KR20040041956A - 축류팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 허브 영역에서의 소음을 감소시키며 공기의 송풍성능을 향상시키도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 대략 원통형으로 형성되며 모터의 구동력에 의해 회전되는 허브(50)와, 상기 허브(50)의 외주면에서 상호 대향되는 위치에 형성되는 짝수 개의 메인 블레이드(60)와, 상기 메인 블레이드(60) 사이에 형성되며, 상기 메인 블레이드(60)의 크기 보다 작게 형성되는 보조 블레이드(60a)로 구성되는 축류팬을 제공한다.

Description

축류팬{axial flow fan}

본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소음을 감소시키고 공기의 송풍성능을 향상시키도록 한 축류팬에 관한 것이다.

일반적인 축류팬은 모터와 같은 구동원으로부터 전달되는 회전력에 의해 공기를 축방향으로 송풍시키는 장치이다. 이러한 축류팬은 선풍기나 공기조화기 및 냉장고 등의 가전제품뿐만 아니라, 항공기나 발전기 등과 같이 다양한 산업분야에 널리 적용되고 있다.

상기 축류팬의 송풍 성능 및 소음 특성은 유체역학적 특성과, 팬이나 주위 구조물의 구조적인 특성에 의해 달라진다.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 종래 축류팬에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 축류팬의 형상을 나타낸 정면도이고, 도 2a는 도 1의 축류팬을 구성하는 블레이드의 스윕각(Ψ)을 나타낸 정면도이며, 도 2b는 도 1의 축류팬을 구성하는 블레이드의 레이크각(ｒ)을 나타낸 측면도이고, 도 2c는 도 1의 축류팬을 구성하는 블레이드의 피치각(θ)을 나타낸 측면도이다. 그리고, 도 3은 도 1의 축류팬의 형상을 나타낸 측면 사시도이다.

도 1을 참조하면, 상기 축류팬은 모터의 구동축에 결합되며 대략 원통형으로 형성된 허브(10)와, 상기 허브의 외주면에 방사상으로 형성되는 다수개의 블레이드(20)로 이루어진다.

이러한 축류팬은 블레이드(20)의 3차원 형상에 따라 축류팬에서 얻어지는 공기의 송풍 성능 및 소음 특성이 결정된다. 예컨대, 축류팬을 구성하는 블레이드(20)는 피치각(θ)(pitch angle), 스윕각(Ψ)(sweep angle), 레이크각(ｒ)(rake angle), 최대 캠버량(maxium camber) 및 최대 캠버 위치 등의 구성 인자들에 의해 형상이 결정되며, 이러한 형상에 의해 송풍 성능 및 소음의 크기가 결정된다.

상기 스윕각(Ψ)(sweep angle)은 도 2a와 같이 허브(10)와 블레이드(20)가 연결되는 부분의 중간점인 P점과 블레이드(20)의 끝단인 팁(21)의 중간점점을 잇는 직선과, 상기 허브(10)의 회전축에 수직한 직선과의 각도를 나타낸다. 상기 레이크각(ｒ)(rake angle)은 도 2b와 같이 P점과의 벌어진 각도, 다시 말해, 블레이드(20)가 허브(10)의 회전축방향으로 기울어진 각도를 나타낸다. 상기 피치각(θ)(pitch angle)은 도 2c와 같이 허브(10)의 회전축에 대해 블레이드(20)와 허브(10)가 연결되는 부분의 각도를 나타낸다. 그리고, 상기 캠버(camber)는 블레이드(20)가 오목하게 형성되는 비율(%)을 나타낸다.

한편, 유체의 흐름과 관련하여 블레이드(20)의 형상을 정의함에 있어서, 유체가 흡입되는 측의 블레이드(20)의 일면을 부압면(不壓面)이라 하고, 유체가 토출되는 측의 블레이드(20)의 타면을 압력면(壓力面)이라 한다.

그리고, 상기 블레이드(20)의 회전방향에 대해 전단을 이루는 부분을 리딩 에지(22)(leading edge)라고 하고, 상기 블레이드(20)의 회전방향에 대해 후단을 이루는 부분을 트레일링 에지(23)(trailing edge)라고 한다.

이와 같이 구성된 축류팬이 모터의 구동력을 받아 회전되면, 상기 블레이드(20)의 압력면과 부압면 사이의 압력차에 의해 도 3과 같이 축류 유동을 발생시킨다.

그러나, 상기 축류팬의 회전방향을 기준으로 볼 때에, 도 1에 나타난 제1번 블레이드인 선행하는 블레이드의 리딩 에지(22)와 트레일링 에지(23)에 의해 난류가 발생됨과 아울러 상기 블레이드(20)의 트레일링 에지 근처의 부압면에서 유동공기의 박리(separation) 현상에 의해 난류가 발생된다. 이러한 난류는 제2번 블레이드인 후행하는 블레이드에 영향을 주어 팬성능을 저하시킴과 아울러 블레이드 사이에서 공기의 유동 손실을 발생시키는 문제점이 있다.

그리고, 상기 난류에 의해 축류팬의 허브(10) 영역에서 공기 유동성이 악화되고 상기 블레이드(20) 사이에서 난류 소음이 발생되는 문제점이 있다.

상기한 제반 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 축류팬의 허브 영역에서 공기의 유동성능을 개선하고 블레이드 사이의 유동손실을 감소시킴을 그 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 축류팬의 형상을 나타낸 정면도.

도 2a는 도 1의 축류팬을 구성하는 블레이드의 스윕각(Ψ)을 나타낸 정면도.

도 2b는 도 1의 축류팬을 구성하는 블레이드의 레이크각(ｒ)을 나타낸 측면도.

도 2c는 도 1의 축류팬을 구성하는 블레이드의 피치각(θ)을 나타낸 측면도.

도 3은 도 1의 축류팬의 형상을 나타낸 측면 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 축류팬의 형상을 나타낸 정면도.

도 5는 도 4의 축류팬의 형상을 나타낸 측면 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

50 : 허브 60 : 메인 블레이드

60a : 보조 블레이드 61 : 팁

62 : 리딩 에지 63 : 트레일링 에지

Ψ: 스윕각 ｒ : 레이크각

θ: 피치각

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 대략 원통형으로 형성되며 모터의 구동력에 의해 회전되는 허브와, 상기 허브의 외주면에서 상호 대향되는 위치에 형성되는 짝수 개의 메인 블레이드와, 상기 메인 블레이드 사이에 형성되며, 상기 메인 블레이드의 크기 보다 작게 형성되는 보조 블레이드로 구성되는 축류팬을 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 축류팬의 실시예에 관해 첨부된 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 축류팬의 형상을 나타낸 정면도이고, 도 5는 도 4의 축류팬의 형상을 나타낸 측면 사시도이다.

도 4를 참조하면, 상기 축류팬은 허브(50), 메인 블레이드(60) 및 보조 블레이드(60a)로 구성된다.

상기 허브(50)는 대략 원통형으로 형성되며 모터의 구동축에 삽입 설치되어 모터의 구동력에 의해 회전된다. 상기 허브(50)의 외주면에는 상호 대향되도록 메인 블레이드(60)가 형성되며, 상기 메인 블레이드(60)의 사이사이에는 메인 블레이드(60)의 크기 보다 작은 보조 블레이드(60a)가 형성된다.

예를 들면, 상기 축류팬에 2개의 메인 블레이드(60)가 설치되는 경우, 상기 메인 블레이드(60)는 180°의 각도에 위치하고, 상기 보조 블레이드(60a)는 메인 블레이드(60) 사이에 각각 설치된다.

이와 같이 상기 베인 블레이드와 보조 블레이드가 상호 대향되게 설치됨으로써 상기 축류팬의 회전 밸런스가 맞추어지게 설계한다.

또한, 상기 축류팬에 4개의 메인 블레이드(60)가 설치되는 경우, 상기 메인 블레이드(60)를 90°의 각도로 위치시키고 상기 보조 블레이드(60a)를 메인 블레이드(60) 사이사이에 각각 설치한다.

상기 축류팬은 메인 블레이드(60)의 수를 상기한 수에 한정하지 않고 다양하게 변경할 수 있음은 이해 가능하다.

한편, 일반적인 축류팬에 있어서, 상기 블레이드(20)는 반경방향 길이(L) 중에서 대략 2L/3 영역에서 일효율이 가장 크므로, 이 영역에서의 공기의 유동성능이 가장 크게 나타난다. 그리고, 상기 블레이드(20)의 반경방향 길이의 대략 L/3 영역에서는 일효율이 비교적 떨어지게 된다.

따라서, 상기 보조 블레이드(60a)는 메인 블레이드(60)의 반경방향 길이(L)의 2L/3 지점보다 작고 L/3 지점보다 크게 형성한다.

이러한 축류팬에 있어서, 상기 보조 블레이드(60a)는 메인 블레이드(60)와 동일한 스윕각(Ψ)(sweep angle), 레이크각(ｒ)(rake angle) 및 피치각(θ)(pitch angle)으로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 구조를 갖는 축류팬의 작용에 관해 설명하기로 한다.

상기 축류팬이 모터의 구동력에 의해 회전되면, 상기 축류팬은 도 5와 같이 축방향의 후방에 위치한 공기를 전방측으로 축류 유동시킨다.

상기 축류팬의 회전방향을 기준으로 볼 때에, 도 4와 같이 제1번 블레이드인 선행하는 메인 블레이드(60)의 리딩 에지(62)와 트레일링 에지(63)에 의해 난류가 발생된다. 이와 함께, 상기 메인 블레이드(60)의 부압면에서 유동 공기의 박리현상(separation)에 의해 난류가 발생된다.

이러한 난류는 축류팬의 원심력에 의해 반경방향으로 속도 성분을 갖기 때문에, 상기 제1번 선행하는 메인 블레이드에서 발생된 난류는 원심력에 의해 제2번 후행하는 메인 블레이드(60)의 팁 영역 근처에 위치하게 된다.

여기서, 상기 선행하는 메인 블레이드(60)와 후행하는 메인 블레이드(60) 사이에는 각각 보조 블레이드(60a)가 설치되므로, 상기 메인 블레이드(60)에서 발생된 난류에 의해 제1a번 후행하는 보조 블레이드는 영향을 거의 받지 않는다.

특히, 상기 메인 블레이드(60)의 대략 2L/3 영역에 해당되는 부압면 부분에서는 비교적 압력차가 크게 형성되므로, 상기 2L/3 영역의 부압면 부분에서 박리현상이 보다 크게 나타난다. 하지만, 상기 제1번 선행하는 메인 블레이드(60)에서 발생된 난류는 제2번 후행하는 메인 블레이드가 그 위치에 도달되기 전에 거의 소멸되므로, 상기 난류는 제2번 후행하는 메인 블레이드(60)에 영향을 거의 미치지 않는다.

또한, 상기 보조 블레이드(60a)는 메인 블레이드(60)의 일효율이 다수 낮은 부분인 허브(50) 영역에서의 공기의 유동성능을 향상시킴과 아울러 소음을 감소시키는 기능을 수행한다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 축류팬은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 선행하는 메인 블레이드에서 발생되는 박리에 의한 난류 성분이 후행하는 메인 블레이드에 거의 영향을 미치지 않도록 한다.

따라서, 상기 메인 블레이드 사이에서 공기의 유동 손실을 감소시키고 난류에 의한 소음을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

둘째, 상기 메인 블레이드와 보조 블레이드는 짝수 개 설치되므로 상기 축류팬 회동시 밸런스를 맞추는 효과가 있다.

셋째, 상기 보조 블레이드는 허브 영역에서의 공기 유동성능을 향상시키고 허브 영역에서 발생되는 소음을 감소시키는 역할을 수행한다.

Claims (2)

1. 대략 원통형으로 형성되며 모터의 구동력에 의해 회전되는 허브와;

   상기 허브의 외주면에서 상호 대향되는 위치에 형성되는 짝수 개의 메인 블레이드와;

   상기 메인 블레이드 사이에 형성되며, 상기 메인 블레이드의 크기 보다 작게 형성되는 보조 블레이드:로 구성되는 축류팬.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조 블레이드는 메인 블레이드의 반경방향 길이(L)의 대략 2L/3 지점보다 작고 L/3 지점보다 크게 형성됨을 특징으로 하는 축류팬.