(57)【要約】  車両の屋根上に設置される車両用変圧器は、冷媒の循環路を構成する主配管と、循環路の途中に配置され、巻線を収納するとともに冷媒を貯留する変圧器タンクと、循環路の途中に配置され、冷媒を循環路で循環させる循環ポンプと、循環路の途中に配置され、変圧器タンクの上面に配置され、車両の走行によって生じる走行風を利用して空気との熱交換によって冷媒を冷却する冷却器と、を備える。冷却器は、複数の冷却管によって構成され、変圧器タンクの上面からＺ方向に配設された冷却管機構と、循環ポンプ側から冷媒を冷却管群に流入する入口ヘッダと、冷却管機構を流れた冷媒を変圧器タンク側へ流出させる出口ヘッダと、を有する。
2018051403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の屋根上に設置される車両用変圧器であって、
冷媒の循環路を構成する主配管と、
前記循環路の途中に配置され、巻線を収納するとともに前記冷媒を貯留する変圧器タンクと、
前記循環路の途中に配置され、前記冷媒を前記循環路で循環させる循環ポンプと、
前記循環路の途中に配置され、前記変圧器タンクの上面に配置され、空気との熱交換によって前記冷媒を冷却する冷却器と、
を備え、
前記冷却器は、
前記車両の長さ方向をＸ方向、前記車両の車幅方向をＹ方向、前記車両の高さ方向をＺ方向としたとき、
複数の冷却管によって構成され、前記変圧器タンクの上面からＺ方向に配設された冷却管機構と、
前記循環ポンプ側から前記冷媒を前記冷却管機構に流入する入口ヘッダと、
前記冷却管機構を流れた前記冷媒を前記変圧器タンク側へ流出させる出口ヘッダと、
を有する
車両用変圧器。
【請求項２】
前記冷却管機構は、
前記Ｙ軸方向に長手の複数の冷却管が前記Ｘ方向に複数列に配列して構成され、前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとを接続する直通冷却管群を有する
請求項１に記載の車両用変圧器。
【請求項３】
前記冷却管機構は、
前記入口ヘッダに接続された入口側冷却管群と、
前記出口ヘッダに接続された出口側冷却管群と、
を有し、
前記冷却器は、
前記入口側冷却管群と前記出口側冷却管群とを接続する中間ヘッダをさらに有する
請求項１に記載の車両用変圧器。
【請求項４】
前記入口側冷却管群は、複数の冷却管が前記Ｘ方向に複数列に配列して構成され、前記Ｙ方向における−Ｙ方向端に配置され、
前記出口側冷却管群は、複数の冷却管が前記Ｘ方向に複数列に配列して構成され、前記Ｙ方向における＋Ｙ方向端に配置されている
請求項３に記載の車両用変圧器。
【請求項５】
前記入口ヘッダ、前記出口ヘッダおよび前記中間ヘッダは、同一のＸ−Ｙ平面上に配置されている
請求項３または４に記載の車両用変圧器。
【請求項６】
前記中間ヘッダには、前記中間ヘッダ内の前記冷媒の温度の均一化を促進する整流板が設けられている
請求項３から５のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項７】
前記冷却管の流路断面は、前記Ｘ方向の径が長い扁平状である
請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項８】
前記中間ヘッダは、
前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとの間に、前記Ｘ方向に並んで配置された上流側中間ヘッダ部および下流側中間ヘッダ部を有し、
前記入口側冷却管群は、
前記上流側中間ヘッダ部に接続される上流側中継冷却管群と、
前記下流側中間ヘッダ部に接続される下流側中継冷却管群と、
を有する請求項３から５のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項９】
前記出口側冷却管群は、
前記上流側中間ヘッダ部に接続される上流側中継冷却管群と、
前記下流側中間ヘッダ部に接続される下流側中継冷却管群と、
を有する請求項８に記載の車両用変圧器。
【請求項１０】
前記上流側中間ヘッダ部は、前記Ｘ方向における＋Ｘ方向端に配置され、
前記下流側中間ヘッダ部は、前記Ｘ方向における−Ｘ方向端に配置されている
請求項８または９に記載の車両用変圧器。
【請求項１１】
前記上流側中間ヘッダ部および前記下流側中間ヘッダ部のそれぞれは、
前記入口側冷却管群から前記冷媒が流入する第１の空間と、
前記出口側冷却管群へ前記冷媒を流出させる第２の空間と、
を有し、
前記冷却器は、
前記上流側中間ヘッダ部における前記第１の空間から前記下流側中間ヘッダ部における前記第２の空間へ前記冷媒を流す第１の流路と、
前記下流側中間ヘッダ部における前記第１の空間から前記上流側中間ヘッダ部における前記第２の空間へ前記冷媒を流す第２の流路と、
をさらに有する請求項８から１０のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項１２】
前記上流側中間ヘッダ部および前記下流側中間ヘッダ部のそれぞれは、
前記Ｙ方向に並んで配置された第１のヘッダおよび第２のヘッダを有し、
前記冷却器は、
前記上流側中間ヘッダ部における前記第１のヘッダから前記下流側中間ヘッダ部における前記第２のヘッダへ前記冷媒を流す第１の流路と、
前記下流側中間ヘッダ部における前記第１のヘッダから前記上流側中間ヘッダ部における前記第２のヘッダへ前記冷媒を流す第２の流路と、
をさらに有する請求項８から１０のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項１３】
前記第１の流路および前記第２の流路のそれぞれの流路断面積は、前記入口側冷却管群および前記出口側冷却管群のそれぞれの前記冷却管の流路断面積よりも大きい
請求項１１または１２に記載の車両用変圧器。
【請求項１４】
前記冷却管機構は、
前記Ｙ軸方向に長手の複数の冷却管が前記Ｘ方向に複数列に配列して構成され、前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとを接続する直通冷却管群をさらに有する
請求項８から１３のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項１５】
前記冷却管の流路断面は、前記Ｘ方向の径が長い扁平状である
請求項１４に記載の車両用変圧器。
【請求項１６】
前記入口側冷却管群および前記出口側冷却管群のそれぞれの前記冷却管の前記Ｘ方向の径は、前記直通冷却管群の前記冷却管の前記Ｘ方向の径よりも長い
請求項１５に記載の車両用変圧器。
【請求項１７】
前記冷却管の形状は、Ｕ字状である
請求項１から１６のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の屋根上に設置される車両用変圧器であって、車両の走行によって生じる走行風を利用して変圧器タンクに貯留される冷却媒体を冷却する冷却器を備えた車両用変圧器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される空調機、交換器、制御器、変圧器などの機器は、動作時に多くの発熱があり、冷却が必要となる。これらの機器の冷却方法としては、ブロアを用いた強制空冷方式と、車両の走行によって生じる走行風を利用した走行風自冷方式とに、大別される。近年、省エネおよび低騒音といった利点から、走行風自冷方式が注目を集めている。【０００３】
車両用の走行風自冷方式の冷却器としては、製造の容易さとメンテナンス性の高さを考慮して、Ｕ字形状の放熱パイプを多段配置した冷却器が用いられる場合が多い（例えば、特許文献１参照）。このような冷却器は、複数の放熱パイプを備え、冷却風との熱交換面積を増やすことで高い放熱性を確保するように構成され、配置場所および機器の最大発熱量によって大きさが異なる。例えば、走行風を冷却器に導くことが比較的容易な床下配置型車載変圧器に対して適用される走行風自冷方式では、０．５ｍ3程度の冷却器の容積と、導風のために１ｍ程度の導風距離が必要になる。【０００４】
走行風自冷方式の冷却器の容積を減らす方法としては、例えばフィンチューブを用いた冷却器が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような冷却器は、放熱パイプに複数のフィンを付けて構成され、単位容積あたりの放熱面積を増やすことが可能であるが、フィン間の目詰まり対策等が必要になり、メンテナンス性が劣ってしまう。また、このような冷却器は、メンテナンス性に加えて、製造コストも障害となり、現在普及するには至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５９−８４８１６号公報
【特許文献２】特開２００７−２７３７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、欧州等で普及している低床の車両では、床下の機器の設置スペースが狭く、空調機、交換器、制御器、変圧器などの機器を床下に設置できないので、これらの機器を屋根上に設置することになる。周辺に機器が近接配置される屋根上に走行風自冷方式の車両用変圧器を設置する場合、周辺にて走行風が剥離する影響があるので、流速の速い走行風を冷却器に導風するためには、床下設置時と比較して十分に長い導風距離が必要になる。その結果、車両の屋根上に車両用変圧器を設置する際の設置スペースを小型化することが困難であるという問題がある。【０００７】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、車両の屋根上に設置する際の設置スペースの小型化を図りつつ、車両の走行によって生じる走行風を利用して効率良く冷却することのできる車両用変圧器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る車両用変圧器は、車両の屋根上に設置される車両用変圧器であって、冷媒の循環路を構成する主配管と、循環路の途中に配置され、巻線を収納するとともに冷媒を貯留する変圧器タンクと、循環路の途中に配置され、冷媒を循環路で循環させる循環ポンプと、循環路の途中に配置され、変圧器タンクの上面に配置され、空気との熱交換によって冷媒を冷却する冷却器と、を備え、冷却器は、車両の長さ方向をＸ方向、車両の車幅方向をＹ方向、車両の高さ方向をＺ方向としたとき、複数の冷却管によって構成され、変圧器タンクの上面からＺ方向に配設された冷却管機構と、循環ポンプ側から冷媒を冷却管機構に流入する入口ヘッダと、冷却管機構を流れた冷媒を変圧器タンク側へ流出させる出口ヘッダと、を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、車両の屋根上に設置する際の設置スペースの小型化を図りつつ、車両の走行によって生じる走行風を利用して効率良く冷却することのできる車両用変圧器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用変圧器を屋根上に設置した鉄道車両を示す上面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用変圧器を屋根上に設置した鉄道車両を示す側面図である。
【図３】図１および図２の鉄道車両に設置された車両用変圧器周辺を拡大した斜視図である。
【図４】図３の車両用変圧器の上面図である。
【図５】図３の車両用変圧器の側面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ’線に沿った矢視断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る鉄道車両の屋根上における周辺機器の進行方向後方における走行風の流れを説明する説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る鉄道車両の屋根上における周辺機器の進行方向後方の風速を車両断面で示したコンター図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る冷却器を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る冷却器を示す斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る中間ヘッダの上視断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係る冷却器を示す斜視図である。
【図１３】図１２の冷却器の背面斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態４に係る入口側冷却管群および出口側冷却管群と、冷却管群の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明による車両用変圧器を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両用変圧器１０を屋根２上に設置した鉄道車両１を示す上面図である。図２は、この発明の実施の形態１に係る車両用変圧器１０を屋根２上に設置した鉄道車両を示す側面図である。図３は、図１および図２の鉄道車両１に設置された車両用変圧器１０周辺を拡大した斜視図である。図４は、図３の車両用変圧器１０の上面図である。図５は、図３の車両用変圧器１０の側面図である。
【００１３】
以下、鉄道車両１を車両１と略し、車両用変圧器１０を変圧器１０と略す。ここで、説明の便宜上、車両１の長さ方向、すなわち進行方向をＸ方向、車両１の車幅方向をＹ方向、車両の高さ方向をＺ方向とする。つまり、車両１は、＋Ｘ方向と−Ｘ方向との双方向に走行可能であり、＋Ｚ方向が屋根２側であり、−Ｚ方向が床側である。
【００１４】
変圧器１０は、巻線１１と、主配管１２と、変圧器タンク１３と、循環ポンプ１４と、冷却器１５とを備えている。変圧器１０は、車両１の屋根２上に設置されている。また、変換器、制御器、空調機などの周辺機器３が、屋根２上の、変圧器１０の＋Ｘ方向および−Ｘ方向にそれぞれ設置されている。
【００１５】
巻線１１は、変圧器タンク１３に収納される。主配管１２は、冷媒の循環路を構成する。変圧器タンク１３は、主配管１２により構成される循環路の途中に配置され、巻線１１を収納するとともに、冷媒を内部に貯留する。変圧器タンク１３は、車両１の屋根２上に、Ｙ方向の中央に設置されている。
【００１６】
循環ポンプ１４は、主配管１２により構成される循環路の途中に配置され、冷媒を循環路で循環させる。循環ポンプ１４は、変圧器タンク１３のＸ方向に設置されている。
【００１７】
冷却器１５は、主配管１２により構成される循環路の途中に配置され、空気との熱交換、具体的には車両１が走行する際に生じる走行風との熱交換によって冷媒を冷却する。また、冷却器１５は、変圧器タンク１３の上面、すなわち、＋Ｚ方向面に設置されている。冷却器１５の入口側は、主配管１２を構成する入口側配管１２ａと接続され、冷却器１５の出口側は、主配管１２を構成する出口側配管１２ｂと接続されている。
【００１８】
なお、変圧器タンク１３は、内部に巻線１１を収納した、鋼鉄、アルミニウムなどの金属で作製された直方体形状の箱である。変圧器タンク１３の表面には、腐食防止の塗装がなされ、電線をつなぐブッシュなどが設けられている。また、冷媒には、一般に、絶縁油が用いられ、特に、車両用としては、難燃性の高いシリコーン油、環境に優位なエステル油などが用いられる。
【００１９】
次に、変圧器１０の屋根２上への配置について、図６〜図８を参照しながらさらに説明する。図６は、図５のＡ−Ａ’線に沿った矢視断面図である。図７は、この発明の実施の形態１に係る鉄道車両１の屋根２上における周辺機器３の進行方向後方における走行風の流れを説明する説明図である。図８は、この発明の実施の形態１に係る鉄道車両１の屋根２上における周辺機器３の進行方向後方の風速を車両断面で示したコンター図である。
【００２０】
ここで、車両１において、図６の破線で示すように、車両１の車体断面、すなわち、Ｙ−Ｚ断面におけるＹ方向およびＺ方向の制限値、すなわち、車両限界４が定められている。つまり、車両１の断面を、車両限界４の範囲内に納めなくてはいけない。車両限界４は、鉄道軌道に設けられる建築物と車体との干渉を避けるために決められている基準であり、トンネルの施工等の関係から、屋根２の上部側、すなわち、＋Ｚ方向側が狭まった形状になることが多い。
【００２１】
車両１には多くの機器が搭載されるため、限られた設置面積を有効に使う事が求められる。そのため、図６に示すように、周辺機器３は、車両限界４に収まる一杯の寸法まで張り出して設計されていることが多い。
【００２２】
変圧器１０は、２万ボルトを超える架線電圧を主回路に供給するため、電磁誘導の原理を利用して降圧するものである。また、架線電力の周波数、変圧器１０の変換効率などによって決まる巻線１１のサイズによって、変圧器１０の外形寸法が決まる。
【００２３】
上述したとおり、巻線１１は、直方体形状の変圧器タンク１３に収納される。例えば、車両限界４の形状が図６に示すように台形であった場合について考える。この場合、変圧器タンク１３が直方体形状であるならば、変圧器タンク１３の上面側、すなわち＋Ｚ方向側と、変圧器タンク１３の側面側、すなわち＋Ｙ方向および−Ｙ方向側に機器配置が可能な空間が存在する。ただし、変圧器タンク１３の側面側には、主配管１２、支持構造体などが配置される事が多い。
【００２４】
図７では、車両１の屋根２上に設置される周辺機器３によって走行風５が剥離される様子を模式的に示している。なお、走行風５は、−Ｘ方向に向かって流れているものとしている。高さｈの周辺機器３によって剥離された走行風５は、流れ場下流に向かうにつれ徐々に屋根２に漸近し、再付着点６にて屋根２上に付着する。
【００２５】
ここで、理想的な２次元の流れ場の場合、剥離後再付着するまでの距離ｘは、周辺機器３の高さｈの７倍程度、すなわち、７ｈ程度であると言われている。地面が近い車両１の床下の場合と異なり、開放空間である車両１の屋根２上での流れ場においては、渦の発生が少ない。そのため、周辺機器３の下流に冷却器を配置することを考えた場合、速い流速の走行風を得るためには十分な導風距離が必要になる。
【００２６】
図８では、車両限界４に沿うように配置された周辺機器３による剥離後のＹ−Ｚ面での風速分布と車両限界４の内側および外側との関係をｘ座標毎に示している。なお、図８では、車両限界４において、ｈ１＝１ｍ、ｈ２＝０．６ｍであるものとして計算している。
【００２７】
この場合、剥離後１ｍ程度では、主流の再付着はさほど進んでおらず、車両限界４の境界付近しか風速の速い風は得られないことが確認できる。また、車両１の屋根２上は、複雑な形状をしていることから、再付着の過程は、ステップ後流ほど単純ではないが、剥離後には、よどみ域７が発生する。そのため、変圧器１０を周辺機器３と近接配置する場合、冷却に必要な十分な風速が得られるのは、車両限界４の境界周辺領域に限られる。
【００２８】
屋根２上において許容される機器配置高さは、高々１ｍ程度である。仮に、変圧器タンク１３の高さが０．７ｍであったとすると、変圧器タンク１３の上面側において、変圧器タンク１３の上面と車両限界４との間に高さ０．３ｍ程度の空間を確保することが可能となる。この空間は、変圧器１０が周辺機器３と近接配置された場合であっても、速い走行風が流れる空間である。そのため、従来別配置されていた冷却器をこの空間に配置することによって、導風距離を最短にすることが可能となり、変圧器１０の設置スペースの観点からメリットが大きい。
【００２９】
そこで、実施の形態１では、変圧器タンク１３の上面側に存在する機器配置可能な空間を利用し、変圧器タンク１３の上面に冷却器１５を設置し、さらに、必要な冷却性能を得ることが可能なように冷却器１５の構造を工夫している。
【００３０】
次に、冷却器１５の構造について、図９を参照しながらさらに説明する。図９は、この発明の実施の形態１に係る冷却器１５を示す斜視図である。
【００３１】
冷却器１５は、循環ポンプ１４側から冷媒が流入する入口ヘッダ１６ａと、変圧器タンク側へ冷媒を流出させる出口ヘッダ１６ｂと、入口ヘッダ１６ａから冷媒が出て、出口ヘッダ１６ｂに冷媒が入るように配設された複数の冷却管１７からなる直通冷却管群１８とを備えている。なお、以下では、入口ヘッダ１６ａと出口ヘッダ１６ｂとの間の流路を形成してその流路を流れる冷媒を冷却する複数の冷却管が集まって構成される機構を、冷却管機構と呼ぶことにする。実施の形態１では、冷却管機構は、Ｙ軸方向に長手の複数の冷却管１７がＸ方向に複数列に配列して構成され、入口ヘッダ１６ａと出口ヘッダ１６ｂとを接続する直通冷却管群１８を有する場合を例示している。
【００３２】
入口ヘッダ１６ａおよび出口ヘッダ１６ｂは、長手方向をＸ方向として、Ｙ方向に離間して互いに平行に、変圧器タンク１３上に設置される。
【００３３】
直通冷却管群１８は、＋Ｚ方向に凸のＵ字状の複数の冷却管１７を、Ｘ方向に複数列に配列して構成されている。冷却管１７は、変圧器タンク１３の上面からＺ方向（上方）に配設されている。冷却管１７は、Ｙ軸方向に長手である。実施の形態１では、一例として、Ｙ−Ｚ平面に大きさの異なる６本のＵ字状の冷却管１７を配設して、それらの列をＸ方向に沿って一定のピッチで配列している。直通冷却管群１８を構成する各列の６本の冷却管１７は、それぞれ、Ｚ方向の高さおよびＹ方向の幅が異なる一方、流路断面の形状が同じである。なお、冷却管１７の配列本数、ピッチ等は適宜変更してもよい。また、冷却管１７の一部が変圧器タンク１３の上面から離れるようにＺ方向に配設されていればよく、冷却管１７の一部が変圧器タンク１３の上面に接していてもよい。
【００３４】
各冷却管１７内では、巻線１１他から熱を受けて昇温された冷媒が流通する。各冷却管１７は、一方が入口ヘッダ１６ａに接続され、他方が出口ヘッダ１６ｂに接続される。各列の直通冷却管群１８は、Ｘ方向に並んでいるので、入口ヘッダ１６ａおよび出口ヘッダ１６ｂは、それぞれ、Ｘ方向に長手の形状となっている。
【００３５】
入口ヘッダ１６ａは、循環ポンプ１４に接続されて、冷媒が供給され、各冷却管１７に冷媒を分配する。出口ヘッダ１６ｂは、各冷却管１７を流れた冷媒を集めて、集めた冷媒が変圧器タンク１３に戻るように接続される。
【００３６】
直通冷却管群１８の各列を構成する６本の冷却管１７は、それぞれ、入口ヘッダ１６ａに対して＋Ｚ方向から＋Ｙ方向側へ屈曲する第１の屈曲部と、出口ヘッダ１６ｂに対して＋Ｚ方向から−Ｙ方向側へ屈曲する第２の屈曲部と、第１の屈曲部と第２の屈曲部を水平面に対して平行に連結する連結部を有する。なお、第１の屈曲部と第２の屈曲部は、それぞれ、入口ヘッダ１６ａと出口ヘッダ１６ｂに垂直に接続されているが、必ずしもそうである必要はない。また、連結部は、水平面に対して平行であるが、必ずそうである必要はなく、例えば、緩やかなアーチ形状であってもよい。また、実施の形態１では、一例として、冷却管１７として扁平状の管を用いて、その扁平面がＸ方向に沿った方向としている。このように冷却管１７として扁平管を用いれば、冷却性能が向上するが、性能とコストを考慮して、冷却管１７として円管を用いてもよい。
【００３７】
直通冷却管群１８の下に空間が存在する。すなわち、各列の最内殻に配置された冷却管１７の連結部と、変圧器タンク１３の上面との間に隙間が存在する。図９に示すように、冷却管１７の連結部がＹ方向に沿って延びているので、各列の直通冷却管群１８の下の空間は、Ｚ方向に対してＹ方向に長く開口した空間となる。以下、冷却管１７の下の空間を開口空間１９と呼ぶことにする。
【００３８】
直通冷却管群１８は、変圧器タンク１３の上面の高い位置に配置されるため、前後に他の機器が配置されていても、走行風によって良好に冷媒を冷却することができる。また、走行風が無いとき、すなわち、車両１の停止時には、冷却管１７によって加熱された空気が上昇して、対流による冷却となるが、各列の直通冷却管群１８の下に開口空間１９が存在する。したがって、直通冷却管群１８の下に冷却器１５の外からの空気が入りやすく、対流による冷却も良好となる。さらに、変圧器タンク１３の上面からの冷却も可能である。
【００３９】
なお、冷却器１５において、変圧器タンク１３の上面側に冷却管１７の大半が配置される構成とすればよく、冷却管１７の延びる方向などは適宜変更してもよい。また、前述したとおり、Ｚ方向に対してＹ方向に長く開口している開口空間１９が存在するように直通冷却管群１８を構成することで、走行風が直通冷却管群１８と変圧器タンク１３との間に入りやすく、特に、冷却器１５の冷却能力が向上する。
【００４０】
なお、入口ヘッダ１６ａおよび出口ヘッダ１６ｂをともに変圧器タンク１３の上に設置するような構成としたが、入口ヘッダ１６ａおよび出口ヘッダ１６ｂの少なくとも一方を変圧器タンク１３の側方、すなわち、＋Ｙ方向または−Ｙ方向に配置するようにしてもよい。また、冷却管１７の第１屈曲部および第２屈曲部の少なくとも一方を変圧器タンク１３の側方に配置するようにしてもよい。
【００４１】
以上、実施の形態１によれば、車両の屋根上に設置される車両用変圧器は、巻線を収納するとともに冷媒を貯留する変圧器タンクの上面に、空気との熱交換によって冷媒を冷却可能な構成を備えた冷却器を配置して構成されている。また、冷却器は、複数の冷却管によって構成され、変圧器タンクの上面からＺ方向に配設された冷却管機構と、循環ポンプ側から冷媒を冷却管機構に流入する入口ヘッダと、冷却管機構に流れた冷媒を変圧器タンク側へ流出させる出口ヘッダとを有するように構成されている。なお、実施の形態１では、このような冷却管機構の具体的な構成例として、入口ヘッダから冷媒が出て、出口ヘッダに冷媒が入るように配設され、Ｙ軸方向に長手の複数の冷却管がＸ方向に複数列に配列して構成されている直通冷却管群を有する冷却管機構を例示している。
【００４２】
このように、車両用変圧器が周辺機器と近接配置された場合であっても、速い走行風が流れる空間に相当する変圧器タンクの上面の空間に冷却器を配置することで、導風距離を最短にすることが可能となり、車両用変圧器の設置スペースを小さくすることが可能になる。また、冷却用のファン等を用いる必要が無いため、消費電力の低減につながるとともに、騒音低減の点でも大きな効果を得ることが可能である。
【００４３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２では、先の実施の形態１の冷却器１５とは構造が異なる冷却器１５Ａを備えた変圧器１０について説明する。なお、実施の形態２では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００４４】
図１０は、この発明の実施の形態２に係る冷却器１５Ａを示す斜視図である。冷却器１５Ａは、循環ポンプ１４側から冷媒が流入する入口ヘッダ１６ａと、変圧器タンク側へ冷媒を流出させる出口ヘッダ１６ｂと、入口ヘッダ１６ａと出口ヘッダ１６ｂとの間に配置された中間ヘッダ２０と、入口ヘッダ１６ａから冷媒が出て、中間ヘッダ２０に冷媒が入るように配設された入口側冷却管群２１ａと、中間ヘッダ２０から一旦集約された冷媒が出て、出口ヘッダ１６ｂに冷媒が入るように配設された出口側冷却管群２１ｂとを備えている。実施の形態２では、冷却管機構は、入口ヘッダ１６ａに接続された入口側冷却管群２１ａと、出口ヘッダ１６ｂに接続された出口側冷却管群２１ｂとを有する場合を例示している。入口ヘッダ１６ａ、入口側冷却管群２１ａ、中間ヘッダ２０、出口側冷却管群２１ｂおよび出口ヘッダ１６ｂが直列的に接続されている。入口側冷却管群２１ａと出口側冷却管群２１ｂとを接続する中間ヘッダ２０は、入口側冷却管群２１ａから流入した冷媒を内部で混合して、出口側冷却管群２１ｂに冷媒を再分配して流出する。
【００４５】
入口側冷却管群２１ａは、複数の冷却管１７がＸ方向に複数列に配列して構成され、同様に、出口側冷却管群２１ｂは、複数の冷却管１７がＸ方向に複数列に配列して構成されている。具体的には、入口側冷却管群２１ａは、それぞれ、Ｙ−Ｚ平面上に配設された、大きさの異なる６本の＋Ｚ方向に凸のＵ字状の冷却管１７を、Ｘ方向に一定のピッチで複数列に配列して構成されている。同様に、出口側冷却管群２１ｂは、それぞれ、Ｙ−Ｚ平面上に配設された、大きさの異なる６本の＋Ｚ方向に凸のＵ字状の冷却管１７を、Ｘ方向に一定のピッチで複数列に配列して構成されている。
【００４６】
入口ヘッダ１６ａは、循環ポンプ１４側、すなわち入口側配管１２ａに接続されている。入口ヘッダ１６ａには、循環ポンプ１４を経由して巻線１１他から熱を受けて昇温された冷媒が流入する。入口ヘッダ１６ａは、Ｘ方向に長手の形状となっている。
【００４７】
出口ヘッダ１６ｂは、入口ヘッダ１６ａ内の冷媒と比較して温度が低下した冷媒を変圧器タンク１３に戻すための出口側配管１２ｂに接続される。出口ヘッダ１６ｂは、Ｘ方向に長手の形状となっている。
【００４８】
中間ヘッダ２０は、入口ヘッダ１６ａと出口ヘッダ１６ｂとの間に設置され、入口ヘッダ１６ａおよび出口ヘッダ１６ｂと同一のＸ−Ｙ平面上に配置されている。中間ヘッダ２０は、Ｘ方向に長手の形状となっている。入口側冷却管群２１ａおよび出口側冷却管群２１ｂは、変圧器タンク１３の上面側に位置している。入口側冷却管群２１ａは、Ｙ方向における−Ｙ方向端に配置され、出口側冷却管群２１ｂは、Ｙ方向における＋Ｙ方向端に配置されている。すなわち、例えば、入口側冷却管群２１ａは、Ｘ方向に対して紙面右側に配置されているとすると、出口側冷却管群２１ｂは、Ｘ方向に対して紙面左側に配置されている。中間ヘッダ２０は、変圧器タンク１３の上面に位置するようにするとよい。
【００４９】
ここで、冷却器１５Ａが変圧器タンク１３の上面に配置される場合、車両限界４内に収めるためには、許容されるＺ方向の高さが０．３ｍ程となり、高さの制約が厳しい。ただし、変圧器タンク１３の上面と平行なＹ方向およびＸ方向において、冷却器１５を配置するスペースとして、Ｙ方向に例えば１ｍ程度、Ｘ方向に例えば２．５ｍ程度を確保することができ、比較的余裕をもって冷却器１５Ａを配置させることができる。
【００５０】
車両１は、加速走行時に多くの電力を必要とし、多くの電流が変圧器１０の巻線１１を流れるため変圧器１０の発熱量が増大する。一方、車両停車時にも、空調器、照明機器などが電力を必要とするため、変圧器１０が車両１の走行時ほどではないものの発熱する。そのため、車両走行時だけでなく、車両停車時においても、変圧器１０の冷却が必要となる。
【００５１】
車両停車時には走行風が得られないため、Ｘ−Ｙ平面内に冷却管１７を多く配置し、放熱面積を増やしておく必要がある。しかしながら、Ｘ方向に配設する冷却管１７の数を増やし過ぎると、車両走行時に得られる走行風５が冷却器１５Ａ内をＸ方向に通過する際の圧力損失が増す。そのため、風が冷却器１５Ａの内部まで侵入できなくなる。つまり、車両走行時において、冷却器１５Ａが高い冷却性能を得るためには、車両走行時に走行風５に曝露されるＹ−Ｚ断面に冷却管１７を多く配置しておくことが求められる。
【００５２】
冷却管１７の形状をＵ字状にした場合、折り曲げ箇所が少ないこともあり加工性が良いため、製造コストを低く抑えることが可能である。しかしながら、変圧器タンク１３の上面における空間は、水平方向、すなわちＸ方向およびＹ方向に長い扁平空間であるため、図９に示す冷却器１５のように、冷却器１５の中心部に大きな開口空間１９を設けると、冷却器の容積あたりの冷却効率を向上させることができない可能性がある。開口空間１９にも冷却管を配置することで冷却器の冷却効率を向上させるべく、Ｗ字型の冷却管等を用いることも可能であるが、この場合、管の折り曲げが複雑になり製造コストが急激に増加してしまう。
【００５３】
そこで、実施の形態２では、図１０に示すように、中間ヘッダ２０を用い、入口ヘッダ１６ａから中間ヘッダ２０に入るように配設された入口側冷却管群２１ａと、中間ヘッダ２０から出て、出口ヘッダ１６ｂに入るように配設された出口側冷却管群２１ｂとによって、冷却器１５Ａを構成している。このように冷却器１５Ａを構成することで、変圧器タンク１３の上面における水平方向に長い扁平空間において、走行風５の通過面、すなわちＹ−Ｚ平面に冷却管１７を多く並べることが可能になり、その結果、低コストで容積あたりの放熱性が高い冷却器を得ることができる。
【００５４】
また、変圧器タンク１３の上面における水平方向に長い扁平空間一杯に、図９に示す冷却器１５を配置した場合、冷却管１７のＹ方向の配管長が長くなる。図９に示す、入口ヘッダ１６ａに近い領域３１ａでは、冷却管１７内を流れる冷媒の温度が高いため、外気と十分な温度差が得られ、走行風５の流速に応じた高い放熱性能が得られる。また、冷却管１７のＹ方向の配管長が長い場合、流路途中で放熱が進むので、出口ヘッダ１６ｂに冷媒が近づくにつれて冷媒の温度が低下する。そのため、出口ヘッダ１６ｂに近い領域３１ｂでは、領域３１ａと比べて、外気との間の熱流束が低下する。
【００５５】
一方、走行風５の流れ場下流に相当する領域３２ａおよび領域３２ｂでは、そもそも走行風５が流れ込みにくいこともあり、入口ヘッダ１６ａに近い領域であっても、外気との間の熱流束が低く、冷媒の温度は、出口ヘッダ１６ｂ付近でも、入口ヘッダ１６ａ付近の温度からさほど低下しない。
【００５６】
実施の形態２では、中間ヘッダ２０を入口ヘッダ１６ａと出口ヘッダ１６ｂの冷媒流路間に配置している。このように構成することで、入口ヘッダ１６ａから複数の冷却管１７に冷媒が流入し、走行風５に曝露されることで放熱が進んだ領域３１ａを流れた冷媒と、走行風５が流れ込まずに温度の低下が少ない領域３２ａを流れた冷媒を中間ヘッダ２０内で一旦混ぜることができる。また、温度の低下が少ない走行風５の流れ場の下流を流れてきた冷媒と、温度の低下が進んだ走行風５の流れ場の上流を流れてきた冷媒を混ぜることで、流速の速い走行風５があたる領域３１ｂを流れる冷媒の温度を、中間ヘッダ２０が無い場合と比較して高く維持することができる。そのため、中間ヘッダ２０が無い場合と比較して、冷却器全体の放熱量を高くすることが可能になる。
【００５７】
図１１は、この発明の実施の形態２に係る中間ヘッダ２０の上視断面図である。入口ヘッダ１６ａと接続されている入口側冷却管群２１ａと、出口ヘッダ１６ｂと接続されている出口側冷却管群２１ｂを隔てるように、中間ヘッダ２０内にＸ方向に整流板２２が配置されている。整流板２２の＋Ｘ方向端は、中間ヘッダ２０のヘッダ端面と接続されており、整流板２２の−Ｘ方向端は、中間ヘッダ２０のヘッダ端面と接続されていない。
【００５８】
図１１に示すように、冷却管１７の流路断面は、Ｘ方向の径が長い扁平状である。したがって、冷却管１７の表面積を増やしつつ、走行風５が冷却器１５Ａ内を通過する際の圧損を減らすことが可能になる。
【００５９】
中間ヘッダ２０の−Ｙ方向側に配置されている入口ヘッダ１６ａから入口側冷却管群２１ａを経て中間ヘッダ２０に流れ込んだ冷媒は、図示した流れ方向２３のとおり、中間ヘッダ２０内を−Ｘ方向に流れたのち、−Ｘ端で折り返される。そして、冷媒は、中間ヘッダ２０の領域３３ｃを＋Ｘ方向に流れつつ、出口側冷却管群２１ｂを経て出口ヘッダ１６ｂに流れ込む。
【００６０】
入口ヘッダ１６ａから入口側冷却管群２１ａを経て中間ヘッダ２０の領域３３ａに流れ込む冷媒は、車両走行時には走行風５に曝露されるため、走行風５との熱交換が進まない領域３３ｂに流れ込む冷媒と比べて温度が低くなっている。しかしながら、中間ヘッダ２０内において、入口ヘッダ１６ａから送り出された冷媒が一旦混合されるので、領域３３ｃでは、冷媒の温度の均一化が促進される。
【００６１】
なお、ここでは、便宜上、整流板２２の＋Ｘ方向端が中間ヘッダ２０のヘッダ端面と接続されている形態を例示して説明を行ったが、整流板２２の形態は、これに限らず、中間ヘッダ２０内の冷媒を混合することで冷媒の温度の均一化を促進可能な形態であれば、どのような形態であってもよい。例えば、整流板２２の−Ｘ方向端がヘッダ端面と接続され、整流板２２の＋Ｘ方向端がヘッダ端面と接続されていない形態であっても、上記の形態と同様の効果が得られる。また、例えば、整流板２２の＋Ｘ方向端および−Ｘ方向端のいずれもヘッダ端面と接続され、整流板２２の中間部が分離している形態であっても、上記の形態と同様の効果が得られる。
【００６２】
このように、中間ヘッダ２０には、中間ヘッダ２０内の冷媒の温度の均一化を促進する整流板２２が設けられている。
【００６３】
以上、実施の形態２によれば、冷却器の冷却管機構は、入口ヘッダに接続された入口側冷却管群と、出口ヘッダに接続されたに出口側冷却管群と、を有し、入口側冷却管群と出口側冷却管群が中間ヘッダを介して接続されるように構成されている。これにより、先の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、中間ヘッダを用いることで、複数の冷却管を複数列分布配設した薄型の冷却器を安価に構成することが可能になるため、先の実施の形態１と比べて、冷却器を変圧器タンクの上面の狭小空間により配置しやすくなる。
【００６４】
なお、実施の形態２では、入口側冷却管群２１ａと出口側冷却管群２１ｂとが中間ヘッダ２０を介して接続されるように構成された冷却器１５Ａを例示して説明したが、冷却器１５Ａの冷却管機構は、中間ヘッダ２０を介さずに、入口ヘッダ１６ａから出口ヘッダ１６ｂに直接的に接続される直通冷却管群を有していてもよい。また、中間ヘッダ２０の内部に整流板２２を設けたので、冷媒の温度の均一化の効果に優れるが、冷媒が混合される空間を有していれば、整流板２２がなくてもある程度の均一化の効果が得られる。さらに、整流板２２のかわりに、中間ヘッダ２０の内部の冷媒に乱流を生じさせる凹凸構造、フィンなど、冷媒の混合を促進する構造を設けてもよい。また、入口ヘッダ１６ａから出口ヘッダ１６ｂまでの間に配置した複数の中間ヘッダ２０を介して入口側冷却管群２１ａと出口側冷却管群２１ｂとが接続されるようにしてもよい。
【００６５】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３では、先の実施の形態１、２の冷却器１５、１５Ａとは構造が異なる冷却器１５Ｂを備えた変圧器１０について説明する。なお、実施の形態３では、先の実施の形態１、２と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１、２と異なる点を中心に説明する。
【００６６】
図１２は、この発明の実施の形態３に係る冷却器１５Ｂを示す斜視図である。図１３は、図１２の冷却器１５Ｂの背面斜視図である。
【００６７】
冷却器１５Ｂは、循環ポンプ１４側から冷媒が流入する入口ヘッダ１６ａと、変圧器タンク側へ冷媒を流出させる出口ヘッダ１６ｂと、入口ヘッダ１６ａと出口ヘッダ１６ｂとの間に、Ｘ方向に並んで配置された上流側中間ヘッダ部および下流側中間ヘッダ部と、入口ヘッダ１６ａから冷媒が出て、上流側中間ヘッダ部および下流側中間ヘッダ部のそれぞれに冷媒が入るように配設された入口側冷却管群２１ａと、上流側中間ヘッダ部および下流側中間ヘッダ部のそれぞれから冷媒が出て、出口ヘッダ１６ｂに冷媒が入るように配設された出口側冷却管群２１ｂと、入口ヘッダ１６ａから冷媒が出て、出口ヘッダ１６ｂに冷媒が入るように配設された直通冷却管群２４とを備えている。実施の形態３の中間ヘッダは、入口ヘッダ１６ａと出口ヘッダ１６ｂとの間に、Ｘ方向に並んで配置された上流側中間ヘッダ部および下流側中間ヘッダ部を有する。なお、上流側中間ヘッダ部および下流側中間ヘッダ部の上流、下流は、走行方向の上流、下流となる意味であり、冷媒の流れの上流、下流を意味していない。
【００６８】
実施の形態３の入口側冷却管群２１ａは、上流側中間ヘッダ部に接続される上流側中継冷却管群と、下流側中間ヘッダ部に接続される下流側中継冷却管群とを有する。入口側冷却管群２１ａを構成するこれら２つの中継冷却管群は、それぞれ、Ｙ−Ｚ平面上に配設された、大きさの異なる６本の＋Ｚ方向に凸のＵ字状の冷却管１７を、Ｘ方向に一定のピッチで複数列に配列して構成されている。入口側冷却管群２１ａを構成する冷却管１７の流路断面は、Ｘ方向の径が長い扁平状である。
【００６９】
同様に、出口側冷却管群２１ｂは、上流側中間ヘッダ部に接続される上流側中継冷却管群と、下流側中間ヘッダ部に接続される下流側中継冷却管群とを有する。出口側冷却管群２１ｂを構成するこれら２つの中継冷却管群は、それぞれ、Ｙ−Ｚ平面上に配設された、大きさの異なる６本の＋Ｚ方向に凸のＵ字状の冷却管１７を、Ｘ方向に一定のピッチで複数列に配列して構成されている。出口側冷却管群２１ｂを構成する冷却管１７の流路断面は、Ｘ方向の径が長い扁平状である。入口側冷却管群２１ａは、Ｙ方向における−Ｙ方向端に配置され、出口側冷却管群２１ｂは、Ｙ方向における＋Ｙ方向端に配置されている。
【００７０】
直通冷却管群２４は、Ｙ軸方向に長手の複数の冷却管１７がＸ方向に複数列に配列して構成され、入口ヘッダ１６ａと出口ヘッダ１６ｂを接続する。具体的には、直通冷却管群２４は、それぞれ、Ｙ−Ｚ平面上に配設された、大きさの異なる６本の＋Ｚ方向に凸のＵ字状の冷却管１７を、Ｘ方向に沿って一定のピッチで複数列に配列して構成されている。直通冷却管群２４を構成する冷却管１７の流路断面は、Ｘ方向の径が長い扁平状である。
【００７１】
上流側中間ヘッダ部は、＋Ｘ方向端に配置され、下流側中間ヘッダ部は、−Ｘ方向端に配置されている。このような配置関係の場合、入口側冷却管群２１ａおよび出口側冷却管群２１ｂは、＋Ｘ方向端と−Ｘ方向端にそれぞれ配置される。直通冷却管群２４は、Ｘ方向端の入口側冷却管群２１ａおよび出口側冷却管群２１ｂと、−Ｘ方向端の入口側冷却管群２１ａおよび出口側冷却管群２１ｂとの間に配置される。
【００７２】
上流側中間ヘッダ部は、入口側冷却管群２１ａから冷媒が流入する第１の空間２５ａと、出口側冷却管群２１ｂへ冷媒を流出させる第２の空間２５ｂと、を有する。下流側中間ヘッダ部は、入口側冷却管群２１ａから冷媒が流入する第１の空間２６ａと、出口側冷却管群２１ｂへ冷媒を流出させる第２の空間２６ｂと、を有する。具体的には、上流側中間ヘッダ部は、ヘッダ２５と、ヘッダ２５内を、入口側冷却管群２１ａから冷媒が流入する第１の空間２５ａと、出口側冷却管群２１ｂへ冷媒を流出させる第２の空間２５ｂとに区切る区切り板２７とを有して構成される。同様に、下流側中間ヘッダ部は、ヘッダ２６と、ヘッダ２６内を、入口側冷却管群２１ａから冷媒が流入する第１の空間２６ａと、出口側冷却管群２１ｂへ冷媒を流出させる第２の空間２６ｂとに区切る区切り板２７とを有して構成される。入口側冷却管群２１ａを構成する冷却管１７のうち、＋Ｘ方向端に位置する複数の冷却管１７が上流側中間ヘッダ部の第１の空間２５ａに接続され、残りの−Ｘ方向端に位置する複数の冷却管１７が下流側中間ヘッダ部の第１の空間２６ａに接続される。また、出口側冷却管群２１ｂを構成する冷却管１７のうち、＋Ｘ方向端に位置する複数の冷却管１７が上流側中間ヘッダ部の第２の空間２５ｂに接続され、残りの−Ｘ方向端に位置する複数の冷却管１７が下流側中間ヘッダ部の第２の空間２６ｂに接続される。
【００７３】
冷却器１５Ｂは、上流側中間ヘッダ部における第１の空間２５ａから下流側中間ヘッダ部における第２の空間２６ｂに冷媒を流す第１の流路としての第１の補助配管２８と、下流側中間ヘッダ部における第１の空間２６ａから上流側中間ヘッダ部における第２の空間２５ｂに冷媒を流す第２の流路としての第２の補助配管２９とをさらに備えている。
【００７４】
区切り板２７は、ヘッダ２５およびヘッダ２６のそれぞれに、Ｙ方向を仕切り、Ｘ方向に長手となるように配置されている。ヘッダ２５に配置された区切り板２７は、ヘッダ２５内の空間を、第１の空間２５ａと第２の空間２５ｂとに区切る。ヘッダ２６に配置された区切り板２７は、ヘッダ２６内の空間を、第１の空間２６ａと第２の空間２６ｂとに区切る。第１の補助配管２８は、第１の空間２５ａと第２の空間２６ｂとを接続し、第２の補助配管２８は、第１の空間２６ａと第２の空間２５ｂとを接続する。
【００７５】
循環ポンプ１４によって入口側配管１２ａから入口ヘッダ１６ａに流れ込んだ冷媒は、＋Ｘ方向端および−Ｘ方向端のそれぞれの入口側冷却管群２１ａと、直通冷却管群２４に流れ込む。
【００７６】
入口ヘッダ１６ａから＋Ｘ方向端の入口側冷却管群２１ａに流れ込んだ冷媒は、ヘッダ２５の第１の空間２５ａに流れ込む。第１の空間２５ａに流れ込んだ冷媒は、第１の補助配管２８を経由してヘッダ２６の第２の空間２６ｂに流れ込む。そして、第２の空間２６ｂに流れ込んだ冷媒は、−Ｘ方向端の出口側冷却管群２１ｂを経由して出口ヘッダ１６ｂに流れ込む。
【００７７】
一方、入口ヘッダ１６ａから−Ｘ方向端の入口側冷却管群２１ａに流れ込んだ冷媒は、ヘッダ２６の第１の空間２６ａに流れ込む。第１の空間２６ａに流れ込んだ冷媒は、第２の補助配管２９を経由してヘッダ２５の第２の空間２５ｂに流れ込む。そして、第２の空間２５ｂに流れ込んだ冷媒は、＋Ｘ方向端の出口側冷却管群２１ｂを経由して出口ヘッダ１６ｂに流れ込む。
【００７８】
ここで、Ｘ方向に冷却管１７を多段配置した場合、冷却器の風路系の圧力損失が高くなる。その結果、＋Ｘ方向から冷却器内に侵入した走行風が、冷却器の−Ｘ方向端にまで、十分な風速を維持したまま届かないという状況が発生する可能性がある。
【００７９】
そこで、実施の形態３では、車両走行時において放熱に対しての寄与率の高いＸ方向端に配置される冷却管１７のみをＹ−Ｚ平面上に密になるよう配置するように、冷却器１５Ｂを構成している。このように構成することで、図１３に示すように、冷却器１５Ｂの中央部には開口空間１９が設けられるので、Ｘ方向に冷却管１７を多段配置した場合であっても、冷却器の走行風の風路系の圧力損失上増加を抑えることが可能となる。また、冷却器全体に走行風を行き渡らせることが可能になり、冷却器の放熱性能を最大限引き出すことが可能になる。
【００８０】
また、冷却器１５Ｂは、第１の補助配管２８を用いて、第１の空間２５ａと第２の空間２６ｂとの間に冷媒流路を設けるとともに、第２の補助配管２９を用いて、第１の空間２６ａと第２の空間２５ｂとの間に冷媒流路を設けるように構成されている。このように構成することで、冷媒から受熱する前の、温度が上昇していない流れ場上流の走行風に、温度の高い冷媒を曝露させることが可能になる。その結果、冷媒から外気への熱流束を高くすることが可能になり、限られた空間に設置される冷却器１５Ｂにおいて、高い放熱性を得ることが可能になる。
【００８１】
なお、ここでは、区切り板２７を用いて、１つの中間ヘッダ内の空間を２つの空間に区切ることで、２つの空間を形成する場合を例示したが、区切り板２７を用いずに、２つの別体のヘッダを用いて、２つの空間を形成しても、上記と同様の効果が得られる。
【００８２】
この場合、上流側中間ヘッダ部および下流側中間ヘッダ部のそれぞれは、Ｙ方向に並んで配置された第１のヘッダおよび第２のヘッダを有する。第１の補助配管２８は、上流側中間ヘッダ部における第１のヘッダから下流側中間ヘッダ部における第２のヘッダへ冷媒を流す。第２の補助配管２９は、下流側中間ヘッダ部における第１のヘッダから上流側中間ヘッダ部における第２のヘッダへ冷媒を流す。なお、実施の形態３では、冷却器１５Ｂは、入口側冷却管群２１ａおよび出口側冷却管群２１ｂに加えて、入口ヘッダ１６ａから冷媒が出て、直接的に出口ヘッダ１６ｂに冷媒が入るように配設された直通冷却管群２４も併せて有するように構成される場合を例示した。しかしながら、冷却器１５Ｂは、冷却管群のすべてが入口側冷却管群２１ａおよび出口側冷却管群２１ｂだけで構成されるようにしてもよい。また、上流側中間ヘッダ部および下流側中間ヘッダ部を一体の構造として、第１の補助配管２８および第２の補助配管２９に相当する流路をその構造の内部に有するようにしてもよい。
【００８３】
以上、実施の形態３によれば、冷却器の冷却管機構は、入口ヘッダに接続された入口側冷却管群と、出口ヘッダに接続されたに出口側冷却管群と、を有し、入口ヘッダに接続された入口側冷却管群は、上流側中間ヘッダ部に接続される上流側中継冷却管群と、下流側中間ヘッダ部に接続される下流側中継冷却管群とを有し、出口ヘッダに接続された出口側冷却管群は、上流側中間ヘッダ部に接続される上流側中継冷却管群と、下流側中間ヘッダ部に接続される下流側中継冷却管群とを有するように構成されている。
【００８４】
これにより、先の実施の形態１、２と同様の効果が得られるとともに、さらに、上流側中間ヘッダ部を＋Ｘ方向端に配置して下流側中間ヘッダ部を−Ｘ方向端に配置することで、先の実施の形態１、２と比べて、冷却器の放熱性能をより最大限引き出すことが可能になる。
【００８５】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４では、先の実施の形態３の冷却器１５Ｂにおいて、直通冷却管群２４を構成する冷却管１７のＸ方向の径に対して、入口側冷却管群２１ａおよび出口側冷却管群２１ｂのそれぞれを構成する冷却管１７のＸ方向の径を長くする場合について説明する。なお、実施の形態４では、先の実施の形態１〜３と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１〜３と異なる点を中心に説明する。
【００８６】
図１４は、この発明の実施の形態４に係る入口側冷却管群２１ａおよび出口側冷却管群２１ｂと、直通冷却管群２４の断面図である。
【００８７】
図１４に示すように、入口側冷却管群２１ａおよび出口側冷却管群２１ｂのそれぞれを構成する冷却管１７は、直通冷却管群２４を構成する冷却管１７に対して、Ｚ方向の径が同じである一方、Ｘ方向の径が長い。
【００８８】
ここで、先の実施の形態３の冷却器１５Ｂの構成では、ヘッダ２５およびヘッダ２６を経由して入口ヘッダ１６ａから出口ヘッダ１６ｂに流れる冷媒の流路と、入口ヘッダ１６ａから出口ヘッダ１６ｂに直接流れる冷媒の流路との冷媒流路間において、圧力損失の差が発生する。具体的には、ヘッダ２５およびヘッダ２６を経由して入口ヘッダ１６ａから出口ヘッダ１６ｂに流れる冷媒の流路は、入口ヘッダ１６ａから出口ヘッダ１６ｂに直接流れる冷媒の流路と比較して、流路の折れ曲がりが多く、圧力損失が高くなる。
【００８９】
入口ヘッダ１６ａから出口ヘッダ１６ｂに繋がる冷媒流路間で圧力損失差が発生すると、冷却管１７内を流れる冷媒流量の違いが発生し、冷却管１７毎の放熱性ムラが顕著になり、結果として、放熱性を低下させてしまう場合がある。また、流速が著しく速い冷媒の流路では、機械的な強度に関する追加対策も必要になってしまう。
【００９０】
Ｕ字状の冷却管の流路断面積は、冷媒流路の圧力損失に対して感度が高い。そのため、入口側冷却管群２１ａおよび出口側冷却管群２１ｂのそれぞれを構成する冷却管１７の流路断面積を、直通冷却管群２４を構成する冷却管１７の流路断面積よりも大きくすれば、冷媒流路間で圧力損失をそろえることが可能となる。ただし、走行風５の流路断面を狭くしてしまうと、走行風５が冷却器１５Ｂ内に侵入しにくくなってしまう。
【００９１】
そこで、実施の形態４では、図１４に示すように、走行風５の流路断面積を変化させることなく、直通冷却管群２４を構成する冷却管１７のＸ方向の径に対して、入口側冷却管群２１ａおよび出口側冷却管群２１ｂのそれぞれを構成する冷却管１７のＸ方向の径を長くしている。このように構成することで、走行風５の流れを阻害することなく、各冷却管１７を流れる冷媒の流量バランスを調整することが可能になる。
【００９２】
また、入口側冷却管群２１ａおよび出口側冷却管群２１ｂのそれぞれを構成する冷却管１７の流路断面積に対して、第１の補助配管２８および第２の補助配管２９のそれぞれの流路断面積を大きくすることで、冷媒流路の圧力損失増加を抑えることが可能になる。その結果、各冷却管１７を流れる冷媒の流量バランスの劣化を防ぐことが可能になる。
【００９３】
以上、実施の形態４によれば、先の実施の形態３の冷却器の構成に対して、入口側冷却管群および出口側冷却管群のそれぞれの冷却管のＸ方向の径は、冷却管群の冷却管のＸ方向の径よりも長くなるように構成されている。
【００９４】
これにより、走行風５の流れを阻害することなく、各冷却管１７を流れる冷媒の流量バランスを調整することが可能になる。
【００９５】
なお、実施の形態１〜４について個別に説明してきたが、実施の形態１〜４のそれぞれで開示した構成例は、任意に組み合わせることが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年2月24日(2017.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明に係る車両用変圧器は、車両の屋根上に設置される車両用変圧器であって、冷媒の循環路を構成する主配管と、循環路の途中に配置され、巻線を収納するとともに冷媒を貯留する変圧器タンクと、循環路の途中に配置され、冷媒を循環路で循環させる循環ポンプと、循環路の途中に配置され、変圧器タンクの上面に配置され、空気との熱交換によって冷媒を冷却する冷却器と、を備え、冷却器は、車両の長さ方向をＸ方向、車両の車幅方向をＹ方向、車両の高さ方向をＺ方向としたとき変圧器タンクの上面からＺ方向のＸ方向およびＹ方向に長い扁平空間にＹ方向に長手の複数の冷却管がＸ方向に複数列に配列して構成され、複数の冷却管の下の上面との間に車両の走行によって生じる走行風が入る開口空間を有する冷却管機構と、循環ポンプ側から冷媒を冷却管機構に流入する入口ヘッダと、冷却管機構を流れた冷媒を変圧器タンク側へ流出させる出口ヘッダと、を有するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の屋根上に設置される車両用変圧器であって、
冷媒の循環路を構成する主配管と、
前記循環路の途中に配置され、巻線を収納するとともに前記冷媒を貯留する変圧器タンクと、
前記循環路の途中に配置され、前記冷媒を前記循環路で循環させる循環ポンプと、
前記循環路の途中に配置され、前記変圧器タンクの上面に配置され、空気との熱交換によって前記冷媒を冷却する冷却器と、
を備え、
前記冷却器は、
前記車両の長さ方向をＸ方向、前記車両の車幅方向をＹ方向、前記車両の高さ方向をＺ方向としたとき、
前記変圧器タンクの上面から前記Ｚ方向の前記Ｘ方向および前記Ｙ方向に長い扁平空間に前記Ｙ方向に長手の複数の冷却管が前記Ｘ方向に複数列に配列して構成され、前記複数の冷却管の下の前記上面との間に前記車両の走行によって生じる走行風が入る開口空間を有する冷却管機構と、
前記循環ポンプ側から前記冷媒を前記冷却管機構に流入する入口ヘッダと、
前記冷却管機構を流れた前記冷媒を前記変圧器タンク側へ流出させる出口ヘッダと、
を有する
車両用変圧器。
【請求項２】
前記冷却管機構は、
前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとを接続する直通冷却管群を有する
請求項１に記載の車両用変圧器。
【請求項３】
前記冷却管機構は、
前記入口ヘッダに接続された入口側冷却管群と、
前記出口ヘッダに接続された出口側冷却管群と、
を有し、
前記冷却器は、
前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとの間の前記上面に位置するように配置され、
前記入口側冷却管群と前記出口側冷却管群とを接続して前記入口側冷却管群から流入した前記冷媒を混合した後に前記出口側冷却管群に流出する中間ヘッダをさらに有する
請求項１に記載の車両用変圧器。
【請求項４】
前記入口ヘッダ、前記出口ヘッダ、前記中間ヘッダは前記Ｘ方向に長手であり、
前記入口側冷却管群と前記出口側冷却管群とは前記Ｚ方向に凸の大きさの異なるＵ字状の冷却管で構成され、
接続される前記入口側冷却管群と前記出口側冷却管群とは前記Ｙ方向に異なる位置で前記中間ヘッダと接続されている
請求項３に記載の車両用変圧器。
【請求項５】
前記入口側冷却管群は、複数の冷却管が前記Ｘ方向に複数列に配列して構成され、前記Ｙ方向における−Ｙ方向端に配置され、
前記出口側冷却管群は、複数の冷却管が前記Ｘ方向に複数列に配列して構成され、前記Ｙ方向における＋Ｙ方向端に配置されている
請求項３または４に記載の車両用変圧器。
【請求項６】
前記入口ヘッダ、前記出口ヘッダおよび前記中間ヘッダは、同一のＸ−Ｙ平面上に配置されている
請求項３から５のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項７】
前記中間ヘッダには、前記入口側冷却管群と前記出口側冷却管群と隔てるように前記中間ヘッダ内の前記冷媒の温度の均一化を促進する整流板が設けられている
請求項３から６のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項８】
前記冷却管の流路断面は、前記Ｘ方向の径が長い扁平状である
請求項１から７のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項９】
前記中間ヘッダは、
前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとの間に、前記Ｘ方向に並んで配置された、前記走行方向の上流にある上流側中間ヘッダ部および前記走行方向の下流にある下流側中間ヘッダ部を有し、
前記入口側冷却管群は、
前記上流側中間ヘッダ部に接続される上流側中継冷却管群と、
前記下流側中間ヘッダ部に接続される下流側中継冷却管群と、
を有する請求項３から６のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項１０】
前記出口側冷却管群は、
前記上流側中間ヘッダ部に接続される上流側中継冷却管群と、
前記下流側中間ヘッダ部に接続される下流側中継冷却管群と、
を有する請求項９に記載の車両用変圧器。
【請求項１１】
前記上流側中間ヘッダ部は、前記Ｘ方向における＋Ｘ方向端に配置され、
前記下流側中間ヘッダ部は、前記Ｘ方向における−Ｘ方向端に配置されている
請求項９または１０に記載の車両用変圧器。
【請求項１２】
前記上流側中間ヘッダ部および前記下流側中間ヘッダ部のそれぞれは、
前記入口側冷却管群から前記冷媒が流入する第１の空間と、
前記出口側冷却管群へ前記冷媒を流出させる第２の空間と、
を有し、
前記冷却器は、
前記上流側中間ヘッダ部における前記第１の空間から前記下流側中間ヘッダ部における前記第２の空間へ前記冷媒を流す第１の流路と、
前記下流側中間ヘッダ部における前記第１の空間から前記上流側中間ヘッダ部における前記第２の空間へ前記冷媒を流す第２の流路と、
をさらに有する請求項９から１１のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項１３】
前記上流側中間ヘッダ部および前記下流側中間ヘッダ部のそれぞれは、
前記Ｙ方向に並んで配置された第１のヘッダおよび第２のヘッダを有し、
前記冷却器は、
前記上流側中間ヘッダ部における前記第１のヘッダから前記下流側中間ヘッダ部における前記第２のヘッダへ前記冷媒を流す第１の流路と、
前記下流側中間ヘッダ部における前記第１のヘッダから前記上流側中間ヘッダ部における前記第２のヘッダへ前記冷媒を流す第２の流路と、
をさらに有する請求項９から１１のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項１４】
前記第１の流路および前記第２の流路のそれぞれの流路断面積は、前記入口側冷却管群および前記出口側冷却管群のそれぞれの前記冷却管の流路断面積よりも大きい
請求項１２または１３に記載の車両用変圧器。
【請求項１５】
前記冷却管機構は、
前記Ｙ方向に長手の複数の冷却管が前記Ｘ方向に複数列に配列して構成され、前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとを接続する直通冷却管群をさらに有する
請求項９から１４のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項１６】
前記冷却管の流路断面は、前記Ｘ方向の径が長い扁平状である
請求項１５に記載の車両用変圧器。
【請求項１７】
前記入口側冷却管群および前記出口側冷却管群のそれぞれの前記冷却管の前記Ｘ方向の径は、前記直通冷却管群の前記冷却管の前記Ｘ方向の径よりも長い
請求項１６に記載の車両用変圧器。
【請求項１８】
前記冷却管の形状は、Ｕ字状である
請求項１から１７のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【国際調査報告】
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