KR100332539B1

KR100332539B1 - 축류팬

Info

Publication number: KR100332539B1
Application number: KR1019990055565A
Authority: KR
Inventors: 민옥렬; 조경석
Original assignee: 신영주; 한라공조주식회사
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2002-04-13
Also published as: JP2000205190A; US6287078B1; JP3291654B2; EP1016788A2; EP1016788B1; EP1016788A3; DE69919970D1; KR20000047976A; DE69919970T2

Abstract

본 발명은 허브의 외주를 따라 방사상으로 뻗어 있는 다수의 날개를 회전시켜 공기를 축방향으로 송풍하는 축류팬에 관한 것으로, 특히, 날개의 휨각(Sweeping Angle)과 익폭 그리고 설치각 등이 최적의 조건으로 설계되어 송풍효율이 높고 소음의 발생량이 적은 고효율 저소음 축류팬에 관한 것이다.

본 발명은 허브(1), 허브의 외주에 방사상으로 뻗어 있는 다수의 날개(2) 및 날개들의 각 외단(外端)을 연결하는 원형의 밴드(3)로 구성된 축류팬에 있어서, 상기 각 날개의 중앙선(6) 휨각(S_P)은 내단(內端)(I_M)에서 0 도에서 시작하여 외단(O_M)측으로 갈수록 날개의 회전방향으로 점증하고; 상기 각 날개의 전연선(4) 휨각(S_L)은 내단(I_L)에서 0 도 이하의 각도(-)에서 시작하여 다소 감소 후 외단(O_L)측으로 갈수록 점증하여 외단에서 최소 40 도 이상의 양(+)의 각도를 가지며; 상기 각 날개의 후연선(5) 휨각(S_T)은 내단(I_T)에서 양(+)의 각도에서 시작하여 감소 후 외단(O_T)측으로 갈수록 점증하고; 아울러, 상기 각 날개 원주방향 폭(W)이 외단으로 갈수록 증가하고; 상기 각 날개 설치각(α)은 외단으로 가면서 점감되는 것을 특징으로 하며, 이와 같은 구성의 축류팬은 송풍효율이 높고 소음발생량이 작다는 장점이 있다.

Description

축류팬{AXIAL FLOW FAN}

본 발명은 허브의 외주를 따라 방사상으로 뻗어 있는 다수의 날개를 회전시켜 공기를 축방향으로 송풍하는 축류팬에 관한 것으로, 특히, 날개의 휨각(Sweeping Angle)과 익폭 그리고 설치각(Setting Angle) 등이 최적의 조건으로 설계되어 송풍효율이 높고 소음의 발생량이 적은 고효율 저소음의 축류팬에 관한 것이다.

축류팬은 허브와 그 허브 외주에서 방사방향으로 뻗은 다수의 날개로 구성되어 외부 구동원으로부터 허브에 전달되는 회전력에 의해 회전하면서 그 날개로써 공기를 축방향으로 송풍하는 것으로, 자동차에는 예컨대 라디에이터나 콘덴서 등의 열교환기를 순환하여 흐르는 엔진 냉각수나 에어컨 냉매의 방열을 촉진하기 위하여 그 열교환기에 대하여 공기를 강제 송풍하는데 이용된다.

통상 자동차용 축류팬에는 그 날개의 외각을 둘러싸면서 열교환기에 고정되는 슈라우드가 구비되는데, 이 슈라우드는 축류팬 날개의 회전으로 유동하는 공기를 유도하여 보다 많은 양의 공기가 열교환기를 통과하게 하며, 축류팬 회전을 위한 구동력을 발생시키는 모터를 지지하는데에도 이용된다.

축류팬은 구동모터의 구동축에 연결되는 원환형의 허브와 이 허브의 둘레를 따라 방사상으로 뻗은 다수의 날개, 그리고 각 날개의 끝단들을 연결하는 원형의 밴드로 이루어진 것으로, 통상 합성수지재로 일체형으로 성형된다.

상기 팬 밴드는 날개 끝단들을 서로 연결하여 날개들이 상호 지지되도록 함으로써 날개가 변형되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이와 같은 축류팬의 구성에 있어서, 공기 유동에 직접 관여하는 것은 팬 날개로서, 이 날개는 유선형 단면구조를 가지고 있으면서 회전에 따른 날개 압력면의 압력상승을 이용하여 축류팬 전방에서부터 공기를 끌어들여 축류팬 후방으로 공기를 밀어내는 역할을 한다.

이러한 자동차용 축류팬을 설계할 때에는 다음과 같은 많은 제약조건들이 따르게 된다.

예컨대, 축류팬은 엔진 냉각을 위해 사용되는 라디에이터와 에어컨의 성능 향상을 위해 사용되는 콘덴서를 냉각하는데에 사용되므로 이 두 열교환기에 걸리는 부하 즉, 정압(正壓) 강하를 극복하면서 냉각에 필요한 충분한 풍량을 생성시킬 수 있어야 한다. 또한, 최근 차량에 전자장비가 많이 장착되어 축전지의 용량이 문제시 되고 있어 전동모터의 전력소모량 대비 송풍효율이 높아야 한다. 더불어 차량에 대한 소음 규제에 따라 보다 송풍 소음이 작아야 하며 고속 회전시 파손의 위험이 없어야 한다.

이상의 제약조건들을 충족할 수 있는 축류팬을 구성하는데 있어서, 축류팬의날개가 송풍효율 및 소음의 발생량에 가장 큰 영향을 주게 되므로, 축류팬 설계시 날개의 형상과 폭 및 설치각 등이 중요한 설계인자가 된다. 이에 상기한 바와 같은 제약조건을 충족할 수 있으면서 축류팬의 성능을 향상할 수 있는 다양한 방안들이 제안되었다.

미국특허 제 4,569,631 호에는 전연(Leading Edge)이 허브와 가까운 영역에서는 일정 이상의 후향 휨각(Sweeping Angle)을 갖고 밴드와 가까운 영역에서는 일정값 이상의 전향 휨각을 가지며 반경방향 위치에 따른 설치각이 정의된 축류팬이 제안되어 있으며, 미국특허 제 4,684,324 호에서는 전연과 후연(Trailing Edge)에서 원주방향으로 동일한 거리에 있는 점들의 조합으로 정의되는 중앙선(Median Line)에 대해 상기 미국특허 제 4,569,631 호와 유사하게 허브 측에서는 후향 휨각을 밴드 측에서는 전향 휨각을 가지며 후향에서 전향으로 바뀌는 위치와 반경에 따른 날개 길이 그리고 설치각이 정의된 축류팬을 제안하고 있다. 또한 미국특허 제5,273,400 호에서는 위 2 개의 미국특허와 유사하게 허브측에서 끝단으로 가면서 후향에서 전향으로 변화하는 중앙선 휨각을 가지며 날개 길이와 설치각 그리고 캠버각이 정의된 팬을 제안하고 있다. 그리고 미국특허 제 5,393,199 호에서는 날개의 중앙선 휨각이 허브측에서부터 그 끝단까지 모두 전향 휨각을 갖되 날개 끝단에서의 휨각이 15 도를 넘지않고 허브측에 전연선(Leading Edge Line)과 후연선(Trailing Edge Line)이 반경선(Radial Line)과 나란한 영역을 가지며 날개 폭이 허브측에서 날개 끝단으로 가면서 증가하다 감소하는 축류팬을 제안하고 있다.

그러나 상술한 바와 같은 종래 축류팬들은 일정 한도 내에서 송풍 효율 증대 또는 소음 감소 효과를 얻을 수는 있었으나 과다한 휨각의 증가로 인해 송풍 효율이 저하되는 문제 또는 허브와 연결되는 내단(內端)측에서 균열이 발생하는 문제 등의 다른 문제점들을 가지고 있었다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 축류팬들이 가진 문제점들이 해소된 것으로서, 팬의 휨각, 전,후연의 곡률 및 현의 설치각 등의 각 축류팬 설계인자들이 상호 보완하는 관계를 유지하여 발생소음이 작은 반면 송풍효율은 높은 축류팬을 제공하는 것을 목적으로 제안되었다.

도 1은 본 발명에 따른 축류팬 정면도.

도 2는 도 1의 부분확대도.

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 축류팬 날개의 휨각 특성을 보인 도 1의 부분확대도.

도 5는 본 발명에 따른 축류팬 날개의 전향각 특성을 보인 도 1의 부분확대도.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬 날개의 반경방향 위치에 따른 중앙선, 전연선 및 후연선의 휨각을 보인 그래프.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬 날개의 반경방향 위치에 따른 날개의 폭비를 보인 그래프.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬 날개의 반경방향 위치에 따른 설치각을 보인 그래프.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 허브 2 : 날개

3 : 밴드 4 : 전연선

4a : 전연 5 : 후연선

5a : 후연 S : 휨각

α: 설치각 β: 전향각

W : 익폭 P : 임의의 지점

RL : 반경선

상기와 같은 목적을 가지고 안출된 본 발명은, 허브와, 상기 허브의 외측을 따라 방사상으로 뻗어 있는 다수의 날개, 그리고, 상기 허브와 동심원을 이루며 상기 날개들의 각 외단(外端)을 연결하는 원형의 밴드로 구성된 축류팬에 있어서, 상기 각 날개의 중앙선 휨각은 내단에서 0 도에서 시작하여 외단측으로 갈수록 날개의 회전방향으로 점증하는 반면; 상기 각 날개의 전연선 휨각은 내단에서 0 도 이하의 각도(-)에서 시작한 후 외단측으로 갈수록 점증하여 외단에서 최소 40 도 이상의 양(+)의 값을 가지며; 상기 각 날개의 후연선 휨각은 내단에서 양의 값에서 시작하여 소정의 날개 위치까지 점감된 후 그 이후부터 외단측으로 갈수록 다시 점증하고; 아울러, 상기 각 날개의 원주방향 폭은 외단측으로 갈수록 증가하고; 상기 각 날개의 설치각은 외단측으로 가면서 점감되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 구성들로 이루어지는 본 발명에 따른 축류팬의 바람직한 특징으로서, 상기 각 날개의 전연선 휨각이 음의 값에서 양의 값으로 변하는 위치는 각 날개의 내단으로부터 날개 길이의 50 % 안쪽에 위치한다.

또한, 상기 각 날개의 중앙선 외단을 지나는 반경선의 전향각이 전연선 내단을 지나는 반경선의 전향각 보다 작고, 상기 각 날개의 전연선 외단을 지나는 반경선의 전향각이 전연선 내단을 지나는 반경선 전향각 보다 크며, 또, 상기 각 날개 외단의 설치각은 20 도 이하인 것이 바람직하다.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 축류팬의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 살펴본다.

자동차용 축류팬에 있어서 무엇보다 우선적으로 요구되는 조건은 고효율이면서 저소음의 특성을 갖는 것이다. 축류팬이 이와 같은 특성을 갖기 위해서는 축류팬 설계에 있어서 날개의 휨각과 폭 그리고 설치각의 세가지 대표적 설계인자들이 적절히 조합되어야 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 축류팬 날개(2)의 휨각(S_P)은 반경선에 대한 날개(2)의 회전방향으로의 휨 정도를 나타내는 인자로서, 소음과 축류팬 송풍효율에 가장 민감하게 작용하므로 축류팬 설계에서 무엇보다 중요하게 고려된다. 예컨대, 동일한 조건의 축류팬에 있어서 날개(2)의 휨각(S_P)이 클수록 소음은 작아지는 반면 효율이 떨어진다. 따라서, 동일한 풍량의 설계 조건에서 날개(2)의 휨각(S_P)을 크게 하면 소음을 축소할 수는 있지만 상대적으로 고속 회전이 필요하여 전력소모량이 커지고 고속에 견딜 수 있도록 축류팬의 전체적인 강도 보강이 요구된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 날개(2)의 폭(W)은 축류팬의 회전시 날개(2)의 회전방향의 폭을 나타내는 인자로서, 풍량과 효율에 영향을 준다. 즉, 동일한 조건의 축류팬에 있어서 날개(2)의 폭(W)이 클수록 풍량과 효율이 증가하나 일정 기준값 이상에서는 오히려 감소한다. 아울러 그 풍량과 효율은 날개 폭(W)의 반경방향 분포에 의해서도 달라진다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 날개(2)의 설치각(α)은 축류팬의 회전방향에 대한 날개(2)의 기울기를 나타내는 것으로서, 이 설치각(α)이 증가하면 일정 기준값까지는 풍량 및 효율이 증가하고 소음도 감소한다. 그러나 그 이상이 되면 날개(2)의 부압면(8)에서 박리현상(Separation)이 발생하여 오히려 풍량과 효율이 급속히 감소할 뿐만 아니라 소음도 크게 증가한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 축류팬 대표적인 세 가지 설계인자들은 각기 축류팬의 특성 즉 풍량과 효율 그리고 소음에 영향을 끼친다. 그러나, 이들 설계인자들은 독자적으로서 보다는 상호 적절하게 조합되었을 때 축류팬이 요구되는 풍량과 효율 그리고 소음 특성 모두에 만족할 수 있다.

본 발명에 따른 축류팬은 이와 같은 축류팬의 대표적 설계인자들이 적절히 조합,설계되어 고효율과 저소음의 특성을 갖게 된 것으로서, 도 1은 그 정면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 축류팬은, 허브(1)와, 그 허브(1)의 외주면을 따라 방사상으로 뻗어 있는 다수의 날개(2)와, 그리고 상기 허브(1)와 동심원을 이루면서 상기 날개(2)들의 각 외단들을 연결하는 밴드(3) 등의 세 가지 구성이 일체형으로 이루어진 것이다.

이러한 구성들로 이루어진 본 발명에 따른 축류팬에 대한 구체적 설명에 앞서 이후 사용될 용어를 도 2의 확대도 및 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도인 도 3을 기준으로 다음과 같이 정의한다.

도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 전연(Leading Edge)(4a)은 날개(2)의 단면에서 날개(2)의 회전방향 최선단에 위치하는 점이고, 전연(4a)의 반대단 즉, 날개(2)의 회전반대방향측 끝단에 위치하는 점을 후연(Trailing Edge)(5a)이라 할 때, 도 2에 도시된 바와 같은 그 각 지점들을 반경방향으로 연결한 선을 각각 전연선(Leading Edge Line)(4)과 후연선(5)(Trailing Edge Line)이라고 정의한다. 그리고, 전연선(4)과 후연선(5)의 중앙, 즉, 날개(2)에서 동일한 반경에 위치하는 전연(4a)과 후연(5a)의 중간에 위치한 점들을 연결한 선을 중앙선(Median Line)(6)이라고 정의한다.

한편, 앞서 정의된 각 선(전연선(4), 후연선(5) 및 중앙선(6))상의 임의 지점(P)를 지나는 접선(T_P)과 그 임의 지점(P)과 허브 중심(O)을 지나는 임의의 반경선(RL_P) 사이의 각(S_P)을 그 임의 지점(P)의 휨각(Sweeping Angle)이라고 정의한다. 상기 중앙선(6) 내단(I_M)(즉, 허브(1)에서 날개(2)가 시작되는 부분의 중앙)을 지나는 반경선(즉, 허브(1)의 중심(O)과 허브(1)에서 날개(2)가 시작되는 부분의 중앙을 지나는 선)에 대한 임의 지점(P)의 전향정도, 즉 허브 중심(O)으로부터 상기 중앙선 내단(I_M)을 연결한 반경선(RL_IM)(도 2 참조)과 허브 중심(O)으로부터 임의 지점(P)을 잇는 반경선(RL_P) 사이의 각(β_P)을 그 지점(P)의 전향각(Forward Angle)이라 정의한다. 그리고, 상기 각도들(S_P, β_P)을 정의함에 있어서 날개(2)의 회전 방향(전향) 각도를 양(+)으로 회전 반대방향(후향)의 각도를 음(-)으로 정의한다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 날개(2)의 원주방향 단면에서 전연(4a)과 후연(5a)을 잇는 경사진 직선(SL)이 회전방향의 수평 직선(HL)과 이루는 각(α)을 설치각(Setting Angle)이라 정의한다. 또한, 전연(4a)에서부터 후연(5a)까지의 거리(실제는 원호 길이)를 날개의 폭(W)이라 정의한다.또, 도 5에서 날개(2)의 내단(허브(1)에 연결되어 시작되는 부분)에서 외단(밴드(3)에 연결되는 부분)까지의 거리, 즉 외단 반경(R_O)과 내단 반경(R_I)의 차를 날개 길이(R_O-R_I)로 정의하며, 날개(2) 상의 임의 지점(P)의 날개 위치는 임의 지점(P)의 반경을 R_P라 할 때 날개(2)의 내단 반경에서부터 그 임의의 지점(P)까지의 거리(R_p-R_I)로 정의한다.본 발명에 따른 축류팬에 있어서 날개(2)의 휨각(S_P)은 소음 감소와 아울러 효율 저하를 예방하기 위해 적절한 값을 취하고 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 허브(1)에서 가까운 영역에서는 휨각(S_P)을 작게 하여 효율 증대 및 허브(1) 측에서 휨각(S_P)의 급격한 변화로 발생할 수 있는 날개 강도의 취약성을 보완하였으며, 밴드(3)에서 가까운 영역에서는 휨각(S_P)을 크게 하여 소음 감소를 도모하였다. 더 구체적으로 보면, 중앙선(6)에 대한 임의 지점(P)의 접선(T_P)과 허브 중심(O)에서 그 임의 지점(P)을 통과하는 반경선(RL_P)(도 2 참조) 사이의 각으로 정의되는 중앙선 휨각(S_P)은 날개(2)중 허브(1)에 가까운 영역, 즉, 날개(2)중 중앙선(6) 내단(I_M)(여기에서의 휨각은 S_IM임)에서 일정한 거리의 날개 위치까지는 거의 0 도의 값을 가지며, 날개(2)의 중앙선(6) 외단(O_M)(여기에서의 휨각은 S_OM임)으로 가면서 날개(2)의 회전방향으로 증가한다. 그리고, 전연선(4)의 휨각(S_L)(즉, 전연선(4)의 임의의 지점을 지나는 반경선과 이 지점에 대한 접선 사이의 각 : 도 2 참조)은 전연선(4) 내단(I_L)에서의 휨각을 S_IL이라 할 때, 내단(I_L)에서는 회전 반대방향으로 형성되어 음(-)의 값을 갖고(S_IL〈 0), 반경방향으로 갈수록 증가하여, 전연선(4) 외단(O_L)에서의 휨각을 S_OL이라 할 때, 외단(O_L)에서는 중앙선 외단(O_M)의 휨각(S_OM) 보다도 다소 큰 각도를 갖는다( S_OL〉S_OM). 이 때, 전연선(4)의 외단 휨각(S_OL)을 최소한 40 도 이상으로 함으로써 소음이 크게 축소되도록 하였다. 또한, 후연선(5)의 휨각(S_T)(즉, 후연선(5)의 임의의 지점을 지나는 반경선과 이 지점에 대한 접선 사이의 각 : 도 2 참조)은 후연선(5) 내단(I_T)에서의 휨각을 S_IT라 할 때, 내단(I_T)에서는 양(+)의 값으로 시작하여(S_IT〉0), 소정의 날개 위치까지 점감된 후 그 이후부터 외단(O_T)(참고로, 후연선(5) 외단(O_T)에서의 휨각은 S_OT임)으로 가면서 점차 증가한다.

도 6의 그래프는 위와 같이 소음을 작게 할 수 있고 효율의 저하를 예방할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 휨각 변화를 보여주고 있다.

한편, 도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 축류팬 날개의 전향각(β_P) 특성을 보인 것이다.

날개(2)가 너무 과다하게 전향될 경우에는 축류팬의 효율이 감소할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 본 고안에 따른 축류팬에서는 전향각(β_P)중 중앙선(6) 외단(O_M)의 전향각(β_OM)(즉, 허브(1)의 중심(O)으로부터 중앙선(6)의 내단(I_M)을 지나는 반경선(RL_IM)과 허브(1)의 중심(O)으로부터 중앙선(6)의 외단(O_M)을 연결한 반경선(RL_OM) 사이의 각 : 도 4 참조)을 전연선(4) 내단(I_L)의 전향각(β_IL)(즉, 허브(1)의 중심(O)으로부터 중앙선(6) 내단(I_M)을 지나는 반경선(RL_IM)과 허브(1)의 중심(O)으로부터 전연선(4)의 내단(I_L)을 연결한 반경선(RL_IL) 사이의 각 : 도 4 참조) 보다 작게 하였다. 반면, 공기가 유입되는 전연선(4)의 전향각이 너무 작으면 소음이 증가하므로, 전연선(4) 외단(O_L)의 전향각(β_OL)(즉, 허브(1)의 중심(O)으로부터 중앙선(6) 내단(I_M)을 지나는 반경선(RL_IM)과 허브(1)의 중심(O)으로부터 전연선(4)의 외단(O_L)을 연결한 반경선(RL_OL) 사이의 각 : 도 4 참조)이 상기한 바와 같은 전연선 내단(I_L)의 전향각(β_IL) 보다 큰 값을 가지도록 하였다.( β_OL〉β_IL) 또, 도 4와 도 6의 그래프, 그리고 후술하는 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 전연선(4)의 휨각이 음의 값에서 양의 값으로 바뀌는 위치를 전연선(4) 내단으로부터 날개 길이의 50 % 이내에 위치시킴으로써 날개 외단측에서의 급격한 휨각 증가에 따라 효율이 감소되는 것을 방지하였다.

도 7의 그래프는 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬에 있어서, 날개(2)의 반경방향 위치에 따른 날개(2)의 폭(W) 변화를 보여주고 있다. 그래프에서 세로축으로 나타낸 날개 폭비는 임의 위치(P)에서 날개(2)의 폭을 W_P라 할 때 날개 길이(R_O-R_I)에 대한 그 지점(P)의 날개 폭(W_P)의 비(W_P/(R_O-R_I))를 나타낸다. 이 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 축류팬은 허브(1)측으로부터 반경방향으로 갈수록 날개(2)의 폭(W)이 증가하고 있다. 도 7에 제시된 그래프는 7 개의 날개(2)를 갖는 축류팬의 예인 바, 날개(2)의 수가 증가하면 그 반대의 비율로 날개 폭비(W_P/(R_O-R_I))가 감소하며 반대로 날개(2)의 수가 감소하면 날개 폭비(W_P/(R_O-R_I))가 증가한다.

도 8은 본 발명에 따른 축류팬에 있어서, 날개 위치별 설치각(α)에 변화를 보여주는 것이다.

축류팬은 회전하면서 공기를 날개 전방에서 후방으로 이동시키게 되는데, 이러한 공기의 이동은 날개가 회전하면서 정압면(7)(도 3 참조)의 압력을 상승시킴에 따라 발생하는 것이다. 즉, 축류팬 회전에 따라 날개의 정압면(7)에는 정압(+)이 생성되고 부압면(8)에는 부압(-)이 발생하게 되며, 따라서 축류팬이 회전하기 위해서는 날개(2)의 정압면(7)과 부압면(8) 사이의 압력차를 극복할 수 있는 회전력 즉 모터의 구동력을 필요로 한다. 이를 역설적으로 보면 정압면(7)과 부압면(8)의 압력차가 줄이면 축류팬 회전에 필요한 회전력이 줄어들어 결과적으로 축류팬의 효율을 향상시킬 수 있다는 것을 추론할 수 있다.

그런데, 축류팬에 있어서, 설치각(α)이 너무 크면 부압면(8)에서 박리 현상이 발생하여 두 면(7)(8) 사이의 압력차가 커지게 되어 효율이 급격히 떨어지며, 설치각(α)이 너무 작으면 요구되는 풍량을 내기 위해 고속회전이 필요하여 소음이급격이 증가하게 된다. 따라서 적절한 설치각을 결정하는 것은 축류팬의 효율 향상에 중요하다.

본 발명에 따른 축류팬에 있어서 날개의 설치각(α)은 도 8에서와 같이 반경방향으로 가면서 감소하는데, 이는 동일한 회전수로 축류팬이 회전하더라도 날개(2)의 위치중 외단측에서는 그 회전속도가 빨라 공기 유입각(T)이 작아지는 것을 고려한 것으로서 축류팬 날개(2)의 외단의 설치각(α)이 20 도를 넘지 않게 설정하는 것이 바람직하다.

다음의 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬에 있어서 날개(2)에 대한 대표적인 설계인자를 나타낸 것으로서, 각 날개(2)에 있어서 날개 길이(R_O-R_I)에 대한 날개 위치(R_P-R_I)별 날개(2)의 휨각(S_P)과 폭(W) 그리고 설치각(α) 등을 제시하고 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 날개 설계인자들을 구체적으로 보면, 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 날개(2)의 내단에서 외단까지 볼 때, 중앙선(6) 휨각(S_P)은 중앙선(6) 내단(I_M)의 휨각(S_IM) 0 도에서 시작하여 중앙선(6)의 날개길이(R_O-R_I)에 대한 날개위치(R_P-R_I)의 증가에 따라 중앙선 외단(O_M)까지 43.6 도로 증가한다. 또한, 그 날개(2)의 전연선(4) 휨각(S_L)은 전연선(4) 내단(I_L)의 휨각(S_IL)을 음의 값 -15.6 도로 하고 이 값에서 시작하여 전연선(4)의 날개길이(R_O-R_I)에 대한 날개위치(R_P-R_I)의 증가에 따라 전연선(4) 외단(O_L)까지 양의 값 47.3 도로 증가한다. 또한, 상기 날개(2)에 대한 후연선(5)의 휨각(S_T)은 후연선(5) 내단(I_T)의 휨각(S_IT)을 양의 값 15.2 도로 하고 이 값에서 시작하여 후연선(5)의 날개길이(R_O-R_I) 대비 후연선(5)의 날개 위치(R_P-R_I)가 0.125인 지점까지 11.3 도로 점감된 후 그 이후부터 다시 증가하여 후연선(5) 외단(O_T)에서 40.3 도가 되도록 구성되어 있다.

날개위치/날개길이((R_P-R_I)/(R_O-R_I))	중앙선휨각(S_P)	전연선휨각(S_L)	후연선휨각(S_T)	날개폭/날개길이(W_P/(R_O-R_I))	설치각(α)
0.000	0.0	-15.6	15.2	0.47	28.0
0.125	0.0	-8.4	11.3	0.47	24.9
0.250	4.1	-1.7	11.5	0.49	23.1
0.375	9.1	4.6	14.0	0.52	21.9
0.500	15.6	11.0	17.5	0.55	21.1
0.625	20.3	18.0	21.6	0.59	20.4
0.750	26.4	25.9	26.2	0.64	19.5
0.875	33.7	35.4	32.0	0.69	18.6
1.00	43.6	47.3	40.3	0.74	17.8

즉, 각 날개(2)의 중앙선(6) 휨각(S_P)은 허브(1)에서 가까운 영역에서 효율 증대와 급격한 휨각 변화로 발생할 수 있는 날개(2)의 취약성 개선을 위해 0 도에서 시작하여 중앙선(6) 외단(O_M)으로 가면서 회전방향으로 43.6 도까지 점증하도록 구성되어 있고, 전연선(4) 휨각(S_L)은 음의 값 - 15.6 도에서 시작하여 전연선(4) 외단(O_L)으로 가면서 점증하되 날개 길이(R_O-R_I)에 대한 날개위치(R_P-R_I)가 날개길이(R_O-R_I)의 50 % 이내인 0.375 지점 이전에 이미 양의 값으로 바뀌어 밴드(3)와 접하는 전연선(4) 외단(O_L)에서는 40 도는 물론 중앙선(6) 외단(O_M)에서의 휨각(S_OM) 보다도 더 큰 양의 값 47.3 도로 끝나도록 설정됨으로써 전연선(4) 외단(I_L)측에서의 소음 발생을 억제할 수 있게 설계되었다.

날개(2)의 회전 방향의 폭(W)을 나타내는 인자로서 풍량과 효율에 영향을 주는 날개길이(R_O-R_I)에 대한 임의지점(P)에서의 날개폭(W_P)의 비(W_P/(R_O-R_I))는, 날개(2)의 내단에서 0.47로 시작한 후 외단에서는 0.74가 되도록 점증한다. 즉, 상대적으로 속도가 빠른 날개(2)의 외단의 효율적 이용을 도모하여 풍량과 효율의 향상을 꾀하고 있다. 이 날개(2)의 폭비(W_P/(R_O-R_I))는 축류팬의 날개(2)의 개수가 7 개인 경우의 사례로서 날개(2)의 개수에 따라 가변된다.

축류팬 회전방향에 대한 날개(2)의 기울기로서 날개(2)에 대한 공기의 유입각을 결정짓는 설치각(α)은 날개(2)의 외단측으로 갈수록 날개(2)의 회전방향 속도가 빨라져 공기 유입각(T)이 작아지는 것을 고려하여 외단으로 갈수록 점감되도록 설정된 바, 특히 외단의 설치각(α)이 20 도를 넘지 않는 17.8 도로 끝나도록 설정되어, 날개(2)의 부압면(8)에서의 박리 현상을 억제함으로써 풍량 및 효율의 증대와 소음 감소가 적정한 선에서 조화되도록 하였다.

날개위치/날개길이((R_P-R_I)/(R_O-R_I))	중앙선휨각(S_P)	전연선휨각(S_L)	후연선휨각(S_T)	날개폭/날개길이(W_P/(R_O-R_I))	설치각(α)
0.000	0.0	-15.6	15.2	0.47	26.3
0.125	0.0	-8.4	11.3	0.47	25.8
0.250	4.1	-1.7	11.5	0.49	25.4
0.375	9.1	4.6	14.0	0.52	24.6
0.500	15.6	11.0	17.5	0.55	23.4
0.625	20.3	18.0	21.6	0.59	21.9
0.750	26.4	25.9	26.2	0.64	20.1
0.875	33.7	35.4	32.0	0.69	17.9
1.00	43.6	47.3	40.3	0.74	15.3

한편, 표 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 축류팬의 설계인자들을 보인 것이다.

이 실시예의 축류팬은 앞서 표 1에 제시된 일 실시예의 축류팬에 비해 설계기준 회전속도가 상대적으로 높게 설정된 축류팬으로서, 일 실시예의 축류팬과 비교하여 볼 때, 날개(2) 주요 설계인자들 가운데 설치각(α)만 축류팬의 회전속도에 반비례하여 다소 축소되었을 뿐, 그 외의 다른 설계인자들 즉, 중앙선(6)의 휨각(S_P), 전연선(4)의 휨각(S_L), 후연선(5)의 휨각(S_T) 및 날개길이(R_O-R_I)에 대한 날개(2)의 폭(W_P)의 비(W_P/(R_O-R_I)) 등은 모두 동일하게 설정되었다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 축류팬은 동력 대비 송풍효율이 높고 소음의 발생량도 적다. 따라서, 본 발명에 따른 축류팬을 열교환기 등에 적용할 경우, 열교환기등이 요구하는 소정의 송풍량을 기준으로 볼 때, 전력소비량을 크게 줄일 수 있으며, 소음의 발생량도 아주 적게 할 수 있다.

Claims

(1회 정정) 허브(1)와, 상기 허브(1)의 외측을 따라 방사상으로 뻗어 있는 다수의 날개(2), 그리고, 상기 허브(1)와 동심원을 이루며 상기 날개(2)들의 각 외단(外端)을 연결하는 원형의 밴드(3)로 구성된 축류팬에 있어서,

상기 각 날개(2)의 중앙선(6) 휨각(S_P)은 중앙선 내단(I_M)의 휨각(S_IM)인 0 도에서 시작하여 중앙선 외단(O_M)측으로 갈수록 날개의 회전방향으로 점증하고,

상기 각 날개의 전연선(4) 휨각(S_L)은 전연선 내단(I_L)에서 0 도 이하의 각도(-)에서 시작한 후 전연선 외단(O_L)측으로 갈수록 점증하여 전연선 외단에서 최소 40 도 이상의 양(+)의 각도를 가지며;

상기 각 날개의 후연선(5) 휨각(S_T)은 후연선 내단(I_T)에서 양(+)의 각도에서 시작하여 날개중 소정의 위치까지 점감된 후 그 이후부터 후연선 외단(O_T)측으로 갈수록 점증하고, 아울러,

상기 각 날개(2)의 원주방향 폭(W)은 외단측으로 갈수록 증가하고,

상기 각 날개(2)의 설치각(α)은 외단측으로 가면서 점감되는 것을 특징으로 하는 축류팬.
(1회 정정) 제 1 항에 있어서,

상기 각 날개(2)의 전연선 휨각(S_L)이 음의 각도에서 양의 각도로 변하는 위치는 각 날개의 전연선 내단(I_L)으로부터 날개 길이의 50 % 안쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 축류팬.
(1회 정정) 제 1 항에 있어서,

상기 각 날개(2)의 중앙선 외단(O_M)에서의 전향각(β_OM)이 전연선 내단(I_L)에서의 전향각(β_IL) 보다 작은 것을 특징으로 하는 축류팬.
(1회 정정) 제 1 항에 있어서,

상기 각 날개(2)의 전연선(4) 외단(O_L)에서의 전향각(β_OL)이 전연선 내단(I_L)에서의 전향각(β_IL) 보다 큰 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 1 항에 있어서,

상기 각 날개(2) 외단의 설치각(α)은 20 도 이하인 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 1 항에 있어서,

상기 허브(1)와 상기 다수의 날개(2) 그리고 상기 밴드(3)는 일체형인 것을 특징으로 하는 축류팬.

(1회 정정) 허브(1)와, 상기 허브의 외측을 따라 방사상으로 뻗어 있는 다수의 날개(2)와, 그리고 상기 허브(1)와 동심원을 이루며 상기 날개(2)들의 각 외단들을 연결하는 원형의 밴드(3)로 구성된 축류팬에 있어서:

상기 각 날개는 그 반경방향 길이에 대한 반경방향 위치의 비의 변화에 따라 다음의 표와 같은 설계인자를 갖는 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축류팬.

(1회 정정) 제 7 항에 있어서,

상기 각 날개(2)의 중앙선(6) 외단(O_M)에서의 전향각(β_OM)이 전연선(4) 내단(I_L)에서의 전향각(β_IL) 보다 작은 것을 특징으로 하는 축류팬.
(1회 정정) 제 7 항에 있어서,

상기 각 날개(2)의 전연선(4) 외단(O_L)에서의 전향각(β_OL)이 전연선(4) 내단(I_L)에서의 전향각(β_IL) 보다 큰 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 7 항에 있어서,

상기 날개(2)들의 갯수는 7 개인 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 7 항에 있어서,

상기 허브(1)와 상기 다수의 날개(2) 및 상기 밴드(3)는 일체형인 것을 특징으로 하는 축류팬.

(1회 정정) 허브(1)와, 상기 허브(1)의 외측을 따라 방사상으로 뻗어 있는 다수의 날개(2)와, 그리고 상기 허브(1)와 동심원을 이루며 상기 날개(2)들의 각 외단을 연결하는 원형의 밴드(3)로 구성된 축류팬에 있어서:

(1회 정정) 제 12 항에 있어서,

상기 각 날개(2)의 중앙선(6) 외단(O_M)에서의 전향각(β_OM)이 전연선(4) 내단(I_L)에서의 전향각(β_IL) 보다 작은 것을 특징으로 하는 축류팬.
(1회 정정) 제 12 항에 있어서,

상기 각 날개(2)의 전연선(4) 외단(O_L)에서의 전향각(β_OL)이 전연선(4) 내단(I_L)에서의 전향각(β_IL) 보다 큰 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 12 항에 있어서,

날개의 갯수는 7 개인 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 12 항에 있어서,

상기 허브와 상기 다수의 날개 그리고 상기 밴드는 일체형인 것을 특징으로 하는 축류팬.