JPH04372457A - 車両用換気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、たとえば鉄道車両の客室などの
換気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】第１の先行技術は、図２１に示されてい
る。新幹線用車両などにおいて、車室である客室１に外
気を取入れる給気装置２と、客室１内の汚れた空気を車
外へ排出する排気装置３とが設けられ、また給気装置２
と客室１との間に、空気調和装置４が介在されて、給気
装置２によって導入した外気の温度を調整する。便所用
の排気装置が別途設けられることもある。給気装置２と
排気装置３とは、モータによつてファンを駆動する構成
を有する。給排気装置２，３を一体化し、１台の両軸の
モータで、給気用と排気用の各ファンを駆動する構成と
なっていることもある。給気量と排気量の調整は、排気
装置３の出口に設けられる固定絞り５によって行い、こ
の絞り５は給気側に設けられることもある。

【０００３】このような先行技術において、客室１が車
外に連通しているので、車両が高速度でトンネル内を走
行したり、トンネル内ですれ違うとき、客室内、すなわ
ち車内の圧力が急変し、乗客および乗員には、「耳つん
」と称されるように、耳に不快感を与える。その理由は
、車両が高速度でトンネル内を走行したり、トンネル内
ですれ違うとき、車外の圧力が急激に変化し、この影響
によって、車内圧力が急激に変化するからであるという
ことが知られている。

【０００４】この問題を解決する第２の先行技術は、図
２２に示されている。この先行技術は図２１に示される
第１の先行技術に類似しており、対応する部分には同一
の参照符を付す。この先行技術ではさらに、給排気装置
２，３に直列に締切り装置であるダンパ６，７がそれぞ
れ設けられる。ダンパ６，７は、アクチュエータ８，９
によって駆動され，全開位置と全閉位置とをとることが
できる。アクチュエータ８，９は、空気圧シリンダと、
その空気圧シリンダに圧縮空気を供給する電磁弁との組
合せによって実現され、制御回路１０からの信号によっ
て電磁弁の接続状態を切換え、空気圧シリンダを作動さ
せて、ダンパ６，７を駆動する。アクチュエータ８，９
は、空気圧シリンダの代りに、モータまたは油圧シリン
ダなどであることもある。トンネルセンサ１１は、トン
ネルを検出する。

【０００５】トンネル外である明り区間を、車両が通行
しているときには、ダンパ６，７は全開位置にあり、客
室１は給気装置２と排気装置３とによって、正常に換気
されている。

【０００６】車両がトンネルに入ると、トンネルセンサ
１１がそれを検出し、制御装置１０はトンネルセンサ１
１の出力に応答し、アクチュエータ８，９を動作させ、
ダンパ６，７を全閉位置とする。給排気装置２，３のフ
ァンは常に運転中であり、ダンパ６，７が全閉位置とな
ると、客室１は外気と遮断される。車両がトンネルに入
ると、車外圧力、したがって車内圧力が低下するので、
この圧力を検出する圧力計を、トンネルセンサの代りに
用いる先行技術もある。

【０００７】このような図２２に示される先行技術では
、トンネル内で車両がすれ違っても、車外の圧力変化は
、車内には及ばず、したがって乗客、乗員の耳に不快感
を起こすことがなくなる。この反面、トンネルが長くな
ったり、また明り区間の短いトンネルが連続するような
場合、客室１内は、ダンパ６，７の全閉によって、長い
時間、締切り状態となり、したがって乗客、乗員の呼気
などによって、車内空気が汚染し、衛生上の問題を生じ
る。汚染源としては、炭酸ガスＣＯ２　が主であり、或
る計算によれば、締切り後、３分程度で炭酸ガス濃度は
２０００ｐｐｍを超える。

【０００８】このような問題を解決する第３の先行技術
は、図２２の構成において、ダンパ６，７に、それらが
全閉とならないようにストッパを設けて構成される。あ
るいはまた他の先行技術では、アクチュエータ８，９を
サーボ化することによって、全閉前の絞った開度でダン
パ６，７を保持することができるように構成される。サ
ーボ化する構成では、ダンパ６，７の開度を検出する開
度検出器が設けられる。

【０００９】このような第３の先行技術では、たとえば
トンネル内の車両がすれ違ったときでも、換気を行いつ
つ、車外の圧力変動の車内圧力への影響、すなわち変動
を小さくすることができる。このような先行技術では、
車内圧力ができるだけ変動しないように、しかも車内空
気が汚染しないように、ダンパ６，７の絞り開度の大き
さを決める必要がある。つまり、車内圧力変動が或る許
容値以下で、かつ車内空気の汚染が許容限界内におさま
るように絞り開度の大きさを決める必要がある。さらに
、車両の気密度が経年変化の影響を受け、車両が古くな
るにつれて気密が低下することを考え合わせれば、最適
な絞りの大きさを決定することは困難である。

【００１０】前述の第１および第２の先行技術の不具合
を解決する第４の先行技術は、たとえば特開昭６３−１
９９１７０である。この先行技術では、客室に設けられ
る給気装置および排気装置の車内外を連通する通路に、
弾性体から成る邪魔板を有する圧力緩和手段を配置し、
車外の空気の衝撃圧力が到達すると、邪魔板が通路を塞
ぎ、圧力衝撃が車内に入るのを緩和するように構成され
る。

【００１１】このような第４の先行技術では、急激な圧
力変化を緩和する効果はあるけれども、比較的ゆっくり
とした車外の圧力変化に対しては、車内の圧力変化を防
ぐことはできない。つまり、弾性体から成る邪魔板に充
分な変位が与えられないような比較的ゆっくりとした車
外の圧力変化に対しては、車内外を連通する通路を閉じ
ることができないので、車外圧力は、そのまま車内圧力
に影響を与える。さらに古い、車両であって気密度の低
下した車両の場合には、この弾性体から成る邪魔板は用
をなさず、車内圧力の変動を防ぐことができない。

【００１２】前述の第１〜第４の各先行技術は、車両の
速度がそれほど高速度でない場合は、或る程度は、有効
である。つまり、車両速度がたとえば２００ｋｍ／ｈ程
度以下の場合は、車外圧力変動は比較的小さく、したが
って車内圧力の変動はあまり大きくならない。しかしな
がら、近年、車両は高速度化する傾向にあり、たとえば
フランスのＴＧＶでは、５００ｋｍ／ｈを超え、日本で
も試験的に３５０ｋｍ／ｈを超えようとしている。一般
に、車外圧力の変動の大きさは、車両速度の２乗に比例
するといわれ、たとえば３５０ｋｍ／ｈの車両では、従
来の２００ｋｍ／ｈの車両の場合に比べ、その車外圧力
の変動値は、（３５０／２００）２　＝３．１倍となる
。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の先行
技術の課題を解決するためになされたものであり、たと
えば高速度でトンネル内を走行する車両においても、車
内の空気の清浄度を維持しつつ、しかも車内圧力の変動
を抑制し、さらに車両の経年変化によって車内の気密度
が低下しても、車内圧力の変動を抑制することができる
ようにした車両用換気装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、車両の車室に
、給気通路と排気通路とを設け、給気通路には、大気を
車室に吸込む給気ファンを設けるとともに、給気ファン
に直列に給気弁を設け、排気通路には、車室の空気を外
部に排出する排気ファンを設けるとともに、排気ファン
に直列に排気弁を設け、車両の車室内に設けられ、車内
圧力を検出する車内圧力センサと、車内圧力センサの出
力に応答して、車内圧力の時間変化率を求める時間変化
率演算回路と、車内圧力センサと時間変化率演算回路と
の各出力に応答して、車内にいる人間が不快感を生じな
いように、給気弁と排気弁とをそれぞれ制御する制御手
段と、車両の車室の外に設けられ、車外圧力を検出する
車外圧力センサと、車内圧力センサと車外圧力センサと
の各出力に応答し、車内圧力と車外圧力との差圧が予め
定める値以上のとき、給気弁と排気弁とを全閉に強制す
る手段とを含むことを特徴とする車両用換気装置である
。

【００１５】また本発明は、車室には、大気と連通する
大気開放通路を設け、この大気開放通路には、大気開放
弁を設け、車両はトンネルを走行中であることを検出す
るトンネルセンサと、トンネルセンサの出力に応答して
、大気開放弁を全閉にする手段とを含むことを特徴とす
る。

【００１６】

【作用】車両の車室に設けられる給気通路には、給気フ
ァンと給気弁とが直列に設けられ、また車室に設けられ
る排気通路には排気ファンと排気弁とが直列に設けられ
、車両の車室内の圧力を検出する車内圧力センサを設け
、この車内圧力の時間変化率、すなわち車内圧力の圧力
変化速度を、時間変化率演算回路によって演算して求め
、このような車内圧力センサと時間変化率演算回路との
各出力によって、「耳つん」などの不快感を車内の人間
が生じないように、給気弁と排気弁とをそれぞれ制御す
る。人間が「耳つん」などの不快感を生じない支障のな
い域は、人間の呼吸器系の圧力と耳が外から受ける圧力
との差が大きいときほど、車内圧力の時間変化率が小さ
くても、不快感を生じやすいことが判っている。このよ
うな不快感を生じないように、給気弁と排気弁とが制御
される。

【００１７】本発明に従えば、車内にいる人間が不快感
を生じないための支障のない域内での圧力の時間変化率
の設定値を、車内圧力センサの出力に対応して設定し、
車内圧力の上昇を防ぐためには、給気弁を閉じ、また車
内圧力の下降を防ぐためには排気弁を閉じる。

【００１８】さらに本発明に従えば、車外圧力を車外圧
力センサによって検出し、車内圧力と車外圧力との差圧
が大きくなって、予め定める値以上になると、給気弁と
排気弁とを全閉に強制する。これによって車両がたとえ
ばトンネル内で高速度ですれ違うときに車外圧力が急激
に大きく変動しても、車内圧力の変動を確実に防ぎ、「
耳つん」などの不快感が生じることを確実に防ぐことが
できる。

【００１９】つまり、車内圧力と車外圧力の差圧が大き
くなれば、車内圧力の時間変化率も大きくなり、「耳つ
ん」の現象が発生する。給気弁と排気弁とを制御する制
御系には作動遅れが存在し、したがって車内圧力センサ
によって車内圧力を検出してから、給気弁または排気弁
の制御を行っていたのでは手遅れとなり、ついには「耳
つん」現象を引起こす。そこで上述のように、車内圧力
と車外圧力との差圧が大きくなったときには、事前に、
給気弁と排気弁とを全閉にし、車外と車内の空気の通路
を遮断し、車外圧力変動が車内に入込まないようにして
、「耳つん」の発生を未然に防ぐことができる。

【００２０】さらに本発明に従えば、車両がトンネルに
入って走行中であることをトンネルセンサによって検出
し、このとき大気開放弁を全閉にし、トンネル内で車両
が高速度ですれ違うときなどに「耳つん」の現象が生じ
ることを確実に予防する。給気弁と排気弁とは、開度が
制御可能な流量制御弁であってもよく、あるいはまた全
閉と全開位置とのみを取る開閉弁であってもよい。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の全体の系統図で
ある。鉄道車両などの車両１３の客室１４には、給気通
路１５と排気通路１６とが接続されており、この給気通
路１５には、大気を客室１４に吸込む給気ファン１７が
設けられ、この給気ファン１７に直列に給気弁１８が設
けられる。排気通路１６には、客室１４の空気を外部に
排出する排気ファン１９が設けられ、この排気ファン１
９に直列に排気弁２０が設けられる。給気弁１８および
排気弁２０は、給気ファン１７および排気ファン１９の
上流側にそれぞれ配置されており、これによってこれら
の弁１８，２０が絞られたときにおけるファン１７，１
９の動力の増大が抑制され、省エネルギ効果が良好であ
る。

【００２２】客室１４にはまた、大気と連通する大気開
放通路２１が設けられ、この大気開放通路２１には大気
開放弁２２が介在される。これらの弁１８，２０，２２
は、ダンパなどのように、その開度を調整可能である。

【００２３】客室１４内には、その客室１４の圧力を検
出する車内圧力センサ２３が設けられる。また車両１３
には、その外部に、車外圧力を検出する車外圧力センサ
２４が設けられる。さらにまた車両１３には、トンネル
センサ２５が設けられる。このトンネルセンサ２５は、
車両１３がトンネル内に入ったこと、したがって車両１
３がトンネルを走行中であることを検出する。トンネル
センサ２５は、車両１３の走行位置を検出し、これによ
ってトンネルの位置を検出する構成であってもよく、あ
るいはまたトンネルの出入口に設けられた発信器と、車
両１３に設けられた受信器とを含み、受信器が発信器の
電磁波を受信する構成であってもよい。これらの弁１８
，２０，２２は、後述の図２に示されるアクチュエータ
４７，５２，６１によって駆動される。このアクチュエ
ータ４７，５２，６１は、サーボ系を構成し、弁１８，
２０，２２の各開度を検出する検出器と、その検出器か
らの出力が、開度指令信号が表す開度と一致するように
、駆動するサーボ系とを含む。サーボ系には、サーボモ
ータを用いてもよいけれども、コンデンサモータなどの
誘導モータを用いてもよい。モータの代りに、油圧サー
ボ弁と油圧シリンダとによって、アクチュエータ４７，
５２，６１を構成してもよい。さらにまたこれらのアク
チュエータ４７，５２，６１として、プロセス制御に用
いられている空気式作動弁と、これによって弁１８，２
０，２２を駆動するポジショナとによって実現されても
よい。

【００２４】図２は、図１に示される実施例の電気的構
成を示すブロック図である。車内圧力センサ２３の出力
は、１次遅れ回路２６に、ライン２７を介して与えられ
る。この１次遅れ回路２６は、伝達関数１／（１＋ＴＭ
・ｓ）を有し、ここでＴＭは時定数であり、ｓはラプラ
ス演算子である。１次遅れ回路２６は、演算増幅回路と
コンデンサと抵抗とで構成することができ、あるいはま
たコンピュータのプログラムの実行によって実現するよ
うにしてもよい。この１次遅れ回路２６は、ライン２７
から図３（１）に示される信号が入力されたとき、その
出力はライン２８に、図３（２）で示される波形を有し
て導出される。

【００２５】減算回路２９は、ライン２７を介する車内
圧力センサ２３の出力から、ライン２８を介する１次遅
れ回路２６の出力を減算して、ライン３０を介して、２
つの関数発生回路３１，３２に与える。減算回路２９は
、演算増幅回路と抵抗とを組合わせて構成してもよく、
あるいはまたコンピュータを用いてプログラムの実行に
よって実現してもよい。

【００２６】一方の関数発生回路３１は、図４に示され
る入出力特性を有する。関数発生回路３１は、入力が零
、すなわち弁１８，２２の開度が全開に対応した値であ
るとき、出力は最大値Ｖ３１を導出する。入力が正また
は負に偏位すると、それに比例して直線的に、出力は小
さくなり、入力がＶＡ３１を超えた範囲およびＶＢ３１
未満のときに、出力は零のままである。他方の関数発生
回路３２は、図５に示される入出力特性を有する。入力
が零であるとき、絶対値が最大である負の値Ｖ３２を導
出し、その入力が正または負に偏位すると出力の絶対値
は減少し、入力がＶＡ３２を超える範囲、およびＶＢ３
２未満の範囲では出力は零のままである。このような関
数発生回路３１，３２は、演算増幅回路と抵抗とダイオ
ードとで構成することもでき、またコンピュータのプロ
グラムを実行することによって実現することも可能であ
る。

【００２７】車内圧力センサ２３からライン２７に導出
された出力は、微分機能を有する時間変化率演算回路３
４に与えられ、これによって車内圧力の時間変化率、す
なわち圧力の変化速度が演算されて求められる。このよ
うな回路３４は、プロセス制御用のＰＩＤ制御器のＤ（
微分）要素で構成することができる。アナログ式ＰＩＤ
制御器の場合、Ｄ要素は、演算増幅回路と抵抗とコンデ
ンサとによって構成することができ、抵抗とコンデンサ
との値によって定まる或る周波数帯でのみ微分機能を達
成し、その他の周波数帯では微分機能を達成しない、い
わゆる部分微分器が構成され、このとき、微分機能が達
成される周波数帯を、本発明が実施される値が存在する
ように、抵抗とコンデンサの各値を調整すればよい。 回路３４をプログラムで実現することも可能であり、こ
のとき、タイミング時刻ｉ，ｉ−１における回路３４へ
の入力信号をｘ（ｉ），ｘ（ｉ−１）とし、その回路３
４の出力をΔｘ（ｉ）とするとき、

【００２８】

【数１】Δｘ（ｉ）＝ｘ（ｉ）−ｘ（ｉ−１）すなわち
回路３４では、差分である出力Δｘ（ｉ）を導出する。

【００２９】時間変化率演算回路３４の出力は係数器３
５に与えられ、その出力の大きさが調整可能である。係
数器３５は時間変化率演算回路３４の前段に設けられて
もよい。

【００３０】減算回路３６は、一方の関数発生回路３１
の出力から係数器３５を介する時間変化率演算回路３４
の出力を減算して、ＰＩ制御回路３８に与える。もう１
つの減算回路３７は、係数器３５を介する時間変化率演
算回路３４の出力から、関数発生回路３２の出力を減算
してもう１つのＰＩ制御回路８９に与える。ＰＩ制御回
路３８，８９は、入力される信号のＰ（比例）およびＩ
（積分）動作を行う。このようなＰＩ制御回路３８，８
９は、プロセス制御用として用いられるものであっても
よく、あるいはまたコンピュータのプログラムの実行に
よって実現されてもよい。

【００３１】一方のＰＩ制御回路３８の出力は、第１お
よび第２リミッタ３９，４０に与えられ、またもう１つ
のＰＩ制御回路８９の出力は第３および第４リミッタ４
１，４２にそれぞれ与えられる。第１リミッタ３９は図
６（１）に示される入出力特性を有する。入力信号が零
から増大するにつれて出力が増大してゆき、その入力信
号が或る一定値Ｓ１を超えて大きくなっても、その出力
信号は上限値Ｖ３９のままである。第２リミッタ４０は
図６（２）に示される入出力特性を有し、入力が一定値
Ｓ１未満では出力は零であり、入力信号がＳ１以上にな
ると、それに比例して出力が増大し、上限値Ｖ４０に至
る。

【００３２】第３リミッタ４１は図７（１）に示される
入出力特性を有し、入力信号がＥ１未満では、出力は入
力信号に比例し、その出力は上限値Ｖ４１を有する。第
４リミッタ４２は図７（２）に示される入出力特性を有
し、入力信号がＥ１未満では、出力は零であり、入力信
号がＥ１以上では、出力は上限値Ｖ４２を有する。

【００３３】切換えスイッチ４３の個別接点４４には第
１リミッタ３９の出力が与えられ、もう１つの個別接点
４５には電圧零が与えられ、この電圧零は給気弁１８の
全閉状態に対応する。切換えスイッチ４３の共通接点４
６の出力はアクチュエータ４７に与えられ、このアクチ
ュエータ４７は、入力される電圧に対応する開度となる
ように、給気弁１８を駆動する。

【００３４】また同様にして、切換えスイッチ４８の個
別接点４９には第３リミッタ４１の出力が与えられ、も
う１つの個別接点５０は電圧零に接地され、共通接点５
１からの出力はアクチュエータ５２に与えられる。アク
チュエータ５２は、入力される電圧に対応する開度とな
るように排気弁２０を駆動する。

【００３５】車外圧力センサ２４によって検出された車
両１３の外の圧力を表す信号は、減算回路５４に与えら
れ、この減算回路５４では、車外圧力センサ２４の出力
から車内圧力センサ２３の出力を減算して、圧力スイッ
チ回路５３に与える。この圧力スイッチ回路５３は、図
８に示される入出力特性を有する。減算回路５４から与
えられる入力信号が、図８に示されるようにＵ１〜Ｕ２
の範囲にあるとき、出力は零であり、これによって切換
えスイッチ４３，４８の共通接点４６，５１は一方の個
別接点４４，４９に切換えられて導通する。圧力スイッ
チ回路５３は、それに入力される信号がＵ１以上、また
はＵ２未満であるときには、ハイレベルの電圧Ｖ５３を
有する出力信号を導出し、これによって切換えスイッチ
４３，４８の共通接点４６，５１は個別接点４５，５０
に導通する。圧力スイッチ回路５３の出力とトンネルセ
ンサ２５の出力とはまた、ＯＲ回路７１に与えられ、そ
の出力によって、切換えスイッチ５７のスイッチング状
態が変化する。圧力スイッチ回路５３の出力がＶ５３で
あるとき、またはトンネルセンサ２５によって車両１３
がトンネルを走行中であることが検出されたときのいず
れか少なくとも一方であるとき、切換えスイッチ５７の
共通接点６０は個別接点５９に導通され、その他のとき
、個別接点５８に導通される。

【００３６】第２および第４リミッタ４０，４２の出力
は、信号選択回路５６に与えられる。この信号選択回路
５６は、各リミッタ４０，４２の出力のうち、小さい方
の信号を導出して切換えスイッチ５７の個別接点５８に
与える。信号選択回路５６の具体的に構成は、図９に示
されている。この信号選択回路５６は、演算増幅回路６
２と、ダイオード６３，６４と、同一抵抗値を有する抵
抗６５，６６，６７とによって実現される。アクチュエ
ータ６１は、入力される電圧に対応する開度となるよう
に、大気解放弁２２を駆動する。

【００３７】図１〜図９に示される本発明の一実施例の
動作の説明に先立ち、図１０および図１１を参照して、
客室１４内の人間の「耳つん」を起こす原因などについ
て説明する。図１０に示されるように「耳つん」の現象
を起こす原因としては、図１０の横軸に示される人間の
呼吸器系の圧力と耳が外から受ける圧力との圧力差と、
図１０の縦軸に示される車内圧力の時間変化率、すなわ
ち圧力変化速度とが関与していることが判っている。ラ
イン６２よりも下の斜線を施した領域は、「耳つん」を
感じない支障のない域であり、ライン６２よりも右上で
は、不快感を生じる不快域である。人間の呼吸器系の圧
力と耳が外から受ける圧力との差が小さいときには、「
耳つん」を感じる圧力の時間変化率は大きく、その差が
大きくなると、「耳つん」を感じる圧力の時間変化率は
小さくなる。つまり「耳つん」を生じる現象は、圧力の
時間変化率に起因して生じるけれども、その支障のない
域は、その圧力変化が生じる人間の呼吸器系の圧力と外
から受ける圧力との差に依存している。したがって図１
０のライン６２よりも下の支障のない域に、給気弁１８
と排気弁２０とを制御して客室１４内の車内圧力を制御
する必要がある。

【００３８】図１１は、前述の図１０に基づいて、関数
発生回路３１，３２の特性を説明するための図である。 図１１の横軸は客室１４の車内圧力を表し、縦軸は車内
圧力変化速度、すなわち車内圧力の時間変化率を示して
いる。ライン６３，６４は、「耳つん」の現象が生じる
図１０のライン６２に対応したラインであり、本発明で
は不快感を確実に生じないようにするために、関数発生
回路３１では、図１１のライン６５，６６で示される範
囲に対応して、前述の図４の特性を定め、また関数発生
回路３２ではライン６７，６８に対応して前述の図５に
示される特性を定める。「耳つん」の不快感を生じさせ
ないためには、ライン６５〜６８で示される領域内に車
内圧力が存在するように、弁１８，２０，３２が制御さ
れる。

【００３９】トンネルセンサ２５の出力と圧力スイッチ
５３の出力とは上述のようにＯＲ回路７１に与えられる
。このＯＲ回路７１の出力によって切換えスイッチ５７
のスイッチング状態が変化される。トンネルセンサ２５
によってトンネル内を走行中ではないことが検出され、
あるいはまた圧力スイッチ回路５３の出力が零であると
きには、切換えスイッチ５７の共通接点６０は個別接点
５８に導通したままである。前述のようにトンネルセン
サ２５によって車両がトンネル内を走行中であることが
検出され、あるいはまた圧力スイッチ５３から出力Ｖ５
３が導出されたときには、切換えスイッチ５７の共通接
点６０は個別接点５９に切換えられ、これによってアク
チュエータ６１は大気開放弁２２を全閉状態に強制する
。

【００４０】図１２〜図１４を参照して動作を説明する
。これらの図１２〜図１４の動作では、車内圧力と車外
圧力との差圧は、圧力スイッチ５３において設定される
圧力Ｕ１〜Ｕ２の範囲内であって小さく、しかも車両は
トンネル外を走行しており、そのため切換えスイッチ４
３，４８，５７は個別接点４４，４９，５８に導通して
いるものとする。図１２（１）のライン７２に示される
ように車内圧力センサ２３によって検出される圧力が正
圧であって、車内圧力が増加する方向に変化した場合を
想定する。１次遅れ回路２６の出力は図１２（１）のラ
イン７３で示されているとおりであり、したがって減算
回路２９の出力は図１２（２）で示されるとおりとなる
。そのため関数発生回路３１の出力波形は図１２（３）
で示されるとおりとなり、もう１つの関数発生回路３２
の出力波形は、前述の関数発生回路３１の波形の上下を
逆にした波形であって図１２（４）に示されるとおりで
ある。時間変化率演算回路３４から計数回路３５を介し
て導出される波形は図１２（５）に示されるとおりであ
る。客室１４の車内圧力の時間変化率が正になったとき
には、時刻ｔ１〜ｔ２では、給気弁１８は図１２（６）
に示されるように全閉とされ、このとき排気弁２０は図
１２（７）で示されるように全開状態のままであり、さ
らに大気開放弁２２は図１２（８）に示されるように全
閉状態とされる。こうして車内圧力の上昇を防ぐために
給気弁１８が閉じられ、また大気開放弁２２が閉じられ
、このとき客室１４内の空気が炭酸ガスによって汚染さ
れるのを防ぐために排気弁２０は上述のように開かれて
いる。

【００４１】時刻ｔ２からｔ３を経てｔ４の範囲では、
客室１４の車内圧力は下降し、このとき大気開放弁２２
が全閉、さらに排気弁２０が全閉状態とされ、こうして
車内圧力の下降が防がれ、このとき給気弁１８は開かれ
ており、客室１４の空気が汚染されることが防がれる。 このようにして車内の圧力の増加、減少が抑制され、客
室１４内の人間が「耳つん」の現象を生じる不快感の発
生が防がれる。

【００４２】また図１３に示されるように、車内圧力セ
ンサ２３によって検出される圧力の変動が前述の図１２
の場合に比べて小さいとき、その車内圧力センサ２３の
出力は図１３（１）に示されるとおりであり、減算回路
２９からライン３０に導出される出力は図１３（２）に
示されるとおりであり、これによって各関数発生回路３
１，３２から導出される波形は図１３（３）および図１
３（４）に示されるとおりである。時間変化率演算回路
３４から計数回路３５を経て導出される出力は図１３（
５）に示される波形を有し、これによって給気弁１８は
図１３（６）で示されるように、排気弁２０は図１３（
７）で示されるように、また大気開放弁２２は図１３（
８）に示されるように動作する。客室１４内の圧力上昇
が僅かであるときには、図１３（６）に示されるように
給気弁１８は開度が小さくなるだけであって、全閉には
至らず、また排気弁２０は図１３（７）のように開度が
絞られ、全閉には至らない。大気開放弁２２は、図１３
（８）で示されるように、これらの給気弁１８と排気弁
２０との動作中には、全閉状態に保たれたままである。

【００４３】さらに図１４を参照して、車内圧力センサ
２３によって検出される客室１４の圧力が図１４（１）
に示されるように低下した場合を説明する。減算回路２
０からライン３０には図１４（２）で示される波形を有
する出力が導出され、これによって関数発生回路３１，
３２からは図１４（３）および図１４（４）にそれぞれ
示される波形を有する出力が導出される。時間変化率演
算回路３４が係数器３５を経て図１４（５）に示される
波形が導出され、これによって客室１４内の圧力が減少
するときには、給気弁１８は図１４（６）に示されるよ
うに全開のままであり、客室１４内に空気が取入れられ
、この時刻ｔ５〜ｔ６の期間中、排気弁２０は図１４（
７）に示されるように絞られる。また時刻ｔ６〜ｔ７で
示されるように客室１４の圧力が増加方向に変化すると
き、給気弁１８は図１４（６）に示されるように絞られ
、排気弁２０は図１４（７）に示されるように全開とさ
れる。給気弁１８と排気弁２０とが制御されるとき、大
気開放弁２２は図１４（８）に示されるように全閉状態
に保たれる。

【００４４】大気開放弁２２は、給気弁１８および排気
弁２０が全開の状態では、全開状態に保たれ、これによ
って客室１４内の圧力と車外の圧力との圧力差をなくす
ことができる。したがって客室１４内の車内圧力は、車
外圧力に等しくし、こうして図１０に関連して述べたよ
うに人間の呼吸器系の圧力と耳が外から受ける圧力との
差が小さいときに車内圧力の時間変化率が大きくても、
車内にいる人間の「耳つん」などの不快感を生じるマー
ジンを大きくするのに役立つ。

【００４５】本発明の他の実施例として、関数発生回路
３１の入出力特性を、前述の図４に示される代りに、図
１５に示される特性とし、入力がＶＣ３１以上では、出
力を零とする。またもう１つの関数発生回路３２の入出
力特性を、前述の図５の代りに図１６の特性とし、入力
が負のＶＣ３３未満のとき出力を零とする。このような
実施例によれば、客室１４の車内圧力が高い場合に、車
内圧力の時間変化率が負の方向に制御され、また客室１
４の車内圧力が低い場合は、車内圧力の時間変化率を正
の方向に制御される。これによって車内圧力は、車内圧
力の時間変化率のマージンの高い零付近に制御され、「
耳つん」の不快感を発生しにくくするようにすることが
できる。こうして特に長大トンネルや明り区間が短い連
続するトンネルを車両が高速で走行するとき、不快感の
発生を有効的に抑制することが可能になる。

【００４６】車両１３の走行中に、トンネルに入り、ト
ンネルセンサ２５によってその車両１３がトンネル内を
走行中であることが検出されると、ＯＲ回路７１の出力
によって切換えスイッチ５７の共通接点６０は個別接点
５９に導通して電圧零がアクチュエータ６１に与えられ
、これによって大気開放弁２２は全閉状態となる。 「耳つん」の現象は、車両１３がトンネル内で高速度で
すれ違うときに発生しやすく、これは、そのとき車外圧
力が急激に変動するためである。車外圧力が急激に変動
するときには、客室１４は外部から遮断されていること
が好ましく、もしも遮断されていないと、車外の圧力の
変化がそのまま車内圧力の変動を引起こし、「耳つん」
の不快感を引起こすことになる。そこでトンネルに入れ
ば、「耳つん」の不快感の予防措置として、大気開放弁
２２を全閉とし、大気開放通路２１を遮断し、こうして
不快感の発生を有効に防止することができる。客室１４
の圧力が高く、したがって前述の図１０に関連して述べ
たように人間の呼吸器系の圧力と耳が外から受ける圧力
との差が小さいときには、わずかな車内圧力の時間変化
率であっても不快感を生じやすい。すなわち車内圧力と
車外圧力の差が大きくなれば、比較的小さな圧力変動で
も、不快感が発生するおそれがある。したがって車内圧
力センサ２３によって車内圧力を検出してから、給気弁
１８および排気弁２０を制御していたのでは手遅れとな
り、「耳つん」の不快感を引起こす結果になる。このよ
うな制御系の作動遅れとしては、アクチュエータ４７，
５２の動作遅れおよびＰＩ制御回路３８，３９のＩ、す
なわち積分演算の遅れが挙げられる。したがって本発明
の一実施例では、車内圧力センサ２３と車外圧力センサ
２４との減算回路５４から得られる信号が表す差圧が圧
力スイッチ回路５３における図８に示される圧力Ｕ１〜
Ｕ２の範囲外の大きな値になったときには、ＯＲ回路７
１を経て切換えスイッチ５７の共通接点６０を個別接点
５９に切換えて大気開放弁２２を全閉とし、これと同時
に切換えスイッチ４３，４８の共通接点４６，５１を個
別接点４５，５０に切換えてアクチュエータ４７，５２
によって給気弁１８および排気弁２０を全閉状態とする
。こうして客室１４に接続される通路１５，１６，２１
を遮断し、車外圧力変動が客室１４内に入込まないよう
にし、「耳つん」の現象の発生を未然に防ぐ。このよう
に、車外の圧力が上昇または下降し、車内外の差圧が増
大したとき、弁１８，２０，２２をすべて全閉に強制し
て、客室１４の車内圧力の変動を未然に防ぐことを確実
にし、不快感の発生を防ぐ。

【００４７】図１７は本発明の他の実施例のブロック図
である。この実施例は前述の実施例に類似し、対応する
部分には同一の参照符を付す。前述の図１〜図１６の実
施例では、給気弁１８および排気弁２０は全閉と全開と
の間の開度の調整が可能であったけれども、この実施例
では、給気弁１８ａと排気弁２０ａとは、全閉および全
開の２つの各状態のみの動作をすることができ、このこ
とは大気開放弁２２ａに関しても同様である。これらの
弁１８ａ，２０ａ，２２ａのアクチュエータ４７，５２
，６１は、ヒステリシス特性を有する信号発生回路３９
ａ，４１ａおよび８５からの出力に応答して動作される
。信号発生回路３９ａは図１８に示される特性を有し、
給気弁１８ａが全閉状態であるとき入力信号のレベルが
増大し、値Ｓ１を超え、値Ｓ１１に達すると全開となり
、一旦全開状態となった後には、入力信号がＳ１未満に
なったときに、全閉状態となる。また同様にして排気弁
２０ａは、図１９に示されるように、全閉状態から入力
信号がＥ１１以上になったとき全開となり、一旦全開と
なった後には、入力信号がＥ１未満となったときに全閉
状態となる。さらにまた信号発生回路８５は図２０に示
されるように、大気開放弁２２ａが全閉状態となってい
るとき入力信号がＦ１１以上になったとき全開状態とな
り、一旦全開状態となった後には入力信号がＦ１未満と
なったとき全閉状態となる。このような信号発生回路３
９ａ，４１ａ，８５はディスクリート電子部品を用いて
実現することもできるけれども、コンピュータのプログ
ラムの実行によって実現してもよい。

【００４８】本発明のさらに他の実施例として、ヒステ
リシス特性を有した前述の回路３９ａ，４１ａ，８５の
各構成に代えて、入力信号が予め定める値、たとえば（
Ｓ１＋Ｓ１１）／２以上になると、給気弁１８ａが全開
するための信号を直ちに導出し、一旦、開弁状態になる
と、入力信号が前記値（Ｓ１＋Ｓ１１）／２未満になっ
た時刻からタイマで予め定めた時間経過した後、給気弁
１８ａが全閉状態となる信号を動作するように構成する
ことができる。

【００４９】このようなヒステリシス特性を有する構成
および上述のタイマを備える構成によって、給気弁１８
ａ、排気弁２０ａおよび大気開放弁２２ａの頻繁な開閉
動作が生じることが防がれるとともに、これらの弁１８
ａ，２０ａ，２２ａは全閉および全開の動作だけであっ
て、絞り開度が変化される構成ではないので、その全体
の構成を簡略化することが可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、車室に接
続される給気通路には給気ファンと給気弁とが直列に接
続され、その車室に接続される排気通路に排気ファンと
排気弁とが直列に介在され、客室などの車室の内部の圧
力は、車内圧力センサによって検出され、その車内圧力
の時間変化率が演算され、こうして車内圧力とその時間
変化率に基づいて、車内にいる人間が不快感を生じない
ように、給気弁と排気弁とが制御されるので、たとえば
車両がトンネル内で高速度ですれ違っても、その影響に
よって車内圧力が変動することが防がれ、乗客、乗員の
「耳つん」などの不快感を起こすことが防がれる。

【００５１】さらにまた本発明によれば、上述のように
車内圧力センサによって車内圧力が検出されて、給気弁
と排気弁とがそれぞれ制御されるので、車両の経年変化
によって、気密度が低下しても、車内にいる人間の不快
感の発生を防ぐことができるようになる。

【００５２】さらに本発明によれば、車内の人間の不快
感を生じないようにするために、車内圧力の上昇を防ぐ
には給気弁を閉じ、このとき排気弁を開いておき、これ
とは逆に車内圧力の下降を防ぐには、排気弁を閉じ、こ
のとき給気弁は開いておき、こうして車内圧力の変動を
防ぐとともに、車内の空気の清浄度を常に維持すること
ができるようになり、したがって長いトンネルを通過す
るときおよび明り区間が短いトンネルを次々と通過する
ときにおいても、車内の人間の呼気による炭酸ガス濃度
の上昇を防ぐことができる。

【００５３】さらにまたこのような本発明による構成は
、簡単であり、安価に実現することができる。

【００５４】さらに本発明によれば、車内圧力センサだ
けでなく、車両の車室外の圧力を車外圧力センサによっ
検出し、車内圧力と車外圧力との差圧が予め定める大き
い値になったときには、給気弁、排気弁および、車室に
接続されている大気開放通路に介在された大気開放弁を
全閉に調整し、これによってたとえばトンネル内を高速
度で車両がすれ違っても、「耳つん」などの不快感を生
じることを確実に防ぐ。

【００５５】さらに本発明によれば、トンネルセンサに
よって車両がトンネル内に入って走行中であることが検
出されたときには、車室に接続されている大気開放通路
に介在された大気開放弁を全閉にし、トンネル走行中に
おける人間の不快感の発生を確実に予防する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体の系統図である。

【図２】本発明の一実施例の電気的構成を示すブロック
図である。

【図３】１次遅れ回路２６の動作を説明するための図で
ある。

【図４】関数発生回路３１の入出力特性を示す図である
。

【図５】関数発生回路３２の入出力特性を示すグラフで
ある。

【図６】第１および第２リミッタ３９，４０の入出力特
性を示す図である。

【図７】第３および第４リミッタ４１，４２の入出力特
性を示す図である。

【図８】圧力スイッチ回路５３の入出力特性を示す図で
ある。

【図９】信号選択回路５６の具体的な構成を示す電気回
路図である。

【図１０】人間の呼吸器系の圧力と耳が外から受ける圧
力との差と、車内圧力の時間変化率とに依存して「耳つ
ん」の現象が生じない支障のない域と不快感を生じる不
快域とを示すグラフである。

【図１１】図１０に示されるライン６２に基づいて関数
発生回路３１，３２の特性を説明するための図である。

【図１２】客室１４の車内圧力が大きく増加したときの
動作を説明するための波形図である。

【図１３】客室１４の車内圧力がわずかに増加したとき
の動作を説明するための波形図である。

【図１４】客室１４内の車内圧力が減少したときの動作
を説明するための波形図である。

【図１５】本発明の他の実施例の関数発生回路３１の入
出力特性を示す図である。

【図１６】本発明の他の実施例の関数発生回路３２の特
性を示す図である。

【図１７】本発明のさらに他の実施例の電気的構成を示
すブロック図である。

【図１８】信号発生回路３９ａの入出力特性を示す図で
ある。

【図１９】信号発生回路４１ａの入出力特性を示す図で
ある。

【図２０】信号発生回路８５の入出力特性を示す図であ
る。

【図２１】先行技術を示す図である。

【図２２】他の先行技術を示す図である。

【符号の説明】

１３　　車両 １４　　客室 １５　　給気通路 １６　　排気通路 １７　　給気ファン １８　　給気弁 １９　　排気ファン ２０　　排気弁 ２１　　大気開放通路 ２２　　大気開放弁 ２３　　車内圧力センサ ２４　　車外圧力センサ ２５　　トンネルセンサ ２６　　１次遅れ回路 ３１，３２　　関数発生回路 ３４　　時間変化率演算回路 ３５　　係数回路 ３８，８９　　ＰＩ制御回路 ３９　　第１リミッタ ４０　　第２リミッタ ４１　　第３リミッタ ４２　　第４リミッタ ４３，４８，５７　　切換えスイッチ ４７，５２，６１　　アクチュエータ ５３　　圧力スイッチ ７１　　ＯＲ回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　車両の車室に、給気通路と排気通路と
   を設け、給気通路には、大気を車室に吸込む給気ファン
   を設けるとともに、給気ファンに直列に給気弁を設け、
   排気通路には、車室の空気を外部に排出する排気ファン
   を設けるとともに、排気ファンに直列に排気弁を設け、
   車両の車室内に設けられ、車内圧力を検出する車内圧力
   センサと、車内圧力センサの出力に応答して、車内圧力
   の時間変化率を求める時間変化率演算回路と、車内圧力
   センサと時間変化率演算回路との各出力に応答して、車
   内にいる人間が不快感を生じないように、給気弁と排気
   弁とをそれぞれ制御する制御手段と、車両の車室の外に
   設けられ、車外圧力を検出する車外圧力センサと、車内
   圧力センサと車外圧力センサとの各出力に応答し、車内
   圧力と車外圧力との差圧が予め定める値以上のとき、給
   気弁と排気弁とを全閉に強制する手段とを含むことを特
   徴とする車両用換気装置。
2. 【請求項２】　　車室には、大気と連通する大気開放通
   路を設け、この大気開放通路には、大気開放弁を設け、
   車両はトンネルを走行中であることを検出するトンネル
   センサと、トンネルセンサの出力に応答して、大気開放
   弁を全閉にする手段とを含むことを特徴とする請求項１
   記載の車両用換気装置。