JP5398170B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、ケーシング内の空気流路中にエバポレータ、エアミックスダンパ、およびヒータが順次配設されている車両用空調装置に関するものである。

ＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）ユニットと称されている車両用空調装置は、通常、ケーシング内の空気流路に沿って上流側からエバポレータ、エアミックスダンパ、ヒータが順次配設され、このエバポレータ、ヒータを流通して温調された空気がエアミックスダンパ下流側のエアミックス域に対して開口されているデフ吹き出し流路、フェース吹き出し流路、フット吹き出し流路の少なくとも１つから、各吹き出し流路に設けられているモードダンパの開閉動作に応じて選択的に車室内へと吹き出されるように構成されている。

かかる構成の車両用空調装置において、車室外からの外気または車室内からの内気のいずれかを切り替えてＨＶＡＣユニットに送風する送風ファン（ブロアユニット）は、ＨＶＡＣユニットに対して車両の左右方向にオフセットされて配置され、ケーシング内の空気流路にほぼ直交するように接続されている。このため、送風ファンから送風される空気流は、ほぼ直角に曲げられた後、エバポレータに流通されるようになっている。

ところで、上記した車両用空調装置では、エバポレータの上流側で空気流がほぼ直角に曲げられることによる損失を抑制するために、エバポレータの上流側に湾曲したガイド板を設けたり、あるいはエバポレータを流通する空気流の風速分布を均一にするため、送風ファンからの空気流路の断面積がファンから遠ざかるにつれて漸次小さくなるように構成したりしている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００２−１４４８４８号公報 特開２００３−２１１９３６号公報

しかしながら、ガイド板による流れの偏向効果は意外に小さく、偏向効果を高めるためにガイド板の数を増やすと、ガイド板による圧力損失が増大し、送風音やファン入力が増加するという問題が生じるとともに、ガイド板の設置によりコストアップを招く等の問題があった。また、送風ファンからの空気流路の断面積を漸次小さくすることにより、エバポレータでの風速分布を改善することはできるが、空気流が流路壁に衝突する等による圧力損失は避け難く、送風音やファン入力が増加するという問題が発生する。

特に、昨今は車両のエンジン音や走行音が大幅に低減される中、車室内にあって、空調装置による送風音が目立ちがちであり、そのため、空調装置側において、圧力損失を可及的に低減し、送風音を抑制することが求められている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、エバポレータに対する空気流の流入損失や空気流路中での圧力損失を低減し、送風音やファン入力を低減す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。

上記課題を解決するために、本発明の車両用空調装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる車両用空調装置は、ケーシング内の空気流路に沿ってエバポレータ、エアミックスダンパ、ヒータが順次配設されているとともに、前記空気流路にほぼ直交して送風ファンが接続され、該送風ファンから送風される空気流が前記エバポレータ、ヒータに流通されて温調された後、下流側に設けられているデフ吹き出し流路、フェース吹き出し流路、フット吹き出し流路の少なくとも１つから車室内へと吹き出される車両用空調装置において、前記エバポレータは、前記空気流路の空気流入口の直後に鉛直方向に配設され、その上流側コア面が、前記空気流路の前記空気流入口にほぼ直交して接続されている前記送風ファンからの空気流に対して正対するように斜めに対向配設されており、前記エバポレータと前記ヒータとの間に設けられ、上部に前記エアミックスダンパが当接される堰部は、その高さが前記エバポレータの斜めの配設に対応して前記送風ファンから遠ざかるにつれて漸次低くなる構成とされていることを特徴とする。

本発明によれば、空気流路の空気流入口の直後に鉛直方向に配設されているエバポレータの上流側コア面が、空気流路にほぼ直交して接続される送風ファンからの空気流に対して正対するように斜めに対向配設されているので、エバポレータの上流側での空気流の曲がりによる流入損失を低減することができる。このため、空気流路での圧力損失やファン回転数を低減して風量を確保することができ、送風音やファン入力を抑制することが可能となる。また、エバポレータを空気流に対して斜めに対向配設することにより、その上流側の流路面積が必然的にファンから遠ざかるにつれて漸次小さくなるため、流路断面積を変化させることなく、エバポレータでの風速分布を均一化でき、熱交換性能を高めることができる。さらに、エバポレータとヒータとの間に設けられている堰部の高さがエバポレータの斜めの配設に対応して送風ファンから遠ざかるにつれて漸次低くなる構成とされているため、高さが漸次低くされた分だけ、堰部での圧力損失を低減することができ、これによって、送風音やファン入力の更なる抑制を図ることができる。また、送風ファンから遠ざかるにつれ流路長が長くなって圧力損失が大きくなるが、その分堰部での圧力損失を低減できることから、空気流路の幅方向において均一な流れを実現し、温調性を改善することができる。なお、堰部の高さを漸次低くしても、エバポレータとの間に距離が確保されるため、エバポレータで発生したドレン水が堰部を飛び越えて飛散する心配はない。

さらに、本発明の車両用空調装置は、上記の車両用空調装置において、前記エアミックスダンパのダンパ板は、回転軸からダンパ板先端までの距離が前記堰部の高さ変化に対応して漸次大きくされた台形形状とされていることを特徴とする。

本発明によれば、堰部の高さ変化に対応してエアミックスダンパのダンパ板が回転軸からダンパ板先端までの距離が漸次大きくされた台形形状とされているため、最大冷房（マックスクール）時において、エアミックスダンパのダンパ板先端を堰部の上部に確実に当接させ、ヒータ側への空気流路を遮断することができる。従って、堰部の高さを変化させても、エアミックスダンパの回転軸や周辺の流路形状等に影響を及ぼすことがなく、温調性能を確保することができる。

さらに、本発明の車両用空調装置は、上述のいずれかの車両用空調装置において、前記堰部は、その上部に前記エアミックスダンパのダンパ板先端が当接される傾斜面が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、堰部の上部にエアミックスダンパのダンパ板先端が当接される傾斜面が設けられているため、最大冷房（マックスクール）時に、エアミックスダンパを締め切る際、堰部の傾斜面に対してエアミックスダンパのダンパ板先端を幅方向の全幅にわたり一様に接触させ、エアミックスダンパを確実に締め切ることができる。従って、最大冷房性能を維持することができる。

本発明によると、エバポレータの上流側での空気流の曲がりによる流入損失を低減することができるため、空気流路での圧力損失やファン回転数を低減して風量を確保することができ、送風音やファン入力を抑制することが可能となる。また、エバポレータを斜めに配設することにより、その上流側の流路面積が必然的にファンから遠ざかるにつれて漸次小さくなるため、流路断面積を変化させることなく、エバポレータでの風速分布を均一化でき、熱交換性能を高めることができる。さらに、エバポレータとヒータとの間に設けた堰部の高さが送風ファンから遠ざかるにつれて漸次低くされる分だけ、堰部での圧力損失を低減できるため、送風音やファン入力の更なる抑制を図ることができる。また、送風ファンから遠ざかるにつれ流路長が長くなって圧力損失が大きくなるが、その分堰部での圧力損失を低減できることから、空気流路の幅方向において均一な流れを実現し、温調性を改善することができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の縦方向に切断した端面図が示され、図２には、そのエバポレータ周りの配置構成を示す斜視図が示されている。
車両用空調装置（ＨＶＡＣユニット）１は、空気流路３を形成するケーシング２を備えている。

ケーシング２の上流部には、後述する送風ファン２０から送風される空気流が、図１において紙面の直角方向から流入される空気流入口４が設けられている。また、ケーシング２の下流側には、温調された空気を車室内へと吹き出すためのデフ吹き出し流路５、フェース吹き出し流路６、およびフット吹き出し流路７が設けられ、それぞれ車室内に向けて開口されている図示省略のデフ吹き出し口、フェース吹き出し口、フット吹き出し口に連通されている。

ケーシング２の空気流路３中において、空気流入口４の直後にはエバポレータ８が後述するように配設され、その下流側には堰部９を隔ててヒータ１０が配設されている。ヒータ１０の入口側には、エバポレータ８を流通した空気流についてヒータ１０側に流す割合と、ヒータ１０をバイパスして流す割合とを調整するエアミックスダンパ１１が設けられている。このエアミックスダンパ１１の開度制御によってエバポレータ８で冷却された冷風と、ヒータ１０で加熱された温風との混合割合が調整され、車室内へと吹き出される空気流の温度が設定温度にコントロールされるようになっている。

エアミックスダンパ１１の下流側には、ヒータ１０をバイパスした冷風とヒータ１０で加熱された温風とを混合するエアミックス域１２が設けられており、このエアミックス域１２にヒータ１０で加熱された温風を導くための温風流路１３が仕切壁１４によって形成されている。温風流路１３は、ヒータ１０の上方位置において、ヒータ１０をバイパスしてエアミックス域１２に流通された冷風に対してクロスする方向から温風を供給できるように開口されている。

温風流路１３を形成する仕切壁１４の端部１４Ａは、ヒータ１０の真上付近のエアミックス域１２に臨む位置に配置されている。この端部１４Ａは、フェース吹き出し流路６を形成する車室内側壁面（図１に示すフェース吹き出し流路６の右側壁面）を下方に延長した面よりもやや車室内側寄り（図１の右側）に位置させることが、仕切壁端部１４Ａへの温調風の衝突を抑制する上で望ましい。ただし、右側に寄せすぎると、エアミックス性能が低下するおそれがあるので、適正位置に設定する必要がある。

エアミックスダンパ１１には、ダンパ回転軸１１Ａから反対側に延長されているサブダンパ１１Ｂが一体に設けられており、このサブダンパ１１Ｂは、温風流路１３の出口部で回転され、エアミックスダンパ１１によりヒータ１０側への空気流が遮断される最大冷房時（図１に示す状態）に、仕切壁１４の端部１４Ａに当接されて、温風流路１３の出口を閉鎖できるように構成されている。

デフ吹き出し流路５、フェース吹き出し流路６、およびフット吹き出し流路７は、それぞれエアミックス域１２に臨むように開口されている。このうち、デフ吹き出し流路５およびフェース吹き出し流路６は、エアミックス域１２の上方部位において車両前後方向に沿って順次開口されている。また、フット吹き出し流路７は、フェース吹き出し流路６に隣接し、その上流において車室内側に開口されている。このフット吹き出し流路７は、仕切壁１４を隔てて温風流路１３と隣接しており、ユニット下方に延長されている。

デフ吹き出し流路５、フェース吹き出し流路６、およびフット吹き出し流路７には、それぞれ各吹き出し流路５，６，７を開閉するバタフライ式モードダンパ１５，１６，１７が設けられている。デフモードダンパ１５は、デフモード時およびデフフットモード時に開かれ、フェースモードダンパ１６は、フェースモード時およびバイレベルモード時に開かれ、フットモードダンパ１７は、フットモード時、デフフットモード時およびバイレベルモード時に開かれように予め調整されている。

シロッコファンと称される多翼遠心ファンからなる送風ファン２０が、図２に示されるように、車両用空調装置（ＨＶＡＣユニット）１に対して側方（右方向または左方向；図２に示す例では、正面側から見て右方向）にオフセットされ、送風方向が空気流路３にほぼ直交するように配置されている。送風ファン２０のファンケーシング２１と、ＨＶＡＣユニット１のケーシング２とは、高さ方向の寸法が異なることから、ディフューザ２２を介して接続されている。

ケーシング２内の空気流路３中に配設されるエバポレータ８は、その上流側コア面８Ａが、送風ファン２０から送風される空気流に対して正対（対向）するように斜めに配設されている。つまり、方形形状をなすエバポレータ８は、送風ファン２０から遠い側の端部が近い側の端部に比べて空気流路３中において前方に位置するように鉛直に傾斜されて配置されている。なお、送風ファン２０は、図示省略の内外気切り替え装置を介して車室外からの外気または車室内からの内気のいずれかを送風可能とされている。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
送風ファン２０からディフューザ２２を介して送風され、ケーシング２の空気流入口４から空気流路３に流入された空気は、エバポレータ８を流通される間に冷却される。その後、エアミックスダンパ１１の開度に応じてヒータ１０をバイパスする割合とヒータ１０側に流通される割合とが調整され、ヒータ１０側に分流された冷風は、ヒータ１０を流通する間に加熱される。このヒータ１０で加熱された温風と、ヒータ１０をバイパスした冷風とがエアミックス域１２で混合され、設定温度にコントロールされた後、デフ吹き出し流路５、フェース吹き出し流路６、フット吹き出し流路７の少なくとも１つを経て車室内へと吹き出される。

車室内への吹き出しモードは、デフ吹き出し流路５、フェース吹き出し流路６、フット吹き出し流路７に設けられているデフモードダンパ１５、フェースモードダンパ１６、フットモードダンパ１７の開閉により、デフモード、フェースモード、フットモード、デフフットモード、バイレベルモード等に適宜切り替えることができる。図１には、フェースモードダンパ１６が開かれているフェースモードであって、エアミックスダンパ１１がヒータ１０側への流路とバイパス流路との間のほぼ中間に位置された状態（温調状態）が示されている。

ここで、送風ファン２０から車両用空調装置（ＨＶＡＣユニット）１の空気流入口４に送風される空気流は、図２に示されるように、エバポレータ８が空気流路３中にその上流側コア面８Ａが空気流に対して正対（対向）するように斜めに配設されているため、送風ファン２０から遠ざかるにつれて必然的に流路面積が漸次小さくなる流路を経て漸次エバポレータ８へと流通され、直交している空気流路３へと曲げられて流出される。

このため、エバポレータ８の上流側で、ガイド板や縮小された流路壁に衝突して空気流が強制的に曲げられることによる損失を抑制し、エバポレータ８への流入損失を低減することができる。従って、空気流路３中での圧力損失やファン回転数を低減して風量を確保することができ、送風音やファン入力を抑制することが可能となる。また、エバポレータ８が斜めに配設されることにより、その上流側の流路面積が必然的にファンから遠ざかるにつれて漸次小さくなるため、流路断面積を変化させることなく、エバポレータ８での風速分布を均一化でき、熱交換性能を高めることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３ないし図５を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、エバポレータ８とヒータ１０との間に設けられている堰部３０およびエアミックスダンパ３１の構成が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、図３ないし図５に示されるように、空気流路３中に傾斜して配設されたエバポレータ８に対応して、エバポレータ８とヒータ１０との間に設けられている堰部３０の高さが送風ファン２０から遠ざかるにつれて漸次低くなるようにされている。

また、堰部３０の上部に当接してヒータ１０側への空気流路３を遮蔽するエアミックスダンパ３１は、ダンパ板３１Ａが堰部３０の高さ変化に対応して回転軸３１Ｂからダンパ板先端までの距離が漸次大きくされた台形形状とされ、高さが送風ファン２０から遠ざかるにつれて漸次低くされている堰部３０に対して確実に当接されるようにしている。さらに、堰部３０およびエアミックスダンパ３１を上記のように構成しても、堰部３０の上部とエアミックスダンパ３１のダンパ板３１Ａ先端とが幅方向の全幅にわたり一様に接触されるように堰部３０の上部に一定の幅を有する傾斜面３０Ａを形成している。

つまり、エアミックスダンパ３１の回転軸３１Ｂやヒータ１０周辺の空気流路等を変更することなく、高さが送風ファン２０から遠ざかるにつれて漸次低くされた堰部３０の上部に、台形形状とされたエアミックスダンパ３１のダンパ板３１Ａの先端を一様に当接させるには、図４，５に示されるように、両者の当接線が堰部３０の高さが低くなる方の端部とダンパ３回転軸３１Ｂとの距離がファンから遠ざかるにつれて漸次大きくなるように空気流路３に直交する方向だけではなく前後方向にも傾斜するので、堰部３０の上部に一定の幅を有する傾斜面３０Ａを形成することが一様な当接を得るうえで望ましい。

しかして、本実施形態によれば、エバポレータ８とヒータ１０との間に設けられている堰部３０の高さがエバポレータ８の斜めの配設に対応して送風ファン２０から遠ざかるにつれて漸次低くなるようにされているため、高さが漸次低くされた分だけ、堰部３０での圧力損失を低減することができる。これによって、送風音やファン入力の抑制を一段と高めることができる。

また、送風ファン２０から遠ざかるにつれ空気流路３の長さが長くなって圧力損失が大きくなるが、その分堰部３０での圧力損失を低減できることから、空気流路３の幅方向において均一な流れを実現することが可能となり、温調性を改善することができる。
なお、堰部３０の高さを漸次低くしても、エバポレータ８との間に距離がその傾斜配設によって大きくなるため、エバポレータで発生したドレン水が堰部を飛び越えて飛散する心配はない。

また、堰部３０の高さ変化に対応してエアミックスダンパ３１のダンパ板３１Ａが回転軸３１Ｂからダンパ板３１Ａ先端までの距離が漸次大きくされた台形形状とされているため、最大冷房（マックスクール）時において、エアミックスダンパ３１のダンパ板３１Ａ先端を堰部３０の上部に確実に当接させ、ヒータ１０側への空気流路３を遮断することができる。従って、堰部３０の高さを変化させても、エアミックスダンパ３１の回転軸３１Ｂや周辺の流路形状等に影響を及ぼすことがなく、温調性能を確保することができる。

さらに、堰部３０の上部にエアミックスダンパ３１のダンパ板３１Ａ先端が当接される傾斜面３０Ａが設けられているため、両者の当接線が三次元方向に傾斜しているにもかかわらず、最大冷房（マックスクール）時に、エアミックスダンパ３１を締め切る際、堰部３０の傾斜面３０Ａに対してエアミックスダンパ３１のダンパ板３１Ａ先端を幅方向の全幅にわたり一様に接触させ、エアミックスダンパ３１を確実に締め切ることができる。従って、最大冷房性能を維持することができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、エアミックスダンパ１１，３１について、バタフライ式ダンパを用いた例について説明したが、必ずしもバタフライ式ダンパである必要はなく、ダンパ板の一辺に回転軸を設けたドア式ダンパを用いてもよい。また、上記の実施形態では、図３ないし図５に示されるように、堰部３０の上流側面を空気流路３に直交させ、下流側面を空気流路３に傾斜させて設けた例を示したが、堰部３０自体を空気流路３に対して傾斜させて設けてもよい。

本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の縦方向に切断した端面図である。 図１に示す車両用空調装置のエバポレータ周りの配置構成を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置のエアミックスダンパ周りの斜視図である。 図３に示す車両用空調装置の堰部とエアミックスダンパとの配置関係を示す正面図（Ａ）とその側面図（Ｂ）である。 図４に示された堰部とエアミックスダンパとを斜め上方から見た斜視図である。

１ 車両用空調装置
２ ケーシング
３ 空気流路
５ デフ吹き出し流路
６ フェース吹き出し流路
７ フット吹き出し流路
８ エバポレータ
８Ａ 上流側コア面
１０ ヒータ
１１ エアミックスダンパ
２０ 送風ファン
３０ 堰部
３０Ａ 傾斜面
３１ エアミックスダンパ
３１Ａ ダンパ板
３１Ｂ 回転軸

Claims (3)

1. ケーシング内の空気流路に沿ってエバポレータ、エアミックスダンパ、ヒータが順次配設されているとともに、前記空気流路にほぼ直交して送風ファンが接続され、該送風ファンから送風される空気流が前記エバポレータ、ヒータに流通されて温調された後、下流側に設けられているデフ吹き出し流路、フェース吹き出し流路、フット吹き出し流路の少なくとも１つから車室内へと吹き出される車両用空調装置において、
   前記エバポレータは、前記空気流路の空気流入口の直後に鉛直方向に配設され、その上流側コア面が、前記空気流路の前記空気流入口にほぼ直交して接続されている前記送風ファンからの空気流に対して正対するように斜めに対向配設されており、
   前記エバポレータと前記ヒータとの間に設けられ、上部に前記エアミックスダンパが当接される堰部は、その高さが前記エバポレータの斜めの配設に対応して前記送風ファンから遠ざかるにつれて漸次低くなる構成とされていることを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記エアミックスダンパのダンパ板は、回転軸からダンパ板先端までの距離が前記堰部の高さ変化に対応して漸次大きくされた台形形状とされ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. 前記堰部は、その上部に前記エアミックスダンパのダンパ板先端が当接される傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。

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