JP2014117121A - 冷却装置及び冷却方法並びに鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した継続冷却を行うことができ、車両用電力変換装置による電力変換を安定且つ確実に行わせること。
【解決手段】電力変換回路１２を有する発熱部１３を備えた車両用電力変換装置３を冷却する装置であって、発熱部で発生する熱を放熱させる放熱手段２０と、放熱手段に外気Ａを供給する外気供給手段と、圧縮気体発生源から供給された圧縮気体によって旋回気流を内部に生じさせると共に該旋回気流を冷気Ｃと暖気Ｈとに分離し、該冷気を放熱手段に供給するボルテックスチューブ２２と、ボルテックスチューブ及び外気供給手段の作動を制御する制御部と、を備え、制御部は、外気供給手段による外気の供給量を減少させたときに、ボルテックスチューブによる冷気の供給を開始させる冷却装置４を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、車両用電力変換装置を冷却する冷却装置及び冷却方法、並びに鉄道車両に関する。

鉄道車両には、該鉄道車両における駆動用電動機の制御等を行う装置として電力変換装置が取り付けられている。この電力変換装置内には、交流電力を直流電力に変換するコンバータユニットや、直流電力を交流電力に変換するインバータユニット等が内蔵されており、いずれのユニットも半導体素子のスイッチング動作を利用して電力変換を行うものである。これら両ユニットは、電力変換回路を構成する半導体素子及びその周辺回路の電気部品を具備するユニットとして筐体内に収納されている。このとき、両ユニットは、電力変換回路毎又は電力変換回路の相毎に、構成する部品群を１つにまとめたユニットとされる場合が多く、筐体内に複数個内蔵される。
なお、以下の背景技術の説明では、コンバータユニット及びインバータユニットを総称して、パワーユニットと称する。

ところで、電力変換時、半導体素子ではスイッチングによる電力損失に起因する熱（熱損失）が発生する。従って、パワーユニットの適正な動作を行わせるためには、上記熱を効率良く外気に放出し、半導体素子の温度を許容温度以下に冷却し続けることが必要不可欠とされる。
そこで、通常半導体素子には発生した熱を電力変換装置の外部へ排出させるためのヒートシンク又はフィン等の放熱手段が取り付けられている。そして、この放熱手段を風冷式又は水冷式の冷却方式で冷却を行っている。例えば、風冷式の場合ではフィンに冷却風を当てることで冷却を行い、水冷式の場合ではヒートシンクに冷却水を循環させることで冷却を行っている。なお、発生する熱損失が大きい（出力容量の大きい）機関車等では、水冷式が有効とされている。

上記した水冷式の場合において、スムーズな排熱を行うために、例えば電力変換装置における筐体内にブロア（送風機）等で強制通風される冷却風洞を設け、この冷却風洞内に上記冷却水との熱交換を行わせる熱交換器を配設した構成が多く採用されている。
このような構成による冷却システムによれば、パワーユニット内の半導体素子で発生した熱を、冷却水を通じて熱交換器に伝え、該熱交換器において冷却風洞内に通風された冷却風との間で熱交換させることで該冷却風洞内に拡散させる。そして、冷却風を利用して、この拡散した熱を冷却風洞内から鉄道車両の外部に排熱させている。

特開２０１０−２８３９９１号公報

しかしながら、上述した冷却を適切に行うには、ブロアによって冷却風洞内に取り込まれる冷却風の入風温度が一定温度以下とされていることが必要とされ、入風温度が高温の場合には冷却性能が低下してしまう。
入風温度が高温になってしまう状況の一例としては、例えばトンネル内の走行中においてブレーキ抵抗器を作動させた場合等が考えられる。この場合には、ブレーキ抵抗器で発生した熱が、トンネル内であるがゆえに鉄道車両から効率良く拡散されず、冷却風洞内に取り込まれて入風温度を上昇させてしまうためである。

従って、トンネル内での走行中にブレーキ抵抗器を作動させるような状況の場合には、高温の冷却風が冷却風洞内に取り込まれてしまうことを防止するために、ブロアを一時停止させる対応がなされている。そのため、この間、パワーユニットで発生する熱を鉄道車両の外部に排熱させることが難しく、電力変換装置に対する冷却性能を低下させてしまうものであった。

実施形態における冷却装置は、電力変換回路を有する発熱部を備えた車両用電力変換装置を冷却する冷却装置であって、前記発熱部で発生する熱を放熱させる放熱手段と、前記放熱手段に外気を供給する外気供給手段と、圧縮気体発生源から供給された圧縮気体によって旋回気流を内部に生じさせると共に該旋回気流を冷気と暖気とに分離し、該冷気を前記放熱手段に供給するボルテックスチューブと、前記ボルテックスチューブ及び前記外気供給手段の作動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記外気供給手段による前記外気の供給量を減少させたときに、前記ボルテックスチューブによる前記冷気の供給を開始させることを特徴とする。

実施形態における鉄道車両は、前記冷却装置と、前記車両用電力変換装置と、前記冷却装置及び前記車両用電力変換装置が取り付けられた車体と、を備えることを特徴とする。

実施形態における冷却方法は、電力変換回路を有する発熱部を備えた車両用電力変換装置を冷却する冷却方法であって、前記発熱部で発生する熱を放熱させる放熱手段に対して、外気供給手段により外気を供給する外気供給工程と、圧縮気体発生源からの圧縮気体をボルテックスチューブ内に供給して旋回気流を内部に生じさせると共に、該旋回気流を冷気と暖気とに分離させ、分離した冷気を前記放熱手段に供給する冷気供給工程と、を備え、前記冷気供給工程を停止した状態で前記外気供給工程を行うと共に、前記外気の温度が予め設定された基準温度を超えた場合には、前記外気の供給量を減少させると共に、前記冷気供給工程を開始させることを特徴とする。

第１の実施形態における電気機関車を示す図である。 図１に示す車両用電力変換装置及び冷却装置の構成図である。 図２に示すボルテックスチューブの横断面図である。 第２の実施形態における車両用電力変換装置及び冷却装置の構成図である。 第３の実施形態における車両用電力変換装置及び冷却装置の構成図である。 第３の実施形態における車両用電力変換装置及び冷却装置の変形例を示す構成図である。 第４の実施形態における車両用電力変換装置及び冷却装置の構成図である。 第５の実施形態における冷却装置の簡易図である。 第６の実施形態における車両用電力変換装置及び冷却装置の構成図である。 第７の実施形態における冷却装置の簡易図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、鉄道車両の一例として電気機関車を例に挙げて説明する。

＜第１の実施形態＞
（電気機関車の構成）
図１に示すように、第１の実施形態の電気機関車１は、車体２と、この車体２における機器室内の床上に設置された車両用電力変換装置３及び冷却装置４と、を備えている。

車両用電力変換装置３は、架線５からパンタグラフ６を介して供給された交流電力をコンバータユニットで直流電力に変換し、さらにその直流電力をインバータユニットで交流電力に変換、又はパンタグラフ６を介して供給された直流電力をインバータユニットで交流電力に変換し、例えば車輪７が取り付けられた台車８の近傍に設けられた電動機９や、車体２における各電気装備品（空調機等）に交流電力を供給する装置である。
冷却装置４は、車両用電力変換装置３の後述する発熱部１３から発生される熱を車体２の外部に排熱させて、車両用電力変換装置３を冷却する装置である。

（車両用電力変換装置の構成）
上記車両用電力変換装置３について詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、車両用電力変換装置３は、床上に設置された箱状の筐体１０を備えている。

筐体１０は、内部が車体２の上下方向に延びる仕切り壁１０ａによって冷却風洞Ｒ１と設置室Ｒ２とに区画されている。
冷却風洞Ｒ１内には、熱交換器２６が配設される。
設置室Ｒ２内には、パワーユニット１１、冷却水タンク２７、循環ポンプ２８及び各機器間を接続する循環パイプ２５が配設されている。パワーユニット１１内には、電力変換回路１２の半導体素子１２ａや、図示しないフィルタコンデンサ及びゲートアンプ等の電気品が内蔵されている。パワーユニット１１の半導体素子１２ａは、ゲートアンプのターンオン／ターンオフの信号によってスイッチング動作をすることで、交流電力を直流電力へ変換、又は直流電力を交流電力へ変換する。これら半導体素子１２ａを含む電力変換回路１２は、上記スイッチングによる電力変換時に電力損失に起因する熱を発生するため、発熱部１３とする。

なお、図示の例では、パワーユニット１１を２つ配設しているが、この場合に限定されるものではない。また、１つのパワーユニット１１内に設けられる半導体素子１２ａ及び電力変換回路１２の個数は各図に示す場合に限定されるものではない。

（冷却装置の構成）
続いて、発熱部１３からの熱を放熱するための冷却装置４について詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、冷却装置４は、発熱部１３で発生する熱を放熱させる放熱手段２０と、放熱手段２０が有する熱交換器２６に冷却風（外気）Ａを供給する冷却風供給手段（外気供給手段）２１と、冷気Ｃを放熱手段２０に供給するボルテックスチューブ２２と、ボルテックスチューブ２２及び冷却風供給手段２１の作動を制御する制御部２３と、を備えている。

〔冷却装置の放熱手段〕
上記放熱手段２０は、図２に示すように、冷却水（熱媒体）Ｗ１を利用して発熱部１３で発生した熱を放熱させる水冷式タイプとされ、発熱部１３と熱交換する冷却水Ｗ１が流通する循環パイプ（熱媒体流路）２５と、冷却水Ｗ１と冷却風Ａとの間で熱交換させる熱交換器２６と、冷却水Ｗ１が貯留される冷却水タンク（タンク）２７と、冷却水タンク２７内に貯留されている冷却水Ｗ１を、循環パイプ２５を通じて循環させる循環ポンプ２８と、を備えている。

循環パイプ２５は、冷却水タンク２７と循環ポンプ２８との間を接続する第１循環パイプ２５Ａと、循環ポンプ２８と各パワーユニット１１との間を接続する第２循環パイプ２５Ｂと、各パワーユニット１１と熱交換器２６との間を接続する第３循環パイプ２５Ｃと、熱交換器２６と冷却水タンク２７との間を接続する第４循環パイプ２５Ｄと、を備えている。

従って、循環ポンプ２８を駆動させることで、冷却水タンク２７内の冷却水Ｗ１を、各パワーユニット１１を経由させた後、熱交換器２６内に流入させ、その後、再度冷却水タンク２７内に戻すように循環させることが可能とされている。図２では、冷却水Ｗ１の流れを白抜き矢印で図示している。

なお、各パワーユニット１１内には、例えば半導体素子１２ａが固定されている受熱板に取り付けられた図示しない冷却パイプが取り付けられており、この冷却パイプの入口側に循環ポンプ２８に接続された第２循環パイプ２５Ｂが接続され、冷却パイプの出口側に熱交換器２６に接続された第３循環パイプ２５Ｃが接続されている。
これにより、発熱部１３で発生された熱を冷却水Ｗ１との間で熱交換させて、発熱部１３を冷却することができると共に、熱交換によって温度上昇した冷却水Ｗ１を熱交換器２６に流入させることが可能となる。

熱交換器２６は、冷却風Ａが供給される冷却風洞Ｒ１内に図示しない固定金具等により固定されており、内部に、第３循環パイプ２５Ｃ側から流入された冷却水Ｗ１を冷却水タンク２７に接続された第４循環パイプ２５Ｄ側に流出させるための図示しない内部流路が設けられている。
これにより、発熱部１３との熱交換によって温度上昇した冷却水Ｗ１を冷却風Ａとの間で熱交換させて、冷却水Ｗ１を温度低下させることができる。また、この熱交換によって発生した熱は、熱交換器２６の周囲に放散される。なお、熱交換器２６の外表面には、冷却風Ａとの熱交換を効率良く行うためのフィン２６ａが複数形成されている。

〔冷却装置の冷却風供給手段〕
上記冷却風供給手段２１は、図１及び図２に示すように、筐体１０の内部に設けられた上記冷却風洞Ｒ１と、この冷却風洞Ｒ１内に冷却風Ａを供給するブロア（送風機）３０と、を備えている。
冷却風洞Ｒ１は、車体２の上下方向に沿って設けられており、下方側が冷却風Ａの入口とされ、上方側が冷却風Ａの出口とされる。筐体１０には、冷却風洞Ｒ１の下方及び上方に対応する部分に開口部１０ｂがそれぞれ形成されており、この開口部１０ｂを通じて冷却風洞Ｒ１内に冷却風Ａを供給、又は冷却風洞Ｒ１内から冷却風Ａを排出させることが可能とされる。これにより、熱交換器２６に対して冷却風Ａを直接当てるように供給できると共に、熱交換器２６の周囲に放散された熱を冷却風洞Ｒ１の外部に排出させることが可能とされる。
なお、冷却風洞Ｒ１内から排出された冷却風Ａは、車体２の天井を通過して上方側に排出される。

ブロア３０は、車体２の床上において筐体１０に隣接するように配設されており、図示しないダクトを通じて冷却風Ａを冷却風洞Ｒ１内に供給している。このブロア３０は、制御部２３によって作動が制御されている。
なお、このブロア３０から供給される冷却風Ａを、車体２の床下に取り付けられている電動機９に対して供給し、電動機９を冷却させることに用いても構わない。

〔冷却装置のボルテックスチューブ〕
上記ボルテックスチューブ２２は、図２及び図３に示すように多段の円筒状に形成され、コンプレッサ（圧縮気体発生源）３１から供給された圧縮空気（圧縮気体）Ｅによって旋回気流を内部に生じさせると共に、この旋回気流を冷気（低温ガス）Ｃと暖気（高温ガス）Ｈとに分離するチューブである。

このボルテックスチューブ２２は、冷気排出口４０ａが形成された冷気排出筒４０、旋回筒４１、暖気筒４２、及び暖気排出口４３ａが形成されると共に圧力弁４４が設けられた暖気排出筒４３が、この順に軸方向に沿って連設されて構成されている。
なお、これら各筒のうち、旋回筒４１の内径が最も拡径している。また、冷気排出口４０ａは暖気排出口４３ａよりも縮径している。

旋回筒４１には、内部に圧縮空気Ｅを流入させるための流入口４１ａが半径方向に形成されている。詳細には、旋回筒４１の内周壁に向けて接線方向に圧縮空気Ｅが流入するように流入口４１ａが形成されている。これにより、圧縮空気Ｅは旋回筒４１の内部で高速に旋回して旋回気流となり、暖気筒４２側に流入する。
暖気筒４２に流入した旋回気流は、該暖気筒４２の内周壁に沿って旋回すると共に、冷気排出口４０ａと暖気排出口４３ａとの圧力差等によって、暖気筒４２の内周壁に沿って旋回する暖気Ｈと、暖気Ｈの内側で旋回する冷気Ｃとに分離する。そして、この分離によって生じた暖気Ｈは暖気排出口４３ａから排出され、冷気Ｃは暖気排出口４３ａとは軸方向の反対側に位置する冷気排出口４０ａから排出される。

上記のように構成されたボルテックスチューブ２２は、熱交換器２６に対して冷気Ｃを直接供給することができるように配設されている。具体的には、図２に示すようにボルテックスチューブ２２は、筐体１０に形成された取付孔１０ｃを介して冷却風洞Ｒ１内に冷気排出筒４０を突出させ、冷気排出口４０ａが熱交換器２６に向いた状態で筐体１０に対して一体的に固定（例えば、溶接やボルト等による締結固定等）されている。なお、流入口４１ａ及び暖気排出口４３ａは、筐体１０の外部に位置している。
これにより、冷気排出口４０ａから排出された冷気Ｃを利用して、熱交換器２６内の冷却水Ｗ１との間で熱交換を行うことも可能とされる。

コンプレッサ３１は、車体２の床上において筐体１０に隣接するように配設されており、ボルテックスチューブ２２の流入口４１ａに接続されたエア配管３５を通じて圧縮空気Ｅを旋回筒４１内に供給している。この際、コンプレッサ３１は制御部２３によって作動が制御されており、制御部２３からの指示によって必要時にだけ圧縮空気Ｅをボルテックスチューブ２２の流入口４１ａに供給している。

なお、圧力弁４４の調整により、暖気排出口４３ａから排出される暖気Ｈの排出量を減少させると、冷気排出口４０ａから排出される冷気Ｃの排出量が増大し、且つ冷気温度が高くなる。一方、暖気Ｈの排出量を増大させると、冷気Ｃの排出量が減少し、且つ冷気温度が低くなる。また、ボルテックスチューブ２２に供給する圧縮空気Ｅを高圧にするほど、暖気Ｈの排出量及び冷気Ｃの排出量の総排出量が増大し、且つ暖気Ｈと冷気Ｃとの温度差が大きくなる。
従って、熱交換器２６との間で最適な熱交換を行えるように、熱交換器２６及びボルテックスチューブ２２のサイズ設計や、冷気温度（−数十℃）、冷気Ｃの排出量等を調整すると良い。

〔冷却装置の制御部〕
図１に示す制御部２３は、例えば電気機関車１の走行を総合的に制御する図示しない制御ユニットの一部であり、ボルテックスチューブ２２の作動、即ちコンプレッサ３１の作動を制御すると共に、冷却風供給手段２１の作動、即ち、ブロア３０の作動を総合的に制御している。
特に、制御部２３は電気機関車１の走行中又は停止中、基本的には常時ブロア３０を作動させ、コンプレッサ３１については停止させている。そして、走行中に、ブロア３０によって冷却風洞Ｒ１内に供給される冷却風Ａの温度が予め設定された基準温度を超える温度となる場合には、制御部２３は冷却風Ａの供給量を減少させるようにブロア３０を制御すると共に、コンプレッサ３１の作動を開始するように制御する。

（作用効果）
次に、上述したように構成された冷却装置４の作用について説明する。
はじめに、電気機関車１の走行中又は停止中において、制御部２３はコンプレッサ３１を停止させていると共にブロア３０だけを作動させる。これにより、図２に示すように、冷却風Ａを冷却風洞Ｒ１内に連続して供給し続けることができ、放熱手段２０における熱交換器２６に対して冷却風Ａを当て続けることができる（外気供給工程）。

従って、熱交換器２６内を流れている冷却水Ｗ１と冷却風Ａとの間で熱交換を行わせることができ、発熱部１３との間による熱交換によって温度上昇した冷却水Ｗ１の温度を低下させることができると共に、冷却風Ａを利用して熱交換器２６の周囲に放熱された熱を車体２の外部に排熱させることができる。
このように、冷却水Ｗ１の温度上昇を防止しながら、冷却水Ｗ１を利用して車両用電力変換装置３の冷却を確実に行うことができる。

ところで、本実施形態では、冷却風供給手段２１に加えてボルテックスチューブ２２を備えているので、必要に応じてボルテックスチューブ２２を利用して車両用電力変換装置３の冷却を行うことができる。
例えば、電気機関車１がトンネル内を走行している間に、ブレーキ抵抗器を作動させるような場合には、該ブレーキ抵抗器から発生する熱の影響により冷却風Ａの温度が上昇することが考えられる。そのため、このような場合には、冷却風Ａを導入するよりも、導入しない方が熱交換効率を高くできるので、制御部２３は冷却風Ａの供給量を減少或いは停止させるようにブロア３０を制御すると共に、コンプレッサ３１を作動させて圧縮空気Ｅをボルテックスチューブ２２に供給させる。

すると、ボルテックスチューブ２２内には、上記圧縮空気Ｅの供給によって旋回気流が生じると共に、該旋回気流が冷気Ｃと暖気Ｈとに分離して、冷気排出口４０ａ及び暖気排出口４３ａからそれぞれ排出される。そのため、冷気排出口４０ａから排出された冷気Ｃを熱交換器２６に対して直接吹き付けるように供給することができる（冷気供給工程）。
これにより、温度上昇した冷却風Ａを熱交換器２６に供給してしまうことを抑制しつつ、ボルテックスチューブ２２からの冷気Ｃを利用して、熱交換器２６内を流れる冷却水Ｗ１との熱交換を行うことができる。また、これと同時に熱交換器２６の周囲に放熱された熱を、冷気Ｃの吹き付けを利用して車体２の外部に排熱させることができる。
従って、冷却風Ａの供給量を減少或いは停止させた場合でも、車両用電力変換装置３の冷却を引き続き行うことができる。

上述したように本実施形態によれば、通常時には冷却風Ａを利用して車両用電力変換装置３の冷却を行うことができ、また、冷却風Ａの温度が上昇するような状況があったとしても、冷却風Ａの供給量を減少又は停止させつつ、ボルテックスチューブ２２による冷気Ｃを利用して車両用電力変換装置３の冷却を引き続き行うことができる。
従って、安定した継続冷却を行うことができ、車両用電力変換装置３による電力変換を安定且つ確実に行わせることができる。

特に、従来構成に加え、ボルテックスチューブ２２を具備する簡便な構成で済むので、重量の増大化を防止しつつ、大きな設置スペース等を確保する必要もなく優れている。そのため、本実施形態の冷却装置４を、電気機関車１だけでなく様々な鉄道車両に適用することも可能であり、汎用性に優れている。
また、本実施形態では、ボルテックスチューブ２２からの冷気Ｃを熱交換器２６に対して直接吹き付けるように供給しているので、冷気Ｃを広範囲に拡散させることなく効率良く集中的に熱交換器２６に供給できる。従って、冷却水Ｗ１との熱交換を効率良く行い易い。また、既存の熱交換器２６を利用して冷気Ｃによる熱交換を行えるので、部品コストを抑えることができ、低コスト化を図り易い。

（第１の実施形態の変形例）
上述した第１の実施形態では、ボルテックスチューブ２２を１つだけ配設させたが、１つに限定されるものではなく、複数のボルテックスチューブ２２を上下方向に沿って並べ、熱交換器２６の全体に冷気Ｃをむらなく吹き付けるように構成しても構わない。
また、ボルテックスチューブ２２を１つだけ配設する場合には、熱交換器２６の全体に冷気Ｃを吹き付けることができるように、熱交換器２６のサイズに応じてボルテックスチューブ２２のサイズを設計すると良い。
更には、熱交換器２６よりも下方側（冷却風Ａの上流側）に冷気排出口４０ａが位置するようにボルテックスチューブ２２を配設しても良いし、ボルテックスチューブ２２を斜めに固定して冷気Ｃを熱交換器２６の下方側から直接吹き付けるようにしても良い。特に、冷却風Ａの流通方向において熱交換効率が最大となるように冷却風洞Ｒ１内に熱交換器２６が配設されるように設計されているので、冷気Ｃの供給方向を冷却風Ａの流通方向に略一致させることが望ましい。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態との異なる点は、第１の実施形態では、ボルテックスチューブ２２の冷気Ｃを熱交換器２６に直接吹き付けるように供給することで熱交換を行ったが、第２の実施形態では循環パイプ２５に対して冷気Ｃを供給することで冷却水Ｗ１との熱交換を行う点である。
なお、この第２の実施形態においては、第１の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

（冷却装置の構成）
図４に示すように、本実施形態の冷却装置５０では、筐体１０内における設置室Ｒ２内に第２の熱交換器５１を備えていると共に、ボルテックスチューブ２２が配設されている。
第２の熱交換器５１は、冷却水タンク２７に隣接して配置されており、内部には第２の熱媒体Ｗ２が封入されている。この第２の熱媒体Ｗ２としては、熱伝導性に優れたものが良く、例えば水が挙げられる。そして、循環パイプ２５のうち、冷却水タンク２７と循環ポンプ２８とを接続している第１循環パイプ２５Ａは、第２の熱交換器５１内を通過するように配管されている。

ボルテックスチューブ２２は、図示しない固定金具を介して筐体１０の内部に固定されており、冷気排出口４０ａ及び暖気排出口４３ａには、それぞれ冷気パイプ５２及び暖気パイプ５３が接続されている。

冷気パイプ５２は、第２の熱交換器５１内を一旦通過した後、筐体１０の外部まで引き延ばされている。なお、筐体１０の外部まで引き延ばされた冷気パイプ５２の端部は排気口５２ａとされている。
従って、冷気排出口４０ａから排出された冷気Ｃを、第２の熱交換器５１内において第２の熱媒体Ｗ２を介して上記第１循環パイプ２５Ａに供給することができ、この第２の熱媒体Ｗ２を介して冷気Ｃと冷却水Ｗ１との間で熱交換を行わせることが可能とされる。そして、熱交換によって温度が上昇した冷気Ｃは、冷気パイプ５２の排気口５２ａから筐体１０の外部に排出される。

一方、暖気パイプ５３は、冷気パイプ５２のうち、第２の熱交換器５１を通過した後の部分に連結されている。そのため、暖気排出口４３ａから排出された暖気Ｈは、熱交換によって温度が上昇した冷気Ｃと共に排気口５２ａから排出される。

なお、第１循環パイプ２５Ａのうち第２の熱交換器５１内を通過する部分、及び冷気パイプ５２のうち第２の熱交換器５１内を通過する部分については、それぞれ第２の熱媒体Ｗ２との接触面積を大きく確保するように、図４に示すように例えば蛇腹状に蛇行させることが好ましい。

（作用効果）
上述したように構成された本実施形態の冷却装置５０によれば、ボルテックスチューブ２２からの冷気Ｃを利用して、第２の熱交換器５１内において第１循環パイプ２５Ａを流れる冷却水Ｗ１との熱交換を行えるので、冷却風Ａの供給量が減少或いは停止したとしても、発熱部１３との間による熱交換によって温度上昇した冷却水Ｗ１の温度を低下させることができる。

従って、車両用電力変換装置３の冷却を引き続き行うことができ、該車両用電力変換装置３による電力変換を安定且つ確実に行わせることができる。また、熱交換によって温度上昇した冷気Ｃ及び暖気Ｈについても筐体１０の外部に排出できるので、これらが車両用電力変換装置３の冷却に影響を与えてしまうこともない。
特に、第２の熱交換器５１内において、第１循環パイプ２５Ａ及び冷気パイプ５２を蛇行させて第２の熱媒体Ｗ２との接触面積を大きく確保しているので、第１の実施形態の場合よりも、冷気Ｃと冷却水Ｗ１との熱交換を効率良く行い易い。

（第２の実施形態の変形例）
上述した第２の実施形態では、ボルテックスチューブ２２を筐体１０内に配設させたが、筐体１０の外部に配設し、冷気パイプ５２だけを筐体１０の内部に引き込んで第２の熱交換器５１内を通過させた後、筐体１０の外部に引き出すように配管しても構わない。但し、冷気排出口４０ａから第２の熱交換器５１までの距離が長いと、その間に冷気Ｃの温度が上昇してしまうので、ボルテックスチューブ２２を筐体１０内に配設させることが好ましい。

また、上述した第２の実施形態では、第２の熱交換器５１内における第２の熱媒体Ｗ２を介して第１循環パイプ２５Ａに冷気Ｃを供給したが、この場合に限られず、第１循環パイプ２５Ａに対して、冷気Ｃを直接吹き付けても良いし、第１循環パイプ２５Ａ以外の循環パイプ２５に対して冷気Ｃを供給しても良い。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る第３の実施形態について説明する。
第２の実施形態との異なる点は、第２の実施形態では、第２の熱媒体Ｗ２を介して循環パイプ２５に冷気Ｃを供給することで、冷気Ｃと冷却水Ｗ１との熱交換を行ったが、第３の実施形態では、冷却水タンク２７内に貯留されている冷却水Ｗ１に対して冷気Ｃを供給することで熱交換を行う点が異なる。
なお、この第３の実施形態においては、第２の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

（冷却装置の構成）
図５に示すように、本実施形態の冷却装置６０では、冷却水タンク２７内に貯留されている冷却水Ｗ１に対して冷気Ｃを直接噴射することができるようにボルテックスチューブ２２が配設されている。具体的には、冷却水タンク２７に形成された取付孔２７ａを介して冷却水タンク２７内に冷気排出筒４０を突出させるように、冷却水タンク２７に対してボルテックスチューブ２２が一体的に固定されている。
これにより、冷気排出口４０ａから排出された冷気Ｃを冷却水Ｗ１に直接噴射することができ、冷却水タンク２７に貯留されている冷却水Ｗ１の全体を冷却することが可能とされる。

また、冷却水タンク２７には、貯留されている冷却水Ｗ１の液面よりも上方に位置する部分に圧力開放パイプ６１が接続されている。この圧力開放パイプ６１は、筐体１０の外部まで引き延ばされており、その端部は排気口６１ａとされている。また、圧力開放パイプ６１には、冷却水タンク２７内の圧力が一定圧を超えたときに開弁する圧力開放弁６２が介装されている。
これにより、冷気Ｃの噴射により冷却水タンク２７内の圧力が上昇したとしても、圧力を排気口６１ａから筐体１０の外部に開放でき、冷却水タンク２７内の圧力を一定圧以下に抑えることができる。

また、本実施形態における暖気パイプ５３は、圧力開放パイプ６１のうち圧力開放弁６２が設けられた部分の後流側に連結されている。これにより、暖気排出口４３ａから排出された暖気Ｈは、圧力開放パイプ６１を通って排気口６１ａから排出される。

（作用効果）
上述したように構成された本実施形態の冷却装置６０によれば、ボルテックスチューブ２２からの冷気Ｃを冷却水タンク２７内の冷却水Ｗ１に直接噴射させることで、熱交換を行うことができるので、冷却風Ａの供給量が減少或いは停止したとしても、発熱部１３との間による熱交換によって温度上昇した冷却水Ｗ１の温度を低下させることができる。

従って、車両用電力変換装置３の冷却を引き続き行うことができ、該車両用電力変換装置３による電力変換を安定且つ確実に行わせることができる。特に、冷却水Ｗ１に対して冷気Ｃを直接噴射させるので、冷却水Ｗ１と冷気Ｃとを直接接触させて熱交換を行わせることができるうえ、冷却水Ｗ１内部を上昇する冷気Ｃだけでなく、冷却水タンク２７上部に滞留する冷気Ｃを利用して冷却水Ｗ１との間で熱交換を行わせることができる。従って、第１の実施形態及び第２の実施形態の場合に比べて、熱交換を効率良く行い易い。
また、冷気Ｃの噴射により冷却水タンク２７内の圧力が上昇したとしても、上昇した圧力を排気口６１ａから筐体１０の外部に開放して逃がすことができ、冷却水タンク２７内の圧力を一定圧以下に抑えて冷却水タンク２７を保護できる。

（第３の実施形態の変形例）
上述した第３の実施形態では、冷却水タンク２７内の冷却水Ｗ１に冷気Ｃを直接噴出させることで該冷気Ｃを供給させたが、配管等を介して冷気Ｃを供給しても構わない。
例えば、図６に示すように、冷気排出口４０ａと圧力開放パイプ６１とを接続する接続パイプ６５を、冷却水タンク２７内に貯留されている冷却水Ｗ１に浸漬するように設けても良い。このようにすることで、接続パイプ６５を介して冷気排出口４０ａから排出された冷気Ｃを冷却水Ｗ１に供給でき、冷却水Ｗ１と冷気Ｃとの間で熱交換を行わせることができる。

なお、この場合において、冷却水Ｗ１との接触面積を大きく確保するように、接続パイプ６５を例えば蛇腹状に蛇行させることが好ましい。
また、この場合には、圧力開放パイプ６１は、熱交換によって温度が上昇した冷気Ｃを筐体１０の外部に排出するためのパイプとして機能し、第３の実施形態における圧力開放弁６２を設ける必要はない。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明に係る第４の実施形態について説明する。
第１の実施形態との異なる点は、冷却風Ａの温度を検出する熱動継電器を具備している点である。
なお、この第４の実施形態においては、第１の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

（冷却装置の構成）
図７に示すように、本実施形態の冷却装置７０では、冷却風洞Ｒ１内に供給される冷却風Ａの温度を検出する熱動継電器（温度検出部）７１を備えている。
この熱動継電器７１は、温度検出を行う検出部７１ａと、動作信号を制御部２３に出力する本体部７１ｂと、を備え、冷却風洞Ｒ１内に検出部７１ａを突出させた状態で本体部７１ｂが仕切り壁１０ａに固定されている。なお、熱動継電器７１は冷却風洞Ｒ１の入口側に配置されており、冷却風洞Ｒ１内に入風しはじめる冷却風Ａの入風温度を検出している。

本体部７１ｂは、検出部７１ａによって検出された冷却風Ａの入風温度が予め設定された基準温度を超える温度に達したと判断したときに、上記動作信号を制御部２３に出力する。なお、基準温度としては、所望する温度に自由に設定することが可能であり、本実施形態では熱交換に適さない温度（例えば、数十℃以上の高温）とされている。より具体的には、冷却風Ａを導入するよりも導入しない方が、熱交換効率が高くなる温度とされている。

（作用効果）
上述したように構成された本実施形態の冷却装置７０によれば、ブロア３０の作動によって冷却風Ａを冷却風洞Ｒ１内に供給し、熱交換器２６において冷却風Ａと冷却水Ｗ１との熱交換を行っている間、熱動継電器７１により冷却風Ａの入風温度を監視することができる。そのため、例えばトンネル内の走行中に、ブレーキ抵抗器から発生する熱の影響により冷却風Ａの温度が上昇した場合には、その温度変化を速やか且つ正確に把握することができる。
そして、入風温度が基準温度を超えた場合には、熱動継電器７１の本体部７１ｂは制御部２３に動作信号を出力する。これにより、制御部２３は例えばブロア３０を直ちに停止、或いはブロア３０の回転数を減少させて、冷却風Ａの供給量を減少或いは停止させたうえで、コンプレッサ３１を作動させる。これにより、ボルテックスチューブ２２の冷気Ｃによる熱交換に切り替えることができる。

このように、本実施形態によれば、冷却風Ａの入風温度を正確に把握できるので、入風温度に基づいてブロア３０及びコンプレッサ３１の作動をより適切に制御しながら、効率の良い冷却を行うことができる。

（第４の実施形態の変形例）
上述した第４の実施形態では、熱動継電器７１を冷却風洞Ｒ１の入口側に配置して、冷却風Ａの入風温度を検出したが、この場合に限定されるものではなく、例えば熱交換器２６の近傍に配置して、熱交換器２６に供給される直前の冷却風Ａの温度を検出するようにしても構わない。また、熱動継電器７１を冷却風洞Ｒ１の入口の外側に配置して、入風前の冷却風Ａの温度を検出しても良い。さらに、熱動継電器７１の本体部７１ｂが検出部７１ａによって検出された温度に応じた信号を制御部２３に出力し、制御部２３が入風温度を監視しても良い。

＜第５の実施形態＞
次に、本発明に係る第５の実施形態について説明する。
第４の実施形態との異なる点は、ボルテックスチューブ２２内に供給する圧縮空気Ｅの圧力を調整する圧力レギュレータを具備する点である。
なお、この第５の実施形態においては、第４の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

（冷却装置の構成）
図８に示すように、本実施形態の冷却装置８０では、コンプレッサ３１とボルテックスチューブ２２とを接続するエア配管３５に、圧力レギュレータ（圧力調整部）８１が介装されている。なお、図８では、一部構成品だけを簡略的に図示した簡易図としている。

圧力レギュレータ８１は、コンプレッサ３１の作動によってエア配管３５を通じてボルテックスチューブ２２の流入口４１ａに供給される圧縮空気Ｅの圧力を、加圧、減圧調整して任意の圧力に調整可能な弁体であり、制御部２３によって作動が制御されている。
詳細には、制御部２３は圧力レギュレータ８１の開度を電気信号として出力し、圧力レギュレータ８１はこの電気信号を受けて開弁すると同時に、任意の圧力で圧縮空気Ｅをボルテックスチューブ２２に供給するように作動する。

また、本実施形態の制御部２３は、熱動継電器７１の本体部７１ｂから動作信号が出力されたときに、ブロア３０を停止させると共に、コンプレッサ３１を作動させ、且つ圧力レギュレータ８１に対して該圧力レギュレータ８１を開弁させるための電気信号を入力する。

（作用効果）
上述したように構成された本実施形態の冷却装置８０によれば、冷却風洞Ｒ１内への冷却風Ａの入風温度が基準温度を超え、熱動継電器７１の本体部７１ｂから制御部２３に動作信号を出力されると、制御部２３はブロア３０を停止させたうえで、コンプレッサ３１を作動させると共に、圧力レギュレータ８１に電気信号を出力して開弁させる。これにより、ボルテックスチューブ２２に対して圧縮空気Ｅを供給することができ、冷気Ｃを利用した熱交換を行わせることができる。
特に、圧力レギュレータ８１による開弁を利用して、ボルテックスチューブ２２に対して所定のタイミングで精度良く圧縮空気Ｅを供給できるので、車両用電力変換装置３の冷却をさらに効率良く行うことができる。

（第５の実施形態の変形例）
上述した第５の実施形態において、圧力レギュレータ８１により、所望する圧力で圧縮空気Ｅをボルテックスチューブ２２に供給しても良い。通常、ボルテックスチューブ２２に供給する圧縮空気Ｅを高圧にするほど、暖気Ｈの排出量及び冷気Ｃの排出量の総排出量が増大し、且つ暖気Ｈと冷気Ｃとの温度差が大きくなることが知られている。
従って、所望する圧力で圧縮空気Ｅをボルテックスチューブ２２に供給することで、冷気Ｃの排出量及び温度を任意に調整することが可能となる。従って、ボルテックスチューブ２２の冷却性能を調整することができ、より最適な熱交換を行わせて車両用電力変換装置３の冷却をさらに効率良く行うことができる。

また、上述した第５の実施形態において、圧力レギュレータ８１の開弁後に、冷却風Ａの温度及びブロア３０の回転数等に応じて、圧力レギュレータ８１の開度を調整しても良い。

＜第６の実施形態＞
次に、本発明に係る第６の実施形態について説明する。
第１の実施形態との異なる点は、冷却水Ｗ１の温度を検出する温度センサを具備する点である。なお、この第６の実施形態においては、第１の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

（冷却装置の構成）
図９に示すように、本実施形態の冷却装置９０では、冷却水タンク２７に冷却水Ｗ１の温度を検出する熱電対（温度センサ）９１が取り付けられている。また、この熱電対９１には、検出された冷却水Ｗ１の温度を記録するデジタルレコーダ（記録部）９２が接続されている。

（作用効果）
上述したように構成された本実施形態の冷却装置９０によれば、デジタルレコーダ９２が熱電対９１で検出された冷却水Ｗ１の温度を記録しているので、冷却水Ｗ１の温度推移を正確に把握することができる。従って、ブロア３０によって供給された冷却風Ａとの熱交換によって適切に冷却水Ｗ１の温度が低下したか否か、及び、ボルテックスチューブ２２による冷気Ｃとの熱交換によって適切に冷却水Ｗ１の温度が低下したか否か等について、正確に把握することが可能である。つまり、車両用電力変換装置３の冷却が適切に行われているか否かを監視することができる。

また、冷却水Ｗ１の温度推移を正確に把握できるので、これを指針に、ボルテックスチューブ２２から排出される冷気Ｃの温度や排出量の調整を容易に行うことができ、より安定した冷却を実現することができる。

（第６の実施形態の変形例）
上述した第６の実施形態では、冷却水タンク２７に熱電対９１を取り付けたが、冷却水Ｗ１の温度を検出することができれば、循環パイプ２５等に設置しても構わない。但し、冷却水タンク２７に取り付けることで、各パワーユニット１１に供給される前段階における冷却水Ｗ１の温度を正確に検出できると共に、循環パイプ２５内に比べれば冷却水タンク２７内の方が冷却水Ｗ１の流れが穏やかであるので、正確な温度を検出し易い。

＜第７の実施形態＞
次に、本発明に係る第７の実施形態について説明する。
第１の実施形態との異なる点は、第１の実施形態では、圧縮空気Ｅをコンプレッサ３１によりボルテックスチューブ２２に供給したが、第７の実施形態では、電気機関車１における空気ブレーキ用の圧縮空気を利用してボルテックスチューブ２２に供給する点である。なお、この第７の実施形態においては、第１の実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

（空気ブレーキ装置の構成）
図１０に示すように、本実施形態の電気機関車１は空気ブレーキ装置１００を具備している。なお、図１０では一部構成品だけを簡略的に図示した簡易図としている。

空気ブレーキ装置１００は、最適なブレーキ圧に圧力調整された空気ブレーキ用の圧縮空気Ｅ１が溜められたブレーキ用タンク１０１と、制輪子１０２を車輪７に対して圧接させるブレーキシリンダ１０３と、ブレーキ用タンク１０１とブレーキシリンダ１０３との間に接続されたブレーキパイプ１０４と、ブレーキ用タンク１０１に圧縮空気Ｅ１を溜め込むコンプレッサ１０５と、ブレーキパイプ１０４に介装されたブレーキ弁１０６と、を備える。
ブレーキ弁１０６は、ブレーキ作動時に開弁し、ブレーキパイプ１０４に供給された圧縮空気Ｅ１をブレーキシリンダ１０３に送り込んで、制輪子１０２による車輪７のブレーキを行わせている。

（冷却装置の構成）
本実施形態の冷却装置１１０では、ボルテックスチューブ２２の流入口４１ａに接続されているエア配管３５が、ブレーキパイプ１０４のうちブレーキ用タンク１０１とブレーキ弁１０６との間に位置する部分に接続されている。これにより、ブレーキ用タンク１０１に溜められた圧縮空気Ｅ１は、ブレーキパイプ１０４から分岐してエア配管３５内に常時流れ込んでいる。

また、エア配管３５には、制御部２３からの指示を受けて作動する圧力レギュレータ１１１が介装されている。この圧力レギュレータ１１１は、エア配管３５内に流れ込んできた圧縮空気Ｅ１の圧力を、加圧、減圧調整して任意の圧力に調整可能な弁体であり、制御部２３からの指示を受けて開弁すると同時に、任意の圧力で圧縮空気Ｅ１をボルテックスチューブ２２に供給するように作動する。

（作用効果）
上述したように構成された本実施形態の冷却装置１１０によれば、ブレーキ用の圧縮空気Ｅ１を利用してボルテックスチューブ２２に供給することができるので、ボルテックスチューブ２２専用のコンプレッサ（例えば、第１の実施形態におけるコンプレッサ３１）を具備する必要がない。従って、構成の簡略化を図ることができ、冷却装置１１０のコンパクト化を図り易い。
また、本実施形態の場合でも、圧力レギュレータ１１１により、ボルテックスチューブ２２に対して所望する圧力で圧縮空気Ｅ１を供給できるので、ボルテックスチューブ２２の冷却性能を調整することができ、車両用電力変換装置３の冷却を効率良く行うことができる。

なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態では、鉄道車両の一例として電気機関車１を例に挙げて説明したが、この場合に限られず、その他の鉄道車両でも構わない。

また、上記各実施形態では、筐体１０の内部に仕切り壁１０ａで区画された冷却風洞Ｒ１を形成したが、この冷却風洞Ｒ１は筐体１０の外部に設けても構わない。この場合には、熱交換器２６を冷却風洞Ｒ１内に配置させれば良い。

また、上記各実施形態では、冷却水Ｗ１を用いた水冷式で発熱部１３を冷却する構成としたが、空冷式で冷却する構成を採用しても構わない。
この場合には、例えば各パワーユニット１１における発熱部１３にフィンを接続し、このフィンを冷却風洞Ｒ１内にまで延ばし、冷却風洞Ｒ１内に供給された冷却風Ａをフィンに当てれば良い。このようにすることで、発熱部１３から発生する熱をフィンを通じて冷却風洞Ｒ１内にまで伝熱させ、冷却風Ａとの熱交換によりその熱を車体２の外部に排熱させることができる。そして、冷却風洞Ｒ１内にまで延びたフィンに対して、例えばボルテックスチューブ２２の冷気Ｃを供給させれば良い。

従って、空冷式の場合であっても同様の作用効果を奏功することができる。特に、冷却水Ｗ１に関連する各部品が不要となり、主にフィンにより放熱手段２０を構成できるので、構成の簡略化を図ることができる。但し、電気機関車１の場合には、発生する熱量が大きいので、空冷式よりは水冷式を採用することが好ましい。

また、上記各実施形態では、ボルテックスチューブ２２に対して圧縮空気Ｅ１を供給することで、冷気Ｃを発生させたが、圧縮気体であれば良く、例えば単一のガス或いは混合ガスからなる圧縮ガスを用いても良い。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

Ａ…冷却風（外気）
Ｃ…冷気（低温ガス）
Ｅ…圧縮空気（圧縮気体）
Ｈ…暖気（高温ガス）
Ｒ１…冷却風洞
Ｒ２…設置室
Ｗ１…冷却水（熱媒体）
１…電気機関車
２…車体
３…車両用電力変換装置
４…冷却装置
５…架線
６…パンタグラフ
７…車輪
８…台車
９…電動機
１０…筐体
１０ａ…仕切り壁
１０ｂ…開口部
１０ｃ…取付孔
１１…パワーユニット
１２…電力変換回路
１２ａ…半導体素子
１３…発熱部
２０…放熱手段
２１…冷却風供給手段（外気供給手段）
２２…ボルテックスチューブ
２３…制御部
２５…循環パイプ（熱媒体流路）
２５Ａ…第１循環パイプ
２５Ｂ…第２循環パイプ
２５Ｃ…第３循環パイプ
２５Ｄ…第４循環パイプ
２６…熱交換器
２６ａ…フィン
２７…冷却水タンク（タンク）
２８…循環ポンプ
３０…ブロア（送風機）
３１…コンプレッサ（圧縮気体発生源）
３５…エア配管
４０…冷気排出筒
４０ａ…冷気排出口
４１…旋回筒
４１ａ…流入口
４２…暖気筒
４３…暖気排出筒
４３ａ…暖気排出口
４４…圧力弁
Ｗ２…第２の熱媒体
５０…冷却装置
５１…第２の熱交換器
５２…冷気パイプ
５２ａ…排気口
５３…暖気パイプ
２７ａ…取付孔
６０…冷却装置
６１…圧力開放パイプ
６１ａ…排気口
６２…圧力開放弁
６５…接続パイプ
７０…冷却装置
７１…熱動継電器（温度検出部）
７１ａ…検出部
７１ｂ…本体部
８０…冷却装置
８１…圧力レギュレータ（圧力調整部）
９０…冷却装置
９１…熱電対（温度センサ）
９２…デジタルレコーダ（記録部）
Ｅ１…圧縮空気
１００…空気ブレーキ装置
１０１…ブレーキ用タンク
１０２…制輪子
１０３…ブレーキシリンダ
１０４…ブレーキパイプ
１０５…コンプレッサ
１０６…ブレーキ弁
１１０…冷却装置
１１１…圧力レギュレータ

Claims (11)

1. 電力変換回路を有する発熱部を備えた車両用電力変換装置を冷却する冷却装置であって、
   前記発熱部で発生する熱を放熱させる放熱手段と、
   前記放熱手段に外気を供給する外気供給手段と、
   圧縮気体発生源から供給された圧縮気体によって旋回気流を内部に生じさせると共に該旋回気流を冷気と暖気とに分離し、該冷気を前記放熱手段に供給するボルテックスチューブと、
   前記ボルテックスチューブ及び前記外気供給手段の作動を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記外気供給手段による前記外気の供給量を減少させたときに、前記ボルテックスチューブによる前記冷気の供給を開始させることを特徴とする冷却装置。
2. 請求項１に記載の冷却装置において、
   前記放熱手段は、
   前記発熱部と熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路と、
   前記熱媒体と前記外気との間で熱交換させる熱交換器と、を備え、
   前記ボルテックスチューブは、前記熱媒体との間で熱交換するように前記冷気を供給することを特徴とする冷却装置。
3. 請求項２に記載の冷却装置において、
   前記ボルテックスチューブは、前記熱交換器に対して前記冷気を供給することで、前記熱媒体流路内を流通している前記熱媒体との間で前記熱交換を行うことを特徴とする冷却装置。
4. 請求項２に記載の冷却装置において、
   前記ボルテックスチューブは、前記熱媒体流路に対して前記冷気を供給することで、該熱媒体流路内を流通している前記熱媒体との間で前記熱交換を行うことを特徴とする冷却装置。
5. 請求項２に記載の冷却装置において、
   前記放熱手段は、
   前記熱媒体が貯留されるタンクと、
   前記タンク内に貯留されている前記熱媒体を、前記熱媒体流路を通じて循環させる循環ポンプと、を備え、
   前記ボルテックスチューブは、前記タンク内に貯留されている前記熱媒体に対して前記冷気を供給することで、前記タンク内に貯留されている前記熱媒体との間で前記熱交換を行うことを特徴とする冷却装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置において、
   前記外気の温度を検出する温度検出部を備え、
   前記制御部は、前記温度検出部で検出された外気温度に基づいて、前記ボルテックスチューブ及び前記外気供給手段の作動を制御することを特徴とする冷却装置。
7. 請求項６に記載の冷却装置において、
   前記圧縮気体発生源から前記ボルテックスチューブに供給される前記圧縮気体の圧力を調整する圧力調整部を備え、
   前記制御部は、前記温度検出部で検出された外気温度に基づいて前記圧力調整部を制御することを特徴とする冷却装置。
8. 請求項２から７のいずれか１項に記載の冷却装置において、
   前記熱媒体の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサで検出された熱媒体の温度を記録する記録部と、を備えることを特徴とする冷却装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の冷却装置において、
   前記圧縮気体発生源は、車両の空気ブレーキ用の圧縮空気を前記圧縮気体として前記ボルテックスチューブに供給することを特徴とする冷却装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の冷却装置と、
    前記車両用電力変換装置と、
    前記冷却装置及び前記車両用電力変換装置が取り付けられた車体と、を備えることを特徴とする鉄道車両。
11. 電力変換回路を有する発熱部を備えた車両用電力変換装置を冷却する冷却方法であって、
    前記発熱部で発生する熱を放熱させる放熱手段に対して、外気供給手段により外気を供給する外気供給工程と、
    圧縮気体発生源からの圧縮気体をボルテックスチューブ内に供給して旋回気流を内部に生じさせると共に、該旋回気流を冷気と暖気とに分離させ、分離した冷気を前記放熱手段に供給する冷気供給工程と、を備え、
    前記冷気供給工程を停止した状態で前記外気供給工程を行うと共に、前記外気の温度が予め設定された基準温度を超えた場合には、前記外気の供給量を減少させると共に、前記冷気供給工程を開始させることを特徴とする冷却方法。

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