KR100487339B1 - 축류팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 블레이드의 형상을 변경하여 송풍성능을 향상시키고 저소음을 발생시키는 축류팬을 제공하도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 대략 원통형의 허브(21)에 일정한 스윕각(Ψ), 레이크각(γ), 피치각(θ)을 갖는 다수의 블레이드(22)가 형성되는 축류팬에 있어서, 상기 블레이드(22)는 다수 번 굴곡된 웨이브 형상을 가짐과 아울러 소정의 팁(22a) 영역이 부압면 방향으로 만곡되게 형성되되, 상기 허브(21) 영역에서 굴곡이 가장 크게 형성되며 상기 팁(22a) 영역으로 갈수록 굴곡이 점점 작게 형성됨을 특징으로 하는 축류팬을 제공한다.

Description

축류팬{axial flow fan}

본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축류팬의 팁 보텍스와 팬소음을 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 송풍성능 및 소음 특성은 유체역학적 특성과, 팬이나 구조물의 구조적인 특성에 의해 영향을 받는다.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 종래 축류팬에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 축류팬의 형상을 나타낸 사시도이고, 도 2a는 도 1의 블레이드의 스윕각(Ψ)을 나타낸 개략도이며, 도 2b는 도 1의 블레이드의 레이크각(γ)을 나타낸 개략도이고, 도 2c는 도 1의 블레이드의 피치각(θ)을 나타낸 개략도이고, 도 3은 도 1의 축류팬에서 블레이드의 레이크라인을 나타낸 선도이다.

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

상기 축류팬은 블레이드(12)의 3차원 형상에 따라 축류팬에서 얻어지는 공기의 송풍성능 및 소음 성능이 결정된다. 예컨대, 축류팬을 구성하는 블레이드(12)는 스윕각(Ψ)(sweep angle), 레이크각(γ)(rake angle), 피치각(θ)(pitch angle), 최대 캠버량(maxium camber) 및 최대 캠버 위치 등의 구성 인자들에 의해 형상이 결정되며, 이러한 형상에 의해 송풍성능 및 소음의 특성이 결정된다.

상기 스윕각(Ψ)은 도 2a와 같이 허브(11)와 블레이드(12)가 연결되는 부분의 중간점인 P점과 블레이드(12)의 끝단인 팁(12a)의 중간점 점을 잇는 직선과, 상기 허브(11)의 회전축에 수직한 직선과의 각도를 나타낸다. 상기 레이크각(γ)(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 틀어진 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 부압면(不壓面)이라 하고, 유체가 토출되는 측의 블레이드(12)의 타면을 압력면(壓力面)이라 한다.

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

또한, 상기 축류팬의 블레이드(12)는 도 3의 두꺼운 실선과 같이 소정의 레이크각(γ)을 갖는 레이크라인(rake line)을 이룬다. 즉, 상기 레이크라인은 블레이드의 반경방향에 따른 형상을 결정한다.

이와 같이 구성된 축류팬은 모터의 구동력을 받아 회전되면, 상기 축류팬은 회전방향을 기준으로 블레이드(22)의 압력면을 따라 유동되면서 송풍 방향으로 가압되어 결과적으로 공기가 축방향으로 토출된다.

이때, 상기 공기는 축류팬의 흡입력에 의해 회전축 방향의 속도 성분()과 축류팬의 원심력에 의해 반경방향의 속도 성분(,)을 갖는다. 이러한 반경방향의 속도 성분(,) 때문에 상기 허브(21) 영역에 위치한 공기는 반경 방향으로 편향되게 유동되며, 이러한 편향이 팁(22a)부분까지 확장되어 공기의 일부분이 블레이드의 팁(22a)에서 부압면측으로 역류하게 된다.

이러한 블레이드(22)의 레이크라인은 거의 직선에 가깝기 때문에 상기 축류팬 회전시 소정량의 공기가 반경 방향으로 편향되는 것을 거의 방지할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 상기 블레이드(22)는 팁(22a) 부분이 블레이드(22)의 본체와 거의 동일한 선형을 이루기 때문에, 상기 팁(22a)에서 역류하는 공기는 역류 속도가 급속히 변하게 되므로 상기 팁(22a)에서 소음이 크게 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축류팬의 반경 방향의 속도 성분을 감소시켜 송풍성능을 향상시킴과 아울러 팁 영역에서 소음을 감소시키도록 함을 그 목적으로 한다.

삭제

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 대략 원통형의 허브에 일정한 스윕각(Ψ), 레이크각(γ), 피치각(θ)을 갖는 다수의 블레이드가 형성되는 축류팬에 있어서, 상기 블레이드는 다수 번 굴곡된 웨이브 형상을 가짐과 아울러 소정의 팁 영역이 부압면 방향으로 만곡되게 형성되되, 상기 허브 영역에서 굴곡이 가장 크게 형성되며 상기 팁 영역으로 갈수록 굴곡이 점점 작게 형성됨을 특징으로 하는 축류팬을 제공한다.이하, 본 발명에 따른 축류팬의 실시예에 관해 첨부된 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 축류팬의 제1실시예를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 블레이드의 레이크라인을 나타낸 선도이다.

상기 축류팬의 블레이드(22)는 상술한 바와 같이 일정한 스윕각(Ψ)(sweep angle), 레이크각(γ)(rake angel), 피치각(θ)(pitch angle) 및 캠버량(camber)과 같은 구성 인자에 따라 송풍 성능과 소음 특성이 달라진다. 이러한 구성 인자는 다양하게 조합될 수 있으므로 이들의 조합에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 4를 참조하면, 상기 축류팬은 모터의 구동축에 결합되는 허브(21)와, 상기 허브(21)의 외주면에 방사상으로 형성되는 다수개의 블레이드(22)로 이루어진다. 상기 블레이드(22)는 다수 번 굴곡된 웨이브 형상을 가짐과 아울러 소정의 팁(22a) 영역이 부압면 방향으로 만곡되게 형성된다.

이때, 상기 블레이드(22)는 다수 번 굴곡됨에 의해 다수의 산과 골로 이루어지며, 상기 산과 골은 블레이드(22)의 소정 반경에 대한 원주방향을 따라 형성된다.

이러한 축류팬의 제1실시예에 관해 도 4 및 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 축류팬의 블레이드(22)는 상기 허브(21) 영역에서 굴곡이 가장 크게 형성되며 상기 팁(22a) 영역으로 갈수록 굴곡이 점점 작게 형성된다.

이러한 축류팬에 있어서, 상기 축류팬의 블레이드(22)는 반경방향 길이(L) 중에서 2L/3 영역에 해당되는 굴곡이 부압면 방향으로 함몰되게 형성된다.

이는 상기 축류팬의 블레이드(22)는 반경방향 길이 중에서 대략 2L/3 영역에서 가장 많은 일을 하므로, 상기 2L/3 영역에서 공기의 토출 성능을 극대화시키기 위함이다. 또한, 상기 2L/3영역의 외측에는 블레이드(22)의 팁(22a)이 위치하기 때문에 상기 2L/3 영역에서 원주방향으로 유동되는 공기가 원심력에 의해 팁(22a)으로 편향되는 것을 방지하여, 상기 팁(22a) 영역에 위치한 공기가 부압면 측으로 역류되는 것을 감소시키도록 하기 위함이다.

이와 같이, 상기 블레이드(22)의 반경방향의 대략 2L/3 영역에 굴곡을 형성함으로써 상기 팁(22a)에서 부압면 측으로 역류되는 공기량을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 블레이드(22)는 허브(21)에서 시작되는 첫 번째 굴곡이 부압면 방향으로 함몰되도록 형성될 수 있다.

이러한 블레이드(22)에 있어서, 상기 허브(21) 영역의 굴곡에서 원주방향으로 유동하던 공기가 원심력에 의해 팁(22a)방향으로 편향되는 것을 감소시킬 수 있다.

또, 상기 블레이드(22)는 허브(21)에서 시작되는 첫 번째 굴곡과 블레이드(22)의 반경방향 길이(L) 중에서 2L/3 영역에 해당되는 굴곡이 모두 부압면 방향으로 함몰되도록 형성될 수 있다.

이와 같이, 상기 블레이드(22)는 원심력에 의해 공기가 반경방향으로 편향되는 것을 방지함으로써, 공기의 송풍성능을 향상시킴과 아울러 팁(22a)영역에서의 팬소음을 감소시키도록 하였다.

본 발명에 따른 축류팬의 제2실시예에 관해 첨부된 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명 축류팬의 제2실시예에 따른 블레이드의 레이크라인을 나타낸 그래프이다.

상기 축류팬의 블레이드(22)는 상기 허브(21) 영역에서 굴곡이 가장 작게 형성되며 상기 팁(22a) 영역으로 갈수록 굴곡이 점점 크게 형성된다.

상기 블레이드(22)는 반경방향 길이(L) 중에서 2L/3 영역에 해당되는 굴곡이 부압면 방향으로 함몰되게 형성되거나, 혹은 상기 블레이드(22)는 허브(21)에서 시작되는 첫 번째 굴곡이 부압면 방향으로 함몰되게 형성된다.

또는, 상기 블레이드(22)는 허브(21)에서 시작되는 첫 번째 굴곡과, 블레이드(22)의 반경방향 길이(L) 중에서 2L/3 영역에 해당되는 굴곡이 모두 부압면 방향으로 함몰되게 형성될 수도 있다.

이러한 블레이드(22)의 제2실시예에 관한 설명은 제1실시예에서 설명한 바와 같으므로 이하에서는 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 축류팬의 제3실시예에 관해 첨부된 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명 축류팬의 제3실시예에 따른 블레이드의 레이크라인을 나타낸 그래프로서 이를 참조하면, 상기 블레이드(22)는 굴곡이 동일한 높낮이로 형성된다.

상기 블레이드(22)는 반경방향 길이(L) 중에서 2L/3 영역에 해당되는 굴곡이 부압면 방향으로 함몰되게 형성거나, 혹은 상기 블레이드(22)는 허브(21)에서 시작되는 첫 번째 굴곡이 부압면 방향으로 함몰되게 형성된다.

또, 상기 블레이드(22)는 허브(21)에서 시작되는 첫 번째 굴곡과, 블레이드(22)의 반경방향 길이(L) 중에서 2L/3 영역에 해당되는 굴곡이 모두 부압면 방향으로 함몰되게 형성될 수도 있다.

이러한 블레이드의 제3실시예에 관한 설명은 제1실시예에서 상술한 바와 유사하므로 이하에서는 생략하기로 한다.

상기와 같이 형성된 축류팬의 작용에 관해 설명하기로 한다.

상기 모터의 구동력에 의해 축류팬이 회전되면, 상기 축류팬의 흡입력에 의해 도 4의 후방측에 위치한 공기를 축류팬으로 흡입한다.

이렇게 흡입된 공기는 흡입력에 의한 축방향의 속도 성분()과 원심력에 의한 반경방향의 속도 성분(,)을 갖는다.

이때, 상기 반경방향의 속도 성분(,)에 의해 허브(21) 영역에 위치한 공기는 반경 방향으로 편향되게 유동되므로, 상기 허브(21) 영역에서 공기의 일정량이 팁(22a)방향으로 유동하려고 하는 경향을 보인다.

그러나, 상기 축류팬의 블레이드(22)는 다수 번 굴곡되게 형성되므로, 상기 굴곡부분이 반경방향의 속도 성분을 약화시킨다. 따라서, 상기 허브(21) 영역에서 블레이드(22)의 반경 방향으로 공기가 편향되는 것을 감소시킨다.

다음으로, 상기 블레이드(22)의 반경방향 길이의 대략 2L/3 영역에서는 상기 축류팬에서 가장 많은 일을 하는 부분이다. 즉, 상기 2L/3 영역에서는 공기의 송풍 성능, 압력면과 부압면 간의 압력차가 가장 크게 발생된다.

이러한 블레이드(22)의 2L/3 영역에서, 상기 블레이드(22)의 반경방향의 속도 성분(,)을 감소시킴으로써 상기 2L/3 영역에서의 팁(22a)방향으로 공기가 편향되는 것을 감소시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 축류팬은 허브 영역에 위치한 공기가 반경방향으로 편향되는 것을 방지하여 공기의 송풍 성능을 향상시킴과 아울러 팁에서 부압면 방향으로 역류하는 공기량을 감소시킨다.

또한, 상기 블레이드의 팁영역은 부압면측으로 경사지게 형성되므로,상기 팁에서 역류하는 공기에 의해 발생되는 소음이 감소된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 블레이드에서 반경방향으로 공기가 편향되는 것을 방지함으로써, 상기 팁에서 부압면 측으로 역류되는 공기량을 감소시키는 효과가 있다.

또한, 상기 팁 영역은 부압면 측으로 소정 각도 경사지게 형성함으로써 기왕에 역류할 공기는 원활하게 역류하도록 하여 소음을 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 축류팬의 형상을 나타낸 사시도.

도 2a는 도 1의 블레이드의 스윕각(Ψ)을 나타낸 개략도.

도 2b는 도 1의 블레이드의 레이크각(γ)을 나타낸 개략도.

도 2c는 도 1의 블레이드의 피치각(θ)을 나타낸 개략도.

도 3은 도 1의 축류팬에서 블레이드의 레이크라인을 나타낸 선도.

도 4는 본 발명에 따른 축류팬의 제1실시예를 나타낸 사시도.

도 5는 도 4의 블레이드의 레이크라인을 나타낸 선도.

도 6은 본 발명 축류팬의 제2실시예에 따른 블레이드의 레이크라인을 나타낸 그래프.

도 7은 본 발명 축류팬의 제3실시예에 따른 블레이드의 레이크라인을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

21 : 허브 22 : 블레이드

22a : 팁 22b : 리딩 에지

22c : 트레일링 에지 ψ: 스윕각

γ : 레이크각 θ: 피치각

Claims (7)

1. 대략 원통형의 허브에 일정한 스윕각(Ψ), 레이크각(γ), 피치각(θ)을 갖는 다수의 블레이드가 형성되는 축류팬에 있어서,

   상기 블레이드는 다수 번 굴곡된 웨이브 형상을 가짐과 아울러 소정의 팁 영역이 부압면 방향으로 만곡되게 형성되되, 상기 허브 영역에서 굴곡이 가장 크게 형성되며 상기 팁 영역으로 갈수록 굴곡이 점점 작게 형성됨을 특징으로 하는 축류팬.
2. 삭제
3. 대략 원통형의 허브에 일정한 스윕각(Ψ), 레이크각(γ), 피치각(θ)을 갖는 다수의 블레이드가 형성되는 축류팬에 있어서,

   상기 블레이드는 다수 번 굴곡된 웨이브 형상을 가짐과 아울러 소정의 팁 영역이 부압면 방향으로 만곡되게 형성되되, 상기 허브 영역에서 굴곡이 가장 작게 형성되며 상기 팁 영역으로 갈수록 굴곡이 점점 크게 형성됨을 특징으로 하는 축류팬.
4. 대략 원통형의 허브에 일정한 스윕각(Ψ), 레이크각(γ), 피치각(θ)을 갖는 다수의 블레이드가 형성되는 축류팬에 있어서,

   상기 블레이드는 다수 번 굴곡된 웨이브 형상을 가짐과 아울러 소정의 팁 영역이 부압면 방향으로 만곡되게 형성되되, 굴곡이 동일한 높낮이로 형성됨을 특징으로 하는 축류팬.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 블레이드는 반경방향 길이(L) 중에서 2L/3 영역에 해당되는 굴곡이 부압면 방향으로 함몰되게 형성됨을 특징으로 하는 축류팬.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 블레이드는 허브에서 시작되는 첫 번째 굴곡이 부압면 방향으로 함몰되게 형성됨을 특징으로 하는 축류팬.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 블레이드는 허브에서 시작되는 첫 번째 굴곡과, 블레이드의 반경방향 길이(L) 중에서 2L/3 영역에 해당되는 굴곡이 모두 부압면 방향으로 함몰되게 형성됨을 특징으로 하는 축류팬.