(57)【要約】  鉄道車両（１）は、電力変換装置（１０）と、流体を含む冷却回路（１５）とを備え、冷却回路は電力変換装置（１０）と熱的に接続され、かつ、冷却回路は、電力変換装置（１０）からの熱エネルギーを周囲の空気中に放散するための少なくとも１の熱交換器（２０，２１）を有し、鉄道車両（１）の少なくとも１の側壁（３０，３１）は、少なくとも１の開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）を含み、少なくとも１の熱交換器（２０，２１）は、鉄道車両（１）の動きによって引き起こされ、少なくとも１の開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）を通る気流によって冷却されるように配置され、少なくとも１の熱交換器（２０，２１）および少なくとも１の開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は、鉄道車両（１）の屋根の階層に設けられている。さらに、鉄道車両の屋根の階層に設けられた電力変換装置のためのそれぞれの冷却方法が提供される。
2021501090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両であって、
電力変換装置（１０）と、
流体を含む冷却回路（１５）とを備え、
前記冷却回路は前記電力変換装置（１０）と熱的に接続され、かつ、前記冷却回路は、前記電力変換装置（１０）からの熱エネルギーを周囲の空気中に放散するための少なくとも１の熱交換器（２０，２１）を有し、
前記鉄道車両（１）の少なくとも１の側壁（３０，３１）は、少なくとも１の開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）を含み、
前記少なくとも１の熱交換器（２０，２１）は、前記鉄道車両（１）の動きによって引き起こされ、前記少なくとも１の開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）を通る気流によって冷却されるように配置され、
前記少なくとも１の熱交換器（２０，２１）および前記少なくとも１の開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は、前記鉄道車両（１）の屋根の階層に設けられている、鉄道車両（１）。
【請求項２】
前記少なくとも１の側壁（３０，３１）は、前記気流の入口としての第１開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）と、前記気流の出口としての第２開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）とを有し、前記熱交換器（２０，２１）は前記第１開口部と前記第２開口部との間に設けられているか、または、
前記少なくとも１の開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は、前記気流の入口開口部および出口開口部の両方とし機能するか、または、
入口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は第１側壁（３０，３１）に設けられ、出口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は前記第１側壁の反対側の第２側壁（３０，３１）に設けられ、前記入口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）および前記出口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は前記鉄道車両（１）の端部に対して異なる距離に配置されるか、または、
少なくとも１の入口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は第１側壁（３０，３１）に設けられ、任意選択的に少なくとも１の入口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は前記第１側壁の反対側の第２側壁（３０，３１）に設けられ、少なくとも１の出口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は前記電力変換装置（１０）の上方の領域であって、好ましくは、前記屋根の領域に取り付けられた前記電力変換装置（１０）の上を覆う壁を有さない形で設けられる、請求項１に記載の鉄道車両。
【請求項３】
前記側壁（３０，３１）の少なくとも１の開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）には、前記鉄道車両の内側に向かって延びる空気チャンネル（５０，５１，５２，５３）が続く、請求項１または請求項２に記載の鉄道車両。
【請求項４】
前記電力変換装置（１０）は、流体冷却変圧器、流体冷却モータ、流体冷却半導体スイッチング装置、またはこれらの装置を任意に組み合わせたものである、請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載の鉄道車両。
【請求項５】
前記流体は、アルカンと、ハロカーボンと、フルオロケトンと、特に天然エステルおよび／もしくは合成エステルまたはシリコンオイルまたは鉱油などの誘導性流体オイルと、水と、水および添加剤を含む流体とのうちの少なくとも１つである、請求項１〜請求項４のうちいずれか１項に記載の鉄道車両。
【請求項６】
前記冷却回路（１５）は、前記電力変換装置１０を前記熱交換器（２０，２１）に接続するチューブ（１６）を含み、
任意選択的に、前記冷却回路（１５）は、エバポレータ部（１７）、および前記熱交換器（１５）内に設けられたコンデンサー部（１８）を含み、２相冷却用に構成されている、請求項１〜請求項５のうちいずれか１項に記載の鉄道車両。
【請求項７】
前記熱交換器（２０，２１）は、冷却ファンおよび／またはチューブを含み、
任意選択的に、前記熱交換器（２０，２１）の少なくとも一部は、前記電力変換装置（１０）のハウジング（１１）の一部であるか、または当該ハウジングに取り付けられている、請求項１〜請求項６のうちいずれか１項に記載の鉄道車両。
【請求項８】
前記少なくとも１の入口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）および／または前記少なくとも１の出口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は、前記鉄道車両（１）と実質的に同じ高さに配置される、請求項１〜請求項７のうちいずれか１項に記載の鉄道車両。
【請求項９】
前記気流は、気流を閉じ込めおよび／または方向付けるように構成された少なくとも１の空気案内部材（６０）によって、前記鉄道車両（１）内の経路の少なくとも一部に案内される、請求項１〜請求項８のうちいずれか１項に記載の鉄道車両。
【請求項１０】
少なくとも１の開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）の少なくとも一部は、少なくとも１の可動部材（６５ａ，６５ｂ）によって能動的に開閉され得る、請求項１〜請求項９のうちいずれか１項に記載の鉄道車両。
【請求項１１】
制御ユニットと、
列車のデータネットワークおよび／または広域ネットワークといったデータネットワーク、任意選択的にインターネットに前記制御ユニットを接続するためのネットワークインターフェイスとをさらに備え、
前記制御ユニットは、前記データネットワークへのデジタル情報として、前記冷却回路に関する情報、前記電力変換装置に関する情報、任意選択に少なくとも１の可動部材（６５ａ，６５ｂ）に関する情報、および前記鉄道車両（１）のステータス情報のうちの少なくとも１つを送信するために前記ネットワークインターフェイスに動作可能に接続されており、
前記ネットワークインターフェイスは、好ましくは、前記制御ユニットと前記データネットワークとの間でデジタル信号／データを送受信するように構成され、
前記デジタル信号／データは、前記鉄道車両および／または前記電力変換装置および／または前記冷却回路および／または任意選択に前記可動部材に関する、前記データネットワークへの動作コマンドおよび／または情報を含む、請求項１〜請求項１０のうちいずれか１項に記載の鉄道車両。
【請求項１２】
鉄道車両（１）の屋根の階層に設けられた電力変換装置を冷却する方法（１００）であって、
前記鉄道車両（１）の側面から前記鉄道車両の少なくとも１の側壁（３０，３１）の少なくとも１の開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）を通して気流を導くことと、
前記電力変換装置（１０）に接続されており、流体を含む冷却回路（１５）の一部である熱交換器（２０，２１）に前記気流を導くことと、
少なくとも１の前記熱交換器（２０，２１）を介して前記電力変換装置（１０）からの熱エネルギーを前記気流に放散することと、
少なくとも１の開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）を介して前記気流を導くこととを含む方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１の側壁（３０，３１）は、前記気流の入口開口部としての第１開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）と、前記気流の出口としての第２開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）とを有し、前記熱交換器（２０，２１）は前記第１開口部と前記第２開口部との間に設けられているか、または、
前記少なくとも１の開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は、前記気流の入口開口部および出口開口部の両方として機能するか、または、
入口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は第１側壁（３０，３１）に設けられ、出口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は前記第１側壁の反対側の第２側壁（３０，３１）に設けられ、前記入口開口部および前記出口開口部は前記鉄道車両（１）の端部に対して異なる距離に配置されるか、または、
少なくとも１の入口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は第１側壁（３０，３１）に設けられ、任意選択的に少なくとも１の入口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は前記第１側壁の反対側の第２側壁に設けられ、少なくとも１の出口開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）は前記電力変換装置（１０）の上方の領域であって、好ましくは、前記屋根の領域に取り付けられた前記電力変換装置（１０）の上を覆う壁を有さない形で設けられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１の可動部材（６５a，６５ｂ）で少なくとも１の前記開口部（４０，４１，４５，４６，４７，４８）の少なくとも一部を能動的に開閉することをさらに含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記開閉は、前記鉄道車両（１）の移動方向、および前記鉄道車両（１）の移動速度の少なくとも１つに依存して実行される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本開示の態様は、鉄道車両の屋根の階層に設けられた冷却回路を備えた電力変換装置を有する鉄道車両および鉄道車両の屋根の階層に設けられた電力変換装置を冷却する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術
自然冷却される他の多くの変圧器タイプ（配電変圧器、電源変圧器など）とは対照的に、鉄道車両の牽引変圧器は、通常、巻線を強制的に液体冷却するためのポンプと、通常はオイルである冷却液を強制的に空冷するための熱交換器およびファンで構成される冷却システムとが必要である。
【０００３】
この違いの背後には、牽引変圧器は電車に埋め込まれているので、利用可能な体積と重量の制限があり、このため牽引変圧器には他のタイプの変圧器よりもはるかに高い電力密度が指定されているということがある。結果として、鉄芯および巻線の両方の大きさを小さくするために、より小さな鉄芯部分およびワイヤ部分が使用されている。鉄芯部分を減らすと、巻数が増えるためワイヤが長くなり、ワイヤの電流密度が高くなることと組み合わさって、変圧器の損失が大幅に増加する。牽引変圧器の典型的な効率は、９３−９５％である。したがって、そのような変圧器からかなりの量の熱を放散する必要があり、このことは同時に非常にコンパクトなフォームファクターを有する。
【０００４】
上記を考慮して、牽引変圧器を自然に冷却することはできないので、効率的な冷却を可能にするためには、冷却液、ポンプ、熱交換器、およびファンを含む積極的な冷却が通常必要となる。そのような冷却システムのアクティブな機械部品は、当然、変圧器よりも故障しがちである。コンパクトなフォームファクターを有していながら、かなりの量の熱エネルギーを生成し、そして、その結果、積極的な冷却を必要とする、たとえば、電気モータ用の半導体ベースのスイッチングユニットのような鉄道車両に採用される他の電力変換装置でも、同様の問題が生じる。
【０００５】
上記およびその他の理由を考慮して、本発明に対するニーズが存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
上記に鑑みて、請求項１に記載の鉄道車両、および請求項１２に記載の鉄道車両の屋根の階層に設けられた電力変換装置を冷却する方法が提供される。
【０００７】
第１の態様によれば、鉄道車両が提供される。鉄道車両は、電力変換装置と、流体を含む冷却回路とを含み、冷却回路は電力変換装置と熱的に接続され、かつ、冷却回路は、電力変換装置からの熱エネルギーを周囲の空気中に放散するための少なくとも１の熱交換器を有し、鉄道車両の少なくとも１の側壁は、少なくとも１の開口部を含み、少なくとも１の熱交換器は、鉄道車両の動きによって引き起こされ、少なくとも１の開口部を通る気流によって冷却されるように配置され、少なくとも１の熱交換器および少なくとも１の開口部は、鉄道車両の屋根の階層に設けられている。
【０００８】
第２の態様によれば、鉄道車両の屋根の階層に設けられた電力変換装置を冷却する方法が提供される。方法は、鉄道車両の側面から鉄道車両の少なくとも１の側壁の少なくとも１の開口部を通して気流を導くことと、電力変換装置に接続されており、流体を含む冷却回路の一部である熱交換器に気流を導くことと、少なくとも１の熱交換器を介して電力変換装置からの熱エネルギーを気流に放散することと、少なくとも１の開口部を介して気流を導くこととを含む。
【０００９】
本明細書で説明される実施形態と組み合わせることができる、さらなる利点、特徴、態様および詳細は、従属請求項、本明細書の説明および図面から明らかである。
【００１０】
図面の簡潔な説明
より詳細には、図を参照して以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態による鉄道車両の屋根部分の断面図を示す。
【図２】さらなる実施形態による鉄道車両の屋根部分の断面図を示す。
【図３】さらなる実施形態による鉄道車両の屋根部分の透視図を示す。
【図４】実施形態による鉄道車両の屋根部分の断面図を示す。
【図５】さらなる実施形態による鉄道車両の屋根部分の断面図を示す。
【図６Ａ】さらなる別の実施形態による鉄道車両の屋根部分の断面図を示す。
【図６Ｂ】さらなる他の実施形態による鉄道車両の屋根部分の断面図を示す。
【図７】さらなる実施形態による鉄道車両の屋根部分の断面図を示す。
【図８】実施形態による鉄道車両の側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の詳細な説明
本明細書で使用する場合、「流体」という用語は、気体および液体の両方を表すことを意図している。特に、いくつかの実施形態では、流体は、液体および気体の２つの異なる相状態を持つことができ、冷却プロセス中に、流体は、可逆的に相互に変化する。
【００１３】
以下では、本発明のいくつかの態様を詳細に説明する。態様および態様の一部は、互いに独立しており、任意の方法で組み合わせることができる。たとえば、この書類上に記載されている任意の態様または実施形態は、達成された組合せが技術的に実施可能である限り、または、反対の言及がない限り、他の任意の態様または実施形態と組み合わせることができる。一般に、実施形態では、電力変換装置、および熱交換器を有する冷却回路の上に閉じた屋根または開口部を有する屋根があってもよく、また、屋根を閉じて、側壁の開口部が、冷却回路、熱交換器、および電力変換装置に空気が到達できる唯一の開口部になるようにしてもよい。
【００１４】
一態様によれば、鉄道車両において、少なくとも１の側壁は、気流の入口としての第１開口部と、気流の出口としての第２の開口部とを有し、熱交換器は第１開口部と第２開口部との間に設けられているか、または、少なくとも１の開口部は、気流の入口開口部および出口開口部の両方として機能するか、または、入口開口部は第１側壁に設けられ、出口開口部は第１側壁の反対側の第２側壁に設けられ、入口開口部および出口開口部は、鉄道車両の端部に対して異なる距離に配置されるか、または、少なくとも１の入口開口部が第１側壁に設けられ、任意選択的に少なくとも１の入口開口部が第１側壁の反対側の第２側壁に設けられ、少なくとも１の出口開口部は電力変換装置の上方の領域であって、好ましくは、屋根の領域に取り付けられた電力変換装置の上を覆う壁を有さない形で設けられる。
【００１５】
一態様によれば、側壁の少なくとも１の開口部には、鉄道車両の内側に向かって延びる空気チャンネルが続く。
【００１６】
一態様によれば、電力変換装置は、流体冷却変圧器、流体冷却モータ、流体冷却半導体スイッチング装置、またはこれらの装置を任意に組み合わせたものである。
【００１７】
一態様によれば、流体は、アルカンと、ハロカーボンと、フルオロケトンと、天然エステルおよび／もしくは合成エステルまたはシリコンオイルまたは鉱油などの誘導性流体オイルと、水と、水および添加剤を含む流体とのうちの少なくとも１つである。
【００１８】
一態様によれば、冷却回路は、電力変換装置を熱交換機に接続するチューブを含み、そして、任意選択的に、冷却回路は、エバポレーター、および熱交換器内に設けられたコンデンサーを含み、２相冷却用に構成されている。
【００１９】
一態様によれば、熱交換器は、冷却ファンおよび／またはチューブを含み、そして、任意選択的に、熱交換器の少なくとも一部は、電力変換装置のハウジングの一部であるか、または、ハウジングに取り付けられている。
【００２０】
一態様によれば、少なくとも１の入口開口部および／または少なくとも１の出口開口部は、鉄道車両と実質的に同じ高さに配置される。
【００２１】
一態様によれば、気流は、気流を閉じ込めおよび／または方向付けるように構成された空気案内部材によって、鉄道車両内の経路の少なくとも一部に案内される。
【００２２】
一態様によれば、少なくとも１の開口部の少なくとも一部は、少なくとも１の可動部材によって能動的に開閉され得る。
【００２３】
一態様によれば、電力変換装置を冷却する方法は、少なくとも１の側壁が、気流の入口開口部としての第１開口部と、気流の出口としての第２の開口部とを有し、熱交換器が第１の開口部と第２の開口部との間に設けられているか、または、少なくとも１の開口部が、気流の入口開口部および出口開口部の両方として機能するか、または、入口開口部が第１側壁に設けられ、出口開口部が第１側壁の反対側の第２側壁に設けられ、入口開口部および出口開口部が鉄道車両の端部に対して異なる距離に配置されるか、または、少なくとも１の入口開口部が第１側壁に設けられ、任意選択的に少なくとも１の入口開口部が第１側壁の反対側の第２の側壁に設けられ、少なくとも１の出口開口部が電力変換装置の上方の領域であって、好ましくは、屋根の領域に取り付けられた電力変換装置の上を覆う壁を有さない形で設けられることを含む。
【００２４】
一態様によれば、方法は、可動部材で少なくとも１の開口部の少なくとも一部を能動的に開閉することをさらに含む。一態様によれば、開閉は、鉄道車両の移動方向および鉄道車両の移動速度の少なくとも１つに依存して実行される。
【００２５】
次に、デジタル技術およびネットワークインテグレーションに関するいくつかの態様について説明する。一態様によれば、鉄道車両は、鉄道車両を鉄道車両内のデータネットワークおよび／または特にグローバルデータネットワークに接続するためのネットワークインターフェイスをさらに含み得る。データネットワークは、インターネットのようなＴＣＰ／ＩＰネットワークであってもよい。鉄道車両であって特に鉄道車両に含まれる制御ユニットは、列車内のデータネットワークおよび／またはグローバルデータネットワークから受け取ったコマンドを実行するためにネットワークインターフェイスに動作可能に接続され得る。コマンドは、冷却システムを態様に記載されているように制御し、たとえば気流を制御する制御部材を動かすことによって、冷却システムのパラメータを変更するなどのタスクを実行するための制御コマンドを含み得る。この場合、装置／コントローラは、制御コマンドに応答してタスクを実行するように構成されている。コマンドは、データ要求を含み得る。データ要求に応答して、または事前の要求なしに、装置は、測定情報（たとえば、電力変換装置内、冷却回路内または冷却回路上の少なくとも１のセンサによって測定された温度を含む測定レポート）をネットワークインターフェイスに送信するように構成されてもよく、ネットワークインターフェイスは、このとき、列車内のネットワークおよび／またはグローバルネットワークを介して測定情報を送信するように構成される。測定情報は、好ましくは、デジタル情報としてネットワークを介して送信される。コマンドは、アップデート用のデータを含むアップデートコマンドを含み得る。この場合、制御ユニットは、アップデートコマンドに応答してアップデートを開始し、アップデート用のデータを使用するように構成される。したがって、制御ユニットおよび／または鉄道車両は、データネットワークを介して部分的にまたは完全にアクセス可能であってもよい。
【００２６】
データネットワークは、ＬＡＮ，ＷＡＮまたはインターネットのようなＴＣＰ／ＩＰを用いたＥｔｈｅｒｎｅｔネットワークであってもよい。データネットワークは、ＧＳＭ（登録商標），ＧＰＲＳ，３Ｇ，４Ｇ／ＬＴＥ，または５Ｇなどのセルラーネットワークも含み得る。データネットワークは、クラウドのような分散型のストレージユニットを含み得る。アプリケーションに応じて、クラウドは、パブリック、プライベート、ハイブリッド、またはコミュニティクラウドの形式にできる。
【００２７】
列車データネットワークまたはグローバルデータネットワークを介して送受信され得る情報は、特に、冷却回路、電力変換装置、任意選択的に可動部材、および他の鉄道車両のステータス情報に関する測定データおよびセンサデータを含み得る。温度、電力変換装置の電力量、外気温、鉄道車両の移動方向、および鉄道車両の移動速度のようなパラメータに通常は依存して、気流を制御するために可動部材を動かすことなどによって、冷却回路のパラメータを変更するために、グローバルデータネットワークまたは列車データネットワークからの制御コマンドは制御ユニットに送信され得る。
【００２８】
図および例示的な実施形態の詳細な説明
図面に関しては、前述の実施形態または図面と異なる部分のみが明示的に言及／説明されている。「開口部」という用語に関して、本明細書で説明される態様および実施形態に関して説明される様々な開口部は、構造的に類似または同等である一方、それらは異なる機能および役割有していてもよいことが理解される。いくつかの実施形態において、開口部は、車両の移動方向とは無関係に、常に入口開口部であり、同時に出口開口部であるが、他の開口部は、たとえば、移動方向に応じて、異なる機能（入口、または出口）を有し得る。開口部は、概して、参照符号４０，４１，４５，４６，４７，４８で示され、特定の実施形態における役割は、それぞれ、上記のように、「第１開口部」、「第２開口部」、「入口開口部」および「出口開口部」などの用語で説明されているが、個々の開口部の機能および役割が潜在的に変化する可能性があるため、これらの用語は制限とみなしてはならない。概して、熱交換器は、通常、冷たい気流が少なくとも部分的にまたは全体的に、熱交換器の本体を通過するように構成される。
【００２９】
図１は、実施形態による鉄道車両１の屋根部分／部の上面図を示し、左から右に向かって伸びている。車両は、電力変換装置１０を有し、電力変換装置１０は、実施形態においては変圧器である。電力変換装置１０のための冷却回路１５（破線で囲まれている）は、流体を含む。冷却回路は電力変換装置１０と熱的に接続されており、かつ、冷却回路は、電力変換装置からの熱エネルギーを周囲の空気中に放散するための２つの熱交換器２０，２１を備える。実施形態において、電力変換装置１０と熱交換器２０，２１とを流体的に接続するためにチューブ１６が設けられている。また、本明細書で説明する他の実施形態において、特に、熱交換器２０，２１が電力変換装置１０に直接隣接していない場合に、チューブ１６は使用される。これらのチューブは、ほとんどの図面において図示の目的のためには省略されている。鉄道車両１の対向する側壁３０，３１には、開口部４０，４１が設けられている。車両の両側には、開口部４０，４１のそれぞれを通る気流によって冷却されるように熱交換器２０，２１が配置される。気流は、運転中の鉄道車両１の動きによって引き起こされる。図１において、各開口部４０，４１は、空気の入口および出口として機能する。熱交換器２０，２１は、開口部４０，４１を通る気流が熱交換器２０，２１を冷却するように配置される。
【００３０】
熱交換器２０，２１および開口部４０，４１は、鉄道車両１の屋根の階層に設けられる。熱交換器２０，２１を介して、電力変換装置１０からの熱エネルギーが気流、すなわち車両の周囲の空気中に放散される。これにより、熱交換器２０，２１は、気流によって冷却される。
【００３１】
特定の種類の鉄道車両は、電力変換装置１０および熱交換器２０，２１が鉄道車両１の屋根の階層に取り付けられることを必要とする。鉄道車両１の屋根の階層に設けられた熱交換器２０，２１を有することで、鉄道車両１の床下の階層に設けられた熱交換器２０，２１を有する場合に比較して、冷却性能のいくつかが改善される。たとえば、床下の階層に設けられた熱交換器２０，２１は、床下の階層によくある破片により破損する虞があり、このような破損を避けるために追加の保護を必要とする。さらに、床下の階層で熱交換器２０，２１に利用可能な気流は、通常、鉄道車両の台車などの床下の階層の他の構成要素によって引き起こされる厚みのある境界層で乱流になり、熱交換器の冷却機能が低下する。
【００３２】
対照的に、屋根の階層に設けられた熱交換器２０，２１を有する鉄道車両は、床下の階層に設けられた熱交換器２０，２１を有するものと比べていくつかの利点を有する。多くの鉄道車両において、空気力学および審美的な理由から車両の長さに沿って屋根の階層にサイドスカートがすでに存在するが、そのようなサイドスカートが存在する頻度は、床下の階層でははるかに低くなる。さらに、そのようなサイドスカートを車両の全長に沿って床下の階層に取り付けることは通常、不可能である。車両の長さに沿って設けられた屋根の階層のサイドスカートは、乱流が少なく、薄い境界層の均一な流れを提供し、鉄道車両の屋根の階層に設けられた熱交換器２０，２１の冷却を改善する環境を提供する。さらに、改善された冷却機能は、熱交換器２０，２１を冷却するために使用される開口部をより小さくすることを可能にし、これにより鉄道車両の空力抵抗を低減する。
【００３３】
一般に、本明細書で説明する実施形態において、電力変換装置１０は、図１のような流体冷却変圧器、流体冷却モーター、流体冷却半導体スイッチング装置、またはこれらの装置を任意に組み合わせたものであってもよい。
【００３４】
一般に、実施形態において、冷却回路１５の流体は、例示したものに限定されないが、アルカン、ハロカーボン、フルオロケトン、または、特に天然エステルおよび／または合成エステルまたはシリコン油または鉱油などの誘電性流体油であってもよい。さらに、流体は、水、脱イオン水、または、水と、たとえばグリコールといった凍結防止剤などの追加の成分または添加物とを含む流体であってもよい。
【００３５】
一般に、実施形態において、少なくとも１の熱交換器２０，２１は、冷却ファンおよび／またはチューブ（図示せず）を含み得る。任意選択的に、熱交換器２０，２１の少なくとも一部は、電力変換装置１０のハウジング１１に取り付けられていてもよく、または、熱交換器は、ハウジング１１の一部であってもよい。いくつかの実施形態において、ハウジング１１自体が熱交換器として機能し得る。
【００３６】
一般に、本明細書で説明される開口部４０，４１，４５，４６，４７，４８は、図８も参照して、実質的に、鉄道車両１と同じ高さで屋根の階層／部分Ａ−Ａに配置される。
【００３７】
図２には、さらなる実施形態による鉄道車両１が示される。そこでは、気流のための入口開口部４５が第１側壁３０に設けられ、出口開口部４６が第１側壁３０の反対側の第２側壁３１に設けられる。これにより、入口開口部と出口開口部とが鉄道車両１の端部に対して異なる距離に配置され、車両の前後方向軸に対して斜めの気流が生じる。気流は、気流を閉じ込めおよび／または方向付けるように構成された空気案内部材６０によって、鉄道車両１内の経路の少なくとも一部に案内される。これらは、本明細書に記載される他の実施形態と組み合わされてもよい。
【００３８】
図３は、さらなる実施形態による鉄道車両を示し、各側壁３０，３１には、２つの開口部が設けられている。したがって、１の側壁３０は、気流の入口としての第１開口部４５および気流の出口としての第２開口部４６を有し（車両が移動方向を変えると逆転し得る）、熱交換器２０は第１開口部４５と第２開口部４６との間に設けられ、反対側においては入口開口部４７と出口開口部４８との間に設けられる。
【００３９】
図４は、変圧器１０と熱交換器２０とを車両１の前後方向に並べて配置された実施形態を示す。各側壁３０，３１には、２つの開口部４５，４６，４７，４８が設けられている。移動方向に応じて、側壁３０，３１の一方の開口部のみが入口開口部として機能し、それぞれの反対側の開口部が出口開口部として機能し、逆も同様である（各側壁３１，３１での気流方向は、図５と同様に、この側の開口部が入口開口部として機能する移動方向を示している）。前の実施形態に示されている開口部に加えて、それぞれが空気案内部材６０と組み合わされ、限られた空気チャンネル５０，５１，５２，５３は開口部から鉄道車両の内側に向かって延びるように設けられ、これらは他の実施形態と組み合わされてもよい。
【００４０】
図５Ａには、図４Ａの実施形態と同様の実施形態が示されており、１の電力変換装置１０に２つの熱交換器２０，２１が設けられている。車両の移動方向に応じて、２つの熱交換器のいずれかが一方の熱交換器よりも強い気流にさらされる。
【００４１】
図６Ａには、同じ側壁３０に設けられた２つの開口部４５，４６が、それぞれ入口開口部および出口開口部として機能する実施形態が示されている。これにより、熱交換器２０は、開口部４５，４６の間の気流内に配置される。この場合、本明細書においては変圧器として例示的に示されている電力変換装置１０は、メインの気流中にない。冷却回路は、開口部４５，４６の間の気流の空気中に、電力変換装置１０からの熱エネルギーを放散するための少なくとも１の熱交換器２０を備える。開口部４５，４６は、いずれも鉄道車両１の１の側壁３０に設けれている。気流は、鉄道車両１の運転中の動きによって引き起こされる。車両の移動方向が変化すると、開口部４５，４６は、気流の入口および気流の出口としての役割を変える。これにより、両移動方向において、電力変換装置１０からの熱エネルギーは、冷却回路内の流体および熱交換器２０を介して鉄道車両１の外の空気中に放散される。
【００４２】
図６Ｂは、図６Ａの実施形態と同様の実施形態を示すが、反対側の側壁３１に開口部４７，４８をさらに備え、変圧器１０にさらなる気流を提供する。変圧器は、たとえば、気流への熱伝達をよくするために、ハウジング１１上に冷却ファンまたはチューブなどを備え得る。
【００４３】
図７において、図６Ａの実施形態に基づく実施形態が示されているが、２つの電力変換装置１０，１０ｂ、たとえば、変圧器および半導体スイッチングユニット、を有する。これらは、チューブ（図示せず）を介して、開口部４５，４６の間の気流中に設けられた２つの熱交換器２０，２１に接続される。他の数の電力変換装置１０およびそれらの組合せも、他の数の熱交換器２０，２１と組み合わせ得ることが理解される。また、実施形態によれば、図７のような１の気流／空気の流れ、または図６Ｂのような複数の空気の流れを用いることができる。本明細書で説明する実施形態において、図７に例示的に示すように、少なくとも１の開口部４０，４１，４５，４６，４７，４８の少なくとも一部は、少なくとも１の可動部材６５ａ，６５ｂで能動的に開閉され得る。一般的に、実施形態において、少なくとも１の開口部４０，４１，４５，４６，４７，４８の少なくとも一部は、少なくとも１の可動部材６５ａ，６５ｂによって能動的に開閉され得る。開閉は、通常、制御ユニットによって制御され、鉄道車両１の移動方向および鉄道車両１の移動速度の少なくとも１つに依存して実行される。
【００４４】
図８は、本明細書に記載された実施形態による鉄道車両１を示し、線Ａ−Ａによって屋根の階層が例示的に示され、例示的および非限定的に、屋根の階層に２つの開口部４５，４６を有する。一般的に、本明細書で説明された全ての実施形態は、屋根の階層Ａ−Ａで実現され得る。さらに、開口部は、屋根の階層と床下の階層Ｂ−Ｂとの間の任意の高さに設けることもでき、熱交換器および電力変換装置のような様々な構成要素も、互いに対して異なる高さに配置してもよい。
【００４５】
本発明の様々な実施形態の特定の特徴は、いくつかの図面に示され、他の図面に示されない場合があるが、これは便宜上のものに過ぎない。本発明の原理に従って、図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求され得る。
【００４６】
本記載による説明は、例を使用して、ベストモードを含めて本発明を開示し、また、任意の装置またはシステムを作成および使用すること、および組み込まれた方法を実行することを含めて、当業者が本発明を実施できるようにする。以上、様々な特定の実施形態が開示されてきたが、当業者は、特許請求の範囲の要旨および範囲は同等の効果的な修正を可能にすることを認めるだろう。特に、上述の実施形態の相互に非排他的な特徴を互いに組み合わせることができる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつくほかの例を含み得る。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有している場合、または、特許請求の範囲の文言との相違点が非実質的な、同等の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることを意図する。
【図１】
2021501090.tif 000003
【図２】
2021501090.tif 000004
【図３】
2021501090.tif 000005
【図４】
2021501090.tif 000006
【図５】
2021501090.tif 000007
【図６Ａ】
2021501090.tif 000008
【図６Ｂ】
2021501090.tif 000009
【図７】
2021501090.tif 000010
【図８】
2021501090.tif 000011
【国際調査報告】
2021501090.tif 000012
2021501090.tif 000013
2021501090.tif 000014