JP7004560B2 - 車両用空気調和装置及び車両用空気調和方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空気調和装置及び車両用空気調和方法に関する。

特許文献１に開示されているように、車両に画定された客室を空調する空調機器と、客室に収容されている乗客の総人数に応じて、空調機器の能力を制御する制御装置とを備える車両用空気調和装置が知られている。制御装置は、車両の重量を検出する車重センサの検出結果に基づいて、客室に収容されている乗客の総人数を推定する。

特開２０１４－２３４１１０号公報

車両が駅に到着した際、客室から下車する乗客とほぼ等しい人数の乗客が、同じ客室に新たに乗り込む場合がある。このように乗客の入れ替わりが生じた場合、客室における乗客の総人数はさほど変化しないが、その客室の空調されにくさを表す室内熱負荷は増大しうる。この理由は、元々客室に居た乗客の温度は客室の温度に近づけられているが、新たに搭乗した乗客の温度は、客室の温度に近似しているとは限らないためである。

この点、特許文献１の技術では、客室における乗客の総人数は検知するが、乗客の入れ替わりは検知しない。このため、たとえ客室に多くの乗客が新たに乗り込んでも、その客室における乗客の総人数の変動が小さい場合には、空調機器の能力が高められず、客室の快適性が一時的に低下する懸念がある。

本発明の目的は、乗客の入れ替わりが生じた場合でも、客室の快適性が低下しにくい車両用空気調和装置及び車両用空気調和方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る車両用空気調和装置は、
車両に画定された客室を空調する空調機器と、
予め定められた箇所の乗客の通過を検知することにより、前記車両の外部から前記客室に入った乗客の人数を推定する入室者数推定手段と、
前記車両が駅に到着した場合に、該駅で新たに前記客室に入った乗客の人数である新規搭乗人数を前記入室者数推定手段の推定結果によって特定し、前記空調機器の前記客室を空調する能力を、前記新規搭乗人数から算出する室内熱負荷に応じて制御する制御手段と、
を備える。

上記構成によれば、駅で新たに客室に入った乗客の人数である新規搭乗人数から算出する室内熱負荷に応じて、空調機器の能力が制御されるので、駅で乗客の入れ替わりが生じ、客室における乗客の総人数の変動が小さい場合でも、客室の快適性が低下し始める前に、空調機器の空調能力が高められ、客室の快適性が低下しにくい。

実施形態１に係る車両用空気調和装置の構成を示す概念図 実施形態１に係る空調機器の構成を示す概念図 実施形態１に係る空調機器の空調能力を決定するための空調能力判別線図 実施形態１に係る乗客通過センサの配置位置を示す断面概略図 実施形態１に係る車両用空気調和装置の機能を示す概念図 実施形態１に係る空調能力制御のフローチャート 実施形態１に係る到着時熱負荷算出処理のフローチャート 実施形態２に係る空調機器の空調能力を決定するための空調能力判別線図 実施形態３に係る乗客通過センサの配置位置を示す断面概略図 実施形態４に係る乗客通過センサの利用形態を示す概念図 実施形態４に係る乗客通過センサの配置位置を示す断面概略図

以下、図面を参照し、本発明の実施形態１～４に係る車両用空気調和装置について説明する。図中、同一又は対応する部分に同一の符号を付す。

［実施形態１］
図１に示すように、本実施形態に係る車両用空気調和装置４００は、鉄道車両に画定された客室を空調する空調機器１００と、空調機器１００の制御に必要な各種物理量を検出するセンサ群２００と、センサ群２００の検出結果に基づいて空調機器１００を制御する空調制御装置３００とを備える。以下、まず空調機器１００の構成を具体的に説明する。

図２に示すように、空調機器１００は、冷媒を気化させる蒸発器１１０と、気化された冷媒を液体の冷媒から分離する気液分離器１２０と、分離された気体の冷媒を圧縮する圧縮機１３０と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器１４０と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張器１５０とを有する。また、空調機器１００は、蒸発器１１０、気液分離器１２０、圧縮機１３０、凝縮器１４０、及び膨張器１５０の間で冷媒を流通させる冷媒配管１６０も有する。

圧縮機１３０は、自己の内部に画定される圧縮室に冷媒を吸い込み、吸い込んだ冷媒を圧縮室で圧縮し、圧縮された冷媒を吐出する動作を繰り返すことにより、冷媒配管１６０を通じて冷媒を循環させる。これにより、蒸発器１１０が冷却され、凝縮器１４０が発熱した状態となる。

本実施形態では、空調機器１００が鉄道車両の客室を冷房する場合について述べる。この場合、蒸発器１１０は、客室の空気と熱交換することにより、客室を冷房する室内熱交換器としての役割を果たす。一方、凝縮器１４０は、客室の外部の空気と熱交換することにより、廃熱を外部に放出する室外熱交換器としての役割を果たす。

圧縮機１３０は、冷媒配管１６０を流れる単位時間当たりの冷媒の循環量を可変に調整することができる構成を有する。具体的には、圧縮機１３０は、上述した圧縮室の容量を弁によって機械的に２段階に切り替えることができる容量可変構造を有する。

圧縮機１３０を、圧縮室の容量が相対的に小さい状態に切り替えたとき、単位時間当たりの冷媒の循環量が低下するため、空調機器１００の客室を空調する能力（以下、空調能力という。）が抑えられる。一方、圧縮機１３０を、圧縮室の容量が相対的に大きい状態に切り替えると、単位時間当たりの冷媒の循環量が増大するため、空調機器１００の空調能力が向上する。

また、空調機器１００は、蒸発器１１０と空気との熱交換を促進する蒸発器用ファン１７０と、凝縮器１４０と空気との熱交換を促進する凝縮器用ファン１８０とを有する。蒸発器用ファン１７０は、蒸発器１１０と熱交換して冷却された空気を、客室に送り込む。凝縮器用ファン１８０は、凝縮器１４０と熱交換して加熱された空気を鉄道車両の外部に排出させる。

蒸発器用ファン１７０と凝縮器用ファン１８０の各々の回転数は、可変に調整することができる。蒸発器用ファン１７０と凝縮器用ファン１８０の回転数が高い程、蒸発器１１０と凝縮器１４０における熱交換が促進されるため、空調機器１００の空調能力が向上する。一方、蒸発器用ファン１７０と凝縮器用ファン１８０の回転数を低下させると、空調機器１００の空調能力が抑えられる。

以上のように、空調機器１００は、鉄道車両の客室を空調する空調能力を、圧縮機１３０の容量、蒸発器用ファン１７０の回転数、及び凝縮器用ファン１８０の回転数によって可変に調整することができる構成を有する。

図１に戻って説明を続ける。空調制御装置３００が、圧縮機１３０の容量、蒸発器用ファン１７０の回転数、及び凝縮器用ファン１８０の回転数を制御することにより、空調機器１００の空調能力を調整する空調能力制御を行う。

空調制御装置３００は、空調能力制御の動作を規定した制御プログラム３１０が格納されたメモリ３２０と、メモリ３２０から制御プログラム３１０を読み出して実行するプロセッサ３３０とを有する。

プロセッサ３３０が、制御プログラム３１０を実行することにより、上述した空調能力制御が実現される。プロセッサ３３０は、空調能力制御において、空調機器１００の空調能力を、センサ群２００の検出結果に基づいて決定する。

センサ群２００は、鉄道車両の客室内の温度を計測する室内温度センサ２１０と、鉄道車両の外部の温度を計測する室外温度センサ２２０と、客室の空調されにくさを表す室内熱負荷に依存する物理量を検出する室内熱負荷測定用センサ２３０とを含む。

プロセッサ３３０は、室内温度センサ２１０によって計測された客室の温度と、予め定められた目標温度との差である室温偏差を算出する。また、プロセッサ３３０は、室内温度センサ２１０及び室外温度センサ２２０の検出結果と、室内熱負荷測定用センサ２３０の検出結果とを用いて、室内熱負荷を算出する。

そして、プロセッサ３３０は、室温偏差及び室内熱負荷の値の組み合わせと、空調機器１００の空調能力とを予め対応付けた空調能力判別線図を用いて、空調機器１００の空調能力を決定する。以下、具体的に説明する。

図３に示すように、空調能力判定線図は、横軸に室内熱負荷をとり、縦軸に室温偏差をとったグラフである。このグラフには、互いに平行で各々負の傾きを有する５本の直線状の境界線Ｌ１～Ｌ５が示されている。境界線Ｌ１～Ｌ５は、少なくとも第１象限を通っている。境界線Ｌ１～Ｌ５の順番に、原点からの距離が次第に大きくなっている。

プロセッサ３３０は、室内熱負荷と室温偏差のプロットが、境界線Ｌ１より下方の領域Ｃ０に属するとき、最も低い空調能力で空調機器１００を運転させ、境界線Ｌ２とＬ１の間の領域Ｃ１に属するとき、次に高い空調能力で空調機器１００を運転させ、境界線Ｌ３とＬ２の間の領域Ｃ２に属するとき、次に高い空調能力で空調機器１００を運転させ、境界線Ｌ４とＬ３の間の領域Ｃ３に属するとき、次に高い空調能力で空調機器１００を運転させ、境界線Ｌ５とＬ４の間の領域Ｃ４に属するとき、次に高い空調能力で空調機器１００を運転させ、境界線Ｌ５より原点から遠い領域Ｃ５に属するとき、最も高い空調能力で空調機器１００を運転させる。

従来は、室内熱負荷を、鉄道車両の重さから把握される乗客の総人数に基づいて算出していた。しかし、乗客の総人数の観測だけでは、客室に対する乗客の入れ替わりを適切に把握することができない。このため、たとえ客室に多くの乗客が新たに乗り込んでも、その客室における乗客の総人数の変動が小さい場合には、空調機器１００の能力が高められず、客室の快適性が一時的に低下する懸念があった。

そこで、本実施形態では、図１に示す室内熱負荷測定用センサ２３０が、客室に対する乗客の入れ替わりも検知できる構成を備える。以下、室内熱負荷測定用センサ２３０の構成を具体的に説明する。

室内熱負荷測定用センサ２３０は、図５に示すように、乗客の総人数を把握するために鉄道車両の重さを検出する車重センサ２３１のみならず、客室に新たに搭乗した乗客の人数を把握するために、予め定められた箇所の乗客の通過を検知する乗客通過センサ２３２も有する。

図４に示すように、乗客通過センサ２３２は、鉄道車両ＴＲの客室ＲＭ内に配置されている。具体的には、乗客通過センサ２３２は、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦに到着して鉄道車両ＴＲにおける乗降用の扉ＤＲが開いた際に、その開かれた扉ＤＲを乗客が通過したことを検知できる箇所に配置されている。

より具体的には、乗客通過センサ２３２は、扉ＤＲの上方に位置する車内表示装置ＴＶの近傍に配置されている。なお、車内表示装置ＴＶは、例えば、路線図、乗換案内、気象情報、広告等を乗客に対して視覚的に案内するものである。

車内表示装置ＴＶの近傍に乗客通過センサ２３２を配置する場合、乗客通過センサ２３２に作動電力を供給するための配線として、車内表示装置ＴＶ用に予備的に準備されている配線を流用できる。このため、乗客通過センサ２３２の導入に当たって、新たに配線を準備する必要がない。

乗客通過センサ２３２は、各々乗客の通過を検知できる第１センサ部２３２ａと第２センサ部２３２ｂを含む。第１センサ部２３２ａと第２センサ部２３２ｂは、乗客が通過する方向、具体的に鉄道車両ＴＲの幅方向に間隔をあけて並んでいる。

図示しないが、第１センサ部２３２ａと第２センサ部２３２ｂの各々は、鉄道車両ＴＲの進行方向、即ち図４の紙面に垂直な方向に向かい合うビーム出射器とビーム受信器とを備える。ビーム出射器は、ビーム受信器に向けて、赤外線その他の波長を有する電磁波又は音波のビームを出射している。乗客が扉ＤＲを通過する際、ビームが乗客で遮られる。このため、ビーム受信器でのビームの受信の有無によって、乗客の通過を検知できる。

乗客通過センサ２３２は、第１センサ部２３２ａと第２センサ部２３２ｂとでの通過の検出の順序によって、客室ＲＭに入る向きの通過と、客室ＲＭから出る向きの通過とを区別して検知することができる。即ち、第１センサ部２３２ａ→第２センサ部２３２ｂの順序で通過を検知した場合は、乗客が客室ＲＭから出たことを表しており、第２センサ部２３２ｂ→第１センサ部２３２ａの順序で通過を検知した場合は、乗客が客室ＲＭに入ったことを表している。

本実施形態では、乗客通過センサ２３２は、第２センサ部２３２ｂ→第１センサ部２３２ａの順序で通過を検知する度、即ち、新たに乗客が客室ＲＭに入ったことを検知する度に、その旨を表す入室検知信号を、図１に示すプロセッサ３３０に出力する。図１に示すプロセッサ３３０は、入室検知信号の受信回数を加味して、図３の横軸の室内熱負荷の値を算出する。

以下、図５を参照し、図１に示すプロセッサ３３０が制御プログラム３１０を実行することにより発揮する機能について、具体的に説明する。

図５に示すように、プロセッサ３３０は、乗客通過センサ２３２から上述した入室検知信号ＩＮが出力される度に、その出力の回数を表す計数値をカウントアップする計数部３３１としての機能を有する。計数部３３１での計数値を、駅ＰＦで新たに客室ＲＭに入った乗客の人数である新規搭乗人数の推定値とする。

計数部３３１と乗客通過センサ２３２とによって、予め定められた箇所としての鉄道車両ＴＲの扉ＤＲが開閉する箇所における乗客の通過を検知することにより、鉄道車両ＴＲの外部から客室ＲＭに入った乗客の人数を推定する入室者数推定手段としての入室者数推定部４１０が構成されている。

また、プロセッサ３３０は、客室ＲＭに収容されている乗客の総人数を推定する総人数推定手段としての総人数推定部４２０を、車重センサ２３１と共に構成する総人数算出部３３２としての機能も有する。

総人数算出部３３２は、車重センサ２３１の検出結果に基づいて、客室ＲＭに収容されている乗客の総人数を算出する。

具体的には、総人数算出部３３２は、車重センサ２３１の検出結果が表す鉄道車両ＴＲとそれに搭乗している乗客との合計の重さから、鉄道車両ＴＲだけの重さを引いた値を、１人の乗客の平均体重で割り算する。その割り算の結果の値が、客室ＲＭ内の乗客の総人数の推定値である。

また、プロセッサ３３０は、計数部３３１での計数値が表す新規搭乗人数の推定値と、総人数算出部３３２で算出された総人数の推定値と、室内温度センサ２１０及び室外温度センサ２２０の検出結果とを用いて、客室ＲＭの空調されにくさを表す室内熱負荷を算出する室内熱負荷算出部３３３としての機能も有する。

具体的には、室内熱負荷算出部３３３は、次式（１）によって室内熱負荷を算出する。
室内熱負荷［Ｗ］＝乗客発熱量［Ｗ］＋環境負荷［Ｗ］ …（１）

ここで、環境負荷とは、鉄道車両ＴＲに備えられた各種機器の定常発熱量と、鉄道車両ＴＲの外部から客室ＲＭへ侵入する侵入熱量との和である。このうち、定常発熱量は、鉄道車両ＴＲに備えられた各種機器の構成から予め定まる。また、侵入熱量は、客室ＲＭと外部との温度差、即ち、室内温度センサ２１０の検出結果と室外温度センサ２２０の検出結果との差に比例し、その比例定数は、鉄道車両ＴＲの構造から予め定まる。

また、乗客発熱量とは、客室ＲＭ内の乗客が発する熱量である。本実施形態の特徴の１つは、乗客発熱量の算出式を、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦから発車した直後の過渡期間と、それ以外の定常時とで、場合分けする点にある。以下、具体的に説明する。

室内熱負荷算出部３３３は、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦから発車した直後の過渡期間以外の定常時においては、次式（２）によって、乗客発熱量を算出する。
乗客発熱量［Ｗ］＝室内総人数×乗客１人当たりの定常発熱量［Ｗ］ …（２）

ここで、室内総人数とは、総人数算出部３３２で算出された総人数の推定値のことである。また、乗客１人当たりの定常発熱量は、本実施形態では、６０［Ｗ］とする。

一方、室内熱負荷算出部３３３は、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦから発車した直後の過渡期間においては、次式（３）によって、乗客発熱量を算出する。
乗客発熱量［Ｗ］＝元々客室に居た乗客の発熱量［Ｗ］＋新たに客室に搭乗した乗客の発熱量［Ｗ］ …（３）

ここで、元々居た乗客とは、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦに到着する前から客室ＲＭに居た乗客のことである。元々居た乗客の発熱量は、上式（２）における乗客１人当たりの定常発熱量を用いて、次式（４）によって算出される。
元々客室に居た乗客の発熱量［Ｗ］＝元々居た乗客の人数×乗客１人当たりの定常発熱量［Ｗ］ …（４）

また、新たに搭乗した乗客とは、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦに到着した際に、その駅ＰＦで客室ＲＭに搭乗した乗客のことである。新たに搭乗した乗客の発熱量は、上式（２）における乗客１人当たりの定常発熱量を用いて、次式（５）によって算出される。
新たに搭乗した乗客の発熱量［Ｗ］＝新たに搭乗した乗客の人数×（乗客１人当たりの定常発熱量＋α）［Ｗ］ …（５）

ここで、αは、新たに搭乗した乗客1人当たりの平均発熱量から、元々居た乗客1人当たりの平均発熱量を引いた値に相当する補正値である。この補正値αは、定数としてもよいし、客室ＲＭの外部の温度、客室ＲＭと外部との温度差、又は外部の日射量等に基づいて適宜定められる変数としてもよい。

なお、室内熱負荷算出部３３３は、上式（５）における新たに搭乗した乗客の人数（以下、新規搭乗人数という。）を、計数部３３１での計数値によって特定する。また、室内熱負荷算出部３３３は、式（４）における元々居た乗客の人数（以下、残留人数という。）を、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦから発車する時点における総人数算出部３３２で算出された総人数から、新規搭乗人数を引き算することによって求める。

また、プロセッサ３３０は、鉄道車両ＴＲから、乗降用の扉ＤＲが開閉したことを表す扉開閉情報を取得する扉開閉情報取得部３３４としての機能も有する。扉開閉情報取得部３３４は、扉開閉情報によって扉ＤＲが開いたことを検知したとき、及び扉ＤＲが閉まったことを検知したときは、その旨を室内熱負荷算出部３３３に通知する。

扉開閉情報取得部３３４から室内熱負荷算出部３３３に扉ＤＲが閉まった旨が通知された時点から、予め定められた期間、具体的には５分間経過するまでの期間を、上述した過渡期間とする。

また、室内熱負荷算出部３３３は、扉開閉情報取得部３３４から扉ＤＲが開いた旨を通知される度に、計数部３３１における計数値をリセットする。これにより、扉ＤＲが開いた時点から、扉ＤＲが閉まる時点までの間に、計数部３３１において新規搭乗人数を適切に計数することができる。

また、プロセッサ３３０は、室内温度センサ２１０によって計測された客室の温度と、予め定められた目標温度との差である室温偏差を算出する室温偏差算出部３３５としての機能も有する。

また、プロセッサ３３０は、室温偏差算出部３３５によって算出された室温偏差と、室内熱負荷算出部３３３によって算出された室内熱負荷とに基づいて、図３を参照して説明した要領で空調機器１００の空調能力を決定し、決定した空調能力が発揮されるように、圧縮機１３０、蒸発器用ファン１７０、及び凝縮器用ファン１８０を制御する空調能力制御部３３６としての機能も有する。

以上説明した室内熱負荷算出部３３３、扉開閉情報取得部３３４、室温偏差算出部３３５、及び空調能力制御部３３６によって、空調機器１００の空調能力を制御する制御手段としての制御部４３０が構成されている。

制御部４３０は、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦに到着した場合に、その駅ＰＦで新たに客室ＲＭに入った乗客の人数である新規搭乗人数を入室者数推定部４１０の推定結果によって特定すると共に、元々客室ＲＭに居た乗客の人数である残留人数を入室者数推定部４１０及び総人数推定部４２０の推定結果を用いて特定し、空調機器１００の空調能力を、新規搭乗人数、残留人数、及び室温偏差に応じて制御する。

以下、図６及び図７を参照し、プロセッサ３３０が構成する上記各部３３１～３３６によって実行される空調能力制御について、具体的に説明する。

図６に示すように、まず、室温偏差算出部３３５は、室内温度センサ２１０の測定結果が表す客室ＲＭ内の温度と、予め定められた目標温度との差である室温偏差を算出する（ステップＳ１）。

次に、室内熱負荷算出部３３３は、扉開閉情報取得部３３４から扉ＤＲが開いた旨の通知があったか否か、即ち、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦに到着して乗客の乗降のために扉ＤＲが開いたか否かを判定する（ステップＳ２）。

室内熱負荷算出部３３３は、扉ＤＲが開かれていない場合は（ステップＳ２；ＮＯ）、定常時熱負荷算出処理を行う（ステップＳ３）。定常時熱負荷算出処理とは、上述した式（１）と式（２）を用いて、室内熱負荷を算出する処理のことである。

次に、空調能力制御部３３６は、室温偏差算出部３３５によって算出された室温偏差と、室内熱負荷算出部３３３によって算出された室内熱負荷とに基づいて、図３を参照して説明した要領で、空調機器１００の空調能力を決定する（ステップＳ４）。

次に、空調能力制御部３３６は、空調機器１００の現在の空調能力が適切か否か、即ち、空調機器１００の現在の空調能力がステップＳ４で決定した空調能力に等しいか否かを判定し（ステップＳ５）、等しい場合は（ステップＳ５；ＹＥＳ）、ステップＳ１に戻る。

一方、空調能力制御部３３６は、空調機器１００の現在の空調能力が、ステップＳ４で決定した空調能力と異なる場合は（ステップＳ５；ＮＯ）、ステップＳ４で決定した空調能力が発揮されるように、圧縮機１３０、蒸発器用ファン１７０、及び凝縮器用ファン１８０の少なくとも１つを制御し、予め定められた期間、具体的には、５分間、ステップＳ４で決定した空調能力で空調機器１００を運転させる（ステップＳ６）。

次に、空調能力制御部３３６は、空調能力制御を継続する場合は（ステップＳ７；ＮＯ）、ステップＳ１に戻り、空調能力制御を終える場合は（ステップＳ７；ＹＥＳ）、本処理を終了する。

一方、室内熱負荷算出部３３３は、ステップＳ２で、扉ＤＲが開かれた場合は（ステップＳ２；ＹＥＳ）、到着時熱負荷算出処理を行う（ステップＳ８）。到着時熱負荷算出処理とは、上述した式（１）と式（３）～（５）を用いて、室内熱負荷を算出する処理のことである。以下、図７を参照し、到着時熱負荷算出処理を具体的に説明する。

図７に示すように、まず、室内熱負荷算出部３３３は、今回到着した駅ＰＦでの新規搭乗人数を計数させるために、計数部３３１における計数値をリセットし（ステップＳ８１）、計数部３３１に、新たに搭乗する乗客の人数の計数を開始させる（ステップＳ８２）。

次に、室内熱負荷算出部３３３は、扉開閉情報取得部３３４から扉ＤＲが閉まった旨の通知があった場合、即ち、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦから発車するために扉ＤＲが閉まった場合（ステップＳ８３；ＹＥＳ）、その時点の計数値を計数部３３１から取得する（ステップＳ８４）。この計数値によって、その駅ＰＦでの新規搭乗人数が特定される。

次に、総人数算出部３３２は、扉ＤＲが閉まった後における車重センサ２３１の検出結果を用いて、客室ＲＭに収容されている乗客の総人数を算出する（ステップＳ８５）。

次に、室内熱負荷算出部３３３は、ステップＳ８５で総人数算出部３３２によって算出された総人数から、ステップＳ８４で取得した計数値が表す新規搭乗人数を引き算することにより、元々客室に居た乗客の人数、即ち残留人数を算出する。

そして、室内熱負荷算出部３３３は、算出した残留人数と、ステップＳ８４で特定した新規搭乗人数とを加味した室内熱負荷を算出する（ステップＳ８６）。

具体的には、室内熱負荷算出部３３３は、残留人数を上式（４）に代入して、元々客室に居た乗客の発熱量を算出すると共に、新規搭乗人数を上式（５）に代入して、新たに搭乗した乗客の発熱量を算出し、上式（３）によって室内熱負荷を算出する。そして、室内熱負荷算出部３３３は、到着時熱負荷算出処理を終える。

以上説明したように、本実施形態によれば、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦに到着した後、発車するために扉ＤＲが閉まった際に、その駅ＰＦで客室ＲＭに新たに搭乗した乗客の人数である新規搭乗人数に応じて、空調機器１００の空調能力が制御される。このため、駅ＰＦで乗客の入れ替わりが生じた場合でも、客室ＲＭの快適性が低下しにくい。

従来は、客室ＲＭにおける乗客の総人数は検知するが、乗客の入れ替わりは検知しなかった。このため、たとえ客室ＲＭに多くの乗客が新たに乗り込んでも、客室ＲＭにおける乗客の総人数の変動が小さい場合には、室温偏差が大きくなった後でないと、空調機器１００の空調能力が高められないという懸念があった。

これに対し、本実施形態によれば、新規搭乗人数に応じて空調機器１００の空調能力が制御されるので、客室ＲＭに乗客が新たに乗り込んだ場合には、客室ＲＭにおける乗客の総人数の変動が小さくても、客室ＲＭの快適性が低下し始める前に、空調機器１００の空調能力が高められうる。このため、客室ＲＭの快適性が低下しにくい。

［実施形態２］
上記実施形態１では、空調機器１００が客室ＲＭを冷房したが、空調機器１００が客室ＲＭを暖房する場合にも、新規搭乗人数が多い程、客室ＲＭが暖房されにくいという問題が生じる。そこで、空調制御装置３００は、空調機器１００が客室ＲＭを暖房する場合にも、新規搭乗人数に応じて、空調機器１００の能力を制御する。以下、その具体例について説明する。

本実施形態では、図２において、凝縮器１４０が、客室ＲＭ内の空気と熱交換することにより客室ＲＭを暖房する室内熱交換器としての役割を果たし、蒸発器１１０が、鉄道車両ＴＲの外部から熱を吸収する室外熱交換器としての役割を果たす。

空調機器１００が客室ＲＭを暖房する能力は、実施形態１の場合と同様に、圧縮機１３０の容量、蒸発器用ファン１７０の回転数、及び凝縮器用ファン１８０の回転数によって可変に調整することができる。

客室ＲＭの暖房を行う冬季や寒冷地では、上式（１）の左辺に示す室内熱負荷は、目標温度への温まりにくさを表すため、負の値をとりうる。特に、式（１）の右辺の環境負荷には、客室ＲＭから外部へ流出する流失熱量が加味される。流出熱量は、負の値をとる。その絶対値は、客室ＲＭと外部との温度差、即ち、室内温度センサ２１０の検出結果と室外温度センサ２２０の検出結果との差に比例し、その比例定数は、鉄道車両ＴＲの構造から予め定まる。

また、本実施形態では、室内熱負荷算出部３３３は、図６のステップＳ８の到着時熱負荷算出処理における、図７のステップＳ８６では、新規搭乗人数が多い程、室内熱負荷が小さくなるような、即ち、負の値である室内熱負荷の絶対値が大きくなるような室内熱負荷の定義式を用いて、室内熱負荷を算出する。これは、新たに搭乗する乗客は、客室ＲＭの温度を低下させる吸熱要因となるためである。

なお、新たに客室ＲＭに搭乗する乗客１人当たりの吸熱量は、定数としてもよいし、客室ＲＭの外部の温度、客室ＲＭと外部との温度差、又は外部の日射量等に基づいて適宜定められる変数としてもよい。

一方、本実施形態では、室内熱負荷算出部３３３は、図６のステップＳ３の定常時熱負荷算出処理では、客室ＲＭ内の乗客の総人数が多い程、室内熱負荷が大きくなるような、即ち、負の値である室内熱負荷の絶対値が小さくなるような室内熱負荷の定義式を用いて、室内熱負荷を算出する。これは、定常時には、客室ＲＭ内の総人数が多い程、客室ＲＭが温まりやすいためである。

以上のように、上式（１）の左辺に示す室内熱負荷は、負の値をとりうる。また、客室ＲＭの暖房を行う場合は、客室ＲＭの温度－目標温度、で定義される室温偏差も、負の値をとりうる。

そこで、空調能力制御部３３６は、図６のステップＳ４では、図８に示す、暖房時用の空調能力判定線図を用いて、空調機器１００の空調能力、即ち暖房能力を決定する。

図８に示すように、暖房時に使用する空調能力判定線図も、横軸に室内熱負荷をとり、縦軸に室温偏差をとったグラフである。このグラフには、互いに平行で各々負の傾きを有する４本の直線状の境界線Ｍ１～Ｍ４が示されている。境界線Ｍ１～Ｍ４は、少なくとも第３象限を通っている。境界線Ｍ１～Ｍ４の順番に、原点からの距離が次第に大きくなっている。

空調能力制御部３３６は、室内熱負荷と室温偏差のプロットが、境界線Ｍ１より上方の領域Ｈ０に属するとき、最も低い暖房能力で空調機器１００を運転させ、境界線Ｍ２とＭ１の間の領域Ｈ１に属するとき、次に高い空調能力で空調機器１００を運転させ、境界線Ｍ３とＭ２の間の領域Ｈ２に属するとき、次に高い空調能力で空調機器１００を運転させ、境界線Ｍ４とＭ３の間の領域Ｈ３に属するとき、次に高い空調能力で空調機器１００を運転させ、境界線Ｍ４より原点から遠い領域Ｈ４に属するとき、最も高い空調能力で空調機器１００を運転させる。

本実施形態によれば、新規搭乗人数に応じて、空調機器１００の客室ＲＭを暖房する能力が制御される。このため、乗客の入れ替わりが生じた場合でも、客室ＲＭの温度が一時的に低下する前に、空調機器１００の客室ＲＭを暖房する能力が高められる。

［実施形態３］
上記実施形態では、図４に示したように、乗客通過センサ２３２を、鉄道車両ＴＲの客室ＲＭ内に配置したが、乗客通過センサ２３２を配置する位置は、特に限定されない。以下、乗客通過センサ２３２の配置位置を変更した具体例について述べる。

図９に示すように、本実施形態では、乗客通過センサ２３２が、駅ＰＦのホームドアＨＤＲに設置される。ホームドアＨＤＲは、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦに到着した場合に、鉄道車両ＴＲに設けられた乗降用の扉ＤＲと連動して開閉する。

乗客通過センサ２３２は、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦに到着して扉ＤＲ及びホームドアＨＤＲが開いた時点から、鉄道車両ＴＲが発車するために扉ＤＲ及びホームドアＨＤＲが閉まった時点までの間に、開かれたホームドアＨＤＲを、乗客が客室ＲＭに入る向きに通過する度に、入室検知信号ＩＮを、図５に示す計数部３３１に出力する。

なお、本実施形態では、ホームドアＨＤＲに設置される乗客通過センサ２３２は、入室検知信号ＩＮを、無線の形態、具体的には電磁波又は音波のパルスの形態で、図５に示す計数部３３１に出力する。

図５に示す計数部３３１は、乗客通過センサ２３２から入室検知信号ＩＮが出力される度に計数値をカウントアップすることにより、開かれたホームドアＨＤＲを通過する乗客の人数を計数する。これにより、その駅ＰＦにおける新規搭乗人数を計数できる。本実施形態によっても、実施形態１と同様の効果が得られる。

［実施形態４］
上記実施形態では、客室ＲＭにおける乗客の総人数を、鉄道車両ＴＲの重量に基づいて推定したが、客室ＲＭにおける乗客の総人数は、鉄道車両ＴＲの重量によらずに推定することもできる。以下、その具体例について述べる。

図１０に示すように、本実施形態に係る乗客通過センサ２３３は、客室ＲＭに入る向きの乗客の通過と、客室ＲＭから出る向きの乗客の通過との双方を区別して検知し、客室ＲＭに入る向きの乗客の通過を検知する度に入室検知信号ＩＮを出力し、客室ＲＭから出る向きの乗客の通過を検知する度に退室検知信号ＯＵＴを出力する。

図１１に示すように、乗客通過センサ２３３は、客室ＲＭ内における扉ＤＲの位置のみならず、取り合う鉄道車両ＴＲの客室ＲＭ同士を連通させる連絡通路ＣＮの位置にも配置されている。連絡通路ＣＮに配置された乗客通過センサ２３３は、連絡通路ＣＮにおける乗客の通過を検知する。

これらの乗客通過センサ２３３の各々が、上述した入室検知信号ＩＮ及び退室検知信号ＯＵＴを出力する。なお、図１０には、理解を容易にするために、代表して１つの乗客通過センサ２３３のみを示した。

図１０に戻って説明を続ける。本実施形態では、図１に示したプロセッサ３３０が、いずれかの乗客通過センサ２３３から入室検知信号ＩＮが出力される度に、その出力の回数を表す計数値をカウントアップする第１計数部３３７としての機能と、いずれかの乗客通過センサ２３３から退室検知信号ＯＵＴが出力される度に、その出力の回数を表す計数値をカウントアップする第２計数部３３８としての機能とを有する。

室内熱負荷算出部３３３は、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦに到着して扉ＤＲが開く度に、即ち扉開閉情報取得部３３４から扉ＤＲが開いた旨を通知される度に、第１計数部３３７及び第２計数部３３８の計数値をリセットする。

また、室内熱負荷算出部３３３は、鉄道車両ＴＲが発車すべく扉ＤＲが閉まる度に、即ち扉開閉情報取得部３３４から扉ＤＲが閉まった旨を通知される度に、第１計数部３３７の計数結果－第２計数部３３８の計数結果、で定義される変動人数を算出する。

そして、室内熱負荷算出部３３３は、算出した変動人数を、前回の総人数、即ち前の駅ＰＦで扉ＤＲが閉まった時点における客室ＲＭ内の乗客の総人数に足し算する。この足し算の結果が、今回の駅ＰＦで扉ＤＲが閉まった時点における客室ＲＭ内の乗客の総人数である。

この総人数の値は、室内熱負荷算出部３３３に記憶され、次の駅ＰＦで扉ＤＲが閉まった時点における総人数の算出に利用される。また、この総人数の値は、実施形態１の場合と同様に、室内熱負荷の算出にも利用される。なお、鉄道車両ＴＲが運行を開始した時点での総人数の初期値はゼロとする。

このように、本実施形態では、乗客通過センサ２３３、第１計数部３３７、及び第２計数部３３８、及び室内熱負荷算出手段によって、客室ＲＭに収容されている乗客の総人数を推定する総人数推定手段が構成される。

また、室内熱負荷算出部３３３は、第１計数部３３７の計数結果によって新規入室者数を特定する。即ち、第１計数部３３７と乗客通過センサ２３３によって、客室ＲＭに入った乗客の人数を推定する入室者数推定手段が構成される点は、実施形態１と同じである。また、上記以外の室内熱負荷算出部３３３の機能も、実施形態１と同じである。

以上説明したように、本実施形態によれば、図５に示した車重センサ２３１を用いなくても、鉄道車両ＴＲが駅ＰＦに到着する度に、その駅ＰＦでの乗客の変動人数に基づいて客室ＲＭ内の乗客の総人数を推定することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。本発明はこれに限られず、以下に述べる変形も可能である。

上記実施形態１では、図５に示す乗客通過センサ２３２が、客室ＲＭに入る向きの乗客の通過を検知する度に入室検知信号ＩＮを出力したが、乗客通過センサ２３２が、客室ＲＭから出る向きの乗客の通過を検知する度に退室検知信号ＯＵＴを出力してもよい。この場合、図５に示す計数部３３１は、客室ＲＭに入った乗客の人数と客室ＲＭから出た乗客の人数のうち、客室ＲＭから出た乗客の人数のみを計数する。

この場合でも、計数部３３１の計数値から特定される、駅ＰＦで客室ＲＭから降車した乗客の人数をｘ、その駅ＰＦから鉄道車両ＴＲが発車すべく扉ＤＲが閉まった時点での客室ＲＭ内の乗客の総人数をｍ、その駅ＰＦに鉄道車両ＴＲが到着して扉ＤＲが開く時点での客室ＲＭ内の乗客の総人数をｎ、としたとき、新規搭乗人数ｙは、ｙ＝ｍ＋ｘ－ｎによって算出することができる。

上記実施形態１～４では、空調制御装置３００が、乗客通過センサ２３２又は２３３から出力される入室検知信号ＩＮ又は退室検知信号ＯＵＴの出力回数を計数する機能を備えたが、この計数の機能は、乗客通過センサ２３２又は２３３自体が備えてもよい。その場合は、計数部３３１、第１計数部３３７、第２計数部３３８を省略し得る。

上記実施形態１及び２では、図３及び図８に示した空調能力判別線図を用いて、空調機器１００の空調能力を段階的に制御したが、空調機器１００の空調能力を無段階的に調整できる構成としてもよい。また、上記実施形態１では、圧縮機１３０の容量を機械的に切り替え可能としたが、圧縮機１３０が単位時間当たりに吐出する冷媒の量は、圧縮機１３０の運転周波数によっても段階的又は無段階的に調整できる。

また、図２には、空調機器１００が１系統の冷凍サイクルを備える構成を例示したが、空調機器１００が複数系統の冷凍サイクルを備える場合には、可動させる冷凍サイクルの台数によっても、空調機器１００の空調能力を調整できる。

上記実施形態２では、冷凍サイクルを構成する空調機器１００によって、客室ＲＭを暖房する構成について述べたが、客室ＲＭは、冷凍サイクルによらず、電気ヒータによって暖房することもできる。その場合でも、電気ヒータへの通電量によって暖房能力を調整できる。なお、電気ヒータは、典型的には、客室ＲＭ内における座席の下部に設置される。

上記実施形態１～４で用いた乗客通過センサ２３２及び２３３の構成は、予め定められた箇所の乗客の通過を検知できるものであればよく、特に第１センサ部２３２ａ及び第２センサ部２３２ｂを有する形態に限られない。上記実施形態１～４では、室外温度センサ２２０が鉄道車両ＴＲに設けられた構成について述べたが、室外温度センサ２２０は駅ＰＦに設けられていてもよい。

上記実施形態では、車両が鉄道車両ＴＲである場合について述べたが、車両は鉄道車両ＴＲに限られない。本明細書において、車両とは、モノレールその他の軌道車両、及びバスその他の自動車も含む概念とする。また、本明細書において、駅とは、鉄道車両ＴＲの駅のみならず、軌道車両の駅、バス停、その他、乗客が乗降するための停車場を含む概念とする。

図１に示す制御プログラム３１０をコンピュータにインストールすることで、そのコンピュータを空調制御装置３００として機能させることもできる。制御プログラム３１０は、通信回線を介して配布してもよいし、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリといったコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよい。

１００…空調機器、１１０…蒸発器、１２０…気液分離器、１３０…圧縮機、１４０…凝縮器、１５０…膨張器、１６０…冷媒配管、１７０…蒸発器用ファン、１８０…凝縮器用ファン、２００…センサ群、２１０…室内温度センサ、２２０…室外温度センサ、２３０…室内熱負荷測定用センサ、２３１…車重センサ、２３２…乗客通過センサ、２３２ａ…第１センサ部、２３２ｂ…第２センサ部、２３３…乗客通過センサ、３００…空調制御装置、３１０…制御プログラム、３２０…メモリ、３３０…プロセッサ、３３１…計数部、３３２…総人数算出部、３３３…室内熱負荷算出部、３３４…扉開閉情報取得部、３３５…室温偏差算出部、３３６…空調能力制御部、３３７…第１計数部、３３８…第２計数部、４００…車両用空気調和装置、４１０…入室者数推定部、４２０…総人数推定部、４３０…制御部、Ｌ１～Ｌ５…境界線、Ｍ１～Ｍ４…境界線、ＴＲ…鉄道車両（車両）、ＲＭ…客室、ＰＦ…駅、ＤＲ…扉、ＴＶ…車内表示装置、ＨＤＲ…ホームドア、ＣＮ…連絡通路。

Claims (8)

1. 車両に画定された客室を空調する空調機器と、
   予め定められた箇所の乗客の通過を検知することにより、前記車両の外部から前記客室に入った乗客の人数を推定する入室者数推定手段と、
   前記車両が駅に到着した場合に、該駅で新たに前記客室に入った乗客の人数である新規搭乗人数を前記入室者数推定手段の推定結果によって特定し、前記空調機器の前記客室を空調する能力を、前記新規搭乗人数から算出する室内熱負荷に応じて制御する制御手段と、
   を備える、車両用空気調和装置。
2. 前記客室に収容されている乗客の総人数を推定する総人数推定手段、をさらに備え、
   前記制御手段が、前記車両が前記駅から発車する場合に、該駅に前記車両が到着する前から前記客室に居た乗客の人数である残留人数を、前記総人数推定手段の推定結果と、前記入室者数推定手段の推定結果とを用いて特定し、前記空調機器の前記能力を、前記新規搭乗人数及び前記残留人数から算出する前記室内熱負荷に応じて制御する、
   請求項１に記載の車両用空気調和装置。
3. 前記入室者数推定手段が、
   予め定められた箇所の乗客の通過を、前記客室に入る向きの前記通過と、前記客室から出る向きの前記通過とを区別して検知することにより、前記客室に入った乗客の人数と、前記客室から出た乗客の人数との少なくとも一方を計数する通過センサ、
   を有する、請求項１又は２に記載の車両用空気調和装置。
4. 前記通過センサが、
   前記車両に設けられた乗降用の扉を通過する乗客の人数を計数する、
   請求項３に記載の車両用空気調和装置。
5. 前記通過センサが、
   前記駅に設置され、前記車両に設けられた乗降用の扉と連動して開閉するホームドアを通過する乗客の人数を計数する、
   請求項３に記載の車両用空気調和装置。
6. 前記制御手段は、前記客室の温度と予め定められた目標温度との差である室温偏差および前記室内熱負荷により前記空調機器の前記能力を決定する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の車両用空気調和装置。
7. 前記制御手段は、乗客１人当たりの定常発熱量を補正した値を、前記駅で新たに前記客室に入った乗客１人あたりの発熱量として、前記室内熱負荷を算出する室内熱負荷算出部手段を有する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の車両用空気調和装置。
8. 予め定められた箇所の乗客の通過を検知することにより、車両の外部から前記車両に画定された客室に入った乗客の人数を推定する入室者数推定ステップと、
   新たに前記客室に入った乗客の人数である新規搭乗人数を前記入室者数推定ステップの推定結果によって特定し、前記客室を空調する空調機器の前記客室を空調する能力を、前記新規搭乗人数から算出する室内熱負荷に応じて制御する制御ステップと、
   を含む、車両用空気調和方法。

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