KR100487338B1 - 축류팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대략 원통형의 허브에 일정한 스윕각(ψ), 레이크각(r), 피치각(θ)을 갖는 다수개의 블레이드(22)가 형성되는 축류팬에 있어서, 상기 허브(21)에 형성된 블레이드(22)의 개수를 z라 하고, 상기 허브(21)의 반경을 H라 하고, 상기 허브(21)의 회전 중심에서 블레이드(22)의 팁(22a)까지의 반경을 R이라 하고, 상기 허브(21)의 회전 중심에서 블레이드(22)의 소정 지점까지의 반경을 r이라 하고, 상기 반경(r)에서의 블레이드의 코드 길이를 C라 하며, 블레이드의 코드(C)에 대한 상기 부채꼴의 원호 길이( )의 비율을 솔리더티(S : solidity), 즉

Description

축류팬{axial flow fan}

본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 송풍성능을 향상시키고 소음을 감소시키도록 한 축류팬에 관한 것이다.

일반적인 축류팬은 모터와 같은 구동원으로부터 전달되는 회전력에 의해 공기를 축방향으로 송풍하는 장치이다. 이러한 축류팬은 선풍기나 공기조화기 및 냉장고 등의 가전제품뿐만 아니라, 항공기나 발전기 등과 같이 다양한 산업분야에 널리 적용되고 있다.

상기 축류팬의 송풍 성능 및 소음 특성은 유체역학적 특성과, 팬이나 구조물의 구조적인 특성에 의해 달라진다.

이하에서는 도 1 내지 2도를 참조하여 종래 축류팬에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 축류팬의 형상을 나타낸 정면도이고, 도 2a는 스윕각(ψ)을 설명하기 위해 도 1의 축류팬의 정면 일부를 나타낸 정면도이며, 도 2b는 레이크각( r )을 설명하기 위해 도 1의 축류팬의 측면 일부를 나타낸 측면도이고, 도 2c는 피치각(θ)을 설명하기 위해 도 1의 축류팬의 측면 일부를 나타낸 측면도이다.

도 1을 참조하면, 상기 축류팬(10)은 모터의 구동축에 결합되는 허브(11)와, 상기 허브의 외주부에 방사상으로 형성되는 다수개의 블레이드(12)로 이루어진다.

상기 축류팬(10)은 블레이드(12)의 3차원 형상에 따라 축류팬에서 얻어지는 공기의 송풍 성능 및 소음 성능이 결정된다. 예컨대, 축류팬을 구성하는 블레이드(22)는 피치각(θ)(pitch angle), 스윕각(ψ)(sweep angle), 레이크각( r )(rake angle), 최대 캠버량(maxium camber) 및 최대 캠버 위치 등의 구성 인자들에 의해 형상이 결정되며, 이러한 형상에 의해 송풍 성능 및 소음의 크기가 결정된다.

상기 스윕각(ψ)(sweep angle)은 도 2a와 같이 허브(11)와 블레이드(12)가 연결되는 부분의 중간점인 P점과 블레이드의 끝단인 팁(12a)의 중간점인 점을 잇는 직선과, 상기 허브(11)의 회전축에 수직한 직선과의 각도를 나타낸다. 상기 레이크각( r )(rake angle)은 P점과 의 벌어진 각도, 다시 말해 말하면, 블레이드(12)가 허브(11)의 회전축방향으로 기울어진 각도를 나타낸다. 상기 피치각(θ)(pitch angle)은 도 2c와 같이 허브(11)의 회전축에 대해 블레이드(12)와 허브(11)가 연결되는 부분의 각도를 나타낸다. 그리고, 상기 캠버(camber)는 블레이드(12)가 오목하게 형성되는 비율(%)을 나타낸다.

한편, 유체의 흐름과 관련하여 블레이드(12)의 형상을 정의함에 있어서는, 유체가 흡입되는 측의 블레이드(12)의 일면을 압력면(壓力面)이라 하고, 유체가 토출되는 측의 블레이드(12)의 타면을 부압면(不壓面)이라 한다.

그리고, 상기 블레이드(12)의 회전방향에 대해 전단을 이루는 부분을 리딩 에지(12b)(leading edge)라고 하고, 상기 블레이드(12)의 회전방향에 대해 후단을 이루는 부분을 트레일링 에지(12c)(trailing edge)라고 한다.

이와 같이 구성된 축류팬(10)은 모터의 구동력을 받아 회전되면, 상기 블레이드(12)의 압력면과 부압면 사이의 압력차에 의해 상류측 유체가 하류측으로 유동되는 축류 유동이 발생된다.

그러나, 상기 축류팬(10)은 허브(11) 영역에서 공기의 송풍 성능이 가장 낮게 발생되며 팬 소음 역시 큰 문제점을 갖고 있다.

또한, 상기 축류팬(10)의 허브 영역에는 모터와 모터 마운트에 의해 저항이 부가된다. 특히, 축류팬(10)의 허브(11) 영역에서 저항이 부가되어 팬 성능이 상당히 저하되며 소음 역시 더욱 심하게 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 상기 허브 영역에서의 팬 성능을 향상시키고 팬 소음을 감소시킬 수 있는 축류팬이 요구된다.

본 발명은 공기의 송풍 성능을 향상시킴과 아울러 팬 소음을 감소시키는 축류팬을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 대략 원통형의 허브에 일정한 스윕각(ψ), 레이크각( r ), 피치각(θ)을 갖는 다수개의 블레이드가 형성되는 축류팬에 있어서, 상기 허브에 형성된 블레이드의 개수를 z라 하고, 상기 허브의 반경을 H라 하고, 상기 허브의 회전 중심에서 블레이드의 팁까지의 반경을 R이라 하고, 상기 허브의 회전 중심에서 블레이드의 소정 지점까지의 반경을 r이라 하고, 상기 반경(r)에서의 블레이드의 코드 길이를 C라 하며, 블레이드의 코드(C)에 대한 상기 부채꼴의 원호 길이( )의 비율을 솔리더티(S : solidity), 즉 라고 하는 경우, 상기 블레이드는 소정의 허브 영역에서 S＞1이고, (R-H)/3 영역에서 S＜1이며, 2(R-H)/3인 지점에서는 s=1로 형성되며, 상기 팁 영역에서 S＜1로 형성됨을 특징으로 하는 축류팬을 제공한다.

이하, 본 발명의 축류팬의 실시예에 관해 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 축류팬의 형상을 나타낸 정면도이고, 도 4는 도 3의 블레이드의 솔리더티를 설명하기 위해 나타낸 선도이며, 도 5는 도 3의 축류팬의 솔리더티를 나타낸 그래프이다.

도 3을 참조하면, 상기 축류팬(20)은 대략 원통형의 허브(21)와, 상기 허브(21)의 외주면에 형성된 다수개의 블레이드(22)로 구성된다.

상기 블레이드(22)는 일정한 피치각(θ)(pitch angle), 레이크각( r )(rake angel), 스윕각(ψ)(sweep angle) 및 캠버량(camber)과 같은 구성 인자에 따라 팬 성능과 팬 소음이 달라진다. 이러한 구성 인자는 다양하게 조합될 수 있으므로 이들의 조합에 대한 설명은 생략하기로 한다.

이러한 축류팬에 있어서, 상기 허브(21)에 형성된 블레이드(22)의 개수를 z라 하고, 상기 허브(21)의 반경을 H라 하고, 상기 허브(21)의 회전 중심에서 블레이드(22)의 팁(22a)까지의 반경을 R이라 하고, 상기 허브(21)의 회전중심에서 블레이드(22)의 소정 지점까지의 반경을 r이라 하고, 상기 반경(r)에서의 블레이드의 코드 길이를 C라 하며, 블레이드의 코드(C)에 대한 상기 부채꼴의 원호 길이( )의 비율을 솔리더티(S : solidity), 즉 라고 하는 경우, 상기 블레이드(22)는 허브(21) 영역에서 S＞1이고, (R-H)/3 영역에서 S＜1이며, 2(R-H)/3인 지점에서는 S=1로 형성되며, 상기 팁 영역에서 S＜1로 형성된다.

이러한 블레이드(22)의 솔리더티는 S=1±0.05 범위 내로 형성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 허브(21) 영역은 도 5와 같이 블레이드(22)와 허브(21)가 연결되는 부분부터 대략 반경의 (R-H)/6 지점까지를 나타내며, 상기 블레이드(22)의 (R-H)/3 영역은 상기 허브(21) 영역과 2(R-H)/3지점 사이에 존재한다.

여기서, 도 4와 같이 동심원을 블레이드(22)의 개수만큼 나눈 부채꼴에 있어서, 상기 는 부체꼴의 일정한 반경(r)에서의 원호 길이를 나타낸다. 따라서, 상기 솔리더티(S)는 도 5와 같이 블레이드(22)의 실제 코드(C)에 대한 상기 부채꼴의 원호 길이( )의 비율이 된다.

한편, 도 3에 나타난 축류팬(20)은 솔리더티가 평균 솔리더티인 1보다 작은 것처럼 보이지만, 상기 축류팬(20)은 일정한 스윕각(ψ), 레이크각( r ) 및 피치각(θ)으로 기울어지게 형성되기 때문에 상기 블레이드(22)는 실제에 있어서 평균 솔리더티() 보다 크게 형성될 수 있음은 이해 가능하다.

또한, 상기 블레이드(22)는 솔리더티를 변경시킴에 따라 결과적으로 리딩 에지(22b)(leading edge)와 트레일링 에지(22c)(trailing edge)의 선형이 변경된다. 따라서, 공기의 유동저항을 최소화시키기 위해서는 상기 리딩 에지(22b)와 트레일링 에지(22c)의 선형을 부드럽게 형성하는 것이 바람직하다.상술한 솔리더티를 적용하면, 부채꼴에 대해 블래이드의 대략적인 형상은 도 6에 나타난 바와 같이 된다. 도 6은 블레이드의 리딩 에지와 트레일링 에지에 솔리더티의 절반값을 동일하게 적용한 경우이므로, 리딩 에지와 트레일링 에지에 솔리더티를 얼마를 적용하느냐에 따라 팬의 형태는 변경될 수 있다. 그런다 하더라도, 솔리터티가 어떠한 형태로 적용되더라도 상기 블레이트의 소정 반경에서 코드의 길이는 동일할 것이다.

즉, 상기 축류팬(20)의 블레이드(22)는 구조가 복잡하고 일 손실이 많은 허브(21) 영역에서의 코드(C) 길이를 증가시키고, 비교적 일을 적게 하는 (R-H)/3 영역에서는 종래 보다 코드(C) 길이를 감소시키며, 일을 가장 많이 하는 2(R-H)/3 영역에서는 평균 솔리더티를 유지함을 알 수 있다.

특히, 상기 축류팬(20)의 허브(21) 영역에서는 다른 영역에 비해 모터 브라켓이나 주위의 구조물들에 의해 보다 많은 영향을 받지만, 본 발명은 상기 축류팬(20)의 허브(21) 영역에서의 솔리더티(S)를 증가시킴으로써, 상기 허브(21) 영역에서의 송풍성능을 증가시키고 공기의 유입측과 토출측 간의 압력차를 크게 하여 팬의 성능을 향상시키도록 하였다. 즉, 상기 허브 영역에서 압력면과 부압면의 면적을 증가시킴으로써, 상기 압력면에서는 공기를 밀어내는 압력을 증가시키도록 하였다. 이처럼, 압력면에서의 압력이 증가하게 되면 공기의 유동량이 많아지므로, 결과적으로 상기 부압면에는 공기의 흡입 압력이 더욱 낮아지도록 하였다. 이렇게 상기 허브 영역에서 공기의 유동성능이 향상됨에 따라 소음 특성도 좋아지게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 허브 영역에서의 블레이드의 코드 길이(C)를 증가시켜 허브 영역에서의 공기 유동을 원활하게 하고 팬소음을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 허브 영역에서의 송풍 성능을 향상시킴으로써 상기 축류팬의 용량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 축류팬의 형상을 나타낸 정면도.

도 2a는 스윕각(ψ)을 설명하기 위해 도 1의 축류팬의 정면 일부를 나타낸 정면도.

도 2b는 레이크각(r)을 설명하기 위해 도 1의 축류팬의 측면 일부를 나타낸 측면도.

도 2c는 피치각(θ)을 설명하기 위해 도 1의 축류팬의 측면 일부를 나타낸 측면도.

도 3은 본 발명에 따른 축류팬의 형상을 나타낸 정면도.

도 4는 도 3의 블레이드의 솔리더티를 설명하기 위해 나타낸 선도.

도 5는 도 3의 축류팬의 솔리더티를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 축류팬 21 : 허브

22 : 블레이드 ψ: 스윕각

r : 레이크각 θ: 피치각

Claims (4)

1. 대략 원통형의 허브에 일정한 스윕각(ψ), 레이크각( r ), 피치각(θ)을 갖는 다수개의 블레이드가 형성되는 축류팬에 있어서,

   상기 허브에 형성된 블레이드의 개수를 z라 하고, 상기 허브의 반경을 H라 하고, 상기 허브의 회전 중심에서 블레이드의 팁까지의 반경을 R이라 하고, 상기 허브의 회전 중심에서 블레이드의 소정 지점까지의 반경을 r이라 하고, 상기 반경(r)에서의 블레이드의 코드 길이를 C라 하며, 블레이드의 코드(C)에 대한 상기 부채꼴의 원호 길이( )의 비율을 솔리더티(S : solidity), 즉 라고 하는 경우,

   상기 블레이드는 소정의 허브 영역에서 S＞1이고, (R-H)/3 영역에서 S＜1이며, 2(R-H)/3인 지점에서는 s=1로 형성되며, 상기 팁 영역에서 S＜1로 형성됨을 특징으로 하는 축류팬.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 블레이드는 솔리더티가 S= 1 ±0.05의 범위 내로 형성됨을 특징으로 하는 축류팬.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 팁 영역은 부압면 방향으로 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 축류팬.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 소정의 허브 영역은 허브와 블레이드가 만나는 부분과 (R-H)/6 지점 사이의 영역임을 특징으로 하는 축류팬.