WO2011074417A1 - 車両用熱交換モジュール - Google Patents

Abstract

　プロペラファンの下流側に静翼を設け、ファンモータの入力を低減しながら、プロペラファンの動翼と静翼の前縁に発生する高静圧領域とが干渉することにより発生する異音を低減することができる車両用熱交換モジュールを提供することを目的とする。プロペラファン（８）を駆動するファンモータ（７）を備えている車両用熱交換モジュール（１）において、ファンモータ（７）は、プロペラファン（８）の下流側においてファンシュラウド（５）に静翼化されている放射状のモータ支持桁（６）を介して支持され、このモータ支持桁（６）により構成された静翼（１４）とプロペラファン（８）の動翼（９）との間の同一半径方向位置でみて最も狭い部分の距離（Ｌ１）が、動翼（９）の直径をＤとしたとき、少なくとも０．０１８Ｄ＜Ｌ１とされている。

Description

車両用熱交換モジュール

　本発明は、車両に搭載されるエンジン冷却用のラジエータおよび／または空調装置用のコンデンサとファンユニットとが一体にモジュール化されている車両用熱交換モジュールに関するものである。

　車両用熱交換モジュールとして、エンジンルーム内の前方部に、前方側から空調装置用のコンデンサおよび／またはエンジン冷却用ラジエータ、プロペラファン、ファンモータ等を順次配設し、これらを一体にモジュール化したもの（ＣＲＦＭとも称されている。）が知られている。このＣＲＦＭでは、コンデンサおよび／またはラジエータの下流側に正対して設けられているプロペラファンに向け、流路断面積が急峻に縮小されているファンシュラウドが設けられ、コンデンサおよび／またはラジエータを通して吸い込んだ外気をプロペラファンに導くように構成されている。

　かかる車両用熱交換モジュールにおいて、ファンモータは、一般にプロペラファンの下流側に放射状に多数配設されているモータ支持桁（モータ支持ステータ）を介してファンシュラウドに支持されている（例えば、特許文献１参照）。また、ファンモータの入力を低減するため、プロペラファンの下流側に放射状に配設されているモータ支持桁を静翼化している構成の車両用熱交換モジュールが、例えば特許文献２に提示されている。

特許第４０２９０３５号公報（図１、図６参照） 特許第３３８５３３６号公報（図１－図５参照）

　上記のように、プロペラファンの下流側に放射状に配設されているモータ支持桁を静翼化することによって、ファンモータの入力を低減し、高効率化することができる。しかしながら、プロペラファンの下流側に静翼を設置すると、ファン回転時に、静翼の前縁に淀み圧に起因した静圧の高い領域が発生する。この静翼は、放射状に配設され、周方向に複数枚配置されていることから、周方向に静翼枚数に応じた周期的な高静圧領域が発生することになる。このため、ファン回転時、プロペラファンの動翼と高静圧領域とが周期的に干渉し、ファン回転数と動翼枚数に依存した異音（Ｎｚ音）が発生してしまうという問題がある。

　一方、プロペラファンの動翼と高静圧領域（静翼）との干渉を緩和するため、動翼と静翼との間の距離を大きくすると、熱交換モジュール（ＣＲＦＭ）の奥行き寸法が大きくなってしまい、車両に搭載する際のスペースを増加しなければならず、搭載性が悪化するという問題がある。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、プロペラファンの下流側に静翼を設け、ファンモータの入力を低減しながら、プロペラファンの動翼と静翼の前縁に発生する高静圧領域とが干渉することにより発生する異音を低減することができる車両用熱交換モジュールを提供することを目的とする。

　上記した課題を解決するために、本発明の車両用熱交換モジュールは、以下の手段を採用する。
　すなわち、本発明の一態様にかかる車両用熱交換モジュールは、矩形形状の熱交換器と、該熱交換器の下流側に設けられているファンユニットとから構成され、該ファンユニットは、環状開口部を有するファンシュラウド、該ファンシュラウドの前記環状開口部内に配設されているプロペラファンおよび該プロペラファンを駆動するファンモータを備えている車両用熱交換モジュールにおいて、前記ファンモータは、前記プロペラファンの下流側において前記ファンシュラウドに静翼化されている放射状のモータ支持桁を介して支持され、前記モータ支持桁により構成された静翼と前記プロペラファンの動翼との間の同一半径方向位置でみて最も狭い部分の距離Ｌ１が、前記動翼の直径をＤとしたとき、少なくとも０．０１８Ｄ＜Ｌ１とされている。

　上記態様によれば、ファンモータが、プロペラファンの下流側においてファンシュラウドに静翼化されている放射状のモータ支持桁を介して支持され、該モータ支持桁により構成された静翼とプロペラファンの動翼との間の同一半径方向位置でみて最も狭い部分の距離Ｌ１が、動翼の直径をＤとしたとき、少なくとも０．０１８Ｄ＜Ｌ１とされているため、プロペラファンの下流側に静翼を設置することによって、ファンモータの入力を低減しながら、静翼とプロペラファンの動翼との間の距離Ｌ１を少なくとも０．０１８Ｄ＜Ｌ１として適切に設定することにより、静翼の前縁に淀み圧に起因した高静圧領域が生じ、その高静圧領域と動翼とが干渉して発生する、ファン回転数と動翼枚数に依存した異音（Ｎｚ音）を低減することができる。従って、ファンモータ入力の低減による高効率化とファン騒音の低減化とを両立させることができる。なお、上記距離Ｌ１を少なくとも０．０１８Ｄ＜Ｌ１とすることにより、Ｎｚ音の突出量を２０ｄＢ以下に抑制できることが実験により確認されている。

　また、上記の車両用熱交換モジュールにおいては、前記距離Ｌ１は、０．０１８Ｄ＜Ｌ１＜０．０３３Ｄの範囲に設定されていることとしてもよい。

　上記態様によれば、静翼と動翼との間の距離Ｌ１が、０．０１８Ｄ＜Ｌ１＜０．０３３Ｄの範囲に設定されているため、静翼と動翼との間の距離Ｌ１、すなわち熱交換モジュール自体の奥行き寸法を拡大することなく、適正な範囲に収めながら、ファンモータの入力低減およびファン騒音の低減を図ることができる。従って、車両に対する良好な搭載性およびレイアウト性を維持することができる。上記距離Ｌ１を、０．０１８Ｄ＜Ｌ１＜０．０３３Ｄの範囲に設定することによって、静翼による静圧回復量（Ｐａ）を最大化することができるため、静翼による流れの圧力損失を最小化し、ファン性能を向上することができる。

　さらに、上述のいずれかの車両用熱交換モジュールにおいて、前記プロペラファンの動翼枚数は、少なくとも９枚以上、前記モータ支持桁により構成される静翼枚数は、少なくとも１３枚以上とされ、互いに素となる枚数に設定されていることとしてもよい。

　上記態様によれば、プロペラファンの動翼枚数が、少なくとも９枚以上、モータ支持桁により構成される静翼枚数が、少なくとも１３枚以上とされ、互いに素となる枚数に設定されているため、プロペファンの動翼枚数とモータ支持桁により構成される静翼枚数とをそれぞれ９枚以上、１３枚以上として多翼化することによりファンユニット、ひいては熱交換モジュールの奥行き寸法（軸方向寸法）を十分薄くすることができる。従って、熱交換モジュールの奥行き寸法を拡大することなく、動翼と静翼間の距離Ｌ１を確保し、車両に対する搭載性、レイアウト性を維持したまま、低騒音化することができる。動翼枚数と静翼枚数を互いに素となる枚数に設定にしているため、動翼の周囲で発生する圧力変動が同位相となることを回避でき、特定の周波数領域での圧力干渉による離散周波数騒音の増大を防止し、ファン騒音を確実に抑制することができる。

　本発明によると、プロペラファンの下流に静翼を設置することにより、ファンモータの入力を低減しながら、静翼とプロペラファンの動翼との間の距離Ｌ１を少なくとも０．０１８Ｄ＜Ｌ１として適切に設定することによって、静翼の前縁に淀み圧に起因した静圧の高い領域が生じ、その高静圧領域と動翼とが干渉して発生する、ファン回転数と動翼枚数に依存した異音（Ｎｚ音）を低減することができるため、ファンモータ入力の低減による高効率化とファン騒音の低減化とを両立させることができる。上記距離Ｌ１を少なくとも０．０１８Ｄ＜Ｌ１とすることにより、Ｎｚ音の突出量を２０ｄＢ以下に抑制できることが実験により確認されている。

本発明の一実施形態にかかる車両用熱交換モジュールの上半部の縦断面図である。 図１に示す車両用熱交換モジュールの動翼－静翼間の無次元距離［％］と動翼と静翼との干渉に起因するＮｚ音突出量［ｄＢ］との関係図である。 図１に示す車両用熱交換モジュールの動翼－静翼間の無次元距離［％］と静翼における静圧回復量［Ｐａ］との関係図である。

　以下に、本発明の一実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。
　図１には、本発明の一実施形態にかかる車両用熱交換モジュールの上半部の縦断面図が示されている。
　車両用熱交換モジュール１は、空気流れ方向に沿って順次配置される空調装置用のコンデンサ２と、エンジン冷却水を冷却するラジエータ３と、ファンユニット４とがブラケット等を介して一体にモジュール化されたものである。以下において、この熱交換モジュール１を単にＣＲＦＭ（Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ　Ｒａｄｉａｔｏｒ　Ｆａｎ　Ｍｏｄｕｌｅ）１と称する場合もある。

　ＣＲＦＭ１は、車両のエンジンルーム内の前方側にフロントグリルに面して配設される場合が多く、車両への搭載性あるいはエンジンルーム内でのレイアウト性等から奥行き寸法を極力薄くするとともに、軽量化することが望まれている。このため、全体として横方向に長い矩形形状のモジュールとされる場合が多く、コンデンサ２およびラジエータ３としては、横長の矩形形状であって前面面積が比較的大きくされた薄型の熱交換器が用いられている。以下、このコンデンサ２およびラジエータ３を総称して単に熱交換器と称する場合もある。

　コンデンサ２およびラジエータ３の下流側には、ファンユニット４が一体に組み付けられている。このファンユニット４は、コンデンサ２およびラジエータ３を通過した冷却空気（外気）をプロペラファン８に導くためのファンシュラウド５と、該ファンシュラウド５に一体成形されているモータ支持桁６と、このモータ支持桁６により固定支持されているファンモータ７と、ファンモータ７の回転軸（図示省略）に取り付けられ、回転駆動されるプロペラファン８とを備えている。プロペラファン８は、動翼９の枚数（羽根枚数）が少なくとも９枚以上の多翼形プロペラファン８とされている。

　ファンシュラウド５は、樹脂材を用いた一体成形品であり、前面開口がラジエータ３の外形形状と略同一形状の外周縁を有しているとともに、その略中央部にベルマウス１０および環状開口部１１が設けられ、前面開口からベルマウス１０および環状開口部１１に向って流路断面が急峻に縮小された構成とされている。このファンシュラウド５には、ファンモータ７を固定支持するためのモータ支持桁６が一体に成形されている。

　モータ支持桁６は、ファンモータ７を固定支持するモータ固定部１２と、該モータ固定部１２から放射状にファンシュラウド５の環状開口部１１の外周に延長されている多数の支持ステー部１３とから構成されており、この多数の支持ステー部１３は、ファンモータ７の入力を低減するため、静翼化されている。この支持ステー部１３により構成された静翼１４は、プロペラファン８の回転方向に対して斜めに傾いた所定幅を有するブレード形状とされている。モータ支持桁６の支持ステー部１３により構成されている静翼１４は、少なくとも１３枚以上、周方向に放射状に配置されている。

　プロペラファン８の動翼９と、モータ支持桁６の支持ステー部１３により構成された静翼１４とは、動翼９の下流側に静翼１４を設置したことによる動翼９と静翼１４との干渉に起因して発生する異音（Ｎｚ音）を低減するとともに、ＣＲＦＭ１の奥行き寸法の増大を抑えるため、動翼９と静翼１４との間の同一半径方向位置でみて最も狭い部分の距離をＬ１、動翼９の直径をＤとしたとき、距離Ｌ１は少なくとも０．０１８Ｄ＜Ｌ１であって、０．０１８Ｄ＜Ｌ１＜０．０３３Ｄの範囲に設定されている。この静翼１４とプロペラファン８の動翼９とは、静翼枚数が少なくとも１３枚以上、動翼枚数が少なくとも９枚以上とされ、互いに素となる枚数に設定されている。

　以上に説明の構成により、本実施形態は、以下の作用効果を奏する。
　上記のＣＲＦＭ１において、ファンモータ７の駆動によりプロペラファン８が回転されると、コンデンサ２の前面からコンデンサ２およびラジエータ３を通して外気が吸い込まれる。この外気は、コンデンサ２およびラジエータ３を流通した後、ファンシュラウド５によりベルマウス１０に連なる環状開口部１１内で回転されているプロペラファン８に導かれ、動翼９を介して環状開口部１１より下流側へと吹き出される。これによって、コンデンサ２およびラジエータ３では、冷媒およびエンジン冷却水が外気と熱交換されることにより冷却される。

　プロペラファン８から吹き出される空気は、旋回方向の成分を有しており、これを下流側に設けられている静翼１４を介して軸方向に転換し、旋回方向成分の流れエネルギーを回収することにより、プロペラファン８の送風効率を高めている。つまり、静翼１４は、プロペラファン８の動翼９から送風されてくる空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して静圧を上昇させることにより、軸方向の送風効率を高めるように作用する。このため、ファンモータ７の入力を低減することができる。

　一方、動翼９の下流側に静翼１４を設置すると、上述した通り、ファン回転時に、静翼１４の前縁に淀み圧に起因した静圧の高い領域が発生する。この静翼１４は、放射状に配設され、周方向に複数枚配置されていることから、周方向に静翼枚数に応じた周期的な高静圧領域が発生することになり、該高静圧領域と動翼９とが周期的に干渉し、ファン回転数と動翼枚数に依存した異音（Ｎｚ音）が発生してしまうことになる。

　しかるに、本実施形態では、動翼９と静翼１４との間の同一半径方向位置でみて最も狭い部分の距離をＬ１、動翼９の直径をＤとしたとき、距離Ｌ１を少なくとも０．０１８Ｄ＜Ｌ１とし、動翼９と静翼１４との間に適正な距離を確保するようにしているため、図２に示されるように、ファン回転数と動翼枚数に依存した上記異音（Ｎｚ音）の突出量を２０ｄＢ以下に抑制できることができる。従って、ファンモータ７の入力低減による高効率化とファン騒音の低減化とを両立させることができる。

　静翼１４と動翼９との間の距離Ｌ１を、０．０１８Ｄ＜Ｌ１＜０．０３３Ｄの範囲に設定しているため、静翼１４と動翼９との間の距離Ｌ１、すなわち熱交換モジュール１自体の奥行き寸法を拡大することなく、適正な範囲に収めながら、ファンモータ７の入力低減およびファン騒音の低減を図ることができる。従って、車両に対する良好な搭載性およびレイアウト性を維持することができる。

　静翼１４と動翼９との間の距離Ｌ１を、０．０１８Ｄ＜Ｌ１＜０．０３３Ｄの範囲に設定することにより、図３に示されるように、静翼１４による静圧回復量［Ｐａ］を最大化することができるため、静翼１４による流れの圧力損失を最小化し、ファン性能を向上することができる。つまり、静翼１４による静圧回復量［Ｐａ］は、静翼１４と動翼９との間の距離Ｌ１に応じて、図３に示されるように、上方の凸状の曲線となる。その理由は、以下の通りである。

　静翼１４は、動翼９の出口流れの旋回成分（旋回動圧）を回収することにより、静圧を上昇（回復）させている。この流れの旋回成分は動翼９の下流側ほど少なくなるため、動圧の回収可能量は動翼９の下流側に向かって単調減少となる。一方、静翼１４による圧力損失は、動翼９の下流側のある距離までは減少し、その後増加する。静圧回復量は、［動圧回収量］－［静翼圧力損失］で定義されることから、図３に示されるように、動翼９の下流の或る距離においてピークを持つ傾向となる。

　静翼１４による圧力損失は、動翼９の出口直後の流れに局所的に流速の大きな箇所が存在するため、圧力損失が増加する。この局所的な高流速は、下流側に行くほど緩和されるため、高流速の影響は動翼９の出口近傍が最も大きくなる。更に、旋回成分は、下流側になるほど少なくなるため、流れの角度も変化する。この流れの角度変化は断面内で一様ではないため、周方向における流れ角度の偏差が大きくなる。このため、静翼１４の角度を流れに対して適切に設定できなくなり、静翼１４による圧力損失は、動翼９の下流側に向かって大きくなる。

　このように、流れの圧力損失は、動翼９の出口直後の局所的な高流速と旋回成分の周方向における流れ角度との影響が重畳されるため、動翼９の下流側の或る距離において最小値を持つような傾向となる。従って、静翼１４と動翼９との間の距離Ｌ１を、０．０１８Ｄ＜Ｌ１＜０．０３３Ｄの範囲に設定することにより、図３に示されるように、静翼１４による静圧回復量［Ｐａ］を最大化することができ、静翼１４による流れの圧力損失を最小にしてファン性能を向上することができる。

　本実施形態では、動翼９の枚数を少なくとも９枚以上、モータ支持桁６の支持ステー部１３により構成される静翼１４の枚数を少なくとも１３枚以上とし、それぞれの枚数を互いに素となる枚数に設定しているため、動翼９の枚数と静翼１４の枚数とをそれぞれ９枚以上、１３枚以上とし、プロペラファン８および静翼１４を多翼化することによって、ファンユニット４、ひいては熱交換モジュール（ＣＲＦＭ）１の奥行き寸法（軸方向寸法）を十分薄くすることができる。

　従って、ＣＲＦＭ１の奥行き寸法を拡大することなく、動翼９と静翼１４との間の距離Ｌ１を確保し、車両に対する搭載性、レイアウト性を維持したまま、異音（Ｎｚ音）を低減し、ファンユニット４を低騒音化することができる。動翼９の枚数と静翼１４の枚数を互いに素となる枚数に設定にしているため、動翼９の周囲で発生する圧力変動が同位相となることを回避でき、特定の周波数領域での圧力干渉による離散周波数騒音の増大を防止し、ファン騒音を確実に抑制することができる。

　本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、静翼１４の形状について特に限定していないが、静翼１４は、板形状、円弧形状、翼型形状等、如何なる形状の静翼であってもよい。静翼１４同士を半径方向の適宜の位置でリングにより結合した構成とし、強度を確保できるようにしてもよい。

１　車両用熱交換モジュール（ＣＲＦＭ）
２　コンデンサ（熱交換器）
３　ラジエータ（熱交換器）
４　ファンユニット
５　ファンシュラウド
６　モータ支持桁
７　ファンモータ
８　プロペラファン
９　動翼（羽根）
１１　環状開口部
１３　支持ステー部
１４　静翼

Claims (3)

1. 　矩形形状の熱交換器と、該熱交換器の下流側に設けられているファンユニットとから構成され、該ファンユニットは、環状開口部を有するファンシュラウド、該ファンシュラウドの前記環状開口部内に配設されているプロペラファンおよび該プロペラファンを駆動するファンモータを備えている車両用熱交換モジュールにおいて、
   　前記ファンモータは、前記プロペラファンの下流側において前記ファンシュラウドに静翼化されている放射状のモータ支持桁を介して支持され、
   　前記モータ支持桁により構成された静翼と前記プロペラファンの動翼との間の同一半径方向位置でみて最も狭い部分の距離Ｌ１が、前記動翼の直径をＤとしたとき、少なくとも０．０１８Ｄ＜Ｌ１とされている車両用熱交換モジュール。
2. 　前記距離Ｌ１は、０．０１８Ｄ＜Ｌ１＜０．０３３Ｄの範囲に設定されている請求項１に記載の車両用熱交換モジュール。
3. 　前記プロペラファンの動翼枚数は、少なくとも９枚以上、前記モータ支持桁により構成される静翼枚数は、少なくとも１３枚以上とされ、互いに素となる枚数に設定されている請求項１または２に記載の車両用熱交換モジュール。

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