KR20040043623A - 축류팬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 특히 압력면과 부압면 사이의 압력차를 감소시킴으로 와류에 의해 발생되는 소음을 줄일 수 있는 축류팬에 관한 것이다.

본 발명에 따른 축류팬은 허브의 외둘레에 복수개의 블레이드가 형성된 축류팬에 있어서, 상기 블레이드에는 유동되는 공기의 압력이 작용되는 압력면과 부압이 작용되는 부압면 사이에 압력차를 감소시키기 위하여 압력면 측으로 돌출된 융기부가 형성되어 압력면 측으로 유입된 공기가 원심력에 의해 반경 방향으로의 유동이 상기 융기부에 의해 억제됨으로 상기 블레이드의 팁 측의 유동량을 감소시킴으로 와류에 의한 소음을 저감시킬 수 있다.

Description

축류팬 {An axial flow fan}

본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 특히 압력면과 부압면 사이의 압력차를 감소시킴으로 와류에 의해 발생되는 소음을 줄일 수 있는 축류팬에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 축류팬이 도시된 사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 축류팬의 일부가 절개 도시된 도면이다.

종래 기술에 따른 축류팬은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 모터의 회전축(미도시)과 연결되는 허브(2)와, 상기 허브(2)의 외주면에 일정 간격을 두고 배치되어 공기를 축방향으로 송풍시키는 다수개의 블레이드(4)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 축류팬의 회전됨에 따라 상기 블레이드(4)의 전면과 후면에는 유동되는 공기에 의해 비교적 고압력과 저압력이 각각 작용되며, 상기 블레이드(4)의 전,후면을 각각 압력면(4a)과 부압면(4b)이라 한다.

상기와 같이 구성된 축류팬이 작동되는 경우, 상기 블레이드(4)를 따라 공기가 유동됨에 따라 상기 블레이드의 압력면(4a)과 부압면(4b) 사이에 압력차에 의해 상기 블레이드 팁(4c) 측에는 와류띠(Vortex stream)가 발생되고, 상기 축류팬의 회전날개 방향을 기준으로 앞쪽 블레이드(4)가 생성시킨 와류띠에 뒤따라 회전되는 블레이드(4)가 부딪혀 소음이 발생되는 BVI(Blade vortex interaction) 현상이 발생된다.

또한, 상기 블레이드 팁(4c) 측의 압력면(4a)과 부압면(4b)의 압력차가 크기 때문에 상기 블레이드의 압력면(4a)을 따라 유동되는 공기가 상기 부압면(4b) 측으로 넘어가면서 공기가 급작스럽게 정압을 회복하게 됨으로 상기 블레이드(4)의 회전에 따라 주변물과 유동되는 충돌에 의해 소음이 발생된다.

따라서, 최근에는 BVI 및 주변물과의 충돌에 의한 소음을 저감시키기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

구체적으로 살펴보면, 상기 BVI 현상 및 상기 압력면(54d)에서 부압면(54e) 측으로의 급작스러운 정압 회복은 상기 블레이드 팁(4c) 측의 압력면(4a)과 부압면(4b) 사이의 압력차에 의해 발생됨으로 상기 압력면(4a)과 부압면(4b) 사이의 압력차를 줄이기 위하여 상기 블레이드 팁(4c) 측의 압력면(4a)으로 송풍되는 공기의 풍량을 줄이거나, 상기 블레이드 팁(4c) 측으로 공기의 원활한 유동을 유도할 수 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 축류팬은 상기 블레이드 팁(4c) 측의 단면이 직선 형상으로 형성되기 때문에 상기 블레이드의 압력면(4a)과 부압면(4b) 사이에 압력차에 의해 발생되는 와류띠가 뒤따라 회전되는 블레이드(4)와 부딪히는 BVI 현상에 의해 소음이 발생될 뿐 아니라 상기 압력면(4a)으로부터 상기 부압면(4b) 측으로 유동되는 공기의 급작스러운 정압 회복으로 인하여 공기가 주변물과 충돌하여 소음을 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 블레이드의 압력면과 부압면 사이의 압력차를 감소시키기 위하여 블레이드 팁의 압력면으로 송풍되는 공기의 풍량을 줄임과 아울러 블레이드 팁 측의 공기의 유동을 원활하게 유도하도록 블레이드의 형상을 변경함으로 와류로 인하여 발생되는 팬의 소음을 감소시킬 수 있는 축류팬을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 축류팬이 도시된 사시도,

도 2는 종래 기술에 따른 축류팬의 일부가 절개 도시된 도면,

도 3은 본 발명에 따른 축류팬이 도시된 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 축류팬의 일부가 절개 도시된 도면,

도 5는 본 발명에 따른 축류팬의 블레이드 단면이 도시된 도면,

도 6은 종래의 축류팬과 본 발명의 회전수 대비 풍량이 도시된 그래프,

도 7은 종래의 축류팬과 본 발명의 회전수 대비 소비전력이 도시된 그래프,

도 8은 종래의 축류팬과 본 발명의 회전수 대비 소음이 도시된 그래프,

도 9는 종래의 축류팬과 본 발명의 주파수 대비 소음이 도시된 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

52 : 허브 54 : 블레이드

54a : 리딩 에지 54b : 트레일링 에지

54c : 블레이드 팁 54d : 압력면

54e : 부압면 54f : 블레이드 허브

56 : 융기부 θ : 레이크각

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 축류팬은 허브의 외둘레에 복수개의 블레이드가 형성된 축류팬에 있어서, 상기 블레이드에는 유동되는 공기의 압력이 작용되는 압력면과 부압이 작용되는 부압면 사이에 압력차를 감소시키기 위하여 압력면 측으로 돌출된 융기부가 형성된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 축류팬이 도시된 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 축류팬의 일부가 절개 도시된 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 축류팬의 블레이드 단면이 도시된 도면이다.

상기 본 발명에 따른 축류팬은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 모터의 회전축과 연결되는 허브(52)와, 상기 허브(52)의 외주면에 일정 간격을 두고 배치되어공기를 유동시키는 복수개의 블레이드(54)와, 상기 블레이드(54)를 따라 유동되는 공기의 와류를 억제하도록 상기 블레이드(54)의 일부가 돌출되도록 형성된 융기부(56)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 블레이드(54)는 회전 방향 측에 위치된 측면이 리딩 에지(Leading edge : 54a)이고, 상기 리딩 에지(54a)와 대향되는 측면이 트레일링 에지(Trailing edge : 54b)이며, 상기 리딩 에지(54a)와 트레일링 에지(54b)의 선단을 연결한 부분이 팁(Tip : 54c)이다.

그리고, 상기 트레일링 에지(54b)가 상기 리딩 에지(54a)보다 상기 허브(52)의 출구(52a) 측에 위치되도록 상기 리딩 에지(54a)와 트레일링 에지(54b) 사이에는 소정의 곡률을 갖도록 형성되며, 상기 블레이드(54)에서 공기가 유입되어 비교적 고압력이 작용되는 전면이 압력면(54d)이고, 상기 압력면(54d)에 대향되는 후면이 부압면(54e)이다.

또한, 상기 블레이드(54)는 일정 크기의 레이크각(θ)을 가지도록 형성된다.

이때, 상기 레이크각(θ)은 상기 블레이드(54)가 상기 허브의 출구(52a) 측으로 기울어진 각도를 말하는데, 구체적으로 상기 축류팬을 측면에서 볼 경우 상기 허브(52)의 중심을 지나는 수직축(Y)에 대해 상기 블레이드 허브(54f)와 팁(54c)을 가로질러 절개한 단면이 이루는 각도를 말한다.

여기서, 상기 블레이드 허브(54f)와 팁(54c)을 가로질러 절개한 단면과 접하는 직선을 레이크 라인(Rake base line : L)이라고 한다.

특히, 상기 융기부(56)는 상기 블레이드의 팁(54c) 측에 형성되되, 도 5에도시된 바와 같이 상기 블레이드 허브(54f)와 팁(54c) 사이 거리를 0 ~ 1 위치로 표시한 경우 상기 융기부(56)는 상기 블레이드 허브(54f)와 팁(54c) 사이 거리의 0.3 내지 1 위치 사이에 걸쳐 전체적으로 형성될 수도 있고, 일부에만 형성될 수도 있다.

이때, 상기 융기부(56)는 상기 압력면(54d) 측으로 볼록하게 돌출된 곡면 형상으로 형성될 수 있을 뿐 아니라 n 차 함수(n : 자연수)로 표현되는 곡면 형상으로 형성되되, 선단(56a)과 후단(56b)이 각각 상기 레이크 라인(L)에 위치되도록 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 모터가 작동됨에 따라 모터의 회전축에 고정된 축류팬이 회전하게 되면, 상기 블레이드의 리딩 에지(54a) 측으로 유입되는 공기는 상기 리딩 에지(54a)에 의해 상기 압력면(54d)과 부압면(54e) 측으로 나뉘어져 상기 압력면(54d)에는 비교적 고압력이 작용되고, 상기 부압면(54e)에는 상대적으로 저압력이 작용된다.

이때, 상기 축류팬이 회전되기 때문에 원심력에 의해 공기는 상기 압력면(54d)의 원주 방향을 따라 유동되는데, 상기 압력면(54d) 측으로 돌출된 융기부(56)를 따라 유동된다.

구체적으로, 상기 블레이드 허브(54f)부터 상기 융기부의 정점(P) 사이의 구간은 상향 경사지게 형성되기 때문에 상기 리딩 에지(54a)의 선단 측으로 유입된 공기는 원심력에 의해 상기 압력면(54d) 및 융기부(56)의 선단부를 따라 상기 허브의 출구(52a) 방향으로 토출됨으로 상기 블레이드 팁(54c) 측으로 송풍되는 공기의 풍량이 줄어듦과 동시에 상기 블레이드 팁(54c) 측의 압력면(54d)에 작용하는 압력이 낮아진다.

반면, 상기 융기부의 정점(P)부터 상기 블레이드 팁(54c) 사이의 구간은 하향 경사지게 형성되기 때문에 상기 리딩 에지(54a)의 후단 측으로 유입된 공기는 원심력에 의해 상기 융기부(56)의 후단부를 따라 상기 블레이드 팁(54c) 측으로 토출됨으로 상기 블레이드 팁(54c) 측으로 공기의 유동이 원활하게 유도된다.

따라서, 상기 블레이드 팁(54c)에서 상기 압력면(54d)과 부압면(54e) 사이의 압력차로 인하여 와류띠가 발생되는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라 상기한 와류띠가 뒤따라 회전되는 블레이드(54)와 부딪히는 BVI 현상으로 인한 소음을 줄일 수 있다.

또한, 상기 압력면(54d)을 따라 유동되는 공기는 원심력에 의해 상기 융기부(56)를 따라 상기 허브의 출구(52a) 측으로 송풍되기 때문에 상기 블레이드 팁(54c) 측의 압력면(54d)에 작용되는 압력이 비교적 낮아짐으로 상기 압력면(54d)에서 부압면(54e)으로 유동되는 공기의 정압 회복이 서서히 일어나게 되어 주변물과의 충돌로 인한 소음을 줄일 수 있다.

도 6 내지 도 8은 종래의 축류팬과 본 발명의 회전수 대비 풍량과 소비전력과 소음이 도시된 그래프이고, 도 9는 종래의 축류팬과 본 발명의 주파수 대비 소음이 도시된 그래프이다.

상기와 같이 블레이드(54)의 특정 위치에 융기부(56)가 형성된 본 발명의 축류팬은 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 종래의 축류팬과 비교하여 회전수 대비 풍량 및 회전수 대비 소비전력은 동등한 성능을 나타내는 반면, 본 발명의 축류팬은 종래의 축류팬과 비교하여 회전수 대비 소음은 모든 회전수 영역에서 저소음 특성을 나타내고 있다.

또한, 본 발명의 축류팬은 도 9에 도시된 바와 같이 종래의 축류팬과 비교하여 주파수 대비 소음을 살펴보면, 상기 블레이드 팁(54c) 측에서 발생되는 와류와 주변물 사이의 충돌로 인하여 발생되는 분절음들이 크게 감소된 것을 볼 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 축류팬은 블레이드에 허브의 출구 방향으로 돌출된 융기부를 형성함으로 상기 블레이드 허브와 융기부의 정점 사이로 유입된 공기는 상기 허브의 출구 측으로 토출되어 상기 블레이드 팁 측으로 유동되는 공기의 풍량 및 압력이 감소되고, 상기 융기부의 정점과 블레이드 팁 사이로 유입된 공기는 원심력에 의해 상기 블레이드 팁 측에서 공기의 유동이 원활하게 유도되기 때문에 와류로 인하여 발생되는 팬의 소음을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 허브의 외둘레에 복수개의 블레이드가 형성된 축류팬에 있어서,

   상기 블레이드에는 유동되는 공기의 압력이 작용되는 압력면과 부압이 작용되는 부압면 사이에 압력차를 감소시키기 위하여 압력면 측으로 돌출된 융기부가 형성된 것을 특징으로 하는 축류팬.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 블레이드는 일정 크기의 레이크각을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 축류팬.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 융기부는 상기 블레이드의 팁 측에 형성된 것을 특징으로 하는 축류팬.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 융기부는 상기 블레이드의 허브와 팁 사이 거리의 0.3 내지 1 위치 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 축류팬.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 융기부는 2차 함수로 표현되는 곡면 형상인 것을 특징으로 하는 축류팬.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 융기부는 선단과 후단이 동일 직선상에 위치되는 것을 특징으로 하는 축류팬.