JP2541921B2 - 車両用半導体装置 - Google Patents
車両用半導体装置Info
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- JP2541921B2 JP2541921B2 JP60083606A JP8360685A JP2541921B2 JP 2541921 B2 JP2541921 B2 JP 2541921B2 JP 60083606 A JP60083606 A JP 60083606A JP 8360685 A JP8360685 A JP 8360685A JP 2541921 B2 JP2541921 B2 JP 2541921B2
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- Japan
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- condenser
- container
- vehicle
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、車両用制御装置の一部をなす半導体装置に
係り、特に、半導体素子の冷却に沸騰，凝縮方式を用い
た車両用半導体装置に関する。
係り、特に、半導体素子の冷却に沸騰，凝縮方式を用い
た車両用半導体装置に関する。
半導体装置の進歩改良に伴ない、鉄道車両などの電気
車の制御装置にもチヨツパやインバータなど各種の半導
体装置が広く用いられるようになつてきた。
車の制御装置にもチヨツパやインバータなど各種の半導
体装置が広く用いられるようになつてきた。
ところで、電気車などの車両では、設置スペースが主
として床下に限られ、かつ点検が容易であるなどの理由
により、その制御装置もほとんどの場合、車両の床下に
設置されるのが一般的であり、従つて、そこに含まれる
半導体装置も極力、小形化する必要がある。
として床下に限られ、かつ点検が容易であるなどの理由
により、その制御装置もほとんどの場合、車両の床下に
設置されるのが一般的であり、従つて、そこに含まれる
半導体装置も極力、小形化する必要がある。
そこで、このような車両用の半導体装置には、冷媒の
沸騰，凝縮を利用した冷却装置が従来から広く用いられ
ており、このような従来例について第３図及び第４図に
よって説明する。
沸騰，凝縮を利用した冷却装置が従来から広く用いられ
ており、このような従来例について第３図及び第４図に
よって説明する。
なお、このような車両用半導体装置については、例え
ば特公昭58−10859号公報に開示がある。
ば特公昭58−10859号公報に開示がある。
これら第３図、第４図に示した第１の従来例におい
て、半導体素子１は冷媒２と共に密閉容器３の中に納め
られており、素子１が通電によつて発熱すると、冷媒２
が沸騰し、その蒸気は蒸気管４を通つて上昇し、凝縮器
５に達する。凝縮器５は外側が外部の空気によつて冷却
されるようになつているため、内部の蒸気は凝縮，液化
し、重力によつて容器下部へ降下する。
て、半導体素子１は冷媒２と共に密閉容器３の中に納め
られており、素子１が通電によつて発熱すると、冷媒２
が沸騰し、その蒸気は蒸気管４を通つて上昇し、凝縮器
５に達する。凝縮器５は外側が外部の空気によつて冷却
されるようになつているため、内部の蒸気は凝縮，液化
し、重力によつて容器下部へ降下する。
従つて、このような方式では、半導体素子は冷媒の沸
騰，凝縮作用によつて冷却されるため、効率よく冷却さ
れ、この結果、例各装置全体の大きさをかなり小形化で
きるが、しかし、それでもなお、この半導体冷却装置６
は車両用制御装置７の中にあつてスペース的に大きな割
合を占めている。
騰，凝縮作用によつて冷却されるため、効率よく冷却さ
れ、この結果、例各装置全体の大きさをかなり小形化で
きるが、しかし、それでもなお、この半導体冷却装置６
は車両用制御装置７の中にあつてスペース的に大きな割
合を占めている。
ところで車両に必要な制御容量は近年ますます増大す
る傾向にあり、素子の発熱もこれに伴つて大きくなり、
半導体冷却装置も大形化の一途をたどつている。中でも
凝縮器５は、点検をほとんど必要としないにもかかわら
ず、大きな床下スペースを占有している。
る傾向にあり、素子の発熱もこれに伴つて大きくなり、
半導体冷却装置も大形化の一途をたどつている。中でも
凝縮器５は、点検をほとんど必要としないにもかかわら
ず、大きな床下スペースを占有している。
一方、床下は台車や種々の電気品，電気制御用部品な
どが取付けられるため、通風状態が悪く、走行風があま
り期待できないことも凝縮器５が大きくなる一因となつ
ている。
どが取付けられるため、通風状態が悪く、走行風があま
り期待できないことも凝縮器５が大きくなる一因となつ
ている。
さらに、最近の車両の傾向としては、リニアモータ電
車の如く床下のスペースが狭くなる方向にあるが、一
方、制御方式の高度化により、列車自動制御装置の如
く、半導体素子冷却部以外の収納物も増大の傾向にあ
る。このため、車両８の床下に必要な機器総てを、取扱
い点検の便利性を持たせて取付けることが困難になりつ
つある。
車の如く床下のスペースが狭くなる方向にあるが、一
方、制御方式の高度化により、列車自動制御装置の如
く、半導体素子冷却部以外の収納物も増大の傾向にあ
る。このため、車両８の床下に必要な機器総てを、取扱
い点検の便利性を持たせて取付けることが困難になりつ
つある。
そこで、これら第３図、第４図に示した第１の従来例
を改良し、車両用制御装置内に収容されている反応対装
置が更に小形化でき、これにより制御装置に必要な床下
スペースが少なくて済み、車両の床下スペースの充分な
余裕が与えられるようにするため、冷却用の凝縮器を車
両用制御装置の外に出し、他の床下機器の設置に影響を
与えることが少ない場所に設置するようにした装置が、
これも従来から使用されている。
を改良し、車両用制御装置内に収容されている反応対装
置が更に小形化でき、これにより制御装置に必要な床下
スペースが少なくて済み、車両の床下スペースの充分な
余裕が与えられるようにするため、冷却用の凝縮器を車
両用制御装置の外に出し、他の床下機器の設置に影響を
与えることが少ない場所に設置するようにした装置が、
これも従来から使用されている。
そこで、このような従来例について、以下に使用する
と、まず第１図と第２図は、このような場合での第２の
従来例で、この従来例では、半導体素子１、冷媒液２を
収容した密閉容器３は、上記した第３図、第４図の従来
例と同様に、半導体冷却装置６の一部として制御装置７
の中に収納されている。しかし、ここで生じた蒸気は蒸
気管40を通り、車両８の屋根上に設けた凝縮器５へと導
かれる。屋根上には、車両の走行方向10と対向した走行
風11があり、凝縮器５を通り抜ける為、車両床下の制御
装置７の中に収納していた従来例に比べ、冷却が良く、
凝縮器の小形化が可能である。なお、この蒸気管40は車
両床下から車両屋根上まで連通させなければならない
が、この通路は客室の窓や扉を避けた車両の壁面内に設
けることが可能であるから、余分なスペースは特に必要
としない。
と、まず第１図と第２図は、このような場合での第２の
従来例で、この従来例では、半導体素子１、冷媒液２を
収容した密閉容器３は、上記した第３図、第４図の従来
例と同様に、半導体冷却装置６の一部として制御装置７
の中に収納されている。しかし、ここで生じた蒸気は蒸
気管40を通り、車両８の屋根上に設けた凝縮器５へと導
かれる。屋根上には、車両の走行方向10と対向した走行
風11があり、凝縮器５を通り抜ける為、車両床下の制御
装置７の中に収納していた従来例に比べ、冷却が良く、
凝縮器の小形化が可能である。なお、この蒸気管40は車
両床下から車両屋根上まで連通させなければならない
が、この通路は客室の窓や扉を避けた車両の壁面内に設
けることが可能であるから、余分なスペースは特に必要
としない。
以上のように凝縮器５を制御装置７の外に出すことに
より、制御装置７は小形化され、車両床下スペースに他
の装置12を収容することが可能となる。すなわち、本実
施例によれば、車両床下に他に必要とする各種の機器，
装置等についても、それらが取付けられるようなスペー
スを提供する事ができる。
より、制御装置７は小形化され、車両床下スペースに他
の装置12を収容することが可能となる。すなわち、本実
施例によれば、車両床下に他に必要とする各種の機器，
装置等についても、それらが取付けられるようなスペー
スを提供する事ができる。
次に、第５図、第６図は、第３の従来例で、ここで
は、凝縮器５を屋根に上げず、床上の空きスペースに置
くことにより、制御装置７を小形化した例を示してい
る。
は、凝縮器５を屋根に上げず、床上の空きスペースに置
くことにより、制御装置７を小形化した例を示してい
る。
さらに、第７図，第８図は、第４の従来例で、この例
では、凝縮器５を車体の側壁面に取付け、側壁面を介し
て凝縮器５を冷却するようにしたものであり、このた
め、車両の走行風を利用することが可能になり、凝縮器
の小形化が可能になる。
では、凝縮器５を車体の側壁面に取付け、側壁面を介し
て凝縮器５を冷却するようにしたものであり、このた
め、車両の走行風を利用することが可能になり、凝縮器
の小形化が可能になる。
ところで、このような場合、何れも制御装置を貫通し
て、蒸気管40を車体側へ引出す必要があり、このため第
９図に示すごとく、蒸気管41,42,43,44接続する配管継
手13が必要となる。一般に冷却装置は制御装置７から引
き出して点検，修理を行う必要があるため、この継手13
は第10図に示すようにＯリングを用いたものが使われ
る。なお、この第10図の15,16は管41,42に設けたフラン
ジ、14はフランジ面のＯリングを示している。
て、蒸気管40を車体側へ引出す必要があり、このため第
９図に示すごとく、蒸気管41,42,43,44接続する配管継
手13が必要となる。一般に冷却装置は制御装置７から引
き出して点検，修理を行う必要があるため、この継手13
は第10図に示すようにＯリングを用いたものが使われ
る。なお、この第10図の15,16は管41,42に設けたフラン
ジ、14はフランジ面のＯリングを示している。
しかして、現用されている沸騰冷却装置は、一般に継
手部分にＯリングを用いない溶接構造の機密容器で、容
器内を真空脱気した後、沸騰冷媒を注入する構造であ
る。そして、Ｏリング等によるシール面があると、長期
間使用している間に徐々に外部の空気が侵入し、凝縮器
内に入り込み、冷媒の凝縮を阻害することになる。
手部分にＯリングを用いない溶接構造の機密容器で、容
器内を真空脱気した後、沸騰冷媒を注入する構造であ
る。そして、Ｏリング等によるシール面があると、長期
間使用している間に徐々に外部の空気が侵入し、凝縮器
内に入り込み、冷媒の凝縮を阻害することになる。
本発明の目的は、管路に配管継手などの接続部を有す
る場合でも、この接続部から侵入する空気の存在を或る
程度予測し、これに耐えて冷却機能が充分に保たれるよ
うにした、冷媒の沸騰凝縮冷却方式による車両用半導体
装置を提供することにある。
る場合でも、この接続部から侵入する空気の存在を或る
程度予測し、これに耐えて冷却機能が充分に保たれるよ
うにした、冷媒の沸騰凝縮冷却方式による車両用半導体
装置を提供することにある。
この目的を達成するため、本発明は、車両の屋根に設
置した凝縮器よりも高い位置に容器を設け、内部に空気
が侵入した場合、この空気は、上記の容器内に導かれ、
凝縮器内には残らないようにした点を特徴とする。
置した凝縮器よりも高い位置に容器を設け、内部に空気
が侵入した場合、この空気は、上記の容器内に導かれ、
凝縮器内には残らないようにした点を特徴とする。
以下、本発明による車両用半導体装置について、図示
の実施例により詳細に説明する。
の実施例により詳細に説明する。
第11図及び第12図は、本発明の一実施例で、この実施
例では、車両８の屋根に設置してある凝縮器５よりも高
い位置に、ベローズなどによる容積可変式の容器17を設
け、この中に冷媒と混合する虞れのない液体、例えばエ
チレングリコールなどの液体18を入れておく。半導体素
子１に熱負荷が加わる前は、凝縮器５の中には冷媒２が
充満されており、容器17の下部にまで達している。次に
熱負荷が加わると徐々に第12図の状態に移行していく。
容器３内の冷媒が沸騰すると、その上記は凝縮器５の中
に上昇していくが、管20に絞りが入つているため、管20
を通じて容器17へ冷媒を送る事ができず、容器３の下部
に設けた管21を通じて容器17へと冷媒が送られる。熱負
荷が最大になると凝縮器５の内部は冷媒の蒸気で充満さ
れ、総てが凝縮により熱伝達を行うことになる。又、容
器17の下部には押し上げられた冷媒が来る為、容器17の
体積は膨らみ、第12図の如くなる。ここで、微量の空気
が入ると冷媒に比し軽いため上部へ浮上し、管20を通じ
て容器17の上部19へと導かれる。この為、凝縮器５内は
不凝縮性の空気が入らない状態で稼働できる。
例では、車両８の屋根に設置してある凝縮器５よりも高
い位置に、ベローズなどによる容積可変式の容器17を設
け、この中に冷媒と混合する虞れのない液体、例えばエ
チレングリコールなどの液体18を入れておく。半導体素
子１に熱負荷が加わる前は、凝縮器５の中には冷媒２が
充満されており、容器17の下部にまで達している。次に
熱負荷が加わると徐々に第12図の状態に移行していく。
容器３内の冷媒が沸騰すると、その上記は凝縮器５の中
に上昇していくが、管20に絞りが入つているため、管20
を通じて容器17へ冷媒を送る事ができず、容器３の下部
に設けた管21を通じて容器17へと冷媒が送られる。熱負
荷が最大になると凝縮器５の内部は冷媒の蒸気で充満さ
れ、総てが凝縮により熱伝達を行うことになる。又、容
器17の下部には押し上げられた冷媒が来る為、容器17の
体積は膨らみ、第12図の如くなる。ここで、微量の空気
が入ると冷媒に比し軽いため上部へ浮上し、管20を通じ
て容器17の上部19へと導かれる。この為、凝縮器５内は
不凝縮性の空気が入らない状態で稼働できる。
従つて、この第11図，第12図に示した冷却装置によれ
ばＯリングの使用が可能であり、本発明を充分に実施す
ることができる。
ばＯリングの使用が可能であり、本発明を充分に実施す
ることができる。
ところで、本発明の実施例は以上の通りであるが、こ
こで、本発明と一緒に検討した参考例について、第13図
と第14図により説明すると、この例は、車両８の屋根上
に設置した容器17Aを用い、この容器17Aと、半導体素子
１が収容されている容器３とが、絞り24を有する管25に
より配管され、更に凝縮器５の最上部と管25が、管22、
23により接続されるようにしたものである。
こで、本発明と一緒に検討した参考例について、第13図
と第14図により説明すると、この例は、車両８の屋根上
に設置した容器17Aを用い、この容器17Aと、半導体素子
１が収容されている容器３とが、絞り24を有する管25に
より配管され、更に凝縮器５の最上部と管25が、管22、
23により接続されるようにしたものである。
いま、凝縮器５の内部に空気が侵入していたとする
と、比重の軽い空気は上方に押しやられるので、管22の
近くに空気が集まることになる。ここで、容器３内の冷
媒２が沸騰すると容器３の内圧が上り、容器17Aの方向
に圧力差によつて冷媒２が流れ出そうとする。しかし容
器３の下方に接続された配管は絞り24の為にほとんど冷
媒液の流出が出来ないようになつている。このため、一
旦、凝縮器５の内部へ流れた後、管22,23を通つて容器1
7Aへと流出する。前述のように凝縮器５の上部には空気
があり、まず最初にこの空気が流出し、続いて冷媒蒸気
が流出するため、凝縮器５内は冷媒蒸気の濃度が高い状
態となり、冷却に支障をきたすことがなくなる。
と、比重の軽い空気は上方に押しやられるので、管22の
近くに空気が集まることになる。ここで、容器３内の冷
媒２が沸騰すると容器３の内圧が上り、容器17Aの方向
に圧力差によつて冷媒２が流れ出そうとする。しかし容
器３の下方に接続された配管は絞り24の為にほとんど冷
媒液の流出が出来ないようになつている。このため、一
旦、凝縮器５の内部へ流れた後、管22,23を通つて容器1
7Aへと流出する。前述のように凝縮器５の上部には空気
があり、まず最初にこの空気が流出し、続いて冷媒蒸気
が流出するため、凝縮器５内は冷媒蒸気の濃度が高い状
態となり、冷却に支障をきたすことがなくなる。
一方、容器3,17A内の圧力が平衡した状態が続くと徐
々に絞り24から冷媒液が移動し、容器３内部の液面と同
じレベルで管23内の液面が落付く。この状態では容器17
A内の空気は凝縮器５の中に戻ることができず、凝縮器
５は良好な冷却状態を維持することができる。
々に絞り24から冷媒液が移動し、容器３内部の液面と同
じレベルで管23内の液面が落付く。この状態では容器17
A内の空気は凝縮器５の中に戻ることができず、凝縮器
５は良好な冷却状態を維持することができる。
以上、第11図と第12図に示した実施例と、第13図と第
14図に示した参考例によれば、容器17又は17Aを設ける
ことにより、Ｏリングを用いた配管接続が可能となり、
半導体素子，冷媒を収納した容器３と凝縮器５を分割し
て取付けることが可能で、このことから、制御装置７と
離れたところに凝縮器を配置するという本発明の実施を
可能にでき、制御装置７を小形化し、床下艤装スペース
を他装置の為に提供することが可能となる。
14図に示した参考例によれば、容器17又は17Aを設ける
ことにより、Ｏリングを用いた配管接続が可能となり、
半導体素子，冷媒を収納した容器３と凝縮器５を分割し
て取付けることが可能で、このことから、制御装置７と
離れたところに凝縮器を配置するという本発明の実施を
可能にでき、制御装置７を小形化し、床下艤装スペース
を他装置の為に提供することが可能となる。
なお、以上の実施例では、凝縮器５の冷却を自然風や
車両の走行風で行なうものについて示したが、送風機な
どによる強制空冷として実施してもよいのはいうまでも
ない。
車両の走行風で行なうものについて示したが、送風機な
どによる強制空冷として実施してもよいのはいうまでも
ない。
以上説明したように、本発明によれば、車両用制御装
置に含まれている半導体装置の一部である凝縮器を、こ
の制御装置内から除くことができるから、制御装置が小
形化でき、その分、車両床下に他の装置のための艤装ス
ペースを余分に確保することができる。
置に含まれている半導体装置の一部である凝縮器を、こ
の制御装置内から除くことができるから、制御装置が小
形化でき、その分、車両床下に他の装置のための艤装ス
ペースを余分に確保することができる。
そして、このとき、本発明によれば、半導体素子を収
納した容器と凝縮器を分割したことによる空気の侵入に
も充分に耐えるので、Ｏリングを用いた配管接続が可能
になり、容易に実用化することができる。
納した容器と凝縮器を分割したことによる空気の侵入に
も充分に耐えるので、Ｏリングを用いた配管接続が可能
になり、容易に実用化することができる。
また、この発明によれば、凝縮器に対する冷却を充分
に行なうことができるから、凝縮器を小形化することが
できる。
に行なうことができるから、凝縮器を小形化することが
できる。
第１図は車両用半導体装置の第２の従来例を示す側面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は第１の従
来例を示す側面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ断面図、第
５図は第３の従来例を示す側面図、第６図は第５図のＣ
−Ｃ断面図、第７図は第４の従来例を示す側面図、第８
図は第７図のＤ−Ｄ断面図、第９図は配管状態の説明
図、第10図は配管継手の説明図、第11図と第12図は本発
明の一実施例を示す説明図、第13図と第14図は参考例を
示す説明図である。 １……半導体素子,2……冷媒,3……密閉容器,4……蒸気
管,5……凝縮器,7……車両用制御装置,8……車両,13…
…継手,14……Ｏリング,40〜44…蒸気管。
図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は第１の従
来例を示す側面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ断面図、第
５図は第３の従来例を示す側面図、第６図は第５図のＣ
−Ｃ断面図、第７図は第４の従来例を示す側面図、第８
図は第７図のＤ−Ｄ断面図、第９図は配管状態の説明
図、第10図は配管継手の説明図、第11図と第12図は本発
明の一実施例を示す説明図、第13図と第14図は参考例を
示す説明図である。 １……半導体素子,2……冷媒,3……密閉容器,4……蒸気
管,5……凝縮器,7……車両用制御装置,8……車両,13…
…継手,14……Ｏリング,40〜44…蒸気管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 秀治 勝田市市毛1070番地 株式会社日立製作 所水戸工場内 (72)発明者 薄井 義典 勝田市市毛1070番地 株式会社日立製作 所水戸工場内 (56)参考文献 実開 昭59−2151（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】車両の床下に設置された車両制御用の半導
体素子と、この半導体素子を収容した冷媒容器と、車両
の屋根上に設置した凝縮器と、上記冷媒容器の内部の上
側部分と上記凝縮器の内部の下側部分を連通する第１の
管路と、この管路を分割可能にした第１の接続部とを備
え、上記半導体素子の冷却を上記冷媒容器内での冷媒の
沸騰と上記凝縮器内での冷媒の凝縮により行なう方式の
車両用半導体装置において、 上記凝縮器の設置位置より上の位置に設置した容積の変
化が可能な容器と、 該容器の内部の下側部分を上記冷媒容器の内部の下側部
分に連通する第２の管路と、 上記凝縮器よりも上の位置で上記容器よりも下の位置に
配置され、上記凝縮器の上側部分を上記第２の管路の上
端部に連通する第３の管路と、 上記第２の管路を分割可能にした第２の接続部と、 上記第３の管路に形成された絞りとを設け、 上記容積の変化が可能な容器内に冷媒と混合しない液体
が封入されていることを特徴とする車両用半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60083606A JP2541921B2 (ja) | 1985-04-20 | 1985-04-20 | 車両用半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60083606A JP2541921B2 (ja) | 1985-04-20 | 1985-04-20 | 車両用半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61244662A JPS61244662A (ja) | 1986-10-30 |
| JP2541921B2 true JP2541921B2 (ja) | 1996-10-09 |
Family
ID=13807141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60083606A Expired - Lifetime JP2541921B2 (ja) | 1985-04-20 | 1985-04-20 | 車両用半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2541921B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5478946B2 (ja) * | 2009-06-04 | 2014-04-23 | 株式会社東芝 | 電気機関車の冷却装置 |
| JP2013130332A (ja) * | 2011-12-21 | 2013-07-04 | Toshiba Corp | 気泡駆動冷却装置 |
| JP5805354B1 (ja) * | 2014-12-26 | 2015-11-04 | 三菱電機株式会社 | 車両用変圧器 |
| EP3703992B1 (en) * | 2017-10-30 | 2024-07-31 | Hitachi Energy Ltd | Cooling system for an electric power conversion device of a railroad vehicle |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS592151U (ja) * | 1983-04-21 | 1984-01-09 | 三菱電機株式会社 | 沸騰冷却装置 |
-
1985
- 1985-04-20 JP JP60083606A patent/JP2541921B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61244662A (ja) | 1986-10-30 |
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