JP4862224B2

JP4862224B2 - 軸流ファン及び熱交換装置

Info

Publication number: JP4862224B2
Application number: JP2001171494A
Authority: JP
Inventors: 亨池田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2021-06-06
Also published as: JP2002364593A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジエータ等の熱交換器に空気を送風するための軸流ファン（送風機）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ラジエータ等の熱交換器に空気を送風するための軸流ファン（以下、ファンと略す。）として、例えば特開平１１−１０５５５２号公報に記載の発明では、送風量が大幅に低下することなく騒音を低減すべく、ブレードの先端側を繋ぐリング状のベルマウスリングを設けている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載の発明のごとく、ベルマウスリングが設けられたファンにて十分な性能（送風能力）を発揮させるには、ベルマウスリングとラジエータのコア面との隙間を十分に小さくする必要がある。
【０００４】
しかし、軸流ファンにおいて、ブレードが回転すると、ブレードの翼面のうち空気の吹き出しの向きの面（以下、この面を圧力面と呼ぶ。）と、これと反対の面（負圧面）との間で、回転数やブレードの形状等を要因として、周期的に変動する圧力差が発生するため、圧力差に伴う加振力がブレードに作用する。なお、負圧面、圧力面及び前縁部等の用語の定義は、流体工学（東京大学出版会）に従う。
【０００５】
このため、上記公報に記載の発明では、ブレードの固有振動数と圧力差による加振力や車両振動等の加振力の周期とが一致すると、ブレードが大きく共振してしまい、ブレードの先端側を繋ぐベルマウスリングがラジエータのコア部に衝突してしまうおそれがある。そして、ベルマウスリングがラジエータのコア部に衝突すると、ラジエータチューブが破損してしまうとともに、ラジエータファンがロックしてしまい、ラジエータファン（軸流ファン）を駆動するモータが焼き付いてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、ブレードがコアに干渉（衝突）したときに、多大な損傷がコアに発生することを防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、複数本のチューブ（１１１）及びフィン（１１２）からなるコア部（１１０）を有して構成された熱交換器（１００）に空気を送風する軸流ファンであって、
複数枚のブレード（２１２）及びブレード（３１２）の先端側を繋ぐリング（３１３）を有し、
リング（３１３）は、ブレード（３１２）の先端側が接続されファン軸方向と平行な方向に延びるリング本体部（３１３ｅ）、ファン軸方向において、ブレード（３１２）から離れるほど内径寸法（Ｄ１〜Ｄ５）が拡大するテーパ部（３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ）、及びコア部（１１０）のコア面（１１０ａ）に対して略平行な平面部（３１３ｄ）を有して構成されており、
テーパ部は、リング本体部（３１３ｅ）の空気入口側に形成されファン軸方向の空気入口側へ行くにつれて内径寸法（Ｄ４、Ｄ５）が拡大する入口側テーパ部（３１３ａ）と、リング本体部（３１３ｅ）の空気出口側に形成されファン軸方向の空気出口側へ行くにつれて内径寸法（Ｄ１〜Ｄ３）が拡大する出口側テーパ部（３１３ｂ、３１３ｃ）とから構成され、
平面部（３１３ｄ）は、リング（３１３）のファン軸方向においてコア面（１１０ａ）に最も近接した部位に設けられ、平面部（３１３ｄ）は入口側テーパ部（３１３ａ）を介してリング本体部（３１３ｅ）の空気入口側端部に接続されていることを特徴とする。
【０００８】
これにより、仮にブレード（３１２）が湾曲してリング（３１３）（軸流ファン（３１０））がコア部１１０に衝突したときの衝突面積を大きくすることができる。したがって、コア部（１１０）に作用する衝突圧力を小さくする（緩和する）ことができるので、多大な損傷がコア部（１１０）に発生することを未然に防止できる。
【０００９】
なお、上記公報に記載の発明においては、ベルマウスリングのコア部側端部がエッジ状となっているので、リング（３１３）がコア部（１１０）に衝突したときの衝突面積が本発明より小さくなる。このため、上記公報に記載の発明では、コア部（１１０）に作用する衝突圧力が大きくなるので、多大な損傷がコア部（１１０）に発生する可能性が高い。
【００１０】
なお、請求項２に記載の発明のごとく、リング（３１３）とブレード（３１２）とを樹脂にて一体成形してもよい。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、複数本のチューブ（１１１）及びフィン（１１２）からなるコア部（１１０）を有して構成された熱交換器（１００）と、複数枚のブレード（２１２）及びブレード（３１２）の先端側を繋ぐリング（３１３）を有し、熱交換器（１００）に空気を送風する軸流ファン（２１０）とを備える熱交換装置において、
リング（３１３）は、ブレード（３１２）の先端側が接続されファン軸方向と平行な方向に延びるリング本体部（３１３ｅ）、ファン軸方向において、ブレード（３１２）から離れるほど内径寸法（Ｄ１〜Ｄ５）が拡大するテーパ部（３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ）、及びコア部（１１０）のコア面（１１０ａ）に対して略平行な平面部（３１３ｄ）を有して構成されており、
テーパ部は、リング本体部（３１３ｅ）の空気入口側に形成されファン軸方向の空気入口側へ行くにつれて内径寸法（Ｄ４、Ｄ５）が拡大する入口側テーパ部（３１３ａ）と、リング本体部（３１３ｅ）の空気出口側に形成されファン軸方向の空気出口側へ行くにつれて内径寸法（Ｄ１〜Ｄ３）が拡大する出口側テーパ部（３１３ｂ、３１３ｃ）とから構成され、
平面部（３１３ｄ）は、リング（３１３）のファン軸方向においてコア面（１１０ａ）に最も近接した部位に設けられ、平面部（３１３ｄ）は入口側テーパ部（３１３ａ）を介してリング本体部（３１３ｅ）の空気入口側端部に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、仮にブレード（３１２）が湾曲してリング（３１３）（軸流ファン（３１０））がコア部１１０に衝突したときの衝突面積を大きくすることができる。したがって、コア部（１１０）に作用する衝突圧力を小さくする（緩和する）ことができるので、多大な損傷がコア部（１１０）に発生することを未然に防止できる。
【００１３】
因みに、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一例である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る軸流ファンを自動二輪車用の冷却装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る冷却装置のシステム図である。
【００１５】
２００は走行用の水冷式内燃機関（エンジン）であり、１００はエンジン冷却水（冷却水と略す。）と空気とを熱交換して冷却水を冷却するラジエータ（熱交換器）であり、３００はラジエータ１００に冷却風を送付する軸流ファン式の送風機である。
【００１６】
２１０はラジエータ１００を迂回させて冷却水を循環させるバイパス回路であり、２２０はラジエータ１００に流通させる冷却水量を調節することにより冷却水温度（エンジン温度）を所定範囲内に保つサーモスタットである。
【００１７】
なお、図２はラジエータ１００の正面図であり、図２中、１１１は冷却水（流体）が流通する扁平状のチューブであり、これら複数本のチューブ１１１は、互いに平行に配設されているとともに、各チューブ１１１間には、空気と冷却水との熱交換を促進する波状のフィン１１２が配設されている。そして、このフィン１１２とチューブ１１１とをろう付けすることにより、冷却水と空気とを熱交換する略矩形状のラジエータコア部（以下、コア部と略す。）１１０が構成されている。
【００１８】
また、チューブ１１１の長手方向両端部には、チューブ１１１の長手方向と直交する方向（本実施形態では、上下方向）に延びて複数本のチューブ１１１と連通するヘッダタンク１２０が配設されており、本実施形態では、紙面右側のヘッダタンク１２０により各チューブ１１１に冷却水が分配供給され、紙面左側のヘッダタンク１２０により熱交換を終えた冷却水が集合回収される。
【００１９】
また、コア部１１０の端部には、チューブ１１１と略平行に延びてコア部１１０を補強するサイドプレート１３０が設けられおり、このサイドプレート１３０は、コア部１１０と反対が開口するように断面が略コの字状に形成されているとともに、その長手方向端部がヘッダタンク１２０（コアプレート１２１）に接合されている。また、サイドプレート１３０のうちコア部１１０側の部位がコア部１１０（フィン１１２）にろう付けされている。
【００２０】
また、図３（ａ）は送風機３００をラジエータ１００に組み付けた状態を示す模式図であり、送風機３００は、ボス３１１周りに放射状に延びる複数枚のブレード３１２、及びブレード３１２の先端側を繋ぐ環状のリング３１３を有する軸流ファン３１０と、軸流ファン３１０を回転駆動する電動モータ３２０とを有して構成されたものでる。なお、軸流ファンとは、ＪＩＳＢ０１３２番号１０１２に規定されているように、気体（空気）が軸方向に通り抜けるファンを言う。
【００２１】
因みに、電動モータ３２０（送風機３００）は、複数本（本実施形態では、４本）の梁状のステー３３０を介してラジエータ１００（のヘッダタンク１２０）に組み付け固定されている。
【００２２】
ここで、リング３１３には、図３（ｂ）に示すように、ファン軸方向において、ブレード３１２から離れるほど内径寸法Ｄ１〜Ｄ５が拡大するテーパ部３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ、コア部１１０のコア面１１０ａに対して略平行な平面部３１３ｄ及びリング本体部３１３ｅが設けられている。リング本体部３１３ｅは、ファン軸方向と平行な方向に延びるリング形状部分であって、リング本体部３１３ｅの内周面にはブレード３１２の先端側が接続されている。
上記テーパ部のうちテーパ部３１３ａはリング本体部３１３ｅの空気入口側に形成されファン軸方向の空気入口側へ行くにつれて内径寸法Ｄ４、Ｄ５が拡大する入口側テーパ部である。また、上記テーパ部のうちテーパ部３１３ｂ、３１３ｃはリング本体部３１３ｅの空気出口側に形成されファン軸方向の空気出口側へ行くにつれて内径寸法Ｄ１〜Ｄ３が拡大する出口側テーパ部である。本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、出口側テーパ部３１３ｂの内周面にもブレード３１２の先端側が接続され、リング３１３、ブレード３１２及びボス部３１１は樹脂にて一体成形されている。
【００２３】
なお、本実施形態では、図３（ｂ）から明らかなように、コア面１１０ａ側におけるリング３１３の断面形状とコア面１１０ａと反対側におけるリング３１３の断面形状とは異なっており、本実施形態では、コア面１１０ａ側のみに平面部３１３ｄを設けるとともに、コア面１１０ａ側に位置する入口側テーパ部３１３ａのテーパ角度（ＪＩＳＢ０６１２参照）をコア面１１０ａと反対側に位置する出口側テーパ部３１３ｂのテーパ角度より大きくしている。図３（ｂ）に示すように、上記平面部３１３ｄは入口側テーパ部３１３ａを介してリング本体部３１３ｅの空気入口側端部に接続されている。
【００２４】
因みに、本実施形態では、平面部３１３ｄとコア面１１０ａとの隙間寸法δ（図１参照）を約３ｍｍとして、軸流ファン３１０によって誘起された空気流がコア部１１０を迂回して流れる（ブレード３１２前後でショートサーキットしてしまう）ことを抑制している。
【００２５】
なお、コア面１１０ａとは、チューブ１１１の長径方法端部を連ねた仮想の平面であって、通常、ラジエータコア部１１０を流通する空気の流通方向に対して略直交する仮想の面である。
【００２６】
次に、本実施形態の特徴（作用効果）を述べる。
【００２７】
本実施形態によれば、軸流ファン３１０のうち最もコア面１１０ａに近接する部位であるリング３１３に平面部３１３ｄを設けているので、仮にブレード３１２が湾曲してリング３１３（軸流ファン３１０）がコア部１１０に衝突したときの衝突面積を大きくすることができる。
【００２８】
したがって、コア部１１０に作用する衝突圧力を小さくする（緩和する）ことができるので、多大な損傷がコア部１１０に発生することを未然に防止できる。
【００２９】
なお、上記公報に記載の発明においては、ベルマウスリングのコア部側端部がエッジ状となっているので、ベルマウスリング（軸流ファン）がコア部に衝突したときの衝突面積が本実施形態より小さくなる。このため、上記公報に記載の発明では、コア部に作用する衝突圧力が大きくなるので、多大な損傷がコア部に発生する可能性が高い。
【００３０】
また、本実施形態では、軸流ファン３１０の吸い込み側であるコア面１１０ａ側に位置するテーパ部３１３ａのテーパ角度を、コア面１１０ａと反対側に位置するテーパ部３１３ｂのテーパ角度より大きくしているので、より多くの空気を吸い込むことが可能となる。したがって、ラジエータ１００を通過する風量を増大させることができるので、ラジエータ１００の冷却能力を増大させることができる。
【００３１】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、自動二輪車用の冷却装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、四輪車等のその他車両にも適用することができる。
【００３２】
また、上述の実施形態では、リング３１３とブレード３１２とを樹脂にて一体成形したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばリング３１３とブレード３１２と別体に製造した後、両者３１２、３１３を組み付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るラジエータ装置（冷却装置）の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るラジエータの正面図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施形態に係る送風機をラジエータ１００に組み付けた状態を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。
【符号の説明】
１００…ラジエータ、３１０…軸流ファン、３１１…ボス部、
３１２…ブレード、３１３…ベルマウスリング、３１３ｄ…平面部。

Claims

複数本のチューブ（１１１）及びフィン（１１２）からなるコア部（１１０）を有して構成された熱交換器（１００）に空気を送風する軸流ファンであって、
複数枚のブレード（２１２）及び前記ブレード（３１２）の先端側を繋ぐリング（３１３）を有し、
前記リング（３１３）は、前記ブレード（３１２）の先端側が接続されファン軸方向と平行な方向に延びるリング本体部（３１３ｅ）、前記ファン軸方向において、前記ブレード（３１２）から離れるほど内径寸法（Ｄ１〜Ｄ５）が拡大するテーパ部（３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ）、及び前記コア部（１１０）のコア面（１１０ａ）に対して略平行な平面部（３１３ｄ）を有して構成されており、
前記テーパ部は、前記リング本体部（３１３ｅ）の空気入口側に形成され前記ファン軸方向の空気入口側へ行くにつれて前記内径寸法（Ｄ４、Ｄ５）が拡大する入口側テーパ部（３１３ａ）と、前記リング本体部（３１３ｅ）の空気出口側に形成され前記ファン軸方向の空気出口側へ行くにつれて前記内径寸法（Ｄ１〜Ｄ３）が拡大する出口側テーパ部（３１３ｂ、３１３ｃ）とから構成され、
前記平面部（３１３ｄ）は、前記リング（３１３）の前記ファン軸方向において前記コア面（１１０ａ）に最も近接した部位に設けられ、前記平面部（３１３ｄ）は前記入口側テーパ部（３１３ａ）を介して前記リング本体部（３１３ｅ）の空気入口側端部に接続されていることを特徴とする軸流ファン。
前記リング（３１３）と前記ブレード（３１２）とは、樹脂にて一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
複数本のチューブ（１１１）及びフィン（１１２）からなるコア部（１１０）を有して構成された熱交換器（１００）と、
複数枚のブレード（２１２）及び前記ブレード（３１２）の先端側を繋ぐリング（３１３）を有し、前記熱交換器（１００）に空気を送風する軸流ファン（２１０）とを備える熱交換装置において、
前記リング（３１３）は、前記ブレード（３１２）の先端側が接続されファン軸方向と平行な方向に延びるリング本体部（３１３ｅ）、前記ファン軸方向において、前記ブレード（３１２）から離れるほど内径寸法（Ｄ１〜Ｄ５）が拡大するテーパ部（３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ）、及び前記コア部（１１０）のコア面（１１０ａ）に対して略平行な平面部（３１３ｄ）を有して構成されており、
前記テーパ部は、前記リング本体部（３１３ｅ）の空気入口側に形成され前記ファン軸方向の空気入口側へ行くにつれて前記内径寸法（Ｄ４、Ｄ５）が拡大する入口側テーパ部（３１３ａ）と、前記リング本体部（３１３ｅ）の空気出口側に形成され前記ファン軸方向の空気出口側へ行くにつれて前記内径寸法（Ｄ１〜Ｄ３）が拡大する出口側テーパ部（３１３ｂ、３１３ｃ）とから構成され、
前記平面部（３１３ｄ）は、前記リング（３１３）の前記ファン軸方向において前記コア面（１１０ａ）に最も近接した部位に設けられ、前記平面部（３１３ｄ）は前記入口側テーパ部（３１３ａ）を介して前記リング本体部（３１３ｅ）の空気入口側端部に接続されていることを特徴とする熱交換装置。