KR100761153B1 - 축류팬 - Google Patents

Abstract

소비전력대비 송풍효율은 매우 높고 소음의 발생량은 아주 작은 축류팬이 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 축류팬은, 허브, 상기 허브의 외주에서 방사상으로 뻗은 다수의 날개, 그리고, 상기 날개의 각 끝단을 연결하는 원환형 밴드를 구비한다. 각각의 상기 날개는, 그 중앙선이 익근에서 익단으로 가면서 익근측의 최대 후향각(-)에서 익단측의 최대 전향각(+)까지 점진적으로 방향이 바뀌는 휨각을 가지되, 중간에 그 휨각이 익근측의 후향으로부터 전향으로 반전된 다음 후향으로 반전되어 익단측의 전향으로 이어지는 적어도 하나의 유동분산영역을 가지도록 형성된 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 각각의 날개가 유동분산영역을 가지기 때문에, 날개의 원심력을 효과적으로 제어할 수 있으며, 또한 날개 후연측의 유동분포를 분산시킬 수 있다. 따라서, 소비전력대비 송풍효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 저소음화를 도모할 수 있다.

축류팬, 휨각, 파형, 유동집중, 소음

Description

축류팬{AXIAL FLOW FAN}

도 1은 일반적인 축류팬을 나타낸 정면도,

도 2는 도 1에 나타낸 축류팬의 날개 형상을 보인 요부 확대도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬을 나타낸 사시도,

도 4는 도 3의 정면도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 각 부분의 명칭을 정의하여 보인 요부 확대도,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 요부 확대도, 그리고,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 중앙선 휨각의 반경방향에 따른 변화를 보인 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 축류팬 11 : 허브

12 : 날개 13 : 팬 밴드

D : 유동분산영역 C1, C2 : 유동집중부

R_h : 허브 반경 R_i : 날개 반경

r : 임의점의 반경 r_{I1 :} 제 1 변곡점

r_I2 : 제 2 변곡점 r_I3 : 제 3 변곡점

본 발명은 허브의 외주에서 방사상으로 뻗은 다수의 날개를 회전시켜 공기를 축방향으로 송풍하는 축류팬에 관한 것이다.

축류팬은, 허브와 그 허브 외주에서 방사방향으로 뻗은 다수의 날개로 구성되어, 구동모터에 의해 허브와 날개가 회전하면서 공기를 축방향으로 송풍하는 송풍기구로서, 자동차에서는 라디에이터나 콘덴서 등과 같은 열교환기의 방열을 촉진하기 위하여 사용된다.

일반적으로, 자동차용 축류팬은 도 1에 도시된 바와 같이, 모터의 구동축에 결합되는 원형의 허브(1)와, 이 허브(1) 둘레에서 방사상으로 뻗은 다수의 날개(2)로 이루어진다. 여기에 상기 각 날개(2)를 둘러 싸면서 그 끝단들을 연결함으로써 방사방향으로 흐르는 공기를 축방향으로 유도하여 축방향 송풍효율을 높이고 아울러 날개(2)들이 상호 지지되게 하여 날개(2)의 변형을 방지할 수 있는 원형의 팬 밴드(3)가 선택적으로 포함된다.

이와 같은 축류팬의 구성에 있어서, 날개는 회전시 날개 압력면의 압력상승을 이용하여 축류팬 전방에서부터 공기를 끌어들여 축류팬 후방을 향해 공기를 밀어내 송풍이 이루어지게 하는 것으로서 그 구조는 축류팬의 송풍효율과 송풍소음에 지대한 영향을 미친다.

한편, 축류팬들은 그 용도에 따라서 다른 제약조건을 갖는다.

예컨대, 자동차에 장착되는 축류팬의 경우에는 엔진 냉각수를 냉각하는 라디에이터와 에어컨의 냉매를 냉각하는 콘덴서에 공기를 송풍하여 그 냉각효율을 높이는데 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 전력소비량 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, 축류팬의 날개는 송풍효율 및 소음의 발생량에 가장 큰 영향을 주게 되므로, 축류팬 설계시 날개의 형상과 폭 및 설치각 등은 중요한 설계인자가 된다. 이에 상기한 바와 같은 제약조건을 충족할 수 있으면서 축류팬의 성능을 향상할 수 있는 다양한 방안들이 제안되고 있다.

그 중에서도, 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 허브와 접하는 익근(root of blade)측에서는 회전반대방향으로 기울고 날개의 선단인 익단(tip of blade)측에서는 회전방향으로 기움으로써, 허브 중심으로부터 임의 지점을 지나는 반경선과 그 임의지점의 접선 사이의 각도로 정의되어 날개의 회전방향 기울기를 나타내는 휨각(sweep angle : σ_r)이 익근측에서는 후향(-)이었다가 익단으로 가면서 특정 지점(이하 변곡점 : r_I)에서 변곡되어 익단측에서 전향(+)으로 바뀌는, 즉, 익근 영역(r < r_I)에서는 후향의 휨각(σ_r1< 0)을 갖고 익단측 영역( r > r_I )에서는 전향의 휨각(σ_r2< 0)을 가진 날개를 구비한 축류팬이 가장 일반화되어 있다. 이와 같은 종래 축류팬들은 휨각이 후향에서 전향으로 바뀌는 각 날개의 변곡점(r_I) 근처에 유동이 집중되는 유동집중부(C)을 가지는 바, 다른 축류팬들에 비해 상대적으로 송풍 소음이 작은 것으로 인정받아 왔다.

미국특허 4,569,631호에는 최소 30 도 이상의 휨각을 갖는 날개를 가지는 축류팬이 개시되어 있으며, 미국특허 4,684,324 호에는 원주방향 익폭의 중앙을 반경방향으로 연결한 선으로 정의되는 중앙선(M.L : Mid-Chord Line)의 변곡점(후향에서 전향으로 변곡되는 지점)의 범위가 무차원반경 0.25 내지 0.5로 한정된 날개를 가진 축류팬이 개시되어 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 구조의 날개를 가진 종래 축류팬들은 일정 한도내에서 저소음화를 실현할 수 있으나, 만족할 만한 소음 감소 효과를 얻을 수 없음에 따라, 예컨대 자동차의 승차감을 저해하는 요인이 되고 있다. 더욱이, 이들은 날개의 전향각과 후향각이 증가하는 경우 회전에 따른 날개의 원심력을 효과적으로 제어하지 못하기 때문에 소비전력이 크게 증가되고 송풍효율이 저하된다고 하는 문제도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 감안하여 안출한 것으로, 소비전력대비 송풍효율이 높으면서도 저소음화를 이룸으로써 자동차의 승차감 개선에 기여할 수 있는 축류팬을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 축류팬은, 허브, 상기 허브의 외주에서 방사상으로 뻗은 다수의 날개, 그리고, 상기 날개의 각 끝단을 연결하는 원환형 밴드를 구비하여 이루어지며, 상기 각각의 날개는 그 중앙선이 익근과 익단까지 전체구간으로 볼 때, 익근에서 익단으로 가면서 익근측의 최대 후향각(-)에서 익단측의 최대 전향각(+)까지 점진적으로 방향이 바뀌는 휨각을 가지되, 중간에 그 휨각이 익근측의 후향으로부터 전향으로 반전된 다음 후향으로 반전되어 익단측의 전향으로 이어지는 적어도 하나의 유동분산영역을 가지도록 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 축류팬은, 각 날개의 중앙선에서 상기 유동분산영역내 최대 전향각의 절대값이 익근측의 최대 후향각 절대값의 1/2 이하로 설정된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 유동분산영역내 최대 후향각의 절대값은 익단측의 최대 전향각 절대값의 1/2 이하로 설정된다.

또한, 상기 유동분산영역은 무차원 반경 0.15 내지 0.65 사이의 범위 내에 형성된다.

이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명에 따른 축류팬의 바람직한 실시예를 살펴본다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬을 나타낸 사시도, 도 4는 도 3의 정면도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 각 부분의 명칭을 정의하여 보인 요부 확대도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 요부 확대도, 그리고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬의 중앙선 휨각의 반경방향에 따른 변화를 보인 그래프이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬(10)은, 허브(11), 상기 허브(11)의 외주에서 방사상으로 뻗은 다수의 날개(12), 그리고 상기 날개(12)들의 선단을 연결하여 날개(12)의 주위를 둘러싸는 원형의 팬 밴드(13)를 구비한다.

또한, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬(10)은 날개의 전연과 후연 사이의 중앙을 반경방향으로 연결한 선으로 정의되는 각 날개의 중앙선(ML:Mid-chord Line)이, 익근과 익단까지의 전체구간으로 볼 때, 익근측의 최대 후향각에서 익단측의 최대 전향각까지 점진적으로 방향이 바뀌는 휨각을 가진다. 아울러 상기 중앙선은 그 중간에서 휨각이 익근측의 후향에서 전향으로 바뀌는 제 1 변곡점(r_I1)에서 시작된 후 제 2 변곡점(r_I2)에서 다시 후향으로 방향이 바뀌고 제 3 변곡점(r_I3)에서 다시 전향으로 바뀌는 소구간인 유동분산영역(D)을 갖는다.

도 7은 본 발명에 따른 축류팬이 가지는 각 날개의 중앙선 휨각 변화와 종래 일반적인 축류팬이 가지는 각 날개의 중앙선 휨각 변화를 비교하여 보여주는 그래프이다. 이 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 축류팬의 날개는, 종래 축류팬의 날개가 익근의 최대 후향각에서 익단의 최대 전향각까지 휨각이 점진적으로 후향에서 전향으로 변화되는 것에 반해, 익근측 후향영역과 익단측 전향영역 사이에 휨각이 익단측 후향으로부터 전향 →후향의 순서로 휨각 방향이 교번하여 전환되는 제 1 변곡점(r_I1)에서 제 3 변곡점(r_I3) 사이 영역 즉 유동분산영역(D)을 갖는다.

상기 유동분산영역(D)은

무차원반경 =

r : 날개의 임의 지점 반경,

R_h : 허브 반경

R_i : 날개 반경

로 정의되는 무차원 반경 0.15 내지 0.65 사이의 범위에 형성된다. 그리고, 그 영역내 최대 후향각의 절대값은 익단측의 최대 전향각 절대값의 1/2 이하이고, 최대 전향각의 절대값은 익근측의 최대 후향각 절대값의 1/2 이하의 크기를 갖는다.

이상과 같이 익근측 후향영역과 익단측 전향영역 사이에 형성되는 유동분산영역(D)은 도 6에 나타난 바와 같이, 후연측에 유동이 집중되는 두 개의 유동집중부(C₁, C₂)를 형성하므로, 본 발명에 따른 축류팬은 하나의 유동집중부(도 2의 부호 C 참조)만을 형성하는 종래 축류팬에 비해 유동이 집중되는 것을 크게 완화하는 작 용을 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 각각의 날개에 형성되는 유동분산영역으로 인해 날개의 원심력 제어가 효과적으로 이루어지고 또 날개 후연에서의 유동이 분산되기 때문에, 소비전력대비 송풍효율이 매우 높아지게 되고, 소음의 발생량이 아주 작아지게 된다. 실험결과에 따르면, 본 발명에 따른 축류팬은 도 1의 종래 축류팬에 비해 동일 송풍량 기준으로 소비전력이 약 7 % 정도 적었으며, 총 소음도(Overall Sound Pressure Level)는 최소 2 dB 정도 감소되는 것으로 나타났다. 특히 소음의 주파수 성분을 분석한 결과 1차 이산 주파수(1st BPF) 값이 현저히 감소되는 것으로 밝혀졌다.

따라서, 본 발명에 따른 축류팬은, 자동차 열교환기의 냉각용으로 적용될 경우, 열교환기의 냉각성능 향상을 도모할 수 있고, 차량의 전력 소모량을 크게 감소시킬 수 있으며, 또한, 승차감을 개선시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고, 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (4)

1. 허브, 상기 허브의 외주에서 방사상으로 뻗은 다수의 날개, 그리고, 상기 날개의 각 끝단을 연결하는 원환형 팬 밴드를 구비하는 축류팬에 있어서,

   상기 각각의 날개는, 그 중앙선이 익근에서 익단으로 가면서 익근측의 최대 후향각(-)에서 익단측의 최대 전향각(+)까지 점진적으로 방향이 바뀌는 휨각을 가지되, 중간에 그 휨각이 익근측의 후향으로부터 전향으로 반전된 다음 후향으로 반전되어 익단측의 전향으로 이어지는 적어도 하나의 유동분산영역을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 축류팬.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유동분산영역내 최대 전향각의 절대값은 익근측의 최대 후향각 절대값의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 축류팬.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 유동분산영역내 최대 후향각의 절대값은 익단측의 최대 전향각 절대값의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 축류팬.
4. 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유동분산영역은 무차원 반경 0.15 내지 0.65 사이의 범위에 형성되는 것을 특징으로 하는 축류팬.

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