JPH05254428A

JPH05254428A - 車両用換気装置

Info

Publication number: JPH05254428A
Application number: JP23773591A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Ishikawa; 紳一郎石川; Haruo Hirakawa; 治生平川; 博 ▲桧▼垣; Hiroshi Higaki; Masakazu Matsumoto; 雅一松本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-09-19
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1993-10-05
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: TW197988B; JPH08534B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、車両の高速走行時における車
外圧力変動の車内への伝播を抑制でき、かつ、撓み板へ
の過大な負荷を軽減し得る車両用換気装置を提供するこ
とにある。【構成】圧力緩和機構４を構成する撓み板１３ａ，１３
ｂに固定緩衝材１６ａ，１６ｂ或いは可変緩衝機構１５
を設置したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用換気装置に係
り、特に高速でトンネル内を走行する鉄道車両に好適な
車両用換気装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高速で走行する鉄道車両に用いら
れる車両用換気装置としては、例えば特開昭６２−２９
９４７５号公報に記載されているような車内外の圧力差
に対応して変形可能に片持ち支持された弾性体を用いた
もの、あるいは、例えば、特開平１−１１９４７０号公
報に記載されているような撓み板への圧力変動の伝達を
緩和する案内板を設けたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、車内
外の圧力差に対応して通風路面積を変化させるように片
持ち支持された弾性体あるいは撓み板が、通風路を遮断
するときの片持ち支持部の強度について十分な配慮がな
されていなかった。ところが、高速新幹線等のように走
行速度が３００ｋｍ／ｈを超えると、車外圧力変動は
１，０００ｍｍＨ₂Ｏを超えてしまい、弾性体あるいは
撓み板の遮断頻度は増加し、片持ち支持部の応力は増大
してしまうという問題があった。

【０００４】また、一般には給・排気ファンの圧力特性
における最高値は、車両がトンネル内ですれ違うときの
車外圧力変動の最大値を下回らないようになっている
が、該現象を上回る圧力特性を有するためには現状のシ
ロッコファンやターボファンでは、形状・寸法が大型化
し、消費電力が膨大になるという問題があった。

【０００５】さらに、占有スペースの増大を防止する点
について十分な配慮がなされていなかった。

【０００６】本発明の目的は、車両の高速走行時におけ
る車外圧力変動の車内への伝播を抑制でき、かつ、撓み
板への過大な負荷を軽減し得る車両用換気装置を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、給気ファンおよび排気ファンの圧力特性の最高圧力
以下の車外圧力変動に対しては通風路を絞り、車外圧力
変動が前記各ファンの最高圧力以上となった場合に通風
路を完全に遮断できるような圧力緩和機構を設け、車外
圧力変動に対応できるようにしたものである。また、前
記圧力緩和機構を構成する撓み板に可変緩衝機構を設置
することによって、車外圧力変動の増大による作動頻度
の増加に伴う撓み板への負荷を低減できるようにしたも
のである。さらに、撓み板に対応させてガイドストッパ
を設け、必要以上の応力の増大を阻止して該撓み板の変
形を抑制したものである。

【０００８】

【作用】給気装置の入口および排気装置の出口に配置さ
れた圧力緩和機構は、車両がトンネル内を高速走行中に
すれ違った際に生じる車外圧力の急激な変動が、給気装
置および排気装置に波及するのを軽減する。つまり、車
両がトンネル内ですれ違うとき、車外圧力は図５の実線
Ｃ，Ｄ部のように大気圧Ｐ₀から正圧および負圧に急激
な変化をするが、圧力緩和機構の作用によって、給気装
置の入口、排気装置の出口における圧力変動は、点線で
示すように緩和される。それによって、車内圧力変化が
抑制されるので、乗客に不快感を与えることがない。し
かも、圧力緩和機構の撓み板には緩衝機構が設けられる
ことにより、撓み板への負担を低減できる。さらに、ガ
イドストッパを設けることにより、撓み板への必要以上
の応力発生を防止できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１ないし図５
により説明する。図４において、１は車両の屋根と天井
との間に設置された給気装置で、２は前記給気装置１へ
外気を取り入れるための新鮮外気取り入れ口である。３
は前記給気装置１を構成する給気用の送風機である。４
は給気装置１の入口付近すなわち前記送風機３よりも上
流側の通風路に装着された圧力緩和機構である。５は前
記給気装置１からの新鮮外気を客室７へ供給するための
空調ダクトである。６は前記空調ダクト５に設置された
吐出グリルである。８は車内の汚染空気を車外へ排出す
るため客室７の下部に開口して設置された排出グリルで
ある。９は前記排出グリル８が設置されている排出ダク
トである。１０は車両の床下に設置され、前記排出ダク
ト９を介して客室７内の汚染空気を吸い込み車外へ排出
する排気装置である。１１は排気装置１０を構成する排
気用の送風機である。１２は排気装置１０の出口付近す
なわち前記送風機１１よりも下流側の通風路に装着され
た圧力緩和機構である。

【００１０】図１ないし図３は前記圧力緩和機構４また
は１２の詳細構造および動作状況を示している。同図に
おいて、１３ａ，１３ｂは圧力緩和機構４（または１
２）に用いられる通風路面積を変化させるための撓み板
で、一端を通風路内壁側面に固定し、もう一端を自由端
としている。撓み板１３ａは撓み板１３ｂよりも通風路
の空気流の上流側に配置されており、撓み板１３ｂは下
流側であって両者の先端部分が撓んだ状態で接触可能な
間隔を隔てて配置されている。撓み板１３ａ，１３ｂは
互いに逆向きで、前述のように両者の先端が接触するよ
うに配置されている。１４ａ，１４ｂは撓み板１３ａ，
１３ｂに対応して配置されたストッパである。ストッパ
１４ａは通風路を空気が逆流する際に前記撓み板１３ａ
が逆方向へ撓まないように保持する。ストッパ１４ｂは
前記撓み板１４ｂが必要以上に下流側へ撓まないように
保持する。ストッパ１４ａ，１４ｂはその幅方向断面が
略コ字型に形成され、撓み板１３ａ，１３ｂに対して圧
力を伝達し易くするために小穴を設けた所謂パンチング
プレートによって構成されている。該ストッパ１４ａ，
１４ｂの幅方向両側のフランジ部は、通風路の対向した
壁面にそれぞれ接合されており、該各壁面をつなぐ補強
の役目も兼ね備えている。なお、ストッパ１４ａは撓み
板１３ａとの接触面がほぼ平面状に形成されており、ス
トッパ１４ｂは撓み板１３ｂが撓んだ状態に一致するよ
うに撓み板１３ｂとの接触面が曲面となるように構成さ
れている。１５は前記撓み板１３ａのストッパ１４ａと
は反対側にピン結合された可変緩衝機構であり、該撓み
板１３ａがストッパ１４ａとは反対方向に撓むときに作
用する。この可変緩衝機構１５は、その減衰力が最も効
率良く撓み板１３ａに加わり、しかも、通風路の流れの
抵抗にならないように、撓み板同士の遮断時の接触点を
避けて、撓み板１３ａのできるだけ先端にピン結合し、
もう一端を圧力緩和機構４（または１２）の内壁側面に
対し７０°以内の鋭角を形成できる範囲で内壁上下面に
ピン結合している。１６ａ，１６ｂは前記各撓み板１３
ａ，１３ｂのストッパ１４ａ，１４ｂが設置されている
側の反対側に設けられている固定緩衝材である。この固
定緩衝材１６ａ，１６ｂは各撓み板１３ａ，１３ｂの固
定端側に近い位置に設置され、該各固定端における応力
集中を緩和するためのものである。前記可変緩衝機構１
５および固定緩衝材１６ａ，１６ｂは撓み板１３ａ，１
３ｂが通風路を遮断したときの動きを拘束でき、対向配
置されている各撓み板の動きを妨げないように設けられ
ている。

【００１１】可変緩衝機構１５としては、例えばシリン
ダ並びにピストンを有するオイルダンパあるいはガスダ
ンパ等が用いられる。該可変緩衝機構１５のストローク
は、この可変緩衝機構１５が取り付けられている撓み板
１３ａが撓んでその先端が、反対側の撓み板１３ｂに接
触できるストロークに設定されている。

【００１２】通常、高速で走行する鉄道車両の車外圧力
変動は、定量的に変化するのではなく波動変化する。し
たがって、前記可変緩衝機構１５を設けていない撓み板
に前記圧力変動が作用した場合、該撓み板の上流側およ
び下流側の圧力差が所定値になり、かつ、この状態で前
記波動が作用した場合に撓み板に自励振動が発生する。
詳細に説明すると、該撓み板の動きが所定の速度以上に
なった後、該撓み板はそれ自身の反発力によって元に戻
ろうとする。このような状態の時に、波動変化する圧力
変動が前記撓み板に作用することにより、該撓み板は再
度撓むことになり、この動作が繰り返されて自励振動を
起こすことになる。この自励振動は、撓み板の最大撓み
位置付近で起こるものである。前記可変緩衝機構１５の
減衰能力としては、前記撓み板の自励振動を抑制できる
能力を備えていれば良い。

【００１３】前記固定緩衝材１６ａ，１６ｂの例として
は、中心に支柱を有し、その周囲を弾性体例えばゴムで
構成されるものである。ここで、可変緩衝機構１５と固
定緩衝材１６ｂとを一対で設置する必要はなく、双方と
も可変緩衝機構を成す各種ダンパにて構成しても良い。

【００１４】このように構成された圧力緩和機構４（ま
たは１２）において、図５に示すように矢印アまたは矢
印イのような車外からの急激な正もしくは負の圧力変動
が加わったとき、撓み板１３ａ，１３ｂはそれぞれの前
後すなわち該各撓み板の通風路の上流側および下流側の
圧力差によって撓むことになる。これにより、車外圧力
変動の加わる方向および大きさに対応して通風路面積を
変化させることができる。

【００１５】このとき、撓み板１３ａが通風路を遮断す
る寸前の作動速度が所定の速さになったとき、弾性力が
一瞬圧力差に打ち勝ちもとに戻ろうとするが、次の圧力
波により再び押し付けられ、撓み板１３ａの上流と下流
との波動により自励振動が発生する。可変緩衝機構１５
はその減衰効果により、この自励振動を阻止することが
できる。しかも、撓み板１３ａが通風路を遮断したと
き、前記可変緩衝機構１５はストロークエンドに達して
撓みを拘束するので、撓み板１３ａの固定部の応力の増
大を防止することができる。

【００１６】このように撓み板１３ａに可変緩衝機構１
５を設置することによって、該撓み板１３ａの自励振動
を防止することができ、この自励振動の防止により撓み
板１３ａ自体の撓み頻度を低減できる。このことによ
り、該撓み板１３ａへの負荷すなわち疲労を低減し寿命
を延ばすことができる。

【００１７】撓み板１３ａおよび１３ｂの固定部近傍に
は、固定緩衝材１６ａ，１６ｂが設置されており、該固
定緩衝材１６ａ，１６ｂは撓み板１３ａ，１３ｂの必要
以上の撓みを防止するように設置されている。したがっ
て、撓み板１３ａ，１３ｂの固定部分における応力集中
を抑制することができる。この応力集中の抑制と前記撓
み頻度の減少によって撓み板１３ａ，１３ｂ全体への負
荷を低減することができる。

【００１８】次に、本発明の第２実施例を図６ないし図
８により説明する。同図において、前記第１実施例と同
一符号は同一部材を示すものである。１７は上記固定緩
衝材１６に替えて通風路内壁の上面および下面に、撓み
板１３ａ，１３ｂが通風路を遮断した状態で、該各撓み
板の変形形状に合わせて撓み板１３ａ，１３ｂを拘束で
きるように設置したガイドストッパである。撓み板１３
ａに対応するガイドストッパ１７は、該撓み板１３ａの
下流側に設置されている。撓み板１３ｂに対応するガイ
ドストッパ１７は、該撓み板１３ｂの上流側に設置され
ている。各ガイドストッパ１７は、前述のように各撓み
板の変形状態に一致する形状で撓み板の全面に接触する
ように形成されており、各撓み板１３ａ，１３ｂが接触
した状態で該各撓み板と通風路内面との隙間を塞ぐ構造
となっている。

【００１９】このように撓み板１３ａ，１３ｂと各ガイ
ドストッパ１７を面接触させるように構成することで、
撓み板１３ａ，１３ｂが通風路を遮断したとき、各ガイ
ドストッパ１７に対応したものの撓みを拘束することが
できる。したがって、撓み板１３ａ，１３ｂの応力の増
大を防止することができる。また、風量調整のために撓
み板１３ａ，１３ｂと通風路内壁の上面および下面との
間には一定の隙間を設けているが、撓み板１３ａ，１３
ｂが通風路を遮断したときにはこの隙間が狭い方が遮断
効果が大きくなり有利である。この実施例の構造では、
撓み板１３ａ，１３ｂとガイドストッパ１７とを面接触
させることで、少なくともその範囲では完全に隙間をな
くすことができる。したがって、撓み板１３ａ，１３ｂ
によって通風路の遮断効率を向上させることができ、車
内への圧力変動の伝幡をさらに抑制することができる。

【００２０】次に、本発明の第３実施例を図９および図
１０により説明する。本実施例は、前記第２実施例より
もさらに遮断効果を向上させたものである。同図におい
て、前記第２実施例と同一符号は同一部材を示すもので
ある。１８は上記ガイドストッパ１７に替えて通風路内
壁の上面および下面に設置され、撓み板１３ａ，１３ｂ
の変形に沿って隙間が狭くなるように断面が楔状に形成
されたスペーサである。また、スペーサ１８は撓み板１
３ａ，１３ｂが通風路を遮断した状態で、該撓み板１３
ａ，１３ｂとの隙間がなくなるように構成されている。
なお、撓み板１３ａの場合には、図中の矢印ウで示すよ
うにＡ点からＢ点に移動して、最終的に通風路を遮断し
た状態で該撓み板１３ａがスペーサ１８によって保持さ
れる。

【００２１】このような構成によれば、撓み板１３ａ，
１３ｂはその幅方向端面のスペーサ１８との接触面の摩
擦力によって保持されることになる。したがって、前記
各実施例に比較して、保持力が強く、また、スペーサと
の間で減衰力が生じ自励振動を抑制することができる。
すなわち、前記可変緩衝機構１５だけでなくスペーサ１
８によっても撓み板１３ａ，１３ｂの自励振動を防止す
ることができる。スペーサ１８の表面の摩擦条件或いは
表面の傾斜角度等を調整することによって、可変緩衝機
構１５を設けなくても撓み板１３ａ，１３ｂの自励振動
を防止することができる。スペーサ１８は前記ガイドス
トッパ１７よりも断面積が小さいため、通風路の抵抗を
前記実施例よりも低減できる。

【００２２】次に、本発明の第４実施例を図１１により
説明する。本実施例は前記第３実施例のスペーサ１８の
形状を変更したもので、断面を矩形に形成したスペーサ
１８′を用いたものである。撓み板１３ａの場合を例に
説明する。撓み板１３ａが定常の状態すなわちＡ点より
も僅かに下流側に移動している状態で、撓み板１３ｂと
の間に形成される通風路の面積を前記実施例よりも広く
確保できる。しかも、撓み板１３ａが定常の状態Ａ点で
保持されているときには、該撓み板１３ａと通風路内壁
の上面および下面との間には一定の隙間を確保できる。
この隙間の寸法を調節することにより、圧力緩和機構の
風量調整が比較的簡単に行なえる。

【００２３】車外圧力変動の増大に伴う圧力緩和機構４
（または１２）の作動頻度の増加に対応するためには、
撓み板の根本部分すなわち固定部近傍に生じる応力を下
げる工夫をする必要がある。そこで、この点について改
良した本発明の第５，第６実施例を図１２ないし図１３
により説明する。図１２，図１３とも撓み板のみを示し
他の構成については図示を省略した。

【００２４】撓み板の根本部分に生じる応力は、板厚の
２乗に反比例していることから、図１２の第５実施例の
場合、撓み板１３′の根本部分に厚みを持たせ、先端部
分になるほど板厚を薄くするように構成したものであ
る。このような構成によれば、撓み板１３´はそれ自体
の構造によって根本部分に生じる応力を抑制することが
できる。

【００２５】図１３の第６実施例の場合、撓み板１３´
´の根本部分を重ね板にした構造のものである。該撓み
板１３´´は板厚を変化させないため、加工が容易であ
る。また、根本部分の応力は前記第５実施例とほぼ同様
に抑制することができる。

【００２６】このように前記第５および第６実施例によ
れば、撓み板の固定部分の応力を下げることで作動頻度
の増加に対応できるだけの強度を持たせられる。

【００２７】次に、本発明の第７実施例を図１４および
図１５によって説明する。同図において、前記各実施例
と同一符号は同一部材を示すものである。通常の換気送
風状態では下流側の撓み板１３ｂは、風圧により常時ス
トッパ１４ｂに押さえつけられている。したがって、送
風方向とは逆向きの車外圧力が作用したときに、通風路
を遮断するためには送風方向とは逆向きの弾性力の強化
が必要である。そこで、図１４に示すように撓み板１３
ｂをあらかじめ上流側の撓み板１３ａに接触するように
設置することで弾性力を増加でき、その際に、下流側の
撓み板１３ｂは図１５に示すように通常の換気送風状態
でストッパ１４ｂに押さえつけられるので、応力として
は平行に配置した場合と同じ変化量ですむ。

【００２８】このような構成によれば、通風路を空気が
逆流する場合に撓み板１３ｂが敏感に動作し、車外圧力
変動の車内への影響を最小限にできる。

【００２９】前記各実施例によれば、圧力緩和機構を給
気装置の入口付近および排気装置の出口付近に設けるこ
とで、各送風機の前後の圧力差を図５に示すような車内
外の圧力差に比べて大幅に軽減することができるので、
該各送風機を圧力特性が低圧力・小容量なものにでき
る。したがって、車内の圧力変化を抑制できるとともに
消費電力の軽減に効果がある。

【００３０】また、可変緩衝機構１５および固定緩衝材
１６または、ガイドストッパ１７等を設けることで、撓
み板１３の寿命を大幅に向上させることができ、長期間
無保守が可能な耐久性のある圧力緩和機構４および１２
にでき、信頼性の向上に効果がある。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、車両の高速走行時にお
ける車外圧力変動の車内への伝播を抑制でき、かつ、撓
み板への過大な負荷を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による換気装置の第１実施例における圧
力緩和機構の平面図である。

【図２】図１の圧力緩和機構において逆方向の圧力変動
が作用した状態を示す平面図である。

【図３】図１の圧力緩和機構の斜視図である。

【図４】本発明の換気装置の全体構造を示す車体の縦断
面図である。

【図５】鉄道車両の高速走行時におけるトンネル内での
擦れ違い時における圧力変動状態を示すグラフである。

【図６】本発明の第２実施例の圧力緩和機構を示した平
面図である。

【図７】図６の圧力緩和機構に逆方向の圧力変動が作用
した状態を示す平面図である。

【図８】図６の圧力緩和機構の斜視図である。

【図９】本発明の第３実施例の圧力緩和機構を示した平
面図である。

【図１０】図９の上流側の撓み板部分の断面図である。

【図１１】本発明の第４実施例の圧力緩和機構を示した
図１０と同一部分の断面図である。

【図１２】本発明の第５実施例の圧力緩和機構を示した
平面図である。

【図１３】本発明の第６実施例の圧力緩和機構を示した
平面図である。

【図１４】本発明の第７実施例の圧力緩和機構を示した
平面図である。

【図１５】図１４の圧力緩和機構の逆方向の圧力変動が
作用した場合の平面図である。

【符号の説明】

１・・・・給気装置、４、１２・・・・圧力緩和機構、
１０・・・・排気装置、１３ａ，１３ｂ，１３´，１３
´´・・・・撓み板、１４ａ，１４ｂ・・・・ストッ
パ、１５・・・・可変緩衝機構、１６・・・・固定緩衝
材、１７・・・・ガイドストッパ、１８，１８′・・・
・スペーサ。

【手続補正書】

【提出日】平成５年３月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図１０】

【図１１】

【図９】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車外の空気を車内に取り入れる給気装置
と、車内の汚染空気を車外へ排出する排気装置と、前記
給気装置および排気装置の双方の通風路に車内外の圧力
差に対応して通風路面積を変化させる撓み板を備えた車
両用換気装置において、前記撓み板に可変緩衝機構を設
けたことを特徴とする車両用換気装置。
【請求項２】請求項１に記載の車両用換気装置におい
て、前記撓み板をその変形状態で保持し、かつ、該撓み
板と通風路との隙間を塞ぐガイドストッパを設けたこと
を特徴とする車両用換気装置。
【請求項３】車外の空気を車内に取り入れる給気装置
と、車内の汚染空気を車外へ排出する排気装置と、前記
給気装置および排気装置の双方の通風路に車内外の圧力
差に対応して通風路面積を変化させる撓み板を備えた車
両用換気装置において、前記撓み板の最大変形位置で該
撓み板を保持するとともに撓み板の振動を減衰させる保
持手段を通風路内に設置したことを特徴とする車両用換
気装置。
【請求項４】請求項１または請求項２または請求項３に
記載の車両用換気装置において、前記撓み板は片持ちの
根本部分に強度を持たせた板により構成されていること
を特徴とした車両用換気装置。