JP6320306B2

JP6320306B2 - 車両用空調装置

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Publication number: JP6320306B2
Application number: JP2015000655A
Authority: JP
Inventors: 康裕中島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2035-01-06
Also published as: JP2016124440A

Description

本発明は、車両用空調装置に関する。

特許文献１には、調和空気分配用ダンパの開度を調整する車両用空調制御装置が記載されている。この車両用空調制御装置は、複数に区分けされた領域毎に車体内の温度を検知する温度センサから取得した値に基づいて、調和空気分配用ダンパの基本開度率を決定する。また、車両用空調制御装置は、車体の床面又は全体の空間における乗客の密度を検知する乗客密度分布検出用センサから取得した値に基づいて、調和空気分配用ダンパの開度補正率を決定する。車両用空調制御装置は、基本開度率及び開度補正率に基づいて、調和空気分配用ダンパの開度率を決定する。同文献には、車両の客室内の温度と乗客の密度分布に基づいて調和空気分配用ダンパの開度を調整することにより、客室内の温度を均一化できることが記載されている。

特開２０１３−２２４０６５号公報

しかしながら、特許文献１の車両用空調制御装置では、ドア周辺などの温度変化が大きい場所の温度を適切に制御することは困難である。また、調和空気の分配比によっては、冷却不足又は冷却過剰となる場所が発生する場合がある。したがって、車室内の温度分布を均一化することが困難であるという問題点があった。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、車室内の温度分布をより均一化できる車両用空調装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用空調装置は、車室内の空間が区分された複数の空調空間のそれぞれの空気を吸い込む複数のリターン口と、前記複数のリターン口に吸い込まれる前記複数の空調空間のそれぞれの空気のリターン温度を検出する複数のリターン温度センサと、冷凍サイクル及び室内送風機を有し、前記複数のリターン口に吸い込まれた空気を冷却して冷風を生成する出力可変の空調ユニットと、前記空調ユニットで生成された冷風を前記複数の空調空間のそれぞれに吹き出す複数の吹出口と、前記複数の吹出口のそれぞれから吹き出される冷風の風量を調節する複数のダンパと、前記複数の空調空間のそれぞれの前記リターン温度に基づいて、前記空調ユニット及び前記複数のダンパを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、予め設定された設定温度と、前記複数の空調空間のそれぞれの前記リターン温度とに基づいて、前記複数の空調空間のそれぞれの必要冷房出力を決定し、前記必要冷房出力の総和に基づいて前記空調ユニットの総冷房出力を決定し、前記必要冷房出力の比に基づいて前記複数のダンパのそれぞれの開度を決定し、前記複数のダンパのそれぞれの開度は、対応する空調空間の前記必要冷房出力を、前記複数の空調空間の前記必要冷房出力のうちの最大値で除した値に設定されるものである。

本発明によれば、車室内の温度分布をより均一化することができる。

本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置１の概略構成を示す図である。図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る車両用空調制御装置４０で実行される運転状態設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る車両用空調制御装置４０で実行される運転状態設定処理の具体例を示す説明図である。本発明の実施の形態１に係る車両用空調制御装置４０で実行される運転状態設定処理の具体例を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係る車両用空調装置２の概略構成を示す図である。本発明の実施の形態２に係る車両用空調制御装置４０で実行される運転状態設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る車両用空調制御装置４０で実行される運転状態設定処理の具体例を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係る車両用空調制御装置４０で実行される運転状態設定処理の具体例を示す説明図である。本発明の実施の形態３に係る車両用空調装置３の概略構成を示す図である。本発明の実施の形態３に係る車両用空調制御装置４０で実行される運転状態設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態３に係る車両用空調制御装置４０で実行される運転状態設定処理の具体例を示す説明図である。本発明の実施の形態３に係る車両用空調制御装置４０で実行される運転状態設定処理の具体例を示す説明図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る車両用空調装置１の概略構成を示す図である。図１では、車両用空調装置１が搭載された鉄道車両１００を当該鉄道車両１００の前後方向（前進又は後退方向）に垂直な面で切断した断面を示している。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。図１〜図３では、空気の流れ方向を矢印で示している。なお、図１〜図３を含む以下の図面では、各構成要素の相対的な寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。

図１〜図３に示すように、車両用空調装置１は、少なくとも冷房運転が可能なヒートポンプ式の空調ユニット１０と、空調ユニット１０を含む車両用空調装置１の全体を制御する車両用空調制御装置４０（制御装置の一例）と、を有している。空調ユニット１０は、鉄道車両１００の屋根１０２上に設置されている。鉄道車両１００の車室１０１内には、ロングシート式の座席１０４ａ、１０４ｂが設けられている。なお、図２及び図３では、扉の図示を省略している。

空調ユニット１０は、室内送風機１１及び室内熱交換器１２ａ、１２ｂを有している。室内送風機１１及び室内熱交換器１２ａ、１２ｂは、空調ユニット１０の内部であって後述するリターン口と吹出口との間に形成される空気通路内に配置されている。また、空調ユニット１０は、室内熱交換器１２ａ、１２ｂと共に冷凍サイクルを構成する不図示の圧縮機、室外熱交換器及び膨張装置と、室外熱交換器に外気を送風する室外送風機と、を有している。冷凍サイクルは、圧縮機、室外熱交換器、膨張装置及び室内熱交換器１２ａ、１２ｂが冷媒配管を介して順次環状に接続された構成を有している。室内送風機１１の出力（例えば、回転数）及び圧縮機の出力（例えば、運転周波数）は、それぞれインバータによって可変（例えば、無段階又は多段階）に制御されるようになっている。室内送風機１１及び圧縮機の能力が可変に制御されることにより、空調ユニット１０の冷房出力は可変に制御されるようになっている。

冷凍サイクルの圧縮機によって圧縮され吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁を経由して室外熱交換器に流入する。室外熱交換器に流入したガス冷媒は、室外送風機により送風される外気との熱交換により凝縮し、低温の冷媒となって、室外熱交換器から流出する。室外熱交換器から流出した冷媒は、膨張装置によって膨張及び減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、室内熱交換器１２ａ、１２ｂに流入し、室内送風機１１により送風される室内空気との熱交換により蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって室内熱交換器１２ａ、１２ｂから流出する。このとき、冷媒に吸熱されて冷却された室内空気は、空調空気（冷風）となって、鉄道車両１００の車室１０１内（空調対象空間）に吹き出される。室内熱交換器１２ａ、１２ｂから流出したガス冷媒は、四方弁を経由して圧縮機に吸入され、再び圧縮される。以上の動作が連続的に繰り返されることにより、冷房運転が行われる。

車室１０１内の空間は、鉄道車両１００の前後方向において複数（本例では１０個）の空調空間１０１−１〜１０１−１０に区分されている。図２及び図３では、空調空間１０１−１〜１０１−１０の境界となる仮想面を点線で示している。本例の仮想面は、いずれも鉄道車両１００の前後方向に垂直である。

空調空間１０１−１の天井部１０３には、当該空調空間１０１−１の空気を吸い込むリターン口１４ａ−１、１４ｂ−１と、リターン口１４ａ−１、１４ｂ−１に吸い込まれて室内熱交換器１２ａ、１２ｂで冷却された冷風を空調空間１０１−１に吹き出す吹出口１３−１と、が設けられている。吹出口１３−１は、鉄道車両１００の左右方向中央部に配置されている。リターン口１４ａ−１、１４ｂ−１は、吹出口１３−１を挟んで左右両側に配置されている。

同様に、空調空間１０１−２〜１０１−１０の天井部１０３には、リターン口１４ａ−２〜１４ａ−１０、１４ｂ−２〜１４ｂ−１０と、吹出口１３−２〜１３−１０と、がそれぞれ設けられている。空調空間１０１−２〜１０１−１０のそれぞれにおけるリターン口及び吹出口の配置は、空調空間１０１−１におけるリターン口及び吹出口の配置と同様である。すなわち、リターン口１４ａ−１〜１４ａ−１０は鉄道車両１００の前後方向に一列に配列しており、リターン口１４ｂ−１〜１４ｂ−１０は鉄道車両１００の前後方向に一列に配列しており、吹出口１３−１〜１３−１０は鉄道車両１００の前後方向に一列に配列している。

本例では、リターン口１４ａ−１〜１４ａ−１０に吸い込まれた空気は、互いに合流して１つの室内熱交換器１２ａに流入し、冷媒との熱交換により冷却されて冷風となる。また、リターン口１４ｂ−１〜１４ｂ−１０に吸い込まれた空気は、互いに合流して１つの室内熱交換器１２ｂに流入し、冷媒との熱交換により冷却されて冷風となる。室内熱交換器１２ａで生成された冷風と、室内熱交換器１２ｂで生成された冷風とは、室内送風機１１に吸引されて送風される。送風された冷風は、吹出口１３−１〜１３−１０毎に分流し、吹出口１３−１〜１３−１０から空調空間１０１−１〜１０１−１０にそれぞれ吹き出される。

吹出口１３−１〜１３−１０には、吹出口１３−１〜１３−１０から吹き出される冷風の風量をそれぞれの開度調節により調節するダンパ２０−１〜２０−１０が設けられている。ダンパ２０−１〜２０−１０のそれぞれの開度は、例えば、全閉状態である０％から全開状態である１００％までの間で可変（例えば、無段階又は多段階）に調節される。ダンパ２０−１〜２０−１０は、車両用空調制御装置４０によって互いに独立して制御される。

リターン口１４ａ−１〜１４ａ−１０、１４ｂ−１〜１４ｂ−１０には、リターン口１４ａ−１〜１４ａ−１０、１４ｂ−１〜１４ｂ−１０のそれぞれに吸い込まれる空気の温度（リターン温度）を検出するリターン温度センサ３０ａ−１〜３０ａ−１０、３０ｂ−１〜３０ｂ−１０が設けられている。リターン温度センサ３０ａ−１〜３０ａ−１０、３０ｂ−１〜３０ｂ−１０は、それぞれ検出したリターン温度の情報を車両用空調制御装置４０に送信するようになっている。

車両用空調制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を備えたマイクロコンピュータを有している。車両用空調制御装置４０は、リターン温度センサ３０ａ−１〜３０ａ−１０、３０ｂ−１〜３０ｂ−１０から受信した情報に基づき、空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれのリターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０を取得する。例えば、空調空間１０１−１のリターン温度ＴＲ１は、リターン温度センサ３０ａ−１で検出された温度と、リターン温度センサ３０ｂ−１で検出された温度との平均値である。同様に、リターン温度ＴＲ２〜ＴＲ１０はそれぞれ、リターン温度センサ３０ａ−２〜３０ａ−１０で検出された温度と、リターン温度センサ３０ｂ−２〜３０ｂ−１０で検出された温度との平均値である。車両用空調制御装置４０は、不図示の設定手段により予め設定された設定温度Ｔ０と、空調空間１０１−１〜１０１−１０のリターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０と、に基づいて、空調ユニット１０の室内送風機１１及び圧縮機、並びにダンパ２０−１〜２０−１０等を制御する。

次に、車両用空調装置１の冷房運転制御について説明する。図４は、冷房運転制御の一部として車両用空調制御装置４０で実行される運転状態設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。運転状態設定処理では、室内送風機１１及び圧縮機のＶ／ｆパターン（運転パターンの一例）と、ダンパ２０−１〜２０−１０の開度と、が設定される。室内送風機１１及び圧縮機のＶ／ｆパターンには、例えば、室内送風機１１の回転数と圧縮機の運転周波数とが含まれる。車両用空調制御装置４０は、室内送風機１１の回転数、圧縮機の運転周波数、及びダンパ２０−１〜２０−１０の開度がそれぞれ設定された値となるように、室内送風機１１、圧縮機及びダンパ２０−１〜２０−１０を制御するようになっている。

まず、ステップＳ１では、リターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０と設定温度Ｔ０とに基づいて、空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれに必要な冷房出力（必要冷房出力）Ｐｋ（ｋ＝１〜ｎ（本例では、ｋ＝１〜１０））を決定する。例えば、空調空間１０１−１の必要冷房出力Ｐ１は、リターン温度ＴＲ１と設定温度Ｔ０との温度差（ＴＲ１−Ｔ０）に基づいて決定され、温度差（ＴＲ１−Ｔ０）が大きいほど大きい値となる。同様に、空調空間１０１−２〜１０１−１０の必要冷房出力Ｐ２〜Ｐ１０はそれぞれ、リターン温度ＴＲ２〜ＴＲ１０と設定温度Ｔ０との温度差に基づいて決定される。ここで、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０のうちの最大値はＰｍａｘとして記憶される。

次に、ステップＳ２では、空調空間１０１−１〜１０１−１０の必要冷房出力Ｐｋ（ｋ＝１〜１０）の総和に基づいて、空調ユニット１０の総冷房出力Ｐ（例えば、Ｐ＝ΣＰｋ）を決定する。

次に、ステップＳ３では、総冷房出力Ｐに基づいて、室内送風機１１及び圧縮機のＶ／ｆパターンを決定する。例えば、車両用空調制御装置４０のＲＯＭには、総冷房出力Ｐと室内送風機１１及び圧縮機のＶ／ｆパターンとの対応関係を示すテーブルが記憶されている。車両用空調制御装置４０は、このテーブルを参照して室内送風機１１及び圧縮機のＶ／ｆパターンを決定する。ステップＳ３の処理により、空調ユニット１０では、車室１０１内の全体で必要十分となる冷房出力が得られる。なお、室内送風機１１及び圧縮機のＶ／ｆパターンは、総冷房出力Ｐを用いた演算によって決定してもよい。

次に、ステップＳ４では、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０の比に基づいて、ダンパ２０−１〜２０−１０のそれぞれの開度Ｗｋ（ｋ＝１〜１０）（％）を決定する。例えば、開度Ｗｋ（ｋ＝１〜１０）はそれぞれ、次式を用いて決定される。
Ｗｋ＝Ｐｋ／Ｐｍａｘ

すなわち、ダンパ２０−１〜２０−１０のそれぞれの開度Ｗ１〜Ｗ１０は、対応する空調空間１０１−１〜１０１−１０の必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０を、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０のうちの最大値Ｐｍａｘで除した値に設定される。以上のステップＳ１〜Ｓ４の処理は、所定の時間間隔で繰り返して実行される。

次に、運転状態設定処理について具体例を挙げて説明する。図５及び図６は、運転状態設定処理の具体例を示す説明図である。図５は図２に対応する断面を示しており、図６は図３に対応する断面を示している。

図５に示すように、リターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０と設定温度Ｔ０とに基づいて決定された空調空間１０１−１〜１０１−１０の必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０は、それぞれ、７、５、４、５、７、８、６、４、２、３であるものとする。このとき、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０の最大値は８であるため、最大値Ｐｍａｘは８に設定される。また、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０の総和は５１であるため、空調ユニット１０の総冷房出力Ｐは５１に設定される。

空調空間１０１−１の必要冷房出力Ｐ１が７であり、最大値Ｐｍａｘが８であるため、図６に示すように、ダンパ２０−１の開度Ｗ１は８７．５％（＝Ｐ１／Ｐｍａｘ＝７／８）に設定される。同様に、ダンパ２０−２〜２０−１０の開度Ｗ２〜Ｗ１０は、それぞれ、６２．５％、５０％、６２．５％、８７．５％、１００％、７５％、５０％、２５％、３７．５％に設定される。

以上説明したように、本実施の形態に係る車両用空調装置１は、車室１０１内の空間が区分された複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの空気を吸い込む複数のリターン口１４ａ−１〜１４ａ−１０、１４ｂ−１〜１４ｂ−１０と、複数のリターン口１４ａ−１〜１４ａ−１０、１４ｂ−１〜１４ｂ−１０に吸い込まれる複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの空気のリターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０を検出する複数のリターン温度センサ３０ａ−１〜３０ａ−１０、３０ｂ−１〜３０ｂ−１０と、冷凍サイクル及び室内送風機１１を有し、複数のリターン口１４ａ−１〜１４ａ−１０、１４ｂ−１〜１４ｂ−１０に吸い込まれた空気を冷却して冷風を生成する出力可変の空調ユニット１０と、空調ユニット１０で生成された冷風を複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれに吹き出す複数の吹出口１３−１〜１３−１０と、複数の吹出口１３−１〜１３−１０のそれぞれから吹き出される冷風の風量を調節する複数のダンパ２０−１〜２０−１０と、複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれのリターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０に基づいて、空調ユニット１０及び複数のダンパ２０−１〜２０−１０を制御する車両用空調制御装置４０と、を備えるものである。車両用空調制御装置４０は、予め設定された設定温度Ｔ０と、複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれのリターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０とに基づいて、複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０を決定し、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０の総和に基づいて空調ユニット１０の総冷房出力Ｐ（例えば、室内送風機１１の回転数及び冷凍サイクルの圧縮機の運転周波数）を決定し、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０の比に基づいて複数のダンパ２０−１〜２０−１０のそれぞれの開度Ｗ１〜Ｗ１０を決定するように構成されている。

この構成によれば、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０の比に基づいてダンパ２０−１〜２０−１０のそれぞれの開度Ｗ１〜Ｗ１０を決定するため、空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれに冷房負荷に応じた風量の冷風を供給することができる。したがって、扉周辺などの温度が変化しやすい場所であっても温度変化を小さくすることができるため、車室１０１内の温度分布をより均一化することができる。

また、この構成によれば、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０の総和に基づいて空調ユニット１０の総冷房出力Ｐを決定するため、車室１０１内の全体の負荷に対して空調ユニット１０の総冷房出力Ｐを必要十分に設定することができる。したがって、空調ユニット１０の消費電力を最小限に抑えつつ、車室１０１内の全体で必要となる冷房出力を確保することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る車両用空調装置について説明する。図７は、本実施の形態に係る車両用空調装置２の概略構成を示す図である。図７では、車両用空調装置２が搭載された鉄道車両１００を当該鉄道車両１００の前後方向に垂直な面で切断した断面を示している。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図７に示すように、本実施の形態に係る車両用空調装置２は、壁部温度センサ３１ａ−１〜３１ａ−１０、３１ｂ−１〜３１ｂ−１０を有している。壁部温度センサ３１ａ−１は、空調空間１０１−１の図中左側の内壁面上に配置されている。壁部温度センサ３１ｂ−１は、空調空間１０１−１の図中右側の内壁面上に配置されている。壁部温度センサ３１ａ−１、３１ｂ−１は、検出した温度の情報を車両用空調制御装置４０に送信する。車両用空調制御装置４０は、例えば、壁部温度センサ３１ａ−１で検出された温度と、壁部温度センサ３１ｂ−１で検出された温度と、の平均値を空調空間１０１−１の壁部温度ＴＷ１として取得する。

同様に、壁部温度センサ３１ａ−２〜３１ａ−１０は、それぞれ、空調空間１０１−２〜１０１−１０の図中左側の内壁面上に配置されている。壁部温度センサ３１ｂ−２〜３１ｂ−１０は、それぞれ、空調空間１０１−２〜１０１−１０の図中右側の内壁面上に配置されている。車両用空調制御装置４０は、例えば、壁部温度センサ３１ａ−２〜３１ａ−１０で検出された温度と、壁部温度センサ３１ｂ−２〜３１ｂ−１０で検出された温度と、の平均値を空調空間１０１−２〜１０１−１０の壁部温度ＴＷ２〜ＴＷ１０としてそれぞれ取得する。壁部温度センサ３１ａ−１〜３１ａ−１０、３１ｂ−１〜３１ｂ−１０はいずれも、車室１０１の床面からの高さが１００〜１５０ｃｍ程度の位置に配置されている。本実施の形態の車両用空調制御装置４０は、設定温度Ｔ０と、リターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０と、壁部温度ＴＷ１〜ＴＷ１０と、に基づいて、空調ユニット１０の室内送風機１１及び圧縮機、並びにダンパ２０−１〜２０−１０等を制御するものである。

図８は、車両用空調制御装置４０で実行される運転状態設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１１では、リターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０と壁部温度ＴＷ１〜ＴＷ１０とに基づいて、空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの空間温度Ｔｋ（ｋ＝１〜１０）を算出する。空間温度Ｔｋ（ｋ＝１〜１０）は、例えば次式を用いて算出される。
Ｔｋ＝αＴＲｋ＋（１−α）ＴＷｋ

ここで、αは、０〜１の範囲で予め任意に設定される重み付け係数である（０≦α≦１）。空間温度Ｔｋは、係数αが０に近づくほど壁部温度ＴＷｋの影響を大きく受け、係数αが１に近づくほどリターン温度ＴＲｋの影響を大きく受ける。

次に、ステップＳ１２では、空間温度Ｔｋ（ｋ＝１〜１０）と設定温度Ｔ０とに基づいて、空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれに必要な必要冷房出力Ｐｋ（ｋ＝１〜１０）を決定する。例えば、空調空間１０１−１の必要冷房出力Ｐ１は、空間温度Ｔ１と設定温度Ｔ０との温度差（Ｔ１−Ｔ０）に基づいて決定され、温度差（Ｔ１−Ｔ０）が大きいほど大きい値となる。同様に、空調空間１０１−２〜１０１−１０の必要冷房出力Ｐ２〜Ｐ１０はそれぞれ、空間温度Ｔ２〜Ｔ１０と設定温度Ｔ０との温度差に基づいて決定される。ここで、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０のうちの最大値はＰｍａｘとして記憶される。

ステップＳ１３〜Ｓ１５は、図４のステップＳ２〜Ｓ４と同様であるので説明を省略する。

図９及び図１０は、運転状態設定処理の具体例を示す説明図である。図９は図２に対応する断面を示しており、図１０は図３に対応する断面を示している。

図９に示すように、空間温度Ｔ１〜Ｔ１０と設定温度Ｔ０とに基づいて決定された空調空間１０１−１〜１０１−１０の必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０は、それぞれ、７、５、４、５、７、８、６、４、２、３であるものとする。このとき、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０の最大値は８であるため、最大値Ｐｍａｘは８に設定される。また、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０の総和は５１であるため、空調ユニット１０の総冷房出力Ｐは５１に設定される。

空調空間１０１−１の必要冷房出力Ｐ１が７であり、最大値Ｐｍａｘが８であるため、図１０に示すように、ダンパ２０−１の開度Ｗ１は８７．５％（＝Ｐ１／Ｐｍａｘ＝７／８）に設定される。同様に、ダンパ２０−２〜２０−１０の開度Ｗ２〜Ｗ１０は、それぞれ、６２．５％、５０％、６２．５％、８７．５％、１００％、７５％、５０％、２５％、３７．５％に設定される。

以上説明したように、本実施の形態に係る車両用空調装置２は、複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの壁部温度ＴＷ１〜ＴＷ１０を検出する複数の壁部温度センサ３１ａ−１〜３１ａ−１０、３１ｂ−１〜３１ｂ−１０をさらに備えている。本実施の形態では、複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０は、設定温度Ｔ０と、複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれのリターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０と、複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの壁部温度ＴＷ１〜ＴＷ１０と、に基づいて決定される。

この構成によれば、空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０を決定する際に、リターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０だけでなく壁部温度ＴＷ１〜ＴＷ１０が考慮される。したがって、本実施の形態によれば、実施の形態１と比較して、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０をより適切に精度良く決定することができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る車両用空調装置について説明する。図１１は、本実施の形態に係る車両用空調装置３の概略構成を示す図である。図１１では、車両用空調装置３が搭載された鉄道車両１００を当該鉄道車両１００の前後方向に垂直な面で切断した断面を示している。なお、実施の形態１又は２と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１１に示すように、本実施の形態に係る車両用空調装置３は、空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれにおける乗客密度を検出する乗客密度検出用センサ３２−１〜３２−１０（乗客密度センサ）を有している。乗客密度検出用センサ３２−１〜３２−１０は、検出した乗客密度の情報を車両用空調制御装置４０に送信する。

乗客密度検出用センサ３２−１〜３２−１０としては、例えば、空調空間１０１−１〜１０１−１０の荷重を検出する荷重センサが用いられる。荷重センサが用いられる場合、乗客密度検出用センサ３２−１〜３２−１０は、それぞれ、空調空間１０１−１〜１０１−１０の床面の全域に設置される。乗客密度検出用センサ３２−１〜３２−１０のそれぞれで検出される乗客密度は、互いに独立している。すなわち、ある乗客密度検出用センサで検出された乗客密度は、他の乗客密度検出用センサの検出値に干渉しないようになっている。乗客密度検出用センサ３２−１〜３２−１０としては、赤外線又は超音波等を用いて人間の存在を検知する人感センサや、画像を撮像するカメラ等を用いることもできる。カメラが用いられる場合には、車両用空調制御装置４０で画像処理を行うことにより、空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれにおける乗客密度を演算することができる。

図１２は、車両用空調制御装置４０で実行される運転状態設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ２１、Ｓ２４〜Ｓ２６は、図８のステップＳ１１及び図４のステップＳ２〜Ｓ４と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ２２では、空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれにおける乗客密度Ｍｋ（ｋ＝１〜１０）に基づいて、空間温度Ｔｋの補正値ΔＴｋ（ｋ＝１〜１０）を決定する。補正値ΔＴｋは、例えば次式を用いて算出される。
ΔＴｋ＝β×Ｍｋ／Ｍｋ＿１００

ここで、βは、予め任意に設定される係数である（β＞０）。また、Ｍｋ＿１００（ｋ＝１〜１０）は、定員数の乗客が車室１０１内に均等に乗車したと仮定した場合における空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの乗客密度である。補正値ΔＴｋは、乗客密度Ｍｋが大きくなるほど大きくなり、乗客密度Ｍｋが小さくなるほど小さくなる。ただし、本例の補正値ΔＴｋは０以上である（ΔＴｋ≧０）。

次に、ステップＳ２３では、空間温度Ｔｋと補正値ΔＴｋと設定温度Ｔ０とに基づいて、空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれに必要な必要冷房出力Ｐｋ（ｋ＝１〜１０）を決定する。例えば、空調空間１０１−１の必要冷房出力Ｐ１は、空間温度Ｔ１及び補正値ΔＴ１の和と設定温度Ｔ０との温度差（Ｔ１＋ΔＴ１−Ｔ０）に基づいて決定され、温度差（Ｔ１＋ΔＴ１−Ｔ０）が大きいほど大きい値となる。同様に、空調空間１０１−２〜１０１−１０の必要冷房出力Ｐ２〜Ｐ１０はそれぞれ、空間温度Ｔ２〜Ｔ１０及び補正値ΔＴ２〜ΔＴ１０の和と設定温度Ｔ０との温度差に基づいて決定される。ここで、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０のうちの最大値はＰｍａｘとして記憶される。

図１３及び図１４は、運転状態設定処理の具体例を示す説明図である。図１３は図２に対応する断面を示しており、図１４は図３に対応する断面を示している。

図１３に示すように、空間温度Ｔ１〜Ｔ１０と補正値ΔＴ１〜ΔＴ１０と設定温度Ｔ０とに基づいて決定された空調空間１０１−１〜１０１−１０の必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０は、それぞれ、７、５、４、５、７、８、６、４、２、３であるものとする。このとき、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０の最大値は８であるため、最大値Ｐｍａｘは８に設定される。また、必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０の総和は５１であるため、空調ユニット１０の総冷房出力Ｐは５１に設定される。

空調空間１０１−１の必要冷房出力Ｐ１が７であり、最大値Ｐｍａｘが８であるため、図１４に示すように、ダンパ２０−１の開度Ｗ１は８７．５％（＝Ｐ１／Ｐｍａｘ＝７／８）に設定される。同様に、ダンパ２０−２〜２０−１０の開度Ｗ２〜Ｗ１０は、それぞれ、６２．５％、５０％、６２．５％、８７．５％、１００％、７５％、５０％、２５％、３７．５％に設定される。

以上説明したように、本実施の形態に係る車両用空調装置３は、複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの乗客密度Ｍ１〜Ｍ１０を検出する複数の乗客密度検出用センサ３２−１〜３２−１０をさらに備えている。本実施の形態では、複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０は、設定温度Ｔ０と、複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれのリターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０と、複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの乗客密度Ｍ１〜Ｍ１０と、に基づいて決定される。必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０は、さらに、複数の空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの壁部温度ＴＷ１〜ＴＷ１０にも基づいて決定されるものであってもよい。

この構成によれば、空調空間１０１−１〜１０１−１０のそれぞれの必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０を決定する際に、乗客密度Ｍ１〜Ｍ１０が考慮される。乗客密度Ｍ１〜Ｍ１０は、リターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０と同様に必要冷房出力Ｐ１〜Ｐ１０に相関があり、かつ、リターン温度ＴＲ１〜ＴＲ１０よりも応答良く検出することができる。したがって、本実施の形態によれば、実施の形態１及び２と比較して、空調制御の応答性をさらに向上することができる。鉄道車両１００の車室１０１内では、扉の開閉や乗客の移動により各場所の温度変化が大きくなるため、空調制御の応答性が特に求められる。

その他の実施の形態．
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、車室１０１内の空間が１０個の空調空間１０１−１〜１０１−１０に区分された構成を例に挙げたが、車室１０１内の空間は、２〜９個又は１１個以上の空調空間（例えば、３個以上の空調空間）に区分されていてもよい。

また、上記実施の形態では、冷房運転が可能な車両用空調装置１、２、３を例に挙げたが、本発明は、冷房運転及び暖房運転の双方が可能な車両用空調装置にも適用できる。

また、上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１、２、３車両用空調装置、１０空調ユニット、１１室内送風機、１２ａ、１２ｂ室内熱交換器、１３−１〜１３−１０吹出口、１４ａ−１〜１４ａ−１０、１４ｂ−１〜１４ｂ−１０リターン口、２０−１〜２０−１０ダンパ、３０ａ−１〜３０ａ−１０、３０ｂ−１〜３０ｂ−１０リターン温度センサ、３１ａ−１〜３１ａ−１０、３１ｂ−１〜３１ｂ−１０壁部温度センサ、３２−１〜３２−１０乗客密度検出用センサ、４０車両用空調制御装置、１００鉄道車両、１０１車室、１０１−１〜１０１−１０空調空間、１０２屋根、１０３天井部、１０４ａ、１０４ｂ座席、Ｍｋ、Ｍ１〜Ｍ１０乗客密度、Ｐ総冷房出力、Ｐｋ、Ｐ１〜Ｐ１０必要冷房出力、Ｐｍａｘ最大値、Ｔ０設定温度、Ｔｋ、Ｔ１〜Ｔ１０空間温度、ＴＲｋ、ＴＲ１〜ＴＲ１０リターン温度、ＴＷｋ、ＴＷ１〜ＴＷ１０壁部温度、Ｗｋ、Ｗ１〜Ｗ１０開度、ΔＴｋ、ΔＴ１〜ΔＴ１０補正値、α、β 係数。

Claims

車室内の空間が区分された複数の空調空間のそれぞれの空気を吸い込む複数のリターン口と、
前記複数のリターン口に吸い込まれる前記複数の空調空間のそれぞれの空気のリターン温度を検出する複数のリターン温度センサと、
冷凍サイクル及び室内送風機を有し、前記複数のリターン口に吸い込まれた空気を冷却して冷風を生成する出力可変の空調ユニットと、
前記空調ユニットで生成された冷風を前記複数の空調空間のそれぞれに吹き出す複数の吹出口と、
前記複数の吹出口のそれぞれから吹き出される冷風の風量を調節する複数のダンパと、
前記複数の空調空間のそれぞれの前記リターン温度に基づいて、前記空調ユニット及び前記複数のダンパを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
予め設定された設定温度と、前記複数の空調空間のそれぞれの前記リターン温度とに基づいて、前記複数の空調空間のそれぞれの必要冷房出力を決定し、
前記必要冷房出力の総和に基づいて前記空調ユニットの総冷房出力を決定し、
前記必要冷房出力の比に基づいて前記複数のダンパのそれぞれの開度を決定し、
前記複数のダンパのそれぞれの開度は、対応する空調空間の前記必要冷房出力を、前記複数の空調空間の前記必要冷房出力のうちの最大値で除した値に設定されるものである車両用空調装置。
前記空調ユニットの総冷房出力は、前記室内送風機の回転数と、前記冷凍サイクルの圧縮機の運転周波数と、を含むものである請求項１に記載の車両用空調装置。
前記複数の空調空間のそれぞれの壁部温度を検出する複数の壁部温度センサをさらに備え、
前記複数の空調空間のそれぞれの前記必要冷房出力は、前記設定温度と、前記複数の空調空間のそれぞれの前記リターン温度と、前記複数の空調空間のそれぞれの前記壁部温度と、に基づいて決定されるものである請求項１または２に記載の車両用空調装置。
前記複数の空調空間のそれぞれの乗客密度を検出する複数の乗客密度センサをさらに備え、
前記複数の空調空間のそれぞれの前記必要冷房出力は、前記設定温度と、前記複数の空調空間のそれぞれの前記リターン温度と、前記複数の空調空間のそれぞれの前記乗客密度と、に基づいて決定されるものである請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用空調装置。