KR100548036B1 - 축류팬용 안내깃과 그 안내깃을 구비한 축류팬 슈라우드 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축류팬이 축방향에 대하여 3 차원 방향으로 송풍하는 공기를 1 차원의 축방향으로 유도할 수 있는 공기유동 축류팬용 안내깃과 그 안내깃을 구비한 축류팬 슈라우드 조립체에 관한 것이다.

본 발명의 축류팬용 안내깃은, 축류팬(10)에 의해 송풍되는 공기를 맞는 전연(35b), 상기 전연으로부터 후류측으로 연장된 공기유동안내면(35a) 그리고 상기 공기유동안내면 후단의 후연(35c)으로 이루어진 현이 상기 축류팬의 중심에 대하여 방사방향으로 연장되어 형성되는 축류팬용 안내깃(35)에 있어서, 상기 축류팬이 송풍하는 공기의 회전방향속도(U_th)와 반경방향속도(U_r)의 합벡터인 횡방향속도벡터(U_s)에 전연선(Leading Edge Line)이 직교하도록 원주방향으로 굽어 있고, 또, 상기 안내깃(35)의 전연입구각(A _in)이 공기 유입각(Tan^-1(U_s/U_z))과 같고 후연출구각(A _out)은 축선에 대하여 0 도가 되도록 공기유동안내면(35a)이 원호형으로 만곡된 것을 특징으로 하며, 이와 같은 구성으로, 공기의 회전방향 속도성분과 반경방향 속도성분을 축방향으로 전환시킴으로써 축류팬의 축방향에 대한 공기 송풍효율이 높일 수 있으며, 이에 요구되는 소정의 송풍량을 기준으로 볼 때, 전력소비량을 크게 줄일 수 있으며, 소음의 발생량도 아주 적게 할 수 있다.

Description

축류팬용 안내깃과 그 안내깃을 구비한 축류팬 슈라우드 조립체

본 발명은 축류팬(Axial Flow Fan)이 송풍하는 공기를 축방향으로 유도하는 축류팬용 안내깃과 그 안내깃을 구비한 축류팬 슈라우드 조립체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 축류팬이 3 차원 방향의 속도성분을 가지고 송풍하는 공기를 1 차원의 축방향으로 유도할 수 있는 축류팬용 안내깃과 그 안내깃을 구비한 축류팬 슈라우드 조립체에 관한 것이다.

축류팬은, 방사상으로 배열된 회전익인 다수의 블레이드를 회전시켜 공기를 축방향으로 송풍하는 유체기계로서, 통상, 상기 축류팬 주위를 둘러싸서 공기를 축방향으로 유도하는 슈라우드(Shroud)와 함께 하나의 축류팬 슈라우드 조립체를 이룬다.

이러한 축류팬 슈라우드 조립체는, 통상, 실내를 환기시키거나, 또는, 예컨대 자동차의 라디에이터나 콘덴서 등과 같은 공랭식 열교환기의 방열을 촉진하기 위하여 상기 열교환기에 방열공기가 송풍되도록 공기를 불어주거나 빨아들이는데 사용되는데, 특히, 공랭식 열교환기에 설치되는 축류팬 슈라우드 조립체는 열교환기에 대한 배치형식에 따라 푸셔 타입(Pusher type)과 풀러 타입(Puller type)으로 분류된다.

푸셔 타입은, 축류팬이 열교환기 앞에서 뒤쪽으로 공기를 강제송풍하는 형식으로, 이 타입은 열교환기에 대한 송풍효율이 낮기 때문에 엔진 룸 내의 열교환기 뒤쪽에 여유공간이 협소한 경우에만 주로 사용된다.

풀러 타입은, 열교환기 뒤쪽에서 열교환기 앞의 공기를 빨아들여 열교환기를 통과하게 하는 형식으로 푸셔 타입에 비하여 상대적으로 송풍효율이 높기 때문에 요즈음의 대부분 자동차에는 이 타입이 적용되고 있다.

한편, 축류팬 슈라우드 조립체에 있어서, 슈라우드는, 축류팬의 송풍효율을 높이기 위하여, 내부에 축류팬의 중심이 되는 위치를 기준으로 방사상으로 배열되는 스트립(Strip) 형상의 고정익인 안내깃(Stator)을 포함한다. 이 안내깃은 축류팬 블레이드로부터 송풍되어오는 공기의 속도에너지를 압력에너지로 변환하여 정압(靜壓)을 상승시킴으로써 축방향 송풍효율을 높이는 작용을 한다.

첨부된 도면의 도 1은 종래의 축류팬용 안내깃을 가진 풀러 타입의 축류팬 슈라우드(30) 조립체 배면도이다.

도시된 바와 같이, 축류팬(10)은 모터의 구동축에 연결되는 원환형의 팬 허브(Fan Hub)(도 4에서 부호 11)와 이 팬 허브의 둘레를 따라 다수의 블레이드(Blade)(12)가 배열되어 일체화된 것으로서, 열교환기(도시되지 않음)의 후면에서 모터(20)에 의해 블레이드(12)들이 회전하면서 열교환기 앞쪽 공기를 열교환기를 통하여 빨아들여 뒤쪽으로 송풍하며, 이에, 열교환기는 축류팬(10)에 의해 빨아들여지는 송풍공기에 열을 빼앗겨 냉각된다. 이 축류팬(10)은 대개 합성수지재로 제작되며, 통상 팬 허브(11)와 블레이드(12)가 하나의 몸체를 이루도록 일체형으로 성형된다.

상기 슈라우드(30)는 축류팬(10)과 모터(20)를 열교환기에 대하여 고정하는 고정역할과, 축류팬(10)이 빨아들이는 송풍공기를 정후방으로 안내하는 안내역할을 겸하며, 이는, 대략 직사각형의 하우징(Housing)(31)과, 하우징(31) 내에 형성된 통풍구(31a) 중앙의 모터 지지링(32)과, 그리고, 상기 모터 지지링(32)을 하우징(31)에 대하여 지지하는 대략 방사상으로 배열된 다수의 안내깃(33) 등으로 이루어져 있다.

슈라우드에 있어서, 하우징(31)은 열교환기에 대한 송풍면적을 확대하기 위하여 그 전면이 열교환기에 전체적으로 접하도록 개방되며, 통풍구(31a)측으로 갈수록 점차 축소되는 벨 마우스형(Bell Mouth Type) 공기유동 안내구조(도 4에서 볼 수 있음)를 가진다. 이 안내구조는 공기가 열교환기 전면(全面)을 거쳐 유입되게 함으로써 열교환기의 전열면적을 확대하고 또 공기를 축방향으로 송풍하여 송풍효율을 늘림으로써 열교환기에 대한 냉각효과를 증대시키는 역할을 한다. 이 하우징(31)의 상하에는 이 하우징을 열교환기에 볼트 체결 등으로 고정할 수 있게 하는 브래킷(34)들이 설치되기도 한다.

슈라우드(30)의 안내깃(33)은, 하우징(31)으로부터 통풍구(31a)의 중앙을 향하여 뻗어 모터 지지링(32)에 연결되어, 이 모터 지지링(32)를 하우징(31)에 대하여 지지한다. 또한, 이 안내깃(33)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 소정 너비의 공기안내면(33a)을 형성하면서 축류팬(10)의 회전방향으로 비스듬히 경사져 있어서 통풍구(31a)를 통해 송풍되는 공기를 가능한 축방향으로 변화시켜 축방향의 송풍량을 증대한다.

모터 지지링(32)은 축류팬(10)과 이 축류팬(10)을 구동하는 모터(20)를 고정함과 동시에 이들(10)(20)을 안내깃(33)에 의하여 하우징(31)에 대하여 지지한다. 이 모터 지지링(32)은 축류팬(10)의 팬 허브의 형상과 이 팬 허브를 구동하는 모터의 형상이 고려되어 대개는 원통형으로 성형된다.

상술한 바와 같은 구성들로 이루어진 종래의 축류팬 슈라우드 조립체에 있어서, 안내깃(33)은, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 모터 지지링(32) 외주로부터 하우징(31)까지 곧게 뻗어 있으며, 그 후면의 공기유동안내면(33a)이 공기의 유동방향을 직접적으로 변화시킬 수 있도록, 도 2에 도시된 바와 같이, 축방향에 대하여 소정의 각도(θ_t)만큼 경사져 있다.

상기 공기유동안내면(33a)은 공기의 회전속도 성분을 축방향으로 전환하여 공기의 축방향 속도를 증대함으로써 축류팬(10)의 송풍효율을 높이는 작용을 한다. 즉, 축류팬(10)으로부터 송풍되는 공기는 축방향 속도성분(U_z)뿐만 아니라 회전방향의 속도성분(U_th)을 가지고 있어서 이를 그대로 방치할 경우 송풍효율이 낮아지기 때문에, 공기의 회전방향 속도성분(U_th)을 축방향으로 전환하여 축방향 송풍속도를 높여줌으로써 축류팬(10)의 송풍효율을 높이게 된다.

이러한 안내깃(33)의 공기유동안내면(33a) 작용을 좀 더 구체적으로 본다.

하우징(31)내의 공기유동장에서 공기입자는 축방향에 대하여 회전방향 및 반경방향으로 비스듬이 경사진 방향으로 송풍된다. 즉, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 회전중심으로부터 반경방향으로 r 만큼 이격된 유동장 내의 임의의 점에서 공기입자는 축방향에 대하여 축방향 속도성분(U_z)외에 축류팬(10)의 블레이드(12) 회전력에 의한 회전방향 속도성분(U_th)을 가지므로, 실제로 축방향에 평행한 선(이하, 축선이라고 약칭함)에 대하여 회전방향으로 소정의 각도(θ_T)만큼 경사진 방향에서 안내깃(33)의 전연(Leading Edge)(33b)을 향하여 송풍된다. 이러한 실제 송풍방향을 고려하여, 안내깃(33)의 공기유동안내면(33a)을 너비방향의 단면에서 볼 때 축선(A.L:Axial Line)에 대하여 축류팬(10) 회전반대방향 즉 공기토출방향으로 소정의 각도 θ_t (θ_t≤θ_T )만큼 경사진 채 만곡되도록 설계함으로써, 공기유동안내면(33a)은 축류팬(10)으로부터 송풍되어오는 공기를 축방향으로 굴절시켜 축방향 속도를 높이게 된다. 이와 같은 송풍공기의 축방향 속도 증가는 송풍효율 증대를 의미하며, 결과적으로 안내깃(33) 설계에 있어서, 축선(A.L)에 대하여 축류팬 회전반대방향으로 경사진 공기유동안내면(33a)은 축류팬의 송풍효율을 높이게 된다.

한편, 더 구체적인 송풍효율 증대방안으로서 미국 특허 US 4,548,548 호에는 상기 안내깃(Stator)의 공기유동안내면의 축선에 대한 경사각을 실질적으로 한정하여 송풍효율을 보다 효과적으로 증대시키는 방안이 제시되어 있다.

즉, 회전중심으로부터 반경방향으로 r 만큼 이격된 유동장 내 임의의 점에서 공기입자가 가진 속도벡터는 축방향 속도성분(A)과 축류팬의 블레이드 회전력에 의한 회전방향 속도성분(R)을 가지게 되는데, 이 속도벡터를 A_D 라고 하면, A_D 는 축선에 대하여 T (T = Tan^-1(R/A))의 경사각을 갖는다. 이에 안내깃을 그 중앙부 너비 방향 접선이 축선에 대하여 T/2 각도로 경사지도록 배치시킨 상태에서 공기유동안내면의 너비방향 단면이 대략 원호형태가 되도록 만곡하여, 그 공기유동안내면으로 하여금 송풍공기를 중앙에서 T/2 경사각으로 맞이하여 T/2 경사각 방향 즉 축방향으로 굴절시키게 하였다. 따라서, 축류팬이 송풍하는 공기의 축방향속도가 축방향으로 전환되는 회전방향 속도성분 R에 비례하여 증대되고, 결과적으로, 안내깃은 그 공기유동안내면이 축방향으로 전환하는 공기입자의 회전방향 속도성분에 비례하는 크기로 축류팬 송풍량을 증대시킨다.

또한, 다른 방식의 송풍증대 방안으로 미국 특허 US 4,971,143 호에는 모터 지지링으로부터 하우징까지 곧게 뻗어 있고 그 공기유동안내면의 전연이 공기유입각에 평행하며 후연은 열교환기의 전면(前面)에 대하여 수직방향 즉 축선에 평행하게 되어 있는 안내깃(Radial blade)을 가지는 슈라우드가 개시되어 있다. 이 슈라우드는 그 안내깃의 공기유동안내면 만곡부에서 난류가 생성되지 않게 하여 송풍공기가 원활하게 축방향으로 굴절되게 함으로써 축류팬의 송풍량 즉 송풍효율을 증대시키게 된다.

그러나, 이 미국 특허 US 4,971,143호 슈라우드와, 앞서 도면으로 인용된 종래의 축류팬 슈라우드 조립체, 그리고, 전술한 미국 특허 US 4,548,548 호의 축류팬 슈라우드 조립체 등을 포함하는 종래의 축류팬 슈라우드 조립체들은 모두 송풍공기의 반경방향 속도 성분을 전혀 고려치 않음으로써 송풍효율을 높이는데 한계를 가지고 있었다. 즉, 축류팬으로부터 송풍되는 공기는, 도 7에 도시된 바와 같이, 축방향 속도(U_z)와 회전방향 속도(U_th)이외에도 축류팬에 의한 원심력에 의한 반경방향 속도(U_r)을 필연적으로 갖게 되는데, 앞서의 인용된 종래의 축류팬 슈라우드 조립체들은 모두 이 반경방향 속도(U_r)를 전혀 무시한 채로 축방향(U_z) 및 회전방향 속도(U_th)만을 제어하기 때문에, 송풍되는 공기의 반경방향 유동으로 인하여 송풍효율이 낮을 수 밖에 없었다. 그 결과 전술한 종래의 축류팬 슈라우드 조립체들은 열교환기 냉각에 필요한 적정한 송풍량을 얻기 위해서 축류팬의 고회전이 불가피하였으며 이에 고출력의 모터를 필요로 하였다. 이로 인하여 종래의 축류팬 슈라우드 조립체들은 열교환기의 적정한 냉각에 필요한 소정의 송풍량 대비 전력 소비량이 크고 또 축류팬의 소음도 크게 하는 등의 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 축류팬 슈라우드 조립체들이 가진 문제점이 해소된 것으로, 안내깃의 유동안내면이 축류팬에 의해 송풍되는 공기의 회전 방향의 속도는 물론 반경방향의 속도까지 축방향으로 전환하여 축방향에 대한 송풍효율을 대폭적으로 높일 수 있는 축류팬용 안내깃과 그 안내깃을 구비한 축류팬 슈라우드 조립체를 제공함으로써, 소정의 송풍량을 기준으로 볼 때 저출력 모터를 사용할 수 있게 하고, 이에 송풍에 소요되는 전력소모량을 줄이고 또 송풍시 소음의 발생도 억제하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기와 같은 목적을 가지고 안출된 본 발명에 따른 축류팬용 안내깃은, 축류팬(10)에 의해 송풍되는 공기를 맞는 전연(35b)과 상기 전연으로부터 후류측으로 연장된 후연(35c)과 그리고 상기 전연과 후연사이에서 상기 축류팬이 송풍되는 공기를 굴절시키는 공기안내면(35a)을 구비하여 이루어지는 현이 상기 축류팬의 중심에 대하여 방사방향으로 연장되어 형성되는 축류팬용 안내깃(35)에 있어서, 상기 축류팬의 중심축에 대하여 방사방향으로 배열되며, 상기 축류팬이 송풍하는 공기의 회전방향속도(U_th)와 반경방향속도(U_r)의 합벡터인 횡방향속도벡터(U_s)에 전연선(L.E.L:Leading Edge Line)이 직교하도록 상기 전연선(L.E.L)이 반경방향선(R.L:Radial Line)에 대하여 원주방향으로 굽은 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 안내깃의 전연 입구각(A_in:Angle of Incidence)이 안내깃에 유입되는 공기 유입각(Tan^-1(U_s/U_z))과 같고 후연의 출구각(A_out:Angle of Projection)은 축선에 대하여 0 도가 되도록 만곡된 것을 바람직한 구성으로 포함한다.

또, 상기 안내깃은 전연과 후연 사이가 원호형으로 만곡된 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 축류팬 슈라우드 조립체는, 모터(20)의 구동축에 연결되는 팬 허브(11) 및 상기 팬 허브에 방사형으로 배열된 다수의 블레이드(12)를 포함하는 축류팬(10)과;

상기 축류팬의 주위를 둘러싸서 전후방향으로 공기유로를 형성하는 하우징(31); 상기 축류팬의 후류측의 상기 하우징의 내측벽에 방사방향으로 배열되며 상기 축류팬이 송풍하는 공기의 회전방향속도(U_th)와 반경방향속도(U_r)의 합벡터인 횡방향속도벡터(U_s)에 전연선이 직교하는 복수 개의 안내깃과;

그리고, 상기 안내깃들의 축류팬 축에 가장 근접한 끝부분을 연결하여 상기 안내깃들에 의해 지지되는 모터 지지링(32)을 구비하는 슈라우드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축류팬 슈라우드 조립체에 있어서, 상기 안내깃의 전연 입구각(A_in:Angle of Incidence)이 안내깃에 유입되는 공기 유입각(Tan^-1(U_s/U_z))과 같고 후연의 출구각(A_out:Angle of Projection)은 축선에 대하여 대략 0 도가 되도록 만곡된 것을 바람직한 구성으로 포함한다.

또한, 상기 축류팬 슈라우드 조립체에 있어서, 상기 안내깃은 전연과 후연사이의 만곡은 원호형으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 또다른 특징에 따라, 상기 안내깃들의 축류팬 축에 가장 근접한 끝부분들이 상기 축류팬의 축선상에 중심을 가지는 내측 지지링(42)에 의해 연결,고정되고 안내깃의 축류팬 축에서 가장 멀리 위치한 끝부분들은 고정테(43)에 의하여 연결,고정됨으로써 형성되는 안내깃 조립체가 슈라우드에 착탈식으로 결합될 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 고정테가 상기 축류팬 주위를 감싸면서 상기 축류팬을 고정하는 슈라우드에 착탈될 수 있게 하는 착탈수단을 포함하며, 상기 착탈수단은, 상기 고정테가 끼워져 안착될 수 있게 상기 하우징의 후면에 형성된 안착부(31c)인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 축류팬 슈라우드 조립체에 있어서 상기 축류팬은 열교환기의 전면이나 후면에 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면으로 제시된 본 발명의 바람직한 실시예들을 통하여 이상의 각 구성들의 기능과 작용을 보다 구체적으로 살펴본다.

본 실시예를 설명함에 있어서, 명료성을 위하여, 종래와 중복되지 않게 개선된 부분만을 주로하여 설명하며, 서두에서 설명된 종래 기술의 구성과 동일한 본 발명의 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.

〔실시예 1〕

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 의한 축류팬 슈라우드 조립체는, 축류팬(10)과 슈라우드(30)가 조립되어 이루어진 것이다.

본 실시예에 있어서, 축류팬(10)은 원환띠 형상의 팬 허브(11)와 이 팬 허브(11) 외주를 따라 소정의 간격을 두고 배열된 다수의 블레이드(12)로 구성되며, 슈라우드(30)는, 상기 축류팬(10) 및 이 축류팬 구동용 모터(20)가 고정되는 모터 지지링(32), 상기 모터 지지링의 외주를 따라 방사방향으로 배치되는 다수의 안내깃(35), 그리고, 상기 안내깃(35)들의 외주를 둘러싸는 직사각형의 하우징(31)으로 구성되어 있다. 이들 각 구성별 특징과 그 작용은 다음과 같다.

상기 축류팬(10)은 모터(20)의 회전축과 동력적으로 연결되는 중앙의 원환형 팬 허브(11)와, 상기 팬 허브(11) 둘레에 방사상으로 배열되어 상기 팬 허브(11)와 일체로 회전하면서 공기유동을 일으키는 다수의 블레이드(12)로 이루어지는 것이 통상적이며, 이 축류팬(10)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 팬 허브(11)와 동심을 이루면서 블레이드(12)들의 익단을 연결고정함으로써 블레이드(12) 익단에서의 와류생성을 억제하여 송풍효율을 높이는 팬 밴드(13)가 일체화되기도 한다.

이러한 구성들로 이루어진 축류팬(10)은 대개 합성수지재로 일체형으로 성형되며, 때에 따라서는 경량의 알루미늄재 등으로 성형되기도 한다.

한편, 도 4에 도시된 실시예의 축류팬(10)의 팬 밴드(13)는 그 효과 증대를 위하여 전단부가 벨 마우스(Bell Mouth)형으로 확장되어 슈라우드(30)의 하우징(31) 후단으로부터 상류측을 향하여 U자 형으로 연장되어 형성된 공기유도부(31b)의 전단을 감싸 공기유입부(13a)를 형성하고 있다.

본 실시예에 따른 슈라우드(30)에 있어서, 하우징(31)은 그 전면(前面)이 열교환기의 후면 전체에 걸쳐 접할 수 있도록 열교환기에 상응하는 직사각형의 형상이면서, 열교환기 후면에 부착될 경우 열교환기 후면과의 사이에 공기유동 공간이 확보되도록 가장자리가 소정의 높이로 융기 된다. 그리고, 후류측으로 갈수록 축소되면서 후단부에서는 원형의 통풍구(31a)를 형성하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 측단면으로 볼 때는 상류측이 넓고 후류측으로 갈수록 좁아지는 벨 마우스(Bell Mouth)의 형태를 가진다.

모터 지지링(32)은 상기 하우징(31)의 통풍구(31a) 중앙에 배치되며, 여기에는 전술한 축류팬(10)이 모터(20)와 함께 고정된다. 이 모터 지지링(32)은 축류팬(10)의 팬 허브(11) 및 모터(20)에 상응하는 형상으로 제작되기 때문에 대개는 원환띠 형상을 갖는다.

그리고, 상기 안내깃(35)들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 모터지지링(32)과 하우징(31) 사이에 방사방향으로 배치되어 모터지지링(32)을 하우징(31)에 대해 통풍구(31a) 중앙에서 고정,지지한다. 동시에 축류팬(10)이 3 차원 방향으로 송풍하는 공기를 1 차원 축방향으로 유도함으로써 축류팬(10)의 송풍효율을 늘림과 동시에 송풍소음을 억제하는 역할을 하게 된다.

이러한 역할을 위하여, 본 발명에 따른 안내깃(35)은 너비방향 단면으로 볼 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 공기를 영입하는 선단인 전연(35b)과 상기 전연으로부터 후류측으로 연장되어 형성된 공기유동안내면(35a) 그리고 상기 공기유동안내면(35a) 후단의 후연(35c)으로 이루어진 소정 너비의 현을 형성하고 이 현이 축방향에 대하여 비스듬이 경사진 채로 만곡되어 있어서, 그 후면의 공기유동안내면(35a)으로 상기 축류팬(10)이 송풍하는 공기가 원활하게 굴절하여 유동될 수 있게 한다. 또한 본 발명에 따른 안내깃(35)들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 길이방향으로 볼 때 원주방향으로 굽어있어서, 축류팬(10)이 3 차원 방향으로 송풍하는 공기를 효과적으로 수용하여 축방향으로 유도하며, 이에 축류팬(10)의 송풍효율을 증진함과 동시에 소음의 발생을 억제한다. 이러한 본 발명에 따른 안내깃(35)의 구조와 그 기능을 구체적으로 살펴본다.

(1) 먼저, 송풍공기를 효과적으로 수용하기 위한 안내깃(35)의 원주방향굽음, 즉, 안내깃(35)의 전연을 길이방향으로 연결한 선으로 정의되는 전연선(L.E.L:Leading Edge Line)이 축류팬(10) 중심으로부터 방사방향으로 곧게 뻗은 선으로 정의되는 반경방향선(R.L:Radial Line)에 대하여 원주방향으로 굽어 이루어지는 안내깃의 전연 굽음을 형성한다.

안내깃(35)이 설치되는 통풍구(31a)에서 축류팬(10)의 중심으로부터 반경이 r 인 임의 지점 P 에서 송풍되는 공기입자는, 도 7에 도시된 바와 같이, 축류팬(10)에 의하여 축방향 속도 성분(U_z)과 회전방향 속도 성분(U_th)과 더불어, 축류팬(10)의 원심력에 의한 반경방향의 속도성분(U_r)을 가지고 유동한다. 그리고, 반경에 따른 각 방향별 속도성분 크기는, 도 6의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 축류팬(10) 블레이드(12)가 어떻게 설계되느냐에 따라 달라진다.

이와 같이, 축류팬(10)에 의해 송풍되는 공기는, 축방향 속도성분(U_z)과 회전방향 속도성분(U_th) 이외에도 축류팬(10)에 의한 원심력에 의한 반경방향 속도성분(U_r)을 필연적으로 갖게 되어, 임의의 지점 P 에서 송풍되는 공기입자의 실제 속도 벡터 U 는, 도 7에 도시된 바와 같이, 공기입자의 속도를 각 방향별로 세분하여 보았을 때 축방향 속도 U_z 와 회전방향 속도 U_th, 그리고 반경방향 속도 U_r 를 합한 값이 된다. 이 공기입자속도 벡터(U)는, U_th 와 U_r 를 합한 횡방향속도를 U_s 라 할 경우, 축류팬(10) 회전축에 평행한 축선(A.L)에 대하여 Tan^-1(U_s/U_z)의 각도(θ)만큼 경사져 있다. 이는 지점 P 에서 송풍되는 공기입자가 횡방향속도성분(U_s)을 가지고 있어서 축선(A.L)에 대하여 축류팬(10)의 회전방향 및 반경방향으로 치우친 방향으로 송풍된다는 것을 의미한다.

이에, 본 발명에 따른 안내깃(35)은 그 전연선(L.E.L)이 공기의 횡방향 유동을 효과적으로 수용할 수 있도록 횡방향속도(U_s)에 수직하는 각도를 유지한다. 즉, 안내깃(35) 각 지점에서의 전연선(L.E.L) 접선이, 도 8에 도시된 바와 같이, 반경방향선(R.L)에 대하여 회전방향 속도벡터(U_th)에 대한 횡방향 속도벡터(U_s)의 경사각 θ_s (Tan^-1(U_r/U_th))을 갖도록, 안내깃(35)이 굽어 있어서, 전체적으로 볼 때 본 발명에 따른 안내깃(35)은 축류팬 블레이드(12)의 회전방향으로 중앙이 불룩한 전향곡률을 갖게 된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 안내깃(35)이 전향곡률을 갖게 됨에 따라, 도 9a에 도시된 바와 같이, 안내깃(35)의 공기유동안내면(35a)은 전연의 각 지점에서 송풍공기를 수직방향에서 보다 많은 양의 공기입자를 받아들이게 됨으로써 축류팬(10)의 송풍효율을 높일 수 있다. 이러한 효과는 도 9b에 도시된 바와 같이 안내깃(33)이 방사방향으로 곧게 뻗어 있어서 송풍공기가 횡방향속도성분(U_s)을 가지고 공기유동안내면(33a)에 θ_S 각도만큼 경사진 방향에서 입사되는 종래 안내깃(33)의 공기유동안내면(33a)과 비교해보면 더욱 극명하게 알 수 있다.

이렇게 안내깃(35) 전연의 각 지점에서 그은 접선이 축류팬(10) 회전축 중심선에서 방사방향의 임의의 직선인 반경방향선(R.L)과 이루는 각 θ_S 을 전연굽은각이라고 정의한다.

한편, 본 실시예와 달리 축류팬의 블레이드(12)는 전향 혹은 후향 곡률의 형태를 가질 수도 있으며, 이에 반경방향 속도도 외경측으로 갈수록 작아질 수 있다. 이 경우 안내깃(35)은 그 전연선(L.E.L)이 도 8과는 반대로 전연굽은각(θ_S)이 마이너스인 후향 곡률을 가지도록 설계되어야 한다.

그런데, 본 실시예의 안내깃(35)의 내측부 소정 반경 이하 부분은 곡률이 없이 반경방향으로 곧게 뻗어 있다. 이것은 소정의 반경(반경비 0.4)이하 부분에서는, 송풍되는 공기가 도 10에 도시된 바와 같이 전연굽은각(θ_S) 값이 작아, 공기 굴절효율이 미약하기 때문에, 송풍효율 향상을 꾀하기 보다는 성형을 간편하게 하는 것이 더 유리하므로 구조를 단순화시킨 것이다. 하지만, 이 부분의 반경방향 속도성분을 무시할 수 없게 설계된 축류팬의 경우에는 이 부분도 전연굽은각(θ_S )을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

(2) 다음으로, 본 발명에 따른 안내깃에 있어서, 너비방향의 단면으로 볼 때 원호형으로 만곡된 공기유동안내면(35a)에 대하여 살펴본다.

본 발명에 따른 안내깃(35)의 공기유동안내면(35a)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 전연(35b)을 통하여 횡방향 속도성분(U_s)을 가지고 외경방향으로 비스듬히 입사되는 송풍공기를 축방향으로 굴절시키는 역할을 하는 것으로, 전연(35b)에 송풍공기가 평행하게 입사되도록 그 전연입구각(A_in : Angle of Incidence)이 전연(35b)으로 입사되는 송풍공기의 유입각 즉 블레이드(12)의 공기 토출각(B_out)과 동일하고(A_in = B_out), 후연출구각(A_out:Angle of Projection)은 송풍공기가 축방향으로 송풍되도록 0도 즉 축선(A.L)에 대하여 평행하게(A_out=0) 설계된다. 그리고, 전연(35b)과 후연(35c) 사이는 원호형으로 만곡된다.

예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 통풍구(31a) 내에서 반경 r 인 임의 지점의 안내깃(35)의 전연(35b)에는 그 지점에서 공기입자가 가지는 속도벡터(즉, 횡방향 속도성분 U_s와 축방향 속도성분 U_z의 합벡터 U)가 축선(A.L)과 이루는 토출각 B_out(Tan^-1(U_s/U_z))만큼 경사진 방향에서 축류팬(10)의 토출공기가 유입되는데, 이 각도에 상응하여 안내깃(35)의 공기유동안내면(35a)의 전연(35b)도 축선(A.L)에 대하여 공기 토출각(B_out)만큼 비스듬이 설정(A_in)되고, 공기유동안내면(35a)의 후연(35c)은 축선에 평행(A_out=0)하게 정의된다. 그리고, 전연(35b)와 후연(35c) 사이의 공기유동안내면(35a)은 전연(35b)과 후연(35c)의 법선이 만나는 점(q)를 꼭지점으로 하면서 이 점(q)으로부터 전연 또는 후연까지 거리를 반지름으로 하는 원과 동일한 곡률을 가진다. 이 원호형의 곡률은 공기의 소용돌이를 최소화하여 공기유동안내면(35a)을 흐르는 공기의 유동을 보다 매끄럽게 한다. 따라서, 본 발명에 따른 안내깃(35)의 공기유동안내면(35a)은 전연(35b)에서 블레이드(12)가 송풍하는 공기를 평행하게 맞이하여 공기의 소용돌이 없이 매끄럽게 굴절하여 축방향으로 송풍한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예 1에 의한 안내깃(35)의 구조 즉 안내깃의 전연굽음과 공기유동안내면(35a)의 만곡에 의하여, 축류팬(10)이 송풍하는 공기는 전연(35b)에 평행하게 유입된 후 공기유동안내면(35a)을 따라 매끄럽게 축방향으로 굴절되어 후연(35c)을 통하여 송풍된다. 이렇게 축류팬(10)이 송풍하는 송풍공기가 그 공기가 가진 회전방향 속도성분(U_th) 및 반경방향 속도성분(U_r)이 안내깃(35)에 의하여 제거된 채로 축방향으로 원활하게 송풍되므로, 송풍공기의 축방향 유동률이 향상되어 결과적으로 축류팬(10)의 송풍효율이 크게 향상된다. 특히, 축류팬이 열교환기 전면에 설치되는 푸셔 타입(Pusher Type)의 경우, 송풍되는 공기의 열교환기 방열핀에 대한 투과율이 높아서 송풍효율이 더욱 좋다.

실험한 바에 따르면, 본 발명의 슈라우드 조립체는 안내깃이 일직선으로 곧게 뻗어있는 종래 슈라우드에 비하여, 도 11및 도 12에 그래프로 나타낸 바와 같이, 송풍량 대비 소비전력이 12∼15% 정도 줄었으며, 송풍량 대비 소음의 크기도 1 ∼ 1.5 dB 정도 감소되었다. 또한, 도 13의 노이즈 스펙트럼(Noise Spectrum) 실험 데이터에서 보면, 각 헤르쯔별 발생 소음도 본 발명의 슈라우드 조립체가 종래에 대비하여 전반적으로 작아졌음을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명의 축류팬 슈라우드 조립체를 적용할 경우, 종래에 비하여 송풍량 대비 전력소모량을 크게 줄일 수 있으며 소음도 감소시킬 수 있다.

〔실시예 2〕

도 14는 본 고안의 다른 실시예가 적용되는 슈라우드 조립체로서, 이 슈라우드 조립체는 분리된 별도의 안내깃 조립체(40)가 합체되어 도 15와 같은 축류팬 슈라우드 조립체를 이룬다.

이 축류팬 슈라우드 조립체는 앞서 설명된 실시예 1의 축류팬 슈라우드 조립체에 비하여 조립구조만 약간 다를 뿐 구조와 기능이 동일한 구성들로 이루어져 있다. 다만, 도 16에 도시된 바와 같이, 안내깃(41)의 축류팬 축에 가장 근접한 끝부분들이 원환형 내측 지지링(42)에 연결고정되고, 안내깃의 축류팬 축에서 가장 멀리 위치한 끝부분들이 원환형 고정테(43)에 연결고정되어 슈라우드(30)와 분리된 별도의 조립체(40)를 이루며 이 조립체(40)를 슈라우드(30)의 하우징(31)에 형성된 안착부(31c)에 착탈될 수 있게 한 점만이 다르다. 따라서, 안내깃 조립체(40)의 안내깃(41)은 앞서의 실시예 1의 안내깃(35)과 동일한 전연굽은각(θ_s)의 전연굽음을 갖고 또 동일한 곡률로 만곡된 공기유동안내면을 갖는다. 이에, 앞서 일 실시예의 안내깃(35)과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 더불어, 이 안내깃(41)을 필요에 따라 슈라우드(30)에 탈착하여 사용할 수 있는 편의성도 가진다.

참고로 설명되지 않는 부호 37은 안내깃이 일체화되지 않는 슈라우드의 하우징(31)에 대하여 모터 지지링(32)를 지지할 수 있게 설치된 지지대이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명의 축류팬용 안내깃과 그 안내깃을 구비한 축류팬 슈라우드 조립체는 상기 축류팬용 안내깃이 축류팬에 의해 송풍되는 공기의 회전방향 속도성분과 반경방향 속도성분을 축방향으로 전환시킴으로써 축방향에 대한 공기 송풍효율이 높다. 따라서, 본 발명의 축류팬 슈라우드 조립체를 열교환기 등에 적용할 경우, 열교환기등이 요구하는 소정의 송풍량을 기준으로 볼 때, 전력소비량을 크게 줄일 수 있으며, 소음의 발생량도 아주 적게 할 수 있다.

또한, 다른 실시예의 착탈형 안내깃을 구비한 축류팬 슈라우드 조립체의 경우, 전술한 효과이외에, 안내깃을 필요에 따라 분리 또는 장착할 수 있는 사용상의 편의성을 가지고 있으며, 안내깃이 구비되지 않은 기존의 슈라우드에 착탈형 안내깃을 부착하여 안내깃이 일체화된 슈라우드와 똑같은 효과를 얻을 수도 있다.

도 1은 종래의 풀러 타입 축류팬 슈라우드 조립체 배면도.

도 2는 종래의 축류팬 슈라우드 조립체에서 축류팬 중심으로부터 반경 r인 임의의 지점의 공기유동구조를 보인 평단면 모식도.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 축류팬 슈라우드 조립체의 배면도.

도 4는 도 3의 측단면도.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 축류팬 슈라우드 조립체에서 축류팬 중심으로부터 반경 r인 임의의 지점의 공기유동구조를 보인 평단면 모식도.

도 6은 슈라우드 통풍구 내에서 축류팬 송풍공기의 각 방향별 속도성분의 반경에 따른 변화를 비교하여 보인 그래프.

도 7은 슈라우드 통풍구 상에서 중심으로부터 반경 r인 임의의 지점에서 속도성분을 분리하여 보인 모식도.

도 8은 본 발명의 실시예 1에 의한 안내깃의 전연굽은각을 보인 확대도.

도 9a는 본 발명에 따른 축류팬용 안내깃에서의 공기유동구조를 배면에서 보인 모식도.

도 9b는 종래의 축류팬용 안내깃에서의 공기유동구조를 배면에서 보인 모식도.

도 10은 본 발명에 따른 축류팬용 안내깃의 반경에 따른 설계인자를 보인 그래프.

도 11은 본 발명에 따른 축류팬 슈라우드 조립체와 종래 축류팬 슈라우드 조립체의 송풍량 대비 전력소모량을 비교하여 보인 그래프.

도 12는 본 발명에 따른 축류팬 슈라우드 조립체와 종래 축류팬 슈라우드 조립체의 송풍량 대비 소음의 크기를 비교하여 보인 그래프.

도 13은 본 발명에 따른 축류팬 슈라우드 조립체와 종래 축류팬 슈라우드 조립체의 소음을 비교하여 보인 노이즈 스펙트럼.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 축류팬 슈라우드 조립체 정면도.

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 의한 축류팬 슈라우드 조립체의 분해측면도.

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 의한 착탈용 축류팬용 안내깃이 조립된 축류팬 슈라우드 조립체의 배면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 축류팬 12 : 블레이드

30 : 슈라우드 35 : 안내깃

35a: 공기유동안내면 35b: 전연

35c: 후연 L.E.L : 전연선

A.L : 축선 R.L : 반경방향선

Claims (6)

1. 축류팬(10)에 의해 송풍되는 공기를 맞는 전연(35b)과 상기 전연으로부터 후류측으로 연장된 후연(35c)과 그리고 상기 전연과 후연사이에서 상기 축류팬이 송풍되는 공기를 굴절시키는 공기안내면(35a)을 구비하여 이루어지는 현이 상기 축류팬의 중심에 대하여 방사방향으로 연장되어 형성되는 축류팬용 안내깃(35)에 있어서, 상기 축류팬의 축 중심선에 대하여 방사방향으로 배열되며, 상기 축류팬이 송풍하는 공기의 회전방향속도(U_th)와 반경방향속도(U_r)의 합벡터인 횡방향속도벡터(U_s)에 전연선(L.E.L:Leading Edge Line)이 직교하도록 상기 전연선(L.E.L)이 반경방향선(R.L:Radial Line)에 대하여 원주방향으로 굽은 것을 특징으로 하는 축류팬용 안내깃.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 안내깃(35)의 전연입구각(A_in : Angle of Incidence)이 공기 유입각(Tan^-1(U_s/U_z))과 같고 후연출구각(A_out: Angle of Projection)은 축선에 대하여 0 도가 되도록 공기유동안내면(35a)이 만곡된 것을 특징으로 하는 축류팬용 안내깃.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 안내깃은 그 공기유동안내면이 전연과 후연사이에서 원호형으로 만곡된 것을 특징으로 하는 축류팬용 안내깃.
4. 모터(20)의 구동축에 연결되는 팬 허브(11) 및 상기 팬 허브에 방사형으로 배열된 다수의 블레이드(12)를 포함하는 축류팬(10)과; 그리고,

   상기 축류팬의 주위를 둘러싸서 전후방향으로 공기유로를 형성하는 하우징(31)과; 상기 축류팬의 후류측 상기 하우징 내측벽에 방사방향으로 배열되며 상기 축류팬이 송풍하는 공기의 회전방향속도(U_th)와 반경방향속도(U_r)의 합벡터인 횡방향속도벡터(U_s)에 전연선이 직교하는 복수 개의 안내깃(35)과; 상기 안내깃들의 축류팬 축에 가장 근접한 끝부분을 연결하여 상기 안내깃들에 의해 지지되는 모터 지지링(32)을 구비하여 이루어지는 슈라우드(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 축류팬 슈라우드 조립체.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 안내깃은 전연입구각(A_in)이 상기 안내깃에 유입되는 공기유입각(Tan^-1(U_s/U_z))과 같고 후연출구각(A_out)은 축선에 대하여 대략 0 도가 되도록 공기유동안내면(35a)이 만곡된 것을 특징으로 하는 축류팬 슈라우드 조립체.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 안내깃의 공기유동안내면(35a)은 전연과 후연사이에서 원호형으로 만곡된 것을 특징으로 하는 축류팬 슈라우드 조립체.