(57)【要約】【課題】電力変換装置を複数台配置する鉄道車両において、進行方向後段の電力変換装置の冷却効率の低下を抑制することが可能な鉄道車両を提供する。【解決手段】風上側にある機器間フサギ板３ａ付近において車両底面近傍を流れる走行風７ａが車両底面より上方に取り込まれて放熱部１ａの冷却を行う。放熱部１ａを通過した走行風７ｂは機器間フサギ板３ｂとほぼ平行の流れとなって直進するが、機器間フサギ板３ｂに設けられた機器間フサギ板開口部６の下部を通過する際に走行風７ｂから一部の走行風が分離して機器間フサギ板開口部６を通って機器間フサギ板３ｂの上部に流れる走行風７ｄとなる。走行風７ｄが機器間フサギ板３ｂの上部に流れるため、車両底面から離れた箇所を流れる走行風８から車両底面より上方に取り込まれる走行風８ｂの流れが発生する。走行風７ｅと走行風８ｂが合流して走行風７ｃとなり風下側の電力変換装置２ｂの放熱部１ｂの冷却を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置の放熱部を下向きにかつ装置本体の外周面より外部に突出させてなる複数の電力変換装置を車両の床下に配置する鉄道車両において、
前記複数の電力変換装置を車両の進行方向に沿って並べて配置するとともに、前記電力変換装置本体の底面部を車両の底面部よりも上方に凹ませ、
前記電力変換装置本体の底面部間を板状の部材で塞ぎ、
前記電力変換装置の放熱部を通過した走行風を吸い込むための吸気部を前記板状の部材に設けたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
前記板状の部材に設けられる吸気部は、前記並置された２台の電力変換装置の放熱部の中間に位置することを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両。
【請求項３】
前記板状の部材に設けられる吸気部は、少なくとも１個の孔からなることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両。
【請求項４】
前記吸気部の前記孔は、矩形、円形、楕円形のいずれか１種であることを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両。
【請求項５】
前記吸気部の前記孔は、車両の幅方向に車両進行方向後段に設けられる電力変換装置の数及び配置に対応して複数個設けられることを特徴とする請求項４に記載の鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両内に搭載される電力変換装置から発せられる熱を伝達すると共にその熱を放熱する放熱部を車両外に露出するヒートシンク（放熱器）を有し、当該車両が走行することによって発生する走行風を上記放熱部の冷却風として使用して上記ヒートシンクによって上記熱を車両外へ放出する鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の鉄道車両における機器等の配置例であって車両の進行方向側から見た正面図である。また図７は、従来の鉄道車両における機器等の配置例であって車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。
【０００３】
図６および図７に示す機器等の配置例においては、放熱器を構成する放熱部１を電力変換装置２の外周面から外側に突出させて取り付け、電力変換装置２は他の機器５と共に車体４に取り付けられている。放熱部１の底面は車両４の底面（図示例では機器５の底面に同じ）から外側（図示下方向）に飛び出さないように車両４中央の凹部に配置される電力変換装置２の外周面から外側に突出させて取り付けられている。また図７に示す白抜き矢印は走行方向９を示し、また車両４下部に示す別の矢印は走行方向９（白抜き矢印参照）と反対向きの走行風７の流れを示すものである。走行風７は車両４の底面から放熱部１に取り込まれて電力変換装置２から発せられる熱を冷却し、走行方向の後段に位置する機器５に沿って排熱される。
【０００４】
このように図６および図７に示される車両の機器等の配置例では、電力変換装置２が同一車両４内のほぼ中央に１台のみ搭載され、該電力変換装置２から放出される熱を走行風７を利用して冷却する放熱部１を設けるようにして構成している。なお放熱部１は、図６に示されるように簾状のフィンを複数備えるものでありその構造自体は当業者に良く知られている。
【０００５】
図８は、図７とは異なる従来の鉄道車両における機器等の配置例であって車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。図８は、複数の電力変換装置および放熱器が同一車両の床下に配置されるものである。すなわち、放熱部１ａ，１ｂを電力変換装置２ａ，２ｂの外周面から外側に突出させて取り付け、電力変換装置２ａ，２ｂは他の機器５と共に車体４に取り付けられている。機器５の底面は車両の底面にほぼ等しく、放熱部１ａ，１ｂの底面は車両の底面から外側（図示下方向）に飛び出さないように配置されている。電力変換装置２ａ，２ｂと機器５との間および電力変換装置２ａ，２ｂ同士の間には機器間フサギ板３ａ，３ｂ，３ｃを配置し、車両の底面において車両の外側と内側を区切っている。通常、機器間フサギ板は、車両の床下に複数の機器が搭載されている場合に、機器と機器の間を塞ぐために取り付けられる板金加工された板であって、この機器間フサギ板により、車両の床下にできる凹凸を無くすことができるため、車両の走行時に発生する騒音を低減するとともに走行時の空気抵抗を低減するために設けられるものである。
【０００６】
なお、図８の例では機器間フサギ板３ａ，３ｂ，３ｃが進行方向９（白抜き矢印参照）に平行の場合を示したが、機器間フサギ板３ａ，３ｂ，３ｃは進行方向に平行である必要は無く、例えば電力変換装置２ａ，２ｂの底面と機器５の底面を結ぶように傾斜した配置となっていても良い。
【０００７】
車両が進行方向９に向かって走行する場合、車両底面と地面１２の間の空間には進行方向９と反対向きの走行風７が流れる。風上側(進行方向前段)の電力変換装置２ａの風上側にある機器間フサギ板３ａ付近において車両底面近傍を流れる走行風７ａが車両底面より上方に取り込まれて放熱部１ａを冷却する。放熱部１ａを通過した走行風７ｂは機器間フサギ板３ｂとほぼ平行の流れとなって直進し、風下側(進行方向後段)の電力変換装置２ｂの放熱部１ｂを冷却する。放熱部１ｂを通過した走行風７ｃは機器間フサギ板３ｃと機器５の壁面に沿って下方に流れ、車両底面から離れた箇所を流れる走行風８と合流する。
【０００８】
図９は、図８に示す従来の鉄道車両における機器等の配置例についての流体シミュレーション結果から、車両底面近傍を流れる走行風７の軌跡を表示する、車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。図９に示されるように、走行風７ａが車両底面より上方に取り込まれて放熱部１ａを通過し、放熱部１ａを通過した走行風７ｂは機器間フサギ板３ｂとほぼ平行の流れとなって直進し、進行方向後段に配置されている放熱部１ｂに取り込まれていることが確認できる。
【０００９】
図１０は、図８に示す従来の鉄道車両における機器等の配置例についての流体シミュレーション結果から、車両底面から離れた箇所の走行風８の軌跡を表示する、車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。図１０に示されるように、走行風８は放熱部１ａ,１ｂより下側を流れ、放熱部１ａ,１ｂの冷却に関与していないことが確認できる。
【００１０】
ところで下記特許文献１に示される従来技術では、電力変換を行うための２つの半導体素子を有し、半導体素子の発熱が伝達される放熱部を下向きに且つ装置本体の外周面より外部に突出させて取り付ける走行風冷却構造を有し、車体の下部のレール方向の中央部に設けられた高速鉄道用電力変換装置において、２つの半導体素子を車両進行方向と平行となるように配置すると共に、車両が走行することによって発生する走行風を効率よく取り込むため、各冷却器を配置した範囲の電力変換装置本体の底面部を車体の底面である車体底面よりも上方に凹ませるよう構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３９５９２４８号公報（請求項１，３，４参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
鉄道車両床下という狭い空間内では電力変換装置を配置するスペースが設計上の制約を受けることから、電力変換装置は可能な限り小型であることが求められる。
また、前記の設計上の制約により同一車両内に電力変換装置を車両進行方向に沿って複数台配置することが求められる場合もあり、複数台の電力変換装置と電力変換装置同士の間のスペースとを合計したスペースについても可能な限り小型であることが求められる。
【００１３】
上述した図８の配置例で示すように、電力変換装置２ａ，２ｂを車両進行方向９に沿って複数台配置する場合には、進行方向前段の放熱部１ａの放熱の影響を受けて温度が上昇した走行風７ｂが直進して進行方向後段の放熱部１ｂを冷却することから放熱部１ｂの冷却効率が低下する、また、進行方向前段の放熱部１ａを通過する際の抵抗を受けて走行風７ｂの風速は走行風７ａに対して低下することから、放熱部１ｂの冷却効率は更に低下する、という問題がある。
【００１４】
上記特許文献１に示される技術では、電力変換装置２を車両進行方向９に沿って複数台配置する場合が考慮されていないことから、例えば上述した図８の配置例で示すように電力変換装置２を車両進行方向９に沿って複数台配置する場合には走行風７ｂが進行方向前段の放熱部１ａの影響を受けて温度が上昇し、また、風速が低下するために進行方向後段の放熱部１ｂの冷却効率が低下する、ことが考えられる。
【００１５】
電力変換装置２の配置間隔１０を大きく取ることによって放熱部１ｂに取り込まれる直前の走行風７ｂにおける進行方向前段の放熱部１ａの影響は小さくなり冷却効率の低下が許容できる範囲を超えないように電力変換装置２の配置間隔１０を決める必要がある。
【００１６】
前記した条件から決定される配置間隔１０は、一般に、鉄道車両床下において電力変換装置の取付作業やメンテナンス作業を行うことに対して最低限必要な間隔よりも広くなる。
【００１７】
また、車両進行方向に沿って同一の電力変換装置２を複数台配置する場合に電力変換装置２の放熱部１に求められる冷却性能は、冷却効率が低下する進行方向後段の電力変換装置２ｂの放熱部１ｂを基準に決定する必要があるが、この基準を基に進行方向前段に配置された電力変換装置２ａの放熱部１ａの冷却性能を決定した場合や電力変換装置２が同一車両内に１台のみ配置され隣接する電力変換装置２が存在しない場合には、本来的には放熱部１ｂと同じ冷却性能は必要が無いことから、鉄道車両または複数の鉄道車両が組み合わさった鉄道車両編成全体としては必要以上に質量が増加するという課題がある。
【００１８】
そこで本発明は、電力変換装置を車両進行方向に沿って複数台配置する鉄道車両において、進行方向後段の電力変換装置の冷却効率の低下を抑制することが可能な鉄道車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために本発明は、電力変換装置の放熱部を下向きにかつ装置本体の外周面より外部に突出させてなる複数の電力変換装置を車両の床下に配置する鉄道車両において、上記複数の電力変換装置を車両の進行方向に沿って並べて配置するとともに、上記電力変換装置本体の底面部を車両の底面部よりも上方に凹ませ、上記電力変換装置本体の底面部間を板状の部材で塞ぎ、上記電力変換装置の放熱部を通過した走行風を吸い込むための吸気部を上記板状の部材に設けたことを特徴とする。
【００２０】
また上記において、上記板状の部材に設けられる吸気部は、上記並置された２台の電力変換装置の放熱部の中間に位置することを特徴とする。
さらに上記において、上記板状の部材に設けられる吸気部は、少なくとも１個の孔からなることが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、車両の進行方向後段に位置する電力変換装置の冷却性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る鉄道車両における機器等の配置例であって車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る鉄道車両における機器等の配置例についての流体シミュレーション結果から、車両底面近傍を流れる走行風７の軌跡を表示する、車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る鉄道車両における機器等の配置例についての流体シミュレーション結果から、車両底面から離れた箇所の走行風８の軌跡を表示する、車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る機器フサギ板の第１の構成例を含む機器等の配置であって車両の下面側から見た図である。
【図５】本発明の実施形態に係る機器フサギ板の第２ないし４の構成例を示す図である。
【図６】従来の鉄道車両における機器等の配置例であって車両の進行方向側から見た正面図である。
【図７】従来の鉄道車両における機器等の配置例であって車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。
【図８】図７とは異なる従来の鉄道車両における機器等の配置例であって車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。
【図９】図８に示す従来の鉄道車両における機器等の配置例についての流体シミュレーション結果から、車両底面近傍を流れる走行風７の軌跡を表示する、車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。
【図１０】図８に示す従来の鉄道車両における機器等の配置例についての流体シミュレーション結果から、車両底面から離れた箇所の走行風８の軌跡を表示する、車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る鉄道車両における機器等の配置例であって車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。図１において、上述した図８と同一の構成要素については同一符号を付与して説明を省略する。
【００２４】
図１に示す本発明の実施形態に係る鉄道車両における機器等の配置例では、電力変換装置２ａ，２ｂ同士の間に配置した機器間フサギ板３ｂに機器間フサギ板開口部６を設けている。それ以外の構成要素については、上述した図８と同様であるためその説明を省く。
【００２５】
次に、図１に示した機器等の配置例における作用について説明する。
車両が進行方向９（白抜き矢印参照）に向かって走行する場合、相対的に車両周囲には進行方向９とは反対向きの走行風７，８が床下に流れる。風上側(進行方向前段)の電力変換装置２ａの風上側にある機器間フサギ板３ａ付近において車両底面近傍を流れる走行風７ａが車両底面より上方に取り込まれて放熱部１ａの冷却を行う。放熱部１ａを通過した走行風７ｂは機器間フサギ板３ｂとほぼ平行の流れとなって直進するが、機器間フサギ板３ｂに設けられた機器間フサギ板開口部６の下部を通過する際に走行風７ｂから一部の走行風が分離して機器間フサギ板開口部６を通って機器間フサギ板３ｂの上部に流れる走行風７ｄとなる。
【００２６】
走行風７ｂから走行風７ｄが分離して機器間フサギ板３ｂの上部に流れるために機器間フサギ板開口部６の風下側の走行風７ｅの風量は機器間フサギ板開口部６の風上側の走行風７ｂの風量と比べて減少し、車両底面から離れた箇所を流れる走行風８から車両底面より上方に取り込まれる走行風８ｂの流れが発生する。走行風７ｅと走行風８ｂが合流して走行風７ｃとなり風下側(進行方向後段)の電力変換装置２ｂの放熱部１ｂの冷却を行う。放熱部１ｂを通過した走行風７ｃは機器間フサギ板３ｃと機器５の壁面に沿って下方に流れ、車両底面から離れた箇所を流れる走行風８ｃと合流する。
【００２７】
図２は、本発明の実施形態に係る鉄道車両における機器等の配置例についての流体シミュレーション結果から、車両底面近傍を流れる走行風７の軌跡を表示する、車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。
【００２８】
図２のシミュレーション結果は、走行風７の流れを熱流体シミュレーションで確認した結果である。機器間フサギ板３ｂの開口部６を通って機器間フサギ板３ｂの上面に流れる走行風７ｄが存在することが確認できる。
【００２９】
また図３は、本発明の実施形態に係る鉄道車両における機器等の配置例についての流体シミュレーション結果から、車両底面から離れた箇所の走行風８の軌跡を表示する、車両の進行方向に直交する側面方向から見た断面図である。
【００３０】
図３のシミュレーション結果は、走行風８の流れを熱流体シミュレーションで確認した結果である。機器間フサギ板３ｂの開口部６の風下側において走行風８に上向きに流れる走行風８ｂが生じ、図２に示す走行風７ｅと合流して放熱部１ｂを通る走行風７ｃとなっていることが確認できる。
【００３１】
ここで、走行風７ｂ,７ｄ,７ｅは放熱部１ａにおいて電力変換装置２ａの発熱を受けることによって放熱部１ａを通過する前と比べて温度が上昇し、また放熱部１ａを通過する際の抵抗を受けて流速が低下していることが予想され、これに対して走行風８ｂは放熱部１ａを通過していないことから走行風７ｂ,７ｄ,７ｅと比較して温度が低く流速が高い状態であることが予想される。放熱部１ａを通過した走行風７ｅに放熱部１ａを通過していない走行風８ｂが合流して走行風７ｃとなることにより、走行風７ｃは走行風７ｂと比べて温度が低下し流速が高い状態で放熱部１ｂに取り込まれる。したがって、従来装置に比べて進行方向後段の電力変換装置２ｂの放熱部１ｂの冷却効率を向上させることができる。
【００３２】
このように本発明の実施形態においては、進行方向前段の電力変換装置２ａが進行方向後段の電力変換装置２ｂに与える影響が軽減されることにより、従来装置に比べて電力変換装置の配置間隔１０を短縮でき、電力変換装置２の配置スペース１１も小型化出来る。
【００３３】
また、進行方向後段の放熱部１ｂの冷却効率が向上することによって放熱部１に求められる冷却性能は従来装置に比べて低いもので良いことから、放熱部１の小型化・軽量化が可能となる。
【００３４】
図４は、本発明の実施形態に係る機器フサギ板の第１の構成例を含む機器等の配置であって車両の下面側から見た図である。図４において、機器フサギ板３ｂには、中央に吸気部（フサギ板開口部）６を一つだけ備え、図１に示す走行風７ｂの一部の走行風がこの吸気部６から流入して、機器フサギ板３ｂの上部に流れる走行風７ｃとなる。その他の配置・構成は図１に示したものと同様であるためその説明を省略する。
【００３５】
図５は、本発明の実施形態に係る機器フサギ板の第２ないし４の構成例を示す図である。図５（ａ）は、機器フサギ板３ｂの第２の実施例であり、機器フサギ板３ｂの中央から左右に分けて吸気部６を２つ備える構成である。
【００３６】
また図５（ｂ）は、機器フサギ板３ｂの第３の実施例であり、電力変換装置２ａに設けられる２つの放熱部１ａに対応して、機器フサギ板３ｂの中央で幅方向に２つに分離された吸気部６を備える構成である。
【００３７】
また図５（ｃ）は、機器フサギ板３ｂの第４の実施例であり、電力変換装置２ａに設けられる２つの放熱部１ａに対応して、機器フサギ板３ｂの中央にさらに細分化された吸気部６を６つ備える構成である。
【００３８】
上記までに第１ないし第４の機器フサギ板３ｂの実施例を示したが、機器フサギ板３ｂの全面に及んでさらに多くの吸気部６を備えるように構成しても構わない。また、吸気部６は、矩形だけでなく、円形、楕円形、等の形状の複数の孔で構成されていてもよい。さらに、吸気部６には、塵などが侵入しないようにフィルターを設けることが望ましい。
【００３９】
なお、図４に示すように、吸気部６の幅（車両進行方向９に対して直角方向の幅）は、放熱部１ｂにおける同方向の幅と等しい幅とするか、またはそれより広い幅であることが望ましい。
【００４０】
以上における記載を纏めると、本発明では、機器間フサギ板に吸気部（機器間フサギ板開口部）を設けることによって進行方向前段の電力変換装置の放熱部で温度が上昇した走行風を前後の電力変換装置本体間の空間へと誘導するので、進行方向前段の電力変換装置の放熱部で温度が上昇した走行風が進行方向後段の電力変換装置の放熱部に流れなくなることにより、進行方向後段の電力変換装置の放熱部に流れる走行風の温度が低下するため進行方向後段の電力変換装置の冷却効率の低下が抑制される。
【００４１】
さらに、前後の電力変換装置の間で進行方向前段の電力変換装置の放熱部を通過した走行風が吸気部（機器間フサギ板開口部）を通って通風部上方に流れることにより、車体底面よりも下方を流れる走行風において前後の電力変換装置の間で上向きの流れが生じ、車体底面よりも下方を流れる走行風が進行方向後段の電力変換装置本底面の放熱部に取り込まれるようになる。そのうえ、車体底面よりも下方を流れる走行風は進行方向前段の電力変換装置の放熱部を通過した走行風と比べて流速が高く温度が低いため、進行方向後段の電力変換装置の冷却効率の低下が抑制される。
【００４２】
また、進行方向前段の電力変換装置が進行方向後段の電力変換装置に与える影響が軽減されることにより、電力変換装置の配置間隔を従来よりも短縮することが可能となる。
また、冷却効率の低下が抑制されることにより、進行方向後段の電力変換装置の放熱部に求められる冷却性能は従来よりも低いものでよくなることから、放熱部の小型化・軽量化が可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１  放熱部
２  電力変換装置本体
３  機器間フサギ板
４  車体
５  機器
６  機器間フサギ板開口部(吸気部)
７  車両底面近傍を流れる走行風
８  車両底面から離れた走行風
９  進行方向
１０  電力変換装置同士の配置間隔
１１  電力変換装置の配置スペース
１２  地面
【図４】
2014234092.tif 000003
【図５】
2014234092.tif 000004
【図１】
2014234092.tif 000005
【図２】
2014234092.tif 000006
【図３】
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【図６】
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【図７】
2014234092.tif 000009
【図８】
2014234092.tif 000010
【図９】
2014234092.tif 000011
【図１０】
2014234092.tif 000012