KR20200116301A - 팬 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 팬 어셈블리는, 공기의 흡입이 이루어지는 흡입구와 공기의 토출이 이루어지는 토출구가 형성된 하우징을 포함하는 공기유동장치의 내부에 배치되고, 상기 흡입구를 통해서 공기를 흡입하는 제1팬과, 상기 제1팬과 연결되는 제1모터와, 상기 제1팬과 인접해서, 동축상에 배치되고, 상기 제1팬에서 토출된 공기를 흡입하고, 상기 토출구 측으로 토출하는 제2팬과, 상기 제2팬과 연결되는 제2모터를 포함할 수 있다.

Description

팬 어셈블리{fan assembly}

본 발명은 팬 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 팬이 포함된 팬 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로, 송풍팬은 날개차 또는 로터의 회전력에 의해 공기를 압송하기 위한 수단으로 사용되고 있으며, 냉장고, 공기조화기, 청소기, 공기청정기 등에 두루 적용되고 있다. 특히, 송풍팬은 공기의 흡입 및 토출방법 또는 그 형상에 따라 축류팬, 시로코팬, 터보팬으로 구분된다.

이들 중, 터보팬은 공기를 팬의 축방향으로부터 유입하여 블레이드 사이사이, 즉 팬의 측면부를 통해 방사상으로 토출하는 방식으로서, 공기가 자연스럽게 팬의 내부로 유입되어 외부로 토출되므로 덕트가 필요치 않으며, 비교적 대용량의 AHU(Air Handling Unit) 등에 사용될 수 있다. 상기 터보팬은 토출되는 공기의 방향에 따라서 원심팬, 사류팬 등으로 분류될 수 있다.

또한, 축류팬(Axial Fan)은 외부의 구동원으로부터 전달되는 회전력에 의해 회전하면서 공기를 축방향으로 송풍하는 유체기계의 하나로서, 선풍기나 공기조화기 및 냉장고 등의 가전제품 뿐만 아니라, 차량의 공조장치나 항공기 및 발전기 분야 등 다양한 산업 분야에 널리 적용되고 있다.

이러한 축류팬의 주요 성능은, 팬의 효율 등과 같은 유체역학적 특성과 구조물의 강도 및 진동과 같은 구조적인 특성에 의해 지배되며, 경우에 따라 소음 등의 특성은 유체 유동과 구조물의 상호작용에 의해 영향을 받기도 한다.

최근, 공기청정기 등의 가전제품에는 흡입력 및 토출력 강화를 위해서, 복수의 원심팬 및/또는 축류팬을 조합하여 사용하고 있다.

일본공개특허 2013-217580 A(이하, 선행문헌1)에는 복수의 팬이 장착된 공기 청정 장치가 개시된다.

도 1에는 선행문헌1의 분리 사시도가 도시되고, 도 2에는 선행문헌1의 공기의 유동이 표시된 종단면도가 개시된다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 선행문헌1의 경우, 두 개의 팬을 상측과 하측에 나란히 배치하는 구조를 가지며, 두 개의 팬사이에 공기통로를 설치하여 중간에 외부공기의 흡입이 가능하고, 상부 팬은 공기의 유량을 늘려 주는 순환팬으로서의 기능을 한다.

하지만, 상기와 같은 선행문헌1의 경우, 팬을 두 개 사용하지만 팬 사이 중간 영역에 외부공기가 유입되는 입통로가 있어 압력증가가 이루어지지 않아 상부팬이 순환팬으로서의 기능만 수행할 수 밖에 없다. 즉, 정화된 공기의 토출압이 증가되지 않는다.

또한, 하부팬과 상부팬이 일정한 거리를 가지고 떨어져 있어 공간을 많이 차지하게 되고, 장치의 크기가 커질 수 밖에 없다.

한편, 장치의 크기를 줄이기 위해, 하부팬과 상부팬의 간격을 좁힐 경우, 난류 등의 원인에 의해, 소음이 증가되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 과제는, 적어도 두 개의 팬을 동축 상에 배치하여, 외부로 토출되는 공기의 압력을 증가시킬 수 있는 팬 어셈블리를 제공하는 데 있다.

또한, 1차팬 후류를 효과적으로 제어하여 재순환 유동을 제거하고 2차팬에서 일 할 수 있는 면적, 즉 공기가 넓은 영역에서 골고루 유동하도록, 공기 유동 면적을 극대화 시켜 팬 효율을 증가시킬 수 있는 팬 어셈블리를 제공하는 데 있다.

또한, 팬 사이 간격을 좁혀 전체 크기를 줄일 수 있고, 팬 사이에서 발생하는 난류 등의 문제점을 개선하여, 소음을 줄이고 소비전력을 낮출 수 있는 팬 어셈블리를 제공하는 데 있다.

상기의 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 팬 어셈블리는, 공기의 흡입이 이루어지는 흡입구와 공기의 토출이 이루어지는 토출구가 형성된 하우징, 상기 흡입구를 통해서 공기를 흡입하는 제1팬, 상기 제1팬과 연결되는 제1모터, 상기 제1팬과 인접해서, 동축상에 배치되고, 상기 제1팬에서 토출된 공기를 흡입하고, 상기 토출구 측으로 토출하는 제2팬, 상기 제2팬과 연결되는 제2모터를 포함한다.

상기 제2팬의 중심에 배치된 허브는 상기 공기가 토출되는 일측의 적어도 일부가 소정의 곡률반경을 갖는 곡면부로 형성될 수 있다.

상기 제2팬은 상기 허브와, 상기 허브의 둘레면에 형성된 복수의 블레이드를 포함할 수 있다.

상기 허브는, 상기 토출구 측으로 볼록하게 형성되고, 모서리 및 측면에 곡면부가 형성될 수 있다.

상기 허브는, 상기 토출구와 대면하는 일측면의 적어도 일부가 평면으로 형성될 수 있다.

상기 허브의 외면은, 제1곡률 반경(R1)을 구비하는 제1곡면부와, 상기 제1곡률 반경(R1)보다 작은 제2곡률반경(R2)을 구비하고, 상기 제2팬의 축방향을 기준으로, 상기 제1곡면부 보다 상기 토출구와 가까운 위치에 형성된 제2곡면부를 포함할 수 있다.

상기 제1곡률반경(R1)과 제2곡률반경(R2)의 비율은, '0.64 < R2/R1 < 0.75'의 조건을 만족할 수 있다.

상기 허브의 일측과 상기 하우징의 거리(L1)와, 상기 토출구와 인접한 상기 허브의 타측과 상기 하우징의 거리(L2)는 'L1/L2 > 0.7'의 조건을 만족할 수 있다.

상기 토출구와 인접한 상기 허브의 타측과 상기 하우징의 거리(L2)는, 상기 토출구와 인접한 상기 곡면부의 경계부와 상기 하우징의 거리를 의미할 수 있다.

상기 제1팬은 사류팬(mixed flow fan)으로 구비되고, 제2팬은 축류팬(axial-flow fan)으로 구비될 수 있다.

상기 제1팬과 제2팬은 서로 반대방향으로 회전할 수 있다.

상기 제1팬과 제2팬 사이 공간은, 중심부와, 상기 제1팬에서 토출된 공기가 유동하는 주변부로 구분되며, 상기 주변부에는 복수의 에어홀이 형성된 가이드베인이 배치될 수 있다.

상기 제1팬은 상기 제2팬과 마주보는 면의 중심부에 상기 제1모터가 수용되게 오목한 형상의 제1캐비티를 형성할 수 있다.

상기 제2팬은 상기 제1팬과 마주보는 면의 중심부에 상기 제2모터가 수용되게 오목한 형상의 제2캐비티를 형성할 수 있다.

상기 제1팬은, 외측으로 경사지게 공기를 토출할 수 있다.

상기 하우징은, 상기 제1팬의 외측 둘레를 감싸도록 형성된 제1하우징과, 상기 제2팬의 외측 둘레를 감싸도록 형성된 제2하우징을 포함할 수 있다.

상기 제1하우징과 제2하우징 사이에는 복수의 에어홀이 형성된 가이드베인이 형성될 수 있다.

상기 가이드 베인과 상기 제2팬의 허브 사이 간격(C)은 15mm이하로 유지될 수 있다.

제안되는 발명에 의하면, 적어도 두 개의 팬을 동축 상에 배치하여, 외부로 토출되는 공기의 압력을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 1차팬 후류를 효과적으로 제어하여 재순환 유동을 제거하고 2차팬에서 일 할 수 있는 면적, 즉 공기가 넓은 영역에서 골고루 유동하도록, 공기 유동 면적을 극대화 시켜 팬 효율을 증가시킬 수 있는 이점도 있다.

또한, 팬 사이 간격을 좁혀 전체 크기를 줄일 수 있고, 팬 사이에서 발생하는 난류 등의 문제점을 개선하여, 소음을 줄이고 소비전력을 낮출 수 있는 이점도 있다.

본 발명은 고압손 필터적용을 위해 두개의 팬을 누설 없이 직렬로 연결하여 압력을 올리는데 유리하고, 저소음으로 가전에 적용될 수 있는 이점도 있다.

또한, 고정압이 발생하는 축방향 유로에 모두 적용 가능한 이점도 있다.

또한, 1차 팬 후류를 효과적으로 제어하여 2차 팬과의 충동소음을 조감시킬 수 있는 이점도 있다.

도 1은 종래 공기 청정 장치의 분리사시도이다.
도 2는 종래 공기 청정 장치의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 팬 어셈블리의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 팬 어셈블리의 분리 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 팬 어셈블리의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 팬 어셈블리의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 팬 어셈블리의 종단면도이다.
도 8은 도 3과 도 6에 도시된 팬 어셈블리의 작동 시 유동하는 유체의 속도 윤곽(Velocity Contour)을 비교한 도면이다.
도 9는 도 3과 도 6에 도시된 팬 어셈블리의 작동 시 유동하는 유체의 속도 벡터(Velocity Vector)를 비교한 도면이다.
도 10은 도 3과 도 6에 도시된 팬 어셈블리의 작동 시 1차팬과 2차팬의 회전비에 따른 소비전력을 비교한 표이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 팬 어셈블리의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 팬 어셈블리의 분리 사시도이다. 도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 팬 어셈블리의 종단면도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1실시 예에 따른 팬 어셈블리는, 공기의 흡입이 이루어지는 흡입구(111)와 공기의 토출이 이루어지는 토출구(121)가 형성된 하우징(100)을 포함하는 공기유동장치의 내부에 배치된다.

여기서, '공기유동장치'는 공기조화기, 공기청정기, 공기순환기를 비롯하여, 공기가 흡입되었다가 토출되는 범위에서, 다양한 장치들을 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 팬 어셈블리는, 상기 흡입구(111)를 통해서 공기를 흡입하는 제1팬(210)과, 상기 제1팬(210)과 연결되는 제1모터(310)와, 상기 제1팬(210)과 인접해서, 동축상에 배치되고, 상기 제1팬(210)에서 토출된 공기를 흡입하고, 상기 토출구(121) 측으로 토출하는 제2팬(220)과, 상기 제2팬(220)과 연결되는 제2모터(320)를 포함할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 팬 어셈블리에서의 공기 유동을 설명한다.

먼저, 전원이 공급되면서, 제1팬(210) 및 제2팬(220)이 작동하면, 외부공기는 상기 흡입구(111)를 통해서 하우징(100) 내부로 유입된다.

하우징(100) 내부로 유입된 공기는 제1팬(210)으로 흡입된 후, 제2팬(220) 측으로 토출된다.

제1팬(210)에서 토출된 공기는 제2팬(220)으로 흡입되고, 제2팬(220)에서 토출된 공기는 토출구(121)를 통해서 하우징(100) 밖으로 토출된다.

하우징(100)으로 유입된 공기는 상기와 같이 근접하게 배치된 제1팬(210)과 제2팬(220)을 거치면서, 고압의 상태로 하우징(100) 밖으로 토출될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1팬(210)은 사류팬(mixed flow fan)으로 구비되고, 제2팬(220)은 축류팬으로 구비될 수 있다.

먼저, 사류 팬(mixed flow fan)은, 팬의 특성은 축류팬과 원심팬의 중간이며, 약간 큰 풍량으로 정압도 큰 경우에 적합하다. 날개 바퀴 안의 기류가 축에 직각과 평행의 중간 방향을 취한다.

도 5를 참조하면, 상기 제1팬(210)은, 상측으로 경사진 토출유로(210c)를 형성한다. 상기 토출유로(210c)는 상측으로 경사진 한 쌍의 경사면(210a,210b)을 통해서 정의될 수 있다.

상기 토출유로(210c)에 의해, 제1팬(210)을 통과한 공기는 제2팬(220)이 위치된 상측으로 경사지면서, 방사상으로 배출될 수 있다.

한편, 축류팬(axial-flow fan)은, 공기의 흐름 방향이 송풍기의 회전축과 평행한 송풍기로 프로펠러팬, 관형 축류팬, 베인형 축류팬이 있다.

즉, 축류팬은 축방향으로 공기유입하고, 축방향으로 공기를 토출한다.

상기와 같이 제1팬(210)이 사류팬으로 구비되고, 제2팬(220)이 축류팬으로 구비되면, 제1팬(210)에서 토출된 공기의 유동방향과, 제2팬(220)에서 흡입하는 공기의 유동 방향이 다르게 형성된다. 그리고, 제1팬(210)과 제2팬(220)의 유동간섭으로 인해 소음이 발생된다. 더욱이 제1팬(210)과 제2팬(220)이 근접하여 배치된 상태이기 때문에 제1팬(210)과 제2팬(220)의 유동간섭은 더 커질 수 밖에 없다. 이는 실내에 설치되는 냉방용 실내기 및 공기청정기 적용 시, 반드시 해결되어야 할 과제이다.

이를 해결하기 위해서, 상기 제1팬(210)과 제2팬(220) 사이에는 복수의 에어홀(131)이 형성된 가이드베인(130)이 배치될 수 있다.

따라서, 제1팬(210)에서 토출된 공기는 가이드베인(130)의 에어홀(131)을 통과하고 제2팬(220)으로 유동하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1팬(210)과 제2팬(220)은 서로 반대방향으로 회전하게 되고, 제1팬(210)과 제2팬(220)은 CRF 시스템을 구현할 수 있다.

CRF 시스템(엇회전식 팬 시스템, Counter Rotating Fan System)은 서로 다른 팬을 근접시키면서 직렬로 배치하여, 엇회전 시키는 고정압 유로를 의미한다.

이러한 CRF 시스템은 항공기에서 고효율을 위해 적용되기 시작하였으며, 최근에 가전으로 확대 적용되고 있다.

상기와 같은 CRF 시스템은 공기의 흐름을 기준으로,선단의 1차팬에서 토출된 회전유동을 전달 받아 후단의 2차팬을 역방향으로 회전시켜 소모되는 회전유동을 정압으로 변화시키므로, 고정압 유로 형성에 유리한 이점이 있다.

또한, 상기 제1팬(210)은 상기 제2팬(220)과 마주보는 면(도 5를 기준으로 상면)의 중심부에 상기 제1모터(310)가 수용되게 오목한 형상의 제1캐비티(211)를 형성할 수 있다.

또한, 상기 제2팬(220)은 상기 제1팬(220)과 마주보는 면(도 5를 기준으로 하면)의 중심부에 상기 제2모터(320)가 수용되게 오목한 형상의 제2캐비티(221)를 형성할 수 있다.

상기의 경우, 제1팬(210)과 제2팬(220)은 각각 하부와 상부에 배치된다. 그리고, 제1팬(210)의 하부는 흡입구(111)와 인접 배치되고, 제2팬(220)의 상부는 토출구(121)와 인접 배치된다.

이때, 제1팬(210)과 제2팬(220)의 마주보는 면에 제1캐비티(211)와 제2캐비티(221)가 각각 형성되면, 제1모터(310) 및 제2모터(320)가 외부로 노출되지 않고, 제1팬(210)과 제2팬(220) 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하우징(100)은, 상기 제1팬(210)의 외측 둘레를 감싸도록 형성된 제1하우징(110)과, 상기 제2팬(220)의 외측 둘레를 감싸도록 형성된 제2하우징(120)을 포함할 수 있다.

상기 제1하우징(110)과 제2하우징(120)은 각각 상부와 하부가 개방된 중공 의 원통형으로 구비될 수 있다.

또한, 제1하우징(110)은 흡입구(111)가 형성된 일측 단부가 일측에서 타측으로 점차 직경이 증가되면서 경사진 형상을 가질 수 있다.

또한, 흡입구(111)가 형성된 제1하우징(110)의 일측 단부는 상측으로 절곡된 형태를 갖고, 상기 절곡된 제1하우징(110)의 일측 단부는 상기 제1팬(210)의 흡입측 단부(도 5에서 하단)를 감싸는 형상을 가질 수 있다.

이 경우, 흡입구(111)로 흡입된 공기가 제1하우징(110)과 제1팬(210) 사이로 손실되지 않고, 제1팬(210)으로만 흡입될 수 있다. 또한, 유동저항이 낮아질 수도 있다.

또한, 상기 제1하우징(110)과 제2하우징(120) 사이에는 복수의 에어홀(131)이 형성된 가이드베인(130)이 형성될 수 있다.

상기 가이드베인(130)은 내측링(133), 외측링(132) 및 내측링(133)과 외측링(132)을 연결하는 복수의 리브(134)를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 기존 CRF 시스템은 고효율이며 압력상승에 유리하지만 제1팬과 제2팬 간의 간섭소음에 의해 가전제품 적용에 어려움이 있다.

따라서, 소음 저감을 위해 제1팬과 제2팬 간의 거리를 확보하면 소음 저감 효과를 기대할 수 있지만 제품의 부피가 커지게 되어 적용성이 어렵다.

따라서, 제1팬(210)과 제2팬(220) 간의 사이에 주요 소음원인 간섭소음 저감을 위해 제1팬(210)과 제2팬(220) 사이에 가이드베인(130)을 배치하여, 소음 및 유동 편중 문제를 해결할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 팬 어셈블리의 사시도이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 팬 어셈블리의 종단면도이다.

전술한 바와 같이, CRF(Counter Rotating Fan) 시스템은 서로 다른 팬을 직렬로 배열하고, 엇회전 시켜 두 팬 사이에 별도의 고정익 없이 근접 배열이 가능한 고정압 유로다. 또한, 제1팬에서 토출된 회전유동을 전달 받아 제2팬을 역방향으로 회전시켜 소모되는 회전유동을 정압으로 변화시켜 고정압 유로 형성에 유리하다. 최근에는 고정압 유로를 가지는 공기청정기에 적용되고 있다.

본 발명은 제2팬(220)에서 허브(221)를 곡률형으로 설계하여 확산효과(Diffusion effect)를 통해 동압을 정압으로 변환하여 정압특성을 개선하고 유동정체구간을 제거하여 효율을 증대 시키고자 한다.

도 3 내지 도 5에 도시된, CRF 시스템은 고효율이며 압력상승에 유리하지만 두팬간의 간섭소음에 의해 가전제품 적용에 어려움이 있다. 또한, 소음 저감을 위해 팬간의 거리를 확보하면 소음 저감 효과를 기대할 수 있지만 제품의 부피가 커지게 되어 적용성이 어렵다.

본 발명과 같이, CRF 시스템에서 제2팬(220)의 허브(221)를 곡면으로 설계하면 블레이드(222)에서 발생하는 일 이외에 확산효과(Diffusion effect)가 발생하여 효율 증가 및 소음 방지에 유리하다.

도 6 내지 도 7을 참조하면, 상기 제2팬(220)의 중심에 배치된 허브(221)는 상기 공기가 토출되는 일측(도 6 기준 상측)의 적어도 일부가 소정의 곡률반경을 갖는 곡면부(223)로 형성된다.

도 3 내지 도 5에 기재된 팬 어셈블리와, 도 6 내지 도 7에 기재된 팬 어셈블리는 상기 곡면부(223)의 특징을 제외하고 동일한 특성을 갖는다. 따라서, 본 실시에에서, 곡면부(223)를 제외한 나머지 구성에 대한 설명은 도 3 내지 도 5에 대한 설명을 참조하기로 한다.

상기 제2팬(220)은 상기 허브(221)와, 상기 허브(221)의 둘레면에 형성된 복수의 블레이드(222)를 포함한다.

그리고, 상기 허브(221)는, 상기 토출구(121) 측으로, 즉 도 6 내지 도 7을 기준으로 상측으로 볼록하게 형성되고, 모서리 및 측면에 곡면부(223)가 형성될 수 있다.

또한, 상기 허브(221)는, 상기 토출구(121)와 대면하는 일측면의 적어도 일부가 평면으로 형성될 수 있다.

일 예로, 상기 허브(221)는 전체가 곡면으로 형성될 수 있다.

다른 예로, 상기 허브(221)는 일부가 곡면으로 형성되고, 나머지 일부는 평면으로 형성될 수도 있다.

도 6 내지 도 7을 기준으로, 상기 허브(221)의 상측에는 평면으로 형성된 평면부(224)가 형성될 수 있다.

또한, 상기 허브(221)의 외면은, 제1곡률 반경(R1)을 구비하는 제1곡면부(223a)와, 상기 제1곡률 반경(R1)보다 작은 제2곡률반경(R2)을 구비하고, 상기 제2팬(220)의 축방향(도 7 기준 상하방향)을 기준으로, 상기 제1곡면부(223a) 보다 상기 토출구(121)와 가까운 위치에 형성된 제2곡면부(223b)를 포함할 수 있다.

도 7을 기준으로, 상기 제1곡면부(223a)와 제2곡면부(223b)는 각각 하측과 상측에 배치된다.

상기 제1곡면부(223a)는 허브(221)의 하측을 형성하고, 상기 제2곡면부(223b)는 상기 허브(221)의 상측을 형성한다.

상기 제1곡면부(223a)의 직경은 상기 제2곡면부(223b)의 직경보다 크게 형성될 수 있다.

또한, 제1곡면부(223a)의 곡률반경은 상기 제2곡면부(223b)의 곡률반경보다 크게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1곡면부(223a)와 제2곡면부(223b)는 매끄럽게 이러질 수 있다.

그리고, 상기 제1곡면부(223a)와 제2곡면부(223b) 뿐 아니라, 상기 허브(221)의 곡면부(223)는 제3곡률 반경을 구비하는 제3곡면부를 비롯하여, 3개 이상의 곡면부를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 제1곡면부(223a)의 제1곡률반경(R1)과 제2곡면부(223b)의 제2곡률반경(R2)의 비율(Curvature ratio)은, '0.64 < R2/R1 < 0.75'의 조건을 만족하는 범위에서, 형성될 수 있다.

또한, 상기 허브(221)의 일측(도 7 기준 하측)과 상기 하우징(120)의 거리(이하, L1)와, 상기 토출구(121)와 인접한 상기 허브(221)의 타측(도 7 기준 상측)과 상기 하우징(120)의 거리(이하, L2)의 비율(diffusion ratio)는 'L1/L2 > 0.7'의 조건을 만족하는 범위에서, 형성될 수 있다.

이때, 상기 토출구(121)와 인접한 상기 허브(221)의 타측(도 7 기준 상측)과 상기 하우징(120)의 거리(L2)는, 상기 토출구(121)와 인접한 상기 곡면부(223)의 경계부와 상기 하우징(120)의 거리를 의미할 수 있다.

만약, 확산효과(diffusion effect)를 위해서 'L1/L2'의 비율이 0.7보다 작아질 경우, 유동박리가 발생되고, 폐색효과(blockage effect)가 발생되기 때문에, 'L1/L2'의 비율을 0.7보다 크게 형성될 필요가 있다.

한편, 상기 제1팬(210)과 제2팬(220) 사이 공간은, 중심부(101)와, 상기 제1팬(210)에서 토출된 공기가 유동하는 주변부(102)로 구분되며, 상기 주변부(102)에는 복수의 에어홀(131)이 형성된 가이드베인(130)이 배치된다.

또한, 상기 가이드 베인(130)과 상기 제2팬(220)의 허브(221) 사이 간격(C)은 15mm이하로 유지될 수 있다.

상세히, 도 7을 기준으로, 상기 가이드 베인(130)의 내측링(133)의 상단과 상기 허브(221)의 하단 사이 간격(C)은 15mm이하로 유지될 수 있다.

만약, 가이드 베인(130)의 내측링(133)의 상단과 상기 허브(221)의 하단 사이 간격(C)이 15mm 보다 커지면, 내부에 유동 이상이 발생될 우려가 있다.

따라서, 가이드 베인(130)의 내측링(133)의 상단과 상기 허브(221)의 하단 사이 간격(C)은 15mm이하를 유지할 필요가 있다.

도 8은 도 3과 도 6에 도시된 팬 어셈블리의 작동 시 유동하는 유체의 속도 윤곽(Velocity Contour)을 비교한 도면이다.

도 8의 (a)는 도 3에 도시된 팬 어셈블리의 작동 시, 유동하는 유체의 속도 윤곽(Velocity Contour)을 해석한 도면이고, 도 8의 (b)는 도 6에 도시된 팬 어셈블리의 작동 시, 유동하는 유체의 속도 윤곽(Velocity Contour)을 해석한 도면이다.

도 8의 (a)와 도 8의 (b)를 비교하면, 도 3의 구조는, 도 6의 구조 대비, 유동이 제2팬의 일부분에만 편중되는 것을 확인할 수 있다.

즉, 도 6과 같이, 제2팬(220)의 허브(221)에 곡면부(223)가 형성된 경우 유체의 유동이 제2팬의 넓은 범위에 균일하게 분포된 것을 확인할 수 있다.

도 9는 도 3과 도 6에 도시된 팬 어셈블리의 작동 시 유동하는 유체의 속도 벡터(Velocity Vector)를 비교한 도면이다.

도 9의 (a)는 도 3에 도시된 팬 어셈블리의 작동 시, 유동하는 유체의 속도 벡터(Velocity Vector)를 해석한 도면이고, 도 9의 (b)는 도 6에 도시된 팬 어셈블리의 작동 시, 유동하는 유체의 속도 벡터(Velocity Vector)를 해석한 도면이다.

도 9의 (a)와 도 9의 (b)를 비교하면, 도 3의 구조는, 도 6의 구조 대비, 제2팬에서 토출된 후, 제2팬 측으로 재순환 되는 유동이 넓은 범위에서 발생하는 것을 확인할 수 있다.

또한, 이 경우, 제2팬의 하측에서, 음압이 발생하고, 정체 유동이 발생하는 문제를 확인할 수 있었다.

반면, 도 6과 같이, 제2팬(220)의 허브(221)에 곡면부(223)가 형성된 경우 허브(221)의 상측에서 발생되는 재순환 유동의 영역이 현저하게 줄어든 것을 확인할 수 있었다. 즉, 제2팬에서의 공기 토출이 보다 용이하게 이루어지는 것을 확인할 수 있었다.

요약하면, 도 6과 같은, 곡류형 허브 축류팬 적용 시, 상부에 재순환 유동 영역이 축소하여 효율이 증대되고, 일부 영역에 유량 집중이 확산효과(Diffusion effect)를 통해 해결되어, 유동 균일도가 향상될 수 있다.

도 10은 도 3과 도 6에 도시된 팬 어셈블리의 작동 시 1차팬과 2차팬의 회전비에 따른 소비전력을 비교한 표이다.

도 10에서, 도 3에 도시된 팬 어셈블리의 작동 시, 회전비(2차팬/1차팬)에 따른 소비전력을 '일반 축류팬'으로 표시하고, 도 6에 도시된 팬 어셈블리의 작동 시, 회전비(2차팬/1차팬)에 따른 소비전력을 '곡류형 허브 축류팬'으로 표시하였다.

도 10을 참조하면, 모든 회전비(제2팬/제1팬)에서, 도 3의 형상을 갖는 일반 축류팬 대비, 도 6의 형상을 갖는 곡류형 허브 축류팬의 경우, 소비전력이 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 상세히, 소비전력 최대 10% 저감되는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 고정압이 발생하는 축방향 유로에 모두 적용할 수 있다.

본 발명에서와 같이, 2개의 팬이 직렬로 배치 되었을 때 고효율, 저소음 효과가 극대화 된다.

이때, 제1팬 후류에서 토출되는 유동은, 관성에 의해 제2팬의 외곽으로만 편중되어 제2팬의 블레이드의 일부 영역으로만 유동하게 된다.

이는 소음 증가, 소비전력 증가를 초래한다. 팬 효율이 감소되는 문제도 있다.

한편, 축류팬은 허브를 축소하고 블레이드 면적을 늘려 일할 수 있는 면적을 극대화 하는 것일 일반적이지만, 컴팬트 CRF 시스템에서는 그 효과가 제한적이다.

본 발명에 따른, 곡류형 허브는 원심팬에서 발생하는 확산 효과(diffusion effect)를 발생시켜 정압을 보상하여 고효율, 고정압에 유리한 유로 구조가 형성가능하다. 특히 CRF 시스템과 같이 제1팬과 제2팬의 근접한 상관관계에서 그 효과가 극대화 된다.

본 발명에 따르면, 제1팬의 후류를 효과적으로 제어하여 재순환 유동을 제거하고 제2팬에서 일할 수 있는 면적을 극대화 시켜 효율 또한 상승된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 하우징 210 : 제1팬
220 : 제2팬 310 : 제1모터
320 : 제2모터

Claims (16)

1. 공기의 흡입이 이루어지는 흡입구와 공기의 토출이 이루어지는 토출구가 형성된 하우징을 포함하는 공기유동장치의 내부에 배치되는 팬 어셈블리에 있어서,
   상기 흡입구를 통해서 공기를 흡입하는 제1팬;
   상기 제1팬과 연결되는 제1모터;
   상기 제1팬과 인접해서, 동축상에 배치되고, 상기 제1팬에서 토출된 공기를 흡입하고, 상기 토출구 측으로 토출하는 제2팬; 및
   상기 제2팬과 연결되는 제2모터를 포함하고,
   상기 제2팬의 중심에 배치된 허브는 상기 공기가 토출되는 일측의 적어도 일부가 소정의 곡률반경을 갖는 곡면부로 형성된 팬 어셈블리.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제2팬은 상기 허브와, 상기 허브의 둘레면에 형성된 복수의 블레이드를 포함하고,
   상기 허브는, 상기 토출구 측으로 볼록하게 형성되고, 모서리 및 측면에 곡면부가 형성된 팬 어셈블리.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 허브는, 상기 토출구와 대면하는 일측면의 적어도 일부가 평면으로 형성된 팬 어셈블리.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 허브의 외면은, 제1곡률 반경(R1)을 구비하는 제1곡면부와, 상기 제1곡률 반경(R1)보다 작은 제2곡률반경(R2)을 구비하고, 상기 제2팬의 축방향을 기준으로, 상기 제1곡면부 보다 상기 토출구와 가까운 위치에 형성된 제2곡면부를 포함하는 팬 어셈블리.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제1곡률반경(R1)과 제2곡률반경(R2)의 비율은, '0.64 < R2/R1 < 0.75'의 조건을 만족하는 팬 어셈블리.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 허브의 일측과 상기 하우징의 거리(L1)와, 상기 토출구와 인접한 상기 허브의 타측과 상기 하우징의 거리(L2)는 'L1/L2 > 0.7'의 조건을 만족하는 팬 어셈블리.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 토출구와 인접한 상기 허브의 타측과 상기 하우징의 거리(L2)는, 상기 토출구와 인접한 상기 곡면부의 경계부와 상기 하우징의 거리를 의미하는 팬 어셈블리.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 제1팬은 사류팬(mixed flow fan)으로 구비되고, 제2팬은 축류팬(axial-flow fan)으로 구비되는 팬 어셈블리.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 제1팬과 제2팬은 서로 반대방향으로 회전하는 팬 어셈블리.
   
10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1팬과 제2팬 사이 공간은, 중심부와, 상기 제1팬에서 토출된 공기가 유동하는 주변부로 구분되며,
    상기 주변부에는 복수의 에어홀이 형성된 가이드베인이 배치되는 팬 어셈블리.
    
11. 제 1항에 있어서,
    상기 제1팬은 상기 제2팬과 마주보는 면의 중심부에 상기 제1모터가 수용되게 오목한 형상의 제1캐비티를 형성하는 팬 어셈블리.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 제2팬은 상기 제1팬과 마주보는 면의 중심부에 상기 제2모터가 수용되게 오목한 형상의 제2캐비티를 형성하는 팬 어셈블리.
13. 제 1항에 있어서,
    상기 제1팬은, 외측으로 경사지게 공기를 토출하는 팬 어셈블리.
14. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 제1팬의 외측 둘레를 감싸도록 형성된 제1하우징과
    상기 제2팬의 외측 둘레를 감싸도록 형성된 제2하우징을 포함하는 팬 어셈블리.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1하우징과 제2하우징 사이에는 복수의 에어홀이 형성된 가이드베인이 형성되는 팬 어셈블리.
    
16. 제 15항에 있어서,
    상기 가이드 베인과 상기 제2팬의 허브 사이 간격(C)은 15mm이하로 유지되는 팬 어셈블리.

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