WO2013098879A1

WO2013098879A1 - 車両用空調装置

Info

Publication number: WO2013098879A1
Application number: PCT/JP2011/007291
Authority: WO
Inventors: 圭二吉村; 和宏堀田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-07-04
Also published as: JPWO2013098879A1; CN104010917A; CN104010917B; EP2799306A1; US20140290297A1; EP2799306B1; US9541322B2; EP2799306A4; JP5826289B2

Abstract

　車両の床下に配置され、圧縮機１１および冷房運転時に凝縮器として作用する室外用熱交換器１２を有する室外ユニット１０と、車両の天井部に配置され、冷房運転時に蒸発器として作用する室内用熱交換器２２を有し、室外ユニット１０と冷媒配管４０を介して接続された室内ユニット２０と、蒸発器として作用する冷却用熱交換器３３と、空調用のインバータ装置３４と、外気を吸引して冷却用熱交換器３３と熱交換させ、その熱交換により得られた冷却空気でインバータ装置３４を冷却させる冷却用送風機３６とを有するインバータユニット３０とを備え、冷却用熱交換器３３を室外ユニット１０に並列に冷媒配管５０で接続している。

Description

車両用空調装置

　本発明は、例えば、鉄道車両の床下に室外ユニットを、鉄道車両の天井部に室内ユニットを配置するスプリットタイプの車両用空調装置に係わり、特に空調用のインバーター装置を冷却する機能を備えた車両用空調装置に関するものである。

　従来の車両用空調装置として、鉄道車両の屋根上に、室内ユニット、その左右両端部に一対の室外ユニットをそれぞれ設け、さらに、一方の室外ユニットと室内ユニットとの間にインバータ装置が収容されたインバータユニットを設けたものがある。室内ユニットには、ファンモータと、その前後にファンモータにより駆動される一対の室内ファンとが配置され、一対の室内ファンの両外側に一対の室内側熱交換器が配置されている。冷房運転時には、一対の室内側熱交換器により冷却された冷風が室内ファンにより車両内に吹き出され、その冷風の一部が連絡ダクトに案内されてインバータユニット内へ吐出され、インバータ装置を冷却している（例えば、特許文献１参照）。

特開平５－８６３５号公報（第２－３頁、図２）

　ところで、車両用空調装置によっては、インバータ装置を室内ユニット側に搭載できない場合があり、その場合、インバータ装置が別置きとなっている。インバータ装置を別置きとした場合、冷凍サイクルを活用したインバータ装置の冷却ができなくなるため、温度の高い外気でインバータ装置を冷却しなければならず、インバータ装置そのものを大きくしなければ必要な冷却が得られないという課題があった。
　また、鉄道車両への空調装置の艤装上、室外ユニットとインバータ装置は別置きとなる場合が多く、室外ユニット側にインバータ装置を搭載する場合には、インバータ装置が大きいため、室外ユニットの艤装上の課題があった。

　本発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、室外ユニット側にインバータ装置を設けても、インバータ装置を大きくすることなく該インバータ装置を冷却できる車両用空調装置を得ることを目的とする。

　本発明に係る車両用空調装置は、車両の床下に配置され、圧縮機および冷房運転時に凝縮器として作用する室外用熱交換器を有する室外ユニットと、車両の天井部に配置され、冷房運転時に蒸発器として作用する室内用熱交換器を有し、室外ユニットと冷媒配管を介して接続された室内ユニットと、蒸発器として作用する冷却用熱交換器と、空調用のインバータ装置と、外気を吸引して冷却用熱交換器と熱交換させ、その熱交換により得られた冷却空気でインバータ装置を冷却させる冷却用送風機とを有するインバータユニットとを備え、冷却用熱交換器を室外ユニットに並列に冷媒配管で接続したものである。

　本発明によれば、蒸発器として作用する冷却用熱交換器と、空調用のインバータ装置と、外気を吸引して冷却用熱交換器と熱交換させ、その熱交換により得られた冷却空気でインバータ装置を冷却させる冷却用送風機とを有するインバータユニットを備え、冷却用熱交換器を室外ユニットに並列に冷媒配管で接続している。これにより、インバータ装置を効率よく冷却でき、そのため、インバータ装置の小型化を図ることができる。

実施の形態１に係る車両用空調装置の室外ユニット側の平面を示す主要部品の配置図である。実施の形態１に係る車両用空調装置の概略を示す冷媒回路図である。実施の形態２に係る車両用空調装置の概略を示す冷媒回路図である。

実施の形態１．
　図１は実施の形態１に係る車両用空調装置の室外ユニット側の平面を示す主要部品の配置図、図２は実施の形態１に係る車両用空調装置の概略を示す冷媒回路図である。
　実施の形態１の車両用空調装置は、例えば、鉄道車両の床下に配置された室外ユニット１０と、鉄道車両の天井部に配置された室内ユニット２０とを備えたスプリットタイプの空調装置である。また、この車両用空調装置は、室外ユニット１０に隣接して設けられたインバータユニット３０（以下、「ＩＮＶユニット３０」という）を備えている。なお、図２において、室外ユニット１０と室内ユニット２０は、一点鎖線で分けられている。

　室外ユニット１０は、図１に示すように、鉄道車両の幅方向の略中央に設置された圧縮機１１およびアキュムレータ１３と、鉄道車両の幅方向の片側に設置された室外用熱交換器１２と、室外用熱交換器１２と対向するもう一方の片側に設置された室外用送風機１４とを主要部品として備え、これら主要部品がケーシング１５内に収容されて構成されている。室内ユニット２０は、図２に示すように、キャピラリーチューブ２１、室内用熱交換器２２および室内用送風機２３を主要部品として備え、これら主要部品が鉄道車両の天井部に収容されて構成されている。前述の圧縮機１１、室外用熱交換器１２、キャピラリーチューブ２１、室内用熱交換器２２およびアキュムレータ１３は、図２に示すように冷媒配管４０により接続され、鉄道車両の車内を冷房する冷媒回路が構成されている。

　ＩＮＶユニット３０は、キャピラリーチューブ３２と、冷却用熱交換器３３と、空調用のインバータ装置３４と、インバータ装置３４に設けられたヒートシンク３５と、冷却用送風機３６とを主要部品として備え、これら主要部品がケーシング３１内に収容されて構成されている。インバータ装置３４およびヒートシンク３５は、図１に示すように、冷却用熱交換器３３と冷却用送風機３６との間に設置されている。ケーシング３１には、冷却用熱交換器３３の近傍に吸気口３７が、冷却用送風機３６の近傍に排気口３８がそれぞれ設けられている。前述のキャピラリーチューブ３２および冷却用熱交換器３３は、図２に示すように、冷媒配管５０により、室外ユニット１０の室外用熱交換器１２、圧縮機１１およびアキュムレータ１３に並列に接続されている。

　前記のように構成された車両用空調装置においては、圧縮機１１から高温・高圧のガス冷媒が吐出されると、その高温・高圧のガス冷媒は、室外用熱交換器１２に流入し、室外用送風機１４から送り込まれる外気と熱交換（放熱）され、低温・高圧の液冷媒となる。そして、低温・高圧の液冷媒は、ＩＮＶユニット３０側の冷媒配管５０内に流れ込むと共に、室内ユニット２０側の冷媒配管４０内に流れ込む。

　冷媒配管４０内に流れ込んだ低温・高圧の液冷媒は、キャピラリーチューブ２１に流入し、低温・低圧の液冷媒となって室内用熱交換器２２に流入する。室内用熱交換器２２に流入した低温・低圧の液冷媒は、室内用送風機２３により車内を循環する空気と熱交換され、低温・低圧のガス冷媒となる。そして、その低温・低圧のガス冷媒は、アキュムレータ１３を介して圧縮機１１に吸引される。

　また、ＩＮＶユニット３０側の冷媒配管５０内に流れ込んだ低温・高圧の液冷媒は、キャピラリーチューブ３２に流入し、低温・低圧の液冷媒となって冷却用熱交換器３３に流入する。冷却用熱交換器３３に流入した低温・低圧の液冷媒は、冷却用送風機３６により吸気口３７からケーシング３１内に取り込まれた外気Ａと熱交換され、低温・低圧のガス冷媒となる。そして、その低温・低圧のガス冷媒は、前記と同様に、アキュムレータ１３を介して圧縮機１１に吸引される。

　一方、ケーシング３１内に取り込まれた外気Ａは、冷却用熱交換器３３との熱交換により冷却空気Ｂとなり、冷却用送風機３６側へと流れる。この時、冷却空気Ｂは、ヒートシンク３５から熱を奪ってインバータ装置３４を冷却し、温度上昇した冷却空気Ｃとなる。その冷却空気Ｃは、冷却用送風機３６により排気口３８から排出される。例えば、排気口３８と室外用熱交換器１２の外気吸込側との間に設けられた風路であるダクト（図示せず）内を通って室外用熱交換器１２へと送り込まれる。これは、外気Ａより温度が低い冷却空気Ｃと室外用送風機１４により吸引される外気Ａとを混合させて、室外用熱交換器１２に流れる外気Ａの熱を回収するためである。この熱回収により、室外用熱交換器１２における外気Ａとの熱交換効率が向上する。

　以上のように実施の形態１においては、室内ユニット２０と共に冷媒回路を構成する室外ユニット１０に、キャピラリーチューブ３２と冷却用熱交換器３３を有するＩＮＶユニット３０を並列に接続し、冷却用熱交換器３３により熱交換された外気Ａの冷却空気ＢでＩＮＶユニット３０内のインバータ装置３４をヒートシンク３５を介して冷却するようにしている。これにより、インバータ装置３４を効率よく冷却でき、インバータ装置３４の小型化を図ることができる。

　なお、実施の形態１では、冷却用熱交換器３３で熱交換された外気の冷却空気Ｂにより、ヒートシンク３５を介してインバータ装置３４を冷却することを述べたが、冷却用熱交換器３３で熱交換された外気Ａの冷却空気Ｂを直接インバータ装置３４に送風して冷却するようにしてもよい。この場合、ヒートシンク３５が不要となり、そのため、ＩＮＶユニット３０そのものを実施の形態１と比べ小さくでき、コストの低減を図ることができる。

　また、実施の形態１では、インバータ装置３４の冷却に外気を用いたが、鉄道車両の車内換気により外部へ排出される室内空気を外気として、風路であるダクトを介してＩＮＶユニット３０内に導入させ、その室内空気を冷却用熱交換器３３により熱交換させてインバータ装置３４の冷却に用いるようにしてもよい。このように構成した場合、インバータ装置３４の冷却効果がさらに向上し、ＩＮＶユニット３０から室外ユニット１０へ送り込まれる冷却空気Ｃの温度が外気を冷却用とした場合と比べ低いため、室外用熱交換器１２における外気Ａとの熱交換効率が向上する。

実施の形態２．
　図３は実施の形態２に係る車両用空調装置の概略を示す冷媒回路図である。なお、本実施の形態においては、実施の形態１と同様の部分には同じ符号を付している。
　実施の形態２の車両用空調装置は、実施の形態１と同様に、鉄道車両の床下に配置された室外ユニット１０と、鉄道車両の天井部に配置された室内ユニット２０とを備えたスプリットタイプの空調装置である。また、この車両用空調装置は、室外ユニット１０に隣接して設けられたインバーターユニット６０（以下、「ＩＮＶユニット６０」という）を備えている。なお、図３において、室外ユニット１０と室内ユニット２０は、一点鎖線で分けられている。
えている。

　室外ユニット１０は、図３に示すように、圧縮機１１、室外用熱交換器１２、アキュムレータ１３および室外用送風機１４を主要部品として備え、これら主要部品がケーシング内（図示せず）に収容されて構成されている。室内ユニット２０は、キャピラリーチューブ２１、室内用熱交換器２２および室内用送風機２３を主要部品として備え、これら主要部品が鉄道車両の天井部に収容されて構成されている。

　ＩＮＶユニット６０は、冷却用熱交換器６１、冷却用送風機６２および空調用のインバータ装置６３を主要部品として備え、これら主要部品が室外ユニット１０に隣接して設けられたケーシング６４内に収容されて構成されている。ＩＮＶユニット６０のインバータ装置６３は、例えば図３に示すように、冷却用送風機６２によりケーシング内に取り込まれた外気の流れ方向の下流側に設置されている。

　前述の圧縮機１１、室外用熱交換器１２、キャピラリーチューブ２１、室内用熱交換器２２、冷却用熱交換器６１およびアキュムレータ１３は、冷媒配管４０により接続されている。この接続により、鉄道車両の車内冷房およびインバータ装置６３を冷却する冷媒回路が構成されている。

　前記のように構成された車両用空調装置においては、圧縮機１１から高温・高圧のガス冷媒が吐出されると、その高温・高圧のガス冷媒は、室外用熱交換器１２に流入し、室外用送風機１４から送り込まれる外気と熱交換（放熱）され、低温・高圧の液冷媒となる。そして、低温・高圧の液冷媒は、キャピラリーチューブ２１に流入し、低温・低圧の液冷媒となって室内用熱交換器２２に流入する。室内用熱交換器２２に流入した低温・低圧の液冷媒は、室内用送風機２３により車内を循環する空気と熱交換され、低温・低圧のガス冷媒となる。

　室内用熱交換器２２から流出した低温・低圧のガス冷媒は、冷却用熱交換器６１に流入し、ここで、冷却用送風機６２によりケーシング内に取り込まれた外気と熱交換され、アキュムレータ１３を介して圧縮機１１に吸引される。この時、ケーシング内に取り込まれた外気は、冷却用熱交換器６１との熱交換により冷却空気となり、インバータ装置６３を冷却する。冷却空気は、外気の温度にもよるが、インバータ装置６３の冷却が可能な概ね３０℃～３５℃の温度となる。

　以上のように実施の形態２においては、室外ユニット１０と室内ユニット２０を接続する冷媒配管４０のうち、冷房運転時に室内ユニット２０から室外ユニット１０へ戻る冷媒を導入させる冷媒配管４０上にＩＮＶユニット６０を挿入し、冷却用熱交換器６１により熱交換された外気の冷却空気でＩＮＶユニット６０内のインバータ装置６３を冷却するようにしている。これにより、インバータ装置６３を効率よく冷却でき、インバータ装置６３の小型化を図ることができる。

　なお、実施の形態２では、冷却用送風機６２によりケーシング内に取り込まれる外気の流れの下流側にインバータ装置６３を設置したことを述べたが、これに限定されるものではない。例えばインバータ装置６３を冷却用熱交換器６１と冷却用送風機６２の間に設置してもよい。

　また、実施の形態２では、冷却用熱交換器６１により熱交換された外気の冷却空気で直接インバータ装置６３を冷却することを述べたが、実施の形態１と同様に、インバータ装置６３にヒートシンク３５を設けて、そのヒートシンク３５を冷却空気により冷却してインバータ装置６３の温度を下げるようにしてもよい。

　また、実施の形態２では、冷却用熱交換器６１により熱交換された外気の冷却空気でインバータ装置６３を冷却するだけとしたが、実施の形態１と同様に、インバータ装置６３を冷却した冷却空気をダクトで室外ユニット１０の室外用熱交換器１２に送り込むようにしてもよい。

　さらに、実施の形態２では、インバータ装置６３の冷却に外気を用いたが、鉄道車両の車内換気により外部へ排出される室内空気を外気として、風路であるダクトを介してＩＮＶユニット６０内に導入させ、その室内空気を冷却用熱交換器６１により熱交換させてインバータ装置６３の冷却に用いるようにしてもよい。これにより、インバータ装置６３の冷却効果がさらに向上する。

　１０　室外ユニット、１１　圧縮機、１２　室外用熱交換器、１３　アキュムレータ、１４　室外用送風機、１５　ケーシング、２０　室内ユニット、２１　キャピラリーチューブ、２２　室内用熱交換器、２３　室内用送風機、３０、６０　インバータユニット、３１、６４　ケーシング、３２　キャピラリーチューブ、３３、６１　冷却用熱交換器、３４、６３　インバータ装置、３５　ヒートシンク、３６、６２　冷却用送風機、３７　吸気口、３８　排気口、４０、５０　冷媒配管。

Claims

　車両の床下に配置され、圧縮機および冷房運転時に凝縮器として作用する室外用熱交換器を有する室外ユニットと、
　車両の天井部に配置され、冷房運転時に蒸発器として作用する室内用熱交換器を有し、前記室外ユニットと冷媒配管を介して接続された室内ユニットと、
　蒸発器として作用する冷却用熱交換器と、空調用のインバータ装置と、外気を吸引して前記冷却用熱交換器と熱交換させ、その熱交換により得られた冷却空気で前記インバータ装置を冷却させる冷却用送風機とを有するインバータユニットとを備え、
　前記冷却用熱交換器を前記室外ユニットに並列に冷媒配管で接続したことを特徴とする車両用空調装置。
　車両の床下に配置され、圧縮機および冷房運転時に凝縮器として作用する室外用熱交換器を有する室外ユニットと、
　車両の天井部に配置され、冷房運転時に蒸発器として作用する室内用熱交換器を有し、前記室外ユニットと冷媒配管を介して接続された室内ユニットと、
　蒸発器として作用する冷却用熱交換器と、空調用のインバータ装置と、外気を吸引して前記冷却用熱交換器と熱交換させ、その熱交換により得られた冷却空気で前記インバータ装置を冷却させる冷却用送風機とを有するインバータユニットとを備え、
　前記冷媒配管のうち冷房運転時に前記室内ユニットから前記室外ユニットへ戻る冷媒を導入させる部分に前記冷却用熱交換器を配置したことを特徴とする車両用空調装置。
　前記インバータユニットは、前記インバータ装置から発生する熱を放熱するためのヒートシンクを有し、前記冷却空気により当該ヒートシンクを介して前記インバータ装置を冷却することを特徴とする請求項１又は２記載の車両用空調装置。
　前記インバータ装置を冷却した後の冷却空気を、前記室外ユニットの室外用熱交換器の外気吸引側に導入させる風路を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の車両用空調装置。
　車両の車内換気により外部へ排出される室内空気を外気として、前記インバータユニット内に導入させる風路を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の車両用空調装置。