WO2019116801A1 - 鉄道車両用空調装置及び鉄道車両用空調方法 - Google Patents

鉄道車両用空調装置及び鉄道車両用空調方法 Download PDF

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和平 新宮
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rail car air conditioner and a rail car air conditioning method.
  • An air conditioner which air-conditions the room obtains heat or cold necessary for air conditioning by configuring a refrigeration cycle using a compressor that compresses a refrigerant.
  • this air conditioner while the compressor is stopped, liquid refrigerant may be accumulated in the compressor, and the liquid refrigerant may be dissolved in lubricating oil in the compressor.
  • Patent Document 1 an air conditioner including a heater for warming the compressor has been proposed.
  • the refrigerant accumulated in the compressor is gasified and separated from the lubricating oil.
  • the occurrence of the above-described burn-in and overload can be suppressed.
  • An object of the present invention is to provide a rail car air conditioner and a rail car air conditioning method capable of prolonging the life of a compressor mounted on a rail car.
  • an air conditioner for railway vehicles is: A compressor that compresses a refrigerant with electric power supplied from the overhead line to the railway vehicle; A cooperative device group that constitutes together with the compressor a refrigeration cycle in which the refrigerant circulates to air-condition the passenger compartment of the railway vehicle; A heater for the compressor which heats the compressor by being supplied with power; A part of the electric power is stored while the electric power is supplied to the railcar from the overhead wire, and is stored in the self while the supply of the electric power from the overhead wire to the railcar is cut off A power storage device for supplying power to the compressor heater; Equipped with
  • the power stored in the power storage device is supplied to the heater for the compressor while the supply of power from the overhead wire to the railcar is cut off and the compressor is stopped, and the heater for the compressor is Heats the compressor.
  • Embodiment 1 As shown in FIG. 1, the railcar air conditioner 600 according to the present embodiment is mounted on a railcar TR.
  • the railway vehicle TR includes a pantograph PG as a current collector in electrical contact with the overhead wire WR, and a power supply circuit for converting the power supplied from the overhead wire WR through the pantograph PG into a form that can be consumed by facility equipment in the vehicle.
  • An auxiliary circuit AP is provided.
  • the auxiliary circuit AP is configured by a static inverter, and converts direct current power supplied from the overhead wire WR through the pantograph PG into alternating current.
  • the above-mentioned equipment that the auxiliary circuit AP supplies electric power refers to, among the various loads mounted on the rail vehicle TR, those other than the main motor that promotes the rail vehicle TR.
  • the railway vehicle air conditioner 600 includes an air conditioner 100 that receives supply of power from the auxiliary circuit AP.
  • the air conditioner 100 air-conditions a passenger compartment defined in the railway vehicle TR.
  • the configuration of the air conditioner 100 will be specifically described with reference to FIG.
  • the air conditioner 100 includes a compressor 110 that compresses a refrigerant, and a group of cooperating devices 120 that, together with the compressor 110, configure a refrigeration cycle in which the refrigerant circulates to air-condition the passenger compartment of the rail vehicle TR. And.
  • the group of cooperating devices 120 includes a condenser 121 for condensing the refrigerant compressed by the compressor 110, an expander 122 for expanding the condensed refrigerant, and an evaporator for evaporating the expanded refrigerant and returning it to the compressor 110. And 123, and refrigerant piping 124 for allowing refrigerant to flow between the condenser 121, the expander 122, and the evaporator 123.
  • the group of cooperating devices 120 includes a check valve 125 provided in a refrigerant pipe 124 extending from the compressor 110 to the condenser 121, and a liquid provided in the refrigerant pipe 124 between the condenser 121 and the expander 122. And a line solenoid valve 126.
  • the check valve 125 plays the role of preventing the backflow of the liquid refrigerant from the condenser 121 to the compressor 110.
  • the liquid line solenoid valve 126 restricts the outflow amount of the liquid refrigerant in the direction from the condenser 121 to the expander 122, or the liquid refrigerant moves in the refrigerant pipe 124 when the operation of the compressor 110 is stopped. Play a role in preventing
  • the group of cooperating devices 120 includes a condenser fan 127 that promotes heat exchange between the condenser 121 and the air, and an evaporator fan 128 that promotes heat exchange between the evaporator 123 and the air.
  • a condenser fan 127 that promotes heat exchange between the condenser 121 and the air
  • an evaporator fan 128 that promotes heat exchange between the evaporator 123 and the air.
  • the condenser fan 127 and the evaporator fan 128 operate by being supplied with power through the auxiliary circuit AP shown in FIG.
  • the compressor 110 is also operated by being supplied with power through the auxiliary circuit AP shown in FIG.
  • the compressor 110 includes a rotating shaft 111, a motor 112 for rotating the rotating shaft 111, a compression mechanism 113 for compressing a refrigerant by rotation of the rotating shaft 111, the rotating shaft 111, the motor 112, And a housing 114 for housing the compression mechanism 113.
  • the motor 112 is electrically connected to a feed line APL which is a part of the auxiliary circuit AP shown in FIG. 1, and operates by being fed through the feed line APL.
  • the compressor 110 is installed in a horizontal position in which the rotation shaft 111 is inclined from the vertical direction. Further, although not shown, lubricating oil is accumulated in a portion in the housing 114 of the compressor 110 which can be in contact with the refrigerant. The lubricating oil reduces the friction between the bearing portion of the rotating shaft 111 and the sliding portion of the compression mechanism 113.
  • the lubricating oil When the refrigerant dissolves in the lubricating oil, the lubricating oil is diluted with the refrigerant, and there is a concern that seizure may occur in the bearing portion of the rotary shaft 111 and the compression mechanism 113 when the motor 112 is started. Further, there is a concern that the motor 112 is overloaded when the compression mechanism 113 tries to compress the liquid refrigerant accumulated in the housing 114.
  • the air conditioner 600 for a railway vehicle supplies power to the heater 200 for the compressor that warms the compressor 110 by being supplied with power from the outside, and the heater 200 for the compressor. And a power storage device 300.
  • the compressor heater 200 is composed of a resistive heating element that converts power supplied from the outside into Joule heat.
  • the compressor heater 200 is attached to the outer surface of the housing 114 of the compressor 110, and heats at least a portion of the compressor 110 where the lubricating oil is accumulated.
  • Power storage device 300 has a storage battery 310 for storing power supplied to compressor heater 200, and a control device 320 for performing charge / discharge control for controlling the timing of charge and discharge of storage battery 310.
  • the capacitor 310 is electrically connected to the auxiliary circuit AP shown in FIG. 1 through the feed line APL.
  • Power storage device 300 also includes a rectifier 330 disposed on a power transmission path extending from power supply line APL to storage battery 310.
  • the rectifier 330 rectifies the three-phase AC voltage supplied from the feed line APL.
  • the capacitor 310 is charged by the DC voltage rectified by the rectifier 330.
  • the electric storage device 310 can generate power capable of generating heat that promotes the gasification of the refrigerant present in the compressor 110 by the compressor heater 200 during a period from the end of the operation of the railway vehicle TR to the start of the operation. It has a storage capacity sufficient to supply the compressor heater 200 over a long length.
  • Power storage device 300 further includes a conduction detector 340 disposed on a power transmission path from feed line APL to storage battery 310.
  • the energization detector 340 detects whether or not charging from the feed line APL to the capacitor 310 is possible, specifically, whether the potential of the feed line APL is equal to or higher than a predetermined value.
  • Power storage device 300 also includes a remaining amount meter 350 that detects the remaining amount of power stored in storage device 310.
  • control device 320 determines whether the remaining amount of capacitor 310 has reached an upper limit value indicating that capacitor 310 is sufficiently charged, and a lower limit value representing the lowest allowable value. It is determined whether the number has decreased.
  • Power storage device 300 further includes a charge switch 360 disposed in a power transmission path extending from power supply line APL to storage battery 310, and a discharge switch 370 disposed in a power transmission path extending from storage capacitor 310 to heater 200 for a compressor.
  • charging switch 360 When charging switch 360 is turned on, charging of capacitor 310 is started, and when charging switch 360 is turned off, charging of capacitor 310 is stopped.
  • discharge switch 370 When the discharge switch 370 is turned on, discharge from the storage battery 310 to the compressor heater 200 is started, and when the discharge switch 370 is turned off, discharge from the storage battery 310 to the compressor heater 200 is stopped.
  • Control device 320 controls charge switch 360 and discharge switch 370 based on the detection results of energization detector 340 and remaining fuel gauge 350 in the above-described charge and discharge control. Control device 320 itself also operates by receiving power supply from storage battery 310. For this reason, even after the power supply line APL is deenergized, the control device 320 can operate.
  • the control device 320 has a memory 322 in which a control program 321 that defines the operation of charge and discharge control is stored, and a processor 323 that reads the control program 321 from the memory 322 and executes it. Charge and discharge control is realized by the processor 323 executing the control program 321.
  • charge and discharge control will be specifically described with reference to FIG.
  • step S101 it is assumed that both the charge switch 360 and the discharge switch 370 are in the OFF state (step S101).
  • the processor 323 first determines whether or not power is being supplied to the auxiliary circuit AP from the overhead wire WR, based on the detection result of the energization detector 340 (step S102). The processor 323 determines that power is being supplied from the overhead wire WR to the auxiliary circuit AP when the detection result of the energization detector 340 indicates that the power supplied to the feed line APL is equal to or greater than a predetermined value. Do. On the other hand, when the detection result of the energization detector 340 indicates that the power supplied to the feed line APL is less than a predetermined value, the processor 323 cuts off the power supply from the overhead wire WR to the auxiliary circuit AP. It is determined that the user is down
  • Step S102 when the auxiliary circuit AP is being supplied with power from the overhead wire WR (Step S102; YES), the processor 110 is operated by receiving power from the auxiliary circuit AP, and warms the compressor 110. Since it is not necessary, it is determined whether or not the discharge switch 370 is in the on state (step S103). If the discharge switch 370 is in the on state (step S103; YES), the discharge switch 370 is turned off (step S104). .
  • step S104 If the discharge switch 370 is turned off at step S104, or if the discharge switch 370 is off at step S103 (step S103; NO), the processor 323 checks whether or not charging of the capacitor 310 is completed.
  • the processor 323 based on the detection result of the remaining amount meter 350, the processor 323 fully charges the remaining amount of power stored in the storage device 310 (hereinafter referred to as the remaining amount of stored power). It is judged whether it is more than the upper limit value which shows that there is (step S105).
  • step S105 If the remaining charge amount of the capacitor 310 is less than the upper limit (step S105; NO), the processor 323 turns on the charge switch 360 to start charging of the capacitor 310 (step S106), and returns to step S102 again. . As a result, while power is being supplied from the overhead wire WR to the auxiliary circuit AP, charging of the capacitor 310 is continued until the remaining amount of charge reaches the upper limit value.
  • step S106 when charging the storage battery 310 in step S106, since the auxiliary circuit AP is being supplied with power from the overhead wire WR, the compressor 110 is in operation with the power supplied from the power supply line APL. That is, while the power is supplied from the overhead wire WR to the auxiliary circuit AP and the compressor 110 is in operation, part of the power is stored in the capacitor 310.
  • processor 323 determines whether or not charge switch 360 is in the ON state (step S107) if the remaining charge amount of storage battery 310 is equal to or greater than the upper limit value in step S105 (step S105; YES). Then, if the charge switch 360 is on (step S107; YES), the processor 323 turns off the charge switch 360 (step S108), returns to step S102, and if the charge switch 360 is off (step S102) S107; NO), it returns to step S102 as it is.
  • the charge switch 360 is turned off in step S108. Therefore, continuous application of voltage from the feed line APL to the capacitor 310 for more than necessary period is prevented. Therefore, the capacitor 310 is less likely to deteriorate.
  • step S102 determines in step S102 that the power supply from the overhead wire WR to the auxiliary circuit AP is cut off (step S102; NO)
  • the determination result is that the railway vehicle TR ends its operation and the pantograph PG falls. And execute the following steps to indicate that the compressor 110 has stopped.
  • the processor 323 determines whether or not the charge switch 360 is in the on state in order to prevent unnecessary discharge from the storage battery 310 to the feed line APL (step S109), and if the charge switch 360 is in the on state (Step S109; YES), the charge switch 360 is turned off (Step S110).
  • step S110 determines whether power can be supplied to the compressor heater 200. Examine. Specifically, processor 323 determines, based on the detection result of remaining amount meter 350, whether or not the state of charge of the battery 310 is equal to or higher than the lower limit value representing the lowest allowable value (step S111). ).
  • step S111 when the remaining charge amount of the capacitor 310 is equal to or more than the lower limit (step S111; YES), the processor 323 turns on the discharge switch 370 to cause the capacitor 310 to start discharging the compressor heater 200. (Step S112) Return to step S102 again.
  • the storage battery 310 has a storage capacity sufficient to supply power to the compressor heater 200 for a period longer than the period from the end of the operation of the railway vehicle TR to the start of the operation. For this reason, power feeding from the capacitor 310 to the compressor heater 200 is continued in principle until the pantograph PG is raised and power feeding from the overhead wire WR to the auxiliary circuit AP is resumed.
  • the capacitor 310 can not be sufficiently charged during the previous operation period of the rail vehicle TR or the period length from the end of operation of the rail vehicle TR to the start of operation is extended, overhead lines While the power supply from the WR to the auxiliary circuit AP is cut off, the storage residual amount of the capacitor 310 may reach the lower limit value.
  • step S111 determines whether the discharge switch 370 is in the ON state (step S113). Then, if the discharge switch 370 is in the ON state (step S113; YES), the processor 323 turns off the discharge switch 370 (step S114), returns to step S102, and if the discharge switch 370 is in the OFF state (step S113; NO), it returns to step S102 as it is.
  • step S114 Since the discharge switch 370 is turned off in step S114, the storage amount of about the lower limit value is secured in the storage battery 310. Therefore, even when the power supply from the overhead wire WR to the auxiliary circuit AP is cut off, the supply of power necessary to perform charge / discharge control from the capacitor 310 to the processor 323 is not easily cut off. .
  • the power stored in the capacitor 310 is the compressor while the power supply from the overhead wire WR to the rail vehicle TR is cut off and the compressor 110 is stopped. It is supplied to the heater 200, and the compressor 110 is warmed by the compressor heater 200. Thereby, the gasification of the refrigerant in the compressor 110 is promoted, so that the failure of the compressor 110 caused by the accumulation of the liquid refrigerant in the compressor 110 can be suppressed. In this manner, the life of the compressor 110 mounted on the railway vehicle TR can be extended.
  • the timing at which power supply from the storage battery 310 to the compressor heater 200 is stopped is determined based on the detection result of the energization detector 340, but power supply from the storage battery 310 to the compressor heater 200 is stopped.
  • the timing to do may be determined based on time.
  • the specific example will be described.
  • the railcar air conditioner 600 further includes a timer 400 as clocking means for measuring an elapsed time.
  • the timer 400 measures an elapsed time from the time when the processor 323 instructs to start timing.
  • step S111 when the remaining amount of charge is equal to or greater than the lower limit (step S111; YES), the processor 323 turns on the discharge switch 370 and counts time with respect to the timer 400 in step S111 described above.
  • step S200 the processor 323 refers to the measurement result of the timer 400 and from the time when instructing the timer 400 to start counting, whether or not a heating time predetermined as a period length for warming the compressor 110 has elapsed. It is determined (step S201).
  • step S201 if the heating time has not elapsed (step S201; NO), the processor 323 returns to step S111 described above, and if the heating time has elapsed (step S201: YES), the step described above It transfers to S113.
  • step S109 if the charge switch 360 is off at step S109 described above (step S109; NO), or after the above-described step S110 is completed, the processor 323 already heats the compressor 110 for the heating time. It is determined whether or not it has been completed (step S202), and if it has been completed (step S202; YES), the process returns to step S102 described above, and if it has not been completed (step S202; NO), it proceeds to step S111 described above Transition. Other configurations and operations are the same as in the first embodiment.
  • the timing at which the power supply from the storage battery 310 to the compressor heater 200 is stopped is determined by the heating time. That is, without waiting for the restart of the power supply from the overhead wire WR to the auxiliary circuit AP, the power supply from the capacitor 310 to the compressor heater 200 is stopped when the necessary amount of heat is given to the compressor 110.
  • the necessary heat amount means a heat amount such that the temperature of the compressor 110 at the time when the compressor 110 is started can accelerate gasification of the refrigerant.
  • the storage capacity of the capacitor 310 can be minimized. Therefore, the enlargement of the capacitor 310 can be suppressed, and the power consumption can be suppressed.
  • the timer 400 may measure the time.
  • the timing for stopping the power supply to the compressor heater 200 is determined based on the measurement result of the timer 400.
  • the compressor heater 200 is determined based on the measurement result of the timer 400.
  • the timing to start power supply may be determined.
  • the specific example will be described.
  • step S111 when the processor 323 determines that the remaining charge amount of the capacitor 310 is equal to or more than the lower limit value in step S111 described above (step S111; YES), the measurement result of the timer 400 is referred. Then, it is determined whether the heating time predetermined as the time to start the heating of the compressor 110 has passed (step S301).
  • step S301 when the heating time has not passed (step S301; NO), the processor 323 returns to the determination of step S301 again. That is, the determination in step S301 is repeated until the heating time arrives. Then, when the heating time has come (step S301; YES), the processor 323 proceeds to step S112 described above.
  • the storage capacity of the storage battery 310 can be kept smaller than in the case of the first embodiment. Therefore, the upsizing of the capacitor 310 can be suppressed, and the power consumption can be suppressed.
  • the timing for starting or stopping power supply from the capacitor 310 to the compressor heater 200 is determined based on the elapsed time or elapsed time, but power supply from the capacitor 310 to the compressor heater 200 is determined.
  • the timing of the start of may be determined based on the temperature of the compressor 110.
  • the railcar air conditioner 600 further includes a temperature detector 500 that detects a temperature.
  • Temperature detector 500 includes a temperature detector 510 for a compressor that detects the temperature of compressor 110, and a temperature detector 520 for a group of cooperating devices that detects the temperature of group of cooperating devices 120 shown in FIG.
  • the cooperative device group temperature detector 520 detects the temperature of each of the condenser 121, the expander 122, the evaporator 123, and the refrigerant pipe 124 shown in FIG.
  • step S111 when the remaining amount of charge of the capacitor 310 is equal to or more than the lower limit value in step S111 described above (step S111; YES), the processor 323 compresses using the detection result of the temperature detector 500. It is determined whether the temperature of the machine 110 is equal to or higher than the temperature of the group of cooperating devices 120 (step S401).
  • step S401 the processor 323 detects the temperature of the compressor 110 detected by the compressor temperature detector 510 by the condenser device temperature detector 520, and the expander 121 detects the temperature of the compressor 110. It is determined whether or not the temperature of each of the evaporator 122, the evaporator 123, and the refrigerant pipe 124 is equal to or higher.
  • step S401 when the temperature of the compressor 110 is lower than the temperature of the group of cooperating devices 120 (step S401; NO), the processor 323 turns on the discharge switch 370 to discharge the capacitor 310 to the compressor heater 200. (Step S112).
  • step S401 if the temperature of the compressor 110 is equal to or higher than the temperature of each of the condenser 121, the expander 122, the evaporator 123, and the refrigerant pipe 124 (step S401; YES), the processor 323 described above Then, the process proceeds to step S113, where the discharge switch 370 is turned off (step S114).
  • the compressor 110 is operated only when the temperature of the compressor 110 is less than the temperature of the group of cooperating devices 120 even after the power supply from the overhead wire WR to the auxiliary circuit AP is cut off. It is warmed. Therefore, it is possible to suppress the waste of the power stored in the capacitor 310.
  • the refrigerant has the property of moving from a warm place to a cold place. For this reason, when the temperature of the compressor 110 is less than the temperature of the cooperative device group 120, the refrigerant tends to be accumulated in the compressor 110. So, in this embodiment, the refrigerant in compressor 110 is gasified by warming compressor 110 in this case.
  • the discharge switch is operated when the temperature of the compressor 110 reaches or exceeds the temperature of the group of cooperating devices 120 even after power supply from the storage battery 310 to the compressor heater 200 is started. Turn 370 off.
  • the compressor 110 is prevented from being heated unnecessarily, and waste of the power stored in the storage battery 310 can be suppressed. Further, as described above, since the power supplied to the compressor heater 200 can be optimized, the storage capacity of the storage battery 310 can be suppressed, and the enlargement of the storage battery 310 can be suppressed.
  • the timing for starting the power supply to the compressor heater 200 is determined based on the temperature, but the timing for stopping the power supply to the compressor heater 200 may be determined based on the temperature.
  • the specific example will be described.
  • step S501 when the processor 323 determines that the discharge switch 370 is ON in step S103 described above (step S103; YES), the temperature detector shown in FIG. Using the detection result of 500, it is determined whether the temperature of the compressor 110 is equal to or higher than the temperature of the cooperative device group 120 (step S501).
  • step S501 when the temperature of the compressor 110 is equal to or higher than the temperature of the group of cooperating devices 120 (step S501; YES), the processor 323 turns off the discharge switch 370 (step S104). On the other hand, if the temperature of the compressor 110 is less than the temperature of the group of cooperating devices 120 (step S501; NO), the processor 323 returns to the step S111 described above.
  • the capacitor 310 for the compressor is used. Power supply to the heater 200 can be continued. That is, after the railway vehicle TR raises the pantograph PG and power feeding from the overhead wire WR to the auxiliary circuit AP is started, the period until the compressor 110 is activated and the period immediately after the compressor 110 is activated are also compressed. It can be effectively used to heat the machine 110.
  • the capacitor 310 for the compressor Power supply to the heater 200 is stopped. For this reason, the probability that a failure occurs in the compressor 110 can be further reduced.
  • the compressor heater 200 is attached to the housing 114 of the compressor 110.
  • which part of the compressor 110 is warmed is optional.
  • the specific example which changed the location heated in the compressor 110 is demonstrated.
  • the compressor 110 has a suction pipe 115 for sucking the refrigerant, and a discharge pipe 116 for discharging the refrigerant sucked and compressed from the suction pipe 115.
  • the compressor heater 210 is attached to each of the suction pipe 115 and the discharge pipe 116. The compressor heater 210 heats the suction pipe 115 and the discharge pipe 116.
  • the suction pipe 115 is warmed, even if a liquid refrigerant flows from the evaporator 123 toward the compressor 110 shown in FIG. 2, the refrigerant can be gasified in the suction pipe 115.
  • the discharge pipe 116 is warmed, even if liquid refrigerant flows from the condenser 121 shown in FIG. 2 toward the compressor 110, the refrigerant can be gasified in the discharge pipe 116. Therefore, when the check valve 125 shown in FIG. 2 is omitted, the significance of warming the discharge pipe 116 is particularly significant.
  • the suction pipe 115 and the discharge pipe 116 have a smaller heat capacity than the housing 114. For this reason, the suction pipe 115 and the discharge pipe 116 can be heated with power less than the power required to heat the housing 114.
  • the storage capacity of the capacitor 310 can be suppressed to be smaller than that of the first embodiment. Therefore, the upsizing of the capacitor 310 can be suppressed, and the power consumption can be suppressed.
  • the suction pipe 115 and the discharge pipe 116 can be used more than those of the housing 114 in the first embodiment. It can be warmed to high temperatures.
  • the group of cooperating devices 120 includes the check valve 125 and the liquid line solenoid valve 126.
  • the check valve 125 and the liquid line solenoid valve 126 together with the compressor heater 200 for warming the compressor 110, are effective in enhancing the effect of suppressing the accumulation of the refrigerant in the compressor 110.
  • the check valve 125 and the liquid line solenoid valve 126 are not essential. That is, the group of cooperating devices 120 may not include the check valve 125 and the liquid line solenoid valve 126. Thereby, the configuration of the group of cooperating devices 120 can be simplified.
  • the electric storage device 310 supplies the electric power stored therein to the compressor heater 200 while the electric storage from the overhead wire WR to the railcar TR is interrupted.
  • the capacitor 310 may supply the power stored therein to the compressor heater 200 even while power is being supplied from the overhead wire WR to the railcar TR.
  • a period from when the railway vehicle TR raises the pantograph PG and power feeding from the overhead wire WR to the railway vehicle TR is started, until the compressor 110 is activated.
  • a period immediately after starting up the compressor 110 may also heat the compressor 110.
  • the timepiece 400 is provided as a component separate from the power storage device 300, but the function of the timepiece 400 is not only hardware but also software. Can also be realized by When the timer 400 is implemented by software, the control device 320 can also include the function of the timer 400.
  • the discharge switch 370 is turned on when the temperature of the compressor 110 is lower than all the temperatures of the condenser 121, the expander 122, the evaporator 123, and the refrigerant pipe 124 shown in FIG.
  • the condition that the temperature of the compressor 110 is lower than the temperature of any one of the condenser 121, the expander 122, the evaporator 123, and the refrigerant pipe 124 shown in FIG. You may turn it on.
  • the temperature detector 520 for a group of cooperating devices may detect at least one of the temperature of the condenser 121, the expander 122, the evaporator 123, and the refrigerant pipe 124 shown in FIG. 2 as a representative. .
  • the discharge switch 370 is turned off when the temperature of the compressor 110 is equal to or higher than all the temperatures of the condenser 121, the expander 122, the evaporator 123, and the refrigerant pipe 124 shown in FIG. However, if the temperature of the compressor 110 satisfies the temperature of at least one of the condenser 121, the expander 122, the evaporator 123, and the refrigerant pipe 124 shown in FIG. You may turn it off.
  • the storage battery 310 is charged by the auxiliary circuit AP that converts the power supplied from the overhead wire WR into a form that can be consumed by the compressor 110 and supplies the power to the compressor 110.
  • the capacitor 310 may be charged by the main circuit that supplies power supplied from the overhead wire WR to a main motor that propels the rail vehicle TR.
  • the railway vehicle TR is a concept including not only a train but also a bullet train, a monorail, and other vehicles traveling along a track.
  • the position where the overhead wire WR extends is not specifically limited.
  • the overhead wire WR is a concept including not only electric wires but also rigid overhead wires, third rails, and other means for supplying power to the railway vehicle TR.
  • control program 321 By installing the control program 321 illustrated in FIGS. 3, 5, 8, and 11 in a computer, the computer can also function as the control device 320.
  • the control program 321 may be distributed via a communication line, or may be distributed by being stored in an optical disk, flash memory, or other computer readable recording medium.
  • the railway vehicle air conditioner and the railway vehicle air conditioning method according to the present invention can be used for air conditioning of a passenger compartment in a railway vehicle.
  • energization detector 350 ... remaining amount gauge, 360 ... charge switch, 370 ... discharge Switches, 400 ... timers (clocking means), 500 ... temperature detectors, 510 ... temperature sensors for compressors, 520 ... temperature sensors for cooperating devices, 600 Railcar air conditioner, TR ... railcar, WR ... overhead line, PG ... pantograph, AP ... auxiliary circuit (power supply circuit), APL ... feed line.

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Abstract

圧縮機（１１０）は、架線から鉄道車両に供給される電力で冷媒を圧縮する。協働機器群は、鉄道車両の客室を空調するために、冷媒が循環する冷凍サイクルを圧縮機（１１０）と共に構成する。圧縮機用ヒータ（２００）は、電力を供給されることにより、圧縮機（１１０）を温める。蓄電装置（３００）は、架線から鉄道車両に電力が供給されている期間に、その電力の一部を蓄えておき、架線から鉄道車両への電力の供給が断たれている期間に、自己に蓄えられている電力を圧縮機用ヒータ（２００）に供給する。

Description

鉄道車両用空調装置及び鉄道車両用空調方法
　本発明は、鉄道車両用空調装置及び鉄道車両用空調方法に関する。
　室内を空調する空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機を用いて冷凍サイクルを構成することにより、空調に必要な発熱又は寒冷を得る。この空調装置においては、圧縮機が停止している間に、圧縮機内に液状の冷媒が溜まり込み、その液状の冷媒が圧縮機内の潤滑油に溶解することがある。
　このような事態が生じているとき、潤滑油が冷媒で希釈されているため、圧縮機を起動させたときに、圧縮機内で部材同士が摺動する部分に、焼き付きが生じる懸念がある。また、圧縮機が、内部に溜まり込んだ液状の冷媒を圧縮しようとして、圧縮機に過負荷がかかる懸念がある。
　そこで、特許文献１に開示されるように、圧縮機を温めるヒータを備える空調装置が提案されている。圧縮機の起動に先立って、ヒータで圧縮機を温めておくことにより、圧縮機内に溜まり込んでいた冷媒が、ガス化されると共に潤滑油から分離される。この結果、上述した焼き付き及び過負荷の発生が抑えられる。
特開平８－２６１５７１号公報
　鉄道車両においては、圧縮機のみならず、圧縮機を温めるヒータも、架線から給電を受ける必要がある。鉄道車両が運行を終え、パンタグラフが降下しているときには、圧縮機が停止しているにも関わらず、架線からヒータに給電することができない。
　このため、鉄道車両においては、圧縮機にヒータを設けても、パンタグラフが立ち上げられて架線と導通するまでは、圧縮機を温めることができない。従って、上述した焼き付き及び過負荷の発生を抑えて圧縮機の長寿命化を図ることが難しい。
　本発明の目的は、鉄道車両に搭載される圧縮機の長寿命化を図ることができる鉄道車両用空調装置及び鉄道車両用空調方法を提供することである。
　上記目的を達成するために、本発明に係る鉄道車両用空調装置は、
　架線から鉄道車両に供給される電力で冷媒を圧縮する圧縮機と、
　前記鉄道車両の客室を空調するために、前記冷媒が循環する冷凍サイクルを前記圧縮機と共に構成する協働機器群と、
　電力を供給されることにより、前記圧縮機を温める圧縮機用ヒータと、
　架線から前記鉄道車両に電力が供給されている期間に、その電力の一部を蓄えておき、前記架線から前記鉄道車両への電力の供給が断たれている期間に、自己に蓄えられている電力を前記圧縮機用ヒータに供給する蓄電装置と、
　を備える。
　上記構成によれば、架線から鉄道車両への電力の供給が断たれて圧縮機が停止している期間に、蓄電装置に蓄えられている電力が圧縮機用ヒータに供給され、圧縮機用ヒータによって圧縮機が温められる。
　これにより、圧縮機内の冷媒のガス化が促進されるため、圧縮機内に液状の冷媒が溜まり込むことに起因する圧縮機の故障が抑えられる。このようにして、鉄道車両に搭載される圧縮機の長寿命化が図られる。
実施形態１に係る鉄道車両用空調装置の配置態様を示す概念図 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に係る鉄道車両用空調装置の要部を示す概念図 実施形態１に係る充放電制御のフローチャート 実施形態２に係る鉄道車両用空調装置の要部を示す概念図 実施形態２に係る充放電制御のフローチャート 実施形態３に係る充放電制御のフローチャート 実施形態４に係る鉄道車両用空調装置の要部を示す概念図 実施形態４に係る充放電制御のフローチャート 実施形態５に係る充放電制御のフローチャート 実施形態６に係る鉄道車両用空調装置の要部を示す概念図
　以下、図面を参照し、本発明の実施形態１－６に係る鉄道車両用空調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、本実施形態に係る鉄道車両用空調装置６００は、鉄道車両ＴＲに搭載される。鉄道車両ＴＲには、架線ＷＲと電気的に接触する集電器としてのパンタグラフＰＧと、パンタグラフＰＧを通じて架線ＷＲから供給された電力を、車内の設備機器で消費可能な形態に変換する電源回路としての補助回路ＡＰとが設けられている。
　本実施形態では、補助回路ＡＰは、静止型インバータ（Static Inverter）によって構成されており、パンタグラフＰＧを通じて架線ＷＲから供給される直流の電力を交流に変換する。なお、補助回路ＡＰが電力を供給する上述した設備機器とは、鉄道車両ＴＲに搭載される各種負荷のうち、鉄道車両ＴＲを推進させる主電動機以外のものを指す。
　鉄道車両用空調装置６００は、補助回路ＡＰから電力の供給を受ける空調機器１００を備える。空調機器１００は、鉄道車両ＴＲに画定された客室を空調する。以下、図２を参照し、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、冷媒を圧縮する圧縮機１１０と、鉄道車両ＴＲの客室を空調するために、冷媒が循環する冷凍サイクルを圧縮機１１０と共に構成する協働機器群１２０とを有する。
　協働機器群１２０は、圧縮機１１０で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器１２１と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張器１２２と、膨張された冷媒を蒸発させて圧縮機１１０に戻す蒸発器１２３と、それら凝縮器１２１、膨張器１２２、及び蒸発器１２３の間で冷媒を流通させる冷媒配管１２４とを含む。
　また、協働機器群１２０は、圧縮機１１０から凝縮器１２１に至る冷媒配管１２４に設けられた逆止弁１２５と、凝縮器１２１と膨張器１２２との間の冷媒配管１２４に設けられた液ライン電磁弁１２６とを含む。
　逆止弁１２５は、凝縮器１２１から圧縮機１１０への液状の冷媒の逆流を防止する役割を果たす。液ライン電磁弁１２６は、凝縮器１２１から膨張器１２２に向かう方向の、液状の冷媒の流出量を制限したり、圧縮機１１０の運転停止時に、液状の冷媒が冷媒配管１２４内で移動することを阻止したりする役割を果たす。
　また、協働機器群１２０は、凝縮器１２１と空気との熱交換を促進する凝縮器用ファン１２７と、蒸発器１２３と空気との熱交換を促進する蒸発器用ファン１２８とを有する。暖房時は、凝縮器１２１と熱交換して加熱された空気が、凝縮器用ファン１２７によって鉄道車両ＴＲの客室に送り込まれる。冷房時には、蒸発器１２３と熱交換して冷却された空気が、蒸発器用ファン１２８によって鉄道車両ＴＲの客室に送り込まれる。
　これら凝縮器用ファン１２７及び蒸発器用ファン１２８は、図１に示す補助回路ＡＰを通じて給電されることにより作動する。また、圧縮機１１０も図１に示す補助回路ＡＰを通じて給電されることにより作動する。
　圧縮機１１０は、図３に示すように、回転軸１１１と、回転軸１１１を回転させるモータ１１２と、回転軸１１１の回転によって冷媒を圧縮する圧縮機構１１３と、それら回転軸１１１、モータ１１２、及び圧縮機構１１３を収容するハウジング１１４とを有する。モータ１１２は、図１に示す補助回路ＡＰの一部である給電ラインＡＰＬと電気的に接続されており、給電ラインＡＰＬを通じて給電されることにより、作動する。
　圧縮機１１０は、回転軸１１１が鉛直方向から傾けられた横置きの姿勢で、設置されている。また、図示しないが、圧縮機１１０のハウジング１１４の内部における冷媒と接触しうる箇所には、潤滑油が溜められている。その潤滑油によって、回転軸１１１の軸受け部分及び圧縮機構１１３における部材同士が摺動する部分の摩擦が低減される。
　以上説明した圧縮機１１０においては、給電ラインＡＰＬからモータ１１２への給電が断たれている間に、ハウジング１１４内に液状の冷媒が溜まり込み、その冷媒がハウジング１１４内の潤滑油に溶解することがある。横置きされた圧縮機１１０では、縦置きの場合よりも、潤滑油と冷媒との接触面積が大きく、潤滑油への冷媒の溶解が生じやすい。
　潤滑油への冷媒の溶解が生じると、潤滑油が冷媒で希釈されるため、モータ１１２を起動させた際に、回転軸１１１の軸受け部分及び圧縮機構１１３に焼き付きが生じる懸念がある。また、圧縮機構１１３が、ハウジング１１４内に溜まり込んだ液状の冷媒を圧縮しようとして、モータ１１２に過負荷がかかる懸念がある。
　そこで、本実施形態では、ハウジング１１４を温めることにより、ハウジング１１４内に液状の冷媒が溜まり込むことを抑制する構成を備える。以下、この構成について、図３を参照して具体的に説明する。
　図３に示すように、本実施形態に係る鉄道車両用空調装置６００は、外部から電力を供給されることにより圧縮機１１０を温める圧縮機用ヒータ２００と、圧縮機用ヒータ２００に電力を供給する蓄電装置３００とを備える。
　圧縮機用ヒータ２００は、外部から供給される電力をジュール熱に変換する抵抗発熱体で構成されている。圧縮機用ヒータ２００は、圧縮機１１０のハウジング１１４の外面に取り付けられており、圧縮機１１０の、少なくとも潤滑油が溜められる部分を温める。
　蓄電装置３００は、圧縮機用ヒータ２００に供給する電力を蓄える蓄電器３１０と、蓄電器３１０の充電と放電とのタイミングを制御する充放電制御を行う制御装置３２０とを有する。蓄電器３１０は、給電ラインＡＰＬを通じて、図１に示す補助回路ＡＰと電気的に接続される。
　また、蓄電装置３００は、給電ラインＡＰＬから蓄電器３１０に至る送電経路上に配置された整流器３３０を有する。整流器３３０は、給電ラインＡＰＬから供給される三相交流電圧を整流する。整流器３３０によって整流された直流電圧によって蓄電器３１０が充電される。
　本実施形態では、蓄電器３１０は、圧縮機用ヒータ２００が圧縮機１１０内に存する冷媒のガス化を促進する熱量を生じさせることができる電力を、鉄道車両ＴＲの運行終了から運行開始までの期間長以上にわたって圧縮機用ヒータ２００に供給可能な程の蓄電容量を有する。
　また、蓄電装置３００は、給電ラインＡＰＬから蓄電器３１０に至る送電経路に配置された通電検出器３４０を有する。通電検出器３４０は、給電ラインＡＰＬから蓄電器３１０への充電が可能か否か、具体的には、給電ラインＡＰＬの電位が予め定められた値以上であるか否かを検出する。
　また、蓄電装置３００は、蓄電器３１０に蓄えられている電力の残量を検出する残量計３５０を有する。制御装置３２０は、充放電制御において、蓄電器３１０の残量が、蓄電器３１０が充分に充電されていることを表す上限値に達したか否か、及び許容可能な最も低い値を表す下限値にまで減ったか否かを判定する。
　また、蓄電装置３００は、給電ラインＡＰＬから蓄電器３１０に至る送電経路に配置された充電スイッチ３６０と、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００に至る送電経路に配置された放電スイッチ３７０とを有する。
　充電スイッチ３６０をＯＮすると、蓄電器３１０の充電が開始され、充電スイッチ３６０をＯＦＦすると、蓄電器３１０の充電が停止される。放電スイッチ３７０をＯＮすると、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への放電が開始され、放電スイッチ３７０をＯＦＦすると、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への放電が停止される。
　制御装置３２０は、上述した充放電制御において、通電検出器３４０と残量計３５０との検出結果に基づいて、充電スイッチ３６０と放電スイッチ３７０とを制御する。なお、制御装置３２０自身も、蓄電器３１０から給電を受けて作動する。このため、給電ラインＡＰＬの通電が断たれた後であっても、制御装置３２０は動作可能である。
　制御装置３２０は、充放電制御の動作を規定した制御プログラム３２１が格納されたメモリ３２２と、メモリ３２２から制御プログラム３２１を読み出して実行するプロセッサ３２３とを有する。プロセッサ３２３が制御プログラム３２１を実行することにより、充放電制御が実現される。以下、図４を参照し、充放電制御について具体的に説明する。
　図４に示すように、前提として、充電スイッチ３６０と放電スイッチ３７０は、いずれもＯＦＦ状態にされているものとする（ステップＳ１０１）。
　プロセッサ３２３は、まず、通電検出器３４０の検出結果に基づいて、架線ＷＲから補助回路ＡＰに給電中であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。プロセッサ３２３は、通電検出器３４０の検出結果が、給電ラインＡＰＬに供給されている電力が予め定められた値以上であることを表す場合は、架線ＷＲから補助回路ＡＰへ給電中であると判定する。一方、プロセッサ３２３は、通電検出器３４０の検出結果が、給電ラインＡＰＬに供給されている電力が予め定められた値未満であることを表す場合は、架線ＷＲから補助回路ＡＰへの給電が断たれていると判定する。
　次に、プロセッサ３２３は、架線ＷＲから補助回路ＡＰに給電中である場合は（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、圧縮機１１０が補助回路ＡＰからの給電を受けて作動しており、圧縮機１１０を温める必要がないため、放電スイッチ３７０がＯＮ状態であるか否かを判定し（ステップＳ１０３）、放電スイッチ３７０がＯＮ状態であれば（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、放電スイッチ３７０をＯＦＦする（ステップＳ１０４）。
　プロセッサ３２３は、ステップＳ１０４で放電スイッチ３７０をＯＦＦした場合、又はステップＳ１０３で放電スイッチ３７０がＯＦＦ状態である場合は（ステップＳ１０３；ＮＯ）、蓄電器３１０の充電が完了しているか否かを調べる。
　具体的には、プロセッサ３２３は、残量計３５０の検出結果に基づいて、蓄電器３１０に蓄えられている電力の残量（以下、蓄電残量という。）が、蓄電器３１０が充分に充電されていることを表す上限値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。
　プロセッサ３２３は、蓄電器３１０の蓄電残量が上限値未満である場合は（ステップＳ１０５；ＮＯ）、充電スイッチ３６０をＯＮすることで蓄電器３１０の充電を開始させ（ステップＳ１０６）、再びステップＳ１０２に戻る。これにより、架線ＷＲから補助回路ＡＰに給電中は、蓄電残量が上限値に達するまで、蓄電器３１０の充電が継続される。
　なお、ステップＳ１０６で蓄電器３１０の充電を行うときは、架線ＷＲから補助回路ＡＰに給電中であるため、給電ラインＡＰＬから供給される電力によって圧縮機１１０が作動中である。つまり、架線ＷＲから補助回路ＡＰに電力が供給されて圧縮機１１０が作動している最中に、その電力の一部が蓄電器３１０に蓄えられる。
　一方、プロセッサ３２３は、ステップＳ１０５で、蓄電器３１０の蓄電残量が上限値以上である場合は（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、充電スイッチ３６０がＯＮ状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。そして、プロセッサ３２３は、充電スイッチ３６０がＯＮ状態であれば（ステップＳ１０７；ＹＥＳ）、充電スイッチ３６０をＯＦＦして（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０２に戻り、充電スイッチ３６０がＯＦＦ状態であれば（ステップＳ１０７；ＮＯ）、そのままステップＳ１０２に戻る。
　このように、蓄電器３１０の蓄電残量が上限値に達した場合に、ステップＳ１０８で充電スイッチ３６０がＯＦＦされる。従って、給電ラインＡＰＬから蓄電器３１０に対して、必要以上の期間にわたって電圧が印加され続けることが防止される。このため、蓄電器３１０が劣化しにくい。
　一方、プロセッサ３２３は、ステップＳ１０２で、架線ＷＲから補助回路ＡＰへの給電が断たれたと判定した場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）、この判定結果は、鉄道車両ＴＲが運行を終えてパンタグラフＰＧが降下され、圧縮機１１０が停止したことを表すため、以下のステップを実行する。
　まず、プロセッサ３２３は、蓄電器３１０から給電ラインＡＰＬへの無用な放電を防止すべく、充電スイッチ３６０がＯＮ状態であるか否かを判定し（ステップＳ１０９）、充電スイッチ３６０がＯＮ状態であれば（ステップＳ１０９；ＹＥＳ）、充電スイッチ３６０をＯＦＦする（ステップＳ１１０）。
　プロセッサ３２３は、ステップＳ１１０で充電スイッチ３６０をＯＦＦした場合、又はステップＳ１０９で充電スイッチ３６０がＯＦＦ状態である場合は（ステップＳ１０９；ＮＯ）、圧縮機用ヒータ２００への給電が可能か否かを調べる。具体的には、プロセッサ３２３は、残量計３５０の検出結果に基づいて、蓄電器３１０の蓄電残量が、許容可能な最も低い値を表す下限値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１１）。
　そして、プロセッサ３２３は、蓄電器３１０の蓄電残量が下限値以上である場合は（ステップＳ１１１；ＹＥＳ）、放電スイッチ３７０をＯＮすることで、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への放電を開始させ（ステップＳ１１２）、再びステップＳ１０２に戻る。
　これにより、パンタグラフＰＧが立ち上げられて架線ＷＲから補助回路ＡＰへの給電が再開されるか、又は蓄電残量が下限値に達するまで、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への給電が継続される。
　既述のように、蓄電器３１０は、鉄道車両ＴＲの運行終了から運行開始までの期間長以上にわたって圧縮機用ヒータ２００に給電可能な程の蓄電容量を有する。このため、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への給電は、原則として、パンタグラフＰＧが立ち上げられて架線ＷＲから補助回路ＡＰへの給電が再開するまで継続される。
　但し、例外的に、鉄道車両ＴＲの前回の運行期間中に、蓄電器３１０を充分に充電できなかったり、鉄道車両ＴＲの運行終了から運行開始までの期間長が延長されたりする場合には、架線ＷＲから補助回路ＡＰへの給電が断たれている間に、蓄電器３１０の蓄電残量が下限値に達することもあり得る。
　そこで、プロセッサ３２３は、ステップＳ１１１で、蓄電器３１０の蓄電残量が下限値に達した場合は（ステップＳ１１１；ＮＯ）、放電スイッチ３７０がＯＮ状態であるか否かを判定する（ステップＳ１１３）。そして、プロセッサ３２３は、放電スイッチ３７０がＯＮ状態であれば（ステップＳ１１３；ＹＥＳ）、放電スイッチ３７０をＯＦＦして（ステップＳ１１４）、ステップＳ１０２に戻り、放電スイッチ３７０がＯＦＦ状態であれば（ステップＳ１１３；ＮＯ）、そのままステップＳ１０２に戻る。
　ステップＳ１１４で放電スイッチ３７０がＯＦＦされるので、蓄電器３１０には、下限値程度の蓄電残量が確保される。従って、架線ＷＲから補助回路ＡＰへの給電が断たれている場合であっても、蓄電器３１０からプロセッサ３２３への、充放電制御を行うのに必要な電力の供給が断たれる事態が生じにくい。
　以上説明したように、本実施形態によれば、架線ＷＲから鉄道車両ＴＲへの電力の供給が断たれて圧縮機１１０が停止している期間に、蓄電器３１０に蓄えられている電力が圧縮機用ヒータ２００に供給され、圧縮機用ヒータ２００によって圧縮機１１０が温められる。これにより、圧縮機１１０内の冷媒のガス化が促進されるため、圧縮機１１０内に液状の冷媒が溜まり込むことに起因する圧縮機１１０の故障が抑えられる。このようにして、鉄道車両ＴＲに搭載される圧縮機１１０の長寿命化が図られる。
　［実施形態２］
　上記実施形態１では、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への給電を停止するタイミングを、通電検出器３４０の検出結果に基づいて定めたが、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への給電を停止するタイミングは、時間に基づいて定めてもよい。以下、その具体例について説明する。
　図５に示すように、本実施形態に係る鉄道車両用空調装置６００は、経過時間を計測する計時手段としての計時器４００をさらに備える。計時器４００は、プロセッサ３２３から計時の開始を指示された時点からの経過時間を計測する。
　図６に示すように、プロセッサ３２３は、既述のステップＳ１１１で、蓄電残量が下限値以上である場合（ステップＳ１１１；ＹＥＳ）、放電スイッチ３７０をＯＮすると共に、計時器４００に対して計時の開始を指示する（ステップＳ２００）。次に、プロセッサ３２３は、計時器４００の計測結果を参照し、計時器４００に計時の開始を指示した時点から、圧縮機１１０を温める期間長として予め定められた加温時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０１）。
　そして、プロセッサ３２３は、加温時間が経過していないならば（ステップＳ２０１；ＮＯ）、既述のステップＳ１１１に戻り、加温時間が経過したならば（ステップＳ２０１；ＹＥＳ）、既述のステップＳ１１３に移行する。
　そして、プロセッサ３２３は、既述のステップＳ１０９で充電スイッチ３６０がＯＦＦの場合（ステップＳ１０９；ＮＯ）、又は既述のステップＳ１１０を終えた後に、既に加温時間分の圧縮機１１０の加温が済んでいるか否かを判定し（ステップＳ２０２）、済んでいる場合は（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、既述のステップＳ１０２に戻り、済んでいない場合は（ステップＳ２０２；ＮＯ）既述のステップＳ１１１に移行する。他の構成及び動作は、実施形態１と同様である。
　本実施形態によれば、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への給電を停止するタイミングが、加温時間によって定められる。つまり、架線ＷＲから補助回路ＡＰへの給電の再開を待たずに、圧縮機１１０に必要な熱量が与えられた時点で、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への給電が停止される。なお、必要な熱量とは、圧縮機１１０が起動される時点での圧縮機１１０の温度が、冷媒のガス化が促進できる程度であるような熱量を意味する。
　従って、蓄電器３１０の蓄電容量を必要最小限に抑えることができる。このため、蓄電器３１０の大型化を抑えることができ、かつ消費電力を抑えることができる。
　［実施形態３］
　上記実施形態２では、計時器４００が経過時間を計測したが、計時器４００が時刻を計測してもよい。また、上記実施形態２では、計時器４００の計測結果に基づいて、圧縮機用ヒータ２００への給電を停止するタイミングを定めたが、計時器４００の計測結果に基づいて、圧縮機用ヒータ２００への給電を開始するタイミングを定めてもよい。以下、その具体例について説明する。
　図７に示すように、本実施形態では、プロセッサ３２３が、既述のステップＳ１１１で蓄電器３１０の蓄電残量が下限値以上である場合（ステップＳ１１１；ＹＥＳ）、計時器４００の計測結果を参照し、圧縮機１１０の加温を開始する時刻として予め定められた加温時刻が過ぎたか否かを判定する（ステップＳ３０１）。
　次に、プロセッサ３２３は、加温時刻が過ぎていない場合は（ステップＳ３０１；ＮＯ）、再びステップＳ３０１の判定に戻る。即ち、加温時刻が到来するまでステップＳ３０１の判定を繰り返す。そして、プロセッサ３２３は、加温時刻が到来した場合に（ステップＳ３０１；ＹＥＳ）、既述のステップＳ１１２に移行する。
　本実施形態によれば、架線ＷＲから補助回路ＡＰへの給電が断たれた後、加温時刻が到来するまでの期間は、圧縮機１１０の加温を行わなくて済む。このため、蓄電器３１０の蓄電容量を、実施形態１の場合よりも、小さく抑えることができる。従って、蓄電器３１０の大型化を抑えることができ、かつ消費電力を抑えることができる。
　［実施形態４］
　上記実施形態２及び３では、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への給電の開始又は停止のタイミングを、経過時間又は経過時刻に基づいて定めたが、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への給電の開始のタイミングを、圧縮機１１０の温度に基づいて定めてもよい。以下、その具体例について説明する。
　図８に示すように、本実施形態に係る鉄道車両用空調装置６００は、温度を検出する温度検出器５００をさらに備える。温度検出器５００は、圧縮機１１０の温度を検出する圧縮機用温度検出器５１０と、図２に示す協働機器群１２０の温度を検出する協働機器群用温度検出器５２０とを含む。協働機器群用温度検出器５２０は、図２に示す凝縮器１２１、膨張器１２２、蒸発器１２３、及び冷媒配管１２４の各々の温度を検出する。
　図９に示すように、プロセッサ３２３は、既述のステップＳ１１１で、蓄電器３１０の蓄電残量が下限値以上である場合（ステップＳ１１１；ＹＥＳ）、温度検出器５００の検出結果を用いて、圧縮機１１０の温度が協働機器群１２０の温度以上であるか否かの判定を行う（ステップＳ４０１）。
　具体的には、プロセッサ３２３は、ステップＳ４０１では、圧縮機用温度検出器５１０によって検出された圧縮機１１０の温度が、協働機器群用温度検出器５２０によって検出された凝縮器１２１、膨張器１２２、蒸発器１２３、及び冷媒配管１２４の各々の温度以上であるか否かを判定する。
　そして、プロセッサ３２３は、圧縮機１１０の温度が協働機器群１２０の温度未満である場合に（ステップＳ４０１；ＮＯ）、放電スイッチ３７０をＯＮして、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への放電を開始させる（ステップＳ１１２）。
　一方、プロセッサ３２３は、圧縮機１１０の温度が、凝縮器１２１、膨張器１２２、蒸発器１２３、及び冷媒配管１２４の各々の温度以上となった場合は（ステップＳ４０１；ＹＥＳ）、既述のステップＳ１１３に移行して、放電スイッチ３７０をＯＦＦする（ステップＳ１１４）。
　本実施形態によれば、架線ＷＲから補助回路ＡＰへの給電が断たれた後であっても、圧縮機１１０の温度が協働機器群１２０の温度未満である場合にのみ、圧縮機１１０が温められる。このため、蓄電器３１０に蓄えられた電力の浪費を抑えることができる。
　この点について具体的に説明する。冷媒は、温かいところから冷たいところへ移動する特性を有する。このため、圧縮機１１０の温度が、協働機器群１２０の温度未満である場合に、圧縮機１１０内に冷媒が溜まり込みやすい。そこで、本実施形態では、この場合に圧縮機１１０を温めることで、圧縮機１１０内の冷媒をガス化する。
　一方、圧縮機１１０の温度が、協働機器群１２０の温度以上である場合には、圧縮機１１０内に冷媒が溜まり込みやすいとは言い難い。従って、この場合には、圧縮機１１０を温める意義が小さい。そこで、本実施形態では、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への給電を開始した後であっても、圧縮機１１０の温度が協働機器群１２０の温度以上に達した場合には、放電スイッチ３７０をＯＦＦする。
　このため、圧縮機１１０が無駄に加温されることが防止され、蓄電器３１０に蓄えられた電力の浪費を抑えることができる。また、このようにして、圧縮機用ヒータ２００に与える電力の最適化が図られるので、蓄電器３１０の蓄電容量を抑えることができ、蓄電器３１０の大型化を抑えることができる。
　［実施形態５］
　上記実施形態４では、圧縮機用ヒータ２００への給電の開始のタイミングを温度に基づいて定めたが、圧縮機用ヒータ２００への給電の停止のタイミングを温度に基づいて定めてもよい。以下、その具体例について説明する。
　図１０に示すように、本実施形態では、プロセッサ３２３が、既述のステップＳ１０３で、放電スイッチ３７０がＯＮであると判定した場合に（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、図８に示した温度検出器５００の検出結果を用いて、圧縮機１１０の温度が協働機器群１２０の温度以上であるか否かの判定を行う（ステップＳ５０１）。
　そして、プロセッサ３２３は、圧縮機１１０の温度が協働機器群１２０の温度以上である場合に（ステップＳ５０１；ＹＥＳ）、放電スイッチ３７０をＯＦＦする（ステップＳ１０４）。一方、プロセッサ３２３は、圧縮機１１０の温度が協働機器群１２０の温度未満である場合には（ステップＳ５０１；ＮＯ）、既述のステップＳ１１１に戻る。
　本実施形態によれば、架線ＷＲから補助回路ＡＰへの給電が開始した後であっても、圧縮機１１０の温度が協働機器群１２０の温度以上に達するまでは、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への給電が継続されうる。つまり、鉄道車両ＴＲがパンタグラフＰＧを立ち上げて架線ＷＲから補助回路ＡＰへの給電が開始した後、圧縮機１１０が起動されるまでの期間、及び圧縮機１１０が起動した直後の期間も、圧縮機１１０の加温に有効利用されうる。
　そして、圧縮機１１０の温度が協働機器群１２０の温度以上に達したこと、即ち圧縮機１１０内に液状の冷媒が溜まりにくい状態となったことを確認したうえで、蓄電器３１０から圧縮機用ヒータ２００への給電を停止する。このため、圧縮機１１０に故障が発生する確率を、いっそう低減することができる。
　［実施形態６］
　上記実施形態１では、図３に示したように、圧縮機１１０のハウジング１１４に圧縮機用ヒータ２００を取り付けたが、圧縮機１１０のいずれの箇所を温めるかは任意である。以下、圧縮機１１０における温める箇所を変更した具体例について説明する。
　図１１に示すように、圧縮機１１０は、冷媒を吸い込む吸入管１１５と、吸入管１１５から吸い込まれて圧縮された冷媒を吐出する吐出管１１６とを有する。そして、本実施形態では、圧縮機用ヒータ２１０が、吸入管１１５と吐出管１１６の各々に取り付けられている。圧縮機用ヒータ２１０は、吸入管１１５及び吐出管１１６を温める。
　吸入管１１５及び吐出管１１６を温めることによっても、ハウジング１１４内への液状の冷媒の溜まり込みを抑制することができる。また、吸入管１１５を温めるので、たとえ図２に示す蒸発器１２３から圧縮機１１０に向かって液状の冷媒が流入しようとしても、その冷媒を吸入管１１５においてガス化できる。
　また、吐出管１１６を温めるので、たとえ図２に示す凝縮器１２１から圧縮機１１０に向かって液状の冷媒が流入しようとしても、その冷媒を吐出管１１６においてガス化できる。従って、図２に示す逆止弁１２５を省略する場合には、吐出管１１６を温める意義が特に大である。
　本実施形態によれば、以下の効果が得られる。吸入管１１５及び吐出管１１６は、ハウジング１１４に比べて熱容量が小さい。このため、ハウジング１１４を温めるのに要する電力よりも少ない電力で、吸入管１１５及び吐出管１１６を温めることができる。
　このため、蓄電器３１０の蓄電容量を、実施形態１の場合よりも小さく抑えることができる。従って、蓄電器３１０の大型化を抑えることができ、かつ消費電力を抑えることができる。
　或いは、実施形態１で圧縮機用ヒータ２００に供給する電力と同程度の電力を、圧縮機用ヒータ２１０に供給する場合は、吸入管１１５及び吐出管１１６を、実施形態１におけるハウジング１１４よりも高い温度に温めることができる。
　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２に示したように、協働機器群１２０が、逆止弁１２５と液ライン電磁弁１２６を含む例を述べた。逆止弁１２５と液ライン電磁弁１２６は、圧縮機１１０を温める圧縮機用ヒータ２００と相まって、圧縮機１１０内への冷媒の溜まり込みを抑制する効果を高める意義がある。しかし、圧縮機１１０を温めることで圧縮機１１０内への冷媒の溜まり込みを抑制できるので、逆止弁１２５と液ライン電磁弁１２６は必須でない。即ち、協働機器群１２０が、逆止弁１２５及び液ライン電磁弁１２６を含まない構成としてもよい。これにより、協働機器群１２０の構成の簡素化が図られる。
　上記実施形態１では、蓄電器３１０が、架線ＷＲから鉄道車両ＴＲへの電力の供給が断たれている期間に、自己に蓄えられている電力を圧縮機用ヒータ２００に供給した。蓄電器３１０は、架線ＷＲから鉄道車両ＴＲに電力が供給されている期間にも、自己に蓄えられている電力を圧縮機用ヒータ２００に供給してもよい。具体的には、実施形態４の場合のように、鉄道車両ＴＲがパンタグラフＰＧを立ち上げて架線ＷＲから鉄道車両ＴＲへの給電が開始された時点から、圧縮機１１０が起動されるまでの期間、及び圧縮機１１０を起動した直後の期間も、圧縮機１１０を温めてもよい。
　上記実施形態２及び３では、図５に示したように、計時器４００を、蓄電装置３００とは別の構成要素として備えたが、計時器４００の機能は、ハードウエアのみならず、ソフトウエアによっても実現できる。計時器４００をソフトウエアで実現する場合は、制御装置３２０に、計時器４００の機能を含めることもできる。
　上記実施形態４では、圧縮機１１０の温度が、図２に示す凝縮器１２１、膨張器１２２、蒸発器１２３、及び冷媒配管１２４のすべての温度よりも低い場合に、放電スイッチ３７０をＯＮすることとしたが、圧縮機１１０の温度が、図２に示す凝縮器１２１、膨張器１２２、蒸発器１２３、及び冷媒配管１２４のいずれか１つの温度よりも低いという条件を満たす場合に、放電スイッチ３７０をＯＮしてもよい。また、協働機器群用温度検出器５２０は、図２に示す凝縮器１２１、膨張器１２２、蒸発器１２３、及び冷媒配管１２４の少なくとも１つの温度を代表して検出するものであってもよい。
　上記実施形態５では、圧縮機１１０の温度が、図２に示す凝縮器１２１、膨張器１２２、蒸発器１２３、及び冷媒配管１２４のすべての温度以上である場合に、放電スイッチ３７０をＯＦＦすることとしたが、圧縮機１１０の温度が、図２に示す凝縮器１２１、膨張器１２２、蒸発器１２３、及び冷媒配管１２４のいずれか１つの温度以上である条件を満たす場合に、放電スイッチ３７０をＯＦＦしてもよい。
　上記実施形態１－６では、架線ＷＲから供給された電力を圧縮機１１０において消費可能な形態に変換して圧縮機１１０に供給する補助回路ＡＰによって、蓄電器３１０が充電された。蓄電器３１０は、架線ＷＲから供給された電力を、鉄道車両ＴＲを推進させる主電動機に給電する主回路によって充電されてもよい。
　本明細書において、鉄道車両ＴＲとは、電車に限らず、新幹線、モノレール、その他の、軌道に沿って進行する車両を含む概念とする。また、図１には、架線ＷＲが鉄道車両ＴＲの上方において延在している様子を例示したが、架線ＷＲが延在する位置は、特に限定されない。本明細書において、架線ＷＲとは、電線に限らず、剛体架線、第三軌条、その他の、鉄道車両ＴＲに電力を供給する手段を含む概念とする。
　図３、図５、図８、及び図１１に示す制御プログラム３２１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制御装置３２０として機能させることもできる。制御プログラム３２１は、通信回線を介して配布してもよいし、光ディスク、フラッシュメモリ、その他の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。
　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされる。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
　本出願は、２０１７年１２月１５日に出願された、日本国特許出願特願２０１７－２４１００９号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１７－２４１００９号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
　本発明に係る鉄道車両用空調装置及び鉄道車両用空調方法は、鉄道車両における客室の空調に利用することができる。
　１００…空調機器、１１０…圧縮機、１１１…回転軸、１１２…モータ、１１３…圧縮機構、１１４…ハウジング、１１５…吸入管、１１６…吐出管、１２０…協働機器群、１２１…凝縮器、１２２…膨張器、１２３…蒸発器、１２４…冷媒配管、１２５…逆止弁、１２６…液ライン電磁弁、１２７…凝縮器用ファン、１２８…蒸発器用ファン、２００，２１０…圧縮機用ヒータ、３００…蓄電装置、３１０…蓄電器、３２０…制御装置、３２１…制御プログラム、３２２…メモリ、３２３…プロセッサ、３３０…整流器、３４０…通電検出器、３５０…残量計、３６０…充電スイッチ、３７０…放電スイッチ、４００…計時器（計時手段）、５００…温度検出器、５１０…圧縮機用温度検出器、５２０…協働機器群用温度検出器、６００…鉄道車両用空調装置、ＴＲ…鉄道車両、ＷＲ…架線、ＰＧ…パンタグラフ、ＡＰ…補助回路（電源回路）、ＡＰＬ…給電ライン。

Claims (6)

  1. 　架線から鉄道車両に供給される電力で冷媒を圧縮する圧縮機と、
    　前記鉄道車両の客室を空調するために、前記冷媒が循環する冷凍サイクルを前記圧縮機と共に構成する協働機器群と、
    　電力を供給されることにより、前記圧縮機を温める圧縮機用ヒータと、
    　架線から前記鉄道車両に電力が供給されている期間に、その電力の一部を蓄えておき、前記架線から前記鉄道車両への電力の供給が断たれている期間に、自己に蓄えられている電力を前記圧縮機用ヒータに供給する蓄電装置と、
    　を備える、鉄道車両用空調装置。
  2. 　前記架線から供給された電力を前記圧縮機において消費可能な形態に変換して前記圧縮機に供給する電源回路が、前記鉄道車両に設けられており、
    　前記蓄電装置が、
    　前記架線から前記電源回路に電力が供給されているか否かを検知し、前記架線から前記電源回路に電力が供給されていること検知した場合に、前記電源回路から出力される電力を蓄え、前記架線から前記電源回路への電力の供給が断たれたことを検知した場合に、自己に蓄えられている電力を前記圧縮機用ヒータに供給する、
    　請求項１に記載の鉄道車両用空調装置。
  3. 　経過時間と時刻の少なくとも一方を計測する計時手段、をさらに備え、
    　前記蓄電装置が、前記圧縮機用ヒータへの、自己に蓄えられている電力の供給の開始又は停止のタイミングを、前記計時手段の計測結果に基づいて定める、
    　請求項１又は２に記載の鉄道車両用空調装置。
  4. 　前記圧縮機及び前記協働機器群の温度を検出する温度検出器、をさらに備え、
    　前記蓄電装置が、前記圧縮機用ヒータへの、自己に蓄えられている電力の供給の開始又は停止のタイミングを、前記温度検出器の検出結果に基づいて定める、
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の鉄道車両用空調装置。
  5. 　前記圧縮機が、前記冷媒を吸い込む吸入管と、前記吸入管から吸い込まれて圧縮された前記冷媒を吐出する吐出管と、を有し、
    　前記圧縮機用ヒータが、前記吸入管及び前記吐出管を温める、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の鉄道車両用空調装置。
  6. 　架線から鉄道車両に供給される電力によって圧縮機が冷媒を圧縮することにより、前記鉄道車両の客室を空調するための冷凍サイクルが構成されている期間に、前記架線から前記鉄道車両に供給される電力の一部を蓄えておく充電ステップと、
    　前記架線から前記鉄道車両への電力の供給が断たれている期間に、前記充電ステップで蓄えておいた電力によって、前記圧縮機を温める加温ステップと、
    　を含む、鉄道車両用空調方法。
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