CN108431380B - 热交换组件 - Google Patents

Abstract

热交换组件1具备限制突起部(33)，该限制突起部设置成突出到冷却风扇(50)的叶片(52)与热交换器(10)的芯部(11)之间，并对所述叶片比规定位置更接近所述芯部的情况进行限制。在风扇护罩(30)的矩形状的外形的一边设置成与设置面相对的状态下，所述限制突起部配置于如下位置：在所述风扇护罩的至少一部分被水淹没的情况下，经由所述热交换器而到达所述冷却风扇的水量大于所述冷却风扇的旋转轴正下方的水量的位置。

Description

热交换组件

相关申请的相互参照

本申请基于2015年12月25日申请的日本专利申请2015-253784号和2016年10月31日申请的日本专利申请2016-212720号，并主张该优先权的利益，并且通过参照将该转专利申请的全部内容编入本说明书。

技术领域

本发明涉及一种在热交换器具备冷却风扇和风扇护罩的热交换组件。

背景技术

以往，已知一种热交换组件，具备：热交换器；吸入式的冷却风扇，该冷却风扇与该热交换器并排设置，并且用于向热交换器的芯部吹送冷却风；以及风扇护罩，该风扇护罩收容冷却风扇，以使冷却风通过芯部的方式进行导风。

该热交换组件主要搭载于车辆，当车辆在淹水道路等的水位较高的路面以淹没状态行驶时，有水通过热交换器而到达冷却风扇的情况。此时，若冷却风扇正在工作，则由于冷却风扇的推进力，冷却风扇向热交换器侧变形，并与热交换器的芯部发生干涉而使芯部损伤，其结果是，会引起热交换器的冷却水泄漏、冷却风扇的破损、过热等的车辆故障。在专利文献1中记载有如下结构：为了防止冷却风扇与热交换器的芯部发生干涉而使芯部损伤，在冷却风扇的旋转轴正下方设置突出到冷却风扇与热交换器的芯部之间的限制突起部，并使之发挥作为抑制冷却风扇的变形的止挡件的功能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-109103号公报

为了发挥作为抑制冷却风扇的变形的止挡件的功能，专利文献1所记载的限制突起部还具有改善的余地。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热交换组件，能够恰当地防止冷却风扇与热交换器的芯部发生干涉而对芯部造成损坏的情况。

本发明的一方式的热交换组件具备：热交换器，该热交换器具有外形形成为矩形状的芯部，并且热交换介质在芯部的内部流动；冷却风扇，该冷却风扇具有沿旋转方向配设的多个叶片，并且是与芯部并排设置的轴流式的冷却风扇，该冷却风扇在从芯部侧朝向该冷却风扇侧的方向上产生冷却风，该冷却风在芯部的外部流通，并用于对热交换介质进行冷却；风扇护罩，该风扇护罩与芯部相对配置且外形形成为与芯部对应的矩形状，并且该风扇护罩具有圆筒形状的收容部和管道状的导风部，该收容部收容冷却风扇，该导风部从收容部向芯部侧延伸，并以使冷却风通过芯部的方式进行导风；以及限制突起部，该限制突起部设置成在收容部或者导风部突出到冷却风扇的叶片与芯部之间，并对叶片比规定位置更接近芯部的情况进行限制，在风扇护罩的矩形状的外形的一边设置成与设置面相对的状态下，限制突起部配置于如下位置：在风扇护罩的至少一部分被淹没的情况下，使经由热交换器而到达冷却风扇的水量大于冷却风扇的旋转轴正下方的水量的位置，并且，限制突起部仅设置于从冷却风扇的旋转轴正下方的正下方位置起沿冷却风扇的旋转方向前进而成为与冷却风扇的旋转中心相同高度的位置为止的范围内。

通过这样设置限制突起部，能够抑制冷却风扇的叶片的最大位移，能够恰当地防止由冷却风扇的变形引起的与散热器的芯部干涉的干涉故障。

附图说明

图1是表示第一实施方式所涉及的热交换组件的概略结构的图。

图2是图1中的II-II剖视图。

图3是图1中的III-III剖视图，是表示本实施方式的热交换组件的主要部分的剖视图。

图4是表示第二实施方式所涉及的热交换组件的概略结构的图。

图5是示意性表示实际车辆淹水路行驶试验的概要的图。

图6是示意性表示台架试验的概要的图。

图7是表示台架试验的结果的图，是表示热交换组件的浸水位置与风扇变形量的关系的图。

图8是表示对热交换组件使用三维模型而得到的非稳定流体分析的结果的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本实施方式进行说明。为了便于理解说明，在各附图中，对于相同的构成要素尽可能附加相同的符号，并省略重复的说明。

[第一实施方式]

参照图1～图3对第一实施方式进行说明。如图1所示，第一实施方式所涉及的热交换组件1包含散热器10和电动送风机20，是对汽车用发动机的冷却水进行冷却的组件。热交换组件1在未图示的车辆发动机室内相对于发动机搭载于车辆的行进方向的前侧。散热器10与电动送风机20沿着行进方向并排设置，散热器10与电动送风机20相比设置于行进方向前侧。电动送风机20设置于散热器10的发动机侧(行进方向后侧)。

此外，关于上述的行进方向，图1的纸面内侧为前侧，纸面近前侧为后侧，图2及图3的纸面左侧为前侧，纸面右侧为后侧。另外，在以下的说明中，将图1～图3的纸面上下方向作为铅锤方向的上下方向进行说明。

散热器10(热交换器)是具有以使管的长度方向朝向上下方向的方式将管多个排列从而形成矩形状的外形的芯部11，且该管的长度方向两端部与一对箱，即上箱12及下箱13连接的所谓垂直流式的散热器。

在这里，对于散热器10，来自发动机的冷却水(热交换介质)从上箱12流入并在芯部11的管内从图1中的上侧朝向下侧流动，并且从下箱13流出而返回发动机。此外，散热器10内的冷却水的流动方向不限于该结构。

电动送风机20主要包含风扇护罩30、电动机40、冷却风扇50，冷却风扇50以旋转轴朝向水平方向的方式安装于风扇护罩30，电动送风机20向散热器10的芯部11吹送冷却用的空气。该电动送风机20是从车辆的格栅侧朝向发动机侧，即从散热器10的芯部11向风扇护罩30侧吸引送风空气的所谓吸入式的电动送风机。

风扇护罩30的概略外形是与散热器10的芯部11对应的矩形状(大致正方形状)，风扇护罩30例如由含有玻璃纤维的聚丙烯树脂材料构成且通过注塑成形而一体地形成。风扇护罩30与散热器10的芯部11相对配置。电动送风机20的风扇护罩30与散热器10的芯部11一起设置成矩形状的外形的一边与设置面相对。

风扇护罩30在构成冷却风扇50的外周的部位具备带台阶的圆筒形状的箍环部31(收容部)。在箍环部31的中心形成有圆筒形状的电机保持部(未图示)，该电机保持部由放射状地延伸且与箍环部31连接的多个电机保持部(未图示)支承。箍环部31将冷却风扇50以可旋转的方式收容于风扇护罩30内。

在箍环部31与散热器10的芯部11侧的护罩30外周缘部之间，形成有平滑地倾斜的管道状的护罩导风部32(导风部)，将由冷却风扇50吸引的空气流高效地引导到散热器10的芯部11的整个区域。并且，在箍环部31与护罩导风部32的连接部的内侧面形成有限制突起部33。关于限制突起部33在之后详细叙述。

电动机40是例如铁氧体式的直流电机，在构成主体部的筒状的壳体的内周面固定有作为定子的铁氧体磁铁，进一步在其内侧，以可旋转的方式安装有作为转子的电枢(线圈)。电动机40固定于风扇护罩30的电动机保持部。

冷却风扇50是形成有多个叶片52的轴流式的风扇，多个叶片52配置在呈扁平有底筒状的轮毂部51的周向(以旋转轴为中心的旋转方向A)上且彼此分离并呈放射状地延伸。轮毂部51及叶片52例如由含有玻璃纤维的聚丙烯树脂材料一体成形而得到的冷却风扇50收容(内包)于风扇护罩30的箍环部31的内侧且固定于电动机40的旋转轴，并且通过电动机40来进行旋转工作。即，冷却风扇50与散热器10的芯部11并排设置，并沿从芯部11侧向冷却风扇50侧的方向B产生流经芯部11的外部并用于对内部的冷却水进行冷却的冷却风。

前述的限制突起部33从风扇护罩30的箍环部31与护罩导风部32的连接部(箍环部31的芯部11侧端部)向径内方向(朝向旋转轴的方向)突出。限制突起部33形成为具有与风扇护罩30的其他部分相同厚度的薄板状，并且呈大致矩形形状。

如图3所示，限制突起部33设置成突出到冷却风扇50的叶片52与散热器10的芯部11之间。如上所述，当搭载有热交换组件1的车辆在淹水道路等的水位较高的路面以淹没状态行驶时，有水通过散热器10而到达冷却风扇50的情况。此时，若冷却风扇50正在工作，则叶片52在通过水中时受到向芯部11侧的推进力，通过该推进力，叶片52的离心方向端部向芯部11侧(行进方向前侧)变形。当在这样的冷却风扇50的叶片52产生变形时，限制突起部33能够对叶片52比规定位置更接近芯部11的情况进行限制。

并且，尤其是在本实施方式中，如图1所示，在风扇护罩30的矩形状的外形的一边设置成与设置面相对的状态下，该限制突起部33配置于如下位置：在风扇护罩30的至少一部分被水淹没的情况下，使经由散热器10而到达冷却风扇50的水量大于冷却风扇50的旋转轴正下方的水量的位置。

更详细而言，限制突起部33设置于从冷却风扇50的旋转轴正下方的位置P1(在以下，也表示为“正下方位置P1”)起，沿冷却风扇50的旋转方向A前进而成为与冷却风扇50的旋转中心相同高度的位置P2为止的范围P1～P2内。在图1的例子中，位置P2是从正下方位置P1沿冷却风扇50的旋转方向A前进90度的位置。在此，对如此确定限制突起部33的设置位置的理由进行说明。

以往，与本实施方式的限制突起部33同样地提出有设置对冷却风扇的变形进行抑制的止挡件的结构(例如参照专利文献1)。但是以往，起到作为这样的止挡件的功能的要素设置于冷却风扇50的旋转轴的正下方的位置(与图1的位置P1相当)。这是由于在被水淹没的情况下，假定由于在冷却风扇50之中位置P1相对的水位较高且叶片52的淹没面积最大，因此叶片52的变形也最大。

但是，作为努力研究的结果而发现：由于水流的影响而在冷却风扇50的叶片52产生最大变形的最大变形区域X，如图1所示，并不是旋转轴正下方的位置P1而是该位置P1的冷却风扇50的旋转方向A侧，存在于从旋转轴正下方起沿旋转方向A前进而到达与冷却风扇50的旋转中心相同高度的位置P2之间。

在旋转轴正下方的位置P1，如图2中箭头B所示，前方的散热器10的芯部11的面积较小，因此流入冷却风扇50的水量仅保持在冷却风扇50的前方的水量，相对较少。与此相对，在位置P1的旋转方向A侧，不仅是与冷却风扇50相对的芯部11的部分，通过其周围的不与冷却风扇50相对的芯部11的部分的水也由护罩导风部32引导而流入，因此流入冷却风扇50的水量与位置P1相比增大。

尤其是，在将风扇护罩30的转角部C(处于从位置P1起向旋转方向A前进的方向上的与设置面接触的角部)与冷却风扇50的旋转中心连接起来的直线上的位置，即在该直线与箍环部31交差的位置P3处，如图3中箭头B所示，不与冷却风扇50相对的芯部11的部分的面积最大，因此流入冷却风扇50的水量最大。即，在冷却风扇50的叶片52产生最大变形的最大变形区域X存在于位置P3，认为在该位置P3设置限制突起部33最能够发挥作为止挡件功能的效果。在之后的说明中也将该位置P3表示为“水量最大位置P3”。此外，在风扇护罩30为图1所示那样的大致正方形状的情况下，这样的水量最大位置P3为从旋转轴正下方的位置P1起沿旋转方向A前进45度的位置。

并且，像这样水量增大的范围到位置P2为止，该位置P2是与位置P3相比进一步向旋转方向A侧前进而使得不与冷却风扇50相对的芯部11的部分的面积再次降低到与位置P1同等程度且成为与冷却风扇50的旋转中心相同高度的位置。此外，不将与该位置P2相比进一步向旋转方向A前进的区域(即从位置P1前进90度以上的位置)包含到水量增大范围的理由为，冷却风扇50被淹没到该区域的状况是配置于冷却风扇50的旋转中心的电动机40也被淹没的状况，冷却风扇50的旋转变得困难。

因此，通过将限制突起部33设置于从上述的旋转轴正下方的位置P1起沿旋转方向A前进而成为与冷却风扇50的旋转中心相同高度的位置P2为止的区域P1～P2，从而在水量比冷却风扇50的旋转轴正下方大的位置配置限制突起部33。通过像这样设置限制突起部33，能够抑制冷却风扇50的叶片52的最大位移，从而能够恰当地防止由冷却风扇50的变形引起的与散热器10的芯部11干涉的故障。其结果是，本实施方式所涉及的热交换组件1能够恰当地防止冷却风扇50与散热器10的芯部11发生干涉而对芯部11造成损坏的情况。

此外，这里假定的“损坏”例如是指由冷却风扇50的变形而导致翼片的顶端部分到达前方的散热器10并与芯部11发生干涉而受损，并且根据情况而引起芯部11的管破损的状況。根据市场回收品调查的结果能够判明，这样的由冷却风扇50引起的散热器10的干涉痕迹从冷却风扇50的旋转轴正下方的位置P1开始逐渐出现并在从正下方沿冷却风扇50的旋转方向前进约45度的位置(水量最大位置P3)达到最大。另外，该干涉痕迹限于沿冷却风扇50的旋转方向前进90度(位置P2)的范围。即，能够判明在从旋转轴正下方沿旋转方向前进90度的范围(区域P1～P2)中，约45度的位置(水量最大位置P3)处的干涉(受损)显著。当管破损发生时，散热器10内的冷却水泄漏，没有充足的冷却水返回发动机，其结果是会导致产生发动机的过热。

另外，上述的限制突起部33的设置区域P1～P2是能够高效地发挥本实施方式的最大范围。限制突起部33优选设置于从上述的正下方位置P1起沿冷却风扇50的旋转方向A前进而成为与冷却风扇50的叶片52的旋转轴正下方的叶片根部位置W相同高度的位置P4为止的范围P1～P4。另外，限制突起部33进一步优选设置于从冷却风扇50的旋转轴正下方的正下方位置P1起到上述的水量最大位置P3为止的范围P1～P3，更进一步优选设置于水量最大位置P3。通过像这样进一步限定限制突起部33的设置位置，能够进一步促进对冷却风扇50的叶片52的最大位移进行抑制的效果。

另外，限制突起部33在箍环部31与护罩导风部32的连接部的内侧面设置有一个。通过使限制突起部33的设置个数为最小限度，能够维持冷却风扇50向风扇护罩30组装的容易性，并且能够抑制制造成本增加。

此外，限制突起部33只要能够对冷却风扇50的叶片52比规定位置更接近芯部11的情况进行限制即可，也可以设置于箍环部31或者护罩导风部32的内周面上的任意位置。

[第二实施方式]

参照图4对第二实施方式进行说明。如图4所示，第二实施方式所涉及的热交换组件1A与第一实施方式的热交换组件1的不同点在于，散热器10A的芯部11及电动送风机20A的风扇护罩30A的形状为大致长方形状。散热器10A的芯部11及电动送风机20A的风扇护罩30A以长方形状的外形中的长边的一边与设置面相对的方式设置。

在第二实施方式中，也与第一实施方式相同，限制突起部33设置于从冷却风扇50的旋转轴正下方的正下方位置P1起沿冷却风扇50的旋转方向A前进而成为与冷却风扇50的旋转中心相同高度的位置P2为止的范围P1～P2。另外，限制突起部33优选设置于从上述的正下方位置P1起沿冷却风扇50的旋转方向A前进而成为与冷却风扇50的叶片52的旋转轴正下方的叶片根部位置W相同高度的位置P4为止的范围P1～P4。此外，限制突起部33优选设置于从冷却风扇50的旋转轴正下方的位置P1起到水量最大位置P3A为止的范围P1～P3A，水量最大位置P3A是将沿旋转方向A前进的下方的角部C与电动机中心连接起来的线上的位置，进一步优选设置于该水量最大位置P3A。

在第二实施方式的热交换组件1A中，在风扇护罩30A被淹没时，不与冷却风扇50相对的芯部11的部分的面积在水量最大位置P3A处最大，因此流入冷却风扇50的水量最大。此外，在风扇护罩30为如图4所示那样的大致长方形状的情况下，这样的水量最大的位置P3A是风扇护罩30沿旋转方向A前进角度θ＝arctan(L2/L1)的位置，L1是从冷却风扇50的旋转中心到旋转轴正下方的位置P1的距离，L2是与风扇护罩30的设置面接触的一边中的从该位置P1到角部的长度。

实施例1

以下，举出实施例对上述实施方式进行具体说明。但是，本发明不限于以下的实施例。在以下的实施例中，对在将风扇护罩30的转角部C与冷却风扇50的旋转中心连接起来的直线与箍环部31交差的位置P3处，在冷却风扇50的叶片52产生最大变形这一点进行说明。

首先，如图5所示，在搭载实施方式所涉及的热交换组件1和同等的热交换组件的车辆中，进行在组件被淹没的程度的淹水路进行行驶的实际车辆淹水路行驶试验，并观察向机舱(发动机舱、发动机室)内的浸水状态。该试验的结果是，判明了，在散热器10的前方水位上升，且当从车辆的侧面观察时相对于冷却风扇50以约45度的角度浸水。

因此，设计对在上述的实际车辆淹水路行驶试验中观察到的以侧视45度的角度浸水的实际车辆中的浸水状态进行模拟的台架试验，在该台架试验中对冷却风扇50的浸水位置(深度)与冷却风扇50的变形量的关系进行测量。

在台架试验中，使用市场上销售的热交换组件1(冷却风扇50的片数：七片，直径340mm，13.5V，80W)。使该市售的热交换组件1如图6所示从水平面倾斜45度，并且，在驱动冷却风扇50旋转的状态下落入水槽。热交换组件1与水槽的水位的位置关系(浸水位置)设为如下四种：(1)冷却风扇50的倾斜下方侧的叶片52的顶端1/4的部分浸水的水位，(2)冷却风扇50的倾斜下方侧的叶片52的顶端1/2的部分浸水的水位，(3)冷却风扇50的倾斜下方侧的叶片52浸水到叶片根部为止的水位，(4)冷却风扇50的中央的轮毂部51及连结于该轮毂部51的电动机40浸水的水位。并且，对各种浸水位置中的冷却风扇50的变形量进行测量。在图6中，例示出了使热交换组件1被淹没到上述(3)的水位为止的状态。

图7表示台架试验的结果。图7的横轴表示浸水位置，从左开始按照(1)→(2)→(3)→(4)的顺序表示上述的各种浸水位置。图7的纵轴表示冷却风扇50的变形量。

如图7所示，浸水位置(1)处的变形量最小，随着浸水部分增加而变形量增大，能够确认在浸水位置(3)处，即在将叶片52浸水到叶片根部为止的水位时，变形量最大。在叶片根部位置浸水的状态下成为最大位移的原因考虑是由于在水中对一片叶片52施加的转矩最大。另一方面，当浸水位置从(3)向(4)转移而变得比叶片根部更深时，冷却风扇50整体受到的转矩增大从而转速降低，能够确认变形量减少。因此，根据台架试验的结果能够确认，在热交换组件1浸水到上述实施方式的“冷却风扇50的叶片52的旋转轴正下方的叶片根部位置W(位置P4)”为止的状态时，冷却风扇50变形量最大。

接着，基于台架试验的结果，将组件浸水到该变形量最大的叶片根部的水位为止设定为条件，并使用热交换组件1的三维模型来实施在水与空气的双层流中的非稳定流体分析。

图8表示分析结果。如图8所示，在使用三维模型的分析结果中，与上述实施方式相同，能够确认在将风扇护罩30的转角部C与冷却风扇50的旋转中心连接起来的直线与箍环部31交差的位置P3处，在冷却风扇50的叶片52产生最大变形。

以上，参照具体例对本实施方式进行了说明。但是，本发明不限于该具体例。本领域的技术人员对该具体例施加恰当的设计变更而得到的设计，只要具备本发明的特征，也包含于本发明的范围。前述的各具体例所具备的各要素及其配置、条件、形状等不仅限于例示出的内容，也能够进行恰当变更。前述的各具体例所具备的各要素只要不产生技术性的矛盾就能够对适当的组合进行改变。

Claims (4)

1.一种热交换组件(1、1A)，其特征在于，具备：

热交换器(10、10A)，该热交换器具有外形形成为矩形状的芯部(11)，并且热交换介质在所述芯部的内部流动；

冷却风扇(50)，该冷却风扇具有沿旋转方向配设的多个叶片(52)，并且是与所述芯部并排设置的轴流式的冷却风扇，该冷却风扇在从所述芯部侧朝向该冷却风扇侧的方向(B)上产生冷却风，该冷却风在所述芯部的外部流通，并用于对所述热交换介质进行冷却；

风扇护罩(30、30A)，该风扇护罩与所述芯部相对配置且外形形成为与所述芯部对应的矩形状，并且该风扇护罩具有圆筒形状的收容部(31)和管道状的导风部(32)，该收容部收容所述冷却风扇，该导风部从所述收容部向所述芯部侧延伸，并以使所述冷却风通过所述芯部的方式进行导风；以及

一个限制突起部(33)，该限制突起部设置成在所述收容部或者所述导风部突出到所述冷却风扇的所述叶片与所述芯部之间，并对所述叶片比规定位置更接近所述芯部的情况进行限制，

在所述风扇护罩的矩形状的外形的一边设置成与设置面相对的状态下，所述限制突起部配置于如下位置：在所述风扇护罩的至少一部分被水淹没的情况下，使经由所述热交换器而到达所述冷却风扇的水量大于所述冷却风扇的旋转轴正下方的水量的位置，并且，所述限制突起部仅设置于从所述冷却风扇的旋转轴正下方的正下方位置(P1)离开并沿所述冷却风扇的旋转方向(A)前进而成为与所述冷却风扇的旋转中心相同高度的位置(P2)为止的范围(P1～P2)内。

2.根据权利要求1所述的热交换组件，其特征在于，

所述冷却风扇绕旋转轴配置且具有与所述多个叶片的叶片根部连结的轮毂部(51)，

所述限制突起部仅设置于从所述正下方位置(P1)起沿所述冷却风扇的旋转方向(A)前进而成为与所述冷却风扇的所述叶片的旋转轴正下方的叶片根部位置(W)相同高度的位置(P4)为止的范围(P1～P4)。

3.根据权利要求2所述的热交换组件，其特征在于，

所述限制突起部仅设置于在所述风扇护罩被水淹没时流动到所述冷却风扇的水量成为最大的水量最大位置(P3、P3A)与所述正下方位置(P1)之间的范围(P1～P3、P3A)，所述水量最大位置是将所述风扇护罩的角部(C)与所述冷却风扇的旋转中心连接起来的直线上的位置，所述角部(C)处于从所述正下方位置(P1)起沿所述旋转方向(A)前进的方向上的与所述设置面接触的位置。

4.根据权利要求3所述的热交换组件，其特征在于，

所述限制突起部仅设置于所述水量最大位置(P3、P3A)。

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