JP2020133411A - 車両用空調装置 - Google Patents

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文人 佐藤
大 鎌田
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大 鎌田
幸治 下山
Koji Shimoyama
幸治 下山
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Abstract

【課題】車両用空調装置において、送風機から空気が送風される際の圧力変動を低減させ騒音の低減を図る。【解決手段】車両用空調装置10を構成するスクロールケース44には、ロアケース62に設けられ通路部42の外周側を構成する下側外周壁82を有し、その上端を起点として下端側が径方向内側へ下側角度αで傾斜するよう形成されると共に、巻き始めF1から巻き終わりF2を経て吐出通路68の吐出口72まで延在している。そして、スクロールケース44の吐出通路68は、中間ダクト14を介して空調ケース12の開口孔26と接続され、空調ケース12の前方ケース壁28、中間ダクト14の前方ダクト壁35には、それぞれ下側角度αと同一角度で傾斜した第1及び第2傾斜部30、36が形成される。【選択図】図1

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、車室内の温度調整を行うための車両用空調装置が知られており、この車両用空調装置は、熱交換器であるエバポレータ及びヒータコアの収納された空調ケースに対して送風機で取り込んだ空気を導入し、前記空気の熱交換を行った後に車室内へと送風している。
上述したような送風機は、例えば、特許文献1に開示されるように、空気の送風される通風路を内部に有したスクロールケーシングを有し、軸方向一端側から吸入して径方向へと吐出する遠心ファンの外周部に臨む側壁を備えている。この側壁は、遠心ファンに対する径方向距離が最も大きく直線状に形成された第1の壁部と、該第1の壁部の上部に形成され前記遠心ファンに近づくように傾斜した第2の壁部と、前記第1の壁部に対して下方に形成され前記遠心ファンに近づくように下部が傾斜した第3の壁部とからなる。
また、スクロールケーシングは、その通風路の出口部が空調ケースと接続され、該スクロールケーシングの内部に取り込まれた空気が前記出口部から前記空調ケース内へと送風される。
そして、遠心ファンの中心に形成された駆動軸部の軸方向において、第1の壁部の軸方向位置と軸方向長さとがスクロールケーシングの巻き角度に応じて変化するように形成することで、遠心ファンから径方向外側へと送風される空気流の第1の壁部への衝突を抑制し、この衝突に起因した騒音の発生を低減している。また、第1の壁部における軸方向位置と軸方向長さを巻角に応じてそれぞれ変化させることで通風路における最大流速の部位へと送風している。
特開2014−132164号公報
上述した送風機では、通風路の出口部が空調ケースに対して接続される構成としているため、スクロールケーシングの巻き終わりから出口部に向けて第2及び第3の壁部の傾斜がなくなるように垂直へと近づけることで前記空調ケースとの接続部位の形状が複雑となることを回避している。
しかしながら、このスクロールケーシングにおいて、巻き終わりから出口部までの距離が短い場合には、該巻き終わりから出口部までの第2及び第3の壁部の角度変化が急激となってしまい、それに伴って空気が流れる際の圧力変動が大きくなり、騒音が悪化してしまうという問題がある。
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、送風機から空気が送風される際の圧力変動を低減させ騒音の低減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、空調ケースと、空調ケースと連通する通路部をスクロールケースに有した送風機とを備え、スクロールケースの内部には、駆動部における駆動軸の軸方向一方側から空気を吸入して径方向へと吐出する遠心式のファンが収納され、ファンが、中央に形成され駆動軸の連結される連結部と、外周部に形成された複数の羽根部と、羽根部における軸方向他方側の端部と連結部とを接続するコーン部とを有した車両用空調装置において、
スクロールケースは、通路部の外周部を構成し巻角が大きくなるにつれてファンの軸方向他方への長さが大きくなる外周壁を備え、
外周壁は、巻き始めから巻き終わりにかけて最大外径部位の他方側壁面にファン側に向かって傾斜する傾斜部を有し、傾斜部は、巻き終わりから通路部出口まで延在して設けられる。
本発明によれば、車両用空調装置を構成する送風機において、そのスクロールケースには、通路部の外周部を構成して巻角が大きくなるにつれて遠心式のファンの吸入側とは反対となる軸方向他方への長さが大きくなる外周壁を備えており、この外周壁は、巻き始めから巻き終わりにかけて最大外径部位からファン側に向かって傾斜し、且つ、巻き終わりから通路部出口まで延在する傾斜部を有している。
従って、スクロールケースにおける通路部は、その巻き終わりから通路部出口まで傾斜部が延在することで通路断面積が急激に変化してしまうことが回避される。そのため、従来の送風機と比較し、通路部を流れる空気の圧力変動が低減され、その騒音を低減させ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は、通路部の外周部を構成し巻角が大きくなるにつれてファンの吸入側とは反対側となる軸方向他方への長さが大きくなる外周壁を備え、この外周壁は巻き始めから巻き終わりにかけて最大外径部位からファン側に向かって傾斜し、且つ、巻き終わりから通路部出口まで延在する傾斜部を有している。
そのため、スクロールケースの通路部が、巻き終わりから通路部出口まで傾斜部が延在することで急激な通路断面積の変化を回避することが可能となり、従来技術に係る送風機と比較して通路部を流れる空気の圧力変動を低減させることで騒音の低減を図ることができる。
本発明の実施の形態に係る車両用空調装置の概略構成図である。 図1のII−II線に沿った断面図である。 図1の車両用空調装置を構成する送風機の全体断面図である。 図3のIV−IV線に沿った断面図である。
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及び図2に示されるように、空調ケース(接続部材)12と、該空調ケース12の側部に中間ダクト14を介して接続される送風機16と、前記空調ケース12の内部に収納されるエバポレータ(熱交換器)18及びヒータコア20とを含む。
空調ケース12は、例えば、幅方向(図1中、矢印A1、A2方向)に分割可能な第1及び第2分割ケース部22、24からなり、その内部に空気の流れる通路12aを有し、該通路12aにおける上流側(矢印B1方向)にエバポレータ18が設けられ、該エバポレータ18の下流側(矢印B2方向)にヒータコア20が設けられている。なお、第1分割ケース部22が、送風機16側(矢印A1方向)となるように設けられる。
また、以下の説明では、エバポレータ18の設けられる空調ケース12の上流側を車両前方(矢印B1方向)、ヒータコア20の設けられる空調ケース12の下流側を車両後方(矢印B2方向)とする。
第1分割ケース部22の幅方向側壁22aには、空調ケース12内においてエバポレータ18よりも上流側となる位置に開口孔26が開口し、この開口孔26には後述する中間ダクト14が接続される。
この第1分割ケース部22の内部には、車両前方側(矢印B1方向)となる前方ケース壁(壁面)28の下部に所定角度だけ傾斜した第1傾斜部30が形成される。第1傾斜部30は、その一端部が開口孔26に臨み、下方が車両後方側(矢印B2方向)に向かって傾斜している。すなわち、第1傾斜部30は、エバポレータ18の上流側に臨むように設けられている。
そして、第1傾斜部30の角度は、後述する送風機16における下側外周壁82の下側角度αと同一となるように形成される。
また、第1傾斜部30は、図1に示されるように、第1分割ケース部22の幅方向側壁22aから第2分割ケース部24との接続部位となる幅方向中央まで同一角度で延在し、前記幅方向中央となる他端部には、車両後方側(矢印B2方向)に向かって略直角に突出したガイド端32が設けられる。
このガイド端32は、図1及び図2に示されるように、例えば、開口孔26に臨む面が断面円弧状に形成されたガイド面34を有し、第1傾斜部30に対して車両後方側(矢印B2方向)へと所定高さだけ突出している。そして、図1に示されるように、エバポレータ18側(矢印B2方向)となるガイド端32の先端は、第2分割ケース部24の前方ケース壁28に対して車両の前後方向(矢印B1、B2方向)に略同一位置となるように形成される。すなわち、第2分割ケース部24の前方ケース壁28が、第1分割ケース部22の前方ケース壁28に対して車両後方側(矢印B2方向)となるように形成されている。
中間ダクト14は、例えば、幅方向(図1中、矢印A1、A2方向)に所定長さを有し、空調ケース12の開口孔26及び後述する送風機16の吐出口(通路出口)72と略同一断面となる中空筒状に形成される。
そして、中間ダクト14は幅方向両端部が開口し、その一端部が第1分割ケース部22の幅方向側壁22aに接続され、他端部が後述する送風機16の吐出口72へと接続されている。
一方、中間ダクト14の内部には、車両前方側(矢印B1方向)となる前方ダクト壁35の下部に第2傾斜部36が形成され、該第2傾斜部36は、その一端部が開口孔26に臨み、下方が車両後方側(矢印B2方向)に向かって傾斜するように形成されると共に、前記中間ダクト14の幅方向(矢印A1、A2方向)に沿って同一角度で延在している。
第2傾斜部36の角度は、後述する送風機16における下側外周壁82の下側角度α、空調ケース12における第1傾斜部30の傾斜角度と同一となるように形成され、且つ、前記第2傾斜部36は、空調ケース12の第1傾斜部30及び後述する送風機16の下側外周壁82と略同一傾斜面となるように接続される。
送風機16は、図3及び図4に示されるように、例えば、駆動モータ38と、該駆動モータ38の駆動作用下に回転するファン40と、該駆動モータ38及びファン40が収納され空気の流れる通路部42を有したスクロールケース44とを含む。
駆動モータ38は、例えば、スクロールケース44の略中央下部に設けられ、その駆動軸46が前記スクロールケース44内で上方(図4中、矢印C1方向)に向かって突出するように配置される。そして、駆動軸46は、後述するファン40の連結部54に対して連結され、駆動モータ38への通電作用下に一体的に回転する。すなわち、駆動モータ38は、駆動軸46の軸線E1が送風機16の軸方向(矢印C1、C2方向)に沿って延在するように配置される。
ファン40は、スクロールケース44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(羽根部)48と、該ブレード48の上端部に設けられた環状のシュラウド50と、前記ブレード48の下端部から中央に向かって上端側(矢印C1方向)へと延在したコーン部52とを備え、前記ブレード48の外周径がファン40の最大外径Dとなる。
そして、コーン部52の中央には円筒状の連結部54が形成され、駆動モータ38の駆動軸46と連結され、前記コーン部52は、前記連結部54の外周部から径方向外側(図4中、矢印G1方向)に向かって下方(矢印C2方向)へと傾斜し、その外縁部がブレード48の下端部に接続されている。
また、図4に示されるように、コーン部52と連結部54との接続点P1とブレード48における最外周下端(最外周の軸方向他方側の端部)P2とを結ぶ仮想線E2と駆動モータ38における駆動軸46の軸線E1とがなすコーン角度φは下記の数1(1)から算出される。このコーン角度φは、接続点P1からブレード48の最外周下端P2までの軸方向(矢印C1、C2方向)に沿った距離(高さ)H、ファン40の最大外径Dとの関係から成り立っている。
Figure 2020133411
スクロールケース44は、例えば、略中央部に形成されファン40の収納されるケース本体56と、該ケース本体56の略中央下部に設けられ駆動モータ38の収納されるホルダ58とを含む。
このケース本体56には、内部に収納されるファン40の外周側を囲むように通路部42が形成され、軸方向(矢印C1方向)に沿った上部に設けられるアッパーケース60と、該アッパーケース60の下方(矢印C2方向)に接続されるロアケース62とからなり、上下方向(矢印C1、C2方向)に分割可能に形成される。
通路部42は、アッパーケース60とロアケース62とに跨るように形成され、図3に示されるように、その外周壁64が巻き始めF1から巻き終わりF2に向かって徐々にファン40から離間するように径方向外側(図4中、矢印G1方向)、且つ、下方(図4中、矢印C2方向)へと拡大しながら螺旋状に形成された渦巻通路66と、該渦巻通路66の巻き終わりF2から接線方向に向かって直線状に延在した吐出通路68とを有している。この通路部42は、その巻き始めF1から巻き終わりF2側(図3中、矢印J方向)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。
また、通路部42には、その渦巻通路66の巻き始めF1と吐出通路68の内周壁84とを接合するノーズ部70が形成される。
さらに、図3に示されるようにファン40の軸線方向から見て、スクロールケース44の外周壁64において巻き終わりF2からファン40の駆動軸46の軸線E1上を通り、該巻き終わりF2に対して反対側となる外周壁64までの距離Lに対し、ファン40の最大外径Dとの比が、1.5≦L/D≦1.9の関係となるように設定されている。
そして、スクロールケース44は、図1及び図3に示されるように、その吐出通路68の下流側端部に吐出口72が開口し、該吐出口72が中間ダクト14を介して空調ケース12の第1分割ケース部22へと接続されている。
アッパーケース60は、図4に示されるように、その上壁74の中央部に吸入口76が開口し、この吸入口76の外周縁部には、内側に向かって断面円弧状に折り返された円環状のベルマウス78が形成される。
また、アッパーケース60には、その外周に形成され通路部42の外周壁64となる上側外周壁80を有し、該上側外周壁80はファン40の外周側(矢印G1方向)に臨み、ファン40の軸方向と略平行となるように鉛直方向(矢印C1、C2方向)に延在すると共に、前記ファン40に対して径方向外側(矢印G1方向)に最も離れた最大外径で形成される。
ロアケース62は、その外周に形成され通路部42の外周壁64となる下側外周壁82と、該下側外周壁82に臨む径方向内側(矢印G2方向)に形成された内周壁84とを有し、前記下側外周壁82の下端と前記内周壁84の下端とが底壁86によって接続されている。
そして、底壁86は、スクロールケース44の軸線(矢印C1、C2方向)に対して略直交するように径方向(矢印G1、G2方向)に沿って形成され、その略中央部にはホルダ58が接続され、このホルダ58に駆動モータ38の一部が収納され保持されている。
下側外周壁82は、その上端がファン40に対して径方向外側(矢印G1方向)に最も離れた最大外径で形成され、アッパーケース60における上側外周壁80の下端と接続される。このように、ケース本体56は、上側外周壁80の下端と下側外周壁82の上端とが同一外径、且つ、共に最大外径となるように形成され、アッパーケース60とロアケース62とが上下方向に分割される分割部88となる。
また、下側外周壁82は、その上端を起点とし、ファン40(駆動軸46)の軸線E1と略平行で該上端を通る基線E3に対して下端側(矢印C2方向)が下側角度(傾斜角度)αで径方向内側(矢印G2方向)へと傾斜すると共に、巻き始めF1から巻き終わりF2に向かって徐々に角度が変化するように形成され、巻角が大きくなるにつれて下方(矢印C2方向)への長さが大きくなるように形成される。すなわち、下側外周壁82は、最大径部位となる上端から下方に向かって径方向内側へと傾斜した傾斜部となる。
この巻き終わりF2における下側角度αは下記の数2(2)で算出される。
Figure 2020133411
この数2は、コーン角度φ、実験によって求められた第2係数Kαとの関係から成り立っており、この第2係数Kαは、例えば、500以上1050以下となるように定義される(500≦Kα≦1050)。
そして、下側外周壁82は、さらに巻き終わりF2から一定の下側角度αで吐出通路68まで延在し、中間ダクト14において該下側角度αと同一角度で形成された第2傾斜部36に接続される。これにより、スクロールケース44の下側外周壁82、中間ダクト14の第2傾斜部36、空調ケース12の第1傾斜部30とが略同一傾斜面となるように形成される。
内周壁84は、図4に示されるように、その上端がファン40におけるブレード48の最外周下端P2に対して下方(矢印C2方向)となるように形成され、該上端を起点として下端側(矢印C2方向)が径方向外側となるように傾斜して形成される。この内周壁84は、スクロールケース44の周方向に沿って巻き始めF1から巻き終わりにF2に向かって徐々に角度が変化するように径方向外側に向けて傾斜している。
なお、上述した車両用空調装置10では、図1〜図3に示されるように、送風機16と空調ケース12とが中間ダクト14を介して互いに接続される構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、前記中間ダクト14を用いることなく前記送風機16の吐出口72を前記空調ケース12の開口孔26に対して直接接続するようにしてもよい。この場合、空調ケース12の第1傾斜部30が、送風機16の下側外周壁82と略同一傾斜面となるように接続される。
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いて送風機16の駆動モータ38が駆動し、該駆動モータ38の駆動作用下に駆動軸46を介してファン40が回転することで、吸入口76を通じて空気がスクロールケース44の内部へと吸い込まれる。
そして、吸入口76から取り込まれた空気は、シュラウド50を通じてファン40の内側へと吸い込まれ、コーン部52に沿って下方(矢印C2方向)且つ、外周側(矢印G1方向)へと導かれた後、各ブレード48の間を通じてさらに外周側へと送出され通路部42の渦巻通路66へと供給される。
この通路部42へと送出された空気は、渦巻通路66に沿って巻き始めF1から反時計回り(図3中、矢印J方向)に流れると共に、図4に示されるように外周壁64を構成する下側外周壁82が巻き終わりF2側に向かって径方向内側(ファン40側、矢印G2方向)へと徐々に傾斜しているため、前記渦巻通路66に沿って流れる空気流の一部が、下側外周壁82によって上方へと旋回するように流れることで最大外径となる分割部88近傍へと案内される。
そして、渦巻通路66に沿って巻き終わりF2まで到達した空気は、吐出通路68から吐出口72まで流れた後に、中間ダクト14を通じて開口孔26から空調ケース12内の上流側へと流れる。
この際、スクロールケース44の下側外周壁82、中間ダクト14の第2傾斜部36、空調ケース12の第1傾斜部30が同一の傾斜角度(下側角度α)で傾斜し、空気の流れ方向に沿って延在しているため、スクロールケース44の通路部42、中間ダクト14、空調ケース12の開口孔26の通路断面積が大きく変化することがない。そのため、送風機16から空調ケース12へと空気が流れる際の圧力変動が好適に抑制される。
また、空調ケース12内へと導入された空気の一部は、図1に示されるように、第1傾斜部30に沿って幅方向中央へと流れた後に、ガイド端32のガイド面34によって、前方ケース壁28の車両後方側(下流側)に配置されたエバポレータ18側(矢印B2方向)へと好適に案内される。このエバポレータ18を通過した空気は冷却され、ヒータコア20を通過することで加熱され、所定の温度へと調整された後に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を構成する送風機16において、スクロールケース44の通路部42の外周側を構成する下側外周壁82を備え、前記下側外周壁82は、巻角が大きくなるにつれて下方へ長くなるように形成されると共に、巻き始めF1から巻き終わりF2にかけて最大外径部位から径方向内側(矢印G2方向)に向かって傾斜し、前記巻き終わりF2から吐出通路68の吐出口72まで同一の下側角度αで傾斜している。
従って、スクロールケース44の通路部42に沿って流れる空気が、下側外周壁82を有した渦巻通路66から直線状の吐出通路68へと流れる際に、その通路断面積が急激に変化してしまうことがないため、傾斜した第2及び第3の壁部を巻き終わり部から出口部に向けて垂直に近づけるようにスクロールケーシングを形成している従来の送風機と比較し、圧力変動を低減させることが可能となる。
その結果、送風機16から空調ケース12へと空気が送風される際の圧力変動を低減させることで騒音をより低減させることが可能となる。
また、スクロールケース44は、その下流側となる吐出通路68が中間ダクト14を介して空調ケース12の開口孔26と接続され、下側外周壁82と同一の傾斜角度(下側角度α)で傾斜した第1及び第2傾斜部30、36が第1分割ケース部22の前方ケース壁28、中間ダクト14の前方ダクト壁35にそれぞれ形成され、前記下側外周壁82、前記第1及び第2傾斜部30、36が略同一傾斜面となるように形成されている。
これにより、スクロールケース44の下側外周壁82を、同一の傾斜角度で下流側に接続される中間ダクト14、空調ケース12まで連続するように延在させることで、送風機16から空調ケース12へと空気を円滑に流通させることができ、しかも、第1傾斜部30の端部に設けられたガイド端32によって前記空気の一部を偏向させ、下流側となるエバポレータ18側へと好適に導くことができる。
その結果、空調ケース12において、開口孔26の開口した幅方向手前側(矢印A1方向)から流入して幅方向奥側(矢印A2方向)の第2分割ケース部24側へと流れやすい空気をガイド端32によって好適に偏向させることで、エバポレータ18に対して幅方向に略均等となるように前記空気を流すことができる。
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…空調ケース
14…中間ダクト 16…送風機
18…エバポレータ 22…第1分割ケース部
26…開口孔 28…前方ケース壁
30…第1傾斜部 32…ガイド端
36…第2傾斜部 40…ファン
42…通路部 44…スクロールケース
52…コーン部 62…ロアケース
66…渦巻通路 68…吐出通路
82…下側外周壁

Claims (3)

  1. 空調ケースと、該空調ケースと連通する通路部をスクロールケースに有した送風機とを備え、前記スクロールケースの内部には、駆動部における駆動軸の軸方向一方側から空気を吸入して径方向へと吐出する遠心式のファンが収納され、該ファンが、中央に形成され前記駆動軸の連結される連結部と、外周部に形成された複数の羽根部と、該羽根部における前記軸方向他方側の端部と前記連結部とを接続するコーン部とを有した車両用空調装置において、
    前記スクロールケースは、前記通路部の外周部を構成し巻角が大きくなるにつれて前記ファンの前記軸方向他方への長さが大きくなる外周壁を備え、
    前記外周壁は、巻き始めから巻き終わりにかけて最大外径部位の他方側壁面に前記ファン側に向かって傾斜する傾斜部を有し、該傾斜部は、前記巻き終わりから通路部出口まで延在して設けられる、車両用空調装置。
  2. 請求項1記載の車両用空調装置において、
    前記外周壁における最大外径部位は、その軸方向位置が全周において前記羽根部の前記軸方向他方側の端部から前記羽根部の軸方向中央までの間に位置し、且つ、前記最大外径部位に臨むように設けられ、
    前記外周壁における巻き終わりから前記駆動軸を通って反対側となる外周壁までの距離をLとし、前記ファンの最大外径をDとした場合に、両者の関係が、1.5≦L/D≦1.9となるように設定され、
    前記ファンの軸方向に対する前記巻き終わりにおける傾斜部の傾斜角度αは、前記ファンの外径をD、前記ファンにおける最外周の軸方向他方側の端部から前記連結部と前記コーン部との接続点までの高さをH、係数をKαとした際、前記ファンの前記接続点と前記ファンにおける最外周の軸方向他方側の端部とを結ぶ仮想線と前記ファンの軸方向とがなすコーン角度φに基づいて設定される、車両用空調装置。
    Figure 2020133411
  3. 請求項1又は2記載の車両用空調装置において、
    前記スクロールケースの前記通路部出口に対して直接又は間接的に接続される接続部材を備え、
    前記接続部材の内部に熱交換器を備え、前記接続部材の壁面が、該熱交換器に対向し、前記傾斜部は前記壁面まで連続して設けられる、車両用空調装置。
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