JP4285265B2 - 放熱器の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、放熱器を冷却する冷却装置に関し、特に車両に搭載されるラジエータ等の冷却装置に用いて有効である。

従来、ラジエータの冷却装置として、図８のように車両停止時などのラジエータ１０のコア部１０ａへ流入する風量が少ない時に駆動され、ラジエータコア１０ａへ流入する風量を補う送風機５０が広く知られている。

この送風機５０は、ファン１３と、ファン１３およびラジエータコア部１０ａを覆っているシュラウド５１とで構成されている。このシュラウド５１をラジエータ１０に固定することにより、ラジエータコア部１０ａに対向する位置にファン１３が回転可能に配置される。また、従来例では駆動源であるエンジン１１の動力が動力伝達軸５２を介してファン１３に伝達されることにより、ファン１３が回転する。

これにより、ファン１３を回転させて空気流れを発生させることができ、この空気流れをラジエータコア部１０ａに流入させることができる。

しかし、従来例ではラジエータ１０、ラジエータ１０の冷却装置である送風機５０およびこれら以外の部材であり、乗員Ｃの足元の空間を形成する車室底面５３の下突起部５３ａが車両前後方向に略直列に搭載されており、車室内空間を特に車両前後方向に大きくすることができないという問題があった。

本発明は、上記点に鑑み、冷却装置周辺の空間を効率的に使用することができる放熱器の冷却装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、車両に搭載され、空気に内部の流体が放熱する放熱部（１０ａ）を有する放熱器（１０）と、放熱器（１０）の車両後方側に搭載され、放熱部（１０ａ）に空気を送風する送風機（１２）とを備え、
送風機（１２）は、回転駆動により空気流れをつくるファン（１３）と、ファン（１３）が内部に回転可能に配置され、放熱部（１０ａ）とファン（１３）の間の空気通路を形成するシュラウドとで構成されており、
送風機（１２）は、ファン（１３）が電動モータ（１４）により回転駆動される電動送風機（１２）であって、ファン（１３）が車両左右方向に２つ並んで配置され、
放熱器（１０）および送風機（１２）が車両に搭載された状態において、ファン（１３）の外形円の直径（φＤ）は、放熱器（１０）の放熱部（１０ａ）の上下方向の長さ（Ｌ）よりも小さくなっており、
放熱部（１０ａ）のファン（１３）側の面（Ａ）に垂直な方向（Ｂ）から見て、外形円は放熱部（１０ａ）の下端よりも下方にはみ出しているとともに、電動モータ（１４）の軸（１４ａ）はエンジン（１１）よりも下方に位置しており、
シュラウドは、ファン（１３）が回転可能に配置され、少なくとも外形円の周囲を覆っているシュラウドリング（１５）と、
シュラウドリング（１５）と放熱部（１０ａ）との間に、放熱部（１０ａ）から車両後方に向かって下方に傾斜した空気通路を形成するダクト（１６）とに分割されており、
シュラウドリング（１５）は、外形円を覆う円筒形状のリング部（１５ａ）と、電動モータ（１４）を固定するモータ固定部（１５ｂ）と、モータ固定部（１５ｂ）から放射状に延びてリング部（１５ａ）とモータ固定部（１５ｂ）をつなぐ橋部（１５ｃ）とを有し、
リング部（１５ａ）は車両左右方向に２つ隣接して配置されているとともに、２つのリング部（１５ａ）は両リング部（１５ａ）の間に位置する連結部によって繋がっており、
ダクト（１６）のファン側開口部（１６ａ）は、２つのリング部（１５ａ）に対応して、隣接した２つの円形の開口形状となっており、
シュラウドリング（１５）の２つのリング部（１５ａ）とダクト（１６）のファン側開口部（１６ａ）とが嵌合した状態で、シュラウドリング（１５）とダクト（１６）とが連結部を貫通する固定ネジによって相互に固定されていることを特徴としている。

これによると、ファン（１３）の外形円の直径（φＤ）は放熱器（１０）の設置時の放熱部（１０ａ）の上下方向の長さ（Ｌ）より小さい。さらに、放熱器（１０）と送風機（１２）が設置された状態において、放熱部（１０ａ）のファン（１３）側の面（Ａ）に垂直な方向（Ｂ）から見て、外形円が放熱部（１０ａ）の下端よりも下方にはみ出すため、ファン（１３）の上方に空間ができる。なお、ここで言う外形円とはファン（１３）回転時にファン（１３）の先端が描く円のことである。

したがって、この空間に元々他の場所に配置されていた部材をこの上方空間に配置することができる。つまり、元々この部材が配置されていた空間分の空間を広く、効率的に使用することができる。具体例を示すと、従来例のように送風機（１２）に対して車両前後方向に略直列に搭載されていた車室底面の下突起部を送風機（１２）の上方空間に配置して、ファン（１３）と下突起部を略並列にしたため車室内の空間を車両前後方向に広くすることができる。

また、請求項１に記載の発明では、シュラウドは、ファン（１３）が回転可能に配置され、少なくとも外形円の周囲を覆うシュラウドリング（１５）と、シュラウドリング（１５）と放熱部（１０ａ）との間の空気通路を形成するダクト（１６）とに分割されている。

これにより、故障などによりファン（１３）を取り外す場合に、一般的に体積、重量が大きいダクト（１６）を取り外さずにファン（１３）が配置されているシュラウドリング（１５）のみを取り外すことができる。したがって、設置後の送風機（１２）の整備性、特にファン（１３）の整備性を向上させることができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、シュラウドリング（１５）をダクト（１６）のファン側開口部（１６ａ）に嵌合する形状としているので、シュラウドリング（１５）とダクト（１６）との間から送風空気が漏れることを防止できるため、ファン（１３）の回転による空気流れを損失無く放熱部（１０ａ）に流入させることができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、送風機をファン（１３）が電動モータ（１４）により回転駆動される電動送風機（１２）としているので、従来例のようにエンジン等のファン（１３）の回転を主目的としない駆動源から動力伝達機構を介して供給される動力でファン（１３）を回転する場合に比べて、より自由に放熱器（１０）および電動送風機（１２）を配置することができる。

なお、上記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）
図１は、本発明に係る放熱器の冷却装置を車両用ラジエータに適用した第１実施形態を示しており、車両前部を車両左方向から見た模式図である。車両用ラジエータ１０は周知のようにエンジン１１等の発熱源から熱を奪った冷却水を冷やすためのものである。なお、図中上下前後左右は車両搭載状態における方向を示している。

この冷却水は、本実施形態ではラジエータ１０の車両上側に配置される略四角柱形状のアッパータンク１０ｂに集められ、複数のチューブ（図示せず）に分岐して略四角柱形状のロアータンク１０ｃで再び合流する。複数のチューブの間には放熱フィン（図示せず）が配置されており、チューブを流れる冷却水が放熱フィンを通過する空気に放熱しやすくしている。これらの複数のチューブと放熱フィンで構成される放熱部は略矩形形状をしており、以後ラジエータコア１０ａと称する。このラジエータコア１０ａの機能を発揮するためにラジエータ１０は、図１のように走行時にラジエータコア１０ａに空気が流入するように車両に搭載される。

また、ラジエータ１０の車両後方側には車両停止時などのラジエータコア１０ａへ流入する空気が少ない時に駆動されるラジエータ冷却装置、つまり送風機１２が配置されている。この送風機は、ファン１３を電動モータ１４により回転する電動送風機１２である。さらに、電動送風機１２にはファン１３（正確には、ファン１３が固定された電動モータ１４）が固定されるシュラウドリング１５と、シュラウドリング１５とラジエータコア１０ａの間の空気通路を形成するダクト１６とが備えられている。なお、電動送風機１２は、図示しない電子制御装置によりＯＮ、ＯＦＦの時期、回転数などが制御されている。

図２（ａ）、（ｂ）は、本実施形態のシュラウドリング１５を示しており、図４はシュラウドリング１５に電動モータ１４およびファン１３が取り付けられた状態を示している。なお、本実施形態の電動送風機１２では車両左右方向にファン１３が２つ並んで配置されている。

図２のシュラウドリング１５にはファン１３がシュラウドリング１５に取り付けられた状態（図４参照）においてファン１３の外形円を覆う略円筒形状のリング部１５ａと電動モータ１４を固定するモータ固定部１５ｂが左右に１つずつ形成されている。さらに左右のリング部１５ａとモータ固定部１５ｂをつなぐ橋部１５ｃがモータ固定部１５ｂから放射状に６本備えられている。なお、左右のリング部１５ａ、モータ固定部１５ｂおよび橋部１５は樹脂にて一体に成型されている。そして、橋部１５ｃは通風経路に位置するためできるだけ通風経路を塞がないように細い形状となっている。なお、ここで言う外形円とはファン１３の回転時にファン１３の先端が描く円のことである。

また、モータ固定部１５ｂには電動モータ１４を固定するためのモータ固定ネジ孔１５ｅが左右それぞれ３ヶ所配置されている。一方、シュラウドリング１５の周縁部にはシュラウドリング１５をダクト１６に固定するためのリング固定ネジ孔１５ｄが計４ヶ所配置されている。

図３（ａ）、（ｂ）は、シュラウドリング１５が固定されるダクト１６を示しており、ダクト１６はファン側開口部１６ａとコア側開口部１６ｂの２つの開口部を有している。

ファン側開口部１６ａの周縁部１６ｃは、前述のシュラウドリング１５のリング部１５ａが嵌合する形状になっている。そして、ダクト１６には周縁部１６ｃにリング部１５ａが嵌合した後にリング固定ネジ孔１５ｄに対応する場所にリング用ネジ孔１６ｄが配置されている。

一方、コア側開口部１６ｂは、ラジエータコア１０ａに対応した略矩形状の開口形状となっている。そして、コア側開口部１６ｂの下部には、突起形状１６ｅが左右に２ヶ所形成されている。この突起形状１６ｅはラジエータ１０の決め穴に挿入され、ラジエータ１０とダクト１６の左右方向と上下方向の位置を決定している。また、コア側開口部１６ｂの上部にはダクト固定ネジ孔１６ｆが配置されている。なお、突起形状１６ｅによる位置決め後におけるラジエータ１０のダクト固定ネジ孔１６ｆに対応する場所には、ダクト用ネジ孔が配置されている。

次にラジエータ１０、ファン１３、電動モータ１４、シュラウドリング１５およびダクト１６の組み付けについて図５を使用して説明すると、まず、ファン１３の中心孔１３ａを電動モータ１４の軸１４ａに圧入固定して、ファン１３を電動モータ１４に固定する。次に、電動モータ１４をシュラウドリング１５のモータ固定用ネジ孔１５ｅにネジ止めしてファン１３、電動モータ１４およびシュラウドリング１５を一体化する。

さらに、シュラウドリング１５のリング部１５ａをダクト１６のファン側開口部１６ａの周縁部１６ｃに嵌合させる（図６参照）。この時、丁度重なるリング固定ネジ孔１５ｄとリング用ネジ孔１６ｄにより、シュラウドリング１５とダクト１６を一体にネジ止めする（４ヶ所）。さらにまた、シュラウドリング１５などが一体となったダクト１６の突起形状１６ｅをラジエータ１０の決め穴に挿入し、この時重なるように配置されているダクト固定ネジ孔１６ｆとラジエータ１０のダクト用ネジ孔により、ダクト１６とラジエータ１０を一体にネジ止めする（２ヶ所）。

以上により、ラジエータ１０、ファン１３、電動モータ１４、シュラウドリング１５およびダクト１６が一体に固定される。なお、ラジエータ１０と送風機１２（ファン１３、電動モータ１４、シュラウドリング１５およびダクト１６が一体となったものを言う）が組み付いたもの（冷却ユニットと称する）はユニットとして自立して地面に置くことができるようになっている。

次に、図１を使用して車両に搭載された状態のラジエータ１０と送風機１２が組み付いた冷却ユニットについて説明する。まず、冷却ユニットは車室の底面１７等が配置されている状態の車両に搭載される。ここで、ファン１３、モータ１４は比較的重量があるため、シュラウドリング１５には、シュラウドリング１５を車室の底面１７に固定するための固定用突起部１５ｆが備えられている。この固定用突起部１５ｆと車室の底面１７は、ゴム製のブシュ１８を介してビス止めされ、これによりファン１３、モータ１４等の重量がより確実に支えられる（図５参照）。

ここで、図１で車両搭載状態におけるファン１３とラジエータ１０の位置関係を説明すると、ファン１３の外形円の直径φＤはラジエータコア１０ａの車両上下方向の長さＬよりも小さくなっている。さらに、ラジエータコア１０ａのファン１３側の面Ａに垂直な方向Ｂから見て、このファンの外形円がラジエータコア１０ａの下端よりも下方にはみ出して（オフセットして）いる。本実施形態でのはみ出し量はＬ１である。

また、設置された状態のファン１３の上方には車室の底面１７の下突起部１７ａが配置されている。つまり、車両前後方向にファン１３と車室の下突起部１７ａが並列的に配置されている。なお、下突起部１７ａは乗員Ｃの足元の空間を形成するものである。そして、冷却ユニットが車両に取り付けられた後にバンパー１９などのフロント回りの部品が車両に取り付けられる。

また、本実施形態における寸法関係の概略は、ラジエータコア１０ａの上下方向長さＬを１００（％）とすると、ファン１３の外形円直径φＤが５０（％）、外形円のラジエータコア１０ａ下端からのはみ出し量Ｌ１が２５（％）の割合である。

次に、第１実施形態による作用効果を列挙すると、（１）ファン１３の外形円の直径φＤをラジエータコア１０ａの車両上下方向の長さＬよりも小さくし、さらに、ファンの外形円をラジエータコア１０ａの下端よりも下方にはみ出して（オフセットして）配置したため、ファン１３の上部に空間を作ることができる。

ところで、図８の従来例では車両前後方向から見てファン１３の外形円と車室の底面５３の下突起部５３ａが重なる、つまり車両前後方向に略直列に配置されている。一方、本実施形態では前述したファン１３のオフセットによりできたファン１３上方の空間に下突起部１７ａを配置している。これによると、車両前後方向から見てファン１３の外形円と車室の下突起部１７ａが重ならない、つまりファン１３と下突起部１７ａが車両前後方向に略並列に配置されている。したがって、図１のように長さｘだけ車両前方向に車室内空間を広くすることができる。なお、図１の点線は従来例での車室の底面５３を示している。

また、オフセット配置されたファン１３とファン側ラジエータコア面Ａとの間の空気通路を形成するダクト１６を配置したため、ファン１３の回転で発生する空気流れを従来例と同様にラジエータコア１０ａに導くことができる。

（２）ファン１３、詳しくはファン１３が回転可能に固定された電動モータ１４が取り付けられているシュラウドリング１５とダクト１６とを別部品としたため、冷却ユニットを組み付けた後のファン１３の整備性を向上させることができる。

これによると、故障などによりファン１３を取り外す場合に、一般的に体積、重量が大きいダクト１６を取り外さずにファン１３が配置されているシュラウドリング１５のみを取り外すことができる。したがって、冷却ユニット設置後の送風機１２の整備性、特にファン１３の整備性を向上させることができる。

ところで、図８の従来例ではファン１３の取り外し等の整備をボンネット２２から行っていたが、本実施形態ではファン１３の上方に車室の底面１７が配置されているため、ボンネット２２からの取り外しが妨害されてしまう。

しかし、本実施形態では、ファン１３が配置されているシュラウドリング１５のみを取り外すことができるため、車両下部から送風機１２、特にファン１３の取り外しなどの整備を行うことができる。

（３）また、本実施形態ではシュラウドリング１５のリング部１５ａとダクト１６のファン側開口部の周縁部１６ｃとが嵌合しているため、シュラウドリング１５とダクト１６の継ぎ目からの空気の漏れを防止することができる。シュラウドリング１５とダクト１６の継ぎ目からの空気の漏れが無いと、損失無くファン１３がラジエータコア１０ａに流入する空気の流れを発生させることができる。

（４）本実施形態では、電動モータ１４を使用してファン１３を回転させている。さらに、この電動モータ１４がシュラウドリング１５に固定されているため、図８の従来例のようにエンジン１１からの動力でファン１３を回転させる場合に比べて、設計上の配置位置の制約を少なくすることができる。したがって、より車内空間を広くできる位置にファン１３を配置することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、ファンシュラウド１５とダクト１６が別部品に分割されている例を示したが、図７の第２実施形態では、ファンシュラウドとダクトをシュラウド２０として１つの部品で形成している。第１実施形態のファンシュラウド１５とダクト１６が一体となった以外の部品の配置構成は第１実施形態と同様である。

これにより、送風機１２を構成する部品点数が減り、さらに組み付け時のファンシュラウド１５とダクトのネジ止め工程を無くすことができるため、コストを低減することができる。

また、本実施形態のような１部品であるシュラウド２０の使用は、冷却対象である放熱器の放熱部が小さくシュラウド２０の体格が小さくて済む場合に特に有効である。また、この場合には、一般的にはファン１３および電動モータ１４も小さくなる、つまり重量も軽くなるため、車両下部からの取り外し等の整備も可能となる。

なお、本実施形態においても第１実施形態同様に第１実施形態の作用効果（１）、（３）、（４）を発揮することができる。

（他の実施形態）
上述の第１、第２実施形態では、冷却水が発熱源であるエンジン１１を冷却する例を示したが冷却対象はエンジン１１に限らず燃料電池、モータ、パワートランジスタ等駆動により発熱するものであってもよい。

また、上述の第１、第２実施形態では、送風機１２に電動送風機を使用した例を示したが、車室内空間を広くできるオフセットされた位置かつ、エンジン１１などの駆動源から動力を受け取れる位置にファン１３を配置できれば、送風機１２は電動送風機に限らず、駆動源の動力により駆動するものでもよい。

また、上述の第１、第２実施形態では、放熱器がラジエータ１０の例を示したが、放熱器は放熱器内の流体が送風空気に放熱するものであれば、例えば冷媒が放熱して凝縮するコンデンサ等であってもよい。また、複数の放熱器を配置するものでもよい。例えば、ラジエータ１０とコンデンサを略平行に配置してそれぞれの内部を流れる流体を送風空気に放熱させる方法がある。

また、上述の第１実施形態では、シュラウドリング１５、ダクト１６、ラジエータ１０を直接ネジ止めした例を、第２実施形態ではシュラウド２０とラジエータ１０をネジ止めした例をそれぞれ示した。しかし、これらの部品１５、１６、２０、１０同士を固定せず、例えば車両の骨格を成す部品にそれぞれの部品１５、１６、２０、１０を固定し、結果として第１、第２実施形態の配置となるようにしてもよい。当然に、ケース部材にそれぞれの部品１５、１６、２０、１０等を固定したのちに、このケース部材を車両に設置する場合も同様である。

本発明の放熱器の冷却装置を車両用ラジエータの送風機１２に適用した第１実施形態を車両左方向から示した模式図である。 第１実施形態に係るシュラウドリングの（ａ）車両左側面図、（ｂ）車両後方から見た図である。 第１実施形態に係るダクトの（ａ）車両左側面図、（ｂ）車両後方から見た図である。 第１実施形態に係る送風機（ファン、電動モータ、シュラウドリング、ダクト）を車両後方から見た図である。 第１実施形態に係る送風機（ファン、電動モータ、シュラウドリング、ダクト）の車両左側面図である。 シュラウドリングとダクトの嵌合部を示す拡大図である。 第２実施形態の車両用ラジエータの送風機を車両左方向から示した模式図である。 従来例の車両用ラジエータの送風機を車両左方向から示した模式図である。

符号の説明

１１…ラジエータ（放熱器）、１２…送風機（電動送風機）、１３…ファン、
１４…電動モータ、１５…シュラウドリング、１６…ダクト、１６ａ…ファン側開口部、
２０…シュラウド、φＤ…ファン外形円直径、Ｌ…ラジエータコア上下方向長さ、
Ａ…ファン側コア面、Ｂ…ファン側コア面と垂直方向。

Claims (1)

1. 車両に搭載され、空気に内部の流体が放熱する放熱部（１０ａ）を有する放熱器（１０）と、
   前記放熱器（１０）の車両後方側に搭載され、前記放熱部（１０ａ）に空気を送風する送風機（１２）とを備え、
   前記送風機（１２）は、回転駆動により空気流れをつくるファン（１３）と、
   前記ファン（１３）が内部に回転可能に配置され、前記放熱部（１０ａ）と前記ファン（１３）の間の空気通路を形成するシュラウドとで構成されており、
   前記送風機（１２）は、前記ファン（１３）が電動モータ（１４）により回転駆動される電動送風機（１２）であって、前記ファン（１３）が車両左右方向に２つ並んで配置され、
   前記放熱器（１０）および前記送風機（１２）が車両に搭載された状態において、前記ファン（１３）の外形円の直径（φＤ）は、前記放熱器（１０）の前記放熱部（１０ａ）の上下方向の長さ（Ｌ）よりも小さくなっており、
   前記放熱部（１０ａ）のファン（１３）側の面（Ａ）に垂直な方向（Ｂ）から見て、前記外形円は前記放熱部（１０ａ）の下端よりも下方にはみ出しているとともに、前記電動モータ（１４）の軸（１４ａ）はエンジン（１１）よりも下方に位置しており、
   前記シュラウドは、前記ファン（１３）が回転可能に配置され、少なくとも前記外形円の周囲を覆っているシュラウドリング（１５）と、
   前記シュラウドリング（１５）と前記放熱部（１０ａ）との間に、前記放熱部（１０ａ）から車両後方に向かって下方に傾斜した前記空気通路を形成するダクト（１６）とに分割されており、
   前記シュラウドリング（１５）は、前記外形円を覆う円筒形状のリング部（１５ａ）と、前記電動モータ（１４）を固定するモータ固定部（１５ｂ）と、前記モータ固定部（１５ｂ）から放射状に延びて前記リング部（１５ａ）と前記モータ固定部（１５ｂ）をつなぐ橋部（１５ｃ）とを有し、
   前記リング部（１５ａ）は車両左右方向に２つ隣接して配置されているとともに、前記２つのリング部（１５ａ）は両リング部（１５ａ）の間に位置する連結部によって繋がっており、
   前記ダクト（１６）のファン側開口部（１６ａ）は、前記２つのリング部（１５ａ）に対応して、隣接した２つの円形の開口形状となっており、
   前記シュラウドリング（１５）の前記２つのリング部（１５ａ）と前記ダクト（１６）の前記ファン側開口部（１６ａ）とが嵌合した状態で、前記シュラウドリング（１５）と前記ダクト（１６）とが前記連結部を貫通する固定ネジによって相互に固定されていることを特徴とする放熱器の冷却装置。

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