JP4316763B2 - 車両用換気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は高速時は磁気浮上走行し、低速時はゴム車輪走行する磁気浮上式高速鉄道車両（以下、これを「リニア新幹線の車両」という。なお、「新幹線」は登録商標）の車両用換気装置、殊に車内換気装置に関するものであり、換気条件を損なうことなく、また換気装置に負荷を掛けること無しに車輪の摩耗臭や摩耗粉塵の給気への混入を効果的に防止することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
高速鉄道車両の換気装置は給気系と排気系とからなり、トンネルへの突入、トンネルからの脱出時、あるいは対向車両とのすれちがいなどによる外気圧の変動に関わらず車内圧力の急激な変動を回避しつつ、給排気制御を行うのが一般的であり、その給排気システム、給排気制御が種々工夫されている。その一例が特開平６−１９９２３４号公報に記載されている。このものは、容積式送風機を用いて給気、排気を行うものについて、給気量、排気量を制限することに伴う換気装置のエネルギーロスを少なくするものであり、絞り弁による絞り度に応じて補助弁によってバイパス回路を開閉して、送風機の過大負荷を低減するものである。
ところで、リニア新幹線の車両においては、停止のための減速走行に入ってから、走行速度が所定速度（例えば時速１２０ｋｍ）に達すると車輪走行信号（車輪を引き出して車輪走行に移行するための信号）が出されるが、この車輪走行信号が出されてから所定時間の後に車輪が接地する。
停止している車輪が高速（例えば時速１００ｋｍ）で接地すると車輪が走行路面に対して激しくスリップして、タイヤ表面が焼け、摩耗粉塵が撒き散らされる。この接地動作はトンネル内においても行われるので、空気取り入れ口が車両の床下に配置されている場合はもちろん、屋根に設けている場合であっても、この臭気、摩耗粉塵が給気系に取り込まれることは避けられないというリニア新幹線の車両の換気特有の問題がある。一般的にはこのような臭気、粉塵の侵入を防止するには空気浄化装置の使用が考えられ、他方、活性炭フィルタ、オゾン分解触媒などを用いてトンネル内空気を浄化する高度な空気浄化装置も工夫されている（例えば、特開平９−１５５１５２号公報）から、給気系にこのような高度な空気浄化装置を設けることによってある程度は上記の問題が回避される。
しかし、空気浄化装置を設けると車内換気装置の給気系の給気抵抗が増大し、給気送風機の送風効率が低下するだけでなく、給気送風機によるエネルギーロスが大きくなり、また、この空気浄化装置の設置コスト、メンテナンスコストがかさむ。
以上の事情から、給気送風機に取り込んだ空気を浄化してタイヤが焼けた臭やタイヤ摩耗粉塵を除去するのではなく、換気装置の正常動作の影響を与えることなく、タイヤが焼けた臭やタイヤ摩耗粉塵を含んだ空気の給気送風機への取り込みを防止することが望まれる。
【０００３】
【解決しようとする課題】
本発明は、上記の要求に応えるもので、そのための給気送風機による空気取り込み停止タイミングを最も好適なタイミングとし、また空気取り込み停止を可及的に短くできるようにすることをその課題とするものである。
【０００４】
【課題解決のために講じた手段】
〔解決手段１〕
上記課題解決のために講じた手段１は、高速時は磁気浮上走行し、低速時はゴム車輪走行する磁気浮上式高速鉄道車両の換気装置であって、給気送風機、給気弁を備えた給気系と、排気送風機、排気弁を備えた排気系とによるリニア新幹線の車両用換気装置を前提として、次の要素（イ）（ロ）によって構成されるものである。
（イ）車輪走行信号が出されてから所定時間後に給気弁及び排気弁を同時に全閉して換気を停止すること、
（ロ）上記の給気弁、排気弁が全閉して所定時間後に給気弁及び排気弁を同時に全開すること。
なお、解決手段１における上記の「車輪走行信号が出されてから所定時間」は、リニア新幹線の車両において、車輪走行信号が出されて車輪の引き出し動作が開始し、車輪が走行面に接地することになるまでの直前の時間を意味し、また、「排気弁が全閉して所定時間」は、車輪接地後で車輪のスリップがゼロになった直後までの時間を意味する。
【０００５】
〔解決手段２〕
上記課題解決のために講じた手段２は、次の要素（ａ）〜（ｃ）によって構成されるものである。
（ａ）車両走行速度が所定速度以下におけるその減速度が所定値以上に達し、かつそれが所定時間継続するとき、車輪走行動作開始を予測すること、
（ｂ）車輪走行動作開始を予測したとき給気弁及び排気弁を同時に全閉して換気を停止すること、
（ｃ）上記の給気弁、排気弁が全閉してから所定時間後に給気弁及び排気弁を同時に全開すること。
【０００６】
〔解決手段３〕
解決手段３は解決手段１と解決手段２を併用し、解決手段１による車両用換気装置が車輪走行信号を受信できない事態になったとき、解決手段２によって給気弁、排気弁を開閉制御するようにしたことである。
【０００７】
【作用】
〔解決手段１の作用〕
リニア新幹線の車両においては、減速運転に入ってから所定の速度に低下した時点で車輪走行信号が出されて車輪の引き出し動作が開始し、その所定時間後に車輪は走行面に接地することになる。したがって、車輪走行信号が出されてから車輪が接地するまでの時間がほぼ一定であるから、車輪が接地する直前のタイミング（上記の所定時間後のタイミング）で給気弁を全閉して給気を停止することができる。これと同時に排気弁を全閉することによって、給気弁全閉に伴う車内気圧の変動を防止することができる。
また、車輪が接地するタイミングはほぼ一定であるから、車輪が接地する直前のタイミングは極めて正確にとらえられる。
また接地後車輪のスリップがゼロになるまでの所要時間は予め見極める事ができるので、スリップがゼロになった直後（すなわち、排気弁が全閉して所定時間後）に給気弁、排気弁を同時に全開する。
したがって、換気停止タイミングを可及的に後倒し、また、換気開始タイミングを可及的に前倒しにすることができるので、換気停止時間を可及的に短くすることができる。
【０００８】
〔解決手段２の作用〕
解決手段２は、車輪走行信号によらないで、車輪接地タイミングを推し測って、給気弁、排気弁の全閉タイミングを決定し、さらに給気弁、排気弁の全開タイミングを決定するものである。
通常、リニア新幹線の車両においては、減速運転に入ってから所定の速度に低下した時点で車輪走行信号が出されて車輪の引き出し動作が開始し、その所定時間後に車輪は走行面に接地することになることは上述のとおりである。
しかし、リニア新幹線の車両は通常走行状態においても加速、減速が繰り返され、走行速度は変動する。このような運転状況のなかで、確実に車輪接地が成されること、及びその接地タイミングを正確に予測するのに車両が停止のための減速運転に入っていることを判別し、さらに、車輪走行開始タイミングを予測することが必要である。
他方、リニア新幹線の車両においては、その停止のための減速運転パターンは種々の条件によって左右されるために様々であるが、それでも停止のための減速運転は通常運転における減速とは明らかに異なるパターンを示す（停止のための減速パターンの典型的な例を図１に示す）から、車両走行速度が所定速度以下においてその減速度が所定値以上に達し、かつそれが所定時間継続するとき、このことから車輪の引き出し動作開始を予測すること（要件（ａ））によって、停止のための減速運転途中において車輪走行タイミングに達したことを正確に判別することができる。
車輪走行タイミングに達したことが判別されると解決手段１の作用で述べたと同様に、車輪接地までの時間はほぼ一定であるから、車輪走行タイミングに達したことを判別して後、所定時間後に給気弁及び排気弁を同時に全閉して換気を停止すること（要件（ｂ））によって、車輪接地の所定時間前（例えば０．２秒前）に正確に給気弁、排気弁を同時に全閉することができる。
そして、車輪接地後、スリップゼロの状態になるまでの時間はほぼ一定であるから、上記の給気弁、排気弁が全閉して後の所定時間後に給気弁及び排気弁を同時に全開すること（要件（ｃ））によって、スリップゼロになった直後を予測して給気弁及び排気弁を全開することができ、したがって、換気停止時間を可及的に短くすることができる。
【０００９】
〔解決手段３の作用〕
何らかの故障によって車輪走行信号を受信できないときは解決手段１による給気弁、排気弁の開閉制御が不可能になり、車輪の摩耗に伴う臭気の車内への侵入を防止することはできなくなるが、この場合は解決手段２による制御に切り換えることができ、したがって上記のような事態は回避される。
なお、車輪走行信号が受信されないままで車両が停止したことなどによって車輪走行信号が受信されない事態の発生を検知できるから、この検知信号によって解決手段２による制御への切り替えを自動的に行うようにすればよい。
また、車輪走行信号による解決手段１による給気弁、排気弁の開閉制御は、車両の減速、停止がどのような減速パターンでなされても、給気弁、排気弁の開閉を車輪接地に正確に対応させることができ、又、制御が極めて単純であるから解決手段２のそれに比して優れている。この解決手段１による制御を解決手段２による制御に優先させることの利点は上記の点にある。
【００１０】
【実施態様】
〔解決手段１の実施態様１〕
解決手段１の実施態様１は、解決手段１における「車輪走行信号が出されてから所定時間後」を２秒以内としたことである。
〔解決手段１の実施態様２〕
解決手段１の実施態様２は、解決手段２における「給気弁、排気弁が全閉して所定時間後」を３秒〜２０秒後としたことである。
〔解決手段２の実施態様１〕
解決手段２の実施態様１は、解決手段２における「所定速度以下」を時速１８０ｋｍ以下とし、「減速度が所定以上」を減速度３ｋｍ／ｈ／ｓとしたことである。
〔解決手段２の実施態様２〕
解決手段２の実施態様２は、解決手段２における「給気弁、排気弁が全閉して所定時間後」を３秒〜２０秒後としたことである。
【００１１】
〔その他〕
解決手段１、解決手段２において給気弁、排気弁を全開に復帰させるタイミングを全閉してから所定時間後としているが、これは、車輪が接地し、スリップがゼロになるタイミングを経験的に推し計っているものである。他方、車両速度が車輪接地時の速度から所定速度、例えば時速２０ｋｍだけ減速した状態では車輪スリップゼロで走行していることが予測される。したがって、車輪走行開始から所定の速度だけ減速したとき、これに応答して給気弁、排気弁を全開に復帰させることもでき、これは解決手段１の要件（ロ）、解決手段２における要件（ｃ）における「給気弁、排気弁が全閉して所定時間後に給気弁及び排気弁を同時に全開すること」と同等である。
【００１２】
【実施例】
リニア新幹線の車両停止のための減速運転パターンは様々であるから、特定のパターンを前提として実施例を説明することはできないが、図１に示す典型的な仮想の減速運転パターンを前提として、実施例を説明する。
図１（ａ）は時速２００ｋｍ（ａ点）から、減速度５ｋｍ／ｈ／ｓで時速１２０ｋｍ（ｂ_１点）まで減速し、続いて減速度３ｋｍ／ｈ／ｓで時速４０ｋｍ（ｃ_１点）まで減速し、その後、徐々に減速して停止させる減速運転パターンである。
そして時速１８０ｋｍ〜１００ｋｍの速度範囲において車輪走行信号が出されその４秒〜５秒の間に車輪が接地することが予想される。
図１（ｂ）は２００ｋｍ（ａ点）から減速度３ｋｍ／ｈ／ｓで時速１６０ｋｍ（ｂ_２点）まで減速し、次いで減速度５ｋｍ／ｈ／ｓで時速８０ｋｍ（ｃ_２点）まで減速し、さらに、減速度３ｋｍ／ｈ／ｓで時速４０ｋｍ（ｄ_２点）まで減速し、その後徐々に減速する減速運転パターンである。
さらに、図１（ｃ）は時速２００ｋｍ（ａ点）から減速度４ｋｍ／ｈ／ｓで時速１４０ｋｍ（ｂ_３点）まで減速し、その時速１４０ｋｍで走行し、ｃ_３点で再び減速運転に入り、減速度３ｋｍ／ｈ／ｓで時速７０ｋｍ（ｄ_３点）まで減速し、その後、徐々に減速する減速運転パターンである。
【００１３】
〔解決手段１によるものの例〕
以上の前提条件下においては、車輪走行信号が出されてから３秒後に給気弁及び排気弁を同時に全閉して換気を停止し、上記の給気弁、排気弁が全閉してから６秒後に給気弁及び排気弁を同時に全開して換気を再開する。
解決手段１によるものの制御フローチャートは図２に示すとおりである。
【００１４】
〔解決手段２によるものの例〕
車輪走行開始速度が時速１００ｋｍ〜１１０ｋｍであるとすれば、車両走行速度が時速１８０ｋｍ以下の走行速度において減速度が３ｋｍ／ｈ／ｓ以上で、かつそれが１０秒間継続するとき、車輪走行開始を予測する。そして、車輪走行開始が予測されたとき給気弁及び排気弁を同時に全閉して換気を停止する。上記の給気弁、排気弁が全閉してから５秒後に給気弁及び排気弁を同時に全開する。
図１（ｃ）の減速運転パターンにおいては、時速１８０ｋｍまで減速されてからさらに減速度４ｋｍ／ｈ／ｓ以上で１０秒間減速運転を行うと、そのときの時速は１４０ｋｍになる。したがって、時速１４０ｋｍで走行中に給気弁及び排気弁を５秒間全閉し、その後再び給気弁及び排気弁を全開するが、給気弁及び排気弁の全開後は時速１４０ｋｍで走行するので、給気弁及び排気弁は全開状態に保持される。その後再び減速度３ｋｍ／ｈ／ｓで減速するが、１０秒間これが継続すると走行速度は時速１１０ｋｍとなり、この時点で給気弁及び排気弁は全閉することになる。
解決手段２によるものの制御フローチャートは図３に示すとおりである。
なお、上記の例では、時速１８０ｋｍ以下の速度において「減速度が３ｋｍ／ｈ／ｓ以上で、かつそれが１０秒間継続したとき」としたが、減速度３ｋｍ／ｈ／ｓ以上での継続時間を固定時間とせずに、車輪走行開始速度（時速１１０ｋｍ〜１００ｋｍ）に達するまでの時間を減速度から演算して、これを上記減速度での減速継続時間としてもよい。
【００１５】
【効果】
以上述べたとおり、車輪走行開始直前に給気弁、排気弁を全閉し、車輪のスリップがゼロになる頃合を見計らって給気弁、排気弁を全開することによって、車輪走行初期において生じる車輪タイヤの表面が焼け焦げる臭気やタイヤの摩耗粉塵が車両内に侵入することを防止するとともに、車内気圧の変動を小さくし、また、上記臭気の侵入防止のための換気停止時間を可及的に短縮することができる。
解決手段１による発明においては、給気弁、排気弁の開閉タイミングを車輪走行開始信号によるから、その制御が極めて単純で、かつその効果が確実である。
解決手段２による発明は、給気弁、排気弁の開閉タイミングを車両走行速度信号を使い、また、車両走行速度信号の変化から減速度を演算するから安全性が高く、誤作動する恐れはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】は磁気浮上式高速鉄道車両（リニア新幹線車両）の停止のための減速パターンの模式図である。
【図２】は解決手段１の作動フローチャートである。
【図３】は解決手段２の作動フローチャートである。

Claims (6)

1. 高速時は磁気浮上走行し、低速時はゴム車輪走行する磁気浮上式高速鉄道車両の換気装置であって、給気送風機、給気弁を備えた給気系と、排気送風機、排気弁を備えた排気系とによる車両用換気装置において、
   車輪走行信号が出された時点ｔ０から、走行速度と減速度から予測される予定時間Ｔ１後、すなわち、車輪走行信号が出されて車輪の引き出し操作が開始し、車輪が走行面に接地することになる直前の時点ｔ１で、給気弁及び排気弁を同時に全閉して換気を停止し、 上記の給気弁、排気弁が全閉した時点ｔ１から、走行速度と減速度とから予測される所定時間Ｔ２後、すなわち、車輪接地後で車輪のスリップがゼロになった直後までの時間Ｔ２直後の時点ｔ２に給気弁及び排気弁を同時に全開する、磁気浮上式高速鉄道車両の車両用換気装置。
2. 車輪走行信号が出されてから吸気弁及び排気弁を同時に全閉して換気を停止する時点ｔ１までの所定時間Ｔ１を２秒以内とした請求項１の磁気浮上式高速鉄道車両の車両用換気装置。
3. 給気弁及び排気弁を同時に全閉した時点ｔ１から、給気弁及び排気弁を同時に全開するまでの所定時間Ｔ２を、３秒〜２０秒後とした請求項１の磁気浮上式高速鉄道車両の車両用換気装置。
4. 高速時は磁気浮上走行し、低速時はゴム車輪走行する磁気浮上式高速鉄道車両の換気装置であって、給気送風機、給気弁を備えた給気系と、排気送風機、排気弁を備えた排気系とによる磁気浮上式高速鉄道車両の車両用換気装置において、
   車両走行速度が所定速度以下においてその減速度が所定値以上に達し、かつそれが所定時間継続するとき、走行速度と減速度から予測される車輪走行動作開始時点ｔ３を予測し、
   予測した車輪走行動作開始時点ｔ３から走行速度と減速度から予測される所定時間Ｔ３後、すなわち、予測した車輪走行動作開始時点ｔ３から車輪接地までの予測時間Ｔ３を経て後の時点ｔ４で、給気弁及び排気弁を同時に全閉して換気を停止し、
   上記の給気弁、排気弁が全閉して所定時間Ｔ４後、すなわち、車輪接地予測後で車輪のスリップがゼロになると予測される時間Ｔ４直後の時点ｔ５に給気弁及び排気弁を同時に全開する、磁気浮上式高速鉄道車両の車両用換気装置。
5. 上記の「所定速度以下」を時速１８０ｋｍ〜１５０ｋｍとし、「減速度が所定以上」を１ｋｍ／ｈ／ｓ〜５ｋｍ／ｈ／ｓとした請求項４の磁気浮上式高速鉄道車両の車両用換気装置。
6. 上記の「給気弁、排気弁が全閉した時点ｔ４から所定時間Ｔ４後」を３秒〜２０秒後とした請求項４の磁気浮上式高速鉄道車両の車両用換気装置。

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