JP6556351B2 - 車両用空調装置及び列車通信システム - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調装置及び列車通信システムに関するものであり、特に、車両用空調装置の故障診断に関するものである。

従来より、圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を有する冷凍サイクルを備え、冷凍サイクルを構成する機器の故障診断を行う車両用空調装置がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、車両用空調装置に搭載されている圧力センサ及び温度センサで検出したセンサ検出値に基づいて、朝一番に車両が車庫から出る前、又は冷房シーズンが始まる前に蒸発器の劣化を判定している。

特開２００５−１３２１６７号公報

特許文献１では、故障診断を車両の運行前に行っており、車両の運行中に行うことについて検討されていない。車両用空調装置は車両に搭載されるため、振動が加わったり、トンネルなどの換気が不十分な環境で使用されたりなど、機器の故障を招きやすい環境で使用される。よって、早い段階で故障を検知するためにも、車両の運行中に故障診断を行うことが求められる。

また、車両用空調装置は車両に搭載されるため、始発駅から終着駅まで、温度環境の異なる地域から地域へ移動し、また乗降者数も停車駅によって様々である。このため、車室内の空調負荷が変化しやすく、その変化に対応して冷凍サイクルの運転も変動する。冷凍サイクルの運転が変動している間は、センサ検出値も変動することから正確な故障診断を行うことが難しい。よって、冷凍サイクルが安定したタイミングを狙って故障診断することが求められ、それに応えることのできる車両用空調装置の開発が求められていた。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、車両の運行中に故障診断に適したタイミングで故障診断を行うことが可能な車両用空調装置及び列車通信システム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、圧縮機、第一熱交換器、減圧装置及び第二熱交換器を有し、車両の車室の空調を行う冷凍サイクルと、圧縮機の連続運転時間が異なる複数の運転モードを有し、車両の運行中、車室の空調負荷に応じて複数の運転モードの何れかを選択して実行する制御部と、複数の運転モードのうち、連続運転時間が予め設定した時間以上の高負荷運転モードを選択して実行するタイミングを予め記憶する記憶部と、車両の運行中、記憶部に記憶されたタイミングで制御部により高負荷運転モードが選択して実行された後、冷凍サイクルが安定している間に冷凍サイクルの故障診断を行う故障診断部とを備えたものである。

また、本発明に係る列車通信システムは、上記の複数の車両用空調装置と、車両用空調装置と通信可能に接続された地上システムとを備え、車両用空調装置は、故障診断部の診断結果を地上システムに送信する第１通信部を備え、地上システムは、車両用空調装置の第１通信部から送信される診断結果を受信する第２通信部と、第２通信部で受信した診断結果を記憶する記憶部とを備えたものである。

本発明によれば、車両の運行中に故障診断に適したタイミングで故障診断を行うことが可能である。

本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置の冷媒回路図である。 図１の室外機の概略断面図である。 図１の車両用空調装置を車両に搭載した状態の概略図である。 図１の車両用空調装置の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置の運転モードの説明図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置の故障診断制御のフローチャートを示す図である。 図６の故障診断処理のフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置の配置位置の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る列車通信システムの構成例を示す図である。

実施の形態１．
（冷媒回路構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置の冷媒回路図である。図２は、図１の室外機の概略断面図である。図３は、図１の車両用空調装置を車両に搭載した状態の概略図である。図１〜図３及び後述の図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。

本実施の形態１における車両用空調装置１００は、例えば高速鉄道などの車両２０に搭載される空調機器であって、室外機１と、室内機２ａ、２ｂとを備えている。車両用空調装置１００は、室外機１と室内機２ａ、２ｂとのそれぞれ内に設けられた機器によって、同一の車室２０ａを空調する冷凍サイクルＡと冷凍サイクルＢとを構成している。車両用空調装置１００は、独立した２つの冷凍サイクルＡ、Ｂを備え、一方の冷凍サイクルＡに故障が生じても他方の冷凍サイクルＢで空調を継続できるように、冗長性を持たせた構成となっている。

冷凍サイクルＡは、圧縮機３ａ、四方弁４ａ、第一熱交換器５ａ、膨張弁６ａ及び第二熱交換器７ａを備え、これらが順次配管で接続されて冷媒が循環可能に構成されている。冷凍サイクルＡは、四方弁４ａにより、圧縮機３ａから吐出された冷媒の流路を切替えることで、冷房運転と暖房運転の各運転モードを切替可能に構成されている。冷凍サイクルＡの一部が設けられた室内機２ａは、第二熱交換器７ａと、室内ファン８ａと、車室内空気を室内機２ａ内に吸い込む吸込口９ａと、室内機２ａ内で温調された空気を室内機２ａ外に排出する排出口１０ａとを有する。

冷凍サイクルＢは、圧縮機３ｂ、四方弁４ｂ、第一熱交換器５ｂ、膨張弁６ｂ及び第二熱交換器７ｂを備え、これらが順次配管で接続されて冷媒が循環可能に構成されている。冷凍サイクルＢは、四方弁４ｂにより、圧縮機３ｂから吐出された冷媒の流路を切替えることで、冷房運転と暖房運転の各運転モードを切替可能に構成されている。冷凍サイクルＢの一部が設けられた室内機２ｂは、第二熱交換器７ｂと、室内ファン８ｂと、車室内空気を室内機２ｂ内に吸い込む吸込口９ｂと、室内機２ｂ内で温調された空気を室内機２ｂ外に排出する排出口１０ｂを有する。

また、室外機１は、第一熱交換器５ａ、５ｂと、第一熱交換器５ａ、５ｂに外気を送風する室外ファン１２とを備える。室外機１は、図２の矢印に示すように、室外ファン１２により上方から外気を吸い込んで第一熱交換器５ａ、５ｂを通過させた後、車外に向けて上方に空気を吹き出すようになっている。

車室２０ａの天井面には、車幅方向の両端部に空気取込口（図示せず）が設けられ、また、車長方向に間隔を空けて複数の空気吹出口１１ａが形成されている。そして、車室２０ａ内の空気が、空気取込口（図示せず）から天井裏のダクト空間１１に取り入れられ、ダクト空間１１に取り入れられた空気が、吸込口９ａ、９ｂから室内機２ａ、２ｂ内に吸い込まれる。そして、室内機２ａ、２ｂ内に吸い込まれた空気は、第二熱交換器７ａ、７ｂにて温調された後、排出口１０ａ、１０ｂからダクト空間１１に排出され、空気吹出口１１ａから車室２０ａ内に吹き出されるようになっている。

（センサ構成）
室内機２ａには、車室２０ａ内の空気の温度を検知する吸込温度センサ１３が設けられている。なお、図１では、室内機２ａの吸込口９ａと室内機２ｂの吸込口９ｂとが離れて書かれているが、図１はあくまでも冷媒回路を説明する図であって、配置位置を正確に図示したものではない。室内機２ａ内に設けた吸込温度センサ１３で検出された吸込温度は、室内機２ｂ内に吸い込まれる吸込空気の吸込温度と実質、同等である。

また、室外機１には、圧縮機３ａ、３ｂの吐出圧力を検出する吐出圧力センサ１４ａ、１４ｂと、温度センサ１５ａ、１５ｂとが設けられている。温度センサ１５ａ、１５ｂは、第一熱交換器５ａ、５ｂと膨張弁６ａ、６ｂとの間の冷媒温度を検出する。

車両用空調装置１００は更に制御装置１６を備えている。制御装置１６は例えばマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭなどを備えている。

図４は、図１の車両用空調装置の制御ブロック図である。
制御装置１６は、各センサと電気的に接続されており、また、圧縮機３ａ、３ｂ、四方弁４ａ、４ｂ、膨張弁６ａ、６ｂ、室内ファン８ａ、８ｂ、室外ファン１２の動作を制御するために、それぞれと電気的に接続されている。制御装置１６には更に、車室温度の設定などを行う入力装置１７と、故障診断結果などを表示する液晶パネルなどの表示装置１８が接続されている。

制御装置１６は、制御部１６ａと、走行位置取得部１６ｂと、故障診断部１６ｃとを備えている。制御部１６ａ、走行位置取得部１６ｂ及び故障診断部１６ｃの各機能は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。また、制御装置１６は、故障診断を行うタイミングを記憶する記憶部１６ｄを備えている。記憶部１６ｄは、ＲＯＭ又はフラッシュメモリなどのメモリで構成されている。

制御部１６ａは、冷房又は暖房の制御、圧縮機の運転制御など、車両用空調装置１００全体の制御を行う。圧縮機３ａ、３ｂの運転制御の詳細については後述する。

走行位置取得部１６ｂは、車両２０の現在の走行位置を取得する。ここでは、始発駅からの距離を走行位置として取得する。走行位置取得部１６ｂにおける走行位置の取得方法は特に限定するものではなく、例えばＧＰＳを用いて、経度及び緯度により取得するようにしてもよい。

故障診断部１６ｃは、吐出圧力センサ１４ａ、１４ｂ及び温度センサ１５ａ、１５ｂからのセンサ検出値に基づいて冷凍サイクルＡ、Ｂのそれぞれの故障診断を行う。ここでは、故障診断として、過冷却度に基づく冷媒漏れを検知する。過冷却度は、吐出圧力センサ１４ａ、１４ｂにより検出される吐出圧力から飽和換算温度を演算し、飽和換算温度から温度センサ１５ａ、１５ｂにより検出された検出温度を差し引くことによって求められる。以下では、故障診断に用いられるセンサである、吐出圧力センサ１４ａ、１４ｂ及び温度センサ１５ａ、１５ｂをまとめて故障診断用センサという。なお、故障診断部１６ｃにおける故障診断は、過冷却度に基づく冷媒漏れに限られたものではなく、従来公知の技術を採用できる。

以下、故障診断部１６ｃで診断される故障診断項目の一例と、故障有りと判断される場合の条件とを示す。

（１）冷媒漏れ
・過冷却度が、冷媒漏れ判定用の設定過冷却度よりも低下。
・過冷却度に関係するパラメータ、具体的には例えば温度効率又はエクセルギなどが予め設定した冷媒漏れ判定用よりも低下。

（２）圧縮機異常
・吐出温度が圧縮機異常判定用の設定吐出温度を超える。
・圧縮機周波数が圧縮機異常判定用の設定周波数を超える。
・圧縮機入力が圧縮機異常判定用の設定入力を超える。

（３）膨張弁異常
・蒸発器出口過熱度が異常判定用の設定過熱度を超える。
・蒸発圧力が異常判定用の設定蒸発温度を下回る。

（４）熱交換器の性能低下（劣化判定）
・冷媒温度と周囲温度との温度差が異常判定用の設定温度差を超える。
・ファン入力が増加。

次に、車両用空調装置１００で行われる冷房運転及び暖房運転における冷凍サイクルの動作について説明する。冷凍サイクルＡ及び冷凍サイクルＢの動作は同じであるため、以下、冷凍サイクルＡの動作で説明する。

（冷房運転）
冷房運転では四方弁４ａは図１の実線側に切替えられる。車両用空調装置１００において冷房運転時は、圧縮機３ａで圧縮された冷媒が、四方弁４ａを介して第一熱交換器５ａへ流入する。第一熱交換器５ａに流入した冷媒は、室外ファン１２によって送風される室外空気と熱交換して冷却される。その後、冷媒は膨張弁６ａで減圧されて膨張する。膨張弁６ａで減圧された冷媒は、第二熱交換器７ａで室内ファン８ａによって送風される室内空気と熱交換して加熱され、圧縮機３ａへ流入して１サイクルを終了する。以上のサイクルを連続的に繰り返すことにより車室２０ａ内を冷房する。

（暖房運転）
暖房運転では四方弁４ａは図１の点線側に切替えられる。車両用空調装置１００において暖房運転時は、圧縮機３ａで圧縮された冷媒が、四方弁４ａを介して第二熱交換器７ａに流入する。第二熱交換器７ａに流入した冷媒は、室内ファン８ａによって送風される室内空気と熱交換して冷却される。その後、冷媒は膨張弁６ａで減圧されて膨張する。膨張弁６ａで減圧された冷媒は、第一熱交換器５ａで室外ファン１２によって送風される室外空気と熱交換して加熱され、圧縮機３ａへ流入して１サイクルを終了する。以上のサイクルを連続的に繰り返すことにより車室２０ａ内を暖房する。

次に、圧縮機３ａ、３ｂの制御について説明する。
車両用空調装置１００は、上述したように一つの車室２０ａを２つの冷凍サイクルＡ、Ｂで空調するものであり、制御部１６ａは、車室２０ａ内が設定温度に維持されるように各圧縮機３ａ、３ｂを制御している。ここで、各圧縮機３ａ、３ｂは一定速型の圧縮機であり、空調負荷に応じた空調を行うにあたり、各圧縮機３ａ、３ｂのそれぞれを、断続運転させることで空調能力の調整を行っている。具体的には、制御部１６ａは圧縮機３ａ、３ｂの連続運転時間が異なる４つの運転モードを有し、車両２０の運行中、車室２０ａの空調負荷に応じて４つの運転モードの何れかを選択して実行する制御を行っている。

図５は、本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置の運転モードの説明図である。
各運転モードは、上述したように圧縮機３ａ、３ｂの連続運転時間が異なるものであり、空調負荷が大きくなるに連れ、連続運転時間を長くする動作としている。図５には圧縮機３ａのみを示しているが、各圧縮機３ａ、３ｂの両方が同じ連続運転時間で運転開始タイミングをずらして断続運転を行っている。第１運転モードを例に説明すると、各圧縮機３ａ、３ｂの両方が同じ連続運転時間Ｘ秒で、運転開始タイミングをＹ秒ずらしてＺ秒周期で断続運転するようになっている。

また、４つの運転モードは更に、圧縮機の稼働率が異なる複数の稼働率パターンに分けられる。図５では説明を簡単にするため、一つの運転モードに対して一つの稼働率パターンを設けた構成としている。圧縮機の稼働率とは、前回の圧縮機３ａ、３ｂの運転開始から次回の圧縮機３ａ、３ｂの運転開始までの時間である運転周期Ｚに対する連続運転時間Ｘの割合である。ここでは、第１運転モードは「（Ａ１）２５％の稼働率」、第２運転モードは「（Ｂ１）５０％稼働率」、第３運転モードは「（Ｃ１）７５％の稼働率」、第４運転モードは「（Ｄ１）１００％の稼働率」としている。

ここでは、運転モード一つに稼働率を一つとしたが、運転モード一つに対して複数の稼働率パターンを設ける場合は、以下のようにすればよい。すなわち、連続運転時間はＸ秒で同じのまま、運転周期をＺ秒よりも短く設定し、第１運転モードであれば、２５％よりも更に高い例えば３５％稼働率を第１運転モードのもう一つの稼働率パターンとして設ければよい。

次に、本実施の形態１の車両用空調装置１００における適正な故障診断タイミングの考え方について説明する。以下、冷房運転時の例で説明する。また、冷凍サイクルＡと冷凍サイクルＢとを特に区別しない場合には、単に「冷凍サイクル」という。
車両用空調装置１００では、稼働率が１００％未満の場合には圧縮機３ａ、３ｂが断続運転となり、第１運転モードでは連続運転時間が短いため、冷凍サイクルが安定状態に至る前に、運転が終了してしまう。圧縮機起動時には、故障診断用センサの値が安定せず、正確な故障診断を行えない。このため、起動時の過渡運転を終えて冷凍サイクルが安定して以降の故障診断用センサの検出値を用いて故障診断を行う必要がある。

具体的に検討すると、冷凍サイクル内に充填される冷媒量が例えば４．０ｋｇ、流量が５００ｋｇ／ｈの場合、時定数が約３０秒である。そして、圧縮機３ａ、３ｂが起動して冷凍サイクル内に冷媒が行き渡り、冷凍サイクルが安定するまでに要する時間は、時定数の約６倍程度で約３分程度となる。このため、精度の高い故障診断を行うには、圧縮機３ａ、３ｂが、少なくとも３分以上、連続運転したタイミング以降に行う必要がある。言い換えれば、空調負荷が比較的大きく、上記４つの運転モードのうち、連続運転時間が３分以上となる運転モードが選択される場合に、故障診断を行えばよい。

圧縮機３ａ、３ｂの上記４つの運転モードのうち、連続運転時間が３分以上となるのが、ここでは第３〜第４運転モードであるとする。よって、第３〜第４運転モード（以下、高負荷運転モードという）で圧縮機３ａ、３ｂが運転される場合に故障診断を行えばよい。

車両用空調装置１００では、運行中の特定のタイミングで圧縮機３ａ、３ｂが高負荷運転モードで運転することを事前に把握できる。例えば、車両２０が停車駅に到着した場合が挙げられる。この場合、車両２０が停車駅に到着して扉が開くと、車外の空気が冷房中の車室２０ａ内に流入するため、車室２０ａ内の温度が上昇し、空調負荷が大きくなる。したがって、車両用空調装置１００では、車両２０の停車駅到着時に高負荷運転モードで運転するように空調スケジュールを組んでいる。なお、高負荷運転モードのうち、何れの稼働率パターンで空調スケジュールを組むかは、任意に設定可能である。例えば外気温度が３０℃超の暑い日であれば、稼働率１００％に設定するなどとすればよい。

このように、「停車駅に到着後」は、圧縮機３ａ、３ｂの連続運転時間が３分以上となる運転が行われる、言い換えれば、冷凍サイクルが安定する運転状態を取り得るタイミングである。よって、見方を変えれば、「停車駅に到着後」は故障診断に適したタイミングであると言える。

そこで、本実施の形態１では、連続運転時間が３分以上となる高負荷運転モードが実行されるタイミングを予め記憶部１６ｄに記憶しておく。記憶部１６ｄにタイミングを設定するにあたっては、車両２０の走行位置で設定する。そして、車両２０が記憶部１６ｄに設定された走行位置に到着すると、故障診断を行う。これにより、運行中に、故障診断に適したタイミングで故障診断を行うことが可能となる。上記の例の場合、停車駅の位置情報が記憶部１６ｄに設定されることになる。

なお、ここでは、冷凍サイクルが安定するために３分要する例を説明したが、例えば２分であれば、連続運転時間が２分以上となる運転モードが選択されるタイミングが、記憶部１６ｄに設定されることになる。

また、記憶部１６ｄに予め記憶されるタイミングとしては、他に例えば、以下の（１）、（２）を採用してもよい。

（１）駅停車前の事前運転時
停車駅に停車して扉が開くと、車外の空気が車室２０ａ内に侵入して車室２０ａ内の温度が上昇することが分かっている。このため、車両用空調装置１００では、停車駅に停車する前に空調能力を上げて高負荷運転モードで運転する事前運転を行っている。このため、始発駅から、ある停車駅までの走行距離から設定距離を差し引いた位置を、予め記憶部１６ｄに登録しておけばよい。

（２）駅発車後で乗車率の高い時
例えばお盆の帰省時期などは、特定の停車駅で乗車率が高くなることが予測できる。このため、車両用空調装置１００では運用上、制御部１６ａは、特定の停車駅での利用者の乗降が終了し、扉が閉まって発車した後、高負荷運転モードを実行するように制御が組まれている。よって、乗車率が予め設定した乗車率よりも高いと予測される停車駅からの発車後のタイミングを登録してもよい。このタイミングに対応する走行位置は、具体的には始発駅からその特定の停車駅までの走行距離となる。

なお、一日の運行中における故障診断の回数は特に限定するものではないが、一日１回でもよいし、例えば乗降人数の多い特定の複数駅の到着時とするなど、任意に設定可能である。

次に、車両用空調装置１００の車両運行中の通常の空調制御動作について説明する。
制御部１６ａは、吸込温度センサ１３で検出した吸込温度と車室２０ａの設定温度との温度差を空調負荷として検出しており、その空調負荷に基づいて圧縮機３ａ、３ｂの稼働率を決定する。具体的には、空調負荷を低い方から高い方に４段階に分け、各段階のそれぞれに対し、上記（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）、（Ｄ１）の４つの稼働率パターンを順次対応づけて記憶部１６ｄに記憶しておく。そして、ここでは例えば、空調負荷が最も低い段階である場合、「（Ａ１）２５％稼働率」を選択し、上述したように各圧縮機３ａ、３ｂをそれぞれＸ秒ずつ連続運転する断続運転を、圧縮機３ａと圧縮機３ｂとで運転開始タイミングをＹ秒ずらしてＺ秒周期で断続運転させる。

なお、ここでは、稼働率パターンを４つとしたが、例えば７つとする場合には、空調負荷を低い方から高い方に７段階に分け、各段階のそれぞれに対し７つの稼働率パターンを順次対応づけて記憶部１６ｄに記憶しておけばよい。

車両用空調装置１００では、列車の運行中、上記の空調制御を行っており、この空調制御と並行して次の故障診断制御を行う。

次に、車両用空調装置１００の故障診断制御の動作について説明する。
図６は、本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置の故障診断制御のフローチャートを示す図である。
制御部１６ａは、上記の通常の空調制御中、走行位置取得部１６ｂに基づいて車両２０の現在の走行位置を把握している。そして、制御部１６ａは、記憶部１６ｄに設定された走行位置に到達したことを認識すると（ステップＳ１）、空調負荷に応じた稼働率パターンに基づく制御を停止して、予め設定された高負荷運転モードでの圧縮機３ａ、３ｂの運転を開始する（ステップＳ２）。そして、制御部１６ａは、冷凍サイクルが安定したかどうかを判定し（ステップＳ３）、安定したと判定した後、故障診断部１６ｃにて故障診断処理を行う（ステップＳ４）。故障診断処理については次の図７のフローチャートで説明する。

冷凍サイクルが安定したかどうかの判定は、特に限定するものではないが、例えば、圧縮機３ａ、３ｂ起動後、３分経過した場合、冷凍サイクルが安定したと判定してもよい。他に例えば、故障診断用センサのセンサ検出値の変動幅が所定値よりも小さくなった場合を冷凍サイクルが安定したと判定してもよい。そして、故障有りと診断された場合、制御部１６ａは、故障である旨を表示装置１８に表示させる。故障無しと診断された場合、ステップＳ１の処理に戻る。

図７は、図６の故障診断処理のフローチャートを示す図である。故障診断処理は冷凍サイクルＡと冷凍サイクルＢのそれぞれについて行われる。故障診断処理は冷凍サイクルＡと冷凍サイクルＢとで同じであるため、以下、冷凍サイクルＡの例で説明する。
故障診断部１６ｃは、故障診断用センサである、吐出圧力センサ１４ａ及び温度センサ１５ａのそれぞれのセンサ検出値から冷凍サイクルＡの過冷却度を演算する（ステップＳ１１）。そして、演算して得た演算過冷却度が冷媒漏れ診断用として予め設定された設定過冷却度よりも低い場合（ステップＳ１２）、冷媒漏れ有り（故障有り）と診断する（ステップＳ１３）。一方、演算過冷却度が設定過冷却度以上の場合、冷媒漏れ無し（故障無し）と診断する（ステップＳ１４）。

以上説明したように本実施の形態１によれば、予め設定したタイミングで故障診断を行うようにしたので、車両運行中であっても故障診断に適したタイミングで故障診断を行うことができ、精度の高い故障診断を行うことができる。

また、鉄道車両では、振動の激しい箇所など、機器の故障を招きやすい箇所があったり、トンネル内など、換気が不十分でフィルタ詰まりを起こし易い箇所があったりする。このため、例えば一日一回、故障診断結果を行い、その故障診断結果の履歴から機器の劣化を検討するような場合に、毎日、上記不都合が生じやすい箇所を通過して以降の同じタイミングで得た故障診断結果を用いることが好ましい。本実施の形態１では、予め決めたタイミングで故障診断を行うので、毎日同じタイミングでの診断結果を得ることができ、機器の劣化の進行具合及び故障の兆候を捉えるにあたって好適である。その結果、メンテナンス時期を明確にし、機器不具合を抑制できる。

また、運行中に、冷凍サイクルが安定したタイミングを見極めるための動的な処理が必要無いため、制御装置１６の演算負荷の軽減が可能である。

なお、本実施の形態１では圧縮機が一定速型の圧縮機としたが、これに限定するものではなく、インバータ型の圧縮機にも本発明を適用できる。

また、故障診断結果を得て以降の車両用空調装置１００運転については限定するものではないが、以下の運転としてもよい。例えば、冷凍サイクルＡの機器に劣化が見られた場合、冷凍サイクルＡを２５％稼働率で運転し、冷凍サイクルＢを７５％稼働率で運転するなど、各圧縮機３ａ、３ｂ毎に稼働率を変えた運転としてもよい。

また、空調負荷を、吸込温度センサ１３で検出した吸込温度と車室２０ａの設定温度との温度差としたが、吸込湿度と設定湿度との湿度差としてもよい。

また、上記の冷媒量、流量、時間、稼働率などの具体的数値は一例を示したに過ぎず、それらは実使用条件などに応じて適宜設定すれば良い。

また、運転モードをここでは４つとしたが、これに限られたものではなく、例えば、連続運転時間を更に細かく分けて更に複数の運転モードとしてもよいし、逆に３つ以下の運転モードとしてもよい。

また、図１には冷凍サイクルが２つの例を示したが、冷凍サイクルの数は１つでもよいし、３つ以上でもよい。この場合も同様の作用効果を得ることができる。

また、上記では冷房運転の場合を例に説明したが、暖房運転時にも適用できる。

また、本発明の車両用空調装置の構成は、図１に示した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で例えば以下のように種々変形実施可能である。以下の構成としても同様の効果を得ることができる。

図８は、本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置の変形例を示す図である。
上記図１では、減圧装置として膨張弁６ａ、６ｂを用いた構成を示したが、図８に示すようにキャピラリーチューブ６０ａ、６０ｂを用いてもよい。

図９は、本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置の配置位置の変形例を示す図である。
上記図１では、車両用空調装置１００が天井裏に配置された屋根置き型を示したが、図９に示すように床下に配置した床下型としてもよい。床下型では、車両用空調装置１００を床下に配置し、室内機２ａ、２ｂから吹き出された空気がダクト３１によって天井裏のダクト空間１１に導かれ、空気吹出口１１ａから車室２０ａ内に吹き出される。車室２０ａ内の空気は、床面に車長方向に間隔を空けて形成された複数の空気吸込口３２ａから床下のダクト空間３２に吸い込まれ、排出口３２ｂを介して室内機２ａ、２ｂに戻されるようになっている。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、車両用空調装置１００が単体で動作する構成を示したが、実施の形態２では、車両用空調装置１００と地上システムとが通信回線を介して接続された列車通信システムに関するものである。以下、実施の形態２が実施の１と異なる点を中心に説明する。なお、実施の形態１の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態２の同様の構成部分にも同様に適用される。

図１０は、本発明の実施の形態２に係る列車通信システムの構成例を示す図である。
列車通信システムは、実施の形態１の複数の車両用空調装置１００と、車両用空調装置１００と通信回線を介して通信可能に接続された地上システム２００とを有する。複数の車両用空調装置１００は、一つの車両２０の異なる車室２０ａに搭載されたり、同じ路線で運行している各車両２０それぞれに搭載されたりなど、任意である。

車両用空調装置１００は、実施の形態１の構成に加えて更に、故障診断部１６ｃの診断結果を地上システム２００に送信する通信部１９を備えている。通信部１９の機能は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。通信部１９は、本発明の第１通信部を構成している。

地上システム２００は、車両用空調装置１００から送信される診断結果を受信する通信部２０１と、通信部２０１で受信した診断結果を記憶する記憶部２０２と、比較診断部２０３とを備えている。通信部２０１及び比較診断部２０３のそれぞれの機能は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。通信部２０１は、本発明の第２通信部を構成している。また、記憶部２０２はＲＯＭ又はフラッシュメモリなどのメモリで構成されている。

比較診断部２０３は、複数の車両用空調装置１００からの複数の診断結果を予め決められたアルゴリズムに従って比較診断する。この診断結果は記憶部２０２に記憶され、例えば後日のメンテナンスの際に利用される。比較診断としては、例えば、同じ路線で運行している各車両２０に搭載された各車両用空調装置１００からの診断結果を用いて、運行ダイヤ間の比較を行うなどが挙げられる。運行ダイヤ間の診断結果同士の比較により、環境条件（室外空気温度、走行状態）が近い同士の比較が可能となるため、冷媒漏れ、圧縮機異常、膨張弁異常、熱交換器の性能低下（劣化判定）の比較を行うことが可能である。

以上説明したように本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、複数の車両用空調装置１００からの診断結果を地上システム２００で収集することで、以下の効果が得られる。すなわち、複数の車両用空調装置１００からの診断結果同士を比較することが可能となる。よって、例えば、同じ路線の運行ダイヤ間の診断結果同士を比較した比較診断が可能となり、診断の幅が広がる。

１ 室外機、２ａ 室内機、２ｂ 室内機、３ａ 圧縮機、３ｂ 圧縮機、４ａ 四方弁、４ｂ 四方弁、５ａ 第一熱交換器、５ｂ 第一熱交換器、６ａ 膨張弁、６ｂ 膨張弁、７ａ 第二熱交換器、７ｂ 第二熱交換器、８ａ 室内ファン、８ｂ 室内ファン、９ａ 吸込口、９ｂ 吸込口、１０ａ 排出口、１０ｂ 排出口、１１ ダクト空間、１１ａ 空気吹出口、１２ 室外ファン、１３ 吸込温度センサ、１４ａ 吐出圧力センサ、１４ｂ 吐出圧力センサ、１５ａ 温度センサ、１５ｂ 温度センサ、１６ 制御装置、１６ａ 制御部、１６ｂ 走行位置取得部、１６ｃ 故障診断部、１６ｄ 記憶部、１７ 入力装置、１８ 表示装置、１９ 通信部、２０ 車両、２０ａ 車室、３１ ダクト、３２ ダクト空間、３２ａ 空気吸込口、３２ｂ 排出口、６０ａ キャピラリーチューブ、６０ｂ キャピラリーチューブ、１００ 車両用空調装置、２００ 地上システム、２０１ 通信部、２０２ 記憶部、２０３ 比較診断部、Ａ 冷凍サイクル、Ｂ 冷凍サイクル。

Claims (7)

1. 圧縮機、第一熱交換器、減圧装置及び第二熱交換器を有し、車両の車室の空調を行う冷凍サイクルと、
   前記圧縮機の連続運転時間が異なる複数の運転モードを有し、前記車両の運行中、前記車室の空調負荷に応じて前記複数の運転モードの何れかを選択して実行する制御部と、
   前記複数の運転モードのうち、前記連続運転時間が予め設定した時間以上の高負荷運転モードを選択して実行するタイミングを予め記憶する記憶部と、
   前記車両の運行中、前記記憶部に記憶されたタイミングで前記制御部により前記高負荷運転モードが選択して実行された後、前記冷凍サイクルが安定している間に前記冷凍サイクルの故障診断を行う故障診断部とを備えた車両用空調装置。
2. 前記車両の現在の走行位置を取得する走行位置取得部を備え、
   前記記憶部は、前記タイミングを前記車両の走行位置で記憶しており、
   前記故障診断部は、前記走行位置取得部で取得した前記車両の現在の走行位置が前記記憶部に記憶されている前記走行位置に到着した後、前記冷凍サイクルが安定している間に故障診断を行う請求項１記載の車両用空調装置。
3. 前記複数の運転モードは、稼働率が異なる複数の稼働率パターンに更に分けられ、
   前記制御部は、前記空調負荷に応じて前記複数の稼働率パターンの何れかを選択して実行する請求項１又は請求項２記載の車両用空調装置。
4. 前記記憶部に記憶される前記タイミングは、前記車両の発車後と、停車駅に到着する前に事前に空調能力を上げる事前運転時とのうち少なくとも一つである請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の車両用空調装置。
5. 前記予め設定した時間は、前記冷凍サイクルの冷媒量及び流量に基づいて設定される請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の車両用空調装置。
6. 前記請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の複数の車両用空調装置と、前記車両用空調装置と通信可能に接続された地上システムとを備え、
   前記車両用空調装置は、前記故障診断部の診断結果を前記地上システムに送信する第１通信部を備え、
   前記地上システムは、前記車両用空調装置の前記第１通信部から送信される前記診断結果を受信する第２通信部と、
   前記第２通信部で受信した前記診断結果を記憶する記憶部とを備えた列車通信システム。
7. 前記地上システムは、同じ路線で運行している各車両それぞれに搭載された前記車両用空調装置から診断結果を受信し、前記同じ路線の運行ダイヤ間の前記診断結果同士を比較して故障診断を行う比較診断部を備えた請求項６記載の列車通信システム。

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