WO2020194566A1

WO2020194566A1 - 軌条車両の換気装置

Info

Publication number: WO2020194566A1
Application number: PCT/JP2019/013117
Authority: WO
Inventors: 美沙紀今; 潔森田; 知生林; 一任是石; 明丸　大祐
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2020-10-01
Also published as: EP3950459A1; EP3950459A4

Abstract

長時間換気を停止させることなく、車外圧力が急激に変化した際に車内圧力が急激に変化することによる乗客への不快感を低減する軌条車両の換気装置は、車外圧力の変動が許容値以上となった場合に給気弁と排気弁を締め切り、車外と車内の圧力差が許容範囲以内となった場合に給気弁と排気弁を開放することで、長時間換気を停止させることなく、車外の急激な圧力変化が車内へ伝播することを抑制する。

Description

軌条車両の換気装置

　本発明は、軌条車両の換気装置に関する。

　高速で走行する鉄道車両等がトンネルを通過する際は、車外において急激な圧力変化が生じる。この車外圧力の急激な変化によって、車内外の空気を換気する給気量と排気量のバランスが崩れるため、車内圧力が変化して、乗客が聴覚に不快感を覚えることがある。

　そこで、車内圧力の変化を防ぐために、給気風路と排気風路に仕切弁を備え、車両がトンネルを通過する際に、この仕切弁を閉じて換気を一時的に停止する換気制御が従来から知られている。しかし、この換気制御によれば、車両が通過するトンネルが長いほど、換気を停止する時間も長くなるため、それにより車内の二酸化炭素濃度が上昇し、クリーンな環境を損なうという問題がある。

　これに対し特許文献１には、長時間換気を停止させることなく、車内の急激な圧力変化に起因する不快感を低減することが可能な車両用換気装置が記載されている。この特許文献１に開示された車両用換気装置によれば、車内と車外を接続する空気のダクトを流れる空気の圧力の変動の勾配を求め、該勾配が設定値以上の場合に、ダンパにより車内と車外とを接続するダクトを締切ることができる。これにより、車内の圧力変動の勾配が大きくならず、車内の乗客に不快感を生じさせないようにできる。

特開２００３－７２３５８号公報

　ここで、特許文献１に記載された車両用換気装置では、車外に設けた圧力の検出値から圧力変動を求め、該変動の勾配が設定値以上の場合において、給気弁と排気弁を締め切る制御がなされている。このとき、給気および排気のために、車外の圧力変動に対して風量変化を殆ど生じさせない高機能の送風機を用いれば、弁開放時の車内外の圧力差が生じても車内の圧力が急激に変化することはない。しかし、このような送風機を用いない場合、車外の圧力変動に対して車内で急激な圧力変化が生じることが予想される。

　本発明は、給気弁と排気弁の制御により、車内の急激な圧力変動を抑制するとともに、クリーンな車内環境を確保して快適性を維持できる軌条車両の換気装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、代表的な本発明の軌条車両の換気装置は、
　軌条車両の車内外の空気を換気する換気部と、
　前記換気部によって換気される換気流量を、第１の換気流量と、前記第１の換気流量より少ない第２の換気流量とに調整する流量調整部と、
　前記流量調整部を制御する制御部と、
　前記軌条車両の車外圧力情報を取得する車外圧力情報取得部と、
　前記軌条車両の車内圧力情報を取得する車内圧力情報取得部と、
を有する軌条車両の換気装置であって、
　前記流量調整部が前記第２の換気流量を設定した後に、前記制御部は、前記車外圧力情報と前記車内圧力情報との差分が許容範囲内であると判断したときは、前記流量調整部を制御して前記第１の換気流量に戻すことにより達成される。

　本発明によれば、給気弁と排気弁の制御により、車内の急激な圧力変動を抑制するとともにクリーンな車内環境を確保して快適性を維持できる鉄道車両の換気装置を提供することができる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、第１実施形態に係る鉄道車両の断面図である。図２は、各実施形態に共通の給気弁および排気弁の断面図である。図３は、第１実施形態に係る鉄道車両向け換気方法の制御フロー図である。図４は、第１実施形態を適用した鉄道車両がトンネルを通過する時の給排気弁の開閉タイミングと車内外圧力と車内二酸化炭素濃度の推移を示すタイミングチャート及びグラフである。図５は、第２実施形態に係る鉄道車両向け換気方法の制御フロー図である。図６は、第３実施形態に係る鉄道車両の断面図である。図７は、第３実施形態に係る鉄道車両向け換気方法の制御フロー図である。図８は、第４実施形態に係る鉄道車両の断面図である。図９は、第４実施形態に係る鉄道車両の換気方法の制御フロー図である。図１０は、第５実施形態に係る鉄道車両の換気方法の制御フロー図である。図１１は、第６実施形態に係る鉄道車両の換気方法の制御フロー図である。

　軌条車両は、敷設される軌道に沿って運行される車両であり、鉄道車両、モノレール車両、路面電車、新交通車両等を含む。軌条車両の代表例として、鉄道車両を取り上げて本発明の実施の形態を説明する。
　また、本明細書で「車外圧力情報」とは、車外圧力センサの検出値のほか、車外圧力の推定値や算出値を含む。したがって、「車外圧力情報取得部」とは、車外圧力センサのほか、車外圧力を推定または算出するための情報を取得できるすべての装置を含む。
　さらに、「車内圧力情報」とは、車内圧力センサの検出値のほか、車内圧力の推定値や算出値を含む。したがって、「車内圧力情報取得部」とは、車内圧力センサのほか、車内圧力を推定または算出するための情報を取得できるすべての装置を含む。

　以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。

［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態に係る換気装置を備えた鉄道車両の概略断面図である。鉄道車両１０は、車外の空気を車内に給気する給気ファン２２と、給気流量を調整可能な給気弁２１と、車内の空気を車外へ排気する排気ファン２４と、排気流量を調整可能な排気弁２３とを、有している。給気ファン２２と排気ファン２４とで換気部を構成し、給気弁２１と排気弁２３とで流量調整部を構成する。

　なお、図１には、給気ファン２２と排気ファン２４の両方を備えた構成を示したが、給気ファン２２のみ、もしくは、排気ファン２４のみを備えた構成であってもよい。また、図１には、給気ファン２２と給気弁２１が空調装置２０と一体型となっており、排気ファン２４と排気弁２３を有する排気装置は別置きとなっている構成を示した。

　しかし、給気ファン２２と給気弁２１と排気ファン２４と排気弁２３が空調装置２０と一体型となっている構成、給気ファン２２と給気弁２１を有する給気装置および排気装置がどちらも空調装置２０と別置きとなっている構成、給気装置と排気装置を有する換気装置が空調装置２０と別置きとなっている構成、排気ファン２４と排気弁２３が空調装置２０と一体型となっており、給気ファン２２と給気弁２１を別置きとする構成のいずれを採用してもよい。ただし、給気装置を空調装置２０と別置きとする場合は、ダクト（図示せず）を介して給気装置と空調装置２０を連通させる構成とする。

　車外から給気ファン２２により取込まれた空気は、空調装置２０内に取込まれた後、冷房運転時は、空調装置２０内の熱交換器２７により冷却され、暖房運転時は、空調装置２０内のヒータ２８により加熱された後、調和空気ダクト２５を介して車内へと吹出される。車内へ吹出され、乗客の呼吸により二酸化炭素濃度が高くなった空気は、排気ファン２４により、排気ダクト２６を介して車外へと吐出される。

　鉄道車両１０には、車外の圧力を検出するための車外圧力センサ５１と、車内の圧力を検出するための車内圧力センサ５２と、が備えられている。車外圧力情報取得部を構成する車外圧力センサ５１と、車内圧力情報取得部を構成する車内圧力センサ５２は、鉄道車両１０の編成における先頭車と後尾車の車内と車外にそれぞれ備える構成が好適であるが、編成の任意の車両に備える構成であってもよい。

　車外圧力センサ５１と、車内圧力センサ５２の検出値は、鉄道車両１０の車内に設けられた制御装置（制御部）５０へ入力される。制御装置５０は、車外圧力センサ５１と車内圧力センサ５２の検出値を受け取り、給気ファン２２と給気弁２１と排気ファン２４と排気弁２３を動作させるための信号を送る。制御装置５０の動作については、以下に詳述する。

　図２は、各実施形態に共通して用いられる給気弁および排気弁の断面図である。換気流量を調整する流量調整部の機能を有する給気弁２１（又は排気弁２３）は、流路に沿って両端部に設けられた接続部７９と、この接続部７９に挟まれる弁動作部７８とを有する。弁動作部７８は、その一端が回動可能に保持された弁７２と、弁７２を制御装置５０の指示に基づいて駆動する駆動部（図示なし）とを備える。接続部７９の弁７２側の端部の当接縁７４にはパッキン７６が備えられており、弁７２が閉じられた時に、弁７２がパッキン７６を押圧して空気の流れを遮断する。なお、弁７２は、回動可能に支持される形態だけでなく、弁７２が流れ方向に沿う方向に移動するタイプでもよい。

　開口部の当接縁７４の全周に沿って連続的にパッキン７６は備えることにより、高い気密度で空気の流れを遮断することができる。一方、パッキン７６を当接縁７４に沿って周方向に離散的（断続的）に備えることにより、隣接するパッキン７６の隙間から意図的に漏れ空気７０を流すことができる。

　図示しないが、当接縁７４に当接する弁７２の縁部に厚さ方向に不連続な凹凸を設けても、漏れ空気７０を流すことができる。あるいは、周方向に連続的にパッキン７６を備えるとともに、閉じた弁７２から漏れ空気７０が流れる小開口７２ａを弁７２に備えても良い。漏れ空気７０は、換気のために車外から車内へ供給される空気および車内から車外へ排気される空気である。

　漏れ空気７０の流量は小さいため、鉄道車両が高速でトンネルを通過する際の車外圧力変動に伴う大きな車内圧力変動を生じさせないので、乗客等が聴覚に不快感を覚えることはない。漏れ空気７０によって弁７２を閉じている場合であっても、流量は小さいながら換気を継続するので、車内の炭酸ガス濃度の上昇の程度を抑制することができ、快適な車内環境を維持できる。さらに、漏れ空気７０を許容することによって、例え駆動部の故障等により弁７２が閉じた状態が継続する場合であっても、ある程度換気を継続できるため、車内環境が急激に劣化することを抑制できる。

　図３に、第１実施形態における換気方法の制御フローを示す。まず、制御装置５０は、給気ファン２２と排気ファン２４を稼働させ、給気弁２１と排気弁２３を開いて第１の換気流量で換気を行っているものとする。
　制御装置５０は、ステップＳ５で車外圧力センサ５１の検出値を求め、かかる検出値に基づき車外圧力変動が予め定めた許容値以上となったか否かを、ステップＳ５０にて判断する。車外圧力変動が予め定めた許容値未満であると判断した場合、フローをステップＳ５へと戻し、制御装置５０は、次の車外圧力センサ５１の検出値を受信する。

　一方、ステップＳ５０にて、車外圧力変動が予め定めた許容値以上となったと判断した場合、制御装置５０は、ステップＳ５５で、給気ファン２２と排気ファン２４を停止して、給気弁２１と排気弁２３を閉じ、車外と連通する風路を締め切るか、または開口面積を小さくする。これにより、第１の換気流量より少ない第２の換気流量で換気が行われる。ただし、第２の換気流量がゼロである場合を含む。

　ここで、「風路を締め切る」とは、漏れ空気７０を許容しない風路制限を意味し、「開口面積を小さくする」とは、漏れ空気７０を許容する風路制限を意味する。以上の定義は、以下の実施形態でも同様である。

　上記換気制御により、車外で生じた急激な圧力変化に起因して車内への給気流量と車外への排気流量に大きな差が生じることによる車内圧力変動を抑制することができる。なお、ここでは、給気弁２１と排気弁２３を動作させる際に、給気ファン２２と排気ファン２４を停止させる制御手法を示したが、給気ファン２２と排気ファン２４を運転させたまま、給気弁２１と排気弁２３を動作させる手法を用いてもよい。

　さらにステップＳ６２で、制御装置５０は、車外圧力センサ５１と車内圧力センサ５２の検出値を受信し、続くステップＳ７０で、車外圧力センサ５１と車内圧力センサ５２の検出値の差を演算し、該差が予め定めた許容範囲以内となったか否かを判断する。該差が予め定めた許容範囲外である（車内外圧力差が高い状態が続いている）と判断した場合、フローをステップＳ６２へと戻し、制御装置５０は、次の車外圧力センサ５１と車内圧力センサ５２の検出値を受信する。

　これに対し、ステップＳ７０で、該差が予め定めた許容範囲以内となったと判断した場合、制御装置５０は、ステップＳ７５で、給気ファン２２と排気ファン２４の運転を再開させて、給気弁２１と排気弁２３を開け、第１の換気流量に戻す。上記換気制御によれば、車内圧力が急激に変化しない条件を確認した後に、給気ファン２２と排気ファン２４の運転を再開するとともに給気弁２１と排気弁２３を開けるので、車内二酸化炭素濃度の上昇を抑制できる。その後フローは、ステップＳ５へと戻る。

　図４は、第１実施形態を適用した鉄道車両が、トンネルを通過する時の給排気弁の開閉タイミングと車内外圧力と車内二酸化炭素濃度の推移を対応して示すタイミングチャート及びグラフである。図４において、横軸の時間に対応付けて、給気弁２１および排気弁２３の開閉状態と、鉄道車両がトンネル内を走行した際の車外圧力６１の変化(点線)と、第１実施形態を適用した際の車内圧力６２の変化(実線)と、車内二酸化炭素濃度６３の変化と、を示す。

　車外圧力のピーク６４は、鉄道車両がトンネルに突入する際にトンネル内で発生する圧力波が、トンネル出入り口で反射して往復することで生じる。

　図４の例では鉄道車両は、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１まで明かり区間（トンネル外空間）を走行し、時刻Ｔ１から時刻Ｔ７までトンネル区間を走行し、Ｔ７以降に再度明かり区間を走行する。以下、図４の例における換気制御を、図３の制御フローと対応付けて説明する。

　時刻Ｔ１において、鉄道車両のトンネル突入に伴い、制御装置５０は、車外圧力センサ５１の検出値に応じて（図３のステップＳ５）、車外圧力変動が許容値以上となったと判断したときは（図３のステップＳ５０で判断Ｙｅｓ）、給気ファン２２および排気ファン２４を停止するとともに給気弁２１と排気弁２３を閉じる（図３のステップＳ５５）。

　さらに時刻Ｔ２において、制御装置５０は、車外圧力センサ５１と車内圧力センサ５２の検出値に応じて（図３のステップＳ６２）、その圧力差を演算し、車外圧力６１と車内圧力６２との差が許容範囲以内であると判断したときは（図３のステップＳ７０で判断Ｙｅｓ）、給気ファン２２および排気ファン２４を運転するとともに給気弁２１と排気弁２３を開ける（図３のステップＳ７５）。

　また時刻Ｔ３において、制御装置５０は、車外圧力センサ５１の検出値に応じて（図３のステップＳ５）、トンネル内を往復する圧力波の通過に伴う車外圧力の低下が生じ、車外圧力変動が許容値以上となったと判断したときは（図３のステップＳ５０で判断Ｙｅｓ）、再度、給気ファン２２および排気ファン２４を停止するとともに給気弁２１と排気弁２３を閉じる（図３のステップＳ５５）。

　さらに時刻Ｔ４において、制御装置５０は、車外圧力センサ５１と車内圧力センサ５２の検出値に応じて（図３のステップＳ６２）、その圧力差を演算し、車外圧力６１と車内圧力６２との差が許容範囲以内であると判断したときは（図３のステップＳ７０で判断Ｙｅｓ）、給気ファン２２および排気ファン２４を再度運転再開させるとともに給気弁２１と排気弁２３を再度開ける（図３のステップＳ７５）。

　また時刻Ｔ５において、制御装置５０は、車外圧力センサ５１の検出値に応じて（図３のステップＳ５）、トンネル内を往復する圧力波の通過に伴う車外圧力の上昇が生じ、車外圧力変動が許容値以上となったと判断したときは（図３のステップＳ５０で判断Ｙｅｓ）、再度、給気ファン２２および排気ファン２４を停止するとともに給気弁２１と排気弁２３を閉じる（図３のステップＳ５５）。

　さらに時刻Ｔ６において、制御装置５０は、車外圧力センサ５１と車内圧力センサ５２の検出値に応じて（図３のステップＳ６２）、その圧力差を演算し、車外圧力６１と車内圧力６２との差が許容範囲以内であると判断したときは（図３のステップＳ７０で判断Ｙｅｓ）、給気ファン２２および排気ファン２４を再度運転再開させるとともに給気弁２１と排気弁２３を再度開ける（図３のステップＳ７５）。

　また時刻Ｔ７において、制御装置５０は、車外圧力センサ５１の検出値に応じて（図３のステップＳ５）、トンネル内を往復する圧力波の通過に伴う車外圧力の低下が生じたと判断したときは（図３のステップＳ５０で判断Ｙｅｓ）、再度、給気ファン２２および排気ファン２４を停止するとともに給気弁２１と排気弁２３を閉じる（図３のステップＳ５５）。

　更に時刻Ｔ７以降、図示はしないが制御装置５０は、車外圧力センサ５１と車内圧力センサ５２検出値に応じて（図３のステップＳ６２）、その圧力差を演算し、車外圧力６１と車内圧力６２との差が許容範囲以内であると判断したときは（図３のステップＳ７０で判断Ｙｅｓ）、給気ファン２２および排気ファン２４を再度運転再開させるとともに給気弁２１と排気弁２３を再度開け（図３のステップＳ７５）、通常の換気動作を継続する。

　本実施形態によれば、鉄道車両がトンネル内を通過中に生じる急激な車外圧力６１の変化（ピーク６４）を受けた場合であっても、車内圧力６２の急激な変化が抑制される。さらに、鉄道車両がトンネルを通過する時刻Ｔ１からＴ７の間、換気が停止する時間は時刻Ｔ１－Ｔ２、Ｔ３－Ｔ４、Ｔ５－Ｔ６間のみであり、時刻Ｔ２－Ｔ３、Ｔ４－Ｔ５、Ｔ６－Ｔ７間は、換気が再開されるので、車内二酸化炭素濃度６３のグラフに示すように、著しい上昇も抑制できる。

　以上のように、車外圧力変化が許容値以上となった際に、給気弁２１と排気弁２３を締切ることで第２の換気流量を設定し、車外の急激な圧力変化が車内へ伝播することを抑制する。その後、車内と車外の圧力差が許容範囲内となった際に、給気弁２１と排気弁２３を開放して第１の換気流量に戻すことで、上記給気弁２１と上記排気弁２３を開放することによる車内の急激な圧力変化を抑制することができる。

　また、本実施形態によれば、長時間の換気停止を回避できるため、車内の空気を清浄に保つことができる。これにより、急激な圧力変動と車内空気の汚染を抑制した快適な鉄道車両を提供することができる。

［第２実施形態］
　図５に、本発明の第２実施形態における換気方式の制御フローを示す。上記第１実施形態においては、車外圧力センサ５１の検出値(または検出値に基づく車外圧力)の変動が予め定めた許容値以上となった場合に、給気ファン２２と排気ファン２４を停止させ、給気弁２１と排気弁２３を閉じて、車外と連通する風路を締切る、または開口面積を小さくする信号を送る、という制御を実行する。

　これに対し第２実施形態では、第１実施形態と同じ換気装置を用いつつ、車外圧力センサ５１と車内圧力センサ５２の検出値の差が、許容範囲以上となった場合に行う制御を実行する。

　より具体的に説明すると、制御装置５０は、ステップＳ６で、車外圧力センサ５１及び車内圧力センサ５２の検出値を求め、その内外圧力差を演算し、この内外圧力差が予め定めた許容値以上となったか否かを、ステップＳ５２にて判断する。内外圧力差が予め定めた許容値未満であると判断した場合、フローをステップＳ６へと戻し、制御装置５０は、次の車外圧力センサ５１及び車内圧力センサ５２の検出値を受信する。

　一方、ステップＳ５２にて、内外圧力差が予め定めた許容値以上となったと判断した場合、制御装置５０は、ステップＳ５５で、給気ファン２２と排気ファン２４を停止して、給気弁２１と排気弁２３を閉じ、車外と連通する風路を締め切るか、または開口面積を小さくする。続くステップＳ６２，Ｓ７０，Ｓ７５については、上述した第１実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。

　以上述べた第２実施形態において、第１実施形態と同様に、給気弁２１と排気弁２３を閉じる際に、給気ファン２２と排気ファン２４を停止させる制御手法を示したが、給気ファン２２と排気ファン２４を運転したまま、給気弁２１と排気弁２３を閉じてもよい。以上の換気制御により、第１実施形態と同等の効果を奏することができる。

［第３実施形態］
　図６は、第３実施形態にかかる換気装置を搭載した鉄道車両１０の概略断面図である。第１実施形態において車内に配置していた車内圧力センサ５２を、第３実施形態では備えていない。その他の構成は第１実施形態と同一としているため、重複説明を省略する。

　図７に、第３実施形態における換気方法の制御フローを示す。制御装置５０は、ステップＳ５で車外圧力センサ５１の検出値を求め、かかる検出値に基づき車外圧力変動が予め定めた許容値以上となったか否かを、ステップＳ５０にて判断する。車外圧力変動が予め定めた許容値未満であると判断した場合、フローをステップＳ５へと戻し、制御装置５０は、次の車外圧力センサ５１の検出値を受信する。

　一方、ステップＳ５０にて、車外圧力変動が予め定めた許容値以上となったと判断した場合、制御装置５０は、ステップＳ５５で、給気ファン２２と排気ファン２４を停止させ、給気弁２１と排気弁２３を閉じて、車外と連通する風路を締切る、または、開口面積を小さくする。上記換気制御により、車外で生じた急激な圧力変化が車内へ伝播することを抑制することができる。

　更に制御装置５０は、ステップＳ６２で、シミュレーションや実験結果などに基づき、車外圧力センサ５１の検出値から車内圧力を演算して推定する。すなわち、車外圧力センサ５１が車外圧力情報取得部及び車内圧力情報取得部を兼ねる。続くステップＳ６４で、制御装置５０は、車外圧力センサ５１の検出値に基づく車外圧力と、推定した車内圧力との内外圧力差を演算する。なおステップＳ５０の代わりに、制御装置５０は、車外圧力センサ５１の検出値と、推定した車内圧力値との差分が、所定の許容範囲外であると判断したとき、ステップＳ５５を実行して第２の換気流量に変更してもよい。

　またステップＳ７０で、該内外圧力差が予め定めた許容範囲以内となったか否かを判断する。該差が予め定めた許容範囲外であると判断した場合、フローをステップＳ６２へと戻し、制御装置５０は、同様のステップを実行する。

　これに対し、ステップＳ７０で、該内外圧力差が予め定めた許容範囲以内となったと判断した場合、制御装置５０は、ステップＳ７５で、給気ファン２２と排気ファン２４の運転を再開させて、給気弁２１と排気弁２３を開ける。上記換気制御により、給気弁２１と排気弁２３を開放することによる車内の急激な圧力変化を抑制することができる。その後、フローはステップＳ５へと戻る。

　第３実施形態によれば、第１実施形態と同等の効果を奏することに加えて、車外圧力センサ５１から車内圧力を推定する演算を実施することで、車内圧力センサを設ける必要がなくなり、センサの個数減少による部品点数の削減を行うことができる。これにより、故障可能性のある部品を低減でき、信頼性の高い鉄道車両を提供することができる。

［第４実施形態］
　図８は、第４実施形態にかかる換気装置を搭載した鉄道車両１０の概略断面図である。第１実施形態で車外に配置していた車外圧力センサ５１を、第３実施形態では備えていない。その他の構成は第１実施形態と同一であるため、重複説明を省略する。

　図９に、第４実施形態における換気方法の制御フローを示す。制御装置５０は、ステップＳ６で、車内圧力センサ５２の検出値を受信し、続くステップＳ８で、シミュレーションや実験結果などに基づき、車内圧力センサ５２の検出値から車外圧力を演算し、ステップＳ９で車外圧力の推定値を求める。

　更に制御装置５０は、かかる推定値に基づき車外圧力変動が予め定めた許容値以上となったか否かを、ステップＳ５０にて判断する。車外圧力変動が予め定めた許容値未満であると判断した場合、フローをステップＳ６へと戻し、制御装置５０は、次の車内圧力センサ５２の検出値を受信して、同様に車外圧力の推定値を求める。

　一方、ステップＳ５０にて、車外圧力変動が予め定めた許容値以上となったと判断した場合、制御装置５０は、ステップＳ５５で、給気ファン２２と排気ファン２４を停止して、給気弁２１と排気弁２３を閉じて、車外と連通する風路を締切る、または、開口面積を小さくする。上記換気制御により、車外で生じた急激な圧力変化が車内へ伝播することを抑制することができる。なおステップＳ５０の代わりに、制御装置５０は、推定された車外圧力値と、車内圧力センサ５２の検出値との差分が許容範囲外であると判断したときに、ステップＳ５５を実行して第２の換気流量に変更してもよい。

　ここでは、車内圧力センサ５２の検出値から車外圧力の変動を演算し（ステップＳ８）、この変動の大きさにより給気ファン２２と排気ファン２４を停止させる手法を示したが、これらファンの停止を、車内圧力センサ５２の検出値の変動により制御する手法を用いてもよい。

　更にステップＳ６４で、制御装置５０は、車内圧力センサ５２の検出値と、車内圧力センサ５２の検出値に基づき推定した車外圧力との内外圧力差を演算する。

　続くステップＳ７２で、該内外圧力差が予め定めた許容範囲以内となったか否かを判断する。該内外圧力差が予め定めた許容範囲外であると判断した場合、フローをステップＳ５５へと戻し、制御装置５０は、同様のステップを実行する。

　これに対し、ステップＳ７２で、該内外圧力差が予め定めた許容範囲以内となったと判断した場合、制御装置５０は、ステップＳ７５で、給気ファン２２と排気ファン２４を運転し、給気弁２１と排気弁２３を開けて、車外と連通する風路を開放する。上記換気制御により、給気弁２１と排気弁２３を開放することによる車内の急激な圧力変化を抑制することができる。その後、フローはステップＳ６へと戻る。

　第４実施形態によれば、第１実施形態と同等の効果を奏することに加えて、車外圧力センサ５１から車内圧力を推定する演算を実施することで、車内圧力センサを設ける必要がなくなり、センサの個数減少による部品点数の削減を行うことができる。これにより、故障可能性のある部品を低減でき、信頼性の高い鉄道車両を提供することができる。

［第５実施形態］
　第１実施形態では車外に配置していた車外圧力センサ５１を、第５実施形態では備えていない。その他の構成は第１実施形態と同一であるため、重複説明を省略する。

　図１０に、第５実施形態における換気方法の制御フローを示す。制御装置５０は、ステップＳ１０にて、車両の走行中に地点情報を取得し、続くステップＳ３０にて、予め取得したトンネル（地点）情報と照会することで、トンネル区間または明かり区間のいずれかを車両が走行しているかを判定する。

　車両がトンネル区間走行中であると判断した場合（ステップＳ３０の判断Ｙｅｓ）、車外圧力情報取得部を兼ねる制御装置５０は、ステップＳ３５で、当該トンネルの断面積や全長（トンネル情報）、及び車両走行速度情報から、車外圧力とその変動を演算し、ステップＳ４０で車外圧力の算出値（車外圧力情報）を求める。

　制御装置５０は、かかる算出値に基づき車外圧力変動が予め定めた許容値以上となったか否かを、ステップＳ５０にて判断する。車外圧力変動が予め定めた許容値未満であると判断した場合、フローをステップＳ１０へと戻し、同様のステップを実行する。

　一方、ステップＳ５０にて、車外圧力変動が予め定めた許容値以上となったと判断した場合、制御装置５０は、ステップＳ５５で、給気ファン２２と排気ファン２４を停止して、給気弁２１と排気弁２３を閉じて、車外と連通する風路を締切る、または、開口面積を小さくする信号を送る。上記換気制御により、車外で生じた急激な圧力変化が車内へ伝播することを抑制することができる。

　なお、トンネル走行区間の判定、車外圧力の算出については、車上に設けた制御装置５０にて行う制御について上記したが、地上側にて判定と算出を行い、その情報を車両に伝達する制御であってもよい。また、トンネル情報、走行速度、その時の車外圧力を予めデータベース化しておくことで、地点情報のみから車外圧力を算出することもできる。

　更にステップＳ６４で、制御装置５０は、車内圧力情報取得部を構成する車内圧力センサ５２の検出値（車内圧力情報）と、車外圧力の算出値との内外圧力差を演算する。

　またステップＳ７２で、制御装置５０は、該内外圧力差が予め定めた許容範囲以内となったか否かを判断する。該内外圧力差が予め定めた許容範囲外であると判断した場合、フローをステップＳ６４へと戻し、制御装置５０は引き続き該内外圧力差を演算する。

　これに対し、ステップＳ７２で、該内外圧力差が予め定めた許容範囲以内となったと判断した場合、制御装置５０は、ステップＳ７５で、給気ファン２２と排気ファン２４の運転を再開して、給気弁２１と排気弁２３を開けて、車外と連通する風路を開放する。上記換気制御により、給気弁２１と排気弁２３を開放することによる車内の急激な圧力変化を抑制することができる。その後、フローはステップＳ１０へと戻る。

　第５実施形態によれば、第１実施形態と同等の効果を奏することに加えて、トンネル情報や走行速度情報から車外圧力を算出することで、車外圧力センサを設ける必要がなくなり、センサの個数減少による部品点数の削減を行うことができる。これにより、故障可能性のある部品を低減でき、信頼性の高い鉄道車両を提供することができる。

［第６実施形態］
　第１実施形態では車外に配置していた車外圧力センサ５１と、車内に配置していた車内圧力センサ５２を、第６実施形態では備えていない。その他の構成は第１実施形態と同一としたので、重複説明を省略する。

　図１１に、第６実施形態における換気方法の制御フローを示す。制御装置５０は、ステップＳ１０にて、車両の走行中に地点情報を取得し、続くステップＳ３０にて、予め取得したトンネル情報と照会することで、トンネル区間、または、明かり区間のいずれかを車両が走行しているかを判定する。

　車両がトンネル区間走行中であると判断した場合（ステップＳ３０で判断Ｙｅｓ）、車外圧力情報取得部を兼ねる制御装置５０は、ステップＳ３５で、このトンネルの断面積や全長、車両走行速度情報から、車外圧力とその変動を演算し、ステップＳ４０で車外圧力の算出値（車外圧力情報）を求める。

　制御装置５０は、かかる算出値に基づき車外圧力変動が予め定めた許容値以上となったか否かを、ステップＳ５２にて判断する。車外圧力変動が予め定めた許容値未満であると判断した場合、フローをステップＳ１０へと戻し、同様のステップを実行する。

　一方、ステップＳ５２にて、車外圧力変動が予め定めた許容値以上となったと判断した場合、制御装置５０は、ステップＳ５５で、給気弁２１と排気弁２３を閉じて、車外と連通する風路を締切る、または、開口面積を小さくする。上記換気制御により、車外で生じた急激な圧力変化が車内へ伝播することを抑制することができる。

　更にステップＳ６４で、車内圧力情報取得部を兼ねる制御装置５０は、算出した車外圧力から車内圧力を推定し、ステップＳ６６で、車外圧力の算出値と車内圧力の推定値（車内圧力情報）との内外圧力差を求める。

　これに対し、ステップＳ７２で、該内外圧力差が予め定めた許容範囲以内となったと判断した場合、制御装置５０は、ステップＳ７５で、給気ファン２２と排気ファン２４の運転を再開させ、給気弁２１と排気弁２３を開けて、車外と連通する風路を開放する。上記換気制御により、給気弁２１と排気弁２３を開放することによる車内の急激な圧力変化を抑制することができる。その後、フローはステップＳ１０へと戻る。

　第６実施形態によれば、第１実施形態と同等の効果を奏することに加えて、トンネル情報や走行速度情報から車外圧力を算出し、算出した車外圧力から車内圧力を推定することで、圧力センサが不要となるため、部品点数を削減することができる。これにより、故障可能性のある部品を低減でき、信頼性の高い鉄道車両を提供することができる。

　以上述べた実施形態から明らかであるが、本発明によれば、たとえ高性能な送風機を用いない場合でも、換気に係わる給気風路に備える給気弁と排気風路に備える排気弁の制御により、車内の急激な圧力変動を抑制するとともに車内の炭酸ガス濃度の上昇を抑制して快適性を維持できる鉄道車両の換気装置を提供することができる。

　なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態における構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態における構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

１０…鉄道車両、２０…空調装置、２１…給気弁、２２…給気ファン、２３…排気弁、２４…排気ファン、２５…調和空気ダクト、２６…排気ダクト、２７…熱交換器、２８…ヒータ、５０…制御装置、５１…車外圧力センサ、５２…車内圧力センサ、６１…車外圧力、６２…車内圧力、６３…車内二酸化炭素濃度、６４…車外圧力のピーク、７０…漏れ空気、７２…弁、７４…当接縁、７６…パッキン、７８…弁動作部、７９…接続部

Claims

　軌条車両の車内外の空気を換気する換気部と、
　前記換気部によって換気される換気流量を、第１の換気流量と、前記第１の換気流量より少ない第２の換気流量とに調整する流量調整部と、
　前記流量調整部を制御する制御部と、
　前記軌条車両の車外圧力情報を取得する車外圧力情報取得部と、
　前記軌条車両の車内圧力情報を取得する車内圧力情報取得部と、
を有する軌条車両の換気装置であって、
　前記流量調整部が前記第２の換気流量を設定した後に、前記制御部は、前記車外圧力情報と前記車内圧力情報との差分が許容範囲内であると判断したときは、前記流量調整部を制御して前記第１の換気流量に戻すこと、
を特徴とする軌条車両の換気装置。
　請求項１に記載される軌条車両の換気装置において、
　前記流量調整部は、前記空気が流れるダクトに接続する接続部と、前記接続部に接続する弁動作部と、を有しており、
　前記弁動作部は、可動式であるとともに前記空気の一部が通過できる開口部を有する弁と、前記弁が当接する当接縁と、前記当接縁の全周囲に連続的に備えられるパッキンと、を有すること、
を特徴とする軌条車両の換気装置。
　請求項１に記載される軌条車両の換気装置において、
　前記流量調整部は、前記空気が流れるダクトに接続する接続部と、前記接続部に接続する弁動作部と、を有しており、
　前記弁動作部は、可動式の弁と、前記弁が当接する当接縁と、前記当接縁の全周囲に離散的に備えられるパッキンと、を有すること、
を特徴とする軌条車両の換気装置。
　請求項１に記載される軌条車両の換気装置において、
　前記流量調整部は、前記空気が流れるダクトに接続する接続部と、前記接続部に接続する弁動作部と、を有しており、
　前記弁動作部は、可動式の弁と、前記弁が当接する当接縁と、を有しており、
　前記弁に小開口が形成されること、
を特徴とする軌条車両の換気装置。
　請求項２から４のいずれか１項に記載される軌条車両の換気装置において、
　前記車外圧力情報は、前記軌条車両の車外に備える車外圧力センサが検出する検出値であり、
　前記車内圧力情報は、前記軌条車両の車内に備える車内圧力センサが検出する検出値であり、
　前記制御部は、前記車外圧力センサの検出値に基づく車外圧力が所定の許容値より大きく変動したと判断したときに、前記流量調整部を制御して前記第２の換気流量を設定すること、
を特徴とする軌条車両の換気装置。
　請求項２から４のいずれか１項に記載される軌条車両の換気装置において、
　前記車外圧力情報は、前記軌条車両の車外に備える車外圧力センサが検出する検出値であり、
　前記車内圧力情報は、前記軌条車両の車内に備える車内圧力センサが検出する検出値であり、
　前記制御部は、前記車外圧力センサの検出値に基づく車外圧力と、前記車内圧力センサの検出値に基づく車内圧力とを比較して、その差分が許容範囲外であると判断したときに、前記流量調整部を制御して前記第２の換気流量を設定すること、
を特徴とする軌条車両の換気装置。
　請求項２から４のいずれか１項に記載される軌条車両の換気装置において、
　前記車外圧力情報は、前記軌条車両の車外に備える車外圧力センサが検出する検出値であり、
　前記車内圧力情報は、前記車外圧力センサの検出値に基づいて推定された車内圧力値であり、
　前記制御部は、前記車外圧力センサの検出値と、推定された前記車内圧力値とを比較して、その差分が許容範囲外であると判断したときに、前記流量調整部を制御して前記第２の換気流量を設定すること、
を特徴とする軌条車両の換気装置。
　請求項２から４のいずれか１項に記載される軌条車両の換気装置において、
　前記車外圧力情報は、前記軌条車両の車内に備える車内圧力センサが検出した検出値に基づいて推定された車外圧力値であり、
　前記車内圧力情報は、前記車内圧力センサが検出した検出値であり、
　前記制御部は、推定された前記車外圧力値と、前記車内圧力センサの検出値とを比較して、その差分が許容範囲外であると判断したときに、前記流量調整部を制御して前記第２の換気流量を設定すること、
を特徴とする軌条車両の換気装置。
　請求項２から４のいずれか１項に記載される軌条車両の換気装置において、
　前記車外圧力情報は、トンネル情報および速度情報に基づいて算出された車外圧力値であり、
　前記車内圧力情報は、前記軌条車両の車内に備える車内圧力センサが検出する検出値であり、
　前記制御部は、算出された前記車外圧力値が所定の許容値より大きく変動したと判断したときに、前記流量調整部を制御して前記第２の換気流量を設定すること、
を特徴とする軌条車両の換気装置。
　請求項２から４のいずれかの１項に記載される軌条車両の換気装置において、
　前記車外圧力情報は、トンネル情報および速度情報に基づいて算出された車外圧力値であり、
　前記車内圧力情報は、算出された前記車外圧力値に基づいて推定される車内圧力値であり、
　前記制御部は、算出された前記車外圧力値が所定の許容値より大きく変動したと判断したときに、前記流量調整部を制御して前記第２の換気流量を設定すること、
を特徴とする軌条車両の換気装置。