(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、第一の熱交換器、絞り装置及び第二の熱交換器が配管によりそれぞれ接続された複数の冷媒回路と、
鉄道車両の補助電源装置に接続され、前記圧縮機の周波数を制御するインバータと、
前記インバータを介して前記圧縮機に電力を供給する配線の接続と、前記補助電源装置から直接前記圧縮機に電力を供給する配線の接続とを切り替える切替部と、
前記鉄道車両の乗車空間の空調負荷が負荷閾値よりも高い場合、複数の前記冷媒回路のうちの少なくとも１つの前記圧縮機に前記補助電源装置から直接電力を供給する配線となるように前記切替部の切り替え動作を制御する制御装置と、
前記第二の熱交換器をそれぞれ有し、前記第二の熱交換器で熱交換されてそれぞれ独立した吹出しダクトを通過した空気を、前記乗車空間の異なる位置に吹き出す複数の室内機と、
前記乗車空間の異なる位置に設けられ、前記乗車空間の温度を検出する複数の温度センサーと、を備え、
前記制御装置は、
複数の前記温度センサーによって検出された温度に基づいて前記乗車空間内の負荷分布を算出し、複数の前記圧縮機に、個別に前記補助電源装置から直接電力を供給するか前記補助電源装置から前記インバータを介して電力を供給するかを、前記負荷分布に基づいて切り替えるように前記切替部の切り替え動作を制御するものである
鉄道車両用空気調和装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記インバータの異常時において、複数の前記圧縮機に、個別に前記補助電源装置から直接電力を供給するか電力を遮断するかを切り替えるように前記切替部の切り替え動作を制御するものである
請求項１記載の鉄道車両用空気調和装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
一部の前記圧縮機に、前記補助電源装置から直接電力を供給し、残りの圧縮機に、前記補助電源装置から前記インバータを介して電力を供給する配線となるように前記切替部の切り替え動作を制御するものである
請求項１又は２記載の鉄道車両用空気調和装置。
【請求項４】
少なくとも１つの前記圧縮機の押しのけ容積は、他の前記圧縮機の押しのけ容積と異なるものであり、
前記制御装置は、
前記空調負荷が負荷閾値よりも高い場合、押しのけ容積が多い前記圧縮機に前記補助電源装置から直接電力を供給し、前記空調負荷が負荷閾値以下の場合、押しのけ容積が少ない前記圧縮機に前記補助電源装置から直接電力を供給する配線となるように前記切替部の切り替え動作を制御するものである
請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄道車両用空気調和装置。
【請求項５】
前記圧縮機を駆動するモーターは、
三相交流誘導電動機である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の鉄道車両用空気調和装置。
【請求項６】
前記モーターの電圧周波数特性は、
前記補助電源装置から出力される電力の周波数において、前記補助電源装置から出力される電力の電圧以下の電圧で前記圧縮機を駆動するものである
請求項５記載の鉄道車両用空気調和装置。
【請求項７】
前記圧縮機の容量を制御する容量制御機構を更に備え、
前記制御装置は、
前記空調負荷に基づいて、前記容量制御機構の切り替え動作を制御するものである
請求項１〜６のいずれか１項に記載の鉄道車両用空気調和装置。
【請求項８】
前記制御装置は、
前記空調負荷が最大となる負荷閾値よりも高い場合、前記補助電源装置から全ての前記圧縮機に直接電力を供給する配線となるように前記切替部の切り替え動作を制御するものである
請求項１〜７のいずれか１項に記載の鉄道車両用空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の乗車空間の空気を調和する鉄道車両用空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両の乗車空間の空気を調和する鉄道車両用空気調和装置が知られている。特許文献１には、電源からインバータを介して、圧縮機又は室内送風機に電力を供給する車両用空調装置が開示されている。特許文献１は、圧縮機を運転しない場合に、電源からインバータを介して送風機に電力を供給し、圧縮機を運転する場合に、電源から直接送風機に電力を供給するように切り替えられる回路を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１７３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された車両用空調装置は、電源からインバータを介して圧縮機に電力を供給する回路を有しており、消費電力が大きい圧縮機に合わせて電源容量が大きいインバータを用いる必要がある。その結果、インバータのサイズと重量とが大きくなり、鉄道車両用空気調和装置のスペースの圧迫及び重量の増加を招く。【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、スペースを充分に確保し重量を抑えた鉄道車両用空気調和装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る鉄道車両用空気調和装置は、圧縮機、第一の熱交換器、絞り装置及び第二の熱交換器が配管によりそれぞれ接続された複数の冷媒回路と、鉄道車両の補助電源装置に接続され、圧縮機の周波数を制御するインバータと、インバータを介して圧縮機に電力を供給する配線の接続と、補助電源装置から直接圧縮機に電力を供給する配線の接続とを切り替える切替部と、鉄道車両の乗車空間の空調負荷が負荷閾値よりも高い場合、複数の冷媒回路のうちの少なくとも１つの圧縮機に補助電源装置から直接電力を供給する配線となるように切替部の切り替え動作を制御する制御装置と、第二の熱交換器をそれぞれ有し、第二の熱交換器で熱交換されてそれぞれ独立した吹出しダクトを通過した空気を、乗車空間の異なる位置に吹き出す複数の室内機と、乗車空間の異なる位置に設けられ、乗車空間の温度を検出する複数の温度センサーと、を備え、制御装置は、複数の温度センサーによって検出された温度に基づいて乗車空間内の負荷分布を算出し、複数の圧縮機に、個別に補助電源装置から直接電力を供給するか補助電源装置からインバータを介して電力を供給するかを、負荷分布に基づいて切り替えるように切替部の切り替え動作を制御するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、空調負荷が負荷閾値よりも高い場合、少なくとも１つの圧縮機に補助電源装置から直接電力を供給する。よって、インバータは、例えば消費電力が少ない圧縮機に合わせて設計されればよいため、電源容量を減らすことができる。従って、インバータのサイズ及び重量が小さくなり、スペースを充分に確保し重量を抑えた鉄道車両用空気調和装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る鉄道車両用空気調和装置１００を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１における鉄道車両Ｓ１００を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１における圧縮機１ａを示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるモーター１６ａの電圧周波数特性の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１における制御装置ｅ１のインバータ９異常時の制御パターンの一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る鉄道車両用空気調和装置１００の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２に係る鉄道車両用空気調和装置２００を示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る鉄道車両用空気調和装置３００を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における鉄道車両Ｓ２００を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る鉄道車両用空気調和装置４００を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態４における鉄道車両Ｓ３００を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態４における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態４における制御装置ｅ１のインバータ９異常時の制御パターンの一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態４における制御装置ｅ１の制御パターンの他例を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態５における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態５における制御装置ｅ１のインバータ異常時の制御パターンの一例を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態５における制御装置ｅ１の制御パターンの他例を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態６における圧縮機１ａの一例を示す模式図である。
【図２１】本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１のインバータ異常時の制御パターンの一例を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１の制御パターンの他例を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。
【図２６】本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、本発明に係る鉄道車両用空気調和装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る鉄道車両用空気調和装置１００を示す模式図である。この図１に基づいて、鉄道車両用空気調和装置１００について説明する。図中の各構成要素を結ぶ太線は冷媒配管を示しており、破線は三相交流の電気配線を示している。なお、以下の説明において、冷媒配管を配管と呼称し、電気配線を配線と呼称する場合がある。図１に示すように、鉄道車両用空気調和装置１００は、第一の冷凍サイクルａ１と、第二の冷凍サイクルａ２と、室外機ｂ１と、第一の室内機ｃ１と、第二の室内機ｃ２と、電源回路ｄ１と、制御装置ｅ１とを有している。
【００１０】
第一の冷凍サイクルａ１は、圧縮機１ａと、冷媒流路切替装置２ａと、第一の熱交換器３ａと、第二の熱交換器４ａと、絞り装置５ａとが配管で接続されて構成されている。第二の冷凍サイクルａ２は、圧縮機１ｂと、冷媒流路切替装置２ｂと、第一の熱交換器３ｂと、第二の熱交換器４ｂと、冷媒を減圧させる絞り装置５ｂとが配管で接続されて構成されている。
【００１１】
室外機ｂ１は、第一の冷凍サイクルａ１の第一の熱交換器３ａと、第二の冷凍サイクルａ２の第一の熱交換器３ｂと、室外送風機６とを内部に含む。室外機ｂ１には、室外送風機６を動作することで、第一の熱交換器３ａと第一の熱交換器３ｂとに車両外部の空気が流入し、第一の熱交換器３ａ及び第一の熱交換器３ｂの内部の冷媒と熱交換できるように風路が形成されている。
【００１２】
第一の室内機ｃ１は、第一の冷凍サイクルａ１の第二の熱交換器４ａと、室内送風機７ａとを内部に含む。第一の室内機ｃ１には、室内送風機７ａを動作することで、第二の熱交換器４ａに車両内部の空気が流入して第二の熱交換器４ａの内部の冷媒と熱交換できるように風路が形成されている。
【００１３】
第二の室内機ｃ２は、第二の冷凍サイクルａ２の第二の熱交換器４ｂと、室内送風機７ｂとを内部に含む。第二の室内機ｃ２には、室内送風機７ｂを動作することで、第二の熱交換器４ｂに車両内部の空気が流入して第二の熱交換器４ｂの内部の冷媒と熱交換できるように風路が形成されている。
【００１４】
電源回路ｄ１は、インバータ９と、接触器１０ａ〜接触器１０ｉと、各部を接続する三相の配線で構成される。インバータ９は、一次側が接触器１０ｂに接続され、二次側が接触器１０ｄに接続されている。
【００１５】
接触器１０ａは、一次側が鉄道車両Ｓ１００の補助電源装置Ｓ１に接続され、二次側が接触器１０ｂと接触器１０ｃと接触器１０ｇと接触器１０ｈと接触器１０ｉとに接続されている。接触器１０ｂは、一次側が接触器１０ａに接続され、二次側がインバータ９に接続されている。接触器１０ｃは、一次側が接触器１０ａに接続され、二次側が接触器１０ｅと接触器１０ｆとに接続されている。接触器１０ｄは、一次側がインバータ９に接続され、二次側が接触器１０ｅと接触器１０ｆとに接続されている。接触器１０ｅは、一次側が接触器１０ｃと接触器１０ｄとに接続され、二次側が圧縮機１ａに接続されている。接触器１０ｆは、一次側が接触器１０ｃと接触器１０ｄとに接続され、二次側が圧縮機１ｂに接続されている。接触器１０ｇは、一次側が接触器１０ａに接続され、二次側が室外送風機６に接続されている。接触器１０ｈは、一次側が接触器１０ａに接続され、二次側が室内送風機７ａに接続されている。接触器１０ｉは、一次側が接触器１０ａに接続され、二次側が室内送風機７ｂに接続されている。
【００１６】
なお、電源回路ｄ１は、室外機ｂ１内部と、第一の室内機ｃ１と第二の室内機ｃ２とのいずれかの内部に設置されてもよいし、それらの外部に設置されてもよいし、各構成要素がいずれかに分散して配置されてもよい。
【００１７】
室外機ｂ１は、空気の取り込み口側に設置される室外温湿度センサー１１と、第一の熱交換器３ａの空気が流入する側に設置される室外温湿度センサー１１ａと、空気の吹き出し口側又は第一の熱交換器３ａの空気が流出する側に設置される室外温湿度センサー１２ａと、第一の熱交換器３ｂの空気が流入する側に設置される室外温湿度センサー１１ｂと、空気の吹き出し口側又は第一の熱交換器３ａの空気が流出する側に設置される室外温湿度センサー１２ｂとを含む。なお、室外温湿度センサー１１ａと室外温湿度センサー１１ｂとは、室外温湿度センサー１１があれば省略されてもよい。室外温湿度センサー１２ａは、室外温湿度センサー１１又は室外温湿度センサー１１ａがあれば省略されてもよい。室外温湿度センサー１２ｂは、室外温湿度センサー１１又は室外温湿度センサー１１ｂがあれば省略されてもよい。
【００１８】
第一の室内機ｃ１は、第二の熱交換器４ａの空気が流入する側又は空気の取り込み口側に設置される室内温湿度センサー１３ａと、第二の熱交換器４ａの空気が流出する側又は空気の吹き出し口側に設置される室内温湿度センサー１４ａとを含む。室内温湿度センサー１３ａと室内温湿度センサー１４ａはいずれか一方があれば、他方は省略されてもよい。
【００１９】
第二の室内機ｃ２は、第二の熱交換器４ｂの空気が流入する側又は空気の取り込み口側に設置される室内温湿度センサー１３ｂと、第二の熱交換器４ｂの空気が流出する側又は空気の吹き出し口側に設置される室内温湿度センサー１４ｂとを含む。室内温湿度センサー１３ｂと室内温湿度センサー１４ｂはいずれか一方があれば、他方は省略されてもよい。
【００２０】
室外温湿度センサー１１、室外温湿度センサー１１ａ、室外温湿度センサー１２ａ、室外温湿度センサー１１ｂ、室外温湿度センサー１２ｂ、室内温湿度センサー１３ａ、室内温湿度センサー１３ｂ、室内温湿度センサー１４ａ及び室内温湿度センサー１４ｂは、温度又は温度と湿度との両方を検知するものである。なお、室外温湿度センサー１１、室外温湿度センサー１１ａ、室外温湿度センサー１２ａ、室外温湿度センサー１１ｂ、室外温湿度センサー１２ｂ、室内温湿度センサー１３ａ、室内温湿度センサー１３ｂ、室内温湿度センサー１４ａ及び室内温湿度センサー１４ｂは、温度のみを検出する温度センサーとしてもよい。
【００２１】
冷媒センサー１５ａは、例えば圧縮機１ａの吸入側の冷媒配管と吐出側の冷媒配管など、第一の冷凍サイクルａ１の各構成要素又は各構成要素を接続する冷媒配管に複数設置され、第一の冷凍サイクルａ１内部の冷媒の温度と圧力を検知する。冷媒センサー１５ｂは、例えば圧縮機１ｂの吸入側の冷媒配管と吐出側の冷媒配管など、第二の冷凍サイクルａ２の各構成要素又は各構成要素を接続する冷媒配管に複数設置され、第二の冷凍サイクルａ２内部の冷媒の温度と圧力を検知する。
【００２２】
鉄道車両用空気調和装置１００の制御装置ｅ１は、室外温湿度センサー１１と室外温湿度センサー１１ａと室外温湿度センサー１２ａと室外温湿度センサー１１ｂと室外温湿度センサー１２ｂと室内温湿度センサー１３ａと室内温湿度センサー１３ｂと室内温湿度センサー１４ａと室内温湿度センサー１４ｂとが検出した温度又は温度と湿度との両方の測定値を取得する。そして、制御装置ｅ１は、冷媒センサー１５ａと冷媒センサー１５ｂとが検出した冷媒の温度と圧力の測定値を取得する。これらの取得結果に基づいて、制御装置ｅ１は、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度の制御と、冷媒流路切替装置２ａ及び冷媒流路切替装置２ｂの切替制御と、インバータ９の出力電圧及び出力周波数の制御、接触器１０ａ〜接触器１０ｉの通電及び遮断の切替制御とを実行する。制御装置ｅ１は、室外機ｂ１内部と、第一の室内機ｃ１と第二の室内機ｃ２とのいずれかの内部に設置されてもよいし、それらの外部に設置してもよい。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態１における鉄道車両Ｓ１００を示す模式図である。図２に示すように、鉄道車両Ｓ１００において、一台の鉄道車両用空気調和装置１００が天井に設置される。鉄道車両Ｓ１００は、第一の室内機ｃ１の第二の熱交換器４ａで熱交換された気流が吹出しダクトＳ２を通って鉄道車両Ｓ１００内部の乗車空間Ｓ４に吹き出し、第二の室内機ｃ２の第二の熱交換器４ｂで熱交換された気流が吹出しダクトＳ３を通って鉄道車両Ｓ１００内部の乗車空間Ｓ５に吹き出す構成となっている。なお、本実施の形態１において、吹出しダクトＳ２と吹出しダクトＳ３とは、それぞれ独立して設けられている。
【００２４】
鉄道車両Ｓ１００は、この構成のように、第一の室内機ｃ１で熱交換した気流が吹き出す乗車空間Ｓ４と第二の室内機ｃ２で熱交換した気流が吹き出す乗車空間Ｓ５とが一致せず、例えば鉄道車両Ｓ１００の進行方向に対し前後方向に分布している場合がある。鉄道車両Ｓ１００には、鉄道車両Ｓ１００の外側に設置される車外温湿度センサーＳ６と、乗車空間Ｓ４に設置される車内温湿度センサーＳ７と、乗車空間Ｓ５に設置される車内温湿度センサーＳ８と、例えば鉄道車両Ｓ１００の乗車空間Ｓ４又は乗車空間Ｓ５より下部に設置される乗車率センサーＳ９とが設けられている。車外温湿度センサーＳ６と車内温湿度センサーＳ７と車内温湿度センサーＳ８とは、温度又は温度と湿度との両方を検知するものである。乗車率センサーＳ９は、例えば荷重などの計測値から鉄道車両Ｓ１００内部の乗車人数を検知するものである。
【００２５】
また、鉄道車両Ｓ１００は、連結された他の鉄道車両と統合情報システムＸ１を共有する。鉄道車両用空気調和装置１００の制御装置ｅ１は、車外温湿度センサーＳ６と車内温湿度センサーＳ７と車内温湿度センサーＳ８とが検出した温度又は温度と湿度との両方の情報を取得することができる。制御装置ｅ１は、鉄道車両Ｓ１００の乗車率センサーＳ９の検出結果に基づいて乗車人数の情報を取得することができる。制御装置ｅ１は、統合情報システムＸ１から鉄道車両の位置情報とドアの開閉情報と運行スケジュールと運転手の操作信号などの情報とを取得することができる。制御装置ｅ１は、鉄道車両用空気調和装置１００の各構成要素から取得した情報と併せて、鉄道車両用空気調和装置１００の各構成要素の制御を実行することができる。
【００２６】
なお、鉄道車両用空気調和装置１００の室外温湿度センサー１１と室外温湿度センサー１１ａと室外温湿度センサー１２ａと室外温湿度センサー１１ｂと室外温湿度センサー１２ｂとは、制御装置ｅ１が車外温湿度センサーＳ６から温度又は温度と湿度との両方の情報を取得できれば、省略されてもよい。室内温湿度センサー１３ａと室内温湿度センサー１４ａとは、制御装置ｅ１が車内温湿度センサーＳ７から温度又は温度と湿度との両方の情報を取得できれば、省略されてもよい。室内温湿度センサー１３ｂと室内温湿度センサー１４ｂとは、制御装置ｅ１が車内温湿度センサーＳ８から温度又は温度と湿度との両方の情報を取得できれば、省略されてもよい。
【００２７】
鉄道車両Ｓ１００の補助電源装置Ｓ１は、鉄道架線から供給される電力を変換して、鉄道車両Ｓ１００内の各機器に三相交流電力を供給する。補助電源装置Ｓ１が供給する電圧は例えば２００Ｖ又は４４０Ｖであり、周波数は例えば６０Ｈｚ又は５０Ｈｚである。
【００２８】
図２のように鉄道車両Ｓ１００の天井に設置される鉄道車両用空気調和装置１００は、鉄道車両Ｓ１００が進行方向軸に垂直な方向に過剰に傾いたり、振れたりすることを防ぐため、重心が進行方向軸に垂直な方向の中央になるように、各構成要素が配置される。例えば図１のように、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とのように、同等の機能を有する各構成要素が、鉄道車両Ｓ１００の進行方向軸に対し対称に配置されるとよい。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態１における圧縮機１ａを示す模式図である。図３に示すように、圧縮機１ａは、例えば入力電力を変化させて冷凍能力を調整できるインバータ圧縮機で構成される。圧縮機１ａは、内部において、モーター１６ａから、モーター１６ａに接続された回転軸１７ａを介して圧縮室１８ａに回転動力を送り、冷媒を圧縮する。このように、モーター１６ａは圧縮機１ａを駆動するものである。圧縮機１ａは、例えば流入する冷媒の温度と圧力とが同じ条件であれば、回転数が多いほど、圧縮室１８ａが押し出す流量が多くなり、冷凍能力と圧縮とに必要な動力が多くなる。
【００３０】
図４は、本発明の実施の形態１におけるモーター１６ａの電圧周波数特性の一例を示すグラフである。モーター１６ａは例えば三相交流誘導電動機で構成され、補助電源装置Ｓ１から圧縮機１ａに直接電力が供給される場合や、補助電源装置Ｓ１から出力してインバータ９で変換された電力が供給される場合でも、容易に動作可能な構造にする。例えば、図４に示すように、補助電源装置Ｓ１から出力される三相交流電力の周波数と同じ周波数において補助電源装置Ｓ１から出力される三相交流電力の電圧と同じ電圧又はそれ以下の電圧が適正となるように、モーター１６ａを含む圧縮機１ａを構成する。この構成であれば補助電源装置Ｓ１から圧縮機１ａに直接電力が供給されても、圧縮に必要なトルクが不足して圧縮機１ａのモーター１６ａが動作不良になることはなくなる。補助電源装置Ｓ１から出力される三相交流電力の周波数と同じ周波数において、補助電源装置Ｓ１から出力される三相交流電力の電圧と同じ電圧になるようにモーター１６ａを含む圧縮機１ａを構成すれば、補助電源装置Ｓ１から圧縮機１ａに直接電力が供給される場合において、余分な電力の損失が少なくモーター効率の高い動作が可能となる。圧縮機１ｂは、圧縮機１ａと同様の構成であるため、説明を省略する。
【００３１】
上記の適正な電圧について更に詳細に説明する。例えば２００Ｖ５０Ｈｚの入力で圧縮室１８ａに適正なトルクを与えて圧縮動作ができるようにモーター１６ａが設計された場合、インバータ９で低電圧１００Ｖ５０Ｈｚの入力をモーター１６ａに与えたら、トルク不足（電流不足）で圧縮動作ができなくなる可能性がある。インバータ９で高電圧４００Ｖ５０Ｈｚの入力をモーター１６ａに与えたら、圧縮動作はできるものの、余分な電力（電流過多）が熱に変換されてモーター１６ａが熱くなり動作不良になる可能性がある。高電圧入力に関しては、圧縮効率は落ちるもののモーター１６ａの冷却が適切にできていれば問題なく動作する。このため、同じ電圧又はそれ以下の電圧が適正な電圧である。高額な昇圧機能がない安価なインバータ９でも、例えば２００Ｖ５０Ｈｚの入力を２００Ｖ２５Ｈｚの出力に変換することは容易に可能なため、２００Ｖ２５Ｈｚ、４００Ｖ５０Ｈｚでモーターが圧縮に必要なトルクを引き出せるように設計された圧縮機を使用すると、補助電源装置から直接圧縮機に入力する場合にトルク不足で圧縮動作ができなくなる可能性がある。
【００３２】
次に、鉄道車両用空気調和装置１００の運転モードについて説明する。先ず、冷房運転の場合について説明する。冷房運転する場合において、鉄道車両用空気調和装置１００の圧縮機１ａと、室外送風機６と、室内送風機７ａとを起動した場合の第一の冷凍サイクルａ１の冷媒の挙動を説明する。第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａで圧縮された冷媒は、冷媒配管を通り冷媒流路切替装置２ａを介して、第一の熱交換器３ａへ流れる。第一の熱交換器３ａにおいて冷媒は、室外送風機６により外から室外機ｂ１の第一の熱交換器３ａへ流入した空気と熱交換されて冷却され、冷媒配管を通って絞り装置５ａへ流れる。絞り装置５ａにおいて冷媒は、減圧されて、冷媒配管を通って第二の熱交換器４ａへ流れる。第二の熱交換器４ａにおいて冷媒は、室内送風機７ａにより乗車空間Ｓ４又は乗車空間Ｓ５から第一の室内機ｃ１の第二の熱交換器４ａへ流入した空気と熱交換されて加熱され、冷媒配管を通って冷媒流路切替装置２ａを介して、圧縮機１ａへ流れる。圧縮機１ａにおいて冷媒は、再び圧縮され、以下、同様に循環する。
【００３３】
冷房運転する場合において、鉄道車両用空気調和装置１００の圧縮機１ａと、室外送風機６と、室内送風機７ａとを起動した場合の第一の室内機ｃ１に流入出する空気の挙動を説明する。鉄道車両Ｓ１００の乗車空間Ｓ４又は乗車空間Ｓ５から第一の室内機ｃ１に流入した空気は、第二の熱交換器４ａへ流れる。第二の熱交換器４ａにおいて空気は、第二の熱交換器４ａの内部を流れる冷媒と熱交換されて冷却され、室内送風機７ａへ流れる。室内送風機７ａにおいて空気は、押し出されて吹出しダクトＳ２を通って乗車空間Ｓ４へ流れ、乗車空間Ｓ４が冷房される。なお、第一の室内機ｃ１に流入した空気が、順に室内送風機７ａ、第二の熱交換器４ａ、吹出しダクトＳ２、乗車空間Ｓ４を流れる構成でもよい。
【００３４】
冷房運転する場合において、鉄道車両用空気調和装置１００の圧縮機１ｂと、室外送風機６と、室内送風機７ｂとを起動した場合の第二の冷凍サイクルａ２の冷媒の挙動を説明する。第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂで圧縮された冷媒は、冷媒配管を通り冷媒流路切替装置２ｂを介して、第二の熱交換器４ｂへ流れる。第二の熱交換器４ｂにおいて冷媒は、室外送風機６により外から室外機ｂ１の第一の熱交換器３ｂへ流入した空気と熱交換されて冷却され、冷媒配管を通って絞り装置５ｂへ流れる。絞り装置５ｂにおいて冷媒は、減圧されて、冷媒配管を通って第二の熱交換器４ｂへ流れる。第二の熱交換器４ｂにおいて冷媒は、室内送風機７ｂにより乗車空間Ｓ４又は乗車空間Ｓ５から第二の室内機ｃ２の第二の熱交換器４ｂへ流入した空気と熱交換されて加熱され、冷媒配管を通って冷媒流路切替装置２ｂを介して、圧縮機１ｂへ流れる。圧縮機１ｂにおいて冷媒は、再び圧縮され、以下、同様に循環する。
【００３５】
冷房運転する場合において、鉄道車両用空気調和装置１００の圧縮機１ｂと、室外送風機６と、室内送風機７ｂとを起動した場合の第二の室内機ｃ２に流入出する空気の挙動を説明する。鉄道車両Ｓ１００の乗車空間Ｓ４又は乗車空間Ｓ５から第二の室内機ｃ２に流入した空気は、第二の熱交換器４ｂへ流れる。第二の熱交換器４ｂにおいて空気は、第二の熱交換器４ｂの内部を流れる冷媒と熱交換されて冷却され、室内送風機７ｂへ流れる。室内送風機７ｂにおいて空気は、押し出されて吹出しダクトＳ３を通って乗車空間Ｓ５へ流れ、乗車空間Ｓ５が冷房される。なお、第二の室内機ｃ２に流入した空気が、順に室内送風機７ｂ、第二の熱交換器４ｂ、吹出しダクトＳ３、乗車空間Ｓ５を流れる構成でもよい。
【００３６】
鉄道車両用空気調和装置１００の第一の冷凍サイクルａ１又は第二の冷凍サイクルａ２が冷房運転する場合において、室外機ｂ１に流入出する空気の挙動を説明する。鉄道車両Ｓ１００の外部から室外機ｂ１に流入した空気は、第一の熱交換器３ａ又は第一の熱交換器３ｂへ流れる。第一の熱交換器３ａ又は第一の熱交換器３ｂにおいて空気は、各々の内部の冷媒と熱交換されて加熱され、室外送風機６へ流れる。室外送風機６において空気は、押し出されて鉄道車両Ｓ１００の外部へ流れる。なお、室外機ｂ１に流入した空気が、順に室外送風機６、第一の熱交換器３ａ又は第一の熱交換器３ｂ、鉄道車両Ｓ１００の外部を流れる構成でもよい。
【００３７】
次に、暖房運転について説明する。暖房運転する場合において、鉄道車両用空気調和装置１００の圧縮機１ａと、室外送風機６と、室内送風機７ａとを起動した場合の第一の冷凍サイクルａ１の冷媒の挙動を説明する。暖房運転では、冷媒流路切替装置２ａが冷房運転と異なる冷媒流路に切り替えられる。第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａで圧縮された冷媒は、冷媒配管を通り冷媒流路切替装置２ａを介して、第二の熱交換器４ａへ流れる。第二の熱交換器４ａにおいて冷媒は、室内送風機７ａにより乗車空間Ｓ４又は乗車空間Ｓ５から第一の室内機ｃ１の第二の熱交換器４ａへ流入した空気と熱交換されて冷却され、冷媒配管を通って絞り装置５ａへ流れる。絞り装置５ａにおいて冷媒は、減圧されて、冷媒配管を通って第一の熱交換器３ａへ流れる。第一の熱交換器３ａにおいて冷媒は、室外送風機６により外から室外機ｂ１の第一の熱交換器３ａへ流入した空気と熱交換されて加熱され、冷媒配管を通って冷媒流路切替装置２ａを介して、圧縮機１ａへ流れる。圧縮機１ａにおいて冷媒は、再び圧縮され、以下、同様に循環する。
【００３８】
暖房運転する場合において、鉄道車両用空気調和装置１００の圧縮機１ａと、室外送風機６と、室内送風機７ａとを起動した場合の第一の室内機ｃ１に流入出する空気の挙動を説明する。鉄道車両Ｓ１００の乗車空間Ｓ４又は乗車空間Ｓ５から第一の室内機ｃ１に流入した空気は、第二の熱交換器４ａへ流れる。第二の熱交換器４ａにおいて空気は、第二の熱交換器４ａの内部を流れる冷媒と熱交換されて加熱され、室内送風機７ａへ流れる。室内送風機７ａにおいて空気は、押し出されて吹出しダクトＳ２を通って乗車空間Ｓ４へ流れ、乗車空間Ｓ４が暖房される。なお、第一の室内機ｃ１に流入した空気が、順に室内送風機７ａ、第二の熱交換器４ａ、吹出しダクトＳ２、乗車空間Ｓ４を流れる構成でもよい。
【００３９】
暖房運転する場合において、鉄道車両用空気調和装置１００の圧縮機１ｂと、室外送風機６と、室内送風機７ｂとを起動した場合の第二の冷凍サイクルａ２の冷媒の挙動を説明する。暖房運転では、冷媒流路切替装置２ｂが冷房運転と異なる冷媒流路に切り替えられる。第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂで圧縮された冷媒は、冷媒配管を通り冷媒流路切替装置２ｂを介して、第二の熱交換器４ｂへ流れる。第二の熱交換器４ｂにおいて冷媒は、室内送風機７ｂにより乗車空間Ｓ４又は乗車空間Ｓ５から第二の室内機ｃ２の第二の熱交換器４ｂへ流入した空気と熱交換されて冷却され、冷媒配管を通って絞り装置５ｂへ流れる。絞り装置５ｂにおいて冷媒は、減圧されて、冷媒配管を通って第一の熱交換器３ｂへ流れる。第一の熱交換器３ｂにおいて冷媒は、室外送風機６により外から室外機ｂ１の第二の熱交換器４ｂへ流入した空気と熱交換されて加熱され、冷媒配管を通って冷媒流路切替装置２ｂを介して、圧縮機１ｂへ流れる。圧縮機１ｂにおいて冷媒は、再び圧縮され、以下、同様に循環する。
【００４０】
暖房運転する場合において、鉄道車両用空気調和装置１００の圧縮機１ｂと、室外送風機６と、室内送風機７ｂとを起動した場合の第二の室内機ｃ２に流入出する空気の挙動を説明する。鉄道車両Ｓ１００の乗車空間Ｓ４又は乗車空間Ｓ５から第二の室内機ｃ２に流入した空気は、第二の熱交換器４ｂへ流れる。第二の熱交換器４ｂにおいて空気は、第二の熱交換器４ｂの内部を流れる冷媒と熱交換されて加熱され、室内送風機７ｂへ流れる。室内送風機７ｂにおいて空気は、押し出されて吹出しダクトＳ３を通って乗車空間Ｓ５へ流れ、乗車空間Ｓ５が暖房される。なお、第二の室内機ｃ２に流入した空気が、順に室内送風機７ｂ、第二の熱交換器４ｂ、吹出しダクトＳ３、乗車空間Ｓ５を流れる構成でもよい。
【００４１】
鉄道車両用空気調和装置１００の第一の冷凍サイクルａ１又は第二の冷凍サイクルａ２が暖房運転する場合において、室外機ｂ１に流入出する空気の挙動を説明する。鉄道車両Ｓ１００の外部から室外機ｂ１に流入した空気は、第一の熱交換器３ａ又は第一の熱交換器３ａへ流れる。第一の熱交換器３ａ又は第一の熱交換器３ｂにおいて空気は、各々の内部の冷媒と熱交換されて冷却され、室外送風機６へ流れる。室外送風機６において空気は、押し出されて鉄道車両Ｓ１００の外部へ流れる。なお、室外機ｂ１に流入した空気が、順に室外送風機６、第一の熱交換器３ａ又は第一の熱交換器３ｂ、鉄道車両Ｓ１００の外部を流れる構成でもよい。
【００４２】
次に、送風運転について説明する。乗車空間Ｓ４に送風のみが行われる場合は、第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａは起動せず、第一の室内機ｃ１の室内送風機７ａが起動する。この場合、鉄道車両Ｓ１００の乗車空間Ｓ４又は乗車空間Ｓ５から第一の室内機ｃ１に流入した空気は、第二の熱交換器４ａを流れても、第二の熱交換器４ａの内部を流れる冷媒と熱交換されず、第一の室内機ｃ１を流出し、吹出しダクトＳ２を通って乗車空間Ｓ４へ送風される。
【００４３】
乗車空間Ｓ５に送風のみが行われる場合は、第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂは起動せず、第二の室内機ｃ２の室内送風機７ｂが起動する。この場合、鉄道車両Ｓ１００の乗車空間Ｓ４又は乗車空間Ｓ５から第二の室内機ｃ２に流入した空気は、第二の熱交換器４ｂを流れても、第二の熱交換器４ｂの内部を流れる冷媒と熱交換されず、第二の室内機ｃ２を流出し、吹出しダクトＳ３を通って乗車空間Ｓ４へ送風される。
【００４４】
次に、電源回路ｄ１の動作について説明する。鉄道車両用空気調和装置１００の電源回路ｄ１の接触器１０ａが遮断されると、鉄道車両Ｓ１００の補助電源装置Ｓ１からの電力供給が遮断され、二次側にある接触器１０ｂ〜接触器１０ｉが通電しなくなる。以下、接触器１０ｂ〜接触器１０ｉが通電する場合は接触器１０ａを通電させるものとして説明する。
【００４５】
圧縮機１ａを起動し、圧縮機１ｂを停止する場合において、補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して圧縮機１ａを起動する場合は、接触器１０ｂを遮断し、接触器１０ｃを通電し、接触器１０ｄを遮断し、接触器１０ｅを通電し、接触器１０ｆを遮断する。圧縮機１ａを起動し、圧縮機１ｂを停止する場合において、補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して圧縮機１ａを起動する場合は、接触器１０ｂを通電し、接触器１０ｃを遮断し、接触器１０ｄを通電し、接触器１０ｅを通電し、接触器１０ｆを遮断する。圧縮機１ａを停止し、圧縮機１ｂを起動する場合において、補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して圧縮機１ｂを起動する場合は、接触器１０ｂを遮断し、接触器１０ｃを通電し、接触器１０ｄを遮断し、接触器１０ｅを遮断し、接触器１０ｆを通電する。
【００４６】
圧縮機１ａを停止し、圧縮機１ｂを起動する場合において、補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して圧縮機１ｂを起動する場合は、接触器１０ｂを通電し、接触器１０ｃを遮断し、接触器１０ｄを通電し、接触器１０ｅを遮断し、接触器１０ｆを通電する。圧縮機１ａと圧縮機１ｂを停止する場合、接触器１０ｂを遮断し、接触器１０ｃを遮断し、接触器１０ｄを遮断する。室外送風機６を起動する場合、接触器１０ｇを通電する。室外送風機６を停止する場合、接触器１０ｇを遮断する。室内送風機７ａを起動する場合、接触器１０ｈを通電する。室内送風機７ａを停止する場合、接触器１０ｈを遮断する。室内送風機７ｂを起動する場合、接触器１０ｉを通電する。室内送風機７ｂを停止する場合、接触器１０ｉを遮断する。ここで、接触器１０ａ〜１０ｉを総称して、切替部１０とする。即ち、切替部１０は、インバータ９を介して圧縮機１ａ，１ｂに電力を供給する配線の接続と、補助電源装置Ｓ１から直接圧縮機１ａ，１ｂに電力を供給する配線の接続とを切り替えるものである。
【００４７】
次に、インバータ９の動作について説明する。インバータ９は、圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂへ供給される電力の電圧と周波数を変えることで、モーター１６ａの回転数を変えて、圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂの出力を変える。補助電源装置Ｓ１から出力してインバータ９で変換された電力が圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂに供給される場合、インバータ９は、補助電源装置Ｓ１から供給される三相交流電力の電圧と周波数が、図４に示す電圧−周波数特性の関係に沿って変換されると、圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂを効率よく運転することができる。
【００４８】
次に、制御装置ｅ１の動作について説明する。制御装置ｅ１は、鉄道車両用空気調和装置１００の各構成要素と鉄道車両Ｓ１００の各構成要素と統合情報システムＸ１とから情報を取得する。制御装置ｅ１は、その情報を元に乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５との空気調和に必要な熱量負荷をそれぞれ算出し、その負荷に合わせた鉄道車両用空気調和装置１００の運転モードを決定する。そして、制御装置ｅ１は、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度の制御と、冷媒流路切替装置２ａ及び冷媒流路切替装置２ｂの切替制御と、インバータ９の出力電圧及び出力周波数の制御、接触器１０ａ〜接触器１０ｉの通電及び遮断の切替制御とを実行する。
【００４９】
例えば冷房運転時における乗車空間Ｓ４の空気調和に必要な熱量負荷において、室内温湿度センサー１３ａ、室内温湿度センサー１４ａ又は車内温湿度センサーＳ７で検知した温度が設定温度より高く離れているほど負荷が大きく算出される。また、室外温湿度センサー１１と室外温湿度センサー１１ａと室外温湿度センサー１２ａと室外温湿度センサー１１ｂと室外温湿度センサー１２ｂと車外温湿度センサーＳ６とのいずれかで検知した温度が高いほど負荷が大きく算出される。更に、乗車率センサーＳ９から情報を取得した乗車人数が多いほど負荷が大きいと算出される。また、例えば暖房運転時における乗車空間Ｓ４の空気調和に必要な熱量負荷において、室内温湿度センサー１３ａ、室内温湿度センサー１４ａ又は車内温湿度センサーＳ７で検知した温度が設定温度より低く離れているほど負荷が大きく算出される。また、室外温湿度センサー１１、室外温湿度センサー１２又は車外温湿度センサーＳ６で検知した温度が低いほど負荷が大きく算出される。更に、乗車率センサーＳ９から情報を取得した乗車人数が少ないほど負荷が大きいと算出される。
【００５０】
なお、簡易的に制御される場合、負荷を算出せずに、目標温度と室温との差が用いられてもよく、この制御は、ＰＩ制御のみを実施する場合に特に有効である。モードを切り替える本実施の形態１では、現状の空調出力（モード、圧縮機回転数、電動弁開度）を把握し、そのモードの限界条件に達しても、目標温度に達しない場合は、モードをシフトする。なお、人の入れ替えなどで負荷の変化が激しい鉄道車両Ｓ１００では、応答性を考慮する必要がある。例えば人が大量にいる場合とほとんどいない場合、乾燥した日と雨天時とでは、温度差が同じでも負荷はかなり異なるため、目標温度に達するまで時間がかかる可能性がある。従来の鉄道車両空調機は、ＯＮ／ＯＦＦ空調で負荷を計算しており、一般の定置式空調ではインバータ空調で、温度又は温湿度の差でＰＩ制御しているものがある。本実施の形態１では、この２つを兼ね備えており、負荷計算の場合について例示している。
【００５１】
図５は、本発明の実施の形態１における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。図５の横軸は冷房又は暖房運転時における空気調和に必要な熱量負荷を示しており、縦軸は乗車空間Ｓ４及び乗車空間Ｓ５の空気調和に必要な熱量負荷の差を表す負荷分布を示している。例えば鉄道車両Ｓ１００の空気調和に必要と想定される負荷と負荷分布が、図５における太線と横軸と縦軸に囲まれる範囲にある場合、制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１〜モードＭ６の運転制御を実施する。乗車空間Ｓ４とＳ５とが壁で仕切られていない場合、例えばいずれか一方に高い負荷を持つ熱源が偏っていたとしても、乗車空間の温度差及び湿度差が大きくなることによって、熱は、熱源が存在する側から熱源がない側に流れる。また、熱源がない側の冷凍サイクルを動作させて空気調和出力を得る必要がある。このため、太線は右肩下がりの線となっている。
【００５２】
図５に示すように、モードＭ１は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとの両方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動するモードである。モードＭ１において、一定の電圧と周波数の電力を圧縮機１ａと圧縮機１ｂとに供給したまま、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することで、空気調和に必要な出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態１において、モードＭ１は、鉄道車両用空気調和装置１００の最大冷凍能力に近い負荷が発生した場合の制御方法である。
【００５３】
モードＭ２は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとの両方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動するモードである。モードＭ２において、乗車空間Ｓ４の方が負荷が高い場合は圧縮機１ａへ一定の電圧及び周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ｂの起動及び停止の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することで、空気調和出力を調整し、乗車空間Ｓ５の方が負荷が高い場合は圧縮機１ｂへ一定の電圧及び周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ａの起動及び停止の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することで、空気調和出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態１において、モードＭ２は、第一の冷凍サイクルａ１又は第二の冷凍サイクルａ２のいずれか一方に最大冷凍能力に近い負荷が発生した場合の制御方法である。
【００５４】
モードＭ３は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとの両方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動するモードである。モードＭ３において、圧縮機１ａの起動及び停止の繰り返しと絞り装置５ａの開度を制御することで、乗車空間Ｓ４の空気調和に必要な出力を調整し、圧縮機１ｂの起動及び停止の繰り返しと絞り装置５ｂの開度を制御することで、乗車空間Ｓ５の空気調和に必要な出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態１において、モードＭ３は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とに比較的高い負荷が発生した場合の制御方法である。
【００５５】
モードＭ４は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂの両方を、補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動するモードである。モードＭ４において、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとの両方に供給される電力の電圧と周波数を変化させながら、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することで、空気調和に必要な出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態１において、モードＭ４は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とに中程度又は比較的低い負荷が発生した場合の制御方法である。
【００５６】
モードＭ５は、乗車空間Ｓ４の方が負荷が高い場合は圧縮機１ａを補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動し、圧縮機１ｂを停止して、圧縮機１ａに供給される電力の電圧と周波数を変化させながら、絞り装置５ａの開度を制御することで、空気調和に必要な出力を調整し、乗車空間Ｓ５の方が負荷が高い場合は圧縮機１ｂを補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動し、圧縮機１ａを停止して、圧縮機１ｂに供給される電力の電圧と周波数を変化させながら、絞り装置５ｂの開度を制御することで、空気調和に必要な出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６と室内送風機７ａを起動するモードである。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態１において、モードＭ５は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とに低い負荷が発生した場合又はいずれか一方に低い負荷が発生し、他方の負荷がほとんどないか低い逆負荷が発生する場合の制御方法である。
【００５７】
モードＭ６は、圧縮機１ａ及び圧縮機１ｂを停止して、室内送風機７ａの起動及び停止の切り替えと室内送風機７ｂの起動及び停止の切り替えによる送風運転を実施するモードである。モードＭ６は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２の負荷がほとんどない場合の制御方法である。
【００５８】
モードＭ１〜モードＭ６において、制御装置ｅ１は、算出した空気調和に必要な熱量負荷情報と冷媒センサー１５ａと冷媒センサー１５ｂで測定した温度と圧力の情報を用いて、例えばＰＩＤ制御を実施し、絞り装置５ａ又は絞り装置５ｂの開度を決定する。モードＭ１〜モードＭ３において、制御装置ｅ１は、算出した空気調和に必要な熱量負荷情報と冷媒センサー１５ａで測定した温度と圧力の情報を用いて、例えば図５におけるモードＭ１〜モードＭ３の領域をさらに細かく分割した領域制御を実施し、圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂの起動と停止の繰り返し頻度やタイミングを決定する。モードＭ４〜モードＭ６において、制御装置ｅ１は、算出した空気調和に必要な熱量負荷情報と冷媒センサー１５ａと冷媒センサー１５ｂで測定した温度と圧力の情報を用いて、例えばＰＩＤ制御を実施し、インバータ９が圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂへ出力する電圧及び周波数を決定する。
【００５９】
圧縮機１ａは負荷が高いほどモーター１６ａの回転数が高く、負荷が低いほどモーター１６ａの回転数が低い方が、第一の冷凍サイクルａ１の空調機効率が高くなるので、図５の制御パターンで各負荷と負荷分布に合わせた効率の高い運転モードを選択できる。モードＭ２及びモードＭ３の領域では負荷が低くなるほど、圧縮機１ａ及び圧縮機１ｂの起動及び停止による出力調整が多くなるため、圧縮機１ａ及び圧縮機１ｂの回転数を制御する場合に比べ、比較的空調機効率が低くなるが、インバータ９で変換可能な電力量を増やせば、図５におけるモードＭ４及びモードＭ５の領域をモードＭ２及びモードＭ３の領域の方に拡張することが可能となり、その領域での空調機効率が高くなる。逆にインバータ９で変換可能な電力量を減らせばモードＭ２及びモードＭ３の領域がモードＭ４及びモードＭ５の領域の方へ拡大することになるが、インバータ９が低容量になり、小型で低重量なインバータ９を搭載できるようになる。このように、制御装置ｅ１は、鉄道車両Ｓ１００の乗車空間Ｓ４，Ｓ５の空調負荷が負荷閾値よりも高い場合、少なくとも１つの圧縮機１ａ，１ｂに補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給する配線となるように切替部１０の切り替え動作を制御する。
【００６０】
図６は、本発明の実施の形態１における制御装置ｅ１のインバータ９異常時の制御パターンの一例を示す図である。図６の横軸は冷房又は暖房運転時における空気調和に必要な熱量負荷を示しており、縦軸は乗車空間Ｓ４及び乗車空間Ｓ５の空気調和に必要な熱量負荷の差を表す負荷分布を示している。例えば鉄道車両Ｓ１００に想定される負荷及び負荷分布が、図６における太線と横軸と縦軸に囲まれる範囲にある場合、制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１〜モードＭ３およびモードＭ６の運転制御を実施する。この場合、モードＭ３の領域は、図５におけるモードＭ４とモードＭ５の領域をカバーする。この制御によりインバータ９に異常が発生し使用できなくなっても鉄道車両用空気調和装置１００は乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５とのそれぞれの負荷に合わせた空気調和が可能となる。このように、制御装置ｅ１は、インバータ９の異常時において、複数の圧縮機１ａ，１ｂに、個別に補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給するか電力を遮断するかを切り替えるように切替部１０の切り替え動作を制御する。
【００６１】
図７は、本発明の実施の形態１に係る鉄道車両用空気調和装置１００の動作を示すフローチャートである。図７に示すように、制御装置ｅ１は、各機器から情報を取得し、乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５の空気調和に必要な熱量負荷を演算する（ステップＳＴ１）。制御装置ｅ１は、図５に示す通常運転時におけるモードＭ１〜モードＭ６から演算した負荷に該当する制御モードを決定し、図６に示すインバータ異常時におけるモードＭ１〜モードＭ３およびモードＭ６から負荷に該当する制御モードを決定する（ステップＳＴ２）。制御装置ｅ１は、インバータ９からの異常検知情報や統合情報システムＸ１からの鉄道車両用空気調和装置１００の運転継続情報などの各機器からの情報を取得する（ステップＳＴ３）。
【００６２】
制御装置ｅ１は、鉄道車両用空気調和装置１００の運転を継続するか停止するか判定する（ステップＳＴ４）。制御装置ｅ１は、鉄道車両用空気調和装置１００の運転を継続する場合、ステップＳＴ５に移行する。制御装置ｅ１は、鉄道車両用空気調和装置１００の運転を停止する場合、ステップＳＴ１０に移行する。なお、制御装置ｅ１は、インバータ９が正常か異常か判定する（ステップＳＴ５）。制御装置ｅ１は、インバータ９が正常の場合、ステップＳＴ６に移行する。制御装置ｅ１は、インバータ９が異常の場合、ステップＳＴ１１に移行する。
【００６３】
次に、ステップＳＴ５においてインバータ９が正常でステップＳＴ６に移行する場合について説明する。制御装置ｅ１は、ステップＳＴ２で決定した通常運転時における制御モードに必要な情報を各構成機器から取得し、負荷を演算する（ステップＳＴ６）。制御装置ｅ１は、ステップＳＴ２で決定した通常運転時における制御モードでの負荷にあわせた動作を各機器に指示し、ステップＳＴ８に移行する（ステップＳＴ７）。制御装置ｅ１は、ステップＳＴ２通過から所定の時間経過、又はステップＳＴ３を所定の回数通過したか、どちらもしていないかを判定する（ステップＳＴ８）。制御装置ｅ１は、ステップＳＴ２通過から所定の時間経過、又はステップＳＴ３を所定の回数通過した場合、ステップＳＴ９に移行する。制御装置ｅ１は、ステップＳＴ２通過から所定の時間経過せず、ステップＳＴ３を所定の回数通過していない場合、ステップＳＴ３に戻り、繰り返す。
【００６４】
制御装置ｅ１は、鉄道車両用空気調和装置１００の運転が困難となる重大なエラーが発生しているか、発生していないか判定する（ステップＳＴ９）。重大なエラーは、例えば電流検知又は統合情報システムＸ１から取得した情報又は冷媒センサー１５ａ及び冷媒センサー１５ｂから取得した圧力値がどちらも異常な値を示した場合などで、圧縮機１ａ及び圧縮機１ｂのどちらも稼働不可と判別した場合のことを示す。制御装置ｅ１は、重大なエラーが発生している場合、ステップＳＴ１０に移行する。制御装置ｅ１は、重大なエラーが発生していない場合、ステップＳＴ１に戻り、繰り返す。
【００６５】
次に、ステップＳＴ５においてインバータ９が異常でステップＳＴ１１に移行する場合について説明する。制御装置ｅ１は、ステップＳＴ２で決定したインバータ９異常時における制御モードに必要な情報を各構成機器から取得し、負荷を演算する（ステップＳＴ１２）。制御装置ｅ１は、ステップＳＴ２で決定したインバータ９異常時における制御モードでの負荷にあわせた動作を各機器に指示し、ステップＳＴ８に移行し（ステップＳＴ１２）、以下同様に動作する。
【００６６】
ステップＳＴ８において、ステップＳＴ２通過から所定の時間経過又はステップＳＴ３を所定の回数通過させてからステップＳＴ１に戻るのは、ステップＳＴ２での制御モードの決定が頻繁に繰り返されることで、圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂ又は接触器１０ａ〜接触器１０ｉ又はインバータ９の通電と遮断の切り替え頻度が多くなり、各機器の製品寿命が低下して故障することを防ぐためである。例えば、図５の制御パターンの各モードの領域を拡大して隣接する領域を重複させることで、ステップＳＴ８の所定の時間経過を０秒又はステップＳＴ３の所定の通過回数を１回としてもよい。その場合、ステップＳＴ１において重複した領域にあたる負荷が算出された場合は前回のステップＳＴ２で決定した制御モードでの運転を優先するようにステップＳＴ２で決定すれば、制御モードの頻繁な変更を起こしにくくすることができる。
【００６７】
本実施の形態１によれば、インバータ９を用いて圧縮機１ａ，１ｂを可変速にすることで低消費電力な運転が可能な構成を採用したとしても、インバータの電源容量を大きくする必要が無いため、サイズと重量の増加を招くことが無い。また、鉄道車両用空気調和装置１００は、インバータ９に異常が生じても圧縮機１ａと圧縮機１ｂを動作させて空気調和することが可能である。また、冷房出力又は暖房出力が乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５のいずれかに偏ることなく、快適性の高い空気調和が可能となる。更に、本実施の形態１では、複数の冷媒回路の制御が、一つのインバータ９で賄われているため、部品点数を削減することができる。
【００６８】
さらに、鉄道車両用空気調和装置１００は第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とを有する２冷凍サイクル構成なので、鉄道車両用空気調和装置１００の乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５とが壁で区切られていなければ、運行中に第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とのいずれかに異常が生じて停止したとしても、いずれか一方に空気調和出力は偏るが、もう片側の空気調和出力を肩代わりして乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５とを空気調和することができる。また、高負荷時において、インバータ９を介さず補助電源装置Ｓ１から圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂへ直接電力を供給することで、インバータ９を介することによる損失がなくなって、高効率な空気調和が可能である。そして、制御装置ｅ１は、各センサーが検出して得られた負荷分布に基づいて、複数の圧縮機１ａ，１ｂに、個別に補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給するか補助電源装置Ｓ１からインバータ９を介して電力を供給するかを切り替えるため、乗車空間Ｓ４，Ｓ５の空気を均質に調和することができる。また、モーター１６ａの電圧周波数特性は、補助電源装置Ｓ１から出力される電力の周波数において、補助電源装置Ｓ１から出力される電力の電圧以下の電圧で圧縮機１ａ，１ｂを駆動する。このため、補助電源装置Ｓ１から出力される電力が直接圧縮機１ａ，１ｂに入力される際、トルク不足を防止すると共に、インバータ９で変換されて出力される電力が圧縮機１ａ，１ｂに入力される際に補助電源装置Ｓ１から出力される電力の周波数よりも高い周波数で運転することが可能となる。このため、より幅広い範囲でインバータ９で変換されて出力される電力が圧縮機１ａ，１ｂに入力されるため、低消費電力の運転が可能となる。
【００６９】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る鉄道車両用空気調和装置２００を示す模式図である。本実施の形態２は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとのいずれか一方をインバータ９で変換された電力を供給して起動し、他方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動することができる点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００７０】
図８に示すように、本実施の形態２に係る鉄道車両用空気調和装置２００は、電源回路ｄ１において、実施の形態１の接触器１０ｃ〜１０ｆの代わりに、配線の接続が異なる接触器１０ｊ〜１０ｍが設けられている。接触器１０ｊは、一次側が接触器１０ａに接続され、二次側が圧縮機１ａに接続されている。接触器１０ｋは、一次側がインバータ９に接続され、二次側が圧縮機１ａに接続されている。接触器１０ｌは、一次側が接触器１０ａに接続され、二次側が圧縮機１ｂに接続されている。接触器１０ｍは、一次側がインバータ９に接続され、二次側が圧縮機１ｂに接続されている。この構成では、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとのいずれか一方をインバータ９で変換された電力を供給して起動し、もう片方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動することが可能である。
【００７１】
次に、鉄道車両用空気調和装置２００の電源回路ｄ１の動作を説明する。鉄道車両用空気調和装置２００の電源回路ｄ１の接触器１０ａを遮断すると、鉄道車両Ｓ１００の補助電源装置Ｓ１からの電力供給が遮断され、二次側にある接触器１０ｂと接触器１０ｇ〜接触器１０ｍが通電しなくなる。以下、接触器１０ｂと接触器１０ｇ〜接触器１０ｍが通電する場合は接触器１０ａを通電させるものとして説明する。
【００７２】
圧縮機１ａと圧縮機１ｂとを起動する場合において、両方とも補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動する場合は、接触器１０ｂを遮断し、接触器１０ｊを通電し、接触器１０ｋを遮断し、接触器１０ｌを通電し、接触器１０ｍを遮断する。圧縮機１ａと圧縮機１ｂとを起動する場合において、両方とも補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動する場合は、接触器１０ｂを通電し、接触器１０ｊを遮断し、接触器１０ｋを通電し、接触器１０ｌを遮断し、接触器１０ｍを通電する。圧縮機１ａと圧縮機１ｂとを起動する場合において、圧縮機１ａを補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動し、圧縮機１ｂを補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動する場合は、接触器１０ｂを通電し、接触器１０ｊを遮断し、接触器１０ｋを通電し、接触器１０ｌを通電し、接触器１０ｍを遮断する。
【００７３】
圧縮機１ａと圧縮機１ｂとを起動する場合において、圧縮機１ａを補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動し、圧縮機１ｂを補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動する場合は、接触器１０ｂを通電し、接触器１０ｊを通電し、接触器１０ｋを遮断し、接触器１０ｌを遮断し、接触器１０ｍを通電する。圧縮機１ａを起動し、圧縮機１ｂを停止する場合において、補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して圧縮機１ａを起動する場合は、接触器１０ｂを遮断し、接触器１０ｊを通電し、接触器１０ｋを遮断し、接触器１０ｌを遮断し、接触器１０ｍを遮断する。
【００７４】
圧縮機１ａを起動し、圧縮機１ｂを停止する場合において、補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して圧縮機１ａを起動する場合は、接触器１０ｂを通電し、接触器１０ｊを遮断し、接触器１０ｋを通電し、接触器１０ｌを遮断し、接触器１０ｍを遮断する。圧縮機１ａを停止し、圧縮機１ｂを起動する場合において、補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して圧縮機１ｂを起動する場合は、接触器１０ｂを遮断し、接触器１０ｊを遮断し、接触器１０ｋを遮断し、接触器１０ｌを通電し、接触器１０ｍを遮断する。圧縮機１ａを停止し、圧縮機１ｂを起動する場合において、補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して圧縮機１ｂを起動する場合は、接触器１０ｂを通電し、接触器１０ｊを遮断し、接触器１０ｋを遮断し、接触器１０ｌを遮断し、接触器１０ｍを通電する。圧縮機１ａと圧縮機１ｂを停止する場合、接触器１０ｂを遮断し、接触器１０ｊを遮断し、接触器１０ｋを遮断し、接触器１０ｌを遮断し、接触器１０ｍを遮断する。
【００７５】
次に、制御装置ｅ１の動作について説明する。制御装置ｅ１は、鉄道車両用空気調和装置２００の各構成要素と鉄道車両Ｓ１００の各構成要素と統合情報システムＸ１とから情報を取得する。制御装置ｅ１は、その情報を元に乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５との空気調和に必要な熱量負荷をそれぞれ算出し、その負荷に合わせた鉄道車両用空気調和装置３００の運転モードを決定する。制御装置ｅ１は、運転モードに基づいて、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度の制御と、冷媒流路切替装置２ａ及び冷媒流路切替装置２ｂの切替制御と、インバータ９の出力電圧及び出力周波数の制御、接触器１０ａ、接触器１０ｂ、接触器１０ｇ〜接触器１０ｍの通電及び遮断の切替制御を実行する。
【００７６】
図９は、本発明の実施の形態２における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。図９の横軸は冷房又は暖房運転時における空気調和に必要な熱量負荷を示しており、縦軸は乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５との空気調和に必要な熱量負荷の差を表す負荷分布を示している。例えば鉄道車両Ｓ１００の空気調和に必要と想定される負荷と負荷分布が、図９における太線と横軸と縦軸とに囲まれる範囲にある場合、制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ４〜モードＭ８の運転制御を実施する。鉄道車両用空気調和装置２００の制御装置ｅ１は、実施の形態１における鉄道車両用空気調和装置１００の制御装置ｅ１が実施するモードＭ２とモードＭ３の代わりにモードＭ７とモードＭ８の運転制御を実施する。
【００７７】
モードＭ７は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとのいずれか一方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動して、もう片方を補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動する。乗車空間Ｓ４の方が負荷が高い場合は、圧縮機１ａを補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動して一定の電圧と周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ｂの補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動し、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することで、空気調和出力を調整する。乗車空間Ｓ５の方が負荷が高い場合は、圧縮機１ａを補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動し、圧縮機１ｂを補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動して一定の電圧と周波数の電力を供給したまま、絞り装置５ａと絞り装置５ｂの開度を制御することで、空気調和出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。モードＭ７は、鉄道車両用空気調和装置１００の高い負荷が発生した場合の制御方法であり、圧縮機１ａ又は圧縮機１ａの起動及び停止の繰り返しではなく、インバータ９による圧縮機１ａ又は圧縮機１ａの回転数制御で空気調和出力を調整するため、同等の負荷と負荷分布ではモードＭ２やモードＭ３よりも更に低消費電力で、細かな温度調整による快適性向上が可能である。
【００７８】
モードＭ８は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとのいずれか一方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動して、もう片方を補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動する。乗車空間Ｓ４の方が負荷が高い場合は、圧縮機１ａを補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動及び停止を繰り返し、圧縮機１ｂの補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動し、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することで、空気調和出力を調整する。乗車空間Ｓ５の方が負荷が高い場合は、圧縮機１ａを補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動し、圧縮機１ｂを補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動と停止を繰り返し、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することで、空気調和出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。モードＭ３は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とに同程度の比較的高い負荷が発生した場合の制御方法であり、圧縮機１ａ又は圧縮機１ａのいずれか一方の起動及び停止の繰り返しが必要になるが、もう片方をインバータ９による回転数制御で空気調和出力を調整するため、同等の負荷と負荷分布ではモードＭ２よりも更に低消費電力で、細かな温度調整による快適性向上が可能である。
【００７９】
モードＭ１とモードＭ４〜モードＭ８において、鉄道車両用空気調和装置２００の制御装置ｅ１は、算出した空気調和に必要な熱量負荷情報と冷媒センサー１５ａと冷媒センサー１５ｂで測定した温度及び圧力の情報とを用いて、例えばＰＩＤ制御を実施し、絞り装置５ａ又は絞り装置５ｂの開度を決定する。モードＭ１とモードＭ４〜モードＭ８において、鉄道車両用空気調和装置２００の制御装置ｅ１は、算出した空気調和に必要な熱量負荷情報と冷媒センサー１５ａで測定した温度及び圧力の情報を用いて、例えば図９におけるモードＭ１〜モードＭ３の領域をさらに細かく分割した領域制御を実施し、補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給する圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂの起動及び停止の繰り返し頻度やタイミングを決定する。モードＭ４〜モードＭ８において、制御装置ｅ１は、算出した空気調和に必要な熱量負荷情報と冷媒センサー１５ａと冷媒センサー１５ｂで測定した温度及び圧力の情報を用いて、例えばＰＩＤ制御を実施し、補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給する圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂに、インバータ９が出力する電圧及び周波数を決定する。このように、制御装置ｅ１は、鉄道車両Ｓ１００の乗車空間Ｓ４，Ｓ５の空調負荷が負荷閾値よりも高い場合、少なくとも１つの圧縮機１ａ，１ｂに補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給し、残りの圧縮機１ａ，１ｂに、補助電源装置Ｓ１からインバータ９を介して電力を供給する配線となるように切替部１０の切り替え動作を制御する。
【００８０】
インバータ９の電圧と周波数の最大出力が補助電源装置Ｓ１から出力される電圧と周波数と同等の場合、モードＭ７においてインバータ９の電圧と周波数を最大出力にすれば、モードＭ１での空気調和出力と同等になるが、インバータ９は電力変換によるエネルギー損失があるため、モードＭ１で運転したほうが消費電力量は少なくすることができる。インバータ９で変換可能な電力量を増やし、インバータ９の電圧と周波数の最大出力を補助電源装置Ｓ１から出力される電圧と周波数の最大出力より高くすれば、図９におけるモードＭ４とモードＭ５の領域をモードＭ８の領域の方に拡張し、その領域での空調機効率を高くすることができる。
【００８１】
さらに、モードＭ７の領域をモードＭ１より負荷が大きい領域に拡大することが可能となる。逆にインバータ９で変換可能な電力量を減らし、インバータ９の電圧と周波数の最大出力を補助電源装置Ｓ１から出力される電圧と周波数の最大出力より低くすれば、モードＭ８の領域がモードＭ４とモードＭ５の領域の方へ拡大し、モードＭ１の領域がモードＭ７の領域へ拡大することになるが、インバータ９が低容量になり、小型で低重量なインバータ９を搭載できるようになる。インバータ９の異常発生時における鉄道車両用空気調和装置２００の制御装置ｅ１が実施する制御パターンは、図６に示す実施の形態１の鉄道車両用空気調和装置１００の制御装置ｅ１が実施する制御パターンと同様としてよい。
【００８２】
本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の動作が可能であり、同様の効果を得られる。さらに、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとのいずれか一方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動して、もう片方を補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動することが可能となるため、実施の形態１の図５におけるモードＭ２及びモードＭ３の領域における負荷と負荷分布において、実施の形態１の構成よりも、さらに低消費電力な動作と快適性の高い空気調和が可能となる。
【００８３】
実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係る鉄道車両用空気調和装置３００を示す模式図である。本実施の形態３は、第一の室外機ｂ２及び第二の室外機ｂ３を有している点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００８４】
本実施の形態３に係る鉄道車両用空気調和装置３００は、実施の形態１の室外機ｂ１の代わりに第一の室外機ｂ２と第二の室外機ｂ３とを有し、第一の室外機ｂ２と第一の室内機ｃ１とを隣り合わせに組み合わせたユニットｆ１と、第一の室外機ｂ２と第二の室内機ｃ２とを隣り合わせに組み合わせたユニットｆ２を構成に含む。第一の室外機ｂ２は、第一の冷凍サイクルａ１の第一の熱交換器３ａと、室外送風機６ａとを内部に含み、室外送風機６ａを動作することで、第一の熱交換器３ａに車両外部の空気が流入し、第一の熱交換器３ａ内部の冷媒と熱交換できるように風路が構成されている。第二の室外機ｂ３は、第二の冷凍サイクルａ２の第一の熱交換器３ｂと、室外送風機６ｂとを内部に含み、室外送風機６ｂを動作することで、第一の熱交換器３ｂに車両外部の空気が流入し、第一の熱交換器３ｂ内部の冷媒と熱交換できるように風路が構成されている。
【００８５】
本実施の形態３に係る鉄道車両用空気調和装置３００は、電源回路ｄ１において、接触器１０ｇの代わりに、接触器１０ｐと接触器１０ｑが設けられている。接触器１０ｐは、一次側が接触器１０ａに接続され、二次側が室外送風機６ａに接続されている。接触器１０ｑは、一次側が接触器１０ａに接続され、二次側が室外送風機６ｂに接続されている。図１０の電源回路ｄ１は実施の形態２の接触器１０ｊ〜１０ｍを用いる構成を示しているが、実施の形態１の接触器１０ｃ〜１０ｆを用いる構成でもよい。
【００８６】
第一の室外機ｂ２は、空気の取り込み口側又は第一の熱交換器３ａの空気が流入する側に設置される室外温湿度センサー１１ａと、空気の吹き出し口側又は第一の熱交換器３ａの空気が流出する側に設置される室外温湿度センサー１２ａを含む。室外温湿度センサー１２ａは室外温湿度センサー１１ａがあれば省略されてもよい。第二の室外機ｂ３は、空気の取り込み口側又は第一の熱交換器３ｂの空気が流入する側に設置される室外温湿度センサー１１ｂと、空気の吹き出し口側又は第一の熱交換器３ｂの空気が流出する側に設置される室外温湿度センサー１２ｂを含む。室外温湿度センサー１２ｂは室外温湿度センサー１１ｂがあれば省略されてもよい。室外温湿度センサー１１ａと室外温湿度センサー１１ｂとは、温度又は温度と湿度の両方を検知する。
【００８７】
図１１は、本発明の実施の形態３における鉄道車両Ｓ２００を示す模式図である。図１１に示すように、鉄道車両Ｓ２００は鉄道車両用空気調和装置３００のユニットｆ１とユニットｆ２とが離れて天井に設置される。鉄道車両Ｓ２００はユニットｆ１の第一の室内機ｃ１の第二の熱交換器４ａで熱交換した気流が吹出しダクトＳ２を通って鉄道車両Ｓ２００内部の乗車空間Ｓ４に吹き出し、ユニットｆ２の第二の室内機ｃ２の第二の熱交換器４ｂで熱交換した気流が吹出しダクトＳ３を通って鉄道車両Ｓ２００内部の乗車空間Ｓ５に吹き出す構成となっている。
【００８８】
次に、鉄道車両用空気調和装置３００の運転モードについて説明する。先ず、冷房運転の場合について説明する。鉄道車両用空気調和装置３００の第一の冷凍サイクルａ１が冷房運転する場合において、第一の室外機ｂ２に流入出する空気の挙動を説明する。鉄道車両Ｓ２００の外部から第一の室外機ｂ２に流入した空気は、第一の熱交換器３ａへ流れる。第一の熱交換器３ａにおいて空気は、第一の熱交換器３ａ内部の冷媒と熱交換されて加熱され、室外送風機６ａへ流れる。室外送風機６ａにおいて空気は、押し出されて鉄道車両Ｓ３００の外部へ流れる。なお、第一の室外機ｂ２に流入した空気が、順に室外送風機６ｂ、第一の熱交換器３ｂ、鉄道車両Ｓ３００の外部を流れる構成でもよい。
【００８９】
鉄道車両用空気調和装置３００の第二の冷凍サイクルａ２が冷房運転する場合において、第二の室外機ｂ３に流入出する空気の挙動を説明する。鉄道車両Ｓ２００の外部から第二の室外機ｂ３に流入した空気は、第一の熱交換器３ｂへ流れる。第一の熱交換器３ｂにおいて空気は、第一の熱交換器３ｂ内部の冷媒と熱交換されて加熱され、室外送風機６ｂへ流れる。室外送風機６ｂにおいて空気は、押し出されて鉄道車両Ｓ３００の外部へ流れる。なお、第二の室外機ｂ３に流入した空気が、順に室外送風機６ｂ、第一の熱交換器３ｂ、鉄道車両Ｓ３００の外部を流れる構成でもよい。
【００９０】
次に、暖房運転の場合について説明する。鉄道車両用空気調和装置３００の第一の冷凍サイクルａ１が冷房運転する場合において、第一の室外機ｂ２に流入出する空気の挙動を説明する。鉄道車両Ｓ２００の外部から第一の室外機ｂ２に流入した空気は、第一の熱交換器３ａへ流れる。第一の熱交換器３ａにおいて空気は、第一の熱交換器３ａ内部の冷媒と熱交換されて冷却され、室外送風機６ａへ流れる。室外送風機６ａにおいて空気は、押し出されて鉄道車両Ｓ３００の外部へ流れる。なお、第一の室外機ｂ２に流入した空気が、順に室外送風機６ｂ、第一の熱交換器３ｂ、鉄道車両Ｓ３００の外部を流れる構成でもよい。
【００９１】
鉄道車両用空気調和装置３００の第二の冷凍サイクルａ２が冷房運転する場合において、第二の室外機ｂ３に流入出する空気の挙動を説明する。鉄道車両Ｓ２００の外部から第二の室外機ｂ３に流入した空気は、第一の熱交換器３ｂへ流れる。第一の熱交換器３ｂにおいて空気は、第一の熱交換器３ｂ内部の冷媒と熱交換されて冷却され、室外送風機６ｂへ流れる。室外送風機６ｂにおいて空気は、押し出されて鉄道車両Ｓ３００の外部へ流れる。又は、第二の室外機ｂ３に流入した空気が、順に室外送風機６ｂ、第一の熱交換器３ｂ、鉄道車両Ｓ３００の外部を流れる構成でもよい。
【００９２】
次に、電源回路ｄ１の動作について説明する。鉄道車両用空気調和装置３００の電源回路ｄ１の接触器１０ａを遮断すると、鉄道車両Ｓ２００の補助電源装置Ｓ１からの電力供給が遮断され、二次側にある接触器１０ｂ、接触器１０ｈ〜接触器１０ｍ、接触器１０ｐ、接触器１０ｑが通電しなくなる。以下、接触器１０ｂ〜接触器１０ｆ、接触器１０ｈ〜接触器１０ｍ、接触器１０ｐ、接触器１０ｑが通電する場合は接触器１０ａを通電させるものとして説明する。室外送風機６ａを起動する場合、接触器１０ｐを通電する。室外送風機６ａを停止する場合、接触器１０ｐを遮断する。室外送風機６ａを起動する場合、接触器１０ｑを通電する。室外送風機６ａを停止する場合、接触器１０ｑを遮断する。
【００９３】
次に、制御装置ｅ１の動作について説明する。制御装置ｅ１は、鉄道車両用空気調和装置３００の各構成要素と鉄道車両Ｓ２００の各構成要素と統合情報システムＸ１とから情報を取得する。制御装置ｅ１は、その情報を元に乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５の空気調和に必要な熱量負荷をそれぞれ算出し、その負荷に合わせた鉄道車両用空気調和装置３００の運転モードを決定する。制御装置ｅ１は、運転モードに基づいて、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度の制御と、冷媒流路切替装置２ａ及び冷媒流路切替装置２ｂの切替制御と、インバータ９の出力電圧及び出力周波数の制御、接触器１０ａ、接触器１０ｂ、接触器１０ｈ〜接触器１０ｍ、接触器１０ｐ、接触器１０ｑの通電及び遮断の切替制御を実行する。
【００９４】
例えば冷房運転時における乗車空間Ｓ４の空気調和に必要な熱量負荷は、室内温湿度センサー１３ａ、室内温湿度センサー１４ａ又は車内温湿度センサーＳ７で検知した温度が設定温度より高く離れているほど負荷が大きく算出され、室外温湿度センサー１１ａ、室外温湿度センサー１２ａ又は車外温湿度センサーＳ６で検知した温度が高いほど負荷が大きく算出され、乗車率センサーＳ９から情報を取得した乗車人数が多いほど負荷が大きいと算出される。例えば暖房運転時における乗車空間Ｓ４の空気調和に必要な熱量負荷は、室内温湿度センサー１３ａ、室内温湿度センサー１４ａ又は車内温湿度センサーＳ７で検知した温度が設定温度より低く離れているほど負荷が大きく算出され、室外温湿度センサー１１ａ、室外温湿度センサー１２ａ又は車外温湿度センサーＳ６で検知した温度が低いほど負荷が大きく算出され、乗車率センサーＳ９から情報を取得した乗車人数が少ないほど負荷が大きいと算出される。
【００９５】
ここで、鉄道車両用空気調和装置３００の制御動作について説明する。鉄道車両用空気調和装置３００が、実施の形態１に示すように電源回路ｄ１において、接触器１０ｃ〜１０ｆを用いて圧縮機１ａ及び圧縮機１ｂの通電及び遮断とインバータ９への接続を行う場合、鉄道車両用空気調和装置３００の制御装置ｅ１は、図５に示す実施の形態１の制御パターンと同様の制御を実施してよい。鉄道車両用空気調和装置３００が、実施の形態２に示すように電源回路ｄ１において、接触器１０ｊ〜１０ｍを用いて圧縮機１ａと圧縮機１ｂの通電と遮断とインバータ９への接続を行う場合、鉄道車両用空気調和装置３００の制御装置ｅ１は、図９に示す実施の形態２の制御パターンと同様の制御を実施してよい。
【００９６】
本実施の形態３によれば、鉄道車両Ｓ２００の車両天井に配置の制約で大型の装置を置けない場合でも、鉄道車両用空気調和装置３００を小型のユニットｆ１とユニットｆ２とに分けて配置することが可能となるとともに、実施の形態１又は実施の形態２と同様の動作が可能であり、同様の効果を得られる。さらに、実施の形態１と実施の形態２とのように第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とが、室外機ｂ１とその内部に含まれる室外送風機６を共有しないため、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とのいずれか一方が動作している場合に、停止している側の第一の熱交換器３ａ，３ｂに気流を流してしまうことによる室外送風機６の無駄な動力損失が無くなる。すなわち、本実施の形態３によれば、第一の冷凍サイクルａ１の動作が停止した場合に室外送風機６ａを停止して第一の熱交換器３ａに気流を流さないようにし、第二の冷凍サイクルａ２の動作が停止した場合に室外送風機６ｂを停止して第一の熱交換器３ｂに気流を流さないようにすることが可能となるため、実施の形態１又は実施の形態２の構成よりも低消費電力な動作が可能となる。
【００９７】
実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４に係る鉄道車両用空気調和装置４００を示す模式図である。本実施の形態４は、室内機ｃ３を有している点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態４では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００９８】
本実施の形態４に係る鉄道車両用空気調和装置４００は、実施の形態１の第一の室内機ｃ１及び第二の室内機ｃ２の代わりに室内機ｃ３を有する構成である。室内機ｃ３は、第一の冷凍サイクルａ１の第二の熱交換器４ａと、第二の冷凍サイクルａ２の第二の熱交換器４ｂと、室内送風機７とを内部に含み、室内送風機７を動作することで、第二の熱交換器４ａと第二の熱交換器４ｂに車両内部の空気が流入し、第二の熱交換器４ａと第二の熱交換器４ｂの内部の冷媒と熱交換できるように風路が構成されている。
【００９９】
本実施の形態４に係る鉄道車両用空気調和装置４００は、電源回路ｄ１において、接触器１０ｈと接触器１０ｉの代わりに、接触器１０ｒが設けられている。接触器１０ｒは、一次側が接触器１０ａに接続され、二次側が室内送風機７に接続されている。図１２の電源回路ｄ１は実施の形態２の接触器１０ｊ〜１０ｍを用いる構成を示しているが、実施の形態１の接触器１０ｃ〜１０ｆを用いる構成でもよい。
【０１００】
室内機ｃ３は、空気の取り込み口側に設置される室内温湿度センサー１３（図示せず）と、第二の熱交換器４ａの空気が流入する側又は空気の取り込み口側に設置される室内温湿度センサー１３ａと、第二の熱交換器４ａの空気が流出する側又は空気の吹き出し口側に設置される室内温湿度センサー１４ａと、第二の熱交換器４ｂの空気が流入する側又は空気の取り込み口側に設置される室内温湿度センサー１３ｂと、第二の熱交換器４ｂの空気が流出する側又は空気の吹き出し口側に設置される室内温湿度センサー１４ｂとを含む。室内温湿度センサー１３ａと室内温湿度センサー１３ｂとは室内温湿度センサー１３があれば省略されてもよい。室内温湿度センサー１３ａと室内温湿度センサー１４ａとはいずれか一方があれば、もう片方は省略されてもよい。室内温湿度センサー１３ｂと室内温湿度センサー１４ｂとはいずれか一方があれば、もう片方は省略されてもよい。室内温湿度センサー１３は、温度又は温度と湿度の両方を検知する。
【０１０１】
図１３は、本発明の実施の形態４における鉄道車両Ｓ３００を示す模式図である。図１３に示すように、鉄道車両Ｓ３００は一台の鉄道車両用空気調和装置４００が天井に設置される。鉄道車両Ｓ３００は室内機ｃ３の第二の熱交換器４ａと第二の熱交換器４ｂとで熱交換された気流が吹出しダクトＳ１０を通って鉄道車両Ｓ３００内部の乗車空間Ｓ１１に吹き出す構成となっている。この鉄道車両Ｓ３００の構成のように、室内機ｃ３で熱交換された気流は吹出しダクトＳ１０を流れて一つの乗車空間Ｓ１１に流れる場合がある。鉄道車両Ｓ３００は、乗車空間Ｓ１１に設置される車内温湿度センサーＳ１２を有する。車内温湿度センサーＳ１２は温度又は温度と湿度との両方を検知する。
【０１０２】
次に、鉄道車両用空気調和装置４００の運転モードについて説明する。先ず、冷房運転の場合について説明する。冷房運転する場合において、鉄道車両用空気調和装置４００の圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂと、室外送風機６と、室内送風機７とを起動した場合の室内機ｃ３に流入出する空気の挙動を説明する。鉄道車両Ｓ３００の乗車空間Ｓ１１から室内機ｃ３に流入した空気は、第二の熱交換器４ａと第二の熱交換器４ｂとへ流れる。第二の熱交換器４ａと第二の熱交換器４ｂとにおいて空気は、各々の内部の冷媒と熱交換されて冷却され、室内送風機７へ流れる。室内送風機７において空気は、押し出されて吹出しダクトＳ１０を通って乗車空間Ｓ１１へ流れ、乗車空間Ｓ１１が冷房される。又は、室内機ｃ３に流入した空気が、順に室内送風機７ａ、第二の熱交換器４ａ又は第二の熱交換器４ｂ、吹出しダクトＳ１０、乗車空間Ｓ１１を流れる構成でもよい。
【０１０３】
次に、暖房運転の場合について説明する。暖房運転する場合において、鉄道車両用空気調和装置４００の圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂと、室外送風機６と、室内送風機７とを起動した場合の室内機ｃ３に流入出する空気の挙動を説明する。鉄道車両Ｓ３００の乗車空間Ｓ１１から室内機ｃ３に流入した空気は、第二の熱交換器４ａと第二の熱交換器４ｂとへ流れる。第二の熱交換器４ａと第二の熱交換器４ｂとにおいて空気は、各々の内部の冷媒と熱交換されて加熱され、室内送風機７へ流れる。室内送風機７において空気は、押し出されて吹出しダクトＳ１０を通って乗車空間Ｓ１１へ流れ、乗車空間Ｓ１１が暖房される。なお、室内機ｃ３に流入した空気が、順に室内送風機７ａ、第二の熱交換器４ａ又は第二の熱交換器４ｂ、吹出しダクトＳ１０、乗車空間Ｓ１１を流れる構成でもよい。
【０１０４】
次に、送風運転の場合について説明する。乗車空間Ｓ１１に送風のみを行う場合は、第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａと第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂを起動せず、室内機ｃ３の室内送風機７を起動する。この場合、鉄道車両Ｓ１００の乗車空間Ｓ１１から室内機ｃ３に流入した空気は、第二の熱交換器４ａと第二の熱交換器４ｂとを流れても、各々の内部を流れる冷媒と熱交換されず、室内機ｃ３を流出し、吹出しダクトＳ１０を通って乗車空間Ｓ１１へ送風される。
【０１０５】
次に、電源回路ｄ１の動作について説明する。鉄道車両用空気調和装置４００の電源回路ｄ１の接触器１０ａを遮断すると、鉄道車両Ｓ３００の補助電源装置Ｓ１からの電力供給が遮断され、二次側にある接触器１０ｂ、接触器１０ｇ、接触器１０ｊ〜接触器１０ｍ、接触器１０ｒが通電しなくなる。以下、接触器１０ｂ〜接触器１０ｆ、接触器１０ｈ〜接触器１０ｍ、接触器１０ｐ、接触器１０ｑが通電する場合は接触器１０ａを通電させるものとして説明する。室内送風機７を起動する場合、接触器１０ｒを通電する。室内送風機７を停止する場合、接触器１０ｒを遮断する。
【０１０６】
次に、制御装置ｅ１の動作について説明する。制御装置ｅ１は、鉄道車両用空気調和装置４００の各構成要素と鉄道車両Ｓ３００の各構成要素と統合情報システムＸ１とから情報を取得する。制御装置ｅ１は、その情報を元に乗車空間Ｓ１１の空気調和に必要な熱量負荷を算出し、その負荷に合わせた鉄道車両用空気調和装置４００の運転モードを決定する。制御装置ｅ１は、運転モードに基づいて、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度の制御と、冷媒流路切替装置２ａ及び冷媒流路切替装置２ｂの切替制御と、インバータ９の出力電圧及び出力周波数の制御、接触器１０ａ、接触器１０ｂ、接触器１０ｇ、接触器１０ｊ〜接触器１０ｍ、接触器１０ｒの通電及び遮断の切替制御を実行する。
【０１０７】
例えば冷房運転時における乗車空間Ｓ１１の空気調和に必要な熱量負荷は、室内温湿度センサー１３と室内温湿度センサー１３ａと室内温湿度センサー１４ａと室内温湿度センサー１３ｂと室内温湿度センサー１４ｂと車内温湿度センサーＳ１２とのいずれかで検知した温度が設定温度より高く離れているほど負荷が大きく算出され、室外温湿度センサー１１と室外温湿度センサー１１ａと室外温湿度センサー１２ａと室外温湿度センサー１１ｂと室外温湿度センサー１２ｂと車外温湿度センサーＳ６とのいずれかで検知した温度が高いほど負荷が大きく算出され、乗車率センサーＳ９から情報を取得した乗車人数が多いほど負荷が大きいと算出される。
【０１０８】
例えば暖房運転時における乗車空間Ｓ１１の空気調和に必要な熱量負荷は、室内温湿度センサー１３、室内温湿度センサー１３ａ、室内温湿度センサー１４ａ、室内温湿度センサー１３ｂ、室内温湿度センサー１４ｂ、車内温湿度センサーＳ１２のいずれかで検知した温度が設定温度より高く離れているほど負荷が大きく算出され、室外温湿度センサー１１と室外温湿度センサー１１ａと室外温湿度センサー１２ａと室外温湿度センサー１１ｂと室外温湿度センサー１２ｂと車外温湿度センサーＳ６とのいずれかで検知した温度が低いほど負荷が大きく算出され、乗車率センサーＳ９から情報を取得した乗車人数が少ないほど負荷が大きいと算出される。
【０１０９】
図１４は、本発明の実施の形態４における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。図１４の横軸は冷房又は暖房運転時における空気調和に必要な熱量負荷を示している。制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ４〜モードＭ７の運転制御を実施する。図１４は、図５と図６と図９に示すように縦軸に負荷分布を必要とせず、例えばモードＭ４とモードＭ５のように特定の負荷において横軸に平行な点線で上下に区切られた領域がある場合、その領域の負荷においてモードＭ４とモードＭ５とのどちらの運転制御を実施してもよい。例えば、鉄道車両Ｓ３００の使用環境によって、乗車空間Ｓ１１の空気調和に必要な熱量負荷がモードＭ５とモードＭ７の境界となる点線の領域に集中する場合は、モードＭ５とモードＭ７の切り替えが頻繁に起こるため、モードＭ４の制御を実施した方がよい。
【０１１０】
インバータ９で変換可能な電力量を増やし、インバータ９の電圧と周波数の最大出力を補助電源装置Ｓ１から出力される電圧と周波数の最大出力より高くすれば、図１４におけるモードＭ４及びモードＭ５の領域がモードＭ７の高負荷な領域の方へ移動し、モードＭ７の領域をモードＭ１より負荷が大きい領域に拡大することが可能となる。逆にインバータ９で変換可能な電力量を減らし、インバータ９の電圧と周波数の最大出力を補助電源装置Ｓ１から出力される電圧と周波数の最大出力より低くすれば、モードＭ４の領域が低負荷なモードＭ５の領域の方へ移動し、モードＭ１の領域がモードＭ７の領域へ拡大することになるが、インバータ９が低容量になり、小型で低重量なインバータ９を搭載できるようになる。
【０１１１】
図１５は、本発明の実施の形態４における制御装置ｅ１のインバータ９異常時の制御パターンの一例を示す図である。図１５の横軸は冷房又は暖房運転時における空気調和に必要な熱量負荷を示している。図１５に示すように、制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１〜モードＭ３とモードＭ６との運転制御を実施する。この場合、モードＭ２とモードＭ３の領域は、図１４におけるモードＭ４とモードＭ５とモードＭ７との領域をカバーする。この制御により、インバータ９に異常が発生し使用できなくなっても、鉄道車両用空気調和装置４００は乗車空間Ｓ１１の負荷に合わせた空気調和が可能となる。
【０１１２】
図１６は、本発明の実施の形態４における制御装置ｅ１の制御パターンの他例を示す図である。図１６の横軸は冷房又は暖房運転時における空気調和に必要な熱量負荷を示している。本実施の形態４の鉄道車両用空気調和装置４００の電源回路ｄ１は、実施の形態２のように接触器１０ｊ〜１０ｍを用いる構成ではなく、実施の形態１のように接触器１０ｃ〜１０ｆを用いる構成でもよい。その場合、制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ２とモードＭ４〜モードＭ６との運転制御を実施する。
【０１１３】
本実施の形態４によれば、室内機ｃ３から吹き出した気流が、鉄道車両Ｓ３００の乗車空間全域に行き渡るようなダクト構造と配置の鉄道車両Ｓ３００に鉄道車両用空気調和装置４００を搭載することで、実施の形態１〜実施の形態３のように、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とをそれぞれ車両前後の負荷分布を考慮した制御を実施する必要なく、インバータ９を用いた高効率な運転制御が可能となり、実施の形態１〜実施の形態３の構成よりも更に低消費電力な動作が可能となる。さらに、鉄道車両用空気調和装置４００内のセンサーや鉄道車両Ｓ３００内のセンサーを少なくして、制御装置ｅ１の容量を削減することが可能であり、室内機も一台で良いため、小型にできる。
【０１１４】
実施の形態５．
図１７は、本発明の実施の形態５における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。本実施の形態５は、図１２に示す実施の形態４の鉄道車両用空気調和装置４００と同一の構成要素を有するが、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとを補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動した場合において、第一の冷凍サイクルａ１は、第二の冷凍サイクルａ２より冷凍能力が多くなるか、少なくなるように構成される点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態５では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【０１１５】
例えば、圧縮機１ａの圧縮室１８ａの押しのけ容積を圧縮機１ｂの圧縮室１８ｂ押しのけ容積より多くして、第一の熱交換器３ａと第一の熱交換器３ｂとの形状を調整することで、第一の冷凍サイクルａ１は第二の冷凍サイクルａ２より冷凍能力を多くすることができる。鉄道車両用空気調和装置５００は、鉄道車両Ｓ３００が進行方向軸に垂直な方向に過剰に傾いたり、振れたりすることを防ぐため、重心が進行方向軸に垂直な方向の中央になるように、例えば中央から進行方向軸に対し左右対称に近くなるように各構成要素が配置される。
【０１１６】
図１７の横軸は冷房又は暖房運転時における空気調和に必要な熱量負荷を示している。制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ６とモードＭ９〜モードＭ１２との運転制御を実施する。図１７に示すように、モードＭ９は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとを補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動した場合において、第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａと第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂとの冷凍能力が高い方に補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動して、冷凍能力が低い方を補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動する。インバータ９から出力される電圧及び周波数を制御し、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することで、負荷に合わせて空気調和出力を調整する。圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂの起動中は、室外送風機６及び室内送風機７が起動する。
【０１１７】
モードＭ１０は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂを補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動した場合において、第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａと第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂとの冷凍能力が低い方に補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動して、冷凍能力が高い方を補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動する。インバータ９から出力される電圧及び周波数を制御し、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することで、負荷に合わせて空気調和出力を調整する。圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂの起動中は、室外送風機６及び室内送風機７が起動する。
【０１１８】
モードＭ１１は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとを補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動した場合において、第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａと第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂとの冷凍能力が高い方に補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動し、冷凍能力が低い方を停止する。インバータ９から出力される電圧及び周波数を制御し、絞り装置５ａ又は絞り装置５ｂの開度を制御することで、負荷に合わせて空気調和出力を調整する。圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂの起動中は、室外送風機６及び室内送風機７が起動する。
【０１１９】
モードＭ１２は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとを補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動した場合において、第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａと第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂとの冷凍能力が低い方に補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動し、冷凍能力が高い方を停止する。インバータ９から出力される電圧及び周波数を制御し、絞り装置５ａ又は絞り装置５ｂの開度を制御することで、負荷に合わせて空気調和出力を調整する。圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂの起動中は、室外送風機６及び室内送風機７が起動する。
【０１２０】
モードＭ１とモードＭ６とモードＭ９〜モードＭ１２において、鉄道車両用空気調和装置２００の制御装置ｅ１は、算出した空気調和に必要な熱量負荷情報と冷媒センサー１５ａ及び冷媒センサー１５ｂで測定した温度及び圧力の情報とを用いて、例えばＰＩＤ制御を実施し、絞り装置５ａ又は絞り装置５ｂの開度を決定する。モードＭ９〜モードＭ１２において、制御装置ｅ１は、算出した空気調和に必要な熱量負荷情報と冷媒センサー１５ａ及び冷媒センサー１５ｂで測定した温度及び圧力の情報とを用いて、例えばＰＩＤ制御を実施し、補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給する圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂに、インバータ９が出力する電圧及び周波数を決定する。
【０１２１】
制御装置ｅ１が図１７の制御パターンを実施する例として、インバータ９が変換する最大電力量が、モードＭ１での最大電力量になる場合が挙げられる。例えばインバータ９が変換する最大電力量を、モードＭ４での最大電力量まで増やせば、図１７のモードＭ９又はモードＭ１０の低負荷な領域をモードＭ４で置き換えてもよい。
【０１２２】
インバータ９で変換可能な電力量を増やし、インバータ９の電圧と周波数の最大出力を補助電源装置Ｓ１から出力される電圧と周波数の最大出力より高くすれば、モードＭ９とモードＭ１０との領域をモードＭ１より負荷が大きい領域に拡大することが可能となる。逆にインバータ９で変換可能な電力量を減らし、インバータ９の電圧と周波数の最大出力を補助電源装置Ｓ１から出力される電圧と周波数の最大出力より低くすれば、モードＭ９〜モードＭ１２の最大負荷の低負荷の領域に移動し、モードＭ１の領域が低負荷側に拡大するか、モードＭ２の領域を設けることになるが、インバータ９が低容量になり、小型で低重量なインバータ９を搭載できるようになる。
【０１２３】
図１８は、本発明の実施の形態５における制御装置ｅ１のインバータ異常時の制御パターンの一例を示す図である。図１８の横軸は冷房又は暖房運転時における空気調和に必要な熱量負荷を示している。制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ３とモードＭ６とモードＭ１３とモードＭ１４との運転制御を実施する。この制御により、インバータ９に異常が発生し使用できなくなっても、鉄道車両用空気調和装置５００は乗車空間Ｓ１１の負荷に合わせた空気調和が可能となる。
【０１２４】
図１８に示すように、モードＭ１３は、第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａと第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂとの両方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動し、第一の冷凍サイクルａ１の方が冷凍能力が高い場合は、圧縮機１ａへ一定の電圧と周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ｂの起動及び停止の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することで、空気調和出力を調整し、第一の冷凍サイクルａ１の方が冷凍能力が低い場合は、圧縮機１ｂへ一定の電圧と周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ａの起動及び停止の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することで、空気調和出力を調整する。圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂの起動中は、室外送風機６及び室内送風機７が起動する。
【０１２５】
モードＭ１４は、第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａと第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂとの両方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動し、第一の冷凍サイクルａ１の方が冷凍能力が高い場合は、圧縮機１ｂへ一定の電圧と周波数の電力とを供給したまま、圧縮機１ａの起動及び停止の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度とを制御することで、空気調和出力を調整し、第一の冷凍サイクルａ１の方が冷凍能力が低い場合は、圧縮機１ａへ一定の電圧と周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ｂの起動及び停止の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することで、空気調和出力を調整する。圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂの起動中は、室外送風機６及び室内送風機７が起動する。
【０１２６】
図１９は、本発明の実施の形態５における制御装置ｅ１の制御パターンの他例を示す図である。図１９の横軸は冷房又は暖房運転時における空気調和に必要な熱量負荷を示している。本実施の形態５の鉄道車両用空気調和装置５００の電源回路ｄ１は、実施の形態２のように接触器１０ｊ〜１０ｍを用いる構成ではなく、実施の形態１のように接触器１０ｃ〜１０ｆを用いる構成でもよい。その場合、制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ４とモードＭ６とモードＭ１１〜モードＭ１４との運転制御を実施する。
【０１２７】
本実施の形態５によれば、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとのいずれか一方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動する場合において、負荷が高い時に冷凍能力が高い方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動し、負荷が低い時に冷凍能力が低い方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動するため、その圧縮機は負荷に対して出力過多とならず、例えば冷凍サイクルの凝縮温度と蒸発温度の差が少なくて効率のよい運転が可能となるため、実施の形態４よりも更に低消費電力な運転が可能である。
【０１２８】
実施の形態６．
図２０は、本発明の実施の形態６における圧縮機１ａの一例を示す模式図である。本実施の形態６は、圧縮機１ａに容量制御機構１９ａを有している点と、圧縮機１ｂに容量制御機構１９ｂを有している点とで、実施の形態１〜５と相違する。本実施の形態６では、実施の形態１〜５と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１〜５との相違点を中心に説明する。
【０１２９】
図２０に示すように、本発明の実施の形態６に係る鉄道車両用空気調和装置６００の圧縮機１ａには、容量制御機構１９ａが設けられている。容量制御機構１９ａは、圧縮室１８ａの冷媒流入口と圧縮室１８ａ内部の圧縮途中にある冷媒流路とが容量制御配管２０ａで接続されて構成されており、容量制御配管２０ａには容量制御弁２１ａが設けられている。即ち、圧縮室１８ａの冷媒流入口と圧縮室１８ａ内部の圧縮途中にある冷媒流路とが、その間に容量制御弁２１ａを介した状態で接続されている。
【０１３０】
容量制御弁２１ａは、制御装置ｅ１に接続され、制御装置ｅ１の指令により開閉するものである。この構成によれば、圧縮機１ａが稼働中に、容量制御弁２１ａを開にすることで、圧縮室１８ａ内部の圧縮途中の冷媒流路にある冷媒の一部が、容量制御配管２０ａを通って、圧縮室１８ａの冷媒流入口に戻る。これにより、圧縮室１８ａの冷媒流入口から圧縮室１８ａ内部の圧縮途中にある冷媒流路までの圧力上昇が大幅に減って、その容積が圧縮過程にほぼ使われなくなる。このため、圧縮機１ａの圧縮効率は低下するものの、冷凍能力を減らすことができる。この作用により、補助電源装置Ｓ１から直接圧縮機１ａに電力を供給する場合でも、圧縮機の起動と停止を頻繁に繰り返さずに、空気調和出力を調整することができる。圧縮機１ｂについては、図面にて記載を省略するが、同様に、図２０に示すような容量制御機構１９ｂを有し、同様の作用で空気調和出力を調整することができる。
【０１３１】
図２１は、本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。本実施の形態６は、圧縮機１ａに容量制御機構１９ａを有している点と、圧縮機１ｂに容量制御機構１９ｂを有している点で、実施の形態１〜５との間に相違点があるが、図１に示す実施の形態１の鉄道車両用空気調和装置１００とほぼ同一の構成要素を有している場合、図２１に示すような制御パターンで運転制御を実施する。実施の形態１と実施の形態５までと共通する符号の運転モードに関しては、容量制御弁２１ａおよび容量制御弁２１ｂを閉とした運転モードとして説明する。
【０１３２】
図２１の横軸は冷房又は暖房運転時における空気調和に必要な熱量負荷を示しており、縦軸は乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５との空気調和に必要な熱量負荷の差を表す負荷分布を示している。制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ４〜Ｍ６とモードＭ１５〜モードＭ１９の運転制御を実施する。
【０１３３】
図２１に示すように、モードＭ１５は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとの両方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動するモードである。モードＭ１５において、乗車空間Ｓ４の方が負荷が高い場合は圧縮機１ａへ一定の電圧及び周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ｂの容量制御弁２１ｂの開閉の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。また、乗車空間Ｓ５の方が負荷が高い場合は圧縮機１ｂへ一定の電圧及び周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ａの容量制御弁２１ａの開閉の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態６において、モードＭ１５は、第一の冷凍サイクルａ１又は第二の冷凍サイクルａ２のいずれか一方に最大冷凍能力に近い負荷が発生した場合の制御方法である。
【０１３４】
モードＭ１６は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとの両方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動するモードである。モードＭ１６において、圧縮機１ａの容量制御弁２１ａの開閉の繰り返しと絞り装置５ａの開度を制御することによって、乗車空間Ｓ４の空気調和に必要な出力を調整する。また、圧縮機１ｂの容量制御弁２１ｂの開閉の繰り返しと絞り装置５ｂの開度を制御することによって、乗車空間Ｓ５の空気調和に必要な出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態６において、モードＭ１６は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とに比較的高い負荷が発生した場合の制御方法である。
【０１３５】
モードＭ１７は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂの両方を、補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動するモードである。モードＭ１７において、乗車空間Ｓ４の方が負荷が高い場合は圧縮機１ａと圧縮機１ｂとの両方に供給される電力の電圧と周波数を変化させながら、圧縮機１ｂの容量制御弁２１ｂの開閉の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。また、乗車空間Ｓ５の方が負荷が高い場合は圧縮機１ａと圧縮機１ｂとの両方に供給される電力の電圧と周波数を変化させながら、圧縮機１ａの容量制御弁２１ａの開閉の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。圧縮機１ａと圧縮機１ｂとの両方に供給される電力の電圧と周波数を変化させながら、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和に必要な出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態６において、モードＭ１７は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とに、どちらか一方に偏っているが中程度又は比較的低い負荷が発生した場合の制御方法である。
【０１３６】
モードＭ１８は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂの両方を、補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動するモードである。モードＭ１８において、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとの両方に供給される電力の電圧と周波数を変化させながら、容量制御弁２１ａと容量制御弁２１ｂとの開閉の繰り返し、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和に必要な出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態６において、モードＭ１８は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とに比較的低い負荷が発生した場合の制御方法である。
【０１３７】
モードＭ１９は、乗車空間Ｓ４の方が負荷が高い場合は圧縮機１ａを補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動し、圧縮機１ｂを停止するモードである。モードＭ１９において、圧縮機１ａに供給される電力の電圧と周波数を変化させながら、圧縮機１ａの容量制御弁２１ａの開閉の繰り返しと、絞り装置５ａの開度を制御することによって、空気調和に必要な出力を調整する。また、乗車空間Ｓ５の方が負荷が高い場合は圧縮機１ｂを補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動し、圧縮機１ａを停止して、圧縮機１ｂに供給される電力の電圧と周波数を変化させながら、圧縮機１ｂの容量制御弁２１ｂの開閉の繰り返しと、絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和に必要な出力を調整する。モードＭ１９は、圧縮機１ａの起動中は室外送風機６と室内送風機７ａを起動するモードである。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態６において、モードＭ１９は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とに低い負荷が発生した場合又はいずれか一方に低い負荷が発生し、他方の負荷がほとんどないか低い逆負荷が発生する場合の制御方法である。
【０１３８】
図２２は、本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１のインバータ異常時の制御パターンの一例を示す図である。図２２の横軸は冷房又は暖房運転時における空気調和に必要な熱量負荷を示しており、縦軸は乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５との空気調和に必要な熱量負荷の差を表す負荷分布を示している。制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ６とモードＭ１５とモードＭ１６とモードＭ２０〜モードＭ２３の運転制御を実施する。この制御により、インバータ９に異常が発生し使用できなくなっても、鉄道車両用空気調和装置６００は乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５とのそれぞれの負荷に合わせた空気調和が可能となる。
【０１３９】
図２２に示すように、モードＭ２０は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂの両方を、補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動するモードである。モードＭ２０において、乗車空間Ｓ４の方が負荷が高い場合は、容量制御弁２１ｂを開にしたまま圧縮機１ｂの起動と停止を繰り返して、絞り装置５ａと絞り装置５ｂとの開度を制御することによって、空気調和に必要な出力を調整する。また、乗車空間Ｓ５の方が負荷が高い場合は、容量制御弁２１ａを開にしたまま圧縮機１ａの起動と停止を繰り返して、絞り装置５ａと絞り装置５ｂとの開度を制御することによって、空気調和に必要な出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態６において、モードＭ２０は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とに、どちらか一方に大きく偏っているが中程度又は比較的低い負荷が発生した場合の制御方法である。
【０１４０】
モードＭ２１は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂの両方を、補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動するモードである。モードＭ２１において、乗車空間Ｓ４の方が負荷が高い場合は、容量制御弁２１ａと容量制御弁２１ｂとを開にしたまま圧縮機１ｂの起動と停止を繰り返して、絞り装置５ａと絞り装置５ｂとの開度を制御することによって、空気調和に必要な出力を調整する。また、乗車空間Ｓ５の方が負荷が高い場合は、容量制御弁２１ａと容量制御弁２１ｂとを開にしたまま圧縮機１ａの起動と停止を繰り返して、絞り装置５ａと絞り装置５ｂとの開度を制御することによって、空気調和に必要な出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態６において、モードＭ２１は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とに、どちらか一方に偏っているが比較的低い負荷が発生した場合の制御方法である。
【０１４１】
モードＭ２２は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂの両方を、補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動するモードである。モードＭ２２において、容量制御弁２１ａを開にしたまま圧縮機１ａの起動と停止を繰り返し、容量制御弁２１ｂを開にしたまま圧縮機１ｂの起動と停止を繰り返し、絞り装置５ａと絞り装置５ｂとの開度を制御することによって、空気調和に必要な出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態６において、モードＭ２０は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とに、比較的低い負荷が発生した場合の制御方法である。
【０１４２】
モードＭ２３は、乗車空間Ｓ４の方が負荷が高い場合は、圧縮機１ａを補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動し、圧縮機１ｂを停止するモードである。モードＭ２３において、容量制御弁２１ａを開にしたまま圧縮機１ａの起動と停止を繰り返して、絞り装置５ａの開度を制御することによって、空気調和に必要な出力を調整する。また、乗車空間Ｓ５の方が負荷が高い場合は、圧縮機１ｂを補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動し、圧縮機１ａを停止して、容量制御弁２１ｂを開にしたまま圧縮機１ｂの起動と停止を繰り返して、絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和に必要な出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。本実施の形態６において、モードＭ２３は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とに、低い負荷が発生した場合又はいずれか一方に低い負荷が発生し、他方の負荷がほとんどないか低い逆負荷が発生する場合の制御方法である。
【０１４３】
図２３は、本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１の制御パターンの他例を示す図である。図２３の横軸は冷房又は暖房運転時における空気調和に必要な熱量負荷を示しており、縦軸は乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５との空気調和に必要な熱量負荷の差を表す負荷分布を示している。本実施の形態６の鉄道車両用空気調和装置６００の電源回路ｄ１は、実施の形態１のように接触器１０ｃ〜１０ｆを用いる構成ではなく、実施の形態２のように接触器１０ｊ〜１０ｍを用いる構成でもよい。その場合、制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ４〜モードＭ７とモードＭ１７〜モードＭ１９とモードＭ２４の運転制御を実施する。
【０１４４】
図２３に示すように、モードＭ２４は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂとのいずれか一方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動して、もう片方を補助電源装置Ｓ１から出力されインバータ９で変換された電力を供給して起動するモードである。モードＭ２４において、乗車空間Ｓ４の方が負荷が高い場合は、圧縮機１ａの容量制御弁２１ａの開閉の繰り返しと、圧縮機１ｂの電力の電圧と周波数を変化させながら、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。また、乗車空間Ｓ５の方が負荷が高い場合は、圧縮機１ｂの容量制御弁２１ｂの開閉の繰り返しと、圧縮機１ａの電力の電圧と周波数を変化させながら、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。圧縮機１ａの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ａが起動する。圧縮機１ｂの起動中は室外送風機６及び室内送風機７ｂが起動する。モードＭ２４は、第一の冷凍サイクルａ１と第二の冷凍サイクルａ２とに同程度の比較的高い負荷が発生した場合の制御方法である。
【０１４５】
本実施の形態６は、圧縮機１ａに容量制御機構１９ａを有している点と、圧縮機１ｂに容量制御機構１９ｂを有している点で、実施の形態１〜５との間に相違点があるが、図１２に示す実施の形態４の鉄道車両用空気調和装置４００とほぼ同一の構成要素を有している場合、図１４に示すような制御パターンで運転制御を実施する。その場合、制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ４〜モードＭ７の運転制御を実施する。
【０１４６】
図２４は、本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。本実施の形態６は、圧縮機１ａに容量制御機構１９ａを有している点と、圧縮機１ｂに容量制御機構１９ｂを有している点で、実施の形態１〜５との間に相違点があるが、図１２に示す実施の形態４の鉄道車両用空気調和装置４００とほぼ同一の構成要素を有していて、インバータ異常時の場合、図２４に示すような制御パターンで運転制御を実施する。その場合、制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ６とモードＭ１６とモードＭ２２の運転制御を実施する。
【０１４７】
図２５は、本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。本実施の形態６は、図１２に示す実施の形態４の鉄道車両用空気調和装置４００と共通する構成要素を有していて、電源回路ｄ１は、実施の形態２に示すように接触器１０ｊ〜１０ｍを用いる構成ではなく、実施の形態１に示すように接触器１０ｃ〜１０ｆを用いる構成でもよい。その場合、図２５に示すように制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ４〜モードＭ６とモードＭ１６の運転制御を実施する。
【０１４８】
本実施の形態６は、圧縮機１ａに容量制御機構１９ａを有している点と、圧縮機１ｂに容量制御機構１９ｂを有している点で、実施の形態１〜５との間に相違点があるが、実施の形態５の鉄道車両用空気調和装置５００と同様に、第一の冷凍サイクルａ１は、第二の冷凍サイクルａ２より冷凍能力が多くなるか、少なくなるように構成される場合、図１７に示すような制御パターンで運転制御を実施する。その場合、制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ６とモードＭ９〜モードＭ１２の運転制御を実施する。
【０１４９】
図２６は、本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。本実施の形態６は、圧縮機１ａに容量制御機構１９ａを有している点と、圧縮機１ｂに容量制御機構１９ｂを有している点で、実施の形態１〜５との間に相違点があるが、実施の形態５の鉄道車両用空気調和装置５００と同様に、第一の冷凍サイクルａ１は、第二の冷凍サイクルａ２より冷凍能力が多くなるか、少なくなるように構成されて、インバータ異常時の場合、図２６に示すような制御パターンで運転制御を実施する。その場合、制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ６とモードＭ１６とモードＭ２５〜モードＭ２８の運転制御を実施する。
【０１５０】
図２６に示すように、モードＭ２５は、第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａと第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂとの両方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動するモードである。モードＭ２５において、第一の冷凍サイクルａ１の方が冷凍能力が高い場合は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂへ一定の電圧と周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ｂの容量制御弁２１ｂの開閉の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。また、第一の冷凍サイクルａ１の方が冷凍能力が低い場合は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂへ一定の電圧と周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ａの容量制御弁２１ａの開閉の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂの起動中は、室外送風機６及び室内送風機７が起動する。
【０１５１】
モードＭ２６は、第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａと第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂとの両方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動するモードである。モードＭ２６において、第一の冷凍サイクルａ１の方が冷凍能力が高い場合は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂへ一定の電圧と周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ａの容量制御弁２１ａの開閉の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。また、第一の冷凍サイクルａ１の方が冷凍能力が低い場合は、圧縮機１ａと圧縮機１ｂへ一定の電圧と周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ｂの容量制御弁２１ｂの開閉の繰り返しと、絞り装置５ａ及び絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂの起動中は、室外送風機６及び室内送風機７が起動する。
【０１５２】
モードＭ２７は、第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａと第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂとの両方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動するモードである。モードＭ２７において、第一の冷凍サイクルａ１の方が冷凍能力が高い場合は、圧縮機１ａへ一定の電圧と周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ｂを停止し、圧縮機１ａの容量制御弁２１ａの開閉の繰り返しと、絞り装置５ａの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。また、第一の冷凍サイクルａ１の方が冷凍能力が低い場合は、圧縮機１ｂへ一定の電圧と周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ａを停止し、圧縮機１ｂの容量制御弁２１ｂの開閉の繰り返しと、絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂの起動中は、室外送風機６及び室内送風機７が起動する。
【０１５３】
モードＭ２８は、第一の冷凍サイクルａ１の圧縮機１ａと第二の冷凍サイクルａ２の圧縮機１ｂとの両方を補助電源装置Ｓ１から直接電力を供給して起動するモードである。モードＭ２８において、第一の冷凍サイクルａ１の方が冷凍能力が高い場合は、圧縮機１ｂへ一定の電圧と周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ａを停止し、圧縮機１ｂの容量制御弁２１ｂの開閉の繰り返しと、絞り装置５ｂの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。また、第一の冷凍サイクルａ１の方が冷凍能力が低い場合は、圧縮機１ａへ一定の電圧と周波数の電力を供給したまま、圧縮機１ｂを停止し、圧縮機１ａの容量制御弁２１ａの開閉の繰り返しと、絞り装置５ａの開度を制御することによって、空気調和出力を調整する。圧縮機１ａ又は圧縮機１ｂの起動中は、室外送風機６及び室内送風機７が起動する。
【０１５４】
図２７は、本発明の実施の形態６における制御装置ｅ１の制御パターンの一例を示す図である。本実施の形態６は、圧縮機１ａに容量制御機構１９ａを有している点と、圧縮機１ｂに容量制御機構１９ｂを有している点で、実施の形態１〜５との間に相違点があるが、実施の形態５の鉄道車両用空気調和装置５００と同様に、第一の冷凍サイクルａ１は、第二の冷凍サイクルａ２より冷凍能力が多くなるか、少なくなるように構成されて、電源回路ｄ１は、実施の形態２に示すように接触器１０ｊ〜１０ｍを用いる構成ではなく、実施の形態１に示すように接触器１０ｃ〜１０ｆを用いる構成でもよい。その場合、図２６に示すような制御パターンで運転制御を実施する。その場合、制御装置ｅ１は、点線で分割された領域ごとにそれぞれモードＭ１とモードＭ４とモードＭ６とモードＭ１１とモードＭ１２とモードＭ１５とモードＭ１６の運転制御を実施する。
【０１５５】
本実施の形態６によれば、容量制御機構１９ａと容量制御機構１９ａを用いることで、
圧縮機の起動と停止を頻繁に繰り返さず、冷凍能力を調整することができる。そのため、圧縮機の起動と停止の繰り返しによる空調効率低下を防ぐことが可能であり、更に低消費電力な運転が可能である。空気調和出力の変動を減らすことができるため、乗車空間Ｓ４と乗車空間Ｓ５に快適に空気調和することもできる。また、圧縮機の起動と停止の繰り返し頻度が減ることにより、圧縮機および各開閉器の繰り返し疲労による故障を抑制することができる。
【０１５６】
なお、本実施の形態６では、図２０に示すように、容量制御機構１９ａは、圧縮室１８ａの冷媒流入口と圧縮室１８ａ内部の圧縮途中にある冷媒流路を容量制御配管２０ａで接続することで構成としたが、容量制御配管２０ａの接続先は圧縮室１８ａの冷媒流入口の代わりに圧縮機１ａの吸入側の配管に接続してもよい。
【符号の説明】
【０１５７】
１ａ，１ｂ  圧縮機、２ａ，２ｂ  冷媒流路切替装置、３ａ，３ｂ  第一の熱交換器、４ａ，４ｂ  第二の熱交換器、５ａ，５ｂ  絞り装置、６，６ａ，６ｂ  室外送風機、７，７ａ，７ｂ  室内送風機、９  インバータ、１０  切替部、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈ，１０ｉ，１０ｊ，１０ｋ，１０ｌ，１０ｍ，１０ｐ，１０ｑ  接触器、１１，１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ  室外温湿度センサー、１３，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ  室内温湿度センサー、１５ａ，１５ｂ  冷媒センサー、１６ａ  モーター、１７ａ  回転軸、１８ａ  圧縮室、１９ａ, １９ｂ  容量制御機構、２０ａ, ２０ｂ  容量制御配管、２１ａ, ２１ｂ  容量制御弁、１００，２００，３００，４００，５００，６００  鉄道車両用空気調和装置、ａ１  第一の冷凍サイクル、ａ２  第二の冷凍サイクル、ｂ１  室外機、ｂ２  第一の室外機、ｂ３  第二の室外機、ｃ１  第一の室内機、ｃ２  第二の室内機、ｃ３  室内機、ｄ１  電源回路、ｅ１  制御装置、ｆ１，ｆ２  ユニット、Ｓ１  補助電源装置、Ｓ２，Ｓ３  吹出しダクト、Ｓ４，Ｓ５  乗車空間、Ｓ６  車外温湿度センサー、Ｓ７，Ｓ８  車内温湿度センサー、Ｓ９  乗車率センサー、Ｓ１０  ダクト、Ｓ１１  乗車空間、Ｓ１２  車内温湿度センサー、Ｓ１００，Ｓ２００，Ｓ３００  鉄道車両、Ｘ１  統合情報システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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