JP2022038655A - 車両用結露検出装置、車両用空調装置、及び車両用結露検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車室の内面に結露が発生しうる状況にあることを従来よりも正確に検出することが可能な車両用結露検出装置、車両用空調装置、及び車両用結露検出方法を提供する。
【解決手段】車両用結露検出装置としての制御装置２００において、車内湿度特定部２１０は、鉄道車両の車室内の湿度である車内湿度Ｈｉを特定する。車内温度特定部２２０は、車室内の気温である車内温度Ｔｉを特定する。車外温度特定部２３０は、鉄道車両の外部の気温である車外温度Ｔｏを特定する。車内風速特定部２４０は、車室を空調する空調機器によって車室内に形成される気流の風速である車内風速Ｖｉを特定する。結露判定部２６０は、車内湿度Ｈｉ、車内温度Ｔｉ、車外温度Ｔｏ、及び車内風速Ｖｉの値を用いて、車室の内面に結露が発生しうる状況にあるか否かの判定を行う。判定結果出力部２７０は、結露判定部２６０の判定結果を出力する。
【選択図】図３

Description

本開示は、車両用結露検出装置、車両用空調装置、及び車両用結露検出方法に関する。

特許文献１に開示されているように、車両の窓ガラスの内面に結露が発生しうることを検出する車両用空調装置が知られている。この車両用空調装置は、車両の外部における窓ガラスの近傍に配置された外気温センサの検出値が、車室内の空気の露点以下であるか否かによって、窓ガラスの内面に結露が発生しうるか否かを判定する。

特開平０１－２９７３１８号公報

上記車両用空調装置によれば、窓ガラスの内面の温度を直接的に測定する必要はないが、外気温センサの検出値それ自体は、窓ガラスの内面の温度を表している訳ではない。このため、上記車両用空調装置では、窓ガラスの内面に結露が発生しうることを正確に検出できるとは言い難い。

また、結露は、車室における窓ガラス以外の部分の内面にも発生しうる。そこで、窓ガラスの内面を含む車室の内面に、結露が発生しうる状況にあることを正確に検出することが可能な技術が望まれる。

本開示の目的は、車室の内面に結露が発生しうる状況にあることを従来よりも正確に検出することが可能な車両用結露検出装置、車両用空調装置、及び車両用結露検出方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本開示に係る車両用結露検出装置は、
車両の車室内の湿度である車内湿度を特定する車内湿度特定部と、
前記車室内の気温である車内温度を特定する車内温度特定部と、
前記車両の外部の気温である車外温度を特定する車外温度特定部と、
前記車室を空調する空調機器によって前記車室内に形成される気流の風速である車内風速を特定する車内風速特定部と、
前記車内湿度特定部によって特定された前記車内湿度、前記車内温度特定部によって特定された前記車内温度、前記車外温度特定部によって特定された前記車外温度、及び前記車内風速特定部によって特定された前記車内風速の値を用いて、前記車室の内面に結露が発生しうる状況にあるか否かの結露判定を行う結露判定部と、
前記結露判定部の判定結果を出力する判定結果出力部と、
を有する。

本開示に係る車両用結露検出装置によれば、特に車内風速の値を結露判定に用いることにより、車室の内面に結露が発生しうる状況にあることを従来よりも正確に検出することが可能となる。

実施形態１に係る車両用空調装置の構成を示す概念図 実施形態１に係る空調機器の構成を示す概念図 実施形態１に係る制御装置の機能を示す概念図 実施形態１に係る結露監視処理のフローチャート 実施形態２に係る車内風速特定部及び車内湿度特定部を示す概念図 実施形態３に係る車外温度特定部を示す概念図 実施形態４に係る車外風速特定部を示す概念図 実施形態５に係る撹拌ファンが形成する撹拌気流を示す概念図 実施形態６に係る判定結果出力部を示す概念図

以下、図面を参照し、車両が鉄道車両である場合を例に挙げて、実施形態に係る車両用空調装置について述べる。図中、同一又は対応する部分に同一の符号を付す。

［実施形態１］
図１に示すように、本実施形態に係る車両用空調装置４００は、鉄道車両９００に搭載される。車両用空調装置４００は、鉄道車両９００において人が乗るために画定された車室９１０を空調する空調機器１００と、空調機器１００を制御する制御装置２００とを備える。車室９１０は、具体的には、乗客を収容する客室である。

図２に示すように、空調機器１００は、冷媒を圧縮する圧縮機１１１と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器としての室外熱交換器１１２と、凝縮された冷媒を膨張させる膨張器１１３と、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器としての室内熱交換器１１４と、蒸発された気体の冷媒を液体の冷媒から分離する気液分離器１１５とを有する。

また、空調機器１００は、冷媒を案内する冷媒配管１１６を有する。冷媒配管１１６は、圧縮機１１１、室外熱交換器１１２、膨張器１１３、室内熱交換器１１４、及び気液分離器１１５をこの順番につなぐ閉回路を構成している。気液分離器１１５で分離された気体の冷媒が、再び圧縮機１１１に戻る。

圧縮機１１１は、自己の内部に画定された圧縮室に冷媒を吸い込み、吸い込んだ冷媒を圧縮室で圧縮し、圧縮された冷媒を吐出する動作を繰り返す。これにより、冷媒配管１１６を通じて冷媒が循環し、冷凍サイクルが構成される。すると、室内熱交換器１１４が冷却され、室外熱交換器１１２が発熱した状態となる。

室内熱交換器１１４が、車室９１０内の空気である車内空気と熱交換することにより、車室９１０が冷房される。また、室外熱交換器１１２が、鉄道車両９００の外部の空気である車外空気と熱交換することにより、廃熱が外部に放出される。

また、空調機器１００は、車内空気と室内熱交換器１１４との熱交換を促進する室内ファン１２１を有する。室内ファン１２１は、車室９１０から車内空気を吸い込み、吸い込んだ車内空気を、室内熱交換器１１４を通過させて、車室９１０に流入させる。室内熱交換器１１４を通過した車内空気が、空調された空気、具体的には冷房された空気である。なお、室内ファン１２１の回転数は可変に制御可能である。

また、空調機器１００は、車外空気と室外熱交換器１１２との熱交換を促進する室外ファン１２２を有する。室外ファン１２２は、外部から車外空気を吸い込み、吸い込んだ車外空気を、室外熱交換器１１２を通過させて外部に排出する。なお、室外ファン１２２の回転数は可変に制御可能である。

圧縮機１１１は、冷媒配管１１６を流れる冷媒の単位時間当たりの循環量を可変に調整することができる構成を有する。具体的には、圧縮機１１１は、上述した圧縮室の実質的な容量を弁によって機械的に２段階に切り換えることができる容量可変構造を有する。

圧縮機１１１を、圧縮室の容量が相対的に大きい状態に切り換えたとき、単位時間当たりの冷媒の循環量が増大するため、空調機器１００の、車室９１０を冷房する能力（以下、冷房能力という。）が向上する。一方、圧縮機１１１を、圧縮室の容量が相対的に小さい状態に切り換えると、単位時間当たりの冷媒の循環量が低下するため、空調機器１００の冷房能力が抑えられる。

制御装置２００が、圧縮機１１１における圧縮室の容量を制御することにより、空調機器１００の冷房能力を２段階に切り換える。また、制御装置２００は、室内ファン１２１及び室外ファン１２２の回転数を変化させる制御を行う。また、制御装置２００は、冷房運転の開始時に、圧縮機１１１、室内ファン１２１、及び室外ファン１２２を起動させる制御と、冷房運転の終了時に、圧縮機１１１、室内ファン１２１、及び室外ファン１２２を停止させる制御とを行う。

図１に戻り、説明を続ける。従来、鉄道車両９００の運行中においては、空調機器１００が作動しているか否かによらずに、車室９１０の内面に結露が生じる場合があった。

ここで“車室９１０の内面”とは、車室９１０を画定する窓ガラス９２０の内面、車室９１０を画定する両側壁のうち窓ガラス９２０以外の部分の内面、車室９１０を画定する妻壁の内面、車室９１０を画定する天井部の内面等の総称を意味する。

仮に、車室９１０の内面に結露が生じると、乗客にとっての快適性が損なわれる。そこで、制御装置２００は、車室９１０の内面における結露の発生を未然に防止すべく、空調機器１００の冷房能力を高める制御を行う。その制御を実現すべく、車両用空調装置４００は、結露が生じる可能性があることを検出するためのセンサ群を備える。

そのセンサ群には、車室９１０内の湿度である車内湿度を計測する車内湿度センサ３１０と、車室９１０内の気温である車内温度を計測する車内温度センサ３２０と、鉄道車両９００の外部の気温である車外温度を計測する車外温度センサ３３０と、空調機器１００によって車室９１０内に形成される気流の風速である車内風速を計測する車内風速センサ３４０とが含まれる。

また、センサ群には、鉄道車両９００の外部の風速である車外風速を計測する車外風速センサ３５０も含まれる。ここで“車外風速”とは、鉄道車両９００が受ける風の速さである相対風速を指す。相対風速は、鉄道車両９００の進行速度と自然界で発生している風の速さとの和である。

制御装置２００は、車内湿度センサ３１０、車内温度センサ３２０、車外温度センサ３３０、車内風速センサ３４０、及び車外風速センサ３５０の検出結果に基づいて、車室９１０の内面に結露が生じる可能性があることを検出する車両用結露検出装置の一例である。

制御装置２００は、結露が生じる可能性があることを検出すると、結露の発生を未然に抑えるために、空調機器１００の冷房能力を高める。冷房能力を高めると、車内空気中の水分量のうち室内熱交換器１１４で凝縮することにより除去される割合が高まるので、車内空気の湿度が低下する。この結果、結露が生じにくくなる。即ち、冷房能力は、車室９１０内の湿度を低下させる除湿能力の一例である。

以下、車室９１０の内面に結露が生じる可能性があることを検出するための制御装置２００の機能について、具体的に説明する。

図３に示すように、制御装置２００は、車内湿度Ｈｉを特定する車内湿度特定部２１０を有する。車内湿度特定部２１０は、図１に示す車内湿度センサ３１０から計測結果を取得することにより、車内湿度Ｈｉを特定する。

また、制御装置２００は、車内温度Ｔｉを特定する車内温度特定部２２０を有する。車内温度特定部２２０は、図１に示す車内温度センサ３２０から計測結果を取得することにより、車内温度Ｔｉを特定する。

また、制御装置２００は、車外温度Ｔｏを特定する車外温度特定部２３０を有する。車外温度特定部２３０は、図１に示す車外温度センサ３３０から計測結果を取得することにより、車外温度Ｔｏを特定する。

また、制御装置２００は、車内風速Ｖｉを特定する車内風速特定部２４０を有する。車内風速特定部２４０は、図１に示す車内風速センサ３４０から計測結果を取得することにより、車内風速Ｖｉを特定する。

また、制御装置２００は、車外風速Ｖｏを特定する車外風速特定部２５０を有する。車外風速特定部２５０は、図１に示す車外風速センサ３５０から計測結果を取得することにより、車外風速Ｖｏを特定する。

また、制御装置２００は、車内湿度特定部２１０によって特定された車内湿度Ｈｉ、車内温度特定部２２０によって特定された車内温度Ｔｉ、車外温度特定部２３０によって特定された車外温度Ｔｏ、車内風速特定部２４０によって特定された車内風速Ｖｉ、及び車外風速特定部２５０によって特定された車外風速Ｖｏの値を用いて、車室９１０の内面に結露が発生しうる状況にあるか否かの結露判定を行う結露判定部２６０を有する。

結露判定部２６０は、車内湿度特定部２１０によって特定された車内湿度Ｈｉと、車内温度特定部２２０によって特定された車内温度Ｔｉとを用いて、車室９１０内の空気である車内空気の露点Ｔｄを算出する露点算出部２６１を有する。

具体的には、露点算出部２６１は、車内湿度Ｈｉと車内温度Ｔｉとから湿り空気中の水蒸気分圧を算出し、算出した水蒸気分圧を飽和水蒸気圧とする温度を特定することにより、露点Ｔｄを求める。

また、結露判定部２６０は、車内温度特定部２２０によって特定された車内温度Ｔｉと、車外温度特定部２３０によって特定された車外温度Ｔｏと、車内風速特定部２４０によって特定された車内風速Ｖｉと、車外風速特定部２５０によって特定された車外風速Ｖｏとを用いて、車室９１０の内面の到達温度を表す内面到達温度Ｔａを算出する内面到達温度算出部２６２を有する。

具体的には、内面到達温度算出部２６２は、まず、車内温度Ｔｉと、車外温度Ｔｏとを用いて、両者の差である温度差ΔＴを算出する。温度差ΔＴは、次式で定義される。
ΔＴ＝Ｔｏ－Ｔｉ ・・・（１）

次に、内面到達温度算出部２６２は、温度差ΔＴに依存する関数として予め定義された温度補正量δＴを算出する。温度補正量δＴは、車内温度Ｔｉと車外温度Ｔｏとの温度差ΔＴに起因する熱交換によって、車室９１０の内面の位置において温度が車内温度Ｔｉから変化する量を表す。次に、内面到達温度算出部２６２は、次式で定義される内面到達温度Ｔａを算出する。
Ｔａ＝Ｔｉ＋δＴ ・・・（２）

温度補正量δＴは、具体的には、車内温度Ｔｉの、温度差ΔＴに起因する変動の受けにくさを表す物理量である熱抵抗率をＲとしたとき、次式で定義される。
δＴ＝Ｒ×ΔＴ ・・・（３）

なお、熱抵抗率Ｒは正の値である。結露が生じ得る条件であるＴｏ＜Ｔｉの場合には、上式（１）より温度差ΔＴが負の値となるため、上式（３）より温度補正量δＴも負の値となる。この場合、上式（２）は、車室９１０から鉄道車両９００の外部への熱の移動によって、車室９１０の内面の位置における温度が、車内温度Ｔｉよりも温度補正量δＴの絶対値分だけ低下することを表す。

一具体例として、車内温度Ｔｉ＝２５℃、温度補正量δＴ＝－１３．２の場合、上式（２）より、Ｔａ＝２５＋（－１３．２）＝１１．８℃となる。

上述した熱抵抗率Ｒは、車室９１０内の空気である車内空気の熱抵抗（以下、車内熱抵抗という。）をθｉ、鉄道車両９００の外部の空気である車外空気の熱抵抗（以下、車外熱抵抗という。）をθｏとしたとき、次式で定義される。
Ｒ＝θｉ／（θｉ＋θｏ） ・・・（４）

ここで、車内熱抵抗θｉは、車内風速Ｖｉが大きいほど小さくなる車内風速依存性をもつ関数ｆ（Ｖｉ）として予め定義されている。従って、内面到達温度算出部２６２は、その関数ｆ（Ｖｉ）に車内風速Ｖｉを代入することで、車内熱抵抗θｉを算出できる。

また、車外熱抵抗θｏは、車外風速Ｖｏが大きいほど小さくなる車外風速依存性をもつ関数ｆ（Ｖｏ）として予め定義されている。従って、内面到達温度算出部２６２は、その関数ｆ（Ｖｏ）に車内風速Ｖｏを代入することで、車外熱抵抗θｏを算出できる。

なお、上式（４）の右辺の分母、即ち車内熱抵抗θｉと車外熱抵抗θｏとの和で定義される全熱抵抗は、車内風速Ｖｉが大きいほど小さくなる車内風速依存性と、車外風速Ｖｏが大きいほど小さくなる車外風速依存性とをもつ。

内面到達温度算出部２６２は、算出した車内熱抵抗θｉと車外熱抵抗θｏとを上式（４）に代入することで、熱抵抗率Ｒを算出する。そして、内面到達温度算出部２６２は、その熱抵抗率Ｒを上式（３）に代入することで温度補正量δＴを算出し、算出した温度補正量δＴを上式（２）に代入することで内面到達温度Ｔａを算出する。

また、結露判定部２６０は、内面到達温度算出部２６２によって算出された内面到達温度Ｔａが、露点算出部２６１によって算出された露点Ｔｄ以下であるか否かを判定する比較部２６３を有する。内面到達温度Ｔａが露点Ｔｄ以下である場合に、車室９１０の内面に結露が発生しうる状況にあると言える。

従って、結露判定部２６０は、Ｔａ≦Ｔｄの場合は、車室９１０の内面に結露が発生しうる状況にある旨の判定を下し、Ｔａ＞Ｔｄの場合には、車室９１０の内面に結露が発生しうる状況にはない旨の判定を下す。

また、制御装置２００は、結露判定部２６０の判定結果を出力する判定結果出力部２７０と、判定結果出力部２７０から判定結果の出力を受ける制御部２８０とを有する。

制御部２８０は、車室９１０の内面に結露が発生しうる状況にある旨の判定結果の出力を判定結果出力部２７０から受けた場合には、その出力を契機として、結露の発生を抑制させる結露抑制運転を空調機器１００に開始させる。

本実施形態において、結露抑制運転とは、空調機器１００の冷房能力が相対的に高められ、かつ室内ファン１２１の回転数が相対的に高められた運転を指す。これに対し、空調機器１００の冷房能力が相対的に低く抑えられ、かつ室内ファン１２１の回転数が相対的に小さく抑えられた冷房運転を、通常冷房運転と呼ぶことにする。

図２に示すように、制御装置２００は、プロセッサ２００ａとメモリ２００ｃとを有する。メモリ２００ｃには、制御プログラム２００ｂが記憶されている。制御プログラム２００ｂは、結露が発生する可能性の検出に伴って、空調機器１００に結露抑制運転を開始させる結露監視処理の手順を規定したものである。プロセッサ２００ａが、制御プログラム２００ｂを実行することにより、図３に示した各部の機能が実現される。

以下、空調機器１００が通常冷房運転を行っている場合を前提として、制御装置２００が行う結露監視処理を具体的に述べる。

図４に示すように、まず、車内湿度特定部２１０が、車内湿度センサ３１０から計測結果を取得することにより、車内湿度Ｈｉを特定する（車内湿度特定ステップＳ１）。

また、車内温度特定部２２０が、車内温度センサ３２０から計測結果を取得することにより、車内温度Ｔｉを特定する（車内温度特定ステップＳ２）。

また、車外温度特定部２３０が、車外温度センサ３３０から計測結果を取得することにより、車外温度Ｔｏを特定する（車外温度特定ステップＳ３）。

また、車内風速特定部２４０が、車内風速センサ３４０から計測結果を取得することにより、車内風速Ｖｉを特定する（車内風速特定ステップＳ４）。

また、車外風速特定部２５０が、車外風速センサ３５０から計測結果を取得することにより、車外風速Ｖｏを特定する（車外風速特定ステップＳ５）。

次に、露点算出部２６１が、車内湿度Ｈｉと車内温度Ｔｉとを用いて、車室９１０内の空気である車内空気の露点Ｔｄを算出する（露点算出ステップＳ６）。

次に、内面到達温度算出部２６２が、車内温度Ｔｉ、車外温度Ｔｏ、車内風速Ｖｉ、及び車外風速Ｖｏの値を用いて、車室９１０の内面の到達温度を表す内面到達温度Ｔａを算出する（内面到達温度算出ステップＳ７）。

具体的には、内面到達温度算出部２６２は、まず、車内温度Ｔｉと車外温度Ｔｏとを用いて、両者の差である温度差ΔＴ＝＝Ｔｏ－Ｔｉを算出する。

また、内面到達温度算出部２６２は、車内熱抵抗θｉを算出する。車内熱抵抗θｉを定義する関数として、車内風速Ｖｉが大きいほど小さな値をとる車内風速依存性をもつ関数ｆ（Ｖｉ）がメモリ２００ｂに予め記憶されている。そこで、内面到達温度算出部２６２は、その関数ｆ（Ｖｉ）に、車内風速特定ステップＳ４で特定した車内風速Ｖｉを代入することで、車内熱抵抗θｉを算出する。

また、内面到達温度算出部２６２は、車外熱抵抗θｏを算出する。車外熱抵抗θｏを定義する関数として、車外風速Ｖｏが大きいほど小さな値をとる車外風速依存性とをもつ関数ｆ（Ｖｏ）がメモリ２００ｂに予め格納されている。そこで、内面到達温度算出部２６２は、その関数ｆ（Ｖｏ）に、車外風速特定ステップＳ５で特定した車外風速Ｖｏを代入することで、車外熱抵抗θｏを算出する。

そして、内面到達温度算出部２６２は、算出した温度差ΔＴ、車内熱抵抗θｉ、及び車外熱抵抗θｏと、既述の式（２）－（４）とを用いて、内面到達温度Ｔａを算出する。

次に、比較部２６３が、内面到達温度算出ステップＳ７で算出した内面到達温度Ｔａが露点算出ステップＳ６で算出した露点Ｔｄ以下であるか否かを判定する（比較ステップＳ８）。なお、露点算出ステップＳ６から比較ステップＳ８は、車室９１０の内面に結露が発生しうる状況にあるか否かの結露判定を行う結露判定ステップの一例である。

内面到達温度Ｔａが露点Ｔｄ以下である場合は（比較ステップＳ８；ＹＥＳ）、車室９１０の内面に結露が発生しうる状況にあると言える。そこで、その旨の判定結果の出力を判定結果出力部２７０から受けた制御部２８０は、まず、空調機器１００が現在、結露抑制運転をしているか否かを判定する（第１運転判別ステップＳ９）。

そして、制御部２８０は、空調機器１００が現在、結露抑制運転をしていない場合（第１運転判別ステップＳ９；ＮＯ）、即ち、空調機器１００が現在、通常冷房運転を行っている場合は、空調機器１００に結露抑制運転を開始させる（結露抑制運転開始ステップＳ１０）。

具体的には、制御部２８０は、圧縮室の容量が相対的に大きい状態へと圧縮機１１１を切り換えることにより、空調機器１００の冷房能力を高める。これにより、車内空気中の水分量のうち室内熱交換器１１４で凝縮することにより除去される割合が高まるので、車内空気の湿度が低下し、結露が生じにくくなる。また、仮に結露が生じていても、その結露が速やかに除去される。

また、制御部２８０は、室内ファン１２１の回転数を高める。これにより、冷房された空気が空調機器１００から車室９１０へと流入する流入気流の流速が速くなる結果、車室９１０の内面、特に窓ガラス９２０の内面に沿う気流の流速も早くなる。つまり、流入気流の一部は、車室９１０の内面に沿って流れる。このため、車室９１０の内面の乾燥が促進され、結露が生じにくくなる。また、仮に結露が生じていても、その結露が速やかに除去される。

一方、内面到達温度Ｔａが露点Ｔｄを超える場合は（比較ステップＳ８；ＮＯ）、車室９１０の内面に結露が発生しうる状況にあるとは言えない。そこで、その旨の判定結果の出力を判定結果出力部２７０から受けた制御部２８０は、まず、空調機器１００が現在、結露抑制運転をしているか否かを判定する（第２運転判別ステップＳ１１）。

そして、制御部２８０は、空調機器１００が現在、結露抑制運転をしている場合（第２運転判別ステップＳ１１；ＹＥＳ）、空調機器１００に無駄な結露抑制運転を停止させ（結露抑制運転停止ステップＳ１２）、空調機器１００の運転を通常冷房運転に戻す。

また、制御部２８０は、第１運転判別ステップＳ９で空調機器１００が既に結露抑制運転を行っている場合（第１運転判別ステップＳ９；ＹＥＳ）、及び第２運転判別ステップＳ１１で空調機器１００が結露抑制運転を行っていない場合は（第２運転判別ステップＳ１１；ＮＯ）、結露監視処理を終了させるか否かを判定する（終了判定ステップＳ１３）。

また、制御部２８０は、結露抑制運転開始ステップＳ１０で空調機器１００に結露抑制運転を開始させた後、及び結露抑制運転停止ステップＳ１２で空調機器１００の運転を通常冷房運転に戻した後も、終了判定ステップＳ１３に移行する。

終了判定ステップＳ１３において、制御部２８０は、結露監視処理を継続させる場合は（終了判定ステップＳ１３；ＮＯ）、再び車内湿度特定ステップＳ１に戻り、そうでない場合は（終了判定ステップＳ１３；ＹＥＳ）、結露監視処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態では、車内風速Ｖｉの値を考慮して、車室９１０の内面が到達する温度を求める。このため、車内風速Ｖｉの値を考慮しなかった従来に比べると、車室９１０の内面が到達する温度を正確に推定できる。従って、車室９１０の内面に結露が発生しうる状況にあることを従来よりも正確に検出することが可能となる。

具体的には、結露判定部２６０は、車内風速Ｖｉの値を用いて車内熱抵抗θｉを求め、次いで車内熱抵抗θｉと温度差ΔＴとの積の項を含む式で定義される温度補正量δＴを求め、次いで温度補正量δＴの分だけ車内温度Ｔｉを補正することにより、内面到達温度Ｔａを算出する。このようにして算出された内面到達温度Ｔａは、車室９１０の内面が到達する温度を正確に表している。従って、車室９１０の内面に結露が発生しうる状況にあることを従来よりも正確に検出することが可能となる。

［実施形態２］
実施形態１では、車内風速Ｖｉの特定に車内風速センサ３４０を用い、車内湿度Ｈｉの特定に車内湿度センサ３１０を用いたが、これらのセンサは必須ではない。以下、これらのセンサを用いない具体例を述べる。

図５に示すように、本実施形態は、鉄道車両９００に備えられている荷重センサ９３０を利用する。荷重センサ９３０は、車両と乗客との合計の重さを検出する。

ここで“車両”とは、図１において、複数の車両が連結された構成を有する鉄道車両９００のうち、結露の発生を防止する対象としている車室９１０を画定している車両を指す。また、“乗客”とは、その車室９１０に搭乗しているすべての乗客を指す。

また、制御装置２００は、荷重センサ９３０の検出結果を用いて乗車率を算出する乗車率算出部２９１を有する。

乗車率算出部２９１は、まず、荷重センサ９３０の検出結果から、車両の既知の重さを引いた値を、１人の乗客の平均体重で割り算することにより、車室９１０に搭乗している乗客の総人数の推定値を求める。次に、その推定値を、車室９１０に対して予め定められている定員人数で割り算する。これにより、車室９１０における乗車率が求まる。

車内風速Ｖｉは、車室９１０における乗車率に依存するため、乗車率から車内風速Ｖｉを近似的に推定することが可能である。そこで、車内風速特定部２４０は、乗車率算出部２９１で算出された乗車率に基づいて、車内風速Ｖｉを特定する。また、車内風速Ｖｉは、図２に示す室内ファン１２１の回転数にも依存するので、車内風速特定部２４０は、車内風速Ｖｉの特定に際し、室内ファン１２１の回転数を表すデータをさらに参酌してもよい。

また、車内風速Ｖｉは、車内温度Ｔｉと車外温度Ｔｏとの温度差ΔＴ、及び鉄道車両９００の進行速度にも依存する。このため、車内風速特定部２４０は、車内風速Ｖｉの特定に際し、これらの検出結果のいずれか又はこれらの検出結果を組み合わせたデータをさらに参酌してもよい。なお、温度差ΔＴは、内面到達温度算出部２６２から取得できる。また、鉄道車両９００の進行速度を表す車速データは、鉄道車両９００の運行状況及び制御に関わるデータを一括管理する列車情報管理システムから取得できる。

具体的には、乗車率から車内風速Ｖｉを特定するテーブル若しくは関数、乗車率及び室内ファン１２１の回転数から車内風速Ｖｉを特定するテーブル若しくは関数、乗車率、室内ファン１２１の回転数、及び温度差ΔＴから車内風速Ｖｉを特定するテーブル若しくは関数、又は、乗車率、室内ファン１２１の回転数、温度差ΔＴ、及び鉄道車両９００の進行速度から車内風速Ｖｉを特定するテーブル若しくは関数を予め図２に示すメモリ２００ｃに準備しておく。車内風速特定部２４０は、そのテーブル若しくは関数を用いて車内風速Ｖｉを特定できる。

また、車内湿度Ｈｉも、車室９１０における乗車率に依存するため、乗車率から車内湿度Ｈｉを近似的に推定することも可能である。そこで、車内湿度特定部２１０は、乗車率算出部２９１で算出された乗車率に基づいて、車内湿度Ｈｉを特定する。

具体的には、乗車率から車内湿度Ｈｉを特定するテーブル又は関数を予め図２に示すメモリ２００ｃに準備しておく。なお、その関数は、乗客１人当たりの呼気及び発汗に伴う放出水分量を表す物理量をパラメータとして含むものであってもよい。車内湿度特定部２１０は、そのテーブル又は関数を用いて車内湿度Ｈｉを特定できる。

なお、車内風速特定部２４０、車内湿度特定部２１０が、鉄道車両９００の運行状況及び制御に関わるデータを一括管理する列車情報管理システムから、乗車率を表すデータを取得できる場合は、乗車率算出部２９１を省略してもよい。

［実施形態３］
実施形態１では、車外温度Ｔｏの特定に車外温度センサ３３０を用いたが、車外温度センサ３３０は必須ではない。以下、車外温度センサ３３０を用いない具体例を述べる。

図６に示すように、本実施形態は、鉄道車両９００に備えられている車両位置特定部９４０を利用する。車両位置特定部９４０は、運行中の鉄道車両９００の地理的な現在位置を表す車両位置データを随時出力する。

車両位置データによれば、少なくとも、鉄道車両９００が地上を走行しているのか、地下を走行しているのかを特定できる。なお、鉄道車両９００の運行ルートが固定されている場合は、基準場所からの運行距離によって鉄道車両９００の地理的な現在位置を特定できる。そこで、車両位置データとしてキロ程を表すデータを用いてもよい。

また、制御装置２００は、現在の月日を特定するカレンダー機能部２９２を有する。カレンダー機能部２９２は、現在の月日を表す月日データを出力する。なお、月日データには、現在時刻の情報が含まれていてもよい。

車外温度Ｔｏは、鉄道車両９００の地理的な現在位置及び現在の月日に依存するため、鉄道車両９００の地理的な現在位置及び現在の月日から、車外温度Ｔｏを近似的に推定することが可能である。そこで、車外温度特定部２３０は、車両位置特定部９４０から取得した車両位置データ及びカレンダー機能部２９２から取得した月日データに基づいて、車外温度Ｔｏを特定する。

具体的には、車両位置データ及び月日データから車外温度Ｔｏを特定するテーブル又は関数を予め図２に示すメモリ２００ｃに準備しておく。車外温度特定部２３０は、そのテーブル又は関数を用いて車外温度Ｔｏを特定できる。

なお、車両位置特定部９４０は、既述の列車情報管理システムであってもよい。列車情報管理システムから月日データを取得できる場合は、カレンダー機能部２９２を省略してもよい。

［実施形態４］
実施形態１では、車外風速Ｖｏの特定に車外風速センサ３５０を用いたが、車外風速センサ３５０は必須ではない。以下、車外風速センサ３５０を用いない具体例を述べる。

図７に示すように、本実施形態は、鉄道車両９００に備えられている車速特定部９５０を利用する。車速特定部９５０は、鉄道車両９００の現在の進行速度を表す車速データを随時出力する。なお、車速特定部９５０は、既述の列車情報管理システムであってもよい。

車外風速Ｖｏとは、既述のとおり、鉄道車両９００が受ける風の速さである相対風速であるため、鉄道車両９００の進行速度によって車外風速Ｖｏを近似できる。そこで、車外風速特定部２５０は、車速特定部９５０から取得した車速データによって車外風速Ｖｏを特定する。

［実施形態５］
実施形態１の構成において、空調機器１００が、室内ファン１２１とは別に、車室９１０に気流を形成する手段を備えてもよい。以下、その具体例を述べる。

図８に示すように、本実施形態に係る空調装置１００は、室内ファン１２１とは別に、車室９１０内における空気の撹拌を促進させる撹拌ファン１３０をさらに備える。撹拌ファン１３０も、室内ファン１２１と同様に、回転数を可変に制御可能な構成を有する。

室内ファン１２１は、室内熱交換器１１４を通過することにより冷房された空気が車室９１０へ流入する流入気流１４１を形成する。これに対し、撹拌ファン１３０は、流入気流１４１とは別に、車室９１０内の空気を撹拌させる撹拌気流１４２を形成する。撹拌気流１４２は、室内熱交換器１１４を通過せずに循環する。

撹拌気流１４２及び流入気流１４１は、車室９１０の天井部から、鉄道車両９００の幅方向に対面する一対の側壁の各々の内面に沿って、下向きに流れる。なお、ここでいう“側壁”とは、図１に示した窓ガラス９２０も含む概念とする。

本実施形態では、結露抑制運転とは、空調機器１００の冷房能力が高められ、室内ファン１２１の回転数が高められ、かつ撹拌ファン１３０の回転数が高められた運転を指す。つまり、図３に示す制御部２８０は、図４に示す結露抑制運転開始ステップＳ１０において、空調機器１００の冷房能力を高め、かつ室内ファン１２１の回転数を高めることに加えて、撹拌ファン１３０の回転数を高める。ここで“回転数を高める”とは、停止していた撹拌ファン１３０を起動させることも含む意味である。

撹拌ファン１３０の回転数を高めると、鉄道車両９００の幅方向に対面する一対の側壁の各々の内面に沿って流れる撹拌気流１４２の流速が速くなる。この結果、一対の側壁の各々の内面の乾燥が促進され、結露が生じにくくなる。また、仮に結露が生じていても、その結露が速やかに除去される。

［実施形態６］
実施形態１では、判定結果出力部２７０が結露判定部２６０の判定結果を制御部２８０に出力したが、判定結果の出力先は、制御部２８０以外の装置であってもよい。以下、その具体例を述べる。

図９に示すように、本実施形態では、判定結果出力部２７０が、結露判定の判定結果を運転室モニタ９６０に出力する。運転室モニタ９６０は、鉄道車両９００を構成する各種機器の作動状態を監視するために、鉄道車両９００の運転室に備えられたものである。

判定結果出力部２７０が、車室９１０の内面に結露が発生しうる状況にある旨の判定結果を運転室モニタ９６０に出力すると、その旨を表す報知画面が運転室モニタ９６０に表示される。従って、乗員は、その報知画面の表示によって、車室９１０の内面に結露が発生しうる状況にあることを把握できる。

その報知画面を確認した乗員は、空調機器１００を、通常冷房運転を行っている状態から結露抑制運転を行う状態へと、手動操作によって切り換えることができる。

以上、実施の形態１－６について説明した。以下に述べる変形も可能である。

上記実施形態１では、内面到達温度算出部２６２による内面到達温度Ｔａの算出に、車外風速Ｖｏが用いられる構成を例示した。車外風速Ｖｏを用いずに内面到達温度Ｔａを求めてもよい。一具体例として、既述の式（１）－（４）を用いる場合であっても、車外風速Ｖｏを、鉄道車両９００の既知の平均速度を表す固定された定数で置き換えることにより、変数としての車外風速Ｖｏを用いることなく、内面到達温度Ｔａを算出できる。また、上式（４）に示す車外熱抵抗θｏそのものを固定された定数で近似することにより、車内熱抵抗θｉと温度差ΔＴとを用いて、車内熱抵抗θｉと温度差ΔＴとの積に比例する内面到達温度Ｔａを算出できる。以上のように車外風速Ｖｏを用いずに内面到達温度Ｔａを求める場合は、車外風速特定部２５０及び車外風速センサ３５０を省略できる。

上記実施形態１では、結露抑制運転を開始する際に、空調機器１００の冷房能力の向上を、容量可変型の圧縮機１１１における圧縮室の容量を増大させることで実現した。空調機器１００が複数台の圧縮機１１１を備える場合は、稼働させる圧縮機１１１の台数を増やすことによっても空調機器１００の冷房能力を向上できる。また、圧縮機１１１が、冷媒を圧縮する動作の繰り返し周波数を可変に調整可能なインバータを備える場合には、その繰り返し周波数を高めることによっても空調機器１００の冷房能力を向上できる。

上記実施形態１では、空調機器１００の、車室９１０の湿度を低下させる除湿能力が、車室９１０を冷房する冷房能力である場合を例示した。空調機器１００が除湿運転を行える場合は、その除湿能力を高めた状態の運転を結露抑制運転としてもよい。ここで“除湿運転”とは、必ずしも車室９１０を冷房する訳ではなく、室内熱交換器１１４を通過した室内空気をヒータで加温することにより、車内温度の過度の低下を抑えつつ湿度を低下させる運転を指す。なお、除湿能力を高めることは、冷房能力を高めることと同様に、圧縮機１１１における圧縮室の容量の増大、稼働させる圧縮機１１１の台数の増大、圧縮機１１１における圧縮の繰り返し周波数の増大によって実現できる。

上記実施形態１では、結露抑制運転開始ステップＳ１０において室内ファン１２１の回転数を高めたが、逆に、室内ファン１２１の回転数を低下させてもよい。室内ファン１２１の回転数を低下させると、室内空気の循環速度が低下するため、室内空気が室内熱交換器１１４を通過する速度が遅くなる。この結果、通常冷房運転時よりも、車内空気中の水分量のうち室内熱交換器１１４で凝縮することにより除去される割合である凝縮割合が高まりうる。凝縮割合が高いほど車内空気の湿度が低下するため、結露が生じにくくなる。

上記実施形態１では、結露抑制運転として、除湿能力としての冷房能力を高め、かつ室内ファン１２１の回転数を変更する場合を例示した。結露抑制運転は、結露の発生を抑制させるものであれば、特に限定されない。結露抑制運転では、室外ファン１２２の回転数を増大させてもよい。室外ファン１２２の回転数を増大させると、廃熱量が増加するので除湿能力としての冷房能力を高めることができる。

また、空調機器１００が、鉄道車両９００の外部の空気である外気を車室９１０に取り込むことが可能な構成を備える場合は、結露抑制運転では、外気の車室９１０内への取り込み量を増大させてもよい。ここで“外気の取り込み量を増大させる”とは、外気の取り込みを開始させることも含む意味である。

実施形態６のように、車室９１０の内面に結露が発生しうる状況にある旨を乗員に報知する場合は、以上説明した結露抑制運転が乗員の手動操作によって開始されてもよい。

１００…空調機器、１１１…圧縮機、１１２…室外熱交換器、１１３…膨張器、１１４…室内熱交換器、１１５…気液分離器、１１６…冷媒配管、１２１…室内ファン、１２２…室外ファン、１３０…撹拌ファン、１４１…流入気流、１４２…撹拌気流、２００…制御装置（車両用結露検出装置）、２００ａ…プロセッサ、２００ｂ…制御プログラム、２００ｃ…メモリ、２１０…車内湿度特定部、２２０…車内温度特定部、２３０…車外温度特定部、２４０…車内風速特定部、２５０…車外風速特定部、２６０…結露判定部、２６１…露点算出部、２６２…内面到達温度算出部、２６３…比較部、２７０…判定結果出力部、２８０…制御部、２９１…乗車率算出部、２９２…カレンダー機能部、３１０…車内湿度センサ、３２０…車内温度センサ、３３０…車外温度センサ、３４０…車内風速センサ、３５０…車外風速センサ、４００…車両用空調装置、９００…鉄道車両（車両）、９１０…車室、９２０…窓ガラス（内面）、９３０…荷重センサ、９４０…車両位置特定部、９５０…車速特定部、９６０…運転室モニタ。

Claims (8)

1. 車両の車室内の湿度である車内湿度を特定する車内湿度特定部と、
   前記車室内の気温である車内温度を特定する車内温度特定部と、
   前記車両の外部の気温である車外温度を特定する車外温度特定部と、
   前記車室を空調する空調機器によって前記車室内に形成される気流の風速である車内風速を特定する車内風速特定部と、
   前記車内湿度特定部によって特定された前記車内湿度、前記車内温度特定部によって特定された前記車内温度、前記車外温度特定部によって特定された前記車外温度、及び前記車内風速特定部によって特定された前記車内風速の値を用いて、前記車室の内面に結露が発生しうる状況にあるか否かの結露判定を行う結露判定部と、
   前記結露判定部の判定結果を出力する判定結果出力部と、
   を有する、車両用結露検出装置。
2. 前記結露判定部が、
   前記車内湿度特定部によって特定された前記車内湿度と、前記車内温度特定部によって特定された前記車内温度とを用いて、前記車室内の空気である車内空気の露点を算出する露点算出部と、
   前記車内風速特定部によって特定された前記車内風速を用いて、前記車内空気の熱抵抗を表す車内熱抵抗であって、前記車内風速が大きいほど小さくなる車内風速依存性をもつ車内熱抵抗を算出し、前記車内温度特定部によって特定された前記車内温度と、前記車外温度特定部によって特定された前記車外温度とを用いて、前記車内温度と前記車外温度との温度差を算出し、かつ前記車内熱抵抗と前記温度差とを用いて、前記内面の到達温度を表す内面到達温度を算出する内面到達温度算出部と、
   前記内面到達温度算出部によって算出された前記内面到達温度が、前記露点算出部によって算出された前記露点以下であるか否かを判定する比較部と、
   を有する、請求項１に記載の車両用結露検出装置。
3. 前記車内湿度特定部が、前記車室における乗客の乗車率に基づいて前記車内湿度を特定する、請求項１又は２に記載の車両用結露検出装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用結露検出装置と、
   前記車室を空調する前記空調機器と、
   を備え、
   前記車両用結露検出装置が、
   前記車室の内面に結露が発生しうる状況にある旨の前記判定結果の出力を前記判定結果出力部から受け、該出力を契機として、前記結露の発生を抑制させる結露抑制運転を前記空調機器に開始させる制御部、
   をさらに有する、車両用空調装置。
5. 前記空調機器が、前記車室内の湿度を低下させる除湿能力を有し、
   前記空調機器の前記除湿能力を可変に制御可能であり、
   前記結露抑制運転では、前記空調機器の前記除湿能力が、前記結露抑制運転の開始前よりも高められる、請求項４に記載の車両用空調装置。
6. 前記空調機器が、空調された空気を前記車室に流入させる室内ファンを有し、
   前記室内ファンの回転数を可変に制御可能であり、
   前記結露抑制運転では、前記室内ファンの前記回転数が、前記結露抑制運転の開始前から変更される、請求項４又は５に記載の車両用空調装置。
7. 前記空調機器が、空調された空気が前記車室へ流入する流入気流とは別に、前記車室内の空気を撹拌させる撹拌気流を形成する撹拌ファンを有し、
   前記撹拌ファンの回転数を可変に制御可能であり、
   前記結露抑制運転では、前記撹拌ファンの前記回転数が、前記結露抑制運転の開始前よりも高められる、請求項４から６のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
8. 車両の車室内の湿度である車内湿度を特定する車内湿度特定ステップと、
   前記車室内の気温である車内温度を特定する車内温度特定ステップと、
   前記車両の外部の気温である車外温度を特定する車外温度特定ステップと、
   前記車室を空調する空調機器によって前記車室内に形成される気流の風速である車内風速を特定する車内風速特定ステップと、
   前記車内湿度特定ステップで特定した前記車内湿度、前記車内温度特定ステップで特定した前記車内温度、前記車外温度特定ステップで特定した前記車外温度、及び前記車内風速特定ステップで特定した前記車内風速の値を用いて、前記車室の内面に結露が発生しうる状況にあるか否かの結露判定を行う結露判定ステップと、
   を有する、車両用結露検出方法。

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