JP2021014698A - 分岐器融雪装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱損失が少なく、火災のリスクが低減される分岐器融雪装置を提供する。【解決手段】分岐器融雪装置１は、鉄道の分岐器２における融雪を行うための装置であり、温風発生器３と、軌道カバー４と、ダクト５とを備える。温風発生器３は、温風を発生する。軌道カバー４は、分岐器２の基本レール２１、２２の外側に沿って設けられる。ダクト５は、温風発生器３で発生した温風を、軌道カバー４と軌道の表面で囲まれた空間４１に導く。ダクト５は、電気で加熱される面状の発熱体層５１が内面に設けられている。これにより、温風発生器３が発生する温風の温度を低くできる。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道の分岐器における融雪を行うための分岐器融雪装置に関する。

鉄道において、線路の分岐箇所に分岐器が設けられている（非特許文献１参照）。図３に示すように、分岐器２は、ポイント２０に、固定された基本レール２１、２２と、転換されるトングレール２５、２６とを有し、車両が通過する際に、左右いずれか一方の基本レールにトングレールが密着している。分岐器２に雪が積もると、ポイント２０の密着不良や不転換が生じるおそれがある。このため、多雪地域では、分岐器２に融雪装置が設けられる。

そのような融雪装置として、例えば、熱風でポイントに降った雪を融かす熱風式融雪装置がある（特許文献１参照）。熱風式融雪装置は、熱風発生装置、基本レールの外側に沿って設けられる軌道カバー、及び熱風発生装置と軌道カバーを接続するダクトを有する。ダクトで熱損失が生じるので、熱風発生装置から吹き出した熱風は、軌道カバー内に供給されるまでに温度が顕著に低下する。さらに軌道カバーでも熱損失が生じる。このため、熱風発生装置は、灯油を燃焼して高温の熱風を発生している。熱風発生装置は、高温を発生するので、火災のリスクがある。

特開２００１−２７９６３５号公報

ＪＩＳ Ｅ １３０３：２００１「鉄道用分岐器類」

本発明は、上記問題を解決するものであり、熱損失が少なく、火災のリスクが低減される分岐器融雪装置を提供することを目的とする。

本発明の分岐器融雪装置は、鉄道の分岐器における融雪を行うための装置であって、温風を発生する温風発生器と、分岐器の基本レールの外側に沿って設けられた軌道カバーと、前記温風発生器で発生した温風を、前記軌道カバーと軌道の表面で囲まれた空間に導くダクトとを備え、前記ダクトは、電気で加熱される面状の発熱体層が内面に設けられていることを特徴とする。

この分岐器融雪装置において、前記温風発生器は、電気で温風を発生することが好ましい。

この分岐器融雪装置において、前記ダクトは、絶縁材料を成形したものであり、前記ダクトの発熱体層は、導電性塗料を用いて前記絶縁材料上に形成されることが好ましい。

この分岐器融雪装置において、前記軌道カバーは、電気で加熱される面状の発熱体層が内面に設けられていることが好ましい。

この分岐器融雪装置において、前記軌道カバーは、絶縁材料を成形したものであり、前記軌道カバーの発熱体層は、導電性塗料を用いて前記絶縁材料上に形成されることが好ましい。

この分岐器融雪装置において、前記導電性塗料は、導電性微粒子と、塗膜を形成するための塗膜材料と、前記導電性微粒子を分散するとともに前記塗膜材料を溶解する溶剤とを含有することが好ましい。

この分岐器融雪装置において、前記軌道カバー内の温度を検知する温度センサと、前記温度センサが検知した温度に基づいて、前記温風発生器、ダクトの発熱体層、及び軌道カバーの発熱体層の少なくとも一つの発熱量を制御する制御装置とをさらに備えてもよい。

本発明の分岐器融雪装置によれば、ダクト内の温風を発熱体層によって加熱することにより、ダクトでの温度低下が低減され、温風発生器が発生する温風の温度を低くできるので、火災のリスクが低減されるとともに熱損失が少なくなる。

本発明の一実施形態に係る分岐器融雪装置の構成を示す縦断面図。 同分岐器融雪装置の軌道カバーの配置例を示す平面図。 分岐器の構成を示す平面図。

本発明の一実施形態に係る分岐器融雪装置について図１及び図２を参照して説明する。図１に示すように分岐器融雪装置１は、鉄道の分岐器２における融雪を行うための装置である。この分岐器融雪装置１は、温風発生器３と、軌道カバー４と、ダクト５とを備える。温風発生器３は、温風を発生する装置である。温風は、温風発生器３によって加熱された常温より温かい空気の流れであり、その空気は、融雪のための熱媒体である。

本実施形態では、温風発生器３は、電気で温風を発生する。なお、温風発生器３は、灯油又はガス等を燃焼して温風を発生してもよい。

図２に示すように、軌道カバー４は、分岐器２の基本レール２１、２２の外側に沿って設けられる。これにより、軌道カバー４と軌道の表面で囲まれた空間４１が形成される（図１参照）。ダクト５は、温風発生器３で発生した温風を、その空間４１に導く管路である。このダクト５は、電気で加熱される面状の発熱体層５１が内面に設けられている。なお、鉄道の軌道は、レール、マクラギ、及び道床等から構成されるので、軌道カバー４と共に空間４１を囲む軌道の表面は、基本レール２１、２２の外側の腹部及び底部の表面２１１、２２１、マクラギ２３の表面、及びマクラギ２３とマクラギ２３の間の道床２４の表面である。道床２４とは、マクラギ２３を支える構造体であり、バラスト軌道ではバラストである。道床２４は、コンクリート道床であってもよい。

軌道カバー４は、電気で加熱される面状の発熱体層４２が内面に設けられている。

ダクト５は、絶縁材料を成形したものである。その絶縁材料は、例えば、合成樹脂である。ダクト５の発熱体層５１は、導電性塗料を用いてその絶縁材料上に形成される。

軌道カバー４は、絶縁材料を成形したものである。その絶縁材料は、例えば、合成樹脂である。軌道カバー４の発熱体層４２は、導電性塗料を用いてその絶縁材料上に形成される。

導電性塗料は、導電性微粒子と、塗膜材料と、溶剤とを含有する。導電性微粒子は、導電性及び電気抵抗を有し、溶剤に分散される程度に粒子径が小さい粒子である。塗膜材料は、溶剤の乾燥後に塗膜を形成するための成分である。溶剤は、導電性微粒子を分散する分散媒、及び塗膜材料を溶解する溶媒として機能する液体である。

分岐器融雪装置１の構成について詳述する。分岐器融雪装置１は、従来の熱風式融雪装置（特許文献１参照）において、その熱風発生装置を温風発生器３に変更し、軌道カバー４とダクト５の内面に発熱体層４２、５１を付加すると、本実施形態の分岐器融雪装置１になる。したがって、既設の熱風式融雪装置を容易に分岐器融雪装置１に更新することができる。

本実施形態では、温風発生器３は、黒矢印で示すように外気を取り入れ、それを電気ヒータで加熱し、加熱した空気を電動ファンで吹き出すことによって温風を発生する（図１参照）。なお、従来の熱風発生装置を、発生する熱風の温度を低く設定することによって温風発生器３としてもよい。

温風発生器３が発生した温風は、白抜き矢印で示すように、ダクト５で導かれ、軌道カバー４と軌道の表面で囲まれた空間４１に供給される。基本レール２１、２２は、その温風によって温められる。空間４１は、半閉空間であり、基本レール２１、２２の底部と道床２４との間に隙間がある。空間４１に供給された温風は、その隙間から、基本レール２１、２２の内側に吐出され、トングレール２５、２６を温める。これにより、分岐器２の基本レール２１、２２及びトングレール２５、２６の周辺の雪が融かされる。

本実施形態では、発熱体層４２、５１は、導電性塗料を軌道カバー４及びダクト５の各内面に塗布し、導電性塗料の溶剤を乾燥して形成される。導電性塗料を用いて発熱体層が形成されたシートを軌道カバー４及びダクト５の内面に貼り付けてもよい。

ダクト５の発熱体層５１は、対向する端部に帯状の電極が設けられる。その各々の電極は、金属テープであり、配線により電源に接続される。発熱体層５１は、電極間に通電され、発熱する。同様に、軌道カバー４の発熱体層４２は、対を成す端部に帯状の電極が設けられる。その電極は、金属テープであり、配線により電源に接続される。発熱体層４２は、電極間に通電され、発熱する。

導電性塗料の導電性微粒子は、例えば炭素微粒子であり、金属微粒子であってもよい。塗膜材料は、例えばアクリルであり、ポリウレタン又は水ガラス等であってもよい。塗膜材料に対する導電性微粒子の濃度によって塗膜の電気抵抗が調整される。溶剤は、例えば水であり、アルコール等であってもよい。本実施形態では、カーボンナノ粒子を導電性微粒子として含有する導電性塗料（フューチャーカーボン社製、商品名「カーボ・イーサーム」）を用いている。

上記のように構成された分岐器融雪装置１において、温風発生器３が発生した温風は、ダクト５の発熱体層５１によって加熱され、ダクト５での温度低下が低減される。さらに軌道カバー４に発熱体層４２を設けた場合、軌道カバー４内での温風の温度低下が低減される。このため、温風発生器３が発生する温風の温度を、熱風式融雪装置の熱風発生装置が発生する熱風の温度よりも低くできる。なお、ダクト５内の温風を発熱体層５１によって完全に保温又は昇温してもよい。軌道カバー４内の温風を発熱体層４２によって完全に保温又は昇温してもよい。

従来の熱風式融雪装置では、融雪用の熱媒体への熱エネルギーの供給が熱風発生装置に集中していた。これに対して、分岐器融雪装置１では、熱媒体への熱エネルギーの供給が、温風発生器３だけでなく、ダクト５の発熱体層５１等に分散する。このため、熱風式融雪装置の熱風発生装置が発生する熱風（熱媒体）の温度より、温風発生器３が発生する温風（熱媒体）の温度が低くても、軌道カバー４内で必要な温度を得ることが可能となる。

熱媒体である温風がダクト５内を流れる時、熱伝導及び熱放射によって熱損失が生じる。熱伝導におけるフーリエの法則により、単位時間に単位面積を流れる熱流束密度をＪ［Ｗ／ｍ^２］とし、温度をＴ［Ｋ］とすると、熱流束密度Ｊは、温度勾配ｇｒａｄＴに比例する。温風発生器３が発生する温風の温度が、熱風発生装置が発生する熱風の温度より低いことにより、ダクト５の内外の温度勾配が小さくなるので、熱伝導による熱損失が小さくなる。また、熱放射におけるシュテファン＝ボルツマンの法則により、絶対温度Ｔｓの物体が、絶対温度Ｔａの周囲に放射する熱量Ｐは、絶対温度の４乗の差（Ｔｓ^４−Ｔａ^４）に比例する。温風発生器３が発生する温風の絶対温度Ｔｓが、熱風発生装置が発生する熱風の絶対温度より低いことにより、ダクト５における熱放射による熱損失が小さくなる。

分岐器融雪装置１は、軌道カバー４内の温度を検知する温度センサを設け、その温度センサが検知した温度に基づいて、温風発生器３、ダクト５の発熱体層５１、及び軌道カバー４の発熱体層４２の発熱量を制御装置で制御するように構成してもよい。例えば、制御装置は、マイクロコントローラ等を有し、温度センサで検知した温度が所定範囲内になるように、温風発生器３の出力及び発熱体層４２、５１の通電電流の大きさを調整する。

以上、本実施形態に係る分岐器融雪装置１によれば、ダクト５内の温風を発熱体層５１によって加熱することにより、ダクト５での温度低下が低減され、温風発生器３が発生する温風の温度を低くできるので、火災のリスクが低減されるとともに熱損失が少なくなる。

温風発生器３が電気で温風を発生することにより、従来の熱風式融雪装置の熱風発生装置と異なり、給油の必要が無く、火災のリスクがほとんど無くなる。

ダクト５の発熱体層５１は、導電性塗料を用いて形成されるので、容易に発熱体層５１をダクト５の内面に設けることができる。

さらに、軌道カバー４内の温風が発熱体層４２によって加熱されることにより、軌道カバー４における温風の温度低下が低減される。

軌道カバー４の発熱体層４２は、導電性塗料を用いて形成されるので、容易に発熱体層４２を軌道カバー４の内面に設けることができる。

導電性塗料は、溶剤を含有するので、塗布により容易に発熱体層５１、４２を形成することができる。

軌道カバー４内の温度に基づいて、温風発生器３、ダクト５の発熱体層５１、及び軌道カバー４の発熱体層４２の発熱量を制御することにより、分岐器融雪装置１のエネルギー効率を一層向上することが可能になる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、温風発生器３は、ヒートポンプを用いて温風を発生してもよい。

１ 分岐器融雪装置
３ 温風発生器
４ 軌道カバー
４２ 発熱体層
５ ダクト
５１ 発熱体層

Claims (7)

1. 鉄道の分岐器における融雪を行うための分岐器融雪装置であって、
   温風を発生する温風発生器と、
   分岐器の基本レールの外側に沿って設けられた軌道カバーと、
   前記温風発生器で発生した温風を、前記軌道カバーと軌道の表面で囲まれた空間に導くダクトとを備え、
   前記ダクトは、電気で加熱される面状の発熱体層が内面に設けられていることを特徴とする分岐器融雪装置。
2. 前記温風発生器は、電気で温風を発生することを特徴とする請求項１に記載の分岐器融雪装置。
3. 前記ダクトは、絶縁材料を成形したものであり、
   前記ダクトの発熱体層は、導電性塗料を用いて前記絶縁材料上に形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分岐器融雪装置。
4. 前記軌道カバーは、電気で加熱される面状の発熱体層が内面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の分岐器融雪装置。
5. 前記軌道カバーは、絶縁材料を成形したものであり、
   前記軌道カバーの発熱体層は、導電性塗料を用いて前記絶縁材料上に形成されることを特徴とする請求項４に記載の分岐器融雪装置。
6. 前記導電性塗料は、導電性微粒子と、塗膜を形成するための塗膜材料と、前記導電性微粒子を分散するとともに前記塗膜材料を溶解する溶剤とを含有することを特徴とする請求項３又は請求項５に記載の分岐器融雪装置。
7. 前記軌道カバー内の温度を検知する温度センサと、
   前記温度センサが検知した温度に基づいて、前記温風発生器、ダクトの発熱体層、及び軌道カバーの発熱体層の少なくとも一つの発熱量を制御する制御装置とをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の分岐器融雪装置。
   
   

Images