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鉄道車両の調和空気吹き出し方法 - 特開2008−132982 | j-tokkyo
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【発明の名称】 鉄道車両の調和空気吹き出し方法
【発明者】 【氏名】大石 和克

【氏名】佐藤 哲郎

【氏名】鳥居 昭彦

【氏名】伊藤 一

【要約】 【課題】気流となって流れる調和空気が直接当たらないようにして乗客の居住部を快適な空間にする鉄道車両の調和空気吹き出し方法を提供すること。

【解決手段】空調装置本体から供給される調和空気が主ダクト11,12から側構体に形成された縦ダクト17,18を介して車内に送り込まれる場合に、一方の側構体側から縦ダクト17を介して吹き出される調和空気と、他方の側構体側から縦ダクト18を介して吹き出される調和空気とが車内上方でぶつかって生じる下降気流が、左右の座席数が異なる当該左右の座席間の通路上に生じるように、当該一方と他方との調和空気の流量の割合を任意に設定して車内に吹き出させるようにした鉄道車両の調和空気吹き出し方法。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
床構体に車体の長手方向に沿って設けられた主ダクトと戻しダクトとが空調装置本体に接続され、空調装置本体から供給される調和空気が主ダクトから側構体に形成された縦ダクトを介して車内に送り込まれる場合に、
一方の側構体側から縦ダクトを介して吹き出される調和空気と、他方の側構体側から縦ダクトを介して吹き出される調和空気とが車内上方でぶつかって生じる下降気流が、左右の座席数が異なる当該左右の座席間の通路上に生じるように、当該一方と他方との調和空気の流量の割合を任意に設定して車内に吹き出させるようにしたことを特徴とする鉄道車両の調和空気吹き出し方法。
【請求項2】
請求項1に記載する鉄道車両の調和空気吹き出し方法において、
車内に3列の座席と2列の座席とが左右に配置された鉄道車両であって、3列の座席側から吹き出される調和空気の流量と、2列の座席側から吹き出される調和空気の流量との合計を100としてみた場合に、3列の座席側から吹き出される調和空気の流量の割合が、50より大きく60以下になるようにしたことを特徴とする鉄道車両の調和空気吹き出し方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、気流となって流れる調和空気が座席に座っている乗客に直接当たらないようにすることで、乗客の居住部を快適な空間にすることを目的とした鉄道車両の調和空気吹き出し方法に関する。
【背景技術】
【0002】
高速鉄道車両には、冷房や暖房によって車内を温度を一定に保つように鉄道車両の空調システムが設けられている。図2は、高速鉄道車両の断面にて鉄道車両の空調システムを簡略化して示した図である。高速鉄道車両の車体100は、床構体101と屋根構体102と左右の側構体103,103とから構成され、床構体101上には、左右にそれぞれ座席数の異なる座席105,106が車体100の長手方向に沿って複数配置されている。左右の側構体103,103には、座席105,106の上側にそれぞれ荷棚107,107が取り付けられている。
【0003】
そして、こうした車体100に鉄道車両の空調システムが構成されている。先ず、床構体101には車体100の長手方向に沿って、外側に2本の主ダクト111,112が左右に設けられ、その内側には2本の戻しダクト113,114がやはり左右に設けられている。主ダクト111,112は、床構体101に取り付けられた図示しない空調装置本体に接続され、その空調装置本体から調和空気が供給されるようになっている。一方の戻しダクト113,114にも空調装置本体が接続され、座席105,106の下にそれぞれ形成された吸込み口115,116から吸い込まれた調和空気が空調装置本体に戻されるように構成されている。
【0004】
左右の主ダクト111,112には、車体100の長手方向に設けられた複数の縦ダクト117,118が接続されている。車体100には側構体103,103に複数の側窓が車体100の長手方向に沿って形成されており、複数の縦ダクト117,118は、その側窓の間を側構体103,103に沿って立ち上げられている。そして、縦ダクト117,118は、荷棚107の下側にまで延び、その先端に形成された吹出ダクトから車内に調和空気が吹き出すようになっている。
【0005】
そこで、こうして構成された鉄道車両の空調システムでは、図示しない空調装置本体からの調和空気が主ダクト111,112を通って複数の縦ダクト117,118に供給される。そして、その縦ダクト117,118を通って流れた調和空気は、左右の荷棚107,107の下から車内に吹き出される。吹き出された調和空気は、図2の白抜き矢印で示すように、荷棚107,107の下面に沿って斜め上方に、かつ車体100の天井の中央方向に向かって流れる。
【0006】
次に、こうして左右から吹き出された調和空気は、中央付近で互いにぶつかり合って下降し、更に床108にぶつかって再び左右に分かれて流れ、車内には白抜き矢印で示すような気流がつくられる。一方、車内の調和空気は、座席105,106の下にあって、床108から突き出されて開口した吸込み口115,116から戻しダクト113,114に吸い込まれる。そして、戻しダクト113,114に入った調和空気は、空調装置本体に戻されて再び主ダクト111,112に供給されて循環する。
【特許文献1】特開平11−348781号公報(第2−3頁、図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、こうした従来における鉄道車両の空調システムでは、暖房運転時に車内両側の下隅部P,Pの温度が上がらずに左右の側窓側の座席に座った人の足元が寒くなる問題があった。そこで、25℃の調和空気を吹き出した場合に、車内の温度分布がどのようになっているかシュミレーションを行った。図4は、そのシュミレーション結果を示した図であり、乗客の足元を通る断面部分を示している。この結果、車内を流れる調和空気の流れに沿って23℃以上の領域とそれを下回る領域とに分かれ、特に下隅部P,Pは23℃以下になり、部分的には21℃を下回ってしまう箇所もあった。このように下隅部P,Pには車内の他の部分と比較して相対的に冷えた空気が滞ってしまっており、いわゆる冷気塊ができてしまっていた。
【0008】
これは、側構体103の壁109やそこに設けられた側窓に接して冷やされた空気が、浮力の差によって生じる自然対流によって側窓や壁109に沿って下降し、左右の下隅部P,P付近に滞ってしまうからと考えられる。また、車内にできる気流は、図2に示したように、上方から車体中央のほぼ通路上でぶつかって下降方向に流れ、床108まで降りたところで再び左右に分かれて床108及び壁109に沿って流れる。しかし、このとき車内両側の下隅部P,Pを避けるように気流が生じており、これにも冷気塊が拡散されないまま滞ってしまう原因があった。そこで、この冷気塊を拡散させるため気流の勢いを強くすることも考えられるが、強すぎる調和空気の風は乗客にとって体への負担となるため、また埃を巻き上げる原因にもなるため、好ましい方法ではない。
【0009】
従ってこれまでは、暖房運転にした場合に下隅部P,Pに冷気塊ができてしまい、窓側に座った乗客の足元が冷えてしまっていた。足元の温度が低いと、冷え性の人にとってはつま先などの冷えがつらくなることもあり、また特に、長距離の乗車になると、靴を脱いでリラックスしたい場合もあるのにかかわらず、足が冷えるため脱げないといったことになっていた。
【0010】
そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、気流となって流れる調和空気が直接当たらないようにして乗客の居住部を快適な空間にする鉄道車両の調和空気吹き出し方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明に係る鉄道車両の調和空気吹き出し方法は、床構体に車体の長手方向に沿って設けられた主ダクトと戻しダクトとが空調装置本体に接続され、空調装置本体から供給される調和空気が主ダクトから側構体に形成された縦ダクトを介して車内に送り込まれる場合に、一方の側構体側から縦ダクトを介して吹き出される調和空気と、他方の側構体側から縦ダクトを介して吹き出される調和空気とが車内上方でぶつかって生じる下降気流が、左右の座席数が異なる当該左右の座席間の通路上に生じるように、当該一方と他方との調和空気の流量の割合を任意に設定して車内に吹き出させるようにしたことを特徴とする。
【0012】
また、本発明に係る鉄道車両の調和空気吹き出し方法は、車内に3列の座席と2列の座席とが左右に配置された鉄道車両であって、3列の座席側から吹き出される調和空気の流量と、2列の座席側から吹き出される調和空気の流量との合計を100としてみた場合に、3列の座席側から吹き出される調和空気の流量の割合が50より大きく60以下になるようにしたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【0013】
よって、車内に吹き出されてできる調和空気の気流がなるべく乗客に当たらないようにすることが重要であるが、本発明によれば、左右に分けられた座席の数が対称的でない場合に、調和空気の吹き出し条件として吹き出し流量について割合を設定することにより、下降気流が座席間の通路上に生じるようになる。
特に、左右の座席数が3列と2列とで異なる鉄道車両の場合には、割合を3列の座席側から吹き出される調和空気の流量が50より大きく60以下にすることにより、山側と海側とで側窓から差し込む日差しによって車内温度に偏りが生じることなどもあるが、下降気流がほぼ座席間の通路上に位置するようになる。これにより、乗客に風があたるドラフト感をなくし、過度に冷やされたり暖められたりするようなこともなくなって、乗客の居住部をより快適な空間とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
次に、本発明に係る鉄道車両の調和空気吹き出し方法について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図1は、高速鉄道車両の断面にて鉄道車両の空調システムを簡略化して示した図である。高速鉄道車両の車体10は、前記従来例と同様に、床構体1と屋根構体2と左右の側構体3,3とから構成され、その床構体1上には、3列の座席5と2列の座席6とが車体10の長手方向に沿って配置されている。そして、左右の側構体3,3には、長手方向に並んだ座席5,6毎に不図示の側窓が設けられ、更に座席5,6の上には車内側に荷棚7,7が突き出して取り付けられている。
【0015】
鉄道車両の空調システムは、こうした構造の車体10に構成されている。先ず、床構体1には車体10の長手方向に沿って、外側に2本の主ダクト11,12が左右に設けられ、その内側には2本の戻しダクト13,14が設けられている。主ダクト11,12は、床構体1に取り付けられた図示しない空調装置本体に接続され、その空調装置本体から調和空気が供給されるようになっている。一方の戻しダクト13,14も空調装置本体に接続され、座席5,6の下にそれぞれ形成された吸込み口15a,16aから吸い込まれた車内の調和空気が空調装置本体に戻されるように構成されている。
【0016】
本実施形態では、吸込み口15a,16aの位置がそれぞれ左右の側構体3,3に近接するように空調吸込みダクト15,16を延ばし、更にその開口方向を下向きにして構成されている。すなわち、空調吸込みダクト15,16は、戻しダクト13,14から座席5,6の脚に沿って立ち上がり、略直角に折れてから座席台に添わせて側構体3,3側に延び、再び略直角に折れて垂直下向きに吸込み口15a,16aが開口している。こうすることによって、下隅部P,P(図2参照)に滞ってしまう冷気塊ができる空間に吸込み口15a,16aを配置させ、相対的に冷えてしまう部分の調和空気を戻しダクト13,14から吸い込んで循環させる構成となっている。
【0017】
ところで、図2に示す従来例の構成であっても吸込み口115,116から下隅部Pの空気を積極的に吸い込むようにすることが考えられた。しかし、従来の吸込み口115,116では、黒矢印で示すように冷気塊の空気の吸込みが、白抜き矢印で示す車内における気流の流れに逆らう関係となって効率良く吸い込むことができなかった。
【0018】
これに対して本実施形態では、吸込み口15a,16aを冷気塊のある下隅部に配置し、更に下向きに開口させることにより、車内できる気流の流れに沿って下隅部の調和空気を吸込むことができるように構成されている。また、こうして吸込み口15a,16aをこの位置に配置させたことにより、冷気塊を直接吸込むことができることの他に、これまでは気流がこの下隅部を避けるように流れていたが、ここで吸引力を働かせることによって下隅部を経由して空気をかき回すように気流が生じるようにもなっている。
【0019】
次に、左右の主ダクト11,12には、それぞれ車体10の長手方向に設けられた複数の縦ダクト17…,18…が接続されている。車体10には側構体3,3に複数の側窓(図示せず)が車体10の長手方向に沿って形成されており、複数の縦ダクト17…,18…は、その側窓の間を側構体3,3に沿って立ち上げられている。そして、それぞれの縦ダクト17…,18…は荷棚7の下側にまで延び、その先端には荷棚7に沿って吹出口17a,18aが形成され、そこから車内に向けて調和空気が吹き出されるようになっている。
【0020】
そこで、こうした鉄道車両の空調システムでは、図示しない空調装置本体からの調和空気が主ダクト11,12を通って複数の縦ダクト17,18…に供給される。特に本実施形態では、調和空気吹き出し方法として、3列ある座席5側の吹出口17aから吹き出される調和空気の流量と、反対側になる座席6側の吹出口18aから吹き出される調和空気の流量とが、54対46の割合になるように設定されている。これは、座席5,6に座った乗客に気流となって流れる調和空気が直接当たらないようにするためである。
【0021】
主ダクト11,12に供給された調和空気は、縦ダクト17,18を通り、左右の荷棚7,7の下にある吹出口17a,18aからそれぞれ車内に吹き出される。左右両方から吹き出された調和空気は、図1に白抜き矢印で示すように、先ず荷棚7,7の下面に沿って斜め上方に、車体10の天井中央方向に向かって流れ、ぶつかり合って方向を下に変えて下降する。このとき、下降気流となった調和空気が乗客に直接当たると冷やしすぎや暖めすぎとなってしまうため、下降気流が通路上に生じることが要求される。その場合、座席数が異なるため通路が車体10の中央でないこと、山側と海側とで側窓から差し込む日差しによって車内温度に偏りが生じることなどを考慮する必要があった。
【0022】
そこで、こうした要因を勘案して実験を繰り返したところ、吹出口17aから吹き出される調和空気の吹き出し流量と、吹出口18aから吹き出される調和空気の吹き出し流量との合計を100としてみた場合に、吹出口17aからの吹き出し流量の割合が50より大きく60以下の範囲でほぼ好ましい結果を得ることができた。そして、特に吹出口17a,18aから吹き出される調和空気の吹き出し流量が、54対46であるときが最も良い結果となった。
【0023】
続いて、こうした調和空気吹き出し方法により通路上に生じた調和空気の下降気流は、床8にぶつかって再び左右に分かれ、乗客の足元を流れた後、側構体3,3の壁9,9に沿って上昇する気流となる。その際、図1に黒塗り矢印で示すように、吸込み口15a,16aには下隅部に降りてくる冷えた空気の他、気流となって足元を流れる調和空気が吸い込まれていく。吸込み口15a,16aから吸い込まれた車内の調和空気は、空調吸込みダクト15,16を通ってそれぞれ戻しダクト113,114を流れ、不図示の空調装置本体によって温度調整された調和空気として再び主ダクト11,12を流れて車内に吹き出される。調和空気は一部が車外に排出されるが、基本的にはこうした循環が繰り返される。
【0024】
よって、本実施形態の空調吸込みダクトによれば、空調装置本体によって送られる調和空気を車内に供給し、戻しダクト13,14に戻して循環させる際、吸込み口15a,16aを冷気塊が生じる下隅部に配置し、更に下向きに開口させて車内にできる気流の流れに沿って吸込みができるように構成したので、暖房運転時に左右の壁9,9側に座っていた乗客の足元の調和空気を効率よく吸込むことができ、冷気塊を生じさせないようにして乗客が座る居住部を快適な空間にすることができた。
【0025】
そこで、本実施形態の空調吸込みダクト15,16を採用した場合の車内の温度分布をシュミレーションしてみた。図3は、乗客の足元を通る断面でそのシュミレーション結果を示した図である。この結果からも分かるように、本実施形態では車内のほぼ全体が23.5℃に保たれ、これまで冷気塊の存在した下隅部P,P(図2参照)でも22℃を下回る箇所はほとんどなかった。従って、乗客の足元に相対的に冷えた冷気塊は生じなくなり、乗客が座る居住部を快適な空間にすることができた。
【0026】
また、従来は吸込み口115,116が床に接して上向きに開口していたので、そこから埃が入りやすかった。そのため、戻しダクト113,114の口を清掃する頻度が高くなってしまい、また吸い込まれてしまった埃は戻しダクト113,114内を汚染するため、空気フィルタの交換頻度も高かった。それに対して本実施形態では、吸込み口15a,16aを床面から離して下向きに開口させたことによって吸込み口15a,16aに埃が入り難くなり、清掃や空気フィルタ交換の頻度を減らすことができた。
【0027】
また、従来は吸込み口115,116を床108から突き出していたため乗客の足元において邪魔なものになっていた。しかし、本実施形態では、空調吸込みダクト15,16が座席5,6の脚に沿って立ち上がり、吸込み口15a,16aは座席5,6から下に垂らすように構成したため、邪魔にならない構成となって、この点でも乗客の居住部において快適性が向上し、加えて床の清掃をする場合にも清掃担当者の作業がしやすくなった。
【0028】
更に、空調吸込みダクト15,16は、その形状が戻しダクト13,14から座席5,6の脚に沿って立ち上がり、略直角に折れてから枕木方向に沿って側構体3,3側に横向きに延び、再び略直角に折れて垂直下向きに形成されているため、その折れ曲がった部分が吸音エルボとして活用され、その結果、空気ファンから戻しダクト113,114を遡って車内に伝達する騒音を減衰させることができるようになった。
【0029】
一方、本実施形態では、調和空気吹き出し方法として吹出口17a,18aからの調和空気の吹き出し条件を、吹出口17aと吹出口18aとの間で調和空気の吹き出し流量を54対46にしたので、下降気流が通路上に位置するようになって、通路側の座席に座る乗客にその下降気流が当たることがなくなった。これにより、乗客に風があたるドラフト感をなくし、過度に冷やされたり暖められたりするようなこともなくなって、乗客の居住部をより快適な空間とすることができた。
【0030】
以上、一実施形態について説明したが、本発明では、戻しダクトから側構体側に延び、先端の吸込み口を車内の下隅部に位置するように形成したので、足元に冷気塊ができないようにして乗客の居住部を快適な空間にする鉄道車両の空調吸込みダクトを提供することが可能になった。
また、車内に左右から吹き出される調和空気のその吹き出し条件を、調和空気の流量の割合を任意に設定するようにしたので、下降気流が左右の座席数が異なるその座席間の通路上に生じさせることができ、乗客の居住部を快適な空間にする鉄道車両の調和空気吹き出し方法を提供することが可能になった。
【0031】
そして、本発明は、前記実施形態に限定されるものでは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、前記実施形態では戻しダクト13,14に新たな吸込み口15a,16aを設けて従来の吸込み口115,116を除いているが、従来の吸込み口115,116を残して両者を併用するようにしてもよい。
また、前記実施形態では高速鉄道車両を例に挙げて説明したが、特に鉄道車両の空調吸込みダクトに係る発明に関しては、他の鉄道車両にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】一実施形態の空調吸込みダクトを含む鉄道車両の空調システムを高速鉄道車両の断面にて簡略化して示した図である。
【図2】従来例の空調吸込みダクトを含む鉄道車両の空調システムを高速鉄道車両の断面にて簡略化して示した図である。
【図3】本発明の一実施形態における車内温度分布のシュミレーション結果を示した図である。
【図4】従来例における車内温度分布のシュミレーション結果を示した図である。
【符号の説明】
【0033】
1 床構体
2 屋根構体
3 側構体
5,6 座席
7 荷棚
11,12 主ダクト
13,14 戻しダクト
15,16 空調吸込みダクト
17,18 縦ダクト
【出願人】 【識別番号】000004617
【氏名又は名称】日本車輌製造株式会社
【識別番号】390021577
【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社
【出願日】 平成19年12月26日(2007.12.26)
【代理人】 【識別番号】110000291
【氏名又は名称】特許業務法人コスモス特許事務所


【公開番号】 特開2008−132982(P2008−132982A)
【公開日】 平成20年6月12日(2008.6.12)
【出願番号】 特願2007−333713(P2007−333713)