JP3106179B2 - 冷却空気導入排出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車のエンジ
ンの前方に配されたラジエータやコンデンサに冷却空気
を導入するファンの導風効果を高めるために用いられる
シュラウドを持つものにあって、ファンの排風の改善を
図ったものに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車にあっては居住空間を最大
級に広げるためにエンジンルームが小さくなると共に、
加えてエアコン用のコンデンサ、コンプレッサ、パワー
ステアリング用コンプレッサ、ＡＢＳなどの種々の補機
類が搭載されてきている。このため、ファンとその背後
にあるエンジンや補機との間のスペースは小さくなる傾
向にある。コンデンサ、ラジエータは、本来的な機能と
して当該機器を冷却させるために、ファンを有してい
る。このファンを回転させることで、空気の流れを作り
出して放熱させるものであるが、一般に車両の先端から
吸引し、コンデンサ、ラジエータを通り、ファンの背後
からエンジンルーム内に排風している。

【０００３】このファンの効率の向上のために、被冷却
機器から該ファンまでの間にシュラウドが設けられてお
り、排風は整流されて直ぐに吹出し、エンジン等の機器
に向かって排出している。このシュラウドの下流端がフ
ァンのどの程度までかぶっているかをシュラウド１０の
ファン６に対する「かぶり率」といい、図１１に示すよ
うに、Ｋ＝Ｙ／Ｘ×１００で表される。図１２ａ，ｂ
は、かぶり率の高いファンと低いファンの排出風を比較
したもので、かぶり率が高いファン６では、ファン外周
部の空気の乱れが少なく、シュラウド１０に覆われてい
るため、正圧面から負圧面への空気のまわり込みも少な
い。またファン６からの排風はシュラウド１０により半
径方向への拡がりを妨げられるため真っすぐに後方へ向
かう傾向がある。かぶり率が６０％から７０％以下（従
来例図１２ｂに示す。）であれば、図１０の二点鎖線で
示すようにファンとエンジン等の機器間の距離に影響は
受けない。これはファンの排風がファン半径方向へ拡散
するためである（図１２ｂ参照）。

【０００４】しかし、かぶり率が高い（８０％以上）の
場合には、図１２ａの示すようにファン外周部での空気
の乱れが少なくなり、騒音の低下、ファンの効率の改善
等の利点を持っているが、図１０に示すように、ファン
とエンジン等の機器の間の距離による影響が大きくな
る。これは、ファンの排風がかぶり率が低い場合に比べ
半径方向が拡がりにくく、後方へ直線的に排出される傾
向が強いためである（図１２ａ参照）。排風がエンジン
等の機器（全面的な障害物）に衝突すると、エネルギー
ロスが生じ、排風効率が低下する。特に種々のファンに
つき調査した結果によると、隙間の距離が２００mm程度
以下では図１０に示す実線のように風量がダウンする欠
点が顕著に現れていた。

【０００５】また、羽根６ｂの外周が円筒状のリング６
ｃにより連結された、いわゆるリングファン６´にあっ
ては二種類のかぶり率があり、第１にリング６ｃが羽根
６ｂのどの程度までかぶっているかをリング６ｃの羽根
６ｂに対するかぶり率という。図１４はその例を示し、
リング６ｃの羽根６ｂに対するかぶり率Ｋ２＝Ｙ／Ｘ×
１００で表される。

【０００６】さらに第２にシュラウド１０によるリング
ファン６´に対するかぶり率があり、図１３はその例を
示し、このかぶり率Ｋ１＝Ｙ／Ｘ×１００で表される。
この二つのかぶり率にあっても、前述したシュラウドに
対するかぶり率と同様な傾向を示し、０００４で示した
ような欠点を持っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この対策として、本出
願人はシュラウドを備えたファンに対するかぶり率の高
い冷却空気導入排出装置にあって、ファンの後方に障害
物がある場合に風向変更板を設けて、排風を外方へ拡が
る方向に排出させるようにしたものを提案した。これに
より、排風の効率が向上したが、風向変更板により変更
された方向に新たなる部分的な障害物があったり、また
ファンが複数個設けられ、これに対応して複数風向変更
板が設けられる場合に隣り合う風向変更板からの排風が
衝突する結果となってエネルギーロスが生じて排風効率
の低下をきたしていた。

【０００８】図９、図１０図に基づいて詳述すると、コ
ンデンサ４及びラジエータ５は並設され、その後流に複
数のシュラウド１０，１０を持つファン６，６が配さ
れ、ファンの回転により冷却風が車両の前方から導入さ
れ、両熱交換器４，５を冷却しその排風は前記ファン
６，６の後流側に設けられた風向変更板１３にて外方へ
拡がる方向に案内されるようになり、後方のエンジン７
に衝突することはなくなったがエンジンルーム１内の左
側に設けられたバッテリー１２に外方へ拡げられた排風
がまともに当たるようになり、該排風の一部分にエネル
ギーロスが生じて排風効率の低下をきたす新たなる問題
が発生していた。

【０００９】また、図示のように、２つのファン６，６
を有するものでは、２つの風向変更板１３，１３が設け
られているので、両者の隣接する部分では排風が衝突し
てエネルギーロスが生じて、排風効率の低下をきたして
いた。

【００１０】そこでこの発明は、ファンの後方に設けた
風向変更板にて排風を外方へ拡げて排出される先に部分
的な障害物がある場合にも、それによる排風効率の低下
を防ぐことを目的とするものである。また複数個のファ
ンが設けられ、これに対応して複数個の風向変更板が存
在する場合に隣接する部位の排風の衝突を防ぐことを目
的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る冷却空気
導入排出装置は、自動車のエンジンの前方部に配置され
た熱交換器の背後にあって、該熱交換器に冷却空気を導
入するファンを設けると共に、前記熱交換器からファン
まで空気通路を形成するシュラウドを持ちファンの後方
に障害物を有する冷却空気導入排出装置において、前記
ファンの後方に風向変更板を設け、該風向変更板は放射
方向の多数の固定羽根を持ち、この固定羽根は所定の取
付角と、ファン回転方向にずれ角を有するが、空気の排
出方向に部分的な障害物を有する場合には、該部分的な
障害物に送風を至らせないように固定羽根のずれ角を無
くしたことにある（請求項１）。

【００１２】これにより、排風方向に部分的な障害物が
ある場合には、固定羽根のずれ角を無くすことからもろ
に当たることを回避して排風効率の向上させるものであ
る。

【００１３】なお、風向変更板の固定羽根のずれ角が部
分的な障害物の近くにては有していないが、それから遠
ざかる方向では徐々にずれ角を有するようにしても良い
（請求項２）。

【００１４】また、この発明に係る冷却空気導入排出装
置は、自動車のエンジンの前方部に配置された熱交換器
の背後にあって、該熱交換器に冷却空気を導入するファ
ンを複数設けると共に、前記熱交換器からファンまで空
気通路を形成するシュラウドを持ちファンの後方に障害
物を有する冷却空気導入排出装置において、前記複数の
ファンの後方にそれに対応して複数の風向変更板を設
け、該風向変更板は放射方向に多数の固定羽根を持ち、
この固定羽根は所定の取付角とファン回転方向にずれ角
を有するが、互いに隣接側付近の固定羽根のずれ角を無
くしたことにある（請求項３）。

【００１５】これにより、複数の冷却空気導入用のファ
ンを有し、且つそれぞれに風向変更板の隣設する付近の
固定羽根のずれ角がないことから、隣設する部分での排
風の衝突は少なくなり、排風効率を向上させることがで
きる。

【００１６】なお、風向変更板の固定羽根のずれ角が隣
接側付近の最も近い所では持たされていないが、それか
ら遠ざかる方向では徐々にずれ角を持たされているよう
にしても良い（請求項４）。

【００１７】ファンは、外周にリングを設けたリングフ
ァンをも含み、リングファンを用いる場合には、リング
もしくはシュラウドの一方又は双方によりファンに対す
るかぶり率が定められるものである（請求項５）。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面をもとに説明する。

【００１９】図１及び２において、自動車のエンジンル
ーム１の断面図及び風向変更板１３側から見た図が示さ
れている。自動車のエンジンルーム１は、前面が開口す
る空気取入口２となっており、更にその後方にエンジン
の冷却水を冷やすラジエータ５が設けられている。そし
てその後方に二つのファン６，６が設けられていると共
に、ファン６，６の効率の向上のために前記ラジエータ
５からファン６までの間にシュラウド１０，１０が設け
られており、該シュラウド１０，１０にて空気通路１
１，１１が形成されている。

【００２０】ファン６は軸流ファンであり、例えばモー
タなどにより回転駆動させることにより回転軸に平行な
方向の空気流を発生させるものである。このため、ファ
ン６が回転されることで冷却空気が空気取入口２より導
入され、熱交換器４，５を冷却し、空気通路１１を通っ
てエンジンルーム１内のエンジン７等の機器（全面的な
障害物）に向けて矢印のように排出させる。前記ファン
６，６の後方には、下記する風向変更板１３が設けら
れ、これにより排出風は排出方向が外方へ拡がるように
変更され、スムーズに排出される。なお、ファン６は、
外周にリングが設けられたリングファンを用いても良
い。また図１にあって、１２はバッテリーである。

【００２１】図３において、ファン６はファンモータ６
ａに外嵌される取付板１８にてシュラウド１０の後端に
配されている。そして風向変更板１３，１３は、中心に
ボス２０を持ち、このボス２０から９枚の固定羽根２１
が放射方向に形成され、先端に補強リング２２が取付ら
れている。この風向変更板１３，１３の固定羽根２１に
は「ずれ角」が持たされている。このずれ角とは、図４
を参照して説明すると、回転中心ＰＯを原点としＰＯか
ら固定羽根２１の根本部分の点Ｐ１を通る直線の角度の
基準線（位置角０度）とし、ファン回転方向を正方向と
する回転座標系を定義とすると固定羽根２１の先端部分
の点Ｐ２を通る直線と前記基準線との角度をずれ角βと
表現する。

【００２２】この例では、風向変更板１３の固定羽根２
１は、全長にわたり近接する内径側の部分よりもファン
回転方向側にずれている。ファンによる排風の動きを図
５中に実線で示す。なお、図６は、回転方向から見た図
であるから、軸方向成分は表現されていない。ファンを
通過した直後の排風は、かぶり率が高いため、半径方向
の成分が少なく、主として軸方向及び回転方向の成分か
らなる。

【００２３】その後、固定羽根２１に衝突した排風は、
固定羽根２１に沿って流れることになる。ここで固定羽
根２１は、近接する内径側の部分よりファン回転方向側
にずれているため、固定羽根に衝突した排風は固定羽根
２１に沿って半径方向に拡がる方向へ向かう。つまり半
径方向の速度成分が追加されることになる。図５中に実
線にてファン直後から固定羽根２１に沿って流れる空気
の動きを示し、二点鎖線にて固定羽根により変更された
後の排風の全体的な流れを示す。

【００２４】固定羽根２１は、その全長のできるだけ多
くの部分において近接する内径側の部分より回転方向側
にずれていることにより、より大きな効果が得られる
が、発明者らの実験の結果、全長のおよそ４０％以上で
あれば確実に効果があり、７０％以上にわたると著しい
効果がある。またずれ角βを種々変えて他の条件と同一
としてファン風量を測定した結果、ずれ角が１０度から
６０度の範囲で風量が最大となる。

【００２５】また固定羽根２１は、取付角を有してい
る。即ち、取付角は、ファン回転軸を中心軸とするファ
ン進行方向に対して固定羽根２１がなす角度γ（図５に
示す）を有している。固定羽根２１の端の点Ｐｔを原点
としてファン進行方向に平行な基準（０度）とし、ファ
ンの排風の下流側へ向かって正方向とする。この取付角
γは３０度から７０度の範囲が好ましく、ファン排風は
固定羽根に衝突し固定羽根に沿ってスムーズに流れるの
で、排風の半径方向への拡がり確かなものとすることに
なる。発明者らの実験の結果、取付角３０〜７０度の範
囲で風量は最大となる。

【００２６】ファンの排風とエンジン等の機器などの全
面的な障害物との影響は、図１０に示されるごとくであ
る。この図１０は発明者らがファンの障害物としてファ
ン後方にファン排風の障害となる抵抗体を配し、ファン
からその抵抗体までの距離を変えてファン風量を調査し
た結果をグラフ化したものである。二点鎖線にて示す従
来のかぶり率の低いファンでは、抵抗体との隙間の距離
の影響は少ないが、ファン外周部との空気の乱れによる
エネルギーロスが大きいため全体に風量は少ない。

【００２７】これに対し従来にかぶり率の高いファンで
は、図１０に実線で示すように、隙間の距離が大きい場
合には風量が多いが、隙間の距離が約２００mm以下では
隙間の距離の影響が大きくなり著しく風量が低下し、あ
る距離で従来のかぶり率の低いファンよりも風量が少な
くなる。これに対し、実線で示す本発明では、全体的に
風量が多いと共に隙間の距離の影響が少なく、従来のか
ぶり率の低いファンに逆転させることはない。

【００２８】以上、段落番号００２０，００２５，００
２６までに風向変更板１３の基本的な構成、作用を説明
したが、本発明に係る部分として図６，図７に基づいて
説明する。

【００２９】図６において、図１、図２に示す冷却空気
導入排出装置のファン６の後部に設けられた風向変更板
１３の図上左側部位の風向変更板１３の拡大図が示さ
れ、該風向変更板１３の図上左側にバッテリーなどの部
分的な障害物１２が設けられ、風向変更板１３による排
風が衝突するようになるが、障害物１２側の固定羽根２
１のイ，ロ，ハは、回転中心ＰＯを原点とし、このＰＯ
から固定羽根の根本部分の点Ｐ１を通る直線の角度の基
準線（位置角０度）に対し、ずれ角を有していない。

【００３０】したがって、排風は固定羽根２１のイ，
ロ，ハの持つ取付角のみに影響され、部分的な障害物１
２へのみの送風がなくなりエネルギーロスを少なくする
ことができる。したがって、送風効率を向上させること
ができる。なお、この図６にあっては、固定羽根２１の
イ，ロ，ハの全てずれ角を有していないが、ロについて
はずれ角０とし、イとハについては、多少ずれ角を付す
ることにしても良い。

【００３１】図７において、図１、図２に示す冷却空気
導入排出装置のファン６，６の後方に設けられた風向変
更板１３，１３の拡大図が示され、該風向変更板１３，
１３の隣接する部分では、ずれ角を有すると排風が衝突
することになるので、その隣接する部分の右側の固定羽
根２１のニ，ホ，ヘ及び左側の固定羽根２１のト，チ，
リについては、該固定羽根２１のニ，ホ，ヘ，ト，チ，
リは、回転中心ＰＯを原点とし、このＰＯから固定羽根
の根本部分の点を通る直線の角度の基準線（位置角０
度）に対し、ずれ角を有していない。

【００３２】したがって、排風は固定羽根２１のニ，
ホ，ヘ及びト，チ，リの持つ取付角のみ影響され、隣設
する送風同志の衝突が回避、又はゆるやかになりエネル
ギーロスを少なくすることができる。したがって、送風
効果を向上させることができる。なお、この図７にあっ
ては、固定羽根２１のニ，ホ，ヘ及びト，チ，リの全て
ずれ角を有していないが、ホ及びチについてはずれ角を
０とし、ニ，ヘ，ト，リについては多少ずれ角を付する
ことにしても良い。

【００３３】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ファン
後方に設けられた風向変更板により排風を外方へ拡げる
方向で排出するため、近年の自動車のように排風通路が
狭くなり、ファン背後にエンジン等全面的な障害物が間
近に配置されている場合でも、高かぶり率のファンのメ
リットを充分に享受でき、結果として大きな風量が得ら
れるが、風向変更板により外方へ拡げられ方向に新たな
る部分的な障害物があった場合には、風向変更板の一部
のずれ角をなくすことで送風方向の変更で対応して極力
エネルギーロスをなくすことができる（請求項１及び
２）。また、隣設してファンが配され、且つ風向変更板
も隣設して配される場合には、隣設する部分の風向変更
板の固定羽根の一部についてはずれ角をなくすことで排
風同志の干渉を排して極力エネルギーロスをなくすこと
ができ、送風効率を向上させることができる（請求項３
及び４）。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の冷却空気導入排出装置が設置された
状態のエンジンルームの平面図である。

【図２】同上の風向変更板側から見た図である。

【図３】同上の風向変更板がシュラウドに具体的に取付
られた断面図である。

【図４】風向板の一部を示し、固定羽根にある「ずれ角
β」を説明する図である。

【図５】風向変更板に設けられた固定羽根の図４Ａ−線
の断面図を示し、「取付角γ」を説明する。

【図６】この発明の実施の形態にあって、風向変更板の
近くに部分的な障害物を有した場合の風向変更板説明図
である。

【図７】この発明の実施の形態にあって、風向変更板が
２つ有するもので、隣設する部位の固定羽根にずれ角を
有しない例で、風向変更板側から見た拡大図である。

【図８】先に出願人が提案した発明の風向変更板を設け
た例で、二つの風向変更板を持ち該風向変更板側から見
た例である。

【図９】同上の先に出願人が提案した発明の風向変更板
を設けた例で、エンジンルームの平面図である。

【図１０】ファンとエンジン等の機器（全面的な障害
物）と距離と風量との関係を示す特性線図である。

【図１１】シュラウドの後端とファンとの関係における
かぶり率を説明する図である。

【図１２】ファンとシュラウドの関係におけるかぶり率
と排風方向の関係を示し、ａはかぶり率が高い場合、ｂ
はかぶり率が低い場合を示す。

【図１３】シュラウドのリングファンに対するかぶり率
を説明する図である。

【図１４】リングファンにあって、リングの羽根に対す
るかぶり率を説明する図である。

【符号の説明】

１ エンジンルーム ２ 取入口 ４ コンデンサ ５ ラジエータ ６ ファン ６´ ファン ６ｂ 羽根 ７ エンジン等の全面的な障害物 １０ シュラウド １２ 部分的な障害物 １３ 風向変更板 ２１ 固定羽根

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−247502（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−102204（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−254119（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−6237（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−186421（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−165210（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭61−502267（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04D 29/40 - 29/56 F01P 5/06 502

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動車のエンジンの前方部に配置された
   熱交換器の背後にあって、該熱交換器に冷却空気を導入
   するファンを設けると共に、前記熱交換器からファンま
   で空気通路を形成するシュラウドを持ち、該シュラウド
   のファンに対するかぶり率が高く、ファンの後方に障害
   物を有する冷却空気導入排出装置において、 前記ファンの後方に風向変更板を設け、該風向変更板は
   放射方向の多数の固定羽根を持ち、この固定羽根は所定
   の取付角と、ファン回転方向にずれ角を有するが、空気
   の排出方向に部分的な障害物を有する場合には、該部分
   的な障害物に送風を至らせないように固定羽根のずれ角
   を無くしたことを特徴とする冷却空気導入排出装置。
2. 【請求項２】 固定羽根のずれ角は、部分的な障害物の
   近くにては有してないが、それから遠ざかる方向では徐
   々にずれ角を有するようにしたことを特徴とする請求項
   １記載の冷却空気導入排出装置。
3. 【請求項３】 自動車のエンジンの前方部に配置された
   熱交換器の背後にあって、該熱交換器に冷却空気を導入
   するファンを複数設けると共に、前記熱交換器からファ
   ンまで空気通路を形成するシュラウドを持ち、該シュラ
   ウドのファンに対するかぶり率が高く、ファンの後方に
   障害物を有する冷却空気導入排出装置において、 前記複数のファンの後方にそれに対応して複数の風向変
   更板を設け、該風向変更板は放射方向に多数の固定羽根
   を持ち、この固定羽根は所定の取付角とファン回転方向
   にずれ角を有するが、互いに隣接側付近の固定羽根のず
   れ角を無くしたことを特徴とする冷却空気導入排出装
   置。
4. 【請求項４】 固定羽根のずれ角は、隣接側付近の最も
   近いものでは持たされていないが、それから遠ざかる方
   向では徐々にずれ角を有するようにしたことを特徴とす
   る請求項３記載の冷却空気導入排出装置。
5. 【請求項５】 ファンは、外周にリングを設けたリング
   ファンをも含み、リングファンを用いる場合には、リン
   グもしくはシュラウドの一方又は双方によりファンに対
   するかぶり率が定められることを特徴とする請求項１又
   は３記載の冷却空気導入排出装置。