JP2011513619A - モジュール式ベーンセットを有するファンシュラウド - Google Patents

Abstract

冷却システム用のモジュール式ベーン部材を有するファンシュラウド。複数のモジュール式ベーンセット部材が、ファンシュラウドリングの内表面の周りに配置され、モジュール式ベーンセット部材の各々は複数のベーン部材を有する。モジュール式であることにより、ファンシュラウドに融通性及び多用途性、並びにそれに応じた費用及び製造上の効率性がもたらされる。

Description

本発明は、ファンシュラウドに関し、より詳細には、多用途で、且つモジュール式のファンシュラウドに関する。

ファンを使用して空気を熱交換器に通過させることは、特に空調及び自動車の冷却の分野において周知されている。自動車では、ファンは典型的にはラジエータに隣接して用いられ、ラジエータを通じて空気を押し出したり、又は空気を引き込んだりすることにより、エンジン及び／又は他の付属品を通じて循環する液体を冷却する。ファンは、典型的には、電気モータによるか、又は自動車の関連エンジンからの伝動装置を介して駆動される。ファンは、通常、ファンの半径方向平面が関連する熱交換器、例えばラジエータの前部又は前面と平行に延在するように配置される。

このタイプのファンは、一般に「軸流ファン」と称される。軸方向への空気流の供給を促進するため、典型的にはシュラウドが利用される。空気流の他の方向の成分は、典型的には無駄なエネルギーであり、熱交換器及び／又はラジエータの周囲の様々な機械構造に衝突し得るとともに、システムによってもたらされる全体的な騒音が上昇し得る。

システム又は車両が大量に販売されるとき、典型的には、個別のシュラウドが、製品、システム又は車両の各々に提供され、その特定のシステム又は車両の特定の空気流のために特別に設計される。シュラウドは、典型的には、特定のシステム又は車両を通じた空気流を最適化するように特定のサイズ、形状及び角度が設けられる何らかのタイプのベーンを有する。しかしながら、大量に製造又は販売されることのない特定のシステム又は車両用のベーン設計を有する別個のシュラウドを提供することは、多くの場合に不経済である。

従って、本発明の目的は、典型的には大量販売されることのない製品、システム及び車両用に製造及び提供するための費用がより少なくてすむ、改良されたシュラウド及びベーンシステムを提供することである。本発明の別の目的は、異なる車両及び製品用にシュラウドを容易に改変することが可能なモジュール式構成部品を有するファンシュラウド及びベーンシステムを提供することである。

本発明の上記の、及び他の目的は、モジュール式ベーンセットを有するファンシュラウドを提供する本発明によって達成される。

シュラウドリング部材が提供され、これは典型的には、熱交換器／ラジエータ又はエンジンのいずれかに連結するための取付けブラケット又はアタッチメントを有する。シュラウドリングの内径に設置するための複数のモジュール式ベーンセットが提供される。モジュール部材の各々は一連のベーンを有し、それらを利用してファンと熱交換器／ラジエータとの間に空気流を送る。任意の数のモジュール部材が提供され得るが、好ましくは各ファンシュラウドリングについて３〜８個のモジュール部材が提供される。

モジュール部材の各々は湾曲したベース部材を有し、このベース部材は、リング部材の内側に適合するように構成されている。モジュール部材の各々は、その上に配置された複数のベーン部材を有し、これらのベーン部材は、特定のエンジン又は冷却システムに対して空気流を最適化するように設計される。

シュラウドリング部材の内表面には、そこにモジュール部材を正確に位置決めするための複数の凹部又は標示が提供され得る。モジュール部材は、任意の従来の方法で、適切な接着剤、機械的ファスナなどのいずれかにより、リング部材と固定され得る。

本発明の他の特徴、利益、及び利点は、以下の本発明の説明を、添付の図面及び添付の特許請求の範囲と併せて考察することで明らかとなるであろう。

本発明の実施形態に係る冷却システムを有するエンジンの斜視図である。 本発明に従うファンシュラウドリングを示す。 本発明に従うシュラウドリングに対するモジュール式ベーンセット部材の付加を示す。 モジュール式ベーンセット部材のフルセットを有する完全なファンシュラウドを示す。 本発明の実施形態に従うファンシュラウドリングに対するモジュール式ベーンセット部材の配置の拡大図である。 モジュール式ベーンセットをシュラウドリングに固定するための代替的実施形態を図示する。 代替的なシュラウドリングに用いられる部材を示す。

上記に指摘されるとおり、本発明は、空調及び自動車の冷却などの多様な用途に用いることのできる、独自で、且つ発明性のある、ベーンを有するファンシュラウドリングを提供する。本明細書における説明のため、本発明は、自動車の冷却システムにおける好ましい使用のみを参照して説明される。しかしながら、本発明は、この説明によって限定されるものではなく、本発明者は、任意の冷却システム用途におけるモジュール式ベーンセットを有するファンシュラウドの使用が係る本発明のあらゆる利益及び範囲に対し権利を有する。

ここで図１を参照すると、軸流ファン１０が示され、これは、想像線で示されるエンジン１５に装着される。ファン１０は中心ハブ部材１２を有し、これが、エンジン、典型的にはエンジンのクランクシャフトの端部１６に取り付けられる。シュラウド部材２０がエンジン１５の前面に配置されて、そこに取り付けられ、且つファン１０を取り囲むように配置される。このシステムでは、ファン１０は、エンジン１５とラジエータ３０との間に位置決めされる。

図１に示されるとおり、シュラウド部材２０は、複数の取付けブラケット２２によってエンジン１５の前面に取り付けられる。代替的実施形態において、シュラウド部材２０は、ラジエータに取り付けられてもよい。しかしながら、先端隙間を低減し、従ってファン効率を向上させるため、ステータ部材２０は好ましくはエンジン１５に装着される。

中心ハブ部材１２は、冷却システムに用いられるファンに典型的なとおり、半径方向外側に延在する複数のブレード部材１４を有する。ファンのタイプ並びにブレードの形態及び数は、本発明に関しては重要でなく、任意のタイプのファン並びに任意の形状及び数のブレード部材を利用することができる。ブレード部材１４の形状は、ファン１０が中心軸２５の周りに方向Ｒに回転すると、空気を中心軸の方向に沿って軸方向に移動させるようなものである。

示される実施形態には、ステータアセンブリ３５もまた図示される。ステータアセンブリは、ラジエータ３０とシュラウド部材２０との間に位置決めされ、ラジエータ、ファン及びシュラウド部材を通じて空気流を軸方向に送り込むよう促進する。ラジエータシュラウド３５は、取付けブラケット、ねじ、ボルト、接着剤などの任意の従来の方法でラジエータと結合される。

ステータ部材２０は、外側リング部材５０と、リング部材５０の内径又は内表面５２に配置された複数のステータベーン部材６０とを備える。

ファン１０を通じた空気流の動きの回転成分の分解を促すため、ステータベーン部材６０の各々は、冷却システムの中心軸２５に対して、且つブレード部材１４の湾曲方向にわずかに凹面状に湾曲している。これにより、ステータ部材２０を通じた空気の移動のほとんどが、エンジン１５に向かって軸方向に送られる。

ステータリング部材５０が図２にさらに詳細に示される。ブラケット部材２２は、ねじ、ボルトなどの任意の従来の方法でリング部材５０に取り付けられる。当然ながら、ステータ部材は、任意の従来の方法で、且つ任意のタイプ又はシステムの連結又はアタッチメントでエンジン又はラジエータに取り付けられ得ることが理解されるべきである。図２に示されるとおり、４つのブラケット部材２２が提供されるが、しかし、ステータ部材を任意の従来の方法でエンジンに取り付けるために必要な任意の数を用いることができる。

ステータリング部材５０は、好ましくは、成形用プラスチック又は繊維強化プラスチックなどの軽量で高強度の材料で作製される。また、ステータリング部材５０は、アルミニウムなどの金属材料から作製されてもよい。当業者は、リング部材５０がまた、製造が容易ながら、軽量で、且つ高強度を示す他の材料からも作製され得ることを理解するであろう。

図３〜図５に示されるとおり、複数のモジュール式ベーンセット部材５５がリング部材５０に提供され、配置される。モジュール式ベーンセット部材は、リング部材５０の内表面５２に配置される。

モジュール式ベーンセット部材５５の各々は、ベース部材５６と、複数のベーン部材６０とを有する。ベース部材は、リング部材５０の内表面の曲率に適合するように湾曲しており、ベーンは、上述されるとおりの凹曲面構造を有する。

ファンシュラウドリング部材５０に配置されるモジュール式ベーンセット部材５５の数は、多くの要因に依存する。こうした要因としては、主としてモールド部材それ自体を含む、モジュール部材の成形に関連する費用が挙げられる。この点について、各リング部材５０に任意の数のモジュール式ベーンセット部材５５を提供することができるが、好ましくは、３〜８個のモジュール式ベーンセット部材が提供される。この点について、図３〜図４には、８個のモジュール部材ベーンセット部材が示される。提供されるモジュール式ベーンセット部材の数は、モジュール式ベーンセット部材の製造費と組立費との妥協点である。

好ましくは、モジュール式ベーンセット部材は、プラスチック材料、固体樹脂材料か、又は充填材がガラス繊維である人工ポリマー充填材料のいずれかから成形される。

ステータ部材５０の各々に提供されるベーン部材６０の数は、用途それ自体に依存する。提供されるベーン部材の数は、シュラウド及び冷却システム、並びにシュラウドに利用されるモジュール式ベーンセット部材の数に依存する。現時点では、シュラウドに３〜８個のモジュール式ベーンセット部材が提供されるならば、モジュール式ベーンセット部材の各々に対して４〜８個のベーン部材が提供され得ると考えられる。

ベーンは、冷却システムにより高い効率をもたらす。ベーンにより、動力を増加させることなく冷却システムを通じる空気流を増やすことができ、すなわち、同じ量の空気流がより少ない動力で実現される。ベーンの形状、高さ及び曲率は、典型的には、ベーンが利用される特定の冷却システムに適合される。

車両又は他の冷却システムにファンシュラウドが大量に提供される場合、典型的にはその関連するベーンを有するシュラウドは、その特定のシステムに適合され、シュラウドは単一の一体型部材から成形される。しかしながら、本発明は、より少量で製造され、システム用の独自のワンピース成形ファンシュラウドを提供することが不経済となり得るエンジン及び製品に特に好適である。本発明によるモジュール式システムは、特定の冷却システムでファンシュラウドを使用する際の多用途性と融通性をもたらす。金型費が低減され、より簡便な方法で変更を加えることが可能となる。例えば、ファンそれ自体を変更する場合、異なるベーン部材が必要となり得る。ファン並びにファン及びシュラウドが配置される冷却システムに従い、ベーン部材の形状及び形態、例えば、形状、角度及び曲率が変更され得る。

モジュール式ベーンセット部材５５は、任意の従来の方法でシュラウド部材２０に取り付けることができる。アタッチメント又は連結部材は、機械的なもの、例えば、リベット、ねじ若しくは他のファスナであってもよく、又は接着部材、例えば、グルー若しくは高温接着材料によってもよい。図２〜図５に示される実施形態において、対応する開口部７０と７２とが提供され、これにより、ねじファスナ部材７４によってモジュール式ベーンセット部材５５をシュラウドリングに固定することが可能となる。

シュラウド部材２０を通じた空気流を改善し、モジュール式ベーンセット部材５５のベース５６の前縁によって引き起こされる乱流を防止するため、こうした目的上、ベース部材５６は典型的には薄い前縁５８を有する。実際、ベース５６の断面形状は、細い前縁とより太い出口縁とを有する楔型部材に類似したものであってよい。

また、本発明の実施形態に従えば、リング部材５０の内表面５２に凹部８０を提供することも可能である。凹部は、リング部材５２の内表面の周囲に沿って３６０°にわたり提供され得る。このとき、モジュール式ベーンセット部材５５は、対応する前縁形状及び曲率を有するように成形され得ることで、凹部内に嵌入し、リング部材とモジュール式ベーンセット部材との間に滑らかな空気流の移行部を提供する。これもまた、好ましくは図５に示される。

また、表面５２へのモジュール式ベーンセット部材５５の位置決め及び装着を補助するため、単純にリング部材５０の内表面５２に標示又は印を提供することも可能である。

ベーン部材６０は対称であり、ファンの回転軸２５の周りに円周方向に配置される。これにより、最も効率の高い冷却システムがもたらされる。

当業者は理解するとおり、立方フィート毎分で表されるファン１０からの空気流の出力速度は、ファンブレード１４の方向Ｒへの回転と、ファンブレード１４のピッチにより生じる直線成分とによる回転運動成分を有する。さらに、特定のブレード形状及びブレードの配置により、ブレードのスパンに沿った変化及びピッチ、又は半径方向断面に沿ったブレードのコード長が、ファン１０に直接隣接してもたらされる圧力分布の状態に影響を及ぼし、従ってファンを通り抜けた空気の流れに影響を及ぼす。

また、ブレード１４の先端部とシュラウド部材２０の内表面との間の距離が小さいほど、より大きい距離を有する冷却システムと比較して、単位空気流当たりの静圧が増加する。

モジュール式ベーンセットをシュラウドリングに取り付けるための別の方法が、図６及び図７に示される。この実施形態１００では、シュラウドリング１０４とモジュール式ベーンセット１０６との間に、リング及びシール連結部材１０２が配置される。部材１０２がベーンセットをシュラウドリング１０４に固定する。

連結部材１０２は、好ましくはアルミニウムなどの金属材料で作製され、図７に示される断面形状に押し出される。連結部材１０２は第１の細長フランジ部分１１０を有し、このフランジ部分１１０は片側にクランプ部材１１２を有する。クランプ部材は、図６に図示される位置に回転するか、又は押さえ込まれるように構成され、そこでクランプ部材は、シュラウドリング１０４を確実に挟圧して押さえ付ける。この目的上、クランプ部材１１２はその上に、シュラウドリングを強固に捉えて保持するための複数の歯部材１２０を有する。

連結部材はまた、細長い溝又はチャネル１２４と、細長リブ部材１２６とを有する第２の細長フランジ部材１２２も有する。モジュール式ベーンセット１０６は、リブ部材１２６と嵌合するための細長チャネル又は溝１２８を有するベース部材１０８を有する。溝又はチャネル１２５が、モジュール式ベーンセットの前縁１３０と嵌合するように形成される。

本発明が様々な実施形態に関連して説明されたが、本発明はそれらの実施形態に限定されないことは理解されるであろう。逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれ得るとおりのあらゆる代替例、修正、及び等価物を網羅する。

Claims (20)

1. ファン冷却システム用シュラウドであって、前記シュラウドが、内表面を有する円形リング部材と、前記内表面に配置される複数のモジュール式ベーンセット部材とを備え、前記モジュール式ベーンセット部材の各々が、ベース部材と、前記ベース部材上にある複数のベーン部材とを有する、ファン冷却システム用シュラウド。
2. ３〜８個のモジュール式ベーンセット部材が、前記内表面に位置決めして提供される、請求項１に記載のファン冷却システム用シュラウド。
3. 前記ベーンセット部材が、前記内表面の３６０°全体に及ぶ、請求項１に記載のファン冷却システム用シュラウド。
4. 前記モジュール式ベーンセット部材の各々が、その上に４〜８個の個別のベーン部材を有する、請求項１に記載のファン冷却システム用シュラウド。
5. 前記ベーン部材が、前記リング部材に配置されたファンの回転方向に凹面状に湾曲している、請求項１に記載のファン冷却システム用シュラウド。
6. 前記リング部材が金属材料で作製され、前記モジュール式ベーンセット部材が成形プラスチック部材である、請求項１に記載のファン冷却システム用シュラウド。
7. 前記内表面が凹部を有し、前記モジュール式ベーンセット部材が前記凹部に配置される、請求項１に記載のファン冷却システム用シュラウド。
8. 前記凹部が、前記内表面の周りに３６０°にわたって形成される、請求項７に記載のファン冷却システム用シュラウド。
9. 前記リング部材に取り付けられた複数の連結ブラケット部材をさらに備える、請求項１に記載のファン冷却システム用シュラウド。
10. ファン部材であって、前記ファンが、複数のブレード部材が延在するハブ部材を有する、ファン部材と、
    前記ファン部材を取り囲んで配置されるシュラウド部材であって、
    円形リング部材と、
    複数のモジュール式ベーンセット部材であって、前記ベーンセット部材の各々が、ベース部材と、前記ベース部材上にある複数のベーン部材とを有する、ベーンセット部材と、
    を備える、シュラウド部材と、
    を備える、車両エンジン用の冷却システム。
11. ３〜８個のモジュール式ベーンセット部材が、前記内表面に位置決めして提供される、請求項１０に記載の車両エンジン用の冷却システム。
12. 前記ベーンセット部材が、前記内表面の３６０°全体に及ぶ、請求項１０に記載の車両エンジン用の冷却システム。
13. 前記モジュール式ベーンセット部材の各々が、その上に４〜８個の個別のベーン部材を有する、請求項１０に記載の車両エンジン用の冷却システム。
14. 前記ベーン部材が、前記リング部材に配置されたファンの回転方向に凹面状に湾曲している、請求項１０に記載の車両エンジン用の冷却システム。
15. 前記リング部材が金属材料で作製され、前記モジュール式ベーンセット部材が成形プラスチック部材である、請求項１０に記載の車両エンジン用の冷却システム。
16. 前記内表面が凹部を有し、前記モジュール式ベーンセット部材が前記凹部に配置される、請求項１０に記載の車両エンジン用の冷却システム。
17. 前記凹部が、前記内表面の周りに３６０°にわたって形成される、請求項１０に記載の車両エンジン用の冷却システム。
18. 前記リング部材に取り付けられた複数の連結ブラケット部材をさらに備える、請求項１０に記載の車両エンジン用の冷却システム。
19. ファンシュラウド部材に用いられるモジュール式ベーンセット部材であって；ベース部材と、前記ベース部材上にある複数のベーン部材とを有する、モジュール式ベーンセット部材。
20. 前記モジュール式ベーンセット部材の各々が、その上に４〜８個の個別のベーン部材を有する、請求項１９に記載のモジュール式ベーンセット部材。

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