JP4715857B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器から流出する空気の風速分布の均一化を図った車両用空調装置に関するものである。

車両用空調装置における室内空調ユニットは、通常、送風機ユニットと、この送風機ユニットから空気が送風される空調ユニットとに大別される。なお、空調ユニットには周知のごとく冷房用熱交換器、暖房用熱交換器、温度調整機構、および吹出モード切替機構等の機器が配置される。

そして、送風機ユニットを車室内前部の計器盤内側において助手席前方側にオフセット配置し、空調ユニットを計器盤内側において車両左右方向（車両幅方向）の中央部付近に配置するレイアウト（送風機オフセット配置レイアウト）が近年主流になっている。この送風機オフセット配置レイアウトでは、送風機ユニットからの送風空気は、助手席前方側から中央部付近の空調ユニットに向かって車両左右方向に流れる。

これに対し、空調ユニットのケース内の空気通路は車両前後方向に形成され、このケース内の最前部に空気流入空間が形成され、この空気流入空間の車両後方部に冷房用熱交換器が配置され、この冷房用熱交換器の更に車両後方部に暖房用熱交換器が配置される。

従って、送風機ユニットから送風された空気は、冷房用熱交換器の側方から空気流入空間に流入し、空気流入空間内で流れ向きが変えられて冷房用熱交換器に流入するようになっている。

この場合、冷房用熱交換器から流出する空気の速度は、冷房用熱交換器のうち空気流入空間の入口部に近い領域では低くなり、冷房用熱交換器のうち空気流入空間の入口部から遠い領域では高くなり、風速分布の不均一が発生する。

そこで、ケースにおける冷房用熱交換器の空気流入面に対向する壁面（以下、対向壁面という）に段差状の絞り面を形成し、この絞り面によって、冷房用熱交換器のうち空気流入空間の入口部に近い領域への空気流れの方向転換を促進して、冷房用熱交換器から流出する空気の風速分布を均一化するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−７２５３０号公報

しかしながら、特許文献１に示された空調装置のように、空気流入空間に流入する際の空気流通領域に冷房用熱交換器の側面が突出している場合には、空気流入空間に流入する空気の一部は、冷房用熱交換器の側面に衝突して流れの向きが急激に変えられ、対向壁面側に向かって流れる。この衝突空気流は、冷房用熱交換器の側面に衝突しない空気流と衝突することにより、再び冷房用熱交換器の空気流入面に沿った方向に流れの向きが変えられて、冷房用熱交換器の側面からある距離を進んだ後に冷房用熱交換器に流れ込もうとする。すなわち、冷房用熱交換器の側面から上記衝突空気流が冷房用熱交換器に流れ込むまでの領域（冷房用熱交換器のうち空気流入空間の入口部に近い領域）は、冷房用熱交換器に空気が流れ難く、このため、冷房用熱交換器から流出する空気の風速分布を均一化することが困難であった。

本発明は上記点に鑑みて、空気流入空間に流入する際の空気流通領域に熱交換器の側面が突出している空調装置において、熱交換器から流出空気の風速分布の均一化を図ることを目的とする。

本発明は、ケース（２）は、送風機（３）からの空気流が屈曲して熱交換器（４）における空気流入面（４０）へ流入するように空気通路（１）を形成しており、熱交換器（４）における空気流入面（４０）と空気流入面（４０）に対向したケース（２）の対向壁面（２０）との間に空気流入空間（１０）が形成され、送風機（３）から空気流入空間（１０）に流入する際の空気の流れ向き（Ａ）に対して略垂直な絞り面（２１、２２）が対向壁面（２０）に形成されている車両用空調装置において、熱交換器（４）における送風機側の面（４１）を覆って、熱交換器（４）の側面（４１）に向かって流れてくる空気の流れ向きを変える面を有するエアガイド（２３）を備え、このエアガイド（２３）の面の延長線（ｂ）が絞り面（２１、２２）と交わることを特徴とする。

ここで、本発明者の実験検討によれば、熱交換器（４）の側面（４１）に向かって流れてくる空気の流れ向きをエアガイド（２３）により変えるようにした場合、熱交換器（４）から流出する空気の風速分布が必ずしも均一化されるものではないことがわかった。そして、エアガイド（２３）の面の延長線（ｂ）が絞り面（２１、２２）と交わるようにした場合に、熱交換器（４）から流出する空気の風速分布が従来よりも均一化されることが確認された。

この場合、複数の絞り面（２１、２２）が、送風機（３）から離れるに伴い熱交換器（４）の空気流入面（４０）に接近して配置されるものにおいては、エアガイド（２３）の面の延長線（ｂ）が空気流れ最上流側の絞り面（２１）と交わるようにすれば、熱交換器（４）から流出する空気の風速分布を一層均一にすることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した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ものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置における室内空調ユニットの構成を示す模式的な平面断面図である。

本実施形態の空調装置は、自動車に搭載されて車室内の空調を行うものであり、室内空調ユニットは、車室内前部の計器盤内側に配置される。より詳細には、本実施形態の空調装置は、室内空調ユニットにおける送風機ユニットが助手席前方側に配置され、室内空調ユニットにおける空調ユニットが車両左右方向（車両幅方向）の中央部付近に配置される、所謂送風機オフセット配置レイアウトである。

図１に示すように、空調装置の室内空調ユニットは、車室内に吹き出される空気が流れる空気通路１を形成するケース２を備え、このケース２内の空気通路１中には、空気流を発生させて空気を車室に送風する送風機３が配置されている。

送風機３は、多数の翼部（ブレード部）を円環状に配置した遠心ファンからなる送風ファン３０と、この送風ファン３０を回転駆動する電動モータ（図示せず）と、送風ファン３０を収容している渦巻き状のスクロールケーシング３１とを有する周知の構成である。スクロールケーシング３１は、より詳細には、ノーズ部（巻き始め部）３２から巻き終わり部３３に向かってスクロール形状の径が次第に拡大する渦巻き状になっている。

空気通路１中において送風機３よりも空気流れ下流側には、蒸発器４が配置されている。この蒸発器４は、図示しない圧縮機、凝縮器、減圧手段とともに周知の冷凍サイクルを構成するもので、空気と熱交換媒体冷媒との間で熱交換を行って空気を冷却する。なお、蒸発器４は、本発明の熱交換器に相当する。

蒸発器４における空気流入面４０と、ケース２における空気流入面４０に対向する対向壁面２０との間には、空気流入空間１０が形成されている。なお、空気流入空間１０に流入する際の空気の流れ向きＡ（本実施形態では、略車両左右方向）を、以下、流入時空気流れ向きＡという。そして、本実施形態の蒸発器４は、熱交換媒体を流通させる偏平状のチューブ（図示せず）が流入時空気流れ向きＡに沿って多数積層された積層型蒸発器である。

蒸発器４における空気流入面４０は、流入時空気流れ向きＡと略平行になっており、送風機３から送風された空気は、蒸発器４の側方から空気流入空間１０に流入した後に空気流入空間１０内で流れ向きを変えて蒸発器４に流入する。

ケース２の対向壁面２０には、蒸発器４のうち空気流入空間１０の入口部に近い領域への空気流れの方向転換を促進する２つの絞り面２１、２２が形成されている。この絞り面２１、２２は、流入時空気流れ向きＡに対して略垂直であり、流入時空気流れ向きＡに沿って所定間隔を置いて配置されるとともに、送風機３に近い側（すなわち、空気流れ上流側）の第１絞り面２１よりも、送風機３から遠い第２絞り面２２の方を、蒸発器４に近づけるように形成している。

空気通路１は、送風機３と空気流入空間１０との間に形成された接続通路を有している。この接続通路は、対向壁面２０および巻き終わり部３３と連続して形成された第１壁面２４と、この第１壁面２４に対向してノーズ部３２から連続して形成された第２壁面２５との間に形成されている。

蒸発器４は、空気流入面４０が第２壁面２５よりも第１壁面２４側に突出して配置されている。したがって、蒸発器４における送風機３に近い側の側面４１の一部も、第２壁面２５よりも第１壁面２４側に突出している。

ケース２には、第２壁面２５の蒸発器側端部に連続してエアガイド２３が形成されている。このエアガイド２３の先端部は蒸発器４の空気流入面４０よりも第１壁面２４側に突出しており、したがって、蒸発器４における送風機３に近い側の側面４１はエアガイド２３により覆われている。また、エアガイド２３の面は、直線状に形成されるとともに、第２壁面２５に対して傾斜している。また、エアガイド２３の面の延長線ｂは、２つの絞り面２１、２２のうち空気流れ上流側の第１絞り面２１と交わる。すなわち、エアガイド２３は、その面の延長線ｂが図１の範囲Ｃに入るように設定されている。

上記構成において、送風機３にて送風された空気は、空気流入空間１０内で絞り面２１、２２やエアガイド２３により流れ向きが変えられて蒸発器４に流入する。そして、エアガイド２３の面の延長線ｂが第１絞り面２１と交わるようにすることにより、蒸発器４の空気流入面４０および空気流出面５０での風速分布を略均一にすることができる。すなわち、蒸発器４への空気流入速度を略均一化すれば蒸発器４からの空気流出速度も略均一化できる。

図２は、蒸発器４の空気流出面５０を図１の矢印Ｄ向きに見て空気流出面５０を８分割し、分割した各領域毎の、蒸発器４からの流出空気の速度（ｍ／ｓ）を示している。なお、速度を示す数値のうち、（）を付した数値はエアガイド２３がない従来装置の実験値であり、（）を付していない数値はエアガイド２３を備える本実施形態の実験値である。

図２から明らかなように、本実施形態では、分割した領域のうち空気流入空間１０の入口部に近い領域の流出空気速度が従来装置よりも高くなっており、また分割した領域のうち空気流入空間１０の入口部から遠い領域の流出空気速度が従来装置よりも低くなっている。

そして、分割した各領域毎の流出空気速度の最大値と最小値との比を風速比とすると、従来装置の風速比は１．４８であり、本実施形態の風速比は１．２７である。このように、本実施形態の空調装置によると、蒸発器４の空気流出面５０の風速分布が従来よりも均一化されることが確認された。

次に、エアガイド２３の面の延長線ｂの向きを種々変更した場合、およびエアガイド２３なしの場合の、流入空気速度の解析結果について図３に基づいて説明する。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、エアガイド２３の面の延長線ｂが図１の範囲Ｃに入る例であり、このうち、図３（ａ）は延長線ｂが第１絞り面２１における蒸発器４側の端部に向かう例、図３（ｂ）は延長線ｂが第１絞り面２１における反蒸発器４側の端部に向かう例である。図３（ｃ）はエアガイド２３なしの例で、従来装置に相当する。図３（ｄ）および図３（ｅ）は、エアガイド２３の面の延長線ｂが図１の範囲Ｃを外れる例であり、このうち、図３（ｄ）は延長線ｂが第１絞り面２１よりも送風機３から遠い側に向かう例、図３（ｅ）は延長線ｂが第１絞り面２１よりも送風機３に近い側に向かう例である。

図３中の流速の数値は、蒸発器４の空気流入面４０を流入時空気流れ向きＡに沿って４分割したうちの、空気流入空間１０の入口部に最も近い領域の、蒸発器４へ流入する空気の速度（以下、入口部側流速という）を示している。そして、図３（ａ）および図３（ｂ）のように、エアガイド２３の面の延長線ｂが図１の範囲Ｃに入る例の場合は、他の例よりも入口部側流速が高くなることが確認された。

図３（ｃ）のようにエアガイド２３なしの場合は、前述したように空気流入空間１０に流入する空気の一部が蒸発器４の側面４１に衝突して、矢印ｅのように流れの向きが急激に変えられる。この衝突空気流ｅは、蒸発器４の側面４１に衝突しない空気流と衝突することにより、再び蒸発器４の空気流入面４０に沿った方向に流れの向きが変えられものの、蒸発器４における空気流入空間１０の入口部に最も近い領域には空気が流れ難く、このため、入口部側流速が低くなるものと推測される。

図３（ｅ）のように延長線ｂが第１絞り面２１よりも送風機３に近い側（すなわち、空気流れ上流側）に向かう場合は、空気流入空間１０に流入する空気の一部はエアガイド２３により向きが急激に変えられるため、図３（ｃ）の場合と同様に、蒸発器４における空気流入空間１０の入口部に最も近い領域には空気が流れ難く、このため、入口部側流速が低くなるものと推測される。

図３（ｄ）のように延長線ｂが第１絞り面２１よりも送風機３から遠い側に向かう場合は、エアガイド２３に案内された空気は向きが急激に変えられることなく、矢印ｆのように送風機３から遠い側に向かってスムーズに流れる。そして、第１絞り面２１により蒸発器４における空気流入空間１０の入口部に近い領域へ方向転換された空気流れは、流速の高い空気流ｆにより送風機３から遠い側に向きが変えられ、換言すると、空気流ｆが壁となって、蒸発器４における空気流入空間１０の入口部に近い領域への空気流れが遮られ、このため、入口部側流速が低くなるものと推測される。

これに対し、図３（ａ）および図３（ｂ）のように、エアガイド２３の面の延長線ｂが図１の範囲Ｃに入る場合は、図３（ｅ）のように、空気流入空間１０に流入する空気の一部はエアガイド２３により向きが急激に変えられることもなく、また図３（ｄ）のように空気流ｆの流速が著しく高くなることもないため、第１絞り面２１により方向転換された空気流れが、蒸発器４における空気流入空間１０の入口部に近い領域へ流入し易くなり、その結果、入口部側流速が高くなるものと推測される。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図４は本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置における室内空調ユニットの要部構成を示す模式的な平面断面図である。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

上記実施形態では、エアガイド２３は平面であったが、本実施形態は、図４に示すように、エアガイド２３の面は円弧状である。そして、このエアガイド２３の面の延長線ｂは、具体的にはエアガイド２３における空気流れ下流側端部の接線であり、空気流れ上流側の第１絞り面２１と交わる。すなわち、エアガイド２３は、その面の延長線ｂが範囲Ｃに入るように設定されている。これによっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図５は本発明の第３実施形態に係る車両用空調装置における室内空調ユニットの構成を示す模式的な側面断面図である。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

上記実施形態の空調装置は、送風機オフセット配置レイアウトであったが、本実施形態は、図５に示すように、室内空調ユニットにおける空調ユニットが車両左右方向（車両幅方向）の中央部付近に配置され、室内空調ユニットにおける送風機ユニットが空調ユニットの上方に配置される、所謂縦置き配置レイアウトである。これによっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図６は本発明の第４実施形態に係る車両用空調装置における室内空調ユニットの構成を示す模式的な正面断面図である。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６に示すように、蒸発器４は、空気流入面４０および空気流出面５０が略水平になるようにして配置されるとともに、空気流入面４０が空気流出面５０の上方に位置している。

送風機３は、回転軸周りに多数枚の翼を有し、回転軸の軸方向から吸入口３４を介して吸入した空気を径外方に向けて吹き出す遠心式多翼送風機である。送風機３は、回転軸が上下（天地）方向になるようにして配置されており、上方から吸入した空気を水平方向に吹き出すようになっている。

ケース２の第２壁面２５は吸入口３４側に形成され、第１壁面２４は吸入口３４と反対側に形成されている。また、第２壁面２５が第１壁面２４の上方に位置している。

本実施形態のように、空気流入面４０および空気流出面５０が略水平になるようにして蒸発器４が配置された空調装置においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、エアガイド２３の先端部を蒸発器４の空気流入面４０よりも第１壁面２４側に突出させたが、図７に示す変型例のように、エアガイド２３の先端部を蒸発器４の空気流入面４０と面一にしてもよい。

また、上記各実施形態では、エアガイド２３の面の延長線ｂが第１絞り面２１と交わるようにしたが、エアガイド２３の面の延長線ｂが第２絞り面２２と交わるようにしてもよい。

さらに、上記各実施形態では、ケース２の対向壁面２０に２つの絞り面２１、２２を備える空調装置を示したが、本発明はケース２の対向壁面２０に絞り面を１つだけ備える空調装置にも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置における室内空調ユニットの構成を示す模式的な平面断面図である。 図１の蒸発器４への流入空気の速度を示す図である。 比較例を含む空調装置における蒸発器流入空気速度の解析結果を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置における室内空調ユニットの要部構成を示す模式的な平面断面図である。 本発明の第３実施形態に係る車両用空調装置における室内空調ユニットの構成を示す模式的な側面断面図である。 本発明の第４実施形態に係る車両用空調装置における室内空調ユニットの構成を示す模式的な正面断面図である。 本発明に係る車両用空調装置の変型例を示す要部の断面図である。

符号の説明

１ 空気通路
２ ケース
３ 送風機
４ 蒸発器（熱交換器）
１０ 空気流入空間
２０ 対向壁面
２１ 絞り面
２３ エアガイド
４０ 空気流入面
４１ 蒸発器の側面

Claims (6)

1. 空気が流れる空気通路（１）を形成するケース（２）と、
   前記空気通路（１）中に配置されて空気流を発生させる送風機（３）と、
   前記空気通路（１）中における前記送風機（３）の空気流れ下流側に配置されるとともに、空気と熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器（４）とを備え、
   前記ケース（２）は、前記送風機（３）からの空気流が屈曲して前記熱交換器（４）における空気流入面（４０）へ流入するように前記空気通路（１）を形成しており、
   前記熱交換器（４）における前記空気流入面（４０）と前記空気流入面（４０）に対向した前記ケース（２）の対向壁面（２０）との間に空気流入空間（１０）が形成され、
   前記送風機（３）から前記空気流入空間（１０）に流入する際の空気の流れ向き（Ａ）に対して略垂直な絞り面（２１、２２）が前記対向壁面（２０）に形成されている車両用空調装置において、
   前記熱交換器（４）における前記送風機側の面（４１）を覆って、前記熱交換器（４）の側面（４１）に向かって流れてくる空気の流れ向きを変える面を有するエアガイド（２３）を備え、
   さらに、前記絞り面（２１、２２）を複数個備え、前記複数の絞り面（２１、２２）は、前記送風機（３）から離れるに伴い前記熱交換器（４）の空気流入面（４０）に接近して配置され、前記エアガイド（２３）の面の延長線（ｂ）は、複数個の前記絞り面（２１、２２）のうち空気流れ最上流側の絞り面（２１）と交わることを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記空気通路（１）は、前記送風機（３）と前記空気流入空間（１０）との間に形成された接続通路を有し、
   前記接続通路は、前記対向壁面（２０）と連続して形成された第１壁面（２４）とこの第１壁面（２４）に対向して形成された第２壁面（２５）との間に形成され、
   前記エアガイド（２３）の面は、直線状に形成されるとともに、前記第２壁面（２５）に対して傾斜し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. 前記エアガイド（２３）の面は円弧状であり、前記エアガイド（２３）における空気流れ下流側端部の接線（ｂ）が前記絞り面（２１、２２）と交わることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
4. 前記空気通路（１）は、前記送風機（３）と前記空気流入空間（１０）との間に形成された接続通路を有し、
   前記接続通路は、前記対向壁面（２０）と連続して形成された第１壁面（２４）とこの第１壁面（２４）に対向して形成された第２壁面（２５）との間に形成され、
   前記エアガイド（２３）は、前記第２壁面（２５）の前記熱交換器（４）側端部に連続して形成され、
   前記熱交換器（４）は、前記空気流入面（４０）が前記第２壁面（２５）よりも前記第１壁面（２４）側に突出して配置され、前記エアガイド（２３）の先端部は前記熱交換器（４）の前記空気流入面（４０）と面一又は前記空気流入面（４０）よりも前記第１壁面（２４）側に突出して形成さ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つに記載の車両用空調装置。
5. 前記送風機（３）はノーズ部（３２）を有するとともに巻き始め部から巻き終わり部（３３）に亘って渦巻状のスクロールケーシング（３１）を備えた遠心式多翼送風機であり、前記第１壁面（２４）は巻き終わり部（３３）から連続して形成され、前記第２壁面（２５）は前記ノーズ部（３２）から連続して形成されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用空調装置。
6. 前記送風機（３）は回転軸周りに多数枚の翼を有し、前記回転軸の軸方向から吸入口（３４）を介して吸入した空気を径外方に向けて吹き出す遠心式多翼送風機であり、前記第２壁面（２５）は前記吸入口（３４）側に形成され、前記第１壁面（２４）は前記吸入口（３４）と反対側に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用空調装置。

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