JP4319098B2 - 鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、空調装置から調和空気を室内に送風するためのものであって、特に送風機からダクトに吹き出される調和空気のダクトロスを減少させた空調部吹出し構造を有する鉄道車両に関する。

鉄道車両には、客室の乗車環境を向上させるため、室内を適切な温度に調節する空調システムが設けられている。その鉄道車両用空調システムでは、車内からの循環空気と換気用送風機により吸い込んだ車外の新鮮空気とが混合され、熱交換によって冷却あるいは加熱され調和空気となって車内に送風される。調和空気は床下に設けられたダクトを通して空調装置から送られ、更に車体の側壁内に設けられたダクトを通って荷物棚下部の送風口から室内に吹き出される。

ここで図３は、従来の鉄道車両の空調システムを構成するダクトの配置を示した車体床面の平面図である。従来の鉄道車両用空調システムは、車体の前後に２台の空調装置と、それらとは別に換気装置をそれぞれ車体床下に吊り下げられるようにして搭載され、それらの吹出し口及び吸込み口には、図３に示すように車体の幅方向（枕木方向）に配置された空調装置部床下の各ダクト１３１〜１３４と換気装置部床下ダクト１０３，１０４が接続されている。

また、車体の床中には車体の前後方向に延びるメインのダクトが複数平行して設けられており、空調装置部の各床下ダクト１３１〜１３４、及び換気装置部床下ダクト１０３，１０４はそれぞれ、それらのメインダクトに接続されている。すなわち、空調装置から車内に調和空気を送り込むための一対の床中調和空気ダクト１１１，１１２や、車内から循環空気を空調装置に取り込む一対の、床中リターンダクト１１３，１１４がそれぞれ左右対称に配置され、更に換気装置で取り込んだ車外の新鮮空気を各空調装置に送り込む床中新鮮気ダクト１１５が車体中央に前後方向に設けられている。

鉄道車両用空調システムでは、換気装置によって車内の空気が車外へ排出される一方で車外からは新鮮空気が取り入れられ、その取り込まれた新鮮空気は、換気装置部床下ダクト１０３から車体の床中新鮮気ダクト１１５を通り、空調装置部の床下新鮮気ダクト１３１を通じて各空調装置へと送り込まれる。また、その空調装置は、床中リターンダクト１１３，１１４と床下リターンダクト１３２を介して車内の循環空気を取り込む。従って空調装置では、新鮮空気と車内からの循環空気が混合され、熱交換され冷却あるいは加熱された調和空気が床下調和空気ダクト１３３，１３４から、車体の床中調和空気ダクト１１１，１１２を通じて車内へと送風される。

ここで図４は、床下調和空気ダクト１３３を示した図３のＡ−Ａ断面図であり、図５は、床下調和空気ダクト１３４を示した図３のＢ−Ｂ断面図である。
鉄道車両の床構造は、図４及び図５に示すように、台枠横梁１５０が側構体１６０に接続され、車体の幅方向に張り渡されている。台枠横梁１５０は、図３に示すように車体の長手方向に所定の間隔をあけて設けられており、その上には気密床１５１が張られ、更にその上に車両長手方向に伸びた床受けを介して客室床板１５２が支持されている。床中調和空気ダクト１１１，１１２、床中リターンダクト１１３，１１４及び新鮮気ダクト１１５は、この気密床１５１と客室床板１５２との間に配置され、空調装置部の各床下ダクト１３１〜１３４や換気装置部床下ダクト１０３，１０４は、台枠横梁１５０の間に配置されている。
特開平１１−２５５１２２号公報（第２−３頁、図１）

ところで、鉄道車両用空調システムにおける従来の空調部吹出し構造は、空調機と直接接続されており風量が多く、風速の高くなる床下ダクトの断面積が小さく、ダクトロスが大きいために車内温度を調整するため車内に送風される調和空気の風量が不足するという問題があった。ダクトロスは、ダクトの曲部や断面形状の変化、ダクトの分岐などによって生じるが、それによりダクト内の静圧が低下してしまい、特に空調装置から離れた車端部での風量が不足することになる。従って、調和空気は、床下調和空気ダクト１３３，１３４から床中調和空気ダクト１１１，１１２へ流れ、更に車体の側壁内に沿って起立したダクトへと長い距離を流れるため、その間のダクトロスを最大限抑える必要がある。

従来における鉄道車両は、床下調和空気ダクト１３３，１３４の吹込み口２０１，２０２が、図３に示すように、床下リターンダクト１３２を挟んで配置された空調部吹出し構造を有している。そして、吹込み口２０１，２０２には、その下に配置された空調装置の送風機から、調和空気が鉛直上向きに吹き出されるようになっている。しかし、送風機から吹き出される調和空気はファンの回転方向によって偏流が起きてしまうため、実際に送風機から吹き出された調和空気Ｆは、図４及び図５に示すように斜め上方の流れとなって吹込み口２０１，２０２に入る。

従って、図５に示す床下調和空気ダクト１３４は、その配管の向きが偏流による調和空気Ｆの流れの方向と一致するため、吹込み口２０２から床下調和空気ダクト１３４へと吹き出される調和空気Ｆのロスは少ない。しかし、図４に示す反対側の床下調和空気ダクト１３３の場合は、その配管の向きが偏流による調和空気Ｆの流れの方向と逆になるため、吹込み口２０２から床下調和空気ダクト１３４へと吹き出された調和空気Ｆは、壁にぶつかって反転してから流れ込むようになっているため、非常に大きなダクトロスとなってしまっていた。

一方、従来の空調部吹出し構造は、台枠横梁１５０が図３に示すように車体の長手方向に所定の間隔で設けられているが、床下調和空気ダクト１３３，１３４や床下リターンダクト１３２は、その隣り合う２本の台枠横梁１５０，１５０の間に納められている。従って、その限られたスペースに設置するため、これまでは床下調和空気ダクト１３３，１３４の断面積を大きくとることができず、この点でもダクトロスを生じる原因となっていた。
よって、従来における鉄道車両では、その空調部吹出し構造が、こうしたダクトロスによって空調機から離れた車端部で静圧が低下して車内への吹出し風量が不足する傾向があった。

よって、本発明は、前述した課題を解決すべく、ダクトロスを低減させた空調部吹出し構造を有する鉄道車両を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄道車両は、空調装置内の送風機から吹き出された調和空気をダクトを介して車内に送風すべく、当該空調装置からダクトへと調和空気を吹き出す空調部吹出し構造を有するものであって、前記ダクトは、車体長手方向に延びた左右の調和空気ダクトに対して車体幅方向の床下調和空気ダクトが接続され、その床下調和空気ダクトには、下方に開口した一つの吹込み口が形成され、その吹込み口の奥に前記左右の調和空気ダクトへ調和空気を分流させる山形の分流板が設けられたものであり、前記空調装置は、前記床下調和空気ダクトの下にあって、送風機から吹き出される調和空気の偏流方向が車体前後方向を向くように配置して前記吹込み口に接続されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る鉄道車両は、前記分流板の車体幅方向の位置が変更可能に取り付けられたものであることを特徴とする。
また、本発明に係る鉄道車両は、隣り合う台枠横梁間のスペースに前記床下調和空気ダクトのみが配置されたものであることを特徴とする。

本発明に係る鉄道車両では、空調装置によって冷却あるいは加熱された調和空気が、送風機によってその空調装置から車内に向けて吹き出される。そのとき、調和空気は、車体の前後方向に偏流して大きく開口した一つの吹込み口に吹き出され、その吹込み口から入った調和空気は、左右に分かれた床下調和空気ダクトを通って調和空気ダクトへと流れる。
よって、本発明の鉄道車両によれば、床下調和空気ダクトは吹込み口を一つにして、その吹込み口から左右に分岐して形成されているので、その吹込み口に吹き出された調和空気は、吹込み口の開口面積やダクトの断面積が大きく、ダクトロスを低減させることができる。

また、送風機から吹き出される調和空気はファンの回転方向に偏流するが、車体の幅方向ではなく前後方向に偏流してその吹込み口に入るため、左右に分かれた床下調和空気ダクトへは分流板を介して均等にスムーズに調和空気を吹き込ませることができる。
また、本発明によれば、吹込み口に左右の調和空気ダクトに調和空気を分流させる湾曲面にて形成された分流板を有するので、その湾曲面によってスムーズに方向を変えて床下調和空気ダクトへ流れるので、この点でもダクトロスを低減させることができる。
更に、従来の空調機は調和空気の吹出し口を２つ持ち、一方の吹出し口に車体の右側へ延びる床下調和空気ダクトが接続され、他方の吹出し口に車体左側へ延びる床下調和空気ダクトが接続されておりまた、車内の循環空気を空調機に戻す為に床下リターンダクトが配置され、空調機の吸込み口に接続されている。これら複数の床下ダクトが従来は隣り合う台枠横梁間のスペースに配置されていたため各床下ダクトの断面積を十分な大きさにすることができなかった。本発明によれば、空調機の調和空気吹出し口を一つにし、車体左右に延びる床下調和空気ダクトを１本にまとめたことにより、同じスペースでそのダクト面積を最大２倍にまですることが可能になり、これによりダクトロスを大幅に低減させることができる。

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、本発明に係る鉄道車両の一実施形態であって、その空調部吹出し構造を車体の幅方向（枕木方向）に切断して示した断面図である。また図２は、鉄道車両の空調部吹出し構造を車体の前後方向に切断した、図１のＥ−Ｅ断面を示した図である。

ところで、鉄道車両の空調システムは、従来と同様に換気とともに冷暖房による室温調整が行われる。すなわち、換気装置によって車内の空気を排出するとともに車外から新鮮空気が取り入れられ、空調装置では、車内の空気を吸い込むことによりその車内からの循環空気と新鮮空気とを混合し、熱交換によって冷却あるいは加熱された調和空気が送風機によって吹き出される。そして、その調和空気は車体幅方向に配置された床下調和空気ダクトを通り、更に車体前後方向に配置された床中ダクトを通って室内に送風される。

鉄道車両は、車体がＡＬ押出し形材の構体で構成され、図１に示すように、その側構体１１に台枠横梁１２が幅方向に接続されている。台枠横梁１２は、車体の長手方向に所定の間隔で設けられ、その上に気密床１３が張られ、更にその上には床受けを介して客室床板１４が支持されている。この気密床１３と客室床板１４との間には、空調装置５０から車内へ調和空気を流すための床中調和空気ダクト２１，２２と、車内から空調装置５０へ循環空気を戻すための床中リターンダクト２３，２４とが一組ずつ左右対称に配置され、更に中央には不図示の換気装置が車外から取り込んだ新鮮空気を空調装置５０へ送るための新鮮気ダクト２５が配置されている。

空調装置５０などの機器は床下に吊り下げられるように搭載され、その空調装置５０や換気装置と床中調和空気ダクト２１，２２などとを接続する空調装置部ダクトや換気装置部ダクト（図３に示す１０１，１０２，１０３に相当する）は、台枠横梁１２の間にあって車体の幅方向に設けられている。

従来の構造では、床下調和空気ダクト１３３，１３４と床下リターンダクト１３２とが、一組の台枠横梁１５０，１５０の間のスペースに３本並べられていたが（図３参照）、本実施形態では、車体の左右に延びるダクトを一本にまとめた床下調和空気ダクト３１，３２と、床下リターンダクトの２本のダクトを独立して別々の一組の台枠横梁１２，１２の間のスペースに配置させるようにした。

吹込み口４０の奥には湾曲した面で形成された山形の分流板４１が設けられ、空調装置５０の送風機から吹き出される調和空気Ｆを床下調和空気ダクト３１，３２へ案内するようにしている。分流板４１は、その湾曲した面によってＲを形成して、送風機から吹き出された調和空気Ｆがスムーズに方向を変えて床下調和空気ダクト３１，３２へ流れるように構成されている。そして、この分流板４１は、左右の位置を変えることによって床下調和空気ダクト３１，３２へ送られる調和空気Ｆの風量が調節できるようになっている。

また、本実施形態に係る鉄道車両では、これまで車体の幅方向に横置きで搭載されていた空調装置５０の向きを９０度回転して縦置きに搭載するようにしている。吹込み口４０には、その下に配置された空調装置５０の送風機から、調和空気が鉛直上向きに吹き出されるようになっているが、ここでも送風機から吹き出される調和空気はファンの回転方向によって偏流が起きてしまう。そして、本実施形態では縦置きにしたことにより、空調装置５０の送風機から吹き出される調和空気Ｆは図２に示す方向に吹き出されるようになる。すなわち、送風機から吹き出された調和空気Ｆは、図１に示すように車体の前後方向に見た場合には真っ直ぐに吹き出しているが、図２に示すように横から見ると前方に偏流して吹き出している。

そこで、こうした構成からなる実施形態の鉄道車両では、先ず空調装置５０によって冷却あるいは加熱された調和空気Ｆが、送風機によってその空調装置５０から車内に向けて吹き出される。そのとき、調和空気Ｆは、大きく開口した一つの吹込み口４０に吹き出され、そこから入った調和空気Ｆは分流板４１によって左右に分かれて流れる。左右に分かれた調和空気Ｆは、床下調和空気ダクト３１，３２を流れて床中調和空気ダクト２１，２２へそれぞれ送り込まれる。そして、その床中調和空気ダクト２１，２２からは車体の側壁内に設けられたダクトに更に分流し、荷物棚下面の吹出し口から室内に送風される。

本実施形態に係る鉄道車両によれば、床下調和空気ダクト３１，３２を隣り合う台枠横梁１２，１２間のスペースに空調機の吹出し口を一つとし、横一列に一本のダクトとして配置するようにしたため、床下調和空気ダクト３１，３２の幅を従来の１．６倍に広くとることができた。また同様にダクトロスにも影響する床下リターンダクトの幅も約１．２〜２．５倍まで広くとることができた。

ダクトロスはダクトの形状と風速に起因しており、風速においてはその２乗に比例する。すなわち、風速が半分になればダクトロスは四分の一になる。従って、本実施形態では、風速の最も速い空調装置の出口、つまりダクト３１，３２の吹込み口４０や床下調和空気ダクト３１，３２の断面積を広くすることにより、風速が落ちてダクトロスを低減させることができた。これにより、車内に送風される調和空気の特に空調機から離れた車端部における吹出し風量の不足を解消することができた。

また、本実施形態では空調機から上方向に吹き出された調和空気が、ダクトの吹込み口４０の奥にある分流板４１を介して車体左右へ延びる床下調和空気ダクト３１，３２に吹き分けられるが、送風機の特性によって生じる偏流が車体の前後方向に向くようにしたことで、空調機から吹き出された調和空気を床下調和空気ダクト３１，３２にそれぞれ均等な抵抗でスムーズに吹き込ませられるようになり、図４、図５に示す従来の床下調和空気ダクトにみられた左右方向へのダクトロスのアンバランスも解消された。

更に、吹込み口４０には分流板４１を設けたので、送風機から吹き出された調和空気が、その湾曲面によってスムーズに方向を変えて床下調和空気ダクト３１，３２へ流れるので、この点でもダクトロスを低減させることができた。また、その分流板４１の位置を調節することで、左右の床下調和空気ダクト３１，３２へ送る風量を調節することができる。

以上、本発明に係る鉄道車両の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

鉄道車両の一実施形態であって、空調部吹出し構造における車体の幅方向に切断して示した断面図である。 図１のＥ−Ｅ断面を示した図である。 従来における鉄道車両の空調部吹出し構造の配置を示した車体床面の平面図である。 床下調和空気ダクトを示した図３のＡ−Ａ断面図である。 床下調和空気ダクトを示した図３のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１１ 側構体
１２ 台枠横梁
１３ 気密床
１４ 客室床板
２１，２２ 床中調和空気ダクト
２３，２４ 床中リターンダクト
３１，３２ 床下調和空気ダクト
４０ 吹込み口
４１ 分流板
５０ 空調装置

Claims (3)

1. 空調装置内の送風機から吹き出された調和空気をダクトを介して車内に送風すべく、当該空調装置からダクトへと調和空気を吹き出す空調部吹出し構造を有する鉄道車両において、
   前記ダクトは、車体長手方向に延びた左右の調和空気ダクトに対して車体幅方向の床下調和空気ダクトが接続され、その床下調和空気ダクトには、下方に開口した一つの吹込み口が形成され、その吹込み口の奥に前記左右の調和空気ダクトへ調和空気を分流させる山形の分流板が設けられたものであり、
   前記空調装置は、前記床下調和空気ダクトの下にあって、送風機から吹き出される調和空気の偏流方向が車体前後方向を向くように配置して前記吹込み口に接続さ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、
   前記分流板は、車体幅方向の位置が変更可能に取り付けられ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、
   隣り合う台枠横梁間のスペースに前記床下調和空気ダクトのみが配置されたものであることを特徴とする鉄道車両。

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