JP6141038B2

JP6141038B2 - 車両用空気調和装置

Info

Publication number: JP6141038B2
Application number: JP2013020750A
Authority: JP
Inventors: 山元　寛; 寛山元; 健一迫田; 友紀林田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2033-02-05
Also published as: JP2014151681A

Description

この発明は、車両の内部の空間を空調する車両用空気調和装置に関する。

従来の車両用空気調和装置では、例えば、車両の天井部に空調装置を設置し、冷房時には空調装置で冷風を生成し、車内へのダクトを介し、天井部に設けられたスリットを通過させ、車内へ冷風を吹き出す。車内で温められた空気は、還気口から再び空調装置に戻り冷風となる。車両の空調は、家庭又はオフィスの空調と比較して、頻繁に扉の開閉があり、また窓からの入熱が大きく、熱負荷が大きい。このようなことから、従来の技術では、扉からの外気の流入を防止するため、扉の上部にダクトを設け、エアカーテン状に吹き出すことで、外気の流入を防止するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６０−１８９７０号公報（第２頁右上欄第５行〜右下欄第７行）

従来の車両用空気調和装置では、扉の開閉によって、空調された車内空気が車外に流出する。このため、冷房期には車外の暖風が車内へ吹き込み、暖房期には車外の冷風が車内へ吹き込み、乗客に不快感を与えるという問題点があった。また、空調された車内空気が車外に流出するため、電気エネルギーの無駄が発生するという問題点があった。
また、特許文献１の技術では、扉の上部にダクトを設けて空調した空気をエアカーテン状に吹き出すことで、車外から車内へ流入する空気を減らすことができるものの、空調した空気をエアカーテンとして車外に流出させるので、電気エネルギーの無駄が発生するという問題点があった。また、窓（例えばガラス等）を介した熱移動を抑制することができず、電気エネルギーの無駄が発生するという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、空調された車内空気が車外に流出することを抑制することができる車両用空気調和装置を得るものである。
また、車両の扉の開閉による外気の流入を抑制することができる車両用空気調和装置を得るものである。
また、窓を介した熱移動を抑制することができる車両用空気調和装置を得るものである。

この発明に係る車両用空気調和装置は、車両の内部の空間を空調する車両用空気調和装置であって、前記空間の天井に設けられた吸込口から前記空間内の空気を吸い込む第１送風手段と、前記第１送風手段によって吸い込まれた前記空間内の空気を空調して、前記空間の天井に設けられた第１吹出口から前記空気を吹き出す空調手段と、前記吸込口から吸い込まれた前記空間内の空気の一部を、前記空調手段を経ずに、前記空間の天井に設けられた第２吹出口から吹き出す第２送風手段と、を備え、前記吸込口は、前記車両の幅方向の中央に設けられ、前記第１吹出口は、前記吸込口を挟んで前記車両の幅方向の両側に、前記車両の長手方向に向かってスリット状に形成され、前記第２吹出口は、前記第１吹出口より前記車両の幅方向の外側に、前記第１吹出口に沿ってスリット状に形成されたものである。

この発明は、空調された車両内の空気が車外に流出することを抑制することができる。また、車両の扉の開閉による外気の流入を抑制することができる。また、窓を介した熱移動を抑制することができる。よって、車両内の乗客等に不快感を与えることを防止することができ、電気エネルギーの無駄を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用空気調和装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る車両用空気調和装置の空調風吹出口６と循環風吹出口７の構造を示す図である。この発明の実施の形態１に係る車両用空気調和装置の車内外の熱移動を説明する図である。空調風吹出口６と循環風吹出口７の吹き出し風速に差異がある場合の比較例を説明する図である。この発明の実施の形態２に係る車両用空気調和装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態２に係る車両用空気調和装置の空調風吹出口６と循環風吹出口７の構造を示す図である。この発明の実施の形態３に係る車両用空気調和装置の空調風吹出口６と循環風吹出口７の構造を示す図である。

以下、本発明に係る車両用空気調和装置について、図面を用いて説明する。
なお、実施の形態の説明においては、旅客用の鉄道車両に用いられる車両用空気調和装置について説明するが、本発明に係る車両用空気調和装置には、例えばバスなど他の車両に用いられる車両用空気調和装置が含まれる。また、各図において、同一部材又は同一部分には同一の符号を付している。また、以下に示す図面では、本発明の主要部に関連する構成を中心に示しており、主要部に直接的に関係しない車両用空気調和装置の細部の構造については図示を簡略化又は省略している。また、以下に示す図面の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両用空気調和装置の構成を示す図である。
図１においては、車両用空気調和装置が搭載される鉄道車両の扉部分での断面を示している。この車両用空気調和装置は、車体１（車両）の内部の空間を空調するものである。
図１に示すように、車両用空気調和装置は、空調装置２と、循環送風機５とを備えている。空調装置２は、例えば車体１の天井部（天井裏）に設置されている。空調装置２の内部には、室内送風機３が設置されている。空調装置２は、還気用ダクト１２によって、車体１の天井に設けられた還気口４と接続されている。また、空調装置２は、空調風用ダクト１３によって、車体１の天井に設けられた空調風吹出口６と接続されている。空調装置２は、室内送風機３によって、還気口４から車体１内の空気を吸い込み、この空気を空調（暖房又は冷房等）して、空調した空気を空調風吹出口６から吹き出す。なお、空調装置２には、圧縮機及びその他の機器があるが、その図示は省略する。

循環送風機５は、例えば車体１の天井部（天井裏）に設置されている。循環送風機５は、循環風用ダクト１４によって、車体１の天井に設けられた循環風吹出口７と接続されている。循環送風機５は、還気口４から吸い込まれた車体１内の空気の一部を、空調装置２を経ずに循環風吹出口７から吹き出す。

還気口４は、車体１の幅方向の中央に設けられている。なお、「中央」とは、必ずしも厳密に中央であることを意味するものではなく、車体１内から吸い込む空気が車体１の幅方向において偏らない程度であれば、中央から外れていることを許容するものである。
空調風吹出口６は、還気口４を挟んで車体１の幅方向の両側に設けられている。例えば空調風吹出口６は、車体１の幅方向の中央に対して対称に設けられている。空調風吹出口６は、車体１の長手方向（進行方向）に向かってスリット状に形成されている。
循環風吹出口７は、空調風吹出口６より車体１の幅方向の外側に、空調風吹出口６に沿ってスリット状に形成されている。つまり、空調風吹出口６と循環風吹出口７のスリット形状が平行に形成されている。

なお、空調装置２は、本発明における「空調手段」に相当する。
また、循環送風機５は、本発明における「送風手段」に相当する。
また、還気口４は、本発明における「吸込口」に相当する。
また、空調風吹出口６は、本発明における「第１吹出口」に相当する。
また、循環風吹出口７は、本発明における「第２吹出口」に相当する。

図２は、この発明の実施の形態１に係る車両用空気調和装置の空調風吹出口６と循環風吹出口７の構造を示す図である。
図２に示すように、空調風吹出口６の先端には、空調風吹出口６から吹き出される空気を整流する空調風吹出口用整流板１６が設けられている。
循環風吹出口７の先端には、循環風吹出口７から吹き出される空気を整流する循環風吹出口用整流板１７が設けられている。
そして、空調風吹出口用整流板１６と循環風吹出口用整流板１７とが平行に設置されている。また、本実施の形態１においては、空調風吹出口用整流板１６及び循環風吹出口用整流板１７は、吹き出される空気が鉛直方向へ向くように設置されている。
このような構成によって、空調風吹出口６から吹き出された吹出空気６ａと、循環風吹出口７から吹き出された吹出空気７ａは、平行に下方（鉛直下方向）に吹き出される。

なお、空調風吹出口用整流板１６は、本発明における「第１整流板」に相当する。
また、循環風吹出口用整流板１７は、本発明における「第２整流板」に相当する。

次に、実施の形態１に係る車両用空気調和装置の作用について説明する。
図１に示すように、空調風吹出口６から吹き出された吹出空気６ａと、循環風吹出口７から吹き出された吹出空気７ａは、２つの層となって車体１の下方に吹き出される。
この２つの層は車体１の下側に向かうにつれて次第に分かれていき、それぞれ、吹出空気６ｂ、吹出空気６ｃ、吹出空気７ｂ、吹出空気７ｃとなる。
即ち、空調風吹出口６から吹き出された吹出空気６ａは、車体１の下方において車体１の中央側に向かう吹出空気６ｂ、６ｃとなる。吹出空気６ｂ、６ｃは、中央で合流して車体１の上方へ向かう流れとなり、一部は還気口４から吸い込まれ、他の一部は吹出空気６ａと合流する。
また、循環風吹出口７から吹き出された吹出空気７ａは、車体１の下方において車体１の側面側（扉側及び窓側）に向かう吹出空気７ｂ、７ｃとなる。吹出空気７ｂ、７ｃは、側面側の壁面へ沿う上昇流となる。そのため、側面には循環風の旋回流７ｄが発生する。

ここで、車体１の側面側に設けられた扉１１が開いた状態を考える。
この状態においては、循環風吹出口７からの吹出空気７ｃは、扉１１から車外に排出される。このとき、車体１の車外からの外気風８は、吹出空気７ｃにより遮られ、外気風８の車体１内への進入が抑制される。また、空調装置２によって空調された吹出空気６ｂ、６ｃは、車体１の中央側へ向かう流れとなり、空調された吹出空気６ｂ、６ｃの車外への流出が抑制される。

次に、扉１１のない窓部分での流れについて説明する。
図３は、この発明の実施の形態１に係る車両用空気調和装置の車内外の熱移動を説明する図である。
図３においては、車両用空気調和装置が搭載される鉄道車両の窓部分での断面を示している。
図３に示すように、車体１内の空気は、車体１中央部の空気２３と、窓側壁面近傍の空気２２とに別れる。
窓部分においても、上述したように、空調風吹出口６から吹き出された吹出空気６ａと、循環風吹出口７から吹き出された吹出空気７ａは、２つの層となって車体１の下方に吹き出される。循環風吹出口７から吹き出された吹出空気７ａは、車体１の下方（座席部分）において車体１の側面側（窓側）に向かう吹出空気７ｂ、７ｃとなる。そして、吹出空気７ｂ、７ｃは、窓側の壁面へ沿う上昇流となる。そのため、窓側には循環風の旋回流７ｄが発生する。

ここで、室内空気２４と外気２５との熱移動量２１について図４を用いて説明する。
この熱移動量２１は、室内空気２４と外気２５との温度差に比例する。ここでの室内空気２４は、窓側壁面近傍の空気２２の温度であり、この温度は、車体１中央部の空気２３の温度より、外気温度に近い。
例えば、冷房運転のとき、外気が３３℃、車体１中央部の空気２３の温度が２８℃である場合、窓側壁面近傍の空気２２の温度は、例えば３０℃となる。即ち、熱移動量２１は、３３℃−３０℃＝３℃の温度差に比例することになる。
一方、従来の技術のように、窓側に旋回流７ｄを生じさせない場合、窓側壁面近傍の空気温度は、車体１中央部とほぼ同等の温度となる。このため、熱移動量２１は、３３℃−２８℃＝５℃の温度差に比例することになる。
つまり、空調装置２を経ずに循環する吹出空気７ａによって、窓側に旋回流７ｄを生じさせることで、窓を介して車外への熱移動を抑制することができる。

次に、吹出空気６ａ及び吹出空気７ａの風速について図３及び図４を用いて説明する。
図４は、空調風吹出口６と循環風吹出口７の吹き出し風速に差異がある場合の比較例を説明する図である。
例えば図４に示すように、空調風吹出口６から吹き出される吹出空気６ａの風速と、循環風吹出口７から吹き出される吹出空気７ａの風速とに速度差をつけた場合、２層の間に渦１８が生じ、２つの層を長い距離において保てなくなる。従って、図３に示すように、空調風吹出口６から吹き出される吹出空気６ａの風速と、循環風吹出口７から吹き出される吹出空気７ａの風速とを同じにするのが望ましい。このように、それぞれの風速が同じであれば、吹き出し後長い距離において２つの層を保ち易くすることができる。

なお、空調風吹出口６から吹き出される吹出空気６ａの風量は、車内空調に必要な風量を確保する風量にするのがよい。
また、循環風吹出口７から吹き出される吹出空気７ａの風量は、車体１の床付近まで、２層を保つことができ、かつ循環送風機５の容量を極力小さくできる風量にするのがよい。即ち、循環風吹出口７から吹き出される吹出空気７ａの風量は、空調風吹出口６から吹き出される吹出空気６ａの風量より少なく設定される。例えば、吹出空気７ａの風量は、吹出空気７ａの風量の半分程度となる。

以上のように本実施の形態１においては、空調風吹出口６は、還気口４を挟んで車両の幅方向の両側に、車両の長手方向に向かってスリット状に形成され、循環風吹出口７は、空調風吹出口６より車両の幅方向の外側に、空調風吹出口６に沿ってスリット状に形成されている。
このため、扉１１が開いた状態では、循環風吹出口７からの循環風のみが車外へ流れ、扉１１の開閉による外気の流入を抑制することができる。また、窓部においても、暖かい循環風が窓に沿って流れるので、外部からの熱の流入又は流出が小さくなる。したがって、乗客等が外気風８による不快さを感じることを防止でき、電気エネルギーの無駄を抑制する効果がある。

また本実施の形態１においては、空調風吹出口用整流板１６と循環風吹出口用整流板１７とが平行に設置されているので、吹出空気６ａ及び吹出空気７ａが整流されて平行に吹き出され、それぞれの空気が混合し難くなり、２つの層を保ち易くすることができる。

また本実施の形態１においては、空調風吹出口６から吹き出される空気の風速と、循環風吹出口７から吹き出される空気の風速とが同じであるので、吹き出し後長い距離において２つの層を保ち易くすることができる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係る車両用空気調和装置の構成を示す図である。
図６は、この発明の実施の形態２に係る車両用空気調和装置の空調風吹出口６と循環風吹出口７の構造を示す図である。
図５及び図６に示すように、本実施の形態２における空調風吹出口用整流板１６及び循環風吹出口用整流板１７は、吹き出される空気が、鉛直方向より車体１の外側へ向くように、車体１の側面（壁側）に対して傾斜して設置されている。また、空調風吹出口用整流板１６及び循環風吹出口用整流板１７は、それぞれ同じ角度で、壁側に向かって傾斜している。
その他の構成は上記実施の形態１と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。

次に、実施の形態２に係る車両用空気調和装置の作用について説明する。
本実施の形態２においては、空調風吹出口用整流板１６と循環風吹出口用整流板１７に、窓側方向に角度を持たせてあるので、２層の平行流は窓側へ流れる。このとき、窓側へ流れた吹出空気７ｂ、７ｃにより形成される旋回流７ｄは、窓側壁面近傍に薄く存在することになる。
このため、空調装置２によって空調された吹出空気６ａ、６ｂ、６ｃの領域が、上記実施の形態１と比較して広くなる。よって、上記実施の形態１の効果に加え、車体１内の快適性をさらに向上することができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係る車両用空気調和装置の空調風吹出口６と循環風吹出口７の構造を示す図である。
図７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は、上記実施の形態１の構成に加え、空調風吹出口用整流板１６の傾斜を可変駆動するリンク機構３１と、循環風吹出口用整流板１７の傾斜を可変駆動するリンク機構３３とを備えている。リンク機構３１、３３は、空調風吹出口用整流板１６及び循環風吹出口用整流板１７の傾斜をそれぞれ同じ角度に可変駆動する。なお、リンク機構３１、３３の駆動は、例えば駆動モータを設けて制御装置等から自動制御又は角度設定操作によって行っても良いし、手動により駆動しても良い。
その他の構成は上記実施の形態１と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。

次に、実施の形態３に係る車両用空気調和装置の作用について説明する。
上記実施の形態２で説明したように、吹出空気６ａ、７ａを窓側方向に角度を持って吹き出すことで、空調される領域を広くすることができるが、窓側壁面に生じる旋回流７ｄの流れは、車体１内の乗客数等によって変化する場合がある。
そこで、空調風吹出口用整流板１６及び循環風吹出口用整流板１７の角度を可変にすることで、乗客数による気流の変化に対応して調整することができる。例えば、乗客数が多い場合に、吹出空気７ｂ、７ｃが乗客に当たって乱流となる場合には、空調風吹出口用整流板１６及び循環風吹出口用整流板１７の傾斜角度を大きくして、より窓側へ向くようにすることで、空調された領域を広くしつつ、乗客より高い位置で旋回流７ｄを発生させることができる。

１車体、２空調装置、３室内送風機、４還気口、５循環送風機、６空調風吹出口、６ａ、６ｂ、６ｃ吹出空気、７循環風吹出口、７ａ、７ｂ、７ｃ吹出空気、７ｄ旋回流、８外気風、１１扉、１２還気用ダクト、１３空調風用ダクト、１４循環風用ダクト、１６空調風吹出口用整流板、１７循環風吹出口用整流板、１８渦、２１熱移動量、２２空気、２３空気、２４室内空気、２５外気、３１リンク機構、３３リンク機構。

Claims

車両の内部の空間を空調する車両用空気調和装置であって、
前記空間の天井に設けられた吸込口から前記空間内の空気を吸い込む第１送風手段と、前記第１送風手段によって吸い込まれた前記空間内の空気を空調して、前記空間の天井に設けられた第１吹出口から前記空気を吹き出す空調手段と、
前記吸込口から吸い込まれた前記空間内の空気の一部を、前記空調手段を経ずに、前記空間の天井に設けられた第２吹出口から吹き出す第２送風手段と、
を備え、
前記吸込口は、前記車両の幅方向の中央に設けられ、
前記第１吹出口は、前記吸込口を挟んで前記車両の幅方向の両側に、前記車両の長手方向に向かってスリット状に形成され、
前記第２吹出口は、前記第１吹出口より前記車両の幅方向の外側に、前記第１吹出口に沿ってスリット状に形成された
ことを特徴とする車両用空気調和装置。
前記第１吹出口から吹き出される空気の風速と、前記第２吹出口から吹き出される空気の風速とが同じである
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。
前記第２吹出口から吹き出される空気の風量は、前記第１吹出口から吹き出される空気の風量より少ない
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空気調和装置。
前記第１吹出口から吹き出される空気を整流する第１整流板と、
前記第２吹出口から吹き出される空気を整流する第２整流板と、
を備え、
前記第１整流板と前記第２整流板とが平行に設置された
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用空気調和装置。
前記第１整流板及び前記第２整流板は、吹き出される空気が鉛直方向へ向くように設置された
ことを特徴とする請求項４に記載の車両用空気調和装置。
前記第１整流板及び前記第２整流板は、吹き出される空気が、鉛直方向より前記車両の外側へ向くように、前記車両の側面に対して傾斜して設置された
ことを特徴とする請求項４に記載の車両用空気調和装置。
前記第１整流板及び前記第２整流板の傾斜をそれぞれ同じ角度に可変駆動するリンク機構を備えた
ことを特徴とする請求項６に記載の車両用空気調和装置。