JP2012144167A - 鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】客室内の空調や換気をするための屋根上機器を備えており、高速走行時に屋根上機器に働く空力加振力に起因する騒音が、客室内に伝播することを防止することができる鉄道車両を提供する。
【解決手段】鉄道車両において、屋根上機器を載置する屋根構体４０の開口部４１と、客室の天井４７に１つ以上設けられた開口部４７ａとが、通風ダクト４３で接続されていて、客室内の空気が屋根上機器の内部に流通可能である。屋根構体４０の開口部４１の直下には天井４７が配設されているので、客室からは天井４７の開口部４７ａを通して屋根構体４０の開口部４１が目視できない。これにより、屋根上機器から客室内へと放射された騒音３１０を、天井４７によって遮音し、通風ダクト４３を伝播する過程で、反射及び消音することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、客室内に調和空気を供給又は換気するための空調装置を屋根上に備えた鉄道車両に関する。

従来、客室内からの再循環空気を調和した後、当該調和空気を客室内に供給する空気調和装置（以下、空調装置と記す）、若しくは客室内の空気を車外へ排気する又は車外の新鮮空気を客室内に導入する換気機能を併設した空調装置は、鉄道車両の屋根構体の上部に搭載されることが多い。図１０に、屋根構体の上部に空調装置を備える鉄道車両の屋根構体と前述した空調装置とを含む部位を、鉄道車両の長手方向５２０に沿って切断した断面図を示す。図１０において、空調装置は、その筐体の内部に仕切りを設けて室外送風機室１０２、室内送風機室１０４及び機器室１０６をなすとともに、鉄道車両を構成する屋根構体４０の上部に備えられる。屋根構体４０の車内側には車外から車内へ熱が侵入する（特に夏季）、或いは車内から車外へ熱が散逸（特に冬季）することがないように断熱材４２が張られている。

室内送風機室１０４の屋根構体４０に対向する下壁の一部に開口が形成されるとともに、当該開口に対応して、屋根構体４０には開口部４１が形成されている。開口部４１の周囲において、屋根構体４０と空調装置１００との間には気密パッキンが設けられており、雨水や塵埃等が車両内へ侵入するのを防止するとともに、外気と空調空気とを遮断している。屋根構体４０と車両の天井４７との間には、開口部４１において縦方向の通風ダクト４３が設けられている。

通風ダクト４３に接続する天井４７の開口部には、客室側から順に多孔板４８とフィルタ４６とが重ねて配置されている。多孔板４８と天井４７とは略同一面をなしている。なお、通風ダクト４３の高さ方向５３０（図１参照）の端部は屋根構体４０に設けられた開口部４１に接続する。風の流れ３００に示すように、客室内の空気は多孔板４８とフィルタ４６とを通過して通風ダクト４３を経て、室内送風機室１０４の内部に導かれる。室内送風機室１０４の内部には、図示はしないが室内送風機及び室内熱交換器が備えられており、客室から室内送風機室１０４の内部に吸込まれた空気は、前述した室内熱交換器を通過する過程で、その温度及び湿度が調和された後、室内送風機室１０４から鉄道車両の客室内に調和空気として再供給される。

上記のような屋根上に空調装置を搭載した鉄道車両が高速走行するとき、空調装置の周囲において空気は滑らかに流れることができず、空気流れは例えば空調装置の前縁等から剥離を生じる。この剥離した空気の流れは、カルマン渦流のように向きが交互に変わる渦が連なる流れとなり、屋根上機器の上面カバーに周期的な空力加振力が作用して上面カバーを振動させる。外壁の振動は空調装置の内部において騒音３１０を生じさせ、騒音３１０は客室天井の開口部を通じて直接に車内へと伝搬する。かかる騒音は、図９において破線で示すように室内送風機室１０４をなす上面カバーの固有値に対応する周波数ｆ１に卓越したピークを有する特性を示す。

空調装置の室内送風機を鉄道車両の屋根構体と天井との間の空間に取付け、冷却風を車体の長手方向に真直ぐ吹出すことで、室内送風機の吹出部の通風抵抗を低減して冷却風の流れを良くし、羽根車の外径を従来よりも小さくし、小型の送風機を使用して車内の騒音を低減させるとともに、室内送風機の消費電力を低減した鉄道車両が提案されている（特許文献１参照）。

鉄道車両の屋根上に搭載され、車内に空気を吹き出すための室内送風機を内蔵した車両用空調装置（本体）と、室内送風機から吹き出された空気の流れる方向を変えるように室内送風機の下側にそれぞれ位置するように取り付けられた案内板を備えており、室内送風機から吹き出された空気が案内板に衝突した際に発生した振動が車体に直接伝播することがないようにすることで、室内送風機が吹き出した空気が衝突することにより発生する振動を抑止し、車体に伝播する振動を低減する車両用空調装置及びそれを搭載した鉄道車両が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００２−３４７６１７号公報 特開２００７−２５３６９３号公報

車両室内の騒音は、乗客にとって快適さを損なう一因となっている。即ち、図１０に示すように、客室天井４７の開口部から放射された空調装置に起因する騒音３１０は客室内に拡散するため、乗客等の快適性が損なわれる懸念があった。

そこで、鉄道車両の屋根構体上に搭載される屋根上機器と客室とを接続する通風ダクトの構造に工夫を施すことで、空調装置に起因して騒音が通風ダクトに侵入しても、通風ダクトから客室に伝播される過程において騒音を減衰させる点で解決すべき課題がある。
本発明の目的は、空調装置の特に上面カバーの空気力学的振動に起因して生じた騒音が通風ダクトに侵入しても、車両の客室内に伝播される騒音を減衰させて乗客等の快適性を保つことができる鉄道車両を提供することである。

本発明による鉄道車両は、上部に空調装置を搭載し且つ前記空調装置への通気が可能な第１開口部を備えた屋根構体と、前記屋根構体の下側に張設されて客室の天井を定めており且つ前記客室からの通気が可能な第２開口部を備えた天井部材と、前記第１開口部と前記第２開口部とを接続し前記第１開口部と前記第２開口部とを繋ぐ流路を構成するダクトと、を備えていて、前記流路を流れる空気の流れ方向に交差する前記ダクトの断面積を前記第１開口部の開口面積より大きく構成することで、前記ダクトを膨張型消音器に構成していること、を特徴としている。

本鉄道車両によれば、屋根構体の上部に搭載された空調装置において、例えば外気の流れに起因した空力的な作用によって騒音が生じ、当該騒音が空調装置への空気の流路を与えるダクト内に侵入しても、ダクトは、流路を流れる空気の流れ方向に交差するダクトの断面積が第１開口部の開口面積より大きく構成されているために、膨張型消音器として作用して、当該騒音を減衰させることができる。したがって、ダクトに通じる天井部材の第２開口部から客室内に伝播される騒音を低減することができる。

本鉄道車両において、前記第２開口部については、前記第１開口部のほぼ直下に配置することができる。また、前記第２開口部については、前記第１開口部と前記鉄道車両の高さ方向に整列しておらず、前記鉄道車両の長手方向又は幅方向にオフセットして配置させることができる。この場合、更に、前記空調装置を音源とする騒音が前記第１開口部から前記第２開口部へ直接伝播することを抑制するため、前記第１開口部のほぼ直下に、前記ダクトの板材、又は前記ダクトの板材とその前記客室側に重ねられた前記天井部材の板材とを配設することができる。更にまた、一つの前記第１開口部に対して複数の前記第２開口部を前記天井部材に分散して配置し、前記第２開口部から前記流路に流入する前記客室からの空気を前記ダクトの内部で合流させた後、前記第１開口部を経て前記空調装置の内部へ到達させることができる。

本発明による鉄道車両は、また、上部に空調装置を搭載し且つ前記空調装置への通気が可能な第１開口部を備えた屋根構体と、前記屋根構体の下側に張設されて客室の天井を定めており且つ前記客室からの通気が可能な二つの第２開口部を備えた天井部材と、前記第１開口部と前記両第２開口部とを接続し前記第１開口部と前記両第２開口部とを繋ぐ流路を構成するダクトと、を備え、前記第１開口部から一方の前記第２開口部までの水平方向の距離と、前記第１開口部から他方の前記第２開口部までの水平方向の距離との差を、前記空調装置を音源とする騒音のピーク周波数に対応する波長の整数倍にその半波長を加えた長さとほぼ同一としたことで、前記ダクトを干渉形消音器に構成していること、を特徴としている。

本鉄道車両によれば、屋根構体の上部に搭載された空調装置において、例えば外気の流れに起因した空力的な作用によって騒音が生じ、当該騒音が空調装置への空気の流路を与えるダクト内に侵入しても、ダクトは、第１開口部から一方の第２開口部までの水平方向の距離と、第１開口部から他方の第２開口部までの水平方向の距離との差を、空調装置を音源とする騒音のピーク周波数に対応する波長の整数倍にその半波長を加えた長さとほぼ同一として構成されているために、第１開口部及び第２開口部から客室内に伝播される騒音は、開口部から当距離の客室内において互いに干渉によって消音される。本鉄道車両の場合、前記第２開口部については、前記両第１開口部と前記鉄道車両の高さ方向に整列しておらず、前記鉄道車両の長手方向又は幅方向にオフセットして配置することができる。

上記いずれかの鉄道車両において、前記第２開口部の前記客室の側には多孔板を備え、前記多孔板の前記第１開口部に近い部位の局所的な開口率を小さくするとともに、前記多孔板の前記第１開口部から離れた部位の局所的な開口率を大きくすることができる。更に、上記いずれかの鉄道車両において、前記ダクトは、前記流路側が吸音機能を備えており、前記吸音機能は、前記ダクトを構成する板材自体を多孔質等の吸音性の板材とすること、前記ダクトを構成する板材に吸音性の板材を貼付すること、及び前記ダクトを構成する板材に前記流路を流れる空気の流れをスムーズにする吸音性の整流部材を配置すること、の少なくとも一つを採用することにより備えることができる。更にまた、前記膨張型消音器又は前記干渉形消音器に構成された前記ダクトを、前記鉄道車両の幅方向で見て、当該幅方向の中央位置に一つ又は当該幅方向の両側にそれぞれ設けることができる。また、本鉄道車両は、前記空調装置に代えて前記客室内空気の換気機能を有する換気装置、又は前記客室内空気の換気機能を内蔵する前記空調装置に適用することができる。

本発明による鉄道車両では、特に、空調装置に起因する騒音が、空調装置を載置する屋根構体と客室の天井部とを貫通する通風ダクトを通過し客室内に伝播される過程で、空洞型消音構造をなす通風ダクトによって騒音レベルを決定するピーク成分の騒音を低減したりすることができるので、鉄道車両の高速走行によって空調装置の上面カバーが空力加振される結果生じる騒音によって、客室内の快適性を阻害されにくい鉄道車両を提供することができる。また、空調装置に起因する騒音が、空調装置を載置する屋根構体と客室の天井部とを貫通する干渉形消音器に構成された通風ダクトを通過した後、開口部から当距離の客室内において互いに干渉によって消音されるので、客室内の快適性を阻害されにくい鉄道車両を提供することができる。

図１は、空調装置を搭載した本発明による鉄道車両の実施例を示す斜視図である。 図２は、本発明による鉄道車両の実施例１であって、図１に示す鉄道車両の長手方向に沿う垂直断面Ａで切断した断面図である。 図３は、本発明による鉄道車両の実施例２を示す図であって、図１に示す鉄道車両の長手方向に沿う垂直断面Ａで切断した断面図である。 図４は、本発明による鉄道車両の実施例３を示す図であって、図１に示す鉄道車両の長手方向に沿う垂直断面Ａで切断した断面図である。 図５は、本発明による鉄道車両の実施例４を示す図であって、図１に示す鉄道車両の長手方向に沿う垂直断面Ａで切断した断面図である。 図６は、本発明による鉄道車両の実施例５を示す図であって、図１に示す鉄道車両の幅方向に沿う垂直断面Ｂで切断した断面図である。 図７は、本発明による鉄道車両の実施例６を示す図であって、図１に示す鉄道車両の幅方向に沿う垂直断面Ｂで切断した断面図である。 図８は、本発明による鉄道車両の実施例７を示す図であって、図４及び図５における矢視Ｃ−Ｃで見た鉄道車両の客室天井図である。 図９は、従来の空調装置を屋根上に備えた鉄道車両の高速走行時における客室内騒音レベルの周波数特性と本発明のそれとを比較した模式図である。 図１０は、従来の屋根上に空調装置を搭載した鉄道車両の長手方向に沿って切断した断面図（図１のＡ断面相当）である。

以下、図面を参照して、本発明による屋根機器を備えた鉄道車両の実施例を説明する。

図１は、空調装置を搭載した本発明による鉄道車両の実施例を示す斜視図である。図１に示すように、鉄道車両（以下、簡単のために「車両」と略す。）１の幅方向を５１０とし、それに直交する長手方向と高さ方向をそれぞれ５２０，５３０とする。車両１は、床部を構成する台枠１０と、台枠１０の幅方向５１０の両端部に立設された側構体２０，２０（一方のみ図示）と、台枠１０の長手方向５２０の両端部に立設された妻構体３０，３０（一方のみ図示）と、側構体２０，２０及び妻構体３０，３０の高さ方向５３０の上端部に載置された屋根構体４０とから構成される。

車両の軽量化と製作性向上とを両立するために、台枠１０、側構体２０、屋根構体４０を、対向する２枚の面板をリブで接続されたアルミニウム合金製の中空押出形材から構成する手法が確立されている。中空押出形材から台枠及び各構体を製作する場合、まず、架台の上面に、所定の形状に押出成形された押出形材をその押出方向と交差する方向に沿って所定の枚数並べて配設する。その後、押出形材の接合端面同士を突き合せた接合線に沿って、摩擦撹拌接合又は溶融溶接することによって、１枚ものの台枠及び各構体が製作される。

車両１を構成する台枠１０の長手方向の両端部の下面には、軌道上を回動可能に支持された複数の輪軸を備える台車４００，４００が配設されるとともに、台車４００，４００は台枠１０に連結されている。車両１を構成する側構体２０には、窓２２及び乗客の乗降に供される出入り口２４が備えられる。また、屋根構体４０の上面には空調装置１００，１００が搭載され、適当な固着手段によって固定されている。

図２は、本発明による鉄道車両の実施例１であって、図１に示す鉄道車両の長手方向に沿う垂直断面Ａで切断した断面図である。図１０に示した従来の車両の構造と同等の構成要素及び部位については、同じ符号を用いることにより再度の詳細な説明を省略する。図２に示すように、屋根構体４０の下側である客室側には、屋根構体４０との間に間隔をおいて、客室の天井を定める天井部材（以下「天井」と略す。）４７が張設されている。屋根構体４０には、空調装置１００へ通気可能に形成されている第１開口部としての開口部４１が備わっている。また、天井４７には、客室から通気可能に形成されている第２開口部としての開口部４７ａが備わっている。この実施例では、開口部４７ａは開口部４１のほぼ直下に配置されている。屋根構体４０と天井４７との間には、屋根構体４０に備わる開口部４１と、天井４７に備わる開口部４７ａとを接続するように通風ダクト４３が設けられている。通風ダクト４３は、開口部４１と開口部４７ａとを接続し開口部４１と開口部４７ａとを繋ぐ流路を構成し、客室内の空気を空調装置１００の内部に流通可能に接続している。

通風ダクト４３は、図１０に示す通風ダクト４３と比較して、車両の長手方向５２０に大きな寸法を有するものとして形成されている。即ち、通風ダクト４３の横断面積を開口部４１の開口面積より大きく構成することで、通風ダクト４３は膨張型消音器に構成されている。天井４７の開口部４７ａには、フィルタ４６及び多孔板４８が設けられている。天井４７に備わる開口部４７ａは、屋根構体４０に備わる開口部４１に対して、車両１の高さ方向５３０に整列しておらず、長手方向５２０にオフセットした位置に形成されている。屋根構体４０の開口部４１の直下には、通風ダクト４３の板材及び天井４７の板材が配設されている。通常、通風ダクト４３をなす板材を多孔質のポーラス材などで構成することにより板材自体に吸音機能を付与する、あるいは、この吸音機能に代えて又はこれに加えて、図２に示すように通風ダクト４３をなす板材の空気流路側の面に吸音材４５を貼付して、通風ダクト４３の消音機能を高めている。

上記のような構造であるため、客室からの空気は、矢印３００で示すように、天井４７に備わり且つフィルタ４６及び多孔板４８が設けられる開口部４７ａから通風ダクト４３に流入し、屋根構体４０に備わる開口部４１に向かって屈曲して流れる。

車両１が高速走行するときに、屋根上機器として設置されている空調装置１００の外側を流れる空気の剥離に起因した上面カバーの空気力学的な加振によって騒音３１０が生じる。騒音３１０は、通常、開口部４１、通風ダクト４３の内部を通じて進行し、フィルタ４６と多孔板４８とが設けられている開口部４７ａを通して客室内に拡散（放射）する。本実施例１においては、当該騒音３１０が客室方向へと放射されたとしても、屋根構体４０の開口部４１の直下に設置された客室の天井４７、或いは当該天井４７の上面に沿って配置される通風ダクト４３の底板によって、客室内への直接伝播が妨げられ遮音される。さらに、通風ダクト４３によって構成される膨張型消音器によって、騒音３１０の騒音レベルが低減される。また、騒音３１０は通風ダクト１７内を伝播する過程で、その進行方向が屈曲する干渉効果と通風ダクト１７をなす板材に貼付された吸音性能を備える板状の吸音材４５の吸音効果によって、騒音が減衰したり吸音されたりするので、その騒音レベルが低減される。

本構造は、客室内の空気の空調を行う機能を有する屋根上機器を備えた鉄道車両に構成しているが、客室内空気の換気機能を有する換気装置、或いは換気装置を内蔵した空調装置の換気装置室の客室からの空気取入れ部に接続する通風ダクトを備えた鉄道車両に構成しても良い。また、本構造は、客室天井の開口部が車両中央に設けられているような鉄道車両の長手方向に延びる垂直平面での断面位置に設置しても良い。この場合、屋根構体４０の開口部と客室天井の開口部との位置は、車体の長手方向にずれた位置に設けられることで、騒音が通風ダクトを伝播する過程で、その進行方向が屈曲される。
図９に、本発明による鉄道車両での、客室内での周波数と音圧レベルの騒音特性の概略が示されている。本発明によれば、音圧レベルが特異的に高い周波数ｆ１を含む全周波数帯で音圧レベルを低下させることができる。

図２に示す実施例１においては、通風ダクト４３内の風の流れ３００に淀みや渦が生じやすい屈曲部位（角部）に、風の流れ３００に妨げにならないように、斜面を有する断面三角形状の吸音材（整流部材）４５が設けられている。吸音材（整流部材）４５は、吸音性能を奏するのみならず、通風ダクト４３の圧力損失の増大を抑制している。これにより、通風ダクト４３内の風の流れ３００をスムーズにするとともに客室天井４７に衝突する騒音を吸音することができる。通風ダクト４３内においては、吸音材（整流部材）４５の図示配置位置と対角となる屈曲部位にも吸音材（整流部材）４５を配置してよい。また、通風ダクト４３だけで十分な騒音軽減効果が得られる場合には、吸音材（整流部材）４５を省略することも可能である。

図３は、本発明による鉄道車両の実施例２を示す図であって、図１に示す鉄道車両の長手方向に沿う垂直断面Ａで切断した断面図である。図２に示した構造と同様の部材及び部位には同じ符号を付すことにより再度の詳細な説明を省略する。図３に示す実施例２においては、屋根構体４０に備わる開口部４１と天井４７に備わる開口部４７ａとにそれぞれ対応して通風ダクト４３の開口４４ａ，４４ｂが形成されている。屋根構体４０の開口部４１、通風ダクト４３の開口４４ａ，４４ｂ、及び天井４７の開口部４７ａは、ほぼ共通の中心軸線に沿って形成されている。

通気ダクト４３の風の流れ３００に垂直方向（水平面）の断面積７０は、通気ダクト４３の開口４４ｂの面積に比較して大きく、通気ダクト４３が膨張型消音器をなしている。通気ダクト４３によって構成される膨張型消音器の透過損失は、開口部４１の面積と断面積７０との比に支配されるため、消音したい卓越周波数ｆ１において透過損失が大きくなるように通気ダクト４３の断面積７０を選定すればよい。なお、通風ダクト４３の左右横方向への空洞の広がりは対称であっても、対称でなくても良い。また、図示はしないが、図２に示すように、通風ダクト４３の板材の表面に平板状の吸音材４５を貼付してもよい。騒音のピーク周波数ｆ１において透過損失が大きくなるように選定された断面積７０を有す通気ダクト４３によって、空調装置１００の上面カバーに起因する騒音のピーク周波数ｆ１を効果的に減衰することができるので、天井４７の開口部４７ａから客室内に放射される騒音レベルを抑制することができる。

また、本実施例においては、風の流れ３００は通風ダクト４３を殆ど屈曲して流れないので他の実施例と比較して圧力損失を小さくできる。このため、空調装置１００の内部に備えられる室内送風機に要求される仕様点の静圧を小さくすることができるので、消費電力を低減することができるとともに、室内送風機自身から発生する騒音レベルも小さくできる。

図４は、本発明による鉄道車両の実施例３を示す図であって、図１に示す鉄道車両の長手方向に沿う垂直断面Ａで切断した断面図である。図２に示した構造と同様の部材及び部位には同じ符号を付すことにより再度の詳細な説明を省略する。図４に示す実施例３においては、屋根構体４０に形成される開口部４１が一つであるのに対して、天井４７の開口部を複数に分散して配置した実施例である。図示の例では、天井４７には、車両１の長手方向５２０に分散された二つの開口部４７ａ，４７ａが備わっている。通風ダクト４３には、これらの開口部４７ａ，４７ａに対応してそれぞれ開口４４ａ；４４ｂ，４４ｂが形成されている。

屋根構体４０に備わる開口部４１に対向した通風ダクト４３の部位には底板が延びていて、客室内側の真下からは開口部４１を見ることができない。また、通風ダクト４３の分岐点である開口部４１に対向した底板の上面には、吸音材（整流部材）４５が設けられている。吸音材（整流部材）４５は断面三角形状を呈していて、両側が同等の傾斜の斜面になるように配置されている。天井４７の開口部４７ａ，４７ａ及び通風ダクト４３の開口４４ｂ，４４ｂには、それぞれフィルタ４６及び多孔板４８が配置されている。図示はしないが、図２に示すように、通風ダクト４３の板材の表面に平板状の吸音材４５を貼付してもよい。

上記構造により、客室からの空気は、天井４７に形成された二つの開口部４７ａ，４７ａのそれぞれから、風の流れ３００，３００として、多孔板４８及びフィルタ４６を通過して通風ダクト４３内に流入する。通風ダクト４３内に流入した風の流れ３００，３００は、三角形状の吸音材（整流部材）４５によってスムーズに案内されて通風ダクト４３による圧力損失の増大が抑制される。風の流れ３００，３００は、屋根構体４０の開口部４１付近で合流して室内送風機室１０４に流入する。室内送風機室１０４に発生した騒音３１０は、屋根構体４０の開口部４１から通風ダクト４３内に伝播するが、通風ダクト４３をなす板材（底板）によって遮音される。また騒音３１０は、通風ダクト４３の板材の風の流れる側の面に貼付された吸音材４５に衝突することによって客室へ拡散する前に吸音され、減音される。更に、騒音３１０は通風ダクト４３内を屈曲しながら伝播されて更に減衰されるので、天井４７の開口部４７ａ，４７ａから客室内への騒音の伝播を一層低減することができる。

本実施例の構造によれば、客室天井４７に複数の開口部４７ａ，４７ａが設けられているので、図２に示す構造を流れる客室の風の流れ３００と同等の空気流量を確保するに当たって、天井４７に備わる各開口部４７ａの開口面積を小さくすることができる。これにより、本実施例は、図２の構造と比較して、天井４７に備わる開口部４７ａにおいて騒音の反射の効果が大きくなるので、結果として客室内の騒音を一層低減することができる。なお、天井４７に備わる開口部４７ａの数は三つ以上でも良い。また、吸音材４５については、十分な騒音低減の効果が得られれば、省略することも可能である。

図５は、本発明による鉄道車両の実施例４を示す図であって、図１に示す鉄道車両の長手方向に沿う垂直断面Ａで切断した断面図である。図２に示した構造と同様の部材及び部位には同じ符号を付すことにより再度の詳細な説明を省略する。図５に示す実施例４は、図４に示す第３実施例の構成と比較して、基本的な構成としては同じであるが、屋根構体４０に備わる開口部４１の開口中心から天井４７に備わる開口部４７ａ，４７ａの開口中心までに至る距離Ｌ１，Ｌ２を違えた点が異なっている。なお、図４に示す三角形状の吸音材（整流部材）４５を記していないが、必要に応じて備えても良い。

当該距離Ｌ１，Ｌ２の差（＝Ｌ１−Ｌ２）は、図１０に示した騒音のピーク周波数ｆ１に対応する波長の整数倍にその半波長λ／２を加えた値に略一致しており、距離Ｌ１，Ｌ２の差を設けて開口部４７ａ，４７ａを備えることによって、通風ダクト４３は干渉型消音器に構成されている。したがって、騒音のピーク周波数ｆ１において、天井４７に備わるそれぞれの開口部４７ａ，４７ａから放射される騒音は、開口部４７ａ，４７ａから等距離の客室内において干渉により消音されるので、客室の内部において、卓越したピーク周波数を有す騒音が低減され、客室内快適性が向上する。

図６は、本発明による鉄道車両の実施例５を示す図であって、図１に示す鉄道車両の幅方向に沿う垂直断面Ｂで切断した断面図である。図２に示した構造と同様の部材及び部位には同じ符号を付すことにより再度の詳細な説明を省略する。実施例５においては、空調装置１００をなす室内送風機室１０４には、熱交換機１１２，１１２が車両の幅方向５１０に隔置して配設されており、両熱交換機１１２，１１２の間の幅方向５１０の中央に送風機１１０が配置されている。屋根構体４０とその車内側に張設される天井４７との間には、幅方向５１０に沿った左右にそれぞれ、図５に示す通風ダクト４３と同様の開口部が分散配置された構造を持つ通風ダクト（ダクトそのものは図示略。）が適用されている。

図６の右側に示すように、天井４７には、開口部４７ａ，４７ａが幅方向５１０に離れた位置に分散配置されて備わっている。各開口部４７ａには、フィルタ４６が設けられている。両開口部４７ａ，４７ａは、中心間距離として、屋根構体４０に備わる開口部４１からの距離がＬ３及びＬ４で示すように異なるように、配置されている。天井４７の幅方向５１０の中央部には、開口部４７ｂ，４７ｂが備わっている。送風機１１０から吹き出された調和空気は、屋根構体４０の幅方向５１０中央に備わる開口部を通じて、天井４７に備わる開口部４７ｂ，４７ｂから客室内に吹き出される。

天井４７に備わる開口部４７ａ，４７ａが屋根構体４０の開口部４１に対して距離（Ｌ３，Ｌ４）の異なる位置に形成されていることによって干渉型消音器が構成されており、室内送風機室１０４で発生し開口部４７ａ，４７ａから放射される騒音３１０は、開口部４７ａ，４７ａから等距離の客室内において干渉により消音される。このように、客室の天井４７の開口部４７ａの配置は、車両の横方向５１０及び長手方向５２０に関して任意であり、また天井４７の開口部４７ａの数も任意である。したがって、騒音のピーク周波数ｆ１において、天井４７のそれぞれの開口部４７ａ，４７ａから放射される騒音は、開口部から等距離の客室内において干渉により消音されるので、客室の内部において、卓越したピーク周波数を有す騒音が低減され、客室内快適性が向上する。

図７は、本発明による鉄道車両の実施例６を示す図であって、図１に示す鉄道車両の幅方向に沿う垂直断面Ｂで切断した断面図である。図６に示した構造と同様の部材及び部位には同じ符号を付すことにより再度の詳細な説明を省略する。実施例６においては、車両の幅方向５１０に沿って左右の各側に設けられる通風ダクト構造については、それ自体を図示していないが、図５に示したように、天井４７に備わる開口部４７ａ，４７ａが車両の長手方向５２０に分散配置され且つ屋根構体４０に備わる開口部４１から開口部４７ａ，４７ａまでの中心間距離としての距離がＬ１，Ｌ２で示すように異なり、かかる距離の差（＝Ｌ１−Ｌ２）が図１０に示した騒音のピーク周波数ｆ１に対応する波長の整数倍にその半波長λ／２を加えた長さに略一致しているような構造が採用されている。

空調装置１００の室内送風機室１０４で発生した騒音は、天井４７に幅方向５１０に沿って分散配置された各々の開口部４７ａ，４７ａから客室内に放射される。各開口部４７ａ，４７ａから客室内に放射される騒音３１０の位相は、開口部４７ａ，４７ａからの距離が略等しい立位の乗客耳元位置（台枠１０の床面からの距離Ｈ１の位置）と、開口部４７ａ，４７ａからの距離が所定距離となる座位の乗客耳元位置（台枠１０の床面からの距離Ｈ２の位置）とにおいて、位相が逆になるように設定される。
このように、天井４７に備わる開口部４７ａ，４７ａからそれぞれ放射された騒音３１０の位相が逆になるため、これら座位及び立位の乗客耳元位置における騒音は干渉により消音させることができるので、卓越したピーク周波数を有す騒音が低減され、客室内快適性が向上する。

図８は、本発明による鉄道車両の実施例７を示す図であって、図４及び図５における矢視Ｃ−Ｃで見た鉄道車両の客室天井図である。本実施例においては、図８に示すように、屋根構体４０に備わる開口部４１の直下には天井４７の板材が配設されており、開口部４１の下方は天井４７で覆われている。

本実施例においては、客室天井４７に備わる開口部４７ａには、多孔板４８が嵌め込まれている。多孔板４８の孔４９の間隔Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…は、屋根構体４０に備わる開口部４１から各孔４９までの距離が長くなるほど、逆に短くなる（反比例）ように設定されている。つまり、開口部４１（音源）からの距離が大きい部の間隔を小さく（局所的な多孔板４８の開口率を大きく）し、距離が小さい部分の間隔を大きく（局所的な多孔板４８の開口率を小さく）している。これにより、通風ダクト４３（図４、図５）を伝播して客室の天井４７に備わる開口部４７ａの多孔板４８から放射される騒音の伝播距離が長くなる（伝播距離が長くなるところほど孔間隔を短くしてより多くの風の流れ３００を許容している）ため、騒音を距離減衰させることができるとともに、多孔板４８の音源に近い部位の開口率を大きく、音源から離れた部位の開口率を小さくすることによって、多孔板４８の遮音性を高めている。本実施例における通風ダクトの構成は、図２に示す実施例１においても適用可能であることは明らかである。
したがって、空調装置１００に起因する騒音が通風ダクト４３を経由して、多孔板４８の開口部４９から客室内に拡散される騒音は、距離減衰効果と多孔板４８との遮音効果とによって減衰されるため、客室内に放射される騒音レベルを小さくすることができ、客室内の快適性が向上する。

なお、本実施例の構造は、屋根上に搭載されるとともに、客室内の空気の空調を行う機能を有する空調装置１００を備えた鉄道車両に構成しているが、客室内の空気を車外へ排出する排気装置（換気装置）を屋根上に搭載した鉄道車両に適用しても良い。この場合は、鉄道車両１をなす屋根構体４０の所定の場所に備わる開口部と客室内の天井に備わる開口部とが通気ダクトで連結されており、この通気ダクト及び天井の開口部に備わる多孔板に、実施例１から実施例５及び実施例７に示した特徴を備えることによって、排気装置の上面カバーに起因する騒音が客室内に伝播することを抑制できる。

１ 車両
１０ 台枠 ２０ 側構体
２２ 窓 ２４ 出入り口
３０ 妻構体
４０ 屋根構体 ４１ 開口部
４２ 断熱材 ４３ 通風ダクト
４４ａ，４４ｂ 開口部 ４５ 吸音材（整流部材）
４６ フィルタ
４７ 天井 ４７ａ 開口部
４８ 多孔板 ４９ 開口部（孔）
１００ 空調装置 １０２ 室外送風機室
１０４ 室内送風機室 １０６ 機器室
１１０ 送風機 １１２ 熱交換機
３００ 風の流れ ３１０ 騒音
４００ 台車
５１０ 車両の幅方向 ５２０ 車両の長手方向
５３０ 車両の高さ方向

Claims (11)

1. 上部に空調装置を搭載し且つ前記空調装置への通気が可能な第１開口部を備えた屋根構体と、
   前記屋根構体の下側に張設されて客室の天井を定めており且つ前記客室からの通気が可能な第２開口部を備えた天井部材と、
   前記第１開口部と前記第２開口部とを接続し前記第１開口部と前記第２開口部とを繋ぐ流路を構成するダクトと、
   を備える鉄道車両において、
   前記流路を流れる空気の流れ方向に交差する前記ダクトの断面積を前記第１開口部の開口面積より大きく構成することで、前記ダクトを膨張型消音器に構成していること、
   を特徴とする鉄道車両。
2. 請求項１に記載された鉄道車両において、
   前記第１開口部のほぼ直下に前記第２開口部が配置されていること、
   を特徴とする鉄道車両。
3. 請求項１に記載された鉄道車両において、
   前記第２開口部は前記第１開口部と前記鉄道車両の高さ方向に整列しておらず、前記鉄道車両の長手方向又は幅方向にオフセットしていること、
   を特徴とする鉄道車両。
4. 請求項３に記載された鉄道車両において、
   前記空調装置を音源とする騒音が前記第１開口部から前記第２開口部へ直接伝播することを抑制するため、前記第１開口部のほぼ直下には、前記ダクトの板材、又は前記ダクトの板材とその前記客室側に重ねられた前記天井部材の板材とが配設されていること、
   を特徴とする鉄道車両。
5. 請求項１に記載された鉄道車両において、
   一つの前記第１開口部に対して複数の前記第２開口部が前記天井部材に分散して配置されており、
   前記第２開口部から前記流路に流入する前記客室からの空気は前記ダクトの内部で合流した後、前記第１開口部を経て前記空調装置の内部へ到達すること、
   を特徴とする鉄道車両。
6. 上部に空調装置を搭載し且つ前記空調装置への通気が可能な第１開口部を備えた屋根構体と、
   前記屋根構体の下側に張設されて客室の天井を定めており且つ前記客室からの通気が可能な二つの第２開口部を備えた天井部材と、
   前記第１開口部と前記両第２開口部とを接続し前記第１開口部と前記両第２開口部とを繋ぐ流路を構成するダクトと、
   を備える鉄道車両において、
   前記第１開口部から一方の前記第２開口部までの水平方向の距離と、前記第１開口部から他方の前記第２開口部までの水平方向の距離との差を、前記空調装置を音源とする騒音のピーク周波数に対応する波長の整数倍にその半波長を加えた長さとほぼ同一としたことで、前記ダクトを干渉形消音器に構成していること、
   を特徴とする鉄道車両。
7. 請求項６に記載された鉄道車両において、
   前記第２開口部は前記両第１開口部と前記鉄道車両の高さ方向に整列しておらず、前記鉄道車両の長手方向又は幅方向にオフセットしていること、
   を特徴とする鉄道車両。
8. 請求項１〜７のいずれか一項の請求項において、
   前記第２開口部の前記客室の側には多孔板が備えられており、
   前記多孔板の前記第１開口部に近い部位の局所的な開口率を小さくするとともに、前記多孔板の前記第１開口部から離れた部位の局所的な開口率を大きくしたこと、
   を特徴とする鉄道車両。
9. 請求項１〜８のいずれか一項の請求項において、
   前記ダクトは、前記流路側が吸音機能を備えており、
   前記吸音機能は、前記ダクトを構成する板材自体を多孔質等の吸音性の板材とすること、前記ダクトを構成する板材に吸音性の板材を貼付すること、及び前記ダクトを構成する板材に前記流路を流れる空気の流れをスムーズにする吸音性の整流部材を配置すること、の少なくとも一つを採用することにより備えられていること、
   を特徴とする鉄道車両。
10. 請求項１〜９のいずれか一項の請求項において、
    前記膨張型消音器又は前記干渉形消音器に構成された前記ダクトは、前記鉄道車両の幅方向で見て、当該幅方向の中央位置に一つ又は当該幅方向の両側にそれぞれ設けられていること、
    を特徴とする鉄道車両。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項の請求項において、
    前記空調装置に代えて前記客室内空気の換気機能を有する換気装置、又は前記客室内空気の換気機能を内蔵する前記空調装置に適用されていること、
    を特徴とする鉄道車両。

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