(57)【要約】【課題】  漏洩空気流を低減または排除することができる、自動車用の冷却システムを提供する。【解決手段】  通常、冷却システムのファンは、ファンを囲んでいるシュラウドの内部で回転する。従来技術の冷却システムでは、ファン排気が上流に戻り、再度、ファンを通過することによって、ファンブレードの先端とシュラウドとの間に、漏洩空気流が発生する。本発明においては、ファンの下流に、漏洩空気流に対するバリア面を配置することによって、漏洩空気流が低減される。このバリア面は、ファン排気が下流方向に流れ続けて、漏洩空気として上流に戻らないように促進するために、コアンダ効果を利用する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）下流のステータベーンに流入する排気を発生させるファンと、
ｂ）完全に、前記ファンとステータベーンとの間に位置し、ファンの効率を増加させる手段とを備えてなる、車両用の冷却システム。
【請求項２】
前記手段は、前記ファンと、ファンを囲んでいるシュラウドとの間の漏洩を低減するための、コアンダ効果を利用したデバイスを有する、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
ａ）漏洩流を含む排気を発生させるファンであって、前記漏洩流を、前記ファンのブレードを越えて、前記ファンの上流に漏洩させるようになっているファンと、
ｂ）前記ファンの下流に位置し、前記漏洩流を低減するための手段とを
備えている、車両用の冷却システム。
【請求項４】
前記手段は、前記排気を囲む円環状リングを備えており、前記排気は、該排気が下流に進行するにつれて次第に広くなる、前記円環状リングの内縁によって閉じ込められる、請求項３に記載の冷却システム。
【請求項５】
コアンダ効果によって、前記排気が、前記円環状リングに付着するようになっている、請求項４に記載の冷却システム。
【請求項６】
空気流が、前記円環状リングの全ての点に付着するようになっている、請求項５に記載の冷却システム。
【請求項７】
ａ）流出口直径Ｄを有するファンと、
ｂ）ファン排気を囲み、前記流出口直径Ｄと等しい流入口直径を有し、かつ、
ｃ）コアンダ効果を含むメカニズムによって、前記ファン排気を半径方向に外側にそらすコアンダリングと、
ｄ）完全に、前記コアンダリングの下流にあって、前記ファン排気が通り過ぎるステータベーンとを備えてなる、車両用の冷却システム。
【請求項８】
前記ファン排気は、少なくとも１セットの動作状態中、付着流として、前記コアンダリングに沿って流れるようになっている、請求項７に記載の冷却システム。
【請求項９】
前記ファン排気は渦を含み、この渦は、実質的に妨害を受けることなく、前記コアンダリングを通過するようになっている、請求項７に記載の冷却システム。
【請求項１０】
前記コアンダリングは中空である、請求項７に記載の冷却システム。
【請求項１１】
前記コアンダリング内に、ベーンが存在しない、請求項７に記載の冷却システム。
【請求項１２】
ａ）流出口直径Ｄを有するファンと、
ｂ）前記流出口直径Ｄに等しい流入口直径と、前記流出口直径Ｄより大きい流出口直径とを有している、前記ファンのすぐ下流のダクトであって、
ｃ）前記ファンを駆動するのに必要なトルクを低減するダクトとを
備えている、車両用の冷却システム。
【請求項１３】
前記ダクトは、前記ファンの下流の圧力上昇を増加させるようになっている、請求項１２に記載の冷却システム。
【請求項１４】
前記ダクトによって、ダクトの表面の近傍の排気が、この表面に付着して、方向反転せず、前記ファンの上流に漏洩しないようになっている、請求項１２に記載の冷却システム。
【請求項１５】
前記排気は、コアンダ効果によって、前記表面に付着するようになっている、請求項１４に記載の冷却システム。
【請求項１６】
前記ダクトは、前記ファンの回転軸と平行な流入方向、および、前記回転軸から遠ざかる流出方向を有する、請求項１２に記載の冷却システム。
【請求項１７】
ａ）中心軸を定められているコアンダリングと、
ｂ）前記コアンダリングに隣接しているが、その内部にはない、放射状配列のステータベーンとを備えている、車両用の冷却システム。
【請求項１８】
前記コアンダリングは、
ｉ）前記中心軸のまわりの回転面と、
ｉｉ）軸方向位置ＡＳ１における内径ＲＡと、
ｉｉｉ）軸方向位置ＡＳ２における内径ＲＢとを有する内側コアンダ面（Ｓ１）を備えており、
前記軸方向位置ＡＳ２は、前記軸方向位置ＡＳ１よりも前記放射状配列のステータベーンに近く、かつ、前記内径ＲＢは前記内径ＲＡよりも大きい、請求項１７に記載の冷却システム。
【請求項１９】
前記コアンダリングは、
ｉ）流入口と、前記放射状配列のステータベーンに隣接した流出口と、
ｉｉ）前記流出口の直径よりも小さい、前記流入口の直径とを
有する内面（Ｓ１）を備えている、請求項１７に記載の冷却システム。
【請求項２０】
ｃ）ファンによって冷却される熱交換器を有する車両であって、前記コアンダリングは、前記ファンの下流に位置しており、前記ファンの排気の一部は、コアンダ効果によって前記コアンダリングに付着する車両をさらに備えている、請求項１７に記載の冷却システム。
【請求項２１】
エンジンは、前記コアンダリングの下流に位置しており、前記コアンダリングは、前記エンジンのまわりのファン排気の一部を方向転換させるようになっている、請求項２０に記載の冷却システム。
【請求項２２】
ａ）１つの軸に中心を有する円筒リングと、
ｂ）ｉ）前記軸に中心を有し、
ｉｉ）前記円筒リングに隣接しており、かつ、
ｉｉｉ）前記軸のまわりの回転面（Ｓ１）を備えているコアンダリングであって、前記回転面（Ｓ１）は、
Ａ）前記円筒リングの近傍の内径Ｄ１と、
Ｂ）前記円筒リングからの軸方向の距離が増加するにつれて増加する内径（ＲＡ、ＲＢ)とを有しているコアンダリングと、
ｃ）ｉ）前記軸に中心を有しており、かつ、
ｉｉ）前記コアンダリングに隣接している、放射状配列のステータベーンとを備えている冷却装置。
【請求項２３】
ｄ）前記円筒リングは、ファンと組み合ってアセンブリを形成するように作られており、ファンリングを介して、互いに先端で連結されている複数のファンブレードを囲んでおり、
ｅ）前記ファンリングは、前記内径Ｄ１に等しい内径を有しており、
ｆ）前記アセンブリにおいて、前記ファンブレードからの排気が、前記回転面（Ｓ１）に付着して、前記回転面（Ｓ１）を伝うようになっている、請求項２２に記載の冷却装置。
【請求項２４】
ｇ）ファンによって冷却される熱交換器を有する車両であって、前記コアンダリングは、このファンの下流に位置しており、このファンの排気の一部は、前記コアンダリングに付着するようになっている車両をさらに備えている、請求項２３に記載の冷却装置。
【請求項２５】
エンジンが、前記コアンダリングの下流に位置しており、前記コアンダリングは、前記エンジンのまわりのファン排気の一部を方向転換させるようになっている、請求項２４に記載の冷却装置。
【請求項２６】
前記ステータベーンの先端（Ｔ）は、ステータリングによって連結されていない、請求項１７に記載の冷却システム。
【請求項２７】
隣接し合う２つのステータベーンの先端（Ｔ）間に、この先端間で半径方向に外側に向かう空気流を遮るバリアが存在しない、請求項１７に記載の冷却システム。
【請求項２８】
前記ステータベーンの先端（Ｔ）は、ステータリングによって連結されていない、請求項２２に記載の冷却装置。
【請求項２９】
隣接し合う２つのステータベーンの先端（Ｔ）間に、この先端間で半径方向に外側に向かう空気流を遮るバリアが存在しない、請求項２２に記載の冷却装置。
【請求項３０】
ａ）中心軸と、先端で、内径Ｄ２のファンリングに連結されている回転可能なブレードとを有するファンと、
ｂ）前記中心軸に中心を有しており、かつ、前記ファンリングを囲んでいる固定円筒リングと、
ｃ）ｉ）概ね、前記中心軸に中心を有しており、
ｉｉ）前記固定円筒リングに隣接しており、かつ、
ｉｉｉ）内面（Ｓ１）を有しているコアンダリング（３０）であって、
前記内面（Ｓ１）は、
Ａ）前記ファンリング（９）の近傍に位置する、前記内径Ｄ２に等しい内径Ｄ１の流入口と、
Ｂ）前記流入口からの軸方向の距離が増加するにつれて増加する内径（ＲＡ、ＲＢ）とを有しているコアンダリング（３０）と、
ｄ）ｉ）概ね、前記中心軸（３６）に中心を有しており、かつ、
ｉｉ）前記コアンダリングの下流に位置している、放射状配列のステータベーンとを備えている冷却装置。
【請求項３１】
前記ファンの排気の一部は、前記内面（Ｓ１）に付着して、半径方向の速度成分を得る、請求項３０に記載の冷却装置。
【請求項３２】
ｅ）前記ファンによって冷却される熱交換器を有する車両をさらに備えている、請求項３０に記載の冷却装置。
【請求項３３】
エンジンが、前記コアンダリングの下流に位置しており、前記コアンダリングは、前記エンジンのまわりのファン排気の一部を方向転換させる、請求項３２に記載の冷却装置。
【請求項３４】
前記ステータベーンの先端（Ｔ）は、ステータリングによって連結されていない、請求項３０に記載の冷却装置。
【請求項３５】
隣接し合う２つのステータベーンの先端（Ｔ）間に、該先端間で半径方向に外側に向かう空気流を遮るバリアが存在しない、請求項３０に記載の冷却装置。
【請求項３６】
前記手段は、ファン効率を、少なくとも３パーセント増加させるようになっている、請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３７】
さらに、前記コアンダリングの内部に、補強用リブを有する、請求項１０に記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気を下流に移動させるファンブレードを越えて上流に漏洩する空気を少なくするためのアプローチに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、エンジン冷却液から熱を取り去るラジエータ（図示せず）を冷却するために、自動車に用いられる、従来の冷却ファンの断面図である。矢印６によって示されているように、モータ４が、円筒状のハブ５を回転させる。ハブ５は、ファンブレード３を支持している。矢印７は、空気の動きを示している。
【０００３】
このようなファンの１つの特徴は、点Ａ２に比して、点Ａ１における静圧を増加させるということである。この圧力差によって、漏洩空気は、矢印８および８Ａによって示すように、ファンリング９とシュラウド１２との間の空間を流れる。
【０００４】
漏洩空気は、最初、点Ａ１における圧力まで上昇するが、その後、何らの仕事、または他の有用な機能もなすことなく、点Ａ２における圧力まで低下するから、この漏洩は、効率上の損失となる。
【０００５】
矢印８によって示されている空気流は、固体、すなわち、ステータベーン２１を支持しているストラット１８を突き抜けているように見えるかもしれない。しかし、このように見えるのは、図１が断面図であるからである。実際には、図３において、概略的に空間２４として示されているように、隣接し合うステータベーン２１間に空間が存在する。空気は、図１における矢印８と基本的に同じである矢印２７によって示されているように流れることができる。
【０００６】
図２Ａ〜図２Ｄは、特許文献１における同じ番号の図をそのまま丸写ししたものであり、（１）漏洩を少なくし、かつ（２）他の有益な目的を遂行するために、特許文献１によって提案されている方策を示している。
【特許文献１】米国特許第５４８９１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一形態においては、断面積が増加するダクトが、空気流を整えるために用いられるステータベーンの上流に位置しており、ファンの排気を受ける。ファンの排気は、コアンダ効果によってダクトの壁に付着し、そのために、排気は、方向を反転し、ファンブレードの先端を越えて、上流に漏洩しようとする傾向は小となる。
【０００８】
本発明の１つの目的は、自動車用の改良された冷却ファンを提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、流路に圧力の高い空気を取り込み、それによって、図１に示されている漏洩を減らすために、コアンダ効果を利用する、自動車の冷却ファンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態は、下流のステータベーンに流入する排気を発生させるファンと、ファンとステータベーンとの間に完全に位置し、ファン効率を増加させる手段とを備えている、車両用の冷却システムを有する。一実施形態においては、ファンの効率は、少なくとも３パーセント増加する。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、漏洩流を含む排気を発生させるファンであって、前記漏洩流は、ファンのブレードを越えて、ファンの上流に漏洩するファンと、ファンの下流に位置する、漏洩流を低減するための手段とを備えている、車両用の冷却システムを有する。
【００１２】
本発明のさらに別の実施形態は、流出口直径Ｄを有するファンと、ファン排気を囲み、流出口直径Ｄと等しい流入口直径を有しており、かつ、コアンダ効果を含むメカニズムによって、ファン排気を半径方向に外側にそらすコアンダリングと、コアンダリングの完全に下流にあって、ファン排気が通過するステータベーンとを備えている、車両用の冷却システムを有する。
【００１３】
本発明のさらに別の実施形態は、流出口直径Ｄを有するファンと、流出口直径Ｄと等しい流入口直径と、流出口直径Ｄよりも大きい流出口直径とを有し、ファンのすぐ下流に位置し、かつファンを駆動するのに必要なトルクを低減するダクトとを備えている、車両用の冷却システムを有する。
【００１４】
本発明のこれら、および他の目的および利点は、以下の説明、添付図面、および請求項から明らかになると思う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図４は、本発明の一実施形態の断面図であり、コアンダリング３０と呼ばれる環状のリングが、ファンリング９の下流で、かつステータベーン２１の上流に配置されている。ファンリング９は、隣接し合うファンブレードの先端を連結するリングである。
【００１６】
コアンダリング３０の内径Ｄ１は、ファンリング９の内径Ｄ２と等しい。図５に示すように、ファン排気がコアンダリング３０に入る点Ｐ１において、コアンダリング３０の内面３３は、ファンの空気流３４の上端に接している。それから、下流に向かって、コアンダリング３０の内面３３は、図４に示すように、ファンの中心軸３６から遠ざかるように湾曲していき、一種のディフューザとして働くが、同時に、後に述べるように、コアンダリング３０に沿って、付着流が維持される。
【００１７】
コアンダリング３０は、コアンダ効果を利用している。コアンダ効果は、図６Ａおよび図６Ｂに示されている、水平に保持された通常の水栓および水飲みコップを用いて、容易に説明することができる。図６Ａの左側には、水飲みコップ３９が、水栓４５から流れ出ている水流４２から外れて立っており、水流４２は、水飲みコップ３９と接していない。図６Ｂの右側では、水飲みコップ３９の右端の壁４８が、水流４２に接触している。コアンダ効果により、水流４２は、水飲みコップ３９の表面に吸着し、点Ｐ２において離れ落ちるまで、水飲みコップ３９の外周をたどる。
【００１８】
水流４２の状態の変化とともに、点Ｐ２の位置が変化する。例えば、水流４２の流速が変化すると、一般に、点Ｐ２の位置も変化する。
【００１９】
コアンダ効果のこの例は、液体で生じている。しかし、コアンダ効果は、気体でも生じる。
【００２０】
図５は、図４の一部拡大図である。コアンダリング３０は、ファンブレード３から出てきた空気流３４が、コアンダリング３０の内面３３をたどるように、空気流３４をガイドする。
【００２１】
コアンダリング３０の接点である、図５の点Ｐ１は、図６Ｂの水飲みコップ３９の右端の壁４８に相当する。
【００２２】
理想的には、図５のコアンダリング３０に沿う空気流は、コアンダリング３０の軸方向の全長にわたって、すなわち、点Ｐ１から流出点ＰＢまで、コアンダリング３０の内面３３に接して流れる。
【００２３】
特に、図４のファンブレード３の排気が、エンジンブロックのような、下流に配置された物体によって遮られているときには、コアンダリング３０は、従来技術による冷却よりも、相当に改良された冷却を生み出す。このことについて、次に説明する。
【００２４】
図７は、ラジエータ６０、すなわち熱交換器を通った空気を引き込み、排気６３を、エンジンブロック６６、または、エンジンの他の主要部品に向けることができる、従来の冷却ファンを示している。漏洩空気流６９が存在するということは、必然的に、排気６３の流れの方向の反転が生じているということを意味している。破線７２は、ファンの流出空気流の初期流束の境界を示している。破線７２よりも下の空気流は、ファンの主流出空気流の部分である。破線７２よりも上の空気流は、ループ７３によって示されている反転空気流の領域である。
【００２５】
反転空気流は、隣接面からの空気流の離脱、および、擾乱や主空気流に逆らう流れによって特徴付けられる。破線７２よりも上の反転空気流の平均流出速度は、ファンの流出空気流の、破線７２よりも下の流束の速度よりもずっと低い。すなわち、反転空気流内の空気分子は、破線７２よりも下の空気分子に比して、ランダムな方向に進行する。したがって、破線７２よりも上の反転空気分子の速度は、ベクトル的に単一方向の単一ベクトルに加え合わされて、破線７２よりも下の空気分子に匹敵するような高い速度になることはない。したがって、破線７２よりも上の反転空気分子は、破線７２よりも下の空気分子および空気流に比して静止しているか、または、低速で動いていると見なすことができる。
【００２６】
別の見方をすれば、反転空気流（破線７２よりも上の）は、ファンブレード３から流出していく残りの空気流（破線７２よりも下の）よりも低い平均流出速度を有する。その結果、全流出空気流の実効的な断面積は、実質的に、破線７２の下の断面積に限定される。全流出空気流は、実質的に、図７の点Ｐ３とＰ４との間の空気流に限定される。
【００２７】
それとは対照的に、図８に示されている本発明においては、コアンダリング３０は、反転空気流を少なくする。図７における、破線７２よりも上の離脱空気流は、著しく減少されるか、または排除されている。この場合には、反転空気流が減少されるか、または排除されるから、ファンから排出される空気流の断面積が大きくなり、図８の点Ｐ５から点Ｐ６までに拡大する。
【００２８】
コアンダリング３０が、図７において破線７２よりも上に示されている反転空気流を減少させるか、または排除するから、空気流の出力は増大する。
【００２９】
図９〜図１１は、コアンダリング３０を用いて得られた実験結果を示している。全ての結果において、横軸は、ファンを通る無次元流量ＰＨＩを表わしている。図９には、ＰＨＩに対する圧力上昇ＰＳＩがプロットされている。図１における点Ａ２からＡ１への圧力上昇は、そのような圧力上昇の１つを表わしている。
【００３０】
図１０には、ＰＨＩに対する効率ＥＴＡがプロットされている。図１１には、ＰＨＩに対する、ファンを駆動するのに必要な無次元トルクＬＡＭがプロットされている。
【００３１】
各プロットにおいて、車両のアイドル状態に対応するＰＨＩ＝０．１１６に、垂直線が引かれている。この状態は、暑い日の交通渋滞時のように、強力なエンジン冷却が必要になりうるときであるにもかかわらず、低ファン空気流の状態を表わすから、重要であると考えて選択されたものである。
【００３２】
図９は、このアイドル状態において、コアンダリング３０が存在する場合に、ファン圧力が、より上昇するということを示している。これは、有益なことである。図１１は、コアンダリング３０が存在する場合に、ファンによって吸収されるトルクが、より少なくなるということを示している。これは、ファンブレード３を駆動するモータに必要な電力が、より小さくなるということを意味している。これも、有益なことである。図１０は、このアイドル状態において、効率が、約４パーセント増加するということを示している。これは、極めて重要なことである。
【００３３】
図１７〜図１９は、さらなる一実施形態を示している。ファンブレード３は、図４の場合のように、中心軸３６のまわりに回転する。図１７において、コアンダリング１００は、図１８に示されているように、中空である。図１７および図１８の補強用リブ１０５が、コアンダリング１００をシュラウド１２に連結している。図１９は、シュラウド１２に取り付けられたコアンダリング１００を示す一部切断斜視図である。
【００３４】
図２Ａ〜図２Ｄの従来技術の構造と、図１７〜図１９の実施形態の構造との間には、いくつかの重要な相違が存在する。図１２は、従来技術の１つの構造を示しており、図２Ｄに符号を追加したものである。１つの相違は、図１２において、ベーン２８Ｄが、ファンリング２４Ｄとシュラウド２６Ｄとの間の環状の空隙内に存在するということである。そのようなベーンは、図１７には存在しない。
【００３５】
他の１つの相違は、ベーン２８Ｄが、曲面４８Ｄの中空内部空間内に延びているということである。図１７では、ファンリング９とシュラウド１２との間の環状の空隙内にあって、コアンダリング１００の中空内部空間内に延びているベーンなどは存在しない。そうではなくて、補強用リブ１０５が、完全に、コアンダリング１００の中空内部空間内に位置しており、コアンダリングの軸方向の端を越えて突き出てはいない。
【００３６】
他の１つの相違は、図１２のベーン２８Ｄが、ファンリング２４Ｄとシュラウド２６Ｄとの間の環状の空隙内を通過する還流空気流の方向を制御するためのものであるということである。図１７の補強用リブ１０５は、このような働きをしない。
【００３７】
他の１つの相違は、図１２のベーン２８Ｄが、明らかに、ファン軸（図示せず）のまわりに対称的に分布しているということである。図１７の補強用リブ１０５は、対称的に分布させて設ける必要はない。
【００３８】
他の１つの相違は、本発明の一形態において、図１７の補強用リブ１０５が、ステータベーン２１に隣接しており、シュラウド１２がステータベーン２１を支持している点に、機械的剛性を与えるという事実にある。例えば、ステータベーンが１時の位置に位置していれば、補強用リブ１０５も、その位置に位置している。いくつかの設計において、補強用リブは、図４のモータ４を支持するために用いられる。
【００３９】
他の１つの相違は、図１７において存在している補強用リブ１０５の数Ｋは、非常に少なく、そのために、図１２において、補強用リブ１０５の数Ｋと同じ数のベーン２８Ｄしか存在しなかったとすれば、ベーン２８Ｄのその数Ｋでは、従来技術のデバイスにとって望まれる最適な再方向転換を行うのに有効ではないということである。その１つの理由は、ベーン２８Ｄの数がそのように少なければ、ベーン間の間隔が大きく、その結果、隣接し合う２つのベーン２８Ｄの間を流れる空気は、それらのベーンがあまりにも離れているために、ベーン２８Ｄによる方向転換を受けないということである。
【００４０】
一実施形態において、補強用リブ１０５の総数は、１〜１０の任意の数であって、それ以上ではない。別の一実施形態においては、補強用リブ１０５は、対称配置を形成しておらず、鏡像対称は存在しない。
【００４１】
（追加の考察）
１．本発明の一形態と、符号を追加して図１２に示した、図２Ｄの従来技術の装置との間には、いくつかの相違が存在する。図１２においては、曲面４８Ｄの内部は中空であり、中空内部空間内への空気進入に対するバリアは存在しない。すなわち、矢印Ａによって示すように、空気は進入することができる。空気は、進入後、曲面４８Ｄ内を循環することができる。
【００４２】
さらに、方向転換用のベーン２８Ｄが存在しており、このベーン２８Ｄは、曲面４８Ｄの中空内部空間内に延びている。
【００４３】
さらに、曲面ＣＳのほとんどは、ステータベーン３７Ｄが存在する軸方向範囲ＡＳと同じ軸方向範囲内に存在する。
【００４４】
これらの３つの特徴とは対照的に、図５のコアンダリング３０は、いかなる中空内部空間への空気の進入をも阻止する前方バリア９０を備えている。すなわち、図１２に矢印Ａで示されている空気流のような空気流が、図５のコアンダリング３０の内部に進入することはできない。本発明の一形態において、コアンダリング３０を、固体材料、または広範な泡状材料で形成することができる。それらのいずれもが、コアンダリング３０の内部への空気の進入を阻止することができる。
【００４５】
さらに、ベーン２８Ｄの存在する図２Ｄおよび図１２とは異なり、コアンダリングのいかなる中空内部空間内にも、ベーンは存在しない。
【００４６】
さらに、図８のコアンダリング３０は、図１２の状態とは異なり、完全にステータベーン２１の上流にある。
【００４７】
２．本発明と、図２Ｄおよび図１２の従来技術の装置との間の、別の１つの相違は、図２Ｄおよび図１２の曲面４８Ｄの外側に沿って付着流が維持されるように、従来技術の装置が、コアンダ効果を利用しているかどうかが不明であるということである。すなわち、空気流の離脱が、例えば図１２の点Ｐ７において生じるかどうかが不明である。そのような離脱は、非常に速い空気流で生じ得るし、また、そのように速い空気流を生み出すようなファンを設計することもできる。そのような離脱においては、コアンダ効果は存在し得ない。
【００４８】
３．本発明と、図２Ｄおよび図１２の従来技術の装置との間の、さらなる別の１つの相違は、本発明においては、ファン排気の渦成分が、コアンダリング３０に沿って進行するということである。図２Ｄおよび図１２の従来技術の装置においては、ステータベーン３７Ｄは渦を遮る。図１３〜図１５Ｂは、この状況を示している。
【００４９】
図１３は、矢印１０５の方向に回転する、単純化した、単一のファンブレードを有するファン１００を示している。ファン１００の排気は、らせん状の経路１１０をたどる。このらせん状の空気流の環状成分すなわち接線成分は、一般に渦と呼ばれる。
【００５０】
図２Ｄおよび図１２の従来技術のデバイスの略図である図１４Ａおよび図１４Ｂにおいて、ステータベーン３７Ｄは渦を遮る。より正確には、ステータベーン３７Ｄもリング状の曲面４８Ｄによって囲まれているために、曲面４８Ｄによって囲まれた渦は、ステータベーン３７Ｄに遭遇したとき、遮られる。図１４Ｂは、ファン２２Ｄ、曲面４８Ｄ、およびステータベーン３７Ｄの一続きの配置を示している。この一続きの配置は、図２Ｄにも示されている。
【００５１】
それとは対照的に、図１５Ａにおけるように、コアンダリング３０内の渦が、ステータベーン２１によって遮られることはない。その１つの理由は、ステータベーン２１がコアンダリング３０によって囲まれていないということである。ステータベーン２１は、コアンダリング３０の内部には存在していない。
【００５２】
もちろん、本発明において、図１５Ｂのステータベーン２１は、渦を変更することができる。しかしながら、ステータベーン２１は、完全に、コアンダリング３０の下流にある。コアンダリング３０内では、渦は、まだ、ステータベーン２１によって変更されずにいる。
【００５３】
４．本発明の重要な１つの特徴は、図８に示すように、下流に障害物が存在する場合に、ファン排気の実効的な断面積が増加するということである。一例として、障害物は、ファンの流出口９３からＤ／４未満の距離に位置している。Ｄは、ファンの直径である。別の例においては、障害物は、ファンの流出口の下流Ｄ／Ｋの距離に位置している。Ｄは、ファンの直径であり、Ｋは、例えば１〜１０の範囲の数である。しかしながら、Ｋは、より大きい範囲の数であってもよい。
【００５４】
５．本発明によれば、図５に示すように、上で論じたアイドル動作モードのような、ファンの少なくとも１つの動作モード中、コアンダリング３０に沿って付着流が維持される。本発明の別の一形態において、ファンの実質的に全ての動作モード中、付着流が維持される。本発明の別の一形態において、図５に示すように、上で論じたアイドル動作モードのような、ファンの少なくとも１つの動作モード中、コアンダリング３０に沿って付着流が維持される。本発明のさらに別の一形態において、ファンの実質的に全ての動作モード中、付着流は維持される。
【００５５】
６．図１６Ａは、標準的な円筒座標系を示している。図１６Ｂは、この座標系の右上部に、図５のコアンダリング３０を重ね合わせたものである。図１６Ｃの右下部に示されているように、コアンダリング３０に入ってくる空気流は、０°で流入してきて、約５８°で流出していく。
【００５６】
流出角度は、コアンダリング３０からの空気の離脱点を決定すると考えられる。すなわち、例えば、与えられた流速および示されている５８°の流出角度において、離脱が生じないとしても、流出角度が９０°に変化すれば、離脱が生じるかもしれない。図１６Ｄおよび図１６Ｅは、他の流出角度の具体例を示している。
【００５７】
本発明の一形態において、限界流出角度を決定するために、コアンダリング３０の形状が実験的に決定される。すなわち、例えば、ファン排気の所望の流量が最初に定められ、次に、種々のコアンダリングがテストされる。コアンダリングは、全て、ファン排気に対して接線となる同一の流入角度、すなわち０°を有する。しかしながら、異なるコアンダリングは、図１６Ｄおよび図１６Ｅに示されている２つのコアンダリングのように、異なる流出角度を有する。空気流の離脱が生じる流出角度が見出されるまで、漸進的に流出角度を増加させて、テストが実行される。このテストは、風胴内で、煙可視化法を用いて行うことができる。
【００５８】
空気流の離脱を引き起こす流出角度は、限界コアンダリングを特定するものとして利用される。その流出角度よりも小さな流出角度を有するコアンダリングのうちの１つが、製品に用いるために選ばれる。
【００５９】
７．本発明の一形態には、図４または図８の装置、および、それらの装置が装着されている自動車が含まれる。これらの装置は、エンジン冷却液から熱を取り去るラジエータ（図示せず）を冷却する。
【００６０】
８．図５は、湾曲した凸面を有するコアンダリング３０を示している。しかしながら、表面の一部は平坦であってもよい（図示せず）。さらに、点Ｐ１と流出点ＰＢとを真っすぐに結ぶような平坦な表面（図示せず）を用いることもできる。
【００６１】
９．図３において、リング状のシュラウド１２の、ストラット１８間の部分は、放射状空気流を遮る。すなわち、シュラウド１２のこの部分は、放射状空気流に対するバリアとして働く。それとは対照的に、本発明の一形態において、ステータベーン２１の先端Ｔ間に、対応するバリアは存在しない。放射状空気流は、隣接し合うステータベーン２１間で、先端Ｔを越えることができる。
【００６２】
１０．図４において、コアンダリング３０は、中心軸３６のまわりの回転面である内面Ｓ１を有する。図５において、内面Ｓ１は、軸方向位置ＡＳ１において内径（すなわち直径）ＲＡ、また、軸方向位置ＡＳ２において内径（すなわち直径）ＲＢを有する。軸方向位置ＡＳ２の方が、軸方向位置ＡＳ１よりもステータベーン２１に近い。内径ＲＡは、内径ＲＢよりも小さい。別の見方をすれば、内面Ｓ１によって囲まれる流路の直径および断面積は、どちらも、ステータベーン２１に近づくにつれて増加する、すなわち、どちらも、下流に向かうにつれて増加する。
【００６３】
１１．図５において、流入口を、コアンダリング３０の左側すなわち上流側に定めることができる。流出口を、コアンダリング３０の右側、すなわち下流側に定めることができる。流出口の直径は、流入口の直径よりも大きい。
【００６４】
１２．本発明の一形態は、図４のシュラウド１２、コアンダリング３０、ステータベーン２１のうちの１つ以上を備えている。これらの部品は、モータ４、または、それを組み込んだファンを製造しないプラスチック製造供給業者によって製造することができる。その後、各供給業者から得られた図４の部品が、いっしょになって組み立てられる。
【００６５】
本発明の一形態は、図１７のシュラウド１２の全部を含み、かつ、図１８の構造を備えた、プラスチック樹脂から作られる単体の成型品に属する。図１９は、この構造の略図である。
【００６６】
本発明の別の一形態は、図１７において破線で表わされている長方形１２０の内部の、断面で示されている単体構造である。この単体構造は、図１７のシュラウド１２の端部によって囲まれて、かつ、それに取り付けられる、図１８の構造を備えているが、その他の部品は含んでいない。
【００６７】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの置き換えおよび変更を行うことができる。特許によって保護されるべきものは、請求項に定められている発明である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】従来技術のファンシステムにおける漏洩を説明する図である。
【図２Ａ】特許文献１における同じ番号の図をそのまま丸写しした図である。
【図２Ｂ】特許文献１における同じ番号の図をそのまま丸写しした図である。
【図２Ｃ】特許文献１における同じ番号の図をそのまま丸写しした図である。
【図２Ｄ】特許文献１における同じ番号の図をそのまま丸写しした図である。
【図３】ストラット１８間の空間２４を示し、かつ、図１のストラット１８は、シュラウド１２の円周方向に沿った全ての位置に存在するわけではなくて、したがって、図１の矢印８で示されている流路は実際に存在することを説明する図である。
【図４】本発明の一形態を示す図である。
【図５】図４の一部拡大図である。
【図６Ａ】コアンダ効果を説明するための、水飲みコップ３９および水栓４５の単純化した略図である。
【図６Ｂ】コアンダ効果を説明するための、水飲みコップ３９および水栓４５の単純化した略図である。
【図７】漏洩空気流６９が、どのようにして、空気流反転すなわちループ７３に付随して起こって、ファンからの総排気６３の断面積を実際に減少させるかを示す図である。
【図８】本発明が、どのようにして、空気流反転すなわちループ７３を減少または排除し、それによって、ファンからの総排気の断面積を増加させるかを示す図である。
【図９】本発明のコアンダリング３０の存在する場合と存在しない場合の圧力上昇を比較するグラフである。
【図１０】本発明のコアンダリング３０の存在する場合と存在しない場合の効率を比較するグラフである。
【図１１】本発明のコアンダリング３０の存在する場合と存在しない場合のトルクを比較するグラフである。
【図１２】符号を追加して、図２Ｄを写した図である。
【図１３】ファンの排気が、どのように、らせん状流路をたどるかを示す図である。
【図１４Ａ】図２Ｄの従来技術の装置が、どのように、渦を遮るかを示す斜視図である。
【図１４Ｂ】図２Ｄの従来技術の装置が、どのように、渦を遮るかを示す側面略図である。
【図１５Ａ】本発明が、どのように、図１４Ａの場合のようには渦を遮らないかを示す斜視図である。
【図１５Ｂ】本発明が、どのように、図１４Ｂの場合のようには渦を遮らないかを示す側面略図である。
【図１６Ａ】一般的な円筒座標系を示す図である。
【図１６Ｂ】コアンダリング３０の流出角度を説明する図である。
【図１６Ｃ】コアンダリング３０の流出角度を説明する図である。
【図１６Ｄ】コアンダリング３０の流出角度を説明する図である。
【図１６Ｅ】コアンダリング３０の流出角度を説明する図である。
【図１７】本発明の一形態の断面略図である。
【図１８】補強用リブ１０５を有するコアンダリング１００の斜視図である。
【図１９】シュラウド１２に取り付けられたコアンダリング１００を示す一部切断斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
３  ファンブレード
４  モータ
５  ハブ
６、７、８、８Ａ、２７、Ａ  矢印
９、２４Ｄ  ファンリング
１２、２６Ｄ  シュラウド
１８  ストラット
２１、３７Ｄ  ステータベーン
２２Ｄ  ファン
２４  空間
２８Ｄ  ベーン
３０  コアンダリング
３３、Ｓ１  内面
３４  空気流
３６  中心軸
３９  水飲みコップ
４２  水流
４５  水栓
４８  壁
４８Ｄ、ＣＳ  曲面
６０  ラジエータ
６３  排気
６６  エンジンブロック
６９  漏洩空気流
７２  破線
７３  ループ
９０  前方バリア
９３  流出口
１００  コアンダリング、ファン
１０５  補強用リブ、矢印
１１０  らせん状の経路
１２０  長方形
Ａ１、Ａ２、Ｐ１〜Ｐ７  点
ＡＳ  軸方向範囲
ＡＳ１、ＡＳ２  軸方向位置
ＰＢ  流出点
ＲＡ、ＲＢ  内径
Ｔ  先端
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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