JPH03266762A

JPH03266762A - 車両用換気装置

Info

Publication number: JPH03266762A
Application number: JP6420190A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Ishikawa; 石川　紳一郎; Norimoto Matsuda; 松田　紀元
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-03-16
Filing date: 1990-03-16
Publication date: 1991-11-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、車両に用いられる車両用換気装置に係り、特
に高速で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。

〔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、１９７５年３月発行［日立評論Ｖｏ１．
５７　Ｎｏ、　３４の第５１頁がら第５６頁に記載され
ているような高圧ファンを給・排気装置に用いたもの、
あるいは、特開昭６０−６７２５７号公報に記載されて
いるような往復動式のものが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前者の場合は２００〜２３０に■／ｈの
速度で走行する車両に適用するのが限界であり、それ以
上の速度で走行する車両においては、トンネル内で該列
車が擦れ違う際の車外圧力変動が５００■＋５ＨｘＯを
超えるため、該現象を上回る圧力特性を有するファンを
用いる必要があった。

ところが、現状のシロッコファンやターボファンでは、
形状・寸法が大型化し、屋根上、床下等の取付スペース
を確保するのが困難になる恐れがある。すなわち、車外
圧力変動が給・排気ファンの最高圧力を超えると、車内
圧力が急激に変動するようになり、乗客の耳に不快感を
与えることになる。したがって、一般には給・排気ファ
ンの圧力特性における最高値は５車両がトンネル内で擦
れ違うときの車外圧力変動の最大値を下回らないように
なっている。

また、車両の走行速度が３００に■／ｈを超えた場合、
前述の車外圧力変動は１．０００ｗ＋■Ｈ２０を超える
ため、シロッコファンやターボファンでは車内圧力の変
動を抑えることは不可能な状況となることが予想される
。

一方、後者について見れば、往復動式であるため、摺動
部分のシールの耐久性あるいは高速運転が困難であるた
め、形状・寸法が大型化することなどが予想される。し
たがって、設置スペースの確保が困難になる恐れがあっ
た。

また、別の従来技術として高圧力、小風量のポルテック
スブロワを給・排気に複数台ずつ適用する方式も考えら
れるが、その場合は換気に要する消費電力が膨大になる
という問題があった。

上記従来技術は、車両が高速化した際に生じる車外圧力
変動の増大に伴い、換気装置として前記圧力変動の車内
への伝播を抑制するとともに占有スペースの増大を防止
する点において十分な配慮がなされていなかった。

さらに、乗客に不快感を与えないように車内圧力を最適
に制御する点について配慮がされておらず、高地を走行
したり、外気温度や気圧が著しく変化する際にも乗客に
不快感を与えるという問題があった。

本発明の目的とするところは、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小さな動力で抑制して
快適な室内空間を確保し得る車両用換気装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、車両がトンネル外を走行中に作動する低圧
力、大風量の給・排気ファンとトンネル内・外を問わず
作動する高圧力、小風量の給・排気ファンを備え、低圧
力、大風量の給・排気ファン流路には風路締切手段を設
置して、トンネル内走行中には風路締切手段を閉じ、低
圧力、大風量の給・排気ファンを停止し、高圧力、小風
量の給・排気ファンのみを運転して、車外圧力変動を検
知して、車内圧予測値を算出し適正な制御指令を出力す
るとともに車内圧のフィードバック値をインバータに与
え最適な制御をすることで達成できる。

〔作　　　用〕

高圧力、小風量の送風機としては、ポルテックスブロア
があるが、このような送風機によれば小型で高い圧力特
性が得られるものである。従って、前述のような高圧力
、小風量の送風機を換気装置の送風手段として用いるこ
とにより、その圧力特性が車外圧力変動を上回るため、
車外圧力変動による車内への影響を抑制することができ
る。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図により説
明する。第１図において１は車両の客室、２は新鮮外気
を取り入れる給気ファンで、３は外気と車内とを締め切
るために給気ダクト内に設置された締切弁、４は該締切
弁３を駆動するアクチュエータである。５は車内の汚染
空気を車外へ排出するための排気ファンであり、６は外
気と車内とを締め切るために排気ダクト内に設置された
締切弁で、７は該締切弁６を駆動するアクチュエータで
ある８　１３は新鮮外気を取り入れるために前記給気フ
ァン２と併設された高圧力で小風量の特性を有する給気
用のポルテックスブロワで、１４は該ポルテックスブロ
ワ１３を駆動するインバータである。１５は車内の汚染
空気を車外へ排出するために前記排気ファン５と併設さ
れた高圧力で小風量の特性を有する排気用のポルテック
スブロワで、１６は該ポルテックスブロワ１５を駆動す
るインバータである。１０は車外圧力変動を検出する車
外圧検出器で、９は該車外圧検出器１０の出力を用いて
、車内圧力変動の予測計算を行ない、適正な制御指令値
ｉを演算する演算器である。１１は車内の圧力を検出す
る車内圧検出器で、１２は該車内圧検出器１１の出力に
適正なゲインを与えて該演算器８の出力へフィードバッ
クするフィードバック回路である。８は該演算器９と該
フィードバック回路１２の出力差すなわち制御信号ｊに
応じて前記給・排気用ポルテックスブロワ１３．１５の
風量を制御するようにインバータ１４．１６に制御指令
を与える制御器である。

また、該制御器８はトンネル突入時の車外圧力変動を前
記車外圧検出器１０により検出し、トンネル位置を瞬時
に検知し、前記給・排気ファン２．５およびアクチュエ
ータ４，７に制御指令ｊ１を与えるものである。

このような構成において、車両が通常トンネル外を走行
する場合、締切弁３．６は開けられており、給・排気フ
ァン２．５および給・排気用ポルテックスブロワ１３．
１５により常に換気されているので、客室１内の空気は
清潔に保たれている。ところが、車両が高地を走行した
り、外気の温度や気圧の変化が著しい場合に、それに伴
って車内圧力が変動することが予想される。その場合、
車内圧検出器１１は車内圧変動を検知し、フィードバッ
ク回路１２においてフィードバック信号ｉＩ、を出力す
る。すなわち、フィードバック信号ｉゎは車内圧Ｐ１と
フィードバック定数にの積であり、次式で与えられる。

ｉｂ　”　Ｋ−Ｐ　＋　　−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−（１）そうすると、制御器８からのイ
ンバータ１４．１６への制御信号ｊは制御指令値ｉとフ
ィードバック信号ｉ、どの差で示される。

ｊ　＝　ｉｉ　ｂ　　−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−（２）この場合、トンネル外であるの
で、演算器９からの制御指令値ｉは零が出力される。

ｉ　＝　Ｏ−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−（３）従って、制御信号ｊはインバ
ータ１４．１６を動作させ、給−排気用ポルテックスブ
ロワ１３．１５の給・排気風量のバランスを調整し、車
内圧が零となるように制御する。

一方、このような状態で走行中、車両がトンネルに突入
したとき、第２図のタイミングチャートに示すように、
車外圧検出器１０は車外圧の急変によりトンネル位置を
検知し、適切なタイミングで演算器９へ出力する。トン
ネル検知信号を受信した演算器９は制御器８へ制御信号
１＋を出力し、制御器８は制御指令ｊ１を給・排気ファ
ン２．５８よび締切弁３．６を駆動するアクチュエータ
４．７へ与えて、給・排気ファン２．５を停止させると
同時に締切弁３．６を締め切る。また、制御指令ｊ、は
トンネル通過を車外圧から検知すると、適切なタイミン
グで給・排気ファン２．５を起動すると同時に締切弁３
．６を開放するように出力される。

さらに、検知した車外圧Ｐ０を入力とし演算器９により
車内圧予測計算を行なう、これは列車が高速でトンネル
を通過する際の車内圧Ｐ、の変動は、トンネル通過時の
車外圧力変動Ｐ０が与えられれば簡単な遂次計算によっ
て推進することができるからである。

その計算式について以下に述べる。まず、換気手段に使
用される給・排気用ポルテックスブロワ１３．１５の風
量−圧力特性および通風抵抗特性を近似２次曲線で表示
すると、ファン特性：　Ｐ＝ＡＱ”＋ＢＱ＋Ｃ−−−（４）通風
抵抗特性：Ｐ、＝ＡＩＩ・Ｑ２−−−−−（５）ここで
Ｐ：ファン静圧、ＰＲ：通風特性、Ｑ：風量、Ａ、Ｂ、
Ｃはファン特性、ＡＩＩは通風抵抗特性によって決まる
定数である。また、（４）、（５）式を組み合せて変形
すると給・排気用ポルテックスブロワ１３．１５の風量
は、 −−−−−（６）車内外圧力差：△Ｐ＝Ｐ、−Ｐ、−−−−−（７）ただ
し、Ｑ、は正符号、Ｑ、は負符号をとり、Ｑよ　：給気
用ポルテックスブロワ１３の風量、Ｑ６　：排気用ポル
テックスブロワ１５の風量、Ｐｏ：車外圧力、Ｐ、：車
内圧力である。また、車体の気密が完全でないとすれば
漏れ風量は次式％式％車体漏れ風量：ＱＬ＝６０・α・Ｓ　±−△Ｐγ −−−−（８）ここで正符号は流入を、負符号は流出を表わし、ＱＬ：
漏れ風量、α：流量係数、Ｓ：等低源れ面積、γ：空気
密度、ｇ：重力加速度である。

従って、車内への流入風量は（９）式で表わされ、車内
空気重量の変動は（ｌＯ）式で与えられる。そして、車
内圧力は等温変化と考えれば（１１）式で与えられる。

車内への流入風量：八Ｑ＝Ｑ、−Ｑ、±ＱＬ（９） −−−−−（１０）車内圧予測値：　Ｐ　＋−＝　Ｐ　、。・−−−−−一
（１１）ΔＧここで、へＴ：遂次計算の時間幅、Ｐ、。：大気圧、Ｇ
：車内空気質量である。

このようにして算出した車内圧予測値Ｐ、と比例定数β
の積によって制御指令ｉを演算する。

１＝β・Ｐ　、、　−−−−−−−−−−−−−−一−
−−−−−−−（１２）従って、制御信号ｊは（２）式
のように前記フィードバック信号ｉ、どの差で出され、
インバータ１４．１６を動作させることにより、給・排
気用ポルテックスプロワ１３．１５の給・排気風量のバ
ランスを調整し、乗客に車内圧の変動を感じさせること
のない最適な制御ができる。

〔発明の効果１本発明によれば、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、さらに、最適制御を行なう
ことで、快適な室内空間を確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の空気系路および電気系路を
示す回路図、第２図は第１図に示した換気システムの制
御系のタイミングチャートである。１−−−−−一客室、２．５−−−−一給・排気ファン
、３．６−−−−−締栴切与弁、４．７−−−−−アク
チユエータ、　８−−−−−一制御器、９−−−−−一
演算器、１０−−−−−一車外圧検出器、１１−−−−
−一車内圧検出器、１２−−−−−−フィードバック回
路、］、３．１５−−−−−　Ｍ・排気用ボルナ・ンク
スブロワ、１４．１６−−−−−インバータ

Claims

【特許請求の範囲】

１、車外の新鮮空気を車内に取入れる高圧力、小風量の
給気ファンと、車外の新鮮空気を車内に取入れる低圧力
、大風量の給気ファンと、車内の汚染空気を車外に排出
する高圧力、小風量の排気ファンと、車内の汚染空気を
車外に排出する低圧力、大風量の排気ファンと、前記低
圧力、大風量の給気ファンおよび排気ファンの風路を締
め切る風路締切手段と、車外圧力を検出する車外圧検出
器と、車外圧力検出器の検出結果を入力とし車内圧予測
を行なう制御指令値を演算・出力する演算器と、車内の
圧力を検出する車内圧検出器と、該車内圧検出器の検出
結果に所定のゲインを与えて前記演算器へフィードバッ
クするフィードバック回路と、演算器とフィードバック
回路からの制御指令値によって前記風路締切手段および
高圧力・小風量の給気ファンおよび排気ファンを制御す
る制御器とから構成したことを特徴とする車両用換気装
置。