JP5361816B2 - 鉄道車両用空調システム - Google Patents
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(鉄道車両用空調システムの構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る鉄道車両用空調システムにおける鉄道車両の構成図の例である。
図2で示されるように、吸込空気温度検出器9、外気温度検出器10、湿度検出器11、表面温度検出器12、及び空気温度検出器14が、空調制御装置7に接続されており、それぞれが検出した情報を空調制御装置7に送信する。乗車率検出器13は、列車情報管理装置8に接続されており、検出した情報を列車情報管理装置8に送信する。また、列車情報管理装置8も、空調制御装置7に接続されており、乗車率、扉開閉又は月日等の情報を、空調制御装置7に送信する。また、空調制御装置7は、空調接触器4に接続されており、さらに、その空調接触器4は、圧縮機3、室内送風機5、補助送風機6及び室外送風機20等に接続されており、空調制御装置7から受信した制御信号に基づいて、圧縮機3、室内送風機5、補助送風機6及び室外送風機20等を駆動制御する。
次に、本実施の形態における空調機2の動作について説明する。冷房運転時、空調機2内の冷凍サイクルの配管内を流通する冷媒は、圧縮機3において圧縮され高温高圧のガス冷媒として送り出され、室外送風機20の送風によって室外熱交換器において放熱して凝縮し、絞り装置において低温低圧となった後、室内熱交換器において吸熱して蒸発し、再び、圧縮機3へと戻る。
図3は、本発明の実施の形態1における鉄道車両1の断面図である。
図3で示されるように、表面温度検出器12は、扉15の上部に設置されており、点線で示した範囲に存在する物体の表面温度を検出する。表面温度検出器12は、物体からの赤外線を検出してその表面温度を検出するものであり、その内部に備えられる赤外線検出器は、熱型(サーモパイル、ボロメーター又は焦電等)又は量子型のいずれでもよく、また、赤外線検出器内の素子は単数でも複数でもよい。また、表面温度検出器12内の赤外線検出器は、その複数の素子を縦横に整列させて、面状に温度を測定するか、又は、素子の向きを可動として複数個所の表面温度を測定するものとしてもよい。
図4は、本発明の実施の形態1における鉄道車両1の乗車率とその車内における乗客19の状況との関係を示す図である。
乗客の皮膚温度は30〜35[℃]で、吸込空気温度検出器9によって検出される空調機2へ戻る空気の温度(以下、「吸込空気温度Tre」という)及び床は季節によって18〜28[℃]の間で変化し、乗客19の着衣表面温度は皮膚温度と吸込空気温度Treとの間の値になる。乗車率が低い場合、乗客19の熱放射は、壁、床及び窓等の車体表面温度の影響を受けやすいため、表面温度検出器12は、主に車体の表面温度を検出する。一方、乗車率が高い場合、乗客19の熱放射は、周囲の乗客19の表面温度の影響を受けやすいため、表面温度検出器12は、主に乗客19の表面温度を検出する。一般に、周囲の全方向から受ける熱放射を平均化した温度を示す平均放射温度Trは、下記の式(1)で示されるように、周囲の物体の表面温度Tiとその形態係数Fiとの積の和によって算出される。
熱放射によって人から周囲物体へと伝わる熱流速R[W/m2]は、人の表面温度Tsと平均放射温度Trによって、下記の式(3)によって表される。
快適性を評価する指標として、一般的に、PMV(Predicted Mean Vote)やSET*(標準新有効温度、Standard new Effective Temperature)が用いられており、PMVについては0±0.5以内、そして、SET*については22〜26[℃]の環境が快適であるとされる。PMV及びSET*は、室温、平均放射温度、相対湿度、風速、着衣量及び代謝量から演算され、例えば、室温が22[℃]、25[℃]及び28[℃]で、相対湿度が50[%]、風速が0.2[m/s]、着衣量が0.4[clo](夏期)、並びに、代謝量が1.2[Met](直立不動)とした場合、PMWは図5のように算出され、そして、SET*は図6のように算出され、平均放射温度Trの変化による温冷感の変化を定量化することができる。
図7は、SET*=24[℃]となる場合の平均放射温度Trと快適室温との関係を示す図であり、着衣量0.45[clo]、風速0.1[m/s]及び代謝量1.2[Met]の場合、平均放射温度Trに対してSET*が24[℃]となる室温を示している。このときの室温を快適室温Tcomとする。
以上の構成及び動作のように、乗客又は車体の表面温度、吸込空気温度Tre及び乗車率Xに基づいて平均放射温度Trを算出し、この平均放射温度Trによって快適室温Tcomを導出し、設定温度Tmを設定することによって、乗客及び車体の熱放射を考慮した空調制御が可能となり、快適性を向上させることができる。
本実施の形態に係る鉄道車両用空調システムは、実施の形態1に係る同システムと同様の構成であり、以下、その動作において相違する点を中心に説明する。
本実施の形態においては、平均放射温度Trから設定温度Tmを変更するのではなく、平均放射温度Trから制御温度Thを算出し、制御温度Thが所定の設定温度Tmに近づくように制御する動作について説明する。
以上の動作のように、吸込空気温度Tre及び平均放射温度Trから算出した制御温度Thを用いることによって、乗客及び車体の熱放射を考慮した空調制御が可能となり、快適性を向上させることができる。
本実施の形態に係る鉄道車両用空調システムは、実施の形態1に係る同システムと同様の構成であり、以下、その動作において相違する点を中心に説明する。
本実施の形態においては、表面温度検出器12によって検出された温度に基き、扉15の開閉に伴う熱負荷変動に対応する動作について説明する。
以上の動作によって、乗客の入れ替わりによる熱負荷変動、又は、扉開閉によって外気が車内へ流入した影響を即座に検出することができ、従来の温度検出器よりも熱負荷の変動を即座に検出することができ、空調制御を早めることができ、快適性を向上させることができる。
Claims (6)
- 鉄道車両内の空調運転を実施する空調機と、
前記鉄道車両内の少なくとも乗客又は前記鉄道車両の車内の表面温度を検出する表面温度検出器と、
前記鉄道車両内における前記乗客の乗車率を検出する乗車率検出器と、
前記鉄道車両内の空気温度(以下、「車内空気温度」という)が設定温度に近づくように前記空調機を制御する空調制御装置と、
を備え、
前記空調制御装置は、
前記乗車率検出器によって検出された前記乗車率(以下、「検出乗車率」という)に基づいて形態係数を算出し、該形態係数、前記表面温度検出器によって検出された前記表面温度(以下、「検出表面温度」という)、及び前記車内空気温度に基づいて、平均放射温度を算出し、
該平均放射温度に基づいて前記設定温度を決定する
ことを特徴とする鉄道車両用空調システム。 - 鉄道車両内の空調運転を実施する空調機と、
前記鉄道車両内の少なくとも乗客又は前記鉄道車両の車内の表面温度を検出する表面温度検出器と、
前記鉄道車両内における前記乗客の乗車率を検出する乗車率検出器と、
前記鉄道車両内の制御温度が設定温度に近づくように前記空調機を制御する空調制御装置と、
を備え、
前記空調制御装置は、
前記乗車率検出器によって検出された前記乗車率(以下、「検出乗車率」という)に基づいて形態係数を算出し、該形態係数、前記表面温度検出器によって検出された前記表面温度(以下、「検出表面温度」という)、及び前記鉄道車両内の空気温度(以下、「車内空気温度」という)に基づいて、平均放射温度を算出し、
該平均放射温度と前記車内空気温度に基づいて前記制御温度を算出する
ことを特徴とする鉄道車両用空調システム。 - 鉄道車両内の空調運転を実施する空調機と、
前記鉄道車両内の少なくとも乗客又は前記鉄道車両の車内の表面温度を検出する表面温度検出器と、
前記鉄道車両内における前記乗客の乗車率を検出する乗車率検出器と、
前記鉄道車両内の空気温度(以下、「車内空気温度」という)が設定温度に近づくように前記空調機を制御する空調制御装置と、
を備え、
前記空調制御装置は、
前記鉄道車両が停車する前、及び、車両が停止して乗客の乗り降りが終了し、扉が閉まった後に、
前記乗車率検出器によって検出された前記乗車率(以下、「検出乗車率」という)に基づいて形態係数を算出し、該形態係数、前記表面温度検出器によって検出された前記表面温度(以下、「検出表面温度」という)、及び前記車内空気温度に基づいて、平均放射温度を算出し、
これらの平均放射温度の温度差に基づいて前記設定温度を決定する
ことを特徴とする鉄道車両用空調システム。 - 前記空調制御装置は、月や季節の判別が可能なカレンダー機能を備え、月や季節に基づいて前記形態係数の算出式を変更する
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の鉄道車両用空調システム。 - 前記空調機へ吸い込まれる空気の温度を検出する吸込空気温度検出器を備え、
前記空調制御装置は、前記吸込空気温度検出器によって検出された温度を前記車内空気温度とする
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の鉄道車両用空調システム。 - 前記鉄道車両内の壁上に設置され、前記鉄道車両内の空気の温度を検出する空気温度検出器を備え、
前記空調制御装置は、前記空気温度検出器によって検出された温度を前記車内空気温度とする
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の鉄道車両用空調システム。
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