KR100669917B1 - 팬과 쉬라우드의 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 팬이 쉬라우드에 편심으로 장착되는 팬과 쉬라우드의 조립체에 있어서, 상기 팬(30)이 치우쳐 형성된 쉬라우드의 넓은 면에는 공기가 상기 팬을 거치지 않고 빠지도록 다수의 바이패스 홀(58a)이 하우징(56)의 공기입구보다도 토출측에 형성되고, 상기 바이패스 홀(58a)은 상기 하우징(56)의 공기입구보다 토출측에 위치하고 있고, 상기 바이패스 홀(58a)에서 상기 하우징(56)의 공기입구까지 완만하게 연결된 역경사면(58b)이 형성되어 있으며, 상기 팬의 밴드(36)와 상기 쉬라우드의 하우징(56)의 사이 하류측에는 역류가 방지되도록 역류방지턱(56a)이 형성되어 있으므로, 송풍효율을 증가시켜 냉각성능을 향상하고 소음을 감소시키는 효과가 있다.

Description

팬과 쉬라우드의 조립체{assembly of fan and shroud}

도1은 종래 팬과 쉬라우드의 조립체의 쉬라우드를 나타내는 평면도,

도2는 종래 팬과 쉬라우드의 조립체의 쉬라우드를 나타내는 단면도(쉬라우드의 모터지지부 및 고정자를 제거한 상태),

도3은 본 발명에 의한 팬과 쉬라우드의 조립체의 쉬라우드를 나타내는 평면도,

도4는 본 발명에 의한 팬과 쉬라우드의 조립체의 쉬라우드를 나타내는 단면도(쉬라우드의 모터지지부 및 고정자를 제거한 상태도),

도5는 도4의 A부의 상세도,

도6은 도4의 B부의 상세도,

도7은 종래 팬과 쉬라우드의 조립체와 본 발명에 의한 팬과 쉬라우드의 조립체에 대해 성능을 비교하여 나타낸 그래프,

도8의 (a)는 종래 팬과 쉬라우드 조립체의 주파수 특성을 나타내는 그래프,

도8의 (b)는 본 발명에 의한 팬과 쉬라우드 조립체의 주파수 특성을 나타내는 그래프,

도9는 종래 팬과 쉬라우드 조립체와 본 발명에 의한 팬과 쉬라우드의 조립체에 대해 1/3 옥타브 밴드(OCTAVE BAND)별 특성을 비교하여 나타낸 표이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30 : 팬 32 : 허브

34 : 블레이드 36 : 밴드

50 : 쉬라우드 52 : 모터 지지부

54 : 고정자 56 : 하우징

56a : 역류방지턱 58 : 후드

58a : 바이패스 홀 58b : 역경사면

본 발명은 팬과 쉬라우드의 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 팬이 쉬라우드에 편심으로 장착되는 팬과 쉬라우드의 조립체에 관한 것이다.

통상적으로 자동차의 엔진 룸(engine room)에는 자동차 구동엔진과, 엔진의 과열을 방지할 수 있는 냉각수단과, 자동차 내부의 탑승자 공간에 대한 공기 조화 기능을 지닌 공기 조화 수단 등이 설치되어 있다. 자동차 엔진의 냉각방식은 공냉식과 수냉식으로 구분할 수 있는데, 수냉식 엔진 냉각장치는 엔진의 외주면을 따라 유동하는 냉각수로써 엔진을 냉각시키는 방식이다. 보통 자동차 엔진의 전면에는 라디에이터가 설치되며, 엔진 냉각수는 라디에이터를 통해 유동함으로써 외부의 공기와 열 교환이 이루어진다. 라디에이터의 열교환작용을 강제하기 위해 라디에이터의 일측에는 팬 조립체가 설치된다. 팬 조립체는 일반적으로 팬과, 상기 팬을 회전 구동시키는 구동모터와, 팬을 지지하는 팬 쉬라우드를 구비한다.

한편, 자동차의 편리성, 고급화, 다기능화에 따라 한정된 공간에서 많은 부품들이 역할을 하도록 구성되고 있다. 이러한 추세에 따라 종래 냉각시스템에서는 엔진계통과 공조계통의 성능만족을 위해 2개의 냉각팬을 설치하였으나, 고기능화 및 소형화의 요구를 만족시키기 위해 엔진룸의 공간을 상대적으로 좁게 함에 따라 하나의 냉각팬을 쉬라우드에 편심으로 장착한 구조가 개시되어 있다.

하나의 팬이 쉬라우드에 편심으로 장착되는 팬과 쉬라우드의 조립체는, 도1 및 도2에 도시한 바와 같이, 팬(10)은, 모터(도시안됨)의 회전축에 결합되는 허브(12)와, 상기 허브(12)의 외주면에 형성되는 다수개의 블레이드(14)와, 상기 블레이드(14)의 단부를 연결하는 밴드(16)로 이루어지고, 쉬라우드(20)는, 모터가 지지되는 원형의 모터 지지부(22)와, 상기 모터 지지부(22)로부터 방사상으로 연장된 고정자(24)와, 상기 고정자(24)의 단부를 원형으로 연결하는 하우징(26)과, 상기 하우징으로부터 연장형성된 후드(28)로 이루어지며, 상기 모터 지지부(22)와 하우징(26)이 쉬라우드의 중심에서 편심되게 형성되어 상기 팬(10)이 상기 쉬라우드(20)에 편심되게 설치되어 있다.

그런데, 이와 같이 팬이 쉬라우드에 편심되게 설치된 팬과 쉬라우드의 조립체에서는 팬이 작동할 경우 회전에 따라 공기의 유동은 입구측 및 토출측에서 복잡한 기류를 발생시킨다. 즉, 각 성분의 기류 손실은 팬 위치의 편심으로 유입부 풍속의 불균일로 나타나며, 데드존 구역(2차유동)을 발생시킨다는 문제점이 있었다.

그리고, 팬의 가장자리 밴드와 쉬라우드 하우징 사이의 틈새에서는 압력의 불균형 및 팁 손실(tip leakage)로 인하여 송풍효율의 저하 및 난류소음의 발생원인이 된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서 본 발명의 목적은 팬이 쉬라우드에 편심되게 설치된 팬과 쉬라우드의 조립체에서 송풍효율을 증가시켜 냉각성능을 향상하고 소음을 감소시키는 팬과 쉬라우드의 조립체를 제공하는 데 있다.

본 발명은, 팬이 쉬라우드에 편심으로 장착되는 팬과 쉬라우드의 조립체에 있어서, 상기 팬이 치우쳐 형성된 쉬라우드의 넓은 면에는 공기가 상기 팬을 거치지 않고 빠지도록 다수의 바이패스 홀이 형성되어 있고, 상기 팬은, 모터의 회전축에 결합되는 허브와, 상기 허브의 외주면에 형성되는 다수개의 블레이드와, 상기 블레이드의 단부를 연결하는 밴드를 포함하고, 상기 쉬라우드는, 상기 밴드와 일정간극을 유지하도록 상기 밴드의 외측에 결합된 하우징과, 상기 바이패스 홀을 구비하며 상기 하우징의 외주면에서 연장형성된 후드를 포함하되, 상기 바이패스 홀은 상기 하우징의 공기입구보다 토출측에 위치하고 있고, 상기 바이패스 홀에서 상기 하우징의 공기입구까지 완만하게 연결된 역경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 역경사면의 경사각도(α)는 5 ~ 60 도의 범위 내인 것이 바람직하다.

상기 밴드와 상기 하우징의 사이 하류 측에는 역류가 방지되도록 역류방지턱 이 형성되되, 상기 역류방지턱은 그 끝단이 상기 밴드의 내측면에 일치하도록 상기 하우징에서 내측으로 꺾여져 형성되어 있다.

이하 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3 및 도4에 도시한 바와 같이, 본 발명은 팬(30)과, 모터(도시안됨) 및 쉬라우드(50)가 조립되어 이루어진다.

상기 팬(30)은, 모터(도시안됨)의 회전축에 허브(32)가 결합되고, 상기 허브(32)의 외주면에 다수개의 블레이드(34)가 형성되며, 밴드(36)가 상기 블레이드(34)의 단부를 연결하게 되어 있다.

상기 쉬라우드(50)는, 상기 블레이드(34)의 최외단 회전궤적을 따라 상기 밴드(36)와 소정의 간격을 유지하게 설치되어 있는데, 모터가 지지되는 원형의 모터 지지부(52)와, 상기 모터 지지부(52)로부터 방사상으로 연장된 고정자(54)와, 상기 고정자(54)의 단부를 원형으로 연결하는 하우징(56)과, 상기 하우징으로부터 연장형성된 후드(58)로 이루어지며, 상기 모터 지지부(52)와 하우징을 쉬라우드의 중심에서 편심되게 형성되어 상기 팬(30)이 상기 쉬라우드(50)에 편심되게 설치되어 있다.

도5에 도시한 바와 같이, 상기 밴드(36)와 상기 하우징(56)의 사이 하류측에는 역류가 방지되도록 역류방지턱(56a)이 형성되어 있다. 상기 역류방지턱(56a)은 그 끝단이 상기 밴드(36)의 내측면에 일치하도록 상기 하우징(56)에서 내측으로 꺾여져 형성되되, 상기 역류방지턱(56a)의 끝단이 상기 밴드(36)의 내측면과 불일치하는 경우라도 그 일치 편차는 팬 직경의 ±3% 이내로 되는 것이 바람직하다.

상기 역류방지턱(56a)의 내측수평면과 상기 밴드(36)의 하측면 사이간격(C)은 팬직경의 0.2 ~ 5%로 되어 있다.

도6에 도시한 바와 같이, 상기 팬(30)이 치우쳐 형성된 쉬라우드의 넓은 면에는 공기가 상기 팬(30)을 거치지 않고 빠지도록 다수의 바이패스 홀(58a)이 형성되어 있는데, 상기 바이패스 홀(58a)은 상기 하우징(56)의 공기입구보다도 토출측에 위치하고 있고 상기 바이패스 홀(58a)에서 상기 하우징(56)의 공기입구까지는 완만하게 연결된 역경사면(58b)이 형성되어 있다. 이 경우 도6은 단면도이기 때문에 역경사면(58b)의 경사각도(α)가 어느 하나의 특정한 각도인 것처럼 도시되어 있지만, 실제 제품에서는 상기 하우징(56)의 공기입구가 원형이므로 상기 역경사면(58b)은 곡면의 형상이 되며, 그 길이와 경사각도는 소정 범위 내에서 가변하는 값이 된다. 상기 역경사면(58b)의 경사각도(α)는 5 ~ 60 도의 범위 내로 설계되고 있다.

상기 바이패스 홀(58a)은 본 실시예에서 세줄로 된 장공에 칸막이가 형성된 형태로 되어 있으나, 다양한 형태의 구멍으로 이루어 질 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 팬과 쉬라우드의 조립체에서, 도시하지 않은 모터가 구동력을 전달받아 팬(30)의 블레이드(34)가 회전하게 됨에 따라 열교환기(도시 안됨)을 통과한 공기가 강제로 흡입되어 쉬라우드(50)의 안내를 받은 후에 밴드(36)까지 유동되며, 밴드까지 유동된 공기는 블레이드(34) 사이를 지나 팬(30)의 외부로 토출된다.

이때, 팬의 편심으로 인해 쉬라우드(50)의 일측에 형성된 데드존 구역에서는 주행시에 입구측으로부터 토출측의 방향으로 상기 바이패스 홀(58a)을 통해 공기가 빠지므로 유동저항이 감소하게 되어 송풍효율이 증가하게 된다. 특히 상기 바이패스 홀(58a)이 상기 하우징(56)의 공기입구보다도 토출측에 위치하고 있고 상기 바이패스 홀(58a)에서 상기 하우징(56)의 공기입구까지는 완만하게 역경사면(58b)이 형성되어 있음에 의해, 상기 하우징(56)의 공기입구로부터 상기 바이패스 홀(58a)로의 공기의 흐름이 역경사면(58b)을 따라 자연스럽게 안내될 수 있다.

반면 정차시에는 토출측이 고압이 되고 입구측이 저압이 되기 때문에, 공기는 토출측으로부터 입구측으로 향하여 주행시와는 역방향으로 바이패스 홀(58a)을 통과하게 되나, 이 통과한 공기가 역경사면을 따라 확산되어 유속이 감소하고, 2차 유동(예컨대 맴돌이 유동)의 발생이 억제되면서 유동저항이 감소하므로, 상대적으로 팬에서는 작동 부하점이 낮아져, 송풍효율이 증가하게 된다.

그리고, 블레이드(34)를 통과하는 공기는 그 입구측에서는 저압이고 그 출구측에서는 고압이므로 쉬라우드(50)의 토출측 단부에서 상기 밴드(36)과 하우징(56)의 사이를 통해 공기가 역류하는 현상이 있을 수 있는데, 공기의 역류는 상기 역류방지턱(56a)에 의해 차단되고, 역류방지턱(56a)이 하우징(56)의 내면벽에 꺾여져 형성되어 있으므로 하우징의 내면을 따라 유동하는 공기가 줄어지므로, 역류공기와 벽면을 유동하는 공기가 충돌함에 의한 와류가 현저히 줄어져 종래 역류방지수단이 형성된 구조보다 소음발생을 현저히 줄일 수 있다.

도7은, 풍량실험에 많이 사용되는 풍동으로 종래 팬과 본 발명에 의한 팬에 대한 성능특성을 각 풍량에 대해 압력으로 나타내어 비교한 그래프이다. 그래프에 서 곡선 c는 팬 특성을 나타내고, 곡선 d는 종래 팬의 통기저항곡선(압력으로 표시)을 나타내며, 곡선 e는 본 발명의 팬의 통기저항 곡선(압력으로 표시)을 나타낸 것이다. 나타낸 바와 같이 본 발명의 팬은 종래 팬에 비해 동일한 풍량에 대해 압력이 감소(ΔP)하고, 동일한 압력에 대해서 풍량이 증가(ΔQ)함을 알 수 있다.

도8의 (a) 및 (b)는 종래 팬의 주파수 특성과 본 발명의 팬의 주파수 특성을 나타낸 그래프이고, 도9는 1/3옥타브 필터를 사용한 밴드별 특성을 비교한 표이다.

도8과 도9의 실험조건 및 방법은 다음과 같다.

[실험 조건]

프론트 앤드 모듈(front end module)에 팬을 장착하여 무향실(크기 12 x 6 x 4m, 암소음 18데시벨, 차단주파수 80Hz)내에 주차하여 실험함. 이때 KSB 6361에 따라 소음계의 주파수 보정회로는 A특성을 사용하며, 소음단위는 dB(데시벨)로 출력함.

[실험방법]

마이크로폰을 팬 중심을 기준으로 중심축선상의 전방 1m에 설치한 후, 무향실의 암소음을 측정한 다음, 외부전원을 공급하여 8V, 10V, 12V, 14V의 소음변화를 측정한다. 도9에서는 1/3옥타브 필터를 사용하며, 이때 소음레벨의 눈금값은 지침의 흔들림의 평균값을 택한다.

도8에 그래프로 나타낸 바와 같이, 본 발명의 팬은 종래의 팬에 비해 기본 회전차수 7차 소음(그래프에서 점선으로 표시된 부분)이 18dB이 감소한 것을 알 수 있으며, 도9에 도시한 바와 같이 본 발명의 팬은 모든 주파수 대해 종래의 팬에 비해 소음이 감소하였음을 알 수 있다.

본 발명에 의한 팬과 쉬라우드의 조립체에 의하면, 팬이 쉬라우드에 편심되게 설치된 팬과 쉬라우드의 조립체에서, 데드존 구역에 의한 통기저항 및 송풍량을 개선하여 송풍효율을 증가시켜 냉각성능을 향상하고, 팬의 밴드와 쉬라우드의 하우징 사이에서 발생하는 압력의 불균형에 의한 역류를 방지하고 하우징의 내면을 따라 유동하는 공기를 줄여 와류를 방지함에 의해 소음을 감소시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 팬이 쉬라우드에 편심으로 장착되고, 상기 팬이 치우쳐 형성된 쉬라우드의 넓은 면에는 공기가 상기 팬을 거치지 않고 빠지도록 다수의 바이패스 홀이 형성된 팬과 쉬라우드의 조립체에 있어서,

   상기 팬은, 모터의 회전축에 결합되는 허브와, 상기 허브의 외주면에 형성되는 다수개의 블레이드와, 상기 블레이드의 단부를 연결하는 밴드를 포함하고,

   상기 쉬라우드는, 상기 밴드와 일정간극을 유지하도록 상기 밴드의 외측에 결합된 하우징과, 상기 바이패스 홀을 구비하며 상기 하우징의 외주면에서 연장형성된 후드를 포함하며,

   상기 바이패스 홀은 상기 하우징의 공기입구보다 토출측에 위치하고 있고, 상기 바이패스 홀에서 상기 하우징의 공기입구까지 완만하게 연결된 역경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 팬과 쉬라우드의 조립체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 역경사면의 경사각도(α)는 5 ~ 60 도의 범위 내인 것을 특징으로 하는 팬과 쉬라우드의 조립체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 밴드와 상기 하우징의 사이 하류측에는 역류가 방지되도록 역류방지턱 이 형성되되,

   상기 역류방지턱은 그 끝단이 상기 밴드의 내측면에 일치하도록 상기 하우징에서 내측으로 꺾여져 형성되는 것을 특징으로 하는 팬과 쉬라우드의 조립체.

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