JPS62275872A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鉄道車両用空気調和機に係り、特に。

電車客室内の快適さの向上及び温度分布の均一化に好適
な空気調和機に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の鉄道車両用空気調和機について第１２図〜第１５
図により説明する。第１２図において、客室内天井１に
は一車両当り１０個程度の小型空気調和機が車両長手方
向に設置されている。１個の小型空気調和機には、４個
の吹出口２ａ、２ｂ。

２ｃ、２ｄと４個の吹込口３ａ、３ｂ、３ｃ。

３ｄとが第１．２図及び第１３図に示すように設けであ
る。客室内を冷房する場合には、冷風を吹出口２ａ＋　
２ｂから窓がラス４に向って吹出させ、客室内を冷房後
、客室内の空気を吸込口３ａ。

３ｂに吸込む、同列の座席５の冷房は、吹出口２ａ、２
ｂ及び吸込口３ａ、３ｂの組合わせで行われる。

この場合は、１つの列について第１４図に矢印で示すよ
うな２つの循環流が発生する。この２つの循環流は固定
的であり、一般に循環流の中心位置に向かう程、風速値
が小さくなる。各客席頭部位置は客室内高さ方向のほぼ
半分の位置であり、特に通路側座席５ｂ、５ｃの頭部位
置は先述の循環流中心位置付近となるため、窓側座席５
ａ。

５ｄ頭部位置における風速値に比べて小さく、窓側座席
が快適のときは、通路側座席５ｂ、５ｃの乗客は不快を
感する。逆に吹出口の風速を増すと。

窓側座席５ａ、５ｂの乗客には風速値が太きくなす、不
快感が増す。

また、吸込口３ａ、３ｃが吹出口２ａ、２ｃの近傍にあ
りかつ吹出口２ａ、２ｃと同一方向に設置されているの
で、第１４図の循環流を吸込む効果が小さく、床付近に
は低温空間領域７が発生しやすい、このため客室内温度
分布を均一にし、快適さを確保するのが容易ではない。

別の従来例として、第１２図の天井１の吸込口３ａ、３
ｂをすべて吹出口とした例もある。すなわち天井１に例
えば２台の空気調和機を設け、天井１に形成した中央風
道１１に風を送り、風道の関口部から客室内に風を吹込
む方式である。排気口は、中央天井風道の以外の天井の
位置または床側に設ける。この場合も、第１４図と同様
に、２つの循環流が発生する。この方式では中央風道が
車内の長さ分あり、天井風道吹出口から客室内へ風を均
一に出すことは容易ではない、風を均一にするためには
風道内に整流構造を設ける必要があるが、流路抵抗の増
加により圧力損失が増えることになる。

客室内の快適さを向上させるようにした従来例を第１５
図に示す、座席は車両長手方向に沿って設置され、乗客
は通路中心に向って座る。吹出口は天井上長手方向に沿
って一列に設置されている。

吹出口２からの風の方向は車両横断面方向に周期的に変
化する。座っている客は適当な風速値で快適である。

ところが客室内に立っている乗客（以下、「立ち客」と
いう）の頭部位！！８では、吹出口２からの風の強弱を
感じる。立ち客の快適さを確保するにはこの頭部位！ｌ
！８における風速値を０．２〜０．４ｍ／ｓ程度にする
必要がある。一方窓側座席５に着席した乗客の頭部位Ｗ
９では、先述の風速値より小さな値となり、立ち客を快
適にすると。

窓側着席乗客位Ｍ９での快適さを確保することは回置で
ある。

一般に、ドア開閉時に外の暖い空気が客室内に侵入した
場合できるだけ早く客室内の温度を所定の温度に下げ、
かつ窓側着席乗客の頭部位置９での快適さを確保するに
は、吹出口２近傍での風速値を３〜４　ｍ　／　ｓ程度
にすン必要がある。この要求を満たすと、逆に立ち客頭
部位！８での風速値は０　、５　ｍ　／　ｓ　　以上と
なり、負担を感じさせることになる。

なお、この種の装置として関連するものには例えば、特
開昭５９−１９２６６３号等が挙げられる。特開昭５９
−１９２６６３号では、天井側の吹出口の風が直接乗客
に当たるのを防ぐために車両横断面において、横断面中
心を境にして２つの循環流を形成させるようにしたもの
である。この従来例では、列車横断面の２つの循環流は
固定しており、冷房の場合には第１４図の例と同様に床
面付近に低温空間領域が発生しやすく、暖房の場合には
天井付近に高温空間領域が発生しやすい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の技術では座席頭部位置での風速値を、全座席につ
いて均等でかつ負担を感じない風速値０　、５　ｍ　／
　ｓ　　以下とすることが容易ではなく、快適さの確保
が困霞であった。冷房運転の場合には床付近に低温空間
領域が発生侵やすく、客室内の温度分布は均一になりに
くかった。また中央天井風道を吹出口とする方式では、
風道が長いため客室内に均一な風を送込むことはかなり
困難であった。

本発明の目的は、鉄道用車両の冷房及び暖房運転時に１
着席客の快適さを確保するとともに立ち客への風による
不快感を軽減し、更に客室内の温度分布を均一にできる
空気調和機を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、角度調節及び回転機能を有する吹出口ノズ
ルを天井側に複数個設け、これら吹出口からの風により
座席頭部位置近傍に風の循環流を各々形成し、吹出口の
角度及び回転周期と風量とを調節し、この循環流の大き
さ及び強さを周期的に変えることにより達成される。

〔作用〕

吹出口の角度及び回転周期をＷｗｉすると、各座席頭部
位置近傍で発生する＠環流の大きさは周期的に変わる。

これにより座席頭部位置近傍の風速値が周期的に変わり
１乗客の快適さが向上する。

また客室内の温度分布が不均一になった場合、吹出口の
風量及び角度を大きくし、客室内の温度分布を短時間で
均一にできる。更に、第１５図の従来例のように車両中
央部から吹出す形式ではないから、立ち客の頭に強い風
が当たることがなく。

不快感を生じない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第１１図に基づいて説
明する。

第１図は本発明の原理を示す図である。第１図において
、１１は天井中央風道、１２ａ−ｆは吹出口である。吹
出口１２は天井中央風道１１の両側に少なくとも座席５
の列数に対応して設ける。

座席５は通路の東側に２個ずつ、長手方向に複数列設け
られている。この２個の座席に対応して天井中央風道１
１に吹出口１２が設けられている。

すなわち天井中央風道】、１の各吹出口１２から風を各
２個の座席頭部位置近傍に向って吹出す。吹出口１２は
回転機能及び角度調節機能をもっている。吹出口１２ａ
からの風は第１図に実線で示すように２つの座席頭部位
置をはさんだ循環流Ｃａを形成する。また吹出口１２の
角度を小さくした場合には、第１図に点線で示すような
小さな循環流Ｃｓを形成する。吹出口１２を回転させな
がら同時に吹出口１２の角度を連続的に変えると、風の
軌跡は蚊取線香のような渦巻状となる。そのときの最も
大きな循環流はＣムである。このように天井中央風道１
１の各吹出口１２の角度及び回転機能を調節し、座席頭
部位置近傍の風速値を制御すると快適な空調が達成でき
る。

第２図は、第１図の客室長手方向垂直断面を示す図であ
る。第２図には、吹出口１２から座席５に向う風の流れ
と座席頭部位置近傍領域１３の関係を示す、実線の大循
環流Ｃ１は吹出口１２の角度が大きい場合を、点線の小
循環流Ｃｓは吹出口１２の角度の小さい場合をそれぞれ
示す。第２図では各吹出口１２からの風がお互いに干渉
しないように吹出口１２ａと１２ｂからの風のｗＩ環力
方向逆にしている。

第３図は、座席頭部位置近傍の風速分布を示す図である
。第３図の上部には吹出口方向から見た循環流Ｃｉ　、
Ｃｓ　を示し、１３ａｘ、１３ａｘは並んだ２つの座席
頭部位置近傍領域を示す、第３図の下部には、座席頭部
水平レベルにおける風速分布を示す、循環流Ｃｓ　、Ｃ
ｍの線上における風速値が最も大きく、この線上から離
れるに従って風速値は小さくなる。座席頭部位置近傍に
おける風速値の上限をＶ　ｕ　ｌ下限をＶ、とする、ｖ
ｕは約０．４ｍ／ｓ、￥ｘは約０．２ｍ／ｓである。こ
こでは、座席頭部位置の風速値がｖｌとＶ、の値の範囲
に入るように循環流Ｃｓ　、Ｃａの大きさ、吹出口の風
量、ａ速、角度を決める。吹出口の角度を変え、第３図
のように循環流ＣＡ　、Ｃｓの各風速値のピークの位置
を変動させると、乗客は風の強弱を感じ、快適さが向上
する。

第４図は冷房運転時の制御系のブロック図である。第４
図において、１８は吹出角度回転風量制御器、１９は吹
出角度調′ＩＩ６器、２０は吹出回転調節器、２１は吹
出風量調節器、２２は往復駆動機、２３は回転駆動機、
２４は送風機駆動機である。

吹出角度回転風量制御器１８は、温度比較機１７のオン
オフにより、出力をオンオフする。吹出角度調節器１９
．吹出回転調節器２１．吹出風１調ｆｆ５器２３はそれ
ぞれ出力を２段切換とし、吹出角度回転風量制御器１８
がオンのとき、その出力を太きくし、逆にオフのとき、
その出力を小さくする。

天井温度検出器１４と床温度検出器１５の温度差が温度
設定ｆｉｉ６の値を越えない場合、温度比較器１７の出
力はオフであり、通常運転モードである。この場合には
、吹出角度回転風量制御器１８の出力もオフであり、吹
出角度調節器１９゜吹出回転調節器２１．吹出風量ｇ部
器２３の出力はそれぞれ小であり、往復駆動機２２のス
トロークは通常、回転駆動機２３の回転数は通常、送風
機駆動機２４の回転数は通常である。逆に天井温度検出
器１４と床温度検出器１５の温度差が温度設定器１６の
値を超えた場合、温度比較器１７の出力がオンとなり、
吹出角度回転風量制御器１８の出力もオンとなる。吹出
角度調節器１９．吹出回転調節器２ｏの出力はそれぞれ
大となり、往復駆動機２２のストロークは通常運転の場
合よりも大きく３回転駆動機２３及び送風機駆動機２４
の回転数も通常運転時よりも上がる。

第４図において天井温度検出器１４及び床温度検出器１
５は例えば熱電対である。温度設定器１６はポテンショ
メータ、温度比較器１７は例えばアナログ比較器である
。吹出角度回転風量制御器１８．吹出角度調節器１９．
吹出回転翼部器２０、吹出風量調節器２１は、増幅器、
リレー。

スイッチの組合せにより容易に構成できる０例えば吹出
回転調節器２０により調節される回転駆動機２３は、出
力が２段切換わるモータを用意してこのモータの電源入
力を２種類とし、その入力切換えを調節器２０内のスイ
ッチで行う、このスイッチの動作は吹出角度回転風量制
御器１８の出力のオンオフに基づいてなされる。

第５図に、吹出口からの風の回転周期と、吹出角度Ｗ４
ｊｆＩｉ周期との関係を示す、吹出角度を一定とし吹出
回転周期を変えた場合、座席頭部位置に発生する循環流
の大きさは一定となり、風の乗客の身体に当たる位置は
固定となる。逆に吹出角度を周期的に変化させ吹出回転
周期は一定、すなわち。

座席頭部位置での風の軌跡を渦巻状とした場合、乗客に
当たる風の範囲は増える。扇風機の例に見られるように
乗客の身体に当たる風の範囲は広い方が快適さの点から
好ましい。また風の乗客に当たる位置が絶えず変化する
方が好ましい、従って第５図のような快適な吹出回転周
期及び吹出角度ｍ節周期が存在する。吹出回転周期は扇
風機の首振りに見られるように数秒から数十秒のオーダ
である。

第６図は、吹出口１２の構造例を示す、吹出口１２は複
数個あり、各吹出口１２に吹出ノズル２５を設けである
。吹出ノズル２５はくの字型に曲っており、吹出ノズル
回転軸２６の回転により吹出ノズル２５全体が回転する
。風は吹出ノズル２５の先端から客室内に吹出され、第
１図に示すような循環流を形成する。

第７図に、吹出角度及び回転周期を調節するための機器
構成の一例を示す、２５は吹出ノズル、２６は吹出ノズ
ル回転軸、２７は歯車であり、それぞれｎ個設けである
。２３は回転駆動機であり、出力が２段に切換わるモー
タである。２２は前記回転駆動機２３を持上げる往復駆
動機であり、例えば油圧ジヤツキを用いる。吹出ノズル
２５と吹出ノズル回転軸２６及び歯車２７は連結しであ
る。

歯車２８ａ〜２８ｎは一体となっており、この歯車２８
ａ〜２８ｎは回転駆動機２３により駆動される。歯車２
７ａ〜２７ｎと歯車２８ａ〜２８ｎは噛合っているので
、回転駆動機２３の回転により歯車２７ａ〜２７ｎが回
転し、吹出ノズル２５ａ〜２５ｎがそれぞれ同時に回転
する。ただし、歯Ｊ！　２８　ａと２８ｂは逆に設けて
あり、吹出ノズル２５ａと２５ｂの回転方向は異なる１
以上が吹出ノズル２５ａ〜２５ｎの回転動作例である１
次の吹出ノズル２５ａ〜２５ｎの角度調節は、油圧ジヤ
ツキを用いた往復駆動機２２の動作により行う。

すなわち往復駆動機２２が吹出ノズル２５ａ〜２５ｎを
除いて、回転駆動機２３．歯車２８ａ〜２８ｎ、２７ａ
〜２７ｎ、吹出ノズル回転軸２６ｎを持ち上げると、吹
出ノズル２５ａ〜２５ｎの角度が変わる。これについて
は第８図で説明する６なお、吹出口ノズル２５８〜２５
ｎにおける風量は天井中央風道１１内を流れる風の量す
なわち別の位置に設けた送風機により調節される。この
送風機は第４図に示す送風機駆動機２４すなわちモータ
により駆動される。モータ２４は例えば出力を２段切換
可能とし、送風機の回転速度を変え。

天井中央風１１内への送風量を変える。こうして吹出ノ
ズル２５ａ〜２５ｎからの風量が変わる。

第８図は、吹出ノズル２５の回転及び角度調節機構の一
例を示す、第８図は吹出角度が小さい場合を示す。吹出
ノズル２５にはノズル案内筒２９゜ノズル先端筒３０．
ベローズ３１がある。本図はベローズが縮んだ状態を示
している６吹出ノズル案内筒２９と吹出口１２の間には
軸受３２がある。

吹出ノズル２５と吹出ノズル回転軸２６は第８図のよう
に例えば針金で連結されている。吹出ノズル２５の回転
は、吹出ノズル回転軸２６によって与えられ、この吹出
ノズル回転軸２６の回転は。

歯車２７と歯車２８の回転によりなされる。吹出ノズル
先端筒３０が回転すると、天井中央風道１１の風は吹出
ノズル案内筒２９．ノズル先端筒３０を通り１客室内に
吹出され、第３図のたとえば小さな循環流Ｃｓ　を形成
する。

第９図に、第８図から吹出ノズル１３の角度を変え、大
きな循環流を形成する場合を示す。第７図の往復駆動機
２２で回転駆動機２３．歯車２８゜２７を下降させると
、それにつれて吹出ノズル回転軸２６が下降する。この
ためベローズ３１が延び、ノズル先端筒３０が曲がる。

こうして吹出ノズル２５内を通る風の吹出角度が大きく
なる。吹出ノズル２５全体の回転につれて第８図に比較
し大きな循環流を形成する。これは第３図の循環流Ｃ１
に相当する。なお、吹出ノズルは複数個あるが、隣合う
吹出ノズル２５の回転方向は逆とし。

ノズルから吹出される循環流が干渉し合わないようにす
る。

結局、第８図及び第９図に示す吹出ノズル回転軸２６．
歯車２７．２８を連続上下作動させ同時に吹出ノズル２
５を回転させると、吹出ノズル２５からの風が座席頭部
位置で形成する軌跡は渦巻状となる。

第４図の天井温度検出器１４と床温度検出器１５の温度
差が所定の値より大きくなった場合すなわち客室内の温
度分布が不均一になった場合は、往復駆動機２２のスト
ロークを更に大きくし、吹出ノズル２５の角度を大きく
する。吹出ノズル２５の風で客室内に形成する循環流は
第３図に示す循環流Ｃ１よりも大きくなる。この状態で
回転駆動機２３及び送風機駆動機２４の出力を上げると
、吹出ノズル２５の風の回転が早くなり風量が増大する
。その結果、客室内の温度分布の不均一は短時間で一掃
される。このようにすると、車両長手方向の温度分布の
不均一も解消されるが、より細かく対応するには、各ノ
ズルの角度及び回転周期に車両の長手方向で分布をつけ
ることや各ノズルの流路抵抗に車両の長手方向で分布を
付けることも有効である。

なお、上記実施例では、ノズル角度を変えるのに、往復
駆動機２２を用いて、回転駆動機２３や歯車２８．２７
等の全体を上下させているが、ノズル案内筒２９とノズ
ル先端筒３０との間に遠隔的角度調節機構を設け、吹出
ノズル回転軸２６を伸縮可能な部材で形成してもよいこ
とは明らかであろう。

第１０図は１本発明の他の実施例を示す。本例では、吹
出口として複数個の開口部を有する吹出回転体３３を設
けている。この吹出回転体３３は歯車２７と直結してあ
り、歯車２７．２８及び駆動軸３４を介して回転駆動機
２３により回転される。吹出回転体３３ａと３３ｂとは
回転方向は逆とし、吹出される空気が干渉しないように
しである。吹出回転体３３からの空気流は、孔の径に応
じて流速が変わる。

第１１図は更に他の実施例を示す車両客室の斜視図であ
る。３次元方向の吹出角度及び吹出風量を制御可能な非
接触型ノズルが製作されれば、中央天井風道内を簡略化
できる。また、３次元方向の吹出角度及び吹出風量を容
易に制御可能な純流体素子を製作すれば１着席頭部位置
への風速制御が多様化し、快適さをより一層向上できる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、客室内の冷・暖房運転において、車両
横断方向及び長手方向に循環流を発生させ、客室内の温
度分布に・応じて循環流の大きさ及び風の循環する速度
を変更可能である。これにより乗客頭部に当たる風速値
を所定の値に制御でき、乗客の快適さを増すことができ
る。また、冷房時に床付近に滞留しやすい低温空間領域
を、あるいは暖房時に天井付近に滞留しやすい高温空間
領域を、循環流の大きさを変えて破壊できるので、客室
内の温度分布が短時間に均一となる。更に１客室入ロド
ア開閉による熱の授受のため客室内の温度分布が不均一
になっても、天井側と床側の温度を検出し、吹出口の回
転周期を短くして、床付近の低温空間領域または天井付
近の高温空間領域を短時間に破壊できるので、客室内の
温度分布がほぼ均一に保たれる。加えて、立ち客は一定
方向からの強い吹出しを長時間受けることがなく、従来
のような不快感を生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による空気調和機の原理的制御方式を示
す客室内の斜視図、第２図は同じく客室内の垂直断面図
、第３図は本発明における循環流の風速分布を示す図、
第４図は本発明による空気調和機の制御系の構成を示す
ブロック図、第５図は吹出角度調節周期と吹出回転周期
との組合わせにおいて快適範囲を示す図、第６図は吹出
口部分の斜視図、第７図は吹出ノズルの回転及び角度の
調節機構を示す図、第８図及び第９図は吹出ノズルの駆
動装置を示す図、第１０図は吹出口の他の実施例を示す
図、第１１図は非接触型ノズルを用いる実施例を示す斜
視図、第１２図は従来の客室１・−・天井、２・・・吹
出口、３・・・吸込口、４・・・窓ガラス、５・・・座
席、６・・・荷物棚、７・・・低温空間傾城、８・・・
立ち客頭部位置、９・・・着席頭部位置、１１・・・天
井中央風道、１２・・・吹出口、１３・・・座席頭部位
置近傍領域、１４・・・天井温度検出器、１５・・・床
温度検出器、１６・・・温度設定器、１７・・・温度比
較器。 １８・・・吹出角度回転風量制御器、１９・・・吹出角
度調節器、２０・・・吹出回転調節器、２１・・・吹出
風量調節器、２２・・・往復駆動機、２３・・・回転駆
動機。 ２４・・・送風機駆動機、２５・・・吹出ノズル、２６
・・・吹出ノズル回転軸、２７．２８・・・歯車、２９
・・・ノズル案内筒、３０・・・ノズル先端筒、３１・
・・べ０−ズ、３２・・・軸受、３３・・・吹出回転器
、３４・・・駆動軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉄道車両の天井風道に送風機から空気を送込み前記
   風道下側面に設けた複数の吹出口から空気を吹出させ車
   室内に空気の循環流を形成する空気調和機において、前
   記吹出口に回転自在に取付けられ少なくとも座席頭部領
   域を見込む角度に先端角度が可変の吹出ノズルと、前記
   ノズルの吹出角度調節機構と、前記ノズルの回転周期調
   節機構と、前記送風機の風量調節機構と、これら吹出角
   度調節機構と回転周期調節機構と風量調節機構とを車室
   内の状況に応じて制御する制御装置とを備えたことを特
   徴とする空気調和機。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の空気調和機において
   、前記制御装置が、前記天井風道の車両長手方向に沿っ
   た送風量の減少に対応し各吹出ノズルの吹出角度及び回
   転周期を個々に調節する複数の制御回路を含むことを特
   徴とする空気調和機。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の空気調
   和機において、前記制御装置が、車室の天井部の温度を
   床上部の温度とを検出する回路と、その温度差が所定値
   を超えたときの前記ノズルの角度または回転周期または
   前記送風機の風量の少なくともひとつを変えて車室内の
   空気を強制的にかくはんする指令を出す制御回路とを含
   むことを特徴とする空気調和機。