JP3843472B2

JP3843472B2 - 車両用換気装置

Info

Publication number: JP3843472B2
Application number: JP25740595A
Authority: JP
Inventors: 山崎　　進; 守成服部; 雅一松本; 恭高津
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-10-04
Filing date: 1995-10-04
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2015-10-04
Also published as: JPH09100800A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気密構造の高速車両等の車内を連続的に換気する際に使用する換気装置に係り、特に換気装置の静音化と小形化のための換気装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高速車両用連続換気装置の換気ファンは、特公平３−６６５２０号公報に記載されているように、ファン形式は多翼ファン（前向羽根車付ファン）である。換気装置の構造は駆動モータの両軸に給気ファンと排気用ファンを取付け、またファンの騒音を低減するための消音器は換気装置とは別に設置している。さらに駆動モータの冷却は、排気ファンから吐出される空気で冷却していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の換気装置は、多翼ファン（前向羽根車付ファン）を用いているためファン効率が低く、また多翼ファンの羽根車出口では静圧が無いことから駆動モータの空冷のためには羽根車の吐出空気を直接モータの外周に導流できず、羽根車吐出空気を一端スクロ−ルに集合させて静圧を得てからモータ外周に導流し冷却しており、このため換気装置の容積も大きくなっていた。
【０００４】
さらに消音器は別設とするため換気装置関連の全体容積も大きくなる欠点があった。例え多翼ファンを高速回転させても、モータ冷却ダクトが必要なこと、また消音器は換気装置内に内蔵できないことから、換気装置全体の容積が大きくなる欠点は変わらなかった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、小形で低騒音、高効率の換気装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記の課題を解決するため、以下の手段を備える。
【０００７】
▲１▼換気装置用ファンとしてターボ形ファンを使用し、また駆動モータとして高速モ−タを使用して、駆動モータの両軸に給気ファンと排気ファンを取り付け、さらに駆動モータ、両ファン、消音器をケーシング内に内蔵して小形化する。◆▲２▼給気ファンの羽根車からの吐出空気を直接モータの外周に導流し、また排気ファンの羽根車からの吐出空気もモータ外周に導流して、給気と排気を混合せずにモータ軸に平行に通風させ、従来のモータ冷却ダクトを不用とする。◆
▲３▼モータ外周のフィンがモータの冷却を加速させると同時に、給気と排気が混合せず隣接して通風できるようにフィンが仕切板としての機能をさせる。◆
▲４▼給気路・排気路と外筒ケーシングとの間、および給気ファンと給気口との間のダクトの周囲、さらに排気ファンと排気口との間のダクト周囲に各々吸音材を付設し、給気ファンと排気ファンの騒音が換気装置の外部に伝搬しないようにして低騒音化を図る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例の詳細を述べる前に、その概要を述べる。
【０００９】
気密構造である高速車両等の換気では、外気と車内側給気ファンとの間に吸込管を、また車内側の排気ファンと外気との間に吐出管を用いて連続的に換気をしている。
【００１０】
本発明の実施例では、▲１▼換気装置用ファンとしてターボ形ファン（後向羽根車付ファン）を使用し、ファンとして高効率化を図ると同時に、インバ−タ等により駆動モータを高速化し、駆動モ−タの両軸に給気ファンと排気ファンを取り付け、さらに駆動モータ、両ファン、および消音器を外筒ケーシングに内蔵する。これにより従来より大幅な小形化と低騒音化を図っている。また、▲２▼ターボ形ファンの羽根車出口は静圧が高く、羽根車の吐出空気を直接モータ外周に導流することができるので、給気と排気をモータ外周に導流して、しかも給気と排気が混合せずモータ軸に平行に通風させる。これにより従来のモータ冷却ダクトを不用とし給気路と排気路の容積を大幅に縮小すると同時に、給気路と排気路が外筒ケーシング内に内蔵しているので、従来の給気路と排気路からのファン騒音が大幅に低減して、大幅な低騒音化が図れる。
【００１１】
▲３▼さらにモータ外周にフィンを付けて通気でモータの冷却を加速すると同時に、給気と排気が混合せずに隣接して通風できるようにフィンが仕切板として機能している。
【００１２】
▲４▼本発明の換気装置ではモータの冷却用空気として、外気（給気）でも車内気（排気）でも何れか一方を使用することができる。一方の空気が低温で他方が高温の場合は、低温の空気をモータ外周のフィン間に通気してモータを高効率でモータを冷却し、他方の高温空気は低温空気とモータ外周フィンのさらの外周を通気させて低温側の空気及びモータフィンと断熱させ、この断熱材により通気路からのファン騒音をさらに低減することができる。
【００１３】
▲５▼また本発明では外気（給気）と排気が熱交換しながらモータを冷却することもできる。この場合のフィンは外気と排気の仕切板としての機能とモータ冷却の機能を兼ねており構造が簡単であるから、換気装置さらに小型化が図れる。
【００１４】
▲６▼さらに本発明では駆動モ−タに直結している給気ファンと排気ファンとは別のファンにより低温空気をモータの外周に導流してモータを冷却することもできる。
【００１５】
以上述べたように、本発明の実施例によれば、静音化の図られた高効率で小型の換気装置が提供できる。
【００１６】
以下、図面を用いて本発明の一実施例について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施例を示す断面図であり、図１において、換気装置は、モータケーシング１で包囲された駆動モータ２、駆動モータ２の両軸に給気用のターボファン３、排気用のターボファン４を取付け、これらを包囲する内周側に吸音材１５を粘付した外筒ケーシング５から構成され、外筒ケーシング５には、外気用の吸込口６と吐出口７、排気用の吸込口８と吐出口９を設けた構造としている。
【００１８】
モータ２が駆動すると、給気ファン３、排気ファン４が駆動し、外気吸込口６から外気１０が流入し、給気ファン３内を流れ、モータケーシング１の外周に設けられた冷却フィン１１内を通風し、外気吐出管１２を経て外気吐出口７から吐出していく。排気１３は、排気吸込口８から流入し、排気ファン４内を流れ、冷却フィン１１内を通風し、排気吐出管１４を経て排気吐出口９から吐出していく。
【００１９】
本発明では、小型、高性能、高効率化を図るために、ファンの形式をターボファン形式とし、高効率化による低騒音化を図っている。また、外筒ケーシング５の内周側に吸音材１５を内張りすることで、消音効果が増し、騒音の低減が図られる。さらに、ファン、モータ、消音器を外筒ケーシング５内に内蔵した構造のため、小型化も図られる。
【００２０】
図２、図３は、本発明の換気装置が高速車両に設置されている状態を示し、換気装置５は空調装置３３とともに車体３２の下部に取付ている。複数の車両から編成される高速列車では、何れの車両でも換気装置と空調装置を各１台ずつ車体３２の下部に取付けている。
【００２１】
図３は、車内３６と換気装置５、空調装置３３との間の空調、換気に伴う空気の流れを模式図で示している。排気１３は排気ファン４により車内３６より吸引し排気ファン４を経て１３ｅのように車外へ排出する。また、新鮮な外気は吸気ファン３により１０のように車外より吸引し吸気ファン３を経て１０ｅのように空調装置の上流部３３ａ内に流れる。一方、空調装置３３は、車内３６の循環空気３７を吸引し３７ａのように空調装置の上流部３３ａへ導流する。空調装置では上流部３３ａ内で循環空気３７ａと外気１０ｅが混合し、混合空気は蒸発器３８を経た下流部３３ｂ内では温度と湿度が適宜に空調された状態となり、３７ｄのように車内３６へ流れる。このように、気密構造の高速車両にあっても換気装置５によって車内３６では排気１３を流出し、新鮮空気は空調された状態で３７ｄのように補給することができる。
【００２２】
図４、図５は、本発明における一実施例であり、図４は図１におけるＡ−Ａ´断面図、図５はＢ−Ｂ´断面図である。図４において外気吸込口６から流入した外気１０は、給気ファン３からモータ外周に設けた冷却フィン１１内を駆動モータ２を冷却しながら通風し、外気吐出口７へ向かって順次拡大されていく形態の外気吐出管１２から外気吐出口７へ吐出していく。図５に示すように給気ブロワ３、排気ファン４が駆動した際に冷却フィン１１に流入する給気１０と排気１３とがフィン内で混合しないように隣接して通風出来るように仕切状のフィンとし、給気と排気とが同時に熱交換が出来る空冷フィン形状としている。
【００２３】
これにより、駆動モータ２が給気と排気によって冷却されて、また給気と排気が同時に熱交換が出来る。図４、図５は、とくに排気が給気より低温の場合であり、この場合駆動モータ２が排気によって効率よく冷却されると同時に、給気も低温となり、給気フアン下流の空調機の空調負荷も軽減されて空調機の高性能化が得られる（空調能力が約１５％増加する）。
【００２４】
図６は、本発明に関わる参考例である。本発明では、図６に示すように、モータケーシング１ａで包囲された駆動モータ２ａと、駆動モータ２ａの両軸に２段型の外気用ターボファン３ａ、３ｂ、２段型の排気用ターボファン４ａ、４ｂを包囲する外筒ケーシング５ａから構成され、外筒ケーシング５ａには、外気用に吸込口６ａと吐出口７ａ、排気用の吸込口８ａと吐出口９ａを設けた構造としている。また外筒ケーシング５ａの内周側には、吸音材１５ａを粘付している。２段型のターボファンを取付けることにより、羽根車部分が更に小型化されるので、換気装置の全体容積が小型化され、吸音材１５ａによって低騒音化される。
【００２５】
図７は、本発明に関わる他の参考例であり、図８は図７におけるＣ−Ｃ´断面図である。本参考例では、図７、図８に示すように、排気が高温でモータの冷却が出来ない場合に給気ファンからの外気で冷却できるような構造としている。駆動モータ２ｂが駆動すると、給気ファン３ｃ、排気ファン４ｃが回転し、外気吸込口６ｂから外気２０が流入し、給気ファン３ｃ内を流れ、モータ外周に設けられた外気流路２２に流入し駆動モータ２ｂを冷却し、外気吐出口７ｂから吐出していく。排気２１は、排気吸込口８ｂから流入し、排気ファン４ｃ内を流れ、外気流路２２の外周側に設けられた排気流路２３を通風して、排気吐出口９ｂから吐出していく。外気と排気とが混合しないように給気流路２２と排気流路２３の間は断熱シート２４で仕切った構造としている。
【００２６】
これにより、排気が高温となって、モータの冷却が出来ない場合でも、給気によって駆動モータが冷却出来る。
【００２７】
図９は、本発明に関わる他の参考例である。図１０は図９におけるＤ−Ｄ´断面図、図１１は図９におけるＥ−Ｅ´断面図である。本参考例では、図９、図１０、図１１に示すように、排気が高温で、しかも給気ファンの圧縮作用により給気も高温の場合に、本発明では換気装置のファンと異なる他のファンによって外気をモータの外周に導流して駆動モータを冷却する構造としている。駆動モータ２ｃが駆動すると、給気ファン３ｄ、排気ファン４ｄが回転し、外気吸込口６ｃから外気２５が流入して、給気ファン３ｄ内を通って、給気流路２２ａを通風して外気吐出口７ｃから吐出していく。排気２６は、排気吸込口８ｃから流入し、排気ファン４ｄ内を通って、給気流路２３ａを通風して排気吐出口９ｃから吐出していく。モータを冷却するモータ冷却風２８は、モータ冷却風吸込口２７から流入し、モータ外周に設けられたモータ冷却流路２９を駆動モータ２ｃを冷却しながら通風しモータ冷却風吐出口３０から吐出していく。給気２５、排気２６、モータ冷却風２８がそれぞれ混合しないように給気流路２２ａ、排気流路２３ａ、モータ冷却流路２９は、吸音材で仕切った構造としている。
【００２８】
これにより、排気および給気が高温デ、両空気ではモータを冷却出来ない場合でも換気装置のファンとは異なる他のファンによってモータ冷却風を導流してモータを冷却することが出来る。
【００２９】
以上、本発明の詳細な内容を述べたが、本発明は従来の換気装置に比べ、ファン効率が１０％向上して騒音が約１０ｄＢ低減し、また装置の容積が３０％小型化する。さらに給気・排気の温度に対応して本発明の通気構造とすれぱ、モータを高効率で冷却することができる。
【００３０】
本発明の実施例によれば、▲１▼高速モータとモータの両軸に単段ターボファンを使用し、外筒ケーシング内にファン、モータ、消音器を内蔵することにより、小型・高効率化が図られ、消音器によって低騒音化が図られる。▲２▼モータ外周に外気と排気が混合せずに隣接して通風出来る仕切状の空冷フィンを設けることにより、モータの冷却と給気と排気の熱交換が出来る。▲３▼高速モータの両軸に２段ターボファンを取付けることにより、さらに小型化が図られる。また▲４▼給気ファンの外気でモータを冷却するモータ空冷構造にしたり、▲５▼換気装置のファンと異なる他のファンにより外気を導流してモータを冷却するモータ空冷構造にすることにより、排気が高温であってもモータを冷却することが出来る。
【００３１】
以上▲１▼〜▲５▼の発明により、従来構造の換気装置に比べ、ファン効率が１０％向上すると同時に騒音が約１０ｄＢ低減し、さらに装置の容積が３０％小型化する。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、高速モータの両軸に単段ターボファンを取付け、外筒ケーシング内に両ファン、モータ、消音器を内蔵したことにより、小形で低騒音、高効率の車両用換気装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における一実施例を示す図である。
【図２】本発明の換気装置の高速車両における設置例を示す図である。
【図３】本発明における一実施例の空気流れの説明図である。
【図４】図１におけるＡ−Ａ´断面図である。
【図５】図１におけるＢ−Ｂ´断面図である。
【図６】本発明に関わる参考例を示す図である。
【図７】本発明に関わる他の参考例を示す図である。
【図８】図７におけるＣ−Ｃ´断面図である。
【図９】本発明に関わる他の参考例を示す図である。
【図１０】図９におけるＤ−Ｄ´断面図である。
【図１１】図７におけるＥ−Ｅ´断面図である。
【符号の説明】
１…モータケーシング、１ａ…モータケーシング、１ｂ…モータケーシング、１ｃ…モータケーシング、２…駆動モータ、２ａ…駆動モータ、２ｂ…駆動モータ、２ｃ…駆動モータ、３…給気ファン、３ａ…給気ファン、３ｂ…給気ファン、３ｃ…給気ファン、３ｄ…給気ファン、４…排気ファン、４ａ…排気ファン、４ｂ…排気ファン、４ｃ…排気ファン、４ｄ…排気ファン、５…外筒ケーシング、５ａ…外筒ケーシング、５ｂ…外筒ケーシング、５ｃ…外筒ケーシング、６…外気吸込口、６ａ…外気吸込口、６ｂ…外気吸込口、６ｃ…外気吸込口、７…給気吐出口、７ａ…給気吐出口、７ｂ…給気吐出口、７ｃ…給気吐出口、８…排気吸込口、８ａ…排気吸込口、８ｂ…排気吸込口、８ｃ…排気吸込口、９…排気吐出口、９ａ…排気吐出口、９ｂ…排気吐出口、９ｃ…排気吐出口、１０…給気、１０ａ…給気、１０ｂ…給気、１０ｃ…給気、１０ｄ…給気、１１…冷却フィン、１１ａ…冷却フィン、１１ｂ…冷却フィン、１１ｃ…冷却フィン、１２…給気吐出管、１２ａ…給気吐出管、１２ｂ…給気吐出管、１２ｃ…給気吐出管、１３…排気、１３ａ…排気、１３ｂ…排気、１３ｃ…排気、１３ｄ…排気、１４…排気吐出管、１４ａ…排気吐出管、１４ｂ…排気吐出管、１４ｃ…排気吐出管、１５…吸音材、１５ａ…吸音材、１５ｂ…吸音材、１５ｃ…吸音材、１６…回転方向、１６ａ…回転方向、１７…給気、１７ａ…給気、１７ｂ…給気、１７ｃ…給気、１７ｄ…給気、１７ｅ…給気、１７ｆ…給気、１８…排気、１８ａ…排気、１８ｂ…排気、１８ｃ…排気、１８ｄ…排気、１８ｅ…排気、１８ｆ…排気、１９…リターンガイドベーン、２０…給気、２０ａ…給気、２０ｂ…給気、２０ｃ…給気、２０ｄ…給気、２０ｅ…給気、２１…排気、２１ａ…排気、２１ｂ…排気、２１ｃ…排気、２１ｄ…排気、２１ｅ…排気、２２…給気流路、２２ａ…給気流路、２３…排気流路、２３ａ…排気流路、２４…断熱シート、２５…給気、２５ａ…給気、２５ｂ…給気、２５ｃ…給気、２５ｄ…給気、２５ｅ…給気、２６…排気、２６ａ…排気、２６ｂ…排気、２６ｃ…排気、２６ｄ…排気、２６ｅ…排気、２７…モータ冷却風吸込口、２８…モータ冷却風、２８ａ…モータ冷却風、２８ｂ…モータ冷却風、２８ｃ…モータ冷却風、２８ｄ…モータ冷却風、２９…モータ冷却流路、３０…モータ冷却風吐出口、３１…モータ冷却風吐出管、３２…車体、３３…空調装置、３４…車輪、３５…レ-ル、３６…車内、３７…循環空気、３８…蒸発器、３９…車体床板。

Claims

ファンを吸込流路及び吐出流路を有するケーシング内に内蔵し、気密構造である高速車両等を連続的に換気する車両用換気装置において、
駆動モータの両軸に吸気ファンと排気ファンを取付け、これらを包囲し内周側に吸音材を粘付した外筒ケーシングと、この外筒ケーシングに外気用吸込口と吐出口、排気用吸込口と吐出口を備えてなり、
前記駆動モータを収納するモータケーシングの外周には冷却フィンが設けられ、前記駆動モータの駆動で回転する前記吸気ファンによって前記外気吸込口から外気が流入し、回転する前記排気ファンによって前記排気用吸込口から排気が流入するとともに、流入した前記外気と排気は前記冷却フィンを通風し、前記それぞれの吐出口から排出されることを特徴とする車両用換気装置。
請求項１記載の車両用換気装置において、
前記吸気ファンによる外気と前記排気ファンによる排気は同時に前記冷却フィンと熱交換することを特徴とする車両用換気装置。