JP3859734B2 - 乗り物内部の圧力の急激な変化を防止する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、乗り物、特に陸上用乗り物の内部の圧力の急激な変化を防止する方法及び装置に係わる。このような方法及び装置は特に高速列車に適用し得る。
【０００２】
【従来の技術】
大気中を移動する乗り物の外壁には、乗り物自体の形状及び運行速度に応じた圧力が印加される。乗り物が障害物（トンネル口、橋、軌道付近の様々な物体など）の近傍を通過する時、または別の乗り物と擦れ違う時、乗り物がその周囲にもたらす空力速度場が変形する。その結果、乗り物の外壁に印加される圧力が急激に変化する。この効果は乗り物の速度が大きいほど顕著となる。なぜなら印加圧力は速度の２乗にほぼ比例するからである。
【０００３】
内部の空気が空気調和または換気によって外部から取り入れられた新しい空気と交換される乗り物の場合、乗り物内部の圧力は乗り物外部の圧力に近似する。外部圧力の変化は乗り物の内部に、換気回路の断面寸法に従いほとんど瞬間的に伝達される。特に換気回路の特徴により、空気調和または換気中の乗り物の内部に圧力変化が伝達されるのに必要な時間がこのように短くなることが認められる。急激に起こるこの伝達現象は、（例えば航空機で）乗り物内部が与圧されている場合には生起しない。
【０００４】
例えば高速列車がトンネルまたは切り通しに進入する場合、車両の外壁上で急速な圧力変化が起こる。この急激な変化はトンネルまたは切り通しによって規定された閉鎖空間内に波及し、“圧力波”という名称で知られている。加えて、車両外部の閉鎖空間中を伝播する上記圧力波は閉鎖空間の末端で反射され、それによって直接波と同じ大きさの反射圧力波を生じる。車両が相当程度の密閉性を有していると、このような圧力変化は車両内部に車両の換気及び空気調和回路を介して急速に伝わり、乗客に甚だしい不快感をもたらす。通常、上記圧力変化のレベルは１秒足らずで２，０００Ｐａにも達し得る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この圧力波問題を軽減するために、或る種の高速列車では、換気回路内に配置された“スティープフロント”ファンが用いられている。このファンは或る程度圧力波の伝播を妨害するが、高価でかつ騒音が激しいという欠点を有する。このファンの設置によって、車両を可能なかぎり軽量化する多大の努力が払われるにもかかわらず、無視できない重量及び体積が加わる。このファンは大量の電力を消費し、しかも各車両に２個ずつ必要である。
【０００６】
上記のような不都合を軽減するために、本発明は、換気または空気調和中の乗り物の外部の圧力が急激に変化した時には常に該乗り物の内部圧力を所定の速度で変化させることを目的とする。その実現のためには適当な装置が実時間で作動して、空気調和または換気回路の外形寸法を急速に調節する。この調節は、該調節によって乗り物内に流入する空気の流量が変化することにより乗り物内部の圧力が所定の時間関係に従って変化するように行なわれる。内部圧力と外部圧力とが平衡するやいなや、換気回路は新鮮な空気への換気を再び通常どおりに行ない得る状態に戻される。換気回路内に配置される上記のような装置を用いることは、（列車の速度、障害物の特性、周囲のトポロジーなどに起因して）外部圧力に起こり得る突然の変化がどのようなものであれ、空気調和または換気による空気の入れ換え用に設計された回路の、乗り物の内部圧力を制御する回路への変換（またはこの逆の変換）をきわめて急速に行なうことに等しい。
【０００７】
即ち本発明は、吸入空気を換気または空気調和システムへと導く吸入ダクトに接続された外部空気吸入口と、内部空気を外部へ排出する排出ダクトと接続された内部空気排出口とを有する換気または空気調和中の乗り物内の圧力の急激な変化を防止する装置であって、
乗り物の圧力波を検出してこの圧力波を表わす信号を発する検出器と、
吸入ダクト及び排出ダクトを閉鎖する閉鎖手段と、
検出器から信号を受け取る制御ユニットと
を含み、
検出器は乗り物の外部または内部の圧力の経時変化を検出し、
制御ユニットは内部圧力または外部圧力の第一の所定の経時変化率に基づいて前記両ダクトの閉鎖を制御し、かつ内部圧力または外部圧力の経時変化率が第二の所定の率を下回った後前記両ダクトの再開放を制御し、また
乗り物内部の圧力の経時変化を設定値より下に維持すべく、乗り物の外部と内部との間に制御された空気流を発生させることによって内部圧力と外部圧力とを平衡させる手段が設けられており、この手段は分岐接続管を含む
装置を提供する。
【０００８】
圧力の経時変化を検出する検出器は圧力センサまたは瞬間流量センサであり得る。
【０００９】
好ましくは、ダクト閉鎖手段は吸入ダクト及び排出ダクトの内部に配置されたフラップから成る。このようなダクト閉鎖手段は容易に実現され得る。
【００１０】
各フラップは当該フラップに固定された、アクチュエータによって制御されるシャフトの軸線周囲に回動可能であり得る。
【００１１】
内部圧力と外部圧力とを平衡させる手段は乗り物の通風口を含み得る。
【００１２】
上記圧力平衡手段は、吸入ダクト及び／または排出ダクトを部分的に閉鎖するように用いられる前記ダクト閉鎖手段を含み得る。
【００１３】
圧力平衡手段はまた、制御ユニットの制御下に開閉される分岐接続管を含み得る。その場合、共通の閉鎖手段が吸入ダクト及び排出ダクトの一方と分岐接続管とを交互に開閉し得る。
【００１４】
本発明の装置を、吸入ダクト及び排出ダクト用の閉鎖手段を部分的に作動させることによって通常の空気調和流量を制御するように変形することも可能である。
【００１５】
本発明は、換気または空気調和中の乗り物内の圧力の急激な変化を防止する方法も提供し、この方法は
乗り物内部の圧力を測定する段階、
時間の関数としての圧力勾配を計算する段階、
時間の関数としての圧力勾配の絶対値が快適条件によって規定されたしきい値を越える場合に乗り物の吸入ダクト及び排出ダクトを閉鎖する段階、
乗り物内部の圧力の経時変化を設定値より下に維持すべく、乗り物の外部と内部との間に制御された空気流を発生させることによって内部圧力と外部圧力とを平衡させる段階、及び
乗り物内部の圧力の、時間の関数としての勾配の値が十分な快適条件に対応する前記設定値を下回った際に前記吸入ダクト及び排出ダクトを開放する段階
を有する。
【００１６】
【実施例】
添付図面を参照して以下に説明する本発明の非限定的実施例から本発明の上記以外の細部及び特徴が明らかとなり、本発明はより良く理解されよう。
【００１７】
図１に示した高速列車の車両１は通常の換気回路を有する。車両１は外部空気吸入用のダクト２を具備しており、このダクト２は吸入口３と、車両内に配置された換気回路との間に伸長している。車両１は、車両内の換気回路と排出口５との間に伸長する内部空気排出用のダクト４も具備している。車両内の換気回路の様々な構成要素（空気の部分的循環路、暖房または空気調和手段、ファン等）は本発明の装置の機能に特に影響しない。
【００１８】
急激な圧力変化を生起させる領域を車両１が通過する際、比較的大きい体積（約１〜２ｍ^３）の空気がダクト２及び４を経て急激に車両内に入り込み、または車両から出てゆく。車両内の空気の体積がこのように急激に変化することが圧力の変化に直接関連し、この圧力変化は本発明によればダクト２及び４内にシャッタ要素を配置することによって制御される。
【００１９】
本発明の装置は次のように機能する。生じる圧力波はその瞬間的な作用の一つ（例えば圧力や瞬間流量の急激な変化）によって通常の種類の検出器に検出される。列車の内部または外部において該列車の１箇所以上で検出を行なうことにより、現象の予測が可能である。圧力波が検出されるやいなや直ちにシャッタ要素がダクト２及び４を完全に、またはほぼ完全に閉鎖する。次に、圧力波に起因する空気流の流量が逃がし口によって制御される。この逃がし口は予め規定された外形寸法を有し得る。あるいは他の場合には、逃がし口の外形寸法は設定された内部圧力変化速度に応じて調節される。所定の外形寸法を有する逃がし口は、場合によってはその一部が乗り物の通風口から成り得る。即ち、乗り物の内部と外部との間で交換される空気の流れは、（正または負の）圧力変化が乗り物内の乗客にとって不快とならないことを保証する十分長い期間にわたって生じるようにされる。
【００２０】
圧力波の制御は、内部圧力と外部圧力とが平衡するやいなや中断される。その後、ダクト２及び４が再び開放される。乗り物の換気システムは通常の機能を回復し、使用済みの空気を排出して新鮮な空気と交換する。
【００２１】
図２に、本発明の装置が特定例においてどのように機能するかを示す。この例の場合、シャッタ要素は、吸入ダクト２内に配置されたフラップ６と排出ダクト４内に配置されたフラップ７とから成る。圧力変化検出器１６（例えば圧力センサまたは瞬間流量センサなど）は乗り物の下方に配置されている。検出器としては、圧力変化をそのいずれか一つの作用によって検出するセンサを１個以上用いることができる。
【００２２】
即ち、圧力が増加した場合にセンサの種類に従って、外部圧力自体の増加、内部圧力の増加の開始（センサを乗り物内部に配置）、ダクト２への入り口３における瞬間流量の著しい増加、またはダクト４の出口５における空気の流動方向の反転を検出することができる。
【００２３】
フラップ６及び７の外形寸法はダクト２及び４の外形寸法に適合している。フラップ６及び７は入り口３及び出口５の近傍に配置されている。フラップ６及び７は、シャフト１０及び１１上に位置して回動可能である。シャフト１０及び１１はフラップ６及び７に、該フラップの一つの辺沿いに固定されており、かつダクト２及び４の壁と関係付けられたヒンジシステム８及び９と協働する（図３及び図４参照）。シャフト１０及び１１は、乗り物の荷重支持構造１５に取り付けられたアクチュエータ１２及び１３によってそれぞれ回転される。アクチュエータ１２及び１３は空気式であっても、液圧式であっても、あるいはまた電気機械的な装置であってもよい。
【００２４】
電子システム１４は（１個以上の）センサ１６によって発せられた信号を処理して、アクチュエータ１２及び１３のための制御信号を発生する。電子システム１４は、フランス特許第２ ６１３ ０８９号に開示されたようなシステムであり得る。電子システム１４は列車の全体制御システム内に組み込み可能である。（１個以上の）圧力波検出器１６が過大であるとなされる圧力波を検出するやいなや直ちに電子システム１４は、アクチュエータにフラップを閉じさせる命令信号を発生する。フラップはきわめて急速に、例えば１／１０秒で閉じられる。好ましくは、フラップは僅かな慣性しか有しない物質、例えばアルミニウムまたは複合材料から成る。
【００２５】
フラップが閉じられると同時に、電子システム１４は換気または空気調和装置の停止も制御する。停止された換気または空気調和装置はフラップが再び開かれると、やはり電子システム１４の制御下に作動状態に戻される。
【００２６】
圧力波検出器１６が乗客にとって許容しがたい圧力変化をもはや検出しなくなるやいなや、電子システム１４はフラップを徐々に再び開かせる。フラップが再び開かれるのに掛かる時間は、所望の快適度に関連する。この時間は実験によって決定し得る。上記時間を電子システム１４によって、外部圧力の変化の振幅、変化の持続時間等のような幾つかのパラメータの関数として決定することも可能である。即ち、外部圧力の変化が実験または計算によって設定し得るレベルを下回るとダクトが再び開放される。外部圧力の急激な変化によってもたらされる瞬間空気流量が普通の換気流量をはるかに上回ることを勘案すれば、フラップは圧力が突然変化する領域外では機能しなくともよい。圧力波が存在しない時、フラップは換気システムの正常な作動を妨害しないように完全に格納し得る。
【００２７】
先に述べたように、内部圧力と外部圧力とが平衡状態に戻ることを可能にする空気の漏出は、乗り物の通風口がその一部を成し得る逃がし口によって制御される。
【００２８】
逃がし口は、上記通風口以外にも様々なものをその一部とし得る。フラップがダクトを部分的にしか閉鎖しなければ、幾分かの空気流の通過が可能となる。ダクトを完全に閉鎖する各フラップが、計算または実験によって決定された直径の孔を具えていてもよい。
【００２９】
本発明の装置は空気調和または換気の空気流量を直接制御しない。しかし、例えば外部の温度が非常に高いかまたは非常に低い場合、本発明の装置は通常の空気調和流量を制御して互いに異なる幾つかの有効な空気調和形態を実現するのに用いることができる。そのために幾つかの変形が可能である。
【００３０】
定格換気流量を低下させるべく、フラップの定位置を部分的に開いた位置とし得る。
【００３１】
この場合空気流量は、アクチュエータの性能があらゆる可能なフラップ位置の有効な制御を実現するのに適していれば、フラップ位置の連続制御によって制御し得る。フラップ位置は、例えば流量計による換気流量の測定に基づいて行なわれる調節の結果として得られる。
【００３２】
内部圧力と外部圧力との平衡は、図５に示した装置によっても達成し得る。この変形例では、吸入ダクト２に分岐接続管１７が設けられている。しかし、この分岐接続管１７はフラップ６と７との間に位置する換気回路の任意の地点に接続し得る。圧力波が存在しない時、分岐接続管１７は通常閉鎖されている。
【００３３】
図５の装置は次のように機能する。検出器１６が圧力波の存在を検出するやいなやダクト２及び４が閉鎖され、分岐接続管１７は開放される。一方の主換気管路の閉鎖、及び分岐管路の開放は互いに独立の二つの機構によって行なわれ得るが、図５に示したような単一の機構によっても可能であり、単一機構の場合はフラップ６が上記２管路の一方の閉鎖と他方の開放とを同時に行ない得る。分岐接続管１７は圧力波に起因する空気流を制御し、かつ乗り物の通風口の機能を補佐する。分岐接続管１７の外形寸法は予め規定し得る。あるいは他の場合には、分岐接続管は圧力の経時変化との間に設定された関係に従って調節され得る外形寸法を有するスロートを有し得る。
【００３４】
圧力平衡が達成されたと考えられるようになるやいなや、ダクト２及び４は再び開放され、分岐接続管１７は閉鎖される。換気システムは通常の機能を回復する。
【００３５】
本発明の装置は、きわめて僅かな電力しか消費しないという利点も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気調和または換気用の吸気ダクト及び排気ダクトを具備した軌道車両を示す概略的説明図である。
【図２】本発明による装置の機能の説明図である。
【図３】本発明による装置の吸気ダクト閉鎖システムを示す説明図である。
【図４】本発明による装置の排気ダクト閉鎖システムを示す説明図である。
【図５】本発明による装置の一変形例の説明図である。
【符号の説明】
２ 吸入ダクト
３ 吸入口
４ 排出ダクト
５ 排出口
６，７ フラップ
８，９ ヒンジシステム
１２，１３ アクチュエータ
１４ 電子システム
１６ 圧力変化検出器

Claims (7)

1. 内部換気回路と、空気吸入口と内部換気装置との間の吸入ダクト及び内部換気装置と空気排出口との間の排出ダクトとを有する換気または空気調和中の乗り物内の圧力の急激な変化を防止する装置であって、
   吸入ダクト及び排出ダクトを閉鎖する閉鎖手段と、
   乗り物内の圧力波を検出してこの圧力波を表わす信号を発する検出器と、
   検出器から信号を受け取り、圧力波が検出されると、閉鎖手段の閉鎖を制御する制御ユニットと、
   吸入ダクト及び排出ダクトの閉鎖手段の間で、内部換気回路に連通する分岐接続管と、を含み、
   検出器は乗り物の外部または内部の圧力の経時変化を検出し、
   制御ユニットは内部圧力または外部圧力の第一の所定の経時変化率に基づいて前記両ダクトを閉鎖するように、かつ内部圧力または外部圧力の経時変化率が第二の所定の率を下回った後前記両ダクトを再開放するように、閉鎖手段を制御し、また
   制御ユニットは、乗り物内部の圧力の経時変化を設定値より下に維持するように乗り物の外部と内部との間に制御された空気流を発生させることによって、両ダクトを閉鎖したときに内部圧力と外部圧力とを平衡させるために、両ダクトが閉鎖されると分岐接続管の開放を制御する、乗り物内部の圧力の急激な変化を防止する装置。
2. 前記閉鎖手段が、前記ダクトの一方と分岐接続管の交互の開閉を制御する共通の閉鎖手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 圧力の経時変化を検出する検出器が圧力センサまたは瞬間流量センサであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 閉鎖手段が吸入ダクト及び排出ダクトの内部に配置されたフラップであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 各フラップが当該フラップに固定された、アクチュエータによって制御されるシャフトの軸線周囲に回動可能であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 分岐接続管の寸法が、予め規定されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 分岐接続管が、圧力の経時変化の設定された関係に従って調節され得る寸法のスロートを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。

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