JPWO2012164619A1 - 車両用空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
圧縮機１、室外熱交換器２、絞り装置３、及び室内熱交換器４を有し、これらが冷媒配管を介して接続され冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、室内熱交換器４に空気を供給する室内送風機５と、室外熱交換器２に空気を供給する室外送風機８と、を備えた車両用空気調和装置１００〜１０５において、冷媒回路は、車両２００の床下に搭載され、冷媒として二酸化炭素が採用された。上記により、二酸化炭素冷媒が漏洩してもユーザーの快適性が損なわれてしまうことを抑制することができ。また、走行時の車両の安定性を確保することができる。
Description
本発明は、鉄道などの車両に搭載される車両用空気調和装置に関するものである。
地球温暖化の観点から、地球温暖化係数が高いフロン冷媒などの使用を制限する動きがあり、地球温暖化係数が小さい二酸化炭素冷媒を採用した鉄道車両用空気調和装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術は、空気調和装置が鉄道車両の天井に搭載されたものである。このように、天井搭載の車両用空気調和装置は、運転速度が約１３０ｋｍ／ｈ以下の車両において主に採用されている。
一方、新幹線や特急車などの高速車は、車両用空気調和装置を床下に搭載したものが主流となっている。このように、床下搭載の車両用空気調和装置では、冷媒として二酸化炭素が採用されたものは存在していない。
特許文献１に記載の技術では、たとえばロウ付けによる配管接続部や経年劣化などにより車内に冷媒漏洩が発生すると、車内の二酸化炭素濃度が上昇し、ユーザーの快適性が低減（過呼吸や窒息感など）してしまう可能性があった。
また、特許文献１に記載の技術のように、二酸化炭素冷媒を採用している空気調和装置は、二酸化炭素冷媒の動作圧力が高い分、圧縮機、室外熱交換器、絞り装置、及び室内熱交換器を接続する冷媒配管に、４〜６倍の耐久圧力が必要となっている。すなわち、特許文献１に記載の技術は、フロン冷媒を使用した場合と比較すると、冷媒配管の肉厚を太くする必要があるということである。
このように、冷媒配管の肉厚が太いと、車両の重量に対する空気調和装置の重量が大きくなるので、車両の重心が高くなる。これにより、カーブなどを高速走行する際に、車両が傾斜しやすくなってしまっていた。
このように、冷媒配管の肉厚が太いと、車両の重量に対する空気調和装置の重量が大きくなるので、車両の重心が高くなる。これにより、カーブなどを高速走行する際に、車両が傾斜しやすくなってしまっていた。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、二酸化炭素冷媒が漏洩してもユーザーの快適性が損なわれてしまうことを抑制する車両用空気調和装置を提供することを第１の目的としている。
また、走行時の車両の安定性を確保する車両用空気調和装置を提供することを第２の目的としている。
また、走行時の車両の安定性を確保する車両用空気調和装置を提供することを第２の目的としている。
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、これらが冷媒配管を介して接続され冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、室内熱交換器に空気を供給する室内送風機と、室外熱交換器に空気を供給する室外送風機と、を備えた車両用空気調和装置において、冷媒回路は、車両の床下に搭載され、冷媒として二酸化炭素が採用されたものである。
本発明に係る車両用空気調和装置は、二酸化炭素冷媒が採用されているが、冷媒回路が車両の床下に搭載されたものである。これにより、二酸化炭素冷媒が漏洩しても、二酸化炭素の比重が空気より大きいために、車両内の二酸化炭素濃度が高くなってしまうことを抑制することができる。
また、冷媒回路が車両の床下に搭載されているため、車両の重心が低くなるので、車両は安定してカーブなどの高速走行をすることができる。
また、冷媒回路が車両の床下に搭載されているため、車両の重心が低くなるので、車両は安定してカーブなどの高速走行をすることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用空気調和装置１００の概要構成の一例を説明する模式図である。なお、図１（ａ）が、車両２００の進行方向に平行な縦断面図であり、図１（ｂ）が図１（ａ）に図示される車両用空気調和装置１００の進行方向に平行な横断面図である。
本実施の形態１に係る車両用空気調和装置１００は、図１（ａ）に図示されるように、車両２００の床面の下側（車両２００の床下）に設置されている。そして、車両用空気調和装置１００には、第１の部屋７と第２の部屋９とが仕切られて設けられている。すなわち、第１の部屋７内と第２の部屋９との間は、空気の流入出がない。
なお、図１では、車両用空気調和装置１００が、一つの本体に第１の部屋７及び第２の部屋９が、仕切られて設けられている場合を図示した。ここで、第１の部屋７及び第２の部屋９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。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用空気調和装置１００の概要構成の一例を説明する模式図である。なお、図１（ａ）が、車両２００の進行方向に平行な縦断面図であり、図１（ｂ）が図１（ａ）に図示される車両用空気調和装置１００の進行方向に平行な横断面図である。
本実施の形態１に係る車両用空気調和装置１００は、図１（ａ）に図示されるように、車両２００の床面の下側（車両２００の床下）に設置されている。そして、車両用空気調和装置１００には、第１の部屋７と第２の部屋９とが仕切られて設けられている。すなわち、第１の部屋７内と第２の部屋９との間は、空気の流入出がない。
なお、図１では、車両用空気調和装置１００が、一つの本体に第１の部屋７及び第２の部屋９が、仕切られて設けられている場合を図示した。ここで、第１の部屋７及び第２の部屋９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７は、各種機器を設置する略密閉された空間を有し、車両２００内の空気の取り込み口である第１吸込口８０Ａ、及び、空調空気の吹き出し口である第１吹出口８０Ｂが形成されている。この第１の部屋７には、冷媒を減圧して膨張させる絞り装置３、第１の部屋７内の空気と熱交換する室内熱交換器４、車両２００内の空気を第１の部屋７内に取り込み、車両２００内に吹き出す室内送風機５、及び、暖房用のヒーター６が設けられている。
また、第２の部屋９は、各種機器を設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２吸込口８１Ａ、及び、取り込まれた外気の排気口である第２吹出口８１Ｂが形成されている。第２の部屋９は、冷媒を圧縮する圧縮機１、第２の部屋９に取り込まれた外気と熱交換する室外熱交換器２、及び、外気を第２の部屋９内に取り込み、第２の部屋９外に吹き出す室外送風機８が設けられている。
なお、図１では、絞り装置３が第１の部屋７に設置され、圧縮機１が第２の部屋９に設置された例を図示した。ここで、絞り装置３が第２の部屋９に設置されていてもよいし、圧縮機１が第１の部屋７に設置されていてもよい。すなわち、車両用空気調和装置１００は、第１の部屋７に、少なくとも室内送風機５及び室内熱交換器４が設置され、第２の部屋９に、少なくとも室外送風機８及び室外熱交換器２が配置されている。
また、第２の部屋９は、各種機器を設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２吸込口８１Ａ、及び、取り込まれた外気の排気口である第２吹出口８１Ｂが形成されている。第２の部屋９は、冷媒を圧縮する圧縮機１、第２の部屋９に取り込まれた外気と熱交換する室外熱交換器２、及び、外気を第２の部屋９内に取り込み、第２の部屋９外に吹き出す室外送風機８が設けられている。
なお、図１では、絞り装置３が第１の部屋７に設置され、圧縮機１が第２の部屋９に設置された例を図示した。ここで、絞り装置３が第２の部屋９に設置されていてもよいし、圧縮機１が第１の部屋７に設置されていてもよい。すなわち、車両用空気調和装置１００は、第１の部屋７に、少なくとも室内送風機５及び室内熱交換器４が設置され、第２の部屋９に、少なくとも室外送風機８及び室外熱交換器２が配置されている。
［冷媒回路構成］
図１（ｂ）を参照して、車両用空気調和装置１００の冷媒回路構成について説明する。 図１（ｂ）に示すように、車両用空気調和装置１００の冷媒回路は、圧縮機１、室外熱交換器２、絞り装置３、及び室内熱交換器４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、本実施の形態に係る車両用空気調和装置１００は、冷媒として二酸化炭素が採用されている。
圧縮機１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１は、吸入側が室内熱交換器４に接続され、吐出側が室外熱交換器２に接続されている。圧縮機１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。
図１（ｂ）を参照して、車両用空気調和装置１００の冷媒回路構成について説明する。 図１（ｂ）に示すように、車両用空気調和装置１００の冷媒回路は、圧縮機１、室外熱交換器２、絞り装置３、及び室内熱交換器４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、本実施の形態に係る車両用空気調和装置１００は、冷媒として二酸化炭素が採用されている。
圧縮機１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１は、吸入側が室内熱交換器４に接続され、吐出側が室外熱交換器２に接続されている。圧縮機１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２は、凝縮器（放熱器）として機能し、室外送風機８のファンによって第２の部屋９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２は、一方が圧縮機１に接続され、他方が絞り装置３に接続される。室外熱交換器２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２には、第２の部屋９内に外気を取り込み、第２の部屋９外に吹き出す室外送風機８が付設されている。この室外送風機８の作用により、室外熱交換器２における冷媒と外気との熱交換が促進される。
室外熱交換器２には、第２の部屋９内に外気を取り込み、第２の部屋９外に吹き出す室外送風機８が付設されている。この室外送風機８の作用により、室外熱交換器２における冷媒と外気との熱交換が促進される。
絞り装置３は、冷媒を減圧して膨張させるものである。絞り装置３は、一方が室外熱交換器２に接続され、他方が室内熱交換器４に接続されている。絞り装置３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４は、蒸発器として機能し、室内送風機５のファンによって第１の部屋７に取り込まれる車両２００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４は、一方が絞り装置３に接続され、他方が圧縮機１の吸入側に接続される。室内熱交換器４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。
室内熱交換器４には、第１の部屋７内に車両２００内の空気を取り込み、車両２００に吹き出す室内送風機５が付設されている。この室内送風機５の作用により、室内熱交換器４における冷媒と、第１の部屋７内の空気との熱交換が促進される。
室内熱交換器４には、第１の部屋７内に車両２００内の空気を取り込み、車両２００に吹き出す室内送風機５が付設されている。この室内送風機５の作用により、室内熱交換器４における冷媒と、第１の部屋７内の空気との熱交換が促進される。
ヒーター６は、第１の部屋７に設けられ、室内送風機５の作用によって第１の部屋７に取り込まれる車両２００内の空気を加熱するものである。ヒーター６は、たとえばパネルヒーターなどを採用するとよい。
［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１より高温・高圧のガス冷媒が吐き出され、室外熱交換器２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３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４で第１の部屋７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１に吸入される。
次に、空気の流れについて説明する。第２の部屋９には、室外送風機８の作用により第２吸込口８１Ａ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２の凝縮熱で温度上昇した後、室外送風機８の作用により、第２吹出口８１Ｂを介して第２の部屋９から排出される。
第１の部屋７には、室内送風機５の作用により、第１吸込口８０Ａを介して車両２００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４の蒸発熱で冷却された後、室内送風機５の作用により第１吹出口８０Ｂを介して車両２００内に吹き出される。
まず、冷媒の流れについて説明する。冷房運転時は、圧縮機１より高温・高圧のガス冷媒が吐き出され、室外熱交換器２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３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４で第１の部屋７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１に吸入される。
次に、空気の流れについて説明する。第２の部屋９には、室外送風機８の作用により第２吸込口８１Ａ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２の凝縮熱で温度上昇した後、室外送風機８の作用により、第２吹出口８１Ｂを介して第２の部屋９から排出される。
第１の部屋７には、室内送風機５の作用により、第１吸込口８０Ａを介して車両２００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４の蒸発熱で冷却された後、室内送風機５の作用により第１吹出口８０Ｂを介して車両２００内に吹き出される。
［暖房運転］
暖房運転については、圧縮機１を停止して冷媒の循環を停止し、そして、室内送風機５及びヒーター６を運転させる。これにより、第１の部屋７には、車両２００内の空気が室内送風機５の作用により第１吸込口８０Ａ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６の熱で加温された後、室内送風機５の作用により第１吹出口８０Ｂを介して車両２００内に吹き出される。
なお、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（実施の形態３で説明する）。
暖房運転については、圧縮機１を停止して冷媒の循環を停止し、そして、室内送風機５及びヒーター６を運転させる。これにより、第１の部屋７には、車両２００内の空気が室内送風機５の作用により第１吸込口８０Ａ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６の熱で加温された後、室内送風機５の作用により第１吹出口８０Ｂを介して車両２００内に吹き出される。
なお、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（実施の形態３で説明する）。
［二酸化炭素の限界濃度について］
二酸化炭素の限界濃度は、Ｒ２２やＲ４０７Ｃといったフロン冷媒と比較すると、漏洩が許容される限界濃度小さい。具体的には、二酸化炭素の限界濃度は、４００００ｐｐｍと示されている。この濃度に達すると、一般的に過呼吸が生じ、長時間になれば空気中の酸素濃度が欠乏し人体への影響がある。
鉄道車両客室における二酸化炭素濃度に関する該当規則は無いが、図書館や百貨店といった特定建築物に該当する『建築物における衛生的環境の確保に関する法律』において、建築物環境衛生管理基準の第二条に居室における二酸化炭素濃度を１０００ｐｐｍ以下、特定建築物以外建築物で事務所がある建物に該当する労働安全衛生法第三条にて５０００ｐｐｍ以下とするよう定められている。
二酸化炭素の限界濃度は、Ｒ２２やＲ４０７Ｃといったフロン冷媒と比較すると、漏洩が許容される限界濃度小さい。具体的には、二酸化炭素の限界濃度は、４００００ｐｐｍと示されている。この濃度に達すると、一般的に過呼吸が生じ、長時間になれば空気中の酸素濃度が欠乏し人体への影響がある。
鉄道車両客室における二酸化炭素濃度に関する該当規則は無いが、図書館や百貨店といった特定建築物に該当する『建築物における衛生的環境の確保に関する法律』において、建築物環境衛生管理基準の第二条に居室における二酸化炭素濃度を１０００ｐｐｍ以下、特定建築物以外建築物で事務所がある建物に該当する労働安全衛生法第三条にて５０００ｐｐｍ以下とするよう定められている。
上述した法規は、人の呼吸により発生する二酸化炭素に基づいて規定されたものである。一方、冷媒として二酸化炭素が採用され、また、車両の天井に搭載された空気調和装置では、冷媒漏れが発生すると、人の呼吸による発生に加えて冷媒漏れにより、車両内の二酸化炭素濃度が上昇する可能性がある。
ここで、大気圧下（０℃）での空気に対する二酸化炭素の比重は、１．５２９（１９９６年の理科年表Ｐ４４３参照）と示されている。すなわち、車両の天井から吹き出される空調空気とともに吹き出された濃度の高い二酸化炭素は、比重が大きい分、車両内に滞留しやすいということである。
ここで、大気圧下（０℃）での空気に対する二酸化炭素の比重は、１．５２９（１９９６年の理科年表Ｐ４４３参照）と示されている。すなわち、車両の天井から吹き出される空調空気とともに吹き出された濃度の高い二酸化炭素は、比重が大きい分、車両内に滞留しやすいということである。
［車両用空気調和装置１００の有する効果］
実施の形態１に係る車両用空気調和装置１００は、二酸化炭素冷媒が漏洩しても、二酸化炭素の比重が空気より大きいために、第１の部屋７内や第２の部屋９内で滞留するので、車両２００内の二酸化炭素濃度が高くなってしまうことを抑制することができる。
また、実施の形態１に係る車両用空気調和装置１００は、車両２００の床下に搭載されているため、車両２００の重心が低くなる。すなわち、車両２００に対する車両用空気調和装置１００の重量が大きくても、車両２００は安定してカーブなどの高速走行をすることができる。
さらに、第１の部屋７内と第２の部屋９とは、仕切られて設けられている。これにより、室外熱交換器２に供給される空調空気と、室内熱交換器４に供給される外気とが混じりあってしまうことがない。つまり、空調空気は、確実に車両２００内に供給されるということである。また、第２の部屋９に配置される冷媒配管で二酸化炭素冷媒が漏洩した際には、第１の部屋７に二酸化炭素冷媒が流出しない。つまり、車両２００内の二酸化炭素濃度が高くなってしまうことを抑制することができる。
実施の形態１に係る車両用空気調和装置１００は、二酸化炭素冷媒が漏洩しても、二酸化炭素の比重が空気より大きいために、第１の部屋７内や第２の部屋９内で滞留するので、車両２００内の二酸化炭素濃度が高くなってしまうことを抑制することができる。
また、実施の形態１に係る車両用空気調和装置１００は、車両２００の床下に搭載されているため、車両２００の重心が低くなる。すなわち、車両２００に対する車両用空気調和装置１００の重量が大きくても、車両２００は安定してカーブなどの高速走行をすることができる。
さらに、第１の部屋７内と第２の部屋９とは、仕切られて設けられている。これにより、室外熱交換器２に供給される空調空気と、室内熱交換器４に供給される外気とが混じりあってしまうことがない。つまり、空調空気は、確実に車両２００内に供給されるということである。また、第２の部屋９に配置される冷媒配管で二酸化炭素冷媒が漏洩した際には、第１の部屋７に二酸化炭素冷媒が流出しない。つまり、車両２００内の二酸化炭素濃度が高くなってしまうことを抑制することができる。
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る車両用空気調和装置１０１の概要構成の一例を説明する模式図である。なお、図２（ａ）が、車両２００の進行方向に平行な縦断面図であり、図２（ｂ）が図２（ａ）に図示される車両用空気調和装置１０１の進行方向に平行な横断面図である。また、本実施の形態２では、実施の形態１と同一部分には同一符号とし、実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。
図２は、本発明の実施の形態２に係る車両用空気調和装置１０１の概要構成の一例を説明する模式図である。なお、図２（ａ）が、車両２００の進行方向に平行な縦断面図であり、図２（ｂ）が図２（ａ）に図示される車両用空気調和装置１０１の進行方向に平行な横断面図である。また、本実施の形態２では、実施の形態１と同一部分には同一符号とし、実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。
本実施の形態２に係る車両用空気調和装置１０１は、第１の部屋７及び第２の部屋９の双方に対して仕切られた第３の部屋２３が設けられている。この第３の部屋２３には、車両２００外に対して連通する第１開口５２と、第１の部屋７に対して連通する第２開口５０とを接続する給気ダクト（図示省略）が設けられている。また、第３の部屋２３には、車両２００外に対して連通する第４開口５３と、第１の部屋７に対して連通する第３開口５１とを接続する排気ダクト（図示省略）が設けられている。
また、第３の部屋２３には、車両２００外から第１開口５２、給気ダクト、及び第２開口５０を介して第１の部屋７に空気（新鮮気）を送り込む給気用換気送風機２０が設けられている。また、第３の部屋２３には、第１の部屋７から第３開口５１、排気ダクト、及び第４開口５３を介して車両２００外に、第１の部屋７の空気を排気する排気用換気送風機２１が設けられている。さらに、第３の部屋２３には、給気ダクトを介して第１の部屋７に供給される空気の量と、排気ダクトを介して第１の部屋７から排気される空気の量とを調整する換気ダンパー２２が設けられている。
また、第３の部屋２３には、車両２００外から第１開口５２、給気ダクト、及び第２開口５０を介して第１の部屋７に空気（新鮮気）を送り込む給気用換気送風機２０が設けられている。また、第３の部屋２３には、第１の部屋７から第３開口５１、排気ダクト、及び第４開口５３を介して車両２００外に、第１の部屋７の空気を排気する排気用換気送風機２１が設けられている。さらに、第３の部屋２３には、給気ダクトを介して第１の部屋７に供給される空気の量と、排気ダクトを介して第１の部屋７から排気される空気の量とを調整する換気ダンパー２２が設けられている。
そして、車両２００外の空気は、給気用換気送風機２０の作用によって第１開口５２を介して給気ダクトに取り込まれ、その後、第２開口５０を介して第１の部屋７に取り込まれる。また、第１の部屋７内の空気は、排気用換気送風機２１の作用によって第３開口５１を介して排気ダクトに取り込まれ、その後、第４開口５３を介して車両２００外に排気される。
また、本実施の形態２に係る車両用空気調和装置１０１は、第１の部屋７内の二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素濃度センサー２４が設けられている。この二酸化炭素濃度センサー２４が設置される位置は、特に限定されるものではない。たとえば、図２に図示されるように、二酸化炭素濃度センサー２４は、第１吸込口８０Ａ付近に設置されているとよい。
本実施の形態２に係る車両用空気調和装置１００は、二酸化炭素濃度センサー２４で二酸化炭素濃度を検知する。そして、その検知結果は、制御装置（図示所略）に出力される。なお、ここでいう制御装置とは、圧縮機１の回転数、絞り装置３の開度、ヒーター６の運転、室内送風機５及び室外送風機８のファンの回転数、換気ダンパー２２の角度の調整などを行うものである。
制御装置は、上記検知結果が、所定濃度以上である際に、換気ダンパー２２の角度を調整して給気ダクトを開放するとともに、給気用換気送風機２０を運転させて外気（新鮮気）を第１の部屋７に取り込む。さらに、制御装置は、換気ダンパー２２の角度を調整して排気ダクトを開放するとともに、排気用換気送風機２１を運転させて、第１の部屋７内の二酸化炭素を排気する。
これにより、冷媒漏れにより第１の部屋７内に滞留してしまった二酸化炭素を車両２００外に排出することができる。すなわち、漏洩した二酸化炭素が、車両２００内に流出してしまうことを抑制することができる。
制御装置は、上記検知結果が、所定濃度以上である際に、換気ダンパー２２の角度を調整して給気ダクトを開放するとともに、給気用換気送風機２０を運転させて外気（新鮮気）を第１の部屋７に取り込む。さらに、制御装置は、換気ダンパー２２の角度を調整して排気ダクトを開放するとともに、排気用換気送風機２１を運転させて、第１の部屋７内の二酸化炭素を排気する。
これにより、冷媒漏れにより第１の部屋７内に滞留してしまった二酸化炭素を車両２００外に排出することができる。すなわち、漏洩した二酸化炭素が、車両２００内に流出してしまうことを抑制することができる。
なお、図２では、第３の部屋２３が、第１の部屋７と第２の部屋９との間であって、それぞれに隣接するように設けられた例を図示しているが、それに限定されるものではない。すなわち、第３の部屋２３は、排気ダクト及び給気ダクトを介して第１の部屋７に接続されるとともに、新鮮気を取り込める位置に設けられていればよい。
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る車両用空気調和装置１０２の概要構成の一例を説明する模式図である。なお、図３（ａ）が、車両２００の進行方向に平行な縦断面図であり、図３（ｂ）が図３（ａ）に図示される車両用空気調和装置１０２の進行方向に平行な横断面図である。また、本実施の形態３では、実施の形態１、２と同一部分には同一符号とし、実施の形態１、２との相違点を中心に説明するものとする。
図３は、本発明の実施の形態３に係る車両用空気調和装置１０２の概要構成の一例を説明する模式図である。なお、図３（ａ）が、車両２００の進行方向に平行な縦断面図であり、図３（ｂ）が図３（ａ）に図示される車両用空気調和装置１０２の進行方向に平行な横断面図である。また、本実施の形態３では、実施の形態１、２と同一部分には同一符号とし、実施の形態１、２との相違点を中心に説明するものとする。
本実施の形態３に係る車両用空気調和装置１０２は、室外熱交換器２と室内熱交換器４とを接続する冷媒配管に絞り装置３が接続され、また、冷媒の流路を切り替える四方弁２９が設けられたものである（ヒートポンプ）。なお、車両用空気調和装置１０２には、ヒーター６が設けられていない。なお、図３では、絞り装置３が室外熱交換器２と室内熱交換器４とを接続する冷媒配管に設けられている。また、四方弁２９は、第２の部屋９に設けられている。
本実施の形態３に係る車両用空気調和装置１０２は、四方弁２９を切り替えることで、ヒーター６を用いなくても暖房運転ができるようになっている。
なお、図３では、絞り装置３が第１の部屋７に設置され、四方弁２９が第２の部屋９に設置された例を図示したが、これに限定されるものではない。すなわち、絞り装置３が第２の部屋９に設置され、四方弁２９が第１の部屋７に設置されてもよい。また、図３では、絞り装置３が、室外熱交換器２と室内熱交換器４とを接続する冷媒配管に１つ接続された例を図示したが、複数接続したものでもよい。
本実施の形態３に係る車両用空気調和装置１０２は、四方弁２９を切り替えることで、ヒーター６を用いなくても暖房運転ができるようになっている。
なお、図３では、絞り装置３が第１の部屋７に設置され、四方弁２９が第２の部屋９に設置された例を図示したが、これに限定されるものではない。すなわち、絞り装置３が第２の部屋９に設置され、四方弁２９が第１の部屋７に設置されてもよい。また、図３では、絞り装置３が、室外熱交換器２と室内熱交換器４とを接続する冷媒配管に１つ接続された例を図示したが、複数接続したものでもよい。
市場で販売されている給湯機は、二酸化炭素冷媒を使用したヒートポンプのサイクルで構成されており、暖房運転時のＣＯＰは約４．０である。一方、ヒーター６がパネルヒーターである場合において、そのヒーター６のＣＯＰは、使用する冷媒によらず約１．０である。したがって、車両用空気調和装置１０２をヒートポンプとすることで、暖房時の消費電力を低減することができる。
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る車両用空気調和装置１０３の概要構成の一例を説明する模式図である。なお、図４（ａ）が、車両２００の進行方向に平行な縦断面図であり、図４（ｂ）が図４（ａ）に図示される車両用空気調和装置１０３の進行方向に平行な横断面図である。また、本実施の形態４では、実施の形態１〜３と同一部分には同一符号とし、実施の形態１〜３との相違点を中心に説明するものとする。
本発明の実施の形態４に係る車両用空気調和装置１０３の概要構成の一例を説明する模式図である。なお、図４（ａ）が、車両２００の進行方向に平行な縦断面図であり、図４（ｂ）が図４（ａ）に図示される車両用空気調和装置１０３の進行方向に平行な横断面図である。また、本実施の形態４では、実施の形態１〜３と同一部分には同一符号とし、実施の形態１〜３との相違点を中心に説明するものとする。
車両用空気調和装置１０３は、第２の部屋９に二酸化炭素冷媒と熱媒体とが熱交換する中間熱交換器３７が設けられ、また、第１の部屋７に熱媒体回路内の熱媒体を搬送するポンプ３８が設けられている。なお、ポンプ３８は、第２の部屋９に設けられていてもよい。
そして、本実施の形態４に係る車両用空気調和装置１０３は、実施の形態１における二酸化炭素冷媒が循環する冷媒回路に加えて、二酸化炭素冷媒とは異なる冷媒（以下、熱媒体と称する）が循環する熱媒体回路を有している。すなわち、本実施の形態４に係る車両用空気調和装置１０３は、圧縮機１、室外熱交換器２、絞り装置３、及び中間熱交換器３７を順次接続した第１の冷凍サイクル（冷媒回路に対応）と、ポンプ３８、室内熱交換器４、及び中間熱交換器３７を順次接続した第２のサイクル（熱媒体回路に対応）を有している。
なお、熱媒体は、たとえば水や不凍液などを採用するとよい。
そして、本実施の形態４に係る車両用空気調和装置１０３は、実施の形態１における二酸化炭素冷媒が循環する冷媒回路に加えて、二酸化炭素冷媒とは異なる冷媒（以下、熱媒体と称する）が循環する熱媒体回路を有している。すなわち、本実施の形態４に係る車両用空気調和装置１０３は、圧縮機１、室外熱交換器２、絞り装置３、及び中間熱交換器３７を順次接続した第１の冷凍サイクル（冷媒回路に対応）と、ポンプ３８、室内熱交換器４、及び中間熱交換器３７を順次接続した第２のサイクル（熱媒体回路に対応）を有している。
なお、熱媒体は、たとえば水や不凍液などを採用するとよい。
このように、本実施の形態４に係る車両用空気調和装置１０３は、二酸化炭素冷媒が循環する冷媒回路が、車両２００内と連通していない第２の部屋９に配置されたものである。これにより、二酸化炭素冷媒が漏れても、第２の部屋９内に流出するだけですむ。つまり、第１の部屋７と第２の部屋９とは仕切られているので、第２の部屋９内の漏洩した二酸化炭素が、第１の部屋７を介して車両２００内に流出することがない。これにより車両２００内の二酸化炭素濃度が高くなってしまうことが抑制される。
なお、本実施の形態４に係る車両用空気調和装置１０３は、室外熱交換器２と絞り装置３との間に絞り装置を追加し、また、圧縮機１と中間熱交換器３７との間に四方弁を追加してヒートポンプのサイクルを有するものとしてもよい。
実施の形態５．
図５は、本発明の実施の形態５に係る車両用空気調和装置１０４の概要構成の一例を説明する模式図である。図５は、車両２００の進行方向に平行な縦断面図である。また、本実施の形態５では、実施の形態１〜４と同一部分には同一符号とし、実施の形態１〜４との相違点を中心に説明するものとする。
図５は、本発明の実施の形態５に係る車両用空気調和装置１０４の概要構成の一例を説明する模式図である。図５は、車両２００の進行方向に平行な縦断面図である。また、本実施の形態５では、実施の形態１〜４と同一部分には同一符号とし、実施の形態１〜４との相違点を中心に説明するものとする。
本実施の形態５に係る車両用空気調和装置１０４は、図５に図示されるように、室内送風機５の作用により吹き出される空調空気が、車両２００の天井から下方に向けて吹き出すようにした吹出ダクト４５が、室内送風機５の吹出口に密閉して接続されている。
すなわち、車両用空気調和装置１０４は、第１吹出口８０Ｂから車両２００の天井側までを連通する吹出ダクト４５を有し、この吹出ダクト４５の吹出口７０は、車両２００の下方に向けられている。
これにより、二酸化炭素冷媒が漏れても、空気より二酸化炭素の方が比重が大きいので、吹出ダクト４５を上昇して吹き出されることが抑制される。すなわち、漏洩した二酸化炭素は、第１の部屋７や吹出ダクト４５内に滞留し、車両２００内に流出してしまうことが抑制される。
すなわち、車両用空気調和装置１０４は、第１吹出口８０Ｂから車両２００の天井側までを連通する吹出ダクト４５を有し、この吹出ダクト４５の吹出口７０は、車両２００の下方に向けられている。
これにより、二酸化炭素冷媒が漏れても、空気より二酸化炭素の方が比重が大きいので、吹出ダクト４５を上昇して吹き出されることが抑制される。すなわち、漏洩した二酸化炭素は、第１の部屋７や吹出ダクト４５内に滞留し、車両２００内に流出してしまうことが抑制される。
実施の形態６．
図６は、本発明の実施の形態６に係る車両用空気調和装置１０５の概要構成の一例を説明する模式図である。図６は、車両２００の進行方向に平行な縦断面図である。また、本実施の形態６では、実施の形態１〜５と同一部分には同一符号とし、実施の形態１〜５との相違点を中心に説明するものとする。
本実施の形態６に係る車両用空気調和装置１０５は、実施の形態５に係る吹出ダクト４５の下部に、室内送風機５から吹き出される空調空気を吹き出す吹出口７１が形成されている。そして、吹出ダクト４５には、空調空気を吹出口７０から吹き出すか、或いは吹出口７１から吹き出すかを切り替える切替弁４７が設けられている。
図６は、本発明の実施の形態６に係る車両用空気調和装置１０５の概要構成の一例を説明する模式図である。図６は、車両２００の進行方向に平行な縦断面図である。また、本実施の形態６では、実施の形態１〜５と同一部分には同一符号とし、実施の形態１〜５との相違点を中心に説明するものとする。
本実施の形態６に係る車両用空気調和装置１０５は、実施の形態５に係る吹出ダクト４５の下部に、室内送風機５から吹き出される空調空気を吹き出す吹出口７１が形成されている。そして、吹出ダクト４５には、空調空気を吹出口７０から吹き出すか、或いは吹出口７１から吹き出すかを切り替える切替弁４７が設けられている。
ここで、空気密度は、大気圧下の０℃で１．２９３ｋｇ／ｍ3 、２０℃で１．２０５ｋｇ／ｍ3 と示されている（１９９６年の理科年表Ｐ４４３参照）。すなわち、温度が高くなると空気密度は低下する。そこで、制御装置は、切替弁４７を、暖房運転時において吹出口７１（下側吹出口）から空調空気を吹き出すように切り替え、冷房運転時において吹出口７０から空調空気を吹き出すように切り替える。
これにより、暖房運転による空気密度が低い暖気は、車両２００の下側から吹き出され、車両２００内の天井側へ拡散する。また、冷房運転による空気密度が高い冷気は、天井側から下方に吹き出され、車両２００の下側へ拡散する。
すなわち、本実施の形態６に係る車両用空気調和装置１０５は、冷気と暖気とが吹き出される高さを切替弁４７で切替えることで、車両２００内の温度分布を均一に近づけることができる。これにより、人体の足元と頭部での体感温度差が小さくなり、乗客の快適性を向上させることができる。
これにより、暖房運転による空気密度が低い暖気は、車両２００の下側から吹き出され、車両２００内の天井側へ拡散する。また、冷房運転による空気密度が高い冷気は、天井側から下方に吹き出され、車両２００の下側へ拡散する。
すなわち、本実施の形態６に係る車両用空気調和装置１０５は、冷気と暖気とが吹き出される高さを切替弁４７で切替えることで、車両２００内の温度分布を均一に近づけることができる。これにより、人体の足元と頭部での体感温度差が小さくなり、乗客の快適性を向上させることができる。
なお、実施の形態１〜６に記載の内容は、適宜組み合わせてもよいことは言うまでもない。
１ 圧縮機、２ 室外熱交換器、３ 絞り装置、４ 室内熱交換器、５ 室内送風機、６ ヒーター、７ 第１の部屋、８ 室外送風機、９ 第２の部屋、２０ 給気用換気送風機、２１ 排気用換気送風機、２２ 換気ダンパー、２３ 第３の部屋、２４ 二酸化炭素濃度センサー、２９ 四方弁、３７ 中間熱交換器、３８ ポンプ、４５ 吹出ダクト、４７ 切替弁、５０ 第２開口、５１ 第３開口、５２ 第１開口、５３ 第４開口、７０ 吹出口、７１ 吹出口、８０Ａ 第１吸込口、８０Ｂ 第１吹出口、８１Ａ 第２吸込口、８１Ｂ 第２吹出口、１００〜１０５ 車両用空気調和装置、２００ 車両。
Claims (8)
- 圧縮機、室外熱交換器、絞り装置、及び室内熱交換器を有し、これらが冷媒配管を介して接続され冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、
前記室内熱交換器に空気を供給する室内送風機と、
前記室外熱交換器に空気を供給する室外送風機と、を備えた車両用空気調和装置において、
前記冷媒回路は、
車両の床下に搭載され、
冷媒として二酸化炭素が採用された
ことを特徴とする車両用空気調和装置。 - 圧縮機、室外熱交換器、絞り装置、及び中間熱交換器を有し、これらが冷媒配管を介して接続され前記冷凍サイクルを構成する冷媒回路と、
前記中間熱交換器、ポンプ、及び室内熱交換器を有し、これらが熱媒体配管を介して接続された熱媒体回路と、
前記室内熱交換器に空気を供給する室内送風機と、
前記室外熱交換器に空気を供給する室外送風機と、を備え、
前記熱媒体回路の熱媒体として二酸化炭素以外の熱媒体が採用された車両用空気調和装置において、
前記冷媒回路は、
車両の床下に搭載され、
冷媒として二酸化炭素が採用された
ことを特徴とする車両用空気調和装置。 - 前記車両内の空気が流入する第１吸込口、及び、前記室内送風機から吹き出される空気が前記車両内に流出する第１吹出口が形成された第１の部屋と、
前記車両外の空気が流入する第２吸込口、及び、前記室外送風機から吹き出される空気が前記車両外に流出する第２吹出口が形成された第２の部屋と、
を有し、
前記第１の部屋と前記第２の部屋とは、それぞれが仕切られて設けられ、
前記第１の部屋には、少なくとも前記室内送風機及び前記室内熱交換器が設置され、
前記第２の部屋には、少なくとも前記室外送風機及び前記室外熱交換器が配置された
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。 - 前記車両内の空気が流入する第１吸込口、及び、前記室内送風機から吹き出される空気が前記車両内に流出する第１吹出口が形成された第１の部屋と、
前記車両外の空気が流入する第２吸込口、及び、前記室外送風機から吹き出される空気が前記車両外に流出する第２吹出口が形成された第２の部屋と、
を有し、
前記第１の部屋と前記第２の部屋とは、それぞれが仕切られて設けられ、
前記第１の部屋には、少なくとも前記室内送風機及び前記室内熱交換器が設置され、
前記第２の部屋には、少なくとも前記室外送風機、前記室外熱交換器、及び前記中間熱交換器が配置された
ことを特徴とする請求項２に記載の車両用空気調和装置。 - 前記車両外と前記第１の部屋とを連通する給気ダクトと、
前記第１の部屋と前記車両外とを連通する排気ダクトと、
前記給気ダクトから前記第１の部屋に空気を送風する給気用換気送風機と、
前記第１の部屋から前記排気ダクトに空気を送風する排気用換気送風機と、
前記給気ダクトから前記第１の部屋に流入する空気の流量と、前記排気ダクトから前記車両外に排出される空気の流量と調整する換気ダンパーと、
前記第１の部屋に設けられ、二酸化炭素の濃度を検知する二酸化炭素センサーと、
前記二酸化炭素センサーの検出結果に基づいて、前記給気用換気送風機、前記排気用換気送風機、及び前記換気ダンパーを制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
二酸化炭素の濃度が所定値以上であるときに、
前記給気用換気送風機を運転するとともに、前記換気ダンパーを制御して前記給気ダクトを開放し、
前記排気用換気送風機を運転するとともに、前記換気ダンパーを制御して前記排気ダクトを開放する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の車両用空気調和装置。 - 前記冷媒回路に四方弁が設けられた
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用空気調和装置。 - 前記車両の天井側に吹出口が形成され、該吹出口から前記第１吹出口までを接続する吹出ダクトを備えた
ことを特徴とする請求項３〜５、及び、請求項３〜請求項５に従属する請求項６のいずれか一項に記載の車両用空気調和装置。 - 前記吹出ダクトには、前記車両内の下側に対応する位置に下側吹出口が形成され、
前記第１吹出口から前記吹出ダクトの天井側に空気を流すか、又は前記第１吹出口から前記下側吹出口に空気を流すかを切り替える切替弁を有し、
前記切替弁は、
暖房運転時に、前記第１吹出口から前記下側吹出口を介して空気が吹き出されるように切り替えられ、
冷房運転時に、前記第１吹出口から前記吹出ダクトの天井側の吹出口を介して空気が吹き出されるように切り替えられる
ことを特徴とする請求項７に記載の車両用空気調和装置。
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