JP2010221921A - 軌道系車両の空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軌道系車両において、車両の天井を高く維持することで車両内空間を広く感じさせると共に、屋根上の飛び出し量を低く抑えることができ、かつ車両内雰囲気を均一に空調可能とする空調装置を実現する。
【解決手段】構成機器を水平方向に並列配置した２台の空調ユニット２０を軌道系車両１０の車端側近傍の屋根１０ｃに設置し、２台の空調ユニット２０の複数の吹出口４４を車両中央側に向け、車幅方向内側の吹出口４４を天井面に配置した第１のダクト５０で接続すると共に、端側吹出口４４を車端側に迂回し車端まで配置される第２のダクト５２に接続する。これによって、車両高さを低減できると共に、第１のダクト５０が配置される車両中央側領域Ｈの天井面を高くできるので、車内空間を広く感じさせることができる。また第１のダクト５０内の圧力損失を低減して均一な空調温度とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両等の軌道系車両に適用され、車両高さを低く抑えることができると共に、車内空間を確保可能な空調装置に関する。

鉄道車両等の軌道系車両の空調装置は、ユニット形式で車両の屋根上に取り付けられるものが多い。あるいは室内ユニットと室外ユニットとに別れたセパレート式が採用されている。ユニット形式のものは、屋根上に大きく飛び出すか、天井に半分程度埋め込み、屋根上飛び出し量を小さくしているものもある。
セパレート式では、室内ユニットを小さくできるため、車両の両妻側天井部に埋め込み、車両の中央に向かって冷風を吹き出す構造のものが多い。また、室外ユニットは車体の床下に配置される。

最近、専用軌道をゴムタイヤを使って走行し中量輸送を行なう、いわゆる新交通システムと呼ばれる輸送システムが普及している。この輸送システムは、大部分無人で全自動運転を行ない、例えば、案内軌道によって案内される案内輪をもつ場合もある。
新交通システムの車両は、一般の鉄道車両より約半分程度の車両長であり、都市空間に設けられ、あるいは空港設備として採用されるため、高さや車体幅に制限が課せられる。

そのため、新交通システムの車両の屋根上にユニット式空調装置をそのまま取り付けると、屋根上の飛び出し量が大きく、車両の高さを高くする必要が発生し、軌道の占有断面積を大きくしてしまう。また、屋根上に重量物が取り付けられるため、車両の安定性が悪くなる。そのため、耐転倒風速が低下し、安全性が問題となる場合もある。
ユニット式空調装置を大部分車両の天井に埋め込めば、屋根上の飛び出し量を抑えることができるが、車室内の天井高さが低くなり、圧迫感が強く、居住性に問題が生じる。

セパレート式空調装置では、車外ユニットは車体の床下に配置されるが、単車で走行するシステムの場合は、床下空間は駆動制動機器や制御機器及び信号・通信機器で占められ、空調装置の室外ユニットを取り付けるスペースを取ることはできない。

そこで特許文献１（特開２００６−２９７９６４号公報）や特許文献２（特開２００８−１２０３０９号公報）には、構成機器を屋根上で横方向に並列配置することにより、車両高さを低減するようにした屋根上設置型の鉄道車両用空調装置が開示されている。

特開２００６−２９７９６４号公報 特開２００８−１２０３０９号公報

しかしこれらの空調装置を用いても、屋根上の飛び出し量や車両内天井面から下方への突出をなくすことができず、前述の車両安定性や車室内の快適性に問題を残している。
また、空調装置から吹き出される吹出し空気の方向に制約があるため、車両内で吹出し空気の流通にばらつきが生じ、車両内雰囲気を均一に空調することができないという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、軌道系車両において、車両の天井を高く維持することで車両内空間を広く感じさせると共に、屋根上の飛び出し量を低く抑えることができ、かつ車両内雰囲気を均一に空調可能とする空調装置を実現することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の軌道系車両の空調装置は、
構成機器を横方向に並列配置してなる空調ユニットを車両の屋根部に設置した軌道系車両の空調装置において、
前記空調ユニットを車両の長手方向端部に接近して設け、空調空気の吹出口を車両中央側に向けて配置すると共に、該吹出口の一部を屋根裏面に沿って車両長手方向に配置され下方に向く吹出口を有する第１のダクトに連結し、
残りの吹出口を該吹出口から屋根裏面に沿って該空調ユニットを設置した車端側に迂回し車端まで配置され下方に向く吹出口を有する第２のダクトに連結したものである。

本発明では、空調装置の構成機器を車両の屋根部で横方向に並列配置したことにより扁平形状とした空調ユニットを屋根上に半埋め込み式で取り付けることにより、空調装置の屋根上の飛び出し量を低く抑え、車両高さを低く抑えることができる。同時に、天井面を高く維持できるので、車両内空間を広く感じさせることができ、快適性を増し、乗り心地を良くすることができる。

また、空調ユニットを車両の長手方向端部に接近して設けたことにより、車両の天井面に長手方向に長く延設される第１のダクトに対しては、空調された空気の吹出口を第１のダクト側に向けることで、空調空気の第１のダクトへの流通を良好にすると共に、車端側に迂回する第２のダクトの長さを短縮して、第２のダクト内を流通する空調空気の圧力損失を低減して、第２のダクト内での空調空気の風量低下を防止できるようにしている。

これによって、第１のダクト及び第２のダクトから空調空気を均一に吹き出させることができ、車両内雰囲気を均一に空調可能とする。
なお、本発明において、２台の空調ユニットを夫々車両の長手方向両端部に接近して設け、該２台の空調ユニット間を第１のダクトで接続するようにしてもよい。これによって、車両内雰囲気を更に均一に空調できる。

本発明において、空調ユニットを１層階とし、構成機器のうち車外空気吸込ファン、車内空気吸込みファン、吐出しファン、空調空気吹出口を順に車端側から車両中央側に向かって配置するとよい。
これによって、空調ユニットを扁平形状にでき、車両の高さを低くでき、かつ車室内天井面を高く維持できる。また、空調空気の吹出口を車端側から車両中央側に向けて配置するための構成機器の配置を簡素化でき、天井高さを高く維持できる。
なお、第１のダクトを車両の天井面に埋め込むことで、車両の天井面をさらに高く維持できる。

また、本発明において、空調ユニットを２層階とし、構成機器のうち上層階に凝縮器、圧縮機、及び車外空気吸込ファンを配置し、下層階に車内空気吸込みファン、吐出しファン、空調空気の吹出口を順に車端側から車両中央側に向かって配置するとよい。
これによって、空調空気の吹出口をさらに車端側に接近して配置できるため、車両中央部の高い天井面の領域を広げることができる。

また、第１のダクトによる空調領域が広がったことにより、車両内の空調をさらに均一に行なうことができ、快適性を向上できる。
また、第２のダクトを短縮できるので、第２のダクト内の圧力損失を低減でき、第２のダクト内の風量低下を防止できる。

本発明によれば、構成機器を横方向に並列配置してなる空調ユニットを車両の屋根部に設置した軌道系車両の空調装置において、前記空調ユニットを車両の長手方向端部に接近して設け、空調空気の吹出口を車両中央側に向けて配置すると共に、該吹出口の一部を屋根裏面に沿って車両長手方向に配置され下方に向く吹出口を有する第１のダクトに連結し、
残りの吹出口を該吹出口から屋根裏面に沿って該空調ユニットを設置した車端側に迂回し車端まで配置され下方に向く吹出口を有する第２のダクトに連結したことにより、車両の天井を高く維持することで車両内空間を広く感じさせると共に、屋根上の飛び出し量を低く抑えることができるので、車両の安定性を維持でき、かつ車両内雰囲気を均一に空調できる。

本発明の第１実施形態に係る空調装置を装備した軌道系車両の正面視断面図である。 前記軌道系車両の平面視断面図である。 前記軌道系車両に取り付けられた空調ユニットの平面視断面図である。 前記空調ユニットの正面視断面図である。 図３中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 前記空調ユニットの右側面図である。 本発明の第２実施形態に係る空調装置を装備した軌道系車両の正面視断面図である。 前記第２実施形態に係る軌道系車両の平面視断面図である。 前記第２実施形態に係る軌道系車両に取り付けられた空調ユニットの平面視断面図である。 前記第２実施形態に係る空調ユニットの正面視断面図である。 図９中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図９中のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この考案の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明の第１実施形態に係る空調装置を装備した軌道系車両を図１〜図６に基づいて説明する。図１及び図２は、新交通システムの先頭車両１０を示す。新交通システムの車両は、専用軌道Ｔ上をゴムタイヤ１２で走行する。ゴムタイヤ１２間の車体床下には、電動モータ、バッテリ、ＳＩＶ，ＶＶＶＦインバータ等の電源装置や、ブレーキ装置に供給する圧縮空気を製造するコンプレッサ等の床下機器１６が装着されている。また、ゴムタイヤ１２から車端には、連結器等の車端機器１４が装着されている。

先頭車両１０は１０ａが前端側であり、矢印ａ方向に走行する。先頭車両１０の屋根１０ｃには、車両の前端１０ａ及び後端１０ｂの近傍に、2台の空調ユニット２０が半埋め込み式で取り付けられている。以下、図３〜図６により空調ユニット２０の構成を説明する。

図３〜図６に示す空調ユニット２０は先頭車両１０の前端１０ａ側に配置された空調ユニット２０であり、以下、この空調ユニット２０を例にとって空調ユニット２０の構成を説明する。空調ユニット２０は冷凍サイクルを構成する凝縮器、圧縮機及び蒸発器等の機器を備えている。空調ユニット２０のケーシング２２は、扁平の形状をなし、ケーシング２２の半分以上の高さまで屋根１０ｃに埋設されている。ケーシング２２の内部に前記構成機器が水平方向に並列に配置されている。

前端側のケーシング２２には、車幅方向に一対の凝縮器２４ａ及び２４ｂが配置され、凝縮器２４ａ、２４ｂの間にファン２６が配置されている。凝縮器８２ａ、８２ｂ及びファン２６に対面するケーシングには、夫々通風口２８ａ、２８ｂ及び３０が設けられている。ファン２６が稼動することにより、外気が通風口２８ａ及び２８ｂからケーシング２２内に入り、凝縮器２４ａ、２４ｂを冷却した後、通風口３０からケーシング２２の外部に排出される。

仕切り３２を隔てて凝縮器２４ａ、２４ｂの車両中央側空間には、圧縮機３４と換気用ファン３６が配置されている。換気用ファン３６の右隣りには４台のファン３８が車幅方向に配置されている。ファン３８の右隣りにはヒータ４０が配置され、ヒータ４０の右隣りには蒸発器４２が配置されている。そして、ケーシング２２の車両中央側端には４個の吹出口４４が車幅方向に配置されている。

かかる構成において、換気用ファン３６によって通風口４６から外気が導入されると共に、ファン３８によって通風口４８から車室内の空気が導入される。これら車室内外からの導入空気は、冷房運転のときは、蒸発器４２で冷却され、冷却空気が吹出口４４から
後述する第１のダクト５０及び第２のダクト５２を経て車室内に供給される。
暖房運転のときは、冷凍サイクル構成機器の運転は停止され、図示省略の電源装置でヒータ４０のみが稼動する。これによって、通風口４６及び４８から導入された車室内外の空気がヒータ４０で暖められ、この加温された空気が吹出口４４から車室内に供給される。

図１及び図２において、２台の空調ユニット２０は、吹出口４４が互いに向き合うように配置される。そして、２台の空調ユニット２０の各々4個の吹出口４４のうち、車幅方向内側の２個の吹出口４４を２本の第１のダクト５０で連結している。第１のダクト５０は車両の天井面内に埋設されることで、該天井面から下方に突出せず、第１のダクト５０の下面は該天井面と同一面をなす。

また、２台の空調ユニット２０の車幅方向両端側の吹出口４４には夫々第２のダクト５２が接続されている。第２のダクト５２は吹出口４４からすぐに迂回し、ケーシング２２の両側を通り水平方向に車両の前端及び後端まで延設されている。第２のダクト５２の下面は、ケーシング２２の下面２２ａ及び車両の前端及び後端の天井面５４と同一高さになるように配置されている。
第１のダクト５０及び第２のダクト５２の下面には多数の空気吹出口が分散して設けられ、該空気吹出口から空調された空気を吹き出すことができる。

本実施形態によれば、空調ユニット２０の構成機器を水平方向に並列に配置したことにより、空調ユニット２０のケーシング２２を扁平形状にでき、かつケーシング２２を屋根上に半分埋設することで、ケーシング２２の屋根上の飛び出し量を最小限に抑えることができると共に、車室の天井面を高く維持できる。そのため、車両高さ及び重心高さの問題を解消でき、車両のデザイン性を向上できる。

また、２台の空調ユニット２０を車両の前端及び後端近傍に配置すると共に、吹出口４４間を接続した第１のダクト５０を天井面に埋設することにより、車両中央側領域Ｈの天井面を高くできる。これによって、車両内空間を広く感じさせることができ、快適性が上がり、乗り心地を良くすることができる。

また、吹出口４４を水平方向に向け、該吹出口４４を水平に配置された第１のダクト５０で接続することにより、第１のダクト５０内の空調空気の圧力損失を低減でき、第１のダクト５０の全長に亘って空調空気の吹出しを均一にすることができる。
また、第１のダクト５０及び第２のダクト５２から空調空気を吹き出し、これらダクトから離れた通風口４８から車室内の未空調空気を吸い込むようにしているため、車室内空気の冷却効果又は暖房効果を向上できる。

また、空調ユニット２０を車端側に配置したことにより、迂回する第２のダクト５２の長さを短縮でき、第２のダクト５２内の圧力損失を低減できると共に、中央領域Ｈに比べて天井面が低くなる車端側領域Ｌを最小限にすることができる。

なお、本実施形態において、ファン３８で車室内空気の吸い込みと空調空気の吹出しを兼用しているが、これらを夫々別のファンで行なうようにしてもよい。
また、ヒータ４０を設けないで冷房のみを行なう場合には、ファン３８を蒸発器４２の下流側に設けて空調空気の吹出しを行なう。この場合、車室内空気の吸い込み用ファンを別に設けるとよい。

（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図７〜図１２に基づいて説明する。本実施形態の空調ユニットは、ヒータを設置せず、冷凍サイクルを構成する機器のみが配置され、冷房のみを行なう空調装置である。以下、本実施形態の空調ユニット６０を図９〜図１２に基づいて説明する。

図９〜図１２に示す空調ユニット６０は、車両前端１０ａ側の空調ユニットである。空調ユニット６０はケーシング６２を２層階としており、上層階６２ａの車端側には換気用ファン６４が設置され、換気用ファン６４の右隣りに冷凍サイクルを構成する圧縮機６６が配置されている。換気用ファン６４の稼動により、上層階６２ａの両側面に設けられた通風口６８から外気が導入され、導入された外気は、換気用ファン６４の吐出口６４ａから下層階６２ｂに導入される。

下層階６２ｂには、空気流の上流側から蒸発器７０及び吐出しファン７２が設置されている。吐出しファン７２は、車幅方向に4個並列に配置されている。蒸発器７０より上流側で下層階６２ｂの下面には通風口７４が設けられ、吐出しファン７２の稼動により、通風口７４から車室内空気が下層階６２ｂ内に導入される。該車室内空気及び換気用ファン６４の吐出口６４ａから吐出された外気が蒸発器７０を通り、蒸発器７０で冷却された後、吹出口７６から吹き出される。

図１１に示すように、4個の吹出口７６が車幅方向に配置されている。図１０に示すように、吹出口７６は水平方向でかつ車両中央側に向いており、図７及び図８に示すように、吹出口７６に第１のダクト５０及び第２のダクト５２が接続されている。

仕切り７８を介して車両中央側の上階層６２ａには、中央にファン８０が配置され、ファン８０の両側に一対の凝縮器８２ａ及び８２ｂが配置されている。ファン８０及び凝縮器８２ａ及び８２ｂに対面するケーシングの壁面には、夫々通風口８４、８６ａ及び８６ｂが設けられている。ファン８０の稼動によって通風口８６ａ及び８６ｂから外気が導入され、導入された外気は凝縮器２４ａ、２４ｂを流れる冷媒を冷却した後、通風口８４から外部に排気される。
ケーシング６２は、下層階６２ｂが屋根１０ｃに埋め込まれ、上階層６２ａが屋根上に突出するように取り付けられている。

前記第１実施形態と同様に、２台の空調ユニット６０が車両の屋根上でかつ車端側に取り付けられ、吹出口７６は車両中央側に向けられている。車幅方向内側の２個の吹出口７６は、第１のダクト５０によって接続され、両端側の２個の吹出口７６は、空調ユニット６０の両側から車端側に迂回配置された第２のダクト５２に接続されている。第１のダクト５０は天井面の下方に突出しないように天井面に埋設され、車両中央側の天井面を高くしている。第２のダクト５２の下面は、空調ユニット６０の両側で空調ユニット６０の下面６０ａと同一高さになるように配置されている。

かかる構成において、本実施形態では、空調ユニット６０を２層階構造としたことにより、第１実施形態と比べて、吹出口７６を車端側に配置することができる。これによって、高い天井面を形成できる車両中央側領域Ｈをより広げることができ、車内をより広く高く感じさせることができ、より快適感を感じさせ、乗り心地を良くすることができる。

また、圧力損失が少ない第１のダクト５０を配置した車両中央側の冷却範囲が広がったことにより、車室内の温度分布をより均一にでき、乗客の快適感を増すことができる。
また、車端側領域Ｌを狭くできるので、第２のダクト５２を短縮でき、その分第２のダクト５２内の圧力損失を低減でき、風量低下を防止できる。

本発明によれば、軌道系車両の高さを低く抑えられると共に、車内空間を広く維持でき、かつ車内の均一な空調を可能にする空調装置を実現できる。

１０ 先頭車両
１０ａ 車両前端
１０ｂ 車両後端
１０ｃ 屋根
１２ ゴムタイヤ
１４ 車端機器
１６ 床下機器
２０，６０ 空調ユニット
２２、６２ ケーシング
２４ａ、２４ｂ、８２ａ、８２ｂ 凝縮器
２６，３８，８０ ファン
２８ａ、２８ｂ、３０、４６，４８、６８、７４、８４、８６ａ、８６ｂ 通風口
３２，７８ 仕切り
３４，６６ 圧縮機
３６、６４ 換気用ファン
４０ ヒータ
４２，７０ 蒸発器
４４，７６ 吹出口
５０ 第１のダクト
５２ 第２のダクト
５４ 天井面
６２ａ 上階層
６２ｂ 下層階
６４ａ 吐出口
７２ 吐出しファン
Ｈ 車両中央側領域
Ｌ 車端側領域
Ｔ 専用軌道

Claims (3)

1. 構成機器を横方向に並列配置してなる空調ユニットを車両の屋根部に設置した軌道系車両の空調装置において、
   前記空調ユニットを車両の長手方向端部に接近して設け、空調空気の吹出口を車両中央側に向けて配置すると共に、該吹出口の一部を屋根裏面に沿って車両長手方向に配置され下方に向く吹出口を有する第１のダクトに連結し、
   残りの吹出口を該吹出口から屋根裏面に沿って該空調ユニットを設置した車端側に迂回し車端まで配置され下方に向く吹出口を有する第２のダクトに連結したことを特徴とする軌道系車両の空調装置。
2. 前記空調ユニットを１層階とし、前記構成機器のうち車外空気吸込ファン、車内空気吸込みファン、吐出しファン、空調空気吹出口を順に車端側から車両中央側に向かって配置したことを特徴とする請求項１に記載の軌道系車両の空調装置。
3. 前記空調ユニットを２層階とし、前記構成機器のうち上層階に凝縮器、圧縮機、及び車外空気吸込ファンを配置し、下層階に車内空気吸込みファン、吐出しファン、空調空気の吹出口を順に車端側から車両中央側に向かって配置したことを特徴とする請求項１に記載の軌道系車両の空調装置。

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