JP2009109103A - 熱交換モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】冷却ファンが熱交換器のコア部に干渉してコア部にダメージを与えることを防止することが可能な熱交換モジュールを提供すること。
【解決手段】ファンシュラウド３０には、冷却ファン５０の外周側から回転軸側に向かって冷却ファン５０のリング部５３拡がり部５３２とラジエータ１０のコア部１１との間に突出する規制突起部３６が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に冷却ファンとファンシュラウドとを備える熱交換モジュールに関する。

従来技術として、下記特許文献１に開示された熱交換モジュールがある。この熱交換モジュールでは、熱交換器に並設され熱交換器のコア部に冷却風を送風するための冷却ファンを備えており、冷却ファンを円筒状のボス部から放射状に延びる複数のブレードと複数のブレードの外周端部に一体的に成形されたリング部とを有する軸流ファン（所謂リングファン）としている。
特開２００５−１０６００３号公報

近年、車両の大型化を抑制しつつ車室内の拡充を図るべく、車両エンジンルーム内に搭載される各機器同士が近接してきており、上記従来技術の熱交換モジュールを車両に搭載する場合には、熱交換器のコア部と冷却ファンとの間隔も小さくなってきている。そのため、冷却ファンが共振等により熱交換器のコア部側に変位した場合には、冷却ファンの外周側の部分がコア部に干渉してコア部にダメージを与える場合があるという問題がある。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、冷却ファンが熱交換器のコア部に干渉してコア部にダメージを与えることを防止することが可能な熱交換モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
コア部（１１）の内部に熱交換媒体が流れる熱交換器（１０）と、
回転方向に配設された複数のブレード（５２）とこれら複数のブレード（５２）の外周端部（５２１）同士を周状に接続するリング部（５３）とを有し、熱交換器（１０）のコア部（１１）に並設されて、コア部（１１）の外部を流通して熱交換媒体を冷却するための冷却風を発生する軸流式の冷却ファン（５０）と、
冷却ファン（５０）の外周から熱交換器（１０）のコア部（１１）側に延びて、冷却風がコア部（１１）を通過するように導風するダクト状のファンシュラウド（３０）と、を備える熱交換モジュールにおいて、
ファンシュラウド（３０）には、冷却ファン（５０）が所定位置よりも熱交換器（１０）のコア部（１１）に近接することを規制するように冷却ファン（５０）の外周側から回転軸（５１１）側に向かって冷却ファン（５０）とコア部（１１）との間に突出する規制突起部（３６）が形成されていることを特徴としている。

これによると、冷却ファン（５０）が共振等により熱交換器（１０）のコア部（１１）側へ変位した場合に、規制突起部（３６）により冷却ファン（５０）が所定位置よりもコア部（１１）に近接することを規制することができる。したがって、冷却ファン（５０）が熱交換器（１０）のコア部（１１）に干渉してコア部（１１）にダメージを与えることを防止することが可能である。

また、請求項２に記載の発明では、車両に搭載され、冷却ファン（５０）は、熱交換器（１０）のコア部（１１）よりも車両後方側で回転軸（５１１）の方向が水平方向となるように配設され、ファンシュラウド（３０）の規制突起部（３６）は、冷却ファン（５０）の回転軸（５１１）よりも下方側に形成されていることを特徴としている。

車両が冠水路を走行した場合に、回転作動する冷却ファン（５０）は下方側から水に浸かって回転軸（５１１）よりも下方側の部位が車両前方側に大きく変位しようとする。これに対し、本請求項に記載の発明によれば、冷却ファン（５０）の回転軸（５１１）よりも下方側に形成した規制突起部（３６）により冷却ファン（５０）が所定位置よりも熱交換器（１０）のコア部（１１）に近接することを規制することができる。したがって、車両が冠水路を走行した際に、冷却ファン（５０）が熱交換器（１０）のコア部（１１）に干渉してコア部（１１）にダメージを与えることを防止することが可能である。

また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の熱交換モジュールにおいて、規制突起部（３６）は、相互に離間して冷却ファン（５０）の回転方向に複数設けられていることを特徴としている。

これによると、車両の冠水路走行により冷却ファン（５０）が車両前方側への大きな変位応力を受けた場合であっても、冷却ファン（５０）の回転軸（５１１）よりも下方側に形成した複数の規制突起部（３６）により冷却ファン（５０）が所定位置よりもコア部（１１）に近接することを確実に規制することができる。したがって、車両が冠水路を走行した際に、冷却ファン（５０）が熱交換器（１０）のコア部（１１）に干渉してコア部（１１）にダメージを与えることを確実に防止することが可能である。

また、請求項４に記載の発明では、ファンシュラウド（３０）は、規制突起部（３６）を冷却ファン（５０）の回転軸（５１１）方向に投影した部分が全て欠損した欠損部（３７）となっていることを特徴としている。

ファンシュラウド（３０）が金型により成形される際には、一般的に、組み付けられる冷却ファン（５０）の回転軸（５１１）方向に型開きする金型により成形される。したがって、本請求項に記載の発明によれば、規制突起部（３６）を設けたファンシュラウド（３０）であっても、スライドコア等を採用することなく比較的簡単な構造の金型により成形することが可能である。

また、請求項５に記載の発明では、規制突起部（３６）は、冷却ファン（５０）の回転軸（５１１）方向から見たリング部（５３）の配設領域内に先端（３６１）が位置するように形成され、冷却ファン（５０）のリング部（５３）の回転軸（５１１）方向の位置を規制することで冷却ファン（５０）が所定位置よりもコア部（１１）に近接することを規制することを特徴としている。

これによると、冷却ファン（５０）が熱交換器（１０）のコア部（１１）側へ変位した場合に、規制突起部（３６）が複数のブレード（５２）の外周端側で周状をなすリング部（５３）の位置を規制することで冷却ファン（５０）が所定位置よりもコア部（１１）に近接することを規制することができる。したがって、ブレード（５２）の回転方向の位置に関わらず冷却ファン（５０）が所定位置よりもコア部（１１）に近接することを規制することが可能である。また、規制突起部（３６）をブレード（５２）の旋廻領域にまで突出させる必要がないので、規制突起部（３６）が冷却風の送風時に通風抵抗となり難い。

また、請求項６に記載の発明では、規制突起部（３６Ａ）は、冷却ファン（５０）の回転軸（５１１）方向から見たブレード（５２）の旋廻領域内に先端（３６１Ａ）が位置するように形成され、ブレード（５２）の回転軸（５１１）方向の位置を規制することで冷却ファン（５０）が所定位置よりもコア部（１１）に近接することを規制することを特徴としている。

これによると、冷却ファン（５０）が熱交換器（１０）のコア部（１１）側へ変位した場合に、規制突起部（３６Ａ）がブレードの位置を規制することで冷却ファン（５０）が所定位置よりもコア部（１１）に近接することを規制することができる。したがって、複数のブレード（５２）の外周端側で周状をなすリング部（５３）に規制突起部（３６Ａ）との係合代を確保する必要がないので、その分ブレード（５２）を大きく形成することが可能であり、送風性能を向上し易い。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
本発明を適用した第１の実施形態について図１〜図６を用いて説明する。本実施形態の熱交換モジュール（熱交換装置）１は、ラジエータ１０と電動送風機２０とからなり、自動車用エンジンの冷却水を冷却するものとしている。

図１は、熱交換モジュール１の側面図であり要部のみ縦断面を示している。図２は、図１におけるＩＩ部を示す拡大断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。また、図４は、ファンシュラウド３０単体を示す正面図であり、図５は、ファンシュラウド３０の要部を示す斜視図である。また、図６は、ファンシュラウド３０と冷却ファン５０とが組み付けられた状態における図５で示した要部を示す斜視図である。

図１に示すように、ラジエータ（熱交換器に相当）１０は、チューブの長手方向が上下方向を向くようにして複数配列されることで形成されるコア部１１を有し、このチューブの長手方向両端部が一対のタンク、即ち上タンク１２および下タンク１３に接続される、所謂バーチカルフロータイプのラジエータである。

ラジエータ１０は、図示しない車両エンジンルーム内のエンジンの前側に搭載され、ここではエンジンからの冷却水（熱交換媒体に相当）は、上タンク１２から流入し、コア部１１のチューブ内を図１中の上側から下側に向けて流れ、下タンク１３から流出してエンジンに戻るようになっている。

電動送風機２０は、主にファンシュラウド３０、電動モータ４０、冷却ファン５０からなり、ファンシュラウド３０の外周部に設けられた複数の取付け部３５によって、冷却用ファン５０の回転軸５１１が水平方向を向くように、ラジエータ１０のエンジン側（車両後方側）に固定され、ラジエータ１０のコア部１１に冷却用の空気を送風するようになっている。この電動送風機２０は、車両のグリル側からエンジン側に向けて、即ちラジエータ１０のコア部１１からファンシュラウド３０側に送風空気を吸引する、所謂吸込み式の電動送風機である。

ファンシュラウド３０は、概略外形がラジエータ１０のコア部１１に対応した横長の矩形状であり、例えばガラス繊維を含有するポリプロピレン樹脂材からなり、取付け部３５を含め、以下説明する各部位３１〜３６が射出成形により一体で形成されている。

ファンシュラウド３０は、冷却ファン５０の外周となる部位に段付き円筒形状のシュラウドリング部３１を備えている。シュラウドリング部３１の中心には、円筒形状のモータ保持部３３（図４参照）が形成されており、このモータ保持部３３は、放射状に延びてシュラウドリング部３１に接続される複数のモータステー部３４によって支持されている。

シュラウドリング部３１とラジエータコア部１１側のシュラウド３０外周縁部との間には、滑らかに傾斜するダクト状のシュラウド導風部３２が形成されており、冷却ファン５０によって吸引される空気流をラジエータ１０のコア部１１の全域にわたって効率的に導くようになっている。そして、シュラウドリング部３１とシュラウド導風部３２との接続部（境界部）の内側面には規制突起部３６が形成されている。規制突起部３６については後で詳述する。

電動モータ４０は、例えばフェライト式の直流モータであり、本体部をなす筒状のハウジングの内周面に固定子としてのフェライト磁石が固定され、さらにその内側に回転子としてのアーマチャ（コイル）が回転可能に装着されている。電動モータ４０は、ファンシュラウド３０のモータ保持部３３に固定されている。

冷却ファン５０は、扁平有底筒状をなすボス部５１の周方向（回転軸５１１を中心とする回転方向）に、相互に離間しつつ放射状に延びる複数のブレード５２が形成された軸流式のファンであり、複数のブレード５２の外周端部（外方側先端部）５２１は、周状に形成されたリング部５３により相互に連結されて、所謂リングファンとなっている。

ボス部５１、ブレード５２、リング部５３が例えばガラス繊維を含有するポリプロピレン樹脂材で一体成形されてなる冷却ファン５０は、ファンシュラウド３０のシュラウドリング部３１の内側に収容されて（内包されて）電動モータ４０の回転シャフトに固定され、電動モータ４０によって回転作動されるようになっている。

図２に示すように、冷却ファン５０のリング部５３は、回転軸５１１（図１参照）を軸として回転軸５１１と平行に延びる円筒形状をなし内周側面が各ブレード５２の外周端部５２１にそれぞれ接続する円筒部５３１と、円筒部５３１のラジエータ１０側部から全周にわたって径外方向に拡がるように延びる拡がり部５３２とにより構成されている。

前述の規制突起部３６は、ファンシュラウド３０のシュラウドリング部３１とシュラウド導風部３２との接続部（シュラウドリング部３１のコア部１１側端部）から径内方向（回転軸に向かう方向）に突出している。規制突起部３６は、ファンシュラウド３０の他の部分と同様な厚さの薄板状に形成されて略矩形形状をなしており、図３に示すように、突出方向に直交する断面は、車両後方側に向かって凸形状をなす円弧状となっている。

図４に示すように、規制突起部３６は、モータ保持部３３の中心より下方側、すなわち図１に示す回転軸５１１よりも下方側の領域に、相互に離間してシュラウドリング部３１の周方向（冷却ファン５０の回転方向）に複数（本例では３つ）設けられている。

図２から明らかなように、規制突起部３６は、回転軸５１１方向（図示左右方向）から見たリング部５３の拡がり部５３２配設領域内に突出方向の先端（径内方向の先端）３６１が位置するように形成されている。換言すれば、冷却ファン５０のリング部５３拡がり部５３２は規制突起部３６よりも車両後方側にあって、規制突起部３６と拡がり部５３２とは車両前方側から見て常時重なり合っている。これにより、冷却ファン５０が車両前方側に変位した場合には、冷却ファン５０は、図２に二点鎖線で示す位置（所定位置に相当）よりも車両前方側には変位できないようになっている。

また、リング部５３拡がり部５３２の車両後方側となる位置には、シュラウドリング部３１の段部３１１が配設されている。すなわち、冷却ファン５０のリング部５３拡がり部５３２は、ファンシュラウド３０の規制突起部３６と段部３１１との間に突出している。したがって、冷却ファン５０が車両後方側に変位した場合には、冷却ファン５０は、シュラウドリング部３１の段部３１１よりも車両後方側には変位できないようになっている。

また、図５および図６に示すように、ファンシュラウド３０は、規制突起部３６を冷却ファン回転軸５１１（図５、図６では図示略）方向（車両前後方向）に投影した部分が全て欠損した欠損部３７となっている。

ファンシュラウド３０を成形する際には、図１に示す冷却ファン５０の回転軸５１１方向（すなわち車両前後方向となる方向）に型開きする金型により成形する。したがって、ファンシュラウド３０成形時には、欠損部３７内に金型の規制突起部３６形成対応部位を型開閉方向に移動させることができる。これによって、規制突起部３６を形成するために金型にスライドコア等を採用する必要がなく比較的簡単な構造の金型により成形することができる。

上述の構成によれば、ファンシュラウド３０には、冷却ファン５０の外周側から回転軸５１１側に向かって冷却ファン５０のリング部５３拡がり部５３２とラジエータ１０のコア部１１との間に突出する規制突起部３６が設けられている。したがって、冷却ファン５０が共振や冠水路走行時に発生する揚力等によりラジエータ１０のコア部１１側へ変位しようとしても、冷却ファン５０が規制突起部３６よりもラジエータ１０コア部１１に近接することを規制することができる。このようにして、冷却ファン５０がラジエータ１０のコア部１１に干渉して（衝突して）コア部１１にダメージを与えることを防止することができる。

特に車両が冠水路を走行した場合には、図１に水位面を二点鎖線で示すように水が浸入し、回転作動する冷却ファン５０は下方側から水に浸かって回転軸５１１よりも下方側の部位が車両前方側に大きく変位しようとする。本実施形態のファンシュラウド３０では、冷却ファン５０の回転軸５１１よりも下方側となる部位に複数の規制突起部３６を離間して設けているので、車両が冠水路を走行した際に、冷却ファン５０がラジエータ１０のコア部１１に干渉してコア部１１にダメージを与えることを確実に防止することができる。

また、規制突起部３６は、突出方向に直交する断面は、車両後方側に向かって凸形状をなす円弧状となっている。したがって、冷却ファン５０のリング部５３拡がり部５３２が規制突起部３６に接触する際（図３の二点鎖線位置となった際）には線接触（あるいは点接触）することになるので、変位規制時であっても冷却ファン５０の回転を阻害し難い。

また、複数の規制突起部３６のうちの１つは、シュラウドリング部３１の最下部に設けられている。したがって、ファンシュラウド３０内に浸入した水のうちシュラウドリング部３１上にある水は、最下部の規制突起部３６を形成するために設けられた欠損部３７から確実に排出することができる。

また、規制突起部３６は、冷却ファン５０の回転軸５１１方向から見たリング部５３拡がり部５３２の配設領域内に先端３６１が位置するように形成されており、規制突起部３６はブレード５２の外周端部５２１よりも外側にある。したがって、ブレード５２の回転方向の位置に関わらず冷却ファン５０がコア部１１に近接することを規制することができるとともに、規制突起部３６により冷却風の送風時通風抵抗が増大することを防止できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図７に基づいて説明する。

本第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、規制突起部が変位を規制する冷却ファンの部位が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態の規制突起部３６Ａは、ファンシュラウド３０のシュラウドリング部３１とシュラウド導風部３２との接続部（シュラウドリング部３１のコア部１１側端部）から径内方向（回転軸に向かう方向）に突出している。

図示を省略しているが、第１の実施形態と同様に、本実施形態の規制突起部３６Ａは、ファンシュラウド３０の他の部分と同様な厚さの薄板状に形成されて略矩形形状をなしており、突出方向に直交する断面は、車両後方側に向かって凸形状をなす円弧状となっている。また、規制突起部３６Ａは、モータ保持部３３の中心より下方側、すなわち回転軸５１１よりも下方側の領域に、相互に離間してシュラウドリング部３１の周方向（冷却ファン５０の回転方向）に複数（本例では３つ）設けられている。

そして、規制突起部３６Ａは、回転軸５１１方向（図示左右方向）から見たブレード５２の旋廻領域内に先端３６１Ａが位置するように形成されている。換言すれば、冷却ファン５０のブレード５２は規制突起部３６Ａよりも車両後方側にあって、規制突起部３６Ａとブレード５２とは車両前方側から見て重なり合っている。これにより、冷却ファン５０が車両前方側に変位した場合には、冷却ファン５０は、規制突起部３６Ａにより規制される所定位置よりも車両前方側には変位できないようになっている。

また、図示を省略しているが、第１の実施形態と同様に、ファンシュラウド３０は、規制突起部３６Ａを冷却ファン回転軸５１１方向（車両前後方向）に投影した部分が全て欠損した欠損部３７となっている。

このような構成によれば、ファンシュラウド３０には、冷却ファン５０の外周側から回転軸５１１側に向かって冷却ファン５０のブレード５２とラジエータ１０のコア部１１との間に突出する規制突起部３６Ａが設けられている。したがって、冷却ファン５０が冠水路走行時に発生する揚力等によりラジエータ１０のコア部１１側へ変位しようとしても、冷却ファン５０が規制突起部３６Ａよりもラジエータ１０コア部１１に近接することを規制することができる。このようにして、冷却ファン５０がラジエータ１０のコア部１１に干渉して（衝突して）コア部１１にダメージを与えることを防止することができる。

また、規制突起部３６Ａは、冷却ファン５０の回転軸５１１方向から見たブレード５２の旋廻領域内に先端３６１Ａが位置するように形成されており、規制突起部３６Ａはブレード５２の外周端部５２１よりも内側にある。したがって、冷却ファン５０のリング部５３に規制突起部３６Ａとの係合代を確保する必要がないので、リング部５３の拡がり部５３２の径方向寸法（図７図示上下寸法）を、強度を確保できる範囲において比較的小さくすることができる。その分ブレード５２を大きく形成することが可能であり、送風性能を向上し易い。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、規制突起部３６、３６Ａを冷却ファン５０の回転軸５１１より下方となる領域のみに設けていたが、上方となる領域にも設けるものであってもよい。

また、規制突起部３６、３６Ａは複数（各例では３つ）設けていたが、３つ以外の複数であってもよく、単数であってもかまわない。ただし、冠水路走行時の変位規制効果や欠損部３７からの排水性を考慮して、１つはシュラウドリング部３１の最下部に設けることが好ましい。

また、上記各実施形態では、ファンシュラウド３０に欠損部３７を設けることでシュラウドリング部３１を周方向において分断していたが、例えば図８に示すように、規制突起部３６の高さを抑制する等により、シュラウドリング部３１を周方向において一部連結する欠損部３７Ａとして、ファンシュラウド３０の剛性を向上するものであってもよい。

また、上記各実施形態では、熱交換モジュール１の熱交換器としてラジエータ１０を対象としたが、これに限らず、冷凍サイクル用の凝縮器や、エンジン吸気冷却用のインタークーラ等を対象としても良い。また、熱交換器内を流通する熱交換媒体の流れ方向は、上下方向に限らず、水平方向となるようにしても良い。

また、電動送風機２０は、吸込み式電動送風機として説明したが、冷却ファン５０が熱交換器コア部の車両前方側に搭載される押込み式電動送風機としてもよい。

また、車両用の熱交換モジュール以外の、例えば定置式の熱交換モジュールに、本発明を適用するものであってもよい。

本発明を適用した第１の実施形態における熱交換モジュール１の要部のみ縦断面を示した側面図である。 図１のＩＩ部を示す拡大断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 ファンシュラウド３０単体を示す正面図である。 ファンシュラウド３０の要部を示す斜視図である。 ファンシュラウド３０と冷却ファン５０とが組み付けられた状態における要部を示す斜視図である。 第２の実施形態における要部断面図である。 他の実施形態におけるファンシュラウド３０の要部を示す斜視図である。

符号の説明

１ 熱交換モジュール
１０ ラジエータ（熱交換器）
１１ コア部
３０ ファンシュラウド
３６、３６Ａ 規制突起部
３７、３７Ａ 欠損部
５０ 冷却ファン
５２ ブレード
５３ リング部
３６１、３６１Ａ 規制突起部の先端
５１１ 冷却ファンの回転軸
５２１ ブレードの外周端部

Claims (6)

1. コア部（１１）の内部に熱交換媒体が流れる熱交換器（１０）と、
   回転方向に配設された複数のブレード（５２）と前記複数のブレード（５２）の外周端部（５２１）同士を周状に接続するリング部（５３）とを有し、前記コア部（１１）に並設されて、前記コア部（１１）の外部を流通して前記熱交換媒体を冷却するための冷却風を発生する軸流式の冷却ファン（５０）と、
   前記冷却ファン（５０）の外周から前記コア部（１１）側に延びて、前記冷却風が前記コア部（１１）を通過するように導風するダクト状のファンシュラウド（３０）と、を備える熱交換モジュールにおいて、
   前記ファンシュラウド（３０）には、前記冷却ファン（５０）が所定位置よりも前記コア部（１１）に近接することを規制するように前記冷却ファン（５０）の外周側から回転軸（５１１）側に向かって前記冷却ファン（５０）と前記コア部（１１）との間に突出する規制突起部（３６）が形成されていることを特徴とする熱交換モジュール。
2. 車両に搭載され、
   前記冷却ファン（５０）は、前記コア部（１１）よりも前記車両後方側で前記回転軸（５１１）の方向が水平方向となるように配設され、
   前記規制突起部（３６）は、前記回転軸（５１１）よりも下方側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換モジュール。
3. 前記規制突起部（３６）は、相互に離間して前記冷却ファン（５０）の回転方向に複数設けられていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換モジュール。
4. 前記ファンシュラウド（３０）は、前記規制突起部（３６）を前記回転軸（５１１）方向に投影した部分が全て欠損した欠損部（３７）となっていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の熱交換モジュール。
5. 前記規制突起部（３６）は、前記回転軸（５１１）方向から見た前記リング部（５３）の配設領域内に先端（３６１）が位置するように形成され、前記リング部（５３）の前記回転軸（５１１）方向の位置を規制することで前記冷却ファン（５０）が前記所定位置よりも前記コア部（１１）に近接することを規制することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の熱交換モジュール。
6. 前記規制突起部（３６Ａ）は、前記回転軸（５１１）方向から見た前記ブレード（５２）の旋廻領域内に先端（３６１Ａ）が位置するように形成され、前記ブレード（５２）の前記回転軸（５１１）方向の位置を規制することで前記冷却ファン（５０）が前記所定位置よりも前記コア部（１１）に近接することを規制することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の熱交換モジュール。

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