KR102246933B1

KR102246933B1 - 차량용, 특히 전기 차량용 축 방향 송풍기를 갖춘 냉각 모듈

Info

Publication number: KR102246933B1
Application number: KR1020190073087A
Authority: KR
Inventors: 토르스텐 클라인; 수잔 누딩; 그레거스-꼴라르 얀
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2021-05-03
Also published as: DE102019103541A1; KR20200005441A; CN110685932A; CN110685932B; US11387709B2; US20200014282A1

Abstract

본 발명은, 차량용, 특히 전기 차량용 축 방향 송풍기(2)를 갖춘 냉각 모듈(1)에 관한 것으로서, 이와 같은 냉각 모듈은, 냉각 모듈 라이닝(5)이 축 방향 송풍기(2) 및 유동 편향 영역(13)을 둘러싸며, 냉각 공기 흐름(6)이 유입 평면(11)을 통해서는 냉각 모듈(1) 내로 유입되고, 유출 평면(9)을 통해서 냉각 모듈(1)을 벗어나며, 상기 유입 평면(11) 및 상기 유출 평면(9)은 서로에 대해 각(α)을 두고 정렬되며, 상기 냉각 모듈 라이닝(5)은 후벽(8)을 구비하며, 결과적으로 유입 평면(11)과 유출 평면(9)과 후벽(8) 사이에서는 유동 편향 영역(13)이 냉각 모듈 라이닝(5) 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용, 특히 전기 차량용 축 방향 송풍기를 갖춘 냉각 모듈{COOLING MODULE WITH AXIAL FAN FOR VEHICLES, ESPECIALLY FOR ELECTRIC VEHICLES}

본 발명은, 차량용, 특히 전기 차량용 축 방향 송풍기를 갖춘 냉각 모듈에 관한 것이다.

본 발명의 적용 분야는, 바람직하게 내연 기관에 비해 구조적으로 변형된 냉각 모듈에 의해서 냉각되어야만 하는 전기 차량의 냉각 분야이다.

US 2004/0146400 A1호로부터는, 개선된 유동 특성을 갖는 연소 기관용 엔진 냉각 팬이 개시된다. 냉각 모듈은 고정자 및 팬과 모터 사이에 배열된 확산기로 이루어진다. 고정자는, 이송되는 공기의 회전 성분들을 감소시키면서 축 방향 팬으로 정적인 압력을 증가시킨다. 이와 같은 형태의 내연 기관의 냉각 모듈은 냉각 모듈 라이닝 없이도 충분한데, 그 이유는 냉각된 엔진이 습기에 대한 양립성에 있어서 전동기에 비해 더 견고하기 때문이다.

동류의 전기 차량용 냉각 모듈은, 전동식 구동 장치, 배터리 또는 축전지를 냉각시키기 위한 그리고 객실용 공조 장치를 작동시키기 위한 축 방향 팬을 구비한다. 냉각 팬은, 내연 기관에 대한 선행 기술에 따른 실시예들과 달리, 경우에 따라 증가된 습기 함량을 갖거나 물방울을 함유할 수 있는 냉각 공기가 조절되지 않은 상태로 전기식 구동 시스템 또는 배터리 시스템과 접촉할 수 있도록 하기 위하여, 냉각 모듈 라이닝으로 둘러싸여 있는데, 그 이유는 습기가 전술된 시스템에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

전기 차량의 구동 시스템의 냉각 모듈을 위해, 냉각 모듈 라이닝은 더 높은 압력 손실을 유도한다. 내연 기관이 축 방향 팬을 구비하는 것은, 공기량이 증가된 역압으로 인해 전기 차량의 냉각에 도달하지 않고, 이로써 냉각이 충분히 이루어질 수 없는 상황을 야기할 수 있다.

따라서, 전기 차량에서의 문제점은, 연소 기관의 표준에 따른 파워 트레인 냉각 모듈이 순수한 전기 차량에 대한 양 요구 조건을 충족시킬 수 없다는 데 있다. 이것은, 한 편으로는, 냉각 유체 내에서의 온도차가 종래의 연소 기관에서보다 더 적어지는 상황에 대한 근거가 되는데, 그 이유는 폐열의 온도 레벨이 연소 기관의 레벨보다 훨씬 더 아래에 놓여 있기 때문이다. 이로써, 열을 주변 공기로 전달하는 것이 어려워진다.

또한, 전기 차량에서의 파워 트레인 냉각 모듈은 앞에서 이미 기술된 바와 같이, 공기를 입구로부터 출구로 안내하는 폐쇄된 하우징에 의해 둘러싸여 있다.

상기 하우징은, 이와 같은 작은 하우징을 갖는 연소 기관용의 종래의 냉각 모듈에 비해 압력 강하의 추가 증가를 야기한다. 하지만, 냉각 모듈 하우징이 필요한 이유는, 냉각 공기가 경우에 따라서는 습기 및 물방울을 동반하여 냉각 공기 흐름이 전기 장치와 접촉할 수 없기 때문이다.

더 적은 온도차에 의해 증가된 냉각 공기 양에 대한 필요 및 냉각 모듈의 라이닝에 의한 증가된 압력 손실은 팬 모듈의 필요한 구조적인 변형을 유도하며, 그 결과 종래의 모듈은 연소 기관에 의해서 아무런 문제 없이 사용될 수 있다. 따라서, 특히 전기 차량용 구성 요소 디자인을 냉각 기능성의 완전한 충족을 위해 변형시키는 것이 필요하다.

본 발명의 과제는, 감소된 압력 손실에서 그리고 가급적 적게 회전하는 지향성 공기 유동에서 냉각 공기 흐름의 개선된 관류를 가능하게 하는, 축 방향 송풍기를 갖춘 냉각 모듈을 제공하는 데 있다.

상기 과제는, 특허 청구항 1에 따른 특징들을 갖는 대상에 의해서 해결된다. 개선예들은 종속 특허 청구항들에 명시되어 있다.

본 발명은, 차량용의, 특히 축 방향 송풍기 및 유동 편향 영역을 둘러싸는 냉각 모듈 라이닝을 구비하는 전기 차량용의 축 방향 송풍기를 갖춘 냉각 모듈에 의해서 해결된다. 냉각 공기 흐름은 유입 평면을 통해서 냉각 모듈 내로 유입되고, 유출 평면을 통해서 냉각 모듈을 벗어난다. 유입 평면 및 유출 평면은 서로에 대해 각(α)을 두고 정렬되어 있다. 유입 평면과 유출 평면 사이에서, 냉각 모듈 라이닝 내에는 유동 편향 영역이 형성되어 있으며, 이 경우 냉각 모듈 라이닝은 후벽을 구비한다. 결과적으로 유입 평면과, 유출 평면과 후벽 사이에서는 유동 편향 영역이 냉각 모듈 라이닝 내부에 형성되어 있다. 측방 섹션에서는, 유동 영역이 유입 평면, 유출 평면 및 후벽으로부터 형성된 삼각형을 형성한다.

또한, 바람직하게 하나 이상의 하우징 고정자가 냉각 모듈 라이닝의 부분으로서의 공기 안내 요소로서 형성되어 있고, 유동 편향 영역에 배열되어 있다. 이 경우, 하우징 고정자는 냉각 모듈 라이닝에 대하여 내부로 유동 편향 영역 내로 지향하고, 돌출되는 형상으로 형성되어 있다. 하우징 고정자는 축 방향 송풍기와 상호 작용하고, 유동 편향 영역 내부에서 냉각 공기 흐름의 편향을 촉진시킨다. 하우징 고정자가 냉각 공기 흐름을 유출 평면에 대하여 수직 방향으로 상기 유출 평면 쪽으로 정렬시킴으로써, 결과적으로 냉각 공기 흐름은 냉각 모듈을 유출 평면에 대해 수직으로 벗어나게 된다.

바람직하게, 하우징 고정자는 3차원적으로 아크 형상으로 형성되어 있으며, 이 경우 하우징 고정자는 하우징 고정자 처음 부분 및 하우징 고정자 끝 부분을 각각 단부 측에 구비하며, 이 경우 하우징 고정자 처음 부분은 하우징 고정자 입구 공기 유동 방향의 접선의 방향으로 정렬되어 있다. 하우징 고정자 끝 부분은 냉각 모듈의 유출 평면에 대해 수직으로 정렬되어 있다. 이 경우, 하우징 고정자 입구 공기 유동 방향은 축 방향 송풍기 출구에서의 선회와 관련된 공기 흐름 방향에 상응한다.

축 방향 송풍기 출구 뒤에서의 공기 흐름은, 냉각 모듈 라이닝의 유동 편향 영역 내부로 안내되고, 그곳에서 공기 흐름을 아래로 안내하는 하나 이상의 그리고 바람직하게는 복수의 하우징 고정자에 충돌한다.

본 발명의 특히 바람직한 일 실시예에서는, 하우징 고정자가 3차원적인 원호 세그먼트 형상의 밴드로서 냉각 모듈 라이닝 내에 아래로 향하여 배열되어 있다.

또 다른 바람직한 일 실시예에서는, 하우징 고정자가 냉각 모듈 라이닝의 돌출부로서 형성될 수 있다. 하우징 고정자가 돌출부로서 형성되는 것은 유동 기술적인 개선 외에 냉각 모듈 라이닝의 기계적인 강도에도 증가 방식으로 작용한다. 따라서, 진동에 대한 라이닝의 감도 및 이와 결부된 원치 않는 소음 발생도 줄어든다.

바람직하게는, 복수의 하우징 고정자가 라이닝의 부분으로서 형성되어 있으며, 이 경우에는 각각의 하우징 고정자가, 냉각 공기 흐름이 유출 평면에 대해 수직으로 정렬되도록 자체 위치에 상응하는 곡률 및 길이를 갖는다. 이와 같은 상황은, 투명도에서 팬 휠의 상부 둘레에 걸쳐 분포된 하우징 고정자들이 각각 하우징 고정자 처음 부분의 다른 위치 및 정렬 상태를 갖는 컨셉을 따른다. 그와 달리, 개별 하우징 고정자의 끝 부분은 항상 동일한 방향, 즉 바람직하게는 유출 평면의 방향에 대해 수직인 방향을 갖는다.

특히 바람직하게는, 복수의 하우징 고정자의 형성은 이로써 하우징 고정자 끝 부분에 대하여 서로에 대해 평행하게 냉각 모듈 라이닝의 후벽의 영역에서 이루어진다. 따라서, 하우징 고정자 끝 부분은 빗 형상으로 아래로 정렬되어 있고, 냉각 공기 흐름을 아래로 유출 평면으로 안내한다. 그와 동시에, 이로써 냉각 공기 흐름의 회전은 줄어들거나 중단된다.

바람직하게는, 냉각 모듈 라이닝의 하우징 고정자 외에 또한 축 방향 송풍기 자체도 축 방향 송풍기의 고정부의 부분으로서의 고정자 임펠러를 구비하여 형성되어 있다. 팬 휠에 있는 고정자 임펠러 및 추가로 냉각 공기 유동 방향으로 뒤에 배열된 하우징 고정자의 조합은 유동 특성을 현저히 개선한다. 용적 흐름뿐만 아니라 냉각 공기 흐름의 지향성도 증가하거나 개선된다.

바람직하게는, 각(β)이 85°로 형성되어 있음으로써, 결과적으로 후벽은 유출 평면에 대해 거의 수직으로 배열되어 있다.

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냉각 모듈 라이닝은, 축 방향 송풍기의 고정부의 형상에 따라 또한 바람직하게는 다수 개의 부분으로 형성되어 있다. 이와 같은 형성은, 축 방향 송풍기를 위한 축 방향 송풍기의 고정부가 라이닝의 기능을 이미 담당하고, 이로써 유동 편향 영역이 직접 축 방향 송풍기에 연결되는 냉각 모듈 라이닝에 의해서 형성되는 경우에 특히 바람직하다.

냉각 모듈 라이닝을 제조하기 위한 덜 복잡한 공구를 위해 제조 기술적으로 바람직한 경우는, 고정자를 별도로 제조하는 것 그리고 조립 동안에 이루어지는 냉각 모듈 라이닝 내에서의 고정자의 위치 결정이다.

특히 바람직하게, 냉각 모듈 라이닝의 후벽과 하우징 고정자의 연결은 상부 클립 결합 또는 삽입 클립 결합에 의해서 이루어진다. 이로 인해, 하우징 고정자는 심지어 교환 가능하고, 이로써 변경된 작동 조건에서도 변경된 송풍기 회전수에 의해 예를 들어 매칭될 수 있다.

바람직하게, 하우징 고정자는 횡단면 상으로 볼 때 거의 원형의 하우징 고정자 헤드를 구비하고, 이 하우징 고정자 헤드는 하우징 고정자 목 내부로 돌출한다. 하우징 고정자 헤드는 바람직하게 10 ㎜의 반경을 갖고, 하우징 고정 목은 10 ㎜의 두께를 갖는다. 이와 같이 견고하게 구현된 하우징 고정자는 벽이 얇은 실시예들에 비해 출력 강하에 대해 덜 민감하다. 하우징 고정자 헤드는 원형의 형상에 의해서 접선 방향으로 이루어지는 공기의 최적의 유입을 보장해준다.

본 발명의 컨셉에 따르면, 제1 단계에서는, 축 방향 송풍기의 팬 휠의 설계가 유지되고, 다만 고정자만, 또는 고정자 임펠러만 냉각 모듈 라이닝 내에 부가된다. 고정자 임펠러는 확산기로서 작용하고, 공기의 동적인 압력의 일 부분을 축 방향 송풍기 뒤에서 정적인 압력으로 변환할 수 있다. 정적인 압력이 모듈의 출구에서는 주변 압력이고, 정적인 압력이 축 방향 송풍기의 가이드 블레이드 뒤에서는 상기 정적인 주변 압력과 동일하기 때문에, 정적인 압력이 팬 휠 바로 뒤에서는 가이드 블레이드가 없는 팬에 비해 가이드 블레이드에 의해서 강하한다.

정적인 압력이 팬 휠 뒤에서 강하하면, 가이드 블레이드를 갖는 팬은 가이드 블레이드가 없는 팬보다 약간 더 높은 정적인 압력에 대하여 동작할 수 있다.

문제점은, 고정자 임펠러가 비싸다는 데 있는데, 그 이유는 모듈을 피복하기 위한 공구가 더 복잡하기 때문이다. 하우징에 추가의 고정자 임펠러를 부가함으로써, 팬 출력이 더욱 개선될 수 있다. 바람직한 일 실시예에 따르면, 하우징 고정자 임펠러는 냉각 모듈 라이닝 내에 삽입된다.

본 발명에 의해서는, 복수의 장점에 도달할 수 있다.

유동 편향 영역에 있고 하우징 고정자 임펠러로서도 지칭되는 냉각 모듈 라이닝에 있는 추가의 하우징 고정자는 냉각 공기 흐름의 회전 또는 선회를 줄여주고, 냉각 모듈 라이닝의 역압을 강하시키며, 냉각 공기 흐름을 증가시킨다.

추가의 기능성은, 사출 성형 방법으로 제조될 냉각 모듈 라이닝 내에 손쉽게 통합될 수 있는데, 그 이유는 이와 같은 추가 기능성이 제조 기술적으로 성형 방향으로 향하고, 이로써 상대적으로 간단히 구현될 수 있기 때문이다.

하우징 고정자 임펠러는 하우징에서 추가의 강성을 발생한다. 따라서, 하우징 외부에 있는 돌출부의 개수가 줄어들 수 있으며, 이와 같은 상황은 공구의 복잡성을 감소시키고, 이로 인해 비용을 더욱 줄여준다.

축 방향 송풍기의 팬 휠 및 냉각 모듈 라이닝은 실제 조건하에서의 구체적인 장착 위치에 의해서 매우 불리한 기울기를 나타내는데, 그 이유는 각(α)이 55° 미만인 경우가 많기 때문이다. 그럼에도, 전체 모듈은 매우 콤팩트한데, 그 이유는 후벽이 상응하게 기울어진 상태로 형성되기 때문이다.

본 발명의 장점들을 요약하자면, 냉각 모듈 라이닝의 압력 손실이 줄어들고, 이로 인해 축 방향 팬의 효율이 증가된다는 데 있다. 개선은 추가 비용 없이 달성될 수 있다.

본 발명의 실시예들의 추가의 세부 사항, 특징들 및 장점들은, 관련 도면들을 참조하는 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 나타난다.
도 1은 선행 기술에 따른 축 방향 송풍기를 도시하며,
도 2는 냉각 모듈 라이닝을 갖춘 냉각 모듈을 측면도로 도시하고,
도 3은 냉각 모듈 라이닝의 부분으로서의 하우징 고정자를 갖춘 냉각 모듈을 측면도로 도시하며,
도 4는 하우징 고정자를 갖춘 냉각 모듈을 사시도로 도시하고,
도 5는 축 방향 송풍기 및 하우징 고정자의 상세도를 도시하며,
도 6은 축 방향 송풍기에 대한 하우징 고정자의 투영도를 도시하고,
도 7a는 하우징 고정자 및 절단선을 갖는 냉각 모듈을 도시하며,
도 7b는 하우징 고정자 횡단면을 도시하고,
도 8a는 하우징 고정자가 없는 상태에서 공기 유동 방향의 기본 원리도를 도시하며, 그리고
도 8b는 하우징 고정자가 있는 상태에서 공기 유동 방향의 기본 원리도를 도시한다.

도 1에는, 선행 기술에 따른 축 방향 송풍기(2)가 도시되어 있다. 축 방향 송풍기(2)는 팬 휠(4) 및 출구 측에서 유동 횡단면의 둘레에 분포된 고정자 임펠러(3)를 구비하며, 이 경우 고정 임펠러는 팬 휠(4) 바로 뒤에 배열되어 있고, 팬 휠(4)의 블레이드에 대해 상응하게 형성되어 있다. 축 방향 송풍기(2)는 홀더(12)를 구비하며, 이 홀더는 팬 휠(4) 및 고정자 임펠러(3)를 위한 모터를 고정시킨다.

도 2에는, 본 발명에 따른 냉각 모듈(1)이 측면도로 도시되어 있으며, 이 경우 냉각 모듈(1)은 차량의 전기 구동 장치를 냉각시키기 위한 냉각 모듈(1)의 적용에 적합하게 냉각 모듈 라이닝(5)에 의해서 둘러싸여 있다. 피복된 그리고 이로써 도면에 도시되지 않은 축 방향 송풍기는 각(α)으로, 즉 유출 평면(9)에 대한 유입 평면(11)의 경사각으로 기울어져 있다. 냉각 모듈 라이닝(5)은 유출 평면(9)에 대해 각(β)으로 배열되어 있는 후벽(8)을 구비하며, 이 경우 각(β)은 85°이고, 이로써 거의 90°에 달한다. 따라서, 후벽(8)은 유출 평면(9)에 대해 거의 수직으로 배열되어 있다. 냉각 공기 흐름(6)은 도시된 실시예에 따라 수평 유출 평면(9)의 방향으로, 다시 말하자면 유출 평면에 대해 평행하게 냉각 모듈(1) 내부로 유입되고, 출발 용적 흐름(7)으로서 냉각 모듈(1)을 유출 평면(9)에 대해 직각으로 벗어난다. 따라서, 냉각 모듈(1) 내부에서는, 냉각 공기 흐름(6)이 출발 용적 흐름(7)으로서의 유출 평면(9)을 통해 냉각 모듈을 벗어나기 전에, 냉각 공기 흐름(6)의 방향 전환 및 정렬이 이루어진다. 이로써, 유동 편향 영역(13)은, 유입 평면(11), 유출 평면(9) 및 후벽(8)에 의해서 제한되는 냉각 모듈(1)의 영역이 된다. 냉각 공기 흐름(6)은, 유출 평면(9)에 대해 평행하게 냉각 모듈 라이닝(5) 내부로의 수평 유입으로부터 유입 평면(11)을 거쳐 본 도면에서 냉각 모듈 라이닝(5)에 의해 덮인 축 방향 송풍기(2) 내부로의 유입까지 제1 편향 과정을 거친다. 축 방향 송풍기(2)로부터, 냉각 공기 흐름(6)은 유동 편향 영역(13)으로 유입되며, 이 영역에서 냉각 공기 흐름은 유출 평면(9)의 방향으로 안내되고, 출발 용적 흐름(7)으로서 냉각 모듈(1)을 벗어난다.

도 3에는, 본 발명에 따른 냉각 모듈(1)이 측면도로 도시되어 있다. 도 2와 유사하게, 냉각 모듈(1)은 냉각 모듈 라이닝(5)에 의해서 둘러싸여 있으며, 이 경우 냉각 모듈 라이닝(5)은 냉각 모듈 라이닝(5)의 부분으로서의 하우징 고정자(10)로서 형성된 유동 안내 요소를 구비한다. 하우징 고정자(10)는 냉각 모듈 라이닝(5)의 후벽(8)에 형성되어 있고, 유출 평면(11)과 유입 평면(9) 사이의 각(α)에 의해서 설정된 그리고 냉각 모듈 라이닝(5)에 의해서 둘러싸인 유동 편향 영역(13)의 공간 내부로 반달 형상으로 연장된다. 도 2에 따른 실시예와 유사하게, 냉각 공기 흐름(6)은 냉각 모듈 라이닝(5) 내부로 유입된다. 이때, 냉각 모듈 흐름(6)은 입구에서 유출 평면(9)에 대해 평행하게 냉각 모듈 라이닝(5) 내부로 흐르고, 유출 평면(9)에 대해 각(α)으로 정렬된 축 방향 송풍기(2)의 유입 평면(11)에 충돌하여 상기 유입 평면 내부로 흐른다. 냉각 공기 흐름(6)은 냉각 모듈(1)의 축 방향 송풍기(2)로부터 냉각 모듈 라이닝(5)의 유동 편향 영역(13) 내부로 이송되며, 그리고 상기 공기 흐름은 편향 및 축 방향 송풍기(2)에 의해 얻어진 선회의 분해를 경험한다. 이로써, 하우징 고정자(10)는 냉각 모듈(1)의 유동 편향 영역(13)에서 선회의 분해, 공기 흐름의 편향 및 정렬을 야기하게 된다. 그 다음에 공기 흐름은 편향되어 유출 평면(9)을 향해 정렬된 상태에서 출발 용적 흐름(7)으로서 유출 평면(9)을 통과해서 그리고 유출 평면에 대해 수직으로 냉각 모듈(1)을 벗어난다. 그 다음에, 출발 용적 흐름(7)은 차량의 공기 조절- 및 냉각 시스템 내에서의 냉각 과제를 위해 준비된다.

도 4에는, 좌측으로부터 우측으로, 축 방향 송풍기(2) 및 냉각 모듈(5)과 같은 구성 요소가 냉각 모듈(1)로 조합된 본 발명의 기본 컨셉이 사시도로 도시되어 있다. 축 방향 송풍기(2) 내에는, 자체 고정부(12)를 갖는 팬 휠(4)이 도시되어 있다. 축 방향 송풍기(2)는, 이 축 방향 송풍기(2)의 효율 개선에 기여하는 고정자 임펠러(3)에 의해서 바람직하게 보완된다.

구성 요소 축 방향 송풍기(2)는 냉각 모듈 라이닝(5) 내에 수용된다. 하우징 고정자(10)는 냉각 모듈 라이닝(5) 내에서 볼 수 있다. 2개의 구성 요소는 냉각 모듈(1)로 함께 가이드 된다. 냉각 모듈 라이닝(5)의 하우징 고정자(10)는, 팬 휠(4) 및 고정자 임펠러(3)를 갖는 축 방향 송풍기(2)를 유동 기계적으로 보완한다.

도 5에는, 냉각 모듈 라이닝(5)의 하우징 고정자(10)와 냉각 모듈(1)의 축 방향 송풍기(2)의 위치 결정 및 상호 협력 상황이 도시되어 있다. 하우징 고정자(10)는 자체 곡률에 있어서 팬 휠(4)의 임펠러의 곡률과 반대로 그리고 추가로 제공된 축 방향 송풍기(2)의 고정자 임펠러(3)에 대해 반대로 정렬되어 있다. 복수의 하우징 고정자(10)가 하부 영역에서 서로에 대해 평행하게 그리고 아래로는 도면에 도시되지 않은 유출 평면(9)에 대해 유동 안내 요소로서 정렬되어 있다. 특히 바람직한 방식에서는, 축 방향 송풍기(2) 뒤에서의 냉각 공기 흐름(6)의 회전 또는 선회가 하우징 고정자(10)에 의해서 전반적으로 중단되고, 냉각 공기 흐름은 유출 평면(9)의 방향으로 정렬되어 강화된다.

도 6에는, 후벽(8)으로부터 바라본 축 방향 송풍기(2)가 축 방향으로 상류에 도시되어 있다.

이 경우에는, 자유롭게 서있는 4개의 하우징 고정자(10)가 각각 개별적으로 자신의 위치에 상응하게 구부러진 형태로 도시되어 있고, 가급적 적은 충돌 손실하에서 유동이 발생할 수 있도록 설계되어 있다. 이와 같은 내용이 의미하는 바는, 하우징 고정자 입구 공기 유동 방향(17)이 하우징 고정자 처음 부분(15)에서의 접선(19)과 동일한 기울기를 갖는다는 것이다. 이와 같은 상황은, 도 6의 우측 하우징 고정자(10)에서 접선(19)의 형상에 의해 도시되어 있고, 하우징 고정자 입구 공기 유동 방향(17)을 위한 화살표와 동일한 방향으로 도시되어 있다.

하우징 고정자 입구 공기 유동 방향(17)과 하우징 고정자 처음 부분(15) 및 축 방향 송풍기(2)로부터 유출되는 공기의 동일한 정렬에 의해서, 충돌 손실이 최소로 된다.

도면에 도시되지 않은 축 방향 송풍기(2)의 팬 휠(4)은, 하우징 고정자 입구 공기 유동 방향(17)의 방향에 상응하는 회전 방향(14)을 갖는다. 이때, 하우징 고정자 끝 부분(18)은 최대의 압력 회수에 도달하도록 정렬되어 있으며, 이와 같은 상황은 일반적으로 하우징 고정자 끝 부분(18)이 점선에 의해 지시된 바와 같이 유출 평면에 대해 수직으로 진행한다는 것을 의미한다.

바람직하게, 하우징 고정자(10)는 축 방향 송풍기(2)의 상부 절반에서 외부 둘레를 따라서 배열되어 있지만, 하우징 고정자(10)가 특정의 각 범위 안에 배열되어 있는 것도 바람직한 개선을 야기할 수 있다. 하우징 고정자(10)에 의해서는, 하우징 고정자 처음 부분(15)에서 하우징 고정자 입구 공기 유동 방향(17)으로 수용되어 하우징 고정자(10)를 따라서 하우징 고정자 끝 부분(18)으로 흐르는, 축 방향 송풍기(2)로부터 배출되는 공기 흐름의 편향이 이루어진다. 그곳에서는, 공기 흐름이 유출 평면(9)에 대해 수직으로 냉각 모듈(1)을 벗어난다.

축 방향 송풍기(2)를 벗어나는 공기의 선회와 연관된 회전 유동은, 공기가 출발 용적 흐름(7)으로서 냉각 모듈(1)을 벗어나기 전에, 유동 방향으로 볼 때 후속하는 유동 편향 영역(13)에서 하우징 고정자(10)에 의해 유출 평면(9)에 대하여 수직으로 정렬된 공기 유동 내부로 출발 공기 유동 방향(16)으로 편향된다.

도 7a에는, 냉각 모듈(1)이 원리에 따라 단면으로 도시되어 있다. 후벽(8) 및 하우징 고정자(10)를 갖는 냉각 모듈 라이닝(5)이 도시되어 있다. 하우징 고정자(10)에는 절단선(A-A)이 제공되어 있다. 절단선을 따라 형성된 하우징 고정자 횡단면(22)은 도 7b에 도시되어 있다. 하우징 고정자 횡단면(22)은 상단부에 거의 원형으로 형성된 하우징 고정자 헤드(20)를 구비한다. 하우징 고정자 횡단면(22)은, 상부 에지 또는 에지 영역 하부에서의 하우징 고정자의 두께를 지시하는 하우징 고정자 목(21) 내부로 진행한다. 하우징 고정자 목(21)의 형상은 두 가지 대안적인 변형예로 도시되어 있다. 실선으로 도시된 형상에 따르면, 하우징 고정자 목(21)은 동일한 두께로 구현되어 있다. 그에 대해 대안적으로, 점선은 하우징 고정자 목(21)의 두께가 하우징 고정자 헤드(20)로부터 출발해서 점차 감소하는 형상을 보여준다. 본 발명의 도시된 바람직한 실시예에 따르면, 하우징 고정자 헤드(20)의 반경은 10 ㎜이다. 확대된 반경은 공기의 유입을 개선하고, 냉각 모듈(1)의 최적의 작동점에 대한 의존성을 감소시킨다. 형성되는 힐(heel)은 유동 내부로 돌출하며, 이 경우 하우징 고정자 헤드(20)는 하우징 고정자 목(21)보다 큰 두께를 갖는다. 하우징 고정자의 두께가 10 ㎜인 경우에는, 출력 강하에 대한 민감성이 줄어든다.

하우징 고정자 헤드(20)의 반경에 의해서는, 설계 상태에 상응하지 않는 유입 각도의 경우에 하우징 고정자 헤드(20)에서 충격 손실이 감소함으로써, 모듈의 작동 범위가 확장되는데, 그 이유는 더 큰 반경이 바로 이들 작동점에서는 하우징 고정자 헤드(20) 둘레로의 이탈을 감소시키기 때문이다. 이로 인해, 일반적으로는 피크 효율이 감소되지만, 이와 같은 상황은 확대된 작동 범위에 의해서 보상된다.

하우징 고정자(10)는 별도의 부분으로서의 후벽(8) 상에 클립 결합되어 있고, 이로써 사용 조건 및 사용된 엔진의 파라미터에 예를 들어 유연하게 매칭될 수 있다.

대안적으로, 하우징 고정자(10)는 냉각 모듈 라이닝(5)의 후벽(8)에 통합되어 있고, 상기 후벽과 공동으로 일체형으로 사출 성형 부품으로서 구현되어 있다.

도 8a 및 도 8b에는, 출발 공기 흐름 방향(16)으로 공기의 유동 파형이 원리적으로 도시되어 있다.

도 8a는 도 2에 도시된 냉각 모듈(1)의 실시예에 대한 상황을 보여주고, 도 8b는 도 3에 도시된 냉각 모듈(1)의 실시예에 대한 상황을 보여준다.

도 8a 및 도 8b에는, 각각 팬 휠(4) 및 이 팬 휠의 회전 방향(14)이 도시되어 있다. 팬 휠 축(23)은 각각 출발 공기 흐름 방향(16)의 정렬에 대한 기준선으로서 명시되어 있다.

도 8a에는, 팬 휠(4)로부터 유출되는 공기 흐름의 출발 공기 흐름 방향(16)이 각(γ)으로 기울어져 있다. 이때, 이 각(γ)은 공기 흐름의 최적의 유출 방향에 도달했는지의 여부에 대한 척도이고, 본 투영도에서 볼 때에 냉각 모듈 라이닝의 후벽으로부터 유동 편향 영역 내부로 볼 때에 유출 평면에 대해 수직으로 서있는 팬 휠 축(23)의 배향으로부터의 출발 공기 흐름 방향(16)의 편차를 지칭한다. 도 2에 따른 실시예에서는 유동 편향 영역에 추가의 유동 안내 장치가 제공되어 있지 않기 때문에, 선회와 관련된 이동은 15° 내지 25°로 나타난다. 도 8b에는, 도 3에 따른 실시예에 따라 이제 추가의 유동 안내 장치가 유동 편향 영역에 배열되어 있으며, 이 추가의 유동 안내 장치는 축 방향 송풍기로부터 배출되는 선회와 관련된 공기 흐름을 이제 추가로 편향시키고 정렬시킨다. 유동 안내 장치로서, 하우징 고정자(10)가 구현 및 도시되어 있다. 하우징 고정자(10)는 팬 휠(4)로부터 배출되는 공기 흐름을 팬 휠 축(23)의 방향으로 편향시키고, 각(γ)은 2° 내지 6°로 감소한다. 이로써, 출발 공기 흐름 방향(16)은 상기 관찰 방향으로부터 관찰했을 때에 유출 평면에 대해 거의 수직이 되며, 이와 같은 상황은 효율의 뚜렷한 개선을 의미한다. 따라서, 하우징 고정자(10)가 냉각 모듈의 유동 편향 영역 내에 추가로 배열되는 상황은 냉각 공기의 유동 프로파일을 두드러지게 개선한다.

1: 냉각 모듈
2: 축 방향 송풍기
3: 고정자 임펠러
4: 팬 휠
5: 냉각 모듈 라이닝
6: 냉각 공기 흐름
7: 출발 용적 흐름
8: 후벽
9: 유출 평면
10: 하우징 고정자
11: 유입 평면
12: 홀더
13: 유동 편향 영역
14: 회전 방향
15: 하우징 고정 처음 부분
16: 출발 공기 유동 방향
17: 하우징 고정자 입구 공기 유동 방향
18: 하우징 고정자 끝 부분
19: 접선
20: 하우징 고정자 헤드
21: 하우징 고정자 목
22: 하우징 고정자 횡단면
23: 팬 휠 축
α: 유입 평면 - 유출 평면의 경사각
β: 유출 평면 - 후벽의 각
γ: 유출 각

Claims

차량용 축 방향 송풍기(2)를 갖춘 냉각 모듈(1)에 있어서,
냉각 모듈 라이닝(5)이 축 방향 송풍기(2) 및 유동 편향 영역(13)을 둘러싸며, 냉각 공기 흐름(6)이 유입 평면(11)을 통해서는 냉각 모듈(1) 내로 유입되고, 유출 평면(9)을 통해서 냉각 모듈(1)을 벗어나며, 상기 유입 평면(11) 및 상기 유출 평면(9)은 서로에 대해 각(α)을 두고 정렬되며, 상기 냉각 모듈 라이닝(5)은 후벽(8)을 구비하며, 유입 평면(11)과 유출 평면(9)과 후벽(8) 사이에서는 유동 편향 영역(13)이 냉각 모듈 라이닝(5) 내부에 형성되며,
하나 이상의 하우징 고정자(10)가 냉각 모듈 라이닝(5)의 부분으로서 형성되고, 유동 편향 영역(13) 내에 배열되며, 상기 후벽(8)으로부터 상기 유동 편향 영역(13) 내부로 지향되어 돌출되는 형상으로 형성되고,
상기 하우징 고정자(10)가 하우징 고정자 처음 부분(15) 및 하우징 고정자 끝 부분(18)을 구비하며, 상기 하우징 고정자 처음 부분(15)은 하우징 고정자 입구 공기 유동 방향(17)의 접선(19)의 방향으로 형성되고, 상기 하우징 고정자 끝 부분(18)은 유출 평면(9)에 대해 수직으로 형성되며, 상기 하우징 고정자 입구 공기 유동 방향(17)은 상기 축 방향 송풍기(2)로부터 유출되는 공기와 동일한 방향을 갖는 것을 특징으로 하는, 냉각 모듈(1).
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제1항에 있어서,
상기 하우징 고정자(10)가 냉각 모듈 라이닝(5)의 돌출부로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 냉각 모듈(1).
제1항에 있어서,
복수의 하우징 고정자(10)가 냉각 모듈 라이닝(5)의 부분으로서 형성되며, 냉각 공기 흐름(6)이 유출 평면(9)에 대해 수직으로 정렬되도록, 각각의 하우징 고정자(10)가 자신의 위치에 상응하는 곡률 및 길이를 갖는 것을 특징으로 하는, 냉각 모듈(1).
제5항에 있어서,
복수의 하우징 고정자(10)는 하우징 고정자 끝 부분(18)에 의하여 서로에 대해 평행하게 냉각 모듈 라이닝(5)의 후벽(8)의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는, 냉각 모듈(1).
제1항에 있어서,
상기 축 방향 송풍기(2)는 팬 휠(4) 및 상기 팬 휠(4)의 출구 측에 배열되는 고정자 임펠러(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉각 모듈(1).
제1항에 있어서,
상기 후벽(8)과 상기 유출 평면(9)이 이루는 각(β)이 85°로 형성되는 것을 특징으로 하는, 냉각 모듈(1).
제1항에 있어서,
상기 냉각 모듈 라이닝(5)이 다수 개의 부분으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 냉각 모듈(1).
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 하우징 고정자(10)가 별도로 제조되고, 냉각 모듈 라이닝(5) 내로 삽입될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 냉각 모듈(1).
제10항에 있어서,
상기 하우징 고정자(10)가 냉각 모듈 라이닝(5) 내부에 클립 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는, 냉각 모듈(1).
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 하우징 고정자(10)가 10 ㎜의 반경을 갖는 하우징 고정자 헤드(20)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 냉각 모듈(1).
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 하우징 고정자(10)가 10 ㎜의 두께를 갖는 하우징 고정자 목(21)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 냉각 모듈(1).