JP4206298B2 - 鉄道車両 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の床中に配置した戻しダクトに車内の調和空気を吸い込ませるための空調吸込みダクトに関し、特に乗客の足元にできる冷気塊を除去して乗客の居住部を快適な空間にすることを目的とした鉄道車両の空調吸込みダクトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両には、冷房や暖房によって車内を温度を一定に保つように鉄道車両の空調システムが設けられている。図２は、高速鉄道車両の断面にて鉄道車両の空調システムを簡略化して示した図である。高速鉄道車両の車体１００は、床構体１０１と屋根構体１０２と左右の側構体１０３，１０３とから構成され、床構体１０１上には、左右にそれぞれ座席数の異なる座席１０５，１０６が車体１００の長手方向に沿って複数配置されている。左右の側構体１０３，１０３には、座席１０５，１０６の上側にそれぞれ荷棚１０７，１０７が取り付けられている。
【０００３】
そして、こうした車体１００に鉄道車両の空調システムが構成されている。先ず、床構体１０１には車体１００の長手方向に沿って、外側に２本の主ダクト１１１，１１２が左右に設けられ、その内側には２本の戻しダクト１１３，１１４がやはり左右に設けられている。主ダクト１１１，１１２は、床構体１０１に取り付けられた図示しない空調装置本体に接続され、その空調装置本体から調和空気が供給されるようになっている。一方の戻しダクト１１３，１１４にも空調装置本体が接続され、座席１０５，１０６の下にそれぞれ形成された吸込み口１１５，１１６から吸い込まれた調和空気が空調装置本体に戻されるように構成されている。
【０００４】
左右の主ダクト１１１，１１２には、車体１００の長手方向に設けられた複数の縦ダクト１１７，１１８が接続されている。車体１００には側構体１０３，１０３に複数の側窓が車体１００の長手方向に沿って形成されており、複数の縦ダクト１１７，１１８は、その側窓の間を側構体１０３，１０３に沿って立ち上げられている。そして、縦ダクト１１７，１１８は、荷棚１０７の下側にまで延び、その先端に形成された吹出ダクトから車内に調和空気が吹き出すようになっている。
【０００５】
そこで、こうして構成された鉄道車両の空調システムでは、図示しない空調装置本体からの調和空気が主ダクト１１１，１１２を通って複数の縦ダクト１１７，１１８に供給される。そして、その縦ダクト１１７，１１８を通って流れた調和空気は、左右の荷棚１０７，１０７の下から車内に吹き出される。吹き出された調和空気は、図２の白抜き矢印で示すように、荷棚１０７，１０７の下面に沿って斜め上方に、かつ車体１００の天井の中央方向に向かって流れる。
【０００６】
次に、こうして左右から吹き出された調和空気は、中央付近で互いにぶつかり合って下降し、更に床１０８にぶつかって再び左右に分かれて流れ、車内には白抜き矢印で示すような気流がつくられる。一方、車内の調和空気は、座席１０５，１０６の下にあって、床１０８から突き出されて開口した吸込み口１１５，１１６から戻しダクト１１３，１１４に吸い込まれる。そして、戻しダクト１１３，１１４に入った調和空気は、空調装置本体に戻されて再び主ダクト１１１，１１２に供給されて循環する。
【特許文献１】
特開平１１−３４８７８１号公報（第２−３頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来における鉄道車両の空調システムでは、暖房運転時に車内両側の下隅部Ｐ，Ｐの温度が上がらずに左右の側窓側の座席に座った人の足元が寒くなる問題があった。そこで、２５℃の調和空気を吹き出した場合に、車内の温度分布がどのようになっているかシュミレーションを行った。図４は、そのシュミレーション結果を示した図であり、乗客の足元を通る断面部分を示している。この結果、車内を流れる調和空気の流れに沿って２３℃以上の領域とそれを下回る領域とに分かれ、特に下隅部Ｐ，Ｐは２３℃以下になり、部分的には２１℃を下回ってしまう箇所もあった。このように下隅部Ｐ，Ｐには車内の他の部分と比較して相対的に冷えた空気が滞ってしまっており、いわゆる冷気塊ができてしまっていた。
【０００８】
これは、側構体１０３の壁１０９やそこに設けられた側窓に接して冷やされた空気が、浮力の差によって生じる自然対流によって側窓や壁１０９に沿って下降し、左右の下隅部Ｐ，Ｐ付近に滞ってしまうからと考えられる。また、車内にできる気流は、図２に示したように、上方から車体中央のほぼ通路上でぶつかって下降方向に流れ、床１０８まで降りたところで再び左右に分かれて床１０８及び壁１０９に沿って流れる。しかし、このとき車内両側の下隅部Ｐ，Ｐを避けるように気流が生じており、これにも冷気塊が拡散されないまま滞ってしまう原因があった。そこで、この冷気塊を拡散させるため気流の勢いを強くすることも考えられるが、強すぎる調和空気の風は乗客にとって体への負担となるため、また埃を巻き上げる原因にもなるため、好ましい方法ではない。
【０００９】
従ってこれまでは、暖房運転にした場合に下隅部Ｐ，Ｐに冷気塊ができてしまい、窓側に座った乗客の足元が冷えてしまっていた。足元の温度が低いと、冷え性の人にとってはつま先などの冷えがつらくなることもあり、また特に、長距離の乗車になると、靴を脱いでリラックスしたい場合もあるのにかかわらず、足が冷えるため脱げないといったことになっていた。
【００１０】
そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、足元に冷気塊ができないようにして乗客の居住部を快適な空間にする鉄道車両を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鉄道車両は、中央の通路を挟んで複数のクロスシートが車体長手方向に配置されたものであり、床構体には車体の長手方向に沿って設けられた窓側の主ダクトと中央側の戻しダクトとが空調装置本体に接続され、その空調装置本体から供給される調和空気が前記主ダクトから側構体に形成された縦ダクトを介して車内に送り込まれ、更に前記戻しダクトに車内の調和空気が吸い込まれて循環するようにした空調システムを有するものであって、前記戻しダクトには床を突き抜けて車内に延びた空調吸込みダクトが接続され、その空調吸込みダクトは、前記クロスシートの下を車内中央側から窓側へと横に延び、先端の吸込み口が窓側の座席の位置で下方を向くように設けられたものであることを特徴とする。
【００１２】
よって本発明によれば、空調装置本体から供給される調和空気を主ダクトを介して車内に送り込み、そうした車内の調和空気を戻しダクトに吸い込んで循環させる際、戻しダクトへは空調吸込みダクトを介して調和空気が吸い込まれるが、その吸込み口が窓側座席の下に位置するように形成されているので、冷気塊となる相対的に冷えた空気を吸込むことができる。そのため、暖房運転時には左右の壁側に座っていた乗客の足元の調和空気を効率よく吸込むことができ、冷気塊を生じさせないようにして乗客が座る居住部を快適な空間にすることができる。
【００１３】
また、本発明に係る鉄道車両は、前記空調吸込みダクトが前記戻しダクトから立ち上げられ、折り曲げられて窓側に向けて横に延びたものであることを特徴とする。
よって、本発明によれば、その折れ曲がった部分が吸音エルボとして活用され、空気ファンから戻しダクトを遡って車内に伝達する騒音を減衰させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る鉄道車両は、前記空調吸込みダクトの吸込み口が前記座席下の更に窓側よりの位置で下を向いて開口したものであることを特徴とする。
よって本発明によれば、吸込み口が窓側座席下の隅部にて下向きに開口しているので、冷気塊となる相対的に冷えた空気を車内にできる気流の流れに沿って吸込むことができるため、暖房運転時には左右の壁側に座っていた乗客の足元の調和空気を効率よく吸込むことができ、冷気塊を生じさせないようにして乗客が座る居住部を快適な空間にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る鉄道車両について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、高速鉄道車両の断面にて鉄道車両の空調システムを簡略化して示した図である。高速鉄道車両の車体１０は、前記従来例と同様に、床構体１と屋根構体２と左右の側構体３，３とから構成され、その床構体１上には、３列の座席５と２列の座席６とが車体１０の長手方向に沿って配置されている。そして、左右の側構体３，３には、長手方向に並んだ座席５，６毎に不図示の側窓が設けられ、更に座席５，６の上には車内側に荷棚７，７が突き出して取り付けられている。
【００１６】
鉄道車両の空調システムは、こうした構造の車体１０に構成されている。先ず、床構体１には車体１０の長手方向に沿って、外側に２本の主ダクト１１，１２が左右に設けられ、その内側には２本の戻しダクト１３，１４が設けられている。主ダクト１１，１２は、床構体１に取り付けられた図示しない空調装置本体に接続され、その空調装置本体から調和空気が供給されるようになっている。一方の戻しダクト１３，１４も空調装置本体に接続され、座席５，６の下にそれぞれ形成された吸込み口１５ａ，１６ａから吸い込まれた車内の調和空気が空調装置本体に戻されるように構成されている。
【００１７】
本実施形態では、吸込み口１５ａ，１６ａの位置がそれぞれ左右の側構体３，３に近接するように空調吸込みダクト１５，１６を延ばし、更にその開口方向を下向きにして構成されている。すなわち、空調吸込みダクト１５，１６は、戻しダクト１３，１４から座席５，６の脚に沿って立ち上がり、略直角に折れてから座席台に添わせて側構体３，３側に延び、再び略直角に折れて垂直下向きに吸込み口１５ａ，１６ａが開口している。こうすることによって、下隅部Ｐ，Ｐ（図２参照）に滞ってしまう冷気塊ができる空間に吸込み口１５ａ，１６ａを配置させ、相対的に冷えてしまう部分の調和空気を戻しダクト１３，１４から吸い込んで循環させる構成となっている。
【００１８】
ところで、図２に示す従来例の構成であっても吸込み口１１５，１１６から下隅部Ｐの空気を積極的に吸い込むようにすることが考えられた。しかし、従来の吸込み口１１５，１１６では、黒矢印で示すように冷気塊の空気の吸込みが、白抜き矢印で示す車内における気流の流れに逆らう関係となって効率良く吸い込むことができなかった。
【００１９】
これに対して本実施形態では、吸込み口１５ａ，１６ａを冷気塊のある下隅部に配置し、更に下向きに開口させることにより、車内できる気流の流れに沿って下隅部の調和空気を吸込むことができるように構成されている。また、こうして吸込み口１５ａ，１６ａをこの位置に配置させたことにより、冷気塊を直接吸込むことができることの他に、これまでは気流がこの下隅部を避けるように流れていたが、ここで吸引力を働かせることによって下隅部を経由して空気をかき回すように気流が生じるようにもなっている。
【００２０】
次に、左右の主ダクト１１，１２には、それぞれ車体１０の長手方向に設けられた複数の縦ダクト１７…，１８…が接続されている。車体１０には側構体３，３に複数の側窓（図示せず）が車体１０の長手方向に沿って形成されており、複数の縦ダクト１７…，１８…は、その側窓の間を側構体３，３に沿って立ち上げられている。そして、それぞれの縦ダクト１７…，１８…は荷棚７の下側にまで延び、その先端には荷棚７に沿って吹出口１７ａ，１８ａが形成され、そこから車内に向けて調和空気が吹き出されるようになっている。
【００２１】
そこで、こうした鉄道車両の空調システムでは、図示しない空調装置本体からの調和空気が主ダクト１１，１２を通って複数の縦ダクト１７，１８…に供給される。特に本実施形態では、調和空気吹き出し方法として、３列ある座席５側の吹出口１７ａから吹き出される調和空気の流量と、反対側になる座席６側の吹出口１８ａから吹き出される調和空気の流量とが、５４対４６の割合になるように設定されている。これは、座席５，６に座った乗客に気流となって流れる調和空気が直接当たらないようにするためである。
【００２２】
主ダクト１１，１２に供給された調和空気は、縦ダクト１７，１８を通り、左右の荷棚７，７の下にある吹出口１７ａ，１８ａからそれぞれ車内に吹き出される。左右両方から吹き出された調和空気は、図１に白抜き矢印で示すように、先ず荷棚７，７の下面に沿って斜め上方に、車体１０の天井中央方向に向かって流れ、ぶつかり合って方向を下に変えて下降する。このとき、下降気流となった調和空気が乗客に直接当たると冷やしすぎや暖めすぎとなってしまうため、下降気流が通路上に生じることが要求される。その場合、座席数が異なるため通路が車体１０の中央でないこと、山側と海側とで側窓から差し込む日差しによって車内温度に偏りが生じることなどを考慮する必要があった。
【００２３】
そこで、こうした要因を勘案して実験を繰り返したところ、吹出口１７ａから吹き出される調和空気の吹き出し流量と、吹出口１８ａから吹き出される調和空気の吹き出し流量との合計を１００としてみた場合に、吹出口１７ａからの吹き出し流量の割合が５０より大きく６０以下の範囲でほぼ好ましい結果を得ることができた。そして、特に吹出口１７ａ，１８ａから吹き出される調和空気の吹き出し流量が、５４対４６であるときが最も良い結果となった。
【００２４】
続いて、こうした調和空気吹き出し方法により通路上に生じた調和空気の下降気流は、床８にぶつかって再び左右に分かれ、乗客の足元を流れた後、側構体３，３の壁９，９に沿って上昇する気流となる。その際、図１に黒塗り矢印で示すように、吸込み口１５ａ，１６ａには下隅部に降りてくる冷えた空気の他、気流となって足元を流れる調和空気が吸い込まれていく。吸込み口１５ａ，１６ａから吸い込まれた車内の調和空気は、空調吸込みダクト１５，１６を通ってそれぞれ戻しダクト１１３，１１４を流れ、不図示の空調装置本体によって温度調整された調和空気として再び主ダクト１１，１２を流れて車内に吹き出される。調和空気は一部が車外に排出されるが、基本的にはこうした循環が繰り返される。
【００２５】
よって、本実施形態の空調吸込みダクトによれば、空調装置本体によって送られる調和空気を車内に供給し、戻しダクト１３，１４に戻して循環させる際、吸込み口１５ａ，１６ａを冷気塊が生じる下隅部に配置し、更に下向きに開口させて車内にできる気流の流れに沿って吸込みができるように構成したので、暖房運転時に左右の壁９，９側に座っていた乗客の足元の調和空気を効率よく吸込むことができ、冷気塊を生じさせないようにして乗客が座る居住部を快適な空間にすることができた。
【００２６】
そこで、本実施形態の空調吸込みダクト１５，１６を採用した場合の車内の温度分布をシュミレーションしてみた。図３は、乗客の足元を通る断面でそのシュミレーション結果を示した図である。この結果からも分かるように、本実施形態では車内のほぼ全体が２３．５℃に保たれ、これまで冷気塊の存在した下隅部Ｐ，Ｐ（図２参照）でも２２℃を下回る箇所はほとんどなかった。従って、乗客の足元に相対的に冷えた冷気塊は生じなくなり、乗客が座る居住部を快適な空間にすることができた。
【００２７】
また、従来は吸込み口１１５，１１６が床に接して上向きに開口していたので、そこから埃が入りやすかった。そのため、戻しダクト１１３，１１４の口を清掃する頻度が高くなってしまい、また吸い込まれてしまった埃は戻しダクト１１３，１１４内を汚染するため、空気フィルタの交換頻度も高かった。それに対して本実施形態では、吸込み口１５ａ，１６ａを床面から離して下向きに開口させたことによって吸込み口１５ａ，１６ａに埃が入り難くなり、清掃や空気フィルタ交換の頻度を減らすことができた。
【００２８】
また、従来は吸込み口１１５，１１６を床１０８から突き出していたため乗客の足元において邪魔なものになっていた。しかし、本実施形態では、空調吸込みダクト１５，１６が座席５，６の脚に沿って立ち上がり、吸込み口１５ａ，１６ａは座席５，６から下に垂らすように構成したため、邪魔にならない構成となって、この点でも乗客の居住部において快適性が向上し、加えて床の清掃をする場合にも清掃担当者の作業がしやすくなった。
【００２９】
更に、空調吸込みダクト１５，１６は、その形状が戻しダクト１３，１４から座席５，６の脚に沿って立ち上がり、略直角に折れてから枕木方向に沿って側構体３，３側に横向きに延び、再び略直角に折れて垂直下向きに形成されているため、その折れ曲がった部分が吸音エルボとして活用され、その結果、空気ファンから戻しダクト１１３，１１４を遡って車内に伝達する騒音を減衰させることができるようになった。
【００３０】
一方、本実施形態では、調和空気吹き出し方法として吹出口１７ａ，１８ａからの調和空気の吹き出し条件を、吹出口１７ａと吹出口１８ａとの間で調和空気の吹き出し流量を５４対４６にしたので、下降気流が通路上に位置するようになって、通路側の座席に座る乗客にその下降気流が当たることがなくなった。これにより、乗客に風があたるドラフト感をなくし、過度に冷やされたり暖められたりするようなこともなくなって、乗客の居住部をより快適な空間とすることができた。
【００３１】
以上、鉄道車両の空調吸込みダクトについて一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなくその趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では戻しダクト１３，１４に新たな吸込み口１５ａ，１６ａを設けて従来の吸込み口１１５，１１６を除いているが、従来の吸込み口１１５，１１６を残して両者を併用するようにしてもよい。
また、前記実施形態では高速鉄道車両を例に挙げて説明したが、特に鉄道車両の空調吸込みダクトに係る発明に関しては、他の鉄道車両にも適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、戻しダクトから側構体側に延び、先端の吸込み口を車内の下隅部に位置するように形成したので、足元に冷気塊ができないようにして乗客の居住部を快適な空間にする鉄道車両の空調吸込みダクトを提供することが可能になった。
一方で、車内に左右から吹き出される調和空気のその吹き出し条件を、調和空気の流量の割合を任意に設定するようにしたので、下降気流が左右の座席数が異なるその座席間の通路上に生じさせることができ、乗客の居住部を快適な空間にする鉄道車両の調和空気吹き出し方法を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施形態の空調吸込みダクトを含む鉄道車両の空調システムを高速鉄道車両の断面にて簡略化して示した図である。
【図２】 従来例の空調吸込みダクトを含む鉄道車両の空調システムを高速鉄道車両の断面にて簡略化して示した図である。
【図３】 本発明の一実施形態における車内温度分布のシュミレーション結果を示した図である。
【図４】 従来例における車内温度分布のシュミレーション結果を示した図である。
【符号の説明】
１ 床構体
２ 屋根構体
３ 側構体
５，６ 座席
７ 荷棚
１１，１２ 主ダクト
１３，１４ 戻しダクト
１５，１６ 空調吸込みダクト
１７，１８ 縦ダクト

Claims (3)

1. 中央の通路を挟んで複数のクロスシートが車体長手方向に配置されたものであって、床構体には車体の長手方向に沿って設けられた窓側の主ダクトと中央側の戻しダクトとが空調装置本体に接続され、その空調装置本体から供給される調和空気が前記主ダクトから側構体に形成された縦ダクトを介して車内に送り込まれ、更に前記戻しダクトに車内の調和空気が吸い込まれて循環するようにした空調システムを有する鉄道車両において、
   前記戻しダクトには床を突き抜けて車内に延びた空調吸込みダクトが接続され、その空調吸込みダクトは、前記クロスシートの下を車内中央側から窓側へと横に延び、先端の吸込み口が窓側の座席の位置で下方を向くように設けられたものであることを特徴とする鉄道車両。
2. 請求項１に記載する鉄道車両において、
   前記空調吸込みダクトは、前記戻しダクトから立ち上げられ、折り曲げられて窓側に向けて横に延びたものであることを特徴とする鉄道車両。
3. 請求項１又は請求項２に記載する鉄道車両において、
   前記空調吸込みダクトは、前記吸込み口が前記座席下の更に窓側よりの位置で下を向いて開口したものであることを特徴とする鉄道車両。

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