JP6718239B2

JP6718239B2 - 鉄道車両用融雪装置

Info

Publication number: JP6718239B2
Application number: JP2016007996A
Authority: JP
Inventors: 義博藤井; 寿彦齋藤; 杉本　直; 直杉本
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK; East Japan Railway Co
Current assignee: East Japan Railway Co; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2036-01-19
Also published as: JP2017128183A

Description

本発明は、主として鉄道車両に付着した雪を融解するための鉄道車両用融雪装置に関する。

降雪地帯を鉄道車両が走行する場合、雪が車両の床下部に付着することによって、様々な問題が引き起こることが知られている。例えば、車両の床下部に付着した雪が融解することにより、地上に落下する際にバラスト（砕石）を跳ね上げてしまう問題がある。

また、レール上に積もった雪や融解した水滴が繰り返し付着していき、車体に付着した雪が成長していくことがある。特に、台車を覆うように台車の前後方向に設けられた端部ふさぎ板に雪が付着していった場合、台車に干渉したりすることもある。

これらの問題は、（１）降雪地で付着した雪が、温暖地に乗り入れた場合など、解けて塊として落下しやすくなること、（２）鉄道車両が高速で運行する場合、雪が舞い上がりやすく、車体に付着しやすく、また付着した雪が落下する際にバラストを跳ね上げやすくなるなど、これら条件によって起こりやすくなる。

そこで、このような鉄道車両に付着した氷雪を融解させるための鉄道車両用融雪装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された鉄道車両用融雪装置の一例を従来例として説明する。

図７は、従来例の鉄道車両用融雪装置の要部を示す水平断面模式図である。

この鉄道車両用融雪装置は、車体設置面側（図７において下側）と反対側が開口した外箱７１と、断熱材等で構成され外箱７１に収納されるケーシング７２と、テープ状の発熱部５１を有するテープ状のヒータ５と、波板形状の塞ぎ板７３とを備えている。

この鉄道車両用融雪装置では、ケーシング７２は、その表面が塞ぎ板７３の形状に合わせて波形形状に形成されるとともに、テープ状のヒータ５の発熱部５１が縦置きに取り付けられる複数の直線状溝７２ａが形成されている。テープ状に長い発熱部５１は、各直線状溝７２ａの端部（図示せず）で屈曲されてジグザグ状に配置されている。

特開２０１３−９１４８５号公報

図７に示す構成では、発熱体からの融雪装置表面への熱伝導の効率と、融雪装置表面の着雪性の点で課題が残る。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、付着した雪を効率的に融解させることができるとともに雪の付着を軽減することができる鉄道車両用融雪装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のある形態に係る鉄道車両用融雪装置は、鉄道車両の車体の下部に取り付けられる鉄道車両用融雪装置であって、平板部と、前記平板部と一体的に形成され、前記平板部から突出する複数のフィンと、前記平板部と前記複数のフィンとに熱を伝えるテープ状のヒータとを備え、前記ヒータは、そのテープの幅方向と前記フィンの突出方向とが同方向となる姿勢で前記隣り合うフィンの間に挟まれ、かつ前記平板部と接するように配置されている。

この構成によれば、テープ状のヒータは、そのテープの幅方向とフィンの突出方向とが同方向となる姿勢で隣り合うフィンの間に挟まれ、かつ平板部と接するように配置されているので、ヒータとフィン及び平板部との直接接触する部分の面積を大幅に増大することができる。そして、フィンが平板部と一体的に形成されているので、ヒータから平板部へ効率的に熱を伝えることができる。よって、この鉄道車両融雪装置を、平板部から突出するフィンが車体側へ突出するように配置することにより、平板部の正面側表面（フィンが突出する側とは反対側の表面）に付着した雪を効率的に融解させることができる。また、平板部の正面側表面は平面状であるので、雪の付着を軽減することができる。

また、前記ヒータは、前記平板部に対して垂直方向から透視したときに渦巻状に配置されており、かつ、該渦巻状の最も外側部分が前記平板部の周縁に沿って配置されていてもよい。

この構成によれば、鉄道車両用融雪装置の周縁部分の雪が融けやすくなり、鉄道車両用融雪装置に付着した雪が落下しやすくなる。

また、前記渦巻状に配置される前記ヒータの渦の間隔は、前記平板部の周縁に近い部分の方が、前記平板部の周縁から遠い部分よりも小さくなるように配置されていてもよい。

この構成によれば、鉄道車両用融雪装置の周縁部分の雪を中央部分の雪よりも先に融かして鉄道車両用融雪装置に付着した雪を落下しやすくできるとともに、平板部の周縁よりも中央に近い部分へのヒータの配置密度が小さくなるのでヒータの消費電力の低減を図ることができる。

また、前記平板部の表面であって、前記フィンが突出する側とは反対側の表面に親水化または撥水化の処理が施されていてもよい。

この構成によれば、親水化の処理が施された場合には、鉄道車両用融雪装置に付着した一部の雪が融けて水となり、その水が凍結部分の隙間に浸透圧によってしみこむことにより残りの雪を滑らす効果が期待できる。また、撥水化の処理が施された場合には、鉄道車両用融雪装置に付着した一部の雪が融けて水となり、その水がはじかれることによって残りの雪を滑らす効果が期待できる。

また、さらに、前記平板部の表面であって、前記フィンが突出する側とは反対側の表面に平板状の保護板が備えられていてもよい。

この構成によれば、鉄道車両用融雪装置へ衝突するバラスト等の飛来物に対する強度を向上させることができる。

また、前記保護板の表面であって、前記平板部が配置される側とは反対側の表面に親水化または撥水化の処理が施されていてもよい。

また、前記平板部を一部に有し、車体側となる一面に開口が形成され、前記ヒータが収納されるヒータケースと、前記ヒータケースに対して前記車体側に配置されて前記ヒータケースの前記開口を塞ぐ断熱板とを備えていてもよい。

この構成によれば、ヒータケースの開口が断熱板によって塞がれているのでヒータによる熱を逃がさずに平板部へ伝えることができる。また、複数のフィンの先端を断熱板に当接させることによって平板部の支持を強固にでき、鉄道車両用融雪装置へ衝突するバラスト等の飛来物に対する強度の確保が容易になる。

本発明は、以上に説明した構成を有し、鉄道車両用融雪装置において、付着した雪を効率的に融解させることができるとともに雪の付着を軽減することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態の鉄道車両用融雪装置の取付位置を説明するための鉄道車両の車体の一部側面図である。図２は、実施形態の鉄道車両用融雪装置を端部カバー板に設置した場合の概略正面図である。図３（ａ）は、実施形態の鉄道車両用融雪装置の分解斜視図であり、図３（ｂ）は、同鉄道車両用融雪装置の断熱板及びヒータケースの斜視図である。図４（ａ）は、実施形態の鉄道車両用融雪装置に用いるテープ状のヒータの斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。図５は、実施形態の鉄道車両用融雪装置の垂直断面模式図である。図６は、端部カバー板付近の着雪状態の一例を示す図である。図７は、従来例の鉄道車両用融雪装置の要部を示す水平断面模式図である。

以下、好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する構成要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状及び寸法比等については正確な表示ではない場合がある。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

（実施形態）
［鉄道車両用融雪装置の取付位置］
図１は、本実施形態の鉄道車両用融雪装置の取付位置を説明するための鉄道車両の車体の一部側面図である。図１に示すように、車体１０１の床下部１０２に配置された車輪１０３は、前後方向に臨む端部カバー板１０４、１０５により仕切られている。端部カバー板１０４及び１０５は、床下部１０２に配置されている種々の機器を、車輪１０３によって跳ね上げられたバラスト等から保護するために設けられている。一方、鉄道車両が降雪地帯を走行する際には、車輪１０３による雪の舞い上げ等によって、端部カバー板１０４、１０５に雪が付着していく。

鉄道車両用融雪装置１は、この端部カバー板１０４、１０５の表面に、車両幅方向Ｘ（ＸはＹ、Ｚと直交する方向）の全体に亘り、ボルトで取り付けられる。鉄道車両用融雪装置１を取り付けることで、熱により、端部カバー板１０４、１０５への雪の付着の予防や、付着した雪を早期に剥離できる。同時に、床下部の機器をバラスト等からも保護できる。

そして、鉄道車両用融雪装置１は、端部カバー板１０４、１０５以外にも、車体１０１の床下周縁部に位置する台車カバー１０６に取り付けてもよい。当該部分に鉄道車両用融雪装置１を取り付ければ、車輪による雪の舞い上げ以外の種々の要因によって台車カバー１０６に付着した雪や氷を剥離することもできる。

なお、上記では、端部カバー板に鉄道車両用融雪装置１を取り付ける場合について説明したが、取付位置はこれに限定されるものでなく、台車や、車体底部、妻面に取り付けてもよい。

図２は、鉄道車両用融雪装置を端部カバー板に設置した場合の概略正面図である。図２に示すように、鉄道車両用融雪装置１は、車両幅方向Ｘの全体に亘って端部カバー板（１０４、１０５）に取り付けられているが、作業員が取り扱いやすいように、例えば車両幅方向Ｘに三部の構成で、鉄道車両用融雪装置１Ｌ、１Ｃ、１Ｒにより構成されていてもよい。これら鉄道車両用融雪装置の１Ｌ、１Ｃ、１Ｒは、主たる構造を同じくするため、以下共通に鉄道車両用融雪装置１として説明する。

［鉄道車両用融雪装置の構成］
図３（ａ）は、鉄道車両用融雪装置１の分解斜視図であり、図３（ｂ）は、鉄道車両用融雪装置１の断熱板及びヒータケースの斜視図である。図４（ａ）は、鉄道車両用融雪装置１に用いるテープ状のヒータの斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。図５は、鉄道車両用融雪装置１の垂直断面模式図である。

鉄道車両用融雪装置１は、車両長手方向Ｚにおける正面側表面及び背面側表面（車体設置面）はともに平面状である。鉄道車両用融雪装置１は、平面部２２及びその周縁の枠部２３を備えた裏蓋２と、断熱板（板状の断熱材）３と、ヒータケース４と、テープ状のヒータ５（以下、単に「ヒータ５」という）と、保護板６とを主要な構成とする。なお、保護板６を設けない構成も可能である。

鉄道車両用融雪装置１を車体に取り付ける際には、例えば、断熱板３が収納された裏蓋２と、ヒータ５が取り付けられたヒータケース４とを、断熱板３及びヒータ５が内側になるようにして対向させる。そして、裏蓋２を車体設置面側（背面側）とし、さらにヒータケース４の正面側表面には保護板６を配置して、車体（ここでは端部カバー板１０４、１０５）にボルトを用いて取り付けられる。裏蓋２とヒータケース４と保護板６には、それぞれの周縁部にボルトを貫通させるための貫通孔２ａ，４ａ，６ａが設けられている。また、裏蓋２と断熱板３には、それぞれヒータ５の電源コード５３（図４）を引き出すための貫通孔２１，３１が設けられている。

本実施形態では、裏蓋２は、例えば、アルミ合金、あるいはステンレス材で形成されるが、これに限られない。また、裏蓋２に収納された断熱板３は、例えば、ポリスチレンにポリエチレンなどのポリオレフィンを複合化した発泡樹脂からなり、難燃性かつ断熱性が高く、軽量で加工性に優れたものである。なお、断熱板３は、これに限られず、その他の発泡樹脂やその他の素材でもよく、難燃性又は不燃性、かつ、断熱性の高い素材が好ましい。

また、ヒータケース４は、アルミ合金の中でも比較的強度の高いアルミ合金（例えばＡｌ−Ｍｇ系）で形成されているが、これに限られず、銅あるいは銅合金などでもよく、熱伝導性が高く、かつ切削加工性に優れた素材が好ましい。表面の保護板６は、ヒータケース４よりも硬度が高いステンレス材で形成されているが、これに限られず、その他の素材でもよく、熱伝導性が高く、かつ硬度の高い素材が好ましい。ヒータケース４と表面の保護板６の接触面には異種金属接触による腐蝕対策および熱伝導性能の確保のために熱伝導性両面粘着テープを用いても良い。

ヒータ５は、発熱部５１を有する。図４に示すように、テープ状の発熱部５１の一方端部と電源コード５３とがブッシング５４により接続され、発熱部５１の他方端部が封止部５２に接続される。ブッシング５４及び封止部５２は、軟質ＰＶＣ素材よりなる。

発熱部５１は、内部の両側辺に導体５５が２本通り、これら導体５５に所定ピッチ（例えば３５ｍｍピッチ）で発熱素子５６が接続されている。そして、これら導体５５及び発熱素子５６が絶縁材５７により覆われてテープ状に形成されている。この発熱素子５６が発熱し、導体５５に熱が伝導することで、発熱部５１全体の温度が上昇する。なお導体５５は、スズメッキの軟鋼より線で構成されている。また、発熱素子５６は、チタン酸バリウム系のＰＴＣセラミックス素子で構成され、周囲温度に応じて電力量を自己制御する機能を有する。なお、発熱部５１のテープの幅方向Ｗは、所定間隔をあけて配置されている２本の導体５５の並び方向に等しい。

次に、ヒータケース４の構造及びヒータ５の取付構造等についてより詳しく説明する。

図３（ｂ）に示すように、ヒータケース４は、平板部４１と、平板部４１から断熱板３の方向へ突出して先端部分が断熱板３と当接し、ヒータ５の発熱部５１を案内する複数のフィン４２と、平板部４１の周縁からフィン４２と同方向へ突出した枠部４３とを有している。このヒータケース４は、例えばアルミ合金の削り出し加工あるいはアルミ鋳物などによって形成されており、平板部４１と全てのフィン４２と枠部４３とが一体成形されている。すなわち、ヒータケース４には、車体側（背面側）となる一面に枠部４３を開口縁部とする開口４４が形成され、この開口４４が断熱板３によって塞がれる。

図３（ａ）に示すように、ヒータ５の発熱部５１は、隣り合うフィン４２，４２の間に挟まれるようにして渦巻状に配置される。図３（ａ）の場合には、ヒータケース４のある隅の近傍に封止部５２が配置され、それに続く発熱部５１が平板部４１の周縁に沿って配置される。そして、ひとまわりするごとに順次内側になるようにして渦巻状に配置されて、ブッシング５４が平板部４１の周縁から遠い部分（平板部４１の中央に近い部分）に配置される。このようにして、発熱部５１は、渦巻状の最も外側部分が平板部４１の周縁に沿って配置されている。また、本実施形態では、発熱部５１の渦の間隔は、平板部４１の周縁に近い部分の方が周縁から遠い部分（平板部４１の中央に近い部分）よりも小さくなるように配置される。例えば、平板部４１の周縁に近い発熱部５１の隣り合う部分５１ａ、５１ｂの間隔の方が、平板部４１の中央に近い発熱部５１の隣り合う部分５１ｃ、５１ｄの間隔よりも小さくなっている。このような発熱部５１の配置に応じて複数のフィン４２が設けられている。

図５は、例えば、図３（ａ）において、鉄道車両用融雪装置１が設置された状態に組み立てられた場合におけるＡ−Ａ断面部分を示す垂直断面模式図である。

図５に示すように、ヒータケース４は、平板部４１から突出する各フィン４２の突出長さが、テープ状の発熱部５１のテープの幅方向Ｗの長さに略等しく、発熱部５１の両側の２つのフィン４２の間隔が発熱部５１の厚さ（正確には発熱素子５６の配置部分の厚さ）に略等しくなっている。なお、発熱部５１の厚さは、発熱素子５６の配置部分の厚さが、発熱素子５６の配置されていない部分よりも若干厚くなっている。

そして、テープ状の発熱部５１は、そのテープの幅方向Ｗがフィン４２の突出方向と同方向となる姿勢でフィン４２とフィン４２の間に挟まれ、かつテープの幅方向Ｗにおける一方（平板部４１側）の端縁部分が平板部４１と接するように配置されて、ヒータケース４に取り付けられる。

よって、テープ状の発熱部５１は、テープの幅方向Ｗに垂直な２つの面が両側の２つのフィン４２と接し、テープの幅方向Ｗの一方の端縁部分が平板部４１と接し、他方の端縁部分が断熱板３と接している。

すなわち、発熱部５１は、フィン４２が形成されている部分では、テープの幅方向Ｗに垂直な２つの面が両側の２つのフィン４２と接し、テープの幅方向Ｗの一方の端縁部分が平板部４１と接することになるので、発熱部５１とヒータケース４とが直接接触する部分の面積を大幅に増大することができ、ヒータ５からヒータケース４の平板部４１へ効率的に熱を伝えることができる。特に、発熱部５１の幅広の２つの面がヒータケース４のフィン４２と直接接触し、フィン４２が平板部４１と一体成形されているので、ヒータ５からヒータケース４の平板部４１へ効率的に熱を伝えることができる。そして、ヒータケース４と保護板６とは互いに対向する面の全面において面接触しているので、ヒータ５からヒータケース４へ伝わった熱を保護板６へ効率的に伝えることができる。よって、保護板６の正面側表面に付着した雪を効率的に融解させることができる。なお、保護板６を設けない場合には、ヒータケース４の正面側表面に付着した雪を効率的に融解させることができる。

また、本実施形態のように、フィン４２が平板部４１と一体成形されていることが熱伝導性の点から最良と考えられるが、これに限らず、例えば、溶接等によってフィン４２が平板部４１に接合される等、フィン４２が平板部４１と一体的に形成されていればよい。

なお、本実施形態では、例えば図５に示すように、裏蓋２は、平面部２２と、その平面部２２の周縁から正面側へ突出した枠部２３とを有し、断熱板３が収納されるように構成されているが、この構成に限られない。例えば、裏蓋２が平面部２２のみからなり、ヒータケース４の枠部４３が枠部２３部分を含むように形成されていてもよい。すなわち、裏蓋２は、断熱板３の背面側（車体側）表面を覆うようにして、断熱板３の背面側（車体側）表面に配置される。また、ヒータケース４に枠部４３がなく、裏蓋２の枠部２３がヒータケース４の枠部４３部分を含むように形成されていてもよい。いずれの場合もヒータケース４はヒータ５が装着されるヒータ装着部材である。

図６は、端部カバー板に取り付けられた鉄道車両用融雪装置１付近の着雪状態の一例を示す図である。

図６に示すように、通常、雪Ｓは、鉄道車両用融雪装置１の上方の車体部分から鉄道車両用融雪装置１の表面（正面側表面）に亘って付着する。ここで、仮に、鉄道車両用融雪装置１の周縁部分よりも中央部分の方が高温となる場合には、中央部分に付着している雪Ｓｃが融けやすくなる。

しかし、雪Ｓは鉄道車両用融雪装置１の上方部分から連続して付着しているので、鉄道車両用融雪装置１の中央部分の雪Ｓｃが融けても、周縁部分が融けないと落雪しにくい。よって、鉄道車両用融雪装置１の周縁部分の雪を融かすことで、鉄道車両用融雪装置１に付着した雪が落下しやすくなる。

そこで、本実施形態では、ヒータ５の発熱部５１を渦巻状に配置し、この渦巻状の最も外側部分を平板部４１の周縁に沿って配置することにより、鉄道車両用融雪装置１の周縁部分の雪が融けやすくなり、鉄道車両用融雪装置１に付着した雪が落下しやすくなるようにしている。

さらに、本実施形態では、発熱部５１の渦の間隔が、平板部４１の周縁に近い部分の方が周縁から遠い部分（平板部４１の中央に近い部分）よりも小さくなるように、発熱部５１が配置されている。これにより、鉄道車両用融雪装置１の周縁部分の雪を中央部分の雪よりも先に融かして鉄道車両用融雪装置１に付着した雪を落下しやすくできるとともに、平板部４１の周縁よりも中央に近い部分への発熱部５１の配置密度が小さくなるのでヒータ５の消費電力の低減を図ることができる。

また、ヒータケース４は、正面側の平板部４１が、先端部分が断熱板３に当接した複数のフィン４２によって支持されるので、鉄道車両用融雪装置１の保護板６へ衝突するバラスト等の飛来物に対する強度の確保が容易になる。保護板６を設けない場合には、平板部４１へ衝突する飛来物に対する強度の確保が容易になる。保護板６を設けてヒータケース４の正面側表面を覆うことにより、飛来物に対する強度をより向上させることができる。

また、鉄道車両用融雪装置１の正面側表面すなわち保護板６の正面側表面は、平面状であるので、雪の付着を軽減することができる。また、保護板６を設けない場合でも、鉄道車両用融雪装置１の正面側表面すなわちヒータケース４の平板部４１の正面側表面は、平面状であるので、雪の付着を軽減することができる。

また、保護板６の正面側表面に親水化処理を施すようにしてもよい。例えば、保護板６の正面側表面に親水性塗料を塗布することにより、保護板６の表面の一部の雪が融けて水となり、その水が凍結部分の隙間に浸透圧によってしみこむことにより残りの雪を滑らす効果が期待できる。親水性塗料としては、例えば、株式会社五合の製品であるゼロ・クリア（登録商標）を用いることができる。

また、保護板６の正面側表面に撥水化の処理を施すようにしてもよく、この場合、保護板６の表面の一部の雪が融けて水となり、その水がはじかれることによって残りの雪を滑らす効果が期待できる。

また、保護板６を設けない場合には、ヒータケース４の平板部４１の正面側表面に上記と同様の親水化あるいは撥水化の処理を施すことにより、同様の効果が期待できる。

本発明は、付着した雪を効率的に融解させることができるとともに雪の付着を軽減することができる鉄道車両用融雪装置等として有用である。

１（１Ｌ，１Ｃ，１Ｒ）鉄道車両用融雪装置
２裏蓋
３断熱板
４ヒータケース
４１平板部
４２フィン
４４開口
５テープ状のヒータ
５１発熱部
６保護板

Claims

鉄道車両の車体の下部に取り付けられる鉄道車両用融雪装置であって、
平板部と、
前記平板部と一体的に形成され、前記平板部から突出する複数のフィンと、
前記平板部と前記複数のフィンとに熱を伝えるテープ状のヒータとを備え、
前記ヒータは、
そのテープ状の一対の対向する幅広面が、隣り合う各前記フィンと接し、かつテープ状の幅方向の一方の端縁部分が、前記平板部と接するように配置された、
鉄道車両用融雪装置。
前記ヒータは、
前記平板部に対して垂直方向から透視したときに渦巻状に配置されており、かつ、該渦巻状の最も外側部分が前記平板部の周縁に沿って配置された、
請求項１に記載の鉄道車両用融雪装置。
前記渦巻状に配置される前記ヒータの渦の間隔は、
前記平板部の周縁に近い部分の方が、前記平板部の周縁から遠い部分よりも小さくなるように配置された、
請求項２に記載の鉄道車両用融雪装置。
前記平板部の表面であって、前記フィンが突出する側とは反対側の表面に親水化または撥水化の処理が施された、
請求項１〜３のいずれかに記載の鉄道車両用融雪装置。
さらに、前記平板部の表面であって、前記フィンが突出する側とは反対側の表面に平板状の保護板が備えられた、
請求項１〜３のいずれかに記載の鉄道車両用融雪装置。
前記保護板の表面であって、前記平板部が配置される側とは反対側の表面に親水化または撥水化の処理が施された、
請求項５に記載の鉄道車両用融雪装置。
前記平板部を一部に有し、車体側となる一面に開口が形成され、前記ヒータが収納されるヒータケースと、
前記ヒータケースに対して前記車体側に配置されて前記ヒータケースの前記開口を塞ぐ断熱板とを備える、請求項１〜６のいずれかに記載の鉄道車両用融雪装置。