JP2626282B2 - 車両の換気方法およびその装置 - Google Patents

車両の換気方法およびその装置

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JP2626282B2 JP3052173A JP5217391A JP2626282B2 JP 2626282 B2 JP2626282 B2 JP 2626282B2 JP 3052173 A JP3052173 A JP 3052173A JP 5217391 A JP5217391 A JP 5217391A JP 2626282 B2 JP2626282 B2 JP 2626282B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両の換気方法および
その装置に関するものである。特に、本発明は、乗客に
不快感を与える車外圧力の変動が生じる高い速度で走行
する鉄道車両に好適な車両の換気方法およびその装置
ある。
【0002】
【従来の技術】鉄道車両(以下単に車両という)が、高
速でトンネル内を走行する場合、該トンネル内における
車両の外部圧力(車外圧力)は、変動する。特に、前記
車外圧力の変動値は、トンネル内で対向する車両同士が
擦れ違う場合に最大となる。例えば、各車両のトンネル
内走行速度が200km/hであり、トンネルと車体の
断面積の比が0.23の場合、車外圧力の変動値は、正
圧側約150mmH2O,負圧側約400mmH2Oとな
る。又、一般的に前記車外圧力の変動値は、車両の走行
速度の二乗に比例して増加する。前記圧力変動が車内へ
伝播することにより乗客は、耳に不快感を感じる。そこ
で、前記圧力変動を車内へ伝播させないために、従来の
車両は、車体を気密構造とし、換気装置を有している。
前記換気装置は、給気手段と排気手段とから構成されて
いる。前記換気装置は車内の二酸化炭素濃度を規定値以
下に抑えるために必要な換気量すなわち必要換気量を有
している。前記換気装置の例としては、実用新案登録第
1287276号が挙げられる。実用化された前記換気
装置では、給気手段および排気手段を構成する送風機の
能力を最高吐出圧力540mmH2O,送風量30m3
minとしている。該換気装置が設置される車両は、車
体の内容積が約150m3,乗車定員が100人/両で
ある。この換気装置においては、送風機の吐出圧力が車
外圧力の変動値よりも高くなっている。
【0003】ところで、車両の速度向上に伴って、車両
のトンネル内走行時において、対向車両の擦れ違い時に
空気流路を遮蔽または絞る構造の換気装置(特開昭62
−227852)或いはターボ圧縮機を給気手段および
排気手段として用いている換気装置(特開昭62−20
3868)が考えられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、車両を更に
高速で走行させるには、換気装置として用いられる送風
機の吐出圧力を高くしなければならない。しかし、前記
実用新案登録第1287276号の換気装置において、
送風機の吐出圧力を向上させるには、該送風機全体の大
型化と消費動力の増大は避けられない。
【0005】また、車両の走行速度を例えば400km
/hと仮定した場合、トンネル内走行時の最大圧力変動
値は1,600mmH2Oに達すると予想される。車両
が対向車両と擦れ違うことなく単にトンネル内を走行す
る状態でも、圧力変動値は、600mmH2Oに達する
と予想される。したがって、前記特開昭62−2278
52の換気装置では、車両のトンネル内走行中、常に該
換気装置の空気流路を遮蔽しなければならないため、車
両の速度向上にともなって換気量が不足する恐れがあ
る。
【0006】さらに、前記特開昭62−203868の
ターボ圧縮機は、車両の高速走行時における車外圧力の
変動値を上回る高い吐出圧力を得ることができる。しか
し、前記ターボ圧縮機は、低い吐出圧力で必要換気量に
相当する送風を行う場合、効率が低下する。したがっ
て、前記ターボ圧縮機は、通常の換気装置に用いられて
いる送風機よりも多くの動力を必要とする。一方、鉄道
車両は、走行速度の向上にともなって、給電効率の減少
という問題を有している。このため、高速で走行する鉄
道車両においては、換気装置における消費動力の増大は
好ましくない。
【0007】本発明の目的は、車両の走行速度が増大し
ても、消費動力を増大させずに、連続的に換気が行える
ようにすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、 トンネル外の
走行時において、少なくとも低圧給気送風機および低圧
排気送風機を動作させて換気を行い、 トンネルの走行時
において、前記低圧給気送風機および前記低圧排気送風
機のそれぞれの空気流路を閉じた状態において、前記低
圧給気送風機より高い吐出圧力を有する高圧給気送風機
および前記低圧排気送風機より高い吐出圧力を有する高
圧排気送風機を動作させて換気を行うこと、 を特徴とす
る。
【0009】
【作用】低圧下(トンネル外)から高圧下(トンネル
内)までの換気を1つの送風機で行わないで、低圧下は
少なくとも低圧給気送風機および低圧排気送風機で換気
を行い、高圧下では低圧換気系の空気流路を閉じて、高
圧給気送風機および高圧排 気送風機で換気を行う。
【0010】このため、車両のトンネル走行中におい
て、車内の圧力を変化させることなく、連続的に換気を
行うことができる。また、送風機の消費動力が増大する
ことがないものである。
【0011】
【実施例】本発明の第1実施例を図1−図3によって説
明する。車体9は全体が気密に構成されている。なお、
前記車体9は、内容積が150m3であり、かつ、乗車
定員を100人と仮定して説明する。また、前記車体9
からなる車両は、最高速度400km/hで走行する。
前記各車体におけるの必要換気量は、30m3/min
である。1は車外の空気すなわち新鮮気を車内に導入す
る低圧給気送風機である。該低圧給気送風機1は、最高
吐出圧力540mmH2O,定格送風量30m3/min
の能力を備えている。該低圧給気送風機1の吐出圧力
は、車両がトンネル以外の路線を走行する際に車内へ新
鮮気を導入するのに必要な圧力に設定されている。すな
わち、前記低圧給気送風機1の吐出圧力は、主に該低圧
給気送風機1の流路抵抗およびトンネル以外の路線を走
行する時に車体9の外表面に作用する微小な圧力変動を
考慮して決定さる。また、前記低圧給気送風機1の送風
量は、車体9の必要換気量に相当するように設定され
る。2は前記低圧給気送風機1の空気流路に設置される
給気側の締切弁である。3は前記締切弁2を開閉動作さ
せるアクチュエータである。
【0012】4は車体内部の汚染空気を車体9の外へ排
出する低圧排気送風機である。該低圧排気送風機4は、
最高吐出圧力540mmH2O,定格送風量30m3/m
inの能力を備えている。5は前記低圧排気送風機4の
空気流路に設置されている排気側の締切弁である。6は
前記締切弁5を開閉動作させるアクチュエータである。
【0013】7は車外空気を車内へ導入する高圧給気送
風機である。該高圧給気送風機7は、最高吐出圧力3,
400mmH2O,定格送風量14m3/minの能力を
備えている。高圧給気送風機7の吐出圧力は、車両が最
高速度でトンネル内を走行し、対向車と擦れ違う場合に
生じる車外圧力の最大変動値より高く設定される。高圧
給気送風機7の送風量は、換気装置全体の消費動力の増
大を防止するために、前記低圧給気送風機1よりも少な
く設定される。また、高圧給気送風機7の送風量は、該
高圧給気送風機7自体の消費動力が、実用化されている
換気装置の送風機と同等以下に設定される。8は車内の
汚染空気を車外へ排出する高圧排気送風機である。該高
圧排気送風機8は、最高吐出圧力3,400mmH
2O,定格送風量14m3/minの能力を備えている。
【0014】ところで、前記低圧給気送風機1,低圧排
気送風機4,高圧給気送風機7および高圧排気送風機8
の圧力特性は、図3に示すとおりである。低圧給気送風
機1および低圧排気送風機4は、送風量が多く、吐出圧
力が低いという特性を有している。また、高圧給気送風
機7および高圧排気送風機8は、送風量が少なく、吐出
圧力が高いという特性を有している。
【0015】10は車両の走行中における車外圧力の変
動状態を予め検知する走行状態検知器である。車両の走
行中における車外圧力の変動は、車両がトンネル内に進
入した時点から大きくなる。したがって、前記走行状態
検知器10は車両がトンネルに進入する以前に該車両の
トンネルへの接近を検知する必要がある。このような機
能を得るために、走行状態検知器10は、トンネルの入
り口付近の軌道上に設置された電波あるいは音波を発信
する入り口側発信器と、該入り口側発信器からの信号を
受信する受信器とから構成される。前記受信器は、車体
に設置される。この走行状態検知器10は、車両の走行
中に該車両がトンネルに近づいたことを前記発信器およ
び受信器の動作によって検知することができる。また、
トンネルの出口には、車両がトンネルから出る時点を検
知するための出口側発信器が設置される。出口側発信器
は、前記入り口側発信器と同様に電波あるいは音波を発
信するものである。なお、前記入り口側発信器と出口側
発信器の発信する各信号の周波数は、両者を受信側で判
別できるように変えておく。
【0016】11は前記低圧給気送風機1,低圧排気送
風機4,アクチュエータ3,アクチュエータ6,高圧給
気送風機7および高圧排気送風機8を制御する制御器で
ある。制御器11は、複数のリレーの組合せあるいはマ
イクロコンピュータによって構成される。制御器11は
走行状態検知器10からの制御指令を受けて制御を開始
する。該制御器11の制御内容について図2によって詳
細に説明する。図2の上部のハッチング部分は車両のト
ンネル内走行期間を示している。図2の下部には車内の
換気量の推移が示されている。図2の中間部には、低圧
給気送風機1,低圧排気送風機4,締切弁2,5,高圧
給気送風機7および高圧排気送風機8の動作状況が示さ
れている。前記換気装置を備えた車両が高速で走行中に
トンネルに接近すると、走行状態検知器10が制御指令
0を制御器11へ出力する(T0)。走行状態検知器10
から制御指令を受けた制御器11は、低圧給気送風機1
および低圧排気送風機4を同時に停止させる(T1)。前記
制御器11は、前記低圧給気送風機1および低圧排気送
風機4を停止させた後、アクチュエータ3,6へ締切弁
2,5の締切指令を出力する(T2)。締切弁2,5は、前
記アクチュエータ3,6の動作によって前記低圧給気送
風機1および低圧排気送風機4の空気流路を締め切る。
さらに、前記制御器11は、前記アクチュエータ3,6
へ締切指令を出力した後に、運転指令を該高圧給気送風
機7および高圧排気送風機8へ出力する(T3)。高圧給気
送風機7および高圧排気送風機8は、制御器11からの
前記運転指令によって運転を開始する。前記高圧給気送
風機7および高圧送風機8は、車両がトンネル内に進入
する時点で、定格吐出圧力および定格風量の送風を行
う。前記走行状態検知器10は、高圧給気送風機7およ
び高圧排気送風機8が運転開始から定格運転に達するま
での時間を考慮して制御指令を制御器11に出力する。
すなわち、走行状態検知器10を構成する発信器は、前
記高圧送風機7,8が定格運転に到達する時間を確保で
きるようにトンネルの入口より手前の位置に設置されて
いる。したがって、車両がトンネルに進入する時点で高
圧給気送風機7および高圧排気送風機8は定格運転状態
となる。
【0017】つぎに、車両がトンネルから脱出する場合
の前記各機器の動作状況について説明する。前記走行状
態検知器10は前記出口側発信器からの信号を受信器が
受信することによって車両のトンネルからの脱出を検知
する。そして、該走行状態検知器10は、制御指令S10
を制御器11に出力する(T10)。制御器11は、走行状
態検知器10からの制御指令によって、まず、高圧給気
送風機7および高圧排気送風機8を停止させる(T11)。
次に、制御器11は、アクチュエータ3,6へ制御指令
を出力する(T12)。アクチュエータ3,6は制御器11
からの制御指令によって締切弁2,5を開く。この状態
で、制御器11は、低圧給気送風機1および低圧排気送
風機4へ運転指令を出力する(T13)。低圧給気送風機1
および低圧排気送風機4は、車両が次のトンネルに接近
するまで車内の換気を行う。
【0018】本換気装置によれば、車両がトンネル内を
走行している間中、低圧給気送風機1および低圧排気送
風機4からなる低圧換気手段の空気流路は締め切られ
る。前記低圧換気手段の空気流路は、締切弁2,5から
なる空気流路締切手段によって締め切られる。本換気装
置によれば、車両がトンネル内を走行している間中、高
圧給気送風機7および高圧排気送風機8によって車体内
の換気を行う。すなわち、本換気装置は、車両のトンネ
ル内走行中に、高圧給気送風機7および高圧排気送風機
8からなる高圧換気手段によって車内の換気を行う。し
たがって、本換気装置によれば、車両が高速でトンネル
を走行する際に生じる車外圧力の変動の、車内への伝播
を防止できる。すなわち、前記高圧給気送風機7および
高圧排気送風機8は、車外圧力の最大変動値よりも吐出
圧力が高いため、車外圧力が変動しても送風量が大幅に
変化することがない。高圧給気送風機7および高圧排気
送風機8の送風量に変化が生じなければ、車内の圧力は
変化しない。したがって、車内の乗客は、前記圧力変動
の影響を受けない。また、本換気装置によれば、低圧給
気送風機1および低圧排気送風機4からなる低圧換気手
段と、高圧給気送風機7および高圧排気送風機8からな
る高圧換気手段とを切替て動作させるため、換気装置全
体の消費動力をターボ圧縮機を用いた換気装置よりも減
少させることができる。本換気装置の消費動力は、実用
化されている従来の換気装置とほぼ同等である。本換気
装置によれば、車体9の内部は、車両のトンネル内走行
時であっても連続的に換気が行われる。
【0019】なお、前記高圧給気送風機7および高圧排
気送風機8は定格送風量が必要換気量より少ない。した
がって、前記車両がトンネル内を最高速度で走行する場
合、本換気装置を備えた車両が通過可能なトンネルの最
大長さは約20kmであり、路線に対するトンネルの占
め割合は約33%である。
【0020】低圧給気送風機1および低圧排気送風機4
に停止指令を与えた後、締切弁2,5を閉じるようにし
ているので、騒音の発生を少なくできるものである。ま
た、締切弁2,5に解放指令を与えた後、低圧給気送風
機1および低圧排気送風機4を駆動する点も同様であ
る。
【0021】ところで、前記実施例において、前記車外
圧力の変動状態を予め検知する走行状態検知としては
他にも考えられる。例えば、車両が走行する路線におけ
るトンネルの位置およびトンネル自体の長さを記憶した
記憶装置および該記憶装置の情報を車両の走行距離に基
づいて読み出す出力装置を前記走行状態検知器として用
いてもよい。該走行状態検知器は、前記各送風機の定格
運転到達時間を確保できる位置に車両がさしかかった時
点で、制御器11へ出力装置より制御指令を出力する。
また、前記走行状態検知器は、車両の走行速度とトンネ
ルの長さによって該車両のトンネルからの脱出時期を演
算する機能を有する。該走行状態検知器は、前記演算結
果に基づいて車両のトンネルからの脱出時点で制御指令
を制御器11へ出力する。
【0022】さらに、前記実施例において、走行状態検
知器は車体9の外部圧力を検知する圧力検出器であって
もよい。走行状態検知器として圧力検出器を用いた場
合、車両がトンネルに進入した後、制御器11が動作す
ることになる。したがって、車外圧力の変動が車内に伝
播する。しかし、アクチュエータ3,6および締切弁
2,5の動作速度を短くすることによって、車外圧力の
変動による影響を最小限に抑えることができる。また、
車外圧力の変動が車内へ伝播する場合、低圧給気送風機
1および低圧排気送風機4が抵抗となる。
【0023】前記二つの走行状態検知器の例は、該走行
状態検知器を構成する各機器がすべて車両に設置されて
いるため、安価であり、かつ、構造も簡単である。ま
た、前記二つの走行状態検知器の例は、保守が容易であ
り、かつ、信頼性も高い。
【0024】本発明の第2実施例を図4,図5によって
説明する。本実施例の換気装置は、前記第1実施例と同
一の低圧給気送風機1,低圧排気送風機4,高圧給気送
風機7,高圧排気送風機8,給気締切弁2,排気締切弁
5,アクチュエータ3,アクチュエータ6および走行状
態検知器10によって構成されている。ただし、本実施
例の換気装置は、制御器20が前記第1実施例の制御器
11とは異なっている。該制御器20は、前記低圧給気
送風機1,低圧排気送風機4,アクチュエータ3および
アクチュエータ6を制御する。制御器20は、前記高圧
給気送風機7および高圧排気送風機8を制御しない。該
高圧給気送風機7および高圧排気送風機8は、換気装置
の主電源に接続され、該換気装置の主電源に連動して動
作する。したがって、換気装置の主電源が投入されてい
る間中、高圧給気送風機7および高圧排気送風機8は、
常に運転されている。なお、本実施例は、車体9の仕様
および車両の走行速度も前記第1実施例と同一である。
【0025】本換気装置の動作状況を図5により説明す
る。車両がトンネルに接近した場合、走行状態検知器1
0は、制御指令S20を制御器20へ出力する(T20)。前
記制御器20は、低圧給気送風機1および低圧排気送風
機4を停止させる(T21)。その後、制御器20は、アク
チュエータ3,6へ締切弁2,5を締切る締切指令を出
力する(T22)。締切弁2,5は、前記アクチュエータ
3,6の動作によって締め切られる。したがって、前記
低圧給気送風機1および低圧排気送風機4は、それぞれ
の空気流路を締切られる。本実施例も第1実施例と同様
に、車両のトンネル内走行中は、高圧給気送風機30お
よび高圧排気送風機31によって車内の換気を行う。車
両がトンネルを脱出すると、走行状態検知器10は、制
御指令S30を制御器20へ出力する(T30)。制御器20
はアクチュエータ3,6へ締切弁2,5を開くための制
御指令を出力する(T31)。その後、制御器20は、低圧
給気送風機21および低圧排気送風機2を運転させる(T
32)。
【0026】本換気装置によれば、前記第1実施例と同
様に、トンネル内走行中における車内の圧力変動を防止
することができる。又、本換気装置は、車両のトンネル
内走行中に連続して車内の換気が行える。本換気装置
は、消費動力が前記第1の実施例よりも増すが、ターボ
圧縮機を用いた従来の換気装置よりも少ない。本換気装
置は、制御器20によって高圧給気送風機7および高圧
排気送風機8を制御しないため、第1実施例の換気装置
よりも制御系の構造を簡略化することができる。また、
本換気装置は、高圧給気送風機7および高圧排気送風機
8を連続運転させるため、該高圧給気送風機7および高
圧排気送風機8の定格運転に到達するまでの時間を考慮
する必要がない。したがって、本換気装置は、走行状態
検知器として圧力検出器を用いる場合に特に有効であ
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、車
両がトンネル内を高速で走行しても、車内へ車外圧力の
変動が伝播することがなく、連続的に換気が行え、乗客
に不快感を与えることがない。また、送風機の消費動力
を少なくできるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す空気経路図である。
【図2】本発明の第1実施例における各種機器の制御状
況を示した図である。
【図3】本発明の第1実施例で用いられている二種類の
送風器の圧力特性を示すグラフである。
【図4】本発明の第2実施例を示す空気経路図である。
【図5】本発明の第2実施例における各種機器の制御状
況を示した図である。
【符号の説明】
1…低圧給気送風機、2,5…締切弁、3,6…アクチ
ュエータ、4…低圧排気送風機、7…高圧給気送風機、
8…高圧排気送風機、9…車体、10…走行状態検知
器、11…制御器。
フロントページの続き (72)発明者 壱岐尾 篤 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 (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 特開 昭59−220449(JP,A) 特開 昭62−227852(JP,A) 実開 平1−142365(JP,U)

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】トンネル外の走行時において、少なくとも
    低圧給気送風機および低圧排気送風機を動作させて換気
    を行い、 トンネルの走行時において、前記低圧給気送風機および
    前記低圧排気送風機のそれぞれの空気流路を閉じた状態
    において、前記低圧給気送風機より高い吐出圧力を有す
    る高圧給気送風機および前記低圧排気送風機より高い吐
    出圧力を有する高圧排気送風機を動作させて換気を行う
    こと、 を特徴とする車両の換気方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の車両の換気方法において、
    前記トンネルの走行時において、前記低圧給気送風機お
    よび前記低圧排気送風機のそれぞれの動作を停止させる
    こと、を特徴とする車両の換気方法。
  3. 【請求項3】トンネル外の走行時において、少なくとも
    低圧給気送風機および低圧排気送風機を動作させて換気
    を行い、 トンネルの走行時において、前記低圧給気送風機および
    前記低圧排気送風機のそれぞれの動作を停止させ、前記
    低圧給気送風機および前記低圧排気送風機のそれぞれの
    空気流路を閉じ、前記低圧給気送風機より高い吐出圧力
    を有する高圧給気送風機および前記低圧排気送風機より
    高い吐出圧力を有する高圧排気送風機を動作させて換気
    を行うこと、 を特徴とする車両の換気方法。
  4. 【請求項4】給気するためのものであって、少なくとも
    トンネルの走行時に給気を行う高圧給気送風機と、 排気するためのものであって、少なくともトンネルの走
    行時に排気を行う高圧排気送風機と、 給気するためのものであって、前記高圧給気送風機に並
    列に設置してあり、該高圧給気送風機より低い吐出圧力
    を有する低圧給気送風機と、 排気するためのものであって、前記高圧排気送風機に並
    列に設置してあり、該高圧排気送風機より低い吐出圧力
    を有する低圧排気送風機と、 前記低圧給気送風機のみの空気流路を開閉する給気締切
    弁と、 前記低圧排気送風機のみの空気流路を開閉する排気締切
    弁と、 トンネルの走行時に前記給気締切弁および前記排気締切
    弁を閉じ動作させる制御器と、 からなる車両用換気装置。
  5. 【請求項5】請求項4記載の車両用換気装置において、
    前記低圧給気送風機および前記低圧排気送風機は、車両
    の必要換気量に相当する送風量を有していること、を特
    徴とする車両用換気装置。
  6. 【請求項6】請求項5記載の車両用換気装置において、
    前記高圧給気送風機および前記高圧排気送風機は前記低
    圧給気送風機および前記低圧排気送風機より少ない送風
    量を有していること、を特徴とする車両用換気装置。
  7. 【請求項7】請求項4記載の車両用換気装置において、
    前記制御器は、前記トンネルの走行時に、前記低圧給気
    送風機および前記低圧排気送風機を停止させること、を
    特徴とする車両用換気装置。
  8. 【請求項8】請求項4記載の車両用換気装置において、
    前記制御器は、前記トンネル外の走行時に、前記高圧給
    気送風機および前記高圧排気送風機を停止させること、
    を特徴とする車両用換気装置。
  9. 【請求項9】請求項7記載の車両用換気装置において、
    前記制御器は、前記低圧給気送風機および前記低圧排気
    送風機を停止動作させた後、前記給気締切弁および前記
    排気締切弁を閉じ動作させること、を特徴とする車両用
    換気装置。
  10. 【請求項10】請求項9記載の車両用換気装置におい
    て、前記制御器は、前記トンネルに進入前に、前記低圧
    給気送風機および前記低圧排気送風機の停止動作、前記
    給気締切弁および前記排気締切弁の閉じ動作をさせ、か
    つ、前記高圧給気送風機および前記高圧排気送風機の回
    転数を定格にさせること、を特徴とする車両用換気装
    置。
  11. 【請求項11】請求項4記載の車両用換気装置におい
    て、前記制御器は、前記トンネルに進入前に前記給気締
    切弁および前記排気締切弁を閉じ動作させること、を特
    徴とする車両用換気装置。
  12. 【請求項12】請求項4記載の車両用換気装置におい
    て、前記制御器は、前記給気締切弁および前記排気締切
    弁を開いた後、前記低圧給気送風機および前記低圧排気
    送風機の動作を開始させること、を特徴とする車両用換
    気装置。
  13. 【請求項13】請求項12記載の車両用換気装置におい
    て、前記制御器は、前記高圧給気送風機および前記高圧
    排気送風機を停止動作させた後、前記給気締切弁および
    前記排気締切弁を開くこと、を特徴とする車両用換気装
    置。
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