JP2013249736A5

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Publication number: JP2013249736A5
Application number: JP2012122779A
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Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2032-05-30

Description

冷却機能付き遠心送風機

この発明は、たとえば自動車に搭載される車両用空調装置に用いられる冷却機能付き遠心送風機に関する。

従来、車両用空調装置(51)として、図６に示すように、空気導入口(53)、空気送出口(54)、および空気導入口(53)と空気送出口(54)とを通じさせる空気通路(55)を有する空調装置用ケーシング(52)と、空調装置用ケーシング(52)の空気通路(55)内に配置されかつ冷凍サイクルを構成するエバポレータ(56)とを備えており、空調装置用ケーシング(52)の空気通路(55)が、上流側端部が空気導入口(53)に連なっている第１部分(57)と、第１部分(57)での空気流れ方向と直角をなす方向に空気が流れ、かつ下流側端部が空気送出口(54)に連なっている第２部分(58)と、第１部分(57)の空気流れ方向下流側延長部分と第２部分(58)の空気流れ方向上流側延長部分とが交差する箇所に設けられ、かつ第１部分(57)と第２部分(58)とを通じさせるとともに第１部分(57)を流れてきた空気の流れ方向を変えて第２部分(58)に流入させる連通部分(59)とを有し、空調装置用ケーシング(52)の空気導入口(53)が送風機(60)の吐出口に接続され、エバポレータ(56)が、空気通路(55)の第２部分(58)の上流側部分に配置され、エバポレータ(56)が、第２部分(58)における空気の流れ方向と平行な方向に空気を通過させる通風間隙を有しているものが用いられている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１記載の車両用空調装置(51)においては、空調装置用ケーシング(52)の空気通路(55)の第２部分(58)にエバポレータ(56)が配置されているので、連通部分(59)における第２部分(58)とは反対側の側面(59a)から第２部分(58)の空気送出口(54)側端部までの距離が比較的長くなり、車両用空調装置(51)の寸法が比較的大きくなるという問題がある。

特開２００２−１４４８４８号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、車両用空調装置の小型化を図りうる冷却機能付き遠心送風機を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)回転軸の周りに複数の羽根が設けられ、かつ回転軸の軸方向から吸入した空気を径方向外方に吹き出す羽根車と、羽根車を収納し、かつ羽根車の回転軸の軸方向に空気を吸入する吸入口、羽根車から吹き出された空気を流す渦巻き状の空気通路、および空気通路を流れてきた空気を吹き出す吐出口を有するスクロールケーシングと、スクロールケーシングの空気通路内に配置され、かつ冷媒流路および前記空気通路内を流れる空気が通過する通風間隙を有するエバポレータとを備えている冷却機能付き遠心送風機。

2)エバポレータが、羽根車の回転軸の長さ方向に積層状に設けられた複数の冷媒流通部材を有しており、冷媒流通部材に冷媒流路が設けられ、隣り合う冷媒流通部材どうしの間に通風間隙が設けられている上記1)記載の冷却機能付き遠心送風機。

3)エバポレータの冷媒流通部材の冷媒流路が、スクロールケーシングの空気通路内での空気の流れと反対方向に冷媒を流すようになされている上記2)記載の冷却機能付き遠心送風機。

4)エバポレータの冷媒流通部材が２枚の金属板を接合することにより形成されており、冷媒流路が、第１金属板に、スクロールケーシングの空気通路内における空気流れ方向に間隔をおいて設けられた複数の流路形成用膨出部と、第２金属板に、スクロールケーシングの空気通路内における空気流れ方向に間隔をおいて設けられかつ第１金属板の流路形成用膨出部と一部分のみが重複した流路形成用膨出部とによって構成され、隣接する２つの冷媒流通部材間において、一方の冷媒流通部材の第１金属板の流路形成用膨出部と、他方の冷媒流通部材の第２金属板の流路形成用膨出部とが接合されることにより隣り合う冷媒流通部材間に通風間隙が形成されている上記2)または3)記載の冷却機能付き遠心送風機。

5)エバポレータが、全冷媒流通部材の冷媒流路の上流端部が通じる冷媒入口ヘッダおよび同下流側端部が通じる冷媒出口ヘッダを備えており、冷媒入口ヘッダおよび冷媒出口ヘッダが、冷媒流通部材に設けられた入口ヘッダ形成部および出口ヘッダ形成部からなり、入口ヘッダ形成部および出口ヘッダ形成部が、冷媒流通部材の両金属板に設けられた入口ヘッダ用膨出部および出口ヘッダ用膨出部が、隣り合うものどうしが接合されるとともに互いに通じさせられることにより形成されており、
冷媒流通部材の第１金属板におけるスクロールケーシングの空気通路内の空気流れ方向下流側端部に設けられた流路形成用膨出部が第１金属板の入口ヘッダ用膨出部と連通状であるとともに、同じく前記空気流れ方向上流側端部に設けられた流路形成用膨出部が第１金属板の出口ヘッダ用膨出部と非連通状であり、第２金属板におけるスクロールケーシングの空気通路内の空気流れ方向上流側端部に設けられた流路形成用膨出部が第２金属板の出口ヘッダ用膨出部と連通状であるとともに、同じく前記空気流れ方向下流側端部に設けられた流路形成用膨出部が第２金属板の入口ヘッダ用膨出部と非連通状である上記4)記載の冷却機能付き遠心送風機。

6)冷媒流通部材における両金属板の流路形成用膨出部、入口ヘッダ用膨出部および出口ヘッダ用膨出部が設けられていない部分に貫通状の排水穴が形成されている上記5)記載の冷却機能付き遠心送風機。

7)冷媒流通部材の外形が円形であるとともに、円形偏心穴が形成されており、エバポレータが、羽根車が冷媒流通部材の円形偏心穴内に位置するように、スクロールケーシングの空気通路内に配置され、第１金属板の流路形成用膨出部が、径方向外方に向かって前記空気通路内での空気流れ方向下流側に傾斜した直線状であり、第２金属板の流路形成用膨出部が、径方向外方に向かって前記空気通路内での空気流れ方向上流側に傾斜した直線状である上記4)〜6)のうちのいずれかに記載の冷却機能付き遠心送風機。

上記1)〜7)の冷却機能付き遠心送風機によれば、回転軸の周りに複数の羽根が設けられ、かつ回転軸の軸方向から吸入した空気を径方向外方に吹き出す羽根車と、羽根車を収納し、かつ羽根車の回転軸の軸方向に空気を吸入する吸入口、羽根車から吹き出された空気を流す渦巻き状の空気通路、および空気通路を流れてきた空気を吹き出す吐出口を有するスクロールケーシングと、スクロールケーシングの空気通路内に配置され、かつ冷媒流路および前記空気通路内を流れる空気が通過する通風間隙を有するエバポレータとを備えているので、羽根車によりスクロールケーシングの空気通路内を流れる空気が、エバポレータの通風間隙を通過する際に、エバポレータの冷媒流路を流れる冷媒によって冷却され、冷却された空気がスクロールケーシングの吐出口から吹き出される。したがって、別個にエバポレータを用意し、エバポレータを空調装置用ケーシング内に配置する場合に比べて、空調装置用ケーシングを小型化することができ、その結果車両用空調装置全体を、特許文献１記載の車両用空調装置に比べて小型化することが可能になる。

上記2)の冷却機能付き遠心送風機によれば、エバポレータが、羽根車の回転軸の長さ方向に積層状に設けられた複数の冷媒流通部材を有しており、冷媒流通部材に冷媒流路が設けられ、隣り合う冷媒流通部材どうしの間に通風間隙が設けられているので、エバポレータに、冷媒流路および通風間隙を比較的簡単に設けることができる。

上記3)の冷却機能付き遠心送風機によれば、通風間隙を流れる空気と冷媒流通部材の冷媒流路を流れる冷媒との熱交換効率が向上する。

上記4)の冷却機能付き遠心送風機によれば、別途にフィンを必要とせず、２枚の金属板のみでエバポレータの熱交換部を構成することができる。

上記6)の冷却機能付き遠心送風機によれば、エバポレータの作動時に冷媒流通部材の表面に発生する結露水を排水することができる。

上記7)の冷却機能付き遠心送風機によれば、通風間隙に方向の異なる流路形成用膨出部が存在することになり、空気流れに乱流効果を付与することができる。

この発明による冷却機能付き遠心送風機を備えた車両用空調装置を概略的に示す図である。この発明による冷却機能付き遠心送風機を示す水平断面図である。図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。図２の冷却機能付き遠心送風機内に配置されるエバポレータを示す斜視図である。図４のエバポレータに用いられる冷媒流通部材を示す分解斜視図である。従来の車両用空調装置を概略的に示す図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

なお、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、以下の説明において、図３の上下を上下というものとする。

図１はこの発明による冷却機能付き遠心送風機を備えた車両空調装置を概略的に示し、図２および図３は冷却機能付き遠心送風機を示し、図４および図５は冷却機能付き遠心送風機に用いられるエバポレータの構成を示す。

図１において、車両用空調装置(1)は、空気導入口(3)、空気送出口(4)、および空気導入口(3)と空気送出口(4)とを通じさせる空気通路(5)を有するプラスチック製の空調装置用ケーシング(2)と、空調装置用ケーシング(2)の空気導入口(3)に冷却された空気を送り込む冷却機能付き遠心送風機(10)とを備えている。

空調装置用ケーシング(2)の空気導入口(3)と空気送出口(4)とは一定の角度をなす方向、ここでは直角をなす方向を向いており、空気通路(5)は、空気導入口(3)から導入された空気を、途中で流れ方向を変えて空気送出口に向かって流すようになっている。

図示は省略したが、公知のように、空調装置用ケーシング(2)の空気通路(5)の空気送出口(4)は、車室内の各部分に空気を吹き出すように空調装置用ケーシング(2)に形成された吹き出し口に連なっており、吹き出し位置切り替え装置により空気を吹き出す吹き出し口が切り替えられるようになっている。さらに、空調装置用ケーシング(2)の空気通路(5)内にはヒータコアも配置されており、適当な手段により吹き出し口から吹き出される温度が調節されるようになっている。

図２および図３に示すように、冷却機能付き遠心送風機(10)は、長さ方向を上下方向に向けた回転軸(12)の周りに複数の羽根(13)が設けられ、かつ回転軸(12)の軸方向（上方）から吸入した空気を径方向外方に吹き出す羽根車(11)と、羽根車(11)を収納し、かつ羽根車(11)の回転軸(12)の軸方向に上方から空気を吸入する吸入口(15)、羽根車(11)から吹き出された空気を流す渦巻き状の空気通路(16)、および空気通路(16)を流れてきた空気を吹き出す吐出口(17)を有するスクロールケーシング(14)と、スクロールケーシング(14)の空気通路(16)内に配置されたエバポレータ(18)とを備えており、スクロールケーシング(14)の吐出口(17)が空調装置用ケーシング(2)の空気導入口(3)に接続されている。エバポレータ(18)は、圧縮機、冷媒冷却器（凝縮器）、減圧器などとともに冷凍サイクルを構成する。

図２〜図４に示すように、エバポレータ(18)は、複数の冷媒流通部材(20)が羽根車(11)の回転軸(12)の長さ方向（上下方向）に積層状に配置されるとともに、相互に接合されることにより形成されたものであり、上下方向にのびるとともに、上端にスクロールケーシング(14)の外部に通じる冷媒入口(22)が形成された冷媒入口ヘッダ(21)と、上下方向にのびるとともに、下端にスクロールケーシング(14)の外部に通じる冷媒出口(24)が形成された冷媒出口ヘッダ(23)と、冷媒入口ヘッダ(21)および冷媒出口ヘッダ(23)を通じさせる複数の冷媒流路(25)とを備えており、冷媒入口ヘッダ(21)と冷媒出口ヘッダ(23)との間の部分において、隣り合う冷媒流通部材(20)間に通風間隙(39)が設けられている。エバポレータ(18)の冷媒入口ヘッダ(21)は、スクロールケーシング(14)の空気通路(16)内における空気の流れ方向下流側における吐出口(17)に近い部分に設けられ、冷媒出口ヘッダ(23)は、同じく空気の流れ方向上流側に設けられている。冷媒流路(25)は、各冷媒流通部材(20)に、一端が冷媒入口ヘッダ(21)に通じるとともに他端が冷媒出口ヘッダ(23)に通じるように設けられている。

エバポレータ(18)の冷媒流通部材(20)は、円形であるとともに円形偏心穴(28)(29)を有する２枚のアルミニウム板(26)(27)をたとえばろう付により接合することによって形成されており、冷媒入口ヘッダ(21)を形成する入口ヘッダ形成部(31)、および冷媒出口ヘッダ(23)を形成する出口ヘッダ形成部(32)を備えている。エバポレータ(18)の冷媒流路(25)は、入口ヘッダ形成部(31)と出口ヘッダ形成部(32)とを通じさせ、かつスクロールケーシング(14)の空気通路(16)内での空気の流れと反対方向に冷媒を流すように、各冷媒流通部材(20)に設けられている。そして、羽根車(11)が、冷媒流通部材(20)の上下アルミニウム板(26)(27)の円形偏心穴(28)内に位置するように、エバポレータ(18)がスクロールケーシング(14)の空気通路(16)内に配置されている。

図５に示すように、冷媒流通部材(20)の入口ヘッダ形成部(31)は、ここでは上側の第１アルミニウム板(26)（第１金属板）に上方に膨出するように設けられた入口ヘッダ用上方膨出部(33)と、当該入口ヘッダ用上方膨出部(33)と合致する位置において下側の第２アルミニウム板(27)（第２金属板）に下方に膨出するように設けられた入口ヘッダ用下方膨出部(34)とからなる。出口ヘッダ形成部(32)は、第１アルミニウム板(26)に上方に膨出するように設けられた出口ヘッダ用上方膨出部(35)と、当該出口ヘッダ用上方膨出部(35)と合致する位置において第２アルミニウム板(27)に下方に膨出するように設けられた出口ヘッダ用下方膨出部(36)とからなる。

冷媒流通部材(20)の冷媒流路(25)は、第１アルミニウム板(26)に、スクロールケーシング(14)の空気通路(16)内における空気流れ方向に間隔をおいて上方に膨出するように設けられた複数の流路形成用上方膨出部(37)と、第２アルミニウム板(27)に、スクロールケーシング(14)の空気通路(16)内における空気流れ方向に間隔をおいて下方に膨出するように設けられ、かつ第１アルミニウム板(26)の流路形成用上方膨出部(37)と一部分のみが重複する流路形成用下方膨出部(38)とからなる。第１アルミニウム板(26)の流路形成用上方膨出部(37)は、径方向外方に向かって前記空気通路(16)内での空気流れ方向下流側に傾斜した直線状であり、第２アルミニウム板(27)の流路形成用下方膨出部(38)は、径方向外方に向かって前記空気通路(16)内での空気流れ方向上流側に傾斜した直線状である。そして、平面から見た場合、第１アルミニウム板(26)の各流路形成用上方膨出部(37)が、第２アルミニウム板(27)の少なくとも１つの流路形成用下方膨出部(38)と一部分のみが重複しており、これにより各冷媒流通部材(20)の両アルミニウム板(26)(27)間に冷媒流路(25)が形成されている。

また、冷媒流通部材(20)の第１アルミニウム板(26)におけるスクロールケーシング(14)の空気通路(16)内の空気流れ方向下流側端部に設けられた流路形成用上方膨出部(37)は、第１アルミニウム板(26)の入口ヘッダ用上方膨出部(33)と連通状であるとともに、同じく前記空気流れ方向上流側端部に設けられた流路形成用上方膨出部(37)は、第１アルミニウム板(26)の出口ヘッダ用上方膨出部(35)と非連通状である。また、第２アルミニウム板(27)におけるスクロールケーシング(14)の空気通路(16)内の空気流れ方向上流側端部に設けられた流路形成用下方膨出部(38)は、第２アルミニウム板(27)の出口ヘッダ用下方膨出部(36)と連通状であるとともに、同じく前記空気流れ方向下流側端部に設けられた流路形成用下方膨出部(38)は、第２アルミニウム板(27)の入口ヘッダ用下方膨出部(34)と非連通状である。

したがって、各冷媒流通部材(20)において、冷媒は、第１アルミニウム板(26)の入口ヘッダ用上方膨出部(33)から入口ヘッダ用上方膨出部(33)と連通している流路形成用上方膨出部(37)内に入り、ついで第２アルミニウム板(27)の流路形成用下方膨出部(38)および第１アルミニウム板(26)の流路形成用上方膨出部(37)を交互に流れて、第２アルミニウム板(27)におけるスクロールケーシング(14)の空気通路(16)内の空気流れ方向上流側端部に設けられた流路形成用下方膨出部(38)内に入り、出口ヘッダ用下方膨出部(36)内に入る。

冷媒流通部材(20)の第１アルミニウム板(26)の入口ヘッダ用上方膨出部(33)、出口ヘッダ用上方膨出部(35)および流路形成用上方膨出部(37)の膨出高さは等しく、第２アルミニウム板(27)の入口ヘッダ用下方膨出部(34)、出口ヘッダ用下方膨出部(36)および流路形成用下方膨出部(38)の膨出高さは等しくなっている。そして、全ての冷媒流通部材(20)は、隣接する２つの冷媒流通部材(20)間において、上側の冷媒流通部材(20)の第２アルミニウム板(27)の入口ヘッダ用下方膨出部(34)および出口ヘッダ用下方膨出部(36)の膨出端部と、下側の冷媒流通部材(20)の第１アルミニウム板(26)の入口ヘッダ用上方膨出部(33)および出口ヘッダ用上方膨出部(35)の膨出端部、上側の冷媒流通部材(20)の第２アルミニウム板(27)の流路形成用下方膨出部(38)の膨出端部と下側の冷媒流通部材(20)の第１アルミニウム板(26)の流路形成用上方膨出部(37)の膨出端部とがそれぞれろう付されている。すべての冷媒流通部材(20)の入口ヘッダ形成部(31)および出口ヘッダ形成部(32)がそれぞれ通じさせられることにより冷媒入口ヘッダ(21)および冷媒出口ヘッダ(23)が形成されている。また、隣接する２つの冷媒流通部材(20)間において、上側の冷媒流通部材(20)の第２アルミニウム板(27)の流路形成用下方膨出部(38)と下側の冷媒流通部材(20)の第１アルミニウム板(26)の流路形成用上方膨出部(37)によって、隣り合う冷媒流通部材(20)間に、スクロールケーシング(14)の空気通路(16)内を流れる空気が通る通風間隙(39)が形成されている。

冷媒流通部材(20)の第１アルミニウム板(26)および第２アルミニウム板(27)の互いに合致した位置で、かつ各種の膨出部(33)(34)(35)(36)(37)(38)からずれた位置に、それぞれ排水用貫通穴(41)(42)が形成されている。

上述した車両用空調装置(1)において、冷房時には圧縮機が作動させられているとともに、冷却機能付き遠心送風機の羽根車(11)が回転させられる。圧縮機で圧縮されてコンデンサおよび膨張弁を通過した低圧の気液混相の２相冷媒が、冷却機能付き遠心送風機のエバポレータ(18)の冷媒入口(22)を通って冷媒入口ヘッダ(21)内に入り、各冷媒流通部材(20)の冷媒流路(25)を流れて冷媒出口ヘッダ(23)内に入り、冷媒出口(24)から流出する。一方、羽根車(11)が回転させられることによって、空気が、スクロールケーシング(14)の吸入口(15)から吸入されて空気通路(16)内に入り、エバポレータ(18)の通風間隙(39)を通って空気通路(16)内を流れ、吐出口(17)から吹き出される。そして、冷媒が冷媒流通部材(20)の冷媒流路(25)内を流れる間に、羽根車(11)の回転により通風間隙(39)を通過する空気と熱交換をし、冷媒は気相となって流出し、空気が冷却される。

冷却された空気は、空気導入口(3)を経て空調装置用ケーシング(2)の空気通路(5)内に空気が送り込まれ、空気送出口(4)を経て、空調装置用ケーシング(2)に形成された吹き出し口から車室内の各部分に吹き出される。

この発明による冷却機能付き遠心送風機に用いられるエバポレータは、図２〜図５に示すものに限定されない。

また、上記実施形態においては、冷媒入口ヘッダ(21)の上端に冷媒入口(22)が形成されるとともに、冷媒出口ヘッダ(23)の下端に冷媒出口(24)が形成されているが、これに限定されるものではなく、冷媒入口ヘッダ(21)の下端に冷媒入口(22)が形成されるとともに、冷媒出口ヘッダ(23)の上端に冷媒出口(24)が形成されていてもよい。また、冷媒入口ヘッダ(21)および冷媒出口ヘッダ(23)の上端に冷媒入口(22)および冷媒出口ヘッダ(23)が形成され、あるいは冷媒入口ヘッダ(21)および冷媒出口ヘッダ(23)の下端に冷媒入口(22)および冷媒出口ヘッダ(23)が形成されていてもよい。

この発明による冷却機能付き遠心送風機は、車両用空調装置に好適に用いられる。

(10)：冷却機能付き遠心送風機
(11)：羽根車
(12)：回転軸
(13)：羽根
(14)：スクロールケーシング
(15)：吸入口
(16)：通風路
(17)：吐出口
(18)：エバポレータ
(20)：冷媒流通部材
(21)：冷媒入口ヘッダ
(22)：冷媒入口
(23)：冷媒出口ヘッダ
(24)：冷媒出口
(25)：冷媒流路
(26)：第１アルミニウム板（第１金属板）
(27)：第２アルミニウム板（第２金属板）
(28)(29)：円形偏心穴
(31)：入口ヘッダ形成部
(32)：出口ヘッダ形成部
(33)：入口ヘッダ用上方膨出部
(34)：入口ヘッダ用下方膨出部
(35)：出口ヘッダ用上方膨出部
(36)：出口ヘッダ用下方膨出部
(37)：流路形成用上方膨出部
(38)：流路形成用下方膨出部
(39)：通風間隙