JP2006297964A - 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、吸水ポンプや吸水配管を用いることなく簡単でコンパクトな構造で、冷凍サイクルの効率を向上すること。
【解決手段】鉄道車両用空調装置５０は、圧縮機１ａ、室外熱交換器２ａ、減圧装置３ａ、室内熱交換器４ａから構成される冷凍サイクルを筐体１３内に備えている屋根上設置型のものである。筐体１３は、隔壁１２によって圧縮機１ａ、室外熱交換器２ａを収納する室外ユニット１１と減圧装置３ａ、室内熱交換器４ａを収納する室内ユニット１０とに区分されている。冷房運転時に、室内熱交換器で発生する凝縮水を貯留する水受皿５ａが室内熱交換器４ａの下方に設けられ、室外熱交換器２ａと減圧装置３ａとの間に形成した補助熱交換器４ａが水受皿５ａの凝縮水と熱交換するように設置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両用空調装置に係り、特に屋根上設置型の鉄道車両用空調装置に好適なものである。

蒸発器から発生したドレン水を凝縮器の放熱により処理する空調装置としては、特開平１１−２２３３５７号公報（特許文献１）に示されたような技術がある。この空調装置は、ケーシング内に蒸発器と凝縮器を備えたスポット型空調装置であり、蒸発器で発生したドレン水（凝縮水）をドレンパン（水受皿）で回収した後、ドレンポンプにより汲み上げて給水管より凝縮器に供給し、該凝縮器から放熱により蒸発処理するものである。そして、給水管の途中部分を冷媒回路の吐出ガス管に接合して吐出ガス冷媒によりドレン水を加熱するようにしている。

特開平１１−２２３３５７号公報

屋根上設置型の鉄道車両用空調装置の場合、鉄道車両・トンネル天井間で形成される空間と鉄道車両の屋根上で形成される空間とが空調装置を設置するための空間となり、極めて狭い空間である。このため、屋根上設置型の鉄道車両用空調装置では、小型化と省電力性の向上が重要な課題となっている。

上記特許文献１の空調装置では、蒸発器で発生したドレン水をポンプによって凝縮器に排出し、ドレン水を放熱源である凝縮水によって加熱・蒸発処理させるものであるため、ドレン水を凝縮器まで搬送するための給水管及びポンプが必要となり、機器が大型化すると共に、省電力性に劣るといった課題がある。

また、圧縮機吐出部直後の冷媒とドレン水とを熱交換させているため、冷媒はドレン水・冷媒間で熱交換した後に凝縮器へ流入する。したがって、圧縮機吐出部より下流に位置する凝縮器に流入する冷媒の温度が低下する。室外空気温度はドレン水温度に対して比較的高いため、圧縮機吐出部下流に位置する室外熱交換器で行われる空気・冷媒間の熱交換効率が低下するといった課題も有している。

本発明の目的は、吸水ポンプや吸水配管を用いることなく簡単でコンパクトな構造で、冷凍サイクルの効率を向上することができ、省電力化及び冷房能力の増大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。

本発明の別の目的は、冷房負荷の低減することができ、省電力化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。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、圧縮機、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器から構成される冷凍サイクルを筐体内に備え、前記筐体を隔壁によって前記圧縮機及び前記室外熱交換器を収納する室外ユニットと前記減圧装置及び前記室内熱交換器を収納する室内ユニットとに区分した屋根上設置型の鉄道車両用空調装置において、冷房運転時に室内熱交換器で発生する凝縮水を貯留する水受皿を室内熱交換器の下方に設け、前記室外熱交換器と前記減圧装置との間に形成した補助熱交換器を前記水受皿の凝縮水と熱交換するように設置したものである。

係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記水受皿を前記室内熱交換器より室外ユニット方向に突出させると共に室外ユニット方向に深くなるように形成し、前記室外熱交換器と前記減圧装置とを接続する配管の一部を前記水受皿内を通過するようにして前記補助熱交換器を構成したこと。

また、本発明の第２の態様は、圧縮機、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器から構成される冷凍サイクルを筐体内に備え、前記筐体を隔壁によって前記圧縮機、前記室外熱交換器及び室外送風機を収納する室外ユニットと前記減圧装置及び前記室内熱交換器を収納する室内ユニットとに区分した屋根上設置型の鉄道車両用空調装置において、冷房運転時に室内熱交換器で発生する凝縮水を貯留する水受皿を室内熱交換器の下方に設け、前記室外ユニットの底板上に保水材を設置し、前記水受皿の凝縮水を前記保水材に導く滴下装置を設け、室外空気を前記保水材の表面に送風するように前記室外送風機を設置したものである。

係る本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記室外熱交換器と前記減圧装置との間に形成した補助熱交換器を前記水受皿の凝縮水と熱交換するように設置したこと。
（２）前記水受皿を前記室内熱交換器より室外ユニット方向に突出させて電気品の側方まで延ばすと共に室外ユニット方向に深くなるように形成し、前記室外熱交換器と前記減圧装置とを接続する配管の一部を前記水受皿内を通過するようにして前記補助熱交換器を構成したこと。

本発明によれば、吸水ポンプや吸水配管を用いることなく簡単でコンパクトな構造で、冷凍サイクルの効率を向上することができ、省電力化及び冷房能力の増大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ができる。

また、本発明によれば、冷房負荷の低減することができ、省電力化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ができる。

以下、本発明の一実施形態の鉄道車両用空調装置について図１から図４を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態の鉄道車両用空調装置の平面断面構成図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図、図４は図１のＣ−Ｃ断面図である。

鉄道車両用空調装置５０は、第一の冷凍サイクルと、第二の冷凍サイクルと、室内熱交換器４ａ，４ｂの下方に設置された水受皿５ａ，５ｂと、保水材６と、水受皿５ａ，５ｂから凝縮水を保水材へ滴下させるための滴下装置７と、室外送風機８と、室内送風機９と、を筐体１３内に備えて構成されている。

第一の冷凍サイクルは、圧縮機１ａ、室外熱交換器２ａ、補助熱交換器１５ａ、減圧装置３ａ、室内熱交換器４ａ、アキュムレータ１９ａのそれぞれを冷媒が循環可能なように冷媒配管を介して接続することにより構成されている。第二の冷凍サイクルは、圧縮機１ｂ、室外熱交換器２ｂ、補助熱交換器１５ｂ、減圧装置３ｂ、室内熱交換器４ｂ、アキュムレータ１９ｂのそれぞれを冷媒が循環可能なように冷媒配管を介して接続することにより構成されている。このように、第一の冷凍サイクルと第二の冷凍サイクルとは、それぞれ、独立した構成で形成されるため、空調負荷に応じて第一の冷凍サイクル及び第二の冷凍サイクルの単独または両方の運転を選択的に行うことができる。

室内ユニット１０及び室内ユニット１１は、隔壁１２を筐体１３内に設けることにより、車両進行方向の前後に位置して形成される。室内ユニット１０内には、補助熱交換器１５ａ，１５ｂ、減圧装置３ａ，３ｂ、室内熱交換器４ａ，４ｂ、室内送風機９、電気品２０が収納されている。室外ユニット１１内には、圧縮機１ａ，１ｂ、室外熱交換器２ａ，２ｂ、アキュムレータ１９ａ，１９ｂ、保水材６、室外送風機８が収納されている。滴下装置７は、室内ユニット１０と室外ユニット１１とにまたがって設けられている。

第一の冷凍サイクルと第二の冷凍サイクルとは、鉄道車両の進行方向に向かって左右両側に各機器が離れて配置されている。室内熱交換器４ａ、４ｂ間には室内送風機９が配置され、室外熱交換器２ａ，２ｂ間には室外送風機８が配置されている。そして、電気品２０は室内送風機９の室外側に並置されている。電気品２０は制御の複雑化に伴って大型化しており、電気品２０の左右両側に水受皿５ａ，５ｂが存在しない大きなスペースが存在する。

水受皿５ａ，５ｂは、室内熱交換器４ａ、４ｂより室外ユニット方向に突出して形成されると共に、室外ユニット方向に深くなるように形成されている。すなわち、水受皿５ａ，５ｂは電気品２０の左右両側のデッドスペース部分に突出されている。

補助熱交換器１５ａ，１５ｂは、室外熱交換器２ａ，２ｂと減圧装置１ａ，１ｂとの間に形成されており、水受皿５ａ，５ｂの凝縮水と熱交換するように設置されている。具体的には、補助熱交換器１５ａ，１５ｂは、室外熱交換器２ａ，２ｂと減圧装置１ａ，１ｂとを接続する配管の一部を蛇行状に形成して構成され、水受皿５ａ，５ｂの突出した部分の中に収納されて凝縮水と熱交換するようになっている。

減圧装置３ａ，３ｂは、水受皿５ａ，５ｂの突出した部分の上方に配置されている。

係る水受皿５ａ，５ｂ、補助熱交換器１５ａ，１５ｂ、減圧装置３ａ，３ｂの配置構成により、装置を大型化することなく、これらをコンパクトに配置することができる。

次に、鉄道車両用空調装置５０の冷房運転について説明する。冷房運転の場合、冷媒は図１の→で示すような経路で循環される。また、室外空気及び室内空気は図中の⇒で示した方向へ流動される。室外送風機８を運転することにより、室外空気は、図１及び図４に示すように、室外ユニット１１の上面中央部から吸い込まれ、室外送風機８を通って保水材６の表面に吹き付けられ、保水材６の上面を左右に流れた後に、室外熱交換器２ａ，２ｂと熱交換して室外ユニット１１の上面左右から吐き出される。また、室内送風機９を運転することにより、室内空気は、図１及び図３に示すように、室内ユニット１０の底板の左右に形成された室内空気吸込口から吸い込まれ、室内熱交換器４ａ，４ｂと熱交換した後、室内送風機９を通って室内へ吹出される。

この場合、圧縮機１ａ，１ｂで圧縮・加熱された冷媒は、室外熱交換器２ａ，２ｂで室外空気と熱交換し、冷却・凝縮される。その後、冷媒は、減圧装置３ａ，３ｂで減圧され、室内熱交換器４ａ，４ｂで室内空気と熱交換し加熱・蒸発して、圧縮機１ａ，１ｂへ流入する冷凍サイクルを形成する。このとき、室内熱交換器４ａ，４ｂを通過する室内空気は冷却・除湿される。この結果、室内熱交換器４ａ，４ｂ上に凝縮した凝縮水が付着する。室内熱交換器４ａ，４ｂの下方へ流動する凝縮水は室内熱交換器４ａ，４ｂの下部に設置された水受皿５ａ，５ｂへ滴下して貯留される。

水受皿５ａ，５ｂの底部は、図２に示すような傾斜が設けられているため、凝縮水は水受皿の貯留部１４ａ，１４ｂへ流下する。また、図２に示すように室外熱交換器２ａ，２ｂ・減圧装置３ａ，３ｂ間を接続する接続配管の一部が補助熱交換器１５ａ，１５ｂとして貯留部１４ａ，１４ｂ内を通過する構造としているため、貯留部１４ａ，１４ｂ内に貯留される凝縮水内を補助熱交換器１５ａ，１５ｂが通過する。この結果、補助熱交換器１５ａ，１５ｂ内の冷媒・凝縮水間で熱交換をさせることができ、冷媒の放熱量を増加させることができる。これによって、吸水ポンプや吸水配管を用いることなく簡単でコンパクトな構造で、冷凍サイクルの効率を向上することができ、省電力化及び冷房能力の増大を図ることができる。

また、室外熱交換器２ａ，２ｂ・減圧装置３ａ，３ｂ間の補助熱交換器１５ａ，１５ｂで冷媒と凝縮水とを熱交換させているため、室外熱交換器２ａ，２ｂの冷媒は凝縮水との熱交換に影響されることなく温度の高い状態で室外空気と熱交換を行うことができる。これによって、室外熱交換器２ａ，２における空気・冷媒間の熱交換効率を高いものとすることができ、この点からも冷凍サイクルの効率を向上することができる。

一方、補助熱交換器１５ａ，１５ｂ上部には、図２に示すように、凝縮水を室外ユニット１１へ滴下させるための滴下装置７が設けられている。滴下装置７は、滴下穴１６が水受皿５ａ，５ｂ側壁に設けられ、この滴下穴１６に凝縮水配管１７が接続され、この凝縮水配管１７が隔壁１２を貫通して室外側に延びて構成されている。また、室外ユニット底板１８上には保水材６が設置されている。したがって、水受皿５ａ，５ｂをオーバーフローした凝縮水が滴下装置７によって貯留部１４ａ，１４ｂから底板１９上にある保水材６へ流下させることができる。また、室外空気は、図４に示すように室外ユニット１１の天井面から室外送風機８により吸い込まれ、室外送風機８より吹出されて底板１９に対して平行に流れた後、室外熱交換器２ａ，２ｂに流入するため、保水材６に保持された凝縮水と室外空気との間で有効に熱交換する。

この結果、凝縮水が蒸発し、蒸発の際に生ずる蒸発潜熱により周囲空気及び底板１８の温度を低下させる。したがって、室外熱交換器２ａ，２ｂの放熱量を増大させるのと同時に、鉄道車両の屋根の温度を低下させることができ、車両内の空調負荷を低下させることができる。

なお、保水材６で保持能力以上の凝縮水を外部に排出するためのドレン水排水口２１を設けている。

以上の結果、冷房運転の際に室内熱交換器から排出されるドレン水により室外熱交換器の熱交換効率の向上と空調負荷の低減を行う事ができる。

本発明の一実施形態の鉄道車両用空調装置の平面断面構成図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図１のＣ−Ｃ断面図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ…圧縮機、２ａ，２ｂ…室外熱交換器、３ａ，３ｂ…減圧装置、４ａ，４ｂ…室内熱交換器、５ａ，５ｂ…水受皿、６…保水材、７…滴下装置、８…室外送風機、９…室内送風機、１０…室内ユニット、１１…室外ユニット、１２…隔壁、１３…筐体、１４ａ，１４ｂ…貯留部、１５ａ，１５ｂ…補助熱交換器（接続配管の一部）、１６…滴下穴、１７…凝縮水配管、１８…底板、１９ａ，１９ｂ…アキュムレータ、２０…電気品、２１…ドレン水排水口、２２…室内空気吸込口。

Claims (5)

1. 圧縮機、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器から構成される冷凍サイクルを筐体内に備え、
   前記筐体を隔壁によって前記圧縮機及び前記室外熱交換器を収納する室外ユニットと前記減圧装置及び前記室内熱交換器を収納する室内ユニットとに区分した屋根上設置型の鉄道車両用空調装置において、
   冷房運転時に室内熱交換器で発生する凝縮水を貯留する水受皿を室内熱交換器の下方に設け、
   前記室外熱交換器と前記減圧装置との間に形成した補助熱交換器を前記水受皿の凝縮水と熱交換するように設置した
   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、前記水受皿を前記室内熱交換器より室外ユニット方向に突出させると共に室外ユニット方向に深くなるように形成し、前記室外熱交換器と前記減圧装置とを接続する配管の一部を前記水受皿内を通過するようにして前記補助熱交換器を構成したことを特徴とする鉄道車両用空調装置。
3. 圧縮機、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器から構成される冷凍サイクルを筐体内に備え、
   前記筐体を隔壁によって前記圧縮機、前記室外熱交換器及び室外送風機を収納する室外ユニットと前記減圧装置及び前記室内熱交換器を収納する室内ユニットとに区分した屋根上設置型の鉄道車両用空調装置において、
   冷房運転時に室内熱交換器で発生する凝縮水を貯留する水受皿を室内熱交換器の下方に設け、
   前記室外ユニットの底板上に保水材を設置し、
   前記水受皿の凝縮水を前記保水材に導く滴下装置を設け、
   室外空気を前記保水材の表面に送風するように前記室外送風機を設置した
   ことを特徴とする鉄道車両用空調装置。
4. 請求項３に記載の鉄道車両用空調装置において、前記室外熱交換器と前記減圧装置との間に形成した補助熱交換器を前記水受皿の凝縮水と熱交換するように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４に記載の鉄道車両用空調装置において、前記水受皿を前記室内熱交換器より室外ユニット方向に突出させて電気品の側方まで延ばすと共に室外ユニット方向に深くなるように形成し、前記室外熱交換器と前記減圧装置とを接続する配管の一部を前記水受皿内を通過するようにして前記補助熱交換器を構成したことを特徴とする鉄道車両用空調装置。

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