JP2017159848A - 鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外側テーパ筒部で空気を旋回させる構成の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置において、流速が高速になる場合であっても、粒子径の異なる種々の塵埃を効率的に分離可能な構成を提供する。【解決手段】鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置１１は、吸込み部と、第１外側円筒部３９ａと、外側テーパ筒部３６と、内側筒部３４と、連結部４６と、を備える。第１外側円筒部３９ａは、吸込み部が吸い込んだ空気が旋回しながら流れる。外側テーパ筒部３６は、第１外側円筒部３９ａを流れた空気が旋回しながら流れ、第１外側円筒部３９ａから軸方向に遠ざかるにつれて径が小さくなるテーパ状の筒であり、当該テーパ状の筒の内側から外側へ繋がる開口部が形成されている。内側筒部３４は、少なくとも一部が第１外側円筒部３９ａの内側に位置するように配置されており、外側テーパ筒部３６を流れた空気が流れる。【選択図】図３

Description

本発明は、主として、鉄道車両用換気装置に用いられる塵埃分離装置に関する。

従来から、鉄道車両には、車外の空気を車室内に取り込むとともに車室内の空気を排出する鉄道車両用換気装置が設けられている。特許文献１は、この種の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置を開示する。

特許文献１では、鉄道車両の床下の換気装置の吸気側に設置されるサイクロン式の集塵装置（塵埃分離装置）が開示されている。この集塵装置は、円筒状本体と、円筒状本体の下部に接続される縮径部と、円筒状本体の内側に配置される排気管と、を備える。外部から取り込まれた空気は、円筒状本体の内部で旋回しながら下降し、その後円筒状本体の中央を下から上に向かって流れ、排気管から車内に向けて排出される。また、空気に含まれる塵埃は、円筒状本体の内部で旋回することで遠心力により外側へ移動し、縮径部の内壁に沿って下方へ落下する。これにより、空気に含まれる塵埃が分離される。

また、特許文献１では、円筒状本体の内壁には、円筒状本体の外側を経由して下方へ向かうバイパス経路が形成されている。これにより、円筒状本体だけでなくバイパス経路によっても塵埃を分離することができる。このバイパス経路は、床下空間の制約により円筒状本体の直径に対する高さの比が小さい場合であっても、塵埃の分離能力の低下を抑えることを目的としている。

特開２０１５−１９２９８２号公報

ところで、吸入される空気には粒子径の異なる種々の塵埃が含まれるため、これらを可能な限り集塵できる塵埃分離装置が求められる。鉄道車両用換気装置では、吸入させる空気量が比較的多いため、塵埃分離装置内の空気の流速が速くなる。そのため、空気に含まれる粒子径の小さな細かい塵埃は、内壁に衝突し速度を失い落下を始めても、流速の速い空気流により再度、巻き上げられる。その結果、空気量が多く流速の速い塵埃分離装置においては、細かい塵埃と空気とは分離されにくくなる。ここで、特許文献１では、円筒状本体の内壁に形成されたバイパス経路により塵埃を分離させている。しかし、塵埃を分離するために誘導部とパイパス経路とを形成する必要があるため、構造が複雑となる。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、外側テーパ筒部で空気を旋回させる構成の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置において、流速が高速になる場合であっても、粒子径の異なる種々の塵埃を効率的に分離可能な構成を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、車外の空気を車室内に取り込むとともに車室内の空気を車外へ排出する鉄道車両用換気装置の外気取込側に設けられる塵埃分離装置において、以下を備える構成が提供される。即ち、塵埃分離装置は、吸込み部と、外側円筒部と、外側テーパ筒部と、内側筒部と、連結部と、を備える。前記吸込み部は、車外の空気を吸い込む吸込み口を有する。外側円筒部は、前記吸込み部が吸い込んだ空気が旋回しながら流れる。前記外側テーパ筒部は、前記外側円筒部を流れた空気が旋回しながら流れ、前記外側円筒部から軸方向に遠ざかるにつれて径が小さくなるテーパ状の筒であり、当該テーパ状の筒の内側から外側へ繋がる開口部が形成されている。前記内側筒部は、少なくとも一部が前記外側円筒部の内側に位置するように配置されており、前記外側テーパ筒部を流れた空気が流れる。連結部は、前記内側筒部に接続されており、車外の空気を吸引する吸引装置へ向かう空気が流れる。

これにより、遠心力により粒子径の大きな塵埃を中心に開口部を介して分離される。また、開口部を設けることで、外側テーパ筒部に沿う空気の流れが乱されて空気の流速を低下させることができる。従って、吸入する空気量が多く流速が高速になる場合であっても、空気に含まれる細かい塵埃を効率的に分離することができる。特に、上記の構成は、まず粒子径の大きな塵埃を中心に分離されるため、一度分離された粒子径の小さな細かい塵埃が粒子径の大きな塵埃によって再度巻き上げられることを抑制することができ、上記の効果を一層有効に発揮させることができる。

本発明によれば、取り込む空気量の多さ等により流速が高速になる場合であっても、粒子径の異なる種々の塵埃を効率的に分離可能な塵埃分離装置が実現できる。

本発明の一実施形態に係る塵埃分離装置を備える鉄道車両用換気装置を示す概図。 塵埃分離装置の斜視図。 塵埃分離装置の断面斜視図。 塵埃分離装置を径方向から見たＡ−Ａ断面図。 塵埃分離装置を軸方向で見たＢ−Ｂ断面図。 外側テーパ筒部の開口部の形状を示す斜視図。 変形例に係る塵埃分離装置の断面を径方向で見た図。

次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに、図１を参照して、鉄道車両用換気装置１０について簡単に説明する。図１は、塵埃分離装置を備える鉄道車両用換気装置を示す概略図である。

鉄道車両用換気装置１０（以下、単に「換気装置」とも言う）は、鉄道車両１の床下３に配置されている。換気装置１０は、鉄道車両１の外部の空気を車室２に取り込むとともに車室２の空気を外部に排出する。換気装置１０は、外部の空気を取り込むための部材として、吸入ダクト１２ａと、複数の塵埃分離装置１１と、取込みダクト１２ｂと、取込みファン（吸引装置）１３と、第１モータ１４と、換気制御装置１５と、を備える。

吸入ダクト１２ａは、吸引された外部の空気を塵埃分離装置１１毎に分配して供給する。塵埃分離装置１１は、外部の空気から塵埃（例えば、塵、埃、粒子状物質、火山灰、砂等）を分離して集める。取込みダクト１２ｂは、塵埃分離装置１１と車室２とを接続しており、塵埃分離装置１１によって塵埃が取り除かれた空気が車室２まで流れる。取込みファン１３は、取込みダクト１２ｂの内部に配置されており、第１モータ１４が発生させた駆動力が伝達されることで、外部の空気を吸引する吸引力を発生させる。なお、第１モータ１４の回転速度は、換気制御装置１５によって制御されている。換気制御装置１５は、例えば車室２の内部の圧力と、鉄道車両１の外部の圧力と、の圧力差等に基づいて、第１モータ１４を制御する。

また、換気装置１０は、車室２の空気を外部に排出するための部材として、排気ダクト１６と、排気ファン（吸引装置）１７と、第２モータ１８と、を備える。排気ダクト１６は、車室２と外部とを接続しており、車室２の内部から外部へ向かう空気が流れる。排気ファン１７は、排気ダクト１６の内部に配置されており、第２モータ１８が発生させた駆動力が伝達されることで、車室２の空気を排出する空気流を発生させる。なお、第２モータ１８の回転速度は、換気制御装置１５によって制御されている。換気制御装置１５は、例えば車室２の内部の圧力と、鉄道車両１の外部の圧力と、の圧力差等に基づいて、換気制御装置１５を制御する。

次に、図２から図５を参照して、塵埃分離装置１１について詳細に説明する。図２は塵埃分離装置１１の斜視図であり、図３は塵埃分離装置１１の一部断面斜視図であり、図４は塵埃分離装置１１の正面断面図であり、図５は塵埃分離装置１１の平面断面図である。

本実施形態では筒状の部材は全て、軸方向と鉛直方向とが一致するように配置されている。以下の説明において、鉛直方向上側（即ち軸方向上側）及び鉛直方向下側（即ち軸方向下側）を単に「上側」及び「下側」と称することがある。なお、筒状の部材の少なくとも１つが、軸方向と鉛直方向とが傾斜するように配置されていても良い。

図２から図４に示すように、塵埃分離装置１１は、吸込み部３１と、整流部３２と、内側筒部３４と、外側テーパ筒部３６と、底筒部３７と、円筒部材３９（第１外側円筒部３９ａ及び第２外側円筒部３９ｂ）と、集塵部４０と、連結部４６と、を備える。これらの部材は、溶接等により互いに接続されているが、ボルト等の固定具で連結されていても良い。

初めに、図２及び図３を参照して、外部から取り込まれた空気が流れる経路を説明する。まず、換気装置１０の取込みファン１３及び排気ファン１７によって、外部の空気が、図２に示す吸込み部３１から塵埃分離装置１１の内部に取り込まれる。取り込まれた空気は、図３に示す第１外側円筒部３９ａの内側を旋回しながら下方へ流れる。その後、取り込まれた空気は、外側テーパ筒部３６の内側を旋回しながら更に下方へ流れ、当該外側テーパ筒部３６の中心を上方へ流れた後に、内側筒部３４の内部を更に上方へ流れる。その後、取り込まれた空気は、内側筒部３４の上側に連結された連結部４６を介して取込みダクト１２ｂへ流れる。

また、外部から取り込まれた空気に含まれる塵埃は、第１外側円筒部３９ａ及び外側テーパ筒部３６の内側を旋回する際に遠心力によって内壁面に衝突し、当該内壁面に沿って塵埃の自重によって下方へ落ち、集塵部４０に集められる。上述のように、外部から取り込まれた空気は、外側テーパ筒部３６の中心を上方へ流れるため、塵埃は上方には巻き上げられない。これにより、外部から取り込まれた空気から塵埃を分離できる。また、詳細は後述するが、外部から取り込まれた空気の一部は、外側テーパ筒部３６に形成された開口部３６ａを介して、外側テーパ筒部３６の外側へ流れる。ここでも、空気に含まれる塵埃は速度を失ってその自重により下方に落下して集塵部４０に集められる。

円筒部材３９は、軸方向の両端が開放された（即ち、天板及び底板が設けられていない）略円筒状の部材である。円筒部材３９は、第１外側円筒部（外側円筒部）３９ａと、その下側に位置する第２外側円筒部３９ｂと、から構成されている。本実施形態では、円筒部材３９は一体的に構成されており、第１外側円筒部３９ａと第２外側円筒部３９ｂの径は同じである。しかし、円筒部材３９は、上部と下部で機能が異なるため、２つに分けて説明する。第１外側円筒部３９ａと第２外側円筒部３９ｂは、別部材であっても良い。

第１外側円筒部３９ａの軸方向の長さの中央（第１外側円筒部３９ａの高さの中央）よりも上側には、図２に示すように吸込み部３１が取り付けられている。吸込み部は略角パイプ状であり、４枚の板材から構成されている。この角パイプ状の部分の外側の端部には、吸込み口３１ａが形成されている。また、図５に示すように、吸込み部３１の内壁面は、円筒部材３９（第１外側円筒部３９ａ）の内壁面と連続するように配置されている。この構成により、外部の空気は、換気装置１０の取込みファン１３及び排気ファン１７が発生させた吸引流により、吸込み口３１ａから取り込まれ、第１外側円筒部３９ａの内部へ流れる。

第１外側円筒部３９ａの内側（詳細には第１外側円筒部３９ａと後述の外側テーパ筒部３６の内側に跨る位置）には、内側筒部３４が配置されている。内側筒部３４は、内側円筒部３４ａと、その下方に接続される内側テーパ筒部３４ｂと、から構成され、内側テーパ筒部３４ｂの下端には内側筒部吸入口３４ｃが設けられている。内側テーパ筒部３４ｂは、下方へ近づくにつれて径が小さくなるテーパ状の円筒部である。内側円筒部３４ａの外側かつ第１外側円筒部３９ａの内側には、第１旋回室５１が形成されている。第１旋回室５１は、円環状の空間であり、吸込み口３１ａから取り込まれた空気が旋回しながら下方へ流れる。

上板４５は、第１外側円筒部３９ａ及び内側円筒部３４ａの上面に接続されている。上板４５は、内側円筒部３４ａと第１外側円筒部３９ａの間（即ち第１旋回室５１）の上側を閉鎖するとともに、内側円筒部３４ａの上側を開放して塵埃分離後の空気を換気装置１０に導くための連結部４６が接続されるように構成されている。

整流部３２は、図３に示すように、軸方向において、第１外側円筒部３９ａと第２外側円筒部３９ｂの境界の近傍と、内側円筒部３４ａと内側テーパ筒部３４ｂの境界の近傍と、を接続するように配置された板状の部材である。整流部３２は、図５に示すように、吸込み部３１と第１外側円筒部３９ａとが接続する点を始点として、空気の旋回方向に約９０°の領域に形成されている。このように、整流部３２は、第１旋回室５１の底部の一部を構成する。整流部３２は、吸込み部３１から取り込まれた外部の空気を整えて（ガイドして）、軸方向を回転軸とする旋回流を発生させる補助を行う。

外側テーパ筒部３６は、内側筒部３４の外側であって、かつ、第２外側円筒部３９ｂの内側に配置されている。外側テーパ筒部３６は、両端が開放されるとともに、軸方向の下側に進むにつれて径が小さくなるテーパ筒状の部材である。外側テーパ筒部３６のテーパ角は、内側テーパ筒部３４ｂのテーパ角と同じである（ここでいう「同じ」は数度程度異なる場合も含む）。外側テーパ筒部３６の上側の開放部分は、円筒部材３９（詳細には第１外側円筒部３９ａと第２外側円筒部３９ｂの境界の近傍）に接続されている。

内側筒部３４の外側かつ外側テーパ筒部３６の内側には、第２旋回室５２が形成されている。なお、内側筒部３４よりも下側の空間では、外側テーパ筒部３６の内側が第２旋回室５２に該当する。第１旋回室５１と第２旋回室５２は接続されており、第１旋回室５１を旋回しながら流れた空気は、第２旋回室５２を旋回しながら下方へ流れる。

内側テーパ筒部３４ｂと外側テーパ筒部３６のテーパ角が同じであるため、第２旋回室５２における空気の旋回の流れをスムーズにすることができる。更に、内側テーパ筒部３４ｂをテーパ状にすることで内側筒部吸入口３４ｃの開放部分が小さくなるため、第２旋回室５２を旋回する空気に含まれる塵埃が内側テーパ筒部３４ｂに入りにくくすることができる。

外側テーパ筒部３６の壁面には、図４から図６に示すように、外側テーパ筒部３６の内側から外側へ繋がる開口部３６ａが形成されている。ここで、外側テーパ筒部３６の外側であって第２外側円筒部３９ｂの内側の空間を第３旋回室５３とする。即ち、開口部３６ａは、第２旋回室５２と第３旋回室５３とを接続している。ここで、第３旋回室５３は第２旋回室５２にのみ繋がっており、外部への出口がない。そのため、第３旋回室５３に流入する空気量は少なく、流速は比較的遅い。しかし、第２旋回室５２で旋回された塵埃のうち、粒子径の大きな塵埃は遠心力を受けて開口部３６ａを介して第３旋回室５３に流入し、速度を失った塵埃は第３旋回室５３内の外側集塵室５５に落下する。

外側テーパ筒部３６の下部には、径方向で見たときに当該外側テーパ筒部３６と重なるように底筒部３７が配置されている。底筒部３７は円筒であり、その径は、外側テーパ筒部３６の上端の開放部分よりも小さく、外側テーパ筒部３６の下端の開放部分よりも大きい。従って、底筒部３７の上端は、外側テーパ筒部３６の軸方向の中途部に接続されている。底筒部３７の下端は、集塵部４０に接続されている。

集塵部４０は、上端が開放されるとともに、下端が円板状の底板により閉鎖された円筒である。上述のように底筒部３７の下端は集塵部４０の底板と接続されている。これにより、内側集塵室５４が形成される。外部から取り込まれた空気に含まれる塵埃は、第１旋回室５１及び第２旋回室５２を旋回することで、遠心力により外側へ力を受ける。その結果、塵埃は、第１外側円筒部３９ａ及び外側テーパ筒部３６の内壁面に衝突して下方へ落ちる。内側集塵室５４は、この下方へ落ちた塵埃を集める部分である。

また、第２外側円筒部３９ｂの下端部も集塵部４０に接続されている。これにより、外側集塵室５５が形成される。外側集塵室５５は開口部３６ａを介してのみ外部に繋がっているので空気の流れは停滞し流入する空気量は少ない。しかし、遠心力により粒子径の大きな塵埃は、開口部３６ａから第３旋回室５３へ流れ、第２外側円筒部３９ｂの内壁面に衝突して下方へ落ちる。外側集塵室５５は、この下方へ落ちた塵埃を集める部分である。なお、粒子径の大きな塵埃の方が重いため遠心力が作用し易いので、開口部３６ａから第３旋回室５３へ移動し易い。従って、粒子径の大きな塵埃が外側集塵室５５へ集められ、比較的細かい塵埃が内側集塵室５４へ集められる。特に、粒子径の大きな塵埃は、遠心力により開口部３６ａを介して第３旋回室５３に流入するので、第２旋回室５２において旋回する量は少なくなる。そのため、内側集塵室５４に集塵された粒子径の小さな塵埃が、粒子径の大きな塵埃によって叩かれて再度巻き上げられることを抑制することができる。

また、第２旋回室５２を旋回しながら下方へ流れた空気は、塵埃等が分離された後に、第２旋回室５２の中央を上方へ流れ、内側筒部吸入口３４ｃから内側筒部３４の内部に流れる。また、内側筒部３４の上端には、ダクト状の連結部４６が取り付けられている。連結部４６は、塵埃等が分離されて内側筒部３４を上方へ流れた空気を、取込みダクト１２ｂまで案内する。

次に、図４を参照して、塵埃分離装置１１を構成する部材の上下方向（軸方向）の位置関係について説明する。以下の説明では、「同じ」と説明した場合であっても、厳密に「同じ」場合だけでなく、製造上の誤差及び他の設計事項を考慮した微小な違いがある場合も含むものとする。

吸込み口３１ａ、第１外側円筒部３９ａ、及び、内側円筒部３４ａは、軸方向の位置、及び、軸方向の長さは同じである。また、第１外側円筒部３９ａの軸方向の長さは、外側テーパ筒部３６及び第２外側円筒部３９ｂの軸方向の長さよりも短い。また、内側テーパ筒部３４ｂの軸方向の長さは、外側テーパ筒部３６の軸方向の長さの半分程度である。

上記の構成に代えて、吸込み口３１ａの軸方向の長さは、第１外側円筒部３９ａよりも小さくても良い。この場合、吸込み口３１ａから吸い込まれた空気が第１旋回室５１を旋回する回数が増加する。また、内側筒部３４の下端は、外側テーパ筒部３６よりも上側であっても良い。また、底筒部３７は、外側テーパ筒部３６の下端に接続されていても良いし、底筒部３７を省略しても良い。

開口部３６ａのうち最も上側の部分の位置は、外側テーパ筒部３６の上端近傍（第１外側円筒部３９ａの直下）である。開口部３６ａのうち最も下側の部分の位置は、内側テーパ筒部３４ｂの下端より上側であって、外側テーパ筒部３６の中央より上側であって、円筒部材３９の中央より上側であって、第２外側円筒部３９ｂの中央より上側である。

開口部３６ａが形成される位置は任意であり、上記の構成に代えて、例えば内側テーパ筒部３４ｂより下側に開口部３６ａが形成されていても良い。また、外側テーパ筒部３６の上端近傍ではなく、少し下方に開口部３６ａが形成されていても良い。

次に、外側テーパ筒部３６に形成される開口部３６ａの形状、及び効果について説明する。図６は、外側テーパ筒部３６の開口部３６ａの形状を示す斜視図である。なお、図６は、図２及び図３とは異なる方向から塵埃分離装置１１を見た斜視図である。

初めに、図４及び図６を参照して、径方向で見たときの開口部３６ａの位置及び形状について説明する。図４では、開口部３６ａは、内側筒部３４よりも紙面奥側に形成されている。従って、第２旋回室５２を旋回する空気は、開口部３６ａを右から左へ通過する。なお、この様子は図６にも示されている。従って、開口部３６ａは、空気の旋回方向の下流側に進むにつれて、流入した塵埃が再度、外側テーパ筒部３６に流入しないように軸方向の長さが短くなるように形成されている。

具体的には、開口部３６ａを構成する辺（開口部３６ａと外側テーパ筒部３６の壁面の境界となる辺）は、３つあり、上側を構成し径方向に平行であって、側面視にて直線な第１辺と、上流側の端部を構成し軸方向に平行な第２辺と、下流側の端部及び下側を構成し下流側に近づくにつれて上側に近づくような円弧状の第３辺と、から構成されている。

開口部３６ａの形状は任意であり、第１辺は径方向に対して傾斜する直線であっても良いし、曲線であっても良い。第２辺は、軸方向に対して傾斜する直線であっても良いし、曲線であっても良い。第３辺は、第１辺と第２辺を結ぶ直線であっても良い。また、開口部３６ａは、２辺以下から構成されていても良いし、４辺以上から構成されていても良い。ただし、開口部３６ａは、空気の旋回方向の下流側に進むにつれて、軸方向の開口長さ（軸方向で見たときの開口長さ）が短くなるように形成されていることが好ましい。

次に、軸方向で見たとき（即ち図５）の開口部３６ａの位置及び形状について説明する。開口部３６ａは、吸込み部３１の内壁部と第１外側円筒部３９ａの内壁部が接続する点から空気の旋回方向に９０°の角度範囲に重なるように（即ち整流部３２に重なるように）形成されている。具体的には、開口部３６ａは、整流部３２の下流側の端部を挟む角度範囲に形成されている。即ち、開口部３６ａは、整流部３２の略直上に配置されることで、吸込み口３１ａから流入した空気の一部が直接、開口部３６ａに入ることが防止できる。これにより、大量の空気が開口部３６ａに流入することを防止できる。

なお、この角度範囲は一例であり、図７の変形例に示すように、開口部３６ａの角度範囲が整流部３２の角度範囲に含まれていても良い。図７の変形例では、吸込み部３１の内壁部と第１外側円筒部３９ａの内壁部が接続する点（即ち整流部３２の上流側の端部）より少し下流の位置を始点として、当該接続する点から９０°（即ち整流部３２の下流側の端部）まで形成されている。

本実施形態では、開口部３６ａの角度範囲は６０°程度であるが、２０°以上であることが好ましく、４５°以上であることが更に好ましい。開口部３６ａの角度範囲を大きくすることで、種々の粒子径を含んだ空気を開口部３６ａから第３旋回室５３に流入させることができる。

以上に説明したように、車外の空気を車室２の内部に取り込むとともに車室２の内部の空気を車外へ排出する鉄道車両用換気装置１０の外気取込側に設けられる塵埃分離装置１１において、以下を備える構成が提供される。即ち、塵埃分離装置１１は、吸込み部３１と、第１外側円筒部３９ａと、外側テーパ筒部３６と、内側筒部３４と、連結部４６と、を備える。吸込み部３１は、車外の空気を吸い込む吸込み口３１ａを有する。第１外側円筒部３９ａは、吸込み部３１が吸い込んだ空気が旋回しながら流れる。外側テーパ筒部３６は、第１外側円筒部３９ａを流れた空気が旋回しながら流れ、第１外側円筒部３９ａから軸方向に遠ざかるにつれて径が小さくなるテーパ状の筒であり、当該テーパ状の筒の内側から外側へ繋がる開口部３６ａが形成されている。内側筒部３４は、少なくとも一部が第１外側円筒部３９ａの内側に位置するように配置されており、外側テーパ筒部３６を流れた空気が流れる。連結部４６は、内側筒部３４に接続されており、車外の空気を吸引する取込みファン１３及び排気ファン１７へ向かう空気が流れる。

これにより、粒子径の大きな塵埃を中心に、外側テーパ筒部３６の開口部３６ａに取り込むことができるので、空気に含まれる細かい塵埃を効率的に分離して集めることができる。また、開口部３６ａを設けることで、外側テーパ筒部３６を沿う空気の流れが乱されるので、第２旋回室５２を流れる空気の流速を低下させることができる。従って、空気に含まれる細かい塵埃を更に効率的に分離することができる。特に、外側テーパ筒部３６は軸方向下方に向かって径が小さくなるため旋回流による遠心力が大きくなる。そのため、粒径の小さな細かな塵埃も内壁部に衝突し、速度を失い、その自重によって落下するため、上記の効果を一層有効に発揮させることができる。

また、塵埃分離装置１１では、外側テーパ筒部３６の軸方向で見たときに、吸込み部３１の内壁部と第１外側円筒部３９ａの内壁部が接続する点から空気の旋回方向に９０°以内の領域に開口部３６ａの少なくとも一部が形成されている。

これにより、外部から吸い込まれた空気は、少なくも第１外側円筒部３９ａを１周した後に（即ち、空気の旋回流が十分に形成された後に）、外側テーパ筒部３６の開口部３６ａに到達する。従って、遠心力により粒子径の大きな塵埃を中心に開口部３６ａを介して集塵できる。

また、塵埃分離装置１１では、第１外側円筒部３９ａの内部であって吸込み部３１の近傍には、当該第１外側円筒部３９ａの内壁とともに空気の流れを整える整流部３２が配置されている。外側テーパ筒部３６の軸方向で見たときに、開口部３６ａが形成されている角度範囲と、整流部３２が配置されている角度範囲と、が重複している。

これにより、外部から吸い込まれた空気は、少なくも整流部３２を通過した後に（即ち、空気の旋回流が十分に形成された後に）、外側テーパ筒部３６の開口部３６ａに到達する。従って、直接、開口部３６ａに空気が流入することを防止できるため、開口部３６ａによる旋回流の乱れを抑え、開口部３６ａに大量の空気が流入することを防止することができる。

また、塵埃分離装置１１では、外側テーパ筒部３６の軸方向で見たときに、開口部３６ａは、少なくとも２０°以上開口している。

これにより、微小な開口部が複数形成されている構成と比較して、第３旋回室５３内の流速を十分に低下させることができる。

また、塵埃分離装置１１では、開口部３６ａは、空気の旋回方向の下流側に進むにつれて、外側テーパ筒部３６の軸方向における開口長さが短くなる部分を含む。

このような形状にすることで、外側テーパ筒部３６から外側に流れた空気が、外側テーパ筒部３６に戻ることを防止できる。

また、塵埃分離装置１１では、開口部３６ａを構成する辺の一部が円弧状である。

これにより、開口部３６ａに流入する空気の流速を低下させ、開口部３６ａを流出入する塵埃を含む空気量を抑えることができ、より効率的に細かい塵埃を分離できるという効果を一層有効に発揮させることができる。

また、塵埃分離装置１１では、外側テーパ筒部３６の軸方向の長さの中央よりも第１外側円筒部３９ａに近い位置に、開口部３６ａが形成されている。

これにより、早い段階で粒子径の大きな塵埃を分離でき、流速の大きな場合でも粒子径の小さな塵埃を十分に分離できる。

また、塵埃分離装置１１では、外側テーパ筒部３６の径方向で見たときに、内側筒部３４の軸方向の一端部である内側筒部吸入口３４ｃが、外側テーパ筒部３６と重なるように配置されている。

これにより、外側テーパ筒部３６の内部で旋回する空気に含まれる細かい塵埃が内側筒部３４の内部に入りにくくなる。

また、塵埃分離装置１１では、内側筒部３４のうち、外側テーパ筒部３６と重なる部分の少なくとも一部は、外側テーパ筒部３６と同じテーパ角のテーパ形状である。

これにより、テーパ角が同じなので空気の流れが乱れにくくなる。また、内側筒部３４の内側筒部吸入口３４ｃが小さくなるので、細かい塵埃が内側筒部３４に入りにくくなる。

また、塵埃分離装置１１では、外側テーパ筒部３６の更に外側に、開口部３６ａから外側テーパ筒部３６の外側に流れた空気が流れる第２外側円筒部３９ｂが配置される。

これにより、開口部３６ａから外部に流れる空気に塵埃が含まれていても、当該塵埃を回収できる。

また、塵埃分離装置１１では、第１外側円筒部３９ａと第２外側円筒部３９ｂが一体的に構成されている。

これにより、部品点数を低減できるとともに、シンプルな外観を実現できる。

また、塵埃分離装置１１では、軸方向において、外側テーパ筒部３６と第２外側円筒部３９ｂの底部との間に配置された底筒部３７を更に備える。径方向で見たときに、外側テーパ筒部３６の軸方向の端部が、底筒部３７と重なるように配置されている。

これにより、外側テーパ筒部３６から下方に分離された塵埃が上方に戻りにくくなる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記の実施形態では、整流部３２が形成される角度範囲（軸方向で見たときの角度範囲）は任意であり、９０°以上であっても良いし、９０°以下であっても良い。また、整流部３２を省略することもできる。

上記の実施形態では、開口部３６ａが１つのみ形成されるが、２つ以上形成されていても良い。また、上記の実施形態では、塵埃分離装置１１のうち外側テーパ筒部３６のみ（更に詳細には軸方向の長さの中央よりも上側のみ）に開口部３６ａが形成されているが、第１外側円筒部３９ａにも形成されていても良い。

上記の実施形態では、塵埃分離装置１１は空気から塵埃を分離するとともに、分離した塵埃を集塵部４０に集める構成であるが、分離した塵埃を地面に落下させたり別装置へ送ったりする構成であっても良い。

上記の実施形態では、塵埃分離装置１１の数を４つとしたが、１つから３つであっても良いし、５つ以上であっても良い。特に要求される風量が小さくて良い場合や、塵埃分離装置１１の高さ寸法を大きく確保できるような場合は、塵埃分離装置１１の数を減らしてもよい。逆に、要求される風量が大きい場合や塵埃分離装置１１の高さ寸法の制約が大きい場合には、塵埃分離装置１１の数を増やしてもよい。

また、複数の塵埃分離装置１１が吸い込んだ外気は１つの取込みダクト１２ｂにより取込みファン１３を介して車室２へ送られるが、塵埃分離装置１１毎に個別の取込みダクト１２ｂが配置されていても良い。塵埃分離装置１１の並べ方は任意である。

上記の実施形態では、床下３に鉄道車両用換気装置１０が配置されているが、鉄道車両１の別の箇所（例えば屋根上）に配置されていても良い。

１０ 鉄道車両用換気装置
１１ 塵埃分離装置
１２ｂ 取込みダクト
１３ 取込みファン（吸引装置）
１７ 排気ファン（吸引装置）
３１ 吸込み部
３２ 整流部
３４ 内側筒部
３４ａ 内側円筒部
３４ｂ 内側テーパ筒部
３６ 外側テーパ筒部
３７ 底筒部
３９ 円筒部材
３９ａ 第１外側円筒部（外側円筒部）
３９ｂ 第２外側円筒部
４０ 集塵部
５１ 第１旋回室
５２ 第２旋回室
５３ 第３旋回室
５４ 内側集塵室
５５ 外側集塵室

Claims (12)

1. 車外の空気を車室内に取り込むとともに車室内の空気を車外へ排出する鉄道車両用換気装置の外気取込側に設けられる塵埃分離装置において、
   車外の空気を吸い込む吸込み口を有する吸込み部と、
   前記吸込み部が吸い込んだ空気が旋回しながら流れる外側円筒部と、
   前記外側円筒部を流れた空気が旋回しながら流れ、前記外側円筒部から軸方向に遠ざかるにつれて径が小さくなるテーパ状の筒であり、当該テーパ状の筒の内側から外側へ繋がる開口部が形成されている外側テーパ筒部と、
   少なくとも一部が前記外側円筒部の内側に位置するように配置されており、前記外側テーパ筒部を流れた空気が流れる内側筒部と、
   前記内側筒部に接続されており、車外の空気を吸引する吸引装置へ向かう空気が流れる連結部と、
   を備えることを特徴とする鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置。
2. 請求項１に記載の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置であって、
   前記外側テーパ筒部の軸方向で見たときに、前記吸込み部の内壁部と前記外側円筒部の内壁部が接続する点から空気の旋回方向に９０°以内の領域に前記開口部の少なくとも一部が形成されていることを特徴とする鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置。
3. 請求項１に記載の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置であって、
   前記外側円筒部の内側であって前記吸込み部の近傍には、当該外側円筒部の内壁とともに空気の流れを整える整流部が配置されており、
   前記外側テーパ筒部の軸方向で見たときに、前記開口部が形成されている角度範囲と、前記整流部が配置されている角度範囲と、が重複していることを特徴とする鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置であって、
   前記外側テーパ筒部の軸方向で見たときに、前記開口部は、少なくとも２０°以上開口していることを特徴とする鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置。
5. 請求項１から４までの何れか一項に記載の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置であって、
   前記開口部は、空気の旋回方向の下流側に進むにつれて、外側テーパ筒部の軸方向における開口長さが短くなる部分を含むことを特徴とする鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置。
6. 請求項５に記載の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置であって、
   前記開口部を構成する辺の一部が円弧状であることを特徴とする鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置。
7. 請求項１から６までの何れか一項に記載の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置であって、
   前記外側テーパ筒部の軸方向の長さの中央よりも前記外側円筒部に近い位置に、前記開口部が形成されていることを特徴とする鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置。
8. 請求項１から７までの何れか一項に記載の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置であって、
   前記外側テーパ筒部の径方向で見たときに、前記内側筒部の軸方向の一端部である内側筒部吸入口が、前記外側テーパ筒部と重なるように配置されていることを特徴とする鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置。
9. 請求項８に記載の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置であって、
   前記内側筒部のうち、前記外側テーパ筒部と重なる部分の少なくとも一部は、外側テーパ筒部と同じテーパ角のテーパ形状であることを特徴とする鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置。
10. 請求項１から９までの何れか一項に記載の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置であって、
    前記外側テーパ筒部の更に外側に、前記開口部から前記外側テーパ筒部の外側に流れた空気が流れる第２外側円筒部が配置されることを特徴とする鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置。
11. 請求項１０に記載の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置であって、
    前記外側円筒部と前記第２外側円筒部が一体的に構成されていることを特徴とする鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置。
12. 請求項１０又は１１に記載の鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置であって、
    軸方向において、前記外側テーパ筒部と前記第２外側円筒部の底部との間に配置された底筒部を更に備え、
    径方向で見たときに、前記外側テーパ筒部の軸方向の端部が、前記底筒部と重なるように配置されていることを特徴とする鉄道車両用換気装置の塵埃分離装置。

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