JP4478556B2 - 鉄道車両用空調システム - Google Patents

Description

本発明は、１両に複数台の空調装置を搭載するものであって、その一つに換気装置を一体的に設けることによって搭載に必要なスペースを減少させる鉄道車両用空調システムに関する。

鉄道車両には、車内客室の乗車環境を向上させるため空調システムが設けられている。その鉄道車両用空調システムは、車内の循環空気と換気用送風機により吸い込んだ新鮮空気とが混合され、熱交換によって冷却あるいは加熱された調和空気となって車内に送り出される。調和空気は床下に設けられたダクトを通して送られ、室内には車体の側壁内に設けられたダクトを通って荷物棚下面に設けられた送風口から吹き出される。鉄道車両用空調システムは、主に熱交換によって冷却あるいは加熱された調和空気を送風する空調装置と、車内の換気を行う換気装置と、空気の流路となるダクトから構成されている。そして、例えば７００系新幹線（登録商標）では、１車両毎に同一性能の２台の空調装置と、１台の換気装置とが搭載されている。

ここで、図２は、従来の鉄道車両用空調システムを概念的に示した図である。鉄道車両には、車体１００の床下に第１空調装置１０１と第２空調装置１０２とが吊り下げられるように搭載され、後位の第２空調装置１０２側には換気装置１０３が同様にして車体１００の床下に吊り下げられるようにして搭載されている。
こうした従来の鉄道車両用空調システムでは、換気装置１０３から車外の新鮮空気ＦＡが取り込まれる。そして、その換気装置１０３では、新鮮空気ＦＡを取り入れた分、車内の空気を車外へ排出している。

このとき、換気装置１０３で車内へ送り込まれる新鮮空気ＦＡと、逆に外へ排出される排出空気ＥＡの風量は等しく３０m³/minである。そして、換気装置１０３で取り込まれた新鮮空気ＦＡは、第１空調装置１０１と第２空調装置１０２とにそれぞれ１５m³/minずつ送り込まれる。
第１空調装置１０１および第２空調装置１０２では、車内を設定温度に調節すべく、熱交換によって冷却あるいは加熱された調和空気ＣＡが車内に送り出され、逆に車内の空気が吸い込まれている。第１空調装置１０１および第２空調装置１０２は同じ能力をもった装置であり、ともに換気装置１０３から１５m³/minずつの新鮮空気ＦＡが送り込まれ、車内の戻り空気ＲＡを３５m³/minずつ吸い込む。そして、混合した空気を熱交換によって冷却あるいは加熱した調和空気ＣＡを車内に５０m³/minずつ送風している。

鉄道車両用空調システムに関しては、本従来例のように、それを構成する空調装置や換気装置、更には空気を流すためのダクトなどを車体の床下に搭載するものが知られている（例えば、下記特許文献１など）。そして、床下に空調装置などを搭載する場合には、車両の質量バランスや艤装スペースの制約などを考慮して複数の空調装置が使用される。多くの場合は、バランスをとるため、前述したように２台の空調装置１０１，１０２が車体１００の前後の位置に配置されている。そして、空調装置を分けることによって１台毎の空調能力が比較的小さくて済むので装置自体を小型化することが可能であった。
特開平９−７１２４１号公報（第２−６頁、図１，３）

しかしながら、最近の鉄道車両は、走行性能の向上のため床下に吊り下げる機器が増加する傾向にある。それによって、多くの機器を搭載するための床下スペースの確保が問題になってきている。床下スペースを確保するための案としては、従来から車体１００の床下に搭載されてきた鉄道車両用空調システムの第１空調装置１０１、第２空調装置１０２および換気装置１０３、更にはダクトの占有スペースを減らして、増加する機器の設置スペースに当てることが考えられる。
そこで、本発明は、車体床下の搭載に必要となるスペースを減少させる鉄道車両用空調システムを提供することを目的とする。

本発明の鉄道車両用空調システムは、車内に調和空気を送風する複数の空調装置と、その空調装置に新鮮空気を送り込むとともに車内の空気を排気する換気装置とを有し、それらが車体の床下に取り付けられたものであって、前記複数の空調装置は、空調部のみからなる第１空調装置と、前記換気装置を換気部として空調部と一体的に構成された第２空調装置とが車体の前後方向に配置されたものであり、前記第１空調装置は、前記第２空調装置よりも循環風量の配分比が大きくなるようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明の鉄道車両用空調システムは、前記第２空調装置の換気部が、前記第２空調装置の空調部にのみ新鮮空気を送り込むようにしたものであることを特徴とする。

こうした構成の本発明の鉄道車両用空調システムでは、換気部によって車内の空気を排気するとともに車外から新鮮空気が取り入れられ、その新鮮空気が一体的に設けられた一つの空調装置の空調部に送り込まれる。換気装置が換気部として一体的に設けられた空調装置では、新鮮空気と車内から吸い込んだ空気とが混合され、空調部で熱交換によって冷却或いは加熱された調和空気が車内に送風される。その他の空調装置では車内から吸い込んだ空気が熱交換によって冷却或いは加熱され調和空気として車内に送風される。

よって、本発明の鉄道車両用空調システムによれば、換気装置が空調装置と一体的に構成されるので、これまで換気装置を単体で車体の床下に設置していた場合に比べて、車体床下に必要な搭載スペースを減少させることができた。
また、新鮮空気を換気部を備えた空調装置の空調部にのみ送り込むようにしたので、他の空調装置へ新鮮空気を送るためのダクトを省くことで、この点でも車体床下に搭載するために必要となるスペースを減少させることができた。

一方、換気装置を空調装置と一体的に構成すると、その空調装置はその他の空調装置単体のものに比べて過負荷となる。そのため同一風量であると空調からはき出される冷風（又は温風）温度は第１空調装置より高く（暖房時が低く）なり車内の温度が不均一になる。
そこで、本発明の鉄道車両用空調システムでは、空調部のみからなる第１空調装置の方が換気部を備える第２空調装置よりも循環風量の配分比を大きくして、車内に送風する調和空気の風量が多くなるように設定した。これにより第１空調と第２空調の吹き出し温度をほぼ同等にする事ができ車内の温度を均一に保つことができるようになった。

次に、本発明に係る鉄道車両用空調システムの一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。
ここで、図１は、本実施形態の鉄道車両用空調システムを概念的に示した図である。本実施形態の鉄道車両用空調システムは、図２に示す従来例のものと同様に、２台の空調装置、すなわち第１空調装置１及び第２空調装置２を有している。そして本実施形態では、従来例のように換気装置を単独で設けることなく第２空調装置２において一体的に組み込まれている。すなわち、第２空調装置２は、調和空気を車内に送風する空調部２１と、車内空気を排出して車外の新鮮空気を取り入れて換気する換気部２２とから構成されている。

第１空調装置１及び第２空調装置２は、車体１０の床下に吊り下げられるようにして搭載され、かつ車体１０の前後位置にそれぞれ分けて配置されている。第１空調装置１と第２空調装置２の空調部２１には、車内に調和空気ＣＡを送風するための送風ダクトと、車内の空気を戻り空気ＲＡとして吸い込むためのリターンダクトとが接続されている。こうしたダクトは二重構造の床の間に設けられている。そして、送風ダクト及びリターンダクトは、第１空調装置１と第２空調装置２とにそれぞれ１組みずつあって、車体１０の左右に分けて配置されている。

そこで、本実施形態の鉄道車両用空調システムを構成するダクトは、車体１０の左右に分かれたリターンダクトを介してそれぞれ車内１０の全体から、戻り空気ＲＡが第１空調装置１及び第２空調装置２に吸い込まれるようになっている。その一方で、第１空調装置１及び第２空調装置２から送り出される調和空気ＣＡは、それぞれ第１空調装置１及び第２空調装置２が配置された前後に分けて送風されるようになっている。
また、第２空調装置２の換気部２２によって車外から吸い込まれた新鮮空気ＦＡは、一体の空調部２１にのみ送り込まれるようになっており、第１空調装置１へは送られないよう構成されている。従って、従来は存在した第１空調装置１へ新鮮空気を送り込むための換気用ダクトが省かれている。そして、新鮮空気ＦＡに換えて排出空気ＥＡを車外へ排出するためのダクトが第２空調装置２の換気部２２に接続されている。

こうした構成の鉄道車両用空調システムは、第１空調装置１では車内から戻り空気ＲＡが吸い込まれ、例えば熱交換によって冷却あるいは加熱された調和空気ＣＡが再び車内へと送風され、空気の循環が繰り返されている。
一方の第２空調装置２では、空調部２１で車内から戻り空気ＲＡが吸い込まれ、更に換気部２２からは車外の新鮮空気ＦＡが吸い込まれる。そして、戻り空気ＲＡと新鮮空気ＦＡとが混合され、熱交換によって冷却あるいは加熱された調和空気が車内へと送風される。更に第２空調装置２では、新鮮空気ＦＡを車内に供給した分、車内の空気が排出空気ＥＡとして換気部２２から車外に排出される。

本実施形態の場合、こうして行われる車内の空調は、第１空調装置１と第２空調装置２とで負荷が異なる。すなわち、第１空調装置１で取り込まれる戻り空気ＲＡは、設定温度との差が小さいため、それを熱交換して設定温度にする場合の負荷は小さい。その一方で、第２空調装置では、車内と温度差のある車外の新鮮空気ＦＡが取り入れられ、車内から取り込まれた戻り空気ＲＡと混合して設定温度にまで冷却あるいは加熱される。従って、第２空調装置２は、空調部２１の空調と換気部２２の換気とを同時に行っているのに加え、設定温度との差が大きい外気を冷却あるいは暖房しなければならないため、第１空調装置１に比べて大きな負荷がかかってしまう。

よって、両者を比較した場合、第２空調装置２が第１空調装置１よりも空調からはき出される冷風（又は温風）温度は高くなる。そこで、例えば外気温が高くて車内温度との差が大きい場合、第１空調装置１では設定温度にまで冷却した調和空気ＣＡを送風できても、空調能力が低い第２空調装置２では負荷が大きいため、設定温度にまで調和空気ＣＡを冷却することができないおそれがある。これでは、第１空調装置１側の温度が下がっても、第２空調装置２側の温度が下がらずに車内温度にバラツキが生じてしまう。
そこで本実施形態の鉄道車両用空調システムでは、車内温度を均一にするため、いわゆる循環風量の配分比を変えることとした。

鉄道車両の車内空調を行う場合、一定量の空気が循環するように設定されており、循環風量が決まっていた。前述した図２に示す従来例では、第１空調装置１０１と第２空調装置１０２とが５０m³/minずつの合計１００m³/minの調和空気ＣＡを車内に送り込み、同じ風量の車内空気を戻し空気ＲＡと排出空気ＥＡとして空調装置１０１，１０２に戻し、或いは換気装置１０３によって車外へ排出していた。従って、循環風量は、第１空調装置１０１と第２空調装置１０２とが車内に送風する合計の１００m³/minであり、更にその配分比は５０対５０であった。

本実施形態の鉄道車両用空調システムでも同じ大きさの車体１０の車内空調を行うものであるため、循環風量は１００m³/minであり、その風量の調和空気ＣＡを２台の空調装置１，２で車内に送り込む必要がある。従って、第１空調装置１及び第２空調装置２から車内に送風される調和空気ＣＡの風量の合計は１００m³/minに設定されている。しかし、本実施形態の鉄道車両用空調システムでは、循環風量の配分比を５４対４６として空調負荷の高い第２空調装置２の配分を小さくした。

すなわち、負荷の小さい第１空調装置１における循環風量を５４m³/minと多くして、逆に負荷の大きい第２空調装置２における循環風量を４６m³/minと少なくしている。
従って、図１に示すように、第１空調装置１では、５４m³/minの戻り空気ＲＡを車内から吸い込み、５４m³/minの調和空気ＣＡを車内へ送風する。一方、第２空調装置２では、換気部２２が車内から３０m³/minの排出空気ＥＡを車外に排出し、車外から３０m³/minの新鮮空気ＦＡを吸い込む。また、第２空調装置２では、空調部２１が車内から１６m³/minの戻り空気ＲＡを吸い込み、その戻り空気ＲＡ１６m³/minと車外の新鮮空気ＦＡ３０m³/minとを混合して、４６m³/minの調和空気ＣＡを車内へ送風する。

こうして、本実施形態の鉄道車両用空調システムは、第１空調装置１と第２空調装置２とから、配分比を５４対４６として車内に調和空気ＣＡを送風し、循環風量が１００m³/minとなるようにした。
これによって、換気負荷が無い第１空調装置１は、循環風量の配分を５４m³/minとして増加させることにより、送風される調和空気ＣＡの温度が低くなりすぎるのを抑える事ができる。また、換気部２２を備えた第２空調装置２は、循環風量の配分を４６m³/minとして低減することにより、換気負荷増加による調和空気ＣＡの温度が高くなることを抑えることが可能となった。そのため、第１空調装置１および第２空調装置２から送風される調和空気ＣＡの温度を等しくすることができ、車内全体の温度を均一にすることができるようになった。

ところで、第２空調装置２の過負荷による温度のバラツキは、第２空調装置２における換気負荷を補うだけの能力を発揮できるものにすることが考えられる。しかし、それでは第２空調装置２が大型化してしまって、車体床下への搭載スペースを減少さるべく空調装置に換気装置を一体的に設けた意義が失われてしまう。本実施形態では、そうした問題を解決して車体床下に搭載させるために必要なスペースを減少させている。

本実施形態では先ず、第２空調装置２に空調部２１と換気部２２を設け、従来独立して存在した換気装置を空調装置に一体化させたことで、これまで換気装置を単体で車体の床下に設置していた場合に比べて、車体床下に必要な搭載スペースを減少させることができた。また、新鮮空気を換気部２２を備えた第２空調装置２の空調部２１にのみ送り込むようにしたので、第１空調装置１へ新鮮空気を送るためのダクトを省くことにより、この点でも車体床下に搭載するために必要となるスペースを減少させることができた。
そして、本実施形態では、空調負荷が高い第２空調装置２における循環風量の配分比を第１空調装置１よりも小さくすることによって、空調能力に差が生じても車内の温度を均一に保つようにすることができた。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前期実施形態では、空調装置を前後に２台搭載するようにしたが２台以上であってもよい。また、循環風量を１００m³/minとして、配分比を５４対４６としたが、循環風量や配分比などの値は状況によって様々に変更可能である。

鉄道車両用空調システムの一実施形態を概念的に示した図である。 従来の鉄道車両用空調システムを概念的に示した図である。

符号の説明

１ 第１空調装置
２ 第２空調装置
１０ 車体
２１ 空調部
２２ 換気部

Claims (2)

1. 車内に調和空気を送風する複数の空調装置と、その空調装置に新鮮空気を送り込むとともに車内の空気を排気する換気装置とを有し、それらが車体の床下に取り付けられた鉄道車両用空調システムにおいて、
   前記複数の空調装置は、空調部のみからなる第１空調装置と、前記換気装置を換気部として空調部と一体的に構成された第２空調装置とが車体の前後方向に配置されたものであり、
   前記第１空調装置は、前記第２空調装置よりも循環風量の配分比が大きくなるようにしたものであることを特徴とする鉄道車両用空調システム。
2. 請求項１に記載する鉄道車両用空調システムにおいて、
   前記第２空調装置の換気部は、前記第２空調装置の空調部にのみ新鮮空気を送り込むようにしたものであることを特徴とする鉄道車両用空調システム。

Images