(57)【要約】  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。
2019116801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２６１５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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
【図２】実施形態１に係る空調機器の構成を示す概念図
【図３】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
【図４】実施形態１に係る充放電制御のフローチャート
【図５】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
【図６】実施形態２に係る充放電制御のフローチャート
【図７】実施形態３に係る充放電制御のフローチャート
【図８】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
【図９】実施形態４に係る充放電制御のフローチャート
【図１０】実施形態５に係る充放電制御のフローチャート
【図１１】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
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
［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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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）。
【００４０】
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。
【００４１】
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）。
【００４２】
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。
【００４３】
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）。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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）。
【００５０】
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）。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
［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。
【００５９】
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。
【００６０】
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）。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
［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。
【００６６】
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）。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
［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。
【００７０】
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。
【００７１】
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）。
【００７２】
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。
【００７３】
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）。
【００７４】
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）。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
［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。
【００８０】
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）。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
［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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
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。
【符号の説明】
【０１０３】
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。
【図１】
2019116801.tif 000003
【図２】
2019116801.tif 000004
【図３】
2019116801.tif 000005
【図４】
2019116801.tif 000006
【図５】
2019116801.tif 000007
【図６】
2019116801.tif 000008
【図７】
2019116801.tif 000009
【図８】
2019116801.tif 000010
【図９】
2019116801.tif 000011
【図１０】
2019116801.tif 000012
【図１１】
2019116801.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月14日(2019.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
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、前記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、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を検知した場合に、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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記構成によれば、架線から、鉄道車両に設けられた電源回路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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記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、
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を検知した場合に、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、
鉄道車両用空調装置。
【請求項２】
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に記載の鉄道車両用空調装置。
【請求項３】
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、
前記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、
経過時間と時刻の少なくとも一方を計測する計時手段と、
を備え、
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、
鉄道車両用空調装置。
【請求項４】
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３のいずれか１項に記載の鉄道車両用空調装置。
【請求項５】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
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、
架線から前記鉄道車両に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と、
を用いる鉄道車両用空調方法であって、
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する検知ステップと、
前記検知ステップで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ておく充電ステップと、
前記検知ステップで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、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。
【国際調査報告】
2019116801.tif 000014
2019116801.tif 000015