JP6523787B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の床下に配置される車両用空気調和装置に関するものである。

従来、バス、新幹線などの車両に搭載される車両用空気調和装置において、低重心化を図る目的から車両の床下に配置されているものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１では、車両の床下に室内送風機、及び、それを回転駆動するモータが配置され、凝縮器から供給される冷媒と車内の空気との間で熱交換した後、その空気を室内送風機により吹き出し、ダクトを通って上部から車室内へと吹出している。

特開２００５−１７０１２１号公報

特許文献１のような従来の車両用空気調和装置が搭載される車両の床下には、車両用空気調和装置以外の機器も搭載されることから、その限られたスペースは無視できなくなってきている。また、車両用空気調和装置を車両の床下に配置する際に、室内送風機はダクトの位置に合わせて配置する必要があるため、車両の床下に配置される機器の配置の自由度が制限されてしまうという課題があった。また、室内送風機から吹き出される空気は、ダクトの壁にあたった後にダクト方向へと流れるため、大きな圧力損失が発生するという課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、小型化を図り、圧力損失を低減した車両用空気調和装置を提供することを目的としている。

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、絞り装置、及び、室内熱交換器を有し、これらが冷媒配管で接続された冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、前記室内熱交換器が配置され、車両内の空気が流入する吸込口、及び、前記室内熱交換器にて熱交換した空気が流出する吹出口が形成された部屋を有する本体と、該部屋の上部に設けられ、車両内と連通する車両吹出口に接続された車両側ダクトと接続される装置側ダクトと、を備え、車両の床下に配置される車両用空気調和装置であって、前記室内熱交換器にて熱交換した空気を車両内に吹き出す室内送風機と、前記室内送風機を回転駆動するモータと、を備え、前記室内送風機は前記装置側ダクト内に配置されており、前記モータは、前記部屋内に配置されているものである。

本発明に係る車両用空気調和装置によれば、室内送風機を装置側ダクト内に配置することにより、車両の床下における室内送風機のスペースが不要となり、さらに、車両の床下に配置される機器の配置の自由度が制限されるのを抑制することができる。そのため、部屋を小さくすることができ、小型化できる。また、室内送風機を装置側ダクト内に配置することにより、空調空気が室内送風機の吐出口から装置側ダクト内に直接吹き出され、装置側ダクトの風路に沿って吹き出されるため、圧力損失を低減できる。

本実施の形態１に係る車両用空気調和装置の概要構成の一例を示す模式図である。 図１の要部拡大図である。 本実施の形態１に係る車両用空気調和装置を平面視した模式図である。 本実施の形態１に係る車両用空気調和装置を側面視した模式図である。 本実施の形態１に係る車両用空気調和装置の室内送風機の取り付け方法を示す模式図である。 本実施の形態２に係る車両用空気調和装置の室内送風機の取り付け方法を示す模式図である。 本実施の形態３に係る車両用空気調和装置を平面視した模式図である。 本実施の形態３に係る車両用空気調和装置を側面視した模式図である。 本実施の形態４に係る車両用空気調和装置を平面視した模式図である。 本実施の形態４に係る車両用空気調和装置を側面視した模式図である。 本実施の形態５に係る車両用空気調和装置を平面視した模式図である。 本実施の形態５に係る車両用空気調和装置を側面視した模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面中に示す矢印は、空気の流れを示すものとする。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施の形態１に係る車両用空気調和装置１の概要構成の一例を示す模式図であり、図２は、図１の要部拡大図であり、図３は、本実施の形態１に係る車両用空気調和装置１を平面視した模式図であり、図４は、本実施の形態１に係る車両用空気調和装置１を側面視した模式図である。
なお、図３が車両１００の進行方向に平行な横断面図であり、図４が、車両１００の進行方向に平行な縦断面図である。

本実施の形態１に係る車両用空気調和装置１は、図１に示すように、車両１００の床面の下側（車両１００の床下）に配置されている。そして、車両用空気調和装置１の本体２内には、図３及び図４に示すように、第１の部屋１０と第２の部屋２０とが仕切られて設けられている。すなわち、第１の部屋１０内と第２の部屋２０との間は、空気の流入出がない。
なお、図３及び図４では、車両用空気調和装置１が、一つの本体２に第１の部屋１０及び第２の部屋２０が仕切られて設けられている場合を示したが、それに限定されず、第１の部屋１０及び第２の部屋２０が、別体のユニットにそれぞれが設けられ、ユニット間を冷媒配管で接続した構成としてもよい。

第１の部屋１０は、各種機器を配置する略密閉された空間を有し、外気の取り込み口である第１吸込口１５、及び、取り込まれた外気の排気口である第１吹出口１６が形成されている。この第１の部屋１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１１、第１の部屋１０に取り込まれた外気と熱交換する室外熱交換器１２、冷媒を減圧して膨張させる絞り装置１３、及び、外気を第１の部屋１０内に取り込み、第１の部屋１０外に吹き出す室外送風機１４が設けられている。

また、第２の部屋２０は、各種機器を配置する略密閉された空間を有し、車両１００内（車両１００の乗車空間内）の空気の取り込み口である第２吸込口２３、空調空気の吹き出し口である第２吹出口２５、及び、作業者が第２の部屋２０内の各種機器を点検するための点検口（図示せず）が形成されている。この第２の部屋２０には、第２の部屋２０内の空気と熱交換する室内熱交換器２１、室内送風機３１を回転駆動するモータ２２、及び、点検口を塞ぐ点検カバー２４が設けられている。

なお、第２の部屋２０は、本発明の「部屋」に相当し、第２吸込口２３は、本発明の「吸込口」に相当し、第２吹出口２５は、本発明の「吹出口」に相当する。

この第２の部屋２０の上部には、図１に示すように第２吹出口２５に接続された装置側ダクト３０が設けられており、装置側ダクト３０は、車両１００内と連通する車両吹出口１０２に接続された車両側ダクト１０１と接続されている。
この装置側ダクト３０内には、車両１００内の空気を第２の部屋２０内に取り込み、車両１００内に吹き出す室内送風機３１が配置されている。

なお、図３では、圧縮機１１及び絞り装置１３が第１の部屋１０に配置された例を示したが、それに限定されず、圧縮機１１及び絞り装置１３を第２の部屋２０に配置してもよい。すなわち、車両用空気調和装置１は、第１の部屋１０に、少なくとも室外熱交換器１２及び室外送風機１４が配置されており、第２の部屋２０に、少なくとも室内熱交換器２１及びモータ２２が配置されている。

［冷媒回路構成］
図３を参照して、車両用空気調和装置１の冷媒回路構成について説明する。
図３に示すように、車両用空気調和装置１の冷媒回路は、圧縮機１１、室外熱交換器１２、絞り装置１３、及び室内熱交換器２１が冷媒配管を介して環状に接続されて構成されている。なお、本実施の形態１に係る車両用空気調和装置１は、冷媒として例えば二酸化炭素が採用されている。

圧縮機１１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして冷媒回路に搬送するものである。圧縮機１１は、吸入側が室内熱交換器２１に接続され、吐出側が室外熱交換器１２に接続されている。圧縮機１１は、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機などで構成するとよい。

室外熱交換器１２は、凝縮器（放熱器）として機能し、室外送風機１４のファンによって第１の部屋１０に取り込まれる空気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を凝縮液化させるものである。この室外熱交換器１２は、一方が圧縮機１１に接続され、他方が絞り装置１３に接続される。室外熱交換器１２は、たとえば冷媒配管を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。

室外熱交換器１２には、第１の部屋１０内に外気を取り込み、第１の部屋１０外に吹き出す室外送風機１４が付設されている。この室外送風機１４の作用により、室外熱交換器１２における冷媒と外気との熱交換が促進される。

絞り装置１３は、冷媒を減圧して膨張させるものである。絞り装置１３は、一方が室外熱交換器１２に接続され、他方が室内熱交換器２１に接続されている。絞り装置１３は、開度が可変に制御可能なもの、たとえばキャピラリーチューブ、電子式膨張弁などで構成するとよい。

室内熱交換器２１は、蒸発器として機能し、室内送風機３１のファンによって第２の部屋２０に取り込まれる車両１００内空気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を蒸発ガス化させるものである。この室内熱交換器２１は、一方が絞り装置１３に接続され、他方が圧縮機１１の吸入側に接続される。室内熱交換器２１は、たとえば冷媒配管を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。

装置側ダクト３０内には、車両１００内の空気を第２の部屋２０内に取り込み、車両１００内に吹き出す室内送風機３１が配置されており、この室内送風機３１の作用により、室内熱交換器２１における冷媒と、第２の部屋２０内の空気との熱交換が促進される。

［冷房運転］
まず、冷媒の流れについて説明する。冷房運転時は、圧縮機１１より高温・高圧のガス冷媒が吐き出され、室外熱交換器１２で外気と熱交換により凝縮し高圧・低温の液冷媒となる。この高圧・低温の液冷媒は、絞り装置１３で膨張させられて低圧・低温となる。そして、この低圧・低温冷媒は、室内熱交換器２１で第２の部屋２０内の空気と熱交換して蒸発して低圧・常温となって、再び圧縮機１１に吸入される。

次に、空気の流れについて説明する。第１の部屋１０には、室外送風機１４の作用により第１吸込口１５を介して外気が取り込まれる。この取り込まれた空気は、室外熱交換器１２の凝縮熱で温度上昇した後、室外送風機１４の作用により、第１吹出口１６を介して第１の部屋１０から排出される。

第２の部屋２０には、室内送風機３１の作用により、第２吸込口２３を介して車両１００内の空気が取り込まれる。この取り込まれた空気は、室内熱交換器２１の蒸発熱で冷却された後、室内送風機３１の作用により、第２吹出口２５、装置側ダクト３０、車両側ダクト１０１、及び車両吹出口１０２を介して車両１００内に吹き出される。

［暖房運転］
暖房運転については、圧縮機１１を停止して冷媒の循環を停止し、そして、室内送風機３１及びヒーター（図示せず）を運転させる。これにより、第２の部屋２０には、車両１００内の空気が室内送風機３１の作用により第２吸込口２３を介して取り込まれる。この取り込まれた空気は、ヒーターの熱で加温された後、室内送風機３１の作用により、第２吹出口２５、装置側ダクト３０、車両側ダクト１０１、及び車両吹出口１０２を介して車両１００内に吹き出される。

なお、本実施の形態１では、ヒーターを設けて暖房運転を行う構成としたが、それに限定されず、ヒーターの代わりに冷媒の流路を切り替える四方弁（図示せず）を設けて、冷房運転時における冷媒の流れを反転させて、暖房運転を行ってもよい。

室内送風機３１は、例えばシロッコ型であり、図３に示すように主にスクロール形のケーシング３２と、モータ２２によって回転駆動され、ケーシング３２内で回転する羽根車３３と、から構成される。ケーシング３２は、風路断面積が気流方向に所定の拡大率を持つ流路を備え、側面に外部の空気をケーシング３２内に吸い込む吸気口３２ａと、前記側面に直交する面にケーシング３２からの空気を排出する吐出口３２ｂとを備えている。

図１〜図４に示すように、室内送風機３１は装置側ダクト３０内に配置されており、室内送風機３１の羽根車３３と回転軸（図示せず）で連結されているモータ２２は、第２吹出口２５を通して第２の部屋２０内に配置されている。このとき、第２吹出口２５よりも室内送風機３１のケーシング３２の方が大きいため、室内送風機３１が下に落ちないようになっている。

図５は、本実施の形態１に係る車両用空気調和装置１の室内送風機３１の取り付け方法を示す模式図である。
図５に示すように、室内送風機３１が内部に配置されている装置側ダクト３０は、車両側ダクト１０１と接続されている。接続方法としては、装置側ダクト３０の接続口と車両側ダクト１０１の接続口とは同一形状となっており、それら接続口同士を合わせた後、フランジボルト３４で固定する。

以上より、本実施の形態１に係る車両用空調装置によれば、室内送風機３１を装置側ダクト３０内に配置することにより、車両１００の床下における室内送風機３１のスペースが不要となり、さらに、車両１００の床下に配置される機器の配置の自由度が制限されるのを抑制することができる。そのため、第２の部屋２０を小さくすることができ、車両用空調装置を小型化できる。

また、室内送風機３１を装置側ダクト３０内に配置することにより、空調空気が室内送風機３１の吐出口３２ｂから装置側ダクト３０内に直接吹き出される。そして、室内送風機３１の吐出口３２ｂを装置側ダクト３０の風路に沿った方向に向けて配置することにより、空調空気が、装置側ダクト３０の風路に沿って吹き出されるため、圧力損失を低減できる。
また、室内送風機３１を装置側ダクト３０内に配置することにより、第２の部屋２０の側面に設けられている点検カバー２４を開けて、点検口（図示せず）から室内熱交換器２１へのアクセスが容易となるため、室内熱交換器２１の洗浄効率が向上する。

また、図１〜図４に示すようにモータ２２が第２の部屋２０内に配置されており、周囲に何もないためモータ２２に対する通気性がよく、吸気口３２ａから吸い込む空気によってモータ２２全体を冷却することができ、モータ２２の発熱を抑制することができる。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２について説明するが、実施の形態１と重複するものについては（一部の）説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図６は、本実施の形態２に係る車両用空気調和装置１ａの室内送風機３１の取り付け方法を示す模式図である。

本実施の形態２では、図６に示すように、装置側ダクト３０の接続口と車両側ダクト１０１の接続口とは同一形状とし、それらにパッキン３６が設けられている。そして、装置側ダクト３０と車両側ダクト１０１との接続口同士を合わせた後、互いのパッキン３６を圧縮させることによって気密を確保し、接続する。そうすることで、内部に室内送風機３１が配置された装置側ダクト３０を上げるだけで容易に接続することが可能である。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３について説明するが、実施の形態１及び２と重複するものについては（一部の）説明を省略し、実施の形態１及び２と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図７は、本実施の形態３に係る車両用空気調和装置１ｂを平面視した模式図であり、図８は、本実施の形態３に係る車両用空気調和装置１ｂを側面視した模式図である。

図７及び図８に示すように、本実施の形態３に係る車両用空気調和装置１ｂは、室内送風機３１及びモータ２２を２つ備えた構成となっている。この場合においても、実施の形態１に係る車両用空気調和装置１と同様、室内送風機３１を装置側ダクト３０内に配置し、モータ２２を第２の部屋２０内に配置することにより、実施の形態１と同様の効果が得られる。
なお、室内送風機３１及びモータ２２を３つ以上備えた構成である場合についても同様である。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４について説明するが、実施の形態１〜３と重複するものについては（一部の）説明を省略し、実施の形態１〜３と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図９は、本実施の形態４に係る車両用空気調和装置１ｃを平面視した模式図であり、図１０は、本実施の形態４に係る車両用空気調和装置１ｃを側面視した模式図である。

図９及び図１０に示すように、本実施の形態４に係る車両用空気調和装置１ｃは、吐出口４２ｂを２つ有する室内送風機４１を備えた構成となっている。なお、２つの吐出口４２ｂは、互いに反対向きとなるように形成されている。この場合においても、実施の形態１に係る車両用空気調和装置１と同様、室内送風機４１を装置側ダクト３０内に配置し、モータ２２を第２の部屋２０内に配置することにより、実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５について説明するが、実施の形態１〜４と重複するものについては（一部の）説明を省略し、実施の形態１〜４と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図１１は、本実施の形態５に係る車両用空気調和装置１ｄを平面視した模式図であり、図１２は、本実施の形態５に係る車両用空気調和装置１ｄを側面視した模式図である。

図１１及び図１２に示すように、本実施の形態５に係る車両用空気調和装置１ｄは、ターボ型の室内送風機５１を備えた構成となっている。この室内送風機５１の羽根車５３の内周側には、モータ２２が配置されている。この場合において、室内送風機５１に加え、モータ２２も装置側ダクト３０内に配置することにより、車両１００の床下における室内送風機５１及びモータ２２のスペースが不要となり、さらに、車両１００の床下に配置される機器の配置の自由度が制限されるのを抑制することができる。そのため、第２の部屋２０を小さくすることができ、車両用空調装置をより小型化できる。

また、室内送風機５１を装置側ダクト３０内に配置することにより、空調空気が室内送風機５１から装置側ダクト３０内に直接吹き出され、装置側ダクト３０の風路に沿って吹き出されるため、圧力損失を低減できる。
また、室内送風機５１及びモータ２２を装置側ダクト３０内に配置することにより、第２の部屋２０の側面に設けられている点検カバー２４を開けて、点検口（図示せず）から室内熱交換器２１へのアクセスがより容易となるため、室内熱交換器２１の洗浄効率が向上する。

１ 車両用空気調和装置、１ａ 車両用空気調和装置、１ｂ 車両用空気調和装置、１ｃ 車両用空気調和装置、１ｄ 車両用空気調和装置、２ 本体、１０ 第１の部屋、１１ 圧縮機、１２ 室外熱交換器、１３ 絞り装置、１４ 室外送風機、１５ 第１吸込口、１６ 第１吹出口、２０ 第２の部屋、２１ 室内熱交換器、２２ モータ、２３ 第２吸込口、２４ 点検カバー、２５ 第２吹出口、３０ 装置側ダクト、３１ 室内送風機、３２ ケーシング、３２ａ 吸気口、３２ｂ 吐出口、３３ 羽根車、３４ フランジボルト、４１ 室内送風機、４２ｂ 吐出口、５１ 室内送風機、５３ 羽根車、１００ 車両、１０１ 車両側ダクト、１０２ 車両吹出口。

Claims (4)

1. 圧縮機、室外熱交換器、絞り装置、及び、室内熱交換器を有し、これらが冷媒配管で接続された冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、
   前記室内熱交換器が配置され、車両内の空気が流入する吸込口、及び、前記室内熱交換器にて熱交換した空気が流出する吹出口が形成された部屋を有する本体と、
   該部屋の上部に設けられ、車両内と連通する車両吹出口に接続された車両側ダクトと接続される装置側ダクトと、を備え、
   車両の床下に配置される車両用空気調和装置であって、
   前記室内熱交換器にて熱交換した空気を車両内に吹き出す室内送風機と、
   前記室内送風機を回転駆動するモータと、を備え、
   前記室内送風機は前記装置側ダクト内に配置されており、
   前記モータは、前記部屋内に配置されている
   ことを特徴とする車両用空気調和装置。
2. 前記装置側ダクトの接続口と前記車両側ダクトの接続口とは同一形状を有し、
   前記装置側ダクトと前記車両側ダクトとは、
   それら接続口同士が合わされた後、フランジボルトで固定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用空気調和装置。
3. 前記装置側ダクトの接続口と前記車両側ダクトの接続口とは同一形状を有し、それら接続口にはパッキンが設けられており、
   前記装置側ダクトと前記車両側ダクトとは、
   それら接続口同士が合わされた後、互いのパッキンが圧縮されて接続される
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用空気調和装置。
4. 前記室内送風機は前記装置側ダクト内に配置されているケーシングを備え、
   前記ケーシングは、前記本体の前記吹出口よりも大きくなっている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用空気調和装置。

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