(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
換気空気と車内循環空気との混合空気を空気調和装置内の室内熱交換器に導くようにした鉄道車両用空気調和装置において、
その室内熱交換器に風上側から風下側へ独立した複数の冷媒サイクルを配置して、風上側に配置された冷媒サイクル用の室内熱交換器を通った混合空気を、風下に配置された冷媒サイクル用の室内熱交換器を通すようにし、
車内リターン口温度を測定する温度センサーと、車外温度を測定する温度センサーと、換気空気温度を測定する温度センサーと、混合空気温度を測定する温度センサーと、室内熱交換器出口温度を測定する温度センサーとを備え、
これらの温度センサーの情報を基に、風上側の室内熱交換器の冷却効果により風下側に室内熱交換器を有する冷媒サイクルの圧縮機に冷媒が液体のまま戻らないように、換気空気温度を監視しつつ、制御装置の指令により、冷房負荷に応じて、運転する冷媒サイクルを選定することを特徴とする鉄道車両用空気調和装置。
【請求項２】
室内熱交換器を、冷媒サイクル毎に、混合空気の流れ方向に分離独立して設けたことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄道車両用空気調和装置において、特に車内循環風量の低減を可能となるように構成した鉄道車両用空気調和装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の鉄道車両用空気調和装置の一例を示す概略構成図である。
１は空気調和装置の室外ユニット部で、内部に室外送風機と、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の各冷媒サイクル用の室外熱交換器及び圧縮機を内蔵している。２は空気調和装置の室内ユニット部で、室内送風機及びＮｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の各冷媒サイクル用の室内熱交換器を内蔵している。
３は車内空気吸込ダクト、４は換気用ダクトである。
５は室内熱交換器で、Ｎｏ．１冷媒サイクル用の室内熱交換器５ａ、Ｎｏ．２冷媒サイクル用の室内熱交換器５ｂ、Ｎｏ．３冷媒サイクル用の室内熱交換器５ｃで構成されている。また、それぞれの冷媒サイクルは、各冷媒サイクル用の室内熱交換器５ａ、５ｂ、５ｃと、室外ユニット部１内部の各冷媒サイクル用の室外熱交換器及び圧縮機により構成されている。
６は暖房用の電気ヒータ、７は室内送風機である。
８は混合空気吹出ダクトである。
９は車体に設置されている車内リターン口温度を測定する温度センサー、１０は車体に設置されている外気温度を測定する温度センサーである。
【０００３】
このような従来の空気調和機において、室内送風機７の作用により、車内空気吸込ダクト３を介して車内の空気、換気用ダクト４を介して車外の空気が、室内ユニット部２に吸い込まれて混合される。
混合された空気は、室内熱交換器５、電気ヒータ６を通過する。このとき、混合空気は、冷房運転であれば室内熱交換器５により冷却され、暖房運転であれば電気ヒータ６により加熱される。
冷却もしくは加熱された混合空気は、室内送風機７の作用により、混合空気吹出ダクト８を介して車内に吹き出される。
【０００４】
また、冷房運転時においては、混合空気の冷房負荷に応じて、運転する圧縮機の台数を増減している。このとき、運転する圧縮機は、稼働率が均一化するように決定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５の従来の鉄道車両用空気調和装置では、混合空気が室内熱交換器５を通過するとき、室内熱交換器５を構成するＮｏ．１サイクル用熱交換器部５ａ、Ｎｏ．２サイクル用熱交換器５ｂ、Ｎｏ．３サイクル用熱交換器５ｃに混合空気がそれぞれ分配される。このとき、冷房負荷の減少により圧縮機の運転台数が２台以下に減少した場合、停止した冷媒サイクルの熱交換器を通過する混合空気は冷房に寄与しないため、混合空気量が冷房能力に対して過剰に必要となる。混合空気量が増大すると車体ダクトの圧力損失も大きくなるため、室内送風機７の静圧特性を大きくする必要が有り、これに伴い、室内送風機７の騒音が大きくなるという問題が生じる。
【０００６】
また、空気調和の換気負荷が高い時に使用する換気空気専用圧縮機を設けて室内熱交換器５を換気空気専用と車内空気用に分離して配置すると、車体側の空調ダクト構成が複雑になり、従来の車体側の空調ダクト構成では使用できなくなる上、換気空気専用熱交換器に換気空気が直接導かれるため、外気温度の影響を直接受けることにより換気空気専用圧縮機の運転可能範囲が狭くなり、設計上または制御上の制限が生じるといった問題点が有る。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、必要とする混合空気量が少ない空気調和装置を得ることである。
【０００８】
また、第２の目的は、圧縮機における液圧縮の防止策を講じた構成の室内熱交換器を持つ、空気調和装置を得ることである。
【０００９】
更に、第３の目的は、圧縮機における液圧縮を防止しつつ、負荷に応じて広範囲な空調条件に対応できる空気調和装置を得ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の発明に係る空気調和装置は、上記のような問題点を解決するために、室内熱交換器に風上側から風下側へ独立した複数の冷媒サイクルを配置し、風上側に配置された冷媒サイクルの室内熱交換器を通った混合空気を、風下に配置された冷媒サイクルの室内熱交換器を通すようにして、車内リターン口温度を測定する温度センサーと、車外温度を測定する温度センサーと、換気空気温度を測定する温度センサーと、混合空気温度を測定する温度センサーと、室内熱交換器出口温度を測定する温度センサーとを備え、これらの温度センサーの情報を基に、風上側の室内熱交換器の冷却効果により風下側に室内熱交換器を有する冷媒サイクルの圧縮機に冷媒が液体のまま戻らないように、換気空気温度を監視しつつ、制御装置の指令により、冷房負荷に応じて、運転する冷媒サイクルを選定することを特徴とする。
【００１１】
この発明の第２の発明に係る空気調和装置は、風上側の室内熱交換器と風下側の室内熱交換器を混合空気の流れ方向に分離独立して設けたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図１について説明する。図１に示す車両用空気調和装置は、換気空気と車内循環空気との混合空気温度が高くなった時に運転する専用の圧縮機を持っており、また、その圧縮機が属するＮｏ．１冷媒サイクル用室内熱交換器５ａを室内交換器５の中で配管配列上風上に設置し、その他の２個の圧縮機が属するＮｏ．２冷媒サイクル用室内熱交換器５ｂ及びＮｏ．３冷媒サイクル用室内熱交換器５ｃを風下に設置したものである。そこで、風上に設置したＮｏ．１冷媒サイクル用室内熱交換器５ａを通過した混合空気は全て風下に設置したＮｏ．２冷媒サイクル用室内熱交換器部５ｂ及びＮｏ．３冷媒サイクル用室内熱交換器５ｃに分配され、これらを通過する。
【００１４】
また、換気空気と車内循環空気との混合空気の温度が高くなっていることを検知するために、換気空気温度を測定する温度センサー１１、混合空気温度を測定する温度センサー１２及び室内熱交換器出口温度を測定する温度センサー１３を空気調和装置内に設け、従来から車体に設置されている車内リターン口温度を測定する温度センサー９、外気温度を測定する温度センサー１０、及びその他のセンサーからの情報を基に制御装置で空気調和装置の負荷状態の演算を行い圧縮機の運転制御を行うようにしている。
その他の構成は、前記の従来の技術の記載と同様であり、対応するものには同じ番号を付け、説明を省略する。
【００１５】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
車内循環空気温度が高く、外気温度、混合空気温度及び室内熱交換器出口温度から見ても室内熱交換器に対する冷房負荷が充分な場合は、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の全ての冷媒サイクルの圧縮機が運転される。
【００１６】
また、冷媒サイクル３系統の内２系統で充分な冷房負荷の場合や、車内循環空気温度、外気温度、混合空気温度及び室内熱交換器出口温度より、風上側の熱交換器５ａが属するＮｏ．１冷媒サイクルを運転すると、運転中の、風下側に熱交換器５ｂを持つＮｏ．２、熱交換器５ｃを持つＮｏ．３の冷媒サイクルの液の状態のまま圧縮機に戻り、液圧縮を起こして破損する可能性がある場合は、Ｎｏ．１冷媒サイクルの圧縮機を停止し、Ｎｏ．２及びＮｏ．３冷媒サイクルを運転する。
【００１７】
冷房負荷が小さく、冷媒サイクル３系統の内１系統で充分な場合には、風下側に室内熱交換器を持つＮｏ．２及びＮｏ．３冷媒サイクルを停止して、風上側に室内熱交換器を持つＮｏ．１冷媒サイクルのみ運転することが可能であり、更に、Ｎｏ．１冷媒サイクルをヒ−トポンプとして製作し、この冷媒サイクルを換気用の暖房に活用することも可能である。
【００１８】
従って、本実施の形態では、冷房運転時に室内熱交換器を通る混合空気は全て冷房されることになり、冷房されないで室内熱交換器を通る混合空気をなくすことができ、その分、混合空気量を減らすことができる。
【００１９】
いいかえれば、Ｎｏ．２及びＮｏ．３冷媒サイクルがそれぞれ冷房能力を充分に発揮するためにＮｏ．２冷媒サイクル用室内熱交換器５ｂとＮｏ．３冷媒サイクル用室内熱交換器５ｃが必要とする風量の合計分確保すれば、Ｎｏ．１冷媒サイクル用熱交換器５ａが必要とする風量も確保できるので、この空気調和装置が冷房能力を充分に発揮するために必要とする混合空気量は、図５の従来の空気調和装置の一例と比較すると、Ｎｏ．１冷媒サイクル用熱交換器５ａが必要とする風量分、低減できる。
【００２０】
また、従来は、換気装置の静圧が高い場合、換気空気は外気温度から１０度Ｃ程度上昇するので、室内熱交換器へ導入される換気空気と車内循環空気との混合空気の温度が高くなり、冷媒サイクルの低圧圧力が上がりすぎる状態となっていたが、この実施の形態では、Ｎｏ．１冷媒サイクルを混合空気温度が高くなった時に運転する専用の冷媒サイクルとし、風上側のＮｏ．１冷媒サイクル用熱交換器５ａにより一度冷却され温度が低下した混合空気を風下側の熱交換器５ｂ及び５ｃに流すため、Ｎｏ２及びＮｏ３冷媒サイクルの低圧圧力の上昇を抑えることができる。
更に、風上側の熱交換器５ａが属するＮｏ．１冷媒サイクルにとっては、従来は混合空気風量の一部しか利用できなかったものが、全風量利用できると共に、混合空気温度が高くなった時に運転する専用の冷媒サイクルとして設計することで、低圧圧力の上昇を抑えることができるという効果がある。
【００２１】
この実施の形態では、風上側の室内熱交換器は冷媒サイクル１系統分であるが、２系統以上であっても、同様の効果が得られる。
また、この実施の形態では、風下側の室内熱交換器は冷媒サイクル２系統分であるが、１系統もしくは３系統以上であっても、同様の効果が得られる。
更に、この実施の形態では、風上側と風下側の２段構成となっているが、３段以上の構成であっても、同様の効果が得られる。
要するに、冷房運転を風上側室内熱交換器部、風下側熱交換器部単位に行うとともに、風上に設置した室内熱交換器部を通過した空気は、全て風下側に設置した室内熱交換器部を通過し、従って、冷房運転時に室内熱交換器を通る混合空気は、全て冷房されることとなり、冷房されないで室内熱交換器を通る混合空気をなくすことができればよい。
【００２２】
また、この実施の形態では、暖房を電気ヒータで対応しているが、冷媒サイクルをヒートポンプとして製作し、冷媒サイクルを暖房として使用した場合にも、同様の効果が得られる。
【００２３】
更に、この実施の形態では、圧縮機の制御はＯＮ−ＯＦＦ制御としているが、インバータ制御でも良く、より広範囲で細密な空調条件に対応できる空気調和装置を得ることができる。
【００２４】
この発明の実施の形態１の変形例を図２について説明する。室内熱交換器５の中で配管配列上風上全面に設置しなくても、図２に示すように、Ｎｏ．１冷媒サイクル用熱交換器５ａを部分的に、但し、ほぼ前面に、室内熱交換器５の中で配管配列上風上側に設置する事でも、同様の効果を得ることができる。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態２を図３について説明する。図３に示す車両用空調装置では、風上側の熱交換器５ａを風下側熱交換器５から分離独立させて２つの室内熱交換器で構成し、風上側の室内熱交換器５ａを換気空気と車内循環空気との混合空気温度が高くなった時に運転する専用の圧縮機が属するＮｏ．１冷媒サイクル用とし、風下側の室内熱交換器５をその他の２個の圧縮機が属するＮｏ．２、Ｎｏ．３冷媒サイクル用としても、混合空気量を減らすことができるとともに、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３冷媒サイクルを運転した場合、風下側の室内熱交換器を有するＮｏ．２、Ｎｏ．３冷媒サイクルの圧縮機で液圧縮が発生するのを防止できるという効果が得られる。
【００２６】
この発明の実施形態２の変形例を図４について説明する。風上側の室内熱交換器５ａを風上側全面に設置しなくとも、ほぼ前面であれば、Ｎｏ．１冷媒サイクル用室内熱交換器５ａを小型化して風下側熱交換器５の風上側に設置する事でも同様の効果を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明の第１の発明に係る鉄道車両用空気調和装置において、空調運転時に運転する冷媒サイクルを選択することにより空調能力を可変とできると共に、空調運転時に室内熱交換器を通る混合空気はほとんど全て空調することが可能となり、空調されないで室内熱交換器を通る混合空気をほとんど無くすことができ、その分、混合空気量を減らすことができるという効果が有る。
【００２８】
この発明の第２の発明に係る鉄道車両用空気調和装置において、風上側の室内熱交換器を有する冷媒サイクルと、これと隣接した風下側の室内熱交換器を有する冷媒サイクルの両者を運転した場合、風下側の室内熱交換器を有する冷媒サイクルの圧縮機で液圧縮が発生するのを防止できるという効果が有る。
【００２９】
この発明の第３の発明に係る鉄道車両用空気調和装置において、圧縮機における液圧縮を防止すると共に、負荷に応じた広範囲な空調条件が得られるという効果が有る。
また、風上側に熱交換器を有する冷媒サイクルを混合空気の温度が高くなった時に運転する専用の冷媒サイクルとすることにより、風上側に熱交換器を有する冷媒サイクルのみならず、風下側に熱交換器を有する冷媒サイクルにおいても低圧圧力の上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による鉄道車両用空気調和装置を示す室内ユニット部側面断面図である。
【図２】  この発明の実施の形態１の変形例による鉄道車両用空気調和装置を示す室内ユニット部側面断面図である。
【図３】  この発明の実施の形態２による鉄道車両用空気調和装置を示す室内ユニット部側面断面図である。
【図４】  この発明の実施の形態２の変形例による鉄道車両用空気調和装置を示す室内ユニット部側面断面図である。
【図５】  従来の鉄道車両用空気調和装置を示す室内ユニット部側面断面図である。
【符号の説明】
１  空気調和装置室外ユニット部、  ２  空気調和装置室内ユニット部、  ５  室内熱交換器、  ９  車内リターン口温度センサー、  １０  外気温度センサー、  １１  換気空気温度センサー、１２  混合空気温度センサー、  １３  室内熱交換器出口温度センサー。
【図１】
0004211013.tif 000002
【図２】
0004211013.tif 000003
【図３】
0004211013.tif 000004
【図４】
0004211013.tif 000005
【図５】
0004211013.tif 000006