JP2010120483A - 鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】構造の簡素化を図ることができるとともに、機器の設置自由度を上げることが可能な鉄道車両を提供することである。
【解決手段】車体本体内に仕切られた第１の部屋と、第１の部屋に設けられ部屋内に車外から風を取り込むための風取り込み口と、風取り込み口に設けられ車外からの風の粉塵や雨水の異物を分離除去するためのフィルター４１ａ、４１ｂと、車体本体内に仕切られた別の第２の部屋と、第２の部屋内に設置された電気機器と、第１の部屋と第２の部屋との間に設けられ第１の部屋から第２の部屋に冷却風を供給し電気機器を冷却する送風機４０とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電気機器を冷却する送風機構を備えた鉄道車両に関する。

レール上を走行する鉄道車両は、動作により発熱する複数の電気機器を備えている。例えば、電気機関車や電気式ディーゼル機関車は、車両内部に設けられた主変換装置、変圧器の油冷却器、制御装置、あるいは床下に設けられた主電動機等の発熱する複数の電気機器を備えている。このような発熱する電気機器を冷却するため、送風機から電気機器に冷却風を送り込む強制通風冷却が採用されている。

一般に、鉄道車両内の床上に送風機が設置され、送風機は車側または車側上部の肩の空気取り入れ口より車外の空気を取り込み、送風機から中空の送風ダクトにより各電気機器に冷却風を供給している。送風機と各電気機器とを繋いだ各送風ダクトは、各種機器の間を縫って車両の床上又は床下に配置されている。

車外から直接取り込んだ空気には粉塵や雨水が混入しており、その空気により電気機器を強制通風して空冷した場合、電気機器内に備えた冷却フィンが汚れて冷却性能が低下したり、雨水による絶縁低下を招く要因となる。また、独立した単数あるいは複数の送風ダクトを配置する場合、送風圧力に対して圧力損が生じないようにダクトを可能な限り直線的に配置することが望ましい。

ここで、鉄道車両床下に配置される鉄道車両用制御装置を形成する半導体素子を冷却する複数の半導体冷却凝縮器を収納する冷却風流路と、その冷却風流路内に冷却風方向に対して直列に配置された前段の半導体冷却凝縮器の排風が後段の半導体冷却凝縮器を流れないよう冷却風流路内を仕切る仕切板とを備え、冷却効率の向上及び小型化を図るようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１８４４６４号公報

しかし、機関車の他の機器、配線、配管等との取合いが難しく、ダクトを直線的に配置できないことが多い。強制通風冷却を行う場合、電気機器毎に送風機を設けることが考えられるが、この場合、送風機の数が増え、大きな設置スペースを必要とするとともに、重量の増加や騒音の増加を招く要因となる。

また、吸い込み口にフィルターを取り付け、フィルターを通した後のきれいな空気を各機器にダクトを用いて冷却する車両においては、送風機ごとにフィルター装置が必要となる。そのため、構造が複雑化しメンテナンスコストの増加が生じる。また送風機を単数または少数とした場合、各装置にダクトで分配し送風する必要があることからダクトの複雑化と製造コストの増加が生じる。

本発明の目的は、構造の簡素化を図ることができるとともに、機器の設置自由度を上げることが可能な鉄道車両を提供することにある。

本発明の鉄道車両は、車体本体内に仕切られた第１の部屋と、第１の部屋に設けられ部屋内に車外から風を取り込むための風取り込み口と、前記風取り込み口に設けられ車外からの風の粉塵や雨水の異物を分離除去するためのフィルターと、前記車体本体内に仕切られた別の第２の部屋と、前記第２の部屋内に設置された電気機器と、前記第１の部屋と前記第２の部屋との間に設けられ前記第１の部屋から前記第２の部屋に冷却風を供給し前記電気機器を冷却する送風機とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、構造の簡素化を図ることができるとともに、機器の設置自由度を上げることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る鉄道車両を説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る鉄道車両の側面図である。図１では鉄道車両として電気機関車である場合を示している。図１に示すように、鉄道車両としての電気機関車１０は、それぞれ車輪１４が設けられた一対の台車１６と、台車１６上にばね１５を介して支持された車体１７とを備えている。各台車１６上で車輪１４の近傍には主電動機１８が載置されている。主電動機１８は、図示省略のギアボックスおよびカップリングとを介して回転力を車輪１４に伝達できるように接続されている。車輪１４はレール１３上に載置されている。主電動機１８によって車輪１４を回転することにより、電気機関車１０はレール１３上を走行する。

車体１７の天井側にはパンタグラフ１９が設けられ、このパンダグラフ１９は架線２０と接触している。車体１７の床下には、種々の床下装置２３が艤装されている。架線２０からパンタグラフ１９に供給された電力は、後述する他の電気機器に送られた後、図示省略の配線を通して、各主電動機１８に供給される。主電動機１８は供給された電力により駆動し、ギアボックスとカップリングとを介して車輪１４を回転させ、これにより、車体１７はレール１３上を走行する。

図２は、電気機関車１０を上部より見た車両内の床板上に設置された種々の電機機器を示す平面図、図３は、図２のＡ−Ａ線での一部切り欠き横断面図、図４は、電気機関車１０の車両内の床板上に設置された種々の電気機器を示す側面図である。

図３に示すように、車体１７の下部には車輪１４及び主電動機１８が配置され、車体１７は、車体台枠２４と、車体台枠２４上に搭載された車両本体２６と、車体台枠２４上の全面に渡って敷設され床を構成した床板２８とを備えている。車両本体２６は、車体台枠２４上に立設され車体の長手方向に延びた一対の側壁２６ａ、天井壁２６ｂ、車両の前面および後面をそれぞれ形成した一対の端壁を有し、車体台枠２４を覆って設けられている。そして、床板２８と側壁２６ａと天井壁２６ｂとにより１つの空間を構成し、その空間に送風機４０が設置されている。送風機４０が配置された空間の給気口の側壁面には、雨水が流れこむことを防ぐためのルーバー４１ｂが備えられるとともに、空気中のごみや外気とともに侵入される雨水等を分離除去するフィルター４１ａが設けられている。また、送風機４０の空気吸い込み口の空気流通路間には空気中のごみや外気とともに侵入される雨水等をろ過し除去するエアフィルター４１が設けられている。

図２に示すように、車両内の前方および後方には車体１７の長手方向を仕切るように仕切り壁３０ａ、３０ｂが設けられ、仕切り壁３０ａと仕切り壁３１との間の空間（第１の部屋）と、仕切り壁３１と仕切り壁３０ｂとの空間（第２の部屋）とが形成されている。そして、仕切り壁３０ａと仕切り壁３１との間の空間（第１の部屋）の一部に送風機４０が設置され、送風機４０にて、仕切り壁３１と仕切り壁３０ｂとの空間（第２の部屋）の方向に冷却風が送風されるようになっている。

また、車両内の前方および後方に車両の運転操作機能を有した運転室を構成している。

車両本体２６内の第２の部屋において、床板２８上には、種々の電気機器、例えば２つの主変換装置３８ａ、３８ｂが設置されているとともに、これら電気機器のうち、冷却を必要とする電気機器を冷却する冷却機構が設けられている。例えば、仕切り壁３０ａと仕切り壁３１と間の空間（第１の部屋）には外部と冷却風が流れる流通路５０ａ、５０ｂが設けられ、流通路５０ａ、５０ｂの風取り込み口にはルーバー４１ｂ及びフィルター４１ａが設けられている。また、車両本体２６内の仕切り壁３０ｂと仕切り壁３１との間の屋内（第２の部屋）の床板２８上には、主電動機１８に冷却風を供給するための送風機３６が搭載されている。

図４に示すように、車両本体２６内の仕切り壁３０ｂと仕切り壁３１との間の屋内（第２の部屋）の床板２８上には、主電動機１８に冷却風を供給するための送風機３６が搭載されており、送風機３６と主電動機１８のと間には冷却風を流通するための連結ダクト５１が備えられている。また、天井壁２６ｂには換気排気口４２が備えられている。また、２つの主変換装置３８ａ、３８ｂについては内部に放熱器３９を有し、その放熱器３９を流通した冷却風が床下または屋上の車外に排出されるため流通路５０を通り排気口５５から排出される。図４では、主変換装置３８ａについて、放熱器３９、流通路５０及び排気口５５を示している。

このように、本発明の実施の形態では、第１の電気機器として、交直変換する複数の主変換器、例えば、２つの主変換装置３８ａ、３８ｂや補助電源等が車両本体２６内の仕切り壁３０ｂと仕切り壁３１との間の屋内（第２の部屋）の床板２８上に搭載され、内部の放熱器３９を流通した冷却風が床下または屋上の車外に排出されるため流通路５０を備えている。

第２の電気機器として、主電動機１８が床下に搭載されており、車両本体２６内の仕切り壁３０ｂと仕切り壁３１との間の屋内（第２の部屋）の床板２８上には、主電動機１８に冷却風を供給するための送風機３６が搭載されており、送風機３６と主電動機１８との間には冷却風を流通するための連結ダクト５１が備えられている。また、天井壁２６ｂには換気排気口４２が備えられている。

電気機器としては、冷却風を流通させるための風圧が比較的小さな圧力を必要とする第１の電気機器、及び冷却風を流通させるための風圧が大きな圧力を必要とする第２の電気機器が設けられており、車輪１４を駆動する各主電動機１８は第２の電気機器に含まれる。電気機器の内、強制通風冷却を必要とする電気機器は機器内部に冷却するための放熱器や熱交換器を備え、放熱器や熱交換器に冷却風を流通させるための流通路を備えている。

送風機４０を駆動することにより、仕切り壁３０ａと仕切り壁３１との間の側壁２６ａに外気の空気が車両本体内に流通する給気口より冷却空気（外気）が吸込まれ、この冷却空気（冷却風）はルーバー４１ｂ、フィルター４１ａを通って仕切り壁３０ａと仕切り壁３１との間の第１の部屋に吸い込まれる。

冷却空気（外気）に含まれる粉塵や雨水の一部は、ルーバー４１ｂ、フィルター４１ａにより集塵または分離され車外に排出される。仕切り壁３０ａと仕切り壁３１との間の第１の部屋に吸い込まれた冷却風は、送風機４０によりエアフィルター４１を通過し、冷却風に含まれる粉塵を集塵した後、仕切り壁３１に設けられた送風口より、仕切り壁３０ｂと仕切り壁３１との間の第２の部屋に送風される。

仕切り壁３０ｂと仕切り壁３１との間の第２部屋に供給された冷却風の一部は、仕切り壁３０ｂと仕切り壁３１との間の第２の部屋に設置された第１の電気機器の主変換装置内３８ａ、３８ｂの放熱器３９や熱交換器に冷却風を流通させるための流通路５０を通り車外に排出される。これにより、主変換装置３８ａ、３８ｂは、流通路を流れる風量の冷却風により冷却される。

また、仕切り壁３０ｂと仕切り壁３１との間の第２の部屋に供給された冷却風の一部は、仕切り壁３０ｂと仕切り壁３１との間の第２の部屋に設置された送風機３６を駆動することにより、第２の部屋内の冷却風を吸い込み、連結ダクト５１を通して対応する主電動機１８に冷却風が供給され、主電動機１８内を通り車外に排出される。これにより、各主電動機１８は送風機３６から送風される冷却風により冷却される。さらに仕切り壁３０ｂと仕切り壁３１との間の第２の部屋に供給された冷却風の残風量は、換気排気口４２より車外に排気される。

以上のように構成された電気機関車によれば、第１の部屋にて集塵や水の分離した新鮮空気を電気機器の設置した第２の部屋に送り込み、電気機器の冷却風に部屋の空気を使用することで、電気機器内部の放熱器や熱交換器の汚れを防止し、汚損による放熱性能の低下を防ぐことができる。

また、外気の取り込みと集塵や水の分離を仕切り壁３０ａと仕切り壁３１との間の第１の部屋に集中させることで、電気機器それぞれに送風機や吸い込みダクトが不要となりフィルター装置や送風機の個数低減を計ることで構造の簡素化や製造コストの低減やメンテナンス低減を図ることが可能となる。

ここで、送風機４０は風量の異なる羽または圧力の異なる羽を２つ以上備え、送風機４０と車体内に仕切られた第１の部屋と第２の部屋との流通路を通して冷却風を供給する。

風圧が比較的小さな圧力で冷却できる第１の電気機器の場合と、大きな圧力を必要とする第２の電気機器の場合とで切り換えて使用する。

冷却風を流通させるための風圧が比較的小さな圧力を必要とする第１の電気機器の冷却は仕切り壁３０ｂと仕切り壁３１との間の第２の部屋内を送風機４０により送り込まれた新鮮空気により与圧することで、電気機器内に設けられた冷却風を流通させるための流通路５０を冷却風が通り車外に排出される。このため、冷却風を送り込む送風機４０や、送風機４０と電気機器とを繋ぐ送風ダクトが不要となり、構造の簡素化や製造コストの低減を図ることが可能である。また冷却を必要とする電気機器が床板上のいずれの位置に配設されている場合でも、部屋内全体が流通路となり冷却風が流通する。これにより、電気機器を床板上あるいは床下の任意の配置することができ、設置自由度を上げることができる。

冷却風を流通させるために大きな圧力を必要とする第２の電気機器は、流通圧力を加える送風機４０を当該部屋内に設置することで、送風機４０の吸い込みダクトが不要となり、また風量は少量で圧力のみ高い性能を要する機器に対して最適な送風装置を提供することが可能となる。

次に、図５は、本発明の実施の形態の他の一例を示す電気機関車１０を上部より見た平面図である。この一例では、仕切り壁３０ａ、３０ｂ、３３で車体本体内を３分割に仕切り、中央の部屋の側壁に外気の風取り込み口を備え、中央の部屋内に第１の送風機４５及び第２の送風機４６の２台の送風機が設けたものを示している。第１の送風機４５は送風圧力の大きな送風機であり、第２の送風機４６は第１送風機４５よりも送風圧力の小さい送風機である。

第１の送風機４５の吐き出しは流通路５０ａから空気を取り込み、図５上の右に位置する部屋に位置する部屋に冷却風を送風し、第２の送風機４６の吐き出しは流通路５ｂから空気を取り込み、図５上の左側に位置する部屋に冷却風を送風する。また、図５上の右側部屋には流通風圧を多く必要とする電気機器を配置し、図上の左側の部屋には比較的流通風圧が少ない機器を設置する。これにより、圧力に適した送風機を選択することで送風機の効率化が図れ、製造コストや騒音低下を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態では、車体本体内の仕切られた第１の部屋を設け、第１の部屋に送風機、及び送風機の吸い込み流路または吐き出し流路に粉塵等を除去するためのフィルターを備え、送風機の風吐き出し口と流通するよう構成した車体本体内の仕切られた第２の部屋を設け、第２の部屋に冷却を必要とする電気機器を配置し、送風機により送風される冷却風で第２の部屋を与圧し、第２の部屋に備えられた電気機器の冷却を行い車外に排出する。

従って、部屋内に設置された冷却を要する電気機器への送風は床上あるいは床下に通風ダクトを引回して設ける必要がなく、床板状の任意の位置に機器を設置可能となり、構造の簡素化を図ることができる。また、機器の設置自由度を上げることが可能な鉄道車両が得られる。さらに、車外からの吸い込み空気をフィルタで除去し、きれいな空気を部屋に送風することで電気機器および電気機器を設置する部屋をきれいに保ち保守の削減ができる。

本発明の実施の形態に係る鉄道車両の側面図。 本発明の実施の形態に係る電気機関車を上部より見た車両内の床板上に設置された種々の電機機器を示す平面図。 図２のＡ−Ａ線での一部切り欠き横断面図。 本発明の実施の形態に係る電気機関車の車両内の床板上に設置された種々の電気機器を示す側面図。 本発明の実施の形態の他の一例を示す電気機関車を上部より見た平面図。

符号の説明

１０…電気機関車、１３…レール、１４…車輪、１６…台車、１７…車体、１８…主電動機、２４…車体台枠、２６…車両本体、２６ａ…側壁、２６ｂ…天井壁、２８…床板、３０ａ、３０ｂ…仕切り壁、３１、３２、３３…仕切り壁、３６…送風機、３８ａ、３８ｂ…主変換装置、３９…放熱器、４０、４５、４６…送風機、４１…エアフィルター、４１ａ、４１ｂ…フィルター、４２…換気口、５０、５１…流通路、５５、５６…排気口、５７ａ、５７ｂ…給気口、

Claims (6)

1. 車体本体内に仕切られた第１の部屋と、第１の部屋に設けられ部屋内に車外から風を取り込むための風取り込み口と、前記風取り込み口に設けられ車外からの風の粉塵や雨水の異物を分離除去するためのフィルターと、前記車体本体内に仕切られた別の第２の部屋と、前記第２の部屋内に設置された電気機器と、前記第１の部屋と前記第２の部屋との間に設けられ前記第１の部屋から前記第２の部屋に冷却風を供給し前記電気機器を冷却する送風機とを備えたことを特徴とする鉄道車両。
2. 前記送風機より送風された冷却風が前記第２の部屋に設置された電気機器内を流通し車外に排出されるように流通路を形成したことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両。
3. 前記送風機より送風された冷却風が前記第２の部屋と前記車体本体外に設置された電気機器とを独立した複数の流通路を流通して車外に排出されるように流通路を形成したことを特徴とする請求項２記載鉄道車両。
4. 前記送風機は風量の異なる羽または圧力の異なる羽を２つ以上備え、前記送風機と車体内に仕切られた前記第１の部屋と前記第２の部屋との流通路を通して、冷却風を供給することを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両。
5. 前記車体本体内に仕切られた第２の部屋に設置された電気機器の一部が車外との流通路を備えた送風機で冷却風を供給するよう構成された請求項１に記載の鉄道車両。
6. 前記車体本体内に仕切られた第２の部屋に設置された電気機器の一部または全部が前記第２の部屋に設置された送風機を通して冷却風が供給するよう構成された請求項１に記載の鉄道車両。

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