KR20070081352A

KR20070081352A - 차량용 냉각팬

Info

Publication number: KR20070081352A
Application number: KR1020060013248A
Authority: KR
Inventors: 정종대; 김한경
Original assignee: 한국델파이주식회사
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-08-16
Also published as: KR101160991B1

Abstract

본 발명은 모터의 회전축과 연결되는 허브와, 상기 허브 외주면에 일체로 형성된 다수개의 블레이드로 이루어진 차량용 냉각팬으로서, 냉각팬의 허브 외경으로부터 팬 밴드 외경까지의 구간을 무차원화(0~100%)하고, 상기 허브의 외경과 블레이드의 전연(LE; Leading Edge)이 맞닿는 지점을 기준점(0,0,0)이라 하고, 상기 기준점(0,0,0)을 중심으로 한 허브의 높이방향을 Z축이라 하며, 상기 기준점(0,0,0)을 중심으로 한 팬 밴드의 외경으로 수평한 방향을 X축이라 하고, 상기 기준점(0,0,0)을 중심으로 한 팬 밴드의 외경으로 수직한 방향을 Y축이라 할 때, 상기 블레이드의 전연(LE)은 Z축 좌표 값이 무차원 반경의 40~45%까지 감소하다가 이후 증가하는 패턴을 갖고, X축 좌표 값이 75~80%까지 증가하다가 이후 감소하는 패턴을 갖고, Y축 좌표 값이 15~20%까지 증가하다가 이후 감소하는 패턴을 갖는 3차원 곡선으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은 블레이드의 코드 길이(CL)가 상대적으로 작은 형상으로 제작되기 때문에 고속운전 상태에서의 램 에어(Ram Air)의 배출이 원활하게 이루어지게 되어 고속부하 차량에서도 뛰어난 정숙성을 유지하게 되는 효과가 있다.

냉각팬, 허브, 블레이드, 팬 밴드, 설치각, 캠버각

Description

차량용 냉각팬{Cooling Fan for Auto Mobile}

도 1은 종래기술의 차량용 냉각팬 및 쉬라우드 조립구조를 나타낸 분해 사시도.

도 2는 종래기술의 차량용 냉각팬 블레이드 구조를 보인 요부확대도이다.

도 3은 본 발명에 따른 차량용 냉각팬의 구조를 보인 정면도.

도 4는 본 발명에 따른 차량용 냉각팬의 블레이드 특성을 설명하기 위한 도 3의 "A"부 확대단면도.

도 5는 본 발명에 따른 냉각팬의 허브 외경으로부터 팬 밴드 외경까지를 무차원화(0~100%)하고, 각 구간에서의 블레이드 특성을 설치각, 캠버각, 코드길이 값으로 나타낸 도표.

도 6은 본 발명에 따른 냉각팬의 허브 외경으로부터 팬 밴드 외경까지를 무차원화(0~100%)하고, 각 구간에서의 블레이드 전연(LE)의 3차원 형상을 X,Y,Z 좌표값으로 나타낸 도표.

도 7은 본 발명에 따른 냉각팬과 종래기술의 냉각팬의 풍량 성능을 비교한 비교도표.

도 8은 본 발명에 따른 냉각팬과 종래기술의 냉각팬의 소음 측정값을 비교한 비교그래프.

도 9는 종래기술의 냉각팬의 BPF(Blade Pass Frequency) 노이즈 측정값을 나타낸 그래프.

도 10은 본 발명에 따른 냉각팬의 BPF(Blade Pass Frequency) 노이즈 측정값을 나타낸 그래프.

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>

110: 냉각팬 120 : 허브(Hub)

130 : 블레이드 140 : 팬 밴드(Fan Band)

SA: 설치각(Stagger Angle) CA: 캠버각(Camber Angle)

CL : 코드길이(Chord Length) LE : 전연

TE : 후연

본 발명은 차량용 냉각팬에 관한 것으로서, 특히 차량용 냉각팬의 특성을 결정짓는 여러 인자 중에서 소음발생의 주요원인이 되고 있는 블레이드의 형상변경을 통해 동일이상의 풍량 성능을 발휘하면서도, 더욱 정숙해진 차량용 냉각팬에 관한 것이다.

도 1은 종래기술의 차량용 냉각팬 및 쉬라우드 조립구조를 나타낸 분해 사시 도이다.

동 도면에서 보여지는 바와 같은 차량용 냉각팬은 자동차의 라디에이터, 콘덴서 등의 열교환기 내부를 거치는 열교환매체의 냉각을 위하여 사용되는 것으로서, 모터(50)의 회전축(52)과 결합되는 허브(Hub)(20)와, 상기 허브(20)의 외주에 방사상으로 배치되는 다수의 블레이드(30)와, 그리고 상기 블레이드(30)들의 변형을 방지하기 위하여 블레이드(30)들의 끝을 상호 연결시키는 팬밴드(Fan Band)(40)로 구성된다.

이러한, 종래기술은 모터(50)로부터 허브(20)에 전달되는 회전력에 연동되어 냉각팬(10)이 회전하면서 블레이드(30)들에 의해 공기가 축 방향으로 송풍되는 것이다.

상기 냉각팬(10)은 통상 합성수지재를 이용해 일체형상으로 성형되며, 상기 냉각팬(10)에 의하여 열교환기에 공기흐름을 효과적으로 형성시키기 위하여, 상기 열교환기에 고정되는 쉬라우드(Shroud)(60)가 사용된다.

상기 쉬라우드(60)는 공기를 안내하기 위하여 냉각팬(10)이 회전 가능한 상태로 삽입될 수 있는 크기의 송풍구를 가지면서 모터(50)를 지지할 수 있도록 형성된다.

동 도면을 참조하여 통상적인 냉각팬(10)의 블레이드(30) 구조에 대해 설명하면, 회전방향 쪽 가장자리인 전연(Leading Edge)(LE)과 회전 반대방향 쪽 가장자리인 후연(Trailing Edge)(TE)이, 허브(20)와의 연결부인 익근(Root of Blade)(32) 으로부터 날개(30)의 중앙부 쪽으로 회전 반대방향 쪽으로 기울어지는 후향 휨각(Backward Sweeping Angle)을 가지다가, 팬밴드(40)와의 연결부인 익단(Tip of Blade)(34)쪽으로 회전방향 쪽으로 기울어지는 전향 휨각(Forward Sweeping Angle)형태를 갖게 된다.

이러한, 휨각의 변화는 냉각팬(10)의 성능에 있어서 중요한 요인이 되고 있으나, 현재까지는 만족스러운 송풍효율과 소음저감효과를 갖는 냉각팬이 제안되어 있지 못한 상황이다.

특히, 기술의 발전과 더불어 생활환경의 개선으로 인해 소비자들의 차량에 대한 관심이 고급화와 향상된 엔진성능에 집중되고 있는 만큼, 그 주변기술의 고급화가 요구되고 있는 실정이다. 즉, 향상된 엔진성능과 고급화에 어울리는 차량의 정숙성(방음문제)을 해결해야 하는 것이 최대의 시급한 해결과제가 되고 있는 것이다.

종래에는 소음으로 여겨지지 않던 냉각팬의 구동음이 이제는 차량의 정숙성을 해치는 주요원인이 되고 있는 만큼, 이에 대한 시급한 대책이 요구되고 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 차량용 냉각팬의 특성을 결정짓는 여러 인자 중에서 소음발생의 주요원인이 되고 있는 블레이드의 형상변경을 통해 동일이상의 풍량 성능을 발휘하면서도, 더욱 정숙해진 차량용 냉각팬을 제공함에 있다.

상기 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고속운전 상태에서의 램 에어(Ram Air)의 배출이 원활하게 이루어지져 고속부하 차량에서의 정숙성 유지가 용이하도록 블레이드의 코드 길이(CL)가 상대적으로 작은 형상으로 제작되도록 한 차량용 냉각팬을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 냉각팬은, 모터의 회전축과 연결되는 허브와, 상기 허브 외주면에 일체로 형성된 다수개의 블레이드로 이루어진 차량용 냉각팬으로서,

냉각팬의 허브 외경으로부터 팬 밴드 외경까지의 구간을 무차원화(0~100%)하고, 상기 허브의 외경과 블레이드의 전연(LE; Leading Edge)이 맞닿는 지점을 기준점(0,0,0)이라 하고, 상기 기준점(0,0,0)을 중심으로 한 허브의 높이방향을 Z축이라 하며, 상기 기준점(0,0,0)을 중심으로 한 팬 밴드의 외경으로 수평한 방향을 X축이라 하고, 상기 기준점(0,0,0)을 중심으로 한 팬 밴드의 외경으로 수직한 방향을 Y축이라 할 때, 상기 블레이드의 전연(LE)은 Z축 좌표 값이 무차원 반경의 40~45%까지 감소하다가 이후 증가하는 패턴을 갖고, X축 좌표 값이 75~80%까지 증가하다가 이후 감소하는 패턴을 갖고, Y축 좌표 값이 15~20%까지 증가하다가 이후 감소하는 패턴을 갖는 3차원 곡선으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부도면을 참조하여 자세히 설명 하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 차량용 냉각팬의 구조를 보인 정면도로서, 동 도면에서 보여 지는 바와 같은 본 발명에 따른 차량용 냉각팬은 모터(50)의 회전축(52)과 결합되는 허브(120)와, 상기 허브(120)의 외주에 방사상으로 배치되는 다수의 블레이드(130)와, 그리고 상기 블레이드(130)들의 변형을 방지하기 위하여 블레이드(130)들의 끝을 상호 연결시키는 팬 밴드(140)로 구성된다.

도 4는 본 발명에 따른 차량용 냉각팬의 블레이드 특성을 설명하기 위한 도 3의 "A"부 확대단면도로서, 동 도면에서 보여지는 바와 같이 동일 반경하의 블레이드(130)의 전연(LE)과 후연(TE)을 이은 선을 코드길이(CL; Chord Length)이라하고, 임의의 가상 수평선(H)에 대한 블레이드(130)의 입사각을 설치각(SA; Stagger Angle)이라 하며, 소정곡률을 갖는 블레이드(130)의 단면 중심으로부터 코드길이(CL) 양단을 잇는 사이 각을 캠버각(CA; Camber Angle)이라 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 차량용 냉각팬의 형상 특성은 블레이드의 설치각(SA), 캠버각(CA), 코드길이(CL) 값으로 정의 될 수 있으며, 또한 전연(LE) 및 후연(TE)의 3차원 좌표로도 정의 될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 냉각팬의 허브 외경으로부터 팬 밴드 외경까지를 무차원화(0~100%)하고, 각 구간에서의 블레이드 특성을 설치각, 캠버각, 코드길이 값으로 나타낸 도표이다.

동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 상기 냉각팬(110)의 블레이드(130) 특성 값 중에 설치각(SA; Stagger Angle)이 무차원 반경의 40~50%까지 감소하다가 이후부터 증가하는 패턴을 갖는 것을 알 수 있다.

또한, 코드길이(CL; Chord Length)가 무차원 반경의 35~45%까지 감소하다가 이후 증가하는 패턴을 갖게 되고, 캠버각(CA; Camber Angle)은 무차원 반경의 0~100%까지 지속적으로 감소하는 패턴을 갖게 됨을 알 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 냉각팬의 허브 외경으로부터 팬 밴드 외경까지를 무차원화(0~100%)하고, 각 구간에서의 블레이드 전연(LE)의 3차원 형상을 X,Y,Z 좌표값으로 나타낸 도표이다.

동 도표를 참조한 본 발명에 따른 냉각팬(110)은 허브(120) 외경으로부터 팬 밴드(140) 외경까지의 구간을 무차원화(0~100%)하고, 상기 허브(120)의 외경과 블레이드(130)의 전연(LE; Leading Edge)이 맞닿는 지점을 기준점(0,0,0)이라 하고, 상기 기준점(0,0,0)을 중심으로 한 허브(120)의 높이방향을 Z축이라 하며, 상기 기준점(0,0,0)을 중심으로 한 팬 밴드(140) 외경으로 수평한 방향을 X축이라 하고, 상기 기준점(0,0,0)을 중심으로 한 팬 밴드(140)의 외경으로 수직한 방향을 Y축이라 할 때,

상기 블레이드(130)의 전연(LE)은 Z축 좌표 값이 무차원 반경의 40~45%까지 감소하다가 이후 증가하는 패턴을 갖고, X축 좌표 값이 75~80%까지 증가하다가 이후 감소하는 패턴을 갖고, Y축 좌표 값이 15~20%까지 증가하다가 이후 감소하는 패턴을 갖는 3차원 곡선으로 이루게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 냉각팬과 종래기술의 냉각팬의 풍량 성능을 비교한 비교도표로서, 가로축은 설계 시 기준이 되는 풍량으로 각 풍량을 나누어 무차원화 된 값이며, 세로축은 기준이 되는 정압으로 각 정압을 나누어서 무차원화 된 값을 나타내는데, 본 발명에 따른 냉각팬(110)의 풍량 성능이 종래의 냉각팬에 비해 동일 이상으로 구현되고 있음을 보여주고 있다.

도 8은 본 발명에 따른 냉각팬과 종래기술의 냉각팬의 소음 측정값을 비교한 비교그래프로서, 본 발명의 냉각팬의 소음 측정값이 전 RPM 구간에서 2dB(A)이상 낮게 나타나고 있음을 보여주고 있다.

도 9는 종래기술의 냉각팬의 BPF(Blade Pass Frequency) 노이즈 측정값을 나타낸 그래프이고, 도 10은 본 발명에 따른 냉각팬의 BPF(Blade Pass Frequency) 노이즈 측정값을 나타낸 그래프로서, 상기 도 9내지 도10의 비교를 통해서 보듯이 본 발명의 냉각팬을 사용할 경우, 종래 냉각팬에 비해 날개면 통과 주파수(blade passage frequency, BPF)의 토온소음(tonal noise)은 약 8dB 정도 저감되는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 본 발명은 기존의 냉각팬에 비해 동일 이상의 풍량성능을 보이면서 오히려 전체 RPM구간에서의 소음은 2dB이상 저감되고, 날개면 통과 주파수(BPF; Blade Passage Frequency)의 토온소음(Tonal noise)은 약 8dB 정도 저감되는 효과가 있다.

Claims

모터의 회전축과 연결되는 허브와, 상기 허브 외주면에 일체로 형성된 다수개의 블레이드로 이루어진 차량용 냉각팬으로서,

냉각팬(110)의 허브(120) 외경으로부터 팬 밴드(140) 외경까지의 구간을 무차원화(0~100%)하고, 상기 허브(120)의 외경과 블레이드(130)의 전연(LE; Leading Edge)이 맞닿는 지점을 기준점(0,0,0)이라 하고, 상기 기준점(0,0,0)을 중심으로 한 허브(120)의 높이방향을 Z축이라 하며, 상기 기준점(0,0,0)을 중심으로 한 팬 밴드(140) 외경으로 수평한 방향을 X축이라 하고, 상기 기준점(0,0,0)을 중심으로 한 팬 밴드(140)의 외경으로 수직한 방향을 Y축이라 할 때,

상기 블레이드(130)의 전연(LE)은 Z축 좌표 값이 무차원 반경의 40~45%까지 감소하다가 이후 증가하는 패턴을 갖고, X축 좌표 값이 75~80%까지 증가하다가 이후 감소하는 패턴을 갖고, Y축 좌표 값이 15~20%까지 증가하다가 이후 감소하는 패턴을 갖는 3차원 곡선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각팬.
제 1항에 있어서,

상기 냉각팬(110)의 블레이드(130) 특성 값 중에 설치각(SA; Stagger Angle)이 무차원 반경의 40~50%까지 감소하다가 이후부터 증가하는 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각팬.
제 1항에 있어서,

상기 냉각팬(110)의 블레이드(130) 특성 값 중에 코드길이(CL; Chord Length)가 무차원 반경의 35~45%까지 감소하다가 이후 증가하는 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각팬.
제 1항에 있어서,

상기 냉각팬(110)의 블레이드(130) 특성 값 중에 캠버각(CA; Camber Angle)는 무차원 반경의 0~100%까지 지속적으로 감소하는 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각팬.