現代版最新蒸気機関車

Question

もし、現代の技術で、固体の石炭を燃料とする鉄道機関車を作ったら、どんな方式になるでしょうか?

もちろん、高効率・高出力を目標にします

石炭は、予めガス化や液化などはしないで、固体のまま積み込むとしてです

質問のタイトルは、蒸気機関車と書きましたが、必ずしも蒸気機関でなくてもけっこうです

私が考えたのは、

石炭を燃料とする蒸気タービンで発電
その電力で直接モーターを駆動しつつ、バッテリーも充電
蒸気タービンは、最も高効率で常に運転
平地巡航時は、主に充電
加速時や登坂時は、バッテリー電力も併用
減速時や下り坂では、モーターを発電機とした回生ブレーキで、バッテリーを充電

結局、蒸気機関ですね(^_^;)

今更、わざわざ固体の石炭をそのまま燃料とする機関車を作る意味があるかどうかは問わず、科学的（工学的）空想でお願いします

rabbit_cat · Accepted Answer

結局のところ、
・レシプロ
・タービン直接駆動
・ターボ・エレクトリック
の3つの選択肢のどれかということですね。

長距離止まらない貨物列車なら、タービン直接駆動になるでしょう。

（駅に止まらないといけない）旅客列車だと、レシプロか、ターボ・エレクトリックか。
さすがに、今、設計するなら、理想的には効率が良いターボ・エレクトリックにしたいところですが。。
機関車サイズにする前提だと、総合的にレシプロ
に勝てるかは結構厳しいような気もします。

蒸気タービンの高効率化には大型化が有効で、かつ、ターボ・エレクトリックの長所は、エンジン（＋発電機）とモーターを自由に配置できることなわけで、鉄道というシステム全体で効率を追求していくと、石炭火力発電所＋電車、になってしまう気もしますが。

TooManyBugs · Answer

鉄道車両には形状、サイズ、重量の制限が有るのでエネルギー効率を高くしようとするとそれ自体の重量で牽引力を消費してしまい荷重に対するエネルギー効率は低くなってしまいます。
地上ボイラでは当たり前の水管式ボイラ、コンデンサも試験的にしか使われません。

結局今の蒸気機関車のマイナーチェンジ版しかあり得ません。

CC_T · Answer

現代の技術でとなると環境面を無視できませんから、蒸気機関車のようにそのまま燃やして排気という選択肢はまず無しでしょうね。石炭には不純物が結構混じってるはずですから、クリーン排気のための設備が結構な重荷になります。

１）石炭に水素と水を加えて加熱（プレヒート）し、可燃性ガス（水素や１酸化炭素）とオイルを取り出す。
２）出てきたガスでガスタービンエンジンを回し、バッテリーとハイブリット運用する。
３）排熱とオイルは石炭のプレヒートに再利用、カスは舗装材料として回収
って感じになるんじゃないでしょうか。
蒸気は細やかな出力調整が難しいですが、ガスを燃料とするエンジンなら出力調整が容易です。

石炭の熱分解はかなりの高温が必要になりますから、下手すりゃ蒸気機関車よりデカい車輛になるように思われますがね(^^;

TXV12003 · Answer

試作はされましたが実用化はされませんでした。

数百キロ以上の距離を止まらないで走る鉄道であれば、蒸気タービンでも使えると思いますが、数キロおきに停車しないといけないような用途には不向きです。また石炭では効率が悪く、石炭そのものも積んで走らないとなりません。
構想だけなら、原子炉と蒸気タービンを使用した、原子力機関車などもありましたね。

ガスタービンでも特性は同様ですがこちらは実用化されました。いずれにしても狭い日本では使えないでしょう。

現代版最新蒸気機関車

結局のところ、

鉄道車両には形状、サイズ、重量の制限が有るのでエネルギー効率を高くしようとするとそれ自体の重量で牽引力を消費してしまい荷重に対するエネルギー効率は低くなってしまいます。

現代の技術でとなると環境面を無視できませんから、蒸気機関車のようにそのまま燃やして排気という選択肢はまず無しでしょうね。

試作はされましたが実用化はされませんでした。

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