蒸気発生装置

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蒸気発生装置(じょうきはっせいそうち、SG : Steam Generator)は、機関車に牽引されて走行する客車にて、蒸気暖房を行う際に必要な水蒸気を発生させる目的で、電気機関車およびディーゼル機関車に搭載される装置である。

概要[編集]

蒸気暖房使用時の50系客車(真岡鐵道真岡駅にて)。右側の機関車と客車の間から蒸気が出ている
蒸気機関車(C11 325)に連結された旧型客車。下のホースが接続された蒸気管

日本の鉄道黎明期においての列車暖房は、足を暖めるだけの湯たんぽや、石炭燃料とするダルマストーブが一般的であった。しかしこれらの方法は準備や温度管理が煩雑であると同時に熱傷火災等の危険を伴うため、明治33年(1900年)12月の東海道本線優等列車を皮切りに、徐々に蒸気暖房装置に置き換えられた。

暖房に必要な水蒸気は、蒸気機関車が発生する水蒸気の一部を減圧・分配[1]して客車まで蒸気管を通して行えばよいため、比較的容易に暖房が実現可能である。これにより蒸気機関車を熱源とする蒸気暖房のシステムが確立したが、電化が進むにつれて蒸気機関車は電気機関車に置き換えられたため、そのままでは蒸気暖房が行えなくなってしまった。

置き換え間もない頃は、電気機関車の後ろに暖房専用の蒸気機関車を連結したり、石炭を燃料とするボイラーを搭載した暖房車を機関車と客車の間に連結して蒸気暖房を行ったが、このような暖房専用車両を連結することは列車編成長や列車重量の増加等非効率であるため、電気機関車自体にボイラーが搭載されることとなった。

鉄道省日本国有鉄道の電気機関車では、EF56形に初めて蒸気機関車のボイラーを小型化したような丸ボイラーが搭載された。戦後いわゆるSGが開発され、非電化区間でも無煙化により蒸気機関車が淘汰されるに至り、DF50形などの客車列車を牽引する運用に充当されるディーゼル機関車にも蒸気発生装置が搭載されるようになった。蒸気発生装置の燃料は重油軽油が用いられており、蒸気を発生するための水を搭載している。

しかし、昭和30年代以降、電気機関車に暖房用電源装置を搭載の上、電源供給用ジャンパ連結器を介して客車に電力を送り、客車内の座席下に設置された電気ヒーターに通電して、ヒーターが発生するジュール熱により暖房を行う電気暖房が東北地方・中部地方などを中心に本格採用された[2]。また、20系14系24系など、固定編成客車では編成中に冷暖房用のディーゼル発電機を搭載して、牽引する機関車に依存することなく電気暖房を行う客車が登場したこともあり、蒸気発生装置の必要性は徐々に薄れていった。

近年では大井川鐵道[3]および真岡鐵道[4]を除いて、日本国内では蒸気暖房を使用する客車列車が全廃されているため、使用機会がなくなってしまった。一方で、2011年に高崎車両センターに所属するJR東日本所有の旧型客車に対してSL牽引時に蒸気暖房を使用できるようにするための引き通し管の再整備が行われ、2012年2月に千葉県内房線及び久留里線の開業100周年を記念し、国鉄C61形蒸気機関車20号機が牽引するイベント列車「SL内房100周年記念号」及び「DL内房100周年記念号」で使用が再開された(DL牽引時もぶら下がりのSLから暖房が供給される)。

蒸気発生装置の構造[編集]

戦後開発のEF58形からは末期まで主流となった貫流ボイラー型の蒸気発生装置 (SG) となった。これは燃焼室の中にとぐろ状の水管を配置したものであり、水を水管の一方から押し込み循環させることなく蒸気に変えることができる。装置内の保有水量が少ないため起動性や負荷追従性に優れるものである。機関助士の手を煩わせず自動で蒸気を供給することを意図したが、蒸気量や蒸気温度を安定させるためには水や蒸気の出入りと熱の供給をバランスさせる高度な制御技術が必要であったため当初は技術が追いつかず「冷凍機関車」との異名ができた。しかし燃焼機構などを改良した結果安定した運転が可能になり当初の目的を達することができた。なお、SGの燃料としては電気機関車には燃料費節約のため重油を、ディーゼル機関車では燃料共通化のため軽油を使用した。

しかし、蒸気暖房にはシステム上色々と問題があり

1.長大編成時には編成の前後で暖房の効きにアンバランスが生じる

2.機関車交換時、早めに暖房を切らないと係員が蒸気管で火傷をする危険性がある

3.電気暖房に比べるとどうしても機関車交換後など暖房の効きが遅くなる

4.蒸気暖房を動かすための水そのものが、電気機関車としては他の機械への影響からできれば搭載したくないものである

5.運転手とは別に蒸気発生装置を動かすための人員を必要とする

などの点が国鉄末期の文献では指摘されている[5]

蒸気発生装置を搭載している機関車[編集]

電気機関車・ディーゼル機関車で蒸気発生装置を搭載している形式を下に記す。すでに形式消滅したものも含む。ただし、下に記すものでも車両によっては搭載されていなかったり、電気暖房方式への改造あるいは用途消滅により撤去されていたりするものもある。

電気機関車
EF56形EF57形EF58形(改造後)・EF61形(0番台)・ED72形ED76形
ディーゼル機関車
DD51形(一部)・DD54形DE10形(一部)・DE15(一部)・DF50

脚注[編集]

  1. ^ ボイラーからの蒸気圧は当時の単位で7kgf/cm2に減圧されてから各車両に分配された。(kgf/cm2→kPaの変換はパスカルを参照)
  2. ^ 戦前にも、東海道線の電化区間のみを運用する列車については電気機関車からジャンパ線を介して客車へ直流1,500Vを給電し、これを利用して電気暖房を行ったことがある。
  3. ^ SL急行に使用する旧型客車
  4. ^ SLもおか用にJR東日本から譲渡された50系客車
  5. ^ 雑誌「鉄道ファン」1984年3月号、P19、交友社

参考文献[編集]

  • 関 崇博「列車暖房用装置を搭載した機関車と列車運行の一考察」
鉄道友の会 編『車両研究 1960年代の鉄道車両』(電気車研究会『鉄道ピクトリアル』2003年12月号臨時増刊) P.52 - P.73