JP4378869B2 - 遠心式送風機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車室内空気（以下、内気と略す。）を導入する内気導入口、及び車室外空気（以下、外気と略す。）を導入する外気導入口を有し、内気と外気とを区分して同時に吸入することができる内外気二層流式の車両用空調装置に適用される遠心式送風機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内外気二層流式の車両用空調装置（以下、二層ユニットと呼ぶ。）では、走行動圧（ラム圧）等の影響を受けて外気導入口側の圧力が内気導入口側の圧力より高くなるので、ファンと仕切部材との隙間から外気が内気側に流入して（漏れて）しまう。
【０００３】
そこで、特開平１０−７１８２８号公報に記載の発明では、仕切部材のファン側端部に、外気導入口側から内気導入口側に流入する空気の流路がクランク状の迷路構造となるようなメカニカルシール部を設けている。
【０００４】
因みに、外気用のファン（以下、このファンを第１ファンと呼ぶ。）と内気用のファン（以下、このファンを第１ファンと呼ぶ。）とをそれぞれ独立に駆動し、第１ファンと第２ファンとを仕切部材にて完全に離隔すれば、外気側から内気側に流入する空気（以下、この空気を流入空気と呼ぶ。）を略完全に止めることができるものの、第１ファンと第２ファンとそれぞれ独立に駆動するには、第１ファン用の電動モータと第２ファン用の電動モータとを必要とするので、二層ユニットの製造原価上昇を招く。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発明者等は、二層ユニットに適した遠心式送風機の開発を行っていたところ、以下に述べるような、二層ユニット固有の騒音に遭遇した。
【０００６】
すなわち、二層ユニットでは、上記公報に記載のごとく、メカニカルシール部を設けて外気が内気側に流入して（漏れて）しまうことを防止しているものの、クランク状の迷路構造を有するメカニカルシール部では、内気側に空気が流入してしまうことを完全に止めることはできない。
【０００７】
このとき、仮に、流入空気が図６に示すように、第２ファンの径方向と略平行に内気側に流入すると、流入空気及び第２ファンから吹き出す主流空気それぞれがファンケーシングの内壁に衝突して渦（旋回流）を形成する。
【０００８】
しかし、これらの渦（旋回流）は、流入空気及び主流空気がファンケーシングの内壁に衝突すること契機に発生するものであり、内壁に衝突する際の状態が一様でないことから、渦（旋回流）と流入空気及び主流空気との衝突（接触）状態が不安定となる。このため、内部の空気流れが不安定となるので、この不安定な流れによる空気流れの乱れによって騒音が発生してしまう。
【０００９】
本発明は、上記点に鑑み、二層ユニット用の遠心式送風機において、騒音を低減することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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、車室内空気を導入する内気導入口（１１３）及び車室外空気を導入する外気導入口（１１１）を有し、車室内空気及び車室外空気を区分して同時に吸入することができる内外気二層流式の車両用空調装置に適用される遠心式送風機であって、
外気導入口（１１１）側に配設され、回転軸（２００ａ）周りに配設された複数枚の第１ブレード（２１１）を有して軸方向一端側から吸入した空気を径外方側に向けて吐出する第１ファン（２１０）、及び内気導入口（１１３）側に配設され、回転軸（２００ａ）周りに配設された複数枚の第２ブレード（２２１）を有して軸方向他端側から吸入した空気を径外方側に向けて吐出する第２ファン（２２０）からなる遠心ファン（２０１）と、 第１ファン（２１０）から吹き出した空気と第２ファン（２２０）から吹き出した空気とが混合することを防止する仕切部材（２３３）とを備え、
仕切部材（２３３）と遠心ファン（２０１）との隙間（δ１）から漏れて第１ファン（２１０）側から第２ファン（２２０）側に流入する流入空気の流入角度が、第２ファン（２２０）の軸方向と略平行となるように流入空気を案内する案内手段（２５０）が設けられ、 さらに、遠心ファン（２０１）には、案内手段（２５０）から第２ファン（２２０）側に流入する流入空気を加速させる複数枚の第３ブレード（２５５）が回転軸（２００ａ）周りに設けられており、
案内手段（２５０）は、
遠心ファン（２０１）に設けられ、遠心ファン（２０１）の外縁部全周に渡って外縁部から径外方側に突出するリング状のファンリング（２５１）と、
ファンリング（２５１）と所定の隙間（δ２）を有して対向するリング状の仕切リング（２５２）と、
仕切リング（２５２）と仕切部材（２３３）とを繋ぎ、第２ファン（２２０）の軸方向と略平行な壁面（２５４）を有する円筒部（２５３）とを有して構成されていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、本発明では、流入空気と第２ファン（２２０）から吹き出す主流空気とが略直交するように衝突する。
【００１２】
このとき、第２ファン（２２０）側では、流入空気と主流空気との衝突を契機として渦（旋回流）が発生するが、第３ブレード（２５５）により加速された流入空気と主流空気とが常に略直交するように衝突するので、その衝突状態を略一様なものとすることができ、第２ファン（２２０）側に発生する渦を比較的安定したものとすることができる。
【００１３】
したがって、第２ファン（２２０）側の空気流れを安定させることができるので、第２ファン（２２０）の不安定な空気流れに起因する騒音を低減することができる。
【００１４】
なお、案内手段（２５０）のファンリング（２５１）と仕切リング（２５２）との間の隙間（δ２）の寸法（ｈ）は、請求項２に記載の発明のごとく、５ｍｍ以上とすれば、後述するように、仕切リング（２５２）に付着した水滴とファンリング（２５１）に付着した水滴とが表面張力により繋がってしまうことを防止することができるので、冬期に、繋がった水滴が凍結して氷柱となって、空気通路を塞いでしまうことを未然に防止できる。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明のごとく、案内手段（２５０）の入口部（２５０ａ）側に、空気流れ下流側に向かうほど入口部（２５０ａ）側の開口面積が拡大するテーパ部（２５２ａ）を設ければ、入口部（２５０ａ）における空気の剥離に伴う騒音を低減することができる。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明のごとく、案内手段（２５０）の出口部（２５０ｂ）側に、空気流れ下流側に向かうほど出口部（２５０ｂ）側の開口面積が拡大するテーパ部（２５１ａ、２３３ａ）を設ければ、出口部（２５０ｂ）における空気の剥離に伴う騒音を低減することができる。
【００１７】
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。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態に係る二層ユニット１００の模式図であり、１１０は車室内に向けて吹き出す空気の通路を構成する空調ケーシングである。この空調ケーシング１１０の空気流れ上流側には、外気を導入する外気導入口１１１及び内気を導入する第１、２内気導入口１１２、１１３が設けられており、外気導入口１１１及び第１内気導入口１１２は、内外気切換ドア１１４によって切換開閉される。
【００１９】
２００は、内気及び外気を吸入して、その吸入した空気を車室内に向けて送風する遠心送風機（以下、送風機と略す。）であり、この送風機２００より空気流れ下流側には、空調ケーシング１１０を２つの空気通路１１５、１１６に区画する区画壁１１７が設けられている。なお、送風機２００の詳細については、後述する。
【００２０】
また、送風機２００の空気流れ下流側には、両空気通路１１５、１１６を流通する空気を冷却する蒸発器（空気冷却手段）１１８が配設され、この蒸発器１１８の空気流れには、蒸発器１１８を通過した空気を加熱するヒータコア（空気加熱手段）１１９が配設されている。
【００２１】
なお、本実施形態に係る車両用空調装置では、ヒータコア１１９での空気の加熱度合いを調節することにより車室内に吹き出す空気の温度を調節する、いわゆるリヒート式を採用している。
【００２２】
また、ヒータコア１１９の空気流れ下流側には、両空気通路１１５、１１６を連通させる連通開口部１２０、車両のフロントガラス（図示せず）に向けて空気を吹き出すデフロスタ開口部１２１、乗員の上半身に向けて空気を吹き出すフェイス開口部１２２、及び乗員の下半身に向けて空気を吹き出すフット開口部１２３が形成されており、各開口部１２０〜１２３は、ドア１２４〜１２７によって開閉される。
【００２３】
次に、送風機２００について述べる。
【００２４】
送風機２００は、図１に示すように、外気導入口１１１側の第１遠心ファン（以下、第１ファンと略す。）２１０、第２内気導入口１１３側に位置して第１ファン２１０と同軸状に樹脂にて一体成形された第２遠心ファン（以下、第２ファンと略す。）２２０等からなる遠心ファン２０１、両ファン２１０、２２０（遠心ファン２０１）を収納する渦巻状のスクロールケーシング（以下、ケーシングと略す。）２３０、及び両ファン２１０、２２０を同時に回転駆動する１個の電動モータ（駆動手段）２４０を有して構成されている。
【００２５】
因みに、本実施形態では、電動モータ２４０が第２ファン２２０側に位置しているので、第２ファン２２０のファン内径を第１ファン２１０のファン内径より大きくすることにより、第２ファン２２０側の吸入抵抗が第１ファン２１０側の吸入抵抗に比べて過度に大きくなることを防止している。
【００２６】
また、両ファン２１０、２２０は、図２に示すように、回転軸２００ａ（図１参照）周りに配設された複数枚のブレード（第１、２ブレード）２１１、２２１を有し、回転軸２００ａ方向から吸入した空気を径外方側に向けて吐出する（吹き出す）ものである。
【００２７】
このとき、第１ファン２１０は、ケーシング２３０のうち回転軸２００ａ方向一端側（紙面上方側）に形成された第１吸入口２３１から空気を吸入し、一方、第２ファン２２０は、ケーシング２３０のうち回転軸２００ａ方向他端側（紙面下方側）に形成された第２吸入口２３２から空気を吸入する。
【００２８】
なお、２０２は電動モータ２４０（モータシャフト２４１）で発生する回転力を第１、２ファン２１０、２２０（ブレード２１１、２２１）に伝達するとともに、第１吸入口２３１から吸入された空気と第２吸入口２３２から吸入された空気とが混合することを防止するボスプレート（混合防止板）である。
【００２９】
ところで、２３３は第１ファン２１０から吹き出した空気と第２ファン２２０から吹き出した空気とが混合することを防止する仕切部材であり、２５０（図２のＡ部）は、仕切部材２３３と遠心ファン２０１との隙間δ１から漏れて第１ファン２１０側の空間２１０ａから第２ファン２２０側の空間２２０ａに空気が流入することを抑制するとともに、この流入する空気（以下、この空気を流入空気と呼ぶ。）の流入角度（仕切部材２３３と流入空気の主流とのなす角θ）が、第２ファン２２０の軸方向と略平行となるように流入空気を案内する案内ガイド部材（案内手段）である。
【００３０】
ここで、案内ガイド部２５０は、図３に示すように、遠心ファン２０１に設けられて遠心ファン２０１の外縁部全周に渡って外縁部から径外方側に突出するリング状のファンリング２５１と、ファンリング２５１と所定の隙間δ２を有して対向するリング状の仕切リング２５２と、仕切リング２５２と仕切部材２３３とを繋ぎ、第２ファン２２０の軸方向と略平行な円筒壁面２５４を有する円筒部２５３とを有して構成されている。
【００３１】
なお、本実施形態では、仕切リング２５２及び円筒部２５３は、仕切部材２３３と共にケーシング２３０と樹脂にて一体成形されており、ファンリング２５１は遠心ファン２０１（第１、２ファン２１０、２２０）と共に一体成形されている。
【００３２】
また、２５５は案内ガイド部２５０を流れて第２ファン２２０側に流入する空気、すなわち流入空気を加速するサブブレード（第３ブレード）であり、このサブブレード２５５もブレード２１１、２２１と同様に、回転軸２００ａ周りに複数枚配設されて樹脂にて一体成形されている。なお、本実施形態では、図２に示すように、サブブレード２５５は、第２ファン２２０のブレード２２１と連続的に繋がっている。
【００３３】
また、仕切リング２５２は、図３に示すように、ファンリング２５１より第１ファン２１０側に位置しているとともに、その遠心ファン２０１側の端部（案内ガイド部２５０の入口部２５０ａ側）には、第２ファン２２０側（空気流れ下流側）に向かうほど遠心ファン２０１までの隙間寸法（入口部２５０ａ側の開口面積）が拡大するようなテーパ部２５２ａが設けられている。
【００３４】
同様に、案内ガイド部２５０の出口部２５０ｂ側（ファンリング２５１の先端側及び仕切部材２３３の遠心ファン２０１側）にも、空気流れ下流側に向かうほど出口部２５０ｂ側の開口面積が拡大するようなテーパ部２５１ａ、２３３ａが設けられている。
【００３５】
因みに、２３４は、第１ファン２１０からケーシング２３０（空間２１０ａ）内に吹き出した空気の一部が第１吸入口２３１側に逆流し、この逆流した空気と第１吸入口２３１から第１ファン２１０に吸入される空気とが干渉することを防止するガイド壁である。
【００３６】
そして、このガイド壁２３４は、図４に示すように、ケーシング２３０のノーズ部２３５に対応する部位に位置して、ブレード２１１を第１吸入口２３１側から覆うように第１吸入口２３１の中心部側に向かって延びる略三日月板状のものである。
【００３７】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３８】
流入空気の流入角度が第２ファン２２０の軸方向と略平行となるようにしているので、本実施形態では図５に示すように、流入空気と第２ファン２２０から吹き出す主流空気とが略直交するように衝突する。
【００３９】
このとき、空間２２０ａ内では、流入空気と主流空気との衝突を契機として渦（旋回流）が発生するが、サブブレード２５５により加速された流入空気と主流空気とが常に略直交するように衝突するので、その衝突状態を略一様なものとすることができ、空間２２０ａ内に発生する渦を比較的安定したものとすることができる。
【００４０】
したがって、空間２２０ａ内の空気流れを安定させることができるので、空間２２０ａ内の不安定な空気流れに起因する騒音を低減することができる。因みに、本実施形態では、比騒音で約２．０ｄＢＡ、低減することができた。
【００４１】
なお、流入空気が空間２２０ａ内に流入する際の流速が主流空気の流速に比べて過度に小さいと、流入空気と主流空気との衝突状態を略一様な状態とすることが難しいので、空間２２０ａ内に比較的安定した渦を発生させるには、流入空気の流速と主流空気の流速との差が比較的小さいことが望ましい。
【００４２】
ところで、案内ガイド部２５０の入口部２５０ａ及び出口部２５０ｂは、比較的小さな穴（オリフィス）となるので、入口部２５０ａ及び出口部２５０ｂの下流側に空気の剥離に伴う騒音が発生する可能性がある。
【００４３】
これに対して、本実施形態では、入口部２５０ａ及び出口部２５０ｂにおいてその下流側に向かうほど、その開口面積が増大するテーパ部２５２ａ、２５１ａ、２３３ａが設けられているので、入口部２５０ａ及び出口部２５０ｂの下流側に空気の剥離が発生することを抑制できる。したがって、入口部２５０ａ及び出口部２５０ｂにおける空気の剥離に伴う騒音を低減することができる。
【００４４】
ところで、案内ガイド部２５０に形成された空気通路面積は、比較的小さいので、外気と共にケーシング２３０内に流入した雨水等の水滴は、案内ガイド部２５０で滞留し易い。このため、仕切リング２５２とファンリング２５１との隙間寸法ｈ（図３参照）が小さいと、仕切リング２５２に付着した水滴とファンリング２５１に付着した水滴とが表面張力により繋がってしまい、冬期時には、繋がった水滴が凍結して氷柱となって、空気通路を塞いでしまうおそれがある。
【００４５】
そこで、発明者等は、隙間寸法ｈをパラメータとして氷柱の生成について試験検討したところ、隙間寸法を５ｍｍ以上とすれば、氷柱の生成（仕切リング２５２に付着した水滴とファンリング２５１に付着した水滴とが表面張力により繋がってしまうこと）を防止することができることを確認した。
【００４６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、案内ガイド部２５０の入口部２５０ａ及び出口部２５０ｂにテーパ部２５２ａ、２５１ａ、２３３ａを設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、入口部２５０ａ及び出口部２５０ｂのいずれか一方（望ましくは、入口部２５０ａ）にテーパ部を設ければよい。
【００４７】
上述の実施形態では、仕切リング２５２及び円筒部２５３は、仕切部材２３３と共にケーシング２３０と樹脂にて一体成形され、ファンリング２５１は遠心ファン２０１（第１、２ファン２１０、２２０）と共に一体成形されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら２５１〜２５３を別体に製造した後、組み付けてもよい。
【００４８】
また、上述の実施形態では、サブブレード２５５は、第２ファン２２０のブレード２２１と連続的に繋がっていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第１ファン２１０のブレード２１１と連続的に繋がっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る遠心式送風機を用いた空調装置（二層ユニット）の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る遠心式送風機の断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】本発明の実施形態に係る遠心式送風機の上面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る遠心式送風機の空気流れを示す模式図である。
【図６】騒音の発生原因を説明するための空気流れを示す模式図である。
【符号の説明】
２１０…第１ファン、２２０…第２ファン、２３３…仕切部材、
２５０…案内ガイド部（案内手段）、２５１…ファンリング、
２５２…仕切リング、２５３…円筒部、
２５５…サブブレード（第３ブレード）。

Claims (4)

1. 車室内空気を導入する内気導入口（１１３）及び車室外空気を導入する外気導入口（１１１）を有し、前記車室内空気及び前記車室外空気を区分して同時に吸入することができる内外気二層流式の車両用空調装置に適用される遠心式送風機であって、
   前記外気導入口（１１１）側に配設され、回転軸（２００ａ）周りに配設された複数枚の第１ブレード（２１１）を有して軸方向一端側から吸入した空気を径外方側に向けて吐出する第１ファン（２１０）、及び前記内気導入口（１１３）側に配設され、前記回転軸（２００ａ）周りに配設された複数枚の第２ブレード（２２１）を有して軸方向他端側から吸入した空気を径外方側に向けて吐出する第２ファン（２２０）からなる遠心ファン（２０１）と、
   前記第１ファン（２１０）から吹き出した空気と前記第２ファン（２２０）から吹き出した空気とが混合することを防止する仕切部材（２３３）とを備え、
   前記仕切部材（２３３）と前記遠心ファン（２０１）との隙間（δ１）から漏れて前記第１ファン（２１０）側から前記第２ファン（２２０）側に流入する流入空気の流入角度が、前記第２ファン（２２０）の軸方向と略平行となるように前記流入空気を案内する案内手段（２５０）が設けられ、
   さらに、前記遠心ファン（２０１）には、前記案内手段（２５０）から前記第２ファン（２２０）側に流入する流入空気を加速させる複数枚の第３ブレード（２５５）が前記回転軸（２００ａ）周りに設けられており、
   前記案内手段（２５０）は、
   前記遠心ファン（２０１）に設けられ、前記遠心ファン（２０１）の外縁部全周に渡って外縁部から径外方側に突出するリング状のファンリング（２５１）と、
   前記ファンリング（２５１）と所定の隙間（δ２）を有して対向するリング状の仕切リング（２５２）と、
   前記仕切リング（２５２）と前記仕切部材（２３３）とを繋ぎ、前記第２ファン（２２０）の軸方向と略平行な壁面（２５４）を有する円筒部（２５３）とを有して構成されていることを特徴とする遠心式送風機。
2. 前記ファンリング（２５１）と前記仕切リング（２５２）との間の前記隙間（δ２）の寸法（ｈ）は、５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の遠心式送風機。
3. 前記案内手段（２５０）の入口部（２５０ａ）側には、空気流れ下流側に向かうほど前記入口部（２５０ａ）側の開口面積が拡大するテーパ部（２５２ａ）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心式送風機。
4. 前記案内手段（２５０）の出口部（２５０ｂ）側には、空気流れ下流側に向かうほど前記出口部（２５０ｂ）側の開口面積が拡大するテーパ部（２５１ａ、２３３ａ）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の遠心式送風機。

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