JPH0885454A - 電車用空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 瞬停発生時の圧縮機の再起動までの時間を短
縮し、立上げフィーリングを向上させ、併せて、車体に
対する冷媒配管等の振動や圧縮機への液戻りを効果的に
防止する。 【構成】 圧縮機１０，凝縮器１１，受液器１２，膨張
弁１３，蒸発器１４を冷媒配管１５により順に閉ループ
に接続して冷凍サイクル９を構成する。圧縮機１０の吐
出側，吸入側の冷媒配管１５を、夫々ループ状配管１
８，１９とする。圧縮機１０を迂回するようにしてバイ
パス路２０を設け、このバイパス路２０に開閉弁２１を
設ける。バイパス路２０の入口部の分岐点と凝縮器１１
との間に位置して逆止弁２２を設ける。電車が絶縁区間
に入って瞬停が発生すると、圧縮機１０を停止し、電源
が回復されたときに１．５秒間だけ開閉弁２１を開放
し、その後圧縮機１０を再起動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁区間を有する架線
からパンタグラフを介して電源供給が行われる電車に搭
載される電車用空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば新幹線，特急，一般通勤電車等の
電車においては、車両や各機器の電源は、架線からパン
タグラフを介して供給されるようになっている。図６に
示すように、架線１には、送電所の関係上、途中部に絶
縁区間２（便宜上ハッチングを付して示す）が設けられ
ている。例えば新幹線の場合、架線１の３０〜５０ｋｍ
毎に４００ｍ程度の絶縁区間２が設けられる。

【０００３】電車３にあっては、この絶縁区間２に全て
（前後両端）のパンタグラフ４がさしかかったことを検
知すると、車両内電源装置を、次の電源区間用に切替え
ることが行われるが、この切替え時に、電源供給が短時
間途絶えてしまう瞬時停電（いわゆる瞬停）が起こるこ
とになる。尚、この電源切替えには約０．３秒程度を要
し、この時間が瞬停時間となる。また、このとき、電車
３（前端のパンタグラフ４）は、この電源切替えが完了
するまでには、絶縁区間２を抜けている。

【０００４】しかして、電車３に搭載された空調装置
（冷凍サイクル）の圧縮機も、架線１からパンタグラフ
４を介して供給された電源により駆動されるようになっ
ているため、空調装置の運転時に上記の瞬停が起こる
と、圧縮機が一旦停止されてしまうことになる。ここ
で、周知のように、冷凍サイクルにあっては、圧縮機を
起動するにあたって、圧縮機の吐出側と吸入側との冷媒
の圧力差が大きいと、過大圧縮力が発生して圧縮機がロ
ックしてしまうなどの不具合がある。

【０００５】従って、上記のような瞬停により圧縮機が
停止されたときには、圧縮機の吐出側と吸入側との冷媒
の圧力差が小さくなるまでは再起動できない事情があ
る。この場合、従来の電車用空調装置では、圧縮機の吐
出側と吸入側との冷媒の圧力がバランスするまでに長い
もので２０分程度かかっており、この間の蒸発器からの
冷気の供給を途絶えさせないために、空調能力に余裕を
もった大形，大容量の冷凍サイクルを搭載するようにし
ていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
電車用空調装置においては、瞬停発生後の圧縮機の再起
動までの時間を短縮化するような工夫は特になされては
おらず、このため、空調能力に余裕をもった大形，大容
量の冷凍サイクルを搭載せざるを得なかった。ところ
が、これではコスト高を招いてしまう不具合があった。

【０００７】ところで、この種の電車用空調装置にあっ
ては、圧縮機や凝縮器は電車の車体の床下部に配設さ
れ、蒸発器は床上部に固定的に配設されるようになって
おり、それらの間は、金属製の冷媒配管により接続され
るようになる。このとき、圧縮機の吐出脈動による車体
への振動伝達（騒音）を防止するために、圧縮機は車体
に防振ゴムを介して取付けられるが、これにより、冷媒
配管等が車体に対して振動し、ひいては亀裂等が生ずる
虞がある。また、冷凍サイクルにあっては、液冷媒が圧
縮機に流れ込むことを極力防止することが必要となる事
情がある。

【０００８】尚、この種の電車用空調装置は、例えばマ
ニュアル設定された冷却運転モード（例えばＨｉ，Ｍ
ｅ，Ｌｏの３段階）に応じた圧縮機回転数及び送風量で
運転が行われるのであるが、圧縮機を立上げる際には、
まず、安定して回転する回転数（例えば５００rpm ）ま
で、所定時間（例えば２０秒）をかけて上昇させ（これ
を他制運転と称する）、その後、モードに応じた目標回
転数まで一定の加速度（例えば１５０rpm/s ）にて回転
数を上昇させるようにしていた（これを自制運転と称す
る）。この場合、従来では、圧縮機を立上げる際の他制
運転時間を比較的長くかけるようにしていた。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、瞬停発生後の圧縮機の再起動までの時
間を短縮することができ、併せて、車体に対する冷媒配
管等の振動や圧縮機への液戻りを効果的に防止すること
ができる電車用空調装置を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の電車用空調装置
は、架線からパンタグラフを介して電源供給が行われる
電車に搭載され、圧縮機，凝縮器，絞り装置，蒸発器等
を冷媒配管により閉ループに接続してなる冷凍サイクル
を備えるものにあって、前記圧縮機の吐出側及び吸入側
に位置する冷媒配管をループ状に構成すると共に、入口
部が前記圧縮機と凝縮器との間の冷媒配管に接続され出
口部が前記蒸発器と圧縮機との間の冷媒配管に接続され
たバイパス路と、このバイパス路中に設けられ通常時に
は閉塞される開閉弁と、前記架線の途中部に設けられた
絶縁区間を前記パンタグラフが通過することに伴う瞬時
停電を検出する瞬停検出手段と、この瞬停検出手段が瞬
時停電を検出したときに前記開閉弁を所定時間だけ開放
させる開閉弁制御手段と、前記開閉弁が開放されて閉塞
された後に前記圧縮機を再起動させる圧縮機制御手段と
を設けたところに特徴を有する（請求項１の発明）。

【００１１】また、この場合、前記冷媒配管のうち前記
バイパス路の入口部の分岐点部分と前記凝縮器との間
に、その凝縮器からの冷媒の逆流を防止するための逆止
手段を設けるように構成したり（請求項２の発明）、前
記バイパス路の出口部を、冷媒配管のうちループ状とさ
れた部分の入口側に接続するように構成すれば（請求項
３の発明）、より効果的である。

【００１２】さらには、前記圧縮機制御手段を、圧縮機
を再起動させる際に、圧縮機回転数及び送風量を規定す
る冷却運転モードを、設定された冷却運転モードとなる
までに段階的に変化させていくように構成することがで
きる（請求項４の発明）。

【００１３】

【作用】電車にあっては、架線の途中部に設けられた絶
縁区間をパンタグラフが通過することに伴い瞬時停電が
発生し、このとき、架線から電源を得ていた冷凍サイク
ルの圧縮機も一旦停止されることになる。本発明の請求
項１の電車用空調装置によれば、瞬停検出手段により瞬
時停電が発生したことが検出されたときには、開閉弁制
御手段により、圧縮機の吐出側の冷媒管路と吸入側の冷
媒管路とをバイパスするバイパス路中の開閉弁が所定時
間だけ開放される。これにて、圧縮機の吐出側の高圧の
気体冷媒が、バイパス路を通って低圧側である圧縮機の
吸入側に流れ込み、圧縮機の吐出側と吸入側との冷媒の
圧力差を短時間で減少させることができる。そして、こ
のように圧縮機の吐出側と吸入側との冷媒の圧力差が小
さくなったところで、圧縮機制御手段により圧縮機が再
起動されるので、過大圧縮力を発生させることなく圧縮
機を起動させることができる。

【００１４】そして、圧縮機の吐出側及び吸入側に位置
する冷媒配管をループ状に構成したので、圧縮機の吐出
脈動に伴い発生する車体に対する冷媒配管の振動を、ル
ープ状の部分により吸収することができる。また、圧縮
機の吸入側に位置する冷媒配管のループ状部分は、下部
に液体冷媒を溜めて圧縮機側に流れることを防止する機
能を果たすから、このループ状部分により圧縮機への液
戻りを防止することができる。

【００１５】また、この場合、冷媒配管のうちバイパス
路の入口部の分岐点部分と凝縮器との間に、凝縮器から
の冷媒の逆流を防止するための逆止手段を設ければ（請
求項２の発明）、圧縮機の吐出側（高圧側）における均
圧すべき部分を、圧縮機から逆止手段までの短いものと
することができ、圧縮機の吐出側と吸入側との冷媒圧力
をバランスさせるまでの時間をより一層短くすることが
できる。また、凝縮器内の高温気体冷媒が、バイパス路
を通って蒸発器に流れ込むことも未然に防止することが
できる。

【００１６】さらに、前記バイパス路の出口部を、冷媒
配管のうちループ状とされた部分の入口側に接続するよ
うに構成すれば（請求項３の発明）、バイパス路を通っ
て圧縮機の吸入側に流れ込む気体冷媒の一部がその際に
液化されるようなことがあっても、ループ状部分の作用
により、その液体冷媒が圧縮機に流れ込むことを未然に
防止することができる。

【００１７】ところで、瞬時停電により圧縮機が停止し
た際には、冷媒供給の停止により蒸発器の温度が一旦上
昇することになるが、瞬時停電後の電源回復時におい
て、瞬停前の冷却運転モードにいきなり立上げようとす
ると、特に冷却運転モードがＨｉモードである場合に
は、蒸発器の温度が十分に低下する以前に多くの送風が
行われるため、車室内への吹出し温度が高くなり、瞬時
停電発生前の吹出し温度との温度差が大きくなってい
た。

【００１８】これに対し、圧縮機を再起動させる際に、
圧縮機回転数及び送風量を規定する冷却運転モードを、
設定された冷却運転モードとなるまでに段階的に変化さ
せていくようにすれば（請求項４の発明）、再起動時に
おいては、圧縮機回転数及び送風量が段階的に順次大き
くなっていくので、初期における送風量が少なくなり吹
出し温度の上昇を小さく抑えることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を電車の運転席を対象とした空
調装置に適用した一実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。尚、図６に示した架線１と電車３との関係
は、本実施例にも共通するので、新たな図示を省略し符
号も共通させることとする。また、空調装置のうち暖房
装置（ヒータ）部分については、本発明の要旨とは直接
関係がないため、図示や説明を省略し、以下冷房装置
（クーラ）部分についてのみ説明することとする。

【００２０】図５は本実施例に係る空調装置が、電車３
の運転室３ａに対してどのように搭載されているかを概
略的に示したものであり、ここで、空調装置は、大きく
分けて、車両の床下部に配設される室外機５、運転室３
ａの前部の床上部に配設されるトランス２５並びに電源
・制御機器６及び室内機７から構成されている。このう
ち室外機５は、後述する冷凍サイクルを構成する圧縮
機，凝縮器，受液器等を組込んで構成され、室内機７
は、やはり冷凍サイクルを構成する蒸発器や送風機等を
組込んで構成される。これら室外機５と室内機７とは、
冷媒配管を介して連結されることになる。また、前記電
源・制御機器６は、コンデンサ，インバータ装置等の電
源装置や、冷房運転等の制御を行うためのＥＣＵ（Elec
tric ControlUnit ）８等から構成されている。

【００２１】ここで、図６に示すように、電車３は複数
個のパンタグラフ４を介して架線１から電源が供給され
るようになっており、冷凍サイクルの圧縮機等もその電
源により駆動されるようになっている。そして、前記架
線１には、送電所の関係上、途中部に絶縁区間２（便宜
上ハッチングを付して示す）が設けられている。例えば
新幹線の場合、架線１の３０〜５０ｋｍ毎に４００ｍ程
度の絶縁区間２が設けられる。

【００２２】電車３にあっては、この絶縁区間２に全て
（前後両端）のパンタグラフ４がさしかかったことを、
瞬停検出手段としての例えば電圧検知回路により検知す
ると、車両内電源装置を次の電源区間用に切替えること
が行われるが、この切替え時に、電源供給が短時間途絶
えてしまう現象、いわゆる瞬時停電（瞬停）が起こるこ
とになる。尚、この電源切替えには約０．３秒程度を要
し、この時間が瞬停時間となる。また、このとき、電車
３（前端のパンタグラフ４）は、この電源切替えが完了
するまでには、絶縁区間２を抜けている。

【００２３】図１は、本実施例に係る電車用空調装置の
冷凍サイクル９の構成を概略的に示している。この冷凍
サイクル９は、気体冷媒を圧縮し高温，高圧とするモー
タ駆動形の圧縮機（コンプレッサ）１０、この圧縮機１
０から吐出された高温，高圧の冷媒を凝縮して液化させ
る凝縮器（コンデンサ）１１、この凝縮器１１から流入
される冷媒の気液分離及び液体冷媒の一時的貯留を行う
受液器（レシーバ）１２、この受液器１２から送られた
液体冷媒を急激に膨張させて低温，低圧の霧状とする絞
り装置としての膨張弁（エキスパンションバルブ）１
３、この膨張弁１３からの霧状の冷媒を気化させる蒸発
器（エバポレータ）１４を、金属パイプ製の冷媒配管１
５により順に閉ループに接続し、内部に所要量の冷媒を
封入して構成されている。

【００２４】また、前記凝縮器１１部分には、該凝縮器
１１に向けて送風を行い外気との熱交換を促進させる室
外機用送風機１６が設けられており、前記蒸発器１４部
分には、生成した風を該蒸発器１４を通して熱交換を促
進させると共に、その風を運転室３ａ内へ冷気として供
給するための送風機１７が設けられている。これにて、
圧縮機１０及び各送風機１６，１７が駆動されることに
より、図１に矢印Ａで示すように冷媒が循環し、以て運
転室３ａ内に冷気が供給されるのである。

【００２５】さて、本実施例の冷凍サイクル９において
は、まず、前記圧縮機１０の吐出側及び吸入側に位置す
る冷媒配管１５が、図２にも一部示すように、所定径の
円形に複数回巻回した如きループ状に構成されている。
以下、圧縮機１０の吐出側の冷媒配管１５のループ状部
分を吐出側ループ状配管１８と称し、吸入側の冷媒配管
１５のループ状部分を吸入側ループ状配管１９と称する
こととする。

【００２６】そして、この冷凍サイクル９には、前記圧
縮機１０を迂回するようにしてバイパス路２０が設けら
れている。このバイパス路２０は、後述するように瞬時
停電に伴う圧縮機１０の停止時に、気体冷媒を矢印Ｂ方
向に流して圧力差を低減させるためのもので、その入口
部が前記吐出側ループ状配管１８と凝縮器１１との間の
冷媒配管１５に接続され、出口部が図２に示すように前
記吸入側ループ状配管１９の入口部分に接続されてい
る。そして、このバイパス路２０の途中部位には、電磁
弁からなる開閉弁２１が設けられている。後にも述べる
ように、この開閉弁２１は前記ＥＣＵ８により制御され
るようになっており、通常時は閉塞状態とされている。

【００２７】さらに、冷凍サイクル９には、冷媒配管１
５のうち、前記バイパス路２０の入口部の分岐点と、前
記凝縮器１１との間に位置して、該凝縮器１１から圧縮
機１０側に向けての冷媒の逆流（矢印Ａ方向とは反対側
に流れること）を防止するための逆止手段としての逆止
弁２２が設けられている。

【００２８】以上のように構成された空調装置（冷凍サ
イクル９）は、図１に示すように、蒸発器１４，膨張弁
１３及び送風機１７部分等が、前記室内機７として組込
まれ、残りの圧縮機１０，凝縮機１１，受液器１２等の
部分が、前記室外機５として組込まれている。このと
き、前記圧縮機１０は、吐出脈動による車体への振動伝
達（騒音）を防止するために、車体のフレーム２３上に
防振ゴム２４を介して設置されている。

【００２９】詳しく図示はしないが、前記ＥＣＵ８は、
例えば運転室３ａ部分に設けられた図示しないエアコン
スイッチや温度調節スイッチの操作に基づいて、前記圧
縮機１０，室外機用送風機１６，送風機１７，開閉弁２
１等を制御し、もって所定の態様（冷却運転モード）で
空調装置（冷凍サイクル９）を運転するようになってい
る。ここでは、冷却運転モードは、図７に示すような、
強（Ｈｉ），中（Ｍｅ），弱（Ｌｏ）の３段階があり、
夫々圧縮機１０の回転数及び送風機１７の送風量が規定
されており、例えばマニュアル設定されるようになって
いる。尚、この図７に示す数値は、Ａ車両における例で
ある。また、３段階に限らず、モードをもっと多段階に
設定可能に構成すればより効果的となる。

【００３０】そして、ＥＣＵ８には、上述したような電
車３が架線１の絶縁区間２を通過することに伴う瞬停発
生及び電源回復（電源切替え完了）の信号が入力される
ようになっている。

【００３１】このとき、詳しくは後の作用説明にて述べ
るように、ＥＣＵ８は、そのソフトウエア的構成によ
り、冷凍サイクル９の運転時に、瞬停発生信号が入力さ
れると、圧縮機１０を停止させ、その後、電源回復信号
が入力されると、前記開閉弁２１を所定時間だけ開放さ
せるようになっている。さらに、その開閉弁２１を閉塞
した後に、前記圧縮機１０を再起動させるようになって
いる。従って、ＥＣＵ８が、本発明にいう開閉弁制御手
段及び圧縮機制御手段としての機能を果たすようになっ
ているのである。

【００３２】次に、上記構成の作用について、図３及び
図４も参照して説明する。図３のフローチャートは、冷
房運転時にＥＣＵ８の実行する制御手順の概略を示すも
のであり、瞬停発生信号が入力されない状態では（ステ
ップＳ１にてＮｏ）、冷凍サイクル９の通常の運転が行
われる（ステップＳ２）。この通常運転においては、圧
縮機１０，室外機用送風機１６，送風機１７がオンさ
れ、蒸発器１４により冷却された冷風が運転室３ａに供
給されるのである。また、このときには、開閉弁２１は
オフ（閉塞）状態にあり、冷媒がバイパス路２０を流通
しないようにされている。

【００３３】ここで、前記圧縮機１９は車体の床下部の
フレーム２３に防振ゴム２４を介して取付けられるが、
床上部に配置される蒸発器１４や冷媒配管１５は車体に
対していわば固定的に設けられるので、圧縮機１０の吐
出脈動等に起因して冷媒配管１５等が車体に対して振動
する事情がある。ところが、圧縮機１０の吐出及び吸入
両側に接続される冷媒配管１５を、吐出側ループ状配管
１８及び吸入側ループ状配管１９としたので、その振動
をループ状の部分により吸収することができ、亀裂等の
発生を未然に防止することができるのである。また、吸
入側ループ状配管１９は下部に液体冷媒を溜めて圧縮機
１０側に流れることを防止する機能を果たすから、吸入
側ループ状配管１９により圧縮機１０への液戻り（液圧
縮）を極力防止することができるのである。

【００３４】さて、このようにして冷凍サイクル９が運
転されている時に、電車３が絶縁区間２に入って瞬停発
生信号がＥＣＵ８に入力されると（ステップＳ１にてＹ
ｅｓ）、圧縮機１０への電源供給が停止されて圧縮機１
０がオフされる（ステップＳ３）。また、このとき、Ｅ
ＣＵ８は圧縮機１０への通電用の接点を強制的に開放さ
せる。この瞬停は、約０．３秒程度（電源切替えに要す
る時間）継続して電源が回復される。

【００３５】この圧縮機１０がオフされた時点では、冷
凍サイクル９において、圧縮機１０の吐出側（高圧側）
と吸入側（低圧側）とでは、冷媒の圧力差が大きくなっ
ている。具体的には、図４に示すように、例えば吐出側
で約１６ｋｇ／ｃｍ2 、吸入側で約２ｋｇ／ｃｍ2 とな
っている。ここで、周知のように、冷凍サイクル９にあ
っては、圧縮機１０を起動するにあたって、圧縮機１０
の吐出側と吸入側との冷媒の圧力差が大きいと、過大圧
縮力が発生して圧縮機１０がロックしてしまうなどの不
具合があり、電源が回復しても、その圧力差が小さく
（例えばゲージ圧で２ｋｇ／ｃｍ2 以下）なるまでは再
起動できない事情がある。

【００３６】そこで、電源が回復して、ＥＣＵ８に電源
回復信号が入力されると（ステップＳ４にてＹｅｓ）、
次のステップＳ５にて、開閉弁２１がオン（開放）され
る。すると、バイパス路２０が開通するので、図１に矢
印Ｂで示すように、圧縮機１０の吐出側の高圧の気体冷
媒が、バイパス路２０を通って低圧側である圧縮機１０
の吸入側に流れ込み、圧縮機１０の吐出側と吸入側との
冷媒の圧力差が減少されるようになるのである。尚、こ
の際、万一、バイパス路２０を通って圧縮機１０の吸入
側に流れ込む気体冷媒の一部が液化されるようなことが
あっても、バイパス路２０の出口部は、吸入側ループ状
配管１９の入口部に接続されているので、吸入側ループ
状配管１９の作用により、その液体冷媒が圧縮機１０に
流れ込むことを未然に防止することができる。

【００３７】この開閉弁２１の開放は、所定時間ｔだけ
継続して行われ（ステップＳ６）、所定時間ｔが経過す
ると開閉弁２１は再びオフ（閉塞）される（ステップＳ
７）。この場合の所定時間ｔとしては、圧縮機１０の吐
出側と吸入側との冷媒の圧力差が小さく（ゲージ圧で２
ｋｇ／ｃｍ2 以下）なるに十分な時間が実験的あるいは
理論的に設定される。本実施例では、所定時間ｔは例え
ば１．５秒に設定されている。

【００３８】この後、ステップＳ８にて、圧縮機１０が
再起動されるのである。この圧縮機１０の再起動は、停
止（瞬停発生）から約３秒後に行われる。この場合、図
４に示すように、圧縮機１０の吐出側と吸入側との冷媒
の圧力が例えば約４ｋｇ／ｃｍ2 でバランスされたとこ
ろで、圧縮機１０が再起動されるので、過大圧縮力を発
生させることなく圧縮機１０を起動させることができる
のである。図４は、この制御における、時間経過に伴
う、圧縮機１０の吐出側及び吸入側の冷媒圧力の変化並
びに圧縮機１０のオン，オフの状況を示している。絶縁
区間２は、新幹線の場合架線１の３０〜５０ｋｍ毎に設
けられるので、それに合わせて圧縮機１０のオン，オフ
が繰返されることになる。

【００３９】ところで、上記の圧縮機１０の吐出側と吸
入側との冷媒の圧力差を低減させるに要する時間（所定
時間ｔ）は、圧縮機１０の吐出側（高圧側）における均
圧すべき部分の冷媒配管１５の長さ（冷媒の量）によっ
て左右される。本実施例では、バイパス路２０の入口部
の分岐点と凝縮器１１との間に位置して逆止弁２２を設
けるようにしたので、均圧すべき部分を圧縮機１０から
逆止弁２２までの極く短いものとすることができ、所定
時間ｔを１．５秒と非常に短くすることができたのであ
る。ちなみに、逆止弁２２を設けない場合には、均圧す
べき部分が圧縮機１０から膨張弁１３までとなり、本発
明者の実験ではこのときの所定時間ｔは５秒程度とな
る。

【００４０】また、逆止弁２２を設けたことにより、凝
縮器１１内の高温の気体冷媒が、バイパス路２０を通っ
て蒸発器１４に流れ込むことをも未然に防止することが
でき、ひいては、運転室３ａに供給される冷風の温度が
急激に上昇してしまうといったことを防止することがで
きるのである。

【００４１】このように本実施例によれば、瞬停の発生
により圧縮機１０が停止されたときでも、圧縮機１０の
吐出側と吸入側との冷媒の圧力差を極く短時間で低減さ
せることができ、瞬停発生後の圧縮機１０の再起動まで
の時間を大幅に短縮（瞬停発生から３秒後）することが
できた。従って、従来のような、瞬停発生後の圧縮機の
再起動までの時間を短縮化するような工夫は特になされ
てはおらず空調能力に余裕をもった大形，大容量の冷凍
サイクルを搭載せざるを得なかったものと異なり、特に
容量に余裕をもった冷凍サイクル９としなくとも、蒸発
器１４からの冷気の供給が途絶えることがなくなり、ひ
いてはコストダウンを図ることができるものである。

【００４２】そして、これと併せて、圧縮機１０の吐出
側及び吸入側に位置する冷媒配管１５をループ状（吐出
側ループ状配管１８及び吸入側ループ状配管１９）に構
成したので、圧縮機１０の吐出脈動に伴い発生する車体
に対する冷媒配管１５の振動を吸収することができ、こ
の結果、冷媒配管１５等に亀裂等は発生することを効果
的に防止するこができる。また、吸入側ループ状配管１
９により、圧縮機１０への液戻りを効果的に防止するこ
とができる利点も得られる。

【００４３】しかも、特に本実施例では、冷媒配管１５
のうちバイパス路２０の入口部の分岐点と凝縮器１１と
の間に位置して逆止弁２２を設けるようにしたので、均
圧すべき部分を圧縮機１０から逆止弁２２までの極く短
いものとすることができ、この結果、圧縮機１０の吐出
側と吸入側との冷媒圧力をバランスさせるまでの時間を
より一層短くすることができ、瞬停発生後の圧縮機１０
の再起動までの時間の一層の短縮化を図ることができる
ものである。また、逆止弁２２を設けたことにより、凝
縮器１１内の高温の気体冷媒が蒸発器１４に逆流するこ
とも未然に防止することができる利点が得られるもので
ある。

【００４４】さらに、特に本実施例では、バイパス路２
９の出口部を、吸入側ループ状配管１９の入口側に接続
するようにしたので、万一、バイパス路２０を通って圧
縮機１０の吸入側に流れ込む気体冷媒の一部がその際に
液化されるようなことがあっても、その液体冷媒が圧縮
機１０に流れ込むいわゆる液圧縮を未然に防止すること
ができるものである。

【００４５】ところで、瞬停発生後に圧縮機１０を再起
動させる場合、そのときに設定されている冷却運転モー
ドにより規定される圧縮機１０の回転数に戻るように圧
縮機１０を立上げるのであるが、この立上げ時には、ま
ず、圧縮機１０が安定して回転する回転数（例えば５０
０rpm ）まで、所定時間をかけて上昇させ（これを他制
運転と称する）、その後、モードに応じた目標回転数ま
で一定の加速度（例えば１５０rpm/s ）にて回転数を上
昇させるようにしている（これを自制運転と称する）。
この場合、従来では、圧縮機１０を立上げる際の他制運
転時間を２０〜３０秒と比較的長く設定しており、この
ため、圧縮機１０の回転数の上昇に比較的時間がかかる
ものとなっていた。

【００４６】そして、瞬時停電により圧縮機１０が停止
した際には、冷媒供給の停止により蒸発器１４の温度が
一旦上昇することになるが、再起動時において、特に冷
却運転モードが、蒸発器１４部分に供給される風量の多
いＨｉモードである場合には、上記した他制運転時間が
長いことと併せて、蒸発器１４の温度が十分に低下する
以前に多くの送風が行われるため、車室内への吹出し温
度が高くなり、通常運転時（瞬時停電発生前）の吹出し
温度との温度差が大きくなっていた。このため、乗員に
不快感を与えてしまう不具合が生じていた。

【００４７】そこで、本実施例では、吹出し温度２０℃
以下及び通常運転時との温度差１０℃以下を目標とし、
これをクリアするために、他制運転を、圧縮機１０が脱
調を起さない最短時間で済ませるようにすると共に、圧
縮機１０の再起動時に、いきなり設定された冷却運転モ
ードとするのではなく、冷却運転モードを、設定された
冷却運転モードとなるまでにＬｏモードから順に段階的
に変化させていくようにしている。

【００４８】この場合、図８に示すように、本実施例で
は、圧縮機１０の再起動時の回転数が５００rpm となる
までの他制運転時間を、従来の２０秒間から５秒間に短
縮することが可能であることが確認できた。そして、本
実施例では、ＥＣＵ８は、図９ないし図１１に示すよう
に、設定された冷却運転モードに応じて、再起動時の冷
却運転モードを段階的に変化させる制御を実行するので
ある。

【００４９】即ち、図９に示すように、設定冷却運転モ
ードがＨｉモードである場合（Ｓ１１）には、瞬停後の
再起動が開始されると（Ｓ１２）、まず、他制運転が５
秒間行われる（Ｓ１３）。このときには、冷却運転モー
ドつまり風量がＬｏモードとされ、このＬｏモードは、
ｔ1 秒間（例えば他制運転時間と同等の５秒間）継続さ
れる。そして、ｔ1 秒が経過すると、次に、自制運転
（例えば１５０rpm/s の加速度で圧縮機１０の回転数を
上昇させる運転）が、圧縮機１０の回転数が４０００rp
m 程度までに上昇するまで、ｔ2 秒間（例えば２５秒
間）実行される（Ｓ１４）。このｔ2 秒間は、冷却運転
モード（風量）がＭｅモードに切替えられる。最後に、
圧縮機１０の回転数が６０００rpm となるまでさらに自
制運転がｔ3秒間（例えば１５秒間）継続される（Ｓ１
５）。このときには、冷却運転モード（風量）がＨｉモ
ードに切替えられるのである。その後は、Ｈｉモードの
運転が安定して実行されるのである（Ｓ１６）。

【００５０】次に、図１０に示すように、設定冷却運転
モードがＭｅモードである場合（Ｓ２１）には、瞬停後
の再起動が開始されると（Ｓ２２）、まず、上記図９の
場合と同様に、冷却運転モード（風量）がＬｏモードの
状態で他制運転が５秒間実行され（Ｓ２３）、その後、
冷却運転モード（風量）がＭｅモードに切替えられた状
態で、圧縮機１０の回転数が４０００rpm に上昇するま
でのｔ2 秒間（例えば２５秒間）、自制運転が実行され
る（Ｓ２４）。その後は、Ｍｅモードの運転が安定して
実行される（Ｓ２５）。

【００５１】さらには、図１１に示すように、設定冷却
運転モードがＬｏモードである場合（Ｓ３１）には、瞬
停後の再起動が開始されると（Ｓ３２）、やはり冷却運
転モード（風量）がＬｏモードの状態で他制運転が５秒
間実行され（Ｓ３３）、その後、冷却運転モード（風
量）がＬｏモードのままで、圧縮機１０の回転数が２５
００rpm に上昇するまでのｔ2 秒間、自制運転が実行さ
れ（Ｓ３４）、その後は、Ｌｏモードの運転が安定して
実行されるのである（Ｓ３５）。

【００５２】このような制御を実行することによって、
再起動時においては、圧縮機１０の回転数の立上りに要
する時間を短縮すると共に、圧縮機１０の回転数及び風
量が段階的に順次大きくなっていくので、初期における
風量が少なくなり吹出し温度の上昇を小さく抑えること
ができ、従来の場合と比較して、吹出し温度の上昇を抑
えることができ、瞬停前の吹出し温度と再起動直後の吹
出し温度との温度差を小さくすることができた。

【００５３】図８は、２種類（Ａ，Ｂ）の車両に関し
て、Ｈｉモードで冷却運転を実行していた場合の上記制
御における、瞬停発生からの経過時間と、圧縮機１０の
回転数と吹出し温度の変動との関係を示すものである。
また、併せて従来の制御（他制運転時間が２０秒間で且
つ再起動時にいきなりＨｉモードとする）を行った場合
の圧縮機１０の回転数と吹出し温度（破線で示す）との
関係も示している。

【００５４】この図８にて明らかなように、Ｂ車両の場
合、従来の制御では吹出し温度が２３．５℃まで温度上
昇していた（温度差８．５℃）のに対し、本実施例の制
御では、吹出し温度を１９．３℃（温度差５．３℃）に
抑えることができた。また、Ａ車両の場合でも、従来の
制御では吹出し温度が１８．６℃まで温度上昇していた
（温度差９．３℃）のに対し、本実施例の制御では、吹
出し温度を１６．５℃（温度差７．９℃）に抑えること
ができた。本実施例では、早期に吹出し温度を低下させ
ることができることは勿論である。

【００５５】これにて、上記したような圧縮機１０の再
起動時の制御を採用することにより、吹出し温度２０℃
以下及び通常運転時との温度差１０℃以下という目標を
十分に達成することができた。この結果、瞬停発生直後
の、吹出し温度の上昇を小さく抑えることができ、ひい
ては、乗員の不快感を解消することができるものであ
る。

【００５６】尚、上記した実施例では、逆止弁２２を設
けるようにしたが、この逆止弁２２を設けない構成で
も、瞬停発生後の圧縮機１０の再起動までの時間の短縮
化という本発明の所期の目的を達成することができる。
また、逆止手段としては、逆止弁２２に限らず、開閉弁
を設けてＥＣＵにより開閉制御させるように構成するこ
ともできる。その他、圧縮機の再起動時の制御に関して
も種々の変形が可能であり、また運転室用に限らず客室
用の空調装置にも適用できることは勿論である等、本発
明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る
ものである。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明にて明らかなように、本発明
の請求項１の電車用空調装置によれば、圧縮機の吐出側
の冷媒管路と吸入側の冷媒管路とをバイパスするバイパ
ス路を設けると共にこのバイパス路を開閉する開閉弁を
設け、瞬時停電が発生したときには、そのバイパス路に
よって圧縮機の吐出側と吸入側との冷媒の圧力差を短時
間で低減させ、その後圧縮機を起動させるように構成し
たので、瞬停発生後の圧縮機の再起動までの時間を短縮
することができ、併せて、圧縮機の吐出側及び吸入側に
位置する冷媒配管をループ状に構成したので、車体に対
する冷媒配管等の振動や圧縮機への液戻りを効果的に防
止することができるという優れた実用的効果を奏するも
のである。

【００５８】また、この場合、冷媒配管のうちバイパス
路の入口部の分岐点部分と凝縮器との間に、凝縮器から
の冷媒の逆流を防止するための逆止手段を設ければ（請
求項２の電車用空調装置）、圧縮機の吐出側（高圧側）
における均圧すべき部分を、圧縮機から逆止手段までの
短いものとすることができ、圧縮機の吐出側と吸入側と
の冷媒圧力をバランスさせるまでの時間をより一層短く
することができる。また、凝縮器内の高温気体冷媒が、
バイパス路を通って蒸発器に流れ込むことも未然に防止
することができるものである。

【００５９】さらに、前記バイパス路の出口部を、冷媒
配管のうちループ状とされた部分の入口側に接続するよ
うに構成すれば（請求項３の電車用空調装置）、バイパ
ス路を通って圧縮機の吸入側に流れ込む気体冷媒の一部
がその際に液化されるようなことがあっても、ループ状
部分の作用により、その液体冷媒が圧縮機に流れ込むこ
とを未然に防止することができる。

【００６０】そして、圧縮機を再起動させる際に、冷却
運転モードを、設定された冷却運転モードとなるまでに
段階的に変化させていくようにすれば（請求項４の電車
用空調装置）、再起動時においては、圧縮機回転数及び
送風量が段階的に順次大きくなっていくので、初期にお
ける送風量が少なくなり吹出し温度の上昇を小さく抑え
ることができ、ひいては乗員の不快感を解消することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、冷凍サイクル
の構成を示す図

【図２】ループ状配管部分の上面図

【図３】瞬時停電発生時の制御手順を示すフローチャー
ト

【図４】冷凍サイクル内の冷媒の圧力変化状況を示す図

【図５】電車の運転室を対象とした空調装置の搭載状態
を概略的に示す側面図

【図６】架線の絶縁区間と電車のパンタグラフとの関係
を示す図

【図７】各冷却運転モードにおける圧縮機の回転数及び
風量の一例を示す図

【図８】再起動時における時間経過に伴う吹出し温度の
変化の様子を示す図

【図９】冷却運転モードがＨｉモードの場合の再起動時
の制御手順を示す図

【図１０】冷却運転モードがＭｅモードの場合の再起動
時の制御手順を示す図

【図１１】冷却運転モードがＬｏモードの場合の再起動
時の制御手順を示す図

【符号の説明】

図面中、１は架線、２は絶縁区間、３は電車、３ａは運
転室、４はパンタグラフ、８はＥＣＵ（開閉弁制御手
段，圧縮機制御手段）、９は冷凍サイクル、１０は圧縮
機、１１は凝縮器、１３は膨張弁（絞り装置）、１４は
蒸発器、１５は冷媒配管、１８は吐出側ループ状配管、
１９は吸入側ループ状配管、２０はバイパス路、２１は
開閉弁、２２は逆止弁（逆止手段）を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 架線からパンタグラフを介して電源供給
   が行われる電車に搭載され、圧縮機，凝縮器，絞り装
   置，蒸発器等を冷媒配管により閉ループに接続してなる
   冷凍サイクルを備えるものであって、 前記圧縮機の吐出側及び吸入側に位置する冷媒配管をル
   ープ状に構成すると共に、 入口部が前記圧縮機と凝縮器との間の冷媒配管に接続さ
   れ、出口部が前記蒸発器と圧縮機との間の冷媒配管に接
   続されたバイパス路と、 このバイパス路中に設けられ通常時には閉塞される開閉
   弁と、 前記架線の途中部に設けられた絶縁区間を前記パンタグ
   ラフが通過することに伴う瞬時停電を検出する瞬停検出
   手段と、 この瞬停検出手段が瞬時停電を検出したときに前記開閉
   弁を所定時間だけ開放させる開閉弁制御手段と、 前記開閉弁が開放されて閉塞された後に前記圧縮機を再
   起動させる圧縮機制御手段とを設けたことを特徴とする
   電車用空調装置。
2. 【請求項２】 冷媒配管のうち前記バイパス路の入口部
   の分岐点部分と前記凝縮器との間に、前記凝縮器からの
   冷媒の逆流を防止するための逆止手段を設けたことを特
   徴とする請求項１記載の電車用空調装置。
3. 【請求項３】 前記バイパス路の出口部は、冷媒配管の
   うちループ状とされた部分の入口側に接続されているこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の電車用空調装
   置。
4. 【請求項４】 前記圧縮機制御手段は、圧縮機を再起動
   させる際に、圧縮機回転数及び送風量を規定する冷却運
   転モードを、設定された冷却運転モードとするまでに段
   階的に変化させていくように構成されていることを特徴
   とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電車用空調
   装置。