特開 2024-164645 鉄道車両用空調装置及び鉄道車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024164645

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】鉄道車両用空調装置及び鉄道車両

(51)【国際特許分類】

   B61D 27/00 20060101AFI20241120BHJP

【ＦＩ】

B61D27/00 P

B61D27/00 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080279

(22)【出願日】2023-05-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100141830

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 卓久

(72)【発明者】

【氏名】岩田 宜之

(72)【発明者】

【氏名】小山 泰平

(72)【発明者】

【氏名】上條 芳武

(72)【発明者】

【氏名】中田 好彦

(72)【発明者】

【氏名】祐川 直純

(57)【要約】

【課題】室内送風機から鉄道車両の客室内へ水滴が飛散する現象である水飛びを抑制できる鉄道車両用空調装置を提供する。
【解決手段】本実施形態による鉄道車両用空調装置は、筐体と、前記筐体に設けられた熱交換器と、前記筐体に設けられ、空気を吸引する送風機吸気口を有する送風機と、前記送風機吸気口に設けられ、水滴を分離する遠心分離器と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、
前記筐体に設けられた熱交換器と、
前記筐体に設けられ、空気を吸引する送風機吸気口を有する送風機と、
前記送風機吸気口に設けられ、水滴を分離する遠心分離器と、を備えた、鉄道車両用空調装置。

【請求項2】

前記遠心分離器は、前記熱交換器を通過した空気を吸引する遠心分離器吸気口を有し、
前記遠心分離器吸気口は、前記送風機吸気口に対面している、請求項１に記載の鉄道車両用空調装置。

【請求項3】

前記遠心分離器は、前記熱交換器を通過した空気を吸引する遠心分離器吸気口を有し、
前記遠心分離器吸気口は、前記送風機の中心軸線に直交する方向に開口する、請求項１に記載の鉄道車両用空調装置。

【請求項4】

前記遠心分離器吸気口には、前記遠心分離器内に旋回流を発生させる案内板が設けられている、請求項２又は３に記載の鉄道車両用空調装置。

【請求項5】

前記遠心分離器吸気口には、前記遠心分離器内に旋回流を発生させる案内板が設けられ、
複数の前記案内板が、前記送風機の中心軸線の周方向に間隔を空けて配列され、
前記中心軸線に直交する方向からの観察において、隣り合う前記案内板同士は互いに重なっている、請求項３に記載の鉄道車両用空調装置。

【請求項6】

前記遠心分離器吸気口には、前記遠心分離器内に旋回流を発生させる案内板が設けられ、
複数の前記案内板が、前記送風機の中心軸線の周方向に間隔を空けて配列され、
前記遠心分離器は、底部材と、円筒部材と、蓋部材と、を有し、
前記案内板は、前記底部材と前記蓋部材との間に位置し、
前記送風機の中心軸線の周方向における前記案内板の間隔は、次の式で表される数値Ｌ以下であり、

【数1】

Ｑは、前記円筒部材に流入する空気の流量であり、
ｈは、前記送風機の中心軸線方向における前記円筒部材と前記蓋部材との距離であり、
ｎは、前記案内板の数であり、
Ｈは、前記中心軸線方向における前記案内板の長さであり、
ηは、空気の粘性係数であり、
ρ_ｄは、水の密度であり、
ρは、空気の密度であり、
Ｄは、水の粒子径である、請求項３又は５に記載の鉄道車両用空調装置。

【請求項7】

複数の前記案内板が、前記送風機の中心軸線の周方向に間隔を空けて配列され、
前記案内板は、前記周方向に湾曲している、請求項４に記載の鉄道車両用空調装置。

【請求項8】

前記遠心分離器によって分離した水滴を排出する排水部をさらに備えた、請求項１～３のいずれか一項に記載の鉄道車両用空調装置。

【請求項9】

請求項１～３のいずれか一項に記載の鉄道車両用空調装置を備えた、鉄道車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、鉄道車両用空調装置及び鉄道車両に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両用空調装置（以下、空調装置とも呼ぶ）を冷房装置として使用するとき、冷媒は、室内熱交換器において周囲の空気から熱を奪う。このとき、空気中の余剰水分が結露することによって、室内熱交換器に水滴が付着する。水滴は、室内熱交換器から室内送風機へ向けて流れる気流によって運ばれる。この結果、室内送風機から鉄道車両の客室内へ水滴が飛散する現象である「水飛び」が発生し得る。室内熱交換器に付着した水滴が塵埃等により汚染されていることから、水飛びは、水滴の付着によって乗客の衣服を汚す等の問題を生じる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５１２５３４４号公報

【特許文献2】特許第３９４５０２２号公報

【特許文献3】特許第５８５９８９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

室内送風機から鉄道車両の客室内へ水滴が飛散する現象である水飛びを抑制できる鉄道車両用空調装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本実施形態による鉄道車両用空調装置は、筐体と、前記筐体に設けられた熱交換器と、前記筐体に設けられ、空気を吸引する送風機吸気口を有する送風機と、前記送風機吸気口に設けられ、水滴を分離する遠心分離器と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】一実施形態による鉄道車両を概略的に示す側面図。

【図2】一実施形態による鉄道車両用空調装置を示す斜視図。

【図3】一実施形態による送風機及びモータを示す斜視図。

【図4】一実施形態による送風機及び遠心分離器を示す斜視図。

【図5】一実施形態による遠心分離器を示す側面図。

【図6】Ｘ－Ｚ平面によって切断した、一実施形態による遠心分離器を示す斜視図。

【図7】図５のＡ－Ａ線断面図であって、熱交換器から送風機への旋回流を示すための側面図。

【図8】遠心分離器の一変形例を示す斜視図。

【図9】遠心分離器の一変形例を示す正面図。

【図10】図９のＢ－Ｂ線断面図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

【0008】

本明細書において、形状や幾何学的条件ならびにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」、「対称」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に限定されることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈する。

【0009】

図面間における方向関係を明確化するため、いくつかの図面には、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を図面間で共通する方向として示している。図面の紙面に垂直な方向に沿って紙面から奥に向かう矢印を、例えば図１に示すように、円の中に×を設けた記号により示す。

【0010】

図１は、本実施の形態による鉄道車両用空調装置５を有する鉄道車両１を示す。鉄道車両１は、軌道ＲＬ上に位置している。鉄道車両１は、軌道ＲＬ上を移動可能である。図１に示す例おいて、軌道ＲＬは、Ｘ方向に沿って直線状に延びている。軌道ＲＬを支持する枕木（図示せず）は、Ｘ方向に直交するＹ方向に沿って延びている。鉄道車両１として、電車、気動車、機関車、客車等が例示される。図示された例において、鉄道車両１は、電車である。鉄道車両１は、パンタグラフ２を有している。

【0011】

図１に示す例において、鉄道車両１は、複数（この場合は２つ）の空調装置５を有している。空調装置５は、鉄道車両１の屋根３上に設置されている。２つの空調装置５は、鉄道車両１の屋根３上においてＸ方向に互いから離れている。空調装置５は、鉄道車両１の内部空間における空気の温度、湿度、気流等を調整する。空調装置５は、鉄道車両１の内部空間における空気と、鉄道車両１の外部に空気とを交換してもよい。すなわち、空調装置５は、換気機能を有してもよい。空調装置５は、鉄道車両１の内部空間における空気の浄化機能を有してもよい。

【0012】

空調装置５は、筐体１０と、筐体１０に収容された機器と、を有している。筐体１０は、平面視において（上方からの観察において）Ｘ方向に長手方向を有している。筐体１０は、例えばアルミニウム等の金属製の部材によって製造されてもよい。筐体１０は、室内部１１と、室外部１２と、中間部１３と、を含んでいる。図１及び図２に示すように、中間部１３は、Ｘ方向において室内部１１と室外部１２との間に位置している。筐体１０に収容された機器としては、後述するように、熱交換器３０、送風機４０、遠心分離器５０、室外熱交換器６０、室外送風機７０、圧縮機ユニット８０及び／又はモータ９０が挙げられる。このような機器は、室内部１１、室外部１２及び中間部１３のうちのいずれか又は全てに設けられてもよい。

【0013】

空調装置５には、複数（この場合には２つ）の仕切り板１５が設けられている。図２に示すように、仕切り板１５は、Ｙ方向と、Ｘ方向及びＹ方向の両方向に直交するＺ方向と、に広がっている。室内部１１と中間部１３とは、第１の仕切り板１５を介して互いに隣り合っている。同様に、中間部１３と室外部１２とは、第２の仕切り板１５を介して互いに隣り合っている。図１において、複数の仕切り板１５は、空調装置５内に破線によって示されている。

【0014】

図２に示すように、室内部１１には、熱交換器３０と、送風機４０と、遠心分離器５０と、が設けられてもよい。すなわち、空調装置５は、熱交換器３０と、送風機４０と、遠心分離器５０と、を有している。室外部１２には、図２に示すように、複数の室外熱交換器６０と、室外送風機７０と、が設けられてもよい。中間部１３には、図２に示すように、複数の圧縮機ユニット８０が設けられてもよい。

【0015】

空調装置５において、熱交換器３０と室外熱交換器６０との間を冷媒が循環する。冷媒は、熱交換器３０及び室外熱交換器６０の間において熱を移動させる。例えば、空調装置５を冷房装置として使用するとき、冷媒は、熱交換器３０において温められる。熱交換器３０によって温められた冷媒は、室外熱交換器６０において冷却される。

【0016】

図１に示すように、機器を収容した筐体１０は、カバー６によって上方から覆われてもよい。カバー６は、筐体１０の室外部１２内に空気を流入させるためのカバー開口部（図示せず）を有してもよい。カバー開口部（図示せず）は、室外部１２に収容された室外熱交換器６０の位置及び室外送風機７０の位置に対応して設けられてもよい。カバー６は、例えばアルミニウム等の金属製の部材によって製造されてもよい。

【0017】

図２～図９を参照して、室内部１１、及び室内部１１に設けられた機器の構成について説明する。室内部１１には、熱交換器３０と、送風機４０と、遠心分離器５０と、が設けられている。熱交換器３０は、例えば室内熱交換器と呼称されてもよい。同様に、送風機４０は、例えば室内送風機と呼称されてもよい。なお、図３は、室内部１１に設けられた送風機４０及びモータ９０を示す斜視図であって、遠心分離器５０の表示を省略している。

【0018】

室内部１１は、床部１１１と、壁部１１２と、を有している。床部１１１は、Ｘ方向及びＹ方向に広がる板状の部材である、床部１１１は、熱交換器３０、送風機４０及び遠心分離器５０を下方から支持する。床部１１１には、２つの吸気口１１Ｌが設けられている。鉄道車両１の内部空間の空気は、吸気口１１Ｌから室内部１１へ流入する。

【0019】

壁部１１２は、Ｘ方向に沿って延びる一対の第１壁部１１２ａと、Ｙ方向に沿って延びる第２壁部１１２ｂと、を含んでいる。一対の第１壁部１１２ａによって、Ｙ方向における室内部１１の収容空間が定められている。第２壁部１１２ｂ及び仕切り板１５によって、Ｘ方向における室内部１１の収容空間が定められている。

【0020】

熱交換器３０は、鉄道車両１の内部空間の空気と冷媒との間で熱を移動させる。図２に示す例において、複数の（この場合一対の）熱交換器３０が室内部１１（筐体）に設けられている。平面視において、熱交換器３０は、Ｘ方向に長手方向を有している。図２に示すように、一対の熱交換器３０は、筐体１０のＹ方向中心線ＬＭを介して、Ｙ方向に互いから離れている。一対の熱交換器３０は、筐体１０のＹ方向中心線ＬＭを介して、互いに対称であってもよい。熱交換器３０は、例えばアルミニウム等の金属板を折り曲げることによって製造されてもよい。

【0021】

送風機４０は、熱交換器３０を通過した空気を、鉄道車両１の客室等の内部空間に供給する。図２～図４に示すように、送風機４０は、円筒形形状を有している。送風機４０の中心軸線４０Ｍは、図３及び図４に示すように、Ｘ方向に延びている。図３及び図４において、送風機４０の中心軸線４０Ｍは、仮想線によって示されている。

【0022】

図２に示すように、室内部１１には、２対の送風機４０が設けられている。すなわち、室内部１１には、合計４つの送風機４０が設けられている。一方の一対の送風機４０は、他方の一対の送風機４０から、筐体１０のＹ方向中心線ＬＭを介して離れている。一方の一対の送風機４０と、他方の一対の送風機４０とは、筐体１０のＹ方向中心線ＬＭを介して、互いに対称であってもよい。室内部１１において、一対の送風機４０は、熱交換器３０よりも筐体１０のＹ方向中心線ＬＭから離れた位置に設けられている。一対の送風機４０の各々は、熱交換器３０と第１壁部１１２ａとの間に位置している。

【0023】

図３に示すように、一対の送風機４０は、Ｘ方向に互いから離れている。各送風機４０は、送風機吸気口４１と、ファン４２と、送風機給気口４３と、送風機筐体４４と、を有している。送風機吸気口４１は、空気を送風機４０に流入させるものである。送風機給気口４３は、空気を送風機４０から流出させるものである。送風機筐体４４は、ファン４２を収容する。送風機４０は、複数の送風機吸気口４１を有してもよい。送風機４０は、複数の送風機給気口４３を有してもよい。送風機吸気口４１及び送風機給気口４３は、それぞれ送風機筐体４４に形成されている。送風機筐体４４は、アルミニウム等の金属製の部材によって製造されてもよい。

【0024】

送風機吸気口４１は、空気を吸引する。図３に示すように、Ｘ方向に配列された一対の送風機４０において、送風機吸気口４１は、Ｙ－Ｚ平面に広がっている。送風機４０は、Ｘ方向に互いに対向する２つの送風機吸気口４１を有している。

【0025】

送風機吸気口４１の周囲には、送風機吸気口４１が空気を吸引するための隙間が設けられている。図２に示すように、第１壁部１１２ａと送風機吸気口４１との間に隙間Ｇ１が存在する。送風機吸気口４１同士の間に隙間Ｇ２が存在する。送風機吸気口４１と仕切り板１５との間に隙間Ｇ３が存在する。

【0026】

ファン４２は、送風機吸気口４１から送風機給気口４３へ向けて、空気を流す。ファン４２は、後述するモータ９０によって駆動され、送風機４０の中心軸線４０Ｍを中心に回動する。すなわち、ファン４２は、送風機４０の中心軸線４０Ｍを中心に、送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲに移動する。ファンは、例えばシロッコファンでもよい。

【0027】

本明細書において、送風機４０の中心軸線４０Ｍを中心とした円周の軌跡に沿った方向を、送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲと呼ぶ。本明細書において、送風機４０の中心軸線４０Ｍが延びる方向、及び送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲの両方向に直交する方向を、送風機４０の中心軸線４０Ｍの径方向ＤＤと呼ぶ。

【0028】

図２～図４に示す例において、一対の送風機４０が、室内部１１（筐体１０）に設けられている。この場合、各送風機４０の中心軸線４０Ｍは、互いに一致する。

【0029】

図３に示すように、室内部１１には、ファン４２を回動させるモータ９０がさらに設けられてもよい。モータ９０は、Ｘ方向に互いから離れる一対の送風機４０の間に位置している。モータ９０は、円筒形形状を有している。モータ９０は、モータ９０自身の回動をファン４２に伝達することで、ファン４２を回動させてもよい。モータ９０の回動軸線（図示せず）は、Ｘ方向に延びている。モータ９０の回動軸線（図示せず）は、送風機４０の中心軸線４０Ｍと、一致する。モータ９０として、直流モータや交流モータを使用してもよい。

【0030】

図４に示すように、室内部１１には遠心分離器５０が設けられている。具体的には、遠心分離器５０は、送風機４０の送風機吸気口４１に設けられる。遠心分離器５０は、送風機吸気口４１を覆うように、送風機吸気口４１に取り付けられている。図２及び図４に示すように、送風機４０の２つの送風機吸気口４１の各々に、遠心分離器５０が設けられている。この結果、４つの送風機４０を有する室内部１１には、８つの遠心分離器５０が設けられている。遠心分離器５０は、金属製でもよいし、樹脂製でもよい。

【0031】

遠心分離器５０は、熱交換器３０から取り込まれた空気及び水滴を含む流体から水滴を分離するものである。具体的には、遠心分離器５０は、遠心分離器５０に流入する流体に対して旋回流を生じさせ、このときの遠心力によって流体から水滴を除去する。なお、遠心分離器５０自身は旋回しない。遠心分離器５０は、後述する遠心分離器吸気口５１から、空気及び水滴を含む流体を吸引する。図４に示すように、遠心分離器吸気口５１は、送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲに位置している。すなわち遠心分離器吸気口５１は、送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲ及び送風機４０の中心軸線方向であるＸ方向に沿って開口している。なお、遠心分離器５０の、送風機４０の反対側を向く端部は閉鎖されている。

【0032】

図５及び図６に示すように、遠心分離器５０は、底部材５２と、円筒部材５３と、蓋部材５４と、案内板５５と、を有している。遠心分離器５０において、底部材５２、円筒部材５３、蓋部材５４、及び案内板５５は、互いに一体化されている。この場合、別々の部材である底部材５２、円筒部材５３、蓋部材５４、及び案内板５５を互いに組み立てることによって、遠心分離器５０が製造されてもよい。

【0033】

底部材５２は、板状の部材である。図６及び図７に示すように、底部材５２は、Ｙ－Ｚ平面に広がっている。すなわち、送風機吸気口４１に遠心分離器５０が設けられた状態において、底部材５２は、送風機４０の中心軸線方向に直交する平面に広がっている。底部材５２は、円筒部材５３を挿入するための穴５２ａを有している。底部材５２は、案内板５５を介して蓋部材５４を支持する。底部材５２は、Ｘ方向からの観察において、外径Ｒの円環形形状を有している。

【0034】

円筒部材５３は、円筒形状を有する中空の部材である。円筒部材５３の軸線は、Ｘ方向に延びている。円筒部材５３は、底部材５２に設けられた穴５２ａに挿入された状態で、底部材５２に固定されている。円筒部材５３は、送風機４０が吸引する空気の流路を定める。遠心分離器吸気口５１から流入した空気は、円筒部材５３内を通過し、送風機吸気口４１から送風機４０に吸引される。送風機吸気口４１に遠心分離器５０が設けられた状態において、円筒部材５３は、送風機４０から離れる方向に、底部材５２から突出している。図７に示すように、円筒部材５３の内径ｒ、すなわちＸ方向に直交する方向における長さｒは、底部材５２の外径Ｒよりも小さくなっている。円筒部材５３の内径ｒは、底部材５２に設けられた穴５２ａの穴径に対応している。

【0035】

図６に示すように、円筒部材５３は、拡径部５３５を有してもよい。拡径部５３５は、円筒部材５３の先端部分に設けられている。拡径部５３５の内径ｒ’は、円筒部材５３の内径ｒよりも大きくなっている。

【0036】

図６に示すように、蓋部材５４は、円筒部材５３をＸ方向から覆っている。蓋部材５４は、複数の案内板５５を介して底部材５２に連結されている。蓋部材５４と底部材５２との間には、遠心分離器吸気口５１を形成する隙間が設けられている。円筒部材５３と蓋部材５４との間には、遠心分離器５０に流入した流体が円筒部材５３内へ向けて流れる隙間が設けられる。蓋部材５４のうち、円筒部材５３側の面には、突部５４５が形成されている。突部５４５は、円筒部材５３側に向けられており、空気は、突部５４５の周囲を伝わって円筒部材５３側へ流れ込む。

【0037】

案内板５５は、Ｘ方向において、底部材５２と蓋部材５４との間に位置している。詳しくは後述するように、案内板５５は、遠心分離器５０内に旋回流を発生させる。図６に示すように、円形形状を有する底部材５２の縁部分から蓋部材５４に向けて、複数の案内板５５が延びている。遠心分離器５０が送風機吸気口４１に設けられたとき、複数の案内板５５は、送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲに沿って間隔５５Ｌを空けて配列されている。複数の案内板５５同士は、互いに同一の形状を有しているが、一部の案内板５５の形状が他の案内板５５の形状と異なってもよい。また複数の案内板５５同士は、互いに等しい間隔５５Ｌを空けて配置されているが、一部の案内板５５同士の間隔が他の案内板５５同士の間隔と異なってもよい。

【0038】

図５に示すように、送風機４０の中心軸線４０Ｍに直交する方向（図５においては、Ｙ方向）からの観察において、送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲに隣り合う案内板５５同士は、互いに重なってもよい。一方、図７の断面図に示すように、送風機４０の中心軸線方向（Ｘ方向）からの観察において、送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲに隣り合う案内板５５の間には、遠心分離器吸気口５１をなす隙間が設けられている。

【0039】

図７に示すように、中心軸線４０Ｍに直交する断面において、案内板５５の一方の端部と他方の端部とを結ぶ直線は、径方向ＤＤに対して傾斜している。案内板５５の一方の端部と他方の端部とを結ぶ直線と径方向ＤＤとのなす角θは、０°よりも大きく、且つ９０°未満でもよく、好ましくは４５°以上７５°以下である。

【0040】

図４～図６に示す遠心分離器５０の一例において、送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲにおける案内板５５の間隔５５Ｌは、次の式で表される数値Ｌ以下であることが好ましい。

【0041】

【数1】

【0042】

上記の数式において、Ｑは、円筒部材５３に流入する空気の流量である。ｈは、図６に示すように、送風機４０の中心軸線方向（Ｘ方向）における円筒部材５３と蓋部材５４との距離である。ｎは、案内板５５の個数である。Ｈは、図５に示すように、送風機４０の中心軸線方向（Ｘ方向）における案内板５５の長さである。ηは、空気の粘性係数である。ρ_ｄは、水の密度である。ρは、空気の密度である。Ｄは、水の粒子径である。πは、円周率である。

【0043】

図７に示す例において、案内板５５は、送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲに湾曲している。すなわち中心軸線４０Ｍに直交する断面において、案内板５５は翼形状を有している。案内板５５は、外面５５ａと内面５５ｂとを有する。外面５５ａは、案内板５５のうち中心軸線４０Ｍから遠い側を向く面である。内面５５ｂは、案内板５５のうち中心軸線４０Ｍに近い側を向く面である。一の案内板５５の外面５５ａと、当該案内板５５に隣接する他の案内板５５の内面５５ｂとは互いに対向し、空気の流路を形成する。中心軸線４０Ｍに直交する断面において、案内板５５は、外面５５ａと内面５５ｂとは互いに非対称な形状を有していてもよい。

【0044】

以上のような構成を有する空調装置５は、遠心分離器５０によって分離された水滴を排出する排水部１６をさらに有してもよい。排水部１６は、室内部１１の床部１１１に設けられている。複数の排水部１６は、遠心分離器５０の位置に対応して設けられてもよい。詳しくは後述するように、遠心分離器５０によって分離した水滴を、排水部１６から室内部１１の外へ排出してもよい。排水部１６は、水滴を室内部１１の外へ流す管を含んでもよい。

【0045】

次に、このような構成からなる本実施形態の作用について説明する。

【0046】

筐体１０に熱交換器３０、送風機４０、及び遠心分離器５０等の機器を収容した空調装置５は、鉄道車両１に設置される。図１に示すように、空調装置５は、鉄道車両１の屋根３上に設置される。

【0047】

空調装置５を使用するとき、送風機４０のファン４２が、モータ９０によって回動する。本実施形態において、ファン４２は、送風機４０の中心軸線４０Ｍを中心として回動する。ファン４２の回動によって、室内部１１には、室内部１１に設けられた吸気口１１Ｌから、送風機給気口４３へ向けて空気の流れが生じる。

【0048】

鉄道車両１の内部空間の空気は、吸気口１１Ｌから室内部１１へ流入する。室内部１１へ流入した空気は、熱交換器３０を通過する。熱交換器３０において、空気と冷媒との間で熱交換が行われる。熱交換によって、吸気口１１Ｌから流入した空気の温度が変化し得る。例えば、空調装置５を冷房装置として使用するとき、吸気口１１Ｌから流入した空気の温度は、空気と冷媒との熱交換によって低下し得る。熱交換器３０を通過した空気は、送風機４０へ向けて流れる。

【0049】

ところで、空調装置５を冷房装置として使用するとき、空気中の余剰水分の結露によって、熱交換器３０に水滴が付着する。水滴は、熱交換器３０から送風機４０への空気の流れによって、空気とともに運ばれる。仮に、この水滴が送風機４０から鉄道車両１の客室内へ飛散すると（水飛びともいう）、熱交換器３０に付着した水滴が塵埃等により汚染されていることから、水滴の付着によって乗客の衣服を汚す等の問題を生じる。

【0050】

これに対して本実施形態において、送風機吸気口４１には遠心分離器５０が設けられている。このため、熱交換器３０から飛散した空気及び水滴を含む流体ＦＬは、送風機４０へ流入する前に、遠心分離器５０へ流入する。流体ＦＬは、遠心分離器吸気口５１から遠心分離器５０へ流入する。遠心分離器吸気口５１から流入するとき、流体ＦＬは、中心軸線４０Ｍを中心に旋回する旋回流となる。この旋回流を用いて遠心分離器５０は、流体ＦＬから水滴を分離する。これにより、送風機４０へ流入する前に、流体ＦＬから水滴が分離される。したがって、送風機４０から鉄道車両１の客室内への水滴の飛散が抑制される。すなわち、水飛びを抑制できる。

【0051】

ところで、一般に鉄道車両用空調装置の小型化及び薄型化が求められている。空調装置を小型化する場合、空調装置に収容された熱交換器と送風機との間の隙間が減少し得る。熱交換器と送風機との間の隙間が減少すると、熱交換器から送風機へ流入する流体は、空調装置内の空気から抵抗を受けにくくなる。また、空調装置を薄型化する場合、空調装置内の空気が熱交換器を通過可能な領域は、減少する。したがって、小型化あるいは薄型化される前と比較して、送風機へ流入するときの流体の速度は、相対的に増加する。結果として、熱交換器に付着した水滴が飛散しやすくなり、水飛びのリスクが増加する。

【0052】

これに対して本実施形態によれば、図２に示すように、送風機吸気口４１に設けられた遠心分離器５０は、第１壁部１１２ａと送風機吸気口４１との間の隙間Ｇ１、送風機吸気口４１同士の間の隙間Ｇ２、及び送風機吸気口４１と仕切り板１５との間の隙間Ｇ３に、それぞれ位置している。このように、熱交換器３０から送風機４０へ空気を流すために生じた隙間に遠心分離器５０を設けることによって、遠心分離器５０の設置による空調装置５の大型化を抑制できる。

【0053】

本実施形態において、空調装置５は、遠心分離器５０によって分離した水滴を排出する排水部１６をさらに有している。この具体例によれば、流体ＦＬから分離された水滴を遠心分離器５０から排出できる。これにより、遠心分離器５０に留まる水滴が空気とともに送風機４０へ流入することを、より確実に抑制できる。したがって、水飛びをより効果的に抑制できる。

【0054】

本実施形態において、遠心分離器吸気口５１には、案内板５５が設けられている。Ｘ方向から観察したとき、複数の案内板５５が、周方向ＤＲに間隔５５Ｌを空けて配列されている。また、中心軸線４０Ｍに直交する断面において、案内板５５の一方の端部と案内板５５の他方の端部とを結ぶ直線は径方向ＤＤに対して傾斜している。この具体例によれば、遠心分離器吸気口５１から吸引された流体ＦＬは、案内板５５に沿って流れていく。案内板５５に沿って遠心分離器５０に流入した流体ＦＬは、径方向ＤＤにおいて中心軸線４０Ｍに近づきながら、周方向ＤＲに流れていく。したがって、図７に示すように、遠心分離器５０に流入した流体ＦＬは、送風機４０の中心軸線４０Ｍを中心として旋回する。言い換えると、案内板５５は、遠心分離器５０内に旋回流を発生させる。

【0055】

中心軸線４０Ｍを中心とした旋回流によって、流体ＦＬには、径方向ＤＤにおいて送風機４０の中心軸線４０Ｍから離れる向きに、遠心力が作用する。一般に、旋回中の物質に作用する遠心力の大きさは、物質の旋回速度及び旋回する物質の密度に依存する。流体ＦＬにおいて、水滴の密度は、空気の密度よりも大きくなっている。したがって、旋回中の流体ＦＬにおいて、水滴に作用する遠心力は、空気に作用する遠心力よりも大きくなる。遠心力によって、水滴は、空気よりも径方向ＤＤにおいて送風機４０の中心軸線４０Ｍから離れる。このようにして、径方向ＤＤにおいて、流体ＦＬから水滴と空気とが分離される。

【0056】

流体ＦＬから水滴が分離されたのち、流体ＦＬは送風機吸気口４１から送風機４０へ流入する。すなわち、水滴を分離した流体ＦＬが、送風機給気口４３から鉄道車両１の内部空間へ供給される。一方、旋回流によって流体ＦＬから分離された水滴は、遠心分離器５０に付着し得る。旋回流によって分離された水滴が遠心分離器５０に付着することで、送風機４０へ流入する水滴が抑制される。したがって、この具体例によれば、送風機４０から鉄道車両１の客室内への水滴の飛散を抑制できる。すなわち、水飛びを抑制できる。

【0057】

ところで、地球温暖化等の影響から、空調機器において冷房能力の向上が求められている。とりわけ、鉄道車両用空調装置は、家庭用空調装置と比較して高い冷房能力を必要とする。一般に冷房能力は、送風機が鉄道車両の内部空間へ供給する空気の流量を増加させることで向上できる。送風機が供給する空気の流量を増加させると、空調装置内部において、熱交換器から送風機へ流れる空気の速度が増加し得る。熱交換器から送風機へ流れる空気の速度が増加すると、熱交換器に付着した水滴は、熱交換器から送風機へ流れる空気によって飛散しやすくなる。

【0058】

また、空調装置を継続的に使用することで、空調装置内を流れる空気に含まれる塵埃が、熱交換器に詰まることがある。塵埃詰まりによって、空調装置内の空気が熱交換器を通過可能な領域は、減少する。このような空調装置において、塵埃詰まり前と同一の給気量を実現しようとすると、熱交換器から送風機へ流れる空気の速度が増加する。熱交換器から送風機へ流れる空気の速度が増加すると、熱交換器に付着した水滴は、熱交換器から送風機へ流れる空気によって飛散しやすくなる。

【0059】

これに対して本実施形態によれば、流体ＦＬの旋回速度が増加したとき、旋回中の流体ＦＬに作用する遠心力が増加するようになっている。すなわち、旋回する速度が増加するほど、遠心分離器５０は、より効果的に水滴と空気とを分離できる。これにより、送風機４０が供給する空気の流量を増加させても、水飛びを効果的に抑制できる。したがって、水飛びを抑制しつつ空調装置５の冷房能力を向上させ、空調装置５の環境負荷を軽減できる。

【0060】

また、この具体例によれば、空調装置５の小型化あるいは薄型化によって流体ＦＬの旋回速度が増加しても、空調装置５は、水飛びを抑制できる。したがって、水飛びを抑制しつつ空調装置５の小型化及び薄型化を実現できる。

【0061】

さらに、この具体例によれば、遠心分離器５０は、熱交換器３０に付着した塵埃の量に関わらず、水飛びを抑制できる。これにより、水飛びを抑制しつつ、熱交換器３０の清掃頻度を低減できる。すなわち、空調装置５のメンテナンス性を向上できる。

【0062】

本実施形態において、遠心分離器吸気口５１は、送風機４０の中心軸線４０Ｍに直交する方向に開口している。この具体例によれば、熱交換器３０から送風機４０へ流れる流体ＦＬは、中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲに沿って遠心分離器５０内に流入できる。これにより、遠心分離器５０内への流入の際に生じる圧力損失を低減できる。

【0063】

また、本実施形態において、熱交換器３０及び遠心分離器５０は、送風機４０の中心軸線方向に直交するＹ方向において、互いに隣り合っている。すなわち、図７に示すように、遠心分離器吸気口５１は、熱交換器３０に部分的に対面している。この具体例によれば、熱交換器３０から送風機４０へ流れる流体ＦＬは、遠心分離器吸気口５１から容易に遠心分離器５０へ流入できる。

【0064】

本実施形態において、複数の案内板５５が、周方向ＤＲに間隔５５Ｌを空けて配列されている。中心軸線４０Ｍに直交する方向からの観察において、隣り合う案内板５５同士は互いに重なっている。この具体例によれば、遠心分離器吸気口５１から吸引された流体ＦＬは、案内板５５に接触しやすくなる。これにより、流体ＦＬに含まれる水滴は、案内板５５に付着しやすくなる。結果として、流体ＦＬに含まれる水滴を効果的に取り除くことができる。

【0065】

本実施形態において、遠心分離器５０は、底部材５２と、円筒部材５３と、蓋部材５４と、を有している。また、遠心分離器吸気口５１には、案内板５５が設けられている。案内板５５は、底部材５２と蓋部材５４との間に位置している。送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲにおける案内板５５の間隔５５Ｌは、次の式で表される数値Ｌ以下である。

【数2】

ここで、Ｑは、円筒部材５３に流入する空気の流量である。ｈは、送風機４０の中心軸線方向であるＸ方向における円筒部材５３と蓋部材５４との距離である。ｎは、案内板５５の数である。Ｈは、中心軸線方向であるＸ方向における案内板５５の長さである。ηは、空気の粘性係数である。ρ_ｄは、水の密度である。ρは、空気の密度である。Ｄは、水の粒子径である。πは、円周率である。この具体例によれば、案内板による圧力損失を効果的に低減しつつ、流体ＦＬに含まれる水滴を効果的に取り除くことができる。

【0066】

本実施形態において、送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲに間隔５５Ｌを空けて配列された、複数の案内板５５の各々は、送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲに湾曲している。この具体例によれば、案内板５５を通過する流体ＦＬに生じる圧力損失を低減できる。これにより、水飛びを抑制しつつ、効率的に空調装置５を動作させることができる。

【0067】

（変形例）
次に、本実施形態の変形例について説明する。

【0068】

上述した一実施の形態の具体例において、遠心分離器吸気口５１は、送風機４０の中心軸線４０Ｍに直交する方向に開口している。これに限られず、図８に示すように、遠心分離器吸気口５１は、送風機吸気口４１と同一の方向である、Ｙ－Ｚ平面上に開口していてもよい。すなわち、遠心分離器吸気口５１は、送風機吸気口４１に対面してもよい。複数の遠心分離器吸気口５１は、図９に示すように、送風機４０の中心軸線４０Ｍの周方向ＤＲに沿って等間隔に配置されてもよい。互いに隣接する遠心分離器吸気口５１同士の間には、中心軸線４０Ｍに対して放射状に延びるリブ５６が設けられている。各遠心分離器吸気口５１には、案内板５５が配置されている。図１０に示すように、案内板５５は、リブ５６に対して周方向ＤＲに傾斜して配置されている。

【0069】

空気及び水滴を含む流体は、案内板５５とリブ５６との隙間から、送風機４０の送風機吸気口４１に導かれる。この間、流体は、送風機４０の中心軸線４０Ｍを中心として旋回する。言い換えると、案内板５５は、遠心分離器５０内に旋回流を発生させる。中心軸線４０Ｍを中心とした旋回流によって、流体には、径方向ＤＤにおいて送風機４０の中心軸線４０Ｍから離れる向きに、遠心力が作用する。この遠心力により、水滴は、空気よりも径方向ＤＤにおいて送風機４０の中心軸線４０Ｍから離れる。このようにして、径方向ＤＤにおいて、流体から水滴と空気とが分離される。水滴が分離された空気は、送風機４０の送風機吸気口４１に流入する。

【0070】

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で、実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0071】

１：鉄道車両、２：パンタグラフ、３：屋根、５：空調装置、６：カバー、１０：筐体、１１：室内部、１１Ｌ：吸気口、１２：室外部、１３：中間部、１５：仕切り板、１６：排水部、２０：機器、３０：熱交換器、４０：送風機、４０Ｍ：中心軸線、４１：送風機吸気口、４２：ファン、４３：送風機給気口、４４：送風機筐体、５０：遠心分離器、５１：遠心分離器吸気口、５２：底部材、５２ａ：穴、５３：円筒部材、５３５：拡径部、５４：蓋部材、５４５：突部、５５：案内板、５６：リブ、６０：室外熱交換器、７０：室外送風機、８０：圧縮機ユニット、９０：モータ、１１１：床部、１１２：壁部、１１２ａ：第１壁部、１１２ｂ：第２壁部、ＤＤ：径方向、ＤＲ：周方向、ＦＬ：流体、ＬＭ：Ｙ方向中心線、Ｒ：外径（底部材）、ｒ：内径（円筒部材）、ｒ’：内径（拡径部）、ＲＬ：軌道

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】