(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の床下に取付けられた半導体装置の側面に車両進行方向に沿って複数個の冷却器を並べて配置し、前記半導体装置からの熱を前記各々の冷却器の放熱フィンから放熱する車両用半導体装置の冷却装置において、前記鉄道車両が走行したとき前記複数個の冷却器のうち両端部の冷却器に対面する走行風を前記複数個の冷却器の放熱フィンの上方に集めて流すように前記複数個の冷却器の両端部の冷却器から傾斜した整風板を設けたことを特徴とする車両用半導体装置の冷却装置。
【請求項２】
鉄道車両の床下に取付けられた半導体装置の側面に車両進行方向に沿って複数個の冷却器を並べて配置し、前記半導体装置からの熱を前記各々の冷却器の放熱フィンから放熱する車両用半導体装置の冷却装置において、
前記鉄道車両が走行したとき前記複数個の冷却器のうち両端部の冷却器に対面する走行風を前記複数個の冷却器の放熱フィンの上方に集めて流すダクトと、前記ダクトに設けられ前記複数個の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風を前記ダクト内に取り込むための開口部とを設けたことを特徴とする車両用半導体装置の冷却装置。
【請求項３】
鉄道車両の床下に取付けられた半導体装置の側面に車両進行方向に沿って複数個の冷却器を並べて配置し、前記半導体装置からの熱を前記各々の冷却器の放熱フィンから放熱する車両用半導体装置の冷却装置において、前記鉄道車両が走行したとき走行風の大きさに応じた開度で開き前記複数個の冷却器の放熱フィンに走行風を流す扉を設けたことを特徴とする車両用半導体装置の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用の床下に取り付けられた半導体装置を冷却する車両用半導体装置の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鉄道車両の床下には、鉄道車両の駆動用あるいは補助電源用の電力を供給するための半導体装置が取り付けられており、半導体装置から発生する熱を冷却装置により大気へ放散するようにしている。
【０００３】
図６は、従来の車両用半導体装置の冷却装置を車両の後部から見た説明図であり、図６（ａ）は車両の後部から見た平面図、図６（ｂ）は車両の後部から見た熱の流れの説明図である。図６（ａ）に示すように、冷却装置は、受熱板４、ヒートパイプ５、放熱フィン６からなる冷却器１で構成される。この冷却器１は後述するように複数個のものが列車の進行方向に並んで配置される。図６（ａ）では車両の後部から見た場合であるので、１個の冷却器１が示されている。
【０００４】
車両２の床下に設けられた半導体装置３からの熱は冷却器１の受熱板４で受熱され、ヒートパイプ５により受熱板４から放熱フィン６に熱輸送が行われる。複数枚の放熱フィン６は所定の間隔でヒートパイプ５に設置されている。この冷却器１は、それぞれの放熱フィン６が半導体装置３の取り付く受熱板４とヒートパイプ５とにより接続されたヒートパイプ式冷却器であり、冷却器１を車体側方側へ突出させて構成されている。
【０００５】
図６（ｂ）に示すように、半導体装置３内の半導体素子７で発生した熱は、図中の矢印方向に流れる。つまり、冷却器１の受熱板４を介してヒートパイプ５により各々の放熱フィン６に熱伝達されて、放熱フィン６から空気に熱を伝達し、この結果温度が高くなった空気を放散することで冷却を行う。
【０００６】
図７は、従来の車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た説明図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は側面図である。図７（ａ）に示すように、冷却装置は、複数個の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃを車両進行方向に並んで配置して構成されている。
【０００７】
従って、冷却装置の各々の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃには、車両の走行によって図７（ｂ）に示すように走行風８が当たることになる。走行風８が各々の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃの放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃを通過して行くと、各々の放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃからの放熱により、走行風８の温度は徐々に上昇して行く。この様な温度の上昇を、以後熱あおりと言う。走行風８の風速が低い時には熱あおりは大きくなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、無風状態や自然冷却の条件で製作した冷却器１では、この熱あおりが大きくなると進行方向後段の冷却器１ｃの周囲温度が高くなり、半導体装置３の半導体素子７の温度は無風状態よりも高くなることがあり得る。この熱あおりを充分に考慮するには、冷却器１に、より熱性能の良いものを使うことが必要になり、小型化、軽量化、コストの面で不利になる。
【０００９】
このように、車両の走行風が低い時には、下流側の冷却器１ｂ、１ｃの放熱フィン６ｂ、６ｃは、上流側の熱あおりを受けるため、走行風８が放熱フイン６ｂ、６ｃ部分に流入しない様にするのが好ましい。一方、冷却風風速が大きい時には、熱あおりの値は小さくなり、放熱フィン６ｂの熱性能は向上するので、冷却性能は総合的には向上する。この観点からは走行風８を積極的に取り込むのが得策である。
【００１０】
従来の冷却装置では、走行風８の風速にあわせて走行風８を最適に利用する方策が不十分であり、走行風８で冷却することで機能する冷却装置であっても、車両の低速走行時には熱あおりにより却って逆効果になっている場合がある。
【００１１】
本発明の目的は、走行風の取り入れを最適とし冷却効率を高めた車両用半導体装置の冷却装置を得ることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わる車両用半導体装置の冷却装置は、鉄道車両の床下に取付けられた半導体装置の側面に車両進行方向に沿って複数個の冷却器を並べて配置し、前記半導体装置からの熱を前記各々の冷却器の放熱フィンから放熱する車両用半導体装置の冷却装置において、前記鉄道車両が走行したとき前記複数個の冷却器のうち両端部の冷却器に対面する走行風を前記複数個の冷却器の放熱フィンの上方に集めて流すように前記複数個の冷却器の両端部の冷却器から傾斜した整風板を設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明に係わる車両用半導体装置の冷却装置では、複数個の冷却器のうちの両端部の冷却器に傾斜して設けられた整風板は、鉄道車両が走行したとき
複数個の冷却器のうち両端部の冷却器に対面する走行風を複数個の冷却器の放熱フィンの上方に集めて流す。また、複数個の各々の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風は、放熱フィンの上方の走行風と合流して流れる。これにより、後段の冷却器の放熱フィンに前段の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風が流れ込むことがなくなり、冷却効率が向上する。
【００１４】
請求項２の発明に係わる車両用半導体装置の冷却装置は、鉄道車両の床下に取付けられた半導体装置の側面に車両進行方向に沿って複数個の冷却器を並べて配置し、前記半導体装置からの熱を前記各々の冷却器の放熱フィンから放熱する車両用半導体装置の冷却装置において、前記鉄道車両が走行したとき前記複数個の冷却器のうち両端部の冷却器に対面する走行風を前記複数個の冷却器の放熱フィンの上方に集めて流すダクトと、前記ダクトに設けられ前記複数個の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風を前記ダクト内に取り込むための開口部とを設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明に係わる車両用半導体装置の冷却装置では、ダクトは、鉄道車両が走行したとき複数個の冷却器のうち両端部の冷却器に対面する走行風を複数個の冷却器の放熱フィンの上方に集めて流す。また、複数個の各々の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風は、開口部を通してダクト内に流れ込む。これにより、後段の冷却器の放熱フィンに前段の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風が流れ込むことがなくなり、冷却効率が向上する。
【００１６】
請求項３の発明に係わる車両用半導体装置の冷却装置は、鉄道車両の床下に取付けられた半導体装置の側面に車両進行方向に沿って複数個の冷却器を並べて配置し、前記半導体装置からの熱を前記各々の冷却器の放熱フィンから放熱する車両用半導体装置の冷却装置において、前記鉄道車両が走行したとき走行風の大きさに応じた開度で開き前記複数個の冷却器の放熱フィンに走行風を流す扉を設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明に係わる車両用半導体装置の冷却装置では、鉄道車両が走行したとき、走行風の大きさに応じた開度で扉が開き、複数個の冷却器の放熱フィンに走行風を流す。走行風が大きいときには、その走行風を各々の冷却器の放熱フィンに流して熱あおりの値を小さくし、走行風が小さいときには走行風を各々の冷却器の放熱フィンに流すことを止めて熱あおりの発生を防ぐ。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置の斜視図である。冷却装置は複数個の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃを車両進行方向に並べて配置されている。そして、車両の進行方向の前後端に位置する冷却器１ａ、１ｃの進行方向外側に、走行風８の流れの向きを調整する整風板９が取り付けられている。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た説明図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、複数個の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃは車両進行方向に並んで配置されており、並んで配置された複数個の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃの放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃの車両進行方向外側、それぞれ整風板９が設けられている。この整風板９は、図２（ｂ）に示すように、両端部の冷却器１ａ、１ｃの放熱フィン６ａ、６ｃの上方に走行風８を流すように傾斜して取り付けられている。これにより、車両が走行したとき複数個の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃの放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃの上方に走行風が流れる。
【００２１】
すなわち、車両が走行したとすると、走行風８の流れの向きを調整する整風板９により、走行風８が各々の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃの放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃの上方に集められる。この集められた走行風８は、放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃの上部を流れる。そうすると放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃで熱交換された温度が高い空気は走行風８に引張られ、走行風８と合流して流れる。従って、放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃの下部より温度が低い新鮮な外気が取り入れられる。この作用は、走行風の強弱に拘わらず行われるので、上流側の放熱フィン６による熱あおりは発生しない。
【００２２】
この第１の実施の形態によれば、整風板９により走行風８を各々の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃの上方に流し、各々の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃの放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃに流さないので、上流側の放熱フィン６による熱あおり発生が防止でき冷却効率が向上する。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図３は本発明の第２の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置の斜視図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、整風板９に代えて、車両が走行したとき複数個の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃの上方に走行風８を流すダクト１０を設けたものであり、そのダクト１０には複数個の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃで熱交換された冷却風をダクト１０内に取り込むための開口部１１が設けられている。この開口部１１は放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃの投影面積程度の大きさである。
【００２４】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た一部切欠断面図である。図４に示すように、複数個の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃは車両進行方向に並んで配置されており、並んで配置された複数個の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃの放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃの上部にダクト１０が設けられている。このダクト１０の放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃ側には、開口部１１が設けられており、複数個の各々の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃの放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃで熱交換された冷却風は、この開口部１１を通してダクト１０内に流れ込む。
【００２５】
このように、各々の放熱フィン１ａ、１ｂ、１ｃの上部を走行風８がより確実に通過できるので、放熱フィン１ａ、１ｂ、１ｃで熱交換を終えた温度が高い空気は走行風８に引張られ、走行風８と合流して流れる。従って、放熱フィン１ａ、１ｂ、１ｃには、その下部より温度が低い新鮮な外気が取り入れられる。従って、走行風８がダクト１０を流れることにより、より確実に冷却を行うことができる。これにより、後段の冷却器の放熱フィンに前段の冷却器の放熱フィンで熱交換された冷却風が流れ込むことがなくなり、冷却効率が向上する。
【００２６】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図５は、本発明の第３の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た説明図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。
【００２７】
この第３の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、整風板９に代えて、車両が走行したとき走行風の大きさに応じた開度で開く扉１２を設けたものであり、この扉１２の開閉により複数個の冷却器１ａ、１ｂ、１ｃの放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃに流す走行風を調整するようにしたものである。
【００２８】
図５（ａ）において、車両の進行方向の前後端に位置する放熱フィン６ａ、６ｂの外側に走行風８の大小に応じて開閉する扉１２が軸１３により開閉自在に取り付けられている。
【００２９】
すなわち、この扉１２は軸１３周りに自由に回転できるように支持されているので、走行風８の風速が高くなると、図５（ｂ）に示すように、扉１２が開き走行風８が放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃに当たるようになる。一方、走行風８の風速が低い時には扉１２はほとんど開かず、従って、放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃは自冷として作用する。上流側の放熱フィン６からの熱あおりもない。
【００３０】
図５（ｂ）に示すように、走行風８の風速が高く扉１２が開いているときは、放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃに当たる風速が高くなっているので、熱あおりより冷却器１ａ、１ｂ、１ｃの熱性能の向上が支配的である。その結果として、走行風８を遮蔽した時よりも熱性能は向上する。
【００３１】
このように、第３の実施の形態では、走行風８の取り入れが最適となるように扉１２で放熱フィン６ａ、６ｂ、６ｃに当たる風速を調整できるので、冷却効率を高めることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、前段の冷却器の放熱フィンによる熱あおりを防止できるので、冷却効率を高めることができる。また、冷却器の放熱フィンに走行風を取り入れる場合には、走行風による熱あおりの影響を小さくなるようにして走行風を取り入れるので、適正に冷却効率を高めることができる。このように、冷却性能が向上することで半導体装置の温度上昇が低減されて信頼性も向上し、冷却器の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た説明図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置の斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た一部切欠断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施の形態に係わる車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た説明図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。
【図６】図６は、従来の車両用半導体装置の冷却装置を車両の後部から見た説明図であり、図６（ａ）は車両の後部から見た平面図、図６（ｂ）は車両の後部から見た熱の流れの説明図である。
【図７】図７は、従来の車両用半導体装置の冷却装置を車両の側面側から見た説明図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１  冷却器
２  車両
３  半導体装置
４  受熱板
５  ヒートパイプ
６  放熱フィン
７  半導体素子
８  走行風
９  整風板
１０  ダクト
１１  開口部
１２  扉
１３  軸
【図１】
0003923680.tif 000002
【図２】
0003923680.tif 000003
【図３】
0003923680.tif 000004
【図４】
0003923680.tif 000005
【図５】
0003923680.tif 000006
【図６】
0003923680.tif 000007
【図７】
0003923680.tif 000008