(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの前方近傍に配置される、少なくとも一つの熱交換器と、該熱交換器に外気を強制的に供給するクーリングファンと、平面視略円形に開けられた開口部を有し、該開口部を介して前記熱交換器で熱交換された外気を前記クーリングファンに導くファンシュラウドとを具備する車両用熱交換モジュールであって、
前記クーリングファンの少なくとも後縁先端部が、前記ファンシュラウドの後縁端よりも後方に突出するよう、前記ファンシュラウドの後縁端が設けられており、
前記クーリングファンの羽根出口における絶対速度の旋回方向成分が増加するように、前記クーリングファンの後縁先端部が、前記クーリングファンの後縁における前記後縁先端部以外の後縁部分よりも当該クーリングファンの回転方向側にたてられていることを特徴とする車両用熱交換モジュール。
【請求項２】
前記クーリングファンの少なくとも前縁先端部が、前記開口部よりも前方に突出するよう、前記開口部が設けられているとともに、
半径方向外側から前記クーリングファンに流れ込もうとする外気をより確実に捉えるため、前記クーリングファンの前縁先端部が、前記クーリングファンの前縁における前記前縁先端部以外の前縁部分よりも当該クーリングファンの回転方向側にたてられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用熱交換モジュール。
【請求項３】
エンジンの前方近傍に配置される、少なくとも一つの熱交換器と、該熱交換器に外気を強制的に供給するクーリングファンと、平面視略円形に開けられた開口部を有し、該開口部を介して前記熱交換器で熱交換された外気を前記クーリングファンに導くファンシュラウドとを具備する車両用熱交換モジュールであって、
前記クーリングファンの少なくとも前縁先端部が、前記開口部よりも前方に突出するよう、前記開口部が設けられているとともに、
半径方向外側から前記クーリングファンに流れ込もうとする外気をより確実に捉えるため、前記クーリングファンの前縁先端部が、前記クーリングファンの前縁における前記前縁先端部以外の前縁部分よりも当該クーリングファンの回転方向側にたてられていることを特徴とする車両用熱交換モジュール。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用熱交換モジュールを具備してなることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の前方に設けられる車両用熱交換モジュール、およびこれを備えた車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用熱交換モジュールとしては、コンデンサ（熱交換器）と、ラジエータ（熱交換器）と、これらコンデンサおよびラジエータに外気を強制的に供給するクーリングファンと、平面視略円形に開けられた開口部を有し、この開口部を介してコンデンサおよびラジエータで熱交換された外気をクーリングファンに導くファンシュラウドとを具備するものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２４１８８４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載されている車両用熱交換モジュールでは、図８に示すように、クーリングファン１６の下流側にエンジン１１（および／またはエンジン１１の周りに配置された機器類など）が近接して配置されているため、クーリングファン１６から吐出された外気がエンジン１１の壁面１１ａに衝突するとともに、ファンシュラウド１５の後縁端１５ａとエンジン１１の壁面１１ａとの間に形成された非常に狭い空間（風路）ＳからエンジンルームＥ内に流出していくこととなる。
特許文献１のものでは、クーリングファン１６から吐出された外気が、このように狭い空間Ｓから流出しようとするため、クーリングファン１６下流側で風路抵抗が増加し、図９に示すように、クーリングファン１６を通過する風量が減少し、コンデンサ１３およびラジエータ１４を通過する風量が減少してしまう。
【０００４】
この風量の減少は、クーリングファン１６から吐出される気流の速度の軸方向成分、すなわち、クーリングファン１６が形成する回転面と直交する方向の成分（図８において左から右への成分）を、たとえば図１０の波線矢印から実線矢印のごとく減少させるものである。
すなわち、図１０に示すクーリングファン１６の羽根１６ｂの出口における相対速度がＷ2からＷ2’へ減少し、羽根１６ｂの出口における速度三角形が波線から実線へと変化する。白抜き矢印の方向へ回転するクーリングファン１６の周速ｕ2はファンの回転速度が同じであれば変わらないため、絶対速度Ｃ2’の旋回方向成分がＣｕ2からＣｕ2’へと増加する。
旋回方向成分の増加は、クーリングファン１６を通過する外気にクーリングファン１６の半径方向外側の速度成分が与えられること、すなわち、クーリングファン１６を通過する外気により多くの遠心力が与えられることを意味している。
【０００５】
ここで図８を見てみると、クーリングファン１６の半径方向外側にはベルマウス１８が延設されている。そのため、このベルマウス１８の内周壁面１８ａにクーリングファン１６を通過した外気がより多く衝突することとなって、クーリングファン１６の下流側でさらなる風路抵抗の増加を招いてしまい、これによりさらに風量が低下して、これらコンデンサ１３およびラジエータ１４の熱交換効率がさらに低下してしまうといった問題点があった。
なお、図８において符号１２ａは車両前面に形成されたグリルを、図１０において記号Ｃ2は気流の軸流方向成分減少前の絶対速度を示している。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、コンデンサおよびラジエータを通過する外気の風量を増加させ、これらコンデンサおよびラジエータの熱交換効率を向上させることのできる車両用熱交換モジュールおよび車両を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の車両用熱交換モジュールは、エンジンの前方近傍に配置される、少なくとも一つの熱交換器と、該熱交換器に外気を強制的に供給するクーリングファンと、平面視略円形に開けられた開口部を有し、該開口部を介して前記熱交換器で熱交換された外気を前記クーリングファンに導くファンシュラウドとを具備する車両用熱交換モジュールであって、前記クーリングファンの少なくとも後縁先端部が、前記ファンシュラウドの後縁端よりも後方に突出するよう、前記ファンシュラウドの後縁端が設けられており、前記クーリングファンの羽根出口における絶対速度の旋回方向成分が増加するように、前記クーリングファンの後縁先端部が、前記クーリングファンの後縁における前記後縁先端部以外の後縁部分よりも当該クーリングファンの回転方向側にたてられていることを特徴とする。
このような車両用熱交換モジュールによれば、ファンシュラウドの後縁端とエンジンの壁面との間に形成される空間（風路）が大きくとられることとなり、ファンから出た半径方向外向きの流れがファンシュラウドの後縁端で妨げられないため外気の流れがスムーズになり、クーリングファンの下流側での風路抵抗の増加が抑制されるので、熱交換器を通過する外気の風量が増加し、熱交換器の熱交換効率が向上する。
また、このような車両用熱交換モジュールによれば、クーリングファンの羽根出口における相対速度の方向が、軸線方向に寝てくる（図１０において右下から真下の方向に変化してくる）ため、それに伴って絶対速度の旋回方向成分が増加する。
旋回方向成分が増加すると、クーリングファンを通過した外気は、半径方向外側、すなわち、ファンシュラウドの後縁端とエンジンの壁面との間に形成された空間の方へより多く流れようとする。羽根の後縁先端部の半径方向外側には、ファンシュラウドの後縁端が存在しない空間が形成されているので、クーリングファンを通過した外気がスムーズに前記空間の方に流れていくこととなって、気流の風量、すなわち、熱交換器を通過する外気の流量が増加し、熱交換器の熱交換効率がさらに向上する。
【０００８】
請求項２に記載の車両用熱交換モジュールは、前記クーリングファンの少なくとも前縁先端部が、前記開口部よりも前方に突出するよう、前記開口部が設けられているとともに、半径方向外側から前記クーリングファンに流れ込もうとする外気をより確実に捉えるため、前記クーリングファンの前縁先端部が、前記クーリングファンの前縁における前記前縁先端部以外の前縁部分よりも当該クーリングファンの回転方向側にたてられていることを特徴とする。
このような車両用熱交換モジュールによれば、半径方向外側からクーリングファンに流れ込もうとする外気がより確実に捉えられるようになるとともに、羽根の内面（腹面）に沿って外気がスムーズに流れるようになって、クーリングファンを通過する外気の流量が増加するとともに、熱交換器を通過する外気の風量が増加し、熱交換器の熱交換効率がより一層向上する。
【０００９】
請求項３に記載の車両用熱交換モジュールは、エンジンの前方近傍に配置される、少なくとも一つの熱交換器と、該熱交換器に外気を強制的に供給するクーリングファンと、平面視略円形に開けられた開口部を有し、該開口部を介して前記熱交換器で熱交換された外気を前記クーリングファンに導くファンシュラウドとを具備する車両用熱交換モジュールであって、前記クーリングファンの少なくとも前縁先端部が、前記開口部よりも前方に突出するよう、前記開口部が設けられているとともに、半径方向外側から前記クーリングファンに流れ込もうとする外気をより確実に捉えるため、前記クーリングファンの前縁先端部が、前記クーリングファンの前縁における前記前縁先端部以外の前縁部分よりも当該クーリングファンの回転方向側にたてられていることを特徴とする。
このような車両用熱交換モジュールによれば、半径方向外側からクーリングファンに流れ込もうとする外気がより確実に捉えられるようになるとともに、羽根の内面（腹面）に沿って外気がスムーズに流れるようになって、クーリングファンを通過する外気、すなわち、熱交換器を通過する外気の風量が増加し、熱交換器の熱交換効率がより一層向上する。
【００１０】
請求項４に記載の車両は、請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用熱交換モジュールを具備してなることを特徴とする。
このような車両によれば、熱交換器を通過する外気の風量を増加させ、熱交換器の熱交換効率を向上させることのできる車両用熱交換モジュールが搭載されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による車両用熱交換モジュールによれば、熱交換器を通過する外気の風量を増加させることができ、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
本発明による車両用熱交換モジュールを具備した車両によれば、熱交換効率に優れた車両用熱交換モジュールが搭載されているので、室内を素早く所望の温度条件にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明による車両用熱交換モジュールの第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
車両１００の前部を下側から見た図６に示すように、車両用熱交換モジュール１０は、エンジン１１などとともに、車両１００の前部に配置されたエンジンルームＥ内に設けられている。
また、図６から車体を取り除くとともに車両の前面側から車両用熱交換モジュール１０の前面側を見た図７に示すように、車両用熱交換モジュール１０の下流側には、エンジン１１（および／またはエンジン１１の周りに配置された機器類など）が近接して配置されている。
一方、車両用熱交換モジュール１０は、バンパ１２（図６参照）の後面側に近接して設けられており、フロントグリル１２ａ（図８参照）を通過した外気が、この車両用熱交換モジュール１０の前面側に導かれるようになっている。
【００１３】
図１は図６および図７に示す車両用熱交換モジュール（「コンデンサ・ラジエータ・ファン・モジュール（Condenser Radiator Fan Module：CRFM）」ともいう）１０の概略縦断面図である。
図１に示すように、車両用熱交換モジュール１０は、コンデンサ（熱交換器）１３と、ラジエータ（熱交換器）１４と、ファンシュラウド２５と、クーリングファン１６とを主たる要素として構成されたものであり、上流側（図において左側）からコンデンサ１３、ラジエータ１４、およびクーリングファン１６の順に配置されている。
コンデンサ１３およびラジエータ１４はそれぞれ、平面視矩形状（図７に示すファンシュラウド２５の平面視形状と同じ形状）を有する熱交換器である。
コンデンサ１３は、車両用空調装置の一構成要素であり、コンプレッサにより圧縮された高温高圧の冷媒ガスを、このコンデンサ１３を通過する外気との熱交換により冷却し、凝縮液化させるように構成されたものである。
また、ラジエータ１４は、このラジエータ１４を通過する外気との熱交換により、エンジン冷却水の温度を下げるように構成されたものである。
クーリングファン１６は、ラジエータ１４に外気を強制的に供給するためのものである。
これらコンデンサ１３、ラジエータ１４、およびクーリングファン１６はそれぞれ、従来周知のものであるので、ここではその詳しい説明を省略する。
【００１４】
ファンシュラウド２５は、コンデンサ１３およびラジエータ１４を通過した外気をクーリングファン１６に導くように構成されたものであり、外周壁１７、ベルマウス１８、およびこれら外周壁１７とベルマウス１８とを連結する底板１９を主たる要素として構成されたものである。
外周壁１７はラジエータ１４を通過した空気がクーリングファン１６に導かれるようにラジエータ１４に接続され、さらにその上流にコンデンサ１３が接続される。また、ベルマウス１８は、底板１９の内周縁（すなわち、後述する開口部２０）から下流側（コンデンサ１３およびラジエータ１４とは反対の側）に向かって延設される。
【００１５】
底板１９は平面視矩形状を有するものであり、この底板１９の上流側にラジエータ１４、さらにその上流にコンデンサ１３が接続される。
底板１９の中央部には、平面視円形に開けられた開口部２０が設けられており、この開口部２０から下流側に向かって、前述したベルマウス１８が延設されている。そして、コンデンサ１３およびラジエータ１４を通過した外気は、この開口部２０を通って下流側に導かれるようになっている。
したがって、コンデンサ１３およびラジエータ１４を通過した外気は、ファンシュラウド１５の外周壁１７および底板１９に導かれて開口部２０に達するとともに、クーリングファン１６により下流側に吐出されるようになっている。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態ではファンシュラウド２５の後縁端（下流側端）２５ａ、すなわち、ベルマウス１８の末端が、クーリングファン１６の羽根１６ｂの後縁ＴＥよりも上流側に位置するように、言い換えれば、クーリングファン１６の羽根１６ｂの後縁ＴＥが、ファンシュラウド２５の後縁端２５ａよりも後方（下流側）に突出する（「下流プロジェクション」ともいう）ように、ファンシュラウド２５の後縁端２５ａが形成されている。
すなわち、図８に示した従来の空間Ｓよりも広い空間Ｓ１が形成されるように、言い換えればファンから出た、半径方向外向きの速度成分を持つ流れがファンシュラウドの後縁端部でさまたげられないようにファンシュラウド２５の後縁端２５ａが決められている。
【００１７】
このように、ファンシュラウド２５の後縁端２５ａをクーリングファン１６の羽根１６ｂの後縁ＴＥよりも上流側に位置させることにより、ファンシュラウド２５の後縁端２５ａとエンジン１１の壁面１１ａとの間に形成された空間（風路）Ｓ１が大きくとられることとなり、クーリングファン１６の下流側の風路抵抗の増加が抑制されるので、コンデンサ１３およびラジエータ１４を通過する外気の風量を増加させることができ、これらコンデンサ１３およびラジエータ１４の熱交換効率を向上させることができる。
【００１８】
また、本実施形態において、クーリングファン１６の羽根１６ｂの後縁先端部ＴＥ１が、図２に示すように、クーリングファン１６の回転方向（図において実線矢印で示す方向）に曲げられているとさらに有利である。
このように、クーリングファン１６の羽根１６ｂの後縁先端部ＴＥ１が、クーリングファン１６の回転方向にたてられることにより、図１０のところで説明した相対速度（Ｗ2あるいはＷ2’）の方向が、図において右下から真下の方向に変化し、これに伴って絶対速度（Ｃ2あるいはＣ2’）の旋回方向成分（Ｃｕ2あるいはＣｕ2’）が増加する。
図１０のところで説明したように、旋回方向成分が増加すると、クーリングファン１６を通過した外気は、半径方向外側、すなわち、空間Ｓ１の方へより多く流れようとする。前述したように、羽根１６ｂの後縁先端部ＴＥ１の半径方向外側には、ファンシュラウド２５の後縁端２５ａが存在しない空間Ｓ１が形成されているので、クーリングファン１６を通過した外気がスムーズに空間Ｓ１の方に流れていくこととなって、気流の風量、すなわち、コンデンサ１３およびラジエータ１４を通過する外気の流量を増加させることができ、これらコンデンサ１３およびラジエータ１４の熱交換効率を向上させることができる。
【００１９】
さらに、羽根１６ｂの後縁先端部ＴＥ１を曲げる際、従来からある羽根の後縁先端部ＴＥ１をそのまま単に曲げるのではなく、クーリングファン１６の回転軸線Ｃ（図２参照）から羽根１６ｂの先端までの半径距離が減少しないように、すなわち、翼面積が増加するように形成するとさらに好適である。
このように翼面積を増加させることにより、翼端から空間Ｓ１の方に外気を確実に押し出せるようになり、気流の流れが円滑化し、気流の風量、すなわち、コンデンサ１３およびラジエータ１４を通過する外気の流量を増加させることができ、これらコンデンサ１３およびラジエータ１４の熱交換効率を向上させることができる。
【００２０】
本発明による車両用熱交換モジュールの第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態における車両用熱交換モジュール３０は、ファンシュラウド２５の後縁端２５ａが、クーリングファン１６の羽根１６ｂの後縁ＴＥよりも上流側に位置する（図１参照）換わりに、ファンシュラウド３５の底板１９の壁面１９ａが、クーリングファン１６の羽根１６ｂの前縁先端部ＬＥ１よりも下流側に位置している点で、前述した第１実施形態のものと異なる。したがって、ここではその異なる点についてのみ説明することとし、従来および第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２１】
図３に示すように、本実施形態ではファンシュラウド３５の底板１９の壁面１９ａ、すなわち、ベルマウス１８の基端が、クーリングファン３６の羽根３６ｂの前縁先端部ＬＥ１よりも下流側に位置するように、言い換えれば、クーリングファン３６の羽根３６ｂの前縁先端部ＬＥ１が、ファンシュラウド３５の底板１９の壁面１９ａよりも前方（上流側）に突出する（「上流プロジェクション」ともいう）ように、ファンシュラウド３５の底板１９の壁面１９ａが形成されている。
また、クーリングファン３６の羽根３６ｂの前縁先端部ＬＥ１は、図４に示すように、クーリングファン３６の回転方向（図において実線矢印で示す方向）に曲げられている。
さらに、クーリングファン３６の羽根３６ｂの前縁先端部ＬＥ１は、前述した羽根１６ｂの後縁先端部ＴＥ１と同様、クーリングファン３６の回転軸線から羽根３６ｂの先端部までの半径距離が減少しないように、すなわち、翼面積が増加するように形成されている。
【００２２】
このように、クーリングファン３６の羽根３６ｂの前縁先端部ＬＥ１を、ベルマウス１８の基端よりも前方に突出させるとともに、クーリングファン３６の羽根３６ｂの前縁先端部ＬＥ１を、クーリングファン３６の回転軸線から羽根３６ｂの先端までの半径距離が減少しないように、クーリングファン３６の回転方向にたてることにより、半径方向外側（すなわち、底板１９側）からクーリングファン１６に流れ込もうとする外気をより多く捕捉することができて、クーリングファン１６を通過する外気の流量を増加させることができるとともに、コンデンサ１３およびラジエータ１４を通過する外気の風量を増加させることができ、これらコンデンサ１３およびラジエータ１４の熱交換効率を向上させることができる。
【００２３】
本発明による車両用熱交換モジュールの第３実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態における車両用熱交換モジュール４０は、前述した第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせたものである。
なお、第１実施形態および第２実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００２４】
図５に示すように、本実施形態では、ファンシュラウド４５の後縁端（下流側端）４５ａ、すなわち、ベルマウス１８の末端が、クーリングファン４６の羽根４６ｂの後縁ＴＥよりも上流側に位置するように、言い換えれば、クーリングファン４６の羽根４６ｂの後縁ＴＥが、ファンシュラウド４５の後縁端４５ａよりも後方（下流側）に突出するように、ファンシュラウド４５の後縁端４５ａが形成されている。
すなわち、図８に示す従来の空間Ｓよりも広い空間Ｓ１が形成されるように、ファンシュラウド４５の後縁端４５ａが決められており、クーリングファン４６の下流側周方向に従来よりも広い風路が形成されることとなる。
また、ファンシュラウド４５の底板１９の壁面１９ａ、すなわち、ベルマウス１８の基端が、クーリングファン４６の羽根４６ｂの前縁先端部ＬＥ１よりも下流側に位置するように、言い換えれば、クーリングファン４６の羽根４６ｂの前縁先端部ＬＥ１が、ファンシュラウド４５の底板１９の壁面１９ａよりも前方（上流側）に突出するように、ファンシュラウド４５の底板１９の壁面１９ａが形成されている。
クーリングファン４６の羽根４６ｂの前縁先端部ＬＥ１は、図４に示すように、クーリングファン４６の回転方向（図において実線矢印で示す方向）に曲げられている。
さらに、クーリングファン４６の羽根４６ｂの前縁先端部ＬＥ１は、前述した羽根１６ｂの後縁先端部ＴＥ１と同様、クーリングファン４６の回転軸線から羽根４６ｂの先端までの半径距離が減少しないように、すなわち、翼面積が増加するように形成されている。
【００２５】
本実施形態において、クーリングファン４６の羽根４６ｂの後縁先端部ＴＥ１が、図２に示すように、クーリングファン４６の回転方向（図において実線矢印で示す方向）に曲げられているとさらに有利である。
本実施形態では、第１実施形態と第２実施形態の両方の作用効果を同時に得ることができるので、コンデンサ１３およびラジエータ１４の熱交換効率をさらに向上させることができる。
なお、詳しい作用効果については第１実施形態および第２実施形態のところで述べたので、ここではその詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による車両用熱交換モジュールの第１実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】図１のクーリングファンの一羽根の先端部を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】本発明による車両用熱交換モジュールの第２実施形態を示す概略縦断面図である。
【図４】図３のクーリングファンの一羽根の先端部を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】本発明による車両用熱交換モジュールの第３実施形態を示す概略縦断面図である。
【図６】本発明による車両用熱交換モジュールを搭載した車両を、下面側から見た概略底面図である。
【図７】図６から車体を取り除くとともに車両の前面側から車両用熱交換モジュールの前面側を見た概略斜視図である。
【図８】従来の車両用熱交換モジュールを示す概略縦断面図である。
【図９】クーリングファンから出る風量と圧力との関係を示すグラフである。
【図１０】クーリングファン出口における速度三角形を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０    車両用熱交換モジュール
１１    エンジン
１３    コンデンサ（熱交換器）
１４    ラジエータ（熱交換器）
１５    ファンシュラウド
１５ａ  後縁端
１６    クーリングファン
２０    開口部
２５    ファンシュラウド
２５ａ  後縁端
３０    車両用熱交換モジュール
３５    ファンシュラウド
３６    クーリングファン
４０    車両用熱交換モジュール
４５    ファンシュラウド
４５ａ  後縁端
４６    クーリングファン
１００  車両
ＬＥ１  前縁先端部
ＴＥ１  後縁先端部
【図１】
0004616551.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004616551.tif 000011