JPWO2009144808A1 - 車両用空調システム - Google Patents

Abstract

客室用ダクト５には、客室２４に空気を送り込む客室送風用開口１４と、運転室用配風ダクト１３に連通する運転室用配風ダクト連通用開口１５とが形成されており、運転室用配風ダクト１３には、運転室２５に空気を送り込む運転室送風用開口１６と、客室用配風ダクト５と連通する客室用ダクト連通用開口１７とが形成されており、客室用配風ダクト５から運転室用配風ダクト１３への連通をＯＮ／ＯＦＦするダンパ６と、運転室２５の空気を運転室の外部へ排出する運転室空気排出口と、その運転室空気排出口を開閉するダンパ７とを備えた。運転室空気排出口は、運転室用空調装置１０，１１，１２の空気取込側へ連通するように開口した第１排出口１８と、客室２４へ連通するように開口した第２排出口１９とを備え、ダンパ７は、運転室２５の空気を運転室用空調装置の外気取込側または客室２４のいずれか一方へ選択的に排出させるものである。

Description

この発明は、車両の空調、特に車両の運転室の空調に関連するものである。

従来の鉄道車両用の空調において、運転室を運転室専用の空調装置を利用して空調するものが知られている（例えば、特許文献１）。
また、運転室と客室とをそれぞれ別々の空調装置で空調するものがある。そのような空調システムにおいては、客室内の空気は、客室用空調装置内部で新鮮外気と混合されて調和された後、客室配風ダクトを介して客室内に供給される。また同様に、運転室内部の空気は、運転室用空調装置内部で新鮮外気と混合されて調和された後、運転室配風ダクトを介して運転室に供給される。このように従来の鉄道車両用空調システムは、客室と運転室の空調は完全に分離され、互いに閉じた系を形成し、客室と運転室の間で互いの空気の往来は発生しない。
実開平５−４００７９号公報

運転室用空調装置は、空調能力が小さくてよいため、最低限の機器員数で構成されることが一般的であり、その多くの機器は二重化されていない。そのため、冗長性に乏しく、構成機器の故障が空調機能の喪失に直結する。そして、運転室用空調装置における空調機能の喪失は、車両の運用率や信頼性に影響を与える可能性がある。

この発明は、上記のような問題点を解決するために成されたものであり、安価且つ簡易な方法で、車両の運用率の向上が図れる信頼性の高い車両用空調システムを提案することを目的とする。

この発明は、客室の空調を行う客室用空調装置と、運転室の空調を行う運転室用空調装置と、前記客室用空調装置で調整された空気を客室へ流す客室用ダクトと、前記運転室用空調装置で調整された空気を運転室へ流す運転室用ダクトとを備えた車両用空調システムにおいて、
前記客室用ダクトには、前記客室に空気を送り込む客室送風用開口と、前記運転室用ダクトに連通する運転室用ダクト連通用開口とが形成されており、
前記運転室用ダクトには、前記運転室に空気を送り込む運転室送風用開口と、前記客室用ダクトと連通する客室用ダクト連通用開口とが形成されており、
前記客室用ダクトから前記運転室用ダクトへの連通をＯＮ／ＯＦＦするダクト開閉装置と、
前記運転室の空気を前記運転室の外部へ排出する運転室空気排出口と、その運転室空気排出口を開閉する排出口開閉装置と、を備えたものである。

なお、前記運転室空気排出口は、前記運転室用空調装置の空気取込側へ連通するように開口した第１排出口と、前記客室へ連通するように開口した第２排出口とを備え、
前記排出口開閉装置は、前記運転室の空気を前記運転室用空調装置の外気取込側または前記客室のいずれか一方へ選択的に排出させるものとすることができる。

また、前記運転室空気排出口は、前記運転室用空調装置の空気取込側へ連通するように開口した第１排出口と、外気側に連通するように開口した第３排出口とを備え、
前記排出口開閉装置は、前記第３排出口を開閉するものとすることができる。

この発明の車両用空調システムによれば、平常時、客室は客室用空調装置および客室用ダクトを利用して空調し、運転室は運転室用空調装置および運転室用ダクトを利用して空調することができる。
一方、運転室用空調装置の故障時には、ダクト開閉装置により客室用ダクトから運転室用ダクトへの連通をＯＮにし、排出口開閉装置により客室へ連通する運転室空気排出口を開口させることで、運転室へ客室用空調装置からの調和空気を一部取り込んで、運転室を空調することが可能となる。

この発明の実施の形態１を示す車両用空調システムの構成図（平常時）。 この発明の実施の形態１を示す車両用空調システムの構成図（運転室用空調装置の故障時）。 この発明の実施の形態２を示す車両用空調システムの構成図（運転室用空調装置の故障時）。 実施の形態１の車両用空調システムの動作例を示すフローチャート。

符号の説明

１：客室用空調装置外殻
２：客室用空調装置の送風機
３：客室用空調装置の室内熱交換器
４：客室用空調装置の暖房器
５：客室用配風ダクト
６：ダンパ
７：ダンパ
８：バイパスダクト
９：運転室用空調装置外殻
１０：運転室用空調装置の送風機
１１：運転室用空調装置の室内熱交換器
１２：運転室用空調装置の暖房器
１３：運転室用配風ダクト
１４：客室送風用開口
１５：運転室用ダクト連通用開口
１６：運転室送風用開口
１７：客室用ダクト連通用開口
１８：第１排出口（運転室空気排出口）
１９：第２排出口（運転室空気排出口）
２０：第３排出口（運転室空気排出口）
２１：第４排出口（客室空気排出口）
２４：客室
２４Ａ：客室の空気取込口
２５：運転室
２５Ａ：運転室の空気取込口
２６：客室用温度センサ
２７：運転室用温度センサ
２７Ａ：補助の運転室用温度センサ
２８：客室用空調制御装置
２９：運転室用空調制御装置

実施の形態１．
図１、図２はこの本発明の実施の形態１を示す車両用空調システムの構成図であり、図１は平常時の状態を、図２は運転室用空調装置の故障時の状態を示している。
ここで客室２４は、客室用空調装置外殻１、送風機２、室内熱交換器３、暖房器４を有した客室用空調装置と、客室用配風ダクト（又は客室用ダクト）５により空調されるように、客室２４の空気取込口２４Ａに客室用配風ダクト５の客室送風用開口１４が対応して設けられている。
また、運転室２５は、平常時、運転室用空調装置外殻９、送風機１０、室内熱交換器１１、暖房器１２を有した運転室用空調装置と、運転室用配風ダクト（又は運転室用ダクト）１３により空調されるように、運転室２５の空気取込口２５Ａに運転室用配風ダクト１３の運転室送風用開口１６が対応して設けられている。

客室用配風ダクト５はバイパスダクト（客室用配風ダクトの延長部）８によって延長されて、運転室用配風ダクト１３に接続されている。なお、バイパスダクト８は運転室用空調装置外殻９の内部に設置されていてもよい。また、以下では、客室用配風ダクト５とバイパスダクト８をまとめて客室用配風ダクト５と称する場合がある。
客室用配風ダクト５と運転室用配風ダクト１３は、客室用配風ダクト５の運転室用ダクト連通用開口１５と運転室用配風ダクト１３の客室用ダクト連通用開口１７とが結合されて、連通可能に連結されている。そしてバイパスダクト８には、客室用ダクト５から運転室用ダクト１３への連通をＯＮ／ＯＦＦするダクト開閉装置であるダンパ６が設けられている。

運転室２５には、運転室２５の空気を運転室の外部へ排出する運転室空気排出口と、その運転室空気排出口を開閉する排出口開閉装置とを備えている。すなわち、運転室空気排出口として、運転室用空調装置の空気取込側へ連通するように開口した第１排出口１８と、客室２４へ連通するように開口した第２排出口１９とが形成されている。さらに、第１排出口１８と第２排出口１９とを選択的に開口させる排出口開閉装置として、客室２４と運転室２５の隔壁上にダンパ７を備えている。
一方、客室２４には、客室用空調装置の空気取込側へ連通するように開口した第４排出口２１が形成されている。
さらに、客室２４内には客室内の空気温度を検出する客室用温度センサ２６が設けられている。客室用温度センサ２６は客室用空調装置の運転を制御する客室用空調制御装置２８と通信可能に接続されており、客室用空調制御装置２８は客室用温度センサ２６の検出値に基づいて、客室用空調装置を制御する。
同様に、運転室２５内には運転室内の空気温度を検出する運転室用温度センサ２７が設けられている。運転室用温度センサ２７は運転室用空調装置の運転を制御する運転室用空調制御装置２９と通信可能に接続されており、運転室用空調制御装置２９は運転室用温度センサ２７の検出値に基づいて、運転室用空調装置を制御する。
加えて、運転室２５内には運転室内の空気温度を検出する補助の運転室用温度センサ２７Ａが設けられている。この運転室用温度センサ２７Ａは客室用空調制御装置２８と通信可能に接続されており、その作用については後述する。

次に、実施の形態１の車両用空調システムの作用を説明する。実施の形態１の車両用空調システムは、平常時は、図１に示すように、ダンパ６が客室用配風ダクト５と運転室用配風ダクト１３の連通をＯＦＦ（遮断状態）する位置にあり、また、ダンパ７が第１排気口１８を開き第２排気口１９を閉じた位置にある。
そのような平常時、客室用空調装置外殻１、送風機２、室内熱交換器３、暖房器４を有した客室用空調装置は、新鮮外気と客室２４の第４排気口２１からの車内空気とを取り込んで混合し、温度および又は湿度を調整し、その空気を客室用配風ダクト５の客室送風用開口１４から空気取込口２４Ａを介して客室２４へ送り、客室２４を空調する。
また、運転室用空調装置外殻９、送風機１０、室内熱交換器１１、暖房器１２を有した運転室用空調装置は、新鮮外気と運転室２５の第１排気口１８からの車内空気とを取り込んで、温度および又は湿度を調整し、その空気を運転室用配風ダクト１３の運転室送風用開口１６から空気取込口２５Ａを介して運転室２５へ送り、運転室２５を空調する。したがって、平常時は、客室用空調装置と運転室用空調装置は互いに独立して運転され、客室２４と運転室２５の間で調和空気や車内空気の行き来は発生しない。

続いて、運転室用空調装置が故障した場合の作用について説明する。実施の形態１の車両用空調システムは、運転室用空調装置の故障時、図２に示すように、ダンパ６が客室用配風ダクト５と運転室用配風ダクト１３の連通をＯＮ（連通状態）する位置にあり、また、ダンパ７が第１排気口１８を閉じ第２排気口１９を開いた位置にある。この場合、客室用空調装置外殻１、送風機２、室内熱交換器３、暖房器４を有した客室用空調装置は、新鮮外気を取り込むと共に、客室２４および運転室２５からの車内空気を第４排気口２１から取り込んで混合し、温度および又は湿度を調整し、その空気を客室用配風ダクト５の客室送風用開口１４から客室２４へ送り、客室２４を空調する。同時に、調和空気の一部はバイパスダクト８を介して運転室用配風ダクト１３に入り、さらに運転室送風用開口１６から運転室２５へ入り、運転室２５を空調する。なお、運転室２５に供給された調和空気は運転室２５を空調した後、第２排気口１９から客室２４に戻される。
これにより、運転室用空調装置を二重化することなしに、運転室用空調装置が故障しても、運転室を空調することが可能となり、車両の運用率の向上が図れる。

実施の形態２．
図３はこの本発明の実施の形態２を示す車両用空調システムの構成図であり、運転室用空調装置の故障時の状態を示している。実施の形態２は、運転室２５の空気を車体壁面に設けた第３排気口２０から外部に排出させる構成とし、ダンパ７を客室２４と運転室２５との間の隔壁部に配置する代わりに、その第３排気口２０の部分に配置して、第３排気口２０を開閉させるようにしている。

次に、実施の形態２の車両用空調システムの作用を説明する。実施の形態２の車両用空調システムは、平常時は、ダンパ６が客室用配風ダクト５と運転室用配風ダクト１３の連通をＯＦＦ（遮断状態）する位置にあり、また、ダンパ７が第３排気口２０を閉じた位置にある。
平常時、客室用空調装置外殻１、送風機２、室内熱交換器３、暖房器４を有した客室用空調装置は、新鮮外気と客室２４の第４排気口２１からの車内空気とを取り込んで混合し、温度および又は湿度を調整し、その空気を客室用配風ダクト５の客室送風用開口１４から空気取込口２４Ａを介して客室２４へ送り、客室２４を空調する。また、運転室用空調装置外殻９、送風機１０、室内熱交換器１１、暖房器１２を有した運転室用空調装置は、新鮮外気と運転室２５の第１排気口１８からの車内空気とを取り込んで、温度および又は湿度を調整し、その空気を運転室用配風ダクト１３の運転室送風用開口１６から空気取込口２５Ａを介して運転室２５へ送り、運転室２５を空調する。したがって、平常時は、客室用空調装置と運転室用空調装置は互いに独立して運転され、客室２４と運転室２５の間で調和空気や車内空気の行き来は発生しない。

続いて、運転室用空調装置が故障した場合の作用について説明する。実施の形態２の車両用空調システムは、運転室用空調装置の故障時、図３に示すように、ダンパ６が客室用配風ダクト５と運転室用配風ダクト１３の連通をＯＮ（連通状態）する位置にあり、また、ダンパ７が第３排気口２０を開いた位置にある。この場合、客室用空調装置外殻１、送風機２、室内熱交換器３、暖房器４を有した客室用空調装置は、新鮮外気を取り込むと共に、客室２４および運転室２５からの車内空気を第４排気口２１から取り込んで混合し、温度および又は湿度を調整し、その空気を客室用配風ダクト５の客室送風用開口１４から客室２４へ送り、客室２４を空調する。同時に、調和空気の一部はバイパスダクト８を介して運転室用配風ダクト１３に入り、さらに運転室送風用開口１６から運転室２５へ入って、運転室２５を空調する。なお、運転室２５に供給された調和空気は運転室２５を空調した後、第３排気口２０から車両の外部へ排出される。
これにより、運転室用空調装置を二重化することなしに、運転室用空調装置が故障しても、運転室を空調することが可能となり、車両の運用率の向上が図れる。

従来の空調システムでは、運転室用空調装置において二重化されていない機器の故障の際、故障の発生した機器に関わる機能が失われていた。たとえば、運転室用空調装置の送風機が故障した場合、送風機に関わる全ての機能、つまり冷房、暖房、換気全ての機能が喪失していた。しかし、そのような場合でも上記実施の形態１、２のように構成しておくことで、客室用空調装置の送風機により、新鮮外気を含んだ混合空気、さらには冷暖房された調和空気が運転室に供給され、空調装置に最低限求められる機能の一端を補完でき、車両全体としての信頼性，運用率の向上が図れる。

上記実施の形態１、２では鉄道車両を想定して説明したが、本発明は運転室と客室を有する他の車両にも適用できる。
また、運転室２５のある車両が、開閉可能な窓または開口を有している場合には、その窓や開口を、前述した排出口１９，２０およびダンパ７として利用してもよい。
また、開閉装置であるダンパ６，７は、手動で動作させてもよい。さらに、車両に車両内部の空気を監視する監視装置（モニタ、通信機器等から構成される）を備え、その監視装置の管理の下で、運転室２５の温度異常を検出した場合に、それに連動してダンパ６，７を動作させるようにしてもよい。
なお、開閉装置はダンパに限られるものではなく、同様の作用を果たす他の機器に置き換えてもよい。

次に、運転室用空調装置が故障した場合の空調システムの制御方法について説明する。運転室用空調装置において、電源の喪失、運転室用空調制御装置２９の故障など、故障を検知できない状態になった場合には、スプリングバックなどの機械的な作用により、ダンパ６、ダンパ７が自動的に開かれるものとする。
また、運転室用空調制御装置２９は、換気および冷暖房機能の喪失を検知した場合に、ダンパ６、ダンパ７を開く。

以下に、制御態様の具体例をいくつか紹介しておく。
制御の態様１
運転室用空調装置が故障した場合、客室用空調装置を、運転室２５の換気及び冷暖房機能を補完することを目的に利用し、運転室２５の積極的な温度制御には利用しないようにすることができる。

制御の態様２
運転室用空調装置が故障した場合、客室用空調制御装置２８が、補助の運転室用温度センサ２７Ａの検出値に基づいて客室用空調装置を制御し、運転室２５の空気温度を可能な範囲で調整することもできる。

制御の態様３
ここでは、車両内部の空気を監視する監視装置（モニタ、通信機器等から構成される）が車両に備えられているものとする。運転室用温度センサ２７が検出した温度はこの監視装置に送られ、該監視装置から客室用空調制御装置２８に送られる。そして、運転室２５の温度情報を受け取った客室用空調制御装置２８が、その温度情報に基づいて客室用空調装置を制御し、運転室２５の温度を可能な範囲で調整する。

なお、上記の制御の態様２、３においては、客室と運転室との両方の温度と、それぞれの目標温度との差が最小となるような制御が最適であるが、どちらか一方の温度の制御を優先して行ってもよい。

最後に、実施の形態１の車両用空調システムにおいて、運転室用空調装置が故障した場合の動作の一例を、図４のフローチャートに基づいて説明する。なおここでは、車両用空調システムの全体的な管理を上記制御の態様３で説明した監視装置が行い、その管理の下で車両用空調システムを構成している各機器が動作するものとする。
車両用空調システムの運転がスタートすると、運転室用温度センサ２７または２７Ａを利用して、運転室２５の温度を検出する（Ｓ１）。
運転室２５の温度の異常を検出すると（Ｓ２）、運転室用空調制御装置２９またはスプリングバックがダンパ６，７を動作させて、図２に示すような所定の風路を形成する（Ｓ３）。
その後、客室用温度センサ２６と運転室用温度センサ（ここでは補助の運転室用温度センサ２７Ａ）の検出値に基づいて、客室２４と運転室２５の両方の温度とそれぞれの室の目標温度との差が最小となるように、客室用空調制御装置２８が客室用空調装置を制御する（Ｓ４）。なお、この制御は上記制御の態様１のようにしてもよい。

Claims (8)

1. 客室の空調を行う客室用空調装置と、運転室の空調を行う運転室用空調装置と、前記客室用空調装置で調整された空気を客室へ流す客室用ダクトと、前記運転室用空調装置で調整された空気を運転室へ流す運転室用ダクトとを備えた車両用空調システムにおいて、
   前記客室用ダクトには、前記客室に空気を送り込む客室送風用開口と、前記運転室用ダクトに連通する運転室用ダクト連通用開口とが形成されており、
   前記運転室用ダクトには、前記運転室に空気を送り込む運転室送風用開口と、前記客室用ダクトと連通する客室用ダクト連通用開口とが形成されており、
   前記客室用ダクトから前記運転室用ダクトへの連通をＯＮ／ＯＦＦするダクト開閉装置と、
   前記運転室の空気を前記運転室の外部へ排出する運転室空気排出口と、その運転室空気排出口を開閉する排出口開閉装置と、
   を備えたことを特徴とする車両用空調システム。
2. 前記運転室空気排出口は、前記運転室用空調装置の空気取込側へ連通するように開口した第１排出口と、前記客室へ連通するように開口した第２排出口とを備え、
   前記排出口開閉装置は、前記運転室の空気を前記運転室用空調装置の外気取込側または前記客室のいずれか一方へ選択的に排出させるものであることを特徴とする請求項１記載の車両用空調システム。
3. 通常時、前記ダクト開閉装置は、前記客室用ダクトから前記運転室用ダクトへの連通をＯＦＦにし、前記排出口開閉装置は前記第１排出口を開口しておくものであり、
   前記運転室用空調装置の故障時、前記ダクト開閉装置は前記客室用ダクトから前記運転室用ダクトへの連通をＯＮにし、前記排出口開閉装置は前記第２排出口を開口させるものであることを特徴とする請求項２記載の車両用空調システム。
4. 前記運転室空気排出口は、前記運転室用空調装置の空気取込側へ連通するように開口した第１排出口と、外気側に連通するように開口した第３排出口とを備え、
   前記排出口開閉装置は、前記第３排出口を開閉するものであることを特徴とする請求項１記載の車両用空調システム。
5. 通常時、前記ダクト開閉装置は、前記客室用ダクトから前記運転室用ダクトへの連通をＯＦＦにし、前記排出口開閉装置は前記第３排出口を閉じておくものであり、
   前記運転室用空調装置の故障時、前記ダクト開閉装置は前記客室用ダクトから前記運転室用ダクトへの連通をＯＮにし、前記排出口開閉装置は前記第３排出口を開口させるものであることを特徴とする請求項４記載の車両用空調システム。
6. 前記運転室のある車両が、開閉可能な窓または開口を有し、それらの窓または開口を前記運転室空気排出口および前記排出口開閉装置とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両用空調システム。
7. 前記運転室の温度を検出する運転室用温度センサと、前記客室用空調装置の運転を制御する客室用空調制御装置とを備え、前記運転室用温度センサと前記客室用空調制御装置とが通信可能に接続されており、
   前記客室用空調制御装置は、前記運転室用温度センサの検出値に基づいて、前記客室用空調装置を制御し、前記運転室の空調制御を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の車両用空調システム。
8. 車両内部の空気を監視する監視装置を備え、前記運転室用温度センサの検出値が前記監視装置を介して前記客室用空調制御装置に送られることを特徴とする請求項７記載の車両用空調システム。

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