車両用空調装置および空調方法
【課題】簡易な構成で乗客数を推定し、推定した乗客数に基づいて、適切な流量の外気を導入することができ、不必要に外気を導入してしまうことによって生じる問題を回避する。
【解決手段】車両用空調装置１００は、車両内に送出する空の流量を調整する流量調整部２０２と、流量調整部２０２に導入される空気の流量のうち、外気導入量と内気導入量との割合を調整する割合調整部２０４と、乗客数を推定する人数推定部２１２と、推定された乗客数に基づいて外気導入量を導出する導入量導出部２１４と、内気温および外気温を測定する温度測定部２０８と、推定された乗客数と、測定された内気温および外気温とに基づいて、車両内の熱負荷を導出する熱負荷導出部２１６と、導出された外気導入量と、導出された車両内の熱負荷とに基づいて、送出流量Ｑｔおよび導入量割合Ｒを導出する割合導出部２１８とを備える。
【解決手段】車両用空調装置１００は、車両内に送出する空の流量を調整する流量調整部２０２と、流量調整部２０２に導入される空気の流量のうち、外気導入量と内気導入量との割合を調整する割合調整部２０４と、乗客数を推定する人数推定部２１２と、推定された乗客数に基づいて外気導入量を導出する導入量導出部２１４と、内気温および外気温を測定する温度測定部２０８と、推定された乗客数と、測定された内気温および外気温とに基づいて、車両内の熱負荷を導出する熱負荷導出部２１６と、導出された外気導入量と、導出された車両内の熱負荷とに基づいて、送出流量Ｑｔおよび導入量割合Ｒを導出する割合導出部２１８とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両等の車両に設けられる車両用空調装置およびこれを用いた空調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両等の車両は、気密性が高いため、乗客の人数に応じて、車両外の空気（以下、単に外気と称する）を車両内に常時導入する必要がある。例えば、鉄道車両に設置される従来の空調装置は、乗客の人数を、車両の定員（または定員の１．５倍）と仮定して、定員の数に対応した流量の外気を一律に車両内に導入していた。
【０００３】
しかし、従来の空調装置は、実際の乗客の人数が、定員に達していない場合であっても、上述した定員の数に対応した流量で外気を車両内に導入していたため、実際の乗客の人数が定員より少なくなっている分だけ、無駄に外気を導入する結果を招いていた。
【０００４】
そこで、赤外線センサまたは各座席に配置された感圧センサを用いて、自動車の各座席に人が座っているか否かを検知し、その検知結果から乗車している人数（乗車数）を導出し、導出した乗車数に応じた必要な換気量を満たすように、空調装置に車両内の空気（以下、単に内気と称する）を導入する内気導入口の開閉と、空調装置に外気を導入する外気導入口の開閉とをそれぞれ制御する空調装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１７５１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、鉄道車両において、乗客は、鉄道車両に設けられた座席に座るだけでなく、座席以外の床に立っていることが多い場合もある。すなわち、鉄道車両においては、乗客の位置が固定ではないため、仮に、上述した特許文献１の技術を鉄道車両に応用することを検討したとしても、鉄道車両内の乗客の人数を把握することはできない。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で乗客の人数を推定し、推定した乗客の人数に基づいて、適切な流量の外気を導入することが可能な、車両用空調装置および空調方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の車両用空調装置は、車両内に送出する空気の流量を調整する流量調整部と、流量調整部に導入される空気の流量のうち、車両外の空気の流量である外気導入量と車両内の空気の流量である内気導入量との割合を調整する割合調整部と、車両に乗車している乗客の人数を推定する人数推定部と、推定された乗客の人数に基づいて外気導入量を導出する導入量導出部と、車両内の温度である内気温および車両外の温度である外気温を測定する温度測定部と、推定された乗客の人数と測定された内気温および外気温とに基づいて、車両内の熱負荷を導出する熱負荷導出部と、導出された外気導入量と導出された車両内の熱負荷とに基づいて、流量調整部が調整する空気の流量である送出流量、および割合調整部が調整する外気導入量と内気導入量との割合である導入量割合とを導出する割合導出部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記車両用空調装置は、車両の台車と、台車の上に設置される車体との間に設けられ、台車から車体へ伝達される振動を抑制する空気バネの内圧を測定する内圧測定部をさらに備え、人数推定部は、測定された空気バネの内圧に基づいて、車両に乗車している乗客の重量を導出して、乗客の人数を推定してもよい。
【００１０】
上記車両用空調装置は、乗客が乗降するドアの開閉を検知する開閉検知部をさらに備え、開閉検知部が、ドアが開から閉になったことを検知したことを契機に、導入量導出部は外気導入量を導出し、熱負荷導出部は車両内の熱負荷を導出してもよい。
【００１１】
上記課題を解決するために、車両用空調装置を用いた、本発明の空調方法は、車両に乗車している乗客の人数を推定し、推定した乗客の人数に基づいて、車両用空調装置に導入される車両外の空気の流量である外気導入量を導出し、車両内の温度である内気温および車両外の温度である外気温を測定し、推定した乗客の人数と、測定された内気温および外気温とに基づいて、車両内の熱負荷を導出し、導出した外気導入量および導出した車両内の熱負荷に基づいて、車両用空調装置が送出する空気の流量である送出流量、および外気導入量と車両内から導入される空気の流量である内気導入量との割合である導入量割合を導出し、導出した導入量割合で、車両用空調装置に導入される空気の流量のうち、外気導入量と内気導入量との割合を調整し、導出した送出流量で車両内に空気を送出することを特徴とする。
【００１２】
上述した車両用空調装置の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、当該空調方法にも適用可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡易な構成で乗客の人数を推定し、推定した乗客の人数に基づいて、適切な流量の外気を導入することができ、不必要に外気を導入してしまうことによって生じる問題、例えば、消費電力の増加や、不必要に流入した外気による車両用空調装置の劣化等を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】車両用空調装置の使用形態を説明するための概略的な説明図である。
【図２】車両用空調装置の概略的な機能を示した機能ブロック図である。
【図３】割合調整部の構成の例を説明するための説明図である。
【図４】内圧測定部の構成を説明するための説明図である。
【図５】空調方法の全体的な流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態にかかる車両用空調装置１００の使用形態を説明するための概略的な説明図である。図１に示すように、本実施形態において車両用空調装置１００は、鉄道車両１１０に設けられる。
【００１７】
鉄道車両１１０は、台車１１２と、台車１１２の上に設置される車体１１４と、空気バネ１２０と、空気源１２２とを含んで構成される。車体１１４には、乗客１０２が乗降するためのドア１３０が設けられている。
【００１８】
空気バネ１２０は、台車１１２と車体１１４との間に設けられ、車体１１４を支持している。空気バネ１２０は、空気源１２２から空気が導入されたり、空気源１２２に空気を排出したりして、内包する空気の体積を変化させることで任意にばね定数を調整することができ、台車１１２から車体１１４へ伝達される振動を抑制することが可能となる。また鉄道車両１１０は、空気バネ１２０を用いることで、その空気バネ１２０の内気圧を調整し、車体１１４の荷重に拘わらず、車体１１４の鉛直位置を制御することもできる。
【００１９】
ここで、例えば、車両用空調装置１００が搭載される鉄道車両１１０は、新交通システムに利用する車両であり、長さが９０００〜１２５００ｍｍ程度、幅が２３００〜２８５０ｍｍ程度である。本実施形態において鉄道車両１１０は、予め定められた軌道上を走行する。また、軌道には曲線（カーブ）も含まれるので、曲線の走行に対応すべく、鉄道車両１１０は複数連結して構成される。本実施形態においては、鉄道車両１１０として、新交通システムに利用する車両を例に挙げて説明するが、電車や汽車、バス等の車両であってもよい。
【００２０】
新交通システムの車両は、比較的小型に形成されるため、車両用空調装置１００は、設置の制限が比較的少ない、車体１１４の外側（屋根の上や、車体１１４の床下等）に設置されることが多い。
【００２１】
車両用空調装置１００は、鉄道車両内（以下、単に車内と称する）１１４ａに乗車している乗客１０２が快適に過ごせるように、車内１１４ａの温度（以下、単に内気温と称する）を予め定められた目標となる温度（以下、単に設定温度）に制御するべく、冷房機能として動作する場合は空気を冷却して、暖房機能として動作する場合は空気を加熱して、車内１１４ａに送出する。
【００２２】
空気の流れに注目すると、車両用空調装置１００は、内気（車内１１４ａの空気）を１００％循環させて、すなわち、内気を１００％取り込んで、取り込んだ内気を冷却または加熱して、再度、車内１１４ａに送出すると、最も効率よく内気温を設定温度にすることができる。しかし、鉄道車両１１０においては、乗客１０２の人数（以下、単に、乗客数と称する）に応じて、常時、所定量の外気（鉄道車両１１０外の空気）を車内１１４ａに導入（換気）しなければならないといった規制がある。
【００２３】
従来は、この規制を遵守するために、鉄道車両１１０の定員（または定員の１．５倍）の人数の乗客１０２が鉄道車両１１０に乗車しているとみなして、定員に応じた、外気の導入の流量（例えば、１人あたり１５ｍ３／ｈ）を一律に決めていたため、鉄道車両１１０の乗客数が定員に満たない場合、不必要な外気が車両用空調装置１００に導入されてしまっていた。
【００２４】
例えば、夏季において、乗客１０２が車内１１４ａの温度が快適であると感じるような比較的低い温度にしようとすると、車両用空調装置１００は、比較的高温の外気を冷却して車内１１４ａに送出しなければならないため、不必要な外気も冷却しなくてはならなくなり、無駄な電力を消費してしまうことになる。また、空気の循環量が全体的に多くなると、車両用空調装置１００の劣化やメンテナンスにも影響することになる。
【００２５】
そこで、本実施形態の車両用空調装置１００は、簡易な構成で乗客数を推定し、推定した乗客数に基づいて必要最低限の外気を導入することができ、不必要に外気を取り込んでしまうことによって生じる、上述した消費電力の増加や車両用空調装置１００の劣化等の問題を回避することを目的とする。以下、車両用空調装置１００の具体的な構成について詳述し、次に車両用空調装置１００を用いた空調方法について説明する。
【００２６】
（車両用空調装置１００）
図２は、本実施形態にかかる車両用空調装置１００の概略的な機能を示した機能ブロック図である。なお、図２中、データまたは制御信号の流れを実線で示し、空気の流れを破線で示す。また、図２において、車両用空調装置１００に導入される外気の流量である外気導入量をＱｏ、流量調整部２０２が車内１１４ａに送出する空気の流量である送出流量をＱｔ、車両用空調装置１００に再び導入（還流）される内気の流量である内気導入量をＱｉ、車両用空調装置１００に還流されることなく排出される内気の流量である排出流量をＱｅとする。なお、鉄道車両１１０が密閉空間であると仮定すると、外気導入量Ｑｏと、排出流量Ｑｅは等しくなる。
【００２７】
図２に示すように、車両用空調装置１００は、温度調整部２００と、流量調整部２０２と、割合調整部２０４と、内圧測定部２０６と、温度測定部２０８と、中央制御部２１０とを含んで構成される。
【００２８】
温度調整部２００は、後述する割合導出部２１８が導出した冷却負荷ｑｃに基づいて、導入された外気および内気を冷却したり、後述する割合導出部２１８が導出した加熱負荷ｑｈに基づいて加熱したりする。冷却負荷ｑｃは、内気温を設定温度にするべく、温度調整部２００が、導入された外気および内気を冷却するための負荷であり、加熱負荷ｑｈは、内気温を設定温度にするべく、温度調整部２００が、導入された外気および内気を加熱するための負荷である。
【００２９】
流量調整部２０２は、割合導出部２１８が導出した送出流量Ｑｔに基づいて、１１４ａに送出する空気の流量を調整する。
【００３０】
割合調整部２０４は、割合導出部２１８が導出した導入量割合Ｒに基づいて、流量調整部２０２に導入される空気の流量のうち、外気の流量である外気導入量Ｑｏと、内気の流量である内気導入量Ｑｉの割合を調整する。
【００３１】
図３は、割合調整部２０４の構成の例を説明するための説明図である。図３（ａ）、（ｃ）は、割合調整部２０４における空気の概略的な流れを示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）を、温度調整部２００側から見たときの割合調整部２０４の構造を示し、図３（ｄ）は、図３（ｃ）を、温度調整部２００側から見たときの割合調整部２０４の構造を示す。
【００３２】
図３に示すように、本実施形態において割合調整部２０４は、温度調整部２００および流量調整部２０２に外気を導入する外気導入経路２０８ａと、温度調整部２００および流量調整部２０２に内気を導入する内気導入経路２０８ｂとの合流地点に設置される。
【００３３】
例えば、割合調整部２０４は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、外気導入経路２０８ａと内気導入経路２０８ｂとの中心線２０４ｂを回転軸として回転自在な遮蔽板２０４ａを含んで構成される。図３（ａ）、（ｂ）に示す割合調整部２０４は、割合導出部２１８が導出した導入量割合Ｒに基づいて、外気導入経路２０８ａと内気導入経路２０８ｂの開口面積の比が導入量割合Ｒとなるように、遮蔽板２０４ａを回転させることで、流量調整部２０２に導入される外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉの割合を調整する。
【００３４】
また、割合調整部２０４を、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、例えば、外気導入経路２０８ａと内気導入経路２０８ｂとを摺動自在な遮蔽板２０４ｃを含んで構成させ、割合導出部２１８が導出した導入量割合Ｒに基づいて、遮蔽板２０４ｃを摺動させることで、流量調整部２０２に導入される外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉの割合を調整してもよい。
【００３５】
このように、割合調整部２０４は、遮蔽板（２０４ａ、２０４ｃ）を調整するだけで、外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉを一度に調整することができる。
【００３６】
また、割合調整部２０４は、外気導入経路２０８ａと、内気導入経路２０８ｂにそれぞれ設けられたバルブであってもよい。この場合、割合調整部２０４は、各バルブの開度を調整することで、流量調整部２０２に導入される外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉの割合を調整する。
【００３７】
内圧測定部２０６は、空気バネ１２０の内圧を測定し、後述する人数推定部２１２に出力する。空気バネ１２０の内圧と、空気バネ１２０にかかる荷重との関係は、以下の数式（１）に示す関係にある。
Ｗ＝Ａ×Ｐ
…数式（１）
ここで、Ｗは空気バネ１２０にかかる荷重（ｋｇｆ）を、Ａは空気バネ１２０の有効受圧面積（ｃｍ２）を、Ｐは空気バネ１２０の内圧（ｋｇ／ｃｍ２（ゲージ圧））をそれぞれ示す。
【００３８】
上述した数式（１）に示すように、空気バネ１２０の内圧と、空気バネ１２０にかかる荷重は比例の関係にある。したがって、内圧測定部２０６が、空気バネ１２０の内圧を測定することにより、人数推定部２１２は、車体１１４および乗客１０２の荷重、すなわち乗客数を推定することが可能となる。
【００３９】
図４は、内圧測定部２０６の構成を説明するための説明図である。図４に示すように、内圧測定部２０６は、空気バネ１２０と空気源１２２とを継ぐ空気路１２４に連通して設けられる。
【００４０】
温度測定部２０８は、車内１１４ａの温度である内気温および、鉄道車両１１０外の温度である外気温を測定する。
【００４１】
中央制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）や信号処理装置（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）、プログラム等が格納されたＲＯＭやメモリ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路を用いることができ、中央制御部２１０は、車両用空調装置１００全体を管理および制御する。本実施形態において、中央制御部２１０は、人数推定部２１２、導入量導出部２１４、熱負荷導出部２１６、割合導出部２１８、開閉検知部２２０としても機能する。
【００４２】
人数推定部２１２は、乗客数（鉄道車両１１０に乗車している乗客１０２の人数）を推定する。本実施形態において人数推定部２１２は、内圧測定部２０６が測定した空気バネ１２０の内圧に基づいて、鉄道車両１１０に乗車している乗客１０２の重量を導出し、乗客数を推定する。
【００４３】
例えば、車両用空調装置１００は、空気バネ１２０の内圧と、空気バネ１２０にかかる荷重との関係を示す関係式（検量線）を予め保持しておく。人数推定部２１２は、このような検量線に基づいて、内圧測定部２０６が測定した空気バネ１２０の内圧から空気バネ１２０にかかる荷重、すなわち鉄道車両１１０の重量および鉄道車両１１０に乗車している乗客１０２の重量を導出する。そして、人数推定部２１２は、導出した重量から鉄道車両１１０の重量を減算した値を、人の平均体重（例えば、６０ｋｇ）で除算することで、乗客数を推定する。
【００４４】
このように、鉄道車両１１０に元々設けられている空気バネ１２０を利用して乗客数を推定するといった構成により、乗客数を推定するための専用の装置を別途設ける必要がなくなり、専用の装置を設置するための占有面積が不要となり、専用の装置を設けるためのコストを削減することが可能となる。
【００４５】
導入量導出部２１４は、人数推定部２１２が推定した乗客数に基づいて、流量調整部２０２に導入される外気（鉄道車両１１０外の空気）の流量である外気導入量Ｑｏを導出する。導入量導出部２１４が導出する外気導入量Ｑｏは、規制に基づく１人あたりの外気導入量（例えば、１５ｍ３／ｈ）に人数推定部２１２が推定した乗客数を乗算した値となる。また、導入量導出部２１４や上述した人数推定部２１２の計算は、必ずしも関係式を用いる必要はなく、例えば、空気バネ１２０の内圧から外気導入量Ｑｏを一意に抽出可能なテーブルを用いて、外気導入量Ｑｏを導出してもよい。かかる構成により、導入量導出部２１４の処理負荷を軽減することが可能となる。
【００４６】
熱負荷導出部２１６は、温度測定部２０８が測定した内気温および外気温と、人数推定部２１２が推定した乗客数と、車両用空調装置１００から送出されている現在の空気の流量と、車両用空調装置１００の現在の出力（冷房負荷ｑｃまたは暖房負荷ｑｈ）とに基づいて、車内１１４ａの熱負荷を導出する。ここで、熱負荷導出部２１６は、例えば、山田治夫著「冷凍および空気調和」株式会社養賢堂発行、１９８１年、Ｐ．２３４−Ｐ．２３７等に記載された公知の方法を利用して、冷却負荷ｑｃや加熱負荷ｑｈを導出する。なお、熱負荷導出部２１６は、冷却負荷ｑｃまたは加熱負荷ｑｈのいずれかに関し、常に計算を行わずともよく、地域、季節、月日、時間等に応じて決まった値を用いることもできる。
【００４７】
割合導出部２１８は、導入量導出部２１４が導出した外気導入量Ｑｏと、熱負荷導出部２１６が導出した熱負荷とに基づいて、流量調整部２０２が調整する空気の流量である送出流量Ｑｔと、割合調整部２０４が調整する外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉの割合である導入量割合Ｒとを導出する。なお導入量割合Ｒは、外気導入量Ｑｏを１としたときの内気導入量Ｑｉの割合を示すものとする。
【００４８】
割合導出部２１８は、例えば、山田治夫著「冷凍および空気調和」株式会社養賢堂発行、１９８１年、Ｐ．２３４−Ｐ．２３７等に記載された公知の方法を利用して、送出流量Ｑｔを導出する。また、割合導出部２１８は、導出した送出流量Ｑｔを以下の数式（２）に代入して、導入量割合Ｒを導出する。
Ｒ＝（Ｑｔ−Ｑｏ）／Ｑｏ＝Ｑｉ／Ｑｏ
…数式（２）
【００４９】
以上説明したように、鉄道車両１１０の定員ではなく、実際に鉄道車両１１０に乗車している乗客１０２の具体的な人数に基づいて、外気導入量Ｑｏを必要最低限の導入量とすることで、不必要に外気を導入してしまうことによって生じる問題を回避することが可能となる。例えば、不必要に導入した外気までも無駄に冷却したり加熱したりすることによって生じる消費電力を削減したり、不必要な外気を無駄に通過させることによって生じる車両用空調装置１００の劣化を抑制したりすることが可能となる。
【００５０】
開閉検知部２２０は、乗客１０２が乗降するドア１３０の開閉を検知する。本実施形態において、上述した導入量導出部２１４は、開閉検知部２２０が、ドア１３０が開から閉になったことを検知したことを契機に、外気導入量Ｑｏを導出する。また、上述した熱負荷導出部２１６は、開閉検知部２２０が、ドア１３０が開から閉になったことを検知したことを契機に、車内１１４ａの熱負荷を導出する。
【００５１】
空気バネ１２０にかかる荷重は、鉄道車両１１０が停車し、乗客１０２が乗降したときに変化する。したがって、ドア１３０が開から閉になったとき、すなわち、駅等で乗客１０２の乗降が完了し、当面の荷重が確定したときに、外気導入量Ｑｏを導出し、当面の乗客数が確定したときに車内１１４ａの熱負荷を導出する構成により、乗客数が安定している状態で外気導入量Ｑｏおよび、車内１１４ａの熱負荷を導出することができる。
【００５２】
また、人は、車両用空調装置１００から送出される風量が変化すると、不快に感じる傾向にある。そこで、ドア１３０が開から閉になったことを契機に、外気導入量Ｑｏを導出することで、鉄道車両１１０の走行中においては、安定した風量で車両用空調装置１００から空気を送出することができ、乗客１０２に不快感を与えてしまう事態を回避することが可能となる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態にかかる車両用空調装置１００によれば、鉄道車両１１０の定員ではなく、実際に鉄道車両１１０に乗車している乗客１０２の具体的な人数に基づいて、必要最低限の外気を導入することで、不必要に外気を導入してしまうことによって生じる問題を回避することが可能となる。このような構成の車両用空調装置１００は、特に新交通システムの車両等、電力容量に制限がある車両には有効である。
【００５４】
（空調方法）
また、上述した車両用空調装置１００を用いた空調方法も提供される。以下、このような空調方法を詳細に説明する。なお、ここでは、車両用空調装置１００が冷房として機能する場合について説明する。
【００５５】
図５は、空調方法の全体的な流れを示したフローチャートである。図５に示すように、開閉検知部２２０が、ドア１３０が開から閉になったことを検知すると（Ｓ３００におけるＹＥＳ）、人数推定部２１２は、内圧測定部２０６が測定した空気バネ１２０の内圧に基づいて、鉄道車両１１０に乗車している乗客１０２の重量を導出して、乗客数を推定する（Ｓ３０２）。そして、導入量導出部２１４は、人数推定ステップＳ３０２で推定された乗客数に基づいて、外気導入量Ｑｏを導出する（Ｓ３０４）。
【００５６】
温度測定部２０８は、内気温および外気温を測定する（Ｓ３０６）。熱負荷導出部２１６は、この内気温および外気温と、人数推定ステップＳ３０２で推定された乗客数と、車両用空調装置１００から送出されている現在の空気の流量と、車両用空調装置１００の現在の出力（冷房負荷ｑｃまたは暖房負荷ｑｈ）とに基づいて、車内１１４ａの熱負荷を導出する（Ｓ３０８）。そして、割合導出部２１８は、外気導入量導出ステップＳ３０４で導出された外気導入量Ｑｏおよび熱量導出ステップＳ３０８で導出した車内１１４ａの熱負荷に基づいて、流量調整部２０２が調整する、車内１１４ａに送出する空気の流量である送出流量Ｑｔを導出し、割合調整部２０４が調整する、外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉとの割合である導入量割合Ｒを導出する（Ｓ３１０）。
【００５７】
そして、割合調整部２０４は、導出ステップＳ３１０で導出した導入量割合Ｒで、車両用空調装置１００に導入される空気の流量のうち、外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉとの割合を調整し（Ｓ３１２）、温度調整部２００は、熱負荷導出ステップＳ３０８で導出した冷却負荷ｑｃや加熱負荷ｑｈに基づいて、導入された外気および内気を冷却または加熱する（Ｓ３１４）。こうして、内気温（鉄道車両１１０内の温度）が設定温度に近づく。流量調整部２０２は、導出ステップＳ３１０で導出した送出流量Ｑｔで、車内１１４ａに空気を送出する（Ｓ３１６）。
【００５８】
上述した、車両用空調装置１００の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、空調方法にも適用可能である。
【００５９】
上述した如く、本実施形態にかかる空調方法においても、簡易な構成で乗客数を推定し、推定した乗客数に基づいて、適切な流量の外気を導入することができ、不必要に外気を導入してしまうことによって生じる問題を回避することが可能となる。
【００６０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６１】
なお、本明細書の空調方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、鉄道車両等の車両に設けられる車両用空調装置およびこれを用いた空調方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１００ …車両用空調装置
１１０ …鉄道車両（車両）
１１２ …台車
１１４ …車体
１２０ …空気バネ
１３０ …ドア
２０２ …流量調整部
２０４ …割合調整部
２０６ …内圧測定部
２０８ …温度測定部
２１２ …人数推定部
２１４ …導入量導出部
２１６ …熱負荷導出部
２１８ …割合導出部
２２０ …開閉検知部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両等の車両に設けられる車両用空調装置およびこれを用いた空調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両等の車両は、気密性が高いため、乗客の人数に応じて、車両外の空気（以下、単に外気と称する）を車両内に常時導入する必要がある。例えば、鉄道車両に設置される従来の空調装置は、乗客の人数を、車両の定員（または定員の１．５倍）と仮定して、定員の数に対応した流量の外気を一律に車両内に導入していた。
【０００３】
しかし、従来の空調装置は、実際の乗客の人数が、定員に達していない場合であっても、上述した定員の数に対応した流量で外気を車両内に導入していたため、実際の乗客の人数が定員より少なくなっている分だけ、無駄に外気を導入する結果を招いていた。
【０００４】
そこで、赤外線センサまたは各座席に配置された感圧センサを用いて、自動車の各座席に人が座っているか否かを検知し、その検知結果から乗車している人数（乗車数）を導出し、導出した乗車数に応じた必要な換気量を満たすように、空調装置に車両内の空気（以下、単に内気と称する）を導入する内気導入口の開閉と、空調装置に外気を導入する外気導入口の開閉とをそれぞれ制御する空調装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１７５１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、鉄道車両において、乗客は、鉄道車両に設けられた座席に座るだけでなく、座席以外の床に立っていることが多い場合もある。すなわち、鉄道車両においては、乗客の位置が固定ではないため、仮に、上述した特許文献１の技術を鉄道車両に応用することを検討したとしても、鉄道車両内の乗客の人数を把握することはできない。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で乗客の人数を推定し、推定した乗客の人数に基づいて、適切な流量の外気を導入することが可能な、車両用空調装置および空調方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の車両用空調装置は、車両内に送出する空気の流量を調整する流量調整部と、流量調整部に導入される空気の流量のうち、車両外の空気の流量である外気導入量と車両内の空気の流量である内気導入量との割合を調整する割合調整部と、車両に乗車している乗客の人数を推定する人数推定部と、推定された乗客の人数に基づいて外気導入量を導出する導入量導出部と、車両内の温度である内気温および車両外の温度である外気温を測定する温度測定部と、推定された乗客の人数と測定された内気温および外気温とに基づいて、車両内の熱負荷を導出する熱負荷導出部と、導出された外気導入量と導出された車両内の熱負荷とに基づいて、流量調整部が調整する空気の流量である送出流量、および割合調整部が調整する外気導入量と内気導入量との割合である導入量割合とを導出する割合導出部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記車両用空調装置は、車両の台車と、台車の上に設置される車体との間に設けられ、台車から車体へ伝達される振動を抑制する空気バネの内圧を測定する内圧測定部をさらに備え、人数推定部は、測定された空気バネの内圧に基づいて、車両に乗車している乗客の重量を導出して、乗客の人数を推定してもよい。
【００１０】
上記車両用空調装置は、乗客が乗降するドアの開閉を検知する開閉検知部をさらに備え、開閉検知部が、ドアが開から閉になったことを検知したことを契機に、導入量導出部は外気導入量を導出し、熱負荷導出部は車両内の熱負荷を導出してもよい。
【００１１】
上記課題を解決するために、車両用空調装置を用いた、本発明の空調方法は、車両に乗車している乗客の人数を推定し、推定した乗客の人数に基づいて、車両用空調装置に導入される車両外の空気の流量である外気導入量を導出し、車両内の温度である内気温および車両外の温度である外気温を測定し、推定した乗客の人数と、測定された内気温および外気温とに基づいて、車両内の熱負荷を導出し、導出した外気導入量および導出した車両内の熱負荷に基づいて、車両用空調装置が送出する空気の流量である送出流量、および外気導入量と車両内から導入される空気の流量である内気導入量との割合である導入量割合を導出し、導出した導入量割合で、車両用空調装置に導入される空気の流量のうち、外気導入量と内気導入量との割合を調整し、導出した送出流量で車両内に空気を送出することを特徴とする。
【００１２】
上述した車両用空調装置の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、当該空調方法にも適用可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡易な構成で乗客の人数を推定し、推定した乗客の人数に基づいて、適切な流量の外気を導入することができ、不必要に外気を導入してしまうことによって生じる問題、例えば、消費電力の増加や、不必要に流入した外気による車両用空調装置の劣化等を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】車両用空調装置の使用形態を説明するための概略的な説明図である。
【図２】車両用空調装置の概略的な機能を示した機能ブロック図である。
【図３】割合調整部の構成の例を説明するための説明図である。
【図４】内圧測定部の構成を説明するための説明図である。
【図５】空調方法の全体的な流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態にかかる車両用空調装置１００の使用形態を説明するための概略的な説明図である。図１に示すように、本実施形態において車両用空調装置１００は、鉄道車両１１０に設けられる。
【００１７】
鉄道車両１１０は、台車１１２と、台車１１２の上に設置される車体１１４と、空気バネ１２０と、空気源１２２とを含んで構成される。車体１１４には、乗客１０２が乗降するためのドア１３０が設けられている。
【００１８】
空気バネ１２０は、台車１１２と車体１１４との間に設けられ、車体１１４を支持している。空気バネ１２０は、空気源１２２から空気が導入されたり、空気源１２２に空気を排出したりして、内包する空気の体積を変化させることで任意にばね定数を調整することができ、台車１１２から車体１１４へ伝達される振動を抑制することが可能となる。また鉄道車両１１０は、空気バネ１２０を用いることで、その空気バネ１２０の内気圧を調整し、車体１１４の荷重に拘わらず、車体１１４の鉛直位置を制御することもできる。
【００１９】
ここで、例えば、車両用空調装置１００が搭載される鉄道車両１１０は、新交通システムに利用する車両であり、長さが９０００〜１２５００ｍｍ程度、幅が２３００〜２８５０ｍｍ程度である。本実施形態において鉄道車両１１０は、予め定められた軌道上を走行する。また、軌道には曲線（カーブ）も含まれるので、曲線の走行に対応すべく、鉄道車両１１０は複数連結して構成される。本実施形態においては、鉄道車両１１０として、新交通システムに利用する車両を例に挙げて説明するが、電車や汽車、バス等の車両であってもよい。
【００２０】
新交通システムの車両は、比較的小型に形成されるため、車両用空調装置１００は、設置の制限が比較的少ない、車体１１４の外側（屋根の上や、車体１１４の床下等）に設置されることが多い。
【００２１】
車両用空調装置１００は、鉄道車両内（以下、単に車内と称する）１１４ａに乗車している乗客１０２が快適に過ごせるように、車内１１４ａの温度（以下、単に内気温と称する）を予め定められた目標となる温度（以下、単に設定温度）に制御するべく、冷房機能として動作する場合は空気を冷却して、暖房機能として動作する場合は空気を加熱して、車内１１４ａに送出する。
【００２２】
空気の流れに注目すると、車両用空調装置１００は、内気（車内１１４ａの空気）を１００％循環させて、すなわち、内気を１００％取り込んで、取り込んだ内気を冷却または加熱して、再度、車内１１４ａに送出すると、最も効率よく内気温を設定温度にすることができる。しかし、鉄道車両１１０においては、乗客１０２の人数（以下、単に、乗客数と称する）に応じて、常時、所定量の外気（鉄道車両１１０外の空気）を車内１１４ａに導入（換気）しなければならないといった規制がある。
【００２３】
従来は、この規制を遵守するために、鉄道車両１１０の定員（または定員の１．５倍）の人数の乗客１０２が鉄道車両１１０に乗車しているとみなして、定員に応じた、外気の導入の流量（例えば、１人あたり１５ｍ３／ｈ）を一律に決めていたため、鉄道車両１１０の乗客数が定員に満たない場合、不必要な外気が車両用空調装置１００に導入されてしまっていた。
【００２４】
例えば、夏季において、乗客１０２が車内１１４ａの温度が快適であると感じるような比較的低い温度にしようとすると、車両用空調装置１００は、比較的高温の外気を冷却して車内１１４ａに送出しなければならないため、不必要な外気も冷却しなくてはならなくなり、無駄な電力を消費してしまうことになる。また、空気の循環量が全体的に多くなると、車両用空調装置１００の劣化やメンテナンスにも影響することになる。
【００２５】
そこで、本実施形態の車両用空調装置１００は、簡易な構成で乗客数を推定し、推定した乗客数に基づいて必要最低限の外気を導入することができ、不必要に外気を取り込んでしまうことによって生じる、上述した消費電力の増加や車両用空調装置１００の劣化等の問題を回避することを目的とする。以下、車両用空調装置１００の具体的な構成について詳述し、次に車両用空調装置１００を用いた空調方法について説明する。
【００２６】
（車両用空調装置１００）
図２は、本実施形態にかかる車両用空調装置１００の概略的な機能を示した機能ブロック図である。なお、図２中、データまたは制御信号の流れを実線で示し、空気の流れを破線で示す。また、図２において、車両用空調装置１００に導入される外気の流量である外気導入量をＱｏ、流量調整部２０２が車内１１４ａに送出する空気の流量である送出流量をＱｔ、車両用空調装置１００に再び導入（還流）される内気の流量である内気導入量をＱｉ、車両用空調装置１００に還流されることなく排出される内気の流量である排出流量をＱｅとする。なお、鉄道車両１１０が密閉空間であると仮定すると、外気導入量Ｑｏと、排出流量Ｑｅは等しくなる。
【００２７】
図２に示すように、車両用空調装置１００は、温度調整部２００と、流量調整部２０２と、割合調整部２０４と、内圧測定部２０６と、温度測定部２０８と、中央制御部２１０とを含んで構成される。
【００２８】
温度調整部２００は、後述する割合導出部２１８が導出した冷却負荷ｑｃに基づいて、導入された外気および内気を冷却したり、後述する割合導出部２１８が導出した加熱負荷ｑｈに基づいて加熱したりする。冷却負荷ｑｃは、内気温を設定温度にするべく、温度調整部２００が、導入された外気および内気を冷却するための負荷であり、加熱負荷ｑｈは、内気温を設定温度にするべく、温度調整部２００が、導入された外気および内気を加熱するための負荷である。
【００２９】
流量調整部２０２は、割合導出部２１８が導出した送出流量Ｑｔに基づいて、１１４ａに送出する空気の流量を調整する。
【００３０】
割合調整部２０４は、割合導出部２１８が導出した導入量割合Ｒに基づいて、流量調整部２０２に導入される空気の流量のうち、外気の流量である外気導入量Ｑｏと、内気の流量である内気導入量Ｑｉの割合を調整する。
【００３１】
図３は、割合調整部２０４の構成の例を説明するための説明図である。図３（ａ）、（ｃ）は、割合調整部２０４における空気の概略的な流れを示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）を、温度調整部２００側から見たときの割合調整部２０４の構造を示し、図３（ｄ）は、図３（ｃ）を、温度調整部２００側から見たときの割合調整部２０４の構造を示す。
【００３２】
図３に示すように、本実施形態において割合調整部２０４は、温度調整部２００および流量調整部２０２に外気を導入する外気導入経路２０８ａと、温度調整部２００および流量調整部２０２に内気を導入する内気導入経路２０８ｂとの合流地点に設置される。
【００３３】
例えば、割合調整部２０４は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、外気導入経路２０８ａと内気導入経路２０８ｂとの中心線２０４ｂを回転軸として回転自在な遮蔽板２０４ａを含んで構成される。図３（ａ）、（ｂ）に示す割合調整部２０４は、割合導出部２１８が導出した導入量割合Ｒに基づいて、外気導入経路２０８ａと内気導入経路２０８ｂの開口面積の比が導入量割合Ｒとなるように、遮蔽板２０４ａを回転させることで、流量調整部２０２に導入される外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉの割合を調整する。
【００３４】
また、割合調整部２０４を、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、例えば、外気導入経路２０８ａと内気導入経路２０８ｂとを摺動自在な遮蔽板２０４ｃを含んで構成させ、割合導出部２１８が導出した導入量割合Ｒに基づいて、遮蔽板２０４ｃを摺動させることで、流量調整部２０２に導入される外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉの割合を調整してもよい。
【００３５】
このように、割合調整部２０４は、遮蔽板（２０４ａ、２０４ｃ）を調整するだけで、外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉを一度に調整することができる。
【００３６】
また、割合調整部２０４は、外気導入経路２０８ａと、内気導入経路２０８ｂにそれぞれ設けられたバルブであってもよい。この場合、割合調整部２０４は、各バルブの開度を調整することで、流量調整部２０２に導入される外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉの割合を調整する。
【００３７】
内圧測定部２０６は、空気バネ１２０の内圧を測定し、後述する人数推定部２１２に出力する。空気バネ１２０の内圧と、空気バネ１２０にかかる荷重との関係は、以下の数式（１）に示す関係にある。
Ｗ＝Ａ×Ｐ
…数式（１）
ここで、Ｗは空気バネ１２０にかかる荷重（ｋｇｆ）を、Ａは空気バネ１２０の有効受圧面積（ｃｍ２）を、Ｐは空気バネ１２０の内圧（ｋｇ／ｃｍ２（ゲージ圧））をそれぞれ示す。
【００３８】
上述した数式（１）に示すように、空気バネ１２０の内圧と、空気バネ１２０にかかる荷重は比例の関係にある。したがって、内圧測定部２０６が、空気バネ１２０の内圧を測定することにより、人数推定部２１２は、車体１１４および乗客１０２の荷重、すなわち乗客数を推定することが可能となる。
【００３９】
図４は、内圧測定部２０６の構成を説明するための説明図である。図４に示すように、内圧測定部２０６は、空気バネ１２０と空気源１２２とを継ぐ空気路１２４に連通して設けられる。
【００４０】
温度測定部２０８は、車内１１４ａの温度である内気温および、鉄道車両１１０外の温度である外気温を測定する。
【００４１】
中央制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）や信号処理装置（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）、プログラム等が格納されたＲＯＭやメモリ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路を用いることができ、中央制御部２１０は、車両用空調装置１００全体を管理および制御する。本実施形態において、中央制御部２１０は、人数推定部２１２、導入量導出部２１４、熱負荷導出部２１６、割合導出部２１８、開閉検知部２２０としても機能する。
【００４２】
人数推定部２１２は、乗客数（鉄道車両１１０に乗車している乗客１０２の人数）を推定する。本実施形態において人数推定部２１２は、内圧測定部２０６が測定した空気バネ１２０の内圧に基づいて、鉄道車両１１０に乗車している乗客１０２の重量を導出し、乗客数を推定する。
【００４３】
例えば、車両用空調装置１００は、空気バネ１２０の内圧と、空気バネ１２０にかかる荷重との関係を示す関係式（検量線）を予め保持しておく。人数推定部２１２は、このような検量線に基づいて、内圧測定部２０６が測定した空気バネ１２０の内圧から空気バネ１２０にかかる荷重、すなわち鉄道車両１１０の重量および鉄道車両１１０に乗車している乗客１０２の重量を導出する。そして、人数推定部２１２は、導出した重量から鉄道車両１１０の重量を減算した値を、人の平均体重（例えば、６０ｋｇ）で除算することで、乗客数を推定する。
【００４４】
このように、鉄道車両１１０に元々設けられている空気バネ１２０を利用して乗客数を推定するといった構成により、乗客数を推定するための専用の装置を別途設ける必要がなくなり、専用の装置を設置するための占有面積が不要となり、専用の装置を設けるためのコストを削減することが可能となる。
【００４５】
導入量導出部２１４は、人数推定部２１２が推定した乗客数に基づいて、流量調整部２０２に導入される外気（鉄道車両１１０外の空気）の流量である外気導入量Ｑｏを導出する。導入量導出部２１４が導出する外気導入量Ｑｏは、規制に基づく１人あたりの外気導入量（例えば、１５ｍ３／ｈ）に人数推定部２１２が推定した乗客数を乗算した値となる。また、導入量導出部２１４や上述した人数推定部２１２の計算は、必ずしも関係式を用いる必要はなく、例えば、空気バネ１２０の内圧から外気導入量Ｑｏを一意に抽出可能なテーブルを用いて、外気導入量Ｑｏを導出してもよい。かかる構成により、導入量導出部２１４の処理負荷を軽減することが可能となる。
【００４６】
熱負荷導出部２１６は、温度測定部２０８が測定した内気温および外気温と、人数推定部２１２が推定した乗客数と、車両用空調装置１００から送出されている現在の空気の流量と、車両用空調装置１００の現在の出力（冷房負荷ｑｃまたは暖房負荷ｑｈ）とに基づいて、車内１１４ａの熱負荷を導出する。ここで、熱負荷導出部２１６は、例えば、山田治夫著「冷凍および空気調和」株式会社養賢堂発行、１９８１年、Ｐ．２３４−Ｐ．２３７等に記載された公知の方法を利用して、冷却負荷ｑｃや加熱負荷ｑｈを導出する。なお、熱負荷導出部２１６は、冷却負荷ｑｃまたは加熱負荷ｑｈのいずれかに関し、常に計算を行わずともよく、地域、季節、月日、時間等に応じて決まった値を用いることもできる。
【００４７】
割合導出部２１８は、導入量導出部２１４が導出した外気導入量Ｑｏと、熱負荷導出部２１６が導出した熱負荷とに基づいて、流量調整部２０２が調整する空気の流量である送出流量Ｑｔと、割合調整部２０４が調整する外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉの割合である導入量割合Ｒとを導出する。なお導入量割合Ｒは、外気導入量Ｑｏを１としたときの内気導入量Ｑｉの割合を示すものとする。
【００４８】
割合導出部２１８は、例えば、山田治夫著「冷凍および空気調和」株式会社養賢堂発行、１９８１年、Ｐ．２３４−Ｐ．２３７等に記載された公知の方法を利用して、送出流量Ｑｔを導出する。また、割合導出部２１８は、導出した送出流量Ｑｔを以下の数式（２）に代入して、導入量割合Ｒを導出する。
Ｒ＝（Ｑｔ−Ｑｏ）／Ｑｏ＝Ｑｉ／Ｑｏ
…数式（２）
【００４９】
以上説明したように、鉄道車両１１０の定員ではなく、実際に鉄道車両１１０に乗車している乗客１０２の具体的な人数に基づいて、外気導入量Ｑｏを必要最低限の導入量とすることで、不必要に外気を導入してしまうことによって生じる問題を回避することが可能となる。例えば、不必要に導入した外気までも無駄に冷却したり加熱したりすることによって生じる消費電力を削減したり、不必要な外気を無駄に通過させることによって生じる車両用空調装置１００の劣化を抑制したりすることが可能となる。
【００５０】
開閉検知部２２０は、乗客１０２が乗降するドア１３０の開閉を検知する。本実施形態において、上述した導入量導出部２１４は、開閉検知部２２０が、ドア１３０が開から閉になったことを検知したことを契機に、外気導入量Ｑｏを導出する。また、上述した熱負荷導出部２１６は、開閉検知部２２０が、ドア１３０が開から閉になったことを検知したことを契機に、車内１１４ａの熱負荷を導出する。
【００５１】
空気バネ１２０にかかる荷重は、鉄道車両１１０が停車し、乗客１０２が乗降したときに変化する。したがって、ドア１３０が開から閉になったとき、すなわち、駅等で乗客１０２の乗降が完了し、当面の荷重が確定したときに、外気導入量Ｑｏを導出し、当面の乗客数が確定したときに車内１１４ａの熱負荷を導出する構成により、乗客数が安定している状態で外気導入量Ｑｏおよび、車内１１４ａの熱負荷を導出することができる。
【００５２】
また、人は、車両用空調装置１００から送出される風量が変化すると、不快に感じる傾向にある。そこで、ドア１３０が開から閉になったことを契機に、外気導入量Ｑｏを導出することで、鉄道車両１１０の走行中においては、安定した風量で車両用空調装置１００から空気を送出することができ、乗客１０２に不快感を与えてしまう事態を回避することが可能となる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態にかかる車両用空調装置１００によれば、鉄道車両１１０の定員ではなく、実際に鉄道車両１１０に乗車している乗客１０２の具体的な人数に基づいて、必要最低限の外気を導入することで、不必要に外気を導入してしまうことによって生じる問題を回避することが可能となる。このような構成の車両用空調装置１００は、特に新交通システムの車両等、電力容量に制限がある車両には有効である。
【００５４】
（空調方法）
また、上述した車両用空調装置１００を用いた空調方法も提供される。以下、このような空調方法を詳細に説明する。なお、ここでは、車両用空調装置１００が冷房として機能する場合について説明する。
【００５５】
図５は、空調方法の全体的な流れを示したフローチャートである。図５に示すように、開閉検知部２２０が、ドア１３０が開から閉になったことを検知すると（Ｓ３００におけるＹＥＳ）、人数推定部２１２は、内圧測定部２０６が測定した空気バネ１２０の内圧に基づいて、鉄道車両１１０に乗車している乗客１０２の重量を導出して、乗客数を推定する（Ｓ３０２）。そして、導入量導出部２１４は、人数推定ステップＳ３０２で推定された乗客数に基づいて、外気導入量Ｑｏを導出する（Ｓ３０４）。
【００５６】
温度測定部２０８は、内気温および外気温を測定する（Ｓ３０６）。熱負荷導出部２１６は、この内気温および外気温と、人数推定ステップＳ３０２で推定された乗客数と、車両用空調装置１００から送出されている現在の空気の流量と、車両用空調装置１００の現在の出力（冷房負荷ｑｃまたは暖房負荷ｑｈ）とに基づいて、車内１１４ａの熱負荷を導出する（Ｓ３０８）。そして、割合導出部２１８は、外気導入量導出ステップＳ３０４で導出された外気導入量Ｑｏおよび熱量導出ステップＳ３０８で導出した車内１１４ａの熱負荷に基づいて、流量調整部２０２が調整する、車内１１４ａに送出する空気の流量である送出流量Ｑｔを導出し、割合調整部２０４が調整する、外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉとの割合である導入量割合Ｒを導出する（Ｓ３１０）。
【００５７】
そして、割合調整部２０４は、導出ステップＳ３１０で導出した導入量割合Ｒで、車両用空調装置１００に導入される空気の流量のうち、外気導入量Ｑｏと内気導入量Ｑｉとの割合を調整し（Ｓ３１２）、温度調整部２００は、熱負荷導出ステップＳ３０８で導出した冷却負荷ｑｃや加熱負荷ｑｈに基づいて、導入された外気および内気を冷却または加熱する（Ｓ３１４）。こうして、内気温（鉄道車両１１０内の温度）が設定温度に近づく。流量調整部２０２は、導出ステップＳ３１０で導出した送出流量Ｑｔで、車内１１４ａに空気を送出する（Ｓ３１６）。
【００５８】
上述した、車両用空調装置１００の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、空調方法にも適用可能である。
【００５９】
上述した如く、本実施形態にかかる空調方法においても、簡易な構成で乗客数を推定し、推定した乗客数に基づいて、適切な流量の外気を導入することができ、不必要に外気を導入してしまうことによって生じる問題を回避することが可能となる。
【００６０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６１】
なお、本明細書の空調方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、鉄道車両等の車両に設けられる車両用空調装置およびこれを用いた空調方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１００ …車両用空調装置
１１０ …鉄道車両（車両）
１１２ …台車
１１４ …車体
１２０ …空気バネ
１３０ …ドア
２０２ …流量調整部
２０４ …割合調整部
２０６ …内圧測定部
２０８ …温度測定部
２１２ …人数推定部
２１４ …導入量導出部
２１６ …熱負荷導出部
２１８ …割合導出部
２２０ …開閉検知部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両内に送出する空気の流量を調整する流量調整部と、
前記流量調整部に導入される空気の流量のうち、前記車両外の空気の流量である外気導入量と前記車両内の空気の流量である内気導入量との割合を調整する割合調整部と、
前記車両に乗車している乗客の人数を推定する人数推定部と、
推定された前記乗客の人数に基づいて前記外気導入量を導出する導入量導出部と、
前記車両内の温度である内気温および前記車両外の温度である外気温を測定する温度測定部と、
前記推定された乗客の人数と測定された前記内気温および前記外気温とに基づいて、前記車両内の熱負荷を導出する熱負荷導出部と、
導出された前記外気導入量と導出された前記車両内の熱負荷とに基づいて、前記流量調整部が調整する空気の流量である送出流量、および前記割合調整部が調整する外気導入量と内気導入量との割合である導入量割合とを導出する割合導出部と、
を備えることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記車両の台車と、該台車の上に設置される車体との間に設けられ、該台車から該車体へ伝達される振動を抑制する空気バネの内圧を測定する内圧測定部をさらに備え、
前記人数推定部は、測定された前記空気バネの内圧に基づいて、前記車両に乗車している乗客の重量を導出して、乗客の人数を推定することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
乗客が乗降するドアの開閉を検知する開閉検知部をさらに備え、
前記開閉検知部が、前記ドアが開から閉になったことを検知したことを契機に、前記導入量導出部は前記外気導入量を導出し、前記熱負荷導出部は前記車両内の熱負荷を導出することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
車両用空調装置を用いた空調方法であって、
車両に乗車している乗客の人数を推定し、
推定した前記乗客の人数に基づいて、前記車両用空調装置に導入される前記車両外の空気の流量である外気導入量を導出し、
前記車両内の温度である内気温および前記車両外の温度である外気温を測定し、
前記推定した乗客の人数と、測定された前記内気温および前記外気温とに基づいて、前記車両内の熱負荷を導出し、
導出した前記外気導入量および導出した前記車両内の熱負荷に基づいて、前記車両用空調装置が送出する空気の流量である送出流量、および前記外気導入量と前記車両内から導入される空気の流量である内気導入量との割合である導入量割合を導出し、
導出した前記導入量割合で、前記車両用空調装置に導入される空気の流量のうち、前記外気導入量と前記内気導入量との割合を調整し、
導出した前記送出流量で前記車両内に空気を送出することを特徴とする空調方法。
【請求項１】
車両内に送出する空気の流量を調整する流量調整部と、
前記流量調整部に導入される空気の流量のうち、前記車両外の空気の流量である外気導入量と前記車両内の空気の流量である内気導入量との割合を調整する割合調整部と、
前記車両に乗車している乗客の人数を推定する人数推定部と、
推定された前記乗客の人数に基づいて前記外気導入量を導出する導入量導出部と、
前記車両内の温度である内気温および前記車両外の温度である外気温を測定する温度測定部と、
前記推定された乗客の人数と測定された前記内気温および前記外気温とに基づいて、前記車両内の熱負荷を導出する熱負荷導出部と、
導出された前記外気導入量と導出された前記車両内の熱負荷とに基づいて、前記流量調整部が調整する空気の流量である送出流量、および前記割合調整部が調整する外気導入量と内気導入量との割合である導入量割合とを導出する割合導出部と、
を備えることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記車両の台車と、該台車の上に設置される車体との間に設けられ、該台車から該車体へ伝達される振動を抑制する空気バネの内圧を測定する内圧測定部をさらに備え、
前記人数推定部は、測定された前記空気バネの内圧に基づいて、前記車両に乗車している乗客の重量を導出して、乗客の人数を推定することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
乗客が乗降するドアの開閉を検知する開閉検知部をさらに備え、
前記開閉検知部が、前記ドアが開から閉になったことを検知したことを契機に、前記導入量導出部は前記外気導入量を導出し、前記熱負荷導出部は前記車両内の熱負荷を導出することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
車両用空調装置を用いた空調方法であって、
車両に乗車している乗客の人数を推定し、
推定した前記乗客の人数に基づいて、前記車両用空調装置に導入される前記車両外の空気の流量である外気導入量を導出し、
前記車両内の温度である内気温および前記車両外の温度である外気温を測定し、
前記推定した乗客の人数と、測定された前記内気温および前記外気温とに基づいて、前記車両内の熱負荷を導出し、
導出した前記外気導入量および導出した前記車両内の熱負荷に基づいて、前記車両用空調装置が送出する空気の流量である送出流量、および前記外気導入量と前記車両内から導入される空気の流量である内気導入量との割合である導入量割合を導出し、
導出した前記導入量割合で、前記車両用空調装置に導入される空気の流量のうち、前記外気導入量と前記内気導入量との割合を調整し、
導出した前記送出流量で前記車両内に空気を送出することを特徴とする空調方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１０１６２６（Ｐ２０１２−１０１６２６Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５０５３４（Ｐ２０１０−２５０５３４）
【出願日】平成２２年１１月９日（２０１０．１１．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月９日（２０１０．１１．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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