JP2000158934A - 車両換気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 送風機の無駄な運転を可及的に少なくして、
消費電力および騒音を低減することができる車両換気装
置を提供する。 【解決手段】 車両２に設けられる給気送風機３および
排気送風機４の各ファン３ａ，４ａの回転数を制御し
て、車内への給気送風量および排気送風量を連続的に調
整する制御手段５によって、車内の必要換気量を維持し
ながら車内圧力の急激な変動を抑制する車両換気装置に
おいて、前記制御手段５は、各送風機３，４の必要換気
量に相当する各回転数を基準回転数とし、車内圧力が車
内圧設定値に対して変化したとき、車内圧力をフィード
バックして各送風機３，４の各回転数を制御して車内圧
力を前記車内圧設定値に維持し、各送風機３，４のうち
いずれか一方の回転数が上限であるとき、車外圧力に応
じて各送風機３，４の基準回転数を低下させ、各送風機
３，４の風量差が大きくなるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両などの車
内で所要の換気量を維持しながら車内圧力の急激な変動
を抑制することができる車両換気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両には、車外の新鮮な空気と車内
の汚れた空気を入換えるために、換気装置が備えられ。
この換気装置は、車内と車外とをダクトでつなぎ、この
ダクトの途中に車内へ送風するためのファンを設置する
という構成が採られている。このような換気装置は、車
内と車外とがダクトによって連通されているので、車両
がトンネルに進入するとき、および対向車両とすれ違う
ときなどには、車外圧力が変動し、これに伴って車外圧
力と車内圧力との圧力差が変化する。この圧力差の変化
によって、前記ファンによる車内への送風量が変化して
車内圧力の変動を引き起こし、車内の乗客は、鼓膜に外
圧が作用して聴力が一時的に低下するいわば耳つん状態
に陥り、不快感を感じてしまう。このような車内圧力の
変動に起因する乗客の不快感をなくすために、前記換気
装置には、車内圧力の急激な変動を抑制するための構成
が具備されている。

【０００３】この車内圧力の急激な変動を抑制するため
の最も初歩的な従来の技術として、ダクトの圧力損失を
大きくして、車外圧力の変動の影響が車内へ伝わりにく
くする方法が周知である。この方法では、圧力損失を大
きくするために、本来必要な換気風量を確保するために
能力の大きなファンが必要となり、消費電力および騒音
が大きくなるという問題がある。

【０００４】また上記の従来の技術に類似の他の従来の
技術では、ダクトの途中に絞り弁を設置して車外圧力の
変動による車内への影響を低減する方法がある。すなわ
ち、この従来の技術では、車外圧力が上昇したときに
は、給気ダクトに設けられる絞り弁の開度を小さくし、
かつ排気ダクトに設けられる絞り弁の開度を大きくし、
また車外圧力が低下したときには、給気ダクトに設けら
れる絞り弁の開度を大きくし、かつ排気ダクトに設けら
れる絞り弁の開度を小さくすることによって、車内圧力
の変動を抑制しようとするものである。前記絞り弁の構
成については、多段切換弁および連続可変弁などがあ
り、また絞り弁の駆動方法については、電動モータなど
の能動的なアクチュエータを利用するものと、車外圧力
および車内圧力間の差圧によって駆動するダイアフラム
などをアクチュエータとして利用するものとがあり、各
種の組合せが周知である。

【０００５】このような絞り弁を用いる従来の技術で
は、送風ファンの回転数は一定であり、たとえば車外圧
力が上昇して給気ファンの回転数を低下させても所要の
風量が確保できる場合であっても、給気ファンの回転数
はそのままにして絞り弁の開度を変化させることによっ
て風量を調整するため、この給気ファンの回転数を下げ
ることができるにも拘わらず常に一定の回転数で駆動さ
れることによって無駄に電力が消費され、経済性が悪い
という問題を有するだけでなく、回転数を下げて騒音が
低減できるのにそのままにする、といういわば機会損失
が存在する。

【０００６】以上の各従来の技術の問題を解決するさら
に他の従来の技術は、特開平５−１７８２０７号公報に
示されている。この従来の技術では、給気用ダクトに給
気ファンを設けるとともに、排気用ダクトに排気ファン
を設け、検出自列車速度、検出自列車トンネル突入タイ
ミング、検出対向列車速度、検出対向列車トンネル突入
タイミング、トンネル形状データ、および列車データに
基づいて、トンネル走行時において時列車の受ける車外
圧変動を推定演算し、この演算結果に基づいて、給気フ
ァンおよび排気ファンの回転数をインバータ制御し、ま
たは給気ダクトおよび排気ダクトに絞り弁を設けてこれ
らの各絞り弁を制御して、給気風量および排気風量を調
節して、車内圧の変動を抑制している。

【０００７】さらに他の従来の技術は、特開昭６３−３
１５３６５公報に示されている。この従来の技術では、
給気手段および排気手段の各送風機の回転数を制御する
にあたって、送風機の特性として、静圧の増加に伴って
風量も増加するという静圧と風量との関係を多段階に予
め設定しておき、車外圧力が変化したとき、この変化を
車外圧力検出器によって検出し、制御手段は、この検出
値によって各送風機の特性を選択し、インバータに選択
した特性に対応する周波数を指令し、インバータは各送
風機に前記指令に基づいて電力供給を行って、車外圧力
の変動の影響が車内に伝搬しないように、各送風機によ
る風量を制御している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の特開平５−１７
８２０７号公報に示される従来の技術では、給気風量と
排気風量とのアンバランスを抑え、車外圧力変動の車内
への侵入によって乗客が感じる不快感を防止するため
に、給気風量および排気風量を調整するための装置とし
て、各送風機が設けられる各ダクト内に絞り弁がそれぞ
れ設けられている。また特開昭６３−３１５３６５号公
報に示される従来の技術では、各送風機の特性の選択で
は風量の変動が大きく、無駄な換気を行うことになるた
め、適正な換気量となるように、各送風機が設けられる
ダクトに絞り弁が設けられている。これらの各従来の技
術では、給気および排気の各風量を調整するにあたっ
て、各送風機のダクト内に絞り弁がそれぞれ設けられる
ため、給気経路および排気経路のいずれにも絞り弁によ
って圧力損失が発生し、適正な換気風量を確保するため
に前記圧力損失によって風量が減少する分だけ余分に各
送風機を駆動しなければならず、消費電力および騒音が
大きくなってしまうという問題がある。

【０００９】本発明の目的は、送風機の無駄な運転を可
及的に少なくして、消費電力および騒音を低減すること
ができる車両換気装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、車両に設けられる給気送風機および排気送風機の各
ファンの回転数を制御して、車内への給気送風量および
排気送風量を連続的に調整する制御手段によって、車内
の必要換気量を維持しながら車内圧力の急激な変動を抑
制する車両換気装置において、前記制御手段は、各送風
機の前記必要換気量に相当する各回転数を基準回転数と
し、車内圧力が車内圧設定値に対して変化したとき、車
内圧力をフィードバックして各送風機の各回転数を制御
して車内圧力を前記車内圧設定値に維持し、車内圧力を
前記車内圧設定値に維持するために各送風機のうち少な
くとも一方の回転数が上限であるとき、車外圧力に応じ
て各送風機の基準回転数を低下させて各送風機の風量差
を大きくすることを特徴とする車両換気装置である。

【００１１】本発明に従えば、車内圧力が車内圧設定値
に対して変化したとき、車内圧力をフィードバックして
各送風機の各回転数を制御し、車内圧力を前記車内圧設
定値に維持するように制御し、このとき各送風機のいず
れか一方の回転数が上限に達したとき、車外圧力に応じ
て各送風機の基準回転数を低下させて風量差を大きく
し、これによって必要換気量を損なうことなく、車内圧
力の急激な変動を防止する。

【００１２】請求項２記載の本発明は、前記制御手段
は、車外圧力が一定であるとき、前記車内圧設定値を車
外圧力に近づく方向に緩やかに変化させることを特徴と
する。

【００１３】本発明に従えば、前記制御手段は車外圧力
が一定であるときには車内圧設定値を車外圧力に近づく
方向に緩やかに変化させ、これによって車内圧力はより
緩やかに車外圧力に近づく方向に変化し、乗客が車内圧
力の変化を感じるような大きな圧力変動を防止すること
ができる。

【００１４】請求項３記載の本発明は、車両に設けられ
る給気送風機および排気送風機の各ファンの回転数を制
御して、車内への給気送風量および排気送風量を連続的
に調整する制御手段によって、車内の必要換気量を維持
しながら車内圧力の急激な変動を抑制する車両換気装置
において、前記制御手段は、予め定める時定数に基づい
て、車内圧力が車外圧力に緩慢に近ずく方向に変化する
ように前記車内圧設定値を演算して求め、その車内圧設
定値を出力する車内圧演算手段と、車外圧力および前記
車内圧演算手段から出力される車内圧設定値に基づい
て、少なくとも必要換気量を維持する各送風機の基準回
転数を演算して求め、その基準回転数を出力する基準回
転数演算手段と、車内圧力と車内圧設定値との圧力差を
演算して求め、その圧力差を出力する圧力差演算手段
と、基準回転数演算手段からの基準回転数と圧力差演算
手段からの圧力差に相当する回転数とを比較して差を求
め、その差を回転数指令値として各送風機に出力する回
転数指令手段とを含むことを特徴とする車両換気装置で
ある。

【００１５】本発明に従えば、車内圧演算手段は車内圧
設定値を求めるにあたって、予め定める時定数に基づ
き、車内圧力が車外圧力に緩慢に近づくように前記車内
圧設定値を出力し、基準回転数演算手段は、この車内圧
設定値と車外圧力とに基づいて各送風機の基準回転数を
演算して求める。圧力差演算手段は前記車内圧演算手段
によって出力された車内圧設定値と車内圧力との圧力差
を演算して求め、回転数指令手段によって前記基準回転
数と前記圧力差に相当する回転数との差を求めて、その
差の回転数を指令値として各送風機に出力し、各送風機
の送風量を変化させ、急激な圧力変動の生じない車外圧
力を維持することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
車両換気装置１の全体の構成を示すブロック図である。
本実施の形態の車両換気装置１は、たとえば高速鉄道車
両である車両２に設けられる給気送風機３および排気送
風機４の各ファン３ａ，４ａの回転数を制御して、車内
への給気送風量および排気送風量を連続的に調整して、
車内の必要換気量を維持しながら車内圧力の急激な変動
を抑制する制御手段５を備える。車両２には、前記車内
圧力を検出するための車内圧力検出手段である車内圧力
センサ６と、前記車外圧力を検出するための車外圧力検
出手段である車外圧力センサ７とが設けられる。また各
送風機３，４には、各ファン３ａ，４ａを回転駆動する
モータＭ１，Ｍ２と、各モータＭ１，Ｍ２の出力軸の回
転数を検出するたとえばロータリエンコーダによって実
現される回転数検出器とが設けられる。

【００１７】この制御手段５は、各送風機３，４の前記
必要換気量に相当する各回転数を基準回転数とし、車内
圧力が車内圧設定値に対して変化したとき、車内圧力を
フィードバックして各送風機３，４の各回転数を制御し
て車内圧力を前記車内圧設定値に維持し、車内圧力を前
記車内圧設定値に維持するために、各送風機３，４のう
ち少なくとも一方の回転数が上限であるとき、車外圧力
に応じて各送風機３，４の基準回転数を低下させて各送
風機３，４の風量差を大きくするように制御し、また車
外圧力が一定であるとき、前記車内圧設定値を車外圧力
に近づく方向に緩やかに変化させるように制御する。

【００１８】このような制御手段５は、予め定める時定
数に基づいて、フィードバック要素としての車内圧力セ
ンサ６からの車内圧力が、目標値としての車外圧力に緩
やかに近づく方向に変化するように車内圧設定値を演算
して求め、その車内圧設定値を出力する車内圧演算手段
である車内圧演算回路１１と、車外圧力および前記車内
圧演算回路１１から出力される車内圧設定値に基づい
て、前記必要換気量に相当する各送風機３，４の基準回
転数を演算して求め、その基準回転数を出力する基準回
転数演算手段である基準回転数演算回路１２と、車内圧
力と車内圧設定値との圧力差を演算して求め、その圧力
差を出力する圧力差演算手段である圧力差演算回路１３
と、車内圧力制御の応答性を改善するための要素、すな
わち圧力変化に対してその効果が出るようにする速応性
改善のための位相進み要素、および定常的に偏差が出な
いようにする定常特性改善のための積分要素などの位相
遅れ要素などの補償要素に基づいて、圧力差演算回路１
３から入力した圧力差を零とするための補償回転数を演
算して求め、その補償回転数を出力する補償回転数演算
手段である補償回転数演算回路１４と、基準回転数演算
回路１２からの基準回転数と補償回転数演算回路１４か
らの補償回転数とを比較して差を求め、その差を回転数
指令値として各送風機３，４にそれぞれ出力する回転数
指令手段である２つの回転数指令回路１５ａ，１５ｂと
を含む。

【００１９】前記車内圧演算回路１１は、車外圧力の変
動に対して車内圧力制御の目標値となる車内圧設定値を
追従させるための回路であり、乗客の鼓膜への外圧、す
なわち車内圧力の作用によって一時的に聴力が低下する
いわば耳つん状態を感じない程度の時間をかけて緩やか
に車内圧設定値を変化させることができるように構成さ
れる。具体的には、充分長い時定数をもつ一次遅れ要素
を入力する。前記充分長い時定数は、たとえば２秒以上
に選ばれ、好ましくは３秒以上に選ばれ、より好ましく
は１分以上に選ばれる。実施の他の形態として、前記車
内圧演算回路１１は、現在の車内圧設定値から現在の車
外圧力に向かって一定の小さな傾き、すなわち一定の小
さな時間変化率で車内圧設定値を変化させるように構成
されてもよい。

【００２０】このような車内圧演算回路１１によって、
車内圧力の設定値を除々に車外圧力に近づくように追従
させることができるので、車両の走行中における標高差
および気候の変化によって気圧が変化した場合、長大ト
ンネルで車外圧力が変化した後、長時間一定に保たれる
場合などにおいて、車内圧力を殊更に車外圧力と異なっ
た値に保つことによって、各送風機３，４の無駄なエネ
ルギの損失および騒音の発生を抑制し、駅到着時のドア
の開放時の大きな車内圧力の変動を抑制することができ
る。この車内圧演算回路１１はまた、時定数に対して車
外圧力の変化が早い場合には、車内圧演算回路１１の車
内圧設定値の変化は微小となり、車内圧力が一定に保た
れるように構成されている。

【００２１】前記基準回転数演算回路１２は、車外圧力
の変化がない場合、各送風機３，４は所要の送風量に対
応する一定回転数で回転させ、車外圧力が変化した場合
には各送風機３，４の各回転数の組合わせを変えて車内
圧力の変化を抑えながら所要風量を確保できるようにし
て基準回転数を演算して求め、それを出力する。すなわ
ち、たとえば車外圧力が下がった場合には、給気送風機
３の回転数を上げ、かつ排気送風機４の回転数を下げ
て、車内圧力の低下を防止しながら換気風量を確保す
る。また車外圧力の変動が大きくなった場合には、各送
風機３，４の能力を超す回転数で回転させなければ換気
風量を確保しつつ車内圧力の保持ができなくなる場合が
ある。このような場合には、換気風量を減らして各送風
機３，４のうち少なくとも一方の回転数の上限に対する
余裕を大きくして、車内圧力の制御能力を高め、車内圧
力を保持できるように基準回転数を決定する。さらに各
送風機３，４のうち、いずれか一方の現在の回転数が限
界に近い場合、およびさらに回転数を上げなければなら
ないような車外圧力と車内圧力設定値との圧力差が生じ
た場合には、基準回転数を下げる。またこれとは逆に、
車外圧力と車内圧力設定値との圧力差が小さくなり、回
転数の限界に対する余裕が生じた場合には、基準回転数
を所要の換気風量に対応する値に戻す。前記基準回転数
演算回路１２は、このように構成されている。

【００２２】上記の給気送風機３および排気送風機４
は、市販のモータ駆動の送風装置で実現することができ
る。これらの送風機３，４に用いられる各モータＭ１，
Ｍ２は、回転数が可変のモータが用いられ、たとえばＡ
ＣサーボモータまたはＤＣサーボモータとサーボアンプ
との組合わせによって実現される。また前述の回転数検
出器は、エンコーダ、レゾルバなどの回転角を検知する
手段の出力信号の微分演算処理、あるいはタコジェネレ
ータなど直接回転速度を検知する手段によって実現さ
れ、このエンコーダ、レゾルバあるいはタコジェネレー
タを各モータＭ１，Ｍ２の出力軸に取付け、その検出値
と回転数指令値との差がなくなるように前記サーボアン
プの出力を自動調整することができるように構成されて
いる。実施の他の形態として、誘導モータとインバータ
とを組合わせて、インバータの出力周波数を前記タコジ
ェネレータの検出時と回転数指令値との差がなくなるよ
うに変化させて、各モータＭ１，Ｍ２の回転数を自動調
整する構成であってもよい。

【００２３】前記車内圧力センサ６および車外圧力セン
サ７は、市販の圧力検出器によって実現することができ
る。ただし検出信号のドリフトなどの誤差が想定される
ため、ドア開放時などの車内圧力と車外圧力とが一致し
ていることが明らかな状態で、各圧力センサ６，７の検
出時の校正を行う。このような校正は、各圧力センサ
６，７に予め設定されている自動校正機能によって定期
的、たとえば電源を投入し、換気装置を起動する直前に
行うことができる。また、車両のドアの開放信号が取得
できる場合には、車両が駅に到着しドアが開放されるた
びに行うことができる。上記の制御手段５は、マイクロ
コンピュータなどを用いて実現することができる。

【００２４】図２は、制御手段５による各送風機３，４
の各回転数と、風量と、車内圧力および車外圧力間の圧
力差との関係を示すグラフである。各送風機３，４は、
前記制御手段５によって動作点Ｐ１に示されるように、
風量曲線Ｌ１上を矢符Ａ上で移動し、この範囲で各送風
機３，４の回転数が制御されている。一方の回転数が上
下に対して余裕がある場合には、風量を元に戻す。車内
圧力と車外圧力との圧力差が増加し、各送風機３，４の
いずれか一方の回転数が限界に近づくと、動作点Ｐ２で
示されるように風量を前記ラインＬ１からラインＬ２に
減らして車内圧力を保持するように制御する。また車内
圧力と車外圧力との圧力差が減少し、各送風機３，４の
いずれか一方の回転数に上限から余裕ができた場合には
再び動作点Ｐ１に戻り、風量を増加して元に戻すように
制御する。同図において放射状に延びる複数のラインｍ
１，ｍ２，…は車内圧力と車外圧力との差が一定な圧力
差の値を示している。次に、前記制御手段５の具体的動
作について説明する。

【００２５】図３は車両２を模式的に示す図であり、図
４は車内圧力ｐｉｎおよび車外圧力ｐｏｕｔの時間経過
に伴う変化を示すグラフであり、図５は風量の時間変化
を示すグラフであり、図５（１）は給気送風機３による
風量Ｑｉｎの時間経過に伴う変化を示し、図５（２）は
排気送風機４による風量Ｑｏｕｔの時間経過に伴う変化
を示し、図５（３）は圧力差Ｑｉｎ−Ｑｏｕｔの時間経
過に伴う変化を示す。

【００２６】車内圧力をＰｉｎとし、車外圧力をＰｏｕ
ｔとする。また給気送風機３の風量をＱｉｎ、排気送風
機４の風量をＱｏｕｔとする。車内外の圧力が釣り合っ
て、かつ給排気風量が相等しいときは明らかに車内圧力
の変動は起こらずに時刻ｔ１まで換気が行われる。ここ
で、たとえば車外圧力が図５（２）のように時刻ｔ１で
ステップ状に増加したとする。このような車外圧力Ｐｏ
ｕｔの変動は、車両２がトンネルに突入したときに先頭
車両で起こる。このとき、車外圧力Ｐｏｕｔが高くなる
ため、図５（１）で示されるように、明らかに給気風量
Ｑｉｎが増大し、図５（２）で示されるように排気風量
Ｑｏｕｔが減少する。その結果、車内の空気量は増大
し、車内の圧力は上昇する。車内圧力が上昇するに伴
い、車内外の圧力差は減少し、図５（３）に示すよう
に、一旦変動した給排気風量は徐々に元に戻り、最終的
には車内圧力が車外圧力と釣り合った時刻ｔ２で給排気
風量は再び相等しくなり、圧力一定で換気が行われるよ
うになる。この過程で、時刻ｔ１における車内圧力の変
動が耳つん状態を発生させる。これに対して、給排気送
風機３，４の回転数を変化させて、この圧力変動を緩和
して耳つん状態の発生を抑えようというのが本発明の趣
旨である。

【００２７】図６は風量と回転数との関係を示し、図６
（１）は給気送風機３の回転数に対する風量Ｑｉｎの特
性を示し、図６（２）は排気送風機４の回転数に対する
風量Ｑｏｕｔの特性を示す。

【００２８】図６（１）のａ点とｂ点において曲線ｃ１
とｃ３は車内外圧力が釣り合っている場合の特性であ
り、各送風機３，４の回転数の増減に応じ風量が増減す
ることを示している。車外圧力Ｐｏｕｔが車内圧力Ｐｉ
ｎよりも高い場合、車内外圧力が釣り合っている場合に
比べて給気風量Ｑｉｎは増大、排気風量Ｑｏｕｔは減少
するため、回転数に対する風量の特性曲線はそれぞれｃ
２とｃ３に変化する。ここで、図６のａ点とｂ点で給排
気送風機が運転されて釣り合っていたとすると、図５に
示すようにこの状態から車外圧力Ｐｏｕｔが増大すれ
ば、給排気送風機の状態は、図６（１）のｂ点と図６
（２）のｅ点に移動し、給排気風量のバランスがくずれ
て車内圧力の変動が起こる。これを防止するためには、
給気送風機３は回転数を下げてｃ点に状態を移し、排気
送風機４は回転数を上げてｆ点に状態を移せば、給排気
風量は等しく保たれて車内圧力の変動は起こらない。

【００２９】以上では車外圧力が増加した場合の現象を
説明したが、車外圧力が低下した場合も同様の議論によ
り、車内圧力の低下が起こり、耳つん発生の原因となる
こと、その場合、給気送風機３の回転数を上げ、排気送
風機４の回転数を下げれば、給排気風量を等しく保って
車内圧力の変動を防止できることは明らかである。

【００３０】本実施の形態では、車内圧力の変化を検知
して給排気送風機３，４の回転数を変化させて車内圧力
の変動を抑制して、耳つん状態の発生を抑えようとする
ものである。図１をも参照して、Ｐｉｎ０は車内圧力の
設定値でたとえば車外の平均的な圧力に設定される。車
内圧力が設定圧力と等しい場合、給排気送風機３，４は
所定の回転数、すなわち給排気風量が等しくかつ所定の
量の換気が行われる回転数の指令を受けて回転してい
る。何らからの原因、たとえば車外圧力の急変などによ
り車内圧力が上昇した場合、車内圧力設定値との差に応
じて給気送風機３の回転数を減少させるとともに排気送
風機４の回転数を増加させて、車内の空気量を減らして
圧力を下げることで車内圧力を一定に保とうとする。図
１中の補償回転数演算回路１４の伝達関数Ｋは、車内圧
力の変化をどの程度回転数の増減に反映するかを決める
要素であり、比例要素の他、圧力変化の抑制の応答をよ
くするために微分要素などで構成されており、車両の容
積や送風機３，４の能力に応じて決定する。

【００３１】図７は、制御手段５による制御をかけた場
合の応答を示し、車内圧力Ｐｉｎおよび車外圧力Ｐｏｕ
ｔ、各送風機３，４の回転数、給気送風機３による風量
Ｑｉｎおよび排気送風機４による風量Ｑｏｕｔの時間経
過に伴う変化を示すグラフであり、図７（１）は車内圧
力Ｐｉｎおよび車外圧力Ｐｏｕｔの時間経過に伴う変化
を示し、図７（２）は各送風機３，４の回転数の時間経
過に伴う変化を示し、図７（３）は給気送風機３による
風量Ｑｉｎの時間経過に伴う変化を示し、図７（４）は
排気送風機４による風量Ｑｏｕｔの時間経過に伴う変化
を示す。車外圧力のステップ状の増加に対して、車内圧
力を増加し始めるが、それに応じて給気送風機の回転数
は減少、排気送風機の回転数は増加し、給気風量を減ら
すとともに排気風量を増やして車内圧力の増大に対抗し
て車内圧力を一定に保持しようとする。その結果、車内
圧力は設定値に近い値に落ち着き、車外圧力と車内圧力
は差を保ったまま、給排気送風機の回転数は給気が排気
よりも低い状態で風量を確保しつつ一定状態を保持す
る。これにより、車内圧力の変動は抑制されて耳つん状
態の発生を防止することができる。

【００３２】図７においては、車内圧力と車外圧力に差
が生じた状態を保っているが、これは車内圧力の設定値
が最初に決められた値を保持するためである。このよう
に車内圧力の設定値が定常的に車外圧力とずれていた場
合、たとえば外気圧が変化したとも考えられ、そのまま
では、駅に到着し、ドアを開いたときに急激な圧力変動
が生じるおそれがある。したがって、車内圧力の設定値
をあくまでも一定に保つのは得策ではなく、本発明にお
いてはさらに、車内圧力の設定値を徐々に車外圧力の平
均的な値に追従させる。その具体例を図８に示す。

【００３３】図８は、車内圧演算回路１１の具体的構成
を説明するためのブロック図である。同図において、符
号ｓはラプラス演算子であり、ブロックは時定数Ｔの一
時遅れを表している。この時定数Ｔは車内圧力の設定値
の変化により耳つんを引き起こさないように充分長く、
たとえば数１０秒から数分程度に設定する。これによ
り、車内圧力の設定値は緩やかに車外圧力の平均的な値
に追従し、ドア開放時などの急激な圧力変動を防止する
ことができる。

【００３４】図９は、室内圧力Ｐｉｎおよび室外圧力Ｐ
ｏｕｔ、各送風機３，４の回転数、および各送風機３，
４による風量Ｑｉｎ，Ｑｏｕｔの時間経過に伴う変化を
示すグラフであり、図９（１）は車内圧力Ｐｉｎおよび
車外圧力Ｐｏｕｔの時間経過に伴う変化を示し、図９
（２）は各送風機３，４の回転数の時間経過に伴う変化
を示し、図９（３）は各送風機３，４による風量Ｑｉ
ｎ，Ｑｏｕｔの時間経過に伴う変化を示す。図９にこの
場合の応答を示す。車内圧力の設定値が徐々に車外圧力
に近づくため、車内圧力も緩やかに車外圧力に追従し、
給排気送風機３，４の回転数も初期の値に戻りつつ所定
の風量を確保する。

【００３５】給排気送風機３，４の回転数は無制限に大
きくすることはできず、したがって車外圧力変動が大き
な場合、給排気送風機３，４の回転数の上限にかかって
制御が充分効かなくなるおそれがある。本願においては
この場合、一時的に風量を減少させて圧力の保持を優先
させることとする。すなわち、車内圧力制御において、
回転数の指令値が上限になった場合、基準回転数指令を
下げて圧力制御のための給排気送風機の回転数差を確保
する。

【００３６】図１０に各回転数指令回路１５ａ，１５ｂ
の基準回転数指令の設定のフローチャートの例を示す。
同図において、所定回転数Ｎｓは車内外圧力差がない場
合に所定の風量を確保するための給排気送風機３，４の
回転数であり、ステップｓ１で、低減回転数ΔＮが給気
送風機３の回転数指令が上限値未満か否かを判断し、未
満である場合は、ステップｓ２で排気送風機４について
も前記上限値を超えたか否かが判断される。超えていな
い場合には、ステップｓ３で基準回転数指令Ｎｃを求
め、超えていない場合はステップｓ４で基準回転数指令
Ｎｃは所定回転数Ｎｓであるものとして各送風機３，４
に指令する。基準回転数指令Ｎｃの低減分ΔＮは、基準
回転数指令Ｎｃを低減させている場合、たとえば車内圧
力Ｐｉｎと車内圧設定値の偏差が充分に小さくなれば、
基準回転数指令値の低減ΔＮを解除することにより、通
常の車内圧力保持の制御に復帰する。

【００３７】図１１に車外圧力が大きく変動したために
車内圧力も変動が大きく、その結果排気送風機４の回転
数指令値が上限を超した場合の応答動作を示す。図１１
（１）は車内圧力Ｐｉｎおよび車内圧力Ｐｏｕｔの時間
経過に伴う変化を示し、図１１（２）は各送風機３，４
の回転数の時間経過に伴う変化を示し、図１１（３）は
各送風機３，４による風量Ｑｉｎ，Ｑｏｕｔの時間経過
に伴う変化を示す。図１１において、時刻ｔａの時点ま
では車内圧力の変動に対応して給排気送風機３，４の回
転数指令が増減するが、時刻ｔａにおいて、排気送風機
４の回転数指令が上限に達したため、基準回転数が低減
されて、より低い回転数を中心に給排気送風機３，４の
回転数が設定されて圧力保持の動作が行われる。それに
伴い、風量も低くなっている。しかし、時刻ｔｂにおい
て車内圧力が設定値に充分近づいたため、基準回転数指
令が所定回転数に戻されて風量が回復し始める。

【００３８】さらに時刻ｔｃにおいて車外圧力が低下し
たとすると、給気風量が急減かつ排気風量が急増する。
また車内圧力が設定圧力よりも低くなり、したがって給
気送風機３の回転数指令は所定回転数より増加、排気送
風機４の回転数指令は所定回転数より減少し、給気風量
は増加、排気風量は減少しつつ車内外の圧力が均圧し、
排気送風機４の回転数、風量ともに所定値に落ち着いて
いる。

【００３９】上記の実施の形態では、車両２は高速鉄道
車両であったけれども、本発明はこれに限るものではな
く、その他の車両、たとえばバスおよび磁気浮上式起動
車両などに対しても好適に実施することができる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、給気送
風機および排気送風機のうちいずれか一方の回転数が上
限であるとき、各送風機の基準回転数を低下させて各送
風機の風量差を大きくするように制御されるので、車内
の必要換気量を確保し、かつ車内の急激な圧力変動を確
実に防止して、乗客の聴力が外圧によって一時的に低下
するいわば耳つん状態になることを防ぐことができる。

【００４１】請求項２記載の本発明によれば、車外圧力
が一定であるときには制御手段は車内圧力設定値を車外
圧力に近づく方向に緩やかに変化させるので、車内圧力
の急激な変化がより緩和され、乗客が上記の耳つん状態
を感じないまでも圧力変化を感じてしまうという不具合
を防止することができ、車内圧力の変動をより少なくす
ることができる。

【００４２】請求項３記載の本発明によれば、車内圧演
算手段から出力される車内圧設定値を車内圧力が車外圧
力に緩慢に近づくように変化させ、このような車内圧設
定値と車外圧力とに基づいて基準回転数演算手段は少な
くとも必要換気量を維持するように各送風機の基準回転
数を求め、回転数指令手段は車内圧力と車内圧設定値と
の圧力差に相当する回転数と、前記基準回転数とを比較
して、その差を回転数指令値として各送風機に出力する
ので、車内の必要換気量を確保し、かつ車内の急激な圧
力変動を確実に防止して、乗客の聴力が外圧によって一
時的に低下するいわば耳つん状態になることを防ぐこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の車両換気装置１の構成
を模式的に示すブロック図である。

【図２】各送風機３，４の風量と車内圧力および車外圧
力間の圧力差と、各送風機３，４の回転数との関係を示
すグラフである。

【図３】車両２を模式的に示す図である。

【図４】車内圧力Ｐｉｎおよび車外圧力Ｐｏｕｔの時間
経過に伴う変化を示すグラフである。

【図５】風量の時間経過に伴う変化を示す図であり、図
５（１）は給気送風機３による風量Ｑｉｎの時間経過に
伴う変化を示し、図５（２）は排気送風機４による風量
Ｑｏｕｔの時間経過に伴う変化を示し、図５（３）は圧
力差Ｑｉｎ−Ｑｏｕｔの時間経過に伴う変化を示す。

【図６】各風量Ｑｉｎ，Ｑｏｕｔと各回転数との関係を
示すグラフであり、図６（１）は給気送風機３による風
量Ｑｉｎとその回転数との関係を示し、図６（２）は排
気送風機４による風量Ｑｏｕｔとその回転数との関係を
示す。

【図７】車内圧力Ｐｉｎおよび車外圧力Ｐｏｕｔ、各送
風機３，４の回転数、給気送風機３による風量Ｑｉｎお
よび排気送風機４による風量Ｑｏｕｔの時間経過に伴う
変化を示すグラフであり、図７（１）は車内圧力Ｐｉｎ
および車外圧力Ｐｏｕｔの時間経過に伴う変化を示し、
図７（２）は各送風機３，４の回転数の時間経過に伴う
変化を示し、図７（３）は給気送風機３による風量Ｑｉ
ｎの時間経過に伴う変化を示し、図７（４）は排気送風
機４による風量Ｑｏｕｔの時間経過に伴う変化を示す。

【図８】車内圧演算回路１１の具体的構成を説明するた
めのブロック図である。

【図９】室内圧力Ｐｉｎおよび室外圧力Ｐｏｕｔ、各送
風機３，４の回転数、および各送風機３，４による風量
Ｑｉｎ，Ｑｏｕｔの時間経過に伴う変化を示すグラフで
あり、図９（１）は車内圧力Ｐｉｎおよび車外圧力Ｐｏ
ｕｔの時間経過に伴う変化を示し、図９（２）は各送風
機３，４の回転数の時間経過に伴う変化を示し、図９
（３）は各送風機３，４による風量Ｑｉｎ，Ｑｏｕｔの
時間経過に伴う変化を示す。

【図１０】基準回転数演算回路１２による基準回転数の
設定動作を説明するためのフローチャートである。

【図１１】車内圧力Ｐｉｎおよび車外圧力Ｐｏｕｔ、各
送風機３，４の回転数ならびに各送風機３，４による風
量Ｑｉｎ，Ｑｏｕｔの時間経過に伴う変化を示すグラフ
であり、図１１（１）は車内圧力Ｐｉｎおよび車内圧力
Ｐｏｕｔの時間経過に伴う変化を示し、図１１（２）は
各送風機３，４の回転数の時間経過に伴う変化を示し、
図１１（３）は各送風機３，４による風量Ｑｉｎ，Ｑｏ
ｕｔの時間経過に伴う変化を示す。

【符号の説明】

１ 車両換気装置 ２ 車両 ３ 給気送風機 ４ 排気送風機 ５ 制御手段 ６ 車内圧力センサ ７ 車外圧力センサ ８，９ 回転数検出器 １１ 車内圧演算回路 １２ 基準回転数演算回路 １３ 圧力差演算回路 １４ 補償回転数演算回路 １５ａ，１５ｂ 回転数指令回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂中 哲 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 鈴木 忠機 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18 号 川崎重工業株式会社兵庫工場内 (72)発明者 渡辺 祥生 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18 号 川崎重工業株式会社兵庫工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に設けられる給気送風機および排気
   送風機の各ファンの回転数を制御して、車内への給気送
   風量および排気送風量を連続的に調整する制御手段によ
   って、車内の必要換気量を維持しながら車内圧力の急激
   な変動を抑制する車両換気装置において、 前記制御手段は、各送風機の前記必要換気量に相当する
   各回転数を基準回転数とし、車内圧力が車内圧設定値に
   対して変化したとき、車内圧力をフィードバックして各
   送風機の各回転数を制御して車内圧力を前記車内圧設定
   値に維持し、車内圧力を前記車内圧設定値に維持するた
   めに各送風機のうち少なくとも一方の回転数が上限であ
   るとき、車外圧力に応じて各送風機の基準回転数を低下
   させて各送風機の風量差を大きくすることを特徴とする
   車両換気装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、車外圧力が一定である
   とき、前記車内圧設定値を車外圧力に近づく方向に緩や
   かに変化させることを特徴とする請求項１記載の車両換
   気装置。
3. 【請求項３】 車両に設けられる給気送風機および排気
   送風機の各ファンの回転数を制御して、車内への給気送
   風量および排気送風量を連続的に調整する制御手段によ
   って、車内の必要換気量を維持しながら車内圧力の急激
   な変動を抑制する車両換気装置において、 前記制御手段は、予め定める時定数に基づいて、車内圧
   力が車外圧力に緩慢に近ずく方向に変化するように前記
   車内圧設定値を演算して求め、その車内圧設定値を出力
   する車内圧演算手段と、 車外圧力および前記車内圧演算手段から出力される車内
   圧設定値に基づいて、少なくとも必要換気量を維持する
   各送風機の基準回転数を演算して求め、その基準回転数
   を出力する基準回転数演算手段と、 車内圧力と車内圧設定値との圧力差を演算して求め、そ
   の圧力差を出力する圧力差演算手段と、 基準回転数演算手段からの基準回転数と圧力差演算手段
   からの圧力差に相当する回転数とを比較して差を求め、
   その差を回転数指令値として各送風機に出力する回転数
   指令手段とを含むことを特徴とする車両換気装置。