JP4280207B2 - 車両用水封装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両内の洗面台などの排水管にＳ型トラップと、フロートによって排水管を遮断するフロート室とを設けることにより、小さな水位差でも大きな気圧変動に対する車内の気密を保つことができるようにコンパクトに構成された車両用水封装置に関し、特にフロート室内のフロートに動作不良が生じた場合でも適切に機能するようにした車両用水封装置に関する。

高速鉄道車両では、対向車両とすれ違う場合、或いはトンネルへ進入する場合やトンネルから出る場合、車体周りの気圧が大きく変動するが、そうした気圧変動が生じた場合であっても車内の気圧変化を極力少なくするために気密構造になっている。しかし、洗面所等で使用した水は車外に排出するため、排水管を通して車内と車外とが連通している。そこで、この排水管には水封装置が設けられ、そこには常時水が滞留することによって車体の内と外とが遮断され、車内の気密性が保たれるようになっている。そうした車両用水封装置には、下記特許文献１に記載されたものを従来例として挙げることができる。図４は、当該特許文献１に記載された車両用水封装置を示した断面図である。

洗面台等の排水管に形成された車両用水封装置１００は、上部排水管１０１と下部排水管１０２との間にフロート室１１０が接続され、下部排水管１０２にはＳ字を横向きにしたような形で屈曲するＳ型トラップ１２０が形成されている。フロート室１１０は、上部排水管１０１及び下部排水管１０２よりも大径の円筒部分と、その円筒部分から上部排水管１０１又は下部排水管１０２に連続したテーパ部分が形成されている。その中にはゴム球で形成されたフロート１１５が入れられ、上下のテーパ部分がそれぞれ上部弁座１１１と下部弁座１１２となっている。そして、このフロート室１１０では、フロート１１５が上部弁座１１１または下部弁座１１２に着座することにより、上部排水管１０１側又は下部排水管１０２側において排水管が遮断されるようになっている。

Ｓ型トラップ１２０は、Ｕ字状に屈曲された下部トラップ１２１と上部トラップ１２２とが連続し、上部トラップ１２２は、その有効高さがフロート室１１０の中央部の位置と略同一の高さに設定されている。従って、この車両用水封装置１００では、フロート室１１０の中央部から上部トラップ１２２までの間が排水Ｗによって水封されることになる。
そこで、車体の内外で微少な気圧差が生じた場合には、排水Ｗが気圧によってＳ型トラップ１２０内を移動して生じる下部トラップ１２１の前後の水位差による抵抗によって止められる。一方、車体の内外で大きな気圧差が生じた場合には、排水Ｗの水位が大きく上昇又は下降してフロート１１５がフロート室１１０の上部弁座１１１又は下部弁座１１２に着座する。それによって、例えば、車体外側の圧力が急激に高くなったような場合には、フロート１１５が上部弁座１１１に着座して車内の気密性を保つとともに、排水が車内へ吹き出すことを防止することができる。

従って、こうした従来の車両用水封装置１００では、車体の内外に大きな気圧差が生じても、フロート室１１０内のフロート１１５によって気密が保たれるので、例えば、車体内外の気圧差が１０００mmAqの場合でも、下部トラップ１２１からフロート室１１０までの高さＨ´は１０００mm以下でよく、従来の気密構造に較べて小型で軽量にできる。
実用新案登録第２５８７７９４号公報（第２頁、図１）

しかしながら、前述した車両用水封装置１００では、次に述べるようにフロート１１５が、それ自身の機能を発揮できない動作不良状態に陥ってしまい、車内の気密性が確保できなくなったり、洗面所で使用した水の排水ができなくなるなどの問題が起こり得る構造であった。図５及び図６は、それぞれトラブルが生じた場合の車両用水封装置１００を概念的に示した図である。

先ずは、車内側の気圧が高くなってフロート１１５が下部弁座１１２に密着してしまった場合である（図５（ａ））。この場合、洗面所で使用した水が上部排水管１１０からフロート室１１０に流れ込み、その水頭によってフロート１１５の浮力を超えた水圧がかかってしまうと、その後に気圧差が無くなってもフロート１１５は浮き上がらず、下部排水管１０２への流れが遮断されてしまう（図５（ｂ））。そのため、下部排水管１０２の気圧が上部排水管１０１の水圧を超えない間に、車内側からの水の流入が続けば、やがて水が排出されずに洗面台から溢れ出てしまう。

次に、従来の車両用水封装置１００では、特に下部弁座１１２とフロート１１５との密着度が極めて重要であるため、ゴムパッキンなどを使用して密着度を高めている。しかし、それでも万が一密着度が不十分な状態になってしまったような場合には（図６（ａ））、車内側で気圧の高い状態が続けば、フロート１１５が下部弁座１１２に当接していても隙間から車内側の空気が流れ出し、それによって加圧されたＳ型トラップ１２０内の排水が流失してしまうことになる。

そして、例えばＳ型トラップ１２０内から約半分もの排水が流失してしまった場合に、大きな気圧変動によって車外の気圧が高くなると（図６（ｂ））、Ｓ型トラップ１２０内の水が不足しているため、フロート１１５は上部の弁座１１１に密着できない。従って、外側から加圧されたＳ型トラップ１２０内の排水が下部トラップ１２１の最下端にまで押し上げられ、外の空気が車体内側に入って車内の気圧変動を引き起こしてしまう。
一方で、一旦Ｓ型トラップ１２０内の水が流失してしまうと、フロート１１５は自重によって下部の弁座１１２に密着してしまう（図６（ｃ））。この状態で上部排水管１０１から水が流れてきても、その排水の水頭による水圧を超える圧力が車外側からかからない限りは、フロート１１５は下部弁座１１２に密着した閉弁状態になり、やがては水が排出されずに洗面台から溢れ出てしまう。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、フロート室内のフロートに動作不良が生じても適切に機能する車両用水封装置を提供することを目的とする。

本発明の車両用水封装置は、車内と車外とをつなぐ排水管にＳ型トラップとフロートを収納したフロート室とが形成され、そのＳ型トラップに滞留する排水によって水封し、フロート室内の排水に浮かぶフロートが水位の変動によって大きく昇降した場合には、そのフロートがフロート室に形成された上部弁座や下部弁座に当接して排水管を遮断するものであって、前記下部弁座に着座した前記フロートによって排水管が遮断された場合に、前記フロート室内の加圧された排水や空気が前記Ｓ型トラップの最下端位置より下流側に流出するように、前記フロート室と前記Ｓ型トラップとを接続する細径のバイパス管を有し、前記Ｓ型トラップ側に接続された当該バイパス管の接続口が、そのＳ型トラップを構成する上流側の下部トラップから下流側の上部トラップまでの立ち上がり部分に位置するようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明の車両用水封装置は、前記バイパス管が、前記フロート室に接続された上部接続口が前記フロート室の中央より下側に形成され、前記Ｓ型トラップに接続された下部接続口が前記Ｓ型トラップを構成する下部トラップの屈曲部近くであって、同じく前記Ｓ型トラップを構成する上部トラップ側に形成されたものであることを特徴とする。

本発明の車両用水封装置によれば、バイパス管がフロート室とＳ型トラップとに接続され、下部弁座に着座したフロートによって排水管が遮断された場合にでも、フロート室内の加圧された排水や空気がＳ型トラップの最下端位置より下流側に流出するように構成されているので、例えば車内の気圧が高くなってフロートが下部弁座に密着したまま排水管を遮断してしまっても、洗面台で使われた水は、閉弁された下部弁座部分をバイパス管によって回避してフロート室に滞留することなく流れ出るため、排水口から水が溢れ出るようなことはない。そして、逆に車外の気圧が高くなることで下部弁座からフロートが外れてその動作不良を改善して適切に機能するようになる。

次に、本発明に係る車両用水封装置の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、実施形態の車両用水封装置を示した断面図である。
本実施形態の車両用水封装置１は、前記従来例と同様、高速鉄道車両の洗面台において排水を車外に排出するための排水管に形成されたものである。
車両用水封装置１は、上部排水管２と下部排水管３との間にフロート室４が設けられ、下部排水管３にはＳ字を横向きにしたような形で屈曲するＳ型トラップ５が形成されている。

上部排水管２は、車内に設けられた洗面台の排水口につながっており、下部排水管３は、車両の底に突き出していて、洗面台で流れた水がこの上部排水管２から下部排水管３を通って車外に排出されるようになっている。すなわち、この排水管によって車内と車外とが連通した状態になっている。ところが、車内の気圧変化を極力少なくするためには車体を気密構造にする必要があるため、下部排水管３にはＳ型トラップ５による水封装置が形成されている。Ｓ型トラップ５は、Ｕ字状に屈曲した下部トラップ１１と上部トラップ１２とが連続し、そこに滞溜する排水によって車内と車外とを遮断した状態にしている。

そして、このＳ型トラップ５よりも車内側にあって、上部排水管２と下部排水管３との間にはフロート室４が設けられている。フロート室４は、上部排水管２及び下部排水管３よりも大径の円筒部１３と、その円筒部１３からテーパ状になって上部排水管２又は下部排水管３に連続する上部弁座１４と下部弁座１５とから構成されている。そして、その中には上部排水管２や下部排水管３よりも径の大きいゴム球で形成されたフロート６が入れられている。フロート６は、円筒部１３よりも径が小さいためそこを自由に上下動するが、テーパ状の弁座１４，１５に対しては当接して着座し、上部排水管２側又は下部排水管３側をそれぞれ遮断する弁として機能するようなっている。そして、こうして形成されたフロート室４に対し、上部トラップ１２は、その有効高さがフロート室４の中央位置と略同一の高さに設定されている。

更に、本実施形態の車両用水封装置１では、このフロート室４と下部トラップ１１とがバイパス管７によって接続されている。すなわち、車両用水封装置１では、バイパス管７を設けることで、フロート６が下部弁座１５に当接して排水管を遮断した場合にでも、フロート室４内の排水や空気が下部排水管３側へと送られるように構成されている。具体的には、バイパス管７の上部接続口１７は、フロート室４の中央より下側の位置で円筒部１３に形成され、他方の下部接続口１８は、下部トラップ１１の屈曲部より上部トラップ１２側への立ち上がり部分１９に形成されている。

下部接続口１８は、こうして下部トラップ１１の最下端位置よりも下流側にあって、特に、下部接続口１８は、立ち上がり部分１９内の排水の水面高さよりも必ず低い位置になるようにするため、立ち上がり部分１９の極力低い位置に設けられている。下部接続口１８が排水の水面よりも高くなってしまったのでは外気が車内に流れ込むようになってしまい、車内の気密性を阻害するからである。
ただし、このバイパス管７によって車内の空気が車外へ流れ出るようになるため気密性が若干損なわれるが、その内径を排水中の混入物によってもつまらない程度に小さくすることで、車内の気圧変動に大きく影響しないようになっている。例えば本実施形態では、上部排水管２と下部排水管３との内径が４８ｍｍであるのに対し、バイパス管７の内径は８ｍｍである。

こうして構成された車両用水封装置１では、車内の洗面台で水が流されると排水口から上部排水管２に流れ、フロート室４及び下部排水管３を通って車外へ流れ出る。排水は全て流れ出てしまうわけではなく、Ｓ型トラップ５によって図示するようにフロート室４から上部トラップ１２にかけてＵ字状になったところに滞溜する。こうしてフロート室４の中央部から上部トラップ１２までの間が排水Ｗによって水封される。

そこで、高速鉄道車両が走行する中、車内と車外との間で微少な気圧差が生じた場合には、車内の上部排水管２側から、或いは車外の下部排水管３側から水封した排水Ｗに圧力がかかる。このとき排水Ｗが加圧方向に押されることで下部トラップ１１の前後に水位差が生じる。そして、その水位差の抵抗によって車体内外の気圧差が吸収され、車内の気圧変化が抑えられる。
一方、高速鉄道車両同士が対向車とすれ違ったり、高速で勢い良くトンネルの出入りが行われる場合には、車体周りの気圧変化によって車内との気圧差が大きくなる。そうした車体の内外で大きな気圧変動が生じた場合には排水Ｗの水位が大きく上下し、フロート６がフロート室４の上部弁座１１又は下部弁座１２に押し付けられて着座する。

例えば車外の気圧が高くなった場合には、排水Ｗは上部排水管２側に押し戻されてフロート室４内の水面が上がってフロート６も上昇する。そして、そのフロート６が上部弁座１４に押し当てられて着座し、上部排水管２側が遮断される。そのため、車外の気圧が急激に高くなったような場合でも、それ以上排水Ｗは上昇することなく排水の車内への逆流が防止されるとともに車内の気密性が保たれる。
逆に、外の気圧が下がって車内の気圧の方が高くなった場合には、排水Ｗは上部排水管２側から加圧されてフロート室４内の水面が下がることでフロート６が下降する。そして、そのフロート６が下部弁座１５に押し当てられて着座し、下部排水管３側を遮断する。そのため、車外の圧力が急激に低くなったような場合でも、それ以上排水Ｗは流れ出すことなく排水Ｗが大量に吹き出してしまうことを防止され、車内の気密性も保たれる。

従って、車両用水封装置１は、車体の内外に大きな気圧差が生じてもフロート室４内のフロート６によって気密性が保たれるので、下部トラップ１２からフロート室４までの高さの短い水位の低いものでも大きな気圧変化に対処して車内の気圧変化が抑えられる。
しかし、これはフロート６が正常に機能している場合であって、前記課題でも述べたように大きな気圧差によってフロート６が下部弁座１５にはまり込んで浮き上がらなくなることがある。本実施形態の車両用水封装置１では、そうしたトラブルが生じた場合でもバイパス管７によって水封装置としての機能を自ら回復させることができる。

ここで、図２及び図３は、トラブル発生時における車両用水封装置１の自己回復作用を概念的に示した図である。
先ず、図２に示す第１のトラブルとしては、車内側の気圧が高くなった場合にフロート６が上からの圧力によって下部弁座１５に密着し、同時に排水が流れ込んでフロート６の浮力を超えた水圧がかかってしまい、そのフロート６が排水管を遮断する栓のようになってしまった場合である。こうしたトラブルが起きた場合、本実施形態の車両用水封装置１では、気圧の高い車内側から気圧の低い外側に向けてフロート室４内に溜まった排水がバイパス管７を通って下部排水管３へ流れる。

すなわち、フロート６が排水管を遮断してしまっても、その原因となった車内側の高い気圧によってバイパス管７を排水が流れることになるため、洗面台で水を使ってもフロート室４で排水が滞留し続けることなく流れ出ることになる。そして、内外の気圧差が逆転したりすると、下部弁座１５にはまり込むように着座していたフロート６が外れ、図１に示すようにフロート室４内で排水中に浮いた正常な状態に戻ることになる。

次に、図３に示す第２のトラブルとしては、下部弁座１５に対するフロート６の密着度が不十分な場合である。このとき車内側の気圧が高い状態が続くと、従来の車両用水封装置１００ではＳ型トラップ１２０内の水が車内側の気圧に押されるようにして流れ出して流失してしまっていた（図６（ｃ）参照）。
しかし、本実施形態の車両用水封装置１では、車内側に高い気圧がかかった状態になった場合、フロート室４内に流入した空気は、フロート６の密着度が不十分であっても下部弁座１５を通って排水を加圧することなく、バイパス管７を通って外へ出ようとする。従って、車内の空気は、バイパス管７を通って排水管の立ち上がり部分１９から漏れ出し、気泡となって上部トラップ１２側から車外へと送り出される。

従って、フロート６の密着度が不十分な場合に、Ｓ型トラップ５内の水を流失させる原因となる車内の気圧は空気が車外に放出されトラブルを回避できる。なお、径の細いバイパス管７を大量に空気が流れることはないため、車内の気圧変動に大きく影響を与えることはない。そして、車内と車外との気圧差が小さくなれば、排水がフロート室４内に戻ってバイパス管７の上部接続口１７が塞がれ、車内空気の流れ出しが止められる。

よって、本実施形態の車両用水封装置１によれば、バイパス管７を設けたことにより前述した第１、第２トラブルのような状態になっても、そうした状況を回避してその後も車内と車外とで圧力差を大きくなった場合にフロート室４内のフロート６が適切に機能して車内の気密性を保つことができるようになった。従って、フロート６が下部弁座１５に着座したままになってしまって、排水口から水が溢れ出すようなこともなくなった。

以上、本発明の車両用水封装置について一実施形態を示して説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態でバイパス管７の径を８ｍｍとしたが、これは車内気密性能の要求値、および排水の汚損度により適正な管径を選択することができる。

車両用水封装置の一実施形態を示した断面図である。 第１トラブル発生時における実施形態に係る車両用水封装置の自己回復作用を概念的に示した図である。 第２トラブル発生時における実施形態に係る車両用水封装置の自己回復作用を概念的に示した図である。 従来の車両用水封装置を示した断面図である。 トラブル発生時における従来の車両用水封装置を概念的に示した図である。 別のトラブル発生時における従来の車両用水封装置を概念的に示した図である。

符号の説明

１ 車両用水封装置
２ 上部排水管
３ 下部排水管
４ フロート室
５ Ｓ型トラップ
６ フロート
７ バイパス管
１１ 下部トラップ
１２ 上部トラップ
１３ 円筒部
１４ 上部弁座
１５ 下部弁座
１７ 上部接続口
１８ 下部接続口
１９ 立ち上がり部分

Claims (2)

1. 車内と車外とをつなぐ排水管にＳ型トラップとフロートを収納したフロート室とが形成され、そのＳ型トラップに滞留する排水によって水封し、フロート室内の排水に浮かぶフロートが水位の変動によって大きく昇降した場合には、そのフロートがフロート室に形成された上部弁座や下部弁座に当接して排水管を遮断する車両用水封装置において、
   前記下部弁座に着座した前記フロートによって排水管が遮断された場合に、前記フロート室内の加圧された排水や空気が前記Ｓ型トラップの最下端位置より下流側に流出するように、前記フロート室と前記Ｓ型トラップとを接続する細径のバイパス管を有し、
   前記Ｓ型トラップ側に接続された当該バイパス管の接続口が、そのＳ型トラップを構成する上流側の下部トラップから下流側の上部トラップまでの立ち上がり部分に位置するようにしたものであることを特徴とする車両用水封装置。
2. 請求項１に記載する車両用水封装置において、
   前記バイパス管は、前記フロート室に接続された上部接続口が前記フロート室の中央より下側に形成され、前記Ｓ型トラップに接続された下部接続口が前記Ｓ型トラップを構成する下部トラップの屈曲部近くであって、同じく前記Ｓ型トラップを構成する上部トラップ側に形成されたものであることを特徴とする車両用水封装置。

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