JPH0228056A - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、車両に複数台のヒートポンプ式の空調機を
据付けて、車内を冷暖房する車両用空気調和装置に関す
る。

（従来の技術） 車両用空気調和装置では、列車車両の屋根あるいは床下
などに冷暖房運転可能なヒートポンプ式の空調機を複数
台（１車両あたり２台以上）据付けて、室内側熱交換器
の熱交換で得られた冷風。

温風を車内に送るようにしている。

ところで、こうした車両用空気調和装置は、低外気温時
の暖房運転中、空調機の室外側熱交換器に霜が着くこと
がある。着霜が生じると、室外側熱交換器の熱交換の性
能が損われ、かなり暖房能力が低下する。

そこで、従来より、暖房運転中、室外側熱交換器に着霜
が生じると、冷凍サイクルを逆サイクルに切換えて、室
外側熱交換器に若いた霜を溶かすｑとが行なわれている
（除霜運転）。具体的には、室外側熱交換器の温度を検
知する温度センサーの信号から、室外側熱交換器に霜が
着いたことが検出されると、暖房サイクルから冷房サイ
クルと同じ運転モードへ切換えるようにしている。

（発明が解決しようとす・る課題） ところが、かなり各空調機共、運転条件が近いために、
１台の空調機が除霜モードに入ると、はぼ同時に他の空
調機も除霜モードに入る。このため、除霜に入ると車内
の温度が一挙に低下する不具合をもっていた。

この発明はこのような事情に着目してなされたもので、
第１は除霜による車内の温度降下を抑制し、第２はその
除霜を快適な暖房を維持したまま行なえ、さらに第３は
暖房効果を維持するうえで問題となる除霜を短い時間で
終了させることができる車両用空気調和装置を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、請求項１の車両用空気調和
装置は、空調機が暖房運転中、いずれかの空調機が除霜
モードに入ったとき、他の空調機を少なくとも除霜モー
ド中は暖房モードに継続させる手段を設ける。

請求項２の車両用空気調和装置は、上記除霜モード中、
継続する暖房モードを最大能力で運転させる手段を設け
る。

請求項３の車両用空気調和装置は、空調機を構成する室
外側熱交換器に第２の熱交換器部を設け、かつ上記除霜
モードに入った空調機の第２の熱交換器部に、暖房運転
を継続する他の空調機の圧縮機の吐出ガスを導く吐出ガ
ス供給手段を設ける。

（作用） 請求項１の車両用空気調和装置によると、暖房運転中、
空調機のいずれか１台が除霜モードに入っても、他の空
調機は暖房運転を継続していく。

これにより、はぼ同時に他の空調機が除霜モードに入る
ことがないようにして、車内温度の降下を抑える。

請求項２の車両用空気調和装置によると、上記に加え、
継続する他の空調機が最大能力で運転して、車内を快適
な暖房となるよう維持させていく。

請求項３の車両用空気調和装置によると、上記除霜モー
ドに入った空調機の室外側熱交換器の第２の熱交換部に
、暖房運転を継続している他の空調機の吐出ガスが供給
されていく。これにより、室外側熱交換器に着いた霜を
、逆サイクルと吐出ガスとを合せた大なる熱で速やかに
溶がしていく（除霜）。

（実施例） 以下、この発明を第１図ないし第５図に示す一実施例施
例にもとづいて説明する。第３図および第４図中、１は
列車車両の車体である。そして、この車体１の屋根１ａ
に長手方向に沿って、複数台、例えばｒｋＩＪ〜ｒＮｏ
、３Ｊで示された３台の空調機２ａ〜２ｃが据付けられ
ている。これら空調機２ａ〜２ｃには、いずれも第１図
に示されるような同じ構造の冷暖房運転可能なヒートポ
ンプ式の冷凍サイクルが用いられている。

ここで、ｒｋＩＪで示された空調機２ａについて説明す
れば、これは密閉型の圧縮機３ａに、冷暖切換えの四方
弁４ａを介して、室外ファン５ａを付帯した室外側熱交
換器６ａ、キャピラリーチューブ７ａ（減圧装置）、室
内ファン８ａを付帯した室内側熱交換器９ａを順次接続
した構造となっている。そして、二点鎖線で囲まれる室
内側熱交換器９ａ廻りの構造を室内側１０ａとし、残る
二点鎖線で囲まれる機器廻りの構造を室外側１１ｇとし
ている。また圧縮機３ａには、圧縮機３ａの電源周波数
を可変するためのインバータ回路１２ａが接続されてい
て、電源周波数の変化から圧縮機３ａの能力、つまり冷
暖房能力を可変できる構造にしている。なお、１３ａは
室外側熱交換器６ａの温度を検知する室外側熱交温度セ
ンサ（以下、単に熱交センサーと称す）、１４ａは室内
ファン８ａによ、って室内側熱交換器９ａに戻る車内空
気の温度（車内温度）を検知するりターン空気温度セン
サー（以下、単にリターンセンサーと称す）である。

なお、残るｒｌｋ２Ｊ　、　　ｒＮｏ、３Ｊ　テ示さレ
タ空調機２ｂ、２ｃのうち、同じ部品には、後尾に区別
するための符号［ｂ、、ｒｃＪをつけた同じ番号を附し
てその説明を省略する。

また、空調機２ａ〜２ｃのうち、例えば空調機２ｂと空
調機２ｃの室外側熱交換器６ａ、６ｂには、例えば別途
熱交換バイブをフィンに挿通してなる第２の熱交換部１
５ｂ、１５ｃが設けられている。そして、空調機２ｂの
第２の熱交換部１５ｂは、バイパス管１６ｂを介して隣
接する空調機２ａの室内側熱交換器９ａの出入口側に接
続されている。また空調機２ｃの第２の熱交換部１５ｃ
は、バイパス管１６ｃを介して隣接する空調機２ｂの室
内側熱交換器９ｂの出入口側に接続されている。そして
、各バイパス管１６ｂ。

１６ｃのキャピラリーチューブ７ａ、７ｂ側の端部には
、逆止弁１７ｂ、１７Ｃが介装されている他、もう一方
の端部には例えば常閉式の電磁二方弁で構成されるホッ
トガス弁１８ｂ、１８Ｃが介装されていて、暖房運転時
、圧縮機３ａ、３ｂから吐出する高温の吐出冷媒を室内
側熱交換器９ｂ。

９ｃへ導くことができる構造となっている（吐出ガス供
給手段）。

こうした空調機２ａ〜２ｃの各室内側１０ａ〜１０ｃの
吹出部が、第３図および第４図に示されるように車内１
ｂの天井両側に設けた空調機別の吹出ダクト１９ａ〜１
９ｃに接続されている。また各室内側１０ａ〜１０ｃの
吸込部は、例えば車内１ｂの天井中央側に設けた吸込ダ
クト２ｏに接続されていて、車内ｌｂ内に冷風、温風を
循環できるようにしている。

そして、第２図に示される制御系を用いて、圧縮機３ａ
〜３ｃ、四方弁４ａ〜４ｃ、ホットガス弁１８ａ〜１８
ｃの作動などを制御して、除霜運転に伴う問題を解消す
るようにしている。

すなわち、制御系について説明すれば、２１は車体１に
設置された制御器である。制御器２１は、タイマー回路
２２を内蔵した制御部２３（マイクロコンピュータおよ
びその周辺回路よりなる）を有して構成されている。そ
して、この制御部２３には、それぞれインバータ回路１
２ａ〜１２０１四方弁４ａ〜４ｃ、ホットガス弁１８ｂ
、１８Ｃなど、各空調機２８〜２ｃの機器が接続されて
いる。また制御部２３には、この他、熱交センサー１３
　ａ　〜１３　ｃ　、　　リターンセンサー１４８〜て
、この制御部Ｍでは、操作部２４で設定した設定温度と
各リターンセンサー１４ａ〜１４ｃで検知した車内温度
との差に応じ、各圧縮機３ａ〜３Ｃの電源周波数を可変
制御して、負荷に応じた能力で冷暖房運転を行なうよう
にしている。また制御部２３には、こうした温度コント
ールの他に、暖房モード中、熱交センサー１３ａ〜１３
ｃから除霜をうながす信号が出力されると、着霜が発生
した１台の空調機（２ａ〜２Ｃのいずれか）のみを除霜
モードに切換え、除霜の要、不要に関わらず、他の２台
の空調機の暖房運転を強制的に所定の時間、継続させる
運転モードが設定されている。

つまり、１台の空調機が除霜に入ると、残る２台の空調
機は除霜に入らないようにしている。そして、除霜に入
らない時間は、タイマー回路３３により、除霜が入った
時から所定時間、例えば１０分（少なくとも除霜モード
の時間以上）に制御されている。

またこの他、制御部２３には、上記暖房モードを汐継続
する空調機　″“　　　　　　　を最大の能力で運転す
るよう、インバータ回路に周波数可変範囲内で最大とな
る電源周波数を指示する設定がなされている。なお、こ
の電源周波数の指示は、例えばリターンセンサーの検知
温度が操作部２４で設定した設定温度以上を感知すると
き（あるいは所定時間；　「除霜時間＋α」が経過）ま
で継続され、その後は負荷に応じた電源周波数制御に復
帰する。さらに、制御部２３には、除霜モードの切換え
と共に、除霜に入った空調機（２ａ〜２ｃのいずれか）
につながるホットガス弁（１８ｂあるいは１８ｃ）を「
開」にする設定がなされていて、除霜中の室外側熱交換
器（６ａ〜６ｃのいずれか）に、残る隣接した暖房運転
中の空調機の高温な吐出ガスを送るようにもしている。

なお、空調機別の吹出ダクト１９ａ〜１９ｃには、幅方
向に並ぶ２本のうちの一方を短く、他方を長くして空調
別のダクトを構成し、これを車体１の長手方向に、隙間
を補間するように互いに組み合せて並べた構造が用いら
れている。

つぎに、このように構成された車両用空気調和装置の作
用について説明する。

操作部２４を「暖房」側にセットし、設定温度を設定す
る。すると、制御部２３から各空調機２８〜２Ｃに「暖
房モード」の指令が出力され、各四方弁４ａ〜４Ｃが「
暖房」側に切換っていく。

また各圧縮機３ａ〜３Ｃが駆動するとともに、各室外フ
ァン５ａ〜５Ｃおよび室内ファン８ａ〜８Ｃが作動して
いく。

これにより、各空調機２ａ〜２Ｃには、圧縮機２から吐
出した冷媒が、四方弁４ａ〜４ｃ、室内側熱交換器９ａ
〜９ｃ、キャピラリーチューブ７ａ〜７ｃおよび室外側
熱交換器６ａ〜６Ｃを順次流れるヒートポンプ（暖房）
サイクルが構成されていく。つまり、室外側熱交換器６
ａ〜６ｂの熱交換により得られた温風が、各吹出ダクト
１９ａ〜１９ｃを通って天井の吹出口から車内１ｂに吹
き出されていく。

そして、制御部２３で各圧縮機３ａ〜３Ｃの電源周波数
を、操作部２４で設定した温度とリターンセンサー１３
からの車内温度との差（負荷）に応じ制御して、良好な
暖房を継続していく。

ここで、こうした暖房運転中、例えば「Ｎα３」に示さ
れた空調機２ａの室外側熱交換器１３ａに着霜（低外気
温などによる）が生じると、第５図に示されるように熱
交センサー１３の検知温度Ｔ　ｅ　ｌが次第に低下して
いく。そして、検知温度Ｔｅｌが、制御部２３に設置し
た「除霜モード」の判断となる設定値Ｔｅａまで低下す
ると、制御部２３の指令で空調機２Ｃが「除霜モード」
に切換っていく。すなわち、第１図に示されるように四
方弁４ｃが「冷房」側にセットされて逆サイクル（冷房
サイクル）に切換り、室外側熱交換器６Ｃを凝縮器とし
た運転に変っていく。そして・この除霜モードの時間が
タイマー回路２２でカウントされていく。

一方、「除霜モード」が入ると同時に、残るｒＮｏ、Ｉ
　Ｊ　、　　ｒＮｏ、２Ｊで示される空調機２ａ、２ｂ
はその時点から「強制モード」となっていく。このモー
ドの間は、たとえ第５図に示されるように室外側熱交換
器１３ａ、１３ｂの温度、すなわち熱交センサー１３ａ
、１３ｂの検知温度Ｔｅ２が設定値Ｔｅａまで低下して
も、空調機２ａ、２ｂは「除霜モード」には入らないで
「暖房モード」を継続していく。つまり、着霜が生じた
始めの１台の空調機２ｃを除霜に専任させ、残る２台の
空調機２ａ、２ｂを暖房運転に強制的に継続させて、車
内１ｂの温度降下を抑制していく。

そして、こうした「強制モード」に２台の空調機２ａ、
２ｂが入ると同時に、制御部２３の指令により、負荷に
応じて制御されていた圧縮機３ａ。

３ｂの電源周波数が最大の電源周波数にシフトされてい
く。これにより、２台の空調機２ａ、２ｂる車内１ｂの
温度降下を最小にしていく。つまり、良好な暖房を維持
しつつ、除霜を行なっていく。

さらに、これに加え制御部２３の指令により、「強制モ
ード」に２台の空調機２ａ、２ｂが入ると、ホットガス
弁１８ｂが「開」となっていく。

すると、第１図に示されるように最大の電源周波数で運
転している圧縮機３ｂの高温な吐出冷媒の一部が、バイ
パス管１６ｃを介して室外側熱交換器６ｃの独立した第
２の熱交換部１５ｃに循環していき、室外側熱交換器６
Ｃにむいた霜を逆サイクルと圧縮機３ｂの吐出ガスとを
合せた大なる熱量で速やかに溶かしていく。

かくして、除霜による車内温度の降下を効果的に防止つ
つ、車内温度の降下の原因となる除霜を短時間で終了で
きることとなる。なお、温度降下の防止は吹出ダクト１
９．ａ〜１９ｃが隣合う吹出領域に入っていることにも
よる。

そして、こうした除霜中、熱交センサー１３ａの検知温
度Ｔｅｌの変化から、制御部２３において室外側熱交換
器６Ｃの°除霜を終えたと判断すると、ホットガス弁１
８を「閉」に戻すとともに、空調機２Ｃを「暖房モード
」に復帰させていく。

すると、除霜後、−時、「暖房モード」に復帰した空調
機２ｃが、最大の電源周波数で稼働している空調機２ａ
、２ｂと共に運転していく。これにより、車内１ｂの温
度を上昇させていく。そして、この上昇中、リターンセ
ンサー１４で設定値以上の車内温度を感知すると、ｒＭ
ＡＸ周波数制御」を解除し、空調機２ａ、２ｂを負荷に
応じた周波カウントを続けている。そして、１−′社除
霜開始から所定時間、例えば１０分が経過すると、制御
部２３では車内１ｂの温度が設定温度以上に保たれ、！
除霜を開始してもよいと判断して、残る［ＮＱ、ＩＪ、
ｒ？Ｊａ２Ｊで示された空調機２ａ、２ｂのいずれか一
方（先の熱交温度が設定値Ｔｅｓ以下となった方が優先
）の除霜運転を上述のように行なっていく。

なお、一実施例ではこの発明を車両の屋根にヒートポン
プ式の空調機を据付けたものに適用したが、もちろん床
下に空調機を据付けた車両用空気調和装置にも適用して
もよい。

［発明の効果］ 以上説明したように請求項１の車両用空気調和装置によ
れば、はぼ同時に複数の空調機が除霜モードに入ること
はないので、除霜運転による車内の温度降下を防ぐこと
ができる。

また請求項２の車両用空気調和装置は、それに加えて最
大の能力で強制的に空調機を運転させるので、車内温度
を抑制させる効果を高くすることができ、その分、快適
な暖房をもたらす。

また請求項ノの車両用空気調和装置は、逆サイタルと、
暖房運転を継続する圧縮機の吐出ガスと時間を短縮する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの発明の一実施例を示し、第１
図は車両用空気調和装置の構成を示す図、第２図はその
制御系を示すブロック図、第３図は車両用空気調和装置
を搭載した車両を示す平面図、第４図はその断面図、第
５図は車両用空気調和装置の除霜運転の推移を熱交温度
の変化と共に示す図である。 １・・・車体、２ａ〜２ｃ・・・空調機、３ａ〜３Ｃ・
・・圧縮機、４ａ〜４ｃ・・・四方弁、６ａ〜６ｃ・・
・室外側熱交換器、７ａ〜７ｃ・・・キャピラリーチュ
ーブ（減圧装置）、９ａ〜９ｃ・・・室内側熱交換器、
１２ａ〜１２ｃ・・・インバータ回路、１３ａ〜１３ｃ
・・・室外側熱交温度センサー１４ａ〜１４ｃ・・・リ
ターン空気温度センサー１５ｂ、１５ｃｍ・・第２の熱
交換部、１６ｂ。 １６ｃ、１７ｂ、１７ｃ、１８ｂ、１８ｃｍ・・バイパ
ス管、逆止弁、ホットガス弁（吐出ガス供給手段）、２
３・・・制御部。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図 １ｇ４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．車両に、ヒートポンプ式の空調機を１車両あたり２
   台以上設けてなる車両用空気調和装置において、前記空
   調機が暖房運転中、いずれかの空調機が除霜モードに入
   ったとき、他の空調機を少なくとも前記除霜モード中は
   暖房モードに継続させる手段を設けたことを特徴とする
   車両用空気調和装置。
2. ２．除霜モード中、継続する暖房モードを最大能力で運
   転させる手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載
   の車両用空気調和装置。
3. ３．空調機を構成する室外側熱交換器に第２の熱交換器
   部を設け、かつ除霜モードに入った前記空調機の第２の
   熱交換器部に、暖房運転を継続する他の空調機の圧縮機
   の吐出ガスを導く吐出ガス供給手段を設けたことを特徴
   とする請求項１又は請求項２に記載の車両用空気調和装
   置。