JP2016203917A - 車両用空調装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コンパクトな構成ながらも、騒音や流路抵抗を抑制することが可能な車両用空調装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置100は、第1遠心ファン200を収容する第1ファン収容室440と、外部から取り込んだ空気を回転軸RCと交差する矢印S1で示す方向に流して第1遠心ファン200に導く第1導入流路420と、第1ファン収容室440と第1導入流路420とを分離しファン吸込口210と対向する部位に第1開口部422が形成された第1壁体421と、を有するケーシング400と、を備える。車両用空調装置100は、第1壁体421から第1導入流路420側に突出して第1開口部422を覆う環状突起431が第1開口部422の周縁に設けられている。【選択図】図2

Description

本発明は、車両用空調装置に関する。
車両用空調装置において、回転軸に沿う方向に空気を吸引する遠心ファンと、当該遠心ファンを収容するケーシングと、を有するものが知られている。ケーシングの内部には流路が形成されており、遠心ファンが回転すると、それに伴い発生する負圧によって車室内外から当該流路に空気が取り込まれる。
ケーシング内部の流路には、エバポレータやヒータコア等の温調機器が配置されている。当該流路に取り込まれた空気は、これらの温調機器を通過することで温度を適宜調節された後に、車室内に吹き出される。このような車両用空調装置では、空気の吸引に伴って発生する騒音や、流路抵抗の低減等を目的とした検討が進められている。
これに対し、下記特許文献1には、遠心ファンの吸込口と対応する部位にガイド部材が設けられた空調装置が記載されている。当該ガイド部材は、遠心ファンの吸込口に向けて突出する円錐形状を呈している。ケーシングの内部の流路に取り込まれた空気は、その流れがガイド部材によって整えられてスムーズに遠心ファンの吸込口に指向するため、騒音や流路抵抗の抑制が可能となる。
また、下記特許文献1記載の空調装置は、立方体形状を成すケーシングの対向する2辺から空気を取り込むように構成されている。遠心ファンの吸込口に2方向から空気を供給することで、吸込口における空気の流速分布が略均一なものとなる。
特開2008−241143号公報
近年、車両に搭載される機器の小型化が求められおり、車両用空調装置も例外ではない。このため、遠心ファンの吸込口に他方向から空気を供給するように流路を構成することが困難となる場合も少なくない。
遠心ファンに一方向から空気を供給する場合であっても、当該方向が遠心ファンの回転軸に沿うものであれば大きな支障はないが、当該方向が遠心ファンの回転軸に交差する方向である場合は、遠心ファンの吸込口において局所的に空気の流速が大きくなるおそれがある。この結果、吸込口における騒音や流路抵抗が増加するという課題があった。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクトな構成ながらも、騒音や流路抵抗を抑制することが可能な車両用空調装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置(100)は、回転軸(RC)を中心として回転することによって、ファン吸込口(210)で前記回転軸に沿う方向に空気を吸引し、該空気を径方向に吹き出す遠心ファン(200)と、前記遠心ファンを収容するファン収容室(440)と、外部から取り込んだ空気を前記回転軸と交差する第1方向に流して前記遠心ファンに導く導入流路(420)と、前記ファン収容室と前記流路とを分離し前記ファン吸込口と対向する部位に開口部(422)が形成された壁体(421)と、を有するケーシング(400)と、を備え、前記壁体から前記導入流路側に突出して前記開口部を覆う環状突起(431)が前記開口部の周縁に設けられている。
本発明では、外部から取り込んだ空気が、回転軸と交差する第1方向に流されて遠心ファンに導かれる。この場合、開口部のうち第1方向の上流側の部位において、空気の流速が局所的に大きくなるような分布が生じるおそれがある。
そこで本発明では、壁体から導入流路側に突出して開口部を覆う環状突起が開口部の周縁に設けられている。これにより、導入流路の空気の流れを、環状突起に沿って流すことで開口部の周囲に分散させ、開口部のうち第1方向の下流側の部位にも空気を回り込ませることが可能となる。この結果、開口部及びファン吸込口において、空気の流速が局所的に大きくなるような分布が生じることを抑制し、騒音や流路抵抗を抑制することが可能となる。
また、本発明では、壁体と間隔を空けて配置され、環状突起から開口部の外方に向けて突出する鍔状突起が設けられていることも好ましい。
本発明では、環状突起に沿って流れる空気が、環状突起を乗り越えて開口部に流入することを抑制することができる。この結果、開口部のうち第1方向の下流側の部位にさらに空気を回り込ませ、空気の流速が局所的に大きくなるような分布が生じることを抑制し、騒音や流路抵抗を確実に抑制することが可能となる。
本発明によれば、コンパクトな構成ながらも、騒音や流路抵抗を抑制することが可能な車両用空調装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る車両用空調装置を示す断面図である。 図1の第1遠心ファン周辺の拡大図である。 図1のIII−III断面を示す断面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る車両用空調装置を示す断面図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
まず、図1を参照しながら、本発明の実施形態に係る車両用空調装置100の概略について説明する。
車両用空調装置100(以下、単に「空調装置100」という)は、車室(不図示)内の温度調整を行うことを目的として車両に搭載される装置である。図1に示されるように、空調装置100は、ケーシング400と、第1遠心ファン200と,第2遠心ファン300と、エバポレータ601と、ヒータコア602と、を備えている。
ケーシング400は、空調装置100の筐体となる部材であり、樹脂材料で形成されている。ケーシング400は、その内部に、仕切壁411によって上下方向に区画形成された第1導入流路420及び第2導入流路450を有している。
また、ケーシング400は、その一端部寄りの上面に外気取込口401が形成されるとともに、当該一端部寄りの側面に内気取込口402が形成されている。外気取込口401は、車室外の空気(外気)をケーシング400の内部に取り込む。内気取込口402は、車室内の空気(内気)をケーシング400の内部に取り込む。
また、ケーシング400は、第1ファン収容室440及び第2ファン収容室470を有している。第1ファン収容室440は、第1壁体421によって第1導入流路420と分離され、ケーシング400の他端部寄りの下部に形成された空間である。第1壁体421には、第1導入流路420と第1ファン収容室440とを連通する円形状の第1開口部422が形成されている。また、第2ファン収容室470は、第2壁体451によって第2導入流路450と分離され、ケーシング400の他端部寄りの上部に形成された空間である。第2壁体451には、第2導入流路450と第2ファン収容室470とを連通する円形状の第2開口部452が形成されている。
さらに、ケーシング400は、他端部寄りの下面に第1吹出口403が形成され、他端部寄りの下部側面に第2吹出口404が形成されている。第1吹出口403及び第2吹出口404は、いずれも第1ファン収容室440とケーシング400の外部とを連通する。また、ケーシング400は、他端部寄りの上面に第3吹出口405が形成され、他端部寄りの上部側面に第4吹出口406が形成されている。第3吹出口405及び第4吹出口406は、いずれも第2ファン収容室470とケーシング400の外部とを連通する。
第1遠心ファン200は、ケーシング400の第1ファン収容室440に、そのファン吸込口210を第1壁体421の第1開口部422と対向させるようにして収容されている。第1遠心ファン200は、湾曲形成されて等間隔に配置される複数の翼220を有している。遠心ファン200の径方向外側には、ファン吹出口230が形成されている。第1遠心ファン200の回転中心となる回転軸RCは、モータMTの出力軸MT1(図2参照)に固定されている。
第2遠心ファン300は、ケーシング400の第2ファン収容室470に収容されている。第2遠心ファン300は、前述した第1遠心ファン200と略同一の形状であり、第2壁体451の第2開口部452と対向するファン吸込口210と、径方向外側のファン吹出口330と、が形成されている。前述した回転軸RCは、第1開口部422及び第2開口部452を挿通するとともに仕切壁412を貫通しており、第2遠心ファン300は、この回転軸RCに対して固定されている。
エバポレータ601は、ケーシング400の内部で、第1導入流路420及び第2導入流路450の上流側を跨ぐようにして配置されている。エバポレータ601は、空気をその一側面から流入させるとともに、当該一側面と対向する他側面から流出させるようにして、内部を通過させることができるように構成されている。エバポレータ601は、周知のごとく冷凍サイクル(不図示)の低圧冷媒が空気から吸熱して蒸発することにより、内部を通過する空気を冷却、除湿する冷房用熱交換器である。
ヒータコア602は、仕切壁411を貫通するとともに、第1導入流路420及び第2導入流路450に跨るように配置されている。ヒータコア602は、空気をその一側面から流入させるとともに、当該一側面と対向する他側面から流出させるようにして、空気を通過させることができるように構成されている。ヒータコア602の内部には、車両に搭載されたエンジン(不図示)を冷却することによって高温となった冷却水が流れている。ヒータコア602は、この冷却水を熱源として、内部を通過する空気を加熱する加熱用熱交換器である。
ケーシング400の内部には、内外気ドア512、第1ドア522及び第2ドア532が設けられている。
内外気ドア512は、エバポレータ601よりも上流側に設けられている。内外気ドア512は、その一端部がヒンジ511に接続され、破線で示す第1位置512Aと第2位置512Bとの間でヒンジ511を中心として回動可能に構成されている。内外気ドア512が第1位置512Aに配置されている場合、外気取込口401が閉塞される一方で、内気取込口402が開放される。内外気ドア512が第2位置512Bに配置されている場合、外気取込口401が開放される一方で、内気取込口402が閉塞される。また、内外気ドア512が第1位置512Aと第2位置512Bとの間の第3位置512Cに配置されている場合、外気取込口401及び内気取込口402が開放される。
第1ドア522は、ヒータコア602よりも下流側の第1導入流路420に設けられている。第1ドア522は、その一端部がヒンジ521に接続され、第1位置522Aと、破線で示す第2位置522Bとの間でヒンジ521を中心として回動可能に構成されている。第1ドア522が第1位置522Aに配置されている場合、ヒータコア602のうち第1導入流路420に配置されている部分の下流側が閉塞される。一方、第1ドア522が第2位置522Bに配置されている場合、当該部分の下流側が開放される。
第2ドア532は、ヒータコア602よりも上流側の第2導入流路450に設けられている。第2ドア532は、その一端部がヒンジ531に接続され、第1位置532Aと、破線で示す第2位置532Bとの間でヒンジ531を中心として回動可能に構成されている。第2ドア532が第1位置532Aに配置されている場合、ヒータコア602のうち第2導入流路450に配置されている部分の上流側が閉塞される。一方、第2ドア532が第2位置532Bに配置されている場合、当該部分の上流側が開放される。
以上のように構成された空調装置100では、モータMTに電力が供給されると、第1遠心ファン200及び第2遠心ファン300が、回転軸RCを中心として回転する。回転する第1遠心ファン200、第2遠心ファン300が、それぞれ第1開口部422、第2開口部452を介して空気を吸引することにより、第1導入流路420及び第2導入流路450が負圧となる。
第1導入流路420及び第2導入流路450が負圧になると、内外気ドア512の配置に応じて、外気取込口401及び内気取込口402の少なくとも一方からケーシング400の内部に空気が取り込まれる。この空気は、エバポレータ601を通過することで冷却、除湿され、第1導入流路420及び第2導入流路450に流入する。
第1導入流路420及び第2導入流路450に流入した空気は、第1ドア522及び第2ドア532の配置に応じて、ヒータコア602を迂回又は内部を通過する。
すなわち、第1導入流路420の空気は、第1ドア522が第1位置522Aに配置されている場合は、ヒータコア602の下流側が閉塞されるためヒータコア602を迂回して下流側に流れる一方で、第1ドア522が第2位置522Bに配置されている場合は、ヒータコア602の下流側が開放されるためヒータコア602の内部を通過して下流側に流れる。
また、第2導入流路450の空気は、第2ドア532が第1位置532Aに配置されている場合は、ヒータコア602上流側が閉塞されるためヒータコア602を迂回して下流側に流れる一方で、第2ドア532が第2位置532Bに配置されている場合は、ヒータコア602の上流側が開放されるためヒータコア602の内部を通過して下流側に流れる。
ヒータコア602を迂回する場合、空気は低温のまま下流側に流れるのに対し、ヒータコア602の内部を通過する場合、空気は高温の冷却水と熱交換を行うことで昇温して下流側に流れる。
ヒータコア602よりも下流側の空気は、第1導入流路420、第2導入流路450を、それぞれ第1壁体421、第2壁体451に沿って矢印S1の方向に流れる。この矢印S1の方向は、遠心ファン200の回転軸RCと交差するものとなる。
第1導入流路420を矢印S1の方向に流れる空気は、環状突起431及び鍔状突起432によって指向性を調整された後、第1壁体421の第1開口部422に至る。さらに、第1開口部422を通過し、第1遠心ファン200のファン吸込口210で吸引された空気は、ファン吹出口230から第1ファン収容室440に吹き出される。この空気は、第1吹出口403及び第2吹出口404からケーシング400の外部に吹き出される。
また、第2導入流路450を矢印S1の方向に流れる空気は、環状突起461及び鍔状突起462によって指向性を調整された後、第2壁体451の第2開口部452に至る。さらに、第2開口部452を通過し、第2遠心ファン300のファン吸込口310で吸引された空気は、ファン吹出口330から第2ファン収容室470に吹き出される。この空気は、第3吹出口405及び第4吹出口406からケーシング400の外部に吹き出される。
第1吹出口403乃至第4吹出口406のそれぞれから吹き出された空気は、内部に流路が形成されたダクト(不図示)によって、車両のフロントガラスの内面部分や、搭乗者の頭部、胸部、足元等、車室内の種々の部位に供給される。
続いて、図2及び図3を参照しながら、第1開口部422周辺の構成について説明する。尚、第2開口部452周辺の構成については、第1開口部422周辺の構成と上下方向に略対称となっているため、ここではその説明を省略する。
図2に示されるように、第1壁体421の第1開口部422の周縁には、第1導入流路420側に突出して第1開口部422を覆う環状突起431が設けられている。本実施形態では、環状突起431は第1壁体421と一体的に形成されているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、環状突起431を第1壁体421とは異なる部材として形成し、当該別部材の環状突起431を、第1壁体421に接着等して設けることも可能である。
環状突起431は、そのうち第1導入流路420の上流側の部位431uの突出量Huが、第1導入流路420の下流側の部位431dの突出量Hdと比べて大きく形成されている。また、環状突起431は、第1導入流路420側の端部に徐変部433が設けられている。環状突起431は、徐変部433のうち第1導入流路420の上流側の部位433uの曲率半径Ruが、徐変部433のうち第1導入流路420の下流側の部位433dの曲率半径Rdと比べて大きく形成されている。
また、突出した環状突起431の端部には、鍔状突起432が設けられている。鍔状突起432は、第1壁体421と間隔を空けて配置されている。また、図3に示されるように、鍔状突起432は環状突起431から第1開口部422の外方に向けて突出しており、上面視で略楕円形状を呈している。環状突起431は、矢印S1で示される方向において、第1導入流路420の下流側端部である内壁面415との間に隙間を設けるようにして配置されている。さらに、環状突起431は、矢印S2で示される方向において、第1導入流路420の内壁面413,414との間に隙間を設けるようにして配置されている。この矢印S2で示される方向は、回転軸RC及び矢印S1で示される方向と直交する方向となる。
以上のような第1開口部422周辺の構成によれば、第1導入流路420を矢印S1で示される方向に流れてくる空気は、図2に示されるように、その一部が仕切壁411と鍔状突起432との間に進入し、矢印S3で示されるように徐変部433に至る。さらに、徐変部433に至った空気の一部は、部位433uの湾曲に沿って第1開口部422に導かれる一方で、他部は矢印S5で示されるように部位433uから部位433dにかけて徐変部433上を旋回しながら第1開口部422に導かれる。
また、第1導入流路420を矢印S1で示される方向に流れてくる空気のうち、鍔状突起432と第1壁体421との間に進入した空気は、矢印S4で示されるように環状突起431の外周面に沿って流れて下流側に回り込む。また、鍔状突起432と第1壁体421との間に進入した空気の一部は、矢印S6で示されるように、環状突起431を乗り越えようと環状突起431の表面に沿って流れて上昇する。しかしながら、鍔状突起432によってこの空気の流れが規制されるため、やはり矢印S4で示されるように、この空気も環状突起431の外周面に沿って流れて下流側に回り込む。
以上のように、本実施形態では、第1壁体421から導入流路420側に突出して第1開口部422を覆う環状突起431が第1開口部422の周縁に設けられている。これにより、第1導入流路420の空気の流れを、環状突起431に沿って流すことで開口部422の周囲に分散させ、開口部422のうち矢印S1に示される方向の下流側の部位にも空気を回り込ませることが可能となる。この結果、第1開口部422及びファン吸込口210において、空気の流速が局所的に大きくなるような分布が生じることを抑制し、騒音や流路抵抗を抑制することが可能となる。
また、本実施形態では、第1壁体421と間隔を空けて配置され、環状突起431から開口部422の外方に向けて突出する鍔状突起432が設けられている。これにより、環状突起431に沿って流れる空気が、環状突起431を乗り越えて開口部422に流入することを抑制することができる。この結果、第1開口部422のうち矢印S1に示される方向の下流側の部位にさらに空気を回り込ませ、空気の流速が局所的に大きくなるような分布が生じることを抑制し、騒音や流路抵抗を確実に抑制することが可能となる。
また、本実施形態では、環状突起431の第1導入流路420側の端部に徐変部433が設けられている。これにより、徐変部433に至った空気を回転軸RC周りに旋回させ、開口部422のうち矢印S1に示される方向の下流側の部位にさらに空気を回り込ませることができる。この結果、空気の流速が局所的に大きくなるような分布が生じることを抑制し、騒音や流路抵抗を確実に抑制することが可能となる。
また、本実施形態では、徐変部433のうち第1導入流路420の上流側の部位431uの曲率半径Ruが、徐変部433のうち第1導入流路420の下流側の部位431dの曲率半径Rdと比べて大きい。空気の流速が比較的大きい上流側の部位431uでは、曲率半径Ruを比較的大きくすることで、部位431u上における空気の流れの剥離を抑制し、流れの乱れを抑制して第1開口部422に空気を導く。一方、空気の流速が比較的小さい下流側の部位431dでは、曲率半径Rdを比較的小さくしても剥離が生じることはない。また、曲率半径Rdを比較的小さくすることで、鍔状突起432のうち下流側の部位432dの突出を抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、鍔状突起432をコンパクトに構成ながらも、第1開口部422に導く空気の乱れを抑制し、この結果、空気の流速が局所的に大きくなるような分布が生じることを抑制し、騒音や流路抵抗を確実に抑制することが可能となる。
また、本実施形態では、環状突起431のうち第1導入流路420の上流側の部位431uの突出量Huが、環状突起431のうち第1導入流路420の下流側の部位431dの突出量Hdと比べて大きい。これにより、空気の流速が比較的大きい第1導入流路420の上流側では、比較的大きく突出した部位431uによって、空気が直接第1開口部422に流入することを確実に抑制する。一方、空気の流速が比較的小さい第1導入流路420の下流側では、部位431dの突出量Hdを比較的小さくすることによって、下流側に回り込んだ空気を積極的に第1開口部422に流入させる。この結果、空気の流速が局所的に大きくなるような分布が生じることを抑制し、騒音や流路抵抗を確実に抑制することが可能となる。
次に、図4を参照しながら、本発明の実施形態の変形例について説明する。本変形例は、前述した実施形態の鍔状突起432を変形させて鍔状突起432Aとしたものであり、他の部分の構成は前述した実施形態と共通している。このため、前述した実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
図4は、図3同様に図1のIII−III断面における空調装置100の断面図であり、鍔状突起432Aを上面視した図である。図4に示されるように、鍔状突起432Aは上面視で矩形状に形成されている。
また、鍔状突起432Aは、矢印S2で示される方向において、第1導入流路420の一端部である内壁面413から、他端部である内壁面414に亘って形成されている。すなわち、鍔状突起432Aの端部は、内壁面413,414と接するようにして形成されている。一方、鍔状突起432Aは、矢印S1で示される方向において、第1導入流路420の下流側端部である内壁面415との間に隙間を設けるようにして配置されている。
鍔状突起432Aを内壁面413,414と接するように形成し、それらの間に隙間を設けないことで、第1導入流路420を矢印S1で示される方向に流れてくる空気を、より多く下流側に回り込ませることができる。この結果、第1開口部422及びファン吸込口210において、空気の流速が局所的に大きくなるような分布が生じることを抑制し、騒音や流路抵抗を抑制することが可能となる。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
Hd,Hu:突出量
RC:回転軸
Rd,Ru:曲率半径
200:第1遠心ファン
210:ファン吸込口
400:ケーシング
413,414:内側壁面(一端部、他端部)
420:第1導入流路(導入流路)
421:第1壁体(壁体)
422:第1開口部(開口部)
431:環状突起
432:鍔状突起
433:徐変部
440:第1ファン収容室(ファン収容室)

Claims (6)

  1. 車両用空調装置(100)であって、
    回転軸(RC)を中心として回転することによって、ファン吸込口(210)で前記回転軸に沿う方向に空気を吸引し、該空気を径方向に吹き出す遠心ファン(200)と、
    前記遠心ファンを収容するファン収容室(440)と、外部から取り込んだ空気を前記回転軸と交差する第1方向に流して前記遠心ファンに導く導入流路(420)と、前記ファン収容室と前記導入流路とを分離し前記ファン吸込口と対向する部位に開口部(422)が形成された壁体(421)と、を有するケーシング(400)と、を備え、
    前記壁体から前記導入流路側に突出して前記開口部を覆う環状突起(431)が前記開口部の周縁に設けられていることを特徴とする車両用空調装置。
  2. 前記壁体と間隔を空けて配置され、前記環状突起から前記開口部の外方に向けて突出する鍔状突起(432)が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の車両用空調装置。
  3. 前記鍔状突起は、前記回転軸及び前記第1方向と直交する第2方向において、前記導入流路の一端部(413)から他端部(414)に亘って形成されていることを特徴とする請求項2に記載の車両用空調装置。
  4. 前記環状突起の前記導入流路側の端部に徐変部(433)が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の車両用空調装置。
  5. 前記徐変部のうち前記導入流路の上流側の部位(433u)の曲率半径(Ru)が、前記徐変部のうち前記導入流路の下流側の部位(433d)の曲率半径(Rd)と比べて大きいことを特徴とする請求項4に記載の車両用空調装置。
  6. 前記環状突起のうち前記導入流路の上流側の部位(431u)の突出量(Hu)が、前記環状突起のうち前記導入流路の下流側の部位(431d)の突出量(Hd)と比べて大きいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の車両用空調装置。
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