JPH1059178A

JPH1059178A - 車両用換気制御方法および装置

Info

Publication number: JPH1059178A
Application number: JP8212862A
Authority: JP
Inventors: Kengo Okita; 研吾沖田; Yuji Shindo; 裕司進藤; Yorio Yamagami; 順雄山上; Kunihiko Shimizu; 邦彦清水
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-03-03
Anticipated expiration: 2016-08-12
Also published as: JP2913620B2

Abstract

(57)【要約】【課題】車両の換気制御を、炭酸ガスセンサなどを用
いることなく、乗車人数に対応して適切に行う。【解決手段】制御装置４は、応荷重センサ６によって
検出される車体１の荷重から、車室内に乗車している人
数を推定する。推定される乗車人数に従って、車室内外
の空気の入換えを行う換気量が算出され、換気量に対応
して給気装置２および排気装置３が制御される。応荷重
センサ６からの応荷重による乗車人数の推定は、扉開閉
信号ライン７および車両停止信号ライン８を介して、車
両が停止中で扉が開いてから閉じた状態であることが伝
達され、乗客の移動が少なくなり、しかも列車がまだ停
止している発車直前の段階で行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両の車室内
の換気量を制御する車両用換気制御方法および装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、鉄道車両は高速化し、車外の圧力
変動等の影響を受けにくくするために、車室内の気密性
は向上している。車室内に新鮮な空気を取入れて車室内
の老廃した空気を排出する換気のためには、専用の換気
装置が備えられる。換気装置の換気量をいかに制御する
かは、車室内の炭酸ガス濃度、喫煙等による空気汚染、
「耳つん」と呼ばれる車室内圧力変動に伴う不快な現
象、冷暖房装置の能力等に関連し、最適な制御を行うこ
とが重要になっている。

【０００３】たとえば特開平２−２５８４１０には、車
両に、給気手段、排気手段、炭酸ガスセンサ、車内圧を
検出する圧力センサおよび制御機を設け、炭酸ガス濃度
が設定値よりも増加したことを検知すると、給気手段お
よび排気手段を連動して制御する考え方が開示されてい
る。炭酸ガス濃度による制御ばかりではなく、車内圧力
が設定範囲から逸脱したことを車内圧を検出する圧力セ
ンサによって検出すると、給気および排気手段を連動さ
せて制御する考え方も開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】気密性が向上している
車室内の炭酸ガス濃度やタバコの喫煙による空気の汚染
は、乗客数によって大きく変化する。換気量を一定とし
て換気を行う場合は、最大乗員に対する換気量を常時確
保する必要がある。車室内で乗客が快適に過ごすために
は、車室内の空気調和のために冷暖房機を設ける必要も
ある。車室内で必要とされる換気量よりも大きな換気量
で車室内外の空気の交換が行われていると、冷暖房装置
の負担が大きくなり、エネルギも無駄になってしまう。

【０００５】特開平２−２５８４１０の先行技術のよう
に、炭酸ガスセンサなどを用いて空気の汚染を検出し、
換気量を制御する方法では、炭酸ガスセンサ等の特別の
センサを新たに設置しなければならないという難点があ
る。炭酸ガスセンサなどの設置はコストアップを招くば
かりではなく、検出される炭酸ガス濃度が予め設定して
おく範囲を逸脱してから換気量の調節を行うことになる
ので、設定される範囲内での炭酸ガス濃度の変化には対
応させることが困難であり、給気装置や排気装置による
換気量の制御に時間遅れが生じると、換気によって炭酸
ガス濃度が予め設定しておいた範囲内に収まるまでに、
炭酸ガス濃度が範囲外となる期間が生じてしまう。さら
に、炭酸ガスセンサなどには直接車室内の空気を取入れ
る必要があり、車室内の空気がタバコの煤煙などで汚れ
ていると、汚れが付着して性能劣化が生じやすい。炭酸
ガスセンサなどに直接車室内の空気を触れさせないため
に、空気フィルタを用いる方法も考えられるけれども、
空気フィルタの目詰まりを避けるために定期的な洗浄を
必要とするので手間が増える。

【０００６】本発明の目的は、乗車人数に対応する換気
量の制御を容易かつ確実に行うことができる車両用換気
制御方法および装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、車体の応荷重
から乗車人数を推定し、推定された乗車人数に対応し
て、予め設定される演算処理に従って換気量を算出し、
算出される換気量が得られるように給気装置および排気
装置の運転状態を制御することを特徴とする車両用換気
制御方法である。本発明に従えば、車体の応荷重から乗
車人数を推定し、乗車人数に対応する換気量を予め設定
される演算処理に従って算出する。応荷重から車両に乗
車している人数を迅速かつ確実に推定することができ、
乗車人数に対応して換気量を制御するので、最適な換気
量で効率的な換気制御を容易に行うことができる。

【０００８】また本発明で前記演算処理は、車室内の炭
酸ガス濃度を抑制しつつ、適正な換気量を確保するよう
に設定されることを特徴とする。本発明に従えば、換気
量を算出するための演算処理は車室内の炭酸ガス濃度を
抑制しつつ適正な換気量を確保するように行われるの
で、車室内の空気を清浄に保ちながら充分な換気を行う
ことができる。

【０００９】また本発明で前記応荷重は、車体の荷重を
受ける台車に設けられ、乗車人数に拘わらず車体の高さ
を一定に保つ制御を行うための応荷重センサによって検
出することを特徴とする。本発明に従えば、車両に高さ
を一定に保つ制御を行うために設けられている応荷重セ
ンサを用いて、換気制御のための応荷重も検出するの
で、新たなセンサを設置する必要がなく、汚れによる性
能劣化なども考慮する必要はなく、低コストで適切な換
気制御を行うことができる。

【００１０】また本発明で前記演算処理は、喫煙車であ
るか禁煙車であるかの車両の種類、運行区域、運行時間
および運行時期を含む車両情報に従って換気量を算出す
るように設定されることを特徴とする。本発明に従え
ば、換気制御のための演算処理は、車両が喫煙車である
か禁煙車であるかの種類の違いや、運行区域、運行時間
および運行時期を含む車両情報に従って行われるので、
車両の必要に合わせた最適な換気制御を行うことができ
る。

【００１１】さらに本発明は、車室内外間の換気を、給
気装置および排気装置の運転によって行う車両用換気制
御装置において、台車にかかる車体の荷重を検出する応
荷重センサと、応荷重センサによって検出される荷重に
基づいて車室内の乗車人数を推定し、推定される人数に
従って換気量を算出し、算出される換気量に対応して給
気装置および排気装置を制御する制御装置とを含むこと
を特徴とする車両用換気制御装置である。本発明に従え
ば、台車にかかる車体の荷重を応荷重センサによって検
出し、検出される荷重に基づいて車室内の乗車人数を推
定するので、換気量算出の基になる乗車人数を簡単かつ
正確に推定することができる。算出される換気量に対応
して給気装置および排気装置の制御が制御装置によって
行われるので、過剰な換気を行うことがなく、冷暖房に
要するエネルギの無駄を抑制することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態に
よる車両用換気制御のための概略的な構成を示す。鉄道
車両の車体１の車室内の換気制御のために、車室外から
車室内に空気を供給する給気装置２と、車室内の空気を
車室外に排出する排気装置３が設けられる。給気装置２
および排気装置３は、制御装置４によって運転状態が制
御される。給気装置２および排気装置３には、たとえば
給気ファンおよび排気ファン、さらにそれらを駆動する
モータや駆動制御装置がそれぞれ設けられている。さら
に各ファンに直列に、制御装置４によって開閉制御可能
な給気弁および排気弁が設けられることもある。制御装
置４は、換気量を算出すると、換気量に対応する指令値
をモータ駆動装置に対して回転数指令として与え、給気
装置２の給気量および排気装置３の排気量を制御する。

【００１３】車体１の下部には荷重を支えるための台車
５が設けられる。車体１と台車５との間は、乗り心地を
よくするために空気ばねなどが用いられ、車体１の高さ
が調整可能である。車体１の高さを乗車人数によらずに
一定に保つために、車体１と台車５との間には応荷重セ
ンサ６が設けられる。応荷重センサ６は、車体１の荷重
を検出する。車体１の荷重は、車室内の乗車人数によっ
て変動する。応荷重センサ６が検出する荷重を、乗車人
員が０の空車時の車両単体荷重Ｗ０［ｋｇ］および乗車
時の車両荷重Ｗ１［ｋｇ］とし、乗車人員１人当たりの
平均体重をＷｈ［ｋｇ］とすると、次の第１式によって
乗車人数の推定値Ｎ［人］が求められる。

【００１４】

【数１】

【００１５】制御装置４は、応荷重センサ６が検出する
応荷重に従って、第１式に示す人数Ｎを推定し、車両が
喫煙車であるか禁煙車であるかの種類の違い、車両の運
行区域、運行時間および運行時期などの車両情報のデー
タテーブルを参照して、車体１の車室内の換気に必要な
換気量を算出する。応荷重センサ６による応荷重の検出
は、車両が停止しており、しかも乗客の移動が少なくな
っている状態で行うことが好ましい。このため、制御装
置４には扉開閉信号ライン７を介して扉の開閉を示す信
号が入力され、車両停止信号ライン８を介して車両が停
止しているか否かを示す信号が入力される。車体１に
は、車室内の冷暖房による空気調和を図るために、冷暖
房装置９も設けられている。換気量が大きくなれば冷暖
房装置９によるエネルギ消費も大きくなる。乗車人数に
対応して適切な換気量で制御が行われている際には、冷
暖房装置９の負担も軽減され、省エネルギを図ることが
できる。

【００１６】図２は、図１に示す制御装置４の動作を示
す。ステップａ０として、車両データテーブルが用意さ
れる。車両データテーブル内には、車両が喫煙車である
か禁煙車であるかを示す車両種類と、運行時間として昼
間あるいは夜間などの区別、運行区域として車両が走行
する環境などについてのデータ、運行時期として車両が
走行する季節などについてのデータが含まれる。ステッ
プａ１で車室内外を仕切る扉が閉じる信号が扉開閉信号
ライン７を介して制御装置４に与えられると、制御装置
４はステップａ２で応荷重センサ６からの信号を取込
む。ステップａ３では応荷重センサ６から車両の応荷重
を表す車両荷重信号が制御装置４に与えられる。ステッ
プａ４で制御装置４は、応荷重の値から前述の第１式に
従って乗客数Ｎを推定する。乗客数が推定されると、ス
テップａ５で車両データテーブルが参照され、ステップ
ａ６で乗客数および車両データに対応して、換気量指令
値の計算が行われる。ステップａ７では、給気装置２お
よび排気装置３で、換気量指令値に対応するファンの回
転数制御が行われ、ステップａ８で適正な換気量の確保
が実現される。

【００１７】図３は、図２の動作に従う換気量制御状態
の一例を示す。図３（ａ）は車両の運転状態を示し、
（ｂ）は乗客数に対応する応荷重センサ値の変化を示
し、（ｃ）は換気制御による換気量の変化を示し、
（ｄ）は換気動作に伴う車室内の炭酸ガス濃度の変化を
示す。時刻ｔ０で空車状態の車両が駅に到着し、時刻ｔ
１で扉が開く。時刻ｔ２で扉が閉まるまでの間に、駅か
ら乗客が乗込む。乗客は、時刻ｔ３で車両が駅を発車す
るまでの間に座席に着席したりして、移動や車室内の出
入りは終了する。時刻ｔ２で扉が閉じると同時に、換気
量の制御が開始され、タバコによる空気の汚染が多い喫
煙車では禁煙車よりも大きな換気量での換気制御が開始
される。炭酸ガス濃度は、扉が閉じてから徐々に増加す
る。

【００１８】時刻ｔ４で車両が駅に到着し、時刻ｔ５で
扉が開放されると、乗客はその駅に降車し、乗客数は減
少する。時刻ｔ６で再び扉が閉まって車両が発車する
と、新たな乗客数に対応する換気制御が行われる。時刻
ｔ３で駅を発車してから時刻ｔ４で駅に到着するまでの
時間等は、予め車両データテーブル内の運行時間で知る
ことができるので、換気量はこの時間内で炭酸ガス濃度
が炭酸ガス基準値まで到達しない程度に設定することが
できる。このように喫煙車や禁煙車等の車両の種類およ
び乗車人数に応じて換気量を変えることによって、換気
量の制御を行わない車両で最大限に換気を行う場合に比
較し、外気の流入量が適切となるため、冷暖房装置の負
荷も減少して省エネルギ効果を奏することができる。

【００１９】次に、応荷重に基づいて推定した乗車人数
に基づく換気量の算出の基本となる考え方を示す。車室
内の炭酸ガスの量Ｃ［ｍ³］と換気量Ｘ［ｍ³／ｓｅｃ］
との関係は、乗客数をＮ［人］、単位時間当たりの乗客
１人当たりの炭酸ガスの発生量をＣｈ［ｍ³／ｓｅ
ｃ］、車室内の全空気量をＱ［ｍ³］とすると、次の第
２式のように表される。

【００２０】

【数２】

【００２１】初期条件を、時刻ｔ＝０において炭酸ガス
の量Ｃ［ｍ³］がＣ＝０とすると、第２式の解として第
３式を得る。

【００２２】

【数３】

【００２３】第３式は、時刻ｔ＝０において炭酸ガス量
Ｃ＝０という理想的な場合の式であるが、現実の場合の
考え方もこの式に基づいて差しつかえない。第３式によ
って、換気量Ｘを適正な値とすれば、車室内の炭酸ガス
の量Ｃを一定値以下に保つことが可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、車体の応
荷重から乗車人数を推定して換気の必要量を算出し、給
気装置および排気装置の運転状態を制御するので、人数
に応じた適切な換気制御を容易に行うことができる。車
室内を冷暖房するような場合であっても、適切な換気量
で給気装置および排気装置が運転されるので、冷暖房の
エネルギが無駄に使用されることなく、エネルギの有効
利用を図ることができる。

【００２５】また本発明によれば、車室内の炭酸ガス濃
度を抑制しつつ適正な換気量が確保されるので、車室内
の空気を健全に保つためのエネルギ消費を低減し、効率
的な換気を行うことができる。

【００２６】また本発明によれば、車体の高さを一定に
保つために車両に設けられている応荷重センサを利用し
て換気制御も適切に行うことができ、新たな汚れ検出用
センサなどを設けなくても信頼性の高い換気制御を効率
的に行うことができる。

【００２７】また本発明によれば、車両の使用目的が喫
煙車であるか禁煙車であるか、あるいは車両の運行区
域、運行時間および運行時期を含む車両情報に従って換
気量が制御されるので、車両の使用目的に沿って適切な
換気制御を行うことができる。

【００２８】さらに本発明によれば、応荷重センサによ
って台車にかかる車体の荷重を検出し、荷重に従って乗
車人数を推定するので、特別なセンサを用いることなく
必要な換気量を容易に算出することができる。適切な換
気量に基づいて給気装置および排気装置による車室内の
換気を行うので、余分な換気による冷暖房エネルギなど
の消費増大を避け、簡単な構成で効率的な換気制御を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の概略的な電気的構成を
示すブロック図である。

【図２】図１の制御装置４の動作を示すフローチャート
である。

【図３】図２の制御動作の一例を示すタイムチャートで
ある。

【符号の説明】

１車体２給気装置３排気装置４制御装置５台車６応荷重センサ７扉開閉信号ライン８車両停止信号ライン９冷暖房装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山上順雄兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18 号川崎重工業株式会社兵庫工場内 (72)発明者清水邦彦兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18 号川崎重工業株式会社兵庫工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車体の応荷重から乗車人数を推定し、推定された乗車人数に対応して、予め設定される演算処
理に従って換気量を算出し、算出される換気量が得られるように給気装置および排気
装置の運転状態を制御することを特徴とする車両用換気
制御方法。
【請求項２】前記演算処理は、車室内の炭酸ガス濃度
を抑制しつつ、適正な換気量を確保するように設定され
ることを特徴とする請求項１記載の車両用換気制御方
法。
【請求項３】前記応荷重は、車体の荷重を受ける台車
に設けられ、乗車人数に拘わらず車体の高さを一定に保
つ制御を行うための応荷重センサによって検出すること
を特徴とする請求項１または２記載の車両用換気制御方
法。
【請求項４】前記演算処理は、喫煙車であるか禁煙車
であるかの車両の種類、運行区域、運行時間および運行
時期を含む車両情報に従って換気量を算出するように設
定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載の車両用換気制御方法。
【請求項５】車室内外間の換気を、給気装置および排
気装置の運転によって行う車両用換気制御装置におい
て、台車にかかる車体の荷重を検出する応荷重センサと、応荷重センサによって検出される荷重に基づいて車室内
の乗車人数を推定し、推定される人数に従って換気量を
算出し、算出される換気量に対応して給気装置および排
気装置を制御する制御装置とを含むことを特徴とする車
両用換気制御装置。