JP2016088310A - Outdoor equipment of air conditioner for railway vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両用空気調和装置の室外機に関するものである。 The present invention relates to an outdoor unit of an air conditioner for a railway vehicle.
鉄道車両用空気調和装置は、鉄道車両の屋根又は床下に搭載され、特に屋根に搭載される場合は、屋根の上に突出した形で配置されるか、天井部に埋め込まれる形で配置されている。鉄道車両用空気調和装置は、車両外の空気を取り込み室外熱交換器で冷媒と熱交換を行う室外機と、車両内の空気を取り込み室内熱交換器で冷媒と熱交換を行う室内機と、を有する。室外機は、車両外部側に室外機カバーを有し、室外機カバーには車両外の空気を取り込む吸気口、熱交換した空気を車両外部に排出する排気口を有する。吸気口及び排気口には、開口部にルーバーが配置されており、開口部から室外機の内部に異物が侵入するのを防止しながら空気の出し入れを可能にしている。また、鉄道車両用空気調和装置の室外機の内部には、熱交換器へ冷却風を送るための室外送風機を有する。 A railcar air conditioner is mounted on the roof or under the floor of a railcar, and in particular when mounted on the roof, it is arranged in a form protruding on the roof or embedded in the ceiling. Yes. The railway vehicle air conditioner includes an outdoor unit that takes in air outside the vehicle and exchanges heat with the refrigerant in the outdoor heat exchanger, an indoor unit that takes in air in the vehicle and exchanges heat with the refrigerant in the indoor heat exchanger, Have The outdoor unit has an outdoor unit cover on the vehicle exterior side, and the outdoor unit cover has an intake port that takes in air outside the vehicle and an exhaust port that discharges heat-exchanged air to the outside of the vehicle. A louver is disposed at the opening at the intake port and the exhaust port, and air can be taken in and out while preventing foreign matter from entering the interior of the outdoor unit from the opening. Moreover, it has the outdoor air blower for sending cooling air to a heat exchanger inside the outdoor unit of the air conditioner for rail vehicles.
鉄道車両用空気調和装置の室外機は、冷房運転時には、室外送風機により吸気口から取り込んだ空気を冷却風として室外熱交換器へ送風し、熱交換し、熱せられた空気を排気風として排気口から排出している。鉄道車両用空気調和装置の室外機は、走行風の影響により排気口における冷却風の圧力損失が高くなる。そこで、空気調和装置の室外機の排気口配置及び排気口周辺形状を変更することにより、空気調和装置の室外機の冷却風量を多くする提案がされている。 During the cooling operation, the outdoor unit of the air conditioner for a railway vehicle blows air taken from the intake port by the outdoor blower to the outdoor heat exchanger as cooling air, exchanges heat, and exhausts the heated air as exhaust air. Are discharged from. In the outdoor unit of an air conditioner for railway vehicles, the pressure loss of the cooling air at the exhaust port becomes high due to the influence of the traveling wind. Then, the proposal which increases the cooling air volume of the outdoor unit of an air conditioner by changing the exhaust port arrangement | positioning of an outdoor unit of an air conditioner and an exhaust port periphery shape is made.
例えば、鉄道車両用空気調和装置の室外機として、「排気口の縁部外周の端部断面形状が丸みを有し、車体表面より突出した排気口を備えた」ものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, as an outdoor unit of an air conditioner for a railway vehicle, an "outside section of the outer periphery of the exhaust port has a rounded cross section and has an exhaust port protruding from the surface of the vehicle body" has been proposed (for example, , See Patent Document 1).
また、排気口に可動式のルーバーを備え、車両の進行方向に応じてルーバーの位置を可変するものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, there has been proposed a type in which a movable louver is provided at the exhaust port, and the position of the louver is varied in accordance with the traveling direction of the vehicle (see, for example, Patent Document 2).
高速走行中の鉄道車両は、走行風の影響によって、鉄道車両用空気調和装置の室外機の排気口における排気風の圧力損失が高くなり、室外機の冷却風量が低下し、鉄道車両用空気調和装置の冷却効率が低下する。そのため、特許文献1で提案されている鉄道車両用空気調和装置においては、排気口の縁部外周の端部断面形状に丸みをもたせ、排気口を車両表面より突出させている。しかし、排気口を車両表面から突出させているため、騒音の発生源になってしまうという課題があった。
Railway vehicles that are traveling at high speeds have an increased pressure loss of the exhaust air at the exhaust port of the outdoor unit of the rail vehicle air conditioner due to the influence of the traveling wind, the cooling air volume of the outdoor unit decreases, and the air conditioning for the rail vehicle. The cooling efficiency of the device is reduced. Therefore, in the railway vehicle air conditioner proposed in
特許文献2で提案されている鉄道車両用空気調和装置の室外機においては、排気口に可動ルーバーを配置することで、排気口上を通過する風による渦が生ずるのを防ぎ、排気と逆流する向きに空気が流れることがなくなり、排気を円滑にすることが出来る。しかし、この可動ルーバーは車両表面から突き出ているため、騒音の発生源になってしまうという課題があった。
In the outdoor unit of a railway vehicle air conditioner proposed in
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、騒音を増加させることなく、排気風の圧力損失を低下させることにより、冷却風量を増加させ、冷却効率が高い鉄道車両用空気調和装置の室外機を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. By reducing the pressure loss of exhaust air without increasing noise, the amount of cooling air is increased and the cooling efficiency is high. It aims at providing the outdoor unit of an air conditioning apparatus.
本発明に係る鉄道車両用空気調和装置の室外機は、吸気口及び排気口と、前記吸気口から鉄道車両外の空気を取り込み、前記排気口から鉄道車両外へ排出する送風機と、前記吸気口から取り込まれた鉄道車両外の空気と熱交換を行う熱交換器と、を備え、前記排気口は、長手方向を鉄道車両走行方向と平行に配置される複数の排気口ルーバーを備え、前記排気口ルーバーは、鉄道車両走行方向に垂直な断面形状が、鉄道車両外部に排出される排気風の流れ方向に進むに従い、排気風の流れの垂直方向に広がる形状である。 An outdoor unit of an air conditioner for a railway vehicle according to the present invention includes an intake port and an exhaust port, a blower that takes in air outside the railway vehicle from the intake port, and discharges the air from the exhaust port to the outside of the railway vehicle, and the intake port A heat exchanger that exchanges heat with the air outside the railway vehicle taken in from, and the exhaust port includes a plurality of exhaust port louvers arranged in parallel with the traveling direction of the rail vehicle, and the exhaust The mouth louver has a shape in which a cross-sectional shape perpendicular to the traveling direction of the railway vehicle expands in a direction perpendicular to the flow of the exhaust air as the exhaust air flows to the outside of the railway vehicle.
本発明に係る鉄道車両用空気調和装置の室外機によれば、排気口ルーバーの断面形状を排気風に対し抵抗の少ない形状とし、排気風の流速の低下を抑え、走行時においても冷却風量の低下を抑えることが出来る。これにより、騒音を増加させることなく冷却効率が高い鉄道車両用空気調和装置の室外機を得ることができる。 According to the outdoor unit of an air conditioner for a railway vehicle according to the present invention, the cross-sectional shape of the exhaust louver is made to have a shape with less resistance to the exhaust air, suppressing a decrease in the flow velocity of the exhaust air, and reducing the amount of cooling air even during traveling. The decrease can be suppressed. Thereby, the outdoor unit of the air conditioning apparatus for railway vehicles having high cooling efficiency without increasing noise can be obtained.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below. Moreover, in the following drawings, the relationship of the size of each component may be different from the actual one.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る鉄道車両用空気調和装置の室外機1の車両走行方向に対し直交する方向に沿う断面図である。本実施の形態に係る鉄道車両用空気調和装置は、鉄道車両の車体の天面に突出させた形で配置されているが、車両天井部に埋め込まれる形で配置してもよく、又は車両の床下に配置してもよい。また、本実施の形態に係る鉄道車両用空気調和装置は、室外機1と室内機(図示なし)とを備える。室外機1は、車両外部側を覆う室外機カバー2を備え、室外機カバー2には、排気口3と吸気口4とが設けられている。排気口3は、室外機カバー2の天面に設けられ、排気口3の開口部には車両走行方向に排気口ルーバー5aが配置されている。排気口ルーバー5aは、複数あり、開口部に一定の隙間を持って互いに平行に配置され、車両外部から室外機1の内部への異物の侵入を防止しているとともに室外機1からの排気風13が通過出来るようになっている。また、吸気口4は、室外機カバー2に、排気口3を車両走行方向に対し直交する方向に挟みこむ形で設けられており、開口部には車両走行方向と直交する方向に吸気口ルーバー(図示なし)が配置されている。吸気口ルーバーは、複数あり、開口部に一定の隙間を持って互いに平行に配置され、車両外部からの室外機1の内部への異物の侵入を防止しているとともに車両外の空気が通過出来るようになっている。室外機1の内部には、吸気口4から排気口3までの経路に室外送風機7が配置されている。室外送風機7は、吸気口4から車両外の空気を取り込み、冷却風10として熱交換器8へ送り、熱せられた空気を排気風13として排気口3から排出している。なお、室外機1の冷却風量を増加させるために有利な構成として、本実施の形態のように室外機カバー2の天面に排気口3を設けているが、排気口3の位置と吸気口4の位置を入れ替え、かつ室外送風機7の送風方向を反転させた形態をとることも可能である。また、室外機1の空気の流れとして、室外送風機7から吐出された空気が熱交換器8に入る形態と、熱交換器8を通過後に室外送風機7に空気が入る形態の両方が存在するが、そのどちらの形態をとることも可能である。何れの場合も、室外送風機7を挟むように熱交換器8が配置されており、室外送風機7を回転させることで空気の流れを発生させ、熱交換器8に車両外部の空気を送り込んで、熱交換器8内を流れる冷媒との間で熱交換を行なわせている。また、室外機1が鉄道車両の車体に埋め込まれる場合においては、排気口3及び吸気口4のうち少なくとも1つを車体表面に設け、車体表面に配置したもの以外は室外機カバー2に設けることも可能である。
FIG. 1 is a cross-sectional view taken along a direction orthogonal to the vehicle traveling direction of the
図2は、室外機カバー2の天面に設けられた排気口3の斜視図である。室外機カバー2の天面に排気口3の開口部があり、排気口3の開口部には車両走行方向と平行に複数の排気口ルーバー5aが配置されている。また、排気口ルーバー5aは、ルーバー上面6が室外機カバー2と同一面に沿うように配置されている。図2中に示される白抜き矢印は車両走行風12を示している。鉄道車両が高速で走行すると、車両走行風12は速度を増し、排気口3での排気風13の抵抗が増す。
FIG. 2 is a perspective view of the
図3は、比較例に係る排気口ルーバー50の車両走行方向に垂直な断面形状を表した図である。比較例に係る排気口ルーバー50は、長方形の長辺に隣り合った2つの頂点に丸みをつけた形状とした断面形状となっており、丸みを付していない2角とその挟辺を排気風13の上流方向に対向させている。つまり、比較例に係る排気口ルーバー50は、排気風13の上流方向に向かって平面を垂直に対向させている。また、比較例に係る排気口ルーバー50の配置は、図1及び図2に示す排気口ルーバー5aと同じ配置になっている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a cross-sectional shape of the
図4は、本実施の形態に係る排気口ルーバー5aの車両走行方向に直交する方向に沿った断面形状を表した図である。本実施の形態に係る排気口ルーバー5aの断面形状は半円形状であり、排気口ルーバー5aは、排気風13の流れの上流方向に半円の弧の中点を向けている。半円の弦に相当するルーバー上面6は、室外機1から車両外部側に向けられ、室外機カバー2の表面に沿って配置される。つまり、排気口ルーバー5aは、円筒を円筒の中心軸に沿って2分割した形状のうちの一つと同じであり、室外機1の内部から吹き出す排気風13に対し、その円筒面を対向させている。排気風13は排気口ルーバー5aに当たり円筒面に沿って2方向に分配されて流れるため、図3で示される比較例の排気口ルーバー50よりも排気抵抗が小さくなる。このため、比較例に対し、排気風13の流速の低下が抑えられ、冷却風量の減少が抑えられる効果が得られる。また、排気口ルーバー5aは車両外部に対し突出していないため、騒音を抑えることが出来る。
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional shape of
実施の形態2.
実施の形態1に対し、排気口ルーバー5aの断面形状を変更させた鉄道車両用空気調和装置の室外機について述べる。
An outdoor unit of a railway vehicle air conditioner in which the cross-sectional shape of the
図5は、本実施の形態に係る排気口ルーバー5bの車両走行方向に直交する方向に沿った断面形状を表した図である。実施の形態2での排気口ルーバー5bの断面形状は正三角形であり、排気風13の上流方向に対し正三角形の頂点のうち1つを向けている。正三角形の頂点の対辺に相当するルーバー上面6は、鉄道車両外部側に向けられ、室外機カバー2の表面に沿って配置される。つまり、排気口ルーバー5bは、正三角柱であり、室外機1の内部から吹き出す排気風13に対し、正三角柱の側面稜線の1つを対向させている。排気風13は排気口ルーバー5bに当たり三角柱の側面稜線から2面に沿って2方向に分配されて流れるため、図3で示した比較例の排気口ルーバー50よりも排気抵抗が小さくなる。このため、比較例に対し、排気風13の流速の低下が抑えられ、冷却風量の減少が抑えられる効果が得られる。本実施の形態に係る排気口ルーバー5bの形状で気流解析を実施したところ、図3の比較例に係る排気口ルーバー50の形状の場合と比較して約8%の圧力損失を低減することが出来た。また、本実施の形態に係る排気口ルーバー5bは、排気風13が排気口ルーバー5bに垂直に衝突する面が無いため、実施の形態1に係る排気口ルーバー5aと比較して、排気風13により生ずる騒音も低減する効果が得られる。
FIG. 5 is a view showing a cross-sectional shape of
また、図6〜図8は、本実施の形態に係る排気口ルーバー5bの変形例を示したものである。本実施の形態においては、排気口ルーバー5bは断面形状を正三角形としたが、これに限定されない。例えば、排気口ルーバー5bの断面形状を、図6に示される排気口ルーバー5cのように二等辺三角形にしたもの(変形例1)、又は、図7に示される排気口ルーバー5dのように三角形の頂点を挟む2辺を円弧にしたもの(変形例2)、図8に示される排気口ルーバー5eのように三角形の頂点を円弧形状にしたもの(変形例3)、に置換することが出来る。つまり、排気口ルーバーの断面形状が、排気風13の上流側から排気風13の流れ方向に進むに従って、排気風13の流れの垂直方向に広がる形状であれば、図3で示した比較例の排気口ルーバー50よりも排気抵抗が小さくする効果が得られる。これにより、比較例に対し、排気風13の流速の低下が抑えられ、冷却風量の減少が抑えられる効果が得られる。
6 to 8 show modifications of the
実施の形態3.
実施の形態1及び実施の形態2に対し、排気口ルーバーの配置を変更させることにより排気風13の抵抗を減少させる室外機1の構成について述べる。本実施の形態においては、排気口ルーバー5と表記されている箇所は、例えば、実施の形態1に係る排気口ルーバー5a、又はその他の変形例(排気口ルーバー5b〜5e)などの排気風13の排気抵抗を少なくするために有利な形状の排気口ルーバーに置換することが出来る。
The configuration of the
図9は、排気口3を車両走行方向に平行かつ地面に垂直な断面で切断した図である。排気口3の開口部に複数の排気口ルーバー5が配置されており、排気口3が開口されている室外機カバー2の表面よりも室外機1の内側に下がった位置に配置されている。つまり、室外機カバー2と排気口ルーバー5との間には、室外機1の内側に凹んだ方向に段差がある。図9中の室外機カバー2の表面に沿う白抜き矢印は、車両走行風12を示す。図9中の排気口内からの白抜き矢印は、空気調和装置の室外機1の排気風13を示す。
FIG. 9 is a view in which the
排気口ルーバー5を室外機カバー2の表面よりも下げることにより、室外機カバー2に沿って流れていた車両走行風12は、排気口3の開口部の段差にさしかかると室外機カバー2からはく離し、排気口3の開口部周辺の空気の圧力が低下する。このため、排気風13を排出する抵抗は開口部に段差が無い場合よりも少なくなる。これにより、比較例に対し、排気風13の流速の低下が抑えられ、冷却風量の減少が抑えられる効果が得られる。また、排気口ルーバー5を車両外部に突出させていないため、騒音を抑えることが出来る。
By lowering the
本実施の形態の排気口ルーバー5の配置で実施の形態2の排気口ルーバー5bの形状とし、気流解析を実施したところ、排気口ルーバー50のルーバー上面6を室外機カバー2に沿って配置した場合(比較例)と比較して約10%の圧力損失を低減することが出来た。
When the
1 室外機、2 室外機カバー、3 排気口、4 吸気口、5 (実施の形態3に係る)排気口ルーバー、5a (実施の形態1に係る)排気口ルーバー、5b (実施の形態2に係る)排気口ルーバー、5c (変形例1に係る)排気口ルーバー、5d (変形例2に係る)排気口ルーバー、5e (変形例3に係る)排気口ルーバー、6 ルーバー上面、7 室外送風機、8 熱交換器、10 冷却風、12 車両走行風、13 排気風、50 (比較例に係る)排気口ルーバー。 1 outdoor unit, 2 outdoor unit cover, 3 exhaust port, 4 intake port, 5 (according to Embodiment 3) exhaust port louver, 5a (according to Embodiment 1) exhaust port louver, 5b (according to Embodiment 2) Exhaust louvers, 5c Exhaust louvers, 5d (according to modification 1) Exhaust louvers, 5e (according to modification 2) Exhaust louvers, 6 Louver top surface, 7 Outdoor blower, 8 heat exchanger, 10 cooling air, 12 vehicle running air, 13 exhaust air, 50 (according to comparative example) exhaust louver.
Claims (5)
前記吸気口から鉄道車両外の空気を取り込み、前記排気口から鉄道車両外へ排出する送風機と、
前記吸気口から取り込まれた鉄道車両外の空気と熱交換を行う熱交換器と、を備え、
前記排気口は、
長手方向を鉄道車両走行方向と平行に配置される複数の排気口ルーバーを備え、
前記排気口ルーバーは、
鉄道車両走行方向に垂直な断面形状が、鉄道車両外部に排出される排気風の流れ方向に進むに従い、排気風の流れの垂直方向に広がる形状である、鉄道車両用空気調和装置の室外機。 Intake and exhaust ports;
A blower that takes in air outside the railway vehicle from the intake port and exhausts it from the exhaust port to the outside of the railway vehicle;
A heat exchanger for exchanging heat with air outside the railway vehicle taken in from the intake port,
The exhaust port is
A plurality of exhaust louvers arranged in the longitudinal direction in parallel with the traveling direction of the railway vehicle,
The exhaust louver is
An outdoor unit for an air conditioner for a railway vehicle, wherein the cross-sectional shape perpendicular to the traveling direction of the railway vehicle is a shape that spreads in the vertical direction of the flow of exhaust air as the exhaust air flows to the outside of the railway vehicle.
前記室外機カバーは、前記送風機及び前記熱交換器が収納され、
前記吸気口及び前記排気口は、前記室外機カバーに設けられる、請求項1に記載の鉄道車両用空気調和装置の室外機。 An outdoor unit cover that covers the outside of the railway vehicle
The outdoor unit cover accommodates the blower and the heat exchanger,
The outdoor unit of an air conditioner for a railway vehicle according to claim 1, wherein the intake port and the exhaust port are provided in the outdoor unit cover.
鉄道車両走行方向に垂直な断面形状が半円形状であり、前記半円形状の弧を排気風の流れに対向させる、請求項1又は2に記載の鉄道車両用空気調和装置の室外機。 The exhaust louver is
The outdoor unit for an air conditioner for a railway vehicle according to claim 1 or 2, wherein a cross-sectional shape perpendicular to the traveling direction of the railway vehicle is a semicircular shape, and the semicircular arc is opposed to a flow of exhaust air.
鉄道車両走行方向に垂直な断面形状が三角形であり、前記三角形の1つの頂点を排気風の流れに対向させ、前記頂点の対辺を排気風の流れに垂直に配置させる、請求項1又は2に記載の鉄道車両用空気調和装置の室外機。 The exhaust louver is
The cross-sectional shape perpendicular to the running direction of the railway vehicle is a triangle, one vertex of the triangle is opposed to the flow of exhaust air, and the opposite side of the vertex is arranged perpendicular to the flow of exhaust air. The outdoor unit of the air conditioning apparatus for railway vehicles as described.
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