JP2000006802A - 鉄道車両用空調装置の故障診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】空調装置の圧縮機を保護するために備えた高低
圧スィッチ、サーマルリレー、温度センサの異常を、営
業運転終了後の車庫への回送中に診断して、冷房運転不
能による乗客へのサービス低下を未然に防止する。 【解決手段】外気温度と車内温度から、故障診断を行う
ための室外ファン３の停止による高圧スイッチ１２の作
動時間と各保護スイッチが動作する電動膨張弁５の開度
及び現在の膨張弁開度での適正過熱度を演算し、高圧ス
イッチ１２，低圧スィッチ１３、サーマルリレー１１、
室内熱交換器７の出入口温度センサ１４，１５の故障を
それぞれ個別に動作させて診断する。 【効果】高低圧スィッチ、サーマルリレー、室内熱交換
器の出入口温度センサの故障による圧縮機の事故を未然
に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は鉄道車両用空調装置
の故障診断方法に係り、特に室外送風機の運転・停止と
電動膨張弁の開度を操作して、圧縮機の保護装置類の故
障を判定する機能を備えた鉄道車両用空調装置の故障診
断方法に関するものである。

【従来の技術】従来の鉄道車両用空調装置の冷凍サイク
ルは、膨張機構として、毛細管であるキャピラリチュー
ブが用いられており、固定絞りであった。例えば、特開
平９−１５６３５５号公報に記載されている。よって、
冷媒流量を調節して冷凍サイクルの特性を変化させるこ
とができず、保護装置の故障診断は行われていないのが
一般的である。インバータにより圧縮機の運転周波数を
変化させて冷房能力を調節できる機種は、冷媒流量を変
化させることができるが、インバータで周波数を低下さ
せても、電動膨張弁で流路を絞った場合のように圧縮機
の吐出温度を上昇させたり、吸入圧力を低下させること
はできず、保護装置の故障診断は不可能であった。さら
に、モータ回転数を低下させると軸受への油潤滑量が減
少するため、最低運転周波数にも限界があり、広範囲な
冷媒流量調整は困難であった。また、キャピラリチュー
ブの替わりに電動膨張弁を用いて、冷媒流量を変化させ
るパッケージエアコンやルームエアコン等の一般的な空
調装置は、室内熱交換器の過熱度を適正に保つことを、
主な制御目的としているため、電動膨張弁の開度毎の冷
凍サイクル特性をデータとしてメモリー内に記憶する必
要がなく、保護装置の故障診断は実施されていない。

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的とすると
ころは、電動膨張弁による冷媒流量制御により、インバ
ータを用いずに冷房能力を制御する空調装置において、
圧縮機の異常運転を検知して、異常の場合は圧縮機を停
止させる保護装置自体の故障を診断して、圧縮機が過酷
運転により損壊するのを未然に防止することにある。

【課題を解決するための手段】検知した外気温度と車内
温度から、電動膨張弁の現在の設定開度に相当する室内
熱交換器の過熱度を演算で推定し、温度センサで検知し
た過熱度と比較して、温度センサの異常を判定する。ま
た、低圧スイッチとサーマルリレーが動作する電動膨張
弁の開度を演算で求めて、演算開度に調節後に低圧スイ
ッチとサーマルリレーが動作するのを検知して、故障を
診断する。高圧スイッチは、室外ファンを停止させて圧
力を上昇させ、動作の有無で故障を診断する。判定時間
は、外気温度、車内温度及び電動膨張弁の開度から、演
算で求めた室外ファンの停止から高圧スイッチが動作す
るまでの時間とし、その判定時間を経過したら圧縮機を
停止させる。

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１か
ら図７に示す実施例により詳細に説明する。ここで、図
１は冷凍サイクルの系統図、図２はコントローラの制御
ブロック図、図３から図７は故障診断のフローチャート
である。図１において、１は圧縮機で、低圧のガス冷媒
を圧縮して高温・高圧のガス冷媒にする。２は室外熱交
換器で、圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒
を、室外ファン３で送風される外気で冷却して凝縮さ
せ、液冷媒にする。４はドライヤで、冷媒中に含まれた
水分を吸着して除去する。５は電動膨張弁で、液冷媒を
断熱膨張させて蒸発させる。６は分流器で室内熱交換器
７の各パスへ均等に冷媒を分配する。分配された冷媒
は、室内熱交換器７の各パスに接続された細管で、さら
に減圧される。冷媒は室内熱交換器７を通過する過程で
蒸発して液からガスとなる。この時、室内送風機８で送
風される車内の空気から熱を奪って、車内を冷房する。
室内熱交換器７を出た低圧のガス冷媒は、アキュムレー
タ９で液とガスに分離されて、主にガス冷媒だけがスト
レーナ１０を通って、圧縮機１に吸い込まれる。ここ
で、アキュムレータ９は室内熱交換器７でガス化しなか
った液冷媒が直接大量に圧縮機１に戻るのを防止するた
めのバッファータンクである。また、図１において、１
１は圧縮機のサーマルリレー、１２は高圧スイッチ、１
３は低圧スイッチ、１４は室内熱交換器の入口温度セン
サ、１５は室内熱交換器の出口温度センサである。図２
において、２０はマイクロコンピュータで、ＲＯＭ（リ
ード・オンリー・メモリー）７０に保存された実行プロ
グラムの命令に従って、各種の演算や比較判定を実行す
る。ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリー）８０は、
各種データを一時的に記憶する場所である。室内熱交換
器の入口温度センサ１４、室内熱交換器の出口温度セン
サ１５、外気温度センサ１６、車内温度センサ１７で検
出されたアナログデータは、Ａ／Ｄコンバータ２１でデ
ジタル値に変換されて、マイクロコンピュータ２０に入
力される。また、故障診断スイッチ３０、リセットスイ
ッチ３１、サーマルリレー１１、高圧スイッチ１２、低
圧スイッチ１３は、デジタル入力リレー３２を介してマ
イクロコンピュータ２０に入力される。圧縮機１、室外
ファン３、室内ファン８は、デジタル出力リレー４０の
無接点出力で接触器４１が入り切りされて、運転及び停
止が制御される。電動膨張弁５は、ドライバ回路５０で
作成される４相のパルス信号で駆動される。故障診断ラ
ンプ６１、温度センサ故障ランプ６２、低圧スイッチ故
障ランプ６３、高圧スイッチ故障ランプ６４、サーマル
リレー故障ランプ６５、圧縮機故障ランプ６６は、ラン
プ表示回路６０により点灯される。通常は、検出した車
内温度と設定温度の偏差及び外気温度により、電動膨張
弁５の開度を制御しているが、圧縮機１を保護するた
め、サーマルリレー１１、高低圧スイッチ１２、１３が
動作すると、以下の制御を車内温度制御よりも優先させ
て実施する。高圧スイッチ１２が動作すると、一旦圧縮
機１を停止させ、電動膨張弁５の開度を停止前の開度よ
り絞って、再起動させる。低圧スイッチ１３が動作する
と、圧縮機１を一旦停止させ、電動膨張弁５の開度を停
止前の開度より開いて再起動させる。圧縮機１のサーマ
ルリレー１１が動作すると、圧縮機１を一旦停止させ、
電動膨張弁５の開度を停止前の開度より開いて、再起動
させる。室内熱交換器７の入口温度が下限温度（ー３
℃）よりも低下すると、圧縮機１を運転状態のまま、電
動膨張弁５を一定開度開く。圧縮機１を保護するため、
上記の圧縮機１を停止させる操作が３回連続すると、圧
縮機の運転範囲を逸脱した状態にあるとして、コントロ
ーラの圧縮機故障ランプ６６を点灯させて、リセットス
イッチ３１が入力されるまで運転を見合わせる。コント
ローラの故障診断スイッチ３０が投入されると、電動膨
張弁５を５０％開度に設定して、室内熱交換器７の出入
口温度センサ１４、１５の故障を診断した後、電動膨張
弁５を演算で求めた動作開度まで絞って、サーマルリレ
ー１１（例えば、設定温度１２０℃）と低圧スィッチ１
３（例えば、設定圧力０．２ＭＰａゲージ圧）が動作す
るのをチェックする。次に、電動膨張弁５を５０％開度
に戻して室外送風機３を停止させ、外気温度と車内温度
から演算で求めた室外ファン停止後に高圧スイッチ１２
が作動するまでの時間内に、高圧スイッチ１２が動作す
るのをチェックする。次に、図３から図７に示すフロー
チャートにより詳細に説明する。図３は故障診断のメイ
ンフローチャートである。故障診断スイッチ３０が投入
されると、故障診断ランプ６１を点燈させ、室外ファン
３と室内ファン８を運転し、電動膨張弁５を５０％開度
に設定する。その後、圧縮機１を運転して、冷凍サイク
ルがほぼ安定するまで待つ。室外ファン３、室内ファン
８、圧縮機１が既に運転されている場合は、電動膨張弁
の開度だけが変更されることになる。ここまでのフロー
がＦ１０１からＦ１０６である。例えば、２０分経過す
ると、Ｆ１２０からＦ１５０に示すように、最初に蒸発
器の出入口温度センサ故障診断サブルーチンを行い、以
下低圧スイッチ故障診断サブルーチン、サーマルリレー
故障診断サブルーチン、高圧スイッチ故障診断サブルー
チンと順次個々の保護装置の故障診断を実施していく。
最後に、Ｆ１０７の故障診断ランプ６１を消燈して終了
である。蒸発器の出入口温度センサ故障診断サブルーチ
ンは、図４に示すように外気温度と車内温度を検出し
て、電動膨張弁５０％開度時の適正出入口温度差△ＴＨ
を演算し、温度センサで検出した出入口温度差△ＴＤと
比較して、±２℃以内に入っていない場合は、温度セン
サ故障ランプ６２を点燈して、次のサブルーチンに進
む。ここまでのフローがＦ１２１からＦ１２６である。
低圧スイッチ故障診断サブルーチンは、図５に示すよう
に外気温度と車内温度を検出して、低圧スイッチ１３が
動作する電動膨張弁５の開度ＶＬＰを演算で求め、ＶＬ
Ｐに開度を設定した場合に、低圧スイッチ１３が１分以
内に動作しない場合は、低圧スイッチ故障ランプ６３を
点燈する。最後に電動膨張弁５を５０％開度に戻して、
次のサブルーチンに進む。ここまでのフローがＦ１３１
からＦ１３８である。サーマルリレー故障診断サブルー
チンは、図６に示すように外気温度と車内温度を検出し
て、サーマルリレー１１が動作する電動膨張弁の開度Ｖ
ＨＴを演算で求め、ＶＨＴに開度を設定した場合に、サ
ーマルリレー１１が１０分以内に動作しない場合は、サ
ーマルリレー故障ランプ６５を点燈する。最後に電動膨
張弁５を５０％開度に戻して、次のサブルーチンに進
む。ここまでのフローがＦ１４１からＦ１４８である。
高圧スイッチ故障診断サブルーチンは、図７に示すよう
に外気温度と車内温度を検出して、室外ファン３を停止
して高圧スイッチ１２が動作するまでの時間ＴＨＰを演
算で求め、室外ファン３を停止した場合に、高圧スイッ
チ１２がＴＨＰ時間以内に動作しない場合は、高圧スイ
ッチ故障ランプ６４を点燈して圧縮機１を停止する。高
圧スイッチ１２が作動すると、圧縮機１を直ぐに停止し
て、電動膨張弁５を全閉後、室内ファン８を停止してメ
インルーチンに戻る。ここまでのフローがＦ１５１から
Ｆ１６０である。

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
送運転中の車庫の戻る途上で、圧縮機の保護装置の故障
診断を行うことができ、翌日の営業運転中の空調トラブ
ルを未然に防止できる。その結果、圧縮機が損壊して、
空調装置の運転が不能になるという最悪の事態は回避で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の故障診断方法を備えた
空調装置を示す、冷凍サイクル系統図である。

【図２】図１に示した空調装置のコントローラにおける
制御ブロック図である。

【図３】図１に示した空調装置における故障診断方法の
ブロック図である。

【図４】図１に示した空調装置における故障診断方法の
蒸発器の出入口温度センサ故障診断サブルーチンを示す
フローチャート図である。

【図５】図１に示した空調装置における故障診断方法の
低圧スイッチ故障診断サブルーチンを示すフローチャー
ト図である。

【図６】図１に示した空調装置の故障診断方法のサーマ
ルリレー故障診断サブルーチンを示すフローチャート図
である。

【図７】図１に示した空調装置の故障診断方法の高圧ス
イッチ故障診断サブルーチンを示すフローチャート図で
ある。

【符号の説明】 １…圧縮機、２…室外熱交換器、３…室外ファン、４…
ドライヤー、５…電動膨張弁、６…分配器、７…室内熱
交換器、８…室外ファン、９…アキュムレータ、１０…
ストレーナ、１１…サーマルリレー、１２…高圧スイッ
チ、１３…低圧スイッチ、１４…入口温度センサ、１５
…出口温度センサ、１６…外気温度センサ、１７…車内
温度センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、室外熱交換器、ドライヤ、電動膨
   張弁、冷媒分配器、室内熱交換器及びアキュムレータ、
   ストレーナから成る冷凍サイクルと、室内送風機と室外
   送風機から構成される車内温度センサ、外気温度セン
   サ、蒸発器の出入口温度センサ、高圧スイッチ、低圧ス
   イッチ、圧縮機のサーマルリレーからの信号を入力し
   て、室外送風機の停止時間及び電動膨張弁の開度を制御
   して、各保護スイッチ及び蒸発器出入口温度センサの故
   障診断を行うコントローラを備えた鉄道車両用空調装置
   において、車内温度、外気温度の信号を検出して、室外
   送風機の停止による高圧スイッチ作動時間と各保護スイ
   ッチが動作する電動膨張弁の開度を決定するようにした
   ことを特徴とした鉄道車両用空調装置の故障診断方法。