JP2014012449A - 車両用空調システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車両11の車内の空気を調和する空調装置22と、空調装置22を制御する空調制御器21とを備えた車両用空調システム15であって、空調制御器21は、車両11の車内温度及び当該車両11の車内湿度で空調運転の種類が特定される運転領域が複数設定され、運転領域毎に異なる種類の空調運転が割り当てられ、割り当てられた空調運転に基づいて空調装置22に運転指令を供給するものであり、車両11の現在の乗車率が、当該車両11の乗車率が低い状態として設定された閾値乗車率以下のとき、複数の運転領域のうち、空調運転の種類が除湿運転である運転領域の車内温度の範囲を、当該車内温度の範囲よりも高い温度範囲で特定される運転領域の車内温度の範囲に設定するものである。
【選択図】図1
Description
また、従来の車両用空調システムは、車内温度と車内相対湿度との相関関係から運転制御パターンがそれぞれ設定されており、車内温度が低くても車内相対湿度が高いときには、空気調和装置の能力を上げていた(例えば、特許文献2参照)。
また、従来の車両用空調システム(特許文献2)においては、空気調和装置の能力を上げていたが、運転制御パターンを特定する要素の一つである車内温度の範囲が変更されることはなかった。
このため、間欠運転を行っていたとしても、除湿能力が、人体負荷や日照等に起因する環境負荷を上回る場合、車内が冷えすぎてしまい、空調サービスの低下を抑制することができないという問題点があった。
図1は、本発明の実施の形態1における空調制御器21及び空調装置22が組み込まれた車両11が複数連結された編成列車10の概略構成を示す図である。
図1に示すように、編成列車10は、複数の車両11が連結して編成される。
各車両11のうち、先頭の車両11は、空調制御器21a、空調装置22a、車両情報制御器25a、列車情報管理装置26、外気温度センサ31a、車内温度センサ32a、車内湿度センサ33a、及び応荷重センサ34aが設けられている。
なお、上記の説明では、先頭の車両11に、列車情報管理装置26が設けられる一例について説明したがこれに限定するものではない。例えば、図示しない末尾の車両11に、列車情報管理装置26が設けられていてもよい。
また、以後の説明において、空調装置22a及び空調装置22bのいずれか一方を特に区別しないときには、空調装置22と称することとする。
また、以後の説明において、車両情報制御器25a及び車両情報制御器25bのいずれか一方を特に区別しないときには、車両情報制御器25と称することとする。
また、以後の説明において、外気温度センサ31a及び外気温度センサ31bのいずれか一方を特に区別しないときには、外気温度センサ31と称することとする。
また、以後の説明において、車内温度センサ32a及び車内温度センサ32bのいずれか一方を特に区別しないときには、車内温度センサ32と称することとする。
また、以後の説明において、車内湿度センサ33a及び車内湿度センサ33bのいずれか一方を特に区別しないときには、車内湿度センサ33と称することとする。
また、以後の説明において、応荷重センサ34a及び応荷重センサ34bのいずれか一方を特に区別しないときには、応荷重センサ34と称することとする。
空調装置22は、空調制御器21の指令に基づいて、車両11の車内に調和空気等を供給するものである。
車両情報制御器25は、詳細については後述する応荷重センサ34から供給された圧力データに基づいて乗車率を算出し、算出した乗車率を空調制御器21に供給する。
具体的には、車両情報制御器25は、車両11が空車であるときの圧力と、供給された圧力データの圧力との差分を算出する。
次に、車両情報制御器25は、算出した差分を、標準的な体格の乗客の重さによる圧力値で除することにより、現在の乗車人数を算出する。
次に、車両情報制御器25は、算出した現在の乗車人数を、予め定められた乗車定員数で除することにより、乗車率を算出する。
このようにして、乗車率は算出される。例えば、算出された乗車率は、車両11の図示しないドアが閉じられてから1秒経過したときの値である。この値は、次に、ドアが開閉されるまで維持される。
なお、上記の説明では、乗車率の算出方法の一例について説明したが、これに限定するものではない。
列車情報管理装置26は、空調運転状態として、車内温度、車内湿度、冷房、暖房、送風、除湿、空調強運転、空調弱運転、空調微運転、及び空調停止等の各種データを管理する。
なお、上記で説明した車両情報制御器25は車両11に設けられていなくてもよい。この場合には、列車情報管理装置26が、車両情報制御器25の機能を兼ねていればよい。例えば、列車情報管理装置26は、応荷重センサ34で検知したデータを取得し、上記で説明したように乗車率を算出すればよい。
車内温度センサ32は、詳細については後述するが、例えば、車両11の車内天井裏に設けられ、車両11の車内天井に設けられた図示しないリターンエアフィルタより流れてくる車内空気の温度を所定の検出間隔で検出し、検出した車内空気の温度データを空調制御器21に供給するものである。
車内湿度センサ33は、詳細については後述するが、例えば、車両11の車内のつり革付近の高さの壁面に設けられ、車内空気の湿度を所定の間隔で検出し、検出した車内空気の湿度データを空調制御器21に供給するものである。
なお、外気温度センサ31は、車両11ごとに設けられていなくてもよく、ある車両11にだけ設けられていてもよい。例えば、外気温度センサ31は、先頭の車両11にだけ設けられてもよく、末尾の車両11にだけ設けられていてもよい。また、外気温度センサ31は、先頭の車両11及び末尾の車両11にだけ設けられていてもよい。いずれにしろ、車両11の外気温度を検知できるように外気温度センサ31が設けられていればよい。
応荷重センサ34は、例えば、車両11の下部に設けられ、車両11に加わる略鉛直方向の圧力を所定の間隔で検出し、検出した圧力データを車両情報制御器25に供給するものである。
なお、図2において、各車両11のうち、一つの車両11の通信構成についてのみ説明することとするが、他の車両11の通信構成についても同様である。
ここで、車両用空調システム15は、図1に示すように、車両11に搭載されるものである。
空調制御器21は、図示しない車両11の補助電源装置を電源として、空調装置22の後述する空調インバータ装置71と通信線42を介して相互通信可能となっている。
空調制御器21は、後述する空調インバータ装置71の運転周波数を可変調整することで、空調装置22の運転能力を可変調整することにより、冷房能力や暖房能力等を調整して車内温度を設定温度に一致するように制御するものである。
なお、空調インバータ装置71が設けられていない場合には、空調制御器21から空調装置22に指令を直接送ることにより、空調制御器21が空調装置22を制御すればよい。
空調制御器21は、車両11に設けられる車内温度センサ32で検知した車内温度データを取得する。
空調制御器21は、車両11に設けられる車内湿度センサ33で検知した車内湿度データを取得する。
なお、空調制御器21が、各種データを取得するタイミングはさまざまである。
つまり、空調制御器21は、外気温度センサ31が外気温度データを検知する都度、検知した外気温度データを取得する。
また、空調制御器21は、車内温度センサ32が車内温度データを検知する都度、検知した車内温度データを取得する。
また、空調制御器21は、車内湿度センサ33が車内湿度データを検知する都度、検知した車内湿度データを取得する。
つまり、空調制御器21は、外気温度センサ31が外気温度データを検知し、ある一定時間、1つ又は複数の外気温度データを保持しておいた外気温度データ群を、予め設定した所定の間隔で取得する。
また、空調制御器21は、車内温度センサ32が車内温度データを検知し、ある一定時間、1つ又は複数の車内温度データを保持しておいた車内温度データ群を、予め設定した所定の間隔で取得する。
また、空調制御器21は、車内湿度センサ33が車内湿度データを検知し、ある一定時間、1つ又は複数の車内湿度データを保持しておいた車内湿度データ群を、予め設定した所定の間隔で取得する。
また、外気温度センサ31、車内温度センサ32、及び車内湿度センサ33は、共通の記憶部を備え、この共通の記憶部に検知したデータを保持させておいてもよい。
また、予め、別の場所に記憶部が設けられ、外気温度センサ31、車内温度センサ32、及び車内湿度センサ33は、その別の箇所に設けられた記憶部に検知したデータを保持させておいてもよい。
空調制御器21は、車両情報制御器25が設けられていない場合には、列車情報管理装置26と図示しない通信線を介して相互通信を行う。例えば、列車情報管理装置26で算出された乗車率を図示しない通信線を介して取得する。
外気温度センサ31は、外気温度を検知している。検知された外気温度データは、その都度、空調制御器21に送信されてもよく、定期的にまとめて送信されてもよい。
車内温度センサ32は、車内温度を検知している。検知された車内温度データは、その都度、空調制御器21に送信されてもよく、定期的にまとめて送信されてもよい。
車内湿度センサ33は、車内湿度を検知している。検知された車内湿度データは、その都度、空調制御器21に送信されてもよく、定期的にまとめて送信されてもよい。
また、空調制御器21は、例えば、プログラマブルロジックコントローラで構成されるものであってもよい。
また、空調制御器21は、例えば、ファームウェア等の更新可能なもので構成されるものであってもよい。
また、空調制御器21は、例えば、プログラムモジュールであって、図示しないCPU等からの指令により、実行されるものであってもよい。
通信線41〜47は、例えば、2線式、半二重、及びマルチポイントシリアル接続であるRS−485に準拠したものであり、各ポイントに対し、シリアルで同じ指令を送ることができるものである。
なお、通信形態は、これに限定するものではない。例えば、通信形態は、TCP/IPプロトコルに準拠したものであってもよい。この場合、より柔軟なネットワーク構成を構築することができる。
また、例えば、通信形態は、IEEE802.11に準拠したものであってもよい。この場合、マルチホップ無線ネットワークを構築することができるので、通信線42等は負不要となる。
空調装置22は、インバータ方式のものであり、空調インバータ装置71、空調用コンプレッサ(CP1)81a、空調用コンプレッサ(CP2)81b、室外送風機(CF1)83a、室外送風機(CF2)83b、及び室内送風機(EF)85等を備える。
空調インバータ装置71は、図示しない補助電源装置を可変周波数可変電圧制御するインバータであり、空調用コンプレッサ(CP1)81a、空調用コンプレッサ(CP2)81b、室外送風機(CF1)83a、室外送風機(CF2)83b、及び室内送風機(EF)85に電力を供給する。
空調インバータ装置71は、空調制御器21から指令値として供給された運転周波数に基づいて、室外送風機(CF1)83a、室外送風機(CF2)83b、及び室内送風機(EF)85の各回転数を制御することで駆動をそれぞれ制御する。
なお、空調インバータ装置71は設けられていなくてもよい。この場合には、上記で説明した空調制御器21が、空調インバータ装置71の機能を兼ねていればよい。
また、以後の説明において、室外送風機(CF1)83a及び室外送風機(CF2)83bのいずれか一方を特に区別しないときには、室外送風機83と称することとする。
また、以後の説明において、室内送風機(EF)85を、室内送風機85と称することとする。
また、空調用コンプレッサ81、室外送風機83、及び室内送風機85の詳細については、図3を用いて後述する。
また、空調装置22は、冷房専用の空調装置であるときには、暖房運転については、車両11に設置された図示しない座席等に設けられるヒータ等により、車両11の車内の空気を加熱してもよい。
図3に示すように、冷媒回路16は、空調用コンプレッサ81、室内熱交換器86、膨張手段87、及び室外熱交換器88等を有し、冷媒配管を介して接続されることにより形成されるものである。
空調用コンプレッサ81は、運転容量を可変にすることが可能なものであり、例えば、インバータにより運転周波数が制御されるDCブラシレスモータ(図示せず)等によって駆動される容積式圧縮機から構成されている。
空調用コンプレッサ81は、上記で説明した空調制御器21により制御され、例えば、室内熱交換器86に設置された後述するセンサで検知された温度と、列車情報管理装置26で設定される設定温度との偏差に応じて操作量が決定されることで制御されるものである。
また、空調用コンプレッサ81の吸入側には、吸入された冷媒の温度を検知するセンサが設けられていてもよい。
また、空調用コンプレッサ81の吐出側には、吐出された冷媒の圧力を検知するセンサが設けられていてもよい。
また、空調用コンプレッサ81の吸入側には、吸入された冷媒の圧力を検知するセンサが設けられていてもよい。
また、空調用コンプレッサ81の筐体には、筐体の表面温度を検知するセンサが設けられていてもよい。
なお、ここでは、四方弁を設けない冷媒回路16について説明するが、四方弁が設けられた場合には、室内熱交換器86は、暖房運転時には、冷媒の凝縮器として機能することで車両11の車内の空気を加熱することになる。
また、室内熱交換器86の液側に、液状態又は気液二相状態の冷媒の温度を検知するセンサが設けられていてもよい。
なお、ここでは、四方弁を設けない冷媒回路16について説明するが、四方弁が設けられた場合には、室外熱交換器88は、暖房運転時には、冷媒の蒸発器として機能する。
また、室外熱交換器88の液側に、液状態又は気液状態の冷媒の温度を検知する液側センサが設けられていてもよい。
このとき、空調制御器21は、空気側の流れとしては、車内空気が図示しない吸込口から空調装置22に吸い込ませ、室内熱交換器86で冷却かつ除湿させた後、室外熱交換器88で加熱させ、室内送風機85により図示しない吹出口から再び車内へ吹き出させる。 なお、室内熱交換器86で車内空気を除湿した際に生じたドレン水は、図示しない排水管を通って図示しないタンクに溜められ、タンクから外部に排出される。
図4に示すように、横軸を車内湿度(%RH)、すなわち、車内相対湿度とし、縦軸を車内温度(℃)として、空調装置22の空調運転の種類が割り当てられた運転領域が定義されている。
換言すれば、車両11の車内温度及び車両11の車内相対湿度で空調運転の種類が決定される運転領域が複数設定されており、運転領域毎に異なる空調運転が割り当てられている。
なお、以後の説明においては、車内相対湿度を車内湿度と称することとする。
TSC’より上の範囲では、湿度に関係なく冷房運転が行われる。
これに対し、TSC’より下の範囲では、車内湿度によって除湿運転が行われる。例えば、車内湿度が高湿度であるとき、間欠運転により除湿運転が行われる。このときの車両11の車内への送風量は強送風である。一方、車内湿度が高湿度でないとき、除湿運転は行われず、温度に応じて送風量を変化させた送風運転が行われる。
なお、車内湿度の判定には相対湿度が用いられる。よって、車内温度が下降するにつれ、車内相対湿度は上昇する。
また、車内温度が26(℃)以上27(℃)未満の領域として、領域cdfeの運転領域が設定されており、領域cdfeの運転領域には、冷房の弱冷運転が行われる弱冷領域が割り当てられている。
具体的には、領域eijhgの運転領域には、強送風領域が割り当てられている。
領域ifklhjの運転領域には、複数の除湿領域が割り当てられており、領域ifkjの運転領域には、除湿A領域が割り当てられ、領域jklhの運転領域には、除湿B領域が割り当てられている。
ここで、除湿B領域よりも除湿A領域の方が、より高い除湿能力の除湿運転が行われるようになっている。
つまり、車内湿度が50(%RH)〜70(%RH)の範囲では、車内湿度によって、除湿運転になるか、又は、強送風運転になるかが決定される。
例えば、車内温度は25(℃)であり、車内湿度が60(%RH)のとき、除湿運転と強送風運転との境界線となっている。この場合には、除湿運転が行われる。
つまり、領域の境界線では、1つ上の領域が割り当てられる。
また、例えば、車内温度は25(℃)であり、車内湿度が30(%RH)のとき、強送風運転が割り当てられる。
また、例えば、車内温度は25(℃)であり、車内湿度が70(%RH)のとき、除湿運転が割り当てられる。
具体的には、領域ghmnopの運転領域には、弱送風領域が割り当てられている。
一方、領域hlnmの運転領域には、除湿C領域が割り当てられている。
除湿C領域は、車内湿度が70(%RH)〜100(%RH)の範囲で設定されるものであり、除湿B領域の除湿能力よりも低い除湿能力の除湿運転が行われるようになっている。
より具体的には、例えば、車内温度が24(℃)であり、車内湿度が70(%RH)以上であれば、除湿B領域が割り当てられる。
つまり、領域の境界線では、1つ上の領域が割り当てられる。
また、例えば、車内温度が23(℃)であり、車内湿度が80(%RH)のとき、であれば、除湿C領域が割り当てられる。
また、例えば、車内温度が23(℃)であり、車内湿度が50(%RH)のとき、弱送風領域が割り当てられる。
また、例えば、車内温度が22(℃)であり、車内湿度が90(%RH)のとき、除湿C領域が割り当てられる。
また、例えば、車内温度が10(℃)であり、車内湿度が30(%RH)のとき、弱送風領域が割り当てられる。
なお、上記の説明では、境界線においては、車両11の車内をより快適にするという観点で運転内容が決定される一例について説明したが、これに限定されるものではなく、どちらの運転領域が割り当てられてもよい。
すなわち、車両11の車内において、統計上、人が快適と感じる温度や湿度が設定されるように運転領域が割り当てられればよい。
図5に示すように、除湿能力と、人体負荷や日照等に起因する環境負荷とのバランスがとれた状態においては、除湿運転中に、車内温度が容易に低下していくことはない。
例えば、図5の黒丸で示す車内温度及び車内湿度のとき、除湿A領域で割り当てられた除湿運転が開始されたと想定する。この後、環境負荷の変動と、除湿A領域での除湿運転とにより、矢印で示すように車内温度と車内湿度が変化していき、車内温度及び車内湿度は、除湿A領域に隣接した領域である除湿B領域に遷移していく。
よって、車内温度と車内湿度が、例えば、除湿A領域から急激に除湿C領域に遷移していくことがない。
したがって、車両11の車内が冷えすぎることはない。
図6は、本発明の実施の形態1における通常用運転領域変動状態に設定された運転制御パターンの低乗車率時の遷移状態を説明する図である。
図6に示すように、除湿能力と、環境負荷とのバランスがとれていない状態、例えば、乗車率が低い状態においては、除湿運転中に、車内温度が急激に低下していく。
例えば、図6の黒丸で示す車内温度及び車内湿度のとき、除湿A領域で割り当てられた除湿運転が開始されたと想定する。この後、環境負荷の変動と、除湿A領域での除湿運転とにより、矢印で示すように車内温度と車内湿度が急激に変化していき、車内温度及び車内湿度は、除湿A領域から除湿A領域に隣接する除湿B領域、除湿B領域から除湿B領域に隣接する除湿C領域を経て、除湿C領域から除湿C領域に隣接する弱送風領域に遷移していく。
よって、22(℃)以下の除湿領域外になるまで除湿運転が行われる。この場合、乗客の割合に対して、過剰冷房となり、冷え過ぎによる空調サービスの低下につながってしまう。
換言すれば、除湿能力が環境負荷を上回るような状態である低乗車率のときにも、通常時と同様の運転領域に基づいて空調運転を行えば、空調サービスを低下させてしまい、空調サービスの低下を抑制することができない。
図7は、本発明の実施の形態1における運転領域、車内温度の温度範囲、及び車内相対湿度の湿度範囲の相関関係を示す図である。
図7に示すように、運転領域を2つ設定する。
具体的には、通常用の運転領域及び低乗車率用の運転領域である。
低乗車率の決定には、例えば、車両11の乗車率が低い状態として予め閾値乗車率を設定しておき、現在の乗車率が、閾値乗車率以下のとき、低乗車率用の運転領域が適用されるようにし、現在の乗車率が、閾値乗車率より大きいとき、通常用の運転領域が適用されるようにする。
閾値乗車率は、例えば、30%であるが、これに限定するものではない。
また、閾値乗車率は、庫入りのとき、車両11の整備を担当する者等が予め設定しておけばよく、各車両11で異なる閾値乗車率が設定されてもよい。
また、閾値乗車率は、車両11の車体構造や車体の気密性に基づいて設定されてもよいが、別の観点から設定されてもよい。
また、閾値乗車率は、空調制御器21や列車情報管理装置26のどちらからでも設定してよいものである。
なお、乗車率に基づいた動作の詳細については、図10を用いて後で詳述することとする。
車内温度をTとし、車内湿度をRとし、TSC’は上記で説明したように冷房基準温度補正値とする。
除湿C領域の場合、温度範囲は、TがTSC’−4以上TSC’−2未満が設定され、湿度範囲は、Rが70以上100以下が設定される。
除湿B領域の場合、温度範囲は、TがTSC’−2以上TSC’−1未満が設定され、湿度範囲は、Rが60以上100以下が設定される。
除湿A領域の場合、温度範囲は、TがTSC’−1以上TSC’未満が設定され、湿度範囲は、Rが50以上100以下が設定される。
弱冷領域の場合、温度範囲は、TがTSC’以上TSC’+1未満が設定され、湿度範囲は、Rが0以上100以下が設定される。
強冷領域の場合、温度範囲は、TがTSC’+1以上が設定され、湿度範囲は、Rが0以上100以下が設定される。
また、通常用の運転領域の場合、除湿C領域中では、TSC’−2は、本発明における第1上限値に相当する。
また、通常用の運転領域の場合、除湿B領域中では、TSC’−2は、本発明における第2下限値に相当する。
また、通常用の運転領域の場合、除湿B領域中では、TSC’−1は、本発明における第2上限値に相当する。
また、通常用の運転領域の場合、除湿A領域中では、TSC’−1は、本発明における第3下限値に相当する。
また、通常用の運転領域の場合、除湿A領域中では、TSC’は、本発明における第3上限値に相当する。
通常用の運転領域について具体的に説明する。
車内温度をTとし、車内湿度をRとし、TSC’は上記で説明したように冷房基準温度補正値とする。
弱送風領域の場合、温度範囲は、TがTSC’−4以上TSC’−2未満が設定され、湿度範囲は、Rが70以上100以下が設定される。
除湿C領域の場合、温度範囲は、TがTSC’−2以上TSC’−1未満が設定され、湿度範囲は、Rが60以上100以下が設定される。
除湿B領域の場合、温度範囲は、TがTSC’−1以上TSC’未満が設定され、湿度範囲は、Rが50以上100以下が設定される。
除湿A領域の場合、温度範囲は、TがTSC’以上TSC’+1未満が設定され、湿度範囲は、Rが0以上100以下が設定される。
弱冷領域の場合、温度範囲は、TがTSC’+1以上TSC’+2未満が設定され、湿度範囲は、Rが0以上100以下が設定される。
強冷領域の場合、温度範囲は、TがTSC’+2以上が設定され、湿度範囲は、Rが0以上100以下が設定される。
また、通常時には除湿B領域を特定した温度範囲は、低乗車率時には除湿C領域を特定する温度範囲に変更される。
また、通常時には除湿A領域を特定した温度範囲は、低乗車率時には除湿B領域を特定する温度範囲に変更される。
また、通常時には弱冷領域を特定した温度範囲は、低乗車率時には除湿A領域を特定する温度範囲に変更される。
また、通常時には強冷領域を特定した温度範囲は、低乗車率時には弱冷領域と強冷領域とを特定する温度範囲に変更される。
また、低乗車率用の運転領域の場合、除湿C領域中では、TSC’−1は、本発明における第1上限値に相当する。
また、低乗車率用の運転領域の場合、除湿B領域中では、TSC’−1は、本発明における第2下限値に相当する。
また、通常用の運転領域の場合、除湿B領域中では、TSC’は、本発明における第2上限値に相当する。
また、通常用の運転領域の場合、除湿A領域中では、TSC’は、本発明における第3下限値に相当する。
また、通常用の運転領域の場合、除湿A領域中では、TSC’+1は、本発明における第3上限値に相当する。
また、通常用の運転領域における除湿B領域の上限値は、低乗車率のときには、低乗車率用の運転領域における除湿C領域の上限値に設定される。
この結果、通常用の運転領域における除湿C領域の温度範囲は、低乗車率のときには、通常用の運転領域における除湿B領域の温度範囲にシフトされることになる。
また、通常用の運転領域における除湿A領域の上限値は、低乗車率のときには、低乗車率用の運転領域における除湿B領域の上限値に設定される。
この結果、通常用の運転領域における除湿B領域の温度範囲は、低乗車率のときには、通常用の運転領域における除湿A領域の温度範囲にシフトされることになる。
また、通常用の運転領域における弱冷領域の上限値は、低乗車率のときには、低乗車率用の運転領域における除湿A領域の上限値に設定される。
この結果、通常用の運転領域における除湿A領域の温度範囲は、低乗車率のときには、通常用の運転領域における弱冷領域の温度範囲にシフトされることになる。
なお、上記で説明した運転領域、温度範囲、及び湿度範囲の相関関係のデータは、例えば、空調制御器21に蓄積される。
また、上記で説明した運転領域、温度範囲、及び湿度範囲の相関関係のデータは、例えば、車両情報制御器25に蓄積されてもよい。
また、上記で説明した運転領域、温度範囲、及び湿度範囲の相関関係のデータは、例えば、列車情報管理装置26に蓄積されてもよい。
また、除湿B領域は、本発明における第2除湿領域に相当する。
また、除湿A領域は、本発明における第3除湿領域に相当する。
図8に示すように、強冷領域は、TSC’+2以上の温度範囲、すなわち、28(℃)以上の温度範囲により特定される。
また、弱冷領域は、TSC’+1以上TSC’+2未満の温度範囲、すなわち、27(℃)以上28(℃)未満の温度範囲により特定される。
また、除湿A領域は、TSC’以上TSC’+1未満の温度範囲、すなわち、26(℃)以上27(℃)未満の温度範囲により特定される。
また、除湿B領域は、TSC’−1以上TSC’未満の温度範囲、すなわち、25(℃)以上26(℃)未満の温度範囲により特定される。
また、除湿C領域は、TSC’−2以上TSC’−1未満の温度範囲、すなわち、24(℃)以上25(℃)未満の温度範囲により特定される。
また、弱送風領域は、図7では、便宜上、TSC’−4以上TSC’−2未満と説明したが、実際は、TSC’−2未満であればよい。
図9に示すように、除湿能力と、環境負荷とのバランスがとれていない状態、例えば、乗車率が低い状態においては、除湿運転中に、車内温度が急激に低下していく。
例えば、図9の黒丸で示す車内温度及び車内湿度のとき、除湿B領域で割り当てられた除湿運転が開始されたと想定する。この後、環境負荷の変動と、除湿B領域での除湿運転とにより、矢印で示すように車内温度と車内湿度が急激に変化していき、車内温度及び車内湿度は、除湿B領域から除湿B領域に隣接する除湿C領域を経て、除湿C領域から除湿C領域に隣接する弱送風領域に遷移していく。
よって、24(℃)以下の除湿領域外になるまで除湿運転が行われる。このため、除湿能力が環境負荷を上回ったような状態であったとしても、統計上、人が快適と感じる24(℃)付近で除湿領域を抜け出すため、乗客の割合に対して、過剰冷房とはならず、冷え過ぎによる空調サービスの低下につながることはない。
換言すれば、除湿能力が環境負荷を上回るような状態である低乗車率のときには、低乗車率用の運転領域に基づいて空調運転を行えば、空調サービスを低下させることなく、空調サービスの低下を抑制することができる。
図10は、本発明の実施の形態1における空調制御器21の制御例を説明するフローチャートである。
空調制御器21は、運転モードが自動か強制かを判定する。
具体的には、空調制御器21は、運転モードが自動のとき、ステップS12へ進む。一方、空調制御器21は、運転モードが強制のとき、ステップS21へ進む。
空調制御器21は、閾値乗車率を取得し、ステップS13へ進む。
空調制御器21は、現在の乗車率を取得し、ステップS14へ進む。
空調制御器21は、現在の乗車率が閾値乗車率以下であるか否かを判定する。
具体的には、空調制御器21は、現在の乗車率が閾値乗車率以下であるとき、ステップS15へ進む。一方、空調制御器21は、現在の乗車率が閾値乗車率以下でないとき、ステップS16へ進む。
空調制御器21は、低乗車率用運転領域判定データを取得する。
例えば、空調制御器21は、図7を用いて説明した運転領域、温度範囲、及び湿度範囲の相関関係のデータのうち、低乗車率用のものを取得し、ステップS17へ進む。
空調制御器21は、通常用運転領域判定データを取得する。
例えば、空調制御器21は、図7を用いて説明した運転領域、温度範囲、及び湿度範囲の相関関係のデータのうち、通常用のものを取得し、ステップS17へ進む。
空調制御器21は、取得した運転領域判定データに基づいた運転指令を出す。
例えば、空調制御器21は、取得した運転領域判定データが通常用運転領域判定データのとき、車内温度及び車内湿度を取得し、取得した車内温度及び車内湿度が、通常用運転領域判定データで設定される各運転領域のいずれかを選択し、選択した運転領域に該当する空調運転の指令を空調装置22に供給し、ステップS18へ進む。
例えば、取得した車内温度及び車内湿度が、図4に示す弱冷領域にあるとき、弱冷運転指令を空調装置22に供給する。
例えば、空調制御器21は、取得した運転領域判定データが低乗車率用運転領域判定データのとき、車内温度及び車内湿度を取得し、取得した車内温度及び車内湿度が、低乗車率用運転領域判定データで設定される各運転領域のいずれかを選択し、選択した運転領域に該当する空調運転の指令を空調装置22に供給し、ステップS18へ進む。
例えば、取得した車内温度及び車内湿度が、図8に示す除湿A領域にあるとき、除湿A運転指令を空調装置22に供給する。
空調制御器21は、運転モードの変更指令が有るか否かを判定する。
具体的には、空調制御器21は、運転モードの変更指令が有るとき、ステップS11へ戻る。一方、空調制御器21は、運転モードの変更指令が無いとき、ステップS19へ進む。
空調制御器21は、予め設定した領域決定再処理開始信号を受信したか否かを判定する。
具体的には、空調制御器21は、予め設定した領域決定再処理開始信号を受信したとき、ステップS12へ戻る。一方、空調制御器21は、予め設定した領域決定再処理開始信号を受信しなかったとき、ステップS20へ進む。
なお、領域決定再処理開始信号は、例えば、編成列車10が駅を発車したとき、その旨を空調制御器21に報知する信号である。
また、領域決定再処理開始信号は、特にこれに限定するものではない。例えば、所定の間隔として10分を決めておき、現在の乗車率と閾値乗車率の比較判定から10分経過したとき、その旨を報知する信号が領域決定再処理開始信号として空調制御器21に送信されてもよい。
このような判定処理により、運転モードの変更がないとき、所定のタイミングでステップS12に戻るため、信号受信時の乗車率に応じて、通常用又は低乗車率用の運転領域が適宜選定される。
空調制御器21は、空調運転終了指令が有るか否かを判定する。
具体的には、空調制御器21は、空調運転終了指令が有るとき、処理を終了する。一方、空調制御器21は、空調運転終了指令が無いとき、ステップS18へ戻る。
なお、ここでいう運転終了指令は、例えば、列車情報管理装置26から供給されるものである。
また、このような判定処理により、空調運転終了指令がなければ、ステップS18に戻るため、運転モードの変更がないとき、所定のタイミングでステップS12に戻ることになり、現在の乗車率と、閾値乗車率との判定処理が空調運転中に継続される。
空調制御器21は、該当する強制運転の指令を出し、ステップS18へ進む。
例えば、空調制御器21は、列車情報管理装置26から送風等の強制運転の指令が供給されたときには、その指令に従うようにする。
また、ステップS15の処理の結果、空調用コンプレッサ81の機器停止領域に至る場合、各機器の運転制約である最短連続運転時間経過後に、空調運転を停止させる。
なお、最短連続運転時間とは、機器を保護する時間のことであり、例えば、空調用コンプレッサ81が停止後、油が筐体に戻るまでの時間であり、具体的には、180秒であるが、これに限定するものではない。
また、過剰冷房が抑制されるため、冷房運転能力と消費電力とが比例関係にあるときには、消費電力を削減することができる。
本実施の形態1との相違点は、除湿C領域の送風度合いを変更し、各運転領域を特定する温度範囲を変更しない点である。
なお、本実施の形態2において、特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
なお、実施の形態1と同一の機能や構成についての説明は省略する。
冷房運転領域の車内温度22〜24(℃)の範囲において、室内送風機85が速調の機能を備えるとき、除湿領域では強送風運転が設定され、除湿領域外では弱送風運転が設定される。
ここで、低乗車率のとき、通常と同様に強送風運転が行われると、着座している乗客には、強風が吹き付けられるため、空調サービスの低下に至る虞がある。
そこで、図11に示すように、低乗車率時において、除湿C領域における室内送風機85の運転を強送風運転から弱送風運転に変更する。
これにより、環境負荷と除湿能力とのバランスがとりやすくなるため、除湿運転が行われつつ、人が不快と感じる22(℃)以下とならない空調運転が可能となる。
Claims (8)
- 車両に搭載され、当該車両の車内の空気を調和する空調装置と、
前記車両に搭載され、前記空調装置を制御する空調制御器と
を備えた車両用空調システムであって、
前記空調制御器は、
前記車両の車内温度及び当該車両の車内湿度で空調運転の種類が特定される運転領域が複数設定され、前記運転領域毎に異なる種類の空調運転が割り当てられ、
前記割り当てられた空調運転に基づいて前記空調装置に運転指令を供給するものであり、
前記車両の現在の乗車率が、当該車両の乗車率が低い状態として設定された閾値乗車率以下のとき、
前記複数の運転領域のうち、前記空調運転の種類が除湿運転である運転領域の前記車内温度の範囲を、当該車内温度の範囲よりも高い温度範囲で特定される前記運転領域の車内温度の範囲に設定する
ことを特徴とする車両用空調システム。 - 前記空調制御器は、
前記現在の乗車率が、前記閾値乗車率より大きいとき、現在の前記運転領域を特定する前記車内温度の範囲を維持したまま前記除湿運転の指令を前記空調装置に供給する
ことを特徴とする請求項1に記載の車両用空調システム。 - 前記空調制御器は、
前記空調装置の空調の運転モードが自動モードのとき、前記現在の乗車率と前記閾値乗車率とに基づいて前記除湿運転の指令を供給し、
前記空調装置の空調の運転モードが強制モードのとき、当該強制モードで指定された前記空調運転の指令を前記空調装置に供給する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用空調システム。 - 前記空調制御器は、
前記運転領域に複数の異なる種類の除湿領域が設定され、
前記複数の異なる種類の除湿領域のうち、前記除湿運転が割り当てられる第1除湿領域が特定される前記車内温度の範囲として、第1下限値及び第1上限値が設定され、
前記複数の異なる種類の除湿領域のうち、前記第1除湿領域よりも高い除湿能力の前記除湿運転が割り当てられる第2除湿領域が特定される前記車内温度の範囲として、前記第1下限値より高い第2下限値及び前記第1上限値より高い第2上限値が設定され、
前記複数の異なる種類の除湿領域のうち、前記第2除湿領域よりも高い除湿能力の前記除湿運転が割り当てられる第3除湿領域が特定される前記車内温度の範囲として、前記第2下限値より高い第3下限値及び前記第2上限値より高い第3上限値が設定され、
前記運転領域の一つである冷房の弱冷領域が特定される前記車内温度の範囲として、前記第3下限値より高い第4下限値及び前記第3上限値より高い第4上限値が設定され、
前記運転領域の一つである冷房の強冷領域が特定される前記車内温度の範囲として、前記第4下限値より高い第5下限値及び前記第4上限値より高い第5上限値が設定され、
前記第1上限値と前記第2下限値とは等しい値が設定され、
前記第2上限値と前記第3下限値とは等しい値が設定され、
前記第3上限値と前記第4下限値とは等しい値が設定され、
前記現在の乗車率が、前記閾値乗車率以下のとき、
前記第1除湿領域の前記第1下限値を前記第2下限値に設定し、
前記第1除湿領域の前記第1上限値を前記第2上限値に設定して、前記空調装置に、前記第1除湿領域に基づいた運転指令を供給する
ことを特徴とする請求項1に記載の車両用空調システム。 - 前記空調制御器は、
前記第2除湿領域の前記第2下限値を前記第3下限値に設定し、
前記第2除湿領域の前記第2上限値を前記第3上限値に設定して、前記空調装置に、前記第2除湿領域に基づいた運転指令を供給する
ことを特徴とする請求項4に記載の車両用空調システム。 - 前記空調制御器は、
前記第3除湿領域の前記第3下限値を前記第4下限値に設定し、
前記第3除湿領域の前記第3上限値を前記第4上限値に設定して、前記空調装置に、前記第3除湿領域に基づいた運転指令を供給する
ことを特徴とする請求項4に記載の車両用空調システム。 - 前記空調制御器は、
前記運転指令を前記空調装置に供給する際、複数のパラメータによる制御量指令値を供給するものであり、
前記第1除湿領域のとき、前記複数のパラメータの一つとして、送風量パラメータを強風から弱風に変更し、前記空調装置に運転指令を供給する
ことを特徴とする請求項4に記載の車両用空調システム。 - 前記空調装置は、
圧縮機、熱源側熱交換器、膨張手段、及び利用側熱交換器が冷媒配管で接続され、冷媒を循環させる冷媒回路と、
前記利用側熱交換器に対して空気を通流させる室内送風機と、
前記熱源側熱交換器に対して空気を通流させる室外送風機と、
前記空調制御器と相互通信し、前記圧縮機、前記室内送風機、及び前記室外送風機の回転数を制御する空調インバータ装置と
を備えた
ことを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の車両用空調システム。
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