KR20080027533A - 가변식 냉각팬 - Google Patents

가변식 냉각팬 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변식 냉각팬에 관한 것으로, 냉각팬의 회전하우징 외주면에 마련되고, 제 1 공간이 내부에 형성되며, 상기 제 1 공간의 외측 끝단에 제 1 슬롯이 형성되는 주날개와 상기 제 1 공간에 위치되는 형상기억합금으로 이루어진 제 1 엑츄에이터와 일단이 상기 제 1 엑츄에이터와 접하고, 타단이 상기 제 1 슬롯으로 돌출가능하게 장착된 제 1 보조날개를 포함하여 구성되어지되, 상기 냉각팬 주위의 온도 변화에 따라서 제 1 엑츄에이터의 형상이 변하여 제 1 보조날개가 제 1 슬롯 외부로 신축되는 것을 특징으로 하는 가변식 냉각팬을 제공한다.
가변식, 냉각팬, 형상기억, 엑츄에이터, 주날개

Description

가변식 냉각팬{Variable Cooling Pan}
도 1은 종래의 냉각팬 정면도.
도 2는 본 발명인 가변식 냉각팬의 정면도.
도 3은 도 2의 A-A부분의 단면도.
도 4는 도 3에서 제 1 보조날개가 신장된 단면도.
도 5는 도 4에서 제 2 보조날개가 신장된 단면도.
도 6은 도 5와 같은 상태에서의 냉각팬 정면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 냉각팬 200: 회전하우징
300: 주날개 400: 제 1 보조날개
500: 제 2 보조날개 700: 제 1 엑츄에이터
본 발명은 가변식 냉각팬에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 냉각수의 온도에 따라서 냉각팬의 회전날개 길이가 가변되어 냉각효율이 향상되도록 하는 차량용 가변식 냉각팬에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 엔진이 과열되면 엔진 부품의 변형, 윤활유의 피막 파괴, 기관의 출력저하 등의 현상이 유발된다. 따라서 엔진 가동시 혼합기의 연소에 의하여 발생되는 열의 일부를 냉각하여 엔진의 과열을 방지하여 운전을 원활하게 할 수 있는 냉각 장치가 필요하다. 이러한 냉각 장치의 냉각 방식은 크게 공랭식과 수랭식으로 구분될 수 있다. 특히 공랭식은 기관을 직접 대기와 접촉시켜 열을 발산시키는 방식으로, 이는 자연 통풍식과 강제 통풍식으로 나누어진다.
자연 통풍식은 주행할 때 받는 공기만으로 냉각하는 방식인데, 예를 들어 실린더 블록이나 실린더 헤드와 같이 과열되기 쉬운 부분에 냉각 핀을 돌출케 하여 방열 면적을 넓히는 것이다. 한편, 강제 송풍식은 냉각팬을 이용하여 강제로 유입되는 다량의 공기로 냉각시키는 방식으로, 이 냉각팬은 주로 워터 펌프 축과 일체로 회전하며 라디에이터를 통해 공기를 흡입하여 라디에이터의 통풍을 보조한다.
도 1은 종래 차량용 냉각팬의 형상을 나타낸 정면도이다.
종래의 냉각팬(10)은 회전하우징(20)의 둘레에 복수개의 회전날개(30)가 방사상으로 형성된다. 이러한 회전날개(30)는 외부의 공기를 최적으로 흡입 또는 방출시키기 위하여 유선형으로 이루어진다.
이와 같이 구비된 종래의 냉각팬(10)의 작동을 설명하면 다음과 같다.
도시되지 않은 워터펌프 축에 회전하우징(20)이 결합되어 엔진의 작동에 따라 회전하면서 외부의 공기를 흡입 또는 방출시켜 냉각 작용을 하게 된다. 또한, 전기적으로 작동되는 전동팬인 경우에는 냉각수온을 측정하는 수온센서와 연계되어 그 회전속도가 조절되는 경우도 있다.
한편, 냉각팬(10)의 냉각 성능을 향상시키기 위해서는 회전날개(30)의 크기와 구동모터의 용량을 증대시켜야 한다. 따라서, 신차 개발시에 엔진룸의 레이아웃을 고려하여 회전날개(30)의 크기를 키우거나 구동모터의 용량을 키우게 된다.
그러나 회전날개(30)의 크기를 크게 할 경우에는 냉각팬의 회전소음 및 차량의 충방전에 불리해질 수밖에 없고, 냉각성능 향상을 위해 구동모터의 용량을 키우게 되면 차량의 연비 및 충방전에 악영향을 끼치게 된다.
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 냉각수의 온도에 따라서 냉각팬의 회전날개 길이가 가변되어 냉각효율이 향상되도록 하는 차량용 가변식 냉각팬을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉각팬의 회전하우징 외주면에 마련되고, 제 1 공간이 내부에 형성되며, 상기 제 1 공간의 외측 끝단에 제 1 슬롯이 형성되는 주날개와 상기 제 1 공간에 위치되는 형상기억합금으로 이루어진 제 1 엑츄에이터와 일단이 상기 제 1 엑츄에이터와 접하고, 타단이 상기 제 1 슬롯으로 돌출가능하게 장착된 제 1 보조날개를 포함하여 구성되어지되, 상기 냉각팬 주위의 온도 변화에 따라서 제 1 엑츄에이터의 형상이 변하여 제 1 보조날개가 제 1 슬롯 외부로 신축되는 가변식 냉각팬을 제공한다.
또한, 상기 제 1 보조날개에는 내부에 제 2 공간이 형성되고, 상기 제 2 공간의 외측 끝단에 제 2 슬롯이 형성되며, 상기 제 2 공간에 위치되는 형상기억합금 으로 이루어진 제 2 엑츄에이터와, 일단이 상기 제 2 엑츄에이터와 접하고 타단이 상기 제 2 슬롯으로 돌출가능하게 장착된 제 2 보조날개가 마련될 수 있다.
그리고 상기 제 2 엑츄에이터의 가변온도는 제 1 엑츄에이터의 가변온도보다 높게 설정될 수 있으며, 상기 주날개는 상기 회전하우징 외주면에 방사형으로 복수개 마련될 수 있고, 상기 제 1 엑츄에이터 및 제 2 엑츄에이터는 스프링 형상으로 될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명인 가변식 냉각팬의 정면도이고, 도 3은 도 2의 A-A부분의 단면도이다.
본 발명인 가변식 냉각팬(100)은 구동수단(미도시)과 연결된 회전하우징(200)과, 상기 회전하우징(200) 외주면에 방사상으로 복수개 마련된 주날개(300)를 포함하여 이루어진다.
그리고 상기 주날개(300)에는 제 1 공간(310)이 내부에 형성되며, 상기 제 1 공간(310)의 외측 끝단에 제 1 슬롯(320)이 형성된다.
또한, 상기 제 1 공간(310)에는 형상기억합금(SMA: Shape Memory Alloy )으 로 이루어진 제 1 엑츄에이터(700)와 일단이 상기 제 1 엑츄에이터(700)와 접하고 타단이 상기 제 1 슬롯(320)으로 돌출가능하게 장착된 제 1 보조날개(400)가 마련된다. 상기 제 1 보조날개(400)의 일단에는 제 1 걸림턱(450)이 형성되어 제 1 보조날개(400)가 제 1 슬롯(320)의 외부로 이탈되는 것을 방지한다.
그리고 상기 제 1 보조날개(400)에는 내부에 제 2 공간(410)이 형성되고, 상기 제 2 공간(410)의 외측 끝단에 제 2 슬롯(420)이 형성되며, 상기 제 2 공간(410)에 위치되는 형상기억합금으로 이루어진 제 2 엑츄에이터(800)와, 일단이 상기 제 2 엑츄에이터(800)와 접하고 타단이 상기 제 2 슬롯(420)으로 돌출가능하게 장착된 제 2 보조날개(500)가 마련된다. 상기 제 2 보조날개(500)의 일단에는 제 2 걸림턱(550)이 형성되어 제 2 보조날개(500)가 제 2 슬롯(420)의 외부로 이탈되는 것을 방지한다.
또한, 제 1 엑츄에이터(700)와 제 2 엑츄에이터(800)는 제 1 보조날개(400)의 일단에서 만나서 이어지고, 상기 제 2 엑츄에이터(800)의 가변온도는 제 1 엑츄에이터(700)의 가변온도보다 높게 설정되고, 상기 제 1 엑츄에이터(700) 및 제 2 엑츄에이터(800)는 스프링 형상이다.
본 실시예에서는 상기 제 1 엑츄에이터(700)의 길이가 늘어나는 온도를 제 1 설정온도라 하고, 제 2 엑츄에니터(800)의 길이가 늘어나는 온도를 제 2 설정온도로 한다.
상기와 같이 구성된 가변식 냉각팬의 작동을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 도 3에서 제 1 보조날개가 신장된 단면도이고, 도 5는 도 4에서 제 2 보조날개가 신장된 단면도이며, 도 6은 도 5와 같은 상태에서의 냉각팬 정면도이다.
일반적으로 엔진 ECU(Engine Electronic Control Unit)(미도시)는 엔진의 회전수와 흡입 공기량, 흡입 압력, 액셀러레이터 개방 정도 등에 맞추어 미리 정해 놓은 점화시기 MAP(Manifold Absolute Pressure) 값과 연료분사 MAP 값 등을 조회하여 수온센서, 산소센서 등을 보정하고 인젝터의 개폐율을 조정하여 엔진이 원활하게 작동하도록 제어하는 장치인데, 본 발명에서는 냉각수의 온도(엔진 회전수 또는 흡입공기량을 기준으로 할 수도 있다.)변화를 감지하여 제 1 엑츄에이터(700) 및 제 2 엑츄에이터(800)에 보내는 전류량을 제어하게 된다.
엔진(미도시)이 저온구간에서 작동될 때에는 상기 냉각팬(100)은 형상에 아무런 변화없이 회전된다.
그리고 엔진이 저온에서 점차 가열되어 고온으로 됨에 따라서 라디에이터(미도시)의 냉각핀을 통해 방열 되는 냉각수의 온도가 상승하고, 상기 냉각수의 온도가 상승하면 엔진 ECU(Engine Electronic Control Unit)(미도시)에서 전류를 증폭시키는 전압을 형성하여 전류증폭기(미도시)에 전달한다.
이에 따라, 상기 전류증폭기(미도시)에서는 전달된 전압에 비례한 전류를 도 3의 전선(600)을 통하여 상기 제 1 엑츄에이터(700)에 전달하고, 제 1 엑츄에이터(700)는 전달된 전류에 의하여 자체 온도가 변화되어 제 1 설정 온도 이상에서 형상에 변화가 일어난다. 따라서, 상기 냉각팬(100) 주위의 온도 변화(엔진의 작동 온도 변화 또는 라디에이터의 냉각수 온도 변화 등)에 따라서 제 1 엑츄에이 터(700)의 형상이 변하여 제 1 보조날개(400)가 제 1 슬롯(320) 외부로 신축된다.
더욱 자세히 설명하면, 냉각수의 온도가 제 1 차 설정온도 이상이면 형상기억합금으로 이루어진 제 1 엑츄에이터(700)는 이미 기억되어 있는 크기로 길이가 증가하여 도 4와 같이 상기 제 1 보조날개(400)를 제 1 슬롯(320)을 통하여 외측으로 밀어내게 된다. 따라서, 냉각팬(100)의 회전반경은 커지게 되고 냉각성능은 그만큼 향상된다.
또한, 냉각수의 온도가 더욱 상승되어 제 2 차 설정온도 이상이 되면 상기 제 1 보조날개(400)의 제 2 공간(410)에 제 2 엑츄에이터(800)가 팽창한다. 상기 제 2 엑츄에이터(800)가 팽창하면 도 5와 같이 상기 제 2 보조날개(500)는 제 2 슬롯(420)을 통하여 외측으로 밀려나게 된다. 따라서, 도 6과 같이 냉각팬(100)의 회전반경은 더욱 커지고 냉각팬(100)의 냉각성능은 더욱 향상되어 진다.
반대로 엔진이 고온구간에서 저온구간으로 운전영역이 변하게 되어, 제 2 설정온도 이하로 내려가면 제 2 엑츄에이터(800)가 원래의 상태로 수축되어 제 2 보조날개(500)가 제 2 공간(410) 속으로 인입되고, 제 1 설정온도 이하로 내려가면 제 1 엑츄에이터(700)가 원래의 상태로 수축되어 제 1 보조날개(400)는 제 1 공간(310) 속으로 인입되어 크기가 축소된다.
그리고 가변식 냉각팬(100)의 냉각 효율 및 구성상 필요에 따라 3단 이상의 보조날개 적용도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 엔진작동이 저온구간에서 고온구간으로 바뀌게 되어 냉각수의 온도가 상승하게 되는 경우에 냉각팬의 회전날개의 크기가 커져 풍량 증대가 이루어져 냉각성능이 향상되고, 고온구간에서 저온구간으로 변할 때는 회전날개의 크기가 줄어들어 냉각팬의 회전에 의한 소음이 저감되고, 연비가 향상되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 냉각팬(100)의 회전하우징(200) 외주면에 마련되고, 제 1 공간(310)이 내부에 형성되며, 상기 제 1 공간(310)의 외측 끝단에 제 1 슬롯(320)이 형성되는 주날개(300)와;
    상기 제 1 공간(310)에 위치되는 형상기억합금으로 이루어진 제 1 엑츄에이터(700)와;
    일단이 상기 제 1 엑츄에이터(700)와 접하고, 타단이 상기 제 1 슬롯(320)으로 돌출가능하게 장착된 제 1 보조날개(400);
    를 포함하여 구성되어지되,
    상기 냉각팬(100) 주위의 온도 변화에 따라서 제 1 엑츄에이터(700)의 형상이 변하여 제 1 보조날개(400)가 제 1 슬롯(320) 외부로 신축되는 것을 특징으로 하는 가변식 냉각팬.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 보조날개(400)에는 내부에 제 2 공간(410)이 형성되고, 상기 제 2 공간(410)의 외측 끝단에 제 2 슬롯(420)이 형성되며, 상기 제 2 공간(410)에 위치되는 형상기억합금으로 이루어진 제 2 엑츄에이터(800)와, 일단이 상기 제 2 엑츄에이터(800)와 접하고 타단이 상기 제 2 슬롯(420)으로 돌출가능하게 장착된 제 2 보조날개(500)가 마련되는 것을 특징으로 하는 가변식 냉각팬.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 2 엑츄에이터(800)의 가변온도는 제 1 엑츄에이터(700)의 가변온도더욱 높게 설정되는 것을 특징으로 하는 가변식 냉각팬.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 엑츄에이터(700) 및 제 2 엑츄에이터(800)는 스프링 형상인 것을 특징으로 하는 가변식 냉각팬.
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