JP2011213206A - 鉄道車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特急車両等の鉄道車両の屋根上に設置される鉄道車両用空調装置において、室外送風機の吸込口と吹出口の配置を工夫して必要な風量を確保し、室外送風機の風量の一部を新鮮気に取り込んで必要な新鮮気風量を確保し、圧縮機を常に安定的に冷却する。
【解決手段】空調装置の室外送風機において、吸込口３は先頭車両となる場合の車両進行方向背面に近い位置の上面中央部に、吹出口４は車両の進行方向背面に近い位置の上面側寄り背面に設けられる。走行風圧の影響により吸込口３と吹出口４に発生する圧力差が室外送風機の風圧に比べて小さく、室外送風機の風量減少を抑制できる。また、室外送風機の吸込口３における風向きを下吹きにして、室外送風機の風量の一部を吹出部の空間に隣接して設けた風道に吹き出す。この風道と、空調装置背面の別途の新鮮気口とから新鮮外気を取り込んで、必要な新鮮気風量を確保する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば時速１６０ｋｍ以上で走行する特急車両のような鉄道車両の屋根上に搭載される鉄道車両用空調装置に関し、特に、走行風の影響により室外送風機の風量や新鮮気風量が減少するのを抑制するのに好適な先頭車両に運転室用として搭載される鉄道用空調装置に関する。

従来、鉄道車両の屋根上に搭載される鉄道車両用空調装置においては、空調装置の室外送風機の吸込口と吹出口の配置に関して走行風の影響は考慮されておらず、車体表面と同一面に沿って設けられた室外カバーに設けられており縁部内周の端部断面形状が丸みを有する吸気口と、この吸気口に設けられるルーバとを備えており走行風を室外機内部に導入するようにした構造が提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、室外送風機の外気取入れ口と吹出口を車両の長手方向に向けて配置すると、室外送風機の風条件は、車両の走行方向が前後逆となる列車の運転に応じて、外気取り入口が吹出口の風下になり、吹出口の温風がそのまま外気取入れ口に吸い込まれてしまう現象（ショートサーキット）が生じる問題がある。そのため、室外機への外気の取入れは走行風の風向きに対して直角方向にする必要があるが、そうすると走行風から取り入れられる導入量は必要な風量と比較して少量となる。また、室外送風機の吸込口と吹出口に送風方向と逆方向の圧力差が発生した場合は、通風抵抗が増大して風量が減少するという問題がある。更に、先頭車両の周囲が負圧になることにより、新鮮気風量が減少するという問題があった。

また、運転室用空調装置に限らず鉄道車両用空調装置においては、当該装置に備わる圧縮機の放熱により周囲の空気温度が上昇するので、圧縮機のモータコイルに絶縁劣化が生じる場合がある。こうした絶縁劣化を防止するため、一般的な対策としては、室外送風機の風量の一部を圧縮機室に導入することで圧縮機室内を冷却することが行われている。しかしながら、圧縮機室内の温度は外気温度に左右されるため、真夏日の日射を受ける高外気温時には、期待した冷却効果が得られないという問題があった。

特開平１１−３２１６４４号公報

時速１６０ｋｍ以上で走行する特急車両のような鉄道車両においては、特に先頭車の屋根上に搭載される運転室用空調装置の場合に、外気の取入れと排気とが走行風の影響を直接に受けるので、空調装置の表面に発生する圧力差により室外送風機の風量が減少したり、車両周囲が負圧になったりするため鮮気風量が減少するという問題があった。

本発明の目的は、鉄道車両用空調装置の表面に発生する圧力差が小さい位置に室外送風機の吸込口と吹出口を設けて必要な風量を確保し、新鮮気の取入口に室外送風機の風量の一部を供給して、必要な新鮮気風量を確保することにある。さらに、車内の排気を圧縮機室に吹き出すようにして圧縮機を常に安定した空気温度で冷却することにある。

鉄道車両用空調装置の室外送風機の吸込口と吹出口を先頭車両となる場合の車両進行方向背面に近い位置の上面に設けるとともに、室外送風機の風向きを下吹きにして吸込口を空調装置の中央部に、吹出口を側寄りに設ける。
車両の走行中には、走行風圧の影響により室外送風機の吸込口と吹出口に圧力差が発生する。車両の走行中は空調装置の正面に近い位置では枕木方向中央部の表面圧力が側寄りの表面圧力よりも高く、背面側に近づくにつれて中央部の表面圧力と側寄りの表面圧力は等しくなる。よって、車両の進行方向背面に近いほど室外送風機の吸込口と吹出口の圧力差が室外送風機の静圧に比べて小さくなる。進行方向背面に近い位置の上面に吸込口と吹出口を設けるので、室外送風機の風量減少を防止することができる。

また、室外送風機の吹出部真下の空間に新鮮外気を取り込む通風孔が開いた風道を設けて、この通風孔を通じて、及び空調装置背面の新鮮気口を通じて新鮮気を取り込むことにより新鮮気風量の減少を防止できる。また、室外送風機の風量の一部を、通風孔を通じて風道に吹き出すように構成しているので、空調装置の背面に設けている新鮮気口の圧力が負圧になっても、必要な新鮮気風量を確保することができる。

さらに、車内の排気を圧縮機室に吹き出すことにより圧縮機を常に安定した空気温度で冷却することができる。車内の排気空気の温度はほぼ一定であるため、圧縮機室の冷却能力を一定に保つことができる。

以上説明したように、本発明によれば、走行風圧の影響により室外送風機の吸込口と吹出口に発生する圧力差が室外送風機の静圧に比べて小さく、室外送風機の風量減少を抑制できる。また、室外送風機の風量の一部を、空調装置の背面に設けている新鮮気口に通じている風道に吹き出すので、当該新鮮気口の圧力が負圧になっても、必要な新鮮気風量を確保することができる。
また、車内の排気を圧縮機室に吹き出すので圧縮機を常に安定した空気温度で冷却することができる。

本発明による鉄道車両用空調装置の外観図で、車両の屋根上に搭載した状態を示した図である。 図１の鉄道車両用空調装置の後部に取付ける屋根上風道の立体図である。 図１の鉄道車両用空調装置の平面図である。 図３の鉄道車両用空調装置のＡ線上とＢ線上の表面圧力を示した特性図である。 図１の鉄道車両用空調装置の背面図である。 図１に示す鉄道車両用空調装置の上面カバーを外した状態を示した図である。 図１に示す鉄道車両用空調装置の背面側の主要断面を示した図である。 図１に示す鉄道車両用空調装置の新鮮気風道の主要断面を示した図である。 図１に示す鉄道車両用空調装置の正面側の主要断面を示した図である。

以下、本発明の一実施例を図１〜図９に示す実施例により詳細に説明する。ここで、図１は本発明による鉄道車両用空調装置の外観図であって、車両の屋根上に搭載した状態を示した図、図２は図１の鉄道車両用空調装置の後部に取付ける屋根上風道の立体図、図３は図１の鉄道車両用空調装置の平面図、図４は図３の鉄道車両用空調装置のＡ線上とＢ線上の表面圧力を数値解析で求めた特性図、図５は図１の鉄道車両用空調装置の背面図、図６は図１に示す鉄道車両用空調装置の室外カバーと室内カバーを外した状態を示した図、図７は図１に示す鉄道車両用空調装置の背面側の主要断面を示した図、図８は図１に示す鉄道車両用空調装置の新鮮気風道の主要断面を示した図、図９は図１に示す鉄道車両用空調装置の正面側の主要断面を示した図である。

図１において、本発明による鉄道車両用空調装置１（以下、簡単のため「空調装置１」と略す。）が鉄道車両の屋根上に搭載されている状態で示されている。この実施例では、鉄道車両は先頭車両であって、空調装置１は運転室用として設けられている。空調装置１の車両先端側の屋根上には、走行風の流れを流線形にして走行抵抗を減らすためのフェアリング３０が設けられている。空調装置１の車両先端側から見た背後側に隣接して付設される態様で、屋根上風道４０が屋根上に取り付けられている。屋根上風道４０は、空調装置１の背面から吸込む新鮮空気や背面に吹出す室外送風機の排風を車両の側面に案内する働きをする。屋根上風道４０は、図２に示すように、隔壁４１により中央で左右に仕切られたケース構造を備えていて、一方の仕切り室の側壁には室内機に新鮮気を吸込むための側面吸込口４２が形成されており、他方の仕切り室の側壁には室外送風機の排風を吹出す側面吹出口４３が形成されている。

本発明による空調装置１は図３に示すように室外カバー２を有しており、室外カバー２には、空調装置１の背面側（図３左側）に近い位置に室外送風機の吸込口３と吹出口４とが設けられている。これは、走行風により空調装置１の上面吸込口３と上面吹出口４にそれぞれ発生する圧力が図４に示すようにほぼ等しくなる（圧力差は略ゼロで一定している）ためであり、圧力差による通風抵抗の増大に起因した室外送風機の風量減少を抑制することを目的としている。図３において、５は室内カバーである。

また、図５に示すように、空調装置１には、その先頭車両の先頭側から見た背面にも室外冷却風の背面吹出口６が設けられている。本実施例では、背面吹出口６は複数の丸孔として形成されているが、長孔に形成しても大きな開口として形成しても良い。背面吹出口６を設ける理由は、空調装置１の背後に屋根上風道４０を設けることにより、背面吹出口６からの排気を直接に車両外部に吹き出すことなく、一旦、屋根上風道４０に排気させる構造とすることができる。このような構造によって、空調装置１の背面は走行風の影響を直接受けず、室外送風機の風力に対して抵抗となる圧力差が発生するのを防止することができる。更に、空調装置１の背面には、背面吹出口６に対して枕木方向反対側の中心寄りに新鮮気口７が設けられており、屋根上風道４０の側面吸込口４２を通じて取り込まれた新鮮気が新鮮気口７を通じて空調装置１に取り込まれる。

図６において、室外送風機８は送風方向が下吹きになるように配置されており、室外カバー２に設けられている吸込口３から吸い込んだ外気で凝縮器９を冷却した後に、その外気を室外カバー２の上面吹出口４と背面吹出口６から機外に放出する。また、空調装置１には、室外送風機８の吹き出し側の室外風道２４に隣接した内部空間に、新鮮気口７に通じている新鮮気風道１０が設けられており、給気送風機１１により新鮮気風道１０を通じて新鮮外気が室内機に取り込まれる。新鮮気風道１０には、新鮮外気の吸入流路を遮断して車両を気密にするために、給気締切弁１２が配設されている。

図７に示すように、空調装置１の冷凍サイクルにおいては、室外機側において圧縮機１３から吐き出された高温・高圧のガス冷媒は、凝縮器９で外気により冷却されて高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、キャピラリーチューブ１４で減圧された後、室内機側に設けられている蒸発器１５で客室の循環空気との熱交換により蒸発して低圧のガス冷媒となり、室外機側に設けられているアキュムレータ１６を通って圧縮機１３に戻る。

室内送風機（図示せず）は車両の天井内の風道に組み込まれており、圧縮機１３の真下を通る吹出風道１７と接続されて客室（運転室）の空気をリターン口１８から吸入して、蒸発器１５で冷却した空気を客室（運転室）内に送風する。

図５に示す新鮮気口７を通じて新鮮気風道１０に吸入された外気と、図６及び図８に示すように室外送風機８から室外風道２４に吹き出された送風空気のうち室外風道２４の下部に設けた通風孔１９を通じて新鮮気風道１０に流入した空気とが、図８に示すフィルター２０を通ってろ過された後、図６に示す給気締切弁１２を通って給気送風機１１によりリターン室２５に送風される。室外送風機８の風量の一部が、空調装置１の背面に設けている新鮮気口７に通じている新鮮気風道１０に通風孔１９を通じて吹き出すので、新鮮気口７の圧力が負圧になっても、必要な新鮮気風量を確保することができる。

排気送風機２１は、図９に示すように排気口２２から客室（運転室）内の空気を吸い込んで、圧縮機１３が設置された部屋に排風する。その結果、圧縮機１３の周囲空気は客室（運転室）内の排気で冷却されるので、圧縮機１３のコイル温度上昇が抑制される。圧縮機１３が設置された部屋に運転室から導入された空気（運転室からの排気空気）は、圧縮機１３が設置された部屋を仕切る壁に備えられた開口部（図示なし）から大気へ放出される。ここで、排気締切弁２３は、排気流路を遮断して車両を気密にするために取付けられる。

１…鉄道車両用空調装置、２…室外カバー、３…上面吸込口、４…上面吹出口、５…室内カバー、６…背面吹出口、７…新鮮気口、８…室外送風機、９…凝縮器、１０…新鮮気風道、１１…給気送風機、１２…給気締切弁、１３…圧縮機、１４…キャピラリーチューブ、１５…蒸発器、１６…アキュムレータ、１７…吹出風道、１８…リターン口、１９…通風孔、２０…空気フィルター、２１…排気送風機、２２…排気口、２３…排気締切弁、２４…室外風道、２５…リターン室、３０…フェアリング、４０…屋根上風道、４１…隔壁、４２…側面吸込口、４３…側面吹出口。

Claims (6)

1. 鉄道車両の屋根上に設置される空調装置において、
   室外送風機の吸込口と吹出口を先頭車両となる場合の車両進行方向背面に近い位置の上面に設けたことを特徴とする鉄道車両用空調装置。
2. 前記室外送風機の前記吸込口を前記空調装置の枕木方向中央部に、前記吹出口を前記空調装置の側寄りに設けたことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用空調装置。
3. 前記空調装置の車両進行方向背面には、室外熱交換器を通過した排風が吹き出る吹出口と、前記吹出口が設けられる位置に対して枕木方向反対側の位置に新鮮気を取り入れる取入口とが設けられていることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用空調装置。
4. 前記空調装置の前記背面に対して、前記取入口に取り入れられる新鮮気を一方の側面から吸入し、前記吹出口から吹き出された前記室外熱交換器の排風を反対の側面に吹出す屋根上風道を付設したことを特徴とする請求項３記載の鉄道車両用空調装置。
5. 外気を取入れる新鮮気風道を前記室外送風機の吹出し部に隣接して設け、該新鮮気風道の壁に前記室外送風機の吹出し空気が通る通風孔を設けたことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用空調装置。
6. 前記鉄道車両は先頭車であり、前記空調装置は運転室用空調装置であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の鉄道車両用空調装置。

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