特開 2024-148317 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】P2024148317

(43)【公開日】2024-10-18

(54)【発明の名称】鉄道車両

(51)【国際特許分類】

   B61C 5/04 20060101AFI20241010BHJP

   B60K 13/04 20060101ALI20241010BHJP

   F01N 1/24 20060101ALI20241010BHJP

   F01N 13/14 20100101ALI20241010BHJP

   F01N 1/00 20060101ALI20241010BHJP

【ＦＩ】

B61C5/04

B60K13/04 Z

F01N1/24 F

F01N13/14

F01N1/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023061363

(22)【出願日】2023-04-05

(71)【出願人】

【識別番号】000004617

【氏名又は名称】日本車輌製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】森田 剛

(72)【発明者】

【氏名】中桐 隆寿

(72)【発明者】

【氏名】伊東 拓

【テーマコード（参考）】

3D038

3G004

【Ｆターム（参考）】

3D038BA01

3G004DA15

3G004EA03

3G004EA05

3G004FA01

3G004FA04

(57)【要約】

【課題】ディーゼルエンジンの排気系に接続された消音器を台枠の下方に備えた鉄道車両において、消音器の耐用年数を簡単に向上させること。
【解決手段】ディーゼルエンジン１４に接続された消音器１５を台枠１６の下方に備え、消音器は、円筒状の胴板１５２と胴板の両端部を閉塞する側板１５３とにより形成された中空円筒部１５Ｔを備え、中空円筒部の内部空間は、仕切り板１５４によって消音室１５５が複数に区切られ、各消音室が連通パイプ１５６によって連通され、一方の側板には、排気ガスが流入されるインレットパイプ１５８Ａが接続され、他方の側板には、排気ガスが排出されるアウトレットパイプ１５８Ｂが接続されている鉄道車両１０であって、胴板の外周面には、仕切り板との結合部ＫＧにおける胴板の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＸの最大値を、胴板の素材に用いる鋼板の降伏点より低下させる応力緩和手段１５９が装着されている。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ディーゼルエンジンの排気系に接続された消音器を、台枠の下方に備え、
前記消音器は、内周面に吸音材が装着された円筒状の胴板と、前記胴板の軸方向両端部を閉塞する側板とにより形成された中空円筒部を備え、
前記中空円筒部の内部空間は、前記胴板の内周面に結合された複数の円盤状の仕切り板によって消音室が複数に区切られ、前記各消音室が連通パイプによって連通され、
一方の前記側板には、前記ディーゼルエンジンからの排気ガスが流入されるインレットパイプが接続され、他方の前記側板には、排気ガスが排出されるアウトレットパイプが接続されている鉄道車両であって、
前記胴板の外周面には、前記仕切り板との結合部における前記胴板の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力の最大値を、前記胴板の素材に用いる鋼板の降伏点より低下させる応力緩和手段が装着されていることを特徴とする鉄道車両。

【請求項2】

請求項１に記載された鉄道車両において、
前記応力緩和手段は、少なくとも前記胴板と前記仕切り板との結合部及びその近傍における前記胴板の外周面を被覆した断熱部材又は／及び加熱ヒータから構成されていることを特徴とする鉄道車両。

【請求項3】

請求項１に記載された鉄道車両において、
前記応力緩和手段は、前記胴板と前記仕切り板との結合部及びその近傍における前記胴板の外周面を拘束する環状拘束部材から構成されていることを特徴とする鉄道車両。

【請求項4】

請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載された鉄道車両において、
前記胴板の外周面には、前記消音器を前記台枠に懸架させる懸架用の取付座が、前記仕切り板と前記一方の側板との中間位置と、前記仕切り板と前記他方の側板との中間位置とにそれぞれ形成され、
前記応力緩和手段は、前記一方の側板寄りの取付座と前記他方の側板寄りの取付座との間に形成され、着脱可能に装着されていることを特徴とする鉄道車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道車両に関し、より詳しくは、ディーゼルエンジンの排気系に接続された消音器を台枠の下方に備えた鉄道車両に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ディーゼルエンジンの排気系に接続された消音器を、台枠の下方に備えた鉄道車両が知られている。上記消音器１００は、一般に、図１１に示すように、内周面に吸音材１０１が装着された円筒状の胴板１０２と、胴板１０２の軸方向両端部を閉塞する側板１０３Ａ、１０３Ｂとにより形成された中空円筒部１０４を備えている。また、 中空円筒部１０４の内部空間は、胴板１０２の内周面に結合された複数の円盤状の仕切り板１０５Ａ、１０５Ｂによって消音室１０６（１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ）が複数に区切られ、各消音室１０６が連通パイプ１０７によって連通されている。また、一方の側板１０３Ａには、ディーゼルエンジンからの排気ガスが流入されるインレットパイプ１０８が接続され、他方の側板１０３Ｂには、排気ガスが排出されるアウトレットパイプ１０９が接続されている。

【0003】

このような消音器１００では、ディーゼルエンジンから排出される高温の排気ガスによって仕切り板１０５Ａ、１０５Ｂが加熱されて半径方向に熱膨張するため、熱膨張した仕切り板１０５Ａ、１０５Ｂによって胴板１０２が外方に押されて、仕切り板１０５Ａ、１０５Ｂとの結合部近傍において胴板１０２に割れ等を生じさせる可能性があった。そこで、本出願人は、特許文献１において、仕切り板１０５Ａ、１０５Ｂの消音室１０６を形成する面に、断熱材１１０が取り付けられている消音器１００を発明し、これを開示している。この場合、仕切り板１０５Ａ、１０５Ｂの温度上昇を断熱材１１０によって緩和させ、胴板１０２の割れ等を低減させる効果があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１７８９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１に記載された消音器１００では、以下のような問題があった。すなわち、鉄道車両のディーゼルエンジンの排気系に接続された消音器１００は、通常、台枠の下面に懸架され、外気に直接接触する位置に配置されている。そのため、ディーゼルエンジンが駆動して鉄道車両が走行するときには、消音器１００の仕切り板１０５Ａ、１０５Ｂは約４５０～５００℃の排気ガスによって加熱される反面、胴板１０２は外気によって冷却されることになり、仕切り板１０５Ａ、１０５Ｂと胴板１０２との間で、大きな温度差が生じることになる。

【0006】

具体的には、鉄道車両が短い停車時間を挟んで連続的に長時間走行するときには、仕切り板１０５Ａ、１０５Ｂに断熱材１１０を取り付けていても、消音室１０６内部の仕切り板１０５Ａ、１０５Ｂの温度は、熱伝導解析の結果から約３００℃と推定され、外気で冷却される胴板１０２の外周面の温度（約１２０～１３０℃程度）に対して、約１７０～１８０℃程度の温度差が生じることが判明した。そして、その場合、胴板１０２と仕切り板１０５Ａ、１０５Ｂとの結合部において、温度の低い胴板１０２が温度の高い仕切り板１０５Ａ、１０５Ｂによって内方から外方へ押圧され、胴板１０２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力が、胴板１０２の素材に用いる鋼板（例えば、ＪＩＳ規格のＳＳ４００鋼板）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）を超える値まで上昇することが判明した。さらに、鉄道車両は、線路の状況等に応じて速度を変更させるため、胴板１０２の上記引張り応力は、増減を繰り返しながら、複数回に亘って上記鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）を超える値まで上昇することが判明した。

【0007】

以上のことから、ディーゼルエンジンが駆動して走行する鉄道車両は、短い停車時間を挟んでも、連続的に長時間走行するときには、消音器１００の仕切り板１０５Ａ、１０５Ｂと胴板１０２との間で温度差が大きくなり、胴板１０２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力が、胴板１０２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）以上まで上昇し、その応力上昇を複数回繰り返すことが判明した。これは、胴板１０２の疲労寿命の短縮につながり、消音器１００の耐用年数を短縮させる可能性があった。

【0008】

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、ディーゼルエンジンの排気系に接続された消音器を台枠の下方に備えた鉄道車両において、消音器の耐用年数を簡単に向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明に係る鉄道車両は、以下の構成を備えている。
（１）ディーゼルエンジンの排気系に接続された消音器を、台枠の下方に備え、
前記消音器は、内周面に吸音材が装着された円筒状の胴板と、前記胴板の軸方向両端部を閉塞する側板とにより形成された中空円筒部を備え、
前記中空円筒部の内部空間は、前記胴板の内周面に結合された複数の円盤状の仕切り板によって消音室が複数に区切られ、前記各消音室が連通パイプによって連通され、
一方の前記側板には、前記ディーゼルエンジンからの排気ガスが流入されるインレットパイプが接続され、他方の前記側板には、排気ガスが排出されるアウトレットパイプが接続されている鉄道車両であって、
前記胴板の外周面には、前記仕切り板との結合部における前記胴板の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力の最大値を、前記胴板の素材に用いる鋼板の降伏点より低下させる応力緩和手段が装着されていることを特徴とする。

【0010】

本発明においては、胴板の外周面には、仕切り板との結合部における胴板の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力の最大値を、胴板の素材に用いる鋼板の降伏点より低下させる応力緩和手段が装着されているので、停車時間の長短に関わらず、ディーゼルエンジンが駆動して鉄道車両が連続的に長時間走行するときでも、胴板の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力は、胴板の素材に用いる鋼板の降伏点を超えることがない。そのため、胴板の疲労寿命の長期化につながり、消音器の耐用年数を向上させることができる。また、応力緩和手段は、胴板の外周面に装着されているので、既設の消音器に対しても簡単に施工することができる。

【0011】

よって、本発明によれば、ディーゼルエンジンの排気系に接続された消音器を台枠の下方に備えた鉄道車両において、消音器の耐用年数を簡単に向上させることができる。

【0012】

（２）（１）に記載された鉄道車両において、
前記応力緩和手段は、少なくとも前記胴板と前記仕切り板との結合部及びその近傍における前記胴板の外周面を被覆した断熱部材又は／及び加熱ヒータから構成されていることを特徴とする。

【0013】

本発明においては、応力緩和手段は、少なくとも胴板と仕切り板との結合部及びその近傍における胴板の外周面を被覆した断熱部材又は／及び加熱ヒータから構成されているので、胴板と仕切り板との結合部における胴板と仕切り板との温度差を縮小させることができる。そのため、ディーゼルエンジンが駆動して鉄道車両が長時間走行するときでも、胴板の外周方向の熱膨張量と仕切り板の半径方向の熱膨張量との差を減らし、胴板の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力を、胴板の素材に用いる鋼板の降伏点より、より一層低減させることができる。その結果、胴板の疲労寿命をより一層長期化でき、消音器の耐用年数を向上させることができる。

【0014】

（３）（１）に記載された鉄道車両において、
前記応力緩和手段は、前記胴板と前記仕切り板との結合部及びその近傍における前記胴板の外周面を拘束する環状拘束部材から構成されていることを特徴とする。

【0015】

本発明においては、応力緩和手段は、胴板と仕切り板との結合部及びその近傍における胴板の外周面を拘束する環状拘束部材から構成されているので、胴板と仕切り板との結合部において、温度の低い胴板が温度の高い仕切り板によって内方から外方へ押圧されても、胴板の外周面を拘束する環状拘束部材がその押圧力に対抗して、胴板の変形を阻止又は低減させることができる。そのため、ディーゼルエンジンが駆動して鉄道車両が長時間走行するときでも、胴板の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力を、胴板の素材に用いる鋼板の降伏点より、より一層安定して低減させることができる。その結果、胴板の疲労寿命をより確実に長期化でき、消音器の耐用年数を向上させることができる。

【0016】

（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載された鉄道車両において、
前記胴板の外周面には、前記消音器を前記台枠に懸架させる懸架用の取付座が、前記仕切り板と前記一方の側板との中間位置と、前記仕切り板と前記他方の側板との中間位置とにそれぞれ形成され、
前記応力緩和手段は、前記一方の側板寄りの取付座と前記他方の側板寄りの取付座との間に形成され、着脱可能に装着されていることを特徴とする。

【0017】

本発明においては、胴板の外周面には、消音器を台枠に懸架させる懸架用の取付座が、仕切り板と一方の側板との中間位置と、仕切り板と他方の側板との中間位置とにそれぞれ形成され、応力緩和手段は、一方の側板寄りの取付座と他方の側板寄りの取付座との間に形成され、着脱可能に装着されているので、消音器を台枠に懸架させた状態でも、懸架用の取付座に邪魔されることなく、応力緩和手段を胴板の外周面に簡単に装着し、簡単に取外すことができる。そのため、消音器を一々取り外す手間を掛けることなく、応力緩和手段を消音器に簡単に装着できると共に、応力緩和手段のみを取外して、応力緩和手段の補修や胴板の外周面に対する点検も簡単に行うことができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、ディーゼルエンジンの排気系に接続された消音器を台枠の下方に備えた鉄道車両において、消音器の耐用年数を簡単に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態の一態様に係る鉄道車両の概略側面図である。

【図2】図１に示す鉄道車両におけるＡ矢視方向から見た概略部分平面図である。

【図3】図１に示す消音器における外観及び内部構造を表す部分断面付き斜視図である。

【図4】図１に示す消音器における中心軸に平行に切断した側断面図である。

【図5】図４に示すＸ部において、加熱された仕切り板が胴板を外方へ押圧したときの模式的拡大断面図であって、（Ａ）は応力緩和手段を胴板の外周面に装着しないときの断面図を示し、（Ｂ）は応力緩和手段としての断熱部材を胴板の外周面に装着したときの断面図を示す。

【図6】図１に示す消音器において、仕切り板との結合部における胴板の外周面の温度と引張り応力を測定する装置の装着状態を表す部分斜視図である。

【図7】図１に示す鉄道車両を長時間走行させたときにおいて、消音器に応力緩和手段としての断熱部材を装着した状態における胴板の外周面の温度を、断熱部材を装着しない状態における胴板の外周面の温度と比較したグラフ図である。

【図8】図１に示す鉄道車両を長時間走行させたときにおいて、消音器に応力緩和手段としての断熱部材を装着した状態における胴板の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力を、断熱部材を装着しない状態における胴板の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力と比較したグラフ図である。

【図9】図１に示す消音器における第１変形例の外観及び内部構造を表す部分断面付き斜視図である。

【図10】図１に示す消音器における第２変形例の外観及び内部構造を表す部分断面付き斜視図である。

【図11】特許文献１に記載された消音器における中心軸に平行に切断した側断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

＜本鉄道車両の構成＞
次に、本発明の実施形態の一態様に係る鉄道車両について、図面を参照しながら詳細に説明する。具体的には、本鉄道車両の構成と作用効果について、図１～図５を用いて説明する。図１に、本発明の実施形態の一態様に係る鉄道車両の概略側面図を示す。図２に、図１に示す鉄道車両におけるＡ矢視方向から見た概略部分平面図を示す。図３に、図１に示す消音器における外観及び内部構造を表す部分断面付き斜視図を示す。図４に、図１に示す消音器における中心軸に平行に切断した側断面図を示す。図５に、図４に示すＸ部において、加熱された仕切り板が胴板を外方へ押圧したときの模式的拡大断面図であって、（Ａ）は応力緩和手段を胴板の外周面に装着しないときの断面図を示し、（Ｂ）は応力緩和手段としての断熱部材を胴板の外周面に装着したときの断面図を示す。

【0021】

図１、図２に示すように、本鉄道車両１０は、線路（レール）ＲＬ上を走行する車輪１１１と、車輪１１１を回転させる主電動機１１２と、主電動機１１２に電力を供給する発電機１３と、発電機１３を駆動させるディーゼルエンジン１４と、ディーゼルエンジン１４の排気系に接続された消音器１５とを、台枠１６の下方に備えている。車輪１１１と主電動機１１２は、台車１１に装着されている。消音器１５は、台枠１６に懸架され、ディーゼルエンジン１４の排気管１４１の途中に接続されている。台車１１には、車輪１１１の回転を規制するブレーキ装置１１３等が装着されている。また、台車１１は、空気ばね装置１１４を介して台枠１６を支持している。

【0022】

また、本鉄道車両１０は、主電動機１１２とブレーキ装置１１３と発電機１３とディーゼルエンジン１４等を制御する制御機器１７と、発電機１３が発電した電気を蓄電する蓄電池１８と、ディーゼルエンジン１４の吸気管１４２に接続された空気清浄器１９等とを、台枠１６の下方に備えている。制御機器１７は、運転室の操作盤（図示しない）と接続され、運転士は、線路状況等に応じて操作盤を操作して、主電動機１１２、ブレーキ装置１１３、ディーゼルエンジン１４等を適宜作動させ、車両速度を変更することができる。

【0023】

また、本鉄道車両１０は、台枠１６の車両幅方向の両端部から上方に起立する側構体２１と、台枠１６の車両前後方向の両端部から上方に起立する妻構体２２と、側構体２１及び妻構体２２の上端部に接続された屋根構体２３とを備えている。また、側構体２１には、乗客が乗降する乗客用側扉２１１と、乗務員が乗降する乗務員用側扉２１２と、各種大きさの側窓２１３、２１４とが形成されている。また、台枠１６の車両前後方向の両端部には、車両同士を連結する車両連結具２１５が固定されている。

【0024】

また、図３～図５に示すように、消音器１５は、内周面に吸音材１５１が装着された円筒状の胴板１５２と、胴板１５２の軸方向両端部を閉塞する側板１５３（１５３Ａ、１５３Ｂ）とにより形成された中空円筒部１５Ｔを備えている。吸音材１５１は、例えば、グラスウール等を用い、パンチングメタル１５１Ｐによって胴板１５２へ押さえ付けて固定されている。胴板１５２は、一般構造用の鋼板（例えば、ＪＩＳ規格：ＳＳ４００鋼板）を円筒状に曲げ加工して形成されている。側板１５３は、胴板１５２と同材料の鋼板で円盤状に形成され、胴板１５２の両端内周部に溶接等によって結合されている。

【0025】

また、中空円筒部１５Ｔの内部空間は、胴板１５２の内周面に結合された複数（例えば、２つ）の仕切り板１５４（１５４Ａ、１５４Ｂ）によって消音室１５５（１５５Ａ、１５５Ｂ、１５５Ｃ）が複数（例えば、３つ）に区切られている。仕切り板１５４は、胴板１５２と同材料の鋼板で円盤状に形成され、胴板１５２の内周面に溶接等によって結合されている。

【0026】

また、各消音室１５５は、連通パイプ１５６によって連通されている。ここでは、複数（例えば、３つ）の連通パイプ１５６が、仕切り板１５４（１５４Ａ、１５４Ｂ）を貫通して固定されている。連通パイプ１５６の側壁面１５６Ｓには、排気ガスが通過する多数の通気口（図示しない）が形成されている。

【0027】

また、一方の側板１５３Ａには、ディーゼルエンジン１４からの排気ガスが流入されるインレットパイプ１５８Ａが接続され、他方の側板１５３Ｂには、排気ガスが排出されるアウトレットパイプ１５８Ｂが接続されている。インレットパイプ１５８Ａとアウトレットパイプ１５８Ｂの消音室１５５（１５５Ａ、１５５Ｃ）内に挿入された内端部１５８ＡＮ、１５８ＢＮは閉塞され、消音室１５５（１５５Ａ、１５５Ｃ）内に挿入された側壁面１５８ＡＳ、１５８ＢＳには、排気ガスが通過する多数の通気口（図示しない）が形成されている。インレットパイプ１５８Ａとアウトレットパイプ１５８Ｂの消音室１５５（１５５Ａ、１５５Ｃ）外に突出された外端部１５８ＡＧ、１５８ＢＧは、鍔状に形成され、排気管１４１と接続されている。

【0028】

ここでは、仕切り板１５４の消音室１５５（１５５Ａ、１５５Ｂ、１５５Ｃ）を形成する面には、断熱材（例えば、グラスウール等）１５７が取り付けられている。断熱材１５７は、パンチングメタル１５７Ｐによって仕切り板１５４へ押さえ付けて固定されている。この断熱材１５７は、仕切り板１５４の温度上昇の進行を遅らせる効果がある。そのため、例えば、１０分程度の走行時間で同程度の停車時間を挟んで走行する鉄道車両には、停車時間中に仕切り板１５４の温度を下降させることができるので、仕切り板１５４と胴板１５２との温度差の増大を回避でき、胴板１５２に対する引張り応力を低減させる上で、有効である。しかし、後述する実験結果から明らかなように、１～２分程度の停車時間を挟んで連続的に長時間走行する鉄道車両１０では、仕切り板１５４と胴板１５２との温度差の増大を回避できず、消音器１５の耐用年数向上への効果は少ないことが判明した。

【0029】

そこで、鋭意検討した結果、停車時間の長短に関わらず連続的に長時間走行する鉄道車両１０にも、消音器１５の耐用年数向上への効果を発揮させるため、胴板１５２の外周面には、仕切り板１５４（１５４Ａ、１５４Ｂ）との結合部ＫＧにおける胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＸの最大値ＱＸ１を、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点ＫＸ（２４０ＭＰａ）より低下させる応力緩和手段１５９を装着することを考案した。

【0030】

この場合、停車時間の長短に関わらず、ディーゼルエンジン１４が駆動して鉄道車両１０が連続的に長時間走行するときでも、胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＸは、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点ＫＸ（２４０ＭＰａ）を超えることがない。そのため、胴板１５２の疲労寿命の長期化につながり、消音器１５の耐用年数を向上させることができる。また、応力緩和手段１５９は、胴板１５２の外周面に装着されているので、既設の消音器１５に対しても簡単に施工することができる。

【0031】

よって、本鉄道車両１０によれば、ディーゼルエンジン１４の排気系に接続された消音器１５を台枠１６の下方に備えた鉄道車両１０において、消音器１５の耐用年数を簡単に向上させることができる。

【0032】

また、本鉄道車両１０においては、応力緩和手段１５９は、少なくとも胴板１５２と仕切り板１５４との結合部ＫＧ及びその近傍における胴板１５２の外周面を被覆した断熱部材１５９Ａから構成されていることが好ましい。断熱部材１５９Ａは、例えば、所定の厚さ（例えば、約３０～４０ｍｍ程度）に積層されたガラスウール等をシート材で被覆したものを用いることができる。そして、例えば、ベルト部材（図示しない）を断熱部材１５９Ａの外周に巻き付けて結束することによって、断熱部材１５９Ａを胴板１５２の外周面に装着しても良い。

【0033】

この場合、鉄道車両１０が走行するとき、外気や雨、雪等によって胴板１５２の仕切り板１５４との結合部ＫＧ及びその近傍における熱が奪われにくくなり、胴板１５２の外周面の温度と仕切り板１５４の温度との温度差を縮小させることができる。そのため、ディーゼルエンジン１４が駆動して鉄道車両１０が長時間走行するときでも、胴板１５２の外周方向の熱膨張量と仕切り板１５４の半径方向の熱膨張量との差を減らすことができる。

【0034】

したがって、図５に示すように、仕切り板１５４が胴板１５２を外方へ押圧する押圧力ＰＸを、断熱部材１５９Ａが装着されていないときの押圧力ＰＹに比較して、大幅に低減できる。よって、胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＸを、断熱部材１５９Ａが装着されていないときの引張り応力ＱＹに比較して、大幅に低減でき、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ）より、より一層低減させることができる。その結果、胴板１５２の疲労寿命をより一層長期化でき、消音器１５の耐用年数を向上させることができる。なお、図５では、仕切り板１５４に取り付けた断熱材１５７は、図面の簡略化のため、省略されている。

【0035】

また、応力緩和手段１５９としての断熱部材１５９Ａは、胴板１５２の外周面に対して、仕切り板１５４（１５４Ａ、１５４Ｂ）同士の間、及び仕切り板１５４と側板１５３との中間位置まで被覆すればよく、側板１５３が結合された胴板１５２の軸方向両端部まで覆う必要はない。そもそも、本鉄道車両１０におけるディーゼルエンジン１４の消音器１５は、台枠１６の下方に懸架され、消音器１５の熱を外気に直接放熱して冷却する構造となっている。したがって、側板１５３は、通常、断熱材によって被覆されていないので、胴板１５２と同様に外気に晒され、側板１５３と胴板１５２との間で温度差が生じにくい。そのため、胴板１５２と側板１５３との結合部において、胴板１５２は側板１５３によって外方へ押圧されにくい。その結果、胴板１５２の軸方向端部において、胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力は、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点ＫＸ（２４０ＭＰａ）を超えることがないからである。

【0036】

また、本鉄道車両１０においては、図３、図４に示すように、胴板１５２の外周面には、消音器１５を台枠１６に懸架させる懸架用の取付座１５Ｚ（１５ＺＡ、１５ＺＢ）が、一方の仕切り板１５４Ａと一方の側板１５３Ａとの中間位置と、他方の仕切り板１５４Ｂと他方の側板１５３Ｂとの中間位置とにそれぞれ形成され、応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）は、一方の側板１５３Ａ寄りの取付座１５ＺＡと他方の側板１５３Ｂ寄りの取付座１５ＺＢとの間に形成され、着脱可能に装着されていることが好ましい。

【0037】

ここで、取付座１５Ｚ（１５ＺＡ、１５ＺＢ）は、胴板１５２の外周面に接合された脚部１５Ｚ１と、脚部１５Ｚ１の上端部に結合され水平状に形成された座部１５Ｚ２とから成り、中心軸に対して左右対称に４つ形成されている。各取付座１５Ｚ（１５ＺＡ、１５ＺＢ）は、台枠１６から下方に突出した支持金具１６１（１６１Ａ、１６１Ｂ）に、弾性部材１６３を挟んで支持ボルト１６２によって連結されている。胴板１５２の外周面と台枠１６の下面との間には、応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）の厚さより大きな隙間が形成されている。また、断熱部材１５９Ａは、例えば、上記隙間より小さい厚さ（例えば、約３０～４０ｍｍ程度）に積層されたガラスウール等をシート材で被覆したものであり、シート材の外方から捲回したベルト部材（図示しない）を結束して、胴板１５２の外周面に着脱可能に形成されていても良い。

【0038】

この場合、消音器１５を台枠１６に懸架させた状態でも、懸架用の取付座１５Ｚに邪魔されることなく、応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を胴板１５２の外周面に簡単に装着し、簡単に取外すことができる。そのため、消音器１５を一々取り外す手間を掛けることなく、応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を消音器１５に簡単に装着できると共に、応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）のみを取外して、応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）の補修や胴板１５２の外周面に対する点検も簡単に行うことができる。

【0039】

＜本鉄道車両の走行実験の結果＞
次に、本鉄道車両１０の走行実験の結果について、図６～図８を用いて説明する。図６に、図１に示す消音器において、仕切り板との結合部における胴板の外周面の温度と引張り応力を測定する装置の装着状態を表す斜視図を示す。図７に、図１に示す鉄道車両を長時間走行させたときにおいて、消音器に応力緩和手段としての断熱部材を装着した状態の胴板の外周面の温度を、断熱部材を装着しない状態の胴板の外周面の温度と比較したグラフ図を示す。図８に、図１に示す鉄道車両を長時間走行させたときにおいて、消音器に応力緩和手段としての断熱部材を装着した状態における胴板の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力を、断熱部材を装着しない状態における胴板の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力と比較したグラフ図を示す。

【0040】

本鉄道車両１０の走行実験では、図６に示すように、消音器１５には、胴板１５２と仕切り板１５４との結合部ＫＧにおける胴板１５２の外周面の温度を測定するサーミスタＳＭと中心軸方向の引張り応力（ＱＸ、ＱＹ）を測定する歪ゲージ装置ＨＧとが装着されている。ここでは、仕切り板１５４の温度は測定していないが、本鉄道車両１０が１～２分程度の短い停車時間を挟んで連続的に長時間走行するときには、仕切り板１５４に断熱材１５７を取り付けていても、仕切り板１５４の温度は、ディーゼルエンジン１４の駆動状況によって変動するが、消音室１５５内部の温度が約４００～５００℃程度のときは、約３００℃程度まで上昇すると推定されている。

【0041】

また、本鉄道車両１０は、図７、図８に示すように、図３、図４に示す応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を胴板１５２の外周面に装着しない場合と、応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を胴板１５２の外周面に装着した場合とに分けて、１～２分程度の短時間の停車時間を複数回（約１０回程度）挟みながら連続的に長時間（約２時間）走行した後、１３分程度停車し、更に約３０分程度走行した。本鉄道車両１０の走行速度ＳＳは、最高で１００ｋｍ／ｈ程度で、途中５０ｋｍ／ｈ程度へ減速することもあり、走行速度ＳＳを線路状況に応じて増減しながら走行した。

【0042】

そして、１～２分程度の短時間の停車時間を複数回（約１０回程度）挟みながら連続的に長時間（約２時間）走行している状態では、図７に示すように、図３、図４に示す応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を胴板１５２の外周面に装着しない場合の胴板１５２の外周面の温度ＴＹは、走行開始時から１０分程度で１２０℃程度まで上昇し、その後は、１２０℃から１３０℃程度の間で頻繁に増減していた。また、図８に示すように、図３、図４に示す応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を胴板１５２の外周面に装着しない場合の胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＹは、走行開始時から１０分程度で１８０ＭＰａ程度まで増加し、その後、走行速度ＳＳの変化や一時停車等によって一旦減少するが、主に１８０ＭＰａと胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点である２４０ＭＰａ程度との間で、増減しながら推移した。そして、上記引張り応力ＱＹは、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）を複数回超えることがあった。

【0043】

これに対して、図３、図４に示す応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を胴板１５２の外周面に装着した場合の胴板１５２の外周面の温度ＴＸは、走行開始時から徐々に増加して５０分程度で２００℃程度まで上昇し、その後は、２００℃程度と２１０℃程度との間で緩やかに増減していた。また、図８に示すように、図３、図４に示す応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を胴板１５２の外周面に装着した場合の胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＸは、走行開始時から５分程度で１５０ＭＰａ程度まで増加したが、その後、走行速度の変化や一時停車等によって一旦減少するが、主に１３０ＭＰａと１８０ＭＰａ程度との間で、増減しながら推移した。また、上記引張り応力ＱＸは、２００ＭＰａを超えることが無く、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）を超えることは一度も無かった。

【0044】

なお、図７に示すように、１３分程度の停車時において、応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を装着しない場合の温度ＴＹは、停車後に１１５℃位まで下降し、再走行することによって１３０℃程度まで上昇したが、それ以上は上昇しなかった。また、図８に示すように、応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を装着しない場合の引張り応力ＱＹは、停車時に８０ＭＰａ位まで減少したが、再走行によって２４０ＭＰａ程度まで増加した。

【0045】

一方、図７に示すように、１３分程度の停車時において、応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を装着した場合の温度ＴＸは、停車後に１８０℃位まで低下したが、再走行すると、温度ＴＸは、再度２００℃位まで上昇した。また、図８に示すように、応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を装着した場合の引張り応力ＱＸは、停車時に７０ＭＰａ位まで下降し、再走行によって１９０ＭＰａ程度まで増加したが、それ以上は増加しなかった。引張り応力ＱＸの最大値ＱＸ１は、２００ＭＰａ以下であった。

【0046】

以上の実験結果から、１～２分程度の短時間の停車時間を複数回（約１０回程度）挟みながら連続的に長時間（約２時間）走行している場合、胴板１５２の外周面に応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を装着しない状態では、胴板１５２の外周面が外気等によって冷却され、胴板１５２の外周面の温度ＴＹは、１３０℃程度以上には上昇しないことが判明した。これは、約３００℃程度まで上昇すると推定される仕切り板１５４の温度と、１３０℃程度以上には上昇しない胴板１５２の外周面の温度ＴＹとの間には、約１７０～１８０℃程度の温度差が生じることを意味する。

【0047】

これに対して、同じように１～２分程度の短時間の停車時間を複数回（約１０回程度）挟みながら連続的に長時間（約２時間）走行している場合でも、胴板１５２の外周面に応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を装着した状態では、胴板１５２の外周面が外気等によって冷却され難いので、胴板１５２の外周面の温度ＴＸは、２００℃程度まで上昇することが判明した。これは、約３００℃程度まで上昇すると推定される仕切り板１５４の温度と、２００℃程度まで上昇する胴板１５２の外周面の温度ＴＸとの間には、約１００℃程度の温度差が生じることを意味する。すなわち、胴板１５２の外周面に応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を装着することによって、仕切り板１５４の温度と胴板１５２の外周面の温度ＴＸとの温度差を、７０℃程度減少できることになる。

【0048】

そして、仕切り板１５４の温度と胴板１５２の外周面の温度ＴＸとの温度差を７０℃程度減少できたことによって、応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を胴板１５２の外周面に装着した場合の胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＸを、応力緩和手段１５９（断熱部材１５９Ａ）を胴板１５２の外周面に装着しない場合に比較して、５０ＭＰａ程度以上低下させることができ、その結果、上記引張り応力ＱＸは、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）より、５０～６０ＭＰａ程度低下させることができたと解される。

【0049】

また、走行途中に１３分程度の停車時間があっても、仕切り板１５４の温度と胴板１５２の外周面の温度ＴＸとの温度差を７０℃程度減少できること、及び、上記引張り応力ＱＸを胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）より、４０～５０ＭＰａ程度低下できることは、１～２分程度の短時間の停車時間を複数回（約１０回程度）挟みながら連続的に長時間（約２時間）走行する場合と殆ど変わらないことが判明した。

【0050】

その結果、停車時間の長短に関わらず、ディーゼルエンジン１４が駆動して鉄道車両１０が連続的に長時間走行するときでも、胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＸは、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）を越えることがないと推認できる。そのため、胴板１５２の疲労寿命の長期化につながり、消音器１５の耐用年数を向上させることができると判断できる。

【0051】

＜変形例＞
なお、本鉄道車両１０は、本発明の要旨を変更しない範囲で、各種形態に変更できることは言うまでもない。例えば、本鉄道車両１０は、線路（レール）ＲＬ上を走行する車輪１１１と、車輪１１１を回転させる主電動機１１２と、主電動機１１２に電力を供給する発電機１３と、発電機１３を駆動させるディーゼルエンジン１４と、ディーゼルエンジン１４の排気系に接続された消音器１５とを、台枠１６の下方に備えている。しかし、必ずしも上記構成の鉄道車両に限る必要はない。例えば、本鉄道車両１０は、線路（レール）ＲＬ上を走行する車輪１１１と、車輪１１１を回転させる駆動源としてのディーゼルエンジン１４と、ディーゼルエンジン１４の排気系に接続された消音器１５とを、台枠１６の下方に備えた鉄道車両でも良い。

【0052】

また、本鉄道車両１０においては、応力緩和手段１５９は、少なくとも胴板１５２と仕切り板１５４との結合部ＫＧ及びその近傍における胴板１５２の外周面を被覆した断熱部材１５９Ａから構成されている。しかし、応力緩和手段１５９は、必ずしも断熱部材１５９Ａから構成されたものに限る必要はない。

【0053】

（変形例１）
応力緩和手段１５９は、例えば、図９に示すように、少なくとも胴板１５２と仕切り板１５４との結合部ＫＧ及びその近傍における胴板１５２の外周面を被覆した断熱部材１５９Ａ及び加熱ヒータ１５９Ｂから構成されていても良い。ここでは、胴板１５２と仕切り板１５４との結合部ＫＧ及びその近傍における胴板１５２の外周面を加熱ヒータ１５９Ｂで被覆し、加熱ヒータ１５９Ｂ及び胴板１５２の外周面を断熱部材１５９Ａによって被覆している。

【0054】

この場合、加熱ヒータ１５９Ｂの発熱によって、胴板１５２と仕切り板１５４との結合部ＫＧにおける胴板１５２と仕切り板１５４との温度差をより一層縮小させることができる。そのため、例えば、寒冷地等でディーゼルエンジン１４が駆動して鉄道車両１０Ｂが長時間走行するときでも、胴板１５２の外周方向の熱膨張量と仕切り板１５４の半径方向の熱膨張量との差を減らし、胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＸを、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）より、より一層低減させることができる。その結果、胴板１５２の疲労寿命をより一層長期化でき、消音器１５Ｂの耐用年数を向上させることができる。

【0055】

なお、応力緩和手段１５９は、少なくとも胴板１５２と仕切り板１５４との結合部ＫＧ及びその近傍における胴板１５２の外周面を被覆した加熱ヒータ１５９Ｂのみから構成されていても良い。

【0056】

（変形例２）
また、応力緩和手段１５９は、例えば、図１０に示すように、胴板１５２と仕切り板１５４との結合部ＫＧ及びその近傍における胴板１５２の外周面を拘束する環状拘束部材１５９Ｃから構成されていても良い。環状拘束部材１５９Ｃは、胴板１５２の周方向の膨張量を阻止又は低減させるため、例えば、胴板１５２より板厚が厚く、引張強度が強くて、硬度が硬い円筒状の鋼材で形成されていることが好ましい。また、環状拘束部材１５９Ｃは、胴板１５２の外周面への着脱を容易化するため、例えば、半円弧状に分割されていて、互いに連結可能に形成されていても良い。

【0057】

この場合、胴板１５２と仕切り板１５４との結合部ＫＧにおいて、温度の低い胴板１５２が温度の高い仕切り板１５４によって内方から外方へ押圧されても、胴板１５２の外周面を拘束する環状拘束部材１５９Ｃがその押圧力に対抗して、胴板１５２の変形を阻止又は低減させることができる。そのため、ディーゼルエンジン１４が駆動して鉄道車両１０Ｃが長時間走行するときでも、胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＸを、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）より、より一層安定して低減させることができる。その結果、胴板１５２の疲労寿命をより確実に長期化でき、消音器１５Ｃの耐用年数を向上させることができる。

【0058】

＜作用効果＞
以上、詳細に説明した本実施形態に係る鉄道車両１０、１０Ｂ、１０Ｃによれば、胴板１５２の外周面には、仕切り板１５４（１５４Ａ、１５４Ｂ）との結合部ＫＧにおける胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＸの最大値ＱＸ１を、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）より低下させる応力緩和手段１５９（１５９Ａ、１５９Ｂ、１５９Ｃ）が装着されているので、停車時間の長短に関わらず、ディーゼルエンジン１４が駆動して鉄道車両１０、１０Ｂ、１０Ｃが連続的に長時間走行するときでも、胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＸは、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）を超えることがない。そのため、胴板１５２の疲労寿命の長期化につながり、消音器１５、１５Ｂ、１５Ｃの耐用年数を向上させることができる。また、応力緩和手段１５９（１５９Ａ、１５９Ｂ、１５９Ｃ）は、胴板１５２の外周面に装着されているので、既設の消音器１５に対しても簡単に施工することができる。

【0059】

よって、本実施形態によれば、ディーゼルエンジン１４の排気系に接続された消音器１５、１５Ｂ、１５Ｃを台枠１６の下方に備えた鉄道車両１０、１０Ｂ、１０Ｃにおいて、消音器１５、１５Ｂ、１５Ｃの耐用年数を簡単に向上させることができる。

【0060】

また、本実施形態によれば、応力緩和手段１５９は、少なくとも胴板１５２と仕切り板１５４（１５４Ａ、１５４Ｂ）との結合部ＫＧ及びその近傍における胴板１５２の外周面を被覆した断熱部材１５９Ａ又は／及び加熱ヒータ１５９Ｂから構成されているので、胴板１５２と仕切り板１５４（１５４Ａ、１５４Ｂ）との結合部ＫＧにおける胴板１５２と仕切り板１５４（１５４Ａ、１５４Ｂ）との温度差を縮小させることができる。そのため、ディーゼルエンジン１４が駆動して鉄道車両１０、１０Ｂが長時間走行するときでも、胴板１５２の外周方向の熱膨張量と仕切り板１５４（１５４Ａ、１５４Ｂ）の半径方向の熱膨張量との差を減らし、胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＸを、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）より、より一層低減させることができる。その結果、胴板１５２の疲労寿命をより一層長期化でき、消音器１５、１５Ｂの耐用年数を向上させることができる。

【0061】

また、本実施形態によれば、応力緩和手段１５９は、胴板１５２と仕切り板１５４（１５４Ａ、１５４Ｂ）との結合部ＫＧ及びその近傍における胴板１５２の外周面を拘束する環状拘束部材１５９Ｃから構成されているので、胴板１５２と仕切り板１５４（１５４Ａ、１５４Ｂ）との結合部ＫＧにおいて、温度の低い胴板１５２が温度の高い仕切り板１５４（１５４Ａ、１５４Ｂ）によって内方から外方へ押圧されても、胴板１５２の外周面を拘束する環状拘束部材１５９Ｃがその押圧力に対抗して、胴板１５２の変形を阻止又は低減させることができる。そのため、ディーゼルエンジン１４が駆動して鉄道車両１０Ｃが長時間走行するときでも、胴板１５２の外周面に作用する中心軸方向の引張り応力ＱＸを、胴板１５２の素材に用いる鋼板（ＳＳ４００）の降伏点（２４０ＭＰａ程度）より、より一層安定して低減させることができる。その結果、胴板１５２の疲労寿命をより確実に長期化でき、消音器１５Ｃの耐用年数を向上させることができる。

【0062】

また、本実施形態によれば、胴板１５２の外周面には、消音器１５、１５Ｂ、１５Ｃを台枠１６に懸架させる懸架用の取付座１５Ｚ（１５ＺＡ、１５ＺＢ）が、仕切り板１５４Ａと一方の側板１５３Ａとの中間位置と、仕切り板１５４Ｂと他方の側板１５３Ｂとの中間位置とにそれぞれ形成され、応力緩和手段１５９（１５９Ａ、１５９Ｂ、１５９Ｃ）は、一方の側板寄りの取付座１５ＺＡと他方の側板寄りの取付座１５ＺＢとの間に形成され、着脱可能に装着されているので、消音器１５、１５Ｂ、１５Ｃを台枠１６に懸架させた状態でも、懸架用の取付座１５Ｚ（１５ＺＡ、１５ＺＢ）に邪魔されることなく、応力緩和手段１５９（１５９Ａ、１５９Ｂ、１５９Ｃ）を胴板１５２の外周面に簡単に装着し、簡単に取外すことができる。そのため、消音器１５、１５Ｂ、１５Ｃを一々取り外す手間を掛けることなく、応力緩和手段１５９（１５９Ａ、１５９Ｂ、１５９Ｃ）を消音器１５、１５Ｂ、１５Ｃに簡単に装着できると共に、応力緩和手段１５９（１５９Ａ、１５９Ｂ、１５９Ｃ）のみを取外して、応力緩和手段１５９（１５９Ａ、１５９Ｂ、１５９Ｃ）の補修や胴板１５２の外周面に対する点検も簡単に行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0063】

本発明は、ディーゼルエンジンの排気系に接続された消音器を台枠の下方に備えた鉄道車両として利用できる。

【符号の説明】

【0064】

１３ 発電機
１４ ディーゼルエンジン
１５、１５Ｂ、１５Ｃ 消音器
１５Ｔ 中空円筒部
１６ 台枠
１１１ 車輪
１１２ 主電動機
１５２ 胴板
１５３、１５３Ａ、１５３Ｂ 側板
１５４、１５４Ａ、１５４Ｂ 仕切り板
１５５、１５５Ａ、１５５Ｂ、１５５Ｃ 消音室
１５６ 連通パイプ
１５８Ａ インレットパイプ
１５８Ｂ アウトレットパイプ
１５９、１５９Ａ、１５９Ｂ、１５９Ｃ 応力緩和手段
１５９Ａ 断熱部材
１５９Ｂ 加熱ヒータ
１５９Ｃ 環状拘束部材
ＫＧ 結合部
ＱＸ 引張り応力
ＱＸ１ 最大値
ＲＬ 線路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】