JP2005225239A - 鉄道車両および車両の運行方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 乗客数の大幅減少につながる車体横断面積の減少を伴わず高速走行時の微気圧波低減を可能とする。
【解決手段】 本発明は先頭車両１の先頭部分に空気吸入手段６、吸入した空気を溜める空気タンク（だめ）９および排気部１１を設け、先頭車両があたかも呼吸するかのごとくトンネル突入時に空気を吸入しトンネル内走行時に排気することで先頭部に生ずる圧力を低下させ微気圧を低減する。すなわち、先頭車両１の先端部がトンネル３に突入する時、大気圧（１気圧）よりも低い圧力の空気だめ吸入側制御弁８が開くと空気口６から吸い込まれた空気は流路７を経て空気だめ９にためられる。先頭車が全てトンネルに入ると吸入側制御弁８が閉じ、ポンプ１０を経て排気口１１から排出される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トンネルのある路線を走行する鉄道車両に関する。

最新の新幹線電車では、走行速度が２７０ｋｍ／ｈ乃至３００ｋｍ／ｈに高速化されており、さらに、３５０ｋｍ／ｈまで高速化されようとしている。鉄道車両の走行速度が高速化するにつれて、車体の形状と空気の流れが密接に関わり、環境に与える両者の関係は大きく二つに分けられる。

第一は明かり区間とよばれるトンネルのない路線を鉄道車両が走行する場合には、トンネルに起因する環境への影響はほとんどない。この場合には、高速走行での空気抵抗を小さくすることが先頭形状に要求される課題である。

第二は、トンネルに突入する時のように、鉄道車両が狭い空間を走行する場合は、先頭車両がトンネルに対しピストンの役割を果たし、先頭車両とトンネルとの関係が環境に大きな影響を与えることがある。すなわち、先頭車両の周りの空気は、先頭車両とトンネルとの間で圧縮され、微気圧波と呼ばれる弱い圧縮波となって、走行する鉄道車両よりも速い音速でトンネル内を伝播する。この微気圧波は、一部がトンネルの出口で反射し、大部分はトンネル外に音となって放出される。このように高速で走行する鉄道車両がトンネルに突入する場合は、環境に与える影響が極めて大きい。

したがって、高速で走行する鉄道車両が環境に与える影響を少なくするために、トンネル外に放出される微気圧波を小さくすることが鉄道車両の先頭形状に要求される極めて重要な課題である。この課題を解決するものとして、特許文献１に挙げた鉄道車両の先頭形状が知られている。すなわち、鉄道車両の先頭形状を断面積の変化率が一定な回転放物体を多段階的に組み合わせて微気圧波を低減する構造としている。例えば、先頭形状の断面積変化率を３段階に組み合わせた先頭形状であれば、微気圧に影響の少ない先端部および後端部で断面積変化率を大きく、影響の大きい中間部では断面積変化率を小さくして、短い先頭長で微気圧波を低減できる。

また、前記微気圧波を低減するものとして、非特許文献１が知られている。非特許文献１は、回転楕円体等の基本的な幾何形状の先端部を切断したリニアモーターカーの先頭形状である。リニアモーターカーでは、新幹線電車の車輪の代わりに超伝導磁石で駆動されるために、車体の両側にガイドウエイと呼ばれる礎石を並べた垂直な壁が設置されている。この車間の台車部は、磁気力が有効な近接距離で路盤に対向しており、車体全体が両側のガイドウエイ及び路盤に囲まれた状態で高速走行することになる。このため、この車両の先頭車における先頭形状は、ガイドウエイの影響を受けざるを得ずガイドウェイを重視した先頭形状となっている。
特許第２９１２１７８号公報 Ｔａｔｕｏ，Ｍａｅｄａ ｅｔ．ａｌ"Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｓｈａｐｅ ｏｆ Ｔｒａｉｎ Ｎｏｓｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ Ｔｒａｉｎ Ｅｎｔｅｒｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ．"（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｐｅｅｄｕｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｒａｉｌｗａｙ ａｎｄ ＭＡＧＬＥＶ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ，１９９３，Ｙｏｋｏｈａｍａ，Ｊａｐａｎ）

トンネルを有する路線を走行する鉄道車両においては、例えば３５０ｋｍ／ｈ或るいはそれ以上の高速で走行する場合、トンネル内で発生する微気圧波を低減するために、先頭車両の先頭形状の最適化を図っている。具体的には、先頭車両の先頭部分の横断面積（鉄道車両の直角方向の鉄道車両の断面積）を減少させることが有効であるが、先頭部分の長さが長くなる。このため、これに伴って、室内空間が減少することになり、乗車人数が減少することになる。したがって、先頭車両の乗車人数の減少を最小限に抑え、かつ、高速化に伴ってトンネル内で発生する微気圧波を低減しなければならない。これまでの技術では、前記微気圧波の低減と先頭車両の乗車人数を確保するという相反する課題を解決するには限界があった。

本発明の鉄道車両は 先頭車両の先頭部の車体表面に空気を取り入れる空気口を設け、前記先頭部より走行方向後方に該取り入れた空気を排気する排気口を設けるとともに、該空気口と排気口を連通する空気吸入タンクを配設した構成を具備することにより、前記課題を解決しようとするものである。ここで、トンネルには緩衝工を設置する場合があるが、トンネルとは緩衝工を含めている。

さらに、本発明の自動列車制御機構により運行を制御されている車両運行方法において、車両は空気を吸入・排気する機構を備え、トンネル通過時、自動列車制御機構は車両がトンネルに突入するとき空気を吸入、所定時間経過後に該吸入空気を排気するよう制御する構成を具備する。

本発明は、先頭部分の車体表面から空気を取り入れることによって、トンネル通過時に発生する微気圧波を低減させることができる。

本発明の最良の実施の形態を図面を参照して詳述する。

図１は、本発明における先頭車両の１実施例を備えた編成車両の一部を示した平面図、図２はその側面説明図である。図１において、先頭車両１には、中間車両２が連結されている。前記先頭車両１、中間車両２および反対側の先頭車両１からなる編成車両は、トンネル３を走行しようとしている。矢印４は、前記編成車両の走行方向を示している。矢印５は、走行している編成車両に対して相対的に生じる空気の流れの方向を示している。前記先頭車両１の先頭部分の表面には、空気を吸入するための空気口６が設けられている。本実施例の場合、前記空気口６は先頭部分の両側面にそれぞれ二箇所設けられている。前記各空気口６には、空気流路７がそれぞれ連結されている。図において空気流路７は矢印によって示している。９は、前記空気口６及び空気流路７を介して吸入した空気を溜めておく空気だめ（空気吸入タンク）である。前記空気流路７と空気だめ９との間に、吸入側制御弁（空気吸入弁）８が設けられている。前記空気だめ９に溜められた空気を排出する排気口１１は、先頭車両の先頭部分、すなわち車体の横断面積が先頭位置から徐々に増大する部分を除いた位置に設置されている。前記排気口１１から空気を排出するために、ポンプ１０が設けられている。ポンプ１０は、空気だめ９内の空気を吸い出して、前記排気口１１から車体外へ排出する。なお、前記排気口１１は、先頭車両の台枠下面に設けられ、軌道方向へ空気を排出するように設置されている。排気口１１の排気タイミングはトンネル内、またはトンネルを通過した後に行なう。なお、トンネル内での排気は微気圧波が発生しないように徐々に排気することが望ましい。

この排気口１１は、先頭車両或いは中間車の妻面に設置することも考えられる。このような配置とすることにより、排気自体あるいは排気口部分が走行風にさらされることによって発生する騒音が大きくならないように設置される。

編成車両がトンネルのある路線を走行して、トンネルにさしかかった状況について説明する。まず、先頭車両１の空気だめ９は、排気のためのポンプ１０によって大気圧（１気圧）よりも低い圧力に減圧されている。そして、先頭車両１がトンネル３に突入した時（後述するようにトンネルの直前から）、減圧された空気だめ９の空気吸入側に設けられた吸入側制御弁８が開き、空気口６から空気流路７を介して空気が空気だめ９に吸い込まれる。そして、前記空気口６から吸い込まれた空気は、空気だめ９の内圧が空気口６に係る空気圧と均衡するまで、吸い込まれることになる。このようにして、空気だめ９には、空気が溜められる。次に、先頭車両１が全てトンネル３に入ると吸入側制御弁８を閉じて、空気だめ９に溜められた空気をポンプ１０によって、排気口１１から車外に排気する。そして、ポンプ１０を引き続き稼動させて空気だめ９を負圧にしてからポンプ１０を停止する。ポンプ１０は、定積形で、運転を停止したときは仕切り弁の機能を有する。

この空気だめ９を負圧にするのは、次のトンネルに先頭車両１が突入した際、空気を十分に吸入できるようにするためである。前記ポンプ１０の停止は空気だめ９の内圧を検出して行なう。

次に、微気圧が低減できるしくみについて説明する。図３は、先頭車両、中間車および後尾車両からなる編成車両のまわりにできる空気の流れの模式図である。先頭車両は、移動した距離と横断面積（走行方向に垂直な投影断面積）の積に等しい静止空気量を排除しながら走行する。他方、後尾車両の走行方向後側には、移動した距離と横断面積の積に等しい空気量がまわりから流れ込むことになる。この後尾車両の後側に流れ込む空気量は、先頭車両で排除された空気で補われる。中間車は先頭車と同じ横断面積であるからまわりの空気を排除したり、流れ込んだりしないため中間車が複数台連結されても車体の周囲の空気の流れに対しなんら寄与しない。したがって、流れは先頭車両で排除される空気量で決まる。すなわち、移動する車両まわりの流れは、先頭車両の先頭部が空気を排除し、排除された空気が後尾車両へ向かう流れとなることが、あたかも先頭車両の先頭部が空気を湧きだし、後尾車両の後尾部が空気の吸い込みとなる流れに例えられる。

あるいは、流れの他の表現として車両まわりの流れを空気の圧力として考えると、移動する先頭車両の先頭部は、静止している空気を排除する時に空気を圧縮するため、先頭部の先端付近の空気は圧力が高くなる。逆に、後尾車両の後尾部では、移動した空間によって拡大された空間をまわりからの空気で満たそうとするために、後尾部の後端付近では圧力が低下する。したがって、先頭車両の先頭部付近の圧力は高く、後尾車両の後尾付近は圧力が低くなる。例えば、気象予測で用いられる高気圧と低気圧で表現すると、先頭車両の先頭部に高気圧を、後尾車両の後尾部に低気圧をもって車両が移動することに例えられる。

編成車両がトンネルを高速走行する場合、微気圧波は先頭車両１とトンネル３との相互の関係で作られる。先頭車両１は、先頭部に高気圧を伴って移動しており、狭いトンネル３に突入すると、高気圧はトンネルによりさらに圧縮されて圧力が上昇する。圧力上昇が大きいと弱い音波、すなわち微気圧波が作られる。このようにして微気圧波は、先頭車両１とトンネル３との相互の関係で作られる。

先頭車両１が高速走行することによって排除される空気の量（空気湧きだしの強さ、または高気圧の最大圧力）が少なければ、微気圧波も減少する。車両の速度は、単位時間当りの距離であるから、排除される空気の量は横断面積と走行速度に比例する。走行速度は一定であるから横断面積が減少すれば微気圧も低下する。

既に述べたように、車体の横断面積を減少させることは、乗車人数の減少をもたらすために避けるべきである。本発明では、先頭車両の先頭部で排除される空気の一部をトンネル突入時の一定時間、空気口６から吸い込むことにより、前記空気口を設けた先頭部の位置における横断面積が減少したと同じ効果が得られ、微気圧波を低減することができる。

図４は、ある条件に設定された形状（例えば、回転楕円体）の先頭部を備えた先頭車両および後尾車両からなる編成車両がある条件のトンネルを走行した際に、前記トンネルの入口部分から所定距離（例えば、６０ｍ付近）だけ内側に入った位置における微気圧波の解析結果（トンネル内の圧力変化を時間で微分した時間当たりの圧力勾配）の模式図である。なお、トンネルには、その出入口に緩衝工を設置したものと緩衝工を設置しないものとがある。図４は、緩衝工のないトンネルを想定している。先頭車両がトンネルに突入する際に、微気圧波が発生する状況について、先頭車両の先頭部分を先端部、中間部、後端部の三等分して考える。先頭車両がトンネル内への突入を開始し、最大の微気圧波が生じるのは、前記三等分した先頭部のうちの中間部がトンネル内に突入した後である。すなわち、前記中間部には、運転席が備えられるのが一般的であり、この中間部の横断面積の変化率が他の部分よりも大きくなっている。したがって、前記中間部が押しのけようとする空気をトンネル内壁がせき止めるため、この中間部の車体表面の圧力が急激に上昇する。言いかえると、高速走行時の先頭車両における先頭部表面の空気圧力は、先端部が一番高く、中間部、後端部の順に低くなるが、トンネル断面積に対して車体横断面積が大きく変化するのは前記中間部であり、この中間部で車体表面の空気が圧縮されるため、この中間部の車体表面の圧力が急上昇する。このことによって、発生する微気圧波が最大となる。したがって、先頭車両の先頭部がトンネルに突入する前に、先頭部の先端部、中間部で車体表面の空気吸入が始まると、先頭部のトンネル突入直前には既に先端部、中間部で車体表面圧力が低下しており、微気圧波を発生させる急激な圧力上昇を避けることができる。また、先頭部の後端部がトンネルに入るまで、連続して車体表面からの空気吸入を行なうことにより、空気の吸入を行なわない場合に比べて、大幅に微気圧波を低減することができる。このように、先頭車両の先頭部がトンネルに突入する所定時間前から、先頭部の後端部がトンネル内に入るまでの時間だけ、先頭部での空気吸入を行なうことにより、少ない空気吸入量で効果的に微気圧波を低減できる。

ところで、前記実施例においては、空気口６、空気流路７、吸入側制御弁８、空気だめ９、ポンプ１０、排気口１１を連結して、先頭部分の車体表面の空気を吸入し排気する構成としているが、前記吸入側制御弁８を二系統の空気流路に切り替える流路切り替え弁とし、空気だめ９およびポンプ１０を迂回する空気流路を形成して前記流路切り替え弁に接続する構造も考えられる。すなわち、編成車両が走行する路線によっては、トンネルの出入りが頻繁に行われる場合があるため、空気だめ内部を減圧する時間的な余裕がない場合が考えられる。このような場合に、前記流路切り替え弁によって、空気口と排気口を貫通し、先頭部の車体表面の空気圧が上昇した際に空気を排気孔側に流すことにより、微気圧波の増大を抑えることができる。

図５は本発明による実施例２の水平断面説明図である。実施例１では、空気だめ（空気吸入タンク）の設置場所を先頭車両１にしているが、先頭車両１における先頭部分の断面の減少或いは運転席部分のスペース確保などの制約からスペースが無い又は少ない場合もあり得る。このような場合には、先頭車両１に連結された中間車２にも空気だめ（空気吸入タンク）９を設置し、先頭車両１の空気だめ９に直接連通した構成とする。このような構成によれば、吸気空気量が増加し、微気圧性能を向上させることができる。

図６乃至図１１によって、本発明における先頭車両の他の実施例を説明する。図６は、先頭車両の先頭部分の側面図であり、空気だめ（空気吸入タンク），運転室および空気口を示している。図７は、図６の平面図である。図８は、本実施例の先頭車両の全体を先頭部分を中心に示した側面図である。図９は、前記先頭車両の先頭部分の鳥瞰図である。図１０および図１１は、前記先頭車両がトンネルに突入した際のトンネル内の圧力変化および微気圧波解析結果を示すグラフである。

先頭車両１００は、横断面積が変化する先頭部分に空気だめ（空気吸入タンク）１１０および運転室１２０を備えている。空気だめ１１０は、先頭車両１００の先頭部分の室内に配設されており、後に説明する容積を確保できるように構成されている。すなわち、通常、先頭車両の先頭部分には運転室１２０が設けられており、運転操作を行なうための運転操作機器、各種制御機器および運転状態を表示する表示装置が設置されている。運転操作機器および表示装置は、運転台１２４の位置に設置されている。前記制御機器は、前記運転室の運転台１２４の後方部分に設置される。この運転室１２０には、運転手１２６が車両の前方を監視するための運転室窓１２２が設置されている。前記空気だめ１１０は、先頭車両１００の先頭部分のうち、可能な限り先頭部位置から客室方向に向かって構成されており、先頭部分から微気圧波を低減するのに必要な空気量を吸い込むことができる容積を確保している。前記空気だめ１１０は、図７に示すように、車体の内部に、その外側が車体の内面に近接して構成されており、この空気だめ１１０の内部に運転室１２０がある。空気だめ１１０と運転室１２０の間には仕切り板がある。運転室１２０の巾よりも空気だめ１１０の巾が大きくなっており、車体内部に効率的に空気だめ１１０を構成するように配設されている。したがって、この空気だめ１１０の内部に運転室１２０が構成されている構造となっている。

前記先頭車両１００には、図９にハッチングによって示した空気口である空気吸い込み口１３２、１３４が設けられている。空気吸い込み口１３２は、先頭部分の上面に設置されており、空気吸い込み口１３４は、先頭部分の側面に設置されている。この空気吸い込み口１３２、１３４は、微気圧波の発生に最も大きく影響を与える部分、すなわち先頭部分を三等分した場合の中間部分に設置するのが効果的である。また、空気吸い込み口１３２、１３４の面積は、車体正面の投影面積（もっとも大きいところの車体断面積）の１０％から２０％程度にするのが効果的である。

これらの空気吸い込み口１３２、１３４には、空気流路とするダクト１３６が設置されており、このダクト１３６は吸入側制御弁（空気吸入弁）１３８に接続されている。前記吸入側制御弁１３８は、前記空気だめ１１０に直接或いはダクトを介して接続されている。（図６、図７に示す構成では、吸入側制御弁１３８を直接に空気だめ１１０に設置した例を示している）

前記空気吸い込み口１３２、１３４には、異物を吸い込まないようにグリルが設置されている。また、ダクト１３６内或いは、空気だめ１１０内に雨水などを吸い込むことが考えられる。ダクト１３６内の雨水は、吸入側制御弁１３８を閉じた状態で、排出する構造とする。また、空気だめ１１０内の雨水は、ポンプ１４０によって排出する。

前記空気だめ１１０には、その内部の空気を排気するポンプ１４０が接続されている。前記ポンプ１４０には、排気ダクト１４２が取り付けられている。この排気ダクト１４２の排気口は、先頭車両の先頭部分よりも進行方向後方位置で、床下部分に配置されており、軌道側へ向かって空気を吐き出すように設置されている。前記吸入側制御弁１３８を閉じた状態で、前記ポンプ１４０によって空気だめ１１０内の空気を車体外へ排気する。

前記空気だめ１１０は、その内容積を確保するため、図７に示すように車体の幅方向の寸法を可能な限り長くしている。このことにより、図８に示すように車体長手方向の寸法を短くして、客室空間の減少を最小限に抑えるように配慮されている。前記運転室１２０につながっている運転室出入台１０２および客室につながる客室出入台１０４は、前記空気だめ１１０よりも車体中央よりの位置に設置されている。この空気だめ１１０は、走行中の車外と空気だめの内の圧力差が作用した場合に十分耐えられる程の強度を有している。また、運転室１２０は、前記空気だめ１１０の内部に設置されているため、外周部分は空気だめ１１０と同様な強度となるように構成されている。

前記空気だめ１１０の容積について、その一例を挙げると、車両の走行速度３５０ｋｍ／ｈ、車体の最大横断面積１１ｍ^２、先頭車両の先頭部分の長さ１５ｍ、トンネルの断面積６３ｍ^２（このトンネルの入口には長さが１０ｍ、横断面積が８８ｍ^２の緩衝工が設置されている）の場合に、空気だめ１１０は、ほぼ３０ｍ^３程度の容積が必要となる。この空気だめ１１０の容積は、先頭車両のトンネルへの突入速度、先頭部の形状、前記緩衝工の有無、或いは、軌道表面の状態すなわちスラブ軌道或いはバラスト軌道等の違いによっても変わる。

つぎに、前記先頭車両１００が前記トンネルに上記走行速度で突入する場合の状況について、説明する。なお、図１０は、先頭車両がトンネルに突入する際に、トンネルの入口から６０ｍ付近の圧力の状況を示している。また、図１１は、図１０に示したトンネル内の圧力変化を時間で微分し時間当たりの圧力勾配を示した微気圧波解析結果を示している。図１０および図１１の実線は先頭部分から空気吸入を行なわない先頭車両の状況を示し、点線は先頭部分から空気吸入を行なう先頭車両の状況を示している。この場合に、空気吸入を行なう場合も空気吸入を行なわない場合も、両方の先頭車両はほぼ同一の先頭部分の形状とする。
空気吸入を行なう先頭車両においては、予め空気だめ１１０内の空気がポンプ１４０によって排気されている場合、トンネルの坑口に設けた緩衝工の入口より１０ｍ手前付近から吸入側制御弁１３８を開いて空気吸入を開始し、所定時間約０．２５秒間程度空気吸入を行った後、前記吸入制御弁１３８を閉じて空気吸入を停止する。すなわち、先頭車両全体がトンネル内に入った時点で、空気吸入を停止する。
または、先頭車両がトンネル突入前に排気のためポンプ１４０の運転を開始し、空気だめ１１０の内圧が空気吸入を行う為に必要な圧力となった時点以降に、前記先頭車両が緩衝工より１０ｍ手前付近に達するように運転する。そして、先頭車両が緩衝工より１０ｍ手前付近に達した時点で、吸入制御弁１３８を開いて空気吸入を開始し、所定時間約０．２５秒間程度空気吸入を行った後、吸入側制御弁１３８を閉じて空気吸入を停止する。このとき、ポンプ１４０の運転を停止または継続してもよい。そして、第２の所定時間（微小時間、なくてもよい。）後に、ポンプ１４０を動作させ、徐々に空気だめ１１０の空気を排気する。徐々に排気するのは、排気によって外部の空気圧が高くならないようにするためである。

このように先頭車両において、空気吸入を行なうことにより、図１０に示すように空気吸入を行なわない先頭車両の圧力変動を１００％とした場合、空気吸入を行なう先頭車両においては３０％程度圧力上昇を抑えることができる。また、微気圧波の発生に最も大きく関係する圧力勾配の変化は、図１１に示すように、空気吸入を行なわない先頭車両を１００％とした場合、空気吸入を行なう先頭車両においては３０％程度微気圧波を低減できることがわかる。

鉄道車両が走行する路線によっては、トンネルが連続して設置されている場合がある。この場合に鉄道車両は、最初のトンネルに突入してそのトンネルを抜けた後、僅かな時間で、次のトンネルに突入することになる。このように連続したトンネルの走行中にはポンプ１４０を連続して運転し、空気だめ１１０の排気を継続する。そして、最初のトンネル通過中にポンプ１４０によって空気だめ１１０の内部を負圧にしておいて、次のトンネルに突入するとき、空気の吸入を行なえるようにする。

前記先頭車両のトンネル突入時の空気吸入は、先頭車両がトンネルに突入する直前に開始される。空気だめ１１０は予めポンプ１４０によって、内部の空気を排気しておき、先頭車両がトンネル或いは緩衝工が設置されているトンネルにあっては、緩衝工への突入直前に、前記吸入側制御弁１３８を開いて空気吸入を開始する。

この吸入側制御弁１３８は、例えば自動列車制御装置（ＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）により車両の運行が制御されている新幹線電車の場合、自動列車制御装置（ＡＴＣ）からの列車の現在位置信号を取り込んで、この現在位置信号によって車両に設置した制御装置を介して、吸入制御弁８、１３８、ポンプ１０、１４０の制御を行なう。すなわち、車両がトンネルに突入する直前の位置信号に基づいて吸入側制御弁１３８を開き、ポンプ１４０を動作させ、空気の取り入れを実行し、次に、排気の制御を実行する。その他、軌道に信号発信手段を設置しておいて、この信号発信手段からの制御信号によって機器の運転制御を行ってもよい。

先頭車両１００を連結した編成車両が、トンネルを有する路線を例えば３５０ｋｍ／ｈ程度の走行速度で走行して、トンネルにさしかかった場合、先頭車両１００の先頭部分によって押しのけられた空気が、トンネルの入口部分或いはトンネルの坑口に設けた緩衝工によって遮られ、先頭部分の特に中間部に圧力の高い部分が生じることになる。しかし、上記のように先頭車両１００の先頭部分において、車体表面に設けた空気吸い込み口１３２、１３４から空気を吸い込むことによって、先頭部分の圧力上昇を抑えることができる。したがって、これまで微気圧波が発生する走行速度で、先頭車両１００の先頭部分がトンネル或いは緩衝工に突入しても、トンネル内での急激な圧力上昇を抑制することができることから、微気圧波の発生を抑えることができる。

上記先頭車両１００においては、先頭部分の形状或いは長さに応じて空気だめ１１０の容積を変えて、走行速度或いはトンネル入口の形状或いは緩衝工の有無から空気吸い込みの時期を設定することによって、微気圧波を効果的に低減することができる。また、先頭形状およびトンネルの条件、トンネルに突入する走行速度の関係から、空気だめ１１０の容積を、微気圧波を低減するのに十分なものにすることにより、先頭車両１００の先頭部分の形状を比較的自由にデザインすることができる。

前記先頭車両１００においては、空気だめ１１０を先頭部分に配置しているため、先頭車両自体の客室容積が減少することが懸念される。しかし、既存のトンネルをこれまで以上の走行速度で走行しようとする場合、微気圧波の発生を押えるためには、車体横断面積を低減せざるを得ない。車体横断面積の減少は、編成車両としてみた場合、客室容積を大幅に減少させることになる。上記先頭車両１００においては、客室部分の一部が空気だめ１１０を構成するために利用されたとしても、編成車両全体としてみた場合、客室容積の減少は僅かである。したがって、先頭車両１００に空気だめ１１０を設置することは、編成車両の客室容積の減少を抑えることになる。

これまでは、高速で走行する車両から発生する微気圧波が原因で生じる低周波音を低減するために、トンネルの坑口に緩衝工を設けていた。しかし、先頭車両自体に微気圧波を低減する機能を備えたことによって、上記緩衝工を設置しなくても、微気圧波による低周波音を押えることができる。また、路線によっては、走行する車両の速度向上によって、緩衝工の長さを長くするなどの微気圧波対策を行なわなければならなかったが、上記先頭車両によれば、走行速度向上させても、緩衝工の改良を行なう必要もなくなる。

本発明において、トンネルとは、緩衝工がある場合は、緩衝工もトンネルとするのがよい。

本発明は、トンネルを走行する高速車両を対象としている。しかしながら、大形貨物車が高速道路のトンネルに突入する場所や、地下鉄電車のように低速で走行する時に同条件となり微気圧波が生ずる場合に本発明は適用できる。

本発明による鉄道車両の実施例１を示す平面図。 図１の先頭車両の側面図。 先頭車両、中間車および後尾車両からなる編成車両の車体の周囲にできる空気の流れの模式図。 トンネル内の微気圧波解析結果を示す模式図。 本発明による鉄道車両の実施例２を示す水平断面説明図。 先頭車両の先端部分の側面図。 図６の平面図。 先頭車両の側面図。 先頭車両の先端部分の鳥瞰図。 トンネル内の圧力変化の模式図。 トンネル内の微気圧波解析結果を示す模式図。

符号の説明

１，１００ 先頭車両
２ 中間車
３ トンネル
６ 空気口
７ 空気流路
８，１３８ 吸入側制御弁
９，１１０ 空気だめ
１０，１４０ ポンプ
１１ 排気口
１２０ 運転席
１３２，１３４ 空気吸い込み口
１３６ ダクト
１４２ 排気ダクト

Claims (12)

1. 先頭車両の先頭部の車体表面に空気を取り入れる空気口を設け、前記先頭部より走行方向後方に該取り入れた空気を排気する排気口を設けるとともに、該空気口と排気口を連通する空気吸入タンクを配設してなる鉄道車両。
2. 請求項１に記載の鉄道車両において、前記空気吸入タンクと前記排気口との間に、ポンプを有すること、を特徴とする鉄道車両。
3. 請求項２に記載の鉄道車両において、前記ポンプは、前記空気口から前記空気吸入タンクに空気を吸入し、また、該空気吸入タンクから排気するものであること、を特徴とする鉄道車両。
4. 請求項２に記載の鉄道車両において、前記空気吸入タンクの空気口側には空気吸入弁があり、該空気吸入タンクよりも前記排気口側にはポンプがあること、を特徴とする鉄道車両。
5. 請求項１に記載の鉄道車両において、前記空気吸入タンクは、先頭車両がトンネルに突入する時に前記空気口から空気を吸入・貯溜し、所定時間後に前記排気口から排気するよう構成してなる鉄道車両。
6. 請求項１に記載の鉄道車両において、前記空気吸入タンクは、先頭車両がトンネルに突入する前に前記空気口から空気の吸入を開始し、先頭車両の先頭部がトンネル内への突入が完了した時に前記空気口からの空気の吸入を終了すること、を特徴とする鉄道車両。
7. 請求項４に記載の鉄道車両において、前記空気吸入弁は先頭車両がトンネルに突入するときに開き、所定時間後に閉じ、ポンプは車両がトンネル突入後に動作を開始し、空気吸入タンク内の空気を排気するよう構成してなる鉄道車両。
8. 請求項４に記載の鉄道車両において、前記ポンプは前記空気吸入タンクから空気を排気するとき、該空気吸入タンク内が負圧になった時点で動作を停止するよう構成してなる鉄道車両。
9. 請求項１に記載の鉄道車両において、前記空気口は、車体先頭部の中間部の車体表面に設置していること、を特徴とする鉄道車両。
10. 請求項９に記載の鉄道車両において、前記空気口の空気取り入れ面積は、鉄道車両の車体の最大断面積の１０％から２０％程度であること、を特徴とする鉄道車両。
11. 請求項１に記載の鉄道車両において、前記排気口は車体の下面に開口していること、を特徴とする鉄道車両。
12. 自動列車制御機構により運行を制御されている車両運行方法において、
    車両は空気を吸入・排気する機構を備え、トンネル通過時、自動列車制御機構は車両がトンネルに突入するとき空気を吸入、所定時間経過後に該吸入空気を排気するよう制御してなる車両運行方法。

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