復水式蒸気機関車

復水式蒸気機関車の概要

復水式蒸気機関車（ふくすいしきじょうききかんしゃ）は、蒸気を退出させずにその水蒸気を凝縮・回収し、再利用する蒸気機関車の一種です。これにより、運行時の効率を高め、排出される排煙量を削減することが可能です。

熱力学的要素

本機関車に組み込まれた復水器は、一般的に表面式復水器が用いられる蒸気タービンや舶用蒸気機関とは異なり、出力の向上には寄与しません。復水器の圧力は普段、大気圧に近いレベルであるため、特別に低圧での設計はあまり行われていません。高温の蒸気を復水器に送ることで、蒸気と冷却水の温度差が広がり、小さな熱交換面でも同じ量の蒸気を処理可能です。これは、機械的な作業には寄与しないエネルギーを単に冷却する形となります。

機能の目的

復水器を搭載する主な目的は二つ。まずは排煙管理、そしてもう一つは航続距離の延伸です。

排煙の管理

この技術は、地下鉄の走行に適用され、特にロンドンの地下鉄でメトロポリタン鉄道用に開発されました。蒸気の排出を抑えることでトンネル内の空気循環を改善し、排煙の過剰発生を防ぐ手段として機能します。日本でも、碓氷峠の専用機関車に復水器が搭載され、同様の目的で用いられました。具体的には、ボイラーバレル側面に隣接した水タンクに蒸気を導き、復水器を通して蒸気を冷却する仕組みです。しかし、タンク内の水温が上昇すると、繰り返し水を補充しないと効果が薄れるという課題を抱えています。

航続距離の延伸

復水器はまた、乾燥した環境での給水頻度を減少させ、航続距離を延ばすためにも利用されます。この場合、強制空冷ファンが付いた空冷復水器が使われ、特に水源が限られている地域ではその効果が高いです。

排気のドラフト

復水器を使用するデメリットは、排煙をボイラーの火力向上に使用できなくなる点です。それにより、蒸気駆動ファンを用いて煙管内の風の流れを補う必要がありますが、ファンの稼働には多くの場合生蒸気が使われるため、燃費が悪化し出力も低下することがあるのです。

復水器の種類

復水器の形態としては、水冷式と空冷式に大別されます。

水タンク復水器

この形式では、機関車の水タンクに冷たい水を保持し、その中に排気蒸気を噴出します。逆流防止弁を装備しているため、運転中のトラブルを回避します。

空冷式復水器

このタイプは、内燃機関のラジエーターのような構造を持ち、排気蒸気を外の空気で冷却します。小型の路面機関車に多く見られる他、大型のテンダー機関車にも採用されています。

アンダーソン・システム

アンダーソン復水システムは、空冷式復水器を利用して蒸気中の水滴をエアロゾルとして形成し、これを再利用します。理論上は燃料消費が30%近く削減されるとしていましたが、実際には圧縮のためにまたエネルギーが必要となるため、逆に燃料の無駄を生む場合も見られます。

結論

復水式蒸気機関車は、排煙をコントロールし、運行効率を高める優れた技術を持ち合わせています。その運行性能は、独特の熱力学や機械設計によって支えられており、環境への影響を抑えるための重要な手段となっています。

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