JP2014213653A - 鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな電力増加、機器追加を伴わずに、結露に強い鉄道車両を実現することにある。【解決手段】実施形態によれば、鉄道車両は、収納室４３を有する車体と、収納室内に設けられ発熱源となる電気機器２２と、電気機器に接続され、電気機器を冷却するための冷媒を熱交換により冷却する冷却器２４であって、それぞれ冷却用の空気が通風する第１通風領域３８ａおよび第２通風領域３８ｂと、を有する冷却器と、車体の外から外気を取り込み、冷却器の第１通風領域を通して通風し、第１通風領域を通過した外気を前記車体外に排気する外気通風機構と、収納室内の空気を前記冷却器の第２通風領域を通して通風し、第２通風領域を通過して加熱された空気を前記収納室内に排気する内気通風機構と、外気通風機構の風量および内気通風機構の風量を制御する制御装置と、を備えている。【選択図】図３

Description

この発明の実施形態は、運用区間に、海底トンネルなどの、温暖、湿潤な環境化を走行する鉄道車両に関する。

一般に、冬季における屋外の走行により、あるいは、留置中に、冷えた鉄道車両が、海底トンネルなどの、冬季であっても温暖、湿潤な長大トンネル内に入ると、鉄道車両とトンネル内の空気との温度差により、鉄道車両の各部の表面が結露する。この結露の程度は、トンネル内の湿度が高く、トンネル内外の気温差が大きいほど激しい。鉄道車両の車体や筐体などの金属表面が結露するだけであれば、車体や機器の腐食などが早まる原因になるだけで大きな問題とならない。しかし、高電圧部で結露が生じると、地絡事故あるいは、相間短絡事故の原因となり、車両故障、場合によっては、鉄道車両が走行不能な状態に至ることがある。

実開平３−１４９５２号公報

東芝技術公開集（７ＰＡ９１６０１６、発行番号９２−５０１２、ＶＯＬ．１０−５９）

この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、大きな電力増加、機器追加を伴わずに、結露に強い鉄道車両を実現することにある。

一実施形態によれば、鉄道車両は、収納室を有する車体と、前記収納室内に設けられ発熱源となる電気機器と、前記電気機器に接続され、前記電気機器を冷却するための冷媒を熱交換により冷却する冷却器であって、それぞれ冷却用の空気が通風する第１通風領域および第２通風領域と、を有する冷却器と、前記車体の外から外気を取り込み、前記冷却器の第１通風領域を通して通風し、前記第１通風領域を通過した外気を前記車体外に排気する外気通風機構と、前記収納室内の空気を前記冷却器の第２通風領域を通して通風し、前記第２通風領域を通過して加熱された空気を前記収納室内に排気する内気通風機構と、前記外気通風機構の風量および前記内気通風機構の風量を制御する制御装置と、を備えている。

図１は、第１の実施形態に係る電気機関車を示す側面図。 図２は、前記電気機関車の機械室内を示す平面図。 図３は、前記電気機関車の冷却器および通気機構を示す側面図。 図４は、前記冷却装置の冷却器を示す平面図。 図５は、前記電気機関車の電気回路構成を示す図。 図６は、第２の実施形態に係る電気機関車の機械室内を示す平面図。 図７は、第３の実施形態に係る鉄道車両の床下構造を示す断面図。 図８は、第４の実施形態に係る鉄道車両の床下構造を示す断面図。 図９は、第５の実施形態に係る電気機関車の機械室内の構成を示す断面図。 図１０は、第５の実施形態に係る電気機関車の機械室内を示す断面図。

以下、図面を参照しながら、実施形態に係る鉄道車両について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、鉄道車両として、第１の実施形態に係る電気機関車を示す側面図、図２は、電気機関車の機械室内を示す平面図である。

図１および図２に示すように、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上にばねを介して支持された車体１７と、を備えている。各台車１６は、枢軸の周りで回動可能に車体１７に連結されている。各台車１６に、例えば２台の主電動機１１が搭載され、２本の車軸の近傍に位置している。主電動機１１の各々は、図示しないギアボックスおよびカップリングを介して、車軸に接続され、車軸および車輪１４に回転力を伝達する。車輪１４はレール１３上に載置されている。主電動機１１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は、車体台枠１８と、車体台枠１８上に搭載された細長い箱状の車両本体２０と、を備えている。車両本体２０は、車体台枠１８上の全面に渡って敷設され車体の床を構成した床板２０ａ、車体台枠１８上に立設され車体１７の長手方向に延びる一対の側構２０ｂ、車両の前面および後面をそれぞれ形成した一対の端壁、および車両本体の上部開口を覆った天井壁２０ｃを有し、車体台枠１８を覆って設けられている。

車両本体２０内は複数の仕切り壁４０ａ、４０ｂにより、車両の前後に位置する運転室４２ａ、４２ｂ、および運転室間に位置する機械室４３に区分されている。機械室４３は収納室を構成している。

図１および図２に示すように、機械室４３内の中央に車体の長手方向に沿って延びる通路２１が規定され、この通路２１を挟んで向かい合わせに種々の電気機器が機械室４３の床板２０ａ上に配置されている。例えば、発熱源となる２台の電力変換装置２２、２３が向かい合わせに配置され、更に、電力変換装置を冷却する２台の冷却器２４、２６が配置されている。更に、機械室４３内において床板２０ａ上に、特別高圧機器枠２７、例えば、主電動機１１に冷却空気を送る複数の送風機２８、およびその他の電気機器が配置されている。
図１および図２に示すように、車両本体２０の床下に、発熱源となる主変圧器（第２電気機器）３０が艤装され、電力変換装置２２、２３の下に位置している。

電力変換装置２２、２３が水冷式で、床下の主変圧器３０が絶縁を兼ねた油冷式の場合、冷却器２４、２６は、それぞれ水冷用の冷却器と油冷の冷却器を一体に備えた構成としている。また、冷却器２４、２６は、電力変換装置２２、２３に隣接して配置することで配管などが容易になるため、図２に示すように、相互に向き合った電力変換装置２２、２３の、向かって左側、あるいは右側に配置される。電気機関車１０が交流車両、あるいは、交直流車両の場合、主変圧器３０が電力変換装置２２、２３の下方の床下に配置され、床上の冷却器２４、２６と近接した配置となっている。

図３は、発熱源となる電気機器、冷却器、および通風機構を示す側面図、図４は、冷却器を概略的に示す平面図である。
図３に示すように、冷却器２４は、電力変換装置２２を冷却するための水冷用の熱交換器（冷却器）３２と主変圧器３０を冷却するための油冷用の熱交換器（第２冷却器）３３とを有し、これらの熱交換器３２、３３は、上下に重ねて配置されている。図４に示すように、例えば、熱交換器３２は、それぞれ中空角柱形状の第１管座３７および第２管座３９と、支持枠３１と、多数の第１流通管３４ａおよび第２流通管３４ｂと、更に、仕切り部材、セパレータとして機能する中空矩形状の中間管座３５と、を有している。第１管座３７および第２管座３９は、所定の間隔を置いて互いに平行に対向している。支持枠３１は、第１管座３７および第２管座３９を互いに連結し、これら第１管座３７および第２管座３９とともに矩形状の枠体を構成している。

第１管座３７内において、第１管座の長手方向ほぼ中央に、仕切り板４１が設けられている。この仕切り板４１により、第１管座３７内は、流入側領域３７ａと流出側領域３７ｂとに仕切られている。

多数の第１流通管３４ａは、第１管座３７の流入側領域３７ａと第２管座３９との間を互いに平行に、かつ、支持枠３１と平行に延びている。多数の第２流通管３４ｂは、第１管座３７の流出側領域３７ｂと第２管座３９との間を互いに平行に、かつ、支持枠３１と平行に延びている。多数の第１流通管３４ａの外面、および多数の第２流通管３４ｂの外面には、波状の放熱フィン２５が接続されている。

第１管座３７の流入側領域３７ａには、電力変換装置２２から延びる送水管３６ａが接続され、また、第１管座３７の流出側領域３７ｂには、電力変換装置２２に冷却水を戻す排水管３６ｂが接続されている。

中間管座３５は、第１管座３７および第２管座３９の間に、これらと平行に、かつ、多少、第２管座３９よりに配置され、その長手方向両端は支持枠３１に連結されている。多数の第１および第２流通管３４ａ、３４ｂは、中間管座３５を貫通して、あるいは、中間管座３５内に連通している。第１、第２流通管３４ａ、３４ｂが中間管座３５内に連通する構成とする場合は、中間管座３５内において、中間管座の長手方向ほぼ中央に、仕切り板４７を設け、この仕切り板４７により、中間管座３５を、流入側領域３５ａと流出側領域３５ｂとに仕切る。そして、第１流通管３４ａを流入側領域３５ａに接続し、第２流通管３４ｂを流出側領域３５ｂに接続する。

第１管座３７、第２管座３９、および支持枠３１により囲まれた空間は、中間管座３５により、後述する外気が流通する外気通風領域（第１通風領域）３８ａと、機械室４３内の空気が流通する内気通風領域（第２通風領域）３８ｂと、に気密に仕切られている。なお、仕切り部材、セパレータは、管座に限らず、単純な仕切り板で構成してもよい。

後述するように、電力変換装置２２内には図示しない冷却水（冷媒）を流す冷媒管およびこの冷媒管に冷却水を強制的に流す給水ポンプが設けられている。給水ポンプを駆動することにより、冷媒管を通して冷却水が流れ、電力変換装置２２内を冷却する。電力変換装置２２内を冷却することにより温度上昇した冷却水は、図４に示すように、送水管３６ａを通して熱交換器３２の第１管座３７の流入側領域３７ａ内に送られ、多数の第１流通管３４ａ内を流れた後、第２管座３９に流入する。更に、冷却水は、第２管座３９内から多数の第２流通管３４ｂ内を流れた後、第１管座３７の流出側領域３７ｂに流入し、排水管３６ｂを介して、電力変換装置２２内へ戻される。冷却水は、多数の第１および第２流通管３４ａ、３４ｂ内を流れる間、外気通風領域３８ａを流通する外気、および内気通風領域３８ｂを流通する内気により冷却される。すなわち、温度上昇した冷却水と、外気および内気との間で熱交換を行うことにより、冷却水が冷却され、逆に、流通する外気および内気が温度上昇する。そして、冷却された冷却水は、電力変換装置２２に流入し、再び、電力変換装置の冷却に用いられる。

本実施形態において、油冷用の熱交換器３３は、水冷用の熱交換器３２と同一の構成を有している。すなわち、図３に示すように、熱交換器３３は、図示しない第１管座、第２管座、支持枠と、多数の第１、第２流通管と、更に、仕切り部材、セパレータとして機能する中空矩形状の中間管座３５と、を有している。第１管座には、主変圧器３０から床板２０ａを気密に貫通して機械室４３内に延出する送油管４５が接続され、また、電力変換装置２２に冷却油を戻す排油管が接続されている。熱交換器３３内の空間は、中間管座３５により、後述する外気が流通する外気通風領域（第１通風領域）４４ａと、機械室４３内の空気が流通する内気通風領域（第２通風領域）４４ｂと、に気密に仕切られている。なお、仕切り部材、セパレータは、管座に限らず、単純な仕切り板で構成してもよい。

後述するように、主変圧器３０内には図示しない冷却油（冷媒）を流す冷媒管およびこの冷媒管に冷却油を強制的に流す給油ポンプが設けられている。給油ポンプを駆動することにより、冷媒管を通して冷却油が流れ、主変圧器３０内を冷却する。主変圧器３０内を冷却することにより温度上昇した冷却油は、送油管４５を通して熱交換器３３の流入側管座内に送られ、多数の流通管内を流れた後、流出側管座に流入し、更に、配油管を介して、主変圧器３０内へ戻される。冷却油は、多数の流通管内を流れる間、外気通風領域４４ａを流通する外気、および内気通風領域４４ｂを流通する内気により冷却される。すなわち、温度上昇した冷却油と、外気および内気との間で熱交換を行うことにより、冷却油が冷却され、逆に、流通する外気および内気が温度上昇する。そして、冷却された冷却油は、主変圧器３０に流入し、再び、主変圧器の冷却に用いられる。

図３に示すように、熱交換器３３は、床板２０ａ上に配置されている。熱交換器３３の第１通風領域４４ａは、床板２０ａに形成された排気口４６に対向し、排気ダクト４９を通して排気口４６に連通している。排気ダクト４９は、シール材４８を介して熱交換器３３に接続され、第１通風領域４４と排気口４６との間を、機械室４３内から気密に仕切っている。また、熱交換器３３の第２通風領域４４ｂは、排気空間５０および排気口５１を介して、機械室４３内に連通している。

熱交換器３２は、シール材５２を挟んで熱交換器３３上に載置されている。そして、熱交換器３２の第１通風領域３８ａは熱交換器３３の第１通風領域４４ａに気密に連通し、同様に、熱交換器３２の第２通風領域３８ｂは熱交換器３３の第２通風領域４４ｂに気密に連通している。

図１および図３に示すように、熱交換器３２上に送風機５７が設けられている。送風機５７は、円筒形状のケーシング５４、ケーシング内に支持されたモータ５７ａ、モータにより回転される羽根（ブレード）５７ｂを有している。ケーシング５４は、吸気ダクトとしても機能する。送風機５７のケーシング５４の下端は、シール材５５を挟んで熱交換器３２に接続され、熱交換器３２の第１通風領域３８ａに気密に連通している。ケーシング５４の上端は、車両本体２０の天井壁２０ｃに形成された吸気口５６に気密に接続されている。上述したケーシング５４を含む送風機５７、および排気ダクト４９は、熱交換器３２、３３を通して外気を通風する外気通風機構を構成している。

送風機５７により、天井壁２０ｃの吸気口５６から外気を吸気し、ケーシング５４を通して、水冷用の熱交換器３２の第１通風領域３８ａと油冷用の熱交換器３３の第１通風領域４４ａに対して直列に上方から外気を流して熱交換器を強制風冷した後、排気ダクト４９、排気口４６を通して床下に排気する。

熱交換器３２上に、送気ダクト６０および送風機６１が設けられている。送気ダクト６０の下端は、シール材６２を挟んで熱交換器３２に接続され、熱交換器３２の第２通風領域３８ｂに気密に連通している。送気ダクト６０の上端は、送風機６１の排気側に接続され、送風機６１の吸気側は、機械室４３内に開口している。

送風機６１により、機械室４３内の空気を吸気し、送気ダクト６０を通して、水冷用の熱交換器３２の第２通風領域３８ｂと油冷用の熱交換器３３の第２通風領域４４ｂに対して直列に上方から強制風冷した後、排気ダクト４９、排気空間５０および排気口５１を通して機械室４３内に排気する。このように、上述した送気ダクト６０、送風機６１、排気口５１は、熱交換器３２、３３を通して、内気（機械室内の空気）を通風し、循環する内気通風機構を構成している。

送風機５７の回転数、すなわち送風量は、電力変換装置２２や主変圧器３０の温度によって可変するように制御している。電力変換装置２２や主変圧器３０からの温度検出信号が、送風機５７などの補助回路用の電力変換装置を制御している制御装置に送信される。この制御装置は、検出温度に応じて、送風機の電圧と周波数を変化させる。水や油を送るための水ポンプ、油ポンプは、電力変換装置２２、主変圧器３０に内蔵され、通常、一定回転で運転されている。

図５は、本実施形態における電気回路構成の一例を示している。電気機関車１０は、補助電源装置６４を備え、この補助電源装置から、電圧と周波数を変化させるためのインバータ６５、６６を介して送風機５７、６１に電力が供給される。また、補助電源装置６４から、電力変換装置２２の水ポンプ６８、主変圧器３０の油ポンプ６９、空気圧縮機などに電力が供給される。電力変換装置２２の温度センサ７０からの温度検出信号と、主変圧器３０の温度センサ７１からの温度検出信号と、機械室４３内に設けられた温度センサ７２からの温度検出信号とが、補助電源装置６４の制御装置に入力される。

補助電源装置６４の制御装置は、機械室４３内の温度が、長大トンネル内の空気温度よりも高くなるように、送風機５７と送風機６１の風量を制御する。例えば、機械室４３の温度を予め決められた目標値（長大トンネル内の温度よりも高い温度）に上げる場合、制御装置は、送風機５７の回転数を下げ、あるいは停止させ、送風機６１の回転数を上げる。これにより、熱交換器３２、３３の第２通風領域３８ｂ、４４ｂを通過して機械室４３内へ循環する空気の温度を上昇させ、機械室４３内の温度を目標値に上げることがきる。

なお、車外の温度を検知する温度センサを設け、この温度センサにより検出された車外温度により、送風機５７、６１の風量制御を補正あるいはバックアップするようにしてもよい。例えば、温度センサにより検知された長大トンネル内の空気温度が前記目標値よりも高いときは、送風機５７、６１の回転数を変更するようにしてもよい。また、季節が冬から春になって、外気温度がトンネル内の温度よりも上がってくると、機械室４３を不必要に温度上昇させる意味はない。そのため、長大トンネル内の通年温度が２０℃の場合、外気温度が２５℃以上となったことを条件として、送風機６１を停止するようにしてもよい。

高速走行時などの車両が大きな出力を発生する場合には、電力変換装置２２、２３や主変圧器３０の温度を許容上限値以下に維持する必要がある。そのため、制御装置は、送風機５７の風量（回転数）を上げ、熱交換器３２、３３の第１通風領域３８ａ、４４ａを通る外気の風量を上げ、大きな熱交換を行う。これにより、熱交換器３２，３３を流れる冷却水、冷却油の冷却効率を上げることができる。当然、夏季においては、機械室４３の温度を下げる必要があるので、循環用の送風機６１は運転せず、送風機５７だけで、電力変換装置２２、２３と主変圧器３０の熱交換が充分に行えるよう設計されていることは、もちろんである。

なお、他方の電力変換装置２３に接続された冷却器２６および通風機構も、上述した冷却器２４および通風機構と同様に構成されている。

以上のように構成された電気機関車１０によれば、機械室４３内に設けられた冷却器２４、２６の熱交換器３２、３３を、その内部で、中間管座（仕切り板）３５により、車外から取り入れた空気（外気）を流す流路（第１通風領域３８ａ、４４ａ）と、機械室４３内の空気を循環させる流路（第２通風領域３８ｂ、４４ｂ）とに区分し、車外の空気を流す流路は、従来どおり、車体天井から吸気して床下に排気し、機械室４３内の空気を循環させる流路には、機械室４３内の空気を送風機６１で吸気して流すことにより、電力変換装置２２、２３用の熱交換器３２と主変圧器３０用の熱交換器３３を通過して温度が上昇した空気を排気口５１から機械室４３内に排気する。

これにより、湿った外気を機械室４３内に取り入れることなく、熱交換器の熱を利用して機械室４３内を加熱することができ、トンネル内等の高温、多湿の環境内を走行する際、車両内の温度と外気との温度差を低減し、機械室内における電気機器の結露を防止することができる。

また、上記のように構成された冷却器２４、２６を図２に示す機器配置で車両の機械室４３内に配置すると、２台の冷却器２４、２６は、機械室４３の中央よりもやや前方とやや後方に、はす向かいに配置される。そのため、これらの冷却器２４、２６により加熱された循環空気により、機械室４３全体をほぼ均等に、かつ、効率的に温度上昇させることができる。ここで、特別高圧用の機器を内部に配置している特別高圧機器枠２７は、内部に大きな発熱をする機器がないため、電気機関車１０が長大トンネル内を走行する際、結露する懸念がある。しかし、図１に示すように、冷却器２６が特別高圧機器枠２７の近傍（例えば、正面）に設けられているため、冷却器２６から排気される温風により、特別高圧機器枠２７内の結露防止を図ることが可能である。
以上のことから、大きな電力増加、機器追加を伴わずに、結露に強い鉄道車両が得られる。

第１の実施形態では、代表的な例として交流電気車両を示したが、これに限らず、交直流鉄道車両、直流鉄道車両にも本実施形態を適用可能である。
図２で示したように、第１の実施形態では、電力変換装置用の熱交換器３２と主変圧器用の熱交換器３３の両方を通り抜けた内気を機械室４３へ循環する構成を示しているが、これに限定するものではない。例えば、直流鉄道車両のように主変圧器を持たない鉄道車両の場合、電力変換装置２２、２３用の熱交換器３２のみとなることがあるほか、機械室４３の結露防止に必要な熱量によって、電力変換装置２２、２３からの排熱のみを利用する構成としてもよい。あるいは、パンタグラフを上げて補助電源装置が起動していれば、ある程度の熱量が期待できる主変圧器の排熱のみを利用する構成としてもよい。特に、主変圧器用の熱交換器３３のみを利用する構成では、送風機５７を運転せずに主変圧器３０用の熱交換が可能になるため、騒音低減、電力節減にも貢献する。

次に、他の実施形態に係る鉄道車両について説明する。以下に述べる、他の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分には、第１の実施形態と同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る電気機関車の内部構造を示す平面図である。本実施形態によれば、電力変換装置２２が機械室４３のほぼ中央に配置され、冷却器２４が電力変換装置の片側に配置されている機器配置を用いている。例えば、ディーゼル機関車において、エンジンを機械室中央に配置した場合も類似である。

上記の機器配置において、電力変換装置２２の内部は、カバー内部の装置自体の温度上昇による結露防止効果が見込まれるが、冷却器２４から機械室４３内に温風を排気しただけでは、冷却器の周囲の空気温度が上昇するだけで、機械室全体の結露防止効果が小さい。そこで、本実施形態では、図６に示すように、機械室４３の電力変換装置２２の右側（電力変換装置２２と特別高機器枠２７との間）に第３仕切り壁４０ｃを設け、運転室４２ａ後方の仕切り壁４０ａと仕切り壁４０ｃとで挟まれた第２機械室（第２収納室）４３ｂを構成している。

第２機械室４３ｂ内において、特別高圧機器枠（第３電気機器）２７の進行方向片側にファンヒータ７４を設けている。ファンヒータ７４は、第２機械室４３ｂの空気を吸気して特別高圧機器枠２７内に温風を送風する。その空気は、第２機械室４３ｂ内に排気され、この第２機械室４３ｂを循環する。これにより、第２機械室４３ｂ全体の温度が上昇し、湿度が下がるとともに、特に絶縁劣化に注意が必要な特別高圧機器枠２７内を結露から守ることを実現している。第２機械室４３ｂ内に、重要な保安装置７５、７６などを配置しておけば、その保安装置などの結露を防止することが可能となる。第２の実施形態は、冷却器が機械室内に配置されていない場合に、単独で機械室内に配置されている装置の結露防止対策としても有効である。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る鉄道車両の要部を概略的に示す側面図である。本実施形態は、鉄道車両の床下に結露防止構造を適用した実施形態である。図７に示すように、一例として、車両床下で、車体台枠１８に特別高圧機器箱７８が艤装されている。特別高圧機器箱７８内には、例えば、アレスタ（避雷器）７９のような高圧電気機器が配置されている。特別高圧機器箱７８の一側に、主変圧器３０が接続されている。また、特別高圧機器箱７８の他側の側壁８０にファンヒータ８２が取付けられている。ファンヒータ８２は、その温風を特別高圧機器箱７８内に送風することで、特別高圧機器箱７８内部を昇温し結露を防止する。

もちろん、ファンヒータ８２を特別高圧機器箱７８の内部に配置することも状況によっては可能であるが、一般的には、機器箱を小型に設計するため、機器箱の内部は特別高圧の絶縁を確保できる最小寸法になっていることが多く、また、特別高圧の場合は、安全を確保するためにカバー類はインターロックによる鎖錠がなされている場合が一般的である。そのため、配置スペースの面、あるいは、保守性の面からも、ファンヒータ８２を特別高圧機器箱７８の外部に配置することのメリットが大きい。ただし、この場合、ファンヒータ８２が長大トンネル内の空気を吸気しないよう、また、特別高圧機器箱内の空気を循環させるように、たとえば、ダクトによる流路を設けるとよい。あるいは、図７に示すような、床下カバー８３でファンヒータ８２を覆い、かつ、側壁８０に設けられた連通口８４を通して、特別高圧機器箱７８内と床下カバー８３内の空間とを連通してもよい。この場合、ファンヒータ８２により、特別高圧機器箱７８内と床下カバー８３内で空気を循環させることでき、外気との空気の交換が小さい空間の空気を循環させることが効果的である。

第３の実施形態によれば、既存の機器箱にも結露防止対策構造を追設可能であり、また、機器箱の内部が複数の部屋に仕切られている場合には、必要に応じて、その部屋単位で小容量のファンヒータを配置することも可能である。ファンヒータが温度センサ付であれば、個別に温度設定も可能であり、さらに効果的である。

（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態に係る鉄道車両の要部を概略的に示す側面図である。前述した第３の実施形態において、床下カバー８３がない車両に適用する場合には、図８に示すように、ファンヒータ８２の周囲にカバー８６を設けることで、既存の装置の基本設計を大きく変えずに結露防止対策構造を実現可能である。また、ファンヒータの大小は、外気の通風量に関連しないため、トンネル内の空気が装置内部に入る構成の場合は、ファンヒータ８２の熱容量を大きくすることで、装置内の湿度を短時間で下げることができる。短時間で湿度を下げることができれば、装置内の結露が発生しないため、機器の故障を防止することが可能となる。

（第５の実施形態）
図９は、第５の実施形態に係る電気機関車の内部構造を示す断面図である。第５の実施形態は、車体の機械室４３内において、床板２０ａの上に主電動機１１用の送風機５７が配置されている場合の実施形態である。

図９に示すように、車体１７の床下には、図示しない台車に支持された主電動機１１が設けられている。車体１７の天井壁２０ｃには吸気口５６が形成され、この吸気口に送風機５８が気密に接続されている。送風機５８は、円筒形状のケーシング５４、ケーシング内に支持されたモータ５８ａ、モータにより回転される羽根（ブレード）５８ｂを有している。ケーシング５４は、吸気ダクトとしても機能する。また、機械室４３内に鉛直方向に延びる通風ダクト８８が設けられている。通風ダクト８８の上端は、シール材８９を挟んで送風機５８のケーシング５４の下端に気密に接続されている。通風ダクト８８の下端は、床板２０ａに形成された排気口４６に接続されている。更に、床下において、排気口４６は、たわみ風道９０、すなわち、鉛直方向に伸縮可能な風道、を通して、主電動機１１に連通している。

通風ダクト８８の中途部に排気ポート９１が形成され、機械室４３に開口している。また、通風ダクト８８には、排気ポート９１を開閉する閉塞板９２が回動自在に取付けられ、更に、この閉塞板９２を開閉するパイロットモータ９３が取付けられている。また、送風機５７およびパイロットモータ９３に電力を供給する補助電源装置６４が設けられている。機械室４３内の温度を検出する温度センサ７２からの温度検出信号、主電動機１１の温度を検出する温度センサ９４からの温度検出信号、更に、外部信号８７が、補助電源装置６４の制御装置に入力される。

一般に、機械室４３内の夏季における温度上昇を抑制するため、あるいは、水や塵埃の侵入を抑制するために、機械室４３を正圧にすることで機械室内の換気を行うことが多い。この場合、長大トンネル走行中にトンネル内の空気を機械室４３内に押し込むと、車内が結露する。そのため、冬季は、作業者が通風ダクト８８の排気ポート９１を閉塞板９２で閉塞するか、機械室４３内の温度検出信号に応じて、パイロットモータ９３により閉塞板９２を駆動し、排気ポート９１を閉塞することが結露防止に効果的である。

第５の実施形態によれば、送風機５７を駆動することにより、吸気口５６から外気を吸い込み、通風ダクト８８、排気口４６、およびたわみ風道９０を通して、主電動機１１に送り、外気により主電動機１１を冷却する。また、送風する外気の一部は、機械室４３の与圧用として、通風ダクト８８の排気ポート９１から分流して機械室内に排気される。吸気口５６から採りこまれたトンネル内の空気は、湿度の高い空気であるため、機械室４３に排気してしまうと、機械室内が結露する。

そこで、補助電源装置６４の制御装置は、温度センサ９４からの温度検出信号に応じて、送風機５７の風量を制御する。すなわち、一般的には、機械室４３の温度が高い場合にも、この温度が所定範囲内になるよう、送風機５７の風量を制御する。さらに、湿度の高いトンネルに接近した、あるいは、走行中である、現在、冬季である、などの外部信号８７を組み合わせて、制御装置は、これらの外部信号８７を受けると、パイロットモータ９３により閉塞板９２を回動し、排気ポート９１を閉塞しておく。このように、機械室４３の温度検出信号による制御を用いることにより、万が一、機械室４３内の温度が上昇しすぎた場合に換気するように制御することも可能であり、また、鉄道車両が寒冷地の長大トンネルから離れた温暖な地域を走行する場合にも、特に人手による閉塞板の切換などを行わずに、広域運用が可能である。

（第６の実施形態）
図１０は、第６の実施形態に係る電気機関車の機械室内を示す断面図である。本実施形態は、主電動機用の送風機ではなく、専用の換気送風機（あるいは、与圧送風機）を用いる機械室を換気する実施形態である。図１０に示すように、車両本体２０の天井壁２０ｃの一側に吸気口９５が形成され、天井壁２０ｃの他側に排気口９６が形成されている。機械室４３内において、床板２０ａ上に補助回路機器９８が設けられている。この補助回路機器９８は、機械室４３内に開口する排気口１００および上方に開口する吸気口１０２を有している。

天井壁２０ｃの吸気口９５に吸気ダクト１０４が気密に接続され、この吸気ダクトと補助回路機器９８との間に通風ダクト１０６が接続されている。通風ダクト１０６の上端は吸気ダクト１０４の下端に気密に接続され、通風ダクトの下端は補助回路機器９８の吸気口１０２に気密に接続されている。そして、通風ダクト１０６内に送風機１０８が設けられている。また、吸気ダクト１０４は、機械室４３内に開口する吸気口１１０を有している。

本実施形態は、補助回路機器９８などの冷却を兼ねた形態であり、送風機１０８を駆動することにより、吸気口９５から外気を取り入れ、補助回路機器９８に送りこれを冷却した後、排気口１００から機械室４３内に排気する。この場合、補助回路機器９８などを通過した空気は温度が上昇しているため、その温度においては湿度が下がっているが、除湿されているわけではないので、元の空気温度あるいは、さらに低い温度の品物に触れれば結露する。したがって、このように機械室４３内に配置されている電気機器の発熱を利用して機械室４３内の結露防止を図る場合には、必ず外気を採り入れる吸気口９５と排気口９６を閉塞し、吸気口１１０から機械室内の空気を吸気し、排気口９７から機械室内に排気して、循環させるようにし、湿度の高い外気に触れないようにすることが必要である。

すなわち、多湿環境、例えば、長大トンネル内を通過する際、吸気口９５と排気口９６を閉じた状態で送風機１０８を作動し、吸気口１１０から機械室４３内の空気を取り入れ、補助回路機器９８に供給した後、排気口１００から機械室４３内に排気する。このように、補助回路機器９８により加熱された内気を機械室４３内に排気することにより、機械室４３内を加熱することができ、車両内の温度と外気との温度差を低減し、機械室内における電気機器の結露を防止することができる。

なお、本実施形態において、補助回路機器９８の代わりに、一例として、発熱量の大きいスクリュー式の空気圧縮機を機械室４３内に配置してもよい。この場合でも、インタークーラの吸排気を冬季は機械室循環にして機械室内の温度上昇を補助することが可能である。しかし、車外から新鮮な空気を吸気すると長大トンネル内で結露する懸念があるため、夏季：車外から吸気して車外に排気、冬季：車内から吸気して車内へ排気とする必要がある。

また、他の一例として、ディーゼルエンジンなどを搭載している電気機関車などの場合には、このエンジンを運転して、冬季は機械室内循環にしてあるラジエタの排気を空気暖房用に用いることも可能である。ディーゼルエンジンを主の動力源とするディーゼル機関車などの場合にあっては、図２に示した冷却器と同様に、エンジンを冷却するための熱交換器の発熱を機械室へ循環させることも可能である。あるいは、バスの客室の暖房と同様に、ラジエターの温水をパイプで必要な場所へ引き回し、必要に応じて、送風機を兼ねた温水放熱器を用いる構成も可能である。また、機械室をヒートポンプ式のエアコンディショナで暖房することも可能である。

なお、いずれの場合も、特別高圧機器箱、あるいは、電気機器を囲む筐体、カバーに断熱性を持たせることで、一層効果的に結露発生を防止することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。更に、前述した複数の実施形態を適宜組合わせてもよい。

例えば、鉄道車両は、上述した交流電気機関車に限らず、電気式ディーゼル機関車等、他の鉄道車両に適用することができる。車体の床上に設置される発熱源は、電力変換装置に限らず、他の電気機器としてもよい。車体の床下に設置される機器は、主変圧器に限らず、他の電気機器としてもよい。

１０…電気機関車、１４…車輪、１６…台車、１７…車体、１８…車体枠、
２０…車両本体、２０ａ…床板、２０ｃ…天井壁、２２、２３…電力変換装置、
２４、２６…冷却器、３０…主変圧器、３２、３３…熱交換器、
３８ａ、４４ａ…第１通風領域、３８ｂ、４４ｂ…第２通風領域、
３５…中間管座（セパレータ）、２８、５７、６１…送風機、４６、５１…排気口、
５４…吸気ダクト、５６…吸気口、７４、８２…ファンヒータ、
７８…特別高圧機器箱、

Claims (8)

1. 収納室を有する車体と、
   前記収納室内に設けられ発熱源となる電気機器と、
   前記電気機器に接続され、前記電気機器を冷却するための冷媒を熱交換により冷却する冷却器であって、それぞれ冷却用の空気が通風する第１通風領域および第２通風領域を有する冷却器と、
   前記車体の外から外気を取り込み、前記冷却器の第１通風領域を通して通風し、前記第１通風領域を通過した外気を前記車体外に排気する外気通風機構と、
   前記収納室内の空気を前記冷却器の第２通風領域を通して通風し、前記第２通風領域を通過して加熱された空気を前記収納室内に排気する内気通風機構と、
   前記外気通風機構の風量および前記内気通風機構の風量を制御する制御装置と、
   を備える鉄道車両。
2. 前記冷却器は、前記第１通風領域と第２通風領域とを気密に仕切るセパレータを備えている請求項１に記載の鉄道車両。
3. 前記外気通風機構は、前記車体の天井壁に形成された吸気口と、前記吸気口に接続された一端と前記冷却器の第１通風領域に連通する他端とを有する吸気ダクトと、前記吸気ダクト内に設けられた送風機と、前記車体の床板に形成された排気口と、前記冷却器の第１通風領域を前記排気口に接続する排気ダクトと、を備えている請求項１又は２に記載の鉄道車両。
4. 前記内気通風機構は、前記冷却器の第２通風領域に接続された送気口および前記収納室に開口する吸気口を有する送風機と、前記第２通風領域を通過した空気を前記収納室内に排気する排気口と、を備えている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の鉄道車両。
5. 前記車体の床下に設けられた発熱源としての第２電気機器と、前記収納室内に配置されているとともに前記第２電気機器に接続され、前記第２電気機器を冷却するための冷媒を熱交換により冷却する第２冷却器と、を備え、
   前記第２冷却器は、冷却用の空気が通風する第１通風領域および第２通風領域と、を有し、前記第１通風領域および第２通風領域が前記冷却器の第１通風領域および第２通風領域とそれぞれ気密に連通するように、前記冷却器に隣接して配置され、
   前記外気通風機構は、前記冷却器の第１通風領域および第２冷却器の第１通風領域を通して外気を通風し、前記内気通風機構は、前記冷却器の第２通風領域および第２冷却器の第２通風領域を通して前記収納室内の空気を通風する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の鉄道車両。
6. 前記車体は、前記収納室から仕切られた第２収納室を備え、
   前記第２収納室内に設置された第３電気機器と、前記第２収納室内の空気を加熱して前記第３電気機器に供給するファンヒータと、を更に備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の鉄道車両。
7. 前記車体の床下に設置された高圧機器箱と、この高圧機器箱内に設置された高圧電気機器と、前記高圧機器箱の側壁に取付けられ、前記高圧機器箱内に温風を送風するファンヒータと、を更に備える請求項１ないし６のいずれか１項に記載の鉄道車両。
8. 前記ファンヒータは、前記高圧機器箱の前記側壁外面側に設けられ、
   前記ファンヒータを覆う床下カバーを更に備え、前記床下カバーにより、前記ファンヒータを収納し、かつ、前記高圧機器箱内に連通する空間を形成している請求項７に記載の鉄道車両。

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