JP4991476B2 - 車輌用制御装置の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車輛の屋根に搭載される車輌用制御装置内の温度上昇を抑制する車輌用制御装置の冷却構造に関する。

近年、鉄道車輛の一形態として、例えば、エンジンと蓄電装置を組み合わせたハイブリッド気動車が提案されている。ハイブリッド気動車は、蓄電装置を設けることにより、エンジン駆動による発電機で発電された電気エネルギーを蓄電装置に貯えることが可能であり、また、制動時に発生する回生エネルギーを蓄電装置で一旦吸収することも可能であり、この吸収した回生エネルギーを力行時に必要なエネルギの一部として再利用することにより環境対策とともに省エネルギーを実現している。ハイブリッド気動車には、エンジンでもモータでも駆動輪を駆動可能なパラレル方式と、エンジンで発電機を稼働させ、モータのみで駆動輪を駆動するシリーズ方式がある。

このようなハイブリッド車輛においては、図１０に示すように、蓄電装置としてのバッテリやそれに関連する車輌用制御装置２が、車体３の屋根構体において屋根上艤装として設けられている。車輌用制御装置２は、太陽１２からの直射日光７に曝されると、内部の温度が上昇し、車輌用制御装置２の故障や誤作動の原因になると考えられる。こうした事態を回避するため、車輌用制御装置２の天板２ａとの間に隙間４を置いて遮熱板３１が取り付けられている。遮熱板３１は、車輌用制御装置２が直射日光７に曝されるのを防いで、車輌用制御装置２内の温度上昇を抑制している。

上記の車輌用制御装置２の天板２ａの上側に遮熱板３１を設けるという対策では、直射日光７が遮熱板３１で反射されるなどで遮蔽され、内部温度の上昇を抑制することは達成できるが、逆に、遮熱板３１の存在によって車輌用制御装置２の天板２ａからの放熱が妨げられることにもなる。天板２ａから熱を受けた対流５は、一部が隙間４の側方から外気に流れるが、一部は隙間４に籠もって外部に排熱されにくいことがある。車輌用制御装置２内の機器の発熱により、内部温度の上昇値と外気温度の合計値が車輌用制御装置２の内部機器の許容温度を超えると、車輌用制御装置２には故障が発生しやすくなる。

そこで、直射日光による温度上昇を抑制するとともに、車輛が停車中のときも走行中のときも、遮熱板の内外の通気をガイドして車輌用制御装置の天井面から放熱を促進させる点で解決すべき課題がある。
本発明の目的は、直射日光による温度上昇を抑制し、同時に車輌用制御装置の天井面から効率良く放熱を行うことにより、車輌用制御装置内部の温度上昇を抑制することが可能な構造を提供することにある。

本発明による車輌用制御装置の冷却構造は、上記課題を解決し上記目的を達成するために、車輌用制御装置の天板上に、当該天板との間に隙間を置いて付設された遮熱板を備え、遮熱板には隙間を外気に通じさせる複数の通気窓が形成されている。遮熱板には該通気窓に関連して、遮熱板の中央部から車輌の前後方向に向かって、通気窓を通る気流を案内する斜面状に開くように切り起こして形成した通気ガイド板が設けられていることを特徴とする。

この車輌用制御装置の冷却構造によれば、車輌用制御装置の天板の上側に遮熱板を設けた構造とし、遮熱板には通気窓を形成し、通気窓に関連して通気ガイド板を設けているので、車輛の停車中では、隙間に生じた対流は通気窓を通して外部に排流しやすくなり、車輛の走行中では、発生する風を遮熱板と車輌用制御装置の天板との隙間に効率良く通過させることができるので、車輌用制御装置の天板からの放熱が効率良く促される。

この発明である車輌用制御装置の冷却構造によれば、車輌用制御装置の天板に隙間を置いて設けられた遮熱板によって、太陽からの直射日光が当たるのを防ぐと同時に、停車時は自然対流で車輌用制御装置の天板から放熱し、走行時は車輌用制御装置の天板と遮熱板との間に形成される隙間に風を導入して強制対流で放熱することにより、車輌用制御装置の内部温度上昇を抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１〜図５はこの発明による車輌用制御装置の冷却構造の第１実施形態を示す図であり、図１は第１実施形態による冷却構造の斜視図、図２は図１に示される車輌用制御装置の冷却構造が適用された車輛の一例を示す斜視図である。

図２に示すように、車輌用制御装置２，２は車体３の屋根構体の上面に、車体長手方向に隔置して配置される。車輌用制御装置２、２は、例えば、上記したハイブリッド気動車の場合には、バッテリとその制御部とを内部に有しており、これらの装置は、通常、比較的平たい直方体状のハウジング内に収容されている。

次に、本発明である車輌用制御装置の冷却構造の特徴を最も良く現している車輌用制御装置２と、車輌用制御装置２に対して取付け状態にある遮熱板１の拡大図を図１に示す。車輌用制御装置２の天板２ａを覆う遮熱板１は、概して平らな板であって、図示のように、四隅において、高さの比較的短い支柱９，９，９（最奥の支柱は遮熱板１に遮られており図示されていない）によって支えられている。遮熱板１の下面と天板２ａとの間には、隙間４が開けられている。なお、支柱９は、図示のような四隅に限らず、遮熱板１の特に車輛長手方向に沿った側辺等の排熱のための対流に支障のない位置において本数を増やすことができる。

遮熱板１は、遮熱板１の車輛長手方向の端部及び中間部において、遮熱板１の本体１ａに対して両長手方向に鋭角の斜面状に開くように切り起こし形成された複数のガイド板部５を備えている。ガイド板部５は、遮熱板１の好ましくは図示のように矩形状の一部を本体１ａに対して、車体横方向と平行に延びるライン５ａ（一部にのみ符号を付す）で折り曲げて起こして形成されている。矩形状は、後述するように、広く捉えた風を通気させるように遮熱板１の左右方向に広い形状とされている。通気ガイド板５を切り起こした跡に通気窓６が開かれている。通気窓６は、遮熱板１内に孔として、又は遮熱板１の車輌の前後方向端縁からの切欠きとして形成されている。ガイド板部５は、遮熱板１の中央部から車体３の各端部寄りの方向に設けられるものについては、その方向に開いて通気窓６に繋がる開口６ａを持つように形成されている。また、この実施態様では、ガイド板部５の側方は遮熱板１の本体に対して三角形状の小開口６ｂ（開口６ａ、小開口６ｂとも一部にのみ符号を付す）が開いている。なお、ガイド板部５の形成については、切り起こすのみならず、通気窓６に関連して、別途用意のガイド板を取り付けて構成してもよい。

図３は、第１実施形態の冷却構造の車輛停車中における作用を説明する図である。車輛停車中においては、太陽１２からの直射日光７のうち上部から遮熱板１の本体１ａやガイド板部５に当たったものは、矢印で示すようにそこで反射されるので、車輌用制御装置２に当たらない。したがって、車輌用制御装置２に当たる直射日光７の熱線量が少なくなっており、車輌用制御装置２とその内部の温度上昇が抑えられる。

また、車輌用制御装置２の内部で発生した熱は、車輌用制御装置２の天板２ａから対流によって放熱される。この対流は、矢印で示すように、車輌用制御装置２の天板２ａから通気窓６を通って各ガイド板部５の斜面内側に沿って案内され、各開口６ａや三角形状の小開口６ｂから外部に上昇気流８となって流出する自然対流であるので、車輌用制御装置２の内部で発生した熱は、遮熱板１の外部へと排出される。

図４は、第１実施形態の冷却構造の車輛走行中における作用を説明する図である。車輛走行中においては、太陽１２からの直射日光７を遮蔽する遮熱板１の作用については停車中と同じであるので、再度の説明を省略する。車輛が図面右側に向かって走行しているとすると、走行時に発生する風１０は、遮熱板１の上流側の端部寄り及び中央部寄りのガイド板部５，５によって形成される開口６ａ，６ａから取り入れられ、通気窓６を通じて、遮熱板１と車輌用制御装置２の天井面２ａとの間の隙間４に導入され、隙間４に沿って流れた後、遮熱板１の下流側の端部寄り及び中央部寄りの通気窓６及びガイド板部５，５によって形成される開口６ａ，６ａを通じて排風１１として流出する。したがって、車輌用制御装置２の内部で発生した熱は、車輌用制御装置２の天板２ａから、風１０及び排風１１から成る強制対流で放熱される。

図５は、第１の実施形態が、高度の低い太陽に照らされる場合の状態を示す図である。図５に示すように、太陽１２の高度が遮熱板１に形成されているガイド板部５よりも低い場合、直射日光７が車輌用制御装置２の天板２ａに当たることになる。しかしながら、太陽１２の高さが低いのは早朝又は夕方の気温が低い時間帯、若しくは気温の低い季節であるため、車輌用制御装置２内部の温度上昇値と気温の合計値は車輌用制御装置２の内部に実装されている部品の許容温度以下であるので、温度上昇による機器の故障を発生することは無い。

図６〜図９はこの発明による車輌用制御装置の冷却構造の第２実施形態を示す図である。第２実施形態において、第１実施形態に備わる構成要素及び部位と同等のものには、同じ符号を用いることで再度の説明を省略する。図６は第２実施形態の拡大斜視図であり、図７は第２実施形態の冷却構造が適用された車輛全体の斜視図、図８は車輛停車中の自然対流による車輌用制御装置の冷却を説明する図、図９は車輛走行中の強制対流による車輌用制御装置の冷却を説明する図である。

第２実施形態は、第１実施形態と比較して、遮蔽板２１が周囲にスカート部２２を有している点で相違している。スカート部２２は、遮蔽板２１の本体２１ａから連続して車輌用制御装置２の上部周囲に延びており、遮蔽板２１と天板２ａとの間の隙間４が周囲に開口しないように、当該隙間４を側方から覆っている。スカート部２２は、太陽１２の直射日光７が隙間４から車輌用制御装置２の天板２ａに差し込むのを遮蔽している。したがって、直射日光７が車輌用制御装置２の天板２ａに一層当たらないようにしているので、車輌用制御装置２の内部の温度上昇を一層抑えることができる。図８に示す自然対流による放熱については、図３に示した第１実施形態の放熱と変わりはない。一方、前後方向のスカート部分２２ａ，２２ａには、通気用の複数の小窓２３が形成されているので、図９に示す強制対流については、風１０がスカート部分２２ａに形成されている小窓２３を通じて隙間４に導入され、隙間４に沿って流れた後、開口６或いはスカート部分２２ａに形成されている小窓２３を通じて排風１１として排出される。

また、第１実施形態ではガイド板部５と遮蔽板１の本体１ａとの間に三角形状の窓部６が形成されていたのに対して、第２実施形態ではこの窓部は、本体２１ａとガイド板部５とに繋がる三角形状の側板２４で塞がれている。こうした構造によって、ガイド板部５はライン５ａで本体２１ａに繋がっているとともに両側端で側板２４を介して本体２１ａに支持されるので、ガイド板部５の本体２１ａへの支持を強化することができ、風による力や雪等の重みで、振動や変形をするのを防止することができる。

本発明による車輌用制御装置の冷却構造の第１実施形態を示す拡大斜視図。 図１に示す第１実施形態が車輌用制御装置に艤装された状態の車体を示す斜視図。 本発明の第１実施形態が車輌停車時において奏する作用を説明する図。 本発明の第１実施形態が車輌走行時において奏する作用を説明する図。 太陽の位置が低高度となったときの本発明の第１実施形態を示す図。 本発明による車輌用制御装置の冷却構造の第２実施形態を示す拡大斜視図。 図６に示す第２実施形態が車輌用制御装置に艤装された状態の車体を示す斜視図。 本発明の第２実施形態が車輌停車時において奏する作用を説明する図。 本発明の第２実施形態が車輌走行時において奏する作用を説明する図。 従来の車輌用制御装置と遮熱板の取り付け状態を示す図。

符号の説明

１…遮熱板、１ａ…遮熱板本体、２…車輌用制御装置、２ａ…天板、３…車体、４…車輌用制御装置と遮熱板の隙間、５…ガイド板部、５ａ…ライン、６…通気窓、６ａ…開口、６ｂ…小開口、７…直射日光、８…上昇気流、９…支柱、１０…走行時に発生する風、１１…排風、１２…太陽、２１…遮蔽板、２２…スカート部、２３…小窓、２４…側板

Claims (6)

1. 鉄道車輌の屋根構体上に艤装される車輌用制御装置の冷却構造において、
   前記車輌用制御装置の天板上に、当該天板との間に隙間を置いて付設されて直射日光を遮蔽する遮熱板を備え、
   前記遮熱板は前記隙間を外気に通じさせる複数の通気窓と、
   前記複数の通気窓に関連して、前記遮熱板の中央部から前記車輌の前後方向に向かって斜面状に開くように切り起して形成され、前記通気窓を通る気流を案内する複数の通気ガイド板と、を備えることを特徴とする車輌用制御装置の冷却構造。
2. 請求項１に記載の車輌用制御装置の冷却構造において、
   前記通気窓は、前記遮熱板内に孔として、又は前記遮熱板の前記車輌の前後方向端縁からの切欠きとして形成されていること、
   を特徴とする車輌用制御装置の冷却構造。
3. 請求項１又は２に記載の車輌用制御装置の冷却構造において、
   前記通気ガイド板は前記遮熱板の一部を切り起こして形成されており、
   前記通気窓は前記通気ガイド板を切り起こした跡に開かれていること、
   を特徴とする車輌用制御装置の冷却構造。
4. 請求項３に記載の車輌用制御装置の冷却構造において、
   前記通気ガイド板の前記車両の左右方向の側縁部は補強板を介して前記遮熱板に連結されていること、
   を特徴とする車輌用制御装置の冷却構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車輌用制御装置の冷却構造において、
   前記遮熱板は、前記隙間を側方から覆うスカート部を備えていること、
   を特徴とする車輌用制御装置の冷却構造。
6. 請求項５に記載の車輌用制御装置の冷却構造において、
   前記車輌の前後方向に設けられている前記スカート部には、前記隙間に対応する部分に通気用の小窓が形成されていること、
   を特徴とする車輌用制御装置の冷却構造。

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