JP3873913B2

JP3873913B2 - 遠心送風機

Info

Publication number: JP3873913B2
Application number: JP2003063400A
Authority: JP
Inventors: 雅晴酒井; 文昭松浦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2023-03-10
Also published as: JP2004270577A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は遠心式送風機に関するもので、車両用空調装置の送風装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
遠心式送風機のスクロールケーシングは、周知のごとく、遠心式多翼ファンの外径側に渦巻き状の空気流路を構成するとともに、スクロールケーシングの巻き始め部、つまりノーズ部から巻き終わり部にかけて流路断面積を徐々に増大させて遠心式多翼ファンから吹き出す空気を効率よく集合させながら下流側に流すものである。
【０００３】
このため、スクロールケーシングの形状寸法、つまり拡がり角等の断面積の増加率及び流路断面積は、図７に示すように、送風量や通風抵抗に応じて最適な形状寸法は変化する。
【０００４】
そこで、従来は、スクロールケーシングにより形成される渦巻き状の空気流路可変翼を設けるとともに、送風量に応じて可変翼を遠心式多翼ファンの回転軸と平行な方向に揺動させて流路断面積を変化させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１６１８９６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の発明は、スクロールケーシングの巻き始めから巻き終わりにかけて拡がり角が一定のスクロールケーシングを採用しているとともに、スクロールケーシングの巻き終わり側にドア手段を設けているので、ドア手段を回転させると、最適な流路形状（スクロールケーシング形状）から大きく外れてしまう。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な遠心式送風機を提供し、第２には、送風効率を向上させつつ、送風騒音を低減することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、回転軸周りに多数枚の翼（７１ａ）を有し、回転軸の軸方向から吸入した空気を径外方に向けて吹き出す遠心式多翼ファン（７１）と、遠心式多翼ファン（７１）を収納して遠心式多翼ファン（７１）から吹き出した空気が流れる渦巻き状の空気流路（７２ａ）を構成するとともに、外周側内壁半径（ｒ）が巻き角（θ）に応じて対数螺旋的に変化するスクロールケーシング（７２）とを備え、スクロールケーシング（７２）の外周側内壁（７３）は、一端側がスクロールケーシング（７２）に対して固定され、他端側が巻き取り機構（７４）に固定された帯板バネ状のものであり、巻き取り機構（７４）は、外周側内壁（７３）の巻き取り量を調節する回転式の巻き取りドラム（７４ａ）と、巻き取りドラム（７４ａ）を外周側内壁（７３）の他端部に形成された出口開口部（７２ｃ）の幅方向に回転させながら平行移動させる駆動機構（７４ｂ、７４ｃ）とから構成されており、巻き取り機構（７４）は、遠心式多翼ファン（７１）によって送風される空気流路内の通風抵抗に応じて巻き取り量を調節するようになっており、巻き取り量を調節することにより外周側内壁（７３）を変位させて、スクロールケーシング（７２）の巻き始め部から巻き終わり部に至る部位の略全域の拡がり角（ｎ）を変化させると同時に、出口開口部（７２ｃ）の開口面積を変化させることを特徴とする。なお、本発明における「出口開口部（７２ｃ）の幅方向」とは、出口開口部（７２ｃ）のうちスクロールケーシング（７２）の外周側端部と内周側端部とを結ぶ方向のことを意味するものである。
【０００９】
これにより、送風効率を向上させつつ送風騒音を低減することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、巻き取り機構（７４）は、通風抵抗が減少するにつれて拡がり角（ｎ）を増加させると同時に開口面積を増加させ、通風抵抗が増加するにつれて拡がり角（ｎ）を減少させると同時に開口面積を減少させることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、駆動機構（７４ｂ、７４ｃ）は、巻き取りドラム（７４ａ）に設けられたピニオン（７４ｂ）と、ピニオン（７４ｂ）に噛み合うラック（７４ｂ）とから構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、少なくとも外周側内壁（７３）には、空気の振動を減衰させて騒音を低下させる吸音材が設けられていることを特徴とするものでる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の遠心式送風機（７）、及び室内に吹き出す空気の吹出モードを切り替える吹出モード切換装置（１８〜２０）を有する車両用空調装置であって、吹出モード切換装置（１８〜２０）の作動状態に基づいて通風抵抗を判定し、通風抵抗に応じて巻き取り機構（７４）を制御する電子制御装置（２１）を有することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の遠心式送風機（７）を有し、遠心式送風機（７）の送風量に基づいて通風抵抗を判定し、通風抵抗に応じて巻き取り機構（７４）を制御する電子制御装置を有することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の遠心式送風機（７）を有し、室内に吹き出す空気の吹出モード及び遠心式送風機（７）の送風量のうち少なくとも一方を室内に吹き出す空気の目標温度（ＴＡＯ）に基づいて制御する自動制御方式の車両用空調装置であって、目標温度（ＴＡＯ）に基づいて通風抵抗を判定し、通風抵抗に応じて巻き取り機構（７４）を制御する電子制御装置を有することを特徴とするものである。
【００１６】
因みに、上記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一例である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る遠心式送風機を車両用空調装置に適用したものであって、図１は、本実施形態に係る車両用空調装置１の模式図である。
【００１８】
空気流路をなす空調ケーシング２の空気上流側部位には、車室内気を吸入するための内気吸入口３と外気を吸入するための外気吸入口４とが形成されているとともに、これらの吸入口３、４を選択的に開閉する吸入口切換ドア５が設けられている。なお、吸入口切換ドア５は、サーボモータ等の駆動手段又は手動操作によって開閉される。
【００１９】
そして、吸入口切換ドア５の空気流れ下流側には、空気中の塵埃を取り除くフィルタ（図示せず）及び本実施形態に係る送風機７が配設されており、この送風機７により両吸入口３、４から吸入された空気が、後述する各吹出口１４、１５、１７に向けて送風される。
【００２０】
また、送風機７の空気下流側には、室内に吹き出す空気を冷却する冷却器をなす蒸発器９が配設されており、送風機７により送風された空気は全てこの蒸発器９を通過する。なお、蒸発器９は、冷媒を蒸発させることにより冷凍能力を発生させる蒸気圧縮式冷凍機の低圧側熱交換器である。
【００２１】
そして、蒸発器９の空気下流側には、室内に吹き出す空気を加熱するヒータ１０が配設されており、このヒータ１０は、エンジン１１の冷却水を熱源として空気を加熱している。なお、図１に示された送風機装置７は模式図であり、詳細は後述する。
【００２２】
また、空調ケーシング２には、ヒータコア１０を迂回するバイパス通路１２が形成されており、ヒータコア１０の空気上流側には、ヒータコア１０を通る風量とバイパス通路１２を通る風量との風量割合を調節することにより、車室内に吹き出す空気の温度を調節するエアミックスドア１３が配設されている。
【００２３】
そして、空調ケーシング２の最下流側部位には、車室内乗員の上半身に空調空気を吹き出すためのフェイス吹出口１４と、車室内乗員の足元に空気を吹き出すためのフット吹出口１５と、フロントガラス１６の内面に向かって空気を吹き出すためのデフロスタ吹出口１７とが形成されている。
【００２４】
そして、上記各吹出口１４、１５、１７の空気上流側は、吹出モードを切替制御する吹出モード切換ドア１８、１９、２０が配設されている。因みに、これらの吹出モード切換ドア１８、１９、２０は、サーボモータ等の駆動手段又は手動操作によって開閉される。
【００２５】
なお、吹出モードとしては、主にフェイス吹出口１４から空気を吹き出すフェイスモード、主にフット吹出口１５から空気を吹き出すフットモード、フェイス吹出口１４及びフット吹出口１５から空気を吹き出すバイレベルモード、及び主にデフロスタ吹出口１７から空気を吹き出すデフロスタモード等がある。
【００２６】
因みに、一般的に、車両空調装置では、フェイス吹出口１４から空気を吹き出すフェイスモード時において大きな風量を必要とするので、フェイスモード時の通風抵抗（圧力損失）が、他の吹出モード（フットモード及びデフモード）に比べて小さくなっている。
【００２７】
また、電子制御装置（ＥＣＵ２１）は、図２に示すように、室内空気の温度を検出する内気センサ、室外空気の温度を検出する外気センサ、蒸発器９を通過した直後の空気温度を検出するエバ後センサ及び室内に注がれる日射量を検出する日射センサ等の空調センサ２２の検出信号、並びに乗員が設定入力した希望室内温度、つまり操作パネル２３の出力等が入力されている。
【００２８】
そして、ＥＣＵ２１は、ＥＣＵ２１に入力された信号に基づいて、予め記憶されたプログラムに従って室内に吹き出す空気の目標温度、すなわち目標吹出温度ＴＡＯを算出し、この目標吹出温度ＴＡＯを基準に吸入口切換ドア５、エアミックスドア１３、吹出モード切換ドア１８、１９、２０及び送風機７の送風量、つまりファン７１を回転させる電動モータへの印加電圧又は回転数を制御する。
【００２９】
次に、送風機７について詳述する。
【００３０】
この送風機７は、図３に示すように、回転軸周りに多数枚の翼７１ａを有して回転軸方向から吸入した空気を径外方に向けて吹き出す遠心式多翼ファン（以下、ファンと略す。）７１、回転軸方向一端側に配置されファン７１を回転させる駆動手段をなす電動式のファンモータ、及びファン７１を収納してファン７１から吹き出した空気が流れる渦巻き状の空気流路７２ａを構成するスクロールケーシング７２等から構成されている。
【００３１】
ここで、スクロールケーシング７２は、ファン７１から吹き出す空気を効率よく集合させながら下流側に流すべく、スクロールケーシング７２の巻き始め部、つまりノーズ部７２ｂから巻き終わり部にかけて流路断面積が徐々に拡大している。具体的には、ノーズ部７２ｂから計った巻き角θに対してスクロールケーシング７２の外周側内壁半径ｒを対数螺旋関数的に徐々に拡大したものである。
【００３２】
ここで、対数螺旋関数とは下記の数式１で示されるもので、θは、ノーズ部７２ｂの曲率半径の中心とファン７２の回転中心とを結ぶ基準線からファンの回転の向きに図った角度（単位：ラジアン）であり、ｒｏは基準線（θ＝０）における外周側内半径である。
【００３３】
【数１】
ｒ＝ｒｏ・ｅ（π／１８０）ｎ・θ
そして、本実施形態では、通風抵抗、つまり空気流路７２ａ内の気圧に応じてスクロールケーシング７２の外周側内壁７３を変位させて、スクロールケーシング７２の巻き始め部から巻き終わり部に至る部位の略全域の拡がり角ｎを４°以上、６°以下の範囲で変化させている。
【００３４】
因みに、ノーズ部７２ｂとは、周知のごとく、スクロールケーシング７２の巻き始め側と巻き終わり側との重なる部分を言い、このノーズ部７２ｂでは、空気上流側と空気下流とが、僅かな隙間（図示せず。）を介して連通している。
【００３５】
また、可動壁である外周側内壁７３は、一端側がスクロールケーシング７２に対して固定され、他端側が巻き取り機構７４に固定された帯板バネ状のものであり、巻き取り機構７４による外周側内壁７３の巻き取り量を調節することにより、図４に示すように拡がり角ｎを変更する。
【００３６】
また、外周側内壁７３は、図５に示すように、バネ特性を発生させるためのピアノ線等の金属製のワイヤ７３ａを可撓性を有する樹脂製の膜状部材７３ｂに埋設したもので、紙面右側端部がスクロールケーシング７２に固定され、紙面左側端部が巻き取り機構７４の巻き取りドラム７４ａ（図３）に固定される。
【００３７】
また、巻き取り機構７４は、図３に示すように、巻き取りドラム７４ａ、巻き取りドラム７４ａのピニオン７４ｂに噛み合って巻き取りドラム７４ａを回転させながら移動させるラック７４ｃ、及びラック７４ｃを平行移動させるアクチュエータ等から構成されたもので、アクチュエータ、つまり巻き取り機構７４は、ＥＣＵ２１により制御される。
【００３８】
因みに、ストッパガイド７３ｃは、拡がり角ｎが最小となる位置で外周側内壁７３の変位が止まるように変位量を規制するものであり、拡がり角ｎが最大となる位置は、スクロールケーシング７２の外周側外壁により規制される。
【００３９】
次に、本実施形態に係る遠心式送風機７の特徴的作動及びその効果を述べる。
【００４０】
フェイスモード時には、前述のごとく、他の吹出モード（フットモード及びデフモード）に比べて通風抵抗（圧力損失）が小さくなって風量が増大するとともに、及び空気流路７２ａ内の気圧（静圧）が低下するため、拡がり角ｎが最大となる位置まで外周側内壁７３を変位させる。
【００４１】
一方、フットモード及びデフモード時には、フェイスモード時に比べて通風抵抗（圧力損失）が大きくなって風量が低下するとともに、空気流路７２ａ内の気圧（静圧）が上昇するため、拡がり角ｎが最小となる位置まで外周側内壁７３を変位させる。
【００４２】
これにより、スクロールケーシング７２の形状寸法、つまり拡がり角ｎ等の断面積の増加率及び流路断面積を送風量や通風抵抗に応じて最適な形状とすることができ得るので、吹出モードによらず、送風効率を向上させつつ送風騒音を低減することができる。
【００４３】
因みに、本実施形態に基づいて試作検討した空調装置では、従来型に比べて、吹出モードによらず約３ｄＢ騒音を低下させることができた。
【００４４】
（第２実施形態）
本実施形態は、図６に示すように、巻き始め側から巻き終わり側にかけて並んだ複数個の可動壁７３ｄにて外周側内壁７３を構成するとともに、隣り合う可動壁７３ｄの一部が重なった状態で各可動壁７３ｄそれぞれをリンク溝部７３ｅに沿って変位させることにより拡がり角ｎを変更するものである。
【００４５】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、吹出モードに応じて拡がり角を変更したが、吹き出しモードが一定であっても、送風量が変化すると通風抵抗が変化することから、本実施形態では、ファンモータへの印可電圧又は回転数が大きくなり送風量が増大するほど拡がり角ｎを大きくし、逆に、ファンモータへの印可電圧又は回転数が小さくなり送風量が減少するほど拡がり角ｎを小さくするものである。
【００４６】
具体的には、目標吹出温度ＴＡＯが小さくなると、冷房運転となってフェイスモードとなり、目標吹出温度ＴＡＯが大きくなると暖房運転運転となってフットモードとなることから、目標吹出温度ＴＡＯが第１所定値より小さいときには拡がり角ｎを最大とし、目標吹出温度ＴＡＯが第１所定値より大きい第２所定値より大きいときには拡がり角ｎを最小とし、目標吹出温度ＴＡＯが第１所定値と第２所定値との間のときには、目標吹出温度ＴＡＯの増大に応じて拡がり角ｎを小さくするものである。
【００４７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、車両用空調装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４８】
また、例えば圧力センサ等により送風機７から吹出口１４、１５、１７に至る通風系の気圧を測定することにより拡がり角ｎを変更させてもよい。
【００４９】
また、少なくとも外周側内壁７３に空気の振動を減衰させて騒音を低下させる吸音材を設ければ、さらに騒音を低減することができる。
【００５０】
また、第１、３、４実施形態のうち少なくとも２つの実施形態を組み合わせてよい。
【００５１】
また、第２〜４実施形態のうち少なくとも２つの実施形態を組み合わせてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る空調装置の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る空調装置の制御系を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る送風機の斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る送風機の作動説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る外周側内壁の斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る送風機の説明図である。
【図７】風量と騒音及び圧力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ファン、７２…スクロールケーシング、７２ｃ…出口開口部、
７３…外周側内壁（可動壁）、７４…巻き取り機構、７４ａ…巻き取りドラム、
７４ｂ…ピニオン（駆動機構）、７４ｃ…ラック（駆動機構）。

Claims

回転軸周りに多数枚の翼（７１ａ）を有し、前記回転軸の軸方向から吸入した空気を径外方に向けて吹き出す遠心式多翼ファン（７１）と、
前記遠心式多翼ファン（７１）を収納して前記遠心式多翼ファン（７１）から吹き出した空気が流れる渦巻き状の空気流路（７２ａ）を構成するとともに、外周側内壁半径（ｒ）が巻き角（θ）に応じて対数螺旋的に変化するスクロールケーシング（７２）とを備え、
前記スクロールケーシング（７２）の外周側内壁（７３）は、一端側が前記スクロールケーシング（７２）に対して固定され、他端側が巻き取り機構（７４）に固定された帯板バネ状のものであり、
前記巻き取り機構（７４）は、前記外周側内壁（７３）の巻き取り量を調節する回転式の巻き取りドラム（７４ａ）と、前記巻き取りドラム（７４ａ）を前記外周側内壁（７３）の他端部に形成された出口開口部（７２ｃ）の幅方向に回転させながら平行移動させる駆動機構（７４ｂ、７４ｃ）とから構成されており、
前記巻き取り機構（７４）は、前記遠心式多翼ファン（７１）によって送風される空気流路内の通風抵抗に応じて前記巻き取り量を調節するようになっており、
前記巻き取り量を調節することにより前記外周側内壁（７３）を変位させて、前記スクロールケーシング（７２）の巻き始め部から巻き終わり部に至る部位の略全域の拡がり角（ｎ）を変化させると同時に、前記出口開口部（７２ｃ）の開口面積を変化させることを特徴とする遠心送風機。
前記巻き取り機構（７４）は、前記通風抵抗が減少するにつれて前記拡がり角（ｎ）を増加させると同時に前記開口面積を増加させ、前記通風抵抗が増加するにつれて前記拡がり角（ｎ）を減少させると同時に前記開口面積を減少させることを特徴とする請求項１に記載の遠心送風機。
前記駆動機構（７４ｂ、７４ｃ）は、前記巻き取りドラム（７４ａ）に設けられたピニオン（７４ｂ）と、前記ピニオン（７４ｂ）に噛み合うラック（７４ｂ）とから構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の遠心送風機。
少なくとも前記外周側内壁（７３）には、空気の振動を減衰させて騒音を低下させる吸音材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の遠心送風機。
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の遠心式送風機（７）、及び室内に吹き出す空気の吹出モードを切り替える吹出モード切換装置（１８〜２０）を有する車両用空調装置であって、
前記吹出モード切換装置（１８〜２０）の作動状態に基づいて前記通風抵抗を判定し、前記通風抵抗に応じて前記巻き取り機構（７４）を制御する電子制御装置（２１）を有することを特徴とする車両用空調装置。
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の遠心式送風機（７）を有し、
前記遠心式送風機（７）の送風量に基づいて前記通風抵抗を判定し、前記通風抵抗に応じて前記巻き取り機構（７４）を制御する電子制御装置（２１）を有することを特徴とする車両用空調装置。
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の遠心式送風機（７）を有し、室内に吹き出す空気の吹出モード及び前記遠心式送風機（７）の送風量のうち少なくとも一方を室内に吹き出す空気の目標温度（ＴＡＯ）に基づいて制御する自動制御方式の車両用空調装置であって、
前記目標温度（ＴＡＯ）に基づいて前記通風抵抗を判定し、前記通風抵抗に応じて前記巻き取り機構（７４）を制御する電子制御装置（２１）を有することを特徴とする車両用空調装置。