JP2017217988A - 車両用換気装置及びこれを備えた鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】主給気フィルタが目詰まりした場合であっても、車内が負圧になることが抑制することができる車両用換気装置及びこの車両用換気装置を備えた鉄道車両を提供する。
【解決手段】鉄道車両に艤装される車両用換気装置１０であり、主給気口３１と、主給気口３１に配設された主給気フィルタ３２と、車外の空気を車内に給気する補助給気口４０と、補助給気口４０を開閉する補助給気口扉４２とを有し、補助給気口扉４２は、車外と車両用換気装置１０の内部との圧力差に応じて補助給気口扉４２の開閉を行う捩りばね５０を備え、補助給気口扉４２の開閉状態を前記鉄道車両の信号処理装置７０に送信し、前記鉄道車両の表示装置７２が前記開閉状態に応じた表示を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の換気を行う車両用換気装置及びこれを備えた鉄道車両に関する。

従来、新幹線に代表される高速車両は気密構体であるため、所定の割合で車内の空気と車外の空気を強制的に入れ替える換気装置を備えている。この換気装置は、例えば、鉄道車両がトンネルを通過する際の圧縮波（正圧）及び膨脹波（負圧）に対して、車内の圧力変動を所定の範囲内に維持しながら換気することができる性能を有する必要がある。

このような換気装置として、車外の空気を車内の送風するための給気用送風機と、前記車内の空気を車外へ排気するための排気用送風機とを備え、前記給気用送風機の上流側に位置する給気用流路に、空気加熱装置を設けることで、乗客の乗降用のプラグドアを容易に開放できるようにした車両用換気装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１６１１８６号公報

しかしながら、前述した特許文献１に記載された車両用換気装置は、空気が給気フィルタを通過した後、給気用送風機の上流側の給気用流路を経て、給気用送風機へ吸込まれる構成となっている。したがって、前記給気フィルタが目詰まりして、当該給気フィルタの圧力損失が高くなった場合には、車内の圧力が負圧になり、客室と出入台（乗客が乗降する通路）を仕切るための車内仕切戸や、側開戸（車体の側面に設けられ、乗務員が出入りする戸）等が動作不良となる可能性がある。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、仮に、主給気フィルタが目詰まりした場合であっても、車内が負圧になることを抑制することが可能な車両用換気装置及びこの車両用換気装置を備えた鉄道車両を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明は、主給気口と、前記主給気口に配設された主給気フィルタとを備え、前記主給気フィルタを介して前記主給気口から給気される車外の空気を車内に給気し、前記車内の空気を車外へ排気する車両用換気装置であって、車外の空気を車内に給気する補助給気口と、前記補助給気口を開閉する補助給気口扉と、を有し、前記補助給気口扉は、車外と前記車両用換気装置の内部との圧力差に応じて当該補助給気口扉の開閉を行う開閉部材を備えた車両用換気装置を提供するものである。

また、本発明は、主給気口と、前記主給気口に配設された主給気フィルタとを有し、前記主給気フィルタを介して前記主給気口から給気される車外の空気を車内に給気し、前記車内の空気を車外へ排気する車両用換気装置を備えた鉄道車両であって、信号処理装置と、前記信号処理装置に接続され、当該信号処理装置から送信された情報を表示する表示装置と、を備え、前記車両用換気装置は、車外の空気を車内に給気する補助給気口と、前記補助給気口を開閉する補助給気口扉と、前記補助給気口扉の開閉状態を検出し、その検出結果を前記信号処理装置に送信する開閉検出装置と、を有し、前記補助給気口扉は、車外と前記車両用換気装置の内部との圧力差に応じて当該補助給気口扉の開閉を行う開閉部材を備え、前記信号処理装置は、前記開閉検出装置から送信された検出結果に基づく値が、所定の閾値を超えた際に、前記表示装置にその情報を送信する鉄道車両を提供するものである。

本発明によれば、主給気フィルタが目詰まりした場合であっても、車内が負圧になることが抑制することができる車両用換気装置及びこの車両用換気装置を備えた鉄道車両を提供することができる。

本発明の実施形態に係る車両用換気装置の斜視図である。 図１に示す一点鎖線に沿った断面を上面（矢印Ｘ方向）から見た断面図である。 図２に示す一点鎖線で囲んだ部分を拡大して示す断面図である。 図３に示す構造を矢印Ｙ方向から見た斜視図である。 図３に示す構造において補助給気口扉が開いている状態を示す断面図である。 本発明実施形態に係る車両用換気装置及びこの車両用換気装置を備えた鉄道車両の制御ブロック図である。 本発明実施形態に係る車両用換気装置及びこの車両用換気装置を備えた鉄道車両の処理を示すフローチャートである。

次に、本発明の実施形態に係る車両用換気装置及びこの車両用換気装置を備えた鉄道車両について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用換気装置の斜視図、図２は、図１に示す一点鎖線に沿った断面を上面（矢印Ｘ方向）から見た断面図、図３は、図２に示す一点鎖線で囲んだ部分を拡大して示す断面図、図４は、図３に示す構造を矢印Ｙ方向から見た斜視図、図５は、図３に示す構造において補助給気口扉が開いている状態を示す断面図、図６は、本発明実施形態に係る車両用換気装置及びこの車両用換気装置を備えた鉄道車両の制御ブロック図である。

本実施形態に係る車両用換気装置１０は、鉄道車両の床下に艤装（図示せず）され、所定の割合で車内の空気と車外の空気を強制的に入れ替えるものである。この車両用換気装置１０は、鉄道車両に艤装された後、車内の圧力が大気圧にほぼ等しくなるように、給気量と排気量を調整する。なお、この換気量の調整は、通常、車両用換気装置１０の給排気流路に備えた図示しない流量調整板の傾きや位置等を動かすことで、給排気流路に対する開口率を変更することにより実施する。

車両用換気装置１０は、図１及び図２に示すように、筐体１２と、筐体１２内の略中央部に配置された換気送風機２０と、インバータ２４と、筐体１２に開口され、筐体１２内に車外の空気を給気する主給気口３１と、筐体１２に配設され、主給気口３１から給気される空気を濾過する主給気フィルタ３２と、筐体１２に開口され、筐体１２内に車外の空気を給気する補助給気口４０と、筐体１２に配設され、補助給気口４０を開閉する補助給気口扉４２と、筐体１２の内部に配設され、補助給気口４０から給気される空気（外気９０：図５参照）を濾過する補助給気フィルタ４４と、を備えて構成されている。

換気送風機２０は、換気送風機２０を駆動するための電動機２２と、電動機２２の図示しない一方の軸端に取付けられ、車両用換気装置１０が給気した外気を車内へ給気する給気用羽根車３０と、電動機２２の図示しない他方の軸端に取付けられ、車内の空気を車外に排気する排気用羽根車６０と、を備えている。

主給気フィルタ３２は、主給気口３１を覆うように主給気口３１の外側に配設され、主給気口３１から給気される空気から塵埃等を取り除いて清浄化した空気を車内に供給するために備えられている。

補助給気口４０は、図１及び図２に示すように、主給気口３１に隣接して筐体１２に開口されている。この補助給気口４０は、主給気口３１の開口面積よりも小さな開口面積を有している。また、図３〜５に示すように、補助給気口４０の外周部であって筐体１２の内側面となる部分には、パッキン４６が配設されている。

補助給気口扉４２は、図３〜５に示すように、筐体１２の内側面に配設された軸４８と、軸４８に回動可能に取付けられ、補助給気口４０を筐体１２の内側から開閉する扉本体４３と、軸４８に配設された捩りばね５０と、扉本体４３に取り付けられたロータリーダンパ５２と、補助給気口扉４２の開閉状態を検出（検知）する開閉センサ５４と、を備えて構成されている。

扉本体４３は、図３〜５に示すように、補助給気口４０を封鎖可能なサイズを有しており、補助給気口４０を閉じている際は、捩りばね５０の弾性復元力によって、その外周部がパッキン４６に当接されている。即ち、捩りばね５０は、補助給気口扉４２の開閉を行う開閉部材として機能している。

なお、後に詳述するが、本実施形態では、主給気フィルタ３２が目詰まりしていない状態では、扉本体４３はパッキン４６に当接された状態となっている。即ち、本実施形態に係る車両用換気装置１０は、通常、主給気口３１から筐体１２の内部に外気が給気され、補助給気口４０からは給気されないようになっている。

補助給気フィルタ４４は、図２、図３及び図５に示すように、補助給気口扉４２よりも筐体１２の内部側に配設されており、補助給気口扉４２が開いた際に、補助給気口４０から給気された空気（外気９０）から塵埃等を取り除いて清浄化した空気を車内に供給するために備えられている。

図３〜５に示すように、ロータリーダンパ５２には、リンク５３の一端が配設されており、このリンク５３の他端は、取付具５５によって扉本体４３に固定されている。このように扉本体４３にロータリーダンパ５２を取付けることで、例えば、鉄道車両がトンネルに突入した時や、対抗する鉄道車両とすれ違う時等、車外圧力が急激に変化した場合に、補助給気口扉４２が急激に開くことを防止する構成となっている。

開閉センサ５４は、図６に示すように、車両用換気装置１０が艤装された鉄道車両の信号処理装置７０に接続されており、補助給気口扉４２の開閉状態を常時検出している。この開閉センサ５４は、補助給気口扉４２が開いた際に、その検出結果として扉開信号を信号処理装置７０に送信する。即ち、開閉センサ５４は、例えば、補助給気口扉４２が開状態中は扉開信号を信号処理装置７０に送信し続けるようになっている。この信号処理装置７０は、鉄道車両の運転台に設置されている表示装置７２に接続されている。

ここで、主給気フィルタ３２は、使用時間が経過することで、捕捉した塵埃等によって詰っていくため、主給気フィルタ３２を通過する空気の流動抵抗が次第に増加していく。このため、主給気フィルタ３２は、定期的に交換される。この結果、主給気フィルタ３２の圧力損失は、通常の場合においては、後述する動作不良が引き起こされる程度の値となることはない。但し、極稀に、通常よりも外気に含まれる塵埃が多い場所を鉄道車両が走行する場合には、主給気フィルタ３２が定期交換される前に、圧力損失が後述する動作不良が起こり得る値となることがある。

主給気フィルタ３２の圧力損失が高くなった場合には、車外の圧力に比べて車内の圧力が低くなり、車内の客室と乗客が乗降する通路である出入台を仕切るための車内仕切戸や、車体の側面にあって乗務員が出入り等を行うための側開戸が動作不良を起こす可能性がある。具体的には、例えば、車内仕切戸の面には、客室と出入台との間に生じた差圧による圧力がかかる。その結果、車内仕切戸と仕切戸レールの間の摩擦力が大きくなって、車内仕切戸が動き難くなるという動作不良が引き起こされる可能性がある。また、側開戸は、通常、内開きとなっている。そのため、車内が負圧になると、車外の圧力が側開戸を開ける方向に作用する。このため、乗務員が側開戸のドアノブを操作すると、乗務員が意図しないにも関わらす、側開戸が急激に開くという動作不良が引き起こされる可能性がある。

主給気フィルタ３２が目詰まりした状態では、外気と車両用換気装置１０の内部の圧力差が高くなる。本実施形態では、前述したように、補助給気口扉４２は、通常、捩りばね５０の弾性復元力によって、補助給気口４０を閉じる方向（即ち外側）に押圧する力が作用しているが、前記圧力差によって、補助給気口扉４２には内側に開く方向の力が作用する。この補助給気口扉４２を内側に開く方向に作用する力が、捩りばね５０の弾性復元力に抗して、補助給気口扉４２を外側に押圧する力を上回ると、補助給気口扉４２は、図５に示すように、内側に開く。この結果、補助給気口４０から外気９０が給気され、この外気９０が補助給気フィルタ４４を通過して清浄化された後に、給気用羽根車３０によって、車内へ給気される。この動作により、仮に、主給気フィルタ３２が目詰まりした場合であっても、車内が高い負圧状態になるのを防ぐことができる。

次に、本実施形態に係る車両用換気装置１０及びこの車両用換気装置１０を備えた鉄道車両の具体的動作について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。

先ず、通常の状態（主給気フィルタ３２が目詰まりしていない状態）の際は、補助給気口扉４２は、捩りばね５０の弾性復元力により、閉じた状態（図３及び図４参照）となっている。この状態の際も、開閉センサ５４は、補助給気口扉４２の開閉状態を検出している。

次に、主給気フィルタ３２が目詰まりすると、外気と車両用換気装置１０の内部の圧力差が高くなり、補助給気口扉４２は、捩りばね５０の弾性復元力に抗して、内側に開く。（図５参照）。この時、図７に示すステップＳ１０１では、開閉センサ５４は、補助給気口扉４２が開いたことを検出し、扉開信号を鉄道車両の信号処理装置７０に送信し、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、信号処理装置７０は、開閉センサ５４から送信された扉開信号の積算処理を行う。具体的には、例えば、扉開信号が送信されている時間を積算し、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、信号処理装置７０は、ステップＳ１０２で積算された値が、予め設定された所定の閾値を超えたか否かを判断する。所定の閾値を超えた（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）場合、ステップＳ１０４に進む。一方、所定の閾値以下である（ステップＳ１０３：ＮＯ）場合、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０４では、鉄道車両の運転台に設置されている表示装置７２は、主給気フィルタ３２が目詰まりしていることを表示する。

このように、主給気フィルタ３２が目詰まりした際には、その旨を表示装置７２に表示させることができるため、主給気フィルタ３２の目詰まりを即座に知ることができる。したがって、主給気フィルタ３２の交換作業を速やかに行うことができる。また、扉開信号の積算処理を行い、積算された値と所定の閾値との比較を行うため、鉄道車両がトンネルに突入した時や、対抗する鉄道車両とすれ違う時等、車外圧力が急激に変化した場合に短時間発生する圧力差によって補助給気口扉４２が開いた際は、主給気フィルタ３２が目詰まりしたと誤認することを防ぐことができる。

また、補助給気口扉４２は、主給気フィルタ３２が目詰まりを起こした場合にしか長時間開くことがない。したがって、外気９０が補助給気フィルタ４４を通過する頻度が少ないため、補助給気フィルタ４４は目詰まりを起こし難い。よって、補助給気フィルタ４４は定期保守時に交換する必要がなく、作業の手間が増えることはない。

そしてまた、本実施形態に係る車両用換気装置１０は、主給気フィルタ３２及び補助給気口４０の上流に、図示しない遠心分離式フィルタを取り付ける構成としてもよい。この構成にした場合、遠心分離式フィルタによって外気の塵埃が取り除かれるので、主給気フィルタ３２が目詰まりし難くなり、車内が負圧になることを防ぐ効果をより向上させることができる。

なお、本実施形態では、補助給気口扉４２の開閉を行う開閉部材として捩りばね５０を用い、軸４８に配設した捩りばね５０の弾性復元力によって、補助給気口扉４２を閉じる方向に付勢する場合について説明したが、これに限らず、前記開閉部材は、通常時に補助給気口扉４２を閉じる方向に付勢することが可能であれば、他の構成の弾性部材を用いてもよく、また、軸４８に配設せずに、筐体１２と補助給気口扉４２との間に介在させてもよい。

また、本実施形態では、補助給気口４０から給気された外気９０から塵埃等を取り除いて清浄化した空気を車内に供給するために補助給気フィルタ４４を配設した場合について説明したが、これに限らず、例えば、目詰まりした主給気フィルタ３２を即座に交換することで、補助給気口４０から外気９０が短時間しか給気されず、外気９０から塵埃等を取り除かなくても問題がない、あるいは、補助給気口４０の上流に図示しない遠心分離式フィルタを取り付ける等、所望の条件により、補助給気フィルタ４４は必ずしも配設しなくてもよい。

そしてまた、本実施形態では、補助給気口扉４２が急激に開くことを防止するための緩和装置としてロータリーダンパ５２を用い、これを補助給気口扉４２に取り付けた場合について説明したが、これに限らず、前記緩和装置は、例えば、ばね等の弾性部材の付勢力により補助給気口扉４２が急激に開くことを防止する等、他の構成を備えていてもよい。また、所望により、緩和装置は必ずしも配設しなくてもよい。

また、本実施形態では、補助給気口扉４２の開閉状態を検出する開閉検出装置として開閉センサ５４を用い、補助給気口扉４２が開状態中は、その検出結果を扉開信号として信号処理装置７０に送信し続ける構成のものを用いた場合について説明したが、これに限らず、例えば、補助給気口扉４２が開状態の際と閉状態の際とで異なった信号を信号処理装置７０に送信する等、開閉センサ５４は、補助給気口扉４２の開閉状態に関する検出結果を信号処理装置７０に送信することが可能であれば他の方式を採用したものであってもよい。

なお、補助給気口扉４２が開状態の際と閉状態の際とで異なった信号を信号処理装置７０に送信する開閉センサ５４の場合、例えば、開状態の際に信号（１）を送信し、閉状態の際に信号（０）を送信するようにし、信号処理装置７０が、所定時間内（例えば、１分間）に受信した信号（１）の回数を積算し、この積算した値が所定の閾値を超えるか否かを判断し、判断結果に応じて表示装置７２に、主給気フィルタ３２が目詰まりしていることを表示するようにしてもよい。

また、図７に示すステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で積算された値が、予め設定された所定の閾値以下である（ステップＳ１０３：ＮＯ）場合、信号処理装置７０は、ステップＳ１０１に戻る前に、表示装置７２に主給気フィルタ３２が正常である（目詰まりしていない）ことを示す表示をさせる情報（信号）を送信してもよい。

１０…車両用換気装置、１２…筐体、２０…換気送風機、２２…電動機、２４…インバータ、３０…給気用羽根車、３１…主給気口、３２…主給気フィルタ、３２…主給気フィルタ、４０…補助給気口、４２…補助給気口扉、４３…扉本体、４４…補助給気フィルタ、４６…パッキン、４８…軸、５２…ロータリーダンパ、５３…リンク、５４…開閉センサ、５５…取付具、６０…排気用羽根車、７０…信号処理装置、７２…表示装置、９０…外気

Claims (7)

1. 主給気口と、前記主給気口に配設された主給気フィルタとを備え、前記主給気フィルタを介して前記主給気口から給気される車外の空気を車内に給気し、前記車内の空気を車外へ排気する車両用換気装置であって、
   車外の空気を車内に給気する補助給気口と、
   前記補助給気口を開閉する補助給気口扉と、
   を有し、
   前記補助給気口扉は、車外と前記車両用換気装置の内部との圧力差に応じて当該補助給気口扉の開閉を行う開閉部材を備えた車両用換気装置。
2. 前記補助給気口扉の下流側に配設され、前記補助給気口から給気された空気を清浄する補助給気フィルタを備えた請求項１記載の車両用換気装置。
3. 前記補助給気口扉に取り付けられ、前記補助給気口扉の開閉動作を緩和する緩和装置を備えた請求項１または請求項２記載の車両用換気装置。
4. 前記補助給気口扉の開閉状態を検出する開閉検出装置を備え、前記開閉検出装置は、その検出結果を、車両に搭載されている信号処理装置に送信する請求項１記載の車両用換気装置。
5. 前記開閉部材は、少なくとも一部が弾性部材から構成され、前記圧力差によって前記補助給気口扉に作用する力が前記弾性部材の弾性復元力を上回った際に、前記補助給気口扉を開く請求項１記載の車両用換気装置。
6. 主給気口と、前記主給気口に配設された主給気フィルタとを有し、前記主給気フィルタを介して前記主給気口から給気される車外の空気を車内に給気し、前記車内の空気を車外へ排気する車両用換気装置を備えた鉄道車両であって、
   信号処理装置と、
   前記信号処理装置に接続され、当該信号処理装置から送信された情報を表示する表示装置と、
   を備え、
   前記車両用換気装置は、車外の空気を車内に給気する補助給気口と、前記補助給気口を開閉する補助給気口扉と、前記補助給気口扉の開閉状態を検出し、その検出結果を前記信号処理装置に送信する開閉検出装置と、を有し、
   前記補助給気口扉は、車外と前記車両用換気装置の内部との圧力差に応じて当該補助給気口扉の開閉を行う開閉部材を備え、
   前記信号処理装置は、前記開閉検出装置から送信された検出結果に基づく値が、所定の閾値を超えた際に、前記表示装置にその情報を送信する鉄道車両。
7. 前記検出結果に基づく値は、当該検出結果を積算処理した値である請求項６記載の鉄道車両。
   

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