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May 12, 2008

蓄勢式 C59

陸海軍の工廠や弾薬庫で使用されていた無火式蒸気機関車について教えられたし
(軍事板常見問題)

これのバリエーションっていうのかどうか分からないですけれど、アイデアだけで終わった「蓄勢式 C59」があります。川崎車輌の新免義彰氏が考案して、1941 年の機械学会における「車両改善に関する募集論文」で 1 位をとったというもの。

といっても、動物の勢いで走らせるという訳ではなくて (まてこら)、本来の C59 の後ろに、無火室ボイラーと走り装置をつけた「蓄勢機」を連結したもの。畜勢機は前半分が炭水車、後ろ半分が蓄勢用の無火室ボイラーです。負荷が低いときに、本体側のボイラーで発生した温水や蒸気を蓄勢機の無火室ボイラーに溜め込んでおきます。

単に動軸を増やすだけなら、マレー式やガーラット式にするとか、あるいは重連運転にするとかいう手がありますが、蓄勢式が面白いのは、蓄勢機を使うと (理屈の上では) 無煙運転も可能になること。これをやるには、蓄勢機自身に蒸気取出管を設けて、蓄勢機に溜め込んでおいた温水を使った蒸気発生を行わせる必要があります。

問題は、取り出した蒸気は飽和蒸気なので、それをどうやって過熱蒸気にするか。なにせ蓄勢機には火室みたいな熱源がないですから。

単に蓄勢機に温水と蒸気を溜め込むだけでも、負荷が上がったときにそれを取り出してブースターとして使えるわけですが、これだと蓄勢機の方の走り装置にも本体側から蒸気を送ってやらないとダメで、それ故に石炭を焚くのは止められないから、無煙運転は無理という話。

下の参照記事にも書いてあったことですけれど、実用化しても複雑さが嫌われて、結局は普及しなかっただろうなあと思います。それに、いざブツを作ってみたら予想外の問題が出る、なんていうのもよくある話ですし。でも、たまにこういうすっ飛んだアイデアが出てくるのが、この世界の面白いところでもあります。

(参考 : 「鉄道ファン」1970 年 10 月号)

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Comments

http://www.infosakyu.ne.jp/~wakatetu/eki/wakasa.html
まぁ、コンプレッサーで250mくらい行き来するC12とか
http://m-yao.way-nifty.com/blog/2007/10/post_21e9.html
一番の決め手はボイラー則
http://www.infosakyu.ne.jp/~wakatetu/oshirase/jisyuku.html
あぁ、駄目になってしまったのね。
バスだといすゞの蓄圧式ハイブリッド車CHASSE
http://gakunai-bus.web.infoseek.co.jp/bus-soko-sound.html
好きな人は幾らでも居るんだなぁ。

Posted by: sionoiri | May 12, 2008 at 05:07 PM

すっ飛んだアイデアといえば、深夜電力でお湯を沸かす地球に優しい石油蒸気機関車。ブリエンツロートホルンは電化率100%を阻みます。
http://www.trainweb.org/tusp/slm.html

Posted by: sionoiri | May 12, 2008 at 05:20 PM

鉄道だと昔ガスタービン燃費の悪さでお蔵入りしましたが、またエネルギー回生技術の進歩て使えるかも?(妄想か?)て感じですねえ。
エネルギー回生だと電気式が一般的ですが、来年から使用するF1ではフライホイール使った機械式開発しているところも有る様です。(・ω・)ノ
普通フライホイール式だとフライホイールのエネルギーで発電しててのが一般的ですが、F1の場合フライホイールのエネルギーをCVT使って直接駆動系に伝達するとか。これターボトレインとか戦車とかに使えないかなあと素人考えで思ってしまいます。
(まあ突っ込まれる考えだと思います^^;)

Posted by: 井上さん二人分の重さの男 | May 12, 2008 at 06:45 PM

>コンプレッサー
Wikipedia の「蒸気機関車」の項を見ると、実はいろいろと変わり種がいるんだというのが分かって勉強になります。鉄道系は使える Wikipedia (マテ)

>フライホイール
これって、極端なことをいえば玩具のクルマみたいですよねえ。

石油価格高騰のせいで、また蒸気機関車の復活を… というのは、四半世紀ばかり前に ACE3000 という大コケ企画があったのでお薦めしませんが、石炭から合成石油、あるいは石炭火力発電ならアリかもしれません。

Posted by: 井上 | May 12, 2008 at 07:06 PM

後フライホイールを使ったAIPも有りかなあと考えたのですが、廃熱とかは無いけど、音とか長期間持つかは分りません…^^;

Posted by: 井上さん二人分の重さの男 | May 12, 2008 at 08:31 PM

> 石炭火力発電ならアリかもしれません

2003年のデータですけど、日本国内で3割、米国で5割、支那では8割を石炭火力で発電してるようですね。

石炭火力はフライアッシュの処分が面倒だったり、高品位炭の確保が今後は競争になりそうで、それなりに大変そうではあります。

Posted by: H@tokara | May 12, 2008 at 11:08 PM

>フライホイールを使ったAIP
潜水艦の場合、スペースが問題になるかも知れませんね。音については、ベアリングがしっかりしていれば大丈夫だと思うのですが。

>それなりに大変そうではあります
アメリカの比率が意外と高いんですね。さすが産炭国です。
中国は、昨今のようにアフリカで顰蹙をかって石油を確保するぐらいなら、もう一度蒸気機関車を復活させてうわなに (ry

Posted by: 井上 | May 12, 2008 at 11:53 PM

> 取り出した蒸気は飽和蒸気なので、それをどうやって過熱蒸気にするか

 この点には少し誤解があるかと考えます。
 蒸気タービン機関の場合、飽和蒸気に含まれる湿分対策(対策を取らなければ減肉などの機械的消耗の問題が発生する)の問題があります。
 しかし、蒸気機関車のような蒸気レシプロ機関の場合、飽和蒸気か過熱蒸気かはあまり問題ではなく、むしろその蒸気が持っている熱的エネルギー(エンタルピー)が問題となります。
 極端な話、大気圧150℃の過熱蒸気と、7MPa、280℃の飽和蒸気でどちらのが持つエネルギーが高いか考えれば、答えは自明のことと考えます。
 この場合は畜勢機の場合、蓄熱の程度の問題から、低いエネルギー(エンタルピー)の蒸気しか取り出せなかったのが問題であって、それが飽和蒸気だったのか、過熱蒸気(畜勢機でもやり方次第では不可能ではありません)のかは、熱力学上では見た目・呼び名の問題でしか有りません。

> コンプレッサー

 蓄圧式のバスが有名で、急な加減速にも耐えられるメリットがありましたが、中の人に依れば、やはり機械的にメンテナンスが大変だったらしく、後が続かなかったようです。
 ちなみに電気的な物では、コンデンサーのお化けを使う方式が、特性的には類似例となります。普通の充電池には特に急速充電の苦手な特性がありましたが、それを解決する方法として考えられたものです。一方、当たり前の話ですが持続時間(蓄積できるエネルギー)は圧倒的に充電池の方が有利であったため、充電池の急速な改良もあって、こちらも苦戦しているようです。

> フライホイール

 基本的に時定数(持続時間と言っても良いでしょう)の問題なのですが、高性能化しようとしても主に軸受部分と動力入出力部分の改良がメインとなってしまいます。
 また入出力部分では、如何に回転数に齟齬を生じさせないか(下手をすると急ブレーキになってしまったり、急加速させたり、機器を破損させる可能性があるため、定速機には向いていますが、可変速機には適用が大変難しいのです(そもそもフライホイール自体が慣性を利用するため、急加減速には不適です))が最大の鍵となります。
 こればかりはNewton力学(慣性)の呪縛から逃れられないため、F1のようにレギュレーションが厳しく、ニッチな分野なら話は別ですが、その他には定速機に最適の特性を活かした電力用分野(こちらは超大型機(専用機ではありませんが数十万kVA級のお化けまで有ります)他様々な実績有り)程度しか応用が利かないと考えます。
<フライホイールの実機でしたら、私個人も5年以上のつきあいがありますので(笑)。

> 石炭火力

 従来のボイラー式火力の他に、現在開発中ですがIGCC(石炭ガス化複合発電)
http://www.ccpower.co.jp/igcctoha/igcctoha.html
http://www.ccpower.co.jp/igcctoha/tokucho.html
が注目されています。現在の所まだ実験段階ですが、同時に排出されるCO2を回収する取り組みもなされているため、コストの大きな制約はありますが、かなり期待されているところです。

 以上、一応専門家の端くれですので、上記の事項については長短含めて一席打てますが、まずはとりあえず事例紹介まで。

Posted by: へぼ担当 | May 13, 2008 at 12:24 AM

うーん、毎度のことながら勉強になります。

>少し誤解があるかと
当時の日本の蒸気機関車では、すでに過熱蒸気がデフォルト化していたので、それに引きずられたかもです。
元ネタの記事には、燃焼ガスを畜勢機の方に引っ張っていって加熱する手もある、なんて書いてありましたっけ。

そういえば、PWR を使っている原潜や原子力空母って飽和蒸気ですよね、確か。もっとも、冷却水の温度が違いますから、昔の蒸気機関車と単純比較しちゃいけませんが。

Posted by: 井上 | May 13, 2008 at 12:30 AM

>へぼ担当さん
流石蒸気やフライホイールは詳しいなあ(・ω・)ノ
確かにF1はレギュだと60kw(80ps)まで1ラップ辺り最大400ジュールまで使用可能て100km以上の速度でドライバーの手動制御で使用される事となってますねえ。(要はオーバーテイクボタンて感じです。)
これ位ならCVTで何とかなるでしょうが、潜水艦だとそうりゅうのAIPは72kw(102ps)×4ですから、400ps以上のパワーをスムーズに伝える変速機が必要なんですよね。
ましては蓄電池が無くせる程の大容量のフライホイールのエネルギーだと至難の技ですなあ^^;

Posted by: 井上さん二人分の重さの男 | May 13, 2008 at 01:00 PM

タイトルが激しく誤変換していたのに、指摘されるまで丸一日も気付かなかった… (´Д⊂グスン

Posted by: 井上 | May 13, 2008 at 08:35 PM

> タイトルが激しく誤変換
 私個人もおかしいな、と思いつつ言い出せなかったり...orz

> レギュだと60kw(80ps)まで1ラップ辺り最大400ジュールまで使用可能
 蓄積されるエネルギーの単位(桁)がおかしいなと考えてググってみました。その結果、百家争鳴でしたが300kJ程度(要はkが抜けていた間違いです。なお、頭の数字は様々で、F1に疎い私にはどれが正しいのか分かりませんが。)のようですね。1W=1J/sですので、400Jだとたったの1kW取り出しでも持続時間は0.4秒と恐ろしく短く、F1の補助動力としては全く実用的ではないことが分かります。
 一方300kJでしたら、最大の60kWでも5秒持つことになりますので、これなら実現性は別問題として、実用的には何とかなるのではと思わせるところです。ただ、F1に積むような軽量のもので300kJの蓄積となると、かなり難易度が高いようにも感じます。
<ちなみに単位の大文字・小文字(特にkやWなどが典型例;KBなどの特殊例除く)、キロやメガなどSI接頭語のミスは私個人も良くやらかします。何かおかしいな、と思ったらその点を見直してみると、かなりの確率で間違いを発見できます。

> PWR
 仰るとおり、欧米型のPWRの場合、基本は飽和蒸気であり、蒸気発生器内の一次側冷却水(要は原子炉を回る水)が通る細管を逆U字型になっている物(WH製や三菱製など)の典型例です。
 一方、PWRでも蒸気発生器内の一次側冷却水が通る細管を一直線の貫流型にして、技術的には過熱蒸気を作ることも不可能ではなく、実機例(B&W製、悪名高きTMI原子力発電所もその一例)もあります。しかし、その分二次側の保有水が少なくなるため、尤度が減る傾向にあり、TMI原子力発電所の事故の遠因とも言われています。
 そのため、昨今の技術的動向としては、蒸気発生器にて飽和蒸気を発生させ、高圧タービンを駆動させた後で、湿分を除去するだけではなく再加熱(湿分分離加熱器といいます)し、トータルの熱効率を上げる方法が採られています。
<ちなみにBWRでも最新のプラントでは湿分分離加熱器が採用されていますが、PWRの方が先行した模様です。

 以上、かなり細かい話になりましたが、ご参考まで。

Posted by: へぼ担当 | May 14, 2008 at 10:46 PM

>400ジュール
orz…
へぼさんのおっしゃる通りK抜けてました。スミマセン(;´Д`)
400キロジュールて持っている資料(オートスポーツ5/1&8号)ではなってますね。解説文だと6.667秒分)
機械式はレース用ギヤボックスの有名メーカーXトラック社とトロトラック社て会社が共同開発したシステムが完成している様です。

Posted by: 井上さん二人分の重さの男 | May 14, 2008 at 11:45 PM

ちなみに、このあいだ米海軍がレールガンのテストをやったときには、10.68MJ で、弾をマッハ 7 で撃ち出してますね。

Posted by: 井上 | May 14, 2008 at 11:56 PM

フライホイールに電力を蓄える方式(ぶっちゃけフライホイールバッテリー)なら結構実用化になるかも、と漫画サイエンスで普通自動車(クラウンクラス)でテストを行なっているちう回が数年前にあったんですが…

 一体何が障害なのか、おぼろげには理解できてもいまひとつわからんことが多かったりします。

 バスに搭載してテストしてた当事は重いのが欠点でろくに実用化にならなかったんですが、小型軽量化して、回転数を上げる方向(素材が改良されて軽量小型でもかなりの負荷に耐えうるようになったので)でいければ、発電エネルギーが稼げるから案外いけるんでねえかと言う。>大まかの案

Posted by: ooi | May 15, 2008 at 01:22 PM

>フライホイールバッテリー
確かターボトレインはその方式採用する様ですね。
これなら良さそうだと思うけど何か問題有るのでしょうかねえ?

>トロトラック社
これ調べたらイギリスの研究開発会社ですねえ。
かつて光洋精工(現在豊田機工を合併してジェイテクトに)とトロイダルCVT共同開発したCVTに強い会社(トロトラック社自身もそう自称している様です)みたいです。

関係無いですが、今日から静岡ホビーショーなんですが、これの略称SHSですねえ(・ω・)ノ
人によっては財布の底ぶち抜くから威力は有るかな?(w

Posted by: 井上さん二人分の重さの男 | May 15, 2008 at 10:53 PM

>豊田機工
豊田工機です。
>財布の底ぶち抜くから威力は有るかな?
財布の底ぶち抜くから威力が有るのは一緒かな?です。
何やっているやら…orz

Posted by: 井上さん二人分の重さの男 | May 16, 2008 at 01:18 AM

> ターボトレイン
 ググってみたところ、下記のページが比較的良くまとまっていて参考になると考えます。
「なぜ再び」
http://www.geocities.com/turbotrain/whyagain.htm
 公平に以下のように欠点(課題)も挙げられています。
----
欠点は効率を上げるために摩擦の少ない耐久性のある軸受けが必要な点や真空を保つ面と、事故などで破損したとき高速回転する円盤が飛び出さないように、しっかりしたケースに収めないと行けない点、ジャイロ効果によって方向転換に余分な力が生じる場合がある点などです。
----
 ただ、ぶっちゃけ当事者から身も蓋もない言い方をすれば
「その点が何より難しいから、今まで実用化できなかったのだよ。」
ということで。
 何か材料的なブレイクスルーなどが必要なわけではありませんが、とりわけ「超高速回転と荷重に耐えうる軸受」(もはや機械的なベアリングレベルではなく、磁力で浮かせてしまう方法などが真剣に検討されています。)が困難です。
 一般に軸受というと簡単そうですが、機械的には超高速(もしくは大重量)回転機器ほど、振動現象(共振含む)やアライメント調整、事故時のミサイル回避等々含めも含め難しい物はないのです。
<こればかりは実際の運転(事故対応含む)・メンテナンスをやってみないと分からないでしょう。発電用タービンや大電力用フライホイールなど、ほとんど職人芸の世界です。

 現場の人間からすれば、機械屋さんのうち設計屋さんは比較的簡単に図面を作り、要求するけれども、それに答える物作りや運用・メンテナンスは一朝一夕には成りません。F1のように極論1レース持てばいい物ならともかく、実用的な物とするためには数多くのトラブルシューティングを行わなければならないことを付け加えます。

Posted by: へぼ担当 | May 16, 2008 at 01:24 AM

>技術上でない問題
 ひっじょーに意地悪な見方として「フライホイールバッテリーが実用化されたとして、それは今のガソリンスタンドの代わりになるほどの利益を業界にもたらしてくれるのかね?」ちう辺りが普及への問題としてあるのかもなあ、と言う笑えない話があります。

 その点で言えばまだ水素自動車の方がマシじゃねえの?とも言えますな。

Posted by: ooi | May 16, 2008 at 06:55 AM

フライホイールバッテリーはたしか京急は変電所に回生電力を一時的にためるために設置しているそうです。しかも磁気軸受けのやつもあるそうで。コスト的に格段のメリットがあるというわけでもなく、まあ京急だから、というところでしょうかw

それに対して南海高野線の山線に変電所に回生電力吸着装置がついてインバータ車が入れるようになって久しいですが、山線での回生ブレーキというのはブレーキ用抵抗器を車輌から変電所に移してしまうということのようです。それでも平坦線での回生ブレーキと機器の熱による劣化というメリットがあるのでやっていることなのでしょう。なるべく乗り物から地上設備に機械を移してしまうのが流れのような気がします。あと手間を減らしてくれる機器であることと数がでなきゃメンテの現場からはうぜーってことになるでしょうから、やはり思いつきと現実は違う、ということなのでしょうね。

Posted by: 憑かれた大学隠棲 | May 16, 2008 at 07:50 PM

確かに、技術的にモノになっているということと、それが経済的にペイするか、保守・運用に問題がないか、というのは別の問題ですし、経済性・保守性の問題を解決しないと長続きしないのも世の習い。それが、技術開発の面白くも難しいところだなあと思いました。

Posted by: 井上 | May 16, 2008 at 08:00 PM

あとフライホイール積んだ車ってジャイロ効果で曲がらないような気がするんですけどねえ。そうかそこでシンメトリカル(ry

Posted by: 憑かれた大学隠棲 | May 16, 2008 at 08:26 PM

なんでも、「超」がつくと男の子って興奮するから困るのよねぇ。
超<でん>導と中部電力でこんなのがあるわ。
http://www.chuden.co.jp/corpo/publicity/press2004/1220_1.html
男の子だった人がすきなサユリストの亀山と
http://www.chuden.co.jp/corpo/publicity/press2002/0617_1.html
浮かせば軸受けがいらないという工夫と
さぁどっちの「超」がすき、もっとも「蝶」が好きな男の子も居るけどね。
陰山琢磨先生なんて、空母のカタパルトに戦車の化け物マンムートにフライホイール萌え過ぎだわ。旭日の傭兵団 シリーズね

Posted by: sionoiri | May 16, 2008 at 09:46 PM

なるほどなあ~
地上設備で無いとフライホイールは色々難しい感じですねえ。
効率の高さとか廃棄物とかで利点は捨てがたいですが…
回る物さらに高回転になればなるほど難しいとは聞いた事有るを思い出しました。

Posted by: 井上さん二人分の重さの男 | May 16, 2008 at 09:46 PM

> フライホイールバッテリーin京急
 なるほど、さすが京急といったところでしょうか。磁気軸受け採用となるとかなりの高性能・大容量機ですので、それなりのメリット(コスト以外含む)があると言えます。
 鉄の方ならご存じでしょうが、運転時の架線電圧低下は致命的ですし、早々変電所を増やすことが出来るわけでもありません。また、あまり知られていませんが、VVVF機器はあまり変電機器には優しい装置ではなく、様々な技術的課題がつきまといますので。
 重電分野では思いも掛けない問題が多いものです。

> シンメトリカル(ry
つ座布団1枚

Posted by: へぼ担当 | May 16, 2008 at 10:32 PM

すみませ~ん、話が読めません。磁気軸受けってどんなものなんですか~ ? (TakaC 風に)

閑話休題。検索してみました。
なるほど、磁石の吸引力や反発力を使って浮かせた状態にするわけですね。利点は、非接触式で潤滑手段を不要にする点にあると。なんか、設計が難しそう…

Posted by: 井上 | May 17, 2008 at 10:11 AM

> 磁気軸受け+真空保持
 ちなみに、このような大容量(重量)の物にも耐えうるようなものは、「ある分野での極めて枢要な機微情報(これ以上は答えられません)」ともなります。
 そのため、有る程度以上のレベルになると、極端に情報が少なくなりますので、ご存じなかったのも仕方がないかと。

Posted by: へぼ担当 | May 18, 2008 at 02:52 PM

>「ある分野での極めて枢要な機微情報」
われわれは~、われわれの汗と涙の沁み込んだ、イオン交換樹脂を~粉砕した、このような輩の存在を~断固鉄槌する(旭化成&x研高崎)(嘘)
日本複合材料を~グズグズにした~、三菱&東芝・日立を、断固~許さない(IHじゃー)(大嘘)
http://blogs.dion.ne.jp/tabigarasu/archives/7086148.html
小さくったって、慣性誘導装置(ry

Posted by: sionoiri | May 18, 2008 at 05:08 PM

NG ワード : 「P1」「P2」「A.Q.Kahn」

Posted by: 井上 | May 18, 2008 at 10:25 PM

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