KR100582933B1 - 축류팬용 쉬라우드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축류팬(Axial Flow Fan)을 그 중앙에 형성된 통풍구로 둘러싸 축류팬이 송풍하는 공기를 축방향으로 유도하는 축류팬용 쉬라우드에 관한 것으로, 특히, 쉬라우드의 각 모서리 방향에 해당하는 통풍구 내주면에 평면형 웨지부가 돌출성형되어 축류팬 회전익의 익단에서 와류가 생성되는 것을 억제함으로써 축류팬의 송풍소음을 크게 감소시킬 수 있는 축류팬용 쉬라우드에 관한 것이다.

본 발명은, 축류팬을 그 유입부 끝단의 원형 통풍구로 둘러싸 상기 축류팬이 송풍하는 공기를 정후방으로 유도하는 쉬라우드에 있어서, 상기 통풍구의 상기 쉬라우드 각 모서리측 내주면에 상류에서 하류측으로 갈수록 폭이 좁아지는 평면형 웨지부가 상호 이격되게 각각 돌기성형되어 그 웨지부에 의해 상기 통풍구의 유로 단면적이 상류에서 하류로 갈수록 점증되고 또 쉬라우드 대각선 방향에 비해 쉬라우드 각 변 방향으로 확대된 것을 특징으로 한다. 이에, 그 웨지부가 익단과 통풍구 입구 내주면 사이의 간극을 축소하여 그 통풍구 입구에서 주로 발생되는 역류생성을 억제하고 통풍구 내 쉬라우드 변측의 급격한 압력 및 속도 변화를 크게 완화함으로써 송풍효율 감소없이 축류팬 송풍소음을 크게 줄일 수 있다.

축류팬, 쉬라우드, 열교환기, 역류, 와류, 간극

Description

축류팬용 쉬라우드{SHROUD FOR AXIAL FLOW FAN}

도 1은 종래 축류팬 쉬라우드 조립체의 분해사시도.

도 2는 종래 축류팬용 쉬라우드 정면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬용 쉬라우드를 구비하는 축류팬 쉬라우드 조립체의 분해사시도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬용 쉬라우드 정면도.

도 5는 도 4의 Ⅴ 부 확대사시도.

도 6은 도 5의 웨지부를 축류팬 회전중심에서 본 정면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 쉬라우드 2 : 축류팬

10 : 하우징 11 : 통풍구

14 : 유입부 16 : 웨지부

20 : 회전익 20a : 익단

t : 익단 간극

본 발명은 축류팬(Axial Flow Fan)을 그 중앙에 형성된 통풍구로 둘러싸 축류팬이 송풍하는 공기를 축방향으로 유도하는 축류팬용 쉬라우드에 관한 것으로, 특히, 쉬라우드의 각 모서리 방향에 해당하는 통풍구 내주면에 평면형 웨지부가 돌출성형되어 축류팬 회전익의 익단에서 와류가 생성되는 것을 억제함으로써 축류팬의 송풍소음을 크게 감소시킬 수 있는 축류팬용 쉬라우드에 관한 것이다.

축류팬은 중앙의 허브(Hub)를 중심으로 방사상으로 배열된 다수 회전익(Blade)을 구비하여 모터에 의해 회전되면서 공기를 회전익의 축방향으로 송풍하는 유체기계로서, 선풍기나 실내환기용 환풍기 또는 자동차의 라디에이터나 콘덴서 등의 공랭식 열교환기에 대하여 방열을 촉진할 수 있는 방열용 공기를 송풍하는 냉각팬(Cooling Fan) 등은 전형적인 축류팬들이다.

특히 자동차 공기조화장치의 열교환기에 장착되는 축류팬은 그 축류팬 주위를 나팔형 유입부를 갖는 통풍구로 둘러싸고 그 통풍구 전면 또는 후면에서 송풍공기를 축방향으로 유도할 수 있는 안내깃을 가지는 쉬라우드와 함께 열교환기 후면 또는 전면에 장착되는 바, 이와 같은 자동차 공랭식 열교환기용 축류팬은 열교환기에 대한 배치형식에 따라 푸셔 타입(Pusher type)과 풀러 타입(Puller type)으로 분류된다.

푸셔 타입은 열교환기 앞면에 설치되어 뒤쪽의 열교환기측으로 공기를 강제송풍하는 형식으로, 열교환기에 대한 송풍효율이 좋기 때문에 열교환기 앞쪽에 여유공간이 있는 경우에 주로 사용되며, 풀러 타입은 열교환기 후면에서 열교환기 앞쪽의 공기를 끌어들여 이 공기가 열교환기를 통과하면서 열교환기를 냉각시키도록 구성된는 것으로, 푸셔 타입에 비하여 상대적으로 송풍효율은 낮으나 열교환기 후면에 설치되므로 엔진 룸의 열교환기 전면 공간이 협소한 요즈음의 대부분 자동차에 이 타입이 적용되고 있다.

한편, 축류팬을 둘러싸는 쉬라우드(1)는 도 1과 도 2에 에 도시된 바와 같이 축류팬(2)과 축류팬 구동용 모터(3)를 열교환기에 고정하고 또 축류팬(2)이 송풍하는 공기를 열교환기 전체를 커버할 수 있는 넓은 면적을 통해 유입되게 함과 동시에 통풍구(1)를 통해 정후방으로 흐르도록 유도하여, 열교환기에 대한 송풍효율을 높이는 작용을 하는 것으로서, 통상, 쉬라우드의 전체골격을 형성하는 하우징(10)과, 하우징(10) 내에 형성된 통풍구(11) 중앙의 모터 지지링(12)과, 그리고, 상기 모터 지지링(12)을 하우징(10)에 대하여 지지하는 대략 방사상으로 배열된 다수의 안내깃(13) 등을 포함하여 이루어져 있다.

쉬라우드에 있어서 하우징(10)은 열교환기에 대한 송풍면적을 확대하기 위하여 그 전면이 열교환기에 전체적으로 접하도록 사각형 형태로 개방된 후 통풍구(11)측으로 갈수록 점차 축소되는 나팔형상의 유입부(14)를 형성하고 또 그 유입부 후단 중앙에 원형의 통풍구(11)를 형성하여 그 통풍구(11)로써 축류팬(2)을 나팔형태로 둘러싼다. 이에 쉬라우드(1)는 축류팬 송풍시 공기가 열교환기 전면(全面)을 통하여 유입되게 하여 열교환기에 대한 송풍면적을 확대하고 또 유입되는 공기를 유입부(14)와 통풍구(11)를 통해 축방향으로 유도하여 축류팬(2)의 송풍효율을 높임으로써 결과적으로 열교환기의 냉각효율을 증진하는 역할을 한다. 이 하우징(10)의 상하에는 이 하우징(10)을 열교환기에 볼트 체결 등으로 고정할 수 있게 하는 브래킷(15)들이 설치되기도 한다.

쉬라우드(1)의 안내깃(13)은 하우징(10)으로부터 통풍구(11)의 중앙을 향하여 뻗어 모터 지지링(12)에 연결되어 그 모터 지지링(12)를 하우징(10)에 대하여 지지하며, 유선형 단면구조로 소정 너비의 공기안내면을 형성하면서 축류팬(2)의 회전방향으로 비스듬히 경사져 있어서 축류팬(2)이 통풍구(11)를 향해 횡방향(반경방향 또는 원주방향) 속도성분을 가지고 송풍하는 공기를 축방향으로 변화시켜 축류팬(2)의 송풍효율을 높이는 역할도 겸한다.

이와 같은 각 구성들의 작용에 있어서, 하우징(10)의 통풍구(11)는 축류팬(2) 주위를 근접한 위치에서 둘러싸 축류팬(2)의 회전익(20) 익단(20a)에서의 역류생성을 억제하면서 축류팬(2) 주위의 압력을 낮추어 공기유입량을 증대시킴으로써 축류팬(2)의 축방향 송풍효율을 높이는 역할을 하는데, 그 통풍구(11) 내주면과 축류팬 회전익 익단(20a) 사이의 간극 't' (이하 익단 간극으로 약칭함)의 크기는 역류생성률과 압력변화률에 직접적인 영향을 주어 축류팬(2)의 소음발생률과 송풍성능에 직접적인 영향을 주기 때문에 쉬라우드(1)의 주요한 설계인자가 된다. 즉, 익단(20a)과 통풍구(11) 내주면 사이 간극(t)이 지나치게 크면 익단(20a)에서 역류량이 커서 송풍성능이 저하되는 문제가 발생하고, 반면 너무 작으면 송풍성능은 향상되는 반면에 소음이 크고 허용공차가 작아져 제조단가가 높아지는 문제점이 생기게 된다.

한편, 종래 일반적인 쉬라우드에 있어서 통풍구(11)는, 쉬라우드 유입부(14) 개방면이 사각형인데 반해, 축류팬(2)의 익단(20a)을 연결한 원과 동심원을 이루는 원형의 내주면을 갖도록 형성된다. 그러나, 이러한 통풍구 구조는 통풍구(11) 내주면을 분할하여 볼 때 그 내주면으로부터 하우징 최외곽까지 거리가 상대적으로 짧아 유입부의 면적이 급격히 축소되는 쉬라우드(1)의 상하좌우 변쪽에 공기유동속도가 급격히 증가하고 압력이 높은 불안정한 영역을 생성하기 때문에 송풍소음을 크게 하고 축류팬의 송풍효율을 저하시키는 문제점을 가진다.

이 문제를 해소하기 위해 최근에는 축류팬 회전방향으로 익단 간극(t)을 달리하는 통풍구(11)가 형성된 쉬라우드(1)가 제안되어 있으나, 이 종래 쉬라우드는 변형에 취약할 뿐만 아니라 간극(t)이 확대된 부분에서 역류가 발생되기 때문에 축류팬의 송풍효율을 높이는데 한계를 가지고 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 축류팬용 쉬라우드가 가진 문제점이 해소된 것으로, 축류팬을 둘러싸는 통풍구 내주면을 분할하여 볼 때 쉬라우드의 변측 내주면의 익단 간극이 쉬라우드 모서리측 내주면의 익단 간극보다 상대적으로 커서 쉬라우드 변측의 공기유로면적 축소율이 완화됨으로써 축류팬의 송풍소음은 억제할 수 있고 송풍효율은 높일 수 있는 축류팬용 쉬라우드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 가지고 안출된 본 발명은, 상류에서 사각형으로 개방되고 하류측으로 갈수록 종형상으로 점점 수축되는 유입부를 가지고 축류팬(2)을 그 유입부(14) 끝단의 원형 통풍구(11)로 둘러싸 상기 축류팬(2)이 송풍하는 공기를 상기 유입부(14)로 유입하여 상기 통풍구(11) 정후방으로 유도하는 쉬라우드(1)에 있어서, 상기 쉬라우드(1) 각 모서리측의 상기 통풍구(11) 내주면에 상류(송풍방향 기준)에서 하류로 갈수록 폭(W)이 작아지는 평면형 웨지부(16)가 각각 돌출,성형되어, 상기 통풍구(11)의 단면적이 상류에서 하류로 갈수록 점증되는 것을 특징

또한, 본 발명에 따른 축류팬용 쉬라우드에 있어서, 상기 웨지부(16)는 하류로 갈수록 축류팬(2)의 회전방향으로 편재(偏在)되거나, 그 두께가 쉬라우드 모서리측으로 갈수록 두꺼워지고 쉬라우드 변측으로 갈수록 얇아지는 것을 바람직한 특징으로 한다.

이상과 같은 특징을 가지는 본 발명에 따른 축류팬용 쉬라우드(1)는 쉬라우드 대각선 방향 단면경(D₁)보다 쉬라우드 수직 수평 방향의 단면경(D₂)이 커서 상대적으로 쉬라우드(1)의 변측에서 상대적으로 큰 유로면적을 형성하는 통풍구(11)를 가짐으로써 상대적으로 급격히 변화되는 쉬라우드(1) 변측의 유로면적 축소율을 완화시킬 수 있다. 이에, 쉬라우드(1) 통풍구(11)내 상하좌우 변측에서 발생하는 공기역류현상을 억제할 수 있고 또 그 부분의 압력을 낮출 수 있으므로, 축류팬(2)의 송풍효율을 높일 수 있고 송풍소음도 줄일 수 있다.

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.

도 3과 4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 축류팬용 쉬라우드를 보인 축류팬 쉬라우드 조립체의 분해사시도와 배면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 축류팬용 쉬라우드(1)는 축류팬(2)과 축류팬 구동용 모터(3)를 고정하고 또 상기 축류팬(2)을 통풍구(11)내에 두고 그 주위를 나팔형으로 둘러싸는 하우징(10)과, 하우징(10)내의 통풍구(11) 중앙에 설치되는 모터 지지링(12), 그리고, 상기 모터 지지링(12)을 하우징(10)에 대하여 지지고정하는 대략 방사상으로 배열된 다수의 안내깃(13) 등으로 구성된다.

본 발명에 따른 쉬라우드(1)에 있어서 특히 하우징(10)은 열교환기에 대한 송풍면적을 확대하기 위하여 그 전면이 사각형의 열교환기 전반에 걸쳐 접하도록 사각형 형태로 개방된 후 하류로 갈수록 점차 축소되는 나팔형상의 유입부(14)를 형성하고 또 그 유입부(14) 후단측에는 원형의 통풍구(11)를 형성하여 그 통풍구(11)로써 축류팬(2)을 나팔형태로 둘러싼다.

이 통풍구(11)의 내주면에는, 도 5의 확대도에 도시된 바와 같이, 쉬라우드의 후방에서 볼 때 역삼각형 형태를 갖는 4 개의 웨지부(16)들이 돌출성형되는데, 이들은 각각 쉬라우드(1)의 변쪽에서 서로 이격된 채 각각 쉬라우드(1)의 각 모서리 방향에 위치하도록 배열된다. 이에, 이 웨지부(16)들은 도 4에서와 같이 쉬라우드의 앞에서 통풍구(11)를 볼 때, 축류팬 익단 간극(t)을 쉬라우드(1)의 상하좌우의 각 변쪽에서 상대적으로 크게 하여(t₁ 〉t₂), 통풍구(11)를 분할하여 보면 통풍구(11)가 형성하는 유로의 면적이 쉬라우드 모서리측에 비해 쉬라우드 변쪽에서 확대되게 한다. 그리고, 이 웨지부(16)는 도 5와 6에 도시된 바와 같이 통풍구 후단(하류)으로 갈수록 그 폭(W)이 축소되는 역삼각 평면형으로 돌출되어, 하류로 가면서 통풍구(11)의 유로 단면적을 점점 확대한다. 아울러, 웨지부(16)는 축류팬 회전익(20)의 진행방향(화살표 방향)으로 편재되어 공기 흐름방향의 경사면(16a)을 갖고, 또, 축류팬 회전익(20)의 진행방향(화살표 방향)으로 가면서 얇은 두께로 시작하여 중앙에서 가장 두꺼워진 후 다시 얇아짐으로써 통풍구(11)의 유로면적을 쉬라우드 모서리 방향에서 최소화하고 각 변 방향으로 갈수록 확대한다.

결과적으로, 웨지부(14)는 상류측에서 최소 단면적으로 시작한 통풍구(11)의 단면적(송풍면적)을 하류로 갈수록 점증하고 또 쉬라우드(1)의 모서리측에서 쉬라우드 변측으로 갈수록 확대한다. 이에, 회전익(20)과 통풍구(11) 사이에 형성되는 간극량은 통풍구 입구측에서 최소화되고, 쉬라우드(1) 각 변측 유입부(14)에서 통풍구(11)로 이루어지는 유로 면적의 축소율은 크게 완화된다.

따라서, 웨지부(14)는 통풍구(11) 입구측에서 최소 익단 간극(t₂)을 유지하고 하류로 갈수록 그 단면적이 증가되는 유로를 형성하여, 송풍률 저하없이 그 입구에서 주로 발생하는 역류 현상을 억제할 수 있으며, 또 쉬라우드(1) 각 변의 선단 유입부(14)로부터 통풍구(11)로 이어어지는 각 변측 유로의 급격한 면적축소를 완화하여 통풍구(11) 내 쉬라우드(1) 변측의 압력 및 속도를 변화율을 크게 낮춤으로써 축류팬의 송풍효율을 높일 수 있고 송풍소음도 축소할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 축류팬용 쉬라우드는 그 통풍구가 웨지부에 의해 상류측에서 축류팬 익단과 적정한 익단 간극을 유지한 채 통풍구 내 쉬라우드 각 변측의 유로면적이 확대되고 또 쉬라우드 각 변의 선단 유입부로부터 통풍구로 이어어지는 각 변측 유로면적의 급격히 축소되는 것을 완화하며 또 하류측으로 갈수록 그(통풍구) 유로단면적이 점증되는 구조를 가지고 있다. 이에, 통풍구 입구에서 주로 발생되는 역류의 생성을 억제하고 통풍구 내 쉬라우드 변측의 압력 및 속도 변화율을 크게 낮춤으로써 축류팬의 송풍효율을 높일 수 있으며 소음도 축소할 수 있다. 결국 본 발명에 따른 축류팬용 쉬라우드는 축류팬에 요구되는 송풍량 기준으로 볼 때, 축류팬 회전수를 줄일 수 있게 하여 전력소모량을 줄이는데 기여할 수 있음과 아울러 소음 발생량도 줄여 자동차의 승차감 향상에도 크게 기여할 수 있다.

Claims (4)

1. 상류에서 사각형으로 개방되고 하류측으로 갈수록 종형상으로 점점 수축되는 유입부를 가지고 축류팬을 그 유입부 끝단의 원형 통풍구로 둘러싸 상기 축류팬이 송풍하는 공기를 상기 유입부로 유입하여 상기 통풍구 후방으로 유도하는 쉬라우드에 있어서,

   상기 쉬라우드 각 모서리측의 상기 통풍구 내주면에 상류에서 하류측으로 갈수록 폭(W)이 작아지는 평면형 웨지부가 각각 돌출,성형되어, 상기 통풍구 단면적이 상류에서 하류로 갈수록 점증되는 것을 특징으로 하는 축류팬용 쉬라우드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨지부는 하류로 갈수록 축류팬의 회전방향으로 편재(偏在)되는 것을 특징으로 하는 축류팬용 쉬라우드.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 웨지부는 상기 통풍구 단면적을 쉬라우드 각 대각선 방향에 비해 쉬라우드 각 변 방향으로 확대하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 축류팬용 쉬라우드.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 웨지부의 두께는 쉬라우드 모서리측으로 갈수록 두꺼워지고 쉬라우드의 변측으로 갈수록 얇아지는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 축류팬용 쉬라우드.

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