JP6809321B2 - 空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、送風ファンを備える空調装置に関する。

送風ファンを備える空調装置では、送風ファンの回転に伴って騒音が発生する。このため、特許文献１では、ベルマウスを利用した共鳴器によって騒音を低減することが提案されている。この送風機では、ベルマウスに開口部とこれに連通する空洞部からなる共鳴器を設け、共鳴器の共鳴周波数をファン回転に伴う騒音の周波数を一致させることで、騒音を低減している。

特開平１０−２２７２９９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の送風機では、ファン自体によって発生する騒音への消音効果は得られるものの、ファンの空気流れ上流等で発生する騒音への消音効果が低い。さらに、ベルマウスにおける空気流路の側面に開口部が設けられているため、ベルマウスの壁面近傍での空気流れが乱れる。

本発明は上記点に鑑み、送風ファンを備える空調装置において、空気流れが乱れることを抑制しつつ、騒音を低減することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、室内に送風される送風空気が流れる空気通路を構成する空調ケース（１０）と、空調ケース内に配置された送風ファン（１１）と、送風ファンの空気流れ上流側に設けられ、送風ファンおよび送風ファンの吸込み口（１３）に対向して配置された対向壁部（１４）とを備え、対向壁部には、空調ケースに送風空気を流入させる流入口が形成されておらず、空調ケースには、対向壁部と対向する対向面（１２）に貫通孔（１２ｂ）が形成されており、対向面を基準として空気通路の反対側に貫通孔と連通する閉空間（１２ｃ）が形成されており、貫通孔および閉空間によって所定の共振周波数を有する共鳴器が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、共鳴器を構成する貫通孔（１２ｂ）を対向壁部（１４）に対向する対向面（１２ａ）に形成している。これにより、送風ファン（１１）の空気流れ上流側で発生する騒音を効果的に低減することができる。

また、対向壁部（１４）に対向する対向面（１２ａ）に貫通孔（１２ｂ）が形成されているので、送風空気の主流から離れた位置に貫通孔（１２ｂ）が形成されることとなり、貫通孔（１２ｂ）によって送風空気の流れを乱れることを抑制することができる。

なお、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ものである。

本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の断面図である。 ベルマウスを拡大した断面図である。 第２実施形態のベルマウスの正面図である。 第３実施形態のベルマウスを拡大した断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面を用いて説明する。図１に示すように、本実施形態の車両用空調装置１は、空調ケース１０を備えている。空調ケース１０は、車室内に送風される送風空気の空気通路を構成している。図１では、左から右に向かう方向が空気流れ方向Ａとなっている。図１では図示を省略しているが、空調ケース１０の内部には、送風空気を温調するための熱交換器等が設けられている。

空調ケース１０内部の中心部には、送風ファン１１が設けられている。送風ファン１１は、車室内に向けて空気を送風する。本実施形態の送風ファン１１は遠心ファンであり、電動モータにて駆動される電動送風機として構成されている。送風ファン１１は、回転軸１１ａが空気流れ方向Ａと平行となるように配置されている。

空調ケース１０における送風ファン１１の空気流れ上流側には、ベルマウス１２が設けられている。ベルマウス１２は、空調ケース１０において、空気流れ方向Ａに平行な壁部から空調ケース１０内部に向かって膨出した形状となっている。ベルマウス１２は、空気流れ方向Ａからみて環状に形成されている。

空調ケース１０内部の空気通路はベルマウス１２によって送風ファン１１に向かって狭くなっており、送風空気はベルマウス１２に案内されて送風ファン１１に導入される。このため、ベルマウス１２は、送風ファン１１に送風空気を導入する吸込み口１３を形成している。

空調ケース１０には、送風ファン１１の空気流れ上流側に対向壁部１４が設けられている。対向壁部１４の周縁部には、空気を空調ケース１０内部に流入させるための流入口１５が形成されている。

対向壁部１４は、送風ファン１１および吸込み口１３に対向して配置されている。空気流れ方向Ａからみて、対向壁部１４は、吸込み口１３より大きくなっている。空気流れ方向Ａからみて、対向壁部１４の端部付近は、ベルマウス１２と重なり合っている。本実施形態では、対向壁部１４は送風ファン１１の回転軸１１ａの軸方向と直交するように配置されている。

ベルマウス１２は、対向壁部１４に対向する対向面１２ａを有しており、この対向面１２ａに貫通孔１２ｂが形成されている。貫通孔１２ｂは複数設けられている。各貫通孔１２ｂは、ベルマウス１２の空気流れ上流側の壁面に形成されている。

図２に示すように、貫通孔１２ｂは、ベルマウス１２における空気流れの主流に干渉しない止水域に形成されている。ベルマウス１２の止水域は、空調ケース１０内で送風空気が流れにくい部位であり、空調ケース１０内の他の部位に比べて送風空気の流速が遅くなっている部位である。例えば、ベルマウス１２の表面を通過する空気の流速が吸込み口１３を通過する送風空気の流速の４０％以下となっている部位をベルマウス１２の止水域とすることができる。

貫通孔１２ｂは、軸中心が空気流れ方向Ａおよび送風ファン１１の回転軸１１ａに沿う方向に形成されている。本実施形態では、貫通孔１２ｂの軸中心は空気流れ方向Ａおよび送風ファン１１の回転軸１１ａに平行になっている。このため、貫通孔１２ｂの軸中心は、空気流れ方向Ａに直交していない。

ベルマウス１２における貫通孔１２ｂが形成された壁面は、対向壁部１４にほぼ平行になっており、空気流れ方向Ａおよび送風ファン１１の回転軸１１ａに対してほぼ垂直になっている。

貫通孔１２ｂはベルマウス１２における対向壁部１４に対向する部位に形成されていればよく、貫通孔１２ｂの軸中心が対向壁部１４に対向していればよい。つまり、貫通孔１２ｂの軸中心を仮想的に延長した延長線が対向壁部１４と交わっていればよい。さらに、貫通孔１２ｂの軸中心は、対向壁部１４における送風ファン１１の回転軸１１ａと交差する部位よりも貫通孔１２ｂに近い部位に対向していることが望ましい。

ベルマウス１２には、閉空間１２ｃが形成されている。ベルマウス１２は、空調ケース１０内部に向かって膨出した形状であり、背後空間がデッドスペースとなっている。閉空間１２ｃは、ベルマウス１２の背後空間を利用して形成されている。閉空間１２ｃは、貫通孔１２ｂを介して空調ケース１０内の空気通路と連通している。閉空間１２ｃは、貫通孔１２ｂ以外の部分では外部と連通していない。

車両用空調装置１では、送風ファン１１の回転に伴って騒音が発生する。このような騒音としては、例えば送風ファン１１と対向壁部１４との共鳴で発生する騒音がある。送風ファン１１と対向壁部１４との共鳴で発生する騒音は、送風ファン１１の空気流れ上流側で発生し、送風ファン１１と対向壁部１４との距離などによって周波数が異なる。

本実施形態のベルマウス１２は、貫通孔１２ｂおよび閉空間１２ｃを備えることで、ヘルムホルツの共鳴器を構成している。音速をｃ、貫通孔１２ｂの開口率をＰ、貫通孔１２ｂの孔径をφ、ベルマウス１２の壁面の厚みをｔ、隣り合う貫通孔１２ｂの間隔をＤ、閉空間１２ｃの深さＨとした場合、共鳴器の共振周波数ｆ_０は以下の数式１で求めることができる。

また、貫通孔１２ｂの開口率Ｐは以下の数式２で求めることができる。

本実施形態では、貫通孔１２ｂの孔径φを２〜６ｍｍ程度としている。孔径φを２ｍｍとした場合には、共振周波数が４００Ｈｚ近傍となり、孔径φを６ｍｍとした場合には、共振周波数が１０００Ｈｚ近傍となる。４００Ｈｚおよび１０００Ｈｚは、車両用空調装置１で発生する騒音の主な周波数である。

ベルマウス１２によって構成される共鳴器は、貫通孔１２ｂの空気と閉空間１２ｃの空気層による共振によって、共振周波数ｆ_０に対応する周波数の音を吸収することができる。つまり、ベルマウス１２は共鳴消音器として機能する。

以上の構成を備える車両用空調装置１によれば、ベルマウス１２で構成される共鳴器によって、送風ファン１１の回転に伴って発生する騒音を共鳴吸収することができ、騒音を低減することができる。また、本実施形態では、共鳴器を構成する貫通孔１２ｂをベルマウス１２における空気流れ上流側に形成している。このため、送風ファン１１の空気流れ上流側で発生する騒音を効果的に低減することができる。

また、本実施形態では、送風ファン１１の送風空気の吸込み口１３を形成するためのベルマウス１２を用いて共鳴器を構成している。これにより、ベルマウス１２を有効利用することができ、騒音低減のための共鳴器を独立した構成として設ける必要がない。

また、本実施形態では、ベルマウス１２における対向壁部１４に対向する対向面１２ａに貫通孔１２ｂが形成されている。これにより、送風空気の主流から離れた位置に貫通孔１２ｂが形成されることとなり、貫通孔１２ｂによって送風空気の流れを乱れることを抑制することができる。

また、本実施形態では、ベルマウス１２の貫通孔１２ｂは、ベルマウス１２の止水域に設けられている。このため、送風空気の主流が乱れることをことを極力抑制できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３を用いて説明する。

図３に示すように、本第２実施形態では、ベルマウス１２の閉空間１２ｃを複数設けている。具体的には、ベルマウス１２の内部に仕切り部１２ｄを設け、閉空間１２ｃを複数に分割している。分割された各閉空間１２ｃには、それぞれ貫通孔１２ｂが形成されている。分割された各閉空間１２ｃと、これらに対応する貫通孔１２ｂによって、複数の共鳴器を構成することができる。

複数の閉空間１２ｃのそれぞれにおいて、貫通孔１２ｂの大きさ、隣り合う貫通孔１２ｂの間隔、貫通孔１２ｂの開口率等を異ならせることで、複数の共鳴器の共振周波数を異ならせることができる。この結果、ベルマウス１２で構成される複数の共鳴器によって、送風ファン１１の回転に伴って発生する複数の周波数の騒音を共鳴吸収することができる。これにより、周波数が異なる複数種類の騒音が存在する場合においても、騒音を効果的に低減することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図４を用いて説明する。

図４に示すように、本第３実施形態では、ベルマウス１２に形成された貫通孔１２ｂが空気流れ方向Ａおよび送風ファン１１の回転軸１１ａに対して傾斜している。図４に示す例では、空気流れ方向Ａが水平方向であり、ベルマウス１２に形成された貫通孔１２ｂの軸中心が水平方向に対して傾斜している。具体的には、貫通孔１２ｂは、空気流れ上流側から下流側に向かって下方から上方に傾斜しており、前下がりの状態になっている。

このように、貫通孔１２ｂを前下がりに形成することで、ケース１０内に水分が存在する場合に、貫通孔１２ｂを介して閉空間１２ｃに水が入りにくくなる。閉空間１２ｃは、貫通孔１２ｂ以外の部位では外部と連通していないため、内部に水が浸入すると排出が困難となる。このため、貫通孔１２ｂを傾斜させることで、閉空間１２ｃへの水分の浸入を抑制することが有効である。

また、複数の閉空間１２ｃのうち重力方向下方に位置する閉空間１２ｃにおいて、重力方向の下端に水抜き穴を設けてもよい。水抜き穴を設けた閉空間１２ｃでは、共鳴器としての機能が若干低下するものの、内部に浸入した水を効果的に排出することができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

（１）上記実施形態では、本発明を車両用空調装置１に適用した例について説明したが、これに限らず、本発明は車両用以外の空調装置に適用することも可能である。

（２）上記実施形態では、ベルマウス１２に複数の貫通孔１２ｂが形成して共鳴器を構成したが、これに限らず、ベルマウス１２には少なくとも１個の貫通孔１２ｂが形成されていればよい。複数の閉空間１２ｃが設けられた上記第２実施形態の構成であれば、各閉空間１２ｃに対応して少なくとも１個の貫通孔１２ｂが形成されていればよい。

（３）上記実施形態では、ベルマウス１２の空気流れ上流側に貫通孔１２ｂを形成したが、これに限らず、ベルマウス１２の空気流れ下流側に貫通孔１２ｂを形成してもよい。この場合、ファン下流側で発生する騒音に対し大きな騒音低減効果が得られる。

（４）上記実施形態では、送風ファン１１の吸込み口１３を形成するベルマウス１２を共鳴器として用いたが、これに限らず、ベルマウス１２以外の構成要素を共鳴器として用いてもよい。

１ 車両用空調装置
１０ 空調ケース
１１ 送風ファン
１１ａ 回転軸
１２ ベルマウス
１２ａ 対向面
１２ｂ 貫通孔
１２ｃ 閉空間
１３ 吸込み口
１４ 対向壁部

Claims (8)

1. 室内に送風される送風空気が流れる空気通路を構成する空調ケース（１０）と、
   前記空調ケース内に配置された送風ファン（１１）と、
   前記送風ファンの空気流れ上流側に設けられ、前記送風ファンおよび前記送風ファンの吸込み口（１３）に対向して配置された対向壁部（１４）とを備え、
   前記対向壁部には、前記空調ケースに前記送風空気を流入させる流入口が形成されておらず、
   前記空調ケースには、前記対向壁部と対向する対向面（１２）に貫通孔（１２ｂ）が形成されており、前記対向面を基準として前記空気通路の反対側に前記貫通孔と連通する閉空間（１２ｃ）が形成されており、前記貫通孔および前記閉空間によって所定の共振周波数を有する共鳴器が形成されている空調装置。
2. 前記貫通孔は、軸中心が前記対向壁部に対向するように形成されている請求項１に記載の空調装置。
3. 前記貫通孔の軸中心は、前記対向壁部における前記送風ファンの回転軸（１１ａ）を仮想的に延長した延長線と交わる部位よりも前記貫通孔に近い側の部位に対向している請求項２に記載の空調装置。
4. 前記空調ケースから前記空気通路に向かって膨出し、前記吸込み口を構成するベルマウス（１２）を備え、
   前記貫通孔は、前記ベルマウス（１２）に形成されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の空調装置。
5. 前記貫通孔は、前記ベルマウスの止水域に形成されている請求項４に記載の空調装置。
6. 前記ベルマウスにおいて、前記対向面を基準として前記空気通路の反対側に形成される背後空間が前記閉空間となっている請求項４または５に記載の空調装置。
7. 前記閉空間が複数に分割され、分割されたそれぞれの閉空間に対応して１以上の前記貫通孔が形成されている請求項１ないし６のいずれか１つに記載の空調装置。
8. 前記貫通孔は、軸中心が水平方向に対して空気流れ方向上流側が下方になるように傾斜している請求項１ないし７のいずれか１つに記載の空調装置。

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