(57)【要約】【課題】車両限界内において重量を増加させることなく、大型の熱交換器を搭載することができる電気式ディーゼル機関車を提供することである。【解決手段】実施形態の電気式ディーゼル機関車は、車体の屋根凹部４０に搭載された熱交換器４と、熱交換器４が車両限界８の範囲で搭載され、複数の車両進行方向に伸びる長桁により構成された構体と、構体に負荷される荷重を連続的に伝達するように配置した補強とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体の屋根凹部に搭載された熱交換器と、
前記熱交換器が車両限界の範囲で搭載され、複数の車両進行方向に伸びる長桁により構成された構体と、
前記構体に負荷される荷重を連続的に伝達するように配置した前記補強と、
を有する電気式ディーゼル機関車。
【請求項２】
前記構体は、前記長桁と車両レール方向に伸びる垂木により構成され、前記補強は、前記長桁と前記垂木の少なくともどちらか一方に接続している請求項１記載の電気式ディーゼル機関車。
【請求項３】
前記補強において、その配置が対向していることを特徴とする請求項１乃至２記載の電気式ディーゼル機関車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気式ディーゼル機関車に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気式ディーゼル機関車は駆動力としてディーゼルエンジンと主発電機を有している。ディーゼルエンジンや主発電機が駆動すると大量の熱を発生する。その発生した熱を排出するために、ディーゼルエンジンには熱交換器が接続されている。熱交換器は大型の装置のため、搭載の際には車両限界の超過や車両全体の重量増加を考慮する必要がある。
【０００３】
近年の電気式ディーゼル機関車は、列車の高速化によるディーゼルエンジンの出力増加の需要に伴い、ディーゼルエンジン装置が大型化している。ディーゼルエンジンが大型化し，高い廃棄ガス規制レベルが必要とされる場合、ディーゼルエンジンで発生した熱を排出するための熱交換器もさらに大型化し、ディーゼルエンジンと熱交換器を搭載している車両全体が大型化するといった問題があった。
【０００４】
この車両の大型化の問題に対応するため、車両の屋根部分の熱交換器を搭載する範囲の構体を凹ませておき、その上に熱交換器を搭載する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０３３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、構体を凹ませることで、車体の剛性確保のために車体全長に渡している長桁を、部分的に不連続にする必要が生じ、車体の縦剛性を確保できなくなっていた。このため、屋根部分の補強の追加により車体強度を確保する必要があるが、この補強を追加することで車両全体の重量が増加するだけでなく、車体の重心が上がるために安定性を損なうといった問題が生じていた。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、車両限界内において重量を増加させることなく、大型の熱交換器を搭載することができる電気式ディーゼル機関車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の電気式ディーゼル機関車は、実施形態の電気式ディーゼル機関車は、車体の屋根凹部に搭載された熱交換器、熱交換器が車両限界の範囲で搭載され、複数の車両進行方向に伸びる長桁により構成された構体と、構体に負荷される荷重を連続的に伝達するように配置した補強とを有している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電気式ディーゼル機関車の概略図
【図２】図１の縦断面図
【図３】図２のＡ−Ａ断面拡大詳細図
【図４】電気式ディーゼル機関車の駆動システムの回路図
【図５】第１の実施形態に基づく電気式ディーゼル機関車の構造図
【図６】図５のＢ−Ｂ断面拡大詳細図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、電気式ディーゼル機関車について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１はディーゼル機関車の概略図であり、図２は電気式ディーゼル機関車の全体図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面拡大詳細図である。図４は電気式ディーゼル機関車の駆動システムの回路図である。図５は、本発明の第１の実施形態に基づく電気式ディーゼル機関車の構造図であり、図６は図５のＢ−Ｂ断面拡大詳細図である。
【００１２】
以下に、ディーゼル機関車の概略構成について説明する。図１に示すように、機関車１００の車体３は車体台枠１８の上に取り付けられている。
【００１３】
車体３及び車体台枠１８の下部には、台車３４、車輪２、主電動機３５、燃料タンク部７が設けられている。台車３４には車軸を介して車輪２が取り付けられ、車輪２と主電動機３５はギアを介して接続されている。また燃料タンク部７は、それぞれ機関室１５ａ及び１５ｂの下部に位置して、車体台枠１８に取り付けられている。
【００１４】
車体３は、その長手方向を区切るように仕切り壁１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆが設けられている。車体３の端部から仕切壁１７ａの間に運転室１３が配置される。仕切り壁１７ａから仕切り壁１７ｂの間に機器室１４ａが設けられている。仕切り壁１７ｂから仕切り壁１７ｃの間に機関室１５ａが設けられている。仕切り壁１７ｃから仕切り壁１７ｄの間に送風機室１６が配置される。また、仕切り壁１７ｄから仕切り壁１７ｅの間に機械室１５ｂが設けられている。仕切り壁１７ｅから仕切り壁１７ｆの間に機会室１４ｂが設けられている。仕切り壁１７ｆから車体３の別の端部の間に運転室１３ｂが設けられている。
【００１５】
運転室１３ａには運転室扉４１ａが取り付けられている。運転室１３ｂは同様の構成のため説明を省略する。機械室１５ａには凹部４０ａが設けられており、機械室１５ａの外部で凹部４０ａに熱交換器４ａが取り付けられる。機械室１５ｂは同様の構成のため説明を省略する。
【００１６】
次に図２を使用して機関車１００の内部に機器配置について説明する。
【００１７】
図２に示すように、機器室１４ａ内には、電力変換部６ａと、電力変換部６ａの上部に排熱のための排風口１０ａが配置されている。電力変換部６ａは、主発電機９を制御する可変周波数可変電圧の主変換装置と補機用の静止型補助電源装置で構成されている。機械室１４ｂは機械室１４ａと同様の構成のため説明を省略する。
【００１８】
機関室１５ａには、発電部５ａ、主発電機９ａ、マフラ３６ａ、冷却管３７ａ、ターボチャージャ３８ａ、フィルタ３９ａが配置されている。
【００１９】
発電部５ａにはエンジンへの吸気を圧縮するためのターボチャージャ３８ａが取り付けられ、主発電機９ａは隣り合って配置されている。また、発電部５ａは、エンジン冷却のための冷却管３７ａを介して天井部に位置する熱交換器４ａと接続される。エンジンからの排気を消音するためのマフラ３６ａは、熱交換器４ａと接続している。
【００２０】
さらに、送風機室１６には主発電機９ａを冷却するための２つ主送風機１２が搭載されている。また、機関室１５ａに配置されたマフラ３６ａからの排気を外部に放出する煙突１１ａが搭載されている。煙突１１ａは、マフラ３６ａと接続し、送風室１６を通過して、送風室１６の天井部から外部とつながっている。
【００２１】
このような構成の電気式ディーゼル機関車１００の駆動システムを説明する。図４に示すように、機関室１５に車体台枠１８に配置された燃料タンク７から燃料吸い込み管７ａを通して供給される燃料を原動力として発電部５のエンジン５ａが回転する。エンジン５ａが回転すると、エンジン５ａの軸と直結している発電機９のロータが回転し、発電作用が働く。主発電機９の発電作用によって機械エネルギーが電気エネルギーに変換され電力が発生する。主発電機９で発生した交流電流は３相線を介して、機器室１４に配置された電力変換部６のコンバータ６ａに供給される。コンバータ６ａに供給された交流電流は、直流電流に変換されインバータ６ｂに供給される。インバータ６ｂに供給された直流電流は交流電流に変換され、その電力によって台車３４に配置された主電動機３５が回転することで車輪が回転し、レール１を走行する。このとき、機関車１００の車体３は車両限界８以内に納まる大きさでなければならない。また、発電時に発生した熱は熱交換器４を経由した後、車外に放出される。発電部５のエンジン５ａで発生した熱は、熱交換器部４の入力用冷却管４ａにより供給される冷却水に交換される。冷却水は排出用冷却管４ｂによりコア４ｃに送られる。コア４ｃに送られた冷却水は熱交換器モータ４ｄの軸４ｅと直結しているファン４ｅが回転することにより熱を車外に放出し、冷却される。冷却水は再び冷却管（行き）４ａに送られ、エンジン５ａに発生した熱を交換する。
【００２２】
一方、吸気フィルタ３９からターボチャージャ３８に外気が取り込まれ、取り込まれた吸気は圧縮されてエンジン５ａに取り込まれる。エンジンでは圧縮空気と燃料により燃焼が起こり、排気によりターボチャージャ３８が駆動し、取り込まれた外気を圧縮する。ターボチャージャ３８を通過した排気はマフラ３６を通過し、送風機室１６に配置された煙突１１より外気に放出される。
【００２３】
（作用）
次に、上述した車両限界８を超えないように取り付けられた熱交換器４と凹部４０の構造について説明する。
【００２４】
図３は、図１の凹部４０の周辺の構造を詳細に表現した図である。図３に示すように、図機関室１５ａの屋根部では側構え３３と長桁２９に装置取付座３２を介して熱交換器部４が配置されている。また、機関室には雨樋２８が配置され、屋根に降った雨や雪を側面へと流すことで車両内への侵入を防止している。
【００２５】
ここで機械室の各装置の高さを見ると、発電部５と主発電機９の装置高さは電力変換部６と比べて低い。また、排気で使用されるマフラ３６が発電部５より低い主発電機９の上部に配置されている。さらに、本来機関室１５に配置する煙突１１を隣の送風機室１６に配置することで、機関室１５天井部に熱交換器部４などの大型の装置を配置する空間を確保している。
【００２６】
次に、図５，６で、車両のパーツで構成され車体の強度を担う車体構体における装置の搭載部を示す。車両の前方より、第１長桁１９、第１垂木２１、第１強め２０、第２強め２２、第２長桁２３、装置の搭載部分３２、側構え３３、第２垂木２４、第３強め２５、第３長桁２６、第３垂木２７、雨樋２８、第４長桁２９、第５垂木３０、第５長桁３１が配置されている。ここで、「長桁」とは、車両の進行方向、つまり前後方向に組み込まれている骨組みを示している。また「垂技」とは、車両のレール方向、つまり左右方向に組み込まれている骨込みのことを示している。また「強め」とは、車両内搭載されている骨組み間に接続されることで、補強となる部品を示している。
【００２７】
第１長桁１９の端面の第１垂木側と第１垂木２１上部の側面が溶接により強固に接合されている。次に、第１垂木２１下部の第１強め２０側の側面と第１強め２０の第１垂木２１側の側面が溶接により強固に接合されている。そして、第１垂木２１株の第２長桁側の側面と第２長桁２３の第１垂木２１側の側面が溶接により強固に接合されている。また、第２長桁２３の第２垂木２４側の側面と第２垂木２４の側面が溶接により強固に接続されている。さらに、第２垂木２４の第３強め２５側の側面と第３強め２５の第２垂木２４側の側面が溶接により強固に接続されている。なお、前述した第１強め２０の側面、第２長桁２３の側面、および第３強め２５の側面高さは同様であり、第１垂木２１と第２垂木２４の側面を介して加減速や連結時に生じる進行方向の力が連続的に長桁に伝達されている。
【００２８】
また、装置取付座３２の下面と第２長桁２３の上面が溶接により強固に接続されている。そして、第１強め２０、第１垂木２１、第２長桁２３、第２垂木２４および第３強め２５の下面と側構え３３の上面が溶接により強固に接合されており、側構え３３の下面と車体大枠１８の上面が溶接により強固に接合されている。さらに、第２強め２２が第２長桁２３と第３強め２５の下部の側構え３３の角部に溶接にて強固に接合されている。なお、前述した第３強め２５の下面と第２強め２２の上面の進行方向の幅は同様である。以上の構造により装置取付座、長桁、垂木、および強めに掛かる鉛直方向の力が側構えを介して連続的に車体台枠に伝達している。
【００２９】
さらに、第１強め２０が第１垂木２１と側構え３３の接合による角部に、第２強め２２が側構え３３の角部に、第３強め２５が第２垂木２４と側構え３３の接合による角部にそれぞれ配置されている。進行方向の力を受ける際は強めの鉛直方向の面が、鉛直方向の荷重を受ける際は強めの進行方向の面が荷重を伝達し、荷重を受ける面の急激な形状変化を防止することで、角部での応力集中を緩和している。
【００３０】
一般的に車両構体の長桁は一本で構成され、連結時の衝撃や加減速の屋根部の搭載品による進行方向への荷重を支持し、かつ、車体吊り上げ時や走行中の振動による上下荷重に対する縦剛性を確保している。しかし、大型の装置の搭載のために第２長桁２３および第４長桁２９は、第１長桁１９、第３長桁２６、および第５長桁３１が構成する車両天井部の位置よりも低い位置で接続されている。この際、前述の通り第１長桁１９と第２長桁２３は第１垂木２１と第１強め２０を介して接合されることで、長桁同士が一体となり荷重を支持している。第２長桁２３と第３長桁２６、第３長桁２６と第４長桁２９、および第４長桁２９と第５長桁３１についても、それぞれ垂木と強めを介して接合されている。また、強めを使用することで構体の重量が増加するが、第１強め２０と第２長桁２３の高さを同じにすることで、進行方向への力を効率よく伝達させている。このため、使用される強めの板厚を大きくする必要がないため、重量増加が抑えられている。また、装置の取り付け座３２よりの鉛直方向の荷重に対しては、第２強め２２により側構え３３での角部の応力集中を抑えると共に、第１強め２０と第２強め２２により長桁１９と第１垂木２１が、第２強め２２と第３強め２５により第２垂木２４と第３長桁２６がそれぞれ接合されることで、鉛直方向の荷重を分散して受ける。さらに、第３強め２５と第２強め２２の向かい合う面の長さを同じにすることで、鉛直方向への力を効率よく台枠１８へと伝達させるとともに、強めの板厚増加を抑えている。さらに脱線時の復旧作業、および軌道の勾配やカントにより車体に曲げやねじりの力が働く際には、強めにより長桁、垂木、側構え、および台枠が一体となるため、一部の部材に大きな荷重が掛かることを防ぎ、車体構体全体で荷重を負担することが可能となる。このように、強めの配置により長桁同士、長桁と側構え、および構体全体が効率よく荷重を伝達することにより強度を確保することで、大型の熱交換器などの装置を搭載することが可能となる。また、向かい合う面の長さを合わせた強めの使用により板厚を大きくする必要がないため、構体の重量増加を抑えることができる。
【００３１】
（効果）
本実施形態の構成によると、車両限界内において重量を増加させることなく、大型の熱交換器を搭載することができる電気式ディーゼル機関車を提供することである。
【符号の説明】
【００３２】
１  レール
２  車輪
３  車体
４  熱交換器部
４ａ  冷却管（行き）
４ｂ  冷却管（戻り）
４ｃ  コア
４ｄ  熱交換器モータ
４ｅ  熱交換器軸
４ｆ  熱交換器ファン
５  発電部
５ａ  エンジン
６  電力変換部
６ａ  コンバータ
６ｂ  インバータ
７  燃料タンク部
７ａ  燃料吸い込み管
８  車両限界
９  主発電機
１０  排風口
１１  煙突
１２  主送風機
１３  運転室
１４  機器室
１５  機関室
１６  送風機室
１７  仕切り壁
１８  車体台枠
１９  第１長桁
２０  第１強め
２１  第１垂木
２２  第２強め
２３  第２長桁
２４  第２垂木
２５  第３強め
２６  第３長桁
２７  第３垂木
２８  雨樋
２９  第４長桁
３０  第４垂木
３１  第５長桁
３２  装置取付座
３３  側構え
３４  台車
３５  主電動機
３６  マフラ
３７  冷却管
３８  ターボチャージャ
３９  吸気フィルタ
４０  凹部
４１  運転室扉
１００  機関車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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