JPS6137146B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は車両制御機器の冷却装置に係り、特に
車両の走行風を利用した冷却装置に関する。

車両における電気制御機器のうちでも半導体を
使用した制御装置は近年、大容量化されて来たた
め、その発熱量が増大しその冷却方式が重要な課
題となつている。

まず、従来の冷却装置の一例を第１図および第
２図について説明する。

これらの図において、１は電車などの車両の車
体、２はその車輪、３は前記車体２の床下に配置
された制御装置、４は半導体素子などから発生し
た熱を外気に放熱するための放熱器、５は送風機
である。

前記制御装置３の詳細構造は第２図に示されて
いる。すなわち、放熱器４の下部には沸騰冷却用
の蒸発器６が設けられ、この蒸発器６内部にはサ
イリスタなどの制御用半導体素子７が収納される
とともに、沸騰可能な冷媒液８が封入されてい
る。

このような構造において、制御装置が作動した
ときには、半導体素子７から発生した熱は蒸発器
６内の冷媒液８の蒸発潜熱により蒸気へ放熱さ
れ、その蒸気は上部の放熱器４（一般に凝縮器と
もいう）に達し、ここで送風機５から送られた冷
却風９によつて冷却され、液化した冷媒液８は再
び蒸発器６内にもどる循環系により、半導体素子
７が冷却される。

ところで、この従来の冷却装置では、放熱器を
送風機で冷却しているため騒音が大きいことや、
送風機駆動用のモータがあるためその保守を必要
とすること、また、送風機で多量の風量を放熱器
に送り込むために、空気中の塵埃などを吸い込む
ことになり、放熱器内の塵埃付着を防止するため
のエアフイルタを設けなければならないが、この
エアフイルタの目づまりを防止するための定期的
な点検および保守も必要であるという不具合があ
つた。そのため、近時、上記のような騒音、保守
のない冷却装置の開発が望まれている。

この要求を満足するには、送風機をなくし、自
然空冷、つまり自然対流熱伝達を利用した冷却方
式を採用すればよいが、この冷却方式では、送風
機を用いた強制空冷方式に比べて空気中への熱伝
達率が1/8〜1/10と小さいので、放熱器の大きさ
が５〜６倍以上と大形化する。一方、鉄道車両の
場合には、制御装置などを設ける空間に制限があ
る。すなわち、第３図に示すように、制御装置３
やその他の車両機器３ａは車体１の床下と車両限
界１ａで囲まれた空間内に配置する必要がある。
したがつて、上記のような自然空冷方式では、放
熱器が大形となり、車両限界１ａで囲まれた空間
内に設置することは不可能である。

幸いに、鉄道車両では走行中に車体の床下部に
も列車速度の1/2〜1/3の走行風が得られることが
実測より確かめられている。また、制御装置から
の発熱も車両の走行中に発生するので、この走行
風を利用して放熱器を冷却することは容易に考え
られる。つまり、前述の自然空冷を用いた冷却方
式に比べて、走行風を利用した冷却方式では熱伝
達率が４〜５倍以上得られ、有効である。

しかし、この走行風を利用した冷却方式では、
走行風の動圧を風圧として用いて放熱器内へ風を
通すものであるが、この風圧は水柱0.5〜0.7mm
（３〜４m/sのとき）と小さく、一般の送風機で
得られる圧力（水柱30〜100mm）と比較して約1/1
００と小さい。したがつて、車両の制御装置内など
の限られた空間に放熱器を設けるときには、放熱
器の通風方向の長さを大きくすると、放熱器の風
圧損失が増加して走行風が流通しにくくなる。ま
た、一般の制御装置では２つの放熱器を配置しな
ければならない場合に、単に、走行風の方向に２
個直列に並べて冷却すると、風上の放熱器は冷却
されるが、風下の放熱器は風上の温度上昇した排
風を受けるので、著しく冷却性能が落ちてしま
う。さらに、鉄道車両の如き限られた空間に放熱
器を配置しなければならないので、放熱器は走行
風の通る方向に直列に配置せざるを得ないが、こ
の場合、上記の排風の悪影響の他に、走行風は風
上の放熱器の影になり、走行風の当りがきわめて
悪く、放熱器内部を通過する風速が小さくなり、
前記の風温上昇と相埃つて、冷却性能が悪くな
る。その他、風上、風下の放熱器の位置を多少ず
らして、走行風の影にならないように配置するこ
とも考えられるが、この場合は、ある方向の走行
時には２つの放熱器を良好に冷却することが可能
であつても、逆方向の走行時には２つの放熱器を
良好に冷却することは困難である。

本発明の目的は、２個の放熱器を同一風道内に
直列に配置し、これらを走行風で冷却する場合
に、簡単な構造により、風下の放熱器に対する走
行風の温度上昇や風速低下をなくして、両放熱器
を車両が逆方向に走行するときにも良好に冷却す
ることのできる車両制御機器の冷却装置を提供す
るにある。

この目的を達成するため、本発明は、同一風道
内に配置された２個の放熱器を風道内の一方側に
片寄らせて配置して両放熱器の位置する風道内の
他方側に空間を形成するとともに、両放熱器間に
わたつてほぼ180度捻つた螺旋状の仕切板を設け
て両放熱器間に互に区分された２つの螺旋状案内
風道を形成し、一方の放熱器、一方の螺旋状案内
風道、および他方の放熱器に隣接する前記他方側
空間を通る第１の通風路と、一方の放熱器に隣接
する前記他方側空間、他方の螺旋状案内風道、お
よび他方の放熱器を通る第２の通風路を構成する
ことにより、同一風道内に導入された走行風を各
別に放熱器に導いて風上、風下の放熱器に対する
走行風が混じり合わないようにしたことを特徴と
する。

以下、本発明の実施例を図面について詳細に説
明する。

第４図および第５図は本発明の一実施例に係る
冷却装置の主要部分を示す概略縦断側面図および
一部破断斜視図である。

制御装置の外枠の一部を兼ねる風道１０内の上
方に、放熱器４ａ，４ｂが走行風の流れる方向に
互に間隔をあけて直列に配置され、両放熱器４
ａ，４ｂの位置する風道１０の下方に空間１４
ａ，１４ｂが形成されている。これら放熱器４
ａ，４ｂの中間には、ほぼ180度捻つた螺旋状の
仕切板１１が、その両端が各放熱器４ａ，４ｂの
下端と連結するように設けられており、この仕切
板１１によつて両放熱器４ａ，４ｂの中間に互に
区分された２つの螺旋状案内風道１２ａ，１２ｂ
が形成されている。なお、各放熱器４ａ，４ｂの
蒸発器６ａ，６ｂは放熱器４ａ，４ｂが配置され
ている風道１０の外側に配置されているものとす
る。

したがつて、放熱器４ａを通過した走行風１３
ａとこの放熱器４ａの下部空間１４ａを通る走行
風１３ｂは、螺旋状の案内風道１２ａ，１２ｂで
上下にその流通位置を入れ換えられ、走行風１３
ａは放熱器４ｂの下部空間１４ｂより排出される
とともに、走行風１３ｂは放熱器４ｂに導入され
る。すなわち、一方の走行風１３ａは放熱器４
ａ、案内風道１２ａおよび下部空間１４ｂを通る
第１の通風路と、また他方の走行風１３ｂは下部
空間１４ａ、案内風道１２ｂおよび放熱器４ｂを
通る第２の通風路をそれぞれ流通するので、同一
風道１０内に放熱器４ａ，４ｂが直列に配置され
ていても、また車両が逆方向に走行するときにも
各放熱器４ａ，４ｂを各別に並列通風して、これ
らを均等かつ良好に冷却することができる。しか
も、単に螺旋状の仕切板１１を両放熱器４ａ，４
ｂ間に設けるだけでよいので、その構造も極めて
簡単である。

以上説明したように、本発明によれば、同一風
道内に配置された２個の放熱器を風道内の一方側
に片寄らせて配置して両放熱器の位置する風道内
の他方側に空間を形成するとともに、両放熱器に
ほぼ180度捻つた螺旋状の仕切板を設けて両放熱
器間に互に区分された２つの螺旋状案内風道を形
成し、一方の放熱器、一方の螺旋状案内風道、お
よび他方の放熱器に隣接する前記他方側空間を通
る第１の通風路と、一方の放熱器に隣接する前記
他方側空間、他方の螺旋状案内風道、および他方
の放熱器を通る第２の通風路を構成することによ
り、同一風道内に導入された走行風を各別に放熱
器に導いて風上、風下の放熱器に対する走行風が
混じり合わないようにしたので、２個の放熱器を
同一風道内に直列に配置し、これらを走行風で冷
却する場合に、単に両放熱器間に１枚の螺旋状仕
切板を設けるという極めて簡単な構造により、風
下の放熱器に対する走行風の温度上昇や風速低下
をなくして、両放熱器を車両が逆方向に走行する
ときにも良好に冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来における強制冷却式冷却装置を備
えた車両の概略側面図、第２図は第１図の冷却装
置の主要部分を示す詳細側面図、第３図は第１図
のＸ−Ｘ線断面図、第４図および第５図は本発明
の一実施例に係る冷却装置の主要部分を示す概略
縦断側面図および一部破断斜視図である。 ４ａ〜４ｃ……放熱器、１０……風道、１１…
…螺旋状仕切板、１２ａ，１２ｂ……案内風道、
１３ａ，１３ｂ……走行風、１４ａ，１４ｂ……
下部空間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 同一風道内に２個の放熱器を互に間隔をあけ
   て直列に配置し、これらの放熱器を走行風によつ
   て冷却する車両制御機器の冷却装置において、前
   記両放熱器を風道内の一方側に片寄らせて配置し
   て両放熱器の位置する風道内の他方側に空間を形
   成するとともに、両放熱器間にわたつてほぼ180
   度捻つた螺旋状の仕切板を設けて両放熱器間に互
   に区分された２つの螺旋状案内風道を形成し、一
   方の放熱器、一方の螺旋状案内風道、および他方
   の放熱器に隣接する前記他方側空間を通る第１の
   通風路と、一方の放熱器に隣接する前記他方側空
   間、他方の螺旋状案内風道、および他方の放熱器
   を通る第２の通風路を構成したことを特徴とする
   車両制御機器の冷却装置。