JP5717428B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道等の車両に設けられた車両用空気調和装置に関するものである。

図８及びそのＢ−Ｂ断面である図９に示すように、鉄道等の車両に設けられた車両用空気調和機２０は、通常、車両等１（図には、先頭車両１ａと中間車両１ｂとが示してある）の屋根２の上に、ケーシングに覆われて設置される。このケーシング内は、図示してないが、例えば、室外送風室と室内送風機室とが設けられており、室外送風機室には室外熱交換器、室外送風機や圧縮機などが設けられ、ケーシングには外気導入口が設けられている。また室内送風機室には室内熱交換器、室内送風機や絞り弁などが設けられ、ケーシングには外気吸込み口が設けられており、室内送風機の吐出口は後述のダクト５内に開口している。そして、これら室外送風室と室内送風機室の機器は、冷媒配管により接続されて冷凍サイクル装置を構成している。

４は車両１の客室３の上部に設けられた天井で、屋根２との間において幅方向の中央部にはダクト５が形成されており、ダクト５の天井４には車両用空気調和機２０の室内送風機による調和空気の吹出し口６が設けられており、また、ダクト５の両側の天井４には車両用空気調和機２０の室内送風機室に連通するリターン空気吸込み口７が設けられて、その下流側にはフィルタ８が設置されている。９は客室３内に設けられた座席、１０は吊革である。

１１はリターン空気吸込み口７の下流側に設置されたリターン温度センサ、１２は客室３の壁面に設置された壁部温度センサで、両温度センサ１１，１２によって検出された温度情報は、屋根２と天井４との間に設けられた車両用空気調和機２０の空調制御器２１に送られる。１３は車両１の床下に設けられてその情報が空調制御器２１に送られる車両情報制御装置で、応荷重センサ１４の検出情報が入力される。

上記のような車両用空気調和機２０が搭載された車両１において、客室３を冷房する場合は、リターン温度センサ１１からの温度情報、暖房時には壁部温度センサ１２からの温度情報と、これらの温度情報と車両情報制御装置１３からの冷房又は暖房の設定温度、乗車率などの情報とによって、空調制御器２１により冷凍サイクル装置が制御され客室３内の温度が所定温度に調節される。

ここで、乗車率とは、車両の乗車定員に対して、実際に乗車している人数の割合を云う。例えば、乗車率１００％とは、すべての座席９が埋まり、かつ、吊革１０がある程度まで埋っている状態の場合を云う。しかし、実際の乗車率を測定することは困難なので、車両１の床下に設けた応荷重センサ１４により概算の乗車率を算定している。

このような車両用空気調和装置に、空調機の吹出し部に吹出し部温度センサ、吸入部に吸込部温度センサを設け、その検出温度が所定温度より高い場合は熱負荷が大きいと判断し、満車状態などにより熱負荷が大きい場合には冷房運転を行うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３４８７８０号公報（第２、３頁、図１、２）

図８、図９に示す従来の車両用空気調和機２０、あるいは特許文献１に記載された車両用空気調和装置においては、ラッシュ時（この場合は、乗車率１５０％と考える）に、リターン温度センサ（又は吸入部温度センサ）によって検出した温度情報は、実際の客室内の温度に対応しない場合が多く、特に、リターン温度センサ（又は吸入部温度センサ）と立席客の位置が離れているため、客室内、特に立席客に対して快適な温度制御を行うことができなかった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、ラッシュ時のように乗車率の高い場合においても、客室内の温度環境を快適に制御することのできる車両用空気調和装置を提供することを目的としたものである。

本発明に係る車両用空気調和装置は、圧縮機及び室外熱交換器と、室内熱交換器及び絞り弁とを冷媒配管で接続して冷凍サイクル装置が形成され、車両の客室の天井に設けたリターン空気吸込み口の下流側にリターン温度センサが設けられ、車両の屋根に設置されて、前記客室内の温度を所定温度に制御する車両用空気調和機と、前記客室の天井に設けられて該客室内の空気を撹拌する横流ファンとを備え、前記横流ファンの近傍に横流ファン温度センサを設置し、前記横流ファンを運転して、前記リターン温度センサで検出した温度と、前記横流ファン温度センサで検出した温度との加算割合を乗車率に応じて段階的に変更し、加算割合を反映させて両温度を合計し、該合計した温度を前記車両用空気調和機への温度情報とするものである。

本発明によれば、乗車率の高い場合でも、客室内の温度環境を快適に維持することができる。

本発明の実施の形態１に係る車両用空気調和装置が設けられた鉄道等の車両の模式図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２の要部の拡大図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用空気調和装置による客室温度の制御例の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用空気調和装置による客室温度の他の制御例の説明図である。 客室の座席客、立席客及び乗車人員の変化を算定した乗車率のグラフである。 乗車率の変化とこれに伴うリターン温度センサ、横流温度センサの検出温度の割合を示すグラフである。 従来の車両用空気調和機が設けられた鉄道等の車両の模式図である。 図８のＢ−Ｂ断面図である。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る車両用空気調和装置が設けられた鉄道等の車両の模式図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図２の要部の拡大図である。なお、図８、図９に示した従来技術と同じ部分には、これと同じ符号が付してある。

本実施の形態は、図８、図９で従来技術として説明した車両用空気調和機２０が設けられた車両１において、車両用空気調和機２０とは別に、車両用空気調和機２０からの調和空気の吹出しに干渉しない位置の天井４に、複数の凹部１５を設けてファン室１６を形成し、このファン室１６に横断流送風機２５（以下、横流ファンという）を設置すると共に、ファン室１６の下部開口部にグリル１７を設けたものである。

そして、横流ファン２５の吸込み側又はグリル１７の下流側（以下、横流ファン２５の近傍という）のいずれかの風路内に横流ファン温度センサ２６ａ又は２６ｂ（以下、単に２６と記すことがある）を設置したものである（図には、両温度センサ２６ａ，２６ｂが示してあるが、いずれか一方でよい）。

上記のように構成した本実施の形態によれば、車両用空気調和機２０により、例えば客室３内を冷房中に横流ファン２５を運転すれば、客室３内の空気をグリル１７から吸い込み、吹出口から客室３内に吹き出して客室３内の空気を撹拌するので、客室３内の温度を快適な状態に保つことができる。

この場合、横流ファン２５は立席客に近い位置にあり、かつ客室３内の空気を撹拌するため、その近傍に設置した横流ファン温度センサ２６によって立席客の体感温度を確実に検出することができるので、この温度情報を空調制御器２１に送ることにより、横流ファン２５による客室３内の空気の撹拌と相俟って、客室３内の環境を快適に制御することができる。

前述のように、横流ファン温度センサ２６を、横流ファン２５の吸込み側又はグリル１７の下流側のいずれかに設ける場合を示したが横流ファン温度センサ２６を横流ファン２５の吸込み側に設ける場合は、配線を容易に行うことができ、グリル１７の下流側に設ける場合は、客室３内の温度をより正確に検出することができる。

本実施の形態によれば、客室３の天井４に客室３内の空気を撹拌する横流ファン２５を設けると共に、横流ファン２５の近傍に横流ファン温度センサ２６を設け、客室３の乗車率が高い場合は、車両用空気調和機２０は、この横流ファン温度センサ２６が検出した温度情報を利用して客室３内を所定の温度に制御するようにしたので客室３内の環境を快適に維持することができる。

［実施の形態２］
本実施の形態は、実施の形態１のように車両用空気調和機２０と横流ファン２５とによって構成した車両用空気調和装置により客室３の温度を制御する場合、横流ファン２５が運転されているときは、横流ファン温度センサ２６が検出した温度情報に基いて客室３の温度制御を行い、あるいは、客室３の乗車率に応じて、リターン温度センサ１１の検出温度Ｔ₁と、横流ファン温度センサ２６の検出温度Ｔ₂との１００分率による割合を変えた温度情報に基いて客室３の温度制御を行うようにしたものである。このような客室３の温度制御の例を以下に説明する。

＜制御例１＞
横流ファン２５を運転すると客室３内の空気が撹拌されるため、横流ファン２５の近傍に設けた横流ファン温度センサ２６により、客室３内の温度をより正確に検出することができる。
よって、横流ファン２５を運転した場合は、図４に示すように、車両用空気調和機２０は、横流ファン温度センサ２６が検出した温度情報に基いて客室３内を所定の温度に制御する。

＜制御例２＞
乗車率が高い場合（例えば、１５０％程度）は、客室３内は乗客の身体が密着しており、このため、座席客と立席客とでは体感温度に差を生じる。そこで、例えば、乗車率が１５０％以下の場合は、車両用空気調和機２０はリターン温度センサ１１が検出した温度Ｔ₁を客室３内の温度情報として使用し、乗車率が１５０％を超えたときは、横流ファン温度センサ２６が検出した温度Ｔ₂を客室３内の温度情報として使用して、客室３内を所定の温度に制御する。なお、前者の場合は横流ファン２５の稼動の有無に関係がなく、後者の場合は横流ファン２５は運転しているものとする。

＜制御例３＞
また、図５に示すように、乗車率が例えば５０％以下の場合は、リターン温度センサ１１が検出した温度Ｔ₁を車両用空気調和機２０の温度情報として使用し、乗車率が例えば５０％を超えて１５０％以下の場合は、リターン温度センサ１１の検出温度Ｔ₁の５０％に、横流ファン温度センサ２６の検出温度Ｔ₂の５０％を加えた温度を温度情報として使用する。さらに、乗車率が例えば１５０％を超えた場合は、横流ファン温度センサ２６の検出温度Ｔ₂を温度情報として使用し、客室３内を所定温度に制御する。このように、乗車率に応じて温度情報を段階的に切替える。なお、少なくとも乗車率が例えば５０％を超えた場合は、横流ファン２５は運転しているものとする。また、上記の説明では、温度情報を３段階に切替える場合を示したが、４段階以上に切替えてもよい。

＜制御例４＞
本制御例は、リターン温度センサ１１と横流ファン温度センサ２６の検出温度Ｔ₁，Ｔ₂のそれぞれの何％かを加えて、車両用空気調和機２０の温度情報とする場合、加える両者の温度の割合を連続的に切り替えるようにしたものである。
図６は１車両当りの定員を１６０名（座席数６０名）と仮定して、座席客、立席客及び乗車人員の変化を算定した乗車率のグラフである。

また、図７は乗車率の変化に伴って、リターン温度センサ１１と横流ファン温度センサ２６の検出温度Ｔ₁，Ｔ₂に基いて、車両用空気調和機２０へ送る場合の温度情報の割合を示すグラフである。
ここで、温度情報を構成する横流ファン温度センサ２６の検出温度Ｔ₂の割合αは、
α＝立席客人員／乗車人員
であり、リターン温度センサ１１の検出温度Ｔ₁の割合βは、
β＝１−α
となる。
よって、車両用空気調和機２０への温度情報は、
温度情報＝β×Ｔ₁＋α×Ｔ₂
となる。

図から明らかなように、本制御例によれば、車両用空気調和機２０へ送られる温度情報は、乗車率が例えば７５％の場合は、リターン温度センサ１１の検出温度Ｔ₁と、横流ファン温度センサ２６の検出温度Ｔ₂の割合はそれぞれ５０％であり、乗車率がそれより低い場合は、リターン温度センサ１１の検出温度Ｔ₁の割合が、横流ファン温度センサ２６の検出温度Ｔ₂の割合より高くなる。

一方、乗車率が７５％より高くなると、その割合が逆転して、リターン温度センサ１１の検出温度Ｔ₁の割合が、横流ファン温度センサ２６の検出温度Ｔ₂の割合より低くなり、例えば乗車率が１５０％の場合は、前者が約２５％、後者が約７５％となる。

本実施の形態は、車両用空気調和機２０へ送る温度情報を、乗車率の変化に対応して変えるようにし、この温度情報に基いて客室３内の温度を所定温度に制御するようにしたので、客室３内の環境を常により快適に維持することができる。

１ 車両、２ 車両の屋根、３ 客室、４ 天井、６ 吹出し口、７ リターン空気吸込み口、１１ リターン温度センサ、１６ ファン室、１７ グリル、２０ 車両用空気調和機、２１ 空調制御器、２５ 横流ファン、２６ 横流ファン温度センサ。

Claims (5)

1. 圧縮機及び室外熱交換器と、室内熱交換器及び絞り弁とを冷媒配管で接続して冷凍サイクル装置が形成され、車両の客室の天井に設けたリターン空気吸込み口の下流側にリターン温度センサが設けられ、車両の屋根に設置されて、前記客室内の温度を所定温度に制御する車両用空気調和機と、前記客室の天井に設けられて該客室内の空気を撹拌する横流ファンとを備え、
   前記横流ファンの近傍に横流ファン温度センサを設置し、
   前記横流ファンを運転して、前記リターン温度センサで検出した温度と、前記横流ファン温度センサで検出した温度との加算割合を乗車率に応じて段階的に変更し、加算割合を反映させて両温度を合計し、該合計した温度を前記車両用空気調和機への温度情報とすることを特徴とする車両用空気調和装置。
2. 圧縮機及び室外熱交換器と、室内熱交換器及び絞り弁とを冷媒配管で接続して冷凍サイクル装置が形成され、車両の客室の天井に設けたリターン空気吸込み口の下流側にリターン温度センサが設けられ、車両の屋根に設置されて、前記客室内の温度を所定温度に制御する車両用空気調和機と、前記客室の天井に設けられて該客室内の空気を撹拌する横流ファンとを備え、
   前記横流ファンの近傍に横流ファン温度センサを設置し、
   前記横流ファンを運転して、前記リターン温度センサで検出した温度と、前記横流ファン温度センサで検出した温度との加算割合を乗車率に応じて連続的に変更し、加算割合を反映させて両温度を合計し、該合計した温度を前記車両用空気調和機への温度情報とすることを特徴とする車両用空気調和装置。
3. 前記横流ファン温度センサの検出温度の割合αを、立席客人数／乗車人数で算出し、前記リターン温度センサの検出温度の割合βを１−αで算出して、前記車両用空気調和機への温度情報を次式で算出することを特徴とする請求項２記載の車両用空気調和装置。
   β×リターン温度センサの検出温度＋α×横流ファン温度センサの検出温度
4. 前記横流ファン温度センサを、前記横流ファンの吸込み側に設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用空気調和装置。
5. 前記横流ファン温度センサを、前記横流ファンの下方に設けたグリルの下流側に設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用空気調和装置。

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