(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面がレール表面に面接触する形状に形成された高熱伝導率の金属材からなる箱状筐体の上面に、発熱体が没入する深さの溝部を複数並設し、各溝部に前記発熱体を嵌め込んで発熱体表面と溝部表面とを面接触させるとともに、前記筐体の上面に、熱輻射板、熱反射板及び断熱材からなる熱絶縁体を重ねて前記各溝部及び各溝部に嵌め込まれた発熱体を熱絶縁体で覆い、さらに前記熱絶縁体に空気層を重ねて設けた構成を有することを特徴とするレール加熱器。
【請求項２】
溝部に棒状、平角状又は箔状の発熱体を没入した請求項１に記載のレール加熱器。
【請求項３】
筐体上面に、ミアンダ状、渦巻き状、櫛状又は複数本並列状の溝部を設けた請求項１又は２に記載のレール加熱器。
【請求項４】
筐体内に発熱体を水密的に封止して構成した請求項１〜３の何れかに記載のレール加熱器に、加熱又は冷却に伴う筐体内圧の変動を調整する機構を設けたレール加熱器。
【請求項５】
筐体端部に発熱体と接続したレセプタクルを一体に設け、このレセプタクルに給電ケーブルが着脱し得るように構成した請求項１〜４の何れかに記載のレール加熱器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道・軌道用のレールポイント部及びその周辺部（以下、ポイント部という）の凍結防止、雪害防止を目的としてポイント部に取り付けられるレール加熱器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道・軌道用のレールポイント部には、氷雪が付着し凍結して切り換え動作に支障が生じることを防止するため、レール側面に取り付けてポイント部を加熱する加熱器が取り付けられる。
【０００３】
その一つとして、図９に示されているように、アルミダイキャスト５１内にシーズヒータ５２を鋳込んだ加熱器が知られている。
また、アルミニウム製の筐体内に面状ヒータを装填し、その外側に熱絶縁層としての合成樹脂材と空気室とを重ねて設け、筐体に蓋をした密閉構造の加熱器が知られている（特開平１０−２８０３０３号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の内、前者においては、加熱器全面がアルミニウムで形成されているため、レールに接触する部分以外の面からも熱が放散し、熱損失が大きく加熱効率が悪いという問題がある。
後者においては、平面構成であるため、片面のみが熱伝導材と接触する構造となり、伝熱効率が低いという問題があった。
【０００５】
また、従来の何れの加熱器も、給電ケーブルは加熱器に直結しており、加熱器設置後に給電ケーブルを取り外したり着けたりすることができなかった。これは、施工現場によって加熱器を設置するポイント部と電源までの距離が異なることに対応して、現場で給電ケーブルを直付けしていたためだが、給電ケーブルを加熱器に着脱できれば、設置作業がし易くなり、点検や部品の取り替えなどのメンテナンスの作業性も向上する。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑み、レール側面に取り付けてポイント部を加熱するレール加熱器において、発熱体から筐体に効率的に熱量を伝導して熱損失をより少なくすること、耐久性を高めること、及びメンテナンス作業性を向上させることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明のレール加熱器は、底面がレール表面に面接触する形状に形成された高熱伝導率の金属材からなる箱状筐体の上面に、発熱体が没入する深さの溝部を複数並設し、各溝部に前記発熱体を嵌め込んで発熱体表面と溝部表面とを面接触させるとともに、前記筐体の上面に、熱輻射板、熱反射板及び断熱材からなる熱絶縁体を重ねて前記各溝部及び各溝部に嵌め込まれた発熱体を熱絶縁体で覆い、さらに前記熱絶縁体に空気層を重ねて設けた構成を有することを特徴としている。
【０００８】
これによれば、溝部に嵌め込まれた発熱体は、その表面が溝部内面に接し、発熱体の片面のみが接触したものと比べて接触面積が広くなり、発熱体から筐体への熱伝導量が大きくなって、加熱された筐体を介してレールを効率良く加熱する。
【０００９】
筐体は、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い金属材を用い、発熱体を嵌め込むことが可能な厚みを有して形成される。
筐体がレール表面に接合する面の形状は、レールに面接触するよう、レール表面に取り付ける部位の形状に整合するように形成され、レール側面に取り付ける場合は略平面形状、レール側面から脚部に至る折れ部に取り付ける場合はレール表面の湾曲形状に対応した、外方に膨らんで湾曲した形状に形成される。筐体表面は、レール表面の曲率に対応した曲率の形状に形成される。
【００１０】
発熱体は、筐体に装填可能な種々の構造のものが用いられる。
線状ヒータを用いる場合、図１（Ａ）に示された如き断面円形の棒状のものや同図（Ｂ）に示された如き断面矩形の平角状のもの、同図（Ｃ）に示された如き平角状よりもさらに薄い箔状のものを用いることができる。これらヒータＨは、筐体内面に形成された各溝部Ｍに没入し、ヒータ上面を除いた底面及び両側面を溝部表面に接触させて設置される。
【００１１】
筐体内面に設ける溝部は、発熱体が嵌まり込むよう、発熱体の寸法や形状、及び発熱体の配置や配線構造などに対応して形成される。
その一態様として、溝部は、その幅を発熱体の幅（厚み）とほぼ同じ、深さを発熱体の高さとほぼ同じとし、発熱体の配線に沿って筐体内面に複数並設して形成することができる。なお、溝部が形成される筐体内面は、レール表面に接合する側の面である。
また、発熱体として線状ヒータを用いる場合は、ヒータとの接触面積を大きくするため、筐体内面に形成される溝部は、溝部を上方からみたときに、図２（Ａ）に示された如きミアンダ状、同図（Ｂ）に示された如き渦巻き状、同図（Ｃ）に示された如き並列状、同図（Ｄ）に示された如き櫛状、その他高密度な筋状の配置となるように設けることが好ましい。
【００１２】
また、他の態様として、図３に示されたように、ヒータＨの厚みよりも幅広に形成された溝部Ｍに対し、ヒータＨを溝部Ｍの内面に沿わせ、且つ隣接した溝部Ｍ，Ｍに渡るように設置して、筐体との接触面積を大きくすることができる。
この場合、ヒータＨは、線状、面状何れの形態のものを用いることができ、その一側の面（図では上面）を、溝部Ｍに嵌合する突起を有する熱・電気絶縁構成体Ｋで押さえられ、適当な圧力をかけられて他側の面が隣接溝部Ｍに渡って溝部内面に接触する。
【００１３】
前記各構成において、溝部に嵌め込まれた発熱体に、熱輻射板、熱反射板及び断熱材からなる熱絶縁体と、空気層を重ねた構成とすることが好ましい。
これによれば、熱絶縁体は熱量の放散を阻止し、さらに空気層を設けることで筐体のレールと接していない面側への熱伝導による損失が少なくなり、レールを効率的に加熱する。
熱輻射板としては、例えば鋼板の表面にセラミック又はセラミックとニッケルクロムの混合物からなる被膜を設けたもの、或いは遠赤外線を放射する無機質又は有機質の被膜を設けたものを用いることができる。熱反射板としては、例えばアルミニウムメッキ鋼板などを用いることができる。断熱材としては、熱伝導率の低いステンレスその他の金属板や、熱伝導率が低く且つ難燃性の樹脂シート、発泡材などを用いることができる。
【００１４】
前記構成の加熱器を、筐体に取り付けた蓋で内部を水密的に密封して構成する場合、加熱器の加熱又は冷却に伴う筐体内圧の変動を調整する機構を筐体に設けることが好ましい。
内圧調整機構としては、例えば筐体内部又は外部に大気と通じたダイヤフラムを凹凸変形し得るように設けたり、或いは筐体外部に同じく大気と通じたベローズを伸縮変形し得るように設けたりし、筐体内圧の変動に応じてこれら部材が変形することによって圧力の変動を吸収し、筐体自体の変形が防止されるように構成することができる。
【００１５】
さらに前記各構成において、筐体端部に発熱体と接続したレセプタクルを一体に設け、このレセプタクルに給電ケーブルと接続したプラグを取り付ければ、ヒータと給電ケーブルの接続を容易に行うことができる。すなわち、ヒータとケーブルの着脱が自在に行え、設置やメンテナンスの作業性が向上する。レセプタクルとこれに接続する給電ケーブルのプラグは防水絶縁型で、且つ抜け防止のロック機能を有するコネクタが用いられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施例を図面を参照して説明する。
図４は本実施例のレール加熱器の概略平面及び断面を示しており、図中、符号１は筐体、２は発熱体としてのヒータ線、３は熱絶縁体、４はダイヤフラム、５はレセプタクル、６は給電ケーブル、７はプラグである。
【００１７】
筐体１は、アルミニウムを用い、上面を開口して薄い箱状に形成された本体部１１と、本体部の開口面に取り付けて筐体内部を密閉する蓋部１２からなり、図示されないレール側面に本体部１１の底面を接合して取り付けられるように設けてある。
詳しくは、本体部１１は、その底面１１ｂがレール表面の湾曲した形状に対応させて、外方に膨らんで湾曲した形状に形成されているとともに、開口した内底面にヒータ線２が嵌まり込む深さの凹状の溝部１１ａがヒータ線２の配線に沿って筋状に形成され、ヒータ線２と電気的に接続するレセプタクル５を端部に固着して形成してある。蓋部１２は本体部１１の開口面を被閉する大きさに形成してある。
本体部１１の、ヒータ線２が配線された部分よりもレセクタプル５が取り付けられた端部側の位置には、当該端部側に伝導する熱量を減らすため、平面視楕円形に開けた開孔１１ｃ，１１ｃが設けてある。また、当該端部側の底部１１ｄは、ヒータ線２が配線された部分から伝導する熱量を上方に伝わり難くするために、ヒータ線２が配線された部分の底面から凹んだ段差となるように切り欠いてある（図４（Ｂ）参照）。
【００１８】
本体部１１と蓋部１２は、本体部１１の内部にヒータ線２、熱絶縁体３及びダイヤフラム４を配し、開口面に蓋部１２を取り付けた状態で、蓋部１２の内面とダイヤフラム４との間に空間部１３が形成される寸法に設けてある。この空間部１３は筐体端部に設けた通気孔１４から筐体外部に通じ、後述するダイヤフラム４がここで膨張変形するが、ダイヤフラム４によって熱絶縁体３とは水密的に隔離され、ヒータ線２や熱絶縁体３側に外気が入り込まないようになっている。
【００１９】
ヒータ線２は、ニクロムやカーボンなどからなる発熱線の周面を絶縁体で被覆して形成された断面円形の線状ヒータを用い、外周面を前記凹部１１ａ内に没入させて本体部１１内に配線してある。ヒータ線２の端部はレセプタクル５に接続してある。
【００２０】
熱絶縁体３は、熱輻射板３１と、熱反射板３２と、断熱材３３とを積層した構造となっており、ヒータ線２の本体部１１と接していない側の面に重ねて、本体部１１の内部に装填してある。
【００２１】
ダイヤフラム４は、熱絶縁体３全体を覆うようにして、熱絶縁体３の外側に固着してある。詳しくは、ダイヤフラム４は可撓性を有するゴム製又は樹脂製のシート材により形成されており、断熱材３３の表面を被覆し、且つその周縁を断熱材３３に固着して熱絶縁体３の外側面に一体に設けてある。
ダイヤフラム４によって表面を覆われた熱絶縁体３は、当該ダイヤフラムを挟んで空間部１３が重なる。
【００２２】
レセプタクル５は、給電ケーブル６のプラグ７が脱着可能な構造のものが用いられ、本体部１１の端部に固着されている。レセプタクル５は給電ケーブル６のプラグ７を装着することにより、ヒータ線２と給電ケーブル６の相互間を電気的に接続する。
【００２３】
これらの部材により構成される本実施例のレール加熱器は、本体部１１の溝部１１ａ内にレセプタクル５と接続したヒータ線２を嵌め入れて配線し、ヒータ線２の上に熱輻射板３１、熱反射板３２及び断熱材３３を順次重ねるとともに、水や粉塵が進入しないよう本体部１１内部にシリコンなどの絶縁樹脂を充填し、さらに熱絶縁体３の外側にダイヤフラム４を一体に固着した上で開口面に蓋部１２を取り付け、ヒータ線２とレセプタクル５との配線部分及び本体部１１と蓋部１２との接合部分にシリコン樹脂を注入し、一体に固化して構成される。
【００２４】
このように構成されるレール加熱器は、図示されない取り付け金具を用い、筐体１の底面をレール側面に接合して固定され、レセプタクル５に給電ケーブル６のプラグ７を接続してポイント部に取り付けられる。
この状態でヒータ線２を通電すれば、レールに面接触した本体部１１をヒータ線２が加熱し、さらにヒータ線２の本体部１１と接していない面側に重なった熱絶縁体３と空間部１３内の空気層とが当該面側に伝導する熱の放散を阻止して、放射熱を本体部１１側に反射せしめ、発生した熱量を効率良く本体部１１からレールに伝導させて加熱し、ポイント部を融雪する。
【００２５】
この場合、筐体自体の温度上昇に伴って内圧が高まるが、図６に示されているように、空間部１３内に設けたダイヤフラム４の片面が内圧の変動に応じて凹凸変形するため、この変形によって筐体内部の圧力は所定の大きさに調節され、筐体が変形したり破損したりすることが防止される。
【００２６】
なお、発熱体としての円形断面のヒータ線２の代わりに、平角状や箔状のヒータや面状のヒータを用いることは任意であり、この場合、図７（Ａ），（Ｂ）に示されているように、本体部１１内に形成された溝部１１ａに平角状ヒータ２１や面状ヒータ２２を嵌入し、これに熱絶縁体３、ダイヤフラム４及び蓋部１２を重ねて加熱器が形成される。
【００２７】
また、ダイヤフラム４は、前述した筐体内部に設けて片面が凹凸変形する構造以外に、図８（Ａ）に示されているように、筐体１の内部にダイヤフラム４が設けられ、その両面が凹凸変形して筐体内圧を調整する構造や、同図（Ｂ）に示されているように、筐体１の外表面にダイヤフラム４が設けられ、ダイヤフラム４が筐体外側へ凹凸変形して筐体内圧を調整する構造とすることができる。
ダイヤフラムに代え、ベローズ機構を設けても同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は発熱体が溝部に没入した状態の一例を示した筐体内部の要部拡大断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は筐体内部に形成される溝部の配置の一例を示した図である。
【図３】発熱体が溝部に没入した状態の他の例を示した筐体内部の要部拡大断面図である。
【図４】本発明の一実施例のレール加熱器の概略平面図（Ａ）と断面図（Ｂ）である。
【図５】図４のレール加熱器の拡大縦断面図である。
【図６】ダイヤフラムの圧力調整動作を説明するための図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は他の実施例のレール加熱器の拡大縦断面図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は他のダイヤフラムの構造を示した図である。
【図９】従来のレール加熱器の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１  筐体
１１  本体部
１２  蓋部
１３  空間部
１４  通気孔
２  ヒータ線
２１  平角状ヒータ
２２  面状ヒータ
３  熱絶縁体
３１  熱輻射板
３２  熱反射板
３３  断熱材
４  ダイヤフラム
５  レセプタクル
６  給電ケーブル
７  プラグ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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