JP2000158938A - 車載用冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却能力の高い車載用冷却装置の提供。 【解決手段】 スカートの車両走行方向と平行な一方又
は双方の側面に、当該側面の外側に向けて開口し、当該
側面の内側に向けて窪む冷却器設置空間を車両の前進及
び後進によって生ずる走行風が流れ込むように設け、当
該冷却器設置空間に冷却器を設置したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、床下に装備された
各種の電気機器を保護するスカートを床下に備えた電車
や列車等の車両の床下に搭載される車載用冷却装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】走行風を利用した車載用冷却装置の冷却
器は車体の床下に設置され、最近では、床下に配設され
たこの冷却器を含む各種の電機機器類を、飛石などから
守ったり美観上の観点等から、その機器類の周囲に車体
床下へ垂れ下がるスカートを巡らせて配設することが多
くなった。このため、スカートに囲まれた床下の機器ボ
ックス即ち機器設置空間内に冷却器自体が納められてし
まうため、冷却に必要な走行風が冷却器に十分に当たら
ないという問題が生じた。例えば、車体下に搭載される
変圧器やリアクトル等の電気機器の冷却のために必要な
車載用冷却装置の冷却器などは、特開昭５８−１２９１
９４号公報に掲載の車両用自然冷却式リアクトルのよう
に、車両の走行方向に開口部が設けられ、この開口方向
が相互に点対称となる向きに風ガイドを装着するように
構成されている。

【０００３】図７はこの公開公報に示された車両用自然
冷却式リアクトルの平面図であり、図８はその正面図で
ある。図において、１００は車体、１０１は車両の床下
に装備される各種の機器類を保護するように囲うスカー
ト、１０２は車両の床、１０３は車両の床１０２の下方
に設けられた機器梁、１０４は道床、１０５はスカート
１０１と機器梁１０３とに囲まれて設置された変圧器で
ある。この変圧器１０５を冷却するために熱交換器１０
６が組み込まれ、熱交換器１０６に送風用のタワミ風道
１０７を介して、一対の採風案内としての採風ガイド１
０８、１０９が設けられている。この一方の採風ガイド
１０８は、前記タワミ風道１０７への連通端部と対向す
る側の端面が、車体１００のスカート１０１の一方の側
面においてスカート１０１の下方向とは直角に外気に向
けて開口されている。尚、図中で走行方向を示すため
に、車両の前進及び後進を前進を示す矢印Ａ及び後進を
示す矢印Ｂで表している。

【０００４】次に動作について説明する。車両が図示の
矢印Ａの方向に前進すると、車体側面に設けられた角度
θを有する開口部から、ルーバ１１０を介して矢印Ｃ方
向に向かって走行風が取り入れられる。この角度θは、
車両の速度や周辺機器への影響等を考慮して実験的に決
定される。開口部から取り入れられた走行風は、採風ガ
イド１０８、タワミ風道１０７を介して熱交換器１０６
に達し、放熱面で熱交換を行って変圧器１０５を冷却し
た後、他方のタワミ風道１０７を介して採風ガイド１０
９の車体側面の角度θをなす開口部から車外へと排風さ
れる。尚、車両が逆向きに走行する際即ち後進の際に
は、上記説明の順と逆の経路をたどって冷却が行われ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開昭５８−１２９１
９４号公報に記載された上記車載変圧器用の油冷却器で
は、次のような不都合がある。第１に、採風ガイド１０
８、１０９、熱交換器１０６、タワミ風道１０７よりな
る通風経路が、採風口、排風口以外では閉鎖されている
ため、全体の圧力損失が大きくなり、所望の風量を取り
入れるのが困難である。第２に、通風構造が複雑なた
め、空間占有率が高く、重量も重くなる。第３に、通風
経路が密閉され、スカートに囲まれた床下機器ボックス
中央付近に熱交換器１０６が設置されているため、清掃
性或いは保守作業性が悪い。第４に、熱交換器１０６が
ダクトに覆われているため、特に停車時において熱交換
された高温空気が熱交換器１０６近傍に滞留して伝熱を
阻害し、冷却能力が低下する。 本発明は、これらの問
題の解決を目的とすると共に、冷却能力の高い車載用冷
却装置の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、床下に装備さ
れた機器を保護するスカートを当該床下に備えた車両の
車載用冷却装置において、上記スカートの車両走行方向
と平行な一方又は双方の側面に、当該側面の外側に向け
て開口し、当該側面の内側に向けて窪む冷却器設置空間
を車両の前進及び後進によって生ずる走行風が流れ込む
ように設け、当該冷却器設置空間に冷却器を設置したこ
とを特徴とする。

【０００７】又、本発明は、車両の前進及び後進によっ
て生ずる走行風を冷却器へと導く導風スロープを、当該
冷却器の車両走行方向の前後側のスカート位置に設けた
ことを特徴とする。

【０００８】又、本発明は、走行風をスカート内へ導く
通風穴をスカートに設けたことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】実施の形態１．実施の形態１は、
スカートの車両走行方向と平行な一方の側面に、当該側
面の外側に向けて開口し、当該側面の内側に向けて窪む
冷却器設置空間を車両の前進及び後進によって生ずる走
行風が流れ込むように設け、当該冷却器設置空間に冷却
器を設置した構成としたものである。図１及び図２は、
この実施の形態１に示す車載用冷却装置の冷却器を車両
の床下へ取り付けた構造を示す断面図にして、図１は、
床下に設置された冷却器の中心を通り、車両の床に水平
な平面による水平断面、図２は、冷却器中央を通り、床
に垂直な平面による垂直断面である。

【００１０】図において、図中の１は車体、２はスカー
トであり、床下に設置された機器類を保護するために当
該機器類を取囲むように床下に配設されている。３は車
両の床、４は車両の床３の下に設けられた機器梁、５は
道床、６は床３の下に設置された変圧器やリアクトル等
の車載電気機器としての例えば変圧器、７は車載電気機
器６の発熱を奪った冷却媒体を冷却するための冷却器、
８は冷却器７を構成するヘッダであり、９は車載電気機
器６からヘッダ８へ送油するための配油管である。

【００１１】従来の車載用冷却装置では、熱交換器が床
３の下のスカート２に囲まれて閉空間となる機器設置空
間内に設置されていたが、この実施の形態１では、冷却
器７に走行風が当たり易いように、床３の下に配設され
るスカート２の、車両走行方向と平行に延在する一方の
側面側に、当該側面の外側に向けて開口し、当該側面の
内側に向けて窪ませて、冷却装置の冷却器７が設置され
るに十分な冷却器設置空間１１が形成されるように当該
スカート２を曲げて延在させている。

【００１２】この冷却器設置空間１１を形成するスカー
ト２には、車両の前進及び後進によって生ずる走行風
が、設置された冷却器７へと効率良く流れ込むように、
例えば、当該冷却器７の車両走行方向の前後側のスカー
ト２部分、例えば、内側へと窪むスカート２のカーブ部
分に、導風スロープ１０を形成している。この導風スロ
ープ１０は、図示のように、スカート２部材とは別部材
として形成して、延在するスカート２がカットされた元
の延在位置に配設して、スカート２の一部を成すように
構成してもよい。

【００１３】何れにしても、この導風スロープ１０は、
車両が前進方向Ａに進んでいるとして、冷却器設置空間
１１の上流端と冷却器７の上流端、例えば、冷却器７の
前面に走行風が当たり易いように、ヘッダ８の上流端を
できる限り滑らかにスカート２の導風スロープ１０部分
と連結させるよう、走行方向に対して所定の角度φを成
すように構成する。他方、冷却器７の下流側にも、冷却
器設置空間１１の下流端と冷却器７の下流端をできる限
り滑らかに結ぶように、スカート２の導風スロープ１０
部分を構成する。

【００１４】上記の導風スロープ１０は曲面であって
も、平面であってもよく、滑らかに接続するものであれ
ば如何なる表面形状を有するものであってもよい。但
し、走行風の取り込み量を最大にするために、冷却器７
は車両幅限界を越えない程度に、できる限りスカート２
より車両の側面方向へ露出するよう設置することが好ま
しい。

【００１５】ここで、図中の冷却器７について具体的に
説明する。車載電気機器６より発生する熱は、水、油等
の液体の顕熱変化、フロンガス、代替フロンガス等の圧
縮サイクルにおける相変化を利用した潜熱／顕熱変化に
より冷却媒体に吸収され、ポンプ（図示せず）により配
油管９を介して車両の側面側に設けられた冷却器７へと
搬送される。通常、この冷却器７は、鉄、アルミ、銅等
の熱伝導率の高い金属管がＵ字型に形成され、それらの
冷却管が複数本車両の走行方向と垂直な断面内及び車両
の走行方向に配置された構成となっている。

【００１６】配油管９を介して冷却器７へと送られてき
た冷却媒体は、冷却器７を構成する冷却管内部（図示せ
ず）に導かれた後、管内対流熱伝達により管内壁に熱を
奪われる。そして、管内壁に移動した熱は、熱伝導によ
り管壁を移動して管外壁へと至る。この管外壁は低温且
つ高速の走行風と接しているため、管外空気との対流熱
伝達により、熱は走行風に持ち去られる。冷却器７を通
過することで冷却された冷却媒体は、再び配油管９を介
して車載電気機器６へと戻って、車載電気機器６からの
発熱を奪う。このようなサイクルを繰り返すことによ
り、走行風を利用して車載電気機器６は冷却される。

【００１７】車両が図示の矢印Ａの方向に進行している
場合、冷却器７には矢印Ｃの方向からの走行風が吹く。
走行風は走行風上流側の冷却器設置空間１１より、或る
角度φを有する導風スロープ１０に沿って冷却器７内部
へと侵入し、冷却器７を構成する冷却管に衝突して冷却
管外壁面から熱を奪いつつ、冷却器７の途中、或いは冷
却器７の後流端から外部へと流出する。冷却器７の後流
端から流出した走行風は、後流に設けられ上記と同様に
角度φを有する導風スロープ１０に沿って車側へと排風
される。

【００１８】この採風過程を成立させるのが、コアンダ
効果と呼ばれる流体現象である。コアンダ効果とは、凸
型壁面近傍に流れがある場合、その流れが壁面方向に曲
がり、ついには壁面に付着する現象をいう。即ち、この
実施の形態１における導風スロープ１０は、設置された
冷却器７の車両走行方向に向いた前後側のスカート２の
配設位置に、部分的に当該スカート２に替えて、スロー
プが形成された平板部材にて、できる限り滑らかに、冷
却器７の前後端と連結させているので、走行風は図示の
矢印Ｃのように当該スロープを構成する導風スロープ１
０の壁面に沿って効果的に冷却器７へと送風される。

【００１９】導風スロープ１０と床下のスカート２との
成す角度φが小さければ小さいほど、冷却器７の前後の
端面、即ち、前進の場合には冷却器７の前端面、後進の
場合には冷却器７の後端面に到達する走行風の量が多く
なり、冷却能力が向上するのは明らであり、これは極め
て好ましいことである。しかし、実際には採風・排風構
造の取付体積は限られているため、実装状態を考慮しつ
つ、実験或いは実車走行によって傾き角度φを適宜最適
値に設定する必要がある。 尚、車両がＢの方向に進行
している場合には、走行風は矢印Ｄの方向から冷却器設
置空間１１を介して床下のスカート２の内部へと侵入
し、導風スロープ１０に沿って冷却器７に到達するた
め、上記と同様の動作が実現される。

【００２０】以上のように、この実施の形態１では、冷
却器７が床下に配設されたスカート２の外側に露出さ
れ、車両の側面側に配置された構成や、採風・排風のた
めの導風スロープ１０を設けた構成としてあるため、簡
潔な構造で走行風を効果的に冷却器７へと導くことがで
きる。又、冷却器７は車側に開放された空間に露出され
ており、採風・排風路も単純な形状で、しかも車側に露
出しているため、保守・清掃作業が簡単に行なえる。更
に、車両の停車時においても床下スカート２の内部に熱
がこもることなく、良好な冷却能力を発揮させることが
できるので、停車時においても冷却能力が不足すること
が無い。

【００２１】実施の形態２．上記実施の形態１では、冷
却器７を車両の両側面の一方側の側面に配設した構成と
してあるが、この実施の形態２では、冷却能力を高める
ため車両の両側面の双方にそれぞれ配設した構成として
ある。例えば、変圧器の容量が大きく、１つの冷却器７
では冷却能力が不足する場合には、車体１の両側に車載
電気機器６を挟むように１対の冷却器７を配設するとよ
い。図３及び図４は、この実施の形態２の構成を示すも
ので、図３は、床下に設置された冷却器７の中心を通
り、車両１の床２に水平な平面による水平断面、図４
は、冷却器７の中央を通り、床２に垂直な平面による垂
直断面である。

【００２２】図３及び図４では、車両１の走行によって
発生する走行風は、地形或いは気象条件によって若干の
違いはあるものの、ほぼ左右対称に吹くと考えて良いの
で、両車側に設けられる構成即ち導風構造は、車体１の
対称面に対して対称形状であればよい。従って、この実
施の形態２における構成は、上記実施の形態１の車載用
冷却装置を他方の車側にも配設した構成となる。よっ
て、双方に配設される構成や構成部品は実質的に同一で
あるので、同一符号を付してその説明を省略する。又、
動作についても、１つの冷却器７が設置されている上記
実施の形態１の場合と同様であるので、その説明を省略
する。

【００２３】尚、車載電子機器６に取り付けられる冷却
器７の個数は、図３及び図４に示すように２つに限られ
るわけではなく、２つ以上設置する場合がある。この場
合には、上記実施の形態１及び２に示す構成をスカート
２の車両側面側の別の部分に所要数設ければよい。又、
複数の冷却器７を一つの冷却器設置空間１１に設置でき
るよう、冷却器設置空間１１を広く形成して、走行方向
へ冷却器７を複数個併設することもできる。

【００２４】実施の形態３．スカート２と機器梁４とに
囲まれた車両１の床下の機器設置空間内に存在する空気
は、静止或いは流動しているため、当然、車載電気機器
６と周囲の空気との間で対流熱伝達による熱交換が行わ
れる。最近では、上述の通りスカート２の設置により、
機器設置空間の密閉度が高くなる傾向にあるため、車両
走行時においても当該機器設置空間内に走行風が侵入し
ない場合がある。この場合には、車載電気機器６と周囲
空気との熱伝達様式は自然対流熱伝達のみとなるため、
前記空間内に高温空気が滞留して冷却能力が低下してし
まう。

【００２５】実施の形態３は、かかる問題を解消する手
段を示すもので、上記実施の形態１及び２において、導
風スロープ１０に通風穴１２を設けて、積極的に走行風
を機器設置空間内に導き、車載電気機器６本体の自冷能
力を確保させる構成を示したものである。図５は、床下
に設置された冷却器７の中心を通り、車両１の床２に水
平な平面による水平断面、図６は、冷却器７の中央を通
り、床２に垂直な平面による垂直断面である。尚、上記
実施の形態１及び２と実質的に同一若しくは同等の構成
や構成部材については、同一符号を付してその説明を省
略する。図において、１２は通風穴であり、図中には導
風スロープ１０と冷却器７の前後端部との間に、スリッ
ト状に設けている。通風穴１２を設ける位置は、導風ス
ロープ１０、或いは又、スカート２のどこでも良い。

【００２６】上記の通風穴１２の開口形状は、この例に
示すスリット状に限らず、円形であっても、矩形であっ
てもよい。要は、スカート２の外側空間と車載電気機器
６が設置された機器設置空間、従ってスカート２の内側
空間とを連通させるものなら如何なる形状であってもよ
い。又、導風スロープ１０やスカート２に設けられる通
風穴１２の数は、１個に限らず複数個であっても良い。

【００２７】次に、動作について説明する。車両が図示
の矢印Ａの方向に走行すると、走行風は矢印Ｃのように
冷却器設置空間１１から導風スロープ１０に沿って床下
スカート２内部へと侵入する。侵入した走行風の大部分
は、冷却器７を通って冷却に寄与し、矢印Ｃのようにス
カート２内部から排風される。他方、侵入した走行風の
一部は、矢印Ｅで示すように、導風スロープ１０に設け
られた通風穴１２を介して車載電気機器６が納められた
床下の機器設置空間に侵入する。この走行風は、車載電
気機器６に当たって、対流熱伝達によって各種機器の外
壁面を冷却する。機器の外壁面を冷却した走行風は、機
器設置空間内の各種機器の隙間、或いは下流に設けられ
た通風穴１２からスカート２の外側空間へと排風され
る。尚、車両が矢印Ｂの方向に走行する場合にも、同様
の効果を奏することは言うまでもない。

【００２８】このように、実施の形態３では、上記実施
の形態１及び２において、導風スロープ１０に通風穴１
２を設けた構成としたので、車載電気機器６に走行風を
当てて、スカート２に囲まれた機器設置空間に配設され
ている各種の車載電気機器６の表面での熱交換を促進さ
せ、冷却能力を向上させることができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、通風経路が従来のよう
な閉鎖通路ではなく、開放空間となるため、従来問題と
された圧力損失がなくなり、簡潔な構造で所望の採風量
を走行風として容易に取り入れることができ、冷却能力
の高い車載用冷却装置を提供することができる。又、通
風経路が極めて単純なため、空間占有率が小さく、装置
が軽量となる。又、冷却器が開放空間に設置されるため
外部からの保守、清掃作業を能率良く、簡便に行なうこ
とができる。又、冷却器が開放空間に置かれるため、停
車時においても冷却能力を発揮することができる。

【００３０】又、本発明によれば、冷却器を複数個取り
付けることができ、より大きな冷却能力を備えた車載用
冷却装置を提供することができる。

【００３１】又、本発明によれば、スカートに囲まれて
配設された車載用の電気機器類に走行風を当てることが
でき、当該各種機器類の表面での熱交換を促進させて冷
却能力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１に示す車載用冷却装置の水平断
面図である。

【図２】 実施の形態１に示す車載用冷却装置の垂直断
面図である。

【図３】 実施の形態２に示す車載用冷却装置の水平断
面図である。

【図４】 実施の形態２に示す車載用冷却装置の垂直断
面図である。

【図５】 実施の形態３に示す車載用冷却装置の水平断
面図である。

【図６】 実施の形態３に示す車載用冷却装置の垂直断
面図である。

【図７】 従来の車載用冷却装置の水平断面図である。

【図８】 従来の車載用冷却装置の垂直断面図である。

【符号の説明】

１ 車体、２ スカート、３ 床、４ 機器梁、５ 道
床、６ 車載電気機器、７ 冷却器、８ ヘッダ、９
配油管、１０ 導風スロープ、１１ 冷却器設置空間、
１２ 通風穴。

フロントページの続き (72)発明者 長谷川 義次 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 古藤 悟 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 床下に装備された機器を保護するスカー
   トを当該床下に備えた車両の車載用冷却装置において、 上記スカートの車両走行方向と平行な一方又は双方の側
   面に、当該側面の外側に向けて開口し、当該側面の内側
   に向けて窪む冷却器設置空間を車両の前進及び後進によ
   って生ずる走行風が流れ込むように設け、当該冷却器設
   置空間に冷却器を設置したことを特徴とする車載用冷却
   装置。
2. 【請求項２】 車両の前進及び後進によって生ずる走行
   風を冷却器へと導く導風スロープを、当該冷却器の車両
   走行方向の前後側のスカート位置に設けたことを特徴と
   する請求項１に記載の車載用冷却装置。
3. 【請求項３】 走行風をスカート内へ導く通風穴をスカ
   ートに設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に
   記載の車載用冷却装置。