(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）鉄道車両に搭載される振動流の熱音響効果を利用するパルス管ユニットと
、
（ｂ）前記鉄道車両の車輪まわりに取り付けたクランクシャフトと、
（ｃ）該クランクシャフトに接続され、ピストンロッドを介して動作するピスト
ン・シリンダとを備え、
（ｄ）該ピストン・シリンダの駆動によりパルス管作動流体の振動流を作りだし
、前記鉄道車両内の冷熱及び暖熱を発生させることを特徴とする熱音響効果を利
用した鉄道車両用冷暖熱発生装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱発生装置において、前
記パルス管ユニットは、パルス管と該パルス管に直列に配置された再生管を有す
る単位パルス管からなり、前記パルス管の冷温端に冷房用伝熱プレートを、前記
パルス管の高温端に空冷用伝熱プレートを、前記再生管の前記パルス管の反対側
に暖房用伝熱プレートを備えたものを冷暖熱装置の一単位となし、該単位を前記
各プレートを共有して複数個接続して、総量として大きな冷熱及び暖熱を得るこ
とを特徴とする熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱発生装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱発生装置におい
て、前記パルス管ユニットを前記鉄道車両の左右に配置される車輪毎に配置する
ことを特徴とする熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用冷暖熱発生装置に係り、車輪まわりに取り付けたクラン
クシャフトとそれに接続したピストン・シリンダによってパルス管作動流体の振
動流を作り出し、冷熱及び暖熱を発生させるようにした熱音響効果を利用した鉄
道車両用冷暖熱発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用冷暖熱発生装置は、冷暖房のために多大な電力を必要とするので、
そのための費用が必要になるとともに地球の温暖化の指標となっているＣＯ2 排
出を増長することになる。例えば、下記非特許文献１によれば、空調装置の冷房
容量として鉄道車両１台当たり５８．１ｋＷの電力を要している。
【非特許文献１】鉄道車両−通勤・近郊電車の標準仕様ガイドライン，日本鉄道車輌工業会規格，ＪＲＩＳ  Ｒ１００１，２００３
【非特許文献２】“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ａｎ  Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｐｕｌｓｅ  Ｔｕｂｅ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ”，Ｋａｚｕｈｉｒｏ  Ｈａｍａｇｕｃｈｉ，Ｙｏｓｈｉｋａｔｓｕ  Ｈｉｒａｔｓｕｋａ，Ｔａｋｅｓｈｉ  Ｈｏｓｈｉｎｏ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ２ｎｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ＡＩＡＡ  ２００４−５６３３, Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記したように、従来の鉄道車両によれば、冷暖房のために多大な電力を必要
としている。
【０００４】
本発明は、上記状況に鑑みて、電力の入力なしに鉄道車両に冷熱及び暖熱を発
生させることができ、鉄道車両の運転コスト及びＣＯ2 排出を削減することがで
きる熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱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】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱発生装置において、鉄道車両に
搭載される振動流の熱音響効果を利用するパルス管ユニットと、前記鉄道車両の
車輪まわりに取り付けたクランクシャフトと、このクランクシャフトに接続され
、ピストンロッドを介して動作するピストン・シリンダとを備え、このピストン
・シリンダの駆動によりパルス管作動流体の振動流を作りだし、前記鉄道車両内
の冷熱及び暖熱を発生させることを特徴とする。
【０００６】
〔２〕上記〔１〕記載の熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱発生装置にお
いて、前記パルス管ユニットは、パルス管と該パルス管に直列に配置された再生
管を有する単位パルス管からなり、前記パルス管の冷温端に冷房用伝熱プレート
を、前記パルス管の高温端に空冷用伝熱プレートを、前記再生管の前記パルス管
の反対側に暖房用伝熱プレートを備えたものを冷暖熱装置の一単位となし、この
単位を前記各プレートを共有して複数個接続して、総量として大きな冷熱及び暖
熱を得ることを特徴とする。
【０００７】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱発
生装置において、前記パルス管ユニットを前記鉄道車両の左右に配置される車輪
毎に配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電力の入力なしに鉄道車両に冷熱及び暖熱を発生させること
ができ、鉄道車両の運転コスト及びＣＯ2 排出を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱発生装置は、鉄道車両に搭載
される振動流の熱音響効果を利用するパルス管ユニットと、前記鉄道車両の車輪
まわりに取り付けたクランクシャフトと、このクランクシャフトに接続され、ピ
ストンロッドを介して動作するピストン・シリンダとを備え、このピストン・シ
リンダの駆動によりパルス管作動流体の振動流を作りだし、前記鉄道車両内の冷
熱及び暖熱を発生させる。
【実施例】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施例を示す熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱発生装置
を有する鉄道車両の側面図、図２はその鉄道車両用冷暖熱発生装置を有する鉄道
車両の正面図である。
【００１２】
これらの図において、１は鉄道車両（車体）、２は台車、３は鉄道車両１の車
輪まわりの輪軸、４は輪軸３に取り付けられたクランク板、４Ａはクランクアー
ム、５はクランクシャフト、６はピストンロッド、７はピストン・シリンダ、８
はパルス管ユニットである。
【００１３】
このように、鉄道車両１に搭載される振動流の熱音響効果を利用するパルス管
ユニット８と、鉄道車両１の車輪まわりの輪軸３に取り付けたクランクシャフト
５と、このクランクシャフト５に接続されたピストン・シリンダ７とを備え、こ
のピストン・シリンダ７の駆動によりパルス管作動流体の振動流を作りだし、鉄
道車両内の冷熱及び暖熱を発生させる。なお、クランク板４は必ずしも輪軸３に
取り付けられなくとも、回転駆動されることをもって足り、車輪まわりであれば
よい。
【００１４】
まず、本発明の熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱発生装置に用いるパル
ス管ユニットについて説明する。
【００１５】
図３は本発明にかかるパルス管ユニットの模式図、図４は図３のＡ部の拡大図
、図５は図３のＡ部の冷房用伝熱プレートのみを抜き書きした斜視図である。な
お、本発明で使用するパルス管ユニットの基本モデルは、上記した非特許文献２
に記載されている。
【００１６】
パルス管ユニット１０は、パルス管収納箱１１を有し、このパルス管収納箱１
１には複数のパルス管１２と蓄冷材１３Ａが入った複数の再生管１３が組み立て
られている。パルス管１２は例えば内径１０ｍｍ，長さ１２０．５ｍｍであり、
再生管１３は内径１０ｍｍ，長さ６７ｍｍである。なお、パルス管１２と再生管
１３は熱伝導の悪い材質を使う。本実施例では薄肉のステンレスチューブとする
。
【００１７】
パルス管１２と再生管１３のツナギ目には、図４に示すように冷熱を得るため
の冷房用伝熱プレート１４が挿入されている。パルス管１２の冷温端１２Ｂは冷
房用伝熱プレート１４に接続されており、反対の高温端１２Ａは空冷用伝熱プレ
ート１５に接続される。なお、パルス管１２の高温端１２Ａには直径２ｍｍ，長
さ２．７ｍのイナータンスチューブ１６が取り付けられ、このイナータンスチュ
ーブ１６はパルス管収納箱１１の上に配置されるイナータンスチューブ収納箱１
７に収納される。また、このイナータンスチューブ１６はフレキシブルな樹脂製
でよい。一方、再生管１３のパルス管１２側には蓄冷材１３Ａを配置し、再生管
１３の反パルス管側の端部には、暖熱を得るための暖房用伝熱プレート１８を配
置する。以上がパルス管の単位モデルとなる。
【００１８】
各伝熱プレート１４，１５，１８にはパルス管１２が複数配列される。図５に
示すように冷房用伝熱プレート１４が再生管１３と接続する部分には、通気性の
良い多孔フィン１４Ａを加工し、流体の抵抗を小さくするとともに、流体から冷
房用伝熱プレート１４への熱交換面積を増やすようにしている。なお、空冷用伝
熱プレート１５、暖房用伝熱プレート１８とも同じ構造を有している。
【００１９】
パルス管１２及び再生管１３は上記したように内径を１０ｍｍとし、１２．８
ｍｍの間隔をあけて複数のパルス管１２及び再生管１３を規則正しく配置する。
すると、１０００ｍｍ幅に７８本が並ぶ。これを２次元配列化し、碁盤目状に並
べると、１ｍ2 内に６０８４本（＝７８×７８）のパルス管１２及び再生管１３
を収納することができる。
【００２０】
これらのパルス管１２及び再生管１３が入った容器を、パルス管収納箱１１に
入れる。なお、冷房用伝熱プレート１４と空冷用伝熱プレート１５と暖房用伝熱
プレート１８は箱外に導出され、冷房用伝熱プレート１４と暖房用伝熱プレート
１８は熱交換器（図示なし）に接続される。
【００２１】
パルス管収納箱１１の上部にはイナータンスチューブ収納箱１７を配置し、下
部には各パルス管１２及び再生管１３に作動流体を供給する流体分配箱１９が配
置される。この流体分配箱１９は、パルス管の作動流体の振動発生装置のピスト
ン・シリンダ７（図１参照）に接続される。
【００２２】
ピストン・シリンダ７で振動流となった作動流体は流体分配箱１９から各パル
ス管に分配され、各々の管路の熱音響効果によって冷暖熱を発生させる。
【００２３】
上記した非特許文献２によれば、このパルス管単位モデルの１つで最大２Ｗの
冷暖房能力を得ている。従って、パルス管単位モデルが６０８４本ある１ｍ2 の
このパルス管ユニット１０で１２ｋＷの冷暖熱を発生させることができる。
【００２４】
すなわち、パルス管ユニットは、パルス管とこのパルス管に直列に配置された
再生管を有する単位パルス管からなり、前記パルス管の冷温端に冷房用伝熱プレ
ートを、前記パルス管の高温端に空冷用伝熱プレートを、前記再生管の前記パル
ス管の反対側に暖房用伝熱プレートを備えたものを冷暖熱装置の一単位となし、
この単位を前記各プレートを共有して複数個接続して、総量として大きな冷熱及
び暖熱を得るようにしている。
【００２５】
鉄道では１車体を２台車で支持している。各台車には左右１対の車輪が付いた
輪軸が２対あり、１車体で合計４対８輪の車輪がある。この各車輪にパルス管ユ
ニットを配置すると、１車体毎に９６ｋＷ（１２ｋＷ×８）の冷暖熱を発生させ
ることができる。
【００２６】
次に、パルス管の作動流体の振動流発生装置について説明する。
【００２７】
図１に示すように、鉄道車両１の車輪まわりの輪軸３にクランク板４を取り付
け、このクランク板４に取り付けたクランクシャフト５をピストン・シリンダ７
のピストンロッド６に接続する。このピストン・シリンダ７によって、パルス管
ユニット８内の各パルス管の作動流体に振動流を発生させる。
【００２８】
本発明にかかるパルス管ユニットによれば、パルス管単位モデル当たり２Ｗの
冷暖房能力を発生させるために、１振幅で２３５６ｍｍ3 の容積変化を８．８３
Ｈｚでパルス管に発生させている。従って、パルス管単位モデルが６０８４本あ
る本発明のパルス管ユニット１０では、０．０１４ｍ3 の容積変化が必要となる
。ピストンストロークを２００ｍｍに設定すれば、必要なピストン・シリンダ７
内径は３０２ｍｍとなる。この場合、クランクアーム４Ａの長さは１００ｍｍと
なる。
【００２９】
参考として図６に鉄道車両の車輪回転速度とピストン・シリンダ往復周波数の
関係を示す。なお、車輪径は新品と摩耗限の中間である直径８２０ｍｍのものを
用いて算出した。
【００３０】
この図によれば、速度８３ｋｍ／ｈ程度で８．８Ｈｚの振動流を発生すること
ができ、本発明に適合することが分かる。
【００３１】
なお、上記したパルス管ユニットと振動流発生装置を用いた冷暖熱発生装置の
みで鉄道車両の冷暖房の全てをカバーしなくとも、従来の電力による冷暖房でそ
の一部を負担するようにしても、鉄道車両の運転コスト及びＣＯ2 排出を低減す
ることができ、その効果は著大である。
【００３２】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき
種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱発生装置は、電力の入力なし
に鉄道車両に冷熱及び暖熱を発生させることができ、鉄道車両の運転コスト及び
ＣＯ2 排出を削減することができる鉄道車両用冷暖熱発生装置として利用可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例を示す熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱発生装置を有する鉄道車両の側面図である。
【図２】本発明の実施例を示す熱音響効果を利用した鉄道車両用冷暖熱発生装置を有する鉄道車両の正面図である。
【図３】本発明にかかるパルス管ユニットの模式図である。
【図４】図３のＡ部の拡大図である。
【図５】図３のＡ部の冷房用伝熱プレートのみを抜き書きした斜視図である。
【図６】鉄道車両の車輪回転速度とピストン・シリンダ往復周波数の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    鉄道車両（車体）
２    台車
３    車輪まわりの輪軸
４    クランク板
４Ａ    クランクアーム
５    クランクシャフト
６    ピストンロッド
７    ピストン・シリンダ
８，１０    パルス管ユニット
１１    パルス管収納箱
１２    パルス管
１２Ａ    パルス管の高温端
１２Ｂ    パルス管の冷温端
１３    再生管
１３Ａ    蓄冷材
１４    冷房用伝熱プレート
１４Ａ    通気性の良い多孔フィン
１５    空冷用伝熱プレート
１６    イナータンスチューブ
１７    イナータンスチューブ収納箱
１８    暖房用伝熱プレート
１９    流体分配箱
【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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