JP4913486B2 - ダクト構造 - Google Patents

Description

本発明は、吸気開口と排気開口とを備えたダクト構造に関する。

従来、例えば車両に搭載される組電池を冷却するために、車室内から吸気開口を通じて内部空間（チャンバ）内に冷却風を導入し排気開口を通じて排出するダクト構造が知られている（例えば特許文献１）。

この特許文献１に開示されるダクト構造では、当該ダクトを経由して車室内の空気が組電池パック（筐体）内に導入され、当該パック内の組電池が冷却されるようになっており、組電池の温度上昇を抑制することができる。
特開２００２−２２３５０７号公報

この種のダクト構造では、ダクトの排気開口を形成した部分で旋回流が生じて空気抵抗が増大し、所期の性能（例えば冷却性能）が得られにくくなる場合があった。

そこで、本発明は、ダクトの排気開口を形成した部分で旋回流が生じて空気抵抗が増大するのを抑制することが可能なダクト構造を得ることを目的とする。

本発明にあっては、内部にチャンバが形成された容器に吸気開口および排気開口が形成されたダクト構造において、前記チャンバ内の前記排気開口容器内側となる位置に、前記排気開口の開口方向に沿う旋回流規制面を有して当該排気開口に旋回流が生じるのを規制する旋回流規制部材を設け、前記チャンバは、並列配置されるとともに互いに連通する流路断面積の大きい主流通路と流路断面積の小さい副流通路とで形成され、前記排気開口を、前記主流通路と副流通路の双方に連通するように形成し、前記旋回流規制部材を、副流通路側に配置したことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、旋回流規制部材により、排気開口部分に旋回流が生じて空気抵抗が増大するのを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態にかかるダクト構造の車両への搭載例を示す斜視図、図２は、ダクト構造のチャンバケースを上側から見た斜視図、図３は、チャンバケースを下側から見た斜視図、図４は、チャンバケースを構成するロワケースを一部破断して内部（チャンバ）を露出させた状態を下側から見た斜視図、図５は、チャンバケースを構成するアッパケースを下側から見た平面図、図６は、ロワケースを上側から見た斜視図、図７は、図２のVII−VII断面図、図８は、アッパケースの一部（排気開口付近）を下側から見た平面図、図９は、チャンバにおける空気の流れを示す説明図であって、（ａ）は上側から見た斜視図、（ｂ）は上側から見た平面図、図１０は、旋回流規制部材を設けないチャンバ（比較例）における空気の流れを示す説明図であって、（ａ）は上側から見た斜視図、（ｂ）は上側から見た平面図、図１１は、図３のXI−XI断面図、図１２は、排気開口の開口縁から旋回流規制部材の下縁までの離間距離による空気抵抗の改善効果を示す説明図であって、（ａ）は離間距離と圧力損失（吸気開口と排気開口との間の圧力損失）の改善効果との相関関係を示すグラフ、（ｂ）はデータを示す表である。なお、本明細書では、車両への搭載状態において各方向（前後方向、上下方向、車幅方向）を定義することとする。

なお、以下では、本発明を車両用組電池の冷却風を導入するダクト（以下ではチャンバケースと記す）に適用した場合について例示するが、本発明は、この例に限定されるものではなく、同様の構成を備えたダクトとして他のシステムや装置でも適宜に実施可能である。

図１に示すように、本実施形態では、組電池を内蔵する組電池ケース３が車両１の後部座席の後方に搭載されており、この組電池ケース３内に冷却風を導入するために、車室内から組電池ケース３内に冷却風としての空気を導入し、組電池ケース３から車室外に向けて空気を排出するダクト構造２が構築されている。具体的には、電動ファン４の作動により、車室内側に開口する吸気開口８から導入された空気は、チャンバケース（ダクト）５、電動ファン４、およびダクト６を経由して組電池ケース３内に導入され、さらに当該組電池ケース３からはダクト７を経由して車室外側に開口する排出口９から排出されるようになっている。なお、ダクト６は、電動ファン４と組電池ケース３の開口とを接続するために設けたものであって、必須の構成要素ではなく、電動ファン４と組電池ケース３とが近接配置されている場合等には適宜に省略することができる。

チャンバケース５は、図７に示すように、その内部に形成されたチャンバ（１８Ｗ，１８Ｎ）の内壁面に吸音材１７が設置されている。

このチャンバケース５は、アッパケース１０とロワケース１１とによって、全体として扁平で細長い角筒状（箱状）に形成されており、本実施形態では、その長手方向が車幅方向に沿うように配置される。また、本実施形態では、アッパケース１０の下側開口の周縁に形成されたフランジ１０ｄとロワケース１１の上側開口の周縁に形成されたフランジ１１ｄとを突き合わせ、当該フランジ１０ｄ，１１ｄに形成された係合機構１６（例えばスナップフィット機構）によって、これらを一体化している。

そして、図２に示すように、アッパケース１０の上壁１０ａには略角筒状の吸気筒１２が突設されており、その筒内がチャンバ内と車室内とを連通する吸気開口８となっている。なお、吸気筒１２の先端部（上端部）はラッパ状に拡開されている。

一方、図３に示すように、ロワケース１１の底壁１１ｂには、略円筒状の排気筒１３が突設されており、その筒内がチャンバ内とこの排気筒１３に接続される排気ダクト１９（図１１）内とを連通する排気開口１４となっている。

ここで、吸気筒１２（および吸気開口８）は、平面視でチャンバケース５の短手方向一方側（車両搭載状態では車両前後方向後方側）に寄せて配置される一方、排気筒１３（および排気開口１４）は他方側（車両搭載状態では車両前後方向前方側）に寄せて配置されている。すなわち、吸気筒１２（および吸気開口８）および排気筒１３（および排気開口１４）は、チャンバケース５の平面視で射影された略長方形において一つの対角線上で相互に対向する隅部に寄せて配置されている。

また、アッパケース１０は、平面視で短手方向一方側（車両搭載状態では車両前後方向後方側）の略半分を深く（高く）、他方側（車両搭載状態では車両前後方向前方側）の略半分を浅く（低く）形成してあり、細長い上壁１０ａ，１０ｂ同士が垂壁１０ｅによってステップ状に連設された形状となっている。一方、ロワケース１１は、排気筒１３を形成する側で浅く（高く）形成してあり、吸気筒１２に近い側の略矩形状の底壁１１ａと排気筒１３に近い側の略矩形状の底壁１１ｂとが、傾斜壁１１ｃを介して連設された形状となっているが、平面視で短手方向には深さの変化が無い。

すなわち、チャンバケース５内のチャンバ（以下では空間または空洞とも記す）は、図７に示すように、並列配置された流路断面積の大きい主流通路１８Ｗと、流路断面積の小さい副流通路１８Ｎとが一体化された非対称の流路断面形状を有している。この場合、副流通路１８Ｎに比べて主流通路１８Ｗの方が抵抗が小さく空気が流れやすいため、図８に矢印の太さで模式的に示すように、主流通路１８Ｗ側の空気の流量は、副流通路１８Ｎ側の空気の流量よりも大きくなる。

このチャンバケース５の内部の空洞（チャンバ）は電動ファン４の上流側の空気通路となる。すなわち、電動ファン４の作動により、車室内から吸気開口８を介してチャンバ内に空気が導入され、チャンバ内を流れて排気開口１４から排気ダクト１９を経由して、電動ファン４へ排出される。

このとき、排気開口１４の近傍で旋回流が生じる場合がある。かかる旋回流は、例えば、本実施形態のように非対称な流路断面を有する場合や、吸気開口８と排気開口１４とが流路断面中心に対して相反する側にオフセット配置されている場合、電動ファン４が渦流を生じる場合等に生じやすくなるが、いずれの場合にも、このような旋回流が生じると、空気抵抗が増大して、所期の流量を確保できなくなるおそれがある。

そこで、本実施形態では、チャンバ内に旋回流規制部材としてプレート１５を設け、排気開口１４近傍において旋回流が生じるのを抑制するようにしている。図９はプレート１５を設けた場合の流線であり、図１０はプレート１５を設けなかった場合の流線であるが、これら図９と図１０とを比較すれば、プレート１５を設けることで、特に排気開口１４近傍で旋回流の勢いが弱まっていることが理解できよう。

本実施形態では、図８に示すように、プレート１５は、アッパケース１０の側壁１０ｃに突設されており、排気開口１４の周縁側から中心軸Ｃ側に向けて延伸している。このように、プレート１５を排気開口１４の周縁側から中心軸Ｃ側に向けて延伸させることで、チャンバケース５の側壁（本実施形態ではアッパケース１０の側壁１０ｃ）を利用して、プレート１５を容易に設置することができる。この場合、アッパケース１０の一部として一体成形が可能である。さらに、プレート１５をアッパケース１０の上壁１０ｂと側壁１０ｃとの双方に一体化するのが好適である。こうすれば、プレート１５をより強固に保持することが可能となる。

図１０の（ｂ）に示すように、プレート１５が無い場合には、排気開口１４近傍で旋回する旋回流の中心（渦の中心）は、排気開口１４の中心軸Ｃ近傍に存在することになるから、プレート１５は、中心軸Ｃを挟んで相互に対向する周縁側間に亘って設ける必要はなく、本実施形態のように周縁側から中心軸Ｃ側までの大きさでも、旋回流を弱めることができる。なお、プレート１５を中心軸Ｃを挟んで相互に対向する周縁側間に亘って設けると、プレート１５の表面（旋回流規制面）１５ａとの摩擦による空気抵抗が増大してしまう虞もある。よって、プレート１５の側縁１５ｃは、図１１に示すように、中心軸Ｃと略一致するかあるいは平行となるようにしてある。

また、本実施形態では、プレート１５は、その表面１５ａが中心軸Ｃ（排気開口１４の開口方向）に沿うように、より好ましくは当該中心軸Ｃと平行なあるいは中心軸Ｃを含む位置および姿勢で、配置されている。かかる位置および姿勢でプレート１５を配置することで、開口縁１３ａ付近のチャンバ内でプレート１５の表面１５ａが旋回流の流れの方向とほぼ垂直となる（開口縁１３ａより上側のチャンバ内で旋回流がプレート１５の表面１５ａに略垂直に当たる）ため、旋回流を効率よくブロックすることができる。

さらに、本実施形態では、プレート１５は、平面視で吸気開口８（の中心軸）から見て中心軸Ｃよりも遠い領域（吸気開口８の中心軸からの距離が、中心軸Ｃまでの距離よりも大きい領域；図８では中心軸Ｃより略左側の領域）に設けられている。これは、中心軸Ｃより吸気開口８に近い側では、遠い側に比べて流速が高くなるため、プレート１５の表面１５ａの摩擦による空気抵抗が増大してしまう虞があるからである。

さらにまた、本実施形態では、プレート１５は、副流通路１８Ｎ側に設けられている。これは、上述したように、主流通路１８Ｗでは副流通路１８Ｎに比べて流量が大きくなる分、プレート１５の表面１５ａとの摩擦による空気抵抗が増大してしまう虞があるからである。

また、図１１に示すように、本実施形態では、プレート１５の排気開口１４側の下縁１５ｂが排気開口１４のチャンバ側の開口縁（開口端）１３ａと平行となるようにしてある。

ここで、発明者らは、開口縁１３ａから下縁１５ｂまでの距離Ｈの最適値を得るために、この距離Ｈを種々に変化させたものについてそれぞれ空気抵抗を調べた。図１２は、プレート１５を設けなかった場合の吸気開口８と排気開口１４との間の圧力損失（差圧）を基準（＝０）として、離間距離Ｈを変化させた各場合における圧力損失の変化代（改善代；低減代）を示しており、図１２の（ｂ）のグラフでは、縦軸上側ほど圧力損失が低い、換言すれば、空気抵抗が小さいことを示している。

図１２から、プレート１５の下縁１５ｂを排気開口１４の開口縁１３ａからチャンバ内側に僅かに（５〜１０ｍｍ程度）離間させた位置（＝図１２（ｂ）のグラフの頂点）で、チャンバ内の空気抵抗が最も小さくなることが理解できよう。これは、プレート１５の下縁１５ｂを開口縁１３ａ側に近付け、さらにプレート１５を排気筒１３内に挿入すると、表面積が大きくなって旋回流を規制する効果は大きくなるものの、プレート１５との摩擦による空気抵抗が増大してしまうからであると考えられる。ただし、図１２から、開口縁１３ａより排気筒１３内（排気ダクト１９側）に進出させた場合においても、改善代は小さいものの、空気抵抗を減らす効果が得られることが理解できよう。

なお、本実施形態では、図１１に示すように、排気筒１３内に排気ダクト１９が嵌挿される部分において、外側周壁部１３ｂから内側に一定幅で張り出す環状壁部１３ｃを設けるとともに、その内縁から内側周壁部１３ｄを開口縁１３ａ側に向けて突設し、さらに、開口縁１３ａ近傍を底壁１１ｂからチャンバ内側に向けて環状に膨出させて膨出部１３ｅを形成している。そして排気ダクト１９の先端を環状壁部１３ｃに突き当てて位置決めに用いるとともに、膨出部１３ｅの内面と内側周壁部１３ｄの内面とをともにチャンバ内側に向けてラッパ状に拡開させることで、なるべく剥離や渦の発生の少ない円滑な流れが形成されるようにしている。

次に、本実施形態の変形例にかかるダクト構造について説明する。図１３は、本実施形態の変形例にかかるダクト構造のチャンバケースを成すロワケースを一部破断して内部（チャンバ）を露出させた状態を下側から見た斜視図、図１４は、チャンバケースを成すアッパケースを下側から見た平面図である。

この変形例では、アッパケース１０Ａに、旋回流規制部材として、プレート１５に替えてブロック１５Ａを設けてある。このブロック１５Ａは、プレート１５の表面１５ａと同位置にある略垂直な側面（旋回流規制面）１５Ａａ、チャンバケース５の長手方向に沿う略垂直な側面１５Ａｂ、およびプレート１５の下縁と同位置の略水平な底面１５Ａｃを備えるものである。上記プレート１５に替えてこのブロック１５Ａを設けた場合も、当該プレート１５を設けた実施形態とほぼ同等の効果を得ることができる。

なお、ブロック１５Ａは、プレート１５よりも剛性および強度を高くできる上、チャンバケース５（アッパケース１０Ａ）に固定しやすく、より強固に固定することができるという利点がある。また、このブロック１５Ａをアッパケース１０Ａの一部として設けることができる。一例として、上壁１０ｂをロワケース１１側に向けて凹設することで、その内壁面がチャンバ内に突設する部分として、ブロック１５Ａを形成することが可能である。もちろん、塊状のブロック１５Ａを設けても構わない。

また、複数のプレートを突設することで、当該ブロック１５Ａ状に形成しても同等の効果を得ることができる。この場合、３枚のプレートによって、ブロック１５Ａの側面１５Ａａ，１５Ａｂおよび底面１５Ａｃを形成してもよいし、２枚のプレートによって側面１５Ａａ，１５Ａｂのみを形成してもよい。

一方、上述した吸音材１７によってブロック１５Ａを形成すれば、消音効果を高めることができるという利点がある。この場合、吸音材１７は、上壁１０ｂに接着等することで容易に固定することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。すなわち、上記実施形態に示したチャンバケースはあくまで一例に過ぎず、別の形状のチャンバケース（ダクト）の排気開口において旋回流が形成される場合おいても、本発明を適宜に変形して実施することで、同様に旋回流を規制し、空気抵抗の増大を抑制することが可能である。

本発明の実施形態にかかるダクト構造の車両への搭載例を示す斜視図。 本発明の実施形態にかかるダクト構造のチャンバケースを上側から見た斜視図。 本発明の実施形態にかかるダクト構造のチャンバケースを下側から見た斜視図。 本発明の実施形態にかかるダクト構造のチャンバケースを構成するロワケースを一部破断して内部（チャンバ）を露出させた状態を下側から見た斜視図。 本発明の実施形態にかかるダクト構造のチャンバケースを構成するアッパケースを下側から見た平面図。 本発明の実施形態にかかるダクト構造のチャンバケースを構成するロワケースを上側から見た斜視図。 図２のVII−VII断面図。 本発明の実施形態にかかるダクト構造のチャンバケースを構成するアッパケースの一部（排気開口付近）を下側から見た平面図。 本発明の実施形態にかかるダクト構造のチャンバケース内のチャンバにおける空気の流れを示す説明図であって、（ａ）は上側から見た斜視図、（ｂ）は上側から見た平面図。 旋回流規制部材を設けないチャンバ（比較例）における空気の流れを示す説明図であって、（ａ）は上側から見た斜視図、（ｂ）は上側から見た平面図。 図３のXI−XI断面図。 本発明の実施形態にかかるダクト構造のチャンバケースに設けられた排気開口の開口縁から旋回流規制部材の下縁までの離間距離による空気抵抗の改善効果を示す説明図であって、（ａ）は離間距離と圧力損失（吸気開口と排気開口との間の圧力損失）の改善効果との相関関係を示すグラフ、（ｂ）はデータを示す表。 本発明の実施形態の変形例にかかるダクト構造のチャンバケースを構成するロワケースを一部破断して内部（チャンバ）を露出させた状態を下側から見た斜視図。 本発明の実施形態の変形例にかかるダクト構造のチャンバケースを構成するアッパケースを下側から見た平面図。

符号の説明

Ｃ （排気開口１４の）中心軸
Ｈ 離間距離
１ 車両
２ ダクト構造
５ チャンバケース（ダクト；容器）
８ 吸気開口
１４ 排気開口
１５ プレート（旋回流規制部材）
１５ａ 表面（旋回流規制面）
１５Ａ ブロック（旋回流規制部材）
１５Ａａ 側面（旋回流規制面）
１９ 排気ダクト
１３ａ 開口縁
１８Ｎ 副流通路（チャンバ）
１８Ｗ 主流通路（チャンバ）

Claims (6)

1. 内部にチャンバが形成された容器に吸気開口および排気開口が形成されたダクト構造において、
   前記チャンバ内の前記排気開口容器内側となる位置に、前記排気開口の開口方向に沿う旋回流規制面を有して当該排気開口に旋回流が生じるのを規制する旋回流規制部材を設け、
   前記チャンバは、並列配置されるとともに互いに連通する流路断面積の大きい主流通路と流路断面積の小さい副流通路とで形成され、
   前記排気開口を、前記主流通路と副流通路の双方に連通するように形成し、前記旋回流規制部材を、副流通路側に配置したことを特徴とするダクト構造。
2. 前記旋回流規制部材を、前記排気開口のチャンバ内側の開口縁に対して当該排気開口の中心軸方向チャンバ内側に離間配置したことを特徴とする請求項１に記載のダクト構造。
3. 前記旋回流規制部材を、前記排気開口の周縁側から中心側に向けて進出するように設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のダクト構造。
4. 前記旋回流規制部材を、前記吸気開口に対して排気開口の中心よりも遠い領域に配置したことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一つに記載のダクト構造。
5. 前記旋回流規制部材は板状部材であることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一つに記載のダクト構造。
6. 前記旋回流規制部材はブロック状部材であることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一つに記載のダクト構造。