(57)【要約】  吸排気機１０は、筒状のファンケース１２０を有するターボファンと、ターボファンの吸気側または排気側と接続するダクト２００、２１０と、ファンケースおよびダクトと接続する底部２２０、２３０と、を備える。ファンケースは、排気側または吸気側の一方の端部に第１の開口を有し、第１の開口を塞ぐように底部がファンケースと接続している。ダクト、底部、および第１の開口をインペラの回転軸に垂直な面に投影した投影図において、ダクトおよび底部の内壁面の輪郭線は、第１の開口に対応する円弧状の曲線Ｒと、互いに平行且つ直線状の第１直線部Ｌ１および第２直線部Ｌ２と、を含む。第１の開口の中心から、第１直線部Ｌ１またはその底部側の延伸線Ｅ１までの距離が、第１の開口の中心から、第２直線部Ｌ２またはその底部側の延伸線Ｅ２までの距離よりも長い。
2020090533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、前記回転軸を中心に回転するインペラと、前記インペラの外周を取り囲む側壁を有する筒状のファンケースと、を有するターボファンと、
前記ターボファンの吸気側または排気側と接続するダクトと、
前記ファンケースと接続し、且つ、前記ダクトと接続する底部と、を備え、
前記ファンケースは、前記側壁の前記ターボファンの排気側または吸気側の一方の端部に第１の開口を有し、前記第１の開口を塞ぐように前記底部が前記ファンケースと接続しており、
前記ダクト、前記底部、および前記第１の開口を前記回転軸に垂直な面に投影した投影図において、前記ダクトおよび前記底部の内壁面の輪郭線は、前記第１の開口に対応する円弧状の曲線Ｒと、前記曲線Ｒの両端からそれぞれ延びる第１輪郭線および第２輪郭線と、を有し、
前記第１輪郭線および前記第２輪郭線は、互いに平行且つ直線状の第１直線部Ｌ１および第２直線部Ｌ２を、それぞれ有し、
前記投影図において、前記第１の開口の中心Ｘ０から、前記第１直線部Ｌ１または前記第１直線部Ｌ１を前記底部側に延長した第１延伸線Ｅ１までの距離が、前記第１の開口の中心Ｘ０から、前記第２直線部Ｌ２または前記第２直線部Ｌ２を前記底部側に延長した第２延伸線Ｅ２までの距離よりも長く、
前記第１直線部Ｌ１と前記第２直線部Ｌ２との離間距離をＷとし、前記第１の開口の直径をＤとし、前記第１の開口の中心Ｘ０から、前記第１直線部Ｌ１と前記第２直線部Ｌ２との中心線を前記底部側に延長した延伸線Ｅ０までの距離をΔｗとしたとき、Ｗ／２＋Δｗ＜Ｄ／２である、吸排気機。
【請求項２】
前記ファンケースは、前記側壁の前記ターボファンの排気側または吸気側の他方の端部に第２の開口を有し、
前記第１の開口および前記第２の開口の一方が排気側に設けられた送風口、他方が吸気側に設けられた吸気口であり、
前記ファンケースの前記側壁は、内壁面の一部が前記インペラと対向して、前記吸気口から前記送風口に至る気体の流路を形成している、請求項１に記載の吸排気機。
【請求項３】
前記内壁面の少なくとも一部の領域において、前記気体の流路の上流側が下流側よりも前記回転軸からの距離が短くなるように、前記内壁面が湾曲している、請求項２に記載の吸排気機。
【請求項４】
前記送風口と前記インペラの間に、誘導部を備え、
前記誘導部の前記内壁面との対向面は、前記回転軸の軸を含む面において、前記送風口側が前記吸気口側よりも前記回転軸からの距離が長くなるように傾斜している、請求項２または３に記載の吸排気機。
【請求項５】
前記インペラは、前記回転軸と中心部で係合し、前記回転軸と交差する方向に延伸する面を有するインペラディスクと、前記インペラディスクから立設する複数の動翼と、を備え、
前記インペラディスクの外周端から内周側へ所定の距離までの外周領域において、外周側が内周側よりも、排気側に設けられた送風口までの距離が短くなるように、前記インペラディスクが傾斜している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸排気機。
【請求項６】
前記インペラは、前記回転軸と中心部で係合し、前記回転軸と交差する方向に延伸する面を有するインペラディスクと、前記インペラディスクから立設する複数の動翼と、を備え、
前記動翼を介して前記インペラディスクと対向するシュラウドをさらに備え、
前記シュラウドは、リング状であり、前記シュラウドの内周縁が、吸気側に設けられた吸気口と対向し、
前記シュラウドの外周端は、前記シュラウドの内周端よりも、前記インペラディスク側に位置する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸排気機。
【請求項７】
前記インペラは、前記回転軸と中心部で係合し、前記回転軸と交差する方向に延伸する面を有するインペラディスクと、前記インペラディスクから立設する複数の動翼と、を備え、
複数の前記動翼が、前記インペラディスクの前記中心部から外周部に向かって、前記回転軸の回転方向に突出する円弧状に延伸している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸排気機。
【請求項８】
前記ターボファンは、前記ファンケースの前記側壁と前記動翼との間に配置される複数の静翼をさらに備え、
複数の前記静翼は、より外周に向かうほど、前記回転軸の回転方向に前進している、請求項７に記載の吸排気機。
【請求項９】
前記静翼は、ディフューザプレートに取り付けられている、請求項８に記載の吸排気機。
【請求項１０】
前記第１の開口が、排気側に設けられた送風口であり、
前記ダクトが、前記送風口と連絡する送風ダクトである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の吸排気機。
【請求項１１】
前記第１の開口が、前記吸気側に設けられた吸気口であり、
前記ダクトが、前記吸気口と連絡する吸気ダクトである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の吸排気機。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の吸排気機と、
被温度調和体を収容する筐体と、を備え、
前記吸排気機からの送風または吸気により、前記被温度調和体を冷却または加熱する、温度調和ユニット。
【請求項１３】
複数の吸排気機と、
被温度調和体を収容する筐体と、を備え、
前記吸排気機からの送風または吸気により、前記被温度調和体を冷却または加熱する、温度調和ユニットであって、
前記複数の吸排気機が、第１の吸排気機および第２の吸排気機を含み、
前記第１の吸排気機および前記第２の吸排気機は、それぞれ、請求項１０に記載の吸排気機で構成されている、温度調和ユニット。
【請求項１４】
前記第１の吸排気機および前記第２の吸排気機は、前記回転軸が互いに平行であるが、回転方向が逆であり、
前記第１の吸排気機は、前記第２の吸排気機と近接して設けられている、請求項１３に記載の温度調和ユニット。
【請求項１５】
複数の吸排気機と、
被温度調和体を収容する筐体と、を備え、
前記吸排気機からの送風または吸気により、前記被温度調和体を冷却または加熱する、温度調和ユニットであって、
前記複数の吸排気機が、第１の吸排気機および第２の吸排気機を含み、
前記第１の吸排気機および前記第２の吸排気機は、それぞれ、請求項１１に記載の吸排気機で構成されている、温度調和ユニット。
【請求項１６】
前記第１の吸排気機および前記第２の吸排気機は、前記回転軸が互いに平行であるが、回転方向が逆であり、
前記第１の吸排気機は、前記第２の吸排気機と近接して設けられている、請求項１５に記載の温度調和ユニット。
【請求項１７】
前記被温度調和体は、二次電池、回路基板、放熱器、継電器、および、半導体素子よりなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の温度調和ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被温度調和体を冷却または加熱により温度調和する温度調和ユニット、および、温度調和ユニットに用いられる吸排気機に関し、特に、吸排気機の高出力化に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池等の蓄電デバイスや、インバータおよびコンバータ等の電力変換装置（以下、まとめて被温度調和体と称する）は、電流が流れる際、内部抵抗および外部抵抗により発熱する。被温度調和体の温度が過度に高くなると、性能が十分に発揮されない。また、寒冷地での使用等、周囲の温度が過度に低い場合にも、被温度調和体の性能は十分に発揮されない。すなわち、被温度調和体の温度は、出力特性あるいは電力変換特性、さらには被温度調和体の寿命に大きく影響する。【０００３】
これら被温度調和体は、ハイブリッド車、電気自動車（ＥＶ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）等に搭載され得る。【０００４】
例えば、二次電池に含まれるセルは、内部抵抗を有する。また、セル同士の接続部において、接触抵抗が生じ得る。これらの抵抗成分を有するセルに対して、セルを充電するための電流や、セルから放電される電流が流されると、セルは発熱する。発熱により温度が上昇すると、充放電に寄与しない副反応が発生し易くなり、容量の低下や内部抵抗の上昇を招く。一方で、低温下では、充放電反応が進み難い。よって、二次電池において、動作温度は製品の寿命に大きく影響を与える。【０００５】
通常、二次電池が用いられる車両では、吸排気機（送風機）を用いて、二次電池を強制的に冷却する空冷手段が用いられる。温度調和ユニットは、例えば、通常動作時において、二次電池に含まれるセルの温度上昇を抑制するために、所定の風量を二次電池に供給することが求められる。また、極低温下における動作時において、温度調和ユニットは、二次電池が要求される能力を発揮できるように、所定の熱量を二次電池に加えることが求められる。【０００６】
これらの温度対策を加味したうえで、二次電池の性能が評価される。換言すれば、二次電池を用いた電源システムは、これらの温度対策次第で、性能を向上させることが可能である。また、二次電池を用いた電源システムは、これらの温度対策次第で、必要とするセル数を削減することが可能である。【０００７】
一方で、車両内部の居住空間を確保するため、被温度調和体である二次電池の設置領域は制限されている。よって、二次電池が用いられる車両において、二次電池を設置するための十分な空間を確保することが困難である。与えられた空間内で必要とされる性能を発揮できるように、二次電池の小型化が求められている。また、被温度調和体の小型化も求められている。【０００８】
二次電池の出力密度（単位質量あたりの取り出せるエネルギー）が高くなれば、温度調和ユニットにも高出力化が求められる。しかしながら、温度調和ユニットの高出力化を図る場合、温度調和ユニットの大型化を招く傾向にあり、被温度調和体である二次電池のみならず、温度調和ユニットにおいても、高出力化と小型化との両立が求められている。【０００９】
特許文献１では、遠心式のファンが内部に配置されるファンケースの吸気口にダクトを接続している。ダクトが吸気口と接続される端部において、傾斜面部と平面部からなる凹み部からなる回転抑制手段をダクトに設け、ファンが回転する向きと反対向きにダクト内を流れる流体が回転することを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−３２１７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
サイズの大型化を招くことなく、温度調和ユニットに用いられる吸排気機の高出力化を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一局面は、回転軸と、前記回転軸を中心に回転するインペラと、前記インペラの外周を取り囲む側壁を有する筒状のファンケースと、を有するターボファンと、前記ターボファンの吸気側または排気側と接続するダクトと、前記ファンケースと接続し、且つ、前記ダクトと接続する底部と、を備え、前記ファンケースは、前記側壁の前記ターボファンの排気側または吸気側の一方の端部に第１の開口を有し、前記第１の開口を塞ぐように前記底部が前記ファンケースと接続しており、前記ダクト、前記底部、および前記第１の開口を前記回転軸に垂直な面に投影した投影図において、前記ダクトおよび前記底部の内壁面の輪郭線は、前記第１の開口に対応する円弧状の曲線Ｒと、前記曲線Ｒの両端からそれぞれ延びる第１輪郭線および第２輪郭線と、を有し、前記第１輪郭線および前記第２輪郭線は、互いに平行且つ直線状の第１直線部Ｌ１および第２直線部Ｌ２を、それぞれ有し、前記投影図において、前記第１の開口の中心Ｘ０から、前記第１直線部Ｌ１または前記第１直線部Ｌ１を前記底部側に延長した第１延伸線Ｅ１までの距離が、前記第１の開口の中心Ｘ０から、前記第２直線部Ｌ２または前記第２直線部Ｌ２を前記底部側に延長した第２延伸線Ｅ２までの距離よりも長く、前記第１直線部Ｌ１と前記第２直線部Ｌ２との離間距離をＷとし、前記第１の開口の直径をＤとし、前記第１の開口の中心Ｘ０から、前記第１直線部Ｌ１と前記第２直線部Ｌ２との中心線を前記底部側に延長した延伸線Ｅ０までの距離をΔｗとしたとき、Ｗ／２＋Δｗ＜Ｄ／２である、吸排気機に関する。【００１３】
本発明の他の局面は、上記の吸排気機と、被温度調和体を収容する筐体と、を備え、前記吸排気機からの送風または吸気により、前記被温度調和体を冷却または加熱する、温度調和ユニットに関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、温度調和ユニットなどに用いられる吸排気機の高出力化が可能であり、温度調和ユニットの高出力化および小型化を実現できる。
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示に係る吸排気機において、ダクト、底部、および第１の開口を回転軸に垂直な面に投影した投影形状の一例を模式的に示す図である。
【図２Ａ】本開示の一実施形態に係る吸排気機の外観を示す斜視図である。
【図２Ｂ】本開示の一実施形態に係る吸排気機の側面図である。
【図２Ｃ】本開示の一実施形態に係る吸排気機の上面図である。
【図３Ａ】ターボファンの外観を示す斜視図である。
【図３Ｂ】ターボファンの内部を示す縦断面図である。
【図４】吸排気機の送風ダクトおよび底部を回転軸に垂直な面に投影した投影形状を、インペラの投影位置とともに示す投影図である。
【図５Ａ】ターボファンに配置されるインペラを示す斜視図である。
【図５Ｂ】インペラに設けられる動翼を示す上面図である。
【図６】静翼を備えるターボファンの実施形態を示す断面斜視図である。
【図７】インペラおよび静翼を示す斜視図である。
【図８Ａ】本開示の一実施形態に係る温度調和ユニットの外観を示す斜視図である。
【図８Ｂ】本開示の一実施形態に係る温度調和ユニットの上面図である。
【図９】温度調和ユニットの他の例を示す上面図である。
【図１０】温度調和ユニットの他の例を示す斜視図である。
【図１１】動翼（後ろ向き翼）によって生じる気流を示す説明図である。
【図１２】前向き翼によって生じる気流を示す説明図である。
【図１３】風量と風圧との関係を示すグラフである。
【図１４】比速度とファン効率との関係を示すグラフである。
【図１５】流量係数と圧力係数との関係を示すグラフである。
【図１６Ａ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１６Ｂ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１７Ａ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１７Ｂ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１８Ａ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１８Ｂ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１９Ａ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１９Ｂ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図２０】吸排気機の静圧を評価した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示の一実施形態に係る吸排気機は、回転軸と、回転軸を中心に回転するインペラと、インペラの外周を取り囲む側壁を有する筒状のファンケースと、を有するターボファンを備える。吸排気機は、また、ターボファンの吸気側または排気側と接続するダクトと、ファンケースと接続し、且つ、ダクトと接続する底部と、を備えている。ファンケースは、側壁のターボファンの排気側または吸気側の一方の端部に第１の開口を有し、第１の開口を塞ぐように底部がファンケースと接続している。
【００１７】
したがって、インペラによって吸気された気体は、ファンケースの側壁とインペラの外周との間の空間を通り、第１の開口を経由し、底部に衝突して気流の方向が変更され、送風側に設けられたダクトに流れ込む。あるいは、気体は、吸気側に設けられたダクトを通り、第１の開口を介してインペラによって吸気され、ファンケースの側壁とインペラの外周との間の空間へと流出する。ダクトは、例えば、回転軸に対して垂直な方向を延伸するように、底部を介してファンケースの側壁と接続される。以下において、送風側に設けられたダクトを「送風ダクト」と、吸気側に設けられたダクトを「吸気ダクト」と、それぞれ称する。
【００１８】
ファンケースは、第１の開口に加えて、その側壁の排気側または吸気側の他方の端部に第２の開口を有していてもよい。以下において、ファンケースの側壁の排気側に存在する第１の開口または第２の開口を「送風口」と称する。また、ファンケースの側壁の吸気側に存在する第１の開口または第２の開口を「吸気口」と称する。吸排気機は、送風口と送風ダクトの組、および、吸気口と吸気ダクトの組のいずれか一方を備えていてもよいし、両方を備えていてもよい。ファンケースの側壁は、内壁面の一部がインペラと対向して、吸気口から送風口に至る気体の流路を形成し得る。
【００１９】
本開示に係る吸排気機は、ダクトと底部との接続部近傍におけるダクト形状を、回転軸（シャフト）の回転方向に応じた特定の方向に屈曲または湾曲した形状とすることで、高出力を実現する。
【００２０】
ファンから十分離れた箇所において、吸排気機の取り付け位置に応じてダクトが取り回される場合、ダクトが任意の方向に延伸していることも考えられる。しかしながら、ダクトと底部との接続部近傍における形状は、ダクトの取り回し方によらず、一意に特定され得る。
【００２１】
図１は、吸排気機のダクト２０、底部２１、および第１の開口２２（送風口または吸気口）を、回転軸に垂直な面に投影した投影図の一例を模式的に示す図である。以下、図１に基づいて吸排気機について説明する。
ダクト２０の内壁面および底部２１の内壁面を、回転軸に垂直な面に投影した投影形状を考える。ダクト２０および底部２１の内壁面の輪郭線は、第１の開口２２の輪郭に対応する円弧状の曲線Ｒと、曲線Ｒの両端からそれぞれ延びる第１輪郭線Ｃ１および第２輪郭線Ｃ２と、を有する。ダクトと底部との接続部近傍とは、通常、第１の開口の投影図における中心位置Ｘ０からの距離が第１の開口の直径の２倍以下の領域を指すものとし、この領域内で、第１輪郭線および第２輪郭線は、互いに平行且つ直線状の第１直線部Ｌ１および第２直線部Ｌ２を、それぞれ有する。なお、この領域内で、第１輪郭線および第２輪郭線が互いに平行且つ直線状の部分を複数有する場合、最も底部側に位置するものを第１直線部Ｌ１および第２直線部Ｌ２とする。第１の開口２２の輪郭は、送風口または吸気口の開口端を回転軸（シャフトともいう）に垂直な面に投影した円（または楕円）に等しい。図１の例では、回転軸は紙面に垂直な方向を向き、図中のＧで示す方向に回転する。Ｘ０は回転軸の位置に対応する。
【００２２】
投影図において、第１直線部Ｌ１と前記第２直線部Ｌ２との中心線を底部側に延長した延伸線Ｅ０とする。第１直線部Ｌ１を底部側に延長した第１延伸線をＥ１とし、第２直線部Ｌ２を底部側に延長した第２延伸線をＥ２とする。第１直線部Ｌ１と第２直線部Ｌ２との離間距離をＷとし、第１の開口の直径をＤとし、第１の開口の中心Ｘ０から延伸線Ｅ０までの距離をΔｗとする。離間距離Ｗは、回転軸に垂直な面におけるダクトの幅を意味する。
また、第１直線部Ｌ１に垂直であって且つ第１の開口に接する直線を第１断面線Ｓ１とし、Ｘ０を通り第１断面線Ｓ１に平行な直線を第２断面線Ｓ２とする。さらに、第１断面線Ｓ１と第１直線部Ｌ１または第１延伸線Ｅ１との交点をＵ１とし、第１断面線Ｓ１と第２直線部Ｌ２または第２延伸線Ｅ２との交点をＵ２とし、第２断面線Ｓ２と第１直線部Ｌ１または第１延伸線Ｅ１との交点をＵ３とする。また、交点Ｕ１から交点Ｕ３へ向かう方向（ファンに近づく方向）を第１方向とし、第１方向と反対の方向（ファンから遠ざかる方向）を第２方向とする。
【００２３】
このとき、ダクトおよび底部の内壁面は、投影図において、下記の条件（１）および（２）を満たす。
【００２４】
（１）Ｘ０から第１直線部Ｌ１または第１延伸線Ｅ１までの距離をＤ１とし、Ｘ０から第２直線部Ｌ２または第２延伸線Ｅ２までの距離をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２である。
（２）Ｗ＜Ｄである。
【００２５】
条件（１）は、端的にいえば、ダクトと底部との接続が、ファンケースの側壁側に偏った位置でされていることを意味している。
【００２６】
条件（２）は、離間距離すなわちダクトの幅Ｗが、第１の開口の直径よりも小さいことも意味している。これにより、吸排気機の小型化が容易となる。
【００２７】
第１輪郭線および第２輪郭線の双方に接する内接円を考える。ダクトの投影形状において、内接円を移動させていくとき、内接円の中心の軌跡で表される直線または曲線をダクトの延伸線とし、延伸線の接線方向をダクトの延伸方向とする。通常、延伸線は輪郭線に平行であり、内接円の直径はダクトの内径に一致する。
【００２８】
図１において、ダクトの第１直線部Ｌ１と第２直線部Ｌ２に挟まれた部分では、ダクトの延伸線は第１直線部Ｌ１と第２直線部Ｌ２との中心線で表される。中心線を底部側に延長した延伸線Ｅ０を考える。条件（１）は、第１の開口の中心位置Ｘ０が、延伸線Ｅ０から外れていることを意味する。
【００２９】
このとき、ファンケースの側壁とインペラの外周との間の空間から、底部を介して送風ダクトに向かう気流（図２Ａ〜Ｃ、図３Ａ〜Ｂ、図４参照）は、第１の開口の中心位置Ｘ０から、延伸線Ｅ０に向かうように流れる。あるいは、吸気ダクトから、ファンケースの側壁とインペラの外周との間の空間に向かう気流（図２Ａ〜Ｃ、図３Ａ〜Ｂ、図４参照）は、延伸線Ｅ０に沿って流れた後、第１の開口の中心位置Ｘ０に向かうように流れる。上述の通り、Ｘ０は延伸線Ｅ０から離れているので、ダクトおよび底部により、湾曲または屈曲した流路（送風路または吸気路）が形成される。このときに形成される流路を、回転軸の回転方向Ｇに応じて、回転方向と同方向に湾曲または屈曲させることによって、高出力の吸排気機が実現される。
【００３０】
送風口から供給される流れには強い旋回成分が含まれている。旋回成分の方向が送風ダクトの送風方向と同方向となる領域の下流では、旋回成分の大きな速い空気の流れが生じる。この速い流れが送風ダクトの壁面に衝突することで、乱流が発生し、流体損失が増加し得る。また、旋回成分の方向が送風ダクトの送風方向に対して垂直または逆方向となる領域の下流では、旋回成分の流れが小さいか、送風方向と逆方向に流れる空気の淀み流れが生じる。空気の速い流れと淀み流れとの速度差が大きくなることで、渦が励起され得る。これら空気の衝突損および渦損などの流体損失が、吸排気機の効率を低下させる一因である。
【００３１】
送風ダクトおよび底部の形状を上記の通りとすることによって、空気の速い流れが送風ダクトの壁面に衝突するのが抑制される。また、空気の淀み流れを低減することができる。結果、流体損失が低減され、高出力化が可能となる。
【００３２】
また、送風口から供給される流れほど強くはないが、吸気口からターボファンに向かう流れにも旋回成分が含まれており、送風ダクトと同様、吸気ダクトでも流体損失が発生し得る。吸気ダクトおよび吸気ダクトと接続する底部の形状を上記の通りとすることによって、空気の速い流れが吸気ダクトの壁面に衝突するのが抑制される。また、空気の淀み流れを低減することができる。結果、吸排気機の流体損失が低減され、高出力な吸排気機を得ることが可能となる。
【００３３】
吸気ダクトおよび吸気ダクトと接続する底部の形状、および、送風ダクトおよび送風ダクトと接続する底部の形状の少なくともいずれか一方が、上記の条件を満たしていればよい。少なくとも送風ダクトおよび送風ダクトと接続する底部の形状が、上記の条件を満たしていることが好ましい。吸気ダクトおよび吸気ダクトと接続する底部の形状、および、送風ダクトおよび送風ダクトと接続する底部の形状の両方が上記の条件を満たしているとより好ましい。
【００３４】
ダクトの第１直線部Ｌ１と第２直線部Ｌ２の間の領域に流れる気流の方向をベクトルｖで表す。インペラの回転方向を角速度ベクトルωで表す。ωは、インペラの回転方向に右ねじを回転させたときに右ねじが進む方向を向くとし、図１の例では紙面に対して上方向を向いている。このとき、ダクトは、ｖ×ωの方向に中心Ｘ０から遠ざかるように配置すればよい。第１直線部Ｌ１および第２直線部Ｌ２のうち、ｖ×ωの方向側にあるのが第１直線部Ｌ１である。なお、図１において、ダクトが送風ダクトである場合と吸気ダクトである場合とで、ｖの方向が逆となる点に注意されたい。
【００３５】
好ましい態様では、ダクトおよび底部の内壁面は、投影図において、条件（１）および（２）に加え、さらに下記の条件（３）を満たしている。
（３）Ｗ／２＋Δｗ＜Ｄ／２である。
【００３６】
条件（３）は、第１直線部Ｌ１（または延伸線Ｅ１）、および、第２直線部Ｌ２（または延伸線Ｅ２）の両方が、投影図における第１の開口の輪郭と交差することを意味している。なお、条件（１）および（３）を満たすとき、Δｗ＞０であるので、常にＷ＜Ｄであり、条件（２）は満たされる。
【００３７】
第１直線部Ｌ１と第２直線部Ｌ２との間の離間距離をダクトの幅Ｗとする。上述の通り、第１の開口の中心Ｘ０は、ダクトの延伸線Ｅ０からΔｗだけずれた位置にある。したがって、Ｄ１＝Ｗ／２＋Δｗ、Ｄ２＝Ｗ／２−Δｗであり、条件（３）は、Ｘ０から第１直線部Ｌ１または第１延伸線Ｅ１までの距離Ｄ１、および、Ｘ０から第２直線部Ｌ２または第２延伸線Ｅ２までの距離Ｄ２が、第１の開口の半径Ｄ／２よりも短いことを意味する。この場合、第１および第２輪郭線は、ともに、第２断面線Ｓ２よりも第２方向側の位置で、曲線Ｒと接続し得る。
【００３８】
図１の例において、ダクトが送風ダクトであり、インペラの回転方向Ｇを反時計回りとしたとき、第１の開口２２の輪郭に沿った第１直線部Ｌ１（第１延伸線Ｅ１）側の領域において、旋回成分の方向がダクトの送風方向と同方向となり易い。この場合に、第１直線部Ｌ１と曲線Ｒとの接続位置（第１直線部Ｌ１が曲線Ｒと直接接続しない場合、第１延伸線Ｅ１と曲線Ｒとの交差位置）が、第２断面線Ｓ２に対して第２方向側に遠ざかるほど、接続位置から、第１直線部Ｌ１に対して斜めを向いた方向に速い流れが生じる一方で、第１直線部Ｌ１に沿って流速の遅い領域が生じ易くなり、淀み流れが生じ易くなる。
しかしながら、本実施形態では、第１直線部Ｌ１と曲線Ｒとの接続位置（または、第１延伸線Ｅ１と曲線Ｒとの交差位置）を、第２断面線Ｓ２に近づけるように配置することにより、淀み流れは低減される。
【００３９】
これに対し、第１の開口２２の輪郭に沿った第２直線部Ｌ２（第２延伸線Ｅ２）側の領域では、旋回成分の方向がダクトの送風方向と逆方向となり易い。この場合、第２直線部Ｌ２と曲線Ｒとの接続位置（第２直線部Ｌ２が曲線Ｒと直接接続しない場合、第２延伸線Ｅ２と曲線Ｒとの交差位置）が、第２断面線Ｓ２に対して第２方向側に遠ざかるほど、旋回成分の方向はダクトの送風方向に対して垂直方向を向き、送風方向と逆方向の成分が少なくなるため、淀み流れは低減され得る。
【００４０】
図１の例では、第１直線部Ｌ１と曲線Ｒとが直接接続し、第２直線部Ｌ２と曲線Ｒとが直接接続している。しかしながら、第１輪郭線は、一端が第１直線部Ｌ１と接続し、他端が曲線Ｒと接続する第１接続部を有してもよい。流体損失を低減するため、第１接続部は、曲線で構成されることが好ましく、一端において第１直線部Ｌ１に接し、他端において曲線Ｒと接する曲線であるとより好ましい。同様に、第２輪郭線は、一端が第２直線部Ｌ２と接続し、他端が曲線Ｒと接続する第２接続部を有してもよい。流体損失を低減するため、第２接続部は、曲線で構成されることが好ましく、一端において第２直線部Ｌ２に接し、他端において曲線Ｒと接する曲線であるとより好ましい。
【００４１】
吸排気機の静圧をＰ、風量をＱとしたとき、吸排気機の出力Ｗｏｕｔは、静圧Ｐおよび風量Ｑの積で表すことができる。本開示の吸排気機は、高効率であり、ファンの入力（＝モータの出力）Ｗｉｎに対して出力Ｗｏｕｔを大きくできる。特に静圧を高めることができ、高出力化が可能である。
【００４２】
比速度ｎＳは、下記式１：
ｎＳ＝ｒ×√Ｑ／（Ｈ／ρ）３／４
（式中、ｒは回転速度（／分）であり、Ｑは流量（ｍ３／分）であり、Ｈは圧力（ｍｍＨ２Ｏ）、ρは密度（ｋｇ／ｍ３）である。）
で求められる。
【００４３】
ファン効率ηは、下記式２：
η＝Ｗｏｕｔ／Ｗｉｎ
（式中、Ｗｏｕｔは気体がインペラから毎秒有効に受け取ったエネルギー（Ｊ／秒）であり、Ｗｉｎは駆動軸動力（Ｗ）である）
で求められる。
【００４４】
本開示の吸排気機は、上記式１で表される比速度ｎＳが２００〜３００の範囲のファンを用いて好適に実現することができ、ターボファンを好ましく用いることができる。
【００４５】
以下に、本実施形態に係る吸排気機について、図面を参照して詳細に説明する。図２Ａは、本実施形態に係る吸排気機１０の外観を示す斜視図である。図２Ｂは、吸排気機１０の側面図である。図２Ｃは、吸排気機１０を上から見た図である。
【００４６】
吸排気機１０は、ターボファン１００、送風ダクト２００、吸気ダクト２１０、および、底部２２０、２３０を備える。底部２２０は、ターボファンの送風口１２３を塞ぐようにファンケース１２０と接続し、且つ、送風ダクト２００と接続している。底部２３０は、ターボファンの吸気口１２２を塞ぐようにファンケース１２０と接続し、且つ、吸気ダクト２１０と接続している。
【００４７】
図３Ａは、ターボファン１００（後ろ向きファンともいう）の外観を示す斜視図である。図３Ｂは、ターボファン１００の内部を示す縦断面図である。ターボファン１００は、インペラ１１０とファンケース１２０と回転駆動装置１３０とを備える。インペラ１１０は、インペラディスク１１１と複数の後ろ向き翼（以下、動翼１１２という）とを備える。ファンケース１２０は、側壁１２１と吸気口１２２と送風口１２３とを備える。回転駆動装置１３０は、回転軸（シャフト）１３１と、シャフト１３１を回転させる回転駆動源１３２と、を備える。
なお、インペラ１１０を含むターボファンの具体的構成については、後述する。
【００４８】
図４は、吸排気機１０の送風ダクト２００および底部２２０を回転軸１３１に垂直な面に投影した投影図である。図４には、ターボファンのインペラを回転軸１３１に垂直な面に投影したときの位置が併せて示されている。インペラは、同図において反時計回りに回転する。
【００４９】
図４の例では、略直線状に延伸する送風ダクト２００が、底部２２０においてファンケース１２０と接続する。図５の例では、送風ダクト２００の延伸線Ｅ０は、送風口の輪郭の中心Ｘ０からΔｗだけずらして配置してある。投影図における送風ダクト２００の内径（回転軸１３１に垂直な面におけるダクトの内径）をＷとする。Ｗは、第１直線部Ｌ１と第２直線部Ｌ２との間の離間距離である。Ｘ０から第１直線部Ｌ１（またはその延伸線Ｅ１）までの距離はＷ／２＋Δｗである。Ｘ０から第２直線部Ｌ２の延伸線Ｅ２までの距離はＷ／２−Δｗである。送風ダクト２００の内径Ｗは、送風口の内径（直径）Ｄより小さい。
【００５０】
図４の投影図において、送風ダクト２００および底部２２０の内壁面の輪郭線は、第１直線部Ｌ１、送風口１２３に対応する曲線Ｒ、および、第２直線部Ｌ２からなる。第１直線部Ｌ１および第２直線部Ｌ２は、送風ダクト２００の延伸線Ｅ０に垂直で、Ｘ０を通る直線（第２断面線Ｓ２）よりも送風ダクト２００側で、曲線Ｒと接続する。
【００５１】
なお、図２Ｃから分かるように、吸気ダクト２１０の延伸線Ｅ０も、吸気口の輪郭の中心からずらして配置してある。吸気ダクト２１０の内径（回転軸１３１に垂直な面におけるダクトの内径）は、吸気口の内径よりも小さい。
【００５２】
（インペラ）
インペラ１１０は、インペラディスク１１１と、複数の動翼１１２と、を備える。インペラ１１０は、さらにシュラウド１１３を備えていてもよい。
図５Ａは、ターボファン１００のインペラ１１０を示す斜視図である。図５Ｂは、インペラ１１０に設けられた動翼１１２の上面図である。
【００５３】
（インペラディスク）
インペラディスク１１１は、回転軸１３１と交差する方向（好ましくは、回転軸１３１に垂直な方向）に延伸する面を有しており、略円形である。インペラディスク１１１の一方の主面からは、複数の動翼１１２が立設している。図５Ｂに示すように、インペラディスク１１１の中心部１１１Ｃの一部は開口している。この開口に回転軸１３１を挿入することにより、インペラディスク１１１と回転軸１３１とは係合される。回転駆動源１３２が回転駆動することにより、インペラ１１０は回転する。
【００５４】
インペラディスク１１１の外周部１１１Ｐの一部は、送風口１２３に向けて屈曲されていてもよい。このとき、インペラディスク１１１の外周端から所定の距離まで内周側に位置する外周領域では、図３Ｂに示すように、外周側が内周側よりも送風口までの距離が短くなるように、インペラディスクが回転軸１３１の軸方向に傾斜する。これにより、吸排気機１０に取り込まれた気体は、送風口１２３へとスムーズに流れる。
【００５５】
（シュラウド）
シュラウド１１３はリング状の板材であり、動翼１１２を介してインペラディスク１１１に対向するように配置される。インペラ１１０を回転軸１３１の軸方向からみたとき、インペラディスク１１１の外周縁とシュラウド１１３の外周縁とは、ほぼ一致しており、インペラディスク１１１の外周部１１１Ｐの一部は、シュラウド１１３により覆われる。一方、シュラウド１１３の内周縁は、吸気口１２２と対向する。動翼１１２の一部はシュラウド１１３に接合している。
【００５６】
インペラ１１０の内部に取り込まれた気体は、動翼１１２に沿うように流れた後、インペラディスク１１１の外周縁から流出して側壁１２１に衝突し、送風口１２３へと導かれる。シュラウド１１３は、インペラディスク１１１の外周縁から流出した気体が、吸気口１２２から流出するのを抑制する。また、シュラウド１１３は、隣接する２枚の動翼１１２により構成される翼間流路内から流出する気体が、これに隣接する翼間流路内に入り込むのを抑制する。シュラウド１１３は、気流の乱れが抑制される点で、吸気口１２２に向かって狭まり、なだらかな曲面を備える漏斗状あるいはテーパー状であることが好ましい。すなわち、回転軸１３１に平行な方向におけるシュラウドの外周端は、回転軸１３１に平行な方向において、シュラウドの内周端よりもインペラディスク側に（シュラウドからインペラディスクに向かう方向に離間して）位置することが好ましい。
【００５７】
（動翼）
複数の動翼１１２は、インペラディスク１１１から立設している。動翼１１２は、図５Ｂに示すように、インペラディスク１１１の中心部１１１Ｃから外周部１１１Ｐに向かって、シャフト１３１の回転方向Ｇに突出する円弧状に延伸している。
【００５８】
動翼１１２の枚数は特に限定されず、インペラ１１０の大きさ、吸排気機の風量および圧力等を考慮して適宜設定すればよい。動翼１１２の枚数Ｎは、例えば、５〜３０枚であり、８〜１５枚である。
【００５９】
図５Ａおよび図５Ｂの例では、動翼１１２は、中心部１１１Ｃの任意の地点を始点１１２ｓとして、外周部１１１Ｐの任意の地点（終点１１２ｅ）に向かって、回転軸１３１の回転方向Ｇに突出する円弧状に延伸している。動翼１１２が回転方向Ｇに突出する凸部を備えることにより、吸排気機１０に取り込まれた気体は、気流を大きく乱すことなく、凸部に沿うように、中心部１１１Ｃから外周部１１１Ｐに向かって流出することができる。ここで、インペラディスク１１１の中心部１１１Ｃは、インペラディスク１１１の半径をｒとするとき、例えば、インペラディスク１１１と同心の半径１／２×ｒの円であり、インペラディスク１１１の外周部１１２Ｐは、中心部１１１Ｃを取り囲むドーナツ型の領域である。
【００６０】
通常、動翼がインペラディスクの半径方向に長い場合、インペラから発生する流体エネルギーは大きくなり易い。上記のような凸部を備える動翼１１２は気流を乱し難いため、動翼１１２は、インペラディスク１１１の半径方向に長くすることができる。流体エネルギーがより大きくなり易い点で、終点１１２ｅは、インペラディスク１１１の外周縁近傍に位置していることが好ましい。同様の観点から、始点１１２ｓは、中心Ｃの近傍（例えば、インペラディスク１１１と同心の半径１／３×ｒの円の内部）にあることが好ましい。
【００６１】
動翼１１２の形状は、上記凸部を有する限り、特に限定されない。例えば、インペラ１１０を回転軸１３１の軸方向から見たとき、動翼１１２の始点１１２ｓとインペラディスク１１１の中心Ｃとを結ぶ直線Ｌｓは、第１動翼１１２の終点１１２ｅとインペラディスク１１１の中心Ｃとを結ぶ直線Ｌｅよりも回転方向Ｇに進んだ位置にあってもよい。
【００６２】
回転駆動装置１３０として電動機を用いる場合、電動機には固定子が配置される。固定子の極数は、通常、偶数である。そのため、動翼の枚数Ｎが偶数である場合、互いが加振力となって回転駆動装置１３０および各吸排気機の振動がともに励起され、騒音が増大し得る。よって、この場合には、動翼の枚数Ｎは奇数であることが好ましい。極数とは、回転駆動装置１３０で生じる磁極の数である。また、固定子のスロット数と動翼の枚数Ｎとが一致するか、あるいは整数倍の関係である場合も、騒音が増大し得る。よって、動翼１１２の枚数Ｎは、スロット数と一致しないように、かつ、整数倍の関係を満たさないように（換言すると、動翼の枚数Ｎとスロット数とが互いに素となるように）、設定することが好ましい。
【００６３】
後述するように、複数の吸排気機を備えた温度調和ユニットを用いる場合、ＢＰＦノイズ（Blade Passing Frequency Noise）を抑制する観点から、温度調和ユニット内に設けられた複数の吸排気機において、動翼１１２の枚数を異ならせ、動翼１１２の枚数が互いに素となるようにするとよい。複数の吸排気機における動翼の枚数の差については、特に限定されず、１以上であればよい。例えば、温度調和ユニット内に吸排気機を２つ設ける場合、各吸排気機の風量および圧力等を考慮すると、動翼の枚数の差は、１以上５以下であることが好ましい。
【００６４】
ＢＰＦノイズは、離散化周波数騒音とも呼称される、動翼による空力音である。ＢＰＦノイズのエネルギーがピークとなるときの周波数Ｆｂ（Ｈｚ）は、以下の式３により算出される。なお、一般的に、式３で算出されるＢＰＦノイズの周波数Ｆｂのうち、最も低い周波数（すなわち、ｍ＝１のとき）におけるエネルギーのピークが最も高い。
（式３）  Ｆｂ＝ｍ×ｒ／６０×Ｎ
（式中、ｍは１以上の整数、ｒはインペラの回転数（ｒｐｍ）、Ｎは動翼の枚数である。）
【００６５】
したがって、筺体に複数の吸排気機を配置した温度調和ユニットでは、そのうちの少なくとも１つの吸排気機が発生する音（ＢＰＦノイズ）のピーク周波数Ｆｂが、他の吸排気機が発生するＢＰＦノイズのピーク周波数Ｆｂと重ならないようにすることで、複数の吸排気機を用いた場合のＢＰＦノイズのピークを分散させ、騒音を抑制することができる。
【００６６】
上記式で示されるように、ピーク周波数Ｆｂは動翼１１２の枚数Ｎおよびインペラ１１０の回転数ｒによって変化する。ＢＰＦノイズのピークを分散させる方法として、動翼の枚数Ｎを異ならせる方法のほか、インペラの回転数ｒを異ならせてもよい。ただし、回転数ｒを変えると、得られる風量も変わる。冷却効率および制御の容易さを考慮すると、一つの温度調和ユニットに配置される複数の吸排気機の風量は、同程度であることが好ましい。回転数ｒを変えながら風量を同程度とするため、複数の吸排気機において、インペラディスクをシャフトの軸方向からみたときの最大径を異ならせてもよい。最大径の小さいインペラディスクを備えるインペラの回転数を他方よりも多くすることにより、風量は同程度に調整され得る。
【００６７】
（ファンケース）
ファンケース１２０は、インペラ１１０の周囲を取り囲む側壁１２１を備える。図３Ｂの例では、ファンケース１２０は、側壁１２１の吸気側の端部に吸気口１２２を有し、側壁１２１の排気側の端部に送風口１２３を有する。通常、吸気口１２２と送風口１２３とは、シャフト１３１の軸方向において対向するように配置される。
【００６８】
側壁１２１は、例えば、回転軸１３１を中心とする略円筒形であり、回転軸１３１から側壁１２１までの距離はほぼ一定である。側壁１２１は、吸気口１２２側の開口端部近傍に段差１２１Ｓを有している。段差１２１Ｓによって、吸気口１２２側の直径は、送風口１２３側の開口端部の直径よりも小さくなっている。吸気口１２２は、例えば、回転軸１３１を中心とする略円形である。送風口１２３は、例えば、回転軸１３１を中心とし、インペラディスク１１１を取り囲むドーナツ形状である。図示例では、吸気口１２２は、底部２３０によって塞がれ、吸気ダクト２１０と連絡している。送風口１２３は、底部２２０によって塞がれ、送風ダクト２００と連絡している。
【００６９】
ファンケース１２０の側壁１２１と底部２３０、および／または吸気ダクト２１０は、一体で作製されることがある。その場合、吸気口１２２の大きさおよび形状を特定できないことも考えられる。その場合、吸気口１２２の大きさおよび形状は、回転軸１３１に沿った方向において最も底部２３０側となるインペラ１１０の端部の位置により評価することができる。吸気口１２２の大きさおよび形状は、上記のインペラ１１０の端部位置を通り、且つ回転軸１３１に垂直な断面における側壁１２１および底部２３０の内周形状により評価される。インペラ１１０がシュラウド１１３を備える場合には、シュラウド１１３の内周縁を吸気口１２２の周縁とみなしてもよい。
同様に、ファンケース１２０の側壁１２１と底部２２０、および／または送風ダクト２００が、一体で作製される場合、送風口１２３の大きさおよび形状を特定できないことも考えられる。その場合、送風口１２３の大きさおよび形状は、回転軸１３１に垂直な断面において、断面積が最大となる側壁１２１および底部２２０の内周形状によって評価される。
【００７０】
吸気口１２２と送風口１２３とは、回転軸１３１の軸方向において対向するように配置されている。吸気口１２２の周囲の気体（通常、空気）は、動翼１１２の回転によって吸気口１２２から取り込まれるとともに、エネルギーが与えられて、速度を速めながら動翼１１２に沿ってインペラディスク１１１の外周縁から流出する。続いて、気体は、ファンケース１２０の側壁１２１に衝突して方向転換させられた後、さらに底部２２０に衝突して方向転換させられ、送風ダクトへと流れ込む。気流の乱れが抑制される点で、段差１２１Ｓは、なだらかな曲面により形成されることが好ましい。側壁１２１は、インペラ１１０と対向する内壁面の少なくとも一部の領域において、気体の流路の上流側（吸気口側）が下流側（送風口側）よりも回転軸１３１からの距離が短くなるように、内壁面が湾曲していてもよい。
【００７１】
図３Ｂに示すように、ターボファン１００は、送風口１２３とインペラ１１０との間に、誘導部１４０を備えていてもよい。誘導部１４０は、一部の領域において、側壁１２１の内壁面と対向している。誘導部１４０の内壁面との対向面は、回転軸１３１の軸を含む面において、送風口側が吸気口側よりも回転軸１３１からの距離が長く（内壁面からの距離が短く）なるように傾斜している。これにより、インペラ１１０から流出した気流は、誘導部１４０の傾斜面１４０ａを介し、送風口１２３へと円滑に導かれる。結果、気流の乱れが一層抑制され、ファン効率をより高めることができる。
【００７２】
（静翼）
ターボファンは、さらに、側壁１２１と動翼１１２との間に配置される複数の静翼を備えていてもよい。図６に、静翼１４１を備えるターボファン１０１の断面斜視図を、一例として示す。図７は、ターボファン１０１のインペラ１１０および静翼１４１を示す斜視図である。静翼１４１を配置することにより、インペラから流出した風は減速し、吸排気機から送風される風の圧力を高めることができる。
【００７３】
静翼１４１の枚数については特に限定されず、吸排気機の大きさや所望の風量等を考慮して、適宜設定され得る。静翼１４１の枚数は、例えば５〜３０枚であり、８〜１５枚である。なかでも、整流効果の観点から、静翼１４１の枚数は動翼１１２の枚数よりも多いことが好ましい。静翼１４１の枚数が動翼１１２の枚数以下であると、隣接する静翼１４１同士の間が、これより内側にある第１動翼１１２同士の間よりも広くなるため、整流効果が低下し易い。一方で、静翼１４１が過剰に多いと、摩擦損失が増加する。静翼の枚数と動翼の枚数との差も特に限定されず、１以上であればよい。静翼の枚数と動翼の枚数との差は、例えば、１以上５以下である。
【００７４】
静翼１４１の配置は特に限定されず、インペラディスク１１１の最大径や動翼１１２の配置等に応じて、適宜設定すればよい。なかでも、インペラ１１０から流出した風が効率よく減速される点で、静翼１４１は、その主面が、動翼１１２により生じる気流Ｃ（図５参照）に沿うように、配置されることが好ましい。換言すると、静翼１４１は、外周に向かうほど回転軸１３１の回転方向に前進するように配置されることが好ましい。この場合、静翼１４１の大きさも特に限定されず、静翼１４１同士の間から、所望の風量および圧力で送風されるように適宜設定すればよい。
【００７５】
静翼１４１は、ディフューザプレートに取り付けられていてもよい。この場合、複数の静翼１４１は、ディフューザプレートの吸気口１２２側の主面から、例えば等間隔に立設した状態で、側壁１２１と動翼１１２との間に配置される。図７の例では、ディフューザプレート１４２が、誘導部１４０の傾斜面１４０ａに取り付けられている。静翼１４１は、さらに、側壁１２１の内側に接合していてもよい。ディフューザプレート１４２はリング状の板材であって、インペラディスク１１１の最大径よりも大きな内径を有している。
【００７６】
インペラディスク、動翼、シュラウド、側壁および静翼の材質は特に限定されず、用途に応じて適宜選択すればよい。上記材質としては、例えば、各種金属材料および樹脂材料、あるいはこれらの組み合わせが例示できる。
【００７７】
（回転駆動装置）
回転駆動装置１３０は、回転軸（シャフト）１３１と、回転軸１３１を回転させる回転駆動源１３２と、を備える。回転駆動源１３２により回転軸１３１が回転駆動すると、インペラ１１０が回転し、吸気口１２２からファンケース１２０の内部に気体が取り込まれる。
【００７８】
回転駆動装置１３０は、例えば、電動機である。電動機とは、磁場と電流の相互作用（ローレンツ力）による力を利用して、回転運動を出力する電力機器である。電動機において、回転駆動源１３２は、回転子と、回転子を回転させるための力を発生する固定子（いずれも図示せず）と、を備える。回転子および固定子の形状および材質は特に限定されず、電動機として公知のものを使用すればよい。電動機の出力は特に限定されず、所望の風量および圧力等に応じて適宜設定すればよい。例えば、温度調和ユニットがハイブリッド車に搭載される場合、電動機の出力は数十ワット程度である。
【００７９】
固定子には固定子巻線（図示せず）が巻かれる。この固定子巻線に電流が流れると、固定子巻線の周囲に磁界が形成される。結果、固定子によって発生した磁界によって回転子が回転する。固定子巻線の材質は、導電性を有する限り特に限定されない。なかでも、低抵抗である点で、固定子巻線は、銅、銅合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金よりなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００８０】
（温度調和ユニット）
次に、吸排気機を備えた温度調和ユニットについて、図面を参照して詳細に説明する。
本開示の一実施形態に係る温度調和ユニットは、上述した本実施形態の吸排気機と、被温度調和体を収容する筐体を備える。温度調和ユニットは、吸排気機からの送風または吸気により、被温度調和体を冷却または加熱する。吸排気機は、温度調和ユニット内に１つだけ設けられてもよいし、複数設けられてもよい。
【００８１】
図８Ａは、本実施形態に係る温度調和ユニット３００の外観を示す斜視図である。図８Ｂは、温度調和ユニット３００を上面から見た図である。温度調和ユニット３００は、第１の吸排気機１０Ａと、第２の吸排気機１０Ｂと、筐体３１０と、を備える。第１の吸排気機１０Ａと、第２の吸排気機１０Ｂは、上述の吸排気機１０に相当し、送風ダクトの延伸線を送風口の輪郭の中心からずらして配置し、且つ、吸気ダクトの延伸線を吸気口の輪郭の中心からずらして配置してある。ただし、動翼１１２の枚数や動翼の回転数など、ターボファンの構成については、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとの間で同じであってもよいし、複数の吸排気機全体で所望の風量および圧力が得られるように、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとの間で異ならせてもよい。なお、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとして、静翼１４１を設けた上述の吸排気機１１の構成を用いてもよい。
【００８２】
筐体３１０には、被温度調和体（図示せず）が収容されている。筐体３１０には、外部の気体を取り入れる少なくとも１つの取入口３１０ａ、および、筐体３１０内の気体を排出する少なくとも１つの排出口３１０ｂが、設けられている。図１４Ａおよび図１４Ｂの例では、排出口３１０ｂのそれぞれが、第１の吸排気機１０Ａまたは第２の吸排気機１０Ｂの吸気ダクト２１０と連通している。
【００８３】
被温度調和体が設けられた筐体３１０の内部は、例えば、取入口３１０ａを備える吸気側チャンバと排出口３１０ｂを備える排気側チャンバとを備え、吸気側チャンバと排気側チャンバとが被温度調和体により区分けされている。これにより、吸排気機１０Ａおよび１０Ｂによって排出口３１０ｂから強制的に筐体３１０内の気体が吸気されると、取入口３１０ａから、吸気チャンバ、被温度調和体、および、排気チャンバを順に経由し、排出口３１０ｂに至る気体の流れが形成される。その際に、被温度調和体は、冷却あるいは加温される。
【００８４】
図８Ａおよび図８Ｂの例では、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとが近接して配置され、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとは、ファンの回転軸１３１を互いに平行としているが、インペラ１１０の回転方向が逆であり、一方が時計回りに回転するとき、他方が反時計回りに回転するようにしている。この場合、インペラ１１０の回転方向が同じ場合と比べて、送風ダクト２００同士の離間距離を短くすることができる。よって、２つの送風ダクト２００が占める領域を削減することができる。
【００８５】
しかしながら、図９の上面図に示すように、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとを、互いのインペラ１１０が同方向に回転するように配置してもよい。
【００８６】
図１０に示す温度調和ユニット３０１は、温度調和ユニット３００において、第１の吸排気機１０Ａおよび第２の吸排気機１０Ｂの送風ダクト２００を筐体３１０の取入口３１０ａと連通させたものである。この場合、吸排気機１０Ａおよび１０Ｂによって給気された気体は、送風ダクトおよび取入口３１０ａを介して吸気チャンバに流入し、被温度調和体、および、排気チャンバを順に経由し、排出口３１０ｂに至る気体の流れが形成される。その際に、被温度調和体は、冷却あるいは加温される。
【００８７】
図１０の例では、図８Ａと同様、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとが近接して配置され、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとは、ファンの回転軸１３１を互いに平行としているが、インペラ１１０の回転方向が逆である。この場合、インペラ１１０の回転方向が同じ場合と比べて、吸気ダクト２１０同士の離間距離を短くすることができる。よって、２つの吸気ダクト２１０が占める領域を削減することができる。しかしながら、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとを、互いのインペラ１１０が同方向に回転するように配置してもよい。
【００８８】
図８Ａ、図８Ｂ、および図９の例では、筐体３１０の排出口３１０ｂは吸気ダクト２１０と連通している。しかしながら、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂに吸気ダクトを設けず、ファンケースの吸気口１２２を直接排出口３１０ｂと連通させることも可能である。
同様に、図１０の例では、筐体３１０の取入口３１０ａは送風ダクト２００と連通しているが、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂに送風ダクトを設けず、ファンケースの送風口１２３を直接、取入口３１０ａと連通させることも可能である。
【００８９】
温度調和ユニット３００の構成はこれに限定されない。例えば、取入口３１０ａの個数は１つであってもよいし、２以上であってもよい。被温度調和体の配置も特に限定されず、用途や被温度調和体の種類等に応じて、適宜設定すればよい。
【００９０】
温度調和ユニットにおいて、被温度調和体の冷却は、例えばターボファン（後ろ向きファン）１００または１０１、あるいは前向きファンなどを用いた吸排気機により行うことができる。そこで、ターボファン１００と前向きファンとを比較する。前向きファンは、回転方向に対して反対向きに突出する前向き翼を有する。すなわち、前向き翼は、ターボファン１００における動翼（後ろ向き翼）１１２とは反対方向へ突出している。ターボファン１００と前向きファンとの大きな相違点は、その翼の構成である。
【００９１】
以下に、図１１および図１２を参照しながら、動翼１１２と、動翼１１２とは反対に、回転方向Ｇとは反対向きに突出する凸部を備える動翼（以下、「前向き翼９１２」と称する）とを比較する。図１１は、動翼１１２によって生じる気流Ｃを示す説明図である。図１２は、前向き翼９１２によって生じる気流Ｃ９１２を示す説明図である。なお、図１１では、動翼１１２の終点１１２ｅは、インペラディスク１１１の外周縁近傍に位置しており、図１２では、前向き翼９１２の終点９１２ｅは、前向き翼９１２が立設するインペラディスク９１１の外周縁近傍に位置している。
【００９２】
動翼１１２を回転させると、図１１に示すように、動翼１１２により生じる気流Ｃは、インペラディスク１１１の終点１１２ｅにおける接線Ｌｉに対して、角度θ１で流れる。一方、前向き翼９１２を回転させると、図１２に示すように、前向き翼９１２により生じる気流Ｃ９１２は、インペラディスク９１１の終点９１２ｅにおける接線Ｌｉｆに対して、角度θ２で流れる。このとき、角度θ１は角度θ２よりも大きい。つまり、動翼１１２により生じる気流Ｃのうち、動翼１１２の終点１１２ｅにおける接線Ｌｂの方向に流れる成分Ｃｂは、前向き翼９１２の終点９１２ｅにおける接線Ｌｆの方向に流れる成分Ｃｆに比べて大きい。そのため、動翼１１２を用いる場合、インペラ１１０から発生する流体エネルギーは、前向き翼９１２を用いる場合に比べて多くなる。
【００９３】
図１３は、風量Ｑと風圧Ｐとの関係を示すグラフである。上記のとおり、動翼（後ろ向き翼）１１２は、インペラディスク１１１の半径方向に長くすることができる。動翼１１２がインペラディスク１１１の半径方向に長い場合、インペラ１１０が回転すると、始点１１２ｓと終点１１２ｅとの間において、気流の流速差が大きくなる。よって、図１３に示すように、動翼１１２を備える吸排気機１０は、ファンケースの形状にかかわらず、高い圧力で送風することができる。一方、前向き翼９１２は気流を乱し易いため、動翼１１２と比較して、インペラディスク９１１の半径方向に長くすることはできない。よって、前向き翼９１２を備える吸排気機は、通常、スクロール形状のファンケースにより風圧を高めている。すなわち、動翼１１２を備える吸排気機１０は、小型化することが可能である。さらに、高圧力であるため、小型化されることにより圧力抵抗の高くなった被温度調和体の冷却または加温に適している。
【００９４】
図１４に、動翼（後ろ向き翼）１１２を用いる場合および前向き翼９１２を用いる場合の吸排気機の比速度ｎＳとファン効率η（％）との関係を示す。前向き翼９１２を用いる場合、比速度ｎＳが大きくなる程、エネルギー損失も大きくなって、ファン効率ηが低下する。一方、動翼１１２を用いる場合、比速度ｎＳが大きくなる程、エネルギー損失は大きくなるものの、前向き翼９１２を用いる場合と比較して、高いファン効率ηを示す。
【００９５】
図１５に、動翼（後ろ向き翼）１１２を用いる場合および前向き翼９１２を用いる場合の流量係数φと圧力係数ψとの関係を示す。前向き翼９１２を用いる場合、流量係数φにかかわらず、動翼１１２を用いる場合に比べて吸排気機の圧力係数ψは高い。しかし、流量係数φの増大に伴って、圧力係数ψはプラス側およびマイナス側に大きく変動し、傾向が一定していない。一方、動翼１１２を用いる場合、流量係数φが大きくなっても、圧力係数ψは緩やかに減少するに留まる。すなわち、動翼１１２を備える吸排気機１０は、流量係数φに大きく影響されることなく安定した圧力係数ψを示すため、風量を増大すべく高速回転することが可能となる。
【００９６】
（送風制御部）
温度調和ユニット３００（３０１）は、第１の吸排気機１０Ａおよび第２の吸排気機１０Ｂを制御する送風制御部を備えていてもよい。送風制御部は、例えば、各インペラの回転数、各吸気口に供給する気体の量等を制御する。送風制御部は、例えば、筐体３１０内に設けられ、被温度調和体に含まれ、吸排気機により温度制御がされるものであっても構わない。
【００９７】
（被温度調和体）
被温度調和体は特に限定されない。被温度調和体としては、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載される各種機器が挙げられる。このような機器としては、二次電池等の蓄電デバイス、インバータおよびコンバータ等の電力変換装置、エンジンコントロールユニットおよび電動機等が例示される。蓄電デバイスあるいは電力変換装置には、通常、二次電池あるいはインバータ等を制御するための回路基板が含まれている。インバータおよび回路基板は、半導体素子を含み得る。したがって、これら二次電池、回路基板、および／または、半導体素子の温度を制御することは重要である。被温度調和体は、放熱器、および／または継電器を含んでいてもよい。
【００９８】
蓄電デバイスは、例えば、複数の二次電池が組み合わされた電池パックにより構成されている。このとき、隣接する二次電池同士の間に隙間が形成されており、この隙間を気体が通過する。電力変換装置の場合も同様に、電力変換装置の構成部品の間に隙間を形成し、この隙間に気体を通過させる。
【００９９】
筐体３１０内に収容される被温度調和体は、１以上であればよく、２以上であってもよい。２以上の被温度調和体が筐体３１０内に収容される場合、筐体３１０の内部は、被温度調和体の数に応じて区切られていてもよい。また、第１の吸排気機１０Ａから送風される気体の風路と、第２の吸排気機１０Ｂから送風される気体の風路とは、独立していてもよいし、接続されていてもよい。第１の吸排気機１０Ａおよび／または第２の吸排気機１０Ｂの風路は、被温度調和体の数に応じて分岐していてもよい。
【０１００】
図１６Ａ〜図１９Ｂに、吸排気機１０において、送風ダクト２００の内部、および、底部２２０の周辺に流れる気流をシミュレーションした結果を示す。送風ダクトおよび底部は、回転軸に垂直な面に投影した投影図において、内壁面の輪郭線が下記の条件を満たすようにした。
すなわち、第１直線部Ｌ１は、Ｗ／２＋Δｗ≦Ｄ／２の場合、送風口に対応する曲線Ｒと直接接続するようにし、Ｗ／２＋Δｗ＞Ｄ／２の場合、直線の接続部分（傾斜部Ｌ３）を介して、曲線Ｒと接続させた。傾斜部は、第１直線部Ｌ１（延伸線Ｅ１）と第２断面線Ｓ２との交点で、第１直線部Ｌ１と接続し、曲線Ｒとの接続端において、曲線Ｒと接するようにした。第２直線部Ｌ２は、曲線Ｒと直接接続させた。
【０１０１】
送風口の内径Ｄに対して、回転軸１３１に垂直な面における送風ダクト２００の内径Ｗ、および、送風口の輪郭の中心Ｘ０からの、送風ダクト２００の延伸線Ｅ０のずれ量Δｗを変化させながら、送風ダクト２００の全高の１／２の高さにおける流速分布を求めた。
【０１０２】
図１６Ａおよび図１６Ｂに、Δｗ／Ｄ＝０、Ｗ／Ｄ＝１のときの流速分布を示す。図１７Ａおよび図１７Ｂに、Δｗ／Ｄ＝０．２４、Ｗ／Ｄ＝１のときの流速分布を示す。図１８Ａおよび図１８Ｂに、Δｗ／Ｄ＝０、Ｗ／Ｄ＝０．６７のときの流速分布を示す。図１９Ａおよび図１９Ｂに、Δｗ／Ｄ＝０．１２、Ｗ／Ｄ＝０．６７のときの流速分布を示す。図１６Ａ、図１７Ａ、図１８Ａおよび図１９Ａは、流速の絶対値を等高線プロットしたものであり、流速が速いほど濃い灰色で示している。また、図中の数値は各位置における流速の相対的な大きさを表している。図１６Ｂ、図１７Ｂ、図１８Ｂおよび図１９Ｂは、各位置における流速ベクトルの方向を表したものであり、ベクトルの大きさは、流速に拘わらず一定としている。
【０１０３】
ダクトの延伸線Ｅ０が送風口の中心Ｘ０を通過する場合（Δｗ＝０）、図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、送風方向と旋回成分の方向が一致する第１直線部Ｌ１の近傍で、速い流れが生じており、速い流れが送風ダクトの内壁と衝突することに依る損失が大きい。一方、第２直線部Ｌ２側の送風口に沿った領域では、送風方向と旋回成分の方向とが垂直または互いに反対方向を向いており、その下流側で送風方向と逆の流れが生じている。
【０１０４】
これに対し、図１７Ａおよび図１７Ｂでは（Δｗ／Ｄ＝０．２４）、傾斜部Ｌ３により、第１直線部Ｌ１の近傍の速い流れがゆっくりになっており、衝突損が低減される。また、第２直線部Ｌ２が送風口の輪郭の中心Ｘ０に近づくように、送風ダクト２００の延伸線Ｅ０を送風口の中心Ｘ０からずらして配置しているため、旋回成分の方向が送風方向と垂直または逆方向を向く領域が低減され、淀み流れが低減されている。
【０１０５】
図１８Ａおよび図１８Ｂでは、ダクトの幅を図１６Ａおよび図１６Ｂよりも狭く（Ｗ／Ｄ＝０．６７）している。この場合、第１直線部Ｌ１と曲線Ｒとの接続位置が送風口の中心Ｘ０よりもダクト側にあるため、接続位置から、第１直線部Ｌ１に対して斜めを向いた方向に、速い流れが生じている。一方で、第１直線部Ｌ１に沿って流速の遅い領域が生じている。
【０１０６】
これに対し、図１９Ａおよび図１９Ｂでは、第２直線部Ｌ２が送風口の輪郭の中心Ｘ０に近づくように（第１直線部Ｌ１がＸ０から遠ざかるように）、送風ダクト２００の延伸線Ｅ０を送風口の中心Ｘ０からずらして配置していることにより、流速の遅い領域の発生が抑制される。
【０１０７】
図２０に、Δｗ＝０の場合の吸排気機の静圧を基準として、吸排気機の静圧をＷ／ＤおよびΔｗ／Ｄを変化させながらプロットした結果を示す。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明の温度調和ユニットは、複数の吸排気機を具備しながら、騒音が小さいため、特に、車載用として有用である。
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。
【符号の説明】
【０１０９】
１０、１０Ａ、１０Ｂ：吸排気機
２０：ダクト
２１：底部
２２：第１の開口
１００、１０１：ターボファン
１１０：インペラ
１１１：インペラディスク
１１１Ｃ：中心部
１１１Ｐ：外周部
１１２：動翼（後ろ向き翼）
１１２ｓ：動翼の始点
１１２ｅ：動翼の終点
１１３：シュラウド
１２０：ファンケース
１２１：側壁
１２１Ｓ：段差
１２２：吸気口
１２３：送風口
１３０：回転駆動装置
１３１：回転軸（シャフト）
１３２：回転駆動源
１４０：誘導部
１４０ａ：傾斜面
１４１：静翼
１４２：ディフューザプレート
２００：送風ダクト
２１０：吸気ダクト
２２０：送風ダクト側の底部
２３０：吸気ダクト側の底部
３００、３０１：温度調和ユニット
３１０：筐体
３１０ａ：取入口
３１０ｂ：排出口
９１１：インペラディスク
９１２：前向き翼
９１２ｅ：前向き翼の終点
【図１】
2020090533.tif 000003
【図２Ａ】
2020090533.tif 000004
【図２Ｂ】
2020090533.tif 000005
【図２Ｃ】
2020090533.tif 000006
【図３Ａ】
2020090533.tif 000007
【図３Ｂ】
2020090533.tif 000008
【図４】
2020090533.tif 000009
【図５Ａ】
2020090533.tif 000010
【図５Ｂ】
2020090533.tif 000011
【図６】
2020090533.tif 000012
【図７】
2020090533.tif 000013
【図８Ａ】
2020090533.tif 000014
【図８Ｂ】
2020090533.tif 000015
【図９】
2020090533.tif 000016
【図１０】
2020090533.tif 000017
【図１１】
2020090533.tif 000018
【図１２】
2020090533.tif 000019
【図１３】
2020090533.tif 000020
【図１４】
2020090533.tif 000021
【図１５】
2020090533.tif 000022
【図１６Ａ】
2020090533.tif 000023
【図１６Ｂ】
2020090533.tif 000024
【図１７Ａ】
2020090533.tif 000025
【図１７Ｂ】
2020090533.tif 000026
【図１８Ａ】
2020090533.tif 000027
【図１８Ｂ】
2020090533.tif 000028
【図１９Ａ】
2020090533.tif 000029
【図１９Ｂ】
2020090533.tif 000030
【図２０】
2020090533.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】令和3年1月15日(2021.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被温度調和体を冷却または加熱により温度調和する温度調和ユニット、および、温度調和ユニットに用いられる吸排気機に関し、特に、吸排気機の高出力化に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池等の蓄電デバイスや、インバータおよびコンバータ等の電力変換装置（以下、まとめて被温度調和体と称する）は、電流が流れる際、内部抵抗および外部抵抗により発熱する。被温度調和体の温度が過度に高くなると、性能が十分に発揮されない。また、寒冷地での使用等、周囲の温度が過度に低い場合にも、被温度調和体の性能は十分に発揮されない。すなわち、被温度調和体の温度は、出力特性あるいは電力変換特性、さらには被温度調和体の寿命に大きく影響する。
【０００３】
これら被温度調和体は、ハイブリッド車、電気自動車（ＥＶ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）等に搭載され得る。
【０００４】
例えば、二次電池に含まれるセルは、内部抵抗を有する。また、セル同士の接続部において、接触抵抗が生じ得る。これらの抵抗成分を有するセルに対して、セルを充電するための電流や、セルから放電される電流が流されると、セルは発熱する。発熱により温度が上昇すると、充放電に寄与しない副反応が発生し易くなり、容量の低下や内部抵抗の上昇を招く。一方で、低温下では、充放電反応が進み難い。よって、二次電池において、動作温度は製品の寿命に大きく影響を与える。
【０００５】
通常、二次電池が用いられる車両では、吸排気機（送風機）を用いて、二次電池を強制的に冷却する空冷手段が用いられる。温度調和ユニットは、例えば、通常動作時において、二次電池に含まれるセルの温度上昇を抑制するために、所定の風量を二次電池に供給することが求められる。また、極低温下における動作時において、温度調和ユニットは、二次電池が要求される能力を発揮できるように、所定の熱量を二次電池に加えることが求められる。
【０００６】
これらの温度対策を加味したうえで、二次電池の性能が評価される。換言すれば、二次電池を用いた電源システムは、これらの温度対策次第で、性能を向上させることが可能である。また、二次電池を用いた電源システムは、これらの温度対策次第で、必要とするセル数を削減することが可能である。
【０００７】
一方で、車両内部の居住空間を確保するため、被温度調和体である二次電池の設置領域は制限されている。よって、二次電池が用いられる車両において、二次電池を設置するための十分な空間を確保することが困難である。与えられた空間内で必要とされる性能を発揮できるように、二次電池の小型化が求められている。また、被温度調和体の小型化も求められている。
【０００８】
二次電池の出力密度（単位質量あたりの取り出せるエネルギー）が高くなれば、温度調和ユニットにも高出力化が求められる。しかしながら、温度調和ユニットの高出力化を図る場合、温度調和ユニットの大型化を招く傾向にあり、被温度調和体である二次電池のみならず、温度調和ユニットにおいても、高出力化と小型化との両立が求められている。
【０００９】
特許文献１では、遠心式のファンが内部に配置されるファンケースの吸気口にダクトを接続している。ダクトが吸気口と接続される端部において、傾斜面部と平面部からなる凹み部からなる回転抑制手段をダクトに設け、ファンが回転する向きと反対向きにダクト内を流れる流体が回転することを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−３２１７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
サイズの大型化を招くことなく、温度調和ユニットに用いられる吸排気機の高出力化を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一局面は、回転軸と、前記回転軸を中心に回転するインペラと、前記インペラの外周を取り囲む側壁を有する筒状のファンケースと、を有するターボファンと、前記ターボファンの吸気側または排気側と接続するダクトと、前記ファンケースと接続し、且つ、前記ダクトと接続する底部と、を備え、前記ファンケースは、前記側壁の前記ターボファンの排気側または吸気側の一方の端部に第１の開口を有し、前記第１の開口を塞ぐように前記底部が前記ファンケースと接続しており、前記ダクト、前記底部、および前記第１の開口を前記回転軸に垂直な面に投影した投影図において、前記ダクトおよび前記底部の内壁面の輪郭線は、前記第１の開口に対応する円弧状の曲線Ｒと、前記曲線Ｒの両端からそれぞれ延びる第１輪郭線および第２輪郭線と、を有し、前記第１輪郭線および前記第２輪郭線は、互いに平行且つ直線状の第１直線部Ｌ１および第２直線部Ｌ２を、それぞれ有し、前記投影図において、前記第１の開口の中心Ｘ０から、前記第１直線部Ｌ１または前記第１直線部Ｌ１を前記底部側に延長した第１延伸線Ｅ１までの距離が、前記第１の開口の中心Ｘ０から、前記第２直線部Ｌ２または前記第２直線部Ｌ２を前記底部側に延長した第２延伸線Ｅ２までの距離よりも長く、前記第１直線部Ｌ１と前記第２直線部Ｌ２との離間距離をＷとし、前記第１の開口の直径をＤとし、前記第１の開口の中心Ｘ０から、前記第１直線部Ｌ１と前記第２直線部Ｌ２との中心線を前記底部側に延長した延伸線Ｅ０までの距離をΔｗとしたとき、Ｗ／２＋Δｗ＜Ｄ／２である、吸排気機に関する。
【００１３】
本発明の他の局面は、上記の吸排気機と、被温度調和体を収容する筐体と、を備え、前記吸排気機からの送風または吸気により、前記被温度調和体を冷却または加熱する、温度調和ユニットに関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、温度調和ユニットなどに用いられる吸排気機の高出力化が可能であり、温度調和ユニットの高出力化および小型化を実現できる。
【００１５】
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示に係る吸排気機において、ダクト、底部、および第１の開口を回転軸に垂直な面に投影した投影形状の一例を模式的に示す図である。
【図２Ａ】本開示の一実施形態に係る吸排気機の外観を示す斜視図である。
【図２Ｂ】本開示の一実施形態に係る吸排気機の側面図である。
【図２Ｃ】本開示の一実施形態に係る吸排気機の上面図である。
【図３Ａ】ターボファンの外観を示す斜視図である。
【図３Ｂ】ターボファンの内部を示す縦断面図である。
【図４】吸排気機の送風ダクトおよび底部を回転軸に垂直な面に投影した投影形状を、インペラの投影位置とともに示す投影図である。
【図５Ａ】ターボファンに配置されるインペラを示す斜視図である。
【図５Ｂ】インペラに設けられる動翼を示す上面図である。
【図６】静翼を備えるターボファンの実施形態を示す断面斜視図である。
【図７】インペラおよび静翼を示す斜視図である。
【図８Ａ】本開示の一実施形態に係る温度調和ユニットの外観を示す斜視図である。
【図８Ｂ】本開示の一実施形態に係る温度調和ユニットの上面図である。
【図９】温度調和ユニットの他の例を示す上面図である。
【図１０】温度調和ユニットの他の例を示す斜視図である。
【図１１】動翼（後ろ向き翼）によって生じる気流を示す説明図である。
【図１２】前向き翼によって生じる気流を示す説明図である。
【図１３】風量と風圧との関係を示すグラフである。
【図１４】比速度とファン効率との関係を示すグラフである。
【図１５】流量係数と圧力係数との関係を示すグラフである。
【図１６Ａ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１６Ｂ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１７Ａ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１７Ｂ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１８Ａ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１８Ｂ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１９Ａ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図１９Ｂ】吸排気機の送風ダクトおよび底部に流れる気体の流速分布を計算した結果を示す図である。
【図２０】吸排気機の静圧を評価した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示の一実施形態に係る吸排気機は、回転軸と、回転軸を中心に回転するインペラと、インペラの外周を取り囲む側壁を有する筒状のファンケースと、を有するターボファンを備える。吸排気機は、また、ターボファンの吸気側または排気側と接続するダクトと、ファンケースと接続し、且つ、ダクトと接続する底部と、を備えている。ファンケースは、側壁のターボファンの排気側または吸気側の一方の端部に第１の開口を有し、第１の開口を塞ぐように底部がファンケースと接続している。
【００１８】
したがって、インペラによって吸気された気体は、ファンケースの側壁とインペラの外周との間の空間を通り、第１の開口を経由し、底部に衝突して気流の方向が変更され、送風側に設けられたダクトに流れ込む。あるいは、気体は、吸気側に設けられたダクトを通り、第１の開口を介してインペラによって吸気され、ファンケースの側壁とインペラの外周との間の空間へと流出する。ダクトは、例えば、回転軸に対して垂直な方向を延伸するように、底部を介してファンケースの側壁と接続される。以下において、送風側に設けられたダクトを「送風ダクト」と、吸気側に設けられたダクトを「吸気ダクト」と、それぞれ称する。
【００１９】
ファンケースは、第１の開口に加えて、その側壁の排気側または吸気側の他方の端部に第２の開口を有していてもよい。以下において、ファンケースの側壁の排気側に存在する第１の開口または第２の開口を「送風口」と称する。また、ファンケースの側壁の吸気側に存在する第１の開口または第２の開口を「吸気口」と称する。吸排気機は、送風口と送風ダクトの組、および、吸気口と吸気ダクトの組のいずれか一方を備えていてもよいし、両方を備えていてもよい。ファンケースの側壁は、内壁面の一部がインペラと対向して、吸気口から送風口に至る気体の流路を形成し得る。
【００２０】
本開示に係る吸排気機は、ダクトと底部との接続部近傍におけるダクト形状を、回転軸（シャフト）の回転方向に応じた特定の方向に屈曲または湾曲した形状とすることで、高出力を実現する。
【００２１】
ファンから十分離れた箇所において、吸排気機の取り付け位置に応じてダクトが取り回される場合、ダクトが任意の方向に延伸していることも考えられる。しかしながら、ダクトと底部との接続部近傍における形状は、ダクトの取り回し方によらず、一意に特定され得る。
【００２２】
図１は、吸排気機のダクト２０、底部２１、および第１の開口２２（送風口または吸気口）を、回転軸に垂直な面に投影した投影図の一例を模式的に示す図である。以下、図１に基づいて吸排気機について説明する。
【００２３】
ダクト２０の内壁面および底部２１の内壁面を、回転軸に垂直な面に投影した投影形状を考える。ダクト２０および底部２１の内壁面の輪郭線は、第１の開口２２の輪郭に対応する円弧状の曲線Ｒと、曲線Ｒの両端からそれぞれ延びる第１輪郭線Ｃ１および第２輪郭線Ｃ２と、を有する。ダクトと底部との接続部近傍とは、通常、第１の開口の投影図における中心位置Ｘ０からの距離が第１の開口の直径の２倍以下の領域を指すものとし、この領域内で、第１輪郭線および第２輪郭線は、互いに平行且つ直線状の第１直線部Ｌ１および第２直線部Ｌ２を、それぞれ有する。なお、この領域内で、第１輪郭線および第２輪郭線が互いに平行且つ直線状の部分を複数有する場合、最も底部側に位置するものを第１直線部Ｌ１および第２直線部Ｌ２とする。第１の開口２２の輪郭は、送風口または吸気口の開口端を回転軸（シャフトともいう）に垂直な面に投影した円（または楕円）に等しい。図１の例では、回転軸は紙面に垂直な方向を向き、図中のＧで示す方向に回転する。Ｘ０は回転軸の位置に対応する。
【００２４】
投影図において、第１直線部Ｌ１と前記第２直線部Ｌ２との中心線を底部側に延長した延伸線Ｅ０とする。第１直線部Ｌ１を底部側に延長した第１延伸線をＥ１とし、第２直線部Ｌ２を底部側に延長した第２延伸線をＥ２とする。第１直線部Ｌ１と第２直線部Ｌ２との離間距離をＷとし、第１の開口の直径をＤとし、第１の開口の中心Ｘ０から延伸線Ｅ０までの距離をΔｗとする。離間距離Ｗは、回転軸に垂直な面におけるダクトの幅を意味する。
【００２５】
また、第１直線部Ｌ１に垂直であって且つ第１の開口に接する直線を第１断面線Ｓ１とし、Ｘ０を通り第１断面線Ｓ１に平行な直線を第２断面線Ｓ２とする。さらに、第１断面線Ｓ１と第１直線部Ｌ１または第１延伸線Ｅ１との交点をＵ１とし、第１断面線Ｓ１と第２直線部Ｌ２または第２延伸線Ｅ２との交点をＵ２とし、第２断面線Ｓ２と第１直線部Ｌ１または第１延伸線Ｅ１との交点をＵ３とする。また、交点Ｕ１から交点Ｕ３へ向かう方向（ファンに近づく方向）を第１方向とし、第１方向と反対の方向（ファンから遠ざかる方向）を第２方向とする。
【００２６】
このとき、ダクトおよび底部の内壁面は、投影図において、下記の条件（１）および（２）を満たす。
（１）Ｘ０から第１直線部Ｌ１または第１延伸線Ｅ１までの距離をＤ１とし、Ｘ０から第２直線部Ｌ２または第２延伸線Ｅ２までの距離をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２である。
（２）Ｗ＜Ｄである。
【００２７】
条件（１）は、端的にいえば、ダクトと底部との接続が、ファンケースの側壁側に偏った位置でされていることを意味している。
【００２８】
条件（２）は、離間距離すなわちダクトの幅Ｗが、第１の開口の直径よりも小さいことも意味している。これにより、吸排気機の小型化が容易となる。
【００２９】
第１輪郭線および第２輪郭線の双方に接する内接円を考える。ダクトの投影形状において、内接円を移動させていくとき、内接円の中心の軌跡で表される直線または曲線をダクトの延伸線とし、延伸線の接線方向をダクトの延伸方向とする。通常、延伸線は輪郭線に平行であり、内接円の直径はダクトの内径に一致する。
【００３０】
図１において、ダクトの第１直線部Ｌ１と第２直線部Ｌ２に挟まれた部分では、ダクトの延伸線は第１直線部Ｌ１と第２直線部Ｌ２との中心線で表される。中心線を底部側に延長した延伸線Ｅ０を考える。条件（１）は、第１の開口の中心位置Ｘ０が、延伸線Ｅ０から外れていることを意味する。
【００３１】
このとき、ファンケースの側壁とインペラの外周との間の空間から、底部を介して送風ダクトに向かう気流（図２Ａ〜Ｃ、図３Ａ〜Ｂ、図４参照）は、第１の開口の中心位置Ｘ０から、延伸線Ｅ０に向かうように流れる。あるいは、吸気ダクトから、ファンケースの側壁とインペラの外周との間の空間に向かう気流（図２Ａ〜Ｃ、図３Ａ〜Ｂ、図４参照）は、延伸線Ｅ０に沿って流れた後、第１の開口の中心位置Ｘ０に向かうように流れる。上述の通り、Ｘ０は延伸線Ｅ０から離れているので、ダクトおよび底部により、湾曲または屈曲した流路（送風路または吸気路）が形成される。このときに形成される流路を、回転軸の回転方向Ｇに応じて、回転方向と同方向に湾曲または屈曲させることによって、高出力の吸排気機が実現される。
【００３２】
送風口から供給される流れには強い旋回成分が含まれている。旋回成分の方向が送風ダクトの送風方向と同方向となる領域の下流では、旋回成分の大きな速い空気の流れが生じる。この速い流れが送風ダクトの壁面に衝突することで、乱流が発生し、流体損失が増加し得る。また、旋回成分の方向が送風ダクトの送風方向に対して垂直または逆方向となる領域の下流では、旋回成分の流れが小さいか、送風方向と逆方向に流れる空気の淀み流れが生じる。空気の速い流れと淀み流れとの速度差が大きくなることで、渦が励起され得る。これら空気の衝突損および渦損などの流体損失が、吸排気機の効率を低下させる一因である。
【００３３】
送風ダクトおよび底部の形状を上記の通りとすることによって、空気の速い流れが送風ダクトの壁面に衝突するのが抑制される。また、空気の淀み流れを低減することができる。結果、流体損失が低減され、高出力化が可能となる。
【００３４】
また、送風口から供給される流れほど強くはないが、吸気口からターボファンに向かう流れにも旋回成分が含まれており、送風ダクトと同様、吸気ダクトでも流体損失が発生し得る。吸気ダクトおよび吸気ダクトと接続する底部の形状を上記の通りとすることによって、空気の速い流れが吸気ダクトの壁面に衝突するのが抑制される。また、空気の淀み流れを低減することができる。結果、吸排気機の流体損失が低減され、高出力な吸排気機を得ることが可能となる。
【００３５】
吸気ダクトおよび吸気ダクトと接続する底部の形状、および、送風ダクトおよび送風ダクトと接続する底部の形状の少なくともいずれか一方が、上記の条件を満たしていればよい。少なくとも送風ダクトおよび送風ダクトと接続する底部の形状が、上記の条件を満たしていることが好ましい。吸気ダクトおよび吸気ダクトと接続する底部の形状、および、送風ダクトおよび送風ダクトと接続する底部の形状の両方が上記の条件を満たしているとより好ましい。
【００３６】
ダクトの第１直線部Ｌ１と第２直線部Ｌ２の間の領域に流れる気流の方向をベクトルｖで表す。インペラの回転方向を角速度ベクトルωで表す。ωは、インペラの回転方向に右ねじを回転させたときに右ねじが進む方向を向くとし、図１の例では紙面に対して上方向を向いている。このとき、ダクトは、ｖ×ωの方向に中心Ｘ０から遠ざかるように配置すればよい。第１直線部Ｌ１および第２直線部Ｌ２のうち、ｖ×ωの方向側にあるのが第１直線部Ｌ１である。なお、図１において、ダクトが送風ダクトである場合と吸気ダクトである場合とで、ｖの方向が逆となる点に注意されたい。
【００３７】
好ましい態様では、ダクトおよび底部の内壁面は、投影図において、条件（１）および（２）に加え、さらに下記の条件（３）を満たしている。
（３）Ｗ／２＋Δｗ＜Ｄ／２である。
【００３８】
条件（３）は、第１直線部Ｌ１（または延伸線Ｅ１）、および、第２直線部Ｌ２（または延伸線Ｅ２）の両方が、投影図における第１の開口の輪郭と交差することを意味している。なお、条件（１）および（３）を満たすとき、Δｗ＞０であるので、常にＷ＜Ｄであり、条件（２）は満たされる。
【００３９】
第１直線部Ｌ１と第２直線部Ｌ２との間の離間距離をダクトの幅Ｗとする。上述の通り、第１の開口の中心Ｘ０は、ダクトの延伸線Ｅ０からΔｗだけずれた位置にある。したがって、Ｄ１＝Ｗ／２＋Δｗ、Ｄ２＝Ｗ／２−Δｗであり、条件（３）は、Ｘ０から第１直線部Ｌ１または第１延伸線Ｅ１までの距離Ｄ１、および、Ｘ０から第２直線部Ｌ２または第２延伸線Ｅ２までの距離Ｄ２が、第１の開口の半径Ｄ／２よりも短いことを意味する。この場合、第１および第２輪郭線は、ともに、第２断面線Ｓ２よりも第２方向側の位置で、曲線Ｒと接続し得る。
【００４０】
図１の例において、ダクトが送風ダクトであり、インペラの回転方向Ｇを反時計回りとしたとき、第１の開口２２の輪郭に沿った第１直線部Ｌ１（第１延伸線Ｅ１）側の領域において、旋回成分の方向がダクトの送風方向と同方向となり易い。この場合に、第１直線部Ｌ１と曲線Ｒとの接続位置（第１直線部Ｌ１が曲線Ｒと直接接続しない場合、第１延伸線Ｅ１と曲線Ｒとの交差位置）が、第２断面線Ｓ２に対して第２方向側に遠ざかるほど、接続位置から、第１直線部Ｌ１に対して斜めを向いた方向に速い流れが生じる一方で、第１直線部Ｌ１に沿って流速の遅い領域が生じ易くなり、淀み流れが生じ易くなる。
【００４１】
しかしながら、本実施形態では、第１直線部Ｌ１と曲線Ｒとの接続位置（または、第１延伸線Ｅ１と曲線Ｒとの交差位置）を、第２断面線Ｓ２に近づけるように配置することにより、淀み流れは低減される。
【００４２】
これに対し、第１の開口２２の輪郭に沿った第２直線部Ｌ２（第２延伸線Ｅ２）側の領域では、旋回成分の方向がダクトの送風方向と逆方向となり易い。この場合、第２直線部Ｌ２と曲線Ｒとの接続位置（第２直線部Ｌ２が曲線Ｒと直接接続しない場合、第２延伸線Ｅ２と曲線Ｒとの交差位置）が、第２断面線Ｓ２に対して第２方向側に遠ざかるほど、旋回成分の方向はダクトの送風方向に対して垂直方向を向き、送風方向と逆方向の成分が少なくなるため、淀み流れは低減され得る。
【００４３】
図１の例では、第１直線部Ｌ１と曲線Ｒとが直接接続し、第２直線部Ｌ２と曲線Ｒとが直接接続している。しかしながら、第１輪郭線は、一端が第１直線部Ｌ１と接続し、他端が曲線Ｒと接続する第１接続部を有してもよい。流体損失を低減するため、第１接続部は、曲線で構成されることが好ましく、一端において第１直線部Ｌ１に接し、他端において曲線Ｒと接する曲線であるとより好ましい。同様に、第２輪郭線は、一端が第２直線部Ｌ２と接続し、他端が曲線Ｒと接続する第２接続部を有してもよい。流体損失を低減するため、第２接続部は、曲線で構成されることが好ましく、一端において第２直線部Ｌ２に接し、他端において曲線Ｒと接する曲線であるとより好ましい。
【００４４】
吸排気機の静圧をＰ、風量をＱとしたとき、吸排気機の出力Ｗｏｕｔは、静圧Ｐおよび風量Ｑの積で表すことができる。本開示の吸排気機は、高効率であり、ファンの入力（＝モータの出力）Ｗｉｎに対して出力Ｗｏｕｔを大きくできる。特に静圧を高めることができ、高出力化が可能である。
【００４５】
比速度ｎＳは、下記式１：
ｎＳ＝ｒ×√Ｑ／（Ｈ／ρ）３／４
（式中、ｒは回転速度（／分）であり、Ｑは流量（ｍ３／分）であり、Ｈは圧力（ｍｍＨ２Ｏ）、ρは密度（ｋｇ／ｍ３）である。）
で求められる。
【００４６】
ファン効率ηは、下記式２：
η＝Ｗｏｕｔ／Ｗｉｎ
（式中、Ｗｏｕｔは気体がインペラから毎秒有効に受け取ったエネルギー（Ｊ／秒）であり、Ｗｉｎは駆動軸動力（Ｗ）である）
で求められる。
【００４７】
本開示の吸排気機は、上記式１で表される比速度ｎＳが２００〜３００の範囲のファンを用いて好適に実現することができ、ターボファンを好ましく用いることができる。
【００４８】
以下に、本実施形態に係る吸排気機について、図面を参照して詳細に説明する。図２Ａは、本実施形態に係る吸排気機１０の外観を示す斜視図である。図２Ｂは、吸排気機１０の側面図である。図２Ｃは、吸排気機１０を上から見た図である。
【００４９】
吸排気機１０は、ターボファン１００、送風ダクト２００、吸気ダクト２１０、および、底部２２０、２３０を備える。底部２２０は、ターボファンの送風口１２３を塞ぐようにファンケース１２０と接続し、且つ、送風ダクト２００と接続している。底部２３０は、ターボファンの吸気口１２２を塞ぐようにファンケース１２０と接続し、且つ、吸気ダクト２１０と接続している。
【００５０】
図３Ａは、ターボファン１００（後ろ向きファンともいう）の外観を示す斜視図である。図３Ｂは、ターボファン１００の内部を示す縦断面図である。ターボファン１００は、インペラ１１０とファンケース１２０と回転駆動装置１３０とを備える。インペラ１１０は、インペラディスク１１１と複数の後ろ向き翼（以下、動翼１１２という）とを備える。ファンケース１２０は、側壁１２１と吸気口１２２と送風口１２３とを備える。回転駆動装置１３０は、回転軸（シャフト）１３１と、シャフト１３１を回転させる回転駆動源１３２と、を備える。
【００５１】
なお、インペラ１１０を含むターボファンの具体的構成については、後述する。
【００５２】
図４は、吸排気機１０の送風ダクト２００および底部２２０を回転軸１３１に垂直な面に投影した投影図である。図４には、ターボファンのインペラを回転軸１３１に垂直な面に投影したときの位置が併せて示されている。インペラは、同図において反時計回りに回転する。
【００５３】
図４の例では、略直線状に延伸する送風ダクト２００が、底部２２０においてファンケース１２０と接続する。図５の例では、送風ダクト２００の延伸線Ｅ０は、送風口の輪郭の中心Ｘ０からΔｗだけずらして配置してある。投影図における送風ダクト２００の内径（回転軸１３１に垂直な面におけるダクトの内径）をＷとする。Ｗは、第１直線部Ｌ１と第２直線部Ｌ２との間の離間距離である。Ｘ０から第１直線部Ｌ１（またはその延伸線Ｅ１）までの距離はＷ／２＋Δｗである。Ｘ０から第２直線部Ｌ２の延伸線Ｅ２までの距離はＷ／２−Δｗである。送風ダクト２００の内径Ｗは、送風口の内径（直径）Ｄより小さい。
【００５４】
図４の投影図において、送風ダクト２００および底部２２０の内壁面の輪郭線は、第１直線部Ｌ１、送風口１２３に対応する曲線Ｒ、および、第２直線部Ｌ２からなる。第１直線部Ｌ１および第２直線部Ｌ２は、送風ダクト２００の延伸線Ｅ０に垂直で、Ｘ０を通る直線（第２断面線Ｓ２）よりも送風ダクト２００側で、曲線Ｒと接続する。
【００５５】
なお、図２Ｃから分かるように、吸気ダクト２１０の延伸線Ｅ０も、吸気口の輪郭の中心からずらして配置してある。吸気ダクト２１０の内径（回転軸１３１に垂直な面におけるダクトの内径）は、吸気口の内径よりも小さい。
【００５６】
（インペラ）
インペラ１１０は、インペラディスク１１１と、複数の動翼１１２と、を備える。インペラ１１０は、さらにシュラウド１１３を備えていてもよい。
【００５７】
図５Ａは、ターボファン１００のインペラ１１０を示す斜視図である。図５Ｂは、インペラ１１０に設けられた動翼１１２の上面図である。
【００５８】
（インペラディスク）
インペラディスク１１１は、回転軸１３１と交差する方向（好ましくは、回転軸１３１に垂直な方向）に延伸する面を有しており、略円形である。インペラディスク１１１の一方の主面からは、複数の動翼１１２が立設している。図５Ｂに示すように、インペラディスク１１１の中心部１１１Ｃの一部は開口している。この開口に回転軸１３１を挿入することにより、インペラディスク１１１と回転軸１３１とは係合される。回転駆動源１３２が回転駆動することにより、インペラ１１０は回転する。
【００５９】
インペラディスク１１１の外周部１１１Ｐの一部は、送風口１２３に向けて屈曲されていてもよい。このとき、インペラディスク１１１の外周端から所定の距離まで内周側に位置する外周領域では、図３Ｂに示すように、外周側が内周側よりも送風口までの距離が短くなるように、インペラディスクが回転軸１３１の軸方向に傾斜する。これにより、吸排気機１０に取り込まれた気体は、送風口１２３へとスムーズに流れる。
【００６０】
（シュラウド）
シュラウド１１３はリング状の板材であり、動翼１１２を介してインペラディスク１１１に対向するように配置される。インペラ１１０を回転軸１３１の軸方向からみたとき、インペラディスク１１１の外周縁とシュラウド１１３の外周縁とは、ほぼ一致しており、インペラディスク１１１の外周部１１１Ｐの一部は、シュラウド１１３により覆われる。一方、シュラウド１１３の内周縁は、吸気口１２２と対向する。動翼１１２の一部はシュラウド１１３に接合している。
【００６１】
インペラ１１０の内部に取り込まれた気体は、動翼１１２に沿うように流れた後、インペラディスク１１１の外周縁から流出して側壁１２１に衝突し、送風口１２３へと導かれる。シュラウド１１３は、インペラディスク１１１の外周縁から流出した気体が、吸気口１２２から流出するのを抑制する。また、シュラウド１１３は、隣接する２枚の動翼１１２により構成される翼間流路内から流出する気体が、これに隣接する翼間流路内に入り込むのを抑制する。シュラウド１１３は、気流の乱れが抑制される点で、吸気口１２２に向かって狭まり、なだらかな曲面を備える漏斗状あるいはテーパー状であることが好ましい。すなわち、回転軸１３１に平行な方向におけるシュラウドの外周端は、回転軸１３１に平行な方向において、シュラウドの内周端よりもインペラディスク側に（シュラウドからインペラディスクに向かう方向に離間して）位置することが好ましい。
【００６２】
（動翼）
複数の動翼１１２は、インペラディスク１１１から立設している。動翼１１２は、図５Ｂに示すように、インペラディスク１１１の中心部１１１Ｃから外周部１１１Ｐに向かって、シャフト１３１の回転方向Ｇに突出する円弧状に延伸している。
【００６３】
動翼１１２の枚数は特に限定されず、インペラ１１０の大きさ、吸排気機の風量および圧力等を考慮して適宜設定すればよい。動翼１１２の枚数Ｎは、例えば、５〜３０枚であり、８〜１５枚である。
【００６４】
図５Ａおよび図５Ｂの例では、動翼１１２は、中心部１１１Ｃの任意の地点を始点１１２ｓとして、外周部１１１Ｐの任意の地点（終点１１２ｅ）に向かって、回転軸１３１の回転方向Ｇに突出する円弧状に延伸している。動翼１１２が回転方向Ｇに突出する凸部を備えることにより、吸排気機１０に取り込まれた気体は、気流を大きく乱すことなく、凸部に沿うように、中心部１１１Ｃから外周部１１１Ｐに向かって流出することができる。ここで、インペラディスク１１１の中心部１１１Ｃは、インペラディスク１１１の半径をｒとするとき、例えば、インペラディスク１１１と同心の半径１／２×ｒの円であり、インペラディスク１１１の外周部１１２Ｐは、中心部１１１Ｃを取り囲むドーナツ型の領域である。
【００６５】
通常、動翼がインペラディスクの半径方向に長い場合、インペラから発生する流体エネルギーは大きくなり易い。上記のような凸部を備える動翼１１２は気流を乱し難いため、動翼１１２は、インペラディスク１１１の半径方向に長くすることができる。流体エネルギーがより大きくなり易い点で、終点１１２ｅは、インペラディスク１１１の外周縁近傍に位置していることが好ましい。同様の観点から、始点１１２ｓは、中心Ｃの近傍（例えば、インペラディスク１１１と同心の半径１／３×ｒの円の内部）にあることが好ましい。
【００６６】
動翼１１２の形状は、上記凸部を有する限り、特に限定されない。例えば、インペラ１１０を回転軸１３１の軸方向から見たとき、動翼１１２の始点１１２ｓとインペラディスク１１１の中心Ｃとを結ぶ直線Ｌｓは、第１動翼１１２の終点１１２ｅとインペラディスク１１１の中心Ｃとを結ぶ直線Ｌｅよりも回転方向Ｇに進んだ位置にあってもよい。
【００６７】
回転駆動装置１３０として電動機を用いる場合、電動機には固定子が配置される。固定子の極数は、通常、偶数である。そのため、動翼の枚数Ｎが偶数である場合、互いが加振力となって回転駆動装置１３０および各吸排気機の振動がともに励起され、騒音が増大し得る。よって、この場合には、動翼の枚数Ｎは奇数であることが好ましい。極数とは、回転駆動装置１３０で生じる磁極の数である。また、固定子のスロット数と動翼の枚数Ｎとが一致するか、あるいは整数倍の関係である場合も、騒音が増大し得る。よって、動翼１１２の枚数Ｎは、スロット数と一致しないように、かつ、整数倍の関係を満たさないように（換言すると、動翼の枚数Ｎとスロット数とが互いに素となるように）、設定することが好ましい。
【００６８】
後述するように、複数の吸排気機を備えた温度調和ユニットを用いる場合、ＢＰＦノイズ（Blade Passing Frequency Noise）を抑制する観点から、温度調和ユニット内に設けられた複数の吸排気機において、動翼１１２の枚数を異ならせ、動翼１１２の枚数が互いに素となるようにするとよい。複数の吸排気機における動翼の枚数の差については、特に限定されず、１以上であればよい。例えば、温度調和ユニット内に吸排気機を２つ設ける場合、各吸排気機の風量および圧力等を考慮すると、動翼の枚数の差は、１以上５以下であることが好ましい。
【００６９】
ＢＰＦノイズは、離散化周波数騒音とも呼称される、動翼による空力音である。ＢＰＦノイズのエネルギーがピークとなるときの周波数Ｆｂ（Ｈｚ）は、以下の式３により算出される。なお、一般的に、式３で算出されるＢＰＦノイズの周波数Ｆｂのうち、最も低い周波数（すなわち、ｍ＝１のとき）におけるエネルギーのピークが最も高い。
【００７０】
（式３）  Ｆｂ＝ｍ×ｒ／６０×Ｎ
（式中、ｍは１以上の整数、ｒはインペラの回転数（ｒｐｍ）、Ｎは動翼の枚数である。）
したがって、筺体に複数の吸排気機を配置した温度調和ユニットでは、そのうちの少なくとも１つの吸排気機が発生する音（ＢＰＦノイズ）のピーク周波数Ｆｂが、他の吸排気機が発生するＢＰＦノイズのピーク周波数Ｆｂと重ならないようにすることで、複数の吸排気機を用いた場合のＢＰＦノイズのピークを分散させ、騒音を抑制することができる。
【００７１】
上記式で示されるように、ピーク周波数Ｆｂは動翼１１２の枚数Ｎおよびインペラ１１０の回転数ｒによって変化する。ＢＰＦノイズのピークを分散させる方法として、動翼の枚数Ｎを異ならせる方法のほか、インペラの回転数ｒを異ならせてもよい。ただし、回転数ｒを変えると、得られる風量も変わる。冷却効率および制御の容易さを考慮すると、一つの温度調和ユニットに配置される複数の吸排気機の風量は、同程度であることが好ましい。回転数ｒを変えながら風量を同程度とするため、複数の吸排気機において、インペラディスクをシャフトの軸方向からみたときの最大径を異ならせてもよい。最大径の小さいインペラディスクを備えるインペラの回転数を他方よりも多くすることにより、風量は同程度に調整され得る。
【００７２】
（ファンケース）
ファンケース１２０は、インペラ１１０の周囲を取り囲む側壁１２１を備える。図３Ｂの例では、ファンケース１２０は、側壁１２１の吸気側の端部に吸気口１２２を有し、側壁１２１の排気側の端部に送風口１２３を有する。通常、吸気口１２２と送風口１２３とは、シャフト１３１の軸方向において対向するように配置される。
【００７３】
側壁１２１は、例えば、回転軸１３１を中心とする略円筒形であり、回転軸１３１から側壁１２１までの距離はほぼ一定である。側壁１２１は、吸気口１２２側の開口端部近傍に段差１２１Ｓを有している。段差１２１Ｓによって、吸気口１２２側の直径は、送風口１２３側の開口端部の直径よりも小さくなっている。吸気口１２２は、例えば、回転軸１３１を中心とする略円形である。送風口１２３は、例えば、回転軸１３１を中心とし、インペラディスク１１１を取り囲むドーナツ形状である。図示例では、吸気口１２２は、底部２３０によって塞がれ、吸気ダクト２１０と連絡している。送風口１２３は、底部２２０によって塞がれ、送風ダクト２００と連絡している。
【００７４】
ファンケース１２０の側壁１２１と底部２３０、および／または吸気ダクト２１０は、一体で作製されることがある。その場合、吸気口１２２の大きさおよび形状を特定できないことも考えられる。その場合、吸気口１２２の大きさおよび形状は、回転軸１３１に沿った方向において最も底部２３０側となるインペラ１１０の端部の位置により評価することができる。吸気口１２２の大きさおよび形状は、上記のインペラ１１０の端部位置を通り、且つ回転軸１３１に垂直な断面における側壁１２１および底部２３０の内周形状により評価される。インペラ１１０がシュラウド１１３を備える場合には、シュラウド１１３の内周縁を吸気口１２２の周縁とみなしてもよい。
【００７５】
同様に、ファンケース１２０の側壁１２１と底部２２０、および／または送風ダクト２００が、一体で作製される場合、送風口１２３の大きさおよび形状を特定できないことも考えられる。その場合、送風口１２３の大きさおよび形状は、回転軸１３１に垂直な断面において、断面積が最大となる側壁１２１および底部２２０の内周形状によって評価される。
【００７６】
吸気口１２２と送風口１２３とは、回転軸１３１の軸方向において対向するように配置されている。吸気口１２２の周囲の気体（通常、空気）は、動翼１１２の回転によって吸気口１２２から取り込まれるとともに、エネルギーが与えられて、速度を速めながら動翼１１２に沿ってインペラディスク１１１の外周縁から流出する。続いて、気体は、ファンケース１２０の側壁１２１に衝突して方向転換させられた後、さらに底部２２０に衝突して方向転換させられ、送風ダクトへと流れ込む。気流の乱れが抑制される点で、段差１２１Ｓは、なだらかな曲面により形成されることが好ましい。側壁１２１は、インペラ１１０と対向する内壁面の少なくとも一部の領域において、気体の流路の上流側（吸気口側）が下流側（送風口側）よりも回転軸１３１からの距離が短くなるように、内壁面が湾曲していてもよい。
【００７７】
図３Ｂに示すように、ターボファン１００は、送風口１２３とインペラ１１０との間に、誘導部１４０を備えていてもよい。誘導部１４０は、一部の領域において、側壁１２１の内壁面と対向している。誘導部１４０の内壁面との対向面は、回転軸１３１の軸を含む面において、送風口側が吸気口側よりも回転軸１３１からの距離が長く（内壁面からの距離が短く）なるように傾斜している。これにより、インペラ１１０から流出した気流は、誘導部１４０の傾斜面１４０ａを介し、送風口１２３へと円滑に導かれる。結果、気流の乱れが一層抑制され、ファン効率をより高めることができる。
【００７８】
（静翼）
ターボファンは、さらに、側壁１２１と動翼１１２との間に配置される複数の静翼を備えていてもよい。図６に、静翼１４１を備えるターボファン１０１の断面斜視図を、一例として示す。図７は、ターボファン１０１のインペラ１１０および静翼１４１を示す斜視図である。静翼１４１を配置することにより、インペラから流出した風は減速し、吸排気機から送風される風の圧力を高めることができる。
【００７９】
静翼１４１の枚数については特に限定されず、吸排気機の大きさや所望の風量等を考慮して、適宜設定され得る。静翼１４１の枚数は、例えば５〜３０枚であり、８〜１５枚である。なかでも、整流効果の観点から、静翼１４１の枚数は動翼１１２の枚数よりも多いことが好ましい。静翼１４１の枚数が動翼１１２の枚数以下であると、隣接する静翼１４１同士の間が、これより内側にある第１動翼１１２同士の間よりも広くなるため、整流効果が低下し易い。一方で、静翼１４１が過剰に多いと、摩擦損失が増加する。静翼の枚数と動翼の枚数との差も特に限定されず、１以上であればよい。静翼の枚数と動翼の枚数との差は、例えば、１以上５以下である。
【００８０】
静翼１４１の配置は特に限定されず、インペラディスク１１１の最大径や動翼１１２の配置等に応じて、適宜設定すればよい。なかでも、インペラ１１０から流出した風が効率よく減速される点で、静翼１４１は、その主面が、動翼１１２により生じる気流Ｃ（図５参照）に沿うように、配置されることが好ましい。換言すると、静翼１４１は、外周に向かうほど回転軸１３１の回転方向に前進するように配置されることが好ましい。この場合、静翼１４１の大きさも特に限定されず、静翼１４１同士の間から、所望の風量および圧力で送風されるように適宜設定すればよい。
【００８１】
静翼１４１は、ディフューザプレートに取り付けられていてもよい。この場合、複数の静翼１４１は、ディフューザプレートの吸気口１２２側の主面から、例えば等間隔に立設した状態で、側壁１２１と動翼１１２との間に配置される。図７の例では、ディフューザプレート１４２が、誘導部１４０の傾斜面１４０ａに取り付けられている。静翼１４１は、さらに、側壁１２１の内側に接合していてもよい。ディフューザプレート１４２はリング状の板材であって、インペラディスク１１１の最大径よりも大きな内径を有している。
【００８２】
インペラディスク、動翼、シュラウド、側壁および静翼の材質は特に限定されず、用途に応じて適宜選択すればよい。上記材質としては、例えば、各種金属材料および樹脂材料、あるいはこれらの組み合わせが例示できる。
【００８３】
（回転駆動装置）
回転駆動装置１３０は、回転軸（シャフト）１３１と、回転軸１３１を回転させる回転駆動源１３２と、を備える。回転駆動源１３２により回転軸１３１が回転駆動すると、インペラ１１０が回転し、吸気口１２２からファンケース１２０の内部に気体が取り込まれる。
【００８４】
回転駆動装置１３０は、例えば、電動機である。電動機とは、磁場と電流の相互作用（ローレンツ力）による力を利用して、回転運動を出力する電力機器である。電動機において、回転駆動源１３２は、回転子と、回転子を回転させるための力を発生する固定子（いずれも図示せず）と、を備える。回転子および固定子の形状および材質は特に限定されず、電動機として公知のものを使用すればよい。電動機の出力は特に限定されず、所望の風量および圧力等に応じて適宜設定すればよい。例えば、温度調和ユニットがハイブリッド車に搭載される場合、電動機の出力は数十ワット程度である。
【００８５】
固定子には固定子巻線（図示せず）が巻かれる。この固定子巻線に電流が流れると、固定子巻線の周囲に磁界が形成される。結果、固定子によって発生した磁界によって回転子が回転する。固定子巻線の材質は、導電性を有する限り特に限定されない。なかでも、低抵抗である点で、固定子巻線は、銅、銅合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金よりなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００８６】
（温度調和ユニット）
次に、吸排気機を備えた温度調和ユニットについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００８７】
本開示の一実施形態に係る温度調和ユニットは、上述した本実施形態の吸排気機と、被温度調和体を収容する筐体を備える。温度調和ユニットは、吸排気機からの送風または吸気により、被温度調和体を冷却または加熱する。吸排気機は、温度調和ユニット内に１つだけ設けられてもよいし、複数設けられてもよい。
【００８８】
図８Ａは、本実施形態に係る温度調和ユニット３００の外観を示す斜視図である。図８Ｂは、温度調和ユニット３００を上面から見た図である。温度調和ユニット３００は、第１の吸排気機１０Ａと、第２の吸排気機１０Ｂと、筐体３１０と、を備える。第１の吸排気機１０Ａと、第２の吸排気機１０Ｂは、上述の吸排気機１０に相当し、送風ダクトの延伸線を送風口の輪郭の中心からずらして配置し、且つ、吸気ダクトの延伸線を吸気口の輪郭の中心からずらして配置してある。ただし、動翼１１２の枚数や動翼の回転数など、ターボファンの構成については、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとの間で同じであってもよいし、複数の吸排気機全体で所望の風量および圧力が得られるように、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとの間で異ならせてもよい。なお、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとして、静翼１４１を設けた上述の吸排気機１１の構成を用いてもよい。
【００８９】
筐体３１０には、被温度調和体（図示せず）が収容されている。筐体３１０には、外部の気体を取り入れる少なくとも１つの取入口３１０ａ、および、筐体３１０内の気体を排出する少なくとも１つの排出口３１０ｂが、設けられている。図１４Ａおよび図１４Ｂの例では、排出口３１０ｂのそれぞれが、第１の吸排気機１０Ａまたは第２の吸排気機１０Ｂの吸気ダクト２１０と連通している。
【００９０】
被温度調和体が設けられた筐体３１０の内部は、例えば、取入口３１０ａを備える吸気側チャンバと排出口３１０ｂを備える排気側チャンバとを備え、吸気側チャンバと排気側チャンバとが被温度調和体により区分けされている。これにより、吸排気機１０Ａおよび１０Ｂによって排出口３１０ｂから強制的に筐体３１０内の気体が吸気されると、取入口３１０ａから、吸気チャンバ、被温度調和体、および、排気チャンバを順に経由し、排出口３１０ｂに至る気体の流れが形成される。その際に、被温度調和体は、冷却あるいは加温される。
【００９１】
図８Ａおよび図８Ｂの例では、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとが近接して配置され、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとは、ファンの回転軸１３１を互いに平行としているが、インペラ１１０の回転方向が逆であり、一方が時計回りに回転するとき、他方が反時計回りに回転するようにしている。この場合、インペラ１１０の回転方向が同じ場合と比べて、送風ダクト２００同士の離間距離を短くすることができる。よって、２つの送風ダクト２００が占める領域を削減することができる。
【００９２】
しかしながら、図９の上面図に示すように、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとを、互いのインペラ１１０が同方向に回転するように配置してもよい。
【００９３】
図１０に示す温度調和ユニット３０１は、温度調和ユニット３００において、第１の吸排気機１０Ａおよび第２の吸排気機１０Ｂの送風ダクト２００を筐体３１０の取入口３１０ａと連通させたものである。この場合、吸排気機１０Ａおよび１０Ｂによって給気された気体は、送風ダクトおよび取入口３１０ａを介して吸気チャンバに流入し、被温度調和体、および、排気チャンバを順に経由し、排出口３１０ｂに至る気体の流れが形成される。その際に、被温度調和体は、冷却あるいは加温される。
【００９４】
図１０の例では、図８Ａと同様、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとが近接して配置され、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとは、ファンの回転軸１３１を互いに平行としているが、インペラ１１０の回転方向が逆である。この場合、インペラ１１０の回転方向が同じ場合と比べて、吸気ダクト２１０同士の離間距離を短くすることができる。よって、２つの吸気ダクト２１０が占める領域を削減することができる。しかしながら、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂとを、互いのインペラ１１０が同方向に回転するように配置してもよい。
【００９５】
図８Ａ、図８Ｂ、および図９の例では、筐体３１０の排出口３１０ｂは吸気ダクト２１０と連通している。しかしながら、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂに吸気ダクトを設けず、ファンケースの吸気口１２２を直接排出口３１０ｂと連通させることも可能である。
【００９６】
同様に、図１０の例では、筐体３１０の取入口３１０ａは送風ダクト２００と連通しているが、第１の吸排気機１０Ａと第２の吸排気機１０Ｂに送風ダクトを設けず、ファンケースの送風口１２３を直接、取入口３１０ａと連通させることも可能である。
【００９７】
温度調和ユニット３００の構成はこれに限定されない。例えば、取入口３１０ａの個数は１つであってもよいし、２以上であってもよい。被温度調和体の配置も特に限定されず、用途や被温度調和体の種類等に応じて、適宜設定すればよい。
【００９８】
温度調和ユニットにおいて、被温度調和体の冷却は、例えばターボファン（後ろ向きファン）１００または１０１、あるいは前向きファンなどを用いた吸排気機により行うことができる。そこで、ターボファン１００と前向きファンとを比較する。前向きファンは、回転方向に対して反対向きに突出する前向き翼を有する。すなわち、前向き翼は、ターボファン１００における動翼（後ろ向き翼）１１２とは反対方向へ突出している。ターボファン１００と前向きファンとの大きな相違点は、その翼の構成である。
【００９９】
以下に、図１１および図１２を参照しながら、動翼１１２と、動翼１１２とは反対に、回転方向Ｇとは反対向きに突出する凸部を備える動翼（以下、「前向き翼９１２」と称する）とを比較する。図１１は、動翼１１２によって生じる気流Ｃを示す説明図である。図１２は、前向き翼９１２によって生じる気流Ｃ９１２を示す説明図である。なお、図１１では、動翼１１２の終点１１２ｅは、インペラディスク１１１の外周縁近傍に位置しており、図１２では、前向き翼９１２の終点９１２ｅは、前向き翼９１２が立設するインペラディスク９１１の外周縁近傍に位置している。
【０１００】
動翼１１２を回転させると、図１１に示すように、動翼１１２により生じる気流Ｃは、インペラディスク１１１の終点１１２ｅにおける接線Ｌｉに対して、角度θ１で流れる。一方、前向き翼９１２を回転させると、図１２に示すように、前向き翼９１２により生じる気流Ｃ９１２は、インペラディスク９１１の終点９１２ｅにおける接線Ｌｉｆに対して、角度θ２で流れる。このとき、角度θ１は角度θ２よりも大きい。つまり、動翼１１２により生じる気流Ｃのうち、動翼１１２の終点１１２ｅにおける接線Ｌｂの方向に流れる成分Ｃｂは、前向き翼９１２の終点９１２ｅにおける接線Ｌｆの方向に流れる成分Ｃｆに比べて大きい。そのため、動翼１１２を用いる場合、インペラ１１０から発生する流体エネルギーは、前向き翼９１２を用いる場合に比べて多くなる。
【０１０１】
図１３は、風量Ｑと風圧Ｐとの関係を示すグラフである。上記のとおり、動翼（後ろ向き翼）１１２は、インペラディスク１１１の半径方向に長くすることができる。動翼１１２がインペラディスク１１１の半径方向に長い場合、インペラ１１０が回転すると、始点１１２ｓと終点１１２ｅとの間において、気流の流速差が大きくなる。よって、図１３に示すように、動翼１１２を備える吸排気機１０は、ファンケースの形状にかかわらず、高い圧力で送風することができる。一方、前向き翼９１２は気流を乱し易いため、動翼１１２と比較して、インペラディスク９１１の半径方向に長くすることはできない。よって、前向き翼９１２を備える吸排気機は、通常、スクロール形状のファンケースにより風圧を高めている。すなわち、動翼１１２を備える吸排気機１０は、小型化することが可能である。さらに、高圧力であるため、小型化されることにより圧力抵抗の高くなった被温度調和体の冷却または加温に適している。
【０１０２】
図１４に、動翼（後ろ向き翼）１１２を用いる場合および前向き翼９１２を用いる場合の吸排気機の比速度ｎＳとファン効率η（％）との関係を示す。前向き翼９１２を用いる場合、比速度ｎＳが大きくなる程、エネルギー損失も大きくなって、ファン効率ηが低下する。一方、動翼１１２を用いる場合、比速度ｎＳが大きくなる程、エネルギー損失は大きくなるものの、前向き翼９１２を用いる場合と比較して、高いファン効率ηを示す。
【０１０３】
図１５に、動翼（後ろ向き翼）１１２を用いる場合および前向き翼９１２を用いる場合の流量係数φと圧力係数ψとの関係を示す。前向き翼９１２を用いる場合、流量係数φにかかわらず、動翼１１２を用いる場合に比べて吸排気機の圧力係数ψは高い。しかし、流量係数φの増大に伴って、圧力係数ψはプラス側およびマイナス側に大きく変動し、傾向が一定していない。一方、動翼１１２を用いる場合、流量係数φが大きくなっても、圧力係数ψは緩やかに減少するに留まる。すなわち、動翼１１２を備える吸排気機１０は、流量係数φに大きく影響されることなく安定した圧力係数ψを示すため、風量を増大すべく高速回転することが可能となる。
【０１０４】
（送風制御部）
温度調和ユニット３００（３０１）は、第１の吸排気機１０Ａおよび第２の吸排気機１０Ｂを制御する送風制御部を備えていてもよい。送風制御部は、例えば、各インペラの回転数、各吸気口に供給する気体の量等を制御する。送風制御部は、例えば、筐体３１０内に設けられ、被温度調和体に含まれ、吸排気機により温度制御がされるものであっても構わない。
【０１０５】
（被温度調和体）
被温度調和体は特に限定されない。被温度調和体としては、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載される各種機器が挙げられる。このような機器としては、二次電池等の蓄電デバイス、インバータおよびコンバータ等の電力変換装置、エンジンコントロールユニットおよび電動機等が例示される。蓄電デバイスあるいは電力変換装置には、通常、二次電池あるいはインバータ等を制御するための回路基板が含まれている。インバータおよび回路基板は、半導体素子を含み得る。したがって、これら二次電池、回路基板、および／または、半導体素子の温度を制御することは重要である。被温度調和体は、放熱器、および／または継電器を含んでいてもよい。
【０１０６】
蓄電デバイスは、例えば、複数の二次電池が組み合わされた電池パックにより構成されている。このとき、隣接する二次電池同士の間に隙間が形成されており、この隙間を気体が通過する。電力変換装置の場合も同様に、電力変換装置の構成部品の間に隙間を形成し、この隙間に気体を通過させる。
【０１０７】
筐体３１０内に収容される被温度調和体は、１以上であればよく、２以上であってもよい。２以上の被温度調和体が筐体３１０内に収容される場合、筐体３１０の内部は、被温度調和体の数に応じて区切られていてもよい。また、第１の吸排気機１０Ａから送風される気体の風路と、第２の吸排気機１０Ｂから送風される気体の風路とは、独立していてもよいし、接続されていてもよい。第１の吸排気機１０Ａおよび／または第２の吸排気機１０Ｂの風路は、被温度調和体の数に応じて分岐していてもよい。
【０１０８】
図１６Ａ〜図１９Ｂに、吸排気機１０において、送風ダクト２００の内部、および、底部２２０の周辺に流れる気流をシミュレーションした結果を示す。送風ダクトおよび底部は、回転軸に垂直な面に投影した投影図において、内壁面の輪郭線が下記の条件を満たすようにした。
【０１０９】
すなわち、第１直線部Ｌ１は、Ｗ／２＋Δｗ≦Ｄ／２の場合、送風口に対応する曲線Ｒと直接接続するようにし、Ｗ／２＋Δｗ＞Ｄ／２の場合、直線の接続部分（傾斜部Ｌ３）を介して、曲線Ｒと接続させた。傾斜部は、第１直線部Ｌ１（延伸線Ｅ１）と第２断面線Ｓ２との交点で、第１直線部Ｌ１と接続し、曲線Ｒとの接続端において、曲線Ｒと接するようにした。第２直線部Ｌ２は、曲線Ｒと直接接続させた。
【０１１０】
送風口の内径Ｄに対して、回転軸１３１に垂直な面における送風ダクト２００の内径Ｗ、および、送風口の輪郭の中心Ｘ０からの、送風ダクト２００の延伸線Ｅ０のずれ量Δｗを変化させながら、送風ダクト２００の全高の１／２の高さにおける流速分布を求めた。
【０１１１】
図１６Ａおよび図１６Ｂに、Δｗ／Ｄ＝０、Ｗ／Ｄ＝１のときの流速分布を示す。図１７Ａおよび図１７Ｂに、Δｗ／Ｄ＝０．２４、Ｗ／Ｄ＝１のときの流速分布を示す。図１８Ａおよび図１８Ｂに、Δｗ／Ｄ＝０、Ｗ／Ｄ＝０．６７のときの流速分布を示す。図１９Ａおよび図１９Ｂに、Δｗ／Ｄ＝０．１２、Ｗ／Ｄ＝０．６７のときの流速分布を示す。図１６Ａ、図１７Ａ、図１８Ａおよび図１９Ａは、流速の絶対値を等高線プロットしたものであり、流速が速いほど濃い灰色で示している。また、図中の数値は各位置における流速の相対的な大きさを表している。図１６Ｂ、図１７Ｂ、図１８Ｂおよび図１９Ｂは、各位置における流速ベクトルの方向を表したものであり、ベクトルの大きさは、流速に拘わらず一定としている。
【０１１２】
ダクトの延伸線Ｅ０が送風口の中心Ｘ０を通過する場合（Δｗ＝０）、図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、送風方向と旋回成分の方向が一致する第１直線部Ｌ１の近傍で、速い流れが生じており、速い流れが送風ダクトの内壁と衝突することに依る損失が大きい。一方、第２直線部Ｌ２側の送風口に沿った領域では、送風方向と旋回成分の方向とが垂直または互いに反対方向を向いており、その下流側で送風方向と逆の流れが生じている。
【０１１３】
これに対し、図１７Ａおよび図１７Ｂでは（Δｗ／Ｄ＝０．２４）、傾斜部Ｌ３により、第１直線部Ｌ１の近傍の速い流れがゆっくりになっており、衝突損が低減される。また、第２直線部Ｌ２が送風口の輪郭の中心Ｘ０に近づくように、送風ダクト２００の延伸線Ｅ０を送風口の中心Ｘ０からずらして配置しているため、旋回成分の方向が送風方向と垂直または逆方向を向く領域が低減され、淀み流れが低減されている。
【０１１４】
図１８Ａおよび図１８Ｂでは、ダクトの幅を図１６Ａおよび図１６Ｂよりも狭く（Ｗ／Ｄ＝０．６７）している。この場合、第１直線部Ｌ１と曲線Ｒとの接続位置が送風口の中心Ｘ０よりもダクト側にあるため、接続位置から、第１直線部Ｌ１に対して斜めを向いた方向に、速い流れが生じている。一方で、第１直線部Ｌ１に沿って流速の遅い領域が生じている。
【０１１５】
これに対し、図１９Ａおよび図１９Ｂでは、第２直線部Ｌ２が送風口の輪郭の中心Ｘ０に近づくように（第１直線部Ｌ１がＸ０から遠ざかるように）、送風ダクト２００の延伸線Ｅ０を送風口の中心Ｘ０からずらして配置していることにより、流速の遅い領域の発生が抑制される。
【０１１６】
図２０に、Δｗ＝０の場合の吸排気機の静圧を基準として、吸排気機の静圧をＷ／ＤおよびΔｗ／Ｄを変化させながらプロットした結果を示す。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明の温度調和ユニットは、複数の吸排気機を具備しながら、騒音が小さいため、特に、車載用として有用である。
【０１１８】
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。
【符号の説明】
【０１１９】
１０、１０Ａ、１０Ｂ：吸排気機
２０：ダクト
２１：底部
２２：第１の開口
１００、１０１：ターボファン
１１０：インペラ
１１１：インペラディスク
１１１Ｃ：中心部
１１１Ｐ：外周部
１１２：動翼（後ろ向き翼）
１１２ｓ：動翼の始点
１１２ｅ：動翼の終点
１１３：シュラウド
１２０：ファンケース
１２１：側壁
１２１Ｓ：段差
１２２：吸気口
１２３：送風口
１３０：回転駆動装置
１３１：回転軸（シャフト）
１３２：回転駆動源
１４０：誘導部
１４０ａ：傾斜面
１４１：静翼
１４２：ディフューザプレート
２００：送風ダクト
２１０：吸気ダクト
２２０：送風ダクト側の底部
２３０：吸気ダクト側の底部
３００、３０１：温度調和ユニット
３１０：筐体
３１０ａ：取入口
３１０ｂ：排出口
９１１：インペラディスク
９１２：前向き翼
９１２ｅ：前向き翼の終点
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、前記回転軸を中心に回転するインペラと、前記インペラの外周を取り囲む側壁を有する筒状のファンケースと、を有するターボファンと、
前記ターボファンの吸気側または排気側と接続するダクトと、
前記ファンケースと接続し、且つ、前記ダクトと接続する底部と、を備え、
前記ファンケースは、前記側壁の前記ターボファンの排気側または吸気側の一方の端部に第１の開口を有し、前記第１の開口を塞ぐように前記底部が前記ファンケースと接続しており、
前記ダクト、前記底部、および前記第１の開口を前記回転軸に垂直な面に投影した投影図において、前記ダクトおよび前記底部の内壁面の輪郭線は、前記第１の開口に対応する円弧状の曲線Ｒと、前記曲線Ｒの両端からそれぞれ延びる第１輪郭線および第２輪郭線と、を有し、
前記第１輪郭線および前記第２輪郭線は、互いに平行且つ直線状の第１直線部Ｌ１および第２直線部Ｌ２を、それぞれ有し、
前記投影図において、前記第１の開口の中心Ｘ０から、前記第１直線部Ｌ１または前記第１直線部Ｌ１を前記底部側に延長した第１延伸線Ｅ１までの距離が、前記第１の開口の中心Ｘ０から、前記第２直線部Ｌ２または前記第２直線部Ｌ２を前記底部側に延長した第２延伸線Ｅ２までの距離よりも長く、
前記第１直線部Ｌ１と前記第２直線部Ｌ２との離間距離をＷとし、前記第１の開口の直径をＤとし、前記第１の開口の中心Ｘ０から、前記第１直線部Ｌ１と前記第２直線部Ｌ２との中心線を前記底部側に延長した延伸線Ｅ０までの距離をΔｗとしたとき、Ｗ／２＋Δｗ＜Ｄ／２である、吸排気機。
【請求項２】
前記ファンケースは、前記側壁の前記ターボファンの排気側または吸気側の他方の端部に第２の開口を有し、
前記第１の開口および前記第２の開口の一方が排気側に設けられた送風口、他方が吸気側に設けられた吸気口であり、
前記ファンケースの前記側壁は、内壁面の一部が前記インペラと対向して、前記吸気口から前記送風口に至る気体の流路を形成している、請求項１に記載の吸排気機。
【請求項３】
前記内壁面の少なくとも一部の領域において、前記気体の流路の上流側が下流側よりも前記回転軸からの距離が短くなるように、前記内壁面が湾曲している、請求項２に記載の吸排気機。
【請求項４】
前記送風口と前記インペラの間に、誘導部を備え、
前記誘導部の前記内壁面との対向面は、前記回転軸の軸を含む面において、前記送風口側が前記吸気口側よりも前記回転軸からの距離が長くなるように傾斜している、請求項２または３に記載の吸排気機。
【請求項５】
前記インペラは、前記回転軸と中心部で係合し、前記回転軸と交差する方向に延伸する面を有するインペラディスクと、前記インペラディスクから立設する複数の動翼と、を備え、
前記インペラディスクの外周端から内周側へ所定の距離までの外周領域において、外周側が内周側よりも、排気側に設けられた送風口までの距離が短くなるように、前記インペラディスクが傾斜している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸排気機。
【請求項６】
前記インペラは、前記回転軸と中心部で係合し、前記回転軸と交差する方向に延伸する面を有するインペラディスクと、前記インペラディスクから立設する複数の動翼と、を備え、
前記動翼を介して前記インペラディスクと対向するシュラウドをさらに備え、
前記シュラウドは、リング状であり、前記シュラウドの内周縁が、吸気側に設けられた吸気口と対向し、
前記シュラウドの外周端は、前記シュラウドの内周端よりも、前記インペラディスク側に位置する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸排気機。
【請求項７】
前記インペラは、前記回転軸と中心部で係合し、前記回転軸と交差する方向に延伸する面を有するインペラディスクと、前記インペラディスクから立設する複数の動翼と、を備え、
複数の前記動翼が、前記インペラディスクの前記中心部から外周部に向かって、前記回転軸の回転方向に突出する円弧状に延伸している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸排気機。
【請求項８】
前記ターボファンは、前記ファンケースの前記側壁と前記動翼との間に配置される複数の静翼をさらに備え、
複数の前記静翼は、より外周に向かうほど、前記回転軸の回転方向に前進している、請求項７に記載の吸排気機。
【請求項９】
前記静翼は、ディフューザプレートに取り付けられている、請求項８に記載の吸排気機。
【請求項１０】
前記第１の開口が、排気側に設けられた送風口であり、
前記ダクトが、前記送風口と連絡する送風ダクトである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の吸排気機。
【請求項１１】
前記第１の開口が、前記吸気側に設けられた吸気口であり、
前記ダクトが、前記吸気口と連絡する吸気ダクトである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の吸排気機。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の吸排気機と、
被温度調和体を収容する筐体と、を備え、
前記吸排気機からの送風または吸気により、前記被温度調和体を冷却または加熱する、温度調和ユニット。
【請求項１３】
複数の吸排気機と、
被温度調和体を収容する筐体と、を備え、
前記吸排気機からの送風または吸気により、前記被温度調和体を冷却または加熱する、温度調和ユニットであって、
前記複数の吸排気機が、第１の吸排気機および第２の吸排気機を含み、
前記第１の吸排気機および前記第２の吸排気機は、それぞれ、請求項１０に記載の吸排気機で構成されている、温度調和ユニット。
【請求項１４】
前記第１の吸排気機および前記第２の吸排気機は、前記回転軸が互いに平行であるが、回転方向が逆であり、
前記第１の吸排気機は、前記第２の吸排気機と近接して設けられている、請求項１３に記載の温度調和ユニット。
【請求項１５】
複数の吸排気機と、
被温度調和体を収容する筐体と、を備え、
前記吸排気機からの送風または吸気により、前記被温度調和体を冷却または加熱する、温度調和ユニットであって、
前記複数の吸排気機が、第１の吸排気機および第２の吸排気機を含み、
前記第１の吸排気機および前記第２の吸排気機は、それぞれ、請求項１１に記載の吸排気機で構成されている、温度調和ユニット。
【請求項１６】
前記第１の吸排気機および前記第２の吸排気機は、前記回転軸が互いに平行であるが、回転方向が逆であり、
前記第１の吸排気機は、前記第２の吸排気機と近接して設けられている、請求項１５に記載の温度調和ユニット。
【請求項１７】
前記被温度調和体は、二次電池、回路基板、放熱器、継電器、および、半導体素子よりなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の温度調和ユニット。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2020090533.tif 000032
【図２Ａ】
2020090533.tif 000033
【図２Ｂ】
2020090533.tif 000034
【図２Ｃ】
2020090533.tif 000035
【図３Ａ】
2020090533.tif 000036
【図３Ｂ】
2020090533.tif 000037
【図４】
2020090533.tif 000038
【図５Ａ】
2020090533.tif 000039
【図５Ｂ】
2020090533.tif 000040
【図６】
2020090533.tif 000041
【図７】
2020090533.tif 000042
【図８Ａ】
2020090533.tif 000043
【図８Ｂ】
2020090533.tif 000044
【図９】
2020090533.tif 000045
【図１０】
2020090533.tif 000046
【図１１】
2020090533.tif 000047
【図１２】
2020090533.tif 000048
【図１３】
2020090533.tif 000049
【図１４】
2020090533.tif 000050
【図１５】
2020090533.tif 000051
【図１６Ａ】
2020090533.tif 000052
【図１６Ｂ】
2020090533.tif 000053
【図１７Ａ】
2020090533.tif 000054
【図１７Ｂ】
2020090533.tif 000055
【図１８Ａ】
2020090533.tif 000056
【図１８Ｂ】
2020090533.tif 000057
【図１９Ａ】
2020090533.tif 000058
【図１９Ｂ】
2020090533.tif 000059
【図２０】
2020090533.tif 000060
【国際調査報告】
2020090533.tif 000061
2020090533.tif 000062
2020090533.tif 000063
2020090533.tif 000064