KR100633572B1 - 팬 및 이를 구비한 송풍기 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 냉각팬(100)은, 원통형 보스부(110), 상기 보스부로부터 반향방향으로 연장되는 복수개의 블레이드(120) 및 상기 블레이드(120)의 반경방향 외주연부(121)에 일체로 형성되는 링부재(130)를 포함한다. 상기 링부재(130)는 반경방향 외주연에 보스부(110)의 축방향에 대하여 블레이드(120)의 축방향 치수 Bw 보다 작은 축방향 치수 Rw를 갖는다. 상기 링부재(130)는 공기유동에 대하여 블레이드(120)의 상류위치 측으로 벨(bell) 형태로 연장되는 연장부(131)를 구비한다. 상기 연장부(131)는, 상기 링부재(130)의 몸체부에 연결되는 기점(132)이 블레이드(120)의 축방향 치수 Bw에 대하여 블레이드(120)의 반경방향 외주연부(121)의 상류측 단부로부터의 거리가 25% 지점에서 시작되고, 85% 지점에서 끝나는 범위에서 위치되도록 배치된다.
냉각팬, 보스부, 블레이드, 링부재, 연장부, 기점, 상류측단부, 축방향치수

Description

팬 및 이를 구비한 송풍기 유닛{FAN AND BLOWER UNIT HAVING THE SAME}
도1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각팬을 구비한 송풍기 유닛의 평면도.
도2a는 도1의 ⅡA-ⅡA선에 따른 송풍기 유닛의 단면도.
도2b는 비교예인 송풍기 유닛의 단면도.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각팬의 평면도.
도4는 도3의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 냉각팬의 단면도.
도5는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각팬의 측면도로서, 반경방향 외측으로부터 바라본 냉각팬의 측면도.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 링부재의 기점위치에 대하여 냉각팬의 효율을 나타낸 그래프.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 링부재의 기점위치에 대하여 소음차를 나타낸 그래프.
도8은 냉각팬이 연결벽을 갖는 경우와 갖지 않는 경우에 냉각팬의 풍량비를 나타낸 막대그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 송풍기 100: 냉각팬
110: 보스부 120: 블레이드
121: 외주연부 122: 공기유동 상류측 단부
130: 링부재 131: 연장부
132, 221: 기점 133: 연결벽
200: 슈라우드 210: 슈라우드 링부
220: 공기유동 가이드부
본 발명은 팬 블레이드(fan blade)의 반경방향 외주연부에 벨(bell) 형태로 연장되는 링부재(ring member)를 구비한 팬 및 이 팬을 포함하는 송풍기 유닛에 관한 것이다.
송풍기 유닛의 냉각팬에 있어, 원통형의 보스부(boss portion)로부터 반경방향으로 연장되는 팬 블레이드의 외주연부에 링부재를 제공하는 것이 제안되었다. 일본국 실개소 제62-152098호에 제안된 프로펠러 팬에서는, 링부가 선형으로 연장되고 블레이드의 반경방향 외주연부와 접촉하도록 상기 링부는 공기유동 가이드인 복수개의 블레이드와 일체로 형성된다. 상기 팬은 링부와 블레이드의 반경방향 외 주연부 사이에 간극을 형성하지 않아, 팬 소음을 감소시킨다. 또한, 상기 링부는 공기송풍효율을 향상시키고, 소음을 감소시키기 위하여 벨(bell) 형태의 연장부(extending portion)를 형성한다. 그러나, 상기 일본국 실개소 제62-152098호에는 블레이드에 대한 상기 연장부의 자세한 설정위치를 제안하고 있지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 공기송풍효율을 보다 향상시키도록 연장부가 형성된 링부재를 구비한 팬 및 이 팬을 포함하는 송풍기 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 팬은 원통형 보스부, 상기 보스부의 외주연으로부터 반경방향으로 연장되는 복수개의 블레이드 및 상기 블레이드의 반경방향 외주연부에 일체로 형성되는 링부재를 구비한다. 상기 링부재는 공기유동에 대하여 링부재의 몸체부로부터 블레이드의 상류측 위치로 벨 형태로 연장되는 연장부를 구비한다. 상기 링부재는 보스부의 축방향에 대하여 블레이드의 반경방향 외주연부의 축방향 치수보다 작은 축방향 치수를 갖는다. 상기 연장부는, 링부재의 몸체부에 연결되는 연장부의 기점이 블레이드의 축방향 치수에 대하여, 블레이드의 반경방향 외주연부의 상류측 단부로부터 거리가 25% 지점에서 시작되 고, 블레이드의 반경방향 외주연의 상류측 단부로부터 거리가 85% 지점에서 끝나는 범위에 위치되도록 배치된다.
따라서, 상기 블레이드의 상류측 단부와 상기 링부재의 연장부 사이의 공간은 증가된다. 그 결과, 상기 블레이드로의 축방향 내측방향으로 흐르는 공기유동량은 증가된다. 따라서, 공기송풍효율은 향상된다.
상기 연장부의 기점이 블레이드의 하류측 단부에 보다 근접하게 배치될 경우, 상기 블레이드의 하류측 부위의 반경방향 외측은 링부재에 의하여 커버된다. 그 결과, 반경방향 외측으로 배출되는 공기유동은 차단된다. 본 발명에서, 상기 기점이 배치되는 범위로 상한값이 설정되기 때문에, 상기 냉각팬의 공기송풍효율은 보다 향상된다.
송풍기 유닛에서, 상기 팬은 슈라우드 링부 및 상기 슈라우드 링부로부터 냉각풍 상류위치로 연장하는 공기유동 가이드부를 구비한 슈라우드에 수용된다. 상기 팬은 상기 공기유동 가이드부의 기점이 연장부의 기점에 인접하게 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 슈라우드의 공기유동 가이드부 및 링부재의 연장부는 공기유동에 대하여 팬 블레이드의 상류측 단부의 하류에 위치된다. 상기 팬의 상류측 공간이 증가하기 때문에, 상기 팬의 반경방향 내측으로 흡입된 공기유량은 증가된다. 따라서, 송풍기 유닛에서의 공기송풍효율은 향상된다.
상기 발명의 상기 목적들 및 다른 목적들, 특징들 그리고 장점들은 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 더 명료하게 이해될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 냉각팬(100)은 도1에 나타낸 바와 같이 송풍기 유닛(전동팬)(10)에 적용된다. 상기 냉각팬(100)은 슈라우드(shroud)(200)에 수용되고, 모터(300)에 의하여 구동된다. 상기 송풍기 유닛(10)은 상기 슈라우드(20)의 코너(coner)에 제공된 4개의 고정부(250)을 통해 차량용 라디에이터(미도시)의 엔진측에 고정된다. 도2a에 나타낸 바와 같이, 상기 송풍기 유닛(10)은 상기 라디에이터의 코어부(core portion)(1a)를 통과하는 냉각공기의 유동을 제공한다. 여기에서, 상기 송풍기 유닛(10)은, 냉각풍이 상기 차량의 그릴(grill)로부터 엔진으로, 즉 상기 라디에어터의 코어부(1a)로부터 냉각팬(100)으로 흡입되는 흡입식 송풍기 유닛이다.
상기 냉각팬(100)은 축류팬(axial flow fan)이다. 상기 냉각팬(100)은 유리섬유를 대략 20%정도 포함하는 폴리프로필렌(polypropylene)로 이루어진다. 도3 및 도4에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각팬(100)은 보스부(boss portion)(110), 블레이드(120), 및 링부재(130)를 포함한다. 상기 보스부(110), 블레이드(120) 및 링부재(130)는 인젝션 몰딩(injection molding)에 의하여 상기 냉각팬(100)에 일체로 형성된다.
상기 보스부(100)는, 일단부가 개방되고 대향단부는 벽으로 폐쇄된 원통형태로 구비된다. 상기 원통의 일단을 인서트 몰딩에 의하여 폐쇄하는 상기 벽의 중간에 금속 인서트(insert)(111)가 삽입된다. 상기 금속 인서트(111)는 알루미늄으로 이루어진다. 또한, 상기 금속 인서트(111)의 중앙에는 모터(300)의 샤프트를 수용하고 그 샤프트와 결합되도록 샤프트 홀(111a)이 형성된다.
상기 블레이드(120)(본 실시예에서는 5개의 블레이드)는 상기 보스부(110)의 외주연부로부터 반경방향으로 연장되도록 배치된다. 상기 냉객팬(100)의 외경은 예를 들면 340mm이다. 상기 냉각팬(100)의 외경에 있어, 차량으로의 장착성과 풍량을 고려하여 대체로 250mm 내지 400mm 사이의 범위 이내로 설정된다.
상기 링부재(130)는 블레이드(120)의 반경방향 외주연부(121)에 위치된다. 상기 링부재(130)는 보스부(110)의 축방향에 대하여 블레이드(120)의 반경방향 외주연부(121)에서의 블레이드폭(축방향 치수) Bw보다 작은 링폭(축방향 치수) Rw을 갖는다. 보다 상세하게는, 상기 링폭 Rw와 블레이드폭 Bw의 비(ratio)는 20% 내지 80% 사이의 범위이다. 예를 들면, 본 실시예에서 상기 블레이드폭 Bw는 28mm이고, 상기 링폭 Rw는 13mm이다(즉, 링폭 Rw/블레이드폭 Bw = 46%). 도4에서, 이점쇄선은 회전하는 동안의 블레이드(120) 경로를 나타낸 것이다. 또한, 화살표 A1은 통상적인 공기유동방향을 나타낸 것이다. 도5에서 화살표 A2는 냉각팬(100)의 축방향을 나타낸 것이다.
또한, 상기 링부재(130)는 공기유동에 대하여 블레이드(120)의 상류측으로 벨(bell) 형태로 연장되는 연장부(extending portion)(131)를 구비한다. 여기에서, 상기 연장부(131)는 만곡되면서(R로 나타낸 부분) 반경외측방향으로 링부재(130)의 몸체부의 상류측 단부로부터 연장된다.
보다 상세하게, 상기 연장부(131)의 링기점(ring base point)(만곡 R의 시작점)은 블레이드폭 Bw의 60%를 둘러싸는 범위로 배치되고, 상기 범위는 공기유동에 대하여 블레이드(120)의 반경방향 외주연부(121)의 상류측 단부(122)으로부터 거리 가 25%인 지점에서 시작된다. 다시 말해서, 상기 링기점(132)은 블레이드폭 Bw에 대하여 상류측 단부(122)로부터 거리가 25%지점에서 시작하고, 85% 지점에서 끝나는 범위로 배치된다. 상기 기점(132)은 블레이드(120)의 반경방향 외주연부(121)의 상류측 단부(122)로부터 거리가 35%지점에서 시작되고, 75%지점에서 끝나는 범위로 배치되는 것이 가장 바람직하다. 본 실시예에서, 상기 기점(132)은 도4에 나타낸 바와 같이 블레이드폭 Bw의 대략 50% 지점에 배치된다.
또한, 도5에 나타낸 바와 같이, 상기 링부재(130)의 상류위치 및 하류위치에서 블레이드(120)의 반경방향 외주연부(121)에 각각 삼각형태를 갖는 연결벽(133)이 제공된다. 즉, 상기 연결벽(133)은 블레이드(120)의 반경방향 외주연부(121)의 상류부 및 하류부에 제공되고, 상기 상류부 및 하류부는 링부재(130)의 몸체부의 상류측 단부 및 하류측 단부로부터 축방향으로 돌출된다. 상기 연결벽(133)은 축방향으로 연장되고 상기 링부재(130)에 연결된다.
도1에 나타낸 슈라우드(200)는 유리섬유를 대략 20% 내지 30% 포함한 폴리프로필렌(polypropylene)으로 이루어진다. 라디에이터(미도시)에 설치되도록 이용되는 고정부(250) 및 상기 슈라우드(200)의 각 부분(210 내지 240)은 인젝션 몰딩에 의하여 단일품으로 일체화 형성된다. 상기 슈라우드(200)는 라이에이터의 코어부(1a)의 형태에 대응하는 외형(예를 들면, 사각형)을 갖는다. 상기 슈라우드(200)의 대략 중앙부에는, 상기 냉각팬(100)을 둘러싸도록 슈라우드 링부(210)가 형성된다. 상기 냉각팬(100)이 모터(300)와 함께 상기 슈라우드(200)에 고정된 상태에서, 상기 슈라우드 링부(210)는 링부재(130)의 반경방향 외측에 놓인다.
상기 슈라우드 링부(210)와 슈라우드(200)의 외주연 사이에는 공기유동 가이드부(220)가 형성된다. 상기 공기유동 가이드부(220)는 공기유동방향에 대하여 슈라우드 링부(210)로부터 냉각팬(100)의 상류위치로 연장된다. 도2a에 나타낸 바와 같이, 상기 슈라우드 링부(210)에 연결되는 상기 공기유동 가이드부(220)의 기점(221)(공기유동 가이드부(220)의 시작점)은 링부재(130)의 연장부(131)의 기점에 인접한 위치에 위치된다.
상기 슈라우드 링부(210)의 중앙부에는 원형으로 이루어진 모터 유지부(230)가 형성된다. 상기 모터 유지부(230)는 반경방향으로 연장되는 복수개의 모터 지지체(240)에 의하여 지지되고, 상기 슈라우드 링부(210)에 연결된다.
상기 모터(300)는 모터 유지부(230)에 고정되고, 상기 모터(300)의 샤프트(미도시)는 냉각팬(100)의 샤프트 홀(111a)에 수용되고, 그와 결합된다. 그러므로, 상기 모터(300)의 샤프트 및 냉각팬(100)은 서로 고정된다. 여기에서, 상기 모터(300)는 공지의 D.C. 페라이트(ferrite) 모터이고, 제어장치(미도시)에 연결된다. 상기 제어장치는 모터(300)로 공급되는 전류의 ON-OFF 시간 비율을 변경함으로써 평균전류값을 가변시키도록 제공된다. 그러므로, 상기 제어장치에 직접적으로 연결된 냉각팬(100)의 회전속도는 라디에이터의 요구 냉각성능에 따라 가변되어, 냉각팬(100)에 의해 송풍되는 공기유량을 제어한다.
상기한 송풍기 유닛(10)에서, 상기 냉각팬(100)은 모터(300)에 의하여 구동되며, 냉각풍은 라디에이터의 코어부(1a)를 통과하도록 제공되어, 상기 라디에이터의 내측을 흐르는 냉각수의 방열을 촉진시킨다.
상기 연장부(131)는 블레이드(120)의 반경방향으로 공기유동을 정류하는 결과를 제공하기 때문에, 상기 연장부(131)의 위치를 조절함으로써 공기송풍효율은 보다 향상될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 연장부(131)의 기점(132)은 블레이드 폭 Bw에 대하여 블레이드(120)의 반경방향 외주연(121)부의 소정범위로 배치되다. 따라서, 상기 블레이드(120)의 상류측 단부(122)와 링부재(130)의 연장부(131) 사이의 공간은 증가된다. 따라서, 반경방향 내측으로 상기 블레이드(120)로 흡입된 공기유량은 증가되고, 따라서 공기송풍효율은 향상된다.
상기 연장부(131)의 기점(132)이 반경방향 외주연부(121)의 하류측 단부(132)(도4)에 보다 근접할 경우, 상기 블레이드(120)의 반경방향 외주연부(121)의 하류부는 링부재(130)를 폐쇄 또는 커버한다. 이 경우, 상기 냉각팬(100)으로부터 반경방향외측으로 배출되는 공기유동은 차단된다. 한편, 본 실시예에서, 상기 연장부(131)의 기점(132)에서의 범위가 상한값(85%)으로 설정된다. 따라서, 공기송풍효율은 냉각팬(100)의 하류위치에서 보다 향상된다.
도6은 연장부(131)의 기점(132) 위치에 대하여 냉각팬(100)의 효율(공기송풍효율)에 대한 테스트 결과를 나타낸 것이다. 도6에 나타낸 바와 같이, 상기 기점(132)이 블레이드 폭 Bw에 대하여 대략 50%의 지점에 배치될 경우, 냉각팬(100)의 효율은 최대효율을 갖는다. 따라서, 상기 블레이드 폭 Bw에 대한 대략 50%의 지점이 상기 기점(132)의 최적 위치로서 설정된다. 또한, 상기 블레이드(120)의 상류측 단부로부터의 거리가 25% 지점에서 시작하고, 상기 블레이드(120)의 상류측 단부 (122)로부터의 거리가 35% 지점에서 끝나는 적절한 범위로서 설정된다. 또한, 상기 블레이드(120)의 상류측 단부(122)로부터의 거리 35% 지점에서 시작하고, 상기 상류측 단부(122)로부터 거리 75% 지점에서 끝나는 보다 바람직한 적정범위로 설정된다.
또한, 도7에 나타낸 바와 같이, 공기송풍효율의 증대(팬 효율의 증대)와 함께 소음감소효과가 제공된다.
상기 냉각팬(100)이 슈라우드(200)에 연결된 상태에서, 상기 슈라우드(200)의 공기유동 가이드부(220)의 기점(221)은 연장부(131)의 기점(132)에 인접한 위치에 위치된다. 따라서, 도2a에 나타낸 바와 같이, 상기 공기유동 가이드부(220) 및 연장부(131)는 블레이드(120)의 상류측 단부(122)로부터 하류측에 배치된다. 상기 링부재(130)의 기점(132)과 공기유동 가이드부(220)의 기점(221)이 상기 블레이드(120)의 상류측 단부(122)에서 상류측에 위치하거나 상류측 단부(122)에 인접하게 위치될 경우, 도2a에 나타낸 바와 같이 상기 냉각팬(100)의 상류측 공간, 즉 라이에이터의 코어부(1a)와 공기유동 가이드부(220) 사이의 공간은 작아진다. 이 경우, 상기 냉각팬(100)의 공기상류측의 유동을 촉진시키기에 어려움이 따른다. 한편, 도2a에 나타낸 실시예에서, 상기 냉각팬(100)의 상류측 공간이 증가하기 때문에, 코어부(1a)와 공기유동 가이드부(220) 사이에서 냉각풍이 정체되는 것을 방지한다. 또한, 반경방향 외측으로부터 블레이드(120)로 흐르는 냉각풍량은 증가되어, 냉각풍 송풍효율은 향상된다.
상기 링부재(130)에 연결된 연결벽(133)이 링부재(130)의 하류측 및 상류측 블레이드(120)의 반경방향 외주연(121)부에 제공되기 때문에, 상기 블레이드(120)의 반경방향 외측에서 공기가 정압측으로부터 부압측으로 누출되는 것을 방지한다. 따라서, 공기송풍효율은 도8에 나타낸 바와 같이 보다 향상된다.
상기 냉각팬(100)은 수지로 일체로 몰딩된다. 상기 냉각팬(100)의 몰딩 다이(die)에 있어, 상기 몰딩 다이가 이동하는 방향으로 상부 몰딩 다이 및 하부 몰딩 다이가 서로 직접적으로 슬라이딩 하는 부위를 연결벽(133)에 의하여 없앰으로써, 몰딩 다이의 수명을 향상시킨다.
전술한 실시예에서, 상기 냉각팬(100)은 전기모터(300)에 의하여 구동되는 송풍기 유닛(10)에 적용된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 냉각팬(100)은 차량엔진의 구동력에 의하여 회전되는 엔진팬으로서 이용될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 냉각팬(100)은 라디에이터를 통과하는 공기유동을 생성하도록 제공된다. 그러나, 상기 냉각팬(100)의 목적은 이에 한정되지 않는다. 상기 냉각팬(100)은 공조장치의 냉매를 응축하기 위한 응축기, 오일을 냉각하기 위한 오일 쿨러(oil cooler), 흡입공기를 냉각하기 위한 인터 쿨러(inter-cooler)와 같은 다른 목적을 위한 열교환기로 이용될 수 있다.
또한, 공기송풍효율의 향상과 관련하여, 상기 연결벽(133)은 링부재(130)의 상류 및 하류 위치중 어느 하나에 제공될 수 있다. 또한, 상기 연결벽(133)은 링부재(130)가 형성되지 않은 블레이드(120)의 반경방향 외주연(121)부의 일부분에 제공될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 팬 및 이를 구비한 송풍기 유닛은, 링부재에 연장부를 형성하여 공기 송풍효율을 보다 향상시키는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 원통 형태를 갖는 보스부;
    상기 보스부의 외주연으로부터 반경방향으로 연장되는 복수개의 블레이드;
    상기 블레이드의 반경방향 외주연부에 일체로 형성된 링부재; 및
    상기 링부재의 몸체부에 연결되며, 축방향으로 연장되는 연결벽
    을 포함하며,
    상기 링부재는 상기 보스부의 축방향에 대하여 블레이드의 축방향 치수보다 작은 축방향 치수를 가지며, 공기유동에 대하여 상기 링부재의 몸체부로부터 블레이드의 상류위치로 벨 형태로 연장되는 연장부를 구비하고;
    상기 연장부는, 상기 링부재의 몸체부에 연결되는 기점이, 블레이드의 축방향 치수에 대하여 상기 블레이드의 반경방향 외주연부의 상류측 단부로부터의 거리가 25% 지점에서 시작하고, 블레이드의 반경방향 외주연부의 상류측 단부로부터의 거리가 85% 지점에서 끝나는 범위에서 배치되고;
    상기 연결벽은 상기 링부재의 몸체부로부터 축방향으로 돌출하는 블레이드의 반경방향 외주연부의 상류부 및 하류부 중 적어도 하나에 제공되는
    팬.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연장부의 기점은, 상기 블레이드의 축방향 치수에 대하여, 블레이드의 반경방향 외주연부의 상류측 단부로부터의 거리가 35% 지점에서 시작되고, 상기 블 레이드의 반경방향 외주연의 상류측 단부로부터의 거리가 75% 지점에서 끝나는 범위에서 배치되는
    팬.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연장부의 기점은, 블레이드의 축방향 치수에 대하여, 상기 블레이드의 반경방향 외주연부의 상류측 단부로부터의 거리가 50% 지점에 배치되는
    팬.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 따른 팬을 구비하는 송풍기 유닛에 있어서,
    상기 팬에 수용되는 슈라우드를 포함하고;
    상기 슈라우드는 슈라우드 링부와, 공기유동에 대하여 상기 슈라우드 링부로부터 상류위치로 연장하는 공기유동 가이드부를 구비하고;
    상기 슈라우드 링부는 상기 팬의 링부재의 반경방향 외측에 위치되며;
    상기 공기유동 가이드부는 상기 링부재의 연장부의 기점에 인접한 위치에서 상기 슈라우드 링부에 연결되는 기점을 구비하는
    송풍기 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연결벽은
    상기 링부재의 몸체부의 축방향 단부와 상기 블레이드의 반경방향 외주연부의 상류부 및 하류부 중의 하나 사이에서 연장되며, 삼각형태를 갖는
    팬.
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