KR102240314B1

KR102240314B1 - 공기조화기용 스크롤 및 이를 구비하는 공기조화기

Info

Publication number: KR102240314B1
Application number: KR1020150023568A
Authority: KR
Inventors: 강용헌; 김진백; 서응렬; 조민기
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2035-02-16
Also published as: EP3059449B1; US10302096B2; EP3059449A1; KR20160100720A; US20160238027A1

Abstract

본 발명은 송풍 능력이 향상되는 공기조화기용 스크롤의 형상에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 공기조화기용 스크롤은, 공기가 인입되는 유입구, 공기를 배출하는 배출구, 및 상기 유입구에서 배출구까지의 공기 통로를 구비하는 스크롤 몸체; 상기 스크롤 몸체 내에 회전 가능하게 설치되며, 회전하면 상기 유입구로 공기를 흡입하여 상기 배출구로 배출하는 시로코 팬(sirocco fan); 및 상기 스크롤 몸체의 유입구에 형성되는 벨 마우스(bell mouth);를 포함하며, 상기 스크롤 몸체의 높이를 H(mm), 상기 시로코 팬의 지름을 D(mm)라 한 경우에, 상기 스크롤 몸체와 상기 시로코 팬은
0.76 ≤ D/H ≤ 0.8을 만족하도록 형성된다.

Description

공기조화기용 스크롤 및 이를 구비하는 공기조화기{Scroll for air conditioner and Air conditioner having the same}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부에 시로코 팬이 설치되는 공기조화기용 스크롤 및 이를 구비한 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로 실내의 천정에 설치되는 천정형 공기조화기에는 실내로 폭이 넓은 띠 모양의 바람을 불어 낼 수 있는 시로코 팬(sirocco fan)이 널리 사용되고 있다.

시로코 팬은 다수의 블레이드를 가지며, 스크롤의 내부에 설치되어 회전하면 압력변화를 발생시켜 유동장을 형성한다.

스크롤은 시로코 팬에서 나오는 공기를 모아서 외부로 밀어내는 기능을 하며, 시로코 팬으로부터 토출된 공기의 동압을 정압으로 바꾸어 출구의 정압을 높여주는 역할을 한다. 따라서, 스크롤 형상에 의해 시로코 팬의 성능이 많은 영향을 받는다.

또한, 스크롤(100)은 외부 공기가 유입되는 유입구(101)에 공기의 유동 저항을 줄이기 위해 벨 마우스(110)가 설치된다. 그런데, 종래 기술에 의한 벨 마우스(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 일정한 곡률을 갖는 라운드 형상으로 형성되어 있다.

그런데, 종래 기술에 의한 라운드 형상의 벨 마우스(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 벨 마우스(110) 부근에서 층상의 흡입 유동이 형성되므로 벨 마우스(110)의 형상에 의한 압력 분포차이가 크다. 따라서, 벨 마우스(110) 근처에서의 압력 분포 차이로 인해 흡입 유동장이 불안정하여 시로코 팬의 송풍 효율을 떨어뜨린다. 참고로, 도 2에서는 진한 쪽이 압력이 낮은 부분이고 연한 쪽이 압력이 높은 부분을 표시하므로, 벨 마우스(110)에 가까운 쪽의 압력이 낮다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 공기조화기의 높이에 따라 시로코 팬의 송풍 효율을 최대로 할 수 있는 형상을 갖는 공기조화기용 스크롤에 관련된다.

또한, 본 발명은 시로코 팬의 송풍 효율을 최대로 할 수 있는 형상을 갖는 시로코 팬의 블레이드에 관련된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 공기조화기용 스크롤은, 공기가 인입되는 유입구, 공기를 배출하는 배출구, 및 상기 유입구에서 배출구까지의 공기 통로를 구비하는 스크롤 몸체; 상기 스크롤 몸체 내에 회전 가능하게 설치되며, 회전하면 상기 유입구로 공기를 흡입하여 상기 배출구로 배출하는 시로코 팬(sirocco fan); 및 상기 스크롤 몸체의 유입구에 형성되는 벨 마우스(bell mouth);를 포함하며, 상기 스크롤 몸체의 높이를 H(mm), 상기 시로코 팬의 지름을 D(mm)라 한 경우에, 상기 스크롤 몸체와 상기 시로코 팬은

0.76 ≤ D/H ≤ 0.8

을 만족하도록 형성될 수 있다.

이때, 상기 벨 마우스는 상기 스크롤 몸체의 측벽에서 상기 스크롤 몸체의 안쪽으로 2단 구조로 안지름이 좁아지도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 벨 마우스는, 상기 스크롤 몸체의 측벽에서 상기 스크롤 몸체의 안쪽으로 절곡 연장되는 제1경사부; 상기 제1경사부에서 상기 스크롤 몸체의 측벽과 대략 평행하게 절곡 연장되는 평행부; 및 상기 평행부에서 상기 스크롤 몸체의 안쪽으로 절곡 연장되는 제2경사부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스크롤 몸체의 배출구의 상면에는 컷오프(cutoff)가 형성되며, 상기 스크롤 몸체의 유입구의 중심에서 상기 컷오프의 정점까지의 수직방향 거리를 Sv, 수평방향 거리를 Sh라 하면, 상기 컷오프는

0.13 ≤ Sv/Sh ≤ 0.15

을 만족하는 위치에 형성될 수 있다.

또한, 상기 스크롤 몸체의 원주면은 상기 스크롤 몸체의 유입구의 중심에서 반지름이 다른 복수의 곡면으로 형성되며, 상기 복수의 곡면은 상기 배출구와 연결되는 제1원주면과 상기 제1원주면에 연결되는 제2원주면을 포함하며, 상기 스크롤 몸체의 유입구의 중심에서 상기 스크롤 몸체의 제1원주면까지의 반지름을 V1, 제2원주면까지의 반지름을 V2라 하면, 상기 스크롤 몸체의 원주면은

0.7 ≤ V2/V1 ≤ 0.75

을 만족하도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 시로코 팬은 서로 마주하는 한 쌍의 링; 및 상기 한 쌍의 링 사이에 설치되는 복수의 블레이드;를 포함하며, 상기 복수의 블레이드는 상기 한 쌍의 링과 접하는 상기 복수의 블레이드각각의 단부가 단차를 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 블레이드의 단차는 상기 블레이드의 길이의 5%의 높이를 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 시로코 팬은 서로 마주하는 한 쌍의 링; 및 상기 한 쌍의 링 사이에 설치되는 복수의 블레이드;를 포함하며, 상기 복수의 블레이드 각각은, 상기 블레이드의 높이를 B, 상기 블레이드의 현의 길이를 L, 상기 시로코 팬의 회전 중심에 가까운 쪽의 블레이드의 입구단의 입구각을 β1, 상기 시로코 팬의 중심에서 먼 쪽의 블레이드의 출구단의 출구각을 β2라 하면,

0.17 ≤ B/L ≤ 0.2, 95°≤ β1 ≤ 105°, 35°≤ β2 ≤ 45°

를 만족하도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 복수의 블레이드의 안지름을 d라 하면, 상기 복수의 블레이드 각각은

4.5 ≤ d/L ≤ 5.5

를 만족하도록 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 공기조화기용 스크롤은, 공기가 인입되는 유입구, 공기를 배출하는 배출구, 및 상기 유입구에서 배출구까지의 공기 통로를 구비하는 스크롤 몸체; 상기 스크롤 몸체 내에 회전 가능하게 설치되며, 회전하면 상기 유입구로 공기를 흡입하여 상기 배출구로 배출하는 시로코 팬(sirocco fan); 및 상기 스크롤 몸체의 유입구에 형성되는 벨 마우스(bell mouth);를 포함하며, 상기 스크롤 몸체의 높이를 H(mm), 상기 시로코 팬의 지름을 D(mm)라 한 경우에, 상기 스크롤 몸체와 상기 시로코 팬은

0.76 ≤ D/H ≤ 0.8

을 만족하도록 형성되며, 상기 벨 마우스는 상기 스크롤 몸체의 측벽에서 상기 스크롤 몸체의 안쪽으로 2개의 경사부와 한 개의 평행부로 구성된 2단 구조로 형성되며, 상기 2개의 경사부는 안지름이 좁아지도록 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 공기조화기는 열 교환기; 및 상술한 특징 중의 어느 하나의 특징을 포함하며, 상기 열 교환기로 공기를 불어내도록 설치되는 공기조화기용 스크롤;을 포함할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 스크롤의 일 예를 나타낸 사시도;
도 2는 도 1의 스크롤의 벨 마우스로 유입되는 공기의 흡입 유동을 해석한 결과를 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기를 나타내는 사시도;
도 4는 도 3의 공기조화기의 단면 사시도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기에 사용되는 스크롤을 나타낸 사시도;
도 6은 도 5의 스크롤의 분리 사시도;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기용 스크롤 몸체를 나타내는 사시도;
도 8은 도 7의 공기조화기용 스크롤 몸체의 벨 마우스를 선 8-8에서 절단하여 나타내는 부분 단면도;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기용 스크롤 몸체에 시로코 팬이 조립된 상태를 나타내는 단면도;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기용 스크롤 몸체의 단면도;
도 11은 도 8의 벨 마우스로 유입되는 공기의 흡입 유동을 해석한 결과를 나타낸 도면;
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기용 스크롤에서 시로코 팬의 지름과 스크롤의 높이의 비에 따른 성능 시험 결과를 나타내는 그래프;
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬을 나타낸 사시도;
도 14는 본 발명이 일 실시예에 의한 시로코 팬의 단부를 나타내는 부분 사시도;
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬의 블레이드를 나타낸 평면도;
도 16은 종래기술에 의한 시로코 팬과 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬의 후단에서의 유속 분포를 비교한 그래프;
도 17은 종래기술에 의한 시로코 팬의 블레이드와 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬의 블레이드의 입출구 각도에 따른 음압 레벨을 비교한 그래프;
도 18은 종래기술에 의한 시로코 팬의 블레이드와 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬의 블레이드의 입출구 각도에 따른 소비 전력을 비교한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 공기조화기용 스크롤과 이를 구비한 공기조화기의 실시 예들에 대하여 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들과 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 공기조화기의 단면 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기(1)는 케비넷(10), 열 교환기(20), 스크롤(30)을 포함한다.

도 3 및 도 4에 도시된 공기조화기(1)는 실내기만을 나타내며, 도시하지는 않았으나 실외기를 포함한다. 실외기는 압축기 및 응축기를 포함하는 것으로서, 종래 기술에 의한 실외기와 동일하거나 유사하므로 실외기의 상세한 설명은 생략한다. 본 발명에 의한 공기조화기(1)는 실내의 천정에 설치되거나, 실내의 일측 벽에 바닥에 설치될 수도 있다.

케비넷(10)은 공기조화기(1)의 실내기의 외관을 형성하는 것으로서, 일 측면에 공기를 배출할 수 있도록 형성된 토출구(11)가 마련된다. 케비넷(10)은 대략 직육면체 형상으로 형성되며, 열 교환기(20)와 스크롤(30)을 고정 및 지지한다. 케비넷(10)의 하면에는 공기 유입 그릴(13)이 마련된다.

열 교환기(20)는 케비넷(10)의 내부에 토출구(11)에 인접하도록 설치된다. 열 교환기(20)의 내부에는 온도와 압력이 낮은 액체 상태의 냉각제가 흐르고 있다. 따라서, 더운 공기가 열 교환기(20)를 통과할 때, 냉각제에 열을 빼앗겨 차가운 공기가 된다. 열 교환기(20)는 실내기(1)의 두께를 얇게 만들기 위해 전체적인 형태를 가능한 두께가 얇은 평판 형태로 형성하고, 토출구(11)에 대해 경사지게 설치될 수 있다.

스크롤(30)은 외부의 공기를 흡입하여 열 교환기(20)로 배출하는 것으로서, 배출구가 토출구(11)를 향하도록 설치된다. 케비넷(10)의 공기 유입 그릴(13)을 통해 유입된 공기가 스크롤(30) 내부로 인입된다. 스크롤(30)은 공기조화기(1)의 용량에 따라 적어도 한 개가 사용될 수 있다. 일반적으로 스크롤(30)은 3개 또는 4개가 사용될 수 있다. 복수의 스크롤(30)이 사용되는 경우, 복수의 스크롤(30)은 토출구(11)와 평행하게 일직선상으로 배치된다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기용 스크롤(30)에 대해 첨부된 도 5 내지 도 10을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기에 사용되는 스크롤을 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 스크롤의 분리 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기용 스크롤 몸체를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7의 공기조화기용 스크롤 몸체의 벨 마우스를 나타내는 부분 단면도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기용 스크롤 몸체에 시로코 팬이 조립된 상태를 나타내는 단면도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기용 스크롤 몸체의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기용 스크롤(30)은 스크롤 몸체(31)와 시로코 팬(sirocco fan)(40)을 포함한다.

스크롤 몸체(31)는 시로코 팬(40)을 수용하며, 내부에 공기 통로(35)를 형성한다. 스크롤 몸체(31)는 시로코 팬(40)의 회전 중심(O1)과 동심으로 형성되며 공기가 인입되는 유입구(32), 유입구(32)로 유입된 공기를 열 교환기(20)를 향해 배출하는 배출구(34), 및 상기 시로코 팬(40)을 둘러싸며 곡선 형상으로 형성되며, 유입구(32)와 배출구(34)를 연통시키는 공기 통로(35)를 포함한다. 유입구(32)는 스크롤 몸체(31)의 양 측벽(33)에 동심을 이루도록 형성된다. 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)에는 유입되는 공기를 안정화시키기 위해 벨 마우스(bell mouth)(50)가 형성될 수 있다. 스크롤 몸체(31)의 양 측벽(33)은 공기 통로(35)를 형성하는 원주면(36)으로 연결된다. 원주면(36)은 원형 단면이 아니라, 복수의 곡면을 연결한 형태로 형성될 수 있다. 복수의 곡면은 배출구(34)를 향해 반지름이 커지도록 형성될 수 있다.

시로코 팬(40)은 스크롤 몸체(31) 내에 회전 가능하게 설치되며, 시로코 팬(40)이 회전하면 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)로 대기압 상태의 공기가 흡입되어 고압의 공기 유동이 되어 배출구(34)로 배출된다. 구체적으로, 시로코 팬(40)은 원통 형상으로 형성되며, 복수의 가늘고 긴 블레이드(60)가 원주상에 배열되어 있다. 시로코 팬(40)은 일측에 설치된 모터(미도시)에 의해 회전할 수 있도록 설치된다. 시로코 팬(40)이 회전하면, 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)를 통해 외부의 공기가 시로코 팬(40) 내부로 유입된 후, 복수의 블레이드(60)를 통해 스크롤 몸체(31)의 배출구(34)를 향해 배출된다.

시로코 팬(40)의 송풍 성능, 예를 들면 송풍량을 향상시키기 위해서는 시로코 팬(40)의 지름(D)(도 9 참조)을 늘릴 수 있다. 시로코 팬(40)의 지름(D)이 커지면, 시로코 팬(40)이 수용된 스크롤(30)의 크기가 커지게 되어, 결국 케비넷(10)의 높이(h)(도 4 참조)가 높아지게 된다. 그러나, 천정에 설치되는 공기조화기(1)는 높이(h)에 대한 제한이 있어 케비넷(10)의 높이(h)를 늘릴 수 없다. 따라서, 케비넷(10)의 높이(h)가 고정된 상태에서, 시로코 팬(40)의 지름(D)에 따라 시로코 팬(40)의 송풍 성능을 극대화시킬 수 있는 스크롤(30)의 형상을 결정할 필요가 있다.

스크롤 몸체(31)의 높이와 시로코 팬(40)의 바깥 지름이 다음의 조건을 만족하는 경우에 시로코 팬(40)의 송풍 성능이 향상된다.

0.76 ≤ D/H ≤ 0.8

여기서, H는 스크롤 몸체(31)의 높이(mm), D는 시로코 팬(40)의 바깥 지름(mm)을 나타낸다. 스크롤 몸체(31)의 높이(H)는 도 4에 도시된 바와 같이 스크롤(30)이 케비넷(10)에 설치된 경우에 스크롤 몸체(31)에서 가장 높은 곳의 높이를 말하는 것으로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 배출구(34)에서 연장되는 스크롤 몸체(31)의 바닥면(36-5)에서 스크롤 몸체(31)의 상단까지 시로코 팬(40)의 회전 중심(O1)을 통과하는 수직선상에서 측정한 높이이다. 따라서, 스크롤 몸체(31)의 높이(H)는 스크롤(30)의 높이와 동일하다.

발명자가 시로코 팬(40)의 바깥 지름(D)과 스크롤 몸체(31)의 높이(H)의 비에 따른 시로코 팬(40)의 송풍량을 테스트한 결과가 도 12에 도시되어 있다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기용 스크롤(30)에서 시로코 팬(40)의 지름(D)과 스크롤 몸체(31)의 높이(H)의 비에 따른 성능 시험 결과를 나타내는 그래프이다.

도 12를 참조하면, 시로코 팬(40)의 바깥 지름(D)과 스크롤 몸체(31)의 높이(H)의 비가 0.78 부근에서 송풍량이 최대인 것을 알 수 있다.

또한, 시로코 팬(40)의 송풍 성능은 스크롤 몸체(31)의 배출구(34)의 상면에 형성되는 컷오프(cutoff)(39)와 유입구(32)의 중심(O2) 사이의 위치를 다음과 같이 결정하면 향상될 수 있다. 컷오프(39)는 배출구(34)의 상면에서 하면을 향해 돌출되는 곡면 형상으로 형성된다.

0.13 ≤ Sv/Sh ≤ 0.15

여기서, Sv는 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)의 중심(O2)에서 상기 컷오프(39)의 정점(P)까지의 수직방향 거리를 나타내며, Sh는 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)의 중심(O2)에서 상기 컷오프(39)의 정점(P)까지의 수평방향 거리를 나타낸다. 여기서, 컷오프(39)의 정점(P)은 배출구(34)의 상면에서 돌출된 곡면의 컷오프(39)에서 가장 높은 부분을 말한다.

이때, 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)의 중심(O2)은 시로코 팬(40)의 회전중심(O1)과 대략 동일한 위치가 되므로, 스크롤 몸체(31)의 컷오프(39)의 정점(P)은 시로코 팬(40)의 회전중심(O1)에 대해 상기와 같은 위치에 있다고 할 수 있다.

또한, 스크롤 몸체(31)의 공기 통로(35)를 이루는 스크롤 몸체(31)의 원주면(36)이 다음과 같은 조건을 만족하도록 형성하면, 시로코 팬(40)의 송풍 성능을 향상할 수 있다.

0.7 ≤ V2/V1 ≤ 0.75

여기서, V1은 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)의 중심(O2)에서 스크롤 몸체(31)의 제1원주면(36-1)까지의 반지름을 나타내며, V2는 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)의 중심(O2)에서 스크롤 몸체(31)의 제2원주면(36-2)까지의 반지름을 나타낸다. 이때, 제1원주면(36-1)은 일단이 배출구(34)의 바닥면(36-5)에 연결되며, 타단은 제2원주면(36-2)과 연결된다. 제1원주면(36-1)의 반지름(V1)은 제2원주면(36-2)의 반지름(V2)보다 크게 형성된다. 제1원주면(36-1)은 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)의 중심(O2)에서 대략 70도(θ1)에 대응하는 길이로 형성될 수 있다. 제2원주면(36-2)은 일단이 제1원주면(36-1)에 연결되며, 타단은 제3원주면(36-3)과 연결된다. 제2원주면(36-2)은 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)의 중심(O2)에서 대략 20도(θ2)에 대응하는 길이로 형성될 수 있다. 제3원주면(36-3)은 제2원주면(36-2)보다 작은 반지름을 갖도록 형성된다. 제3원주면(36-3)의 타단은 제4원주면(36-4)과 연결된다. 제4원주면(36-4)의 타단은 컷오프(39)와 연결되며, 제4원주면(36-4)은 제3원주면(36-3)보다 작은 반지름을 갖도록 형성된다. 따라서, 스크롤 몸체(31)의 원주면(36)을 형성하는 복수의 곡면, 즉 제1원주면(36-1), 제2원주면(36-2), 제3원주면(36-3), 및 제4원주면(36-4)은 제4원주면(36-4)에서 제1원주면(36-1)을 향해 반지름이 점점 커지는 형태로 형성된다. 본 실시예에서는 스크롤 몸체(31)의 원주면(36)이 4개의 다른 반지름을 갖는 곡면(36-1,36-2,36-3,36-4)으로 형성되었으나, 원주면(36)을 형성하는 곡면의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다. 원주면(36)을 이루는 곡면은 5개 이상으로 형성할 수도 있다.

또한, 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)를 통해 시로코 팬(40)으로 인입되는 공기의 흐름을 안정화시키면 시로코 팬(40)의 송풍 성능을 향상시킬 수 있다. 이를 위해, 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)에 형성되는 벨 마우스(50)의 형상을 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 2단 구조로 형성할 수 있다.

구체적으로, 벨 마우스(50)는 스크롤 몸체(31)의 측벽(33)에서 안쪽으로 연장되는 형태로 형성되며, 2단 구조로 형성된다. 벨 마우스(50)의 2단 구조는 스크롤 몸체(31)의 안쪽을 향해 안지름이 좁아지도록 형성된다. 구체적으로, 벨 마우스(50)는 스크롤 몸체(31)의 측벽(33)에서 안쪽으로 절곡 연장되는 제1경사부(51)와 제1경사부(51)에서 스크롤 몸체(31)의 측벽(33)과 대략 평행하게 절곡 연장되는 평행부(52), 및 평행부(52)에서 안쪽으로 절곡 연장되는 제2경사부(53)를 포함한다. 제1경사부의 안지름(d1)은 제2경사부의 안지름(d2)보다 크게 형성된다. 또한, 평행부(52)는 스크롤 몸체(31)의 측벽(33)보다 안쪽으로 낮게 형성되어 있다. 벨 마우스(50)를 구성하는 제1경사부(51), 평행부(52), 및 제2경사부(53)는 곡면으로 연결되도록 형성될 수 있다. 이와 같이 벨 마우스(50)를 2단 구조로 형성하면, 유입구(32)의 공기 흡입 면적을 종래 기술에 의한 라운드 형상의 벨 마우스를 갖는 유입구에 비해 넓힐 수 있다. 따라서, 외부에서 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)로 유입되는 공기는 2단 구조로 절곡된 벨 마우스(50)를 따라 이동하므로 압력 분포를 일정하게 할 수 있다.

도 11은 이와 같은 구조를 갖는 벨 마우스(50)로 입력되는 공기의 흡입 유동을 해석한 결과를 나타낸 도면이다.

도 11을 참조하면, 도 2에 도시된 종래 기술에 의한 벨 마우스와 달리 압력 분포가 균등하게 나타나는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명과 같이 벨 마우스(50)를 2단 구조로 하면, 압력 분포가 일정해지므로 공기의 흡입 유동이 안정화되고, 그 결과 시로코 팬(40)의 송풍 효율도 개선될 수 있다.

또한, 시로코 팬(40)의 송풍 성능을 향상시키기 위해 시로코 팬(40)을 구성하는 복수의 블레이드(60)의 형상을 변경할 수 있다. 시로코 팬의 블레이드 형상변경과 관련하여 도 13 내지 도 15를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬을 나타낸 사시도이다. 도 14는 본 발명이 일 실시예에 의한 시로코 팬의 유입단을 나타내는 부분 사시도이다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬의 블레이드를 나타낸 평면도이다.

본 발명은 도 13에 도시된 바와 같이 양단으로 공기가 유입되는 양흡입 시로코 팬(40)에 적용할 수 있다.

도 13을 참조하면, 양흡입 시로코 팬(40)은 중앙에 허브(hub)가 마련되며, 양단에는 한 쌍의 링(41)이 마련되어 있다. 허브(43)와 한 쌍의 링(41) 사이에는 복수의 블레이드(60)가 일정 간격으로 배치되어 있다. 따라서, 스크롤 몸체(31)의 유입구(32)로 유입되는 공기는 시로코 팬(40)의 내부로 인입된 후, 복수의 블레이드(60) 사이의 공간을 통해 배출되게 된다. 허브(43)의 중심은 모터(미도시)의 축에 연결되어 있으므로, 모터가 회전하면, 시로코 팬(40)이 회전하게 된다.

종래 기술에 의한 시로코 팬은 링과 연결되는 블레이드의 단부가 동일한 높이로 형성되었다. 즉, 블레이드의 길이가 블레이드 전체 폭에 대해 동일하게 형성되었다. 그러나, 이와 같이 블레이드의 단부의 높이를 동일하게 하면, 벨 마우스와 인접한 링 주변에서 와류가 발생하여 시로코 팬의 소음을 증가시키고, 송풍 성능을 떨어뜨리게 된다.

이러한 문제를 해소하기 위해, 본 발명에서는 블레이드의 단부(61)를 2단으로 형성하였다. 구체적으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 링(41)과 인접한 제1단부(61-1)의 높이(h1)와 시로코 팬(40)의 회전 중심(O1)(도 9 참조)에 가까운 제2단부(61-2)의 높이(h2)를 다르게 형성하여, 블레이드(60)의 단부(61)에 단차를 형성한다. 이때, 제1단부(61)의 높이(h1)가 제2단부(61-2)의 높이(h2)보다 높게 형성하며, 제1단부(61-1)와 제2단부(61-2)는 곡면으로 연결한다. 여기서, 제1단부(61-1)의 높이(h1)는 허브(43)에서부터 제1단부(61-1)까지의 블레이드(60)의 길이를 말하며, 제2단부(61-2)의 높이는 허브(43)에서 제2단부(61-2)까지의 블레이드(60)의 길이를 말한다. 이때, 제1단부(61-1)와 제2단부(61-2)의 높이 차이((h1-h2),즉 단차는 블레이드(60)의 길이의 약 5%로 할 수 있다.

상술한 바와 같이 블레이드(60)의 단부(61)를 2단 구조로 하면, 시로코 팬(40)의 링(41) 부근에서도 공기의 유동장이 생성되어 시로코 팬(40)의 효율이 향상된다.

본 발명의 일 실시예에 의한 블레이드(60)를 구비한 시로코 팬(40)과 종래 기술에 의한 블레이드를 구비한 시로코 팬의 송풍 성능을 비교한 그래프가 도 16에 도시되어 있다.

도 16은 종래기술에 의한 시로포 팬과 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬의 후단에서의 유속 분포를 비교한 그래프이다.

도 16에서, 위치는 시로코 팬(40)의 전체 길이(FL)에서 유속을 측정한 위치를 나타낸다. 측정에 사용된 시로코 팬(40)의 전체 길이(FL)(도 13 참조)에 대해 18곳에서 유속을 측정한 것이다.

도 16을 참조하면, 종래 기술에 의한 시로코 팬은 중심의 허브 근처에서 유속이 높고 시로코 팬 길이에 따라 유속의 편차가 매우 크나, 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬(40)은 전체 길이(FL)에 걸쳐 종래 기술에 의한 시로코 팬보다 유속이 균일한 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 2단 구조의 단부(61)를 갖는 블레이드(60)를 구비한 시로코 팬(40)이 동일 높이의 단부를 갖는 블레이드를 구비한 종래 기술에 의한 시로코 팬에 비해 유속 분포가 개선되는 것을 알 수 있다. 이를 수치로 계산하면, 약 12.6%로 개선된 결과를 얻을 수 있다.

또한, 시로코 팬(40)의 소음과 소비 전력을 줄이기 위해서 블레이드(60)의 형상을 개선할 수 있다.

도 15를 참고하면, 블레이드(60)는 일정한 곡률로 만곡된 유선형으로 형성된다. 스크롤 몸체(31)로 인입된 공기는 시로코 팬(40)의 내부에서 블레이드(60)를 따라 외부로 배출된다. 따라서, 도 15에서 공기는 화살표 A의 방향으로 블레이드(60)를 따라 이동한다. 따라서, 시로코 팬(40)의 회전 중심(O1)에 가까운 쪽이 블레이드(60)의 입구단(P1)이고, 시로코 팬(40)의 회전 중심(O1)에서 먼 쪽, 즉 링(41)에 연결된 쪽이 블레이드(60)의 출구단(P2)이 된다.

블레이드(60)의 형상은 블레이드(60)의 입구각, 출구각, 및 높이에 따라 변화할 수 있다. 여기서, 블레이드(60)의 입구각은 복수의 블레이드(60)의 입구단(P1)을 연결하는 원(45)과 블레이드(60)의 중심선(BL) 사이의 각을 말하며, 블레이드(60)의 출구각은 블레이드(60)의 출구단(P2)을 연결하는 링(41)과 블레이드(60) 중심선(BL) 사이의 각을 말한다. 또한, 블레이드(60)의 입구단(P1)과 출구단(P2)을 연결하는 직선을 블레이드의 현(L)이라 하면, 블레이드(60)의 휘어진 높이(B)는 블레이드 현(L)을 기준으로 측정할 수 있다. 따라서, 블레이드(60)의 높이(B)는 블레이드 현(L)으로부터 가장 높은 블레이드(60)의 중심선(BL) 부분의 높이로 정의된다.

블레이드(60)의 형상을 다음과 같이 형성하면, 시로코 팬(40)의 소음을 줄일 수 있으며, 소비 전력을 줄여 시로코 팬(40)의 효율을 높일 수 있다.

0.17 ≤ B/L ≤ 0.2

95°≤ β1 ≤ 105°

35°≤ β2 ≤ 45°

여기서, B는 블레이드(60)의 높이, L은 블레이드 현의 길이, β1은 블레이드(60)의 입구각, β2는 블레이드(60)의 출구각을 말한다.

또한, 시로코 팬(40)의 안지름(d)에 대한 블레이드 현(L)의 비를 조절하면, 복수의 블레이드(60)의 배치 형태를 변경할 수 있다. 따라서, 시로코 팬(40)의 안지름(d)에 대한 블레이드 현(L)의 비를 다음의 범위로 하면 시로코 팬(40)의 소음과 소비 전력을 줄일 수 있다.

4.5 ≤ d/L ≤ 5.5

여기서, d는 시로코 팬(40)의 안지름을 말하며, L은 블레이드 현의 길이이다. 시로코 팬(40)의 안지름(d)은 복수의 블레이드(60)의 입구단(P1)을 연결하는 원(45)의 지름을 말한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 블레이드(60)를 구비한 시로코 팬(40)과 종래 기술에 의한 블레이드를 구비한 시로코 팬의 소음과 소비 전력을 비교한 그래프가 도 17 및 도 18에 도시되어 있다.

도 17은 종래기술에 의한 시로코 팬의 블레이드와 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬(40)의 블레이드(60)의 입출구 각도에 따른 음압 레벨을 비교한 그래프이고, 도 18은 종래기술에 의한 시로코 팬의 블레이드와 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬(40)의 블레이드(60)의 입출구 각도에 따른 소비 전력을 비교한 그래프이다.

도 17과 도 18의 그래프는 시로코 팬(40)의 블레이드(60)의 입구각과 출구각을 각각 다음과 같이 하여 측정한 결과를 나타낸다. 이때, 블레이드(60)의 다른 치수들은 동일하게 유지하였다.

	종래 기술	본 발명
입구각(β1)	93°	98°
출구각(β2)	21°	37°

도 17을 참조하면, 종래 기술에 의한 시로코 팬의 음압 레벨이 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬(40)보다 음압 레벨(SPL; sound pressure level)이 높은 것을 알 수 있다. 도 17로부터 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬(40)의 음압 레벨이 종래 기술에 의한 시로코 팬의 음압 레벨보다 약 3.5dB 줄어든 것을 알 수 있다.

또한, 도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬(40)의 소비 전력(P)이 종래 기술에 의한 시로코 팬의 소비 전력(P)보다 작은 것을 알 수 있다. 도 18로부터 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬(40)의 소비 전력이 종래 기술에 의한 시로코 팬의 소비 전력보다 약 10W 줄어든 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 시로코 팬(40)에 의하면, 송풍 성능을 향상시킬 수 있으며, 소음과 소비 전력을 줄일 수 있다.

상기에서 본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며, 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구범위의 범주 내에서 자유로이 실시될 수 있을 것이다.

1; 공기조화기 10; 케비넷
20; 열 교환기 30; 스크롤
31; 스크롤 몸체 32; 유입구
33; 측벽 34; 배출구
35; 공기 통로 36; 원주면
40; 시로코 팬 41; 링
43; 허브 50; 벨 마우스
51; 제1경사부 52; 평행부
53; 제2경사부 60; 블레이드

Claims

공기가 인입되는 유입구, 공기를 배출하는 배출구, 및 상기 유입구에서 배출구까지의 공기 통로를 구비하는 스크롤 몸체;
상기 스크롤 몸체 내에 회전 가능하게 설치되며, 회전하면 상기 유입구로 공기를 흡입하여 상기 배출구로 배출하는 시로코 팬(sirocco fan); 및
상기 스크롤 몸체의 유입구에 형성되는 벨 마우스(bell mouth);를 포함하며,
상기 스크롤 몸체의 높이를 H(mm), 상기 시로코 팬의 지름을 D(mm)라 한 경우에, 상기 스크롤 몸체와 상기 시로코 팬은
0.76 ≤ D/H ≤ 0.8
을 만족하는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 스크롤.
제 1 항에 있어서,
상기 벨 마우스는 상기 스크롤 몸체의 측벽에서 상기 스크롤 몸체의 안쪽으로 2단 구조로 안지름이 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 스크롤.
제 2 항에 있어서,
상기 벨 마우스는,
상기 스크롤 몸체의 측벽에서 상기 스크롤 몸체의 안쪽으로 절곡 연장되는 제1경사부;
상기 제1경사부에서 상기 스크롤 몸체의 측벽과 대략 평행하게 절곡 연장되는 평행부; 및
상기 평행부에서 상기 스크롤 몸체의 안쪽으로 절곡 연장되는 제2경사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 스크롤.
제 1 항에 있어서,
상기 스크롤 몸체의 배출구의 상면에는 컷오프(cutoff)가 형성되며,
상기 스크롤 몸체의 유입구의 중심에서 상기 컷오프의 정점까지의 수직방향 거리를 Sv, 수평방향 거리를 Sh라 하면,
상기 컷오프는
0.13 ≤ Sv/Sh ≤ 0.15
을 만족하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 스크롤.
제 4 항에 있어서,
상기 스크롤 몸체의 원주면은 상기 스크롤 몸체의 유입구의 중심에서 반지름이 다른 복수의 곡면으로 형성되며,
상기 복수의 곡면은 상기 배출구와 연결되는 제1원주면과 상기 제1원주면에 연결되는 제2원주면을 포함하며,
상기 스크롤 몸체의 유입구의 중심에서 상기 스크롤 몸체의 제1원주면까지의 반지름을 V1, 제2원주면까지의 반지름을 V2라 하면,
상기 스크롤 몸체의 원주면은
0.7 ≤ V2/V1 ≤ 0.75
을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 스크롤.
제 1 항에 있어서,
상기 시로코 팬은 서로 마주하는 한 쌍의 링; 및
상기 한 쌍의 링 사이에 설치되는 복수의 블레이드;를 포함하며,
상기 복수의 블레이드는 상기 한 쌍의 링과 접하는 상기 복수의 블레이드각각의 단부가 단차를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기용 스크롤.
제 6 항에 있어서,
상기 블레이드의 단차는 상기 블레이드의 길이의 5%의 높이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기용 스크롤.
제 1 항에 있어서,
상기 시로코 팬은 서로 마주하는 한 쌍의 링; 및
상기 한 쌍의 링 사이에 설치되는 복수의 블레이드;를 포함하며,
상기 복수의 블레이드 각각은,
상기 블레이드의 높이를 B, 상기 블레이드의 현의 길이를 L, 상기 시로코 팬의 회전 중심에 가까운 쪽의 블레이드의 입구단의 입구각을 β1, 상기 시로코 팬의 중심에서 먼 쪽의 블레이드의 출구단의 출구각을 β2라 하면,
0.17 ≤ B/L ≤ 0.2
95°≤ β1 ≤ 105°
35°≤ β2 ≤ 45°
를 만족하는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 스크롤.
제 8 항에 있어서,
상기 복수의 블레이드의 안지름을 d라 하면,
상기 복수의 블레이드 각각은
4.5 ≤ d/L ≤ 5.5
를 만족하는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 스크롤.
공기가 인입되는 유입구, 공기를 배출하는 배출구, 및 상기 유입구에서 배출구까지의 공기 통로를 구비하는 스크롤 몸체;
상기 스크롤 몸체 내에 회전 가능하게 설치되며, 회전하면 상기 유입구로 공기를 흡입하여 상기 배출구로 배출하는 시로코 팬(sirocco fan); 및
상기 스크롤 몸체의 유입구에 형성되는 벨 마우스(bell mouth);를 포함하며,
상기 스크롤 몸체의 높이를 H(mm), 상기 시로코 팬의 지름을 D(mm)라 한 경우에, 상기 스크롤 몸체와 상기 시로코 팬은
0.76 ≤ D/H ≤ 0.8
을 만족하도록 형성되며,
상기 벨 마우스는 상기 스크롤 몸체의 측벽에서 상기 스크롤 몸체의 안쪽으로 2개의 경사부와 한 개의 평행부로 구성된 2단 구조로 형성되며, 상기 2개의 경사부는 안지름이 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 스크롤.
제 10 항에 있어서,
상기 스크롤 몸체의 배출구의 상면에는 컷오프(cutoff)가 형성되며,
상기 스크롤 몸체의 유입구의 중심에서 상기 컷오프의 정점까지의 수직방향 거리를 Sv, 수평방향 거리를 Sh라 하면,
상기 컷오프는
0.13 ≤ Sv/Sh ≤ 0.15
을 만족하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 스크롤.
제 11 항에 있어서,
상기 스크롤 몸체의 원주면은 상기 스크롤 몸체의 유입구의 중심에서 반지름이 다른 복수의 곡면으로 형성되며,
상기 복수의 곡면은 상기 배출구와 연결되는 제1원주면과 상기 제1원주면에 연결되는 제2원주면을 포함하며,
상기 스크롤 몸체의 유입구의 중심에서 상기 스크롤 몸체의 제1원주면까지의 반지름을 V1, 제2원주면까지의 반지름을 V2라 하면,
상기 스크롤 몸체의 원주면은
0.7 ≤ V2/V1 ≤ 0.75
을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 스크롤.
열 교환기; 및
상기 열 교환기로 공기를 불어내도록 설치되는 제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항의 공기조화기용 스크롤;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.