JP4380454B2

JP4380454B2 - シュラウド

Info

Publication number: JP4380454B2
Application number: JP2004225830A
Authority: JP
Inventors: 篤徳橋本; 浩孝鷹羽
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2024-08-02
Also published as: CN100404813C; CN1734071A; EP1624196B1; EP1624196A3; EP1624196A2; JP2006046113A

Description

本発明は、例えば車両用ラジエータに装着される軸流送風機に用いて好適なシュラウドに関するものである。

従来、熱交換器に使用される軸流送風機のシュラウドとして、例えば、特許文献１に示されるものが知られている。即ち、このシュラウドは、熱交換器に対して軸流ファンの中心が偏心している場合に、シュラウドの導風部の狭い側、且つ軸流ファンの上流側に開口部を設けたものとしている。

通常、軸流ファンの中心が熱交換器に対して偏心するものにおいては、軸流ファンの回転騒音、特に１次成分の悪化が顕著となるが、上記シュラウドによれば、開口部から大気を導入することで、シュラウド導風部の狭い側と広い側とで、軸流ファン上流側の圧力バランスを是正することができ、軸流ファンの回転騒音、具体的にここでは１次成分および３次成分の低減を可能としている。
特開平６−４２４９８号公報

しかしながら、上記シュラウドにおいては、開口部から大気を導入するので、熱交換器を通過する風量が低下することになり、厳密には熱交換器の性能が低下する。

尚、上記特許文献１中には、更に、狭い側となるシュラウド導風部の内面に、軸流ファンの中心から放射状となって、内側に向かって突出する整流板を設けるものが提案されているが、これは軸流ファンの２次成分および４次成分の低減に効果があり、１次成分の低減はできない。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、熱交換器に対する通過風量を低下させる事無く、ファン回転騒音の１次成分の低減を可能とするシュラウド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、対向する熱交換器（１）を上流側にして空気を送風する軸流ファン（１００）の外径側を取り囲むリング部（２１０）と、リング部（２１０）から送風空気の上流側に拡大して、送風空気をリング部（２１０）に導く導風部（２２０）とを有し、リング部（２１０）の中心が、導風部（２２０）の中心に対して偏心して配置されるシュラウドにおいて、リング部（２１０）の偏心に伴い、広い側となる導風部（２２０ａ）の内面に、リング部（２１０）と同心の円弧状を成して、送風空気の上流側に突出する整流板（２２１）を設け、整流板（２２１）は、円周方向に分割されて設けられたことを特徴としている。

リング部（２１０）の偏心によって、導風部（２２０）に広い側（２２０ａ）と狭い側（２２０ｂ）とができる場合には、広い側の導風部（２２０ａ）に沿って流れる送風空気が、リング部（２１０）領域で軸流ファン（１００）の回転軸方向に流れる送風空気に対向（干渉）するために、ファン回転騒音（特に１次成分）が顕著に発生するものと推定される。

本発明においては、広い側の導風部（２２０ａ）に沿ってリング部（２１０）に流入しようとする送風空気の流れを整流板（２２１）によって抑制し、上記のような送風空気の干渉を低減することができるので、ファン回転騒音（１次成分）を低減することができる。尚、上記特許文献１のように導風部（２２０）に開口部を設けるものではないので、本シュラウド（２００）を熱交換器（１）の冷却に用いた場合に、熱交換器（１）に対する通過風量を低下させることは無い。
そして、請求項２に記載の発明では、リング部（２１０）の中心は、導風部（２２０）の中心に対して左右方向に偏心して配置され、整流板（２２１）は、導風部（２２０）の上下方向中央で２つに分割されており、２つに分割された整流板（２２１）は、それぞれ導風部（２２０）の上下方向端部から上下方向中央へ延びて設けられたことを特徴としている。

ここで、請求項３に記載の発明のように、リング部（２１０）の内径をＤ、円弧状を成す整流板（２２１）の円周方向の長さをＬとした時に、０．３４≦Ｌ／Ｄ≦０．４４とするのが好適である。

また、請求項４に記載の発明のように、リング部（２１０）の内径をＤ、円弧状を成す整流板（２２１）の曲率半径をＲとした時に、０．５７≦Ｒ／Ｄ≦０．７４とするのが良い。

更に、請求項５に記載の発明のように、整流板（２２１）の突出量（ｈ）を７ｍｍから１２ｍｍとするのが良い。

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実施形態を図１〜図４に示し、まず、具体的な構成について説明する。第１実施形態は、本発明のシュラウド２００を、軸流ファン１００およびモータ３００が組み付けられて形成されるラジエータ１用の軸流送風機（いわゆる電動ファン）１０に適用したものとしている。尚、図１は軸流送風機１０の全体構成を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の平面図、図２は整流板２２１の作用効果を示す模式図、図３、図４は整流板２２１の曲率半径Ｒ、突出量ｈの水準を取った時のＬ／Ｄに対する１次成分のファン回転騒音を示すグラフである。

この軸流送風機（以下、送風機）１０は、シュラウド２００の四隅に設けられた取付け部２３０によって、自動車用のラジエータ（本発明における熱交換器に対応）１のエンジン側に固定され、ラジエータ１のコア部１ａに冷却用の空気を送風するものである。ここでは、車両のグリル側からエンジン側に向けて、即ちラジエータ１のコア部１ａから軸流ファン１００側に送風空気を吸引するいわゆる吸込み式の送風機１０としている。

軸流ファン（以下、ファン）１００は、ガラス繊維を略２０％含有するポリプロピレン材より成り、ボス部１１０およびブレード１２０が射出成形により一体で形成されている。

ボス部１１０は、一方側が閉塞された円筒状を成しており、閉塞された側の壁部の中心部には、アルミニウム製の金属インサート１１１がインサート成形されている。そして、金属インサート１１１の中心部には、後述するモータ３００のシャフト３１０が嵌入されるシャフト穴１１２が設けられている。

ボス部１１０の外周には、放射状に延びる複数（本実施形態では７枚）のブレード１２０が設けられており、ここでは、外径は３６０ｍｍの設定としている。因みに、ファン１００の外径寸法については、車両への搭載性や必要とされる送風性能に応じて、一般的には、２５０ｍｍ〜４００ｍｍ程度の範囲で設定される。

シュラウド２００は、ガラス繊維を２５〜３０％程度含有するポリプロピレン材より成り、上記したラジエータ１への取付け部２３０を含め、以下説明するリング部２１０および導風部２２０等が射出成形により一体で形成されている。

リング部２１０は、上記ファン１００の外径側を取り囲む部位であり、送風空気の下流側、且つ内径側にはモータ３００を保持するためのモータ保持部（図示せず）が形成されている。ファン１００とリング部２１０との間には、両者の干渉を回避可能とする最小限のクリアランス（４ｍｍ）が確保され、リング部２１０の内径Ｄは、３６８ｍｍとしている。

導風部２２０は、上記リング部２１０から送風空気の上流側（ラジエータ１側）に向けて滑らかに拡大し、アウトライン（外形）がラジエータ１のコア部１ａに相当する矩形状を成している。そして、車両に搭載される際に車両側部品との干渉を避けるために、リング部２１０の中心が導風部２２０の中心に対して偏心（ここでは図１中の右側に偏心）して配置されている。

上記リング部２１０の偏心に伴い、導風部２２０は面積の広い側２２０ａ（図１中の左側）と、狭い側２２０ｂ（図１中の右側）とに分かれるが、本発明においては、この広い側の導風部２２０ａの内面に整流板２２１を設けたところに特徴を持たせている。

即ち、整流板２２１は、リング部２１０と同心の円弧状を成して、送風空気の上流側に突出する板部材（板厚２ｍｍ）としており、広い側の導風部２２０ａと一体で形成されるようにしている。ここでは、整流板２２１を図１（ａ）の上下方向に分割して２つ設けるようにしている。尚、整流板２２１の各部寸法については、以下の説明のために、円周方向長さをＬ、曲率半径（即ち、リング部２１０の中心からの距離に対応）をＲ、突出量をｈとする。

リング部２１０のモータ保持部には、モータ３００が固定され、更にモータ３００のシャフト３１０は、ファン１００のシャフト穴１１２に嵌入され、モータ３００とファン１００とが固定されている。因みに、モータ３００は、周知の直流フェライトモータであり、図示しないコントローラに接続されている。コントローラは、モータ３００に流す電流のＯＮ−ＯＦＦ時間の比率を変化させて平均電流値を可変するものであり、ラジエータの必要冷却能力に応じて、直結されるファン１００の回転数を可変して送風量を調整する。尚、本送風機１０の常用域においては、回転数は略１７００ｒｐｍで使用されるようにしている。

このように形成される送風機１０においては、モータ３００の作動によって、ファン１００が回転作動され、ラジエータ１のコア部１ａに冷却用の空気を送風し、ラジエータ１における冷却水からの放熱を促進する。

ところで、本発明（整流板２２１）を適用する前の状態においては、シュラウド２００のリング部２１０が偏心することによって、広い側の導風部２２０ａと狭い側の導風部２２０ｂとができる場合に、図５（ラジエータ１に送風機１０を装着した状態でのベンチ確認結果）に示すように、ファン回転騒音（１次成分＝ファン１００の回転周波数２８Ｈｚ×７枚ブレード≒２００Ｈｚ領域の騒音）が顕著に発生する。このファン回転騒音は、車両への伝播時に増幅される場合があり、問題となる。これは、図６に示すように、広い側の導風部２２０ａに沿って流れる送風空気が、リング部２１０領域でファン１００の回転軸方向に流れる送風空気に対向（干渉）するために、発生するものと推定される。

本発明においては、図２に示すように、広い側の導風部２２０ａに沿ってリング部２１０に流入しようとする送風空気の流れを整流板２２１によって抑制し、上記のような送風空気の干渉を低減することができるので、ファン回転騒音（１次成分）を低減することができる。

具体的には、図３に示すように、整流板２２１の円周方向長さＬとリング部２１０の内径Ｄとの比（Ｌ／Ｄ）に対して、整流板２２１の曲率半径Ｒを種々変更したものにおいて（整流板２２１の突出量ｈは７ｍｍ）、１次成分のファン回転騒音を調べたところ、Ｌ／Ｄが０．３４〜０．４４の範囲で良好な騒音低減の効果が得られた。

整流板２２１の曲率半径Ｒについては、リング部２１０に近接して設定されるもの程、騒音低減の効果が高く、Ｒ＝２１１ｍｍのもので最大、略４．５ｄＢの低減効果が得られ、Ｒ２７１ｍｍのものまで効果が認められた。これをリング部２１０の内径Ｄとの比（Ｒ／Ｄ）で捉えると、Ｒ／Ｄは、０．５７〜０．７４の範囲が良好であると考えられる。

また、図４に示すように、整流板２２１の突出量ｈを７ｍｍから１２ｍｍに大きくすると（Ｒ＝２３１ｍｍ、２５１ｍｍ）、更に広い側の導風部２２０ａに沿う流れと、リング部２１０に流入しようとする流れとの干渉を抑制でき、大きな低減効果（Δ２．５〜Δ４ｄＢ）が得られた。

尚、本発明は、上記特許文献１のように導風部２２０に開口部を設けるものではないので、ラジエータ１（コア部１ａ）に対する通過風量を低下させることは無い。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、整流板２２１は、広い側の導風部２２０ａに一体で形成されるものとして説明したが、別体で形成されるものとしても良い。

また、導風部２２０のアウトラインは矩形状に限らず、円形状や楕円形状等としても良い。

また、ファン１００は、モータ３００によって回転作動される電動式の送風機１０としたが、これに限らず、例えば、車両エンジンの駆動力によって回転作動されるエンジンファンとしても良い。

また、ファン１００によってラジエータ１に送風空気を供給するものとして説明したが、これに限らず空調装置の冷媒凝縮用の凝縮器や、オイル冷却用のオイルクーラや、吸入空気冷却用のインタークーラ等他の熱交換器を対象とするものとしても良い。

軸流送風機の全体構成を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。整流板の作用効果を示す模式図である。整流板の曲率半径Ｒの水準を取った時のＬ／Ｄに対する１次成分のファン回転騒音を示すグラフである。整流板の突出量ｈの水準を取った時のＬ／Ｄに対する１次成分のファン回転騒音を示すグラフである。本発明を適用する前の周波数に対する騒音を示すグラフである。図５において、ファン回転騒音が顕著に現れる原因を示す模式図である。

符号の説明

１ラジエータ
１０軸流送風機
１００軸流ファン
２００シュラウド
２１０リング部
２２０導風部
２２０ａ広い側の導風部
２２１整流板

Claims

対向する熱交換器（１）を上流側にして空気を送風する軸流ファン（１００）の外径側を取り囲むリング部（２１０）と、
前記リング部（２１０）から送風空気の上流側に拡大して、前記送風空気を前記リング部（２１０）に導く導風部（２２０）とを有し、
前記リング部（２１０）の中心が、前記導風部（２２０）の中心に対して偏心して配置されるシュラウドにおいて、
前記リング部（２１０）の偏心に伴い、広い側となる導風部（２２０ａ）の内面に、前記リング部（２１０）と同心の円弧状を成して、前記送風空気の上流側に突出する整流板（２２１）を設け、
前記整流板（２２１）は、円周方向に分割されて設けられたことを特徴とするシュラウド。
前記リング部（２１０）の中心は、前記導風部（２２０）の中心に対して左右方向に偏心して配置され、
前記整流板（２２１）は、前記導風部（２２０）の上下方向中央で２つに分割されており、
２つに分割された前記整流板（２２１）は、それぞれ前記導風部（２２０）の上下方向端部から上下方向中央へ延びて設けられたことを特徴とする請求項１に記載のシュラウド。
前記リング部（２１０）の内径をＤ、円弧状を成す前記整流板（２２１）の円周方向の長さをＬとした時に、０．３４≦Ｌ／Ｄ≦０．４４であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシュラウド。
前記リング部（２１０）の内径をＤ、円弧状を成す前記整流板（２２１）の曲率半径をＲとした時に、０．５７≦Ｒ／Ｄ≦０．７４である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シュラウド。
前記整流板（２２１）の突出量（ｈ）は、７ｍｍから１２ｍｍとし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シュラウド。