KR20120044033A - 공기조화기의 실외기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기조화기의 실외기에 관한 것으로, 축류팬의 익단과 토출구가 형성된 고정부 사이를 통해 공기가 유입되는 것을 방지하는 공기유입차단수단을 포함하여, 송풍성능을 개선시키고 소음 발생을 저감시킨 공기조화기용 실외기에 관한 것이다.

Description

공기조화기의 실외기{OUT DOOR UNIT OF AIR CONDITIONER}
본 발명은 공기조화기의 실외기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축류팬에서 발생하는 익단 손실을 줄여 송풍성능을 개선시키고, 소음을 저감시킨 공기조화기의 실외기에 관한 것이다.
일반적으로, 공기조화기는 사용자에게 보다 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 압축기, 응축기, 팽창기구, 증발기로 이루어지는 냉매의 냉동사이클을 이용하여 실내를 냉/난방 시키거나 공기를 정화시키는 장치이다.
이러한, 통상의 공기조화기는 실내에 설치되어 냉매와 실내 공기 사이에 열교환이 이루어지도록 하여 실내로 온풍 또는 냉풍을 토출하는 실내기와, 상기 실내기와 냉매 배관을 통해 연결되어 냉매와 실외공기 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 실외기를 포함한다.
여기서, 실외기에는 냉매가 효과적으로 상변화할 수 있도록 실외기 내의 공기를 실외로 송풍시키는 축류팬이 구비되는데, 이러한 축류팬의 익단에서 발생하는 익단손실(tip leakage loss)은 축류팬을 구비한 송풍장치에 있어서의 대표적인 손실 중 하나로서, 풍량을 감소시키고, 회전소음을 증가시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 송풍성능을 개선시킬 수 있는 공기조화기용 실외기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 소음을 저감시킨 공기조화기용 실외기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 축류팬에 의해 송풍되는 풍량을 증가시킨 공기조화기의 실외기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 축류팬의 익단에서 누설류(leakage flow) 발생을 저감시킨 공기조화기의 실외기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 공기조화기용 실외기는 축류팬과 상기 축류팬에 의해 송풍된 공기가 토출되는 토출구를 형성하는 고정부를 구비하고, 상기 축류팬은 회전력을 제공하는 구동축과 연결되는 허브; 상기 허브로부터 방사상으로 연장되는 복수의 주익; 및 상기 복수의 주익의 익단을 서로 연결하며 상기 주익과 일체로 회전하는 림을 포함하고, 상기 림과 상기 고정부 사이를 통해 공기가 유입되는 것을 방지하는 공기유입차단수단을 포함한다.
상기 공기유입차단수단은 상기 림의 외주를 따라 형성되는 복수의 보조익을 포함할 수 있고, 공기로부터 정압이 작용하는 상기 보조익의 정압면과 수직한 소정의 법선은 축방향 성분을 갖을 수 있다.
한편, 상기 림은 상기 주익에 의해 압송된 공기의 유동경로를 따라 내경이 점차 감소하도록 형성된 절곡부를 포함할 수 있고, 이때 상기 보조익은 상기 절곡부에 형성된다.
다르게는, 상기 공기유입차단수단은 상기 고정부와 상기 림 사이에 형성된 레버넌스 실(labytinth seal)을 포함할 수 있다.
다르게는, 상기 공기유입차단수단은 상기 고정부 및 상기 림 중 적어도 하나에 형성된 배플을 포함할 수 있고, 상기 공기유입차단수단은 상기 고정부를 따라 연장되는 복수의 제 1 배플; 및 상기 림을 따라 연장되되, 상기 제 1 배플들 사이에 위치하는 제 2 배플을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 배플의 높이는 상기 제 2 배플보다 높게 형성될 수 있다.
본 발명의 공기조화기의 실외기는 축류팬의 익단과 토출구 사이를 통해 유입되는 공기를 차단함으로써, 상기 축류팬에 의해 송풍되는 풍량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 공기조화기의 실외기는 축류팬의 회전시 발생하는 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 공기조화기의 실외기는 회전체인 축류팬과 고정체인 토출구 사이의 틈새(tip clearance)로 공기가 유입되는 것을 차단할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 실외기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A를 따라 절개한 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 축류팬을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 B를 확대한 부분 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 벡터들을 도시한 것이다.
도 6은 공기유입차단수단의 제 2 실시예를 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 B부분을 확대한 것이다.
도 8은 공기유입차단수단의 또 다른 실시예를 도시한 것이다.
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 정해질 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 실외기를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A를 따라 절개한 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 축류팬을 도시한 사시도이다. 도 4는 도 3의 B를 확대한 부분 사시도이다. 도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 벡터들을 도시한 것이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 케이싱(2)은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 실외기(1)의 외관을 형성하는 것으로, 케이싱(2) 내에는 회전력을 제공하는 모터(미도시), 상기 모터에 의해 회전하는 축류팬(10)이 구비된다.
케이싱(2)의 측면에는 흡입구(3)가 형성되고, 전면에는 축류팬(10)에 의해 송풍된 공기가 토출되도록 개구부가 형성되고, 상기 개구부에 고정부(20)가 체결된다. 본 실시예에서 고정부(20)는 케이싱(2)과는 별개로 구성되어, 케이싱(2)의 전면에 형성된 개구부에 체결되나, 이에 한정되지 않고, 케이싱(2)과 일체로 형성되는 것도 가능하다.
이하에서 언급하는 고정부는 축류팬(10)에 의해 송풍되는 공기가 토출될 수 있도록 토출구를 형성하는 것으로, 축류팬(10)에 의해 송풍된 공기가 상기 고정부에 의해 한정되는 토출구를 통해 실외로 토출된다. 고정부(20)에는 토출구를 통해 이물질이 침투하는 것을 방지하기 위한 그릴(4)이 구비될 수 있다.
도 3을 참조하면, 축류팬(10)은 모터(미도시) 등의 구동수단에 의해 회전하고, 이를 위해 상기 모터의 구동축과 연결되는 허브(11)와, 허브(11)로부터 방사상으로 연장되는 복수의 주익(12)과, 복수의 주익(12)의 각 익단(tip)을 서로 연결하며 주익(12)과 일체로 회전하는 림(13)을 포함한다.
이하, 축류팬(10)의 익단에서 발생하는 유동의 손실을 익단손실(tip leakage loss)라고 한다. 익단손실의 대표적인 원인으로는 주익(12)의 익단에서 발생하는 와류(Vortex), 주익(12)의 익단과 고정부(20)의 내주면 사이를 통해 외부로부터 유입되는 누설류(leakage flow) 등을 들 수 있다. 이러한 익단손실을 줄이기 위해, 본실시예에 따른 축류팬(10)은 각 주익(12)의 익단을 림(13)으로 서로 연결하고, 림(13)과 고정부(20) 사이가 일정한 간격(tip clearance)으로 유지된다.
림(13)의 내경은 주익(12)에 의해 압송된 공기의 유동경로를 따라 점차 감소한다. 따라서, 림(13)은 주익(12)에 의해 압송된 공기를 토출구로 안내하는 가이드 역할을 하며, 주익(12)에 의해 압송된 공기와 접하는 내주면(13a)의 직경이 토출구측으로 갈수록 점차 줄어드는 형태로 이루어진다. 마찬가지로, 림(13)의 외주면(13b) 역시 토출구측으로 갈수록 직경이 줄어드는 곡면부를 포함한다.
축류팬(10)은 주익(12)의 정압면과 부압면의 압력차에 의해 축방향으로 공기를 송풍시킨다. 축류팬(10)의 회전에 의해 실외기(1)의 내측에서 외측(즉, 실외)으로 대부분의 공기가 토출되나, 림(13)과 고정부(20) 사이에 형성되는 와류(vortex)의 작용, 림(13)과 고정부(20)의 각 표면에서의 공기와의 마찰작용 등의 원인에 의해 일부 공기는 축류팬(10)의 토출 방향과 반대로, 림(13)과 고정부(20) 사이를 통해 실외에서 실외기(1)의 내측으로 유입되려고 한다. 이하, 림(13)과 고정부(20) 사이를 통해 유입되는 유동은 축류팬(10)에 의해 송풍되는 풍량을 감소시키는 요인이 되므로 손실유동(leakage flow)라고 정의한다. 손실유동이 클수록 축류팬(10)의 송풍성능이 떨어지고, 풍량이 감소할 뿐만 아니라 송풍소음이 증가한다.
이러한 손실유동이 발생하는 것을 방지하기 위해 축류팬(10)은 림(13)과 고정부(20) 사이로 공기가 유입되는 것을 차단하는 공기유입차단수단을 더 포함한다. 이하, 공기유입차단수단의 다양한 실시예를 설명하기로 하고, 제 1 실시예로 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같은 림(13)의 외주면를 따라 형성된 복수의 보조익(14)을 설명한다.
축류팬(10)이 회전할 시, 주익(12)에 의해 압송된 공기는 축방향으로 토출되고, 이때 회전축(C)을 중심으로 림(13)과 일체로 보조익(14)이 회전하고, 보조익(14)에 의해 형성된 공기의 유동에 의해 림(13)과 고정부(20) 사이를 통해 외부로부터 공기가 유입되는 것이 차단된다. 따라서, 보조익(14)에 의해 압송되는 공기의 유동방향은 축방향 성분을 포함하는 것이 바람직하다.
보조익(14)은 주익(12)과 마찬가지로 회전방향을 향해 연장되는 전향익의 형태이다. 도 4 및 도 5a에 도시된 P1과 P2는 축류팬(10)의 회전시 공기로부터 정압이 작용하는 보조익(14)의 정압면 상에 표시한 지점들로서, P1은 축류팬(10)의 회전시 공기가 정압면의 표면을 따라 상승하기 시작하는 선단에서 최외측 지점이고, P2는 최내측 지점이다. 여기서, P1과 P2를 연결하는 선(LA)과 P2를 지나며 림(14)의 외주면과 접하는 접선(LT)이 이루는 각도(θ1)는 예각을 이룬다.
한편, 도 4 및 도 5b를 참조하면, 보조익(14)의 정압면과 수직한 소정의 법선(LN)은 회전축(C)과 나란한 방향성분(LZ)과 림(13)의 중심부를 향하는 방향성분(LR)의 합으로 표시될 수 있으며, LN과 LZ가 이루는 각도(θ2)는 90도 이하의 값을 갖는다. 따라서, 보조익(14)의 정압면에 의해 압송된 유동에 의해 림(13)과 고정부(20) 사이에 에어커픈(air curtain)이 형성되며 외부로부터 공기가 유입되는 것이 차단된다.
특히, θ2가 예각인 경우에는, 보조익(14)에 의해 림(13)과 고정부(20) 사이를 통과하여 외부로 토출되는 유동이 형성되기 때문에, 주익(11)에 의해 토출되는 풍량과 더해져 전체 풍량이 증가되는 효과가 있다.
도 6은 공기유입차단수단의 제 2 실시예를 도시한 것이다. 도 7은 도 6의 B부분을 확대한 것이다. 도 6 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에서 공기유입차단수단은 고정부(120)와 림(130) 사이에 형성된 레버런스 실(labyrinth seal)로 이루어진다.
레버런스 실(labyrinth seal)을 형성하기 위해, 고정부(120)의 내주면 및 림(130)의 외주면 중 적어도 하나에 요철(122)이 형성된다. 도 6에는 고정부(120)의 내주면에 요철이 형성된 것이 도시되어 있으나, 이와는 다르게 림(130)의 외주면에 요철을 형성할 수도 있고, 고정부(120)의 내주면과 림(130)의 외주면에 각각 요철을 형성하여 미로형의 공간을 형성하는 것도 가능하다.
한편, 림(130)은 주익(12)의 익단들을 서로 연결하고 주익(12)에 의해 압송된 공기의 유동방향을 따라 점차 내경이 줄어드는 절곡부(131)와, 절곡부(131)로부터 고정부(120)와 나란하게 연장되는 측면부(132)를 포함한다. 도 7에서 레버런스 실은 고정부(20)의 내주면에 형성된 요철(122)과 림(13)의 측면부(132)와의 사이에 형성된 미로형 공간으로 이루어지나, 림(13)의 측면부(132)에도 요철을 형성하여 레버런스 실을 이루는 미로형 공간의 유로가 더 좁아지도록 하는 것도 가능하다.
도 8은 공기유입차단수단의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 도 8을 참조하면, 본 실시예에서 공기유입차단수단은 고정부(220)의 내주면 및 림(230)의 외주면 중 적어도 하나에 형성된 배플(baffle)을 포함한다. 배플(baffle)은 유체가 일정한 진로로 흐르도록 제한하거나 전향시키는 장치를 의미하는 것으로, 본 실시예에서는 고정부(220)와 림(230) 사이를 통해 공기가 유입되는 것을 차단하기 위해 고정부(220)의 내주면을 따라 환형으로 연장된 제 1 배플(224)과 림(230)의 절곡부(131) 외주면을 따라 환형으로 연장된 제 2 배플(133)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 배플(224)과 제 2 배플(133)은 각각 복수가 형성되되, 제 1 배플(224)들 사이에 제 2 배플(133)이 배치된다. 또한, 림(230)이 고속으로 회전할 시 발생하는 소음을 저감하기 위해 제 2 배플(133)은 제 1 배플(224)에 비해 높이가 낮게 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 축류팬과, 상기 축류팬에 의해 송풍된 공기가 토출되는 토출구를 형성하는 고정부가 구비된 공기조화기의 실외기에 있어서,
    상기 축류팬은,
    회전력을 제공하는 구동축과 연결되는 허브;
    상기 허브로부터 방사상으로 연장되는 복수의 주익; 및
    상기 복수의 주익의 익단을 서로 연결하며 상기 주익과 일체로 회전하는 림을 포함하고,
    상기 림과 상기 고정부 사이를 통해 공기가 유입되는 것을 방지하는 공기유입차단수단을 포함하는 공기조화기의 실외기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기유입차단수단은,
    상기 림의 외주를 따라 형성되는 복수의 보조익을 포함하는 공기조화기의 실외기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보조익은,
    상기 림과 일체로 회전하며 상기 고정부와 상기 림 사이에 에어커튼을 형성하는 공기조화기의 실외기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    공기로부터 정압이 작용하는 상기 보조익의 정압면과 수직한 소정의 법선은 축방향 성분을 갖는 공기조화기의 실외기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 보조익은 전향익인 공기조화기의 실외기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 림은 상기 주익에 의해 압송된 공기의 유동경로를 따라 내경이 점차 감소하도록 형성된 절곡부를 포함하고,
    상기 보조익은 상기 절곡부에 형성되는 공기조화기의 실외기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기유입차단수단은,
    상기 고정부와 상기 림 사이에 형성된 레버넌스 실(labytinth seal)을 포함하는 공기조화기의 실외기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 고정부 및 상기 림 중 적어도 하나에 요철이 형성된 공기조화기의 실외기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기유입차단수단은,
    상기 고정부 및 상기 림 중 적어도 하나에 형성된 배플을 포함하는 공기조화기의 실외기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공기유입차단수단은,
    상기 고정부를 따라 연장되는 복수의 제 1 배플; 및
    상기 림을 따라 연장되되, 상기 제 1 배플들 사이에 위치하는 제 2 배플을 포함하는 공기조화기의 실외기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 배플의 높이가 상기 제 2 배플보다 높은 공기조화기의 실외기.
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