JP2010132183A - 車両用熱交換モジュールおよびこれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】クーリングファンによる旋回方向の流れを転向させる静翼全体の適正化を図り、クーリングファンの仕事を低減し、最終的にはクーリングファンへの入力を低減することのできる車両用熱交換モジュール、およびこれを備えた車両を提供することを目的とする。
【解決手段】車両用熱交換モジュール１０によれば、クーリングファン１６の下流側に配置した静翼３０を、中間リング３１により内周側静翼部材３２Ａと外周側静翼部材３２Ｂとに分け、内周側静翼部材３２Ａの設置枚数を、外周側静翼部材３２Ｂよりも少なくすることで、内周側、外周側のそれぞれにおいて、ピッチ／コード比を適正な範囲内に設定する。その結果、クーリングファン１６による旋回方向の流れを静翼３０全体で効率よく転向し、クーリングファン１６の仕事を低減し、最終的にはクーリングファン１６への入力を低減する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の前方に設けられる車両用熱交換モジュール、およびこれを備えた車両に関するものである。

従来の車両用熱交換モジュールとしては、コンデンサ（熱交換器）と、ラジエータ（熱交換器）と、これらコンデンサおよびラジエータに外気を強制的に供給するクーリングファンと、平面視略円形に開けられた開口部を有し、この開口部を介してコンデンサおよびラジエータで熱交換された外気をクーリングファンに導くファンシュラウドと、を具備するものが知られている。

このような車両用熱交換モジュールにおいて、クーリングファンの回転により流出した流れには、熱交換器から下流側へと向かう方向の成分と、クーリングファンの旋回方向の成分とが重畳している。
このうち、クーリングファンの旋回方向の流れの成分は、熱交換器の通過風量に寄与しない。このため、旋回方向の流れの成分を低減させるため、クーリングファンの下流側に静翼を設置することが行われている。
クーリングファンを経た流れが静翼に衝突することで、旋回方向の流れが下流側に向かう方向に転向されて、旋回成分が低減される。その結果、クーリングファンの仕事を低減でき、最終的にはクーリングファンを回転させるための入力を抑えることが可能となる（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００７−４０１９９号公報

静翼による旋回方向の流れの転向の効率には、このピッチ／コード比が影響する。ここで、ピッチとは、静翼の周方向の間隔、コードとは、静翼の前端と後端を結んだ長さ（翼弦長）である。
しかしながら、静翼はクーリングファンの回転中心から放射状に設けられるため、クーリングファンの中心部のハブ側と、外周側のファン先端部側とでは、静翼のピッチが異なるため、静翼のピッチ／コード比が異なってしまう。
したがって、ファン先端部側においてピッチ／コード比が適正化されるよう、静翼のピッチを設定すると、ハブ側では、ピッチが小さくなり、これに伴ってピッチ／コード比が非常に小さくなってしまう。その結果ハブ側では、流れの転向が効率よく行われないばかりか、クーリングファンの重量増となったり、製作が困難になるという不具合が生じる。
また、ハブ側においてピッチ／コード比が適正化されるよう、静翼のピッチを設定すると、外周側のファン先端部側においてピッチおよびピッチ／コード比が大きくなりすぎ、流れを確実に転向させることができなくなるという不具合が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、クーリングファンによる旋回方向の流れを転向させる静翼全体のピッチ／コード比の適正化を図り、クーリングファンの仕事を低減し、最終的にはクーリングファンへの入力を低減することのできる車両用熱交換モジュール、およびこれを備えた車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両用熱交換モジュールは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる車両用熱交換モジュールは、車両のエンジンの前方近傍に配置される、少なくとも一つの熱交換器と、熱交換器に外気を強制的に供給するクーリングファンと、平面視略円形に開けられた開口部を有し、開口部を介して熱交換器で熱交換された外気をクーリングファンに導くファンシュラウドと、開口部に設けられ、クーリングファンを経た外気の流れの旋回成分を転向させる静翼と、を具備した車両用熱交換モジュールであって、静翼は、静翼の外周部と中心部との間に環状のリング部材が設けられ、リング部材の内周側に放射状に配置された内周側翼部材と、リング部材の外周側に放射状に配置された外周側翼部材との枚数が異なることを特徴とする。

静翼の外周部と内周部との間に環状のリング部材を設け、リング部材の内周側の内周側翼部材と、外周側の外周側翼部材との枚数を異ならせることで、静翼の内周側と外周側で、それぞれピッチ／コード比を適正化できる。
ここで、内周側翼部材は、外周側翼部材よりも設置枚数が少ないものとする。

さらに、リング部材は、静翼と外周部と内周部との間に二重以上に設けても良く、この場合も内周側から外周側に向けて翼部材の枚数を段階的に異ならせることで、より細かくピッチ／コード比を適正化できる。

本発明にかかる車両用熱交換モジュールは、内周側翼部材および外周側翼部材は、その翼前端と翼後端を結ぶ翼弦長が、静翼の内周側から外周側に向かって漸次拡大していることを特徴とすることもできる。

本発明にかかる車両用熱交換モジュールは、車両のエンジンの前方近傍に配置される、少なくとも一つの熱交換器と、熱交換器に外気を強制的に供給するクーリングファンと、平面視略円形に開けられた開口部を有し、開口部を介して熱交換器で熱交換された外気をクーリングファンに導くファンシュラウドと、開口部に設けられ、クーリングファンを経た外気の流れの旋回成分を転向させる静翼と、を具備した車両用熱交換モジュールであって、静翼は、静翼の外周部と中心部との間に放射状に配置された翼部材を備え、翼部材は、その翼前端と翼後端を結ぶ翼弦長が、静翼の内周側から外周側に向かって漸次拡大していることを特徴とする。

翼部材の翼弦長を、静翼の内周側から外周側に向かって漸次拡大することで、静翼の部位に応じてピッチ／コード比を適正化できる。

本発明は、上記したような車両用熱交換モジュールを具備してなることを特徴とする車両とすることもできる。

本発明によれば、静翼を、中間リングにより内周側静翼部材と外周側静翼部材とに分け、内周側静翼部材と外周側静翼部材とで枚数を異ならせることで、静翼の内周側と外周側において、それぞれピッチ／コード比を適正な範囲内に設定することができる。
その結果、クーリングファンによる旋回方向の流れを静翼全体で効率よく転向させることができ、クーリングファンの仕事を低減し、最終的にはクーリングファンへの入力を低減することができる。また、これに伴い、静翼に外気が当たることで生じる騒音も低減することが可能となる。

また、本発明によれば、静翼の翼弦長を、内周側から外周側に向けて漸次大きくするようにしたので、静翼の径方向において、それぞれの位置でピッチ／コード比を適正な範囲内に設定することができる。これによっても、クーリングファンによる旋回方向の流れを静翼全体で効率よく転向させることができ、クーリングファンの仕事を低減し、最終的にはクーリングファンへの入力を低減することができる。また、これに伴い、静翼に外気が当たることで生じる騒音も低減することが可能となる。

［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、車両用熱交換モジュール（「コンデンサ・ラジエータ・ファン・モジュール（Condenser Radiator Fan Module：CRFM）」ともいう）１０は、エンジン１１などとともに、車両１００の前部に配置されたエンジンルームＥ内に設けられている。
エンジンルームＥ内において、車両用熱交換モジュール１０の下流側（車両１００の進行方向後方側）には、エンジン１１（および／またはエンジン１１の周りに配置された機器類など）が近接して配置されている。
車両用熱交換モジュール１０は、バンパ１２の後面側に近接して設けられており、フロントグリル１２ａを通過した外気が、この車両用熱交換モジュール１０の前面側に導かれるようになっている。

車両用熱交換モジュール１０は、コンデンサ（熱交換器）１３と、ラジエータ（熱交換器）１４と、ファンシュラウド２０と、クーリングファン１６とを主たる要素として構成されたものであり、上流側（図において左側）からコンデンサ１３、ラジエータ１４、およびクーリングファン１６の順に配置されている。
コンデンサ１３およびラジエータ１４はそれぞれ、平面視矩形状を有する熱交換器である。
コンデンサ１３は、車両用空調装置の一構成要素であり、コンプレッサにより圧縮された高温高圧の冷媒ガスを、このコンデンサ１３を通過する外気との熱交換により冷却し、凝縮液化させるように構成されたものである。
また、ラジエータ１４は、このラジエータ１４を通過する外気との熱交換により、エンジン冷却水の温度を下げるように構成されたものである。クーリングファン１６は、ラジエータ１４に外気を強制的に供給するためのものである。
これらコンデンサ１３、ラジエータ１４、およびクーリングファン１６はそれぞれ、従来周知のものであるので、ここではその詳しい説明を省略する。

図１、図２に示すように、ファンシュラウド２０は、コンデンサ１３およびラジエータ１４を通過した外気をクーリングファン１６に導くように構成されたものであり、外周部２１ａがラジエータ１４の外周部に連結され、ラジエータ１４の後面側を覆うシュラウドプレート部２１を有している。
シュラウドプレート部２１において、クーリングファン１６に対応した位置には、クーリングファン１６の外径よりも一定寸法大きな内径を有し、車体の後方に向けて延びる円筒状のベルマウス２２が形成されている。
このベルマウス２２の内周側はファン開口部２３とされている。コンデンサ１３およびラジエータ１４を通過した外気は、ファン開口部２３を通って下流側に導かれるようになっている。

ファン開口部２３の内側には、静翼３０が設けられている。静翼３０は、クーリングファン１６に対し、車体の後方側に配置されている。
図２（ｂ）に示すように、静翼３０は、その中心部と外周部との間に、例えばリング状の中間リング３１が設けられている。中間リング３１は、ファン開口部２３の中心部に位置するクーリングファン１６のモータ１７に対し、同心円状に配置されており、モータ１７の外径部分と、静翼３０の外周部との間を２分割するような径を有している。
そして、クーリングファン１６のモータ１７の外径部と、中間リング３１との間に、内周側静翼部材３２Ａが設けられ、中間リング３１と静翼３０の外周部との間に、外周側静翼部材３２Ｂが設けられている。これにより、静翼３０により、クーリングファン１６のモータ１７が支持されている。そして、モータ１７の回転軸は、ラジエータ１４側に配置されており、この回転軸に、クーリングファン１６のボス１６ａが装着されている。
ここで、内周側静翼部材３２Ａは、外周側静翼部材３２Ｂに対し、周方向の設置枚数が少なく、ピッチ（周方向における設置間隔（角度））が大きく設定されている。また、内周側静翼部材３２Ａと、外周側静翼部材３２Ｂとは、その翼弦長は、ここでは同一とされている。

このようにして、静翼３０を、中間リング３１により内周側静翼部材３２Ａと外周側静翼部材３２Ｂとに分けて、それぞれの設置枚数を異ならせることで、内周側、外周側のそれぞれにおいて、ピッチ／コード比を適正な範囲内に設定することができる。

以上の通り、本実施形態にかかる車両用熱交換モジュール１０によれば、クーリングファン１６の下流側に配置した静翼３０を、中間リング３１により内周側静翼部材３２Ａと外周側静翼部材３２Ｂとに分け、内周側静翼部材３２Ａの設置枚数を、外周側静翼部材３２Ｂよりも少なくすることで、内周側、外周側のそれぞれにおいて、ピッチ／コード比を適正な範囲内に設定することができる。
その結果、クーリングファン１６による旋回方向の流れを静翼３０全体で効率よく転向させることができ、クーリングファン１６の仕事を低減し、最終的にはクーリングファン１６への入力を低減することができる。また、これに伴い、静翼３０に外気が当たることで生じる騒音も低減することが可能となる。
ここで、外径３２０ｍｍ、内径１２０ｍｍの静翼において、径２３０ｍｍの中間リング３１により内周側静翼部材３２Ａと外周側静翼部材３２Ｂとに分け、内周側静翼部材３２Ａを２２枚、外周側静翼部材３２Ｂを３３枚設けた場合と、中間リング３１により内周側と外周側とを分割せずに、周方向に９枚の静翼を設けた従来の静翼とを比較した。
その結果、同等の通風量を得るのに必要なクーリングファン１６の回転数は、１５００ｒｐｍから１４４０ｒｐｍへと約４％低減され、クーリングファン１６の静圧効率は、４０％から４４％へと約４％向上した。

なお、上記第一実施形態において、クーリングファン１６を車両用熱交換モジュール１０の中央部に一基のみ設ける構成としたが、クーリングファン１６を複数備える場合においても本発明を同様に適用することができる。
図３に示すものは、クーリングファン１６を二基備えた車両用熱交換モジュール１０である。この図３に示すように、クーリングファン１６を二基備える場合も、静翼３０を上記第一実施形態と同様の構成とすることができる。

さらにまた、上記第一実施形態では、静翼３０を、中間リング３１により、内周側静翼部材３２Ａと外周側静翼部材３２Ｂとに二分割する例を示したが、これを三分割以上とすることも可能である。
図４に示すものは、静翼３０を、内外二本の中間リング３１Ａ、３１Ｂにより、内周側静翼部材３２Ｃ、中間静翼３２Ｄ、外周側静翼部材３２Ｅに分け、それぞれを適正なピッチで設けたものである。
内側の中間リング３１Ａは、静翼３０の外周部とモータ１７の外径との差Ｈ（すなわち静翼３０の実質的な翼長）に対し、モータ１７の外径部から０．１Ｈ〜０．２Ｈ程度の外径側の位置に設け、外側の中間リング３１Ｂは、クーリングファン１６の羽根高さＨに対し、モータ１７の外径部から０．４Ｈ〜０．６Ｈ程度の外径側の位置に設けるのが好ましい。これにより、静翼３０の重量も、有効に抑えることができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態は、第一実施形態の静翼３０に代えて、異なる構成の静翼４０を設けた。したがって、以下においては、静翼４０のみを示し、第一実施形態と共通する構成要素については同一の符号を付すとともにその説明を省略する。
図５に示すように、第二実施形態に係る車両用熱交換モジュール１０において、クーリングファン１６の下流側に設けられた静翼４０は、ファン開口部２３の中心部に位置するクーリングファン１６のモータ１７から静翼４０の外周部に向けて放射状に延びる複数本の静翼部材４１を備える。

各静翼部材４１は、モータ１７側の内周側端部４１ａから、静翼４０の外周部の外周側端部４１ｂに向けて、その翼軸長ｓが、漸次大きくなるように形成されている。
翼軸長ｓが大きいほど、クーリングファン１６からの旋回方向の流れを効率よく転向できるので、静翼４０の径方向位置に応じた適正な設定とすることができる。
なお、各静翼部材４１は、翼軸長ｓが、その翼厚の５倍以上となるように形成するのが好ましい。

以上の通り、本実施形態にかかる車両用熱交換モジュール１０によれば、クーリングファン１６の下流側に配置した静翼４０の翼軸長ｓを、内周側から外周側に向けて漸次大きくするようにしたので、静翼４０の径方向において、それぞれの位置でピッチ／コード比を適正な範囲内に設定することができる。
その結果、クーリングファン１６による旋回方向の流れを静翼４０全体で効率よく転向させることができ、クーリングファン１６の仕事を低減し、最終的にはクーリングファン１６への入力を低減することができる。
また、これに伴い、静翼４０に外気が当たることで生じる騒音も低減することが可能となる。

なお、上記第二実施形態においては、静翼部材４１の翼軸長ｓが、内周側端部４１ａから外周側端部４１ｂに向けて漸次大きくなる構成としたが、これを段階的に大きくする構成を排除するものではない。

また、上記第二実施形態においても、クーリングファン１６を車両用熱交換モジュール１０の中央部に一基のみ設ける構成としたが、クーリングファン１６を複数備える場合においても本発明を同様に適用することができる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図６を用いて説明する。
本実施形態は、第一、第二実施形態の静翼３０、４０に代えて、これら静翼３０、４０を組み合わせた構成の静翼５０を備える。したがって、以下においては、静翼５０のみを示し、第一実施形態と共通する構成要素については同一の符号を付すとともにその説明を省略する。
図６に示すように、第三実施形態に係る車両用熱交換モジュール１０において、クーリングファン１６の下流側に設けられた静翼５０は、ファン開口部２３の内周側に、例えば２本のリング状の中間リング５１Ａ、５１Ｂが設けられている。
中間リング５１Ａ、５１Ｂは、ファン開口部２３の中心部に位置するクーリングファン１６のモータ１７に対し、同心円状に配置されており、モータ１７の外径部分と、静翼５０の外周部との間を３分割するような径を有している。
そして、クーリングファン１６のモータ１７の外径部と、中間リング５１Ａとの間に、内周側静翼部材５２Ａが設けられ、中間リング５１Ａと中間リング５１Ｂとの間に中間静翼部材５２Ｂが設けられ、中間リング５１Ｂと静翼５０の外周部との間に、外周側静翼部材５２Ｃが設けられている。

内周側静翼部材５２Ａ、中間静翼部材５２Ｂ、外周側静翼部材５２Ｃは、互いに設置枚数が異なり、内周側にあるものほど周方向の設置枚数が少なく、ピッチ（周方向における設置間隔（角度））が大きく設定されている。

さらに、内周側静翼部材５２Ａ、中間静翼部材５２Ｂ、外周側静翼部材５２Ｃは、それぞれ内周側端部から外周側端部に向けて、その翼軸長ｓが、漸次大きくなるように形成されている。
翼軸長ｓが大きいほど、クーリングファン１６からの旋回方向の流れを効率よく転向できるので、静翼５０の径方向位置に応じた適正な設定とすることができる。

このようにして、静翼５０を、中間リング５１Ａ、５１Ｂにより内周側静翼部材５２Ａ、中間静翼部材５２Ｂおよび外周側静翼部材５２Ｃに分けて、それぞれの設置枚数を異ならせ、さらに、それぞれ内周側端部から外周側端部に向けて、その翼軸長ｓが漸次大きくなるように形成したので、静翼５０の全体において、ピッチ／コード比を適正な範囲内に設定することができる。

以上の通り、本実施形態にかかる車両用熱交換モジュール１０によれば、クーリングファン１６による旋回方向の流れを静翼５０全体で効率よく転向させることができ、クーリングファン１６の仕事を低減し、最終的にはクーリングファン１６への入力を低減することができる。
また、これに伴い、静翼５０に外気が当たることで生じる騒音も低減することが可能となる。
さらに、上記第一実施形態と第二実施形態を組み合わせたような本第三実施形態の構成とすることで、静翼５０をより軽量なものとすることができる。
これはすなわち、上記第一実施形態においては、内周側静翼部材３２Ａ、外周側静翼部材３２Ｂの内周側の翼軸長が一定であるために、必要最小限の寸法よりも大きくなり、また第二実施形態の構成においては、強度面の要求から静翼部材４１の内周側端部４１ａの翼軸長ｓが決まり、それに応じて外周側端部４１ｂの翼軸長ｓも必要以上に大きくなるため、いずれの構成においても、静翼３０、４０は必要以上の重量を有したものとなるからである。
これに対し、本実施形態の構成によれば、翼軸長ｓを、より最適化した必要最小限の寸法とすることができるので、静翼５０を軽量なものとすることができるのである。

なお、上述した第三実施形態では、クーリングファン１６を一基のみ備える構成を例に挙げたが、本実施形態においても、上記第一、第二実施形態と同様、クーリングファン１６を複数備える構成とすることも可能である。

また、上記各実施形態では、車両用熱交換モジュール１０にコンデンサ１３、ラジエータ１４の双方を備える構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、コンデンサ１３のみ、あるいはラジエータ１４のみを備えるものとしても良い。

本発明の第一実施形態にかかる車両用熱交換モジュールを搭載した車両の一部を示す概略構成図である。 車両用熱交換モジュールの側面図および車両の後方側から見た図である。 第一実施形態に係る車両用熱交換モジュールの変形例であり、クーリングファンを二基備えた車両用熱交換モジュールを示す図である。 第一実施形態に係る車両用熱交換モジュールの静翼の変形例を示す正面図および側断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる車両用熱交換モジュールの静翼を示す正面図および側断面図である。 本発明の第三実施形態にかかる車両用熱交換モジュールの静翼を示す正面図および側断面図である。

符号の説明

１０ 車両用熱交換モジュール
１１ エンジン
１３ コンデンサ
１４ ラジエータ
１６ クーリングファン
２０ ファンシュラウド
２２ ベルマウス
２３ ファン開口部
３０ 静翼
３１ 中間リング
３１Ａ 中間リング
３１Ｂ 中間リング
３２Ａ 内周側静翼部材
３２Ｂ 外周側静翼部材
３２Ｃ 内周側静翼部材
３２Ｄ 中間静翼
３２Ｅ 外周側静翼部材
４０ 静翼
４１ 静翼部材
４１ａ 内周側端部
４１ｂ 外周側端部
５０ 静翼
５１Ａ 中間リング
５１Ｂ 中間リング
５２Ａ 内周側静翼部材
５２Ｂ 中間静翼部材
５２Ｃ 外周側静翼部材

Claims (5)

1. 車両のエンジンの前方近傍に配置される、少なくとも一つの熱交換器と、
   前記熱交換器に外気を強制的に供給するクーリングファンと、
   平面視略円形に開けられた開口部を有し、前記開口部を介して前記熱交換器で熱交換された外気を前記クーリングファンに導くファンシュラウドと、
   前記開口部に設けられ、前記クーリングファンを経た外気の流れの旋回成分を転向させる静翼と、を具備した車両用熱交換モジュールであって、
   前記静翼は、
   前記静翼の外周部と中心部との間に環状のリング部材が設けられ、前記リング部材の内周側に放射状に配置された前記内周側翼部材と、前記リング部材の外周側に放射状に配置された外周側翼部材との枚数が異なることを特徴とする車両用熱交換モジュール。
2. 前記内周側翼部材は、前記外周側翼部材よりも設置枚数が少ないことを特徴とする請求項１に記載の車両用熱交換モジュール。
3. 前記内周側翼部材および前記外周側翼部材は、その翼前端と翼後端を結ぶ翼弦長が、前記静翼の内周側から外周側に向かって漸次拡大していることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用熱交換モジュール。
4. 車両のエンジンの前方近傍に配置される、少なくとも一つの熱交換器と、
   前記熱交換器に外気を強制的に供給するクーリングファンと、
   平面視略円形に開けられた開口部を有し、前記開口部を介して前記熱交換器で熱交換された外気を前記クーリングファンに導くファンシュラウドと、
   前記開口部に設けられ、前記クーリングファンを経た外気の流れの旋回成分を転向させる静翼と、を具備した車両用熱交換モジュールであって、
   前記静翼は、前記静翼の外周部と中心部との間に放射状に配置された翼部材を備え、
   前記翼部材は、その翼前端と翼後端を結ぶ翼弦長が、前記静翼の内周側から外周側に向かって漸次拡大していることを特徴とする車両用熱交換モジュール。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の車両用熱交換モジュールを具備してなることを特徴とする車両。

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