JP2018115480A - 負圧波発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル出口から放射される微気圧波のタイミングをより正確に演算する。
【解決手段】トンネル２の坑口２１から放射される微気圧波Ｗ₂の圧力を負圧波Ｗ₁によって低減する負圧波発生装置１であって、前記負圧波Ｗ₁を放射可能な負圧波発生手段１１と、前記トンネル２内に発生して一方側から他方側へ伝播する圧縮波Ｗ₃の通過を検出する圧縮波通過検出手段１２と、前記圧縮波通過検出手段１２によって検出される際の前記圧縮波Ｗ₃の状態を検出する圧縮波状態検出手段１２と、前記圧縮波通過検出手段１２および前記圧縮波状態検出手段１２によって検出される検出結果に基づいて、前記負圧波発生手段１１の動作を制御する制御手段１３とを備えて成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、負圧波発生装置に関する。

近年では、移動時間の短縮を目的として鉄道車両の高速化が進められており、その一方で、鉄道車両の高速化に伴って引き起こされるトンネル微気圧波（以下、本明細書においては、微気圧波という）の問題が取り上げられている。

微気圧波は、トンネルの坑口（出口）から外部に放射されるパルス状の圧力波であり、鉄道車両が高速でトンネル内へ突入することによって発生する。詳細には、鉄道車両が一方側の坑口（入口）からトンネル内へ突入すると、トンネル内には圧縮波が形成され、この圧縮波がトンネル内を一方側から他方側へ向かって音速で伝播して他方側の坑口（出口）に到達すると、その坑口からトンネル外に向かってパルス状の圧力波（微気圧波）が放射される。

この微気圧波は、超低周波音であり、近隣の家屋における建具等を振動させ、その振動による振動音が発生する虞がある。このようなトンネルの坑口から放射される微気圧波を低減する技術として、例えば、特許文献１に記載のものがある。

特開平５−２０９４０５号公報

特許文献１には、トンネル内に圧力計を設け、この圧力計によって列車突入時に発生するトンネル内の圧縮波を検知し、当該圧縮波がトンネル出口から放射されるタイミングを演算し、当該タイミングで負圧波発生装置から負圧波を放射することによって圧縮波を相殺することが記載されている。

しかし、列車突入時に発生する圧縮波は、トンネル内において徐々に切り立つようにして伝播するので、特許文献１に記載された負圧波発生装置では、圧力計の設置位置によってはトンネル出口から微気圧波が放射されるタイミングを正確に演算することができない虞がある。このように正確な演算ができない場合には、微気圧波と負圧波とのタイミングがずれ、負圧波によって微気圧波を低減する効果が小さくなってしまう。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、トンネル出口から放射される微気圧波のタイミングをより正確に演算することを目的とする。

上記課題を解決する第一の発明に係る負圧波発生装置は、トンネルの坑口から放射される微気圧波の圧力を負圧波によって低減する負圧波発生装置であって、前記負圧波を放射可能な負圧波発生手段と、前記トンネル内に発生して一方側から他方側へ伝播する圧縮波の通過を検出する圧縮波通過検出手段と、前記圧縮波通過検出手段によって検出される際の前記圧縮波の状態を検出する圧縮波状態検出手段と、前記圧縮波通過検出手段および前記圧縮波状態検出手段によって検出される検出結果に基づいて、前記負圧波発生手段の動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

上記課題を解決する第二の発明に係る負圧波発生装置は、第一の発明に係る負圧波発生装置において、前記圧縮波通過検出手段が、前記トンネル内の気圧を検出する圧力検出器であり、前記圧縮波状態検出手段が、前記圧力検出器を前記トンネルの前後方向または高さ方向に並んで配置することによって構成されるものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第三の発明に係る負圧波発生装置は、第一または第二の発明に係る負圧波発生装置において、前記圧縮波通過検出手段および前記圧縮波状態検出手段が、前記トンネルの前後方向における複数箇所で検出可能なものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第四の発明に係る負圧波発生装置は、第一から第三のいずれか一つの発明に係る負圧波発生装置において、前記トンネル外の気温を検出する外気温検出手段と、前記トンネル内の気温を検出する内気温検出手段とを備え、前記制御手段が、前記外気温検出手段および前記内気温検出手段によって検出される検出結果に基づいて、前記負圧波発生手段の動作を制御するものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第五の発明に係る負圧波発生装置は、第一から第四のいずれか一つの発明に係る負圧波発生装置において、前記トンネルに突入する鉄道車両を検出する車両通過検出手段を備え、前記制御手段が、前記車両通過検出手段によって検出される検出結果に基づいて、前記負圧波発生手段の動作を制御するものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第六の発明に係る負圧波発生装置は、第一から第五のいずれか一つの発明に係る負圧波発生装置において、前記負圧波発生手段が、前記坑口の近傍に複数配置されるものであり、前記制御手段が、複数の前記負圧波発生手段の動作を独立して制御するものであることを特徴とする

第一の発明に係る負圧波発生装置によれば、圧縮波が通過するタイミングを検出すると共に、トンネル内を伝播する圧縮波の状態を検出することができるので、微気圧波が放射される正確なタイミングを演算することができる。よって、負圧波と微気圧波とを効果的に重ね合せ、トンネルの坑口から放射される微気圧波の振幅（圧力）を効果的に低減することができる。

第二の発明に係る負圧波発生装置によれば、簡易な構成で圧縮波通過検出手段および圧縮波状態検出手段を備えることができる。

第三の発明に係る負圧波発生装置によれば、トンネルの前後方向における複数箇所の圧縮波の状態を検出することができるので、微気圧波が放射されるタイミングを確実に演算することができる。よって、負圧波と微気圧波とを効果的に重ね合せ、トンネルの坑口から放射される微気圧波の振幅（圧力）を効果的に低減することができる。

第四の発明に係る負圧波発生装置によれば、外気温検出手段および内気温検出手段によって伝播する圧縮波の温度および環境温度を検出することができるので、圧縮波の正確な伝搬速度（音速）を演算し、微気圧波が放射される正確なタイミングを演算することができる。よって、負圧波と微気圧波とを効果的に重ね合せ、トンネルの坑口から放射される微気圧波の振幅（圧力）を効果的に低減することができる。

第五の発明に係る負圧波発生装置によれば、車両がいずれの坑口からトンネル内へ突入したか、すなわち、車両の進行方向を検出することができる。つまり、当該車両の突入によって形成される圧縮波の伝播方向を検出することができるので、圧縮波通過検出手段および圧縮波状態検出手段の誤検出等を防止することができる。

第六の発明に係る負圧波発生装置によれば、複数の負圧波発生手段を独立して動作させることにより、負圧波と微気圧波とを効果的に重ね合せ、トンネルの坑口から放射される微気圧波の振幅（圧力）を効果的に低減することができる。

実施例１に係る負圧波発生装置の構造を示す説明図（トンネルの平面図）である。 実施例１に係る負圧波発生装置の構造を示す説明図（トンネルの縦断面図）である。 実施例１に係る負圧波発生装置の構造を示す説明図（トンネルの横断面図）である。 実施例１に係る負圧波発生装置によって判断される圧縮波通過タイミングを説明するグラフである。 実施例１に係る負圧波発生装置によって判断される圧縮波通過タイミングを説明するグラフ（他の例）である。 実施例１に係る負圧波発生装置によって判断される圧縮波通過タイミングを説明するグラフ（他の例）である。 実施例１に係る負圧波発生装置によって判断される圧縮波通過タイミングを説明する説明図である。 実施例２に係る負圧波発生装置の構造を示す説明図（トンネルの平面図）である。 実施例２に係る負圧波発生装置の構造を示す説明図（トンネルの縦断面図）である。 実施例２に係る負圧波発生装置の構造を示す説明図（トンネルの横断面図）である。

以下に、本発明に係る負圧波発生装置の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。

［実施例１］
本発明の実施例１に係る負圧波発生装置の構造について、図１から図５を参照して説明する。

図１に示すように、負圧波発生装置１には、トンネル２における坑口２１の近傍に設けられる負圧波発生器（負圧波発生手段）１１と、トンネル２内において前後方向に離間して設けられる複数（図１においては、四つ）の圧力検出器（圧力検出手段）１２と、これら負圧波発生器１１および圧力検出器１２とそれぞれ電気的に接続される制御器（制御手段）１３とが備えられている。

負圧波発生器１１は、所定の方向（図１においては、右方向）に向けて半球面状に広がる負圧波Ｗ₁を放射することができるものであり、この負圧波Ｗ₁は、トンネル２の坑口２１から放射される微気圧波Ｗ₂と重ね合わされることにより、当該微気圧波Ｗ₂の振幅（圧力）を低減することができるものである。

ここで、微気圧波Ｗ₂は、鉄道車両３が高速でトンネル２内に突入することによって発生する。詳細には、図１および図２に示すように、鉄道車両３が一方側（図２においては、左方側）の坑口２１からトンネル２内に突入すると、トンネル２内には圧縮波Ｗ₃が形成され、この圧縮波Ｗ₃がトンネル２内を一方側から他方側（図２においては、右方側）へ向けて伝播して他方側の坑口２１に到達すると、この坑口２１からトンネル２外に向かってパルス状の圧力波（微気圧波）Ｗ₂が放射される（図１参照）。

なお、図２は、圧縮波Ｗ₃がトンネル２内を伝播する様子を示しており、図２における符号Ｗ_3A，Ｗ_3B，Ｗ_3C，Ｗ_3Dは、トンネル２の一方側から他方側に向けて徐々に切り立ちながら伝播する圧縮波Ｗ₃であって、トンネル２の前後方向に離間して設けられた圧力検出器１２（図２においては、左方側から順に圧力検出器１２_A，１２_B，１２_C，１２_D）の設置位置を通過する圧縮波Ｗ₃をそれぞれ表している。

また、図２においては、トンネル２の一方側の坑口２１で発生した圧縮波Ｗ₃は、徐々に切り立ちながら伝播して圧力検出器１２_B，１２_C間の区間Ｓ_BCにおいて略完全に切り立った状態となり、トンネル２の他方側の坑口２１まで伝播するものとする。よって、トンネル２の伝播方向上流側から一番目および二番目に設けられた圧力検出器１２_A，１２_Bを通過する際の圧縮波Ｗ_3A，Ｗ_3Bは、切り立っていない状態であり、トンネル２の伝播方向上流側から三番目および四番目に設けられた圧力検出器１２_C，１２_Dを通過する際の圧縮波Ｗ_3C，Ｗ_3Dは、切り立っている状態である。

図３に示すように、圧力検出器１２は、トンネル２内の圧力（気圧）を検出するものであり、トンネル２の前後方向（図１および図２においては、左右方向）の複数箇所における一方の壁２ａに、それぞれ一つずつ取り付けられている。また、トンネル２の前後方向に並んで設けられた圧力検出器１２は、互いに略同じ高さで配置されており、これら圧力検出器１２の取付け高さＨ₁₂は、トンネル２の中央Ｃ₂の高さＨ_Cと略同じである。ここで、トンネル２の中央Ｃ₂は、坑口２１の中央（微気圧波Ｗ₂の発信源）Ｃ₂₁に相当する（図１参照）。

もちろん、本発明における圧力検出手段は、本実施例のようにトンネル２内の一方の壁２ａにおける略中央に取り付けられるものに限定されない。例えば、本発明における圧力検出手段として、トンネル２内における両側の壁２ａにそれぞれ設けられるものであっても良く、また、トンネル２内の壁２ａにおける下方側あるいは上方側に設けられるものであっても良い。

これらの圧力検出器１２によって検出された検出結果（トンネル２内の圧力）は、制御器１３に送られるようになっており、トンネル２の前後方向に並んで配置された圧力検出器１２の位置情報、すなわち、各圧力検出器１２と坑口２１との距離情報（および各圧力検出器１２間の距離情報）は、制御器１３に記憶されている。

制御器１３は、圧力検出器１２によって検出された検出結果に基づいて、圧縮波Ｗ₃が当該圧力検出器１２の設置位置を通過したか否か、すなわち、圧縮波Ｗ₃が圧力検出器１２の設置位置を通過したタイミング（圧縮波通過タイミング）を判断する。

ここで、圧縮波Ｗ₃が一つの圧力検出器１２の設置位置を通過する際に当該圧力検出器１２によって検出される検出結果（圧力変化）を図４Ａのグラフに示す。図４Ａのグラフは、時間ｔ（図４Ａのグラフにおける横軸）とトンネル２内の圧力ｐ（図４Ａのグラフにおける縦軸）との関係を表している。図４Ａに示すように、トンネル２内の圧力ｐは、圧縮波Ｗ₃の伝播前において略一定に低く、圧縮波Ｗ₃の伝播に伴って急上昇する。

制御器１３は、圧力検出器１２によって検出されるトンネル２内の圧力ｐの変化率（図４Ａにおけるグラフの傾き）ｄｐ／ｄｔが最大となる点Ｒ_Aを圧縮波通過タイミングとし、この時点（圧縮波通過タイミング）で圧縮波Ｗ₃が当該圧力検出器１２の設置位置を通過したと判断するようになっている。

もちろん、本発明に係る負圧波発生装置は、本実施例のように圧力の変化率に基づいて圧縮波通過タイミングを判断するものに限定されず、例えば、図４Ｂに示すように、圧縮波Ｗ₃が伝播する前におけるトンネル２内の圧力値（最小圧力値）Ｐ_MINから所定値ΔＰだけ上昇した圧力値Ｐ_CONSTとなる点Ｒ_Bを圧縮波通過タイミングとしても良く、また、図４Ｃに示すように、圧縮波Ｗ₃の伝播前後におけるトンネル２内の最小圧力値Ｐ_MINと最大圧力値Ｐ_MAXとの略中間圧力値Ｐ_MIDとなる点Ｒ_Cを圧縮波通過タイミングとしても良い。

また、制御器１３は、トンネル２の前後方向に並んで配置された二つの圧力検出器１２によって検出された検出結果および当該二つの圧力検出器１２の位置情報に基づいて、圧縮波Ｗ₃が当該二つの圧力検出器１２間の区間を伝播する際の状態、すなわち、圧縮波Ｗ₃が当該区間において切り立っているか否かを判断する。

具体的には、まず、制御器１３は、二つの圧力検出器１２（例えば、図２における圧力検出器１２_A，１２_B）によって検出された検出結果から当該二つの圧力検出器１２の設置位置における圧縮波通過タイミングの差（時間差）を求めると共に、それら二つの圧力検出器１２の位置情報から当該二つの圧力検出器１２の設置位置の差（トンネル２の前後方向における距離差）を求め、これら時間差および距離差から所定区間（当該二つの圧力検出器１２間の区間であって、例えば、図２における区間Ｓ_AB）における圧縮波Ｗ₃の伝播速度Ｖを演算する。そして、制御器１３は、演算された伝搬速度Ｖが音速Ｖａと一致するか否かによって、当該所定区間における圧縮波Ｗ₃の状態、すなわち、当該所定区間を伝播する圧縮波Ｗ₃が切り立っているか否かを判断する。

圧縮波Ｗ₃は、トンネル２の一方側で発生して他方側へ伝播する際に、徐々に切り立つように、すなわち、トンネル２内での伝播に伴って前面部が傾斜した状態から略垂直の状態へと変化しながら伝播する（図２参照）。圧力検出器１２によって検出されるトンネル２内の圧力が急変化（急上昇）するのは、圧縮波Ｗ₃の前面部が当該圧力検出器１２の設置位置を通過するときであり、制御器１３は、この圧縮波Ｗ₃の前面部が圧力検出器１２の設置位置を通過するときを圧縮波通過タイミングと判断することとなる。

よって、図５に示すように、切り立っていない状態の圧縮波Ｗ₃（図５においては、左方側の二点鎖線で示すもの）は、切り立った状態の圧縮波Ｗ₃（図５においては、右方側の一点鎖線で示すもの）と比較して、当該圧縮波Ｗ₃の前面部の傾斜による時間差ΔＴだけ遅れて圧力検出器１２によって検出されることとなる。つまり、圧縮波Ｗ₃の状態によって、圧縮波Ｗ₃による圧力変化が圧力検出器１２によって検出されるタイミング、すなわち、制御器１３によって判断される圧縮波通過タイミングが異なる。

そして、圧縮波Ｗ₃が所定区間を切り立った状態で伝播した場合には、二つの圧力検出器１２の設置位置の両方において圧縮波Ｗ₃が切り立っているので、演算された伝搬速度Ｖは音速Ｖａと一致する（図２においては、圧力検出器１２_C，１２_D間の区間Ｓ_CD、および、圧縮波Ｗ_3C，Ｗ_3Dを参照）。

一方、圧縮波Ｗ₃が所定区間を切り立ちながら伝播した場合には、二つの圧力検出器１２の設置位置の少なくとも一方において圧縮波Ｗ₃が切り立っていないので、演算された伝搬速度Ｖは音速Ｖａと一致しない（図２においては、圧力検出器１２_A，１２_B間の区間Ｓ_ABまたは圧力検出器１２_B，１２_C間の区間Ｓ_BC、および、圧縮波Ｗ_3A，Ｗ_3Bまたは圧縮波Ｗ_3B，Ｗ_3Cを参照）。

つまり、制御器１３は、演算された伝搬速度Ｖが音速Ｖａと一致した場合には、圧縮波Ｗ₃は当該所定区間において切り立っていると判断し、一方、演算された伝搬速度Ｖが音速Ｖａと一致しない場合には、圧縮波Ｗ₃は当該所定区間において切り立っていないと判断する。

また、制御器１３は、所定区間における圧縮波Ｗ₃が切り立っていると判断した場合には、微気圧波Ｗ₂が坑口２１から放射されるタイミング（微気圧波放射タイミング）を演算すると共に、この演算によって求めた微気圧波放射タイミングに基づいて、複数の負圧波発生器１１の動作をそれぞれ制御する。

ここで、微気圧波放射タイミングは、トンネル２の一方側で発生した圧縮波Ｗ₃がトンネル２の他方側の坑口２１に到達するタイミングである。よって、制御器１３は、圧縮波Ｗ₃が切り立った状態であると判断された所定区間における圧力検出器１２の位置情報および伝搬速度Ｖ（音速Ｖａと同じ）とに基づいて、微気圧波放射タイミングを求めることができる。

本発明の実施例１に係る負圧波発生装置の動作について、図１から図５を参照して説明する。

鉄道車両３が一方側の坑口２１からトンネル２内に突入すると、トンネル２内に圧縮波Ｗ₃が形成される。圧縮波Ｗ₃は、トンネル２内において徐々に切り立ちつつ一方側から他方側へ向けて音速で伝播する（図２参照）。

圧縮波Ｗ₃は、その伝播過程において、まず伝播方向上流側（図２においては、左方側）から一番目に設置された圧力検出器１２_Aの設置位置を通過する（図２における圧縮波Ｗ_3A参照）。このとき、圧力検出器１２_Aの設置位置における圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3A）の伝播前後の圧力差（圧力変化）は、圧力検出器１２_Aによって検出され、その検出結果（トンネル２内の圧力変化）は、制御器１３に送信される。

制御器１３は、圧力検出器１２_Aによって検出された検出結果に基づいて、圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3A）が当該圧力検出器１２_Aの設置位置を通過したか否か（圧縮波通過タイミング）を判断する。

続いて、圧縮波Ｗ₃は、その伝播過程において、伝播方向上流側から二番目に設置された圧力検出器１２_Bを通過し（図２における圧縮波Ｗ_3B参照）、制御器１３は、当該圧力検出器１２_Bの設置位置における圧縮波通過タイミングを判断する。

そして、制御器１３は、トンネル２の前後方向に並んで配置された二つ（伝播方向上流側から一番目と二番目）の圧力検出器１２_A，１２_Bによって検出された検出結果（圧縮波通過タイミング）と当該二つの圧力検出器１２_A，１２_Bの位置情報に基づいて、それらの圧力検出器１２_A，１２_B間の区間Ｓ_ABを伝播した際の圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3A，Ｗ_3B）の状態を判断する。

ここで、圧力検出器１２_A，１２_Bの設置位置を通過する際の圧縮波Ｗ_3A，Ｗ_3Bのいずれもが切り立っていない状態であり、当該区間Ｓ_ABにおける情報（圧力検出器１２_A，１２_Bによって検出された検出結果および圧力検出器１２_A，１２_Bの位置情報）に基づいて演算された伝搬速度Ｖは音速Ｖａと一致しない。よって、制御器１３は、区間Ｓ_ABにおける圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3A，Ｗ_3B）は切り立っていないと判断し、この区間Ｓ_ABにおける情報に基づいて、微気圧波Ｗ₂が坑口２１から放射されるタイミング（微気圧波放射タイミング）を演算しない。

続いて、圧縮波Ｗ₃は、その伝播過程において、伝播方向上流側から三番目に設置された圧力検出器１２_Cを通過し（図２における圧縮波Ｗ_3C参照）、制御器１３は、当該圧力検出器１２_Cの設置位置における圧縮波通過タイミングを判断する。

そして、制御器１３は、トンネル２の前後方向に並んで配置された二つ（伝播方向上流側から二番目と三番目）の圧力検出器１２_B，１２_Cによって検出された検出結果（圧縮波通過タイミング）と当該二つの圧力検出器１２_B，１２_Cの位置情報に基づいて、それらの圧力検出器１２_B，１２_C間の区間Ｓ_BCを伝播した際の圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3B，Ｗ_3C）の状態を判断する。

つまり、制御器１３は、前述した所定区間Ｓ_ABにおける圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3A，Ｗ_3B）が切り立っていないと判断すると、当該所定区間Ｓ_ABよりも伝播方向下流側（トンネル２の他方側であって、図２における右方側）に位置する区間Ｓ_BCにおける圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3B，Ｗ_3C）の状態を判断する。

ここで、圧力検出器１２_Cの設置位置を通過する際の圧縮波Ｗ_3Cは、切り立っている状態であるが、圧力検出器１２_Bの設置位置を通過する際の圧縮波Ｗ_3Bは、切り立っていない状態である。つまり、圧力検出器１２_B，１２_Cの設置位置を通過する際の圧縮波Ｗ_3B，Ｗ_3Cの一方が切り立っていない状態であり、当該区間Ｓ_BCにおける情報（圧力検出器１２_B，１２_Cによって検出された検出結果および圧力検出器１２_B，１２_Cの位置情報）に基づいて演算された伝搬速度Ｖは音速Ｖａと一致しない。よって、制御器１３は、区間Ｓ_BCにおける圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3B，Ｗ_3C）は切り立っていないと判断し、この区間Ｓ_BCにおける情報に基づいて、微気圧波Ｗ₂が坑口２１から放射されるタイミング（微気圧波放射タイミング）を演算しない。

続いて、圧縮波Ｗ₃は、その伝播過程において、伝播方向上流側から四番目に設置された圧力検出器１２_Dを通過し（図２における圧縮波Ｗ_3D参照）、制御器１３は、当該圧力検出器１２_Dの設置位置における圧縮波通過タイミングを判断する。

そして、制御器１３は、トンネル２の前後方向に並んで配置された二つ（伝播方向上流側から三番目と四番目）の圧力検出器１２_C，１２_Dによって検出された検出結果（圧縮波通過タイミング）と当該二つの圧力検出器１２_C，１２_Dの位置情報に基づいて、それらの圧力検出器１２_C，１２_D間の区間Ｓ_CDを伝播した際の圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3C，Ｗ_3D）の状態を判断する。

つまり、制御器１３は、前述した所定区間Ｓ_AB，Ｓ_BCにおける圧縮波Ｗ₃が切り立っていないと判断すると、当該所定区間Ｓ_AB，Ｓ_BCよりも更に伝播方向下流側に位置する区間Ｓ_CDにおける圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3C，Ｗ_3D）の状態を判断する。

ここで、圧力検出器１２_C，１２_Dの設置位置を通過する際の圧縮波Ｗ_3C，Ｗ_3Dのいずれもが切り立っている状態であり、当該区間Ｓ_CDにおける圧縮波Ｗ₃の伝搬速度Ｖは音速Ｖａと一致する。よって、制御器１３は、区間Ｓ_CDにおける圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3C，Ｗ_3D）は切り立っていると判断し、この区間Ｓ_CDにおける情報に基づいて、微気圧波Ｗ₂が坑口２１から放射されるタイミング（微気圧波放射タイミング）を演算する。

つまり、制御器１３は、区間Ｓ_CDの圧力検出器１２_C（または１２_D）の設置位置における圧縮波通過タイミングおよび当該圧力検出器１２_C（または１２_D）の位置情報と伝搬速度Ｖ（音速Ｖａ）とに基づいて、微気圧波放射タイミングを演算する。

次に、制御器１３は、演算された微気圧波放射タイミングに基づいて、負圧波発生器１１の動作（負圧波Ｗ₁を放射するための準備動作等を含む）を制御する。このとき、制御器１３は、負圧波発生器１１から負圧波Ｗ₁が放射されるタイミング（負圧波放射タイミング）が演算された微気圧波放射タイミングに対して所定のタイミングとなるように、すなわち、負圧波Ｗ₁が微気圧波Ｗ₂と同時にまたは時間差を設けて放射されるようにする。また、負圧波発生器１１が複数備えられている場合には、制御器１３は、負圧波発生器１１の動作をそれぞれ独立して制御する、すなわち、負圧波放射タイミングがそれぞれ異なるように制御しても良い。

そして、圧縮波Ｗ₃がトンネル２内を伝播して他方側の坑口２１に到達すると、当該坑口２１からトンネル２外へ向けてパルス状の微気圧波Ｗ₂が放射されると共に、この微気圧波放射タイミングに対して所定のタイミングで負圧波発生器１１から負圧波Ｗ₁が放射される。よって、微気圧波Ｗ₂に対して負圧波Ｗ₁が所定のタイミングで重ね合わされ、微気圧波Ｗ₂の振幅（圧力）が効果的に低減される。

以上に説明したように、本実施例においては、トンネル２内に圧力検出器１２を設置することによって圧縮波Ｗ₃の通過（圧縮波通過タイミング）を検出する圧縮波通過検出手段を構成し、トンネル２の前後方向に二つの圧力検出器１２を並んで配置することによって圧縮波Ｗ₃の状態を検出する圧縮波状態検出手段を構成している。

そして、この構成によれば、圧縮波通過タイミングを検出すると共に、トンネル２内を伝播する圧縮波Ｗ₃の状態を検出することができるので、正確な微気圧波放射タイミングを演算し、負圧波Ｗ₁と微気圧波Ｗ₂とを効果的に重ね合せることができる。よって、トンネル２の坑口２１から放射される微気圧波Ｗ₂の振幅（圧力）を効果的に低減している。

また、本実施例においては、トンネル２の前後方向に三つ以上の圧力検出器１２を並んで配置することによって複数段の圧縮波状態検出手段を構成している。この構成によれば、トンネル２の前後方向における複数箇所（範囲）の圧縮波Ｗ₃の状態を検出することができるので、確実に微気圧波放射タイミングを演算し、負圧波Ｗ₁と微気圧波Ｗ₂とを効果的に重ね合せることができる。

［実施例２］
本発明の実施例２に係る負圧波発生装置の構造について、図６から図８を参照して説明する。

本実施例に係る負圧波発生装置１０１は、配置を異にする圧力検出器１１２を備えると共に、温度検出器１１４，１１５と車両検出器１１６とを追加して備えたことを除いて、本発明の実施例１に係る負圧波発生装置１と同様な構造を有するものである。よって、本実施例に係る負圧波発生装置１０１における実施例１と同様な構造に対する重複説明は適宜省略する。

図７に示すように、負圧波発生装置１０１には、トンネル１０２における坑口１２１の近傍に設けられる負圧波発生器（負圧波発生手段）１１１と、トンネル１０２内に設けられる複数の圧力検出器（圧力検出手段）１１２と、これら負圧波発生器１１１および圧力検出器１１２とそれぞれ電気的に接続される制御器（制御手段）１１３とが備えられている。

図８に示すように、圧力検出器１１２は、トンネル１０２内の圧力（気圧）を検出するものであり、トンネル１０２の前後方向の複数箇所における一方の壁１０２ａに、それぞれ三つずつ取り付けられている。また、図７に示すように、各箇所に設けられた三つの圧力検出器１１２は、切り立った状態の圧縮波Ｗ₃の前面部に沿うよう（略垂直）に並んで配置されており、それぞれ高さを異にしている。

もちろん、本発明における圧力検出手段は、本実施例のようにトンネル１０２内の一方の壁１０２ａにおける略中央に取り付けられるものに限定されない。例えば、本発明における圧力検出手段として、トンネル１０２内における両側の壁１０２ａにそれぞれ設けられるものであっても良い。

これらの圧力検出器１１２によって検出された検出結果（トンネル１０２内の圧力）は、制御器１１３に送られるようになっており、トンネル１０２の前後方向に並んで配置された圧力検出器１１２の位置情報、すなわち、各圧力検出器１１２と坑口１２１との距離情報は、制御器１１３に記憶されている。

制御器１１３は、圧力検出器１１２によって検出された検出結果に基づいて、圧縮波Ｗ₃が当該圧力検出器１１２の設置位置を通過したか否か、すなわち、圧縮波Ｗ₃が圧力検出器１１２の設置位置を通過したタイミング（圧縮波通過タイミング）を判断すると共に、トンネル１０２の高さ方向に並んで配置された複数の圧力検出器１１２によって検出される検出結果に基づいて、当該圧力検出器１１２の設置位置を通過する際の圧縮波Ｗ₃の状態、すなわち、圧縮波Ｗ₃が当該圧力検出器１１２の設置位置を通過する際に切り立っているか否かを判断するようになっている。

具体的には、まず、制御器１１３は、略垂直に並んで配置された三つの圧力検出器１１２（例えば、図７における圧力検出器１１２_A1，１１２_A2，１１２_A3）によって検出された検出結果に基づいて、当該三つの圧力検出器１１２の設置位置における圧縮波通過タイミングを求める。そして、制御器１１３は、それら三つの圧縮波通過タイミングが略同時であるか否か（または、所定の時間範囲内にあるか否か）によって、圧縮波Ｗ₃の状態、すなわち、当該所定区間を伝播する圧縮波Ｗ₃が切り立っているか否かを判断する。

圧縮波Ｗ₃は、トンネル１０２の一方側で発生して他方側へ伝播する際に、徐々に切り立つように、すなわち、トンネル１０２内での伝播に伴って前面部が傾斜した状態から略垂直の状態へと変化しながら伝播し、制御器１１３は、この圧縮波Ｗ₃の前面部が圧力検出器１１２の設置位置を通過するときを圧縮波通過タイミングと判断することとなる（図７参照）。

よって、切り立った状態の圧縮波Ｗ₃（図７においては、圧縮波Ｗ_3C，Ｗ_3D）が略垂直に並んで配置された三つの圧力検出器１１２の設置位置を通過する際には、当該圧縮波Ｗ₃の前面部が当該三つの圧力検出器１１２の設置位置を略同時に通過し、三つの圧縮波通過タイミングは略同時となる（または、所定の時間範囲内にある）。

一方、切り立っていない状態の圧縮波Ｗ₃（図７においては、圧縮波Ｗ_3A，Ｗ_3B）が略垂直に並んで配置された三つの圧力検出器１１２の設置位置を通過する際には、当該圧縮波Ｗ₃の前面部が当該三つの圧力検出器１１２の設置位置を略同時に通過しないので、三つの圧縮波通過タイミングは略同時とならない（または、所定の時間範囲内にない）。

つまり、制御器１１３は、三つの圧縮波通過タイミングが略同時である（または、所定の時間範囲内にある）場合には、圧縮波Ｗ₃が切り立っていると判断し、一方、三つの圧縮波通過タイミングが略同時でない（または、所定の時間範囲内にない）場合には、圧縮波Ｗ₃が切り立っていないと判断する。

また、制御器１１３は、判断した圧縮波通過タイミングおよび圧縮波Ｗ₃の状態、ならびに、外気温度検出器１１４および内気温度検出器１１５によって検出された検出結果に基づいて、微気圧波Ｗ₂が坑口１２１から放射されるタイミング（微気圧波放射タイミング）を演算し、この演算によって求めた微気圧波放射タイミングに基づいて、複数の負圧波発生器１１１の動作をそれぞれ制御する。

また、制御器１１３は、圧縮波Ｗ₃が切り立っていると判断した場合には、微気圧波Ｗ₂が坑口１２１から放射されるタイミング（微気圧波放射タイミング）を演算すると共に、この演算によって求めた微気圧波放射タイミングに基づいて、複数の負圧波発生器１１１の動作をそれぞれ制御する。

また、図６および図７に示すように、負圧波発生装置１０１には、トンネル１０２外に設けられる外気温度検出器１１４と、トンネル１０２内に設けられる内気温度検出器１１５とが備えられており、これら外気温度検出器１１４および内気温度検出器１１５は、それぞれ制御器１１３と電気的に接続されている。

外気温度検出器１１４は、トンネル１０２外の温度（気温）を検出するものであり、内気温度検出器１１５は、トンネル１０２内の温度（気温）を検出するものである。これら外気温度検出器１１４および内気温度検出器１１５によって検出された検出結果（トンネル１０２外の温度およびトンネル１０２内の温度）は、制御器１１３に送られるようになっており、制御器１１３は、外気温度検出器１１４および内気温度検出器１１５によって検出された検出結果に基づいて、圧縮波Ｗ₃の伝搬速度（音速）を演算するようになっている。

また、図６および図７に示すように、負圧波発生装置１０１には、トンネル１０２における坑口１２１にそれぞれ設けられる車両検出器１１６が備えられており、この車両検出器１１６は、制御器１１３と電気的に接続されている。

車両検出器１１６は、鉄道車両１０３が通過したこと、すなわち、鉄道車両１０３がトンネル１０２内に突入したことを検出するものである。車両検出器１１６によって検出された検出結果（鉄道車両１０３のトンネル１０２内への突入）は、制御器１１３に送られ、制御器１１３は、車両検出器１１６によって検出された検出結果に基づいて、鉄道車両１０３がいずれの坑口１２１からトンネル１０２内へ突入したか、すなわち、鉄道車両１０３の進行方向（当該鉄道車両１０３の突入によって形成される圧縮波Ｗ₃の伝播方向）を判断するようになっている。

本発明の実施例２に係る負圧波発生装置の動作について、図６から図８を参照して説明する。

鉄道車両１０３が一方側の坑口１２１からトンネル１０２内に突入すると、トンネル１０２内に圧縮波Ｗ₃が形成される。圧縮波Ｗ₃は、トンネル１０２内において徐々に切り立ちつつ一方側から他方側へ向けて音速で伝播する。

圧縮波Ｗ₃は、その過程において、まず伝播方向上流側（図７においては、左方側）から一番目に設置された三つの圧力検出器１１２_A1，１１２_A2，１１２_A3の設置位置を通過する（図７における圧縮波Ｗ_3A参照）。このとき、圧力検出器１１２_A1，１１２_A2，１１２_A3の設置位置における圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3A）の伝播前後の圧力差（圧力変化）は、圧力検出器１１２_A1，１１２_A2，１１２_A3によって検出され、その検出結果（トンネル１０２内の圧力変化）は、制御器１１３に送信される。

制御器１１３は、圧力検出器１１２_A1，１１２_A2，１１２_A3によって検出された検出結果に基づいて、圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3A）が当該圧力検出器１１２_A1，１１２_A2，１１２_A3の設置位置を通過したか否か（圧縮波通過タイミング）を判断すると共に、これら圧縮波通過タイミングが略同じタイミング（または、これら圧縮波通過タイミングの差が所定の範囲内）であるか否かを判断する。

ここで、圧力検出器１１２_A1，１１２_A2，１１２_A3の設置位置を通過する際の圧縮波Ｗ_3Aは切り立っていない状態であり、圧力検出器１１２_A1，１１２_A2，１１２_A3によって検出された検出結果に基づいて判断された圧縮波通過タイミングは略同時でない（または、所定の時間範囲内にない）。よって、制御器１１３は、圧力検出器１１２_A1，１１２_A2，１１２_A3の設置位置を通過する際の圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3A）は切り立っていないと判断し、これら圧力検出器１１２_A1，１１２_A2，１１２_A3の情報に基づいて、微気圧波Ｗ₂が坑口１２１から放射されるタイミング（微気圧波放射タイミング）を演算しない。

続いて、圧縮波Ｗ₃は、その伝播過程において、伝播方向上流側から二番目に設置された圧力検出器１１２_B1，１１２_B2，１１２_B3の設置位置を通過し（図７における圧縮波Ｗ_3B参照）、制御器１１３は、三つの圧力検出器１１２_B1，１１２_B2，１１２_B3の設置位置における圧縮波通過タイミングを判断すると共に、これら圧縮波通過タイミングが略同じタイミング（または、これら圧縮波通過タイミングの差が所定の範囲内）であるか否かを判断する。

ここで、圧力検出器１１２_B1，１１２_B2，１１２_B3の設置位置を通過する際の圧縮波Ｗ_3Bは切り立っていない状態であり、圧力検出器１１２_B1，１１２_B2，１１２_B3によって検出された検出結果に基づいて判断された圧縮波通過タイミングは略同時でない（または、所定の時間範囲内にない）。よって、制御器１１３は、圧力検出器１１２_B1，１１２_B2，１１２_B3の設置位置を通過する際の圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3B）は切り立っていないと判断し、これら圧力検出器１１２_B1，１１２_B2，１１２_B3の情報に基づいて、微気圧波Ｗ₂が坑口１２１から放射されるタイミング（微気圧波放射タイミング）を演算しない。

続いて、圧縮波Ｗ₃は、その伝播過程において、伝播方向上流側から三番目に設置された圧力検出器１１２_C1，１１２_C2，１１２_C3の設置位置を通過し（図７における圧縮波Ｗ_3C参照）、制御器１１３は、三つの圧力検出器１１２_C1，１１２_C2，１１２_C3の設置位置における圧縮波通過タイミングを判断すると共に、これら圧縮波通過タイミングが略同じタイミング（または、これら圧縮波通過タイミングの差が所定の範囲内）であるか否かを判断する。

ここで、圧力検出器１１２_C1，１１２_C2，１１２_C3の設置位置を通過する際の圧縮波Ｗ_3Cは切り立っている状態であり、圧力検出器１１２_C1，１１２_C2，１１２_C3によって検出された検出結果に基づいて判断された圧縮波通過タイミングは略同時である（または、所定の時間範囲内にある）。よって、制御器１１３は、圧力検出器１１２_C1，１１２_C2，１１２_C3の設置位置を通過する際の圧縮波Ｗ₃（Ｗ_3C）は切り立っていると判断し、これら圧力検出器１１２_C1，１１２_C2，１１２_C3の情報に基づいて、微気圧波Ｗ₂が坑口１２１から放射されるタイミング（微気圧波放射タイミング）を演算する。

つまり、制御器１１３は、圧力検出器１１２_C2（または１１２_C1，１１２_C3）の設置位置における圧縮波通過タイミングおよび当該圧力検出器１１２_C2（または１１２_C1，１１２_C3）の位置情報と伝搬速度（音速）とに基づいて、微気圧波放射タイミングを演算する。ここで、微気圧波放射タイミングの演算に用いる伝搬速度（音速）は、外気温度検出器１１４および内気温度検出器１１５によって検出された検出結果に基づいて演算されたものである。

もちろん、圧力検出器１１２_D1，１１２_D2，１１２_D3の設置位置を通過する際の圧縮波Ｗ_3Dも切り立っている状態であるので、これら圧力検出器１１２_D1，１１２_D2，１１２_D3の情報に基づいて、微気圧波Ｗ₂が坑口１２１から放射されるタイミング（微気圧波放射タイミング）を演算しても良い。

次に、制御器１１３は、演算された微気圧波放射タイミングに基づいて、負圧波発生器１１１の動作（負圧波Ｗ₁を放射するための準備動作等を含む）を制御する。このとき、制御器１１３は、負圧波発生器１１１から負圧波Ｗ₁が放射されるタイミング（負圧波放射タイミング）が演算された微気圧波放射タイミングに対して所定のタイミングとなるように、すなわち、負圧波Ｗ₁が微気圧波Ｗ₂と同時にまたは時間差を設けて放射されるようにする。また、負圧波発生器１１１が複数備えられている場合には、制御器１１３は、負圧波発生器１１１の動作をそれぞれ独立して制御する、すなわち、負圧波放射タイミングがそれぞれ異なるように制御しても良い。

そして、圧縮波Ｗ₃がトンネル１０２内を伝播して他方側の坑口１２１に到達すると、当該坑口１２１からトンネル１０２外へ向けてパルス状の微気圧波Ｗ₂が放射されると共に、この微気圧波放射タイミングに対して所定のタイミングで負圧波発生器１１１から負圧波Ｗ₁が放射される。よって、微気圧波Ｗ₂に対して負圧波Ｗ₁が所定のタイミングで重ね合わされ、微気圧波Ｗ₂の振幅（圧力）が効果的に低減される。

以上に説明したように、本実施例においては、トンネル１０２内に圧力検出器１１２を設置することによって圧縮波Ｗ₃の通過（圧縮波通過タイミング）を検出する圧縮波通過検出手段を構成し、トンネル１０２の高さ（略鉛直）方向に複数（少なくとも二つ）の圧力検出器１１２を並んで配置することによって圧縮波Ｗ₃の状態を検出する圧縮波状態検出手段を構成している。

そして、この構成によれば、圧縮波通過タイミングを検出すると共に、トンネル１０２内を伝播する圧縮波Ｗ₃の状態を検出することができるので、正確な微気圧波放射タイミングを演算し、負圧波Ｗ₁と微気圧波Ｗ₂とを効果的に重ね合せることができる。よって、トンネル１０２の坑口１２１から放射される微気圧波Ｗ₂の振幅（圧力）を効果的に低減している。

また、本実施例においては、トンネル１０２の前後方向に離間した複数箇所に圧力検出器１１２を配置することによって複数段の圧縮波状態検出手段を構成している。この構成によれば、トンネル１０２の前後方向における複数箇所の圧縮波Ｗ₃の状態を検出することができるので、確実に微気圧波放射タイミングを演算し、負圧波Ｗ₁と微気圧波Ｗ₂とを効果的に重ね合せることができる。

１ 負圧波発生装置
２ トンネル
２ａ トンネル内の壁
３ 鉄道車両
１１ 負圧波発生器（負圧波発生手段）
１２ 圧力検出器（圧縮波通過検出手段、圧縮波状態検出手段）
１３ 制御器（制御手段）
２１ 坑口
１０１ 負圧波発生装置
１０２ トンネル
１０２ａ トンネル内の壁
１０３ 鉄道車両
１１１ 負圧波発生器（負圧波発生手段）
１１２ 圧力検出器（圧縮波通過検出手段、圧縮波状態検出手段）
１１３ 制御器（制御手段）
１１４ 外気温度検出器（外気温検出手段）
１１５ 内気温度検出器（内気温検出手段）
１１６ 車両検出器（車両通過検出手段）
１２１ 坑口
Ｃ₂ トンネルの中心（坑口の中心に相当）
Ｃ₂₁ 微気圧波の発信源（坑口の中心）
Ｃ₁₀₂ トンネルの中心（坑口の中心に相当）
Ｃ₁₂₁ 微気圧波の発信源（坑口の中心）
Ｗ₁ 負圧波
Ｗ₂ 微気圧波
Ｗ₃ 圧縮波

Claims (6)

1. トンネルの坑口から放射される微気圧波の圧力を負圧波によって低減する負圧波発生装置であって、
   前記負圧波を放射可能な負圧波発生手段と、
   前記トンネル内に発生して一方側から他方側へ伝播する圧縮波の通過を検出する圧縮波通過検出手段と、
   前記圧縮波通過検出手段によって検出される際の前記圧縮波の状態を検出する圧縮波状態検出手段と、
   前記圧縮波通過検出手段および前記圧縮波状態検出手段によって検出される検出結果に基づいて、前記負圧波発生手段の動作を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする負圧波発生装置。
2. 前記圧縮波通過検出手段が、前記トンネル内の気圧を検出する圧力検出器であり、
   前記圧縮波状態検出手段が、前記圧力検出器を前記トンネルの前後方向または高さ方向に並んで配置することによって構成されるものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の負圧波発生装置。
3. 前記圧縮波通過検出手段および前記圧縮波状態検出手段が、前記トンネルの前後方向における複数箇所で検出可能なものである
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の負圧波発生装置。
4. 前記トンネル外の気温を検出する外気温検出手段と、前記トンネル内の気温を検出する内気温検出手段とを備え、
   前記制御手段が、前記外気温検出手段および前記内気温検出手段によって検出される検出結果に基づいて、前記負圧波発生手段の動作を制御するものである
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の負圧波発生装置。
5. 前記トンネルに突入する鉄道車両を検出する車両通過検出手段を備え、
   前記制御手段が、前記車両通過検出手段によって検出される検出結果に基づいて、前記負圧波発生手段の動作を制御するものである
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の負圧波発生装置。
6. 前記負圧波発生手段が、前記坑口の近傍に複数配置されるものであり、
   前記制御手段が、複数の前記負圧波発生手段の動作を独立して制御するものである
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の負圧波発生装置。