KR101470004B1 - 축류팬 - Google Patents

Abstract

본 발명의 축류팬은, 허브; 이러한 허브의 외주에서 방사상으로 배치되는 복수개의 주날개; 및 이러한 주날개의 사이에 배치되는 복수개의 보조날개를 구비하되, 주날개와 보조날개는 서로 다른 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 축류팬에 의하면, 주날개와 보조날개가 서로 다른 형상을 가지도록 함과 동시에, 등 간격으로 배치함으로써, 밸런스의 악화는 최소화 하면서 회전시 발생되는 소음은 감소시킬 수 있게 된다.

축류팬, 주날개, 보조날개

Description

축류팬{Axial flow fan}

본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 허브의 외주에서 방사상으로 배열된 복수개의 날개를 회전시켜 공기를 축방향으로 송풍하는 축류팬에 관한 것이다.

일반적으로, 축류팬(Axial flow fan)은 허브와 그 허브 외주에서 방사방향으로 뻗은 복수개의 날개로 구성되어, 구동모터에 의해 허브와 날개가 회전하면서 공기를 축방향으로 송풍하는 송풍기구로서, 자동차에서는 라디에이터나 콘덴서 등과 같은 열교환기의 방열을 촉진하기 위하여 사용된다.

이러한, 자동차용 축류팬은 도 1에 도시된 바와 같이, 모터의 구동축에 결합되는 원형의 허브(10)와, 이 허브(10) 둘레에서 방사상으로 뻗은 다수의 날개(20)로 이루어진다. 여기에 상기 각 날개(20)를 둘러 싸면서 그 끝단들을 연결함으로써 방사방향으로 흐르는 공기를 축방향으로 유도하여 축방향 송풍효율을 높이고 아울러 날개(20)들이 상호 지지되게 하여 날개(20)의 변형을 방지할 수 있는 원형의 팬 밴드(30)가 선택적으로 포함된다.

이와 같은 축류팬의 구성에 있어서, 날개는 회전시 날개 압력면의 압력상승 을 이용하여 축류팬 전방에서부터 공기를 끌어들여 축류팬 후방을 향해 공기를 밀어내 송풍이 이루어지게 하는 것으로서 그 구조는 축류팬의 송풍효율과 송풍소음에 지대한 영향을 미친다.

한편, 축류팬들은 그 용도에 따라서 다른 제약조건을 갖는다.

예컨대, 자동차에 장착되는 축류팬의 경우에는 엔진 냉각수를 냉각하는 라디에이터와 에어컨의 냉매를 냉각하는 콘덴서에 공기를 송풍하여 그 냉각효율을 높이는데 사용되므로 이 두 열교환기에 걸리는 부하 즉, 정압(正壓) 강하를 극복하면서 냉각에 필요한 충분한 풍량을 생성시킬 수 있어야 한다. 또한, 최근 차량에 전자장비가 많이 장착되어 축전지의 용량이 문제시 되고 있어 전동모터의 전력소비량 대비 송풍효율이 높아야 한다. 더불어 차량에 대한 소음 규제에 따라 보다 송풍 소음이 작아야 하며 고속 회전시 파손의 위험이 없어야 한다.

이상의 제약조건들을 충족할 수 있는 축류팬을 구성하는데 있어서, 축류팬의 날개는 송풍효율 및 소음의 발생량에 가장 큰 영향을 주게 되므로, 축류팬 설계시 날개의 형상과 폭 및 설치각 등은 중요한 설계인자가 된다. 이에 상기한 바와 같은 제약조건을 충족할 수 있으면서 축류팬의 성능을 향상할 수 있는 다양한 방안들이 제안되고 있다.

이러한, 축류팬은 날개(20)의 3차원 형상에 따라 축류팬에서 얻어지는 공기의 송풍 성능 및 소음 특성이 결정된다.

예컨대, 축류팬을 구성하는 날개(20)는 스윕각(Ψ)(sweep angle), 레이크각(ｒ)(rake angle), 피치각(θ)(pitch angle), 최대 캠버량(maxium camber) 및 최대 캠버 위치, 익현길이(l)(chord length) 등의 구성 인자들에 의해 형상이 결정되며, 이러한 형상에 의해 송풍 성능 및 소음의 크기가 결정된다.

여기서, 상기 날개(20)는 회전방향에 대해 전단을 이루는 부분인 전연(leading edge; 23), 상기 날개(20)의 회전방향에 대해 후단을 이루는 부분인 후연(trailing edge; 24)을 구비하고, 전연(23)과 후연(24)은 동일한 방향으로 기울어진 형상을 가진다.

이러한, 상기 날개(20)의 상기 스윕각(Ψ)(sweep angle)은 도 2와 같이 허브(10)에 접하는 날개(20)의 익근(Root of blade; 21) 중간점인 P점과 날개(20)의 선단인 익단(Tip of blade; 22) 중간점 P'점을 잇는 직선과, 상기 허브(10)의 회전축에 수직한 직선과의 각도를 나타낸다.

상기 레이크각(ｒ)(rake angle)은 도 3과 같이 P점과의 벌어진 각도, 다시 말해, 날개(20)가 허브(10)의 회전축 방향으로 기울어진 각도를 나타낸다.

상기 피치각(θ)(pitch angle)은 도 4와 같이 허브(10)의 회전축에 대해 날개(20)와 허브(10)가 연결되는 부분의 각도를 나타낸다.

그리고, 상기 캠버값(camber)은 도 5와 같이 날개(20)가 오목하게 형성되는 비율(%), 즉 날개(20)의 단면 중심선이 휨 정도를 나타낸다. 이러한, 상기 캠버값은 최대 캠버 위치의 길이(C)에 따라 달라지는 바, 최대 캠버위치에서의 길이에 따라 그 값이 달라짐을 알 수 있다.

또한, 상기 익현길이(l)(chord length)는 전연(23)으로부터 후연(24)까지의 길이를 나타낸다.

한편, 유체의 흐름과 관련하여 날개(20)의 형상을 정의함에 있어서, 유체가 흡입되는 측의 날개(20)의 일면을 부압면(不壓面)이라 하고, 유체가 토출되는 측의 날개(20)의 타면을 압력면(壓力面)이라 한다.

이와 같이 구성된 축류팬이 모터의 구동력을 받아 회전되면, 상기 날개(20)의 압력면과 부압면 사이의 압력차에 의해 도 6과 같이 축류 유동을 발생시킨다.

그러나, 상기 축류팬의 회전방향을 기준으로 볼 때에, 도 1에 나타난 제1번 날개인 선행하는 날개의 전연(23)과 후연(24)에 의해 난류가 발생됨과 아울러 상기 날개(20)의 후연(24) 근처의 부압면에서 유동공기의 박리(separation) 현상에 의해 난류가 발생된다. 이러한 난류는 제2번 날개인 후행하는 날개에 영향을 주어 팬 성능을 저하시킴과 아울러 날개 사이에서 공기의 유동 손실을 발생시키는 문제점이 있다.

그리고, 상기 난류에 의해 축류팬의 허브(10) 영역에서 공기 유동성이 악화되고 상기 날개(20) 사이에서 난류 소음이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 축류팬의 허브 영역에서 공기의 유동성능을 개선함과 더불어 날개 사이의 유동손실을 감소시켜 소음을 줄일 수 있도록 하는 축류팬을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 축류팬은, 허브; 상기 허브의 외주에서 방사상으로 배치되는 복수개의 주날개; 및 상기 주날개의 사이에 배치되는 복수개의 보조날개를 구비하되, 상기 주날개와 보조날개는 서로 다른 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 주날개와 보조날개는, 스윕각, 피치각, 레이크각, 캠버값 및 익현길이 중 적어도 하나가 다른 것이 바람직하다.

또한 상기 주날개와 보조날개는, 등 간격으로 배치된 것이 바람직하다.

또한 상기 주날개와 보조날개는, 그 반경이 대략 동일한 것이 바람직하다.

또한 상기 축류팬은, 상기 주날개와 보조날개의 각 익단이 고정되는 원형의 팬 밴드를 더 구비할 수 있다.

또한 상기 주날개 보조날개는, 그 익근과 익단의 전체 구간으로 볼 때, 그 휨각이 점진적으로 바뀌는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 축류팬에 의하면,

주날개와 보조날개가 서로 다른 형상을 가지도록 함과 동시에, 등 간격으로 배치함으로써, 밸런스의 악화는 최소화 하면서 회전시 발생되는 소음은 감소시킬 수 있게 된다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 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.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 축류팬의 사시도이고, 도 8 도 7의 정면도이다.

먼저, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 축류팬은, 허브(100), 상기 허브(100)의 외주에서 방사상으로 배치되는 복수개의 주날개(200), 상기 주날개(200)의 배치된 상태로 상기 허브(100) 외주에서 방사상으로 배치되는 복수개의 보조날개(300)를 구비한다.

여기서, 상기 주날개(200) 및 상기 보조날개(300)의 형상에 대해 설명하면, 상기 주날개(200) 및 상기 보조날개(300)는 전연(200a)(300a), 후연(200b)(300b) 및 전연(200a)(300a)과 후연(200b)(300b) 사이의 중앙을 반경 방향으로 연결한 선으로 정의되는 중앙선(ML)에 의해 표시한다.

도시한 바와 같이, 상기 주날개(200)와 보조날개(300)는, 그 익근(210)(310)과 익단(220)(320)의 전체 구간으로 볼 때, 그 휨각이 점진적으로 바뀌는, 이른바 '웨이브 팬'의 형상일 수 있다.

좀 더 부연 설명하면, 상기 주날개(200) 및 상기 보조날개(300)의 전연(200a)(300a)은 익근(210)(310)과 익단(220)(320)의 전체 구간으로 볼 때, 익근(210)(310)측의 최대전향각에서 익단(220)(320)측의 최대후향각까지 점진적으로 방향이 바뀌는 형상을 가진다.

여기서, 전연(200a)(300a)은, 도 9에 도시한 바와 같이 그 중간에서 익근(210)(310)측의 전향에서 후향으로 바뀌는 제1변곡점(r11)에서 시작된 후, 제2변곡점(r12)에서 다시 전향으로 방향이 바뀌고 제3변곡점(r13)에서 다시 후향으로 바뀌는 소구간이 유동분사영역(D)을 갖는다.

이러한, 상기 주날개(200) 및 상기 보조날개(300)는 서로 다른 형상을 가지는 것이 바람직하다. 여기서 상기 주날개(200) 및 상기 보조날개(300)는 회전 밸런스의 악화를 최소화하기 위하여 등 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

한편 상기 주날개(200)와 보조날개(300)는, 그 반경이 대략 동일할 수 있다. 이 때 상기 주날개(200) 및 상기 보조날개(300)의 각 끝단을 연결하는 팬 밴드(400)가 더 구비되는 것이 바람직하다.

도 9에 도시한 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 축류팬은, 상기 보조날개(300)를 상기 주날개(200)와 다른 스윕각(sweep angle)을 가지도록 형성할 수 있다. 여기서 도 9와 같이 상기 보조날개(300)의 스윕각(Ψ₂)은 상기 주날개(200)의 스윕각(Ψ₁)과 다르게 형성하여 상기 허브(100)에 결합한다.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 축류팬의 주날개 및 보조날개의 피치각 을 나타낸 부분 확대도이다.

즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 축류팬은, 상기 보조날개(300)를 상기 주날개(200)와 다른 피치각(pitch angle)을 가지도록 형성한다.

따라서 도 10과 같이 상기 보조날개(300)의 피치각(θ₂)은 상기 주날개(200)의 피치각(θ₁)과 다르게 상기 허브(100)에 결합한다.

도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 축류팬의 주날개 및 보조날개의 레이크각을 나타낸 부분 확대도이다.

즉, 본 발명의 제3실시예에 따른 축류팬은, 상기 보조날개(300)를 상기 주날개(200)와 다른 레이크각(rake angle)을 가지도록 형성한다.

따라서, 도 11과 같이 상기 보조날개(300)의 레이크각(r₂)은 상기 주날개(200)의 레이크각(r₁)과 다르게 상기 허브(100)에 결합한다.

도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 축류팬의 주날개 및 보조날개의 최대캠버위치를 나타낸 부분 확대도이다.

즉, 본 발명의 제4실시예에 따른 축류팬은, 상기 보조날개(300)를 상기 주날개(200)와 다른 캠버(camber)값을 가지도록 형성한다.

따라서, 도 12와 같이 상기 보조날개(300)와 상기 주날개(200)의 캠버값을 달리하고자 할 경우, 상기 보조날개(300)의 최대캠버위치에서의 길이(C₂)는 상기 주날개(200)의 최대캠버위치에서의 길이(C₁)와 다르게 형성하여 상기 허브(100)에 결 합한다.

도 13은 본 발명의 제5실시예에 따른 축류팬의 주날개 및 보조날개의 익현길이를 나타낸 부분 확대도이다.

즉, 본 발명의 제5실시예에 따른 축류팬은, 상기 보조날개(300)를 상기 주날개(200)와 다른 익현길이(chord length)를 가지도록 형성한다.

따라서, 도 13과 같이 상기 보조날개(300)의 전연(300a)으로부터 후연(300b)까지의 길이, 즉 상기 보조날개(300)의 익현길이(l₂)는 상기 주날개(200)의 전연(200a)으로부터 후연(200b)까지의 길이, 즉 상기 주날개(200)의 익현길이(l₁)와 다르게 형성하여 상기 허브(100)에 결합한다.

마지막으로, 본 발명의 제6실시예에 따른 축류팬으로서, 앞서 설명한 상기 주날개(200) 및 상기 보조날개(300)를 스윕각, 피치각, 레이크각, 캠버값, 익현길이가 상호 다르도록 형성하여 상기 허브(100)에 결합할 수도 있다.

이상과 같이, 상기 주날개(200)와 상기 보조날개(300)의 형상이 서로 다른 상태로 상기 허브(100)에 결합되는 본 발명에 따른 축류팬은, 도 14에 도시된 그래프에서와 같이, O/A소음은 종래 축류팬 대비 증가하나 브로드 밴드 소음(broad band noise)이 전체적으로 증가하여 BPF소음과의 소음 절대값 차이가 작아져 실차 상태에서 음질이 개선됨을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 축류팬은, 주날개(200)와 보조날개(300)가 서로 다른 형상을 가지도록 허브(100)에 결합되게 하여 회전시 발생되는 소음을 감소되게 한다.

도 1은 일반적인 축류팬을 나타낸 정면도,

도 2는 도 1의 축류팬을 구성하는 날개의 스윕각을 나타낸 정면도,

도 3은 도 1의 축류팬을 구성하는 날개의 레이크각을 나타낸 측면도,

도 4는 도 1의 축류팬을 구성하는 날개의 피치각을 나타낸 측면도,

도 5는 도 1의 축류팬을 구성하는 날개의 최대캠버위치를 나타낸 측면도,

도 6은 도 1의 축류팬 형상을 나타낸 측면 사시도,

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 축류팬의 사시도,

도 8은 도 7의 정면도,

도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 축류팬의 주날개 및 보조날개의 스윕각을 나타낸 부분 확대도,

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 축류팬의 주날개 및 보조날개의 피치각을 나타낸 부분 확대도,

도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 축류팬의 주날개 및 보조날개의 레이크각을 나타낸 부분 확대도,

도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 축류팬의 주날개 및 보조날개의 최대 캠버위치를 나타낸 부분 확대도,

도 13은 본 발명의 제5실시예에 따른 축류팬의 주날개 및 보조날개의 익현길이를 나타낸 부분 확대도,

도 14는 본 발명의 제1실시예에 따른 축류팬의 보조날개 형상 변경 전 및 변경 후에 따른 소음측정을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...허브 200...주날개

300...보조날개 400...팬 밴드

Claims (6)

1. 허브(100);

   상기 허브(100)의 외주에서 방사상으로 배치되는 복수개의 주날개(200); 및

   상기 주날개(200)와 반경이 대략 동일하며, 상기 주날개(200)의 사이에 배치되는 복수개의 보조날개(300)를 구비하되,

   상기 주날개(200)와 보조날개(300)는, 등 간격으로 배치되고, 스윕각(Ψ1,Ψ2), 피치각(θ1,θ2), 레이크각(r1,r2), 캠버값 및 익현길이(l1,l2) 중 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 하는 축류팬.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 주날개(200)와 보조날개(300)의 각 익단(210)(310)이 고정되는 원형의 팬 밴드(400)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 축류팬.
6. 제1항에 있어서,

   상기 주날개(200)와 보조날개(300)는, 그 익근(210)(310)과 익단(220)(320)의 전체 구간으로 볼 때, 그 휨각이 점진적으로 바뀌는 것을 특징으로 하는 축류팬.

Images