JPH0577726A - 車両用換気装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】車両の高速化に伴う車外圧力の増大に対して、
必要換気量を満足しつつ、しかも簡単な構成で給排気送
風機の風量アンバランスにより換気装置から車内に伝播
する圧力変動を抑制し、乗客が受ける耳つん現象を防止
する。 【構成】車外の新鮮な空気を車内に取り入れる、あるい
は車内の汚れた空気を車外に排出する給排気兼用送風機
３、送風機３の出入口に設けた流路切替弁４，５、車内
外の圧力差によって自然排出あるいは自然吸入するため
の連通ダクト８、前記連通ダクト８の風量を調節するた
めの絞り弁９、車外の圧力を検出して前記流路切替弁
４，５及び絞り弁９の動作を制御する制御装置１１から
構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両用換気装置に
係り、特に高速でトンネル内を走行する鉄道車両に使用
して好適な鉄道車両用換気装置及びその制御方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高速の鉄道車両における換気装置
としては、新幹線電車に用いられているように、車両に
給気装置と排気装置を対で設置し、車内の換気を行うと
同時に車両がトンネル内を高速で走行するときの車内圧
力の急激な変化を防止するようにしている。

【０００３】列車が高速でトンネル内を走行するとトン
ネル内の車外圧力が急激に変化し、この車外圧力の変化
が車内に伝播すると車内圧力も変化する。この車内圧力
の変化幅及び変化速度の大きさが許容限界をこえると、
乗客の耳に不快感を与えるようになる。

【０００４】そこで、車外圧力が変化しても車内圧力が
あまり変化しないように特別な性能をもった送風機を給
・排気装置に使用している。

【０００５】具体的な例としては、特公昭５８−９０２
２号公報の第１図にて説明しているように給・排気装置
の送風機として風量−圧力特性の急傾斜のものが使われ
ている。そして、これらの送風機の圧力特性における最
高値（すなわち最高圧力）は、列車がトンネル内を走行
するときに発生する車外圧力の変化の最大値を上回るよ
うに設定される。その理由は、車外圧力の最大変化値
（一般には負圧側への変化が大）が瞬間的に送風機の最
高圧力特性値を越えると、給気用送風機において逆流現
象が発生し、給気用送風機を通って車内の空気が車外に
流出する。排気用送風機での車内空気排出とあわせると
車内空気の車外への流出が急増し、車外空気の車内への
取り込みは零になるため車内の圧力が急低下し、乗客の
耳に不快感を与えることになるからである。

【０００６】ところが、列車速度をさらに増そうとする
と、上記のトンネル内における車外圧力の変化が増大す
るため、さらに、圧力特性の大きな送風機が必要にな
る。

【０００７】一般に、送風機の圧力特性はランナー直径
及び回転数の増大につれて上昇する傾向があるため、圧
力特性の大きな送風機を用いるということは、とりもな
おさず送風機の大形化，高速化を必要とすることを意味
する。そして、送風機の大形化，高速化は換気装置全体
の大形化，高価格化，及び消費電力の増大，騒音増大を
招くという問題があった。

【０００８】また、別の方法として列車がトンネル内を
通過するときには換気装置の給・排気流路を遮断する方
式があるが、この方法によればトンネルの多い路線では
換気量の絶対値が不足して車内のＣＯ₂濃度が上昇した
り、Ｏ₂濃度が低下したりするという問題があった。

【０００９】さらに、別の方法として給・排気送風機の
入口あるいは出口に絞り弁を設け、車内外圧力により絞
り弁の開度を制御する方式があるが、例えば、車外圧力
が送風機の最高圧力を超えて負圧になる場合、排気送風
機は風量が大幅に増加し、給気送風機は風量が減少す
る。この結果、車外圧力の変化過程においては給排気風
量のアンバランスを抑制しようと給気側の絞り弁を開
き、排気側の絞り弁を閉じようとする。しかし、絞り弁
が完全に閉じられるまでの間（車外圧力が送風機の最高
圧力を超えているので、最終的には全閉になる）、アン
バランスは発生し続けており車内圧力は負圧側に変化す
る。つまり、制御の過渡状態では大きな風量のアンバラ
ンスが発生する。この過渡的な風量のアンバランスは制
御系の遅れ等を勘案すると抑制するのは困難であり、車
内圧力の急激な低下原因となる問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、トン
ネル内での車外圧力変動値が送風機の最大圧力以下であ
っても、過渡的には車外圧力変動による給排気送風機の
風量のアンバランスを防止することはできず、車内の圧
力は車外圧力の大きさにほぼ比例して変化する。その結
果、大なり小なり乗客の耳に不快感を与えることにな
る。

【００１１】本発明の目的は、車両のトンネル内高速走
行時において、流路切替弁により１台の送風機を車外圧
力に応じて給気あるいは排気専用送風機とすることで、
風量のアンバランスが発生しない換気システムとし、車
内圧力の急変を防止するものであり、乗客にとって快適
な室内空間が確保できる車両用換気装置を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、１台の送風機の吐き出し口及び吸い込み口にそれぞ
れ流路切替弁を設けると共に、車内と車外を連通させた
ダクト途上に絞り弁を設け、該絞り弁の開度及び流路切
替弁の流路切替えを圧力センサで検出した車外圧力の値
により制御するようにしたものである。

【００１３】

【作用】一般に、車外圧力が大きく変動するのはトンネ
ル内での車両すれ違い時であり、しかも、その絶対値が
大きいのは負圧側である。よって、車内圧力の急低下を
防止するには車外圧力の変動を圧力センサで検出して、
排気は行わず給気のみを行うようにすれば良い。つま
り、車内圧力の急激な低下を防止するためには送風機は
給気用の１台だけの方が良いのである。

【００１４】そこで、１台の送風機を流路切替弁により
給気用送風機と排気用送風機の二通りに使い分け、車外
圧力が正圧の場合は排気用として、負圧の場合は給気用
として使用するようにする。そして、車内の換気は車体
に開けた車内外連通ダクトを通して車内外の圧力差によ
る自然換気で行うようにし、絞り弁の開度により車内圧
力を調節する。

【００１５】ここで、車内外連通ダクトの開口面積は、
車外が大気圧状態で送風機の風量と開口部から流出ある
いは流入する風量が乗客の耳に不快感を与えない車内圧
力でバランスする程度の開口面積とする。

【００１６】また、トンネル内の車両すれ違い時のよう
に車外圧力が送風機の最高圧力を超えて負圧になる場合
には、流路切替弁により通風ダクトは遮断され送風機は
バイパス流路により閉サイクル運転となる。また、車内
外連通ダクトも絞り弁により締め切られる。よって、車
体は気密状態となり車外圧力の変動による車内圧力の変
化を防止できる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図５に
示す実施例により詳細に説明する。ここで、図１は本発
明による車両用換気装置の給気系統図、図２は車両用換
気装置の排気系統図、図３は通風ダクトを締め切った状
態を示した図、図４は車両用換気装置の流路切替弁と絞
り弁の制御アルゴリズムを示した図、図５は本車両用換
気装置の制御フローチャートを示した図である。

【００１８】図１において、１は車体、２は送風機によ
り車体に給排気を行うための通風ダクト、３は給排気兼
用の送風機、４，５は送風機３の吸い込み口，吐き出し
口にそれぞれ設けた流路切替弁、６，７は流路切替弁
４，５を動作させるためのアクチュエータである。８は
車内外圧力差により給気あるいは排気を行うための車内
外連通ダクト、９は前記車内外連通ダクト８の流量を調
節するための絞り弁、１０は絞り弁９を動作させるため
のアクチュエータ、１１は車外圧力センサ１２で検出し
た圧力値によって流路切替弁４，５と絞り弁９を動作さ
せるアクチュエータ６，７，１０の運転を制御する制御
装置である。

【００１９】本図は給気状態を示した図であり、送風機
３は流路切替弁４，５により車外より新鮮空気を取り入
れて車内に送風するダクトの連絡状態になっている。車
内に送風された新鮮空気は、汚れた空気と入り混じった
後、車内外連通ダクト８を通って車外に自然排出され
る。

【００２０】図２は送風機３を排気用に切り替えた状態
を示した図であり、流路切替弁４，５により送風機３は
車内の汚れた空気を車外へ排出するダクトの連絡状態に
なっている。この時、車外の新鮮な空気は車内外の圧力
差により車内外連通ダクト８を通って自然供給される。
図３は車外圧力が送風機３の最高圧力を超えた場合で、
流路切替弁４，５により通風ダクト２は車外と車内が締
め切られ、送風機３はバイパス運転される。この時、絞
り弁９も締め切られ車内は完全に気密状態となる。

【００２１】次に、以上の切り替えを図４の制御アルゴ
リズムにより説明する。車外圧力が正圧の場合、通風ダ
クト２は流路切替弁４，５により送風機３が排気用とな
るべく切り替えられ、車内圧力は絞り弁９の開度により
調節される。明かり区間走行中は絞り弁９は全開であ
り、トンネル内走行中の車外圧力変動幅によって絞り量
を変化させる。つまり、車外圧力が正圧側に大きく変化
した場合、排気送風機の風量は減少し、連通ダクトより
取り込まれる風量は一時的に増加するため絞り弁の開度
を絞る。反対に車外圧力が負圧に大きく変化した場合
は、送風機は給気用に切り替えられるが、車外圧力が負
圧のため風量は減少しており、一方、連通ダクトにより
車外に排出される風量は一時的に増加するため絞り弁は
開度が絞られる。

【００２２】以上の制御アルゴリズムを図５に示したフ
ローチャートにより詳細に説明する。制御装置が車外圧
力センサにより車外圧力を検出すると、まず送風機の最
高圧力以上かどうかを判定し、最高圧力以上であれば流
路切替弁を通風ダクトが締切りになるように動作させ
る。最高圧力以下であれば車外圧力が正圧か負圧かによ
って送風機を給気用あるいは排気用に切り替える。ここ
までの動作がＦ１からＦ６に示すフローである。次に、
車外圧力の大きさに応じて、絞り弁の開度を全開から全
閉まで操作する。ここまでの動作がＦ７からＦ１５に示
すフローである。

【００２３】以上の制御により車内圧力は乗客が不快感
を感じない程度に押えられ、トンネル内高速走行時にお
いても車内の快適度を保持できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、簡
単な構成で車両の高速走行時における車外圧力変動の車
内への伝播を抑制して快適な室内空間を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による車両用換気装置の給気系統図であ
る。

【図２】本発明による車両用換気装置の排気系統図であ
る。

【図３】本発明による車両用換気装置の締め切り状態を
示した図である。

【図４】車両用換気装置の制御アルゴリズムを示した図
である。

【図５】車両用換気装置の制御フローチャートを示した
図である。

【符号の説明】

２…通風ダクト、３…送風機、４，５…流路切替弁、８
…車内外連通ダクト、９…絞り弁、１２…車外圧力セン
サ、１１…制御装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車外の新鮮な空気を車内に取り入れあるい
   は車内の汚れた空気を車外に排出する給排気兼用送風
   機、送風機の出入口に設けた流路切替弁、車内外の圧力
   差によって自然排出あるいは自然吸入するための連通ダ
   クト、前記連通ダクトの風量を調節するための絞り弁、
   車外の圧力を検出して前記流路切替弁及び絞り弁の動作
   を制御する制御装置からなることを特徴とする車両用換
   気装置。
2. 【請求項２】車外圧力が大気圧力よりも負圧の場合は送
   風機が給気となるように流路を切替え、車外圧力が正圧
   の場合は送風機が排気となるように切替えると共に、車
   外圧力が送風機の最大圧力を超えた場合は通風ダクトの
   車内外の連絡を絶つように流路切替弁を切替えることを
   特徴とする車両用換気装置の制御方法。
3. 【請求項３】給排気兼用送風機に設置された絞り弁の開
   度を車外圧力の変動幅に応じて段階的あるいは連続的に
   絞ると共に、車外圧力が送風機の最大圧力を超えた場合
   は全閉となるように制御することを特徴とする車両用換
   気装置の制御方法。