JP2014173484A - 冷却装置 - Google Patents

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翔 古野
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Abstract

【課題】 熱交換器の全域に空気流を通過させることができる冷却装置を提供する。
【解決手段】本発明は、車両前方FDに配設される熱交換器10に送風機30を用いて空気を送風する冷却装置20であって、熱交換器10の車両前方FDで複数段に配設され、送風機30から送られる空気を熱交換器10に向けて吹き付けるエジェクタノズル41が形成された複数の前部ダクト40を備える。各前部ダクト40は、前部ダクト40の長手方向の中央寄りに設けられる中央領域40CFと、前部ダクト40の長手方向の端部寄りに設けられ、中央領域40CFよりも厚み方向の寸法が大きい端部領域40EFとを有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、熱交換器に空気を送風する冷却装置に関する。
従来から、車両のフロントエンドモジュールには、熱交換ユニットが設けられている。この種の熱交換ユニットとしては、ラジエータやコンデンサ等からなる熱交換器と、熱交換器に空気を送風する冷却ファンとによって構成されたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
冷却ファンは、電動ファンやモータ等によって構成され、熱交換器とともにシュラウドに取り付けられている。シュラウドには、正面視で略円形状の左右一対の開口部が形成されており、該開口部には、冷却ファンが取り付けられている。
このような熱交換ユニットでは、冷却ファンの駆動(電動ファンの回転)に伴って車両前方からの空気を熱交換器に通過させ、熱交換器内を循環する冷媒や冷却水を放熱させて冷却している。
特開2005−83321号公報
しかしながら、上述した従来の技術では、電動ファンの回転が略円形状であることに加えてシュラウドに形成された開口部が略円形状であることで、車両前方からの空気が開口部の周囲(特に、正面視で四隅)に突き当たって通過しにくい。従って、熱交換器の全域に空気流を通過させる技術が望まれていた。
そこで、本発明は、熱交換器の全域に空気流を通過させることができる冷却装置の提供を目的とする。
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第1の特徴は、車両前方に配設される熱交換器に送風機を用いて空気を送風する冷却装置であって、前記熱交換器の車両前方で複数段に配設され、前記送風機から送られる空気を前記熱交換器に向けて吹き付けるエジェクタノズルが形成された複数のダクト部材を備え、前記各ダクト部材は、前記ダクト部材の長手方向の中央寄りに設けられる中央領域と、前記ダクト部材の長手方向の端部寄りに設けられ、前記中央領域よりも厚み方向の寸法が大きい端部領域とを有することを要旨とする。
その他の特徴としては、前記中央領域を通過する空気の通風抵抗は、前記端部領域を通過する空気の通風抵抗よりも大きいことが好ましい。
その他の特徴としては、前記各中央領域の間隔は、前記各端部領域の間隔よりも広いことが好ましい。
その他の特徴としては、前記各ダクト部材の厚み方向の寸法は、前記中央領域から前記端部領域に亘って徐々に大きくなることが好ましい。
その他の特徴としては、前記ダクト部材は、上下一対の壁面を有しており、一対の前記壁面の少なくとも一方は、前記中央領域で他方側に向かってへこんでいることが好ましい。
その他の特徴としては、前記ダクト部材は、最上段に設けられて前記熱交換器に対して下部側に送風する前記エジェクタノズルが形成された上段ダクトと、最下段に設けられて前記熱交換器に対して上部側に送風する前記エジェクタノズルが形成された下段ダクトと、前記上段ダクトと前記下段ダクトとの間に設けられて前記熱交換器に対して上部側及び下部側に送風する前記エジェクタノズルが形成された中段ダクトとを備えることが好ましい。
本発明の特徴によれば、ダクト部材が熱交換器の車両前方で複数段に配設されることによって、ダクト部材に形成されたエジェクタノズルから放出された空気は、ダクト部材の車両前方の空気を誘引しながら熱交換器を通過する。つまり、エジェクタノズルから放出された空気は、当該空気に誘引された車両前方の空気とともに、熱交換器の全域を通過する。
また、各ダクト部材の厚み方向の寸法を均一な場合、エジェクタノズルから放出される空気量は端部領域に比べて中央領域の方が多くなることがあるが、各ダクト部材の中央領域が端部領域よりも厚み方向の寸法が小さいことによって、中央領域を通過する空気の通風抵抗が端部領域を通過する空気の通風抵抗よりも大きくなるため、中央領域のエジェクタノズルから放出される空気量が多くなることを抑制できる。
一方、各ダクト部材の中央領域の間隔が端部領域の間隔よりも広いため、中央領域の間に入り込む空気量が端部領域の間に入り込む空気量よりも少なくなる。つまり、エジェクタノズルから放出される空気量と各ダクト部材間に入る空気量とを調節することで、ダクト部材の端部領域から中央領域に至る間の空気量を均一化することができる。従って、熱交換器を通過する際の空気の風速分布が均一になりやすい。
図1は、本実施形態に係る熱交換ユニットを示す分解斜視図である。 図2は、本実施形態に係る熱交換ユニットを示す横断面図である。 図3は、本実施形態に係る熱交換ユニットを示す縦断面図である。 図4は、本実施形態に係る冷却装置を示す背面図である。 図5(a)は、図4のA−A断面図であり、図5(b)は、図4のB−B断面図である。 図6は、本実施形態に係る熱交換ユニットを示す平面模式図である。 図7(a)は、前部ダクトに導入される空気量を示すグラフであり、図7(b)は、前部ダクトのエジェクタノズルから放出される空気量を示すグラフである。 図8は、変更例1に係る前部ダクトを示す斜視図である。 図9は、変更例2に係る冷却装置を示す背面図である。
次に、本発明に係る冷却装置を備えた熱交換ユニットについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれ得る。
(熱交換ユニットの構成)
まず、本実施形態に係る熱交換ユニット1の構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る熱交換ユニット1を示す分解斜視図である。図2は、本実施形態に係る熱交換ユニット1を示す横断面図である。図3は、本実施形態に係る熱交換ユニット1を示す縦断面図である。なお、各図面においては、車両の前方を「FD」と示し、車両の後方を「RD」と示し、車両幅方向(側方)を「WD」と示し、車両の上下方向を「UD(U或いはD)」と示している。
本実施形態に係る熱交換ユニット1は、車両のフロントエンドモジュールに設けられ、ラジエータコアサポート(不図示)に取り付けられるものである。図1〜図3に示すように、熱交換ユニット1は、エンジンの冷却や車室内の空調に利用する熱交換器10と、熱交換器10に空気を送風する冷却装置20とによって大略構成される。
熱交換器10は、凝縮器としてのコンデンサ11と、コンデンサ11の車両後方に設けられた放熱器としのラジエータ12とを有している。コンデンサ11は、車両の空調装置に使用される冷媒と空気との間で熱交換して冷媒を冷却する。ラジエータ12は、車両のエンジンの冷却に利用される冷却水と空気との間で熱交換して冷却水を冷却する。
冷却装置20は、熱交換器10の車両前方FDに設けられている。冷却装置20は、一対の送風機30と、熱交換器10の車両前方FDに配設されるダクト部材としての前部ダクト40と、送風機30と前部ダクト40の側部(端部)との間に配設される一対の側部ダクト50とを備えている。
前部ダクト40は、車幅方向WDに沿って設けられ、且つ車両上下方向UDに複数段(図面では4段)に配設されている。なお、前部ダクト40の詳細について、後述する。
一対の側部ダクト50は、各送風機30と各前部ダクト40とを中継し、送風機30から送られた空気を各前部ダクト40に分岐させている。側部ダクト50は、前部ダクト40(上段ダクト40A、下段ダクト40B及び各中段ダクト40C)の両端を支持している。各側部ダクト50の前部ダクト40側の面50Aには、前部ダクト40側に向けて突出する複数(図面では、4つ)の取付支持部51が形成されている。この取付支持部51の内面に、前部ダクト40の両端外周が嵌合する。
(前部ダクトの構成)
次に、上述した前部ダクト40の構成について、図1〜図5を参照しながら説明する。
図4は、本実施形態に係る冷却装置20を示す背面図である。図5(a)は、図4のA−A断面図であり、図5(b)は、図4のB−B断面図である。
図1、図3及び図5に示すように、前部ダクト40は、車両前方FD側が湾曲状に形成されており、車両後方RD側がコンデンサ11に向かって先細り状に形成されている。この前部ダクト40は、上下一対の壁面(上面42及び下面43)を有している。
前部ダクト40の車両前方FD側(湾曲状側)には、送風機30から各側部ダクト50を介して送られる空気をコンデンサ11に向けて吹き付けるエジェクタノズル41が形成されている。エジェクタノズル41は、車幅方向WDに沿って設けられており、熱交換器10側に向かって開口している。
ここで、本実施形態では、前部ダクト40は、最上段に設けられた上段ダクト40Aと、最下段に設けられた下段ダクト40Bと、上段ダクト40Aと下段ダクト40Bとの間に設けられた2つの中段ダクト40Cとを備えている。上段ダクト40Aには、コンデンサ11に対して少なくとも下部側に送風するエジェクタノズル41(41A)が形成されている。下段ダクト40Bには、コンデンサ11に対して少なくとも上部側に送風するエジェクタノズル41(41B)が形成されている。各中段ダクト40Cは、コンデンサ11に対して上部側及び下部側に送風する上下一対のエジェクタノズル41(41C)が形成されている。
このような前部ダクト40は、前部ダクト40の長手方向(以下、車幅方向WD)の中央寄りに設けられる中央領域40CFと、車幅方向WDの端部寄りに設けられる端部領域40EFとを有している。
図4及び図5に示すように、各中央領域40CFが各端部領域40EFよりも厚み方向(いわゆる、車両上下方向UD)の寸法が小さく形成されており、言い換えると、各端部領域40EFが各中央領域40CFよりも厚み方向の寸法が大きく形成されている。すなわち、図5に示すように、各中央領域40CFの厚み方向の寸法Tcfは、各端部領域40EFよりも厚み方向の寸法Tefよりも小さい(Tcf<Tef)。
本実施形態では、各前部ダクト40の厚み方向の寸法は、中央領域40CFから端部領域40EFに亘って徐々に大きくなる。なお、前部ダクト40の上面42及び下面43の両方は、中央領域40CFで他方側に向かって凹んでいる。
各中央領域40CFを通過する空気の通風抵抗は、各端部領域40EFを通過する空気の通風抵抗よりも大きくなっている。また、各中央領域40CFの間隔Dcfは、各端部領域40EFの間隔Defよりも広くなっている。
(空気の流れ)
次に、上述した熱交換ユニット1の空気の流れについて、図面を参照しながら簡単に説明する。図6は、本実施形態に係る熱交換ユニット1を示す平面模式図である。図7(a)は、前部ダクト40に導入される空気量を示すグラフであり、図7(b)は、前部ダクト40のエジェクタノズル41から放出される空気量を示すグラフである。
まず、送風機30が駆動すると各側部ダクト50へ空気が送り込まれる。各側部ダクト50へ送り込まれた空気は、各取付支持部51から分岐して前部ダクト40(上段ダクト40Aや下段ダクト40B、中段ダクト40C)に導入する。なお、送風機30の回転速度を調整することによって空気量(風量)を制御できる。
そして、図3に示すように、前部ダクト40に導入された空気は、エジェクタノズル41からコンデンサ11に向けて送風される。エジェクタノズル41から放出された空気は、前部ダクト40の車両前方FDの空気を誘引しながら(巻き込みながら)、熱交換器10(コンデンサ11及びラジエータ12)を通過する。
このとき、図5、図6及び図7(a)に示すように、各中央領域40CFの間隔Dcfが各端部領域40EFの間隔Defよりも広いため、各中央領域40CFの間に入り込む空気量は、各端部領域40EFの間に入り込む空気量よりも少ない。一方、図5、図6及び図7(b)に示すように、各中央領域40CFを通過する空気の通風抵抗が各端部領域40EFを通過する空気の通風抵抗よりも大きいことで、各中央領域40CFのエジェクタノズル41から放出される空気量は、各端部領域40EFのエジェクタノズル41から放出される空気量よりも多くなる。従って、熱交換器10を通過する際の空気の風速分布が車幅方向WDで均一になりやすい。
(作用・効果)
以上説明した本実施形態では、前部ダクト40が熱交換器10の車両前方FDで複数段に配設されることによって、前部ダクト40に形成されたエジェクタノズル41から放出された空気は、前部ダクト40の車両前方FDの空気を誘引しながら熱交換器10を通過する。つまり、エジェクタノズル41から放出された空気は、当該空気に誘引された車両前方FDの空気とともに、熱交換器10の全域を通過する。
また、各前部ダクト40の厚み方向の寸法を均一な場合、エジェクタノズル41から放出される空気量は端部領域40EFに比べて中央領域40CFの方が多くなることがあるが、前部ダクト40の中央領域40CFが端部領域40EFよりも厚み方向の寸法が小さい(Tcf<Tef)ことによって、中央領域40CFを通過する空気の通風抵抗が端部領域40EFを通過する空気の通風抵抗よりも大きくなるため、中央領域40CFの、エジェクタノズル41から放出される空気量が多くなることを抑制できる。
一方、各前部ダクト40の中央領域40CFの間隔Dcfが端部領域40EFの間隔Defよりも広いため、中央領域40CFの間に入り込む空気量が端部領域40EFの間に入り込む空気量よりも少なくなる。つまり、エジェクタノズル41から放出される空気量と各前部ダクト40間に入る空気量とを調節することで、前部ダクト40の端部領域40EFから中央領域40CFに至る間の空気量を均一化することができる。従って、熱交換器10を通過する際の空気の風速分布が均一になりやすい。
本実施形態では、各前部ダクト40の厚み方向の寸法が中央領域40CFから端部領域40EFに亘って徐々に大きくなることによって、急激に変化する場合と比較して、熱交換器10を通過する際の空気の風速分布が車幅方向WDでより均一になりやすい。
本実施形態では、前部ダクト40には、熱交換器10に対して上部側に送風するエジェクタノズル41、及び、熱交換器10に対して下部側に送風するエジェクタノズル41のうち、少なくとも一方が形成されている。これにより、エジェクタノズル41からの空気やそれに誘引された空気が不要な箇所へ流れにくく、当該空気を熱交換器10の全面に対して効率的に通過させることができる。
(変更例)
次に、上述した実施形態に係る冷却装置20の変更例について、図面を参照しながら説明する。なお、上述した実施形態に係る冷却装置20と同一部分には同一の符号を付して、相違する部分を主として説明する。
(変更例1)
まず、変更例1に係る冷却装置20について、図8を参照しながら説明する。図8は、変更例1に係る前部ダクト40を示す斜視図である。
上述した実施形態では、各前部ダクト40の厚み方向の寸法は、中央領域40CFから端部領域40EFに亘って徐々に大きくなっている。
これに対して、変更例1では、図8(a)に示すように、中央領域40CFの寸法Tcfは、車幅方向WDに沿って一定であり、端部領域40EFの寸法Tefは、中央領域40CFよりも大きく、且つ車幅方向WDに沿って一定である。
このうような変更例1では、上述した実施形態と同様に、前部ダクト40の厚み方向の寸法が一定の場合と比較して、熱交換器10を通過する際の空気の風速分布が車幅方向WDで均一になりやすく、熱交換器の熱交換効率が向上する。
なお、中央領域40CFの寸法Tcfや端部領域40EFの寸法Tefは、車幅方向WDに沿って一定であるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図8(b)に示すように、中央領域40CFの寸法Tcfや端部領域40EFの寸法Tefは、車幅方向WDに対して段階的に変化するものであってもよい。
(変更例2)
次に、変更例2に係る冷却装置20について、図9を参照しながら説明する。図9は、変更例2に係る冷却装置20を示す背面図である。
上述した実施形態では、前部ダクト40の上面42及び下面43の両方は、中央領域40CFで他方側に向かって凹んでいる。
これに対して、変更例2では、図9(a)に示すように、前部ダクト40の上面42及び下面43の何れか一方は、中央領域40CFで他方側に向かって凹んでいる。具体的には、上段ダクト40A及び上側の中段ダクト40Cでは、下面43が凹んでおり、上面42が車幅方向WDに沿った直線状である。一方、下段ダクト40B及び下側の中段ダクト40Cでは、上面42が凹んでおり、下面43が車幅方向WDに沿った直線状である。
このような変更例2では、上述した実施形態や変更例1と同様に、前部ダクト40の厚み方向の寸法が一定の場合と比較して、熱交換器10を通過する際の空気の風速分布が車幅方向WDで均一になりやすく、熱交換器の熱交換効率が向上する。
なお、前部ダクト40は、上段ダクト40A、下段ダクト40B及び各中段ダクト40Cの4段であるものとして説明したが、これに限定されるものでない。例えば、図9(b)に示すように、各中段ダクト40Cの間に、上面42及び下面43が凹んでいない中段ダクト40E(すなわち、前部ダクト40の厚み方向の寸法が一定である中段ダクト)が設けられていてもよい。この場合、各中段ダクト40Cの中央領域40CFの間隔が大きくなることを防止でき、熱交換器10を通過する際の空気の風速分布が車幅方向WDでより均一になりやすくなる。
(その他の実施形態)
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
例えば、本発明の実施形態は、次のように変更することができる。具体的には、熱交換ユニット1は、ラジエータコアサポート(不図示)に取り付けられるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、車両前方FD(フロントエンドモジュール)に設けられていればよい。なお、熱交換器10のコンデンサ11及びラジエータ12の配置は、実施形態と逆であってもよいことは勿論である。
また、冷却装置20は、一対の送風機30を備えているものとして説明したが、これに限定されるものではなく、熱交換器10の車幅方向のいずれか一方の側部に取り付けられる一つの送風機30を備えるものであってもよい。この場合、冷却装置20は、熱交換器10の車幅方向のいずれか一方の側部に取り付けられる一つの側部ダクト50を備えていればよい。
また、前部ダクト40は、車幅方向WDに沿って設けられて車両上下方向UDに複数段に配設されるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、車両上下方向UDに沿って設けられて車幅方向WDに複数配設されるものであってもよい。
また、前部ダクト40と側部ダクト50とは、別体に設けられるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、一体に形成されていてもよい。また、前部ダクト40の形状については、実施形態で説明した形状に限定されるものではなく、熱交換器10に向けて吹き付けられる形状であればよいことは勿論である。
また、前部ダクト40は、車幅方向WDに沿って設けられて車両上下方向UDに複数段に配設されるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、車両上下方向UDに沿って設けられて車幅方向WDに複数配設されるものであってもよい。この場合、側部ダクト50は、前部ダクト40の上下に位置する側部に送風機30からの空気を中継できる構成や形状であればよい。
また、前部ダクト40は、上段ダクト40A、下段ダクト40B及び2つの中段ダクト40Cを備えるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも何れか一つのダクトによって構成されていればよく、例えば、上段ダクト40A及び下段ダクト40Bのみによって構成されていてもよい。
また、上段ダクト40Aは、熱交換器10に対して下部側に送風するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、熱交換器10に対して上部側にも送風してもよい。同様に、下段ダクト40Bについても、熱交換器10に対して上部側に加えて下部側にも送風してもよい。つまり、各前部ダクト40には、熱交換器10に対して上部側に送風するエジェクタノズル41、及び、熱交換器10に対して下部側に送風するエジェクタノズル41のうち、少なくとも一方が形成されていればよい。
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論、上述した実施形態や変更例を組み合わせてもよい。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められる。
1…熱交換ユニット
10…熱交換器
20…冷却装置
30…送風機
40…前部ダクト(ダクト部材)
40A…上段ダクト
40B…下段ダクト
40C,40E…中段ダクト
40CF…中央領域
40EF…端部領域
41…エジェクタノズル
42…上面(壁面)
43…下面(壁面)
50…側部ダクト

Claims (6)

  1. 車両前方に配設される熱交換器(10)に送風機(30)を用いて空気を送風する冷却装置(20)であって、
    前記熱交換器(10)の車両前方で複数段に配設され、前記送風機(30)から送られる空気を前記熱交換器(10)に向けて吹き付けるエジェクタノズル(41)が形成された複数のダクト部材(40)を備え、
    前記各ダクト部材(40)は、
    前記ダクト部材(40)の長手方向の中央寄りに設けられる中央領域(40CF)と、
    前記ダクト部材(40)の長手方向の端部寄りに設けられ、前記中央領域(40CF)よりも厚み方向の寸法が大きい端部領域(40EF)と
    を有することを特徴とする冷却装置(20)。
  2. 請求項1に記載の冷却装置(20)であって、
    前記中央領域(40CF)を通過する空気の通風抵抗は、前記端部領域(40EF)を通過する空気の通風抵抗よりも大きいことを特徴とする冷却装置(20)。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の冷却装置(20)であって、
    前記各中央領域(40CF)の間隔(Dcf)は、前記各端部領域(40EF)の間隔(Def)よりも広いことを特徴とする冷却装置(20)。
  4. 請求項1乃至請求項3の何れかに記載の冷却装置(20)であって、
    前記各ダクト部材(40)の厚み方向の寸法は、前記中央領域(40CF)から前記端部領域(40EF)に亘って徐々に大きくなることを特徴とする冷却装置(20)。
  5. 請求項1乃至請求項4の何れかに記載の冷却装置(20)であって、
    前記ダクト部材(40)は、上下一対の壁面(42,43)を有しており、
    一対の前記壁面(42,43)の少なくとも一方は、前記中央領域(40CF)で他方側に向かってへこんでいることを特徴とする冷却装置(20)。
  6. 請求項1乃至請求項5の何れかに記載の冷却装置(20)であって、
    前記ダクト部材(40)は、
    最上段に設けられて前記熱交換器(10)に対して下部側に送風する前記エジェクタノズル(41A)が形成された上段ダクト(40A)と、
    最下段に設けられて前記熱交換器(10)に対して上部側に送風する前記エジェクタノズル(41B)が形成された下段ダクト(40B)と、
    前記上段ダクト(40A)と前記下段ダクト(40B)との間に設けられて前記熱交換器(10)に対して上部側及び下部側に送風する前記エジェクタノズル(41C)が形成された中段ダクト(40C)と
    を備えることを特徴とする冷却装置(20)。
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