車両用非接触給電工学

 

●　北海道に猛烈な寒波襲来 

急速に発達する低気圧の影響で、１８日にかけ全国的に大雪や強風など大荒れの天気になるとし、
気象庁は、暴風雪や高波、雪崩などに警戒を呼び掛けた。特に北海道については「見通しが全くき
かないような、数年に一度の猛吹雪となる恐れもあり、不要不急の外出を控えるなど注意してほし
い」という。気圧配置図をみて、気圧値空間関数三次元マップが作製できないか、ふと、そんなこ
とを考えた。これから起こる気象事象を、予断亡くビックデータ化すること、そしてそのデータか
ら読み取れる現象パターン解析を、気象衛星や地上測定網を総合し行っておくことは大変貴重なア
ルゴリズムを生みだし災害予防に役立つのではと考えてみたが、入ってくる映像を前にしても、北
海道の被災者の人たちはかわいそうやなぁ～と思い、全国のインフラである「高架線の地下埋設」
は防災事業は是非実現しなあかん！と再確認したわけだ。が、それだけではだめだ、１つは道路や
鉄道の融雪・除雪の自動化と、２つめは鉄道の架線（Overhead line）の地中化あるいは、地上化（
Ground-level power supply）が必要だとの思いに至る。

●　鉄道車両用非接触給電システム

感電の心配や摩耗がなく、移動体や回転体にエネルギー供給の可能な非接触集電技術を用いた電池
バスや工場内搬送装置の実用化が進んでいるが、これらの背景には、地球温暖化に対する省エネル
ギー効果、安全性、保守性と、大規模気象変動への防災強化への期待がある。一方、最近の半導体
の高速スイッチングに象徴されるパワーエレクトロニクスの発達、電磁界解析技術の高度化、磁性
材料の進歩など、非接触集電技術に欠かせない要素も発達してきていることもある。そこで、非接
触給電システムを原理的に分類すると、

（ａ）電磁誘導を用いたリニア変圧器方式
（ｂ）走行体の運動エネルギーを用いたリニア発電機方式
（ｃ）電磁波を用いたマイクロ波方式
（ｄ）その他
 
に分けることができるが、上述の電池バスや搬送装置では、（ａ）方式すなわちリニア変圧器方式
が採用されている。これは、（ｂ）方式は磁気浮上式車両のような地上１次システムでしか実現で
きないことや、（ｃ）方式はエネルギー密度が極端に小さい等の理由からと考えられる。もっとも、
（ａ）のリニア変圧器方式も高周波電流を使用するため渦電流損が大きい、ギャップ変動の影響が
大きい等の克服しなければならない問題もある。 ところで、鉄道車両の非接触給電システムとして、リニア
変圧器による給電（集電）方式を適用することが考えられている。この場合、運転時のエネルギー供給の他
デッドセクションや保守基地での電力供給などへの利用が考えられる。しかしながら、在来鉄道では、互換
性や相互乗り入れが重要視されるため、現状の設備や車両を大幅に変更することは難しい。このため、現
在の車両限界や建築限界内に給電コイル等を配置しなければならないといった課題がある。

 
そこで、上図の新規考案は、鉄道車両用非接触給電システムで、軌道Ａ上に敷設される鉄道レール
２，２′間に配置される８の字形状の給電コイル３と、この給電コイル３に給電する高周波電源１
と、この鉄道レール２，２′を走行する鉄道車両４の底部に配置され、この８の字形状の給電コイ
ル３に走行時に対向する８の字形状の集電コイル６と、この集電コイル６に接続されるコンバータ
７と、このコンバータ７に接続される充電式電池８とを備え、前記給電コイル３に対する前記集電
コイル６の相対的移動により前記集電コイル６からの出力を前記充電式電池８に充電するようする
ことで、地上側の鉄道レール間に給電コイル、車上側に集電コイルを設置するという簡単な構成で、
より従来の設備を変えずに非接触給電を行い、しかもレールの発熱量を低減できる鉄道車両への非
接触型給電システムが提案されている。


●　常電導吸引型磁気浮上式車両用除雪装置

さらに、下図では、磁気浮上式車両は、レールを含む軌道の上面より浮上して走行するが、軌道上
に積る雪等の異物は排除する必要があり、常電導吸引型磁気浮上式車両は、レールの下面に対向し
て配設される常電導磁石を有する複数のモジュールと、モジュールに対してサスペンションを介し
て支持される車体を備え、車両の前部に配設される除雪装置を備え、除雪装置はプラスチックシー
トと、プラスチックシート内に束ねられて格納されるプラスチック製のブラシとを有する除雪部材
と、除雪部材を軌道に向けて押圧するコイルバネを備え、さらに、除雪部材は車両の進行方向に対
して両端部が後退するように折り曲げられて配設することで――常電導吸引型磁気浮上式車両が浮
上しない間は、軌道Ｋ_１上の上面Ｓ_２に補助車輪で接地する。車両の前部にとりつけられる除雪装
置１００は、ブラケット１３０に対してコイルバネ１８０を介してとりつけられる除雪部材２００
を備える。除雪部材２００は、多数のブラシ２２０を有し、バネ力Ｐ_１で軌道上に押し付けられ、
除雪を行う新規考案を提案している。

● 潜熱蓄熱システム

不用の熱を蓄えておき、必要なときに蓄えた熱を用いるための蓄熱システムが数多く提供されてい
るが、近年、蓄熱材として潜熱蓄熱材料であるＰＣＭ（Phase Change Material、相変化物質）を用い、
潜熱を利用して吸熱及び放熱を行う潜熱蓄熱システムが提供されている。しかし、潜熱蓄熱材料は、
放熱時に固相化し、流動性がなくなる。このため、潜熱蓄熱システムにおいては、一般に、吸熱（
蓄熱）の際に、熱源から熱を運んでくる伝熱媒体と蓄熱材料であるＰＣＭとの間で効率的に熱交換
することが難しいが、潜熱蓄熱材料（エリスリトール）を油の中に混ぜることで流動性を持たせ、
吸熱・放熱時の熱交換の効率を上げる方法があるものの潜熱蓄熱材料を油と一緒に混ぜ、熱交換器
等において循環させる場合、何らかの要因により油が漏れたりすると、汚染や発火等の危険がある。

下図は、潜熱蓄熱材料５と、潜熱蓄熱材料５との間で熱交換を行う第一伝熱媒体６と、潜熱蓄熱材
料５と第一伝熱媒体６との間で熱交換を行うための主熱交換装置７０と、外部から熱を運び込み、
第一伝熱媒体６へ熱伝達するための第二伝熱媒体７と、第一伝熱媒体６と第二伝熱媒体７との間で
熱交換を行うための受熱用副熱交換装置８０と、第一伝熱媒体６との間で熱交換を行い、外部へ熱
を供給するための第三伝熱媒体８と、第一伝熱媒体６と第三伝熱媒体８との間で熱交換を行うため
の給熱用副熱交換装置８５と、を備える構成とすることで、潜熱蓄熱材料と伝熱媒体との間との熱
交換において、安全で高い伝熱効率を発揮することのできる潜熱蓄熱システムが提案されている。

尚、除雪・融雪システムでは様々提案がなされているが、今夜の調査ではこれと言った手がかりに
なるものを見いだせなかった。この件についてさらに調査をすすめたいので残件扱。難しいが、難
問であればあるほどファイトが湧く性格は昔から変わっていないようだ。自分の性格が、実に面白
い！　そういえばこの間、親友に"お前は、ベンチャーだなぁ～。"と言われたっけ。

 

●　花柚子から山椒モドキへ 

今年は５月に花柚子が咲き誇り果実がたくさん実りました。いまは全て収獲し、柚子風呂用に冷凍
しストック分が残るのみ。そこで、棘が蔓バラと同様にあり少量ならそのリスクを最小限できるの
で、その常緑を生かし来年は花柚子１本と檸檬を１本生け垣用に植えようと考えている。柚子も檸
檬も耐寒温度マイナス５℃前後で寒さにやられる可能性があるがそこはそのときとして計画。さら
に、「ブラックペッパーの家庭内菜園」（『エアバック工学』）で掲載した、ブラックペッパーと
さらに山椒モドキ（ブラジルペッパー）を専用の温室を必要とするが試験栽培する計画でいる。

ところで、柚子は檸檬の５倍ビタミンＣが多く含まれ、皮下部位には「ヘスペリジン」という成分
が多く含まれ、ビタミンＣが体内に吸収されると、動脈硬化やがんの原因となる活性酸素を取り除
く機能を発揮するが、酸化分解されやすい欠点をもつ。この時、ヘスペリジン（ビタミンＰ）と一
緒にビタミンＣを摂取すると、ビタミンＣが酸化しても、ヘスペリジンが元に戻してくれる。

 

●　正しい柚子湯の入り方 

搾り方によって果汁に含まれる精油がどれだけ違うのかを測定したところ、皮をむいて搾った果汁
には、精油はゼロ。果肉を下にして搾るのに対して、皮を下にして搾ったほうが精油の濃度が２倍
以上だというデータがあるが、ゆず湯と、水道水をわかしただけのさら湯で、体の温まり方の比較
試験したところ、（１）まず、入浴前にモデルの深部体温を測定してから、４１℃のさら湯に１５
分間入り、入浴後に再び深部体温を測定すると、入浴前と比べて１℃上昇。（２）２時間あけ体温
を元に戻したあと、今度は、４１℃のゆず湯に１５分入浴してから深部体温を測定すると、入浴前
よりも１.６℃ に上昇。さら湯のときと比べて、深部体温の上昇は０.６℃の差だが、硫黄泉に入
るのと同じぐらいの温まりで、２０分の保温効果がある。

 

このポカポカ効果の最大化には、４等分に切ったゆずの皮を袋に入れ、湯をためる前に浴槽に入れ
るのがポイント。湯をためる前にゆずの皮を入れると、湯をためている間に皮に含まれる精油がど
んどん溶け出し、水面に精油が浮いた状態になる。この精油が、ポカポカ効果をもち、精油成分の
１つである「リモネン」は、皮膚付着すると、毛細血管を刺激し血管を拡張し、深部体温が上昇。
また、体を覆った精油が、入浴後に体内の熱が外へ逃げるのを防ぐので、湯冷めしにくくなるが、　
精油が滲み出す時間長く、湯をためる途中やたまってから皮を入れても、精油が十分出ないので要
注意。

気がつけば、今夜は何だか柚子三昧で終わってしまったようだ。