JP5679796B2 - 磁気フィルタを使用した車両用空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気フィルタを使用した鉄道等の車両に搭載された車両用空気調和装置に関するものである。

例えば、製造工場などにおいて、ダクトを流れる気体、液体あるいは粉体など（以下、これらを一括して流体という）に、各種の設備などで発生した微細な摩耗鉄粉や小鉄片など（以下、これらを一括して鉄粉という）が含まれていると、加工や製造などの後工程において悪影響を及ぼすことになる。

また、鉄道等の車両に搭載された車両用空気調和装置には多くのエアフィルタが設けられているが、このようなエアフィルタで捕集された粉塵の成分を分析すると、レールや車輪などの摩耗によって生じたと想定される鉄粉が７０％程度を占めている。
このような鉄粉は細かいためエアフィルタを通過してしまい、空気調和装置の熱交換器を構成するアルミニウム製のフィンに付着して、フィンが腐食してしまうという問題点があった。

この場合、エアフィルタの捕集効率を高めるために、目の細かいフィルタ材料を用いると、通風抵抗が大きくなって目詰りが早く、このためエアフィルタの交換周期が短かくなって、保守費用が増加して好ましくない。

このような風路（ダクト）に侵入する磁性体異物を吸着除去するための装置に、磁力を有する材料からなる支持体と、磁界を加えることにより磁力が誘起される有機繊維からなる濾過材とによって構成した磁気フィルタを用いるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許第３５８０３８９号公報（第３、４頁、図２）

特許文献１に記載された磁気フィルタは、構造が複雑で高価なため、実用的ではなかった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、磁気フィルタを使用することにより、風路に侵入する鉄粉を効率的に吸着して除去するようにした車両用空気調和装置を提供することを目的としたものである。

本発明に係る車両用空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器及び絞り弁を冷媒配管で接続して構成した冷凍サイクル装置と、少なくとも前記室外熱交換器が設けられた室外送風機室、及び少なくとも前記室内熱交換器が設けられた室内送風機室を有するケーシングと、を備え、車両の屋根上に設置された状態においては、該車両の客室の天井板に形成されたリターン空気吸込み口及び吹出し口と前記室内送風機室とが連通する車両用空気調和装置であって、磁性材料からなり複数の通気穴を有する平板又は磁性材料からなる金網に着磁して構成し、当該車両用空気調和装置の風路又は当該風路と連通する前記車両の風路に配設する磁気フィルタを備え、エアフィルタに前記磁気フィルタを設けてフィルタ装置を構成し、前記フィルタ装置を、前記エアフィルタの風上側及び風下側に、前記通気穴が重複しないように又は前記金網の開口部がずれるように、それぞれ取り付けて構成したものである。

本発明に係る車両用空気調和装置は、磁気フィルタを使用することにより空調室内への鉄粉の侵入が防止されるので、室内熱交換器のアルミニウムフィンに鉄粉が付着してアルミニウムフィンが腐食することなく、長期にわたって使用することができる。
また、本発明に係る磁気フィルタによれば、簡単な構造かつ安価で鉄粉を効率的に吸着し除去することができる。

本発明の実施の形態１に係る磁気フィルタの平面図である。 図１の磁気フィルタの使用例の説明図である。 図１の磁気フィルタの使用例の説明図である。 本発明の実施の形態２に係る車両用空気調和装置を搭載した鉄道車両の模式図である。 図４のＡ−Ａ拡大断面図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。 図５のＣ−Ｃ断面図である。 一部を省略した図７の拡大図及びフィルタ装置の説明図である。 図８の他の例の説明図である。 図７のフィルタ装置の説明図である。 本発明の実施の形態３に係る車両用空気調和装置の一部を省略した断面図である。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る磁気フィルタの平面図である。
本実施の形態に係る磁気フィルタ１は、例えば、ステンレス鋼板や炭素鋼板などの磁性材料からなる平板状の素材２に、比較的大きい複数の通気穴３（パンチ穴）を設けて、着磁したものである。

上記のように構成した磁気フィルタ１は、例えば図２（ａ）に示すように、流体が流れる（以下、流体の流れ方向を矢印で示す）ダクト５の流入口６に設置される。そして、ダクト５に流入する流体に含まれる鉄粉を磁気フィルタ１に吸着させて除去し、ダクト５には鉄粉が除去された流体が送り込まれる。

また、図２（ｂ）に示すように、ダクト５の流入口６に、エアフィルタ１１の風上側若しくは風下側又は風上側と風下側に磁気フィルタ１を取付けたフィルタ装置１０を配置してもよい。
これにより、流体に含まれる鉄粉は磁気フィルタ１に吸着されて除去され、塵埃はエアフィルタ１１に捕集されて、ダクト１内には清浄な流体が送り込まれる。本例は、流体が空気である場合に特に有効である。

図３は本実施の形態に係る磁気フィルタの他の使用例を示すもので、図３（ａ）はダクト５の直線部分の内壁に沿って磁気フィルタ１を配設する場合、図３（ｂ）はダクト５のコーナ部の内壁に沿って磁気フィルタ１を配設する場合を示す。また、図３（ｃ）はダクト５内に設置された制流板７に磁気フィルタ１を取付ける場合を示し、いずれの場合も、ダクト５に流入する流体に含まれる鉄粉を、磁気フィルタ１に効率よく吸着し、除去することができる。

上記の説明では、磁性材料からなる板状体に複数のパンチ穴３を設け、着磁して磁気フィルタ１を構成した場合を示したが、これに限定するものではなく、例えば、磁性材料からなる金網に着磁して磁気フィルタ１を構成してもよい。
また、上記の説明では、磁気フィルタ１を四角形に形成した場合を示したが、設置場所に応じて円形その他適宜の形状に形成すればよくパンチ穴３も円形その他適宜の形状に形成することができる。

本実施の形態によれば、構造が簡単で安価な磁気フィルタ１を、ダクト５の流入口６やダクト５の内壁等に沿って設置することにより、ダクト５に流入する流体に含まれる鉄粉等を効率よく吸着し、除去することができる。なお、このダクト５は、後述のダクト２７に限定するものではない。

［実施の形態２］
図４は本発明の実施の形態２に係る車両用空気調和装置を搭載した鉄道車両の模式図、図５は図４のＡ−Ａ拡大断面図、図６は図５のＢ−Ｂ断面図、図７は図５のＣ−Ｃ断面図である。
本実施の形態に係る車両用空気調和装置３０は、車両２０の屋根２１の上に設置されており、屋根２１と客室２５との間は天井板２３で仕切られている。

３１はシールパッキン２２を介して車両２０の屋根２１の上に搭載された車両用空気調和装置３０のケーシングで、このケーシング３１内は、例えば、室外送風機室３２と室内送風機室３３とに分離されている。
室外送風機室３２内には、一対の室外熱交換器３４ａ，３４ｂと、両室外熱交換器３４ａ，３４ｂの間に設置された室外送風機３５や圧縮機３８ａ，３８ｂが設けられている。また、室内送風機室３３内には、一対の室内熱交換器３６ａ，３６ｂ、両室内熱交換器３６ａ，３６ｂの間に設置された室内送風機３７や絞り弁３９ａ，３９ｂが設けられている。なお、圧縮機及び絞り弁は上記の位置に限定するものではなく、例えば、絞り弁を室外送風機室３２に設置してもよく、あるいは、ケーシング３１に室外送風機室３２及び室内送風機室３３以外の収容室を設け、この収容室に圧縮機及び絞り弁を設置してもよい。

そして、室外熱交換器３４ａと室内熱交換器３６ａとは、圧縮機３８ａ、絞り弁３９ａを介して冷媒配管４０ａにより接続されており、同様に、室外熱交換器３４ｂと室内熱交換器３６ｂとは、圧縮機３８ｂ、絞り弁３９ｂを介して冷媒配管４０ｂにより接続されて、それぞれ第１、第２の冷凍サイクル装置が構成されている。なお、これら第１、第２の冷凍サイクル装置の制御部は、例えば客室２５の座席の下に設けられている。

ケーシング３１の室外熱交換器３４ａ，３４ｂと対向する位置には、外気導入口４１が設けられており、室外送風機３５の上部には排気口４２が設けられている。
また、室内送風機室３３のケーシング３１の底板３１ａの幅方向の両側には、空気の吸込み口４３が設けられており、車両２０の屋根２１に設けた風路２６と連通している。４４はケーシング２１の室内送風機室３３の両側壁に設けた外気吸込み口である。

２７は室内送風機室３３の車両２０の天井板２３とケーシング３１の底板３１ａとの間に形成されたダクトで、室内送風機３７の吐出口はダクト２７内に開口しており、ダクト２７の幅方向の両側の天井板２３には、調和空気の吹出し口２８が設けられている。
また、ダクト２７の両側の天井板２３には、風路２６、吸込み口４３と連通するリターン空気吸込み口２４が設けられている。

１０はリターン空気吸込み口２４の風下側（風路２６側）に設置されたフィルタ装置で、図８に示すようにエアフィルタ１１と、その風下側に例えば接着剤により接合されたエアフィルタ１１とほぼ同じ大きさの磁気フィルタ１とからなっている。なお、この磁気フィルタ１は実施の形態１に係る磁気フィルタ１と同じ構成、同じ機能のものである。

また、ケーシング３１の室内送風機室３３の両側壁に設けた外気吸込み口４４の風上側にも、エアフィルタ１１とその風下側に設けた磁気フィルタ１とからなるフィルタ装置１０が配設されている。この場合、図９に示すように、外気吸込み口４４の風上側にエアフィルタ１１を配設し、外気吸込み口４４の風下側に磁気フィルタ１を配設してもよい。

次に、上記のように構成した本実施の形態の作用を説明する。例えば車両２０の客室２５内を車両用空気調和装置３０により冷房する場合は、室外送風機室３２の圧縮機３８ａ，３８ｂを駆動して、冷媒配管４０ａ，４０ｂにより冷媒を室外熱交換器３４ａ，３４ｂから室内送風機室３３の絞り弁３９ａ，３９ｂを経てそれぞれ室内熱交換器３６ａ，３６ｂに流すと同時に、室外送風機３５及び室内送風機３７を駆動する。

そして、室外送風機室３２から吸込まれた外気は、室外熱交換器３４ａ，３４ｂを経て排気口４２から排出される室外送風機室３２の風路を流れるが、その間に室外熱交換器３４ａ，３４ｂ（凝縮器として機能）により放熱され、冷却された冷媒を室内熱交換器３６ａ，３６ｂに送る。一方、リターン空気吸込み口２４、吸込み口４３、及び外気吸込み口４４から吸込まれた空気は、室内熱交換器３６ａ，３６ｂを経てダクト２７から吹出し口２８に至る室内送風機室３３の風路を流れるが、この間に室内熱交換器３６ａ，３６ｂ（放熱器として機能）を通過して冷却される。
この冷却された空気（調和空気）は、室内送風機３７によりダクト２７を介して吹出し口２８から客室２５に吹出され、客室２５内を冷却する。客室２５内を冷却した空気は、リターン空気吸込み口２４から再び室内送風機室３３に送り込まれ、この作用を繰り返えす。

このとき、リターン空気吸込み口２４及び外気吸込み口４４から吸い込まれた空気に含まれた塵埃はエアフィルタ１１に捕集され、また、この空気に含まれた鉄粉はエアフィルタ１１を通過して磁気フィルタ１に吸着されて除去され、室内送風機室３３には清浄な空気が送り込まれる。なお、図示してないが室外送風機室３２の外気導入口４１の風下側（室外熱交換器３４ａ，３４ｂの風上側）にも、エアフィルタ１１又はエアフィルタ１１と磁気フィルタ１とからなるフィルタ装置１０を設置してもよい。

上記のように構成した本実施の形態によれば、リターン空気吸込み口２４及び外気吸込み口４４から吸い込まれる空気に含まれた塵埃はエアフィルタ１１が捕集し、またこの空気に含まれた鉄粉は磁気フィルタ１に吸着されて除去されて、室内送風機室３３内には清浄な空気が送り込まれるので、室内熱交換器３６ａ，３６ｂのアルミニウムフィンへ鉄粉が付着することがなく、アルミニウムフィンが腐食することがないので、長期に亘って使用することができる。

上記の説明では、フィルタ装置１０をエアフィルタ１１の風下側に磁気フィルタ１を取付けて構成した場合を示したが、図１０（ａ）に示すように、エアフィルタ１１の風上側に磁気フィルタ１を取付けてもよい。これにより、磁気フィルタ１に鉄粉を付着させたのち、他の塵埃をエアフィルタ１１が捕集するので、エアフィルタ１１の使用期間を長くすることができ、エアフィルタ１１の交換のための保守費用を低減することができる。

また、図１０（ｂ）に示すように、エアフィルタ１１を２枚の磁気フィルタ１の間に挟んでフィルタ装置１０を構成してもよく、この場合、図１０（ｃ）に示すように、前後の磁気フィルタ１を通気穴３が重複しないようにずらせて配設し、パンチ穴３を千鳥状に配置してもよい。これにより、鉄粉の捕集効率をさらに高めることができる。なお、これらフィルタ装置１０は、図１０（ｄ）に示すように、例えば、天井板２３に設けた取付枠４５に組込んで取付けられるが天井板２３が鉄板製でエアフィルタ１１が不織布などの薄い素材からなる場合は、エアフィルタ１１を挟んで磁気フィルタ１を天井板２３に吸着させて取付けてもよい。

［実施の形態３］
図１１は本発明の実施の形態３に係る車両用空気調和装置の室内送風機室の一部を省略した断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、室内送風機室３３のリターン空気吸込み口２４及び外気吸込み口４４の下流側にはエアフィルタ１１のみを設置し、室内熱交換器３６ａ，３６ｂの風上側に磁気フィルタ１を設置したものである。なお、室外熱交換器３４ａ，３４ｂの風上側に磁気フィルタ１のみを設置してもよい。
本実施の形態においても、実施の形態２の場合とほぼ同様の効果を得ることができる。

１ 磁気フィルタ、３ 通気穴（パンチ穴）、５，２７ ダクト、１０ フィルタ装置、１１ エアフィルタ、２０ 車両、２１ 車両の屋根、２３ 天井板、２４ リターン空気吸込み口、２５ 客室、２８ 吹出し口、３０ 車両用空気調和装置、３１ ケーシング、３２ 室外送風機室、３３ 室内送風機室、３４ａ，３４ｂ 室外熱交換器、３５ 室外送風機、３６ａ，３６ｂ 室内熱交換器、３７ 室内送風機、３８ａ，３８ｂ 圧縮機、３９ａ，３９ｂ 絞り弁、４０ａ，４０ｂ 冷媒配管、４１ 外気導入口、４２ 排気口、４３ 吸込み口、４４ 外気吸込み口。

Claims (6)

1. 圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器及び絞り弁を冷媒配管で接続して構成した冷凍サイクル装置と、
   少なくとも前記室外熱交換器が設けられた室外送風機室、及び少なくとも前記室内熱交換器が設けられた室内送風機室を有するケーシングと、
   を備え、
   車両の屋根上に設置された状態においては、該車両の客室の天井板に形成されたリターン空気吸込み口及び吹出し口と前記室内送風機室とが連通する車両用空気調和装置であって、
   磁性材料からなり複数の通気穴を有する平板又は磁性材料からなる金網に着磁して構成し、当該車両用空気調和装置の風路又は当該風路と連通する前記車両の風路に配設する磁気フィルタを備え、
   エアフィルタに前記磁気フィルタを設けてフィルタ装置を構成し、
   前記フィルタ装置を、前記エアフィルタの風上側及び風下側に、前記通気穴が重複しないように又は前記金網の開口部がずれるように、それぞれ取り付けて構成したことを特徴とする車両用空気調和装置。
2. 圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器及び絞り弁を冷媒配管で接続して構成した冷凍サイクル装置と、
   少なくとも前記室外熱交換器が設けられた室外送風機室、及び少なくとも前記室内熱交換器が設けられた室内送風機室を有するケーシングと、
   を備え、
   車両の屋根上に設置された状態においては、該車両の客室の天井板に形成されたリターン空気吸込み口及び吹出し口と前記室内送風機室とが連通する車両用空気調和装置であって、
   磁性材料からなり複数の通気穴を有する平板又は磁性材料からなる金網に着磁して構成し、当該車両用空気調和装置の風路又は当該風路と連通する前記車両の風路に配設する磁気フィルタを備え、
   エアフィルタに前記磁気フィルタを設けてフィルタ装置を構成し、
   前記エアフィルタを前記磁気フィルタにより固定したことを特徴とする車両用空気調和装置。
3. 前記フィルタ装置を、前記リターン空気吸込み口に配設することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空気調和装置。
4. 前記室内送風機室の側壁に外気吸込み口を設け、
   前記フィルタ装置を、前記外気吸込み口に配設することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用空気調和装置。
5. 前記室内熱交換器の上流側に前記磁気フィルタを配設したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用空気調和装置。
6. 前記ケーシングの室外熱交換器の上流側に前記磁気フィルタを配設したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両用空気調和装置。

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