JP2016148300A - 送風装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行風の速さが変化しても簡素な構成でファンの効率が悪化することを極力防止することができる送風装置を提供する。
【解決手段】軸流ファン５と、軸流ファン５の空気吸入側で車両３の走行風の影響が大きい箇所に設けられたガイドベーン７とを有する送風装置１である。ガイドベーンが、上方および下方に設けられていることを特徴とする送風装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、送風装置に係り、特に、ガイドベーンを備え車両に設置されて使用されるものに関する。

従来の車両に設置されている送風装置は、筒状のケーシンングとファンとを備えている。そして、ファンを回転させることで、ケーシング前端の開口部から空気を引き込みケーシング後端の開口部から空気を排出するようになっている。送風装置は、たとえば、この前側に設けられているラジータ等の熱交換器を冷却するための冷却風を発生させるようになっている。

また、従来、ファンの近傍に自らの姿勢を変更可能は可変固定翼を設けてファンの効率を上げている送風装置が知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開昭６１−１６０５９６号公報 特開昭６１−２５２８９７号公報

ところで、従来の送風装置では車両の走行によって発生する走行風の影響をファンが受け、これにより、車速の変化に伴ってファンの効率が悪化する場合があるという問題がある。たとえば、車速による走行風の風速が速くなると、ファンの迎え角が不適正な値になり（たとえば、マイナスの値になり）、ファンの効率が悪化する。

また、特許文献１や特許文献２に記載の可変固定翼を設けたものでは、構造が煩雑になってしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、走行風の速さが変化しても簡素な構成でファンの効率が悪化することを極力防止することができる送風装置を提供することを目的とする。

本発明は、軸流ファンと、前記軸流ファンの空気吸入側で車両の走行風の影響が大きい箇所に設けられたガイドベーンとを有する送風装置である。

本発明によれば、走行風の速さが変化しても簡素な構成でファンの効率が悪化することを極力防止することができるという効果を奏する。

車両に設置されている本発明の実施形態に係る送風装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る送風装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る送風装置の羽根の回転速度と空気の流速との関係を模式的に示す図である。 車両がアイドル状態にあるときの、本発明の実施形態に係る送風装置の羽根の回転速度と空気の流速との関係を模式的に示す図である。 車両が最高速度で走行しているときの、本発明の実施形態に係る送風装置の羽根の回転速度と空気の流速との関係を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る送風装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＶＩＢ−ＶＩＢ断面を示す図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＶＩＣ−ＶＩＣ断面を示す図である。 変形例に係る送風装置の概略構成を示す図であって、図６（ｂ）に対応する図である。 従来の送風装置を示す斜視図である。 従来の送風装置の羽根の回転速度と空気の流速との関係を模式的に示す図である。

本発明の実施形態に係る送風装置（車両用の送風装置）１は、図１で示すように、たとえば、ラジエータ２やコンデンサ４等の熱交換器（図示せず）を冷却するために、車両３に設置されて使用されるものであり、図１や図２で示すように、軸流ファン５とガイドベーン（吸入空気案内部）７とを備えて構成されている。なお、図１に参照符号６で示すものは前輪である。

ガイドベーン７は、軸流ファン５の空気吸入側で車両３の走行風の影響が大きい箇所に設けられている。

軸流ファン５は、筒状のケーシング（ダクト）９と、羽根１１を備えケーシング９内でケーシング９に回転自在に設けられたファン（たとえばプロペラファン）１３と、羽根１１（ファン１３）を回転するための図示しないアクチュエータ（たとえばモータ）とを備えて構成されている。

送風装置１が車両３に設置された場合、ケーシング９の中心軸は、前後方向に延伸している。

ファン１３が回転することによって、また、車両３が走行することによって、ケーシング９の中心軸の延伸方向の一方の開口部（前端の開口部）からケーシング９内に空気が入り、このケーシング９内に入った空気が、ケーシング９内をケーシング９の中心軸の延伸方向に沿って流れ（前方から後方に流れ）、ケーシング９の中心軸の延伸方向の他方の開口部（後端の開口部）から排出されるようになっている。

なお、ラジエータ２やコンデンサ４等の熱交換器は、たとえば、ケーシング９の前端の開口部の前に配置されている。

ケーシング９は、図６等で示すように、円筒状の筒状部（後方筒状部）１５と、四角錐台の側面状の筒状部（前方筒状部）１７とを備えて構成されている。前方筒状部１７は、等脚台形状の４つの側壁で構成されており、四角錐台の矩形状（たとえば、正方形状）の底面の箇所が前端になって開口し、四角錐台の上面（底面よりも面積の小さい上面）の箇所が後端になって開口している。後方筒状部１５は、前方筒状部１７の後端に接続されている。

前後方向から見ると、図６（ａ）で示すように、矩形状の前方筒状部１７の外周の内側に、円形状の後方筒状部１５が入り込んでおり、矩形状の前方筒状部１７の中心と、円形状の後方筒状部１５の中心とはお互いが一致している。さらに、後方筒状部１５が接続されているので、前方筒状部１７の後端の開口部は、正方形ではなく、円形（直径が後方筒状部の直径と等しい円形）になっている。

軸流ファン５のファン１３（羽根１１）は、図２等で示すように、後方筒状部１５内に設けられており、ファン１３の外径は、後方筒状部１５の内径よりも僅かに小さくなっている。

上述した車両３の走行風の影響が大きい箇所とは、この箇所以外の箇所に比べて空気の流速が速くなる箇所である。ガイドベーン７は、図１や図２等で示すように、たとえば、車両３の上下方向で、車両３の走行風の影響が大きい箇所である上方および下方にのみ設けられている。

さらに説明すると、車両３の走行風とは、車両３が走行することによって発生し、前から後ろに向かって流れる空気流であって、ケーシング９（車両３）に対して相対速度を持った空気流である。車両３の走行風は、車両３が前方に走行してれば、当然のことであるが、ファン１３の回転の有無にかかわらず発生する。

送風装置１（軸流ファン５やケーシング９）の前側には、図１で示すように、送風装置１から離れてバンパー１９等が設けられている。バンパー１９は、上下方向では、送風装置１の中間に位置している。すなわち、バンパー１９の上端は送風装置１（ケーシング９）の上端よりも下方に位置しており、バンパー１９の下端は送風装置１（ケーシング９）の下端よりも上方に位置している。

また、バンパー１９の前から後方に向かってを見ると、軸流ファン５（ケーシング９）の一部（たとえば、上下方向の中間部）が、バンパー１９に隠れている。ここで、バンパー１９の前から後方を見たときにバンパー１９に隠れる部位から離れた部位が、車両３の走行風の影響が大きい箇所になり、ケーシング９内の空気流の流速が、バンパー１９の後方の部位（バンパー１９の前から後方を見たときにバンパー１９に隠れる部位とこの近傍の部位）よりも速くなる。

ガイドベーン７は、図１や図２で示すように、車両３のバンパー１９よりも上方および下方に設けられている。また、ガイドベーン７は、ファン１３前方でファン１３から僅かに離れており、ケーシング９の内面からケーシング９の中央側に突出して設けられている。

さらに、ガイドベーン７は、図４や図５で示すように、ガイドベーン７の前方では前から後に向かって流れている空気流（矢印Ａ４ａ、Ａ５ａ）を、所定の斜め方向（矢印Ａ４ｂ、Ａ５ｂ）に曲げるために設けられている。ガイドベーン７の前方で前から後に向かって流れている空気流（矢印Ａ４ａ、Ａ５ａ）は、車両３の走行や軸流ファン１の羽根１１の回転によって発生する。

所定の斜め方向（矢印Ａ４ｂ、Ａ５ｂ）とは、前から後に向かう方向に軸流ファン１の羽根１１の回転方向（矢印Ａ４ｃ、Ａ５ｃで示す方向）とは逆向きの方向を加えた斜めの方向である。

換言すれば、所定の斜め方向（矢印Ａ４ｂ、Ａ５ｂ）とは、前から後に向かう空気流の速度ベクトル（矢印Ａ４ａ、Ａ５ａ）に、軸流ファン１の羽根１１の回転方向（矢印Ａ４ｃ、Ａ５ｃの速度）とは逆向きの速度ベクトルを加えた速度ベクトル（合成ベクトル）の方向である。これにより、ガイドベーン７の後端（羽根１１の前端）では、空気流は、前から後に向かう速度成分と、羽根１１の回転方向とは逆向きの速度成分とを含んでいる。

ファン１３は、中央にハブ２１を備えて構成されており、中央のハブ２１から、複数枚の羽根１１が、放射状に突出している。なお、ファン１３は、たとえば、一定の角速度で回転するようになっている。

上述したように、ガイドベーン７は空気の流れ方向（軸流ファン１の羽根１１の直前の位置における空気の流れ方向）を変えるように構成されているが、これについてさらに説明する。

軸流ファン１では、ガイドベーン７が空気の流れ方向を変えることで、車両３の走行風の速度が変化しても、この変化かかわらず、軸流ファン４の羽根１１の迎え角度α（図３、図４、図５参照）が適正な範囲内の角度になるように構成されている。

ここで、迎え角度αの適正な角度とは、迎え角が負に大きすぎると翼の正圧側で剥離が発生し、迎え角が正に大きすぎると翼の負圧側で剥離が発生する。適正な範囲内の角度とは、その間の角度である。

すなわち、車両３が走行しておらずエンジンが稼働しているとき（アイドル状態のとき）には、羽根１１の迎え角度αが図４で示すように設定されている。また、車両３が高速走行（例えば１００ｋｍ／ｈ）で走行しているときには、羽根１１の迎え角度αが図５で示すように設定されている。

なお、上述した軸流ファン５の羽根１１の迎え角度αの適正な範囲がたとえば５°〜１５°であると仮定した場合、車両３がアイドル状態のときに、羽根１１の迎え角度αが１５°になり、車両３が高速走行しているときには、羽根１１の迎え角度αが５°になるように設定されていてもよいし、車両３がアイドル状態のときに、羽根１１の迎え角度αが１２°、車両３が高速走行しているときには、羽根１１の迎え角度αが８°になるように設定されていてもよい。要するに、羽根１１の迎え角度αが、５°〜１５°の範囲内に存在する所定の範囲内であればよい。

また、ガイドベーン７は、図１、図２、図６で示すように、ケーシング９の内面からケーシング９の中心に向かって突出している。また、ガイドベーン７は、前後方向に延びている。

ケーシング９はこの形状が変化することなく一定の形状を保っており、ガイドベーン７もこの形状が変化することなく一定の形状を保っており、さらに、ガイドベーン（固定ガイドベーン）７はケーシング９に対して一体的に設けられて固定されており、ケーシング９に対して位置や姿勢が変化することは無い。

また、ガイドベーン７は、図４、図５、図６で示すように、所定形状の平板材料を所定の曲げ線のところで所定の角度βだけ曲げた「く」字状に形成されている。より具体的には、ガイドベーン７は、たとえば、細長い矩形な平板状の材料を、この長手方向の中間部に位置し幅方向の全長にわたって延びた直線状の曲げ線のところで、劣角γが鈍角になるように折り曲げたことで、「く」字状になっている。なお、曲げ線のところで、急激に曲がるのではなく、緩やかな円弧によって曲がっていてもよい。

上記曲げ線を境にした一方の部位（前方部位）２３は、前側に位置し、厚さ方向が軸流ファン１３の回転方向（羽根１１に回転面の周方向と）一致しており、上記曲げ線を境にした他方の部位（後方部位）２５は、後側に位置し、この後端（後方部位２５の後端）が前記境界よりも軸流ファン５の羽根１１の回転方向とは逆向きの方向の側に位置するようにして、厚さ方向が前後方向に対して斜めに傾いている。

ガイドベーン７の一方の部位２３は、図６で示すように、前方筒状部１７に設けられており、ガイドベーン７の他方の部位２５が後方筒状部１５に設けられている。すなわち、上記曲げ線が、前方筒状部１７と後方筒状部１５との境界のところに位置している。なお、上記曲げ線が前方に僅かに移動したところに位置していてもよい。この場合、後方部位１５の前端部が、前方筒状部１７に設けられていることになる。また、上記曲げ線が後方に僅かに移動したところに位置していてもよい。

さらに、ガイドベーン７の全体が後方筒状部１５に設けられていてもよいし（図７（ａ）参照）、ガイドベーン７の全体）が前方筒状部１７に設けられていてもよい（図７（ｂ）参照）。

また、ガイドベーン７は、複数設けられている。たとえば、図６（ａ）等で示すように、上側に３つ、下側に下に３つ設けられている。下側の３つのガイドベーン７（７Ａ，７Ｂ，７Ｃ）のうちの中央のガイドベーン７Ｂは、ファン１３の回転中心軸の下（真下）に設けられており、ガイドベーン７Ｂの両側のガイドベーン７Ａ，７Ｃは、ガイドベーン７Ｂを間にして、ガイドベーン７Ｂから、軸流ファン５の羽根１１の回転方向（回転面の周方向）で離れている。

上側の３つのガイドベーン７（７Ｄ，７Ｅ，７Ｆ）のうちの中央のガイドベーン７Ｅは、ファン１３の回転中心軸の上（真上）に設けられており、ガイドベーン７Ｅの両側のガイドベーン７Ｄ，７Ｆは、ガイドベーン７Ｅを間にして、ガイドベーン７Ｅから、軸流ファン５の羽根１１の回転方向で離れている。

また、送風装置１では、ケーシング９と軸流ファン５とが複数ならんで設けられている。たとえば、図２等で示すように、ケーシング９と軸流ファン５とが一対で設けられており、一対のケーシング９や軸流ファン５は、お互いが横方向でつながってならんでいる。ガイドベーン７は、一対のケーシング９のそれぞれに設けられてきる。

次に、送付装置１の動作について説明する。

車両３に走行の有無にかかわらず、ファン１３は稼働しているものとする。

車両３が走行しておらずアイドル状態のとき、車両３の走行風は発生しておらず、図４で示すようになっている。図４では、ファン１３（羽根１１）の回転によって、ガイドベーン７の前では、前から後に向かう空気流（矢印Ａ４ａ参照）が発生している。この空気流は、ガイドベーン７を通過することで斜めに曲げられた空気流（矢印Ａ４ｂ参照）になる。

ガイドベーン７の後方で回転している羽根は、図４に矢印Ａ４ｃで示す方向に一定の速度で回転している。これにより、羽根１１に流入する空気流（空気流の相対速度）は図４に矢印Ａ４ｄで示すようになる。

車両３が走行して速度が上がるとともに、図４に矢印Ａ４ａで示す空気流の流速は速くなり、これに伴って図４に矢印Ａ４ｂで示す空気流の流速も速くなるが、車両３の走行の有無や速度にかかわらず、矢印Ａ４ａの方向、矢印Ａ４ｂの方向はほとんど変化しない。また、図４の矢印Ａ４ｃで示す羽根１１の回転速度は変化しない。

車両３が最大速度で走行しているときには、図５で示すようになっている。図５では、ファン１３（羽根１１）の回転と車両３の走行とによって、ガイドベーン７の前では、前から後に向かう空気流（矢印Ａ５ａ参照）が発生している。この空気流は、ガイドベーン７を通過するころで斜めに曲げられた空気流（矢印Ａ５ｂ参照）になる。

ガイドベーン７の後方で回転している羽根１１は、図５に矢印Ａ５ｃ（図４の矢印Ａ４ｃと同じ矢印）で示す方向に一定の速度で回転している。これにより、羽根１１に流入する空気流は図５に矢印Ａ５ｄで示すようになる。

送風装置１によれば、軸流ファン５の空気吸入側であって車両３の走行風の影響が大きい箇所にガイドベーン７を設けているので、走行風の速さが変化しても羽根１１の迎え角αの値を適正な値に維持することができ、簡素な構成でファン１３の効率が悪化することを極力防止することができる。

なお、図８で示すように、ガイドベーン７が設けられていないとすれば、車両３が高速走行して走行風の風速が上昇すると、図９で示すように羽根１１の迎え角度αが負の値になり、図９に矢印Ａ９で示すような、羽根１１に沿わない空気の流れが発生してしまい、ファン１３の効率が悪化してしまう。

また、送風装置１によれば、ガイドベーン７が、上下方向で車両３のバンパー１９から外れた箇所であって、走行風の影響を受ける上方および下方にのみに設けられているので、通気抵抗の増加を抑制しつつ、ファン１３の効率が悪化することを防止することができる。

また、送風装置１によれば、車両３の走行風の速度が変化しても軸流ファン５の羽根１１の迎え角度αが適正な範囲内の角度になるように、ガイドベーン７で軸流ファン５に入る空気の流れ方向を変えるように構成されているので、アイドル時から最高速度の走行速度範囲内において、ファン１３の効率が悪化することを確実に防止することができる。

また、送風装置１によれば、ガイドベーン７が、所定形状の平板材料を所定の曲げ線のところで所定の角度だけ曲げた「く」字状に形成されているので、ガイドベーン７の構成が簡素になっている。

なお、バンパー１９の後方にガイドベーン７を設けてもよい。この場合、「く」字状のガイドベーン７の曲げ角度βの値は、上方や下方の「く」字状のガイドベーン７の曲げ角度βの値よりも小さくなっているものとする。

さらに、ガイドベーン７の突出高さ（後方部位１５の径方向の寸法）を、さらに高くして、ファン１３の羽根１１の高さ（羽根１１の半径とハブ２１の半径との差）と等しくしてもよいし、ファン１３の回転面の半径と等しくしてもよい。ファ１３ンの回転面の半径と等しくすると、複数のガイドベーン７の先端をお互いに接合することができる。また、各ガイドベーン７のそれぞれにおいて、ガイドベーン７の高さ位置に応じて（たとえば高さの値が増加するにしたがって）曲げ角度βを変化させて（たとえば次第に小さくして）もよい。また、ファン１３を、ケーシング９の後方でケーシング９近傍の外部に設けてもよい。

１ 送風装置
５ 軸流ファン
３ 車両
７ ガイドベーン
１１ 羽根
１９ バンパー
２３ 一方の部位（前方部位）
２５ 他方の部位（後方部位）
α 迎え角度

Claims (5)

1. 軸流ファンと、
   前記軸流ファンの空気吸入側で車両の走行風の影響が大きい箇所に設けられたガイドベーンと、
   を有することを特徴とする送風装置。
2. 請求項１に記載の送風装置において、
   前記ガイドベーンが、上方および下方に設けられていることを特徴とする送風装置。
3. 請求項１に記載の送風装置において、
   前記ガイドベーンは、前記車両のバンパーよりも上方および下方に設けられていることを特徴とする送風装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の送風装置において、
   前記車両の走行風の速度が変化しても前記軸流ファンの羽根の迎え角度が適正な範囲内の角度になるように、前記ガイドベーンが空気の流れ方向を変えるように構成されていることを特徴とする送風装置。
5. 請求項４に記載の送風装置において、
   前記ガイドベーンは、所定形状の平板材料を所定の曲げ線のところで所定の角度だけ曲げた「く」字状に形成されており、
   前記曲げ線を境にした一方の部位は、前側に位置し、厚さ方向が前記軸流ファンの羽根の回転面の周方向と一致しており、前記曲げ線を境にした他方の部位は、後側に位置し、後端が前記境界よりも前記軸流ファンの羽根の回転方向とは逆向きの方向の側に位置するようにして、厚さ方向が前後方向に対して斜めに傾いていることを特徴とする送風装置。
   

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