KR20100120503A - 팬 슈라우드 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팬 슈라우드 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 팬 모터 제어기내 내부 소자의 위치를 팬 슈라우드(Fan Shroud)의 공기유동 방향에 위치되도록 변경 하여 팬 모터 제어기의 냉각효율을 높이게 되는 팬 슈라우드 구조에 관한 것이다.

본 발명의 팬 슈라우드 구조는 자동차용 열교환기(R)로부터 방열된 공기를 배출하기 위한 팬(Fan)(10)과, 상기 팬(10)을 구동시키는 팬 모터(20)와, 상기 팬 모터(20)가 고정 설치되고 상기 팬(10)에 의해 배출된 공기가 유통되는 공기유로(31)가 구비된 슈라우드(Shroud)(30)를 포함하는 팬 슈라우드(100) 구조에 있어서,

상기 팬 슈라우드(100)는 상기 팬 모터(20)의 회전수를 제어하는 스위칭소자(41)가 구비된 팬 제어기(40)가 상기 공기유로(31) 외측에 구비되며, 상기 스위칭소자(41)의 일면에 부착되는 히트싱크(Heat Sink)(42)가 상기 공기유로(31)에 노출되도록 설치되어, 상기 공기유로(31)로 배출되는 공기에 의해 강제 냉각되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 팬 슈라우드 구조는 팬 제어기를 팬 슈라우드의 공기 유동방향에 위치하게 하여 냉각 효율을 높일 수 있고, 팬 제어기의 크기 및 중량을 줄여 엔진룸 내의 공간 활용을 높일 수 있는 효과가 있다.

팬, 슈라우드, 제어기, 냉각

Description

팬 슈라우드 구조 {Structure of Fan Shroud for A Motor Vehicle}

본 발명은 팬 슈라우드 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 팬 모터 제어기내 내부 소자의 위치를 팬 슈라우드(Fan Shroud)의 공기유동 방향에 위치되도록 변경 하여 팬 모터 제어기의 냉각효율을 높이게 되는 팬 슈라우드 구조에 관한 것이다.

보통 차량에는 차량 실내를 냉방 또는 난방하기 위한 공조장치 및 엔진을 냉각시키기 위한 냉각장치가 구비된다. 공조장치는 엔진의 폐열 등을 이용하여 가열된 공기 또는 독립적으로 구비된 냉방장치에 의해 냉각된 공기를 차량 내부에 구성된 덕트 시스템을 통해 송풍기로 압송하여 차량을 난방 또는 냉방한다.

이와 같이 차량 실내를 냉방하기 위해 사용되는 차량의 냉각시스템은 통상적으로 주변으로부터 열을 흡수하는 증발기, 냉매를 압축하는 압축기, 주변으로 열을 방출하는 응축기, 냉매를 팽창시키는 터빈(또는 팽창밸브)으로 구성된다.

이때 내부에 수용된 액상의 냉매가 증발하여 기화되면서 주변으로부터 열을 흡수하는 증발기와, 이와 정확히 반대로 내부에 수용된 기상의 냉매가 응축하여 액화되면서 주변으로 열을 방출하는 응축기에서는 많은 열교환이 발생한다.

한편, 엔진 냉각에 사용되는 냉각장치는 공랭식과 수랭식으로 구분되는데, 그 중 수랭식은 엔진 외주 즉, 엔진 블록에 형성된 워터 재킷에 냉각수를 유동시킴으로써 엔진을 냉각하는 방식이다. 엔진 외주를 따라 유동된 냉각수는 엔진으로부터 발생된 열을 흡수한 후 라디에이터로 유입되며, 라디에이터에서 냉각수의 열이 방출되어 냉각수의 온도가 엔진을 냉각할 수 있도록 다시 내려가고, 방출된 열은 외부 공기로 흡수되어 차량 외부로 배출된다.

이와 같이 공조장치 또는 냉각장치 등에 사용되는 열교환기는 그 내부에 수용된 냉매 또는 냉각수와 외부 공기사이의 열교환을 발생시키는 방식을 통상적으로 많이 사용한다. 이때 냉매 또는 냉각수와 외부 공기 사이의 열교환이 효과적으로 일어나기 위해서는 외부 공기가 신속하게 교체되어야 하며, 이를 위해 공조장치의 증발기나 냉각장치의 라디에이터 등과 같은 열교환기에는 외부 공기를 강제로 유동시키는 팬이 더 구비되어 있는 경우가 대부분이다.

도 1은 이와 같이 열교환기(R)에 구비되는 통상적인 팬 슈라우드를 도시한 것으로, 기본적으로 팬(1), 모터(2) 및 슈라우드(3)로 구성된다. 팬(1)은 모터(2)에 의해 회전함으로써 공기의 유동을 강제하는 기능을 하며, 슈라우드(3)는 팬(1) 및 모터(2)를 열교환기(R)에 고정시키고 또한 열교환기(R)를 통과하여 유동하는 공 기의 흐름에 있어서 그 경로를 유도하는 기능을 가진다. 이 때, 상기 모터(2)에 의해 결정되는 팬(1)의 회전수와 라디에이터 또는 증발기를 통과하는 외부 공기의 유량 및 유속은 밀접한 관계를 가지며, 궁극적으로는 열교환기의 열교환 성능을 좌우하게 된다. 따라서 팬 슈라우드에는 통상적으로 모터(2)를 제어하는 팬 제어기(Fan Controller)(4)가 구비되며, 상기 팬 제어기(4)는 보통 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 상기 모터(2)를 제어한다.

팬 슈라우드에 구비되는 팬 제어기는 스위칭소자로 구성된 기판을 내장하고 있는데, 이와 같은 스위칭소자들은 전력을 공급받아 작동함에 따라 열을 발산하게 된다. 따라서 팬 제어기는 스위칭소자들이 방출하는 열에 의해 온도가 높아지게 된다. 그런데 스위칭소자들은 차량 내부의 다른 기계적 장치들과 비교하였을 때 상대적으로 환경에 훨씬 민감하기 때문에, 이와 같이 온도가 높아지는 경우 손상 및 파괴되거나 작동불량을 일으킬 우려가 있었다. 따라서 이와 같은 문제점을 개선하기 위하여, 팬 제어기에 방열(Heat Sink)구조를 형성하여 팬 제어기 내부의 온도를 낮추는 방법이 널리 채용되어 왔다.

도 2는 종래의 팬 제어기(4)의 구조를 도시하고 있다. 종래의 팬 제어기(4)는 케이스(Case)가 스틸 재질로 되어 있으며, 내부 스위칭소자(4a)의 발열을 제어하기 위해 스위칭소자(4a)가 인접한 면에 히트싱크(4b)를 형성하게 된다. 이때 스위칭소자(4a)의 발열을 효과적으로 제어하기 위해 히트싱크(4b)를 크게 구성하게 되고 히트싱크(4b)가 커짐에 따라 팬 제어기(4)의 케이스도 커지게 된다.

이와 같은 구조를 가질 경우 상술한 바와 같이 팬 제어기(4) 내부의 온도를 일정하게 유지시키는 목적을 달성할 수는 있으나, 팬 제어기(4)의 크기로 인해 팬 슈라우드에 장착 시 공간을 많이 차지하게 되고, 심지어 팬 슈라우드에 함께 장착되지 못하고 다른 공간에 장착되어 차량 엔진룸 공간 활용 및 제어기 냉각 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 팬 모터 제어기 내 발열이 심한 스위칭소자를 팬에서 생성되는 공기 유동에 의해 냉각될 수 있는 위치로 이동시키고, 공기 유동에 의해 강제 냉각되는 만큼 히트싱크를 최소화 하여 팬 모터 제어기의 크기 및 중량을 줄이고, 팬 모터 제어기의 냉각효율을 높일 수 있는 팬 슈라우드 구조를 제공함에 있다.

본 발명의 팬 슈라우드 구조는 자동차용 열교환기(R)로부터 방열된 공기를 배출하기 위한 팬(Fan)(10)과, 상기 팬(10)을 구동시키는 팬 모터(20)와, 상기 팬 모터(20)가 고정 설치되고 상기 팬(10)에 의해 배출된 공기가 유통되는 공기유로(31)가 구비된 슈라우드(Shroud)(30)를 포함하는 팬 슈라우드(100) 구조에 있어서,

상기 팬 슈라우드(100)는 상기 팬 모터(20)의 회전수를 제어하는 스위칭소자(41)가 구비된 팬 제어기(40)가 상기 공기유로(31) 외측에 구비되며, 상기 스위칭소자(41)의 일면에 부착되는 히트싱크(Heat Sink)(42)가 상기 공기유로(31)에 노출되도록 설치되어, 상기 공기유로(31)로 배출되는 공기에 의해 강제 냉각되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히트싱크(42)는 상기 팬(10)에 의해 배출되는 공기의 유동 방향 과 대향되는 면에 입설 되는 다수의 핀(42a)이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히트싱크(42)는 알루미늄(Al) 재질로 된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 팬 슈라우드 구조는 팬 제어기를 팬 슈라우드의 공기 유동방향에 위치하게 하여 냉각 효율을 높일 수 있고, 팬 제어기의 크기 및 중량을 줄여 엔진룸 내의 공간 활용을 높일 수 있는 효과가 있다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 팬 슈라우드를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 팬 슈라우드를 나타낸 후면도이다. 도 5는 본 발명의 팬 제어기를 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 팬 슈라우드를 나타낸 측면 개략도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 팬 슈라우드(100) 구조는 팬(10), 팬 모터(20), 슈라우드(30) 및 팬 제어기(40)를 포함하여 이루어진다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 고안은 엔진에서 발생하는 고열을 냉각수를 순환시켜 냉각할 수 있도록 엔진룸의 전방에 외기와 열 교환하는 열교환 기(R)가 설치되며, 상기 열교환기(R)의 후방에는 차량 정지 중 공기 유동에 의해 냉각수를 강제로 열 교환시키기 위한 팬 슈라우드(100)가 일체로 설치되어 상기 냉각수가 설정된 온도이상으로 상승할 경우 팬 제어기(40)에 의해 팬 모터(20)를 구동시킴으로써 냉각수를 냉각시키게 된다.

상기 팬 슈라우드(100)는 팬 모터(20), 상기 팬 모터(20)의 회전축에 축설 된 팬(10) 및 상기 팬 모터(20)가 고정되며, 상기 팬(10)에 의해 배출된 공기가 상기 열교환기(R)에서 엔진룸 내부로 배출되도록 유도하는 공기유로(31)가 형성되는 슈라우드(30)로 구성되며, 이는 열교환기(R)의 상부와 하부에 형성된 각각의 결합너트에 볼트로 결합 된다.

본 발명의 팬 슈라우드(100)는 스위칭소자(41) 내장된 팬 제어기(40)의 일측면을 슈라우드(30) 내부에 설치한다. 이때, 상기 팬 제어기(40)는 팬(10)에 의해 발생하는 공기 유동이 발생되는 공기 유로(31)상에 상기 스위칭소자(41)의 일면에 부착되는 히트싱크(42)부분이 노출되도록 삽입 설치한다. 이는 팬(10)의 회전에 의해 발생하는 공기 유동을 통해 상기 히트싱크(42)를 강제 냉각시킴으로써 냉각효율을 높이기 위함이다.

이때 상기 팬 제어기(40)는 열교환기(R) 전체 면을 감싸기 위해 연장된 슈라우드(30)의 연장 면에 설치하여 팬 모터(20)의 간섭을 받지 않도록 함이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 고안의 팬 슈라우드(100)는 통상적으로 차량이 정지중일 경우 대부분 구동하게 되며, 냉각수온센서에서 검지된 냉각수 온도에 따라 마이컴에서 팬 제어기(40)를 제어하게 된다.

즉, 엔진을 냉각하는 냉각수의 온도가 높을수록 팬 모터(20)의 회전수를 높여 냉각수의 온도가 설정온도 대역이상으로 상승하지 못하도록 제어하게 된다.

도 5를 참조하면, 상기 팬 제어기(40)는 스위칭소자(41), 히트싱크(42)를 포함하여 이루어진다.

다시 한 번 팬 제어기(40)의 작동원리에 대하여 간단히 설명하자면, 팬 제어기(40)는 상기 슈라우드(30)의 일측에 구비되며, 팬 제어기(40)로부터 나오는 전선이 팬 모터(20)에 연결되어 상기 팬 모터(20)를 제어함으로써 팬(10)의 회전속도를 조절할 수 있게 된다. 팬 제어기(40)는 통상적으로 팬(10)의 제어를 위해 PWM(Pulse Width Modulation)방식을 사용하는데, 이와 같은 전기적 제어를 수행할 수 있도록 팬 제어기(40) 내부에는 전자 소자들로 이루어진 스위칭소자(41)가 구비된다.

스위칭소자(41)가 작동하면 열이 발생하고, 따라서 팬 제어기(40) 내부의 온도가 올라가게 되며, 이는 통상 100℃이상 발열하게 된다. 온도가 올라감에 따라 상기 스위칭소자(41)가 손상, 파괴 또는 동작이상을 일으키게 되는 경향을 막기 위하여, 스위칭소자(41)와 맞닿는 팬 제어기(40)의 커버 일측에 방열을 위한 히트싱크(42)가 구비된다.

이때, 상기 스위칭소자(41)는 상기 팬(10)의 회전에 의해 강제 냉각이 가능한 상기 공기유로(31)상에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 스위칭소자(41)는 상기 팬 제어기(40)의 고정부위 반대편 측부에 형성된다. 이는 스위칭소자(41)의 일면에 부착되는 히트싱크(42)를 공기유로(31)상에 노출시키기 위함이다.

상기 히트싱크(42)의 일측면은 상기 스위칭소자(41)의 전열면적을 넓히기 위해 다수개의 핀(42a)이 일체로 형성되어 있다. 상기 핀(42a)은 상기 공기유로(31)상 공기의 유동 방향에 대향되는 면에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 히트싱크(42)는 전열성이 우수한 금속재질로써 내열성 및 내구성이 우수한 알루미늄(Al) 합금으로 형성함이 바람직하다. 상기 히트싱크(42)를 알루미늄(Al) 합금으로 형성하게 되면 팬 제어기(40)의 냉각 효율을 높여줄 뿐만 아니라 팬 제어기(40)의 크기를 작게 형성하여 상기 슈라우드(30)에 장착 시 공간 확보를 용이하게 한다.

상기와 같은 구성의 팬 슈라우드(100)는 도 6에 도시된 바와 같이 팬에 의해 생성된 공기 유동(화살표)이 스위칭소자(41)의 발열로 대류에 의해 가열된 히트싱크(42)를 강제 냉각 시켜 팬 제어기(40)의 냉각 효율을 높여 팬 제어기(40)의 기능 및 내구성을 유지시키게 된다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 만족하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 종래의 팬 슈라우드를 나타낸 사시도

도 2는 종래의 팬 제어기를 나타낸 개략도

도 3은 본 발명의 팬 슈라우드를 나타낸 사시도

도 4는 본 발명의 팬 슈라우드를 나타낸 후면도

도 5는 본 발명의 팬 제어기를 나타낸 사시도

도 6은 본 발명의 팬 슈라우드를 나타낸 측면 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 팬 슈라우드

R : 열교환기

10 : 팬 20 : 팬 모터

30 : 슈라우드 31 : 공기유로

40 : 팬 제어기 41 : 스위칭소자

42 : 히트싱크 42a: 핀

Claims (3)

1. 자동차용 열교환기(R)로부터 방열된 공기를 배출하기 위한 팬(Fan)(10)과, 상기 팬(10)을 구동시키는 팬 모터(20)와, 상기 팬 모터(20)가 고정 설치되고 상기 팬(10)에 의해 배출된 공기가 유통되는 공기유로(31)가 구비된 슈라우드(Shroud)(30)와, 상기 슈라우드(30)에 고정되며 상기 팬 모터(20)의 회전수를 제어하는 스위칭소자(41)가 구비된 팬 제어기(40)를 포함하는 팬 슈라우드(100) 구조에 있어서,

   상기 팬 제어기(40)에 구비된 스위칭소자(41) 전체가 상기 공기유로(31) 측에 설치되고,

   상기 스위칭소자(41)의 일면에 부착되는 히트싱크(Heat Sink)(42)가 상기 공기유로(31)에 노출되도록 설치되어, 상기 팬(10)에 의해 상기 공기유로(31)로 배출되는 공기에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 팬 슈라우드 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 히트싱크(42)는 상기 팬(10)에 의해 배출되는 공기의 유동 방향과 대향되는 면에 입설 되는 다수의 핀(42a)이 구비된 것을 특징으로 하는 팬 슈라우드 구조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 히트싱크(42)는 알루미늄(Al) 재질로 된 것을 특징으로 하는 팬 슈라우드 구조.

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