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、蒸気機関車以外の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ための装置で、電気機関車およびディーゼル機関車に搭載される。

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

蒸気暖房を行うにあたり、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、電気機関車やディーゼル機関車ではこの方法は不可能である。当初は電気機関車とは別途蒸気機関車を連結したり、ボイラーを搭載した暖房車を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が生じ非効率である。これを解消するため、機関車自体に水蒸気を発生する装置を搭載する方法が考え出された。これを蒸気発生装置という。

日本においては、国鉄EF56形に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のがその発祥である。戦後いわゆるSGが開発され、DF50形などの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。

一方、昭和30年代以降は、電気機関車から客車に電力を送り、客車内の電気ヒーターで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り[2]20系14系24系など編成中に冷暖房用ディーゼル発電機を搭載する車両も登場したが、蒸気発生装置も引き続き使用された。しかし、その後の客車牽引列車の減少により廃れていった。

近年蒸気暖房を行っているのは、JR東日本高崎車両センター所属車[3]大井川鐵道[4]真岡鐵道[5]のみであるが、いずれも蒸気機関車からの蒸気供給を受けるのが原則で[6]、蒸気発生装置が使われることは非常に少ない。

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。

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

日本国外の事例[編集]

アメリカ合衆国[編集]

日本国外の鉄道でも、蒸気暖房方式と蒸気発生装置は使われていた。アメリカ合衆国では、1971年に発足したアムトラックが発足以来初めて発注した機関車であるEMD SDP40F形ディーゼル機関車が、当時主流だった蒸気暖房方式の客車に対応するために蒸気発生装置を備えて落成している。しかし、アメリカではその後ヘッド・エンド・パワー英語版と呼ばれる機関車からサービス電源を一括供給する方式が一般的となり、蒸気発生装置を備えた機関車は数を減らしていった。

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. ^ イベント運転用の旧型客車。SL牽引の際に蒸気暖房を使用できるよう、2011年に引き通し管の再整備を実施
  4. ^ SL急行に使用する旧型客車
  5. ^ SLもおか用にJR東日本から譲渡された50系客車
  6. ^ 高崎車両センター所属車は、DL牽引時もぶら下がりのSLから暖房が供給される。

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