KR20080098937A - 축류팬 - Google Patents

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KR20080098937A
KR20080098937A KR1020070044372A KR20070044372A KR20080098937A KR 20080098937 A KR20080098937 A KR 20080098937A KR 1020070044372 A KR1020070044372 A KR 1020070044372A KR 20070044372 A KR20070044372 A KR 20070044372A KR 20080098937 A KR20080098937 A KR 20080098937A
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pole
point
blade
pole point
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KR1020070044372A
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박세영
조경석
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한라공조주식회사
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Abstract

본 발명은 파형 형상을 가진 날개를 가진 축류팬에 있어서 날개의 파형 형상을 조절함으로써 소음 감소 효과를 높이는 축류팬에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 날개의 중앙선 파형에 있어서 골의 깊이를 최적화함으로써 소음 감소 효과를 극대화하는 축류팬을 제공함에 있다.
본 발명의 축류팬은, 허브(Hub, 120); 및 상기 허브(120)의 원주에 방사상으로 배치되며 상기 허브(111)와 연결되는 익근(111) 및 익단(112) 사이의 영역에서 휨각의 방향이 교대로 바뀌는 다수의 날개(110); 를 포함하여 이루어지는 축류팬(100)에 있어서, 상기 날개(110)는 전연(Leading Edge, LE)과 후연(Trailing Edge, TE)의 중앙점을 이은 중앙선(Mid-chord Line, ML)을 가지며, 상기 허브(120)의 중심 및 상기 익근(111)과 상기 중앙선(ML이 만나는 점을 연결한 선을 L0, 상기 허브(120)의 중심 및 상기 중앙선(ML) 상의 임의의 점을 연결한 선을 L, 상기 L0 및 L 사이의 각도를
Figure 112007034024116-PAT00001
, 상기 L0를 기준으로 상기 L의 방향이 축류팬(110)의 회전방향과 일치하는 방향을
Figure 112007034024116-PAT00002
의 (+) 방향, 그 반대 방향을
Figure 112007034024116-PAT00003
의 (-) 방향이라 하고, 상기 중앙선(ML)은 익근(111)에서 익단(112)까지 휨각(Sweep Angle) 방향이 변화하되, 익근(111)에서 후향 휨각을 가지고 휨각의 크기가 감소하다가 제1극점(P1)에 도달하면 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되며, 제2극점(P2)에서 다시 휨각의 방향이 후향 쪽으로 전환되고, 제3극점(P3)에서 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되어 전향 휨각 의 크기가 증가하도록 변화함으로써 상기 제1극점(P1) 및 제3극점(P3) 사이에 골 영역을 가질 때, 상기 제2극점(P2)에서의
Figure 112007034024116-PAT00004
값은 -15° 이상에서 0° 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.
축류팬, 날개, 골, 위치, 깊이, 소음

Description

축류팬 {Axial Flow Fan}
도 1은 종래 축류팬 및 쉬라우드 조립체의 일 예를 나타내는 분해 사시도.
도 2는 종래 축류팬의 일 날개 형상의 상세 정면도.
도 3은 종래 축류팬 날개 형상의 설계 그래프.
도 4는 본 발명의 축류팬의 정면도.
도 5는 본 발명의 축류팬의 일 날개 형상의 상세 정면도.
도 6은 본 발명의 축류팬 날개 형상의 설계 그래프.
도 7은 골의 위치와 소음 발생량 사이의 관계 그래프.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
10, 10', 10'': 축류팬 11, 11', 11'': 날개
11a, 11a', 11a'': 익근 11b, 11b', 11b'': 익단
12, 12', 12'': 허브 13, 13', 13'': 팬 밴드
20: 구동원 21: 구동축
30: 쉬라우드
100: 본 발명의 축류팬 110: 날개
111: 익근 112: 익단
120: 허브 130: 팬 밴드
LE: 전연(Leading Edge)
TE: 후연(Trailing Edge)
ML: 중앙선(Mid-chord Line)
P1, P2, P3: 제1, 제2, 제3극점
본 발명은 축류팬에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파형 형상을 가진 날개를 가진 축류팬에 있어서 날개의 파형 형상을 조절함으로써 소음 감소 효과를 높이는 축류팬에 관한 것이다.
도 1은, 예를 들어 자동차의 라디에이터, 콘덴서 등과 같은 열교환기에 있어서, 상기 열교환기의 내부를 거치는 열교환매체의 냉각을 위하여 사용되는 축류팬(10)의 및 쉬라우드(30) 조립체의 일 예를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 축류팬(10)은 모터와 같은 구동원(20)의 구동축(21)과 결합되는 허브(Hub, 12) 와, 상기 허브(12)의 외주에 방사상으로 배치되는 다수의 날개(11)와, 그리고 상기 날개(11)들의 변형을 방지하기 위하여 날개(11)들의 끝을 연결하는 팬 밴드(Fan Band, 13)를 구비한다. 따라서, 구동원(20)으로부터 허브(12)에 전달되는 회전력에 의해 축류팬(10)이 회전하면서 날개(11)들에 의해 공기가 축 방향으로 송풍될 수 있다.
상기 축류팬(10)에 의하여 송풍되는 공기를 효과적으로 열교환기 쪽을 향하도록 안내하기 위하여, 쉬라우드(Shroud, 30)가 열교환기에 고정되어 구비된다. 상기 쉬라우드(30)는, 공기 송풍을 안내하기 위하여 축류팬(10)이 회전가능하게 삽입될 수 있는 크기의 송풍구를 가지면서 구동원인 모터(20)를 지지할 수 있도록 형성된다.
도 2는 종래 축류팬의 날개 형상의 상세 정면도이다. 도 2에서, 허브(12', 12'')의 외경은 Rh, 허브(12', 12'') 중심으로부터 팬 밴드(13', 13'')와의 연결부인 익단(Tip of Blade, 11b', 11b'')까지의 거리는 Rt, 허브(12', 12'') 중심으로부터 허브(12', 12'')와의 연결부인 익근(Root of Blade, 11a', 11a'')에서 익단(11b', 11b'') 사이의 임의 지점까지의 거리는 r로 표시된다. 이 때, 회전 방향 쪽 가장자리인 전연(Leading Edge, LE')과 회전 반대 방향 쪽 가장자리인 후연(Trailing Edge, TE')의 중앙점을 이은 선은 중앙선(Mid-chord Line)으로 ML', ML''로 표시된다. 또한, 허브(12', 12'')의 중심으로부터 익근(11a', 11a'')과 중앙선(ML', ML'')이 만나는 점을 이은 선을 L0, 허브(12', 12'')의 중심으로부터 중 앙선(ML', ML'') 상의 임의의 점을 이은 선을 L이라 한다. 휨각(Sweeping Angle)은, 상기 L0와 L이 이루는 각도이며, L0를 기준으로 L이 상기 축류팬(10', 10'')의 회전방향과 같은 방향 쪽에 있을 때 휨각은 (+)가 되며, L이 회전방향과 반대 방향 쪽에 있을 때 휨각은 (-)가 된다.
통상적인 축류팬(10')의 날개(11')는, 도 2(A)에 도시된 바와 같이, 전연(LE')과 후연(TE')이, 익근(11a')으로부터 날개(11')의 중앙부 쪽으로 갈수록 회전 반대 방향 쪽으로 기울어지는 후향 휨각(Backward Sweeping Angle)을 가지다가, 익단(11b', 11b'')쪽으로 갈수록 회전 방향 쪽으로 기울어지는 전향 휨각(Forward Sweeping Angle)을 가진다. 축류팬의 성능에 있어서 상기 휨각의 변화는 매우 중요한 요인이라는 사실이 잘 알려져 있으며, 따라서 축류팬의 설계에 있어서 날개(11')의 전연(LE') 및 후연(TE')의 중앙점을 이은 중앙선(Mid-chord Line, ML')의 형상 설계가 가장 중요한 요소라는 것 역시 주지의 사실이다.
자동차의 장치 전반적으로 보다 고효율을 요구하는 경향이 강해져 감에 따라, 도 2(A)에 도시된 바와 같은 날개(11') 형상으로는 만족스러운 송풍효율과 소음저감효과를 얻을 수 없다는 점이 밝혀진 바, 도 2(B)와 같은 파형(wave) 형상을 가진 날개(11'')가 제시되었다. 도 2(B)에는 통상적인 파형 형상을 가진 날개(11'')가 적용된 축류팬(10'')이 도시되어 있다. 중앙선(ML'')은 익근(11a'')와 익단(11b'')의 영역에서, 도시된 바와 같이 제1극점(P1''), 제2극점(P2'') 및 제3극점(P3'')을 거치면서 휨각이 점진적으로 교대로 전환되는 형태로 된다. 이와 같은 파 형 형상의 날개에 있어서, 제2극점(P2'')을 골이라 칭한다.
도 3은 종래 축류팬 날개 형상의 설계 그래프로서, x축은 상기 도 2에서의 L0-L 사이의 각도이며, y축은 (r-Rh)/(Rt-Rh)로 계산된 무차원수이다. (부연하자면, (r-Rh)는 허브의 반경 방향을 따라 익근으로부터 중앙선 임의 지점까지의 거리이며, (Rt-Rh)는 허브의 반경 방향을 따라 익근으로부터 익단까지의 거리이다.)
이와 같이 파형 형상을 가지는 날개(11'')에서는, 휨각의 방향이 교대로 전환되는 상기 제1극점(P1'')과 제3극점(P3'') 사이의 영역에서 공기의 유동이 분산됨으로써 유동의 집중을 방지함으로써 송풍 효율을 상승시킴과 동시에 소음의 저감 효과를 거둘 수 있게 된다. 종래에는 통상적으로 상기 중앙선(ML'')의 골은, 도 3에 도시된 바와 같이 -20 내지 -30 정도의 영역에 위치하도록 설계되어져 왔다.
그러나 이와 같이 종래의 파형 형상을 가지는 날개가 적용된 축류팬 역시 충분한 소음 저감 효과를 얻을 수 없다는 문제점이 지적되어 왔다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 날개의 중앙선 파형에 있어서 종래보다 골이 깊게 형성되게 함으로써 소음 감소 효과를 극대화하는 축류팬을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 축류팬은, 허브(Hub, 120); 및 상기 허브(120)의 원주에 방사상으로 배치되며 상기 허브(111)와 연결되는 익근(111) 및 익단(112) 사이의 영역에서 휨각의 방향이 교대로 바뀌는 다수의 날개(110); 를 포함하여 이루어지는 축류팬(100)에 있어서, 상기 날개(110)는 전연(Leading Edge, LE)과 후연(Trailing Edge, TE)의 중앙점을 이은 중앙선(Mid-chord Line, ML)을 가지며, 상기 허브(120)의 중심 및 상기 익근(111)과 상기 중앙선(ML이 만나는 점을 연결한 선을 L0, 상기 허브(120)의 중심 및 상기 중앙선(ML) 상의 임의의 점을 연결한 선을 L, 상기 L0 및 L 사이의 각도를
Figure 112007034024116-PAT00005
, 상기 L0를 기준으로 상기 L의 방향이 축류팬(110)의 회전방향과 일치하는 방향을
Figure 112007034024116-PAT00006
의 (+) 방향, 그 반대 방향을
Figure 112007034024116-PAT00007
의 (-) 방향이라 하고, 상기 중앙선(ML)은 익근(111)에서 익단(112)까지 휨각(Sweep Angle) 방향이 변화하되, 익근(111)에서 후향 휨각을 가지고 휨각의 크기가 감소하다가 제1극점(P1)에 도달하면 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되며, 제2극점(P2)에서 다시 휨각의 방향이 후향 쪽으로 전환되고, 제3극점(P3)에서 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되어 전향 휨각의 크기가 증가하도록 변화함으로써 상기 제1극점(P1) 및 제3극점(P3) 사이에 골 영역을 가질 때, 상기 제2극점(P2)에서의
Figure 112007034024116-PAT00008
값은 -15° 이상에서 0° 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 중앙선(ML)은 익근(111)에서 익단(112)까지 점진적으로 휨각(Sweep Angle) 방향이 변화하되, 익근(111)에서 최대 후향 휨각을 가지고 점진적으로 후향 휨각의 크기가 감소하다가 제1극점(P1)에 도달하면 휨각의 방향이 전향 쪽 으로 전환되며, 제2극점(P2)에서 다시 휨각의 방향이 후향 쪽으로 전환되고, 제3극점(P3)에서 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되어 점진적으로 전향 휨각의 크기가 증가하여 익단(112)에서 최대 전향 휨각을 가지도록 변화하여 상기 제1극점(P1) 및 제3극점(P3) 사이에 골 영역을 가지는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제1극점(P1) 및 상기 제3극점(P3)에서의
Figure 112007034024116-PAT00009
값은 -30° 이상에서 -20° 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 축류팬을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 축류팬의 두 실시예의 정면도이며, 도 5는 본 발명의 축류팬 날개 형상의 상세 정면도로서, 도 5에서도 도 2에서와 마찬가지로, 허브(120)의 외경은 Rh, 허브(120) 중심으로부터 팬 밴드(130)와의 연결부인 익단(Tip of Blade, 112)까지의 거리는 Rt, 허브(120) 중심으로부터 허브(120)와의 연결부인 익근(Root of Blade, 111)에서 익단(112) 사이의 임의 지점까지의 거리는 r로 표시된다. 역시, 회전 방향 쪽 가장자리인 전연(Leading Edge, LE)과 회전 반대 방향 쪽 가장자리인 후연(Trailing Edge, TE)의 중앙점을 이은 선은 중앙선(Mid-chord Line)으로 ML로 표시된다. 또한, 허브(120)의 중심으로부터 익근(111)과 중앙선 (ML)이 만나는 점을 이은 선을 L0, 허브(120)의 중심으로부터 중앙선(ML) 상의 임의의 점을 이은 선을 L이라 한다. 여기에서도 휨각(Sweeping Angle)은, 상기 L0와 L이 이루는 각도이며, L0를 기준으로 L이 상기 축류팬(100)의 회전방향과 같은 방향 쪽에 있을 때 휨각은 (+)가 되며, L이 회전방향과 반대 방향 쪽에 있을 때 휨각은 (-)가 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 축류팬(100) 날개(110)의 중앙선(ML)은, 허브(120)와 연결된 익근(111) 및 팬 밴드(130)와 연결된 익단(112) 사이의 영역에서 휨각의 크기가 점진적으로 변화하되, 익근(111)에서 최대 후향 휨각을 가지고 점진적으로 후향 휨각의 크기가 감소하다가 제1극점(P1)에 도달하면 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되며, 제2극점(P2)에서 다시 휨각의 방향이 후향 쪽으로 전환되고, 제3극점(P3)에서 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되어 점진적으로 전향 휨각의 크기가 증가하여 익단(112)에서 최대 전향 휨각을 가지도록 되어 있다. 전연(LE)과 후연(TE)은 상기 중앙선(ML)으로부터 소정의 거리만큼 양쪽으로 벌어져 이격된 위치에 형성된다.
도 6은 본 발명에 의한 축류팬 날개 형상의 설계 그래프로서, 도 3에서와 마찬가지로 x축은 상기 도 2에서의 L0-L 사이의 각도(
Figure 112007034024116-PAT00010
)이며, y축은 (r-Rh)/(Rt-Rh)로 계산된 무차원수이다. 도 6에서 범례 '종래'는 도 3과 동일한 종래 축류팬 날개 중앙선의 설계 그래프를, 범례 '실시예A'은 도 4(A)의 축류팬 날개 중앙선의 설계 그래프를, 범례 '실시예B'는 도 4(B)의 축류팬 날개 중앙선의 설계 그래프를 도시하고 있다. 종래의 축류팬 날개 중앙선은 도시된 바와 같이 제1극점(P1'') 내지 제3극점(P3'')에서의
Figure 112007034024116-PAT00011
값이 모두 -20 내지 -30의 범위 내에 있었다. 그러나 본 발명의 축류팬 실시예A의 날개 중앙선은, 제1극점(P1A) 및 제3극점(P3A)에서의
Figure 112007034024116-PAT00012
값은 -20 내지 -30의 범위 내에 있는 반면 제2극점(P2A)에서의
Figure 112007034024116-PAT00013
값은 -10 내지 -20의 범위에 위치하고 있다. 또한, 본 발명의 축류팬 실시예B의 날개 중앙선은, 역시 제1극점(P1B) 및 제3극점(P3B)에서의
Figure 112007034024116-PAT00014
값은 -20 내지 -30의 범위 내에 있는 반면 제2극점(P2B)에서의
Figure 112007034024116-PAT00015
값은 0 내지 -10의 범위에 위치하고 있다. 즉, 종래의 축류팬 날개에서는 극점에서의
Figure 112007034024116-PAT00016
값이 -20 내지 -30의 범위에 걸쳐 형성되게 하는 것과 달리, 본 발명의 축류팬에서는 극점에서의
Figure 112007034024116-PAT00017
값이 0 내지 -30의 범위에 걸쳐 형성되게 하고 있다.
도 7은 종래의 축류팬과 본 발명에 의한 축류팬에 있어서, 골의 위치 및 소음 발생량의 관계를 그래프로 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에서처럼
Figure 112007034024116-PAT00018
값이 -15° 내지 0° 사이일 때 소음 발생량이 확연히 줄어드는 것이 실험적으로 확인된다. 이와 같이 본 발명에 의하면 종래기술에 대비하여 소음을 감소시켜 보다 정숙한 상태에서의 주행을 할 수 있게 해 준다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 날개 중앙선 파형 형상에 있어서 골의 깊이를 최적의 형상으로 설계함으로써 소음을 크게 저감하는 효과가 있으며, 또한 이에 따라 본 발명에 의한 축류팬이 적용되는 장치에 대하여 보다 정숙한 운전이 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 허브(Hub, 120); 및 상기 허브(120)의 원주에 방사상으로 배치되며 상기 허브(111)와 연결되는 익근(111) 및 익단(112) 사이의 영역에서 휨각의 방향이 교대로 바뀌는 다수의 날개(110); 를 포함하여 이루어지는 축류팬(100)에 있어서,
    상기 날개(110)는 전연(Leading Edge, LE)과 후연(Trailing Edge, TE)의 중앙점을 이은 중앙선(Mid-chord Line, ML)을 가지며, 상기 허브(120)의 중심 및 상기 익근(111)과 상기 중앙선(ML이 만나는 점을 연결한 선을 L0, 상기 허브(120)의 중심 및 상기 중앙선(ML) 상의 임의의 점을 연결한 선을 L, 상기 L0 및 L 사이의 각도를
    Figure 112007034024116-PAT00019
    , 상기 L0를 기준으로 상기 L의 방향이 축류팬(110)의 회전방향과 일치하는 방향을
    Figure 112007034024116-PAT00020
    의 (+) 방향, 그 반대 방향을
    Figure 112007034024116-PAT00021
    의 (-) 방향이라 하고,
    상기 중앙선(ML)은 익근(111)에서 익단(112)까지 휨각(Sweep Angle) 방향이 변화하되, 익근(111)에서 후향 휨각을 가지고 휨각의 크기가 감소하다가 제1극점(P1)에 도달하면 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되며, 제2극점(P2)에서 다시 휨각의 방향이 후향 쪽으로 전환되고, 제3극점(P3)에서 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되어 전향 휨각의 크기가 증가하도록 변화함으로써 상기 제1극점(P1) 및 제3극점(P3) 사이에 골 영역을 가질 때,
    상기 제2극점(P2)에서의
    Figure 112007034024116-PAT00022
    값은 -15° 이상에서 0° 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 축류팬.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 중앙선(ML)은
    익근(111)에서 익단(112)까지 점진적으로 휨각(Sweep Angle) 방향이 변화하되, 익근(111)에서 최대 후향 휨각을 가지고 점진적으로 후향 휨각의 크기가 감소하다가 제1극점(P1)에 도달하면 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되며, 제2극점(P2)에서 다시 휨각의 방향이 후향 쪽으로 전환되고, 제3극점(P3)에서 휨각의 방향이 전향 쪽으로 전환되어 점진적으로 전향 휨각의 크기가 증가하여 익단(112)에서 최대 전향 휨각을 가지도록 변화하여 상기 제1극점(P1) 및 제3극점(P3) 사이에 골 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 축류팬.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1극점(P1) 및 상기 제3극점(P3)에서의
    Figure 112007034024116-PAT00023
    값은 -30° 이상에서 -20° 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 축류팬.
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KR20150079040A (ko) 2013-12-31 2015-07-08 한라비스테온공조 주식회사 팬 및 쉬라우드 조립체
CN104832456A (zh) * 2014-02-10 2015-08-12 珠海格力电器股份有限公司 一种风扇
KR20170046948A (ko) 2015-10-22 2017-05-04 한온시스템 주식회사 축류팬

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