KR20130111458A

KR20130111458A - 축류팬

Info

Publication number: KR20130111458A
Application number: KR20130034664A
Authority: KR
Inventors: 나오야 이나다; 지로 와타나베
Original assignee: 산요 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2013-10-10
Also published as: US9714659B2; TW201344062A; EP2644902A3; CN103362868B; US20140003933A1; EP2644902A2; TWI631283B; JP2013209956A; CN103362868A; EP2644902B1

Abstract

송풍 효율 및 정압 효율을 향상시키고 또한 소비 전력을 저감 할 수 있는 축류팬을 실현한다.
축류팬(100)은 회전 구동장치의 회전축에 허브(20)가 부착된 날개바퀴(10), 날개바퀴(10)의 지름 방향의 외주를 둘러싸며 회전축의 축방향으로 대향하는 흡기구(42) 및 토출구(43)를 가지는 벤츄리 케이싱(41)을 포함하고, 허브(20)에 일체적으로 부착된 복수의 날개(30)의 정압면(30b)은 날개(30)의 회전 방향 R의 전연부(31)의 만곡 형상을 따르도록 만곡한 복수의 단차부(33)를 가진다.

Description

축류팬{Axial-flow fan}

본 발명은 날개바퀴 날개의 정압면의 형상을 개량한 축류팬에 관한 것이다.

축류팬은 회전 중심이 되는 허브의 외주에 방사선 형태로 복수의 날개를 구비한다. 축류팬은 구조가 간단하므로 예를 들어, 퍼스널 컴퓨터(PC), 서버용의 냉각팬이나 환기팬 등에 널리 이용된다.

축류팬은 일반적으로 풍량이 크고 정압이 작은 송풍 특성이 있다. 축류팬의 송풍 특성을 개량하여 소음을 저감 하기 위해, 날개 구조에 여러 가지 고안이 행해지고 있다.

축류팬 날개 구조에 관련하는 기술로서 회전 중심이 되는 허브의 외주에 복수 개의 날개를 구비하고, 각 날개의 부압면에 다수의 딤플(dimple)을 형성함과 동시에, 이 딤플의 깊이를 d, 딤플의 구멍 지름을 φ로 할 때, 0.15≤d/φ ≤0.3이 되도록 설정한 축류팬이 개시되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1의 기술은 각 날개의 부압면에 소정 조건으로 다수의 딤플을 형성하는 것에 의해서, 날개의 부압면에 경계층의 발달 및 흐름의 박리를 억제하여 축류팬의 소음의 저감 및 공력 성능의 향상을 꾀하고 있다.

또, 날개의 가압면에 복수의 돌기를 설치하고, 그 돌기의 정점을 묶어 형성되는 면과 날개의 부압면으로 유선형의 날개 형상을 형성하는 축류팬이 개시되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).

특허 문헌 2의 기술은 날개의 부압면으로 유선형의 날개 형상을 형성하도록 가압면(정압면)에 복수의 돌기를 설치하는 것으로, 송풍 효율이 높고 소음이 작으며 경량인 축류팬을 제공한다.

[특허문헌]

(특허문헌1)특개평5-332294호 공보

(특허문헌2)특개평11-37092호 공보

그러나 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2의 기술에 의하면 축류팬의 소비 전력의 저감에 대해서는 완전히 검토되지 않고, 송풍 효율이 향상해서 소음이 작아져도 소비 전력이 커지면 기술적 가치가 반감한다.

근년에 인터넷·인프라의 정비 촉진에 수반하여 대형 서버가 보급되고 있다. 대형 서버의 케이싱(casing)에는 예를 들어, 40개 정도의 다수의 냉각 팬이 부착된다. 다수의 냉각 팬의 전원은 통상적으로 케이싱내에 수납된 단일의 전원 장치로부터 공급되므로, 전원 장치의 부담이 크다. 따라서, 개개의 냉각 팬의 소비 전력을 조금이라도 내릴 수 있다면 냉각 팬 전체적으로 전원 장치에 부하를 큰 폭으로 내릴 수 있다.

본 발명은 상기의 사정에 비추어 창안된 것으로 송풍 효율 및 정압 효율을 향상시키며, 또한 소비 전력을 저감 할 수 있는 축류팬의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 축류팬은 회전 구동장치의 회전축에 허브가 부착된 날개바퀴와 상기 날개바퀴의 지름 방향의 외주를 둘러싸고 상기 회전축의 축방향으로 대향 하는 흡기구 및 토출구를 가지는 벤츄리 케이싱을 포함한다.

상기 허브에 일체적으로 부착된 복수의 날개의 정압면은 상기 날개의 회전 방향의 전연부의 만곡 형상을 따르도록 만곡한 복수의 단차부를 가진다.

본 발명에 따른 축류팬은 각 날개의 정압면이 복수의 단차부를 가진다. 각 단차부는 해당 날개의 회전 방향의 전연부의 만곡 형상을 따르도록 만곡한다.

따라서, 각 날개의 정압면과 벤츄리 케이싱 사이의 토출류는 만곡한 각 단차부의 회전 방향 후방의 패인 곳에 맴돌이를 형성한다고 생각된다. 본 발명에 의하면, 복수의 단차부에 의해 형성된 단계적인 맴돌이 위를 후류의 토출류가 통과하는 것으로써, 축류팬의 송풍 효율 및 정압 효율을 향상시키고, 또한 소비 전력을 저감 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬의 후면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬의 일부를 파단한 개략적인 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬에 있어서의 날개의 표면도, 하면도 및 후면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬에 있어서의 시험 제작기의 송풍 특성을 설명하는 도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 축류팬에 대해 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 축류팬은 허브에 일체적으로 부착된 복수의 날개의 정압면(正壓面)에 날개의 회전 방향의 전연부(前緣部)의 만곡 형상을 따르도록 만곡한 복수의 단차부를 가진다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 단차부에 의해 형성된 단계적인 맴돌이(vortex flow) 위를 후류(後流)의 토출류가 통과하기 때문에, 송풍 효율 및 정압(靜壓) 효율을 향상시키고 또한 소비 전력을 저감 할 수 있는 축류팬이 실현된다.

〔축류팬의 구성〕

우선, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬의 구성에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬의 정면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬의 후면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬의 일부를 파단한 개략적인 측면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬에 있어서의 날개의 표면도, 하면도 및 후면도다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬(100)은 회전 구동장치(도시하지 않음)의 회전축에 부착된 날개바퀴(羽根車, impeller)(10)와 이 날개바퀴(10)의 지름 방향의 외주를 둘러싸는 벤츄리 케이싱(venturi casing)(41)을 가진다.

벤츄리 케이싱(41)은 팬 프레임(40)의 주요부를 구성하는 부재이다. 벤츄리 케이싱(41)은 날개바퀴(10)가 일으키는 바람의 통로로서의 풍동(風洞)을 구획 형성하는 원통체 형태의 부재이다. 벤츄리 케이싱(41)의 축방향 양단의 통로는 각각 흡기구(42), 토출구(43)가 된다.

벤츄리 케이싱(41)의 흡기측 및 토출측의 주연(周緣)에는 전자기기 등에 팬 프레임(40)을 고정하기 위한 플랜지부(44), (45)가 설치된다. 플랜지부(44), (45)는 벤츄리 케이싱(41)의 외주벽(外周壁)과 연속하는 정방형 형태의 부착 부재이다. 각 플랜지부(44), (45)의 네 구석에는 부착 나사를 나합하기 위한 미도시의 나사 구멍이 형성된다.

더욱이 벤츄리 케이싱(41) 및 플랜지부(44), (45)를 포함한 팬 프레임(40)은 예를 들어, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금에 의해 형성되지만, 예시한 재질로 한정되지 않고 다른 금속재료나 열가소성의 합성 수지 등을 이용해도 좋다.

날개바퀴(10)는 회전 중심이 되는 허브(20)와 이 허브(20)의 외주(外周)에 일체적으로 부착된 복수의 날개(30)를 가진다.

허브(20)는 날개바퀴(10)의 중앙부에 설치된 컵 형태의 부재이다. 허브(20)의 내부에는 날개바퀴(10)의 회전 구동장치로서 미도시의 모터의 로터 요크가 감입(嵌入)된다. 모터의 베이스부는 팬 프레임(40)으로 지지된다.

도 1에 도시된 바와 같이 복수의 날개(30)는 회전 중심이 되는 허브(20)의 주위에 방사선 형태로 일체적으로 부착된다. 본 실시 예에 있어서의 날개바퀴(10)는 5개의 날개(30)를 가지지만, 날개(30)의 개수는 5개로 한정되지 않는다. 허브(20) 및 날개(30)는 예를 들어, 열가소성의 합성 수지에 의해 형성되지만, 예시한 재질로 한정되지 않는다. 열가소성 합성 수지로서는 예를 들어, PE(폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌), PS(폴리스티렌), PVC(폴리염화비닐), PC(폴리카보네이트(polycarbonate)), PMMA(폴리 메타크릴산 메틸), ABS(아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌), PC/ABS, PA(폴리아미드), POM(폴리옥시메틸렌) 등의 수지를 들 수 있다.

각 날개(30)는 날개 형상(익형, airfoil)을 나타낸다. 각 날개(30)는 해당 날개 형상의 각 날개(30)의 첨단측(돌출측)이 날개바퀴(10)의 회전 방향 R의 전방측에 위치하도록 허브(20)에 일체적으로 부착된다.

각 날개(30)의 기단부(基端部, end portion)(내주단부(內周端部), inner circumferential end portion)는 회전축의 축방향에 대해 경사 시켜서 허브(20)에 부착된다. 구체적으로는 각 날개(30)는 해당 날개(30)의 회전 방향의 전연부(31)(front edge portion)가 허브(20)의 머리 부분 측에 위치하며, 후연부(後緣部)(32)(rear edge portion)가 허브(20)의 통로 측에 위치하도록 허브(20)에 경사 시켜서 부착된다(도 3 참조).

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 날개바퀴(10)는 벤츄리 케이싱(41)내에 있어서, 각 날개(30)의 전면측이 흡입구(42)측이 되며, 후면측이 토출구(43)측이 되도록 배치된다. 따라서 축류팬(100)은 각 날개(30)의 전면측이 부압면(負壓面)(30a)이 되고, 후면측이 정압면(30b)이 된다.

본 실시 예의 축류팬(100)은 각 날개(30)의 정압면(30b)에 만곡한 복수의 단차부(33)가 형성된다. 각 날개(30)의 정압면(30b)에만 만곡한 복수의 단차부(33)가 형성되며 부압면(30a)은 통상의 매끄러운 면으로 형성된다.

도 4(a)는 날개의 외주면의 표면도, 도 4(b)는 날개의 내주면(기단면)의 하면도, 도 4(c)는 날개의 후면도다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 각 단차부(33)는 날개(30)의 전연부(31)의 만곡 형상을 따르도록 형성된다. 각 단차부(33)는 각 날개(30)의 정압면(30b)에 대하여 해당 각 날개(30)의 기단부(내주부)로부터 외주부에 이를 때까지 연장시켜 만곡한다. 복수의 단차부(33)의 만곡율은 날개(30)의 전연부(31)의 만곡율보다 작고, 후연부(32)의 만곡율보다 크게 형성된다. 본 실시 예에서는 각 날개(30)의 정압면(30b)에 2개의 단차부(33a), (33b)를 설치한다. 날개(30)의 후연부(32)측에 위치하는 단차부(33b)의 만곡율은 전연부(31)측에 위치하는 단차부(33a)의 만곡율보다 작게 설정된다.

본 실시 예에서는 각 날개(30)의 정압면(30b)에 2개의 단차부(33a), (33b)를 설치하지만, 단차부의 개수는 2개로 한정되지 않는다.

도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 각 날개(30)의 단면에 있어서, 정압면(30b)의 두께는 전연부(31)에서부터 서서히 증대하고, 단차부(33a)를 거쳐 그 증대의 정도와 비교하여 급격하게 감소한다. 게다가 단차부(33a)를 거쳐서 급격하게 감소한 두께는 재차 서서히 증대하고, 단차부(33b)를 거쳐서 그 증대의 정도와 비교하여 급격하게 감소하여 후연부(32)에 도달한다. 즉, 날개(30)의 정압면(30b)의 단면 형상은 해당 날개(30)의 전연부(31)측으로부터 매끄럽게 두께가 증가하며, 단차부(33)을 거쳐 두께가 급격하게 감소하는 형상을 단계적으로 반복하고 있다.

한편, 각 날개(30)의 부압면(30a)는 상술한 것처럼, 통상의 매끄러운 면으로 형성된다. 날개(30)의 정압면(30b)의 단면 형상과 부압면(30a)의 단면 형상을 종합하여 전체적으로 관찰하면, 각 날개(30)의 단면 형상은 마치 전연부(31)측으로부터 후연부(32)측에 향하여 유선형이 2개 직렬로 이어지는 것 같은 형상을 나타낸다.

또한, 단차부(33)의 개수를 3개 이상으로 하는 경우에 각 날개(30)의 단면 형상은 마치 단차부(33)의 개수에 응한 유선형이 직렬로 이어지는 것 같은 형상을 나타낸다.

〔축류팬의 동작〕

다음으로, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 실시 예의 축류팬(100)의 동작을 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 축류팬(100)은 흡기측 플랜지부(44) 혹은 토출측 플랜지부(45)에 미도시의 부착 나사를 나합하는 것으로써 전자기기의 케이스 등에 부착된다. 예를 들어, 본 실시 예의 축류팬(100)을 PC나 서버용의 냉각 팬으로서 이용하는 경우는 PC등의 케이스 내면의 팬 부착부에 흡기측 플랜지부(44)가 부착된다. 또, 본 실시 예의 축류팬(100)을 환기팬으로서 이용하는 경우는 건물 내벽의 개구부 주변부에 토출측 플랜지부(45)가 부착된다.

본 실시 예의 축류팬(100)을 서버의 냉각 팬으로서 사용하는 경우, 벤츄리 케이싱(41)내에 있어서 날개바퀴(10)의 각 날개(30)의 부압면(30a)는 서버의 케이스 바깥에 있으며, 정압면(30b)은 케이스내에 있다. 서버의 가동 중에는 축류팬(100)의 날개바퀴(10)가 회전하며, 바깥 공기를 케이스내에 수중에 넣고 하드 디스크(HDD) 등의 전자기기를 공기 냉각한다.

축류팬(100)의 흡입구(42)로부터 흡입된 바깥 공기는 날개바퀴(10)의 날개(30)와 벤츄리 케이싱(41) 사이를 통하여 토출구(43)로부터 케이스 내로 토출된다.

본 실시 예의 축류팬(100)은 각 날개(30)의 정압면(30b)에 만곡한 복수의 단차부(33)가 형성된다. 각 단차부(33)는 각 날개(30)의 회전 방향의 전연부(31)의 만곡 형상을 따르도록 만곡한다. 각 단차부(33)는 각 날개(30)의 정압면(30b)에 대하여 해당 각 날개(30)의 기단부(내주부)로부터 외주부에 이를 때까지 연장시켜서 만곡한다. 날개(30)의 후연부(32) 측에 위치하는 단차부(33b)는 전연부(31) 측에 위치하는 단차부(33a)보다 만곡율을 감소시켜 만곡한다.

날개(30)의 정압면(30b)의 단면 형상은 날개(30)의 전연부(31)측으로부터 매끄럽게 두께가 증가하며 단차부(33)를 거쳐 두께가 급격하게 감소하는 형상을 단계적으로 반복하고 있다. 따라서, 날개(30)의 단면 형상은 전연부(31)측으로부터 후연부(32)측에 향하여 유선형의 날개가 직렬에 이어진 것 같은 형상을 나타낸다.

이상과 같은 날개 구조를 가지는 본 실시 예의 축류팬(100)의 송풍 특성은 도 5에 도시된 바와 같이 본 실시 예의 축류팬(100)의 시험 제작기를 제작 운전하여, 종래 구조와의 비교로 확인했다. 종래 구조의 축류팬은 본 실시 예와 같은 수의 5매의 날개를 가지며 각 날개의 부압면과 정압면이 매끄러운 면으로 형성된 날개바퀴를 구비한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예의 축류팬에 있어서의 시험 제작기의 송풍 특성을 설명하는 도이다. 더욱이 송풍 특성은 회전 속도, 최대 풍량, 최대 정압, 음압레벨, 소비 전력, 정압 효율 및 날개 효율에 대해 측정했다.

우선, 도 5(a)는 본 발명의 일 실시 예의 축류팬의 풍량과 소비 전력의 관계를 종래 구조와의 비교로 설명하기 위한 도이다. 도 5(a)에서는 본 발명의 일 실시 예의 축류팬과 종래 구조의 축류팬의 풍량과 정압의 관계 곡선을 합친다.

도 5(a)에 도시된 바와 같이, 축류팬의 풍량이 증가하는 것에 따라, 정압은 점차 감소한다. 또한, 축류팬의 풍량을 증가시키면, 소비 전력은 완만하게 상승한 후 강하 곡선을 그리며 감소한다.

본 발명의 일 실시 예의 축류팬과 종래 구조의 축류팬의 풍량과 정압의 관계 곡선을 합치면, 본 발명의 일 실시 예의 축류팬은 종래 구조의 축류팬보다 약 12. 7%의 최소 소비 전력［W］의 저감을 볼 수 있었다.

다음으로, 도 5(b)는 본 발명의 일 실시 예의 축류팬의 풍량과 정압 효율의 관계를 종래 구조와의 비교로 설명하기 위한 도이다. 도 5(b)에서는, 본 발명의 일 실시 예의 축류팬과 종래 구조의 축류팬의 풍량과 정압의 관계 곡선을 합친다.

도 5(b)에 나타내듯이 축류팬의 풍량이 증가하는 것에 따라, 정압은 점차 감소한다. 또, 축류팬의 풍량을 증가시키면 정압 효율은 산 모양의 곡선을 그리며 변화한다.

본 발명의 일 실시 예의 축류팬과 종래 구조의 축류팬의 풍량과 정압의 관계 곡선을 합치면 본 실시 예의 축류팬은, 종래 구조의 축류팬보다 약 5. 8%의 최대 정압 효율의 향상을 볼 수 있었다. 또 본 발명의 일 실시 예의 축류팬은 종래 구조의 축류팬보다 약 7.5%의 최대 날개 효율의 향상을 볼 수 있었다.

도 5의 시험 제작기의 송풍 특성의 측정 결과로부터 각 날개(30)의 정압면(30b)과 벤츄리 케이싱(41) 사이의 토출류는 만곡한 각 단차부(33a), (33b)의 회전 방향 후방의 패인 곳에 맴돌이를 형성한다고 생각된다. 즉, 본 발명의 일 실시 예의 축류팬(100)에 의하면 복수의 단차부(33a), (33b)에 의해 형성된 단계적인 맴돌이 위를 후류의 토출류가 통과하는 것으로써 송풍 효율 및 정압 효율을 향상시키며 또한 소비 전력을 저감 할 수 있다.

특히, 대형 서버의 경우에는 편입시키는 HDD의 수가 많기 때문에, 예를 들어 40개 정도의 냉각 팬(축류팬)(100)이 부착된다. 다수의 냉각 팬의 전원은 통상, 케이스내에 수납된 단일의 전원 장치로부터 공급되므로, 전원 장치로의 부담이 크다.

본 실시 예의 축류팬(100)은 개개의 냉각 팬의 소비 전력을 저감 할 수가 있어 냉각 팬 전체적으로 전원 장치에의 부하를 큰 폭으로 저감 할 수 있다는 유리한 효과를 가질 수 있다.

이상으로 본 발명의 매우 적합한 실시 예를 설명했지만, 이것들은 본 발명의 설명을 위한 예시이며, 본 발명의 범위를 이러한 실시 예에만 한정하는 취지는 아니다. 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기 실시 예와는 다른 여러 가지의 모양으로 실시할 수 있다.

또한, 상기의 실시 예는 축류팬 날개의 정압면에 만곡한 단차부를 형성하고 있지만, 시로코 팬등의 타형식의 팬 날개의 정압면에도 응용할 수 있다.

10　날개바퀴
20　허브
30　날개
30a　부압면
30b　정압면
31　전연부
32　후연부
33, 33a, 33b　단차부
41　벤츄리 케이싱
42　흡기구
43　토출구
100　축류팬
R　회전 방향

Claims

회전 구동장치의 회전축에 허브가 부착된 날개바퀴; 그리고,
상기 허브에 일체적으로 부착된 복수의 날개를 포함하며,
상기 복수의 날개의 정압면은 상기 날개의 회전 방향의 전연부의 만곡 형상을 따르도록 만곡한 복수의 단차부를 가지는 것을 특징으로 하는 축류팬.
회전 구동장치의 회전축에 허브가 부착된 날개바퀴; 그리고,
상기 날개바퀴의 지름 방향의 외주를 둘러싸고 상기 회전축의 축방향으로 대향하는 흡기구 및 토출구를 가지는 벤츄리 케이싱을 포함하며,
상기 허브에 일체적으로 부착된 복수의 날개의 정압면은 상기 날개의 회전 방향의 전연부의 만곡 형상을 따르도록 만곡한 복수의 단차부를 가지는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 복수의 단차부 각각은 상기 복수의 날개 각각의 정압면에 있어서, 상기 복수의 날개 각각의 내주부로부터 외주부에 이르기까지 연장시켜서 만곡하는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 날개의 후연부측에 위치하는 단차부는 전연부 측에 위치하는 단차부보다 만곡율을 감소시켜서 만곡하는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 날개의 정압면의 단면 형상은 상기 날개의 전연부측으로부터 매끄럽게 두께가 증가하며 단차부를 거쳐 두께가 급격하게 감소하는 형상을 단계적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 날개의 단면 형상은 상기 전연부측으로부터 상기 후연부측에 향하여, 유선형의 날개가 직렬로 이어진 것 같은 형상을 나타내는 것을 특징으로 하는 축류팬.