特開 2023-169616 通気構造および鉄道車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023169616

(43)【公開日】2023-11-30

(54)【発明の名称】通気構造および鉄道車両

(51)【国際特許分類】

   B61C 17/00 20060101AFI20231122BHJP

【ＦＩ】

B61C17/00 B

B61C17/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022080844

(22)【出願日】2022-05-17

(71)【出願人】

【識別番号】000173784

【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000221616

【氏名又は名称】東日本旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100124682

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100104710

【弁理士】

【氏名又は名称】竹腰 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100090479

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 一

(72)【発明者】

【氏名】高見 創

(72)【発明者】

【氏名】新木 悠斗

(72)【発明者】

【氏名】藤澤 由衣

(72)【発明者】

【氏名】梅田 啓

(72)【発明者】

【氏名】武田 敏徳

(57)【要約】

【課題】鉄道車両の外側面にエアインテークを設ける場合の走行中の風切り音の抑制と通風量の確保との両立を図る新たな通気構造の技術を提供すること。
【解決手段】通気構造１０は、側カバー５の進行方向およびその逆方向に対称形状で設けられた一対のエアインテーク（第１エアインテーク２１、第２エアインテーク２２）を備える。当該エアインテークは、それぞれ先端部から末端部へ向かって開口幅が漸増し、且つ、通風断面積が漸増する形状を有する。また、通気構造１０は、エアインテークそれぞれに対応した近接位置に、負圧域を形成する負圧域形成構造部（第１凹部３１，第２凹部３２）を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄道車両の外側面に進行方向およびその逆方向に対称形状で設けられた一対のエアインテークを備え、進行方向上流側のエアインテークから導入した走行風をダクトへ導き、進行方向下流側のエアインテークから排気する通気構造であって、
前記一対のエアインテークそれぞれは、当該エアインテークの先端部から他方のエアインテークに向かって、開口幅が漸増し、且つ、通風断面積が漸増する構造を有し、
前記一対のエアインテークそれぞれに対応して、前記外側面における当該エアインテークと他方のエアインテークとの間の当該エアインテークの近接位置に、負圧域を形成する負圧域形成構造部を有する、
通気構造。

【請求項2】

前記一対のエアインテークそれぞれは、前記外側面に対する通風傾斜面の傾斜角度が１５度以上２５度以下である、
請求項１に記載の通気構造。

【請求項3】

前記負圧域形成構造部は、凹部である、
請求項１に記載の通気構造。

【請求項4】

前記凹部は、当該エアインテーク寄りの第１スロープと、他方のエアインテーク寄りの第２スロープとを有し、
前記第１スロープの傾斜角度は、前記第２スロープの傾斜角度より大きい、
請求項３に記載の通気構造。

【請求項5】

前記第２スロープの傾斜角度は、境界層剥離を誘発する角度である、
請求項４に記載の通気構造。

【請求項6】

前記負圧域形成構造部は、凸部である、
請求項１に記載の通気構造。

【請求項7】

前記負圧域形成構造部は、前記近接位置において前記開口幅に亘って設けられている、
請求項１から６の何れか一項に記載の通気構造。

【請求項8】

前記負圧域形成構造部は、前記外側面からの高さ方向の長さが、当該エアインテークのリップ部の当該高さ方向の長さの０．５倍以上０．８倍以下である、
請求項１から６の何れか一項に記載の通気構造。

【請求項9】

請求項１から６の何れか一項に記載の通気構造を具備する鉄道車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、通気構造に関する。

【背景技術】

【0002】

電気車には電力変換装置が備えられており、例えば新幹線等の交流電化区間を走行する電気車には、交流を直流に変換するコンバータ部および直流を交流に変換するインバータ部などからなる電力変換装置が備えられている。電力変換装置には冷却が必要な半導体素子が搭載されている。特に、高速車両ほど半導体素子の熱負荷は高くなるため、冷却性能の要求が高くなる。

【0003】

半導体の冷却には、一般的に送風機が用いられるが、電力変換装置の小型化・軽量化の要請から、走行時に車両の外側を流れる風（以下「走行風」という）を用いた冷却方法の技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

【0004】

特許文献１の技術は、電力変換装置を冷却するための水冷循環式の放熱部（ラジエータ）を床下ダクト内に配置し、進行方向に沿って車両の外側面に設けた一対のエアインテークを通じて床下ダクトに空気を通すことによってその放熱部を冷やす技術である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５－２７１６４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、エアインテークを鉄道車両の外側面に設けることによって走行中に風切り音が発生し、騒音となり得る。風切り音を抑制するためにはエアインテークの開口を小さくする方法が考えられるが、単純に開口を小さくすると通風量の減少が余儀なくされる。

【0007】

また、冷却用にエアインテークを設ける場合に限らず、換気用にエアインテークを設ける場合にも、同様の課題がある。

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、鉄道車両の外側面にエアインテークを設ける場合の走行中の風切り音の抑制と通風量の確保との両立を図る新たな通気構造の技術を提供すること、である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した課題を解決するための第１の発明は、鉄道車両の外側面に進行方向およびその逆方向に対称形状で設けられた一対のエアインテークを備え、進行方向上流側のエアインテークから導入した走行風をダクトへ導き、進行方向下流側のエアインテークから排気する通気構造であって、前記一対のエアインテークそれぞれは、当該エアインテークの先端部から他方のエアインテークに向かって、開口幅が漸増し、且つ、通風断面積が漸増する構造を有し、前記一対のエアインテークそれぞれに対応して、前記外側面における当該エアインテークと他方のエアインテークとの間の当該エアインテークの近接位置に、負圧域を形成する負圧域形成構造部を有する、通気構造である。

【0010】

第１の発明によれば、一対のエアインテークは、それぞれ、当該エアインテークの先端部から末端部（他方のエアインテーク側の端部）に向かって開口幅が漸増し、且つ、通風断面積が漸増する形状を有する。よって、当該エアインテークを吸気口とする場合に、そこから生じる風切り音を抑制できる。また、負圧域形成構造部により、排気口となる他方のエアインテークの開口付近に負圧域が形成され、この負圧域によりダクトからの排気が効果的に誘引・排出される。よって、吸気口となるエアインテークからは効果的に走行風が取り入れられ、通風量を確保することができる。すなわち、風切り音を抑制しつつ通風量を確保することができる。

【0011】

第２の発明は、前記一対のエアインテークそれぞれは、前記外側面に対する通風傾斜面の傾斜角度が１５度以上２５度以下である通気構造である。

【0012】

吸気口となるエアインテークの通風傾斜面の傾斜角度を大きくすれば、エアインテークに繋がるダクトの入口の開口面積を大きくとれるので通風量を確保しやすくなる。しかし、傾斜角度を大きくし過ぎると、通風傾斜面で境界層剥離が生じる可能性が高まり、境界層剥離が生じるとダクトの開口面積を大きくしても通風量が頭打ちになる。
第２の発明によれば、通風傾斜面での境界層剥離を抑制しつつ、ダクトの入口の開口面積を稼ぎ、吸入空気量を増加させることができる。

【0013】

第３の発明は、前記負圧域形成構造部が、凹部である、通気構造である。

【0014】

また、第４の発明は、前記凹部が、当該エアインテーク寄りの第１スロープと、他方のエアインテーク寄りの第２スロープとを有し、前記第１スロープの傾斜角度は、前記第２スロープの傾斜角度より大きい、通気構造である。

【0015】

第３又は第４の発明によれば、外側面からの突出が無い負圧域形成構造部により、負圧域形成構造部に起因する空気抵抗と風切り音を低減しつつ負圧域を形成できる。

【0016】

第５の発明は、前記第２スロープの傾斜角度が、境界層剥離を誘発する角度である、通気構造である。

【0017】

第５の発明によれば、凹部は、第２スロープの末端で走行風の境界層剥離を生じさせて、走行風に対して交差する方向に渦巻く横渦を作る。よって、強い負圧域を形成できる。

【0018】

また、第６の発明として、前記負圧域形成構造部が凸部である通気構造を構成してもよい。

【0019】

第７の発明は、前記負圧域形成構造部が、前記近接位置において前記開口幅に亘って設けられている、通気構造である。

【0020】

第７の発明によれば、開口幅に亘る負圧域を形成できる。

【0021】

第８の発明は、前記負圧域形成構造部が、前記外側面からの高さ方向の長さが、当該エアインテークのリップ部の当該高さ方向の長さの０．５倍以上０．８倍以下である、通気構造である。

【0022】

第８の発明によれば、負圧域形成構造部を起因とする風切り音の抑制と、通風量を確保とを、適度にバランスさせることができる。

【0023】

第９の発明は、上述した何れかの発明の通気構造を具備する鉄道車両である。

【0024】

第９の発明によれば、上述した何れかの発明と同様の効果を発揮する鉄道車両を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】第１実施形態の通気構造を有する高速鉄道の鉄道車両の構成例を示す側面外観図。

【図2】第１実施形態の通気構造の構成例を示す斜視透視図。

【図3】第１実施形態の通気構造を、第１エアインテークおよび第２エアインテークの開口を正面にして見た側面図。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶ断面図。

【図5】第１凹部および第２凹部のＸＹ断面。

【図6】第１実施形態の通気構造における走行風の流れの概要を説明するための図。

【図7】第２実施形態の通気構造の斜視透視図。

【図8】第２実施形態の通気構造を、第１エアインテークおよび第２エアインテークの開口を正面にして見た側面図。

【図9】図８のＩＸ－ＩＸ断面図。

【図10】第２実施形態の第１凸部および第２凸部のＸＹ断面図。

【図11】第２実施形態の通気構造における走行風の流れの概要を説明するための図。

【図12】第３実施形態における第１凸部と第２凸部の形状例を示すＸＹ断面図。

【図13】従来の通気構造（従来構成）を基準とする流入風速の風速比を比較するグラフ。

【図14】従来の通気構造（従来構成）を基準とする風切り音の低減効果を比較するグラフ。

【図15】負圧域形成構造部の突起形状（凸部の形状）による流入風速を比較するグラフ。

【図16】負圧域形成構造部の突起高さ（凸部の高さ）違いによる風切り音を比較するグラフ。

【図17】従来の通気構造（従来構成）を、第１走行風取入口および第２走行風取入口を正面にして見た図。

【図18】図１７のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ断面図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明を適用した実施形態の一例を説明するが、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限られないことは勿論である。

【0027】

図１は、本実施形態の通気構造１０を有する高速鉄道の鉄道車両３の構成例を示す側面外観図である。説明の便宜上、各図に方向を表す直交右手系のＸＹＺ軸を示し、Ｘ軸プラス方向を鉄道車両３の進行方向・前方とし、Ｙ軸プラス方向を左方、Ｚ軸プラス方向を上方、として説明する。なお、鉄道車両３として、中間車両を例示しているが、先頭車両についても本実施形態を同様に適用できる。

【0028】

鉄道車両３は、床下に電力変換装置（非図示）の冷却機構として水冷循環式のラジエータ７を配置し、鉄道車両３が移動することで相対的に生じる走行風を冷却風としてラジエータ７に供給するための通気構造１０を有する。

【0029】

通気構造１０は、ラジエータ７が内部に設置される床下ダクト１４と、左方の側カバー５に開口する一対のエアインテーク（第１エアインテーク２１、第２エアインテーク２２）と、一対のエアインテークそれぞれに対応して設けられた一対の凹部（第１凹部３１、第２凹部３２）と、を有する。

【0030】

鉄道車両３が前方（Ｘ軸プラス方向）へ走行すると、走行風が第１エアインテーク２１から床下ダクト１４へ導入されてラジエータ７を通過する。ラジエータ７を通った空気は、第２エアインテーク２２から排気される。鉄道車両３の走行方向が反転すると、走行風は第２エアインテーク２２から床下ダクト１４へ導入されてラジエータ７を通り、第１エアインテーク２１から排気される。

【0031】

図２は、通気構造１０の構成例を示す斜視透視図である。
図３は、第１エアインテーク２１および第２エアインテーク２２の開口を正面にして見た通気構造１０の側面図である。
図４は、図３のＩＶ－ＩＶ断面図である。

【0032】

通気構造１０は、第１エアインテーク２１と第２エアインテーク２２とを前後方向に離隔して有する。第１エアインテーク２１と第２エアインテーク２２とは前後対称の形状を有している。ここでは、第１エアインテーク２１について説明することとし、第２エアインテーク２２についての説明は省略する。

【0033】

第１エアインテーク２１は、先端部（Ｘ軸プラス側端部）から末端部（Ｘ軸マイナス側端部；第２エアインテーク２２の側の端部）に向かって開口部２３の幅（開口幅；Ｚ軸方向の幅）が漸増し、且つ、通風断面積が漸増する構造を有している。当該構造は、例えば、ＮＡＣＡ（National Advisory Committee for Aeronautics）ダクトの形状プロファイルを参考にして実現される。すなわち、第１エアインテーク２１を開口面に対して法線方向（Ｙ軸プラス方向）から見た場合に、先端部から末端部にかけて、Ｚ軸方向の幅である開口幅の増加率が先端部と末端部との間の中央付近を過ぎたあたりから増加し、末端部に近づくと増加率が減少して１に近づくようにデザインされた略二等辺三角形を成している。

【0034】

第１エアインテーク２１の末端部には、ＸＹ断面が流線形状のリップ部２４が設けられている。通風傾斜面２６（ランプとも言える）は、先端部から徐々に深さ（Ｙ軸マイナス方向における位置の変化）が増し、床下ダクト１４に繋がっている（図４参照）。

【0035】

ここで、本実施形態の通気構造１０と従来の通気構造９０とを対比する。図１７は、図３に相当する従来の通気構造７０の側面図であり、図１８は、図４に相当する従来の通気構造７０の断面図（図１７のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ断面図）である。図３，１７に示すように、通気構造１０は、従来の通気構造９０と同様に、側カバー５の上下幅は固定であり、第１エアインテーク２１が取り得る後端部の開口幅Ａｗは、側カバー５の上下幅から導かれる規定値となる。当該規定値は、従来の通気構造９０における第１走行風取入口９１（第１エアインテーク２１に相当）や第２走行風取入口９２（第２エアインテーク２２に相当）の開口幅Ａｗと同じ値となる。

【0036】

第１エアインテーク２１の形状プロファイルをＮＡＣＡダクトの形状プロファイルに当てはめた本実施形態においては、第１エアインテーク２１の前後長（Ｘ軸方向の長さ）は、例えば、従来の通気構造９０の第１走行風取入口９１や第２走行風取入口９２の全長Ａｌ（図１７参照）の０．８６倍（０．８６Ａｌ）とすることができる。

【0037】

同様に第１エアインテーク２１のリップ部２４直下の開口高さＡｈ（床下ダクト１４のエントランスギャップ）をＮＡＣＡダクトの形状プロファイルに当てはめると、側カバー５からの開口面積が従来の通気構造９０に比べて低下することに起因して、第１エアインテーク２１の吸気効率は第１走行風取入口９１よりも吸気効率が低下し得る。そこで、図４に示すように、本実施形態の通気構造１０では、第１エアインテーク２１のリップ部２４直下の開口高さＡｈは、図１８に示す従来の通気構造９０の開口高さＡｈ_０と同程度に設定されている。

【0038】

具体的には、第１エアインテーク２１の通風傾斜面２６は、側カバー５の外側面からの傾斜角度を１５度以上２５度以下（より好適には１９度）として、リップ部２４直下までの傾斜面とする。そして、通風傾斜面２６と床下ダクト１４の内面とを滑らかに連続させる傾斜を形成する。この結果、第１エアインテーク２１のリップ部２４の末端部における開口高さＡｈは、従来の通気構造９０の開口高さＡｈ_０と同程度になる。

【0039】

一般的なＮＡＣＡダクトのランプ角度（通風傾斜面２６の傾斜角度相当）は、５度から７度程度であって大きくとも１１度程度である。よって、第１エアインテーク２１は、ＮＡＣＡダクトそのものではなく、鉄道車両３の通気構造９０の用途に適合した独特の形状・構成を有しているといえる。

【0040】

図２から図４に示すように、第１エアインテーク２１の第１凹部３１は、側カバー５の外側面のうち、リップ部２４に近接する位置において、第１エアインテーク２１の開口幅に亘って設けられている。前後対称形の第２エアインテーク２２においても同様に、第２凹部３２は、側カバー５の外側面のうち、リップ部２４に近接する位置において、第２エアインテーク２２の開口幅に亘って設けられている。

【0041】

図５は、第１凹部３１および第２凹部３２のＸＹ断面図である。
第１凹部３１と第２凹部３２とは前後対称の形状を有しているため、第１凹部３１について説明することとし、第２凹部３２についての説明は省略する。

【0042】

第１凹部３１は、対応する第１エアインテーク２１寄りの第１スロープ３３と、他方のエアインテーク（第２エアインテーク２２）寄りの第２スロープ３５とを有する。
第１凹部３１の深さ（側カバー５の外側面を基準面とするＹ軸方向の長さ；高さ方向の長さ）は、第１スロープ３３と第２スロープ３５との接続位置が最も大きい最深位置となり、リップ部２４の高さ方向の長さＲｈ（リップ部２４の厚さ）の０．５倍以上０．８倍以下とされる（図５の例では、０．７倍；図５中の０．７Ｒｈ）。

【0043】

第１スロープ３３は、リップ部２４の外側面から最深位置にかけて下るように傾斜するスロープであり、前後方向の長さを例えば０．７Ｒｈとすることができる。

【0044】

第２スロープ３５は、最深位置から後方に側カバー５の外側面にかけて連なって上るように傾斜するスロープであり、第１スロープ３３よりも傾斜角が緩やかに設定されている。第２スロープ３５の前後方向の長さは、例えば２．１Ｒｈとすることができる。

【0045】

図６は、通気構造１０における走行風の流れの概要を説明するための図である。
走行風のうち第１エアインテーク２１に差し掛かった第１走行風Ｗ１は、第１エアインテーク２１に導入される。この時、第１エアインテーク２１がＮＡＣＡダクトの形状プロファイルを参考にした開口構造を有することで、吸気口において、従来の通気構造９０の第１走行風取入口９１（図１７参照）よりも、空気抵抗の発生と風切り音の発生を抑制しつつ空気を導入することができる。

【0046】

導入された第１走行風Ｗ１は、床下ダクト１４の中に設置されたラジエータ７を通過することで熱交換に利用される。ラジエータ７を抜けた第１走行風Ｗ１は第２エアインテーク２２へ向かう。

【0047】

一方、第１エアインテーク２１に導入されなかった走行風のうち、第２凹部３２に差し掛かった第２走行風Ｗ２は、第２スロープ３５に沿って凹形状内に滑らかに導かれた後、第１スロープ３３に沿って跳ね上げられて、急激に流れの向きが変化する。第２走行風Ｗ２は、跳ね上げにより境界層剥離が発生し、走行風に対して横向きの渦を含む乱流を作る。この乱流により、第２エアインテーク２２の近傍位置に負圧域９が生じる。つまり、第２凹部３２は、負圧域形成構造部として機能する。

【0048】

負圧域９は、第２エアインテーク２２に連なる床下ダクト１４から空気を吸い上げる吸引作用を発揮する。よって、ラジエータ７を抜けて第２エアインテーク２２へ向かう第１走行風Ｗ１は、第２凹部３２が無い構成よりも効果的に排気され、通風量が増加する。負圧域９の吸い上げ効果は、床下ダクト１４を通じて第１エアインテーク２１にも及ぶので、第１エアインテーク２１における空気導入効率（吸気効率とも言える）も向上する。

【0049】

鉄道車両３の進行方向が前後反転すると、通気構造１０における空気の流れも図６の例の前後が逆転する。すなわち、第２エアインテーク２２から走行風の一部が導入され、床下ダクト１４を通ってラジエータ７を通過する。ラジエータ７で熱交換された空気は、第１エアインテーク２１から排気される。一方、第１凹部３１に差し掛かった走行風の一部（図６における第２走行風Ｗ２に相当する風）は、第１凹部３１の第２スロープ３５に沿って凹形状内に滑らかに導かれた後、第１スロープ３３に沿って跳ね上げられ、第１エアインテーク２１の近傍位置に負圧域９を生じさせる。つまり、鉄道車両３の進行方向が前後反転すると、第１凹部３１が負圧域形成構造部として機能するようになる。

【0050】

一対のエアインテークである第１エアインテーク２１と第２エアインテーク２２とのそれぞれに対応して、外側面における第１エアインテーク２１と第２エアインテーク２２との間には、第１エアインテーク２１の近接位置に形成された第１凹部３１によって負圧域形成構造部が設けられるとともに、第２エアインテーク２２の近接位置に形成された第２凹部３２によって負圧域形成構造部が設けられる。

【0051】

なお、第１凹部３１のスロープ形状はこれに限定されるものではなく、負圧域を形成できればよい。例えば、第２スロープ３５は凹形状内に流れを導く程度に緩やかな傾斜角度で、第１スロープ３３は凹形状内の流れを跳ね上げて境界層剥離を発生させる程度に急な傾斜角度であればよい。その結果として、第１実施形態では、第１スロープ３３の傾斜角度は、第２スロープ３５の傾斜角度より大きくなっている。

【0052】

〔第２実施形態〕
次に、本発明を適用した第２実施形態について説明する。但し、第１実施形態との差異について主に述べることとし、第１実施形態と同様の構成要素については、第１実施形態と同じ符号を付与して説明を省略する。

【0053】

図７は、第２実施形態の通気構造１０Ｂの構成例を示す斜視透視図である。
通気構造１０Ｂは、床下ダクト１４と、側カバー５に開口する一対のエアインテーク（第１エアインテーク２１Ｂ、第２エアインテーク２２Ｂ）と、一対のエアインテークそれぞれに対応して設けられた一対の凸部（第１凸部４１、第２凸部４２）と、を有する。

【0054】

図８は、第１エアインテーク２１Ｂおよび第２エアインテーク２２Ｂの開口を正面にして見た通気構造１０Ｂの側面図である。
第１エアインテーク２１Ｂおよび第２エアインテーク２２Ｂは、第１実施形態の通気構造１０の第１エアインテーク２１および第２エアインテーク２２よりも全体的に縮小した構造を有している。また、通気構造１０Ｂは、第１実施形態の第１凹部３１に代えて第１凸部４１を有し、第２凹部３２に代えて第２凸部４２を有する。

【0055】

具体的には、第１エアインテーク２１Ｂおよび第２エアインテーク２２Ｂの形状プロファイルは、第１実施形態と同様にＮＡＣＡダクトの形状プロファイルを参考として設定されるが、開口幅（Ｚ軸方向に沿った開口の長さ）は、図１７に示す従来の通気構造９０における第１走行風取入口９１の開口幅Ａｗの０．７４倍（０．７４Ａｗ）に設定されている。

【0056】

また、第１エアインテーク２１Ｂおよび第２エアインテーク２２Ｂの前後長は、図１７に示す従来の通気構造９０における第１走行風取入口９１や第２走行風取入口９２の全長Ａｌの０．６倍（０．６Ａｌ）に設定されている。

【0057】

図９は、図８のＩＸ－ＩＸ断面図である。
第１エアインテーク２１Ｂの開口高さ（床下ダクト１４のエントランスギャップ）は、第１実施形態における開口高さＡｈの０．７４倍（０．７４Ａｈ）に設定されている。通風傾斜面２６の傾斜角度は、第１実施形態と同じく１５度以上２５度以下の角度とされ、より好適には１９度とされる。

【0058】

図８，図９に示すように、第１凸部４１は、側カバー５の外側面のうち、第１エアインテーク２１Ｂのリップ部２４に近接する位置において、第１エアインテーク２１Ｂの開口幅に亘って設けられている。第２凸部４２は、側カバー５の外側面のうち、第２エアインテーク２２Ｂのリップ部２４に近接する位置において、第２エアインテーク２２Ｂの開口幅に亘って設けられている。

【0059】

図１０は、第１凸部４１および第２凸部４２のＸＹ断面図である。
第１凸部４１と第２凸部４２とは前後対称の形状を有している。ここでは、第１凸部４１について説明することとし、第２凸部４２についての説明は省略する。

【0060】

第１凸部４１は、側カバー５の外側面に接する基部４４と、基部４４の前後中間位置から外向き（Ｙ軸プラス向き）に突出した壁部４５とが一体となった逆Ｔ字型の断面を有する。

【0061】

第１凸部４１の高さ（側カバー５の外側面からの長さ；Ｙ軸方向の長さ）は、第１エアインテーク２１Ｂのリップ部２４の高さ方向の長さＲｈ（リップ部２４の厚さ）の０．５倍以上０．８倍以下とされる（図１０の例では、０．８倍（０．８Ｒｈ））。なお、基部４４と壁部４５との接続部は滑らかな曲面で繋がれている。

【0062】

図１１は、通気構造１０Ｂにおける走行風の流れの概要を説明するための図である。
走行風のうち第１エアインテーク２１Ｂに差し掛かった第１走行風Ｗ１は、第１エアインテーク２１Ｂに導入される。導入された第１走行風Ｗ１は、床下ダクト１４に設置されたラジエータ７を通過して熱交換に利用される。第１走行風Ｗ１はラジエータ７を抜けて第２エアインテーク２２Ｂへ向かう。

【0063】

一方、第１エアインテーク２１Ｂに導入されなかった走行風のうち、第２凸部４２に差し掛かった第２走行風Ｗ２は、壁部４５に当たって流れの向きを急激に変えられ、外方向へ跳ね上げられ、境界層剥離が生じて横渦を含む乱流を発生させる。第２走行風Ｗ２が跳ね上げられたことにより生じた渦および乱流によって、第２エアインテーク２２Ｂの近傍位置に負圧域９が生じる。つまり、第２凸部４２は、負圧域形成構造部として機能する。

【0064】

負圧域９は、第２エアインテーク２２Ｂに連なる床下ダクト１４から空気を吸い上げる吸引作用を発揮する。よって、ラジエータ７を抜けて第２エアインテーク２２Ｂへ向か第１走行風Ｗ１は、第２凸部４２が無い構成よりも効果的に排気され、通風量が増加する。負圧域９の吸い上げ効果は、床下ダクト１４を通じて第１エアインテーク２１Ｂにも及ぶので、第１エアインテーク２１Ｂにおける空気の導入効率（吸気効率とも言える）も向上する。

【0065】

鉄道車両３の進行方向が前後反転すると、通気構造１０Ｂにおける空気の流れも図１１の例の前後が逆転する。すなわち、第２エアインテーク２２Ｂから走行風の一部が導入され、床下ダクト１４を通ってラジエータ７を通過する。ラジエータ７で熱交換された空気は、第１エアインテーク２１Ｂから排気される。一方、第１凸部４１に差し掛かった走行風の一部（図１１の第２走行風Ｗ２に相当する風）は、第１凸部４１の壁部４５によって跳ね上げられる。跳ね上げにより生じた渦や乱流によって第１エアインテーク２１Ｂの近傍位置に負圧域９が生じる。つまり、第１凸部４１が、負圧域形成構造部として機能することになる。

【0066】

〔第３実施形態〕
次に、本発明を適用した第３実施形態について説明する。第３実施形態の通気構造１０Ｃは、基本的に第２実施形態の通気構造１０Ｂと同様に実現されるが、負圧域形成構造部のＸＹ断面の形状が異なる。以降では、第２実施形態との差異について主に述べることとし、第２実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付与して説明を省略する。

【0067】

図１２は、通気構造１０Ｃにおける第１凸部５１および第２凸部５２の形状例を示すＸＹ断面図である。
第３実施形態の通気構造１０Ｃは、基本的に第２実施形態の通気構造１０Ｂと同様であるが、第２実施形態の第１凸部４１に代えて第１凸部５１を有し、第２実施形態の第２凸部４２に代えて第２凸部５２を有する。
第１凸部５１は、側カバー５の外側面のうち、第１エアインテーク２１Ｂのリップ部２４に近接する位置において、第１エアインテーク２１Ｂの開口幅（Ｚ軸方向に沿った開口の長さ）に亘って設けられている。第２凸部５２は、側カバー５の外側面のうち、第２エアインテーク２２Ｂのリップ部２４に近接する位置において、第２エアインテーク２２Ｂの開口幅に亘って設けられている。

【0068】

第１凸部５１のＸＹ断面は、略半円形を有する。第１凸部５１の高さ（側カバー５の外側面からの長さ；Ｙ軸方向の長さ）は、第１エアインテーク２１Ｂのリップ部２４の高さ方向の長さＲｈ（リップ部２４の厚さ）の０．５倍以上０．８倍以下とされる（図１２の例では、０．８倍（０．８Ｒｈ））。第２凸部５２は、第１凸部５１と前後対称の形状を有している。

【0069】

通気構造１０Ｃにおける走行風の流れは、第２実施形態の通気構造１０Ｂと同様であり、第２走行風Ｗ２が第１凸部５１や第２凸部５２によって跳ね上げられて負圧域９を生じさせる。

【0070】

〔各実施形態の作用効果〕
次に、上述した各実施形態の作用効果について実験した結果をもとに説明する。
図１３は、従来の通気構造９０（従来構成）を基準とした流入風速の風速比を比較するグラフである。比較対象の流入風速は、床下ダクト１４の内部においてラジエータ７の上流側の複数箇所で計測した風速の平均値とした。ラジエータ７の冷却に必要とされる風量から求めた目標値は、従来の通気構造９０に対する風速比「０．８５」である。

【0071】

第１実施形態、第２実施形態ともに目標値である風速比「０．８５」に達しており、ラジエータ７の冷却に十分な空気を通風できている。また、第１実施形態から第１凹部３１および第２凹部３２を省略した構成（グラフの「第１凹部・第２凹部なし」）も、第１実施形態の構成よりも風速比が低減したが目標値に到達している。但し、第２実施形態では、エアインテークの寸法を、第１実施形態の通気構造１０より小さくしている。そのため、第２実施形態から第１凸部４１および第２凸部４２を省略した構成（グラフの「第１凸部・第２凸部なし」）は目標値に到達できていない。このことから、第１凹部３１および第２凹部３２や、第１凸部４１および第２凸部４２が、負圧域形成構造部として有効に機能し、流量の確保に寄与していることが分かる。

【0072】

図１４は、従来の通気構造９０（従来構成）を基準とする風切り音を比較するグラフである。
第１実施形態および第２実施形態ともに、従来に比べて風切り音を低減できている。また、第１実施形態から第１凹部３１および第２凹部３２を省略した構成は、第１実施形態とほぼ同様の風切り音の低減効果が得られた。但し、第２実施形態に着目すると、第１凸部４１および第２凸部４２を省略した構成の方が、風切り音の低減効果が高いことが分かる。つまり、第１凸部４１および第２凸部４２は、図１３に示すように流量の確保に大きく寄与するが、反面、風切り音を増加させる影響がある。第１凸部４１および第２凸部４２の高さを決定する際には、流量と風切り音とのバランスを考慮する必要があると言える。

【0073】

図１５は、負圧域形成構造部の突起形状（凸部の形状）による流入風速の風速比を比較するグラフであって、第１実施形態から負圧域形成構造部（第１凹部３１，第２凹部３２）を省略した構成を基準とした風速比を示している。

【0074】

突起形状（凸部の形状）の高さが同じであれば、第１凸部４１および第２凸部４２のように断面形状が逆Ｔ字型の第２実施形態の方が、第１凸部５１および第２凸部５２のような断面形状が略半円形の第３実施形態よりも、流入風速が大きくなるため、流量が大きい。つまり、断面形状が逆Ｔ字型の方が、より効果的な負圧域９を形成できる。

【0075】

図１６は、負圧域形成構造部の突起形状（凸部の形状）の高さ違いによる風切り音を比較するグラフであって、第１実施形態から負圧域形成構造部（第１凹部３１、第２凹部３２）を省略した構成を基準とした騒音レベルの増加量を示している。
負圧域形成構造部の突起形状に着目すれば、逆Ｔ字型断面の第２実施形態の方が、略半円形断面の第３実施形態よりも、風切り音が大きくなる傾向があるが、その差は僅かである。また、負圧域形成構造部の突起高さに着目しても、「０．３Ｒｈ」と「０．５Ｒｈ」とでは、当然ながら後者の方が高くなるが、その差は僅かである。

【0076】

以上の実験結果から、上記実施形態のなかでは、第１実施形態の通気構造１０の構成が最も有効的であると言える。また、第２実施形態と第３実施形態においては、流入風速と風切り音とがトレードオフの関係（大きな流入風速を求める場合には風切り音の低減効果が小さくなる（逆に言うと風切り音が大きくなる）関係）をなしており、鉄道車両３全体の寸法や、想定される走行速度などの諸条件をもとに、負圧域形成構造部の突起形状および突起高さを決定するとよい。

【0077】

以上、本発明を適用した実施形態の一例を説明したが、本発明が適用可能な形態は上記の実施形態そのものに限らない。例えば、第１実施形態の負圧域形成構造部に代えて、第２実施および第３実施形態の負圧域形成構造部を適用した構成も可能である。

【0078】

また、上記実施形態では、電力変換装置を冷却するための水冷循環式のラジエータ７への冷却風を供給するための通気構造１０，１０Ｂ，１０Ｃの例を説明した。しかし、通気構造１０，１０Ｂ，１０Ｃは、風切り音の抑制と通風量の確保とを両立可能な構造であるため、ラジエータ７へ冷却風を供給する冷却用途に限らず、鉄道車両の客室や特定個室（例えばトイレ）等の室内空気を換気する換気用途にも適用することが可能である。

【0079】

また、上記実施形態では、水冷循環式のラジエータ７を鉄道車両３の床下に配置し、通気構造１０を側カバー５に開口する例を示したが、ラジエータ７の配置位置や通気構造１０の開口位置は適宜変更可能である。例えば、ラジエータ７を鉄道車両３の屋根上や上部内部空間、側壁内などに配置してもよい。それに応じて、通気構造１０の第１エアインテーク２１および第２エアインテーク２２を開口する位置も鉄道車両３の上面や側面（例えば側カバー５より上の側面）などとしてもよい。

【符号の説明】

【0080】

３…鉄道車両
５…側カバー
７…ラジエータ
９…負圧域
１０，１０Ｂ，１０Ｃ…通気構造
１４…床下ダクト
２１…第１エアインテーク
２２…第２エアインテーク
２３…開口部
２４…リップ部
２６…通風傾斜面
３１…第１凹部
３２…第２凹部
３３…第１スロープ
３５…第２スロープ
４１…第１凸部
４２…第２凸部
Ａｈ…開口高さ
Ａｌ…全長
Ａｗ…開口幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】