JP2005082088A

JP2005082088A - 空調制御システム

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Publication number: JP2005082088A
Application number: JP2003318625A
Authority: JP
Inventors: Masanao Kotani; 正直小谷; Tomoyuki Kimizuka; 知幸君塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】乗車率が１００％を超える場合であっても、その乗車率と乗車分布を検出の上、被制御対象としての空調機等を介し、効率的に車両内を空調制御すること。
【解決手段】車両１内の温度分布を検出する複数の温度センサ１０と、乗客を含む車両１自体の重さとこの重さの線路方向での偏向に基づき、乗車率及び乗車分布を検出するための複数の重量センサ１４と、検出された温度分布、乗車率及び乗車分布から全空調負荷及び空調負荷分布を求め、この全空調負荷及び空調負荷分布に基づき、制御装置２１によって、空調ダクト８の吹出し口それぞれに取付けされた風量調整ダンパ５それぞれでの風量が制御されるとともに、空調機３の空調能力が制御されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両に搭載される空調制御システムに係り、特にその車両内での乗客の乗車率が１００％を超える場合でも、その乗車率と車両内での乗客の乗車分布を検出可能として、検出された乗車率や乗車分布等から求められた全空調負荷及び空調負荷分布に応じて、その車両内が効率的に空調制御されるようにした空調制御システムに関する。

これまでの鉄道車両、例えば新幹線用の鉄道車両に例を採れば、専ら乗車率と乗降口の開閉といった情報に基づき、空調機が制御されているのが実情である。

因みに、特許文献１による場合、座席それぞれに設けられている体動検出センサ（着座有無センサ）からの、乗客が着座状態にあるか否かを示す着座有無情報により、その車両全体としての乗車率及び乗車分布が検出されており、これら検出情報に基づき、着座状態に応じた快適な空調空間が提供されている。また、特許文献２による場合には、空気温度調整器が配置されている空調ダクトに通じる内気取入れ用ダクトと外気取入れ用ダクトのうち、外気取入れ用ダクト内に設けられている開度調整用ダンパは、乗降口のドアが閉じられている間、乗車率が高い程、外気取入れ用ダクトの開度が大きくなるべく制御されるか、あるいは乗車率が高い程、外気取入れ用ダクト内に設けられている送風機はその運転速度が速くなるべく制御されることによって、空気調和の為に要されるエネルギの節約が図られている。
特開平６―４３２５２号公報特開２００１―８８６９９号公報

しかしながら、これまでの車両内の空調制御に際して、着座有無情報や温熱情報により空調制御が行われる場合、例えば乗車率が実際に１００％を超える車両においては、乗車率は着座有無情報から単に１００％を上限として検出されるだけであり、実際の乗車率が如何程であるかは不明であることから、乗車率が単に１００％であるとして、そのまま空調制御を行うことは不適当となっている。また、乗車率と乗降口の開閉といった情報により空調機が制御される場合には、空調負荷分布に応じた空調制御は不可能となっている。これは、その空調制御には乗車分布が何等考慮されていなく、乗客が車両内の特定場所に偏在した状態として乗車している場合もあり得るからである。更に、そのような不具合に加え、着座有無情報が検出されているとしても、その着座有無情報の空調制御以外への積極的な利用、例えば座席予約管理への利用は考えられていないのが実情である。体動検出センサによっては、着座有無情報だけではなく、もしも、乗客それぞれについての発駅及び着駅等、鉄道運行上、必要とされる情報がその乗客から乗車情報として取得可能であれば、これを運行管理に反映させることが考えられるというものである。

本発明の目的は、乗車率が１００％を超える場合であっても、その乗車率と乗車分布を検出の上、効率的に車両内が空調制御され得る空調制御システム、更には、それに加え、乗客の座席への着座が検出可能とされている場合には、局所空調制御を初めとして、その車両についての座席予約管理や運行管理を行い得る空調制御システムを提供することにある。

本発明による空調制御システムには、空調機と、吸気・排気装置と、空調用ダクトの吹出し口それぞれに取付けされた風量調整ダンパとを被制御対象として、車両内の温度分布を検出する複数の温度センサと、乗客を含む車両自体の重さと該重さの線路方向での偏向に基づき、乗車率及び乗車分布を検出するための複数の重量センサとが基本的に設けられるようにした。乗車率と乗客を含む車両自体の重さとの対応関係は予め知れていることから、乗車率が１００％を超える場合であっても、その乗車率が検出可能とされているものである。また、乗客を含む車両自体の重さは、重量センサそれぞれで分担された状態として検出されるが、検出された重さの相違状態からは、乗客を含む車両自体の重さの線路方向での重量分布、したがって、乗客の乗車分布が求められるというものである。一方、温度センサにより車両内の温度分布が検出されていることから、結局、検出された乗車率、乗車分布及び温度分布からは全空調負荷及び空調負荷分布が求められるが、この全空調負荷及び空調負荷分布に応じて、制御装置により風量調整ダンパそれぞれでの風量が制御されたり、空調機の空調能力が制御されるようになっている。

また、以上のようにしてなる空調制御システムに対し、車両内に設置されている複数の座席それぞれに対し、乗客が着座状態にあるか否かを検出するための着座有無センサが設けられる場合は、着座状態にある乗客の分布状態が明確に把握可能となることから、別途、検出されている全空調負荷及び空調負荷分布を考慮の上、局所空調負荷が求められるが、この局所空調負荷に応じて、風量調整ダンパそれぞれでの風量が制御されたり、空調機の空調能力が制御されることで、局所空調制御が効率的に行えることになる。

更に、車両内に設置されている基地局端末による主導制御下に、温度センサ、重量センサ、着座有無センサそれぞれからは、センサ情報がセンサ識別情報を伴い、一定時間毎に収集された上、制御装置に転送されているが、その際に、着座有無センサそれぞれからのセンサ情報は、センサ識別情報を伴い、車両外部の地上データベース（外部乗車・運行制御システム上のデータベース）上で管理されている、当該車両についての座席予約情報と比較される場合は、予約状態にある座席それぞれが、果たして、着座状態にあるか否かが知れることになる。更にはまた、着座有無センサそれぞれのセンサ情報に対し、その着座有無センサにより、着座状態の乗客が所持しているＩＤタグから電波により取得されている、発駅・着駅情報及び座席指定情報を含む乗車情報が付加されるようにして、その乗車情報が車両外部の地上データベース上で管理されている、当該車両についての運行情報及び座席予約情報と比較される場合には、運行管理や予約管理が容易に行えることになる。

乗車率が１００％を超える場合であっても、その乗車率と乗車分布を検出の上、効率的に車両内が空調制御され得る空調制御システム、更には、それに加え、乗客の座席への着座が検出可能とされている場合には、局所空調制御を初めとして、その車両についての座席予約管理や運行管理を行い得る空調制御システムが提供される。

以下、本発明の一実施の形態について、図１から図８により説明する。
先ず本発明による空調制御システムの一例での概要構成を図１に示す。図示のように、車両1には空調ユニット２が車体下部に取付けされており、この空調ユニット２は、圧縮機容量制御及び風量制御を用いて能力制御を行うことが可能な空調機３と、車両１内の汚染空気を排気し、車両１外部から新鮮空気を吸気する吸気・排気装置４と、これら空調機３、吸気・排気装置４を一括制御する制御装置２１とから構成されている。その空調機３に関連しては、吸気・排気装置４からの新鮮空気を車両１内へ送気するための空調用ダクト８が、また、吸気・排気装置４に関連しては、車両１内の汚染空気を吸気・排気装置４に送気するための排気ダクト９が設けられている。因みに、吸気・排気装置４から空調機３への新鮮空気の送気について補足説明すれば、吸気口を介し車両１外部から吸込みされた新鮮空気は、排気ダクト９からの汚染空気の一部と混合された状態で、空調機３に付属されている熱交換器を介し、空調機３に送気されるようになっている。

以上の構成に加え、図１に示すように、空調用ダクト８は座席７それぞれの上部に設置されている吹出し口に接続されており、これら吹出し口にはまた、吹出し風量を調整するための風量調整ダンパ５が設置されている。更に、車両1内の側壁面上には、車両１内温度検出用の複数の温度センサ１０が、空調用ダクト８壁面上には、空調吹出し温度検出用の温度センサ１１が、排気ダクト９壁面上には、排気空気温度検出用の温度センサ１２が、座席７それぞれのシート内には、着座有無センサ１３が、車両１全体を支持している前後２つの台車６の面上には、乗車率及び乗車分布を検出するための重量センサ１４が、排気ダクト９壁面上には、車両１内の空気の汚染度（二酸化炭素濃度）を検出するための複数のガスセンサ１５が、それぞれ設けられている。

以上のように、各種センサが設けられているが、ここで、着座有無センサ１３について説明すれば、この着座有無センサ１３は、そもそも、図２に示すように、乗客が座席７に着座した際に発生する座席７シート（あるいは背もたれ）の歪みを検出すべく、重量センサ等として構成されている。したがって、乗車率がほぼ１００％に達するまでは、この着座センサ１３により乗車率が正確に把握可能とされているが、特に１００パーセントを超える乗車率の検出には、後述のように、専ら、重量センサ１４が使用されるようになっている。ところで、この着座有無センサ１３にはまた、必要に応じて、乗客が所持している乗車情報（発駅・着駅情報や特急区間情報、座席指定情報（座席番号）等）を取得するための機能が具備される。乗客が所持している乗車券等には、乗車情報が事前記憶されているＩＤタグ８１が無線タグとして予め埋め込まれており、このＩＤタグ８１に事前記憶されている乗車情報は、例えば乗客が座席７に着座する度に、着座有無センサ１３からの、指向性を持った電波により読み取られた上、着座有無センサ１３内部に保持可能とされている。

さて、車両１内に設置されている基地局端末２０より有線、または無線の伝送路を介し例えばポーリング方式により一定周期毎にセンサ情報送信要求があった場合、着座有無センサ１３で現に検出されている着座有無情報はセンサ情報として、センサ識別情報を伴い、基地局端末２０に送信されるが、その際に、乗車情報が保持されている場合には、その乗車情報も併せて送信される。尤も、乗車情報は、基地局端末２０からのセンサ情報送信要求の受信を契機として、ＩＤタグ８１より取得された上、送信されるようにしてもよい。

乗車情報を別とすれば、基地局端末２０からセンサ情報送信要求があった場合でのセンサ情報の送信処理は、着座有無センサ１３以外のセンサでも同様であり、基地局端末２０からのセンサ情報送信要求の受信を契機として、センサ情報が基地局端末２０に送信されている。尤も、有線による場合は別として、センサ情報等が無線（電波）により送受信される場合、重量センサ１４等に具備されているアンテナ（後述）は、車両１内までに延在させておく必要がある。因みに、本例では、着座有無センサ１３として重量センサが想定されているが、これ以外のセンサも使用可能となっている。例えば、着座による温度変化が検出可能とされている温度センサや光学素子による着座の有無検出等、乗客が着座状態にあるか否かにより出力が変動するような、物理量の変動が検出可能なセンサであれば十分である。

以上のようにして、基地局端末２０から一定周期毎に、送信先識別情報（センサ識別情報）を伴うセンサ情報送信要求がある度に、各種センサ１０〜１５それぞれからは、センサ情報がセンサ識別情報を伴い、基地局端末２０に送信されることによって、基地局端末２０では、センサ情報が収集され得るものとなっている。基地局端末２０で収集されたセンサ情報は、その後、センサ識別情報を伴い、有線、または無線の伝送路を介し制御装置２１に転送されることで、空調制御に供されるようになっている。

ところで、各種センサ１０〜１５のうち、着座有無センサ１３からのセンサ情報については、センサ識別情報を伴い、別途、データアクセスポイント（あるいはゲートウエイ）で、車両１外部からの座席予約情報（外部ネットワークを介しデータアクセスポイントで受信された、外部乗車・運行制御システムからの座席予約情報）と比較される。この比較の結果、車両１内の予約状態にある座席７それぞれが、果たして、実際に着座状態にあるか否かや、予約状態にない座席７が着座状態にあることが知れる等、結果如何によっては、必要な措置が採れることになる。しかしながら、もしも、このセンサ情報に乗車情報が伴われている場合には、そのセンサ情報に代って、乗車情報がデータアクセスポイント（あるいはゲートウエイ）で、車両１外部からの運行情報及び座席予約情報（外部ネットワークを介しデータアクセスポイントで受信された、外部乗車・運行制御システムからの運行情報及び座席予約情報）と比較されるようにすればよい。これは、着座有無センサ１３で、意味のある乗車情報が取得された場合には、その座席７は着座状態にあるとして、また、意味のない乗車情報が取得された場合は、その座席７は着座状態にないと見做されるからである。その乗車情報には座席指定情報も含まれているから、この乗車情報による場合には、予約状態にある座席７が着座状態にあるとしても、それが正規な乗客によるものなのか否かも併せて知れることになる。何れにしても、その比較により、乗客が所持している乗車情報と運行情報及び座席予約情報との相違が検出可能となり、相違内容如何によっては、その旨が同一列車内に同乗している乗務員に通知された上、必要な措置が採られることになる。

ここで、制御装置２１による制御について説明すれば、温度センサ１０、空調吹出し温度センサ１１、排気空気温度センサ１２それぞれで検出された温度情報は、制御装置２１に事前設定されている空調設定温度と比較されることによって、目標温度からの偏差と車両１内での温度分布が検出可能とされている。また、着座有無センサ１３それぞれにより車両１内での乗客の着座状況が、更には、重量センサ１４それぞれにより乗車率及び乗車分布が検出可能となっている。更にはまた、ガスセンサ１５により車両１内の空気汚染度が検出された上、制御装置２１に事前設定されている二酸化炭素濃度設定値からの偏差より、必要吸気・排気量を算出可能となっている。

結局、各種センサ１０〜１５より得られた必要吸気・排気量や乗車率の他、設定温度からの検出温度の偏差より、車両１内での全空調負荷が決定された上、制御装置２１により空調機３及び吸気・排気装置４の能力制御が所望に行われる。また、例えば乗車率や乗車分布、着座状況より局所空調負荷分布が算出された上、その局所空調負荷分布に基づいて風量調整ダンパ５が制御されることにより、局所空調負荷分布に対応した風量制御が可能とされている。以上のような制御が行われることにより、吸気・排気量及び空調能力は最適な状態に制御されることから、省エネで快適な車両１内空間が提供されることになる。

より具体的に、制御装置２１による制御について説明すれば、空調制御システムには、車両１内空間における温度分布が検出されるべく、複数の温度センサ１０が設けられ、また、車両１が水平状態にあって、且つ走行停止状態、あるいは一定速度で走行している状態での乗客の乗車分布により発生する車両１重量の偏向が検出されるべく、重量センサ１４が車両１の台車６上に線路方向に沿って複数（通常、その数は４個）設けられている。したがって、温度センサ１０それぞれにより検出された実温度からは、設定温度からの偏差が検出される一方、重量センサ１４それぞれにより検出された重量からは、全体としての車両１重量とこの車両１重量の線路方向での重量分布が検出されることになる。

乗車率と乗客を含む車両１重量との対応関係は予め知れており、したがって、乗車率が１００％を超える場合であっても、その乗車率が検出可能となる。これにより、全空調負荷が算出可能となる。また、その重量分布からは、乗客の線路方向での乗車分布が算出可能とされているが、これに乗客の発熱・発汗による影響が加味されることで、空調負荷分布が算出され得るものである。結局、このようにして得られた全空調負荷及び空調負荷分布に応じて、風量調整ダンパ５及び空調機３が最適に制御されることになる。

また、車両１内に設置されている複数の座席７それぞれに対し、乗客が着座状態にあるか否かを検出するための着座有無センサ１３が設けられている場合、乗客の座席７それぞれへの着座状況が明確に把握されることになる。したがって、その把握結果と既に得られている乗車率及び乗車分布とが比較されることによって、全体としての空調負荷と局所的な空調負荷とを算出可能となる。この結果、空調負荷のモードに対応した空調機の運転が可能となる。例えば着座状態が１００％、乗車率が１２０％以上である場合には、全体空調優先の空調運転となるように、風量調整ダンパ５及び空調機３が制御される。また、乗車分布に基づき、乗車分布が考慮された吹出し風量制御を採ることも可能となる。一方、着座状態が８０％以下、乗車率が８０％以下であるような場合には、乗客の座席７を中心にして空調空間が形成されるように、局所空調に切替えされることも可能となっている。

更に、排気ダクト内に、二酸化炭素濃度を検出するためのガスセンサ１５が設けられる場合、車両１内空気の汚染度が検出可能となる。これにより、例えば二酸化炭素濃度が０.０３％以上に達した場合には、吸気・排気装置４の回転数、あるいは絞り弁に対する制御により、吸気・排気量を通常状態に比し増大させるようにすれば、車両１内の温熱環境と空気汚染度が制御可能となる。

さて、ここで、本発明による空調制御システムのネットワーク接続について説明すれば、図３（Ａ），（Ｂ）に一例でのネットワーク接続を示す。図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、車両１毎に基地局端末２０が設置されているが、これら基地局端末２０それぞれには、例えば、該当空調制御システム内における各種センサ１０〜１５は無線により、また、制御装置２１は制御信号線２２により、それぞれ収容される一方、基地局端末２０それぞれはまた、車内ネットワーク２３に収容されるようになっている。その車内ネットワーク２３はまた、着座有無センサ１３からのセンサ情報やセンサ識別情報、乗車情報が収集・蓄積可能とされているデータサーバ機能を有するデータアクセスポイント（あるいはゲートウェイ）２４、外部ネットワーク２７を介し、外部乗車・運行制御システム２５と通信可能とされており、そのデータベース２６上には、運行情報及び座席予約情報（具体的には、当該車両についての便名、発駅・着駅時刻、現在時刻及び現在の座席予約情報を含む情報）が格納されている。

以上のネットワーク構成により、着座有無センサ１３それぞれからのセンサ情報はデータベース２６上の座席予約情報と、また、乗車情報はデータベース２６上の運行情報及び座席予約情報と、それぞれ比較可能となる。本例では、データベース２６上の運行情報及び座席予約情報はデータアクセスポイント２４に取込まれた上、それら比較はデータアクセスポイント２４で行われる場合が想定されているが、外部乗車・運行制御システム２５で比較が行われてもよい。何れにしても、比較結果は、列車内に同乗している乗務員に通知された上、必要な場合には、適当な措置が採られることになる。

以上のように、基地局端末２０それぞれから車内ネットワーク２３上には、着座有無センサ１３それぞれからのセンサ情報やセンサ識別情報、乗車情報が送信されているが、これら情報には、センサ検出時刻や着座有無センサ１３それぞれからの無線パケット受信時刻、無線パケット受信基地局端末の識別情報が付加された上、データアクセスポイント２４に送信される。

ここで、温度センサ１０や重量センサ１４、着座有無センサ１３、ガスセンサ１５等、そのワイヤレス型モジュールとしての構成について説明すれば、一例でのブロック構成を図４（Ａ）に、また、その外観イメージを図４（Ｂ）示す。図４（Ａ）に示すように、その中枢機能はＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit：大規模集積回路）５２として実現されており、その周辺には、基地局端末２０との間で情報を送受信するためのアンテナ５１や、検出対象としての物理量を検出するためのセンサ部４１、電源４２が配置されている。本例での場合、電源４２は、振動発電素子と発電エネルギ蓄積用コンデンサとから構成されており、車両１自体の振動や乗客による振動により発電が行われることで、容易に動作電源が得られるようになっている。

また、ＬＳＩ５２は、アンテナ５１に接続され、基地局端末２０との間での情報の送受信を制御する無線送受信回路４９、ＬＳＩ５２全体の制御を行う、ＣＰＵ（Central Processing Unit）としてのコントロール回路４７、センサ１０〜１５それぞれの識別情報（センサ識別情報）が事前記憶されている、不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ）としての識別情報記憶回路４５、センサ部４１で検出されたアナログ信号をＡ／Ｄ（Analog / Digital）変換するＡ／Ｄ変換回路４３、プログラムを記憶する、ＲＯＭ（Read Only Memory）としてのプログラムメモリ５０、プログラム実行の際に使用される、ワーク用ＲＡＭ（Random Access Memory）としての作業用メモリ４８、一定間隔の信号（クロック信号）を発生させるタイマ回路４６、及び電源４２から供給される電力を一定電圧に調整するとともに、電力不要の際には、電源４２からの電力供給を停止させ、消費電力の抑制制御を行う電源制御回路４４から構成されている。

そのＬＳＩ５２としては、１チップのものに限定されることなく、複数チップが搭載されたボードやＭＣＰ（Multi Chip Package）等であってもよい。また、そのセンサモジュールとしての外観イメージは、図４（Ｂ）示すように、その全体は、アンテナ５１と、センサモジュール本体５３と、センサ部４１とに大別されており、センサモジュール本体５３上にＬＳＩ５２と電源４２が設けられている。因みに、識別情報記憶回路４５に事前記憶される識別情報としては、センサ１０〜１５間で一意の識別番号の他、センサ１０〜１５が取付けされる対象物の識別情報やその属性が挙げられる。

また、基地局端末２０のワイヤレス型モジュールとしての構成について説明すれば、一例でのブロック構成を図５（Ａ）に、また、その外観イメージを図５（Ｂ）示す。図５（Ａ）に示すように、基地局端末２０は、大別して、ＬＳＩ７１、センサ１０〜１５それぞれとの間で情報の送受信を行うアンテナ６０、車内ネットワーク２３に接続されるネットワーク接続機器６１及び電源６２から構成されている。図４（Ａ）に示すものと同一名称のものは同一機能を有するとして、そのＬＳＩ７１自体の構成について説明すれば、アンテナ６０に接続され、センサ１０〜１５それぞれとの間で情報の送受信を制御する無線送受信回路６９、コントロール回路６７、センサ１０〜１５それぞれの位置測定に関する情報（具体的には、無線パケットの送受信時刻や無線の電界強度）及びアンテナコイルの識別情報が事前記憶される、不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ）としての位置・識別情報記憶回路６５、ネットワークプロトコルに則ってネットワークとの間で情報の送受信を制御するネットワークインタフェース回路６３、プログラムメモリ７０、作業用メモリ６８、タイマ回路６６、及び電源制御回路６４から構成されている。更に、モジュールとしての外観イメージは、図５（Ｂ）ように、その全体は、アンテナ６０と、モジュール本体７２と、ネットワーク接続機器６１とに大別されており、モジュール本体７２上にＬＳＩ７１と電源６２が設けられている。

以上のように、センサ１０〜１５及び基地局端末２０を用いた車内ネットワーク２３が構成された上、外部ネットワークと接続されることによって、センサ１０〜１５それぞれは、当該車両を含む列車の便名―号車（基地局端末２０）―センサ１０〜１５といった具合に、階層的に識別し得るユニークな識別情報を有することになり、特に着座有無センサ１３それぞれについては、列車名、号車番号及び座席番号により特定することが可能となる。この結果、外部乗車・運行制御システム２５に付属のデータベース２６上に蓄積されている運行情報及び座席予約情報と、車両１内の着座有無センサ１３それぞれからの乗車情報とが比較されれば、その相違が容易に確認可能となる。もしも、それら情報間に相違が生じた場合には、その相違内容に応じて、例えばデータベース２６上の座席予約情報が更新可能とされる。そのような相違事例としては、例えば乗り越しが考えられる。ある乗客の乗り越しにより、その座席が座席予約情報上では予約されていないにも拘らず、実際には着座状態にあるとして、情報間に相違が生じた場合には、乗務員は該当座席に検札に赴き、乗り越しの確認が行われ、乗り越し料金の徴収が行われることになるが、その際に、乗務員によりその旨の情報が外部乗車・運行制御システム２５に転送されるようにすれば、データベース２６上の座席予約情報が更新可能とされているものである。

一方、また、以上の如くにして空調制御システムが構成されていることから、車両１内の乗車分布及び熱負荷分布が詳細に算出可能となり、その空調制御システムとしては、図６〜図８にそれぞれ、局所空調モード、準局所空調モード、全体空調モードとして示すように、乗車率と熱負荷分布のパターンに適合した運転を行うことが可能となる。例えば、０≦乗車率≦８０％である場合には、図６に示すように、空調空間は座席空間Zone―A〜Zone―Eに分離されるようにして、空調負荷を着座状態や乗車率、空気汚染度、車両１内温度分布から算出し、座席それぞれの空調負荷に応じた風量を風量調整ダンパ５によって制御することが考えられる。この結果、乗客が着座状態にはなく、比較的空調負荷が小さい部分は空調されないため、省電力運転が可能となる。

また、乗車率が８０≦乗車率≦１２０％である場合、例えば、図７に示すように、空調区間はZone―A〜Zone−Cに分離されるようにして、空調負荷を乗車率や空気汚染度、車両１内温度分布から算出し、乗車分布から算出されるZone―A〜Zone−Cそれぞれでの空調負荷に応じた風量を風量調整ダンパ５によって制御することが考えられる。更に、１２０％≦乗車率である場合には、空調負荷を乗車率や空気汚染度、車内温度分布から算出し、空調負荷に応じた空調能力で、図８に示すように、全空調空間が空調されるようにする。以上のような方法により、空調機３は乗車率や乗車分布等に適応した空調モードで運転されることが可能となり、快適な車両１内環境が保持されつつ、空調機３は省電力運転が可能となる。

更に、座席７それぞれに設置されている着座有無センサ１３は、列車の便名、号車番号、座席番号によりユニークな識別番号で識別可能とされている。その結果、着座有無センサ１３それぞれからのセンサ情報及び乗車情報は、外部乗車・運行制御システム２５に保持されている運行情報及び座席予約情報と比較可能となり、もしも、その比較照合により相違がある場合には、乗務員、あるいは乗客に情報を伝達することが可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき、具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明による空調制御システムの一例での概要構成を示す図である。乗客が座席に着座状態にあるか否かを検出するための着座有無センサを説明するための図である。本発明による空調制御システムの一例でのネットワーク接続を示す図である。各種センサのワイヤレス型モジュールとしての構成とその外観イメージを示す図である。基地局端末のワイヤレス型モジュールとしての構成とその外観イメージを示す図である。本発明による空調制御システムでの局所空調モードを説明するための図である。本発明による空調制御システムでの準局所空調モードを説明するための図である。本発明による空調制御システムでの全体空調モードを説明するための図である。

符号の説明

１…車両、３…空調機、４…吸気・排気装置、５…風量調整ダンパ、６…台車、７…座席、８…空調用ダクト、９…排気ダクト、１０…（車両内温度検出用）温度センサ、１３…着座有無センサ、１４…（乗車率及び乗車分布検出用）重量センサ、１５…（二酸化炭素濃度検出用）ガスセンサ、２０…基地局端末、２１…（空調機及び吸気・排気装置の）制御装置、２３…車内ネットワーク、２４…データアクセスポイント（あるいはゲートウェイ）、２５…外部乗車・運行制御システム、２６…（運行情報及び座席予約情報保持用）データベース、２７…外部ネットワーク、８１…（乗車情報事前記憶用）ＩＤタグ

Claims

調和空気及び新鮮空気を、ほぼ座席に対応した吹出し口が具備されている空調用ダクトを介し車両内に送気する空調機と、上記車両内を換気すべく、排気ダクトからの汚染空気の一部を排気口を介し車両外部に排気する一方、吸気口を介し車両外部から吸込みされた新鮮空気を、残りの汚染空気と混合された状態で上記空調機に送気する吸気・排気装置と、上記空調用ダクトの吹出し口それぞれに取付けされた風量調整ダンパとが被制御対象として、鉄道車両に搭載されてなる空調制御システムであって、車両内の温度分布を検出する複数の温度センサと、乗客を含む車両自体の重さと該重さの線路方向での偏向に基づき、乗車率及び乗車分布を検出するための複数の重量センサと、検出された温度分布、乗車率及び乗車分布から全空調負荷及び空調負荷分布を求め、該全空調負荷及び空調負荷分布に応じて、上記風量調整ダンパそれぞれでの風量を制御するとともに、上記空調機の空調能力を制御する制御装置とが設けられてなる空調制御システム。
請求項１記載の空調制御システムにおいて、車両内に設置されている基地局端末による主導制御下に、上記温度センサ、重量センサそれぞれからは、センサ情報がセンサ識別情報を伴い、一定周期毎に収集された上、上記制御装置に転送されるようにした空調制御システム。
請求項１，２の何れかに記載の空調制御システムにおいて、上記温度センサ、重量センサそれぞれは、振動型発電素子を含む電源部と、検出対象としての物理量を検出するセンサ部と、センサ情報を送信するとともに、センサ識別情報を送受信するためのアンテナ部とを含むモジュールとして構成されるようにした空調制御システム。
調和空気及び新鮮空気を、ほぼ座席に対応した吹出し口が具備されている空調用ダクトを介し車両内に送気する空調機と、上記車両内を換気すべく、排気ダクトからの汚染空気の一部を排気口を介し車両外部に排気する一方、吸気口を介し車両外部から吸込みされた新鮮空気を、残りの汚染空気と混合された状態で上記空調機に送気する吸気・排気装置と、上記空調用ダクトの吹出し口それぞれに取付けされた風量調整ダンパとが被制御対象として、鉄道車両に搭載されてなる空調制御システムであって、車両内の温度分布を検出する複数の温度センサと、乗客を含む車両自体の重さと該重さの線路方向での偏向に基づき、乗車率及び乗車分布を検出するための複数の重量センサと、車両内に設置されている複数の座席それぞれに対し、乗客が着座状態にあるか否かを検出するための着座有無センサと、検出された温度分布、乗車率及び乗車分布から求められる全空調負荷及び空調負荷分布と上記着座有無センサそれぞれからの着座有無情報とから車両内空間における局所空調負荷を求め、該局所空調負荷に応じて、上記風量調整ダンパそれぞれでの風量を制御するとともに、上記空調機の空調能力を制御する制御装置とが設けられてなる空調制御システム。
請求項４記載の空調制御システムにおいて、車両内に設置されている基地局端末による主導制御下に、上記温度センサ、重量センサ、着座有無センサそれぞれからは、センサ情報がセンサ識別情報を伴い、一定周期毎に収集された上、上記制御装置に転送されるとともに、上記基地局端末で収集された、上記着座有無センサそれぞれからのセンサ情報はまた、センサ識別情報を伴い、別途、車両外部の地上データベース上で管理されている、当該車両についての座席予約情報と比較されるようにした空調制御システム。
請求項５記載の空調制御システムにおいて、上記着座有無センサそれぞれのセンサ情報には、該着座有無センサにより、着座状態の乗客が所持しているＩＤタグから電波により取得されている、発駅・着駅情報及び座席指定情報を含む乗車情報が付加された上、該乗車情報は車両外部の地上データベース上で管理されている、当該車両についての運行情報及び座席予約情報と比較されるようにした空調制御システム。
請求項４〜６の何れかに記載の空調制御システムにおいて、上記温度センサ、重量センサ、着座有無センサそれぞれは、振動型発電素子を含む電源部と、検出対象としての物理量を検出するセンサ部と、センサ情報を少なくとも送信するとともに、センサ識別情報を送受信するためのアンテナ部とを含むモジュールとして構成されるようにした空調制御システム。
調和空気及び新鮮空気を、ほぼ座席に対応した吹出し口が具備されている空調用ダクトを介し車両内に送気する空調機と、上記車両内を換気すべく、排気ダクトからの汚染空気の一部を排気口を介し車両外部に排気する一方、吸気口を介し車両外部から吸込みされた新鮮空気を、残りの汚染空気と混合された状態で上記空調機に送気する吸気・排気装置と、上記空調用ダクトの吹出し口それぞれに取付けされた風量調整ダンパとが被制御対象として、鉄道車両に搭載されてなる空調制御システムであって、車両内の温度分布を検出する複数の温度センサと、乗客を含む車両自体の重さと該重さの線路方向での偏向に基づき、乗車率及び乗車分布を検出するための複数の重量センサと、車両内空間に設置されている複数の座席それぞれに対し、乗客が着座状態にあるか否かを検出するための着座有無センサと、排気ダクト内に設けられた、二酸化炭素濃度を検出するためのガスセンサと、検出された温度分布、乗車率及び乗車分布から求められる全空調負荷及び空調負荷分布、または該全空調負荷及び空調負荷分布と上記着座有無センサそれぞれからの着座有無情報とから車両内空間における局所空調負荷を求め、上記全空調負荷及び空調負荷分布、または上記局所空調負荷に応じて、上記風量調整ダンパそれぞれでの風量を制御するとともに、上記空調機の空調能力を制御する一方、上記ガスセンサからのセンサ情報に応じて、上記吸気・排気装置の吸気・排気量を制御する制御装置とが設けられてなる空調制御システム。
請求項８記載の空調制御システムにおいて、車両内に設置されている基地局端末による主導制御下に、上記温度センサ、重量センサ、着座有無センサ、ガスセンサそれぞれからは、センサ情報がセンサ識別情報を伴い、一定周期毎に収集された上、上記制御装置に転送されるとともに、上記基地局端末で収集された、上記着座有無センサそれぞれからのセンサ情報はまた、センサ識別情報を伴い、別途、車両外部の地上データベース上で管理されている、当該車両についての座席予約情報と比較されるようにした空調制御システム。
請求項９記載の空調制御システムにおいて、上記着座有無センサそれぞれのセンサ情報には、該着座有無センサにより、着座状態の乗客が所持しているＩＤタグから電波により取得されている、発駅・着駅情報及び座席指定情報を含む乗車情報が付加された上、該乗車情報は車両外部の地上データベース上で管理されている、当該車両についての運行情報及び座席予約情報と比較されるようにした空調制御システム。
請求項８〜１０の何れかに記載の空調制御システムにおいて、上記温度センサ、重量センサ、着座有無センサ、ガスセンサそれぞれは、振動型発電素子を含む電源部と、検出対象としての物理量を検出するセンサ部と、センサ情報を少なくとも送信するとともに、センサ識別情報を送受信するためのアンテナ部とを含むモジュールとして構成されるようにした空調制御システム。
調和空気及び新鮮空気を、ほぼ座席に対応した吹出し口が具備されている空調用ダクトを介し車両内に送気する空調機と、上記車両内を換気すべく、排気ダクトからの汚染空気の一部を排気口を介し車両外部に排気する一方、吸気口を介し車両外部から吸込みされた新鮮空気を、残りの汚染空気と混合された状態で上記空調機に送気する吸気・排気装置と、上記空調用ダクトの吹出し口それぞれに取付けされた風量調整ダンパとが被制御対象として、鉄道車両に搭載されてなる空調制御システムであって、車両内の温度分布を検出する複数の温度センサと、乗客を含む車両自体の重さと該重さの線路方向での偏向に基づき、乗車率及び乗車分布を検出するための複数の重量センサと、排気ダクト内に設けられた、二酸化炭素濃度を検出するためのガスセンサと、検出された温度分布、乗車率及び乗車分布からから全空調負荷及び空調負荷分布を求め、該全空調負荷及び空調負荷分布に応じて、上記風量調整ダンパそれぞれでの風量を制御するとともに、上記空調機の空調能力を制御する一方、上記ガスセンサからのセンサ情報に応じて、上記吸気・排気装置の吸気・排気量を制御する制御装置とが設けられてなる空調制御システム。
請求項１２記載の空調制御システムにおいて、車両内に設置されている基地局端末による主導制御下に、上記温度センサ、重量センサ、ガスセンサそれぞれからは、センサ情報がセンサ識別情報を伴い、一定周期毎に収集された上、上記制御装置に転送されるようにした空調制御システム。
請求項１２，１３の何れかに記載の空調制御システムにおいて、上記温度センサ、重量センサ、着座有無センサ、ガスセンサそれぞれは、振動型発電素子を含む電源部と、検出対象としての物理量を検出するセンサ部と、センサ情報を送信するとともに、センサ識別情報を送受信するためのアンテナ部とを含むモジュールとして構成されるようにした空調制御システム。