JP2005007983A

JP2005007983A - 鉄道車両用空調装置とその制御方法

Info

Publication number: JP2005007983A
Application number: JP2003172761A
Authority: JP
Inventors: Haruo Hirakawa; 治生平川; Akinori Inoue; 明典井上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】圧縮機の搭載台数を最少の１台にして、冷房能力を半分以下に低減させる。
【解決の手段】並列に２系統の冷凍サイクルを１台の圧縮機１に直列に接続し、２系統の中の１系統の室外熱交換器２ａの入口と室内熱交換器５ａの入口を接続するバイパス配管１０とバイパス回路１０を開閉する電磁弁１１を設けると共に、２系統の電動膨張弁４ａ，４ｂの入口を配管９で接続している。冷房能力を低下させる場合は、前記配管９を有した冷凍サイクル側の電動膨張弁４ａの開度を絞り、該電動膨張弁４ａが完全に閉じるとバイパス回路の電磁弁１１を開き、もう一方の電動膨張弁４ｂの開度を絞る。本発明によれば、圧縮機１台で冷房能力の半分以下の運転が実現でき、車内の温度を常に快適に制御できる。また、空調装置の保守部品の低減に効果がある。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機１台で構成された鉄道車両用空調装置に係り、特に冷房能力を半分以下に低減させる必要のあるものに好適な鉄道車両用空調装置及びその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道車両用空調装置においては、圧縮機１台に対して１系統の冷凍サイクルを構成しており、圧縮機１台の空調装置の冷房能力は圧縮機のＯＮ／ＯＦＦによる１００％と０％の２段階方式であった。したがって、車内温度の変動幅は大きくなる傾向があった。
【０００３】
そこで、圧縮機を複数台搭載して、冷房能力の切替段数を多くした空調装置やインバータで運転周波数を制御して冷房能力を変化させるタイプの空調装置、あるいは圧縮機の冷媒循環量を制御して冷房能力を切替える空調装置等が適用されている。
【０００４】
一方、鉄道車両用空調装置では、振動や日射，塵埃等使用環境が厳しいことからインバータの保守に費やす労力を軽減するため、圧縮機の冷媒循環量を制御して冷房能力を切替える空調装置へのニーズが高くなっている。また、保守部品である圧縮機の搭載台数を少なくしたいというニーズも強い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、圧縮機の搭載台数を最少の１台にして、冷房能力を半分以下に低減する運転を実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
並列な２系統の冷凍サイクルを１台の圧縮機に直列に接続しており、２系統の中の１系統の室外熱交換器の入口と出口とをバイパス配管で接続しており、該バイパス回路を開閉する電磁弁を設けると共に、２系統の前記室外熱交換器の出口にそれぞれ電動膨張弁を設けていること、
を特徴とする鉄道車両用空調装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１〜図３に示す実施例により詳細に説明する。図１は、圧縮機１台に対して並列な２系統の冷凍サイクルを構成しており、両系統とも冷房専用の冷凍サイクルである。以下、一方の冷凍サイクルをＡサイクル、他方の冷凍サイクルをＢサイクルと略記して説明する。
【０００８】
圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、上側に示したＡサイクル側と下側に示したＢサイクル側に分流される。Ａサイクルでは、室外熱交換器２ａ（凝縮器）で外気により冷却されて高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、電動膨張弁４ａで減圧された後、室内熱交換器５ａ（蒸発器）で客室の循環空気から熱を奪って低圧のガス冷媒となり、アキュムレータ６を通って圧縮機１に戻る。
【０００９】
Ｂサイクルでは、室外熱交換器２ｂ（凝縮器）で外気により冷却されて高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、電動膨張弁４ｂで減圧された後、室内熱交換器５ａ（蒸発器）で客室の循環空気から熱を奪って低圧のガス冷媒となり、アキュムレータ６を通って圧縮機１に戻る。ここで、７は室外送風機、８は室内送風機である。
【００１０】
９は室外熱交換器２ａの出口と室外熱交換器の出口とを接続する第１のバイパス管であり、電動膨張弁４ａ，４ｂの上流側に接続している。
【００１１】
１０は一方の室外熱交換器２ａのバイパス管であり、室外熱交換器２ａの入口と出口とを接続している。１１は電磁弁である。
【００１２】
冷房能力を約７０％まで低減させる場合は、電動膨張弁４ａを絞っていく。電動膨張弁４ａが完全に閉じると、圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２ａ，２ｂで冷却されて高圧の液冷媒となり、室外熱交換器２ａをとった冷媒はバイパス管９を通り、室外熱交換器２ｂを通った冷媒と合流して電動膨張弁４ｂに流入する。電動膨張弁４ｂで減圧された二相状態の冷媒は、室内熱交換器５ｂで客室の循環空気から熱を奪って低圧のガス冷媒となり、アキュムレータ６を通って圧縮機１に戻る。
【００１３】
圧縮機１から吐出された冷媒は、Ｂサイクル側のみを流れるため冷媒循環量が増加するが、電動膨張弁４ｂで絞って適正流量に調整する。ここで、電動膨張弁４ａ，４ｂは室内熱交換器の入口と出口に取付けた温度センサ（図示せず）により冷媒の温度差を検出して、その偏差を一定に保持するように冷媒流量を制御する。
【００１４】
さらに冷房能力を約７０％以下に絞る場合は、電磁弁１１を開いて圧縮機から吐出された高温のガス冷媒を直接室内熱交換器５ａにバイパスさせる。室内熱交換器５ａで循環空気により冷却された低温のガス冷媒は、出口で室内熱交換器５ｂで循環空気と熱交換して蒸発したガス冷媒と合流してアキュムレータ６を通って圧縮機１に戻り、内蔵したモータを冷却する。
【００１５】
室内熱交換器５ａでは循環空気が加熱されるため冷房能力は減少する。このバイパスさせるガス冷媒量を調整することにより、Ａサイクルを再熱サイクルとして機能させ、サイクル除湿を実施することもできる。
【００１６】
電磁弁１１を開いてバイパスさせるガス冷媒量は、冷房能力比で約１０％分として、さらに５０％以下まで冷房能力を低減させる場合は電動膨張弁４ｂを絞っていく。
【００１７】
本実施例では、冷房能力を５０％以下までほぼ連続的に低減させる手法について開示しているが、本発明は本実施例に限定されるものではなく、電磁弁１１を電動弁としてバイパス流量を適宜調整できる冷凍サイクル構成も含まれる。
【００１８】
図２において、２０はコントローラで、マイクロコンピュータ２１がＲＯＭ
（リード・オンリー・メモリー）２２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）２３は、各種データを一時的に記憶する場所である。
【００１９】
室内温度センサ２４ａ，２４ｂで検出されたアナログデータは、Ａ／Ｄコンバータ２７でデジタル値に変換されて、マイクロコンピュータ２１に入力される。設定温度スイッチ２８ａ，２８ｂ，２８ｃのデジタルデータはＤＩ（デジタルインプット）リレー２９を介してマイクロコンピュータ２１に入力される。
【００２０】
圧縮機１，室外送風機７，室内送風機８及び電磁弁１１は、ＤＯ（デジタルアウトプット）リレー３０の無接点出力で接触器３１が入り切りされて、運転が制御される。電動膨張弁４ａ，４ｂは、室内熱交換器５ａと５ｂの入口配管温度センサ２５ａ，２６ａと出口配管温度センサ２５ｂ，２６ｂの検出温度差が設定値になるように、モータ駆動回路３２からのパルス出力で開度が調節される。
【００２１】
さらに、別の実施例である図３について説明する。基本的な冷凍サイクル構成は図１と同じである。
【００２２】
圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、上側に示したＡサイクル側と下側に示したＢサイクル側に分流される。Ａサイクルでは、室外熱交換器２ａ（凝縮器）で外気により冷却されて高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、電動膨張弁４ａで減圧された後、室内熱交換器５（蒸発器）の上半分の伝熱管を通過する間に客室の循環空気から熱を奪って低圧のガス冷媒となり、アキュムレータ６を通って圧縮機１に戻る。
【００２３】
Ｂサイクルでは、室外熱交換器２ｂ（凝縮器）で外気により冷却されて高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、電動膨張弁４ｂで減圧された後、室内熱交換器５（蒸発器）の下半分の伝熱管を通過する間に客室の循環空気から熱を奪って低圧のガス冷媒となり、アキュムレータ６を通って圧縮機１に戻る。
【００２４】
冷房能力を約７０％まで低減させる場合は、電動膨張弁４ａを絞っていく。電動膨張弁４ａが完全に閉じると、圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２ａ，２ｂで冷却されて高圧の液冷媒となり出口で合流して電動膨張弁４ｂに流入する。電動膨張弁４ｂで減圧された二相状態の冷媒は、室内熱交換器５の下半分の伝熱管を通過する間に客室の循環空気から熱を奪って低圧のガス冷媒となり、アキュムレータ６を通って圧縮機１に戻る。圧縮機１から吐き出された冷媒は、Ｂサイクル側のみを流れるため冷媒循環量が増加するが、電動膨張弁４ｂで絞って適正流量に調整する。ここで、電動膨張弁４ｂは室内熱交換器の入口と出口に取付けた温度センサ（図示せず）により冷媒の温度差を検出して、その偏差を一定に保持するように冷媒流量を制御する。
【００２５】
さらに冷房能力を約７０％以下に絞る場合は、電磁弁１１を開いて圧縮機から吐出されたガス冷媒を直接室内熱交換器５の上半分の伝熱管にバイパスさせる。室内熱交換器５で循環空気により冷却されたガス冷媒は、出口で室内熱交換器５の下半分に伝熱管を通過する間に循環空気と熱交換してガス化した冷媒と合流してアキュムレータ６を通って圧縮機１に戻る。室内熱交換器５の上半分では循環空気が加熱されるため冷房能力は減少する。
【００２６】
電磁弁１１を開いてバイパスさせるガス冷媒量は、冷房能力比で約１０％分として、さらに５０％以下まで冷房能力を低減させる場合は電動膨張弁４ｂを絞っていく。
【００２７】
本実施例の場合、１台の室内熱交換器を上半分の伝熱管と下半分の伝熱管に２分割してＡサイクルとＢサイクルの冷媒を流すようにしているが、上下ではなくパス毎に交互に流すようにした場合も含まれる。この場合、室内熱交換器５のアルミフィンを介してＡサイクルとＢサイクル間で直接熱交換が行われるため、Ｂサイクルの着霜抑制に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による鉄道車両用空調装置の一実施例を示した冷凍サイクル構成図である。
【図２】図１の空調装置におけるコントローラの構成を示したブロック図である。
【図３】本発明による鉄道車両用空調装置の他の実施例の冷凍サイクル構成を示した図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２ａ，２ｂ…室外熱交換器、４ａ，４ｂ…電動膨張弁、５ａ，
５ｂ…室内熱交換器、６…アキュムレータ、７…室外送風機、８…室内送風機、１１…電磁弁。

Claims

並列な２系統の冷凍サイクルを１台の圧縮機に直列に接続しており、２系統の中の１系統の室外熱交換器の入口と出口とをバイパス配管で接続しており、該バイパス回路を開閉する電磁弁を設けると共に、２系統の前記室外熱交換器の出口にそれぞれ電動膨張弁を設けていること、を特徴とする鉄道車両用空調装置。
並列な２系統の冷凍サイクルを１台の圧縮機に直列に接続しており、２系統の中の１系統の室外熱交換器の入口と出口とをバイパス配管で接続しており、該バイパス回路を開閉する電磁弁を設けると共に、２系統の前記室外熱交換器の出口にそれぞれ電動膨張弁を設けており、冷房能力を低下させる場合は、前記バイパス回路を開放するとともに、該前記バイパス回路が冷媒をバイパスさせる室外熱交換器の入口の前記電動膨張弁の開度を絞り、該電動膨張弁が完全に閉じるとバイパス回路の電磁弁を開き、もう一方の電動膨張弁の開度を絞るようにしたこと、を特徴とする鉄道車両用空調装置の制御方法。