KR20030044076A - 고효율의 유입 적응형 축류팬 - Google Patents

고효율의 유입 적응형 축류팬 Download PDF

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KR20030044076A KR10-2003-7006268A KR20037006268A KR20030044076A KR 20030044076 A KR20030044076 A KR 20030044076A KR 20037006268 A KR20037006268 A KR 20037006268A KR 20030044076 A KR20030044076 A KR 20030044076A
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Abstract

효율적인 축류팬은 중앙 허브, 복수의 블레이드 및 밴드를 구비하며, 슈라우드에서 작동하도록 설계되며, 예컨대 차량 엔진용 냉각 조립체에서 하나 이상의 열교환기를 통하여 흐름을 유도한다. 팬 블레이드는 열교환기와 슈라우드에 의해 발생된 불균일한 유동장에서 저소음 및 고효율을 제공하는 피치 비율의 반경 방향 분포를 갖는다. 블레이드는 스위프각이 없거나, r/R=0.70의 반경 방향 위치와 팁(R/r = 1.00) 사이의 영역에서 후방으로 (즉, 회전 방향과 반대 방향으로) 젖혀져 있다. 블레이드 피치 비율은 r/R=0.85의 반경 방향 위치로부터 r/R=0.90 내지 r/R=0.975의 반경 방향 위치까지 증가하고, 블레이드 팁으로 갈수록 감소한다.

Description

고효율의 유입 적응형 축류팬{HIGH-EFFICIENCY, INFLOW-ADAPTED, AXIAL-FLOW FAN}
통상의 차량 냉각 조립체는 팬, 전기 모터, 슈라우드를 구비하며, 라디에이터/응축기(열교환기)가 대개 팬의 상류에 위치되어 있다. 팬은 회전 샤프트에 의해 구동되는 중앙에 위치된 허브와, 복수의 블레이드와, 반경 방향 외측 링 또는 밴드를 구비한다. 각 블레이드는 그것의 기부(root)가 허브에 부착되어 있으며, 실질적으로 반경 방향으로 그것의 팁으로 연장되고, 이 팁에서 블레이드가 밴드에 부착되어 있다. 또한, 각 블레이드는 팬이 회전함에 따라 냉각 조립체를 통하여 축방향 기류를 발생시키도록 팬의 회전 평면에 대해 소정의 각도로 "기울어져(pitched)" 있다. 슈라우드는 기류를 열교환기로부터 팬으로 지향시키는 플리넘을 구비하며, 이 플리넘은 재순환 흐름을 최소화하도록 (제조 오차와 동일한) 최소의 간극으로 회전 밴드에서 팬을 둘러싸고 있다. 열교환기를 팬의 하류측(고압측), 또는 팬의 상류측 및 하류측 모두에 배치하는 것도 알려져 있다.
대부분의 공기 이동 장치와 유사하게, 이 조립체에 사용된 축류팬은 주로 2가지 기준을 만족시키도록 설계된다. 첫째로, 이 팬은 최소량의 기계적/전기적 동력을 소비하면서 열교환기와 차량 엔진실의 저항에 대항하여 대량의 기류를 이송하도록 효율적으로 작동해야 한다. 둘째로, 팬은 가능한 한 작은 소음 및 진동을 발생시키면서 작동해야 한다. 기타 기준도 또한 고려된다. 예컨대, 팬은 작동 중에 겪는 공기 역학적 하중 및 원심력을 구조적으로 극복할 수 있어야 한다. 설계자가 직면하는 또 다른 문제는 유효 공간의 문제이다. 냉각 조립체는 통상적으로 슈라우드 및 팬 치수에 심한 제한을 갖는 차량 엔진실의 구역 내에서 작동해야 한다.
이들 기준을 만족시키기 위하여, 설계자는 여러 구조적 파라미터를 최적화해야 한다. 이들 파라미터로는 (통상적으로 유효 공간에 의해 제한되는) 팬 직경, (또한 일반적으로 제한되는) 회전 속도, 허브 직경, 블레이드의 수 및 블레이드 형상의 여러 세부 사항이 포함된다. 팬 블레이드는, 특정의 용례에 적합하도록 선택된 피치, 코드 길이(chord length), 캠버(camber) 및 두께를 갖는 에어포일 타입의 섹션을 갖는 것으로 알려져 있고, 평면 형태로 순전히 반경 방향으로 있거나, 전방이나 후방으로 젖혀지도록(스큐각을 갖도록) 되어 있다. 또한, 블레이드는 허브 둘레에서 대칭으로 또는 비대칭으로 간격을 두고 있을 수 있다.
본 발명은 팬에 관한 것으로, 구체적으로 말하면 예컨대 차량의 엔진 냉각 조립체에서 라디에이터 및 열교환기를 통하여 공기를 이동시키는 데 사용되는 팬에 관한 것이다.
도 1은 팬, 전기 모터, 슈라우드의 분해 사시도로서, 열교환기가 팬의 상류에 개략적으로 도시되어 있으며,
도 2는 본 발명에서 설명되는 특징을 갖는 팬의 사시도이고,
도 3은 배출측(하류측)에서 본 팬의 평면도이고,
도 4는 소정 반경에서 블레이드의 중간 코드 라인에 교차하는 반경 방향 라인과, 블레이드 기부에서 블레이드의 중간 코드 라인에 교차하는 반경 방향 라인 사이의 각도로서 정의되는 블레이드 스큐각을 나타내고 있으며, 블레이드 스위프각(sweep angle)도 도시되어 있으며,
도 5는 통상의 팬-밴드 단면의 기하형상을 도시하고 있으며,
도 6은 열교환기, 플리넘을 갖는 슈라우드, 누설 제어 장치, 배출 벨 마우스(bell mouth), 모터 장착부와 지지 스테이터, 전기 모터 및 밴드식 팬을 구비하는 차량용 냉각 조립체의 상세 단면도를 도시하고 있으며,
도 7은 본 발명에서 설명하는 특징을 갖는 팬과, 통상의 차량용 냉각 조립체에 사용된 슈라우드의 정면도이고,
도 8은 다양한 면적 비율을 갖는 슈라우드에서 작동하는 팬의 원주 방향으로의 평균 축방향 속도의 반경 방향 분포를 도시하고 있으며,
도 9a는 열교환기, 슈라우드, 모터 및 허브가 있는 팬을 구비하는 냉각 조립체를 단순화한 단면도로서, 유선의 궤적은 조립체를 통하는 기류를 나타내며,
도 9b는 회전 축선에 평행한 속도 성분의 윤곽을 도시하여, 팬 블레이드의 팁 근처에서 발생하는 흐름의 집중을 표시하고 있으며,
도 10은 유입 속도 벡터와 함께 통상의 블레이드 단면을 도시하고 있고,
도 11은 다양한 면적 비율을 갖는 슈라우드에서 작동하는 팬에 대한 피치 비율의 반경 방향 분포를 도시하고 있고,
도 12는 팬, 전기 모터, 슈라우드 및 팬의 상류와 하류 모두에 있는 열교환기를 구비하는 기류 발생 조립체의 분해 사시도이고,
도 13a는 슈라우드, 모터, 허브를 갖는 팬 및 팬의 상류와 하류 모두에 있는 열교환기를 구비하는 기류 발생 조립체를 단순화한 단면도이고, 유선의 궤적은 조립체를 통하는 기류를 나타내며,
도 13b는 회전 축선에 평행한 속도 성분의 윤곽을 도시하여, 팬 블레이드의 팁 근처에서 발생하는 흐름의 집중을 표시하고 있으며,
도 14는 본 발명에서 설명되는 특징을 갖는 팬의 사시도이다.
블레이드 피치를 반경의 함수로서 제어함으로써, 열교환기 및 슈라우드에 의해 발생된 흐름 환경에 적합하게 되어서, 보다 높은 효율과 적은 소음을 제공하는 밴드식 팬용의 팬 블레이드 구조를 발견하였다. 블레이드 피치는 팬의 펌핑 용량에 직접적으로 영향을 끼친다. 블레이드 피치는 팬의 회전 속도, 팬을 통한 기류의 유량, 팬에 의해 발생되는 원하는 압력 상승을 기초로 선택되어야 한다. 특히 중요한 것은 피치의 정확한 반경 방향 편차이며, 이는 블레이드 스큐(skew)와, 또한 팬을 통하는 기류의 반경 방향 분포에 의존한다.
(대개 소음을 줄이기 위하여) 팬의 블레이드를 스큐각을 갖게 하면, 팬의 공기 역학적 성능이 변경되며, 그에 따라 블레이드 피치를 조정하여 보상해야 한다. 구체적으로, 회전 방향에 대하여 후방 스큐각을 갖는 블레이드는 일반적으로 다른 모든 측면에서 동일한 비스큐 블레이드와 동일한 양력을 소정의 작동 조건에서 발생시키도록 감소된 피치각을 가져야 한다. 역으로, 전방을 향해 스큐각을 갖는 팬 블레이드는 일반적으로 동일한 성능을 제공하도록 증가된 피치를 가져야 한다. 본 발명은 이들 요인을 고려한다.
또한, 본 발명은 공기 유입 속도의 반경 방향 편차도 고려한다. 도 1에 도시된 조립체의 경우에, 유입 공기는 라디에이터를 통과하고, 그 후 라디에이터의 큰 단면의 흐름 면적으로부터 슈라우드에서의 팬 개구의 보다 작은 흐름 면적으로 급격하게 수렴하도록 슈라우드 플리넘에 의해 강제로 흐른다. 그 결과, 반경 방향으로 매우 불균일한 유동장(flow field)이 팬에 발생된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예를 첨부 도면과 이하의 설명에서 상세하게 기술하기로 한다. 본 발명의 기타 특징, 목적 및 이점은 상세한 설명, 도면 및 청구범위를 읽으면 명확하게 알 수 있다.
여러 도면에서 동일 부분에는 동일 도면 부호를 부여한다.
도 1은 팬, 모터, 슈라우드 및 팬의 상류에 있는 열교환기를 구비하는 냉각 조립체의 전체 부분을 도시하고 있다. 마찬가지로, 도 12는 열교환기가 팬의 하류에 있는 냉각 조립체의 일반적인 부분을 도시하고 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 팬(2)을 도시하고 있다. 차량용 열교환기를 통하여 기류를 유도하도록 설계되는 팬은 중앙에 위치된 허브(6)와, 외부 밴드(9)까지 반경 방향 외측으로 연장되는 복수의 블레이드(8)를 구비한다. 팬은 성형 플라스틱으로 제조된다.
허브는 일반적으로 원통형이고, 일단에 평활한 표면을 갖는다. 상기 표면의 중앙에 있는 개구(20)에는 (도 4에 도시된) 팬 중앙 축선(90)의 둘레에서 회전하는 모터 구동식 샤프트가 삽입될 수 있다. 허브의 반대측 단부는 모터(도시 생략)를 수용하도록 중공형이며, 강도 증가를 위하여 여러 개의 리브(30)를 구비한다.
도시된 실시예에서, 블레이드(8)는 팁 영역에서 후방으로, 즉 회전 방향(12)과 반대 방향으로 젖혀져 있다. 블레이드 스큐 및 블레이드 스위프는 다음과 같이 정해진다. 스큐각(40)은 블레이드 기부에서 블레이드의 중간 코드 라인(42)에 교차하는 반경 방향 기준 라인(41)과 소정 반경(45)에서 평면 형태의 중간 코드를 통과하는 제2 반경 방향 라인 사이의 각도이다. 양의 스큐각(40)은 회전 방향으로의 스큐를 지시하는 것이다. 제로 스큐각(40) 또는 반경에 따라 일정한 스큐각(40)은 평면 형태가 직선인 블레이드(반경 방향 블레이드)를 지시하는 것이다. 블레이드 스위프각(47)은 소정 반경에서 평면 형태의 중간 코드 라인을 통과하는 반경 방향 라인과, 동일한 소정 반경(도 4)에서 중간 코드의 축방향 돌출부의 접선 사이의 각도이다. 그러므로, 이러한 정의에 따르면, 후방 스위프는 스큐각이 국부적으로 작아지는 것을 의미한다. 반경 방향 블레이드를 갖춘 팬에 비하여, 팁 영역에서 후방으로 젖혀진 블레이드를 갖춘 팬은 일반적으로 보다 작은 공기 전파 소음을 발생시키고, 또한 보다 작은 축방향 공간을 점유하는데, 그 이유는 블레이드가 팁 영역에서 보다 낮은 피치를 갖기 때문이다.
외부 밴드(9; 도 5)는 블레이드(8)를 그들의 팁(46)에서 지지함으로써 팬(2)에 구조적 강도를 더하며, 블레이드의 고압측으로부터 블레이드의 팁 둘레의 저압측으로 재순환하는 공기의 양을 줄임으로써 공기 역학적 효율을 개선시킨다. 블레이드의 팁이 밴드에 부착되어 있는 경우에, 밴드는 성형에 의해 제조할 수 있도록 거의 원통형이어야 한다. 블레이드의 전방, 즉 상류에서, 밴드는 반경 방향 또는 거의 반경 방향의 부분(립; 50)과 벨 마우스 반경(51)으로 구성되며, 이는 밴드의 원통형 부분(52)과 반경 방향 부분(50) 사이의 전이부로서 기능한다. 공기 역학적으로, 벨 마우스(51)는 흐름을 팬으로 지향시키는 노즐로서 작용하며, 그 반경은 팬 블레이드 열(列)을 통하여 완만한 흐름을 보장하도록 가능한 한 크게 된다. 그러나, 공간적 제약으로 인하여 일반적으로 반경이 10 내지 15 ㎜ 미만의 길이로 제한된다.
도 6은 열교환기(5), 플리넘(10)을 갖는 슈라우드(4), 누설 제어 장치(60), 배출 벨 마우스(61), 모터 장착부(62)와 지지 스테이터(63) 및 전기 모터(3)를 구비한 통상의 차량용 냉각 조립체(1)의 각종 부품과 함께 팬(2)의 단면을 도시하고 있다. 도 7은 팬의 직경과 슈라우드 플리넘(10)의 치수가 지시되어 있는 동일한 팬과 슈라우드의 정면도를 도시하고 있다. 슈라우드 플리넘은 차량 라디에이터의 치수와 합치될 수도 있고 합치되지 않을 수도 있으며, 일반적으로는 장방형 단면을 갖지만, 필수적인 것은 아니다. 플리넘의 주목적은, 깔때기(funnel)로서 작용하여, 팬이 열교환기의 큰 횡단면 면적으로부터 공기를 흡입하도록 하고, 이에 의하여 기류의 냉각 효과를 최대로 하는 것이다. 또한, 슈라우드는 팬의 고압 배출측으로부터 팬의 바로 상류의 저압 영역으로 공기가 재순환하는 것을 방지한다.
슈라우드와 팬의 상대 단면적이 팬으로의 유입에 영향을 끼치는 중요한 요인이라는 것을 알았다. 이 요인, 즉 이하에서 "면적 비율(area ratio)"로 칭하는 파라미터는 장방형 슈라우드에 대해서 다음과 같이 계산된다.
면적 비율 = (면적슈라우드)/(면적팬) = (L슈라우드×H슈라우드)/〔(π/4)(D2 팬)〕
여기서 L슈라우드는 슈라우드가 라디에이터에 부착되는 곳인 슈라우드 개구의 길이이고, H슈라우드는 슈라우드가 라디에이터에 부착되는 곳인 슈라우드 개구의 높이이며, D팬은 팬의 직경이다.
도 8은 (원주 방향으로의 평균한) 팬으로의 유입의 축방향 속도의 분포를 다양한 면적 비율에 대한 블레이드의 반경 방향 위치의 함수로서 도시하고 있다. 정방형 슈라우드에서 작동하는 팬에 있어서의 이론적인 최소 면적 비율은 4/π, 즉 약 1.27이라하는 것을 주목하자. 1.40의 적당한 면적 비율에서는 축방향 유입 속도에 있어서 반경 방향 편차가 거의 야기되지 않지만, 면적 비율이 보다 큰 경우에는 블레이드 팁에 인접한 영역에서 상당히 큰 축방향 유입 속도가 발생된다.
도 9a는 라디에이터(5), 슈라우드(4) 및 팬(2)의 팬 회전 축선(90)을 통한 흐름 섹션(1/2 평면)을 도시하고 있다. 이 슈라우드-팬 조합체의 면적 비율은 1.78이다. 흐름이 라디에이터(5)와 팬(2)을 통과하는 방식을 지시하기 위하여 유선이 도시되어 있다. 공기는, 팬을 통과하도록 급격히 수렴되기 전에 라디에이터(5)의 냉각 핀에 의하여 팬 회전 축선(90)에 평행한 방향(축방향)으로 강제로 흐르게 되어 있다. 도 9b는 축방향 속도의 윤곽을 갖는 동일한 흐름 섹션을 도시하고 있다. 팬의 팁(46) 근처에 높은 유속의 영역이 분명하게 보인다.
유입 속도 윤곽의 이러한 특징은 여러 가지 원인을 갖는다. 첫째, 흐름을 직선화하는 열교환기 냉각 핀의 효과로 인하여, 열교환기를 통과한 후까지 슈라우드 외측 코너의 유입 기류가 팬 개구에서 수렴되는 것은 방지된다. 결과적으로, 흐름은 열교환기와 팬 사이에서 유효한 비교적 짧은 축방향 공간에서 강제로 급격하게 수렴된다. 이러한 흐름 특징은 라디에이터의 공기 역학적 저항(압력 강하)에 의해 증대되는데, 이는 팬의 전방에서의 높은 유속을 직접적으로 방해하고, 외부 코너에서 라디에이터를 통하여 흐르는 공기의 양을 상대적으로 증가시킨다. 그 후, 이들 외부 코너로부터 수렴되는 흐름은 팬을 통과하기 전에 팬 밴드에서 급하게 전향되어야 한다. 이미 설명한 바와 같이, 팬 밴드에서의 벨 마우스 반경은 일반적으로 10 내지 15 ㎜ 미만의 치수로 제한되어, 보다 빠르게 이동하는 공기의 집중된 제트가 슈라우드/팬 개구의 립에서 발생한다. 팬의 팁 영역에서의 보다 높은 속도에 기여하는 중요한 다른 인자는 반경 방향 위치에 따른 열교환기를 통한 손실 수두의 편차이다. 외부 코너에서 보다 느리게 이동하는 공기는 라디에이터를 통과할 때에 압력 수두가 그다지 손실되지 않는다. 외부 반경에서의 흐름에 남아 있는 보다 큰 잔류 에너지로 인하여, 팬의 팁 근처에서 보다 큰 속도가 야기된다.
팬 블레이드의 반경 방향 최외측의 끝 부분에서의 축방향 속도가 급격히 줄어드는 것이 도 8 및 도 9b에 명백하게 도시되어 있다. 이는 벽에서의 마찰과 밴드의 벨 마우스(51)에서의 "제트(jet)" 흐름의 하류에서의 빠른 압력 회복에 기인하는 것이다. 이러한 축맥 효과(vena contracta effect)로 인하여, 블레이드의팁(46) 근처에서의 큰 흐름이 팬을 통과할 때 반경 방향 내측으로 이동하게 되어, 블레이드의 가장 끝의 팁(46)에 보다 느리게 이동하는 공기의 영역이 발생된다.
열교환기가 팬의 상류측 및 하류측 모두에 배치되어 있는 경우(도 12 참조)에도 이들 흐름 특징이 존재하는 것을 주목해야 한다. 열교환기가 팬의 하류측에만 배치되어 있는 경우에는, 가속된 흐름의 집중 제트가 여전히 밴드에서 발생하지만, 제트의 강도는 작아진다.
잘 설계된 팬에 의해 유입 속도의 이들 반경 방향 편차를 줄이는 것이 가능하지만, 특히 큰 면적 비율을 갖는 기류 발생 조립체의 경우에는 이들 편차를 완전히 없애는 것은 어렵다. 팬 효율을 개선시키기 위하여 팬에서의 속도장(velocity field)을 변경하는 것은 열교환기의 저항을 증가시키는 방식으로 열교환기에서의 흐름에 영향을 끼쳐서, 전체 시스템 효율의 순 증가(net gain)가 영으로 될 수 있으므로, 이것은 자기 실패적인 것(self-defeating)일 수도 있다. 결과적으로, 팬 설계자는 슈라우드 및 열교환기(들)과 함께 작동 시에 조용하고 효과적인 성능을 위하여 블레이드 구조(특히, 블레이드 피치 분포)를 개발할 때에 불균일한 흐름 환경을 예상해야 한다.
도 10은 일정 반경의 블레이드 섹션에서 팬의 상류측에 약간의 거리를 두고 있는 곳에서의 회전 팬 블레이드에 대한 유입 속도 벡터(VTOT)를 도시하고 있다. 유입 벡터는 (팬에 의해 발생되는 와류에 기인하여 하류측에서 줄어드는) 팬 회전에 기인한 회전 방향 성분(VROT)과, 팬을 통한 공기의 일반적 흐름에 기인한 축방향 성분(Vx)을 갖는다. 축방향 속도(Vx)가 보다 큰 영역에서, 피치각(β)이 원하는 받음각(α)을 유지하도록 증가되어야 하는 것을 도 10으로부터 쉽게 추론할 수 있다. 역으로, 축방향 속도가 감소된 영역은 블레이드 피치가 감소될 필요가 있다.
도 11은 도 8에 도시된 유입 속도 분포에 상응하는 블레이드의 무차원 피치 비율 분포를 도시하고 있다. 피치 비율은 블레이드 피치 대 팬 직경의 비율로서 정의되며, 여기서 피치는 고상 매체에서 회전하는 경우에 기계적 나사에 의한 샤프트의 일회전을 통하여 블레이드 섹션이 이론적으로 이동하는 축방향 거리이다. 이 거리는 블레이드 피치각(β)(즉, 블레이드 섹션과 회전 평면 사이의 각도)으로부터 π×r/R ×tanβ로서 계산될 수 있지만, 피치각보다 예시적인 파라미터이다. 예컨대, 스큐 및 와류〔다운 워시(down wash)〕 효과를 무시하면, 완전히 균일한 유입에서 작동하는 팬은 블레이드 전장(span)에 걸쳐서 일정한 피치 비율을 갖는다. 그러나, 피치각은 반경에 따라 작아진다. 따라서, 피치 비율은 블레이드 구조에 있어서의 스큐, 와류 및 불균일한 유입 속도의 효과를 나타내는 보다 직접적인 표시 인자이다.
도 11의 모든 블레이드 구조는 도 1 내지 도 3에 도시된 팬과 유사하거나 동일한 스큐 분포로 후방 스큐각을 갖는다. 일부 경우에, 블레이드의 수, 블레이드 코드 길이, 두께 및 캠버가 상이하다. 면적 비율이 1.4로 비교적 낮은 경우에는, 유입이 어느 정도 균일하게 되어(도 8 참조), 스큐 효과(skew effect)가 피치 분포의 선택을 좌우한다. 미국 특허 제4,569,632호를 포함한 이전의 특허로부터 기대되듯이, 후방 스큐 팬의 피치 비율은 반경에 따라 계속적으로 작아지며, 특히 블레이드의 반경 방향 외측 부분에서 작다. 그러나, 면적 비율이 보다 큰 경우에는, 유입 속도 분포의 영향이 중요하게 된다. 결과적인 최적의 블레이드 피치 분포는, 축방향 유입 속도가 증가하는 반경 방향 영역에서의 피치 비율의 증가와, 이어서 블레이드의 최외측 부분에서의 피치 비율의 감소를 나타낸다. 이 피치 분포는 이전의 문헌에 설명된 반경 방향 후방 스큐각을 갖는 팬의 피치 분포로부터 벗어나는 것이다.
본 발명에 따른 팬은, 팬이 하나 이상의 열교환기에 의해 발생된 불균일한 유동장에 있는 슈라우드에서 작동하는 경우에 효율의 개선과 소음의 감소를 제공하는 반경 방향 피치 분포를 특징으로 한다. 바람직한 실시예에서, 팬 블레이드는 평면 형태로 반경 방향으로 있거나, r/R = 0.70인 반경 방향 위치와 팁(r/R = 1.00) 사이의 영역에서 후방으로 젖혀지는 형상이다. 블레이드의 피치 비율은 r/R = 0.85의 반경 방향 위치로부터 r/R = 0.90 내지 r/R = 0.975의 반경 방향 위치까지 증가한다. 국부적인 최대 피치 비율의 이 위치로부터, 피치 비율은 블레이드 팁(r/R = 1.00)까지 감소한다.
보다 바람직한 실시예(도 14)에서, 팬 블레이드는 평면 형태로 반경 방향으로 있거나, r/R = 0.70의 반경 방향 위치와 팁(r/R = 1.00) 사이의 영역에서 후방으로 젖혀지는 형상이다. 블레이드의 피치 비율은 r/R = 0.85의 반경 방향 위치로부터 r/R = 0.90 내지 r/R = 0.975의 반경 방향 위치까지 증가한다. 국부적인 최대 피치 비율의 이 위치로부터, 피치 비율은 블레이드 팁(r/R = 1.00)까지 감소한다. 또한, r/R = 0.90 내지 r/R = 0.975의 영역에서의 국부적인 최대 피치 비율은r/R = 0.75 내지 r/R = 0.85의 영역에서의 최소 피치 비율값보다 상기 최소 피치 비율의 5% 이상 크다.
더욱 바람직한 실시예(도 14)에서, 팬 블레이드는 평면 형태로 반경 방향으로 있거나, r/R = 0.70의 반경 방향 위치와 팁(r/R = 1.00) 사이의 영역에서 후방으로 젖혀지는 형상이다. 블레이드의 피치 비율은 r/R = 0.825의 반경 방향 위치로부터 r/R = 0.90 내지 r/R = 0.95의 반경 방향 위치까지 증가한다. 국부적인 최대 피치 비율의 이 위치로부터, 피치 비율은 블레이드 팁(r/R = 1.00)까지 감소한다. 또한, r/R = 0.90 내지 r/R = 0.95의 영역에서의 국부적인 최대 피치 비율은 r/R = 0.775 내지 r/R = 0.825의 영역에서의 최소 피치 비율값보다 상기 최소 피치 비율의 20% 이상 크다.
가장 바람직한 실시예(도 14)에서, 팬 블레이드는 평면 형태로 반경 방향으로 있거나, r/R = 0.70의 반경 방향 위치와 팁(r/R = 1.00) 사이의 영역에서 후방으로 젖혀지는 형상이다. 블레이드의 피치 비율은 r/R = 0.775의 반경 방향 위치로부터 r/R = 0.925의 반경 방향 위치까지 증가한다. 피치 비율은 r/R = 0.925의 위치로부터 블레이드 팁(r/R = 1.00)까지 감소한다. 또한, r/R = 0.925에서의 피치 비율은 r/R = 0.775에서의 피치 비율보다 상기 최소 피치 비율의 20% 이상 크다.
전술한 바람직한 특징을 갖는 블레이드 피치 분포를 유지하면, 차량용 콘덴서 및 라디에이터와 같은 열교환기 근처의 슈라우드에서 작동하는 팬의 효율이 증가하고 소음이 감소된다.
본 발명의 많은 실시예를 설명하였다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 각종 변형이 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 불균일성의 정확한 성질은 라디에이터 및 슈라우드의 기하형상을 포함한 여러 요인에 의존하며, 방해물(blockage) 또는 추가의 열교환기와 같이 팬의 하류의 대상물에 의해 영향을 받을 수도 있다. 조용하고 효과적인 작업을 위한 블레이드 피치의 최적의 반경 방향 분포도 또한 이들 요인에 의존하며, 일반적으로 상이한 구조의 냉각 조립체 사이에서 다르다. 따라서, 다른 실시예가 이하의 청구범위의 보호 범위 내에 있다.

Claims (15)

  1. 축상에서 회전할 수 있는 허브와,
    상기 허브에 부착된 기부 영역으로부터 반경 방향 외측으로 팁 영역까지 각각 연장되는 에어포일형의 복수의 블레이드와,
    블레이드 팁 영역을 결합하는 대략 원형의 밴드
    를 구비하는 팬으로서,
    상기 각 블레이드는
    ⅰ) r/R = 0.70과 블레이드 팁(r/R = 1.00) 사이의 영역에서, 대략 반경 방향의 평면 형태를 갖거나, 회전 방향으로부터 대략 후방으로 젖혀진 형상이며,
    ⅱ) 소정의 피치 비율로 방위가 정해지며, 이 피치 비율은,
    A. 일반적으로 r/R = 0.85의 제1 반경 방향 위치로부터 r/R = 0.90 내지 r/R = 0.975의 제2 반경 방향 위치까지 증가하고,
    B. 일반적으로 상기 제2 반경 방향 위치로부터 상기 블레이드 팁까지 감소하는 것인 팬.
  2. 제1항에 있어서, r/R = 0.90 내지 r/R = 0.975의 영역에서의 가장 큰 피치 비율 값을 X로 나타내고, r/R = 0.75 내지 r/R = 0.85의 영역에서의 가장 작은 피치 비율 값을 Y로 나타내는 경우에, X ≥1.05 Y인 것인 팬.
  3. 제1항에 있어서,
    i) 피치 비율은 일반적으로 r/R = 0.825 내지 r/R = 0.85에서 증가하며,
    ⅱ) 제2 반경 방향 위치는 r/R = 0.9와 r/R = 0.95 사이이며,
    ⅲ) r/R = 0.90 내지 r/R = 0.95의 영역에서의 가장 큰 피치 비율 값을 Q로 나타내고, r/R = 0.775 내지 r/R = 0.825의 영역에서의 가장 작은 피치 비율 값을 Z로 나타내는 경우에, Q ≥1.2 Z인 것인 팬.
  4. 제3항에 있어서, 피치 비율은 일반적으로 r/R = 0.775 내지 r/R = 0.85에서 증가하며, 제2 반경 방향 위치는 r/R=0.925 이상인 위치인 것인 팬.
  5. 제1항에 있어서, 상기 팬은 일체의 구조로서 형성되는 것인 팬.
  6. 제1항에 있어서, 상기 일체의 구조는 성형 플라스틱 재료로 형성되는 것인 팬.
  7. 하나 이상의 열교환기를 통하여 축방향 기류를 발생시키는 기류 발생 조립체로서,
    (i) 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따른 팬과,
    (ⅱ) 상기 열교환기를 통하는 기류를 안내하도록 상기 팬으로부터 상기 열교환기까지 연장되는 둘레 벽을 갖는 슈라우드
    를 구비하는 것인 기류 발생 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 조립체는 상기 팬의 상류에 위치된 열교환기에 연결되도록 되어 있으며, 상기 둘레벽은 상기 열교환기로부터 흐르는 공기용의 흡입구를 제공하도록 상기 팬의 상류에서 연장되고, 개구는 배출 개구인 것인 기류 발생 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    (i) 조립체는 상기 조립체의 하류에 위치된 하나 이상의 추가의 열교환기를 통하여 축방향 기류를 발생시키며,
    상기 슈라우드는 상기 추가의 열교환기를 통하여 흐르는 공기용의 배출구를 제공하도록 상기 팬의 하류에서 연장되는 둘레벽을 구비하는 것인 기류 발생 조립체.
  10. 제7항에 있어서, 상기 조립체는 상기 팬의 하류에 위치된 열교환기에 연결되도록 되어 있으며, 상기 둘레벽은 상기 열교환기를 통하여 흐르는 공기용의 배출구를 제공하도록 상기 팬의 하류에서 연장되는 것인 기류 발생 조립체.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슈라우드는 플리넘 표면을 더 구비하여 팬의 고압 배출측으로부터 팬의 바로 상류의 저압 영역으로 공기의 재순환을 방지하고, 상기 밴드의 외주 에지에서 둘레가 감소되는 개구가 상기 팬을 밀접하게 둘러싸는 것인 기류 발생 조립체.
  12. 제7항에 있어서, 상기 조립체는 차량 엔진 냉각용 열교환기에 사용되도록 되어 있는 것인 기류 발생 조립체.
  13. 제11항에 있어서, 상기 열교환기를 더 구비하는 것인 기류 조립체.
  14. 기류 발생 조립체 조립 방법으로서,
    (i) 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 팬과, (ⅱ) 상기 열교환기를 통하여 기류를 안내하도록 상기 팬으로부터 상기 열교환기까지 연장되는 둘레벽을 갖는 슈라우드를 제공하는 단계로서, 상기 슈라우드는 깔때기형 플리넘 표면을 더 구비하여, 공기가 팬의 고압 배출측으로부터 팬의 바로 상류의 저압 영역으로 재순환하는 것을 방지하며, 상기 팬의 외주 에지에서 둘레가 감소되는 개구가 상기 팬을 밀접하게 둘러싸는 것인 단계와,
    상기 기류 조립체를 형성하도록 상기 팬과 상기 슈라우드를 조립하는 단계
    를 포함하는 것인 조립 방법.
  15. (i) 제7항에 따른 기류 발생 조립체와 열교환기를 제공하는 단계와,
    (ⅱ) 상기 열교환기에 상기 기류 발생 조립체를 조립하는 단계
    를 포함하는 냉각 조립체 조립 방법.
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