(57)【要約】【課題】室内熱交換器で凝縮したドレン水を利用して、室外熱交換器を流れる冷媒の温度と圧力とを低減し、圧縮機の消費電力を低減する。【解決手段】鉄道車両の屋根Ｒ上に搭載される鉄道車両用空調装置において、室内熱交換器４と室外熱交換器は、鉄道車両長手方向１００に前後して配設されている。室内熱交換器４の下方に沿って配設されたドレンパン１３で受け止めた結露水は、タンク１４に貯留される。散布装置は、水ポンプ３０により、タンク１４に溜められた結露水を吸引して、水吐出管３２、電磁弁３４を解して、ノズルにより、室外熱交換器に散布する。タンク１４は、鉄道車両幅方向１１０の端部において、室外熱交換器に向かうよう、鉄道車両の長手方向１００に沿って、鉄道車両用空調装置１の底部と鉄道車両の屋根Ｒとの間隙に設けられている。【選択図】図３
2015163500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、室内熱交換器、室内送風機、室外熱交換器、室外送風機を有する冷凍サイクルによって構成されるとともに、鉄道車両の屋根上に搭載される鉄道車両用空調装置であって、
前記室内熱交換器で結露した結露水を吸引して前記室外熱交換器に前記結露水を噴霧する散布装置を備えており、
前記散布装置は
前記結露水を吸引するポンプと、
貯留された前記結露水の量を検知して前記ポンプを起動するスイッチと、
前記ポンプで加圧された結露水の流量を調整する給水弁と、
前記給水弁に接続される給水管と、
前記給水管に接続されるとともに前記結露水を前記室外熱交換器に噴霧するノズルと、
から構成されており、
前記室外送風機からの送風に沿って、前記ノズルから前記結露水を前記室外熱交換器に噴霧すること
を特徴とする鉄道車両用空調装置。
【請求項２】
請求項１に記載された鉄道車両用空調装置において、
前記ノズルは、前記散布装置を構成する前記ポンプと前記給水弁と前記給水管よりも高い位置に備えられること
を特徴とする鉄道車両用空調装置。
【請求項３】
請求項２に記載された鉄道車両用空調装置において、
前記室外熱交換器は所定の間隔で積層される複数のフィンと、前記フィンを貫通する伝熱管と、から構成されており、
前記フィンは、前記空調装置の幅方向中央部寄りから前記空調装置の幅方向端部に向けて、下降傾斜する態様で前記空調装置の長手方向に沿って備えられており、
前記ノズルから噴霧される前記結露水は、前記フィンの前記空調装置の幅方向中央部寄りの下面部に向けて噴霧されること
を特徴とする鉄道車両用空調装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された鉄道車両用空調装置において、
前記室内熱交換器の下方に配設されるとともに前記室内熱交換器で生じる前記結露水を受け止めるドレンパンと、
前記ドレンパンで受け止めた前記結露水を貯留するタンクと、
を備えており、
前記タンクは前記鉄道車両用空調装置の鉄道車両幅方向の端部において、鉄道車両の長手方向に沿って、前記鉄道車両用空調装置の底部と前記屋根との間隙に設けられていること、
を特徴とする鉄道車両用空調装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された鉄道車両用空調装置において、
前記室内熱交換器の下方に配設されるとともに前記室内熱交換器で生じる結露水を受け止めるドレンパンが配設されており、
前記ドレンパンは、
前記鉄道車両の屋根の曲率に沿って前記鉄道車両の幅方向の中央部から前記鉄道車両の幅方向の端部に向けて下降傾斜する底板と、
前記底板の前記鉄道車両の幅方向の両端部に立設される側板と、
から構成されており、
前記底板の前記鉄道車両の幅方向端部における前記側板の高さ寸法は、前記底板の前記鉄道車両の幅方向中央部寄りの前記側板の高さ寸法より大きいこと、
を特徴とする鉄道車両用空調装置。
【請求項６】
請求項１に記載された鉄道車両用空調装置において、
前記給水弁によって、前記ノズルから間欠的に前記結露水を前記室外熱交換器に噴霧することを特徴とする鉄道車両用空調装置。
【請求項７】
請求項４に記載された鉄道車両用空調装置において、
前記スイッチは、
前記タンクにおける結露水の水位が、前記水ポンプが空気を吸い込むことのないレベル以上にあることを検知して前記ポンプを起動すること
を特徴とする鉄道車両用空調装置。
【請求項８】
請求項４に記載された鉄道車両用空調装置において、
前記ドレンパンから、前記結露水の余剰分を前記鉄道車両用空調装置の外部へ排出する排出口を備えること
を特徴とする鉄道車両用空調装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載された鉄道車両用空調装置を備えることを特徴とする鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄道車両の屋根上に搭載する空調装置に関わり、特に猛暑時に空調装置の消費電力を低減できる鉄道車両用空気調和装置及びこの空調装置を備えた鉄道車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景技術として、特許文献１が知られており、室内熱交換器（蒸発器）で発生したドレン水（結露水）を室外熱交換器（凝縮器）の冷却に利用した車両用空調装置の例が記載されている。これはバス等の車両の屋根上に蒸発器部と凝縮器部を一体とした空調ユニットを設置して、蒸発器コイルで発生するドレン水を蒸発器部から適当な流路を経て凝縮器部側に導き、凝縮器用ファンのモータ軸に取り付けられているスリンガにより凝縮器コイルに散布して、蒸発により大気中に放出させるようにしたものである。
【０００３】
また、特許文献２には、船舶用空調装置の蒸発器の下方に備えたドレンパンに蒸発器で生じた凝縮水を回収した後、この凝縮水を船舶用空調装置の凝縮器に散布して凝縮器の冷却効率を高める例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００６−５２５１８６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３６１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された車両用ルーフトップ空調ユニットでは、ドレン水を屋根上などに排水するのではなく、空気中に蒸発させて除去することを目的としている。このため、ドレン水を凝縮器用ファンの回転による遠心力を利用して散布する方式を採用しているので、水滴の粒径が大き過ぎて蒸発せずに空調装置の室外機室の底に滞留する問題があった。
そもそも、空調装置の消費電力を低減することを目的としておらず、消費電力低減の観点から、凝縮器に最適な量のドレン水を散布して、効率的に蒸発させるという技術思想について、特許文献１には何ら示されていない。
【０００６】
また、特許文献２は船舶用空調装置を前提としており、鉄道車両に適用した際に、車体構造に合わせてドレン水をどのように貯留して、ドレン水を凝縮器に噴霧して効率的に蒸発させる点に関する技術思想について何ら示されていない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、室内熱交換器で発生するドレン水（結露水、凝縮水ともいう。）を室内熱交換器の下方に備えられた貯水タンク（ドレンパン）に導いた後、水ポンプで貯水タンクに溜められたドレン水を吸い上げて、室外熱交換器に噴霧することによって室外熱交換器を流れる冷媒の温度と圧力とを低減して圧縮機の消費電力を低減できる鉄道車両用空調装置及びこの空調装置を備える鉄道車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、本発明による鉄道車両空調装置は、圧縮機、室内熱交換器、室内送風機、室外熱交換器、室外送風機を有する冷凍サイクルによって構成されるとともに、鉄道車両の屋根上に搭載される鉄道車両用空調装置であって、前記室内熱交換器で結露した結露水を吸引して前記室外熱交換器に前記結露水を噴霧する散布装置を備えており、前記散布装置は前記結露水を吸引するポンプと、貯留された前記結露水の量を検知して前記ポンプを起動するスイッチと、前記ポンプで加圧された結露水の流量を調整する給水弁と、前記給水弁に接続される給水管と、前記給水管に接続されるとともに前記結露水を前記室外熱交換器に噴霧するノズルと、から構成されており、前記室外送風機からの送風に沿って、前記ノズルから前記結露水を前記室外熱交換器に噴霧することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、室内熱交換器で発生した結露水を室外熱交換器に散布することにより、結露水が蒸発するときの気化熱を有効活用して、消費電力を低減できる鉄道車両用空調装置及びこの空調装置を備える鉄道車両を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明による鉄道車両用空調装置の平面図である。
【図２】図２は、図１における鉄道車両用空調装置のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、図２におけるＢ部の拡大図である。
【図４】図４は、図１における鉄道車両用空調装置のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】図５は、図１における鉄道車両用空調装置のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】図６は、水位スイッチの動作説明図である。
【図７】図７は、水ポンプと電磁弁を駆動するための電気回路である。
【図８】図８は、水ポンプと電磁弁の作動タイミングチャートである。
【図９】図９は、本発明による他の鉄道車両用空調装置の平面図である。
【図１０】図１０は、図９における鉄道車両用空調装置のＥ−Ｅ断面図である。
【図１１】図１１は、図９における鉄道車両用空調装置のＦ−Ｆ断面図である。
【図１２】図１２は、室外熱交換器に噴霧されたドレン水が蒸発しながら移動する方向を模式的に説明する説明図である。
【図１３】図１３は、水ポンプと給水弁および排水弁を駆動するための電気回路である。
【図１４】図１４は、ドレン水の散布量がドレン水の発生水量よりも多い場合の水ポンプと給水弁および排水弁の作動タイミングチャートである。
【図１５】図１５は、ドレン水の散布量がドレン水の発生水量よりも少ない場合の水ポンプと給水弁および排水弁の作動タイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１から図１５を参照して本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１２】
［実施例１］
まず、鉄道車両に関係する方向を定義する。鉄道車両に関係する３方向は、鉄道車両の車体長手方向１００（レール方向）と、車体幅方向１１０と、車体高さ方向１２０であり、以下では、単に、長手方向１００、幅方向１１０、高さ方向１２０と称する場合がある。
図１は鉄道車両の屋根上に搭載される鉄道車両用空調装置（以下、空調装置１と称する。）の平面図であり、鉄道車両５０の長手方向１００（図１左右方向）に延びる中心線からみて、上半分は室内カバー１１及び室外カバー８を付けた状態を示しており、下半分はこれらカバーを外した状態を示している。
【００１３】
空調装置１は、筺体５２の内部に２つの冷凍サイクルが構成されており、圧縮機２、室外熱交換器３及びアキュムレータ５は、冷凍サイクルごとに１台ずつ備えられている。室内熱交換器４、室内送風機７及び室外送風機６は、２つの冷凍サイクルに共通に用いられるので、それぞれ１台ずつ備えられている。
【００１４】
冷凍サイクルを構成する圧縮機２、室外熱交換器３、室内熱交換器４等の各機器は、長手方向１００に延びる中心線を挟んでほぼ対称に、筐体５２の内部に収納され、室外カバー１１及び室外カバー８によって覆われている。室内熱交換器４は、鉄道車両の幅方向１１０両端付近まで延び、室外熱交換器３は、空調装置１の内部の幅方向１１０両側端において長手方向１００に延びている。
【００１５】
なお、室外カバー８には室外送風機６により吸入される外気が通過する外気吸い込み口９と、室外熱交換器３を通過した後の外気を空調装置１の外へ排出するための外気吹き出し口１０が形成されている。
また、室内カバー１１で覆われる部分の室内機室の筐体５２には、その底部に車内からの空気が空調装置１の内部に取り入れられるリターン口１２が形成されている。リターン口１２から筺体５２の内部に取り入れられた空気は、室内熱交換器４を通過する過程で冷却除湿された後、室内送風機７によって車内へ吹き出される。後述するドレン水は、この室内熱交換器４で車内の空気が冷却除湿される過程で、車内の空気中の水蒸気が凝縮することにより結露した水分である。
【００１６】
図２は、図１の鉄道車両用空調装置のＡ−Ａ（鉄道車両の長手方向１００）断面図であり、図３は、図２におけるＢ部の拡大図である。室内熱交換器４で結露により発生したドレン水は、ドレンパン１３に流れ落ちて溜まり、その後ドレンパン１３の両端（鉄道車両の長手方向１００及び幅方向１１０）に設けた４箇所の孔１６（図４に幅方向１１０両端に設けた孔１６が示されている。）から下に滴下して、ドレンパン１３の下方に設けられた貯水タンク１４に溜められる。貯水タンク１４は、後述する水ポンプ３０の始動時に、水ポンプ３０が空気を吸い込むことを防止するために備えられたものであり、貯水タンク１４に十分なドレン水を貯留することによって、ドレン水を確実に水ポンプ３０で吸い上げることができるようにしている。
【００１７】
この実施例では、図４に示すように、貯水タンク１４は、空調装置１の両幅方向１１０両端部の下方に、空調装置１の長手方向１００に沿うよう、ドレンパン１３の下部に２個取り付けられている。貯水タンク１４は、高さが３０ｍｍ程度の長尺の直方体で、空調装置１の長手方向１００に沿うよう、平行に配置されている。詳細については後述する。
【００１８】
図３に示されるように、ドレンパン１３の内部に配置される水位スイッチ２０は、上部の満水位置に配置した満水電極２１と、空気の吸い込みにより水ポンプ３０の吸水が困難となる空水位置（貯水タンク１４の底部）に配置した空水電極２２とから構成されている。なお、水位スイッチ２０は、ドレンパン１３の片側の２箇所に設けた孔１６の一方の孔に直立し、周囲の水位に影響を及ぼさないよう、十分な空隙を確保した状態で挿入されている。また、空水電極２２は、鉄道車両が加減速した場合でも、水ポンプ３０が確実に吸水できるような水位を検知できる位置に置かれている。
【００１９】
水ポンプ３０の上流側に、貯水タンク１４の内部に挿入される給水管３１と、この給水管３１と水ポンプの吸い込み口とを接続するストレーナ３３が設けられている。なお、ストレーナ３３の内部には貯水タンク１４内のゴミが水ポンプ３０に侵入するのを防止するフィルタが設けられている。ストレーナ３３にフィルタが備えられていない場合には、給水管３１の先端に貯水タンク１４内のゴミが水ポンプ３０に侵入するのを防止するフィルタを備えてもよい。
また、水ポンプ３０の下流側先端には、室外送風機６の下方から室外熱交換器３の下面にドレン水を噴霧するノズル３５（図５参照）と、噴霧されるドレン水の時間間隔等を制御する電磁弁３４とを備える吐出管３２が備えられている。
【００２０】
図４は、図１の鉄道車両用空調装置のＣ−Ｃ（鉄道車両の幅方向１１０）断面図である。
室外熱交換器３に噴霧されるドレン水の量より、室内熱交換器４で発生するドレン水の量が多い場合、ドレン水は水位スイッチ２０の満水電極２１を越えてドレンパン１３に破線で示す水位まで上昇する。
余剰のドレン水は、筐体５２の側面に設けられた排水孔１５から空調装置１の外部へ排水され、鉄道車両５０の屋根Ｒに取り付けられた樋などを経由して地面に滴下する。なお、満水電極２１と空水電極２２との動作は、図６〜図８を用いて後述する。
【００２１】
貯水タンク１４は、図２及び図４に示すように、室内熱交換器４とドレンパン１３の下方に配置され、空調装置１の底部において、幅方向１１０両端部に、鉄道車両の長手方向１００に沿って延設されている。
一般に、鉄道車両の屋根高さは、幅方向１１０中央部が最も高く、幅方向１１０の両端部に向かってその高さが小さくなっている。このため、貯水タンク１４を、空調装置１の底部における幅方向１１０両端部に設けると、空調装置１の筐体５２の底面から鉄道車両１の屋根Ｒまでの空隙の高さｈ（図４参照）を大きくとることができ、貯水タンク１４を設計する際の自由度が高くなる利点がある。すなわち、より多くのドレン水を貯水タンク１４に溜めたい場合は、幅方向１１０両端部に形成される空隙を活用して、貯水タンク１４の高さ寸法を大きく確保することができる。しかも、貯水タンク１４から、室外熱交換器３に到る吐出管３２を、幅方向１１０両端部において、長手方向１００に最短距離で設置することが可能となる。
【００２２】
図５は、図１の鉄道車両用空調装置のＤ−Ｄ（鉄道車両の幅方向１１０）断面図である。
図示はしないが、室外送風機６の下方に延設された吐出管３２の先端は、複数の管に分岐しており、各管の先端部に、室外熱交換器３の下方に向けてドレン水を噴霧するノズル３５が取り付けられている。
室外送風機６により室外熱交換器３に送風される外気は、室外熱交換器３の下面から上面に向けて通過するので、室外熱交換器７の上流に位置する室外送風機３の下面に向けて、ノズル３５から噴霧されたドレン水は、室外熱交換器３を構成するフィンや伝熱管に付着して、フィン間を通過する冷却風（外気）の空気中に蒸発する。ドレン水が室外熱交換器３において蒸発する際の気化熱によって、室外熱交換器３の内部を流れる冷媒から大量の熱が吸収されるので、冷媒の圧力と温度とが低下する。この結果、圧縮機２の運転に供される電力も低減されるので空調装置１の省エネ化を促進することができる。
【００２３】
本実施例では、水位スイッチ２０、水ポンプ３０、給水管３１、吐出管３２、ノズル３５など、ドレン水を室外熱交換器３に噴霧するためのユニットは、特に図５に示されるように、長手方向１００の中心線（図１参照）を挟んで、鉄道車両両側に２系統組み込まれている。この場合、例えば、大きな容量の貯水タンク１４を、幅方向１１０の一側に１個設け、この貯水タンク１４から１台の水ポンプ３０でドレン水を複数のノズル３５まで供給して、室外熱交換器３に供給する構成としてもよい。
【００２４】
図６は水位スイッチの動作説明図であり、図７は水ポンプと電磁弁の電気回路であり、図８は水ポンプと電磁弁のタイミングチャートである。図６から図８を用いて、ドレン水噴霧の制御について説明する。なお、ソレノイドを内蔵する電磁弁は、ノズルへの給水量を調整するため給水弁と称される場合もある。
貯水タンク１４が満水になると、ドレンパン１３にもドレン水（結露水）が溜まり始め（図３参照）、徐々に水位が上昇する。水位が水位スイッチ２０の満水電極２１の位置まで到達すると両電極が水没するため、図６に示すように水位スイッチ２０の電気接点が閉じる。この状態（水位スイッチ２０の電気接点：閉）は、噴霧によって、ドレン水が減少し、空水電極２２の導通が切れる水位に低下するまで、その状態を保持する。
【００２５】
図７の電気回路を用いて、さらに詳細に説明する。ブレーカー４０と電磁接触器４１が投入された状態で、水位スイッチ２０の電気接点２３が閉じており、水ポンプ３０とＯＮ／ＯＦＦタイマ４２が通電されると、ＯＮ／ＯＦＦタイマ４２の電気接点４３に接続された電磁弁３４が間欠運転される。
ここで、電磁弁３４のＯＮ時間とＯＦＦ時間は、ノズルからの時間あたりのドレン水噴霧量が、最もシビアな温度条件である、外気４５℃（ＤＢ）、室内２８℃（ＤＢ）／２３℃（ＷＢ）の温度条件における時間あたりのドレン水発生量以下になるように設定する。これにより、この温度条件でも水位スイッチ２０のＯＮを維持することが可能となる。すなわち、通常はドレン水発生量の方がドレン水噴霧量よりも多いので、噴霧されない余剰のドレン水は、図４に示す排水孔１５から外部に排水されることになる。
【００２６】
一方、室内の湿度が低下してドレン水発生量よりも水噴霧量が多くなると、水位は徐々に低下して、水位が水位スイッチ２０の空水電極２２の位置より下がる。
この場合は、水位スイッチ２０の電気接点２３が開放されて水ポンプ３０とＯＮ／ＯＦＦタイマ４２への通電が切断され、水ポンプ３０の運転が停止する。
ただし、ドレン水発生量が少ないということは、室外熱交換器３の負荷も少ないので、水ポンプ３０の停止により水噴霧が行われなくなっても、消費電力を大きく増加させることはない。
そして、水ポンプ３０の停止により、貯水タンク１４とドレンパン１３に溜まる水位が再び上昇して、上述した動作を繰り返す。
【００２７】
図８は、電磁弁３４の開閉動作を示すタイミングチャートである。ここで、電磁弁３４の開時間の割合（デューティ比）は、通常時、約１０％以下であり、ごく少量のドレン水を一定の周期で短時間だけ噴霧していく。この動作によって、室外熱交換器３のフィンや伝熱管に付着した水分（ドレン水）の蒸発が終わらないうちに、次の噴霧が行われ、それ以前に噴霧された水分に新たな水分が加わって大きな水滴となって、蒸発しないで室外熱交換器３から落下することを抑制している。
【００２８】
以上の構成と動作とによって、室外熱交換器３にドレン水を噴霧することによって、室外熱交換器３の表面でドレン水を効果的に蒸発させることができ、蒸発潜熱によって、室外熱交換器３が冷却されてその温度が低下する。この温度低下に伴って、室外熱交換器３の内部を流れる冷媒の温度と圧力とが低下する。これにより、室外熱交換器３に冷媒を送り込む圧縮機２の負荷を効果的に低減し、圧縮機２の消費電力をトータルとして低減することができる。
圧縮機２の消費電力を低減量は、水ポンプ３０等のドレン水の噴霧に要する消費電力の増加分をはるかに上回るため、空調装置１全体の消費電力を低減することができる。
【００２９】
なお、実施例において、水位を検知するスイッチは、電極導通検知式のスイッチでなくてもよく、フロートスイッチを２個設置して、それぞれで満水と空水の水位を検知するようにしてもよい。
さらに、実施例においては、室内熱交換器が１台の場合について説明したが、室内熱交換器が２台設置されている場合においても、これに合わせて、部品配置を行えば、同じ効果が得られるものであり、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００３０】
また、鉄道車両が運行を終了した際は、次の運行に到るまで、貯水タンク１４内のドレン水を排出することが、錆等の発生に伴う水ポンプ３０の故障を防止する上で好ましい。そこで、運行終了時、空水電極２２の電気接点が開放するまで、あるいは、開放してからさらに所定の時間が経過するまで、水ポンプ３０を運転させ、貯水タンク１４内のドレン水を排出することが好ましい。この場合、貯水タンク１４に、通電時開放する電磁弁を設けておき、鉄道車両の運行終了時、貯水タンク１４内のドレン水が完全に排出されるまで、この電磁弁を通電するようにしてもよい。
【００３１】
［実施例２］
図９は、本発明による他の鉄道車両用空調装置の平面図である。図９に示す鉄道車両空調装置は、例えば断面積の小さいトンネルがあるなど建築限界の小さい路線で営業に供される鉄道車両の屋根Ｒ上に搭載される空調装置であり、空調装置の高さ方向寸法が図１に示す空調装置のそれよりも小さく設定されている。
空調装置１における高さ方向１２０の寸法が制約されるので、比較的大きな高さ寸法を有する室内送風機７は、図１１に示されるように、室内カバー１１との関係で、最も高さ寸法を有する空調装置１の幅方向の中央部に、空調装置１の長手方向１００に沿う態様で備えられる。この点を除いて、基本的に、空調装置１の冷凍サイクルを構成する部品等は図１に示した空調装置のそれらとほぼ同様の構成を備える。
【００３２】
水散布システムは、水ポンプ３０、給水（電磁）弁６１、給水管６２、ノズル６３からなる給水装置と、水位スイッチ６４、排水管６５、排水（電磁）弁６６からなる排水装置から構成されており、水散布システムは、鉄道車両の長手方向１００に延びる中心線１３０を挟んでほぼ対称に備えられるとともに、筐体７０の内部に収納され、室外カバー８及び室内カバー１１によって覆われている。
ドレンパン１３から空調装置１の幅方向１１０に延びる配管（図９において、水位スイッチ６４の両側から幅方向１１０に延びる配管）は、空調装置１の長手方向１００に敷設される配管に交差する態様で接続している。図９に示されるように、長手方向に敷設される配管の一方の端部には、給水弁６１を介して水ポンプ３０が接続されており、この配管の他方の端部は排水弁６６を経て排水管６５に至る。
水散布システムが稼働しない時は、排水弁６６が開放されるとともに水ポンプ３０が休止しているので、ドレンパン１３に溜まったドレン水は排水管６５から鉄道車両の屋根Ｒ上に排水される。水散布システムが稼働する時は、基本的に排水弁６６が閉じられて、水ポンプ３０や給水弁６１等からなる給水装置によって、ドレン水は室外熱交換器３へ散布される。但し、噴霧されるドレン水より多くのドレン水がドレンパン１３に貯留される場合は、必要に応じて排水弁６６を開放してドレンパン１３からあふれ出ないように空調装置１の外へ排水する。
【００３３】
図１０は、図９における鉄道車両用空調装置のＥ−Ｅ断面図であり、図１１は、図９における鉄道車両用空調装置のＦ−Ｆ断面図である。図１に示した空調装置はその幅方向１１０の両端部の下面に貯水タンク１４を備えていたが、上述した理由によって、本空調装置では同様の場所へ貯水タンク１４を備えることが難しい。このため、図１１に示されるように、ドレンパン１３の底板を鉄道車両の屋根Ｒの曲面に沿って傾斜した態様で備える。そして、ドレンパン１３の幅方向１１０端部の底板から立設される側板の高さ寸法ｈ１を、幅方向１１０中央部よりから立設される側板の高さ寸法ｈ２と比較してより大きくすることにより、限られた高さ寸法の範囲で、多量のドレン水を溜めることができる形態を採用している。
【００３４】
基本的に、室内熱交換器４で結露により発生したドレン水は、ドレンパン１３に流れ落ちて溜まる。ドレン水を室外熱交換器３に噴霧しない場合、ドレンパン１３に貯溜されたドレン水は、ドレンパン１３の側面（鉄道車両の幅方向１１０側）に設けた４箇所の孔に接続された排水管６５と排水弁６６（空調装置が停止中は常に開いている）を通って空調装置１の外部に排水される。
ドレン水を室外熱交換器３に噴霧する場合、空調装置１の冷房運転に伴って室外送風機６が運転されると、排水弁３６が閉じられてドレンパン１３に溜められたドレン水は、水ポンプ３０により室外熱交換器３の裏側に設けたノズル６３に供給されて室外熱交換器３に噴霧される。詳細については後述する。
【００３５】
図１２に示すように、ノズル６３は、ドレン水を、室外熱交換器３のうち、幅方向１１０の車両中央部寄りに位置する高方部位に散布できるように配置されている。さらに、水散布システムにおける給水装置を構成する水ポンプ３０、給水弁６１、給水管６２、ノズル６３の給水経路のうち、図９に示される吸水弁６１から長手方向１００に延びる給水管６２の端部を、ノズル６３が取り付けられる長手方向１００の給水管に向けて、上方に向けて傾斜するよう幅方向１１０に設置する。これによりノズル（噴霧孔）６３が最上点に位置することとなり、給水弁６１が閉じたとき、給水弁６１からノズル６３に至る給水管路内のドレン水が、ノズル６３から漏れ出ることが防止される。したがって、散布に供されるドレン水の不要な漏洩を抑制することができ、ドレン水の不要な消費を防いでドレン水が不足することを回避できる。
なお、ノズル６３から噴霧された水滴が広く拡散しながら重力に逆らって、室外熱交換器３におけるフィン３ｂの表面（図１２参照）に到達するように、ノズル６３と室外熱交換器３の裏面（筺体７０の底板の側）との噴霧距離は１５０ｍｍ程度としている。
【００３６】
図１１に示されるように、ドレンパン１３の幅方向１１０の端部寄りであって、ドレンパン１３の長手方向１００中央部に配置される水位スイッチ３４は、一般的なフロートスイッチで、フロートが浮力で満水位置に到達すると、内部の電気接点が閉じられたり開いたりする。ドレンパン１３の形態を前述した形態とすることと、上述した位置に水位スイッチ３４を設置することによって、水位スイッチ３４の高さ方向の変位が十分確保できる水深（ドレン水）を得ることができるので、高い精度でドレン水の量を検知できる。また、水位スイッチ３４をドレンパン１３の長手方向１００中央部に取り付けることによって、鉄道車両が上り下りに応じて、どちらに加減速した場合でも、平均的な水位を検知できる。
【００３７】
なお、水ポンプ３０の吸い込み側には、ドレン水内に含まれるゴミ等が水ポンプ３０に侵入するのを防止するフィルタ（図示省略）が設けられている。また、水ポンプ３０の吐き出し側には、室外送風機６の下方から室外熱交換器３の裏面にドレン水を噴霧する４個のノズル６３（図９参照）と、ドレン水の間欠噴霧時間を制御する給水弁６１が備えられている。
【００３８】
図１２は、室外熱交換器に噴霧されたドレン水が蒸発しながら移動する方向を模式的に説明する説明図である。図１２に示す室外熱交換器３の断面相当図は図９のＥ−Ｅ断面に相当する図である。なお、図中、３Ｌ、３Ｈは、室外熱交換器３の矩形のフィン３ｂからみた長手方向、高さ方向をそれぞれ示している。
室外熱交換器３は、幅方向１１０の中央部からその端部に向けて下降傾斜する態様で配置されるとともに、長手方向１００に沿って所定の間隔で多数枚積層される矩形のフィン３ｂと、これらフィン３ｂを貫通する伝熱管３ａ（冷媒が流れる）から構成される。
ノズル６３から噴霧されたドレン水の水滴は、室外送風機６の送風６ａの流れに沿って、室外熱交換器３の上部（フィン３ｂの幅方向１１０の中心線１３０寄りの部位）における下面部に向けて噴霧される。送風６ａの流れに沿って水滴を噴霧するため、送風６ａの流れに抗して噴霧する場合に比較して、大きな圧力で水滴を噴霧する必要はなく、大きな動力を備える水ポンプ３０を準備しなくてよい。
フィン３ｂの表面に付着した水滴８０は、室外送風機６の風力８１と重力８２の影響を受けて、この二つの合力８３の方向、つまりフィン３ｂの長手方向３Ｌに沿って移動しながら蒸発していく。蒸発しきれないでフィン３ｂの長手方向３Ｌの下端部に至った水滴８０は、フィン３ｂの下端部から筺体７０の底面に落下して、底面の排水口（図示なし）から鉄道車両の屋根Ｒ上に流れ落ちる。
【００３９】
室外送風機６により室外熱交換器３に送風される外気は、室外熱交換器３の下面（裏面）から上面（表面）に向けて通過するので、ノズル６３から噴霧されたドレン水は、室外熱交換器３を構成するフィン３ｂや伝熱管３ａに付着して、主にフィン３ｂの長手方向３Ｌの方向へ（低い方向）にフィン３ｂの表面を移動する過程で、フィン３ｂの間を通過する冷却風（外気）の空気中に蒸発する。
つまり、ドレン水を室外熱交換器３（フィン３ｂ）の上部に噴霧することにより、フィン３ｂ上に噴霧された水滴は、室外送風機３の風力８１と重力８２との合力８３の方向、つまり、フィン３ｂの長手方向３Ｌに沿って長い距離を移動する過程において、効率的に蒸発することができる。
【００４０】
ドレン水が室外熱交換器３において蒸発する際の気化熱によって、室外熱交換器３の内部を流れる冷媒から大量の熱が吸収されるので、冷媒の圧力と温度とが低下する。この結果、圧縮機２の運転に供される電力も低減されるので空調装置１の省エネ化を促進することができる。
なお、本実施例では、水ポンプ３０、給水弁６１、給水管６２、ノズル６３などからなる水散布システムを空調装置１の長手方向１００に沿う中心線１３０（図９参照）を挟んで、空調装置両側に２系統組み込まれている。部品点数を低減するために、例えば、１台の水ポンプ３０で２系統のノズル６３にドレン水を供給する構成としてもよい。
【００４１】
図１３は、水ポンプ３０と給水弁６１および排水弁６６を駆動するための電気回路である。ブレーカー５０が投入された状態で、室外送風機６の電気接点５１と水位スイッチ３４の電気接点５２が閉じると、リレー５４が通電され、リレーの電気接点５３が入り、水ポンプ３０が運転される。
ここで、電気接点５６は水ポンプ３０のモータコイル温度を検出して、温度が正常運転時よりも高くなると電気接点を開く温度スイッチである。排水弁６６は、水位スイッチ３４の電気接点５７で入り切りされるが、室外送風機６が停止すると電気接点５８が閉じるため、排水弁６６は開動作となる。
【００４２】
水ポンプ３０が運転されると、電気接点６０が入り、ＯＮ／ＯＦＦタイマ５９が通電されて、ＯＮ／ＯＦＦタイマ５９の電気接点６２に接続された給水弁３２が間欠通電される。ここで、給水弁３１のＯＮ時間とＯＦＦ時間は、ノズルからの時間あたりのドレン水噴霧量が、最も厳しい高温度条件である、外気４５℃（ＤＢ）、室内２８℃（ＤＢ）／２３℃（ＷＢ）の温度条件における時間あたりのドレン水発生量以下になるように設定する。
すなわち、通常はドレン水発生量の方がドレン水噴霧量よりも多いので、噴霧されない余剰のドレン水は、図１に示す排水弁６６を開いて外部まで延びた排水管６５の端部から外部に排水される。
【００４３】
一方、室内の湿度が低下してドレン水発生量よりも水噴霧量が多くなると、水位は徐々に低下して、水ポンプ３０の水量が不足するようになる。その結果、水ポンプ３０のモータコイル温度が上昇して内蔵している温度スイッチの電気接点５６が開放されて水ポンプ３０とＯＮ／ＯＦＦタイマ５９への通電が切断され、水ポンプ３０の運転が停止する。
そして、水ポンプ３０の停止により、モータコイル温度が低下して温度スイッチの電気接点５６が閉じると、再び水ポンプ３０の運転が始まり、上述した動作を繰り返す。
【００４４】
図１４は、ドレン水の散布量がドレン水の発生水量よりも多い場合の水ポンプと給水弁および排水弁の作動タイミングチャートであり、図１５は、ドレン水の散布量がドレン水の発生水量よりも少ない場合の水ポンプと給水弁および排水弁の作動タイミングチャートである。
図１４に示すように、水ポンプ３０は、室外送風機６が運転された状態において水位スイッチ６４が動作（ドレン水を検知）すると運転を開始する。そして、水ポンプ３０が運転されると、給水弁６１を一定周期で開閉させる。この動作によって、室外熱交換器３のフィン３ｂや伝熱管３ａに噴霧された水分（ドレン水）の蒸発が終わらないうちに、次の噴霧が行われ、それ以前に噴霧された水分に新たな水分が加わって大きな水滴となって、蒸発しないで室外熱交換器３から落下することを抑制している。ドレン水が少なくなって、冷却不足により水ポンプ３０のモータに内蔵した温度スイッチが動作すると、水ポンプ３０の運転と給水弁３１の開閉動作を停止する。
図１５に示すように、水噴霧量よりもドレン水発生量が多いので、水噴霧開始後も水位スイッチ６４が動作する。水位スイッチ３４が動作すると、排水弁３６を開いてドレン水は空調装置１の外部に排水される。
【００４５】
以上の構成と動作とによって、室外熱交換器３のフィン３ｂの表面を流動する水滴の流動面積が広がり、さらに、ノズル６３からのドレン水の漏水も防止できるので、室内熱交換器４で発生するドレン水を室外熱交換器３において効率的に蒸発させることができる。室外熱交換器３のフィン３ｂの表面でドレン水が蒸発するときの大きな蒸発潜熱によって、室外熱交換器３が冷却されてその温度が低下する。この温度低下に伴って、室外熱交換器３の内部を流れる冷媒の温度と圧力とが低下する。これにより、室外熱交換器３に冷媒を送り込む圧縮機２の負荷を効果的に低減し、圧縮機２の消費電力をトータルとして低減することができる。
圧縮機２の消費電力の低減量は、水ポンプ３０等のドレン水の噴霧に要する消費電力の増加分をはるかに上回るため、空調装置１全体の消費電力を低減することができる。
【００４６】
以上のように、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１…空調装置、２…圧縮機、３…室外熱交換器、４…室内熱交換器、
５…アキュムレータ、６…室外送風機、６ａ…室外送風機の冷却風、７…室内送風機、８…室外カバー、
９…外気吸入口、１０…外気吹出口、１１…室内カバー、１２…リターン口、
１３…ドレンパン、１４…貯水タンク、１５…排水孔、２０…水位スイッチ、
２１…満水電極、２２…空水電極、３０…水ポンプ、３１…水吸入管、
３２…水吐出管、３３…ストレーナ、３４…電磁弁、３５…ノズル、
４０…ブレーカー、４１…電磁接触器、４２…ＯＮ／ＯＦＦタイマ、
５０…鉄道車両、５２…筺体、６１…給水弁、６２…給水管、６３…ノズル、６４…水位スイッチ、６５…排水管、６６…排水弁、７０…筺体、８０…噴霧された水滴、８１…風力、８２…重力、８３…合力、１００…長手方向、１１０…幅方向、１２０…高さ方向、１３０…中心線（鉄道車両および空調装置の幅方向の中心線）
【図１】
2015163500.tif 000003
【図２】
2015163500.tif 000004
【図３】
2015163500.tif 000005
【図４】
2015163500.tif 000006
【図５】
2015163500.tif 000007
【図６】
2015163500.tif 000008
【図７】
2015163500.tif 000009
【図８】
2015163500.tif 000010
【図９】
2015163500.tif 000011
【図１０】
2015163500.tif 000012
【図１１】
2015163500.tif 000013
【図１２】
2015163500.tif 000014
【図１３】
2015163500.tif 000015
【図１４】
2015163500.tif 000016
【図１５】
2015163500.tif 000017