JP6147049B2 - 鉄道車両用換気制御システム - Google Patents
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Description
従来から、鉄道車両の換気方法として、客室に必要とされる最大換気量を予め算出し、この算出した値を固定値として用いる方法が提案されている。この方法では、換気動作をする場合には、ダンパの開度を、この予め算出した値で固定するようにしている。
また、その他の換気方法として、車両の乗車率を算出して必要換気量を算出し、この算出された必要換気量からダンパの開度を調整する方法も提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
空気調和装置の負荷を抑制するためには、換気装置のダンパを適切に制御して、客室内に取り込む外気量を調整することが望ましい。
しかし、特許文献1に記載の技術では、乗客の乗り降りに応じて必要換気量を算出した後にダンパの開度を調整するので、その分、換気が開始される時間が遅れてしまい、空気調和装置の運転効率も悪くなるという課題があった。
すなわち、特許文献1に記載の技術では、ダンパの開度を調整していたとしても、次駅で乗客数が変化して、再びダンパの開度調整をする必要が生じ、空気調和装置の運転効率が悪くなるという課題があった。
実施の形態.
図1は、実施の形態に係る鉄道車両用換気制御システム100の構成を示す図である。図2は、乗客数を検出するのに利用される構成の説明図である。図3は、車両12に搭載される空気調和装置101の概要構成例図である。なお、図3(a)は空気調和装置101を車両12の長手方向と直交する縦断面で見たときの概要構成例図であり、図3(b)は空気調和装置101を平面視したときの概要構成例図である。
図1〜図3を参照して、鉄道車両用換気制御システム100及び空気調和装置101の構成について説明する。
本実施の形態に係る鉄道車両用換気制御システム100は、乗客数に対応する換気装置2の換気量を予め算出し、空気調和装置101の消費電力が増大することを抑制することができる改良が加えられたものである。
鉄道車両用換気制御システム100は、外気を客室11に取り込むのに利用される換気装置2と、外気温度を検出するのに利用される外気温度センサ7及び客室11の温度を検出するのに利用される車両内温度センサ8などのセンサと、ドア18が開いているか或いは閉じているかを検出するドア開閉スイッチ17と、換気装置2を制御する制御装置1と、たとえば車両12の運転士などに各種情報を報知するのに利用される車上モニタ9と、車上モニタ9が有する情報の送受信をするのに利用される地上通信装置10と、を有している。
空気調和装置101は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機50、冷媒を凝縮する凝縮器51、冷媒を減圧して膨張させる絞り装置52、及び冷媒を蒸発させる蒸発器53を有している。そして、これらは、冷媒配管60で接続されて冷凍サイクルを構成している。
なお、凝縮器51には、凝縮器51に空気を供給して冷媒の凝縮を促進する送風機54が付設されている。また、蒸発器53には、蒸発器53に空気を供給して冷媒の凝縮を促進するとともに、蒸発器53を流れる冷媒と熱交換した空気を車両12に供給する送風機55が付設されている。
なお、本実施の形態では、空気調和装置101が、送風機54及び送風機55を境にして、2つ併設して構成されている場合を一例として説明する。
また、本実施の形態では、空気調和装置101が冷房運転のみを実施する場合を一例として説明するが、空気調和装置101に別途四方弁を設け、暖房運転もすることができるように構成してもよいし、別途ヒーターなどを設けてもよい。
換気装置2は、客室11に外気を供給するものである。換気装置2は、車両12の客室11と車両12外とを連通する換気ダクト13と、車両12外から客室11に供給する外気の量を調整するのに利用されるダンパ4と、換気ダクト13に車両12外の空気を取り込み、客室11に送り込む換気送風機3とを有している。
換気ダクト13は、車両12の客室11と車両12外とを連通する風路を形成しているものであり、その風路には外気温度センサ7、ダンパ4及び換気送風機3が設けられている。換気ダクト13は、車両12外側に開口する外気取入口5及び客室11側に開口する外気吐出口6を有している。
なお、車両12の客室11の天面側には、換気ダクト13の外気吐出口6と連通するように図示省略の空気流入口が形成されており、車両12は、換気ダクト13からの空気が客室11内に供給されるように構成されている。
換気送風機3は、たとえば回転するファン及びこのファンを回転させる電動機などから構成されるものである。この換気送風機3の作用により、換気ダクト13に車両12外の空気が取り込まれ、この取り込んだ空気を客室11に供給することができるようになっている。
鉄道車両用換気制御システム100は、車両内温度センサ8及び外気温度センサ7に加えて、客室11内の乗客数を算出するのに利用される圧力センサ14、人感センサ15及びCO2センサ16を有している。
なお、乗客数とは、車両12に乗っている乗客の数を指し、乗客率とは、予め設定される車両12の定員に対する現在の乗客数を指している。
なお、外気温度センサ7及び車両内温度センサ8は、たとえばサーミスタなどで構成するとよい。この外気温度センサ7及び車両内温度センサ8は、制御装置1に電気的に接続されており、これらのセンサの検出結果が制御装置1に出力されるようになっている。なお、外気温度センサ7及び車両内温度センサ8と制御装置1との接続は、有線でもよいし、無線であってもよい。
圧力センサ14は、客室11における乗客の数に対応する圧力(重量)を検出するものである。圧力センサ14は、たとえば、車両12の床下側に設置される。
人感センサ15は、客室11における人間の在、不在を検出するのに利用されるものである。人感センサ15は、たとえば、客室11の赤外線を検出する赤外線センサなどから構成されるものである。人感センサ15は、たとえば、客室11の天井側に設置されるものである。
CO2センサ16は、客室11における乗客の数に対応する二酸化炭素濃度を検出するのに利用されるものである。CO2センサ16は、たとえば、客室11の天井側に設置されるものである。
なお、本実施の形態では、図1及び図2に示すように、客室11の乗客数を検出するためのセンサとして、圧力センサ14、人感センサ15及びCO2センサ16が客室11に設けられている場合を例に説明したが、それに限定されるものではない。たとえば、圧力センサ14、人感センサ15及びCO2センサ16のうちのいずれか1つ、或いは2つを設置するようにしてもよい。
ドア開閉スイッチ17は、ドア18が開いているか或いは閉じているかを検出するスイッチである。ドア開閉スイッチ17は、制御装置1に電気的に接続されており、ドア開閉スイッチ17の検出結果が制御装置1に出力されるようになっている。
制御装置1は、外気温度センサ7、車両内温度センサ8、圧力センサ14、人感センサ15、CO2センサ16及びドア開閉スイッチ17に電気的に接続されており、これらの検出結果に基づいて空気調和装置101及び換気装置2などを制御するものである。
また、制御装置1は、圧力センサ14、人感センサ15及びCO2センサ16の検出結果に基づいて車両12の客室11の乗客数を算出することができるものである。そして、制御装置1は、この乗客数に基づいて換気装置2でどの程度の換気を行うかを算出する。
ここで、乗客数と乗客率とは相間関係を有している。すなわち、車両12に予め設定されている定員が100人であるとき、乗客数が100人いれば乗客率は100%であり、乗客数が80人であれば、乗客率は80%となる。本実施の形態では、制御装置1が「乗客率」ではなく「乗客数」を利用して換気装置2で実施する換気量を算出する場合を例に説明する。
車上モニタ9は、たとえば車両12の運転士などに各種情報を報知するのに利用されるものであり、制御装置1及び地上通信装置10に電気的に接続されているものである。車上モニタ9は、制御装置1からの情報を地上通信装置10に出力したり、地上通信装置10で受信した情報を制御装置1に出力したりすることができる。
地上通信装置10は、自身が設置されている電車以外の電車の地上通信装置10との通信を実施するのに利用されるものである。地上通信装置10は、たとえば車両12の外の上部に設置される。地上通信装置10は、車上モニタ9に電気的に接続されている。
圧縮機50は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして冷媒回路に搬送するものである。圧縮機50は、吸入側が蒸発器53に接続され、吐出側が凝縮器51に接続されている。圧縮機50は、たとえば容量制御をすることができるインバータ圧縮機などで構成するとよい。
凝縮器51は、凝縮器(放熱器)として機能し、凝縮器51に供給される空気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を凝縮液化させるものである。この凝縮器51は、一方が圧縮機50に接続され、他方が絞り装置52に接続される。凝縮器51は、たとえば冷媒配管60を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。
絞り装置52は、冷媒を減圧して膨張させるものである。絞り装置52は、一方が凝縮器51に接続され、他方が蒸発器53に接続されている。絞り装置52は、開度が可変であるもの、たとえばキャピラリーチューブ、電子式膨張弁などで構成するとよい。
蒸発器53は、蒸発器として機能し、蒸発器53に供給される車両12の客室11内の空気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷媒を蒸発ガス化させるものである。この蒸発器53は、一方が絞り装置52に接続され、他方が圧縮機50の吸入側に接続される。蒸発器53は、たとえば冷媒配管を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。
蒸発器53には、車両12の客室11内の空気を蒸発器53に供給し(図3(a)のa参照)、蒸発器53を流れる冷媒との熱交換を促進させる送風機55が付設されている。この送風機55の作用により、冷媒と熱交換して冷却された空気が客室11内に戻されるようになっている(図3(a)のb参照)。
図4は、実施の形態に係る鉄道車両用換気制御システム100の乗客数の情報の受け渡しをする際の動作説明図である。図4を参照して自車両19の制御装置1が取得する情報に基づいて、制御装置1がどのように動作するかなどについて説明する。
図4に示すように、自車両19と先行走行車両20とは、情報を集約している地上通信設備23を介して情報のやり取りをすることができるようになっている。
すなわち、先行走行車両20にも、圧力センサ14などが搭載されており、先行走行車両20の制御装置1は、圧力センサ14などの検出結果から先行走行車両20における乗客率を算出している。
そして、先行走行車両20の地上通信装置10から出力された乗客数の情報21は、地上通信設備23に一度出力される。
その後、地上通信設備23からこの乗客数の情報21に対応する情報22が、自車両19の地上通信装置10に出力される。
自車両19の制御装置1は、この地上通信装置10が受信した情報22に基づいて換気装置2を制御する。
鉄道車両の特徴として、特に都心部では、同一路線を走行する車両数も多く、前後して走行する車両の乗客数増減傾向は同様である。このため、先行走行車両20の乗客数を入手することで、次駅(自車両19が現在向かっている駅)で見込まれる自車両19の乗客数を事前に把握することができる。
すなわち、「自車両19が現在向かっている駅」を既に出発している先行走行車両20の制御装置1は、「自車両19が現在向かっている駅」における乗客数に関する情報を取得しているため、この情報を取得することができれば、次駅で予測される乗客数を予め把握することができるということである。
先行走行車両20は、この先行走行車両20よりも前を走行している車両(図示省略)から乗客数に関する情報を受け取っており、この受け取った情報に基づいて先行走行車両20も、先行走行車両20における「次駅で見込まれる予測乗客数」を算出している。
先行走行車両20が自車両19に送信する情報21とは、「次駅で見込まれる予測乗客数」ではなく、「実際の乗客数」に関するものである。
また、自車両19の制御装置1は、先行走行車両20の乗客数以外のデータを用いてもよい。たとえば、先行走行車両20から乗客数の増減値を出力してもらい、これから、自車両19の制御装置1は、次駅における予測乗客数を算出して予測換気量を算出してもよい。
また、自車両19の制御装置1は、複数の先行走行車両20から出力された乗客数の値を平均して用いてもよいし、また、自車両19の制御装置1は、複数の先行走行車両20から出力された次駅における乗客数と、曜日及び時間帯とに基づいて次駅における予測乗客数を算出して予測換気量を算出してもよい。
制御装置1は、地上通信設備23を介して先行走行車両20の制御装置1から送信される「次駅の乗客数」に関する情報を取得する。
(ステップS2)
制御装置1は、ステップS1で取得した情報に基づいて、次駅で予測される自車両19の乗客数(予測乗客数)を算出し、次駅における自車両19の乗客数に対応する換気量(予測換気量)を算出する。
制御装置1は、次駅に到達する前に、ステップS2で算出した予測換気量となるように換気装置2のダンパ4及び換気送風機3を制御する。
なお、本実施の形態では、制御装置1が、「次駅に到達する前」に換気装置2を制御するものとして説明するが、それに限定されるものではなく、「次駅に到着時」に換気装置2の制御を行うようにしてもよいし、「次駅で乗客の乗り降りが済んでドア18が閉められたとき」に換気装置2の制御を行うようにしてもよい。
(ステップS5)
制御装置1は、次駅に到達するとドア18を開けて、車両12への乗客の乗り降りをさせた後に、ドア18を閉める。
なお、制御装置1は、ドア18が閉まったか否かについて、ドア開閉スイッチ17の検出結果から判定することができる。
制御装置1は、ドア18が閉まったと判定すると、圧力センサ14、人感センサ15及びCO2センサ16の検出結果に基づいて自車両19の実際の乗客数を算出する。
(ステップS7)
制御装置1は、この算出した実際の乗客数の情報を、自車両19の後ろを走行している車両で活用するため、地上通信設備23に出力する。
なお、自車両19だけでなく、先行走行車両20及び自車両19よりも後ろを走っている車両も同様に、地上通信設備23を介して自身より先行する車両の実際の乗客数の情報を受け取っている。
制御装置1は、ステップS6で算出した実際の乗客数に基づいて、実際に必要な換気量を算出する。
(ステップS9)
制御装置1は、ステップS2で算出した予測換気量と、ステップS8で算出した実際に必要な換気量とに基づいて、換気量が足りているか否かを判定する。
すなわち、制御装置1は、予測換気量が実際に必要な換気量よりも小さい場合においては、換気装置2のダンパ4及び換気送風機3を制御して足りない分の換気を実施する。
また、予測換気量が実際に必要な換気量よりも大きい場合には、換気装置2のダンパ4及び換気送風機3を制御して換気を実施しなくてもよい。
(ステップS10)
制御装置1は、ステップS8で算出した実際に必要な換気量と、予測換気量との差に基づいて換気装置2のダンパ4及び換気送風機3を制御する。
その後、ステップS1の制御に戻る。
図6は、図4に示す態様の変形例である。上述の図4では、先行走行車両20から乗客数に関する情報を取得する態様を説明したが、それに限定されるものではない。
特急電車や新幹線電車等の指定席を有する車両においては、指定席の予約状況により、次駅における乗客数を把握することが出来る。
すなわち、制御装置1は、予約センター24の予約状況を、地上通信設備23を介して取得するようにしてもよい。これにより、制御装置1は、地上通信装置10及び車上モニタ9を経由して、情報21を受取ることにより、次駅での乗客増減数を事前に把握することができる。そして、制御装置1は、この次駅での乗客増減数に基づいて予測換気量を算出することができる。
すなわち、制御装置1は、この予約センター24の予約状況に関する情報と、先行走行車両20から得られる乗客数に関する情報との両方に基づいて、次駅における予測乗客数を算出し、この算出した予測乗客数から予測換気量を算出するということである。
本実施の形態に係る鉄道車両用換気制御システム100は、先行走行車両20の制御装置1から送信される「次駅の乗客数」に関する情報に基づいて、次駅で予測される自車両19の乗客数を算出し、次駅における自車両19の乗客数に対応する換気量(予測換気量)を算出するものである。
このように、次駅に到達する前に予め乗客数を算出して予測換気量を把握しておくので、ダンパ開度を固定値とするよりも、無駄な換気を抑制することができ、空気調和装置101の消費電力が増大してしまうことを抑制することができる。
Claims (4)
- 車両の外の空気を前記車両の内に取り込む換気送風機及び前記車両の外から前記車両の中に取り込む空気の量を調節するダンパを含み、前記車両に設けられた換気装置と、
前記車両に設けられ、前記車両の先を走行している先行走行車両が算出した次駅における乗客数に関する情報を受け取る地上通信装置と、
前記車両に設けられ、前記換気装置を制御する制御装置と、
前記車両に設けられ、前記車両に搭乗している乗客数を算出するのに利用されるセンサと、
を有し、
前記制御装置は、
前記地上通信装置が受け取った前記先行走行車両の情報に基づいて、前記車両の次駅における予測乗客数を予め算出し、前記予測乗客数に基づいて前記換気送風機及び前記ダンパを制御する第1の制御を実行し、
前記センサの検出結果に基づいて算出される、前記次駅における実際の乗客数よりも、前記予測乗客数の方が少ない場合には、前記第1の制御の後に、前記実際の乗客数と前記予測乗客数との差に基づいて前記換気送風機及び前記ダンパを制御する第2の制御を実行する
ことを特徴とする鉄道車両用換気制御システム。 - 車両に設けられ、前記車両の外の空気を前記車両の内に取り込む換気装置と、
前記車両に設けられ、前記車両の先を走行している先行走行車両が算出した次駅における乗客数に関する情報を受け取る地上通信装置と、
前記車両に設けられ、前記換気装置を制御する制御装置と、
を有し、
前記地上通信装置は、
前記車両の指定席の予約に関する情報を受け取り、
前記制御装置は、
前記地上通信装置が受け取った前記先行走行車両の情報に加えて、前記車両の指定席の予約に関する情報に基づいて、前記車両の次駅における予測乗客数を予め算出し、
前記予測乗客数に基づいて前記換気装置を制御する
ことを特徴とする鉄道車両用換気制御システム。 - 前記車両に設けられ、前記車両に搭乗している乗客数を算出するのに利用されるセンサを有し、
前記制御装置は、
前記センサの検出結果に基づいて算出される実際の乗客数よりも、前記予測乗客数の方が少ない場合には、前記実際の乗客数と前記予測乗客数との差に対応する分の換気を、前記換気装置に行わせる
ことを特徴とする請求項2に記載の鉄道車両用換気制御システム。 - 車両に設けられ、前記車両の外の空気を前記車両の内に取り込む換気装置と、
前記車両に設けられ、前記車両の指定席の予約に関する情報を受け取る地上通信装置と、
前記車両に設けられ、前記換気装置を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、
前記地上通信装置が受け取った前記指定席の予約に関する情報に基づいて、前記車両の次駅における予測乗客数を予め算出し、
前記予測乗客数に基づいて前記換気装置を制御する
ことを特徴とする鉄道車両用換気制御システム。
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