JP2015151925A - 送風装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のブレードの外周端部同士を周状に接続するリング部を有する軸流ファンを備える送風装置において、騒音を低減する。
【解決手段】送風ファン４０の回転軸の軸方向からみたときに、送風ファン４０における回転軸の径方向の外側端部からシュラウド３０の外周縁部３００までの回転軸の径方向の距離を外周距離としたとき、外周距離が回転軸の周方向で変化している送風装置において、シュラウド３０のうち、外周距離が他の部位より短い部位には、回転軸の軸方向の長さよりも回転軸の周方向の長さが長いスリット状の貫通孔３５、３６が設けられており、貫通孔３５、３６は、シュラウド３０のうちブレード４２の空気流れ方向の上流側縁部４２０よりも空気流れ上流側部位、および、シュラウド３０のうちブレード４２の上流側縁部４２０よりも空気流れ下流側部位の少なくとも一方に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ラジエータ等の熱交換器に空気を送風する送風装置に関するものである。

従来、ラジエータに空気を供給する軸流ファンと、軸流ファンを保持するとともにラジエータから軸流ファンに至る空気通路を形成するシュラウドとを備える送風装置が知られている。

通常、このような送風装置では、矩形状のラジエータに合わせてシュラウドも平面視矩形状に形成されている。このため、軸流ファンの径方向外側端部とシュラウドの周縁との間の長さ（以下、導風部分長さという）が長い部分と短い部分とが生じる。導風部分長さが長い部分では、軸流ファンに流入する空気流量が多くなるため迎え角が小さくなり、導風部分長さが短い部分では、軸流ファンに流入する空気流量が少なくなるため迎え角が大きくなる。

これにより、軸流ファンのブレードの翼面に生じる負圧が、導風部分長さが長い部分と短い部分とで異なり、交互に変動することになる。この圧力の変動が空気を揺らし、音波となって伝搬する。そして、上述したような平面視矩形状のシュラウドでは、その音波に周期性を持つため、軸流ファンの回転に同期した次数成分音が増大し、騒音が増大するという問題があった。

これに対し、特許文献１に記載の送風装置では、軸流ファンより空気流れ上流側のシュラウドの空気通路に開口部を設けることで、圧力のアンバランスを解消して回転騒音を低減している。なお、この特許文献１に記載の送風装置では、軸流ファンとして、回転中心に設けられるボス部から放射状に延びる複数のブレードプロペラファンを用いている。

特開２０１１−５２５５６号公報

ところで、近年、成形性および強度向上の観点から、送風装置の軸流ファンとして、複数のブレードの外周端部同士を周状に接続するリング部を備えるリングファンが用いられている。

このようなリングファンを備える送風装置に、上記特許文献１に記載の技術を適用すると、シュラウドに設けられた開口部から流入した空気流が軸流ファンのリング部と干渉することで空気流れが複雑化して、騒音が増大するおそれがある。

本発明は上記点に鑑みて、複数のブレードの外周端部同士を周状に接続するリング部を有する軸流ファンを備える送風装置において、騒音を低減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、回転駆動されて空気流を発生する軸流式の送風ファン（４０）と、送風ファン（４０）に吸込される空気の吸込口部（３２）と、送風ファン（４０）から空気を吹き出す吹出口部（３１）とが形成されたシュラウド（３０）とを備え、送風ファン（４０）は、回転中心に設けられるボス部（４１）から放射状に延びるとともに、回転方向に相互に離間して配設された複数のブレード（４２）と、複数のブレード（４２）の外周端部同士を周状に接続するリング部（４３）とを有しており、送風ファン（４０）の回転軸の軸方向からみたときに、送風ファン（４０）における回転軸の径方向の外側端部からシュラウド（３０）の外周縁部（３００）までの回転軸の径方向の距離を外周距離としたとき、外周距離が、回転軸の周方向で変化している送風装置において、シュラウド（３０）のうち、外周距離が他の部位より短い部位には、回転軸の軸方向の長さよりも回転軸の周方向の長さが長いスリット状の貫通孔（３５、３６）が設けられており、貫通孔（３５、３６）は、シュラウド（３０）のうちブレード（４２）の空気流れ方向の上流側縁部（４２０）よりも空気流れ上流側部位、および、シュラウド（３０）のうちブレード（４２）の上流側縁部（４２０）よりも空気流れ下流側部位の少なくとも一方に配置されていることを特徴とする。

これによれば、シュラウド（３０）のうち外周距離が他の部位より短い部位に貫通孔（３５、３６）を設けることで、貫通孔（３５、３６）からシュラウド（３０）内の空気通路に空気を流入させることができる。このため、送風ファン（４０）の吸込空気流れを周方向で均一化し、吸込空気の偏流による騒音の増大を抑制できる。

このとき、貫通孔（３５、３６）を回転軸の軸方向の長さよりも回転軸の周方向の長さが長いスリット状とすることで、貫通孔（３５、３６）からシュラウド（３０）内の空気通路に流入する空気の流速を増大させることができる。このため、シュラウド（３０）のうち外周距離が他の部位より短い部位から送風ファン４０へ流入する空気の流速を増大できるので、吸込空気の偏流による騒音の増大をより確実に抑制できる。

また、貫通孔（３５、３６）を、シュラウド（３０）のうちブレード（４２）の空気流れ方向の上流側縁部（４２０）よりも空気流れ上流側部位、および、シュラウド（３０）のうちブレード（４２）の上流側縁部（４２０）よりも空気流れ下流側部位の少なくとも一方に配置することで、貫通孔（３５、３６）からの流入空気がリング部（４３）に衝突し、流れが乱れることを抑制できる。したがって、リング部（４３）を有する送風ファン（４０）においても、騒音抑制効果を得ることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る送風装置を示す平面図である。 第１実施形態に係る送風装置を円筒部側からみた正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 従来の送風装置の流れ解析結果を示す模式的な断面図である。 上流側貫通孔を設けた送風装置の流れ解析結果を示す模式的な断面図である。 周波数と音圧との関係を示す特性図である。 第２実施形態に係る送風装置の要部を示す断面図である。 他の実施形態（１）に係る送風装置の要部を示す断面図である。 他の実施形態（２）に係る送風装置の要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態で示される送風装置は、自動車の冷媒放熱器及びラジエータの冷却に用いられる送風装置として構成されたものである。

図１、図２および図３に示すように、送風装置は、冷媒放熱器１０と、ラジエータ２０と、シュラウド３０と、送風ファン４０と、モータ５０と、を備えて構成されている。

冷媒放熱器１０は、図示しない冷凍サイクル内を循環する冷媒と外気とを熱交換して冷媒を冷却する熱交換器である。ラジエータ２０は、エンジン冷却水と外気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。冷媒放熱器１０およびラジエータ２０の外形は、平面視、すなわち空気流れ方向から見て矩形状（本実施形態では略長方形状）となっている。

冷媒放熱器１０は、ラジエータ２０の車両前方側すなわち空気流れ上流側に配置されている。冷媒放熱器１０及びラジエータ２０は連結されて一体化されている。

シュラウド３０は、樹脂製（例えば、ガラス繊維入りポリプロピレン）であって、モータ５０を保持するとともに、送風ファン４０により誘起される空気流が冷媒放熱器１０およびラジエータ２０に流れるように空気流をガイドする部品である。シュラウド３０は、ラジエータ２０の車両後方側すなわち空気流れ下流側に配置されている。

シュラウド３０は、環状（円筒状）に形成されるとともに、送風ファン４０の外周を覆うように構成された円筒部３１と、ラジエータ２０の空気流れ下流側の空間を円筒部３１まで滑らかな流路によって接続する平面部３２とを有している。本実施形態において、平面部３２が、送風ファン４０に吸込される空気の吸込口部を構成しており、円筒部３１が、送風ファン４０から空気を吹き出す吹出口部を構成している。

平面部３２は、ラジエータ２０の背面すなわちラジエータ２０の車両後方側の面を覆っている。平面部３２は円筒部３１と連通する筒状になっていると共に、外部とも連通している。

また、円筒部３１の平面形状は円形になっている。一方、シュラウド３０の平面形状は矩形である。すなわち、シュラウド３０の外周縁部３００の平面形状が矩形状になっている。また、平面部３２の開口面積は、円筒部３１の開口面積より大きい。

送風ファン４０は、空気を送風する軸流式の送風ファンであり、回転軸を中心に回転するように構成されている。送風ファン４０は、回転中心に設けられるボス部４１から放射状に延びるとともに、回転方向に相互に離間して配設された複数のブレード４２と、複数のブレード４２の外周端部同士を周状に接続するリング部４３とを有している。

送風ファン４０はシュラウド３０の円筒部３１の中空部分に配置されている。リング部４３と円筒部３１の内周面との間には、クリアランス６１が形成されている。これにより、送風ファン４０は、円筒部３１内において円筒部３１と接触することなく回転可能となっている。

モータ５０は、送風ファン４０に回転動力を与える電動機であり、モータシャフト（図示せず）を有している。モータ５０は、シュラウド３０の円筒部３１に設けられた複数のモータステー３３によって支持されている。そして、モータ５０はモータシャフトを回転させることにより送風ファン４０を回転させ、送風ファン４０の軸線方向すなわち回転軸の軸方向に空気流を発生させる。以上が、送風装置の全体構成である。

次に、シュラウド３０の円筒部３１および送風ファン４０の詳細な形状について説明する。

図３に示すように、リング部４３の空気流れ上流側の端部には、送風ファン４０の回転軸の径方向外側に向かって延びるツバ部４４が接続されている。ツバ部４４は、リング部４３と一体に形成されている。本実施形態では、ツバ部４４は、送風ファン４０の回転軸の径方向（図３の紙面上下方向）から見たときに、ブレード４２の空気流れ上流側縁部４２０と重合配置されている。

シュラウド３０の円筒部３１における空気流れ下流側の端部には、送風ファン４０の回転軸の周方向（図３の紙面垂直方向）から見たときに、空気流れ下流側に向けて凸となる断面円弧状の円弧状部３４が接続されている。円弧状部３４の空気流れ上流側の端部は、送風ファン４０の回転軸の軸方向（図３の紙面左右方向）から見たときに、リング部４３と重合配置されている。また、円弧状部３４の空気流れ上流側の端部とリング部４３との間には、隙間６２が形成されている。

ここで、送風ファン４０の回転軸の軸方向から見たときに、送風ファン４０（ブレード４２）における回転軸の径方向の外側端部からシュラウド３０の外周縁部３００までの当該回転軸の径方向の距離を外周距離と定義する。

シュラウド３０の平面形状すなわち送風ファン４０の回転軸に垂直な面の形状は、円筒部３１が円形であり、外周縁部３００が矩形である。したがって、外周距離は、送風ファン４０の回転軸の周方向で一定ではなく変化している。換言すると、外周距離は送風ファン４０の回転角度に応じてそれぞれ異なっている。本実施形態では、シュラウド３０の外周縁部３００が略長方形状であるため、シュラウド３０の上端部および下端部において外周距離が最も短くなっている。

図１および図３に示すように、シュラウド３０のうち、外周距離が他の部位より短い部位（本実施形態ではシュラウド３０の上端部および下端部）には、スリット状の貫通孔３５、３６が設けられている。この貫通孔３５、３６は、送風ファン４０の回転軸の軸方向の長さよりも当該回転軸の周方向の長さが長い矩形状に形成されている。

本実施形態では、貫通孔３５、３６は、シュラウド３０の円筒部３１に設けられている。また、貫通孔３５、３６は、シュラウド３０のうちブレード４２の空気流れ方向の上流側縁部４２０よりも空気流れ上流側部位、および、シュラウド３０のうちブレード４２の上流側縁部４２０よりも空気流れ下流側部位の双方に配置されている。

以下、シュラウド３０のうち、ブレード４２の空気流れ方向の上流側縁部４２０よりも空気流れ上流側部位に設けられた貫通孔を、上流側貫通孔３５という。また、シュラウド３０のうち、ブレード４２の空気流れ方向の上流側縁部４２０よりも空気流れ上流側部位に設けられた貫通孔を、下流側貫通孔３６という。

本実施形態では、上流側貫通孔３５は、シュラウド３０の円筒部３１のうち、リング部４３のツバ部４４よりも空気流れ上流側部位に設けられている。下流側貫通孔３６は、シュラウド３０の円筒部３１のうち、リング部４３のツバ部４４よりも空気流れ下流側部位に設けられている。

以上説明したように、本実施形態では、シュラウド３０のうち外周距離が他の部位より短い部位である上端部および下端部に貫通孔３５、３６を設けている。これによれば、貫通孔３５、３６からシュラウド３０内の空気通路に空気を流入させることができるので、送風ファン４０の吸込空気流れを周方向で均一化し、吸込空気の偏流による騒音の増大を抑制できる。

このとき、貫通孔３５、３６を、回転軸の軸方向の長さよりも回転軸の周方向の長さが長いスリット状とすることで、貫通孔３５、３６からシュラウド３０内の空気通路に流入する空気の流速を増大させることができる。このため、シュラウド３０のうち外周距離が他の部位より短い部位である上端部および下端部から送風ファン４０へ流入する空気の流速を増大できる。これにより、吸込空気の偏流による騒音の増大をより確実に抑制できる。

また、本実施形態では、貫通孔３５、３６を、シュラウド３０のうちリング部４３のツバ部４４よりも空気流れ上流側部位、および、シュラウド３０のうち当該ツバ部４４よりも空気流れ下流側部位の双方に配置している。これによれば、貫通孔３５、３６からの流入空気がリング部４３のツバ部４４に衝突し、流れが乱れることを抑制できる。したがって、リング部４３を有する送風ファン４０においても、騒音抑制効果を得ることができる。

ここで、本発明者は、従来の送風装置、すなわちシュラウド３０に上流側貫通孔３５および下流側貫通孔３６を設けていない送風装置、および、上流側貫通孔３５を設けた送風装置において、空気の流れ解析を行った。その結果を図４および図５に示す。

従来の送風装置では、図４の実線矢印に示すように、送風ファン４０の吹出空気の一部が、シュラウド３０の空気流れ下流側端部と送風ファン４０との隙間６２からクリアランス６１に流入し、送風ファン４０の吸入部（空気流れ上流側）に吹き出される逆流が生じる。そして、この逆流空気が、送風ファン４０のリング部４３の空気流れ上流側で大きな渦状に流れて主流（通常の吸込流れ）と干渉するため、騒音が増大する。

一方、上流側貫通孔３５を設けた送風装置では、逆流が生じてリング部４３の空気流れ上流側に空気の渦が生じたとしても、図５の実線矢印に示すように、上流側貫通孔３５から流入した空気流れにより、当該空気の渦を壊すことができる。このため、逆流空気が主流と干渉することを抑制でき、騒音を低減できる。

ところで、本実施形態に係る送風装置および上記従来の送風装置について、周波数と騒音レベルとの関係を図６に示す。図６において、実線は本実施形態に係る送風装置の騒音を示しており、破線は従来の送風装置の騒音を示している。なお、図６の縦軸は、紙面上側に向かう程、騒音レベルが高いことを示している。

図６から明らかなように、本実施形態に係る送風装置では、従来の送風装置と比較して、騒音を低減することができる。具体的には、本実施形態に係る送風装置では、従来の送風装置と比較して、回転騒音を約３ｄＢ低減させるとともに、騒音レベルのオーバーオール値を約１．３ｄＢ低減させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図７に基づいて説明する。本第２実施形態では、第１実施形態と比較して、リング部４３のツバ部４４を、ブレード４２の空気流れ上流側縁部４２０よりも空気流れ上流側に配置した点が異なるものである。

図７に示すように、上流側貫通孔３５および下流側貫通孔３６は、それぞれ、ブレード４２の空気流れ上流側縁部４２０よりも空気流れ上流側に配置されている。具体的には、上流側貫通孔３５は、シュラウド３０の円筒部３１のうち、リング部４３のツバ部４４よりも空気流れ上流側部位に設けられている。下流側貫通孔３６は、シュラウド３０の円筒部３１のうち、リング部４３のツバ部４４よりも空気流れ下流側部位に設けられている。

本実施形態によれば、貫通孔３５、３６からシュラウド３０内の空気通路に流入した空気がリング部４３のツバ部４４に衝突し、流れが乱れることを抑制できる。このため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

（１）上記各実施形態では、シュラウド３０に上流側貫通孔３５および下流側貫通孔３６の双方を設けた例について説明したが、これに限らず、図８に示すように、下流側貫通孔３６を廃止して上流側貫通孔３５のみを設けてもよい。

（２）また、図９に示すように、上流側貫通孔３５を廃止して下流側貫通孔３６のみを設けてもよい。この場合、下流側貫通孔３６から流入した空気により、クリアランス６１内の逆流空気の流れを抑制することができるので、逆流が主流（通常の吸込流れ）と干渉して騒音が増大することを抑制できる。

（３）上記各実施形態では、貫通孔３５、３６をシュラウド３０の上端部および下端部に設けた例について説明したが、貫通孔３５、３６の配置部位はこれに限定されない。すなわち、貫通孔３５、３６を、シュラウド３０のうち、外周距離が最大となる部位以外の任意の部位に配置してもよい。

（４）上記各実施形態では、冷媒放熱器１０、ラジエータ２０およびシュラウド３０の平面部３２を平面視略長方形状に形成した例について説明したが、これに限らず、例えば、冷媒放熱器１０、ラジエータ２０およびシュラウド３０の平面部３２を平面視略正方形状に形成してもよい。

３０ シュラウド
３５ 上流側貫通孔（貫通孔）
３６ 下流側貫通孔（貫通孔）
４０ 送風ファン
４２ ブレード
４３ リング部

Claims (4)

1. 回転駆動されて空気流を発生する軸流式の送風ファン（４０）と、
   前記送風ファン（４０）に吸込される空気の吸込口部（３２）と、前記送風ファン（４０）から空気を吹き出す吹出口部（３１）とが形成されたシュラウド（３０）とを備え
   前記送風ファン（４０）は、
   回転中心に設けられるボス部（４１）から放射状に延びるとともに、回転方向に相互に離間して配設された複数のブレード（４２）と、
   前記複数のブレード（４２）の外周端部同士を周状に接続するリング部（４３）とを有しており、
   前記送風ファン（４０）の回転軸の軸方向からみたときに、前記送風ファン（４０）における前記回転軸の径方向の外側端部から前記シュラウド（３０）の外周縁部（３００）までの前記回転軸の径方向の距離を外周距離としたとき、
   前記外周距離が、前記回転軸の周方向で変化している送風装置であって、
   前記シュラウド（３０）のうち、前記外周距離が他の部位より短い部位には、前記回転軸の軸方向の長さよりも前記回転軸の周方向の長さが長いスリット状の貫通孔（３５、３６）が設けられており、
   前記貫通孔（３５、３６）は、前記シュラウド（３０）のうち前記ブレード（４２）の空気流れ方向の上流側縁部（４２０）よりも空気流れ上流側部位、および、前記シュラウド（３０）のうち前記ブレード（４２）の前記上流側縁部（４２０）よりも空気流れ下流側部位の少なくとも一方に配置されていることを特徴とする送風装置。
2. 前記貫通孔（３５）は、前記シュラウド（３０）のうち前記ブレード（４２）の前記上流側縁部（４２０）よりも空気流れ上流側部位に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の送風装置。
3. 前記貫通孔（３５、３６）は、前記シュラウド（３０）のうち前記ブレード（４２）の前記上流側縁部（４２０）よりも空気流れ上流側部位、および、前記シュラウド（３０）のうち前記ブレード（４２）の前記上流側縁部（４２０）よりも空気流れ下流側部位の双方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の送風装置。
4. 前記送風ファン（４０）は、前記リング部（４２）の空気流れ方向の上流側端部に接続されるとともに前記送風ファンの径方向外側に向かって延びるツバ部（４３）を有しており、
   前記貫通孔（３５、３６）は、前記シュラウド（３０）のうち前記ツバ部（４３）よりも空気流れ上流側部位、および、前記シュラウド（３０）のうち前記ツバ部（４３）よりも空気流れ下流側部位の少なくとも一方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の送風装置。

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