KR100648087B1

KR100648087B1 - 축류팬

Info

Publication number: KR100648087B1
Application number: KR1019990059929A
Authority: KR
Inventors: 조경석
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2006-11-23
Also published as: KR20010063068A

Abstract

본 발명은 허브 외주를 따라 원주방향으로 배열된 다수의 회전익(Blade)를 회전시켜 공기를 축방향으로 송풍하는 축류팬에 관한 것으로, 특히, 회전익의 코드 길이, 캠버각 그리고 설치각 등이 최적의 조건으로 설계되어 송풍소음이 크게 줄어든 축류팬에 관한 것이다.

본 발명은 회전축에 결합되는 허브와, 상기 허브 외주에 전향곡률를 가지고 방사상으로 배열되어 상기 허브와 일체로 회전되면서 공기를 축방향으로 송풍하는 복수 개의 회전익을 포함하여 이루어지는 축류팬에 있어서, 각 회전익은 전연에서 후연까지의 거리인 코드 길이(Chord Lenth)가 익근에서부터 반경비(r/R_tip)가 0.9인 지점까지는 점증되며, 반경비가 0.9인 지점부터 익단(Blade Tip)까지는 점감되도록 후연측 익단의 일부가 배제되어 형성되고, 또는, 상기 회전익의 캠버각이 반경(r/R_tip) 약 0.5 인 지점에서 약 10 도이고 익단까지 약 20 도로 점증되거나, 상기 회전익의 설치각이 반경비 약 0.6 이상에서 약 20 도로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하며, 이러한 구성에 따르면, 익단에서 발생하는 순환류가 효과적으로 제어되어 소음발생율이 매우 낮다. 따라서 본 고안에 따른 축류팬은 송풍량 대비 소음이 작아서 자동차의 냉각팬으로 적용할 경우 승차감 향상에 기여할 수 있다.

축류팬, 코드 길이(Chord Lenth), 설치각(Setting Angle), 캠버(Camber)

Description

축류팬{AXIAL FLOW FAN}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬 조립체 분해사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬 후방 사시도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬 정면도.

도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도.

도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도.

도 6은 축류팬 회전익에 관련한 용어의 정의를 보인 회전익 단면도.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬 회전익의 반경비에 대한 설치각 및 캠버각 변화를 보인 그래프.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬 회전익의 반경비에 대한 코드 길이의 변화를 보인 그래프.

도 9는 종래 축류팬의 일 예를 보인 정면도.

도 10은 종래 축류팬의 다른 예를 보인 부분확대 정면도.

도 11a는 도 10의 축류팬의 회전익의 전연측 측단면도.

도 11b는 도 10의 축류팬의 회전익의 후연측 측단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 축류팬 10 : 허브

11 : 회전익 11a : 익단(翼端)

11b : 익근(翼根) 11c : 익중앙(翼中央)

LE : 전연(Leading Edge) TE : 후연(Trailing Edge)

L.E.L : 전연선(Leading Edge Line)

T.E.L : 후연선(Trailing Edge Line)

C.L : 익중심선 A : 배제부

C : 코드(Chord)

축류팬(Axial Flow Fan)은 허브를 중심으로 방사상으로 배열된 다수 회전익을 구비하여, 모터 등에 의해 회전되면서 공기를 회전익의 축방향으로 송풍하는 유체기계로서, 선풍기나 환기용 환풍기 또는 자동차의 라디에이터나 콘덴서 등의 공랭식 열교환기 방열을 촉진하기 위하여 상기 열교환기에 대하여 방열용 공기를 송풍하는 냉각팬(Cooling Fan) 등은 대표적인 축류팬이다.

자동차 공기조화장치의 열교환기 냉각팬으로 사용되는 축류팬은 그 주위를 벨 마우스형 통풍구로 둘러싸고 통풍구 전면 또는 후면에서 송풍공기를 축방향으로 유도할 수 있는 안내깃을 가지는 쉬라우드와 함께 열교환기 후면 또는 전면에 장착되는 바, 이와 같은 축류팬은 열교환기에 대한 배치형식에 따라 푸셔 타입(Pusher type)과 풀러 타입(Puller type)으로 분류된다.

일반적으로 자동차용 축류팬(1)은 도 1에 도시된 바와 같이, 그 둘레를 둘러싸 고정하고 송풍공기를 안내하는 쉬라우드(Shroud)(2)와 한 조(組)를 이루어 열교환기 전면 혹은 배면에 장착된다. 그리고, 도 2의 확대도에 도시된 바와 같이, 축류팬(1)은 중앙의 허브(10)와 그 허브(10) 둘레에 방사상으로 배열되는 다수의 회전익(11)이 합성수지제로써 일체형으로 성형되어 이루어지며, 그 허브(10)가 구동모터(3)의 구동축에 결합되어 구동모터(3)의 회전력에 의해 허브(10)에 비스듬이 배치된 유선단면구조를 갖는 회전익(11)이 허브(10)와 함께 일체로 회전하면서 그 전후면에 공기유동속도 차이에 따른 차압을 생성하여 공기를 축방향으로 송풍하게 된다. 따라서, 이 회전익(11)은 축류팬(1)의 송풍효율 및 소음의 발생량에 가장 큰 영향을 주므로, 축류팬(1) 설계시 회전익(11)의 설치각(Setting Angle), 캠버각(Camber Angle), 횡방향 곡률, 코드길이, 그리고, 축방향 경사각 등은 중요한 설계인자가 된다.(도 6 참조)

한편, 회전익(11)이 회전할 때(도 9 참조), 그 익단(翼端)(11a)에는 압력면인 전면(前面)으로부터 방사방향으로 흘러 익단(11a)을 돌아 부압면(負壓面)인 후면(後面)으로 흐르는 순환류가 발생하는데 이 순환류는 와류(Vortex)와 쉬라우드 벽면과의 간섭 등에 의해 매우 복잡한 형태의 유동을 가져 축류팬(1)의 주요 소음 원이 된다. 이에 종래에는 회전익 익단(11a)의 공기유동을 제어하기 위하여 회전익(11)에 전향 곡률을 주는 한편 코드(Chord)의 길이를 길게 하는 등 여러 가지의 방법이 강구되어 왔다.

예컨대, 미국특허 제4,840,541호에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 회전익 설치각이 허브(10)의 익근(翼根)(11b)부터 익중앙(翼中央)까지는 설정된 각도(predetermined angle)로 유지되다가 익중앙(11c)부터 익단(11a)까지는 점증되고, 더불어 그 코드 길이(Chord Lenth)도 익근(11b)부터 익단(11a)까지 점증하여, 회전익 표면에서 버블(burble)이 생성되는 것을 억제하여 소음을 축소할 수 있는 축류팬이 소개되어 있다. 그리고, 미국특허 제5,616,004호에는 도 10에 도시된 바와 같이 축류팬을 정면에서 볼 때 익단(11a) 근처에서 전연선(Leading Edge Line : 전연을 익근에서부터 익단까지 연결한 선) 및 후연선(Trailing Edge Line : 후연을 익근에서부터 익단까지 연결한 선)이 각각 전향곡률(Forward Sweep)를 가지면서 코드 길이는 익단(11a)으로 갈수록 점증되고, 아울러 측단면 방향에서 볼 때 익단(11a) 근처의 전연선(L.E.L)은 도 11a에 도시된 바와 같이 축방향 상류측으로 굽어 있는(raked) 반면 후연선(T.E.L)은 도 11b에 도시된 바와 같이 하류측으로 굽어 있어서, 회전익(11)을 측면에서 볼 때 축방향 상류인 전연(LE)에서 하류측 후연(TE)으로 가면서(도 11a →도 11b) 상류 방향 곡률에서 점차 후류 방향 곡률로 바뀌어 결국 전연선(L.E.L)과 후연선(T.E.L)의 축방향 곡률의 방향이 반대가 되는 축류팬이 소개되어 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래 축류팬들은 회전익(11)의 압력면인 전면의 후연 익단(A)측에 압력이 집중되는 현상을 막지 못하여 결과적으로 회전익의 전면으로부터 익단을 돌아 후면으로 흐르는 순환류를 효과적으로 제어할 수 없기 때문에 송풍 소음을 축소하는데 한계를 가지고 있었다.

이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 축류팬들이 가진 문제점이 해소된 것으로, 압력이 집중되는 회전익의 후연측 익단부위를 삭제하여 회전익의 전면에서 익단을 따라 후면으로 흐르는 순환류를 효과적으로 제어할 수 있음에 따라 송풍소음이 크게 줄어든 축류팬을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 가지고 안출된 본 발명에 따르면, 회전축에 결합되는 허브와, 상기 허브 외주에 전향곡률를 가지고 방사상으로 배열되어 상기 허브와 일체로 회전되면서 공기를 축방향으로 송풍하는 복수 개의 회전익을 포함하여 이루어지는 축류팬에 있어서, 상기 각 회전익은 전연에서 후연까지의 거리인 코드 길이(Chord Lenth)가 익근에서부터 반경비(r/R_tip)가 0.9인 지점까지는 점증되며, 반경비가 0.9인 지점에서부터 익단(Blade Tip)까지는 점감되도록 후연측 익단의 일부가 배제되어 형성되고, 설치각(Setting Angle)은 거의 일정하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 바람직하게는, 상기 회전익의 캠버각이 반경비 약 0.5 인 지점에서 약 10 도이고 익단까지 약 20 도로 점증되거나, 또는, 상기 회전익의 설치각이 반경비 약 0.6 이상에서 약 20 도로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 다른 특징에 따른 축류팬은 상기 회전익을 측방향에서 볼 때 전면과 후면 사이 중앙을 익근(翼根)에서 익단(翼端)까지 연결한 선으로 정의되 는 회전익 중심선이 반경비 약 0.9 이상에서 축방향의 하류측으로 굽은 것(rake)을 특징으로 한다.

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이하, 본 발명에 따른 축류팬의 바람직한 실시예를 통하여 각 구성별 기능과 작용을 구체적으로 살펴본다.

본 실시예를 설명함에 있어, 서두에서 설명된 종래 기술의 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬(1)은, 도 2의 사시도 및 도 3의 정면도에 도시된 바와 같이, 구동모터(도 1의 부호 3)의 회전축에 결합되는 용기형상의 회전체인 허브(10)와, 상기 허브(10) 외주에 방사상으로 배열되어 상기 허브(10)와 일체로 회전되면서 공기를 축방향으로 송풍하는 복수 개의 회전익(11)을 포함하여 이루어지는 바, 특히, 상기 회전익(11)은 다음과 같은 특징을 갖는다.

도 3에 도시된 바와 같이 각 회전익(11)은 정면에서 볼 때 허브(10)에 대하여 회전방향으로 구부러진 전향곡률을 가진다. 그리고, 회전익(11)의 코드(C) 길이는 허브(10)와 접하는 익근(11b)으로부터 반경방향으로 가면서 증가하다가 반경비(r/R_tip)가 약 0.9인 지점부터 익단(11a)까지는 익단(11a)의 후연(TE) 일부(A)가 배제되어 점감된다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이 축방향에 수직한 방향에서 볼 때 각 회전익(11)의 전연(LE)이 후연(TE)에 비해 축방향의 상류측에 배치되어 허브(10)에 대하여 상류측으로 비스듬이 배치된다. 그리고, 동일 위상의 익근과 익단을 방사방향으로 연결한 선으로 정의되는 회전익의 중심선은 도 5에 도시된 바와 같이 허브(10)에 대하여 대략 수직한 방향 즉 방사방향으로 곧게 연장되다가 반경비 약 0.9 이상에서 축방향 하류측으로 굽어 있다(raked). 그러나, 측방향에 보이는 후연선은 도 5에 도시된 바와 같이 후연(TE)의 익단(11a)측 일부(A)가 배제됨에 따라 축방향 상류측으로 굽어있다.

아울러 전연의 접선과 후연의 접선이 사이의 각도로 정의되는 캠버각(Camber Angle:도 6 참조)은 도 7의 그래프에 나타난 바와 같이 익근(반경비 약 0.3)부터 반경비(r/R_tip) 약 0.5 인 지점까지는 약 20 도에서 약 10 도까지로 급격히 점감된 후, 그 이후부터 다시 완만하게 점증하여 익단에서 약 20 도가 된다. 그리고, 전연(LE)과 후연(TE)을 곧게 연결한 선과 회전익(11)의 회전방향 직선 사이의 각도로 정의되어 회전방향에 대한 회전익(11)의 비껴짐 정도를 표현하는 설치각(Setting Angle : 도 6 참조)은 익근(11b)에서 약 30 도로 시작한 후 급격히 점감되어 반경비 약 0.6에서 약 20 도가 되며, 그 이상에서 익단(11a)까지는 약 20 도로 일정하게 유지된다.

또, 도 8의 그래프에 나타난 바와 같이, 전연(LE)에서부터 후연(TE)까지 거리인 코드(C) 길이는 익근(11b)에서 소정의 길이(본 실시예에서는 약 55 mm)로 시작한 후 반경방향 외측으로 갈수록 점증하다가 반경비 약 0.9 이후부터는 후연(TE)측 모서리 일부가 배제됨에 따라 급격히 감소된다.

이상과 같은 구성에 따라 본 발명에 따른 축류팬의 회전익(11)은 정면에서 볼 때 도 3에 도시된 바와 같이 전반적으로 회전방향을 향하여 굽은 전향곡률을 가지며, 익단(11a) 후연선(TE)측 모서리부분 일부(A)가 배제되어 후연선(T.E.L)은 상대적으로 훨씬 더 큰 전향곡률을 갖는다. 그리고, 측단면에서 볼 때는 도 5에 도시된 바와 같이 동일위상의 익근(11b)과 익단(11a)을 연결한 회전익 중심선(C.L)이 후류방향으로 굽어 있으며, 반면 후연선(T.E.L)은 익단(11a) 후연선(TE)측 모서리 일부가 배제됨으로 인해 다른 부분과 달리 익단(11a)에서 상류측으로 굽어있다.

이상과 같은 형상을 갖는 본 발명에 따른 축류팬은 송풍시 회전익(11) 익단(11a)이 상류측으로 굽어있는데다가 공기에 대한 상대속도가 높아서 압력이 집중되는 익단(11a)측 모서리가 배제되어 있으므로, 회전익(11) 전면에서 방사방향으로 흘러 익단(11a)을 타고 후면으로 흐르는 순환류의 생성이 억제됨과 아울러 순환류내 와류도 효과적으로 제어된다. 따라서, 축류팬(1)을 이용하여 공기를 축방향으로 송풍함에 있어서 복잡한 유동양태를 가져 송풍소음이 주요한 원인이 되는 익단(11a)의 순환류를 효과적으로 제어할 수 있게 되어 송풍소음을 크게 줄일 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 축류팬은 익단에서 발생하는 순환류가 효과적으로 제어되므로 소음발생율을 매우 낮다. 따라서 자동차 공기조화장치의 열교환기에 적용될 경우 요구 열교환기가 요구하는 송풍량 대비 소음발생량을 크게 줄일 수 있어 자동차의 승차감 향상에 기여할 수 있다.

Claims

회전축에 결합되는 허브와,

상기 허브 외주에 전향곡률를 가지고 방사상으로 배열되어 상기 허브와 일체로 회전되면서 공기를 축방향으로 송풍하는 복수 개의 회전익을 포함하여 이루어지는 축류팬에 있어서,

상기 각 회전익은 전연에서 후연까지의 거리인 코드 길이(Chord Lenth)가 익근에서부터 반경비(r/R_tip)가 0.9인 지점까지는 점증되며, 반경비가 0.9인 지점부터 익단(Blade Tip)까지는 점감되도록 후연측 익단의 일부가 배제되어 형성되고, 설치각(Setting Angle)은 거의 일정하게 형성되는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 1 항에 있어서,

상기 회전익의 캠버각이 반경비 0.5인 지점에서 10 도이고 그 지점부터 점증되어 익단에서는 20도가 되는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 1 항에 있어서,

상기 회전익의 설치각이 반경비 0.6 이상에서 20 도로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제1항에 있어서,

상기 회전익을 측방향에서 볼 때 전면과 후면 사이 중앙을 익근(翼根)에서 익단(翼端)까지 연결한 선으로 정의되는 회전익 중심선이 반경비 0.9 이상에서 축방향의 하류측으로 굽은 것(rake)을 특징으로 하는 축류팬.
제 4 항에 있어서,

상기 회전익의 캠버각이 반경비 0.5인 지점에서 10 도이고 그 지점부터 점증되어 익단에서는 20도가 되는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 4 항에 있어서,

상기 회전익의 설치각이 반경비 0.6 이상에서 20 도로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제1항에 있어서,

상기 회전익은 그 후연이 반경비 0.9 이상에서 축방향의 상류측으로 굽은 것(rake)을 특징으로 하는 축류팬.
제 7 항에 있어서,

상기 회전익의 캠버각이 반경비 0.5인 지점에서 10 도이고 그 지점부터 점증되어 익단에서는 20도가 되는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 7 항에 있어서,

상기 회전익의 설치각이 반경비 0.6 이상에서 20 도로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 축류팬.
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