(57)【要約】【課題】車両が走行することに伴い生じる走行風によって対象流体を放熱させるように構成された熱交換器を備えた熱交換器システムにおいて、放熱性能を向上させる。【解決手段】熱交換器システム１は、車両に搭載された熱交換器１１と、熱交換器の走行風導入部１１０よりも上流側に配置された構造物（機器２３）と熱交換器との間に配設された導風板３１と、を備える。導風板は、走行風導入部の中央に向かうように、走行風の主流方向に対して傾いた引き込み面３１１を有し、走行風は、引き込み面に沿って流れることにより、走行風導入部の中央に向かって流れる。引き込み面は、少なくとも走行風の主流方向の上流側に、走行風の剥離が生じない非剥離領域を有し、導風板は、非剥離領域の延長線が、走行風導入部に交差する位置に配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されかつ、前記車両が走行することに伴い生じる走行風が、走行風導入部を介して通り抜けることによって、対象流体を放熱させるように構成された熱交換器と、
前記走行風導入部よりも前記走行風の主流方向の上流側に配置された構造物と、前記熱交換器との間に配設されかつ、前記走行風を、前記走行風導入部に向かって導くよう構成された導風板と、を備え、
前記導風板は、前記走行風の主流方向に対して傾いた引き込み面を有し、前記走行風は、前記引き込み面に沿って流れることにより、前記走行風導入部の中央に向かうように流れ方向が偏向され、
前記引き込み面は、少なくとも前記走行風の主流方向の上流側に、前記走行風の剥離が生じない非剥離領域を有し、
前記導風板は、前記非剥離領域の前記引き込み面の延長線が、前記走行風導入部に交差する位置に配置されている熱交換器システム。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器システムにおいて、
前記導風板の上流端部は、前記構造物の下流端部の周縁部に取り付けられている熱交換器システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱交換器システムにおいて、
前記導風板の前記引き込み面は、平面である熱交換器システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の熱交換器システムにおいて、
前記導風板の前記引き込み面は、曲面である熱交換器システム。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の熱交換器システムにおいて、
前記導風板の前記引き込み面は、平面と曲面とから構成されている熱交換器システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器システムにおいて、
前記導風板は、前記構造物から、前記熱交換器の前記走行風導入部までの間に亘って伸びている熱交換器システム。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器システムにおいて、
前記導風板は、前記構造物から、前記熱交換器の前記走行風導入部に至る間の途中まで伸びている熱交換器システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換器システムにおいて、
前記導風板の前記引き込み面における前記非剥離領域と、前記走行風の主流方向との成す角度は、２０°以上３７°以下である熱交換器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、熱交換器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電車の床下に配置されたスカートの側面に、冷却器設置空間を設けると共に、冷却器設置空間に設置された冷却器に、電車の前進及び後進によって生ずる走行風が効率よく流れ込むように、冷却器の、車両走行方向の前後側に導風スロープを設けることが記載されている。導風スロープは、冷却器のヘッダの上流端をできる限り滑らかにスカートの導風スロープ部分と連結させるよう、走行方向に対して所定の角度φを成すように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３７３４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者が、特許文献１に記載されている冷却器設置構成について検討をしたところ、導風スロープを設けた構成と、導風スロープを設けない構成とでは、冷却器の冷却性能に差が見られなかった。
【０００５】
ここに開示する技術はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両が走行することに伴い生じる走行風によって対象流体を放熱させるように構成された熱交換器を備えた熱交換器システムにおいて、放熱性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
特許文献１に記載されている導風スロープは、冷却器のヘッダの上流端とスカートとを連結させるために、走行方向に対する角度φが大きい。本願発明者の検討によると、導風スロープの角度が大きいため、スカートの表面に沿って流れる走行風は、導風スロープに沿うように流れずに、そのまま真っ直ぐに流れてしまう。つまり、走行風は、導風スロープによって冷却器設置空間内に引き込まれない。
【０００７】
車両の床下や天井の上に搭載される熱交換器に対し、車両の走行方向の前後には、他の機器が配置される。設置スペースが限られるため、熱交換器と他の機器との間隔は十分に空けることができない。熱交換器が、走行風の流れに対して他の機器の背後に位置するようになると、熱交換器は、走行風に曝され難くなる。
【０００８】
ここで、熱交換器と他の機器との間に、特許文献１に記載されているような導風スロープを設けるときに、熱交換器と他の機器との間隔が狭いと、導風スロープの角度は大きくなってしまう。導風スロープの角度が大きいと、前述の通り、走行風を熱交換器に導く効果が、ほとんど得られない。
【０００９】
本願発明者は、実験や解析を繰り返した結果、特許文献１に記載されているような角度の大きい導風スロープよりも、走行風の主流方向に対する角度が比較的小さい導風板の方が、走行風の引き込み効果を得ることができ、熱交換器と他の機器との間隔が狭いときでも熱交換器の放熱性能を向上させることができる点を見出し、ここに開示する技術を完成するに至った。
【００１０】
具体的に、ここに開示する熱交換器システムは、車両に搭載されかつ、前記車両が走行することに伴い生じる走行風が、走行風導入部を介して通り抜けることによって、対象流体を放熱させるように構成された熱交換器と、前記走行風導入部よりも前記走行風の主流方向の上流側に配置された構造物と、前記熱交換器との間に配設されかつ、前記走行風を、前記走行風導入部に向かって導くよう構成された導風板と、を備える。
【００１１】
前記導風板は、前記走行風の主流方向に対して傾いた引き込み面を有し、前記走行風は、前記引き込み面に沿って流れることにより、前記走行風導入部の中央に向かうように流れ方向が偏向され、前記引き込み面は、少なくとも前記走行風の主流方向の上流側に、前記走行風の剥離が生じない非剥離領域を有し、前記導風板は、前記非剥離領域の前記引き込み面の延長線が、前記走行風導入部に交差する位置に配置されている。
【００１２】
この構成によると、走行風の流れは、導風板により、構造物の下流において熱交換器の走行風導入部の中央に向かうように偏向される。熱交換器が構造物の背後に位置していても、熱交換器を通り抜ける走行風の流量が増えて、熱交換器の放熱性能が高まる。
【００１３】
熱交換器と構造物との間隔が十分に広いと、導風板の引き込み面における非剥離領域と、走行風の主流方向との成す角度が比較的小さくても、非剥離領域の延長線は、走行風導入部に交差しない。導風板の引き込み面における非剥離領域と走行風の主流方向との成す角度が小さいと、走行風の引き込み効果が十分に得られる。非剥離領域の延長線が走行風導入部に交差しないと、走行風導入部の全域に走行風が導入される。
【００１４】
熱交換器と構造物との間隔が狭いと、導風板の引き込み面における非剥離領域と、走行風の主流方向との成す角度を大きくしなければ、非剥離領域の延長線は、走行風導入部に交差してしまう。しかしながら、導風板の引き込み面における非剥離領域と、走行風の主流方向との成す角度が大きいと、走行風の引き込み効果が得られない。
【００１５】
前記の構成は、熱交換器と構造物との間隔が狭い構成を前提とし、非剥離領域の延長線が走行風導入部に交差することにより、走行風導入部の一部にしか走行風が導入されないとしても、導風板の引き込み面における非剥離領域と、走行風の主流方向との成す角度を比較的小さくすることによって、走行風の引き込み効果を確実に得るようにした上で、熱交換器の一部分における、走行風の通り抜け流量を増大させることによって、熱交換器の放熱性能を高めることを特徴とする。
【００１６】
前記導風板の上流端部は、前記構造物の下流端部の周縁部に取り付けられている、としてもよい。
【００１７】
こうすることで、構造物の表面に沿って流れる走行風は、構造物の下流端部から導風板の引き込み面に沿って滑らかに流れるようになる。構造物の下流において、走行風の流れ方向が、走行風導入部の中央に向かうよう確実に偏向される。
【００１８】
前記導風板の前記引き込み面は、平面である、としてもよい。こうすることで、導風板の加工性が良くなり、導風板の製作が容易になる。
【００１９】
また、前記導風板の前記引き込み面は、曲面である、としてもよい。
【００２０】
引き込み面が曲面であると、引き込み面と走行風の主流方向との成す角度が、徐々に大きくなるから、剥離を抑制しつつ、非剥離領域の角度を、平面状の引き込み面よりも大きくすることが可能になる。その結果、熱交換器と構造物との間隔が狭いときでも、熱交換器の、走行風導入部の広い範囲に、走行風を導入することができる。
【００２１】
また、前記導風板の前記引き込み面は、平面と曲面とから構成されている、としてもよい。
【００２２】
引き込み面の上流側を曲面とすれば、前述したように、剥離を抑えつつ、非剥離領域の角度を比較的大きくすることが可能になる。また、引き込み面の下流側を平面として、引き込み面の角度を維持しながら熱交換器の下端に向かって延びるようにすれば、剥離を抑えつつ、走行風導入部の広い範囲に、走行風を導くことができる。
【００２３】
前記導風板は、前記構造物から、前記熱交換器の前記走行風導入部までの間に亘って伸びている、としてもよい。
【００２４】
これにより、導風板に沿って流れる走行風が、走行風導入部まで、確実に導かれる。
【００２５】
前記導風板は、前記構造物から、前記熱交換器の前記走行風導入部に至る間の途中まで伸びている、としてもよい。
【００２６】
本願発明者の検討によれば、導風板が走行風導入部まで伸びていなくても、走行風を、走行風導入部に十分に導くことができる。
【００２７】
前記導風板の前記引き込み面における前記非剥離領域と、前記走行風の主流方向との成す角度は、２０°以上３７°以下である、としてもよい。
【００２８】
非剥離領域と走行風の主流方向との成す角度が３７°を超えると、走行風が、引き込み面に沿って流れなくなり（つまり、走行風が引き込み面から剥離してしまい）、走行風の引き込み効果が得られない。また、非剥離領域と走行風の主流方向との成す角度が２０°を下回ると、走行風が導入される走行風導入部の部分が小さくなり過ぎて、熱交換器を通り抜ける走行風の流量が増えない。
【００２９】
本願発明者の検討によれば、非剥離領域と走行風の主流方向との成す角度を２０°以上３７°以下とすることにより、熱交換器を通り抜ける走行風の流量が増えて、熱交換器の放熱性能を有効に高めることができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、前記の熱交換器システムによると、熱交換器が構造物の背後に位置していても、熱交換器の放熱性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、熱交換器システムが搭載された鉄道車両を示す側面図である。
【図２】図２は、熱交換器の正面図である。
【図３】図３は、熱交換器システムの側面図である。
【図４】図４は、熱交換器システムの平面図である。
【図５】図５は、熱交換器システムの変形例を示す図３対応図である。
【図６】図６は、熱交換器システムの変形例を示す図３対応図である。
【図７】図７は、熱交換器システムの変形例を示す図３対応図である。
【図８】図８は、熱交換器システムの変形例を示す図３対応図である。
【図９】図９は、熱交換器システムの変形例を示す図３対応図である。
【図１０】図１０は、熱交換器システムの変形例を示す図３対応図である。
【図１１】図１１は、熱交換器システムの変形例を示す図３対応図である。
【図１２】図１２は、導風板の角度と熱交換器の放熱量との関係を示す実験結果である。
【図１３】図１３は、熱交換器システムの変形例を示す図４対応図である。
【図１４】図１４は、熱交換器システムの比較例を示す図３対応図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、熱交換器システムの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、熱交換器システムの一例である。図１は、熱交換器システム１が搭載された鉄道車両９を示している。熱交換器システム１は、詳細は後述するが、熱交換器１１と、導風板３とを備えている。熱交換器システム１は、鉄道車両９の天井の上に配置されている。熱交換器１１は、鉄道車両９が走行するに伴い発生する走行風に曝される。
【００３３】
鉄道車両９の天井の上には、熱交換器システム１の他に、各種の機器２１〜２４が設置されている。鉄道車両９が、図１における紙面左から右に走行していると仮定すると、走行風は、図１における紙面右から左に流れる。熱交換器１１と、その前側に設置された機器２３（つまり、構造物）との間隔は比較的狭く、走行風が紙面右から左に流れるときに、走行風の流れに対して、熱交換器１１は機器２３の背後に位置する。熱交換器１１は、走行風に曝され難い。導風板３は、熱交換器１１に走行風を導くように配設される。尚、以下の説明においては、便宜上、図１における紙面右側を前側、紙面左側を後側と呼ぶ場合がある。また、熱交換器システム１の導風板を総称するときには、符号３を付し、以下の各図において個別の特徴を有する導風板に対しては、符号３１〜３９を付す。
【００３４】
図２は、熱交換器１１を正面から見た図である。図３は、熱交換器システム１を側方から見た図である。図４は、熱交換器システム１を上から見た図である。熱交換器１１は、対象流体が流れる多数の伝熱管１１１を有する多管式熱交換器である。熱交換器１１は、この例では、鉄道車両９に搭載された変圧器（図示省略）の絶縁油を冷却対象の流体とし、その絶縁油を伝熱管１１１において冷却するための冷却器として機能する。
【００３５】
熱交換器１１は、鉄道車両９の幅方向に並んだ２つのヘッダータンク１１２、１１２と、２つのヘッダータンク１１２、１１２を互いに連通させる複数の伝熱管１１１とを有している。２つのヘッダータンク１１２の一方には、変圧器からの絶縁油が導入され、他方のヘッダータンク１１２は、変圧器に絶縁油を排出する。
【００３６】
伝熱管１１１は、図２に示すように、正面視で逆Ｕ字状となるように２箇所で折り曲げられている。伝熱管１１１の一端は、一方のヘッダータンク１１２に接続され、伝熱管１１１の他端は、他方のヘッダータンク１１２に接続されている。つまり、伝熱管１１１は、一方のヘッダータンク１１２から垂直上方に伸びた後に、約９０°屈曲して水平に伸び、さらに、約９０°屈曲して垂直下方に伸びて、他方のヘッダータンク１１２に接続される。
【００３７】
図２に示すように、熱交換器１１を正面から見たときに、逆Ｕ字状の複数の伝熱管１１１は、中央部から外周部に向かって多重に配設されることにより、伝熱管群を構成している。伝熱管群は、図３又は図４に示すように、鉄道車両９の前後方向に、複数並んで配設されている。走行風は、熱交換器１１の前部である走行風導入部１１０から熱交換器１１内に流入し、伝熱管１１１同士の間を通って、熱交換器１１の後部から流出する。走行風が熱交換器１１内を通り抜ける間に、走行風と伝熱管１１１内を流れる絶縁油との間で熱交換が行われて、絶縁油が冷却される。
【００３８】
熱交換器１１に隣り合って配設される機器２３は、任意の形状を有している。機器２３は、図２の二点鎖線に示す車両限界（つまり、車両の搭載設計における、車体断面サイズの限界）の内側に配置される。以下の説明では、図３及び図４に一点鎖線で示すように、機器２３は、熱交換器１１とほぼ同じ高さＨを有すると共に、熱交換器１１とほぼ同じ幅Ｗを有する、横断面矩形の形状であると仮定する。機器２３の前側から後方を見たときに、熱交換器１１は、機器２３の背後にほぼ隠れてしまう。また、熱交換器１１と機器２３との間隔Ｌは、比較的狭い。このような熱交換器１１と機器２３との配置構成により、図３及び図４に矢印で例示するように、機器２３の表面に沿って流れる走行風は、機器２３を通過した後もそのまま真っ直ぐに流れるようになり、熱交換器１１を通り抜ける走行風の流量が少なくなる。
【００３９】
導風板３は、機器２３と、熱交換器１１の走行風導入部１１０との間に配設されている。図３に示す導風板３１は、その上面が平面である板状を有している。導風板３１は、図４に示すように、熱交換器１１及び機器２３の幅Ｗと、ほぼ同じ幅を有している。平板状の導風板３１は、製作が容易である。
【００４０】
導風板３１は、上流端が上方でかつ下流端が下方となるように、走行風の主流方向に対して傾いている。より詳細に、図３に示す導風板３１は、上流端部が、機器２３の後端部（つまり、走行風の主流方向の下流端部）の上端縁部に取り付けられている。導風板３１は、その上流端部から、熱交換器１１の走行風導入部１１０の中央に向かうように傾いている。導風板３１の下流端部は、走行風導入部１１０の近くにまで伸びている。導風板３１は、機器２３から、走行風導入部１１０までの間に亘って伸びている。導風板３１の下流端部はまた、熱交換器１１の走行風導入部１１０に対し、高さ方向のほぼ中央の位置に位置している。
【００４１】
導風板３１の上面と、走行風の主流方向との成す角度θは、比較的小さい。角度θは、詳細は後述するが、２０°以上３７°以下の範囲に設定される。図３に示す導風板３１の角度θは、約２５°である。
【００４２】
導風板３１の上面と、走行風の主流方向との成す角度θが小さいため、機器２３の上面に沿って流れる走行風は、導風板３１の上流端から導風板３１の上面に沿うように流れる。つまり、導風板３１の上流側において、走行風の流れが剥離しない。これに対し、導風板の上面と、走行風の主流方向との成す角度θが大きいと、導風板の上流端において、走行風の流れが剥離してしまい、走行風は、導風板の上面に沿うように流れない。
【００４３】
導風板３１の上面は、図３に矢印で示すように、機器２３の下流において、走行風を熱交換器１１の走行風導入部１１０の中央に向かって導くように、走行風の流れを偏向する引き込み面３１１として機能する。図３に示す角度θは、導風板３１の上流端から下流端までの全域に亘って一定であるため、引き込み面３１１の上流端から下流端までの全域が、走行風の剥離が生じない非剥離領域となる。
【００４４】
角度θが小さいため、導風板３１の引き込み面３１１の延長線（図示省略）は、走行風導入部１１０に交差する。走行風は、熱交換器１１の走行風導入部１１０の上側において熱交換器１１内に導入され、熱交換器１１の主に上部を通り抜ける。
【００４５】
ここで、図１４は、導風板３０の上面と、走行風の主流方向との成す角度θを大きくした構成を例示している。図１４に示す熱交換器１１及び機器２３の形状及び配置関係は、図３に示す熱交換器１１及び機器２３の形状及び配置関係と同じである。角度θが大きいため、導風板３０の下流端は、熱交換器１１のヘッダータンク１１２に近傍に位置するようになる。つまり、図１４の構成は、導風板３０の上面３０１の延長線は、走行風導入部１１０に交差しない構成である。
【００４６】
図１４に示す構成例では、角度θが大きいため、機器２３の上面に沿って流れる走行風は、同図に矢印で示すように、導風板３０の上流端において剥離するようになり、導風板３０の上面３０１に沿う流れがほとんど発生しない。つまり、導風板３０の引き込み効果がほとんど得られない。
【００４７】
機器２３の上面に沿って流れる走行風は、そのまま真っ直ぐに流れて熱交換器１１よりも上方を通過する。本願発明者が行った実験によると、熱交換器１１の後側から熱交換器１１内に流入するような逆流が生じる。この逆流の発生によって、熱交換器１１の前側では、渦流れが発生する。走行風導入部１１０から熱交換器１１内へは、走行風は、ほとんど流入しない。
【００４８】
これに対し、図３に示す構成例では、前述したように、導風板３１の引き込み面３１１に沿って走行風が流れるようになり、走行風の流れが、走行風導入部１１０の中央に向かうように偏向される。偏向された走行風の流速は、走行風の主流の流速と同様に高い。導風板３１の下流端は、図１４の構成例とは異なり、走行風導入部１１０の高さ方向の途中に位置しているものの、図３に示す構成例の方が、熱交換器１１の少なくとも上部における走行風の通り抜け流量が、高い流速によって増大するため、図１４に示す構成例よりも、熱交換器１１の放熱性能が向上する。
【００４９】
ここで、図３において、導風板３１の引き込み面３１１と、走行風の主流方向との成す角度θが小さすぎると、導風板３１の下流端が、走行風導入部１１０の上端部近くに位置するようになる。この場合、走行風の引き込み効果が得られるとしても、走行風導入部１１０から熱交換器１１内に導入される走行風の流量があまり増えないため、熱交換器１１の放熱性能は、ほとんど向上しない。導風板３１の引き込み面３１１と、走行風の主流方向との成す角度θが小さすぎても、熱交換器１１の放熱性能の向上を図ることができない。
【００５０】
（熱交換器システムの変形例）
以下、熱交換器システム１の変形例について、図を参照しながら説明する。図５は、熱交換器１１と機器２３との間隔Ｌが狭い例である。この変形例においても、導風板３２の引き込み面３２１と、走行風の主流方向との成す角度θは、図３の構成例と同様に、比較的小さい角度に設定される。
【００５１】
導風板３２の上流端は、機器２３の後端部の上端縁部に取り付けられている。導風板３２の下流端は、熱交換器１１の走行風導入部１１０の近傍にまで伸びている。導風板３２は、機器２３から、走行風導入部１１０まで間に亘って伸びている。
【００５２】
走行風は、導風板３２の引き込み面３２１に沿って流れるようになり、熱交換器１１の上部に走行風が流入する。
【００５３】
図５の構成例では、導風板３２の下流端が、図３の構成例よりも、走行風導入部１１０の上端付近に位置する。従って、図３の構成例と比較して、図５の構成例は、熱交換器１１の放熱性能が低下する。しかしながら、本願発明者の検討によれば、図５の構成例は、熱交換器１１と機器２３との間隔が狭いものの、導風板３２による引き込み効果が得られるため、図１４の構成例よりも、熱交換器１１の放熱性能は向上する。
【００５４】
図６は、導風板３３の長さを短くした例である。図６の導風板３３は、図３の導風板３の長さの約半分である。導風板３３の上流端は、機器２３の後端部の上端縁部に取り付けられている。そのため、導風板３３は、熱交換器１１と機器２３との間において、熱交換器１１と機器２３の間隔Ｌの約半分の長さＬ１の範囲に亘って伸びている。
【００５５】
導風板３３の引き込み面３３１と、走行風の主流方向との成す角度θは、比較的小さい角度に設定される。この構成において、導風板３３の引き込み面３３１の延長線４は、図６に破線で示すように、熱交換器１１の走行風導入部１１０に交差する。
【００５６】
図６の構成例でも、機器２３の上面に沿って流れる走行風が、導風板３３の上流端から引き込み面３３１に沿って流れるようになり、熱交換器１１に導入される走行風の流量が増大する。本願発明者の検討によれば、図６の構成例は、図１４の構成例よりも、熱交換器１１の放熱性能が高くかつ、図３の構成例よりも、熱交換器１１の放熱性能が低くなる。熱交換器システム１の導風板３は、熱交換器１１の走行風導入部１１０の近傍にまで伸びている必要はない。
【００５７】
導風板３３の長さは、適宜の長さに設定することが可能である。但し、導風板３３の長さが短すぎると、走行風の引き込み効果を十分に得ることができなくなる。
【００５８】
図７は、機器２３の高さＨが、熱交換器１１の高さよりも高い構成例である。導風板３４の上流端部は、機器２３の後端部の上端縁部に接続されている。導風板３４の引き込み面３４１と、走行風の主流方向との成す角度θは、比較的小さく設定されている。機器２３の高さＨが高いため、機器２３の背後に位置する熱交換器１１は、走行風に、より一層曝され難くなるものの、導風板３４によって走行風の方向が偏向されるため、熱交換器１１を通り抜ける走行風の流量を増大することが可能になる。
【００５９】
機器２３の高さＨが高いため、導風板３４の下流端は、走行風導入部１１０の上端付近に位置する。走行風の引き込み効果と、導風板３４の下流端の、走行風導入部１１０に対する相対位置とを考慮して、角度θは、適宜設定すればよい。
【００６０】
図８は、図７とは逆に、機器２３の高さＨが、熱交換器１１の高さよりも低い構成例である。導風板３５の上流端部は、機器２３の後端部の上端縁部に接続されている。導風板３５の引き込み面３５１と、走行風の主流方向との成す角度θは、比較的小さく設定されている。機器２３の高さＨが低いことから、角度θが小さくても、導風板３５の下流端は、走行風導入部１１０の下部付近に位置する。
【００６１】
機器２３の高さＨが低いため、熱交換器１１は、相対的に、走行風に曝され易くなる上に、導風板３５の引き込み効果によって、熱交換器１１を通り抜ける走行風の流量が増大する。図８の構成例は、熱交換器１１の放熱性能を、大幅に向上させることができる。
【００６２】
図９は、導風板３６の上流端部が、機器２３の後端部の上端縁部から離れている構成例である。熱交換器システム１の導風板３の上流端部は、機器２３の後端部の周縁部に接続されていなくてもよい。図９の構成例では、機器２３の後端部と、導風板３６の上流端部との間にＬ２の間隔を設けている。
【００６３】
導風板３６の上流端部を機器２３の後端部から離す構成においては、導風板３６の上流端部が、機器２３の上面に沿って流れる走行風の流線に対し交差する位置に配置することが好ましい。図９の構成例では、導風板３６の上流端部の高さを、機器２３の高さＨとほぼ等しくしている。こうすることで、図９に矢印で示すように、機器２３の上面に沿って流れる走行風は、導風板３６の上流端部から、引き込み面３６１に沿って流れるようになる。例えば導風板３６の上流端部を、機器２３の上面よりも低い位置に位置づけてしまうと、走行風は、引き込み面３６１に沿って流れなくなる。尚、図９の構成例においても、導風板３６の引き込み面３６１と、走行風の主流方向との成す角度θは、比較的小さい。
【００６４】
図１０は、導風板３７の引き込み面３７１を、上向きに凸となった曲面によって構成した例である。図１０の構成例では、引き込み面３７１の上流端から下流端までの全域に亘って、同じ曲率半径の曲面によって構成している。引き込み面３７１を曲面によって構成したときに、引き込み面３７１と、走行風の主流方向との成す角度θは、引き込み面３７１における各位置の接線（図１０の破線参照）と、走行風の主流方向との成す角度θによって定義すればよい。この定義では、角度θは、導風板３７の上流側では相対的に小さく、下流側では相対的に大きくなる。従って、導風板３７の下流側では、走行風の流れが、引き込み面３７１から剥離する場合がある。
【００６５】
引き込み面３７１を曲面によって構成する場合、導風板３７の上流側に、少なくとも角度θが比較的小さい範囲に収まる非剥離領域Ｒを設ける。こうすることで、機器２３の上面に沿って流れる走行風は、非剥離領域Ｒにおいて、引き込み面３７１に沿って流れるようになり、導風板３７は、走行風の流れ方向を、走行風導入部１１０に向かって偏向させることができる。
【００６６】
引き込み面３７１を曲面によって構成した導風板３７は、図１０に破線で示すように、非剥離領域Ｒの延長線４が、走行風導入部１１０に交差する。引き込み面３７１が曲面であると、導風板３７の引き込み面３７１と走行風の主流方向との成す角度θが、徐々に大きくなるから、剥離を抑制しつつ、引き込み面３７１の角度を、平面状の引き込み面よりも大きくすることが可能になる。その結果、図１０の構成例は、熱交換器１１と機器２３との間隔Ｌが比較的狭いが、引き込み面３７１を曲面によって構成すると、導風板３７の下流端を、走行風導入部１１０に対し、相対的に下方に位置づけることが可能になる。引き込み面３７１を曲面によって構成することにより、熱交換器１１と機器２３との間隔Ｌが比較的狭いときに、走行風導入部１１０において走行風が流入する範囲を広げることが可能になる。
【００６７】
尚、図１０の構成例では、引き込み面３７１を構成する曲面の曲率半径を、上流端から下流端までの全域に亘って一定にしているが、曲率半径を、上流端から下流端までの間で変更するように構成してもよい。例えば引き込み面３７１の途中において剥離が生じないように、曲率半径を変更してもよい。
【００６８】
図１１は、導風板３８の引き込み面３８１を、曲面と平面とによって構成した例を示している。具体的に、導風板３８の上流側は、引き込み面３８１を所定の曲率半径の曲面によって構成している。少なくともこの部分が非剥離領域Ｒを構成する。導風板３８の下流側は、曲面に滑らかにつながる平面によって構成している。この構成では、剥離を抑えつつ、引き込み面３８１と、走行風の主流方向との成す角度θが大きくなりすぎないため、走行風は、導風板３の上流から下流までの、ほぼ全域に亘って、引き込み面３８１に沿うように流れる。また、剥離が生じない引き込み面の角度θを維持しながら、引き込み面３８１が熱交換器１１の下端に向かって延びることで、剥離を抑えつつ、走行風導入部１１０の広い範囲に、走行風を導くことができる。
【００６９】
尚、図１１の構成例では、引き込み面３８１の上流側を曲面とし、引き込み面３８１の下流側を平面としているが、これとは逆に、引き込み面３８１の上流側を平面とし、引き込み面３８１の下流側を曲面としてもよい。
【００７０】
（角度θと熱交換器の放熱量との関係）
次に、導風板３の形状及び配置に関して行った解析結果について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、導風板３の引き込み面と、走行風の主流方向との成す角度θを変更したときの、熱交換器１１の放熱量の変化を示している。導風板３の引き込み面は平面である。導風板３は、機器２３から走行風導入部１１０までの間に亘って伸びている。
【００７１】
図１２の白丸は、図３に示すように、熱交換器１１と機器２３との間隔Ｌが広いときの結果であり、図１２の白四角は、図５に示すように、熱交換器１１と機器２３との間隔Ｌが狭いときの結果であり、図１２の白三角は、熱交換器１１と機器２３との間隔Ｌが、図５よりも狭いときの結果である。
【００７２】
図１２の結果から、間隔Ｌが広い方が、熱交換器１１内を通り抜ける走行風の流量が増えるため、放熱量が多くなる。つまり、熱交換器１１の放熱性能が高まる。
【００７３】
同じ間隔Ｌで、角度θの大小を比較したときには、所定の角度範囲で、放熱量が多くなり、その所定の角度範囲を下回るとき、及び、上回るときのそれぞれで、放熱量が少なくなっている。角度θが大きくなりすぎると、前述したように、走行風が、導風板３の引き込み面から剥離してしまい、走行風の引き込み効果が得られなくなるため、熱交換器１１の放熱量が低下すると考えられる。
【００７４】
また、角度θが小さくなりすぎると、走行風は導風板３の引き込み面に沿って流れるものの、導風板３の下流端が、熱交換器１１の走行風導入部１１０における上端部に位置するようになり、熱交換器１１内を通り抜ける走行風の流量が増えずに、熱交換器１１の放熱量が低下すると考えられる。
【００７５】
この特性は、熱交換器１１と機器２３との間隔Ｌの大きさが変わっても同様であり、図１２の実験結果から、導風板３の引き込み面と、走行風の主流方向との成す角度θは、矢印で示す、２０°以上３７°以下であることが好ましい。
【００７６】
（他の構成例）
尚、図３〜図１１それぞれの構成例において示された導風板３１〜３８の特徴は、可能な範囲で互いに組み合わせてもよい。
【００７７】
また、導風板３は、機器２３の後端部の上端縁部から下向きに傾斜する構成に限らない。例えば図１３は、熱交換器システム１の変形例を示している。図１３は、熱交換器システム１を上から見た図である。この熱交換器システム１は、導風板３９を２つ備えている。各導風板３９の上流端部は、機器２３の後端部の両側縁部それぞれに取り付けられている。各導風板３９は、その上流端部から、熱交換器１１の走行風導入部１１０の中央に向かって、水平方向に傾斜している。導風板３９の引き込み面３９１と、走行風の主流方向との成す角度θは、前記と同様に、比較的小さい角度に設定されている。引き込み面３９１の延長線（図示省略）は、走行風導入部１１０に交差する。
【００７８】
角度θが小さいため、機器２３の側面に沿って流れる走行風は、導風板３１の上流端から引き込み面３９１に沿うように流れる。走行風の流れは、機器２３の下流側において、各導風板３９によって熱交換器１１の走行風導入部１１０の中央に向かうように、偏向される。
【００７９】
走行風は、走行風導入部１１０を介して熱交換器１１内に導入され、熱交換器１１内を通り抜ける。導風板３９の引き込み効果によって、機器２３の背後に位置する熱交換器１１を通り抜ける走行風の流量が増えて、熱交換器１１の放熱性能を向上させることができる。
【００８０】
尚、熱交換器システム１は、図１３に示す導風板３９と、図３〜図１１に示す各導風板３１〜３８とを組み合わせてもよい。
【００８１】
ここに開示する熱交換器システム１は、鉄道車両９の天井の上に設置されるシステムに限らず、鉄道車両９の床下に設定される熱交換器システムに適用してもよい。
【００８２】
また、熱交換器システム１が搭載される車両は、新幹線、在来線（私鉄線を含む）、及び地下鉄線等の鉄道車両に限定されず、例えばモノレールや路面電車等の軌道上を走行する車両や、乗用車、バス、トラック等の無軌道の車両に搭載してもよい。加えて、熱交換器の冷却対象流体も絶縁油に限定されず、様々な流体を走行風によって冷却させることが可能である。
【００８３】
また、熱交換器システム１に適用可能な熱交換器の構成も、特定の構成に限定されない。
【符号の説明】
【００８４】
１  熱交換器システム
１１  熱交換器
１１０  走行風導入部
２３  機器（構造物）
３  導風板
３１〜３９  導風板
３１１〜３９１  引き込み面
４  延長線
９  鉄道車両（車両）
Ｒ  非剥離領域
【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】
2018043611.tif 000008
【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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