JPS6312031B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、車両用ヒートポンプ空調装置の制御
方法に関するものである。

鉄道車両の屋根上に冷暖房兼用のヒートポンプ
式の空調装置を設置する場合、冷房専用の空調装
置と異なり、冬期の暖房運転時における室外部分
への雨あるいは雪に対すを配慮が必要である。す
なわち、ヒートポンプ空調装置の場合、冬期の暖
房運転時には室内側熱交換器が凝縮器、室外熱交
換器が蒸発器となる。このため、前記室外熱交換
器への霜付対策として冷凍サイクル側の改善は
種々行なわれている。一方、空気流路等の各部構
造については、室外熱交換器を直接雨や雪と接触
させない構造とすることが必要である。このた
め、従来の鉄道車両用屋根上設置式のヒートポン
プ空調装置は全体をカバーによつて完全に覆い、
室外側熱交換器への通風のための開口部を前記カ
バー側面に設け、前記室外側熱交換器への通風が
水平方向に流れるような構造にしなければならな
い。ところが、小型の空調装置を１両に複数設置
する場合には比較的容易に前述の構造にできる
が、機器の集約化から１両に１台といつた大型の
集中式空調装置を屋根上に設置する場合、スペー
スの制約からこのような構成とすることは困難で
あつた。したがつて、前記大型のヒートポンプ空
調装置の場合、第１図および第２図に示すような
構成としていた。図において、室外部分の機器配
置は従来の屋根上設置の冷房装置と同様に、中央
に軸流式の室外側フアン２を設け、その両側に室
外熱交換器３を配置しており、空気の流れは装置
両側面の取入口５および底面から吸込み、室外側
フアン２により中央部上方へ吐出す。なお、吐出
側開口部は室外側フアン２の設置状態の関係から
水平面に設けられている。このため、雨や雪が直
接室外側内部に入り込むことになるが、運転中に
おける雨や雪は室外側フアン２の吐出空気により
吹飛ばすことができ、特に問題はない。また、吸
込側については前述のように取入口５を装置側面
の鉛直部および装置底面に設け、その面積を大き
くとつて吹込風速を下げることおよび吹込部のグ
リル形状を考慮することにより防ぐことができ
る。しかし、前記ヒートポンプ空調装置７を設け
た車両１を降雪時に長時間屋外に留置し積雪があ
つた場合、室外部の吐出側開口部に設けた金網６
の上にも雪が積ることになる。この状態で運転を
開始すると、積雪量が少ない場合には室外側フア
ン２の吐出空気によつて吹飛ばすことが可能であ
るが、積雪量が多い場合には吹飛ばすことができ
ないおそれがある。吐出側開口部の金網６上に雪
が積つたまま運転を続けると室外側風量が不足
し、室外側熱交換器３が凍結して暖房運転不能な
状態となる。このような不具合を避けるため、前
記のような場合には暖房運転の前に逆冷凍サイク
ル運転を行なつて、室外側熱交換器３を凝縮器と
し、室外側フアン２により該室外側熱交換器３排
熱で金網６上の積雪を融かす融雪運転を行なう。
しかしながら、該融雪運転時には室内熱交換器９
が蒸発器となるため、冷気が客室内に供給され
る。この融雪運転時に引続き、暖房の予熱運転を
行なつて客室内を予熱後、正規の暖房運転に移る
こととなるが、前述のように室内熱交換器９から
の冷気によつて客室内があたかも冷房運転時のよ
うに冷却されるため、前記予熱運転時に多くの時
間と電力を費すことになるという欠点があつた。
また、前記予熱運転は車両１が営業運転に入る前
に行なわれ、乗客は乗つておらず、新鮮外気（以
下室外空気という）を客室内に供給する必要がな
く、客室内を密閉した状態で該予熱運転を行なえ
ば、効率よく予熱が行なえるものであるが、従来
のヒートポンプ空調装置においては、室内側熱交
換器９を介して客室内に供給される空気には、室
外空気取入口５および循環空気取入口（以下室内
空気取入口という）の開度が固定式であるため、
温度の低い室外空気が常に一定量含まれることに
なり、予熱時間が長く、かつ、消費電力が増大す
るという欠点があつた。一方、夏期においては予
冷運転を行なうが、この場合には室内外間で温度
の低い空気を室内熱交換器を介して客室内に供給
すれば、効率的な予冷運転が行なえる。ところ
が、従来のヒートポンプ空調装置においては、前
述のように客室内に供給される室内空気および室
外空気量が常に一定であるため、予冷運転時にお
ける時間および消費電力の増大という欠点があつ
た。なお、第１図および第２図において、４は室
外側カバー、８は室内側フアンである。

上記の点に鑑み本発明は、室内側熱交換器を介
して客室内へ供給される空気の室内空気および室
外空気の割合を運転状態に応じて変化させ、ヒー
トポンプ空調装置の熱負荷を軽減するとともに、
暖房および冷房運転時における予熱および予冷運
転の効率向上を図り、該予熱および予冷運転時に
費す時間および消費電力の増大を防止することを
目的としたものである。

本発明は、ヒートポンプ空調装置の融雪運転時
に客室の温度を下げないため、室内空気および室
外空気の温度の高い方を客室内に供給あるいは循
環させるものとし、該ヒートポンプ空調装置の熱
負荷の軽減および予熱運転の効率向上を図り、さ
らに、冷房運転前において行なう予冷運転につい
ても、室内空気および室外空気の温度の低い方を
客室内に供給あるいは循環させ、予冷運転の効率
向上を図ることを特徴としたものである。

次に、本発明を第３図ないし第５図に示す一実
施例によつて説明する。第３図は本発明による制
御方法を実施可能なヒートポンプ空調装置の室内
側における室内空気および室外空気の吸込口部の
断面図、第４図は本発明の制御方法を実行する制
御装置を示すブロツク図、第５図は制御方法のフ
ローチヤート図である。図において、前記従来の
ヒートポンプ空調装置と同一符号は同一部材を示
す。車両１の屋根上に設けられたヒートポンプ空
調装置７において、客室内から室内側熱交換器９
を介し客室内へ循環する室内空気イは循環気取入
口１１を経て室内側熱交換器９へ供給され、室内
側フアン（図示省略）によつて客室内へ送風され
る。車外から室内側熱交換器９を介して客室内へ
供給される室外空気口は、新鮮外気取入口１０を
経て室内側熱交換器９に供給され、室内側フアン
（図示省略）によつて客室内へ送風される。なお、
前記新鮮外気取入口１０および循環気取入口１１
は隣接する位置に設けられており、両方の空気流
量を調整するダンパー１２がその間に設けられて
いる。該ダンパー１２は正逆転可能なモータ１
３、該モータ１３によつて駆動されるねじ機構１
４およびねじ機構１４に組込まれ前記ダンパー１
２に連結されたリンク機構１５によつて開度を調
整できる構成となつている。すなわち、リンク機
構１５がＡの位置に到達した場合には新鮮外気取
入口１０の開口部をダンパー１２が塞ぐことにな
り、室外空気口はヒートポンプ空調装置７へはほ
とんど供給されず、室内空気イの循環のみによる
運転となる。リンク機構１５がＢの位置に到達し
た場合には、ダンパー１２は従来の固定式の場合
と同一の位置にあり、適正な量の室外空気を客室
内へ導入することができる。次に、リンク機構１
５がＣの位置に到達した場合には、循環気取入口
１１を塞ぐことになりヒートポンプ空調装置７に
供給される空気はすべて室内空気イとなる。した
がつて、室内空気イが循環することになる。

前記モータ１３すなわちダンパー１２の開度の
調整およびヒートポンプ空調装置７の運転状態を
本発明の制御方法にのつとつて制御する制御装置
の一実施例を第４図によつて説明する。図におい
て、１６はCPU（中央演算装置）、１７は入出力
信号のアナログ信号とデジタル信号との変換を行
なうＡ／Ｄ変換器等から成る入出力回路、１８お
よび１９は各種条件における制御形態を記憶した
ROMおよびRAMである。２０はヒートポンプ
空調装置７あるいは車両１上に積雪があるか否か
を検知する積雪検知器で、図示していないが室外
側フアン近傍あるいはヒートポンプ空調装置７側
面部分に取付けられるものである。２１は車両１
の室内および室外の温度を検知する温度検知器で
ある。このような構成において、積雪検知器２０
および温度検知器２１からの積雪の有無および室
内、室外温度の検知信号は、入出力回路１７で
Ａ／Ｄ変換され、CPU１６に入力される。そし
て、該CPU１６において、前記入力から室外空
気および室内空気の流入量を決定し、その結果に
応じてモータ１３へ入出力回路１７を経てダンパ
１２の適切な位置指令を出力する。

次に、前記構成によつて実行される制御方法に
ついて第５図のフローチヤートにより説明する。
まず、ヒートポンプ空調装置７を起動させると、
ダンパー１２のイニシヤライズのために該ダンパ
ー１２をＡ位置に移動させ新鮮外気取入口１０を
塞ぐ。そして、積雪検知器２０により積雪の有無
を検出する。積雪のある場合にはヒートポンプ空
調装置７融雪運転とし、客室内の気温の低下を少
しでも防止するため、温度検出器２１の検出結果
に応じて温度の高い方を多くヒートポンプ空調装
置７へ導入するようにダンパー１２の位置を制御
する。融雪運転の終了はタイマ等によつて一定時
間経過した時点とするか、または、前記積雪検知
器２０の検出結果を利用して決定する。次に、予
熱運転に入るが、その前に再度温度検出器２１の
検出結果によつて温度の高い方の空気をヒートポ
ンプ空調装置７に供給するようにダンパー１２を
移動させる。通常、融雪運転後は室内の方が室外
に比較して温度が低くなつているため、リンク機
構１５をＣ位置に移動させ循環気取入口１１を塞
ぎ、室内温度が室外温度となるまでは、前記位置
を保つ。室内温度が室外温度と同じになつた時点
でリンク機構１５をＡ位置に移動させ、新鮮外気
取入口１０を塞ぎ、室内空気イの循環によつて予
熱運転を行なう。該予熱運転の終了はサーモスタ
ツト等により客室内温度を検知し判断する。予熱
運転終了後は、定常運転に備えてリンク機構１５
をＢの位置に移動させ、適量の室外空気ロを客室
内に供給できるようにする。

このような制御方法によれば、融雪運転時にお
ける客室内の冷却を室内空気イを循環させずに室
外空気ロを客室内に供給することにより、従来の
ものに比べて押えることができる。また、予熱運
転時においても、温度の高い方の空気を供給し、
かつ、客室内の温度が室外より高くなつた時点
で、室内空気イのみを循環となるため、予熱が効
率的に行なえる。

前記暖房運転とは逆に、冷房運転時においては
車両の営業運転前に融雪運転は必要なく予冷運転
を行なう。この場合には、ヒートポンプ空調装置
７を起動させると、温度検出器２１によつて室
外、室内の温度を比較し、温度の低い方を定常運
転時よりも多くヒートポンプ空調装置７に供給し
て客室内に送風する。すなわち、室外の方が温度
が低ければ、リンク機構１５をＣ位置に移動し循
環気取入口１１を塞いで、室外空気ロのみをヒー
トポンプ空調装置７に供給し、室内側熱交換器９
によつて冷却し、客室内に送風する。その後、室
内温度が室外温度と同等あるいは室内温度が低く
なつた時点でリンク機構１５をＡの位置に移動さ
せ新鮮外気取入口１０を塞いで、室内空気イのみ
の循環で予冷運転を行なう。

このような制御方法によれば、夏期に昼間長時
間車両を屋外に留置しその後営業運転に入る場合
に、室内空気イよりも温度の低い室外空気ロを供
給しその後客室内外温度差が小さくなつた時点で
室内空気イのみの循環によつて予冷を行なうこと
により、該予冷運転を効率的に行なうことができ
る。

なお、前記第４図に示す制御装置については、
マイクロコンピユータを用いた例について説明し
たが、これに限定されるものではなく、リレー等
を用いた機械的な構成としても同等の制御が行な
える。

以上説明したように本発明によれば、ヒートポ
ンプ空調装置の融雪運転、予熱運転および予冷運
転等の運転状態に対応させてヒートポンプ空調装
置へ供給する室内空気および室外空気の量を制御
し、各運転状態に最適な量を供給して、熱負荷を
軽減し効率的な運転を行ない、各運転時間の短縮
および消費電力の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のヒートポンプ空調装置の室外機
器部の左右方向断面図、第２図は第１図のヒート
ポンプ空調装置の平面図、第３図は本発明による
制御方法を実施可能なヒートポンプ空調装置の室
内空気および室外空気の吸込部を示す断面図、第
４図は本発明の制御方法を実行する制御装置を示
すブロツク図、第５図は本発明の制御方法の一実
施例を示すフローチヤート図である。 １……車両、２……室外側フアン、３……室外
側熱交換器、７……ヒートポンプ空調装置、８…
…室内側フアン、９……室内側熱交換器、１０…
…新鮮外気取入口、１１……循環気取入口、１２
……ダンパー、１３……モータ、１４……ねじ機
構、１５……リンク機構、１６……CPU、１７
……入出力回路、１８……ROM、１９……
RAM、２０……積雪検出器、２１……温度検出
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 室内空気および室外空気を室内熱交換器を介
   して室内へ供給し、かつ、該室内空気および室外
   空気の各供給量を制御する空気量制御手段を有し
   た車両用ヒートポンプ空調装置において、該車両
   用ヒートポンプ空調装置の融雪運転時に、室内空
   気および室外空気の温度を比較し、温度の高い方
   の空気を前記空気量制御手段によつて定常運転時
   よりも多く室内へ供給するようにしたことを特徴
   とする車両用ヒートポンプ空調装置の制御方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、室外空気を
   前記空気量制御手段により定常運転時よりも多く
   室内へ供給するようにしたことを特徴とする車両
   用ヒートポンプ空調装置の制御方法。 ３ 特許請求の範囲第１項において、室外熱交換
   器の通風路に積雪の有無を検知する積雪検知手段
   を設け、該積雪検知手段により雪の無いことを検
   知して、前記融雪運転を予熱運転に切換え、か
   つ、該予熱運転時に前記空気供給量制御手段によ
   つて定常運転時よりも多くの室内空気を熱交換器
   へ供給し、循環させたことを特徴とする車両用ヒ
   ートポンプ空調装置の制御方法。 ４ 特許請求の範囲第３項において、室内温度検
   出器を設け、該室内温度検出器により室内温度が
   所定の温度以上になつたことを検出して、前記予
   熱運転を定常運転に切換え、かつ、室内空気およ
   び室外空気を定常運転時の割合で前記空気供給量
   制御手段によつて室内へ供給するようにしたこと
   を特徴とする車両用ヒートポンプ空調装置の制御
   方法。