JP4265355B2 - 空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気が回転軸と直交する方向を通り抜ける遠心ファンを有する空調装置に関するもので、車両用空調装置に適用して有効である。

従来の車両用空調装置では、冷却器をなす蒸発器を加熱器をなすヒータコアの空気流れ上流側に配置するとともに、蒸発器にて冷却されてヒータコアを迂回して流れる冷風とヒータにて加熱された温風との風量割合をエアミックスドアにて調節して、冷風と温風とを混合させて室内に吹き出す空気の温度を調節している（例えば、特許文献１参照）。

しかし、特許文献１に記載の発明では、エアミックスドアにて冷風と温風との風量割合を調節しているので、空調ケーシング（空調ユニット）内にエアミックスドアを回転作動させるための作動スペースを確保する必要がある。このため、空調ケーシング（空調ユニット）の小型化を図ることが難しい。

そこで、出願人は、遠心ファンを収納するスクロールケーシングを遠心ファンに対して回転変位させて、送風機から吹き出す空気の方向を所定方向に転向させて蒸発器に送風される送風量およびヒータコアに送風される送風量を調節して室内に吹き出す空気の温度を調節する空調装置（特願２００３−１２２２８２号）を検討した。

また、他の従来技術としては、遠心ファンを収納するスクロールケーシング内を遠心ファンの回転軸方向において２分割し、分割された一方側のスクロールケーシング内と他方側のスクロールケーシング内とで拡がり角および吹出方向を相違させることで、吹出モードに適合した送風特性を得ることができるようにしている（例えば、特許文献２参照）。
特開平６−３２８９２７号公報 実開昭５０６３８０６号公報

しかし、上記検討品では、スクロールケーシングを回転変位させて、送風機から吹き出す空気の方向を所定方向に転向させて蒸発器に送風される送風量およびヒータコアに送風される送風量を調節して室内に吹き出す空気の温度を調節するので、スクロールケーシングの回転位置によって室内に吹き出す空気の温度が大きく変動してしまう。

したがって、上記検討品においては、可動ケーシングを回転位置を精度良く位置決めする必要がある。

本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な送風機および空調装置を提供し、第２には、可動ケーシングの位置決め精度を高めることを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、空気が回転軸と直交する方向を通り抜ける遠心ファン（２ａ）と、
遠心ファン（２ａ）を収納するように遠心ファン（２ａ）の外周側に配置され、かつ、遠心ファン（２ａ）に対して回転可能に構成された可動ケーシング（２ｂ）と、
可動ケーシング（２ｂ）を回転させるアクチュエータ（２ｄ）と、
可動ケーシング（２ｂ）を収納するファンケーシング（２ｅ）とを有し、
ファンケーシング（２ｅ）には、可動ケーシング（２ｂ）の一部またはアクチュエータ（２ｄ）の可動部の一部が衝突することにより可動ケーシング（２ｂ）の可動位置を決めるストッパ部（２ｇ、２ｋ）が設けられており、
可動ケーシング（２ｂ）には、遠心ファン（２ａ）によって送風される空気の吹出口（２ｃ）が開口しており、
吹出口（２ｃ）の空気吹出側に、空気を冷却する冷却器（４）と、空気を加熱する加熱器（５）とが並列に配置され、
冷却器（４）および加熱器（５）の空気流れ下流側には、冷却器（４）にて冷却された冷風と加熱器（５）にて加熱された温風とを混合した空気を室内へ吹き出す開口部（６、７、８）が設けられており、
アクチュエータ（２ｄ）により可動ケーシング（２ｂ）を回転することで吹出口（２ｃ）の位置が移動して、吹出口（２ｃ）から冷却器（４）に送風される空気の風量と吹出口（２ｃ）から加熱器（５）に送風される風量とを調節することを特徴とする。

これによると、可動ケーシング（２ｂ）を回転変位させて、吹出口（２ｃ）から吹き出す空気の方向を所定方向に転向させて冷却器（４）に送風される空気の風量および加熱器（５）に送風され空気の風量を調節することで、室内へ吹き出す空気の温度を容易に調節できる。
それ故、エアミックスドアを廃止することができ、遠心ファン（２ａ）を収納する可動ケーシング（２ｂ）の吹出口（２ｃ）直後の部位に冷却器（４）と加熱器（５）を直接、並列配置できる。
これにより、遠心ファン（２ａ）、冷却器（４）および加熱器（５）を内蔵する空調装置全体の体格を効果的に小型化できる。
しかも、請求項１に記載の発明によると、ファンケーシング（２ｅ）に設けられたストッパ部（２ｇ、２ｋ）に可動ケーシング（２ｂ）の一部またはアクチュエータ（２ｄ）の一部を衝突させて可動ケーシング（２ｂ）の位置決めをするので、この機械的に決定される位置を基準にアクチュエータ（２ｄ）を制御すれば、可動ケーシング（２ｂ）の回転位置を精度良く位置決めすることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の空調装置において、アクチュエータの一部をなす駆動歯車（２ｄ）と噛み合う従動歯車部（２ｆ）が可動ケーシング（２ｂ）に一体化されており、
ストッパ部は、従動歯車部（２ｆ）の端部（２ｈ）が衝突することにより可動ケーシング（２ｂ）の回転方向一方側の可動位置を決める第１ストッパ部（２ｇ）を有していることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の空調装置において、ストッパ部は、可動ケーシング（２ｂ）のうち吹出口（２ｃ）近傍の部分（２ｊ）が衝突することにより可動ケーシング（２ｂ）の回転方向他方側の可動位置を決める第２ストッパ部（２ｋ）を有していることを特徴とするものである。

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る空調装置を後部座席用の車両用空調装置に適用したもので、図１は本実施形態に係る車両用空調装置の空調ユニット１の断面模式図である。

なお、本実施形態に係る空調ユニット１は、後部座席の後方側に設けられたトランクルーム内に設置され、紙面左側の傾斜部分が後部座席の背もたれ部（シートバック）に略沿うようにトランクルーム内前方側に設置される。

送風機２は室内に空気を送風する送風手段であり、この送風機２は、リアウインドガラス近傍に設けられたリアトレイから室内空気を吸引して、後述する蒸発器４およびヒータコア５に空気を送風する。

また、本実施形態に係る送風機２は、遠心ファン２ａ、遠心ファン２ａを回転させる電動式のモータ（図示せず。）、スクロールケーシング２ｂ、スクロールケーシング２ｂを遠心ファン２ａの回転軸周りに回転させることによりスクロールケーシング２ｂの吹出口２ｃの位置を変化させる駆動歯車２ｄ、およびスクロールケーシング２ｂを収納するファンケーシング２ｅ等から構成されている
そして、本実施形態では、遠心ファン２ａとして、空気が径方向に通り抜ける遠心ファン２ａ（ＪＩＳ Ｂ ０１３２番号１００４等参照）を採用しており、スクロールケーシング２ｂは、遠心ファン２ａを収納して遠心ファン２ａから吹き出す空気を集合させる渦巻き状の空気通路を構成する。

因みに、本実施形態では、遠心ファン２ａの回転軸が水平方向のうち車両幅方向と一致するように送風機２が配置されている。

また、駆動歯車２ｄは、スクロールケーシング２ｂを遠心ファン２ａの回転軸周りに回転させることによりスクロールケーシング２ｂの吹出口２ｃの位置を変化させる平歯車であり、本実施形態では、駆動歯車２ｄ、駆動歯車２ｄを回転させるサーボモータ等の電動モータ（図示せず。）、およびサーボモータの回転角を制御する電子制御装置（図示せず。）によりアクチュエータが構成されている。

また、可動ケーシングをなすスクロールケーシング２ｂの外周壁には、駆動歯車２ｄと噛み合う円弧状の従動歯車部２ｆが、スクロールケーシング２ｂに一体化されている。

なお、本実施形態では、スクロールケーシング２ｂに従動歯車部２ｆを一体成形しているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、スクロールケーシング２ｂと別体として製造した従動歯車部２ｆをネジ等の締結手段または溶着等の接着手段にて一体化してもよい。

そして、本実施形態では、図２に示すように、スクロールケーシング２ｂが紙面左向きに回転したときに従動歯車部２ｆの端部２ｈをファンケーシング２ｅの第１ストッパ部２ｇに衝突させて最大冷房運転時におけるスクロールケーシング２ｂの可動位置を機械的に位置決めするとともに、図３に示すように、スクロールケーシング２ｂが紙面右向きに回転したときはスクロールケーシング２ｂの外壁のうち吹出口２ｃ近傍の部分２ｊをファンケーシング２ｅの第２ストッパ部２ｋに衝突させて最大暖房運転時におけるスクロールケーシング２ｂの可動位置を機械的に位置決めしている。

ところで、空調ケーシング３は送風機２から送風される空気の通路を構成するもので、本実施形態では、ポリプロピレン等の樹脂にて空調ケーシング３を成形している。

また、空調ケーシング３内のうち送風機２の空気吹出側には、室内に送風される空気を冷却する冷却器をなす蒸発器４、および室内に送風される空気を加熱する加熱器をなすヒータコア５が収納されており、この蒸発器４とヒータコア５とは、送風機２から吹き出す送風空気流れに対して互いに並列に配置されている。

なお、蒸発器４は減圧された低圧の冷媒を蒸発させることにより低温側から吸熱して高温側に放熱する蒸気圧縮式冷凍機の低圧側熱交換器である。

また、ヒータコア５は、エンジンの廃熱等の車両で発生する廃熱を熱源とする加熱手段であり、本実施形態では、エンジン冷却水を熱源としている。

そして、本実施形態では、蒸発器４をヒータコア５より下方側に配置するとともに、蒸発器４に送風される空気が上方側から下方側に向けて蒸発器４を通過するように蒸発器４を略水平に配置した状態で、蒸発器４とヒータコア５にて送風機２を囲むようにして、蒸発器４とヒータコア５とを車両前方側が凸となるようなＶ字形状に配置している。

また、蒸発器４およびヒータコア５の空気流れ下流側には、フェイス開口部６、フット開口部７およびシート空調用開口部８等の開口部が設けられている。

そして、フェイス開口部６は、空調ケーシング３から吹き出す空調風を後部座席上方側から車室内に吹き出すフェイス吹出口（図示せず。）にダクトを介して接続され、フット開口部は、空調風を後部座席下方側から車室内に吹き出すフット吹出口（図示せず。）にダクトを介して接続され、シート空調用開口部８は、空調風をシートバックから車室内に吹き出すシート空調用吹出口（図示せず。）にダクトを介して接続されている。

なお、フェイス吹出口は後部座席側の天井に設けられており、フェイス吹出口とフェイス開口部６とを接続するダクトは、リアウインド側の支柱部をなすＣピラー内に埋設されている。

また、空調ケーシング３内のうちフェイス開口部６、フット開口部７およびシート空調用開口部８等が設けられた部位は、蒸発器４にて冷却された冷風とヒータコア５で加熱された温風とを混合させる空気混合室３ａを構成する。

なお、ヒータコア５を通過する空気は、蒸発器４から見ると、蒸発器４を迂回して室内に送風される空気であるので、ヒータコア５が存在する空気通路は蒸発器４から見ると、蒸発器４を迂回して室内に流れるバイパス通路となる。

同様に、蒸発器４を通過する空気は、ヒータコア５から見ると、ヒータコア５を迂回して室内に送風される空気であるので、蒸発器４が存在する空気通路はヒータコア５から見ると、ヒータコア５を迂回して室内に流れるバイパス通路となる。

次に、本実施形態に係る空調装置の特徴的作動、つまりスクロールケーシング２ｂの回転制御について述べる。

本実施形態では、スクロールケーシング２ｂ回転変位量は、目標吹出温度ＴＡＯの増減に応じて制御される。

具体的には、図４に示すように、最大冷房運転（ＭＡＸＣＯＯＬ）のときのスクロールケーシング２ｂの位置を０°とし、最大暖房房運転（ＭＡＸＨＯＴ）のときのスクロールケーシング２ｂの位置をΘ°とし、目標吹出温度ＴＡＯの増大に比例してスクロールケーシング２ｂを大きくするものである。

そして、スクロールケーシング２ｂの回転させることによりスクロールケーシング２ｂの吹出口２ｃの位置を変更し、送風機２から蒸発器４に送風される送風量およびヒータコア５に送風される送風量を調節する。

つまり、スクロールケーシング２ｂの吹出口を蒸発器４側に向けることにより蒸発器４に送風される送風量、つまり冷風量が増大するとともに、ヒータコア５に送風される送風量、つまり温風量が減少する。

逆に、スクロールケーシング２ｂの吹出口をヒータコア５側に向けることにより温風量が増大するとともに、冷風量が減少する。したがって、スクロールケーシング２ｂを回転させることにより、冷風量と温風量との割合を調節することができる。

つまり、最大冷房時（ＭａｘＣｏｏｌ）には、図２に示すように、送風機２にて送風される空気の全量を蒸発器４に供給することにより冷風割合を１００％とするものである。

また、最大暖房時（ＭａｘＨｏｔ）には、図３に示すように、送風機２にて送風される空気の全量をヒータコア５に供給することにより温風割合を１００％とするものである。

そして、冷温風混合時（エアミックス状態）は、、前述のごとく、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて冷風量と温風量との割合を調節して室内に吹き出す空気の温度を調節する。

なお、スクロールケーシング２ｂを回転変位させるアクチュエータは、前述したように電子制御装置により制御されており、電子制御装置には、室内空気温度を検出する内気温度センサ、後部座席側に注がれる日射量を検出する日射センサ、および乗員側が設定入力した希望室内温度等が入力されている。

そして、電子制御装置は、これらの入力値に基づいて、ＲＯＭ（読込専用記憶装置）等に予め記憶されたプログラムに従って室内に吹き出させる空気目標温度、つまり目標吹出温度ＴＡＯを算出し、この目標吹出温度ＴＡＯとなる冷風量と温風量と割合を算出してスクロールケーシング２ｂを回転させる。

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

本実施形態では、ファンケーシング２ｅに設けられたストッパ部２ｇ、２ｋに、スクロールケーシング２ｂの一部（具体的には吹出口２ｃ近傍の部分２ｊ）または従動歯車部２ｆの端部２ｈを衝突させてスクロールケーシング２ｂの位置決めをするので、この機械的に決定される位置を基準にアクチュエータ、つまり駆動歯車２ｄの回転量を制御すれば、スクロールケーシング２ｂの回転位置を精度良く位置決めすることができる。延いては、室内に吹き出す空気の温度を精度良く制御することができる。

また、本実施形態では、スクロールケーシング２ｂを回転変位させて、送風機２から吹き出す空気の方向を所定方向に転向させて蒸発器４に送風される送風量およびヒータコア５に送風される送風量を調節するので、エアミックスドアを廃止することができ、空調ケーシング３（空調ユニット１）の小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、駆動歯車２ｄにてスクロールケーシング２ｂを回転変位させることにより冷風量と温風量との割合を調節するので、エアミックスドアをリンク機構にて揺動させる従来に比べて空調装置の小型化および製造原価低減を図ることができる。

また、蒸発器４を空調ケーシング３の下方側に配置にしているので、蒸発器４で発生する凝縮水を容易に空調ケーシング３外に排出することができる。

また、蒸発器４とヒータコア５とにて送風機２を囲むようにＶ字状に配置しているので、蒸発器４とヒータコア５とを平行に配置した場合に比べて空調装置の小型化を図ることができる。

また、ヒータコア５にて加熱された温風と蒸発器４にて冷却された冷風とを混合してから室内に空調風を吹き出すので、室内に吹き出す空気の温度を容易に調節することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、蒸発器４とヒータコア５が重ならないようにした状態で、蒸発器４とヒータコア５とで送風機２を囲むようにＶ字状に配置したが、本実施形態は、図５に示すように、蒸発器４の一部がヒータコア５に重なるように略Ｖ字状に配置したものである。

（第３実施形態）
第１、２実施形態では、蒸発器４とヒータコア５とが別体であったが、本実施形態は、図６に示すように、蒸発器４とヒータコア５とを一体化するとともに、蒸発器４およびヒータコア５を略円弧状に湾曲させたものである。

（第４実施形態）
第１〜３実施形態では、蒸発器４とヒータコア５とを備える空調装置であったが、本実施形態は、図７に示すように、ヒータコア５を廃止してヒータコア５が存在していた部位を蒸発器４を迂回して空気を流すバイパス通路５ａとしたものである。

これにより、第１〜５実施形態と同様に、エアミックスドアを廃止することができるので、空調ケーシング３の小型化を図ることができる。

なお、空気混合室３ａでは、蒸発器４で冷却された冷風と蒸発器４にて冷却されていない空気、つまりバイパス通路５ａを流れる空気とを混合して室内に吹き出す空気の温度を容易に調節することができる。

（第５実施形態）
第１〜３実施形態では、蒸発器４とヒータコア５とを備える空調装置であったが、本実施形態は、図８に示すように、蒸発器４を廃止して蒸発器４が存在していた部位をヒータコア５を迂回して空気を流すバイパス通路４ａとしたものである。

これにより、第１〜５実施形態と同様に、エアミックスドアを廃止することができるので、空調ケーシング３の小型化を図ることができる。

なお、空気混合室３ａでは、ヒータコア５で加熱された温風とヒータコア５にて加熱されていない空気、つまりバイパス通路４ａを流れる空気とを混合して室内に吹き出す空気の温度を容易に調節することができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、スクロールケーシング２ｂを紙面右向きに回転させた場合、および左向きに回転させた場合のいずれの場合もファンケーシング２ｅのストッパ部に衝突させて位置決めさせたが、本発明はこれに限定されるものではなく、いずれか一方のみ衝突させて位置決めしてもよい。

また、上述の実施形態では、蒸発器４を空調ケーシング３の下方側に配置したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばヒータコア５を空調ケーシング３の下方側に配置してもよい。

また、上述の実施形態では、蒸発器４とヒータコア５にて送風機２を囲むようにＶ字状に配置したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば蒸発器４とヒータコア５とを平行に配置してもよい。

また、上述の実施形態では、本発明に係る空調装置を後部座席用の空調装置に適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば前席用空調装置や定置置き型の空調装置に適用してもよい。

また、上述の実施形態では、駆動歯車２ｄにてスクロールケーシング２ｂを回転させたが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、上述の実施形態では、蒸発器４とヒータコア５とが、空気流れに完全に並列に配置されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ヒータコア５の一部が蒸発器４の空気流れ下流側に位置するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、送風機２として、回転軸方向から吸入した空気を外径側に吹き出す遠心ファン２ａを有するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、空気が回転軸と直交する断面内を通り抜ける横流ファン（ＪＩＳ Ｂ ０１３２番号１０１７等参照）と、この横流ファンを収納して空気通路を形成するケーシング等により送風機２を構成してもよい。

本発明の第１実施形態に係る空調ユニットの模式図である。 本発明の第１実施形態に係る空調ユニットの作動を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る空調ユニットの作動を示す模式図である。 本発明のスクロールケーシングの回転角度と目標吹出温度ＴＡＯと関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る空調ユニットの模式図である。 本発明の第３実施形態に係る空調ユニットの模式図である。 本発明の第４実施形態に係る空調ユニットの模式図である。 本発明の第５実施形態に係る空調ユニットの模式図である。

符号の説明

１…空調ユニット、２…送風機、２ａ…遠心ファン、
２ｂ…スクロールケーシング、２ｃ…吹出口、２ｄ…駆動歯車、
２ｅ…ファンケーシング、３…空調ケーシング、４…蒸発器、
５…ヒータ、６…フェイス開口部、７…フット開口部、８…シート空調用開口部。

Claims (3)

1. 空気が回転軸と直交する方向を通り抜ける遠心ファン（２ａ）と、
   前記遠心ファン（２ａ）を収納するように前記遠心ファン（２ａ）の外周側に配置され、かつ、前記遠心ファン（２ａ）に対して回転可能に構成された可動ケーシング（２ｂ）と、
   前記可動ケーシング（２ｂ）を回転させるアクチュエータ（２ｄ）と、
   前記可動ケーシング（２ｂ）を収納するファンケーシング（２ｅ）とを有し、
   前記ファンケーシング（２ｅ）には、前記可動ケーシング（２ｂ）の一部または前記アクチュエータ（２ｄ）の可動部の一部が衝突することにより前記可動ケーシング（２ｂ）の可動位置を決めるストッパ部（２ｇ、２ｋ）が設けられており、
   前記可動ケーシング（２ｂ）には、前記遠心ファン（２ａ）によって送風される空気の吹出口（２ｃ）が開口しており、
   前記吹出口（２ｃ）の空気吹出側に、空気を冷却する冷却器（４）と、空気を加熱する加熱器（５）とが並列に配置され、
   前記冷却器（４）および前記加熱器（５）の空気流れ下流側には、前記冷却器（４）にて冷却された冷風と前記加熱器（５）にて加熱された温風とを混合した空気を室内へ吹き出す開口部（６、７、８）が設けられており、
   前記アクチュエータ（２ｄ）により前記可動ケーシング（２ｂ）を回転することで前記吹出口（２ｃ）の位置が移動して、前記吹出口（２ｃ）から前記冷却器（４）に送風される空気の風量と前記吹出口（２ｃ）から前記加熱器（５）に送風される風量とを調節することを特徴とする空調装置。
2. 前記アクチュエータの一部をなす駆動歯車（２ｄ）と噛み合う従動歯車部（２ｆ）が前記可動ケーシング（２ｂ）に一体化されており、
   前記ストッパ部は、前記従動歯車部（２ｆ）の端部（２ｈ）が衝突することにより前記可動ケーシング（２ｂ）の回転方向一方側の可動位置を決める第１ストッパ部（２ｇ）を有していることを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
3. 前記ストッパ部は、前記可動ケーシング（２ｂ）のうち前記吹出口（２ｃ）近傍の部分（２ｊ）が衝突することにより前記可動ケーシング（２ｂ）の回転方向他方側の可動位置を決める第２ストッパ部（２ｋ）を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の空調装置。

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