KR20120002740A - 팬 슈라우드 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 열교환기를 공기를 통해 냉각시키기 위한 팬 슈라우드(Fan Shroud)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슈라우드 형상을 공기 유입구에 대비하여 공기 토출구 단면적의 크기를 축소하여 출구에서 공기의 유속이 빨라지게 되는 팬 슈라우드 구조에 관한 것이다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 팬 슈라우드 구조는 공기의 유속을 빠르게 하기 때문에 열교환기뿐만 아니라 전장부품, 또는 엘이디 모듈과 같은 다른 부품을 냉각할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 팬 슈라우드 구조는 팬이 곡선형 밴드 형상을 갖기 때문에 블레이드의 길이가 늘어나, 풍량이 증대되며, 공기의 흐름이 개선되어 과부하에서도 별도의 구성없이 요구 성능을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

팬 슈라우드 구조 {Structure of Fan Shroud}

본 발명은 자동차용 열교환기를 공기를 통해 냉각시키기 위한 팬 슈라우드(Fan Shroud)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슈라우드 형상을 공기 유입구에 대비하여 공기 토출구 단면적의 크기를 축소하여 출구에서 공기의 유속이 빨라지게 되는 팬 슈라우드 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 엔진룸에는 엔진과, 이 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수단, 공기조화장치 등이 설치되어 있다. 상기 냉각장치는 자동차의 엔진을 냉각시키기 위한 것으로, 엔진의 냉각수를 냉각시키기 위한 라디에이터와, 이 라디에이터의 공기 흐름을 유발시켜 라디에이터 표면의 방열효율을 높이고 결과적으로 냉각수의 냉각효율을 더욱 촉진시키기 위한 팬 슈라우드(Fan Shroud)를 포함한다.

이러한 팬 슈라우드는 자동차의 라디에이터나 콘덴서 등과 같은 공랭식 열교환기의 방열을 촉진하기 위하여 상기 열교환기에 공기를 송풍할 수 있도록 구성되며, 열교환기에 대한 배치형식에 따라 푸셔타입(Pusher type)과 풀러타입(Puller type)으로 분류된다.

푸셔타입은, 축류팬이 열교환기 앞에서 뒤쪽으로 공기를 강제 송풍하는 형식으로, 이 타입은 열교환기에 대한 송풍효율이 낮기 때문에 엔진 룸 내의 열교환기 뒤쪽에 여유 공간이 협소한 경우에 이용되고, 풀러타입은 열교환기 뒤쪽에서 열교환기 앞쪽의 공기를 빨아들여 열교환기를 통과하게 하는 형식으로 푸셔타입에 비하여 상대적으로 송풍효율이 높기 때문에 대부분의 자동차에 적용되고 있다.

도 1은 열교환기와 팬 슈라우드의 분해사시도이며, 도 2는 종래의 팬 슈라우드의 분해사시도이고, 도 3은 종래의 팬 슈라우드의 개략단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 열교환기(R)에 냉각 공기를 도입하기 위해 상기 열교환기의 후단에 고정되는 팬 슈라우드(F)는 팬(Fan)(10)과 슈라우드(Shroud) (30)의 조립체를 지칭하는데, 상기 팬 슈라우드(F)는 송풍을 위한 팬(10)과, 상기 팬의 구동을 위한 모터(20)와, 중앙에는 송풍구(31)가 마련되며 다수의 스테이터(32)에 의해 송풍구(31) 내주면에서 구심방향으로 연장 형성되어 상기 모터(20)를 고정 지지하는 모터고정부(33)를 가지는 슈라우드(30)를 포함한다.

최근 저공해 고연비 대책으로 하이브리드 자동차가 점차 각광받고 있는 추세에 있다. 종래에는 휘발유, 경우 등과 같은 화석 연료를 사용하는 엔진을 구비하는 자동차가 일반적으로 사용되어 왔으나, 화석 연료의 매장량 감소 및 환경오염 문제 등으로 화석 연료를 대체할 차량용 에너지원에 대한 연구가 있어 왔다.

그 중 현재 가장 활발히 연구되고 있는 에너지원은 연료 전지인데, 아직까지는 연료 전지만으로 작동하는 자동차의 경우 연료 대비 효율이나 냉각 시스템의 최적화 등이 완전히 이루어지지 않은 상태이다. 따라서 현재로서는 화석 연료와 연료 전지를 모두 사용하는 하이브리드 자동차가 가장 합리적인 대안으로 대두되고 있는 것이다.

하이브리드 자동차는, 화석 연료를 에너지원으로 사용하는 엔진과 연료 전지를 에너지원으로 사용하는 구동모터와 같이 두 가지의 에너지원을 구동 원으로서 가지고 있다.

상술한 바와 같은 자동차는 작동을 위한 배터리부와 같은 여러 전장부품이 부가되며, 상기 전장부품이 발열됨에 따라 상기 부품을 적절히 냉각하는 것이 필요하며, 이 외에도 엘이디 조명장치가 구비된 경우에는 충분한 방열성능을 확보해야한다.

또한, 연비를 높이기 위한 고효율화에 따라, 차량의 경우에 상기 열교환기의 용량이 증대될 수밖에 없으며, 이에 따라 상기 열교환기를 냉각하는 팬의 부하 역시 증가될 수밖에 없는 문제점이 있다.

그런데, 종래의 팬 슈라우드 구조의 경우 팬의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 송풍구(31)의 공기 유입구 단면적(S1)과 공기 토출구 단면적(S2)이 동일하기 때문에 팬 성능을 증가하기 위해서는 팬의 구동 속도를 증가시킬 수밖에 없으나, 팬의 구동 속도를 증가시킬 경우에는 소음이 크게 증대되어 사용자의 이용 쾌적성을 저하할 수 있으므로, 풍량을 증가하고 정압성을 향상할 수 있는 팬 및 슈라우드 조립체가 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 슈라우드의 통풍구 형상을 공기 유입구 단면적 대비 공기 토출구 단면적의 크기를 축소하여 토출구 측의 유속이 빨라지게 되는 팬 슈라우드 구조를 제공함에 있다.

또한, 팬의 블레이드와 밴드부가 곡선 형상을 갖도록 구성하며, 밴드부는 슈라우드의 송풍구 형상과 대응되도록 구성하여 공기 유동의 흐름을 개선하고 고정압에 대한 압력 효율을 증대시키게 되는 팬 슈라우드 구조를 제공함에 있다.

본 발명의 팬 슈라우드 구조는 자동차의 엔진(Engine)의 전방부에 배치되는 열교환기(R)에 냉각 공기를 도입하기 위해 상기 열교환기의 후단에 고정되며, 송풍을 위한 팬(100)과, 상기 팬의 구동을 위해 구동축(210)이 구비되는 구동모터(200)와, 중앙에는 송풍구(310)가 마련되며 다수의 스테이터(320)에 의해 송풍구(310) 내주면에서 구심방향으로 연장 형성되어 상기 구동모터(200)를 고정 지지하는 모터고정부(330)를 가지는 슈라우드(300)를 포함하는 팬 슈라우드(F) 구조에 있어서, 상기 송풍구(310)의 내주면을 따라, 상기 팬(100)의 끝단과 소정의 간극을 유지하면서 배열되는 톱니부(311); 및 상기 송풍구(310) 상의 상기 톱니부(311) 후단에 형성되되, 제1 유입구(312a) 측에서 제2 토출구(312b) 측으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성되는 면적축소부(312); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 톱니부(311)는, 제2 유입구(311a) 측에서 제2 토출구(311b) 측으로 갈수록 단면적이 작아지도록 상기 제2 유입구(311a)와 제2 토출구(311b)를 연결하는 경사면(311c)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 팬(100)은, 구동모터(200)의 구동축(210)과 결합되는 허브(120); 상기 허브(120)의 외주에 방사상으로 복수개 배치되어 공기를 축방향으로 송풍하는 블레이드(110); 및 상기 블레이드(110)의 단부를 연결하는 밴드부(130)를 포함하여 이루어지며, 상기 밴드부(130)는 상기 경사면(311c)과 소정의 간격을 유지하도록 전단(130a)에서 후단(130b)으로 갈수록 단면적이 작아지는 밴드경사면(131)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 블레이드(110)는 길이 방향 단면형상이 곡선을 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 블레이드(110)는, 상기 허브(120)와 연결되는 익근(111) 및 상기 밴드부(130)와 연결되는 익단(112)을 포함하고, 익근(111)에서 익단(112)까지 휨각(Sweep Angle) 방향이 변화하되, 익근(111)에서 후향 휨각을 가지고 휨각의 크기가 감소하다가 제1 극점(P1)에 도달하면 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되며, 제2 극점(P2)에서 다시 휨각의 방향이 후향 쪽으로 전환되고, 제3 극점(P3)에서 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되어 전향 휨각의 크기가 증가하도록 변화하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 팬 슈라우드 구조는 공기의 유속을 빠르게 하기 때문에 열교환기뿐만 아니라 전장부품, 또는 엘이디 모듈과 같은 다른 부품을 냉각할 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명의 팬 슈라우드 구조는 팬이 곡선형 밴드 형상을 갖기 때문에 블레이드의 길이가 늘어나, 풍량이 증대되며, 공기의 흐름이 개선되어 과부하에서도 별도의 구성없이 요구 성능을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 열교환기와 팬 슈라우드 분해사시도
도 2는 종래의 팬 슈라우드 분해사시도
도 3은 종래의 팬 슈라우드 개략단면도
도 4는 본 발명의 팬 슈라우드 사시도
도 5는 본 발명의 팬 슈라우드 분해 사시도
도 6은 본 발명의 팬 슈라우드 개략단면도
도 7은 본 발명의 제 2실시예의 팬 슈라우드 개략단면도.
도 8a는 본 발명의 제 2실시예의 팬의 부분확대 정면도
도 8b는 본 발명의 제 2실시예의 팬의 정면도

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

도 1, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 팬 슈라우드(F)는 열교환기(R)에 냉각 공기를 도입하기 위해 상기 열교환기(R)의 후단에 고정되며, 송풍구(310)를 가지는 슈라우드(300)에 구동모터(200)가 고정되고, 상기 구동모터(200)에 회전 가능하도록 연결되는 팬(100)이 결합 구성된다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 팬(100)은 블레이드(110), 허브(120) 및 밴드부(130)를 포함하여 일체로 형성된다.

상기 허브(120)는 팬(100)의 중심을 형성하는 부분으로서, 구동모터(200)의 구동축(210)과 결합된다.

상기 블레이드(110)는 방사상으로 배열된 회전익(回轉翼)으로서, 더욱 상세하게, 상기 허브(120)의 외주에 방사상으로 연장되며, 복수 개 배치된다.

상기 블레이드(110)는 팬(100)의 회전에 의해 공기를 축방향으로 송풍하는 구성으로서, 본 발명의 팬(100)은 상기 블레이드(110)가 휘어지게 형성되거나 일정각도로 형사지게 형성되는 등 다양하게 형성될 수 있다.

상기 밴드부(130)는 상기 블레이드(110)의 단부를 연결하여 상기 블레이드(110)를 지지하도록 구성될 수 있다.

상기 구동모터(200)는 차량의 열교환기 내부를 거치는 열교환매체의 냉각을 위해 상기 팬(100)을 동일한 방향으로 회전시키면서 송풍되게 하는 구동원이다.

이러한, 상기 구동모터(200)는 상기 팬(100)이 구동축(210)의 단부에 결합될 수 있도록 상기 구동축(210)을 전방으로 돌출되게 형성될 수 있다.

상기 팬(100)은 상기 구동모터(200)에 의해 회전하면서 차량의 열교환기에 송풍 공기를 전달하여 내부를 순환하는 열교환매체를 냉각되게 하는 회전 팬이다.

여기서, 상기 팬(100)은 동일한 회전방향으로 회전할 수 있도록 상기 구동모터(200)의 전방으로 돌출 형성된 구동축(210)의 단부에 결합될 수 있다.

상기 허브(120)는 상기 구동모터(200)를 바라보는 면이 개방된 용기형상을 하고 있으며, 그 중심이 상기 구동모터(200)의 구동축(210)에 결합되어 상기 구동모터(200)의 회전력에 의해 블레이드(110)를 회전시키는 역할을 한다.

상기 슈라우드(300)는 상기 구동모터(200)에 의해 상기 팬(100)이 회전하면서 발생되는 공기송풍을 안내함과 더불어 구동원인 상기 구동모터(200)를 지지한 상태로 차량의 열교환기에 고정 설치되는 부재이다.

이러한, 상기 슈라우드(300)는 중앙에 흡입되는 송풍 공기를 축방향으로 안내하기 위한 송풍구(310)가 마련되며, 후면이 열교환기의 배면 전체에 접할 수 있도록 열교환기의 형상에 대응되는 사각형 형상으로 합성수지재로서 성형 형성한다.

여기서, 상기 슈라우드(300)의 송풍구(310)는 풍압손실을 줄여 상기 팬(100)의 송풍효율을 높일 수 있도록 원형으로 형성될 수 있다.

상기 송풍구(310)의 내주면에는 톱니부(311)가 형성될 수 있다. 상기 톱니부(311)는 상기 송풍구(310)의 내주면을 따라 형성되는 다수의 와류방지톱니로 이루어진다. 상기 와류방지톱니는 상기 팬(100)의 회전방향으로 경사면을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 톱니부(311)는 상기 팬(100)의 밴드부(130) 끝단과 소정의 간극을 유지하도록 배열된다. 이는 상기 블레이드(110)들의 끝단 회전에 의하여 송풍구(310)의 내주면 쪽에서 공기흡입측인 전방에 저압이 형성되고, 공기토출측인 후방에 고압이 형성됨에 따라, 팬(100)의 회전방향과 같은 방향으로 회전하면서 고압측인 후방에서 저압측인 전방으로 와류를 일으키며 공기가 역류될 수 있으나, 상기 팬(100)의 회전방향으로 경사면을 가지는 톱니부(311)에 의해 역류를 방지하기 위함이다.

그리고 상기 슈라우드(300)에는 상기 송풍구(310) 내주면의 다수지점에서 구심방향으로 연장된 다수의 스테이터(320)에 의해 지지 형성된 상태로 상기 송풍구(310)의 중앙에 상기 구동모터(200)를 고정 지지하는 모터고정부(330)를 구비한다.

이때 본 발명의 슈라우드 구조는 상기 팬(100)에 의해 유입되는 공기의 유속을 증가시키기 위해 다음과 같은 구성을 가진다.

도 6을 참조하면, 상기 송풍구(310)상에는 면적축소부(312)가 형성될 수 있다. 상기 면적축소부(312)는 상기 톱니부(311)의 후단에 형성될 수 있다. 상기 면적축소부(312)는 공기가 유입되는 제1 유입구(312a) 측에서 공기가 토출되는 제1 토출구(312b) 측으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성될 수 있다. 즉 상기 제1 유입구(312a) 측 단면적(S1)이 상기 제1 토출구(312b) 측 단면적(S2)보다 크게 형성될 수 있다.

상기와 같은 송풍구(310)의 구성으로 인해 슈라우드(300) 내를 유동하는 공기의 유속이 증가할 뿐만 아니라, 유동이 집중되는 것을 크게 완화하는 역할을 하며, 이에 따라 소비전력대비 송풍효율이 높아질 뿐만 아니라 소음 발생량이 크게 저감되게 된다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 제 2실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 제 2실시예는 제 1실시예의 구성을 모두 포함하되, 제 1실시예의 톱니부(311) 및 팬(100)의 구성에 차이점이 있는바 이에 관해서만 상세 설명하기로 한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 톱니부(311)의 내부면에는 경사면(311c)이 형성될 수 있다. 상기 경사면(311c)은 공기가 유입되는 제2 유입구(311a) 측에서 공기가 토출되는 제2 토출구(311b) 측으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성될 수 있다. 즉 상기 제2 유입구(311a) 측 단면적(S3)이 상기 제2 토출구(311b) 측 단면적(S4)보다 크게 형성될 수 있다. 여기서 제2 토출구(311b)의 단면적(S4)은 제1 유입구(312a)의 단면적(S1)과 같다.

상기와 같은 톱니부(311)의 구성으로 인해 슈라우드(300) 내를 유동하는 공기의 유입구 면적과 토출구 면적의 차이를 더 크게 하여 유속이 증가할 뿐만 아니라, 유동이 집중되는 것을 크게 완화하는 역할을 하며, 이에 따라 소비전력대비 송풍효율이 높아질 뿐만 아니라 소음 발생량이 크게 저감되게 된다.

또한, 상기 밴드부(130)에는 밴드경사면(311c)이 형성될 수 있다. 상기 밴드경사면(311c)은 밴드부(130)의 전단(130a)과 후단(130b)을 연결하도록 형성될 수 있다. 이때 상기 밴드경사면(311c)은 상기 경사면(311c)과 소정 간격을 유지하도록 형성될 수 있다. 따라서 상기 밴드경사면(311c)은 상기 전단(130a)에서 후단(130b)으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성된다.

아울러, 상기 팬(100)의 블레이드(110)는 길이 방향 단면형상이 곡선을 이루며 형성될 수 있다. 상기 블레이드(110)의 길이 방향 단면 형상을 직선이 아닌 곡선으로 형성하면, 상기 블레이드(110)의 길이가 증가하기 때문에 풍량이 증가하고 이에 따라 열교환 효율을 높일 수 있는 효과가 발생한다.

또한, 상기 블레이드(110)는 허브(120)와 연결된 익근(111) 및 밴드부(130)와 연결된 익단(112) 사이의 영역에서 휨각의 크기가 점진적으로 변화하되, 익근(111)에서 최대 후향 휨각을 가지고 점진적으로 후향 휨각의 크기가 감소하다가 제1극점(P1)에 도달하면 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되며, 제2극점(P2)에서 다시 휨각의 방향이 후향 쪽으로 전환되고, 제3극점(P3)에서 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되어 점진적으로 전향 휨각의 크기가 증가하여 익단(112)에서 최대 전향 휨각을 가지도록 구성된다.

여기서 중앙선(ML)은 상기 블레이드(110)의 회전 방향 쪽 가장자리인 앞전(Leading Edge, LE)과 회전 반대 방향 쪽 가장자리인 뒷전(Trailing Edge, TE)의 중앙점을 이은 선으로 정의한다.

본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

R : 열교환기 F : 팬 슈라우드
100 : 팬 110 : 블레이드
120 : 허브 130 : 밴드부
200 : 구동모터
300 : 슈라우드 310 : 송풍구
311 : 톱니부 312 : 면적축소부
320 : 스테이터 330 : 모터고정부

Claims (5)

1. 자동차의 엔진(Engine)의 전방부에 배치되는 열교환기(R)에 냉각 공기를 도입하기 위해 상기 열교환기의 후단에 고정되며, 송풍을 위한 팬(100)과, 상기 팬의 구동을 위해 구동축(210)이 구비되는 구동모터(200)와, 중앙에는 송풍구(310)가 마련되며 다수의 스테이터(320)에 의해 송풍구(310) 내주면에서 구심방향으로 연장 형성되어 상기 구동모터(200)를 고정 지지하는 모터고정부(330)를 가지는 슈라우드(300)를 포함하는 팬 슈라우드(F) 구조에 있어서,
   상기 송풍구(310)의 내주면을 따라, 상기 팬(100)의 끝단과 소정의 간극을 유지하면서 배열되는 톱니부(311); 및
   상기 송풍구(310) 상의 상기 톱니부(311) 후단에 형성되되, 제1 유입구(312a) 측에서 제2 토출구(312b) 측으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성되는 면적축소부(312);
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬 슈라우드 구조.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 톱니부(311)는,
   제2 유입구(311a) 측에서 제2 토출구(311b) 측으로 갈수록 단면적이 작아지도록 상기 제2 유입구(311a)와 제2 토출구(311b)를 연결하는 경사면(311c)이 형성되는 것을 특징으로 하는 팬 슈라우드 구조.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 팬(100)은,
   구동모터(200)의 구동축(210)과 결합되는 허브(120);
   상기 허브(120)의 외주에 방사상으로 복수개 배치되어 공기를 축방향으로 송풍하는 블레이드(110); 및
   상기 블레이드(110)의 단부를 연결하는 밴드부(130)를 포함하여 이루어지며,
   상기 밴드부(130)는 상기 경사면(311c)과 소정의 간격을 유지하도록 전단(130a)에서 후단(130b)으로 갈수록 단면적이 작아지는 밴드경사면(131)이 형성되는 것을 특징으로 하는 팬 슈라우드 구조.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 블레이드(110)는 길이 방향 단면형상이 곡선을 이루는 것을 특징으로 하는 팬 슈라우드 구조.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 블레이드(110)는,
   상기 허브(120)와 연결되는 익근(111) 및 상기 밴드부(130)와 연결되는 익단(112)을 포함하고,
   익근(111)에서 익단(112)까지 휨각(Sweep Angle) 방향이 변화하되, 익근(111)에서 후향 휨각을 가지고 휨각의 크기가 감소하다가 제1 극점(P1)에 도달하면 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되며, 제2 극점(P2)에서 다시 휨각의 방향이 후향 쪽으로 전환되고, 제3 극점(P3)에서 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되어 전향 휨각의 크기가 증가하도록 변화하는 것을 특징으로 하는 팬 슈라우드 구조.

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