JP3361575B2 - 車両用機器冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、車両用機器冷却装置に
係り、特に汚損を嫌う機器を備えた車両に好適な車両用
機器冷却装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、鉄道車両の床下に設置される床下
機器の冷却は、例えば特公昭５７−６０１７９号公報に
記載されているように、ボデイーマウウント方式の床下
機器室の底面に突起を設け、該突起前後に走行風によっ
て生じる圧力差を利用して開口部から大気を取入れて機
器から発生する熱を機器室外に排出するものが知られて
いる。また、大容量化によって発熱量が増大している動
力系制御機器においては、専用の送風機を設置して強制
的に該機器の冷却を行なっている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】前述のように、近年、
鉄道車両においては動力系制御機器の大容量化，小形軽
量化および半導体素子の多様化に伴って、各種機器を専
用の大型送風機によって強制的に冷却する必要性が増大
している。一方、高速車両においては、低重心化および
軽量化の観点から、主変圧器，主変換器或いは空調装置
の室外機を車体床下に配置しており、走行抵抗低減，騒
音低減，車体下部の空気流の整流化の観点からこれらの
機器を一括して平滑に覆う所謂ボデイーマウント方式が
必要となっている。 【０００４】さらに、制御機器の一部には、冷却を必要
とするとともに塵埃或いは水分等の浸入によって、その
性能を著しく低下するものがあり、該機器自体を汚損す
ることなく冷却を行なう必要がある。 【０００５】本発明の目的は、省スペースで機器配置が
可能であるとともに汚損を嫌う機器を効率良く冷却する
ことができる車両用機器冷却装置を提供することにあ
る。 【０００６】 【０００７】上記第１の目的は、車体の床下の密閉機器
室内に設置した第１の発熱機器と第２の発熱機器と、 車
両の幅方向の一端側の前記密閉機器室の外側から外気を
吸込み、前記第１の発熱機器を経由して他端の前記密閉
機器室の外側に排出する第１の送風機と、 前記密閉機器
室内において、前記第１の発熱機器よりも上方に設置さ
れ、前記第２の発熱機器に連通した熱交換器と、 該熱交
換器は、上下２つの通路を備え、各通路は小間隔で多数
に仕切られており、上下の通路の間で熱交換可能になっ
ており、 前記上の通路は前記幅方向の一端側であって、
前記密閉機器室の上部の空気を吸込む吸込み口を有し、
前記下の通路の前記一端側に空気の排気口を有し、 前記
熱交換器の前記幅方向の他端側に前記上下の通路に連通
した第２の送風機を有すること、 により達成できる。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【作用】これによれば、第２の発熱機器からの放熱は、
密閉機器室内の循環空気によって行なわれるため、密閉
機器室外の塵埃或いは水等の密閉機器室内への浸入を防
止して機器を汚損することなく冷却を行なうことができ
る。密閉機器室内の熱は、第１の送風機によって前記循
環空気から前記大気冷却系の大気に伝達され、該大気冷
却系の熱とともに車両外へ放熱される。したがって、密
閉機器室内からの放熱を循環空気による熱交換によって
行なうことから、該密閉機器室内の構造を密閉化できる
とともに、該密閉機器室内の熱を大気冷却系の大気を介
して車両外に放熱することから、密閉機器室内の冷却の
ために特別な大気冷却系を必要とせず省スペースで機器
配置が可能である。 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【００１５】 【実施例】以下、本発明の実施例を図によって説明す
る。図１および図２は本発明の機器冷却装置の一実施例
である主変換器の例を示した正面図および平面図であ
る。図３は図１および図２の主変換器に設置された熱交
換器の一例を示した断面図である。図４および図５は前
記主変換器或いは本発明を適用した他の床下機器の配置
状況を示した車体の側面図および平面図である。図４お
よび図５において、車体の下面すなわち床下部分には、
主変換器１，空調装置の室外器２，換気装置３，補助電
源装置４，ブレーキ装置５，配線箱６および主電動機冷
却用送風機７等が台枠下面に吊り下げて設置されてい
る。これらの機器は、飛び石或いは冬期における雪の付
着による損傷，空気抵抗の低減を目的として側壁および
底板によって囲われている。前記主変換器１，空調室外
器２，換気装置３，補助電源装置４は、それぞれを構成
する機器の冷却或いはその機器自体の機能を発揮するた
めに専用の送風機を備えている。該主変換器１，空調室
外器２，補助電源装置４の送風機は、車体の一方側の側
面から空気を吸い込んで機器を冷却した後、車体の反対
側に排出する構造となっている。また、換気装置３は、
車体妻面からダクトを介して取入れた空気を室内に供給
するとともに室内からの排風を車体側方に向けて排出す
る。主電動機冷却用送風機７は、車体側方からダクトを
介して空気を取り入れ主電動機に送風する構造となって
いる。前記ブレーキ制御装置５は、前記主電動機冷却用
送風機７に隣接してい配置されている。 【００１６】前記主変換器１，空調室外器２，換気装置
３，補助電源装置４，ブレーキ制御装置５，配線箱６お
よび主電動機冷却用送風機７は、塵埃或いは水等の異物
の浸入を防止したボデイーマウント方式の密閉機器室内
に設置されている。主要機器を冷却する専用送風機を有
する主変換器１，空調室外器２および補助電源装置４
は、それぞれの送風機の空気流路と前記密閉機器室とを
完全に分離して構成している。例えば、後述する主変換
器１の場合、冷却空気の吸い込み部から排出部までは、
密閉機器室とは完全に分離した空気ダクトとして構成さ
れ、該空気ダクト内に前記送風機或いは被冷却機器が設
置されている構造となっている。 【００１７】本発明を適用した前記主変換器１の詳細構
造を以下説明する。図１，図２および図３において、１
１は連結配置したコンバータ・インバータ箱（以下、単
にｃ／ｉ箱という。）１２を冷却するための冷却用送風
機である。該送風機１１は、ボデイーマウント方式の床
下機器室の側壁に設置した給気用グリル部から給気ダク
トを介して外気を吸い込み、前記ｃ／ｉ箱１２を通過さ
せた後、排気ダクトを介して反対側の側壁に設置した排
気用グリル部から排気する。また、送風機１１は給気ダ
クト内に設置されており、床下機器室内とは隔絶されて
いる。前記送風機１１と二つのｃ／ｉ箱１２の組合せ
は、車体長手方向に所定の間隔を隔てて平行に配置され
ており、両者の間にはフイルタコンデンサ箱１３および
ゲートユニット箱１４が設置されている。前記フイルタ
コンデンサ箱１３およびゲートユニット箱１４は、外部
からの塵埃および水の浸入を防止した密閉機器室内に設
置されており、該密閉機器室内では前記各機器を冷却す
る空気が自由に循環できるように空気流路を形成するた
めの隙間を設けて、前記機器が配置されている。 【００１８】前記送風機１１によって外気が供給され前
記ｃ／ｉ箱１２を冷却する一次機器冷却空気流路と車体
を構成する台枠との間には熱交換器２０が設置されてい
る。この熱交換器２０は、図３に示すように空気流路と
なる開口通路が上下に平行に複数形成されており、熱伝
導性の良いアルミ合金等によって構成されている。ま
た、上下の空気流路内は、塵埃および水の漏洩がないよ
うに気密，水密な構成となっている。具体的な構成とし
ては、アルミ合金製押出し型材或いはアルミ合金製の薄
い波板をろう付け等により接合して構成した熱交換器等
の使用も考えられる。該熱交換器２０の下部の空気流路
２０ａの一端には、前記送風機１１の空気吐出部近傍か
ら分岐した分岐ダクトが接続されており、前記空気流路
２０ａの他端は前記ｃ／ｉ箱１２を通過した空気を車外
へ導く排気ダクトに接続されている。前記熱交換器２０
の上部の空気流路２０ｂの一端は、前記密閉機器室内に
設置され該機器箱内の空気を循環させる循環冷却送風機
２１の空気吐出部が接続されており、該空気流路２０ｂ
の他端は密閉機器室内に開口している。前記循環冷却送
風機２１によって空気流路２０ｂに供給される循環空気
は、前記送風機１１によって前記空気流路２０ａを流れ
る空気流と流れる方向が逆になっている。すなわち、送
風機１１と循環冷却送風機２１とは熱交換器２０の両側
に設置されており、所謂向流式熱交換器を構成してい
る。なお、図２の図中右側の循環冷却送風機２１によっ
て送風され熱交換器２０を通過した循環空気は、ｃ／ｉ
箱１２に隣接して配置された制御箱１５等周囲の機器に
も循環し冷却するように構成されている。 【００１９】このような構成おいて、ｃ／ｉ箱１２およ
びフイルタコンデンサ箱１３，ゲートユニット箱１４，
制御箱１５等の機器冷却動作について説明する。送風機
１１によって車体側方より取り入れられた空気は、ｃ／
ｉ箱１２を通過することにより、該ｃ／ｉ箱１２を冷却
して車外に排出される。また、前記送風機１１から吐出
された空気のうち前記熱交換器２０へ供給される空気
は、該熱交換器２０において前記循環空気と熱交換を行
ない前記排風と同様に車外へ排出される。この冷却系
は、密閉機器室内とは気密を保って分割形成されてお
り、外部より取り込まれた水分，塵埃が密閉機器室内に
浸入することはない。一方、前記密閉機器室内は、フイ
ルタコンデンサ箱１３，ゲートユニット箱１４，制御箱
１５によって熱せられた空気が該機器箱内で上昇するた
め、上部の温度が上昇することになる。前記循環冷却送
風機２１は、密閉機器室の上部に設置されていため、温
度が上昇した空気を効率良く熱交換器２０に供給するこ
とができる。そして、前記循環冷却送風機２１によって
熱交換器２０へ送られた空気は、送風機１１によって熱
交換器２０に供給される車外の空気と熱交換することに
よって冷却され、密閉機器室内に放出される。このよう
にして密閉機器室内の機器すなわちフイルタコンデンサ
箱１３，ゲートユニット箱１４，制御箱１５から生じる
漏洩熱は排出され、該機器室内の温度上昇を防止する。 【００２０】このような構成によれば、汚損を嫌う機器
すなわちフイルタコンデンサ箱１３，ゲートユニット箱
１４，制御箱１５を密閉機器室内を循環する循環空気に
よって冷却することができるため、該各機器を汚損する
ことなく冷却することができる。また、密閉機器室内の
空気を循環させる構成としていることから、フロン或い
は液冷媒を用いる場合に比べて構造の簡略化が図れる。
また、循環冷却送風機２１および熱交換器２０を用い
て、送風機１１によって供給される車外の空気すなわち
大気と熱交換をさせることにより、機器室の漏洩熱を車
外へ放熱する専用の送風機或いはダクトを設ける必要が
なく、床下スペースを有効に利用することができる。さ
らに、専用の大気冷却系を持たない機器室と大気冷却専
用の送風機例えば送風機１１を有した機器を隣接配置
し、熱交換器を両者の間或いはその近傍に設置するだけ
で、ダクトや配管等を長く配置することなく、密閉機器
室内を冷却することにより、コンパクトに機器を配置す
ることができる。 【００２１】前記熱交換器２０は、前述のように二系統
の空気流路２０ａ，２０ｂを併設した構成で非常に簡単
な構成であり、その点検の頻度は非常に低い。一方、前
記ｃ／ｉ箱１２内に設置されている機器は、定期的な点
検補修を必要とするため、前記熱交換器２０の下方にｃ
／ｉ箱１２を設置することは、保守点検作業を容易に行
なえるようにすることからも有効である。また、大気冷
却系を持たない機器室では、熱せられた空気が上昇する
ことから、循環冷却送風機２１の循環空気吸い込み口を
台枠に近い上部の位置に設置することにより、各機器と
の間に熱がこもらないように所定の隙間を設けて配置す
るだけで、特別な処置を行なうことなく空気を循環さ
せ、内部の熱を効率的に車外に排出することができる。 【００２２】前記主変換器１以外の機器においても、同
様に主要機器の大気系冷却用送風機を利用してその機器
の冷却を行なうことができる。例えば、空調室外器２に
送風する送風機からの送風を分流して、近傍に設置され
た例えば半導体素子からなる各種制御機器を冷却する循
環冷却系との間で前述のような熱交換器を設置して熱交
換させることにより、前記主変換器１と同様な冷却を行
なうことができる。また、換気装置３，補助電源装置４
或いは主電動機要冷却送風機についても、同様に利用す
ることができる。 【００２３】ブレーキ制御装置５のように特に大気冷却
用送風機を有していない機器においては、前記主電動機
用冷却送風機７を利用して、該送風機の能力を僅かに増
大させて該ブレーキ制御装置５の漏洩熱を循環冷却によ
り放熱する。このようにすることにより、従来密閉機器
室内で自然放冷を行なうために機器の設置空間を大きく
していたものを前記構成により強制冷却することができ
るため、機器自体を小形に、かつ、機器設置空間を狭く
することができる。また、前記密閉機器室内において、
特に漏洩熱の多い機器については冷却用循環空気が集中
的に前記熱交換器との間で循環するように、隔壁を設置
しても良い。この隔壁は、下部を開口し、上層の温度上
昇した空気を熱交換器に導く構成であれば良い。 【００２４】前記実施例においては、密閉機器室内の熱
を熱交換器を利用して隣接配置した機器の大気系の送風
機の送風によって放熱するものであるが、前記熱交換器
を走行風によって冷却することも考えられる。すなわ
ち、前記密閉機器室の底板すなわち走行風に接する車体
外表面に露出した部分に、前記熱交換器に相当する部材
を設置し循環冷却空気と走行風とを熱交換させ、該密閉
機器室内の熱を放熱することができる。この場合、密閉
機器室内の上部に循環冷却送風機の吸い込み口を設置
し、温度上昇した空気を熱交換手段に供給する。また、
前記熱交換手段に走行風を導くために、風導板等を接し
て効率良く走行風を利用するとともに、車体周辺の気流
を乱し抵抗の増大或いは騒音の増大を抑制する。 【００２５】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、省
スペースで機器配置が可能であるとともに汚損を嫌う機
器を密閉状態のまま効率良く冷却することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】図１は本発明の機器冷却装置の一実施例である
主変換器の例を示した正面図である。 【図２】図１の主変換器の平面図である。 【図３】図１および図２の主変換器に設置された熱交換
器の一例を示した断面図である。 【図４】図１の主変換器或いは本発明を適用した他の床
下機器の配置状況を示した車体の側面図である。 【図５】図１の主変換器或いは本発明を適用した他の床
下機器の配置状況を示した車体の平面図である。 【符号の説明】 １１…送風機、１２…ｃ／ｉ箱、２０…熱交換器、２１
…循環冷却用送風機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 板鼻 博 茨城県勝田市堀口832番地の２ 日立シ ステムプラザ勝田 日立水戸エンジニア リング株式会社内 (56)参考文献 実開 昭51−47107（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B61C 17/04

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】【請求項１】 車体の床下の密閉機器室内に設置した第１
   の発熱機器と第２の発熱機器と、 車両の幅方向の一端側の前記密閉機器室の外側から外気
   を吸込み、前記第１の発熱機器を経由して他端の前記密
   閉機器室の外側に排出する第１の送風機と、 前記密閉機器室内において、前記第１の発熱機器よりも
   上方に設置され、前記第２の発熱機器に連通した熱交換
   器と、 該熱交換器は、上下２つの通路を備え、各通路は小間隔
   で多数に仕切られており、上下の通路の間で熱交換可能
   になっており、 前記上の通路は前記幅方向の一端側であって、前記密閉
   機器室の上部の空気を吸込む吸込み口を有し、前記下の
   通路の前記一端側に空気の排気口を有し、 前記熱交換器の前記幅方向の他端側に前記上下の通路に
   連通した第２の送風機を有すること、 を特徴とする車両用機器冷却装置。