JP6174339B2

JP6174339B2 - 遠心送風機及びそれを備えた車両用空調装置

Info

Publication number: JP6174339B2
Application number: JP2013044377A
Authority: JP
Inventors: 真俊川埼
Original assignee: Sanden Holdings Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: WO2014136766A1; JP2014173442A

Description

本発明は、遠心送風機及びそれを備えた車両用空調装置に関し、詳しくは、遠心送風機及びそれをＨＶＡＣ（Heating Ventilation & Air Conditioning）ユニットに内設した車両用空調装置に関する。

この種の遠心送風機には、駆動軸が連結された基部、空気の吸込口を形成する環状部、基部と環状部とに連結されるとともに駆動軸の軸周に沿って配列され、空気の送風口を形成する複数のブレードから構成されたファンを備えたものが知られている。
そして、例えば特許文献１には、駆動軸の軸線に沿った遠心送風機の縦断面の軸周におけるファンの輪郭が、基部側から環状部に至るまで逆テーパ状（先太形状）に外径を大きくした逆テーパ部と、基部から逆テーパ部に至るまで外径をテーパ状（先細形状）に小さくしたテーパ部とから構成し、逆テーパ部とテーパ部との境界にくびれ部を形成した多翼ファンが開示されている。

特許第３２６０５４４号公報

この従来技術の多翼ファンは、前記くびれ部が軸線に沿ったブレードの高さの中間点に形成されるが、遠心送風機の送風量の変更を考慮したときのくびれ部の形成位置、更にはブレード群の輪郭におけるテーパ部の拡径率の最適範囲について格別な配慮がなされておらず、遠心送風機の送風性能の最適化には依然として課題が残されていた。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、送風性能の最適化を実現した遠心送風機及びこれを備えた車両用空調装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の遠心送風機は、駆動軸が連結された基部、空気の吸込口を形成する環状部、基部と環状部とに連結されるとともに駆動軸の軸周に沿って配列され、空気の送風口を形成する複数のブレードからなるファンを備えた遠心送風機であって、駆動軸の軸線に沿った遠心送風機の縦断面の軸周におけるファンの輪郭は、基部側から環状部に至るまで逆テーパ状に外径を大きくした逆テーパ部と、基部から逆テーパ部に至るまで外径をテーパ状に小さくし、逆テーパ部との境界にくびれ部を形成するテーパ部とからなり、軸線に沿ったブレードの高さ：Ｈ１、軸線に沿ったテーパ部の高さ：Ｈ２、Ｈ１に対するＨ２の高さ比率：Ｈ２／Ｈ１＝ＲＨとしたとき、ＲＨ＝０．１〜０．４が成立し、テーパ部の最大外径：Ｄ１、逆テーパ部の最大外径：Ｄ２、逆テーパ部を環状部から基部に至るまで延設したと仮定したときのファンの輪郭の仮想最小外径：Ｄ３とし、ファンの輪郭におけるテーパ部の拡径率：（Ｄ１−Ｄ３）／（Ｄ２−Ｄ３）＝ＲＷとしたとき、ＲＷ＝０．２〜０．７が成立する。

請求項２記載の車両用空調装置は、請求項１に記載の遠心送風機がＨＶＡＣユニットに内設されている。

請求項１記載の遠心送風機によれば、ファンがその輪郭にくびれ部を有することにより、空気の吸込口から離間した基部近傍の領域においてファンの送風圧力を増大させることができ、ファンの全域に亘る偏りの少ない送風を実現することができる。特に、ブレードの高さＨ２に対するテーパ部の高さＨ１の高さ比率ＲＨを０．１〜０．４と規定することにより、遠心送風機の送風量を高風量としたときの高風量側送風圧力の低減量を最小に抑制しながら、遠心送風機の送風量を低風量としたときの低風量側送風圧力を効果的に増大することができるため、遠心送風機の送風性能を大幅に向上することができる。

請求項２記載の車両用空調装置によれば、前述した遠心送風機をＨＶＡＣユニットに内設することにより、車両用空調装置の空調性能を大幅に向上することができる。

本発明の一実施例に係る車両用空調装置及びそれに備えられたＨＶＡＣユニットの模式図である。図１のファンの斜視図である。図１のファンの側面図である。図１のファンの輪郭Ｌｏを示した説明図である。図１の本実施例のファン、比較例１のファン、比較例２のファンのＰＱ特性及び車両用空調装置の通気抵抗特性を示した図である。図４のＨ１に対するＨ２の高さ比率ＲＨを変更したときの低風量側ファン圧力ＰＬ及び高風量側ファン圧力ＰＨの変化を示した図である。図４のテーパ部の拡径率ＲＷを変更したときの低風量側ファン圧力ＰＬ及び高風量側ファン圧力ＰＨの変化を示した図である。図４のファンのファン全圧（送風圧力）分布を示した図である。

図１は本発明の一実施例に係る車両用空調装置１に備えられたＨＶＡＣユニット２の縦断面図である。ＨＶＡＣユニット２は、車両の車室内前方側に搭載され、車両のエンジンルームと車室内とを区画するファイヤーウォールの車室内側面に固定されている。
ＨＶＡＣユニット２は、内部に空気流路４を形成するケーシング６を備え、空気流路４は車室内外の空気を導入するための導入口８と、車室内に空気を吹き出すための図示しないフット用、フェイス用、或いはデフロスタ用等の吹出口との間に形成され、また、ケーシング６には、導入口８からケーシング６内に空気を導入するための遠心送風機１０が内設されている。

ケーシング６内の空気流路４には、空気の流れ方向から順に、蒸発器１２、室内凝縮器１４が配置されている。蒸発器１２及び室内凝縮器１４は、何れも図示しない圧縮機、レシーバ、膨張弁、室外熱交換器等の他の構成機器とともに冷媒回路であるヒートポンプ回路１６を構成している。
蒸発器１２は、その内部を流れる低温冷媒との熱交換によって空気を冷却する。また、室内凝縮器１４は、空気流路４において蒸発器１２の下流側に配され、その内部を流れる高温冷媒との熱交換によって蒸発器１２を流通した空気を加熱する一方、冷媒を凝縮する。また、空気流路４の蒸発器１２と室内凝縮器１４との間にはダンパ１８が配置されており、空調装置１の操作パネルを乗員が操作することによってダンパ１８が開閉される。

ダンパ１８を開動作することにより、蒸発器１２を流通した空気が室内凝縮器１４に流通され、一方、ダンパ１８を閉動作することにより、蒸発器１２を流通した空気が室内凝縮器１４をバイパスして流通され、各吹出口から設定された温度の空気の吹き出しが行われる。
詳しくは、ダンパ１８は蒸発器１２を流通した空気と室内凝縮器１４を流通した空気とを混合させて各吹出口に導くエアミックスダンパであって、ダンパ１８を開動作させることにより、空気を室内凝縮器１４に流通させる流路２０が形成される。一方、ダンパ１８を閉動作させることにより、室内凝縮器１４をバイパスして空気を流すバイパス流路２２が形成される。

空調装置１の暖房出力最大時（暖房時）には、ダンパ１８が流路２０を全開とし、バイパス流路２２を全閉とする。このとき、遠心送風機１０から送風された空気は、空気流路４において蒸発器１２を流通した後、全て流路２０に流れて室内凝縮器１４を流通する。
一方、空調装置１の冷暖房出力時（中温時）には、例えば図１に示すように、ダンパ１８が流路２０を半開（５０％開度）とし、バイパス流路２２を半閉（５０％開度）とする中間位置に位置付けられる。このとき、遠心送風機１０から送風された空気は、空気流路４において蒸発器１２を流通した後、一部が流路２０に流れて室内凝縮器１４を流通するとともに一部がバイパス流路２２にも流入する。

一方、空調装置１の冷房出力最大時（冷房時）には、ダンパ１８が流路２０を全閉とし、バイパス流路２２を全開とする。このとき、遠心送風機１０から送風された空気は、空気流路４において蒸発器１２を流通した後、全てバイパス流路２２に流入する。
図２及び図３に示されるように、遠心送風機１０は多翼ファン（シロッコファン）であって、ファン２４及びモータ２６を備えている。ファン２４は、モータ２６の駆動軸２８が連結された半球コーン形状の基部３０、導入口８から導入された空気の吸込口３２を形成する環状部３４、基部３０と環状部３４とに連結されるとともに駆動軸２８の軸周に沿って配列された多数のブレード３６から概略構成されている。

ブレード３６は、駆動軸２８の図２に矢印で示す回転方向に凹に湾曲した円弧状の前向き羽根であり、隣り合うブレード３６間にはそれぞれ空気の送風口３８が形成されている。また、多数のブレード３６は環状に配列されたブレード群４０によりファン２４の側面を構成している。そして、遠心送風機１０がモータ２６により回転駆動されることにより、導入口８を経て吸込口３２からブレード群４０の内方に吸い込まれた空気は、遠心力により昇圧されながら所定の送風圧力Ｐで送風口３８から吐出され、ブレード群４０の外周に沿って流れながらケーシング６の内壁により整流され、空気流路４を経て吹出口側に送風される。

ここで、図４に示すように、ファン２４の側面を駆動軸２８の軸線、すなわち軸線方向Ｌに沿った遠心送風機１０の縦断面の軸周におけるブレード群４０からなるファン２４の輪郭Ｌｏとして規定する。このとき、輪郭Ｌｏは、基部３０側から環状部３４に至るまで逆テーパ状（先太形状）に外径を大きくした逆テーパ部４２と、基部３０から逆テーパ部４２に至るまで外径をテーパ状（先細形状）に小さくし、逆テーパ部４２との境界にくびれ部４４を形成するテーパ部４６とから構成されている。

そして、本実施例の遠心送風機１０では、軸線方向Ｌに沿ったブレード３６（ブレード群４０）の高さ：Ｈ１、軸線方向Ｌに沿ったテーパ部４６の高さ：Ｈ２、Ｈ１に対するＨ２の高さ比率：Ｈ２／Ｈ１＝ＲＨと定義したとき、
ＲＨ＝０．１〜０．４（１）
の関係式が成立している。なお、Ｈ１は４０〜７０ｍｍ程度の値である。

また、テーパ部４６の最大外径：Ｄ１、逆テーパ部４２の最大外径：Ｄ２、逆テーパ部４２を環状部３４から基部３０に至るまで仮想線Ｌｖで延設したと仮定したときのファン２４の輪郭Ｌｏの仮想最小外径：Ｄ３とし、ファン２４の輪郭Ｌｏにおけるテーパ部４６の拡径率：（Ｄ１−Ｄ３）／（Ｄ２−Ｄ３）＝ＲＷと定義したとき、
ＲＷ＝０．２〜０．７（２）
の関係式が成立している。なお、Ｄ１、Ｄ２は１１０〜１６０ｍｍ程度、Ｄ３は１００〜１４５ｍｍ程度の値である。

図５は、本実施例のくびれ部４４を有するファン２４（実施例）、くびれ部４４を有さず逆テーパ部４２のみから構成されたファン（比較例１）、前記式（１）、（２）を満たさない別の形態のくびれ部を有するファン（比較例２）の風量−ファン全圧（静圧）特性（ＰＱ特性）を示す。この図５には、前述した空調装置１の暖房時、中温時、冷房時の各通風抵抗曲線も示されている。

空調装置１の暖房運転時には、遠心送風機１０から送風された空気は、空気流路４において蒸発器１２を流通した後、全て流路２０に流れて室内凝縮器１４を流通するため、空気流路４における通風抵抗Ｄが破線で示すように最も大きくなる。
一方、空調装置１の中温運転時には、遠心送風機１０から送風された空気は、空気流路４において蒸発器１２を流通した後、一部が流路２０に流れて室内凝縮器１４を流通するとともに一部がバイパス流路２２にも流入するため、空気流路４における通風抵抗Ｄが実線で示すように暖房運転時に比して小さくなる。

一方、空調装置１の冷房運転時には、遠心送風機１０から送風された空気は、空気流路４において蒸発器１２を流通した後、全てバイパス流路２２に流入するため、空気流路４における通風抵抗Ｄが一点鎖線で示すように最も小さくなる。
この図５から明らかなように、遠心送風機１０の空気流路４における通風抵抗Ｄの観点からは、本実施例のファン２４と比較例１，２の各ファンとは空調装置１の冷房運転時には大差ないＰＱ特性を示すものの、空調装置１の中温運転時及び暖房運転時にはＰＱ特性の改善がみられ、特に暖房運転時にはＰＱ特性の大幅な改善が見られる。すなわち、前述した式（１）、（２）を満たすファン２４を用いることにより送風量を増加させることができる。

一方、図６に示すように遠心送風機１０の送風量の観点からは、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｈ１を前述した範囲の特定値に固定し、Ｈ１に対するＨ２の高さ比率ＲＨを変更したとき、高さ比率ＲＨが大きいほど、遠心送風機１０が低風量モードのときの低風量側ファン圧力ＰＬが大きくなり、遠心送風機１０が高風量モードのときの高風量側ファン圧力ＰＨが小さくなる傾向にある。

しかし、ファン２４が前述した式（１）を満たすように高さ比率ＲＨを０．１〜０．４の範囲とすることにより、高風量側ファン圧力ＰＨの低減量を最小に抑制しながら、低風量側ファン圧力ＰＬを効果的に増大することができる。なお、図６から明らかなように、遠心送風機１０を低風量モードのみで使用する場合には、高さ比率ＲＨが大きいほど、すなわち、くびれ部４４を環状部３４に近づけるほど低風量側ファン圧力ＰＬを増大させることが可能である。

また、図７に示すように、Ｄ２、Ｄ３、Ｈ１を前述した範囲の特定値に固定し、Ｄ１を変更することによりブレード群４０の輪郭Ｌｏにおけるテーパ部４６の拡径率ＲＷを変更したとき、拡径率ＲＷが０．５前後のときに前述した低風量側ファン圧力ＰＬ及び高風量側ファン圧力ＰＨが最大となる傾向にある。従って、ファン２４が前述した式（２）を満たすように拡径率ＲＷを０．２〜０．７の範囲とすることにより、低風量側ファン圧力ＰＬ及び高風量側ファン圧力ＰＨの双方を効果的に増大することができる。

以上のように本実施例では、ファン２４がその輪郭Ｌｏにくびれ部４４を有することにより、図８に示すように、吸込口３２から離間した基部３０近傍の領域、すなわちテーパ部４６においてファン２４のファン圧力（送風圧力）を増大することができ、ファン２４の全域に亘る偏りの少ないファン全圧Ｐを実現することができる。

特に、ブレード３６の高さＨ２に対するテーパ部４６の高さＨ１の高さ比率ＲＨを０．１〜０．４と規定することにより、高風量側ファン圧力ＰＨの低減量を最小に抑制しながら、低風量側ファン圧力ＰＬを効果的に増大することができるため、遠心送風機１０の送風性能を大幅に向上することができる。
また、ファン２４の輪郭Ｌｏにおけるテーパ部４６の拡径率ＲＷを０．２〜０．７と規定することにより、高風量側及び低風量側送風圧力ＰＨ，ＰＬを双方とも効果的に増大することができるため、遠心送風機１０の送風性能を更に効果的に向上することができる。

本発明は、前述の実施形態に制約されるものではなく種々の変形が可能である。
例えば、前述した実施例では遠心送風機１０は車両用空調装置１のＨＶＡＣユニット２に内設した場合について説明し、遠心送風機１０の送風性能の向上により車両用空調装置１の空調性能をも大幅に向上することができる。しかし、これに限らず、遠心送風機１０を他の装置に適用しても良い。

１車両用空調装置
２ＨＶＡＣユニット
１０遠心送風機
２４ファン
２８駆動軸
３０基部
３２吸込口
３４環状部
３６ブレード
３８送風口
４２逆テーパ部
４４くびれ部
４６テーパ部

Claims

駆動軸が連結された基部、空気の吸込口を形成する環状部、前記基部と前記環状部とに連結されるとともに前記駆動軸の軸周に沿って配列され、前記空気の送風口を形成する複数のブレードからなるファンを備えた遠心送風機であって、
前記駆動軸の軸線に沿った前記遠心送風機の縦断面の軸周における前記ファンの輪郭は、前記基部側から前記環状部に至るまで逆テーパ状に外径を大きくした逆テーパ部と、前記基部から前記逆テーパ部に至るまで外径をテーパ状に小さくし、前記逆テーパ部との境界にくびれ部を形成するテーパ部とからなり、
前記軸線に沿った前記ブレードの高さ：Ｈ１、前記軸線に沿った前記テーパ部の高さ：Ｈ２、Ｈ１に対するＨ２の高さ比率：Ｈ２／Ｈ１＝ＲＨとしたとき、
ＲＨ＝０．１〜０．４
が成立し、
前記テーパ部の最大外径：Ｄ１、前記逆テーパ部の最大外径：Ｄ２、前記逆テーパ部を前記環状部から前記基部に至るまで延設したと仮定したときの前記ファンの前記輪郭の仮想最小外径：Ｄ３とし、前記ファンの前記輪郭における前記テーパ部の拡径率：（Ｄ１−Ｄ３）／（Ｄ２−Ｄ３）＝ＲＷとしたとき、
ＲＷ＝０．２〜０．７
が成立することを特徴とする遠心送風機。
請求項１に記載の前記遠心送風機をＨＶＡＣユニットに内設したことを特徴とする車両用空調装置。