JP2000211505A - 鉄道車両用空調装置および除湿運転方法 - Google Patents
鉄道車両用空調装置および除湿運転方法Info
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- JP2000211505A JP2000211505A JP11016611A JP1661199A JP2000211505A JP 2000211505 A JP2000211505 A JP 2000211505A JP 11016611 A JP11016611 A JP 11016611A JP 1661199 A JP1661199 A JP 1661199A JP 2000211505 A JP2000211505 A JP 2000211505A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】除湿運転時において、蒸発器で冷やされた空気
を加熱するためのヒータを不要とし、空調装置の省エネ
ルギー化を図る。また、蒸発器で冷却されて凝縮した空
気中の水分が、再度循環空気中に気化するのを防止す
る。 【解決手段】蒸発器を上下に区分けして、中間ヘッダー
で下部の伝熱管群と上部の伝熱管群を直列に連結し、除
湿運転時は下部の伝熱管群出口で冷媒液が全て蒸発して
ガスになるように、電動膨脹弁で冷媒流量を調節する。 【効果】本発明によれば、下部の伝熱管群では空気を冷
却除湿するが、上部の伝熱管群では冷媒が既にガス化し
ているため、ほとんど空気を冷却しない。よって、車内
の空気を冷やし過ぎない除湿運転が行え、従来用いられ
ている再熱ヒータを必要としないので、空調装置の省エ
ネルギー化が図れる。
を加熱するためのヒータを不要とし、空調装置の省エネ
ルギー化を図る。また、蒸発器で冷却されて凝縮した空
気中の水分が、再度循環空気中に気化するのを防止す
る。 【解決手段】蒸発器を上下に区分けして、中間ヘッダー
で下部の伝熱管群と上部の伝熱管群を直列に連結し、除
湿運転時は下部の伝熱管群出口で冷媒液が全て蒸発して
ガスになるように、電動膨脹弁で冷媒流量を調節する。 【効果】本発明によれば、下部の伝熱管群では空気を冷
却除湿するが、上部の伝熱管群では冷媒が既にガス化し
ているため、ほとんど空気を冷却しない。よって、車内
の空気を冷やし過ぎない除湿運転が行え、従来用いられ
ている再熱ヒータを必要としないので、空調装置の省エ
ネルギー化が図れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は鉄道車両用空調装置
に係わり、特に電動膨脹弁を冷凍サイクルの冷媒量制御
に用いて除湿運転を行う場合に好適な蒸発器の伝熱管群
構成と除湿運転方法に関する。
に係わり、特に電動膨脹弁を冷凍サイクルの冷媒量制御
に用いて除湿運転を行う場合に好適な蒸発器の伝熱管群
構成と除湿運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の鉄道車両用空調装置における除湿
運転は、圧縮機の運転台数を減らしたり、インバータに
より圧縮機の運転周波数を低下させて、冷房能力を落と
すことにより車内を冷やし過ぎないようにして、車内の
空気中の水分を冷却除湿していた。この時、室内ファン
の風量を極数変換やインバータによる周波数変換で減少
させて蒸発器の冷媒温度を低くし、除湿効果を高める方
法が採られていた。
運転は、圧縮機の運転台数を減らしたり、インバータに
より圧縮機の運転周波数を低下させて、冷房能力を落と
すことにより車内を冷やし過ぎないようにして、車内の
空気中の水分を冷却除湿していた。この時、室内ファン
の風量を極数変換やインバータによる周波数変換で減少
させて蒸発器の冷媒温度を低くし、除湿効果を高める方
法が採られていた。
【０００３】あるいは、文献車両技術２０７号Ｐ４２〜
Ｐ７０に記載のように、蒸発器で除湿するために冷却し
た空気をヒータで再度加熱させる方式が一般的に知られ
ている。
Ｐ７０に記載のように、蒸発器で除湿するために冷却し
た空気をヒータで再度加熱させる方式が一般的に知られ
ている。
【０００４】しかし、上述の従来の除湿方法の中、圧縮
機の運転台数を減らす方法は、複数の冷凍サイクルを有
する場合は可能であるが、冷凍サイクルが一つしかない
場合は不可能である。この場合、インバータによる周波
数変換で冷房能力を変化させる方法が有効であるが、運
転周波数を低下させると蒸発器の冷媒圧力が上昇して、
冷媒温度が高くなるため除湿能力は低下する問題があっ
た。また、ヒータで再度加熱する方式は、電力を多く消
費するため、省エネルギー化に対して問題があった。
機の運転台数を減らす方法は、複数の冷凍サイクルを有
する場合は可能であるが、冷凍サイクルが一つしかない
場合は不可能である。この場合、インバータによる周波
数変換で冷房能力を変化させる方法が有効であるが、運
転周波数を低下させると蒸発器の冷媒圧力が上昇して、
冷媒温度が高くなるため除湿能力は低下する問題があっ
た。また、ヒータで再度加熱する方式は、電力を多く消
費するため、省エネルギー化に対して問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】除湿運転において、車
内の空気温度の低下を抑制しながら空気中の水分を凝縮
させて、冷やし過ぎによる乗客の肌寒さを防止する。
内の空気温度の低下を抑制しながら空気中の水分を凝縮
させて、冷やし過ぎによる乗客の肌寒さを防止する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】蒸発器の伝熱管を上下に
区分けし、下側の伝熱管群から上側の伝熱管群へ冷媒が
流れるように冷媒回路を構成し、除湿運転時は下側の伝
熱管群で冷却除湿し、上側の伝熱管群では冷却効果がな
いように電動膨脹弁で冷媒の状態を制御する。
区分けし、下側の伝熱管群から上側の伝熱管群へ冷媒が
流れるように冷媒回路を構成し、除湿運転時は下側の伝
熱管群で冷却除湿し、上側の伝熱管群では冷却効果がな
いように電動膨脹弁で冷媒の状態を制御する。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１か
ら図７に示す実施例により詳細に説明する。ここで、図
１は空調装置の主要構成を示した平面図、図２は冷凍サ
イクルの系統図、図３は蒸発器の配管図、図４は除湿運
転時の蒸発器の冷媒状態図、図５はコントローラの制御
ブロック図、図６は空調装置の運転制御のフローチャー
ト、図７は除湿運転のフローチャートである。
ら図７に示す実施例により詳細に説明する。ここで、図
１は空調装置の主要構成を示した平面図、図２は冷凍サ
イクルの系統図、図３は蒸発器の配管図、図４は除湿運
転時の蒸発器の冷媒状態図、図５はコントローラの制御
ブロック図、図６は空調装置の運転制御のフローチャー
ト、図７は除湿運転のフローチャートである。
【０００８】図１において、１は空調装置で、圧縮機
２、室外ファン３、室内ファン４をそれぞれ１台と、２
個の凝縮器５ａ，５ｂ、１個の蒸発器６で１系統の冷凍
サイクルを構成している。室外ファン３は、従来の屋根
上搭載形空調装置と同じく真上から外気を吸い込み、斜
めに取り付けられた２つの凝縮器５ａ，５ｂに送風して
伝熱管内を流れる冷媒を冷却する。
２、室外ファン３、室内ファン４をそれぞれ１台と、２
個の凝縮器５ａ，５ｂ、１個の蒸発器６で１系統の冷凍
サイクルを構成している。室外ファン３は、従来の屋根
上搭載形空調装置と同じく真上から外気を吸い込み、斜
めに取り付けられた２つの凝縮器５ａ，５ｂに送風して
伝熱管内を流れる冷媒を冷却する。
【０００９】圧縮機２は凝縮器５ａと５ｂの間にあって
室外ファン３の片側に設置されており、アキュムレータ
７も同じく圧縮機２のそばに設置されている。室内ファ
ン４は蒸発器６の片側に設置されていて、車内のリター
ン口から吸い込まれた空気を蒸発器６で冷却した後、ダ
クトを介して車内に送風する。コントローラ２０と接触
器３０は蒸発器６の入り口側の空気流路に取り付けら
れ、客室からの循環空気で冷却される。
室外ファン３の片側に設置されており、アキュムレータ
７も同じく圧縮機２のそばに設置されている。室内ファ
ン４は蒸発器６の片側に設置されていて、車内のリター
ン口から吸い込まれた空気を蒸発器６で冷却した後、ダ
クトを介して車内に送風する。コントローラ２０と接触
器３０は蒸発器６の入り口側の空気流路に取り付けら
れ、客室からの循環空気で冷却される。
【００１０】図２の冷凍サイクル構成図により、さらに
詳細に説明する。圧縮機２で圧縮された高温・高圧のガ
ス冷媒は、凝縮器５ａ，５ｂで外気により冷却されて、
高圧の液冷媒となり、電動膨脹弁８で減圧されて低温・
低圧の液冷媒となる。その後、さらにキャピラリチュー
ブ９で減圧されて温度が降下し、蒸発器６で車内の空気
から熱を奪ってガス化する。蒸発器６を出たガス冷媒は
アキュムレータ７を通って圧縮機２に吸い込まれる。
詳細に説明する。圧縮機２で圧縮された高温・高圧のガ
ス冷媒は、凝縮器５ａ，５ｂで外気により冷却されて、
高圧の液冷媒となり、電動膨脹弁８で減圧されて低温・
低圧の液冷媒となる。その後、さらにキャピラリチュー
ブ９で減圧されて温度が降下し、蒸発器６で車内の空気
から熱を奪ってガス化する。蒸発器６を出たガス冷媒は
アキュムレータ７を通って圧縮機２に吸い込まれる。
【００１１】ここで、アキュムレータ７は蒸発器６でガ
ス化しなかった液冷媒が直接大量に圧縮機２に戻るのを
防止するためのバッファータンクである。
ス化しなかった液冷媒が直接大量に圧縮機２に戻るのを
防止するためのバッファータンクである。
【００１２】また、１０は蒸発器入口の冷媒温度を検出
するための温度センサ、１１は蒸発器の下部の伝熱管群
と上部の伝熱管群を接続するヘッダー１２の冷媒温度を
検出するための温度センサである。
するための温度センサ、１１は蒸発器の下部の伝熱管群
と上部の伝熱管群を接続するヘッダー１２の冷媒温度を
検出するための温度センサである。
【００１３】図３により蒸発器６の伝熱管の構成を説明
する。下部及び上部の伝熱管群は３つの冷媒流路を構成
しており、左側の伝熱管から入った冷媒は右側の伝熱管
に流れるように伝熱管同士が連結されている。下部の伝
熱管群の中、右端の最後の伝熱管を出た冷媒は、破線で
示すＵ字形の中間ヘッダー１２で上部の左側の伝熱管に
導かれ、同じく３つの流路を通って右端の伝熱管に流れ
て行く。最後の伝熱管を出た冷媒は出口ヘッダー１３で
合流して、アキュムレータ７へと流れて行く。
する。下部及び上部の伝熱管群は３つの冷媒流路を構成
しており、左側の伝熱管から入った冷媒は右側の伝熱管
に流れるように伝熱管同士が連結されている。下部の伝
熱管群の中、右端の最後の伝熱管を出た冷媒は、破線で
示すＵ字形の中間ヘッダー１２で上部の左側の伝熱管に
導かれ、同じく３つの流路を通って右端の伝熱管に流れ
て行く。最後の伝熱管を出た冷媒は出口ヘッダー１３で
合流して、アキュムレータ７へと流れて行く。
【００１４】空調装置１の除湿運転時は、図４に示すよ
うに下部の伝熱管群は冷媒が液とガスの二相域になるよ
うに、また上部の伝熱管群はガス域になるように電動膨
脹弁８で開度を絞る。下部の二相域では液冷媒の蒸発潜
熱により通過空気を低温まで冷却して除湿するが、上部
のガス域では顕熱のみの冷却となり、ほとんど空気を冷
却しない。これにより通過空気の温度をあまり下げない
除湿運転が実現できる。
うに下部の伝熱管群は冷媒が液とガスの二相域になるよ
うに、また上部の伝熱管群はガス域になるように電動膨
脹弁８で開度を絞る。下部の二相域では液冷媒の蒸発潜
熱により通過空気を低温まで冷却して除湿するが、上部
のガス域では顕熱のみの冷却となり、ほとんど空気を冷
却しない。これにより通過空気の温度をあまり下げない
除湿運転が実現できる。
【００１５】図５において、４０はコントローラで、マ
イクロコンピュータ４１がＲＯＭ（リード・オンリー・
メモリー）４２に保存された実行プログラムの命令に従
って、各種の演算や比較判定を実行する。ＲＡＭ（ラン
ダム・アクセス・メモリー）４３は、各種データを一時
的に記憶する場所である。
イクロコンピュータ４１がＲＯＭ（リード・オンリー・
メモリー）４２に保存された実行プログラムの命令に従
って、各種の演算や比較判定を実行する。ＲＡＭ（ラン
ダム・アクセス・メモリー）４３は、各種データを一時
的に記憶する場所である。
【００１６】蒸発器の入口冷媒温度センサ１０、蒸発器
の中間ヘッダー冷媒温度センサ１１及び室内温度センサ
１４、室内湿度センサ１５で検出されたアナログデータ
は、Ａ／Ｄコンバータ４４でデジタル値に変換されて、
マイクロコンピュータ４１に入力される。
の中間ヘッダー冷媒温度センサ１１及び室内温度センサ
１４、室内湿度センサ１５で検出されたアナログデータ
は、Ａ／Ｄコンバータ４４でデジタル値に変換されて、
マイクロコンピュータ４１に入力される。
【００１７】圧縮機２、室外ファン３、室内ファン４
は、ＤＯ（デジタルアウトプット）リレー４５の無接点
出力で接触器４６が入り切りされて、運転が制御され
る。電動膨脹弁８は、ＤＯリレー４５の信号出力に応じ
てドライバ回路４７から出力される４相のパルス波で駆
動される。
は、ＤＯ（デジタルアウトプット）リレー４５の無接点
出力で接触器４６が入り切りされて、運転が制御され
る。電動膨脹弁８は、ＤＯリレー４５の信号出力に応じ
てドライバ回路４７から出力される４相のパルス波で駆
動される。
【００１８】除湿運転時は前述したように、蒸発器６の
上部の伝熱管群を流れる冷媒がガス状態となるように電
動膨脹弁８を操作する。具体的には蒸発器６の入口部冷
媒温度と中間ヘッダー部冷媒温度との温度差が５℃以上
になるように電動膨脹弁８の開度を調節する。蒸発器６
の下部から上部へと冷媒を流す冷媒回路としたのは、仮
に上部の伝熱管群で冷却除湿すると、凝縮した空気中の
水分が、冷却フィンを伝わって下部の伝熱管群に流れ落
ちていき、蒸発器６を通過する空気に接触して再蒸発す
るのを防止するためである。
上部の伝熱管群を流れる冷媒がガス状態となるように電
動膨脹弁８を操作する。具体的には蒸発器６の入口部冷
媒温度と中間ヘッダー部冷媒温度との温度差が５℃以上
になるように電動膨脹弁８の開度を調節する。蒸発器６
の下部から上部へと冷媒を流す冷媒回路としたのは、仮
に上部の伝熱管群で冷却除湿すると、凝縮した空気中の
水分が、冷却フィンを伝わって下部の伝熱管群に流れ落
ちていき、蒸発器６を通過する空気に接触して再蒸発す
るのを防止するためである。
【００１９】次に図６と図７に示すフローチャートによ
り詳細に説明する。空調装置１の電源が入れられると、
全てのデータを初期化して、室外ファン３と室内ファン
４を運転する。ここまでがＦ１からＦ３に示すフローで
ある。検出した室内温度が設定温度より１℃以上低く、
室内湿度が６０％よりも大きい場合は除湿運転を行い、
６０％未満の場合は圧縮機を運転しない送風運転を行
う。室内温度が設定温度から１℃引いた値よりも高い場
合は、冷房運転を行う。ここまでがＦ４からＦ１０に示
すフローである。そして、Ｆ１１の６０秒タイマにより
６０秒周期で以上の処理を繰り返す。
り詳細に説明する。空調装置１の電源が入れられると、
全てのデータを初期化して、室外ファン３と室内ファン
４を運転する。ここまでがＦ１からＦ３に示すフローで
ある。検出した室内温度が設定温度より１℃以上低く、
室内湿度が６０％よりも大きい場合は除湿運転を行い、
６０％未満の場合は圧縮機を運転しない送風運転を行
う。室内温度が設定温度から１℃引いた値よりも高い場
合は、冷房運転を行う。ここまでがＦ４からＦ１０に示
すフローである。そして、Ｆ１１の６０秒タイマにより
６０秒周期で以上の処理を繰り返す。
【００２０】冷房運転の制御内容は室内温度と設定温度
との偏差により、圧縮機２のＯＮ／ＯＦＦ時間の割合を
基準時間内で変化させたり、電動膨脹弁８の開度を変化
させて、冷凍サイクルの循環冷媒量を変化させる通常一
般的に行われている方法である。
との偏差により、圧縮機２のＯＮ／ＯＦＦ時間の割合を
基準時間内で変化させたり、電動膨脹弁８の開度を変化
させて、冷凍サイクルの循環冷媒量を変化させる通常一
般的に行われている方法である。
【００２１】除湿運転は図７に示すようにまず圧縮機２
を運転させる。圧縮機２を運転させると、蒸発器入口冷
媒温度Ｔ１と蒸発器中間ヘッダー冷媒温度Ｔ２を検出し
て、Ｔ２とＴ１の温度差が５〜１０℃になるように電動
膨脹弁８の開度を操作してメインルーチンに戻る。ここ
までが、Ｆ２１からＦ２６に示すフローである。
を運転させる。圧縮機２を運転させると、蒸発器入口冷
媒温度Ｔ１と蒸発器中間ヘッダー冷媒温度Ｔ２を検出し
て、Ｔ２とＴ１の温度差が５〜１０℃になるように電動
膨脹弁８の開度を操作してメインルーチンに戻る。ここ
までが、Ｆ２１からＦ２６に示すフローである。
【００２２】以上、除湿運転の方法について述べたが、
除湿運転を行う室内湿度の設定値や電動膨脹弁の開度を
操作する目標温度差（Ｔ２−Ｔ１）の範囲は本実施例に
限定されるものではなく、種々変化させても良い。
除湿運転を行う室内湿度の設定値や電動膨脹弁の開度を
操作する目標温度差（Ｔ２−Ｔ１）の範囲は本実施例に
限定されるものではなく、種々変化させても良い。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、冷
凍サイクルの除湿運転で車内の空気を冷やし過ぎること
がないので再熱ヒータを必要とせず、空調装置の省エネ
ルギー化を図ることができる。
凍サイクルの除湿運転で車内の空気を冷やし過ぎること
がないので再熱ヒータを必要とせず、空調装置の省エネ
ルギー化を図ることができる。
【図１】空調装置の主要構成を示した平面図である。
【図２】冷凍サイクルの系統図である。
【図３】蒸発器の配管図である。
【図４】除湿運転時の蒸発器の冷媒状態図である。
【図５】コントローラの制御ブロック図である。
【図６】空調装置の運転制御フローチャートである。
【図７】除湿運転フローチャートである。
２…圧縮機、３…室外ファン、４…室内ファン、５…凝
縮器、６…蒸発器、７…キャピラリチューブ、８…電動
膨脹弁、１０…蒸発器入口冷媒温度センサ、１１…蒸発
器中間ヘッダー部冷媒温度センサ、１２…蒸発器中間ヘ
ッダー、１４…室内温度センサ、１５…室内湿度センサ
縮器、６…蒸発器、７…キャピラリチューブ、８…電動
膨脹弁、１０…蒸発器入口冷媒温度センサ、１１…蒸発
器中間ヘッダー部冷媒温度センサ、１２…蒸発器中間ヘ
ッダー、１４…室内温度センサ、１５…室内湿度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉海 寛人 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 Ｆターム(参考） 3L060 AA03 AA07 CC04 DD08 EE09
Claims (3)
- 【請求項１】圧縮機、凝縮器、電動膨脹弁、キャピラリ
チューブ、蒸発器、アキュムレータを順次配管で接続し
た鉄道車両用空調装置の冷凍サイクルにおいて、前記蒸
発器を上下に区分けし、下部の領域の伝熱管群出口と上
部の領域の伝熱管群入口をヘッダーにより直列に接続し
たことを特徴とする鉄道車両用空調装置。 - 【請求項２】下部の領域の伝熱管の入口配管部と下部と
上部の伝熱管群を接続するヘッダー部に冷媒温度を検出
する温度センサを取り付けたことを特徴とする請求項１
記載の鉄道車両用空調装置。 - 【請求項３】除湿運転時は下部の伝熱管群と上部の伝熱
管群を接続するヘッダー部の冷媒温度が下部の伝熱管群
の入口配管の冷媒温度よりも５℃以上高くなるように電
動膨脹弁の開度を操作するようにしたことを特徴とする
鉄道車両用空調装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11016611A JP2000211505A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 鉄道車両用空調装置および除湿運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11016611A JP2000211505A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 鉄道車両用空調装置および除湿運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000211505A true JP2000211505A (ja) | 2000-08-02 |
Family
ID=11921127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11016611A Pending JP2000211505A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 鉄道車両用空調装置および除湿運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000211505A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014159954A (ja) * | 2014-05-07 | 2014-09-04 | Daikin Ind Ltd | 空気調和機 |
| CN108088012A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-05-29 | 克莱门特捷联制冷设备(上海)有限公司 | 一种变频热管复合型机房空调系统及其控制方法 |
| US10281184B2 (en) | 2012-04-16 | 2019-05-07 | Daikin Industries, Ltd. | Air conditioner |
-
1999
- 1999-01-26 JP JP11016611A patent/JP2000211505A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10281184B2 (en) | 2012-04-16 | 2019-05-07 | Daikin Industries, Ltd. | Air conditioner |
| JP2014159954A (ja) * | 2014-05-07 | 2014-09-04 | Daikin Ind Ltd | 空気調和機 |
| CN108088012A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-05-29 | 克莱门特捷联制冷设备(上海)有限公司 | 一种变频热管复合型机房空调系统及其控制方法 |
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