KR101472326B1 - 축류팬 - Google Patents

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박치용
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Abstract

본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 날개가 축류팬의 길이 방향으로 익현 길이 및 설치각을 조절함으로써 팬 구동에 소요되는 동력을 저감하고, 소음을 줄일 수 있는 축류팬에 관한 것이다.

Description

축류팬 {Axial Flow Fan}
본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 날개의 길이 방향으로 익현 길이 및 설치각을 조절함으로써 풍량을 만족시키면서 팬 구동에 소요되는 동력을 저감하고, 소음을 줄일 수 있는 축류팬에 관한 것이다.
차량의 실제 구동력이 발생되는 엔진에서는, 화학에너지를 운동에너지로 바꾸는 과정에서 많은 열에너지가 발생된다. 이러한 열에너지가 과도하게 발생되면, 엔진 및/또는 엔진 주변의 부품들이 과열됨으로써 손상 또는 파괴되어 큰 고장과 사고로 이어질 가능성이 있으며, 또한 엔진 자체의 효율도 크게 떨어지게 되는 등 여러 가지 문제점이 생긴다. 따라서 이러한 문제 요인을 제거하기 위하여 통상적으로 차량에는 엔진을 냉각하기 위한 장치가 구비된다. 엔진의 냉각을 위해서 대표적으로 사용되는 방법은 냉각수를 이용하는 방법으로써, 엔진의 주변에 냉각수를 유통시키고 또한 냉각수를 냉각시키기 위한 라디에이터(radiator)를 구비하여, 엔진에서 발생되는 열을 흡수한 후 흡수된 열을 라디에이터에서 방출함으로써 엔진의 과열을 막는다. 또한, 차량 운전자 및 탑승자의 쾌적성을 위하여 실내를 냉방하기 위한 장치도 함께 구비되고 있다. 이러한 실내 냉방을 위한 에어컨의 냉매를 냉각하기 위하여 응축기(condenser)와 같은 열교환기가 사용된다.
차량의 엔진룸 전방에는 상술한 바와 같은 라디에이터나 응축기 등의 열교환기들이 구비되며, 상기 열교환기들에서는 주변의 공기와 열교환기 내부의 열교환매체 사이에 열교환이 발생된다. 이 때, 상기 열교환기의 방열 효율을 높이기 위하여 상기 열교환기에 대해 공기를 강제 송풍할 수 있는 축류팬이 설치된다.
축류팬은 일반적으로 팬 쉬라우드 내에 수용 구비되며, 팬 쉬라우드에 축류팬을 회전시키기 위한 모터 등이 고정되고, 또한 팬 쉬라우드가 마운팅되어 그 위치가 고정된다. 이와 같이 축류팬, 팬 쉬라우드, 모터 등이 이루는 축류팬 조립체가 열교환기 또는 엔진 룸 바닥에 마운팅되어 열교환기 전방 또는 후방에 배치되게 된다. 도 1은 열교환기 및 축류팬 조립체의 배치의 일실시예를 도시한 것이다. 도시되어 있는 바와 같이, 축류팬(10)은, 공기 송풍 방향에 대해서 라디에이터(21) 및 콘덴서(22) 등과 같은 열교환기(20)들과 나란하게 병렬 배치되어, 공기의 강제 대류를 일으킴으로써 상기 열교환기(20)의 코어로 공기의 흐름이 원활하게 이루어지도록 해 준다.
종래의 축류팬(10)은 허브(Hub, 1); 및 상기 허브(1)의 원주에 방사상으로 배치되는 다수의 날개(2); 를 포함하여 이루어진다.
이 때, 날개(2)의 익단(4)(허브(1)가 형성되는 측과 반대되는)에는 다수의 날개(2)들을 서로 연결하는 팬 밴드(미도시)가 더 구비될 수 있다.
상기 축류팬은 열교환기를 통과하는 공기의 흐름을 더욱 원활하게 하기 위해 강제 송풍을 일으키기 위한 것인 바, 송풍 효율을 높이기 위한 상기 날개의 형상 설계가 매우 중요하며, 팬 유량을 증대하고 소음을 줄이기 위한 대한민국공개특허 2008-0098937호 (공개일 : 2008.11.12)가 제안된 바 있으며, 이를 도 2에 나타내었다.
도 2에 도시한 축류팬(100)은 위에서 설명한 종래의 축류팬 형태를 가지되, 날개(110)의 휨각과 함께, 허브(120)의 중심과 익근(111)의 중앙선을 연결한 선(L0) 및 허브(120)의 중심과 중앙선 상의 임의의 선을 연결한 선(L) 사이의 각도(α)를 한정하여 소음을 크게 저감하는 기술이 제안된 바 있다.
특히, 최근에는 자동차가 생활필수품에 가까울 만큼 많은 사람들이 사용하고 있는 것인 바, 차량의 운전자 및 탑승객에게 더욱 편안한 승차감을 줄 수 있도록 하기 위하여 소음을 더욱 개선하고자 하는 노력이 계속되고 있다.
따라서, 팬을 구동하기 위한 소모동력을 줄이면서도 소음을 저감할 수 있는 형상의 축류팬이 요구되고 있다.
대한민국공개특허 2008-0098937호 (공개일 : 2008.11.12)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 날개의 길이 방향으로 익현 길이 및 설치각을 조절함으로써 풍량을 만족시키면서 팬 구동에 소요되는 동력을 저감하고, 소음을 줄일 수 있는 축류팬을 제공하는 것이다.
본 발명의 축류팬(100)은 허브(110); 상기 허브(110)의 원주에 방사상으로 배치되며 익근이 상기 허브(110)에 결합되는 다수의 날개(120)를 포함하여 이루어지는 축류팬(100)에 있어서, 상기 축류팬(100)의 반경 방향을 길이 방향이라 하고, 상기 날개(120)의 전연(121)과 후연(122)을 연결한 길이를 익현 길이(Lchord)(Chord length)라 하며, 상기 날개(120)의 후연(122)에서 축류팬(100)의 수평면과 형성하는 각도를 설치각(α)(Setting angle)이라 하며, 상기 날개(120)는 익근으로부터 상기 날개(120) 전체 길이(L)의 2/3 지점 사이 영역인 제1구간, 나머지 영역인 제2구간을 가지며, 상기 익현 길이(Lchord)가 상기 제1구간에서 점차 줄었다가 증가되는 양의 2차 함수 형태를 갖고, 제1변곡점(P1)을 가지며, 상기 제2구간에서 점진적으로 증가되도록 제2변곡점(P2)을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 날개(120)의 설치각(α)은 익근에서 익단으로 갈수록 감소되는 형태로 변화하되, 상기 제1구간에서 감소변화율이 바뀌는 제3변곡점(P3)을 가지며, 상기 제2구간에서 감소변화율이 바뀌는 제4변곡점(P4)을 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 축류팬(100)은 원환 형태로 형성되어 상기 날개(120)의 각 익단을 연결하는 팬 밴드(130)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 축류팬(100)은 상기 날개(120)가 전향각을 갖는 익단으로부터 후향각을 갖는 익근까지 각도가 점진적으로 변화하는 휨각을 가지되, 상기 익단 측의 전향각 영역과 익극 측의 후향각 영역 사이에 상기 휨각의 방향이 교대로 반전되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 축류팬은 날개의 길이 방향으로 익현 길이 및 설치각을 조절함으로써 풍량을 만족시키면서 팬 구동에 소요되는 동력을 저감하고, 소음을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 열교환기 및 축류팬 배치.
도 2는 종래의 축류팬을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 축류팬을 나타낸 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 축류팬의 날개를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 축류팬의 익현 길이 및 설치각을 정의한 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 축류팬의 익현 길이 및 설치각을 나타낸 도면.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 축류팬(100)(100)을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 축류팬(100)은 허브(110) 및 날개(120)를 포함하여 형성되며, 특정한 익현 길이(Lchord)(Chord length) 및 설치각(α) 형태의 날개(120)가 형성됨으로써 다른 쉬라우드 등의 구성 형태에 변화 없이도 소음을 저감하며, 풍량 특성을 만족할 수 있다.
이 때, 본 발명의 축류팬(100)은 상기 날개(120)가 전향각을 갖는 익단으로부터 후향각을 갖는 익근까지 각도가 점진적으로 변화하는 휨각을 가지되, 상기 익단 측의 전향각 영역과 익극 측의 후향각 영역 사이에 상기 휨각의 방향이 교대로 반전되는, 웨이브 팬(Wave fan)인 것이 바람직하다.
상기 허브(110)는 축류팬(100)의 중앙 영역을 형성하는 부분으로서, 축류팬(100)의 중심에 구동수단의 회전축이 연결된다.
또한, 상기 허브(110)는 상기 축류팬(100)을 구동하기 위한 구동수단이 안착되는 공간을 제공할 수 있다.
상기 날개(120)는 상기 허브(110)의 원주에 방사상으로 복수개 배치되는 구성으로서, 공기를 축방향으로 이송한다.
상기 날개(120)의 양단부 중 상기 허브(110) 측을 익근이라 하며, 그 반대 측을 익단이라 한다.
한편, 본 발명의 축류팬(100)은 원환 형태로 형성되어 상기 날개(120)의 각 익단을 연결하는 팬 밴드(130)를 더 포함할 수 있다.
상기 팬 밴드(130)가 더 형성되는 경우에, 전체 축류팬(100)의 구조적인 안정성을 더욱 높일 수 있다.
아울러, 본 발명에서, 날개의 길이 방향이란, 상기 축류팬(100)의 반경 방향으로, 상기 날개(120)의 익근에서 익단 측으로의 방향으로 정의한다.
이 때, 상기 날개(120)는 형태에 변화가 있으므로, 날개의 길이 방향이란, 도 5에 표시한, 날개(120)의 중심 연결선으로 간주될 수 있다.
다시 말해, 본 발명에서, 날개(120)의 익현 길이(Lchord)와 설치각(α)은 각각 전연(121)과 후연(122)의 중심 연결선 중 하나의 값을 의미하며, 이에 따라, 날개의 길이 방향으로 익현 길이(Lchord)와 설치각(α)의 변화는 날개(120)의 익근에서 익단으로 이동하면서 변화되는 값으로 정의될 수 있다.
상기 날개(120)는 각각 회전 방향에 따라 공기와 먼저 접촉되는 영역인 전연(121)(Leading Edge)과, 상기 전연(121)에 반대되는 측의 후연(122)(Trailing Edge)을 가진다.
상기 익현 길이(Lchord)는 상기 날개(120)의 전연(121)과 후연(122)을 연결한 길이를 의미하고, 상기 설치각(α)은 상기 전연(121)과 후연(122)을 직선으로 연결한 시위선(chord line)과 축류팬(100)의 수평면이 형성하는 각도를 의미한다. (도 4 참조)
상기 축류팬(100)의 수평면은 도 3에 도시한 XY 평면을 의미하는 것으로서, 길이 방향으로 날개(120)의 형태가 변화됨에 따라, 상기 후연(122)과 접하는 기준 수평면은 XY 평면에 수직한 축을 기준으로 이동된다.
본 발명의 축류팬(100)은 상기 날개(120)의 형태가 길이 방향으로 제1구간 및 제2구간으로 나뉘어 특정한 형태로 형성된다.
상기 제1구간 및 제2구간은 상기 날개(120)의 익근에서 익단 방향인 길이 방향으로 순차적으로 위치하는 것으로서, 제1구간 및 제2구간의 합은 상기 날개의 길이 방향으로 전체 길이(L)를 의미한다.
보다 상세하게, 본 발명에서, 날개의 길이(L)란, 도 5에 도시한 날개(120)의 전연(121)과 후연(122)의 중심을 연결한 선에서, 이를 직선 형태로 간주하였을 때의 길이를 의미한다.
이 때, 상기 제1구간은 익근으로부터 날개 길이(L)의 2/3 지점 사이의 영역으로서, 날개 길이(L)의 2/3지점으로부터 익단 사이의 영역이 제2구간을 형성한다.
이 때, 상기 날개(120)는 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 익현 길이(Lchord)가 제1구간에서 점차 줄었다가 증가되며, 제2구간에서 점진적으로 증가되는 형태인 것이 바람직하다.
상기 제1구간은 일정 영역에서 양의 2차 함수 형태를 가지며, 증가되는 구간에서 제1변곡점(P1)을 갖는 형태이다.
상기 양의 2차 함수 형태란, 2차 미분값이 (+) 값으로, 하나의 꼭짓점을 가지며, 날개의 길이 방향으로 진행할수록 접선의 기울기가 증가되는 형태로, 오목한 형태를 의미한다.
더욱 상세하게, 양의 2차 함수 형태란 날개(120) 길이 방향으로 꼭짓점을 기준으로 좌반부 영역에서 점차 감소되며, 우반부 영역에서 점차 증가되는 형태를 갖는다.
또한, 상기 제2구간은 점진적으로 증가되되, 제2변곡점(P2)을 갖는 형태이다.
즉, 상기 익현길이(Lchord)는 상기 제1구간에 제1변곡점(P1) 및 제2구간에 제2변곡점(P2)을 갖는 형태이다.
아울러, 상기 날개(120)는 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 설치각(α)이 제1구간 및 제2구간 전체 영역에서, 상기 날개(120)의 길이방향으로 진행할수록(익근에서 익단 방향으로) 감소되되, 상기 제1구간에서 감소변화율이 바뀌는 제3변곡점(P3)을 가지며, 상기 제2구간에서 감소변화율이 바뀌는 제4변곡점(P4)를 갖는다.
더욱 상세하게, 상기 날개(120)의 설치각(α)은 제1구간 일정 영역에서 음의 2차 함수 우반부 형태이며, 제3변곡점(P3)을 포함하고, 제2구간에서 제4변곡점(P4)를 포함하는 형태인 것이 바람직하다.
상기 음의 2차 함수 형태란, 2차 미분값이 (-) 값으로, 하나의 꼭짓점을 가지며, 날개의 길이 방향으로 진행할수록 접선의 기울기가 감소되는 형태로, 볼록한 형태를 의미한다.
이 때, 본 발명의 축류팬(100)은 상기 날개(120)의 설치각(α)이 제1구간 일정 영역에서 음의 2차 함수 형태를 갖는 것으로서, 꼭짓점을 기준으로 후반부 영역, 즉 점진적으로 감소되는 영역의 전체 또는 일부 구간의 형태를 포함한다.
상기 제2구간에서, 상기 날개(120)는 익근으로부터 길이 방향으로 진행할수록 상기 익현 길이(Lchord)가 점진적으로 증가되며, 상기 설치각(α)은 점진적으로 감소되는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 상기 익현길이(Lchord) 및 설치각(α)이 증가될수록 풍량이 증대되지만 그만큼 소음 역시 증가되므로 한정된 공간에서 익현길이(Lchord) 및 설치각(α)이 결정하는 것이 매우 중요하다.
본 발명의 축류팬(100)은 위와 같이, 상술한 바와 같은 익현길이(Lchord) 및 설치각(α)의 형태를 가지는 날개(120)를 포함하여, 공기의 유동 형태를 변화함으로써 팬 구동 동력을 저감할 수 있으며, 소음을 저감할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 축류팬(100)은 날개(120) 전체에 걸쳐 가해지는 불규칙한 하중을 줄이거나 분산할 수 있어 효과적으로 구동가능한 장점이 있다.
실제로, 도 3에 도시한 바와 같은 형태이되, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같은 수치 비율을 갖는 본원발명의 실시예 1과, 비교예를 비교해보면, 아래 표 1과 같은 소모동력 및 소음 변화가 있음을 확인할 수 있었다.
전압
(Volt)		 소모동력
(watt) 		회전수
(rpm)		 풍량
(SCMH)		 소음(dB)
비교예 12.0 129 1881.4 1718 64.2
실시예1 11.6 123 1797.3 1721 63.5
표 1에 도시한 바와 같이, 단순히, 날개의 길이 방향으로 익현 길이(Lchord)가 점진적으로 증가하거나, 설치각(α)이 점진적으로 감소하는 형태의 비교예에 비하여, 본 발명의 축류팬(100)의 실시예 1이 소모 동력 4.7%, 및 소음 0.7% 저감할 수 있다.
이는 본 발명의 축류팬(100)이 동일 성능(풍량)을 가지면서도 구동을 위한 에너지를 보다 저감할 수 있으며, 소음을 줄일 수 있는 장점을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 축류팬
110 : 허브
120 : 날개 121 : 전연
122 : 후연
L : 날개의 길이
130 : 팬 밴드
P1 : 제1변곡점 P2 : 제2변곡점
P3 : 제3변곡점 P3 : 제3변곡점
O : 허브의 중심
Lchord : 익현 길이
α : 설치각

Claims (4)

  1. 허브(110); 상기 허브(110)의 원주에 방사상으로 배치되며 익근이 상기 허브(110)에 결합되는 다수의 날개(120)를 포함하여 이루어지는 축류팬(100)에 있어서,
    상기 축류팬(100)의 반경 방향을 길이 방향이라 하고, 상기 날개(120)의 전연(121)과 후연(122)을 연결한 길이를 익현 길이(Lchord)(Chord length)라 하며, 상기 날개(120)의 시위선(chord line)과 축류팬(100)의 수평면과 형성하는 각도를 설치각(α)(Setting angle)이라 하며,
    상기 날개(120)는 익근으로부터 상기 날개(120) 전체 길이(L)의 2/3 지점 사이 영역인 제1구간, 나머지 영역인 제2구간을 가지며,
    상기 익현 길이(Lchord)가
    상기 제1구간에서 점차 줄었다가 증가되는 양의 2차 함수 형태를 갖고, 제1변곡점(P1)을 가지며,
    상기 제2구간에서 익현 길이의 증가율이 감소되다 증가되는 제2변곡점(P2)을 갖되,
    상기 제2구간의 익현 길이 증가율이 상기 제1구간의 익현 길이 증가율보다 낮은 것을 특징으로 하는 축류팬.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 날개(120)의 설치각(α)은
    익근에서 익단으로 갈수록 감소되는 형태로 변화하되,
    상기 제1구간에서 감소변화율이 바뀌는 제3변곡점(P3)을 가지며, 상기 제2구간에서 감소변화율이 바뀌는 제4변곡점(P4)을 갖는 것을 특징으로 하는 축류팬.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 축류팬(100)은 원환 형태로 형성되어 상기 날개(120)의 각 익단을 연결하는 팬 밴드(130)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축류팬.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 축류팬(100)은 상기 날개(120)가 전향각을 갖는 익단으로부터 후향각을 갖는 익근까지 각도가 점진적으로 변화하는 휨각을 가지되, 상기 익단 측의 전향각 영역과 익극 측의 후향각 영역 사이에 상기 휨각의 방향이 교대로 반전되는 것을 특징으로 하는 축류팬.
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