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1. WO2020105455 - 空気流発生装置

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明 細 書

発明の名称 空気流発生装置 0001  

技術分野

0002  

背景技術

0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

0005   0006   0007   0008  

図面の簡単な説明

0009  

発明を実施するための形態

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065  

請求の範囲

1   2   3   4  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8  

明 細 書

発明の名称 : 空気流発生装置

関連出願への相互参照

[0001]
 本出願は、2018年11月19日に出願された日本特許出願番号2018-216357号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。

技術分野

[0002]
 本開示は、空気流発生装置に関するものである。

背景技術

[0003]
 従来、特許文献1に記載された自動車用空調装置がある。この空調装置は、車両運転者の覚醒度を検出する覚醒検出手段と、車両運転者の位置する車室内空間を部分的に異なる熱環境状態とする空調風を吹出し可能な空調手段と、を備えている。さらに、覚醒検出手段の検出信号に基づき空調手段を駆動制御し車室内空間を部分的に異なる熱環境状態とする制御手段を備えている。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特許第2715760号公報

発明の概要

[0005]
 上記特許文献1に記載された空調装置は、空調風の吹き出し気流を乗員の胸部中央部付近に集中させる集中吹き出し状態と、車室内全体に拡散させる拡散吹き出し状態を交互に切り替えるなどして送風するようになっている。しかし、このような手法では、乗員に対して十分な気流を到達させることができない場合がある。本開示は、より十分な気流を乗員に到達させられるようにすることを目的とする。
[0006]
 本開示の1つの観点によれば、空気流発生装置は、空気流を発生させる空気流発生部と、空気流発生部により発生された空気流を車両の車室の乗員に向けて吹き出す吹出口へと導くダクトと、空気流発生部に印加するパルス状の電圧の周波数とパルス状の電圧のパルス周期に対するパルス幅の比であるデューティー比を制御して吹出口から間欠的に空気流を吹き出させる制御部と、を備えている。
[0007]
 上記した構成によれば、制御部は、空気流発生部に印加するパルス状の電圧の周波数とパルス状の電圧のパルス周期に対するパルス幅の比であるデューティー比を制御して吹出口から間欠的に空気流を吹き出させるので、より十分な気流を乗員に到達させることができる。
[0008]
 なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

図面の簡単な説明

[0009]
[図1] 一実施形態の空調装置の全体構成を示した図である。
[図2] フェイス吹出口、フット吹出口および吹出口から吹き出す空気流が間欠風となるよう、制御部によって制御される様子を表した図である。
[図3] ファンを回転させるモータに印加されるパルス状の電圧とフェイス吹出口から吹き出す空気流の風速のタイムチャートである。
[図4] 吹出口から連続風を吹き出す比較例の風速分布を表した図である。
[図5] 吹出口から間欠風を吹き出す本空調装置の風速分布を表した図である。
[図6] ある地点でのファンの平均風速/ファンを回転させるモータの平均電力と、ファンを回転させるモータの電圧の周波数の関係を表す実験結果を示した図である。
[図7] ファンを回転させるモータの電力と風速の時間変化を示した図である。
[図8] 制御部のフローチャートである。

発明を実施するための形態

[0010]
 以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
[0011]
 一実施形態の空調装置について図1~図5を用いて説明する。本実施形態の空調装置1は、車両に搭載され、車室内の空気である内気と車室外の空気である外気の一方または両方を吸い込み、その吸い込んだ空気の温度および湿度を調整して車室内に吹き出すことで、車室内の空気調和を行う。
[0012]
 図1に示すように、空調装置1は、空調ケース10、ファン20、モータ30、モータホルダ40などを備えている。なお、ファン20およびモータ30は空気流発生部に相当する。
[0013]
 空調ケース10は、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂にて形成されている。空調ケース10を形成する樹脂として、例えばポリプロピレンが挙げられる。空調ケース10は、車室内に送風される空気が流れる通風路11を形成している。
[0014]
 空調ケース10は、通風路11の空気流れ方向上流側の部位に、車室内の所定箇所から通風路11に内気を導入するための内気導入口12と、車外から通風路11に外気を導入するための外気導入口13を有している。なお、内気導入口12または外気導入口13には、空調ケース10とは別部材として構成された図示していないダクトを接続してもよい。その場合、それらのダクトを介して、内気導入口12または外気導入口13から通風路11に空気が導入される。
[0015]
 空調ケース10は、通風路11の空気流れ方向下流側に、通風路11から車室内に空気を送風するための複数の吹出開口部14、15、16を有している。空調ケース10の通風路11を流れる空気は、複数の吹出開口部14、15、16から車室内に送風される。複数の吹出開口部14、15、16は、フェイス吹出開口部14、フット吹出開口部15、デフロスタ吹出開口部16により構成されている。フェイス吹出開口部14は、前座席に着座した乗員の上半身またはその周囲に向けて空調風を吹き出すものである。フット吹出開口部15は、その乗員の足元に向けて空調風を吹き出すものである。デフロスタ吹出開口部16は、車両のフロントガラスに向けて空調風を吹き出すものである。
[0016]
 なお、複数の吹出開口部14、15、16にはそれぞれ、空調ケース10とは別部材として構成された図示していないダクトを接続してもよい。その場合、それらのダクトを介して、複数の吹出開口部14、15、16から車室内に空気が吹き出される。
[0017]
 空調ケース10の内側には、内外気切替ドア17、ファン20、エバポレータ50、ヒータコア51、温度調整ドア52およびモード切替ドア53、54、55などが設けられている。
[0018]
 内外気切替ドア17は、内気導入口12の開口面積と、外気導入口13の開口面積とを連続的に調整するものである。内外気切替ドア17は、内気導入口12と外気導入口13のうち、一方の開口部を開くほど他方の開口部を閉じるように回転動作する。これにより、内外気切替ドア17は、通風路11に導入される内気と外気の風量割合を調整することが可能である。
[0019]
 本実施形態のファン20として、遠心ファンが採用されている。ファン20は、通風路11に空気の流れを発生させる。ファン20を回転させるモータ30は、空調ケース10に固定されるモータホルダ40に設けられた収容空間410に収容されている。ファン20は、モータ30の回転軸に固定されている。ファン20とモータ30により送風機が構成される。
[0020]
 モータ30の駆動に伴ってファン20が回転すると、通風路11に気流が発生する。これにより、内気導入口12または外気導入口13から通風路11に内気または外気が導入される。ファン20により送風されて通風路11を流れる空気は、エバポレータ50およびヒータコア51により温度および湿度が調整され、通風路11に連通する複数の吹出開口部14、15、16のいずれかを経由して車室内に吹き出される。
[0021]
 エバポレータ50は、通風路11を流れる空気を冷却するための熱交換器である。エバポレータ50は、図示していない圧縮機、凝縮器および膨張弁などと共に周知の冷凍サイクルを構成している。エバポレータ50は、冷凍サイクルにおいて、膨張弁の下流側、且つ、圧縮機の上流側に配置されている。エバポレータ50は、図示していないチューブの内側を流れる低温低圧の冷媒と、エバポレータ50を通過する空気との熱交換を行い、冷媒の蒸発潜熱による吸熱作用により、エバポレータ50を通過する空気を冷却する。
[0022]
 ヒータコア51は、通風路11を流れる空気を加熱するための熱交換器である。ヒータコア51が有する図示していないチューブの内側をエンジン冷却水が流れる。ヒータコア51は、そのチューブの内側を流れるエンジン冷却水と、ヒータコア51を通過する空気との熱交換を行い、ヒータコア51を通過する空気を加熱する。
[0023]
 エバポレータ50とヒータコア51との間には、温度調整ドア52が設けられている。温度調整ドア52は、エバポレータ50を通過した後にヒータコア51を迂回して流れる風量と、エバポレータ50を通過した後にヒータコア51を通過する風量との割合を調整する。
[0024]
 フェイス吹出開口部14、フット吹出開口部15およびデフロスタ吹出開口部16には、それぞれの開口面積を調整するためのモード切替ドア53、54、55が設けられている。モード切替ドア53、54、55は、フェイスドア53、フットドア54およびデフロスタドア55により構成されている。フェイスドア53は、フェイス吹出開口部14を開閉する。フットドア54は、フット吹出開口部15を開閉する。デフロスタドア55は、デフロスタ吹出開口部16を開閉する。
[0025]
 フェイス吹出開口部14およびフット吹出開口部15には、ダクト91が接続されている。フェイス吹出開口部14およびフット吹出開口部15は、ダクト91を介して車両のフェイス吹出口911およびフット吹出口912と連通している。
[0026]
 また、デフロスタ吹出開口部16には、ダクト92が接続されている。デフロスタ吹出開口部16は、ダクト92を介してデフロスタ吹出口921と連通している。
[0027]
 図2に示すように、本実施形態の空調装置1のファン20を回転させるモータ30は、フェイス吹出口911およびフット吹出口912から吹き出す空気流が間欠風となるよう、制御部80によって制御される。
[0028]
 制御部80は、フェイス吹出口911およびフット吹出口912から吹き出す空気流が間欠流となるよう、ファン20を回転させるモータ30の電圧の電圧値、周波数およびデューティー比を制御する。デューティー比は、ファン20を回転させるモータ30に印加するパルス状の電圧のパルス周期に対するパルス幅の比である。
[0029]
 図3は、所定周波数でモータ30に印加される電圧をオンオフさせた際の電圧波形とフェイス吹出口911から吹き出す空気流の風速のタイムチャートである。なお所定周波数が高くなるほど電圧波形の幅は短くなる。
[0030]
 電圧が0ボルトから所定電圧まで上昇するとファン20を回転させるモータ30の回転数は速くなりフェイス吹出口911から吹き出す空気流の風速も速くなる。なお、電圧の立ち上がりから風速が最大となるまでには若干の遅延が生じる。なお、この遅延はダクト91の長さが長いほど大きくなる。
[0031]
 そして、電圧が所定電圧から0ボルトまで低下する。これにより、ファン20を回転させるモータ30の回転数は低くなりフェイス吹出口911から吹き出す空気流の風速も遅くなる。なお、電圧の立ち下がりから風速が最小となるまでには若干の遅延が生じる。風速は、予め定められた風速下限値以上で、かつ、最大風速下限値未満となるよう制御される。すなわち、ファン20を回転させるモータ30の回転が止まる前に、再度、電圧が0ボルトから上昇する。
[0032]
 上記したように、制御部80は、ファン20を回転させるモータ30の電圧およびデューティー比を制御する。なお、図3に示す(オン期間/オン期間+オフ期間)×100がデューティー比となる。
[0033]
 図4は、吹出口Olから連続風を吹き出す比較例の風速分布を表した図である。また、図5は、本実施形態の空調装置のように、吹出口Olから間欠風を吹き出す場合の風速分布を表した図である。吹出口Olからの距離がL の場所での風速分布と、吹出口Olからの距離がL の場所での風速分布が示されている。図4~図5中の吹出口Olから空気が吹き出す方向の矢印の長さが長いほど風速が大きくなる。
[0034]
 図4に示すように、吹出口Olから連続風を吹き出す場合、吹出口Olから吹き出した空気の後方から連続的に空気が供給される。このため、吹き出された空気と周囲の静止空気との間に連続して渦が発生する。
[0035]
 このため、吹出口Olから吹き出した空気は、渦が拡大することにより吹き出した方向と交差する方向に拡散して進み、減速していってしまう。
[0036]
 これは、吹出口Olからの距離が長くなるにつれて、吹出口Olから吹き出した空気の周囲の空気にできる渦Dは発達して大きくなり、吹出口Olから吹き出した空気に発達した渦Dが巻き込まれるためであると考えられる。吹出口Olから吹き出した空気に発達した渦Dが巻き込まれると、吹出口Olから吹き出した空気が拡散して進み、減速すると考えられる。
[0037]
 これに対し、図2、図5に示すように、吹出口Olから間欠風を吹き出す場合、吹出口Olから吹き出した先行気流の後方から間欠的に後流が供給される。このため、吹き出された空気と周囲の静止空気との間に不連続に渦が発生する。
[0038]
 そして、吹出口Olから吹き出した空気は、渦の拡大が抑制されることにより吹き出した方向と交差する方向にあまり拡散することなく、かつ、風速の低下が抑制されるように進む。
[0039]
 これは、吹出口Olからの距離が長くなっても、吹出口Olから吹き出した空気の周囲の空気にできる渦Dは大きな渦に発達しないため、吹出口Olから吹き出した空気に渦Dが巻き込まれにくいからであると考えられる。吹出口Olから吹き出した空気に渦Dが巻き込まれにくいと、吹出口Olから吹き出した空気があまり拡散することなく進み、風速の低下が抑制されると考えられる。
[0040]
 図7は、ある地点でのファン20の平均風速/ファン20を回転させるモータ30の平均電力と、ファン20を回転させるモータ30の電圧の周波数の関係を表す実験結果を示した図である。縦軸は、所定の平均電力で間欠風を流した場合のある地点における平均風速を表している。縦軸の値が大きいほど大きな風速の良好な間欠風であるといえる。
[0041]
 デューティー比を80%にすると、デューティー比を100%にした場合と変わらなくなってしまう。また、ファン20を回転させるモータ30の電圧の周波数を20ヘルツより大きくすると連続風と変わらなくなってしまう。
[0042]
 例えば、電圧の周波数を2ヘルツ~5ヘルツに設定し、デューティー比を50%に設定するなど、電圧の周波数とデューティー比を適切な条件に設定することにより間欠風を吹き出させることが可能となる。なお、電圧の周波数を0.5ヘルツ以上で、かつ、20ヘルツ未満に設定するのが好ましい。
[0043]
 また、デューティー比は、間欠風が吹き出されるような範囲で選定されるように構成される。例えば、デューティー比を80%以下に選定するように構成するのが好ましい。
[0044]
 図8は、ファン20を回転させるモータ30の電力と風速の時間変化を示した図である。図8は、実験データである。
[0045]
 ファン20を回転させるモータ30にパルス状の電圧を印加した直後、直ぐに風速は大きくならない。モータ30にパルス状の電圧を印加してからしばらく時間が経過すると、所定の風速範囲内で風速が変動する。
[0046]
 次に、制御部80の処理について、図8に従って説明する。空調装置1が動作開始状態になると、制御部80は、図8に示す処理を実施する。なお、動作開始前、ファン20を回転させるモータ30に電圧は印加されておらずファン20は回転していない。すなわち、無風状態となっている。
[0047]
 まず、制御部80は、S100にて、所定期間、連続風がフェイス吹出口911から吹き出すよう、ファン20を回転させるモータ30に一定電圧を出力する。具体的には、デューティー比を100%にした定電圧をモータ30に出力する。
[0048]
 次に、所定期間が経過すると、制御部80は、S102にて、間欠風がフェイス吹出口911から吹き出すよう、ファン20を回転させるモータ30にパルス状の電圧を周期的に出力する。例えば、10ヘルツで、かつ、デューティー比を50%にしたパルス状の電圧を周期的に出力する。これにより、ファン20によって間欠風が吹き出される。なお、モータ30は、フェイス吹出口911から吹き出される間欠風の風速が所定の風速変動範囲内に収まるように制御部80によって制御される。
[0049]
 以上、説明したように、本実施形態の空気流発生装置は、空気流を発生させる空気流発生部20、30と、空気流発生部20、30により発生された空気流を車両の車室の乗員に向けて吹き出す吹出口911、912へと導くダクト91と、を備えている。さらに、空気流発生部20、30に印加するパルス状の電圧の周波数とパルス状の電圧のパルス周期に対するパルス幅の比であるデューティー比を制御して吹出口911、912から間欠的に空気流を吹き出させる制御部80を備えている。
[0050]
 上記した構成によれば、制御部80は、空気流発生部20、30に印加するパルス状の電圧の周波数とパルス状の電圧のパルス周期に対するパルス幅の比であるデューティー比を制御して吹出口911、912から間欠的に空気流を吹き出させる。したがって、より十分な気流を乗員に到達させることができる。
[0051]
 また、制御部80は、パルス状の電圧の周波数を、0.5ヘルツ~20ヘルツの間で制御する。このように、パルス状の電圧の周波数を、0.5ヘルツ~20ヘルツの間で制御することで、吹出口911、912から間欠的に空気流を吹き出させることが可能である。
[0052]
 また、制御部80は、吹出口911、912から間欠的に空気流を吹き出す範囲でデューティー比を制御する。このように、制御部80は、吹出口911、912から間欠的に空気流を吹き出す範囲でデューティー比を制御することができる。
[0053]
 また、制御部80は、動作開始後の所定期間、空気流発生部20、30に印加するパルス状の電圧の周波数とデューティー比を制御して吹出口911、912から連続的に空気流を吹き出させる。そしてその後、空気流発生部20、30に印加するパルス状の電圧の周波数とデューティー比を制御して吹出口911、912から間欠的に空気流を吹き出させる。
[0054]
 したがって、動作開始後、速やかに空気流を乗員に到達させた後、十分な空気流を乗員に到達させることができる。
[0055]
 (他の実施形態)
 (1)上記実施形態では、車両のフェイス吹出口911、フット吹出口912およびデフロスタ吹出口921から間欠的に空気流が吹き出すよう、パルス状の所定電圧を周期的にモータ30に印加するようにした。
[0056]
 これに対し、フェイス吹出開口部14、フット吹出開口部15およびデフロスタ吹出開口部16に不図示のシャッターを設けてもよい。そして、これらのシャッターを開閉駆動して車両のフェイス吹出口911、フット吹出口912およびデフロスタ吹出口921から間欠的に空気流を吹き出させるようにしてもよい。
[0057]
 (2)上記実施形態の制御部80は、空気流発生部20、30に印加するパルス状の電圧の周波数とデューティー比の両方を制御して吹出口911、912から間欠的に空気流を吹き出させるようにした。
[0058]
 これに対し、制御部80は、空気流発生部20、30に印加するパルス状の電圧の周波数とデューティー比の少なくとも一方を制御して吹出口911、912から間欠的に空気流を吹き出させるようにしてもよい。
[0059]
 なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
[0060]
 (まとめ)
 上記各実施形態の一部または全部で示された第1の観点によれば、空気流を発生させる空気流発生部と、空気流発生部により発生された空気流を車両の車室の乗員に向けて吹き出す吹出口へと導くダクトと、空気流発生部に印加するパルス状の電圧の周波数とパルス状の電圧のパルス周期に対するパルス幅の比であるデューティー比を制御して吹出口から間欠的に空気流を吹き出させる制御部と、を備えている。
[0061]
 また、第2の観点によれば、制御部は、パルス状の電圧の周波数を、0.5ヘルツ~20ヘルツの間で制御する。このように、パルス状の電圧の周波数を、0.5ヘルツ~20ヘルツの間で制御することで、吹出口から間欠的に空気流を吹き出させることが可能である。
[0062]
 また、第3の観点によれば、制御部は、吹出口から間欠的に空気流を吹き出す範囲でデューティー比を制御する。このように、制御部は、吹出口から間欠的に空気流を吹き出す範囲でデューティー比を制御することができる。
[0063]
 また、第4の観点によれば、制御部は、動作開始後の所定期間、空気流発生部に印加するパルス状の電圧の周波数とデューティー比を制御して吹出口から連続的に空気流を吹き出させた後、空気流発生部に印加するパルス状の電圧の周波数とデューティー比を制御して吹出口から間欠的に空気流を吹き出させる。
[0064]
 したがって、動作開始後、速やかに空気流を乗員に到達させた後、十分な空気流を乗員に到達させることができる。
[0065]
 なお、ファン20およびモータ30が空気流発生部に対応する。

請求の範囲

[請求項1]
 空気流を発生させる空気流発生部(20、30)と、
 前記空気流発生部により発生された前記空気流を車両の車室の乗員に向けて吹き出す吹出口(911、912)へと導くダクト(91)と、
 前記空気流発生部に印加するパルス状の電圧の周波数と前記パルス状の電圧のパルス周期に対するパルス幅の比であるデューティー比を制御して前記吹出口から間欠的に前記空気流を吹き出させる制御部(80)と、を備えた空気流発生装置。
[請求項2]
 前記制御部は、前記パルス状の電圧の前記周波数を、0.5ヘルツ~20ヘルツの間で制御する請求項1に記載の空気流発生装置。
[請求項3]
 前記制御部は、前記吹出口から間欠的に前記空気流を吹き出す範囲で前記デューティー比を制御する請求項1または2に記載の空気流発生装置。
[請求項4]
 前記制御部は、動作開始後の所定期間、前記空気流発生部に印加するパルス状の電圧の前記周波数と前記デューティー比を制御して前記吹出口から連続的に前記空気流を吹き出させた後、前記空気流発生部に印加するパルス状の電圧の前記周波数と前記デューティー比を制御して前記吹出口から間欠的に前記空気流を吹き出させる請求項1ないし3のいずれか1つに記載の空気流発生装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]