JP4862482B2

JP4862482B2 - 送風装置

Info

Publication number: JP4862482B2
Application number: JP2006134718A
Authority: JP
Inventors: 卓洋岩崎
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: DE102007022663B4; DE102007022663A1; JP2007303432A

Description

本発明は、軸流ファン（ＪＩＳＢ０１３２番号１０１０参照）を用いた送風機と、ファンシュラウドとを備えた送風装置に関し、ラジエータ等の車両用熱交換器に冷却風を送風する送風装置に適用して有効である。

従来より、車両に搭載されるラジエータ等の熱交換器に冷却空気を供給する送風機として、軸流ファンが用いられている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、軸流ファンは、回転に伴う旋回成分の動圧分がロスとなり、軸流成分が減少するため、ファン効率が悪化するという問題があった。
特開２００２−３１００９７号公報

これに対し、本出願人は、車両に搭載される熱交換器に冷却空気を送風する送風機として、二重反転ファンを用いることを検討している。二重反転ファンとは、互いに対向配置された２つの軸流ファンを有し、２つの軸流ファンが互いに反対方向に回転して送風するものである。一方の軸流ファンの出口で生じた旋回成分が、他方の軸流ファンの反転により打ち消されるため、一方の軸流ファンの出口で生じた旋回成分の動圧分を静圧として回収することができる。これにより、送風効率を向上させることができる。

ところで、送風機を車両に搭載する際に、送風機を保持するとともに熱交換器から送風機に至る空気通路を形成するファンシュラウドを設ける場合がある。一般に、送風機と熱交換器は形状が異なるため、ファンシュラウドは空気の流路面積を変化させる導風部（縮流部もしくは拡大部）を有している。送風機として二重反転ファンを用いる場合には、ファンシュラウドの導風部により、二重反転ファン（特に先端部分）の旋回成分が過大に発生し、送風効率が低下することが本発明者の実験検討により明らかとなった。

本発明は、上記点に鑑み、二重反転式送風機と、空気の流路面積を変化させる導風部を有するファンシュラウドとを備える送風装置において、二重反転式送風機の送風効率の低下を抑制すること目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、空気と熱媒体との熱交換を行う熱交換器（１、２）に空気を供給する送風機（３）と、送風機（３）を保持するとともに、熱交換器（１、２）から送風機（３）に至る空気通路を形成するファンシュラウド（４）とを備える送風装置であって、送風機は、互いに反対方向に回転する２つの軸流ファン（３１、３２）を有し、２つの軸流ファン（３１、３２）の回転軸（３１０、３２０）が同一直線上となるように直列に配置された二重反転式送風機（３）であり、ファンシュラウド（４）は、送風機（３）に対向する部位より空気流れ上流側に、空気通路の通路面積を変化させる導風部（４２ａ）を有しており、２つの軸流ファン（３１、３２）のうち、空気流れ下流側に配置される下流側軸流ファン（３２）の、空気流れ上流側に配置される上流側軸流ファン（３１）に対する仕事量比を、１より小さく設定したことを特徴としている。

なお、「軸流ファンの仕事量」とは、軸流ファン（３１、３２）の風量と風圧を掛け合わせたものである。

これにより、後述の図４に示すように、二重反転式送風機の送風効率の低下を抑制することが可能となる。

また、導風部を、空気通路の通路面積を空気流れ下流側に向かって縮小させる縮流部（４２ａ）とすることができる。

そして、仕事量比を０．６〜０．９に設定すると、二重反転式送風機の送風効率の低下をより抑制することが可能となる。

そして、仕事量比を０．７〜０．８に設定すると、二重反転式送風機の送風効率の低下をより一層抑制することが可能となる。

この場合、下流側軸流ファン（３２）の上流側軸流ファン（３１）に対する単位時間当たりの回転数比を１より小さく設定することができる。

また、２つの軸流ファン（３１、３２）に、それぞれボス部（３１ｃ、３２ｃ）に設けられたブレード（３１ｄ、３２ｄ）を設け、下流側軸流ファン（３２）のブレード（３２ｄ）の枚数を、上流側軸流ファン（３１）のブレード（３１ｄ）の枚数より少なくすることができる。

また、下流側軸流ファン（３２）の上流側軸流ファン（３１）に対するソリディティ比を１より小さく設定することができる。なお、「ソリディティ」とは、ブレード（３１ｄ、３２ｄ）の翼弦長（Ｌ）を翼ピッチ（ｔ）で割ったものである。

また、下流側軸流ファン（３２）におけるブレード（３２ｄ）の翼取付角（θ_２）を、上流側軸流ファン（３１）におけるブレード（３１）の翼取付角（θ_１）より小さくすることができる。なお、「翼取付角」とは、軸流ファン（３１、３２）の回転方向に平行な仮想線に対するブレード（３１ｄ、３２ｄ）の翼弦の傾斜角度のことをいう。
また、下流側軸流ファン（３２）におけるブレード（３２ｄ）のそり高さ（Ｈ _１）を翼弦長（Ｌ _１）で割ったそり比（Ｈ _１／Ｌ _１）と、上流側軸流ファン（３１）におけるブレード（３１）のそり高さ（Ｈ _２）を翼弦長（Ｌ _２）で割ったそり比（Ｈ _２／Ｌ _２）とを変化させることができる。

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。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図４に基づいて説明する。本実施形態は、車両に搭載されるラジエータおよびコンデンサに冷却風を送風する送風装置に本発明を適用したものであって、図１は本実施形態に係る二重反転式送風機３の車両搭載状態を示す概略断面図である。

図１に示すように、本実施形態の送風装置は、ラジエータ１およびコンデンサ２に空気を送風する二重反転式送風機３と、二重反転式送風機３を保持するとともに、ラジエータ１およびコンデンサ２から二重反転式送風機３に至る空気通路を形成し、二重反転式送風機３により誘起される空気流がラジエータ１およびコンデンサ２に流れるように空気流をガイドするファンシュラウド４とを備えている。二重反転式送風機３およびファンシュラウド４は、ラジエータ１およびコンデンサ２より空気流れ下流側（車両後方側）に配置されている。また、ファンシュラウド４は、二重反転式送風機３より空気流れ下流側（車両後方側）に配置されている。

ラジテータ１は、図示しないエンジン（内燃機関）の冷却水と空気とを熱交換させて冷却水を冷却する熱交換器で、コンデンサ２は、図示しない車両用冷凍サイクル（空調装置）内を循環する冷媒と空気とを熱交換させて冷媒を冷却する熱交換器である。因みに、コンデンサ２は、ラジエータ１よりも空気流れ上流側、換言すると、車両前方側に配置されている。なお、ラジエータ１およびコンデンサ２をまとめて熱交換器１、２ともいう。また、冷却水および冷媒が、本発明の熱媒体に相当している。

図２は本実施形態における二重反転式送風機３を示す斜視図で、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図で、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図である。図１〜図３に示すように、二重反転式送風機３は、上流側軸流ファン３１および下流側軸流ファン３２を有している。上流側軸流ファン３１は、下流側軸流ファン３２より空気流れ上流側（車両前方側）に配置されている。上流側軸流ファン３１および下流側軸流ファン３２は、互いに直列に、すなわち回転軸３１０、３２０が同一直線上となるように配置されている。

上流側軸流ファン３１は、第１の羽根車３１ａおよびこれを回転駆動する第１のモータ３１ｂからなり、下流側軸流ファン３２は、第２の羽根車３２ａおよびこれを回転駆動する第２のモータ３２ｂからなっている。第１、第２の羽根車３１ａ、３２ａは、それぞれボス部３１ｃ、３２ｃから放射状に延びる複数枚のブレード３１ｄ、３２ｄを有している。

上流側軸流ファン３１および下流側軸流ファン３２は、互いに反対方向に回転するように構成されている。また、上流側軸流ファン３１および下流側軸流ファン３２において、誘起する空気流の方向は同一となっている。

これにより、上流側軸流ファン３１の出口で生じた円周方向の旋回流成分が、下流側軸流ファン３２の反転により打ち消されるため、上流側軸流ファン３１の出口で生じた旋回流の動圧分が、静圧として回収される。このため、通常の一連の軸流ファンと比較して高静圧が得られるので、熱交換器１、２に送風する空気風量を増加させることができる。

図１に戻り、ファンシュラウド４は、円筒状（リング状）のリング部４１と、ラジエータ１の背面側の空間をリング部４１まで滑らかな流路によって接続する平面部４２とを有している。そして、本実施形態では、リング部４１および平面部４２等の各部分が、全て一体となるように形成されている。

リング部４１は、環状内部において、２つの軸流ファン３１、３２が後述するブレード３１ｄ、３２ｄの先端に必要な大きさの隙間を残して自由に回転し得るベンチュリ型の流路空間を形成しており、その中で２つの軸流ファン３１、３２はそれぞれのモータ３１ｂ、３２ｂの回転軸３１０、３２０に支持され、かつ回転駆動される。また、平面部４２は、空気通路の通路面積を空気流れ下流側に向かって徐々に（連続的に）縮小させる縮流部４２ａを有している。縮流部４２ａは、ファンシュラウド４における二重反転式送風機３が保持された部位より空気流れ上流側に配置されている。なお、縮流部４２ａが、本発明の導風部に相当している。

次に、本実施形態における２つの軸流ファン３１、３２の仕事量の関係について説明する。図４は、本実施形態に係る下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対する仕事量比と二重反転式送風機３の送風効率との関係を示す特性図である。なお、「軸流ファンの仕事量」とは、軸流ファン３１、３２の風量と風圧を掛け合わせたものである。

本実施形態では、下流側軸流ファン３２の仕事量は、上流側軸流ファン３１より小さくなっている。すなわち、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対する仕事量比は、１より小さくなっている。これにより、図４に示すように、二重反転式送風機３の送風効率の低下を抑制することができる。そして、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対する仕事量比を０．６〜０．９に設定すると、二重反転式送風機３の送風効率の低下をより抑制することができる。さらに、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対する仕事量比を０．７〜０．８に設定すると、送風効率の低下をより一層抑制することができる。

ところで、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対する仕事量比を１より小さくするために、以下の手段を採用している。具体的には、下流側軸流ファン３２の単位時間当たりの回転数、ブレード３２ｄの枚数、ソリディティＬ／ｔおよび翼取付角θ等の諸元を、上流側軸流ファン３１のそれらに対して低減している。ここで、「翼取付角θ」とは、軸流ファン３１、３２の回転方向に平行な仮想線に対するブレード３１ｄ、３２ｄの翼弦の傾斜角度のことをいい、「ソリディティＬ／ｔ」とは、ブレード３１ｄ、３２ｄの翼弦長Ｌを翼ピッチｔで割ったものである。

下流側軸流ファン３２の仕事量を、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対する仕事量比を０．６〜０．９とする場合には、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対する単位時間当たりの回転数比を０．６〜０．９に設定すればよい。例えば、上流側軸流ファン３１の回転速度を２０００ｒｐｍとすると、下流側軸流ファン３２の回転速度を１２００ｒｐｍ〜１８００ｒｐｍとすればよい。

もしくは、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対するブレード枚数比を０．６〜０．９に設定すればよい。例えば、上流側軸流ファン３１のブレード３１ｄの枚数を１０枚とすると、下流側軸流ファン３２のブレード３２ｄの枚数を６〜９枚とすればよい。

もしくは、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対するソリディティ比を０．６〜０．９に設定すればよい。例えば、上流側軸流ファン３１のソリディティＬ_１／ｔ_１を０．７とすると、下流側軸流ファン３２のソリディティＬ_２／ｔ_２を、０．４２〜０．６３とすればよい。

もしくは、上流側軸流ファン３１の翼取付角θ_１に対して、下流側軸流ファン３２の翼取付角θ_２を約１．０°〜５．５°小さくすればよい。

また、具体的には、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対する仕事量比を０．７〜０．８とする場合には、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対する単位時間当たりの回転数比を０．７〜０．８に設定すればよい。例えば、上流側軸流ファン３１の回転速度を２０００ｒｐｍとすると、下流側軸流ファン３２の回転速度を１４００ｒｐｍ〜１６００ｒｐｍとすればよい。

もしくは、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対するブレード枚数比を０．７〜０．８に設定すればよい。例えば、上流側軸流ファン３１のブレード３１ｄの枚数を１０枚とすると、下流側軸流ファン３２のブレード３２ｄの枚数を７または８枚とすればよい。

もしくは、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対するソリディティ比を０．７〜０．８に設定すればよい。例えば、上流側軸流ファン３１のソリディティＬ_１／ｔ_１を０．７とすると、下流側軸流ファン３２のソリディティＬ_２／ｔ_２を、０．４９〜０．５６とすればよい。

もしくは、上流側軸流ファン３１の翼取付角θ_１に対して、下流側軸流ファン３２の翼取付角θ_２を約２．５°〜４．０°小さくすればよい。

また、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対する仕事量比を１より小さくするための上記各手段は、単独で用いることもできるし、組み合わせて用いることもできる。すなわち、下流側軸流ファン３２の二つ以上の諸元を、上流側軸流ファン３１のそれらに対して低減させることで、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対する仕事量比が１より小さくなるようにしてもよい。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態において、下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対する仕事量比を１より小さくするために、下流側軸流ファン３２の回転数、ブレード３２ｄの枚数、ソリディティＬ／ｔおよび翼取付角θ等の諸元を、上流側軸流ファン３１のそれらに対して低減しているが、これに限らず、例えば、そり高さＨを翼弦長Ｌで割ったそり比Ｈ／Ｌ等、他の諸元を変化させてもよい。

また、上記実施形態において、ファンシュラウド４の導風部を、空気通路の通路面積を空気流れ下流側に向かって縮小させる縮流部４２ａとしたが、これに限らず、空気通路の通路面積を空気流れ下流側に向かって拡大させる拡大部としてもよい。

本発明の実施形態に係る二重反転式送風機３の車両搭載状態を示す概略断面図である。本発明の実施形態における二重反転式送風機３を示す斜視図である。（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図で、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図である。本発明の実施形態に係る下流側軸流ファン３２の上流側軸流ファン３１に対する仕事量比と二重反転式送風機３の送風効率との関係を示す特性図である。

符号の説明

１…ラジエータ（熱交換器）、２…コンデンサ（熱交換器）、３…二重反転式送風機、４…ファンシュラウド、３１…上流側軸流ファン、３２…下流側軸流ファン、３１ｃ、３２ｃ…ボス部、３１ｄ、３２ｄ…ブレード、４２ａ…縮流部（導風部）、３１０、３２０…回転軸。

Claims

空気と熱媒体との熱交換を行う熱交換器（１、２）に空気を供給する送風機（３）と、前記熱交換器（１、２）の空気流れ下流側に配置され、前記送風機（３）を保持するとともに、前記熱交換器（１、２）から前記送風機（３）に至る空気通路を形成するファンシュラウド（４）とを備える送風装置であって、
前記送風機は、互いに反対方向に回転する２つの軸流ファン（３１、３２）を有し、前記２つの軸流ファン（３１、３２）の回転軸（３１０、３２０）が同一直線上となるように直列に配置された二重反転式送風機（３）であり、
前記ファンシュラウド（４）は、前記送風機（３）が保持された部位より空気流れ上流側に、前記空気通路の通路面積を空気流れ下流側に向かって変化させる導風部（４２ａ）を有しており、
前記２つの軸流ファン（３１、３２）は、それぞれボス部（３１ｃ、３２ｃ）に設けられたブレード（３１ｄ、３２ｄ）を有しており、
前記２つの軸流ファン（３１、３２）のうち、空気流れ下流側に配置される下流側軸流ファン（３２）の前記ブレード（３２ｄ）の枚数を、空気流れ上流側に配置される上流側軸流ファン（３１）の前記ブレード（３１ｄ）の枚数より少なくすることで、前記下流側軸流ファン（３２）の前記上流側軸流ファン（３１）に対する仕事量比を１より小さく設定したことを特徴とする送風装置。
空気と熱媒体との熱交換を行う熱交換器（１、２）に空気を供給する送風機（３）と、前記熱交換器（１、２）の空気流れ下流側に配置され、前記送風機（３）を保持するとともに、前記熱交換器（１、２）から前記送風機（３）に至る空気通路を形成するファンシュラウド（４）とを備える送風装置であって、
前記送風機は、互いに反対方向に回転する２つの軸流ファン（３１、３２）を有し、前記２つの軸流ファン（３１、３２）の回転軸（３１０、３２０）が同一直線上となるように直列に配置された二重反転式送風機（３）であり、
前記ファンシュラウド（４）は、前記送風機（３）が保持された部位より空気流れ上流側に、前記空気通路の通路面積を空気流れ下流側に向かって変化させる導風部（４２ａ）を有しており、
前記２つの軸流ファン（３１、３２）のうち、空気流れ下流側に配置される下流側軸流ファン（３２）の空気流れ上流側に配置される上流側軸流ファン（３１）に対するソリディティ比を１より小さく設定することで、前記下流側軸流ファン（３２）の前記上流側軸流ファン（３１）に対する仕事量比を１より小さく設定したことを特徴とする送風装置。
空気と熱媒体との熱交換を行う熱交換器（１、２）に空気を供給する送風機（３）と、前記熱交換器（１、２）の空気流れ下流側に配置され、前記送風機（３）を保持するとともに、前記熱交換器（１、２）から前記送風機（３）に至る空気通路を形成するファンシュラウド（４）とを備える送風装置であって、
前記送風機は、互いに反対方向に回転する２つの軸流ファン（３１、３２）を有し、前記２つの軸流ファン（３１、３２）の回転軸（３１０、３２０）が同一直線上となるように直列に配置された二重反転式送風機（３）であり、
前記ファンシュラウド（４）は、前記送風機（３）が保持された部位より空気流れ上流側に、前記空気通路の通路面積を空気流れ下流側に向かって変化させる導風部（４２ａ）を有しており、
前記２つの軸流ファン（３１、３２）は、それぞれボス部（３１ｃ、３２ｃ）に設けられたブレード（３１ｄ、３２ｄ）を有しており、
前記２つの軸流ファン（３１、３２）のうち、空気流れ下流側に配置される下流側軸流ファン（３２）における前記ブレード（３２ｄ）の翼取付角（θ _２）を、空気流れ上流側に配置される上流側軸流ファン（３１）における前記ブレード（３１ｄ）の翼取付角（θ _１）より小さくすることで、前記下流側軸流ファン（３２）の前記上流側軸流ファン（３１）に対する仕事量比を１より小さく設定したことを特徴とする送風装置。
空気と熱媒体との熱交換を行う熱交換器（１、２）に空気を供給する送風機（３）と、前記熱交換器（１、２）の空気流れ下流側に配置され、前記送風機（３）を保持するとともに、前記熱交換器（１、２）から前記送風機（３）に至る空気通路を形成するファンシュラウド（４）とを備える送風装置であって、
前記送風機は、互いに反対方向に回転する２つの軸流ファン（３１、３２）を有し、前記２つの軸流ファン（３１、３２）の回転軸（３１０、３２０）が同一直線上となるように直列に配置された二重反転式送風機（３）であり、
前記ファンシュラウド（４）は、前記送風機（３）が保持された部位より空気流れ上流側に、前記空気通路の通路面積を空気流れ下流側に向かって変化させる導風部（４２ａ）を有しており、
前記２つの軸流ファン（３１、３２）は、それぞれボス部（３１ｃ、３２ｃ）に設けられたブレード（３１ｄ、３２ｄ）を有しており、
前記２つの軸流ファン（３１、３２）のうち、空気流れ下流側に配置される下流側軸流ファン（３２）における前記ブレード（３２ｄ）のそり高さ（Ｈ _１）を翼弦長（Ｌ _１）で割ったそり比（Ｈ _１／Ｌ _１）と、空気流れ上流側に配置される上流側軸流ファン（３１）における前記ブレード（３１）のそり高さ（Ｈ _２）を翼弦長（Ｌ _２）で割ったそり比（Ｈ _２／Ｌ _２）とを変化させることで、前記下流側軸流ファン（３２）の前記上流側軸流ファン（３１）に対する仕事量比を１より小さく設定したことを特徴とする送風装置。