WO2014182124A1 - 원심팬 - Google Patents

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WO2014182124A1
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rear end
blade
centrifugal fan
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손상육
정춘면
양태만
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LG Electronics Inc
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LG Electronics Inc
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    • Y10T29/49329—Centrifugal blower or fan

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal fan.
  • the centrifugal fan is a fan that accelerates air introduced in the axial direction through the shroud and discharges it radially through the blades.
  • the performance of centrifugal fans is influenced by various shape factors as well as frictional losses and impact losses. For example, the speed of the centrifugal fan, the shape of the blade, the angle or number, the shape of the shroud, etc. are representative examples of factors affecting the performance of the centrifugal fan.
  • the shape of the blade is important to improve the performance without significantly changing the overall size or size of the centrifugal fan. Recently, many studies have been conducted to obtain the desired performance by varying the shape of the blade. Is done.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2000-45997 discloses a blade formed by folding a sheet of metal material.
  • the patent forms a blade that is bent on one plate to form an airfoil in cross section.
  • the blade has a predetermined inclination with respect to the rotation axis of the centrifugal fan, the leading edge (1af), the rear edge (1ab) is shown in Figure 6 (b) of the patent, although the three-dimensional form parallel to the rotation exit
  • the blade has a camber line with each airfoil taken on arbitrary layers orthogonal to the axis of rotation.
  • the blade has the longest length of the camber wire at the lower end joined with the main plate 3 and the shortest length of the camber wire at the upper end contacting the shroud, but the camber wire at the upper end is completely connected with the camber wire at the lower end. Overlaps.
  • This type of blade is limited in improving the efficiency of the fan because the inlet angles (or outlet angles) in each cross section are substantially the same, in particular to compensate for differences in flow characteristics between the top and bottom of the blade. Is very difficult.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a centrifugal fan that improves the performance of the fan by improving the shape of the blade.
  • centrifugal fan which raised the static pressure compared with the past.
  • centrifugal fan which suppressed the flow peeling off at the blade rear end.
  • Centrifugal fan of the present invention is a main plate that is rotated about the rotation axis; A shroud having a suction port through which air is sucked; And a plurality of blades arranged along the circumferential direction between the main plate and the shroud, wherein air sucked through the inlet flows from the front end to the rear end, wherein the blade has the main plate at the shroud side on the layers.
  • the front end of the first cross section is farther from the rotation axis than the front end of the fourth cross section
  • the rear end of the first cross section is The rotary shaft is closer than the rear end of the fourth section
  • the rear end of the second cross section is the farthest from the rotary shaft among the rear ends of the respective cross sections
  • the rear end of the third cross section is the closest to the rotary shaft.
  • the blade may be located on the opposite side of the rotation direction of the main plate than the front end of the first cross-section of the first cross-section.
  • the front end of the first cross section may be located on the side opposite to the rotation direction of the main plate.
  • the rear end of the first cross section may be located on the side opposite to the rotation direction of the main plate than the rear end of the fourth cross section.
  • the rear end of the first cross-section of the respective cross-sections may be most positioned on the rotational direction and the lateral direction side of the main plate.
  • the blade has a front end of the third cross-section may be located on the side of the rotation direction of the main plate than the front end of the fourth cross-section.
  • the blade may have a rear end of the third cross section located on the side of the main plate in a rotational direction than the rear end of the fourth cross section.
  • the blade may have the largest angle between the straight line connecting the front end and the rear end, and the straight line connecting the rotary shaft and the rear end in the first cross section.
  • a straight line connecting the front and rear ends of the first cross section may cross all of the straight lines connecting the front and rear ends of the other cross sections. Can be.
  • the first cross section may meet the shroud at a rear end.
  • the fourth cross section may be a portion where the blade meets the main plate.
  • the cross section of the blade may form a blade between the front and rear ends.
  • the centrifugal fan of the present invention is a main plate rotated about a rotation axis; A shroud having a suction port through which air is sucked; And a plurality of blades arranged along the circumferential direction between the main plate and the shroud, wherein air sucked through the inlet flows from the front end to the rear end, wherein the blades are formed on layers made of planes orthogonal to the axis of rotation.
  • the rear end of the blade is further away from the rotation axis from the first cross section to the second cross section, From the second end face to the third end face closer to the rotation axis, and from the third end face to the fourth end face further away from the rotation axis.
  • the blade may have a rear end of the second cross section farthest from the rear end of the respective cross sections.
  • the rear ends of the third cross sections may be located at the most rotational side of the main plate.
  • the rear end of the first cross section may be located on the side opposite to the rotation direction of the main plate.
  • the distance between the second cross section and the third cross section may be longer than the distance between the first cross section and the second cross section.
  • the centrifugal fan of the present invention is a main plate rotated about a rotation axis; A shroud having a suction port through which air is sucked; And a plurality of blades arranged in a circumferential direction between the main plate and the shroud, wherein air sucked through the suction port flows from the front end to the rear end, and the longitudinal section cut the blade along the rotation axis direction is the shra
  • the wood side is convex in a direction away from the rotational axis
  • the main plate side is convex in a direction close to the rotational axis.
  • the blade may include a portion in which the shear is farther from the rotation axis as the blade is closer to the shroud.
  • the blades define two predetermined cross sections from the shroud side to the main plate side in layers on planes orthogonal to the rotation axis, the two cross sections intersect each other on a predetermined projection plane projected along the rotation axis.
  • the blade has a cross section closer to the shroud among the two cross sections, the cross section having the largest distance from the rotating shaft to the rear end in the convex portion on the projection surface away from the rotating shaft, and close to the rotating shaft. In the convex part in the direction, the distance between the rotation axis and the rear end may further cross the closest cross section.
  • the blade may have a front end of the cross section closer to the shroud of the two cross sections than the front end of the cross section closer to the main plate, and a rear end of the cross section closer to the shroud may It may be located closer to the rotation axis than the rear end of the cross section closer to the main plate.
  • the rear end of the cross section closer to the shroud may be located opposite to the rotation direction of the main plate as compared to the rear end of the cross section closer to the main plate.
  • the blade is a positive pressure surface forming member for forming a positive pressure surface; And it may include a negative pressure surface forming member for forming a negative pressure surface.
  • the centrifugal fan of the present invention has an effect of improving the performance of the fan by improving the shape of the blade.
  • the flow resistance is reduced compared to the conventional, there is an effect that the efficiency of the fan is improved.
  • the air volume between the upper and lower portions of the blade becomes uniform, while the upper portion of the blade enhances the flow to the negative pressure surface side, thereby suppressing the flow separation phenomenon.
  • FIG. 1 illustrates a plug fan module as an example in which a centrifugal fan is applied.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a centrifugal fan according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the centrifugal fan of FIG. 2.
  • Figure 6 shows the main factors defining the cross-sectional shape and mounting structure of the blade.
  • FIG. 7 shows the factors defined at point P on the camber line with reference to FIG. 6.
  • FIG. 9 illustrates the cross sections shown in FIG. 8 on one plane by projecting in the direction of the rotation axis.
  • FIG 11 is a graph illustrating a comparison between the static pressure Ps and the efficiency according to the air volume Q of the centrifugal fan and the conventional centrifugal fan according to an embodiment of the present invention.
  • the centrifugal fan according to the embodiments described below may be applied to a refrigerator, an air conditioner, a cleaner, and the like. Since air naturally flows into the fan and is discharged to the outside, it can be installed without a duct, and in particular, it is installed outdoors as shown in FIG.
  • the plug may be applied to a plug type fan module applied to an air conditioner.
  • the fan module 1 includes a motor 2 having a rotation shaft, a support frame 3 supporting the motor 2, and a centrifugal fan 4 coupled to the rotation shaft of the motor 2.
  • an opening is formed in the front panel 5 installed at the front of the support frame 3 so that air can flow into the centrifugal fan 4, and the air introduced along the rotation axis direction through the opening is a centrifugal fan. As the 4 is rotated, it is discharged radially in the region of the rear surface of the front panel 5.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a centrifugal fan according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is an exploded perspective view of the centrifugal fan of FIG. 2.
  • 4 shows the blade cut laterally.
  • 5 shows a cross section of the blade.
  • Figure 6 shows the main factors defining the cross-sectional shape and mounting structure of the blade.
  • FIG. 7 shows the factors defined at point P on the camber line with reference to FIG. 6.
  • 8 shows (a) the positions of the layers and (b) the cross sections taken by the layers on the blade.
  • FIG. 9 illustrates the cross sections shown in FIG. 8 on one plane by projecting in the direction of the rotation axis.
  • the centrifugal fan 100 includes a main plate 110, a shroud 120, and a plurality of blades 130.
  • the main plate 110, the shroud 120 and the blade 130 may be preferably formed of a plastic material, in particular steel, but is not necessarily limited thereto, and other materials such as synthetic resins. It may consist of.
  • the main plate 110 is rotated about a rotating axis O by the motor 4 (see FIG. 1).
  • the main plate 110 may be directly connected to the rotating shaft of the motor, but the centrifugal fan 100 may further include a hub 160 coupling the main plate 110 to the rotating shaft of the motor. .
  • the shroud 120 is spaced apart from the main plate 110 and forms an inlet 121 through which air is introduced in the direction of the rotation axis O.
  • the shroud 120 is formed in a ring shape in which the inlet 121 is formed at the center, and gradually expands in a radial direction from an inner circumference forming the inlet 121, at an outer circumference where the airflow conveyed by the blade 130 is discharged. Has a maximum diameter.
  • the shroud 120 may form a curved surface in which an inner surface on which air is guided is convexly curved toward the main plate 110.
  • the shroud 120 extends from the suction port 121 side to the outer circumference, forming a curved surface whose inner diameter is gradually increased.
  • Such curved surface may have a constant curvature, but may be changed many times.
  • the vertical distance between the upper end of the blade 130 and the main plate 110 in contact with the shroud 120 is maximum at the front end FE of the blade 130. Value, and has a minimum value at the rear end RE of the blade 130.
  • a plurality of blades 130 are disposed along the circumferential direction between the main plate 110 and the shroud 120. Air sucked through the inlet 121 of the shroud 120 flows from the front end of the blade 130 to the rear end and is discharged.
  • the centrifugal fan 100 may have seven blades 130.
  • shears FE may have some common Located on the inner circumference, the trailing ends RE are located on a predetermined common outer circumference having a larger diameter than the inner circumference.
  • the surface facing the outside of the centrifugal fan 100 in the blade 130 is called the positive pressure surface 131, and the surface facing the inside of the centrifugal fan 100 corresponding to the opposite side of the positive pressure surface 131 is the negative pressure surface 132.
  • the front end FE of the blade 130 is located in the direction (or the rotational direction of the main plate 110) toward the positive pressure surface 131 relative to the rear end RE.
  • FE front end
  • RE rear end
  • the blade 130 may form an airfoil whose cross section has a leading edge at the front end and a trailing edge at the rear end.
  • the blade 130 may have a 3D shape.
  • the 3D-shaped blade when projecting the cross-sections of the blade on a predetermined projection surface in a predetermined layer consisting of a predetermined plane orthogonal to the rotation axis (O) on the predetermined projection surface in the rotation axis (O) direction, At least two of the lines connecting the front end (FE) and the rear end (RE) of the respective cross sections are defined as not being located on the copper line.
  • the lines connecting the front end and the rear end are those defined according to a predetermined rule.
  • the front end FE and the rear end RE may be connected in a straight line.
  • the negative pressure surface 132 may be connected to the points located at an equidistant distance.
  • FIG 11 is a graph illustrating a comparison between the static pressure Ps and the efficiency according to the air volume Q of the centrifugal fan and the conventional centrifugal fan according to an embodiment of the present invention.
  • the cross section of the blade is not a 3D shape defined above to form a certain shape in any cross section.
  • the centrifugal fan 100 when the centrifugal fan 100 according to the exemplary embodiment of the present invention has the same air volume Q, not only is the static pressure Ps increased as compared with the conventional centrifugal fan, but the efficiency is also improved. This experiment was confirmed. In particular, the efficiency of the centrifugal fan 100 reaches approximately 82%, which is a significant improvement over the conventional 70%, it is possible to drive the fan at a lower speed than the conventional one based on the same amount of air. The performance improvement of the fan is considered to be largely due to the mounting structure and the geometrical characteristics of the blade. Hereinafter, the blade 130 will be described in more detail.
  • the blade 130 includes a positive pressure surface forming member 140 forming a positive pressure surface 131 (see FIG. 2) and a negative pressure surface forming a negative pressure surface 132 (see FIG. 2). It may include a member 150.
  • the positive pressure surface forming member 140 and the negative pressure surface forming member 150 may be coupled to form a space S therebetween.
  • the entire area of the positive pressure surface 131 is defined by the positive pressure surface forming member 140
  • the entire area of the negative pressure surface 132 is defined by the negative pressure surface forming member 150.
  • the positive pressure surface forming member 140 and the negative pressure surface forming member 150 may be formed by processing a metal plate.
  • the positive pressure surface forming member 140 (or the negative pressure surface forming member 150) is formed by processing a metal plate having a uniform thickness.
  • the positive pressure surface forming member 140 or the negative pressure surface forming member 150 may have sufficient rigidity even if the thickness thereof is about 1 mm. This is because the blade formed using the conventional metal sheet has a thickness of 2 mm or more. Compared to that, the thickness is reduced by 1/2 or more.
  • the positive pressure surface forming member 140 and the negative pressure surface forming member 150 may be formed by press molding (press forming) a plastic metal plate.
  • the steel plate has good plasticity, so that it is easy to be molded into various forms, but sufficient corrosion resistance, heat resistance, and rigidity can be secured according to the content ratio of carbon (C), chromium (Cr), nickel (Ni), and the like. Can be.
  • the centrifugal fan made of steel, it is possible to rotate at a faster speed than the conventional resin material due to the improved rigidity.
  • the present invention forms a blade using two members 140 and 150 made of a metal material, thereby ensuring sufficient rigidity and realizing a blade having a complicated shape for improving fan performance. There is an advantage.
  • the positive pressure surface forming member 140 and the negative pressure surface forming member 150 may be bonded to each other. Bonding between the positive pressure surface forming member 140 and the negative pressure surface forming member 150 may be made between the back surfaces of each member.
  • Bonding between the positive pressure surface forming member 140 and the negative pressure surface forming member 150 may be made between the back surfaces of each member.
  • a portion where the bonding between the positive pressure surface forming member 140 and the negative pressure surface forming member 150 is formed at the front end of the blade 130 is referred to as the shear joint 133, and the positive pressure surface is formed at the rear end of the blade 130.
  • the portion where the bonding between the member 140 and the negative pressure surface forming member 150 is made is referred to as a rear-junction 134.
  • the blade 130 has a main body 135 formed between the front junction 133 and the rear end junction 134, the main body 135 has a space (S) inward.
  • the body portion 135 may form a closed structure whose cross section surrounds the space (S).
  • the positive pressure surface forming member 140 has a first front joining surface portion 141 formed at a front end portion, a first rear joining surface portion 142 formed at a rear end portion, and a first front joining surface portion 141 and a second rear end portion.
  • the first curved portion 145 is formed between the bonding surface portion 142.
  • the second shear bonding surface portion 151 is formed at the front end portion
  • the second shear bonding surface portion 152 is formed at the rear end portion
  • the second shear bonding surface portion 151 is formed.
  • a second curved surface portion 155 is formed between the second back-side bonding surface portion 152.
  • the junction is made between the first shear junction surface portion 141 and the second shear junction surface portion 151, and in the trailing junction portion 134, the first posterior junction surface portion 142 and the first junction. Bonding is made between two rear-end joining surface parts 152.
  • the rear surface of the first shear bonding surface portion 141 (hereinafter referred to as the first shear bonding surface portion) and the rear surface of the second shear bonding surface portion 151 (hereinafter referred to as the second shear bonding surface) are It may be in surface contact with each other.
  • the first shear bond surface portion 141 and the second shear bond surface portion 151 may have bonding surfaces of a shape corresponding to each other. That is, the first shear bonding surface and the second shear bonding surface may be bonded to each other by being in substantially the same shape.
  • first rear-end junction surface the rear surface of the first rear-end junction 142
  • second rear-end junction surface the rear surface of the second rear-end junction 152
  • the first back end joining surface part 142 and the second back end joining surface part 152 may have joining surfaces having a shape corresponding to each other. That is, the first back end joining surface and the second back end joining surface may be bonded to each other by being in substantially the same shape.
  • the main body 135 includes a first curved portion 145 and a second curved portion 155, and a space S is formed between the first curved portion 145 and the second curved portion 155.
  • the space S has a cross-sectional shape determined by the rear surface of the first curved portion 145 and the rear surface of the second curved portion 155, and the main plate 110 downward by the shroud 120 on the upper side. It is limited by.
  • the first curved portion 145 and the second curved portion 155 may have a shape in which the curvature changes with different tendencies.
  • the shape of the first curved portion 145 and the second curved portion 155 determines the shape of the positive pressure surface 131 and the shape of the negative pressure surface 132, respectively.
  • the ability to configure the shape freely is very advantageous in terms of improving the performance of the fan.
  • the blade 130 may form an airfoil cross section of a portion where the space S is formed. This airfoil may be defined by the body portion 135.
  • the cross section of the inner circumferential surface constituting the space (S) is an airfoil as a whole, but the front end of the cross-section may have a peak due to the bonding between the positive pressure surface forming member 140 and the negative pressure surface forming member 150, 'foll' It is defined based on the shape of the outer circumferential surface of the blade 130, the leading edge (LE) is located on an imaginary curve connecting between the outer circumferential surface of the positive pressure surface forming member 140 and the outer circumferential surface of the negative pressure surface forming member 150. define.
  • the blade may be configured as a blade having a leading edge LE at the front end FE and a trailing edge TE at the rear end RE, in which case, the front end FE and The trailing end (RE) should be understood as the leading edge (LE) and trailing edge (TE), respectively.
  • the cross section of the main body 135 may be an airfoil having a space S inwardly or a streamlined shape.
  • the airfoil has a leading edge, a trailing edge, and an upper surface connecting the leading and trailing edges (145a).
  • a lower surface 155a, and its shape is determined by various factors. These factors include a straight line connecting the leading and trailing edges (CRL, chord line), and a camber line (CBL, connecting the points located equidistant from the upper and lower surfaces between the leading and trailing edges).
  • the camber wire is defined as a boundary at which the positive pressure surface forming member 140 and the negative pressure surface forming member 150 contact each other at the front junction 133 and the rear junction 134.
  • Xc Vector along codeline (CRL) at leading edge (LE)
  • ⁇ angle formed by the leading edge (LE) and the trailing edge (TE) with respect to the rotation axis (O)
  • ⁇ (P) angle formed by TC (P) and TCB (P)
  • ⁇ (P) angle formed by TCB (P) and CRL
  • ⁇ (P) is called an angle of attack
  • the angle of attack ⁇ (LE) at the leading edge LE is defined as an inlet angle
  • the angle of attack ⁇ (TE) at the trailing edge TE is an outlet angle. Is defined as
  • FIG. 8A four layers orthogonal to the rotation axis O are displayed.
  • the cross-sections S (L1), S (L2), S (L3), and S (L4) of the blade 130 have a first layer (Layer 1), a second layer (Layer 2), and a third layer ( Layer 3) and the fourth layer (Layer 4).
  • the first layer (Layer 1), the second layer (Layer 2), the third layer (Layer 3) and the fourth layer (Layer 4) may be taken in order from top to bottom along the rotation axis (O).
  • the first end face S (L1) has a rear end RE (L1) that meets the shroud 120
  • the fourth end face S (L4) has a portion where the blade 130 meets the main plate 110.
  • the camber line may be located between the airfoil top surface 145a and the cord line. Since the upper surface 145a constituting the positive pressure surface 131 is convex toward the outside of the centrifugal fan 1, the flow velocity at the positive pressure surface 131 is increased.
  • the blade 130 has a shape that is twisted in the vertical direction as a whole by the correlation between the first end face S (L1) and the fourth end face S (L4).
  • the blades of the conventional centrifugal fan disclosed in Fig. 12 or Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2000-45997 have substantially the same cross section at the shroud side and the main plate side, so that they do not effectively cope with the tendency of the flow from the shroud to the main plate side. I could't.
  • centrifugal fan 100 of the present invention is designed to suit the flow characteristics on the shroud 120 side of the first cross-section (S (L1)) on the first layer (Layer 1), the fourth layer (Layer 4)
  • the fourth end face S (L4) on the top face) can be designed to suit the flow characteristics on the abacus 110 side independently of the first end face S (L1). Compared to the effect is much improved.
  • the front end FE (L1) at the first end face S (L1) close to the shroud 120 is at the front end FE (L4) of the fourth end face S (L4) close to the main plate 110.
  • the rear end RE (L4) of the fourth end surface S (L4) may be farther than the rear end RE (L1) of the first end surface S (L1).
  • the first cross section S (L1) and the fourth cross section S (L4) cross the cord lines.
  • the cord lines of the first end face S (L1) are not only the fourth end face S (L4) but also the cord lines of the second end face S (L2) and the third end face S (L3). It crosses over.
  • the front end (FE) or rear end (RE) of the blade 130 forms an inclination having a predetermined angle with the rotation axis (O), In particular, it forms a shape farther from the rotation axis O at the upper end in close proximity to the shroud 120 than the lower end in close proximity to the main plate (110). The closer to the shroud 120, the greater the flow rate, so that the closer to the shroud 120 to the blade 130, the greater the work.
  • the blade 130 is closer to the shroud 120, the cross-section of the blade 130 on the layer is farther away from the axis of rotation (O), this shape is a shroud ( Increasing the linear velocity of the blade 130 in a layer close to 120 allows the blade 130 to do larger work in that portion.
  • the inertia of the flow (particularly, the component in the direction of the rotational axis O) is large and the first At the rear end of the blade cross section on the layer (Layer 1) the flow may be peeled off.
  • the shroud 120 The path of the flow from the suction port 121 to the rear end RE (L4) of the first end surface S (L1) is longer than before, so that the flow can overcome the inertia and be flexibly guided to the rear end RE (L4). Therefore, there is an effect that the flow separation at the rear end (RE) of the blade 130 by that can be suppressed.
  • the blade 130 may be located on the opposite side to the rotation direction of the main plate 110 more than the first end surface (S (L1) of the fourth end surface (S (L4)).
  • the rear end RE is at least partially biased in a direction opposite to the rotation direction of the main plate 110 at the upper end closer to the shroud 120 than at the lower end close to the main plate 110.
  • the blade The portion closer to the shroud 120 (for example, the first end surface S (L1)) has a shape of the rotation axis than the other portion (eg, the fourth end surface S (L4)).
  • the rear end RE (L1) of the first end face S (L1) is compared with the rear end RE (L4) of the fourth end face S (L4), even if it is far from O. Since the main plate 110 is located opposite to the rotational direction, the front end FE (L1) of the first end surface S (L1) is relatively rear end RE (L1) compared to the distance away from the rotation axis O. ) From the axis of rotation (O) Farther away, this has the effect of substantially suppressing the increase in the blowing diameter of the blade 130 (the maximum distance from the rotational axis O to the rear end LE of the blade 130).
  • Rear end RE (L1) of the fourth end of the cross section (RE (L4)) is located on the opposite side of the rotation direction of the main plate 110, the rear ends (RE (L1), RE (L2), RE of each cross section) (L3) and RE (L4), the rear end RE (L1) of the first cross section may be located at the rotational direction and the bulging side of the main plate 110.
  • This tendency is the front end of the blade 130
  • FE and in particular, among the front ends FE (L1), FE (L2), FE (L3), and FE (L4) of each cross section of the blade 130, the front end of the first cross section. (FE (L1)) may be located on the side opposite to the rotation direction of the main plate (110).
  • the front end FE (L3) of the third cross section may be located on the rotation direction side of the main plate 110 than the front end FE (L4) of the fourth cross section.
  • This tendency may be the same in the rear end RE, in which case, the blade 130 may be rotated by the main plate 110 rather than the rear end RE (L3) of the third end surface (RE (L3)). It can be located on the direction side.
  • the blade 130 has an angle ⁇ formed by a straight line CRL connecting the front and rear ends and a straight line OT connecting the rotary shaft O and the rear end RE (see FIG. 6). It may be the largest in the first end surface S (L1) of (S (L1), S (L2), S (L3), S (L4)).
  • the blade 130 has a second cross-section S (L2) and a third cross-section between the first cross-section S (L1) and the fourth cross-section S (L4) defined to have a twisted shape.
  • the shape is determined by S (L3).
  • the positive pressure surface 131 and the negative pressure surface 132 connecting between the first end surface S (L1) and the fourth end surface S (L4) are curved surfaces, and preferably, the respective end surfaces S (L1). ), S (L2), S (L3), S (L4))) and at least one inflection point.
  • the blade 130 has a convex portion RC in the direction away from the rotation axis O (or the direction in which the positive pressure surface 131 faces) on the upper side based on the inflection point, and the rotation axis O side (or, on the lower side) And a convex portion CRC in the direction in which the negative pressure surface 132 faces.
  • the terms are redefined based on the positive pressure surface 131, and the RC portion has a curved surface of the positive pressure surface 131, which is called a convex portion RC, and the CRC portion is a positive pressure surface 131.
  • the RC portion has a curved surface of the positive pressure surface 131, which is called a convex portion RC, and the CRC portion is a positive pressure surface 131.
  • CRC recess
  • Concave portion attracts the flow concentrated on the shroud 120 side to the main plate 110 side to not only equalize the discharge flow rate in the entire section from the upper end to the lower end of the blade 130, but also reduce noise And the efficiency of the fan is improved.
  • the peeling phenomenon of the flow is mainly generated at a portion close to the shroud 120 of the rear end LE of the blade 130, in particular, the negative pressure surface 132 having a large influence by the inertia of the flow. It occurs easily at the end of.
  • the convex portion RC has a convex shape of the positive pressure surface 131, thereby concentrating the flow toward the negative pressure surface 132 of the other blade 130 adjacent thereto, thereby preventing the flow from peeling off. Since the convex portion RC is formed at a portion close to the shroud 120, the convex portion RC is effective in suppressing the flow peeling phenomenon on the shroud 120 side of the rear end RE of the blade 130.
  • the structure in which the convex portion RC is formed at the upper portion and the concave portion CRC is formed at the lower portion may be maintained over the entire area of the blade 130.
  • the front end FE and the rear end RE of the blade 130 may each have a curved shape having at least one inflection point V, but an inflection point at the front end FE and an inflection point at the rear end RE. This does not necessarily have to be located on the same layer.
  • the highest point of the curve (the point farthest from the rotation axis O on the convex portion RC) exists on the convex portion RC, respectively, and is concave.
  • the lowest point of the curve (the point closest to the rotation axis O on the recessed portion CRC) exists on the part CRC, the highest point (or lowest point) of each curve does not necessarily need to be located on the same layer.
  • the lowest point of the curve constituting the recess CRC at the front end FE of the blade 130 may be located in a layer above the lowest point of the curve constituting the recess CRC at the rear end RE. Can be.
  • the highest point is located on the second end face S (L2), and the lowest point is located on the third end face S (L3), in this case, the second point.
  • the distance between the end face S (L2) and the third end face S (L3) is longer than the distance between the first end face S (L1) and the second end face S (L2).
  • the concave portion CRC may be configured with different curvatures at the front end LE and the rear end RE, and the convex portion RC is also the same.
  • the recess CRC may have a greater curvature at the rear end RE than the front end LE.
  • the rear end RE (2) is formed on a circle C (L2) having a radius Rmax of the concentric circles C (P) centered on the rotation axis O.
  • the rear end RE (L3) is a circle C (L3) having a radius Rmin. That is, the rear end (RE) of the blade 130 is gradually moved away from the rotation axis (O) in a certain section while proceeding toward the main plate 110 from the portion in contact with the shroud 120.
  • the distance to the axis of rotation O on the second layer Layer 2 becomes the maximum Rmax, and then the distance to the axis of rotation O gradually approaches the axis of rotation O and the distance to the axis of rotation O on the third layer Layer 3 is minimum. Rmin, and further away from the rotational axis O until it meets the shroud 120 again (see RE (L4)).
  • the rear end RE of the blade 130 is composed of curves connecting RE (L1), RE (L2), RE (L3) and RE (L4), and considering the relationship in which these points are geometrically arranged, There is an inflection point between RE (L2) and RE (L3).
  • the section between the inflection point and the RE (L4) is the concave shape of the positive pressure surface 131 toward the rotation axis (O), not only advantageous to increase the positive pressure, there is an effect of inducing the flow to the main plate 10 side.
  • the front end (FE (L1) on the first layer (Layer 1) ) Is located far from the axis of rotation O relative to the other shears FE (L2), FE (L3), FE (L4), and the shear (FE (L3) on the third layer (Layer 3) ) Is located near the rotation axis O relative to the other front ends FE (L1), FE (L2), FE (L4) shown in the figure.
  • the blade 130 has a trailing end of the feature points (for example, an inflection point and a point where the distance from the rotation axis O becomes the minimum or maximum) that can be seen as a change in distance from the rotation axis O to the front end FE.
  • the feature points of the RE for example, RE (L3) and RE (L2) to be the minimum distance to the rotation axis O
  • the angle of attack ( ⁇ ) increases from the leading edge (LE (L1)) to the trailing edge (TE (L1)), and the ⁇ value in the fourth end surface S (L4) is also increased from the leading edge LE (L4) to the trailing edge (TE).
  • (L4)) shows an increasing characteristic.
  • the inlet angle ⁇ (LE (L1)) in the first end face S (L1) is approximately 16 degrees, and the outlet angle ⁇ (TE (L1)) is approximately 24 degrees.
  • the inlet angle ⁇ (LE (L4)) in the fourth end face S (L4) is approximately 10 degrees, and the outlet angle ⁇ (TE (L4)) is approximately 38 degrees.
  • the blade 130 Since the flow rate discharged along the main plate 110 and the flow rate through the shroud 120 are different from each other, the blade 130 is moved from the upper end connected with the shroud 120 to the lower end connected with the main plate 110.
  • the change in the angle of attack ⁇ has a great influence on the efficiency of the fan. Accordingly, the blade 130 is along the positive pressure surface 131 from the leading edge LE (L1) of the first end face S (L1) to the trailing edge TE (L4) of the fourth end face S (L4). It is preferable that the angle of attack increases gradually when moving along the shortest path or the airflow direction. In this case, the exit angle ⁇ (TE (L4)) may be the highest at the fourth end surface S (L4).

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Abstract

본 발명의 원심팬은 회전축을 중심으로 회전되는 주판; 공기가 흡입되는 흡입구가 형성된 쉬라우드(shroud); 및 상기 주판과 쉬라우드 사이에서 원주방향을 따라 배열되고, 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 전단으로부터 후단으로 유동되는 다수개의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드는 상기 레이어들 상에서 상기 쉬라우드 측에서 상기 주판 측으로 차례로 제 1 단면, 제 2 단면, 제 3 단면 및 제 4 단면을 정의할 시, 상기 제 1 단면의 전단은 상기 제 4 단면의 전단보다 상기 회전축으로부터 멀고, 상기 제 1 단면의 후단은 상기 제 4 단면의 후단보다 상기 회전축가 가깝고, 상기 각 단면의 후단들 중 상기 제 2 단면의 후단이 상기 회전축으로부터 가장 멀고, 상기 제 3 단면의 후단이 상기 회전축과 가장 가깝다.

Description

원심팬
본 발명은 원심팬에 관한 것이다.
원심팬은 쉬라우드를 통해 축방향으로 유입된 공기를 가속시켜 블레이드들 사이를 통해 반경방향으로 토출하는 팬이다. 원심팬의 성능은 마찰손실, 충격손실 등은 물론 여러 형상요인에 의해 영향을 받는다. 예를들어, 원심팬의 속도, 블레이드의 형상, 각도나 개수, 쉬라우드의 형상 등이 원심팬의 성능에 영향을 미치는 요인들의 대표적인 예이다.
이러한 요인들 중 특히, 블레이드의 형상은, 원심팬의 전체적인 크기나 규격을 크게 변경하지 않고도 성능을 향상시킬 수 있어 중요한데, 최근에는 블레이드의 형상을 다양하게 시도함으로써 원하는 성능을 얻고자 하는 연구들이 활발하게 이루어지고 있다.
한편, 일본공개특허 2000-45997은 금속재질로 된 하나의 판재를 접어서 형성한 블레이드를 개시하고 있다. 상기 특허는 하나의 판재를 굽힘 가공하여 단면이 익형(airfoil)을 이루는 블레이드를 형성하고 있다. 특히, 상기 블레이드는 전연(1af)이 원심팬의 회전축에 대해 소정의 경사를 이루고, 후연(1ab)은 상기 회전출에 평행한 입체적이 형태이기는 하나, 상기 특허의 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드는 회전축과 직교하는 임의의 레이어들 상에 취한 각 익형들이 공통의 캠버선(camber line)을 갖는다. 예를들어, 상기 블레이드는 주판(3)과 접합되는 하단부에서 캠버선의 길이가 가장 길고, 쉬라우드와 접하는 상단부에서 캠버선의 길이가 가장 짧으나, 상기 상단부에서의 캠버선은 상기 하단부에서의 캠버선과 완전히 중첩된다. 이러한 형태의 블레이드는 각 단면에서의 입구각들(또는, 출구각들)이 실질적으로 거의 동일하기 때문에 팬의 효율을 개선시키는데 한계가 있으며, 특히, 블레이드의 상부와 하부간의 유동특성 차이를 보상하기가 매우 어렵다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는 블레이드의 형상 개선을 통해 팬의 성능을 향상시킨 원심팬을 제공하는 것이다.
또한, 종래에 비해 대형제품에 적용될 수 있는 원심팬을 제공하는 것이다.
또한, 블레이드의 형상 개선을 통해 유동저항을 줄이고, 특히, 종래에 비해 팬의 효율을 개선시킨 원심팬을 제공하는 것이다.
또한, 쉬라우드 측과 주판 측에서 균일한 풍량이 토출될 수 있는 원심팬을 제공하는 것이다.
또한, 종래에 비해 정압을 상승시킨 원심팬을 제공하는 것이다.
또한, 블레이드의 상부에는 회전축 쪽으로 오목한 구간을 형성하고, 하부에는 상기 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 볼록한 구간을 형성함으로써, 블레이드의 하부에서의 유동을 강화시키고, 블레이드의 상하부간의 유동을 균일화시킨 원심팬을 제공하는 것이다.
또한, 소음을 저감시킨 원심팬을 제공하는 것이다.
또한, 블레이드 후단에서 유동이 박리되는 것을 억제한 원심팬을 제공하는 것이다.
본 발명의 원심팬은 회전축을 중심으로 회전되는 주판; 공기가 흡입되는 흡입구가 형성된 쉬라우드(shroud); 및 상기 주판과 쉬라우드 사이에서 원주방향을 따라 배열되고, 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 전단으로부터 후단으로 유동되는 다수개의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드는 상기 레이어들 상에서 상기 쉬라우드 측에서 상기 주판 측으로 차례로 제 1 단면, 제 2 단면, 제 3 단면 및 제 4 단면을 정의할 시, 상기 제 1 단면의 전단은 상기 제 4 단면의 전단보다 상기 회전축으로부터 멀고, 상기 제 1 단면의 후단은 상기 제 4 단면의 후단보다 상기 회전축가 가깝고, 상기 각 단면의 후단들 중 상기 제 2 단면의 후단이 상기 회전축으로부터 가장 멀고, 상기 제 3 단면의 후단이 상기 회전축과 가장 가깝다.
상기 블레이드는 상기 제 1 단면의 전단이 상기 제 4 단면의 전단보다 상기 주판의 회전방향과 반대측에 위치할 수 있다. 상기 각 단면의 전단들 중, 상기 제 1 단면의 전단이 가장 상기 주판의 회전방향과 반대측에 위치할 수 있다.
상기 제 1 단면의 후단이 상기 제 4 단면의 후단보다 상기 주판의 회전방향과 반대측에 위치할 수 있다. 상기 블레이드는 상기 각 단면들 중, 상기 제 1 단면의 후단이 가장 상기 주판의 회전방향과 방대방향 측에 위치할 수 있다.
상기 블레이드는 상기 제 3 단면의 전단이 상기 제 4 단면의 전단보다 상기 주판의 회전방향 측에 위치할 수 있다. 상기 블레이드는 상기 제 3 단면의 후단이 상기 제 4 단면의 후단보다 상기 주판의 회전방향 측에 위치할 수 있다.
상기 블레이드는 상기 전단과 후단을 연결한 직선과, 상기 회전축과 상기 후단을 연결한 직선이 이루는 각도가, 상기 각 단면들 중 상기 제 1 단면에서 가장 클 수 있다.
상기 블레이드는 상기 각 단면들을 상기 회전축 방향으로 공통의 투영면 상에 투영할 시, 상기 제 1 단면의 전단과 후단을 연결한 직선은, 다른 각 단면의 전단과 후단을 연결한 직선들 모두와 교차될 수 있다.
상기 제 1 단면은 후단에서 상기 쉬라우드와 만날 수 있다.
상기 제 4 단면은 상기 블레이드가 주판과 만나는 부분일 수 있다.
상기 블레이드의 단면은 상기 전단과 후단 사이에서 익형을 구성할 수 있다.
다르게는, 본 발명의 원심팬은 회전축을 중심으로 회전되는 주판; 공기가 흡입되는 흡입구가 형성된 쉬라우드; 및 상기 주판과 쉬라우드 사이에서 원주방향을 따라 배열되고, 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 전단으로부터 후단으로 유동되는 다수개의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드는 상기 회전축과 직교하는 평면으로 이루어진 레이어들 상에서 상기 쉬라우드 측에서 주판 측으로 차례로 제 1 단면, 제 2 단면, 제 3 단면 및 제 4 단면을 정의할 시, 상기 블레이드의 후단은 상기 제 1 단면으로부터 상기 제 2 단면까지는 상기 회전축으로부터 점점 멀어지고, 상기 제 2 단면으로부터 상기 제 3 단면까지는 상기 회전축과 점점 가까워지고, 상기 제 3 단면에서 상기 제 4 단면 까지는 다시 상기 회전축으로부터 점점 멀어진다.
상기 블레이드는 상기 각 단면의 후단들 중, 상기 상기 제 2 단면의 후단이 상기 회전축으로부터 가장 멀리 있을 수 있다.
상기 각 단면의 후단들 중, 상기 제 3 단면의 후단이 가장 상기 주판의 회전방향 측에 위치할 수 있다.
상기 각 단면의 후단들 중, 상기 제 1 단면의 후단이 가장 상기 주판의 회전방향과 반대측에 위치할 수 있다.
상기 제 2 단면과 상기 제 3 단면 사이의 거리가 상기 제 1 단면과 상기 제 2 단면 사이의 거리보다 길 수 있다.
다르게는, 본 발명의 원심팬은 회전축을 중심으로 회전되는 주판; 공기가 흡입되는 흡입구가 형성된 쉬라우드; 및 상기 주판과 쉬라우드 사이에서 원주방향을 따라 배열되고, 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 전단으로부터 후단으로 유동되는 다수개의 블레이드를 포함하고, 상기 회전축 방향을 따라 상기 블레이드를 절단한 종단면은 상기 쉬라우드 측에는 상기 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 볼록하고, 상기 주판측에는 상기 회전축과 가까워지는 방향으로 볼록하다.
상기 블레이드는 상기 쉬라우드와 근접할수록 상기 전단이 상기 회전축으로부터 멀어지는 부분을 포함할 수 있다.
상기 블레이드는 상기 회전축과 직교하는 평면으로 이루어진 레이어들 상에서 상기 쉬라우드 측에서 주판 측으로 차례로 소정의 두 개의 단면을 정의할 시, 상기 두 개의 단면은 상기 회전축을 따라 투영된 소정의 투영면 상에서 서로 교차될 수 있다. 상기 블레이드는 상기 두 개의 단면 중, 상기 쉬라우드와 더 가까운 단면이, 상기 투영면 상에서, 상기 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 볼록한 부분에서 상기 회전축으로부터의 후단까지의 거리가 가장 큰 단면과, 상기 회전축과 가까워지는 방향으로 볼록한 부분에서 상기 회전축과 후단까지의 거리가 가장 가까운 단면과 더 교차될 수 있다. 상기 블레이드는 상기 두 개의 단면 중, 상기 쉬라우드와 더 가까운 단면의 전단은 상기 주판과 더 가까운 단면의 전단에 비해 상기 회전축으로부터 먼 곳에 위치할 수 있고, 상기 쉬라우드와 더 가까운 단면의 후단은 상기 주판과 더 가까운 단면의 후단에 비해 상기 회전축과 가까운 곳에 위치할 수 있다. 상기 쉬라우드와 더 가까운 단면의 후단은 상기 주판과 더 가까운 단면의 후단에 비해 상기 주판의 회전방향과 반대쪽에 위치할 수 있다.
상기 블레이드는 정압면을 형성하는 정압면 형성부재; 및 부압면을 형성하는 부압면 형성부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 원심팬은 블레이드의 형상을 개선함으로써, 팬의 성능이 향상되는 효과가 있다. 특히, 종래에 비해 유동저항이 줄어, 팬의 효율이 향상되는 효과가 있다.
또한, 팬의 효율이 개선됨으로써, 동일 풍량일 시 종래에 비해 저속 운전이 가능하며 따라서, 대형제품에의 적용이 용이한 효과가 있다.
또한, 블레이드가 쉬라우드와 가까운 부분과 주판과 가까운 부분에서 서로 다른 형상을 갖도록 함으로써, 상기 쉬라우드와 가까운 부분과 상기 주판과 가까운 부분 간의 서로 다른 유동 특성에 최적화된 대응이 가능하고, 따라서, 팬의 효율이 향상되는 효과가 있다. 또한, 종래에 비해 쉬라우드 측과 주판 측 간에 유속이 균일해지며, 그에 따라 소음도 저감되는 효과가 있다.
또한, 종래에 비해 정압을 상승되는 효과가 있다.
또한, 동일한 풍량을 기준으로 종래에 비해 저속으로 운전할 수 있는 효과가 있다.
또한, 유동을 주판측으로 유인하여 블레이드의 상부와 하부간의 풍량이 균일해지면서도, 블레이드의 상부에서는 부압면 측으로의 유동을 강화하여 유동 박리현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 블레이드의 후단, 특히 쉬라우드와 가까운 부분에서 유동이 박리되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 원심팬이 적용되는 일례로 플러그 팬 모듈을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심팬을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 원심팬의 분해 사시도이다.
도 4는 블레이드를 횡으로 절개하여 도시한 것이다.
도 5는 블레이드의 횡단면을 도시한 것이다.
도 6은 블레이드의 단면 형상과 취부구조를 정의하는 주요 인자들을 표시한 것이다.
도 7은 도 6을 참조하여 캠버선 상의 점 P에서 정의되는 인자들을 표시한 것이다.
도 8은 (a)레이어들의 위치와, (b)레이어들에 의해 취해지는 단면들을 블레이드에 표시한 것이다.
도 9는 도 8에 표시된 단면들을 회전축 방향으로 투영하여 하나의 평면상에 도시한 것이다.
도 10은 블레이드의 종단면을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 원심팬과 종래의 원심팬의 풍량(Q)에 따른 정압(Ps)과, 효율을 비교하여 도시한 그래프이다.
도 12는 종래의 원심팬을 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 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 원심팬이 적용되는 일례로 플러그 팬 모듈을 도시한 것이다. 이하에서 설명하는 실시예들에 따른 원심팬은 냉장고, 공기조화기, 청소기 등에 두로 적용될 수 있다. 공기가 자연스럽게 팬의 내부로 유입되어 외부로 토출되기 때문에, 덕트가 없이도 설치가 가능하며, 특히, 도 1에 도시된 바와 같은 실외에 설치되어 실내로부터 유입된 공기를 냉각 또는 가열하여 실내로 다시 공급하는 공기조화기에 적용되는 플러그(plug)형 팬 모듈에 적용될 수 있다. 이러한, 팬 모듈(1)은 회전축을 갖는 모터(2)와, 모터(2)를 지지하는 지지 프레임(3)과, 모터(2)의 회전축에 결합되는 원심팬(4)을 포함한다. 또한, 지지 프레임(3)의 전면에 설치되는 전면 패널(5)에는 원심팬(4)으로 공기가 유입될 수 있도록 개구부가 형성되고, 상기 개구부를 통해 회전축 방향을 따라 유입된 공기는, 원심팬(4)이 회전됨에 따라 전면 패널(5) 배면의 영역에서 방사상으로 토출된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심팬을 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 원심팬의 분해 사시도이다. 도 4는 블레이드를 횡으로 절개하여 도시한 것이다. 도 5는 블레이드의 횡단면을 도시한 것이다. 도 6은 블레이드의 단면 형상과 취부구조를 정의하는 주요 인자들을 표시한 것이다. 도 7는 도 6을 참조하여 캠버선 상의 점 P에서 정의되는 인자들을 표시한 것이다. 도 8은 (a)레이어들의 위치와, (b)레이어들에 의해 취해지는 단면들을 블레이드에 표시한 것이다. 도 9는 도 8에 표시된 단면들을 회전축 방향으로 투영하여 하나의 평면상에 도시한 것이다.
도 2를 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심팬(100)은 주판(110)과, 쉬라우드(120)와, 다수개의 블레이드(130)를 포함한다. 주판(110), 쉬라우드(120) 및 블레이드(130)는 바람직하게는 가소성을 갖는 금속재, 특히 스틸(steel)로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정될 필요는 없으며, 합성 수지 등의 기타 다른 재질로 이루어져도 무방하다.
주판(110)은 모터(4, 도 1 참조)에 의해 회전축(O, rotating axis)을 중심으로 회전된다. 실시예에 따라, 주판(110)은 모터의 회전축과 직결될 수도 있으나, 원심팬(100)은 주판(110)을 모터의 회전축(rotating shaft)과 결합하는 허브(160)를 더 포함할 수 있다.
쉬라우드(120)는 주판(110)과 이격되어 배치되고, 회전축(O) 방향으로 공기의 유입이 이루어지는 흡입구(121)를 형성한다. 쉬라우드(120)는 중앙에 흡입구(121)가 형성된 링형상으로 이루어지며, 흡입구(121)를 형성하는 내주로부터 반경방향으로 점점 확장되어, 블레이드(130)에 의해 압송된 기류가 토출되는 외주에서 최대 직경을 갖는다. 쉬라우드(120)는 공기가 안내되는 내측면이 주판(110)을 향해 볼록하게 만곡된 곡면을 이룰 수 있다.
쉬라우드(120)는 흡입구(121)측으로부터 외주까지, 내의 직경이 점점 증가되는 곡면을 이루며 연장된다. 이러한 곡면은 그 곡률이 일정할 수도 있으나, 바람직하게는 다수회 변경될 수 있다.
내주면이 곡면을 이루는 쉬라우드(120)의 구조를 고려할 시, 쉬라우드(120)와 접하는 블레이드(130)의 상단부와 주판(110)까지의 수직 거리는, 블레이드(130)의 전단(FE)에서 최대값을 갖고, 블레이드(130)의 후단(RE)에서 최소값을 갖는다.
블레이드(130)는 주판(110)과 쉬라우드(120) 사이에서 원주방향을 따라 다수개가 배치된다. 쉬라우드(120)의 흡입구(121)를 통해 흡입된 공기가 블레이드(130)의 전단부로부터 후단부로 유동되어 토출된다. 반드시 그래야만 하는 것은 아니나, 원심팬(100)은 7개의 블레이드(130)를 가질 수 있다.
다수개의 블레이드(130)들은, 회전축(O)과 직교하는 임의의 레이어(또는, 평면)를 취할 시, 상기 레이어 상에 나타나는 블레이드(130)의 단면들에서, 전단(FE)들은 소정의 공통의 내주 상에 위치되고, 후단(RE)들은 상기 내주보다 큰 직경을 갖는 소정의 공통의 외주 상에 위치된다. 블레이드(130)에서 원심팬(100)의 외측을 향하는 면을 정압면(131)이라고 하고, 정압면(131)의 반대쪽에 해당하는, 원심팬(100)의 내측을 향하는 면을 부압면(132)이라고 할 때, 블레이드(130)의 전단(FE)은 후단(RE)에 비해 정압면(131)이 향하는 방향(또는, 주판(110)의 회전방향)쪽에 위치한다.
이하, 블레이드(130)에서 쉬라우드(120)를 통해 흡입된 기류가 접촉되기 시작하는 부분을 전단(FE, Front Edge)이라고 정의하고, 블레이드(130)로부터 기류가 분리되는 부분을 후단(RE, Front Edge)이라고 정의한다.
또한, 이하에서 설명하는 블레이드(130)는 두 개의 부재(140)(150)가 전단부와 후단부에서 서로 접합되고, 블레이드(130)의 단면은 상기 전단부와 후단부 사이에 익형을 구성하는 형태를 이루나, 본 발명의 범위가 반드시 이에 한정될 필요는 없다. 실시예에 따라, 블레이드(130)는 그 단면이, 전단에 전연(leading edge)을 갖고, 후단에 후연(trailing edge)를 갖는 익형(airfoil)을 구성할 수 있다.
블레이드(130)는 3D형상을 가질 수 있다. 이하, 3D 형상의 블레이드는, 회전축(O)과 직교하는 소정의 평면으로 이루어진 소정의 레이어(layer)들 상에서의 블레이드의 단면들을 회전축(O) 방향으로 소정의 투영면 상에 투영할 시, 상기 투영면 상에서 상기 각 단면의 전단(FE)과 후단(RE)을 연결한 선들 중 둘 이상이 동선상에 위치되지 않는 것으로 정의한다. 여기서, 상기 전단과 후단을 연결한 선들은 일정한 규칙에 따라 정의된 것들로, 예를들어, 전단(FE)과 후단(RE)를 직선으로 연결한 것일 수 있으며, 다르게는, 정압면(131)과 부압면(132)으로부터 등거리에 위치하는 점들을 연결한 것일 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 원심팬과 종래의 원심팬의 풍량(Q)에 따른 정압(Ps)과, 효율을 비교하여 도시한 그래프이다. 도 12에 도시된 종래의 원심팬은 도면을 통해 분명하게 확인할 수 있는 바와 같이, 블레이드의 단면이 어느 단면에서나 일정한 형태를 이루는 것으로 앞서 정의한 3D 형상이 아닌 것이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심팬(100)은 동일한 풍량(Q)일 시, 종래의 원심팬에 비해 정압(Ps)이 상승되었을 뿐만 아니라, 효율 또한 향상되었음이 실험을 통해 확인되었다. 특히, 원심팬(100)의 효율은 대략 82%에 이르며, 이는 대략 70%에 이르던 종래에 비해 비약적인 개선을 이룬 것으로, 동일한 풍량을 기준으로 종래에 비해 저속으로 팬을 구동시키는 것이 가능하다. 이러한 팬의 성능 향상은 블레이드의 취부구조나 형상적인 특성에서 기인된 바가 큰 것으로 여겨진다. 이하, 블레이드(130)에 대해 보다 상세하게 살펴보도록 한다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 블레이드(130)는 정압면(131, 도 2 참조)을 형성하는 정압면 형성부재(140)와, 부압면(132, 도 2 참조)을 형성하는 부압면 형성부재(150)를 포함할 수 있다. 정압면 형성부재(140)와 부압면 형성부재(150)는 양자 사이에 공간(S)을 이루며 결합될 수 있다. 바람직하게는, 정압면(131)의 전 영역이 정압면 형성부재(140)에 의해 규정되고, 부압면(132)의 전 영역이 부압면 형성부재(150)에 의해 규정된다.
정압면 형성부재(140)와 부압면 형성부재(150)는 금속판재를 가공하여 형성될 수 있다. 바람직하게는, 정압면 형성부재(140)(또는 부압면 형성부재(150))는 균일한 두께를 갖는 금속판재를 가공하여 형성된다. 특히, 정압면 형성부재(140) 또는 부압면 형성부재(150)는 그 두께가 대략 1mm 정도만 되어도 충분한 강성을 가질 수 있으며, 이는 종래의 금속판재를 이용하여 형성한 블레이드의 두께가 2mm 이상이었던 것에 비해 그 두께가 1/2 이상 줄어든 것이다.
보다 상세하게, 정압면 형성부재(140)와 부압면 형성부재(150)는 가소성의 금속 판재를 가압성형(프레스 성형:press成型)하여 이루어질 수 있다. 특히, 스틸 판재는 가소성(可塑性)이 좋아 다양한 형태로의 성형이 용이하면서도, 탄소(C), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 등의 함량비에 따라 충분한 내식성, 내열성, 강성 등을 확보할 수 있다. 특히, 스틸로 이루어진 원심팬은, 향상된 강성으로 인해 종래의 수지재에 비해 더 빠른 속도로 회전이 가능하다. 종래 수지재질로 이루어진 원심팬은 복잡한 형상의 블레이드를 구현하는데는 용이하나, 강성이 약하며, 특히, 대형제품에 적용되는 팬의 경우는 강한 기외정압에 의해 블레이드가 파손될 위험이 커, 안정성에서 문제가 있었다. 이에 비해, 본 발명은 금속재질로 이루어진 2 개의 부재(140, 150)를 이용하여 블레이드를 형성함으로써, 충분한 강성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 팬의 성능 개선을 위한 복잡한 형상의 블레이드를 구현할 수 있는 이점이 있다.
블레이드(130)의 전단부와 후단부에서는 정압면 형성부재(140)와 부압면 형성부재(150)가 서로 접합될 수 있다. 정압면 형성부재(140)와 부압면 형성부재(150) 간의 접합은 각 부재의 배면들간에 이루어질 수 있다. 이하, 블레이드(130)의 전단부에서 정압면 형성부재(140)와 부압면 형성부재(150) 간의 접합이 이루어진 부분을 전단 접합부(133)라고 하고, 블레이드(130)의 후단부에서 정압면 형성부재(140)와 부압면 형성부재(150) 간의 접합이 이루어진 부분을 후단 접합부(134)라고 한다. 또한, 블레이드(130)는 전단 접합부(133)와 후단 접합부(134) 사이에 본체부(135)가 형성되고, 본체부(135)는 내측으로 공간(S)을 갖는다. 특히, 본체부(135)는 그 단면이 공간(S)을 감싸는 폐쇄구조를 이룰 수 있다.
정압면 형성부재(140)는 전단부에 제 1 전단 접합면부(141)가 형성되고, 후단부에 제 1 후단 접합면부(142)가 형성되고, 제 1 전단 접합면부(141)와 제 2 후단 접합면부(142) 사이에 제 1 곡면부(145)가 형성된다. 이와 유사하게, 부압면 형성부재(150)는 전단부에 제 2 전단 접합면부(151)가 형성되고, 후단부에 제 2 후단 접합면부(152)가 형성되고, 제 2 전단 접합면부(151)와 제 2 후단 접합면부(152) 사이에 제 2 곡면부(155)가 형성된다.
블레이드(130)의 전단 접합부(133)에서는 제 1 전단 접합면부(141)와 제 2 전단 접합면부(151) 간에 접합이 이루어지고, 후단 접합부(134)에서는 제 1 후단 접합면부(142)와 제 2 후단 접합면부(152)간에 접합이 이루어진다.
바람직하게는, 제 1 전단 접합면부(141)의 배면(이하, 제 1 전단 접합면이라고 함.)과 제 2 전단 접합면부(151)의 배면(이하, 제 2 전단 접합면이라고 함.)은 서로 면접촉될 수 있다. 제 1 전단 접합면부(141)와 제 2 전단 접합면부(151)는 서로 대응하는 형상의 접합면을 갖을 수 있다. 즉, 제 1 전단 접합면과 제 2 전단 전합면이 실질적으로 동일한 형상으로 이루어짐으로써 서로 밀착된 상태로 접합될 수 있다.
마찬가지로, 제 1 후단 접합부(142)의 배면(이하, 제 1 후단 접합면이라고 함.)과 제 2 후단 접합부(152)의 배면(이하, 제 2 후단 접합면이라고 함.)은 서로 면접촉될 수 있다. 제 1 후단 접합면부(142)와 제 2 후단 접합면부(152)는 서로 대응하는 형상의 접합면을 가질 수 있다. 즉, 제 1 후단 접합면과 제 2 후단 전합면이 실질적으로 동일한 형상으로 이루어짐으로써 서로 밀착된 상태로 접합될 수 있다.
본체부(135)는 제 1 곡면부(145)와 제 2 곡면부(155)를 포함하고, 제 1 곡면부(145)와 제 2 곡면부(155) 사이에 공간(S)이 형성된다. 공간(S)은 제 1 곡면부(145)의 배면과 제 2 곡면부(155)의 배면에 의해 횡단면의 형상이 정해지고, 상측으로는 쉬라우드(120)에 의해 하측으로는 주판(110)에 의해 한정된다. 접합이 이루어지기 전에는, 정압면 형성부재(140)와 부압면 형성부재(150)가 서로에 대해 독립적이기 때문에, 얼마든지 서로 다른 형태로 자유롭게 가공이 가능하다. 따라서, 제 1 곡면부(145)와 제 2 곡면부(155)가 서로 다른 경향으로 곡률이 변화되는 형상을 이루는 것도 가능하다. 특히, 제 1 곡면부(145)와 제 2 곡면부(155)의 형상은 각각 정압면(131)의 형상과, 부압면(132)의 형상을 결정하기 때문에, 곡면부들(145, 155)의 형상을 자유롭게 구성할 수 있다는 점은 팬의 성능 향상 측면에서 매우 유리하다. 특히, 하나의 판재를 접어서 정압면과 부압면을 형성하는 경우(일본공개특허 2000-45997 참조)에 비해 보다 복잡한 곡면들로 구성된 정압면 또는 부압면을 형성할 수 있다.
블레이드(130)는 공간(S)이 형성된 부분의 단면이 익형을 이룰 수 있다. 이러한 익형은 본체부(135)에 의해 규정될 수 있다. 공간(S)을 이루는 내주면의 단면은 전체적으로 익형이기는 하나, 상기 단면의 전단은 정압면 형성부재(140)와 부압면 형성부재(150) 간의 접합으로 인한 첨점을 갖을 수 있기 때문에, '익형'은 블레이드(130)의 외주면의 형상을 기준으로 정의하고, 전연(LE)은 정압면 형성부재(140)의 외주면과 부압면 형성부재(150)의 외주면 사이를 연결하는 가상의 곡선 상에 위치하는 것으로 정의한다. 도면에서 r은 전연(LE)에서의 곡률 반경을 표시한 것으로, 익형의 상부면 또는 하부면에서의 곡률반경은 전연(LE)에서 최소값을 갖는다. 다만, 실시예에 따라 블레이드는 전단(FE)에 전연(LE)을 갖고, 후단(RE)에 후연(TE)를 갖는 익형으로 구성될 수 있으며, 이 경우, 이하에서 언급되는 전단(FE)과 후단(RE)은 각각 전연(LE)과 후연(TE)로 이해되어야 함을 명시한다.
이하, 본체부(135)에 대해 보다 상세하게 살펴보기로 한다. 본체부(135)의 단면은, 내측으로 공간(S)을 둔 익형(airfoil), 또는 유선형일 수 있다. NACA(National Advisory Committee for Aeronautics, 미국 항공 자문 위원회)에서 제시한 정의에 의하면, 익형은 전연(leading edge)과, 후연(trailing edge)과, 상기 전연과 후연을 연결하는 상면(upper surface, 145a)과, 하면(lower surface, 155a)로 구성되며, 여러가지 인자들에 의해 그 형상이 정해진다. 이들 인자로는 전연과 후연을 연결한 직선인 코드선(CRL, chord line), 전연과 후연 사이에서 상면과 하면으로부터 등거리에 위치한 점들을 연결한 캠버선(CBL, camber line) 등이 있다. 특히, 상기 캠버선은 전단 접합부(133)와 후단 접합부(134)에서는 정압면 형성부재(140)와 부압면 형성부재(150)가 서로 접하는 경계로 정의하기로 한다.
도 6 내지 도 7을 참조하여, 본체부(135)의 단면의 형상과 주판(110) 상에서의 배치를 정의하는데 필요한 인자들은 다음과 같다.
Xc: 전연(LE)에서 코드선(CRL)을 따라 표시한 백터
Yc: 전연(LE)에서 Xc와 직교하는 백터
α: 회전축(O)에 대해 전연(LE)과 후연(TE)이 이루는 각도
C(P): 회전축(O)을 중심으로 캠버선(CBL) 상의 점(P)을 지나는 원주
TC(P): 점(P)에서 C(P)에 대한 접선(도 7에서는 점(P)이 전연인 경우를 표시하고 있음.)
TCB(P): 점(P)에서 CBL의 접선(도 7에서는 점(P)이 전연인 경우를 표시하고 있음.)
β(P): TC(P)와 TCB(P)가 이루는 각도
θ(P): TCB(P)와 CRL이 이루는 각도
γ: 전연(LE)에서 CRL과 TC가 이루는 각도
OT: 중심축(O)과 후연(TE)을 연결한 선
φ: 후연(TE)에서 CRL과 OT가 이루는 각도
이하, β(P)를 받음각이라고 하고, 전연(LE)에서의 받음각 β(LE)을 입구각(inlet angle)이라 정의하고, 후연(TE)에서의 받음각 β(TE)는 출구각(outlet angle)이라고 정의한다.
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 블레이드(130)의 형상을 보다 구체적으로 설명한다.
도 8의 (a)에는 회전축(O)과 직교하는 4개의 레이어가 표시되어 있다. 블레이드(130)의 단면들(S(L1), S(L2), S(L3), S(L4))는 각각 제 1 레이어(Layer 1), 제 2 레이어(Layer 2), 제 3 레이어(Layer 3) 및 제 4 레이어(Layer 4) 상에서 보여지는 것들이다. 제 1 레이어(Layer 1), 제 2 레이어(Layer 2), 제 3 레이어(Layer 3) 및 제 4 레이어(Layer 4)는 회전축(O)을 따라 위에서 아래로 순서대로 취해지면 족하다. 본 실시예에서는 제 1 단면(S(L1)은 후단(RE(L1)이 쉬라우드(120)와 만나며, 제 4 단면(S(L4))은 블레이드(130)가 주판(110)과 만나는 부분에서 취해졌다.
임의의 블레이드(130)의 단면(S(L1), S(L2), S(L3), S(L4))에서 캠버선은 익형의 상면(145a)과 코드선 사이에 위치할 수 있다. 정압면(131)을 구성하는 상면(145a)이 원심팬(1)의 외측으로 볼록한 형태를 이루기 때문에, 정압면(131)에서의 유속이 증가된다.
블레이드(130)는 제 1 단면(S(L1))과 제 4 단면(S(L4))간의 상관관계에 의해 전체적으로 상하방향으로 비틀어진 형상을 이룬다. 도 12 또는 일본공개특허 2000-45997 등에 개시된 종래의 원심팬의 블레이드는 그 단면이 쉬라우드 측과 주판 측에서 실질적으로 동일한 형상으로 이루어져 있어, 쉬라우드로부터 주판 측으로의 유동의 변화 경향에 효과적으로 대응하지 못하였다. 이에 반해, 본 발명의 원심팬(100)은 제 1 레이어(Layer 1)상의 제 1 단면(S(L1))을 쉬라우드(120) 측에서의 유동 특성에 적합하게 설계하고, 제 4 레이어(Layer 4)상의 제 4 단면(S(L4))은 제 1 단면(S(L1))에 대해 독립적으로 주판(110) 측에서의 유동 특성에 적합하게 설계할 수 있어, 팬의 성능, 특히, 효율이 종래에 비해 월등히 개선되는 효과가 있다.
쉬라우드(120)와 근접한 제 1 단면(S(L1))에서의 전단(FE(L1))은 주판(110)과 근접한 제 4 단면(S(L4))의 전단(FE(L4))에 비해 회전축(O)으로부터 멀고, 제 4 단면(S(L4))의 후단(RE(L4))은 제 1 단면(S(L1))의 후단(RE(L1)) 보다 멀 수 있다. 이 경우, 제 1 단면(S(L1))과 제 4 단면(S(L4))은 도 9에 보이는 바와 같이, 코드선들이 서로 교차된다. 바람직하게는, 제 1 단면(S(L1))의 코드선은 제 4 단면(S(L4))뿐만 아니라 제 2 단면(S(L2))과 제 3 단면(S(L3))의 코드선들과도 교차된다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 블레이드(130)를 측면에서 바라볼 시, 블레이드(130)의 전단(FE) 또는 후단(RE)은 회전축(O)과 소정의 각도를 갖는 경사를 이루며, 특히, 주판(110)과 근접한 하단부에 비해 쉬라우드(120)와 근접한 상단부에서 회전축(O)으로부터 더 멀리 떨어진 형태를 이룬다. 쉬라우드(120)와 가까울수록 유속이 크기 때문에, 블레이드(130)에는 쉬라우드(120)와 가까운 부분일수록 더 큰 일을 하여야 한다. 따라서, 블레이드(130)는 적어도 부분적으로는, 쉬라우드(120)와 가까운 레이어일수록, 그 레이어 상에서의 블레이드(130)의 단면이 회전축(O)으로부터 멀리 떨어지는 형태를 이루며, 이러한 형태는 쉬라우드(120)와 가까운 레이어에서 블레이드(130)의 선속도를 증가시켜 그 부분에서 블레이드(130)가 더 큰 일을 할 수 있도록 한다.
또한, 일반적으로 쉬라우드(120)와 가까운 부분(이하, 제 1 레이어(Layer 1)를 예로 듦.)에서는 유속이 빠르기 때문에, 유동의 관성(특히, 회전축(O) 방향 성분)이 커 제 1 레이어(Layer 1) 상의 블레이드 단면의 후단에서는 유동이 박리될 수 있다. 그런데, 본 실시예에 따른 블레이드(130)는 종래에 비해 제 1 단면(S(L1))의 전단(FE(S1))의 위치가 회전축(O)으로부터 멀어졌기 때문에, 쉬라우드(120)의 흡입구(121)로부터 제 1 단면(S(L1)의 후단(RE(L4))에 이르는 유동의 경로가 종래에 비해 더 길어져, 유동이 관성을 극복하고 후단(RE(L4)으로 유연하게 안내될 수 있으며, 따라서 그만큼 블레이드(130)의 후단(RE)에서의 유동 박리가 억제될 수 있는 효과가 있다.
또한, 블레이드(130)는 제 1 단면(S(L1)이 제 4 단면(S(L4))에 비해 더 주판(110)의 회전방향과 반대측에 위치할 수 있다. 특히, 블레이드(130)의 후단(RE)은, 적어도 부분적으로는, 주판(110)과 근접한 하단부에 비해 쉬라우드(120)와 근접한 상단부에서 더 주판(110)의 회전방향과 반대쪽으로 치우친 형태이다. 앞서 설명한 바와 같이, 블레이드(130)의 형태가 쉬라우드(120)와 근접한 부분(예를들어, 제 1 단면(S(L1))일수록 다른 부분(예를들어, 제 4 단면(S(L4)))에 비해 회전축(O)으로부터 멀어지는 형태를 이룬다고 하더라도, 같은 예에서, 제 1 단면(S(L1))의 후단(RE(L1))이 제 4 단면(S(L4)의 후단(RE(L4))에 비해 더 주판(110)의 회전방향과 반대쪽에 위치하기 때문에, 제 1 단면(S(L1))의 전단(FE(L1)이 회전축(O)으로부터 멀어진 거리에 비해, 상대적으로 후단(RE(L1))은 회전축(O)으로부터 덜 멀어지고, 이는 실질적으로 블레이드(130)의 송풍지름(회전축(O)으로부터 블레이드(130)의 후단(LE)까지의 최대거리)의 증가를 억제하는 효과가 있다. 바람직하게는, 제 1 단면의 후단(RE(L1))이 제 4 단면의 후단(RE(L4))보다 주판(110)의 회전방향과 반대측에 위치하고, 각 단면의 후단들(RE(L1), RE(L2), RE(L3), RE(L4)) 중, 제 1 단면의 후단(RE(L1))이 가장 주판(110)의 회전방향과 방대방향 측에 위치할 수 있다. 이러한 경향은 블레이드(130)의 전단(FE)에서도 마찬가지일 수 있으며, 특히, 블레이드(130)의 각 단면의 전단들(FE(L1), FE(L2), FE(L3), FE(L4)) 중, 상기 제 1 단면의 전단(FE(L1))이 가장 주판(110)의 회전방향과 반대측에 위치할 수 있다.
한편, 제 3 단면의 전단(FE(L3))은 제 4 단면의 전단(FE(L4))보다 주판(110)의 회전방향 측에 위치할 수 있다. 이러한 경향은 후단(RE)에서도 마찬가지일 수 있으며, 이 경우, 블레이드(130)는 제 3 단면의 후단(RE(L3)이 제 4 단면의 후단(RE(L4))보다 주판(110)의 회전방향 측에 위치할 수 있다.
또한, 블레이드(130)는 전단과 후단을 연결한 직선(CRL)과, 회전축(O)과 후단(RE)을 연결한 직선(OT, 도 6 참조)이 이루는 각도(φ )가, 각 단면들(S(L1), S(L2), S(L3), S(L4)) 중 제 1 단면(S(L1))에서 가장 클 수 있다.
한편, 블레이드(130)는, 비틀린 형상이 되도록 정의된 제 1 단면(S(L1))과 제 4 단면(S(L4)) 사이가, 제 2 단면(S(L2))과 제 3 단면(S(L3))에 의해 형상이 정해진다.
제 1 단면(S(L1))과 제 4 단면(S(L4)) 사이를 연결하는 정압면(131)과 부압면(132)은 곡면으로 이루어지며, 바람직하게는 각 단면들(S(L1), S(L2), S(L3), S(L4))) 사이에서 적어도 하나의 변곡점을 갖는 곡면으로 이루어진다. 블레이드(130)는 상기 변곡점을 기준으로 상측에는 회전축(O)으로부터 멀어지는 방향(또는, 정압면(131)이 향하는 방향)으로 볼록한 부분(RC)을 갖고, 하측에는 회전축(O) 쪽(또는, 부압면(132)이 향하는 방향)으로 볼록한 부분(CRC)을 갖는다. 설명의 편의를 위해 정압면(131)을 기준으로 용어를 다시 정의하여, RC 부분은 정압면(131)이 볼록한 형태의 곡면을 갖는바 볼록부(RC)라고 하고, CRC부분은 정압면(131)이 오목한 형태의 곡면을 갖는바 오목부(CRC)라고 한다.
오목부(CRC)는 쉬라우드(120) 측에 집중되는 유동을 주판(110) 측으로 유인하여 블레이드(130)의 상단부로부터 하단부에 이르는 전 구간에서 토출 유속을 균일화 할 수 있을 뿐만 아니라, 소음을 저감시키고, 팬의 효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이 유동의 박리현상은, 블레이드(130)의 후단(LE) 중 쉬라우드(120)와 근접한 부분에서 주로 발생되는데, 특히, 유동의 관성에 의한 영향이 큰 부압면(132)의 후단에서 쉽게 발생된다. 본 실시예에서, 볼록부(RC)는 정압면(131)이 볼록한 형상이기 때문에 유동을 인접하는 다른 블레이드(130)의 부압면(132) 쪽으로 집중시켜 유동이 박리되는 것을 억제할 수 있으며, 특히, 볼록부(RC)가 쉬라우드(120)와 근접한 부분에 형성되기 때문에, 블레이드(130) 후단(RE) 중 쉬라우드(120)측에서의 유동 박리 현상을 억제하는데 효과적이다.
한편, 블레이드(130)의 전체 영역에 걸쳐 상부에 볼록부(RC)가 형성되고, 하부에 오목부(CRC)가 형성되는 구조가 유지될 수 있다. 이 경우, 블레이드(130)의 전단(FE)과 후단(RE)은 각각 적어도 하나의 변곡점(V)을 갖는 곡선형으로 이루어질 수 있으나, 전단(FE)에서의 변곡점과 후단(RE)에서의 변곡점이 반드시 동일한 레이어 상에 위치해야 하는 것은 아니다.
또한, 블레이드(130)의 전단(FE)과 후단(RE)에서는 각각 볼록부(RC)상에 곡선의 최고점(볼록부(RC)상에서 회전축(O)과 가장 멀리 떨어진 점)이 존재하고, 오목부(CRC)상에 곡선의 최저점(오목부(CRC)상에서 회전축(O)과 가장 가까운 점)이 존재하나, 각 곡선의 최고점(또는 최저점)들이 반드시 동일한 레이어 상에 위치하여야 하는 것도 아니다. 예를들어, 블레이드(130)의 전단(FE)에서의 오목부(CRC)를 구성하는 곡선의 최저점은 후단(RE)에서 오목부(CRC)를 구성하는 곡선의 최저점보다 위쪽의 레이어에 위치할 수 있다.
다만, 블레이드(130)의 후단(RE)에서 상기 최고점은 제 2 단면(S(L2)) 상에 위치하고, 상기 최저점은 제 3 단면(S(L3)) 상에 위치하며, 이 경우, 제 2 단면(S(L2))과 제 3 단면(S(L3)) 사이의 거리가 제 1 단면(S(L1))과 제 2 단면(S(L2)) 사이의 거리보다 긴 것이 바람직하다. 쉬라우드(110)의 흡입구를 통해 흡입된 공기가 상기 최고점으로부터 상기 최저점에 이르는 충분한 길이의 구간을 통과하며 볼록부(RC)로부터 오목부(CRC)로 자연스럽게 천이될 수 있다.
또한, 오목부(CRC)는 전단(LE)과 후단(RE)에서 서로 다른 곡률로 구성될 수 있으며, 볼록부(RC) 역시 마찬가지이다. 특히, 오목부(CRC)는 전단(LE)에 비해 후단(RE)에서 더 큰 곡률로 이루어질 수 있다.
제 2 단면(S(L2))에서 후단(RE(2))은 회전축(O))을 중심으로 하는 동심원(C(P))들 중 반경이 최대(Rmax)인 원(C(L2) 상에 위치될 수 있다. 또한, 제 3 레이어(Layer 3) 상에 표시된 제 3 블레이드 단면(S(L3))에서 후단(RE(L3))은 반경이 최소(Rmin)인 원(C(L3)) 상에 위치할 수 있다. 즉, 블레이드(130)의 후단(RE)은 쉬라우드(120)와 접하는 부분에서부터 주판(110)측으로 진행되는 중에, 일정구간에서는 점점 회전축(O)으로부터 멀어지다가 제 2 레이어(Layer 2) 상에서 회전축(O)까지의 거리가 최대(Rmax)가 되고, 이후로는 점점 회전축(O)으로 접근하여 제 3 레이어(Layer 3) 상에서 회전축(O)까지의 거리가 최소(Rmin)가 되고, 다시 쉬라우드(120)와 만날때까지 회전축(O)으로부터 점점 멀어진다(RE(L4) 참조).
블레이드(130)의 후단(RE)은, RE(L1), RE(L2), RE(L3) 및 RE(L4)를 연결하는 곡선으로 이루어지며, 기하학적으로 이들 점들이 배치되는 관계를 고려하면, RE(L2)와 RE(L3) 사이에 변곡점을 갖는다. 특히, 상기 변곡점과 RE(L4) 사이의 구간은 정압면(131)이 회전축(O)을 향해 오목한 형태가 되어, 정압 상승에 유리할 뿐만 아니라, 유동을 주판(10) 측으로 유도하는 효과가 있다.
한편, 각 블레이드 단면에서의 전단들(FE(L1), FE(L2), FE(L3), FE(L4))의 위치를 살펴보면, 제 1 레이어(Layer 1) 상에서의 전단(FE(L1))은 다른 전단들(FE(L2), FE(L3), FE(L4))에 비해 회전축(O)으로부터 거리가 먼 곳에 위치되고, 제 3 레이어(Layer 3) 상에서의 전단(FE(L3))은 도면에 표시된 다른 전단들(FE(L1), FE(L2), FE(L4))에 비해 회전축(O)측으로 접근된 곳에 위치한다. 따라서, 블레이드(130)는 회전축(O)으로부터 전단(FE)까지의 거리 변화 추이를 알 수 있는 특징점들(예를들어, 변곡점, 회전축(O)으로부터 거리가 최소 또는 최대가 되는 지점)이 후단(RE)의 특징점들(예를들어, 회전축(O)까지의 거리 최소가 되는 RE(L3)와, 최대가 되는 RE(L2))과 동 레이어 상에서 표시되지 않을 수 있다. 이는, 블레이드(130)가 복잡한 3D형상이기 때문이다.
블레이드 단면들(S(L1), S(L2), S(L3), S(L4))에서 도 6 내지 도 7을 참조하여 정의한 받음각 β를 살펴보면, 제 1 단면(S(L1))에서의 받음각(β)은 전연(LE(L1))으로부터 후연(TE(L1))으로 갈수록 증가되며, 제 4 단면(S(L4))에서의 β값 역시 전연(LE(L4))으로부터 후연(TE(L4))으로 갈수록 증가되는 특성을 보인다. 제 1 단면(S(L1))에서의 입구각(β(LE(L1)))은 대략 16도이고, 출구각(β(TE(L1)))은 대략 24도이다. 또한, 제 4 단면(S(L4))에서의 입구각(β(LE(L4)))은 대략 10도이고, 출구각(β(TE(L4)))은 대략 38도이다.
주판(110)을 따라 토출되는 유속과, 쉬라우드(120)를 통과하는 유속이 서로 다르기 때문에, 블레이드(130)가 쉬라우드(120)와 연결되는 상단부로부터 주판(110)과 연결되는 하단부로의 받음각(β)의 변화 경향은 팬의 효율에 큰 영향을 미친다. 따라서, 블레이드(130)는 제 1 단면(S(L1))의 전연(LE(L1))에서부터 제 4 단면(S(L4))의 후연(TE(L4))로 정압면(131)을 따라 최단 경로나 기류 방향을 따라 이동할 시 받음각은 점점 증가되는 것이 바람직하며, 이 경우, 제 4 단면(S(L4))에서 출구각(β(TE(L4)))이 최고가 될 수 있다.

Claims (24)

  1. 회전축을 중심으로 회전되는 주판;
    공기가 흡입되는 흡입구가 형성된 쉬라우드(shroud); 및
    상기 주판과 쉬라우드 사이에서 원주방향을 따라 배열되고, 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 전단으로부터 후단으로 유동되는 다수개의 블레이드를 포함하고,
    상기 블레이드는,
    상기 레이어들 상에서 상기 쉬라우드 측에서 상기 주판 측으로 차례로 제 1 단면, 제 2 단면, 제 3 단면 및 제 4 단면을 정의할 시, 상기 제 1 단면의 전단은 상기 제 4 단면의 전단보다 상기 회전축으로부터 멀고, 상기 제 1 단면의 후단은 상기 제 4 단면의 후단보다 상기 회전축가 가깝고,
    상기 각 단면의 후단들 중 상기 제 2 단면의 후단이 상기 회전축으로부터 가장 멀고, 상기 제 3 단면의 후단이 상기 회전축과 가장 가까운 원심팬.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 제 1 단면의 전단이 상기 제 4 단면의 전단보다 상기 주판의 회전방향과 반대측에 위치하는 원심팬.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 단면의 전단들 중, 상기 제 1 단면의 전단이 가장 상기 주판의 회전방향과 반대측에 위치하는 원심팬.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 단면의 후단이 상기 제 4 단면의 후단보다 상기 주판의 회전방향과 반대측에 위치하는 원심팬.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 각 단면들 중, 상기 제 1 단면의 후단이 가장 상기 주판의 회전방향과 방대방향 측에 위치하는 원심팬.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 제 3 단면의 전단이 상기 제 4 단면의 전단보다 상기 주판의 회전방향 측에 위치하는 원심팬.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 제 3 단면의 후단이 상기 제 4 단면의 후단보다 상기 주판의 회전방향 측에 위치하는 원심팬.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 전단과 후단을 연결한 직선과, 상기 회전축과 상기 후단을 연결한 직선이 이루는 각도가, 상기 각 단면들 중 상기 제 1 단면에서 가장 큰 원심팬.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 각 단면들을 상기 회전축 방향으로 공통의 투영면 상에 투영할 시, 상기 제 1 단면의 전단과 후단을 연결한 직선은, 다른 각 단면의 전단과 후단을 연결한 직선들 모두와 교차되는 원심팬.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단면은 후단에서 상기 쉬라우드와 만나는 원심팬.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 단면은,
    상기 블레이드가 주판과 만나는 부분인 원심팬.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 블레이드의 단면은,
    상기 전단과 후단 사이에서 익형을 구성하는 원심팬.
  13. 회전축을 중심으로 회전되는 주판;
    공기가 흡입되는 흡입구가 형성된 쉬라우드; 및
    상기 주판과 쉬라우드 사이에서 원주방향을 따라 배열되고, 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 전단으로부터 후단으로 유동되는 다수개의 블레이드를 포함하고,
    상기 블레이드는,
    상기 회전축과 직교하는 평면으로 이루어진 레이어들 상에서 상기 쉬라우드 측에서 주판 측으로 차례로 제 1 단면, 제 2 단면, 제 3 단면 및 제 4 단면을 정의할 시, 상기 블레이드의 후단은 상기 제 1 단면으로부터 상기 제 2 단면까지는 상기 회전축으로부터 점점 멀어지고, 상기 제 2 단면으로부터 상기 제 3 단면까지는 상기 회전축과 점점 가까워지고, 상기 제 3 단면에서 상기 제 4 단면 까지는 다시 상기 회전축으로부터 점점 멀어지는 원심팬.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 각 단면의 후단들 중, 상기 상기 제 2 단면의 후단이 상기 회전축으로부터 가장 멀리 있는 원심팬.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 각 단면의 후단들 중, 상기 제 3 단면의 후단이 가장 상기 주판의 회전방향 측에 위치하는 원심팬.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 각 단면의 후단들 중, 상기 제 1 단면의 후단이 가장 상기 주판의 회전방향과 반대측에 위치하는 원심팬.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 단면과 상기 제 3 단면 사이의 거리가 상기 제 1 단면과 상기 제 2 단면 사이의 거리보다 긴 원심팬.
  18. 회전축을 중심으로 회전되는 주판;
    공기가 흡입되는 흡입구가 형성된 쉬라우드; 및
    상기 주판과 쉬라우드 사이에서 원주방향을 따라 배열되고, 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 전단으로부터 후단으로 유동되는 다수개의 블레이드를 포함하고,
    상기 회전축 방향을 따라 상기 블레이드를 절단한 종단면은
    상기 쉬라우드 측에는 상기 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 볼록하고,
    상기 주판측에는 상기 회전축과 가까워지는 방향으로 볼록한 원심팬.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 쉬라우드와 근접할수록 상기 전단이 상기 회전축으로부터 멀어지는 부분을 포함하는 원심팬.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 회전축과 직교하는 평면으로 이루어진 레이어들 상에서 상기 쉬라우드 측에서 주판 측으로 차례로 소정의 두 개의 단면을 정의할 시, 상기 두 개의 단면은 상기 회전축을 따라 투영된 소정의 투영면 상에서 서로 교차되는 원심팬.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 두 개의 단면 중, 상기 쉬라우드와 더 가까운 단면은,
    상기 투영면 상에서, 상기 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 볼록한 부분에서 상기 회전축으로부터의 후단까지의 거리가 가장 큰 단면과, 상기 회전축과 가까워지는 방향으로 볼록한 부분에서 상기 회전축과 후단까지의 거리가 가장 가까운 단면과 더 교차되는 원심팬.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    상기 두 개의 단면 중, 상기 쉬라우드와 더 가까운 단면의 전단은 상기 주판과 더 가까운 단면의 전단에 비해 상기 회전축으로부터 먼 곳에 위치하고,
    상기 쉬라우드와 더 가까운 단면의 후단은 상기 주판과 더 가까운 단면의 후단에 비해 상기 회전축과 가까운 곳에 위치하는 원심팬.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 쉬라우드와 더 가까운 단면의 후단은 상기 주판과 더 가까운 단면의 후단에 비해 상기 주판의 회전방향과 반대쪽에 위치하는 원심팬.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드는,
    정압면을 형성하는 정압면 형성부재; 및
    부압면을 형성하는 부압면 형성부재를 포함하는 원심팬.
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