifugal fan 100 becomes a recirculation flow and flows into the gap (gap) between the shroud 23 and the bell mouth 24 (see FIG. 13 ).
  • a ring-shaped member 25 provided by opening a gap downward from the lower end of the inlet of the shroud 23 on the outer periphery of the bell mouth 24 is further provided. It is preferable
  • This ring-shaped member 25 is provided on the outer periphery of the bell mouth 24, and is spaced apart from the lower end of the inlet of the shroud 23 and provided oppositely to a ring-shaped flat plate portion 251, and the ring-shaped flat portion 251. It has a projection part 252 formed in the outer peripheral part of the surface which faces the shroud side.
  • the outer surface of the protrusion 252 is a smooth curved surface, for example, the cross-sectional portion forms a circle.
  • the provision of the ring-shaped member 25 makes it difficult for the recirculation flow to flow into the gap between the shroud 23 and the bell mouth 24 .
  • the recirculation flow is reduced and the inflow angle of the recirculation flow is inclined in the direction opposite to the rotation, making it easier to flow along the blades.
  • the outer surface of the protrusion 252 is a smooth curved surface, the flow path through which the recirculation flow flows is approximately S-shaped , and the flow in the flow path can be suppressed from becoming turbulent and noise can be reduced.
  • centrifugal fan of the present invention may be used for other blowers.

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Abstract

원심팬은 모터의 회전축이 연결되는 베이스판과, 상기 베이스판에 접합된 복수의 날개와, 상기 베이스판에 대향해서 상기 날개에 접합되는 동시에 링 형상의 슈라우드와, 상기 슈라우드의 내측에 마련되고 상류 측을 향해 서서히 내경이 확대되는 벨마우스를 구비하며, 상기 날개는 상기 베이스판에 접합된 일단 접합부의 길이가 상기 슈라우드에 접합된 타단 접합부의 길이보다 크고, 또 상기 회전축의 회전축에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 상기 일단 접합부의 전연 위치와 후연 위치를 연결한 제1 직선과, 이 제1 직선의 중간점과 회전 중심을 통과하는 직선이 이루는 각도는 상기 타단 접합부의 전연 위치와 후연 위치를 연결한 제2 직선과, 이 제2 직선의 중간점과 회전 중심을 통과하는 직선이 이루는 각도보다 작다.

Description

원심팬을 구비하는 공기 조화기
본 발명은 공기 조화기 및 이에 구비되는 팬에 관한 것이다.
종래의 원심팬은 원심 방향으로만 송풍하는 것을 전제로 해서 날개 형상이 설계되어 있으며, 특허 문헌 1에 개시된 바와 같이 축 방향 유입에 대해 날개의 전연 형상을 연구한 것이 있는데, 근본적인 날개 형상의 설계는 이루어지고 있지 않다.
따라서, 축 방향으로 유입된 기류가 날개에 유입할 때에 기류의 혼란이 생기거나 날개의 전연 형상이 기류 방향에 적응하지 못해 기류의 저항이 생기는 등의 문제가 있었다.
[선행 기술 문헌]
[특허 문헌]
[특허 문헌 1] 일본 특개2010-53803호공보
본 발명의 일 측면은, 난류의 발생을 억제하여 송풍 효율을 향상시키는 동시에 소음을 줄이는 원심팬을 제공한다.
본 발명의 사상에 따르면 공기 조화기는, 천장에 매립되거나 천장에 매달릴 수 있는 하우징으로서, 상기 하우징의 하부에 공기 흡입구와 공기 토출구가 형성된 하우징;과, 상기 하우징의 내부에 배치되는 열교환기; 및 상기 공기 흡입구를 통해 상기 하우징의 내부로 공기를 흡입하고, 상기 공기 토출구를 통해 상기 하우징의 외부로 공기를 토출하도록 상기 하우징의 내부에 배치되는 원심팬; 을 포함하고, 상기 원심팬은, 모터의 축이 연결되는 베이스판;과, 상기 베이스판에 접합된 복수의 날개들; 및 중앙에 개구가 형성된 링 형상의 슈라우드로서, 상기 슈라우드와 상기 베이스판이 상기 복수의 날개들에 의해 이격되어 상기 슈라우드와 상기 베이스판이 서로 대향되도록 상기 복수의 날개에 접합되는 슈라우드; 를 포함하고, 상기 복수의 날개들은 각각, 전연(leading edge)과 후연(trailing edge)을 포함하고, 상기 원심팬의 회전축에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 상기 전연은 상기 모터의 축의 회전 중심 측에서 외주 측으로 갈수록 상기 원심팬의 회전 방향에 대해 후퇴한 후에 전진하는 후방 돌출 영역을 포함할 수 있다.
상기 복수의 날개들은 각각, 상기 베이스판에 접합된 일단 접합부와, 상기 슈라우드에 접합된 타단 접합부를 포함하고, 상기 타단 접합부의 외주 측 단부는 상기 일단 접합부의 외주 측 단부 보다 상기 원심팬의 회전 방향에 위치할 수 있다.
상기 날개는 상기 베이스판에 접합된 일단 접합부와, 상기 슈라우드에 접합된 타단 접합부를 포함하고, 상기 타단 접합부의 외주 측 단부는 상기 일단 접합부의 외주 측 단부 보다 상기 원심팬의 회전 방향의 반대 방향에 위치할 수 있다.
상기 후방 돌출 영역은 복수개로 마련될 수 있다.
상기 전연은 상기 후방 돌출 영역에서 상기 외주 측으로 연속되고 상기 외주 측으로 갈수록 다시 후퇴하는 영역을 포함할 수 있다.
상기 회전축을 통과하는 자오면에 투영한 형상에 있어서, 상기 전연은, 상기 회전축과 이루는 각도가 상기 회전 중심 측에서 상기 외주 측을 향해 일정한 제1영역;과, 상기 제1영역에서 상기 외주 측으로 연속되고 상기 회전축과 이루는 각도가 감소한 후 증가하는 제2영역; 및 상기 제2영역에서 상기 외주 측으로 연속되고 상기 회전축과 이루는 각도가 90도를 넘는 제3영역; 을 포함할 수 있다.
상기 전연과 상기 회전축이 이루는 각도는 상기 전연의 일 지점에서의 접선과 상기 회전축 사이에 형성되고 상기 원심팬의 흡입 측을 바라보는 각도일 수 있다.
상기 제1영역에서 상기 전연과 상기 회전축이 이루는 각도는 5도 이상 30도 이하일 수 있다.
상기 공기 조화기는 상기 슈라우드의 내측에 마련되고, 상류 측을 향해 서서히 내경이 확대되는 벨마우스를 더 포함하고, 상기 제3영역에 대향하는 위치에 상기 벨마우스의 하류 측 단부가 위치할 수 있다.
상기 전연은, 상기 회전축을 통과하는 자오면에 투영한 형상에 있어서, 상기 회전축과 이루는 각도가 회전 중심 측에서 외주 측을 향해 일정하거나 증가하는 제1영역; 및 상기 제1영역에서 외주 측으로 연속되고 상기 슈라우드에 접합될 때까지의 사이에 회전축과 이루는 각도가 90도를 초과하는 제2영역; 을 포함할 수 있다.
상기 공기 조화기는 상기 슈라우드의 내측에 마련되고, 상류 측을 향해 서서히 내경이 확대되는 벨마우스를 더 포함하고, 상기 제2영역에 대향하는 위치에 상기 벨마우스의 하류 측 단부가 위치할 수 있다.
상기 후연은 상기 후연의 슈라우드 측이 상기 원심팬의 회전 방향의 반대 방향을 향하도록 경사지게 형성될 수 있다.
상기 후연은 상기 후연과 상기 회전축이 이루는 각도가 상기 후연의 슈라우드 측으로 갈수록 감소하는 영역을 가질 수 있다.
상기 공기 조화기는 상기 슈라우드의 내측에 마련되고, 상류 측을 향해 서서히 내경이 확대되는 벨마우스를 더 포함하고, 상기 벨마우스는 상기 슈라우드의 입구부에 인접하도록 상기 벨마우스의 외주에 마련되는 링 형상부재를 포함할 수 있다.
상기 날개는 상기 베이스판에 접합된 일단 접합부와, 상기 슈라우드에 접합된 타단 접합부를 포함할 수 있고, 상기 일단 접합부의 길이가 상기 타단 접합부의 길이보다 크고, 상기 회전축에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 상기 일단 접합부의 전연 위치와 후연 위치를 연결한 제1 직선과, 상기 제1 직선의 중간점과 상기 회전 중심을 통과하는 직선이 이루는 각도는, 상기 타단 접합부의 전연 위치와 후연 위치를 연결한 제2 직선과, 상기 제2 직선의 중간점과 상기 회전 중심을 통과하는 직선이 이루는 각도보다 작을 수 있다.
다른 측면에서 본 발명의 사상에 따르면, 공기 조화기는 천장에 매립되거나 천장에 매달릴 수 있는 하우징으로서, 상기 하우징의 하부에 공기 흡입구와 공기 토출구가 형성된 하우징;과, 상기 하우징의 내부에 배치되는 열교환기;와, 상기 공기 흡입구를 통해 상기 하우징의 내부로 공기를 흡입하고, 상기 공기 토출구를 통해 상기 하우징의 외부로 공기를 토출하도록 상기 하우징의 내부에 배치되는 원심팬; 및 상기 슈라우드의 내측에 마련되고, 상류 측을 향해 서서히 내경이 확대되는 벨마우스; 를 포함하고, 상기 원심팬은, 모터가 연결되는 베이스판;과, 상기 베이스판에 접합된 복수의 날개들; 및 중앙에 개구가 형성된 링 형상의 슈라우드로서, 상기 슈라우드와 상기 베이스판이 상기 복수의 날개들에 의해 이격되어 상기 슈라우드와 상기 베이스판이 서로 대향되도록 상기 복수의 날개에 접합되는 슈라우드; 를 포함하고, 상기 복수의 날개들은 각각, 상기 원심팬의 회전 방향에 따른 전연(leading edge)과 후연(trailing edge)을 포함하고, 상기 후연은 상기 후연의 슈라우드 측이 회전 반대 방향을 향하도록 경사지게 형성될 수 있다.
상기 후연은 상기 후연과 상기 회전축이 이루는 각도가 상기 후연의 슈라우드 측으로 갈수록 감소하는 영역을 가질 수 있다.
상기 벨마우스는 상기 슈라우드의 입구부에 인접하도록 상기 벨마우스의 외주에 마련되는 링 형상부재를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서 본 발명의 사상에 따르면 공기 조화기는, 천장에 매립되거나 천장에 매달릴 수 있는 하우징으로서, 상기 하우징의 하부에 공기 흡입구와 공기 토출구가 형성된 하우징;과, 상기 하우징의 내부에 배치되는 열교환기; 및 상기 공기 흡입구를 통해 상기 하우징의 내부로 공기를 흡입하고, 상기 공기 토출구를 통해 상기 하우징의 외부로 공기를 토출하도록 상기 하우징의 내부에 배치되는 원심팬; 을 포함하고, 상기 원심팬은, 모터가 연결되는 베이스판;과, 상기 베이스판에 접합된 복수의 날개들; 및 중앙에 개구가 형성된 링 형상의 슈라우드로서, 상기 슈라우드와 상기 베이스판이 상기 복수의 날개들에 의해 이격되어 상기 슈라우드와 상기 베이스판이 서로 대향되도록 상기 복수의 날개에 접합되는 슈라우드; 를 포함하고, 상기 날개는 상기 베이스판에 접합된 일단 접합부와, 상기 슈라우드에 접합된 타단 접합부를 포함하고, 상기 일단 접합부의 길이가 상기 타단 접합부의 길이보다 크고, 상기 회전축에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 상기 일단 접합부의 전연 위치와 후연 위치를 연결한 제1 직선과, 상기 제1 직선의 중간점과 상기 회전 중심을 통과하는 직선이 이루는 각도는, 상기 타단 접합부의 전연 위치와 후연 위치를 연결한 제2 직선과, 상기 제2 직선의 중간점과 상기 회전 중심을 통과하는 직선이 이루는 각도보다 작게 형성된다.
즉, 본 발명에 따른 원심팬은 중심에 모터의 회전축이 연결되는 보스부를 갖는 베이스판과, 상기 베이스판에 접합되어 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 배치된 복수의 날개와, 상기 베이스판에 대향해서 상기 날개에 접합되는 동시에 링 형상으로 중앙에 개구를 갖는 슈라우드와, 상기 슈라우드의 내측에 마련되고 상류 측을 향해 서서히 내경이 확대되는 벨마우스를 구비하며, 상기 날개는 상기 베이스판에 접합된 일단 접합부의 길이가 상기 슈라우드에 접합된 타단 접합부의 길이보다 크고, 또 상기 회전축의 회전축에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 상기 일단 접합부의 전연 위치와 후연 위치를 연결한 제1 직선과, 이 제1 직선의 중간점과 회전 중심을 통과하는 직선이 이루는 각도는 상기 타단 접합부의 전연 위치와 후연 위치를 연결한 제2 직선과, 이 제2 직선의 중간점과 회전 중심을 통과하는 직선이 이루는 각도보다 작은 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 원심팬에 의하면, 종래 원심 날개의 전방인 회전 중심 측에, 축 방향으로 유입되는 공기를 매끄럽게 받아들이는 축류 날개를 부가한 형태로 할 수 있어서 기류가 날개에 매끄럽게 유입하게 된다. 이는 난류의 발생을 억제하여 송풍 효율을 향상하는 동시에 소음을 저감할 수 있다.
날개의 외주 측 부분에서 적극적으로 공기를 흡입하는 형태로 하고, 슈라우드 측의 출구 풍속을 증가시켜 풍속 분포를 균일화시키기 위해서, 상기 날개의 전연은 상기 회전축에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 회전 중심 측에서 외주 측을 향해 회전 방향에 대해 후퇴한 후에 전진하는 영역 또는 회전 중심 측에서 외주 측을 향할수록 회전 방향에 대한 후퇴가 서서히 작아지는 영역을 갖는 것이 바람직하다.
이러한 구성인 경우, 베이스판 측으로 치우치는 경향을 갖는 팬의 출구 풍속을 균일화하고, 출구측에 배치되는 열교환기 등으로의 기류의 충돌을 완화하여 저항 저감이나 소음 저감을 할 수 있다.
팬의 출구 풍속을 더욱 균일화하기 위해서는, 상기 날개의 전연은 상기 회전축에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 회전 중심 측에서 외주 측을 향해 회전 방향에 대해 후퇴한 후에 전진하는 영역의 외주 측 또는 회전 중심 측으로부터 외주 측으로 갈수록 회전 방향에 대한 후퇴가 점차 작아지는 영역의 외주 측에 회전 방향에 대한 후퇴가 점차 커지는 영역을 갖는 것이 바람직하다.
상기 날개는 상기 슈라우드에 접합시키는 타단 접합부의 외주 단부가 상기 베이스판에 접합되는 일단 접합부의 외주 단부보다 회전 반대 방향에 위치하도록 비틀어진 형상이다.
이러한 구성인 경우, 날개의 출구 부근에서 외주면이 슈라우드 측을 향한 각도가 되므로, 기류가 슈라우드 방향으로 압출되어 출구 풍속이 더 균일해진다.
상기 날개의 전연은 상기 회전축을 통과하는 자오면에 투영한 형상에 있어서, 상기 회전축과 이루는 각도가 감소한 후에 일정해지던가 증가하는 또는 일정해지던가 증가하는 영역을 갖는 것이 바람직하다.
이러한 구성인 경우, 상기 회전축과 이루는 각도가 감소한 후에 증가하는 또는 감소하지 않고 증가하는 영역에 의해 벨마우스에 따라 외주 부근에 집중해서 유입되는 기류에 대해 출구까지의 날개 길이를 크게 할 수 있어 부드럽게 압력 상승시켜 출구로부터 송풍할 수 있다.
상기 날개의 전연은 상기 회전축을 통과하는 자오면에 투영한 형상에 있어서, 상기 슈라우드에 접합될 때까지의 사이에 상기 회전축과 이루는 각도가 90도를 초과하는 영역을 가지며, 이 영역에 대향하는 위치에 상기 벨마우스의 하류 측 단부가 위치하는 것이 바람직하다.
이러한 구성인 경우, 날개가 벨마우스에 간섭하지 않아 슈라우드 근처의 날개 길이를 크게 할 수 있다.
전연 부근에서는, 원심팬의 출구로부터 분출되는 공기가 슈라우드 및 벨마우스의 틈새로부터 유입하는 재순환류를 고려할 필요가 있다. 이 재순환류는 국소적으로 강한 축방향 속도 성분을 가지기 때문에, 날개의 입구각이 재순환류에 맞지 않다는 문제가 발생한다.
이 문제를 적절히 해결하기 위해서는, 상기 날개의 전연부는 상기 회전축을 통과하는 자오면에 투영한 형상에 있어서, 상기 슈라우드 및 상기 벨마우스가 반경 방향에 있어서 오버랩하고 있는 영역의 두께가 오버랩하고 있지 않는 영역의 두께보다 큰 것이 바람직하다.
이러한 구성인 경우, 날개의 압력면을 두껍게 할 수 있어, 날개의 캠버 라인의 입구각을 실질적으로 변경할 수 있다. 그 결과, 재순환류를 날개에 맞출 수 있어 기류의 박리를 억제하여 소음을 저감할 수 있다.
또한, 슈라우드측의 처리풍량을 감소시키지 않고 출구풍속을 균일화시키기 위해서는 상기 날개의 후연은 상기 슈라우드 측이 회전 반대 방향을 향하도록 경사져 있는 것이 바람직하다.
여기서, 날개의 후연에 있어서, 슈라우드와의 접속부로의 흐름 집중을 억제하기 위해서 상기 날개의 후연은 상기 후연과 상기 회전축이 이루는 각도가 상기 슈라우드 측으로 갈수록 감소하는 영역을 갖는 것이 바람직하다.
상기 날개의 전연은 상기 회전축을 통과하는 자오면에 투영한 형상에 있어서, 회전 중심 측으로부터의 접선(직선의 경우는 연장선)과 상기 회전축이 이루는 각도가 -60도 이상 60도 이하(바람직하게는 5도 이상 30도 이하)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 슈라우드의 입구 면적(A1)과 원심팬의 출구 면적(A2)의 비(A2/A1)가 1.1 이상 1.5 이하인 것을 고려할 수 있다.
상술한 바와 같이 원심팬의 출구로부터 취출되는 공기는 재순환류가 되어 슈라우드 및 벨마우스 사이로 유입된다.
이 재순환류를 감소시키기 위해, 본 발명의 원심팬은 상기 벨마우스의 외주부에 있어서, 상기 슈라우드의 입구부에서 아래쪽으로 틈새를 개방하여 마련된 링 형상부재를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같이 링 형상부재를 설치함으로써 슈라우드 및 벨마우스의 틈새에 재순환류가 흘러 들어가기 어려워진다. 그 결과, 재순환류가 감소하고 재순환류의 입류각이 회전 반대 방향으로 기울어져 날개를 따라 흐르기 쉬워진다.
또한, 상기 원심팬을 이용한 공기조화기용 실내기도 본 발명의 일 실시 예이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 원심팬에 있어서 난류의 발생을 억제하여 송풍 효율을 향상시키는 동시에 소음을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기용 실내기의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 일 실시 예의 원심팬의 사시도 및 날개 1장을 강조한 사시도이다.
도 3은 일 실시 예의 회전축에 수직인 평면에 투영한 날개의 형상을 도시한 모식도이다.
도 4는 종래의 원심팬과 본 실시 예의 원심팬의 공기 흐름을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시 예의 회전축을 통과하는 자오면(子午面)에 투영한 날개의 형상을 도시한 모식도이다.
도 6은 일 실시 예의 제1영역(a)의 각도에 의한 송풍 효율을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 7은 일 실시 예의 제2영역(b)의 유무에 따른 공기의 흐름을 모식 적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 종래의 원심팬에 대한 본 실시 예의 원심팬의 축동력의 저감 효과를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 9는 변형 실시 예의 회전축에 수직인 평면에 투영한 날개의 형상을 도시한 모식도이다.
도 10은 변형 실시 예의 회전축에 수직인 평면에 투영한 날개의 형상을 나타내는 모식도이다.
도 11은 변형 실시 예의 회전축에 수직인 평면에 투영한 날개의 형상을 나타내는 모식도이다.
도 12는 변형 실시 예의 회전축을 통과하는 자오면에 투영한 날개의 형상을 나타내는 모식도이다.
도 13은 재순환류를 나타내는 모식도이다.
도 14a는 압력면을 두께화 하지 않은 구성이고, 도14b는 압력면을 두께화 한 구성의 기류 흐름을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 15는 변형 실시 예의 날개의 후연 구성을 나타내는 사시도이다.
도 16은 날개의 후연을 회전 반대 방향으로 기울인 경우에 원심팬의 출구 풍속 분포를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 17은 변형 실시 예의 구성을 모식적으로 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 18a는 링 형상부재가 없는 경우의 재순환류 부근의 유입방향이고, 도 18b는 링 형상부재가 있는 경우의 재순환류 부근의 유입방향을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
이하, 본 발명에 따른 원심팬을 이용한 공기조화기용 실내기의 일 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
<1. 공기조화기용 실내기>
본 실시 예에 따른 공기조화기용 실내기(100)는 천장 매립형 또는 천장에 매달리는 천장 설치형으로, 하면에 공기 흡입구(H1) 및 공기 토출구(H2)가 형성된 하우징(1)을 포함한다. 하우징(1)의 하면의 중앙부에 공기 흡입구(H1)가 형성되어 있고, 공기 흡입구(H1)를 둘러싸도록 네 개의 공기 토출구(H2)가 형성되어 있다. 이 때, 네 개의 공기 토출구(H2)는 평면 상에서 볼 때, 사각형의 네 변에 대응하여 형성되어 있다.
또한, 공기조화기용 실내기(100)의 하우징(1)의 내부에는 공기 흡입구(H1)로부터 공기를 흡입하고 공기 토출구(H2)로 공기를 분출하기 위한 원심팬(2)과, 원심팬(2)에 의해 생기는 기류가 접하는 열교환기(3)가 수용되어 있다. 열교환기(3)는 원심팬(2)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다. 따라서, 원심팬(2)에 의해 공기 흡입구(H1)로부터 흡입된 공기는 열교환기(3)에 의해 열교환된 후, 공기 토출구(H2)를 통해 실내로 분출된다.
<2. 원심팬>
본 실시 예의 원심팬(2)은 도 1에 도시한 바와 같이 베이스판(21)과, 복수의 날개(22)와, 슈라우드(23)와, 벨마우스(24)를 구비하고 있다.
베이스판(21)은 중심에 모터(4)의 회전축(41)이 연결되는 보스부(21a)를 가지며 원형의 형상을 이루는 것이다. 베이스판(21)의 중앙부에는 돌출부(21b)가 형성되어 있으며, 이에 따라 베이스판(21)은 산(山) 형상을 이루고 있다.
복수의 날개(22)는 베이스판(21)에 있어서 돌출부(21b)가 형성된 일면에 접합되어 원주 방향으로 일정한 간격으로 배치되어 있다. 이러한 복수의 날개(22)는 베이스판(21)의 중앙부에 형성된 돌출부(21b)의 외측 원주면으로부터 베이스판(21)의 외주(21c)에 걸쳐 형성되어 있다. 날개(22)의 구체적인 구성은 후술한다.
슈라우드(23)는 베이스판(21)에 대향해서 배치되며, 복수의 날개(22)의 타단부에 접합된 링(圓環) 형상으로 중앙에 개구(23a)를 갖는 것이다. 이 슈라우드(23)의 중앙의 개구(23a)로부터 공기가 흡입된다. 또한, 슈라우드(23)와 베이스판(21)의 사이에 형성되는 개구(23b)로 공기가 분출된다.
벨마우스(24)는 하류 측 단부(24a)가 슈라우드(23)의 내측에 마련되고, 상류 측을 향해 서서히 내경이 확대되는 것이다.
<3. 날개의 구체적인 구성>
본 실시 예의 날개(22)는 날개(22)의 앞쪽 끝 부분에 해당하는 전연(leading edge; LE, 도 3)과, 날개(22)의 뒤쪽 끝 부분에 해당하는 후연(trailing edge, 22z, 도 15)을 포함할 수 있다. 날개(22)과 회전하면 공기가 전연(LE) 측에서 후연(22z) 측으로 안내될 수 있다.
또한, 날개(22)는 베이스판(21)에 접합되는 부분인 일단 접합부(22a, 도 3)와, 슈라우드(23)에 접합되는 부분인 타단 접합부(22b, 도 3)를 포함할 수 있다.
본 실시 예의 날개(22)는 도 3에 도시한 바와 같이, 베이스판(21)에 접합된 일단 접합부(22a)의 길이(Lh)가 슈라우드(23)에 접합된 타단 접합부(22b)의 길이(Ls)보다 크도록 구성되어 있다.
또한, 날개(22)는 회전축(41)의 회전축(C)에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 일단 접합부(22a)의 전연 위치(p1)와 후연 위치(p2)를 연결한 제1 직선(L1)과 이 제1 직선(L1)의 중간점과 회전 중심(X)을 통과하는 직선이 이루는 각도(βh)는, 타단 접합부(22b)의 전연 위치(p3)와 후연 위치(p4)를 연결한 제2 직선(L2)과 이 제2 직선(L2)의 중간점과 회전 중심(X)을 지나는 직선이 이루는 각도(βs)보다 작도록 구성되어 있다.
또한, 슈라우드(23)에 접합되는 타단 접합부(22b)의 외주 측 단부는 베이스판(21)에 접합되는 일단 접합부(22a)의 외주 측 단부 보다 회전 방향에 위치할 수 있다.
그리고, 날개(22)의 입구 부분(흡입 측 부분)에서 회전 방향의 후방을 향하는 면이 축류팬과 같이 흡입 측 및 회전 반대 방향으로 대면하고 있다. 이에 따라, 도 4에 도시한 바와 같이 날개(22)에 기류가 유입되는 부분에서의 흐름 방향의 변화가 종래의 원심팬보다 작아져 기류가 매끄럽게 날개(22)에 유입될 수 있ㄷ.
또한, 날개(22)의 전연(LE)은 도 3에 도시한 바와 같이, 회전축(C)에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 회전 중심(X) 측에서 외주 측을 향해 회전 방향에 대해 후퇴한 후에 전진측을 향해 변화하는 영역(22x)을 갖는다. 즉, 본 실시 예에 따른 날개(22)의 전연(LE)에서 영역(22x)은 회전축(C)에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 회전 중심(X) 측에서 외주 측을 향해 회전 방향에 대해 후퇴한 후에 전진하는 구성이다. 이 영역(22x)을 후방 돌출 영역이라고 칭할 수 있다.
날개(22)의 전연(LE)은 도 5에 도시한 바와 같이, 회전축(C)을 통과하는 자오면(子午面)에 투영한 형상에 있어서, 회전축(C)과 이루는 각도(θ1)가 회전 중심 측에서 외주 측을 향해 일정한 제1영역(a)과, 이 제1영역(a)에 연속되는 외주 측에 있어서, 회전축(C)과 이루는 각도(θ1)가 감소한 후 증가하는 제2영역(b)을 가질 수 있다. 여기에서, 회전축(C)을 통과하는 자오면에 투영한 형상에 있어서 회전축(C)과 이루는 각도(θ1)는 회전 중심 측으로부터의 접선(직선의 경우는 연장선)과 회전축(C)이 이루는 각도이며, 회전축(C)과의 사이에서 흡입 측을 바라보는 각도, 즉 회전축(C)에 대해 흡입 측에 형성되는 각도이다.
제1영역(a)에 있어서 회전 중심 측으로부터의 접선과 회전축(C)이 이루는 각도(θ1)는 -60도 이상 60도 이하이며, 바람직하게는 5도 이상 30도 이하이다. 여기에서, 제1영역(a)의 각도(θ1)를 0도에서 90도까지 변화시킨 경우 (도 5의 날개 구성인 경우)의 송풍 효율을 도 6에 나타낸다. 도 6에서 알 수 있듯이, 5도 이상 30도 이하에서 송풍 효율이 현저해지는 것을 알 수 있다. 또한, 슈라우드(23)의 입구 면적(슈라우드 중앙의 개구(23a) 면적)(A1)과 원심팬(2)의 출구 면적(슈라우드(23)와 베이스판(21) 사이에 형성되는 개구(23b) 면적)(A2)의 비(A2/A1)가 1.1 이상 1.5 이하이다.
또한, 제2영역(b)을 가짐으로써, 도 7에 도시한 바와 같이 제2영역(b)을 갖지 않는 구성에 비해, 제2영역(b)에 의해 벨마우스(24)를 따라 외주 부근에 집중해서 유입되는 기류에 대해, 출구까지의 날개(22) 길이를 크게 할 수 있어서 완만하게 압력을 상승시켜 출구로부터 송풍할 수 있다.
또한, 날개(22)의 전연(LE)은 도 5에 도시한 바와 같이 회전축(C)을 통과하는 자오면에 투영한 형상에 있어서, 제2영역(b)에 연속되는 외주 측에 있어서 슈라우드(23)에 접합될 때까지의 사이에 회전축과 이루는 각도(θ1)가 90도를 넘는 제3영역(c)을 가지고 있다. 그리고, 제3영역(c)에 대향하는 위치에 벨마우스(24)의 하류 측 단부(24a)가 위치한다.
이어서, 종래의 원심팬 대비 본 실시 예에 따른 원심팬의 축동력 저감 효과의 시뮬레이션 결과를 도 8에 나타낸다. 여기서, 도 8의 가로축은 풍량 [CMM]이고, 세로축은 축동력 [W]이다. 도 8에서 알 수 있듯이, 본 실시 예의 원심팬은 종래의 원심팬에 비해 축동력이 7.5% 감소되어 있다.
<4. 본 실시 예의 효과>
이와 같이 구성된 공기조화기용 실내기(100)에 따르면 종래의 원심 날개의 전방인 회전 중심 측에, 축 방향으로 유입되는 공기를 매끄럽게 받아들이는 축류 날개를 부가한 형상을 할 수 있기 때문에 기류가 매끄럽게 날개(22)에 유입하게 된다. 따라서, 난류의 발생을 억제할 수 있어서 송풍 효율을 향상시키는 동시에 소음을 줄일 수 있다.
날개(22)의 전연은 회전축(C)에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 회전 중심 측에서 외주 측을 향해 회전 방향에 대해 후퇴한 후 전진하는 영역을 가지기 때문에, 날개(22)의 외주 측 부분에서 적극적으로 공기를 흡입할 수 있어서 슈라우드(23) 측의 출구 풍속을 증가시켜 풍속 분포를 균일화시킬 수 있다. 따라서, 원심팬(2)의 출구측에 배치되는 열교환기(3) 등으로의 기류의 충돌을 완화하여 저항 저감이나 소음 저감을 할 수 있다.
날개(22)의 전연(LE)은 회전축과 이루는 각도(θ1)가 회전 중심 측 단부에서 외주 측을 향해 일정한 제1영역(a)과, 이 제1영역(a)에 연속되는 외주 측에 있어서 각도(θ1)가 감소한 후 증가 또는 감소 없이 증가하는 제2영역(b)을 갖기 때문에, 제2영역(b)에 의해 벨마우스(24)를 따라 외주 부근에 집중해서 유입되는 기류에 대해, 출구까지의 날개(22) 길이를 크게 할 수 있어서 완만하게 압력 상승시켜 송풍할 수 있다.
날개(22)의 전연(LE)은 제2영역(b)에 연속되는 외주 측에 있어서 슈라우드(23)에 접합될 때까지의 사이에 각도(θ1)가 90도를 초과하는 제3영역(c)을 가지며, 이 제3영역(c)에 대향하는 위치에 벨마우스(24)의 하류 측 단부(24a)가 위치하고 있기 때문에, 날개(22)가 벨마우스(24)에 간섭되지 않아 슈라우드(23) 부근의 날개(22) 길이를 크게 할 수 있다.
<5. 다른 변형 실시 예>
또한, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 9에 도시한 바와 같이 날개(22)는 슈라우드(23)에 접합시키는 타단 접합부(22b)의 외주 측 단부(22d)가 베이스판(21)에 접합되는 일단 접합부(22a)의 외주 측 단부(22c)보다 회전 방향의 반대 방향에 위치하도록 비틀어진 형상이다.
이 구성인 경우, 날개(22)의 출구 부근에서 외주면이 슈라우드(23) 측을 향한 각도가 되므로, 기류가 슈라우드(23) 측으로 밀려나가 출구 풍속을 보다 균일하게 할 수 있다.
또한, 도 10에 도시한 바와 같이 날개(22)의 전연(LE)은 회전축에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 회전 중심(X) 측에서 외주 측을 향해 회전 방향에 대해 후퇴한 후 전진측을 향해 변화하는 영역(22x)을 복수로 가지고 있을 수도 있다. 도 10은 날개(22)의 전연(LE)에서 회전 중심 측 및 외주 측에 각각 회전 방향에 대해 후퇴한 후 전진측을 향해 변화하는 영역(22x)을 형성한 예를 나타내고 있다.
또한, 상기 실시 예에서는 날개(22)의 전연(LE)에서 영역(22x)이 회전 중심(X) 측에서 외주 측을 향해 회전 방향에 대해 후퇴한 후 전진측을 향해 변화하는 구성이었지만, 도 11에 도시한 바와 같이 회전 중심(X) 측에서 외주 측을 향할수록 회전 방향에 대한 후퇴(즉, 후퇴량)가 서서히 작아진 후에 다시 후퇴(즉, 후퇴량)가 커지도록 구성할 수도 있다. 즉, 회전 중심(X) 측에서 외주 측을 향해 회전 방향에 대해 후퇴한 후 전진 측을 향해 변화하고, 그 후에 다시 후퇴하도록 구성할 수도 있다.
또한, 날개(22)의 전연(LE)은 도 12에 도시된 바와 같이 회전축(C)을 통과하는 자오면에 투영한 형상에 있어서, 회전축(C)과 이루는 각도(θ1)가 감소하지 않고 일정 또는 증가하는 제1영역(d)을 가질 수도 있다. 또한, 이 날개(22)의 전연(LE)은 제1영역(d)에 연속하는 외주 측에 있어서, 슈라우드(23)에 접합될 때까지의 사이에, 회전축과 이루는 각도(θ1)가 90도를 초과하는 제2영역(e)을 가지고 있다. 그리고, 제2영역(e)에 대향하는 위치에 벨마우스(24)의 하류 측 단부(24a)가 위치한다.
원심팬(100)의 출구에서 분출되는 공기는 도 13에 도시한 바와 같이, 재순환류가 되어 슈라우드(23)와 벨마우스(24)의 사이(틈새)로 유입된다. 이 재순환류는 국소적으로 강한 축방향 속도 성분을 가지고 있기 때문에, 날개(22)의 입구각이 재순환류에 맞지 않는다는 문제가 생긴다.
따라서, 날개(22)의 전연부는 회전축(C)을 통과하는 자오면에 투영한 형상에 있어서, 슈라우드(23) 및 벨마우스(24)가 반경 방향에 있어서 오버랩되어 있는 영역의 두께가 오버랩되어 있지 않는 영역의 두께보다 큰 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 14의 (b)에 도시한 바와 같이, 날개(22)의 전연부에서의 압력면을 두껍게 하는 것이 바람직하다. 도 14의 (a)와 (b)의 비교에서 알 수 있듯이, 날개(22)의 전연부에서 압력면을 두껍게 함으로써, 날개의 캠버 라인의 입구각을 실질적으로 변경할 수 있다. 그 결과, 재순환류를 날개에 맞출 수 있어 기류의 박리를 억제하여 소음을 저감 할 수 있다.
슈라우드 측의 처리 풍량을 감소시키지 않고, 출구 풍속 분포를 균일화시키기 위해 날개(22)의 후연(22z)은 도 15에 도시된 바와 같이, 슈라우드 측이 회전 반대 방향을 향하도록 경사져 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 슈라우드 측에 흐름을 유도할 수 있어 슈라우드 측의 처리 풍량을 향상시킬 수 있다. 여기서, 날개(22)의 후연(22z)에 있어서 슈라우드(23)와의 접속부로의 흐름 집중을 억제하기 위해서, 날개(22)의 후연(22z)은 후연(22z)과 회전축(C)이 이루는 각도(A)가 슈라우드 측을 향할수록 감소하는 영역(22z1)을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 도 16에서 알 수 있듯이, 후연(22z)과 슈라우드(23)의 접속부에 흐름이 집중하지 않게 될 수 있다. 따라서, 슈라우드 부근 전체의 처리 풍량을 증가시키면서 소비 전력 및 송풍 소음을 개선할 수 있다.
상술한 바와 같이 원심팬(100)의 출구에서 분출되는 공기는 재순환류가 되어 슈라우드(23)와 벨마우스(24)의 사이(틈새)로 유입된다(도 13 참조). 이 재순환류를 감소시키기 위해, 도 17에 도시한 바와 같이, 벨마우스(24)의 외주부에 슈라우드(23)의 입구부 하단에서 아래쪽으로 틈새를 개방하여 마련된 링 형상부재(25)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이 링 형상부재(25)는 벨마우스(24)의 외주에 마련되어 있으며, 슈라우드(23)의 입구부 하단으로부터 이격되어 대향 마련된 링 형상 평판부(251)와, 이 링 형상 평판부(251)의 슈라우드 측을 향하는 면의 외주부에 형성된 돌기부(252)를 갖고 있다. 돌기부(252)의 외면은 매끄러운 곡면이며, 예를 들어 단면 부분이 원형을 이루는 것이다.
이와 같이, 링 형상부재(25)를 마련함으로써 슈라우드(23)와 벨마우스(24)의 틈새에 재순환류가 흘러 들어가기 어려워진다. 그 결과, 도 18에 도시한 바와 같이, 재순환류가 감소하고 재순환류의 유입각이 회전 반대 방향으로 기울어져, 날개를 따라 흐르기 쉬워진다. 또한, 돌기부(252)의 외면을 매끄러운 곡면으로 하고 있기 때문에, 재순환류가 흐르는 유로가 대략 S자 형상이 되어, 이 유로에서 흐름이 난류화되는 것을 억제하여 소음을 줄일 수 있다.
또한, 상기 실시 예에서는 원심팬을 이용한 공기조화기용 실내기에 대해 설명했지만, 본 발명의 원심팬은 다른 송풍기에 사용할 수도 있다.
그 외, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (15)

  1. 천장에 매립되거나 천장에 매달릴 수 있는 하우징으로서, 상기 하우징의 하부에 공기 흡입구와 공기 토출구가 형성된 하우징;
    상기 하우징의 내부에 배치되는 열교환기; 및
    상기 공기 흡입구를 통해 상기 하우징의 내부로 공기를 흡입하고, 상기 공기 토출구를 통해 상기 하우징의 외부로 공기를 토출하도록 상기 하우징의 내부에 배치되는 원심팬; 을 포함하고,
    상기 원심팬은,
    모터의 축이 연결되는 베이스판;
    상기 베이스판에 접합된 복수의 날개들; 및
    중앙에 개구가 형성된 링 형상의 슈라우드로서, 상기 슈라우드와 상기 베이스판이 상기 복수의 날개들에 의해 이격되어 상기 슈라우드와 상기 베이스판이 서로 대향되도록 상기 복수의 날개에 접합되는 슈라우드; 를 포함하고,
    상기 복수의 날개들은 각각, 전연(leading edge)과 후연(trailing edge)을 포함하고,
    상기 원심팬의 회전축에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 상기 전연은 상기 모터의 축의 회전 중심 측에서 외주 측으로 갈수록 상기 원심팬의 회전 방향에 대해 후퇴한 후에 전진하는 후방 돌출 영역을 포함하는 공기 조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 날개들은 각각, 상기 베이스판에 접합된 일단 접합부와, 상기 슈라우드에 접합된 타단 접합부를 포함하고,
    상기 타단 접합부의 외주 측 단부는 상기 일단 접합부의 외주 측 단부 보다 상기 원심팬의 회전 방향에 위치하는 공기 조화기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 날개는 상기 베이스판에 접합된 일단 접합부와, 상기 슈라우드에 접합된 타단 접합부를 포함하고,
    상기 타단 접합부의 외주 측 단부는 상기 일단 접합부의 외주 측 단부 보다 상기 원심팬의 회전 방향의 반대 방향에 위치하는 공기 조화기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 후방 돌출 영역은 복수개로 마련되는 공기 조화기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전연은 상기 후방 돌출 영역에서 상기 외주 측으로 연속되고 상기 외주 측으로 갈수록 다시 후퇴하는 영역을 포함하는 공기 조화기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전축을 통과하는 자오면에 투영한 형상에 있어서, 상기 전연은,
    상기 회전축과 이루는 각도가 상기 회전 중심 측에서 상기 외주 측을 향해 일정한 제1영역;
    상기 제1영역에서 상기 외주 측으로 연속되고 상기 회전축과 이루는 각도가 감소한 후 증가하는 제2영역; 및
    상기 제2영역에서 상기 외주 측으로 연속되고 상기 회전축과 이루는 각도가 90도를 넘는 제3영역; 을 포함하는 공기 조화기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전연과 상기 회전축이 이루는 각도는 상기 전연의 일 지점에서의 접선과 상기 회전축 사이에 형성되고 상기 원심팬의 흡입 측을 바라보는 각도인 공기 조화기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1영역에서 상기 전연과 상기 회전축이 이루는 각도는 5도 이상 30도 이하인 공기 조화기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 슈라우드의 내측에 마련되고, 상류 측을 향해 서서히 내경이 확대되는 벨마우스를 더 포함하고,
    상기 제3영역에 대향하는 위치에 상기 벨마우스의 하류 측 단부가 위치하는 공기 조화기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전연은, 상기 회전축을 통과하는 자오면에 투영한 형상에 있어서,
    상기 회전축과 이루는 각도가 회전 중심 측에서 외주 측을 향해 일정하거나 증가하는 제1영역; 및
    상기 제1영역에서 외주 측으로 연속되고 상기 슈라우드에 접합될 때까지의 사이에 회전축과 이루는 각도가 90도를 초과하는 제2영역; 을 포함하는 공기 조화기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 슈라우드의 내측에 마련되고, 상류 측을 향해 서서히 내경이 확대되는 벨마우스를 더 포함하고,
    상기 제2영역에 대향하는 위치에 상기 벨마우스의 하류 측 단부가 위치하는 공기 조화기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 후연은 상기 후연의 슈라우드 측이 상기 원심팬의 회전 방향의 반대 방향을 향하도록 경사지게 형성되는 공기 조화기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 후연은 상기 후연과 상기 회전축이 이루는 각도가 상기 후연의 슈라우드 측으로 갈수록 감소하는 영역을 갖는 공기 조화기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 슈라우드의 내측에 마련되고, 상류 측을 향해 서서히 내경이 확대되는 벨마우스를 더 포함하고,
    상기 벨마우스는 상기 슈라우드의 입구부에 인접하도록 상기 벨마우스의 외주에 마련되는 링 형상부재를 포함하는 공기 조화기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 날개는 상기 베이스판에 접합된 일단 접합부와, 상기 슈라우드에 접합된 타단 접합부를 포함하고,
    상기 일단 접합부의 길이가 상기 타단 접합부의 길이보다 크고,
    상기 회전축에 수직인 평면에 투영한 형상에 있어서, 상기 일단 접합부의 전연 위치와 후연 위치를 연결한 제1 직선과, 상기 제1 직선의 중간점과 상기 회전 중심을 통과하는 직선이 이루는 각도는, 상기 타단 접합부의 전연 위치와 후연 위치를 연결한 제2 직선과, 상기 제2 직선의 중간점과 상기 회전 중심을 통과하는 직선이 이루는 각도보다 작은 공기 조화기.
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