JP2009184377A - 車両用屋上装着型空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速走行時における放熱用熱交換器への冷却風の吸い込み不良を改善することができる車両用屋上装着型空調装置を提供する。
【解決手段】車両（１）の平坦な屋根（２）上に装着される車両用屋上装着型空調装置であって、車両前方側に向けて開口するとともに屋根（２）上の車両前方寄りに形成される吸込口（３３）と、吹出口（３４）とを有して内部に空気通路（３５）を形成するケース（３２）と、空気通路（３５）に配設される放熱用熱交換器（１１）と、放熱用熱交換器（１１）上方の空気通路（３５）内に配置されて放熱用熱交換器（１１）に冷却風を流通させる冷却用ファン（１４）と、車両（１）の走行速度である車速を検出する車速検出手段（４）と、車速検出手段（４）により検出された値が高速走行を示す所定値以上となった場合に、冷却用ファン（１４）の回転数をそれまでより大きい値に制御する制御手段（３）とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、バス車両などの平坦な屋根上に装着される冷房ユニットを備える車両用屋上装着空調装置に関する。

従来、例えば特許文献１に記載されるような、バス等の大型車両向けの車両用空調装置が知られている。この車両用空調装置は、冷房ユニット（車両用屋上装着型空調装置）と暖房ユニット等で構成され、冷房ユニットは、平坦な屋根上に装着される。冷房ユニットは、冷媒を凝縮するコンデンサ（放熱用熱交換器）と、このコンデンサに外気を送風する冷却用ファン等により構成されている。そして、車両の前方に開口した吸込口から吸い込まれた空気は、コンデンサを通過して上方の吹出口より上方に吹き出されるようになっている。
特開２００６−２４８３３７号公報

例えば、時速６０ｋｍを超える高速走行中において、バス車両の屋根上で車両前方から後方へ流れる風流れでは、屋根の前方部位に負圧が発生して、逆方向流れ（後方から前方への流れ）や渦を発生させることがある。

そして、この負圧となる部位にコンデンサの吸込口が配置されていると、負圧の影響を受けてコンデンサの吸い込み不良（風量低下）が生じる虞があった。コンデンサの吸い込み不良が生じると、冷凍サイクルの高圧側圧力が高くなり、高圧異常を招くという問題があった。

上記問題に鑑み、本発明は、高速走行時における放熱用熱交換器への冷却風の吸い込み不良を改善することができる車両用屋上装着型空調装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、バス等の車両（１）の平坦な屋根（２）上に装着される車両用屋上装着型空調装置であって、車両前方側に向けて開口するとともに屋根（２）上の車両前方寄りに形成される吸込口（３３）と、車両上方側に向けて開口した吹出口（３４）とを有して内部に空気通路（３５）を形成するケース（３２）と、空気通路（３５）の途中に配設される放熱用熱交換器（１１）と、放熱用熱交換器（１１）上方の空気通路（３５）内に配置されて放熱用熱交換器（１１）に冷却風を流通させる冷却用ファン（１４）と、車両（１）の走行速度である車速を検出する車速検出手段（４）と、車速検出手段（４）により検出された値が高速走行を示す所定値以上となった場合に、冷却用ファン（１４）の回転数をそれまでより大きい値に制御する制御手段（３）とを備えることを特徴とする。

例えば、高速走行中において、バス車両の屋根上で車両前方から後方へ流れる風流れでは、剥離現象によって車両（１）の前方部位に負圧が発生して、逆方向流れ（後方から前方への流れ）や渦を発生させることがある。

そして、この負圧となる部位に放熱用熱交換器（１１）の吸込口（３３）が配置されていると、負圧の影響を受けて放熱用熱交換器（１１）の吸い込み不良が生じて、冷凍サイクル（放熱用熱交換器（１１）、蒸発器、膨張弁等により構成される周知の冷凍サイクル）の高圧側圧力が高くなり、ひいては、高圧異常を招くことがある。

本構成によれば、こうした負圧が生じやすい高速走行時に（車速が高速走行を示す所定値以上となった場合に）、冷却用ファン（１４）の回転数を上げてやることによって、放熱用熱交換器（１１）への吸い込み不良を改善することができる。ひいては、冷凍サイクルにおける高圧異常を防止することができる。

請求項２に記載の発明では、車両（１）は、車両（１）の前面上端部が前方へ突出した前傾に形成されていることを特徴とする。

本出願人の実験により、車両（１）の前面上端部が前方へ突出した前傾に形成されている場合は、例えば、前面がフラットな形状をなす場合と比較して、屋根（２）上での風流れにおいて、剥離現象が大きくなり、より幅広く負圧領域が生じることが分かった。すなわち、こうした形状の車両（１）では、負圧による放熱用熱交換器（１１）への吸込み不良の問題が生じ易い。本構成によれば、こうした負圧の影響を受け易い車両（１）において好適に、高速走行時における放熱用熱交換器（１１）への冷却風の吸い込み不良を改善することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１〜図４を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態の車両用空調装置の車両搭載状態における概略構成を示すバス車両１（以下、単に「車両」と言う。）を示す全体斜視図である。図２は、図１の車両用空調装置における冷房ユニット１０の概略構成を示す斜視図であり、カバーを取り外した状態を示している。

この車両用空調装置は、平坦な屋根２上に装着された冷房ユニット１０と、暖房ユニット２０と、図示しない運転席用暖房ユニットとを組み合わせて行っている。図１において、暖房ユニット２０は、図示しない走行用エンジンの冷却水を熱源とするヒータコア２１、送風機（図示略）、およびヒータコア２１にて加熱された空気の流路を成す温風ダクト２２を有し、車両１の床下に配置されている。

この温風ダクト２２は、車両１の左右それぞれに配置されて車両１の長手方向に延びるとともに、この温風ダクト２２の長手方向両端部にはヒータコア２１がそれぞれ配置されている。さらに、温風ダクト２２には複数個の温風吹出口２２ａが形成されており、そこから車室内の乗員足元に向けて温風が吹き出される。

次に、冷房ユニット１０は、コンデンサ１１（放熱用熱交換器）、膨張弁（図示略）、エバポレータ１２（蒸発器、図２参照）等からなる周知の冷房ユニットであり、屋上装着型として車両１の屋根２上に配置されている。本実施形態では、車両１の前面から約２３００ｍｍ後方側であって、車両１の前後方向の中央部より前方に位置するように配置されている。

冷房ユニット１０を構成する冷凍サイクルは、車両用空調装置に使用される周知のものであり、コンプレッサ１３（圧縮機）、コンデンサ１１、レシーバ（図示略）、膨張弁（図示略）、エバポレータ１２等の各冷凍機器を、冷媒配管によって環状に接続して構成される。

コンプレッサ１３は、車両１の後部床下に配置され、走行用エンジン（図示略）から電磁クラッチを介して駆動される。コンデンサ１１は、コンプレッサ１３にて圧縮された高温高圧の冷媒を凝縮させるものである。レシーバは、コンデンサ１１の冷媒流出側に配置され、コンデンサ１１から流出した冷媒のうち液相冷媒を膨張弁に向けて流出する。また、このレシーバは、液相冷媒と気相冷媒との分離を行うと共に、レシーバ内に所定量の冷媒量を蓄えることにより、冷凍サイクル内を循環する冷媒量を調節している。

そのレシーバの液相冷媒流出側には、冷媒の減圧装置を成す膨張弁が配設されている。なお、この膨張弁は温度式となっており、エバポレータ１３の冷媒流出側の冷媒温度に応じて、その弁開度を調節している。

具体的には、エバポレータ１２の冷媒流出側に冷媒温度を感知する感温筒部を配設して冷媒温度（冷房負荷）が高い時には弁開度を増し、冷媒温度（冷房負荷）が低い時には弁開度を絞るものである。そして、その膨張弁の冷媒流出側には、減圧されて低温低圧となった液相冷媒を蒸発させるエバポレータ１２が配設されている。さらに、レシーバと膨張弁との間には、高圧側圧力を検出する圧力スイッチもしくはセンサ（図示略）が設けられており、この圧力スイッチもしくはセンサにより得られる圧力に基づき冷凍サイクルが高圧異常となった場合には、コンプレッサ１３を停止して空調システムを停止するようにしている。

冷房ユニット１０は、図２に示すようにコンデンシングユニット部１０Ａとクーリングユニット部１０Ｂとを一体に構成したものであり、これら両ユニット部１０Ａ、１０Ｂは、車両１の前後方向に隣接して配置されている。コンデンシングユニット部１０Ａは、コンデンサ１１と、このコンデンサ１１に外気を送風する冷却用ファン１４等により構成されており、その配置および風の吸い込みについては、本発明の要部であるため詳細は後述する。

また、クーリングユニット部１０Ｂは、空調ケース１５内に車室内の空気（内気）もしくは車室外の空気（外気）を図示しない内外気切替ドアで選択導入する内外気切替部１６、エバポレータ１２、導入した空気をエバポレータ１２に通してから車室内に吹き出すためのブロワ１７などより構成される。このブロワ１７によってエバポレータ１２に通風された空気は、エバポレータ１２を通過する際に低温冷媒との熱交換により冷却される。

そして、エバポレータ１２を通過した空気は、車室内の冷風ダクト１８（図１参照）へ供給される。冷風ダクト１８は、車両１の左右それぞれに配置されて車両１の長手方向に延びている。更に、冷風ダクト１８には、複数個の冷風吹き出し口１８ａが形成されており、そこから車室空間内の乗員頭部に向けて冷風が吹き出されるようになっている。

さらに、車両用空調装置は、エアコンＥＣＵ３、車速センサ４を有している。エアコンＥＣＵ３は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ（いずれも図示略）等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。ＲＯＭ内には、空調制御のための制御プログラムを記憶しており、その制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行うようになっている。また、車速センサ４は、トランスミッション（図示略）のギアにより直接駆動されるようになっており、車両１の前輪近傍に配置されている。

そして、車両用空調装置を作動させると、エアコンＥＣＵ３は、車速センサ４（車速検出手段）やその他のセンサ（圧力センサ、温度センサ等）からの信号に基づいて、冷却用ファン１４の駆動用のモータ１４ａ（図３参照）や、その他の制御機器（膨張弁、コンプレッサ１３等）の作動を制御するようになっている。なお、本実施形態において、冷房ユニット１０と、エアコンＥＣＵ３、車速センサ４を含んで本発明の車両用屋上装着型空調装置が構成されている。

さらに、車両１の前面上部には、行き先等を表示するための電光掲示部５が、下部が垂直方向から後方寄りに僅かに傾いた態様（図３におけるθ＝約１４度、前方へ突出した前傾となる態様）で設けられている。

次に、コンデンシングユニット部１０Ａの詳細構成について説明する。図３は、コンデンシングユニット部１０Ａを示す側面模式図である。図３に示すように、コンデンシングユニット部１０Ａは、ユニットケース３１と、このユニットケース３１を覆うユニットカバー３２とを有している。ユニットカバー３２には、車両１の前方側に向けて大きく開口した吸込口３３と、車両２の上方側へ向けて開口した吹出口３４とが形成されている。

ユニットケース３１とユニットカバー３２によって区画形成された空気通路３５内に上記コンデンサ１１および冷却用ファン１４が配置されている。より詳しくは、コンデンサ１１は、吸込口３３の後方位置に、車両１の前方から後方にかけて下がるように傾斜して取り付けられている。そして、コンデンサ１１の上方には、多翼軸流式の冷却用ファン１４が車両１の平坦な屋根２に対して水平に配置されている。

以上のように構成されたコンデンシングユニット部１０Ａにおいて、図３に白抜きの矢印で示すように、ユニットカバー３２の前方の吸込口３３から吸い込まれた空気流は、コンデンサ１１を通過してユニットカバー３２の上方の吹出口３４より上方に吹き出される。

（作動）
次に、上記構成に基づく作動について説明する。図４は、本実施形態においてエアコンＥＣＵ３が実行する空調制御であって、主に冷却用ファン１４の回転数制御を説明するフローチャートである。

図４に示すように、エアコンＥＣＵ３に電力が供給されて、空調装置が作動すると、まず、エアコンＥＣＵ３は、ステップＳ１０で冷却用ファン１４をＯＮにし、通常制御を開始する。ここで、通常制御とは、例えば、圧力スイッチもしくはセンサによって検出される高圧側圧力が規定値（後述するステップＳ１１における２．６５ＭＰａより低く設定される値）以上となった場合に冷却用ファン１４の回転数（回転速度、風量）をＬｏモードからＨｉモードに上げて冷房能力を上げるように制御している。

そして、ステップＳ１１で、高圧側圧力が予め設定されるシステムの限界圧力（ここでは２．６５ＭＰａ）以下であるか否かを判断する。そして、高圧側圧力が２．６５ＭＰａを超えている場合（ステップＳ１１：ＮＯ）には、ステップＳ１２でコンプレッサ１３を停止して空調システムを停止する。

一方、高圧側圧力が２．６５ＭＰａ以下である場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、高圧異常は生じていないことを意味し、次に、ステップＳ１３に進み、車速が時速６０ｋｍ（本発明の第１実施形態としての「高速走行を示す所定値」）以上であるか否かを判断する。車速センサ４によって検出される車速データは、例えばＣＡＮ通信等の通信プロトコルによってエアコンＥＣＵ３に入力される。そして、車速が時速６０ｋｍ以上である場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）には、車両１が高速走行状態であることを意味し、ステップＳ１４に進み、冷却用ファン１４の回転数を最大に設定する（最大モード）。ここで言う、回転数の最大値とは、上記Ｈｉモードよりもさらに高いレベルに設定される。

冷却用ファン１４の回転数を最大に制御した後には、ステップＳ１１に戻り、以降の処理を繰り返し行う。なお、ステップＳ１３で、車速が時速６０ｋｍ以上ではない、すなわち、時速６０ｋｍより遅い速度で走行している場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、高速走行状態ではないためステップＳ１０へ戻り、以降の処理を繰り返し行う。

本実施形態では、本出願人の実験により、時速６０ｋｍを超える高速走行時には、図３に黒矢印で示すように、屋根２上の吸込口３３の前方部位には、負圧となるコンデンサ１１への吸い込み方向とは逆方向（車両前方向へ）の風流れ（渦）が生じることが分かっている。この負圧による逆流の影響は、本実施形態のように車両１の前面上端部が傾斜している形状においてより顕著に見られる。また、高速走行時での車速が上昇するほど、この現象は顕著となり、総じて、時速６０ｋｍ以上では、車速が上昇するほど吸込口３３への流入風速が低下していく。

そして、この負圧となる部位とコンデンサ１１の吸込口３３とが一致しているため、吸い込みにおいて負圧の影響を受けて、コンデンサ１１に対して有効な走行風が得られない状態となる。しかし、本実施形態では、車両１が高速走行状態であるか否かを判断し、高速走行状態である場合には、冷却用ファン１４の回転数を最大にするように制御している（ステップＳ１３、ステップＳ１４）。

このため、図３に示すように負圧が生じる高速走行時に吸込口３３近傍に吸込み方向と逆向きの流れが生じた場合であっても、冷却用ファン１４の回転数を最大にすることで、コンデンサ１１への風量を十分に確保することができる。そして、コンデンサ１１の吸い込み不良に起因する冷凍サイクルの高圧異常を回避することができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、電光掲示部５により車両１の前面上端部が前方へ突出した前傾をなしているタイプの車両１に本発明を具体化したが、車両１の形状は前傾に限定されるものではなく、屋根２上の風流れにおいて負圧が発生し、その負圧領域にコンデンサ１１の吸込口３３が形成されるタイプであれば、本発明を適用でき、吸込み不良を解消するという効果を奏することができる。

また、屋根２における冷房ユニット１０（吸込口３３）の設置位置についても、上記位置に限定されるものではなく、車両１の前方部であれば良い。

上記実施形態では、ステップＳ１３において、車速６０ｋｍを超えた場合を高速走行であるとしたが、この値は車両に応じて適宜設定変更可能である。ただし、バス等の大型車両において、概ね車速６０ｋｍ以上の場合には、上記負圧の影響による吸込み不良が起こり易いことが分かっている。

同様に、上記実施形態では、ステップＳ１１で高圧異常と判断する閾値を、２．６５ＭＰａとしたが、この値についても適宜設定変更が可能である。

上記実施形態では、車速検出手段として、トランスミッションのギアにより直接駆動される車速センサ方式の車速センサ４としたが、その他、車輪に取り付けられた車輪速センサの車輪速信号から車速を算出する車輪速センサ方式のものでも良い。

第１実施形態の車両用空調装置の車両搭載状態における概略構成を示す車両を示す全体斜視図である。 図１の車両用空調装置における冷房ユニットの概略構成を示す斜視図である。 コンデンシングユニット部を示す側面模式図である。 エアコンＥＣＵが実行する空調制御であって、主に冷却用ファンの回転数制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ バス車両（車両）
２ 屋根
３ エアコンＥＣＵ（制御手段）
４ 車速センサ（車速検出手段）
１０ 冷房ユニット（車両用屋上装着型空調装置）
１１ コンデンサ（放熱用熱交換器）
１４ 冷却用ファン
３２ ユニットカバー（ケース）
３３ 吸込口
３４ 吹出口
３５ 空気通路

Claims (2)

1. バス等の車両（１）の平坦な屋根（２）上に装着される車両用屋上装着型空調装置であって、
   車両前方側に向けて開口するとともに前記屋根（２）上の車両前方寄りに形成される吸込口（３３）と、車両上方側に向けて開口した吹出口（３４）とを有して内部に空気通路（３５）を形成するケース（３２）と、
   前記空気通路（３５）の途中に配設される放熱用熱交換器（１１）と、
   当該放熱用熱交換器（１１）上方の前記空気通路（３５）内に配置されて前記放熱用熱交換器（１１）に冷却風を流通させる冷却用ファン（１４）と、
   前記車両（１）の走行速度である車速を検出する車速検出手段（４）と、
   当該車速検出手段（４）により検出された値が高速走行を示す所定値以上となった場合に、前記冷却用ファン（１４）の回転数をそれまでより大きい値に制御する制御手段（３）と
   を備えることを特徴とする車両用屋上装着型空調装置。
2. 前記車両（１）は、当該車両（１）の前面上端部が前方へ突出した前傾に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用屋上装着型空調装置。

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