JP6039400B2 - 空気抵抗を低減した鉄道車両及びこの鉄道車両を組み込んだ鉄道車両編成 - Google Patents

Description

本発明は、特に高速走行時に発生する空気抵抗を低減できる鉄道車両、及び、この鉄道車両を組み込んだ鉄道車両編成に関する。

鉄道車両が高速で走行する場合、鉄道車両には空気の抵抗力が生じている。この空気の抵抗力は、鉄道車両の速度の２乗に比例して大きくなることが知られており、鉄道車両が高速で走行すればするほど、この抵抗力が急激に大きくなるので、走行に供される電気エネルギが損失したり、騒音が発生したりする原因となっている。

一般に、鉄道車両の高速走行時に発生する主な空気抵抗力は、次の２つに分類することができる。
第１の空気抵抗力は、車両の表面で発生する空気との摩擦によって生じる摩擦抵抗であり、第２の空気抵抗力は、車両の表面に凹凸がある場合、この凹凸の部分に空気が衝突したり，さらに流れがはく離したりすることにより、局所的に圧力の高い部分や低い部分が生じることに起因する圧力抵抗である。
こうした圧力抵抗を小さくすることによって車両の抵抗力の低減、さらには空力騒音の低減する技術として、下記特許文献１が挙げられる。

特許文献１では、鉄道車両の中でも音源となっているとされる車両間の空間部分における圧力の変化を低減するための技術が示されている。具体的には、車両と車両との間の空間部分に軟質ウレタンフォームなどの弾性変形に富む部材が設置されており、この部位における空気の圧力変化を抑制するものである。
鉄道車両には、上記の空間部分のほかにも、車両表面に凹凸が生じている部分が種々あり、これらの部分においても、当然に圧力抵抗が発生している。

このような凹凸部として、圧力抵抗の大きな要因となるものが、鉄道車両の長手方向の両端部に備えられるとともに、鉄道車両を支持して軌道上を転動する台車が備えられる部分（以下、台車部と称する。）である。
鉄道車両の台車部では、車輪や台車枠から構成される台車が、曲線通過時に水平面内で旋回動作や、縦曲線（勾配が変化するところ）の通過に伴い、台車がピッチング動作を行う。このため、こうした動作が阻害されないように、台車と車体との間には、上流及び下流側に垂直に近い段差を有する大きな隙間（以下、台車キャビティと称する場合もある）が設けてある。

近年、高速車両では走行時の空気抵抗や空力騒音を低減する目的で、鉄道車両の床下に設置される各種の電機品は、鉄道車両の側面をなす側構体の下端部から垂下する態様で備えられる側方カウルと、各種電機品の底面を連続的に覆う下塞ぎ板によって覆われている。

下記特許文献２と特許文献３には、台車部における着雪を低減するために、台車キャビティの長手方向の端部形状を変更することや、台車の下部に空気の流れを整流する整流板を設置することによって、台車キャビティに起因する圧力抵抗を抑制する技術が開示されている。
台車部において、特に着雪が著しい箇所は、台車を通過した流れが台車部に再付着する点及びその近傍である。このため、台車部の流れを改善することによって着雪を抑制できることは、台車部に起因する圧力抵抗を低減できることにも大きく寄与しているものと推測される。さらに、台車部の流れを改善できるので、台車部を通過する流れの乱れに伴う空力騒音の発生も抑制することも可能である。

特許第３６５５０９５号公報 特許第４２７５３９７号公報 特許第４３８８３５３号公報

鉄道車両を構成する各種部品、特に、基幹部品である台車構成部品は、所定距離毎、あるいは、所定の運用期間毎に定期検査が行われている。このため、台車キャビティに起因する圧力抵抗を低減するため、台車に整流板等の部品を追加すると、台車構成部品へアクセスが阻害されて、検査作業の効率低下を招く懸念がある。
そこで、本発明の目的は、台車の検査作業の効率を低下させることなく、台車キャビティの圧力抵抗を効果的に低減して、省エネルギを促進するとともに、台車部における着雪や空力騒音を低減できる鉄道車両、及び、この鉄道車両を車両編成に組み込んだ鉄道車両編成を提供することにある。

ここで、台車キャビティに起因する圧力抵抗を解析すると、高速の空気流が台車キャビティに流れ込んできたとき、台車キャビティを形成する壁部のうち、車体幅方向に沿って備えられる上流側の垂直壁の近傍には、空気流の剥離に伴い負圧が発生する。一方、車体幅方向に沿って備えられる下流側の垂直壁の近傍には、空気流の衝突に伴い正圧が発生する。
これら上流側の垂直壁に発生する負圧と、下流側の垂直壁に発生する正圧を低減するには、上流側の垂直壁に沿って進入してくる空気流を低減するとともに、下流側の垂直壁に衝突する空気流を低減することが効果的である。すなわち、台車キャビティ周辺の空気流を、上流側の垂直壁で台車キャビティ内に向けて湾曲するのを抑止するとともに、下流側の垂直壁に衝突する空気流を、下方に変向させるか、この空気流を吸収すれば、台車キャビティに起因する圧力抵抗を大きく低減することができる。

本発明はこのような着想に基づいてなされたもので、より具体的には次のような技術的手段を講じた。
すなわち、鉄道車両の床面をなす台枠と、該台枠下方に延び、車両長手方向前方壁及び後方壁を形成する端塞ぎ板により構成され、前記端塞ぎ板の下端から車両長手方向前方及び後方に延び、台枠の下方に備えられる機器を覆う下塞ぎ板により区画される台車キャビティと、を有する鉄道車両において、鉄道車両の進行方向上流側となる台車キャビティの近傍に、空気吹き出し口を形成し、鉄道車両走行時、該空気吹き出し口から空気を吹き出すことにより、台車キャビティの内部において、進行方向上流側となる端塞ぎ板の周辺に負圧領域が発生するのを抑止するようにした。

台車キャビティの近傍において、進行方向下流側となる下塞ぎ板に空気吹き出し口あるいは空気吸い込み口を形成し、台車キャビティ内において、進行方向下流側となる端塞ぎ板周辺に正圧領域が発生するのを抑止するようにした。

複数の鉄道車両から編成された車両編成において、進行方向からみて、少なくとも先頭車両あるいは先頭車両から複数番目までの鉄道車両に、上記の鉄道車両を組み込んだ。

本発明によれば、台車キャビティの近傍において、空気吹き出し口を形成し、鉄道車両走行時、この吹き出し口から空気を吹き出すことにより、台車キャビティ周辺の空気流が、台車キャビティ内に向けて湾曲するのを抑止できる。これにより、整流板などが追設されて台車検査作業の効率が劣化することなどがなく、台車キャビティの圧力抵抗を効果的に低減して省エネルギを促進するとともに、台車部における着雪や空力騒音を低減できる鉄道車両、鉄道車両編成を提供することができる。

図１は、台車キャビティの前後に吹き出しを備える鉄道車両（実施例１）の側面図である。 図２は、実施例１の下面図である。 図３は、台車キャビティ前後に吹き出しを備える鉄道車両（実施例２）の側面図である。 図４は、台車キャビティ前後に吹き出しを備える鉄道車両（実施例３）の側面図である。 図５は、台車キャビティの前後に吹き出し口を備える鉄道車両に備えられる空気供給管路構成の一例である。 図６は、台車キャビティの前後に吹き出しと吸込みとを備える鉄道車両（実施例４）の側面図である。 図７は、台車キャビティの前後に吹き出しと吸込みとを備える鉄道車両に備えられる空気供給管路構成の一例を示す図である。 図８は、台車キャビティの前後に備えられる吹き出し口または吸い込み口の配置の形態を示す図である。 図９は、台車キャビティの前後に備えられる吹き出し口または吸い込み口の配置の他の形態を示す図である。 図１０は、台車キャビティの前後に吹き出し口を備える鉄道車両によって編成された車両編成の側面図である。

以下、本発明の実施例を、図を用いて説明する。
［実施例１］
図１は台車キャビティの前後に空気吹き出し口を備える、本実施例の鉄道車両の側面図であり、図２はその下面図である。
ここで、台車キャビティとは、車両２の長手方向両端部の下部に設けられるとともに、台車が備えられる空間領域であり、車両２の床面をなす台枠１５と、台枠１５から下方に延伸する前後の端塞ぎ板５６と、これら端塞ぎ板に接続するとともに車両２の前後方向の水平方向に備えられる下塞ぎ板１６と、から構成される。下塞ぎ板１６は、台枠１５の下方に備えられる各種の機器を覆うとともに、車両２の最下面に平滑な面を形成している。

すなわち、この空間領域（台車キャビティ）は、台車を車両２の長手方向に挟む態様で車体幅方向に沿って備えられ、車両２の長手方向両端に位置する塞ぎ板５６を垂直壁とし、これら垂直壁で挟まれる台車の上部に位置する台枠１５を上面壁とする凹状の領域である。そして、車両２の長手方向両端に位置する塞ぎ板５６の下端部には、下塞ぎ板１６が、車両２の長手方向に沿って前方側、後方側に水平方向に延び、この凹状の領域を区画している。以下、これを台車キャビティ１７と称する。なお、この台車キャビティ１７の側面を除く台枠１５の下面は、台枠１５の幅方向の端部から下方に延びる態様で備えられる側方カウル１４と、左右（台枠１５の幅方向の両端部）の側方側カウル１４の下端部とを接続する態様で備えられる下塞ぎ板１６によって覆われている。

車両２を支持する台車は、台車枠５３と、台車枠５３に回動可能に保持される車軸５８と、その両端部に備えられる車輪５１、５２と、車軸５８を回転させる主電動機５４などを備えている。台車は、車両２の長手方向の両端部に位置する台車キャビティ１７の内部に配備され、台車枠５３の上部に備えられる空気ばね（図示せず）を介して車両２を支持している。

車両２が進行方向を示す矢印１の方向に進むとき、図２に示されるように、台車キャビティ１７の上流側に位置する車両２の下面（下塞ぎ板１６）に、空気が吹き出されるスリット状の吹き出し口１０ａが車両２の幅方向に沿う方向に備えられている。
また、この実施例では、台車キャビティ１７の下流側に位置する車両２の下面（下塞ぎ板１６）にも、スリット状の吹き出し口１０ｂが車両２の幅方向に沿う方向に形成されている。

吹き出し口１０ａと吹き出し口１０ｂとは、台車キャビティ１７を挟んでほぼ平行（車軸５６にも平行な態様）に形成されており、車両２の床下（台枠１５の下面の側方カウル１４で覆わる部位）には、図１に示すように、吹き出し口１０ａ、１０ｂへ圧縮空気を供給する送風機８０ａ、８０ｂが配備されている。

送風機８０ａ、８０ｂの運転を制御する送風機運転制御装置（図示せず）が接続されている。送風機運転制御装置には車両２の速度情報が入力されており、車両２の速度が所定の速度より小さい速度で運転される場合や、車両２が駅で停車している場合などには送風機８０ａ、８０ｂの運転を停止し、車両２が所定の速度より大きい速度（所定の速度）で運転される場合にのみ、送風機運転制御装置からの指令基づいて送風機８０ａ、８０ｂが稼働される。
ここで、送風機の運転を開始する速度は、車両２からなる編成全体の抵抗のうち、台車キャビティ１７に起因する圧力抵抗が支配的になる速度（例えば、１８０ｋｍ／ｈ以上）である。車両２がこの速度より大きい速度で運転される場合に、送風機８０ａ、８０ｂから送風された空気が吹き出し口１０ａ及び吹き出し口１０ｂから車両２の下方に向けて吹き出される。

吹き出される空気量は多いほど圧力抵抗を低減する効果があるが、大きい空気量を吹き出すためには大きな送風機が必要となり、軌道に沿って敷設されるバラスト（砂利）を飛散させる原因となることがあるため、送風機８０ａ（８０ｂ）の風速は車両２の走行速度の約２０％程度に相当する吹出し風速としている。
台車キャビティ１７近傍の圧力抵抗は、台車キャビティ１７を通過する流れが、台車キャビティ１７の上流側ではく離することに伴い発生する負圧領域と、台車キャビティ１７の下流側への再付着で発生する正圧領域とによって、車両２の進行方向１と反対方向に作用する力によるものである。

したがって、吹き出し口１０ａと１０ｂから吹き出される空気流によって、台車キャビティ１７を通過する空気の流れ、つまり、はく離や再付着の態様を変化させることによって、台車キャビティ１７の近傍で生じる圧力抵抗が減少し、車両２の運行に要する消費電力が低減され、省エネルギを実現できる。
具体的には、上流側の端塞ぎ板５６下端から、この端塞ぎ板５６に沿って台車キャビティ１７内に流れ込もうとする空気流が、吹き出し口１０ａの空気流により変向されるとともに、上流側端塞ぎ板５６周辺で発生するはく離領域（負圧領域）に、吹き出し口１０ａから空気が供給されることにより、はく離域の範囲及び負圧が軽減される。

一方、台車キャビティ１７における下流側の端塞ぎ板５６周辺で発生する再付着領域（正圧領域）では、吹き出し口１０ｂからの吹き出し空気によって、台車キャビティが通過した流れが下方へ導かれ、再付着（端塞ぎ板５６あるいは下塞ぎ板１６への流れの衝突）が軽減され、正圧領域の範囲及び正圧の低減によって、車両２に作用する圧力抵抗が軽減される。
このように、台車キャビティ１７周りの流れに変化を与えることによって、上述した圧力抵抗の軽減に加え、台車キャビティ１７への着雪を抑制するとともに、台車キャビティ１７から生じる空力騒音を低減することができる。

この実施例では、台車キャビティ１７に対し上流側、下流側に位置する下塞ぎ板１６にそれぞれ吹き出し口１０ａ、１０ｂを設けている。しかし、台車キャビティ１７の上流側に位置する下塞ぎ板１６に吹き出し口１０ａを設けることにより、台車キャビティ１７の内部に流れ込もうとする空気流自体を下方（線路側）に向けて変向することができるので、下流側の塞ぎ板５６周辺で発生する再付着領域もある程度は低減される。

そこで、鉄道車両の運行上の最高速度がさほど高くなく、例えば、１８０ｋｍ／ｈ〜２００ｋｍ／ｈ程度であれば、必ずしも、下流側に位置する下塞ぎ板１６に吹き出し口１０ｂを設けなくても、所期の圧力抵抗の軽減効果、着雪・空力騒音の抑制効果を得ることができる。
また、吹き出し口１０ａと１０ｂとを車両２の下面に備えられる下塞ぎ板１６に備えた例を示したが、吹き出し口１０ａと１０ｂを、台車キャビティ１７をなす端塞ぎ板５６に備えても、台車キャビティ１７を通過する空気の流れの態様に変化を与えることができるので、同様の効果を奏することができる。特に、吹き出し口１０ａを負圧領域に対応させることにより、はく離域の発生範囲を効果的に抑制することができる。

［実施例２］
図３は台車キャビティ前後に吹出しを備える鉄道車両（実施例２）の側面図である。実施例２では、実施例１と同様の機能や構成の説明を省略し、実施例１と異なる機能や構成についてのみ説明する。
実施例２では、車両２の台車キャビティ１７（図１参照）に対し、上流側、下流側に位置する下塞ぎ板１６（図１参照）に吹き出し口１０ａと吹き出し口１０ｂが形成され、これらから吹き出される空気の方向に特徴がある。台車キャビティ１７の上流側（進行方向１の側）の吹き出し口１０ａから吹き出される空気は、台車から離れる方向に下塞ぎ板１６から角度α（たとえばα＝４５度）をなす方向に吹き出される。

また、台車キャビティ１７の下流側（進行方向１の反対側）の吹き出し口１０ｂから吹き出される空気は、台車から離れる方向に下塞ぎ板１６から角度αの方向に吹き出される。
本実施例でも、１８０ｋｍ／ｈ以上の走行、及び、５０ｍ^３／ｍｉｎ以上の送風量で、実施例１と同様の圧力抵抗低減効果、着雪・騒音抑止効果が数値解析により確認されている。しかも、上述した方向に、吹き出し口１０ａと１０ｂとから空気を吹き出すと、軌道に沿って敷設されるバラストに空気が到達するまでの距離が大きくなるため、バラストを飛散させるおそれを低減することができる。

［実施例３］
図４は台車キャビティ前後に吹出しを備える鉄道車両（実施例３）の側面図である。
実施例３では、前述した実施例と同様の機能や構成に係る説明を省略し、前述した実施例と異なる機能や構成についてのみ説明する。
本実施例では、車両２の台車キャビティ１７（図１参照）に対し、上流側、下流側に位置する下塞ぎ板１６（図１参照）に備えられる吹き出し口１０ａと吹き出し口１０ｂから吹き出される空気の方向に特徴がある。台車キャビティ１７の上流側（進行方向１の側）の吹き出し口１０ａから吹き出される空気は、台車の中心部に向かう方向に下塞ぎ板１６を延長した面から角度β（たとえばβ＝４５度）をなす方向に吹き出される。また、台車キャビティ１７の下流側（進行方向１の反対側）の吹き出し口１０ｂから吹き出される空気は、台車の中心部に向かう方向に下塞ぎ板１６を延長した面から角度βの方向に吹き出される。
本実施例によっても、実施例１、２と同様に、１８０ｋｍ／ｈ以上の走行、及び、５０ｍ^３／ｍｉｎ以上の送風量で、実施例１と同様の圧力抵抗低減、着雪・騒音抑止効果が数値解析により確認されている。

図５は、台車キャビティの前後に吹き出し口を備える鉄道車両に備えられる空気供給管路構成の一例であり、実施例１から実施例３で説明した台車キャビティ１７の前位（上流側）と後位（下流側）に配設される吹き出し口１０ａ、１０ｂから吹き出される空気の供給装置の一例を示したものである。
新幹線（登録商標）に代表される高速車両では、乗客の乗降に供される側出入り口などに膨張性シールゴム等を用いて気密性を高くした気密車両が採用されている。このため、強制的に車内外の空気を入れ換える強制換気装置（以下、換気装置と称する。）が、各車両に搭載されている。換気装置は、一台の電動機の両軸端に給気送風機と排気送風機とを備えたものや、独立した給気送風機及び排気送風機から構成されている。

本供給装置では、台車キャビティ１７の近傍に備えられる吹き出し口１０ａ、１０ｂから吹き出される空気として、上述の車内から車外へ排出される排気空気を利用し、新たな送風機を設けることなく、低コストで圧力抵抗の低減、着雪・騒音抑止を実現するものであり、以下に具体的な構成を説明する。

換気装置を構成する（排気）送風機８０ｃの上流側に管路８８接続されており、管路８４は客室８７と洗面台（トイレ、喫煙室など）８６に接続されている。さらに、送風機８０の下流側には管路８９が備えられており、管路８９の下流端は吹き出し口１０ａ、１０ｂに接続されている。

上述した空気供給管路構成によって、車両２に予め配備される（排気）送風機８０ｃを利用して、吹き出し口１０ａと１０ｂとから吹き出される空気流によって台車キャビティ１７を通過する空気の流れを変向することができる。すなわち、台車キャビティ１７の下流側で発生するはく離や、下流側で発生する再付着の態様を変化させることによって、台車キャビティ１７の近傍で生じる圧力抵抗を低減して、車両２の運行に要する消費電力量を低減し、省エネルギを実現できる。
さらに、台車キャビティ１７周りの流れに変化を与えることによって、台車キャビティ１７への着雪を抑制するとともに、台車キャビティ１７から生じる空力騒音を低減することができる。

送風機８０ｃから吹き出される空気の流量が所定の流量に満たない時は、実施例１から実施例３で示したように、車両２の床下に、専用の送風機８０ａ、８０ｂを備えて、送風機８０ｃの風量を補ってもよい。

［実施例４］
図６は、台車キャビティの前後に吹出しと吸込みとを備える鉄道車両（実施例４）の側面図である。実施例４では、前述した実施例で説明した同様の機能や構成の説明を省略し、前述した実施例と異なる機能や構成についてのみ説明する。
台車キャビティ１７の上流側（車両２の進行方向１の側）にスリット状の吹き出し口１０ａを備え、台車キャビティ１７の下流側（車両２の進行方向１の反対側）にスリット状の吸い込み口１１ｂを備えたものであり、車両２の進行方向の変更に応じて、吹き出しと吸い込みとを変更するものである。

吹き出し口１０ａを台車キャビティ１７の上流側に備えることによって、車両２の表面に沿う空気の流れがはく離して生成される負圧領域に空気を供給して負圧の程度を改善する。さらに、吸い込み口１１ｂを台車キャビティ１７の下流側に備えることによって、はく離した空気の流れが、車両２に再付着する際に生成される正圧領域の近傍から空気を吸い込むことによって、正圧が低減される。

つまり、吹き出し口１０ａから吹き出される空気流と、吸い込み口１１ｂから吸い込まれる空気流により、台車キャビティ１７を通過する空気の流れを変向させ、はく離や再付着の範囲や圧力値を変化させて、台車キャビティ１７の近傍で生じる圧力抵抗を減少させ、車両２の運行に要する消費電力量を低減し省エネルギを実現できる。さらに、台車キャビティ１７周りの流れに変化を与えることによって、台車キャビティ１７への着雪を抑制するとともに、台車キャビティ１７から生じる空力騒音を低減することができる。

実施例４では、車両２の進行方向の変更に伴って、吹き出しと吸込みとを変更する機構が必要になるものの、実施例１から実施例３と同一風量を与えた場合に、実施例１から実施例３と比較して、台車キャビティ１７における下流側に発生する正圧領域を直接的に消滅させることができるので、運行上の最高速度によっては、数値解析上より大きな圧力抵抗を低減できることを確認している。

図７は、実施例４で使用する空気供給管路構成の一例を示し、台車キャビティの前後に吹き出しと吸込みとを備える鉄道車両に備えられる空気供給管路構成の具体例を示す図である。
実施例４で説明したように、車両２の進行方向の変更に対応して、車両２が一方の方向に進行する場合に台車キャビティ１７の前位（上流側）の下塞ぎ板１６（図２参照）に形成される開口部を吹き出し口１０ａとする。そして、台車キャビティ１７の後位（下流側）の下塞ぎ板１６（図２参照）に備えられる開口部を吸い込み口１１ｂとし、車両２が一方から他方の方向へ進行方向を変更した場合に、吹き出し口１０ａを吸い込み口１１ｂに切り換え、吸い込み口１１ｂを吹き出し口１０ａに変更できる空気供給管路構成の一例である。

空気供給管路構成は、台車キャビティ１７の近傍の下塞ぎ板１６（図２参照）に設けられる一方の開口部６０から送風機８０ｄの吸い込み側に接続される管路９１と、台車キャビティ１７の近傍の下塞ぎ板１６（図２参照）に設けられる他方の開口部６１から送風機８０ｄの吸い込み側に接続される管路９３と、送風機８０ｄの吐き出し側から延伸するとともに管路９１に合流する管路９４と、送風機８０ｄの吐き出し側から延伸するとともに管路９３に合流する管路９２とから構成されている。

さらに、管路９４との合流点から送風機８０ｄの吸い込み口に至る管路９１に備えられる弁８１と、管路９２との合流点から送風機８０ｄの吸い込み口に至る管路９３に備えられる弁８４と、送風機８０ｄの吐き出し側と管路９１と管路９４との合流点に至る管路９４に備えられる弁８２と、送風機８０ｄの吐き出し側と管路９２と管路９３との合流点に至る管路９２に備えられる弁８３とが配設されている。

図示はしないが、車両２には、弁８１から弁８４の各弁に開閉を指令する弁開閉制御装置と、この弁開閉制御装置に車両２の進行方向を伝える制御信号線などが備えられている。
車両２が一点鎖線で示される矢印１の方向に進む時、弁８１と弁８３とが閉じられるとともに弁８２と弁８４が開けられ、送風機８０ｄの運転に伴い一点鎖線９８で示される空気の流れが形成される。そして、開口部６０は吹き出し口１０ａとして機能し、開口部６１は吸い込み口１１ｂとして機能する。つまり、台車キャビティ１７の上流側（進行方向側）に位置する下塞ぎ板１６に吹き出し口が形成され、台車キャビティ１７の下流側（進行方向の反対側）に位置する下塞ぎ板１６に吸い込み口１１ｂが形成される。

車両２がターミナル駅等に到着し折り返す場合など、車両２の進行方向が一点鎖線で示される矢印１から点線で示される矢印１の方向に変更されると、車両２の進行方向の変更が伝えられた弁開閉制御装置（図示なし）によって、弁８２と弁８４とが閉じられ、一方、弁８１と弁８３が開けられ、送風機８０ｄの運転に伴い点線９９で示される空気の流れが形成される。これにより、開口部６０は吸い込み口１１ｂとして機能し、開口部６１は吹き出し口（１０ａ）として機能する。つまり、台車キャビティ１７の上流側（進行方向側）に位置する下塞ぎ板１６に吹き出し口が形成され、台車キャビティ１７の下流側（進行方向の反対側）に位置する下塞ぎ板１６に吸い込み口１１ｂが形成される。

以上の構成によって、吸込み用送風機と吐き出し用送風機の２台を備えることなく、上述した管路構成と１台の送風機によって、吹き出し口１０ａから吹き出される空気流と、吸い込み口１１ｂから吸い込まれる空気流とを発生させることができる。
このように構成することで、台車キャビティ１７を通過する空気流に対し、台車キャビティ１７における上流側に発生するはく離や、下流側に発生する再付着の領域、圧力分布を変化させることによって、台車キャビティ１７の近傍で生じる圧力抵抗を低減して、車両２の運行に要する消費電力量を低減し省エネルギを実現できる。さらに、台車キャビティ１７周りの流れに変化を与えることによって、台車キャビティ１７への着雪を抑制するとともに、台車キャビティ１７から生じる空力騒音を低減することができる。

図８は、台車キャビティの前後に備えられる吹き出し口または吸い込み口の配置の形態を示す図である。
台車キャビティ１７の車両２の長手方向に離置される吹き出し口、吸い込み口を、車両２の幅方向（枕木方向）に分散して配置した例である。具体的には、吹き出し口を備える場合、台車キャビティ１７の上流側の近傍に位置する下塞ぎ板１６に、車軸５６の長手方向に沿う態様で車両２の幅方向の両端部に吹き出し口１０ａ１、１０ａ３を備え、車両２の幅方向中央部に吹き出し口１０ａ２を備えており、台車キャビティ１７の下流側の近傍に位置する下塞ぎ板に同様の態様で吹き出し口１０ｂ１から１０ｂ３が備えられている。
なお、下流側に吸い込み口１１ｂ１〜１１ｂ３を設ける場合も、吹き出し口が備えられる場合と同様の態様で備えられ、図７に示されるような空気供給管路構成により、進行方向に応じて、吸い込み口１１ａ１〜１１ａ３として切り換えられる。

ところで、台車の下流側には、台車を構成する車輪５１、５２による後流の影響を受けて激しく乱れている領域がある。これらの領域において、吹き出し口から空気を吹き出したり、吸い込み口から空気を吸い込んだりしても、後流の影響によって、吹き出しや吸込みによる台車キャビティ１７を通過する空気の流れを変更する効果が十分に得られない可能性がある。
このため、図８に示すように、吹出しや吸込みの効果が期待できない車輪５１、５２の後流の影響を受ける位置については吹き出し口あるいは吸い込み口の設置を避け、送風機（８０ａ〜８０ｄ）の効率を高めている。

このような配置によって、送風機の効率を一層高めるとともに、台車キャビティ１７を通過する流れを変更できる部位への空気の吹出し量あるいは吸込み量を大きくすることができ、車両２に生じる圧力抵抗の低減を図ることができる。

図９は、台車キャビティ１７の前後に備えられる吹き出し口または吸い込み口の配置の他の形態を示す図である。図９には、台車キャビティ１７の前位と後位とに離置される吹き出し口１０あるいは吸い込み口１１を、車軸５６に平行に配置するのではなく、車両２の幅方向の中央部において、進行方向（上流側）に向けて凸状に配置するとともに、進行方向の反対側（下流側）に向けて凸状となるように配置したものである。
吹き出し口１０あるいは吸い込み口１１をこのような形態に配置することによって、車両２の床下面に沿って流れる流れを、台車キャビティ１７の左右方向（車両２の幅方向、枕木方向）に向かわせることができ、台車キャビティ１７に起因する圧力抵抗を低減するものである。

なお、図８と図９に示した吹き出し口１０及び吸い込み口１１の配置形態は、上述した各実施例に適用できる。図８または図９に示される吹き出し口１０及び吸い込み口１１の配置形態によって、吹出し空気または吸込み空気を生成する送風機の効率を高めてより少ない消費電力で車両２の圧力抵抗を低減することができる。

［実施例５］
図１０は、台車キャビティ１７の前後に実施例１〜５の鉄道車両を組み込むことによって編成された車両編成の側面図である。
車両２から車両９からなる８両編成の車両編成の各台車キャビティ１７の前後に吹き出し口１０ａから１０ｆｆが設置された例である。

このような長い車両編成の場合、車両編成の前方から後方に向けて境界層が発達するため、この境界層によって各車両の台車キャビティを通過する空気の流れが、車両編成の前方と後方とで異なることになる。
特に、車両編成の後方では、発達した境界層によって台車キャビティ１７を通過する流速が、車両編成の前方の台車キャビティを通過する流速に比較して減少し、車両編成の前方の台車キャビティにおいて生じる圧力抵抗の方が、車両編成の後方の台車キャビティにおいて生じる圧力抵抗に比較して大きくなる。

そこで、車両編成が進行方向１ａに向けて高速で進行する場合において、車両編成の前方の半分の車両２から車両５の吹き出し口１０ａから１０ｐから空気を吹き出すとともに、車両編成の後方の半分の車両６から車両９の吹き出し口１０ｑから１０ｆｆの各吹き出し口から空気の吹き出しを休止する。

同様に、車両編成が進行方向１ｂに向けて高速で進行する場合において、車両編成の前方の半分の車両６から車両９の吹き出し口１０ｑから１０ｆｆの各吹き出し口から空気を吹き出すとともに、車両編成の後方の半分の車両２から車両５の吹き出し口１０ａから１０ｐの各吹き出し口から空気の吹き出しを休止する。

この構成によって、車両編成全体の圧力抵抗を決める車両編成の前方の車両の台車キャビティの前後に配設された吹き出し口のみから空気を吹き出すので、運転する送風機の台数を必要最小限とし、送風機の運転に伴う電力を低減することができる。

以上の説明は、台車キャビティの前後に吹き出し口を備える実施例１から実施例３を例に挙げて示したが、実施例４に示すように台車キャビティの車両の前後方向の一方の側に吹き出し口を備え、他方の側に吸い込み口を備える実施例４の場合であっても、上述した効果を得ることができる。

さらに、車両編成を構成する車両の数が大きくなった場合、例えば１６両の車両からなる車両編成の場合であって、１号車を先頭に１６号車が最後尾となる場合には、１号車から４号車（先頭車両から複数番目までの鉄道車両）及び１２号車から１６号車（最後尾車両から複数番目までの鉄道車両）の台車キャビティの前後にのみ、吹き出し口あるいは吸い込み口を配備し、車両編成の中間部に相当する５号車から１１号車までの車両の台車キャビティ１７については、これらの車両が常時中間部に編成される場合には、必ずしも吹き出し口、吸い込み口を配備する必要はなく、通常の車両を組み込んでもよい。

このような車両編成において、１号車が先頭となる場合には、１号車から４号車の台車キャビティに備えられる吹き出し口あるいは吸い込み口のみを稼働して、１２号車から１６号車の吹き出し口あるいは吸い込み口を休止し、１６号車が先頭なる場合は、１６号車から１２号車の台車キャビティに備えられる吹き出し口あるいは吸い込み口のみを稼働して４号車から１号車の吹き出し口あるいは吸い込み口を休止する運用すればよい。

したがって、車両編成の中間車に該当する車両には吸い込み口あるいは吹き出し口及びこれらに空気を供給する送風機を備える必要がないので、車両費用を小さく維持しながら車両編成の圧力抵抗を小さくできるので、高速で走行する車両編成に供される消費される電力を小さくすることができる。
もちろん、吹き出し機能を搭載した車両としては、車両編成の態様や、運行上の最高速度に応じて、実施例１〜実施例４のいずれのものを選択しても問題はなく、また、鉄道車両の進行方向先頭車両からみて、どの車両まで、実施例１〜実施例４の車両を組み込みか等についても、運行状況に合わせて様々に変更することができる。

１…車両進行方向
２…車両（１両目）、３…車両（２両目）、４…車両（３両目）、５…車両（４両目）
６…車両（５両目）、７…車両（６両目）、８…車両（７両目）、９…車両（８両目）
１０ａ、１０ｂ…吹き出し口 １１ａ、１１ｂ…吸い込み口
１４…側カウル（側スカート） １５…台枠
１６…下塞ぎ板 １７…台車キャビティ
１２〜４１…吸込みまたは吹出し部 ５１、５２…車輪
５３…台車枠 ５４…電動機
５６…端塞ぎ板 ５８…電動機
６０、６１…開口部
８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ…送風機 ８１〜８４…弁
８８、８９、９１〜９４…管路 ９８、９９…空気の流れ

Claims (10)

1. 鉄道車両の床面をなす台枠と、該台枠下方に延び、車両長手方向前方壁及び後方壁を形成する端塞ぎ板により構成され、前記端塞ぎ板の下端から車両長手方向前方及び後方に延び、前記台枠の下方に備えられる機器を覆う下塞ぎ板により区画される台車キャビティと、を有する鉄道車両において、
   前記鉄道車両の進行方向上流側となる前記台車キャビティの近傍に、空気吹き出し口を形成し、鉄道車両走行時、該空気吹き出し口から空気を吹き出すことにより、前記台車キャビティの内部において、進行方向上流側となる前記端塞ぎ板周辺に負圧領域が発生するのを抑止するようにし、
   前記台車キャビティの近傍において、進行方向下流側となる前記下塞ぎ板に空気吹き出し口を形成し、この空気吹き出し口から空気を吹き出すことにより、前記台車キャビティの内部において、進行方向下流側となる前記端塞ぎ板周辺に正圧領域が発生するのを抑止するようにしたことを特徴とする鉄道車両。
2. 前記空気吹き出し口は、前記鉄道車両の幅方向に沿って配設されたスリット状であることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両。
3. 鉄道車両の床面をなす台枠と、該台枠下方に延び、車両長手方向前方壁及び後方壁を形成する端塞ぎ板により構成され、前記端塞ぎ板の下端から車両長手方向前方及び後方に延び、前記台枠の下方に備えられる機器を覆う下塞ぎ板により区画される台車キャビティと、を有する鉄道車両において、
   前記鉄道車両の進行方向上流側となる前記台車キャビティの近傍に、空気吹き出し口を形成し、鉄道車両走行時、該空気吹き出し口から空気を吹き出すことにより、前記台車キャビティの内部において、進行方向上流側となる前記端塞ぎ板周辺に負圧領域が発生するのを抑止するようにし、
   前記台車キャビティの近傍において、進行方向下流側となる前記下塞ぎ板に空気吸い込み口を形成し、該空気吸い込み口から空気を吸い込むことにより、前記台車キャビティの内部において、進行方向下流側となる前記端塞ぎ板周辺に正圧領域が発生するのを抑止するようにしたことを特徴とする鉄道車両。
4. 前記空気吹き出し口及び空気吸い込み口は、前記鉄道車両の幅方向に沿って配設されたスリット状であることを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両。
5. 前記空気吹き出し口から吹き出される空気は、前記台車キャビティに備えられた台車から離れる方向であって、前記下塞ぎ板から所定の角度をなす方向に吹き出されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の鉄道車両。
6. 前記空気吹き出し口から吹き出される空気は、前記台車キャビティに備えられた台車に向かう方向であって前記下塞ぎ板を延長した面から所定の角度をなす方向に吹き出されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の鉄道車両。
7. 前記空気吹き出し口に空気を供給する送風機が備えられており、
   前記鉄道車両が所定の速度より大きい速度で運転される場合に、前記送風機から前記空気吹き出し口に空気が供給されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の鉄道車両。
8. 前記鉄道車両に搭載されるとともに前記鉄道車両の換気に供される排気送風機から、前記空気吹き出し口に空気を供給することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の鉄道車両。
9. 前記鉄道車両の進行方向が変更される時、前記空気吹き出し口を前記空気吸い込み口に変更するとともに、前記空気吸い込み口を前記空気吹き出し口に変更することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の鉄道車両。
10. 複数の鉄道車両から編成された車両編成において、
    進行方向からみて、少なくとも先頭車両あるいは先頭車両から複数番目までの鉄道車両に、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載された鉄道車両を組み込んだことを特徴とする車両編成。
    

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