(57)【要約】【課題】押出し式の軸流ファンを備える冷却装置において、ファン中心部の逆流を防ぐことで冷却効率を改善でき、かつ送風軸方向にコンパクトな装置を提供する。【解決手段】軸流ファン冷却装置において、少なくともエンジンを冷却する冷却水用の冷却器（１）と、前記冷却器（１）へ冷却風を軸流押出しにて送風する軸流ファン（２）とで構成され、前記冷却器（１）を通過後の冷却風の逆流を防ぐため、前記軸流ファン（２）の回転中心軸近傍、かつ冷却器（１）の風下側の面に狭着して、逆流防止板（３）を配設した軸流ファン冷却装置。【選択図】        図１
2004183500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流ファン冷却装置において、
少なくともエンジンを冷却する冷却水用の冷却器（１）と、前記冷却器（１）へ冷却風を軸流押出しにて送風する軸流ファン（２）とで構成され、
前記軸流ファン（２）の回転中心軸近傍、かつ冷却器（１）の風下側の面に狭着して、逆流防止板（３）を配設した
ことを特徴とする軸流ファン冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸流押出しファン式の冷却装置において、その冷却風の逆流防止構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両系建設機械、自動車、発電機等の水冷式内燃機関のラジエータ（冷却器）冷却用には、小型軽量化が可能で、スペース効率もよいので、軸流ファン式のラジエータ冷却装置が多用されている。
これらラジエータ冷却装置は、水冷式のエンジンを冷却するために設けたラジエータへ軸流ファンにより冷却風を吹き付け（または吸引され）ることにより、ラジエータ内に循環する冷却水の廃熱が図られている。つまり、軸流ファンによって発生する空気流は、ラジエータの受風面に垂直に設けられた冷却通路を通ってラジエータのコアを通過することにより、コアチューブ内を流下するエンジン冷却水の放熱を行なっている。
しかし、この際、軸流ファンによって発生する空気流が全てラジエータコアを通過すればよいが、一旦ラジエータのコアを通過した送風の一部が、逆流し、冷却効率を下げる事態が発生する。
この逆流現象は押出し送風の場合、軸流ファンの略回転中心部である、案内羽根の取付ボスおよび案内羽根の付け根近傍において、その送風側が真空状態となり、この部位に面したラジエータの受風側の空気静圧が冷却風通過側のそれより低くなることが起因して、ラジエータの風下側、かつ前記軸流ファンの回転中心部近傍に冷却風の逆流が発生している。
この現象は、軸流ファンとラジエータとの間の距離に余裕があるときは、軸流ファンの回転中心部近傍の送風が層流となって上述の真空状態は幾分緩和されるが、それらの間が狭い場合、特に顕著にみられる。
そしてこの現象は、冷却装置の通過風量を落とすのみならず、コアチューブからの放熱を吸熱して温められた温風を再度ラジエータへ送込むこととなり、冷却効率を著しく阻害することは否めない。
従来、軸流ファンの回転中心部近傍における、この冷却風の逆流現象を改善する方策として、次に述べるような技術が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、その図１に見られるような、ラジエータと冷却ファンとの間に設けた冷却風整流構造体が記載されている。
該特許文献１によると、この冷却風整流構造体は、エンジン冷却水用のラジエータの受風面とこのラジエータに送風するための冷却ファンとの間に配置されている。そして、この冷却風整流構造体の構成は、ラジエータの受風面に垂直に配置する平常板の整流板を冷却ファンの軸延長線上を中心点として放射上に３〜１６枚を均等間隔で配設し、この整流板をラジエータの箱体内に配設し、冷却ファン側に整流板を突出させて固設させたとしている。
また、この構成によるラジエータの冷却風整流構造体は、冷却ファンによる冷却風が、構造が簡単で組立も容易な整流板によって整流されて、ラジエータに垂直に吹き付けられるから、ラジエータの冷却効率が向上した、としている。
【０００４】
また、例えば特許文献２には、その図１に見られるような、ラジエータとファンとの間に、逆流防止コーンを装備した、案内羽根を設けた技術が記載されている。
この特許文献２には、ラジエータとファンとの間に設けた案内羽根は、アウタリングとインナリングとを設け、このアウタリングの内周とインナリングの外周との間に、ラジエータに流入する空気流の方向が送風方向に平行となるようにブレードを固着し、かつインナリング内に逆流防止コーンを装着した構成として開示されている。
そして、この構成により、ファンの回転によって発生する空気流は、ブレードの曲面に沿って進み、ラジエータの空隙に対して平行な流れとなってラジエータに流入する。また、インナリング内に装着された逆流防止コーンによって、ファンの回転中心周辺に空気の逆流が発生することを防止できるとしている。
【０００５】
また従来、例えば図４に示すように、押出しにて送風する軸流ファン冷却装置１１０においては、軸流ファン２の回転中心部で、ファン羽根２ｃの取付け部であるボス２ｂの回転軸方向先端部に、送風方向に先尖り形状のコーン体１０６を設けて、送風を効率よく整流して冷却器１に送込み、冷却器１を通過した温風の逆流を防ぐ方式も取られていた。
【０００６】
またさらに、例えば特許文献３には、その図１に示されるような、吸引式の軸流ファンにおいて、その翼付け根部分に発生する逆流を防止する装置が記載されている。
この特許文献３によると、この逆流防止装置は、翼の付け根部の下流側で、その付け根部の翼縁に沿って且つその翼縁に一定の又は半径方向に変化する小隙を介して、後方へ半径が拡大する静止した円錐状のコーン体をファンの回転軸と同軸的に固定配置した構成を提案している。
この円錐状のコーン体による効果としては、軸流ファンを高静圧、・低風量で運転したときに、気流はスムーズな斜流となって、翼の付け根部分に発生する逆流を効果的に抑制でき、ファン効率が向上する。また、コーン体は、固定配置され静止しているので、従来のようなコーン体による空気摩擦損が発生せず、ファン効率の低下を防止できる、としている。
【０００７】
【特許文献１】
実用新案登録第３０３９１３７号公報（第４−７頁、第１図）
【特許文献２】
実開平６−４０３１７号公報（第６−７頁、第１図）
【特許文献３】
特開２００２−１０６３５０号公報（第２−４頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
少なくとも内燃機関エンジンを冷却する冷却水用の冷却器と、前記冷却器へ冷却風を軸流押出しにて送風する軸流ファンとで構成された冷却装置においては、例えば図３に模式的に示すように、軸流ファン２により押出し送風され、冷却器１（主としてラジエータよりなる）を通過して、ここからの放熱により温められた冷却風（温風）の一部が逆流し、冷却効率を下げる現象が発生する。
この逆流現象は、軸流ファンの略回転中心部である、案内羽根の取付ボス２ｂおよびファン羽根２ｃの付け根近傍で、このボス２ｂ端と冷却器１の受風側面に挟まれた部位（図中Ｐ部）において、この部分の空気静圧が冷却器１の通過側のそれより低くなることが起因して、真空現象が発生し、一旦通過した冷却器１の風下側における前記軸流ファン２の回転中心部近傍の温風を吸引することにより起こっている。
この現象は、冷却装置の通過風量を減少させるのみならず、冷却装置の効率向上のためには冷却器との温度差のある冷却風が望まれるにも係わらず、コアチューブからの放熱を吸熱して温められた温風を再度ラジエータへ送込むこととなり、冷却風は温められこの温度差が少なくなって、冷却装置の冷却効率を著しく阻害することとなる。
一方動力機械においては、省エネルギー、ローコスト、および機動性、操作性の向上のため、その軽量化、小型化要求は世の趨勢であり、その心臓部におけるエンジンの必須アイテムであるその冷却装置においても、その小型化の必要性は論を待たない。
従って、冷却装置において、軸流ファンと冷却器との間に余裕の距離をとれば、軸流ファンの回転中心部近傍の送風は、その一部分が層流となって送られ、この空間における真空状態は幾分緩和されるのは自明であるが、装置自体が大型化するのでこの構成は採用できない。だからといって、それらの間を狭くした場合、温風の逆流発生が特に顕著になるので、前述の従来公知例にみられるように数々の工夫がなされてきた。
【０００９】
しかし、前述の従来の技術においては以下の問題がある。
特許文献１および特許文献２は、本発明と同じく、軸流押出しファン式の冷却装置についての技術を開示しており、軸流ファンの押出し方向で、軸流ファンとラジエータとの間に、整流装置を装備している。
即ち、特許文献１においては、エンジン冷却水用のラジエータの受風面とこのラジエータに送風するための冷却ファンとの間に整流装置として、ラジエータの受風面に垂直に配置する平常板の整流板を冷却ファンの軸延長線上を中心点として放射上に複数枚を均等間隔で箱体内に配設し、冷却ファン側にこの整流板を突出させて固設させた構成でなる、冷却風整流構造体を設けている。
また、特許文献２においても、エンジン冷却水用のラジエータとこのラジエータ送風用ファンとの間に整流装置として、その内部にアウタリングとインナリングとを設け、このアウタリングの内周とインナリングの外周との間に、ラジエータに流入する空気流の方向が送風方向に平行となるようにブレードを固着し、かつインナリング内に逆流防止コーンを装着した、案内羽根の構成が開示されている。
これらの冷却装置は、軸流ファンとラジエータとの間で、いずれも冷却風整流構造体、または案内羽根よりなる整流装置により、軸流ファンからの送風を整流してラジエータに送込んでいるので、ラジエータ通過後の温風がラジエータの受風側へ逆流する懸念は殆どなく、この逆流によるファン効率の低下はないと言える。
しかし、これら冷却風整流構造体、または案内羽根は、送風を効率よく整流するためには、送風方向への所定の厚みが必要であり、冷却装置自体は送風軸方向（長手方向）に大型化せざるを得ない。
従って、送風軸方向に狭いスペースしか余裕がなく、長手方向に薄型が求められる、殆どの水冷式内燃機関にあっては、これら公知例の冷却装置は採用できないのが実状である。
【００１０】
また従来、押出しにて送風する軸流ファン冷却装置１１０においては、図４に示すような、軸流ファン２の回転中心部で、ファン羽根２ｃの取付け部であるボス２ｂの先端部に、送風方向に先尖り形状のコーン体１０６を設けて、送風を効率よく整流して冷却器１に送込み、温風の逆流を防ぐ構成の公知例もみられた。
しかし、このコーン体１０６を装着するためには、箱体１０４の送風方向に所定の厚みが必要となり、軸流ファン冷却装置１１０自体が送風軸方向（長手方向）に大型化するのは避けられない。従って上述した整流器の装着の場合と同様に、送風軸方向に狭いスペースしか余裕がなく、長手方向に薄型が求められる、殆どの水冷式内燃機関においては、この公知例の軸流ファン冷却装置１１０は採用に難があった。
しかもこの構成においては、コーン体１０６は、軸流ファン２に固着されており、それ自体が回転する。よってこの場合には、コーン体１０６による空気摩擦損失が発生し、これによるファン効率の低下、並びにファン動力の増加を招いていた。
【００１１】
またさらに、前述の特許文献３においては以下の問題がある。
この特許文献３は、円錐状のコーン体を、翼の付根部の下流側に位置するモータ本体部またはその支持部に、送風の気流がスムーズな斜流となる方向で、ファンの回転軸と同軸的に固着させる構成である。
この構成によると、コーン体はモータの軸方向長さの範囲で設置されるので、前記特許文献１および特許文献２のように、軸流ファンとラジエータとの間で、整流装置を設けたことによる、冷却装置自体の送風軸方向の大型化などの心配は無い。
しかし、この技術は、吸込み式の軸流ファン成るが故に可能となったものであり、例えばコーン体の軸方向の向きを逆にして、本発明のような押出し式の軸流ファンに採用しようにも構造上意味がなく、結局は風上側のファン中心部に設置せざるを得ないことになる。そして、これをモータの軸方向に短距離で設置できないことから、冷却装置としてその軸方向長さ分送風軸方向の厚さが増し、大型化してしまうのは避けられない。
よって、この技術も本願発明への転用はできない。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたもので、押出し式の軸流ファンを備える冷却装置において、ファン中心部の逆流を防ぐことで冷却効率を改善でき、かつ送風軸方向にコンパクトな装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するため、本発明は、軸流ファン冷却装置において、少なくともエンジンを冷却する冷却水用の冷却器と、前記冷却器へ冷却風を軸流押出しにて送風する軸流ファンとで構成され、前記軸流ファンの回転中心軸近傍、かつ冷却器の風下側の面に狭着して、逆流防止板を配設したことを特徴とする軸流ファン冷却装置としている。
【００１４】
本発明によれば、車両系建設機械、自動車、発電機等の水冷式内燃機関の軸流ファン冷却装置において、少なくともエンジンを冷却する冷却水用のラジエータなどの冷却器と、その冷却器へ冷却風を軸流押出しにて送風する軸流ファンとで構成される冷却装置であって、前記軸流ファンの回転中心軸近傍で、かつこの冷却器の風下側の面に、冷却風の逆流を防ぐための逆流防止板をこの面に近接して設けた。
この構成により、軸流ファンにより押出し送風された冷却風は、冷却器を通過し、冷却器からの放熱を吸収して温風となり、冷却器の風下側へ流れるが、この際、軸流ファンの回転中心軸近傍、かつ冷却器の風下側の面に近接して、逆流防止板が装備されているため、この逆流防止板により、一旦冷却器を通過した軸流ファンの回転中心軸近傍の温風が、ファン側へ逆流するのを防ぐことができる。
よって、本発明は、上述の逆流防止板の採用による冷却風のファン側への逆流防止構成により、次の効果が得られる。
即ち、従来の冷却装置は、逆流によるファン効率の低下を防ぐため、軸流ファンとラジエータとの間に、整流機器やコーン体を設けたりする構成が採用されており、送風を効率よく整流して温風の逆流を防ぐためには、これら整流機器やコーン体は、所定の厚みが必要なため、冷却装置自体が送風軸方向（長手方向）に大型化せざるを得なかった。
しかし、本発明による冷却装置の冷却風の逆流防止構成においては、冷却器には薄型の逆流防止板を狭着するので、ファンの回転軸方向に薄型であるコンパクトな冷却装置を提供でき、送風軸方向に狭いスペースしか余裕がなく、長手方向に薄型が求められる、殆どの水冷式内燃機関に採用出来る。
また、この構成により、動力機械自体が小型化できると言った絶大な効果が得られる。
【００１５】
逆流防止板を設けない場合、冷却器を通過しその放熱を吸収した温風は、冷却器の風上側に逆流し、再度冷却風として冷却器へ軸流送風されて、この冷却風（温風）と冷却器の放熱部温度との温度差異を少なくしてしまい、冷却器の放熱効率の低下を招いてしまうこととなるが、本案の温風の逆流阻止により、冷却器での放熱効率の低下の防止ができる。
また、上述の冷却風の逆流は、冷却器への絶対送風量を減らすことになり、結果として冷却器の効率を下げることになるが、逆流防止板の採用によりこの絶対送風量の減少を回避出来る。本発明はこれら上述の相乗効果により、冷却効率の良い押出し軸流ファン冷却装置を提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は本願発明になる軸流ファン冷却装置の実施例を示す概略説明側面図であり、図２は図１のＡ矢視図（軸流ファン冷却装置の正面図）である。これらの図より本発明の構成を説明する。
軸流ファン冷却装置１０は、軸流ファン２と、冷却器１と、逆流防止板３とで構成されている。
ここで軸流ファン２は、押出し式の軸流ファンで、駆動モータ２ａと、この駆動モータ２ａの回転軸端に回転軸と同軸に固着されたボス２ｂと、このボス２ｂの外径部に径方向へ放射状に複数枚設けられたファン羽根２ｃとよりなり、駆動モータ取付け手段５、および箱体４を介して冷却器１に固着されている。冷却器１は、その内部にエンジン冷却水を流下させ放熱を行う複数の（図示しない）コアを有したラジエータよりなり、軸流ファン２の風下側に、その受風面をファン回転軸に対して垂直に設けられている。また、逆流防止板３は、少なくともボス３ｂの軸方向断面の面積を覆う大きさの円形の板であり、軸流ファン２の回転中心軸近傍、かつ冷却器１の風下側の面に平行に近接して、ステイ３ａにより冷却器１に取付けられている。
【００１８】
なお、本実施例においては、冷却器１はエンジン冷却用のラジエータとしたが、この冷却器は、少なくともラジエータより構成されていればよく、場合によっては作動油冷却用のオイルクーラ、またはエンジン排気冷却用のアフタークーラ（エアークーラ）などを併合して装備してもよい。
【００１９】
また、逆流防止板３の形状は、本実施例に示した円形にこだわることなく、多角形、楕円形、略円形などその形状の如何を問わない。
【００２０】
逆流防止板３の冷却器１へ取付けは、冷却器１の風下側の面に直接的に取付けてもよく、本実施例のように、ファン送風を阻害しない形状の複数のステイにより固定してもよい。
【００２１】
次に、本発明の逆流防止板３の作用を説明する。
図１に示すように、軸流ファン２の駆動モータ２ａにより回転駆動された、ファン羽根２ｃによって発生した空気流（冷却風）は、図中矢印のように、冷却器１の受風面から入り、冷却器１内の（図示しない）ラジエータコアへと流れる。
そして、空気流はラジエータコアに面した複数のコア冷却通路を通過し、このコア内部に循環するエンジン冷却水の放熱が図られる。その後、空気流はラジエータコアよりの廃熱により暖められ、温風となって、冷却器１の風下面から放出される。
この際、もし軸流ファン２の回転軸近傍で、冷却器１の風下側の面に、逆流防止板３が装備されていなければ、（図３に示すように）、軸流ファン２の略回転中心部である、ボス２ｂ、およびファン羽根２ｃの付け根近傍（図中Ｐ部）において、この部位の空気静圧が通過側のそれより低くなることが起因して、一旦冷却器１を通過した軸流ファン２の回転中心軸近傍の温風が、ファン側へ逆流することになる。しかし、本実施例では逆流防止板３を装備したことにより、冷却器１通過後の軸流ファン２の回転中心軸近傍での温風は、軸流ファン２側へ逆流すること無く、スムーズに放出される。
【００２２】
本発明によれば、次のような特有の効果が得られる。
従来の冷却装置は、逆流によるファン効率の低下を防ぐため、軸流ファンとラジエータとの間に、整流機器やコーン体を設けたりする構成が採用されており、送風を効率よく整流して温風の逆流を防ぐためには、これら整流機器やコーン体は、所定の厚みが必要なため、冷却装置自体が送風軸方向（長手方向）に大型化せざるを得なかった。
しかし、本発明による冷却装置の冷却風の逆流防止構成によれば、冷却器には薄型の逆流防止板を狭着するだけよいので、ファンの回転軸方向に薄型であるコンパクトな冷却装置を提供でき、送風軸方向に狭いスペースしか余裕がなく、長手方向に薄型が求められる殆どの水冷式内燃機関に採用出来る。そして、この構成により、動力機械自体が小型化できるなど絶大な効果が得られる。
また、薄型の逆流防止板を冷却器に直接または、これに近接して取付けるだけの簡易な構成で済むので、その製作コストは極めて安価である。
【００２３】
逆流防止板を設けない場合、冷却器を通過した温風は、ファン側に逆流し、再度冷却風として冷却器へ送風されて、この冷却風（温風）の温度が上昇し、冷却器の放熱部温度との温度差異を少なくしてしまい、冷却器自体の放熱効率の低下を招いてしまうこととなるが、本案の逆流防止板設置による温風の逆流阻止により、冷却器における放熱効率の低下防止ができる。
また、上述の冷却風の逆流は、冷却器への絶対送風量を減らすことになり、結果として冷却器の効率を下げることになるが、逆流防止板の採用によりこの絶対送風量の減少を回避出来る。
よって、本発明は、極めて簡易な構成で、上述のような相乗効果による冷却効率のよい押出し軸流ファン冷却装置を提供することができる。
【００２４】
本発明は、軸流ファンに固着されてこれと同時回転する、コーン体を装備していないので、コーン体表面における空気摩擦損失が発生し、これによるファン効率の低下を誘発するなどの懸念はない。
しかも、空気摩擦損失によるファン動力の増加がないので、ファン駆動モータの耐久性と寿命を損ねたり、動力機械の電力収支バランスに悪影響を与えると言った問題も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明になる軸流ファン冷却装置の実施例を示す概略説明側面図である。
【図２】図１のＡ矢視図（軸流ファン冷却装置の正面図）である。
【図３】従来の軸流ファン冷却装置における温風逆流状態を示す模式図である。
【図４】従来のコーン体を装着した、軸流ファン冷却装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１…冷却器、２…軸流ファン、２ａ…駆動モータ、２ｂ…ボス、２ｃ…ファン羽根、３…逆流防止板、３ａ…ステイ、４…箱体、５…駆動モータ取付け手段、１０…軸流ファン冷却装置、１０４…箱体、１０６…コーン体、１１０…軸流ファン冷却装置。
【図１】
2004183500.tif 000003
【図２】
2004183500.tif 000004
【図３】
2004183500.tif 000005
【図４】
2004183500.tif 000006