JP5717620B2 - Automotive heat exchanger fan - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用熱交換器のコアに対向して配置される冷却ファンに関する。 The present invention relates to a cooling fan disposed to face a core of an automotive heat exchanger.
従来の自動車用熱交換器のファンは、熱交換器コアの背面に対向して配置され、電気モータやエンジンの回転軸等によって駆動され、熱交換器コアの前面側から背面側に起風するものである。この冷却ファンは、ボス部の外周に複数の翼部が一体に形成されている。
図9は、従来型冷却ファンの一例(下記特許文献1に記載)を示し、ボス部1の外周に多数の翼部2が放射状に突設されている。そして、矢印の回転方向の前縁3は、その付根Aとボス部1の中心とを結ぶ直線Eと、前縁3の先端Bとボス部1の先端とを結ぶ直線Dとのなす角αが1°程度であり、略両直線E,Dは一致するといえる。なお、より厳密には前縁の先端には、小さな円弧(図1参照)が形成されているので、前縁の先端Bとは翼部2の先端の延長線と前縁の延長線との交点をいう(以下同じ)。
A fan for a conventional automotive heat exchanger is disposed opposite to the back surface of the heat exchanger core, driven by an electric motor, a rotating shaft of an engine, or the like, and wakes up from the front side of the heat exchanger core to the back side. Is. In this cooling fan, a plurality of blade portions are integrally formed on the outer periphery of the boss portion.
FIG. 9 shows an example of a conventional cooling fan (described in
このような自動車用熱交換器のファンは、省エネルギーの観点から風量を維持しつつ、消費電力のより少ないものが望まれている。
そこで、本発明はコンピュータシミュレーションから、翼部の前縁の最適形状を見出し、課題を解決する。
From the viewpoint of energy saving, it is desired that the fan of such a heat exchanger for automobiles has less power consumption while maintaining the air volume.
Therefore, the present invention finds the optimum shape of the leading edge of the wing from computer simulation and solves the problem.
請求項1に記載の本発明は、ボス部(1)の外周に複数の翼部(2)が放射状に突出された熱交換器用冷却ファンにおいて、
そのファンの消費動力を減少させるため、各翼部(2)の回転方向の前縁(3)が次の条件を有する熱交換器用冷却ファン。
(1)その前縁(3)の半径方向の先端(B)と、その前縁(3)の付根(A)とを結ぶ直線(D)が、その付根(A)とボス部(1)の中心Oとを結ぶ直線(E)より回転方向の前方にあり、その両直線(D)(E)のなす角αが10度〜25度の範囲にある。
(2)その前縁(3)は、その半径方向の中間部が回転方向前方に凸となる弧状に形成され、その弧状の曲率半径Rとファンの直径であるファン径D0との比、R/D0が0.18〜0.42である。
The present invention according to
A cooling fan for a heat exchanger in which the leading edge (3) in the rotational direction of each blade (2) has the following conditions in order to reduce the power consumption of the fan.
(1) A straight line (D) connecting the tip (B) of the front edge (3) in the radial direction and the root (A) of the front edge (3) is connected to the root (A) and the boss (1). The straight line (E) connecting with the center O of the straight line is ahead in the rotational direction, and the angle α formed by both straight lines (D) and (E) is in the range of 10 to 25 degrees.
(2) the ratio of the front edge (3) has its intermediate portion in the radial direction is formed in an arc shape that protrudes forward in the rotational direction, and the fan diameter D 0 is a radius of curvature R and fan diameter of the arc, R / D 0 is 0.18 to 0.42.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の自動車用熱交換器のファンにおいて、
前記翼部(2)の後縁は、その半径方向の中間部が回転方向前方に凸となる曲線状に形成され且つ、その半径方向の先端部が回転方向の後方に突出され、
その半径方向の先端部の突出端とボス部(1)の中心Oとの半径r1、中間位置と中心Oとの半径r2、付根と中心Oとの半径r3おける各翼幅a,b,cが、中心Oに対する中心角で、次の比率にある。
a:b:c=1:0.92:1.31
The invention according to
The rear edge of the wing part (2) is formed in a curved shape in which the intermediate part in the radial direction is convex forward in the rotational direction, and the distal end part in the radial direction protrudes rearward in the rotational direction,
Each blade width a, b, c at the radius r1 between the projecting end of the tip portion in the radial direction and the center O of the boss portion (1), the radius r2 between the intermediate position and the center O, and the radius r3 between the root and the center O Is a central angle with respect to the center O and is in the following ratio.
a: b: c = 1: 0.92: 1.31
ここに、曲率半径とは、図1において、翼部2の前縁の付根の変曲部の点c2とその前縁3の先端の変曲点a2とを共に通る半径Rをいう。
前縁(3)の付根(A)とは、図1において、曲率半径Rの延長線と、ボス部1の外周との交点をいう。
前縁(3)の半径方向の先端(B)とは、図1において、曲率半径Rの延長線と翼部先端の直径D0の延長線との交点をいう。
Here, the radius of curvature refers to a radius R that passes through the inflection point a2 at the root of the leading edge of the
The root (A) of the front edge (3) refers to the intersection of the extension line of the radius of curvature R and the outer periphery of the
Before the radial direction of the tip of the edge (3) (B), in FIG. 1, refer to the intersection of an extension and Tsubasabu tip of the extension line of the diameter D 0 of the radius of curvature R.
直線DとEのなす角αを10度〜25度とし、その前縁3の弧状の曲率半径Rとファン直径D0との比、R/D0を0.18〜0.42としたので、ファンの風量、静圧を維持して、消費動力を低減できる。
さらに、その前縁3は、その半径方向の中間部が回転方向前方に凸となる曲率半径Rの 弧状に形成され、その前縁3と翼部先端縁とのなす角が鈍角になるから、この自動車用熱交換器のファンは、冠水した道路の走行中に、水中で回転するファンの翼部の変形を可及的に防止できる。そのため、従来型ファンのように、それが水の存在で変形して、翼部先端が熱交換器コア表面に突き刺さり、コアを損傷することを確実に防止できる効果がある。
Since the angle α formed by the straight lines D and E is 10 to 25 degrees, the ratio of the arcuate radius of curvature R of the leading
Further, the leading
本発明の自動車用熱交換器のファンは、熱交換器コアの背面に対向して配置され、その回転によりコアの前面側から背面側に起風するものである。
このファンは図1に示すごとく、ボス部1の外周に複数の翼部2が放射状に突出されたものである。そして、各翼部2の回転方向の前縁3の形状、その他を特定し、コンピュータシミュレーション解析することにより、従来の風量を維持しつつ、ファンの消費電力を減少させたものである。
The fan of the heat exchanger for automobiles of the present invention is arranged to face the back surface of the heat exchanger core, and winds from the front side to the back side of the core by its rotation.
As shown in FIG. 1, the fan has a plurality of
(解析例1)
前縁3における半径方向の先端(B)と、その前縁3の付根(A)とを結ぶ直線(D)と、その付根(A)とボス部(1)の中心Oとを結ぶ直線(E)のなす角αを、+30°〜−30°まで変化させて、そのファン効率ηsを測定し、その結果を図4に示す。
このとき、直線Dが直線Eより回転方向前方にある場合を同図で前進と表示し、逆に直線Dが直線Eよりも後方にある場合を後進とする。そして、図9に示す従来型ファンを基準(0%)にして、それぞれの角度におけるファン効率ηsの向上割合を図4において%で表す。その結果、角αが前進の10°〜25°の範囲において、従来形状のファンよりも1.7〜1.8%ポイント(1.7〜1.8ポイント)だけファン効率ηsが向上した。他の角度においては、ファン効率ηsが前進10°〜25°よりもいずれも劣るものとなっている。
(Analysis example 1)
A straight line (D) connecting the tip (B) in the radial direction of the
At this time, the case where the straight line D is ahead of the straight line E in the rotational direction is displayed as forward in the figure, and conversely, the case where the straight line D is behind the straight line E is reverse. Then, with the conventional fan shown in FIG. 9 as a reference (0%), the improvement rate of the fan efficiency ηs at each angle is represented by% in FIG. As a result, the fan efficiency ηs was improved by 1.7 to 1.8% points (1.7 to 1.8 points) over the conventional fan in the range where the angle α was 10 ° to 25 ° of forward movement. At other angles, the fan efficiency ηs is inferior to the forward 10 ° to 25 °.
(解析例2)
そこで、前進10°〜25°の中間値として、前進22.5°とし、図1における前縁3のRを変化させ、そのRとファンの直径であるファン径D0との比であるR/D0と、ファン効率の変化を図5に示す。このRは、同図においてA点とB点を通る曲率半径を意味する。なお、Rの中心は、A点とB点を結ぶ直線の直角二等分線上にある。そして、図1のように前縁3側が凸になったものを図5では逆と表示し、前縁3が凹曲線になったものを正と表示し、各R/D0の大きさを変化させたとき、従来型形状に比べて、ファン効率の向上を測定した。
(Analysis example 2)
Therefore, the intermediate value of the forward 10 ° to 25 ° is set to the forward 22.5 °, the R of the leading
その結果、図5に示すとおり、Rとファン径D0との比、R/D0が0.18〜0.42の範囲で最大値を得た。その範囲は従来のファンに比べて2.1〜2.4%ポイント(2.1〜2.4ポイント)だけファン効率が上昇している。他の曲率半径では、それらよりも低い値となった。
そこで、本発明はその孤状の曲率半径を中央部が凸となる孤状であって、そのR/D0が0.18〜0.42を採用する。
As a result, as shown in FIG. 5, the maximum value was obtained when the ratio of R to the fan diameter D 0 and R / D 0 was in the range of 0.18 to 0.42. In that range, fan efficiency has increased by 2.1 to 2.4 percentage points (2.1 to 2.4 points) compared to conventional fans. Other curvature radii were lower than those.
Accordingly, the present invention is the arc-shaped curvature radius central portion a arc shape protruding, the R / D 0 is adopted from 0.18 to 0.42.
次に図6は、αが22.5°で、Rが100mmの本発明のファンと、図9に示す従来型ファンの風量に対する静圧Ps、トルクT、効率ηsを示すとともに、風量に対する熱交換器の圧力損失曲線Vを示したものである。この圧力損失曲線Vと、静圧曲線との交点が動作点である。同図で本発明のファンは×で示し、従来型のファンは■で示す。
動作点において、効率ηsは、本願発明のほうが2.4%ポイント(2.4ポイント)改善され、消費電力は3.7%ポイント(3.7ポイント)低減した。
Next, FIG. 6 shows the static pressure Ps, the torque T, and the efficiency ηs with respect to the air volume of the fan of the present invention in which α is 22.5 ° and R is 100 mm, and the conventional fan shown in FIG. The pressure loss curve V is shown. The intersection of this pressure loss curve V and the static pressure curve is the operating point. In the figure, the fan of the present invention is indicated by x, and the conventional fan is indicated by ■.
In the operating point, the efficiency ηs was improved by 2.4% points (2.4 points) in the present invention, and the power consumption was reduced by 3.7% points (3.7 points).
(解析例3)
そこで、ファン周りの空気の流れを可視化(シミュレーション解析によるヘリシティ分布)した。その結果、図7のごとく本発明の場合は翼部2の翼端から生じる渦wが隣接する翼部2の翼端にぶつからず、その内側を通過することがわかった。
これに対して、図9の従来型ファンでは、図8に示すごとく、翼部2の翼端から生じる渦wが隣接する翼部2の翼端に衝突するように流れていることがわかった。
(Analysis example 3)
Therefore, the air flow around the fan was visualized (helicity distribution by simulation analysis). As a result, as shown in FIG. 7, in the case of the present invention, it has been found that the vortex w generated from the blade tip of the
On the other hand, in the conventional fan of FIG. 9, it was found that the vortex w generated from the blade tip of the
このように翼端渦が隣接する翼に干渉する程度が低下すると、消費動力が低減すると推測できる。なお、実験では、ファン径D0は320mmであり、ボス直径は120mmである。また、各翼部2の捩れ角は、図1のa1−a2(半径r1)の位置で12°、b1−b2(半径r2)の中間位置で16°、c1−c2(半径r3)の根元位置で20°である。各部における捩れ角βを図3に図示する。基準直線はファンの軸線に直交する面である。
その翼部の半径方向の先端部の突出端とボス部1の中心Oとの半径r1、中間位置と中心Oとの半径r2、付根と中心Oとの半径r3おける各翼幅a,b,cが、中心Oに対する中心角で、次の範囲比率ある。a:b:c=1:0.92:1.31
Thus, it can be estimated that the power consumption decreases when the degree of interference between the blade tip vortex and the adjacent blade decreases. In the experiments, the fan diameter D 0 is 320 mm, the boss diameter is 120 mm. Further, the twist angle of each
Each blade width a, b, radius r1 between the projecting end of the tip of the blade in the radial direction and the center O of the
なお、本発明は四輪の自動車用熱交換器のファンを主に開発したものであるが、自動二輪車用熱交換器のファン、建設機械等の車両用熱交換器のファンにも使用可能である。 Although the present invention was developed mainly for fans of automobile heat exchangers for automobiles, it can also be used for fans of heat exchangers for motorcycles and heat exchangers for vehicles such as construction machinery. is there.
1 ボス部
2 翼部
3 前縁
4 冷却ファン
D0 ファン径
R 曲率半径
1
Claims (2)
そのファンの消費動力を減少させるため、各翼部(2)の回転方向の前縁(3)が次の条件を有する熱交換器用冷却ファン。
(1)その前縁(3)の半径方向の先端(B)と、その前縁(3)の付根(A)とを結ぶ直線(D)が、その付根(A)とボス部(1)の中心Oとを結ぶ直線(E)より回転方向の前方にあり、その両直線(D)(E)のなす角αが10度〜25度の範囲にある。
(2)その前縁(3)は、その半径方向の中間部が回転方向前方に凸となる弧状に形成され、その弧状の曲率半径Rとファンの直径であるファン径D0との比、R/D0が0.18〜0.42である。 In the heat exchanger cooling fan in which a plurality of blades (2) project radially from the outer periphery of the boss (1),
A cooling fan for a heat exchanger in which the leading edge (3) in the rotational direction of each blade (2) has the following conditions in order to reduce the power consumption of the fan.
(1) A straight line (D) connecting the tip (B) of the front edge (3) in the radial direction and the root (A) of the front edge (3) is connected to the root (A) and the boss (1). The straight line (E) connecting with the center O of the straight line is ahead in the rotational direction, and the angle α formed by both straight lines (D) and (E) is in the range of 10 to 25 degrees.
(2) the ratio of the front edge (3) has its intermediate portion in the radial direction is formed in an arc shape that protrudes forward in the rotational direction, and the fan diameter D 0 is a radius of curvature R and fan diameter of the arc, R / D 0 is 0.18 to 0.42.
前記翼部(2)の後縁は、その半径方向の中間部が回転方向前方に凸となる曲線状に形成され且つ、その半径方向の先端部が回転方向の後方に突出され、
その半径方向の先端部の突出端とボス部(1)の中心Oとの半径r1、中間位置と中心Oとの半径r2、付根と中心Oとの半径r3おける各翼幅a,b,cが、中心Oに対する中心角で、次の比率にある。
a:b:c=1:0.92:1.31 The cooling fan for a heat exchanger according to claim 1,
The rear edge of the wing part (2) is formed in a curved shape in which the intermediate part in the radial direction is convex forward in the rotational direction, and the distal end part in the radial direction protrudes rearward in the rotational direction,
Each blade width a, b, c at the radius r1 between the projecting end of the tip portion in the radial direction and the center O of the boss portion (1), the radius r2 between the intermediate position and the center O, and the radius r3 between the root and the center O Is a central angle with respect to the center O and is in the following ratio.
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