JP6950728B2 - 車両用通気システム、空気拡散器、および空気流システム - Google Patents

Description

本開示は、例えば、車両用の暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システムに用いられる空気流システムに関する。

車両には、車室内に空気を送風するように構成されたＨＶＡＣシステムが含まれる場合がある。車両のＨＶＡＣシステムは、車室内の空気の温度を制御するように構成することもできる。

車両用通気システムは、遠心ファンと空気拡散器を含む。遠心ファンは、ファンの回転軸から半径方向外側に空気を向けるように構成される。空気拡散器は、ファンの周辺に放射状に配置された複数の空気偏向板を備えている。複数の空気偏向板は曲面を有する。各曲面は、遠心ファンの外周から半径方向外側に延びる入口と、ファンの回転軸に対して拡散器から軸方向に離れるように延びる出口とを有する空気流チャネルを画定する。

空気拡散器は、ハウジングと複数の空気偏向板を含む。ハウジングは、遠心ファンを受け入れるように構成された内部空洞を画定する。複数の空気偏向板は、ハウジングの内部で、内部空洞の周辺に放射状に配置される。複数の空気偏向板は曲面を有する。各曲面は、内部空洞から半径方向外側に延びる入口と、内部空洞から軸方向に離れるように延びる出口とを有する空気流チャネルを画定する。

空気流システムは、遠心ファンと空気拡散器を含む。遠心ファンは、ファンの回転軸から半径方向外側に空気を向けるように構成される。空気拡散器は、ファンの周りに放射状に配置された複数の空気偏向板を備えている。複数の空気偏向板は、第１の端部に沿ってファンに向かって半径方向内側に延び、第２の端部に沿って回転軸に実質的に平行に延びる曲面を有する。各曲面の第１の端部は、ファンの外周に隣接する。

例示的な車両および車両の例示的なＨＶＡＣシステムの概略図である。 ＨＶＡＣシステムの遠心ファンと空気拡散器の斜視図である。 空気拡散器の斜視図である。 遠心ファンから空気偏向板への空気流を示す、遠心ファンと複数の空気偏向板の１つの上面図である。 遠心ファンから空気偏向器を通る空気流の方向を示す、遠心ファンおよび複数の空気偏向器の１つの部分側断面図である。 空気拡散器の第１の代替実施形態の部分図である。 空気拡散器の第２の代替実施形態の部分図である。 空気拡散器の第３の代替実施形態の部分図である。

本開示の実施形態が本明細書に記載される。しかしながら、開示された実施形態は単なる例であり、他の実施形態は様々な代替の形態を取り得ることを理解されたい。図は必ずしも一定の縮尺ではなく、一部の特徴部分は、特定の構成要素の詳細を示すために誇張または最小化され得る。したがって、本明細書に開示された特定の構造上および機能上の詳細は、限定するものとして解釈されるべきではなく、単に実施形態を様々に使用することを当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。当業者には理解されるように、いずれか１つの図に関して図示および説明された様々な特徴は、１つまたは複数の他の図に示された特徴と組み合わせて、明示的に図示または説明されていない実施形態を作り出すことができる。図示された特徴の組み合わせは、典型的な用途のための代表的な実施形態を提供する。しかしながら、本開示の教示と矛盾しない特徴の様々な組み合わせおよび変形は、特定の用途または実装のために望ましい可能性がある。

図１を参照すると、例示的な車両１０および車両１０の例示的なＨＶＡＣシステム１２（または空気流システム）が示されている。ＨＶＡＣシステム１２のいくつかの構成要素は、車両１０のダッシュボード１４の背後に配置され得る。しかしながら、いくつかの構成要素は、車両内の別の場所に配置されてもよい。ＨＶＡＣシステム１２は、車両１０の乗員室１６に空気を送風するように構成されている。ＨＶＡＣシステム１２は、空気を車両乗員室１６に送風する前に空気を調整する（例えば、加熱、冷却、乾燥など）ように構成されてもよい。

ブロアまたはファン１８は、空気をＨＶＡＣシステム１２に引き込み、その空気を車両の乗員室１６に送風する前に、車両の乗員室１６に送風される空気を調整するために、１つ以上の熱交換機を横切って流れるよう空気を導くように構成される。ファン１８は、いかなるタイプの遠心ファンでもよい。例えば、ファン１８はターボ遠心ファンであってもよい。ファン１８は、ファン１８のブレードを回転させるように構成された電気モータ（図示せず）を含んでもよい。ファン１８の電気モータは、車両１０の任意の電力源から電力を引き出すことができる。例えば、ファン１８の電気モータは、バッテリまたは車載発電機（例えば、オルタネータ）から電力を引き出すことができる。

第１の熱交換器は、空気を車両の乗員室１６に送風する前に空気を冷却および乾燥するように構成された蒸発器２０であってもよい。蒸発器２０は、空気が蒸発器２０を横切って流れる際に、蒸発器２０を通って流れる冷媒に空気から熱を移動させることにより、空気を冷却および乾燥させる。蒸発器２０は、空調システムのサブコンポーネントであってもよい。より具体的には、蒸発器２０は、圧縮機、凝縮器、および熱膨張弁も含む冷媒ループのサブコンポーネントであってもよい。

第２の熱交換器は、空気を車両の乗員室１６に送風する前に、空気を温めるように構成されたヒータコア２２であってもよい。ヒータコア２２は、空気がヒータコア２２を横切って流れる際に、ヒータコア２２を通って流れる冷却液から空気に熱を移動させることにより空気を暖める。ヒータコア２２は、冷却液ループを通して流体を循環させるポンプと、冷却液ループ内の冷却液を加熱するように構成された熱源とを含む冷却液ループのサブコンポーネントであってもよい。車両１０が内燃機関によって動力を供給される場合、冷却液ループの熱源はエンジンであり得る。車両１０が内燃機関によって動力を供給されない場合（例えば、電気モータによって駆動される電気自動車）、冷却液ループの熱源は、バッテリまたは車両の任意の他の電力源（例えば、オルタネータ）によって動力を供給される電気ヒータであってもよい。ヒータコア２２は蒸発器２０が停止されている間に動作して車両の乗員室１６に送風される空気を加熱してもよいし、蒸発器２０はヒータコア２２が停止されている間に動作して車両の乗員室１６に送風される空気を冷却および乾燥してもよいし、もしくは、蒸発器２０とヒータコア２２が同時に動作して、最初に空気を冷却および乾燥し、続いて、車両の乗員室１６に送風される空気を加熱してもよいことに留意されたい。

ＨＶＡＣシステム１２は、蒸発器２０、ヒータコア２２、そして最終的には車両１０の乗員室１６に空気を導くように構成された一連の相互接続されたダクトを含むことができる。第１のダクト２４は、車両１０を取り巻く周囲の空気を空気取入口２６からＨＶＡＣシステム１２内に導くように構成されている。より具体的には、第１のダクト２４は、周囲の取り巻く空気を蒸発器２０、ヒータコア２２、そして最終的に車両１０の乗員室１６に導くように構成される。第１のダクト２４は外気ダクトと呼ばれ、空気取入口２６は外気取入口と呼ばれることがある。

第２のダクト２８は、空気を車両１０の乗員室１６内からＨＶＡＣシステム１２に戻すように構成される。より具体的には、第２のダクト２８は、空気を車両１０の乗員室１６内から蒸発器２０、ヒータコア２、そして最終的には車両１０の乗員室１６に戻すように構成される。車両１０の乗員室１６からＨＶＡＣシステム１２に戻される空気は、再循環空気と呼ばれることがある。第２のダクト２８は、再循環空気ダクトと呼ばれることがある。

ＨＶＡＣシステム１２に入る再循環空気および周囲空気はそれぞれ、再循環空気と周囲空気とが混合される共通ダクトまたは混合チャンバ３０に導かれ得る。次いで、混合空気は、追加のダクトまたは調整チャンバ３２に送られ、そこで空気はそれぞれ蒸発器２０および／またはヒータコア２２を介して冷却および／または加熱される。ファン１８も、調整チャンバ３２内に配置され得る。そして、空気は調整チャンバ３２を出て、様々な出口ダクト３４を通って車両の乗員室１６に入る。様々な出口ダクト３４は、乗員室１６内の特定の領域に空気を送風するように構成され得る。例えば、第１の出口ダクト３４は、乗員室１６のフロアに向かって下向きに空気を向けることによって乗員室１６に送風するように構成してもよく、第２の出口ダクト３４は、車両１０のフロントガラスの内面に向かって上向きに空気を向けることによって乗員室１６に送風するように構成してもよく、第３の出口ダクト３４は車両１０内の乗員に向かって水平に空気を向けることによって乗員室１６に送風するように構成してもよい。ドアまたはシャッター３６が、任意のダクト（たとえば、第１のダクト２４、第２のダクト２８、出口ダクト３４）内に配置され、特定のダクト、入口、出口などへの空気の流れを制限するようにしてもよい。任意のダクトへの入口および／または任意のダクトからの出口は、ダクトに出入りする空気を制限または方向付けるルーバーまたはシャッターを含むことができる。

図１に示される概略図は単なる例示であり、限定することを意図するものではないことを理解されたい。ダクトを利用して周囲空気および／または再循環空気をＨＶＡＣシステムに送り、そこで空気が調整されて車両の乗員室に送風される他のＨＶＡＣ構成も考えられる。例えば、ＨＶＡＣシステムは、複数の周囲空気取入口、複数の再循環空気ダクトなどを含むことができ、または車両内の空気取入口またはダクトの配置が再編成されてもよい。さらに、熱交換器の数は異なっていてもよく（たとえば、車両に乗員室空気冷却システムが含まれない場合、ＨＶＡＣシステムには蒸発器が含まれていなくてもよい）、熱交換器（たとえば、蒸発器２０およびヒータコア２２）およびファン１８の空間配置は再編成されてもよい。

図２を参照すると、遠心ファン１８および空気拡散器３８が示されている。遠心ファン１８は、空気拡散器３８内に配置されている。遠心ファン１８は、遠心ファン１８の回転軸４０から半径方向外側に空気を向けるように構成される。より具体的には、遠心ファン１８のブレード４２は、遠心ファン１８が回転モータ（図示せず）などのアクチュエータによって回転軸４０を中心に回転させられたとき、遠心ファン１８の回転軸４０から半径方向外側に空気を向けるように構成される。空気拡散器３８は、遠心ファン１８が空気拡散器３８内に配置されたとき、遠心ファン１８の外周、外径、または外側周縁部４６の周囲または周辺に放射状に配置される複数の空気偏向板４４を有する。

図３を参照すると、空気拡散器３８がさらに詳細に示されている。空気拡散器３８は、遠心ファン１８を受け入れるように構成された内部空洞５０を画定するハウジング４８を含む。複数の空気偏向板４４が、ハウジング４８の内部に、内部空洞５０の周囲または周辺に放射状に配置される。各々の空気偏向板４４は、曲面５２を含む。各々の曲面５２は、内部空洞５０から半径方向外側に延びる入口５６と、内部空洞５０から軸方向に離れるように延びる出口５８とを有する空気流チャネル５４を画定する。図２に戻ると、曲面５２によって画定される空気流チャネル５４の各入口５６は、遠心ファン１８の外周４６から半径方向外側に延び、その一方で、曲面５２によって画定される空気流チャネル５４の各出口５８は、遠心ファン１８の回転軸４０に対して遠心ファン１８から軸方向に離れるように延びる。より具体的には、曲面５２は、空気流チャネル５４の入口５６を画定するために遠心ファン１８の外周４６に隣接する第１の端部に沿って遠心ファン１８に向かって半径方向内側に延びるとともに、空気流チャネル５４の出口５８を画定するために第２の端部に沿って遠心ファン１８の回転軸４０と実質的に平行に延びる。図３に描かれた線６０は、曲面５２の第２の端部、したがって空気流チャネル５４の出口５８が、どの程度、遠心ファン１８の回転軸４０に実質的に平行であるかを示している。実質的に平行とは、正確な平行からプラスまたはマイナス３０°の間の増分値を指す。

図４および図５を参照すると、遠心ファン１８から空気偏向板４４を通る空気流の方向を示す、遠心ファン１８と複数の空気偏向板４４の１つの上面図および部分側断面図が、それぞれ示されている。図４および図５に示す遠心ファン１８から複数の空気偏向板４４の１つを通って流れる空気は、遠心ファン１８から複数の空気偏向板４４の各空気偏向板４４を通る空気流を代表するものである。遠心ファン１８から半径方向に流れて空気流チャネル５４の入口５６に流入する空気は、図４の矢印６２および図５の矢印６２によって示されている。遠心ファン１８の回転軸４０に実質的に平行である、空気流チャネル５４の出口５８から流出する空気は、図５に矢印６４で示されている。例示のために、図５では、遠心ファン１８の回転軸４０の位置が、回転軸４０の実際の位置に対して調整されていることに留意されたい。入口５６の矢印６２と出口５８の矢印６４との間に配置された矢印は、遠心ファン１８に対して半径方向外向きから遠心ファン１８の回転軸４０に実質的に平行な向きへの空気流の変化を示している。

遠心ファン１８の外周４６からの接線が矢印６６で示されている。矢印６２で示される遠心ファン１８から半径方向に流れて空気流チャネル５４の入口５６に流入する空気は、矢印６６で示される遠心ファン１８の外周４６からの接線から、０°〜４５°の範囲の任意の角度に変位される。入口５６での曲面５２の向きは、矢印６２で示される遠心ファン１８から半径方向に流れる空気と実質的に平行であり、その一方、出口５８での曲面５２の向きは、遠心ファン１８の回転軸４０に実質的に平行である。図４の線６８と図５の線７０で区切られた空気流チャネル５４への入口５６の断面区域は、矢印６２によって示される、遠心ファン１８から半径方向に流れて入口５６に流入する空気に実質的に垂直である。ほぼ図４の領域７２に置かれ、図５の線７４で区切られた空気流チャネル５４の出口５８の断面区域は、矢印６４によって示される、出口５８から流出する空気に実質的に垂直である。実質的に垂直とは、正確な垂直からプラスまたはマイナス３５°の間の増分値を指す。

図６を参照すると、空気拡散器３８’の第１の代替実施形態の部分図が示されている。第１の代替実施形態の空気拡散器３８’は、本明細書で特に明記しない限り、空気拡散器３８の特徴、特性、機能性などのすべてを含むと解釈されるべきである。空気拡散器３８’は、ハウジング４８の内部に、ハウジング４８によって画定される内部空洞５０の周囲または周辺に放射状に配置される空気偏向板４４を含む。それぞれの空気偏向板４４は、内部空洞５０（および遠心ファン１８）から半径方向外側に延びる入口５６と、内部空洞５０から軸方向に離れるように（および遠心ファン１８の回転軸４０に対し、遠心ファン１８から軸方向に離れるように）延びる出口５８とを有する空気流チャネル５４を画定する曲面５２の１つを含む。しかしながら、空気拡散器３８’は、空気流チャネル５４を部分的に画定し、隣接する曲面５２と隣接する空気流チャネル５４とを仕切る隔壁７６をさらに含む。隔壁７６は、空気流チャネル５４の入口５６から空気流チャネル５４の出口５８までずっと延びていてもよい。隔壁７６は、空気流チャネル５４内の乱流を低減するように構成され得る。

図７を参照すると、空気拡散器３８’’の第２の代替実施形態の部分図が示されている。第２の代替実施形態の空気拡散器３８’’は、本明細書で特に明記しない限り、空気拡散器３８の特徴、特性、機能性などのすべてを含むと解釈されるべきである。空気拡散器３８’’は、ハウジング４８の内部に、ハウジング４８によって画定される内部空洞５０の周囲または周辺に放射状に配置される空気偏向板４４を含む。それぞれの空気偏向板４４は、内部空洞５０（および遠心ファン１８）から半径方向外側に延びる入口５６と、内部空洞５０から軸方向に離れるように（および遠心ファン１８の回転軸４０に対し、遠心ファン１８から軸方向に離れるように）延びる出口５８とを有する空気流チャネル５４を画定する曲面５２の１つを含む。しかしながら、空気拡散器３８’’は、空気流チャネル５４を部分的に画定する隔壁７６をさらに含む。ただし、空気拡散器３８’’の隔壁７６は、曲面５２の隣接する対７８と空気流チャネル５４の隣接する対を仕切る。空気拡散器３８’’は、曲面５２の対７８の中で、曲面５２を部分的に分割するリブ８０をさらに含む。リブ８０は、そのリブ８０が空気流チャネル５４の中央部分から出口５８までだけ延びるように（すなわち、隔壁７６とは異なり、リブ８０は、空気流チャネル５４の入口５６から空気流チャネル５４の出口５８までずっと延びていない）、隔壁７６よりも長さが短いことを除いて、隔壁７６と同様であってもよい。リブ８０は、空気流チャネル５４内の乱流を低減するように構成され得る。

図８を参照すると、空気拡散器３８’’’の第３の代替実施形態の部分図が示されている。第３の代替実施形態の空気拡散器３８’’’は、本明細書で特に明記しない限り、空気拡散器３８の特徴、特性、機能性などのすべてを含むと解釈されるべきである。空気拡散器３８’’’は、ハウジング４８の内部に、ハウジング４８によって画定される内部空洞５０の周囲または周辺に放射状に配置される空気偏向板４４を含む。それぞれの空気偏向板４４は、内部空洞５０（および遠心ファン１８）から半径方向外側に延びる入口５６と、内部空洞から軸方向に離れるように（および遠心ファン１８の回転軸４０に対し、遠心ファン１８から軸方向に離れるように）延びる出口５８とを有する空気流チャネル５４を画定する曲面５２の１つを含む。

空気拡散器３８’’’はまた、空気流チャネル５４を部分的に画定し、曲面５２の隣接する対と空気流チャネル５４の隣接する対とを仕切る隔壁７６を含む。代替的に、隔壁は、曲面５２の隣接する対と空気流チャネル５４の隣接する対ではなく、単に、隣接する曲面５２と隣接する空気流チャネル５４を仕切ってもよい。ただし、空気拡散器３８’’’は、内部空洞５０に対して軸方向に（および遠心ファン１８の回転軸４０に対して軸方向に）積み重ねられた曲面５２および空気流チャネル５４の２以上の層をさらに含む。例示のために、図８では、遠心ファン１８の回転軸４０の位置が、回転軸４０の実際の位置に対して調整されていることに留意されたい。また、隔壁７６は、隣接する組の曲面５２と隣接する組の空気流チャネル５４とを仕切る。曲面５２および空気流チャネル５４の隣接する組は、曲面５２および空気流チャネル５４の単一の列、または曲面５２および空気流チャネル５４のいくつかの列を指し示し得る。

例示的な実施形態が上述されたが、これらの実施形態が特許請求の範囲によって包含される全ての可能な形態を示すことを意図するものではない。本明細書で使用されている言葉は、限定ではなく説明の言葉であり、本開示の主旨および範囲から逸脱することなく様々な変更が可能であることが理解される。前述のように、様々な実施形態の特徴を組み合わせて、明示的に説明または図示されていないかもしれない、本発明のさらなる実施形態を形成することができる。様々な実施形態は、１つまたは複数の所望の特性に関して利点を提供するか、または他の実施形態または従来技術の実装形態よりも好ましいものとして説明することができたが、当業者であれば、特定の用途と実装に依存するシステム全体の望ましい属性を達成するために、１つ以上の機能または特性が妥協され得ることを承認する。これらの属性は、限定されるものではないが、コスト、強度、耐久性、ライフサイクルコスト、市場性、外観、包装、サイズ、保守性、重量、製造性、組立容易性などを含み得る。したがって、任意の実施形態が１つまたは複数の特性に関して他の実施形態または従来技術の実装形態よりも望ましくないと説明される限りにおいて、これらの実施形態は本開示の範囲外ではなく、特定の用途には望ましいことがある。

２：ヒータコア、１０：車両、１２：ＨＶＡＣシステム、１４：ダッシュボード、１６：乗員室、１８：遠心ファン、２０：蒸発器、２２：ヒータコア、２４：第１のダクト、２６：空気取入口、２８：第２のダクト、３０：混合チャンバ、３２：調整チャンバ、３４：出口ダクト、３６：シャッター、３８：空気拡散器、４０：回転軸、４２：ブレード、４４：空気偏向板、４８：ハウジング、５０：内部空洞、５２：曲面、５４：空気流チャネル、５６：入口、５８：出口

Claims (20)

1. ファンの回転軸から半径方向外側に空気を向けるように構成された遠心ファン、および
   前記ファンの周辺に放射状に配置された複数の空気偏向板を有する空気拡散器を備え、
   前記空気偏向板は曲面を有し、各曲面は、前記遠心ファンの周囲から半径方向外側に延びる入口と、前記ファンの回転軸に対して前記空気拡散器から軸方向に離れるように延びる出口とを有する空気流チャネルを画定し、
   前記遠心ファンおよび前記空気拡散器は、車室内へ空気を送出するダクト内に配置され、
   前記空気拡散器は、前記ダクトの下流側に向けて、前記空気流チャネルの出口から空気を流出させる車両用通気システム。
2. 前記空気拡散器は、隣接する曲面を仕切る隔壁をさらに備える、請求項１の車両用通気システム。
3. 前記空気拡散器が、曲面の隣接する対を仕切る隔壁をさらに備える、請求項１の車両用通気システム。
4. 前記空気拡散器がさらにリブを備え、各リブが曲面の対の中で曲面を部分的に分割する請求項３の車両用通気システム。
5. 前記入口の断面区域が、前記ファンから半径方向外側に流れる空気に実質的に垂直となるように向けられている請求項１の車両用通気システム。
6. 前記曲面は、前記ファンの回転軸に対して軸方向に積み重ねられた２以上の層を構成する、請求項１の車両用通気システム。
7. 前記空気拡散器は、積み重ねられた曲面の隣接する組を仕切る隔壁をさらに備える、請求項６の車両用通気システム。
8. 遠心ファンを受け入れるように構成された内部空洞を画定するハウジング、および
   前記ハウジングの内部に、前記内部空洞の周囲に放射状に配置された複数の空気偏向板を備え、
   前記空気偏向板は曲面を有し、各曲面は、前記内部空洞から半径方向外側に延びる入口と、前記内部空洞から軸方向に離れるように延びる出口とを有する空気流チャネルを画定し、
   車室内へ空気を送出するダクト内に配置され、
   前記ダクトの下流側に向けて、前記空気流チャネルの出口から空気を流出させる空気拡散器。
9. 隣接する曲面を仕切り、空気流チャネルを部分的に画定する隔壁をさらに備える、請求項８の空気拡散器。
10. 曲面の隣接する対を仕切る隔壁をさらに備える、請求項８の空気拡散器。
11. 前記空気拡散器がさらにリブを備え、各リブが曲面の対の中で曲面を部分的に分割する請求項１０の空気拡散器。
12. 前記入口の断面区域が、前記遠心ファンから半径方向外側に流れる空気に実質的に垂直となるように向けられている請求項８の空気拡散器。
13. 前記曲面は、前記遠心ファンの回転軸に対して軸方向に積み重ねられた２以上の層を構成する、請求項８の空気拡散器。
14. 前記空気拡散器は、積み重ねられた曲面の隣接する組を仕切る隔壁をさらに備える、請求項１３の空気拡散器。
    
15. ファンの回転軸から半径方向外側に空気を向けるように構成された遠心ファン、および
    前記ファンの周辺に放射状に配置された複数の空気偏向板を有する空気拡散器を備え、
    前記空気偏向板は、第１の端部に沿って前記ファンに向かって半径方向内側に延び、第２の端部に沿って前記回転軸に実質的に平行に延びる曲面を有し、
    前記遠心ファンおよび前記空気拡散器は、空気を送出するダクト内に配置され、
    前記空気拡散器は、前記第１の端部から空気を取り入れ、前記ダクトの下流側に向けて、前記第２の端部から空気を流出させる空気流システム。
16. 隣接する曲面を仕切り、空気流チャネルを部分的に画定する隔壁をさらに備える、請求項１５の空気流システム。
17. 曲面の隣接する対を仕切る隔壁をさらに備える、請求項１５の空気流システム。
18. 前記空気拡散器がリブをさらに備え、各リブが局面の対の中で局面を部分的に分割する
    請求項１７の空気流システム。
19. 前記曲面は、前記ファンの回転軸に対して軸方向に積み重ねられた２以上の層を構成する、請求項１５の空気流システム。
20. 前記空気拡散器は、積み重ねられた曲面の隣接する組を仕切る隔壁をさらに備える、請求項１９の空気流システム。

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