JP5823224B2

JP5823224B2 - 鉄道の列車風を利用したエアフェンス形成装置

Info

Publication number: JP5823224B2
Application number: JP2011204495A
Authority: JP
Inventors: 慈鎌田; 隆彰福原
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: JP2013064293A

Description

本発明は、鉄道沿線に設置した、鉄道の列車風を利用したエアフェンス形成装置に関する。

鉄道車両が側方から風を受けると、車体に風圧による抗力（横力）が生じる。風速が大きい場合、車両を転覆させようとする横力が大きくなり、ある限界風速以上の風速が吹いた場合、車両は転覆・脱線する。強風が原因とみられる鉄道車両の脱線転覆事故は、日本で鉄道が開業して以来、多数発生している。

このような事故を防ぐために、鉄道沿線には、車両に働く風圧を減じるための防風柵を設置している（例えば非特許文献１）。

強風による鉄道車両の脱線転覆事故を防止するために、沿線に防風柵を設置すると列車の乗客から外の風景が見えなくなったり、または見にくくなったりする。

また、特に海沿いあるいは山間部といった遠郊では、防風柵が風景と調和せず景観を害することがあるという問題点がある。

一方、鉄道車両の走行に伴って、風速１０ｍ／ｓを超える大きさの列車風が発生する（例えば非特許文献２）。しかし、このように大きな風速が生じる列車風を有効に利用するための提案はこれまでなされていない。特に、列車風を強風による鉄道車両の脱線転覆事故を防止するために、列車風を利用する提案はなされていない。

藤井俊茂：強風災害防止に関する研究開発の現状と今後の展望，鉄道総研報告，Vol.19，No.10，P1-4，2005年10月小美濃浩司，種本勝二，武井泰：列車風とホーム上の人の安全，ＪＲＥＡ，Vol.50，No.6，p44-45，2007年6月

本発明は、地表を走行する鉄道列車の走行に伴って生じる列車風を有効利用したエアフェンスを提供することを目的とする。特に、強風による鉄道車両の脱線転覆事故を防止するために、前記エアフェンスを提供することを目的とする。

以下、符号を付して本願発明を説明する。ただし、符号は参照のためであり、本願発明を実施形態に限定するものでない。

本願に係る発明は、鉄道線路近傍に設置されており、鉄道列車の走行に伴って生じる列車風を取り入れるための列車風取入部１と、前記列車風取入部で取り入れた列車風が通り抜けるダクト２と、前記ダクト２を通り抜けた列車風を排出する排出部３と、を備えることを特徴とするエアフェンス形成装置である。

ここで、前記排出部３は、前記列車風取入部１より進行方向前方であって鉄道線路に沿って敷設され、鉄道線路外側方向へ列車風を排出することとしてもよい。さらに、前記排出部３は、その出口に向かってその断面積が小さくなっており、取り入れた列車風を増速して排出することとしてもよい。

また、前記列車風取入部１は、０度ないし９０度で列車進行方向に対向するように開口していることとしてもよい。さらに、前記列車風取入部１の形状をフレア形としてもよい。

また、前記ダクト２は、前記列車風取入部１側より前記排出部３に向かってその断面積が小さくなる増速部６を具備することとしてもよい。

本願発明に係るエアフェンス形成装置をトンネル１３内に設置し、前記列車風取入部１はトンネル１３内に設置され、前記排出部３はトンネル１３の出口に設置されていることとしてもよい。

このように本願発明を利用すれば、地表を走行する鉄道列車の走行に伴って生じる列車風を有効利用することができる。特に、地表を走行する鉄道列車の走行に伴って生じる列車風を利用したエアフェンス形成装置によって、強風による鉄道車両の脱線転覆事故を防止することができる。

また、排出部３の高さは防風柵の高さに比べて低くすることができるので、遠郊の場合であっても景観を害することがない。

本願発明に係る第１の実施形態を示す図である。本願発明に係る第１の実施形態の排出部の変形例を示す図である。本願発明に係る第１の実施形態の列車風取入部の変形例を示す図である。本願発明に係る第１の実施形態の列車風取入部の別の変形例を示す図である。本願発明に係る第１の実施形態の別の変形例を示す図である。本願発明に係る第１の実施形態の効果を示す図である。本願発明に係る第２の実施形態を示す図である。本願発明に係る第２の実施形態の効果を示す図である。本願発明の応用例を示す図である。本願発明の応用例を示す図である。

本発明の実施形態について、図を使って説明する。また、便宜上、鉄道車両の進行方向を前方、その反対方向を後方と表すことにする。

［第１の実施形態］
第１の実施形態は、鉄道沿線の線路近傍に、ダクト２を埋設する実施形態である。
図１は、本願発明に係る第１の実施形態を示した図である。平面図に示すように、地表には２本のレール１２が平行敷設されており、レール１２上を鉄道車両１１が走行する。図１では、鉄道車両１１は左から右に進行する。

線路脇にはダクト２が埋設されており、鉄道沿線を前方に向かって、ダクト２が延びている。線路脇には、列車風取入部１が上向きに開口するように、敷設されており、ダクト２の後方端部と連結されている（図１のＡ断面）。

ダクト２の前方端部には排出部３が接続されている。排出部３は列車風取入部１より前方に敷設されている。排出部３は地上に突出しており、その排気方向は線路外側を向いている（図１のＢ断面）。本実施形態では、排気方向は線路と相対的に見て、上方斜め外側となっている。ここで排気方向は真上としても良い。

本実施形態の作用について説明する。

鉄道車両１１の走行に伴って、鉄道車両１１の周りに列車風が発生する。鉄道車両１１が列車風取入部１の設置箇所を通過すると鉄道車両１１の周りに発生した列車風が列車風取入部１に流入する。列車風取入部１に流入した列車風（空気）はダクト２に進入し、これを通り抜ける。ダクト２を通り抜けた列車風は排出部３から排出される。その際、排出部３の開口している向き、すなわち上方斜め外側方向の気流が生じる。

鉄道車両１１が列車風取入部１の設置箇所を通過し終わると、やがて列車風は終息するので、排出部３からの排出はやがて止まる。

図２は、本願発明に係る第１の実施形態の変形例1を示した図である。この例では排出部３の形状に特徴がある。すなわち、図２に示したように、排出部３は、ダクト２側から開口部５に向かってその断面積が連続的に小さくなっている。また開口部５の向きは上方斜め外側方向となっている。

このような形状とすることで、排出部３から排気される空気を、排出部３で増速して排出することができる。

図３は、本願発明に係る第１の実施形態の変形例２と変形例３を示した図である。これらの例は列車風取入部１が特徴であるので、列車風取入部１付近の側面図と断面図（２種類）のみを示した。ダクト２、排出部３の敷設位置が、第１の実施形態の場合と同じとなるので、平面図は省略した。

本実施形態に係る列車風取入部１が第１の実施形態と比して高さが高くなっている。変形例２を示したＣ断面の形態では、列車風取入部の開口部４が、鉄道車両１１の進行方向に対向しており、略４５度上方を向いている。したがって、列車風取入部１の高さは鉄道車両１１の７割程度となっている。

変形例３を示したＤ断面では、列車風取入部の開口部４が略垂直となっており、鉄道車両１１の進行方向に対向している（後方を向いている）。したがって、列車風取入部１の高さ鉄道車両１１と同程度となっている。

これら変形例の場合、列車風取入部１が列車進行方向に対向しているため、第１の実施形態と比べて多くの列車風を取り入れることができる。

列車風取入部１に流入した列車風はダクト２を通り抜ける。ダクト２を通り抜けた列車風は排出部３から排出される。鉄道車両１１が列車風取入部１の設置箇所を通過し終わると、やがて列車風は終息するので、排出部３からの排出はやがて止まる。

図４は、本願発明に係る第１の実施形態の変形例４を示した図である。この例では列車風取入部１の形状に特徴がある。すなわち、図４に示したように、列車風取入部の開口部４が列車進行方向に対向しているとともに、列車風取入部１の断面積が開口部４からダクト２にかけて狭くなる、フレア形となっている。

このような形状とすることで、鉄道車両１１の走行に伴う列車風をより多く取り入れることができるとともに、断面積が徐々に小さくなることで取り入れた列車風を増速することができる。

図５は、本願発明に係る第１の実施形態の変形例５を示した図である。この例では、ダクト２に増速部６をさらに備えていることを特徴がある。すなわち、増速部６はダクト２の途中に備わっており列車風取入部１側から排出部３に向かってその断面積が連続的に小さくなっている。このような構成とすることで、ダクト２を通り抜ける空気の流速を、増速部６を通過する際に増速することができる。

本願発明の第１の実施形態における効果について説明する。

図６は、本願発明の第１の実施形態における効果を説明する図である。図６は、第１の実施形態における排出部３での断面図を表している。ダクト２を通り抜けた列車風は排出部３から、その開口方向へ排出される（排出風）。

このとき、線路外側方向から鉄道車両１１に向かって横風（自然風）が吹いていた場合、自然風は排出風によって弱められる。特に、排出部３の開口方向が線路外側（線路から離れる方向）へ向かって排出風が吹くように設置されていた場合には自然風を弱める効果が大きい。よって、鉄道車両１１に作用する風が鉄道車両１１を転覆させようとする力は、自然風のみの場合の力より小さくなるので、強風による鉄道車両１１の脱線転覆事故を防止することができる。

また、排出部３の高さは防風柵の高さに比べて低くすることができる。したがって遠郊の場合であっても排出部３を設置したことによって景観が害されることがない。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は、トンネル１３に側壁にダクト２を設置する実施形態である。
図７は、本願発明に係る第２の実施形態を示した図である。図７では単線トンネル１３の両側に本願発明に係るエアフェンスを設置した例を示している。

平面図に示すように、地表にはレール１２が敷設されており、レール１２上を鉄道車両１１が走行する。図７では、鉄道車両１１は左から右に進行する。

両側の側壁にはダクト２が設置されており、側壁に沿って、前方にダクト２が延びている。ダクト２の後方端には、トンネル１３内に、列車風取入部１が列車進行方向に対向する向きに開口するように、敷設されており、ダクト２の後方端部と連結されている。

ダクト２はトンネル１３の出口まで敷設されている。ダクト２の前方端には排出部３が接続されている。排出部３はトンネル１３の外部に設置されており、その排気方向は線路外側を向いている（図７平面図）。本実施形態では、排気方向は線路と相対的に見て、前方斜め外側となっている。

また、ダクト２の途中には増速部６を備えている。増速部６では列車風取入部１側から排出部３に向かってその断面積が連続的に小さくなっている。

本実施形態の作用について説明する。
鉄道車両１１の走行に伴って、鉄道車両１１周りに列車風が発生する。鉄道車両１１が列車風取入部１を通過すると鉄道車両１１周りに発生した列車風が列車風取入部１に流入する。列車風取入部１に流入した列車風（空気）はダクト２に進入し、これを通り抜ける。ダクト２を通り抜けた列車風は排出部３から排出される。その際、排出部３の開口している向き、すなわち前方斜め外側方向の気流が生じる。

本願発明の第２の実施形態における効果について説明する。
図８は、本願発明の第１の実施形態における効果を説明する図である。図８は、第２の実施形態の排出部３の設置されたトンネル１３の出口周辺での平面図を表している。ダクト２を通り抜けた空気は排出部３から、その開口方向へ排出される（排出風）。

このとき、線路外側方向から鉄道車両１１に向かって横風（自然風）が吹いていた場合、自然風は排出風によって弱められる。特に、排出部３の開口方向が線路外側（鉄道車両１１から離れる方向）へ向かって排出風が吹くように設置されていた場合には自然風を弱める効果が大きい。よって、鉄道車両１１に作用する風が鉄道車両１１を転覆させようとする力は、自然風のみの場合の力より小さくなるので、強風による鉄道車両１１の脱線転覆事故を防止することができる。

ここで、鉄道車両１１の重心高さより高い位置に作用する自然風は、より鉄道車両１１の転覆・脱線を誘発する。よって、このような自然風の影響を弱めるように、排出部３の中心高さが鉄道車両１１の重心高さより高く設置されていると、エアフェンスの効果がより大きい。

また、排出部３の高さは防風柵を省略できるので、遠郊の場合であっても排出部３を設置したことによって景観を害することがない。

［第１の応用例］
次に、本願発明の応用例について示す。
第１の応用例は、列車風取入部１と排出部３との距離が長い場合であっても、流入した空気の風圧を伝達するための例である。図９は、本願発明の第１の応用例を示した図であり、線路長手方向の断面図を示している。

この第１の応用例の特徴は、ダクト２の途中に風圧伝達の機能を備えていることにある。つまり、ダクト２は列車風取入部１側にある第１の仕切板２１と、前記排出部３側にある第２の仕切板２２とを備え、前記第１の仕切板２１と前記第２の仕切板２２との間には非圧縮性流体２３が充填されている。

列車風取入部１から取り入れた列車風の圧力が第１の仕切板２１に印加されると、第１の仕切板２１は排出部３の方へ移動する。このとき、第１の仕切板２１と第２の仕切板２２との間に充填された非圧縮性流体２３も同様に排出部３の方へ移動する。すると同様に第２の仕切板２２が同様に排出部３の方へ移動する。すなわち、第１の仕切板２１、非圧縮性流体２３および第２の仕切板２２が一体的に排出部３の方へ移動し、第２の仕切板２２によって押し出された空気が排出部３から排出する。

このとき、第１の仕切板２１および第２の仕切板２２とダクト２の内壁との摩擦を小さくし、さらに非圧縮性流体２３とダクト２の内壁との摩擦が小さくすれば、第１の仕切板２１、非圧縮性流体２３および第２の仕切板２２が一体的に前記排出部３の方へ移動するのに要するエネルギーを小さくできる。したがって、列車風取入部１から流入した列車風のエネルギーの損失を小さくしつつ、排出部３から空気を排出することができる。

［第２の応用例］
第２の応用例は、送風ファン２４を備えた例である。図１０は、本願発明の第２の応用例を示した図であり、線路長手方向の断面図を示している。

第２の応用例の特徴は、ダクト２に送風ファン２４を備えていることにある。図１０では、ダクト２の排出部３側端部に送風ファン２４を備えており、送風ファン２４を稼働させると排出部３から空気が排出される。

さらに、鉄道車両１１が列車風取入部１を通過すると鉄道車両周りに発生した列車風が列車風取入部１に流入する。列車風取入部１に流入した列車風（空気）はダクト２を通り抜ける。ダクト２を通り抜けた列車風は排出部３から排出される。

つまり、排出部３からは、送風ファン２４によって生じた気流と、鉄道車両の通過に伴って生じた列車風との合成された気流が排出される。このような構成にすることによって、鉄道列車の通過に伴う列車風のみを排出する場合に比べて強い気流が排出部３から排出される。

１列車風取入部
２ダクト
３排出部
４列車風取入部の開口部
５排出部の開口部
６増速部
１１鉄道車両
１２レール
１３トンネル
２１第１の仕切板
２２第２の仕切板
２３非圧縮性流体
２４送風ファン

Claims

鉄道線路近傍に設置されており、鉄道列車の走行に伴って生じる列車風を取り入れるための列車風取入部と、
風を排出する排出部と、
前記列車風取入部と排出部とをつなぐダクトと、
を備え、
前記ダクト内には、
前記列車風取入部側にある第１の仕切板と、
前記排出部側にある第２の仕切板とを備え、
前記第１の仕切板と前記第２の仕切板との間には非圧縮性流体が充填されており、
前記列車風取入部から取り入れた列車風の圧力が前記第１の仕切板に印加されることで前記第１の仕切板、前記非圧縮性流体および前記第２の仕切板が一体的に前記排出部方向へ移動し、前記第２の仕切板によって押し出された風が前記排出部から排出する、
ことを特徴とする、エアフェンス形成装置。
前記排出部は、前記列車風取入部より進行方向前方であって鉄道線路に沿って敷設され、
鉄道線路外側方向へ風を排出する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のエアフェンス形成装置。
前記排出部は、その出口に向かってその断面積が小さくなっていること、
を特徴とする、請求項１または２記載のエアフェンス形成装置。
前記列車風取入部は、０度ないし９０度で鉄道列車進行方向に対向するように開口している、
ことを特徴とする、請求項３記載のエアフェンス形成装置。
前記列車風取入部は、フレア形をなしている、
ことを特徴とする、請求項４記載のエアフェンス形成装置。
前記ダクトは、前記列車風取入部側より前記排出部側に向かってその断面積が小さくなる増速部を具備していること、
を特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のエアフェンス形成装置。
前記列車風取入部はトンネル内に設置され、
前記排出部はトンネルの出口に設置されている、
ことを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のエアフェンス形成装置。
さらに、送風ファンを備え、
前記送風ファンによって生じる風を前記排出部から排出する、
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエアフェンス形成装置。