JP4724454B2 - 鉄道車両の車体構造と空調方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の空調のための通風構造を有した車体構造と空調方法に関するものである。

特急、急行型の鉄道車両の車体は一般に、車内が図５、図６に示すように仕切壁ｃによって客室ａと出入り台ｂとに空きなどなく間仕切られ、仕切壁ｃには客室への出入りのための間仕切ドアｌが設けられている（例えば、非特許文献１参照。）。間仕切りドアｌは客室ａへの出入りの際に自動または手動で開けられるが、通常は自動または手動で閉じられる。このため、客室ａと出入り台ｂ間での空気の出入りがないか極く少ないと見なし、図４に模式的に示すような通風構造ｄにて矢印で空気の流れを示すように、客室ａと出入り台ｂとの双方に調和空気を直に給気しながら、客室ａと出入り台ｂ双方から直に排気することにより、間仕切の影響なく客室ａ内および出入り台ｂ内を空調している。もっとも、客室ａおよび出入り台ｂからの排気は前記給気分の一部で新鮮気の補充量に見合う程度に設定され、排気の残り分を還気として循環させることにより空調の立ち上がりを早め、また、省エネを図っている。このため、通風構造ｄは客室ａおよび出入り台ｂへの給気口ｅ、ｆ、客室ａおよび出入り台ｂからの排気口ｇ、ｈを有し、併せ、新鮮気導入口ｉ、客室ａおよび出入り台ｂからの還気経路ｊ、車体外排気口ｋを設けている。

また、図７に示すように出入り台ｂに便所ｐを有した車体では、矢印で示すように出入り台から便所、便所から車体外への通気を図って換気し臭気を排除することが行われている。しかし、出入り台ｂの温度調節は便所などを経由して排出する空気量では、温度調節を行うのに不十分である。このため、出入り台ｂの空気を客室ａ側にリターンさせる必要もあって、大きな空気量を空調装置の能力を使用して循環させることが車内温度の調整の重要事項となる一方、排出する空気量を少なくして車内環境を調整することはエネルギ損失を軽減することにつながるので、仕切壁ｃに図８に示すようなガラリｑやファンｒを設けて積極的に空調装置に空気をリターンする仕組みを採って省エネを図ることも行われている。
「鉄道車両メカニズム図鑑」伊原一夫著、株式会社グランプリ出版 １９８７年９月１０日初版発行、第１１１頁、第１１８頁

ところで、近時の車体のさらなる簡略化、コスト低減の要求のあるなか、車内空調について再考すると、特急、急行型の車両に設けられる出入り台ｂは、乗客の乗降に際して側出入口ドアｍを開かれるが、停車駅が少なく単位時間当りの開放時間は短い。従って、客室ａ内の空調にあまり影響しないといえる。また、間仕切ドアｌは乗降時以外も開かれ客室ａと出入り台ｂとの間で空気の移動はあるが、客室ａの空調への影響は、出入り台ｂの側出入口ドアｍが開かれる場合よりもさらに小さいといえる。

これを、従来のような客室ａと出入り台ｂとを完全に仕切る間仕切構造とするのでは、出入り台ｂ内への調和空気の供給率を客室ａ内よりも高めて側出入口ｍが開かれることに配慮するといった個別空調には有利であっても、前記実情からは実利が薄い割には、完全な間仕切り構造上、客室ａと出入り台ｂとの双方にて独立に給気および排気を図る必要があって通風構造ｄが複雑になるのに加え、仕切壁ｃと車体との嵌め合わせ結合と、双方の隙間部を寸法誤差に対する調整も含めた目張りを含む内装処理とが全周につき行われる結果、双方の境界構造も複雑になるので、高価についている。また、客室ａと出入り台ｂのように個別の空間を個別の空調機によって個別に空調制御することは余り行われず、図４に示すように１つの車体ｎにつき１つの空調機ｏか複数の空調機かで分担して空調することが一般的で、客室ａと出入り台ｂとの空調環境を均等にすることは困難なため、体感的に両者を比較した場合、優劣や過不足を与えてしまう。

また、便所ｐの排気の影響も含めた空調上、図８に示すような出入り台ｂから客室ａへ積極的にリターンさせる仕組みを採ると、リターン空気の風速が高く、かつ温度差が大きい状況で、リターン空気に接触する乗客が空気のドラフト感や温度差を感じ、隙間風などの問題が発生する。

そこで、本発明者等は間仕切構造および通風構造につき種々にシミュレーションをし検討を重ねた結果、図８に示すような積極的な空気のリターンに代えて、客室と出入り台との間で適度な通気を図るだけで、間仕切の視界制限および空調環境の均等化を確保して構造を簡略化し、軽量化し、かつコストを低減できることを知見した。

本発明の目的は、このような新たな知見に基づき、間仕切による視界制限および空調環境の均等化を確保して構造を簡略化し、軽量化し、かつコストを低減できる鉄道車両の車体構造と空調方法を提供することにある。

本発明の鉄道車両の車体構造は、また、車内を車体長手方向に仕切壁で仕切った客室および出入り台と、車内に調和空気の給気と排気とを図って車内を空調するための通風構造とを備えた鉄道車両の車体構造において、前記仕切壁の天井側に空きを形成し、通風構造は車内への給気口を客室および出入り台に有し、車内からの排気口を客室に有したことを別の特徴としている。

このような構成では、車内に調和空気の給気と排気とを図って車内を空調する際に、車体長手方向に仕切る仕切壁の天井側に設けた空きが客室と出入り台との間仕切部の部分的な通気部として機能し、客室および出入り台双方にそれらの給気口から直に調和空気を給気しながら、客室での排気口による排気を、客室に対して容積が極端に小さな出入り台側に効率よく及ぼして出入り台側からの直の排気を省略して空調を達成することができる。同時に、前記のような空きは仕切壁の面積の減少をもたらし、天井側との境界部を空きとすることで仕切壁外周と車体との、互いの寸法誤差などに対する調整を含む嵌め合わせ結合域および目張りの内装処理域が共に短縮させる。しかも、その空きは天井側にあって客室および出入り台相互間の視界制限を損なわず、出入り台の側出入口ドアが開かれたときの客室への影響を抑えながら空調環境の適度な均等化を図れる。この場合は、特に、出入り台から客室への空気のリターンを積極的に実現しながら、客室から出入り台側に及ぶ排気の出入り台側から客室、排気口への通気経路も、上記天井面に沿って客室内にリターンする空気の流れの一部が客室内空気と混合、攪拌される過程を経て行われるので、前記空調環境の適度な均等化に併せ、従来のリターン方式の場合生じていた乗客が空気のドラフト感や温度差を感じ、隙間風などの問題を解消することができる。

仕切壁の天井側の空きは、仕切壁上部と天井面との境界部に形成している、さらなる構成では、
仕切壁の上部を天井側に対して低くするだけの単純な構造にて対応することができ、形状が複雑な屋根構体および天井面との結合構造および目張り内装構造を共に省略できる。

本発明の鉄道車両の車体構造、特に前記別の特徴の鉄道車両の車体構造によれば、車体長手方向に仕切る仕切壁で客室と出入り台とに仕切った車内を、車体に設けた通風構造を通じ空調を図る鉄道車両の空調方法において、前記通風構造を通じて、客室と出入り台との双方に調和空気を給気しながら、客室からは直接、出入り台からは仕切壁の上部に設けた天井側の空き部を通じ客室から排気して車内の空調を行うことを特徴とした鉄道車両の空調方法を実現する。

本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な限りにおいて種々な組合せで複合して用いることができる。

本発明の鉄道車両の車体構造と空調方法によれば、客室と出入り台との間を車体長手方向に仕切る間仕切りを天井側で一部省略した空きによる通気を伴い、視界制限を損なったり空調域を徒に開放したりせずに、車内を空調する調和空気の給気と排気のうちの少なくとも排気を出入り台側で省略して、簡単な間仕切構造および通風構造にて空調を安価にほぼ均等に達成することができる。同時に、仕切壁の一部省略による軽量化も図れてさらなる高速化にも有利となる。

本発明の鉄道車両の車体構造は、図１に模式的に示すような車体７において、車内を車体長手方向に客室１および出入り台２に仕切る仕切壁３と、車内に調和空気の給気と排気とを図って車内を空調するための通風構造４とを備えた基本構成を有している。

出入り台２の左右には図２に示すような側出入口ドア５が設けられ、仕切壁３には間仕切ドア６が設けられる。もし出入り台２が連結台となるときはその正面に図示しない貫通ドアも設けられる。通風構造４は図１の模式図に示すように、空調機１０の排気口１０ａから分岐した車内への給気口１１、車内からの排気口１２、車外への排気口１３が設けられ、空調機１０には新鮮気導入口１０ｂおよび車内からの還気導入口１０ｃが設けられている。空調の通風形式には、空調機１０の配置上から屋根上分散、屋根上集中、床上、床下など各種の方式があり、多くの場合ダクトが利用される。ダクトは床下や床内の中央あるいは左右両側、屋根上中央部、天井上中央部を車体長手方向に延びる形式や、側構体の窓間などを立ち上がる形式などがある。また、空調に併せ、換気も行われ、独立した換気方式や空調機１０による新鮮気取り入れ機能を利用するものなど各種ある。

しかし、前記した基本構造以上の具体的な方式や構造は特に問うものではなく、前記仕切壁３の天井２１側に図１、図２に例示するような空き２２を形成したことを特徴としている。これにより、車内に調和空気の矢印２３で示す給気と矢印２４で示す排気とを図って車内を空調する際に、仕切壁３の天井２１側に設けた空き２２は、客室１と出入り台２との仕切壁３による間仕切部２５における部分的な通気部として機能する。従って、客室１側で図る前記給気および排気を、客室１に対して容積が極端に小さな出入り台２側に効率よく及ぼすことができる。この結果、出入り台２側では単独の給気またはおよび排気を軽減ないしは省略して空調を達成することができる。同時に、前記のような空き２２は仕切壁３の面積の減少をもたらし、天井２１側との境界部を空き２２とすることで仕切壁３外周と車体７との、互いの寸法誤差などに対する調整を含む嵌め合わせ結合域および目張りの内装処理域を共に短縮させる。しかも、空き２２は天井２１側にあって客室１および出入り台２相互間の視界制限を損なわず、また、出入り台２の側出入口ドア５が開かれたときの客室１への影響を抑えながら空調環境の適度な均等化を図れる。さらに、天井内面２１ａ側の空き２２の部分を通じて出入り台２から客室１にリターンする空気２６ａは図３に示すように粘性により天井内面２１ａに沿って流れて還気される、つまり乗客が居住する居住空間の上の非居住空間側を流れて還気される、ので、従来のリターン方式の場合生じていた乗客が空気のドラフト感や温度差を感じ、隙間風などの問題を解消することができる。

これを要約すると、客室１と出入り台２との間の仕切壁３による間仕切りを天井２１側で一部省略した空き２２による通気を伴い、仕切壁３による視界制限を損なったり空調域を徒に開放したりせずに、車内を空調する調和空気の給気と排気のうちの少なくとも排気を出入り台２側で省略して、簡単な間仕切構造および通風構造４にて空調を安価に、しかも乗客への影響なしに、客室１および出入り台２双方でほぼ均等に達成することができる。同時に、仕切壁３の一部省略による軽量化も図れて、近時のさらなる高速化の要求に応えるのに有利である。

これを実現するのに本実施の形態では、さらに、図１に示すように通風構造４は車内への給気口１１を客室１および出入り台２に有し、車内からの排気口１２を客室１に有したものとし、出入り台２では排気口１２を省略している。これに伴い排気ダクトも短くてよくなる。これにより、客室１および出入り台２双方にそれらの給気口１１から直に調和空気を矢印２３で示すように給気しながら、客室１での排気口１２による矢印２４で示す排気を、客室１に対して容積が極端に小さな出入り台２側に効率よく及ぼして出入り台２側からの直の排気を省略して空調を達成することができる。

要するに、出入り台２には排気口１２がなく、給気口１１からは給気され続けて、その一部は還気導入口１０ｃへ導入されるが給気流量に対する還流比率が設定により制限されているので、出入り台２内の調和空気は時間経過と共に過剰になる分だけ、車内全体に対応した所定量の排気が図られて調和空気が時間経過とともに不足していく客室１の側に前記空き２２を通じて矢印２６ａで示すように押し出されるので、出入り台２内の排気が所定の割合で確実に達成される。この際、出入り台２内は調和空気の給気流と、還気流と、客室１への押し出し流とによる交流を受けて温度分布が一定になりやすいし、出入り台２の調和空気の客室１側への流入、この流入する調和空気流と客室１内への調和空気の給気流と客室１内の調和空気との交流で、客室１内の温度分布も均一になりやすい。しかも、客室１および出入り台２間は調和空気の平衡作用から客室１側の調和空気が出入り台２側に矢印２６ｂで示すように流入して交流することもあるので、客室１および出入り台２間の空気調和を均等化させやすい。特に、出入り台２から客室１への空気２６ａのリターンを積極的に実現しながら、客室１から出入り台２側に及ぶ排気の出入り台２側から客室１、排気口１２への通気経路も、上記天井内面２１ａに沿って客室１内にリターンする空気２６ａの流れの一部が客室内空気と混合、攪拌される過程を経て行われるので、前記空調環境の適度な均等化に併せ、従来のリターン方式の場合生じていた乗客が空気２６ａのドラフト感や温度差を感じ、隙間風などの問題を解消することができる。

また、図１、図２に示すように仕切壁３の天井２１側の空き２２を、仕切壁３の上部と天井内面２１ａとの境界部に形成していることにより、仕切壁３の上部を天井２１側に対して低くするだけの単純な構造にて対応することができ、湾曲形状が複雑で、しかも車種によって形状および高さの違う屋根構体および天井面との結合構造および目張り内装構造を共に省略できる利点がある。このような観点から、空き２２は仕切壁３が図２に例示するように天井構体および側構体がなす車体のコーナ部以下の高さ範囲のものとするのが好適である。もっとも、この高さ範囲は仕切壁３の車体７との間で嵌め合い結合および目張り内装処理を図る側縁部において満足すればよく、上端の形状は特に問うものではないし、空き２２は通気を妨げない程度の通気構造部や装飾構造部とすることができ、このような構造部は仕切壁３自体に１体形成したものや、仕切壁３に一体に形成した窓状の空き２２に付帯させたものとすることもできる。もっとも、これら仕切壁３と一体にした部分は車体７との嵌め合い結合や目張り内装処理を省略できる程度の位置関係、つまり隙間を有した構造としておくのが組み立て構造の簡略化の上で好適である。

以上のような本実施の形態の鉄道車両の車体構造によれば、仕切壁３で客室１と出入り台２とに仕切った車内を、車体７に設けた通風構造４を通じ空調を図るのに、前記通風構造４を通じて、客室１と出入り台２との双方に調和空気を給気しながら、客室１からは直接、出入り台２からは仕切壁３の天井２１側の空き２２部を通じ客室１から排気して車内の空調を行う鉄道車両の空調方法を実現し、既述のような作用効果が得られる。

本発明は鉄道車両の車体とその空調に実用でき、構造面、コスト面、空調の均等化に有利となる。

本発明の実施の形態に係る鉄道車両の空調用の通風構造を有した車体および空調方法を示す摸式図である。 図１の車体の要部の具体的な構体を示す斜視図である。 図１の車体の出入り台から客室還気口への還気状態を示す説明図である。 従来の鉄道車両の空調用の通風構造を有した車体および空調方法を示す摸式図である。 図３の車体の要部の具体的な構体を示す斜視図である。 図３の車体の横断面図である。 車体の出入り台に便所を有し換気を図っている場合の従来例を示す横断面図である。 車体の客室と出入り台との仕切り壁にガラリやファンを設けた従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ 客室
２ 出入り台
３ 仕切壁
４ 通風構造
５ 側出入口ドア
６ 間仕切ドア
７ 車体
１０ 空調機
１１ 給気口
１２、１３ 排気口
２１ 天井
２１ａ 天井内面
２２ 空き
２５ 間仕切部
２３、２４、２６ａ、２６ｂ 矢印

Claims (3)

1. 車内を車体長手方向に仕切壁で仕切った客室および出入り台と、車内に調和空気の給気と排気とを図って車内を空調するための通風構造とを備えた鉄道車両の車体構造において、
   前記仕切壁の天井側に通気部をなす空きを形成し、通風構造は車内への給気口を客室および出入り台に有し、車内からの排気口を客室に有したことを特徴とする鉄道車両の車体構造。
2. 仕切壁の天井側の空きは、仕切壁上部と天井面との境界部に形成している請求項１に記載の鉄道車両の車体構造。
3. 仕切壁で車体長手方向に客室と出入り台とに仕切った車内を、車体に設けた通風構造を通じ空調を図る鉄道車両の空調方法において、
   前記通風構造を通じて、客室と出入り台との双方に調和空気を給気しながら、客室からは直接、出入り台からは仕切壁の上部に設けた天井側の通気部をなす空き部を通じ客室から排気して車内の空調を行うことを特徴とする鉄道車両の空調方法。

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