JP4192709B2 - クーリングモジュール - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、送風機等が枠体を介して一体的に組付けられて形成されるクーリングモジュールに関するものであり、熱交換器が複数構成されるものに適用して好適である。

従来のクーリングモジュールとして、特許文献１に示されるように、熱交換器（ラジエータおよびコンデンサ）、電動ファン、シュラウド等の冷却機器が矩形状の枠体に一体的に固定され、その状態で車両に搭載されるようにしたものが知られている。

ここでは、矩形状の枠体は、Ｕ字状のロウアパートとアッパサポートとに分割形成されており、ロウアパートに熱交換器が挿入され、ロウアパートのＵ字状の開口側をアッパサポートで塞ぐように、ロウアパートおよびアッパサポートを締結部材によって締結するようにしている。そして、電動ファンおよびシュラウドの導風部外周を枠体に沿うように接続している。これにより、枠体に対する熱交換器の組付け性を向上するようにしている。

しかしながら、上記従来技術においては、ロウアパートとアッパサポートの分割方向における熱交換器の寸法バラツキを考えた時に、枠体内に熱交換器を確実に収めるためには、枠体と熱交換器との間に寸法バラツキを吸収するだけの隙間を設ける必要があり、この場合、冷却用の空気がその隙間を通過することになり、熱交換器の冷却性能が低下することが考えられる。
公開番号 ＵＳ２００２／００７０００３Ａ１

本発明の目的は、上記問題に鑑み、熱交換器の寸法バラツキを吸収しつつ、冷却用空気の漏れを抑止可能とするクーリングモジュールを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、矩形状を成す枠体（５００）と、複数積層されるチューブ（２１０、３１０）の積層方向最外方で反チューブ側に開口するコの字状断面のサイドプレート（２３０、３３０）を有する熱交換器（２００、３００）と、熱交換器（２００、３００）に冷却用の空気を導く導風部（４１０）を有する送風機（４００）とを備え、枠体（５００）の内側に熱交換器（２００、３００）が組付けられ、枠体（５００）に導風部（４１０）の開口側外周部（４１１）が接続されて成るクーリングモジュールにおいて、枠体（５００）は、チューブ（２１０、３１０）の積層方向に着脱可能に分割されており、枠体（５００）のサイドプレート（２３０、３３０）と対向する側の面には、コの字状断面内に突出すると共に、サイドプレート（２３０、３３０）の長手方向に延びる第１リブ（５１１ａ、５２１ａ）が形成されたことを特徴としている。

これにより、熱交換器（２００、３００）のチューブ積層方向の寸法バラツキを吸収するために、枠体（５００）と熱交換器（２００、３００）との間に予め隙間を設けても、第１リブ（５１１ａ、５２１ａ）によってこの隙間を塞ぐようにすることができるので、送風機（４００）による冷却用の空気を漏らす事が無い。即ち、熱交換器（２００、３００）の寸法バラツキを吸収しつつ、熱交換器（２００、３００）のチューブ（２１０、３１０）側に冷却用の空気を流すことができ、熱交換器（２００、３００）の冷却性能を向上させることができる。

加えて、第１リブ（５１１ａ、５２１ａ）によって、分割された枠体（５００）の剛性を上げることができ、振動負荷等による枠体（５００）の変形を抑制し、クーリングモジュール（１００）としての強度を向上させることができる。

請求項２に記載の発明では、熱交換器（２００、３００）は、複数設けられたことを特徴としている。

これにより、複数の熱交換器（２００、３００）を一体化したクーリングモジュール（１００）とすることができる。

請求項３に記載の発明では、枠体（５００）のサイドプレート（２３０、３３０）と対向する側の面には、複数の熱交換器（２００、３００）のサイドプレート（２３０、３３０）の間に突出すると共に、サイドプレート（２３０、３３０）の長手方向に延びる第２リブ（５１１ｂ、５２１ｂ）が形成されたことを特徴としている。

これにより、枠体（５００）と熱交換器（２００、３００）との隙間における冷却用の空気の漏れ抑止効果を更に向上することができる。

請求項４に記載の発明では、枠体（５００）のサイドプレート（２３０、３３０）と対向する側の面には、熱交換器（２００、３００）の位置決めを行うガイド部（５１１ｃ、５２１ｃ）が設けられたことを特徴としている。

これにより、枠体（５００）に対する熱交換器（２００、３００）の組付け性を向上できる。

請求項５に記載の発明では、導風部（４１０）は、分割される枠体（５００）の一方（５１０）と一体的に形成されたことを特徴としている。

これにより、部品点数を低減して組付け工数を低減できる。

請求項６に記載の発明では、導風部（４１０）は、分割される枠体（５００）に対応して分割され、ぞれぞれの枠体（５１０、５２０）に一体的に形成されており、導風部（４１０）の分割部には、それぞれ切欠き部（４１８）が設けられ、この切欠き部（４１８）同士によって形成される貫通穴（４１９）に、所定の部材（２４１、４２１）が挿通され、貫通穴（４１９）の内側寸法は、所定の部材（２４１、４２１）が挿通する部位の寸法に略等しく形成されたことを特徴としている。

通常、一体的に形成された導風部（４１０）に貫通穴を設ける場合には、所定の部材（２４１、４２１）を挿通させる際の最大外形寸法に合わせた穴径設定が必要となり、挿通後に無駄な隙間を形成してしまうことがある。しかし、ここでは切欠き部（４１８）寸法を所定の部材（２４１、４２１）が挿通する部位の寸法に合わせて設定することで、無駄な隙間を形成することが無くなり、冷却用の空気の漏れを抑止して、冷却性能の低下を抑止できる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態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）
本発明の第１実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。尚、図１は、クーリングモジュールの全体構成を示す分解斜視図である。図２は、クーリングモジュールの組付け状態を示す斜視図である。図３は、クーリングモジュールを示す正面図である。図４は、ラジエータのねじ部を示す斜視図である。図５は、コンデンサのピン部を示す斜視図である。図６は、図３におけるＡ−Ａ部を示す断面図である。図７は、図３におけるＢ−Ｂ部を示す断面図である。

クーリングモジュール１００は、矩形状を成す枠体５００に複数の熱交換器（ここではラジエータ２００、コンデンサ３００の２つとしている）と電動ファン４００とが一体的に組付けられたものであり、この状態（図２）で車両への搭載を可能としている。

ラジエータ２００は、周知のように車両のエンジン冷却水を冷却する熱交換器であり、ここでは、ラジエータ２００を構成する各部材（以下で詳細説明）は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金から成り、各部材同士の当接部や嵌合部が一体的にろう付けされるアルミニウム製ラジエータとしている。

ラジエータ２００は、チューブ２１０が水平方向配置となるクロスフロータイプのものであり、主にコア部２０１と一対のタンク２４０とから成る。コア部２０１は、チューブ２１０とフィン２２０が交互に積層され、積層方向の最外方フィン２２０の更に外方に補強部材としてのサイドプレート２３０が設けられたもので、エンジン冷却水を冷却する部位（放熱部）となる。尚、ここではチューブ２１０の積層方向が上下方向となり、以下、この積層方向を上下方向と定義する。

サイドプレート２３０は、底壁２３１と、この底壁２３１から延びる２つの側壁２３２とから成り（図６）、断面形状がコの字状に形成されている。そして、コの字状の開口側は、反チューブ側を向いている。

一対のタンク２４０は、エンジン冷却水が流通する直方体の容器として形成されており、チューブ２１０の長手方向両端部に接続されている。一方のタンク２４０の上側には入口パイプ２４１が設けられている。また、他方のタンク２４０の下側には出口パイプ２４２が、また上側には注水口２４３が設けられている。

そして、図４に示すように、タンク２４０には、サイドプレート２３０の側壁２３２の端部に当接するように張出し部２４４が形成されており、この張出し部２４４には、ねじ部（バーリング孔ねじ）２５１および穴部２５２が形成されたＵ字状板２５０が装着されている。Ｕ字状板２５０は、ラジエータ２００の４ヶ所に設けられるようにしている。

コンデンサ３００は、車両用冷凍サイクル中の冷媒を凝縮液化する熱交換器であり、上記ラジエータ２００と同様にアルミニウム製としている。

基本構造もラジエータ２００と同様のクロスフロータイプであり、チューブ３１０、フィン３２０、サイドプレート３３０から成るコア部３０１を有し、チューブ３１０の長手方向両端部には、一対の円筒状のヘッダタンク３４０が接続されている。

コンデンサ３００におけるサイドプレート３３０の構造は、ラジエータ２００のもの（２３０）と同一であり、底壁３３１と２つの側壁３３２とから成るコの字状断面を有し（図６）、その開口側は反チューブ側を向いている。

そして、コンデンサ３００の上側サイドプレート３３０のヘッダタンク３４０近傍には、ラジエータ２００と同様にＵ字状板２５０によって形成されるねじ部２５１が２ヶ所、設けられている（図７）。また、図５に示すように、下側サイドプレート３３０のヘッダタンク３４０近傍、即ち、ヘッダタンク３４０の端部を閉塞するキャップ３４１から張出す張出し部３４２には、ピン３５０が２ヶ所、設けられている。

尚、ラジエータ２００、コンデンサ３００の上下方向寸法は、略同一の設定としているが、上下方向の寸法バラツキによって、ここではコンデンサ３００の方が小さくなるものとしている。

電動ファン４００は、上記ラジエータ２００、コンデンサ３００に冷却用の空気（以下、冷却風）を供給する送風機であり、シュラウド（本発明の導風部に対応）４１０にモータ４２０、ファン４３０が組付けられて形成されている。ここでは、電動ファン４００は、ラジエータ２００のコア部２０１側からファン４３０側に冷却風を吸込む吸込みタイプのものとしている。

シュラウド４１０は、例えばポリプロピレンのような樹脂材から成りインジェクション成形されている。その壁面は後述する枠体５００に沿うように矩形状に形成された開口側外周部４１１から反ラジエータ側に向けて滑らかに傾斜して、リング部４１２に繋がるように形成されている。そして、リング部４１２には複数のステー部４１３によって支持されるモータ取付け部４１４が設けられている。尚、モータ取付け部４１４にはモータ４２０が図示しないビスによって締結され、更に、モータ４２０のシャフトにはファン４３０がナット４３１（図２）によって締結されている。

シュラウド４１０の開口側外周部４１１の上側には、後述する上側枠体５２０のシュラウド側端部を挿入する凹部４１５とラジエータ２００の位置決めを行うガイド部４１６が形成されている。そして、シュラウド４１０の左右の上側には、車両への取付け用の取付けピン４１７が設けられている（図７）。

枠体５００は、矩形状を成す取付け部材であり、上記のシュラウド４１０と同様に樹脂材（上記のポリプロピレン材）から成り、インジェクション成形されている。枠体５００は、ラジエータ２００、コンデンサ３００の組付け性を向上するために、機械的な締付けあるいは緩めによって着脱可能となるように下側枠体５１０と上側枠体５２０とに分割されている。更に、部品点数低減のために、ここでは下側枠体５１０（本発明の枠体の一方に対応）は、上記のシュラウド４１０と一体で形成されるようにしている。

下側枠体５１０は、底面部５１１と２つの側面部５１２とから成り、全体形状が上側に開口するコの字状となっている。底面部５１１には、ラジエータ２００のねじ部２５１の位置に対応する取付け穴５１１ｄおよびコンデンサ３００のピン３５０の位置に対応する取付け穴５１１ｅがそれぞれ設けられている。そして、ボルト６００が取付け穴５１１ｄに挿通され、ねじ部２５１に締結されて、ラジエータ２００の下側は、下側枠体５１０に固定されている。また、コンデンサ３００は、ピン３５０が取付け穴５１１ｅに挿入されることで位置決めされている。

更に、底面部５１１には、ラジエータ２００およびコンデンサ３００を下側枠体５１０にセットする際の両者の位置決めを行うガイド部５１１ｃが設けられている。ガイド部５１１ｃのうち、ラジエータ２００とコンデンサ３００の間に位置するもの、およびシュラウド４１０側に位置するものは、ピン３５０、ボルト６００の近傍のみに形成されるようにしている。そして、底面部５１１の下側面には、車両への取付け用の取付けピン５１１ｆが設けられている。

下側枠体５１０の側面部５１２には嵌合部５１２ａが設けられ、後述する上側枠体５２０の凸部５２２ａが嵌合されるようにしている。

一方、上側枠体５２０は、上面部５２１と２つの側面部５２２とから成り、全体形状が下側枠体５１０よりも浅く、下側に開口するコの字状となっている。上面部５２１には、ラジエータ２００およびコンデンサ３００のねじ部２５１の位置に対応する取付け穴５２１ｄが設けられている。そして、ボルト６００が取付け穴５２１ｄに挿通され、ねじ部２５１に締結されて、ラジエータ２００およびコンデンサ３００の上側は、上側枠体５２０に固定されている。

更に、上面部５２１には、ラジエータ２００およびコンデンサ３００に上側枠体５２０にセットする際の両者の位置決めを行うガイド部５２１ｃが設けられている。ガイド部５２１ｃのうち、ラジエータ２００とコンデンサ３００の間に位置するものは、ボルト６００の近傍のみに形成されるようにしている。そして、上面部５２１の上側面には、車両への取付け用の取付けピン５２１ｅが設けられている。

上側枠体５２０の側面部５２２の下側端部には凸部５２２ａが設けられており、上側枠体５２０にラジエータ２００およびコンデンサ３００がボルト６００によって組付けされる際に、凸部５２２ａは下側枠体５１０の嵌合部５１２ａに嵌合されるようにしている。また、上側枠体５２０とシュラウド４１０の開口側外周部４１０の上側とが図示しないビスによって、上下方向の寸法バラツキが吸収されるように固定される。

そして、下側枠体５１０の底面部５１１および上側枠体５２０の上面部５２１のそれぞれサイドプレート２３０、３３０と対向する面には、本発明の第１リブに対応するリブ５１１ａ、５２１ａと、本発明の第２リブに対応するリブ５１１ｂ、５２１ｂとが一体的に設けられるようにしている（図６）。

リブ５１１ａ、５２１ａは、Ｕ字状板２５０によって下側枠体５１０、上側枠体５２０とサイドプレート２３０、３３０との間に形成される隙間ａと、コンデンサ３００の上下方向寸法バラツキを吸収する隙間ｂとをよぎるようにサイドプレート２３０、３３０のコの字状断面内に突出している。そして、このリブ５１１ａ、５２１ａは、サイドプレート２３０、３３０の長手方向全体に渡って延びるように形成している。

また、リブ５１１ｂ、５２１ｂは、ラジエータ２００とコンデンサ３００のそれぞれのサイドプレート２３０、３３０の間に位置し、上記のリブリブ５１１ａ、５２１ａと同様に突出し、また、サイドプレート２３０、３３０の長手方向全体に渡って延びている。

このように形成されたクーリングモジュール１００は、２つの熱交換器２００、３００と電動ファン４００とが一体的に組付けされて、枠体５００およびシュラウド４１０にそれぞれ設けられた取付けピン５１１ｆ、５２１ｅ、４１７によって車両に取付け支持される。

これにより、ラジエータ２００、コンデンサ３００の上下方向の寸法バラツキを吸収するために、枠体５００とラジエータ２００、コンデンサ３００との間に予め隙間（ｂ）を設けても（あるいは、組付け構造上の隙間（ａ）が生じても）、リブ５１１ａ、５２１ａによってこの隙間（ａ、ｂ）を塞ぐようにすることができるので、電動ファン４００による冷却風を漏らす事が無い。即ち、ラジエータ２００、コンデンサ３００の寸法バラツキを吸収しつつ、ラジエータ２００、コンデンサ３００のコア部２０１、３０１（チューブ２１０、３１０）側に冷却風を流すことができ、ラジエータ２００、コンデンサ３００の冷却性能を向上させることができる。

ここでは、リブ５１１ａ、５２１ａに加えて、第２リブとしてのリブ５１１ｂ、５２１ｂも設けるようにしているので、上記の効果を更に向上させることができる。

加えて、リブ５１１ａ、５２１ａ、更にはリブ５１１ｂ、５２１ｂによって、分割された枠体５００（特に上側枠体５２０）の剛性を上げることができ、振動負荷等による枠体５００の変形を抑制し、クーリングモジュール１００としての強度を向上させることができる。

また、枠体５００の底面部５１１、上面部５２１には、ガイド部５１１ｃ、５２１ｃを設けるようにしているので、枠体５００に対するラジエータ２００、コンデンサ３００の組付け性を向上できる。

更に、下側枠体５１０とシュラウド４１０とを一体的に形成するようにしているので、部品点数を低減して組付け工数を低減できる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図８に示す。図８は、図３におけるＢ−Ｂ部に対応する部位を示す断面図である。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、上側枠体５２０とラジエータ２００、コンデンサ３００との固定方法を変更したものである。

ここでは、サイドプレート２３０、３３０の側壁２３２、３３２および上側枠体５２０のガイド部５２１ｃ、シュラウド４１０のガイド部４１６に貫通穴を設け、一本のボルト６０１でラジエータ２００、コンデンサ３００を上側枠体５２０に固定するようにしたものである。

これにより、部品点数および、組付け工数を低減できる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図９に示す。図９は、第３実施形態におけるクーリングモジュールの要部を示す斜視図である。

ここでは、分割された下側枠体５１０と上側枠体５２０に対応するようにシュラウド４１０を上下に分割し、この分割したシュラウド４１０ａ、４１０ｂをぞれぞれの枠体５１０、５２０に一体的に形成するようにしている。そして、シュラウド４１０の分割部には、それぞれ半円形状の切欠き部４１８が設けられ、この切欠き部４１８によって円形状の貫通穴４１９が形成されるようにしている。そして、この貫通穴４１９には、シュラウド４１０をよぎる所定の部材、例えば、ラジエータ２００の入口パイプ２４１や電動ファン４００のモータハーネス４２１が挿通されるようにしている。更に、貫通穴４１９の穴径寸法（内側寸法）を入口パイプ２４１やモータハーネス４２１が挿通する部位の寸法に略等しくなるようにしている。

通常、一体的に形成されたシュラウド４１０に貫通穴を設けた場合には、入口パイプ２４１やモータハーネス４２１等を挿通させる際の最大外形寸法（入口パイプ２４１の先端凸部やモータハーネス４２１の先端コネクタ部）に合わせた穴径設定が必要となり、挿通後に無駄な隙間を形成してしまうことがある。しかし、ここでは切欠き部４１８寸法を入口パイプ２４１やモータハーネス４２１等が挿通する部位の寸法に合わせて設定することで、無駄な隙間を形成することが無くなり、冷却風の漏れを抑止して、冷却性能の低下を抑止できる。
（その他の実施形態）
上記実施形態では、熱交換器としてラジエータ２００とコンデンサ３００とが装着されるものとして説明したが、これに限らず、ラジエータ２００のみ、あるいはラジエータ２００およびコンデンサ３００に第３の熱交換器（例えば、インタークーラや、サブラジエータ等）が装着されるものとしても良い。

また、第１リブ５１１ａ、５２１ａ、第２リブ５１１ｂ、５２１ｂのサイドプレート２３０、３３０側へ延びる長さおよび厚みは、ラジエータ２００、コンデンサ３００の上下方向の寸法バラツキの大きさ、冷却風の漏れ抑止効果、枠体５００の剛性アップ効果の兼ね合いより決定するようにすれば良い。

また、第１リブ５１１ａ、５２１ａによって冷却風の漏れ抑止効果、枠体５００の剛性アップ効果が得られるならば、第２リブ５１１ｂ、５２１ｂは廃止するようにしても良い。

更に、ラジエータ２００、コンデンサ３００は、クロスフロータイプに限らず、チューブ２１０、３１０が上下方向を向くダウンフロータイプのものとしても良い。この場合は、当然のことながら、枠体５００は、左右方向に分割して、リブ５１１ａ、５２１ａ、５１１ｂ、５２１ｂを側面部５１２、５２２側に設けるようにすれば良い。

本発明の第1実施形態におけるクーリングモジュールの全体構成を示す分解斜視図である。 図１におけるクーリングモジュールの組付け状態を示す斜視図である。 図２におけるクーリングモジュールを示す正面図である。 ラジエータのねじ部を示す斜視図である。 コンデンサのピン部を示す斜視図である。 図３におけるＡ−Ａ部を示す断面図である。 図３におけるＢ−Ｂ部を示す断面図である。 本発明の第２実施形態におけるクーリングモジュールの図３のＢ−Ｂ部を示す断面図である。 本発明の第３実施形態におけるクーリングモジュールを示す斜視図である。

符号の説明

１００ クーリングモジュール
２００ ラジエータ（熱交換器）
２１０ チューブ
２３０ サイドプレート
２４１ 入口パイプ（所定の部材）
３００ コンデンサ（熱交換器）
３１０ チューブ
３３０ サイドプレート
４００ 電動ファン（送風機）
４１０ シュラウド（導風部）
４１１ 開口側外周部
４１８ 切欠き部
４１９ 貫通穴
４２１ モータハーネス（所定の部材）
５００ 枠体
５１０ 下側枠体（枠体の一方）
５１１ａ リブ（第１リブ）
５１１ｂ リブ（第２リブ）
５１１ｃ ガイド部
５２０ 上側枠体
５２１ａ リブ（第１リブ）
５２１ｂ リブ（第２リブ）
５２１ｃ ガイド部

Claims (6)

1. 矩形状を成す枠体（５００）と、
   複数積層されるチューブ（２１０、３１０）の積層方向最外方で反チューブ側に開口するコの字状断面のサイドプレート（２３０、３３０）を有する熱交換器（２００、３００）と、
   前記熱交換器（２００、３００）に冷却用の空気を導く導風部（４１０）を有する送風機（４００）とを備え、
   前記枠体（５００）の内側に前記熱交換器（２００、３００）が組付けられ、
   前記枠体（５００）に前記導風部（４１０）の開口側外周部（４１１）が接続されて成るクーリングモジュールにおいて、
   前記枠体（５００）は、前記チューブ（２１０、３１０）の積層方向に着脱可能に分割されており、
   前記枠体（５００）の前記サイドプレート（２３０、３３０）と対向する側の面には、前記コの字状断面内に突出すると共に、前記サイドプレート（２３０、３３０）の長手方向に延びる第１リブ（５１１ａ、５２１ａ）が形成されたことを特徴とするクーリングモジュール。
2. 前記熱交換器（２００、３００）は、複数設けられたことを特徴とする請求項１に記載のクーリングモジュール。
3. 前記枠体（５００）の前記サイドプレート（２３０、３３０）と対向する側の面には、前記複数の熱交換器（２００、３００）の前記サイドプレート（２３０、３３０）の間に突出すると共に、前記サイドプレート（２３０、３３０）の長手方向に延びる第２リブ（５１１ｂ、５２１ｂ）が形成されたことを特徴とする請求項２に記載のクーリングモジュール。
4. 前記枠体（５００）の前記サイドプレート（２３０、３３０）と対向する側の面には、前記熱交換器（２００、３００）の位置決めを行うガイド部（５１１ｃ、５２１ｃ）が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のクーリングモジュール。
5. 前記導風部（４１０）は、分割される前記枠体（５００）の一方（５１０）と一体的に形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のクーリングモジュール。
6. 前記導風部（４１０）は、分割される前記枠体（５００）に対応して分割され、ぞれぞれの枠体（５１０、５２０）に一体的に形成されており、
   前記導風部（４１０）の分割部には、それぞれ切欠き部（４１８）が設けられ、
   前記切欠き部（４１８）同士によって形成される貫通穴（４１９）に、所定の部材（２４１、４２１）が挿通され、
   前記貫通穴（４１９）の内側寸法は、前記所定の部材（２４１、４２１）が挿通する部位の寸法に略等しく形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のクーリングモジュール。

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