JPH10285968A - 後置冷却器の作動制御回路及び作動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関車内に位置する圧縮機から圧縮空気を受
け取るファン冷却式後部冷却器の作動制御回路を提供す
る。 【解決手段】 ファン冷却式後部冷却器の作動制御回路
は、該後部冷却器の該ファンを駆動するためのモータ
（１２）と、コイル（１８）と該コイル（１８）を作動
させる接点（２０）とから成るリレーと、前記コイル
（１８）に電気的に直列に接続する感温スイッチ（１
６）とを含む。前記リレーの前記接点（２０）は、前記
モータ（１２）と電気的に直列に接続する。前記感温ス
イッチ（１６）は、外気温が氷点以下に下がった時、前
記ファンの作動を停止するため、前記コイル（１８）の
前記回路を開き、それにより前記接点（２０）を開くよ
うに働く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機関車のブレーキ
や、または機関車に連結した鉄道車両へ圧縮空気を供給
するため、機関車で使用される空気圧縮機に関し、特
に、機関車の圧縮機に結合した後置冷却器の作動を制御
する回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】様々な相対湿度状態の下で圧縮機に入る
空気は、９．５気圧程度で圧縮される。圧縮プロセス
は、空気を熱し、その空気が含み得る総ての水分（水蒸
気）を保持するようにする。空気が圧縮されると、空気
の温度は急激に上昇し、摂氏で約１１度（２０°Ｆ）上
昇する毎に、空気の能力としてほぼ２倍の水分を含むよ
うになる。しかし、空気が益々小さな容積まで圧縮され
ていくと、空気の水分を保持する能力は、温度上昇によ
る水分を維持できる能力の増加割合とほぼ同じ割合で減
少する。従って、最終的に圧縮機を離れる大幅に容積が
減少した空気は、約摂氏２０５度〜２６０度（４００°
Ｆ〜５００°Ｆ）であり、その温度において相対湿度は
非常に低くなり、そして容積を減少させる。

【０００３】機関車では、圧縮機は、一つ以上の空気溜
め即ち空気溜めタンクへ圧縮空気を供給し、機関車のブ
レーキや機関車へ連結した鉄道列車のブレーキを作動さ
せる。空気が圧縮機から空気溜めに入ると、その空気の
温度は下がり、それにより、空気の水分収容能力は減少
するが、同時に膨張してこの能力を増加させる。含水空
気が空気溜めに入り、そこから機関車及び鉄道車両のブ
レーキへ供給されることにより、機関車及び鉄道車両の
ブレーキ機材や装置に関して、相当の悪影響の原因とな
る可能性がある。例えば、このような含水空気は、潤滑
油を洗い落とし、油焼けや極度の摩耗の原因となり、そ
れら総てがメンテナンスやメンテナンス費用を増加させ
る結果につながる。

【０００４】しかし、水分が凍結すると問題はより深刻
で、それによって、ブレーキ能力、並びに、ワイパ、デ
フロスタ、ベル及びホーン等の圧縮空気を使用する機関
車の他の安全装置を少しも作動させなくなるということ
がある。

【０００５】ゲーテル（Goettel）等の米国特許第１０
６２７０号明細書には、一体型後置冷却器を（そして一
体型中間冷却器を）備えた機関車の空気圧縮機が開示さ
れており、この後置冷却器が圧縮機から出る圧縮空気の
温度を周囲の外気に近づくように下げるべく働く。ゲー
テル等の特許の開示内容は、参照により出願の一部とな
る。

【０００６】ゲーテル等の特許の一体型後置冷却器の利
点は、鉄道産業界において知られているが、総ての機関
車に装備されているわけではない。かかる後置冷却器の
ない機関車は、上述した理由のため後置冷却器を必要と
する。

【０００７】後置冷却器は、圧縮機からの圧縮空気を受
け取るフィン付伝熱管を通る周囲の外気を給排気するた
めファンを使用する。しかし、周囲の外気が、後置冷却
器内や、機関車の空気溜めに供給する後置冷却器の排気
配管内で、含水空気の凍結を生じさせるレベルになり得
るので、周囲の外気温が氷点以下になる時に、凍結の発
生を防ぐ必要がある。

【０００８】

【発明の概要】本発明は、後部冷却部のファンを駆動す
るモータへ電力を供給するリレーを作動する簡単な回路
を用いることにより、目的を達成する。この回路は、氷
点（３２°Ｆ）に設定された感温スイッチを備える。後
置冷却器で受け取った外気温が氷点以下に下がった時、
このスイッチは、ファン用モータの回路を開く。これに
より、圧縮機から後置冷却器に受け取った圧縮空気内の
水滴が凍結する可能性が減少する。

【０００９】従って、本発明の目的は、上述したゲーテ
ル等の特許の一体型圧縮機／後置冷却器を備えていない
機関車に、ファン冷却式後部冷却機用の感温制御回路を
提供することである。

【００１０】圧縮空気の温度が外気温近くまで下がった
ら、蒸気は空気溜めから除去するために液体の水に凝縮
されるので、圧縮空気は、蒸気の形態で水分を保持する
能力を失う。一般に、圧縮空気は、約９．１５キログラ
ム／平方センチ（１３０ポンド／平方インチ）で空気溜
めへ供給され、空気溜め圧力が約９．８５キログラム／
平方センチ（１４０ポンド／平方インチ）に達した時に
止められる。これらの圧力において後置冷却器から受け
取った圧縮空気には、ほぼ水蒸気がない。しかし、関係
する圧力が空気溜め内の圧力より実質的に低くなるの
で、機関車及び連結した鉄道車両のブレーキへ空気を供
給するブレーキ装置の調整弁部分に入る時に、空気の膨
張がさらに起こる。この膨張により、水蒸気を保持する
機会が生じるが、かかる水蒸気の量は、飽和量より少な
い。液体の水の除去は、凍結の可能性を減らすと共に、
潤滑と錆の問題を回避する。

【００１１】本発明の目的及び利点は、以下の詳細な説
明と添付図面を参照することにより、より明らかになる
であろう。

【００１２】

【発明の実施の形態】図面を参照すると、図１は、管１
５を介して機関車の圧縮機（図示せず）から含水圧縮空
気を受け取るために結合した後置冷却器１４のファン用
モータ１２の作動を制御するための簡単な回路１０を示
す。回路１０は、リレーのコイル即ちソレノイド１８と
電気的に直列に接続する（模式的に示すサーモスタット
要素１７を備えた）感温スイッチ１６を用いる。リレー
は、コイルにより機械的に作動すると共に、ファン用モ
ータ１２に電気的に直列にされた接点２０を有する。米
国内の機関車が殆どの電気負荷を供給するため７２ボル
ト直流（バッテリ）系を使用するように、モータは、例
えば直流７２ボルトで駆動させることができるが、本発
明の回路配置は、もちろん、７２ボルト系以外にも使用
することができる。

【００１３】回路１０は、さらに、感温スイッチ１６及
びリレーのコイル１８に電気的に直列に接続する感圧ス
イッチ２２を含むのが好ましい。感圧スイッチ２２は、
機関車に配設された一つあるいはそれ以上の圧縮空気の
主空気溜めタンク（図示せず）内の圧力を感知する。感
圧スイッチ２２は、かかる空気溜め内の気圧レベルによ
り機械的に作動させられる。圧縮機から空気溜めへの空
気の供給は、空気溜め圧力が約９．１５キログラム／平
方センチに下がった時に開き、空気溜め圧力が約９．８
５キログラム／平方センチへ増加した時に空気溜めへの
空気の供給を遮断する感圧弁により、制御される。

【００１４】一般に、感圧スイッチ２２は、機関車の第
１主空気溜めタンクと第２主空気溜めタンクとの間に配
設される。この感圧スイッチは、主空気溜め圧力を感知
する。機関車の圧縮機は、約９．１５〜９．８５キログ
ラム／平方センチの間の圧力で空気溜めへ空気を供給す
るように作動し、約９．８５キログラム／平方センチで
圧縮機は負荷をかけるのをやめ、圧縮機の圧力が約９．
１５キログラム／平方センチに下がったら、再び負荷を
かける。

【００１５】図２は、機関車の圧縮機（図示せず）の出
力に接続するための入力管１５を有する後置冷却器１４
を示す。次に、出力管２５は、機関車に配設された圧縮
空気の空気溜めへ後置冷却器を接続するために設けられ
ている。後置冷却器１４は、外側から外気を受け取る機
関車の領域に配設され、後置冷却器が実際に、圧縮機か
ら受け取った圧縮空気の温度を下げられるようにするの
が好ましい。圧縮空気が機関車及び鉄道車両のブレーキ
系統へ送られる前に、後置冷却器は、圧縮空気内に含ま
れる水蒸気を、空気溜めから除去するために液体の水へ
凝縮させる。圧縮機は、機関車のディーゼルエンジンを
収容する領域かつ室内に配設されており、ディーゼルエ
ンジンが連結駆動軸を通じて圧縮機を作動する。エンジ
ン室内の温度は、摂氏９３°（２００°Ｆ）まで上昇す
ることがあるので、圧縮機からの圧縮空気を外気近くま
で冷却することが、かかる温度レベルにおいては不可能
である。

【００１６】しかし、ディーゼルエンジン室には、周囲
の外気を受け取る領域、即ち慣性フィルタ室がある。慣
性フィルタは、ディーゼルエンジンのシリンダにおける
燃料の内燃のための外気を受け取る。そのため、かかる
慣性フィルタを収納する室は、後置冷却器１４とサーモ
スタット要素１７とを収納するための理想的な配置を提
供する。

【００１７】外気温の空気を得るための別の可能性とし
ては、機関車の車体の横側付近に後置冷却器を取り付
け、外気に接触するために機関車の横側に空気取入れ口
やスクリーンを設けることである。

【００１８】このような周囲の外気は、もちろん、後置
冷却器１４が圧縮機から受け取った含水空気の冷却プロ
セスで連続的に作動したら、凍結温度において既に冷た
い空気を連続的に冷却することにより、凍結問題をさら
に悪化させるような氷点（３２°Ｆ）以下になり得る。

【００１９】本発明の回路１０は、周囲の外気が氷点以
下になった時に後置冷却器１４による冷却効果を遮断
し、外気が氷点を超えるレベルに上昇した時に周囲の外
気の冷却プロセスを再開する。

【００２０】回路１０は、以下の様に作動する。感温ス
イッチ１６及びサーモスタット要素１７は、周囲の外気
を感知するため機関車の適当な場所に配設されており、
サーモスタット要素は、外気温が氷点より上昇するか氷
点以下に落ちるかに応じて感温スイッチ１６を開閉する
ように働く。周囲の外気が氷点を超えた時に感温スイッ
チ１６は閉じ、そして機関車の空気溜めタンク内の圧力
が約９．１５キログラム／平方センチに下がった時にこ
のタンクが圧縮空気を必要とするので、感圧スイッチ２
２は閉じる。従って、感圧スイッチ２２は、圧縮機及び
後置冷却器が空気溜めタンクへ圧縮空気を供給する間閉
じている。

【００２１】感温スイッチ１６及び感圧スイッチ２２と
共に、電気回路は、接点２０を閉じるため励磁されるリ
レーのコイル１８を備えている。閉じた接点２０は、機
関車のバッテリパワーを後置冷却器のファン用モータ１
２へ供給するように、ファン用モータ１２の回路を完成
する。後置冷却器のファン３２（図２参照）のブレード
３０は、後置冷却器の伝熱管３６のひれ付管３４を通る
外気に向かって回転し、圧縮機から受け取ってひれ付管
３４を通って流れる含水空気を十分な割合で冷却する。
ひれ付管を通って流れる外気は、出力管２５を通り機関
車の空気溜めタンクへ放出される前に、ひれ付管内で圧
縮空気を冷却する。従って、後置冷却器へ流れる圧縮空
気内の水蒸気は、後置冷却器内で液体の水へ凝縮され、
そして空気溜めタンクから重力により取り除かれる。

【００２２】しかし、周囲の外気が氷点以下になった
ら、感温スイッチ１６は、リレー接点２０を開けること
により、ファン用モータ１２の回路とリレーのコイル１
８への回路を開けるため、サーモスタット要素１７によ
り開けられる。この様にして、後置冷却器１４は、既に
氷点である外気を冷却するために作動することはない。
ファンが停止しても、圧縮機からの熱い圧縮空気は、ひ
れ付の後置冷却器を通って未だ流れる。従って、幾つか
の部分で、冷却用のファンの利益を得なくても冷却が行
われ、水分が、液体の水として凝結するようになってい
る。

【００２３】以上に本発明の現在最も好適な実施態様を
詳細に説明してきたが、本発明が関連する技術分野にお
いて通常の技術を有する者であれば、添付の請求項の精
神及び範囲から逸脱しないで本発明を実施する様々な変
更方法がわかるであろう。従って、本発明は、添付の請
求項だけでなく、下記の項目に記載の概念も、その保護の
対象とすることができる。 （１） 前記感圧スイッチは、前記機関車の空気溜め内
の圧力を制御するためのスイッチであり、該空気溜めが
前記機関車の周囲の外気温近くの温度で、前記圧縮機及
び前記後置冷却器から圧縮空気を受け取るため、後置冷
却器と流体連通している請求項２に記載の後置冷却器の
作動制御回路。 （２） 前記感圧スイッチは、前記空気溜め内の前記圧
力が約９．１５キログラム／平方センチ（１３０ポンド
／平方インチ）レベルに下がった時に前記空気溜めへ空
気を供給し、前記空気溜め内の前記圧力が約９．８５キ
ログラム／平方センチ（１４０ポンド／平方インチ）レ
ベルに上がった時に前記空気溜めへの空気の供給を遮断
するように設定されている上記（１）項に記載の後置冷
却器の作動制御回路。 （３） 前記後置冷却器は、前記機関車のディーゼルエ
ンジン室の外側から外気を受け取れるように配設されて
いる請求項１に記載の後置冷却器の作動制御回路。 （４） 前記後置冷却器は、前記機関車の慣性フィルタ
室内に配設される請求項１に記載の後置冷却器の作動制
御回路。 （５） さらに、前記リレーのコイルと電気的に直列に
された感圧スイッチを用いて、前記モータの前記回路を
開閉する請求項３に記載の後置冷却器の作動方法。 （６） さらに、前記リレーの前記コイルと電気的に直
列にされた感温スイッチを用いて、周囲の外気温が氷点
以下に下がった時に前記モータの前記回路を開く上記
（５）項に記載の後置冷却器の作動方法。 （７） 前記後置冷却器をディーゼルエンジン室の外部
から外気を受け取るように配設する請求項３に記載の後
部冷却の作動方法。 （８） 前記後置冷却器を前記機関車の慣性フィルタ室
内に配設する請求項３に記載の後置冷却器の作動方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】 後置冷却器のモータを制御するための回路図
である。

【図２】 本発明に使用する後部冷却部の断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…回路、１２…モータ（ファン用モータ）、１４…
後置冷却器、１５…入力管、１６…感温スイッチ、１７
…サーモスタット要素、１８…コイル（ソレノイド）、
２０…接点（リレー接点）、２２…感圧スイッチ、２５
…出力管、３０…ブレード、３２…ファン、３４…ひれ
付管、３６…伝熱管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル・ジー・ワグナー アメリカ合衆国、ペンシルベニア州、ピッ ツバーグ、ウェスト・ジェネシー・ストリ ート 107 (72)発明者 ブライアン・エル・クンケルマン アメリカ合衆国、ペンシルベニア州、ブレ アズヴィル、ボックス 351、アール・デ ィー ナンバー ２

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関車内に配設された圧縮機から圧縮空
   気を受け取るファン冷却式後置冷却器の作動を制御する
   ため、 前記後置冷却器の前記ファンを駆動するモータと、 コイルと、該コイルにより作動する接点とから成り、該
   接点は、前記モータと該モータのための電力源との間に
   電気的に直列にされている電気的リレーと、そして、 前記コイルと電気的に直列にされている感温スイッチと
   を備える回路であって、 該感温スイッチが、外気温が氷点以下に下がった時、前
   記モータへの電力供給を遮断するため、前記コイルの前
   記回路を開き、それにより前記接点を開成するように働
   く後置冷却器の作動制御回路。
2. 【請求項２】 前記リレーの前記コイルと前記感温スイ
   ッチとに直列に感圧スイッチがある請求項１に記載の後
   置冷却器の作動制御回路。
3. 【請求項３】 ファンと、該ファンを駆動するためのモ
   ータを含む回路とを備えた後置冷却器内で圧縮空気に含
   まれる水分の凍結を防ぐために、周囲の外気温が氷点以
   下に下がった時に、リレーを用いて前記モータの回路を
   開ける工程から成る、圧縮機からの前記圧縮空気を受け
   取る機関車内の前記後置冷却器の作動方法。