JP3842816B2 - 車両内の急激な圧力変化を防止する装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に地上車両をはじめとする車両内の急激な圧力変化を防止する装置および方法に関する。
本発明による、車両内の急激な圧力変化を防止する装置および方法は、とくに高速列車に適用される。
大気内を移動中の車両は、外部隔壁上における分布が外部隔壁の形状および前進速度に依存するような圧力をうける。この車両が、ある障害物（トンネルの入口、橋、車線の付近の種々の物体）の付近を通過する、あるいは他の車両が交差するとき、車両がひきずる空気力学的（aerodynamique）速度場の変形が生じる。その結果、車両の外壁上で、圧力の急激な変化が生じる。圧力はおおむね速度の二乗に比例するので、車両の速度が大きくなればなるほどこの効果も顕著になる。
外気を基にする空調または送風により内気の更新が行われる運輸手段の場合、内部圧力は外部圧力に近い。送風回路の断面積のため、外部圧力の変化はほぼ瞬間的に車両の内部に反映される。従って、送風回路の特性そのものの理由により、空調または送風が行われる車両の内部への圧力変化伝達時定数は小さい。車両の内部が与圧されているとき（例えば飛行機）にはこのような急激な現象は発生しない。
例えば、高速列車がトンネルまたは壕（tranchee）に入る際には、列車の車両の外壁上の圧力が急激に変化する。この急激な変化はトンネルまたは壕で構成される小空間内に伝播する。この変化は、「圧力波（d'ondes de pression）」という用語で知られている。さらに、外部の小空間内に伝播するこれら圧力波はその端部で反射し、直接波（ondes directes）と同じ規模の反動圧力波を発生する。車両が良好な気密性を有しているときには、これら変化は、送風および空調回路により車両の内部で急激に反射し、乗客に大きな不快感を与える。このように、１秒未満の時間のうちに２０００パスカルにも達し得る圧力変化を受けることは普通のことである。
この圧力波の問題を解消するため、送風回路内に設置されたスティープフロント（front vaide）と呼ばれる送風機を使用する高速列車もある。これらの送風機はある程度までは圧力波を防止するが、高価で騒音が大きいという欠点を有する。また、できる限り車両を軽量化しようと大きな努力が払われているのに対し、これら送風機は追加設備となり、その重量および空間所要寸法は無視できない。送風機はエネルギーを多量に消費する。また、車両一台につき送風機を二つ設置しなければならない。
本発明によれば、これらの欠点を解消するために、外気圧の急激な変化が生じた際、空調または送風が行われる車両の内部圧力に対し、先験的（a priori）に定めた時間的変化量を課す方法を提供する。この目的のため、適切な装置により、送風または空調回路の幾何学的特性がリアルタイムに急速に変化する。この変化は、結果として生じる車両の中に入る空気量の変化が、一定の時間律に従い、運輸手段の内部の圧力を変化させるようなものである。内部圧力と外部圧力の間で均衡がとれた時点で、通常の外気による換気が行えるよう、送風回路を再起動する。このような装置は送風回路上に設置され、外気圧の急激な変化の如何（列車の速度、障害物の種類、外部環境のトポロジー・・・）にかかわらず、送風または空調により換気を行うための回路を素早く、車両の内部圧力を制御する回路に変更する（逆も同じ）。
従って本発明は、空調または送風が行われる車両内の圧力の急激な変化を防止する装置であって、車両が、
− 吸気口が、吸い込んだ空気を空調または送風システムに向けて送る吸気管路（２）に接続され、排気口が、内部の空気を外部に排気する管路（４）に接続される、外気の吸気口（３）および内気の排気口（５）と、
− 吸気管路（２）および排気管路（４）を塞ぐ手段（６、７）と、
− 検出器からの信号を受信する制御装置（１４）と、
を含み、
− この圧力波を示す信号を送出する、車両の外部圧力

と内部圧力

を検出する手段（１６、１７）と、
− 外部圧力の時間的変化量

の測定値に相当する第一測定値と、外部圧力

と内部圧力

の差

の測定値に相当する第二測定値とに基く、外部圧力の変化レベル

を評価する手段であって、二つの測定値

のうちの少なくとも一つが、所与の第一限度値、それぞれ

の範囲に含まれない値を示すとき、外部圧力

の変化量が所与の第一レベル

よりも大きいことと、二つの測定値

が、他の所与の限度値、それぞれ

の範囲に含まれる値を示すとき、外部圧力

の変化量が所与の第二レベル

よりも小さいことを示す手段と、
を含むことを特徴とする装置を対象とする。
圧力変化を検出する手段は、第一圧力センサおよび第二圧力センサから成る。
他の所与の限度値

は前記の第一の所与の限度値

に等しい。
所与の限度値

は、対毎に絶対値が等しく符号が反対であり、二つの測定値

の処理は、それらの値の絶対値、すなわち

で行われる。
本装置は、吸気および排気管路を塞ぐ手段を部分的に作動させることにより空調の通常流量を制御するため改造することが可能である。
本発明はまた、
− 車両内部の圧力を測定することと、
− 車両外部の圧力を測定することと、
− 第一の測定として、外部圧力の時間的変化量

を測定することと、
− 第二の測定として、外部圧力

と内部圧力

の差

を測定することと、
− 二つの測定値

のうちの少なくとも一つが、所与の第一限度値、それぞれ

の範囲に含まれない値を示すとき、外部圧力

の変化量が所与の第一レベル

よりも大きく、二つの測定値

が、他の所与の限度値、それぞれ

の範囲に含まれる値を示すとき、外部圧力

の変化量が所与の第二レベル

よりも小さい、外部圧力の変化レベルを評価することと、
− 前記の外部圧力の変化量

が前記の所与の第一レベル

よりも大きいとき、吸気管路（２）および排気管路（４）を閉じることと、
− 車両の内部圧力の時間的変化量を要求値未満に維持するため、車両の外部と内部で制御空気流を循環させることにより、内部圧力と外部圧力を均衡させることと、
− 外部圧力の変化量

が所与の第二レベル

よりも小さいとき、吸気管路（２）および排気管路（４）を開くこと、
を特徴とする空調または送風が行われる車両内の急激な圧力変化を防止する方法にも関する。
本発明は、非限定的例として示し図面を添付した以下の説明を読むことにより、より良く理解され、その他の詳細および特徴も理解されよう。
第１図は、車両の送風または空調のための吸気および排気管路を有する鉄道車両の略図である。
第２図は、本発明による装置の動作を説明する略図である。
第３図および第４図は、本発明による装置のための吸気および排気管路を塞ぐシステムを示す図である。
第５図は、本発明による装置の変形を示す略図である。
第１図は、高速列車の車両１の送風回路の全体図である。
この車両は、吸気口３と内部送風回路との間に配設される外部空気吸気管路２と、内部送風回路と排気口５との間に配設される内部空気排気管路４とを含む。内部送風回路の種々の要素（空気の部分的再循環装置、暖房または空調装置、送風機など）は、本発明による装置の動作には特に影響を及ぼさない。
車両が、急激な圧力変化の区域内を通過するときには、比較的多量の空気（１ないし２ｍ³程度）の空気が突然、管路２および４を通って車両内に入るか、車両内から出る。この車両内に含まれる空気量の急激な変化は、圧力の変化に直接に結び付くものであり、本発明によれば、管路２および４内に塞管要素を設置することによりこの圧力変化を制御することが可能である。
本発明による装置は以下のような作業を行う。発生した圧力波が二つの圧力センサにより検出され、信号の処理の後、圧力センサにより、外部圧力の時間的変化量または内部圧力と外部圧力の差が、所与の限度値を超えていないかどうかを判別することができる。
塞管要素は、圧力波が検出されると管路２および４を即時に完全またはほぼ完全に塞ぐ。
このように、内部圧力の変化（圧力上昇または圧力下降）が車両の乗客にとって不快にならないよう、強制的に、車両の内部と外部の間で交換される空気の流れが充分長時間行われるようにする。
外部圧力の時間的変化量および内部圧力と外部圧力の差が所与の限度値以内になると、塞管要素は再度開かれる。汚れた空気を排出し新鮮な空気を取り込むため、再度、車両の送風システムの通常運転が開始される。
第２図は、一実施態様における本発明の動作を示す図である。ここでは、塞管要素はシャッタ（volet）、すなわち、吸気管路２内に配設されるシャッタ６と、排気管路４内に配設されるシャッタ７である。
第一圧力センサおよび第二圧力センサ１６、１７はそれぞれ輸送手段の内部と外部に配設される。
シャッタ６および７は、管路２および４に適合した寸法を有する。シャッタは吸気口３および排気口５の近傍に配設される。シャッタは、管路２および４の壁に結合させたヒンジ（charniere）システム８および９により、シャッタの辺のうちの一つに固設された軸１０および１１を中心として回動可能である（第３図および第４図を参照のこと）。軸１０および１１はそれぞれ、車両の耐久構造１５上に固定されたアクチュエータ１２および１３により回転駆動される。アクチュエータは、空圧式、油圧式、または電気機械式とすることができる。
センサ１６および１７によって送信される信号を処理する電子システム１４は、アクチュエータ１２および１３の制御信号を発生する。この電子システム１４は、フランス特許ＦＲ２６１３０８９号に記載の種類とすることができる。この電子システムは、列車の汎用性システム内に組み込むことが可能である。単数または複数の圧力波検出器が圧力波を検出しそれが過大であると判断されると、電子システム１４はただちに、アクチュエータにシャッタを閉じるよう命令する信号を発生する。シャッタは、例えば１／１０秒というように非常に高速に閉じることができる。シャッタは、アルミニウムまたは複合材など慣性の小さな材質でつくるのが好ましい。
電子システム１４はまた、シャッタを閉じるのと同時に、空調または送風装置の停止を制御することも可能である。空調または送風装置は、シャッタが再度開かれると、同じく電子装置の命令により運転が再開される。
圧力波検出器がもはや、乗客にとって許容できない圧力変化を検出しなくなると、電子システム１４はシャッタを再び次第に開くよう命じる。シャッタを再度開く時間は、所望する快適性の程度によって異なる。その時間は経験によって決定することができる。また、外部圧力の変化の振幅、この変化の継続時間など、幾つかのパラメータに応じて電子システムによって決定することも可能である。従って、外部圧力の変化量が、経験または計算によって決定されるレベルよりも下になると、管路が再び開かれる。外部圧力の急激な変化によって生じる瞬間空気流量は、通常の送風流量よりもはるかに多いことを考慮すると、シャッタは、圧力の急激な変化の範囲外で作動することがあってはならない。圧力波がない場合には、シャッタを完全に引っ込めることが可能であり、送風システムの通常運転を妨げることはない。
本発明による装置は、送風または空調用空気の流量を直接制御するものではないが、通常の空調流量を制御するために使用することができ、例えば外温が非常に高い場合あるいは非常に低い場合など、複数の空調状態をとることができる。また、複数の種類の変更が可能である。
シャッタの通常位置は、名目（nominal）送風流量を減少させるための中間開位置とすることができる。
アクチュエータの性能上、これらシャッタの位置全てについて効果的な制御が可能であるならば、シャッタの位置を連続的に制御することにより、空気の流量を制御することができる。その場合、シャッタの位置は、例えば流量計による送風流量の測定値を基にして行う制御の結果である。
外部圧力と内部圧力の均衡は、第５図に図示する装置によっても得ることが可能である。この変形例では、分岐路１８は吸気管路２に接続されるが、分岐路は、シャッタ６および７の間に含まれる送風回路のどの部分にも接続することが可能である。圧力波がない場合は、この分岐路は常時閉状態である。
第５図の装置は以下のように作動する。検出器１６および１７が圧力波の存在を検出すると、ただちに管路２および４が塞がれ分岐路１８が開かれる。主送風回路を塞ぎ分岐路を開く動作は、独立した二つの機構によっても、あるいは、シャッタ６が一つの管路を塞ぎ同時にもう一つの管路を開ことができる第５図に示すような唯一の機構によっても実施することができる。分岐路１８は、車両の気密性不良の他に、圧力波による空気の流れも管理する。分岐路１８の寸法はあらかじめ定義することができる。この分岐路は、要求される圧力の時間的変化率に応じて変更可能な寸法とすることができる。
圧力の均衡が実施されたとみなされると、管路２および４は再度開かれ、分岐路１８は塞がれ、送風システムの通常運転に復帰する。
また本発明による装置は、エネルギー消費量がきわめて少ないという長所も有する。

Claims (3)

1. 車両（１）が、外気の吸気口（３）および内気の排気口（５）とを有し、吸気口が、吸い込んだ空気を空調または送風システムに向けて送る吸気管路（２）に接続され、排気口が、内部の空気を外部に排気する排気管路（４）に接続され、吸気管路（２）および排気管路（４）には、車両の外部圧力
   

   

   と内部圧力
   

   

   を検出する検出手段（１６、１７）により送出される圧力を表す信号の信号処理を行なう電子制御システム（１４）により作動される塞ぐ手段（６、７）が備えられた、空気圧を表す信号を処理し空調または送風が行われる車両（１）内の急激な圧力変化を防止する方法であって、
   ａ）第一の測定値として、外部圧力の時間的変化量
   

   

   を測定するステップと、
   ｂ）第二の測定値として、外部圧力
   

   

   と内部圧力
   

   

   の差
   

   

   を測定するステップとを有し、さらに、
   ｃ）二つの測定値
   

   

   のうちの少なくとも一つが、所与の限度値の範囲、それぞれ、
   

   

   に含まれない値を示すとき、外部圧力の変化のレベル
   

   

   が所与の第一レベル
   

   

   よりも大きく、
   二つの測定値
   

   

   が、他の所与の限度値の範囲、それぞれ
   

   

   に含まれる値を示すとき、外部圧力の変化のレベル
   

   

   が所与の第二レベル
   

   

   よりも小さいと、
   外部圧力の変化のレベル
   

   

   を評価するステップと、
   ここで、
   

   

   は外部圧力の時間的変化量
   

   

   の絶対値が最大で正のものを示し、
   

   

   は外部圧力の時間的変化量
   

   

   の絶対値が最大で負のものを示し、
   

   

   は外部圧力の時間的変化量
   

   

   の絶対値が最小で正のものであって
   

   

   以下のものを示し、
   

   

   は外部圧力の時間的変化量
   

   

   の絶対値が最小で負のものであって
   

   

   以上のものを示し、
   

   

   は外部圧力
   

   

   と内部圧力
   

   

   の差
   

   

   の絶対値が最大で正のものを示し、
   

   

   は外部圧力
   

   

   と内部圧力
   

   

   の差
   

   

   の絶対値が最大で負のものを示し、
   

   

   は外部圧力
   

   

   と内部圧力
   

   

   の差
   

   

   の絶対値が最小で正のものであって
   

   

   以下のものを示し、
   

   

   は外部圧力
   

   

   と内部圧力
   

   

   の差
   

   

   の絶対値が最小で負のものであって
   

   

   以上のものを示し、
   ｄ）前記の外部圧力の変化のレベル
   

   

   が前記の所与の第一レベル
   

   

   よりも大きいとき、前記塞ぐ手段（６、７）の作動により前記吸気管路（２）および排気管路（４）を閉じるステップと、
   ｅ）車両の内部圧力の時間的変化量を要求値未満に維持するため、車両の外部と内部で制御された流量の空気流を循環させることにより、内部圧力と外部圧力を均衡させるステップと、
   ｆ）前記外部圧力の変化のレベル
   

   

   が前記所与の第二レベル
   

   

   よりも小さいとき、前記塞ぐ手段（６、７）の作動により吸気管路（２）および排気管路（４）を開くステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記他の所与の限度値
   

   

   と
   

   

   がそれぞれ、前記所与の限度値
   

   

   に等しい、
   請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 所与の限度値の対
   

   

   

   

   は、絶対値が等しく符号が反対であり、二つの測定値
   

   

   の処理は、それらの値の絶対値、すなわち
   

   

   で行われる、請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。

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