JP2008138643A

JP2008138643A - 送風ユニット

Info

Publication number: JP2008138643A
Application number: JP2006328359A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Fujimoto; 正幸藤本; Toshikatsu Mori; 年克毛利; Toshiaki Tsutsumi; 俊明堤
Original assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2026-12-05
Also published as: JP5163974B2; WO2008068959A1

Abstract

【課題】縮小されたスクロール室を設計する上で、送風能力、静粛性等を従来よりも高いレベルで維持できるようにする。
【解決手段】渦巻形状を有し送風機４により発生された空気流が流通するスクロール室２０の寸法が、径方向及び軸方向に拡大するように設計された送風ユニットにおいて、前記スクロール室２０の断面積の拡大率が、第１の巻き角θ以上の範囲において該第１の巻き角θより小さい範囲の拡大率より大きくなるように変化すると共に、前記スクロール室２０の軸方向の寸法が、前記第１の巻き角θ以上の範囲において拡大する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用空調装置等に用いられる送風ユニットに関し、特にスクロール室の縮小に関するものである。

車両用空調装置の設計において、ＨＶＡＣユニットの小型化は、常に求められている課題であるが、ＨＶＡＣユニットの小型化を図る方法の一つとして、ブロワが設置されるスクロール室を縮小することが考えられる。スクロール室を縮小する際には、送風路の最適形状を変化させることに起因する送風能力の低下や乱気流による騒音等が問題となる。そこで、送風能力や静粛性を損なうことなく、スクロール室を縮小できる送風路形状を設計することが重要となる。

上記のような問題に対処するものとして、スクロール室をケーシングの送風吐出口へ向かって径方向だけでなく軸方向にも拡大するように構成し、軸方向の寸法の拡大幅（率）を変化させ、スクロール室の断面積の拡大量（率）がスクロール巻き角に対して略一定となるようにする発明が開示されている（特許文献１参照）。これにより、送風効率や静粛性を保ちながらスクロール室の径方向の大きさを小さくすることができるとされている。
特開２００２−２０２０９８号公報

上記特許文献１に開示される発明においては、スクロール室の断面積の拡大率が巻き角に対して略一定となるようになされている（同文献１、段落００３６、図４「折れ線α」参照）。また、スクロール室の軸方向への拡大は、スクロールの巻き始め（舌部付近）から直ちに開始される構造となっている（同文献、段落００２７、図３「折れ線Ｘ」参照）。

しかしながら、上記従来発明においては、スクロール室の断面積の拡大率が全巻き角範囲において略一定であると共に、スクロール室の軸方向の寸法の拡大が舌部付近から直ちに開始されることにより、スクロール室の断面積が巻き初めから急激に拡大し、乱気流が発生しやすい構造であったため、送風能力（効率）や静粛性の面で改善の余地があった。

そこで、本発明は、縮小されたスクロール室を設計する上で、送風能力（効率）、静粛性等を従来よりも高いレベルで維持できるようにすることを目的とする。

上記課題の解決を図る本発明は、渦巻形状を有し送風機により発生された空気流が流通するスクロール室の寸法が、径方向及び軸方向に拡大するように設計された送風ユニットにおいて、前記スクロール室の断面積の拡大率が、第１の巻き角以上の範囲において該第１の巻き角より小さい範囲の拡大率より大きくなるように変化すると共に、前記スクロール室の軸方向の寸法が、前記第１の巻き角以上の範囲において拡大することを特徴とするものである（請求項１）。

上記のように、本発明においては、第１の巻き角を起点としてスクロール室の断面積の拡大率が大きく変化する。また、本発明においては、スクロール室の軸方向の寸法が、第１の巻き角以上の範囲において拡大し、第１の巻き角より小さい範囲においては拡大しない。即ち、スクロールの巻き始めから前記第１の巻き角までは、スクロール室の断面積の拡大は径方向の拡大のみによってなされる。これにより、スクロール室の断面積が巻き始めから急激に拡大することがなく、内部の空気流が従来構造よりも安定するため、縮小されたスクロール室を設計する上で、送風能力（効率）、静粛性等を従来よりも高いレベルで維持することが可能となる。

また、本発明は、渦巻形状を有し送風機により発生された空気流が流通するスクロール室の形状が、該スクロール室の断面積と巻き角との関係を示す特性線（Ｄ）に基づいて設計される送風ユニットにおいて、前記特性線（Ｄ）は、所定のブロワ径及び第１の広がり角に基づいて設定された基準線（Ａ）と同一の拡大率を有する準基準線（Ｃ）と、所定のブロワ径及び前記第１の広がり角より小さい第２の広がり角に基づいて設定された縮小線（Ｂ）とに基づいて作成され、前記スクロール室の巻き角が前記第１の巻き角より小さい範囲において前記縮小線（Ｂ）と重なり、前記スクロール室の巻き角が前記第１の巻き角以上の範囲において前記準基準線（Ｃ）と重なり、また前記スクロール室の軸方向の寸法が、前記第１の巻き角以上の範囲において拡大することを特徴とするものである（請求項２）。

図３において、上記特性線はＤ、基準線はＡ、準基準線はＣ、縮小線はＢとして示されている。準基準線Ｃは、基準線Ａを第１の巻き角θにおいて縮小線Ｂと交わるように平行移動させたものである。そして、スクロール形状の設計に用いられる特性線Ｄは、巻き角がθより小さい範囲において縮小線Ｂと重なり、θ以上の範囲において準基準線Ｃと重なる。これにより、スクロール室の形状は、巻き角がθより小さい範囲においては、小さな広がり角をもって設定された縮小線Ｂの拡大率に基づいて設計され、巻き角がθ以上の範囲においては、大きな広がり角をもって設定された基準線Ａの拡大率に基づいて設計される。即ち、スクロール室の断面積の拡大率が、第１の巻き角θにおいて大きく変化する。また、上記請求項１の構成と同様に、スクロール室の軸方向の寸法が、第１の巻き角θまで拡大されない構成となる。これにより、スクロール室の断面積が巻き始めから急激に拡大することがなく、内部の空気流が従来構造よりも安定するため、縮小されたスクロール室を設計する上で、送風能力（効率）、静粛性等を従来よりも高いレベルで維持することが可能となる。また、基準線（準基準線）及び縮小線のブロワ径、広がり角を適宜選択することにより、各ブロワ径、広がり角における最適なスクロール形状を、計算上で求めることができ、工数の削減等が可能となる。

また、本発明者による調査の結果、上記請求項１又は２記載の構成における前記第１の巻き角は、１５０°〜１７０°であることが好ましいことがわかっている（請求項３）。

以上のように、本発明によれば、スクロール室の断面積の拡大率が第１の巻き角（１５０°〜１７０°）において大きく変化すると共に、スクロール室の軸方向の寸法が該第１の巻き角以上の範囲でのみ拡大される構成としたことにより、スクロール室の断面積が巻き始めから急激に拡大することがなく、内部の空気流が従来構造よりも安定するため、縮小されたスクロール室を設計する上で、送風能力（効率）、静粛性等を従来よりも高いレベルで維持することが可能となる。また、スクロール形状を特性線に基づいて設計する場合には、上記基準線（準基準線）及び縮小線のブロワ径、広がり角を適宜選択することにより、各ブロワ径、広がり角における最適なスクロール形状を計算上で求めることができ、工数の削減等が可能となる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１に示すのは、ＨＶＡＣユニットの一部を構成する送風ユニット１であり、この送風ユニット１は、ケーシング２、モータ３、ブロワ４を有して構成される。

ケーシング２は、樹脂等の素材からなり、その内部にモータ３、ブロワ４、その他必要な機構を収納する。ケーシング２は、２つのパーツ２ａ，２ｂからなり、図中上下方向から上記機構を挟み込むように構成されるものが一般的である。ケーシング２には、モータ３が設置されるモータ設置部１０、ブロワ４が設置されるブロワ設置部１１、ブロワ４による空気流の通路となる送風路１２、ブロワ４の上部（モータ設置部１０に対して反対側の位置）においてブロワ４の中心部に向けて開口しブロワ設置部１１を通して送風路１２の一端側と連通する吸入口１３、送風路１２の他端側に開口する吐出口１４が形成されている。ブロワ設置部１１と送風路１２とにより、スクロール室２０が構成されている。

モータ３は、ブロワ４を回転させるための駆動源であり、電磁石、ロータ等を収納する本体部２５と、本体部２５内で発生した駆動力を外部に伝達する駆動軸２６とを有して構成される。本体部２５はケーシング２に形成されたモータ設置部１０に固定され、駆動軸２６にはブロワ４が固定される。この実施例においては、駆動軸２６に螺子溝が形成されている。このモータ３は、車載バッテリからの電流により駆動され、所定のコントロールユニットからの制御信号により制御される。

ブロワ４は、モータ３の駆動力により回転することにより、空気流を発生させるものである。ブロワ４は、モータ３と対面し略三角錐形状を有する下面部３０、下面部３０の外縁に沿って立設する複数の翼部３１、吸入口１３と対面し各翼部３２の上端と連結するリング状の上面部３２を有して構成される。下面部３０の三角錐形状の頂部には、螺子溝が形成されたボス部３５が形成されており、このボス部３５の螺子溝とモータ３の駆動軸２６の螺子溝とを螺合させた後、ボス部２５から突出した駆動軸２６の端部をボルト３６により締め付けることにより、モータ３とブロワ４とが固定される。上面部３２はリング形状であるためその中心部が開口部４０となっており、吸入口１３からの空気がブロワ４の中心部に取り込まれるようになされている。各翼部３１は、ブロワ４の放射方向に対して所定角度傾けられて設置されている。上記構成により、ブロワ４が回転すると、ブロワ４の中心部から略放射状に空気流が発生する。

図２〜図４において、本発明に係る送風ユニット１のスクロール室２０の形状的特徴が示されている。スクロール室２０を構成する送風路１２の断面積は、舌部１９から吐出口１３へ向かって徐々に拡大するように設計されている。

本実施例に係る構成においては、巻き角に対する送風路１２の断面積の拡大率が、後述する第１の巻き角θを起点として、大きくなるように変化する。更に、本実施例に係る構成においては、送風路１２の径方向の寸法Ｄ1（図２（ａ）参照）が、従来のように舌部１９から吐出口１３まで拡大していると共に、その軸方向の寸法Ｄ2（図２（ｂ）参照）が、第１の巻き角θを起点として吐出口１３まで拡大しており、巻き角０°〜θの範囲においては一定となっている。第１の巻き角θの好適な範囲は、１５０°〜１７０°である。

図３（ａ）において、送風路の巻き角と断面積との関係を示すグラフが示されている。実線Ａは、送風路１２のスクロール形状がブロワ径１４０ｍｍ、広がり角４．５°の場合のデータであり、これを基準線と称する。破線Ｂは、ブロワ径１４０ｍｍ、広がり角２．８°の場合のデータであり、これを縮小線と称する。基準線Ａに係るスクロール形状は、送風能力、静粛性等の面で優れているとされ、車載スペースに特段の制約がない場合に一般的に用いられる設計の一例である。縮小線Ｂに係るブロワ径１４０ｍｍ、広がり角２．８°のスクロール形状は、車載スペース上の制約に対応するためになされる設計の一例である。また、一点鎖線Ｃは、基準線Ａと縮小線Ｂとが、巻き角θの位置で交差するように基準線Ａを平行移動させたものであり、準基準線と称する。

そして、本実施例に係るスクロール室２０は、図３（ｂ）中、太線Ｄで示す特性線に従って設計される。特性線Ｄは、巻き角０°からθまでの範囲において、前記縮小線Ｂと同一の特性を有し、巻き角θ以上の範囲において、前記準基準線Ｃと同一の特性を有するものである。即ち、本発明に係るスクロール室２０は、巻き角θにおいてその断面積の拡大率が大きく変化している。

更に、送風路１２の軸方向の寸法Ｄ2が、図４中、実線Ｅで示すように、巻き角０°からθまでの範囲においては一定であり、巻き角θ以上の範囲で拡大している（図１中一点鎖線９は、軸方向への拡大がなされない場合の吐出口を示す仮想線である）。即ち、本構成における送風路１２の拡大は、巻き角０°からθまでの範囲においては、径方向の寸法Ｄ1の拡大のみによりなされ、巻き角θ以上の範囲においては、径方向の寸法Ｄ1及び軸方向の寸法Ｄ2の両者の拡大によりなされている。

このような設計とすることにより、上記基準線Ａで示した基準となるスクロール形状（ブロワ径１４０ｍｍ、広がり角４．５°）よりも、スクロール室２０全体を径方向に縮小することができると共に、縮小線Ｂで示したスクロール形状（ブロワ径１４０ｍｍ、広がり角２．８°）よりも、送風路１２の断面積（総容積）を大きくとることができるので、送風能力又は効率を高く維持することができる。また、軸方向の寸法Ｄ2の拡大が、巻き角θまで開始されないので、従来構造のように舌部１９付近から急激に送風路１２の断面積が拡大することがなく、乱流及び騒音が発生しにくい構造となっている。

下記、表１に示すのは、本実施例に係る特性線Ｄの形状を有するスクロール室２０（本構成）と、縮小線Ｂの形状を有するスクロール室（ブロワ径１４０ｍｍ、広がり角２．８°）との性能比較である。この表で示すように、高回転使用時（４８０ｍ³／ｈ）においては、全圧、消費電力、全効率、騒音、比騒音の全てについて、本構成が上回っており、また低回転使用時（３３０ｍ³／ｈ）においても、騒音、比騒音について、大きな改善がみられる。

また、図５において、本実施例に係る送風ユニット１における送風量と、全圧又はブロワ回転速度又は音圧との関係が示されている。同図が示すように、送風量が増加しても、音圧は略一定に保たれている。このことから、本実施例に係る送風ユニット１が十分な静粛性を有するものであることがわかる。

尚、上記実施例においては、基準線Ａ（準基準線Ｃ）のブロワ径を１４０ｍｍ、広がり角を４．５°とし、縮小線Ｂのブロワ径を１４０ｍｍ、広がり角を２．８°としたが、本発明はこれに限られるものではなく、各線のブロワ径、広がり角は適宜選択可能なものである。

本実施例に係る送風ユニットの構造を示す断面図である。本実施例に係るスクロール室の特徴を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。（ａ）は送風路の巻き角と断面積との関係を、基準線、縮小線、及び準基準線について示すグラフであり、（ｂ）は送風路の巻き角と断面積との関係を、基準線、縮小線、準基準線、及び特性線について示すグラフである。本実施例に係るスクロール室（送風路）の軸方向の寸法と巻き角との関係を示すグラフである。本実施例に係るスクロール室における送風量と、全圧、ブロワ速度、音圧、及び使用電流との関係を示すグラフである。

符号の説明

１送風ユニット
２ケーシング
３モータ
４ブロワ
１２送風路
１３吸入口
１４吐出口
１９舌部
２０スクロール室
Ａ基準線
Ｂ縮小線
Ｃ準基準線
Ｄ特性線
Ｄ1 径方向寸法
Ｄ2 軸方向寸法

Claims

渦巻形状を有し送風機により発生された空気流が流通するスクロール室の寸法が、径方向及び軸方向に拡大するように設計された送風ユニットにおいて、
前記スクロール室の断面積の拡大率が、第１の巻き角以上の範囲において該第１の巻き角より小さい範囲の拡大率より大きくなるように変化すると共に、前記スクロール室の軸方向の寸法が、前記第１の巻き角以上の範囲において拡大することを特徴とする送風ユニット。
渦巻形状を有し送風機により発生された空気流が流通するスクロール室の形状が、該スクロール室の断面積と巻き角との関係を示す特性線に基づいて設計される送風ユニットにおいて、
前記特性線は、所定のブロワ径及び第１の広がり角に基づいて設定された基準線と同一の拡大率を有する準基準線と、所定のブロワ径及び前記第１の広がり角より小さい第２の広がり角に基づいて設定された縮小線とに基づいて作成され、前記スクロール室の巻き角が前記第１の巻き角より小さい範囲において前記縮小線と重なり、前記スクロール室の巻き角が前記第１の巻き角以上の範囲において前記準基準線と重なり、
前記スクロール室の軸方向の寸法が、前記第１の巻き角以上の範囲において拡大することを特徴とする送風ユニット。
前記第１の巻き角は、１５０°〜１７０°であることを特徴とする請求項１又は２記載の送風ユニット。