JP6344820B2 - 鉄道車両用集塵装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用集塵装置に関するものである。

鉄道車両の走行時における空気抵抗の低減や、低重心化等を目的として、機器を床下に設置する構造が、従来から用いられている。例えば、新幹線用車両の空調装置は床下に設置され、空調された空気がダクトを介して床上の客室に送風されるようになっている。このように、床下に空調装置が設置された構造において、空調装置に塵埃が吸引されることによる不具合の発生を防ぐために、空調装置の吸気口には、集塵装置が設置されている。従来、集塵装置にはフィルタ交換式が広く用いられているが、フィルタ交換に要する手間やコストを低減させるために、本発明者らは、いわゆるサイクロン式の集塵装置（例えば、特許文献１、２参照）の採用を検討している。

特開２０１３−１２８９０２号公報 実開平３−７５８５２号公報

ところで、サイクロン式の集塵装置は、その基本構成として、円筒状本体と、該円筒状本体の下端近傍部に形成された漏斗状の縮径部と、該縮径部の下端に設けられた開口部と、前記円筒状本体を構成する円筒壁の上端近傍位置から前記円筒壁の壁面の円周接線方向に突出する吸気管と、前記円筒状本体の上端を塞ぐ蓋と、該蓋の中心を貫通して前記円筒状本体内部から外部へと延びる排気管とを備えるものである。そして、吸気管から円筒状本体内部へと外気を吸い込み、吸引された空気を円筒状本体内部で超高速回転させることにより、空気中の塵埃に高い遠心力を付与する。そして、円筒状本体内部で回転しながら遠心力によって円筒状本体の壁面へと誘導された塵埃が、円筒状本体の内部壁面から下端近傍部に形成された漏斗状の縮径部を伝って下降し、縮径部の下端に設けられた開口部から収集されるものである。かかる集塵メカニズムを効率的に機能させるためには、空気を円筒状本体内部で超高速回転させるための高速空気流を発生させると共に、空気と塵埃とを確実に分離させるための分離経路の長さを確保するため、円筒状本体の直径と高さとの比を十分に大きく取る（少なくとも１：４）こととが必要となる。

しかしながら、集塵装置を鉄道車両の床下に設置された空調装置に採用する場合には、床下空間に制約を受け、なおかつ、空調設備の運転効率を損なわないように十分な空気流量を確保する必要がある。そして、これらの要請を満足させると、上述のごとき効率的に機能するサイクロン式の集塵装置を構成することと、相反するものとなってしまうといった問題があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、効率的に機能するサイクロン式の集塵装置を、床下に設置される鉄道車両用集塵装置に採用することを可能にすることにある。

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）筒状本体と、該円筒状本体の下端近傍部に形成された漏斗状の縮径部と、該縮径部の下端に設けられた開口部と、前記円筒状本体を構成する円筒壁の上端近傍位置から前記円筒壁の壁面の円周接線方向に突出する吸気管と、前記円筒状本体の上端を塞ぐ蓋と、該蓋の中心を貫通して前記円筒状本体内部から外部へと延びる排気管とを備え、鉄道車両の床下に空調装置と共に設置され、前記排気管が前記空調装置の吸気口に接続される鉄道車両用集塵装置であって、前記円筒壁の、前記吸気管が設置された範囲を除く部分に、前記円筒壁の外側を経由して前記開口部に至るバイパス部と、該バイパス部へと円筒状本体内の塵埃を誘導するための誘導部とを含む鉄道車両用集塵装置（請求項１）。

本項に記載の鉄道車両用集塵装置は、いわゆるサイクロン式の基本構成を有するものであり、更に、円筒状本体の円筒壁の、吸気管が設置された範囲を除く部分に、円筒壁の外側を経由して前記開口部に至るバイパス部と、バイパス部へと円筒状本体内の塵埃を誘導するための誘導部とを含むものである。
本構成によれば、吸気管から円筒状本体内部へと吸い込まれた外気は、円筒状本体内部で円筒状内壁に沿って回転する。そして、円筒状本体内部で回転しながら遠心力によって円筒状本体の壁面へと誘導された塵埃が、誘導部によって、円筒状本体の円筒壁の、吸気管が設置された範囲を除く部分に形成されたバイパス部へと誘導される。バイパス部は、円筒壁の外側を経由して、縮径部の下端に設けられた開口部に至ることから、バイパス部へと誘導された塵埃は、縮径部の下端に設けられた開口部から収集され、塵埃が除去された空気が、排気管から排出されるものである。すなわち、遠心力によって円筒状本体の壁面へと誘導された塵埃が、円筒状本体の内部壁面から下端近傍部に形成された漏斗状の縮径部を伝って下降し、縮径部の下端に設けられた開口部から収集されると共に、バイパス部を介して開口部から収集されるものである。

（２）上記（１）項において、前記バイパス部は、前記円筒壁に形成されたスリットと、前記スリットを覆い前記円筒状本体の外壁に沿って延び前記開口部に至るカバー管路とからなり、前記誘導部は、前記円筒壁の、前記吸気管が設置された範囲を除く部分に、前記スリットに沿って前記円筒状本体の内側に突出する衝立を含む鉄道車両用集塵装置（請求項２）。
本項に記載の鉄道車両用集塵装置は、円筒状本体内部で回転しながら遠心力によって円筒状本体の壁面へと誘導された塵埃が、誘導部を構成する衝立によって、進路変更される。衝立は、円筒壁の吸気管が設置された範囲を除く部分にスリットに沿って円筒状本体の内側に突出しており、塵埃は、衝立によって進路変更されることで、円筒壁に形成されたスリットと、スリットを覆い円筒状本体の外壁に沿って延び開口部に至るカバー管路とからなるバイパス部に誘導されるものである。

（３）上記（２）項において、前記カバー管路は樋状をなし、前記円筒状本体の外壁の上下方向に沿って延びている鉄道車両用集塵装置（請求項３）。
本項に記載の鉄道車両用集塵装置は、カバー管路が樋状をなし、円筒状本体の外壁の一部を上下方向に沿って延びることにより、バイパス部に誘導された塵埃を含む空気は、カバー管路に導入される際に、上下方向に延びる樋状の壁面に衝突して、円筒状本体内部における円筒状内壁に沿った回転方向の流速が減速される。そして、塵埃はバイパス部内を開口部へ向けて落下し、開口部から収集されるものである。

（４）上記（２）項において、前記カバー管路は、前記円筒状本体の外壁の全周を覆う周回管路である鉄道車両用集塵装置（請求項４）。
本項に記載の鉄道車両用集塵装置は、カバー管路が、円筒状本体の外壁の全周を覆う周回管路であることにより、バイパス部に誘導された塵埃を含む空気は、周回管路中を周回する過程で流速が低下し、塵埃はバイパス部内を開口部へ向けて落下し、開口部から収集されるものである。

（５）上記（４）項において、前記カバー管路内の空気の流速を減速させる減速手段を備える鉄道車両用集塵装置（請求項５）。
本項に記載の鉄道車両用集塵装置は、カバー管路内の空気の流速が減速手段によって積極的に減速されることで、バイパス部に誘導された塵埃を含む空気は、カバー管路内を流れる過程で流速が低下する。そして、塵埃はバイパス部内を開口部へ向けて落下し、開口部から収集されるものである。
なお、上記（３）項記載のごとく、カバー管路が樋状をなし、円筒状本体の外壁の上下方向に沿って延びている構成を有する場合には、樋状のカバー管路の、上下方向に延びる樋状の壁面が、減速手段として機能するものである。

（６）上記（５）項において、前記減速手段は、前記カバー管路内に突出する邪魔板、前記カバー管路の流路断面減少部、前記カバー管路表面の粗面部、前記カバー管路内の空気流と逆流する方向の空気を導入する導入部のうち、少なくとも一つを含む鉄道車両用集塵装置（請求項６）。
本項に記載の鉄道車両用集塵装置は、カバー管路内に突出する邪魔板によってバイパス部に誘導された塵埃を含む空気の流れに抵抗が与えられ、カバー管路内を流れる過程で流速が低下するものである。又、カバー管路の流路断面減少部、カバー管路表面の粗面部によっても、バイパス部に誘導された塵埃を含む空気の流れに抵抗が与えられるものである。更に、カバー管路内の空気流と逆流する方向の空気を導入する導入部から、空気流がカバー管路内に導入されることで、バイパス部に誘導された塵埃を含む空気の流れが打消され、カバー管路内を流れる過程で流速が低下するものである。

（７）上記（１）から（６）項において、前記円筒状本体の、直径と高さとの比が１：２以下である鉄道車両用集塵装置（請求項７）。
本項に記載の鉄道車両用集塵装置は、円筒状本体の、直径と高さとの比が１：２以下であり、鉄道車両の、床下空間に制約を受ける設置条件への採用に適した外観構成となる。その一方、従来の一般的なサイクロン式の集塵装置と異なり、空気を円筒状本体内部で超高速回転させるための高速空気流を発生させると共に、空気と塵埃とを確実に分離させるための分離経路の長さを確保するための、円筒状本体の直径と高さとの比を十分に大きく取る条件には合致しない。しかしながら、遠心力によって円筒状本体の壁面へと誘導された塵埃は、円筒状本体の内部壁面から下端近傍部に形成された漏斗状の縮径部を伝って下降し、縮径部の下端に設けられた開口部から収集されると共に、バイパス部を介して開口部から塵埃が収集されることで、必要な集塵能力を発揮するものである。又、空調設備の運転効率を損なわないように、十分な空気流量を確保するものとなる。

（８）上記（１）から（７）項において、前記排気管の管壁を貫通する通気口が、前記排気管の前記円筒状本体内部側端部の近傍に形成されている鉄道車両用集塵装置。
本項に記載の鉄道車両用集塵装置は、吸気管から円筒状本体内部に導入された空気が、円筒状本体内部において円筒状内壁に沿った回転方向に流れた後に、排気管の円筒状本体内部側端部から、排気管へと流入する。この際、排気管の円筒状本体内部側端部に形成された、管壁を貫通する通気口からも、排気管への流入を促す。これにより、吸気管から円筒状本体内部に導入された空気が、本集塵装置を通過して排気管から空調装置に導入される際の、圧損を軽減するものとなる。

（９）上記（８）項において、前記排気管の前記通気口は、その下端部を前記排気管の前記円筒状本体内部側端部の近傍に配置し、かつ、前記吸気管の開口を前記円筒壁の壁面の円周接線方向外側から覗き見て、前記吸気管の開口の上下方向の範囲に収まる領域に形成されている鉄道車両用集塵装置。
本項に記載の鉄道車両用集塵装置は、排気管の通気口の上下方向の設置範囲として、適切な範囲を特定したものである。
（１０）前記排気管の円筒状本体内部側端部が、前記吸気管の下端部よりも下方に位置している鉄道車両用集塵装置。
本項に記載の鉄道車両用集塵装置は、排気管の円筒状本体内部側端部の、上下方向の設置範囲の一態様を示したものである。なお、排気管の円筒状本体内部側端部の高さは、集塵効率の最適化が図られるように、吸気管の下端部と同一高さかそれよりも上方に配置することとしても良い。

（１１）上記（８）から（１０）項において、前記吸気管の開口を前記円筒壁の壁面の円周接線方向外側から覗き見て、前記吸気管の開口と前記排気管の管壁とが重なる範囲における、前記排気管の周方向の少なくとも一部に、前記通気口の設置除外範囲が設定されている鉄道車両用集塵装置。
本項に記載の鉄道車両用集塵装置は、排気管の周方向の、吸気管の開口を円筒壁の壁面の円周接線方向外側から覗き見て、吸気管の開口と排気管の管壁とが重なる範囲における、排気管の周方向の少なくとも一部には、排気管の通気口が設けられていない。すなわち、排気管の周方向のうち、排気管の周方向の、吸気管の開口を円筒壁の壁面の円周接線方向外側から覗き見て、吸気管の開口と排気管の管壁とが重なる範囲の一部または全部の範囲、若しくは、当該範囲を一部に含んで周方向にシフトした所定範囲は、通気口が設けられることなく管壁によって塞がれている。この、通気口の設置除外範囲を設定することにより、吸気管から円筒状本体内部に導入された空気の一部が、排気管に形成された通気口へ向けて直線状に流れ、通気口から排気管に直接的に流入することを回避若しくは制限し、円筒状本体の回転方向の空気流の形成を促進するものである。この、通気口の設置除外範囲は、集塵効率の最適化が図られるように、適切に設定されるものである。

本発明はこのように構成したので、効率的に機能するサイクロン式の集塵装置を、床下に設置される鉄道車両用集塵装置に採用することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る鉄道車両用集塵装置を、内部の空気流と共に模式的に示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。 図１に示される鉄道車両用集塵装置の立体図であり、（ａ）（ｂ）は異なる方向から見た図を、（ｃ）は（ｂ）のカバー管路を外して、スリットを露出させた状態を示すものである。 本発明の第２の実施の形態に係る鉄道車両用集塵装置を、空気流と共に模式的に示すものであり、（ａ）（ｂ）は異なる方向から見た図を、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。 図３に示される鉄道車両用集塵装置の応用例を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）は、図３（ｂ）のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面図である。 本発明の実施の形態に係る鉄道車両用集塵装置が、鉄道車両の床下に、空調装置と共に設置された状態を例示する斜視図である。 図５に示される鉄道車両用集塵装置の、鉄道車両に対する設置構造の具体例を示すものであり、（ａ）は設置構造の全体斜視図、（ｂ）は上部吊り金具の斜視図、（ｃ）はつなぎダクトの斜視図、（ｄ）は本集塵装置と共に側部吊り金具及び底部吊り金具を示した斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る鉄道車両用集塵装置の、排気管の前記円筒状本体内部側端部に設けられた開口窓の具体的態様を示すものであり、（ａ）は側面透視図、（ｂ）は平面透視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る鉄道車両用集塵装置の、排気管の前記円筒状本体内部側端部に設けられた開口窓の具体的態様を示すものであり、（ａ）は側面透視図、（ｂ）は平面透視図である。 図７、図８に示された鉄道車両用集塵装置の、集塵性能に関する試験結果をまとめた図表である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは、相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の第１の実施の形態に係る鉄道車両用集塵装置１０は、円筒状本体１２と、円筒状本体１２の下端近傍部に形成された漏斗状の縮径部１４と、縮径部１４の下端に設けられた開口部１６と、円筒状本体１２を構成する円筒壁の上端近傍位置から円筒壁の壁面の円周接線方向に突出する吸気管１８と、円筒状本体１２の上端を塞ぐ蓋２０と、蓋２０の中心を貫通して円筒状本体１２内部から外部へと延びる排気管２２とを備えるものである。なお、図示の例では、排気管２２の、円筒状本体１２の内部側の端部２２ａ（以下、単に「端部」ともいう。）は、吸気管１８の下端部よりも下方に位置しているが、集塵効率の最適化が図られるように、適宜、吸気管１８の下端部と同一高さかそれよりも上方に、排気管２２の端部２２ａを配置することとしても良い。
この鉄道車両用集塵装置１０は、図５に示されるように、鉄道車両１００の床下１０２に空調装置１０４と共に設置され、排気管２２が空調装置１０４の吸気口１０６に接続されるものである。図５中の符号１０８は、床下を覆うカバーである。
図１に示される例では、吸気管１８は、一定の矩形断面形状を維持して、円筒状本体１２の壁面から円筒壁の円周接線方向に延びている。又、吸気管１８は、平面視で対称の二か所に配置されているが、空調装置１０４に要求される吸気量等を考慮して、一か所にのみ設ける場合もある。又、排気管２２の、円筒状本体１２内に位置する端部２２ａは、図示の例では網状カバーで覆われているが、必要に応じて、開口の無いプレートカバーで塞がれていても良く、或いは、これらのカバーを用いない場合もある。

更に、排気管２２の端部２２ａの近傍には、管壁を貫通する開口窓としての、周方向に並ぶスリットが形成され、これらスリットによって排気管２２の管壁を貫通する通気口２２ｂが形成されているが、これに関しても適宜設けなくともよい。すなわち、必要に応じて、通気口２２ｂを排気管２２の全周に設け、又は、排気管２２の全周のうちの一部に設け、若しくは、排気管２２に通気口２２ｂを設けないこととしても良い。

そして、鉄道車両用集塵装置１０の、円筒状本体１２を構成する円筒壁の、吸気管１８が設置された範囲を除く部分には、円筒壁の外側を経由して開口部に至るバイパス部２４と、バイパス部２４へと円筒状本体内の塵埃を誘導するための誘導部２６とが設けられている。
バイパス部２４は、円筒状本体１２の円筒壁に形成された、上下方向に延びるスリット２８と、スリット２８を覆い円筒状本体１２の外壁に沿って延び開口部１６に至るカバー管路３０とからなるものである。誘導部２６は、円筒状本体１２の円筒壁の、吸気管１８が設置された範囲を除く部分に、スリット２８に沿って円筒状本体の内側に突出する衝立により構成されている。なお、図１（ｃ）の例では、スリット２８は円筒状本体１２の周方向の２か所に配置されているが、適宜、円周方向の設置場所や設置数が調整されるものである。

本実施の形態では、スリット２８は図２（ｃ）に示されるように、上下方向に一定幅で延び、かつ、吸気管１８の設置高さの下端位置から、縮径部１４を縦断して開口１６へと至るように形成されている。又、そして、誘導部２６を構成する衝立は、円筒状本体１２内部を旋回する空気ＡＣ中に含まれる、塵埃を捕獲するに適した範囲に設けられるものであり、図１（ｂ）の例では、誘導部２６の下端は、縮径部１４には至らない範囲に、一定幅で設けられている。又、カバー管路３０は、円筒状本体の外壁の上下方向に沿って延びるように設置したチャンネル部材で、スリット２８を覆うように樋状に形成されている。そして、二か所のスリット２８のうちの一方の衝立２６Ａは、図１（ｃ）に示されるように、平面視でＬ字状に折れ曲がっている。もう一方のスリット２８の衝立２６Ｂは、平面視で直線状をなしている。
なお、バイパス部２４を構成するスリット２８、カバー管路３０、及び、誘導部２６を構成する衝立２６Ａ、２６Ｂの形状は、あくまでも一例であり、円筒状本体１２内部を旋回する空気ＡＣ中に含まれる、塵埃を捕獲するに適した、適切な形状で設置されるものである。

鉄道車両用集塵装置１０は、図５に示されるように、鉄道車両１００の床下１０２に空調装置１０４と共に設置されるものであることから、具体的な寸法は、床下１０２において、鉄道車両用集塵装置１０に許容される空間寸法や、空量装置１０４の運転効率を損なわないように十分な空気流量を確保する点を考慮して決定されるものである。このため、円筒状本体１２の、直径と高さとの比が１：２以内に収まるように構成される。具体例としては、図１（ｂ）に示されるように、円筒状本体１２の直径１２Ｄ＝２８０ｍｍ、縮径部１４を除いた高さ寸法１２Ｈ＝２６０ｍｍ、全体としての高さ寸法１０Ｈ＝５４０ｍｍとなっている。
鉄道車両用集塵装置１０を設置するための具体的構造例としては、図６に示される吊り金具１１０と、フレーム構造を有する吊りかご１１２と、つなぎダクト１１４とを用いる。そして、鉄道車両用集塵装置１０を吊りかご１１２に装着して、排気管２２を、つなぎダクト１１４を介して、空調装置１０４の吸気口１０６に接続し、吊りかご１２を、車体床構造を構成する横梁等（図示省略）に固定した吊り金具１１０に対し、吊下げ固定するものである。この構成により、鉄道車両用集塵装置１０の排気管２２は空調装置１０４の吸気口１０６に確実に接続され、鉄道車両用集塵装置１０は、空調装置１０４の吸気のみを動力源として、集塵を行うものとなる。

さて、上記構成をなす、本発明の第１の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。
まず、本発明の第１の実施の形態に係る鉄道車両用集塵装置１０は、いわゆるサイクロン式の基本構成を有するものであり、更に、円筒状本体１２の円筒壁の、吸気管１８が設置された範囲を除く部分に、円筒壁の外側を経由して開口部１６に至るバイパス部２４と、バイパス部２４へと円筒状本体１２内の塵埃を誘導するため誘導部２６とを含むものである。
そして、符号ＡＩで示されるように、吸気管１８から円筒状本体１２内部へと吸い込まれた外気は、符号ＡＣで示されるように、円筒状本体１２内部で円筒状内壁に沿って回転する。筒状本体１２内部で回転しながら遠心力によって円筒状本体１２の壁面へと誘導された塵埃は、誘導部２６によって、円筒状本体１２の円筒壁の、吸気管１８が設置された範囲を除く部分に形成されたバイパス部２４へと誘導される。バイパス部２４は、円筒壁の外側を経由して、縮径部１４の下端に設けられた開口部１６に至ることから、バイパス部２４へと誘導された塵埃は、縮径部１４の下端に設けられた開口部１６から収集される。そして、塵埃が除去された空気のみが、符号ＡＯで示されるように、排気管２２から排出されるものである。

この際、円筒状本体１２内部で回転しながら遠心力によって円筒状本体１２の壁面へと誘導された塵埃は、誘導部２６を構成する衝立２６Ａ、２６Ｂによって進路変更され、円筒壁に形成されたスリット２８と、スリット２８を覆い円筒状本体１２の外壁に沿って延び開口部１６に至るカバー管路３０とからなるバイパス部２４に誘導されるものである。
本実施の形態では、バイパス部２４を構成するカバー管路３０は樋状をなし、円筒状本体１２の外壁の一部を上下方向に沿って延びることにより、バイパス部２４に誘導された塵埃を含む空気は、カバー管路３０に導入される際に、上下方向に延びる樋状の壁面に衝突する。そして、円筒状本体１２の内部における円筒状内壁に沿った回転方向の流速（ＡＣ）が減速される。そして、塵埃はバイパス部２４内を開口部へ向けて落下し、開口部１６から収集されるものである。
前述のごとく、鉄道車両用集塵装置１０は、空調装置１０４の吸気のみを動力源として集塵を行うものであり、なおかつ、円筒状本体１２の、直径と高さとの比が１：２以内に収まるように構成されることで、鉄道車両１００の、床下１０２の空間に制約を受ける設置条件への採用に適した外観構成となる。

その反面、円筒状本体１２自体は、従来のサイクロン式の集塵装置の技術思想からすれば、空気を円筒状本体１２内部で超高速回転させるための高速空気流を発生させると共に、空気と塵埃とを確実に分離させるための分離経路の長さを確保することには向いていない。具体的には、一般的なサイクロン式集塵機の内部で、塵埃に付与される遠心力は数万から数十万Ｇに達するのに対し、本実施の形態に係る鉄道車両用集塵装置１０により塵埃に付与される遠心力は、わずか１３０Ｇ前後である。
しかしながら、遠心力によって円筒状本体１２の壁面へと誘導された塵埃が、円筒状本体１２の内部壁面から下端近傍部に形成された漏斗状の縮径部１４を伝って下降し、縮径部１４の下端に設けられた開口部１６から収集されると共に、バイパス部２４を介して、開口部１６から収集されることで、必要十分な集塵能力を発揮することが可能となる。又、円筒状本体１２内部での圧力損失の増大を防ぎ、空量装置１０４の運転効率を損なわないように、十分な空気流量を確保することが可能となる。

続いて、図３、図４を参照しながら、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同一部分、若しくは、相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
発明の第２の実施の形態に係る鉄道車両用集塵装置１０’は、第１の実施の形態との相違点として、カバー管路３２が、円筒状本体１２の外壁の全周を覆う周回管路として構成されている点にある。更に、カバー管路３２内の空気の流速を減速させる減速手段３４を備えるものである。
減速手段３４の例としては、図４（ａ）に示されるような、カバー管路３２内に突出する邪魔板３４Ａや、図４（ｂ）に示されるような、カバー管路３２の流路断面減少部３４Ｂ、或いは、カバー管路３２表面の粗面部（図示省略）、更には、図４（ｃ）に示されるような、カバー管路３２内の空気流と逆流する方向の空気を導入する導入部３４Ｃ等が、挙げられる。

なお、図４（ａ）に示される邪魔板３４Ａは、一定幅の短冊状をなし、カバー管路３２の直径方向外側面の複数個所に設けられているが、カバー管路３２の直径方向内側面に設けられていても良く、双方に設けられていても良い。邪魔板３４Ａの形状、設置個所及び設置数は、カバー管路３２内を旋回する空気ＡＣＯの減速の度合いを考慮して、適宜設定されるものである。
又、図４（ｂ）に示される、カバー管路３２の流路断面減少部３４Ｂは、カバー管路３４の周方向に隣接するようにして、複数の平板同士が交互に鋭角、鈍角をなすように結合されることで、カバー管路３２自体の外形が、図示のごとく円周方向に凹凸を繰り返すように構成されていても良く、図３（ｃ）に示されるような円環状のカバー管路３２の内壁のみが、図４（ｂ）に示されるごとく、凹凸形状を有するものであっても良い。更に凹凸形状や凹凸量については、カバー管路３２内を旋回する空気ＡＣＯの減速の度合いを考慮して、適宜設定されるものである。
カバー管路３２表面の粗面部は、細かいセレーションやドッド等の模様のプレス成形やサンドブラスト加工、塗料や樹脂のコーティング等によって構成されるものである。
更に、図４（ｃ）に示される導入部３４Ｃは、カバー管路３２にスリット及び一定幅のフィン状の衝立を設けて、外気を負圧によってカバー管路３２内部に導入するものであり、導入空気が、カバー管路３２内を旋回する空気ＡＣＯと逆流する方向となるように、衝立の方向を調整したものである。そして、導入部３４Ｃの形状、設置個所及び設置数は、カバー管路３２内を流れる空気ＡＣＯの減速の度合いを考慮して、適宜設定されるものである。

上記構成をなす、本発明の第二の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。
すなわち、カバー管路３２が、円筒状本体１２の外壁の全周を覆う周回管路であることにより、バイパス部２４に誘導された塵埃を含む空気は、周回管路中を周回する過程で流速が低下する。しかも、カバー管路３２内を旋回する空気ＡＣＯの流速が減速手段３４によって積極的に減速されることで、バイパス部２４に誘導された空気ＡＣＯ中の塵埃は、バイパス部２４内を開口部へ向けて落下し、効率的に開口部から収集されるものである。
なお、減速手段３４は、図１に示される第１の実施の形態のカバー管路３０にも、適切な態様で設置することで、同様の作用効果を得ることが可能である。

さて、図７、図８には、各々、本発明の第１、第２の実施の形態に係る鉄道車両用集塵装置１０、１０’の、より具体的な例が示されている。いずれの例においても、排気管２２の管壁を貫通する通気口２２ｂは、端部２２ａの近傍において、吸気管１８の開口１８ａを、円筒状本体１２の円筒壁の壁面の円周接線方向外側から覗き見て（符号Ｐで示される矢印方向視）、吸気管１８の開口の上下方向の範囲に収まる領域に形成されている。又、同様に、吸気管１８の開口を円筒状本体１２の円筒壁の壁面の、円周接線方向外側から覗き見て、排気管２２の通気口２２ｂは、吸気管１８の開口と排気管２２の管壁とが重なる範囲Ｃ、Ｄを除く、排気管２２の周方向の位置に設けられている。

鉄道車両用集塵装置１０、１０’は、いずれも、鉄道車両１００の床下１０２に空調装置１０４と共に設置されるため、上述のごとき寸法上の制約を受けている。このため、図７の鉄道車両用集塵装置１０は、円筒状本体１２の外径が２９０ｍｍであるのに対し、図８の鉄道車両用集塵装置１０’は、カバー管路３２の外径が２９０ｍｍである。
これに合わせて、円筒状本体１２の外径は、図７の例よりも小径となっている。又、図７の鉄道車両用集塵装置１０は、排気管２２の外径１５０ｍｍであるのに対し、図８の鉄道車両用集塵装置１０’は、排気管２２の外径が１２０ｍｍとなっている。その他の寸法は、図１（ｂ）を参考とされたい。

上述の、排気管２２の外径の違いに起因して、図７の鉄道車両用集塵装置１０では、排気管２２の通気口２２ｂは、周方向に２２か所設けられている。そして、符号Ｃの範囲に位置する８か所の通気口２２ｂが、塞ぎ板等の適切な遮蔽構造（図示省略）によって塞がれており、全周における塞ぎ率は３６．８％となっている。一方、図８の鉄道車両用集塵装置１０’では、排気管２２の通気口２２ｂは、周方向に１８か所設けられている。そして、符号Ｄの範囲に位置する８か所の通気口２２ｂが、塞ぎ板等の適切な遮蔽構造（図示省略）塞がれており、全周における塞ぎ率は４４．４％となっている。

図７、図８に示される鉄道車両用集塵装置１０、１０’を用いて、集塵性能試験を行った結果が、図９の図表に示されている。
本性能試験において、鉄道車両用集塵装置１０、１０’の排気管２２には、実験用のファンを装着した。又、開口部１６には、試験用の塵埃受け皿を着脱可能に装着した。実験用のファンの設定として、ファン風量２４m³／min、ファン静圧３０００paとした。なお、ファン風量の設定は、実際の運転環境に倣って、空調装置１０４で実際に設定される風量から選択されたものである。又、集塵対象物としては、鉄道車両の運転時に想定される鉄粉及びアルミナ粉を用いた。これら鉄粉の粒子の大きさについても、運転時に想定される範囲の粒径とした。

実験は、実験用のファンを運転してファン風量が安定した状態で、１種類の試験紛体２５ｇを、二か所の吸気管１８の片側より吸引させた。吸引終了後約３０秒間運転を継続した後にファンを停止し、開口部１６から塵埃受け皿を取り外して、塵埃受け皿にたまった塵埃の質量を測定した（１回目の集塵質量測定）。
続いて、再度、実験用のファンを運転し、１回目の集塵質量測定の際に集塵受け皿から回収された塵埃を、片側の吸気管１８より再度吸引させた。この間、鉄道車両用集塵装置１０、１０’に振動を与え、吸引終了後約３０秒間運転を継続し、ファン停止後、１回目と同様に、塵埃受け皿にたまった塵埃の質量を測定した（２回目の集塵質量測定）。

図９において、（ａ）は図７に示される鉄道車両用集塵装置１０に直線状の衝立２６Ｂを備える例、（ｂ）は同鉄道車両用集塵装置１０にＬ字状の衝立２６Ａを備える例、（ｃ）は図８に示される鉄道車両用集塵装置１０’に直線状の衝立２６Ｂを備える例、（ｄ）は同鉄道車両用集塵装置１０’にＬ字状の衝立２６Ａを備える例についての、集塵質量測定結果を、各々まとめたものである。なお、図７、図８共に、図示はＬ字状の衝立２６Ａとなっている。
図９（ａ）（ｂ）を参照すると、１回目の集塵率が鉄粉９６％、９２％、アルミナ１００％、１００％と、いずれも高い集塵率を示している。更に、２回目の集塵率においては、図９（ｂ）の鉄粉９６％を除き、全て１００％となっている。一方、図９（ｃ）（ｄ）を参照すると、１回目の集塵率が鉄粉４％、８％、アルミナ８％、１２％と低い集塵率を示しているが、２回目の集塵率は、いずれも１００％となっている。

図７に示される鉄道車両用集塵装置１０の、１回目の集塵率が高い理由としては、バイパス部２４を構成するカバー管路３０が樋状をなし、円筒状本体１２の外壁の一部を上下方向に沿って延びることにより、バイパス部２４に誘導された塵埃は、バイパス部２４の途中で滞留することなく、開口部１６へ向けて落下し、開口部１６から収集されることによるものと考えられる。
一方、図８に示される鉄道車両用集塵装置１０’の、１回目の集塵率が低い理由としては、カバー管路３２が、円筒状本体１２の外壁の全周を覆う周回管路であることにより、バイパス部２４に誘導された塵埃を含む空気は、周回管路中を周回する過程で流速が低下して、塵埃がカバー管路３２内に滞留して、開口部１６まで到達しないことによるものと考えられる。このことは、２回目の集塵質量測定において、鉄道車両用集塵装置１０’に振動を与えて、カバー管路３２内に滞留する塵埃の、開口部１６への落下を促すことで、高い集塵率が達成されることで、実証されている。
なお、２回目の集塵質量測定において、鉄道車両用集塵装置１０’に与える振動は、実際に鉄道車両に搭載されて運転される状況では、鉄道車両用集塵装置１０’に作用する走行振動が同様に作用するものである。よって、鉄道車両用集塵装置１０’の実質的な集塵能力には、何ら問題が生じないものである。又、詳しい説明は省略するが、実際の運転状態において想定される、異なるファン風量においても、同様に高い集塵能力が発揮されるものであることが、本発明者らの解析によって確認されている。

以上のごとく、図７、図８に示される鉄道車両用集塵装置１０、１０’によれば、鉄粉及びアルミナ粉について、高い集塵能力を発揮するものであることが検証された。
又、図７に示される鉄道車両用集塵装置１０は、図８に示される鉄道車両用集塵装置１０’との比較において、バイパス部２４を構成するカバー管路３０が樋状をなしており、構造が単純でありながら、高い集塵能力を発揮する点で優れていることが明らかとなった。
一方、図８に示される鉄道車両用集塵装置１０’は、塵埃がカバー管路３２内に滞留した後に開口部１６へと落下するものであることから、運転の一時停止及び再開時等、空気の流れが不連続となるような場合であっても、バイパス部２４から円筒状本体１２への吹き戻しによる塵埃の逆流が生じ難く、集塵能力を安定して発揮する点で優れていることが明らかとなった。

以上の、図７、図８の例のように、排気管２２の管壁を貫通する通気口２２ｂを、排気管２２の円筒状本体１２の内部側の端部２２ａの近傍に形成することで、吸気管１８から円筒状本体１２の内部に導入された空気ＡＩが、円筒状本１２の内部において円筒状内壁に沿った回転方向に流れた後に、排気管２２の端部２２ａと共に、通気口２２ｂからも排気管２２への流入を促すこととなる。これにより、吸気管１８から円筒状本体１２の内部に導入された空気ＡＩが、本集塵装置１０を通過して排気管２２から空調装置１０４に導入される際の、圧損を軽減することが可能となる。

しかも、排気管２２の周方向における通気口２２ｂの設置範囲として、吸気管１８の開口１８ａを円筒壁の壁面の円周接線方向外側から覗き見て、吸気管１８の開口１８ａと排気管２２の管壁とが重なる範囲（図７の符号Ｃ、図８の符号Ｄ）を除く位置に設定されている。すなわち、排気管２２の通気口２２ｂは、排気管２２の周方向の、吸気管１８の開口１８ａを、円筒壁の壁面の円周接線方向外側から覗き見て、吸気管１８の開口１８ａと排気管２２の管壁とが重なる範囲Ｃ、Ｄには設けられていない。この、通気口２２ｂの設置除外範囲Ｃ、Ｄを設定することにより、吸気管１８から円筒状本体１２の内部に導入された空気ＡＩの一部が、排気管２２に形成された通気口２２ｂへ向けて直線状に流れ、通気口１８から排気管２２に直接的に流入することを回避し、円筒状本体１２の回転方向の空気流ＡＣ（図１（ｃ）、図３（ｃ）参照）の形成を促進し、より高い集塵効率を実現することが可能となる。

なお、詳しい説明は省略するが、通気口２２ｂの設置除外範囲Ｃ、Ｄは、吸気管１８の開口１８ａと排気管２２の管壁とが重なる範囲の一部または全部の範囲、若しくは、当該範囲を一部に含んで周方向にシフトした所定範囲に設定することとしても良い。すなわち、通気口２２ｂの設置除外範囲Ｃ、Ｄは、鉄道車両用集塵装置１０の集塵効率の最適化が図られるように、適切に設定されるものである。そして、これらの設置除外範囲Ｃ、Ｄの調整により、吸気管１８から円筒状本体１２の内部に導入された空気ＡＩの一部が、排気管２２に形成された通気口２２ｂへ向けて直線状に流れ、通気口１８から排気管２２に直接的に流入することを回避若しくは制限し、円筒状本体１２の回転方向の空気流ＡＣの形成を促進するものである。

１０、１０’：鉄道車両用集塵装置、 １２：円筒状本体、 １４：縮径部、 １６：開口部、 １８：吸気管、 ２０：蓋、 ２２：排気管、 ２４：バイパス部、 ２６：誘導部、 ２６Ａ、２６Ｂ：衝立、 ２８：スリット、 ３０：カバー管路、 ３２：カバー管路（周回管路）、 ３４：減速手段、 ３４Ａ：邪魔板、 ３４Ｂ：流路断面減少部、 ３４Ｃ：導入部、 １００：鉄道車両、 １０２：床下、 １０４：空調装置、 １０６：吸気口、ＡＣ：旋回する空気、ＡＣＯ：カバー管路内を旋回する空気、ＡＩ：吸気、ＡＯ：排気、Ｃ、Ｄ：設置除外範囲

Claims (7)

1. 円筒状本体と、該円筒状本体の下端近傍部に形成された漏斗状の縮径部と、該縮径部の下端に設けられた開口部と、前記円筒状本体を構成する円筒壁の上端近傍位置から前記円筒壁の壁面の円周接線方向に突出する吸気管と、前記円筒状本体の上端を塞ぐ蓋と、該蓋の中心を貫通して前記円筒状本体内部から外部へと延びる排気管とを備え、鉄道車両の床下に空調装置と共に設置され、前記排気管が前記空調装置の吸気口に接続される鉄道車両用集塵装置であって、
   前記円筒壁の、前記吸気管が設置された範囲を除く部分に、前記円筒壁の外側を経由して前記開口部に至るバイパス部と、該バイパス部へと円筒状本体内の塵埃を誘導するための誘導部とを含むことを特徴とする鉄道車両用集塵装置。
2. 前記バイパス部は、前記円筒壁に形成されたスリットと、前記スリットを覆い前記円筒状本体の外壁に沿って延び前記開口部に至るカバー管路とからなり、
   前記誘導部は、前記円筒壁の、前記吸気管が設置された範囲を除く部分に、前記スリットに沿って前記円筒状本体の内側に突出する衝立を含むことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用集塵装置。
3. 前記カバー管路は樋状をなし、前記円筒状本体の外壁の上下方向に沿って延びていることを特徴とする請求項２記載の鉄道車両用集塵装置。
4. 前記カバー管路は、前記円筒状本体の外壁の全周を覆う周回管路であることを特徴とする請求項２記載の鉄道車両用集塵装置。
5. 前記カバー管路内の空気の流速を減速させる減速手段を備えることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の鉄道車両用集塵装置。
6. 前記減速手段は、前記カバー管路内に突出する邪魔板、前記カバー管路の流路断面減少部、前記カバー管路表面の粗面部、前記カバー管路内の空気流と逆流する方向の空気を導入する導入部のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項５記載の鉄道車両用集塵装置。
7. 前記円筒状本体の、直径と高さとの比が１：２以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の鉄道車両用集塵装置。

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