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

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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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