JPH0792079B2 - 自動車用空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車用空気調和装置の送風機に関する。

［従来の技術］ 空調用ダクト内配設される暖房用及び冷房用熱交換器は
それぞれかなり通風抵抗が大きいので、空気吸入口から
ダクト内に導入した被空調空気のうちどれだけの量をこ
れらの熱交換器に通入させるかによって、ダクト内を通
過する空気に対する通風抵抗値はかなり変動する。

一般的な装置では、送風能力可変の送風機の能力切替ス
イッチを“高”位置に設定した場合には、暖房用熱交換
器をバイパスされるベンチレーション吹出し空調モード
のもとでは40mmAq、暖房用熱交換器を通過させるヒータ
及びデフロスト吹出し空調モードでは55mmAq内外であ
り、各空調モード時の風量はそれぞれ450m³/h及び350m³
/h内外といった値が実測されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 空調用ダクト内を通過することによる空気ヘッドの損失
の比としてのダクトの抵抗係数は、送風機全圧に正比例
し、風量の２乗に逆比例するので、この特性値は空調装
置の作動状態によって変動する。また送風機のファン効
率は送風機全圧と風量の積に正比例し、ファンの送風量
に逆比例する。そのために従来の空調装置では、通風抵
抗の高いヒータまたはデフロスト空調モード時にも、ま
た通風抵抗の比較的低いベンチレーション空調モード時
にも共に最高のファン効率を発揮させるということがで
きず、いづれか一方の空調モード時のファン効率が低下
せざるを得なかった。

本発明はベンチレーション、ヒータ及びデフロストのい
づれの空調モードのもとでも、ファン効率を可能な最も
高いレベルに保たせることのできる風送機を備える自動
車用空気調和装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明による自動車用空気
調和装置は、スクロールケーシングを有する遠心式送風
機を組み込むと共に、ベンチレーション用の第１吹出口
と、ヒート用の第２吹出口と、デフロスト用の第３吹出
口とを選択的に開閉させて空調モードを切替えるための
空調モード切替手段を備える自動車用空気調和装置にお
いて、前記スクロールケーシング内に配され、前記第１
吹出口の開時には前記遠心式送風機の送風用の風路の広
がり角を大きくし、前記第２吹出口の開時および前記第
３吹出口の開時には前記風路の広がり角を小さくする風
路広がり角増減手段と、前記空調モード切替手段の操作
に連動させて、前記風路広がり角増減手段を働かせるた
めの連動手段とを備える構成を採用した。

［作用及び発明の効果］ 上記の如き構成を備えた本発明による自動車用空気調和
装置は、空調モード切替手段を構成する風路切替ダンパ
を操作することによって、送風機のスクロールケーシン
グ内の風路拡がり角増減手段が連動して働き、ベンチレ
ーション空調モードでは風路の広がり角を大きくし、ヒ
ートおよびデフロスト空調モードでは風路の広がり角を
小さくする。これによりファン効率がいづれの空調モー
ドのもとでも最高になるように送風機の作動点が自動的
に移動される。

ファン効率は、ファン回転軸への入力に対する、有効に
取り出された風力の割合なので、この比率がいづれの空
調モードのもとでも高いレベルに保たれることは、入力
の一部が送風騒音などとして失われたり、送風抵抗によ
って風量が低下する度合が低く押えられていることを意
味し、自動車用空気調和装置の送風能力が向上すると共
に送風騒音が低減する。

［実施例］ 以下に図に示す実施例に基づいて本発明による自動車用
空気調和装置の構成を具体的に説明する。

第１図〜第５図は一実施例装置を示しており、装置全体
はその模式的側断面図としての第３図にみられるよう
に、遠心式送風機Ａの吐出口1bを空調用ダクトＢの空気
入口端20aに接続して構成されている。

送風機Ａはファンモータ12によって駆動される遠心式多
層ファン２をスクロール形状を有するファンケーシング
１内に納め、吸気口1aに組み付けた内外気切替箱20の頂
部に開口する外気吸入口21または側壁部に相対向するよ
うにして設けた第１と第２の内気吸入口22と23のいづれ
かから外気または車室内空気を吸入する。24と25は図示
が省かれたリンク機構を介して連動し、内気または外気
を選択的に導入するための第１及び第２内外気切替ダン
パである。

ファンケーシング１は硬質合成樹脂または金属で作られ
てスクロール形状を備えており、周壁部に設けた分割ラ
インを境に分断された上部ケーシング1Aと下部ケーシン
グ1Bとを締結用金具26によって合体させている。そして
渦巻状をなして末拡がりに拡巾される圧縮空気の吐出用
風路ａを備えるケーシング１内の、風路下流域部分の周
壁面に接して、風路拡がり角増減手段としての拡がり角
調節プレート３が組み込まれている。

拡がり角調節プレート３は弾力性に富んだ金属板または
合成樹脂板などで作られており、矩形状をなすこのプレ
ートの一方の側端縁に取り付けた回転軸４の上下端をフ
ァンケーシング１の頂壁面と底壁面にそれぞれ設けた軸
孔に嵌め込むことによって、この回転軸４の周りに回動
させられる。

またファンケーシング１の風路下流部の周壁面には、拡
がり角調節プレート３が風路拡がり角を最も拡巾させた
位置を占めた時、このプレート３の板面がケーシング１
の内壁面に一致して風路の妨害物とならないようにする
ための膨出部1cが形成させてある。そしてケーシング１
の底面には、プレート３が風路拡がり角を最も挟める位
置を規定するための、高さが２〜3mm以下の円弧状突起
部としてのストッパ６がケーシング１と一体をなして設
けられている。

拡がり角調節プレート３の他方の側端縁部にはプレート
の補強用棒材７が取り付けられており、この棒材７には
プレート３をその回転軸４の周りに回動させるための回
転力を伝える回転力伝達部材８が連結されている。この
実施例では部材８は小板片状をなしており、その一端側
に穿った軸孔8aに棒材７の上端部を遊嵌させ、他端側に
は空調モード切替手段の一部をなす空調装置の操作用パ
ネル50に設けてある空調モード切替レバー45にその一方
の端を連結させた、プレート３の遠隔回動操作用ワイヤ
ー９が連動手段として結ばれている。10はワイヤー９の
保持用のカバーチューブである。

拡がり角調節用プレート３の曲率は、ファンケーシング
１の膨出部1c内に納められた状態のもとでのこの個所に
おけるケーシング壁面の曲率に一致させてある。スクロ
ール状風路ａの拡がり角を挟めるために、ワイヤー９が
空調モード切替レバー45の動きを受けて押し出される
と、プレート３は円弧状ストッパ６によってその前進を
阻まれる位置にまで回動し、プレート固有の弾力によっ
て、より狭い曲率をもったストッパ６の円弧形状に撓め
られているので、狭められた風路の両側壁は共にスムー
ズに連続したスクロール形状が与えられる。円弧状スト
ッパ６はファンケーシング１の頂部内壁面にも対称的に
設けられている。

空調装置の操作用パネル50は一般に運転席計器盤に組み
込まれており、空調モード切替ツマミ51の他に、車室内
温度調節用レバーのツマミ52、内外気切替用レバーのツ
マミ53、及び送風機モータ12の回転数切替用レバーのツ
マミ54が設けてある。

空調モード切替用ツマミ51の操作によって回転軸45aの
周りに回動するレバー45には、ベンチレーション、ヒー
ト、及びデフロストの各吹出口36〜38の選択的開閉用ダ
ンパ群39〜41を、あらかじめ定められた連動関係のもと
に連動させるための図示が省かれているリンク機構に上
記の操作力を伝えるための、別の遠隔操作用ワイヤー15
が連結されている。16はこのワイヤーの支持カバーとし
てのチューブである。もっともワイヤー15はレバー45に
直接取り付けずに前記のワイヤー９の途中から分岐させ
てもよい。

ここで遠心式送風機Ａのスクロール形状を有するファン
ケーシング１内風路ａの拡がり角について、第５図を参
照しながら説明する。ファンモータ12の起動に伴って高
速で円周運動を開始したファン２のブレードには遠心作
用力が生じて、吸入口1aからファン内空部に吸入した被
空調空気を、図示矢印（ヘ）の如き方向をもって風路ａ
内に与圧状態のもとに吹出させる。

今、ケーシング１の内周壁面の上流側端に仮想延長線
（ホ）を引きファン２の外周面と交った点を（イ）と
し、（イ）点を基準点として、ファン２の右回り方向回
転角θ゜の位置におけるファン２の半径の延長線とファ
ンケーシング１の壁面との交点を（ロ）、同じく拡がり
角調節プレート３との交点を（ハ）、そして同じくファ
ン２の外周面との交点を（ニ）とする。

プレート３をファンケーシング１の内壁面に当接させて
風路ａの拡がり角を最大にした時の、回転角θ゜の位置
における風路拡がり角αは、点（ロ）と点（ニ）にそれ
ぞれ引いた曲面への接線の交叉角として表される。また
プレート３をストッパ６に当接させて拡がり角を最小に
した時の、同じく回転角θ゜位置での風路拡がり角β
は、点（ハ）と点（ニ）における曲面へのそれぞれの接
線の交叉角として表される。

この実施例装置では、通風抵抗が相対的に小さいベンチ
レーション空調モード時において、送風機Ａに最大ファ
ン効率を生じさせることのできる風路拡がり角αの値は
７゜であり、通風抵抗が相対的に大きいヒート及びデフ
ロスト空調モード時に、最大ファン効率を生じさせられ
る風路拡がり角βの値は５゜であった。

空調用ダクトＢは、第３図に示したように硬質合成樹脂
などで作られたダクト本体20の内部に、上流側から順次
冷房用熱交換器としてのエバポレータ31、暖房用温水式
熱交換器としてのヒータコア32、そしてこのヒータコア
のバイパス用冷風路33、バイパス路ダンパ34、及び冷温
風の混合用エアミックスチャンバ35が設けられている。

ダクト本体20の空気出口端にはベンチレーション吹出口
36、ヒート吹出口37、及びデフロスト吹出口38が設けて
あり、それぞれの吹出口は車室内に向けて開口する各吹
出グリル36a、37a、及び38aに各吹出口の延長用ダクト
を介して連通されている。39、40、及び41は各吹出口36
〜38を選択的に開閉させて車室内の空調状態を変化させ
るための、前記の装置操作用パネル50と共に空調モード
切替手段を構成する空調モード切替用ダンパ群であっ
て、図示が省かれているリンク機構を介して特定の連動
関係に置かれている。このリンク機構は運転席計器盤面
などに組み込まれている前述の空調モード切替レバーの
つまみ51を操作することによって回動させられる。

次に上記実施例装置の作動を説明する。始めに送風機の
送風特性を表すファン特性グラフ（第７図参照）につい
て述べる。今、送風機の吐出口風量をVa、送風機全圧を
Δｐ、ファン回転数をＮ、ファンの駆動トルクをＴ、フ
ァンの周速度をu₂、ファンの外径をD₂とすると、流量係
数φ、圧力係数４、ファン効率ηｆ、並びに抵抗係数ｋ
と、上記の各数値との間には次のような関係式が成り立
つ。

φ∝Va/▲Ｄ² ₂▼・u₂ ψ∝Δp/▲ｕ² ₂▼ ηｆ∝Va・Δp/T・Ｎ ｋ＝ψ／φ^２ ｋ∝Δp/Va² そして、従来の送風機の吐出口に接続させた空調用ダク
トＢの通風抵抗を様々化変化させた場合のファン特性グ
ラフは、模式的に第７図のように描くことができる。こ
のグラフでは縦軸に圧力係数ψ、またはファン効率ηｆ
が、横軸に流量係数φが採られている。グラフＤは風量
対風圧の関係を表す圧力曲線であり、グラフＥは風量対
ファン効率の関係を示すファン効率曲線である。

また上記の関係式に基づいて、風量対風圧抵抗の関係を
表した、空調用ダクトＢの抵抗曲線Ｆ及びＧを上記のグ
ラフに重ねて描くことができる。グラフＦはダクト内の
通風抵抗の大きいヒート及びデフロスト空調モード時に
ついて、まだグラフＧの通風抵抗の比較的少ないベンチ
レーション空調モード時についてそれぞれ得られたグラ
フである。

そして圧力曲線Ｄと抵抗曲線Ｆ及びＧとの交点ａとｂ
が、送風機のそれぞれの作動状態を表す作動点となる。
この場合には流量係数φが相対的に小さい領域に作動点
ａが位置するヒート及びデフロスト空調モード時には、
ファン効率ηｆはファン効率曲線Ｅの頂点に近い点Ｃで
示されたレベルに達しており、ほぼ最大のファン効率が
得られるのに対して、ベンチレーション空調モード時に
は点ｄで示されたかなり低いレベルのファン効率しか得
られない。

一方、スクロールケーシング内の風路拡がり角の増減手
段を組み込んだ送風機Ａの吐出口に空調用ダクトＢを接
続させた空調用装置について、風路の下流域における拡
がり角を、５゜と７゜との２通りに設定して上記と同様
なファン特性グラフを描いたところ、第８図に示したグ
ラフが得られた。

グラフＨ、Ｉ、及びＪは、風路拡がり角を５゜とし、ヒ
ートまたはデフロスト空調モードに設定した場合につい
て描かれた、それぞれ圧力曲線、ファン効率曲線及び抵
抗曲線であり、作動点はｅに位置する。

グラフＫ、Ｌ、及びＭは、風路拡がり角を７゜とし、ベ
ンチレーション空調モードに設定した場合について描か
れた、それぞれ圧力曲線、ファン効率曲線及び抵抗曲線
であって、作動点はｇに位置する。

ここで前記の従来送風機を取り付けた空調装置のファン
特性グラフである第７図と、本発明による送風機Ａを組
み付けた空調装置のファン特性グラフとしての第８図を
対比させてみると、下記の如き明確な相異点が浮び上が
ってくる。

すなわち、前者はすでに述べたようにヒート及びデフロ
スト空調モード時にはほぼ最高のファン効率を発揮する
が、ベンチレーション空調モード時にはファン効率はか
なり低下してしまうのに対して、本発明による後者では
ファンスクロールケーシング内の風路拡がり角をヒート
及びデフロストモード時には５゜に設定することによっ
て、その作動点ｅにおいて最大レベルに近いファン効率
（ｆ点）が得られると共に、ベンチレーション空調モー
ド時には風路拡がり角を７゜に変更することによって、
その作動点ｇにおいても最大レベルに近いファン効率
（ｈ点）を得ることができる。

つまり、送風機の抵抗係数ｋが大きくなるヒート及びデ
フロスト空調モード時には、風路の拡がり角を狭めるこ
とによって、最大のファン効率がえられる流量係数φの
小さい領域にその作動点を移動させ、逆に抵抗係数ｋが
小さくなるベンチレーション空調モード時には、風路拡
がり角を広めることによって、最大のファン効率がえら
れる流量係数φの大きい領域にその作動点を移動させる
方法を採れば、いづれの空調モード時にも常に送風機Ａ
をほぼ最大のファン効率のもとに作動させることが可能
になり、本発明の所期の目的が達成される。

第６図は第１実施例とは異なる組付け構造を備えた風路
拡がり角調節プレートを用いた第２実施例装置の送風機
部分を示している。

風路拡がり角調節プレート３の本体部分は前例と同様に
円弧状に屈曲させた矩形板であって、その一方の側端縁
にヒンジ部として機能する上下一対のＬ字形係合片3aと
3bが一体的に形成させてあり、ファンケーシング１の膨
出個所1cの基端部に穿った係合片の挿通用穴1dにこの係
合片をはさみ込むことによってプレート３は係合片3a及
び3bを支点として板面方向に回動させることができる。
プレート３の他方の側端縁には遠隔回動操作用ワイヤー
９の挿通用孔3cが設けてあり、ワイヤー９の先端のネジ
部にナット11を螺着させることによってワイヤー９はプ
レート３に連結される。

送風路Ａのスロール状風路ａの下流部分のうちのどの程
度の長さに亘って風路拡がり角調節用プレート３を設け
るべきかについては、送風機Ａ及び空調用ダクトＢのそ
れぞれのファン特性及び通風抵抗に応じて実験に基づい
て決定する。

また、風路拡がり角調節プレート３をファンケーシング
１内に組み付けるためのプレートの形状設計、並びにプ
レート３の回動手段については、もちろん上記実施例以
外にも様々な方法が可能である。

上記実施例では遠心式送風機Ａは空調用ダクトＢの空気
入口端20aにその吐出口を接続させているが、ダクトＢ
の空気入口端から出口端に至る間に任意の個所に組み付
けることも自由である。

また空調モード切替手段と風路拡がり角増減手段とを連
動させる手段としては、図示の遠隔操作用ワイヤーに代
えて、空調モード切替手段の操作に伴って伝えられる電
気信号により作動制御される、サーボモータや各種のア
クチュエータなどを使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は第１実施例装置を示しており、第１図
は上部ケーシングを取りはずした状態における送風機の
平面と、空調装置の操作用パネルと、風路の拡がり角増
減手段と空調モード切替手段との連動機構とをそれぞれ
模式的に示している。第２図は送風機の分解図、第３図
は装置全体の模式的側断面図、第４図は送風機の側断面
図、そして第５図は風路の拡がり角を説明するための送
風機平面図である。 第６図は第２実施例装置の送風機の分解図である。 第７図と第８図はそれぞれ自動車用空気調和装置に組み
込まれる従来の送風機と本発明による送風機のファン特
性を示したグラフである。 図中 １……スクロールケーシング（ファンケーシン
グ）、２……ファン、３……風路拡がり角増減手段（拡
がり角調節プレート）、６……プレート３のストッパ、
７〜10、45……連動手段、９……遠隔操作用ワイヤー、
20……空調用ダクト、20a……空気入口端、32、32……
空調用熱交換器、36……ベンチレーション吹出口、37…
…ヒート吹出口、38……デフロスト吹出口、34、39〜41
……風路切替ダンパ、50……空調モード切替手段（空調
装置の操作用パネル）、Ａ……送風機、Ｂ……空調用ダ
クト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スクロールケーシングを有する遠心式送風
   機を組み込むと共に、ベンチレーション用の第１吹出口
   と、ヒート用の第２吹出口と、デフロスト用の第３吹出
   口とを選択的に開閉させて空調モードを切替えるための
   空調モード切替手段を備える自動車用空気調和装置にお
   いて、 前記スクロールケーシング内に配され、前記第１吹出口
   の開時には前記遠心式送風機の送風用の風路の広がり角
   を大きくし、前記第２吹出口の開時および前記第３吹出
   口の開時には前記風路の広がり角を小さくする風路広が
   り角増減手段と、 前記空調モード切替手段の操作に連動させて、前記風路
   広がり角増減手段を働かせるための連動手段と を備えることを特徴とする自動車用空気調和装置。