(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の床下面（６）に取り付けられた筐体（５）の側壁には、当該側壁の一部を構成する状態に吸熱ブロック（２）が取り付けられ、
前記吸熱ブロック（２）には、下部がほぼ水平な加熱部（１０）を形成しているループ状又はほぼＵ字状のヒートパイプ（１）の加熱部（１０）が前記車両の走行方向に沿う状態に保持され、
前記ヒートパイプ１の放熱部（１１）は前記吸熱ブロック（２）から前記筐体（５）の外側に向かって先上り傾斜しているとともに、当該放熱部（１１）には前記加熱部（１０）とほぼ平行状に放熱フィン（３）が取り付けられ、
前記吸熱ブロック（２）の筐体（５）の内側に面する部分には、前記加熱部（１０）と対応して車両の走行方向に沿って並ぶ状態に複数の発熱性の電気部品（４）が取り付けられていることを特徴とする、
車両における筐体内の電気部品冷却装置。
【請求項２】
車両の床下面（６）に取り付けられた筐体（５）の側壁には、当該側壁の一部を構成する状態に吸熱ブロック（２ａ）が取り付けられ、
前記吸熱ブロック（２ａ）には、車両の走行方向に沿う状態に孔（２ｂ）が形成されるとともに当該孔（２ｂ）の対応する端部へ基端部が気密に連通された状態でかつ当該吸熱ブロック（２ａ）から前記筐体５の外側に向かって先上り傾斜する状態に各パイプ（１ａ）が取り付けられ、
前記各パイプ（１ａ）の他端部は一体に連通し又は密閉され、
前記吸熱ブロック（２ａ）の孔（２ｂ）と前記各パイプ（１ａ）とで構成される密閉系は、前記孔（２ｂ）を加熱部（１０）としかつ前記各パイプ（１ａ）の先上り傾斜部を放熱部（１１）とするヒートパイプ（１）を構成しており、
前記放熱部（１１）には前記孔２ｂと平行状に放熱フィン（３）が取り付けられ、
前記吸熱ブロック（２ａ）の筐体（５）の内側に面する部分には、前記孔（２ｂ）と対応して車両の走行方向に沿って並ぶ状態に複数の発熱性の電気部品（４）が取り付けられていることを特徴とする、
車両における筐体内の電気部品冷却装置。
【請求項３】
前記ヒートパイプ（１）は上下方向に複数設けられ、前記筐体５の吸熱ブロック（２，２ａ）が設けられている側の側面には、車両の走行方向に沿う筒状のカバー（８）が前記放熱フィン（３）を覆うように取り付けられ、上位に位置する放熱部（１１）の先端部部分及び下位に位置する放熱部（１１）の基端部分は前記放熱フィン３と平行するように前記カバー（８）内に取り付けられた放熱プレートを兼ねた各支持板（３ａ）によって支持されている、請求項１又は２に記載の車両における筐体内の電気部品冷却装置。
【請求項４】
前記ヒートパイプ（１）は上下方向に複数設けられ、上位に位置する放熱部（１１）の先端部分には前記フィン（３）よりも小サイズのフィン（３０）が取り付けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の車両における筐体内の電気部品冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両における電力制御筐体内の電気部品冷却装置に関するものである。
さらに具体的には、車両が移動するときの風を利用して前記筐体内部の電気部品を冷却するのに適する冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６を参照しながら、従来の電気車両等の密閉筐体内に設置されている電気部品の冷却装置を説明する。
車両の床下面６には外部と遮断された電力制御用の筐体５が固定され、筐体５の内部には、スナバ抵抗器４０，スナバコンデンサ４１及びゲートアンプ４２等の電気部品が配置されている。
筐体５の一方の側壁には、開閉カバー５１で密閉される開口部５０が設けられており、必要なときはこの開閉カバー５１を開いて筐体５の内部の点検や保守作業ができるように構成されている。
【０００３】
筐体５の他方の側壁には傾斜した仕切板５２が取り付けられ、この仕切板５２には、直管状の複数のヒートパイプ７が当該仕切板５２に対してほぼ直交する状態に貫通保持されている。このヒートパイプ７は、その加熱部７０が先下がり状になるように７°前後傾斜している。
筐体５の内部に位置する前記ヒートパイプ７の加熱部７０には、上面又は下面に吸熱ブロック２が取り付けられており、この吸熱ブロック２には半導体モジュール等の発熱性の電気部品４が図示しないネジによって取り付けられている。
また、筐体５の外部に突出したヒートパイプ７の放熱部７１には、多数の放熱フィン３が取り付けられている。
通常、車両はその走行による風が前記放熱フィン３に沿うように（図において手前方向又はその逆方方向に）走行する。
【０００４】
前述の冷却装置によれば、電気部品４の熱や部品類４０，４１，４２による筐体５内の熱は、吸熱ブロック２を通じてヒートパイプ７の加熱部７０に伝えられ、内部の作動液の蒸発によって放熱部７１に運ばれ、放熱フィン３から外部に放熱される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の冷却装置は前述のように構成されているので、以下のような課題があった。
第１は、ヒートパイプ７の加熱部７０が筐体５内に長く突入しているため、筐体５内の空間効率がわるく、内部にスナバ抵抗器４０，スナバコンデンサ４１及びゲートアンプ４２等の必要な部品を装着するためには、容積のより大きい筐体５を必要とすることである。
第２は、構造上仕切板５２のヒートパイプ貫通部への荷重に対する負担が大きく、脆弱なことである。
第３は、電気部品４が吸熱ブロック２の上面又は下面に位置する状態になるために、開閉カバー５１を開いて行う筐体５内の点検保守の作業性がわるいことである。
この発明の目的は、筐体内の空間効率を向上を図り、仕切板を必要とせず、かつ、筐体内の点検保守の作業性を向上させた車両における筐体内の電気部品冷却装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明による冷却装置は、前述の課題を解決するため以下のように構成されている。
すなわち、請求項１に記載の電気部品冷却装置は、車両の床下面６に取り付けられた筐体５の側壁には、当該側壁の一部を構成する状態に吸熱ブロック２が取り付けられ、
前記吸熱ブロック２には、下部がほぼ水平な加熱部１０を形成しているループ状又はほぼＵ字状のヒートパイプ１の加熱部１０が前記車両の走行方向に沿う状態に保持され、
前記ヒートパイプ１の放熱部１１は前記吸熱ブロック２から前記筐体５の外側に向かって先上り傾斜しているとともに、当該放熱部１１には前記加熱部１０とほぼ平行状に放熱フィン３が取り付けられ、
前記吸熱ブロック２の筐体５の内側に面する部分には、前記加熱部１０と対応して車両の走行方向に沿って並ぶ状態に複数の発熱性の電気部品４が取り付けられていることを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の電気部品冷却装置は、車両の床下面６に取り付けられた筐体５の側壁には、当該側壁の一部を構成する状態に吸熱ブロック２ａが取り付けられ、
前記吸熱ブロック２ａには、車両の走行方向に沿う状態に孔２ｂが形成されるとともに当該孔２ｂの対応する端部へ基端部が気密に連通された状態でかつ当該吸熱ブロック２ａから前記筐体５の外側に向かって先上り傾斜する状態に各パイプ１ａが取り付けられ、
前記各パイプ２ａの他端部は一体に連通し又は密閉され、
前記吸熱ブロック２ａの孔２ｂと前記各パイプ１ａとで構成される密閉系は、前記孔２ｂを加熱部１０としかつ前記各パイプ１ａの先上り傾斜部を放熱部１１とするヒートパイプ１を構成しており、
前記放熱部１１には前記孔２ｂと平行状に放熱フィン３が取り付けられ、
前記吸熱ブロック２ａの筐体５の内側に面する部分には、前記孔２ｂと対応して車両の走行方向に沿って並ぶ状態に複数の発熱性の電気部品４が取り付けられていることを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載の電気部品冷却装置は、請求項１又は２の冷却装置において、前記ヒートパイプ１は上下方向に複数設けられ、前記筐体５の吸熱ブロック２，２ａが設けられている側の側面には、車両の走行方向に沿う筒状のカバー８が前記放熱フィン３を覆うように取り付けられ、上位に位置する放熱部１１の先端部部分及び下位に位置する放熱部１１の基端部分は前記放熱フィン３と平行するように前記カバー８内に取り付けられた放熱プレートを兼ねた各支持板３ａによって支持されていることを特徴としている。
請求項４に記載の電気部品冷却装置は、請求項１〜３のいずれかの冷却装置において、前記ヒートパイプ１は上下方向に複数設けられ、上位に位置する放熱部１１の先端部分には前記フィン３よりも小サイズのフィン３０が取り付けられていることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図５を参照しながら、この発明による電気部品冷却装置の実施形態を好ましい実施例とともに説明する。
なを、従来の図６の冷却装置と同様な部分や部品には同一の符号を付してそれらの説明は省略する。
【００１０】
第１実施例
図１は第１実施例による筐体内の冷却装置の断面図、図２はその部分平断面図である。
電車の車両の床下面６には、アタッチメント６０を介して密閉状の筐体５が取り付けられている。
筐体５の一方の側壁には、開口部５０が形成され、この開口部５０を開閉する開閉カバー５１が上部のヒンジ５３によって取り付けられている。この開閉カバー５１は、開口部５０を閉じたとき図示しないロック手段によってロックできるようになっている。
【００１１】
筐体５の他方の側壁５４には窓孔５５が形成され、この窓孔５５は、前記側壁５４に外側から取り付けられた厚肉の吸熱ブロック２によって密閉状に塞がれている。
吸熱ブロック２の筐体５の内部に面する部分には、半導体モジュールである発熱性の電気部品４が図示しないネジによって複数取り付けられている。
前記吸熱ブロック２には、上下方向に複数並んだ状態でＵ字状のヒートパイプ１の加熱部１０がほぼ水平に貫通保持（埋め込み状に保持）されている。したがって、車両が進行方向に対して水平姿勢で移動している場合はヒートパイプ１の加熱部１０は水平である。
【００１２】
Ｕ字状の各ヒートパイプ１は、ほぼ水平な下部が加熱部１０を形成しており、両端部の放熱部１１が上位になるように先上がり傾斜し、当該放熱部１１には多数のプレート状の放熱フィン３が、前記加熱部１０とほぼ平行するように一定のピッチで取り付けられている。
この実施例では、電車の車両は図２の矢印ｂの方向へ走行するようになっているので、フィン３はその走行に伴う風に沿っている。
筐体５の吸熱ブロック２が設けられている側の側面には、車両の走行に伴う風に沿うようにフィン３を保護するための筒状のカバー８が取り付けられ、このカバー８内には、ヒートパイプ１を補強的に支持する支持板３ａ，３ａが取り付けられている。この支持板３ａは、放熱プレートを兼ねている。
【００１３】
この実施例において、ヒートパイプ１は、アルミニウム又はアルミニウム合金，銅又は銅合金などの熱伝導性のよい金属材料で製造されている。
放熱フィン３，吸熱ブロック２及び支持板３ａなども、ヒートパイプ１と同様な金属材料で製造されている。
前記ヒートパイプ１は、前述のようにＵ字状でなく、図２の点線１２で示すように放熱部１１，１１の端部相互が一体に連通していて、全体がループ状になっていても実施することができる。
ヒートパイプ１がループ状である場合には、ヒートパイプ１の伝熱特性や熱輸送特性をさらに向上させることができる。
【００１４】
第１実施例の冷却装置によれば、電気部品４の熱や他の部品類４０〜４２等から発生した筐体５内の熱は、吸熱ブロック２を介してヒートパイプ１の加熱部１０へ伝達され、内部の作動液の相変化によって放熱部１１に輸送され、放熱フィン３を通じて外部に放熱される。
放熱フィン３は移動体の移動方向に沿っているので、フィン３部分での通風性がよく、フィン３が移動体の走行方向に対向している場合に比較して放熱効果が向上する。
【００１５】
電気部品４が取り付けられている吸熱ブロック２は、筐体５の側壁５４の一部を構成していて、加熱部１０とともに筐体５内に大きく突入している構造ではないので、筐体５内の空間効率ははるかに向上する。
したがって、筐体５内へより多くの電気部品類を装着することができるようになったほか、筐体５をより小型化することができるようになった。
【００１６】
吸熱ブロック２は筐体５の垂直な側壁５４の一部を形成していて仕切板を必要とせず、筐体５の側壁をヒートパイプ１が内外に貫通していないので、筐体５がより丈夫になっている。
また、この実施例では、筐体５内の各種部品類の点検や保守のために開閉カバー５１を開けたとき、その対向面（正面）の電気部品４がよく見えるとともに、抵抗４０，コンデンサ４１，ゲートアンプ４２等の部品類もよく見えるので、点検保守の作業性が非常によくなった。
【００１７】
第１実施例の放熱装置は、ほぼ水平な下部が加熱部１０を形成しているＵ字形のヒートパイプ１、又はほぼ水平な一辺が加熱部１０を形成しているループ状のヒートパイプ１が使用されている。
したがって、例えば水平な一辺を加熱部とするほぼＬ字状のヒートパイプを使用した場合と比較して、熱交換効率及び放熱効果が大きい。
例えば、Ｌ字状ヒートパイプの水平な一辺を加熱部として、この加熱部へ同様な吸熱ブロック２を取り付けるとともに、当該吸熱ブロック２へ数個の電気部品４を取り付けた場合は、第１実施例の場合と比較して以下のことが考えられる。  すなわち、Ｌ字状のヒートパイプを使用した冷却装置において、車両が走行方向に沿って傾いた姿勢で走行する場合、傾きの方向によって加熱部の蒸発能力に大きなアンバランスを生じ、一部の電気部品に対する冷却効果が大きく低下することがあり得る。
これに対して、第１実施例のようにループ状又はＵ字状のヒートパイプ１を使用した場合には、傾きによる加熱部の蒸発能力のアンバランスは比較的小さくなる。また、ヒートパイプ１がループ状又はＵ字状である場合には、比較的狭い空間に大きな容量の放熱部１１を形成することができるので、その面からも冷却能力が相対的により大きくなる。
【００１８】
第１実施例の冷却装置において、ヒートパイプ１の加熱部１０は、図４のように内径Ｒ＝１６mm，長さＬ＝３００mm程度であって、その加熱部１０の容積の３０〜４０％の量の作動液ａが封入されている。
ヒートパイプ１内で熱交換が効率的に行われるためには、加熱部１０の全域にわたって作動液ａの液面が存在していることが好ましい。例えば車両が電車の車両である場合、山間部以外の路線を走行しているときの走行方向に対する最大傾斜は約４°程度であるが、加熱部１０の寸法と作動液ａの封入量が前記実施例に沿っている場合、車両が移動方向に沿って（加熱部１０の長さ方向に沿って）４°程度傾斜しても、加熱部１０のほぼ全域で作動液ａの液面はなくならない。
したがって、車両が電車の車両である場合、通常の路線を走行している限り熱交換効率は低下しない。
【００１９】
第２実施例
図３はこの発明による第２実施例の冷却装置の部分断面図である。
この実施例の冷却装置では、ヒートパイプ１の放熱部１１に対して、各放熱部１１の中央部分には同じサイズの放熱フィン３を取り付け、上方のヒートパイプ１の放熱部１１の先端部分に、小さいサイズの放熱フィン３０を適数枚取り付けている。
このように構成することによって、筐体５内の空気の自然対流による電気部品４の熱のバラツキを改善することができる。すなわち、筐体５内の空気の対流により、筐体５内では下部空間よりも上部空間の方が高温になり、吸熱ブロック２の上部に取り付けられている電気部品４は下部の電気部品４より高温になるので、上方のヒートパイプ１の放熱部１１へ小さいフィン３０を適数枚取り付けることによって、全体の温度のバラツキをより小さくすることができる。
第２実施例の冷却装置の他の構成や作用，効果は、第１実施例の装置とほぼ同様であるので、それらの説明は省略する。
【００２０】
第３実施例
図５は、この発明による第３実施例の冷却装置の部分平断面図である。
この実施例の装置では、使用状態においてほぼ水平方向に沿う適数の孔２ｂを有する吸熱ブロック２ａが設けられ、この吸熱ブロック２ａの一面には発熱性の電気部品４が取り付けられている。
吸熱ブロック２ａの孔２ｂの両端部には、それぞれパイプ１ａの一端部が曲げられた状態で気密に連通されている。図示されていないが、各パイプ１ａには前記孔２ｂとほぼ平行する状態で多数の放熱フィンが、図１の放熱部１１に対するとほぼ同様に取り付けられている。
【００２１】
前記各パイプ１ａの他端部は、図の実線ように封止されるか、あるいは図の二点鎖線１ｂで示すように互いに一体に連通されている。
前記孔２ｂと前記各パイプ１ａとで構成される密閉系内には、適量の図示しない冷媒液が封入されており、前記密閉系は全体としてヒートパイプ１を構成している。
そして、吸熱ブロック２ａは、図１の吸熱ブロック２とほぼ同様に前記電気部品４が筐体５内へ面する状態に当該筐体５の側壁へ取り付けられていて、当該筐体５の側壁の一部を構成している。
【００２２】
第３実施例の放熱装置によれば、吸熱ブロック２ａがヒートパイプの加熱部１０を形成し、パイプ１ａがヒートパイプ１の放熱部１１を形成しているので、電気部品４で発生した熱は吸熱ブロック２ａの孔２ｂ内の冷媒液に奪われ、当該冷媒液の蒸発によりパイプ１ａの方向へ運ばれて放熱される。
この実施例の放熱装置では、吸熱ブロック２ａがそのまま密閉系の加熱部１０を形成しているので、図１のようにヒートパイプの加熱部１０を吸熱ブロック２へ貫通保持させる構造と比較して、加熱部１０と吸熱ブロック２との接触熱抵抗の問題がなく、したがって密閉系の加熱部分の熱交換能力がより向上する。
第３実施例の放熱装置の他の構成や作用，効果は、第１実施例の冷却装置とほぼ同様であるので、それらの説明は省略する。
【００２３】
その他の実施例
前記第１実施例及び第２実施例の冷却装置におけるループ形のヒートパイプ１は、傾斜した二つの放熱部１１が加熱部１０の両端部から伸びているが、放熱部１１は加熱部１０から同方向へ伸びるように所定の間隔に三本以上形成されていてもよい。
第１実施例及び第２実施例において、Ｕ字状又はループ状のヒートパイプ１は、加熱部１０の真っ直ぐな部分のみが吸熱ブロック２へ埋め込み状に保持されているが、両端の曲げ部を含む部分が吸熱ブロック２へ埋め込み状になっていてもよい。
放熱部１１に取り付けられる放熱フィン３は、前述のような構造のみに限らず、ハニカム形状のものや他の構造のものを使用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
この発明による請求項１の冷却装置は、吸熱ブロックが筐体の側壁に取り付けられ、その側壁の一部を構成しているため、以下のような効果を奏する。
第１に、ヒートパイプを貫通保持させるための仕切板を必要としないとともに、筐体の側壁をヒートパイプが貫通していないので筐体がより丈夫になる。
第２に、ヒートパイプの加熱部が筐体内へ突入していないので、筐体の空間効率が向上し、筐体内により多くの部品を設置したり、あるいは、筐体をより小型化することができる。
第３に、筐体の他の側壁に開口部と開閉カバーを取り付けて、この開閉カバーを開くと、吸熱ブロックに取り付けられている電気部品や内部に設置されている他の部品が見えやすくなるので、点検や保守の作業性が非常によくなる。
第４に、ヒートパイプがＬ字状である場合と比較して、相対的に放熱空間が大きいとともに、車両の走行姿勢によってヒートパイプの加熱部が傾斜した場合でも、加熱部における作動液の偏りがより小さい。したがって、冷却能力がより向上する。
また、ヒートパイプがＵ字状又はループ状であるので、伝熱特性及び最大熱輸送特性を向上させ、装置全体をよりコンパクトにすることができる。
【００２５】
請求項２の冷却装置によれば、吸熱ブロックがそのまま密閉系の加熱部を形成しているので、ヒートパイプの加熱部を吸熱ブロックへ貫通保持させる構造と比較して、加熱部と吸熱ブロックとの接触熱抵抗の問題がなく、したがって密閉系の加熱部分の熱交換能力がより向上する。
【００２６】
請求項３の冷却装置によれば、ヒートパイプの放熱部の支持構造が支持板によって補強されるほか、当該支持板が冷却プレートを兼ねているので放熱効果が向上する。
請求項４の冷却装置によれば、筐体内の空気の自然対流による電気部品の熱のバラツキを改善することができる。すなわち、筐体内の空気の対流により、筐体内では下部空間よりも上部空間の方が高温になり、吸熱ブロックの上部に取り付けられている電気部品は下部の電気部品より高温になるので、上方のヒートパイプの放熱部へ小さいフィンを適数枚取り付けることによって、全体の温度のバラツキをより小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による第１実施例の冷却装置の概略断面図である。
【図２】  図１の冷却装置の部分平断面図である。
【図３】  この発明による第２実施例の冷却装置の部分断面図である。
【図４】  この発明の実施例におけるヒートパイプの加熱部の部分正面図である。
【図５】  この発明による第３実施例の冷却装置の部分平断面図である。
【図６】  電車車両の床下面に取り付けられた従来の冷却装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１  ヒートパイプ
１ａ  パイプ
１０，７０  加熱部
１１，７１  放熱部
２，２ａ  吸熱ブロック
２ｂ  孔
３，３０  放熱フィン
４  発熱性の電子部品
４０  スナバ抵抗
４１  スナバコンデンサ
４２  ゲートアンプ
５  筐体
５０  開口部
５１  開閉カバー
５２  仕切り板
５３  ヒンジ
５４  側壁
５５  窓孔
６  車両の床下面
６０  アタッチメント
７  直管状のヒートパイプ
ａ  作動液
【図１】
0003700870.tif 000002
【図２】
0003700870.tif 000003
【図３】
0003700870.tif 000004
【図４】
0003700870.tif 000005
【図５】
0003700870.tif 000006
【図６】
0003700870.tif 000007