KR101018925B1

KR101018925B1 - 축류팬

Info

Publication number: KR101018925B1
Application number: KR1020040018645A
Authority: KR
Inventors: 박세영; 조경석
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2011-03-02
Also published as: EP1577562B1; CN1670382A; US7585155B2; EP1577562A3; JP2005264944A; JP4046164B2; KR20050093343A; EP1577562A2; US20050207894A1; CN1333174C

Abstract

본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 고속회전시 날개의 변형을 작게 할 수 있는 구조적인 안정성을 도모함과 아울러, 고효율 및 저회전수를 달성하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 축류팬은, 허브(120)와, 익근(132)과 익단(134) 사이의 휨각이 교대로 바뀌는 다수의 날개(130)를 포함하여 이루어진다. 상기 날개의 전연(LE)과 후연(TE)을 이은 선인 코드(CL)의 길이는, 익근에서 날개의 중앙쪽으로 가면서 점감하고; 허브 외경을 Rh, 허브 중심(O)으로부터 익단까지의 거리를 Rt 및 상기 전연과 후연의 중앙을 이은 선인 중앙선(ML)에 대한 임의지점의 거리 r이라 할 때, (r-Rh)/(Rt-Rh)=0.2∼0.6 사이의 지점에서 최소값을 가지며; 이 지점으로부터 익단으로 갈수록 점증한다. 상기 중앙선(ML)에 있어서, 허브(120)의 중심(O)과 익근(132)을 이은 선(L0)에 대하여, 허브 중심(0)으로부터 익단(134)을 이은 선(L1)과 이루는 각도(α1)는, 허브 중심(O)으로부터 1번째 골부분 변곡점(P1) 및 2번째 변곡점(P2)을 이은 선(L2, L3)과 이루는 각도(α2, α3)보다 큰 것이 바람직하다.

축류팬, 냉각팬, 저회전수, 소음저감, 코드, 전연, 후연, 날개, 블레이드

Description

축류팬{AXIAL FLOW FAN}

도 1은, 종래 축류팬 및 쉬라우드 조립체의 일 예를 나타내는 분해 사시도이다.

도 2는, 종래 축류팬의 일부 정면도이다.

도 3은, 종래 축류팬의 다른 예를 나타내는 정면도이다.

도 4는, 코드를 정의하기 위한 날개의 단면도이다.

도 5는, 종래 축류팬의 또 다른 예를 나타내는 사시도이다.

도 6은, 도 5에 도시된 축류팬의 일부 정면도이다.

도 7은, 본 발명에 따른 축류팬의 예를 나타내는 정면도이다.

도 8은, 본 발명에 따른 축류팬의 일부 확대 정면도이다.

도 9는, 본 발명에 따른 축류팬과 종래 축류팬에 있어서의 코드(Chord) 길이의 변화를 비교한 그래프이다.

도 10은, 본 발명에 따른 축류팬과 종래 축류팬에 있어서의 중앙선의 변화를 비교한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

120 : 허브(Hub), 132 : 익근,

130 : 날개, 134 : 익단,

140 : 팬밴드(Fan Band), CL : 코드(Chord),

LE : 전연, ML : 중앙선,

O : 허브의 중심, P1, P2 : 변곡점

r : 허브의 중심으로부터 중앙선에 대한 임의지점의 거리,

Rh : 허브의 외경,

Rt : 허브의 중심으로부터 익단까지의 거리,

TE : 후연

본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 특히 고속회전시 날개의 변형을 작게 할 수 있는 구조적인 안정성을 도모함과 아울러, 고효율 및 저회전수를 달성할 수 있는 축류팬에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 예컨대 자동차의 라디에이터, 콘덴서 등의 열교환기 내부를 거치는 열교환매체의 냉각을 위하여 사용되는 축류팬(10)은, 모터와 같은 구동원(50)의 축(52)과 결합되는 허브(Hub)(20)와, 상기 허브(20)의 외주에 방사상으로 배치되는 다수의 날개(30)와, 그리고 상기 날개(30)들의 변형을 방지하기 위하여 날개(30)들의 끝을 연결하는 팬밴드(Fan Band)(40)를 구비한다. 따라서, 구동원(50)으로부터 허브(20)에 전달되는 회전력에 의해 축류팬(10)이 회전하면서 날개(30)들에 의해 공기가 축방향으로 송풍될 수 있다. 상기 축류팬(10)은 통상 합성 수지재로 일체적으로 성형되며, 이러한 축류팬(10)에 의하여 송풍되는 공기를 열교환기쪽으로 효과적으로 안내하기 위하여, 열교환기에 고정되는 쉬라우드(Shroud)(60)가 사용된다. 상기 쉬라우드(60)는, 공기송풍을 안내하기 위하여 축류팬(10)이 회전가능하게 삽입될 수 있는 크기의 송풍구를 가지면서 구동원(50)인 모터를 지지할 수 있도록 형성된다.

통상적인 축류팬(10)의 날개(30)에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 회전방향쪽 가장자리인 전연(Leading Edge)(LE)과 회전반대방향쪽 가장자리인 후연(Trailing Edge)(TE)이, 허브(20)와의 연결부인 익근(Root of Blade)(32)으로부터 날개(30)의 중앙부쪽으로 회전반대방향쪽으로 기울어지는 후향 휨각(Backward Sweeping Angle)을 가지다가, 팬밴드(40)와의 연결부인 익단(Tip of Blade)(34)쪽으로 회전방향쪽으로 기울어지는 전향 휨각(Forward Sweeping Angle)을 가진다. 이러한 휨각의 변화는 축류팬의 성능에 있어서 중요한 요인이 되고 있으나, 만족스러운 송풍효율과 소음저감효과를 얻기에는 힘든 것으로 알려져 있다.

이러한 점을 고려하여, 본 출원인에 의하여 한국 공개특허 제2002-94183호 및 동 제2002-94184호의 축류팬이 제안된 바 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전자의 축류팬(10a)은, 전연(LE) 및 후연(TE)의 휨각이 익근(32a)에서 익단(34a)으로 가면서 후향에서 전향으로, 그리고 전향에서 후향으로 교대로 이루어지는 파형 구조의 날개(30a)를 가진다. 또한, 동일반경하의 날개(30a)의 전연(LE)과 후연(TE)을 이은 선인 코드 길이(Chord Length)(CL)는, 익근(32a)에서 익단(34a)으로 가면서 점증된다. 참조부호 α는 수 평선(H)에 대한 날개(30a)의 설치각을 나타낸다. 참조부호 20a는 허브, 40a는 팬밴드를 각각 나타낸다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 후자의 축류팬(10b)은, 전자와 마찬가지로 파형 구조의 날개(30b)를 가지고 있고, 코드 길이(CL)(도 4 참조)가 익근(32b)에서 익단(34b)으로 가면서 점증된다. 또한, 날개(30b)의 익근(32b)측이 최대 후향 휨각을 가지고, 익단(34b)측은 최대 전향 휨각을 가지고 있다. 참조부호 20b는 허브, 40b는 팬밴드를 각각 나타낸다.

상기한 파형 구조의 날개를 가지는 축류팬들에 있어서는, 휨각이 바뀌는 변곡점들 사이의 영역이 공기의 유동을 분산시키는 영역으로 작용함으로써, 공기의 유동이 집중되는 것이 방지되므로, 송풍효율이 상승됨은 물론 소음도 저감될 수 있는 것이다.

그러나, 선행기술들에 있어서는, 코드 길이(CL)가 익근(32a, 32b)으로부터 익단(34a, 34b)으로 갈수록 점증하므로, 익근(32a, 32b)측이 구조적으로 불안정하다. 이 때문에, 축류팬이 고속으로 회전할 경우, 날개(30a, 30b)의 변형이 심하게 일어나고, 특히 익단(34a, 34b)측의 변형량이 커짐에 따라 만족할만한 소음저감효과를 얻기 힘들다.

또한, 후자의 축류팬(10b)의 경우, 전연(LE)과 후연(TE)의 중앙을 이은 선인 중앙선(Mid-chord Line)(ML)에 있어서, 허브 중심(O)과 익근(32b)을 이은 선(L0)에 대하여, 익단(34b)을 이은 선(L1)과 이루는 각도(α1)보다, 허브 중심(O)으로부터 1번째 및 2번째 골부분 변곡점(P1, P2)을 이은 선(L2, L3)과 이루는 각도(α2, α3)가 크다. 즉, 중앙선(ML)에 대하여 산과 골의 높이차가 크고, 익단(34b)측의 전향 휨각이 지나치게 크기 때문에, 만족할만한 풍량을 얻기 위해서는 회전수가 커져야만 하고, 소음저감을 효과적으로 달성하기 힘들다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 고려하여 이루어진 것으로서, 고속회전시 날개의 변형을 작게 할 수 있는 구조적인 안정성을 도모함과 아울러, 고효율 및 저회전수를 달성할 수 있는 축류팬의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 허브와, 상기 허브의 원주에 방사상으로 배치되고 익근과 익단 사이의 휨각이 교대로 바뀌는 다수의 날개를 포함하여 이루어지는 축류팬에 있어서: 상기 날개의 전연과 후연을 이은 선인 코드 길이는, 허브의 외경을 Rh, 허브의 중심으로부터 익단까지의 거리를 Rt 및 허브의 중심으로부터 상기 전연과 후연의 중앙을 이은 선인 중앙선에 대한 임의지점의 거리를 r이라 할 때, 익근에서 날개의 중앙쪽으로 가면서 점감하여, (r-Rh)/(Rt-Rh)=0.2∼0.6 사이의 지점에서 최소값을 가지며, 이 최소값 지점으로부터 익단으로 갈수록 점증하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중앙선에 있어서, 허브의 중심과 익근을 이은 선에 대하여, 허브의 중심으로부터 익단을 이은 선과 이루는 각도는, 허브 중심으로부터 1번째 골부분 변곡점 및 2번째 변곡점을 이은 선과 이루는 각도보다 큰 것이 바람직하다.

또한, 상기 중앙선에 있어서, 허브 중심과 익근을 이은 선에 대하여, 허브 중심으로부터 1번째 골부분 변곡점을 이은 선과 이루는 각도는, 허브 중심으로부터 익단을 이은 선과 이루는 각도의 1/2보다 작은 것이 바람직하다.

또한, 상기 중앙선에 대하여, 익근으로부터 2번째 골부분 변곡점은 1번째 골부분 변곡점 보다 회전방향 앞쪽에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 날개의 익단들은 팬밴드에 의하여 일체적으로 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자가 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.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 있어서, 전연(LE)은 날개(130)의 회전방향쪽 가장자리, 후연(TE)은 날개(130)의 회전반대방향쪽 가장자리, 코드 길이(CL)(도 4 참조)는 동일반경하의 날개(130)의 전연(LE)과 후연(TE)을 이은 직선의 길이, 중앙선(ML)은 상기 전연(LE)과 후연(TE)의 중앙을 이은 선, 익근(132)은 날개(130)중 허브(120)와 연결되는 부분, 익단(134)은 날개(130)의 외측 끝단, 전향 휨각은 날개(130)가 회전방향쪽으로 기울어지는 각도, 후향 휨각은 날개(130)가 회전반대방향쪽으로 기울어지는 각도, 그리고 골부분 변곡점(P1, P2)은 휨각이 후향에서 전향으로 바뀌는 지점으로 각각 정의된다.

본 발명에 따른 축류팬(100)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 허브(120)와, 상 기 허브(120)의 원주에 방사상으로 배치되고 익근(132)과 익단(134) 사이의 휨각이 교대로 바뀌는 다수의 날개(130)를 구비한다. 즉, 상기 날개(130)는, 익근(132)으로부터 익단(134)까지 휨각이 후향에서 전향으로, 다시 전향에서 후향으로 교대로 바뀌는 파형 구조로 형성되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 전연(LE)과 후연(TE)에, 각각 3개의 변곡점에 의하여 휨각이 교대로 바뀌는 파형 구조의 날개(130)가 도시되어 있다.

본 발명에 따르면, 상기 코드 길이(CL)는, 익근(132)에서 날개(130)의 중앙쪽으로 가면서 점감한다. 또한 코드 길이(CL)는, 허브(120)의 외경을 Rh, 허브(120)의 중심으로부터 익단(134)까지의 거리를 Rt 및 허브(120)의 중심으로부터 전연(LE)과 후연(TE)의 중앙을 이은 선인 중앙선(ML)에 대한 임의지점의 거리를 r이라 할 때, (r-Rh)/(Rt-Rh)=0.2∼0.6 사이의 지점에서 최소값을 가진다. 또한, 코드 길이(CL)는 상기 최소값 지점으로부터 익단(134)으로 갈수록 점증한다.

이러한 코드 길이(CL)의 변화에 대하여, 본 발명에 따른 축류팬과 종래 파형 구조의 날개를 가진 축류팬을 서로 비교한 그래프가 도 9에 도시되어 있다. 도 9에 보이는 바와 같이, 본 발명 축류팬에서의 날개(130)의 코드 길이(CL)는, 종래 축류팬에서의 날개(130)의 코드 길이(CL)보다 익근(132)측에서 크게 형성되어 구조적으로 안정화되어 있음을 알 수 있다.

또한, 상기 중앙선(ML)에 있어서, 허브(120)의 중심(O)과 익근(132)을 이은 선(L0)에 대하여, 허브 중심(0)으로부터 익단(134)을 이은 선(L1)과 이루는 각도(α1)는, 허브 중심(O)으로부터 1번째 골부분 변곡점(P1) 및 2번째 변곡점(P2)을 이 은 선(L2, L3)과 이루는 각도(α2, α3)보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 상기 중앙선(ML)에 있어서, 허브 중심(O)과 익근(132)을 이은 선(L0)에 대하여, 허브 중심(O)으로부터 1번째 골부분 변곡점(P1)을 이은 선(L2)과 이루는 각도(α2)는, 허브 중심(O)으로부터 익단(134)을 이은 선(L1)과 이루는 각도(α1)의 1/2보다 작은 것이 바람직하다.

그리고, 상기 중앙선(ML)에 대하여, 허브 중심(O)으로부터 2번째 골부분 변곡점(P2)을 이은 선(L3)과 상기 선(LO)이 이루는 각도(α3)는, 상기 각도(α2)보다 회전방향 앞쪽에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 2번째 골부분 변곡점(P2)은 1번째 골부분 변곡점(P1) 보다 회전방향 앞쪽에 위치하는 의미로 이해될 수 있다.

상기한 변곡점들(P1, P2)의 위치(즉, 중앙선(ML)의 변화)에 대하여, 본 발명에 따른 축류팬과, 종래 파형 구조의 날개를 가진 축류팬을 서로 비교한 그래프가 도 10에 도시되어 있다. 도 10에서 보는 바와 같이, 본 발명 축류팬의 날개(130)에서는 2번째 골부분 변곡점(P2)이 1번째 골부분 변곡점(P1)보다 회전방향 앞쪽에 형성되어 있음을 알 수 있고, 종래 축류팬의 날개(130)에서는 2번째 골부분 변곡점(P2)이 1번째 골부분 변곡점(P1)보다 회전방향 뒤쪽에 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 축류팬의 날개(130)에 있어서는 후향에서 전향, 전향에서 후향으로 교대로 바뀌는 휨각의 변화의 폭이 종래 축류팬의 날개(130)에서보다 작음을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 축류팬에 따르면, 날개(130)의 구조적인 안정성을 위하여, 각 날개(130)의 익단(134)들은 팬밴드(140)에 의하여 일체적으로 연결되는 것이 바 람직하다.

다음에, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 축류팬의 작용에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 축류팬에서는, 익근(132)측에서 날개(130)의 코드 길이(CL)가 중앙부보다 크기 때문에 구조적으로 안정화되어 있으며, 따라서 허브(120)에 결합되는 모터에 의해 축류팬이 회전할 때, 익단(134)측에서의 변형량이 종래 파형 구조의 날개를 가진 축류팬에서보다 현저하게 적게 발생한다. 또한, 본 발명 축류팬에서는 날개(130)의 파형 형상이 종래 축류팬에서보다 완만하게 이루어지고, 2번째 골부분 변곡점(P2)이 1번째 골부분 변곡점(P1)보다 회전방향 앞쪽에 위치하고 있기 때문에, 회전수가 낮아도 만족할만한 풍량을 얻을 수 있고, 소음이 효과적으로 줄어들 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 축류팬에 의하면, 익근(132)측에서 날개(130)의 코드 길이(CL)가 중앙부보다 크기 때문에 구조적으로 안정화되어 있으며, 회전시 익단(134)측에서의 변형량이 적게 발생하므로, 내구성이 향상될 수 있다.

또한, 날개(130)의 파형 형상이 완만하게 이루어지고, 중앙선(ML)이 변화하는 2번째 골부분 변곡점(P2)이 1번째 골부분 변곡점(P1)보다 회전방향 앞쪽에 위치하고 있기 때문에, 낮은 회전수로 만족할만한 풍량을 얻을 수 있고, 소음이 효과적으로 줄어들 수 있다. 따라서, 송풍효율이 향상됨은 물론, 소음발생에 따른 불쾌감 을 줄일 수 있다.

Claims

허브(Hub)(120)와, 상기 허브의 원주에 방사상으로 배치되고 익근(132)과 익단(134) 사이에 형성된 3개의 변곡점에 의하여 휨각이 교대로 바뀌는 파형 구조의 날개(130)를 다수 포함하여 이루어지는 축류팬에 있어서:

상기 날개의 전연(LE)과 후연(TE)을 이은 선인 코드(Chord) 길이(CL)는,

상기 허브의 외경을 Rh, 상기 허브의 중심(O)으로부터 익단까지의 거리를 Rt 및 상기 허브의 중심으로부터 상기 전연과 후연의 중앙을 이은 선인 중앙선(ML)에 대한 임의지점의 거리를 r이라 할 때,

익근(132)에서 날개(130)의 중앙쪽으로 가면서 점감하여,

(r-Rh)/(Rt-Rh)=0.2∼0.6 사이의 지점에서 최소값을 가지며;

상기 최소값 지점으로부터 익단으로 갈수록 점증하는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 1 항에 있어서,

상기 허브(120)의 중심(O)과 상기 중앙선(ML)의 익근(132)을 이은 선(L0)에 대한, 상기 허브의 중심(O)으로부터 상기 중앙선(ML)의 익단(134)을 이은 선(L1)과 이루는 각도(α1)는, 상기 허브의 중심(O)으로부터 상기 중앙선(ML)의 1번째 골부분 변곡점(P1) 및 2번째 골부분 변곡점(P2)을 이은 선(L2, L3)과 이루는 각도(α2, α3)보다 큰 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 2 항에 있어서,

상기 허브(120)의 중심(O)과 상기 중앙선(ML)의 익근(132)을 이은 선(L0)에 대하여, 상기 허브의 중심(O)으로부터 상기 중앙선(ML)의 1번째 골부분 변곡점(P1)을 이은 선(L2)과 이루는 각도(α2)는, 상기 허브의 중심(O)으로부터 상기 중앙선(ML)의 익단(134)을 이은 선(L1)과 이루는 각도(α1)의 1/2보다 작은 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 날개(130)는, 상기 중앙선(ML)의 익근(132)으로부터 2번째 골부분 변곡점(P2)이 1번째 골부분 변곡점(P1) 보다 회전방향 앞쪽에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 각 날개(130)의 익단(134)들은 팬밴드(Fan Band)(140)에 의하여 일체적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 축류팬.