KR20060103366A - 팬 및 쉬라우드 조립체 - Google Patents

팬 및 쉬라우드 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 공조장치용 팬 및 쉬라우드 조립체에 관한 것으로, 하나의 축을 중심으로 회전되는 허브(21) 및 그 허브(21)로부터 바깥쪽으로 연장되는 복수개의 블레이드(22)가 구비된 팬(20)과, 상기 팬(20)을 둘러싸도록 배치되고 팬(20)의 회전에 의한 공기송풍을 조절하는 쉬라우드(10)를 포함하는 팬 및 쉬라우드 조립체에 있어서; 상기 쉬라우드(10)는, 상기 팬(20)의 블레이드(22)의 끝단들을 연결하는 원주로부터 소정 거리 이격되는 위치에 안내링부(11)를 구비하고, 상기 안내링부(11)에는 상기 블레이드(22)의 끝단을 연결하는 원주면을 따라 발생되는 와류의 유동을 차단하는 원형주름 형상의 와류방지수단(16)이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 팬 및 쉬라우드 조립체에 의하면, 쉬라우드의 송풍구의 내주면을 따라 형성된 원형주름이 와류 및 역류의 발생을 최소화하여 소음저감효과가 더욱 향상되는 효과가 있다.
쉬라우드, 팬, 소음, 원형주름, 안내링부, 원형골, 와류, 역류

Description

팬 및 쉬라우드 조립체 {Complex of Fan and Shroud}
도 1은, 일반적인 축류팬의 예를 나타내는 정면도.
도 2는, 종래 기술에 의한 쉬라우드(Shroud)의 배면 사시도.
도 3은, 종래 기술에 의한 쉬라우드의 정면도 및 일부확대도.
도 4는, 종래 기술에 의한 팬쉬라우드 조립체의 일부 측단면도.
도 5는, 본 발명에 의한 팬 및 쉬라우드 조립체가 도시된 단면도.
도 6은, 본 발명의 팬 및 쉬라우드가 도시된 분해사시도.
도 7은, 도 6의 "A"부 상세도.
도 8은, 본 발명의 요부구성인 쉬라우드의 정면 사시도.
도 9는, 쉬라우드에 형성된 원형주름의 치수 규정 및 배열을 도시한 단면도.
도 10은, 기존 팬-쉬라우드 조립체와 동일풍량에서의 노이즈 스펙트럼을 비교/도시한 도면.
도 11은, 기존 팬-쉬라우드 조립체와 본 발명의 정압 변화에 따른 쉬라우드의 P-Q 선도.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
10: 쉬라우드(Shroud) 11: 안내링부
12: 하우징(Housing) 13: 송풍구
14: 모터 지지부 15: 리브(Rib)
16: 와류방지수단(원형주름)
20: 팬(Fan) 21: 허브(Hub)
22: 블레이드(Blade) 23: 밴드(Band)
본 발명은 차량 공조장치에서 송풍용으로 사용되는 팬 및 쉬라우드 조립체에 관한 것으로서, 특히 팬의 회전에 의한 공기송풍시 와류(Swirling Airflow) 및 역류(Upstream Airflow) 발생을 억제하여 소음을 효과적으로 저감할 수 있는 팬 및 쉬라우드 조립체에 관한 것이다.
차량의 공조장치에는 라디에이터, 콘덴서 등의 열교환기 내부를 거치는 열교환매체의 냉각을 위하여 축류팬이 구비되어 있다. 일반적인 축류팬(200)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 모터와 같은 구동원의 축과 결합되는 허브(230)와, 상기 허브(230) 외주에 방사상으로 배치되는 다수의 블레이드(210)를 포함하여 이루어지며, 상기 블레이드(210)들의 변형을 방지하기 위하여 블레이드(210)들의 끝을 연결하는 팬밴드(220)가 더 구비될 수 있다. 따라서, 구동원으로부터 허브(230)에 전달되는 회전력에 의해 축류팬(200)이 회전하면서 블레이드(210)들에 의해 공기가 축방향으로 송풍될 수 있다. 이러한 축류팬(200)에 의하여 송풍되는 공기를 열교환기 쪽으로 효과적으로 안내하기 위하여 쉬라우드가 열교환기에 고정된다. 이러한 쉬라우드 는, 공기송풍을 안내하기 위하여 축류팬이 회전가능하게 삽입될 수 있는 크기의 송풍구를 가지면서 구동원인 모터를 지지할 수 있도록 형성된다.
열교환기의 후방에 설치되어 열교환기 전방으로부터 공기를 흡입하여 열교환기의 후방으로 송풍하는 풀러타입의 팬 쉬라우드 조립체를 구성하는 쉬라우드(100)는, 도 2, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 축류팬(200)이 회전가능하게 삽입되는 송풍구(120)를 가진 하우징(110)과, 상기 하우징의 송풍구(120)의 중앙에 축류팬(200)을 회전시키는 모터(도시 생략)를 지지하기 위한 모터지지링(130)과, 그리고 상기 모터지지링(130)을 지지함과 아울러 축류팬(200)의 회전시 토출되는 공기를 안내하도록 모터지지링(130)과 하우징(110)을 방사상으로 연결하는 다수의 안내깃(140)을 포함하여 이루어져 있다.
상기 하우징(110)은, 흡입되는 송풍공기를 송풍구(120) 쪽으로 효과적으로 안내할 수 있도록 후방으로 요입된 형상을 가지며, 하우징(110)의 가장자리에는 열교환기에 결합하기 위한 결합리브들이 형성된다.
상기 송풍구(120)는, 하우징(110)으로부터 후방으로 돌출형성되는 안내링(150)에 의하여 형성되며, 상기 안내링(150)의 후단에서 안내링(150)의 안쪽으로 굴곡되어 공기의 토출을 원활하게 안내하는 벨마우스(180)가 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 송풍구(120)의 내주면 즉, 안내링(150)의 내주면을 따라 다수의 와류방지톱니(160)가 형성된다. 벨마우스(180)가 구비된 경우에는, 안내링(150) 중 벨마우스(180)와 이어지는 부분의 내주면에 와류방지톱니(160)들이 일체로 형성된다.
상기 와류방지톱니(160)는 축류팬(200)의 블레이드(210)들의 끝단과 소정의 간극을 유지하도록 배열된다. 상기 와류방지톱니(160)는 축류팬의 회전방향쪽 제1면(162)과 회전반대방향쪽 제2면(164)을 가진다.
이러한 와류방지톱니를 구비한 쉬라우드가 소음을 저감하는 효과는 있지만, 차량에서 발생하는 소음이 합해지게 되면 전체적으로는 팬 및 쉬라우드 조립체에서 발생하는 소음이 더욱 증가하게 된다. 이를 개선하기 위해 안내링의 안쪽으로 공기의 토출이 원활하게 되도록 벨마우스를 굴곡 형성하는 구성이 제안된 바 있으나, 이러한 종래기술에 의하면 추가적인 구조가 필요할 뿐만 아니라 소음저감효과가 불충분한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 팬의 블레이드 끝단들을 연결하는 원주와 소정을 간극을 유지하는 쉬라우드의 안내링부에 역류방지수단을 설치하여 소음저감의 효과를 더욱 향상시킬 수 있는 팬 및 쉬라우드 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 팬 및 쉬라우드 조립체에 의하면, 하나의 축을 중심으로 회전되는 허브 및 그 허브로부터 바깥쪽으로 연장되는 복수개의 블레이드가 구비된 팬과, 상기 팬을 둘러싸도록 배치되고 팬의 회전에 의한 공기송풍을 조절하는 쉬라우드를 포함하는 팬 및 쉬라우드 조립체에 있어서; 상기 쉬라우드는 상기 팬의 블레이드의 끝단들을 연결하는 원주로부터 소정 거리 이격되는 위치에 안내링부를 구비하고, 상기 안내링부에는 상기 블레이드의 끝단을 연결하는 원주면을 따라 발생되는 와류의 유동을 차단하는 원형주름 형상의 와류방지수단이 형성된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따르면, 상기 와류방지수단은, 외곽 원주 방향으로 함몰된 소정 직경의 원형골과 블레이드 방향으로 돌출된 원형산이 연속적으로 반복 배열되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
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 5에는 본 발명에 의한 팬 및 쉬라우드 조립체의 단면이 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명에 의한 팬 및 쉬라우드 조립체의 분해사시도가 도시되며, 도 7에는 도 6의 "A" 부분이 확대되어 도시되고, 도 8에는 본 발명의 요부구성인 쉬라우드의 정면 사시도가 도시되어 있으며, 도 9에는 쉬라우드에 형성된 원형주름의 치수 규정 및 배열이 도시되어 있다.
본 발명에 의한 팬 및 쉬라우드 조립체는, 하나의 축을 중심으로 회전되는 허브(21) 및 그 허브(21)로부터 바깥쪽으로 연장되는 복수개의 블레이드(22)가 구비된 팬(20)과, 상기 팬(20)을 둘러싸도록 배치되고 팬(20)의 회전에 의한 공기송풍을 조절하는 쉬라우드(10)와, 상기 팬(20)의 블레이드(22)의 끝단들을 연결하는 원주로부터 소정 거리 이격되도록 상기 쉬라우드(10)에 구비된 안내링부(11)와, 상기 안내링부(11)에 형성되고 상기 블레이드(22)의 끝단을 연결하는 원주면을 따라 발생되는 와류의 유동을 차단하는 와류방지수단으로 구성된다.
상기 쉬라우드(10)는 팬(20)이 삽입되는 송풍구(13)를 구비하는 하우징(12)과, 상기 송풍구(13)의 중앙부분에 위치되어 팬(20)을 구동시키는 모터(도시 생략)를 지지하는 모터 지지부(14)와, 상기 모터 지지부(14)와 하우징(12)을 연결하는 리브(15)를 포함하며, 상기 와류방지수단은 상기 안내링부(11)에 형성된 원형주름(16)이다.
또, 상기 팬(20)은 상기 블레이드(22)들의 끝단을 연결하는 밴드(23)를 포함한다. 따라서, 상기 밴드(23)와 상기 원형주름(16)이 소정의 간극을 두고 배치된 형태를 보이게 된다.
여기서, 상기 원형주름(16)은 외곽 원주 방향으로 함몰된 소정 직경(D)의 원형골(16a)과 블레이드 방향으로 돌출된 원형산(16b)이 연속적으로 반복 배열되어 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 팬 및 쉬라우드 조립체는 전력의 소비는 약간 증가되지만 와류의 발생을 최소화하여 소음을 감소시키게 된다.
모터의 구동에 따라 팬(20)이 회전되면 쉬라우드(10)의 흡입측으로부터 토출측으로 공기가 송풍된다. 즉, 상기 쉬라우드(10)의 송풍구(13)에는 흡입측으로부터 토출측으로의 공기흐름이 형성되는 바, 상기한 공기흐름중 가장 바깥쪽 부분이 쉬라우드(10)의 안내링부(11)에 접하게 된다.
따라서, 공기와 안내링부(11) 사이에 마찰이 발생되고, 이 마찰로 인하여 공기흐름중 가장 바깥쪽 부분의 유속이 줄어들게 되며, 쉬라우드(10)의 공기 출구 부근에서는 유속이 (-)가 되는 역류가 발생된다. 이 역류로 인하여 와류가 야기되며, 와류의 발생은 소음을 유발하는 요인이 된다.
그러나, 본 발명에서는 안내링부(11)에 원형주름(16)이 형성되어 있으므로, 공기흐름과 안내링부(11) 사이의 마찰이 줄어들게 된다. 즉, 상기 원형주름(16)의 원형골(16a)로 인하여 공기흐름의 폭이 증가되는 효과를 얻을 수 있으며, 이는 공기흐름과 안내링부(11) 사이의 마찰을 감소시키는 요인이 된다. 상기와 같은 마찰 감소에 따라 공기흐름의 유속도 거의 줄어들지 않아 역류 및 와류의 발생이 최소화된다. 따라서, 역류 및 와류의 발생으로 인한 소음도 역시 최소화되는 것이다.
상기한 소음 감소 효과와 관련하여 성능을 결정하는 주요 인자로는, 상기 원형골(16a)의 직경 D 및 원형주름(16)을 구성하는 원형골(16a)의 갯수 N이 있다. 이때, 상기 원형골(16a)은 그 직경(D)이 5.0mm 이상 30.0mm 이하인 것이 바람직하며, 상기 원형골(16a)은 상기 원형산(16b)보다 대체로 큰 직경을 가지게 된다. 상기 안내링부(11)의 원주 방향을 따라 형성된 상기 원형골(16a)의 수는 20개 이상 60개 이하로 하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 종래 기술에 의한 와류방지톱니를 적용한 팬 및 쉬라우드 조립체와 본 발명에 의한 팬 및 쉬라우드 조립체로 시험한 결과에 대하여 설명한다.
시험 방법은, 열교환기에 팬 및 쉬라우드 조립체를 장착하고 12V를 인가하여 15분 동안 예열한 후 각각 12V, 13.5V, 동일풍량일 때의 회전수, 풍량, 소음을 각 각 측정한 결과, 다음의 표 1 및 도 10과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
또한, 단품상태에서 정압 12.0 ~ 0.0 ㎜Aq까지 2㎜Aq 간격으로 압력을 낮추어가면서 각각의 정압에서 풍량을 측정한 결과, 도 11과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
Figure 112005016067571-PAT00001
상기한 표 1과 도 10에 나타난 실험 결과를 살펴보면, 동일 전압(12V, 13.5V)일 때에는 종래의 팬 및 쉬라우드 조립체와 대비하여 본 발명의 팬 및 쉬라우드 조립체의 전체적인 소음이 감소하였고 소음 스펙트럼의 첫번째 피크(Peak) 값도 개선되었음을 알 수 있다. 다만, 풍량은 약간 감소하고 전력소모는 동등한 수준이었다.
한편, 동일 풍량일 때에는, 본 발명의 팬 및 쉬라우드 조립체가 전력소모는 다소 증가하였지만, 전체적인 소음이 약 1.1dB 감소하고 피크 소음도 약 3.7dB 개선되는 효과를 보였다.
또한, 도 11에 도시된 P-Q 선도를 참조하여 살펴보면, 톱니 형상 쉬라우드를 기준으로 보았을 때 전 정압 영역(P)에서 풍량(Q)과 전력소모가 거의 동등한 수준을 보임을 알 수 있다.
이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위내에 기재된 범주내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 팬 및 쉬라우드 조립체에 의하면, 쉬라우드의 송풍구의 내주면을 따라 형성된 원형주름이 와류 및 역류의 발생을 최소화하여 소음저감효과가 더욱 향상되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 하나의 축을 중심으로 회전되는 허브(21) 및 그 허브(21)로부터 바깥쪽으로 연장되는 복수개의 블레이드(22)가 구비된 팬(20)과, 상기 팬(20)을 둘러싸도록 배치되고 팬(20)의 회전에 의한 공기송풍을 조절하는 쉬라우드(10)를 포함하는 팬 및 쉬라우드 조립체에 있어서,
    상기 쉬라우드(10)는, 상기 팬(20)의 블레이드(22)의 끝단들을 연결하는 원주로부터 소정 거리 이격되는 위치에 안내링부(11)를 구비하고, 상기 안내링부(11)에는 상기 블레이드(22)의 끝단을 연결하는 원주면을 따라 발생되는 와류의 유동을 차단하는 원형주름 형상의 와류방지수단(16)이 형성된 것을 특징으로 하는 팬 및 쉬라우드 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 와류방지수단(16)은, 외곽 원주 방향으로 함몰된 소정 직경(D)의 원형골(16a)과 블레이드 방향으로 돌출된 원형산(16b)이 연속적으로 반복 배열되어 이루어진 것을 특징으로 하는 팬 및 쉬라우드 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 와류방지수단(16)은, 상기 원형골(16a)의 직경(D)이 5.0mm 이상 30.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 팬 및 쉬라우드 조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 와류방지수단(16)은, 상기 안내링부(11)의 원주 방향을 따라 형성되며, 상기 원형골(16a)의 수가 20개 이상 60개 이하인 것을 특징으로 하는 팬 및 쉬라우드 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 팬(20)은, 상기 블레이드(22)들의 끝단을 연결하는 밴드(23)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 팬 및 쉬라우드 조립체.
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