アンドレ・シャプロン（Andre Chapelon、1892年10月26日 - 1978年7月22日）はフランスの有名な機械技術者で、先進的な蒸気機関車の設計者である。エコール・サントラル・パリ出身で、厳格な科学的方法を設計に持ち込んだ数少ない機関車設計者の1人であり、また熱力学や流体力学など様々な分野の最新の知識と理論を機関車工学の分野に適用しようとした。しかし様々な事情により、その能力を最大限に発揮することはついにできなかった。
経歴
生い立ち

フランス中央部、中央高地にあるロワール県サン＝ポール＝アン＝コルニヨンに生まれる。幼い頃からパリ・リヨン・地中海鉄道 (PLM) の蒸気機関車に親しみ、蒸気機関車ファンとして育った。1913年6月にエコール・サントラル・パリの入学試験に合格した。この当時のフランスの兵役法では、エコール・サントラルに在学する5年間のうちに2年間兵役を務めることになっており、それは最初と最後の1年ずつ務めるか、最後に2年まとめて務めるかの選択ができるようになっていた。シャプロンは前者を選んで、1913年10月に砲兵少尉として軍隊に入った。除隊が迫った1914年7月、第一次世界大戦が勃発して復学は遠のいてしまった。戦争終結後1919年にようやく復学し、本来3年の修学期間を2年に短縮されて1921年に29歳で卒業した。
鉄道への就職

シャプロンはエコール・サントラルを卒業すると、早速子供の頃から親しんできたPLMへ就職した。車両・動力部門に配属されて実際の蒸気機関車に触れ、そこで複式の6100型機関車の運転を見て疑問を抱き、積極的に改善の提案を論文で発表するようになった。直属の上司はこれに賛同したものの、会社の上層部は全く理解を示さず、シャプロンは1924年に社内の電話事業へ転進することになった。
キルシャップの発明とシャプロンマジック

大学時代の教官に相談した結果、そのつてを頼って1925年1月にパリ・オルレアン鉄道 (PO) へ転職することができた。ここでは調査・研究部門に配属され、蒸気機関車の排気方式の改良を主に担当することになった。

蒸気機関車では、シリンダーで蒸気を膨張させてピストンを駆動して動力を得た後、まだ圧力が残っている蒸気を煙室内に吹き出させることでドラフト作用を起こし、ボイラーからの燃焼ガスを煙突を通じて押し出して、代わりに新鮮な空気が火室に入ってくることを助ける仕組みになっている。完全に蒸気の膨張力をシリンダーで使ってしまうとドラフト作用が弱くなりボイラーの火力を落とすが、ドラフト側に余分に圧力を使うとシリンダー出力が弱くなってしまう。その兼ね合いをうまく設計すると共に、ドラフト部分の装置を工夫することで機関車全体の効率を改善することができる。キルシャップの構造

1919年にフィンランドの技術者キララが開発したキララスプレッダーは、ブラストノズルからの蒸気流を4つに分割して吹き出させて、うまく燃焼ガスと蒸気を絡ませて効率よく排気することができる。右の図の黄色い部品がキララスプレッダーで、円錐状の4つの部品で蒸気流を4つに分けている。シャプロンは、これにさらに煙突の下側にペチコートと呼ばれる円筒状の部品を取り付けることで、キララスプレッダーの下側のブラストノズルとの間、キララスプレッダーとペチコートの間、ペチコートと煙突の間の3段から燃焼ガスを吸い込んで排気を促進する改良を加えた。これをキララとシャプロンの名前を合わせて「キルシャップ」(Kylchap) と呼ぶ。

また、火力発電所や蒸気タービン式の船の場合は、高い煙突を利用して煙突効果による排気を期待できるが、蒸気機関車の場合は車両限界に阻まれて煙突を高くするのは限界がある。ベルギーの技術者リゲインは1925年に、2本に煙突を増やす方法を考えた。面積を2倍に増やすと高さを 1 2 {\displaystyle {\dfrac {1}{\sqrt {2}}}} に抑えることができる。シャプロンもこの考えを取り入れて、キルシャップを2つ縦に並べる構造を考えた。これをダブルキルシャップという。

パリ・オルレアン鉄道の1909年製車軸配置4-6-2の3500型蒸気機関車の中でも特に調子が悪かったNo.3566を対象に、これらの改造を施行してみることになった。シャプロンはこの他に、ボイラーからシリンダーまでの蒸気流路（スチームサーキット）の断面積を拡大し、パイプの曲がりを緩くして、絞り効果（ワイヤードローイング）による蒸気圧力の損失を軽減することにした。また、複式機関車では高圧シリンダーで消費した蒸気を低圧シリンダーへ送って再利用しているが、温度が下がりすぎて低圧シリンダー内で一部蒸気が凝縮してしまっていた。このため高圧シリンダーに送る蒸気の温度をさらに高めることにした。他に給水暖め器を取り付けたり、アメリカで開発されたニコルソン形サーミックサイホンを取り付けたりした。やはりシャプロンの構想に対する上層部の理解が薄かったことから、これらの改造には3年が掛かり完成は1929年となった。

本来の出力は1,850馬力であるこの機関車は、シャプロンの理論計算によればスチームサーキットの改善により20パーセント、加熱温度の上昇により10パーセント、キルシャップの採用により25パーセントの出力上昇が期待でき、トータルでシリンダー出力3,000馬力超を見込んでいた。1929年11月29日に試運転が行われ、予定通り3,000馬力を超える出力を確認した。また石炭の消費は通常時で75パーセントに減少した。各地で試運転が繰り返され、大幅な時間短縮と燃料節約が確認された。こうしたことから、パリ・オルレアン鉄道では従来型の蒸気機関車が次々にシャプロン方式で改造されることになった。こうした改造をシャプロンリビルドと呼ぶ。また劇的な効果から「シャプロンマジック」とも呼ばれた。シャプロンリビルドの機関車で、パリ - ボルドー間はそれまでより1時間以上短縮されて5時間50分となった。
シャプロンリビルドの広まり

1938年に統合でフランス国鉄(SNCF)が発足するまで、フランスには5大鉄道として、PLM、POの他に北部鉄道、東部鉄道、国有鉄道があった。シャプロンリビルドは他の鉄道会社にも衝撃を与え、それぞれの会社にも機関車が持ち込まれて試験が行われた。その結果、北部鉄道や東部鉄道でも同様の改造が広まることになった。

また、POでは続いてパリ - トゥールーズ間の改良に取り組むことになり、4500型に対してシャプロンリビルドが施された。もともと車軸配置4-6-2である4500型から従輪を取り除き、動輪を追加して車軸配置4-8-0にするもので、常識的には蒸気発生量を下げることになってしまう広火室から狭火室への改造を伴っていた。代わりに3.8メートルにおよぶ長い火室を採用し、ボイラー圧力は20気圧に上げられた。また給排気バルブはスライドバルブからレンツ式ポペットバルブへと換装された。1933年に実施された試験の結果、128 km/hで4,000馬力を超える出力を達成した。