CN109311489B - 车辆用空调装置及车辆用空调装置的堵塞检测系统 - Google Patents

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Abstract

车辆用空调装置包括具有热交换器的制冷剂回路、将空气送风至热交换器的送风机、以及控制制冷剂回路和送风机的控制部，该车辆用空调装置搭载于车辆。控制部构成为：在车辆的位置或速度满足规定条件时，获取与热交换器的堵塞量具有相关性的物理量，并基于物理量来判定热交换器有无堵塞。

Description

车辆用空调装置及车辆用空调装置的堵塞检测系统
技术领域
本发明涉及搭载于车辆的车辆用空调装置及车辆用空调装置的堵塞检测系统。
背景技术
专利文献1记载有具备室外热交换器的空调机。在室外热交换器发生了堵塞的情况下，室外热交换器的空气阻力变大，外部气体与室外热交换器无法充分进行热交换。在该空调机中，当根据压缩机的排气压力计算出的饱和温度与外部气体温度之间的温度差小于规定温度时，判断为室外热交换器发生了堵塞。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-26702号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在车辆用空调装置的情况下，风路阻力会因车辆的行驶状态、位置等而发生变动。因此，在车辆用空调装置中，与专利文献1那样的固定式的空调装置不同，存在难以准确地检测热交换器的堵塞的问题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够更为准确地检测热交换器的堵塞的车辆用空调装置及车辆用空调装置的堵塞检测系统。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的车辆用空调装置包括具有热交换器的制冷剂回路、将空气送风至所述热交换器的送风机、以及控制所述制冷剂回路和所述送风机的控制部，所述车辆用空调装置搭载于车辆，所述控制部构成为：在所述车辆的位置或速度满足规定条件时，获取与所述热交换器的堵塞量具有相关性的物理量，并基于所述物理量来判定所述热交换器有无堵塞。
本发明所涉及的车辆用空调装置的堵塞检测系统包括：车辆用空调装置，该车辆用空调装置包括具有热交换器的制冷剂回路、将空气送风至所述热交换器的送风机、以及控制所述制冷剂回路和所述送风机的控制部，并且所述车辆用空调装置搭载于车辆；以及地面系统，该地面系统经由通信网络与所述控制部相连接，所述控制部构成为：在所述车辆的位置或速度满足规定条件时，获取与所述热交换器的堵塞量具有相关性的物理量，并将所述物理量的信息发送给所述地面系统，所述地面系统构成为基于所述物理量来判定所述热交换器有无堵塞。
发明效果
根据本发明，由于能够限制车辆的位置或速度所带来的风路阻力的变动的影响，因此，能够更为准确地检测热交换器的堵塞。
附图说明
图1是表示搭载有本发明实施方式1所涉及的车辆用空调装置1的铁路车辆100的简要结构的示意性侧视图。
图2是表示本发明实施方式1所涉及的车辆用空调装置1的简要结构的制冷剂回路图。
图3是表示本发明实施方式1所涉及的车辆用空调装置1的堵塞检测系统2的简要结构的框图。
图4是表示本发明实施方式1所涉及的车辆用空调装置1中由终端30执行的堵塞检测处理的流程的示例的流程图。
图5是表示本发明实施方式2所涉及的车辆用空调装置1的堵塞检测系统2中由终端30执行的物理量获取处理的流程的示例的流程图。
图6是表示本发明实施方式2所涉及的车辆用空调装置1的堵塞检测系统2中地面系统50执行的堵塞检测处理的流程的示例的流程图。
具体实施方式
实施方式1.
对本发明实施方式1所涉及的车辆用空调装置及车辆用空调装置的堵塞检测系统进行说明。图1是表示搭载有本实施方式所涉及的车辆用空调装置1的铁路车辆100的简要结构的示意性侧视图。另外，在包含图1在内的下述附图中，各结构要素的相对尺寸的关系、形状等有时会与实际情况不同。
如图1所示，车辆用空调装置1搭载在铁路车辆100的车顶上。在铁路车辆100内的车厢101的顶棚部设置有送风管道102。从车辆用空调装置1吹出的空调空气经由送风管道102被送风至车厢101内。此外，车厢101内的空气经由未图示的回风管道被吸入车辆用空调装置1。另外，本示例的车辆用空调装置1搭载在铁路车辆100的车顶上，但车辆用空调装置1也可以搭载在铁路车辆100的底板下。
铁路车辆100构成1编组的列车的一部分或全部。即，1编组的列车至少由一辆铁路车辆100构成。一辆铁路车辆100中搭载有一台或多台车辆用空调装置1。
图2是表示车辆用空调装置1的简要结构的制冷剂回路图。如图2所示，车辆用空调装置1例如具有两个制冷剂回路10a、10b。此外，车辆用空调装置1具有室外室20、以及隔着室外室20设置在铁路车辆100的长边方向两侧的室内室21a、21b。
制冷剂回路10a具有下述结构，即：压缩机11a、四通阀12a、室内热交换器13a、减压装置14a(例如，线性电子膨胀阀)及室外热交换器15a经由制冷剂配管相连接。制热运行时，压缩机11a、室内热交换器13a、减压装置14a及室外热交换器15a依次连接成环状。由此，室内热交换器13a作为冷凝器而起作用，室外热交换器15a作为蒸发器而起作用。制冷运行时，利用四通阀12a来切换制冷剂流路，压缩机11a、室外热交换器15a、减压装置14a及室内热交换器13a依次连接成环状。由此，室内热交换器13a作为蒸发器而起作用，室外热交换器15a作为冷凝器而起作用。压缩机11a、四通阀12a、减压装置14a及室外热交换器15a配置于室外室20。室内热交换器13a配置于室内室21a。
同样地，制冷剂回路10b具有下述结构，即：压缩机11b、四通阀12b、室内热交换器13b、减压装置14b(例如，线性电子膨胀阀)及室外热交换器15b经由制冷剂配管相连接。压缩机11b、四通阀12b、减压装置14b及室外热交换器15b配置于室外室20。室内热交换器13b配置于室内室21b。
室内热交换器13a、13b及室外热交换器15a、15b可以是任何形态。例如，作为翅片的形态，可以采用平板翅片、波纹翅片、波形翅片等各种翅片。
室外室20设有将室外空气送风至室外热交换器15a、15b的室外送风机16。室内室21a设有将室内空气送风至室内热交换器13a的室内送风机17a。通过室内热交换器13a与制冷剂进行热交换的室内空气被提供至车厢101内的例如车辆前部。室内室21b设有将室内空气送风至室内热交换器13b的室内送风机17b。通过室内热交换器13b与制冷剂进行热交换的室内空气被提供至车厢101内的例如车辆后部。
车辆用空调装置1具有终端30以作为控制部。终端30包括微机，所述微机具备CPU、ROM、RAM、I/O端口等。终端30基于来自各种传感器类的检测信号等，对包含压缩机11a、11b、室外送风机16及室内送风机17a、17b在内的制冷剂回路10a、10b整体的动作进行控制。终端30作为车辆用空调装置1的控制部起作用，并构成后述的堵塞检测系统2的一部分。本示例的终端30设置于每个车辆用空调装置1，但终端30也可以设置于每个制冷剂回路10a、10b。
图3是表示本实施方式所涉及的车辆用空调装置1的堵塞检测系统2的简要结构的框图。如图3所示，堵塞检测系统2具有至少1个车上系统40、以及经由通信网络60与车上系统40相连接的地面系统50。通信网络60是利用了移动电话、无线LAN、WiMAX(注册商标)、毫米波等无线通信的通信网络。
车上系统40搭载于由多辆铁路车辆100所构成的1编组的列车。一般而言，在1编组的列车上搭载有1个车上系统40。车上系统40具有经由通信网络60与地面系统50进行通信的车上通信装置41、设置于列车的前后两端的铁路车辆100的中央装置42、43、以及例如设置于每个车辆用空调装置1的多个终端30。车上通信装置41、中央装置42、43以及多个终端30作为对搭载于列车的多个车辆用空调装置1进行控制的控制部而起作用。
地面系统50具有经由通信网络60与车上系统40进行通信的地面通信装置51、存储从车上系统40接收到的数据的数据库52、以及对地面通信装置51和数据库52进行控制的控制部(未图示)。在地面系统50中，经由通信网络60与至少1个车上系统40进行数据的收发，由此对各车辆用空调装置1进行远程监视。
图4是表示本实施方式所涉及的车辆用空调装置1中由终端30执行的堵塞检测处理的流程的示例的流程图。图4所示的堵塞检测处理是检测室内热交换器13a、13b和室外热交换器15a、15b中至少一个热交换器的堵塞的处理。在车辆用空调装置1的情况下，与固定式的空调装置不同，不仅室外热交换器15a、15b可以成为堵塞检测的对象，室内热交换器13a、13b也可成为堵塞检测的对象。堵塞检测处理以规定的时间间隔反复执行。
首先，在图4的步骤S1中，终端30从车上通信装置41和中央装置42、43中的任意装置获取包含铁路车辆100在内的列车的位置信息或车速信息。列车的位置信息可以是利用了GPS的二维或三维的位置信息，也可以是距离起点站公里程度的信息。
接着，在步骤S2中，终端30基于所获取到的位置信息或车速信息，判定列车的位置或速度是否满足规定条件。规定条件例如有：列车的速度为大于0km/h的特定的速度(即，列车处于以特定的速度进行行驶的过程中)、列车的速度为0km/h(即，列车处于停止过程中)、列车的位置不在隧道内、列车的位置不在车站内等。列车的位置可基于位置信息来掌握。列车的速度可基于车速信息、或本次获取到的位置信息及前一次获取到的位置信息来掌握。步骤S2中，在判定为列车的位置或速度满足规定条件的情况下前进至步骤S3，在判定为列车的位置或速度不满足规定条件的情况下结束处理。
此处，在步骤S2中判定是否满足规定条件是为了在后述的步骤S4中，每次尽可能在相同条件下获取与热交换器的堵塞量具有相关性的物理量。通过将获取物理量时的条件尽可能地设为相同，从而能够根据物理量来评估热交换器的堵塞量。例如，通过将由该车辆用空调装置所获取到的物理量与由其他的车辆用空调装置所获取到的物理量进行比较，从而能够相对地掌握该车辆用空调装置的热交换器的堵塞量。
与热交换器的堵塞量具有相关性的物理量根据列车的速度而变动。因此，通过在列车的速度为特定的速度时获取物理量，能够使获取物理量时的条件接近相同。然而，若预先知晓列车停止时的物理量(例如，在送风机中流动的电流)与列车以规定速度行驶时的物理量之间的关系、或者物理量相对于列车的速度如何变化的关系，则也能够根据列车的速度对获取到的物理量进行校正。
此外，在列车位于隧道内时和除此以外的情况时，尤其是室外空气的风路阻力会发生变动。因此，在列车位于隧道内时和除此以外的情况时，与热交换器的堵塞量具有相关性的物理量将发生变动。因此，通过在列车的位置不在隧道内时获取物理量，能够使获取物理量时的条件接近相同。隧道的位置信息预先存储在终端30的ROM中。另外，列车的位置是否在隧道内的判断可基于车辆用空调装置1或铁路车辆100中所设有的照度传感器的检测信号来进行。
并且，在列车位于车站内时和除此以外的情况时，尤其是室外空气的风路阻力会发生变动。因此，在列车位于车站内时和除此以外的情况时，与热交换器的堵塞量具有相关性的物理量将发生变动。因此，通过在列车的位置不在车站内时获取物理量，能够使获取物理量时的条件接近相同。车站的位置信息预先存储在终端30的ROM中。可以在列车的位置既不在隧道内也不在车站内时获取物理量。
步骤S3中，终端30至少使堵塞检测的对象即送风至热交换器的送风机(例如，室外送风机16或室内送风机17a、17b)动作。即，在该送风机停止时开始运行，在该送风机已经运行的情况下保持不变，继续使其运行。此外，终端30也可以根据需要使制冷剂回路10a、10b动作。
接着，在步骤S4中，终端30获取与热交换器的堵塞量具有相关性的物理量。作为与热交换器的堵塞量具有相关性的物理量，例如有：被提供给送风机的电力、流过送风机的电流、送风机的转速、热交换器内的制冷剂的冷凝温度或蒸发温度与送风至该热交换器的空气的温度之间的温度差、车厢内的压力等。这些物理量基于来自各种传感器的检测信号而获得。此外，终端30可以基于使用上述电流和上述转速计算出的送风机的转矩来计算热交换器的风路的空气阻力，从而对热交换器的堵塞量进行定量化。并且，终端30也可以基于上述电流和上述温度差来计算热交换器的热交换性能，从而对热交换器的堵塞量进行定量化。
接着，在步骤S5中，基于获取到的物理量，来判定热交换器有无堵塞。例如，终端30将从与该铁路车辆100相同的列车中的搭载于其他车辆的车辆用空调装置获取到的物理量作为基准物理量，对步骤S4中获取到的物理量与基准物理量进行比较，并基于比较结果来判定热交换器有无堵塞。搭载于其他车辆的车辆用空调装置中的物理量例如可从该车辆用空调装置的终端30、中央装置42、43、或者车上通信装置41中的任意一个获取。
对于每个车辆，车辆用空调装置1的维护有时会在不同的日期实施。热交换器的堵塞量在刚刚实施了车辆用空调装置1的维护后为最小，之后随着车辆用空调装置1的工作时间及铁路车辆100的行驶距离等而缓缓增加。若考虑到这一点，则优选将从搭载于列车的多个车辆用空调装置中的距离实施维护的时间最短的车辆用空调装置获取到的物理量作为基准物理量。或者，也可以将同一车辆用空调装置1中获取到的过去的物理量(例如，在该车辆用空调装置1实施了维护后最开始获取到的物理量)作为基准物理量。相互进行比较的物理量优选在与列车的位置或速度相关的条件尽可能相同时获取。
例如，在步骤S4中获取到的物理量与基准物理量之差、或者步骤S4中获取到的物理量与基准物理量之比在阈值以上的情况下，判定为热交换器中发生堵塞，在除此以外的情况下判定为热交换器没有发生堵塞。
在判定为热交换器发生了堵塞的情况下(步骤S6为是)，前进至步骤S7，在判定为热交换器没有发生堵塞的情况下(步骤S6为否)，前进至步骤S8。
在步骤S7中，终端30通知热交换器中发生了堵塞的情况。例如，终端30将表示车辆用空调装置1的热交换器中发生了堵塞的情况的信息发送给中央装置42、43。中央装置42、43将表示哪个车辆用空调装置1的热交换器发生了堵塞的信息显示于该中央装置42、43上所设的显示部。另外，终端30也可以将表示车辆用空调装置1的热交换器发生了堵塞的情况的信息经由车上通信装置41发送至地面系统50。地面系统50可以将表示哪个列车的哪个车辆用空调装置1的热交换器发生了堵塞的信息显示于该地面系统50中所设的显示部。
步骤S8中，终端30通知热交换器没有发生堵塞的情况。例如，终端30将表示车辆用空调装置1的热交换器中没有发生堵塞的情况的信息发送至中央装置42、43。中央装置42、43将表示哪个车辆用空调装置1的热交换器中没有发生堵塞的信息显示于该中央装置42、43上所设的显示部。另外，终端30也可以将表示车辆用空调装置1的热交换器没有发生堵塞的情况的信息经由车上通信装置41发送至地面系统50。地面系统50可以将表示哪个列车的哪个车辆用空调装置1的热交换器中没有发生堵塞的信息显示于该地面系统50中所设的显示部。
如以上所说明的那样，本实施方式所涉及的车辆用空调装置1包括：具有热交换器(例如，室外热交换器15a、15b、室内热交换器13a、13b)的制冷剂回路10a、10b；将空气送风至热交换器的送风机(例如，室外送风机16、室内送风机17a、17b)；以及控制制冷剂回路10a、10b及送风机的控制部(例如，终端30)，车辆用空调装置1搭载于铁路车辆100。控制部构成为：在铁路车辆100的位置或速度满足规定条件时，获取与热交换器的堵塞量具有相关性的物理量，并基于物理量来判定热交换器有无堵塞。
本实施方式中，基于铁路车辆100的位置或速度满足规定条件时获取到的物理量，来判定热交换器有无堵塞。因此，由于能够限制铁路车辆100的位置或速度所带来的风路阻力的变动的影响，能够更为准确地检测热交换器的堵塞。因此，能够在更为适当的时期进行车辆用空调装置1的维护，从而能够防止因热交换器的堵塞而引起的功耗增加、因负荷增大而导致的送风机故障。此外，由于热交换器的热交换性能得以维持，因而能够提高车厢内的舒适性。
本实施方式所涉及的车辆用空调装置1中，控制部可以构成为对上述物理量和从不同于铁路车辆100的其他车辆所搭载的车辆用空调装置获取到的物理量进行比较，并基于比较结果来判定热交换器有无堵塞。
本实施方式所涉及的车辆用空调装置1中，上述规定条件可以是铁路车辆100的位置不在隧道内，或者铁路车辆100的速度是特定的速度。
本实施方式所涉及的车辆用空调装置1中，物理量可以包含被提供给送风机的电力、流过送风机的电流、送风机的转速、热交换器内的制冷剂的冷凝温度或蒸发温度与送风至该热交换器的空气的温度之间的温度差、车厢内的压力、热交换器的空气阻力、以及热交换器的热交换性能中的任意物理量。
实施方式2.
对本发明实施方式2所涉及的车辆用空调装置的堵塞检测系统进行说明。上述实施方式1中，热交换器的堵塞的检测由各车辆用空调装置1的终端30来进行，但本实施方式中，热交换器的堵塞的检测由地面系统50来进行。堵塞检测系统2的简要结构与图3所示的结构相同。
图5是表示本实施方式所涉及的车辆用空调装置1的堵塞检测系统2中由终端30执行的物理量获取处理的流程的示例的流程图。物理量获取处理以规定的时间间隔反复执行。图5的步骤S11～步骤S14与图4所示的步骤S1～步骤S4相同，因此省略说明。
步骤S15中，终端30经由车上通信装置41和通信网络60将获取到的物理量的信息发送给地面系统50。
图6是表示本实施方式所涉及的车辆用空调装置1的堵塞检测系统2中由地面系统50执行的堵塞检测处理的流程的示例的流程图。堵塞检测处理以规定的时间间隔反复执行。图6的步骤S21中，地面系统50从某列车的车上系统40接收物理量的信息。地面系统50将接收到的物理量的信息存储到数据库52。数据库52中存储有分别从多个车上系统40接收到的物理量的信息。
接着，在步骤S22中，地面系统50对从该列车的车上系统40获取到的物理量与从其他的列车(例如，在该列车的前后行驶的列车)的车上系统获取到的物理量进行比较，并基于比较结果来判定热交换器有无堵塞。此时，优选将从搭载于该其他的列车的多个车辆用空调装置中的距离实施维护的时间最短的车辆用空调装置获取到的物理量作为基准物理量。此外，相互进行比较的物理量优选在与列车的位置或速度相关的条件尽可能相同时获取。
在判定为热交换器发生了堵塞的情况下(步骤S23为是)，前进至步骤S24，在判定为热交换器没有发生堵塞的情况下(步骤S23为否)，前进至步骤S25。
在步骤S24中，地面系统50通知热交换器中发生了堵塞的情况。例如，地面系统50将表示哪个列车的哪个车辆用空调装置1的热交换器发生了堵塞的信息显示于该地面系统50中所设的显示部。并且，地面系统50也可以将表示哪个车辆用空调装置1的热交换器发生了堵塞的信息发送给搭载有该车辆用空调装置1的列车的车上系统40。该情况下，在接收到信息的车上系统40中，例如在中央装置42、43所设有的显示部中显示表示哪个车辆用空调装置1的热交换器发生了堵塞的信息。
在步骤S25中，地面系统50通知热交换器中没有发生堵塞的情况。例如，地面系统50将表示哪个列车的哪个车用空调装置1的热交换器中没有发生堵塞的信息显示于该地面系统50中所设的显示部。并且，地面系统50也可以将表示哪个车辆用空调装置1的热交换器中没有发生堵塞的信息发送给搭载有该车辆用空调装置1的列车的车上系统40。该情况下，在接收到信息的车上系统40中，例如在中央装置42、43所设有的显示部中显示表示哪个车辆用空调装置1的热交换器中没有发生堵塞的信息。
如上所述，本实施方式所涉及的车辆用空调装置1的堵塞检测系统2包括具有热交换器(例如，室外热交换器15a、15b、室内热交换器13a、13b)的制冷剂回路10a、10b；将空气送风至热交换器的送风机(例如，室外送风机16、室内送风机17a、17b)；以及控制制冷剂回路10a、10b及送风机的控制部(例如，车上通信装置41、中央装置42、43、终端30)并且搭载于铁路车辆100的车辆用空调装置1；以及经由通信网络60与控制部相连接的地面系统50。控制部构成为：在铁路车辆100的位置或速度满足规定条件时，获取与热交换器的堵塞量具有相关性的物理量，并将物理量的信息发送给地面系统50。地面系统50构成为基于物理量来判定热交换器有无堵塞。
根据本实施方式，与实施方式1同样地，能够更准确地检测热交换器的堵塞。因此，能够在更为适当的时期进行车辆用空调装置1的维护，从而能够防止因热交换器的堵塞而引起的功耗增加、因负荷增大而导致的送风机故障。此外，由于热交换器的热交换性能得以维持，因此能够提高车厢内的舒适性。
本实施方式所涉及的车辆用空调装置1的堵塞检测系统2中，地面系统50可以构成为对上述物理量和从不同于铁路车辆100的其他列车的车辆所搭载的车辆用空调装置获取到的物理量进行比较，并基于比较结果来判定热交换器有无堵塞。
上述各实施方式可互相组合来实施。
标号说明
1车辆用空调装置、2堵塞检测系统、10a、10b制冷剂回路、11a、11b压缩机、12a、12b四通阀、13a、13b室内热交换器、14a、14b减压装置、15a、15b室外热交换器、16室外送风机、17a、17b室内送风机、20室外室、21a、21b室内室、30终端、40车上系统、41车上通信装置、42、43中央装置、50地面系统、51地面通信装置、52数据库、60通信网络、100铁路车辆、101车厢、102送风管道。

Claims (7)

1.一种车辆用空调装置，包括具有热交换器的制冷剂回路、将空气送风至所述热交换器的送风机、以及控制所述制冷剂回路和所述送风机的控制部，所述车辆用空调装置搭载于车辆，其特征在于，
所述控制部构成为：
在所述车辆的位置满足规定条件时，获取与所述热交换器的堵塞量具有相关性的物理量，
将所述物理量与在与所述车辆的位置相关的条件与获取所述物理量时相同时所获得的物理量基准值进行比较，基于比较结果，来判定所述热交换器有无堵塞。
2.如权利要求1所述的车辆用空调装置，其特征在于，
所述控制部对所述物理量与从不同于所述车辆的其他车辆所搭载的车辆用空调装置获取到的所述物理量基准值进行比较，并基于比较结果来判定所述热交换器有无堵塞。
3.如权利要求1或2所述的车辆用空调装置，其特征在于，
所述规定条件是所述车辆的位置不在隧道内。
4.如权利要求1或2所述的车辆用空调装置，其特征在于，
所述规定条件是所述车辆的位置不在车站内。
5.如权利要求1或2所述的车辆用空调装置，其特征在于，
所述物理量包含提供给所述送风机的电力、流过所述送风机的电流、所述送风机的转速、所述热交换器内的制冷剂的冷凝温度或蒸发温度与送风至所述热交换器的空气的温度之间的温度差、车厢内的压力、所述热交换器的空气阻力、以及所述热交换器的热交换性能中的任意物理量。
6.一种车辆用空调装置的堵塞检测系统，其特征在于，包括：
车辆用空调装置，该车辆用空调装置包括具有热交换器的制冷剂回路、将空气送风至所述热交换器的送风机、以及控制所述制冷剂回路和所述送风机的控制部，该车辆用空调装置搭载于车辆；以及
地面系统，该地面系统经由通信网络与所述控制部相连接，
所述控制部构成为：
在所述车辆的位置满足规定条件时，获取与所述热交换器的堵塞量具有相关性的物理量，
将所述物理量的信息发送给所述地面系统，
所述地面系统将所述物理量与在与所述车辆的位置相关的条件与获取所述物理量时相同时所获得的物理量基准值进行比较，基于比较结果，来判定所述热交换器有无堵塞。
7.如权利要求6所述的车辆用空调装置的堵塞检测系统，其特征在于，
所述地面系统对所述物理量与从不同于所述车辆的其他列车的车辆所搭载的车辆用空调装置获取到的所述物理量基准值进行比较，并基于比较结果来判定所述热交换器有无堵塞。
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