JP5109578B2 - 電力変換装置の日照熱冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の屋根裏に設置されて車両の駆動用電力を供給する電力変換装置や、車両の空調用、照明用に電力を供給する車両用補助電源としての電力変換装置の日照熱冷却方法に関する。

従来、鉄道車両の例えば車内空調用、車内照明用、車外照明用、車内放送用等の電力を供給する車両用補助電源としての電力変換装置がある。
この電力変換装置は、半導体ユニット、リアクトル、トランス等で構成されている。そして、これらの構成部分はいずれも稼動時に発熱するので、冷却する必要がある。その冷却方法としては空冷方式が最も安価である。

通常、電力変換装置は、外部に放熱しやすいように、更には保守作業がやりやすいように、車両の屋根上に設置される場合が多い。そして、電力変換装置の内部又は外部に電動送風機を備え、電力変換装置の内外に空冷用の外気を強制的に送風して電力変換装置の温度上昇を抑えるようにしている。（例えば、特許文献１及び２参照。）
特開２００４−０８８８４５号公報 特開２００３−０７９１６４号公報

ところで、車両の屋根上に設置される電力変換装置は、内部構成部分が稼動時に発熱するだけでなく、車両の屋根部に降り注ぐ直射日光による温度上昇も考えなくてはならない。このような直射日光による温度上昇の防止には、電力変換装置の最上部や側面に断熱材を貼り付けることが一般的である。

しかしながら、断熱材は高価な部材であり、したがって電力変換装置の設置費用が高くなるという問題がある。また、冷却用外気の通気口には断熱材を取り付けることができないため、十分な断熱効果が得られない。したがって、断熱材の使用は電力変換装置内部の空気温度の上昇防止対策としては効果が少ない。

また、車両走行時の走行風を取り入れて、直射日光に当たる部分の温度上昇を低減させるように構成されるのが一般的であるが、このような走行風を取り入れて電力変換装置周囲の空気を換気する方式は、車両の停車中でも使用するような空調機や車内照明用の電源を供給する電力変換装置には適していない。

また、屋根上設置型の電力変換装置は、豪雪地帯を運行する車両には不向きである。また、豪雪地帯を運行する車両でなくとも、屋根上設置型の電力変換装置は、空気抵抗が強い、見た目に良くないなどのことを考えると、屋根裏に配置するほうが好ましい。

その場合でも、直射日光による屋根部の温度上昇で、屋根の裏面と電力変換装置の上部面との間の空間の温度が上昇するから、この温度上昇を低減させることが必要となる。上述したように、断熱材の使用は屋根部の構成が高価となるから避けなければならない。

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、車両が停車中でも使用する形式の屋根設置型の電力変換装置であっても日照熱による温度上昇を効率よく防止できる電力変換装置の日照熱冷却方法を提供することである。

本発明の電力変換装置の日照熱冷却方法は、鉄道車両等の屋根裏に設置されて車両に電力を供給する電力変換装置であり、該電力変換装置の内部または外部に少なくとも１台以上の通風用電動送風機を有し、該通風用電動送風機により外気を上記電力変換装置内に取入れ且つ外部に放出して上記電力変換装置内の冷却を行い、装置上方を覆う屋根カバーを備えた電力変換装置の日照熱冷却方法において、上記屋根カバーの下方を上記鉄道車両の進行方向に平行する仕切りにより二分して、上記屋根カバーの裏面と上記電力変換装置の上部面との間に第１と第２の二つの流路を形成し、上記電力変換装置の外気取入口近傍において、上記第１の流路の上記屋根カバーに外気を取入れる入風口を設け、上記電力変換装置の外気放出口近傍において、上記第２の流路の上記屋根カバーに上記取入れた外気を外部に放出する排風口を設け、上記電動送風機を送風機収容室に収容し、該送風機収容室の負圧発生側に上記第１の流路を通気口又はジャバラ管等で接続して上記第１の流路内を負圧状態とし、上記屋根カバーに設けた上記入風口より取込んだ外気を上記電力変換装置側と上記第１の流路側とに分岐させ、該第１の流路を形成する上記電力変換装置の上部面と上記屋根カバーの裏面との間の空間部を取入外気の一部の入風路とし、上記送風機収容室の加圧発生側に上記第２の流路を通気口又はジャバラ管等で接続して上記第２の流路内を加圧状態とし、上記送風機収容室から排出される上記取入外気を上記電力変換装置側と上記第２の流路側とに分岐させ、該第２の流路を形成する上記電力変換装置の上部面と上記屋根カバーの裏面との間の空間部を排出外気の一部の排風路とするように構成される。

本発明によれば、電力変換装置の上部面と屋根カバー裏面との間の空間を入風路と排風路に仕切り、電力変換装置の強制風冷用の電動送風機の機能の一部を利用して、入風路と排風路に外気を流通させ、この空間の空気の澱みを防止するので、日照熱による屋根カバーの温度上昇による電力変換装置内の室内空気への熱影響を低減させ、車両が停車していても使用するような電力変換装置にも日照熱による温度上昇を防止する十分な冷却効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、一実施の形態における日照熱冷却方法を採用した車両屋根裏設置型の電力変換装置を示す断面図である。尚、図１には、車体１と車輪２を簡略に示している。
図１において、電力変換装置３は、車体１の上部の屋根裏に形成されている電力変換装置設置部４に設置され、車体１の両側部上端の支持部５により、電力変換装置設置部４の張り出し部６が載る形で支持されている。

この電力変換装置３は、車両の停車中も使用される車内空調用、車内照明用、車外照明用、車内放送用等の電力を供給する車両用補助電源である。
この電力変換装置３は、直流電力を交流電力に変換する半導体素子が収容されている半導体素子ユニット７、交流電圧を適宜の電圧に変換するトランスやトランスの力率低下を改善するリアクトルが収容されている電圧変換部８を備えている。

また、電力変換装置３には、装置の内部または外部に配置される送風機収容室９に、電動送風機１０を備えている。このような通風用の電動送風機は、装置内部の発熱部を冷却
するために電力変換装置には本質的に少なくとも１台以上は備えられているものである。

本例の場合は、１台の電動送風機１０が、半導体素子ユニット７と電圧変換部８に挟まれる位置となる電力変換装置３のほぼ中央部に配置されている。電動送風機１０の回転によって、送風機収容室９には図の右方に負圧が発生し、左方に加圧が発生する。

そして、送風機収容室９の電動送風機１０は、フィルター付きの外気取入口１１から、外気を図の矢印ａ１、ａ２、ａ３、ａ４で示すように取り込んで、半導体素子ユニット７を冷却し、この取り込んだ外気を図の矢印ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４で示すように送り出して、これもフィルター付きの外気放出口１２から外部に放出する。これにより、外気放出路の途中にある電圧変換部８が冷却される。

ところで、本例の電力変換装置３の設置構成は、図に示すように、屋根裏設置型となっており、電力変換装置３の上方は車体１の屋根カバー１３（１３ａ、１３ｂ）によって覆われている。

この屋根カバー１３（１３ａ、１３ｂ）には直射日光１４が降り注ぐ。したがって、このままでは、屋根カバー１３の日照熱で、屋根カバー１３の裏面と、電圧変換部８の上部面１５（１５ａ、１５ｂ）の間の空気の温度が上昇したまま澱んでしまう。

これでは、せっかっく矢印ａ１〜ａ４、矢印ｂ１〜ｂ４のように電力変換装置３の内部を冷却しても、温度が上昇したまま澱んだ空気によって、電力変換装置３の上部面１５（１５ａ、１５ｂ）が熱せられ、内部冷却の効果が低減してしまう。

そこで、本例では、先ず屋根カバー１３の下方を、鉄道車両の進行方向（図の紙面垂直方向）に平行する仕切り１６により二分して、屋根カバー１３の裏面と電力変換装置３の上部面１５との間に二つの流路を形成する。

すなわち、屋根カバー１３ａと電力変換装置３の上部面１５ａ間に第１の流路１７が形成され、屋根カバー１３ｂと電力変換装置３の上部面１５ｂ間に第２の流路１８が形成される。

そして電力変換装置３の外気取入口１１の近傍において、第１の流路１７側の屋根カバー１３ａに、外気を取入れる入風口２１を設ける。
また、電力変換装置３の外気放出口１２の近傍において、第２の流路１８側の屋根カバー１３ｂに、上記取入れた外気を外部に放出する排風口２２を設ける。入風口２１及び排風口２２は多数の格子状の孔で構成してもよく、あるいは適宜の形状の、例えば多数の丸孔又は蜂の巣状の孔等で構成してもよい。

この構成において、送風機収容室９の上述した負圧発生側に、第１の流路１７を通気口又はジャバラ管２３等で接続して第１の流路１７内を負圧状態とする。
これにより、屋根カバー１３ａに設けた入風口２１より矢印Ａで示すように取込んだ外気を、電力変換装置３側（半導体素子ユニット７側）と第１の流路１７側とに分岐させ、第１の流路１７を形成する電力変換装置３の上部面１５ａと屋根カバー１３ａの裏面との間の空間部を、矢印ｃ１、ｃ２、ｃ３で示すように、取入外気の一部の入風路とする。

一方、送風機収容室９の上述した加圧発生側に、第２の流路１８を通気口又はジャバラ管２４等で接続して第２の流路１８内を加圧状態とする。
これにより、送風機収容室９から排出される上記の取入外気を、電力変換装置３側（電圧変換部８側）と第２の流路１８側とに分岐させ、第２の流路１８を形成する電力変換装
置３の上部面１５ｂと屋根カバー１３ｂの裏面との間の空間部を、矢印ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４で示すように、排出外気の一部の排風路とし、排風口２２からは、電力変換装置３側と第２の流路１８側から合流した排出外気が矢印Ｂで示すように外部に排出されるようにする。

このように本発明の電力変換装置の日照熱冷却方法によれば、電力変換装置の上部面と屋根カバー裏面との間の空間を入風路と排風路に仕切り、電力変換装置の強制風冷用の電動送風機の機能の一部を利用して、入風路と排風路に外気を流通させ、この空間の空気の澱みを防止するので、日照熱による屋根カバーの温度上昇による電力変換装置内の室内空気への熱影響を低減させ、車両が停車していても使用するような電力変換装置にも日照熱による温度上昇を防止する十分な冷却効果が得られる。

一実施の形態における日照熱冷却方法を採用した車両屋根裏設置型の電力変換装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 車体
２ 車輪
３ 電力変換装置
５ 支持部
４ 電力変換装置設置部
６ 張り出し部
７ 半導体素子ユニット
８ 電圧変換部
９ 送風機収容室
１０ 電動送風機
１１ 外気取入口
１２ 外気放出口
１３（１３ａ、１３ｂ） 屋根カバー
１４ 直射日光
１５（１５ａ、１５ｂ） 電圧変換部上部面
１６ 仕切り
１７ 第１の流路
１８ 第２の流路
２１ 入風口
２２ 排風口
２３、２４ 通気口又はジャバラ管

Claims (1)

1. 鉄道車両等の屋根裏に設置されて車両に電力を供給する電力変換装置であり、該電力変換装置の内部または外部に少なくとも１台以上の通風用電動送風機を有し、該通風用電動送風機により外気を前記電力変換装置内に取入れ且つ外部に放出して前記電力変換装置内の冷却を行い、装置上方を覆う屋根カバーを備えた電力変換装置の日照熱冷却方法において、
   前記屋根カバーの下方を前記鉄道車両の進行方向に平行する仕切りにより二分して、前記屋根カバーの裏面と前記電力変換装置の上部面との間に第１と第２の二つの流路を形成し、
   前記電力変換装置の外気取入口近傍において、前記第１の流路の前記屋根カバーに外気を取入れる入風口を設け、
   前記電力変換装置の外気放出口近傍において、前記第２の流路の前記屋根カバーに前記取入れた外気を外部に放出する排風口を設け、
   前記電動送風機を送風機収容室に収容し、
   該送風機収容室の負圧発生側に前記第１の流路を通気口又はジャバラ管等で接続して前記第１の流路内を負圧状態とし、
   前記屋根カバーに設けた前記入風口より取込んだ外気を前記電力変換装置側と前記第１の流路側とに分岐させ、
   該第１の流路を形成する前記電力変換装置の上部面と前記屋根カバーの裏面との間の空間部を取入外気の一部の入風路とし、
   前記送風機収容室の加圧発生側に前記第２の流路を通気口又はジャバラ管等で接続して前記第２の流路内を加圧状態とし、
   前記送風機収容室から排出される前記取入外気を前記電力変換装置側と前記第２の流路側とに分岐させ、
   該第２の流路を形成する前記電力変換装置の上部面と前記屋根カバーの裏面との間の空間部を排出外気の一部の排風路とする、
   ことを特徴とする電力変換装置の日照熱冷却方法。

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