JP5744195B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents
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Description
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
Claims (6)
- 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、
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、
前記第1の部屋の空気の給排気に利用される換気ダンパーと、
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換気ダンパーを制御する制御装置とを有し、
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、
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、
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、前記換気ダンパーを制御して前記第1の部屋の空気の給排気を行う
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、
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、
前記第1の部屋の空気の給排気に利用される換気ダンパーと、
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換気ダンパーを制御する制御装置とを有し、
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、
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、
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、前記換気ダンパーを制御して前記第1の部屋の空気の給排気を行う
ことを特徴とする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を有し、
前記換気ダンパーは、
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し、
前記制御装置は、
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し、
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1又は2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1〜3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1〜4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5に記載の車両用空気調和装置。
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