(57)【要約】【課題】空調装置における風路の設計において、設計期間を短縮し、開発コストを低減することが可能な風路特性予測装置を提供する。【解決手段】形状データベース１９と、風路圧損データベース２０と、風路圧損計算部１２とを具備する風路特性予測装置を用いる。ここで、形状データベース１９は、空調装置の運転モードと、空調装置の風路の構造をモデル化した風路モデルを分割して生成される複数の風路要素とを関連付けて格納する。風路圧損データベース２０は、複数の風路要素の種類と、風路の圧力損失を算出する関数とを関連付けて格納する。風路圧損計算部１２は、設計条件及びその運転モードの入力に基づいて、形状データベース１９と風路圧損データベース２０とを参照して、その風路モデルにおける圧力損失を推定する。【選択図】　　　図１
2004116904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調装置の運転モードと、前記空調装置の風路の構造をモデル化した風路モデルを分割して生成される複数の風路要素とを関連付けて格納する形状データベースと、
前記複数の風路要素の種類と、風路の圧力損失を算出する関数とを関連付けて格納する風路圧損データベースと、
設計条件及び前記運転モードの入力に基づいて、前記形状データベースと前記風路圧損データベースとを参照して、前記風路モデルにおける圧力損失を推定する風路圧損計算部と、
を具備する、
風路特性予測装置。
【請求項２】
前記風路要素は、前記風路モデルの構造に基づいて複数の代表点を設定し、前記複数の代表点からいくつかを選択して形成される、
請求項１に記載の風路特性予測装置。
【請求項３】
前記複数の風路要素を形成する前記代表点、又は前記代表点の前記風路モデル内の位置の少なくとも一方を変更して、前記形状データベースにおける前記複数の風路要素の形状を変更する風路形状変更部と、
前記変更された風路要素の前記代表点の座標に基づいて、前記形状データベースにおける前記変更された風路要素の種類を設定する風路要素選定部と、
を更に具備する、
請求項２に記載の風路特性予測装置。
【請求項４】
前記空調装置に用いるファンの圧力損失と風量との関係を格納するファン特性データベースと、
前記風路モデルにおける圧力損失に基づいて、前記ファン特性データベースを参照して、前記ファンの風量を予測する風量計算部と、
を更に具備する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の風路特性予測装置。
【請求項５】
前記形状データベース、前記風路圧損データベース及びファン特性データベースの少なくとも一つは、内部ではなく、ネットワークを介して接続されている、
請求項４に記載の風路特性予測装置。
【請求項６】
前記ネットワークは、インターネットである、
請求項５に記載の風路特性予測装置。
【請求項７】
前記風路モデルの構造の各部と、実際の前記風路の構造の各部とを関連付けて格納する詳細形状データベースと、
前記風路モデルの構造に基づいて、前記詳細形状データベースを参照して、前記風路モデルを実際の前記風路の構造に変換する形状詳細化部と、
を更に具備する、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の風路特性予測装置。
【請求項８】
前記実際の前記風路の構造に基づいて、ＣＡＤ図面を生成する図面生成部と、
を更に具備する、
請求項７に記載の風路特性予測装置。
【請求項９】
前記実際の前記風路の構造に基づいて、流動解析を行う流動解析部と、
を更に具備する、
請求項７又は８に記載の風路特性予測方法。
【請求項１０】
（ａ）空調装置の風路の構造をモデル化した風路モデルを形成するステップと、
（ｂ）前記風路モデルを複数の風路要素に分割するステップと、
（ｃ）前記複数の風路要素の各々における圧力損失を推定するステップと、
（ｄ）前記複数の風路要素の各々における前記圧力損失に基づいて、前記風路モデルにおける圧力損失を推定するステップと、
を具備する、
風路特性予測方法。
【請求項１１】
前記（ｂ）ステップは、
（ｅ）前記風路モデルの構造に基づいて、複数の代表点を設定するステップと、
（ｆ）前記複数の代表点からいくつかを選択して、前記風路要素を形成するステップと、
（ｇ）前記複数の代表点の各々における座標を設定するステップと、
を具備する、
請求項１０に記載の風路特性予測方法。
【請求項１２】
前記（ｃ）ステップは、前記複数の風路要素の各々における前記圧力損失を、前記複数の風路要素の各々における入口の座標及び出口の座標に基づいて推定する、
請求項１１に記載の風路特性予測方法。
【請求項１３】
（ｈ）前記風路モデルにおける前記圧力損失と、前記空調装置に用いるファンの特性に基づいて、前記ファンの風量を予測するステップと、
を更に具備する、
請求項１１又は１２に記載の風路特性予測方法。
【請求項１４】
（ｉ）空調装置の運転モードと、前記運転モードに対応して前記空調装置の風路の構造をモデル化した風路モデルを分割して生成される複数の風路要素とに基づいて、前記複数の風路要素の各々における圧力損失を推定するステップと、
（ｊ）前記複数の風路要素の各々における前記圧力損失に基づいて、前記風路モデルにおける圧力損失を推定するステップと、
を具備する方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風路特性予測装置及び風路特性予測方法に関し、特に、風路における風路圧損特性の予測及び風路の設計が可能な風路特性予測装置及び風路特性予測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空調装置、例えばカーエアコンの風路を設計する技術が知られている。カーエアコンのエアコンユニットの風路を設計する場合、シミュレーション装置を用いた流動解析や、実物のエアコンユニットを試作して実験する方法により性能の予測／検証を行っている。ただし、これらの手法は、流動解析用のシミュレーションモデルの作成や、実物のエアコンユニットの製造に手間と時間がかかり、コストにも影響する。
【０００３】
ここで、エアコンユニット性能は、その構造（全体構造及び内部構造）に大きく依存するため、設計に際しては、何度も試行を行う必要がある。各試行においてシミュレーション装置を用いた流動解析や、実物のエアコンユニットを試作して実験する場合、その手間と時間は膨大なものとなる。
【０００４】
一方、エアコンユニットの風路を設計する際、まず概略で基本的な風路の構造を設計し、概略設計の終了後、詳細設計において流動解析や、実物のエアコンユニットで実験すれば、手間と時間を大幅に短縮することが出来る。風路の設計の際、精度の高い概略設計が可能な技術が望まれている。
【０００５】
関連する技術として、特開２０００−３４８２１４号公報に製品開発支援方法及び製品開発支援装置並びに記憶媒体の技術が開示されている。この技術の製品開発支援方法は、第１工程〜第３工程を有することを特徴とする。ここで、第１工程では、開発対象の製品のソリッドモデルを作製する。第２工程では、そのソリッドモデルから、解析の障害となる要素を除去して解析用モデルを作製する。第３工程では、その解析用モデルを用いて、流れ解析のような解析を実行する。
【０００６】
関連する技術として、特開２００１−７６０２６号公報に設計支援システム並びに設計支援装置の技術が開示されている。この技術の設計支援システムは、第１工程〜第３工程を備えてなる。第１工程では、翼形状とファンの構成パラメータを入力してファンの形状を作成し、計算して、風路の形状を決定する。第２工程は、その風路の形状を用いて任意の動作状態における性能計算する。第３工程は、性能計算された中から選別して、特定の性能を表示する。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４８２１４号公報
【特許文献２】特開２００１−７６０２６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、空調装置における風路の設計の設計期間を短縮することが可能な風路特性予測装置及び風路特性予測方法を提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、空調装置の風路の設計の際、精度の高い概略設計が可能な風路特性予測装置及び風路特性予測方法を提供することである。
【００１０】
発明の更に他の目的は、空調装置における風路の設計の際、概略設計後にそのデータを本設計に利用可能な風路特性予測装置及び風路特性予測方法を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、本空調装置の開発コストを低減することが可能な風路特性予測装置及び風路特性予測方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
従って、上記課題を解決するために、本発明の風路特性予測装置は、形状データベース（１９）と、風路圧損データベース（２０）と、風路圧損計算部（１２）とを具備する。
ここで、形状データベース（１９）は、空調装置の運転モード（１９−１〜１９−２）と、空調装置の風路の構造をモデル化した風路モデルを分割して生成される複数の風路要素（１９−３〜１９−７）とを関連付けて格納する。風路圧損データベース（２０）は、複数の風路要素の種類（２０−１）と、風路の圧力損失を算出する関数（２０−２〜２０−３）とを関連付けて格納する。風路圧損計算部（１２）は、設計条件及びその運転モードの入力に基づいて、形状データベース（１９）と風路圧損データベース（２０）とを参照して、その風路モデルにおける圧力損失を推定する。
独自の風路モデル及び風路要素を用いて圧力損失の概略計算を行うので、計算が簡略化され、計算時間を短縮することができる。
【００１４】
また、本発明の風路特性予測装置では、風路モデルの構造に基づいて複数の代表点（Ａ）を設定し、複数の代表点（Ａ）からいくつかを選択して風路要素（Ｐ）が形成される。
代表点は構造に基づいて決まっているので、代表点により構成される風路要素は、風路の特性を的確に含んでいる。従って、精度の高い圧力損失の概略計算が可能となる。また、代表点だけで風路が表現されているので、圧力損失の計算を簡略化することができる。
【００１５】
また、本発明の風路特性予測装置は、風路形状変更部（１４）と、風路要素選定部（１５）とを更に具備する。
ここで、風路形状変更部（１４）は、複数の風路要素（Ｐ）を形成する代表点（Ａ）、又は代表点（Ａ）のその風路モデル内の位置の少なくとも一方を変更して、形状データベース（１９）における複数の風路要素の形状（１９−５〜１９−７）を変更する。風路要素選定部（１５）は、その変更された風路要素の代表点（Ａ）の座標（１９−５）に基づいて、形状データベース（１９）における変更された風路要素の種類（１９−４）を設定する。
風路モデル及び風路要素を所望の形状に変更できるので、種々の風路モデルを試験することが出来る。そして、概略計算により、所望の風路モデルを短時間で得ることができる。
【００１６】
また、本発明の風路特性予測装置は、ファン特性データベース（２１）と、風量計算部（１３）とを更に具備する。
ここで、ファン特性データベース（２１）は、空調装置に用いるファン（２１−１）の圧力損失（２１−３）と風量（２１−２）との関係を格納する。風量計算部（１３）は、風路モデルにおける圧力損失に基づいて、ファン特性データベース（２１）を参照して、ファン（２１−１）の風量を予測する。
概略計算により算出された圧力損失とファン特性に基づいて、ファンの風量を計算することが出来るので、短時間に風路の概略設計が可能である。
【００１７】
また、本発明の風路特性予測装置は、形状データベース（１９）、風路圧損データベース（２０）及びファン特性データベース（２１）の少なくとも一つが、内部ではなく、ネットワーク（８）を介して接続されている。
データを独自に有していない場合でも、ネットワーク上の他の装置の有するデータを利用して計算等を行うことができる。データを有しないので、装置本体を小型化できる。
【００１８】
更に、本発明の風路特性予測装置は、ネットワーク（８）が、インターネットである。
クライアント側はＷｅｂブラウザを有しているだけで、データを得ることが出来る。最新のデータを用いることができる。
【００１９】
更に、本発明の風路特性予測装置は、詳細形状データベース（２２）と、形状詳細化部（１６）とを更に具備する。
ここで、詳細形状データベース（２２）は、その風路モデルの構造の各部（２２−１）と、実際のその風路の構造の各部（２２−２〜２２−３）とを関連付けて格納する。形状詳細化部（１６）は、その風路モデルの構造に基づいて、詳細形状データベース（２２）を参照して、その風路モデルを実際の風路の構造に変換する。
詳細形状に変換することで、種々の設計や開発等に応用することが可能となる。
【００２０】
更に、本発明の風路特性予測装置は、その実際のその風路の構造に基づいて、ＣＡＤ図面を生成する図面生成部（１７）を更に具備する。
詳細形状からＣＡＤデータに変更することで、設計に利用することが出来る。
【００２１】
更に、本発明の風路特性予測装置は、その実際のその風路の構造に基づいて、流動解析を行う流動解析部（１８）を更に具備する。
詳細形状を用いて、流動解析を行い、より正確に風路特性を評価することが出来る。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の風路特性予測方法は、（ａ）〜（ｄ）ステップを具備する。
ここで、（ａ）ステップは、空調装置の風路の構造をモデル化した風路モデルを形成する。（ｂ）ステップは、その風路モデルを複数の風路要素（Ｐ）に分割する。（ｃ）ステップは、複数の風路要素（Ｐ）の各々における圧力損失を推定する。（ｄ）ステップは、複数の風路要素（Ｐ）の各々におけるその圧力損失に基づいて、その風路モデルにおける圧力損失を推定する。
独自の風路モデル及び風路要素を用いて圧力損失の概略計算を行うので、計算が簡略化され、計算時間を短縮することができる。
【００２３】
また、本発明の風路特性予測方法は、（ｂ）ステップが、（ｅ）〜（ｇ）ステップを具備する。
ここで、（ｅ）ステップは、その風路モデルの構造に基づいて、複数の代表点（Ａ）を設定する。（ｆ）ステップは、複数の代表点（Ａ）からいくつかを選択して、風路要素（Ｐ）を形成する。（ｇ）ステップは、複数の代表点（Ａ）の各々における座標を設定する。
代表点は構造に基づいて決まっているので、代表点により構成される風路要素は、風路の特性を的確に含んでいる。従って、精度の高い圧力損失の概略計算が可能となる。また、代表点だけで風路が表現されているので、圧力損失の計算を簡略化することができる。
【００２４】
更に、本発明の風路特性予測方法は、（ｃ）ステップが、複数の風路要素（Ｐ）の各々におけるその圧力損失を、複数の風路要素（Ｐ）の各々における入口の座標及び出口の座標に基づいて推定する。
簡略化した風路要素を用いているので、入口の座標及び出口の座標で、圧力損失を計算することが出来る。
【００２５】
更に、本発明の風路特性予測方法は、（ｈ）その風路モデルにおけるその圧力損失と、空調装置（５０）に用いるファンの特性に基づいて、そのファンの風量を予測するステップを更に具備する。
圧力損失から、ファンの風量を計算することが出来る。
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明に関するプログラムは、（ｉ）〜（ｊ）ステップを具備する方法をコンピュータに実行させる。
ここで、（ｉ）ステップは、空調装置（５０）の運転モードと、その運転モードに対応して空調装置（５０）の風路の構造をモデル化した風路モデルを分割して生成される複数の風路要素（Ｐ）とに基づいて、複数の風路要素（Ｐ）の各々における圧力損失を推定する。（ｊ）ステップは、複数の風路要素（Ｐ）の各々におけるその圧力損失に基づいて、その風路モデルにおける圧力損失を推定する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明である風路特性予測装置及び風路特性予測方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
本実施例において、カーエアコンのエアコンユニットに適用した風路特性予測装置及び風路特性予測方法を例に示して説明するが、他の空調装置の風路を設計する場合の風路予測に対しても、本風路特性予測装置及び風路特性予測方法を適用可能である。
【００２８】
まず、本発明である風路特性予測装置及び風路特性予測方法において用いる風路モデル及び風路要素について説明する。
風路モデルについて、図２を参照して説明する。
図２は、本発明である風路特性予測装置及び風路特性予測方法のエアコンユニットの風路モデルを示す構成図である。座標１００は、風路モデルに関する３次元座標系である。図２は、風路モデルをＸＹ座標平面に投影した断面図である。Ｚ軸方向には、所定の長さ（高さ）だけ、同一の断面形状を有している。
【００２９】
エアコンユニット５０は、エアコンのファンから送風される空気を指定された温度に変換し、指定の運転モードに対応する場所（足元：Ｆｏｏｔ、顔面：Ｆａｃｅ、フロントガラス：Ｄｅｆ）へ送出する。
エアコンユニット５０は、ファンからの送風Ｗの流路３０の先に設けられている。エバポレータ３１と、配管３７〜３９と、エアコンユニット本体４５とを具備する。エアコンユニット本体は、ヒータ３２、ダンパ４１〜４３、混合室４４及び仕切板３３〜３６を有する。
図２のエアコンユニット５０は、風路の概略計算を実施しやすいように、構造及び形状が簡略化（モデル化）されている。そして簡略化しているので、モデルの変更も容易である。
【００３０】
エバポレータ３１は、ファンからの送風Ｗの流路３０の先に設けられ、空気を冷却する熱交換器である。ダンパ４３は、エバポレータ３１から送出された空気を、ヒータ３２又は混合室４４へ向かわせる。ヒータ３２は、エバポレータ３１から送出されダンパ４３を経由した空気を、加熱する熱交換器である。混合室４４は、エバポレータ３１から送出されダンパ４３を経由した空気及びヒータ３２を経由した空気を混合する。ダンパ４０は、混合室４４の空気をフロントガラスの出口（Ｄｅｆ）へ向かわせる配管３７への空気の出入りを制御する。ダンパ４１は、混合室４４の空気を顔面の出口（Ｆａｃｅ）へ向かわせる配管３８への空気の出入りを制御する。ダンパ４２は、混合室４４の空気を足元（Ｆｏｏｔ）の出口へ向かわせる配管３９への空気の出入りを制御する。仕切板３３〜３６は、エアコンユニット本体４５内において、他の構成と共に風路を形成する。
【００３１】
図２において、空気の流れは、以下のようになる。
ファンから送風Ｗとして送出された空気は、流路３０を経由してエバポレータ３１において冷却される。エバポレータ３１を経由した空気は、仕切板３４と仕切板３５との間に設けられた開口部４３ａへ向かう。ダンパ４３がａ１側（仕切板３４側）にある場合、空気は、直接に混合室４４へ向かう。ダンパ４３がａ２側（仕切板３３側）にある場合、空気は、ヒータ３２へ向かう。ダンパ４３が、ａ１とａ２との間の位置にある場合、その位置に応じて、それぞれ混合室４４及びヒータ３２へ空気が分割される。
ヒータ３２側に向かった空気は、ヒータ３２において加熱される。ヒータ３２を経由した空気は、仕切板３６に沿って進み混合室４４へ入る。ここで、ダンパ４３がａ１とａ２との間の位置にある場合、混合室４４へ直接向かった空気と混合される。混合室４４に入った空気は、ダンパ４０が開いている場合、開口部４０ａ−配管３７経由でフロントガラスの出口（Ｄｅｆ）へ向かう。ダンパ４１が開いている場合、開口部４１ａ−配管３８経由で顔面の出口（Ｆａｃｅ）へ向かう。ダンパ４２が開いている場合、開口部４２ａ−配管３９経由で足元（Ｆｏｏｔ）の出口へ向かう。
【００３２】
図２のように簡略化したモデルについて、詳細に説明する。
図３は、本発明である風路特性予測装置及び風路特性予測方法のエアコンユニットの風路モデルの代表点等を説明する構成図である。図３は、風路モデルをＸＹ座標平面に投影した断面図である。Ｚ軸方向には、所定の長さ（高さ）だけ、同一の断面形状を有している。
【００３３】
風路モデルは、エアコンユニット５０の内、エバポレータ３１の出口以降のエアコンユニット本体４５において形成される。エアコンユニット本体４５の構造を示すのに必要な点である代表点（Ａ）の組合せで構成される。代表点（Ａ）は、構造上の分岐点や接合点、孤立点、支点、境界線などに設けられる。
図３のエアコンユニット５０は、代表点で構造を把握でき、また、モデル化した上で代表点を決めているので代表点の数が少ない。従って、数値的な取り扱いがきわめて容易である。
【００３４】
エバポレータ３１の出口は、代表点Ａ１−Ａ１２を結ぶＣ１により示される。エアコンユニット本体４５は、代表点Ａ１−Ａ２−Ａ３を結ぶＢ１−Ｂ２、Ａ４−Ａ５を結ぶＢ５、Ａ６−Ａ７を結ぶＢ８、Ａ８−Ａ９を結ぶＢ１１、Ａ１０−Ａ１１−Ａ１２を結ぶＢ１２−Ｂ１３により示される。
仕切板３３は、代表点Ａ１１−Ａ１８を結ぶＢ１６で、仕切板３４は代表点Ａ２−Ａ１３を結ぶＢ１４で、仕切板３５は、代表点Ａ１４−Ａ１５を結ぶＢ１５で、仕切板３６は、代表点Ａ８−Ａ１７を結ぶＢ１７でそれぞれ示される。
ヒータ３２は、代表点Ａ１５−Ａ１６−Ａ９−Ａ１０−Ａ１５を結ぶＣ２−Ｃ３−Ｃ４−Ｃ５により示される。
ダンパ４０は、代表点Ａ４を支点として回転するＤ２により示される。開口部４０ａ（ダンパ４０）の閉止は、Ｄ２が代表点Ａ３−Ａ４の位置になることで示される。ダンパ４１は、代表点Ａ６を支点として回転するＤ３により示される。開口部４１ａ（ダンパ４１）の閉止は、Ｄ３が代表点Ａ５−Ａ６の位置になることで示される。ダンパ４２は、代表点Ａ７を支点として回転するＤ４より示される。開口部４２ａ（ダンパ４２）の閉止は、Ｄ４が代表点Ａ７−Ａ８の位置になることで示される。ダンパ４３は、代表点Ａ１４を支点として回転するＤ１により示される。ダンパ４３がａ１側（仕切板３４側）にある状態は、Ｄ１が代表点Ａ１４−Ａ１３の位置になることで示される。ダンパ４３がａ２側（仕切板３３側）にある状態は、Ｄ１が代表点Ａ１４−Ａ１８の位置になることで示される。配管３７は、代表点Ａ３−Ａ４を配管の口とし、各々から延びるＢ３及びＢ４を配管本体として示される。配管３８は、代表点Ａ５−Ａ６を配管の口とし、各々から延びるＢ６及びＢ７を配管本体として示される。配管３９は、代表点Ａ７−Ａ８を配管の口とし、各々から延びるＢ９及びＢ１０を配管本体として示される。
【００３５】
次に、図３のように風路モデルにおいて設定される風路要素について説明する。
図４は、本発明である風路特性予測装置及び風路特性予測方法のエアコンユニットの風路モデルの風路要素を説明する構成図である。図４は、風路モデルをＸＹ座標平面に投影した断面図である。Ｚ軸方向には、所定の長さ（高さ）だけ、同一の断面形状を有している。
図４は、空気をフロントガラスの出口（Ｄｅｆ）へ送出する運転モードを例として示している。この場合、空気は配管３７へ送出され、配管３８及び配管３９は閉止される。
【００３６】
図４で示されるように、この運転モードでは、風路要素は、Ｐ１〜Ｐ７の７個となる。すなわち、風路要素Ｐ１は、代表点Ａ１−Ａ１３−Ａ１８−Ａ１２−Ａ１で示される。風路要素Ｐ２は、代表点Ａ１３−Ａ１４−Ａ１８−Ａ１３で示される。風路要素Ｐ３は、代表点Ａ１４−Ａ１５−Ａ１０−Ａ１８−Ａ１４で示される。風路要素Ｐ４は、代表点Ａ１６−Ａ１７−Ａ８−Ａ９−Ａ１６で示される。風路要素Ｐ５は、代表点Ａ１６−Ａ１５−Ａ１３−Ａ６−Ａ１７−Ａ１６で示される。風路要素Ｐ６は、代表点Ａ１３−Ａ３−Ａ４−Ａ６−Ａ１３で示される。風路要素Ｐ７は、代表点Ａ３−Ａ４で示される。
【００３７】
以上のように、本発明では、代表点を用いた簡潔な風路モデルを作成し、風路の取り扱いを簡潔な風路要素に分割して行う。このことにより、風路の概略計算を短時間に実行することが出来る。
【００３８】
なお、図２〜図４は、本発明の一例であり、本発明が図２〜図４の例に制限されることは無い。
【００３９】
次に、本発明である風路特性予測装置の実施の形態における構成について説明する。
図１は、本発明である風路特性予測装置の実施の形態における構成を示す図である。風路特性予測装置１は、ワークステーションやパーソナルコンピュータに例示される情報処理装置である。ＣＰＵに例示される演算部２、データベース３、ディスプレイに例示される表示部４、キーボードやマウスに例示される入力部５、メモリやハードディスクに例示される記憶部６を備える。
【００４０】
風路特性予測装置には、プログラムとしての設計条件設定部１１、風路圧損計算部１２、風量計算部１３、風路形状変更部１４、風路要素選定部１５、形状詳細化部１６、ＣＡＤ部１７及び流動解析部１８がインストールされている。また、形状データベース１９、風路圧損データベース２０、ファン特性データベース２１及び詳細形状データベース２２の各データベースが搭載されている。
【００４１】
形状データベース１９は、空調装置としてのカーエアコンの構造と、運転モードと、複数の風路要素とを関連付けて格納する。ここで、カーエアコンの構造は、仕切板やヒータ等の位置である。運転モードは、足元へ送風するモード（Ｆｏｏｔ）、顔面へ送風するモード（Ｆａｃｅ）、フロントガラスへ送風するモード（Ｄｅｆ）、足元＋フロントガラスへ送風するモード（Ｆｏｏｔ＋Ｄｅｆ）、顔面＋足元へ送風するモード（Ｆａｃｅ＋Ｆｏｏｔ）、に例示される。また、複数の風路要素は、カーエアコンの風路の構造をモデル化して作成される風路モデルにおいて、その風路を分割して生成される。各風路要素は、要素の種類（風路の拡大、縮小により分類）及び風路の入口及び出口の座標により特徴付けられる。
【００４２】
風路圧損データベース２０は、複数の風路要素の種類と、風路の圧力損失を算出する関数とを関連付けて格納する。風路の圧力損失とは、風路の入口と出口との間の圧力の損失である。入口と出口の座標の関数である。
【００４３】
ファン特性データベース２１は、カーエアコンに用いるファンの圧力損失と風量との関係（Ｐ−Ｑ特性）を格納する。
【００４４】
詳細形状データベース２２は、風路モデルの構造の各部と、実際の風路の構造の各部とを関連付けて格納する。
【００４５】
設計条件設定部１１は、設計者の入力により、風路の設計に必要な条件としての設計条件を設定する。設計条件は、ファンの種類、エアコンユニット５０の形状、運転モード、各出口での風量に例示される。
そして、設計条件設定部１１は、エアコンユニット５０の形状、運転モードに基づいて、形状データベース１９を参照して、風路モデル及び複数の風路要素を特定する。
【００４６】
風路圧損計算部１２は、その複数の風路要素に基づいて、風路圧損データベースを参照して、風路モデルの入口側から順次、複数の風路要素の各々の圧力損失を算出する。そして、風路モデル全体における圧力損失を算出（推定）する。推定は、風路モデルの入口での風量の範囲の１点、又は複数点で行う。それにより、その運転モードにおける、風量と圧力損失との関係のグラフが得られる。
【００４７】
風量計算部１３は、風路モデルにおける圧力損失に基づいて、ファン特性データベースを参照して、ファンの風量を予測する。すなわち、風量と圧力損失との関係のグラフに基づいて、ファンの圧力損失と風量との関係（Ｐ−Ｑ特性）を参照して、両者の交点からファンの風量が決定される。
【００４８】
風路形状変更部１４は、設計者の入力により、風路モデル、複数の風路要素を形成する代表点、又は代表点の風路モデル内の位置等を変更する。
【００４９】
風路要素選定部１５は、設計者の入力により、変更された代表点の座標に基づいて、新たに風路要素を形成し、変更された風路要素の種類を設定する。形状データベースにおける風路要素は、風路モデル内の代表点が囲む閉領域で形成される。新たに生成された形状データは、形状データベース１９に格納される。
【００５０】
形状詳細化部１６は、風路モデルの構造に基づいて、詳細形状データベースを参照して、風路モデルを実際の風路の構造に変換する。
【００５１】
図面生成部としてのＣＡＤ部１７は、実際の風路の構造に基づいて、ＣＡＤ図面を生成する。
【００５２】
流動解析部１８は、実際の風路の構造に基づいて、流動解析を行う。
【００５３】
次に、形状データベース１９について詳細に説明する。
図５は、形状データベース１９を示す図である。形状データベース１９は、空調装置としてのカーエアコンの構造と、運転モードと、複数の風路要素とを関連付けて格納する。
形状１９−８は、図３において示すエアコンユニット５０の形状及び構造の種類である。構成１９−９は、エアコンユニット本体４５を構成し、仕切板、熱交換器、ダンパに例示される。座標１９−１０は、各構成（仕切板、熱交換器、ダンパ等）を示す代表点（Ａ）の座標である。
運転モードは、モード１９−１、送風口（Ｄｅｆ／Ｆａｃｅ／Ｆｏｏｔ）１９−２で指定される。モード１９−１は、５つの運転モードを示す番号である。送風口１９−２は、送風する先を示す。ここでは、モード１は、フロントガラスへ送風するモード（Ｄｅｆ）であり、モード２は、顔面へ送風するモード（Ｆａｃｅ）である。以下、図示していないが、モード３は足元へ送風するモード（Ｆｏｏｔ）、モード４は顔面＋足元へ送風するモード（Ｆａｃｅ＋Ｆｏｏｔ）、モード５は足元＋フロントガラスへ送風するモード（Ｆｏｏｔ＋Ｄｅｆ）である。
複数の風路要素は、要素１９−３、要素名１９−４、座標点１９−５、入口１９−６、出口１９−７で指定される。要素１９−３は、各風路要素の種類を示す記号である。要素名１９−４は、風路要所の種類を示す名称である。風路要素の種類は、風路の拡大、縮小により分類される。ここでは、（風路について）急拡大、漸近拡大、漸近縮小、急縮小、曲がり、の５つの種類を有する。座標点１９−５は、風路要素を構成する代表点及びその座標である。なお、図２〜図４におけるＺ軸方向は、同一であるので省略している。なお、Ｄｅｆ、Ｆｏｏｔ、Ｆａｃｅは確定的な座標を有する。入口１９−６は、風路要素における空気の入口となる部分の代表点である。出口１９−７は、風路要素における空気の出口となる部分の代表点である。
【００５４】
次に、風路圧損データベース２０について説明する。
図６は、風路圧損データベース２０を示す図である。風路圧損データベース２０は、複数の風路要素の種類と、風路の圧力損失を算出する関数とを関連付けて格納する。
風路要素の種類は、要素名２０−１に示される。要素名２０−１は、要素名１９−１と同様である。風路の圧力損失を算出する関数は、変数２０−２及び関数２０−３で示される。変数２０−２は、関数２０−３で使用する変数である。変数は、入口面積Ｓ１、出口面積Ｓ２、曲り角度θを含む。これらは、代表点の座標から算出される。関数２０−３は、入口風量の入力に対して、風路要素の圧力損失（風路の入口と出口との間の圧力の損失）を算出する関数である。関数は、複数の関数を含んでいても良い。風路要素の種類毎に設定されている。
【００５５】
次に、ファン特性データベース２１について説明する。
図７は、ファン特性データベース２１を示す図である。ファン特性データベース２１は、カーエアコンに用いるファンの圧力損失と風量との関係（Ｐ−Ｑ特性）を格納する。
Ｐ−Ｑ特性は、ファン種類２１−１と、そのファンにより造り出す風量２１−２と、その風量において許容される許容圧力損失としての許容圧損２１−３で示される。
【００５６】
次に、詳細形状データベース２２について説明する。
図８は、詳細形状データベース２２を示す図である。詳細形状データベース２２は、風路モデルの構造の各部と、実際の風路の構造の各部とを関連付けて格納する。
風路モデルの構造の各部は、構成２２−１で示される。構成２２−１は、図３のエバポレータ、エアコンユニット本体、仕切板、ヒータ、ダンパ、配管に例示される。形状２２−２は、各構成の形状であり、直方体、薄板、回転軸などに例示される。座標２２−３は、各構成を実際の形状にするために、代表点の座標へ付加される相対的な変位分の座標である。例えば、仕切板は、断面形状として２つの代表点を結ぶ線分で表現されているので、線分に厚みを加えるように２つの代表点に±Δの変位分の座標を加える。他の構成についても同様である。
【００５７】
次に、本発明である風路特性予測装置の実施の形態における動作（風路特性予測方法）について説明する。
図９は、本発明である風路特性予測装置の実施の形態における動作（風路特性予測方法）を示すフロー図である。
【００５８】
設計者により、風路特性予測装置１が起動される。各データベースには、設計者により所定のデータが格納されている。
【００５９】
（１）ステップＳ０１
設計条件設定部１１は、設計者により設計条件を入力される。設計条件は、記憶部６に一時的に格納される。設計条件は、目標とするファンの風量の範囲、ファンの種類、エアコンユニット５０の形状、運転モード、エアコンユニット５０の各出口での風量に例示される。
【００６０】
（２）ステップＳ０２
設計条件設定部１１は、設計条件の形状及び運転モードに基づいて、形状データベース１９を参照して、風路モデル（形状１９−８及び運転モード１９−１）及び風路要素を特定（要素名１９−４、座標点１９−５、入口１９−６、出口１９−７）し、表示部４へ表示する。
【００６１】
（３）ステップＳ０３
設計者は、表示部４に表示された風路モデル及び風路要素が、設計者の意図したものであれば、ステップＳ０６へ進む。設計者の意図したものでなければ、ステップＳ０４へ進む。
【００６２】
（４）ステップＳ０４
表示部４に表示された風路モデル及び風路要素が、設計者の意図したものでないので、設計者は、風路モデル及び風路要素の形状及び構造変更を行う。
まず、風路形状変更部１４は、設計者の入力により、表示された風路モデルの変更を行う。風路モデルについては、機器や仕切板、ダンパなどの追加、削除、移動による、代表点の生成又は削除、代表点の位置の変更を行う。
【００６３】
（５）ステップＳ０５
風路要素選定部１５は、設計者の入力により、風路要素の変更を行う。風路要素については、風路モデル内の代表点を結びなおし、閉領域を形成する。そして、変更された風路要素の代表点の座標に基づいて、変更された風路要素の種類を設定する。
風路モデル、代表点、風路要素等の変更に伴い、形状データベース１９に新たな形状データとして、モード１９−１〜座標１９−１０を生成する。
【００６４】
（６）ステップＳ０６
風路圧損計算部１２は、複数の風路要素（形状デーベース１９の要素名１９−４）に基づいて、風路圧損データベースを（要素名２０−１）参照して、風路モデルの入口側から順次、複数の風路要素の各々の圧力損失を算出する。そして、風路モデル全体における圧力損失を算出（推定）する。推定は、風路モデルの入口での風量の範囲の１点、又は複数点で行う。それにより、その運転モードにおける、風量と圧力損失との関係のグラフが得られる。
【００６５】
ここで、例えば、図３の場合（図５における形状１９−８が１、モード１９−１が１（フロントガラス（Ｄｅｆ）へ送風））について、計算方法を説明する。まず、風路要素Ｐ１ついて、圧力損失の計算を行う。形状データベース１９を参照して、風路要素Ｐ１は、要素名１９−４が急縮小、座標点１９−５がＡ１、Ａ１２、Ａ１８、Ａ１３、入口がＡ１−Ａ１２、出口がＡ１３−Ａ１８である。また、圧力損失データベース２０を参照して、要素名２０−１が急縮小の場合、変数２０−２は入口面積Ｓ１及び出口面積Ｓ２であり、関数２０−３はｆ１（Ｓ１、Ｓ２）である。ここで、入口面積Ｓ１及び出口面積Ｓ２は、入口及び出口の代表点（Ａ１−Ａ１２、Ａ１３−Ａ１８）の座標により算出する。そして、入口風量を入力すると、ｆ１（Ｓ１、Ｓ２）により、出口風量及び圧力損失が計算される。
風路要素Ｐ２については、風路要素Ｐ１の出口風量を入口風量として、同様にして算出する。更に同様にして、順次風路要素Ｐ３〜Ｐ７の出口風量及び圧力損失が計算される。
以上により、風路モデルでの風量及び圧力損失（＝Ｐ７での出口風量及び各風路要素の圧力損失の合計）の計算が終了する。
上記の計算を、エアコンユニット５０入口での風量の範囲における１点、又は複数点で行う。風量の範囲は、ファン特性データベース２１の風量２１−２の最大値と最小値とで規定される。
【００６６】
（７）ステップＳ０７
風量計算部１３は、ステップＳ０６までに計算された風路モデルにおける圧力損失に基づいて、ファン特性データベースを参照して、設定条件で指定したファンを示すファンの種類２１−１について、ファンの風量を予測する。すなわち、風路モデルの風量と圧力損失との関係（のグラフ）に基づいて、ファンの種類２１−１に対応するファンの圧力損失（許容圧損２１−３）と風量（２１−２）との関係（Ｐ−Ｑ特性）を参照して、両者の交点からファンの風量が決定される。それを、図１０を参照して説明する。
【００６７】
図１０は、風量と圧力損失との関係を示すグラフである。曲線Ｌは、ファンの圧力損失と風量との関係（Ｐ−Ｑ特性）であり、ファン特性データベース２１の風量２１−２と許容圧損２１−３との関係を示している。曲線Ｋは、ステップＳ０６までに計算された風路モデルにおける風量と圧力損失との関係を示すグラフである。従って、ファンの風量は、両者の交点の風量Ｑと決定される。
【００６８】
（８）ステップＳ０８
風量計算部１３は、決定された風量Ｑが、設定条件で指定されたファンの風量の範囲（目標値）に入っているか否かを検証する。入っていない場合には、ステップＳ０２に戻る。その場合、エアコンユニットや代表点の形状を変更（Ｓ０４−Ｓ０５）して、再度計算することになる。
【００６９】
（９）ステップＳ０９
風路モデル及び風路要素を用いた概略計算（ステップＳ０２〜ステップＳ０７）により決定された風量Ｑが、設定条件で指定されたファンの風量の範囲（目標値）に入っている場合、詳細な検討を行う。
形状詳細化部１６は、風路モデルの構造（形状データベース１９の構成１９−９、座標１９−１０）に基づいて、詳細形状データベースを参照して、風路モデルの各構成（仕切板、ダンパ、熱交換器等）の実際の風路の構造に変換する。
すなわち、形状詳細化部１６は、構成１９−９に対応する構成２２−１について、座標１９−１０に形状２２−２を考慮しながら座標２２−３を加えて、各構成１９−９の実際の形状を示す座標を生成する。それにより、風路モデルから実際の風路となる。
【００７０】
（１０）ステップＳ１０
流動解析部１８は、ステップＳ０９で生成された実際の風路の構造に基づいて、所定の条件の下、流動解析を行う。流動解析は、従来知られた流動解析方法を用いる。
【００７１】
（１１）ステップＳ１１
流動解析部１８は、流動解析の結果が、所定の目標を満たすか否かを検証する。満たさない場合には、ステップＳ０２に戻る。その場合、概略計算（ステップＳ０２〜ステップＳ０７：風路モデルや風路要素の変更（Ｓ０４−Ｓ０５）を含む）から再度やり直す。
【００７２】
（１２）ステップＳ１２
流動解析の結果が、所定の目標を満たせば、設計が終了する。そして、ステップＳ０９で生成された実際の風路の形状を示す座標に基づいて、ＣＡＤ図面を生成する。
【００７３】
本実施例における、図３及び図４で示した風路モデル及び風路要素を用いた概略計算により、従来数日以上必要とされた風路の概略計算が１日以内で実施可能となる。設計時間の大幅な短縮となり、開発コストも大幅に低減することができる。
【００７４】
風路要素の形状は、概略計算（ステップＳ０２〜Ｓ０７）と流動解析（ステップ１０）との比較により、適切な形状を選択することができ、精度を向上させることが可能である。
【００７５】
本発明では、データサーバ３が風路特性予測装置１に含まれている。しかし、外部に存在し、ネットワーク８を介して風路特性予測装置１に接続されていても良い。それを示したのが図１１である。
図１１は、本発明である風路特性予測装置の実施の形態における他の構成を示す図である。風路特性予測装置１’と、データサーバ３’はネットワーク８を介して接続されている。ここで、ネットワーク８は、ＬＡＮやＷＡＮ、公衆回線（インターネットを含む）に例示される通信回線である。専用回線でも良い。さらに、各データベースは、１つのデータサーバに属している必要は無く、それぞればらばらにネットワーク８上に存在していても良い。独自のデータを有さない場合でも、他からデータを調達して利用することが出来る。それにより、風路特性予測装置の設備コストを抑えることが出来る。また、最新データを利用することができる。更に、インターネット上に存在する場合、クライアント側はＷｅｂブラウザでデータを閲覧できる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明により、空調装置における風路の設計において、風路モデル及び風路要素を用いた概略設計を導入することにより、設計期間を短縮し、開発コストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明である風路特性予測装置の実施の形態における構成を示す図である。
【図２】本発明である風路特性予測装置及び風路特性予測方法のエアコンユニットの風路モデルを示す構成図である。
【図３】本発明である風路特性予測装置及び風路特性予測方法のエアコンユニットの風路モデルの代表点等を説明する構成図である。
【図４】本発明である風路特性予測装置及び風路特性予測方法のエアコンユニットの風路モデルの風路要素を説明する構成図である。
【図５】形状データベースを示す図である。
【図６】風路圧損データベースを示す図である。
【図７】ファン特性データベースを示す図である。
【図８】詳細形状データベースを示す図である。
【図９】本発明である風路特性予測装置の実施の形態における動作（風路特性予測方法）を示すフロー図である。
【図１０】風量と圧力損失との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明である風路特性予測装置の実施の形態における他の構成を示す図である。
【符号の説明】
１（’）　　風路特性予測装置
２　　演算部
３　　データベース
３’　　データサーバ
４　　表示部
５　　入力部
６　　記憶部
１１　　設計条件設定部
１２　　風路圧損計算部
１３　　風量計算部
１４　　風路形状変更部
１５　　風路要素選定部
１６　　形状詳細化部
１７　　ＣＡＤ部
１８　　流動解析部
１９　　形状データベース
１９−１　　モード
１９−２　　送風口（Ｄｅｆ／Ｆａｃｅ／Ｆｏｏｔ）
１９−３　　要素
１９−４　　要素名
１９−５　　座標点
１９−６　　入口
１９−７　　出口
１９−８　　形状
１９−９　　構成
１９−１０　　座標
２０　　風路圧損データベース
２０−１　　要素名
２０−２　　変数
２０−３　　関数
２１　　ファン特性データベース
２１−１　　ファンの種類
２１−２　　風量
２１−３　　許容圧損
２２　　詳細形状データベース
２２−１　　構成
２２−２　　形状
２２−３　　座標
３０　　流路
３１　　エバポレータ
３２　　ヒータ
３３　　仕切板
３４　　仕切板
３５　　仕切板
３６　　仕切板
３７　　配管
３８　　配管
３９　　配管
４０　　ダンパ
４１　　ダンパ
４２　　ダンパ
４３　　ダンパ
４４　　混合室
４５　　エアコンユニット本体
【図１】
2004116904.tif 000003
【図２】
2004116904.tif 000004
【図３】
2004116904.tif 000005
【図４】
2004116904.tif 000006
【図５】
2004116904.tif 000007
【図６】
2004116904.tif 000008
【図７】
2004116904.tif 000009
【図８】
2004116904.tif 000010
【図９】
2004116904.tif 000011
【図１０】
2004116904.tif 000012
【図１１】
2004116904.tif 000013