JPH08534B2 - 車両用換気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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好適な
車両用換気装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高速で走行する鉄道車両に用いら
れる車両用換気装置としては、例えば特開昭６２−２９
９４７５号公報に記載されているような車内外の圧力差
に対応して変形可能に片持ち支持された弾性体を用いた
もの、あるいは、例えば、特開平１−１１９４７０号公
報に記載されているような撓み板への圧力変動の伝達を
緩和する案内板を設けたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、車内外の圧力差に対応して通風路面積を変化させる
ように片持ち支持された弾性体あるいは撓み板が通風路
を遮断するとき、自励振動が発生することが明らかにな
った。これにより、撓み板の寿命の低下が予想される。

【０００４】本発明の目的は、撓み板の寿命を向上させ
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、上記のよう
な換気装置において、少なくとも１つの撓み板の１個所
と通風路とを１つのダンパで接続し、該ダンパはシリン
ダと該シリンダ内を移動するピストンとから構成するこ
と、によって達成できる。

【０００６】

【作用】撓み板は撓む際にダンパで支持されているの
で、ダンパの力に打ち勝つ力が作用しなければ振動は発
生しない。このため、撓み板が撓む際の自励振動を防止
できるものである。また、このようにダンパを使用して
いるので、ダンパは１つで良く、構成を簡単にでき、ま
た、経年変化が少なく、信頼性を高くできるものであ
る。また、ダンパは１つでよいので、撓み板の剛性およ
び固有振動数に影響を与えることが無く、使用しやす
く、設計を容易にできるものである。

【０００７】ここで、上記の公知の換気装置について説
明すると、車両がトンネル内ですれ違うとき、車外圧力
は図５の実線Ｃ，Ｄ部のように大気圧Ｐ₀から正圧およ
び負圧に急激な変化をするが、弾性体、撓み板の作用に
よって、給気装置の入口、排気装置の出口における圧力
変動は、点線で示すように緩和される。それによって、
車内の圧力変化が抑制されるので、乗客に不快感を与え
ることがない。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１ないし図５
により説明する。図４において、１は車両の屋根と天井
との間に設置された給気装置で、２は前記給気装置１へ
外気を取り入れるための新鮮外気取り入れ口である。３
は前記給気装置１を構成する給気用の送風機である。４
は給気装置１の入口付近すなわち前記送風機３よりも上
流側の通風路に装着された圧力緩和機構である。５は前
記給気装置１からの新鮮外気を客室７へ供給するための
空調ダクトである。６は前記空調ダクト５に設置された
吐出グリルである。８は車内の汚染空気を車外へ排出す
るため客室７の下部に開口して設置された排出グリルで
ある。９は前記排出グリル８が設置されている排出ダク
トである。１０は車両の床下に設置され、前記排出ダク
ト９を介して客室７内の汚染空気を吸い込み車外へ排出
する排気装置である。１１は排気装置１０を構成する排
気用の送風機である。１２は排気装置１０の出口付近す
なわち前記送風機１１よりも下流側の通風路に装着され
た圧力緩和機構である。

【０００９】図１ないし図３は前記圧力緩和機構４また
は１２の詳細構造および動作状況を示している。同図に
おいて、１３ａ，１３ｂは圧力緩和機構４（または１
２）に用いられる通風路面積を変化させるための撓み板
で、一端を通風路内壁側面に固定し、もう一端を自由端
としている。撓み板１３ａは撓み板１３ｂよりも通風路
の空気流の上流側に配置されており、撓み板１３ｂは下
流側であって両者の先端部分が撓んだ状態で接触可能な
間隔を隔てて配置されている。撓み板１３ａ，１３ｂは
互いに逆向きで、前述のように両者の先端が接触するよ
うに配置されている。１４ａ，１４ｂは撓み板１３ａ，
１３ｂに対応して配置されたストッパである。ストッパ
１４ａは通風路を空気が逆流（すなわち、給気装置１の
送風機３、排気装置１０の送風機１１による空気流に対
して逆方向の流れであり、車外圧が正圧または負圧に大
きく変化した場合に生ずる。ストッパ１４ａは最上流側
にある。）する際に前記撓み板１３ａが逆方向へ撓まな
いように保持する。ストッパ１４ｂは前記撓み板１４ｂ
が必要以上に下流側へ撓まないように保持する。ストッ
パ１４ａ，１４ｂはその幅方向断面が略コ字型に形成さ
れ、撓み板１３ａ，１３ｂに対して圧力を伝達し易くす
るために小穴を設けた所謂パンチングプレートによって
構成されている。該ストッパ１４ａ，１４ｂの幅方向両
側のフランジ部は、通風路の対向した壁面にそれぞれ接
合されており、該各壁面をつなぐ補強の役目も兼ね備え
ている。なお、ストッパ１４ａは撓み板１３ａとの接触
面がほぼ平面状に形成されており、ストッパ１４ｂは撓
み板１３ｂが下流側に撓んだ状態に一致するように撓み
板１３ｂとの接触面が曲面となるように構成されてい
る。点線は撓み板１３ａ，１３ｂの自然状態を示してい
る。１５は前記撓み板１３ａのストッパ１４ａとは反対
側にピン結合された可変緩衝機構であり、該撓み板１３
ａがストッパ１４ａとは反対方向に撓むときに作用す
る。この可変緩衝機構１５は、その減衰力が最も効率良
く撓み板１３ａに加わり、しかも、通風路の流れの抵抗
にならないように、撓み板同士の遮断時の接触点を避け
て、撓み板１３ａのできるだけ先端側にピン結合し、他
端を圧力緩和機構４（または１２）の内壁側面に対し７
０°以内の鋭角を形成できる範囲で内壁上下面にピン結
合している。１６ａ，１６ｂは前記各撓み板１３ａ，１
３ｂのストッパ１４ａ，１４ｂが設置されている側の反
対側に設けられている固定緩衝材である。この固定緩衝
材１６ａ，１６ｂは各撓み板１３ａ，１３ｂの固定端側
に近い位置に設置され、該各固定端における応力集中を
緩和するためのものである。前記可変緩衝機構１５およ
び固定緩衝材１６ａ，１６ｂは撓み板１３ａ，１３ｂが
通風路を遮断したときの動きを拘束でき、対向配置され
ている各撓み板の動きを妨げないように設けられてい
る。

【００１０】可変緩衝機構１５としては、例えばシリン
ダ並びにピストンを有するオイルダンパあるいはガスダ
ンパ等が用いられる。該可変緩衝機構１５のストローク
は、この可変緩衝機構１５が取り付けられている撓み板
１３ａが撓んでその先端が、反対側の撓み板１３ｂに接
触できるストロークに設定されている。

【００１１】通常、高速で走行する鉄道車両の車外圧力
変動は、定量的に変化するのではなく波動変化する。し
たがって、前記可変緩衝機構１５を設けていない撓み板
に前記圧力変動が作用した場合、該撓み板の上流側およ
び下流側の圧力差が所定値になり、かつ、この状態で前
記波動が作用した場合に撓み板に自励振動が発生する。
詳細に説明すると、該撓み板の動きが所定の速度以上に
なった後、該撓み板はそれ自身の反発力によって元に戻
ろうとする。このような状態の時に、波動変化する圧力
変動が前記撓み板に作用することにより、該撓み板は再
度撓むことになり、この動作が繰り返されて自励振動を
起こすことになる。この自励振動は、撓み板の最大撓み
位置付近で起こるものである。前記可変緩衝機構１５の
減衰能力としては、前記撓み板の自励振動を抑制できる
能力を備えていれば良い。

【００１２】前記固定緩衝材１６ａ，１６ｂの例として
は、中心に支柱を有し、その周囲を弾性体例えばゴムで
構成されるものである。ここで、可変緩衝機構１５と固
定緩衝材１６ｂとを一対で設置する必要はなく、双方と
も可変緩衝機構を成す各種ダンパにて構成しても良い。

【００１３】このように構成された圧力緩和機構４（ま
たは１２）において、図１、図２に示すように矢印アま
たは矢印イのような車外からの急激な正もしくは負の圧
力変動が加わったとき、撓み板１３ａ，１３ｂはそれぞ
れの前後すなわち該各撓み板の通風路の上流側および下
流側の圧力差によって撓むことになる。これにより、車
外圧力変動の加わる方向および大きさに対応して通風路
面積を変化させることができる。

【００１４】このとき、撓み板１３ａが通風路を遮断す
る寸前の作動速度が所定の速さになったとき、弾性力が
一瞬圧力差に打ち勝ちもとに戻ろうとするが、次の圧力
波により再び押し付けられ、撓み板１３ａの上流と下流
との波動により自励振動が発生する。可変緩衝機構１５
はその減衰効果により、この自励振動を阻止することが
できる。しかも、撓み板１３ａが通風路を遮断したと
き、前記可変緩衝機構１５はストロークエンドに達して
撓みを拘束するので、撓み板１３ａの固定部の応力の増
大を防止することができる。

【００１５】このように撓み板１３ａに可変緩衝機構１
５を設置することによって、該撓み板１３ａの自励振動
を防止することができ、この自励振動の防止により撓み
板１３ａ自体の撓み頻度を低減できる。このことによ
り、該撓み板１３ａへの負荷すなわち疲労を低減し寿命
を延ばすことができる。

【００１６】撓み板１３ａおよび１３ｂの固定部近傍に
は、固定緩衝材１６ａ，１６ｂが設置されており、該固
定緩衝材１６ａ，１６ｂは撓み板１３ａ，１３ｂの必要
以上の撓みを防止するように設置されている。したがっ
て、撓み板１３ａ，１３ｂの固定部分における応力集中
を抑制することができる。この応力集中の抑制と前記撓
み頻度の減少によって撓み板１３ａ，１３ｂ全体への負
荷を低減することができる。

【００１７】以上のように、可変緩衝機構１５としてダ
ンパを使用しているので、ダンパ（１５）は１つで良
く、構成を簡単にでき、また、経年変化が少なく、信頼
性を高くできるものである。また、ダンパ（１５）は１
つでよいので、撓み板の剛性および固有振動数に影響を
与えることが無く、使用しやすく、設計を容易にできる
ものである。

【００１８】また、可変緩衝機構（ダンパ）１５は撓み
板１３ａの先端と撓み板１３ａの固定端との間において
撓み板１３ａに接続しているので、撓み板１３ａは最も
撓んだ際に、撓み板１３ｂに接触した先端、ダンパ（１
５）、および固定端の３点で支持されることになるの
で、撓み板１３ａの固定端の応力の増大を防止でき、長
寿命にできるものである。

【００１９】また、撓み板１３ａに接続したダンパ（１
５ａ）は該撓み板１３ａよりも下流側に設置しているの
で、上流側に設置した場合に比べて、給気装置１の送風
機３、排気装置１０の送風機１１による空気流に対して
抵抗にならないものである。

【００２０】また、撓み板１３ａ，１３ｂがストッパ１
４ａ，１４ｂに接触するときは通風路を締め切るときで
ある。撓み板１３ａがストッパ１４ａに接触するのは逆
流が生じたときであり、撓み板１３ｂがストッパ１４ｂ
に接触するのは送風機による空気の流れ方向の空気流量
が過大になったときである。このため、ストッパ１４
ａ，１４ｂは通路を遮断するように構成することが望ま
しい。ストッパ１４ａ，１４ｂはコ字型であり、図１に
おいて上下の片（フランジ）が通風路の壁面に接合され
ており、上下の片の間は撓み板１３ａ，１３ｂにに平行
な面になっている。すなわち、ストッパ１４ａ，１４ｂ
の上下の部分はＬ状といえる。このストッパ１４ａ，１
４ｂが撓み板１３ａ，１３ｂの固定端から先端に沿って
設けている。このため、撓み板１３ａ，１３ｂがストッ
パ１４ａ，１４ｂに接触した場合に、撓み板の上下の部
分から空気が流れる量は、ストッパを棒状にした場合に
比べて、少なくできるものである。このため、この部分
の締めきり性能が向上し、車内の圧力変化を少なくで
き、乗客の耳の痛みの発生を少なくできるものである。

【００２１】次に、本発明の第２実施例を図６ないし図
８により説明する。同図において、前記第１実施例と同
一符号は同一部材を示すものである。１７は上記固定緩
衝材１６に替えて通風路内壁の上面および下面に、撓み
板１３ａ，１３ｂが通風路を遮断した状態で、該各撓み
板の変形形状に合わせて撓み板１３ａ，１３ｂを拘束で
きるように設置したガイドストッパである。撓み板１３
ａに対応するガイドストッパ１７は、該撓み板１３ａの
下流側に設置されている。撓み板１３ｂに対応するガイ
ドストッパ１７は、該撓み板１３ｂの上流側に設置され
ている。各ガイドストッパ１７は、前述のように各撓み
板の変形状態に一致する形状で撓み板の全面に接触する
ように形成されており、各撓み板１３ａ，１３ｂが接触
した状態で該各撓み板と通風路内面との隙間を塞ぐ構造
となっている。

【００２２】このように撓み板１３ａ，１３ｂと各ガイ
ドストッパ１７を面接触させるように構成することで、
撓み板１３ａ，１３ｂが通風路を遮断したとき、各ガイ
ドストッパ１７に対応したものの撓みを拘束することが
できる。したがって、撓み板１３ａ，１３ｂの応力の増
大を防止することができる。また、風量調整のために撓
み板１３ａ，１３ｂと通風路内壁の上面および下面との
間には一定の隙間を設けているが、撓み板１３ａ，１３
ｂが通風路を遮断したときにはこの隙間が狭い方が遮断
効果が大きくなり有利である。この実施例の構造では、
撓み板１３ａ，１３ｂとガイドストッパ１７とを面接触
させることで、少なくともその範囲では完全に隙間をな
くすことができる。したがって、撓み板１３ａ，１３ｂ
によって通風路の遮断効率を向上させることができ、車
内への圧力変動の伝幡をさらに抑制することができる。

【００２３】次に、本発明の第３実施例を図９および図
１０により説明する。同図において、前記第２実施例と
同一符号は同一部材を示すものである。１８は上記ガイ
ドストッパ１７に替えて通風路内壁の上面および下面に
設置され、撓み板１３ａ，１３ｂの変形に沿って隙間が
狭くなるように断面が楔状に形成されたスペーサであ
る。また、スペーサ１８は撓み板１３ａ，１３ｂが通風
路を遮断した状態で、該撓み板１３ａ，１３ｂとの隙間
が小さくなるように構成されている。スペーサ１８は楔
状のため、通風路の抵抗を前記実施例よりも低減でき
る。

【００２４】次に、本発明の第４実施例を図１１により
説明する。本実施例は前記第３実施例のスペーサ１８の
形状を変更したもので、断面を矩形に形成したスペーサ
１８′を用いたものである。撓み板１３ａの場合を例に
説明する。撓み板１３ａが定常の状態すなわちＡ点より
も僅かに下流側に移動している状態で、撓み板１３ｂと
の間に形成される通風路の面積を前記実施例よりも広く
確保できる。しかも、撓み板１３ａが定常の状態Ａ点で
保持されているときには、該撓み板１３ａと通風路内壁
の上面および下面との間には一定の隙間を確保できる。
この隙間の寸法を調節することにより、圧力緩和機構の
風量調整が比較的簡単に行なえる。

【００２５】車外圧力変動の増大に伴う圧力緩和機構４
（または１２）の作動頻度の増加に対応するためには、
撓み板の根本部分すなわち固定部近傍に生じる応力を下
げる工夫をする必要がある。そこで、この点について改
良した本発明の第５，第６実施例を図１２ないし図１３
により説明する。図１２，図１３とも撓み板のみを示し
他の構成については図示を省略した。

【００２６】撓み板の根本部分に生じる応力は、板厚の
２乗に反比例していることから、図１２の第５実施例の
場合、撓み板１３′の根本部分に厚みを持たせ、先端部
分になるほど板厚を薄くするように構成したものであ
る。このような構成によれば、撓み板１３´はそれ自体
の構造によって根本部分に生じる応力を抑制することが
できる。

【００２７】図１３の第６実施例の場合、撓み板１３´
´の根本部分を重ね板にした構造のものである。該撓み
板１３´´は板厚を変化させないため、加工が容易であ
る。また、根本部分の応力は前記第５実施例とほぼ同様
に抑制することができる。

【００２８】このように前記第５および第６実施例によ
れば、撓み板の固定部分の応力を下げることで作動頻度
の増加に対応できるだけの強度を持たせられる。

【００２９】次に、本発明の第７実施例を図１４および
図１５によって説明する。同図において、前記各実施例
と同一符号は同一部材を示すものである。通常の換気送
風状態では下流側の撓み板１３ｂは、風圧により常時ス
トッパ１４ｂに押さえつけられている。したがって、送
風方向とは逆向きの車外圧力が作用したときに、通風路
を遮断するためには送風方向とは逆向きの弾性力の強化
が必要である。そこで、図１４に示すように撓み板１３
ｂをあらかじめ上流側の撓み板１３ａに接触するように
設置することで弾性力を増加でき、その際に、下流側の
撓み板１３ｂは図１５に示すように通常の換気送風状態
でストッパ１４ｂに押さえつけられるので、応力として
は平行に配置した場合と同じ変化量ですむ。

【００３０】このような構成によれば、通風路を空気が
逆流する場合に撓み板１３ｂが敏感に動作し、車外圧力
変動の車内への影響を最小限にできる。

【００３１】前記各実施例によれば、圧力緩和機構を給
気装置の入口付近および排気装置の出口付近に設けるこ
とで、各送風機の前後の圧力差を図５に示すような車内
外の圧力差に比べて大幅に軽減することができるので、
該各送風機を圧力特性が低圧力・小容量なものにでき
る。したがって、車内の圧力変化を抑制できるとともに
消費電力の軽減に効果がある。

【００３２】また、可変緩衝機構１５および固定緩衝材
１６または、ガイドストッパ１７等を設けることで、撓
み板１３の寿命を大幅に向上させることができ、長期間
無保守が可能な耐久性のある圧力緩和機構４および１２
にでき、信頼性の向上に効果がある。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、撓み板の自励振動を抑
制することができ、長寿命にできるものである。また、
その手段として１つのダンパのみでよいので、構成を簡
単にでき、また、経年変化が少なく、信頼性を高くでき
るものである。また、ダンパは１つでよいので、撓み板
の剛性および固有振動数に影響を与えることが無く、使
用しやすく、設計を容易にできるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による換気装置の第１実施例における圧
力緩和機構の平面図である。

【図２】図１の圧力緩和機構において逆方向の圧力変動
が作用した状態を示す平面図である。

【図３】図１の圧力緩和機構の斜視図である。

【図４】本発明の換気装置の全体構造を示す車体の縦断
面図である。

【図５】鉄道車両の高速走行時におけるトンネル内での
擦れ違い時における圧力変動状態を示すグラフである。

【図６】本発明の第２実施例の圧力緩和機構を示した平
面図である。

【図７】図６の圧力緩和機構に逆方向の圧力変動が作用
した状態を示す平面図である。

【図８】図６の圧力緩和機構の斜視図である。

【図９】本発明の第３実施例の圧力緩和機構を示した平
面図である。

【図１０】図９の上流側の撓み板部分の断面図である。

【図１１】本発明の第４実施例の圧力緩和機構を示した
図１０と同一部分の断面図である。

【図１２】本発明の第５実施例の圧力緩和機構を示した
平面図である。

【図１３】本発明の第６実施例の圧力緩和機構を示した
平面図である。

【図１４】本発明の第７実施例の圧力緩和機構を示した
平面図である。

【図１５】図１４の圧力緩和機構の逆方向の圧力変動が
作用した場合の平面図である。

【符号の説明】

１・・・・給気装置、４、１２・・・・圧力緩和機構、
１０・・・・排気装置、１３ａ，１３ｂ，１３´，１３
´´・・・・撓み板、１４ａ，１４ｂ・・・・ストッ
パ、１５・・・・可変緩衝機構、１６・・・・固定緩衝
材、１７・・・・ガイドストッパ、１８，１８′・・・
・スペーサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 雅一 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 (56)参考文献 実開 平１−80513（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車外の空気を車内に供給または車内の空気
   を車外に供給するための通風路と、該通風路内に空気の
   流れ方向に沿って設置した２つの撓み板と、からなり、
   該各撓み板はその一端が前記通風路の壁に固定され、か
   つ、他端が自由となっており、各撓み板はその固定端を
   互い違いに配置しており、前記通風路内を流れる空気流
   の増大によって上流側の撓み板の自由端が下流側の撓み
   板側に撓んで通風路を小さくするように設置した車両用
   換気装置において、少なくとも１つの前記撓み板の１個
   所と前記通風路とを接続する１つのダンパを備え、該ダ
   ンパはシリンダと該シリンダ内を移動するピストンとか
   らなること、を特徴とする車両用換気装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の車両用換気装置におい
   て、前記ダンパは、前記撓み板の先端と撓み板の固定端
   との間において前記撓み板に接続しており、前記撓み板
   は最も撓んだ際にその先端が前記通風路に接触するこ
   と、を特徴とする車両用換気装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の車両用換気装置におい
   て、前記ダンパは送風機による空気の流れ方向において
   前記撓み板の下流側に設置していること、を特徴とする
   車両用換気装置。