KR20100013523A - 축류 팬 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축류 팬에 관한 것으로, 응력이 집중되는 부분의 형상을 개선하여 크랙을 방지하는 축류 팬에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명에 따른 축류 팬은 허브와, 허브의 외면에서 돌출되어 형성되는 날개와, 허브의 외면과 날개의 전연(前緣)부가 형성하는 공간을 메우는 보강부재를 구비하여 구성되는 것이다.

Description

축류 팬{Axial Flow Fan}
본 발명은 축류 팬에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전 시 응력이 집중되는 부분을 개선하여 응력을 분산시키는 축류 팬에 관한 것이다.
팬(Fan)은 공기의 유동을 일으켜 환기시키거나 열을 식히게 하는 기계 장치로써, 그 종류에는 원심 팬과 축류 팬 등이 있다. 원심 팬과 축류 팬의 차이를 살펴보면, 원심 팬은 풍량이 작은 반면 정압이 높고 축류 팬은 풍량이 많은 반면 정압이 작다. 이에 축류 팬은 냉각 용도로 자주 사용되고 있다.
축류 팬(Axial Flow Fan)의 형상에 대해서 살펴보면, 축류 팬은 대략 원통형으로 형성되는 허브와, 허브에서 방사상으로 뻗어서 형성되는 다수 개의 날개를 포함하여 구성된다.
축류 팬의 성능 및 소음 특성은 날개의 3차원 형상에 따라서 결정된다. 이에 날개의 3차원 형상을 최적으로 변경함으로써 축류 팬의 성능 및 소음이 매우 개선된 상태이다.
또한 축류 팬의 안전율은 그 기계적 특성에 의해서 결정된다. 즉 축류 팬이 고속으로 회전하는 경우 또는 축류 팬의 사용 기간이 매우 긴 경우 어느 한 부분으 로 응력이 집중되어 크랙(Crack)이 발생할 수 있는데, 이러한 기계적 특성에 의해서 축류 팬의 안전율이 좌우된다. 예를 들면 허브와 날개의 연결 부분은 그 형상이 급격하게 변하는 구조이므로, 이 부분에 응력이 집중되어 크랙이 발생할 확률이 매우 높다. 이에 크랙이 자주 발생하는 부분의 강성을 높이기 위하여 이 부분에 별도의 부재를 덧붙여 두께를 두껍게 하는 방법이 사용되고 있다.
본 발명의 실시예에 따른 축류 팬은 허브와, 상기 허브에서 방사형으로 돌출되어, 이와 함께 회전하는 날개를 구비하는 축류 팬에 있어서, 상기 날개와 상기 허브가 서로 접하는 에지부에는 상기 날개의 회전 방향으로 돌출되어 형성되는 보강부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강부재는 상기 날개의 두께 방향으로 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강부재는 구(球) 형상으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 허브와 상기 날개 각각이 상기 보강부재와 접하는 부분은 라운드 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강부재는 상기 허브 및 상기 날개와 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강부재는 상기 날개의 상측에 구(球) 모양으로 돌출되어 형성되는 구(球)부와, 상기 날개의 하측에 원기둥 모양으로 돌출되어 형성되는 원기둥부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강부재는 상기 원기둥부에서 소정 깊이 함몰되어 형성되는 공동(空洞)부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 축류 팬은 허브와, 상기 허브의 외면에서 돌출되어 형성되는 날개와, 상기 허브의 외면과 상기 날개의 전연(前緣)부가 형성하는 공간 을 메우는 보강부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 허브 및 상기 날개 각각이 상기 보강부재와 접하는 부분은 라운드 형상으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강부재는 구(球) 형상으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 축류 팬을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 축류 팬의 전체 모습을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 축류 팬은 허브(10)와, 허브(10)에서 방사형으로 뻗어 나가는 다수 개의 날개(20)를 구비한다.
허브(10)는 원기둥 모양으로 형성된다. 허브(10)의 내부에 마련되는 모터체결부(14)는 모터(도시되지 않음)와 결합하는데, 이 모터는 허브(10)가 회전하는데 필요한 구동력을 제공한다. 허브(10)의 외주면(11)에는 다수 개의 날개(20)가 서로 동일한 간격으로 배치되고, 이 다수 개의 날개(20)는 허브(10)와 함께 회전하면서 공기의 유동을 발생시킨다.
다수 개의 날개(20)는 도 1에 나타난 바와 같이 3차원 형상으로 마련되는데, 다수 개의 날개(20)가 어떠한 3차원 형상을 갖는지 여부에 따라서 축류 팬의 성능 및 소음 특성이 결정된다. 다수 개의 날개(20)는 그 각각의 3차원 형상이 모두 동일하므로 다수 개의 날개(20) 중 하나를 예로 들어 설명한다.
날개(20)는 오목한 곡선으로 형성되고 날개(20)의 회전 시 앞쪽에 해당하는 전연(前緣)부(21)와, 전연부(21)의 반대 쪽에 형성되는 후연(後緣)부(22)를 가진다. 본 발명의 실시예에 따른 축류 팬은 날개(20)와 허브(10)가 서로 접하여 형성되는 에지부(30)를 가지는데, 날개(20)의 회전 방향을 기준으로 앞쪽에 해당하는 에지부(30)의 선단(31)은 허브(10)의 상면(12) 측에 가깝게 위치되고, 뒤쪽에 해당하는 에지부(30)의 후미(32)는 허브(10)의 하면(13) 측에 가깝게 위치된다. 여기서 날개(20)는 도 1을 참고할 때 시계 반대 방향으로 회전한다. 또한 전연부(21) 바깥 부분은 회전 방향을 기준으로 할 때 다른 부분보다 앞쪽으로 돌출되어 형성되는데, 이는 날개(20) 회전 시 발생하는 유동 소음을 최대한 저감시키기 위한 것이다.
축류 팬의 안전율은 그 기계적 특성에 의해서 결정된다. 여기서 안전율이란 실제응력에 대한 항복응력의 비율로 나타낼 수 있는데, 그 비율이 높을 수록 안전율이 증가한다. 따라서 축류 팬을 설계함에 있어서 응력이 집중되는 부분에 항복응력이 되도록 커지게 설계하고 실제응력이 작아지도록 설계하는 것이 바람직하다. 이에 축류 팬에서 응력이 집중되는 영역이 어디인지 살펴보고, 이 영역의 응력을 분산시키는 구조에 대해서 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 축류 팬은 에지부(30)에서 허브(10)와 날개(20)의 형상이 급격하게 변화한다. 축류 팬이 회전하는 경우 에지부(30)와 같이 형상이 급격하게 변화하는 지점에서 응력이 집중되는데, 특히 날개(20)의 회전 방향을 기준으로 앞쪽에 해당하는 에지부(30)의 선단(31)에서 응력이 집중되어 이 부분에 크랙(Crack)이 발생하기 쉽다. 이처럼 에지부(30) 중에서도 특히 그 선단(31)에서 응력이 집중되는 이유는 허브(10)의 외주면(11)과 날개(20)의 전연부(21)가 "∨"형 노치(notch)를 형성하기 때문이다. 이에 본 발명의 실시예는 "∨"형 노치를 완만하게 하기 위하여 에지부(30)의 선단(31) 영역"A"에 보강부재(40)(도 2 내지 도 7 참조)를 형성한다.
도 2는 도 1의 A영역을 확대한 것을 상측에서 바라본 모습을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 A영역을 확대한 것을 하측에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 축류 팬은 허브(10)의 외주면(11)과 날개(20)의 전연부(21)가 형성하는 공간을 소정 만큼 메우는 보강부재(40)를 구비한다. 보강부재(40)는 구(球) 형상으로 마련되는데, 보다 상세하게는 보강부재(40)는 도 2와 같이 상측이 구 모양으로 형성되는 구부(41)와, 도 3과 같이 하측이 원기둥 모양으로 형성되는 원기둥부(42)를 포함한다. 여기서 보강부재(40)는 날개(20)의 두께 방향으로 설치되어 날개(20)의 강도를 높이게 된다.
보강부재(40)는 에지부(30)의 선단(31)(도 1참조)에 마련되고 날개(20)의 회전 방향으로 소정 부분 돌출되어 형성된다. 돌출되는 보강부재(40)는 허브(10)의 외주면(11)과 날개(20)의 전연부(21)가 형성하는 "∨"와 같은 노치 형상을 "∀"과 같은 노치 형상으로 변경한다. 즉 돌출되는 보강부재(40)는 허브(10)의 외주면(11)과 날개(20)의 전연부(21)가 형성하는 공간을 메워서 허브(10)의 외주면(11)과 날개(20)의 전연부(21)가 형성하는 노치 형상을 최대한 둔화시킨다. 이로 인해 허브(10)와 날개(20)가 완만하게 연결되므로 에지부(30)의 선단(31)에 응력이 집중되는 것이 방지된다.
보강부재(40)는 허브(10) 및 날개(20)와 각각 접하게 되는데, 이 접하는 부분에서 형상이 급격하게 변하는 경우 응력이 집중될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 축류 팬에서는 보강부재(40)와 허브(10)가 서로 접하는 부분은 라운드 모양으로 형성하고, 보강부재(40)와 날개(20)가 서로 접하는 부분도 라운드 모양으로 형성한다.
도 4는 도 2에서 보강부재와 접하는 부분을 라운드 형상으로 변형시킨 것을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3에서 보강부재와 접하는 부분을 라운드 형상으로 변형시킨 것을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 보강부재(40)와 접하는 부분은 모두 라운드 형상을 가지고 있기 때문에 응력이 어느 한 부분으로 집중되는 것을 방지할 수 있다.
또한 공기의 유동 관점에서 고찰해보면, 보강부재(40)는 구형으로 형성되기 때문에 유동 저항이 작고, 보강부재(40)와 접하는 부분도 라운드 형상으로 형성되기 때문에 유동 저항이 작아서 공기가 원활하게 흐를 수 있다.
다만 도 2 및 도 3과 같이, 보강부재(40)의 상측을 구형으로 형성하고, 하측을 원기둥형으로 형성한 것은 축류 팬의 무게와 관련이 있다. 만약 보강부재(40)가 완전한 구형인 경우 보강부재(40)를 추가적으로 형성한 만큼 축류 팬의 무게도 증가한다. 축류 팬의 무게가 증가하게 되면 축류 팬을 동작시키기 위한 소비전력에 상대적으로 많이 소요되고 재ㅗ료비도 상승된다. 이에 보강부재(40)에 의한 무게 증가를 최대한 제한할 필요가 있는데, 보강부재(40)의 하측을 원기둥형으로 형성하 고 그 부분에 공동부(43)를 형성한 것이다. 보강부재(40)에 공동부(43)를 형성함으로써, 공동부(43)에 해당하는 부피만큼 무게를 줄일 수 있다.
이와 반대로 보강부재(40)가 축류 팬에서 차지하는 비율을 매우 작기 때문에 무게 증가로 인한 부정적인 영향들을 무시한다면 도 6 및 도 7과 같이 보강부재(40)의 상측 및 하측을 모두 구형으로 형성하고, 보강부재(40)가 허브(10) 및 날개(20)와 접하는 부분을 라운드 형상으로 형성하는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 보강부재의 상측을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 보강부재의 하측을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7를 참고하면, 앞서 기재한 바와 같이 보강부재(40)의 무게에 따른 영향이 미미하므로 보강부재(40)의 상측 및 하측을 모두 구형으로 형성한다. 이러한 경우에도 보강부재(40)는 허브(10)의 외주면(11)과 날개(20)의 전연부(21)가 형성하는 공간을 메우게 되므로 에지부(30)의 선단(31)에 응력이 집중되는 것을 방지한다. 이와 더불어 보강부재(40)와 허브(10)가 연결되는 부분을 라운드 형상으로 형성하고, 보강부재(40)와 날개(20)가 연결되는 부분을 라운드 형상으로 형성하여 응력이 분산되도록 한다. 결국 보강부재(40)는 도 1의 A영역에 응력이 집중되는 것을 방지하여 축류 팬의 안전율을 높이게 된다.
또한 보강부재(40)는 유선형으로 형성되기 때문에 유동 저항이 매우 작아서 공기가 원활하게 유동하게 된다.
도 2 및 도 3과 같이, 보강부재(40)는 별개의 부재로써 용접 등을 통하여 허브(10) 및 날개(20)와 결합하는 것이 가능하다. 이후 도 4 및 도 5와 같이 보강부 재(40)와 접하는 허브(10)와 날개(20)에 라운드 형상을 주는 것이 가능하다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 축류 팬은 한 번의 사출을 통하여 보강부재(40)와 허브(10)와 날개(20)를 일체로 형성하는 것이 가능하다. 한 번의 사출로 축류 팬을 형성하는 경우 제조 공정이 단순화되어 작업 효율을 높일 수 있고 비용을 저감할 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 축류 팬의 전체 모습을 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 A영역을 확대한 것을 상측에서 바라본 모습을 나타낸 도면.
도 3은 도 1의 A영역을 확대한 것을 하측에서 바라본 모습을 나타낸 도면.
도 4는 도 2에서 보강부재와 접하는 부분을 라운드 형상으로 변형시킨 것을 나타낸 도면.
도 5는 도 3에서 보강부재와 접하는 부분을 라운드 형상으로 변형시킨 것을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 보강부재의 상측을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 보강부재의 하측을 나타낸 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
10: 허브 11: 외주면
20: 날개 21: 전연부
30: 에지부 40: 보강부재
41: 구부 42: 원기둥부
43: 공동부

Claims (10)

  1. 허브와,
    상기 허브에서 방사형으로 돌출되어, 이와 함께 회전하는 날개를 구비하는 축류 팬에 있어서,
    상기 날개와 상기 허브가 서로 접하는 에지부에는 상기 날개의 회전 방향으로 돌출되어 형성되는 보강부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류 팬.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강부재는 상기 날개의 두께 방향으로 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 축류 팬.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보강부재는 구(球) 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 축류 팬.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 허브와 상기 날개 각각이 상기 보강부재와 접하는 부분은 라운드 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 축류 팬.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보강부재는 상기 허브 및 상기 날개와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 축류 팬.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보강부재는 상기 날개의 상측에 구(球) 모양으로 돌출되어 형성되는 구(球)부와, 상기 날개의 하측에 원기둥 모양으로 돌출되어 형성되는 원기둥부를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류 팬.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보강부재는 상기 원기둥부에서 소정 깊이 함몰되어 형성되는 공동(空洞)부를 구비하는 것을 특징으로 하는 축류 팬.
  8. 허브와,
    상기 허브의 외주면에서 돌출되어 형성되는 날개와,
    상기 허브의 외주면과 상기 날개의 전연(前緣)부가 형성하는 공간을 메우는 보강부재를 구비하는 축류 팬.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 허브 및 상기 날개 각각이 상기 보강부재와 접하는 부분은 라운드 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 축류 팬.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 보강부재는 구(球) 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 축류 팬.
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