KR20070035581A

KR20070035581A - 축류 팬

Info

Publication number: KR20070035581A
Application number: KR1020077001475A
Authority: KR
Inventors: 알레산드로 스파기아리
Original assignee: 스팔 오토모티브 에스.알.엘.
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2007-03-30
Also published as: CA2572925A1; RU2363861C2; JP2008506065A; ATE434134T1; CN1981134A; WO2006006043A1; BRPI0512827A; US7422420B2; ITBO20040417A1; CN100441881C; MX2007000296A; EP1825148B1; BRPI0512827B1; EP1825148A1; US20070258822A1; KR101215612B1; DE602005015024D1; RU2007104343A; CA2572925C

Abstract

평면(XY) 상에서 축(2)의 주위를 회전하는 축류 팬(1)은, 중심 허브(3)와, 각각 기초부(5)와 말단부(6)를 구비한 복수의 블레이드(4)를 포함하고, 상기 블레이드(4)는 볼록 전연부(7)와 오목 후연부(8)에 의해 그 경계가 정해지고, 상기 팬의 회전 평면 상에서 블레이드의 투영은 각각 원형 호부에 의해 형성되고, 상기 블레이드(4)는 각각 말단부측에서 허브측으로 갈수록 길이가 감소하고 더 구부러지는 공기 역학적 프로파일을 가진 단면들로부터 만들어진다.

축류 팬, 볼록 전연부, 오목 후연부, 공기 역학적 프로파일

Description

축류 팬{AXIAL FAN}

본 발명은 팬의 회전 평면에서 각도를 가진 블레이드(blade)를 구비한 축류 팬에 관한 것이다.

본 발명에 의한 팬은, 예를 들면 자동차 또는 그와 유사한 것의 엔진의 냉각 시스템의 열 교환기 또는 방열기를 통하여 송풍하거나, 가열 시스템의 열 교환기 및/또는 자동차 내부의 공기 조절 시스템의 증발기를 통하여 송풍하는 다양한 응용품에 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 팬은 집에서 사용되는 고정형 공기 조절 또는 난방 시스템에서 송풍하는 데 사용될 수 있다.

상기 타입의 팬은 낮은 소음 수준, 고 효율, 컴팩트성(compactness) 및 바람직한 압력값과 유량값을 얻기 위한 능력을 포함한 다양한 요건을 만족시켜야 한다.

특히, 소음 수준을 낮춘 상태에서 바람직한 일반적 성능을 가지도록 하기 위해서는 블레이드와 그 블레이드 프로파일(profile)의 신중한 설계가 요구된다.

상기 타입의 팬은, 각도 또는 피치(pitch)가, 미리 결정된 반경 신장부에 대하여 허브로부터 말단부 방향으로 점차 감소하다가 다시 말단부를 향하여 증가하는 블레이드를 구비한 저소음 팬에 대하여 설명하고 있는 미국 특허 공보 제6 241 478 호에 개시되어 있다. 상기 블레이드는 외부 링에 의해 서로 연결되어 있다.

본 발명의 하나의 목적은 낮은 소음 수준에서 바람직한 일반적 성능을 가진 팬을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 태양에 의하면, 특허청구범위 청구항 1에 특정된 축류 팬이 제공된다.

특허청구범위 종속항은 바람직하고 유리한 본 발명의 실시예를 나타낸다.

본 발명은, 바람직하고 비제한적인 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고로 하여 아래에 더 자세하게 설명되었다.

도 1은 본 발명에 의한 팬의 정면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 팬의 블레이드의 개략적인 정면도이다.

도 3은 다양한 팬 직경에 대하여 다수의 프로파일의 단면도이다.

도 4는 프로파일의 단면과 각각의 기하학적 특징을 도시한 도면이다.

첨부 도면을 참조하면, 팬(1)은 축(2) 주위로 회전하고, 팬(2)의 회전 평면(XY)에서 곡선인 복수의 블레이드(4)가 연결된 중심 허브(central hub)(3)를 포함한다.

블레이드(4)는 기초부(root)(5)와 말단부(tip)(6)를 구비하고 볼록 전연부(leading edge)(7)와 오목 후연부(trailing edge)(8)에 의해 그 경계가 정해진다.

효율, 유량 및 공기 압력 측면에서 가장 바람직한 결과를 위해, 팬(1)은 도 1 및 도 4에 도시된 회전 방향(V)으로 회전하고, 그에 따라 각 블레이드(4)의 말단부(6)는 기초부(5) 다음에서 공기 흐름과 만나게 된다.

회전 방향(V)을 유지한 상태에서, 팬(1)은 그 블레이드 프로파일을 적당히 변형하고 수정하여 송풍 팬 또는 흡입 팬으로 제작될 수 있다. 이하의 설명은 송풍 팬을 예를 통하여 설명하고 있다.

도 2는 블레이드(4)의 기하학적 특징의 예를 도시한다. 전연부(7)는 두 개의 원형 호부(arc segment)(9, 10)에 의해 그 경계가 정해지고, 후연부(8)는 한 개의 원형 호부(11)에 의해 그 경계가 정해진다. 전연부(7)에서, 반경(R1)은 하나의 원형 호부에서 다른 원형 호부로 변경되는 지점이다.

도 2의 예에 의하면, 블레이드(4)의 평면(XY) 상에서 투영(projection)에 대한 일반적 치수가 표 1에 요약되어 있다.

표 1 - 블레이드(4)의 치수

블레이드(4)의 일반적인 기하학적 특징은 직경이 110mm인 허브에 관하여 정 의되고, 다시 말하면, 블레이드(4)는 기초부(5)에서 최소 반경(Rmin=55mm)과 302mm의 외부 직경 즉 말단부(6)에서 최대 반경(Rmax=151mm)을 구비하고, 이는 블레이드(4)가 96mm의 반경 방향 신장부(extension)를 구비함을 의미한다.

첨부 도면에 도시된 바와 같이, 팬의 외부에는 두께가 수 밀리미터 정도인 연결 링(12)이 장착될 수 있고, 이는 본 실시예에서 팬(1)의 전체 직경이 약 310mm 정도임을 의미한다.

알려진 바와 같이, 연결 링의 기능들 중 하나의 기능은, 블레이드(4)의 말단부(6)에서 와동(vortex)의 형성을 줄이면서 붙임각(incidence angle)을 유지시키고 블레이드 프로파일의 공기 역학적 성능을 향상시키기 위하여, 블레이드(4)의 외곽 부분을 강화하는 것이다.

그러나, 연결 링이 없이 본 발명에 의해 만들어진 팬을 사용해도 바람직한 결과가 또한 나올 수 있음이 주지되어야 한다.

블레이드(4)가 최소 반경(Rmin=55mm)과 최대 반경(Rmax=151mm)을 구비한 것을 고려할 때, 전연부(7)는 상술한 바와 같이 96mm의 반경 방향 신장부의 44%에 해당하고 원형 호가 변경되는 반경(R1)을 구비한다.

기초부(5)에 가장 가까운 전연부(7)의 부분(9)은 반경(Rmax)의 약 88%에 해당하는 반경을 가진 원형 호로 구성되고, 말단부(6)에 가장 가까운 전연부(7)의 부분(10)은 블레이드(4) 반경(Rmax)의 약 55%에 해당하는 반경을 가진 원형 호로 구성된다.

후연부(8)에 있어서, 원형 호부(11)는 블레이드(4) 반경(Rmax)의 약 44.5%에 해당하는 반경을 가진다.

백분율로 나타낸 상기 치수는 표 2에 요약되어 있다.

표 2 - 백분율 형태로 나타낸 블레이드(4)의 치수

유량, 압력 및 소음 측면에서 만족스러운 결과를, 상기 백분율 치수 근방의 값으로도 얻을 수 있다. 특히, 상기 치수에 있어서 약 10% 정도의 편차가 허용된다.

치수에 대한 백분율 범위는 표 3에 요약되어 있다.

표 3 - 블레이드(4) 모서리부의 백분율 범위

전연부(7)에 있어서, 전연부(7)가 연속적이고 전연부(7)에 뾰족한 부분이 없도록 하기 위해, 원형 호부가 바뀌는 영역에 적당한 필렛(fillet)을 구비할 수 있다.

블레이드의 폭 또는 각도 범위(angular extension)에 있어서, 다시 도 2를 참조하면, 블레이드(4)의 평면(XY) 상에서 투영은 기초부(5)에서 약 60도의 각(B1)으로 표현된 폭을 구비하고 말단부(6)에서 약 26도의 각(B2)으로 표현된 폭을 구비한다.

다시 한번, 상기 값 부근의 각도(B1, B2) 값을 가지면 유량, 압력 및 소음 측면에서 만족스러운 결과를 얻을 수 있다. 특히, 상술한 값에서 약 10% 정도의 편차가 허용된다. 각도 B1은 54도 내지 66도에서 변화될 수 있고, 각도 B2는 23도 내지 29도에서 변화될 수 있다.

일반적으로, 팬을 만들기 위해 플라스틱 재료를 사용하기 때문에, 모든 치수 및 각도에 있어서 상술한 값 이내에서 약 5% 정도의 편차를 고려하여야 한다. 각각 의 이등분선을 고려하고 팬(1)의 회전 방향(V)을 따르면, 말단부(6)는 약 26도 정도의 각도(B3)만큼 기초부(5) 뒤에 있다.

블레이드(4)의 다른 각도 특징은, 두 모서리(7, 8)에 대한 각각의 접선과 점(M, N, S, T)을 지나는 각각의 직선에 의해 형성된 각도(B4, B5, B6, B7)(도 2)이다. 각도 B4 및 B5는 각각 28도 및 54도이고, 각도 B6 및 B7은 각각 28도 및 45도이다.

3개 내지 7개의 블레이드(4)를 구비할 수 있고, 바람직한 실시예에 의하면, 5개의 블레이드(4)를 구비하고 그들은 같은 각도로 분리된다.

각 블레이드(4)는 기초부(5)로부터 시작하여 말단부(6)를 향하고 점차적으로 연합(join up)되는 한 세트의 공기 역학적 프로파일로 구성된다.

도 3은 블레이드(4)의 반경 방향 신장부를 따라서 다양한 간격으로 절단된 7개의 단면 프로파일(13 내지 19)을 도시한다.

상기 프로파일(13 내지 19)은 상기 프로파일들 중 하나의 프로파일에 대하여 도 4에 예가 도시된 기하학적 특징에 의해 또한 형성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 각 프로파일(13 내지 19)은 변곡점 또는 뾰족점이 없는 연속적인 중심선(L1)과 현(chord)(L2)에 의해 형성된다.

각 프로파일(13 내지 19)은 전연부 및 후연부의 두 개의 붙임각(incidence angle)(BLE, BTE)에 의해 또한 형성되고, 상기 각은 중심선(L1)과 전연부 및 후연부의 각각의 교차점에서 중심선(L1)에 대한 각각의 접선과 상기 해당 교차점을 통과하고 평면(XY)에 수직한 각각의 직선에 의해 형성된다.

7개의 프로파일(13 내지 19)에 있어서, 아래의 표 4는 블레이드(4)의 프로파일들에 대한 전연부의 각도(BLE), 후연부의 각도(BTE), 중심선(L1)의 길이 및 현(L2)의 길이를 표시한다.

표 4 - 블레이드(4)의 프로파일의 반경 방향 위치, 전연부 및 후연부 각도, 중심선 및 현의 길이

전형적인 경향인 날개-모양 프로파일에 의한 각 프로파일들(13 내지 19)의 두께는, 처음에는 증가하여 중심선(L1)의 길이의 약 40% 정도에서 최대값(S-MAX)에 도달하고 그 이후에는 후연부(8)까지 점차로 감소한다.

백분율로 나타내면, 상기 두께(S-MAX)는 반경(Rmax)의 약 1.6%이다. 상기 프로파일들의 두께는 중심선(L1)에 대하여 대칭적으로 분포된다.

블레이드(4)의 반경 방향 신장부에 있어서 프로파일(13 내지 19)의 위치와, 상기 위치에 따른 중심선(L1)에 대한 두께 경향의 상대적인 값이 표 5에 요약되어 있다.

표5 - 블레이드(4)의 반경 방향 위치와 두께 경향

아래의 표 6은, 도시된 실시예에서, 각 프로파일(13 내지 19)에 있어서 중심선(L1)에 대한 위치에 따른 실질적인 두께 경향의 mm 단위의 값을 요약하고 있다.

표 6 - mm 단위로 나타낸 블레이드(4) 프로파일(13 내지 19)의 두께 경향

프로파일(13 내지 19)은, 바람직하게는, 전연부(7) 측에서 반-원형(semi-circular) 필렛(fillet)과, 후연부(8) 측에서 직선부를 사용하여 형성된 절단부(truncation)에 의해 그 경계가 정해진다.

선택적 실시예에서, 두꺼운 프로파일로 제작된 팬에 의해서도, 소음, 유량 및 압력 측면에서 바람직한 일반적 성능을 얻었다. 상기 선택적 실시예에 대하여, 블레이드의 반경 방향 신장부에 대한 프로파일(13 내지 19)의 위치와 중심선(L1)에 대한 상대적인 두께 경향 값이 표 7에 요약되어 있다.

상기 실시예에서, 두께(S-MAX)가 중심선(L1)의 길이의 30%에 달한다는 것이 또한 주지되어야 한다.

표 7 - 블레이드(4)의 반경 방향 위치와 두께 경향

아래의 표 8은, 첨부 도면에 도시된 실시예에서, 각 프로파일(13~19)에 있어서 중심선(L1)에 대한 위치에 따른 실질적인 두께 경향의 mm 단위의 값을 요약하고 있다.

표 8 - mm 단위로 나타낸 블레이드(4) 프로파일(13 내지 19)의 두께 경향

양쪽 실시예에서 나타난 바와 같이, 프로파일(13 내지 19)은 중심선(L1)에 대한 해당 위치(L1의 0%, L1의 20%, ..., L1의 80%, 등등)에서 동일한 두께를 구비한다.

얇은 프로파일을 구비한 제1 실시예는 경량성(lightness), 비용 및 주조의 용이성 측면에서 장점을 가진다.

두꺼운 프로파일을 구비한 제2 실시예는, 두꺼운 프로파일이 실속(stalling)을 방지하는 데 더 바람직한 성능을 가지기 때문에, 공기 역학적 효율 측면에서 장점을 가진다.

상술한 본 발명은, 특허청구범위에서 설명된 본 발명의 개념의 범주를 벗어나지 않는 한도 내에서 수정되고 변경될 수 있다.

Claims

반경(Rmin)을 가진 중심 허브(3)와,

각각 기초부(5)와 말단부 반경(Rmax)까지 신장되는 말단부(6)를 구비한 복수의 블레이드(4)를 포함하고,

상기 블레이드(4)는 볼록 전연부(7)와 오목 후연부(8)에 의해 그 경계가 정해지는, 평면(XY) 상에서 방향(V)으로 축(2) 주위를 회전하는 축류 팬(1)에 있어서,

상기 전연부(7)는,

말단부 반경(Rmax)의 79%에서 97% 사이의 반경을 구비하고 기초부(5)에 가까운 제1 원형 호부(9)와,

말단부 반경(Rmax)의 49.5%에서 60.5% 사이의 반경을 구비하고 말단부(6)에 가까운 제2 원형 호부(9)와,

블레이드(4) 신장부(Rmax-Rmin)의 40%에서 48.5% 사이의 값을 구비하고 상기 두 개의 원형 호부(9, 10) 사이에서 변경된 반경을 포함하는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
제1항에 있어서,

상기 후연부(8)는 말단부 반경(Rmax)의 40%에서 49% 사이의 반경을 가진 원형 호부(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전연부(7)는,

말단부 반경(Rmax)의 88%의 반경을 구비하고 기초부(5)에 가까운 제1 원형 호부(9)와,

말단부 반경(Rmax)의 55%의 반경을 구비하고 말단부(6)에 가까운 제2 원형 호부(9)와,

블레이드(4) 신장부(Rmax-Rmin)의 44%의 값을 구비하고 상기 두 개의 원형 호부(9, 10) 사이에서 변경된 반경을 포함하는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 후연부(8)는 말단부 반경(Rmax)의 44.5%의 반경을 구비한 원형 호부(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

블레이드(4)의 평면(XY)상에서 투영은 기초부(5)에서 54도에서 66도 사이의 각도(B1)를 가진 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

블레이드(4)의 평면(XY)상에서 투영은 말단부(6)에서 23도에서 29도 사이의 각도(B2)를 가진 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

블레이드(4)의 평면(XY)상에서 투영은 기초부(5)에서 약 60도의 각도(B1)를 가진 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

블레이드(4)의 평면(XY)상에서 투영은 말단부(6)에서 약 26도의 각도(B2)를 가진 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

블레이드(4)의 평면(XY)상에서 투영과 팬(1)의 회전 방향(V)을 고려할 때, 말단부(6)는 기초부(5)보다 약 26도의 각도(B3) 만큼 뒤에 있는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

블레이드(4)의 평면(XY)상에서 투영은 28도의 각도(B4)를 가진, 전연부(7)와 허브(3) 사이의 교차점(M)을 형성하고, 상기 각도(B4)는 상기 교차점(M)에서 전연부(7)에 대한 각각의 접선과 팬의 축(2)으로부터 상기 교차점(M)을 통과하는 각각의 직선에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

블레이드(4)의 평면(XY)상에서 투영은 54도의 각도(B5)를 가진, 전연부(7)와 말단부(6) 사이의 교차점(N)을 형성하고, 상기 각도(B5)는 상기 교차점(N)에서 전연부(7)에 대한 각각의 접선과 팬의 축(2)으로부터 상기 교차점(N)을 통과하는 각각의 직선에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

블레이드(4)의 평면(XY)상에서 투영은 28도의 각도(B6)를 가진, 후연부(8)와 허브(3) 사이의 교차점(S)을 형성하고, 상기 각도(B6)는 상기 교차점(S)에서 후연부(8)에 대한 각각의 접선과 팬의 축(2)으로부터 상기 교차점(S)을 통과하는 각각의 직선에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

블레이드(4)의 평면(XY)상에서 투영은 45도의 각도(B7)를 가진, 후연부(8)와 말단부(6) 사이의 교차점(T)을 형성하고, 상기 각도(B7)는 상기 교차점(T)에서 후연부(8)에 대한 각각의 접선과 팬의 축(2)으로부터 상기 교차점(T)을 통과하는 각각의 직선에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 블레이드(4)는 그 반경 방향의 신장부를 따라서 다양한 간격으로 절단된 각각의 단면에 대한 적어도 다수의 공기 역학적 프로파일(13 내지 19)로 구성되고,

상기 프로파일(13 내지 19)은 연속적이고 변곡점 또는 뾰족점이 없는 중심선(L1)과 상기 전연부와 상기 후연부의 두 개의 붙임각(BLE, BTE)에 의해 형성되고,

상기 각도는 상기 중심선(L1)과 상기 전연부 및 후연부와의 교차점에서 각각의 접선과 상기 해당 교차점을 통과하고 평면(XY)에 수직한 각각의 직선에 의해 형성되고, 또한 상기 프로파일(13 내지 19)의 각도(BLE, BTE)는 아래의 표에 기재된 값을 구비하는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 블레이드(4)는 그 반경 방향의 신장부를 따라서 다양한 간격으로 절단된 각각의 단면에 대한 적어도 다수의 공기 역학적 프로파일(13 내지 19)로 구성되 고,

상기 프로파일(13 내지 19)은 연속적이고 변곡점 또는 뾰족점이 없는 중심선(L1)에 의해 형성되고, 말단부 반경(Rmax)의 1.6%에 해당하는 두께(S-MAX)를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
제15항에 있어서,

상기 프로파일(13 내지 19)은 중심선(L1)에 대하여 대칭인 두께와,

처음에는 증가하여 중심선(L1) 길이의 약 40% 되는 지점에서 최대값(S-MAX)를 가지고 그 이후에 후연부(8)까지 점차로 감소하는 두께 경향을 구비하고,

상기 두께 경향은 아래 표에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 블레이드(4)는 그 반경 방향의 신장부를 따라서 다양한 간격으로 절단된 각각의 단면에 대한 적어도 다수의 공기 역학적 프로파일(13 내지 19)로 구성되 고,

상기 프로파일(13 내지 19)은 연속적이고 변곡점 또는 뾰족점이 없는 중심선(L1)에 의해 형성되고 말단부 반경(Rmax)의 2.6%에 해당하는 두께(S-MAX)를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).
제17항에 있어서,

상기 프로파일(13 내지 19)은 중심선(L1)에 대하여 대칭으로 형성된 두께와,

처음에는 증가하여 중심선(L1) 길이의 약 30% 되는 지점에서 최대값(S-MAX)를 가지고 그 이후에 후연부(8)까지 점차로 감소하는 두께 경향을 구비하고,

상기 두께 경향은 아래 표에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 축류 팬(1).