(57)【要約】【課題】車両用空気調和装置において、シロッコファンを備える遠心型送風機のファン効率を大きく改善させる。【解決手段】断面翼形状のブレード９ｂ２の正圧面１３側には、内壁面が屈曲部のない滑らかな面とされた複数の凹部１５が設けられている。【選択図】図３
2014181679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空気流路が形成されるケースと、当該ケースの内部に配置されるシロッコファンとを有するブロワユニットを備える車両用空気調和装置であって、
前記シロッコファンは、軸部と、当該軸部周りに環状に配列される複数のブレードとを有し、
前記ブレードの断面形状は、前縁が前記シロッコファンの径方向内側で後縁が前記シロッコファンの径方向外側に配置され、窪むように湾曲された正圧面が前記シロッコファンの回転方向前方に向けられ、膨らむように湾曲された負圧面が前記シロッコファンの回転方向後方に向けられた翼形状とされ、
前記ブレードの前記正圧面側には、内壁面が屈曲部のない滑らかな面とされた複数の凹部が設けられている
ことを特徴とする車両用空気調和装置。
【請求項２】
前記複数の凹部が前記前縁から前記後縁に向けて配列されており、
凹部の断面積は、前記前縁から前記凹部の配列方向中央に向けて大きくなり、その後前記後縁に向けて小さくなる
ことを特徴とする請求項１記載の車両用空気調和装置。
【請求項３】
各凹部の底部から前記負圧面までの距離が一定であることを特徴とする請求項２記載の車両用空気調和装置。
【請求項４】
各凹部は前記シロッコファンの軸方向に延在する溝状に設けられていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の車両用空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、車両用空気調和装置は、車両内前方に搭載されていて、送風機によって送風する空気をエバポレータによって除湿及び冷却するように構成されている。車両用空気調和装置がエアミックス方式の場合は、エバポレータを通過した空気の一部あるいは全部がエアミックスドアを介してヒータコアに送られて加温された後、残部の空気と混合されて所定温度の調和空気に生成され、その生成された調和空気が車両内の各吹出口に供給されるように構成されている。
【０００３】
このような車両用空気調和装置に設置される送風機としては、シロッコファンを備える遠心型の送風機が用いられる。シロッコファンは、軸部周りに多数のブレードが環状に配列された構成とされており、軸部にモータから回転動力が付与されることにより径方向外側に向けて送風する。
【０００４】
特許文献１には、シロッコファンのブレードの断面形状が翼形状とされた送風機が開示されている。この特許文献１によれば、ブレードの断面形状が翼形状とされることにより、ブレードの表面における流れがスムーズとなり、ブレードの周囲に形成される負圧領域が減少してファン効率の改善が図れる。
【０００５】
また、特許文献２には、シロッコファンのブレードの断面形状が複数回屈曲された形状の送風機が開示されている。この特許文献２は、屈曲されることによって形成される凹部において渦流を形成させ、これによってブレードの周囲における流れをスムーズとしてファン効率の改善を図るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭３３−５５８９号公報
【特許文献２】特開２０１１−５８４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１及び特許文献２で開示されたブレード形状を模擬したモデルを用いたシミュレーションを行ったところ、特許文献１で開示されたブレード形状では、ブレードが肉厚となることによる重量の増加によって必要となる回転動力が増加し、結果、ファン効率の向上はわずかであった。また、特許文献２で開示されたブレード形状では、ブレードの周囲の負圧領域が増加してしまった。
【０００８】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、車両用空気調和装置において、シロッコファンを備える遠心型送風機のファン効率を大きく改善させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【００１０】
第１の発明は、内部に空気流路が形成されるケースと、当該ケースの内部に配置されるシロッコファンとを有するブロワユニットを備える車両用空気調和装置であって、前記シロッコファンは、軸部と、当該軸部周りに環状に配列される複数のブレードとを有し、前記ブレードの断面形状は、前縁が前記シロッコファンの径方向内側で後縁が前記シロッコファンの径方向外側に配置され、窪むように湾曲された正圧面が前記シロッコファンの回転方向前方に向けられ、膨らむように湾曲された負圧面が前記シロッコファンの回転方向後方に向けられた翼形状とされ、前記ブレードの前記正圧面側には、内壁面が屈曲部のない滑らかな面とされた複数の凹部が設けられているという構成を採用する。
【００１１】
第２の発明は、上記第１の発明において、前記複数の凹部が前記前縁から前記後縁に向けて配列されており、凹部の断面積は、前記前縁から前記凹部の配列方向中央に向けて大きくなり、その後前記後縁に向けて小さくなるという構成を採用する。
【００１２】
第３の発明は、上記第２の発明において、各凹部の底部から前記負圧面までの距離が一定であるという構成を採用する。
【００１３】
第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、各凹部が前記シロッコファンの軸方向に延在する溝状に設けられているという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ブレードの断面形状が翼形状であることから、ブレードの表面における流れがスムーズとなり、湾曲した板状のブレードと比較して負圧領域を減少させることができる。さらに、正圧面側に複数の凹部が設けられていることからブレードの軽量化が図れる。また、凹部の内壁面が屈曲部のない滑らかな面とされていることから、凹部内において大きな単一の渦流が形成されやすく、正圧面側の粘性抵抗を低下させることができる。このような本発明によれば、車両用空気調和装置において、シロッコファンを備える遠心型送風機のファン効率を大きく改善させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態における車両用空気調和装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における車両用空気調和装置が備えるシロッコファンの斜視図である。
【図３】（ａ）が本発明の一実施形態における車両用空気調和装置が備えるシロッコファンのブレードの断面図であり、（ｂ）が正面図である。
【図４】本発明の一実施形態における車両用空気調和装置をファン効率を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係る車両用空気調和装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１７】
図１は、本実施形態の車両用空気調和装置Ｓの概略構成を示す断面図である。なお、車両用空気調和装置Ｓは、ブロワユニットＳａ、クーラユニット（不図示）、ヒータユニット（不図示）等を備えており、図１はブロワユニットＳａにおける断面図である。なお、本実施形態の車両用空気調和装置Ｓは、ブロワユニットＳａに特徴を有するものである。このため、以下の説明は、主としてブロワユニットＳａに対してのものである。
【００１８】
ブロワユニットＳａは、車両用空気調和装置Ｓが車室内前部の計器盤内方に搭載されたときに、後述する外気導入口４が上側となるように設けられる。すなわち、ブロワユニットＳａは、図１に示される天地状態で設けられる。
【００１９】
ブロワユニットＳａは、内外気切替装置１を備えている。内外気切替装置１は、内部に所定容量の空間を有するケース２を備えている。このケース２には、内気導入口３と、外気導入口４と、半内気導入口５と、排出口６とが設けられている。
【００２０】
内気導入口３は、ケース２の側面の一部を開口する形で設けられ、外気導入口４は、ケース２の上面の一部を開口する形で設けられ、半内気導入口５は、内気導入口３と対向するケース２の側面の一部を開口する形で設けられ、そして、排出口６は、ケース２の底面の一部を開口する形で設けられている。半内気導入口５は、可撓性を有する半内気ドア１０が設けられており、外気をケース２内に取り込むときに、内気の一部をケース２内に取り込むための開口である。
【００２１】
ケース２の内部には、内外気切替ドア７とフィルタ８とが設けられている。このうち内外気切替ドア７は、ロータリ型ドアから構成されていて、回転軸７ａを中心にして図示しない駆動機構により回動できるように構成されている。
【００２２】
この内外気切替ドア７は、回動されることにより、内気導入口３を開放しかつ外気導入口４を閉止する姿勢と、内気導入口３を閉止しかつ外気導入口４を開放する姿勢とにされる。図１に示されるように外気導入口４を閉止した状態に回動されたときは、内気導入口３から内気をケース２内に取り込み（矢印（ｘ１）参照）、また、内外気切替ドア７が内気導入口３を閉止した状態に回動されたときは、外気導入口４から外気をケース２内に取り込めるように構成されている（矢印（ｘ２）参照）。なお、この内外気切替ドア７は、内気導入口３及び外気導入口４を上述のように択一的に選択できる構造であれば、プレート型ドアとすることもできる。
【００２３】
フィルタ８は、ケース２内に取り込まれた空気に含まれる粉塵を除去する機能を有するエアフィルタであり、排出口６を塞ぐように設けられている。したがって、車両用空気調和装置Ｓのエバポレータ等を備えて構成される図示しない調和空気生成部（クーラユニット及びヒータユニット）には、フィルタ８でフィルタ処理された清澄な空気を供給することができる。
【００２４】
また、ブロワユニットＳａは、遠心型送風機９を備えている。この遠心型送風機９は、内外気切替装置１の下方に配置されている。この遠心型送風機９は、内外気切替装置１のケース２と接続されると共に所定の開口を有する中空のケース９ａと、ケース９ａの内部に設置されるシロッコファン９ｂと、このシロッコファン９ｂを回転駆動するモータ９ｃとを備えている。
【００２５】
ケース９ａは、内部に空気流路が形成された中空の容器であり、シロッコファン９ｂを収容する中央部９ａ１と、この中央部９ａ１を取り巻くように巻回されるスクロール流路９ａ２を有している。なお、ケース９ａは、スクロール流路９ａ２の下流端に設けられた開口が調和空気生成部に接続されている。
【００２６】
図２は、シロッコファン９ｂの斜視図である。この図に示すように、シロッコファン９ｂは、軸部９ｂ１と、複数のブレード９ｂ２とによって構成されている。軸部９ｂ１は、軸方向を上下方向に向けてモータ９ｃに接続され、モータ９ｃから回転動力を伝達されることにより軸方向周りに回転する。なお、本実施形態においては、軸部９ｂ１は、図２に示す回転方向（すなわち時計回り）に回転される。ブレード９ｂ２は、各々が軸部９ｂ１に固定され、軸部９ｂ１周りに環状に配列されている。なお、図２は、シロッコファン９ｂの全体を説明するための図であることから、視認性を向上させるために、後述の凹部１５の記載は省略している。また、図１においても同様に、後述の凹部１５の記載は省略している。
【００２７】
図３（ａ）は、ブレード９ｂ２の軸部９ｂ１の軸方向と直交する平面による断面図である。この図に示すように、ブレード９ｂ２の断面形状は、前縁１１がシロッコファン９ｂの径方向内側で後縁１２が同径方向外側に配置され、窪むように湾曲された正圧面１３がシロッコファンの回転方向前方に向けられ、膨らむように湾曲された負圧面１４が同回転方向後方に向けられた翼形状とされている。
【００２８】
また、図３（ａ）に示すように、ブレード９ｂ２の正圧面１３側には、内壁面が屈曲部のない滑らかなＵ字状の面とされた複数の凹部１５が設けられている。これらの凹部１５は、前縁１１から後縁１２に向けて配列されている。また、各凹部１５の断面積は、前縁１１から凹部１５の配列方向中央（翼形状のブレード９ｂ２が最も肉厚となる部位）に向けて徐々に大きくなり、その後配列方向中央から後縁１２に向けて徐々に小さくなるように設定されている。これによって、各凹部１５の底部１５ａから負圧面１４までの距離が一定とされている。図３（ｂ）は、ブレード９ｂ２を正圧面１３側から見た正面図である。この図に示すように、各凹部１５は、ブレード９ｂ２の高さ方向（図２に示す上下方向）の全域にかけて延在して設けられている。
【００２９】
図１に戻り、モータ９ｃは、シロッコファン９ｂの下方に配置されており、出力端がシロッコファン９ｂの軸部９ｂ１と接続されている。このモータ９ｃは、電力が供給されることにより回転動力を生成し、シロッコファン９ｂを回転駆動させる。
【００３０】
このように構成されたブロワユニットＳａを備える車両用空気調和装置Ｓにおいては、モータ９ｃによってシロッコファン９ｂが回転駆動されると、内外気切替ドア７の姿勢により、内気あるいは外気が内外気切替装置１に取り込まれ、フィルタ８を介して遠心型送風機９に空気が供給される。遠心型送風機９に供給された空気は、ケース９ａ内を流れシロッコファン９ｂに上方か流れ込み、径方向に加速されて排出され、スクロール流路９ａ２を介して遠心型送風機９から吐出され、調和空気生成部に供給される。
【００３１】
このような本実施形態の車両用空気調和装置Ｓにおいては、ブレード９ｂ２の断面形状が翼形状であることから、ブレード９ｂ２の表面における流れがスムーズとなり、湾曲した板状のブレードと比較して負圧領域を減少させることができる。さらに、正圧面１３側に複数の凹部１５が設けられていることからブレードの軽量化が図れる。また、凹部１５の内壁面が屈曲部のない滑らかな面とされていることから、凹部１５内において大きな単一の渦流Ｒ（図３（ａ）参照）が形成されやすく、正圧面１３側の粘性抵抗を低下させることができる。このような本実施形態の車両用空気調和装置Ｓによれば、シロッコファン９ｂを備える遠心型送風機９のファン効率を大きく改善させることが可能となる。
【００３２】
図４は、本実施形態の車両用空気調和装置Ｓの遠心型送風機９と、従来形状のブレードのシロッコファンを有する遠心送風機との性能を比較してグラフである。また、本グラフにおいて、従来形状１はブレードの断面形状が湾曲された板状形状であり、従来形状２はブレードの断面形状が翼形状（特許文献１の近似形状）であり、従来形状３はブレードの断面形状が複数個所で屈曲された形状（特許文献２の近似形状）である。また、本グラフは、本実施形態を含む上記形状のモデルを用いた同一条件による流体解析によって得た結果である。
【００３３】
従来形状１を用いたシミュレーションでは、ブレードの負圧面側に大きな剥離渦が形成され、この結果、負圧面側に大きな負圧領域が形成された。
【００３４】
従来形状２を用いたシミュレーションでは、従来形状１と比較してブレードの重量が増加したもののブレードの負圧面側に形成される剥離渦が小さく、負圧面側の負圧領域が小さくなった。この結果、図４に示すように、僅かながらファン効率が改善された。
【００３５】
従来形状３を用いたシミュレーションでは、従来形状１よりもブレードの負圧面側に大きな負圧領域が形成されることが確認された。この従来形状３を用いたシミュレーションでは、図４に示すように、従来形状１に対してファン効率は改善するものの、本実施形態のブレード形状を用いたシミュレーションほどではない。
【００３６】
本実施形態のブレード形状を用いたシミュレーションでは、ブレードの負圧面側の負圧領域が従来形状２と同様に減少した。さらに従来形状２と比較して軽量化が図られている。このため、図４に示すように、従来形状１、従来形状２及び従来形状３と比較して飛躍的にファン効率が改善された。
【００３７】
このようなシミュレーションによって、本実施形態の車両用空気調和装置Ｓは、従来形状のブレードのシロッコファンを備える車両用空気調和装置よりも、大きくファン効率が改善できることが確認された。
【００３８】
また、本実施形態の車両用空気調和装置Ｓにおいては、複数の凹部１５が前縁１１から後縁１２に向けて配列されており、凹部１５の断面積は、前縁１１から凹部１５の配列方向中央に向けて大きくなり、その後、後縁１２に向けて小さく設定されている。さらに、  各凹部１５の底部から負圧面１４までの距離が一定とされている。このような本実施形態の車両用空気調和装置Ｓによれば、ブレード９ｂ２の強度や空力性能を維持した上で各凹部１５を最大限に大きくすることができる。このため、ブレード９ｂ２の軽量化を図り、さらにはファン効率を大きく改善することが可能となる。
【００３９】
また、本実施形態の車両用空気調和装置Ｓにおいては、各凹部１５はシロッコファン９ｂの軸方向にブレード９ｂ２の全域に延在する溝状に設けられている。このため、空気が、ブレード９ｂ２の高さ方向のどの位置を通り抜けた場合であっても、凹部１５の内部に形成される渦流Ｒによって流れがスムーズとなり、負圧領域が減少する。
【００４０】
また、本実施形態の車両用空気調和装置Ｓにおいては、凹部１５の延在方向が軸部９ｂ１の孔の延在方向と同一になるため、シロッコファン９ｂはシュラウド９ｂ３（図２参照）を境に径方向内側を上型、径方向外側を下型とする金型で成形することが可能であり、複雑な金型を用いなくても容易に製造することができる。
【００４１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１……内外気切替装置、２……ケース、３……内気導入口、４……外気導入口、５……半内気導入口、６……排出口、７……内外気切替ドア、７ａ……回転軸、８……フィルタ、９……遠心型送風機、９ａ……ケース、９ａ１……中央部、９ａ２……スクロール流路、９ｂ……シロッコファン、９ｂ１……軸部、９ｂ２……ブレード、９ｃ……モータ、１０……半内気ドア、１１……前縁、１２……後縁、１３……正圧面、１４……負圧面、１５……凹部、１５ａ……底部、Ｒ……渦流、Ｓ……車両用空気調和装置、Ｓａ……ブロワユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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