JP2009298274A - 車両用換気空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可燃性冷媒の漏洩等が原因で空気調和装置の動作が停止したときでも、車両内の換気量を確保することのできる車両用換気空調装置を提供する。
【解決手段】車両外の空気を吸入する換気装置２と、車両内の空調を行う空気調和装置３と、換気装置２と空気調和装置３を接続し、換気装置２が車両外から吸入した空気を空気調和装置３に供給する新鮮外気用ダクト４と、空気調和装置３が吹出す調和空気を車両内に供給する調和空気用ダクト５と、を備え、新鮮外気用ダクト４を分岐して調和空気用ダクト５に接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道等の車両に搭載される車両用換気空調装置に関するものである。

従来、乗物の換気装置に関し、『構造が簡単で製造上の手間が少なく、所定の空気調和能力を保ちつつ、適正な風量、風速を確保して、騒音の低下を図る。』ことを目的とした技術として、『車両の上部に設けられ、空気調和手段からの調和空気を、車室内に供給する第１管路と、車両の下部に設けられ、車室内の空気を吸引して還流する第２管路と、車両の下部に設けられ、車室内の空気を吸引して排気手段に導く第３管路と、床下に設けられ、第２管路からの還流空気、および吸気手段によって吸気された車室外からの空気を混合して空気調和する空気調和手段と、前記吸気手段と排気手段とを含む換気手段とを備えた乗物の換気装置であり、車室内が仕切られたときは各室毎に独立した換気装置が設けられ、第３管路は便所の排気口に接続される。』というものが提案されている（特許文献１）。

また、車両用空調装置に関し、『可燃性冷媒を用いた車両用空調装置において、リークした冷媒を送風装置によって外部に排出することができない場合があり、配風装置のドアを閉じても冷媒が内気導入口から車室内に漏れる恐れがある。』ことを目的とした技術として、『可燃性冷媒のリークが少量の場合には外気導入量を増加させて可燃性冷媒の濃度が燃焼範囲に至らないようにし、可燃性冷媒のリークが大量の場合には空調風吹出口１１、１２、１３及び内気導入口３を閉鎖してケーシング２内と車室内とを完全に隔絶した状態にすると共に圧縮機１９を停止させる。』というものが提案されている（特許文献２）。

特開平５−６９８２４号公報（要約） 特開２００５−１７８４２８号公報（要約）

近年、地球温暖化防止の観点から、地球温暖化係数が小さな冷媒、例えばＨＦＯ−１２３４（テトラフルオロプロペン、地球温暖化係数＝４）などの採用が提案されている。

しかし、ＨＦＯ−１２３４は可燃性であるため、上記特許文献１に記載のダクト構成においてＨＦＯ−１２３４を採用した場合、空気調和装置内で冷媒漏洩が発生すると、車両内に冷媒が流出し、乗客が喫煙等を行うことにより冷媒へ引火して燃焼する恐れがある。

そこで、上記特許文献２に記載の技術のように、冷媒漏洩時は、冷媒が車室内に流出しないよう、空気調和装置の圧縮機を停止させることが考えられる。
しかし、空気調和装置は、車室内に調和空気を供給する役割も果たしており、空気調和装置の動作が停止すると、車室内の換気が停滞してしまう。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、可燃性冷媒の漏洩等が原因で空気調和装置の動作が停止したときでも、車両内の換気量を確保することのできる車両用換気空調装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用換気空調装置は、車両外の空気を吸入する換気装置と、車両内の空調を行う空気調和装置と、前記換気装置と前記空気調和装置を接続し、前記換気装置が車両外から吸入した空気を前記空気調和装置に供給する新鮮外気用ダクトと、前記空気調和装置が吹出す調和空気を車両内に供給する調和空気用ダクトと、を備え、前記新鮮外気用ダクトを分岐して前記調和空気用ダクトに接続したものである。

本発明に係る車両用換気空調装置によれば、空気調和装置が停止した場合でも、新鮮外気が車両内へ供給され、必要な換気量が確保される。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用換気空調装置の構成図である。
図１において、１は車両、２は換気装置、３は空気調和装置、４は新鮮外気用ダクト、５は調和空気用ダクト、６は還流ダクト、７は排気ダクト、８はバイパスダクト、９ａは第１ダンパー、９ｂは第２ダンパー、１０ａは通常時の空気の流れである。

換気装置２は、排気ダクト７を介して車両内の空気を吸引し、車両外に排出する。
また、車両外の新鮮空気を吸引し、新鮮外気用ダクト４を介してその新鮮空気を空気調和装置３に供給し、あるいはバイパスダクト８〜調和空気用ダクト５を介して車両内に供給する。この空気の流れについては、後に改めて説明する。

空気調和装置３は、還流ダクト６を介して車両内の空気の還流を受け、あるいは新鮮外気用ダクト４を介して新鮮空気の供給を受け、冷房や暖房などの空調動作を行う。
また、吹出口〜調和空気用ダクト５を介して、調和空気を車両内に供給する。

換気装置２と空気調和装置３は、車両の床下に配置される。

新鮮外気用ダクト４は、換気装置２と空気調和装置３を接続し、換気装置２から吹出された新鮮外気を空気調和装置３の吸引口へ導く。
調和空気用ダクト５は、空気調和装置３の調和空気吹出口から車両上部にわたって配管され、空気調和装置３から吹出される調和空気を車両上部から車両内へ供給する。
還流ダクト６は、車両内と空気調和装置３を接続し、車両内の空気を空気調和装置３へ還流する。

排気ダクト７は、車両内と換気装置２を接続する。車両内の空気は、排気ダクト７より換気装置２に吸引され、換気装置２の機能により車外へ排出される。
バイパスダクト８は、新鮮外気用ダクト４と調和空気用ダクト５を接続する。バイパスダクト８の一端は換気装置２と空気調和装置３の中間部分に接続されて新鮮外気用ダクト４を分岐し、もう一端は空気調和装置３の調和空気吹出口に接続される。

第１ダンパー９ａは、調和空気用ダクト５とバイパスダクト８の接続部に設けられている。第２ダンパー９ｂは、新鮮外気用ダクト４とバイパスダクト８の接続部に設けられている。
第１ダンパー９ａと第２ダンパー９ｂは、図１の点線で示すように開閉自在に構成されており、新鮮外気用ダクト４、調和空気用ダクト５、およびバイパスダクト８を空気が流れないように、各ダクトを遮断する機能を備える。遮断に関する具体的な動作は後述する。

また、本実施の形態１に係る車両用換気空調装置は、図示しない制御手段を備える。
制御手段は、換気装置２、空気調和装置３、第１ダンパー９ａ、第２ダンパー９ｂの動作を制御する。
制御手段は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のような演算装置と、その動作を規定するソフトウェアとで構成することもできる。

図１において、第１ダンパー９ａと第２ダンパー９ｂは、実線で示される位置にある。空気調和装置３が通常動作しているときは、第１ダンパー９ａと第２ダンパー９ｂを図１の実線で示す位置にしておく。
図１に示す状態の下、第１ダンパー９ａは、調和空気用ダクト５を開放して空気調和装置３と車両内を連通させ、調和空気を車両内に供給する。
また、第２ダンパー９ｂは、新鮮外気用ダクト４を開放して換気装置２と空気調和装置３を連通させ、新鮮な空気を空気調和装置３に供給する。

図１に示す各ダンパーの配置により、車両内に供給される空気は、図１の実線矢印１０ａで示すように流れる。
即ち、車両内の空気を換気装置２より排気し、また車両外の新鮮空気を換気装置２より取り込んで、空気調和装置３で空調を行って車両内に供給する、という空気の循環を形成することができる。

本実施の形態１における「第１遮断手段」は、第１ダンパー９ａが相当する。
また、「第２遮断手段」は、第２ダンパー９ｂが相当する。

以上、本実施の形態１に係る車両用換気空調装置の構成と通常動作を説明した。
次に、本実施の形態１に係る車両用換気空調装置の異常時の動作について説明する。

図２は、本実施の形態１に係る車両用換気空調装置の異常時動作を説明する図である。
制御手段は、任意の公知技術や必要なセンサ等を用いて、例えば空気調和装置３の冷媒漏洩を検出する。
次に、制御手段は、空気調和装置３の動作を停止させるとともに、第１ダンパー９ａと第２ダンパー９ｂを、図２の９ａと９ｂで示す位置に動かす。
各ダンパーを動かすための具体的な手法としては、各ダンパーを支持している支持部材を解放すべき旨の電気信号を発するなど、適宜必要な技術を用いることができる。必要な部材等は適宜設ければよい。

図２に示す状態の下、第１ダンパー９ａは、空気調和装置３の調和空気吹出口を遮断して冷媒が車両内に漏れないようにするとともに、調和空気用ダクト５とバイパスダクト８を連通させる。
また、第２ダンパー９ｂは、空気調和装置３の新鮮外気吸引口を遮断するとともに、新鮮外気用ダクト４とバイパスダクト８を連通させる。

図２に示す各ダンパーの配置により、車両内に供給される空気は、図２の点線矢印１０ｂで示すように流れる。
即ち、空気調和装置３から冷媒が車両内に漏洩しないように調和空気吹出口を遮断するとともに、換気装置２が吸引する新鮮外気を車両内に循環させることができる。

本実施の形態１では、第１ダンパー９ａと第２ダンパー９ｂを設けた例を示したが、第１ダンパー９ａのみを設けても、空気調和装置３の調和空気吹出口を遮断するとともに、新鮮外気を車両内に供給する機能を発揮することができる。

また、本実施の形態１では、新鮮外気用ダクト４、調和空気用ダクト５、およびバイパスダクト８を空気が流れないように遮断する手段として、第１ダンパー９ａと第２ダンパー９ｂを各ダクトの通気口に設けた。
しかし、空気の流れを遮断する手段は、これに限られるものではない。
例えば、電気的な指示で動作する絞り部材を各ダクトの通気口に配置し、通気口の直径を狭くすることで、空気の流れを遮断するように構成することもできる。その他の遮断手段を用いてもよい。

以上のように、本実施の形態１によれば、バイパスダクト８の一端を新鮮外気用ダクト４に接続して新鮮外気用ダクト４を分岐し、もう一端を調和空気用ダクト５に接続したので、空気調和装置３の動作が停止しているときでも、新鮮外気を車両内に循環させることができる。

また、本実施の形態１によれば、空気調和装置３の調和空気吹出口に第１ダンパー９ａを設けたので、調和空気用ダクト５の空気の流れを遮断することができる。
これにより、空気調和装置３の冷媒が車両内に漏れることを防止し、可燃性冷媒を使用した場合でも、発火等が生じることを防いで安全性を高めることができる。

また、本実施の形態１によれば、第１ダンパー９ａが空気調和装置３の調和空気吹出口を遮断する際には、新鮮外気用ダクト４と調和空気用ダクト５の接続位置よりも空気調和装置３に近い位置で吹出口を遮断する。
これにより、換気装置２が吸引した新鮮外気が、第１ダンパー９ａよりも車両内に近い側へ導かれ、新鮮外気が車両内に流入する経路が確保されるので、冷媒が車両内へ漏洩することを防止することと、新鮮空気の循環量を確保することを、同時に達成することができる。

また、本実施の形態１では、空気調和装置３を車両の床下に配置した。
これにより、冷媒の比重が空気より重い場合は、空気調和装置３の冷媒漏洩が発生しても、空気調和装置３より上の車両内に冷媒が流出することを防止できる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、空気調和装置３の構成例を説明する。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

図３は、空気調和装置３の内部構成図である。
図３において、１１は圧縮機、１２は室外熱交換器、１３は毛細管、１４は室内熱交換器、１５は冷媒配管、１６は室外送風機、１７は室内送風機、１８は空調制御器、１９は冷媒圧力センサ、２０ａは室外熱交換器の上流側に設置された空気温度センサ、２０ｂは室内熱交換器の上流側に設置された空気温度センサ、２１は圧縮機電流センサである。

空気調和装置３は、圧縮機１１、室外熱交換器１２、毛細管１３、室内熱交換器１４、冷媒配管１５の接続によって構成される蒸気圧縮機式冷凍サイクルを有する。冷凍サイクルの内部には、冷媒としてＨＦＯ−１２３４（テトラフルオロプロペン）が封入されている。

一般に、冷凍サイクルは、室外熱交換器１２および室内熱交換器１４に流入する空気の温度により、冷媒圧力や圧縮機電流が変動する特性を有しており、流入空気温度と冷媒圧力や圧縮機電流には相関関係がある。
また、冷媒がなんからの要因で冷凍サイクル外へ漏洩した場合は、冷媒圧力および圧縮機電流が通常よりも下がる。

冷凍サイクルのこのような特性を利用し、冷媒漏洩を検出することができる。
空調制御器１８は、冷媒圧力センサ１０、空気温度センサ２０ａおよび２０ｂ、圧縮機電流センサ２１の検出値を常時監視する。流入空気温度に対し、冷媒圧力、圧縮機電流のうちいずれかが通常値よりも低くなったときは、冷媒漏洩が発生したと判定する。
空調制御器１８は、実施の形態１における制御手段に相当するものであることを付言しておく。

これら各センサの検出値については、いずれか１つのみが通常運転時の特性を逸脱したときに冷媒漏洩が発生したと判定してもよいし、複数の検出値を適宜組み合わせて判定を行ってもよい。
例えば、冷媒漏洩と判定する閾値を超えた検出値が２つ以上発生したときは冷媒漏洩と判定する手法、複数の検出値を所定の演算式に当てはめて算出した値が閾値を超えたときに冷媒漏洩と判定する手法、などが考えられる。

冷媒の漏洩判断の基準となる閾値、流入空気温度と冷媒圧力や圧縮機電流との相関関係については、図示しないフラッシュＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置にあらかじめ格納しておき、空調制御器１８はその値を用いて漏洩判断を行えばよい。

空調制御器１８は、冷媒漏洩と判定した場合、圧縮機１１、室外送風機１６、室内送風機１７を停止する。また同時に、第１ダンパー９ａ、第２ダンパー９ｂを動かし、空気調和装置３と新鮮外気用ダクト４および調和空気用ダクト５を遮断する。
これにより、空気調和装置３内部の冷媒は、装置の外へ出ることなく滞留する。
一方、換気装置２が吸引した新鮮外気は、実施の形態１で説明したように、車両内に循環供給される。

以上、本実施の形態２では、空気調和装置３の構成例と、冷媒漏洩を検出する手法およびそのときの動作例について説明した。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置３の側断面図である。
図４において、２２は室内熱交換器１４の下部にたまった凝縮水を空気調和装置の底面から車外へ排出するドレンポンプである。ドレンポンプ２２は、空調制御器１８の指示に基づき動作する。
図４に示していないその他の構成は、実施の形態１〜２と同様であり、同じ構成部には同じ符号を付す。

本実施の形態３における「排出手段」は、ドレンポンプ２２が相当する。
ドレンポンプ以外の排出手段を用いてもよい。

次に、本実施の形態３に係る空気調和装置３の動作について説明する。
空気調和装置３が冷房運転を行うと、空気中の水分が室内熱交換器１４で凝縮されて、室内熱交換器１４の下部に溜まるため、ドレンポンプ２２を稼働して車外に排出する。
ドレンポンプ２２は、通常は冷房運転中のみ稼働し、冷房運転をしない場合は凝縮水が発生しないため停止する。

空調制御器１８は、冷媒漏洩発生時に、実施の形態１〜２で説明した動作を行うとともに、ドレンポンプ２２の運転を継続する。
冷媒は、空気よりも比重が大きく、冷媒漏洩時には空気調和装置３の下部に滞留することとなるが、ドレンポンプ２２が運転を継続することにより、車両外へ排出される。車両外へ排出された冷媒は、紫外線により分解される。

以上のように、本実施の形態３によれば、冷媒漏洩が発生した場合は、圧縮機１１、室外送風機１６、室内送風機１７は停止するものの、ドレンポンプ２２は運転を継続し、冷媒を車外に排出する。
これにより、修理のために空気調和装置３内部で行う冷媒配管の溶接作業を安全に実施することができる。

実施の形態４．
以上の実施の形態１〜３において、冷媒としてＨＦＯ−１２３４を用いる例を説明したが、他の冷媒を用いることもできる。
他の可燃性冷媒を用いる場合でも、実施の形態１〜３と同様に、冷媒漏洩時に調和空気の流れを遮断して発火等が生じることを回避し、新鮮外気の循環量を確保する効果を発揮することができる。

実施の形態１に係る車両用換気空調装置の構成図である。 実施の形態１に係る車両用換気空調装置の異常時動作を説明する図である。 空気調和装置３の内部構成図である。 実施の形態３に係る空気調和装置３の側断面図である。

符号の説明

１ 車両、２ 換気装置、３ 空気調和装置、４ 新鮮外気用ダクト、５ 調和空気用ダクト、６ 還流ダクト、７ 排気ダクト、８ バイパスダクト、９ａ 第１ダンパー、９ｂ 第２ダンパー、１０ａ〜１０ｂ 空気の流れ、１１ 圧縮機、１２ 室外熱交換器、１３ 毛細管、１４ 室内熱交換器、１５ 冷媒配管、１６ 室外送風機、１７ 室内送風機、１８ 空調制御器、１９ 冷媒圧力センサ、２０ａ〜２０ｂ 空気温度センサ、２１ 圧縮機電流センサ、２２ ドレンポンプ。

Claims (11)

1. 車両外の空気を吸入する換気装置と、
   車両内の空調を行う空気調和装置と、
   前記換気装置と前記空気調和装置を接続し、前記換気装置が車両外から吸入した空気を前記空気調和装置に供給する新鮮外気用ダクトと、
   前記空気調和装置が吹出す調和空気を車両内に供給する調和空気用ダクトと、
   を備え、
   前記新鮮外気用ダクトを分岐して前記調和空気用ダクトに接続した
   ことを特徴とする車両用換気空調装置。
2. 前記空気調和装置が吹出す調和空気が車両内に供給されないようにする第１遮断手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の車両用換気空調装置。
3. 前記第１遮断手段は、
   前記空気調和装置が調和空気を吹出す吹出口を遮断する
   ことを特徴とする請求項２記載の車両用換気空調装置。
4. 前記第１遮断手段は、
   前記空気調和装置が調和空気を吹出す吹出口を遮断する際に、
   前記新鮮外気用ダクトと前記調和空気用ダクトの接続口を開放し、
   前記換気装置が車両外から吸入した空気が、
   前記新鮮外気用ダクトの前記分岐を介して前記第１遮断手段よりも車両内に近い側へ導かれるように構成された
   ことを特徴とする請求項３記載の車両用換気空調装置。
5. 前記第１遮断手段は、
   前記新鮮外気用ダクトと前記調和空気用ダクトの接続位置よりも前記空気調和装置に近い位置で前記吹出口を遮断することにより、
   前記換気装置が車両外から吸入した空気が、前記新鮮外気用ダクトの前記分岐を介して車両内に流入する経路を確保するように構成された
   ことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の車両用換気空調装置。
6. 前記換気装置が車両外から吸入した空気が前記空気調和装置に供給されないようにする第２遮断手段を備えた
   ことを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の車両用換気空調装置。
7. 前記空気調和装置の冷媒漏洩を検出するセンサと、
   前記空気調和機および前記第１遮断手段の動作を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記センサの検出値に基づき前記空気調和装置の冷媒漏洩が発生したと判断すると、
   前記空気調和装置の運転を停止するとともに、
   前記第１遮断手段を稼動して前記空気調和装置が吹出す調和空気が車両内に供給されないようにする
   ことを特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれかに記載の車両用換気空調装置。
8. 前記空気調和装置の底面に溜まった凝縮水を車両外に排出する排出手段を備え、
   前記排出手段は、
   前記空気調和装置の運転が停止した際も運転を継続して前記凝縮水を車両外に排出する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の車両用換気空調装置。
9. 前記空気調和装置を車両の床下に配置する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の車両用換気空調装置。
10. 前記空気調和装置は可燃性冷媒を用いる
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の車両用換気空調装置。
11. 前記空気調和装置は冷媒としてＨＦＯ−１２３４を用いる
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の車両用換気空調装置。

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