KR101843477B1 - 송풍 장치 - Google Patents

Abstract

송풍 장치는 열교환기(1)의 공기 흐름 하류측에 배치되는 것과 함께, 상기 열교환기(1)로 공기를 공급하는 축류식 송풍 팬(3)과, 상기 열교환기(1)로부터 상기 송풍 팬(3)으로 연장되는 공기 통로를 형성하는 슈라우드(2)를 구비한다. 열교환기(1)의 둘레 가장자리에 있어서의 적어도 하나의 변은 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 송풍 팬(3)의 직경 방향에 있어서의 최외주부와 중합 배치된다. 슈라우드(2)는 접속부(22)와 링부(21)가 접속되는 부위에 있어서, 열교환기(1)와 대향하는 접속부(22) 면에 설치되는 것과 함께, 송풍 팬(3)의 회전축을 중심으로 하여 동심원상으로 형성된 도풍부(24)를 가진다. 도풍부(24)의 일부는 접속부(22)의 둘레 가장자리(220)보다 송풍 팬(3)의 직경 방향의 외측으로 돌출된다. 접속부(22)에 있어서의 도풍부(24)와 도풍부(24) 이외의 부위 사이의 경계에는 공기 흐름 상류측을 향하여 돌출되는 돌기부(26)가 설치된다.

Description

송풍 장치{AIR-BLOWING DEVICE}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 해당 개시 내용이 참조에 의하여 본 출원에 편입된, 2013년 10월 29일자 출원된 일본 특허 출원 제2013―224402호를 토대로 한다.

본 개시는 라디에이터(radiator) 등의 열교환기에 공기를 송풍하는 송풍 장치에 관한 것이다.

종래, 라디에이터에 공기를 공급하는 축류 팬(axial fan)과, 축류 팬을 지지하는 것과 함께 라디에이터로부터 축류 팬으로 연장되는 공기 통로를 형성하는 슈라우드(shroud)를 구비한 송풍 장치가 알려져 있다.

통상, 이와 같은 송풍 장치에서는 직사각형 형상의 라디에이터에 맞추어 슈라우드 또한 평면에서 바라볼 때 직사각형 형상으로 형성된다. 이 때문에, 축류 팬의 직경 방향의 외측 단부와 슈라우드의 둘레 가장자리 사이의 길이(이하, 도풍(導風) 부분의 길이라 함)가 긴 부분과 짧은 부분이 발생한다. 도풍 부분 길이가 긴 부분에서는 축류 팬에 유입되는 공기 유량이 많아지기 때문에 받음각(angle of attack)이 작아진다. 한편, 도풍 부분의 길이가 짧은 부분에서는 축류 팬에 유입되는 공기 유량이 적어지기 때문에 받음각이 커진다.

이에 따라, 축류 팬의 블레이드의 익면(翼面)에 발생하는 부압(negative pressure)이 도풍 부분의 길이가 긴 부분과 짧은 부분에 있어서 다르며, 교대로 변동하게 된다. 이 압력의 변동이 공기를 흔들고, 음파(sound wave)로 되어 전파된다. 그리고 상기한 바와 같은 평면에서 바라볼 때 직사각형 형상의 슈라우드에서는, 그 음파가 주기성을 가지기 때문에 축류 팬의 회전과 동기화된(synchronized) 차수 성분음(order sound-component)이 증가하여, 소음이 증가할 염려가 있었다.

이에 대해, 특허 문헌 1에 기재된 송풍 장치에서는 축류 팬보다 공기 흐름 상류측의 슈라우드의 공기 통로에 개구부를 설치함으로써 압력의 언밸런스(unbalance)를 해소하여 1차 및 3차의 회전 소음을 감소시킨다. 또한, 이 송풍 장치에서는 축류 팬보다 공기 흐름 상류측의 슈라우드의 내면으로부터 내측을 향하여 돌출되는 정류판(整流板)을 설치함으로써 2차 및 4차의 회전 소음도 감소시킨다.

특허 문헌 1: 일본국 특개평 제6―42498호 공보

그러나 상기 특허 문헌 1에 기재된 송풍 장치에서는 미묘한 압력 밸런스를 취할 필요가 있기 때문에, 차량에 탑재한 경우, 차량측에 기인하는 압력 변동에 의하여 압력 밸런스가 변화하여 충분한 소음 감소 효과가 얻어지지 않을 가능성이 있다.

슈라우드를 송풍 팬에 맞춘 링 형상으로 형성함으로써 슈라우드의 도풍 부분 길이를 전체 둘레에서 일정하게 하여, 소음을 감소시키는 방법이 고려된다. 그러나 슈라우드를 링 형상으로 하면, 평면에서 바라볼 때 직사각형 형상의 라디에이터로부터 유출된 공기를 송풍 팬으로 유도하는 것이 곤란하게 된다. 이 때문에, 라디에이터의 냉각 성능(열교환 성능)이 감소할 염려가 있다.

본 개시는 상기 점을 감안하여, 열교환기의 열교환 성능을 확보하면서 소음을 확실하게 감소시킬 수 있는 송풍 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 개시의 송풍 장치는, 열교환기의 공기 흐름 하류측에 배치되는 것과 함께, 열교환기에 공기를 공급하는 축류식 송풍 팬과, 송풍 팬을 지지하는 것과 함께, 열교환기로부터 송풍 팬으로 연장되는 공기 통로를 형성하는 슈라우드를 구비한다. 열교환기의 외형은 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 직사각형 형상으로 되어 있다. 열교환기의 둘레 가장자리에 있어서의 적어도 하나의 변은 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 송풍 팬의 직경 방향에 있어서의 최외주부와 중합 배치된다. 슈라우드는 환상으로 형성되고, 송풍 팬이 환상 내부에 회전 가능하게 배치된다. 슈라우드는 송풍 팬의 외주를 덮는 링부와, 열교환기의 공기 흐름 하류측의 공간을 링부까지 매끄러운 유로에 의하여 접속하는 접속부와, 접속부와 링부가 접속되는 부위에 있어서, 열교환기와 대향하는 접속부의 면에 설치되는 것과 함께, 송풍 팬의 회전축을 중심으로 하여 동심원상으로 형성된 도풍부를 가진다. 도풍부의 일부는 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 접속부의 둘레 가장자리보다 송풍 팬의 직경 방향의 외측으로 돌출된다. 접속부에 있어서의 도풍부와 도풍부 이외의 부위 사이의 경계에는 공기 흐름 상류측을 향해 돌출되는 돌기부가 설치된다.

이에 따르면, 접속부와 링부가 접속되는 부위에 있어서 열교환기와 대향하는 접속부의 면에 송풍 팬의 회전축을 중심으로 하여 동심원상으로 형성된 도풍부가 설치되고, 도풍부의 송풍 팬의 직경 방향으로의 길이를 전체 둘레에서 일정하게 함으로써 송풍 팬으로의 도풍 부분 길이를 전체 둘레에서 일정하게 할 수 있다. 이에 따라, 송풍 팬의 블레이드의 익면의 압력 변동이 없어지기 때문에 소음을 확실하게 감소시킬 수 있다.

이때, 열교환기의 외형을 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 직사각형 형상으로 하는 것과 함께, 열교환기의 둘레 가장자리에 있어서의 적어도 하나의 변을 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 송풍 팬의 직경 방향에 있어서의 최외주부와 중합 배치함으로써 열교환기에 있어서의 상기 적어도 하나의 변에 있어서, 둘레 가장자리까지 공기를 공급할 수 있다. 이 때문에, 열교환기의 열교환 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 열교환기의 열교환 성능을 확보하면서 소음을 확실하게 감소시킬 수 있다.

또한, 본 개시에 있어서의 “중합 배치”란, 완전히 중합 배치되는 것만을 의미하는 것은 아니고, 제조 오차 또는 조립 오차에 따라 미소하게 어긋나 배치되는 것도 “중합 배치”라는 용어의 범위 내에 포함하는 것으로 한다.

도 1은 제 1 실시 형태와 관련된 송풍 장치의 단면 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 제 1 실시 형태에 있어서의 슈라우드를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ―Ⅲ선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 화살표 Ⅳ에서 바라본 도면이다.
도 5는 주파수와 음압의 관계를 나타낸 특성도이다.
도 6은 제 2 실시 형태에 있어서의 슈라우드를 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 6의 화살표 Ⅶ에서 바라본 도면이다.

이하, 본 개시의 실시 형태에 대해 도면을 기초로 설명한다. 또한, 이하의 각 실시 형태 상호에 있어서, 서로 동일 또는 균등한 부분에는 도면 중, 동일 부호를 붙인다.

(제 1 실시 형태)

이하, 본 개시의 제 1 실시 형태에 대하여 도 1 내지 도 5를 기초로 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 송풍 장치는 자동차의 라디에이터(1)의 냉각에 이용된다. 송풍 장치는 슈라우드(shroud)(2)와, 축류 팬(axial fan)(3)과, 모터(motor)(4)를 구비하여 구성된다.

라디에이터(1)는 엔진 냉각수와 외기를 열교환하여 엔진 냉각수를 냉각시키는 열교환기이다. 라디에이터(1)의 외형은 평면에서 바라볼 때, 즉, 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 직사각형 형상(본 실시 형태에서는 대략 정사각형 형상)으로 되어 있다.

슈라우드(2)는 수지제(예를 들면, 유리 섬유 함유 폴리프로필렌( fiberglass-containing polypropylene))로서, 모터(4)를 지지하는 것과 함께, 축류 팬(3)에 의해 발생된 공기류가 라디에이터(1)로 흐르도록 공기류를 가이드(guide)한다. 슈라우드(2)는 라디에이터(1)의 차량 후방측, 즉, 공기 흐름 하류측에 배치된다.

슈라우드(2)는 환상(원통상)으로 형성된다. 슈라우드(2)는 축류 팬(3)의 외주를 덮도록 구성된 링부(21)와, 라디에이터(1)의 공기 흐름 하류측의 공간을 링부(21)까지 매끄러운 유로에 의하여 접속하는 접속부(22)를 가진다. 이 슈라우드(2)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.

축류 팬(3)은 공기를 송풍하는 축류식 송풍 팬(axial blower fan)이고, 회전축을 중심으로 회전한다. 축류 팬(3)은 회전 중심에 설치되는 보스(boss)부(31)로부터 방사상으로 연장되는 것과 함께, 회전 방향으로 상호 이간하여 설치되는 복수의 블레이드(blade)(32)를 가진다. 또, 축류 팬(3)은 슈라우드(2)의 링부(21)의 내부에 회전 가능하게 배치된다.

본 실시 형태에서는 축류 팬(3)의 직경은 평면에서 바라볼 때 대략 정사각형 형상의 라디에이터(1)의 둘레 가장자리에 있어서의 각 변의 길이와 동등하다. 이 때문에, 라디에이터(1)의 둘레 가장자리에 있어서의 각 변은 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 축류 팬(3)의 직경 방향에 있어서의 최외주부(outermost peripheral portion)와 중합(overlap) 배치된다. 본 개시에 있어서, “중합 배치”란, 완전히 중합 배치되는 것만을 의미하는 것은 아니고, 제조 오차 또는 조립 오차에 따라 미소하게 어긋나 배치되는 것도 “중합 배치”라는 용어의 범위 내에 포함된다.

모터(4)는 축류 팬(3)에 회전 동력을 공급하는 전동기이고, 모터 샤프트(motor shaft)(도시되지 않음)를 가진다. 모터(4)는 링부(21)에 설치된 복수의 모터 스테이(motor stay)(23)에 의해 지지된다. 그리고 모터(4)는 모터 샤프트(도시되지 않음)를 회전시킴으로써 축류 팬(3)을 회전시키고, 축류 팬(3)의 축선 방향, 즉, 회전축의 축 방향으로 공기를 유통시킨다.

다음으로, 슈라우드(2)의 상세한 형상에 대하여 설명한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 슈라우드(2)의 접속부(22)는 평면에서 바라볼 때 즉, 공기 흐름 방향에서 바라볼 때, 라디에이터(1)와 대략 같은 형상으로 되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서 접속부(22)는 평면에서 바라볼 때 대략 정사각형 형상(직사각형 형상)으로 되어 있다.

슈라우드(2)는 축류 팬(3)의 회전축을 중심으로 하여 동심원상으로 형성된 도풍부(導風部)(air-introduction part)(24)를 가진다. 도풍부(24)는 링부(21)와 접속부(22)가 접속되는 부위에 있어서, 라디에이터(1)와 대향하는 접속부(22)의 면(공기 흐름 상류측의 면)에 설치된다. 도풍부(24)는 전체 둘레에 걸쳐 축류 팬(3)의 직경 방향으로의 길이(L)가 일정하다.

도풍부(24)의 일부는 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 접속부(22)의 둘레 가장자리(220)보다 축류 팬(3)의 직경 방향의 외측으로 돌출된다. 즉, 도풍부(24)는 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 접속부(22)의 둘레 가장자리(220)보다 축류 팬(3)의 직경 방향의 외측으로 돌출되는 돌출부(25)를 가진다. 본 실시 형태에서는 평면에서 바라볼 때 정사각형 형상으로 형성된 접속부(22)의 둘레 가장자리(220)에 있어서의 각 변에 돌출부(25)가 설치된다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 돌출부(25)를 제외한 접속부(22)에 있어서의 도풍부(24)와 도풍부(24) 이외의 부위 사이의 경계에는 공기 흐름 상류측을 향하여 돌출되는 돌기부(26)가 설치된다. 바꾸어 말하면, 접속부(22)는 돌출부(25)를 제외한 도풍부(24)의 외주 가장자리와 접속부(22)의 가장자리부 사이의 경계를 따라 설치되는 돌기부(26)를 가진다. 본 실시 형태에서 돌기부(26)는 접속부(22)의 네 모서리에 대응하는 부위에 각각 설치된다.

보다 상세하게, 돌기부(26)는 돌출부(25)에 있어서의 축류 팬(3)의 직경 방향의 외측 단부면(outer end surface)(250)과 연속하여 설치된다. 즉, 축류 팬(3)의 회전축을 중심으로 한 동일한 동심원의 원상에 외측 단부면(250)과 돌기부(26)가 교대로 배치된다. 이에 따라, 본 실시 형태에서는 접속부(22)와 링부(21)가 접속되는 부위와, 외측 단부면(250) 또는 돌기부(26)의 사이에 도풍부(24)가 형성된다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 돌기부(26)에는 공기 흐름 하류측을 향하여 절개된 노치(notch)(27)가 형성된다. 노치(27)는 등간격(본 실시 형태에서는 10°피치(pitch))으로 복수 설치된다.

여기에서, 도 5는 송풍 장치에 있어서의 주파수(frequency)와 음압(sound pressure)의 관계를 나타낸 특성도이다. 도 5에 있어서, 실선은 본 실시 형태와 관련된 송풍 장치의 소음을 나타내고, 파선은 비교예와 관련된 송풍 장치의 소음을 나타낸다. 본 실시 형태와 관련된 송풍 장치에 비하여, 비교예와 관련된 송풍 장치는 돌기부(26)가 설치되어 있지 않다. 도 5에서 명백한 바와 같이, 본 실시 형태와 관련된 송풍 장치에서는 비교예와 관련된 송풍 장치와 비교하여 회전 차수 성분음(rotational order sound-component)을 감소시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 접속부(22)와 링부(21)가 접속되는 부위에 축류 팬(3)의 회전축을 중심으로 하여 동심원상으로 형성된 도풍부(24)가 설치된다. 도풍부(24)의 축류 팬(3)의 직경 방향으로의 길이는 전체 둘레에 걸쳐 일정하다. 이에 따르면, 축류 팬(3)으로의 도풍 부분 길이를 전체 둘레에서 일정하게 할 수 있기 때문에 축류 팬(3)의 블레이드(32)의 익면(翼面)의 압력 변동을 억제시킬 수 있다. 이 때문에, 회전 차수 성분음을 감소시킬 수 있어, 소음을 확실하게 감소시킬 수 있다.

본 개시에 있어서, “도풍부(24)의 축류팬(3)의 직경 방향으로의 길이를 전체 둘레에서 일정”이란, 도풍부(24)의 축류 팬(3)의 직경 방향으로의 길이가 전체 둘레에서 완전히 일정한 것만을 의미하는 것은 아니고, 제조 오차의 관계로 미소하게 변화하고 있는 대략 일정한 것도 포함하는 의미이다.

그런데 본 실시 형태에서 라디에이터(1)의 둘레 가장자리에 있어서의 각 변은 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 축류 팬(3)의 최외주부와 중합 배치된다. 이에 따라, 축류 팬(3)에 의해 발생된 공기류가 라디에이터(1)의 전면에 용이하게 공급될 수 있기 때문에 라디에이터(1)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 라디에이터(1)의 냉각 성능을 확보하면서 소음을 확실하게 감소시킬 수 있다.

이때, 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 라디에이터(1)의 둘레 가장자리와 축류 팬(3)의 최외주부가 중합 배치되는 부위에서는 접속부(22)의 직경 방향 길이가 극단적으로 짧아져서, 도풍부(24)를 설치하는 것이 곤란하게 된다.

이에 대하여, 본 실시 형태에서는 접속부(22)에 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 접속부(22)의 둘레 가장자리(220)보다 축류 팬(3)의 직경 방향의 외측으로 돌출되는 돌출부(25)가 설치되고, 이 돌출부(25)를 도풍부(24)의 일부로 한다. 이에 따라, 라디에이터(1)의 냉각 성능 향상 및 소음 감소를 양립하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 실시 형태에서는 돌기부(26)에 공기 흐름 하류측을 향하여 절개된 노치(27)를 형성하고 있다. 이에 따르면, 접속부(22)의 네 모서리로부터 축류 팬(3)으로 공기를 용이하게 도입할 수 있기 때문에 상기 네 모서리 부분의 풍량 감소를 억제할 수 있다. 이 때문에, 소음을 보다 확실하게 감소시킬 수 있다.

(제 2 실시 형태)

다음으로, 본 개시의 제 2 실시 형태에 대하여 도 6 및 도 7을 기초로 설명한다. 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 제 2 실시 형태에서는 돌기부(26)에 노치(27)가 설치되어 있지 않다. 즉, 돌기부(26)의 공기 흐름 방향의 길이가 일정하다. 본 실시 형태에 의해서도 축류 팬(3)으로의 도풍 부분 길이를 전체 둘레에서 일정하게 할 수 있기 때문에 상기 제 1 실시 형태와 동일한 효과를 얻는 것이 가능하게 된다.

(다른 실시 형태)

본 개시는 상기의 실시 형태에 한정되지 않으며 본 개시의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 이하와 같이 여러 가지로 변형될 수 있다.

(1) 상기 제 1 실시 형태에서는 돌기부(26)에 공기 흐름 하류측을 향하여 절개된 노치(27)를 등간격으로 복수 설치한 예에 대하여 설명하였다. 그러나 예를 들면, 돌기부(26)에 노치(27)를 하나 설치하여도 좋고, 각 돌기부(26)에 복수의 노치(27)를 임의로 설치하여도 좋다.

(2) 상기 각 실시 형태에서는 라디에이터(1) 및 접속부(22)를 평면에서 바라볼 때 대략 정사각형 형상으로 형성하는 것과 함께, 라디에이터(1)의 둘레 가장자리의 전체 변을 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 축류 팬(3)의 최외주부와 중합 배치한 예에 대하여 설명하였다. 그러나 라디에이터(1), 슈라우드(2) 및 축류 팬(3)의 구성은 이에 한정되지 않는다.

즉, 예를 들면, 라디에이터(1) 및 접속부(22)를 직사각형 형상으로 형성하는 것과 함께, 라디에이터(1)의 둘레 가장자리 중, 2개의 장변을 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 축류 팬(3)의 최외주부와 중합 배치하여도 좋다. 또, 라디에이터(1)의 둘레 가장자리 중, 1개의 장변을 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 축류 팬(3)의 최외주부와 중합 배치하여도 좋다.

(3) 상기 각 실시 형태에서는 축류 팬(3)의 공기 흐름 상류측에 설치하는 열교환기로서 라디에이터(1)를 채용한 예에 대하여 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 열교환기로서, 냉동 사이클 내를 순환하는 냉매와 공기를 열교환하여 냉매를 방열시키는 방열기(放熱器)를 채용하여도 좋다. 또, 라디에이터(1)의 공기 흐름 상류측에 방열기가 설치되어 있어도 좋다.

Claims (3)

1. 열교환기(1)의 공기 흐름 하류측에 배치되는 것과 함께, 상기 열교환기(1)로 공기를 공급하는 축류식 송풍 팬(3)과,
   상기 송풍 팬(3)을 지지하는 것과 함께, 상기 열교환기(1)로부터 상기 송풍 팬(3)으로 연장되는 공기 통로를 형성하는 슈라우드(2)를 구비하는 송풍 장치로서,
   상기 열교환기(1)의 외형은 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 직사각형 형상으로 되어 있고,
   상기 열교환기(1)의 둘레 가장자리에 있어서의 적어도 하나의 변은 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 상기 송풍 팬(3)의 직경 방향에 있어서의 최외주부와 중합 배치되고,
   상기 슈라우드(2)는,
   환상으로 형성되고, 상기 송풍 팬(3)이 환상 내부에 회전 가능하게 배치되는 것과 함께, 상기 송풍 팬(3)의 외주를 덮는 링부(21)와,
   상기 열교환기(1)의 공기 흐름 하류측의 공간을 상기 링부(21)까지 매끄러운 유로에 의하여 접속하는 접속부(22)와,
   상기 접속부(22)와 상기 링부(21)가 접속되는 부위에 있어서, 상기 열교환기(1)와 대향하는 상기 접속부(22) 면에 설치되는 것과 함께, 상기 송풍 팬(3)의 회전축을 중심으로 하여 동심원상으로 형성된 도풍부(24)를 가지며,
   상기 도풍부(24)는 공기 흐름 방향에서 바라볼 때 상기 접속부(22)의 둘레 가장자리(220)보다 상기 송풍 팬(3)의 직경 방향의 외측으로 돌출된 돌출부(25)를 가지며,
   상기 접속부(22)는 공기 흐름 상류측을 향하여 돌출되는 돌기부(26)를 가지며,
   상기 돌기부(26)는 상기 돌출부(25)의 외측 단부면(250)에 의해 형성되는 원상에 설치되어 있는
   송풍 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 돌기부(26)에는 공기 흐름 하류측을 향하여 절개된 노치(27)가 형성되는
   송풍 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 노치(27)는 등간격으로 복수 설치되는
   송풍 장치.

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