(57)【要約】【課題】電気装置を送風機により強制空冷する鉄道車両において、空気ダクトにおける圧力損失を抑制するとともに、空気から水や塵を分離する機能を向上させる。【解決手段】鉄道車両は、車体に設けられ、車外の空気を取り入れる空気取入口と、前記空気取入口からの空気が下方に流れる下向き流路と、前記下向き流路からの空気の流れ方向を下方から上方に転換させる折り返し流路と、前記折り返し流路からの空気が上方に流れる上向き流路とが形成されたＵ字部を有し、前記車体内に配置された空気ダクトと、前記空気ダクトから流入する空気を、下流に配置された機器に冷却風を送る送風機と、前記空気ダクトの前記Ｕ字部は、前記折り返し流路での流速増加を抑制する流速増加抑制部を有する。【選択図】図１
2016199127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に設けられ、車外の空気を取り入れる空気取入口と、
前記空気取入口からの空気が下方に流れる下向き流路と、前記下向き流路からの空気の流れ方向を下方から上方に転換させる折り返し流路と、前記折り返し流路からの空気が上方に流れる上向き流路とが形成されたＵ字部を有し、前記車体内に配置された空気ダクトと、
前記空気ダクトから流入する空気を、下流に配置された機器に冷却風を送る送風機と、を備え、
前記空気ダクトの前記Ｕ字部は、前記折り返し流路での流速増加を抑制する流速増加抑制部を有する、鉄道車両の強制空冷装置。
【請求項２】
前記流速増加抑制部は、前記折り返し流路を流れる空気を外周側に導くガイド機構を有する、請求項１に記載の鉄道車両の強制空冷装置。
【請求項３】
前記ガイド機構は、前記下向き流路と前記上向き流路との間の仕切壁部の下端部を前記下向き流路側に向けて屈曲させた屈曲部を有する、請求項２に記載の鉄道車両の強制空冷装置。
【請求項４】
前記ガイド機構は、前記下向き流路の内部に配置され、前記下向き流路内にて下方に向けて延び、前記折り返し流路内まで突出する下向きガイド板を有する、請求項２又は３に記載の鉄道車両の強制空冷装置。
【請求項５】
前記空気ダクトは、前記上向き流路からの空気を前記下向き流路側とは反対側に湾曲させて前記送風機に導く湾曲部を更に有し、
前記折り返し流路の内部の下流領域及び前記上向き流路の内部の少なくとも一方には、前記湾曲部の外周側に向けて空気を導く上向きガイド板が配置されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鉄道車両の強制空冷装置。
【請求項６】
前記空気ダクトは、前記車体の車幅方向の一方側に配置され、前記車体の屋根構体の上面より上方に突出し、
前記空気取入口は、前記屋根構体の上方において前記車幅方向の前記一方側に配置され、前記車幅方向に向いて開口する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鉄道車両の強制空冷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の機器を送風機により強制空冷する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鉄道車両に搭載される各種電気機器や走行用モータ等を送風機により冷却する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の冷却風取入装置は、車体の床下に設置された電動モータを強制空冷するための送風機が車体内に配置され、送風機の上流側に空気ダクトが設けられ、車体の側構体に空気ダクトと連通する空気取入口が形成されている。空気ダクトは、空気取入口からの空気が下方に流れる下向き流路と、下向き流路からの空気の流れ方向を下方から上方に転換させる折り返し流路と、折り返し流路からの空気が上方に流れる上向き流路とが形成されたＵ字部を有する。空気取入口から取り入れられた車外の空気は、空気ダクトのＵ字部を流れることで内壁面との衝突作用等により水（または水滴）や塵が分離されてから送風機に導かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６１−１８７７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、送風機から伝わる負圧によって空気ダクトの内部を空気が流れるため、Ｕ字部の折り返し流路をカーブして流れる空気には、下流側の上向き流路に向かって吸引される力が働き、折り返し流路を流れる空気の流れは内周側に偏る傾向が生じる。そうすると、折り返し流路の外周側が空気の流れに十分に利用されず、折り返し流路における実質的な流路断面積が狭まって流速が増加してしまう。空気ダクトの折り返し流路で流速が増加すると、圧力損失が大きくなり、高出力の送風機を用いる必要が生じる。また、折り返し流路で上方に向かう流れが速い場合には、水滴や塵等が下流側に吸い上げられてしまい、送風機や、冷却対象であるモータやその他の電気機器が損傷するという問題がある。特に、雨量が多い地域では、かかる問題が顕著である。
【０００５】
そこで本発明は、鉄道車両の強制空冷装置において、空気ダクトにおける圧力損失を抑制するとともに、空気から水や塵を分離する機能を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】
【０００６】
本発明の一態様に係る鉄道車両の強制空冷装置は、車体に設けられ、車外の空気を取り入れる空気取入口と、前記空気取入口からの空気が下方に流れる下向き流路と、前記下向き流路からの空気の流れ方向を下方から上方に転換させる折り返し流路と、前記折り返し流路からの空気が上方に流れる上向き流路とが形成されたＵ字部を有し、前記車体内に配置された空気ダクトと、前記空気ダクトから流入する空気を、下流に配置された機器に冷却風を送る送風機と、を備え、前記空気ダクトの前記Ｕ字部は、前記折り返し流路での流速増加を抑制する流速増加抑制部を有する。
【０００７】
前記構成によれば、空気ダクトのＵ字部は、折り返し流路での流速増加を抑制する流速増加抑制部を有するので、折り返し流路での流速増加による圧力損失を抑制することができる。また、折り返し流路での流速増加が抑制され、下流側へ吸い上げられる水滴や塵等を抑制することができるので、送風機や冷却対象となる電気機器の損傷を防ぐことができる。また、折り返し流路における空気流れの偏りが緩和されることで、その下流側の上向き流路における空気流れの偏りも緩和され易くなり、全体的な圧力損失の低減にも寄与することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、鉄道車両の強制空冷装置において、空気ダクトにおける圧力損失を抑制することができるとともに、空気から水又は塵を分離する機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る鉄道車両の車両長手方向から見た概略断面図である。
【図２】図１に示す強制空冷装置の空気ダクトの拡大断面図である。
【図３】第２実施形態に係る強制空冷装置の空気ダクトの図２相当の図面である。
【図４】第３実施形態に係る鉄道車両の車両長手方向から見た概略断面図である。
【図５】図４に示す強制空冷装置の空気ダクトの拡大断面図である。
【図６】第４実施形態に係る強制空冷装置の空気ダクトの図５相当の図面である。
【図７】第１実施例の流速分布の解析結果を示す図面である。
【図８】第２実施例の流速分布の解析結果を示す図面である。
【図９】第３実施例の流速分布の解析結果を示す図面である。
【図１０】比較例の流速分布の解析結果を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、以下の説明では、鉄道車両が走行する方向であって車体が延びる方向を車両長手方向とし、それに直交する横方向を車幅方向として定義する。車両長手方向は前後方向とも称し、車幅方向は左右方向とも称しえる。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る鉄道車両１の車両長手方向から見た概略断面図である。図１に示すように、鉄道車両１は、一例として、台車２と、台車２に支持される車体３とを有する電気機関車である。台車２は、車体３を支持する台車枠４と、台車枠４に回転自在に支持された輪軸５とを備える。輪軸５は、車軸５ａと、車軸５ａに固定された車輪５ｂとを有する。車軸５ａには減速機６が動力伝達可能に接続され、減速機６には電動機７（電気装置）が動力伝達可能に接続されている。減速機６及び電動機７は、台車枠４に支持されている。電動機７のケーシング８には、冷却風流入口８ａと冷却風流出口（図示せず）とが形成されている。即ち、冷却風流入口８ａから流入した冷却風は、ケーシング８内の電磁コイル（図示せず）等を冷却してから冷却風流出口より大気に排出される。
【００１２】
車体３は、台枠１０と、台枠１０の車幅方向両端部から上方に延びる一対の側構体１１，１２と、一対の側構体１１，１２の上端部同士を接続する屋根構体１３とを備える。屋根構体１３の上面には、屋根上機器１４（例えば、集電装置や回路遮断器等）が設置されている。車体３には、電動機７を冷却するための強制空冷装置１５が搭載されている。強制空冷装置１５は、車体３の車幅方向の一方側に偏って配置されている。強制空冷装置１５は、上流側から順に、空気取入口１６と、空気ダクト１７と、送風機１８と、フィルタ装置１９と、フレキシブルチューブ２０とを備える。
【００１３】
本実施形態の強制空冷装置１５は、側構体１１の側外板の開口１１ａを介して側方から車外の空気を取り入れるように構成されている。即ち、空気ダクト１７に向けて空気を取り入れる空気取入口１６は、車幅方向外方に開口し、側構体１１の開口１１ａに設けられている。空気取入口１６には、車幅方向外側に向けて斜め下方に向いた複数のルーバー２１が設けられている。空気ダクト１７の上流端は、空気取入口１６に連通するように側方（車幅方向一方）に向けて開放されている。空気ダクト１７は、車体３内の車幅方向の一方側に偏って配置されている。空気ダクト１７は、空気取入口１６の下流側に連続するＵ字部２４と、Ｕ字部２４の下流側に連続する下流端部２５とを有する。Ｕ字部２４は、鉛直方向に長尺に形成され、車体３の鉛直方向中心よりも下方に延びている。下流端部２５は、Ｕ字部２４の車幅方向中央側において車体３内の上部に配置されている。
【００１４】
下流端部２５の下流側には、上から下に向けた空気の流れを発生させる送風機１８が接続されている。送風機１８は、下流端部２５の下方において車体３内に配置され、Ｕ字部２４の車幅方向中央側に隣接配置されている。送風機１８の下流側には、フィルタエレメントを内部に有するフィルタ装置１９が接続されている。フィルタ装置１９は、送風機１８の下方において車体３内に配置されている。フィルタ装置１９の下流側には、蛇腹状のフレキシブルチューブ２０の上流端が接続されている。フレキシブルチューブ２０の下流端は、台車２の電動機７の冷却風流入口８ａに接続されている。
【００１５】
車体３の外部の空気は、送風機１８から空気ダクト１７を介して伝わる負圧により空気取入口１６から空気ダクト１７に向けて取り入れられる。その取り入れられた空気は、空気ダクト１７のＵ字部２４を流れることで内壁面との衝突作用等により水滴や塵が分離されてから送風機１８に導かれる。送風機１８から送出された空気は、フィルタ装置１９により更に浄化され、フレキシブルチューブ２０を介して冷却風流入口８ａに導かれる。
【００１６】
図２は、図１に示す強制空冷装置１５の空気ダクト１７の拡大断面図である。図２に示すように、空気ダクト１７は、Ｕ字部２４と、下流端部２５とを有する。Ｕ字部２４は、上下方向に長尺で凹形状の外壁部２４ａと、外壁部２４ａの内部空間の下端領域を除いて当該内部空間を左右に仕切る仕切壁部２４ｂとを有する。それにより、Ｕ字部２４には、空気取入口１６から導かれた空気が下方に流れる下向き流路Ｐ１と、下向き流路Ｐ１からの空気の流れ方向を下方から上方に転換させる折り返し流路Ｐ２と、折り返し流路Ｐ２からの空気が上方に流れる上向き流路Ｐ３とが形成されている。空気取入口１６は、下向き流路Ｐ１１の車幅方向外側に位置している。ここで、折り返し流路Ｐ２の底部には排水管３３（図１参照）が設けられ、空気から分離された水滴や塵等が車外に排出される。
【００１７】
外壁部２４ａは、下向き流路Ｐ１を空気取入口１６に連通させる部分が側方に向けて開放されている。下向き流路Ｐ１と上向き流路Ｐ３とは、車幅方向に隣接しており、仕切壁部２４ｂで区切られている。仕切壁部２４ｂの下端は、Ｕ字部２４の上下方向中心よりも下方に位置している。仕切壁部２４ｂは、その下端側が上向き流路Ｐ３側に近づく向きに傾斜した状態で上下方向に延びている。
【００１８】
下向き流路Ｐ１には、折り返し流路Ｐ２の外周側に導くように下向き流路Ｐ１の空気を案内する複数（本例では２つ）の下向きガイド板２６Ａ，２６Ｂがガイド機構２７として設けられている。下向きガイド板２６Ａ，２６Ｂは、車両長手方向から見た鉛直断面（図２）において、外壁部２４ａ及び仕切壁部２４ｂの下向き流路Ｐ１を画定する部分から離間し、下向きガイド板２６Ａ，２６Ｂ同士も、互いに離間している。下向きガイド板２６Ａ，２６Ｂは、下向き流路Ｐ１内にて下方に向けて延び、折り返し流路Ｐ２内まで突出している。
【００１９】
仕切壁部２４ｂに最も近い下向きガイド板２６Ａの上端は、空気取入口１６の上端よりも下方に位置し、下向きガイド板２６Ａの下端は、仕切壁部２４ｂの下端よりも下方に位置している。下向きガイド板２６Ａより車幅方向外側の下向きガイド板２６Ｂの上端は、下向きガイド板２６Ａの上端よりも下方に位置し、下向きガイド板２６Ｂの下端は、下向きガイド板２６Ａの下端よりも下方に位置している。空気取入口１６に最も近い下向きガイド板２６Ｂの上端は、空気取入口１６の下端よりも上方に位置している。空気取入口１６の下端は、仕切壁部２４ｂの下端よりも下方に位置している。下向きガイド板２６Ａ，２６Ｂと仕切壁部２４ｂとは、実質的に平行である。
【００２０】
下向き流路Ｐ１から下向きに流出した空気は、折り返し流路Ｐ２においてＵ字状に上方に折り返すように流れる。このとき、下向きガイド板２６Ａと下向きガイド板２６Ｂとの間を流れた空気は、仕切壁部２４ｂと下向きガイド板２６Ａとの間を流れた空気よりも折り返し流路Ｐ２の下方（外周側）に導かれる。更に、下向きガイド板２６Ｂと外壁部２４ａとの間を流れた空気は、下向きガイド板２６Ａと下向きガイド板２６Ｂとの間を流れた空気よりも折り返し流路Ｐ２の下方（外周側）に導かれる。
【００２１】
折り返し流路Ｐ２の外周側に空気が導かれると、送風機１８からの負圧により折り返し流路Ｐ２内の空気流れが内周側に偏る傾向が緩和される。そうすると、折り返し流路Ｐ２における実質的な流路断面積が拡がって流速増加が抑制される。即ち、ガイド機構２７が、折り返し流路Ｐ２での流速増加を抑制する流速増加抑制部として機能する。このように、折り返し流路Ｐ２での流速増加が抑制されるので、折り返し流路Ｐ２での圧力損失を抑制することができる。そして、折り返し流路Ｐ２での流速増加が抑制され、折り返し流路Ｐ２を流れる空気の流れの内周側への偏りが緩和されることで、空気から水や塵を分離する機能も向上させることができる。
【００２２】
上向き流路Ｐ３の下流領域（上端領域）には、上向き流路Ｐ３の空気を下向き流路Ｐ１側とは反対側（車幅方向中央側）に向けて湾曲させる湾曲領域Ｐ３ａが形成されている。折り返し流路Ｐ２の下流領域及び上向き流路Ｐ３には、湾曲領域Ｐ３ａの外周側に向けて空気を導く第１上向きガイド板２８が設けられている。第１上向きガイド板２８は、折り返し流路Ｐ２の下流領域に配置されて上端側が仕切壁部２４ｂに向くように傾斜した傾斜部２８ａと、傾斜部２８ａの上側に連続して上方向に延びる直線部２８ｂと、直線部２８ｂの上側に連続して下流端部２５側に向けて湾曲した円弧部２８ｃとを有する。第１上向きガイド板２８の直線部２８ｂは、仕切壁部２４ｂの直線部２４ｂａと実質的に平行である。上向き流路Ｐ３内において、第１上向きガイド板２８と仕切壁部２４ｂとの間の車幅方向距離は、第１上向きガイド板２８と外壁部２４ａとの間の車幅方向距離よりも大きい。第１上向きガイド板２８の下端は、仕切壁部２４ｂの下端よりも下方に位置している。
【００２３】
折り返し流路Ｐ２の下流領域から上向き流路Ｐ３にかけては、上向き流路Ｐ３の下流領域（上端領域）の湾曲領域Ｐ３ａの外周側に向けて空気を導く第２上向きガイド板２９が設けられている。第２上向きガイド板２９は、車両長手方向から見た鉛直断面（図２）において、外壁部２４ａ及び仕切壁部２４ｂの折り返し流路Ｐ２を画定する部分から離間し、かつ、第１上向きガイド板２８から離間している。第２上向きガイド板２９は、その上端側が仕切壁部２４ｂに近づく向きに傾斜している。具体的には、第２上向きガイド板２９は、第１上向きガイド板２８の傾斜部２８ａと実質的に平行である。第２上向きガイド板２９の下端は、第１上向きガイド板２８の下端よりも下方に位置している。第２上向きガイド板２９の下端は、仕切壁部２４ｂの下端よりも下方に位置している。第２上向きガイド板２９の下端部は、仕切壁部２４ｂ側に向けて湾曲している。これにより、第２上向きガイド板２９は、折り返し流路Ｐ２において外周側に導かれた空気を湾曲領域Ｐ３ａの外周側に向けて案内することができる。
【００２４】
本実施形態では、第１上向きガイド板２８及び第２上向きガイド板２９は、上向き流路Ｐ３を流れる空気を湾曲領域Ｐ３ａの外周側（仕切壁部２４ｂ側）に導くように空気を案内するガイド機構３０となる。湾曲領域Ｐ３ａの外周側に空気が導かれると、送風機１８からの負圧により湾曲領域Ｐ３ａの空気流れが内周側に偏る傾向が緩和される。そうすると、湾曲領域Ｐ３ａにおける実質的な流路断面積が拡がって流速増加が抑制される。
【００２５】
湾曲領域Ｐ３ａには、その流路を形成する内壁面から離間して当該内壁面に沿って延びる複数のコーナーリングガイド板３１が互いに間隔をあけて設けられ、下流端部２５の内部にも、その流路を形成する内壁面から離間して当該内壁面に沿って延びる複数のコーナーリングガイド板３２が互いに間隔をあけて設けられている。
【００２６】
以上に説明した構成によれば、下向きガイド板２６Ａ，２６Ｂで構成されるガイド機構２７が、折り返し流路Ｐ２の外周側に導くように空気を案内し、送風機１８からの負圧により折り返し流路Ｐ２内の空気流れが内周側に偏る傾向が緩和されるので、折り返し流路Ｐ２における空気流れの実質的な流路断面積が拡がって流速増加が抑制される。更に、折り返し流路Ｐ２においてはＵ字部２４の壁面で画定される流路の断面積が拡大することによっても流速増加が抑制される。このように、ガイド機構２７と折り返し流路Ｐ２の形状とにより折り返し流路Ｐ２での流速増加が抑制されるので、折り返し流路Ｐ２での圧力損失を抑制することができる。そして、折り返し流路Ｐ２での流速増加が抑制され、折り返し流路Ｐ２を流れる空気の流れの内周側への偏りが緩和されることで、空気から水や塵を分離する機能も向上させることができる。また、折り返し流路Ｐ２における空気流れの偏りが緩和されることで、その下流側の上向き流路Ｐ３における空気流れの偏りも緩和され易くなり、全体的な圧力損失の低減にも寄与することができる。
【００２７】
また、第１上向きガイド板２８及び第２上向きガイド板２９で構成されるガイド機構３０が、上向き流路Ｐ３を流れる空気を湾曲領域Ｐ３ａの外周側に導くように空気を案内し、送風機１８からの負圧により湾曲領域Ｐ３ａの空気流れが内周側に偏る傾向が緩和されるので、湾曲領域Ｐ３ａにおける実質的な流路断面積が拡がって流速増加が抑制される。このように、上向き流路Ｐ３の湾曲領域Ｐ３ａでの流速増加が抑制されるので、折り返し流路Ｐ２での圧力損失を抑制することができる。そして、湾曲領域Ｐ３ａでの流速増加が抑制され、湾曲領域Ｐ３ａを流れる空気の流れの内周側への偏りが緩和されることで、空気から水や塵を分離する機能も向上させることができる。また、各ガイド板２６，２８，２９，３１，３２により空気が円滑に案内されるため、整流から乱流への遷移が抑制され、圧力損失の低減に更に寄与することができる。
【００２８】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る強制空冷装置１１５の空気ダクト１１７の図２相当の図面である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図３に示すように、本実施形態の強制空冷装置１１５では、空気ダクト１１７に向けて空気を取り入れる空気取入口１６は、車幅方向外方に向いて開口し、側構体１１の開口１１ａに設けられている。空気ダクト１１７は、Ｕ字部１２４を有する。Ｕ字部１２４は、空気取入口１６から車幅方向に流入した空気が下方に向けて方向転換して流れる下向き流路Ｐ１１と、下向き流路Ｐ１１からの空気の流れ方向を下方から上方に転換させる折り返し流路Ｐ１２と、折り返し流路Ｐ１２からの空気が上方に流れる上向き流路Ｐ１３とが形成されている。
【００２９】
下向き流路Ｐ１１と上向き流路Ｐ１３とを区切る仕切壁部１２４ｂの下端は、空気取入口１６の下端よりも下方に位置している。仕切壁部１２４ｂは、上下方向に延びる直線部１２４ｂａと、直線部１２４ｂａの下側に連続して下向き流路Ｐ１１側に向けて屈曲した屈曲部１２４ｂｂとを有する。直線部１２４ｂａは、その下端側が上向き流路Ｐ１３側に近づく向きに若干傾斜している。仕切壁部１２４ｂの下端部に形成された屈曲部１２４ｂｂの屈曲角度は、１０°以上８０°以下であり、好ましくは、２０°以上７０°以下である。
【００３０】
屈曲部１２４ｂｂは、空気取入口１６から下向き流路Ｐ１１に車幅方向に流入した空気を案内し、折り返し流路Ｐ１２の外周側（外壁部２４ａ側）に空気を導くガイド機構１２７として機能する。折り返し流路Ｐ１２の外周側に空気が導かれると、送風機１８からの負圧により折り返し流路Ｐ１２内の空気流れが内周側に偏る傾向が緩和される。そうすると、折り返し流路Ｐ１２における実質的な流路断面積が拡がって流速増加が抑制される。それにより、折り返し流路Ｐ１２での圧力損失を抑制できるとともに、空気から水や塵を分離する機能も向上させることができる。
【００３１】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係る鉄道車両２０１の車両長手方向から見た概略断面図である。図５は、図４に示す強制空冷装置２１５の空気ダクト２１７の拡大断面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図４及び５に示すように、本実施形態の強制空冷装置２１５では、屋根構体１３の屋根外板の上方に空気取入口２１６が設けられている。なお、側構体２１１の強制空冷装置２１５に隣接する部分には、車外に連通する開口は形成されていない。
【００３２】
空気ダクト２１７の上流端部２２３は、屋根構体１２の車幅方向一方側の上面から上方に突出し、その上流端部に空気取入口２１６が形成されている。空気ダクト２１７の上端は、屋根上機器１４の上端よりも低い。空気ダクト２１７は、車体２０３内の車幅方向の一方側に偏って配置されており、空気取入口２１６も、屋根構体１３の車幅方向の一方側に偏って配置されて、車幅方向中央側に向いて開口している。空気取入口２１６は斜め下方を向くように傾斜し、空気取入口２１６の上端が空気取入口２１６の下端よりも車幅方向中央側に位置している。空気取入口２１６には、車幅方向中央側に向けて斜め下方に向いた複数のルーバー２２１が設けられている。また、空気取入口２１６の下端は、屋根構体１３の上面よりも高い位置に配置され、屋根構体１３の上面から空気取入口２１６の下端まで遮水壁２２２が上方に突出している。
【００３３】
空気ダクト２１７が屋根構体１３の上面より上方に突出し、空気取入口２１６が車幅方向に向いて開口するので、車両走行中に大気中の水が空気取入口２１６から空気ダクト２１７に浸入することが防止される。更に、空気取入口２１６は斜め下方を向くように傾斜しているので、空気取入口２１６から雨が浸入することが更に好適に防止される。また、屋根構体１３の上面から空気取入口２１６の下端に向けて遮水壁２２２が上方に突出しているので、屋根構体１３の上面を伝う水が空気取入口２１６から空気ダクト２１７に侵入することも防止される。
【００３４】
空気ダクト２１７は、上流端部２２３と、上流端部２２３の下流側に連続するＵ字部２２４と、Ｕ字部２２４の下流側に連続する下流端部２５とを有する。上流端部２２３は、屋根構体１３の上面よりも上方に突出している。上流端部２２３は、その車幅方向外側から空気取入口２１６側に向けて徐々に高背になるように形成されている。上流端部２２３は、空気取入口２１６から流入した空気の流れ方向を車幅方向外方から下方に転換させ、当該空気をＵ字部２２４に導く。
【００３５】
Ｕ字部２２４は、上流端部２２３の下方において車体２０３内に配置され、鉛直方向に長尺に形成されている。Ｕ字部２２４は、上下方向に長尺で凹形状の外壁部２２４ａと、外壁部２２４ａの内部空間の下端領域を除いて当該内部空間を左右に仕切る仕切壁部２２４ｂとを有する。それにより、Ｕ字部２２４には、上流端部２２３から導かれた空気が下方に流れる下向き流路Ｐ２１と、下向き流路Ｐ２１からの空気の流れ方向を下方から上方に転換させる折り返し流路Ｐ２２と、折り返し流路Ｐ２２からの空気が上方に流れる上向き流路Ｐ２３とが形成されている。
【００３６】
下向き流路Ｐ２１と上向き流路Ｐ２３とは、車幅方向に隣接しており、仕切壁部２２４ｂで区切られている。仕切壁部２２４ｂの下端は、Ｕ字部２２４の上下方向中心よりも下方に位置している。仕切壁部２２４ｂは、上下方向に延びる直線部２２４ｂａと、直線部２２４ｂａの下側に連続して下向き流路Ｐ２１側に向けて屈曲した屈曲部２２４ｂｂとを有する。仕切壁部２２４ｂの下端部に形成された屈曲部２２４ｂｂの屈曲角度は、１０°以上８０°以下であり、好ましくは、２０°以上７０°以下である。
【００３７】
下向き流路Ｐ２１には、折り返し流路Ｐ２２の外周側に導くように下向き流路Ｐ２１の空気を案内する下向きガイド板２２６が設けられている。下向きガイド板２２６は、車両長手方向から見た鉛直断面（図５）において、外壁部２２４ａ及び仕切壁部２２４ｂの下向き流路Ｐ２１を画定する部分から離間している。下向き流路Ｐ２１内において、下向きガイド板２２６と仕切壁部２２４ｂとの間の車幅方向距離は、下向きガイド板２２６と外壁部２２４ａとの間の車幅方向距離よりも短い。下向きガイド板２２６は、上下方向に延びる直線部２２６ａと、直線部２２６ａの下側に連続して下向き流路Ｐ２１側に向けて屈曲した屈曲部２２６ｂとを有する。下向きガイド板２２６の直線部２２６ａは、仕切壁部２２４ｂの直線部２２４ｂａと実質的に平行であり、下向きガイド板２２６の屈曲部２２６ｂは、仕切壁部２４ｂの屈曲部２２４ｂｂと実質的に平行である。下向きガイド板２２６の下端は、仕切壁部２２４ｂの下端よりも上方に位置している。
【００３８】
下向き流路Ｐ２１から下向きに流出した空気は、折り返し流路Ｐ２２においてＵ字状に上方に折り返すように流れる。折り返し流路Ｐ２２の流れ方向中央部における流路断面積は、下向き流路Ｐ２１の下端の流路断面積よりも大きい。換言すると、仕切壁部２２４ｂの下端と外壁部２２４ａの底面との間の鉛直距離は、仕切壁部２２４ｂの下端と外壁部２２４ａの側面との間の水平距離よりも大きい。また、仕切壁部２２４ｂの下端と外壁部２２４ａの底面との間の鉛直距離は、仕切壁部２２４ｂの直線部２２４ｂａと外壁部２２４ａの側面との間の水平距離よりも大きい。
【００３９】
本実施形態では、仕切壁部２２４ｂの屈曲部２２４ｂｂと、下向きガイド板２２６の屈曲部２２６ｂとが、折り返し流路Ｐ２２の外周側（外壁部２２４ａ側）に導くように空気を案内するガイド機構２２７となる。折り返し流路Ｐ２２を流れる空気が外周側に導かれると、送風機１８からの負圧により折り返し流路Ｐ２２内の空気流れが内周側に偏る傾向が緩和される。そうすると、折り返し流路Ｐ２２における実質的な流路断面積が拡がって流速増加が抑制される。また、折り返し流路Ｐ２２は、その少なくとも流れ方向中央部における流路断面積が下向き流路Ｐ２１の下端の流路断面積よりも大きい形状であり、その流路断面積が大きい部分で流速増加が抑制される。このように、ガイド機構２２７と折り返し流路Ｐ２２の形状とが、折り返し流路Ｐ２２での流速増加を抑制する流速増加抑制部として機能する。
【００４０】
折り返し流路Ｐ２２の内部の下流領域には、湾曲領域Ｐ２３ａの外周側に向けて空気を導く第２上向きガイド板２２９が更に設けられている。第２上向きガイド板２２９は、車両長手方向から見た鉛直断面（図５）において、外壁部２２４ａ及び仕切壁部２２４ｂの折り返し流路Ｐ２２を画定する部分から離間し、かつ、第１上向きガイド板２８から離間している。第２上向きガイド板２２９は、その上端側が仕切壁部２２４ｂに近づく向きに傾斜している。具体的には、第２上向きガイド板２２９は、第１上向きガイド板２８の傾斜部２８ａと実質的に平行である。第２上向きガイド板２２９の下端は、第１上向きガイド板２８の下端よりも下方に位置している。
【００４１】
本実施形態では、第１上向きガイド板２８及び第２上向きガイド板２２９は、上向き流路Ｐ２３を流れる空気を湾曲領域Ｐ２３ａの外周側（仕切壁部２４ｂ側）に導くように空気を案内するガイド機構２３０となる。湾曲領域Ｐ２３ａの外周側に空気が導かれると、送風機１８からの負圧により湾曲領域Ｐ２３ａの空気流れが内周側に偏る傾向が緩和される。そうすると、湾曲領域Ｐ２３ａにおける実質的な流路断面積が拡がって流速増加が抑制される。
【００４２】
（第４実施形態）
図６は、第４実施形態に係る強制空冷装置３１５の空気ダクト３１７の図５相当の図面である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図６に示すように、本実施形態の強制空冷装置３１５では、空気ダクト３１７にガイド機構が設けられておらず、空気ダクト３１７のＵ字部３２４の折り返し流路Ｐ３２の流路断面積が第１実施形態に比べて拡大されている。具体的には、Ｕ字部３２４の下端部の車幅方向の幅、即ち、折り返し流路Ｐ３２の車幅方向の幅が拡大している。その結果、折り返し流路Ｐ３２の流れ方向における流路断面積は、下向き流路Ｐ３１の下端の流路断面積よりも大きくなる。よって、折り返し流路Ｐ３２の拡大形状自体が、流速増加抑制部として機能することになる。
【００４３】
（実施例／比較例）
図７は、第１実施例の流速分布の解析結果を示す図面である。図８は、第２実施例の流速分布の解析結果を示す図面である。図９は、第３実施例の流速分布の解析結果を示す図面である。図１０は、比較例の流速分布の解析結果を示す図面である。図７〜９に示すように、第１〜第３実施例は、それぞれ第１〜第３実施形態の空気ダクト１７，２７，３７に相当するモデルを用いて流速分布を数値解析したものである。図１０に示すように、比較例は、側方から空気が取り入れられ、ガイド機構を有さない空気ダクトのモデルを用いて流速分布を数値解析したものである。各実施例及び比較例の解析条件は、いずれも外気温度を５０℃とし、流量を１４１m3／minとした。
【００４４】
第１〜第３実施例及び比較例で解析して得られた流速分布は、それぞれ図７〜１０に示す通りである。図１０に示すように、比較例では、空気がカーブして流れる箇所において空気の流れが内周側に偏り、流速の速い領域が多くなった。そのため、表１に示すように、空気ダクトを空気が流れる際の空気ダクト入口と空気ダクト出口との間における圧力損失が大きくなった。これに対し、図７〜９に示すように、第１〜第３実施例では、比較例に比べ、空気流れの偏りが緩和されて、流速の速い領域が低減された。そのため、表１に示すように、空気ダクト入口と空気ダクト出口との間における圧力損失も、比較例に比べ、低減された。特に、第２及び第３実施例では、圧力損失が大きく低減された。
【００４５】
【表１】
2016199127.tif 000003
【００４６】
なお、各実施形態において、電動機を冷却対象としたが、制御装置やその他の床下機器を冷却してもよい。また、電気機関車等の車室内に配置された各種の高圧・低圧機器を冷却する構成としてもよい。
【００４７】
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。前記各実施形態は互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成を他の実施形態に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  鉄道車両
１３  屋根構体
１５，１１５，２１５，３１５  強制空冷装置
１６，２１６  空気取入口
１７，１１７，２１７，３１７  空気ダクト
１８  送風機
２４，１２４，２２４，３２４  Ｕ字部
２４ｂ，１２４ｂ，２２４ｂ  仕切壁部
２２４ｂｂ  屈曲部
２６，１２６Ａ，１２６Ｂ  下向きガイド板
２７，１２７，２２７  ガイド機構
２８  第１上向きガイド板
２９，１２９  第２上向きガイド板
Ｐ１、Ｐ１１，Ｐ２１  下向き流路
Ｐ２，Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２  折り返し流路
Ｐ３，Ｐ１３，Ｐ２３  上向き流路
Ｐ３ａ，Ｐ２３ａ  湾曲領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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