JPH03295756A - 車両用空気調和機 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば鉄道車両の屋根部等に据付けられる車
両用空気調和機に関する。

（従来の技術） 例えば、鉄道車両には、第１０図に示すような列車用の
空気調和機１を備えている。

すなわち、この空気調和機ｌは、鉄道車両の屋根部等に
据付けられており、それぞれ隣接させた室内側ユニット
部２、機械室３および室外側ユニット部４から構成して
いる。上記室内側ユニット部２には、車両室内側とそれ
ぞれ連通する吸込口５および吹出口（図示せず）が形成
するとともに、これらの間を形成する通風路に室内側熱
交換器６、室内送風機（図示せず）が配設されている。

゛室外側ユニット部４には、室外側熱交換器（図示せず
）および室外側送風機７が配置され室外側空気と連通さ
れるように構成している。

機械室３には、圧縮機８と、この圧縮機８の運転を制御
する電気制御部品等が収納された電装部品箱９が配置さ
れている。

また、上記機械室３と、室内側ユニット部２とは仕切板
１０により仕切られている。そして、上記構成の空気調
和機を運転すると、室内側ユニット部２においては、室
内送風機（図示せず）により吸込口５から吸込まれた車
内の空気が、仕切板１０で仕切られた吸込側通風路１１
から室内側熱交換器６に送られ熱交換されて矢印Ａで示
すように吹出口側から室内へ導かれることで、車内の冷
房もしくは暖房が行われる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述のような空気調和機１においは、運転中
に機械室内の電装部品が発熱するため、従来は、電装部
品箱の表面より放熱させていた。

しかしながら、近年、空気調和機の能力制御を行う手段
として、インバータ装置を使用した圧縮機の能力制御が
行われるようになっている。この場合、インバータ装置
は、運転中に発熱するパワートランジスタ等より構成す
るため、従来の電装部品箱９と同様に機械室内に収納し
た場合、その放熱作用が不十分となるので、これらの部
品を冷却する必要が生じるようになった。

そこで、第１０図に示すように、仕切板１０を貫通させ
て電装部品箱９よりアルミ鋳造品のフィン１２を吸込側
通風路１１内に介在させ、車内からの吸込空気により吸
込ませるように構成させることを検討した。

このような構造であると、インバータ装置および電装部
品箱９を十分に効率よく冷却できる程度の大きさのフィ
ン１２が必要となるため、電装部品箱９が全体的に大型
化してしまうという問題が生じた。

さらにフィン１２を通風路１１中に配置すると通風抵抗
が大きくなり、十分な風量を確保するために、室内送風
機或いは通風路１１のいずれかを、ていた。

さらに、電装部品の温度上昇を防ぐため、電装部品箱９
内に外気を適度に流入させて空気の温度を低く保つこと
が行われていたが、この空気の流動を原因として、電装
部品箱９内の電装部品に埃や塵などが付着し、電装部品
がトラブルを生じることがあった。

本発明の目的とするところは、小型軽量であるとともに
、電装部品に対する防塵性に優れた空気調和機を提供す
ることにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段および作用）上記目的を達
成するために本発明は、圧縮機、室内側熱交換器、膨張
装置、および室外側熱交換器を順次配管接続してなる冷
凍サイクルと、吸込口と吹出口とを車室内と連通するよ
う開口し通風路内に室内側熱交換器と室内送風機を備え
た室内側ユニット部と、この室内側ユニット部の吸込側
通風路に隣接し、圧縮機運転制御用のインバータ装置等
の電装部品を収納した機械室とを備える車両用空気調和
機において、内部に前記電装部品を密封的に収納する電
気部品箱と、この電気部品箱の一部を構成し、機械室と
仕切板により仕切られて構成する室内側ユニット部の吸
込側通風路に外側面が露出し内側面に電装部品を熱転的
に固定させた冷却板と、この冷却板に形成し冷凍サイク
ルを利用して冷却板を冷却させる冷却装置とを具備した
。

そして、本発明は、冷却装置により冷却板を冷却し、板
インバータ装置を含み電気部品箱に収納された電装部品
を、車室内の空気の流通を妨げることなく冷却するよう
にした。

また、圧縮機、四方切換弁、室内側熱交換器、膨張装置
、および室外側熱交換等を順次配管接続してなるヒート
ポンプ式冷凍サイクルと、吸込口と吹出口とを車室内と
連通するよう開口し通風路内に室内側熱交換器と室内送
風機を備えた室内側ユニット部と、この室内側ユニット
部の吸込側通風路に隣接し、圧縮機運転制御用のインバ
ータ装置等の電装部品を収納した機械室とを倫える車両
用空気調和機において、内部に電装部品を密封的に収納
する電気部品箱と、この電気部品箱の一部を構成し、機
械室と仕切板により仕切られて構成する室内側ユニット
部の吸込側通風路に外側面が露出し内側面に電装部品を
熱転的に固定させた冷却板と、この冷却板に形成させた
冷凍サイクルを利用して冷却させる冷却装置と、暖房運
転時、冷却装置の冷却を停止させる制御装置を具備した
。

そして、本発明は、冷却装置により冷却板を冷却し、板
インバータ装置を含み電気部品箱に収納された電装部品
を車室内の空気の流通を妨げることなく冷却するととも
に、暖房運転時には、冷却板が吸込側通風路を流通する
空気を冷却することを防止できるようにした。

また、電気部品箱は、機械室内側を電装部品周囲を覆う
電装部品カバーにより構成するとともに、電装部品カバ
ーに冷凍サイクルを利用して冷却させる冷却装置を備え
た。

そして、本発明は、冷却装置により電装部品カバーを冷
却し、電気部品箱の内部が過度に温度上昇することを防
止できるようにした。

また、電気部品箱の冷却板の冷却装置、電装部品カバー
を冷却させる冷却装置は、冷凍サイクルの蒸発器を構成
させた冷却板用熱交換器、電装部品カバー用熱交換器に
より構成させると共に、これら熱交換器の入口と出口側
にセルフシールカップリングを介在させて、冷凍サイク
ルに着脱自在に接続させた。

そして、本発明は、着脱自在な冷却板用熱交換器と電装
部品カバー用熱交換器とにより冷却板と電装部品カバー
とを冷却するようにし、さらに、同熱交換器を取外した
際に冷凍サイクル中の冷媒が流出することを防止できる
ようにした。

そして、これらのことによって本発明は、インバータ装
置を含む電装部品を車室内の空気の流通を妨げることな
く冷却できるとともに、電装部品を電装部品カバーで覆
い空気調和機の小型軽量化および電装部品の防塵性を向
上できるようにした。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図乃至第７図に基づいて
説明する。なお、従来の技術の項で説明したものと重複
するものについては同一番号を付しその説明は省略する
。

第１図乃至第３図において、２１は例えば鉄道車両の屋
根部等に据付けられた車両用の空気調和機である。この
空気調和機２１は、その長手方向中央部に室内側ユニッ
トｌ！ｉＨ２を、また、長手方向両端部に室外側ユニッ
ト部４．４を、さらに室内側ユニット部２と、一方の室
外側ユニット部２との間に機械室３を配置させている。

上記室外側ユニット部４．４は、中央部に配置された室
外送風機７．７と、この室外送風機７．７を挟むよう配
置された室外側熱交換器２２・・・とを備えている。そ
して、上記室外送風機７．７を運転することで、車外の
空気を室外側熱交換器２２・・・に通過させて熱交換さ
せるよう構成する。

上記室内側ユニット部２は、内部に室内側熱交換器６お
よび室内送風機２３等を備えている。室内側ユニット部
２の長手方向一端側の底部には、車室側に連通する吸込
口５を開口させ、その上方には機械室３との仕切板２４
と室内側熱交換器６との間の空間部分で構成した吸込側
通風路１１を形成させる。室内側ユニット部２の長手方
向他端側の底部には、その上方に室内送風機２３のケー
シング２３ａの出口側を連通させ車室側に連通する吹出
口２５を開口させている。そして、上記室内送風機２３
を運転することで、車室内側の空気を第２図および第３
図中に矢印Ａ・・・で示すように、吸込口５から吸込側
通風路１１を通して室内側熱交換器６に導き、ここで熱
交換させた後、室内送風機２３のケーシング２Ｂａ内に
導き、吹出口２５から、再び車室内側へ送風されるよう
に構成する。

上記機械室３は、圧縮機８およびインバータ装置を含む
電装部品９ａを収納させた電装部品箱９を配設させると
ともに、室内側ユニット部２の吸込側通風路１１側と仕
切板２４により遮断している。

また、図中２６は機械室３内に配置されたインバータ装
置等の電装部品９ａを密封収納する容器の一部をなす冷
却板で、電装部品９ａの特にインバータ装置等の放熱す
る部品が内側面に熱伝導に固定されている。この冷却板
２６は、アルミ等の熱伝導の良い材料でなり、この仕切
板２４の一部を成すように機械室３と吸込側通風路１１
とを遮断するとともに、前記室内側ユニット部２の吸込
側通風路１１に外側面２７を露出させて、この表面を通
過する空気と熱交換されるよう構成させている。また、
冷却板２６の外側面２７には、第４図に示すように蛇行
状に配設させた、空気調和機２１の冷凍サイクルの一部
を構成し蒸発器とじて作用させる冷却板用熱交換器２８
を設けるとともに、蒸発用熱交換器２８のパイプ端部に
は、詳細を後述するセルフシールカップリング２９．２
９等を接続させている。

また、３０は機械室３内に配置された電装部品９ａの周
囲を覆うように収納するケース状の電装部品カバーで、
前記冷却板２６とともに電装部品９ａの収納容器となす
電装部品箱９を構成させている。この電装部品カバー３
０には、第５図に示すように、蛇行状に配設させた空気
調和機２１の冷凍サイクルの一部を構成し蒸発器として
作用させる電装部品カバー用熱交換器用３１を設けると
ともに、電装部品カバー用熱交換器３１のパイプ端部に
は詳細を後述するセルフシールカップリング３２．３２
等を接続させている。

なお、冷却板２６および電装部品カバー３０に配設させ
る上記熱交換器の取付けは、バイブをそれぞれの表面に
溶着または、接着剤などの結合手段により行うか、また
は、ロールボンド式熱交換器を採用したものでも良い。

次に、第６図および第７図により、冷凍サイクルの接続
構成について説明する。第７囚において、圧縮機８、冷
房と暖房との切換弁としての四方切換弁（以下、四方弁
と称する）３３、室外側熱交換器２２、膨張装置として
のメインキャピラリチューブ２８、室内側熱交換器５を
順次冷媒配管接続するとともに、メインキャピラリチュ
ーブ３４と室内側熱交換器６の直列回路と並列に、サブ
キャビラリューブ３５、冷却板用熱交換器２８、第１の
電磁開閉弁３６、第２の電磁開閉弁３７を直列配管接続
させた第１のバイパス路３８、および、上記第２の電磁
開閉弁３７と並列に電装部品カバー用熱交換器３１を配
管接続させた第２のバイパス路３９を接続させた構成と
なっている。

また、上記冷却板用熱交換器２８と電装部品カバー用熱
交換器３１との入口側および出口側配管は、それぞれセ
ルフシールカップリング２９．２９および３２．３２に
より接続されており、上記熱交換器２８．３１の夫々を
、必要に応じて冷凍サイクルから着脱できるようになっ
ている。そして、このセルフシールカップリングにより
冷凍サイクルから上記熱交換器２８．３１を分離した際
に、接続口を遮断し冷凍サイクル中の冷媒が漏れるのを
防ぐ。

さらに、第６図に示すように、電装部品カバー３０内に
は、内部の温度を検出するための温度センサ４０が配置
されており、この温度センサ４０は、あらかじめ設定さ
れた設定温度以上を検出した時に、第２の電磁開閉弁３
７を閉じ、第２のバイパス路３９に冷媒を通過させるよ
うに制御するよう構成させている。したがって、冷媒は
、第７図中矢印Ｃに示されるような流路となる。

なお、前記四方弁３３と、第１の電磁開閉弁３６は、冷
房・暖房運転モードによって制御されるよう構成させて
いる。すなわち、冷房運転時は、四方弁３３が室外側熱
交換器２２が凝縮作用、室内側熱交換器６が蒸発作用を
するように切換えられるとともに、第１の電磁開閉弁３
６が開となり、第１のバイパス路３８に冷媒を通過させ
るように制御される。したがって、冷媒は、第７図中矢
印Ｂに示されるような流路となる。また、暖房時には、
四方弁３３が室内側熱交換器５が凝縮作用、室外側熱交
換器２２が蒸発作用するように切換えられるとともに、
第１の電磁開閉弁３６が閉となり、第１のバイパス路３
８に冷媒を通過させないように制御される。

次に、上記構成の作用効果を説明する。

まず、車内の冷房運転時には、室内側熱交換器６が冷却
器として作用し、室内送風機２３の運転により、車内の
空気は吸込口５から吸込側通風路１１に導かれ、室内側
熱交換器６により冷却され、吹出口２５から車内に送ら
れて冷房が行われる。

また、この冷房運転時、冷却板２６は第１の電磁開閉弁
３１が開き、冷却板用熱交換器２８により冷却作用が行
われるため、電装部品９ａは、強制的に冷却される。ま
た、通常時電装部品カバー３０の内部は、さほど高温度
にならない。従って、温度センサ４０は、設定温度以下
であり、第２の電磁開閉弁３７は開いており、第２のバ
イパス路３９に冷媒が送られず、電装部品カバー用熱交
換器３１は、冷却されない。しかし、夏の高外気温時な
どにおいては、機械室３内も比較的高温度となるため、
冷却板２６での冷却作用のみでは、十分冷却がなされず
、電装部品カバー３０の内部は温度上昇する。この場合
、温度センサ４０は、設定温度以上となり、第２の電磁
開閉弁３７が閉じるため、第２のバイパス路３９に冷媒
が送られ、電装部品カバー用熱交換器３１により電装部
品カバー３０の内部が冷却され、電装部品９ａは周囲か
ら冷却されるようになり、温度上昇を抑えることができ
る。従って、冷房運転中においては、外気温度がどの様
な条件においても、常に電気部品の温度上昇を抑え、常
に効率の良い運転を行える。

また、暖房運転時には、第１の電磁開閉弁３６が閉じた
ままであるので、第１および第２のバイパス路３８．３
９に冷媒が送られないため、冷却板２６での強制冷却は
行われない。しかし、冷却板２６の外表面２７が吸込側
通風路１１に露出しているため、この表面と、室内側か
ら吸込まれる比較的低温度の空気と熱交換が行われ、こ
の空気により電装部品９ａの冷却作用が行われると共に
、吸込側通風路１１を通過する空気が、加熱されるため
、室内側熱交換器６へ送られる空気の補助加熱作用が行
われることとなり、暖房運転効率向上が図れる。

また、電装部品９ａのメンテナンスをする場合でも、セ
ルフシールカップリング２９．３２により、冷凍サイク
ルから分離できるため、電装部品箱を構成する冷却板２
６および電装部品カバー３０を一緒に外し、点検が機能
的に行える。

さらに、前述の構成の空気調和機２１では、冷凍サイク
ルに組込まれた冷却板２６を電装部品９ａに熱転的に連
結し、冷却板２６によって電装部品９ａを冷媒冷却して
いる。そして、冷却板２６の冷却能力は、例えばサブキ
ャピラリチューブ３５の設定を任意に行うことにより、
冷却板２６の大きさにかかわらず自由に調節される。

したがって、これらのことから、空気調和機２１では、
電装部品９ａを十分に冷却することが可能であるととも
に、通風路１１中に大きく突出する冷却フィン部を用い
て電装部品９ａを空気を冷却する場合よりも、冷却板２
６と電装部品カバー３０とにより構成される電装部品箱
、および空気調和機２１を小型化できる。

さらに、冷却板２６を通風路１１中に大きく突出させる
ことなく電装部品９ａを十分に冷却できるので、通風路
１１が大となるとともに、通風抵抗は小となる。このた
め、小型な室内送風機および小容量な送風機用モータに
より、十分な風量を確保できる。したがって、このこと
によっても空気調和機２１を小型化できる。

また、電装部品９ａを電装部品カバー３０により気密的
に覆っているから、インバータ装置および周囲の電装部
品を機械室３内の空気に対して遮断でき、埃や塵などの
付着を防止できる。そして、埃や塵などの付着を原因と
する上記インバータ装置等の電装部品のトラブルの発生
を防止できる。

また、電装部品カバー３０を冷凍サイクルに組込み、電
装部品カバー３０内の温度が所定値に達しときに電装部
品カバー３０を温度低下させているから、電装部品９ａ
を電装部品カバー３０で覆っても、電装部品カバー３０
の内部空間および電装部品９ａを過度に昇温させること
がない。

さらに、冷却板２６を通風路１１に面するよう配設して
いるから、冷却板２６を車室内の空気の熱交換に利用す
ることが可能である。そして、例えば冬季の運転立上が
り時等のように一時的に大量の熱を必要とする場合に、
冷却板２６を加熱器として利用し、通風路１１を流通す
る空気の昇温を補助することが可能である。

なお、本発明は要旨を逸脱しない範囲で変形すことが可
能である。

そして、例えば空気調和機を第８図に示すような構成と
することが可能である。すなわち、冷却板２６の内側面
上に、冷却板２６の温度に応じて作動するサーモスタッ
ト４１が取付けられている。

また、冷却板用熱交換器２８と電装部品カバー用熱交換
器３１とが、冷却板用熱交換器２８を冷媒の上流側に位
置させた状態で、直列に接続されている。そして、側熱
交換器２８．３１は冷凍サイクルに、セルフシールカッ
プリング２９．３２．３２を介して接続されており、別
々に或いは一緒に着脱できるようになっている。

また、上記セルフシールカップリング２９．３２．３２
は、冷却板用熱交換器２８よりも冷媒上流側の部位、側
熱交換器２８．３１の間の部位、および、電装部品カバ
ー用熱交換器３１よりも冷媒下流側の部位にそれぞれ配
置されている。また、冷却板用熱交換器２８と冷却板用
熱交換器２８よりも冷媒上流側に配置されたセルフシー
ルカップリング２９との間の部位には、電磁開閉弁４２
が設けられている。

そして、冷却板２６が所定温度に達しサーモスタット４
１がＯＦＦすると、電磁開閉弁４２が開き、冷却板用熱
交換器２８および電装部品カバー用熱交換器３１が作用
し、電装部品９ａを冷却させる。

一方、第９図では、冷媒は流通を規制されず、冷凍サイ
クルの運転中においては常に冷却板用熱交換器２８およ
び電装部品カバー用熱交換器３１が作動し、電装部品９
ａが冷却される。

また、４３は暖房運転時、各熱交換器３１．２８への冷
媒流入を防止するための逆止弁である。

なお、上記した実施例においては、冷却板用熱交換器お
よび電装部品カバー用熱交換器で構成させた電装部品箱
の冷却装置は、冷凍サイクルの蒸発器の一部を構成させ
、冷媒を直接流入させるようにしたが、冷凍サイクルと
独立させたヒートパイプで構成させ、冷凍サイクルを構
成させた室内側熱交換器等の蒸発器として作用する部分
と熱交換的に配置させて冷却を行うものでもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、インバータ装置を含む電
装部品を、車室内の空気の流通を妨げることなく冷却で
きるとともに、電装部品を電装部品カバーで覆い空気調
和機の小型軽量化および電装部品の防塵性を向上できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の一実施例を示すもので、第１
図は平面図、第２図は第１図中のＤ−Ｄ線に沿った断面
図、第３図は要部を一部破断して示す斜視図、第４図は
冷却板の正面図、第５図は電装部品カバーの斜視図、第
６図は冷却板と電装部品カバーの周辺を示す概略構成図
、第７図は冷凍サイクルを示す回路図、第８図および第
９図はともに変形例を示す概略構成図、第１０図は従来
例の要部を一部破断して示す斜視図である。 ２・・・室内側ユニット部、３・・・機械室、５・・・
吸込口、６・・・室内側熱交換器、９ａ・・・電装部品
、１１・・・吸込側通風路、２１・・・車両用空気調和
機、２２・・・室外側熱交換器、２４・・・仕切板、２
５・・・吹出口、２６・・・冷却板、２８・・・冷却板
用熱交換器、２９．３２・・・セルフシールカップリン
グ、３０・・・電装部品カバー　３１・・・電装部品カ
バー用熱交換器、３４・・・メインキャピラリチューブ
（膨張装置）、３３・・・四方切換弁。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、室内側熱交換器、膨張装置、および室外
   側熱交換器を順次配管接続してなる冷凍サイクルと、吸
   込口と吹出口とを車室内と連通するよう開口し通風路内
   に前記室内側熱交換器と室内送風機を備えた室内側ユニ
   ット部と、この室内側ユニット部の吸込側通風路に隣接
   し、圧縮機運転制御用のインバータ装置等の電装部品を
   収納した機械室とを備える車両用空気調和機において、
   内部に前記電装部品を密封的に収納する電気部品箱と、
   この電気部品箱の一部を構成し、前記機械室と仕切板に
   より仕切られて構成する室内側ユニット部の吸込側通風
   路に外側面が露出し内側面に前記電装部品を熱伝的に固
   定させた冷却板と、この冷却板に形成し前記冷凍サイク
   ルを利用して冷却板を冷却させる冷却装置とを具備した
   ことを特徴とする車両用空気調和機。
2. （２）圧縮機、四方切換弁、室内側熱交換器、膨張装置
   、および室外側熱交換等を順次配管接続してなるヒート
   ポンプ式冷凍サイクルと、吸込口と吹出口とを車室内と
   連通するよう開口し通風路内に前記室内側熱交換器と室
   内送風機を備えた室内側ユニット部と、この室内側ユニ
   ット部の吸込側通風路に隣接し、圧縮機運転制御用のイ
   ンバータ装置等の電装部品を収納した機械室とを備える
   車両用空気調和機において、内部に前記電装部品を密封
   的に収納する電気部品箱と、この電気部品箱の一部を構
   成し、前記機械室と仕切板により仕切られて構成する室
   内側ユニット部の吸込側通風路に外側面が露出し内側面
   に前記電装部品を熱伝的に固定させた冷却板と、この冷
   却板に形成させた前記冷凍サイクルを利用して冷却させ
   る冷却装置と、暖房運転時、前記冷却装置の冷却を停止
   させる制御装置を具備したことを特徴とする車両用空気
   調和機。
3. （３）前記電気部品箱は、機械室内側を電装部品周囲を
   覆う電装部品カバーにより構成するとともに、電装部品
   カバーに冷凍サイクルを利用して冷却させる冷却装置を
   備えたことを特徴とする請求項（１）もしくは（２）記
   載の車両用空気調和機。
4. （４）前記電気部品箱の冷却板の冷却装置、電装部品カ
   バーを冷却させる冷却装置は、前記冷凍サイクルの蒸発
   器を構成させた冷却板用熱交換器、電装部品カバー用熱
   交換器により構成させると共に、これら熱交換器の入口
   と出口側にセルフシールカップリングを介在させて、冷
   凍サイクルに着脱自在に接続させたことを特徴とする請
   求項（３）記載の車両用空気調和機。