JP2006015778A - 鉄道車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両用空調装置において、鉄道車両の床下への設置スペースの縮小を図りつつ、室外熱交換器の性能向上を図ること。
【解決手段】鉄道車両用空調装置３０は、室外空気の吸込み口２２及び吹出し口２３を有して鉄道車両の床下に設置される筐体２１と、横軸の軸流型送風機で構成されて室外空気を吸込み口２２より吸込み吹出し口２３から吹出す室外送風機６と、フィンチューブ型熱交換器で構成されて室外送風機６の吹出し側に配置された室外熱交換器２と、室外送風機６から室外熱交換器６への通風路を形成する通風ダクト８とを備える。室外熱交換器２は、室外送風機２の吹出し面とほぼ平行に立上がる立上げ熱交換器部２ａと、この立上げ熱交換器部２ａから室外送風機６の吹出し方向に傾斜して室外通風ダクト８との間に吹出し方向に延びる空間２５を形成する傾斜熱交換器部２ｂとからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両用空調装置に係り、特に鉄道車両の床下に設置される鉄道車両用空調装置に好適なものである。

床下に設置される従来の鉄道車両用空調装置は、図５に示すように、鉄道車両４０の床下に設置される筐体２１と、横軸の軸流型送風機で構成された室外送風機６と、多数のフィンとこれらに交差する冷媒管とからなるフィンチューブ型熱交換器で構成された室外熱交換器２と、室外送風機６から室外熱交換器２への通風路を形成する通風ダクト８とを備えて構成されている。

そして、筐体２１は、室外空気を吸込む吸込み口２２を一側の側面に有すると共に、吸込まれた室外空気を吹出す吹出し口２３を他側の側面に有している。室外送風機６は、室外空気を吸込み口２２より吸込み、吹出し口２３から吹出すように設置されている。室外熱交換器２は、室外送風機６の吹出し側の近傍に室外送風機６の吹出し面とほぼ平行に配置されている。室外通風ダクト８は室外送風機６から室外熱交換器２への通風路を形成している。

かかる従来技術に関連する特許文献としては、特開平８−８５４５５号公報（特許文献１）が挙げられる。

特開平８−８５４５５号公報（図１）

床下に設置される鉄道車両用空調装置において、空調装置の寸法は、車体幅Ｗの１／２以下であることと、レールから車体床までの高さＨ以下であること、などの制約を受けている。このため、床下に設置される鉄道車両用空調装置では、レール方向への設置長さＬ（図５の紙面垂直方向）を大きくし、室外熱交換器の伝熱面積をレール方向へ大きくして熱交換性能の向上を図っている。

そして、近年の鉄道車両は高速化のために駆動機器の増強がなされており、その駆動機器の設置面積が増大する傾向にある。そのため、駆動機器以外の床下機器の設置面積の縮小、特に空調装置のレール方向の据付長さの縮小が望まれるようになっている。従来の床下設置の空調装置では、上述したように室外熱交換器の伝熱面積をレール方向へ大きくして室外熱交換器性能を向上するようにしているため、空調装置のレール方向の長さを単に縮小しようとすると、室外熱交換器の伝熱面積が縮小して室外熱交換器の性能が低下してしまうという課題があった。また、従来の床下設置の空調装置では、室外熱交換器２は、室外送風機６の吹出し側の近傍に室外送風機６の吹出し面とほぼ平行に配置されているので、室外送風機６から旋回して吹出される室外空気全体が直ぐに室外熱交換器２に当たるため、室外熱交換器２における通風抵抗が大きなものとなり、室外熱交換器性能の低下を招くこととなっていた。

本発明の目的は、鉄道車両の床下への設置スペースの縮小を図りつつ、室外熱交換器の性能向上を図ることができる鉄道車両用空調装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、室外空気を吸込む吸込み口を有すると共に吸込まれた室外空気を吹出す吹出し口を有し、鉄道車両の床下に設置される筐体と、横軸の軸流型送風機で構成されて室外空気を前記吸込み口より吸込み前記吹出し口から吹出す室外送風機と、フィンチューブ型熱交換器で構成され、前記室外送風機の吹出し側に配置された室外熱交換器と、前記室外送風機から前記室外熱交換器への通風路を形成する通風ダクトとを備える鉄道車両用空調装置において、前記室外熱交換器は、前記室外送風機の吹出し面とほぼ平行に立上がる立上げ熱交換器部と、この立上げ熱交換器部から前記室外送風機の吹出し方向に傾斜して前記通風ダクトとの間に吹出し方向に延びる空間を形成する傾斜熱交換器部とからなる構成にしたことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成は次の通りである。
（１）前記立上げ熱交換器部の上端部を前記室外送風機の中心軸より下方に位置させると共に、前記立上げ熱交換器部の高さ寸法より前記傾斜熱交換器部の長さ寸法を大きくしたこと。
（２）前記立上げ熱交換器部の上端部を前記室外送風機の中心軸より上方に位置させると共に、前記立上げ熱交換器部と前記傾斜熱交換器部とを実質的に同一の別体の熱交換器で構成し、前記立上げ熱交換器部と前記傾斜熱交換器部との間に形成される隙間を塞ぐ遮蔽板を設けたこと。
（３）前記室外熱交換器の上端面を覆う上カバーを前記通風ダクトと連続するように設け、前記室外熱交換器を前記上カバーに当接して設置したこと。
（４）前記室外熱交換器の排気面の下部に所定の長さに亘って覆う下カバーを設け、前記室外熱交換器を前記下カバーに当接して設置したこと。

本発明によれば、室外送風機の吹出し面とほぼ平行に立上がる立上げ熱交換器部と、この立上げ熱交換器部から室外送風機の吹出し方向に傾斜して通風ダクトとの間に吹出し方向に延びる空間を形成する傾斜熱交換器部とからなる室外熱交換器としたことにより、室外熱交換器の伝熱面積を増大して通風抵抗の低減を図ることができると共に、室外送風機から吹出される室外空気の旋回が緩和された状態で傾斜熱交換器部に吸込まれることとなり、室外熱交換器における通風抵抗の低減をこの点からも図ることができる。これによって、本発明の鉄道車両用空調装置は、鉄道車両の床下への設置スペースの縮小を図りつつ、室外熱交換器の性能を向上を図ることができる。

また、本発明の好ましい構成によれば、立上げ熱交換器部の上端部を室外送風機の中心軸より下方に位置させると共に、立上げ熱交換器部の高さ寸法より傾斜熱交換器部の長さ寸法を大きくしているので、室外送風機から吹出される室外空気の旋回がより一層緩和された状態で傾斜熱交換器部に当たることとなり、室外熱交換器における通風抵抗の低減をさらに図ることができる。

また、本発明の好ましい構成によれば、立上げ熱交換器部の上端部を室外送風機の中心軸より上方に位置させると共に、立上げ熱交換器部と傾斜熱交換器部とを実質的に同一の別体の熱交換器で構成し、立上げ熱交換器部と傾斜熱交換器部との間に形成される隙間を塞ぐ遮蔽板を設けるようにしているので、立上げ熱交換器部と傾斜熱交換器部とを共用化することができ、安価に製作することができると共に、立上げ熱交換器部と傾斜熱交換器部との間に形成される隙間の部分を通って室外熱交換器の中央部で殆ど熱交換しないまま室外空気がバイパスされることを防止することができる。

また、本発明の好ましい構成によれば、室外熱交換器の上端面を覆う上カバーを筐体に接合すると共に通風ダクトと連続するように設け、室外熱交換器を上カバーに当接して設置するようにしているので、室外熱交換器の上端部で殆ど熱交換しないまま室外空気がバイパスされることを防止することができると共に、上カバーを位置決め基準にして室外熱交換器を簡単に設置することができる。

また、本発明の好ましい構成によれば、室外熱交換器の排気面の下部に所定の長さに亘って覆う下カバーを前記筐体に接合して設け、室外熱交換器を前記下カバーに当接して設置するようにしているので、室外熱交換器の下端部で殆ど熱交換しないまま室外空気がバイパスされることを防止することができると共に、下カバーを位置決め基準にして室外熱交換器を簡単に設置することができる。

以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例及び従来例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

まず、本発明の第１実施例の鉄道車両用空調装置を図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例の鉄道車両用空調装置を示す縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図において、⇒は空気の流れ方向を示し、→は冷媒の流れ方向を示している。

鉄道車両用空調装置３０は、鉄道車両４０の床下に設置された筐体２１と、この筐体２１内に設置された機器とを備えて構成されている。この機器としては、冷凍サイクル、送風機器、制御機器などである。図示例では、１ユニットに冷凍サイクルを２基搭載した床下設置の鉄道車両用空調装置であるが、冷凍サイクルを３基以上搭載したものであってもよい。鉄道車両４０は車輪４１によりレール上を走行する。

空調装置の外形を構成する筐体２１の寸法は、車体幅Ｗの１／２以下であることと、レールから車体床までの高さＨ以下であること、さらには、駆動機器の増強により縮小されたレール方向の長さＤであることを満足するように設定されている。筐体２１内は、レール方向に２分割する仕切り板２４により、室内側空間（図２の右側空間）と室外側空間（図２の左側空間）とに区画されている。

また、筐体２１は、室外空気を吸込む吸込み口２２を一側の側面に有すると共に、吸込まれた室外空気を吹出す吹出し口２３を他側の側面に有している。すなわち、室外空気は、室外送風機６の運転により、図１の矢印に示すように、筐体２１の一側の側面の吸込み口２２から吸込まれ、他側の側面の吹出し口２３から吹出される。なお、吸込み口２２および吹出し口２３には、異物などの混入を防止するための保護カバーを備えているが、簡便のために図示を省略してある。

冷凍サイクルは、圧縮機１、室外熱交換器２、減圧装置３、室内熱交換器４及び受液器５などを冷媒配管で接続することにより構成されている。

冷凍サイクルは、冷房運転時に次のように動作する。圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒は、室外熱交換器２で室外空気と熱交換することにより、高圧の液冷媒へ変化する。室外熱交換器２を通過した冷媒は、減圧装置３により減圧されて気液二相状態になり、室外熱交換器４へ流入する。このとき、冷媒は車内から移送されてきた室内空気と熱交換をし、低圧のガス冷媒へと変化する。一方、冷却された室内空気は、室内送風機６によって室内通風ダクト９を通過して再び車室内を循環する循環空気となる。室内熱交換器４を流出した冷媒は、アキュムレータ５を経て、再び圧縮機１へと戻る。図示例では、四方弁を省略してあるが、四方弁を切換えることにより、暖房運転も可能である。

送風機器は室内送風機器と室外送風機器とから構成されている。室内送風機器は、室内送風機７及び室内通風ダクト９を有し、室内熱交換器４に通風するように構成されている。室外送風機器は、二組の室外送風機６及び室外通風ダクト８を有し、室外熱交換器２に通風するように構成されている。室外送風機６は、横軸の軸流型送風機で構成され、室外空気を吸込み口２２より吸込み吹出し口２３から吹出すように機能する。この室外送風機６は、駆動源であるモータ６ａにより駆動される。

室外熱交換器２は、多数のフィンとこれらに交差する冷媒管とからなるフィンチューブ型熱交換器で構成され、室外送風機６の吹出し側に配置されると共に、室外送風機６及び吹出し口２３に対向するように配置されている。また、室外熱交換器２は、室外送風機６の吹出し面とほぼ平行に立上がる立上げ熱交換器部２ａと、この立上げ熱交換器部２ａから室外送風機６の吹出し方向に傾斜して室外通風ダクト２１との間に吹出し方向に延びる空間２５を形成する傾斜熱交換器部２ｂとからなっている。立上げ熱交換器部２ａの上端部は室外送風機６の中心軸より下方に位置されており、立上げ熱交換器部２ａの高さ寸法Ｅｈ１より傾斜熱交換器部２ｂの長さ寸法Ｅｈ２が大きく設定されている。

立上げ熱交換器部２ａと傾斜熱交換器部２ｂとの両側には、これらに共通の支持板１２が一対設けられている。この支持板１２にはフィンに交差する冷媒管が交差するように設けられ、室外熱交換器２の形状を保持するようになっている。このため、分離した熱交換器２ａ、２ｂで室外熱交換器２を構成した場合においても、室外熱交換器２の形状を所定形状に保持できる。さらには、支持板１２は、筐体２１まで延び、室外熱交換器２から吹出し口２３への通風路の一部を構成している。

室外通風ダクト８は、室外送風機６から室外熱交換器２への通風路を形成するものであり、支持板１２と接合している。これにより、室外送風機６より吹出す室外空気を室外熱交換器２へ移送することができる。

室外熱交換器２の上端面を覆う上カバー１３が筐体２１に接合して設けられている。上カバー１３は、傾斜熱交換器部２ｂの上端面を覆って、筐体２１の一部を構成する上フレーム１６に溶接やボルト・ナットにより固定されている。また、この上カバー１３は、通風ダクト８と連続するように設けられ、室外送風機６の吹出し側の通風路を構成している。室外熱交換器２（本実施例では傾斜熱交換器部２ｂ）が上カバー１３に当接して設置されている。

室外熱交換器２の排気面の下部に所定の長さに亘って覆う下カバー１４が筐体２１に接合して設けられている。下カバー１４は、立上げ熱交換器部２ａの下端と筐体２１との隙間を塞ぐように、筐体２１の一部を構成する下フレーム１７に溶接やボルト・ナットにより固定されている。そして、室外熱交換器２（本実施例では立上げ熱交換器部２ａ）が下カバー１４に当接して設置されている。

本実施例によれば、室外送風機２の吹出し面とほぼ平行に立上がる立上げ熱交換器部２ａと、この立上げ熱交換器部２ａから室外送風機６の吹出し方向に傾斜して室外通風ダクト８との間に吹出し方向に延びる空間２５を形成する傾斜熱交換器部２ｂとからなる室外熱交換器２としたことにより、室外熱交換器２の高さ方向に延びる長さ寸法（Ｅｈ１＋Ｅｈ２）を長くすることができ、室外熱交換器２の伝熱面積を増大して通風抵抗の低減を図ることができると共に、室外送風機６から吹出される室外空気の旋回が緩和された状態で傾斜熱交換器部２ｂに吸込まれることとなり、室外熱交換器２における通風抵抗の低減をこの点からも図ることができる。これによって、本実施例の鉄道車両用空調装置３０は、鉄道車両の床下への設置スペースの縮小を図りつつ、室外熱交換器２の性能を向上を図ることができる。

また、立上げ熱交換器部２ａの上端部を室外送風機６の中心軸より下方に位置させると共に、立上げ熱交換器部２ａの高さ寸法より傾斜熱交換器部２ｂの長さ寸法を大きくしているので、室外送風機６から吹出される室外空気の旋回がより一層緩和された状態で傾斜熱交換器部２ｂに当たることとなり、室外熱交換器２における通風抵抗の低減をさらに図ることができる。

また、室外熱交換器２の上端面を覆う上カバーを筐体に接合すると共に室外通風ダクト８と連続するように設け、室外熱交換器２を上カバー１３に当接して設置するようにしているので、室外熱交換器２の上端部で殆ど熱交換しないまま室外空気がバイパスされることを防止することができると共に、上カバー１３を位置決め基準にして室外熱交換器２を簡単に設置することができる。

また、室外熱交換器２の排気面の下部に所定の長さに亘って覆う下カバー１４を筐体２１に接合して設け、室外熱交換器２を下カバー１４に当接して設置するようにしているので、室外熱交換器２の下端部で殆ど熱交換しないまま室外空気がバイパスされることを防止することができると共に、下カバー１４を位置決め基準にして室外熱交換器２を簡単に設置することができる。

次に、本発明の第２実施例について図３を用いて説明する。図３は本発明の第２実施例の鉄道車両用空調装置の縦断面図である。この第２実施例は、次に述べる点で第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

この第２実施例では、立上げ熱交換器部２ａの上端部が室外送風機６の中心軸より上方に位置するように立上げ熱交換器部２ａが設置されている。立上げ熱交換器部２ａと傾斜熱交換器部２ｂとは、実質的に同一の別体の熱交換器で構成されている。また、立上げ熱交換器部２ａと傾斜熱交換器部２ｂとの間に形成される隙間を塞ぐ遮蔽板１５が設けられている。

この第２実施例によれば、立上げ熱交換器部２ａの上端部を室外送風機６の中心軸より上方に位置させると共に、立上げ熱交換器部２ａと傾斜熱交換器部２ｂとを実質的に同一の別体の熱交換器で構成し、立上げ熱交換器部２ａと傾斜熱交換器部２ｂとの間に形成される隙間を塞ぐ遮蔽板を設けるようにしているので、立上げ熱交換器部２ａと傾斜熱交換器部２ｂとを共用化することができ、安価に製作することができると共に、立上げ熱交換器部２ａと傾斜熱交換器部２ｂとの間に形成される隙間の部分を通って室外熱交換器２の中央部で殆ど熱交換しないまま室外空気がバイパスされることを防止することができる。

次に、本発明の第３実施例について図４を用いて説明する。図４は本発明の第３実施例の鉄道車両用空調装置の縦断面図である。この第３実施例は、次に述べる点で第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

この第３実施例では、立上げ熱交換器部２ａと傾斜熱交換器部２ｂとを連続的に円弧状に変形した熱交換器で室外熱交換器２を構成したものである。このような構成においても、室外熱交換器２の高さ方向に延びる長さ寸法を長くすることができ、室外熱交換器２の伝熱面積の増大を図ることができる。

本発明の第１実施例の鉄道車両用空調装置を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２実施例の鉄道車両用空調装置の縦断面図である。 本発明の第３実施例の鉄道車両用空調装置の縦断面図である。 従来の鉄道車両用空調装置を示す縦断面図である。

符号の説明

１…圧縮機、２…室外熱交換器、２ａ…立上げ熱交換器部、２ｂ…傾斜熱交換器部、３…減圧装置、４…室内熱交換器、５…受液器、６…室外送風機、６ａ…モータ、７…室内送風機、８…室外通風ダクト、９…室内通風ダクト、１０…制御装置、１１…保護カバー、１２…支持板、１３…上カバー、１４…下カバー、１５…遮蔽板、１６…上フレーム、１７…下フレーム、２１…筐体、２２…吸込み口、２３…吹出し口、２４…仕切り板、２５…空間、３０…鉄道車両用空調装置、４０…鉄道車両、４１…車輪。

Claims (5)

1. 室外空気を吸込む吸込み口を有すると共に吸込まれた室外空気を吹出す吹出し口を有し、鉄道車両の床下に設置される筐体と、
   横軸の軸流型送風機で構成されて室外空気を前記吸込み口より吸込み前記吹出し口から吹出す室外送風機と、
   フィンチューブ型熱交換器で構成されて前記室外送風機の吹出し側に配置された室外熱交換器と、
   前記室外送風機から前記室外熱交換器への通風路を形成する通風ダクトとを備える鉄道車両用空調装置において、
   前記室外熱交換器は、室外送風機の吹出し面とほぼ平行に立上がる立上げ熱交換器部と、この立上げ熱交換器部から前記室外送風機の吹出し方向に傾斜して前記通風ダクトとの間に吹出し方向に延びる空間を有する傾斜熱交換器部とからなる
   ことを特徴とする鉄道車両用空調装置。
2. 請求項１に記載の鉄道車両用空調装置において、前記立上げ熱交換器部の上端部を前記室外送風機の中心軸より下方に位置させると共に、前記立上げ熱交換器部の高さ寸法より前記傾斜熱交換器部の長さ寸法を大きくしたことを特徴とする鉄道車両用空調装置。
3. 請求項１に記載の鉄道車両用空調装置において、前記立上げ熱交換器部の上端部を前記室外送風機の中心軸より上方に位置させると共に、前記立上げ熱交換器部と前記傾斜熱交換器部とを実質的に同一の別体の熱交換器で構成し、前記立上げ熱交換器部と前記傾斜熱交換器部との間に形成される隙間を塞ぐ遮蔽板を設けたことを特徴とする鉄道車両用空調装置。
4. 請求項１から３の何れかに記載の鉄道車両用空調装置において、前記室外熱交換器の上端面を覆う上カバーを前記筐体に接合すると共に前記通風ダクトと連続するように設け、前記室外熱交換器を前記上カバーに当接して設置したことを特徴とする鉄道車両用空調装置。
5. 請求項１から３の何れかに記載の鉄道車両用空調装置において、前記室外熱交換器の排気面の下部に所定の長さに亘って覆う下カバーを前記筐体に接合して設け、前記室外熱交換器を前記下カバーに当接して設置したことを特徴とする鉄道車両用空調装置。

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