JP7300877B2

JP7300877B2 - ダクト

Info

Publication number: JP7300877B2
Application number: JP2019082306A
Authority: JP
Inventors: 健志郎神
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2039-04-23
Also published as: JP2020181857A

Description

この発明は、空気等の流体が流通するダクトに関するものである。

ダクトは、用途や周辺との取り合いなどに応じて、流通路の断面形状が途中で変化することがある。例えば、バッテリを冷却する空気が流通するバッテリトレイは、ファンから空気が送り込まれる導入部分を周囲との干渉を抑えるため幅狭に設定し、バッテリが配置される冷却部分を導入部分よりも扁平な幅広に設定することで、バッテリの配置スペースを広く確保している(例えば、特許文献１参照)。

特開平９－２７２３４４号公報

特許文献１のように、導入部分から扁平な冷却部分に流通路の断面形状が変化すると、導入部分よりも広くなった冷却部分の側部において空気が流通し難くなり、冷却部分にて空気の流通が不均一になる問題が生じる。

本発明は、従来の技術に係る前記問題に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、形状を途中で扁平形状に変化させても、扁平形状部分において流体を均等に流通させることができるダクトを提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係るダクトは、
流体が流通する流通路を画成するダクトであって、
第１ダクト部と、
前記第１ダクト部の流通方向下流側に設けられ、流体の流通方向と直交する横方向が、該第１ダクト部よりも広くなると共に、流体の流通方向と直交する縦方向が該第１ダクト部よりも狭くなる扁平形状に形成された第２ダクト部と、
流体の流通方向上流側から下流側へ向かうにつれて前記横方向の寸法が大きくなるように形成され、前記第１ダクト部と前記第２ダクト部とを繋ぐ接続部と、を備え、
前記接続部は、
前記第１ダクト部の前記流通方向の下流側に連ねて設けられ、第１移行面が傾斜することで前記流通方向の上流側から下流側へ向かうにつれて前記縦方向の寸法が小さくなる第１移行部と、
前記第１移行部の前記流通方向の下流側に連なると共に前記第２ダクト部の前記流通方向の上流側に連なるように設けられ、前記第１移行面に連なる第２移行面が該第１移行面と角度を変えて傾斜することで前記流通方向の上流側から下流側へ向かうにつれて前記縦方向の寸法が小さくなる第２移行部とを、有し、
前記流通方向に沿った単位距離当たりの前記縦方向の寸法変化が、前記第２移行部よりも前記第１移行部が大きく設定されていることを要旨とする。

本発明に係るダクトによれば、形状を途中で扁平形状に変化させても、扁平形状部分において流体を均等に流通させることができる。

本発明の実施例に係るダクトを示す概略斜視図である。実施例のダクトを示す平面図である。実施例のダクトを示す側面図である。図３のＡ－Ａ線断面図である。図２のＢ－Ｂ線断面図である。解析試験に係るダクトを示す説明図である。解析例１の解析試験の結果を示す図である。解析例２の解析試験の結果を示す図である。解析例３の解析試験の結果を示す図である。解析例４の解析試験の結果を示す図である。

次に、本発明に係るダクトにつき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。なお、実施例では、流体として空気が流通するダクトを例示する。

図１に示すように、実施例に係るダクト１０は、ブロワーなどの送風装置によって送り込まれる空気(流体)が流通する流通路１１が設けられている。ダクト１０は、第１ダクト部１２と、この第１ダクト部１２の空気の流通方向下流側に設けられた第２ダクト部１４と、第１ダクト部１２および第２ダクト部１４を繋ぐ接続部１６とを備え、第１ダクト部１２から接続部１６を経て第２ダクト部１４に空気が流通するようになっている。ダクト１０は、第１ダクト部１２の第１流通路１１ａ(流通路)の断面形状と、第２ダクト部１４の第２流通路１１ｂ(流通路)の断面形状とが異なっており、接続部１６において接続流通路１１ｃ(流通路)の断面形状を変化させて、第１ダクト部１２と第２ダクト部１４とを繋いでいる。ダクト１０は、合成樹脂の成形品などを用いることができる。ダクト１０は、第１ダクト部１２、接続部１６および第２ダクト部１４を滑らかに繋いだ一体成形品であっても、流通方向に割った形状の分割成形品を複数組み合わせたものであっても、各ダクト部１２,１４で分割した形状の分割成形品を組み合わせたものであっても、何れであってもよい。

以下の説明では、ダクト１０において、空気の流通方向上流側を、単に上流側といい、空気の流通方向下流側を、単に下流側という。また、流通路１１を特に区別する場合、第１ダクト部１２の流通路を第１流通路１１ａといい、第２ダクト部１４の流通路を第２流通路１１ｂといい、接続部１６の流通路を接続流通路１１ｃという。

実施例のダクト１０は、エンジンの運転制御を電気的な補助装置を用いて行う際に、それらを総合的に制御するマイクロコントローラであるエレクトリックコントロールユニット(ＥＣＵ)を冷却するものである。図１に示すように、ダクト１０は、第２ダクト部１４にＥＣＵのヒートシンクＨＳを設置可能な設置部１４ａが設けられている。ダクト１０は、開口する設置部１４ａにヒートシンクＨＳを嵌め合わせることで、第２流通路１１ｂに臨むヒートシンクＨＳを、第２流通路１１ｂに流通する空気によって冷却するように構成されている(図４および図５参照)。

図１～図５に示すように、第１ダクト部１２は、空気の流通方向と直交する横方向(以下、単に横方向という。)と、空気の流通方向と直交する縦方向(以下、単に縦方向という。)とが、同じまたは同じに近い寸法で、第１流通路１１ａの断面形状が形成されている。なお、ダクト１０において、横方向は、断面形状において縦横に長短があれば、長い方の方向をいい、縦方向は、長い方の方向と直交する短い方の方向をいう。そして、流通路１１の断面における横方向の寸法を横寸法といい、流通路１１の断面における縦方向の寸法を縦寸法という。第１ダクト部１２は、第１流通路１１ａの断面形状の扁平率が０または０に近く設定することで、断面形状に起因する流通路１１における空気の圧力損失を抑制している。
扁平率＝(横寸法－縦寸法)／横寸法

図１～図５に示すように、第２ダクト部１４は、横方向が第１ダクト部１２よりも広くなると共に、縦方向が第１ダクト部１２よりも狭くなる扁平形状に形成されている。換言すると、第２ダクト部１４は、第２流通路１１ｂの断面形状の扁平率が、１に近くなるように設定してある。このように、第２ダクト部１４は、ヒートシンクＨＳに応じて横寸法を広く確保することで、第２流通路１１ｂを流通する空気によってヒートシンクＨＳを効率よく冷却し得るように構成されている。

図１、図２および図４に示すように、接続部１６は、上流側から下流側へ向かうにつれて接続流通路１１ｃの横寸法が大きくなるように形成されている。接続部１６は、両方の横壁面が上流側から下流側に向かうにつれて互いに離れるように延びており、第１ダクト部１２の横壁面と第２ダクト部１４の横壁面とを滑らかに繋いでいる。図５に示すように、接続部１６は、第１ダクト部１２の下流側に連ねて設けられ、上流側から下流側へ向かうにつれて接続流通路１１ｃの縦寸法が小さくなる第１移行部１８を有している。また、接続部１６は、第１移行部１８の下流側に連なると共に第２ダクト部１４の上流側に連なるように設けられ、上流側から下流側へ向かうにつれて第１移行部１８よりもなだらかに接続流通路１１ｃの縦寸法が小さくなるように変化する第２移行部２０を有している。接続部１６は、接続流通路１１ｃの流通方向に沿った単位距離当たりの縦寸法の変化が、第２移行部２０よりも第１移行部１８が大きくなるように設定されている。

図３および図５に示すように、実施例の接続部１６の上壁面は、第１ダクト部１２の上壁面および第２ダクト部１４の上壁面(設置部１４ａ)と同一平面上に揃っており、第１ダクト部１２から第２ダクト部１４に向けて直線的に延びている。接続部１６における第１移行部１８は、下壁面(以下、第１移行面１８ａという。)が上流側から下流側へ向かうにつれて上壁面側に近づくように傾斜しており、これにより第１移行部１８の接続流通路１１ｃが下流側に向かうにつれて縦寸法が小さくなる。接続部１６の第２移行部２０は、第１移行面１８ａの下流側に連なる下壁面(以下、第２移行面２０ａという。)が上流側から下流側へ向かうにつれて上壁面側に近づくように傾斜しており、これにより第２移行部２０の接続流通路１１ｃが下流側に向かうにつれて縦寸法が小さくなる。第２移行面２０ａは、第１移行面１８ａと角度を変えて延在しており、第１移行面１８ａの角度が、第２移行面２０ａの角度より急になっている。なお、図面では、各ダクト部１２,１４と接続部１６との接続部分とを、直線が交差するように角張って描いているが、各ダクト部１２,１４と接続部１６との接続部分を、曲線で滑らかに連なるように形成してもよい。同様に、第１移行面１８ａと第２移行面２０ａとの接続部分を、曲線で滑らかに連なるように形成してもよい。

図５に示すように、接続部１６は、流通方向における中間位置で第１移行部１８から第２移行部２０に変わるように構成されている。また、第１移行部１８は、該第１移行部１８の接続流通路１１ｃの断面積が、第１ダクト部１２の第１流通路１１ａの断面積と同じまたは近くなるように、横寸法の変化に対応して縦寸法が変化するように設定されている。第１移行部１８は、流通方向の中間位置まで、第１流通路１１ａの下流端の断面積をほぼ一定に保ったまま断面形状の縦横が変化している。第１移行部１８の横寸法は、両側の横壁面が互いに離れることで変化するのに対して、縦寸法が、第１移行面１８ａが傾斜することによって変化する。同様に、第２移行部２０の横寸法は、両側の横壁面が互いに離れることで変化するのに対して、縦寸法が、第２移行面２０ａが傾斜することによって変化する。そして、第２移行部２０は、接続部１６の中間位置まで断面積を基準に傾斜させた第１移行面１８ａに連なる第２移行面２０ａを、第２ダクト部１４の下壁面に滑らかに連なるように繋げることで形成される。

前述したダクト１０は、第１ダクト部１２と第１ダクト部１２よりも扁平形状に形成された第２ダクト部１４とを繋ぐ接続部１６を、接続流通路１１ｃにおける上流側の縦寸法の縮小変化を急にしている。一方、接続流通路１１ｃにおける下流側の縦寸法の縮小変化を緩くすることで、接続部１６の横壁面に沿う空気(流体)の流れの剥離を抑えることができる。これにより、ダクト１０は、第２ダクト部１４の第２流通路１１ｂの横方向において空気を均一に流通させることができる。従って、ダクト１０によれば、第２ダクト部１４に設置されたヒートシンクＨＳを、第２流通路１１ｂに流通する空気によって効率よく冷却することができる。そして、ダクト１０は、扁平形状の第２ダクト部１４に変化させても該第２ダクト部１４で空気を均一に流通させることができるので、第１ダクト部１２を、圧力損失を低減し得る断面形状など、第２ダクト部１４と異なる自由な形状で形成することができる。

ダクト１０は、接続部１６の流通方向における中間位置で第１移行部１８から第２移行部２０に変わるように構成することで、接続部１６の縦方向での空気の剥離を抑えて、第２ダクト部１４の第２流通路１１ｂにおいて空気を均一に流通させることができる。

第１移行部１８は、該第１移行部１８の接続流通路１１ｃの断面積が、第１ダクト部１２の第１流通路１１ａの断面積と同じまたは近くなるように、横寸法の変化に対応して縦寸法を変化させることで、接続部１６の横壁面に沿う空気の流れの剥離を抑えることができる。これにより、ダクト１０は、第２ダクト部１４の第２流通路１１ｂの横方向において空気を均一に流通させることができる。

（流体解析）
流体解析によって、風速分布を算出することでダクトの形状の検証を行った。図６に示すように、解析例に係るダクト１０は、第１ダクト部１２の第１流通路１１ａの横寸法、第２ダクト部１４の第２流通路１１ｂの横寸法は何れも同じであり、接続部１６の横壁面が上流側から下流側へ向かうにつれて互いに離れるように対称な関係で延在している。なお、接続部１６の横寸法は、接続部１６の流通方向中間位置(Ｐ２)の値であり、何れの解析例でも同じである。Ｐ１は、第１ダクト部１２の下流端であり、Ｐ２は、接続部１６の流通方向中間位置であって接続部１６の下壁面の傾斜が切り替わる位置であり、Ｐ３は、第２ダクト部１４の上流端である。なお、解析例のダクト１０は、上壁面が直線的に延在している。解析例１～４の横寸法、縦寸法および断面積は、表１に記載の通りである。

流体解析(定常解析)の条件は、次の通りである。定常解析において、ダクト１０の入口側(圧力測定面)の流量を３０ｍ^３／ｈｒとし、ダクト１０の出口側(流体流出面)の圧力を０Ｐａとした。ＥＣＵを冷却するヒートシンクＨＳが配置される第２ダクト部１４の第２流通路１１ｂは、幅２００ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×高さ１５ｍｍである。第２流通路１１ｂの空気(流体)の流通方向と直交する方向における断面積は３０００ｍｍ^２であり、第２流通路１１ｂ内に配置されたヒートシンクＨＳの断面積は１５１０ｍｍ^２であるので、第２流通路１１ｂにおいて空気が流通可能な断面積は１４９０ｍｍ^２である。上記の条件から、第２流通路１１ｂ内の平均流速の理論値は、５．６ｍ／ｓである。

表１に示すように、第１移行部１８の縦寸法の変化を緩くして第２移行部２０の縦寸法の変化を急に設定した解析例４および接続部１６の上流から下流にかけて縦寸法の変化量を同じにした解析例３は、第２ダクト部１４のヒートシンクＨＳが配置されている領域において、流速５．６ｍ／ｓの領域の割合が、それぞれ６２％、６６％となっている。これに対して、解析例１および解析例２は、第２ダクト部１４のヒートシンクＨＳが配置されている領域において、流速５．６ｍ／ｓの領域の割合がそれぞれ８４％、７４％となっており、空気の流れが解析例３および解析例４に比べて均一になっていることが判る。そして、解析例１が示すように、第１移行部１８の接続流通路１１ｃの断面積が、第１ダクト部１２の第１流通路１１ａの断面積と同じになるように、横寸法の変化に対応して縦寸法を変化させることで、第２ダクト部１４のヒートシンクＨＳが配置されている領域において、空気の流れを均一にすることができることが判る。

（変更例）
前述した構成に限らず、例えば以下のように変更してもよい。
(１)実施例では、角筒形状のダクトを例示したが、円筒形状やその他形状であってもよい。
(２)実施例では、第２ダクト部が短尺となる縦方向が上下方向に向いているが、これに限らず、第２ダクト部が長尺となる横方向が上下方向に向くなど、任意に向きを設定することができる。
(３)実施例では、接続流通路の横寸法を、上流側から下流側へ向かうにつれて徐変して大きくなるように形成しているが、これに限らず、接続部の流通方向の一部の範囲において接続流通路の横寸法が変化しない領域を設けてもよい。
(４)実施例では、各ダクト部および接続部の上壁面を同一平面上に揃えていたが、これに限らない。例えば、各ダクト部および接続部の上壁面を、第１ダクト部から第２ダクト部に亘って直線的に傾斜するように揃えてもよく、該上壁面を傾斜面や平面や曲面などを組み合わせて形成してもよい。
(５)本発明に係るダクトは、ＥＣＵの冷却用途に限らず、バッテリやその他の冷却に用いてもよく、また冷却用途以外の用途に用いてもよい。
(６)ダクトに流通させる流体としては、空気に限らず、冷媒などのガス(気体)、水などの液体であってもよい。

１０ダクト，１１流通路，１１ａ第１流通路(第１ダクト部の流通路)，
１１ｂ第２流通路(第２ダクト部の流通路)，１１ｃ接続流通路(接続部の流通路)，
１２第１ダクト部，１４第２ダクト部，１６接続部，１８第１移行部，
１８ａ第１移行面，２０第２移行部，２０ａ第２移行面

Claims

流体が流通する流通路を画成する合成樹脂成形品のダクトであって、
第１ダクト部と、
前記第１ダクト部の流通方向下流側に設けられ、流体の流通方向と直交する横方向が、該第１ダクト部よりも広くなると共に、流体の流通方向と直交する縦方向が該第１ダクト部よりも狭くなる扁平形状に形成された第２ダクト部と、
流体の流通方向上流側から下流側へ向かうにつれて前記横方向の寸法が大きくなるように形成され、前記第１ダクト部と前記第２ダクト部とを繋ぐ接続部と、を備え、
前記接続部は、
前記第１ダクト部の前記流通方向の下流側に連ねて設けられ、第１移行面が傾斜することで前記流通方向の上流側から下流側へ向かうにつれて前記縦方向の寸法が小さくなる第１移行部と、
前記第１移行部の前記流通方向の下流側に連なると共に前記第２ダクト部の前記流通方向の上流側に連なるように設けられ、前記第１移行面に連なる第２移行面が該第１移行面と角度を変えて傾斜することで前記流通方向の上流側から下流側へ向かうにつれて前記縦方向の寸法が小さくなる第２移行部とを、有し、
前記流通方向に沿った単位距離当たりの前記縦方向の寸法変化が、前記第２移行部よりも前記第１移行部が大きく設定されている
ことを特徴とするダクト。
流体が流通する流通路を画成するダクトであって、
第１ダクト部と、
前記第１ダクト部の流通方向下流側に設けられ、流体の流通方向と直交する横方向が、該第１ダクト部よりも広くなると共に、流体の流通方向と直交する縦方向が該第１ダクト部よりも狭くなる扁平形状に形成された第２ダクト部と、
流体の流通方向上流側から下流側へ向かうにつれて前記横方向の寸法が大きくなるように形成され、前記第１ダクト部と前記第２ダクト部とを繋ぐ接続部と、を備え、
前記接続部は、
前記第１ダクト部の前記流通方向の下流側に連ねて設けられ、第１移行面が傾斜することで前記流通方向の上流側から下流側へ向かうにつれて前記縦方向の寸法が小さくなる第１移行部と、
前記第１移行部の前記流通方向の下流側に連なると共に前記第２ダクト部の前記流通方向の上流側に連なるように設けられ、前記第１移行面に連なる第２移行面が該第１移行面と角度を変えて傾斜することで前記流通方向の上流側から下流側へ向かうにつれて前記縦方向の寸法が小さくなる第２移行部とを、有し、
前記流通方向に沿った単位距離当たりの前記縦方向の寸法変化が、前記第２移行部よりも前記第１移行部が大きく設定され、
前記第２ダクト部は、その壁面に前記第２ダクト部の流通路内に臨む開口を有している
ことを特徴とするダクト。
流体が流通する流通路を画成するダクトであって、
第１ダクト部と、
前記第１ダクト部の流通方向下流側に設けられ、流体の流通方向と直交する横方向が、該第１ダクト部よりも広くなると共に、流体の流通方向と直交する縦方向が該第１ダクト部よりも狭くなる扁平形状に形成された第２ダクト部と、
流体の流通方向上流側から下流側へ向かうにつれて前記横方向の寸法が大きくなるように形成され、前記第１ダクト部と前記第２ダクト部とを繋ぐ接続部と、を備え、
前記接続部は、
前記第１ダクト部の前記流通方向の下流側に連ねて設けられ、第１移行面が傾斜することで前記流通方向の上流側から下流側へ向かうにつれて前記縦方向の寸法が小さくなる第１移行部と、
前記第１移行部の前記流通方向の下流側に連なると共に前記第２ダクト部の前記流通方向の上流側に連なるように設けられ、前記第１移行面に連なる第２移行面が該第１移行面と角度を変えて傾斜することで前記流通方向の上流側から下流側へ向かうにつれて前記縦方向の寸法が小さくなる第２移行部とを、有し、
前記流通方向に沿った単位距離当たりの前記縦方向の寸法変化が、前記第２移行部よりも前記第１移行部が大きく設定され、
前記接続部は、前記流通方向における中間位置で前記第１移行部から前記第２移行部に変わる
ことを特徴とするダクト。
流体が流通する流通路を画成するダクトであって、
第１ダクト部と、
前記第１ダクト部の流通方向下流側に設けられ、流体の流通方向と直交する横方向が、該第１ダクト部よりも広くなると共に、流体の流通方向と直交する縦方向が該第１ダクト部よりも狭くなる扁平形状に形成された第２ダクト部と、
流体の流通方向上流側から下流側へ向かうにつれて前記横方向の寸法が大きくなるように形成され、前記第１ダクト部と前記第２ダクト部とを繋ぐ接続部と、を備え、
前記接続部は、
前記第１ダクト部の前記流通方向の下流側に連ねて設けられ、平板状の第１移行壁が傾斜することで前記流通方向の上流側から下流側へ向かうにつれて前記縦方向の寸法が小さくなる第１移行部と、
前記第１移行部の前記流通方向の下流側に連なると共に前記第２ダクト部の前記流通方向の上流側に連なるように設けられ、前記第１移行壁に連なる平板状の第２移行壁が該第１移行壁と角度を変えて傾斜することで前記流通方向の上流側から下流側へ向かうにつれて前記縦方向の寸法が小さくなる第２移行部とを、有し、
前記流通方向に沿った単位距離当たりの前記縦方向の寸法変化が、前記第２移行部よりも前記第１移行部が大きく設定されている
ことを特徴とするダクト。