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日本初の電鉄用鉄製水銀整流器

国産初の電気鉄道用鉄製水銀整流器を経て、
四半世紀後、1,500V 1,000kW鉄製水銀整流器が誕生。

日本初の電鉄用鉄製水銀整流器の画像

水銀整流器とは内部を真空にしたガラス容器または鉄製容器内に水銀を陰極とし、黒鉛の円柱を陽極として封じ込み、水銀アーク放電を利用して交流を直流に変換する(整流)装置である。サイリスターなどの電力用半導体素子が開発される1960(昭和35)年ころまでは、電力変換装置の主役であった。

水銀整流器は1900(明治33)年、米国のクーパー・ヒューイットが水銀アークの整流性を利用してガラス製水銀整流器を発明した。この研究には米国GE社や米国ウェスチングハウス社(WH社)が協力し、1911(明治44)年には500V40A級が製作され、ガラス製水銀整流器の技術が確立した。

しかし、ガラス製水銀整流器は陽極および陰極の導体をガラスに貫通させ封着する部分に弱点があり、機械的にも弱く、排気、化成、発熱の冷却の限界により大きな電流の整流器を作ることができなかった。

芝浦製作所(当社の前身)は1916(大正5)年、金杉工場の研究室でガラス製水銀整流器を蓄電池の充電用に使用していたが、1920(大正9)年にヨーロッパで鉄製水銀整流器の研究が始まり、当社でも文献調査を始めた。しかし、1923(大正12)年の関東大震災によって調査も一時中断した。

しかし、そのころ東京電灯がスイスのブラウンボベリ社(BBC社)から鉄製水銀整流器を輸入していた。たまたま運搬中に震災にあい、浅草、田原町の路上に無残に焼け壊れて転がっていた鉄製水銀整流器を当社の研究者が発見し、それを調査した。国産化とは技術の模倣ではなく創出から始まったのである。鉄製はガラス製に比べ高圧大電流化が可能だ。しかし鉄槽構造、真空漏れ、逆弧、陽極および陰極導体の絶縁と気密性の維持などゼロからの開発は困難を極めた。

当社は苦心の研究の末、1927(昭和2)年、国産初の600V、300kW電鉄用鉄製水銀整流器を完成させた。この鉄製水銀整流器は1個の真空鉄槽内に負荷電流を通す陽極を6個設けた。真空槽は2重壁とし、その隙間に冷却管を設け、冷却水により内部に発生する熱を吸収し水銀蒸気圧を適正値に調整した。運転時は真空内の部材からの放出ガスや鉄板溶接部からのわずかな空気洩れを排出する真空ポンプを常時運転した。

この整流器は盛岡電灯花巻温泉電軌鉄道花巻変電所に1927(昭和2)年に納入され、1945(昭和20)年まで電車の運転に使用された。その後、1930(昭和5)年に鉄道省が電車の直流電化を広めるため、水銀整流器の採用を決定し、1,500V、1,000kWを納入した。さらに当時の東京地下鉄道(株)から日本で最初の地下変電所用水銀整流器を受注するなど本格的に発展していった。

鉄製水冷式単極水銀整流6陽極で構成(真空ポンプ付)
鉄製水冷式単極水銀整流6陽極で構成(真空ポンプ付)

マツダガラス製水銀整流管
マツダガラス製水銀整流管

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