KR20010059277A - 축류송풍기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축류팬과 그 축류팬 주위를 둘러 싸 축류팬이 송풍하는 공기를 축방향으로 안내하는 슈라우드로 이루어진 축류송풍기에 관한 것으로, 특히, 슈라우드가 종 입구형상의 유입부를 가지며, 축류팬이 상기 유입부에 상응하는 플렌지부를 가짐으로써 송풍효율이 높고 송풍소음은 저감된 축류송풍기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 축류송풍기는, 종 입구 형상의 유입부(2a)를 갖는 송풍구(200)를 형성하는 슈라우드(2)와; 상기 슈라우드의 송풍구 중심에 고정되는 구동모터(3)와; 상기 구동축에 결합되는 허브(10)와, 그 허브 외주에 원주방향으로 배열된 다수의 날개(11)와, 상기 각 날개의 익단을 따라 부착되고 반경방향으로 확장된 플렌지부(12a)를 갖는 팬 밴드(12)로 이루어진 축류팬(1)을 포함하여 이루어지는 축류송풍기에 있어서, 상기 유입부 내경(DI)은 축류팬 날개 외경(DB)의 1.02 ∼ 1.04 배이고, 상기 팬 밴드의 플렌지부(12) 외경은 축류팬 날개(11) 외경(DB)의 1.06 배 이상인 것을 특징으로 하며, 이와 같은 구성의 축류송풍기는 축류팬이 슈라우드의 유입부에 비해 상대적으로 작은 내경의 팬 밴드 내주에서 생성되는 공기순환층의 영역이 축소되어 송풍효율이 높고 송풍 소음은 아주 작다.

Description

축류송풍기{AXIAL FLOW FAN ASSEMBLY}

본 발명은 축류팬과 그 축류팬 주위를 둘러 싸 축류팬이 송풍하는 공기를 축방향으로 안내하는 슈라우드로 이루어진 축류송풍기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 슈라우드가 종 입구(Bell mouse) 형상의 유입부를 가지며, 축류팬은 상기 슈라우드의 유입부와 호응하는 플렌지부를 가짐으로써 송풍효율이 높고 송풍소음은 저감된 축류송풍기에 관한 것이다.

축류송풍기는 중앙의 허브(Hub)를 중심으로 방사상으로 배열된 다수 날개를 갖는 축류팬을 모터에 의해 회전시켜 공기를 날개의 축방향으로 송풍하는 유체기계로서, 선풍기나 실내환기용 환풍기 또는 자동차의 라디에이터나 콘덴서 등의 공랭식 열교환기에 대하여 그 열교환기의 방열을 촉진하기 위한 냉각용 공기를 송풍하는 냉각팬(Cooling Fan) 등은 전형적인 축류송풍기들이다.

특히 자동차 공기조화장치의 열교환기에 장착되는 축류송풍기는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 방사상으로 배치되는 다수의 날개(11)를 갖는 축류팬(1)과, 그 축류팬(1) 주위를 내부에 형성된 송풍구(200)로 둘러싸 그 송풍구(200)로 축류팬(1)이 끌어들이는 공기를 안내하는 슈라우드(2), 그리고 상기 슈라우드(2)에 고정되어 상기 축류팬(1)을 회전시키는 구동모터(3) 등으로 구성된다.

이러한 구성에 있어서, 상기 축류팬(1)은 상기 구동모터(3)의 구동축에 결합되는 허브(10)와 그 허브(10) 외주에 원주방향으로 배열된 다수의 날개(11)로 이루어져 상기 구동모터의 동력에 의해 회전하여 그 날개로써 축방향 공기유동을 발생하여 열교환기에 대하여 공기를 송풍하는 역할을 하며, 슈라우드(2)는 상기 축류팬(1) 및 구동 모터(3)를 고정하고, 축류팬(2)이 송풍하는 공기의 유동면적을 열교환기의 범위 내로 한정하여 송풍공기가 열교환기를 보다 효율적으로 통과하도록 안내하며, 아울러 축류팬(1)이 송풍하는 공기가 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다.

참고로, 도면 부호 23은 슈라우드(2)를 고정하기 위한 브래킷이다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 회전하는 축류팬(1) 날개(11)의 끝단과 그 축류팬(1)을 둘러싸는 슈라우드(2) 사이에는 두 부재 사이에 마찰이 일어나지 않게 하기 위한 간극(T)(이하, 익단간극)이 필연적으로 존재하게 되는데, 이 익단간극(T)은, 축류팬(1)의 익단에서 발생되는 와류와 축류팬(1) 전,후의 압력차이 등의 영향으로 공기가 그 익단간극(T)을 통해 역류되므로, 축류송풍기의 송풍효율을 저하시키고 소음을 증가시키는 요인이 된다. 특히, 자동차용 축류송풍기의 경우에는 주행시 진동에 따른 간섭을 방지하기 위해 상대적으로 큰 익단간극(T)을 가지므로, 그 익단간극(T)의 크기에 비례하는 만큼의 송풍량 손실을 감수해야만 하였으며 그에 따라 송풍 소음도 크다는 문제점을 가지고 있었다.

이 문제를 해결하기 위하여, 다양한 연구들이 있어 온 바, 미국 특허 제 5,423,660 호에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 슈라우드에 종 입구(Bell mouse)형상의 유입부를 형성함과 아울러, 축류팬(1)의 익단들에 상기 유입부 내경(DI)과 동일한 내경(DB)을 가지면서 후단에 나팔형태로 확장된 플렌지부(12a)를 갖는 팬 밴드(12)를 부착하고, 슈라우드(2)의 내주면과 팬 밴드(12) 사이에는 상기 유입부(2a)로부터 연장된 역류차단벽(2b)을 둠으로써, 그 역류차단벽(2b)으로 하여금 익단간극(T)에 유입되는 공기유동을 차단케하여 축류팬(1)와 슈라우드(2) 내주면 사이에서 필연적으로 발생하는 송풍량 손실을 축소할 수 있는 축류송풍기가 제시되어 있다.

도 4에는 축류팬(1)의 익단들을 따라 슈라우드(2)의 유입부(2a) 내경(DI)과 동일한 내경(DB)의 팬 밴드(12)가 부착되되, 그 팬 밴드(12)가 앞서 도 3의 축류송풍기와는 반대로 그 선단에 나팔형식으로 확장된 플렌지부(12a)를 갖는 종래 축류송풍기가 개시되어 있다.

그리고, 도 5의 축류송풍기는 앞서 두 종래 축류송풍기에 비해 팬 밴드의 플렌지부가 상대적으로 작은 축류팬(1)가 사용된 것이고, 도 6은 도 5의 축류송풍기와 기본적으로는 같은 구성을 갖고, 단지 슈라우드(2)의 유입부(2a)의 내경(DI)을 팬 밴드(12)의 내경(DB) 보다 상대적으로 작게 한정한 축류송풍기가 제안되었다.

그러나, 앞에서 인용된 모든 축류송풍기들은 그 각 축류팬(1)이 슈라우드(2)의 유입부(2a) 내경(DI)과 같거나 또는 미소한 차이(ΔDB)의 작은 내경(DB)을 갖는 팬 밴드(12)를 갖고 있어, 팬 밴드(12) 내주 표면에 팬 밴드(12)를 순환하는 공기순환층(C)이 두텁게 형성되기 때문에 송풍효율이 상대적으로 떨어진다는 문제점을 가지고 있었다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 공기가 슈라우드(2)의 유입부(2a) 안내에 따라 반경방향 속도 성분을 가지고 송풍구(200)로 유입되어 축방향의 후류측으로 흐르게 되는 층류층(L) 경계가 이 팬 밴드(12)의 내주면으로부터 멀리 떨어진 위치에 형성되어, 팬 밴드(12) 내주면을 타고 팬 밴드(12)의 후단을 돌아 익단간극(T)을 통해 역류하는 공기순환층(C)이 팬 밴드(12)의 내주면에 두껍게 형성되므로, 송풍량 대비 익단간극(T)을 통해 역류하는 공기량비가 커서 송풍량 손실이 클 뿐만 아니라 좁은 간격으로 다량의 공기가 역류함에 따른 소음 및 역류하는 공기와 유입부(2a)에 의해 안내된 공기의 간섭소음 등으로 인하여 송풍소음도 크다는 문제점을 가지고 있었다.

이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 축류송풍기가 가진 문제점이 해소된 것으로, 축류팬이 슈라우드의 유입부에 비해 상대적으로 작은 내경의 팬 밴드를 가짐에 따라 팬 밴드 주위에서 생성되는 공기순환층의 두께를 대폭 축소할 수 있음으로써 송풍량 대비 역류공기량이 작아 송풍효율이 높고 소음이 크게 저감된 축류송풍기를 제공하고자 한다.

도 1은 일반적인 축류송풍기의 정면도.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도.

도 3 내지 6는 종래 실시예 1 내지 4에 따른 종래 축류송풍기의 축류팬과 슈라우드의 구조를 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 취하여 보인 단면도.

도 7은 종래 축류송풍기에 의해 송풍되는 공기유동의 양태를 보인 공기유동분포도.

도 8은 본 발명에 따른 축류송풍기의 축류팬과 슈라우드의 구조를 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 취하여 보인 단면도.

도 9는 본 발명에 따른 축류송풍기에 의해 송풍되는 공기유동의 양태를 보인 공기유동분포도.

도 10은 본 발명에 따른 축류송풍기의 팬 날개 외경에 대한 유입부 내경비 변화에 따른 송풍소음과 소비전력의 변화를 보인 그래프.

도 11은 본 발명에 따른 축류송풍기의 송풍소음을 종래 실시예 1의 축류송풍기 송풍소음과 비교하여 보인 소음 스펙트럼 그래프.

도 12는 본 발명에 따른 축류송풍기의 송풍소음을 종래 실시예 3과 4의 축류송풍기의 송풍소음과 비교하여 보인 소음 스펙트럼 그래프.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 축류팬 10 : 허브

11 : 날개 12 : 팬 밴드

12a : 플렌지부 12b : 직선부

2 : 슈라우드 2a : 유입부

200 : 송풍구 T : 익단간극

상기와 같은 목적을 가지고 안출된 본 발명에 따른 축류송풍기는, 종 입구형상의 유입부를 갖는 송풍구를 형성하는 슈라우드와; 상기 슈라우드의 송풍구 중심에 그 구동축이 배치되어 상기 슈라우드에 고정되는 구동모터와; 상기 구동축에 중심이 결합되는 허브와, 상기 허브 외주에 원주방향으로 배열된 다수의 날개와, 상기 각 날개의 익단을 따라 부착되고 반경방향으로 확장된 플렌지부를 갖는 팬 밴드로 이루어진 축류팬을 포함하여 이루어지는 축류송풍기에 있어서, 상기 유입부의 내경은 상기 축류팬 날개 외경(팬 밴드의 내경과 동일)의 1.02 ∼ 1.04 배이고, 상기 팬 밴드의 플렌지부의 외경은 상기 축류팬 날개 외경의 1.06 배 이상인 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 슈라우드의 유입부는 원호형으로 만곡되며, 또, 상기 팬 밴드의 플렌지부는 팬 밴드의 선단으로부터 반경방향으로 확장되어 형성된다.

또한, 상기 팬 밴드의 플렌지부와 직선부는 소정의 곡률을 가지고 연결되며, 그 곡률 반경은 축류팬 외경의 1 % 이상인 것이 바람직하다.

이하, 도면이 첨부된 본 발명의 바람직한 실시예들을 통하여 본 발명에 따른 축류송풍기의 특징으로 보다 구체적으로 살펴본다.

본 실시예의 설명에 있어서, 종래 기술의 구성과 동일한 구성에 대해서는 서두의 종래 기술 설명에서 사용한 부호를 동일하게 사용하기로 한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 축류송풍기의 축류팬과 슈라우드의 구조를 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 취하여 보인 하반부 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 축류송풍기는, 종 입구 형상의유입부(2a)를 가지고 송풍구(200)를 형성하는 슈라우드(2)와; 슈라우드의 송풍구(200) 중심에 고정되는 구동모터(미도시)와; 상기 구동모터(3)의 구동축에 결합되는 축류팬(1)으로 이루어져 있다.

상기 축류팬(1)은 상기 구동모터의 구동축에 결합되는 허브(10)와 상기 허브(10) 외주에 원주방향으로 배열된 다수의 날개(11), 그리고, 상기 각 날개(11)의 익단을 따라 부착되고 그 선단에 반경방향으로 확장된 플렌지부(12a)를 갖는 팬 밴드(12)로 이루어지는데, 특히 상기 팬 밴드(12)의 플렌지부(12a)는 상기 축류팬 날개 외경(DB)의 1.06 배 이상의 외경을 갖는다. 아울러 그 플렌지부(12a)는 그 후단의 팬 밴드의 직선부(12b)에 대하여 축류팬 외경(DB)의 1 % 이상의 곡률반경(RF)을 가지고 연결된다.

슈라우드(2)는 도 8에 도시된 바와 같이, 그 내부에 전,후로 개방된 송풍구(200)를 형성하여 상기 축류팬(1) 주위를 둘러싸는 것으로, 상기 송풍구(200) 중앙에 위치하는 모터 지지링(도 1, 2의 부호 21 참조)과, 상기 모터 지지링을 하우징(20)에 연결하고 고정하는 다수의 안내깃(도 1, 2의 부호 22 참조) 등을 포함하여 이루어진다. 이러한 구성에 따라 슈라우드(2)는 상기 축류팬(1)이 송풍하는 공기를 축방향으로 안내하여 축류팬(1)의 송풍효율을 높이는 역할을 한다.

특히, 이 슈라우드(2)의 선단 내부에는 그 슈라우드(2) 선단 내주면에서부터연장되어 후류측으로 원호형 또는 타원형으로 만곡된 종 형상의 유입부(2a)가 성형되는데, 이 유입부(2a)는 그 내경(DI)이 상기 축류팬 날개(11) 외경(DB)의 1.02 ∼1.04 배가 되도록 설정되어, 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 축류팬(1) 플렌지부(12a)의 곡선부분이 대략 그 유입부(2a)의 연장선상에 위치하게 된다. 이렇게 유입부(2a) 내경이 팬 밴드 플렌지부(12a)의 내경에 비해 상대적으로 크게 설정됨에 따라, 팬 밴드(12)의 내주면에서 형성되는 공기순환층의 두께가 감소하여 송풍효율이 증가하고 소음이 감소된다.

이상과 같은 구성에 따라 본 발명에 따른 축류송풍기는, 슈라우드(2)의 유입부에 비해 상대적으로 작은 내경(DB)의 팬 밴드(12)를 가짐에 따라, 도 9의 본 발명에 따른 축류송풍기에 대한 공기유동해석 결과로 나타난 바와 같이, 도 7과 같은 유동양상을 보이는 종래 축류송풍기에 비해 팬 밴드(12) 내주면에서 생성되는 공기순환층(C)의 두께를 대폭 축소할 수 있다. 즉, 축류팬(1) 날개(11)에 있어서, 공기순환층(C)에 해당되는 날개(11)의 외단 부분은 도 7과 도 9에 나타난 바와 같이 팬 밴드(12)를 순환하는 순환류를 발생하여 축류팬(1)의 송풍효율에는 거의 영향을 주지 못하고, 오히려 축방향으로 송풍되는 공기와 간섭되어 송풍효율을 떨어뜨리는 순환류를 생성하게 된다. 하지만, 본 발명에 따른 축류송풍기는, 슈라우드(2)의 유입부(2a)의 만곡선 상에 팬 밴드(12)의 플렌지부(12a)가 대략 위치하여, 유입부(2a)에 의해 안내된 공기가 송풍손실과 소음을 유발하는 팬 밴드(12) 내주면의 공기순환층(C)을 대폭 약화시키므로, 축방향 송풍효율이 높을 뿐만 아니라 송풍소음이 매우 작다.

도 10은 본 발명에 따른 축류송풍기의 소음효과를 나타낸 그래프로서, 축류팬에 대한 슈라우드의 유입부 내경(DI) 변화에 따른 소음 및 전력 변화를 보인 것이다. 이 그래프로부터 알 수 있듯이, 축류송풍기는 슈라우드(2)의 유입부(2a) 내경(DI)이 커짐에 따라 소음 및 소비전력은 점차 감소하다가 일정 수준 이상에서는 오히려 증가하는 것을 알 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 축류송풍기의 송풍소음을 종래 실시예 1의 축류송풍기의 송풍소음과 비교하여 보인 것이다. 이 그래프에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 축류송풍기는 종래 축류송풍기에 비해 소음성능이 매우 우수한 것으로 나타났다. 특히 이산주파수의 소음에 비해 광대역 소음이 크게 감소한 것을 알 수 있는데, 이는 날개 외단에서의 난류와 익단간극(T)을 통한 재순환 송풍량이 감소됨에 따라 나타난 결과이다.

도 12는 본 발명에 따른 축류송풍기와 상대적으로 작은 길이의 플렌지부(팬 날개 외경(DB)의 0.4 %)를 갖는 종래 실시예 3, 4의 축류송풍기들이 각각 발생하는 소음을 비교 측정한 결과로서, 본 발명에 따른 축류송풍기에 비해 종래 축류송풍기들의 송풍소음이 상대적으로 큰 것을 알 수 있다. 그런데 이들 종래 두 축류송풍기의 경우에는, 도 5와 도 6에 나타난 바와 같이, 축류팬의 날개(11) 외경(DB) 대비 유입부(2a)의 내경(DI)에 차이가 있음에도 불구하고 소음의 크기가 거의 엇비슷하게 발생하는 것으로 나타났는데, 이러한 실험 결과에 의하여 플렌지부(12a)의 길이가 짧은 경우에는 슈라우드의 유입부(2a) 내경(DI)을 증가시켜도 소음의 변화는 거의 없는 것으로 밝혀졌다. 이는 플렌지부(12a)의 길이가 너무 짧으면 팬 밴드(12)와 슈라우드(2) 사이의 익단간극(T)으로 역류되는 공기를 효과적으로 차단할 수 없기 때문에 나타난 결과이다.

이상과 같은 실험들을 시행한 결과, 본 발명에 따른 바람직한 축류송풍기는, 그 슈라우드 유입부의 내경이 상기 축류팬 날개 외경의 1.02 ∼ 1.04 배이고, 팬 밴드의 플렌지부의 외경이 상기 축류팬 날개 외경의 1.06 배 이상이며, 또한 팬 밴드의 플렌지부가 팬 밴드의 선단에 위치하면서 팬 밴드의 직선부에 대해서는 팬 날개 외경의 1 % 의 곡률반경을 가지고 연결될 때, 송풍성능과 소음성능이 극대화되는 것으로 나타났다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 축류송풍기는, 축류팬이 슈라우드의 유입부에 비해 상대적으로 작은 내경의 팬 밴드를 가짐에 따라 팬 밴드 주위에서 생성되는 공기순환층의 두께를 대폭 축소할 수 있다. 따라서, 익단간극을 통해 역류하는 공기량이 적어 송풍효율이 높고 송풍 소음은 아주 작다. 따라서, 본 발명에 따른 축류송풍기를 자동차에 적용할 경우, 열교환기가 필요로 하는 송풍량을 충족하는 조건에서 축류송풍기를 소형화할 수 있게 하고, 송풍소음도 작아 자동차의 승차감 향상에도 기여할 수 있다.

Claims (5)

1. 종 입구 형상의 유입부를 갖는 송풍구를 형성하는 슈라우드와; 상기 슈라우드의 송풍구 중심에 그 구동축이 배치되어 상기 슈라우드에 고정되는 구동모터와; 상기 구동축에 결합되는 허브와, 상기 허브 외주에 원주방향으로 배열된 다수의 날개와, 상기 각 날개의 익단을 따라 부착되고 반경방향으로 확장된 플렌지부를 갖는 팬 밴드로 이루어진 축류팬을 포함하여 이루어지는 축류송풍기에 있어서,

   상기 유입부의 내경은 상기 축류팬 날개 외경의 1.02 ∼ 1.04 배이고, 상기 팬 밴드의 플렌지부의 외경은 상기 축류팬 날개 외경의 1.06 배 이상인 것을 특징으로 하는 축류송풍기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 슈라우드의 유입부는 곡면형상으로 만곡된 측단면을 가지는 것을 특징으로 하는 축류송풍기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 팬 밴드의 플렌지부는 팬 밴드의 상류측 선단으로부터 반경방향으로 확장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 축류송풍기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 팬 밴드의 플렌지부와 직선부는 소정의 곡률을 가지고 연결되는 것을 특징으로 하는 축류송풍기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 팬 밴드의 플렌지부와 직선부 사이의 곡률반경은 축류팬 외경의 1 % 이상인 것을 특징으로 하는 축류송풍기.