KR101870365B1

KR101870365B1 - 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치

Info

Publication number: KR101870365B1
Application number: KR1020170173119A
Authority: KR
Inventors: 장춘만; 이상문
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2018-06-22

Abstract

본 발명은 공기를 강제로 송풍하여 냉각대상체를 냉각시키는 냉각팬 장치에 관한 것으로, 관체형으로 형성되어 상류측의 공기를 유입하여 하류측으로 배출하는 팬하우징; 상기 팬하우징의 관로에 회전가능하게 설치되어 외력에 의해 회전하면서 상류측의 공기를 강제로 하류측으로 송풍하는 회전블레이드; 상기 회전블레이드와 동축을 이루면서 상기 팬하우징의 하류측에 설치되어 상기 회전블레이드를 회전시키는 회전모터; 상기 팬하우징에 고정되어 상기 회전모터를 지지하는 모터지지대; 및 상기 모터지지대의 하류측에 설치되어 상기 팬하우징의 내측벽으로 이동한 공기를 상기 팬하우징과 나란한 방향으로 안내하면서 공기의 선회유동을 저감시키는 스트레이트너를 포함한다.

Description

선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치{COOLING FAN APPARATUS HAVING STRUCTURE FOR REDUCING CIRCULATION FLOW}

본 발명은 공기를 강제로 송풍하여 냉각대상체를 냉각시키는 냉각팬 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축류팬의 모터지지대에 의해 발생하는 공기의 선회유동을 저감시킬 수 있는 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉각팬은 예컨대 열교환기와 같이 열이 발생하는 냉각대상체에 공기를 강제로 송풍함으로써 열기를 냉각시키는 장치이다.

이러한 냉각팬으로는 모터와 블레이드가 동축을 이루는 축류팬이 대표적이다.

통상적인 축류팬은 허브와 그 허브 외주에서 방사방향으로 뻗은 다수의 블레이드로 구성되어, 구동모터 등에 의해 허브와 그 허브에 일체화된 블레이드가 회전하면서 공기를 축 방향으로 송풍하는 송풍기구로서, 자동차에서는 라디에이터나 콘덴서 등과 같은 열교환기의 방열을 촉진하기 위하여 사용된다.

이러한 축류팬은 주로 고열이 발생하는 열교환기 등에 사용되기 때문에 냉각에 필요한 충분한 풍량을 생성시킬 수 있어야 원활한 냉각 효율을 발휘할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 냉각팬을 나타내는 종단면도이다.

종래의 냉각팬의 구조를 살펴보면, 케이싱(1)에 설치되는 블레이드(2)와, 블레이드(2)를 회전시키는 모터(3)와, 모터(3)를 케이싱(1)에 고정하는 지지대(4)로 구성된다.

상기와 같은 종래기술의 냉각팬은 지지대(4)가 단순히 평판의 형태를 갖는 구조물로 설치되기 때문에 블레이드(2)의 회전에 따른 선회유동으로 인한 지지대 입구측 유입 유동방향과 다른 설치각을 갖게 된다.

이 경우 종래기술의 냉각팬은 지지대 입구측에서 강한 유동박리(flow separation)가 나타나 지지대(4)로 인한 큰 공기저항을 갖게되며, 이는 냉각팬 전체의 성능저하 뿐만 아니라 소음증가 등 냉각팬 성능저하를 초래하는 원인이 되고 있다.

또한, 종래기술의 냉각팬은 지지대(4)의 하류측의 경우에도 지지대(4)를 통하여 또 다시 발생하는 공기의 선회유동으로 인하여 일부 선회유동으로 인한 동압(dynamic pressure)이 정압(static pressure)으로 회복하지 못하고 배출되므로 냉각팬의 효율성능을 저감시킬 뿐만 아니라 하류측의 열교환기 핀 등과 유동박리(flow separation)를 일으키어 변압기 전체의 냉각효과를 떨어뜨리는 문제점이 있다.

한편, 선행기술로서 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0102097호에 개시된 "누류 및 와류 억제용 축류팬"이 있다.

구체적으로, 선행기술은 회전축에 결합되어 회전되는 축류팬에 있어서, 다수의 날개로 이루어지는 팬의 각 날개 전연의 부압면에 형성되는 다수의 돌출부; 상기 날개의 외주를 따라 굴곡지게 형성되어 끝단이 날개의 압력면측으로 형성되는 굴곡부 및 상기 굴곡부의 외주 끝단에서 날개가 고정되는 허브 측으로 일정 간격 외측 방향으로 소정폭 돌출되는 곡선부를 포함하여, 상기 전연에서 유동되는 공기가 돌출부를 통해 날개의 회전으로 인해 날개의 부압면에 발생되는 누류 발생을 억제시키고, 후연에 형성되는 굴곡부를 통해 유동되는 공기의 와류를 감소시키는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 또 다른 선행기술로서 대한민국 등록특허공보 제10-1218536호에 개시된 "축류팬"이 있다.

이러한 선행기술은 허브; 상기 허브의 외주에서 방사상으로 뻗도록 구비되는 다수의 기본 블레이드; 상기 허브의 외주에서 방사상으로 뻗도록 구비되되, 익근 측에서 상기 기본 블레이드의 코드 길이(Chord Length, CL) 대비 35% 내지 50%의 코드 길이를 가지도록 형성되며, 상기 기본 블레이드와 교번 구비되는 다수의 보조 블레이드; 및 원환 형태로 형성되어 상기 기본 블레이드 및 상기 보조 블레이드(22)의 각 끝단을 연결하는 팬 밴드;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

그러나, 상기와 같은 선행기술들은 모터에 의해 회전하는 블레이드의 구조에 관한 기술이 제시되어 있을 뿐, 모터의 지지대에 의한 공기의 선회유동을 저감시킬 수는 없는 기술이어서 한계점이 있다.

따라서, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 기술이 요구되고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0102097호 대한민국 등록특허공보 제10-1218536호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 모터를 고정하는 모터지지대에 의해 발생하는 유로간섭을 최소화함과 아울러, 공기 출구측의 유동방향을 제어함으로써 팬의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치를 제공하는 것이 그 목적이다.

구체적으로, 본 발명은 모터지지대를 통과한 공기가 팬하우징의 내측벽으로 이동하면서 배출되는 공기를 팬하우징 및 회전블레이드의 축방향과 나란한 방향으로 안내함으로써 팬하우징의 하류측에서 발생하는 선회유동을 저감시킬 수 있는 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치를 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 모터지지대의 입구측으로 유입되는 회전블레이드의 공기를 유동박리에 의한 입구손실 없이 가이드하여 팬하우징과 나란한 방향으로 안내할 수 있는 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치를 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 모터지지대를 통과한 공기를 안내하면서 공기이동통로의 단면적을 가변시킴으로써 압력변화를 통해 공기의 정류효과를 도모할 수 있는 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치를 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 팬하우징의 상류측으로 유입되는 공기와의 저항을 최소화하면서 공기를 회전블레이드로 공급할 수 있는 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치를 제공하는 것이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치의 하나의 양상은, 공기를 강제로 송풍하여 냉각대상체를 냉각시키는 냉각팬 장치에 있어서, 관체형으로 형성되어 상류측의 공기를 유입하여 하류측으로 배출하는 팬하우징; 상기 팬하우징의 관로에 회전가능하게 설치되어 외력에 의해 회전하면서 상류측의 공기를 강제로 하류측으로 송풍하는 회전블레이드; 상기 회전블레이드와 동축을 이루면서 상기 팬하우징의 하류측에 설치되어 상기 회전블레이드를 회전시키는 회전모터; 상기 팬하우징에 고정되어 상기 회전모터를 지지하는 모터지지대; 및 상기 모터지지대의 하류측에 설치되어 상기 팬하우징의 내측벽으로 이동한 공기를 상기 팬하우징과 나란한 방향으로 안내하면서 공기의 선회유동을 저감시키는 스트레이트너를 포함하여 구성될 수 있다.

예컨대, 상기 스트레이트너는, 상기 팬하우징과 동심을 이루면서 상기 모터지지대의 하류측에 설치되며, 상기 팬하우징보다 작은 관경을 갖는 관체형으로 형성되어 상기 팬하우징의 내측벽과의 이격공간을 통해 공기의 이동통로를 제공하는 스트레이트관; 및 상기 스트레이트관의 원주방향을 따라 방사상으로 고정되어 상기 이동통로를 직선형으로 분할하면서 방사상으로 분할하는 방사날개를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 방사날개는, 등간격을 이루면서 설치되어 상기 이동통로를 등간격으로 분할할 수 있다.

또한, 상기 방사날개는, 상기 이동통로를 분할하면서 상기 이동통로의 단면적이 상기 팬하우징의 하류측으로 갈수록 점점 넓어지도록 두께가 점점 얇아지도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 스트레이트너는, 상기 스트레이트관보다 큰 관경을 가지면서 상기 이동통로의 원주방향을 따라 설치되어 상기 방사날개에 의해 분할된 상기 이동통로를 환형으로 분할하는 적어도 하나의 환형날개를 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 스트레이트너는, 상기 팬하우징과 동심을 이루면서 상기 모터지지대의 하류측에 설치되며, 상기 팬하우징보다 작은 관경을 갖는 관체형으로 형성되어 상기 팬하우징의 내측벽과의 이격공간을 통해 공기의 이동통로를 제공하는 스트레이트관; 및 상기 스트레이트관보다 큰 관경을 가지면서 상기 스트레이트관의 외곽에 설치되어 상기 이동통로를 환형으로 분할하는 적어도 하나의 환형날개를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 환형날개는, 상기 이동통로를 분할하면서 상기 이동통로의 단면적이 상기 팬하우징의 하류측으로 갈수록 점점 넓어지도록 두께가 점점 얇아지도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 환형날개는, 복수로 구성되어 상기 이동통로를 복수의 환형으로 분할하면서 등간격으로 분할할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치의 다른 양상은, 공기를 강제로 송풍하여 냉각대상체를 냉각시키는 냉각팬 장치에 있어서, 관체형으로 형성되어 상류측의 공기를 유입하여 하류측으로 배출하는 팬하우징; 상기 팬하우징의 관로에 회전가능하게 설치되어 외력에 의해 회전하면서 상류측의 공기를 강제로 하류측으로 송풍하는 회전블레이드; 상기 회전블레이드와 동축을 이루면서 상기 팬하우징의 하류측에 설치되어 상기 회전블레이드를 회전시키는 회전모터; 상기 팬하우징에 방사형태로 고정되어 상기 회전모터를 지지하는 모터지지대; 및 상기 모터지지대의 상류측 단부에 설치되어 상기 회전블레이드의 경사각과 대향하는 방향의 경사를 가지며, 상기 회전블레이드에서 공급되는 공기를 상기 팬하우징과 나란한 방향으로 안내하면서 공기의 선회유동을 저감시키는 꺾임날개를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 꺾임날개는, 상기 모터지지대의 단부에 고정되면서 경사상태로 고정되고, 형상기억합금으로 형성되어 고온에 의해 상기 모터지지대의 단부와 일직선을 이룰 수 있다.

또한, 냉각팬 장치는 상기 모터지지대의 하류측에 설치되어 상기 팬하우징의 내측벽으로 이동한 공기를 상기 팬하우징과 나란한 방향으로 안내하면서 와류를 저감시키는 스트레이트너를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 스트레이트너는, 상기 팬하우징과 동심을 이루면서 상기 모터지지대의 하류측에 설치되며, 상기 팬하우징보다 작은 관경을 갖는 관체형으로 형성되어 상기 팬하우징의 내측벽과의 이격공간을 통해 공기의 이동통로를 제공하는 스트레이트관; 및 상기 스트레이트관의 원주방향을 따라 방사상으로 고정되어 상기 이동통로를 직선형으로 분할하면서 방사상으로 분할하는 방사날개를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 스트레이트너는, 상기 팬하우징과 동심을 이루면서 상기 모터지지대의 하류측에 설치되며, 상기 팬하우징보다 작은 관경을 갖는 관체형으로 형성되어 상기 팬하우징의 내측벽과의 이격공간을 통해 공기의 이동통로를 제공하는 스트레이트관; 및 상기 스트레이트관보다 큰 관경을 가지면서 상기 스트레이트관의 외곽에 설치되어 상기 이동통로를 환형으로 분할하는 적어도 하나의 환형날개를 포함하여 구성될 수도 있다.

또한, 냉각팬 장치는, 상기 회전블레이드의 상류측 중심축에 설치되어 상기 중심축을 커버하며, 상기 회전블레이드와 함께 회전하면서 상기 팬하우징으로 유입되는 공기와 대면하는 허브콘을 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 허브콘은, 반구형으로 형성되면서 상기 팬하우징의 상류측으로 갈수록 유선형의 단면으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치에 의하면, 스트레이트너의 구성을 통해 공기 출구측의 유동방향을 제어함으로써 팬의 냉각 성능을 향상시킬 수 있으며, 아울러 꺾임날개의 구성을 통해 모터지지대에 의해 발생하는 유로간섭을 최소화함으로써 팬의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 본 발명은 모터지지대를 통과한 공기가 팬하우징의 내측벽으로 이동하면서 스트레이트너를 구성하는 스트레이트관을 통해 팬하우징 및 회전블레이드의 축방향과 나란한 방향으로 안내됨으로써 팬하우징의 하류측에서 발생하는 선회유동을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 스트레이트관에 의한 이동통로가 방사날개 또는 환형날개를 통해 분할되므로 공기가 원활하게 직선방향으로 안내될 수 있다.

또한, 본 발명은 방사날개 또는 환형날개의 두께가 하류측으로 갈수록 점점 얇아짐에 따라 분할된 이동통로의 단면적이 점점 넓어지므로 공기의 압력이 변화하면서 정류효과를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 모터지지대의 상류측 단부에 구비되는 꺾임날개가 회전블레이드에 의한 공기의 유출각과 나란하게 공기를 안내함으로써 공기가 유동박리에 의한 입구손실 없이 팬하우징과 나란한 방향으로 안내될 수 있다.

또한, 본 발명은 꺾임날개가 형상기억합금으로 형성되어 고온에 의해 모터지지대와 일직선을 이루므로 냉각대상체가 고온일 경우에 송풍유량이 확대될 수 있다.

또한, 본 발명은 회전블레이드에 유선형의 허브콘이 구비되므로 상류측으로 유입되는 공기의 저항이 최소화될 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 냉각팬 장치를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 냉각팬 장치를 나타내는 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스트레이트너를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 스트레이트너를 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 스트레이트너의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 스트레이트너를 나타내는 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 모터지지대를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 회전블레이드를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 냉각팬의 성능과 기존의 냉각팬의 성능을 비교한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 설명에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며,"포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계,동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 냉각팬 장치를 나타내는 종단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 스트레이트너를 나타내는 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 스트레이트너를 나타내는 측면도이다. 또한, 도 5는 본 발명에 따른 스트레이트너의 다른 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 스트레이트너를 나타내는 측면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 모터지지대를 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 회전블레이드를 나타내는 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 팬하우징(100), 회전블레이드(200), 회전모터(300), 모터지지대(400), 꺾임날개(450) 및 스트레이트너(500)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 팬하우징(100)은 공기의 송풍통로를 이루는 부재로, 관체형으로 형성되어 상류측의 공기를 후술되는 회전블레이드(200)를 통해 강제로 유입하여 하류측으로 배출함으로써 냉각대상체를 냉각시킬 수 있다.

상기 회전블레이드(200)는 팬하우징(100)의 관로에 회전가능하게 설치되어 회전모터(300)에 의해 회전하면서 상류측의 공기를 강제로 하류측으로 송풍하는 구성요소이다.

이러한 회전블레이드(200)는 회전모터(300)의 모터축에 연결되며, 복수의 날개(210)를 통해 팬하우징(100) 상류측의 공기를 하류측으로 이동시킨다.

여기서, 회전블레이드(200)는 도 8에 도시된 바와 같이 상류측 중심축에 허브콘(250)이 구비될 수 있다.

허브콘(250)은 회전블레이드(200)의 날개(210)들과 동일체를 이루면서 중심축을 커버하며, 팬하우징(100)으로 유입되는 공기와 대면하면서 공기를 날개들(210)을 향해 분산시킬 수 있다.

이러한 허브콘(250)은 반구형으로 형성되면서 상류측으로 갈수록 유선형을 이루는 단면으로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라 허브콘(250)은 공기와의 저항을 최소화시키면서 공기를 날개들(210)로 분산시킬 수 있다.

상기 회전모터(300)는 회전블레이드(200)와 동축을 이루면서 팬하우징(100)의 하류측에 설치되며, 전원에 의해 작동하면서 회전블레이드(200)를 강제로 회전시킨다.

상기 모터지지대(400)는 회전모터(300)를 팬하우징(100)에 고정시키는 구성요소이다.

이러한 모터지지대(400)는 도 7에 도시된 바와 같이 회전모터(300)를 고정하는 모터브래킷(410)과, 모터브레킷(410)을 중심으로 방사상으로 연장되면서 팬하우징(100)에 고정되는 지지리브(420)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 지지리브(420)는 팬하우징(100)의 축방향과 나란한 방향을 갖도록 평판형으로 연장되는 것이 바람직하다.

한편, 전술한 회전블레이드(200)는 복수의 날개(210)들이 경사를 가짐에 따라 공기의 유출각에 의한 선회류(circulation flow) 또는 와류(votical flow)가 발생하게 되며, 이러한 선회류가 모터지지대(400)의 지지리브(420)로 공급될 경우에는 강한 유동박리(flow separation)가 발생할 우려가 있다.

상기 꺾임날개(450)는 상기와 같은 회전블레이드에 의한 선회류나 와류를 최소화시킴으로써 유동박리에 의한 공기저항을 최소화시키는 구성요소이다.

구체적으로, 꺾임날개(450)는 모터지지대(400)를 이루는 각각의 지지리브(420)의 상류측 단부에 각각 설치되면서 회전블레이드(200)의 날개들(210)과 대향하는 방향의 경사를 가짐으로써 유동박리에 의한 선회유동을 최소화시킬 수 있다.

한편, 꺾임날개(450)는 모터지지대(400)를 이루는 각각의 지지리브(420)의 상류측 단부에 동일체로 고정되면서 형상기억합금으로 형성될 수 있다.

즉, 꺾임날개I(450)는 고온에 의해 형상이 복원되도록 형성될 수 있으며, 예컨대 평상시에는 꺾인 상태를 유지하면서 냉각대상체의 온도에 의해 고온이 형성될 경우 모터지지대(400)의 지지리브(420)와 일직선을 이루도록 펴질 수 있다.

즉, 꺾임날개(450)는 고온환경에서 지지리브(420)와 일직선으로 펴지면서 유입되는 공기의 유량을 증가시키는 효과를 도모할 수도 있다.

한편, 모터지지대(400) 하류 측의 경우에도 모터지지대(400)를 통하여 또 다시 선회유동이 발생하게 되며, 일부 선회유동으로 인하여 동압(dynamic pressure)이 정압(static pressure)으로 회복하지 못하고 배출되어 냉각팬의 효율성능을 저감시킬 우려가 있다.

상기 스트레이트너(500)는 모터지지대(400)의 하류측에 설치되어 팬하우징(100)의 내측벽으로 이동한 공기를 팬하우징(100)과 나란한 방향으로 안내하면서 공기의 선회유동을 저감시키는 구성요소이다.

예컨대, 스트레이트너(500) 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 스트레이트관(510) 및 방사날개(520)를 포함하여 구성될 수 있다.

스트레이트관(510)은 도 3에 도시된 바와 같이 팬하우징(100)과 동심을 이루면서 모터지지대(400)의 하류측에 설치되며, 팬하우징(100)보다 작은 관경을 갖는 관체형으로 형성된다. 이러한 스트레이트관(510)은 팬하우징(100)의 내측벽과의 이격공간을 통해 공기의 이동통로를 제공하면서 공기를 팬하우징(100)과 나란한 방향으로 안내할 수 있다.

방사날개(520)는 스트레이트관(510)에 의해 형성된 공기의 이동통로를 직선형으로 분할하면서 방사상으로 분할하는 것으로, 복수의 판으로 구성되어 스트레이트관(510)의 원주방향을 따라 방사상으로 고정된다.

이러한 방사날개(520)는 스트레이트관(510)의 원주방향을 따라 등간격으로 배치됨으로써 이동통로를 등간격으로 분할하는 것이 바람직하다.

여기서, 방사날개(520)는 도 4에 발췌 도시된 바와 같이 하류측으로 갈수록 두께가 점점 얇아지도록 구성됨으로써 이동통로의 단면적을 하류측으로 갈수록 넓어지도록 분할할 수 있다.

즉, 스트레이트너(500)의 공기 이동통로는 팬하우징(100)의 하류측으로 갈수록 단면적이 넓어짐으로써 공기의 압력을 상승시킬 수 있으며, 상기와 같은 공기의 압력변화를 통해 공기의 정류효과를 도모할 수 있다.

한편, 스트레이트너(500)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 스트레이트관(510) 및 환형날개(530)를 포함하여 구성될 수도 있다.

스트레이트관(510)은 팬하우징(100)과 동심을 이루면서 모터지지대(400)의 하류측에 설치되며, 팬하우징(100)보다 작은 관경을 갖는 관체형으로 형성된다. 이러한 스트레이트관(510)은 팬하우징(100)의 내측벽과의 이격공간을 통해 공기의 이동통로를 제공하면서 공기를 팬하우징(100)과 나란한 방향으로 안내할 수 있다.

환형날개(530)는 스트레이트관(510)에 의한 공기 이동통로를 환형으로 분할하는 구성요소로, 스트레이트관(510)보다 큰 관경을 가지면서 적어도 하나로 구성되며, 스트레이트관(510)의 외곽에 동심을 이루면서 설치됨으로써 공기의 이동통로를 환형으로 분할할 수 있다.

이러한 환형날개(530)는 복수로 구성될 수 있으며, 이 경우 공기의 이동통로를 복수의 환형으로 분할하면서 등간격으로 분할하는 것이 바람직하다.

또한, 환형날개(530)는 도 6에 발췌 도시된 바와 같이 하류측으로 갈수록 두께가 점점 얇아지도록 구성됨으로써 이동통로의 단면적을 하류측으로 갈수록 넓어지도록 분할할 수 있다.

한편, 환형날개(530)는 전술한 방사날개(520)와 함께 구성되면서 스트레이트관(510)에 의한 공기 이동통로를 방사형 및 환형으로 분할할 수도 있다.

상기와 같은 구성요소를 포함하는 본 발명에 따른 선회유동 저감구조를 갖는 냉각팬 장치의 작동 및 작용을 설명한다.

본 발명에 따른 냉각팬 장치는 열교환기와 같은 냉각대상체에 설치되어 냉각대상체에 공기를 송풍함으로써 냉각대상체를 냉각시킨다.

구체적으로, 회전블레이드(200)는 회전모터(300)에 의해 회전하면서 팬하우징(100) 상류측의 공기를 하류측으로 배출시키면서 공기를 송풍한다.

이때, 꺾임날개(450)는 회전블레이드(200)의 날개(210)들과 대향하는 경사로 공기를 안내함으로써 날개(210)들에 의한 선회류나 와류를 저감시키면서 팬하우징(100)과 나란한 방향으로 공기를 안내하여 스트레이트너(500)로 공급한다.

그리고, 스트레이트너(500)는 모터지지대(400)의 하류측에서 발생하거나 잔여하는 선회류나 와류를 스트레이트관(510)에 의한 공기 이동통로로 안내함으로써 공기를 팬하우징(100)과 나란한 방향으로 배출되도록 한다.

한편, 도 9는 본 발명에 따른 냉각팬 장치와, 스트레이트너(500) 및 꺾임날개(450)가 구비되지 않은 기존 냉각팬 장치의 성능을 비교한 시험 그래프이다.

성능실험은 KTC(한국기계전기전자시험연구소)에 의뢰하여 수행하였으며, 실험방법은 AMCA 210 송풍기 시험방법에 따라 챔버(chamber) 방식으로 유량대비 압력 및 효율을 측정하였으며, 성능곡선에서 운전점을 유량 410CMM, 압력 180Pa로 확인하였다.

도 9의 성능곡선에서 적색 곡선은 본 발명에 따른 냉각팬 장치의 성능을 나타내며, 흑색 곡선은 기존 냉각팬의 성능을 나타낸다.

도 9의 성능곡선에서 확인할 수 있는 바와 같이 스트레이트너(500) 및 꺾임날개(450)가 구비된 본 발명의 냉각팬 장치가 기존 냉각팬 장치에 비하여 성능이 향상된 것을 확인할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치는 스트레이트너(500)의 구성을 통해 공기 출구측의 유동방향을 제어함으로써 팬의 냉각 성능을 향상시킬 수 있으며, 아울러 꺾임날개(450)의 구성을 통해 모터지지대에 의해 발생하는 유로간섭을 최소화함으로써 팬의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명은 모터지지대(400)를 통과한 공기가 팬하우징(100)의 내측벽으로 이동하면서 스트레이트너(500)를 구성하는 스트레이트관(510)을 통해 팬하우징(100) 및 회전블레이드(200)의 축방향과 나란한 방향으로 안내됨으로써 팬하우징(100)의 하류측에서 발생하는 선회유동을 저감시킬 수 있으며, 모터지지대(400)의 상류측 단부에 구비되는 꺾임날개(450)가 회전블레이드(200)에 의한 공기의 유출각과 나란하게 공기를 안내함으로써 공기가 유동박리에 의한 입구손실 없이 팬하우징(100)과 나란한 방향으로 안내될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 선회유동 저감구조를 갖는 냉각팬 장치는, 전술한 구성 중 꺾임날개(450)의 구성이 생략된 상태로 구성될 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 선회유동 저감구조를 갖는 냉각팬 장치는 팬하우징(100), 회전블레이드(200), 회전모터(300), 모터지지대(400) 및 스트레이트너(500)로 구성될 수 있다.

이 경우, 본 발명에 따른 선회유동 저감구조를 갖는 냉각팬 장치는 모터지지대(400)를 통과한 공기를 스트레이트너(500)로 안내하면서 팬하우징(100)과 나란한 방향으로 가이드한다.

다른 한편, 본 발명에 따른 선회유동 저감구조를 갖는 냉각팬 장치는, 전술한 구성 중 스트레이트너(500)의 구성이 생략된 상태로 구성될 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 선회유동 저감구조를 갖는 냉각팬 장치는 팬하우징(100), 회전블레이드(200), 회전모터(300), 모터지지대(400) 및 꺾임날개(450)로 구성될 수 있다.

이 경우, 본 발명에 따른 선회유동 저감구조를 갖는 냉각팬 장치는 모터지지대(400)로 공급되는 공기를 꺾임날개(450)로 안내하면서 팬하우징(100)과 나란한 방향으로 가이드한다.

상술된 실시예들은 예시를 위한 것이며, 상술된 실시예들이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상술된 실시예들이 갖는 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 명세서를 통해 보호 받고자 하는 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 팬하우징
200 : 회전블레이드
210 : 날개
250 : 허브콘
300 : 회전모터
400 : 모터지지대
410 : 모터브래킷
420 : 지지리브
450 : 꺾임날개
500 : 스트레이트너
510 : 스트레이트관
520 : 방사날개
530 : 환형날개

Claims

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공기를 강제로 송풍하여 냉각대상체를 냉각시키는 냉각팬 장치에 있어서,
관체형으로 형성되어 상류측의 공기를 유입하여 하류측으로 배출하는 팬하우징;
상기 팬하우징의 관로에 회전가능하게 설치되어 외력에 의해 회전하면서 상류측의 공기를 강제로 하류측으로 송풍하는 회전블레이드;
상기 회전블레이드와 동축을 이루면서 상기 팬하우징의 하류측에 설치되어 상기 회전블레이드를 회전시키는 회전모터;
상기 회전모터를 지지하는 모터브래킷 및 상기 모터브래킷을 중심으로 방사상으로 연장되면서 상기 팬하우징에 고정되는 지지리브로 구성되는 모터지지대;
상기 지지리브의 상류측 단부에 각각 설치되어 상기 회전블레이드의 경사각과 대향하는 방향의 경사를 가지며, 상기 회전블레이드에서 공급되는 공기를 상기 팬하우징과 나란한 방향으로 안내하면서 공기의 선회유동을 저감시키는 꺾임날개; 및
상기 모터지지대의 하류측에 설치되어 상기 팬하우징의 내측벽으로 이동한 공기를 상기 팬하우징과 나란한 방향으로 안내하면서 와류를 저감시키는 스트레이트너를 포함하되,
상기 지지리브는 상기 팬하우징의 축방향과 나란한 방향을 갖도록 평판형으로 연장되고, 상기 꺾임날개는 상기 회전블레이드의 날개들과 대향하는 방향의 경사를 가지는 것을 특징으로 하는
선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 꺾임날개는,
상기 모터지지대의 단부에 고정되면서 경사상태로 고정되고, 형상기억합금으로 형성되어 고온에 의해 상기 모터지지대의 단부와 일직선을 이루는 선회유동 저감구조를 갖는 냉각팬 장치.
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제 9 항에 있어서,
상기 스트레이트너는,
상기 팬하우징과 동심을 이루면서 상기 모터지지대의 하류측에 설치되며, 상기 팬하우징보다 작은 관경을 갖는 관체형으로 형성되어 상기 팬하우징의 내측벽과의 이격공간을 통해 공기의 이동통로를 제공하는 스트레이트관; 및
상기 스트레이트관의 원주방향을 따라 방사상으로 고정되어 상기 이동통로를 직선형으로 분할하면서 방사상으로 분할하는 방사날개를 포함하는 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 스트레이트너는,
상기 팬하우징과 동심을 이루면서 상기 모터지지대의 하류측에 설치되며, 상기 팬하우징보다 작은 관경을 갖는 관체형으로 형성되어 상기 팬하우징의 내측벽과의 이격공간을 통해 공기의 이동통로를 제공하는 스트레이트관; 및
상기 스트레이트관보다 큰 관경을 가지면서 상기 스트레이트관의 외곽에 설치되어 상기 이동통로를 환형으로 분할하는 적어도 하나의 환형날개를 포함하는 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 회전블레이드의 상류측 중심축에 설치되어 상기 중심축을 커버하며, 상기 회전블레이드와 함께 회전하면서 상기 팬하우징으로 유입되는 공기와 대면하는 허브콘을 더 포함하는 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 허브콘은,
반구형으로 형성되면서 상기 팬하우징의 상류측으로 갈수록 유선형의 단면으로 형성되는 선회유동 저감 구조를 갖는 냉각팬 장치.