JP7187285B2

JP7187285B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP7187285B2
Application number: JP2018223908A
Authority: JP
Inventors: 文人佐藤
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2022-12-12
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: JP2020083202A

Description

本発明は、車両に搭載され、熱交換器によって温度調整のなされた空気を車室内へと送風して車室内の温度調整を行う車両用空調装置に関する。

従来から、車両に搭載される車両用空調装置は、特許文献１に開示されるように、外気又は内気を取り込んで送風機で送風するための送風機ユニットを備えている。この送風機ユニットは、渦巻状のスクロールケースの中心に送風機が配置され、該送風機は、モータと、該モータに接続されて回転する羽根車とから構成され、前記羽根車の外周側がスクロールケースの通路に臨むように配置されている。

また、スクロールケースには、送風機の軸線上となり空気を内部へと取り込む吸込口が開口し、その側壁の軸方向高さをノーズ部から羽根車の回転方向に向かって吹出口側へと徐々に増加させると共に、前記吸込口を構成するベルマウスを前記側壁と連続的な壁面として形成している。

さらに、ベルマウスは、吸入口から径方向外側へと延在する断面円弧状の壁面を有し、この壁面の曲率半径を、吸入口における側壁の軸方向高さが増加するのに対応させて比例的に大きくすることで、前記ベルマウス近傍における空気の流れの干渉を抑制して騒音の低減を図っている。

一方、特許文献２に開示された車両用空調装置では、送風機の収納される送風機ケースの上部にカバー部材が設けられ、前記カバー部材には、上方へと突出した複数の支柱が形成されフィルタの下面を保持する構成としている。

特開２００７－１２７０８９号公報特開２０１２－１５８２１８号公報

例えば、上述した特許文献１における送風機ユニットの構造を、送風機の上方にフィルタを配置している特許文献２の車両用空調装置へと適用した場合、空気を外部へと吐出させるスクロールケースの吹出口が、上方に配置されたフィルタ側に向かって徐々に接近してしまう。そのため、吹出口とフィルタとが近接することで空気の流れが乱れて騒音発生の原因となる。

また、ベルマウスと羽根車の軸方向先端との軸方向の距離が拡大してしまうことで、両者の間を通じて通路内の空気がファン側へと逆流しやすくなり、送風効率の低下を招くと共に騒音が増加してしまうこととなる。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、吸入された空気の流れを安定化させつつ、作動時における騒音の低減及び送風効率の向上を図ることが可能な車両用空調装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の態様は、ケーシングと、ケーシングに設けられ空気を内部へと取り込む送風機と、送風機の上流側に臨み空気の通過するフィルタとを備え、送風機が、通電作用下に回転するファンと、ファンの径方向外側に設けられノーズ部からファンの回転方向へ向かって徐々に断面積が拡大する通路を有したスクロールケースとを備える車両用空調装置において、
スクロールケースは、ファンの軸方向一方側に開口する断面円形状の吸入口と、通路の下流側に接続されスクロールケースの側部に開口した吐出口と、吸入口の外縁部に設けられ、吸入口の形成されるスクロールケースの壁面からフィルタ側に向かって先端が突出して形成されるベルマウスとを備え、
ベルマウスは、スクロールケースのノーズ部とファンの軸中心部とを結ぶ第１仮想線との交点をＡ点、スクロールケースの巻き終わり部とファンの軸中心部とを結ぶ第２仮想線との交点をＢ点、ファンの回転方向においてＡ点とＢ点との間となる任意の中間点をＣ点とした際、ファンの軸方向に沿ったベルマウスからフィルタまでの距離が、Ａ点及びＢ点に対してＣ点の方が小さくなるように突出して形成され、
スクロールケースは、通路がファンの径方向外側に設けられノーズ部からファンの回転方向へ向かって徐々に吸入口が形成された側の壁面が前記フィルタ側へと近づくようにファンの軸方向に拡大し、
Ｂ点におけるベルマウスは、Ｂ点近傍におけるスクロールケースの吸入口が形成された側の壁面に対してフィルタから離れて形成される。

本発明によれば、車両用空調装置を構成する送風機は、ノーズ部からファンの回転方向へ向かって徐々に断面積の拡大する通路を有したスクロールケースを備え、このスクロールケースには、ファンの軸方向一方側に開口した吸入口の外縁部にベルマウスが形成され、スクロールケースの壁面からフィルタ側へと突出して形成される。

そして、ベルマウスは、スクロールケースのノーズ部とファンの軸中心部とを結ぶ第１仮想線との交点をＡ点、スクロールケースの巻き終わり部とファンの軸中心部とを結ぶ第２仮想線との交点をＢ点、ファンの回転方向においてＡ点とＢ点との間となる任意の中間点をＣ点とした際、ファンの軸方向に沿ったベルマウスからフィルタまでの距離が、Ａ点及びＢ点と比較してＣ点の方が小さくなるように設定されている。

従って、スクロールケースの通路内において、空気の圧力が高いノーズ部に隣接したＡ点近傍では、ファンの軸方向上端とベルマウスとの間の軸方向に沿った距離を狭くすることで空気の逆流を防止することができ、通路の巻角が大きくなるにつれて、Ｃ点近傍においてベルマウスをフィルタ側への距離が小さくなるように形成することで、フィルタを通過した空気を吸入口へと好適に案内できるため、空気の流れを均一化することができる。

また、吐出口近傍となるＢ点近傍では、ファンの軸方向における通路高さが高くなりフィルタに近づくが、フィルタに対するベルマウスの距離をＣ点を有した部位と比較して十分に確保することができる。

その結果、送風機におけるノーズ部近傍の空気の逆流を防止し、且つ、フィルタから吸入口への空気の流れをガイドして均一化することで、空気の流れを安定化させて送風効率を高めつつ、ファンの回転時における騒音の低減を図ることが可能となる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、車両用空調装置を構成する送風機のスクロールケースにおいて、フィルタに対するベルマウスの距離が、スクロールケースのノーズ部とファンの軸中心部とを結ぶ第１仮想線との交点となるＡ点と、スクロールケースの巻き終わり部とファンの軸中心部とを結ぶ第２仮想線との交点となるＢ点に対し、ファンの回転方向においてＡ点とＢ点との間となる任意の中間点をＣ点の方が小さくなるように設定するとよい。

これにより、空気の圧力が高いノーズ部に隣接したＡ点近傍において、ファンとベルマウスとを接近させて配置することで空気の逆流を防止することができ、Ａ点から通路の巻角が大きくなったＣ点近傍では、ベルマウスをフィルタ側へと接近させて配置することで、フィルタからの空気を好適に吸入口へと案内して空気の流れを均一化することができる。また、吐出口近傍となるＢ点近傍においても、フィルタに対するベルマウスの距離を十分に確保することができる。

その結果、送風機におけるノーズ部近傍の空気の逆流を防止し、且つ、フィルタから吸入口へと空気の流れを導くことで均一化できるため、空気の流れを安定化させて送風効率を高めつつ、ファンの回転作動時における騒音を低減させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る車両用空調装置を構成する内外気切替ユニットの一部省略断面図である。図１に示す送風機ユニットのスクロールケース及びファンを上方から見た平面図である。図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４Ａは、ベルマウスの周方向に沿った高さ変化を模式化した模式図であり、図４Ｂは、変形例に係る送風機ユニットのベルマウスの高さ変化を模式化した模式図である。

本発明に係る車両用空調装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る車両用空調装置を示す。

この車両用空調装置１０は、図１に示されるように、空気の各通路を構成する空調ケース（図示せず）の側部に連結され外気及び内気を取り込む内外気切替ユニット１２を有し、該内外気切替ユニット１２から取り込んだ空気を前記空調ケースへと供給している。

この内外気切替ユニット１２は、図１及び図２に示されるように、送風機ユニット１４と、該送風機ユニット１４の上部に接続され図示しない切替ダンパを有したケーシング１６と、前記ケーシング１６内において前記送風機ユニット１４に臨むように設けられたフィルタ１８とを含む。このケーシング１６には、外気及び内気を導入するための導入口２０（図１参照）が開口している。

そして、フィルタ１８は、送風機ユニット１４の接続されるケーシング１６の下部に設けられ、ケーシング１６の高さ方向と略直交するように水平方向（矢印Ａ方向）に配置される。

送風機ユニット１４は、例えば、駆動モータ２２と、該駆動モータ２２の駆動作用下に回転するファン２４と、該駆動モータ２２及びファン２４が収納され空気の流れる通路部２６を有したスクロールケース２８とを含む。

駆動モータ２２は、例えば、スクロールケース２８の略中央下部に設けられ、その回転軸３０が前記スクロールケース２８内で上方（矢印Ｂ１方向）に向かって突出するように固定されている。そして、回転軸３０は、ファン２４の中心部に対して連結され、駆動モータ２２への通電作用下に一体的に回転する。

ファン２４は、スクロールケース２８の略中央に収納され、周方向に沿って等間隔離間した複数のブレード３２と、該ブレード３２の上端部に設けられた環状のシュラウド３４と、前記ブレード３２の下端部から中央に向かって上端側へと延在したボス部３６とを備える。そして、ファン２４は、ボス部３６がその中心から外周側に向かい且つ下方（矢印Ｂ２方向）へ向かって傾斜し、前記中心が駆動モータ２２の回転軸３０と連結される。

スクロールケース２８は、例えば、略中央部に形成されファン２４の収納されるケース本体３８と、該ケース本体３８の略中央下部に設けられ駆動モータ２２の収納されるホルダ４０とを含む。

このケース本体３８には、内部に収納されるファン２４の外周側を囲むように通路部２６が形成され、軸方向に沿った上部に設けられるアッパーケース４２と、該アッパーケース４２の下方（矢印Ｂ２方向）に接続されるロアケース４４とから上下（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に分割可能に形成されている。

通路部２６は、アッパーケース４２とロアケース４４とに跨るように形成され、図２に示されるように、その外周壁が巻き始めＣ１から巻き終わりＣ２に向かって徐々にファン２４から離間するように径方向外側、且つ、ファン２４の軸線方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）へと拡大しながら螺旋状に形成された渦巻通路４６と、該渦巻通路４６の巻き終わりＣ２から接線方向に向かって直線状に延在した吐出通路４８とを有している。そして、吐出通路４８の下流側端部には、吐出口５０が開口し、該吐出口５０は、図示しない連結ダクトを介して空調ケースへと連結されている。

また、通路部２６には、その渦巻通路４６の巻き始めＣ１と吐出通路４８の内周壁とを接合するノーズ部５２が形成される。すなわち、通路部２６は、その巻き始めＣ１となるノーズ部５２から巻き終わりＣ２側に向かって徐々に断面積が拡大するように形成されている。

アッパーケース４２は、図１及び図３に示されるように、その上壁（壁面）５４の中央部に吸入口５６が開口し、該吸入口５６は、例えば、断面略円形状に形成されケーシング１６の下端部及びフィルタ１８に臨むと共に、前記スクロールケース２８の内部とケーシング１６の内部とを連通させている。

また、アッパーケース４２には、吸入口５６の外周縁部に内側に向かって断面円弧状に折り返されたベルマウス５８が形成される。このベルマウス５８は、吸入口５６に沿って円環状に形成されアッパーケース４２の上壁５４に接続され、その軸方向に沿った上方（矢印Ｂ１方向）への高さが周方向で異なるように形成されている。

具体的には、スクロールケース２８の軸方向（図１中、矢印Ｂ１、Ｂ２方向）から見た状態で、図２に示されるそのノーズ部５２とファン２４の軸中心Ｐ（回転軸３０の中心）とを結ぶ第１仮想線Ｄ１とベルマウス５８との交点を点Ｐａ（Ａ点）、渦巻通路４６の巻き終わりＣ２と前記軸中心Ｐとを結ぶ第２仮想線Ｄ２と前記ベルマウス５８との交点を点Ｐｂ（Ｂ点）、前記ファン２４の回転方向において前記点Ｐａと前記点Ｐｂとの間となる任意の中間点を点Ｐｃ（Ｃ点）とした際、前記点Ｐｃを中心としたベルマウス５８の所定範囲が、前記点Ｐａとなる第１リング部６０及び前記点Ｐｂを中心とした第２リング部６２に対して高く形成された突出リング部６４となる。

また、第１及び第２リング部６０、６２は、送風機ユニット１４の軸方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）において略同一高さとなるように形成される。

さらに、上述した点Ｐｃは、例えば、点Ｐａを通る第１仮想線Ｄ１を基準として巻き終わりＣ２側に向かった３０°～２１０°の角度θ内に設定される。

この突出リング部６４は、図１～図４Ａに示されるように、上記の角度θの範囲となるようにベルマウス５８の周方向に沿って所定長さで形成され、略一定高さで形成された頂部６６と、第１リング部６０から前記頂部６６に向けて上方（矢印Ｂ１方向）へと突出するように高さが徐々に変化する第１徐変部６８と、前記頂部６６に対して第２リング部６２側に向けて下方（矢印Ｂ２方向）へと高さが徐々に変化する第２徐変部７０とから形成される。すなわち、突出リング部６４は、頂部６６、第１及び第２徐変部６８、７０とから断面略台形状に形成される（図４Ａ参照）。

図４Ａに示されるように、ファン２４の軸方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿ったベルマウス５８からフィルタ１８までの距離Ｌが、点Ｐａを含む第１リング部６０及び点Ｐｂを含む第２リング部６２に対して前記点Ｐｃを含む突出リング部６４の方が短くなるように前記ベルマウス５８が上方（矢印Ｂ１方向）へと突出して形成されている。

換言すれば、ベルマウス５８は、突出リング部６４が第１及び第２リング部６０、６２に対してよりフィルタ１８側へと近接して設けられる。

本発明の実施の形態に係る車両用空調装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

先ず、図示しないコントローラからの制御信号に基づき、内外気切替ユニット１２の駆動モータ２２が駆動し、該駆動モータ２２の駆動作用下に回転軸３０を介してファン２４が回転することで、ケーシング１６の導入口２０からケーシング１６の内部へと空気が吸い込まれる。

そして、ケーシング１６内へ取り込まれた空気は、フィルタ１８を通過した後に送風機ユニット１４におけるスクロールケース２８の吸入口５６からシュラウド３４を通じてファン２４の内側へと吸い込まれ、ボス部３６に沿って下方（矢印Ｂ２方向）且つ外周側へと導かれた後、各ブレード３２の間を通じて外周側へと送出される。

この通路部２６へと送出された空気は、渦巻通路４６に沿って巻き始めＣ１から反時計回りに流れて巻き終わりＣ２側まで到達した後、吐出通路４８から吐出口５０まで流れて図示しない空調ケース側へと送出される。

また、上述した通路部２６を流れる空気は、渦巻通路４６の巻き始めＣ１から吐出通路４８へと旋回するように流れることで徐々に圧力が上昇し、その空気の一部が、ノーズ部５２の近傍において高圧となった前記吐出通路４８から、隣接して低圧である渦巻通路４６の巻き始めＣ１側へと流入することがある。

そのため、スクロールケース２８において、圧力の高いノーズ部５２近傍となる点Ｐａ近傍では、ベルマウス５８の第１リング部６０とファン２４の軸方向に沿った上端２４ａとの間隔を狭くしておくことで、前記ベルマウス５８とファン２４との間を通じた空気の径方向内側への逆流を防止している。

さらに、スクロールケース２８において、渦巻通路４６の巻角が大きくなる点Ｐｃ近傍において、突出リング部６４を設けることでベルマウス５８を上方（矢印Ｂ１方向）へと突出させ、フィルタ１８へと接近させることで該フィルタ１８を通過した空気を吸入口５６側へと導いている。

そして、空気は、内外気切替ユニット１２の送風機ユニット１４から図示しない空調ケースへと送出された空気は、前記空調ケース内で所望の温度へと温度調整がなされた後に、送風口を通じて車室内へと送風される。

以上のように、本実施の形態では、車両用空調装置１０を構成する内外気切替ユニット１２の送風機ユニット１４において、スクロールケース２８のベルマウス５８が、フィルタ１８側に向かって軸方向（矢印Ｂ１方向）に突出し、その突出高さは、前記スクロールケース２８のノーズ部５２と前記ファン２４の軸中心部とを結ぶ第１仮想線Ｄ１との交点である点Ｐａ、前記スクロールケース２８の巻き終わりＣ２と前記ファン２４の軸中心部とを結ぶ第２仮想線Ｄ２との交点である点Ｐｂ、前記点Ｐａと前記点Ｐｂとの前記ファン２４の回転方向における任意の中間点を点Ｐｃとした場合に、前記ファン２４の軸方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿った前記ベルマウス５８から前記フィルタ１８までの距離Ｌが、前記点Ｐａ及び前記点Ｐｂに対して前記点Ｐｃの方が短くなるように設定されている。

従って、スクロールケース２８の通路部２６内において、点Ｐａ近傍である空気の圧力が高いノーズ部５２近傍では、ファン２４の軸方向に沿った上端２４ａとベルマウス５８の第１リング部６０との間の軸方向に沿った距離を小さくすることで両者の間を通じた前記空気の逆流を防止できる。

また、通路部２６の巻き始めＣ１から巻角が大きくなるにつれて、上方へ突出させた突出リング部６４をベルマウス５８に設けることで、フィルタ１８を通過して吸入口５６へと取り込まれる空気を好適に案内して流れを均一化することができる。

さらに、ベルマウス５８は、点Ｐｂ近傍において吐出口５０に近づくにつれて通路部２６の高さが高くなるため、フィルタ１８との軸方向の距離Ｌを確保できるように突出リング部６４よりも低い第２リング部６２を設けている。そのため、吐出口５０近傍においても、フィルタ１８に対するベルマウス５８の距離Ｌを十分に確保することで騒音の発生を抑制することができる。

その結果、送風機ユニット１４におけるノーズ部５２近傍におけるファン２４側への空気の逆流を防止し、且つ、フィルタ１８から吸入口５６へと空気の流れを案内して均一化させることで、前記空気の流れを安定化させて送風効率を高めつつ、ファン２４の回転作動時における騒音の低減を図ることが可能となる。

また、ベルマウス５８における第２リング部６２を、該第２リング部６２近傍において吸入口５６の開口したスクロールケース２８の上壁５４に対してファン２４側（矢印Ｂ２方向）となるように形成することで、前記第２リング部６２をフィルタ１８から十分に離して配置することができる。

その結果、スクロールケース２８において、軸方向上方（矢印Ｂ１方向）へと拡大しフィルタ１８との離間距離が小さくなる吐出口５０近傍において、ベルマウス５８を前記フィルタ１８から離間させることで、騒音の発生をより効果的に低減させることができる。

さらに、ベルマウス５８において、点Ｐａを通る第１仮想線Ｄ１を基準として点Ｐｃを３０°～２１０°の角度θ内に設定することにより（３０°≦θ≦２１０°）、ノーズ部５２近傍における空気の逆流防止と、巻き始めＣ１と巻き終わりＣ２との間となる中間部位及び吐出口５０における騒音低減とをバランスよく両立させることができる。

一方、ベルマウス５８における突出リング部６４は、第１リング部６０側から頂部６６に向けて滑らかに高さが高くなる第１徐変部６８と、前記頂部６６から滑らかに高さの低くなる第２徐変部７０とから構成される場合に限定されるものではない。

例えば、図４Ｂに示されるベルマウス８０のように、第１リング部８２に対して段状に形成された第１頂部８４と、該第１頂部８４に接続され若干だけ低い第２頂部８６と、前記第２頂部８６に対して段状に低く形成された第２リング部８８とから段付状となるように形成してもよい。

この場合、第１及び第２頂部８４、８６は、例えば、点Ｐａを通る第１仮想線Ｄ１を基準として巻き終わりＣ２側に向かった３０°～２１０°の範囲内に設定されていればよい。また、段状となる頂部の数量は適宜設定されればよい。

なお、本発明に係る車両用空調装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…車両用空調装置１２…内外気切替ユニット
１４…送風機ユニット１８…フィルタ
２４…ファン２６…通路部
２８…スクロールケース３０…回転軸
４２…アッパーケース５２…ノーズ部
５６…吸入口５８、８０…ベルマウス
６４…突出リング部６６…頂部
８４…第１頂部８６…第２頂部

Claims

ケーシングと、該ケーシングに設けられ空気を内部へと取り込む送風機と、該送風機の上流側に臨み前記空気の通過するフィルタとを備え、前記送風機が、通電作用下に回転するファンと、該ファンの径方向外側に設けられノーズ部から前記ファンの回転方向へ向かって徐々に断面積が拡大する通路を有したスクロールケースとを備える車両用空調装置において、
前記スクロールケースは、前記ファンの軸方向一方側に開口する断面円形状の吸入口と、前記通路の下流側に接続され前記スクロールケースの側部に開口した吐出口と、前記吸入口の外縁部に設けられ、前記吸入口の形成される前記スクロールケースの壁面から前記フィルタ側に向かって先端が突出して形成されるベルマウスとを備え、
前記ベルマウスは、前記スクロールケースのノーズ部と前記ファンの軸中心部とを結ぶ第１仮想線との交点をＡ点、前記スクロールケースの巻き終わり部と前記ファンの軸中心部とを結ぶ第２仮想線との交点をＢ点、前記ファンの回転方向において前記Ａ点と前記Ｂ点との間となる任意の中間点をＣ点とした際、前記ファンの軸方向に沿った前記ベルマウスから前記フィルタまでの距離が、前記Ａ点及び前記Ｂ点に対して前記Ｃ点の方が小さくなるように突出して形成され、
前記スクロールケースは、前記通路が前記ファンの径方向外側に設けられノーズ部から前記ファンの回転方向へ向かって徐々に前記吸入口が形成された側の壁面が前記フィルタ側へと近づくように前記ファンの軸方向に拡大し、
前記Ｂ点における前記ベルマウスは、前記Ｂ点近傍における前記スクロールケースの前記吸入口が形成された側の壁面に対して前記フィルタから離れて形成される、車両用空調装置。
請求項１記載の車両用空調装置において、
前記ベルマウスの高さは、前記Ｃ点から前記Ａ点及び前記Ｂ点に向かって滑らかに変化する、車両用空調装置。
請求項１記載の車両用空調装置において、
前記ベルマウスの高さは、前記Ｃ点に対して前記Ａ点及び前記Ｂ点に向かって段状に変化する、車両用空調装置。
請求項１～３のいずれか１項に記載の車両用空調装置において、
前記Ｃ点は、前記Ａ点から前記スクロールケースの巻き終わり部側に向かって３０°～２１０°の範囲内に設定される、車両用空調装置。