JP4678777B2 - 環境制御システム - Google Patents

Description

本発明は、環境制御システムに関し、特に、温度や湿度に代表される鉄道車両内の環境を調整するのに好適な環境制御システムに関する。

いわゆる鉄道車両内の温度調節は、冷房装置および暖房装置を車両毎に駆動することによって行われる。冷房装置の主流は、冷媒を用いた冷凍サイクルを利用するもので、天井分散型、天井集中型、床下集中型などが採用されている。また、暖房装置は、シーズ線ヒータを用いた直熱式、ＰＴＣヒーターと逆風機を用いた温風式、床暖房やシートヒーターなどの他に、冷暖房機能を有するヒートポンプ式なども採用されている。

上述の冷房または暖房装置の駆動や、駆動条件設定は、各車両に設置された温度センサによって得られた温度データに基づいて、運転手または車掌によって行われる。

従来の環境制御システムの一例として、鉄道車両空調制御システムについて、図面を用いて説明する。図７は従来の鉄道車両空調制御システムを示す説明図である。電車１０の各車両１０１、１０２、１０３に設置された空調装置８５と、空調装置８５に近接して配置される温度センサ８４と、空調装置８５を制御する空調制御装置８３は有線接続されている。空調制御装置８３は、各車両を経由して、運転台に有線伝送路８６で接続されており、運転台に設置された中央制御装置８２からの指令を受け、各車両が規定の温度に調整されるよう、各車両に接続された温度センサ８４によって検出された車両内温度をフィードバックして空調装置８５を制御する。このような空調制御システムは、たとえば特許文献１に開示されている。

特開２００３−２８５６３７号公報

しかしながら、このような従来の鉄道車両空調制御システムでは、以下のような問題が生じていた。

一般に、温度センサは各空調装置に内蔵されている場合が多い。従って、一車両あたりの温度センサ数は少なく、車両内の温度分布を正確に計測することができないことから、車両全域にわたって適温に調整することは困難であった。また、同一車両内であっても、乗客密度が異なる場合は、場所によって温度分布のばらつきが生じるが、温度センサの数量や配置によっては、同様に温度分布を正確に把握することができず、車両全域に亘って適温に制御することができなかった。

上記問題を解決するためには、温度センサを増設すれば良い。しかしながら、前記温度センサは、同一車両内はもちろん、各車両間も有線による伝送路で接続されているため、温度センサの設置には、接続ジャックを増設するなどの大掛かりな改修が必要となり、工数および費用の観点から、必要最小限の数量のみ設置される場合が多かった。また、有線接続であるが故に、車両の連結や切り離しの都度、再配線を行う必要があり、車両編成の変更に多大な時間と労力を要していた。

本発明の技術的課題は、鉄道車両のような連結された各独立空間内の環境を適正に管理可能な環境制御システムを提供すること、また、前記環境制御システムの性能を失うことなく、前記各空間の連結、増設、及び切り離し作業等を正確かつ容易に実施できる環境制御システムを提供することにある。

本発明は、鉄道やリニアモーターカーなどの車両に代表される連結または連続設置された各独立空間内に、温度、湿度などの空間内環境を計測するセンサが接続された無線端末を配して情報を収集し、収集した情報を、無線中継端末を介して中央制御装置に集め、これらの情報に基づいて、中央制御装置から、各無線中継端末に直接または他の無線中継端末を経由して、温度や湿度などの空間内環境設定情報を送信して、空調装置などの環境調整装置を駆動させ、独立空間内環境を適正に保つものである。

各独立空間内に配された無線中継端末は、無線中継端末の周辺に配された、センサが接続された無線通信端末から、温度、湿度などの環境情報および無線通信端末の位置情報を収集する。これらの情報は、無線中継端末の通信距離内に中央制御装置がある場合は、直接中央制御装置に送信されるが、中央制御装置が無線中継端末の通信距離範囲内に無い場合は、例えばアドホックマルチホップ通信機能を用いて、通信距離範囲内にある他の無線中継端末を必要回数経由して中央制御装置に環境情報を送信する。

中央制御装置は、運転手、車掌などの空間内環境制御担当者が操作可能な場所に設置される。中央制御装置は、中央制御装置に集められた情報をもとに、自動または空間内環境制御担当者の判断によって、各空間内に配された環境調整装置を駆動させるべく、各無線中継端末に直接もしくは他の無線中継端末を介して、制御情報を送信する。この情報は、中央制御装置の通信距離内に無線中継端末がある場合は、直接無線中継端末に送信されるが、中央制御装置の通信距離範囲内に無線中継端末が無い場合は、例えばアドホックマルチホップ通信機能を用いて、通信距離範囲内にある他の無線中継端末を必要回数経由して目的とする無線中継端末に制御情報を送信する。

制御情報を受信した無線中継端末は有線接続された環境調整装置制御装置を介して、環境調整装置を駆動する。

上記環境情報、位置情報、制御情報は、必要な無線中継端末と中央制御装置間でのみ送受信しても、すべての無線中継端末と中央制御装置間で一斉に送受信してもよい。また、無線中継端末は、中央制御装置からの要求に応じて、無線端末から環境情報等を収集し、中央制御装置に送信してもよい。

無線端末の通信距離内に無線中継端末がある場合は、直接、無線中継端末と送受信を行うが、無線端末の通信距離範囲内に無線中継端末が無い場合は、例えばアドホックマルチホップ通信機能を用いて、通信距離範囲内にある他の無線端末を必要回数経由して目的とする無線中継端末に各種情報を送信する。なお、各無線端末の通信距離は、各独立空間外には及ばないよう設定される。

また、各独立空間に、各独立空間の種別、機能、性能等の固有情報を記憶する識別無線タグを設置し、各独立空間の接続、増設および切り離し作業によって生じる、各独立空間の編成状況を、中央制御装置が容易に把握できるようにしてもよい。識別無線タグは、各独立空間の外壁もしくは外壁近傍に設け、中央制御装置と直接通信するか、各独立空間の外壁もしくは外壁近傍に設けた識別アンテナおよび識別アンテナに有線接続された無線中継端末を介して中央制御装置と通信し、固有情報の送受信を行う。

なお、中央制御装置は、各独立空間の識別無線タグの固有情報と、経由した無線中継端末の数量もしくは、信号の送受信を行った識別無線タグと識別アンテナの情報によって、各独立空間の配置を把握する。

本発明によれば、連結された複数の独立空間からなる鉄道車両の環境制御システムであって、前記複数の独立空間の各々に配された、有線接続されてなる環境調整装置と環境調整装置制御装置と無線中継端末の組と、前記無線中継端末と前記複数の独立空間の各々内で無線通信可能な１以上の、センサが接続されてなる無線端末と、前記無線中継端末の少なくとも１つと無線通信可能な中央制御装置からなり、前記無線中継端末の各々は、アドホックマルチホップ通信機能を有することにより自立分散型無線ネットワークを構成してなることを特徴とする環境制御システムが得られる。

本発明によれば、前記無線端末の各々は、前記無線中継端末の各々を介して、前記中央制御装置と通信することを特徴とする上記の環境制御システムが得られる。

本発明によれば、前記無線中継端末の各々から送信された信号が、前記中央制御装置に直接または、他の無線中継端末を経由して前記中央制御装置へ伝達されることを特徴とする上記の環境制御システム。が得られる。

本発明によれば、前記中央制御装置から送信された信号が、前記無線中継端末の各々に直接または、他の無線中継端末を経由して前記環境調整装置制御装置へ伝達され、前記環境調整装置制御装置からの信号により、前記環境調整装置が駆動して、前記独立空間内の環境を調整することを特徴とする上記の環境制御システムが得られる。

本発明によれば、前記独立空間の各々は前記無線中継端末と有線接続されてなる識別アンテナと、前記独立空間の各々の固有情報を記憶する識別無線タグを有し、前記独立空間の各々の前記固有情報の各々を、直接または前記無線中継端末と前記識別アンテナを介して、前記中央制御装置に送受信することを特徴とする上記の環境制御システムが得られる。

本発明によれば、前記無線端末の各々は、アドホックマルチホップ通信機能を有することにより自立分散型無線ネットワークを構成してなることを特徴とする上記の環境制御システムが得られる。

本発明により、鉄道やリニアモーターカーなどの車両に代表される単独または連結された独立空間内の環境を適正に管理可能な環境制御システムを提供することが可能となった。また、前記環境制御システムの性能を失うことなく、前記各独立空間の連結、増設、及び切り離し作業等を正確かつ容易に実施できる環境制御システムを提供することが可能となった。

本発明は、鉄道やリニアモーターカーなどの車両に代表される独立空間、すなわち、たとえば、１両もしくは複数の車両を連結してなる編成車両内の温度や湿度などの環境制御を、独立空間内に配置した無線端末を用いて行うものである。

上記無線端末は、少なくとも測定対象を計測するためのセンサ部と無線部およびアンテナ部を有し、必要に応じて電源部、データ等の記憶部、制御部を有する。

これらの無線端末は、個々の通信距離は数ｍ程度であるが、複数の無線端末の通信距離内に、例えばアドホックマルチホップ通信機能を有した無線中継端末を配することにより、自立分散型無線ネットワークを構成して、無線による集中管理を行うことが可能となる。従って、例えば、１０両編成や１６両編成等の長大な車両編成であっても運転室や車掌室で各車両内の環境情報を把握し、集中または個別管理することができる。

また、上記無線端末は、情報を収集するばかりでなく、運転士室や車掌室等の管理室から送信された情報を受信し、必要に応じて、環境制御用の空調装置等を駆動または停止させる。

さらに、温度や湿度センサ以外の、例えばガスセンサや煙センサを配置すれば、有毒ガス濃度の検出も可能となり、不慮の事故や災害の発生をいち早く察知し、しかるべき対策を施すことも可能となる。

以下、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明する。

（実施例１）
図１は本発明の実施例を示す図で、鉄道車両空調制御システム図である。

３両編成された各車両１０１、１０２、１０３には、無線中継端末１６と有線で接続された環境調整装置制御装置である空調制御装置１３、空調制御装置１３と接続された環境調整装置である空調装置１５が各１台と、温湿度センサを有する無線端末１４が各５台配置されている。

先頭車両の運転士室には中央制御装置１２が設置されており、この中央制御装置を介して、あらかじめ設定された全車両の室内の設定温度情報を、設定温度信号に変換して各車両１０１、１０２、１０３に向けて無線で送信する。中央制御装置１２から発信された信号は、各車両に設置された、無線中継端末１６を経由して空調制御装置１３へ伝達される。

無線中継端末１６は自立分散型無線ネットワークを構築している。したがって、中央制御装置１２から一番離れた位置に接続された車両１０３の無線中継端末１６が、中央制御装置１２からの信号を直接受信することが出来ない場合であっても、車両１０１、１０２に設置された通信可能な無線中継端末１６を介してマルチホップ通信を行うことにより、信号の伝達を行う。これにより接続車両が増えた場合においても、本発明における環境制御システムは通信の信頼性を損なうことなく稼動する。

図２は、本発明の実施例を示す図で、無線端末の構成を示す図である。無線端末１４は電池からなる電源部２１、センサ部２２、記憶部が内蔵されたＣＰＵからなる制御部２３、無線部２４、アンテナ部２５とから構成されている。

電源部２１は圧電発電素子と電気二重層キャパシタを組み合わせて、振動発電による独立電源を構成し、電車の振動により電源を自己供給するので電池の充電、取替えが不要である。温湿度センシング機能を有するセンサ部２２、制御部２３、無線部２４は電源部２１からの電力供給により動作し、センサ部２２が検知した温湿度情報を、制御部２３でデジタル化し、無線部２４でＲＦ信号を生成し、アンテナ部２５を介して、図１における無線中継端末１６に送信する。

制御部２３は、センサ部２２から取得されるアナログ情報をデジタル情報に変換する単純な機能のみを備えていればよいためＡ／Ｄポートが搭載された、安価な８ｂｉｔマイクロコンピュータを用いた。また、センサ部２２には、温度センサと湿度センサを接続し、温湿度センシング機能を付与した。

無線部２４は、微弱無線トランシーバを用いて、低消費電力通信を行うように構成した。無線通信端末の通信範囲は見通しで３０ｍ前後である。

上記のように、本発明における無線端末は、少ない部品点数で構成したので、安価に作成することができた。さらに、低消費電力化を可能とした部品構成と、独立電源の採用により、ランニングコストも低く抑えることができた。

図３は、本発明の実施例を示す図で、無線中継端末の構成図を示す。無線中継端末１６は記憶部が内蔵された制御部３２、無線部３３、アンテナ部３４とから構成されている。また、電源部３１はパンタグラフを電源とした。制御部３２は空調制御装置１３と有線伝送路で接続されている。

各車両に配置された無線端末１４は、設置された周辺の温湿度情報と、設置された位置情報を、一定周期毎に無線中継端末１６へ発信し、これらの情報は、空調制御装置１３へ伝達される。各車両に設置された空調制御装置１３は、中央制御装置１２から発信された車両内設定温湿度情報と、各車両に配置された無線端末１４から送信された車両内における詳細な温湿度分布情報に基づき、車両内の温湿度と設定温湿度の差が所定値以下になるよう、空調装置１５の風量、風向き、温度を調節する。

本実施例を用いて説明したように、無線端末を車両内に多数配置することにより、車両内における、より効果的かつ、快適な空調管理システムを実現することができた。また、自立分散型無線ネットワークを構築することにより、無線端末の設置及び車両の接続、追加および切り離し作業が容易なシステムを実現することができた。

(実施例２)
図４は、本発明の実施例を示す図で、鉄道車両空調制御システムの系統図を示す。運行用に３両編成された各車両１０１、１０２、１０３には、無線中継端末１６と有線で接続された空調制御装置１３、空調制御装置と接続された空調装置１５が各１台と、温湿度センシング機能を有するセンサ付きの無線端末１４が各５台配置されている。

先頭車両の運転士室には中央制御装置１２が設置されており、この中央制御装置を介して、あらかじめ設定された全車両の室内の設定温度情報を、設定温度信号に変換して各車両１０１、１０２、１０３に向けて無線で発信する。中央制御装置１２から発信された信号は、各車両に設置された、無線中継端末１６を経由して空調制御装置１３へ伝達される。

さらに、各車両の後尾外壁には、識別無線アンテナである車両識別無線アンテナ１７、先頭外壁には、識別無線タグである車両識別無線タグ１８が設置されている。また、車両識別無線アンテナ１７は各車両毎に無線中継端末１６と有線で接続されている。

隣接して接続された車両１０１、１０２は、車両１０１に設置された車両識別無線アンテナ１７と、車両１０２に設置された車両識別無線タグ１８が距離１ｍ以内に保たれるように設置した。他の車両１０２と車両１０３においても同様の関係となるように設置した。

図５は、本発明の実施例を示す図で、車両識別無線タグの構成を示す図である。車両識別無線タグ１８は、ＩＣチップ５１と、このＩＣチップ５１に接続されるアンテナ部５６とから構成される。ＩＣチップ５１は、無線部５２、ＣＰＵからなる制御部５３、記憶部５４と、電源整流回路部５５とから構成されており、記憶部５４にはＩＣチップ５１が搭載されている車両の固有情報が記憶される。なお、電源は搭載しない。

図６は、本発明の実施例を示す図で、車両識別無線アンテナと車両識別無線タグの通信関係を示した説明図である。中央制御装置１２からの情報を無線中継端末１６で受信し、有線伝送路１９を経由して車両識別無線アンテナ１７は、情報および情報に基づいた電波を発信し、車両識別無線タグ１８はこの電波を受信する。

図５に示したように、アンテナ部５６で受信した前記電波を用いて電源整流回路部５５で起電し、前記情報に基づいて、記憶部５４に蓄積している車両の固有情報を、無線部５２を介して、アンテナ部５６から車両識別無線アンテナ１７に向けて返信し、無線中継端末１６に車両情報が送信される。この車両情報は、直接または他の無線中継端末１６を介して、中央制御装置１２に送信され、中央制御装置は編成車両の種類や順番、機能、性能等の必要情報を把握し、環境制御に用いる。

なお、車両識別無線タグ１８は電源を搭載していないため、通信距離は短く、１ｍ程度である。従って、通信を円滑に成立させる為には、連結された状態で、各車両間隔が車両識別無線タグ１８の通信距離以内、すなわちこの場合は１ｍ以内とするのがよい。

車両の接続や追加、または切り離し作業により、車両の編成に変更が生じた後の、編成車両の接続状況把握方法について図４を用いて説明する。

先頭車両１０１の運転士室に設置された中央制御装置１２より、車両１０１に搭載されている無線中継端末１６に、隣接車両識別制御信号を発信する。隣接車両識別制御信号を受信した車両１０１の無線中継端末１６は有線伝送路１９にて車両１０１の最後尾に設置された車両識別無線アンテナ１７から電波を発信する。隣接する車両１０２に設置されている車両識別無線タグ１８はこの電波を受信し、車両１０１に搭載された車両識別無線アンテナ１７に向けて車両の固有情報を返信することにより、中央制御装置１２は先頭車両１０１に車両１０２が接続されていることを認識する。

先頭車両１０１に隣接して接続されていることが認識された車両１０２に搭載された無線中継端末１６は、同様に有線伝送路１９を介して接続された車両１０２に搭載された車両識別無線アンテナ１７から電波を発信することにより、車両１０３が隣接接続されていることを認識する。

車両の接続や追加、または切り離し作業により、車両編成に変更が生じた後、上述のようにして、中央制御装置１２から編成車両識別命令を情報として送信することにより、中央制御装置１２が設置されている車両から順次、編成車両を認識し、全ての車両を認識することが可能となる。

本実施例を用いて説明したように、センサ付無線端末を車両内に多数配置することにより、鉄道車両内のより効果的かつ、快適な空調管理システムを実現することができた。また、車両間を自立分散型無線ネットワークで接続することにより、センサ付き無線端末の設置及び車両の接続、追加および切り離し作業が容易なシステムを実現することができた。

さらに、編成車両の固有情報を、各車両に設置した車両識別無線タグにあらかじめ記憶させておくことにより、編成後の各車両の固有情報を中央制御装置に再度入力することなく、自動的に識別することが可能となった。

なお、実施例では、鉄道車両における温湿度調整、すなわち環境調整装置として空調制御システムを用いて説明したが、調整対象は、温湿度に限らず、ガス濃度、圧力、風量などセンサを適宜選択することによって任意に設定するのが好ましい。また、調整を目的とするのみならず、監視システムに適用してもよい。

さらに、独立空間として、鉄道やリニアモーターカーなどの連結された車両を用いて説明したが、船舶や建築物、建築物内の空間にも本発明による制御または監視システムを適用してもよい。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

本発明によれば、鉄道に代表される複数車両を連結して編成した車両内の環境調整または環境把握、監視システムを高性能かつ簡便に構築することができる。

本発明の実施例を示す図で、鉄道車両空調制御システム図。 本発明の実施例を示す図で、無線端末の構成を示す図。 本発明の実施例を示す図で、無線中継端末の構成を示す図。 本発明の実施例を示す図で、鉄道車両空調制御システム図。 本発明の実施例を示す図で、車両識別無線タグの構成を示す図。 本発明の実施例を示す図で、車両識別アンテナと車両識別タグの通信関係を示した説明図。 従来の鉄道車両空調制御システムを示す説明図。

符号の説明

１０ 電車
１０１，１０２，１０３ 車両
１２，８２ 中央制御装置
１３，８３ 空調制御装置
１４ 無線端末
１５，８５ 空調装置
１６ 無線中継端末
１７ 車両識別無線アンテナ
１８ 車両識別無線タグ
８４ 温度センサ
１９，８６ 有線伝送路
２１，３１ 電源部
２２ センサ部
２３，３２，５３ 制御部
２４，３３，５２ 無線部
２５，３４，５６ アンテナ部
５１ ＩＣチップ
５４ 記憶部
５５ 電源整流回路部

Claims (6)

1. 連結された複数の独立空間からなる鉄道車両の環境制御システムであって、前記複数の独立空間の各々に配された、有線接続されてなる環境調整装置と環境調整装置制御装置と無線中継端末の組と、前記無線中継端末と前記複数の独立空間の各々内で無線通信可能な１以上の、センサが接続されてなる無線端末と、前記無線中継端末の少なくとも１つと無線通信可能な中央制御装置からなり、前記無線中継端末の各々は、アドホックマルチホップ通信機能を有することにより自立分散型無線ネットワークを構成してなることを特徴とする環境制御システム。
2. 前記無線端末の各々は、前記無線中継端末の各々を介して、前記中央制御装置と通信することを特徴とする請求項１に記載の環境制御システム。
3. 前記無線中継端末の各々から送信された信号が、前記中央制御装置に直接または、他の無線中継端末を経由して前記中央制御装置へ伝達されることを特徴とする請求項１または２に記載の環境制御システム。
4. 前記中央制御装置から送信された信号が、前記無線中継端末の各々に直接または、他の無線中継端末を経由して前記環境調整装置制御装置へ伝達され、前記環境調整装置制御装置からの信号により、前記環境調整装置が駆動して、前記独立空間内の環境を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の環境制御システム。
5. 前記独立空間の各々は前記無線中継端末と有線接続されてなる識別アンテナと、前記独立空間の各々の固有情報を記憶する識別無線タグを有し、前記独立空間の各々の前記固有情報の各々を、直接または前記無線中継端末と前記識別アンテナを介して、前記中央制御装置に送受信することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の環境制御システム。
6. 前記無線端末の各々は、アドホックマルチホップ通信機能を有することにより自立分散型無線ネットワークを構成してなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の環境制御システム。

Images