(57)【要約】【課題】真空容器の開口部と弁体との間の開口面積を大きくすることにより、大きな負圧波を発生させて、トンネル微気圧波を十分に低減させることができる負圧波発生装置を提供する。【解決手段】トンネル１００の出口１０２から外部に向けてパルス状に放射されるトンネル微気圧波Ｗ２に対して、パルス状に発生させた負圧波Ｗ３を干渉させることにより、正のパルス波となるトンネル微気圧波Ｗ２を負のパルス波となる負圧波Ｗ３によって相殺する負圧波発生装置１であって、内部を真空状態に維持することが可能となる真空容器１１と、真空容器１１に開口する複数の開口部１１ａと、真空容器１１内において複数の開口部１１ａをそれぞれ開閉する複数の弁体１３とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの坑口から外部に向けてパルス状に放射されるトンネル微気圧波に対して、パルス状に発生させた負圧波を干渉させることにより、正のパルス波となるトンネル微気圧波を負のパルス波となる負圧波によって相殺する負圧波発生装置であって、
内部を真空状態に維持することが可能となる真空容器と、
前記真空容器に開口する複数の開口部と、
前記真空容器内において前記開口部をそれぞれ開閉する複数の弁体とを備える
ことを特徴とする負圧波発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の負圧波発生装置において、
前記真空容器の容積は、
負圧波が前記弁体の開動作に伴って発生している時間と、
前記開口部と前記弁体との間の開口から吸引される外気の流速と、
前記開口部と前記弁体との間の開口面積とに基づいて設定される
ことを特徴とする負圧波発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載の負圧波発生装置において、
負圧波が前記弁体の開動作に伴って発生している前記時間を、ｔとし、
前記弁体の開動作に伴って変化する前記外気の流速を、Ｖ（ｔ）とし、
前記弁体の開動作に伴って変化する前記開口面積を、Ａ（ｔ）とすると、
負圧波発生時において外気が真空容器内に流入する理論流入体積Ｑｏは、
Ｑｏ＝∫｛Ｖ（ｔ）×Ａ（ｔ）｝ｄｔとなり、
前記真空容器の容積Ｑは、Ｑ≧Ｑｏの範囲を満たす
ことを特徴とする負圧波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの坑口から外部に向けて放射されるトンネル微気圧波を低減するための負圧波発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル微気圧波とは、列車のトンネルへの突入によって生じた空気の圧縮波が、トンネル内を音速で伝播し、パルス状の圧力波となって、反対側の坑口から外部に向けて放射される空気力学的現象である。
【０００３】
具体的には、列車が高速でトンネルに突入すると、その列車前方の空気が圧縮されて、その圧力が上昇し、これが圧縮波となって、トンネル内を出口に向けてほぼ音速で伝播する。そして、その圧縮波がトンネルの出口に到達すると、その大部分は、反射してトンネルの入口側に向けて戻る一方、その一部分は、パルス状の圧力波となって、トンネルの出口から外部に向けて放射される。一般的に、このような、パルス状の圧力波は、トンネル微気圧波と呼ばれている。
【０００４】
また、トンネルの出口から放射されたトンネル微気圧波は、球面状に拡散しながら、空気中を伝播することになる。このような、トンネル微気圧波に起因する、空気中を伝播する音圧は、列車のトンネル突入速度が高くなる程、大きくなる傾向にあり、その音圧の大きさによっては、近隣家屋に振動騒音を与えることになり、沿線の環境問題を引き起こすおそれがある。
【０００５】
そこで、従来から、トンネル微気圧波を低減させるための装置が、種々提供されている。この装置においては、トンネル微気圧波がトンネルの出口から放射されると同時に、パルス状の負圧波を発生させて、トンネル微気圧波に干渉させるようにしている。つまり、正のパルス波となるトンネル微気圧波を、負のパルス波となる負圧波によって相殺するようにしている。
【０００６】
そして、上述したような、従来の負圧波発生装置としては、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２０９４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の負圧波発生装置においては、真空容器に開口された開口部を、弁体によって開閉可能としている。そして、弁体に作用する内外圧力差と、ばねの付勢力とによって、弁体を開けることにより、外気を開口部から真空容器内に吸い込んで、負圧波を発生させるようにしている。
【０００９】
ここで、弁体が開くと、真空容器の周囲に存在する外気は、その弁体と開口部との間に形成される開口（隙間）を通って、真空容器内に吸引されることになる。つまり、上記開口は、外気が真空容器内に吸引される際の吸引口（入口）となっており、外気は、その開口面積（隙間量）が大きい程、多量に吸引されることになり、大きな負圧波が発生する。
【００１０】
しかしながら、上記従来の負圧波発生装置においては、１つの真空容器に、開口部を１つしか形成していないため、その開口面積が非常に小さくなっている。これにより、上記従来の負圧波発生装置においては、発生する負圧波の大きさが非常に小さいため、トンネル微気圧波を十分に低減させることができないおそれがある。
【００１１】
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、真空容器の開口部と弁体との間の開口面積を大きくすることにより、大きな負圧波を発生させて、トンネル微気圧波を十分に低減させることができる負圧波発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する第１の発明に係る負圧波発生装置は、
トンネルの坑口から外部に向けてパルス状に放射されるトンネル微気圧波に対して、パルス状に発生させた負圧波を干渉させることにより、正のパルス波となるトンネル微気圧波を負のパルス波となる負圧波によって相殺する負圧波発生装置であって、
内部を真空状態に維持することが可能となる真空容器と、
前記真空容器に開口する複数の開口部と、
前記真空容器内において前記開口部をそれぞれ開閉する複数の弁体とを備える
ことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第２の発明に係る負圧波発生装置は、
前記真空容器の容積は、
負圧波が前記弁体の開動作に伴って発生している時間と、
前記開口部と前記弁体との間の開口から吸引される外気の流速と、
前記開口部と前記弁体との間の開口面積とに基づいて設定される
ことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第３の発明に係る負圧波発生装置は、
負圧波が前記弁体の開動作に伴って発生している前記時間を、ｔとし、
前記弁体の開動作に伴って変化する前記外気の流速を、Ｖ（ｔ）とし、
前記弁体の開動作に伴って変化する前記開口面積を、Ａ（ｔ）とすると、
負圧波発生時において外気が真空容器内に流入する理論流入体積Ｑｏは、
Ｑｏ＝∫｛Ｖ（ｔ）×Ａ（ｔ）｝ｄｔとなり、
前記真空容器の容積Ｑは、Ｑ≧Ｑｏの範囲を満たす
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
従って、本発明に係る負圧波発生装置によれば、１つの真空容器に複数の開口部を形成し、これらの開口部をそれぞれ開閉する複数の弁体を備えることにより、真空容器の開口部と弁体との間の開口面積を大きくすることができるので、大きな負圧波を発生させることができる。これにより、トンネル微気圧波を十分に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例に係る負圧波発生装置の設置状態を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る負圧波発生装置の設置状態を示す前方斜視図である。
【図３】本発明の一実施例に係る負圧波発生装置の設置状態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る負圧波発生装置について、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
図１に示すように、トンネル１００には、列車２００が、入口（坑口）１０１から高速で突入し、その反対側となる出口（坑口）１０２から退出する。このように、列車２００が高速でトンネル１００内に突入した際には、パルス状の圧力波となるトンネル微気圧波Ｗ２が、出口１０２から外部に向けて放射されるときがある。そこで、本発明に係る負圧波発生装置１は、例えば、トンネル１００における出口１０２の左右両側部に設けられており、上記トンネル微気圧波Ｗ２に対して、負圧波Ｗ３を発生させることにより、そのトンネル微気圧波Ｗ２を低減可能となっている。
【００１９】
図１乃至図３に示すように、負圧波発生装置１は、円筒状をなす真空容器１１を有している。この真空容器１１は、中心軸が上下方向に延在するように、縦置きで立設されており、その下端は、固定部材１２を介して、地面に固定されている。そして、真空容器１１の前部には、円形をなす複数（図では４つ）の開口部１１ａが開口されており、これらの開口部１１ａは、真空容器１１の長手方向、即ち、上下方向に沿って、配置されている。
【００２０】
また、真空容器１１内には、円盤状をなす複数（図では４つ）の弁体１３が、各開口部１１ａに対向して設けられており、これらの弁体１３は、弁開閉機構（図示省略）を介して、真空容器１１の内面に支持されている。即ち、弁体１３は、弁開閉機構の駆動によって、開口部１１ａを開閉可能となっている。
【００２１】
更に、真空容器１１には、真空ポンプ１４が接続されている。よって、真空ポンプ１４を駆動させることにより、真空容器１１内を所定の圧力（真空状態）に維持することができる。
【００２２】
従って、負圧波発生装置１によって負圧波Ｗ３を発生させる場合には、先ず、真空容器１１の開口部１１ａを弁体１３によって全閉状態とした後、真空ポンプ１４を駆動させる。これにより、真空容器１１は所定の内圧に保持される。
【００２３】
次いで、弁開閉機構を駆動させることにより、弁体１３を開口部１１ａから後退させて、当該開口部１１ａを開ける。このように、弁体１３を開けることにより、当該弁体１３とこれと対応する開口部１１ａとの間に形成される開口（隙間、吸引口）から、大量の外気（大気）が吸引されるため、負圧波Ｗ３が開口部１１ａから発生する。
【００２４】
そして、負圧波Ｗ３の発生が終了すると、弁開閉機構を駆動させて、弁体１３を開口部１１ａに向けて前進させる。これにより、開口部１１ａは、弁体１３によって全閉状態となり、真空容器１１内は、真空ポンプ１４による真空引きが可能となる。
【００２５】
ここで、上述したように、本発明に係る負圧波発生装置１おいては、１つの真空容器１１に複数の開口部１１ａを形成し、これらの開口部１１ａをそれぞれ開閉する複数の弁体１３を設けることにより、弁体１３の開状態における当該弁体１３とこれと対応する開口部１１ａとの間の開口面積（隙間量）を増大させている。これにより、外気を吸引するための開口の数量増加に伴って、吸気量も増加し、この吸気量の増加率に比例して、大きな負圧波Ｗ３を発生させることができる。つまり、本発明に係る負圧波発生装置１においては、圧力レベルの大きな負圧波Ｗ３を発生させるために、開口面積を増大させている。
【００２６】
そして、真空容器１１の容積は、負圧を保持する能力、即ち、負圧波Ｗ３をどれくらいの期間発生し続けられるかという能力を示すものとなっている。よって、１つの真空容器１１に複数の開口部１１ａ及びこれらと対応する複数の弁体１３を設ける際の当該真空容器１１の容積については、負圧波Ｗ３を発生させるために全ての弁体１３の開速度を同期制御して、外気を当該真空容器１１内に吸引している間に、真空容器１１内の圧力が所定の圧力以下を維持することができるだけの十分な容積となっている。
【００２７】
具体的に、真空容器１１の容積は、負圧波Ｗ３が弁体１３の開動作に伴って発生している時間（発生期間、時間幅）と、開口部１１ａとこれと対応する弁体１３との間の開口から吸引される外気の流速と、開口部１１ａとこれと対応する弁体１３との間の開口面積とに基づいて設定されている。
【００２８】
詳細に説明すると、負圧波Ｗ３が弁体１３の開動作に伴って発生している時間を、ｔとし、弁体１３の開動作に伴って変化する、開口部１１ａとこれと対応するその弁体１３との間の開口から吸引される外気の流速を、Ｖ（ｔ）とし、弁体１３の開動作に伴って変化する、開口部１１ａとこれと対応するその弁体１３との間の開口面積を、Ａ（ｔ）とする。更に、負圧波Ｗ３の発生時において外気が真空容器内に流入する理論流入体積を、Ｑｏとすると、この理論流入体積Ｑｏは、上述した、時間ｔ、外気の流速Ｖ（ｔ）、及び、開口面積Ａ（ｔ）を用いて表すことができる。このとき、理論流入体積Ｑｏを求める式は、Ｑｏ＝∫｛Ｖ（ｔ）×Ａ（ｔ）｝ｄｔとなる。
【００２９】
そして、本発明に係る負圧波発生装置１に適用される真空容器１１の容積Ｑは、上記理論流入体積Ｑｏ以上となっている。即ち、真空容器１１の容積Ｑは、Ｑ≧Ｑｏの範囲を満たすように設定されている。
【００３０】
なお、上述した実施形態においては、真空容器１１の形状を円筒状としているが、この他、球状や立方体としたり、それらを２つ以上組み合わせた形状としたりしても構わない。つまり、真空容器１１は、その内部に外気を吸引できるような中空状で、且つ、Ｑ≧Ｑｏの範囲を満たすような、形状であれば、どのような形状であっても構わない。このとき、真空容器１１の外側が大気圧となるのに対して、真空容器１１の内側が負圧になることを考慮して、真空容器１１の形状は、その内外圧力差に耐え易い円筒状、球状、あるいは、それらを組み合わせた形状とすることが好ましい。
【００３１】
また、真空容器１１の形状を円筒状や立方体とした場合には、当該真空容器１１を、縦置きにしても、横置きにしても構わない。更に、１つの真空容器１１に複数の開口部１１ａを設ける場合には、開口部１１ａの数量が２つ以上であれば良く、当該開口部１１ａの径寸法、向き、設置位置等については、トンネル１００の出口１０２との位置関係等に応じて、適宜、設定すれば良い。
【００３２】
以上より、図１に示すように、列車２００が高速でトンネル１００の入口１０１に突入すると、当該トンネル１００内における入口１０１側において、列車２００の前方に圧縮波Ｗ１が発生する。この圧縮波Ｗ１は、発生後直ちに、トンネル１００内を出口１０２に向けて音速で伝播した後、その圧縮波Ｗ１の一部が、パルス状の圧力波となるトンネル微気圧波Ｗ２として、出口１０２から外部に向けて放射される。
【００３３】
これと同時に、負圧波発生装置１を駆動させて、パルス状の負圧波Ｗ３を発生させる。これにより、正のパルス波となるトンネル微気圧波Ｗ２に対して、負のパルス波となる負圧波Ｗ３を干渉させることができるため、当該トンネル微気圧波Ｗ２が低減される。
【００３４】
即ち、トンネル微気圧波Ｗ２が放射されると、全ての弁体１３を同時に開けて、全ての開口部１１ａから負圧波Ｗ３を同時に発生させる。これにより、同時に発生した複数の負圧波Ｗ３は、互いに重なり合って、全体として１つの大きな負圧波Ｗ３となり、トンネル微気圧波Ｗ２と干渉する。
【００３５】
次いで、負圧波Ｗ３の発生が終了すると、弁体１３を閉める。そして、弁体１３が全閉状態になると、真空ポンプ１４を駆動させて、真空容器１１内を真空状態に維持する。これにより、負圧波発生装置１は、次回放射されるトンネル微気圧波Ｗ２に対して、待機状態となる。
【００３６】
従って、本発明に係る負圧波発生装置１によれば、１つの真空容器１１に複数の開口部１１ａを形成し、これらの開口部１１ａをそれぞれ開閉する複数の弁体１３を備えることにより、開口部１１ａと弁体１３との間の開口面積を大きくすることができる。これにより、全ての開口部１１ａから発生した負圧波Ｗ３を、重ね合わせて、全体として１つの大きな負圧波Ｗ３とすることができるので、トンネル微気圧波Ｗ２を十分に低減させることができる。
【００３７】
また、真空容器１１の容積を、負圧波Ｗ３が発生している時間と、開口から吸引される外気の流速と、開口部１１ａと弁体１３との間の開口面積とによって設定しているため、真空容器１１内の圧力を長期間に亘り所定の圧力以下に維持することができる。これにより、負圧波Ｗ３が発生している時間の延長化を図ることができるため、トンネル微気圧波Ｗ２を更に低減させることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１      負圧波発生装置
１１      真空容器
１１ａ    開口部
１２      固定部材
１３      弁体
１４      真空ポンプ
１００    トンネル
１０１    入口
１０２    出口
２００    列車
Ｗ１      圧縮波
Ｗ２      トンネル微気圧波
Ｗ３      負圧波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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