CN101657346B - 避免在一个封闭空间内的内部压力快速变化的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方用于避免由外部环境引起在一个封闭空间(1)内的空气压力快速变化的法和设备。按照本发明，用一个传感器(3)监控空间(1)内的内部压力。通过针对性地供给或排走空气，至少部分地补偿内部压力的快速变化。优选借助超压和负压容器(5、6)供给和排走空气。

Description

避免在一个封闭空间内的内部压力快速变化的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于避免由外部环境引起在一个封闭空间内的空气压力快速变化的方法和一种用于避免由外部环境引起在一个封闭空间内的空气压力快速变化的设备。 

背景技术

在不同的运输工具如火车、磁悬浮列车和飞机的能够达到高的最大速度的封闭客舱中，在运行中可能出现不符合要求的压力变化。在此一个原因是在火车和磁悬浮列车快速穿行狭窄的隧道或在紧挨着并排辅设的车行道上列车相遇时导致压力波。由于这样的压力变化从乘客方面从一个规定的压力变化速度起作为令人感到不舒服的压力在耳朵上被感受，由国际铁道联合会(UIC)公布了具有对于这样的压力变化的舒适极限的标准(UIC 660)。在飞机中如果飞行高度快速变化，则产生类似的问题，因为空气压力随着上升的高度而减小。 

为了避免这样的问题，在火车中特别在高速列车中已知，将车厢尽可能构成为压力密封的，以便借此如此强地限制由于外部压力的变化可能在内部空间中产生的压力变化的速度，以致乘客不再作为感到不舒服而感受到这些压力变化。不过为了制造必需的密封性，必需的是，存在的门、窗、车通道等设有密封装置，空调设施等配备有用作空气供给和排走的可关闭的阀，它们例如在驶进隧道时关闭而在驶出隧道时重新打开，并且在相当大程度上无敞开的通口情况下实现车厢结构。相应的内容适用于磁悬浮列车。为了避免令人感到不舒服的压力变化的另一可能性在于，选择足够大的隧道横截面与车辆横截面的比例并且只允许在保持足够宽的间距的车行道上才允许列车相遇或完全避免在隧道中列车相遇，以便由此减小压力波的大小。 

与此相对，在飞机制造中设定，借助功率强大的、安装在空气进 口或空气排出口上的鼓风机调节客舱中的空气压力。这样的调节设计用于持久的压力平衡，并且在非常快速的压力变化时，像例如在穿行隧道时发生的那样，需要过大的鼓风机，它们此外还可以高动力方式对快速的外部压力变化做出反应。 

发明内容

本发明的技术问题因此在于，构成开头所述的方法和设备，使其不需要大的费用就可以避免特别快速的内部压力变化继而可以避免对处于封闭空间内的人员的损害。 

按照本发明，提出一种用于避免由外部环境引起在一个封闭空间内的空气压力快速变化的方法，其特征在于，监控至少空间内的内部压力，并且通过调节空气的供给或排走，至少部分地补偿内部压力的快速变化，并且分别借助至少一个超压或负压容器供给或排走空气。 

按照本发明，还提出一种用于避免由外部环境引起在一个封闭空间内的空气压力快速变化的设备，其特征在于，该设备具有至少一个要设置在空间内的压力传感器、一个用于供给或排走空气的机构和一个包括压力传感器和该机构的调节装置，用于至少部分地补偿快速的压力变化，并且所述机构包括一个设有一个调节阀的用于空气的超压和/或负压容器，并且调节装置用于调节调节阀的位置。 

本发明所基于的构思在于，至少部分地补偿一个负压形式由外部引起的在封闭空间内快速的压力变化，即供给空间一个相应的空气量。以类似的方式，在突然出现超压时，将一个相应的空气量排出空间。特别这样地进行内部压力的调节，以致以一个预选的压力变化速度实现压力变化。借此可以保护处于空间内的人员免受不舒服的、损害乘车舒适性的压力变化。按照本发明的一个特别优选的实施例，借助一个超压或负压容器供给或排走空气。因此可以避免使用昂贵的鼓风机、泵等。 

附图说明

以下结合对应各实施例的附图更详细地说明本发明。其中： 

图1用于一个封闭空间的完全的内部压力调节的实施例的示意图； 

图2用于按图1的内部压力调节的调节装置的方框图； 

图3用于一个封闭空间的仅仅部分的内部压力调节的实施例的示意图； 

图4在穿行隧道期间，在轨道束缚的车辆的车厢内示例性可能的压力分布； 

图5对应于图4的视图，在使用按照本发明的内部压力调节时，在一个密封比较差的空间中的压力分布； 

图6对应于图5的视图，在使用按照本发明的内部压力调节时，在一个密封比较好的空间中的压力分布。 

具体实施方式

图1示意示出了本发明目前保持最好的一个实施例，它能够实现一种完全的内部压力调节，而与外部的空气压力是大于还是小于所考察的空间内的空气压力无关。在图1中示例性地假定要调节一个封闭空间1内的空气压力，该空间构成一列高速列车例如一列磁悬浮列车的客舱并且由车壁2包围着。所谓“封闭”应被理解为，当未示出的窗和门关闭时，车壁2构成一个包围空间1的壳体，它除了通常存在的不密封性和必要时存在的用于空调设施等的通风和排风孔之外四周都是密封的。但清楚的是，根据其质量、其老化或其他情况，空间1不仅可以是密封良好的而且可以是密封不太好的，如由进一步描述显而易见的那样。 

按照图1，不仅在空间1内而且在其外面(在这里称为“空间1的外部环境”)分别设置至少一个压力传感器3和4，借助它们持续地测量空间1内的空气压力(以下简称为内部压力)和外部环境中的空气压力(以下简称为外部压力)。此外分别设置至少一个超压容器5和一个负压容器6，两者可以或是直接设置在空间1内或空间1之外，例如在一个相邻的客舱内或是也可在一个与空间1分开的区域内，但如空间1是所考察的车辆的一个组成部分。 

超压容器5设有一个调节阀7，通过它，必要时经由至少一个连接的管道，压缩空气从超压容器5中可流入空间1内。负压容器6设有一个调节阀8，通过它，必要时经由至少一个连接的管道，空气从空间1内可流入负压容器6中。可以通过控制调节阀7、8的开口横截面调节空气流过调节阀7、8的速度，优选借助一些供给调节阀7、8的一个电的或电磁的控制机构的电控制信号。 

此外超压容器5经由一个管道9与一个通向外部环境的构成在车壁2的孔连接，该孔可以用一个活门10等压力密封地封闭。一个鼓风机或压气机11处于管道9中，利用它在打开的活门10时可以用压缩 空气注满压力容器5直到达到一个预选的超压。负压容器6经由一个管道12与一个通向外部环境的构成在车壁2中的孔连接，该孔可以用一个活门14等压力密封地封闭。一个泵15处于管道12中，利用它在打开活门14时可以将负压容器6抽真空直到达到一个预选的负压。 

最后由图1显而易见的设备包括一个控制器16，它与两个传感器3、4和两个调节阀7、8连接并且根据测定的内部压力或外部压力这样对其进行控制，以致或是借助超压容器5针对性地将补充的空气量输入空间1内或是借助负压容器6针对性地从空间1内排出过剩的空气量。因此总地来说按图1的设备基本上如下工作： 

如果传感器3和4报告，外部压力小于内部压力和/或内部压力不允许地快速降低，则打开调节阀7并且空气从超压容器5中进入空间1内。借此通过调节空气的供给，至少部分地补偿在空间1内的内部压力的这样特别快速的导致内部压力变小的变化，其中通过必要时或大或小地打开调节阀7，还可以非常快速地对外部压力的变化作出反应。以相应的方式，如果传感器3和4报告，外部压力大于内部压力和/或内部压力不允许地快速升高，则或大或小地打开调节阀8，以便由此允许空气从空间1内逃入负压容器6中并因此至少部分地补偿空间1内的压力升高。由此还可以非常快速地对外部压力的升高作出反应。 

在正常的调节时，调节阀7、8根据设备的一次确定的调节特性总是以相同的方式对在外部压力与内部压力之间的差值做出反应，以便将该差值保持尽可能地小。但按照本发明，被看作特别有利的是，这样实施调节，即将内部压力的变化速度至少限制在一个这样的数值，它与乘客的容易相处极限相一致。借此避免按照外部压力的可能的快速的波动的突然的压力平衡并且确保没有令人感到不舒服的压力可能对乘客的耳朵产生作用。这特别适用于短时的、只持续几秒钟的压力波动，这些波动利用大的、承载的鼓风机、泵等是不可能补偿的。 

在结束符合要求的压力平衡以后，关闭调节阀7、8，打开活门10、14并借助鼓风机11和泵15重新用空气将压力容器5、6注满或抽真 空直到达到一个预选的超压或负压。紧接着可以重新关闭活门10、14。由于通过只须以比较大的时间间隔进行一个调节过程，例如在接连地穿行隧道时，所以鼓风机11和泵15的尺寸可以确定成比较小尺寸的。此外只需使活门10、14电力地或用其他的机构分别处于一个打开和关闭位置，也就是说，不需要调节其相应的孔横截面。 

控制器16与传感器3和4、调节阀7和8以及容器5和6共同构成一按照本发明的调节装置并且按照图1原则上可以任意地构成，亦即特别是电子地、气动地或以任何其他的方式运行。在电子运行情况下，例如按图2构成控制器16。依此它包括一个与传感器3、4连接的控制装置18，除传感器信号之外还可以向该控制装置供给其他的信息例如指示行驶速度、车辆的位置、路线的纵断面(例如车行道中的下坡或上坡部分)等这样的信息。借助这些信息在控制装置18中生成一个合理的、优选事先借助已知的路线分布计算的额定值曲线并且在控制装置18的一个输出端19上发送。因此在这里不借助一个固定的、而借助一时间上易变的额定值进行调节。借助一个比较器20，也供给它传感器3的输出信号，持续地将额定值曲线与内部压力的相应的实际值相比较。将两个数值的差供给一个调节模块21，它按照情况在一个与调节阀7连接的输出端22或在一个与调节阀8连接的输出端23上发送一个调节信号。借助这些调节信号对调节阀7、8这样调节，以致得到符合要求的压力平衡。因此特别具有优点的是，在输出端19上额定值是时间上易变的指令量，它们确保在每一时刻如此大地打开调节阀7、8，如为了在空间1内达到一个预选的压力变化速度所要求的那样。这意味着例如，在外部压力快速降低时，首先大地打开调节阀7，以便由于大的空气量供给可以只缓慢地降低内部压力。紧接其后则通常可以总是再关闭调节阀7，因为在外部压力与内部压力之间的差值继而还有对供给的空气的需要总是变得较小，直到达到最小的与降低的外部压力相当的内部压力。特别是优选这样选择时间上易变的额定压力曲线，以致在所有情况下都遵守例如预定的舒适标准(例如UIC 660)。 

如果关于超压容器5的尺寸确定例如从空间1的一个150m³的容积出发，则在空间1内的压力降低是1000Pa/10s，如按UIC 660仍特别允许的那样，在计算方面相当于一个约0.15kg/s的空气质量流量，如果假定一个从压力容器5绝热的流出过程的话。如果该空气质量流量完全由压力容器5补偿，则它们必要流过调节阀7。如果例如用一种2巴＝2·10⁵Pa的超压用空气注满压力容器5，则相当于一个约0.06m³/s的空气容积流量。在这种情况下，流出的空气虽然相对于压力容器5中的温度冷却了约50℃，但仍产生优点，即空气非常快速地流入空间内并因此也可以在压力变化时起作用，它只在一秒钟或稍多一点时间上延伸。相应的计算可以用于需要负压容器6快速平衡压力峰值的情况。此外计算表明，在给定情况下，压力容器5、6的容积通常不必大于例如相当于空间1的容积的百分之一。 

相对于不仅升高的而且降低的外部压力，按图1的设备能够在每一时刻都实现空间1内的内部压力的一种主动的调节。反之还可以出现一些只导致内部压力的升高或只导致内部压力的降低的情况。在这些情况下，可以或是放弃超压容器5或是放弃负压容器6和所属的构件。如果空间1是密封良好的并且因此例如外部压力的降低由于穿行隧道只导致空间1内一个微小的并特别是允许的压力变化速度，则例如可以产生一种这样的情况。但如果车辆和与其一起的密封良好的空间1，在其中已形成降低的内部压力以后，必须在一个直接处于隧道后面的火车站中或还在一个设立在隧道1中的、处在正常的外部压力上的火车站中停车，则当没有采取特别的措施时，相应地也只有逐渐向较高的外部压力升高的可能。这导致的结果可以是，为了乘客免受一个压力冲击，车门在一个显著的时间长度上(例如30s)还必须保持关闭，直到建立压力平衡为止。 

按照本发明，压力平衡在一个这样的情况下除借助按图1的设备外还可以借助按图3的设备加速，其中相同的部分设有与图1中相同的标记。与图1不同，车壁2在这里只具有一个通向外部环境的孔25，利用一个调节阀26可以或大或小地将其打开。为了调节调节阀26的 位置，可以采用一个按图1和2的调节装置。 

在采用按图3的设备时，传感器3和4在隧道终端或在一个地下火车站中报告一个比较大的压力差。因此控制器16这样打开调节阀26，以致在外部与内部之间的压力平衡虽然在遵守UIC标准或其他的规程下，但仍然以一个显著大于留给假定为密封的空间1本身时产生的压力变化速度进行。按这种方式，可以将直到打开车门的等待时间显著地并例如减到几秒钟，这几乎不被乘客感觉到。 

图4至6示例性示出了几种可能的压力分布，其中分别以任意的单位沿横坐标划分时间而沿纵坐标划分压力。此外pN表示外部环境中的正常的外部压力，它例如存在于一个自由的、由一列列车通过的路线。 

在图4中假定，一列包括一个具有一个按图1的空间1的车厢的列车沿一个预定的路线运动并且在一个时刻t1驶进一条隧道A。还假定，外部压力因此沿一条虚线28突然降到一个比较低的数值p1，它例如比压力pN低3000Pa，在穿行隧道期间保持该数值p1，并在离开隧道以后，在一个时刻t2突然重新升到数值pN。此外假定，列车在一个时刻t3驶进一个第二隧道B，在其中设置一个火车站，列车在一个时刻t4停在火车站内。在该隧道B中，外部压力首先沿一条虚线示出的曲线29例如只降到一个数值p2，以便在停车时在一个时刻t4重新具有正常压力pN。 

此外在图4中例性示地沿点划线的曲线30和31示出了在列车的一个仅仅密封差的空间1内的内部压力的分布。如曲线30、31所示，内部压力比较快速地跟随曲线28和29，也就是自动地并且无大的延迟地发生一种压力平衡。因此内部压力在时刻t2已达到最小的外部压力p1，而在离开隧道A之后不久，在一个时刻t5，内部压力重新符合正常的内部压力pN。所示的压力变化在这里一方面是如此之快，以致它对于乘客来说是感到不舒服的。但另一方面，空间1的不密封性导致的结果是，在列车停在火车站B中以后，内部压力在时刻t4车比较快速地重新升到正常压力pN并且大致在一个时刻t6达到正常压 力，从而在时刻t6可以无问题地打开车门。 

在图4中最后示例性地沿点示的曲线32和33示出了在一个空间1的内部压力的分布，该空间是密封比较好的。作为其结果在穿行隧道A期间，内部压力只是比较缓慢地下降，直到一个数值p3为止，并且在离开隧道A以后，内部压力比较缓慢地升高，直到数值pN。相应的内容适用于从时刻t3起穿行第二隧道B。不过空间1的高的密封性在这里导致，在列车停车以后在时刻t4的内部压力仍然在正常的外部压力下保持比较大的一段时间，如点示曲线33所示的那样，并且只在一个时刻t7以后达到该正常的外部压力。因此在这种情况下既不可以在时刻t4又不可以在时刻t6打开车门，因为在这些时刻对乘客来说具有一种压力冲击的危险。确切地说，必须等待直到内部压力大致在时刻t7足够接近外部压力pN为止。 

图5示出了在使用借助图1描述的本发明的内部压力调节时对于一个密封比较差的空间1的压力分布。对于外部压力和自动调节的内部压力，假定与图4中的关系相同(曲线28、29和30、31)。但如果按照本发明在驶进隧道A时使用描述的调节，一旦外部压力足够小于内部压力，则因此首先打开调节阀7并且空气如此快速地从压力容器5中进入空间1内，以致内部压力只逐渐地沿一条图5中的实线曲线34一直降到一个数值p4。如上所述，优选在该区域内这样实现调节，以致通过曲线34斜度产生的压力变化速度没有位置超出对于乘客来说容易相处极限。在离开隧道A以后，通过关闭调节阀7和打开调节阀8可以达到，暂时空气从空间1内流进负压容器6中并因此避免内部压力突然升高到数值pN。对于这种情况，符合目的的是，在考虑舒适极限情况下进行调节。 

在隧道B的区域内可以实现类似的压力分布，如一条图5中的实线曲线35所示的那样。 

图6最后示出了按图3的设备对在一个密封良好的空间1内的压力分布的影响，其中在隧道A的区域内产生如图4中相同的关系(曲线28、29和32、33)。由于在这里在隧道A的区域内未超过舒适极限， 所以不需要一种内部压力调节。 

相反，对于这种情况，符合目的的是，一个在隧道B中的内部压力调节在使用按图3的设备的情况下进行。如曲线33所示的那样，直到例如在时刻t4不需要特别的措施。但在时刻t4，具有数值p5的内部压力仍显著小于在火车站B中和在车辆停车时的外部压力pN。因此按照本发明，现在打开图3中的调节阀26，借此经由车壁2中的孔25可以实现一种更快速的压力平衡。按照本发明，即使在这种情况下调节用于这样地控制调节阀26的打开状态，以致压力变化速度不超过舒适极限，而是例如沿一条图6中的实线曲线36实现内部压力的升高。但在这种情况下，压力变化速度这样选择，以致例如在一个时刻t8完成需要的压力平衡，该时刻比时刻t7显著更接近时刻t4(在火车站B中停车)。因此可以已在时刻t8打开车门，而对乘客来说没有产生对耳朵的一个感到不舒服的压力。 

如图4至6可看出的那样，在隧道A与B之间通常具有比较大的距离。这能够使压力容器5和6在两个调节过程之间逐渐地重新用压缩空气装载或抽真空到符合要求的负压。此外显而易见的是，特别是按图1的调节装置也可用在一些在空间1中存在短时的或微小的漏气情况下。此外在使用按图1的设备时，在一定限度内可以允许车辆的压力密封性逐渐降低，如例如超过车辆的使用寿命可能产生的那样。 

按照本发明的方法和设备不仅可以用在车辆的封闭空间上。结合固定的空间例如结合利用于生物或化学目的的实验室也可以产生类似的问题。在这种情况下虽然通常没有要求必须避免这样快速的压力变化，它们被在实验室工作的人员作为感到不舒服而感受到。但必须经常确保，短时地打开门或窗，而与是否存在一个闸门等无关，不要导致掺杂有有害物质例如细菌或病毒的空气从一个这样的空间向外逃走或相反从外面侵入空间内。借助按图1的设备，即使在门和窗短时打开的情况下借助超压容器或负压容器也可以保证不低于一个在内部压力与外部压力之间预选的压力差。一种重要的通过本发明实现的优点在这种情况下还在于，为了只对于门等的短时的打开而以安全性在空 间内能够维持一个预选的超压或负压，不必设置尺寸过大的且因此昂贵的泵、鼓风机等。如在车辆中的空间1情况下还产生优点那样，压力容器5、6可以非常快速地起作用，而不需要如在泵等中那样较长的起动时间。 

本发明并不限于描述的各实施例，它可以按各种各样的方式进行改变。这特别适用于每一空间1设置的压力容器5和6的尺寸和数目。特别在较大的空间情况下，符合目的的可以是，设置多个容器5和/或6，以便在不同的位置进入或吸走空气。对于设置在空间的各壁中的、通向外部环境的孔(例如图3中25)，还可以采用那些在具有空调设施的空间中本来已存在的孔，并且这些孔必要时设有调节阀。此外符合目的的是，在描述的调节装置工作的那些时间期间，关闭例如存在的其他的孔。此外清楚的是，即使在许多情况下附加使用一个外部压力容器4也是符合目的的，例如在描述的地下火车站停车时，但按照情况只需要一个内部压力容器3。持续地在同一路线上行驶的车辆，还可以设有特别匹配于该路线的和必要时借助经验数值计算出的用于调节装置的额定压力曲线。此外包括传感器3(和必要时4)、调节阀7、8或26和容器5、6以及控制器16的调节装置原则上可以按许多不同的方法按硬件和/或软件来实现。最后易于理解的是，也可以按不同于描述的和示出的组合采用不同的特征。 

Claims (13)

1.用于避免由外部环境引起在一个封闭空间(1)内的空气压力快速变化的方法，其特征在于，监控至少封闭空间(1)内的内部压力，并且通过调节空气的供给或排走，至少部分地补偿内部压力的快速变化，并且分别借助至少一个超压或负压容器(5、6)供给或排走空气。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，这样地调节空气的供给或排走，以致在封闭空间(1)内得到一个预选的压力变化速度。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在应用一个预选的额定压力曲线的情况下实施对内部压力的调节。

4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在考虑预定的舒适标准情况下进行调节。

5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助至少一个通向外部环境的调节阀供给空气。

6.用于避免由外部环境引起在一个封闭空间(1)内的空气压力快速变化的设备，其特征在于，该设备具有至少一个要设置在封闭空间(1)内的压力传感器(3)、一个用于供给或排走空气的机构和一个包括压力传感器(3)和该机构的调节装置，用于至少部分地补偿快速的压力变化，并且所述机构包括一个设有一个第一调节阀(7)的用于空气的超压容器(5)以及一个设有一个第二调节阀(8)的用于空气的负压容器(6)，并且调节装置用于调节第一调节阀(7)和第二调节阀(8)的位置。

7.按照权利要求6所述的设备，其特征在于，所述机构具有至少一个通向外部环境的第三调节阀(26)，并且调节装置用于调节第三调节阀(26)的位置。

8.按照权利要求6或7所述的设备，其特征在于，调节装置具有一个用于测定在外部环境中的空气压力的压力传感器(4)。

9.按照权利要求6或7所述的设备，其特征在于，为调节装置预定一个时间上易变的、匹配于一个预选的额定压力曲线的指令量作为额定值(19)。

10.按照权利要求9所述的设备，其特征在于，在考虑预定的舒适标准情况下构成额定压力曲线。

11.按照权利要求6所述的设备，其特征在于，该设备用于调节在一个轨道束缚的车辆中的压力变化速度。

12.按照权利要求11所述的设备，其特征在于，为了调节在车辆的一个密封良好的封闭空间(1)内的压力变化速度，该设备设有至少一个通向外部环境的第三调节阀(26)。

13.按照权利要求11所述的设备，其特征在于，所述车辆是一列磁悬浮列车。

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