JP6224952B2

JP6224952B2 - 送風装置

Info

Publication number: JP6224952B2
Application number: JP2013169704A
Authority: JP
Inventors: 小村　正人; 正人小村; 幸克尾▲崎▼; 吉田　憲司; 憲司吉田; 英樹大矢; 勝神谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2033-08-19
Also published as: JP2015038338A

Description

本発明は、軸流ファンを備える送風装置に関する。

従来、複数のブレードを有する軸流ファンと、軸流ファンを保持するとともに軸流ファンによって発生させた空気流をガイドするシュラウドとを備えた送風装置が知られている。このような送風装置では、軸流ファンのブレード先端部とシュラウドとの隙間（チップ隙間）において、軸流ファンの吹出口側から吸込口側への空気の逆流が発生する。このため、通常の吸い込み流れと逆流とが干渉することで、騒音が増大するという問題があった。

これに対し、シュラウドにおける軸流ファンの空気流れ下流側に、ガイド部材（コアンダリング）を設けた送風装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、空気が物体に沿って流れようとする性質（コアンダ効果）によって、軸流ファンから吹き出された吹出空気がガイド部材およびシュラウドの壁面に沿って流れる。このため、空気の逆流を低減し、低騒音化を図ることができる。

特表２００９−５３１５９９号公報

ところで、上述したガイド部材が設けられていない場合、軸流ファンに流入する空気流は、回転軸に垂直な方向の速度成分を有しているので、軸流ファンの吹出空気の流れが縮流となる。さらに、軸流ファンの径方向最外周部よりも径方向内側が空気の流速が速いので、軸流ファンから吹き出された直後の空気流れが縮流となりやすい。

このため、軸流ファンの吹出口のすぐ下流側から空気流路の流路断面積を大きくすると、空気流がシュラウドの壁面から剥離しやすくなる。シュラウドの壁面から空気流が剥離すると、壁面付近の圧力が上昇し、ブレードの先端部（チップ部）における前後差圧が大きくなり、空気の逆流が発生しやすくなってしまう。このため、上記特許文献１に記載したガイド部材を設けることによる逆流低減効果を充分に得ることができないという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、騒音を確実に低減することができる送風装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回転駆動されて空気流を発生する軸流式の送風ファン（４０）と、送風ファン（４０）に吸込される空気の吸込口部（３１）と、送風ファン（４０）から空気を吹き出す吹出口部（３２）とが形成されたシュラウド（３０）とを備える送風装置において、送風ファン（４０）は、回転中心に設けられるボス部（４１）から放射状に延びるとともに、回転方向に相互に離間して配設された複数のブレード（４２）と、複数のブレード（４２）の外周端部同士を周状に接続するリング部（４３）とを有しており、吹出口部（３２）の内周壁面の少なくとも一部（３４）が、リング部（４３）の内周壁面（４４）に対して、送風ファン（４０）の径方向の内側に位置しており、吹出口部（３２）の内周壁面の少なくとも一部（３４）は、送風ファン（４０）の回転軸に垂直な方向から見た断面が、径方向内側に向かって突出する略円弧状に形成されており、送風ファン（４０）の回転軸の軸方向からみたときに、吹出口部（３２）の内周壁面（３６）からシュラウド（３０）の外周縁部（３７）までの回転軸の径方向の距離を、外周距離とし、吹出口部（３２）の最小内径を、吹出口部最小内径（Ｄ１）としたとき、吹出口部（３２）の内周壁面の少なくとも一部（３４）は、シュラウド（３０）のうち外周距離が最も長くなる部分を含む領域の吹出口部最小内径（Ｄ１）が、シュラウド（３０）における他の領域の吹出口部最小内径（Ｄ１）よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。

これによれば、吹出口部（３２）の内周壁面の少なくとも一部（３４）が、リング部（４３）の内周壁面（４４）に対して、送風ファン（４０）の径方向の内側に位置しているので、送風ファン（４０）の空気流れ最下流端（４５）の下流側における空気流路断面積を、送風ファン（４０）の空気流れ最下流端（４５）における空気流路断面積よりも小さくできる。このため、送風ファン（４０）から吹き出された空気流が、シュラウド（３０）の内周壁面から剥離することを抑制できる。したがって、送風ファン（４０）から吹き出された空気流がシュラウド（３０）の吹出口部（３２）の内周壁面に沿って流れるので、空気の逆流を確実に抑制でき、これにより騒音を確実に低減することが可能となる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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。

第１実施形態に係る送風装置を示す平面図である。図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。第１実施形態に係る送風装置を吹出口部側からみた正面図である。リング部内径Ｄ０に対する内径差δの割合と騒音レベル・送風空気の風量との関係を示す特性図である。第２実施形態に係る送風装置を吹出口部側からみた正面図である。図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。図５のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される送風装置は、自動車の冷媒放熱器及びラジエータの冷却に用いられる送風装置として構成されたものである。

図１〜図３に示すように、送風装置は、冷媒放熱器１０と、ラジエータ２０と、シュラウド３０と、軸流ファン４０と、モータ５０と、を備えて構成されている。

冷媒放熱器１０は、図示しない冷凍サイクル内を循環する冷媒と外気とを熱交換して冷媒を冷却する熱交換器である。また、ラジエータ２０は、エンジン冷却水と外気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器である。冷媒放熱器１０は、ラジエータ２０の車両前方側すなわち空気流れ上流側に配置されている。冷媒放熱器１０及びラジエータ２０は連結されて一体化されている。

シュラウド３０は、モータ５０を保持すると共に、軸流ファン４０により誘起される空気流が冷媒放熱器１０及びラジエータ２０に流れるように空気流をガイドする部品である。シュラウド３０は、ラジエータ２０の車両後方側すなわち空気流れ下流側に配置されている。

また、シュラウド３０は、軸流ファン４０に吸込される空気の吸込口部３１と、軸流ファン４０から空気を吹き出す吹出口部３２とを有している。吸込口部３１は、ラジエータ２０の背面すなわちラジエータ２０の車両後方側の面を覆っている。吹出口部３２は吸込口部３１と連通する筒状になっていると共に、外部とも連通している。

さらに、シュラウド３０の吹出口部３２の平面形状は円形になっている。一方、シュラウド３０の平面形状は矩形である。すなわち、シュラウド３０の外周縁部の平面形状が矩形状になっている。また、吸込口部３１の開口面積は、吹出口部３２の開口面積より大きい。

軸流ファン４０は、空気を送風する軸流式の送風ファンであり、回転軸を中心に回転するように構成されている。軸流ファン４０は、回転中心に設けられるボス部４１から放射状に延びるとともに、回転方向に相互に離間して配設された複数のブレード４２と、複数のブレード４２の外周端部同士を周状に接続するリング部４３とを有している。

本実施形態では、軸流ファン４０はシュラウド３０の吹出口部３２の中空部分に配置されている。リング部４３と吹出口部３２の内周面との間には、クリアランス６１が形成されている。これにより、軸流ファン４０は、吹出口部３２内において吹出口部３２と接触することなく回転可能となっている。

モータ５０は、軸流ファン４０に回転動力を与える電動機であり、モータシャフト５１を有している。モータ５０は、シュラウド３０の吹出口部３２に設けられた複数のモータステー３３によって支持されている。そして、モータ５０はモータシャフト５１を回転させることにより軸流ファン４０を回転させ、軸流ファン４０の軸線方向すなわち回転軸の軸方向に空気流を発生させる。以上が、送風装置の全体構成である。

次に、シュラウド３０の吹出口部３２の詳細な形状について説明する。図２に示すように、吹出口部３２の空気流れ方向下流側（吸込口部３１と反対側）の端部における内周壁面３４が、リング部４３の内周壁面４４に対して、軸流ファン４０の径方向の内側に位置している。

具体的には、吹出口部３２における空気流れ方向下流側の端部には、径方向内側に向かって突出する突出部３５が設けられている。突出部３５の内周壁面３４は、軸流ファン４０の回転軸に垂直な方向から見た断面が、径方向内側に向かって突出する略円弧状に形成されている。

軸流ファン４０の回転軸の軸方向から見たときに、突出部３５の内周壁面３４は、リング部４３の内周壁面４４に対して、軸流ファン４０の径方向の内側に位置している。本実施形態では、突出部３５は、吹出口部３２における空気流れ方向下流側の端部の全周に亘って設けられている。

また、突出部３５の空気流れ上流側端部と、リング部４３の空気流れ下流側の端部との間には、隙間６２が形成されている。この隙間６２は、クリアランス６１と連通している。このため、図２の破線矢印で示すように、軸流ファン４０の吹出空気の一部が隙間６２からクリアランス６１に流入し、軸流ファン４０の吸入部（空気流れ上流側）に吹き出される逆流が生じる可能性がある。

以上説明したように、シュラウド３０の吹出口部３２に突出部３５を設けるとともに、突出部３５の内周壁面３４を、軸流ファン４０のリング部４３の内周壁面４４に対して、軸流ファン４０の径方向の内側に位置させることで、軸流ファン４０の空気流れ最下流端４５のすぐ下流側における空気流路断面積を、軸流ファン４０の空気流れ最下流端４５における空気流路断面積よりも小さくできる。このため、軸流ファン４０から吹き出された空気流が、吹出口部３２の内周壁面から剥離することを抑制できる。

これにより、軸流ファン４０から吹き出された空気流は吹出口部３２の内周壁面に沿って流れるので、突出部３５の内周壁面３４近傍の圧力が低くなる。このため、クリアランス６１近傍の圧力も低くなるので、クリアランス６１の上流側と下流側との圧力差を小さくすることができる。したがって、空気がクリアランス６１を通って逆流することを確実に抑制でき、ひいては騒音を確実に低減することが可能となる。

ここで、軸流ファン４０のリング部４３の内径をリング部内径Ｄ０といい、吹出口部３２の最小内径を吹出口部最小内径Ｄ１という。また、リング部内径Ｄ０と吹出口部最小内径Ｄ１との差（Ｄ０−Ｄ１）を内径差δともいう。本実施形態では、吹出口部最小内径Ｄ１とは、吹出口部３２における突出部３５が設けられている部位の内径のことをいう。

リング部内径Ｄ０に対する内径差δの割合と騒音レベルとの関係、およびリング部内径Ｄ０に対する内径差δの割合（δ／Ｄ０）と送風空気の風量との関係を図４に示す。図４中の一点鎖線は、突出部３５が設けられていない送風装置における送風空気の風量を示している。

図４に示すように、突出部３５をリング部４３に対して径方向外側にかなり離れた位置に配置した場合（図４中のａ部参照）、騒音レベルおよび送風空気の風量ともに影響はない。

突出部３５をリング部４３に対して径方向外側かつリング部４３に近い位置に配置した場合（図４中のｂ部参照）、上述したように、軸流ファン４０から吹き出された空気流は突出部３５の内周壁面３４に引き寄せられる。これにより、クリアランス６１を介して逆流する空気の風量が低下するので、送風空気の風量は増加する。しかしながら、軸流ファン４０から吹き出される空気流は縮流となっているので、シュラウド３０の内周壁面から空気流の剥離が生じ、騒音レベルが低下することはない。

一方、吹出口部最小内径Ｄ１を小さくし過ぎると（図４中のｆ部参照）、突出部３５により通風抵抗が増大し、送風空気の風量が低下してしまう。具体的には、δ／Ｄ０が２０％を上回ると、突出部３５が設けられていない場合よりも送風空気の風量が少なくなってしまう。したがって、リング部内径Ｄ０および吹出口部最小内径Ｄ１を、０＜δ／Ｄ０≦０．２０、すなわち０＜（Ｄ０―Ｄ１）／Ｄ０≦０．２０の関係を満たすように設定することが望ましい（図４中のｃ〜ｅ部参照）。

また、リング部内径Ｄ０および吹出口部最小内径Ｄ１を、０＜δ／Ｄ０≦０．１０、すなわち０＜（Ｄ０―Ｄ１）／Ｄ０≦０．１０の関係を満たすように設定することで（図４中のｃ、ｄ部）、突出部３５による通風抵抗の増大量が小さくなり、送風空気の風量を最大風量の９０％以上とすることができる。

さらに、リング部内径Ｄ０および吹出口部最小内径Ｄ１を、０＜δ／Ｄ０≦０．０５、すなわち０＜（Ｄ０―Ｄ１）／Ｄ０≦０．０５の関係を満たすように設定することで（図４中のｃ部）、突出部３５による通風抵抗の増大がほとんどなくなり、送風空気の風量低下が全くなくなる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５〜図７に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、吹出口部最小内径Ｄ１を軸流ファン４０の回転軸の周方向で変化させた点が異なるものである。

まず、軸流ファン４０の回転軸の軸方向からみたときに吹出口部３２の内周壁面３６からシュラウド３０の外周縁部３７までの当該回転軸の径方向の距離を外周距離と定義する。シュラウド３０の平面形状すなわち軸流ファン４０の回転軸に垂直な面の形状は、吹出口部３２が円形であり、外周縁部３７が矩形である。したがって、外周距離は、軸流ファン４０の回転軸の周方向で一定ではなく変化している。換言すると、外周距離は軸流ファン４０の回転角度に応じてそれぞれ異なっている。

そして、軸流ファン４０から吹き出す空気流のうち外周距離が長い部位から吹き出す空気流は、シュラウド３０の内周壁面からの剥離が生じ易い。本実施形態では、吹出口部最小内径Ｄ１は、軸流ファン４０の回転軸の周方向において、全周中で変化して形成されている。

より具体的には、吹出口部最小内径Ｄ１は、シュラウド３０の内周壁面からの空気流の剥離が生じ易い部位ほど小さくなるように形成されている。言い換えると、吹出口部最小内径Ｄ１は、外周距離が長くなる位置において小さくなるように形成されている。

本実施形態では、図５に示すように、軸流ファン４０の回転軸の周方向において、吹出口部最小内径Ｄ１が小さくされた範囲は、シュラウド３０のうち外周距離が最も長くなる部分に対応する吹出口部３２の位置を中心に上下対称となっている。すなわち、吹出口部最小内径Ｄ１が小さくされた範囲は、シュラウド３０のうち外周距離が最も長くなる部分に対応する吹出口部３２の位置から軸流ファン４０の回転上流側への長さと回転下流側への長さとが同じになっている。

より詳細には、シュラウド３０の平面形状において、２本の対角線（図５中の破線）により４つの領域に区分けした際に、シュラウド３０のうち外周距離が最も長くなる部分を含む２つの領域（図５中のＡ部参照）が、吹出口部最小内径Ｄ１が小さくされた範囲である。一方、その他の２つの領域、すなわちシュラウド３０のうち外周距離が最も短くなる部分を含む２つの領域（図５中のＢ部参照）が、吹出口部最小内径Ｄ１が大きくされた範囲である。

シュラウド３０のうち外周距離が短くなる部位に対応する突出部３５、すなわち吹出口部最小内径Ｄ１が大きくされた範囲においては、吹出口部最小内径Ｄ１は、リング部内径Ｄ０と同等とされている。また、本実施形態では、図５に示すように、吹出口部３２において吹出口部最小内径Ｄ１の大きい部位と吹出口部最小内径Ｄ１の小さい部位との間は階段状に変化している。

以上説明したように、シュラウド３０の吹出口部３２のうちシュラウド３０の内周壁面からの空気流の剥離が生じ易い部位、すなわち外周距離が長くなる部位の吹出口部最小内径Ｄ１を小さくしているので、当該部位においてシュラウド３０の内周壁面からの空気流の剥離が生じることを抑制できる。これにより、クリアランス６１を介しての空気の逆流が確実に抑制され、ひいては騒音を確実に低減することができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

（１）上記各実施形態で示された吹出口部３２の突出部３５の形状は一例である。もちろん、突出部３５の高さ（軸流ファン４０の回転軸の径方向の長さ）や幅（軸流ファン４０の回転軸の軸方向の長さ）についてもシュラウド３０の形状に応じて適宜設定すればよい。

（２）上記第２実施形態では、吹出口部３２において吹出口部最小内径Ｄ１の大きい部位と吹出口部最小内径Ｄ１の小さい部位との間を階段状に変化させた例について説明したが、これに限らず、吹出口部３２において吹出口部最小内径Ｄ１の大きい部位と吹出口部最小内径Ｄ１の小さい部位とは連続的になっていてもよい。

３０シュラウド
３１吸込口部
３２吹出口部
４０軸流ファン（送風ファン）
４１ボス部
４２ブレード
４３リング部

Claims

回転駆動されて空気流を発生する軸流式の送風ファン（４０）と、
前記送風ファン（４０）に吸込される空気の吸込口部（３１）と、前記送風ファン（４０）から空気を吹き出す吹出口部（３２）とが形成されたシュラウド（３０）とを備える送風装置であって、
前記送風ファン（４０）は、
回転中心に設けられるボス部（４１）から放射状に延びるとともに、回転方向に相互に離間して配設された複数のブレード（４２）と、
前記複数のブレード（４２）の外周端部同士を周状に接続するリング部（４３）とを有しており、
前記吹出口部（３２）の内周壁面の少なくとも一部（３４）が、前記リング部（４３）の内周壁面（４４）に対して、前記送風ファン（４０）の径方向の内側に位置しており、
前記吹出口部（３２）の内周壁面の少なくとも一部（３４）は、前記送風ファン（４０）の回転軸に垂直な方向から見た断面が、径方向内側に向かって突出する略円弧状に形成されており、
前記送風ファン（４０）の前記回転軸の軸方向からみたときに、前記吹出口部（３２）の内周壁面（３６）から前記シュラウド（３０）の外周縁部（３７）までの前記回転軸の径方向の距離を、外周距離とし、
前記吹出口部（３２）の最小内径を、吹出口部最小内径（Ｄ１）としたとき、
前記吹出口部（３２）の内周壁面の少なくとも一部（３４）は、前記シュラウド（３０）のうち前記外周距離が最も長くなる部分を含む領域の前記吹出口部最小内径（Ｄ１）が、前記シュラウド（３０）における他の領域の前記吹出口部最小内径（Ｄ１）よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする送風装置。
前記リング部（４３）の内径であるリング部内径をＤ０とし、
前記吹出口部（３２）の最小内径である吹出口部最小内径をＤ１としたとき、
前記リング部内径および前記吹出口部最小内径が、０＜（Ｄ０―Ｄ１）／Ｄ０≦０．２０の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の送風装置。
前記リング部内径および前記吹出口部最小内径が、０＜（Ｄ０―Ｄ１）／Ｄ０≦０．１０の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の送風装置。
前記リング部内径および前記吹出口部最小内径が、０＜（Ｄ０―Ｄ１）／Ｄ０≦０．０５の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の送風装置。