JP5858904B2 - 車両用空調システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば旅客用の鉄道車両や大型バス等の車両に用いられる車両用空調システムに関する。

従来の車両用空調システムでは、車両の屋根に空気調和機が設けられ、客室の天井に空気調和機の吸い込み口と吹き出し口とが設けられている。
客室の空気がこのような車両用空調システムの暖房運転によって暖められる場合には、空気調和機の吹き出し口から吹き出された暖房気流は、客室の上方に溜まる傾向がある。そのため、座席等が設けられた客室の下方の空気の温度は低いままの状態となり、乗客は足下が寒いと感じてしまい、乗客の快適性が保たれなくなることがあった。

そこで、車両の客室の壁面に風路を設けるとともにこの風路の下部位置及び中間位置に吐出口を形成し、暖房運転の際には風路の吐出口から床近傍に暖房気流が吹き出されるようにした車両用空調システムが提案されている（特許文献１参照）。

特開平２−２００５６３号公報（第２頁左下欄第１４行−第１８行）

特許文献１に記載の車両用空調システムでは、客室の壁面に風路が設けられるため、客室の幅寸法が小さくなるという課題があった。また、客室の壁面に風路が設けられるため、客室を形成する壁の構造が複雑になるという課題があった。また、客室の空気の温度分布を均一に近づけるためには吹き出し口を多く設ける必要があるため、客室を形成する壁及び風路の構造がさらに複雑になるという課題があった。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、客室の幅寸法を確保しつつ客室の空気の温度分布を均一に近づけることのできる車両用空調システムを得るものである。また、簡易な構造で乗客が感じる気流を抑制しつつ客室の空気の温度分布を均一に近づけることのできる車両用空調システムを得るものである。

本発明に係る車両用空調システムは、車両の内部の空間を空調する空気調和機と、前記空間の天井の裏側で且つ前記車両の幅方向の中央に設けられ、前記空間に空気を送る横断流送風機と、前記車両の内部の乗客の数を推定する乗客推定手段と、前記空気調和機の暖房運転の開始信号及び前記乗客推定手段から出力される推定情報に基づいて、前記横断流送風機の送風動作を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記空気調和機が暖房運転を行う際に、前記推定情報に基づく揺動角度で前記横断流送風機の送風方向を前記車両の幅方向に揺動させるものである。

本発明に係る車両用空調システムによれば、暖房運転を行う際に、車両の内部の空間の相対的に暖かい空気と冷たい空気とを混合することができるため、車両の内部の空間の温度分布を短時間で均一に近づけることができる。また、暖房運転を行う際に、乗客の数に基づく揺動角度で横断流送風機の送風方向を車両の幅方向に揺動させるので、横断流送風機の気流を乗客にあたりにくくすることができ、乗客の快適性を向上させることができる。また、客室の壁面等に新たな風路が設けられなくてもよいため、乗客の快適性を簡易な構造で向上させることができる。

実施の形態１に係る車両用空調システムの構成を示す図である。 実施の形態１に係る車両用空調システムの横断流送風機の揺動動作における揺動角度を説明するための図である。 実施の形態１に係る車両用空調システムの横断流送風機の動作と乗客数の関係を説明するための図である。 比較例１に係る車両用空調システムの空気調和機が暖房運転を開始した後における客室の空気の温度分布をシミュレーションした結果を示す図である。 実施の形態１に係る車両用空調システムの空気調和機が暖房運転を開始した後における客室の空気の温度分布をシミュレーションした結果を示す図である。 比較例１に係る車両用空調システムと、揺動角度θを変化させた場合の実施の形態１に係る車両用空調システムの客室の空気温度の高さ方向の温度差をシミュレーションした結果を示す図である。 比較例１及び実施の形態１に係る車両用空調システムの気流の概要を示す図である。 実施の形態１に係る車両用空調システムの制御例を示す図である。 実施の形態１に係る車両用空調システムの制御例を示す図である。 実施の形態２に係る車両用空調システムの構成を示す図である。 実施の形態２に係る車両用空調システムの人検知センサーによる横断流送風機３の送風パターン決定方法を説明するための図である。

以下、本発明に係る車両用空調システムについて、図面を用いて説明する。
なお、実施の形態の説明においては、旅客用の鉄道車両に用いられる車両用空調システムについて説明しているが、本発明に係る車両用空調システムには、例えばバスなど他の車両に用いられる車両用空調システムが含まれる。また、各図において、同一部材又は同一部分には同一の符号を付している。また、以下に示す図面では、本発明の主要部に関連する構成を中心に示しており、主要部に直接的に関係しない車両用空調システムの細部の構造については図示を簡略化又は省略している。また、以下に示す図面の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
（車両用空調システムの構成）
まず、実施の形態１に係る車両用空調システムの構成について説明する。
図１は、実施の形態１に係る車両用空調システムの構成を示す図である。図１に示すように、車両用空調システム１は、空気調和機２と、横断流送風機３と、吸い込み口温度センサー４と、制御部５とを少なくとも有する。なお、実施の形態１の制御部５は、本発明における「制御手段」に相当する。

空気調和機２は、車両２０の屋根２１に設けられる。横断流送風機３は、車両２０に設けられた客室２２の天井２３の裏側の空間（天井裏２４）で且つ車両２０の幅方向の中央に設けられる。なお、車両２０の幅方向の「中央」とは、必ずしも厳密に中央であることを意味するものではなく、横断流送風機３から客室２２内に送出される風が客室２２の幅方向において偏らない程度であれば、中央から外れていることを許容するものである。なお、客室２２は、本発明における「車両の内部の空間」に相当する。

客室２２の空気は、天井２３に形成された吸い込み口２５から空気調和機２へ吸い込まれ、空気調和機２によって空気調和される。横断流送風機３の両側にはダクト（図示せず）が設けられ、空気調和機２で空調された空気は、このダクト（図示せず）を介して吹き出し口２６から客室２２へ吹き出される。吸い込み口２５及び吹き出し口２６は、天井２３に形成されている。本実施の形態１では、吸い込み口２５及び吹き出し口２６は、車両２０の幅方向の中央に対して対称に設けられており、また、吸い込み口２５の方が吹き出し口２６よりも車両２０の側壁に近い位置に設けられている。

空気調和機２は、制御部５によって制御され、暖房運転や冷房運転等を行って客室２２の空気を空調する。客室２２の空気は、空気調和機２の吸い込み気流を示す矢印４１のように吸い込み口２５から吸い込まれる。空気調和機２からの暖房気流や冷房気流は、空気調和機の吹き出し気流を示す矢印４２のように吹き出し口２６から客室２２へ吹き出される。

横断流送風機３は、その長手方向が車両２０の長手方向に平行となるように設けられている。横断流送風機３は、空気の吐出口３ａを備えており、この吐出口３ａは、図１において空気の動きを示す矢印４３の方向、つまり車両２０の幅方向に揺動可能である。横断流送風機３の吐出口３ａから送出された空気は、天井２３に設けられた吹き出し口２７から客室２２へ吹き出される。図１では、横断流送風機３から客室２２内へ吹き出される吹き出し気流を矢印４４で示している。吹き出し口２７は、車両２０の幅方向の略中央に形成されている。

ここで、横断流送風機３の揺動角度について説明する。
図２は、実施の形態１に係る車両用空調システムの横断流送風機の揺動動作における揺動角度を説明するための図である。図２に示すように、横断流送風機３の吐出口３ａの揺動動作は、図２において下方向を中心に、揺動角度±θの角度にて幅方向に対称に行われる。

図１の説明を続ける。
吸い込み口温度センサー４は、吸い込み口２５の近傍に設けられ、吸い込み口２５から吸い込まれる空気調和機２の吸い込み気流の温度を検出する。吸い込み口温度センサー４は、例えばサーミスタ等の空気の温度を検出可能な任意の温度センサーで構成される。吸い込み口温度センサー４が検知した温度情報は、制御部５に入力される。

車両２０の床２９の下には、車両２０の台車に設けられたバネの内圧等を検知して車両２０の重量のデータを測定し、重量に基づいて当該車両２０の乗客数を推定する荷重センサー３０が設けられている。荷重センサー３０が推定した乗客数の情報は、制御部５に入力される。本実施の形態１では、荷重センサー３０は、本発明の「乗客推定手段」に相当する。なお、荷重センサー３０が車両２０の重量の情報を制御部５に出力し、制御部５がその重量の情報に基づいて乗客数を推定してもよく、その場合には制御部５及び荷重センサー３０が本発明の「乗客推定手段」に相当する。

制御部５は、例えば運転室に設けられた操作部（図示せず）からの操作信号に基づいて、空気調和機２の運転（暖房運転や冷房運転等）を制御する。操作部（図示せず）からは、暖房運転又は冷房運転の開始を指示する信号や暖房運転又は冷房運転の停止を指示する信号等が出力される。また、制御部５は、操作部（図示せず）で客室２２の空気の温度が設定された場合には、吸い込み口温度センサー４で検出された空気調和機２の吸い込み気流の温度が、操作部（図示せず）で設定された温度になるように、空気調和機２の運転を制御する。以下では、操作部（図示せず）で設定された温度を「設定温度」という。制御部５は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。

また、制御部５は、空気調和機２の暖房運転の状態（暖房運転中又は暖房運転停止中）及び荷重センサー３０からの信号に応じて、後述するように横断流送風機３の送風動作を制御する。

（車両用空調システムの動作）
次に、実施の形態１に係る車両用空調システム１の動作について説明する。
制御部５は、空気調和機２の暖房運転の開始信号を取得すると、横断流送風機３の送風動作を開始させる。ここで、暖房運転の開始信号とは、操作部（図示せず）から空気調和機２に対して出力される暖房運転の開始を指示する信号、又は空気調和機２が暖房運転を開始したことを示す信号であって空気調和機２から出力される信号等、空気調和機２の暖房運転の開始と同期することのできる信号であればその発信元は問わない。暖房運転の開始信号を取得すると、制御部５は、車両２０の幅方向に揺動角度±θ度で揺動しつつ送風を行うような過渡的な送風動作を横断流送風機３に行わせるように吐出口３ａを揺動させる。このような過渡的な送風動作により、客室２２の空気の攪拌及び暖かい空気と冷たい空気との混合が促進され、客室２２の空気の温度を均一に近づけることができる。制御部５は、空気調和機２の暖房運転を停止した際には、横断流送風機３の送風動作を停止させる。

制御部５は、上記のように暖房運転中には基本的に横断流送風機３からの空気の吹き出し方向が揺動角度±θとなるように横断流送風機３を制御するが、このときの送風動作を、荷重センサー３０が推定した乗客数に基づいて可変制御する。

図３は、実施の形態１に係る車両用空調システムの横断流送風機の動作と乗客数の関係を説明するための図である。
乗客６１の数は、車両２０に設けられた荷重センサー３０によって、例えば一人当たりの平均体重（例えば６５ｋｇ）に基づいて推定される。
乗客６１の数が車両２０の座席数未満であると推定される場合には、制御部５は、乗客６１はすべて座席２８に座っているものとみなす。この場合、制御部５は、図３（Ａ）に示すように、揺動角度±θで横断流送風機３が揺動しながら送風するように送風制御を行う。なお、θは、座席２８に座っている乗客６１が気流を感じないような角度とし、車両２０の寸法によって異なるが例えば±４０度以下とする。

乗客６１の推定数が車両２０の座席数以上であるが、［座席数］＋［つり革］の数よりも少ない場合には、制御部５は、乗客６１は座席２８に座っている、つり革につかまっている、又は扉付近にいるものとみなす。このとき、制御部５は、図３（Ｂ）に示すように、横断流送風機３の送風方向を下向きに固定（θ＝±０度）して送風動作を行わせる。すなわち、横断流送風機３からの風は、車両２０の幅方向中央に対してほぼ対称の位置においてつり革につかまった乗客６１の間に供給され、乗客６１に横断流送風機３からの気流が直接あたることを避けることができる。

さらに、乗客６１の推定数が車両２０の［座席数］＋［つり革］の数以上である場合には、制御部５は、車両２０内が満員に近い状態であるとみなす。このとき、制御部５は、図３（Ｃ）に示すように、横断流送風機３の送風動作を停止させる。これは、乗客６１が満員に近い状態では乗客６１からの発熱量が非常に多くなるため、あえて横断流送風機３の送風動作を行わなくても、客室２２内は暖かい状態に保たれるためである。

このように制御部５は、乗客６１の推定数に応じて、横断流送風機３の送風動作パターンを異ならせる。

なお、座席２８に座っている乗客６１の数や、つり革につかまっている乗客６１の数などは、実際の車両２０内の状態と制御部５が推定したものとではズレが生じうる。このズレを低減するため、事前に実際の車両２０で乗客が受ける気流感を考慮し、一人当たりの平均体重の見積もり量を最適の値に変えることで、乗客が最も気流を感じない横断流送風機３の送風動作パターンを得ることができる。

（車両用空調システムの作用）
次に、実施の形態１に係る車両用空調システム１の作用について説明する。
まず、従来の車両用空調システムとして、横断流送風機３を有しない車両用空調システム（以下、「比較例１」という。）の作用について説明する。
空気調和機２が暖房運転を開始する前は、客室２２の空気の温度は設定温度以下である。空気調和機２が暖房運転を開始した後は、吹き出し口２６から暖房気流が吹き出されるため、客室２２の空気の温度は上昇するが、暖房気流は、客室２２の空気よりも密度が小さく、客室２２の上方に溜まって客室２２の下方まで到達しない。そのため、客室２２の空気には、高さ方向に大きな温度差が生じ、例えば座席２８に座った乗客は寒さを感じることとなる。

図４は、比較例１に係る車両用空調システムの空気調和機が暖房運転を開始した後における客室の空気の温度分布をシミュレーションした結果を示す図である。なお、図４には、空気調和機の暖房運転を開始して４分後における温度分布をシミュレーションした結果を示している。図４に示すように、客室２２の空気には、高さ方向に大きな温度分布が生じる。温度分布は、高さ方向に層状となり、特に、乗客が座る客室２２の下方で大きな温度差が生じる。

次に、実施の形態１に係る車両用空調システムの作用について説明する。図５は、実施の形態１に係る車両用空調システムの空気調和機が暖房運転を開始した後における客室の空気の温度分布をシミュレーションした結果を示す図である。
なお、図５は、図４と同様に、空気調和機２の暖房運転を開始した後４分後における温度分布をシミュレーションした結果であるが、図５（Ａ）には横断流送風機３を揺動させていない場合（下向きに固定）、図５（Ｂ）には横断流送風機３を揺動させた場合を示した。図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ともに客室２２の空気の温度差が低減される。特に、乗客が座る客室２２の下方まで温風が到達しており、図４よりも客室２２内の空気の温度差が小さくなっていることが分かる。

図６は、比較例１に係る車両用空調システムと、揺動角度θを変化させた場合の実施の形態１に係る車両用空調システムの客室２２の空気温度の高さ方向の温度差をシミュレーションした結果を示す図である。図６に示す温度差ΔＴは、高さ方向の温度分布に基づいて、数カ所の高さにおける空気の温度をその高さの水平面全体で平均して求め、床面から高さ２ｍまで範囲での最大の温度差を計算したものである。図６に示すように、比較例１に係る車両用空調システムに対して、実施の形態１に係る車両用空調システムでは温度差ΔＴが小さく、客室２２の空気の温度が均一に近づくことが分かる。
なお、一方、比較例１よりも温度差は大幅に改善されるものの、実施の形態１において揺動角度を±３８度まで大きくすると、相対的に温度差が大きくなる。

図７は、比較例１及び実施の形態１に係る車両用空調システムの気流の概要を示す図である。図７（Ａ）は、比較例１であって横断流送風機３が無い場合（又は横断流送風機３の送風を停止した場合）、図７（Ｂ）は実施の形態１において横断流送風機３の揺動角度θが±０度の場合、図７（Ｃ）は実施の形態１において横断流送風機３の揺動角度θが±２０度の場合、図７（Ｄ）は実施の形態１において横断流送風機３の揺動角度θが±３８度の場合を示している。

図７（Ａ）に示すように、横断流送風機３が無い場合（又は横断流送風機３の送風を停止した場合）には、客室２２内の空気温度は高さ方向に層状になり、下部には低温領域ができる。一方、図７（Ｂ）、（Ｃ）に示すように横断流送風機３の揺動角度θが±０度及び揺動角度θが±２０度の場合には、吹き出し口２６から吹き出される空気調和機２の吹き出し気流（矢印４２）は、吹き出し口２７から吹き出される横断流送風機３の吹き出し気流（矢印４４）に誘引され、床２９まで到達する（図７（Ｂ）、（Ｃ）中、黒塗りの矢印で示す）。さらに、図７（Ｄ）に示すように横断流送風機３の揺動角度を±３８度とした場合には、吹き出し口２６から吹き出される空気調和機２からの吹き出し気流（矢印４２）は、吹き出し口２７から吹き出される横断流送風機３の吹き出し気流（矢印４４）に攪拌され、天井２３の近傍にも供給され、吸い込み口２５から一部が吸い込まれるようになる。そのため、床２９への気流の到達量が図７（Ｂ）、（Ｃ）の場合よりも減り、客室２２下部に相対的に低温の領域ができる。

このように、横断流送風機３を揺動させる際の揺動角度θは、±２０度以内の角度とすることが望ましい。ただし、揺動角度θを±２０度より大きい値とした場合においても、比較例１よりも大幅に客室２２の空気の温度を短時間で均一に近づけることができる。

以上のように、実施の形態１に係る車両用空調システム１においては、客室２２の空気を攪拌して相対的に暖かい空気と冷たい空気とを混合することができるため、客室２２の空気の温度を短時間で均一に近づけ、且つ、短時間で上昇させることが可能となる。空気調和機２の無駄な運転が抑制されるため、省エネルギー効果を得ることができる。
さらに、実施の形態１の車両用空調システム１は、乗客６１の推定数に基づいて横断流送風機３の揺動角度θ及び送風動作（送風実行／送風停止）を変化させる。乗客６１の推定数が多い場合には少ない場合よりも横断流送風機３の吹き出し方向の揺動角度を小さくすることで、乗客６１に温風が直接的にあたるのを抑制しつつ、客室２２内の空気を攪拌することができる。
このように実施の形態１の車両用空調システム１によれば、乗客の快適性を向上させることができる。また、客室２２の壁面等に新たな風路を設けなくてもよいため、乗客の快適性を簡易な構造で向上させることができる、という優れた効果を奏する。

また、横断流送風機３が、車両２０の客室２２の天井２３の裏側で且つ車両２０の幅方向の中央に設けられているので、客室２２の全体に効率よく空気を送ることができる。そのため、客室２２の空気の攪拌及び混合がより促進され、客室２２の空気の温度をより短時間で均一に近づけ、且つ、より短時間で上昇させることが可能となる。

なお、実施の形態１では、１台の空気調和機２に対して１台の横断流送風機３が設けられた構成例を説明したが、１台の空気調和機２に対して車両２０の長手方向に複数台の横断流送風機３が並べて設けられた構成とし、１台の空気調和機２が暖房運転を行う際に、複数台の横断流送風機３が送風動作を行うようにしてもよい。また、車両２０の長手方向に空気調和機２が複数台並べて設けられた構成とし、複数台の空気調和機２のそれぞれに対して１台又は複数台の横断流送風機３が設けられた構成としてもよい。

また、上記説明では、横断流送風機３の動作パターンとして、揺動角度θを±０度として運転、揺動角度θを±２０度として運転、及び運転停止、という３つのパターンを設け、乗客の数に応じていずれかの動作パターンで横断流送風機３が動作することを説明したが、揺動角度θが異なる他の動作パターン（例えば揺動角度θが±１０度）をさらに設けてもよい。

ここで、上記説明では、乗客数が少ないときや中程度のときに空気調和機２が暖房運転を行う場合には、横断流送風機３が常に送風動作を行う動作例を説明した。しかし、暖房運転及び横断流送風機３の送風動作を開始してからの時間の経過に伴って、客室２２の空気の温度分布が均一になった場合には、常には横断流送風機３が送風動作を行わなくてもよい。以下、そのような横断流送風機３の送風動作の例を説明する。

（車両用空調システムの制御例）
図８及び図９は、実施の形態１に係る車両用空調システムの制御例を示す図である。図８及び図９では、空気調和機２の暖房運転と横断流送風機３の送風動作の例をタイミングチャートで示している。
制御部５は、例えば図８に示すように、空気調和機２の暖房運転を開始すると同時に横断流送風機３の送風動作を開始させ、その後第１の時間（Δｔ_ＯＮ−１）だけ横断流送風機３に送風動作を行わせ、第１の時間（Δｔ_ＯＮ−１）が経過した後に横断流送風機３の送風動作を停止することができる。なお、第１の時間（Δｔ_ＯＮ−１）は、本発明における「第１の時間」に相当する。

また、制御部５は、例えば図９に示すように、空気調和機２が暖房運転を行っている最中に、第１の時間（Δｔ_ＯＮ−１）だけ横断流送風機３に送風動作を行わせ、続けて第２の時間（Δｔ_{ＯＦＦ−２}）だけ横断流送風機３の送風動作を停止させるという制御を、繰り返し実行してもよい。なお、第１の時間（Δｔ_ＯＮ−１）は、１分〜３分程度の範囲とするのがよく、客室２２の大きさや形状等に応じて設定される必要がある。第２の時間（Δｔ_{ＯＦＦ−２}）は、客室２２の熱漏洩量等の熱的な負荷に応じて設定される必要があり、横断流送風機３の送風動作を停止した後の客室２２の空気の温度分布の経時変化を実測する等によって設定することができる。

また、上記説明では、空気調和機２の暖房動作の開始と同時に横断流送風機３の送風動作を開始するものとして説明しているが、例えば、空気調和機２の暖房動作の開始と横断流送風機３の送風動作の開始とに時間差があってもよい。空気調和機２の暖房動作の開始と横断流送風機３の送風動作の開始とが同時である場合には、客室２２の空気の温度をより短時間で均一に近づけ、且つ、より短時間で上昇させることができ、乗客の快適性をより向上することが可能となるという点で好ましいが、厳密に同時であることを要求するものではない。

実施の形態２．
以下、実施の形態２に係る車両用空調システムについて説明する。なお、本実施の形態２では、実施の形態１に係る車両用空調システムと相違する点を中心に説明する。

（車両用空調システムの構成）
まず、実施の形態２に係る車両用空調システムの構成について説明する。
図１０は、実施の形態２に係る車両用空調システムの構成を示す図である。図１０に示すように、車両用空調システム１Ａは、空気調和機２と、横断流送風機３と、吸い込み口温度センサー４と、制御部５Ａと、を少なくとも有する。なお、制御部５Ａは、本発明における「制御手段」に相当する。

空気調和機２は、車両２０の屋根２１に設けられる。横断流送風機３は、車両２０の客室２２の天井２３の裏側の空間（天井裏２４）で且つ車両２０の幅方向の中央に設けられる。なお、車両２０の幅方向の「中央」とは、必ずしも厳密に中央であることを意味するものではなく、横断流送風機３から客室２２内に送出される風が幅方向に偏らない程度に中央から外れていることを許容するものである。なお、客室２２は、本発明における「車両内部の空間」に相当する。

空気調和機２で空調される客室２２の空気は、天井２３に形成された吸い込み口２５から空気調和機２へ吸い込まれる。横断流送風機３の両側にはダクト（図示せず）が設けられ、空気調和機２で空調された空気は、このダクト（図示せず）を介して吹き出し口２６から客室２２へ吹き出される。吸い込み口２５及び吹き出し口２６は、天井２３に形成されている。本実施の形態１では、吸い込み口２５及び吹き出し口２６は、車両２０の幅方向の中央に対して対称に設けられており、また、吸い込み口２５の方が吹き出し口２６よりも車両２０の側壁に近い位置に設けられている。

空気調和機２は、制御部５Ａによって制御され、暖房運転や冷房運転等を行って客室２２の空気を空調する。客室２２の空気は、空気調和機２の吸い込み気流を示す矢印４１のように吸い込み口２５から吸い込まれる。空気調和機２からの暖房気流や冷房気流は、空気調和機２の吹き出し気流を示す矢印４２のように吹き出し口２６から客室２２へ吹き出される。

横断流送風機３は、その長手方向が車両２０の長手方向に平行となるように設けられている。横断流送風機３は、空気の吐出口３ａを備えており、この吐出口３ａは、図１０において空気の動きを示す矢印４３の方向、つまり車両２０の幅方向に揺動可能である。横断流送風機３の吐出口３ａから送出された空気は、天井２３に設けられた吹き出し口２７から客室２２へ吹き出される。図１０では、横断流送風機３から客室２２内へ吹き出される吹出気流を矢印４４で示している。吹き出し口２７は、車両２０の幅方向の略中央に形成されている。

吸い込み口温度センサー４は、吸い込み口２５の近傍に設けられ、吸い込み口２５から吸い込まれる空気調和機２の吸い込み気流の温度を検出する。吸い込み口温度センサー４は、例えばサーミスタ等の空気の温度を検出可能な任意の温度センサーで構成される。吸い込み口温度センサー４が検知した温度情報は、制御部５Ａに入力される。

本実施の形態２では、車両２０の天井２３には、客室２２内の乗客の数及び位置を推定する人検知センサー３１が設けられている。人検知センサー３１は、客室２２内の乗客の数及び位置を検知することができればどのような種類のセンサーであってもよく、サーモパイルや焦電素子等の熱情報に基づいて乗客の数及び位置を検知するものや、カメラによる画像認識を用いたものなど、どのような方式であってもよい。人検知センサー３１が推定した乗客の数及び位置の情報は、制御部５Ａに入力される。本実施の形態２では、人検知センサー３１は、本発明の「乗客推定手段」に相当する。なお、人検知センサー３１は乗客の数及び位置の変化によって生じる物理量を検出してその情報のみを制御部５Ａに出力し、制御部５Ａがその情報に基づいて乗客の数及び位置を推定してもよく、その場合には制御部５Ａ及び人検知センサー３１が本発明の「乗客推定手段」に相当する。

制御部５Ａは、空気調和機２の内部に設けられ、例えば運転室に設けられた操作部（図示せず）からの操作信号に基づいて、空気調和機２の運転（暖房運転や冷房運転等）を制御する。操作部（図示せず）からは、暖房運転又は冷房運転の開始を指示する信号や暖房運転又は冷房運転の停止を指示する信号等が出力される。制御部５Ａは、操作部（図示せず）で客室２２の空気の温度が設定された場合には、吸い込み口温度センサー４で検出された空気調和機２の吸い込み気流の温度が操作部（図示せず）で設定された温度になるように、空気調和機２の運転を制御する。以下では、操作部（図示せず）で設定された温度を「設定温度」という。制御部５Ａは、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。

また、制御部５Ａは、空気調和機２の暖房運転の状態（暖房運転中又は暖房運転停止中）及び人検知センサー３１からの信号に応じて、後述するように横断流送風機３の送風動作を制御する。

（車両用空調システムの動作）
次に、実施の形態２に係る車両用空調システム１Ａの動作について説明する。
図１１は、実施の形態２に係る車両用空調システムの人検知センサーによる横断流送風機の送風パターン決定方法を説明するための図である。
人検知センサー３１によって車両２０の幅方向の乗客６１の分布を計測する。ここで、乗客６１が座席２８に座る領域及び扉付近の領域を領域７１、つり革につかまる領域を領域７２、左右のつり革間の通路部の領域を領域７３とする。
なお、車両２０が駅に停車して扉が開閉されたときには、客室２２内を乗客６１が移動するため、人検知センサー３１は、車両２０が駅から発車して乗客６１が所定の位置に落ち着いた後、計測を開始する。計測を開始するタイミングは、人検知センサー３１が検知する人の移動量に基づいて決定してもよいし、予め実際の車両にて計測した情報に基づいて決定してもよい。

制御部５Ａは、人検知センサー３１が検知した各領域７１、７２、７３の乗客の人数に基づいて、横断流送風機３の送風動作を制御する。すなわち制御部５Ａは、送風動作を異ならせる際の閾値となる人数（以下、閾値Ｎ）を予め決めておき、各領域７１、７２、７３の乗客の人数と閾値Ｎとを対比して、横断流送風機３をどのように動作させるか決定する。この閾値Ｎは、乗客６１が感じる気流を考慮して決定される。乗客６１が感じる気流は、車両２０の寸法や乗客６１の数の時間変化等によって異なるため、これらの条件を踏まえて閾値Ｎを決定することができる。閾値Ｎは、例えば１０人以下とすることができる。このように閾値Ｎを決めることで、安定した空調を行うことのできる車両用空調システムを得ることができる。

次に、横断流送風機３の具体的な送風動作例を説明する。
人検知センサー３１の計測結果に基づいて、領域７２、領域７３のそれぞれの乗客６１がＮ人未満であると判断した場合には、制御部５Ａは、横断流送風機３を±θ度の角度で揺動させて送風動作を行わせる。なお、揺動角度θは、座席２８に座っている乗客６１が気流を感じないような角度であれば何度であってもよいが、実施の形態１の図６で示したように、揺動角度θを±２０度以下とするのが望ましい。

領域７２の乗客６１がＮ人以上であって、領域７３の乗客６１がＮ人未満であると判断した場合には、制御部５Ａは、横断流送風機３を下向き固定（θ＝±０度）して送風動作を行わせる。
また、領域７３に乗客６１がＮ人以上存在すると判断した場合には、制御部５Ａは、横断流送風機３の送風を停止させる。

なお、走行中に客室２２内を移動する乗客６１もいるため、人検知センサー３１が時間的に継続して計測を行い、熱やカメラ画像の差に基づいて各領域７１、７２、７３において増減した乗客６１を検出し、その結果に基づいて制御部５Ａが横断流送風機３の送風動作を制御するのが好ましい。

（車両用空調システムの作用）
次に、実施の形態２に係る車両用空調システム１Ａの作用について説明する。
従来の車両用空調システムとして、横断流送風機３を有しない車両用空調システムでは、空気調和機２が暖房運転を開始する前は、客室２２の空気の温度は設定温度以下である。空気調和機２が暖房運転を開始した後は、吹き出し口２６から暖房気流が吹き出されるため、客室２２の空気の温度は上昇するが、暖房気流は、客室２２の空気よりも密度が小さく、客室２２の上方に溜まって客室２２の下方まで到達しない。そのため、客室２２の空気には、高さ方向に大きな温度差が生じ、例えば座席２８に座った乗客は寒さを感じることとなる。

実施の形態２に係る車両用空調システム１Ａにおいては、横断流送風機３によって客室２２の空気を攪拌して相対的に暖かい空気と冷たい空気とを混合することができるため、客室２２の空気の温度を短時間で均一に近づけ、且つ、短時間で上昇させることが可能となる。空気調和機２の無駄な運転が抑制されるため、省エネルギー効果を得ることができる。
さらに、乗客６１の推定数に基づいて横断流送風機３の揺動角度θ及び送風動作（送風実行／送風停止）を変化させるため、乗客６１に温風が直接的にあたりにくい。
このように実施の形態２の車両用空調システム１Ａによれば、乗客の快適性を向上させることができる。また、客室２２の壁面等に新たな風路が設けなくてもよいため、乗客の快適性を簡易な構造で向上することができる、という優れた効果を奏する。

また、実施の形態２では、人検知センサー３１を用いたので、客室２２内の乗客６１の位置及び数を実施の形態１のように荷重センサー３０のみを用いた場合よりも正確に把握できる。そして、把握した乗客６１の位置及び数の情報に基づいて、横断流送風機３の送風パターンを変化させる。
そのため、乗客６１が受ける気流をより一層低減することができ、さらに乗客の快適性を向上させることができる。
なお、実施の形態２の人検知センサー３１に加えて、実施の形態１で示した荷重センサー３０を用い、人検知センサー３１及び荷重センサー３０の出力に基づいて、乗客の数を推定してもよい。このようにすることで、より精度よく乗客の数を推定することができる。

なお、上記説明では、領域７３の乗客数が少ないときに空気調和機２が暖房運転を行う場合には、横断流送風機３が常に送風動作を行う動作例を説明した。しかし、実施の形態１の例えば図８、図９と同様に、暖房運転及び横断流送風機３の送風動作を開始してからの時間の経過に伴って、客室２２の空気の温度分布が均一になった場合には、常には横断流送風機３が送風動作を行わなくてもよい。

１、１Ａ 車両用空調システム、２ 空気調和機、３ 横断流送風機、３ａ 吐出口、４ 吸い込み口温度センサー、５、５Ａ 制御部、２０ 車両、２１ 屋根、２２ 客室、２３ 天井、２４ 天井裏、２５ 吸い込み口、２６ 吹き出し口、２７ 吹き出し口、２８ 座席、２９ 床、３０ 荷重センサー、３１ 人検知センサー、４１ 空気調和機の吸い込み気流を示す矢印、４２ 空気調和機の吹き出し気流を示す矢印、４３ 横断流送風機の動きを示す矢印、４４ 横断流送風機の吹き出し気流を示す矢印、６１ 乗客。

Claims (6)

1. 車両の内部の空間を空調する空気調和機と、
   前記空間の天井の裏側で且つ前記車両の幅方向の中央に設けられ、前記空間に空気を送る横断流送風機と、
   前記車両の内部の乗客の数を推定する乗客推定手段と、
   前記空気調和機の暖房運転の開始信号及び前記乗客推定手段から出力される推定情報に基づいて、前記横断流送風機の送風動作を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記空気調和機が暖房運転を行う際に、前記推定情報に基づく揺動角度で前記横断流送風機の送風方向を前記車両の幅方向に揺動させる
   ことを特徴とする車両用空調システム。
2. 前記乗客推定手段は、乗客の数に加えて前記車両の内部の空間における乗客の位置を推定し、前記乗客の数及び乗客の位置を前記推定情報として出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の車両用空調システム。
3. 前記制御手段は、前記空気調和機の開始信号を取得すると、前記横断流送風機の送風動作を開始させる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用空調システム。
4. 前記制御手段は、前記横断流送風機に送風動作を開始させてから第１の時間が経過すると、前記送風動作を停止させる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の車両用空調システム。
5. 前記制御手段は、前記空気調和機が暖房運転を行う際に、前記横断流送風機に送風動作の実行と停止とを交互に繰り返させる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の車両用空調システム。
6. 前記制御手段は、前記乗客推定手段が推定した乗客の数が少ない場合には、乗客の数が多い場合よりも前記横断流送風機の揺動角度を大きくする
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の車両用空調システム。

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