JP4762229B2 - 車両空調装置 - Google Patents

Description

この発明は、室内の温度を調整する空調装置に関し、特に電車やバスでの利用に適した車両空調装置に関するものである。

従来、車両の空調装置として、車内空間を複数のゾーンに分け、複数の空調ユニットを使用して各ゾーン毎に空調を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−８７３２１号公報（図１）

しかしながら、上記に示したような従来の車両空調装置では、車両を運行する地域の変更等のために空調能力を変更する必要ができた場合、そこに配置されている空調ユニットのほとんどを能力の異なるものに交換する必要があった。
また、１つの空調ユニットが故障したときに、他の空調ユニットの能力に余裕があっても、故障したユニットが対応していたゾーンの空調が不十分となる問題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、空調能力を変更する必要ができた場合に、容易に対応可能な車両空調装置を得るものである。また第２の目的は、複数の空調ユニットの一部が故障しても、他の空調ユニットを利用して車内空間の適切な空調が可能となる車両空調装置を得るものである。

この発明の車両空調装置は、供給熱量を設定する供給熱量設定手段と、１つの発熱装置及び１つの冷熱発生装置と、前記供給熱量設定手段で設定された供給熱量に基づいて前記発熱装置及び冷熱発生装置の動作を制御する駆動制御手段とを有した空調ユニットを複数台備え、前記複数の空調ユニットが組み合わされて運転されることにより所定の熱量が車両の室内に供給されるようにしている車両空調装置において、前記供給熱量設定手段は、目標温度と実際の室内温度に基づいて前記複数の空調ユニットの総供給熱量の指令値を算出する総供給熱量演算部と、前記総供給熱量の指令値及び前記空調ユニットの台数を基に、各空調ユニットの発熱装置及び冷熱発生装置の発生熱量を設定する発熱量／冷熱量設定部とを有し、各空調ユニットは、自己が有する発熱装置及び冷熱発生装置についてそれぞれ運転が可能か否かの運転可能情報を保持するとともに、他の空調ユニットと前記運転可能情報を送受してその情報を共有する運転可能情報保持部を備え、各空調ユニットの前記発熱量／冷熱設定部は、各空調ユニット毎に定められた設定パターンにしたがって前記発熱装置及び冷熱発生装置の発生熱量を設定するものであり、前記設定パターンは、前記供給熱量の指令値が所定値以下の冷房熱量であるとき、ある空調ユニットの冷熱発生装置は予め定められた最も低い設定値で運転され、他の空調ユニットの冷熱発生装置は停止される一方、運転可能な各空調ユニットの発熱装置の発熱量は同じとなるように設定されている、ことを特徴とする。

この発明の車両空調装置は、複数の空調ユニットが組み合わされて運転されることにより所定の熱量が車両の室内に供給されるようにしているため、空調能力を変更する必要が生じた場合、空調ユニットの台数を増減するだけで容易に対応することができるという効果がある。また、複数の空調ユニットの一部が故障した場合、他の空調ユニットを利用して車内空間の適切な空調が可能であるという効果がある。

この発明の実施形態１に係る車両空調装置の適用例を示す模式図。 図１における冷房装置を構成する冷凍サイクルの概略構成図。 実施形態１に係る車両空調装置の構成を示すブロック図。 図３における制御装置の構成を示すブロック図。 図１の空調ユニットに関連する変数Ｎの設定方法を示すフローチャート。 実施形態２に係る車両空調装置の構成を示すブロック図。 実施形態１の車両空調装置におけるヒータ動作のタイミングチャート。

符号の説明

１ 車両、２ 室内空間、３ 床下空間、４ 共通ダクト、４Ａ 専用ダクト、４Ｂ 専用ダクト、５，５Ａ ヒータ、６ 冷房装置、７ 室内ファン、８ 室外ファン、９ リレー、１０ インバータ、１１ 室内空気取入口、２０ 制御装置、２１ ＰＩ制御部、２２ ヒータ発熱量設定部、２３ ヒータ通電率制御部、２４ 冷房熱量設定部、２５ 圧縮機周波数制御部、２６ 運転可能情報保持部、３０，３０Ａ 空調ユニット、４０ 操作盤、５０ 室温センサ、６０ 圧縮機、６１ 蒸発器、６２ 凝縮器、６３ 膨張弁。

実施形態１．
図１はこの発明の実施形態１に係る車両空調装置の適用例を示す模式図である。図１において、この車両空調装置が適用される車両１（電車、バス等種別は問わない）は、人や貨物が乗る室内空間２と、各種の機器等が納められる床下空間３からなるものとする。ここでは、床下空間３に車両空調装置を構成する２台の空調ユニット３０，３０が設けられている。それぞれの空調ユニット３０，３０には、発熱装置であるヒータ５と、冷熱発生装置である冷房装置６と、室内ファン７と、室外ファン８とが備えられている。冷房装置６は、図２に示すような、圧縮機６０、蒸発器６１、凝縮器６２、膨張弁６３等からなる冷凍サイクルにより構成されている。また、室内空気が蒸発器６１に入る部分には、室温センサ５０が備えられている。
なお、本発明の車両空調装置は、狭い意味では組合せて使用される複数の空調ユニット３０，３０だけ指すが、広い意味では空調ユニット３０，３０に加えて、室温センサ５０や空調ユニット３０に付随するダクト４，４Ａ，４Ｂまでも含む。

上記車両１において、室内空間２の空気は室内空気取入口１１より取り入れられ、２つの空調ユニット３０，３０に供給される。そしてその空気は、それぞれの空調ユニット３０，３０の内部で蒸発器６１を通り、室内ファン７に駆動され、ヒータ５を経て空調ユニット３０，３０からそれぞれの専用ダクト４Ａ，４Ｂに送られる。その後、それぞれの専用ダクト４Ａ，４Ｂから出た空気は共通ダクト４内で混合されて、室内空間２に供給されるようになっている。一方、室内ファン７に駆動された外気が凝縮器６２を通過する。

図３は実施形態１に係る車両空調装置を構成する空調ユニット及びその周辺機器を示すブロック図である。この車両空調装置は、空調ユニット３０，３０と、空調による目標温度設定手段である操作盤４０と、室内温度検出手段である室温センサ５０とから構成されている。
空調ユニット３０は、既に説明したように、ヒータ５と冷房装置６を備える。この空調ユニット３０の場合、２ｋＷの発熱量を有するヒータ５が３本備えられており、３本のヒータ５を合わせた発熱量は６ｋＷとなっている。各ヒータ５，５，５は、それぞれ対応するリレー９，９，９によりその通電状態が制御されて、その動作（発熱）が制御される。 一方、冷房装置６は１台だけ備えられており、冷房装置６の発生熱量は、それを構成している圧縮機６０の運転周波数を変えることで制御される。この空調ユニット３０の場合、圧縮機６０の運転周波数制御はインバータ１０を利用して行っている。
さらに、空調ユニット３０は、リレー９及びインバータ１０の動作を制御する制御装置２０を備えている。
なお、圧縮機６０の運転周波数と冷房装置６の発生熱量の関係は、例えば表１に示すようになっている。表１において、マイナスの値は冷却の熱量を示している。

図３の車両空調装置における制御信号（又は制御情報）の流れは次の通りである。操作盤４０と室温センサ５０からの温度情報がそれぞれの空調ユニット３０，３０の制御装置２０に取り込まれる。取り込まれた温度情報を基に、制御装置２０においてそれぞれのヒータ５や冷房装置６に対する動作制御信号が生成される。そして、それらの動作制御信号は、リレー９及びインバータ１０へ送られる。この動作制御信号を基に、リレー９がヒータ５の通電を制御し、インバータ１０が冷房装置用圧縮機６０の運転周波数を制御する。

図４は図３に示した制御装置２０の構成を示すブロック図である。この制御装置２０は、総供給熱量演算部としてのＰＩ制御部２１と、発熱量設定部としてのヒータ発熱量設定部２２と、冷熱発生量設定部としての冷房熱量設定部２４と、リレー９とともにヒータ駆動制御手段を構成するヒータ通電率制御部２３と、インバータ１０とともに冷房装置駆動制御手段を構成する圧縮機周波数制御部２５と、ヒータ５や冷房装置６に関する運転可能情報保持部２６とからなる。
なお、ＰＩ制御部２１とヒータ発熱量設定部２２と冷房熱量設定部２４とを総称して、供給熱量設定手段と称するものとする。また、ヒータ発熱量設定部２２と冷房熱量設定部２４とを総称して、発熱量／冷熱量設定部と称するものとする。さらに、ヒータ通電率制御部２３と圧縮機周波数制御部２５とを総称して、駆動制御手段と称するものとする。
この制御装置２０は、上記各部の機能がプログラムされたマイクロコンピュータなどから構成されている。

ＰＩ制御部２１は、比例−積分制御を利用し、複数の空調ユニット３０の総供給熱量（総発生熱量と同意）をフィードバック演算するもので、操作盤４０からの目標温度情報と室温センサ５０からの室温情報を基に、総供給熱量としての供給熱量指令値Ｑを算出する。なお、供給熱量指令値Ｑは、比例−積分−微分制御を利用しても算出でき、その場合には、総供給熱量演算部はＰＩＤ制御部となる。
ヒータ発熱量設定部２２は、ＰＩ制御部２１からの供給熱量指令値Ｑと、運転可能情報保持部２６から得たヒータの運転が可能な空調ユニット３０の台数及び運転が可能なヒータ５の本数とにより、その空調ユニット３０のヒータ５が発生すべき熱量を設定する。
ヒータ通電率制御部２３は、ヒータ発熱量設定部２２にて設定された熱量に基づき、ヒータ５に通電を行うリレー９を制御（通電率制御）する。
冷房熱量設定部２４は、ＰＩ制御部２１からの供給熱量指令値Ｑと、運転可能情報保持部２６から得た冷房運転が可能な空調ユニット３０の台数及び運転が可能な冷房装置６の台数とにより、その空調ユニット３０の冷房装置６が発生すべき熱量を設定する。
圧縮機周波数制御部２５は、冷房熱量設定部２４にて設定された熱量に基づき冷房装置６を構成する圧縮機６０の運転周波数を設定し、その設定値をインバータ１０へ送信する。
運転可能情報保持部２６は、ヒータ５、冷房装置６のそれぞれについてそれらの故障を検出し、ヒータ５、冷房装置６のそれぞれについて運転可能な台数又は本数を記憶しておく。なお、運転可能情報保持部２６に記憶されている情報は、各空調ユニット間で通信されて共有される。

次に、上記車両空調装置の動作について説明する。操作盤４０により室内空間２の目標温度が設定され、また現在の室内温度が室温センサ５０により検知されて、それらの温度情報が複数の空調ユニットの各空調ユニット３０の制御装置２０に取り込まれる。
制御装置２０のＰＩ制御部２１では、目標温度と室内温度との偏差に比例ゲインをかけたものと、さらにその偏差を時間積分し積分ゲインをかけたものの和から供給熱量指令値Ｑを算出している。これは、室内温度をフィードバックした比例積分制御であり、この制御により室内温度を目標温度に制御しようとするものである。
運転可能情報保持部２６は、その空調ユニット３０のヒータ５、冷房装置６が運転可能かどうかを検出し、運転可能なヒータ５と冷房装置６の個数（台数又は本数）情報を他の空調ユニット３０との間で交換する。なお、室内ファン７による送風が不可能な場合はヒータ５、冷房装置６を共に運転不可とする。
ＰＩ制御部２１で生成された供給熱量指令値Ｑは、ヒータ発熱量設定部２２と冷房熱量設定部２４に送られる。
ヒータ発熱量設定部２２と冷房熱量設定部２４では、供給熱量指令値Ｑを基にその空調ユニット３０のヒータ５や冷房装置６が発生すべき熱量（供給熱量と同意）を設定する。その設定は、それらの設定部に予め記憶された設定パターンに従って行われる。なお、その設定パターンは、冷房装置６の冷房熱量や所定の変数を基に熱量設定対応表としてまとめられている。この熱量設定対応表の一例を表２に示す。

表２中の変数Ｎは、各空調ユニット３０が搭載している冷房装置６の故障が無いときは、備えられている空調ユニット３０の台数を用いる。従って、この車両空調装置の場合、冷房装置６の故障が無いときは、Ｎ＝２となる。もし、搭載する空調ユニットの台数が変更になった場合は、この変数Ｎに与える値を変更するだけで対応が可能であり、制御アルゴリズムの変更などは不要で簡単に対応が可能である。
一方、冷房装置６に故障がある場合を考える。冷房装置６が故障している空調ユニット３０がある場合には、運転可能情報保持部２６から、冷房装置６の運転が可能な空調ユニット３０の台数を入手して変数Ｎに用いる。図５はこのような変数Ｎの設定方法を示しているフローチャートである。
なお、冷房装置を備えていない空調ユニットが有る場合、その空調ユニットは変数Ｎの中に含めない。

表２の熱量設定対応表では、供給熱量指令値Ｑに応じて冷房装置６の発生熱量を段階的に変化させている。これは、冷房装置６を構成する圧縮機６０の運転周波数を安全の確認の取れている周波数のみで運転することで配管系の共振による破壊や故障の発生を避けるようにしたためであり、圧縮機６０の運転周波数は必ずしも表１の値に限定されるものではない。
このように、熱量の設定を熱量設定対応表を利用して行うことで、冷房装置６の特性変更を行う場合にも、熱量設定対応表の修正のみで対応できることになり、制御アルゴリズムを変えることなく簡単に対応が可能となる。

また、ヒータ５の発熱量は、車両空調装置全体で供給熱量指令値Ｑ通りの熱量を供給するように設定される。ヒータ５の発熱量はリレー９によりオンオフされる段階的な変化であるが、通電率制御を行うことでマクロ的には連続的に発熱量が制御される。すなわち、通電周期に対する通電時間の比を連続的に変化させることで、時間平均の発熱量を連続変化させている。

複数のヒータ５が同時にオン／オフすると消費電力が瞬間的に大きく変化する。車両装置に設けられる発電機の容量には制限があり、瞬間的な消費電力の大きな変化は、電源電圧の維持に悪影響を及す。最悪の場合、発電システムの停止や、電源電圧の変動による他の車両機器への悪影響の発生が懸念される。そこで、リレー９によるヒータ通電のタイミングはヒータ５の発熱量設定に加え、運転を行う空調ユニット３０の台数及び使用するヒータ５の本数によって変化させ、複数のヒータ５が同時にオン／オフしないタイミングとする。この例では、２台の空調ユニット３０，３０でそれぞれ３本のヒータ５，５，５を使用している。この場合は、図７（ａ）に示すように、１台の空調ユニット３０の３本のヒータのオンタイミングがそれぞれ１／３周期づつずれ、２台の空調ユニット３０，３０の間のタイミングが１／６周期ずれるようにする。そうすれば、全体で合計６本のヒータのオンタイミングが１／６周期づつずれ、６本のヒータが同時にオンすることはなくなる。そしてさらに、全ヒータの通電率を等しくなるように設定して、複数のヒータが同時にオフすることも防止するのが好ましい。

次に、１台の空調ユニット３０に関して、その３本のヒータ５，５，５のうち１本が故障により、使用可能なヒータ数が２本となった場合を考える。この場合、２台の空調ユニット３０，３０のヒータ発熱量を等しくしようとすると、２本のヒータが利用可能な空調ユニットと３本のヒータが利用可能な空調ユニットでは、１本ごとの通電率が異なることになる。このとき、オンのタイミングが重ならないように設定しても、オフのタイミングが重なる場合がある。これを避けるため、図７（ｂ）に示すように、３本のヒータが使用可能な空調ユニットに関しても使用するヒータは２本とし、１台の空調ユニットの２本のヒータのオンタイミングを１／２周期ずらし、２台の空調ユニットの間のずれを１／４周期とする。さらにすべてのヒータの通電率を等しくなるように設定することで、オンのタイミングもオフのタイミングも重ならないようにするのが好ましい。

同様の考えにより、使用する空調ユニットの台数が変化した場合や、空調ユニット内のヒータ本数が変化した場合には、各ヒータのタイミングのずれ量は次のよう決定する。
Ｎｕ台の空調ユニットでそれぞれｎｅ本のヒータを利用するとき、Ｎ番目の空調ユニットのｎ番目のヒータの位相を、
（（Ｎ−１）÷（Ｎｕ×ｎｅ）＋（ｎ−１）÷ｎｅ）×Ｔｓ、ただしＴｓは通電周期、
とする。これにより、それぞれのヒータのタイミングが、１÷（Ｎｕ×ｎｅ）周期づつずれるので、複数のヒータが同時にオンオフすることを避けることができる。

以上のように、ＰＩ制御部２１、ヒータ発熱量設定部２２、冷房熱量設定部２４、運転可能情報保持部（以上、供給熱量設定手段）と、ヒータ通電率制御部２３、リレー９（以上、発熱制御手段）と、圧縮機周波数制御部２５、インバータ１０（以上、冷熱発生制御手段）と、運転可能情報保持部２６と、ヒータ５と、冷房装置６とを有する複数の空調ユニット３０を複数台組み合わせて運転し、車内空間の空調を行うようにした車両空調装置は、以下のような効果を奏する。

・空調能力を変更する必要ができた場合に、空調ユニットの台数を増減するだけで容易に対応することができる。
・空調ユニットの台数を基に各空調ユニットのヒータ５と冷房装置６の発生熱量を設定するようにしているので、備えられている空調ユニットの台数が変更になった場合でも、簡単に対応することができる。
・ヒータ５と冷房装置６の運転可能情報に基づき、ヒータ５と冷房装置６の発生熱量を設定するようにしているので、故障が発生したときでも安定した制御が可能になる。
・ヒータ５と冷房装置６が発生すべき熱量パターンを表にして、すなわちテーブル化して保持し、それを基に制御しているため、冷房装置６の特性変更を行う場合、表の修正のみで対応でき、制御アルゴリズムを変えることなく、簡単に対応することができる。
・操作盤４０により設定された目標温度情報と、室温センサ５０により検出された室内温度情報によるフィードバック演算により総供給熱量を求めているため、使用者は空調装置の供給熱量を意識することなく、目標温度を設定するだけで目的の温調を得ることができる。具体的には、フィードバック演算にＰＩ制御やＰＩＤ制御を用いることで、±１℃程度の誤差での温調が可能となる。
・圧縮機６０の運転周波数を安全の確認の取れている周波数のみで段階的に変化させることで供給熱量を変化させるので、配管系の共振による破壊や故障の発生を避けることができる。なお、運転周波数の変化はインバータ１０を利用することで容易に実現できる。

・ヒータ５を通電率制御しているので、ヒータ５の通電制御装置がリレー９のような簡単な機器を利用して行え、しかも巨視的に連続した発熱量の変化が得られ、空調ユニット３０から目的の供給熱量を素早く発生させることが可能となる。
・空調ユニット３０の台数と、各空調ユニット３０が持つヒータ５の個数によって、各空調ユニット間のヒータ５の通電タイミングのずれ量を決めているため、同時に複数のヒータ５が通電開始することが無く、電源装置への悪影響を避けることができる。
・各空調ユニットにおける運転可能なヒータの本数を比較し、最少の本数となる空調ユニットの運転可能ヒータ本数に他の空調ユニットのヒータ運転本数を揃えたことにより、ヒータ５の一部が故障した場合でも同時に複数のヒータ５が通電開始することが無く、電源装置への悪影響を避けることができる。
・Ｎｕ台の空調ユニットでそれぞれｎｅ本のヒータを利用するとき、Ｎ番目（識別番号）の空調ユニットのｎ番目（識別番号）のヒータの位相を、
（（Ｎ−１）÷（Ｎｕ×ｎｅ）＋（ｎ−１）÷ｎｅ）×Ｔｓ、ただしＴｓは通電周期、
としたため、同時に複数のヒータが通電開始することが無く、電源装置への悪影響を避けることができる。
・使用するすべてのヒータの通電率が等しくなるようにしたため、同時に複数のヒータが通電開始しない場合、同時に複数のヒータが通電終了することもなくなり、電源装置への悪影響を避けることができる。

なお、実施形態１では、室温センサ５０を空調ユニット３０の外部に設けているが、いずれかの空調ユニット３０の内部、例えば蒸発器６１の空気吸込部に設け、複数の空調ユニット３０間の通信により、複数の空調ユニット３０が同一の室内温度の値を使用するようにしても良い。

実施形態２．
実施形態１では、複数の空調ユニットのそれぞれの発生熱量が等しくなるようにしていたが、実施形態２では、複数の空調ユニットの発生熱量が必ずしも等しくはない例を示す。なお、車両と空調ユニットの配置の関係は図１とに、冷房装置の構成は図２にそれぞれ同じである。
図６は本発明の実施形態２の車両空調装置の構成及び制御信号の流れを示すブロック図である。この車両空調装置は、順位が付与されている２台の空調ユニット３０Ａ，３０Ａと、操作盤４０、室温センサ５０を有している。各空調ユニット３０Ａには１本のヒータ５Ａとそれを制御する１個のリレー９が備えられている。ヒータ５Ａの発熱量は２．５ｋＷとする。また、１台の冷房装置６が備えられ、その発生熱量はインバータ１０による圧縮機６０の運転周波数制御により制御される。なお、圧縮機６０の周波数と冷房装置６の発生熱量の関係は、実施形態１で示した表１と同様とする。また、実施形態１と同様の制御装置２０が備えられている。

ヒータ発熱量設定部２２と冷房熱量設定部２４では、ＰＩ制御部２１で設定された供給熱量指令値Ｑを基にその空調ユニットのヒータ５Ａや冷房装置６が発生する熱量を設定する。ここでは、その設定は、供給熱量指令値Ｑ、空調ユニットの台数、及び全体の空調ユニットの中の自らの順位を基に行われる。従って、順位が１番目の空調ユニット３０Ａ（これを空調ユニット（１）とする）と、順位が２番目の空調ユニット３０Ａ（これを空調ユニット（２）とする）とでは、その設定方法が一部異なっている。この相違は設定パターンの違いに基づくものであり、空調ユニット（１）の設定パターンを示す熱量設定対応表を表３に、空調ユニット（２）の設定パターンを示す熱量設定対応表を表４に示す。なお、表中の変数Ｎは表２の場合と同様に決定される。

表３、表４では、供給熱量指令値Ｑが５つの場合に分けられている。表３、表４からわかるように、供給熱量指令値Ｑが、０未満で−５ｋＷ以上のとき、冷房装置を運転するのは空調ユニット(１)のみである。このときの冷房装置６の発生熱量は−５ｋＷである。供給熱量指令値Ｑが０に近い微小な冷房熱量であるとき、ヒータの発生熱量は５ｋＷ近く必要である。ここでは１台の空調ユニットのヒータ容量は２．５ｋＷであるため、２台の空調ユニットのヒータ５Ａ，５Ａを使用することになる。すなわち、供給熱量指令値Ｑが、０未満で−５ｋＷ以上のとき、空調ユニット（１）は、冷房装置６の運転とヒータ５Ａの両方の運転を行い、空調ユニット（２）はヒータ５Ａの運転のみを行う。これにより微小な冷房熱量が得られる。なお、供給熱量指令値Ｑの残りの４つの場合は、空調ユニット(１)と空調ユニット（２）は同じ発生熱量となっている。

上記の供給熱量指令値Ｑが、０未満で−５ｋＷ以上のとき、２台の空調ユニット（１），（２）から専用ダクト４Ａ，４Ｂに吐出されるそれぞれの空気の温度は異なる。しかし、それらのダクトは空調ユニットから室内に至る途中で共通ダクト４に合流するため、それら２台の空調ユニットからの空気が混合され、異なる温度の吹き出し風による不快感を与えることはない。

以上のように実施形態２の車両空調装置は、発熱運転をする空調ユニットと冷熱運転をする空調ユニットとを組み合わせているので、１台のユニットでは微小な冷房熱量が供給できないときでも、目的の熱量を得ることが可能となる。
また、複数の空調ユニットからの各吐出空気が混合された後で室内に供給されるようにしているので、異なる温度の吹き出し風による不快感を与えることを回避することができる。
さらに、空調ユニットの台数に加え、全体の空調ユニットの中における自らの順位を基に、各空調ユニットの発熱装置及び冷熱発生装置の発生熱量を設定するようにしているので、空調ユニットによって動作が異なる場合でも、表による発生熱量の設定が可能となる。

上記実施形態１、２では、車両空調装置を構成する空調ユニットについては、同じ構成の空調ユニットを２台備える場合を例に挙げて説明したが、空調ユニットは３台以上から構成されても良い。また、各空調ユニットが有する発熱装置（ヒータなど）と冷熱発生装置（冷房装置など）の数は、同じ必ずしも同じ構成である必要はなく、それらの個数に相違があっても良い。さらに、複数の空調ユニットの中には、発熱装置（ヒータなど）と冷熱発生装置（冷房装置）のいずれか一方だけを備えるものが含まれていても良い。

本発明の車両空調装置は、通常の列車、バスなど各種車両への適用に特に効果がある。これらの車両は、その運行地域により要求される空調能力が異なるが、その場合でも空調ユニットの台数を変化させることで簡単に対応できるメリットがあるからである。なお、本発明の空調装置は車両以外の空間の空調に適用することも可能である。

Claims (12)

1. 供給熱量を設定する供給熱量設定手段と、１つの発熱装置及び１つの冷熱発生装置と、前記供給熱量設定手段で設定された供給熱量に基づいて前記発熱装置及び冷熱発生装置の動作を制御する駆動制御手段とを有した空調ユニットを複数台備え、
   前記複数の空調ユニットが組み合わされて運転されることにより所定の熱量が車両の室内に供給されるようにしている車両空調装置において、
   前記供給熱量設定手段は、目標温度と実際の室内温度に基づいて前記複数の空調ユニットの総供給熱量の指令値を算出する総供給熱量演算部と、前記総供給熱量の指令値及び前記空調ユニットの台数を基に、各空調ユニットの発熱装置及び冷熱発生装置の発生熱量を設定する発熱量／冷熱量設定部とを有し、
   各空調ユニットは、自己が有する発熱装置及び冷熱発生装置についてそれぞれ運転が可能か否かの運転可能情報を保持するとともに、他の空調ユニットと前記運転可能情報を送受してその情報を共有する運転可能情報保持部を備え、
   各空調ユニットの前記発熱量／冷熱設定部は、各空調ユニット毎に定められた設定パターンにしたがって前記発熱装置及び冷熱発生装置の発生熱量を設定するものであり、
   前記設定パターンは、前記供給熱量の指令値が所定値以下の冷房熱量であるとき、ある空調ユニットの冷熱発生装置は予め定められた最も低い設定値で運転され、他の空調ユニットの冷熱発生装置は停止される一方、運転可能な各空調ユニットの発熱装置の発熱量は同じとなるように設定されている、ことを特徴とする車両空調装置。
2. 前記複数の各空調ユニットが、１つの発熱装置と冷熱発生量を調整可能な１つの冷熱発生装置を備えたものにおいて、
   前記発熱量／冷熱量設定部は、前記複数の空調ユニットのうち冷熱発生装置が運転可能な空調ユニットの台数Ｎを判定し、該判定値Ｎを利用して当該空調ユニットの発熱装置の発熱量を設定することを特徴とする請求項１記載の車両空調装置。
3. 前記発熱量／冷熱量設定部は、あらかじめテーブル化された前記発熱装置及び冷熱発生装置についての発生熱量パターンを持ち、該パターンに基づいて前記発熱装置及び冷熱発生装置の発生熱量を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両空調装置。
4. 室内温度の目標値を設定する目標温度設定手段と室内温度を検出する室内温度検出手段とを有し、
   前記総供給熱量演算部は、前記目標温度設定手段により設定された目標温度情報と、前記室内温度検出手段により検出された室内温度情報とを基にしたフィードバック演算を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の車両空調装置。
5. 前記冷熱発生装置は圧縮機を含んだ冷凍サイクルから構成され、前記圧縮機の運転周波数を段階的に変化させるインバータを備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の車両空調装置。
6. 前記駆動制御手段は、前記発熱装置に対して繰返し周期の通電を行うものであり、その通電時間の割合を変化させることで、前記発熱装置の発熱量を巨視的に連続変化させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の車両空調装置。
7. 前記空調ユニットの台数と、各空調ユニットが有する発熱装置の個数に基づいて、各空調ユニット間の発熱装置の通電タイミングのずれ量が設定可能とされていることを特徴とする請求項６記載の車両空調装置。
8. 前記各空調ユニットのうち運転可能な発熱装置が最も少ない空調ユニットの運転可能発熱装置の個数に合わせて各空調ユニットで運転する発熱装置の個数を決定し、前記各空調ユニットの台数と各空調ユニットで運転する発熱装置の個数とによって、各空調ユニット間の発熱装置の通電タイミングのずれ量を決めることを特徴とする請求項７記載の車両空調装置。
9. Ｎｕ台のユニットがそれぞれｎｅ個の発熱装置の運転を行うとき、１番目のユニットの１番の発熱装置とＮ番目のユニットのｎ番の発熱装置の通電タイミングのずれ量が、
   （（Ｎ−１）÷（Ｎｕ×ｎｅ）＋（ｎ−１）÷ｎｅ）×Ｔｓ、ただしＴｓは通電周期、
   で表されることを特徴とする請求項８記載の車両空調装置。
10. 使用する全ての発熱装置の通電率が等しく設定されていることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか一項に記載の車両空調装置。
11. 発熱運転をする空調ユニットと冷熱運転をする空調ユニットとを組み合わせて目的の熱量を得ることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の車両空調装置。
12. 複数の空調ユニットからの各吐出空気が混合されて室内に供給されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の車両空調装置。

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