JP4370157B2 - 車両用熱交換モジュールおよびこれを備えた車両 - Google Patents

Description

本発明は、車両の前方に設けられる車両用熱交換モジュール、およびこれを備えた車両に関するものである。

従来の車両用熱交換モジュールとしては、コンデンサ（熱交換器）と、ラジエータ（熱交換器）と、これらコンデンサおよびラジエータに外気を強制的に供給するクーリングファンと、平面視略円形に開けられた開口部を有し、この開口部を介してコンデンサおよびラジエータで熱交換された外気をクーリングファンに導くファンシュラウドとを具備するものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００１−２４１８８４号公報（図１）

しかしながら、特許文献１に記載されている車両用熱交換モジュールでは、特にアイドリング時（停車時）や渋滞などによる極低速時に、エンジンからの熱気が当該車両用熱交換モジュールの下方を通ってコンデンサの前面側に流れ込み、クーリングファンの回転によってこの熱気が再びコンデンサおよびラジエータに取り込まれて熱交換されてしまう（「リサーキュレーション」という）ため、これらコンデンサおよびラジエータの熱交換効率が低下してしまうといった問題点があった。
また、クーリングファンの下流側には、エンジンが近接して配置されているため、クーリングファンから吐出された外気の主流がエンジン壁面に衝突するとともに、クーリングファン下流側の圧力の上昇によりコンデンサおよびラジエータを通過する風量が低下し、これらコンデンサおよびラジエータの熱交換効率が低下してしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、特にアイドリング時や極低速時におけるコンデンサおよびラジエータの熱交換効率を向上させることのできる車両用熱交換モジュールおよび車両を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の車両用熱交換モジュールは、エンジンの近傍に配置される、少なくとも一つの熱交換器と、該熱交換器に外気を強制的に供給するクーリングファンと、平面視略円形に開けられた開口部を有し、該開口部を介して前記熱交換器で熱交換された外気を前記クーリングファンに導くファンシュラウドとを具備する車両用熱交換モジュールであって、前記ファンシュラウドの、前記クーリングファンと該クーリングファンの上流側に隣接して設けられた熱交換器との間に位置して水平方向に延びる下面に、前記開口部とは別の開口部が設けられており、車速が所定速度以上になると、車速風によりヒンジ部を中心に回動して、前記ファンシュラウドの下面に設けられた開口部を閉鎖し、極低速時には自重により前記ヒンジ部を中心に回動して、前記ファンシュラウドの下面に設けられた開口部を開放する板部材が取り付けられていることを特徴とする。
このような車両用熱交換モジュールによれば、特にアイドリング時や極低速時、ファンシュラウドの下方に滞留するエンジンからの熱気が、クーリングファンの回転により開口部を介してクーリングファンの方に吸い込まれていくようになっている。
すなわち、アイドリング時や極低速時に、ファンシュラウドの下方を通って熱交換器の上流側面に回り込もうとする熱気が、開口部を介してクーリングファンの方に回収されるようになっているので、リサーキュレーションが抑制され、熱交換器に比較的温度の低い外気が供給されることとなる。
また、このような車両用熱交換モジュールによれば、アイドリング時や極低速時に開口部が開放されるとともに、車速風が所定速度以上になると開口部が閉鎖されることとなる。
すなわち、板部材にあたる車速風が略ゼロとなるアイドリング時や極低速時には、自重により板部材がヒンジ部を中心に回動して開口部を開放し、ファンシュラウドの下方を通って熱交換器の上流側面に回り込もうとする熱気が、開口部を介してクーリングファンの方に回収されるようになっている。
一方、車両が（前進側への）走行を始め、板部材にあたる車速風が所定速度以上になると、板部材がヒンジ部を中心に開放時と反対の方向に回動して、開口部が閉鎖されることとなるので、開口部からファンシュラウド内方への外気の流入および開口部からシュラウド外方への外気の流出が防止され、クーリングファンの回転により熱交換器に十分な風量の外気が供給されるようになっている。

請求項２に記載の車両用熱交換モジュールは、エンジンの近傍に配置される、少なくとも一つの熱交換器と、該熱交換器に外気を強制的に供給するクーリングファンと、平面視略円形に開けられた開口部を有し、該開口部を介して前記熱交換器で熱交換された外気を前記クーリングファンに導くファンシュラウドとを具備する車両用熱交換モジュールであって、前記熱交換器のうち、最も上流側に位置する熱交換器の上流側面に沿って上昇した前記エンジンからの熱気を前記熱交換器の上方を通して、前記クーリングファンと該クーリングファンの上流側に隣接して設けられた熱交換器との間に導くダクトと、該ダクトの上流側上端面からさらに上流側に延びるとともに前記上流側面に向かって垂下する回収部とが設けられており、前記回収部の先端が、前記熱交換器のうち、最も上流側に位置する熱交換器の熱交換面上端と同一水平面内に位置するように設けられていることを特徴とする。
このような車両用熱交換モジュールによれば、特にアイドリング時や極低速時、ファンシュラウドの下方を通って、熱交換器のうち、最も上流側に位置する熱交換器の上流側に回り込むとともに、前記熱交換器の上流側面の近傍を浮上するエンジンからの熱気が、回収部の内壁面に沿ってダクトに導かれた後、ダクトを通って回転するクーリングファンにより回収されることとなるので、比較的温度の低い外気が熱交換器に供給されることとなる。
すなわち、アイドリング時や極低速時に、ファンシュラウドの下方を通って熱交換器の上流側面に回り込んだ熱気が、回収部およびダクトを通ってクーリングファンの方に回収されるようになっているので、熱交換器の上流側面に熱気が滞留しにくくなり、熱交換器の上流側面には比較的温度の低い外気が到達することとなる。
また、このような車両用熱交換モジュールによれば、回収部の先端が、熱交換器のうち、最も上流側に位置する熱交換器の熱交換面上端と同一水平面内に位置するように設けられているので、車両が（前進側への）走行を始めると、回収部によりダクトの入り口が閉じられた格好となって、ダクトからクーリングファンへの外気の流れが遮断され、熱交換器を通過した外気だけがクーリングファンに導かれ、走行時においても十分な風量が確保されることとなる。

請求項３に記載の車両は、請求項１または２に記載の車両用熱交換モジュールを具備してなることを特徴とする。
このような車両によれば、特にアイドリング時や極低速時、ファンシュラウドの下方を通って熱交換器の上流側面に回り込むエンジンからの熱気が減少され、熱交換器の上流側面に比較的温度の低い外気が到達することとなって、熱交換器の熱交換効率が向上することとなる。
また、クーリングファンから吐出される外気の主流の方向が下方（地面の方）に向くように設けられているので、風路抵抗が少なくなり、クーリングファンを通過する風量、すなわち熱交換器を通過する外気の風量が増加することとなり、熱交換器の熱交換効率が向上することとなる。

本発明による車両用熱交換モジュールによれば、最も上流側に位置する熱交換器の上流側面近傍に滞留するエンジンからの熱気が減少し、熱交換器に比較的温度の低い外気が供給されることになって、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
また、クーリングファンを通過する外気が、風路抵抗の少ない方に吐出させられることとなるので、熱交換器を通過する外気の風量を増加させることができ、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
本発明による車両用熱交換モジュールを具備した車両によれば、熱交換効率に優れた車両用熱交換モジュールが搭載されているので、室内を素早く所望の温度条件にすることができる。

以下、本発明による車両用熱交換モジュールの第１参考実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図６に示すように、車両用熱交換モジュール１０は、エンジン１１などとともに、車両１００の前部に配置されたエンジンルームＥ内に設けられている。
また、エンジンルームＥ内から車両用熱交換モジュール１０の後面側を見た図７に示すように、車両用熱交換モジュール１０はバンパ１２の後面側に近接して設けられており、図示しないフロントグリルを通過した外気が、車両用熱交換モジュール１０の前面側に導かれるようになっている。

図１は図６および図７に示す車両用熱交換モジュール（「コンデンサ・ラジエータ・ファン・モジュール（Condenser Radiator Fan Module：CRFM）」ともいう）１０の概略縦断面図である。
図１に示すように、車両用熱交換モジュール１０は、コンデンサ（熱交換器）１３と、ラジエータ（熱交換器）１４と、ファンシュラウド１５と、クーリングファン１６とを主たる要素として構成されたものであり、上流側（図において左側）からコンデンサ１３、ラジエータ１４、およびクーリングファン１６の順に配置されている。
コンデンサ１３およびラジエータ１４はそれぞれ、平面視矩形状（図７に示すファンシュラウド１５の平面視形状と同じ形状）を有する熱交換器である。
コンデンサ１３は、車両用空調装置の一構成要素であり、コンプレッサにより圧縮された高温高圧の冷媒ガスを、このコンデンサ１３を通過する外気との熱交換により冷却し、凝縮液化させるように構成されたものである。
また、ラジエータ１４は、このラジエータ１４を通過する外気との熱交換により、エンジン冷却水の温度を下げるように構成されたものである。
クーリングファン１６は、ラジエータ１４に外気を強制的に供給するためのものである。
これらコンデンサ１３、ラジエータ１４、およびクーリングファン１６はそれぞれ、従来周知のものであるので、ここではその詳しい説明を省略する。

ファンシュラウド１５は、コンデンサ１３およびラジエータ１４を通過したすべての外気をクーリングファン１６に導くように構成されたものであり、外周壁１７、ベルマウス１８、およびこれら外周壁１７とベルマウス１８とを連結する底板１９を主たる要素として構成されたものである。
外周壁１７は、ラジエータ１４を通過した空気がクーリングファン１６に導かれるようにラジエータ１４に接続され，さらにラジエータ上流にコンデンサ１３が接続される。ベルマウス１８は、底板１９の内周縁から下流側（コンデンサ１３およびラジエータ１４とは反対の側）に向かって延設されている。

図７に示すように、底板１９の上流側にラジエータ１４，さらにラジエータ上流にコンデンサ１３が接続される。
底板１９の中央部には、平面視円形に開けられた開口部２０が設けられており、この開口部２０から下流側に向かって、前述したベルマウス１８が延設されている。そして、コンデンサ１３およびラジエータ１４を通過した外気は、この開口部２０を通って下流側に導かれるようになっている。
したがって、コンデンサ１３およびラジエータ１４を通過した外気は、ファンシュラウド１５の外周壁１７および底板１９に導かれて開口部２０に達するとともに、クーリングファン１６により下流側に吐出されるようになっている。

図１に示すように、本実施形態ではコンデンサ１３の上流側面１３ａが鉛直線に対して傾斜するように構成されている。すなわち、コンデンサ１３の上端が下端よりも後方に位置するように、コンデンサ１３の上流側面１３ａが傾斜させられている。言い換えれば、コンデンサ１３の上流側面１３ａと水平面Ｌとのなす角αｃが７０゜〜８０゜となるように設定されている。
一方、ラジエータ１４およびクーリングファン１６は、上流側面１４ａおよび回転面１６ａがそれぞれ鉛直線と平行になるように、すなわち、水平面Ｌとのなす角が９０゜となるように設定されている。

コンデンサ１３の上流側面１３ａをこのように傾斜させることにより、アイドリング時や渋滞などによる極低速時にファンシュラウド１５の下方を通ってコンデンサ１３の上流側に回り込んだエンジン１１からの熱気は、コンデンサ１３の上流側面１３ａの近傍を浮上する際、上流側面１３ａから徐々に離れていくこととなる。すなわち、上流側面１３ａの近傍を浮上する熱気と上流側面１３ａとの間に位置する、比較的温度の低い外気が上流側面１３ａからコンデンサ１３およびラジエータ１４に流入することとなるので、これらコンデンサ１３およびラジエータ１４の熱交換効率を向上させることができる。
また、上流側面１３ａと水平面Ｌとのなす角αｃが８０゜以下に設定されているので、ファンシュラウド１５の下方を通ってコンデンサ１３の上流側に回り込んだエンジン１１からの熱気が上流側面１３ａからコンデンサ１３およびラジエータ１４に再び取り入れられてしまう、いわゆるリサーキュレーションを従来（αｃ＝９０゜）の半分以下に減らすことができ、コンデンサ１３およびラジエータ１４の熱交換効率を向上させることができる。
さらに、上流側面１３ａと水平面Ｌとのなす角αｃが７０゜以上に設定されているので、走行時においても十分な風量を確保することができて、コンデンサ１３およびラジエータ１４の熱交換効率を十分に確保することができる。

本発明による車両用熱交換モジュールの第２参考実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態における車両用熱交換モジュール３０は、前述した第１参考実施形態のコンデンサ１３の換わりにクーリングファン１６が傾けられているという点で、前述した第１参考実施形態のものと異なる。
なお、第１参考実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図２に示すように、本実施形態ではクーリングファン３６の回転面３６ａが鉛直線に対して傾斜するように構成されている。すなわち、クーリングファン３６の回転面３６ａ上端が回転面３６ａ下端よりも後方に位置するように、クーリングファン３６の回転面３６ａが傾斜させられている。言い換えれば、クーリングファン３６の回転面３６ａと水平面Ｌとのなす角αｆが７５゜〜８５゜となるように設定されている。
一方、コンデンサ３３およびラジエータ１４は、上流側面３３ａ，１４ａがそれぞれ鉛直線と平行になるように、すなわち、水平面Ｌとのなす角が９０゜となるように設定されている。

クーリングファン３６を、回転面３６ａと水平面Ｌとのなす角αｆが８５゜以下となるように傾斜させることにより、クーリングファン３６を通過した外気が、クーリングファン３６の下流側に近接して配置されたエンジン１１あるいはその周りに配置された機器の壁面に沿って流れた後、クーリングファン３６とエンジン１１あるいはその周りに配置された機器との間に形成された開放空間を通って車両の下から大気中に放出されることとなるので、風路抵抗を減少させることができ、クーリングファンを通過する風量、すなわちコンデンサ３３およびラジエータ１４を通過する外気の風量を増加させることができ、これらコンデンサ３３およびラジエータ１４の熱交換効率を向上させることができる。
また、クーリングファン３６が形成する回転面３６ａと水平面Ｌとのなす角が、７０゜以上とされているので、熱交換器を通過した外気の流路変化による損失を抑制することができ、外気を円滑に下流側に送り出すことができて、コンデンサ３３およびラジエータ１４の熱交換効率を十分に確保することができる。

本発明による車両用熱交換モジュールの第３参考実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態における車両用熱交換モジュール４０は、前述した第１参考実施形態と第２参考実施形態とを組み合わせたものである。
なお、第１参考実施形態および第２参考実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図３に示すように、本実施形態では第１参考実施形態と第２参考実施形態の両方の作用効果を同時に得ることができるので、コンデンサ１３およびラジエータ１４の熱交換効率をさらに向上させることができる。
なお、詳しい作用効果については第１参考実施形態および第２参考実施形態のところで述べたので、ここではその詳細な説明は省略する。

本発明による車両用熱交換モジュールの第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態における車両用熱交換モジュール５０は、ファンシュラウド１５の下面に熱気回収手段５１を有するものである。
なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図４に示すように、熱気回収手段５１は、ファンシュラウド１５の下面に形成された開口部５２と、この開口部５２を開閉する板部材５３とを主たる要素として構成されたものである。
開口部５２は、コンデンサ１３およびラジエータ１４の延在方向、すなわち、上流側面３３ａ，１４ａに沿って設けられた、平面視（図の下方から見て）矩形状の貫通穴で、クーリングファン１６が回転するとファンシュラウド１５の外側（図において下側）から内側に外気（アイドリング時などにおいてはエンジン１１からの熱気）が吸い込まれるようになっている。

板部材５３は、その一端がヒンジ部５４を介してファンシュラウド１５の下面に取り付けられた薄板状の部材であり、ヒンジ部５４を中心に回動して開口部５２を開放あるいは閉鎖できるように構成されたものである。
板部材５３は、アイドリング時や渋滞などにおける極低速時に、自重によりヒンジ部５４を中心に（図において時計方向に）回動し、開口部５２を図４において実線で示すように開放する。一方、車速が所定速度以上となると、図において白抜き矢印で示す車速風Ｗによりヒンジ部５４を中心に（図において反時計方向に）回動し、開口部５２を図４において二点差線で示すように閉鎖する。

このようにアイドリング時や渋滞などにおける極低速時に開口部５２が開放されることにより、ファンシュラウド１５の下方を通ってコンデンサ３３の上流側に回り込もうとするエンジン１１からの熱気が、板部材５３の表面（図において右側の面）に沿って開口部５２の方に上昇させられるとともに、開口部５２を通って回転するクーリングファン１６により回収されることとなるので、コンデンサ３３の上流側にエンジン１１からの熱気が回り込むことを防止することができ、比較的温度の低い外気が上流側面３３ａからコンデンサ３３およびラジエータ１４に流入することとなり、これらコンデンサ３３およびラジエータ１４の熱交換効率を向上させることができる。
また、車速が所定速度以上となった走行時に開口部５２が閉じられることにより、開口部５２からクーリングファン１６への外気の流れが遮断されるとともに、開口部５２からファンシュラウド１５外側への外気の流出が防止されるため、走行時においてもコンデンサ３３およびラジエータ１４に十分な風量を供給することができ、コンデンサ３３およびラジエータ１４の熱交換効率を十分に確保することができる。

本発明による車両用熱交換モジュールの第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態における車両用熱交換モジュール６０は、ファンシュラウド１５の上部に熱気回収手段６１を有するものである。
なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図５に示すように、熱気回収手段６１は、ファンシュラウド１５の上部に設けられたダクト６２と、このダクト６２の上流側上端面からさらに上流側に延びるとともにコンデンサ３３の上流側面３３ａに向かって垂下する回収部６３とを主たる要素として構成されたものである。
ダクト６２は、コンデンサ３３およびラジエータ１４を通過させずに、これらコンデンサ３３およびラジエータ１４の上方を通して、コンデンサ３３の上流側面３３ａの近傍に存する外気を、クーリングファン１６とラジエータ１４との間に導くための管路（あるいは導管）であり、コンデンサ３３およびラジエータ１４の延在方向、すなわち、上流側面３３ａ，１４ａに沿って設けられている。
これにより、クーリングファン１６が回転するとコンデンサ３３の上流側面３３ａ上方に存する外気（アイドリング時などにおいてはエンジン１１からの熱気）が吸い込まれるようになっている。

回収部６３は、ダクト６２の上流側上端面から上流側に延びる庇のような部材であり、アイドリング時などにファンシュラウド１５の下方を通ってコンデンサ３３の上流側に回り込むとともに、コンデンサ３３の上流側面３３ａの近傍を浮上するエンジン１１からの熱気をより多くクーリングファン１６の方に導くためのものである。
また、回収部６３の先端６３ａは、コンデンサ３３の熱交換面上端３３ｂと同一水平面内に位置するように設けられている。

このようにアイドリング時や渋滞などにおける極低速時に、ファンシュラウド１５の下方を通ってコンデンサ３３の上流側に回り込むとともに、コンデンサ３３の上流側面３３ａの近傍を浮上するエンジン１１からの熱気が、回収部６３の内壁面（図において下側の面）に沿ってダクト６２に導かれた後、ダクト６２を通って回転するクーリングファン１６により回収されることとなるので、比較的温度の低い外気を上流側面３３ａからコンデンサ３３およびラジエータ１４に流入させることができ、これらコンデンサ３３およびラジエータ１４の熱交換効率を向上させることができる。
また、回収部６３の先端６３ａが、コンデンサ３３の熱交換面上端３３ｂと同一水平面内に位置するように設けられているので、車両が（前進側への）走行を始めると、回収部６３によりダクト６２の入り口が閉じられた格好となって、ダクト６２からクーリングファン１６への外気の流れが遮断され、コンデンサ３３の熱交換面前側に存する外気がコンデンサ３３およびラジエータ１４のみを通過させることができて、走行時においても十分な風量を確保することができ、コンデンサ３３およびラジエータ１４の熱交換効率を十分に確保することができる。

なお、本発明は上述した実施形態のものに限定されるものではなく、たとえば、第１参考実施形態から第３参考実施形態のうちのいずれか一つの実施形態と、第１実施形態とを組み合わせることもできるし、第１参考実施形態から第３参考実施形態のうちのいずれか一つの実施形態と、第２実施形態とを組み合わせることもできる。
また、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせることもできるし、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせたものに、さらに第１参考実施形態から第３参考実施形態のうちのいずれか一つの実施形態を組み合わせるようにすることもできる。

本発明による車両用熱交換モジュールの第１参考実施形態を示す概略縦断面図である。 本発明による車両用熱交換モジュールの第２参考実施形態を示す概略縦断面図である。 本発明による車両用熱交換モジュールの第３参考実施形態を示す概略縦断面図である。 本発明による車両用熱交換モジュールの第１実施形態を示す概略縦断面図である。 本発明による車両用熱交換モジュールの第２実施形態を示す概略縦断面図である。 本発明による車両用熱交換モジュールを搭載した車両のエンジンルーム内の様子を示す斜視図である。 図６に示す車両用熱交換モジュールの後面側をエンジンルーム内から見た概略斜視図である。

１０ 車両用熱交換モジュール
１１ エンジン
１３ コンデンサ（熱交換器）
１３ａ 上流側面
１４ ラジエータ（熱交換器）
１５ ファンシュラウド
１６ クーリングファン
１６ａ 回転面
２０ 開口部
３０ 車両用熱交換モジュール
３３ コンデンサ（熱交換器）
３３ａ 上流側面
３６ クーリングファン
３６ａ 回転面
４０ 車両用熱交換モジュール
５０ 車両用熱交換モジュール
５２ 開口部
５３ 板部材
５４ ヒンジ部
６０ 車両用熱交換モジュール
６２ ダクト
６３ 回収部
１００ 車両
Ｌ 水平面

Claims (3)

1. エンジンの近傍に配置される、少なくとも一つの熱交換器と、該熱交換器に外気を強制的に供給するクーリングファンと、平面視略円形に開けられた開口部を有し、該開口部を介して前記熱交換器で熱交換された外気を前記クーリングファンに導くファンシュラウドとを具備する車両用熱交換モジュールであって、
   前記ファンシュラウドの、前記クーリングファンと該クーリングファンの上流側に隣接して設けられた熱交換器との間に位置して水平方向に延びる下面に、前記開口部とは別の開口部が設けられており、
   車速が所定速度以上になると、車速風によりヒンジ部を中心に回動して、前記ファンシュラウドの下面に設けられた開口部を閉鎖し、極低速時には自重により前記ヒンジ部を中心に回動して、前記ファンシュラウドの下面に設けられた開口部を開放する板部材が取り付けられていることを特徴とする車両用熱交換モジュール。
2. エンジンの近傍に配置される、少なくとも一つの熱交換器と、該熱交換器に外気を強制的に供給するクーリングファンと、平面視略円形に開けられた開口部を有し、該開口部を介して前記熱交換器で熱交換された外気を前記クーリングファンに導くファンシュラウドとを具備する車両用熱交換モジュールであって、
   前記熱交換器のうち、最も上流側に位置する熱交換器の上流側面に沿って上昇した前記エンジンからの熱気を前記熱交換器の上方を通して、前記クーリングファンと該クーリングファンの上流側に隣接して設けられた熱交換器との間に導くダクトと、該ダクトの上流側上端面からさらに上流側に延びるとともに前記上流側面に向かって垂下する回収部とが設けられており、
   前記回収部の先端が、前記熱交換器のうち、最も上流側に位置する熱交換器の熱交換面上端と同一水平面内に位置するように設けられていることを特徴とする車両用熱交換モジュール。
3. 請求項１または２に記載の車両用熱交換モジュールを具備してなることを特徴とする車両。

Images