JP2001345408A - 車両用発熱電気品の冷却装置 - Google Patents
車両用発熱電気品の冷却装置Info
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- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title abstract 2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
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-
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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Abstract
(57)【要約】
【課題】外形寸法が制約される車両用床下機器におい
て、車両走行に見合った必要冷却容量に対して冷却効率
を向上し、且つ従来構造より外径寸法が小さくて済むコ
ンパクトな車両用発熱電気品の冷却装置を提供する。 【解決手段】本発明の車両用発熱電気品の冷却装置は、
発熱電気品を一側面に取り付け、他側面にヒートパイプ
の受熱部を取り付けた冷却ブロックを備え、ヒートパイ
プの放熱部に間隔をとって複数枚の第一の放熱フィンを
備えた発熱電気品のヒートパイプ式冷却装置において、
第一の放熱フィン間に第一の放熱フィンよりも表面積の
小さい第二の放熱フィンを設けている。
て、車両走行に見合った必要冷却容量に対して冷却効率
を向上し、且つ従来構造より外径寸法が小さくて済むコ
ンパクトな車両用発熱電気品の冷却装置を提供する。 【解決手段】本発明の車両用発熱電気品の冷却装置は、
発熱電気品を一側面に取り付け、他側面にヒートパイプ
の受熱部を取り付けた冷却ブロックを備え、ヒートパイ
プの放熱部に間隔をとって複数枚の第一の放熱フィンを
備えた発熱電気品のヒートパイプ式冷却装置において、
第一の放熱フィン間に第一の放熱フィンよりも表面積の
小さい第二の放熱フィンを設けている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は車両用発熱電気品の
冷却装置に関し、特に車両床下に艤装される床下機器の
ように、機器の艤装限界（車両限界）により機器内部に
設置される冷却装置の寸法・配置が制約される場合に好
適な車両用発熱電気品の冷却装置に関する。
冷却装置に関し、特に車両床下に艤装される床下機器の
ように、機器の艤装限界（車両限界）により機器内部に
設置される冷却装置の寸法・配置が制約される場合に好
適な車両用発熱電気品の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、車両において特開平6−163770号
公報で知られるように、発熱電気品を含む床下機器内部
の収納品は、床下機器の寸法が艤装限界に収まるような
筺体内での配置・個々の構成品の寸法という制約があ
り、個々の収納品の小形化と高密度実装が図られてい
る。
公報で知られるように、発熱電気品を含む床下機器内部
の収納品は、床下機器の寸法が艤装限界に収まるような
筺体内での配置・個々の構成品の寸法という制約があ
り、個々の収納品の小形化と高密度実装が図られてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、車両に
おける床下機器には艤装限界（車両限界）という寸法上
の制約があるため、その筺体内部に収納される発熱電気
品の冷却装置について高効率でコンパクトな形状が要求
される。
おける床下機器には艤装限界（車両限界）という寸法上
の制約があるため、その筺体内部に収納される発熱電気
品の冷却装置について高効率でコンパクトな形状が要求
される。
【０００４】従来、ヒートパイプの冷却性能として最も
過酷な条件となる車両停止時の自然対流冷却に対応した
冷却器では、同一形状の放熱フィンを複数枚ヒートパイ
プに設けていた。その際、フィンピッチに関しては、フ
ィン間をつめすぎると自然対流冷却による放熱を損なう
ため、放熱性能を保ち且つ高密度にフィンを配置できる
フィンピッチとなっている。そのため、同じ冷却器構成
においては、必要な冷却容量に応じて放熱性能を得るた
めに、許容範囲内でフィンを高さ・幅方向に延ばすこと
でフィンの表面積を増やす必要性がある。しかし、その
手法ではフィンの表面積増加に伴い冷却器全体が大型な
ものとなってしまい、特に外形寸法が制約される車両の
床下機器では不適なものとなる。
過酷な条件となる車両停止時の自然対流冷却に対応した
冷却器では、同一形状の放熱フィンを複数枚ヒートパイ
プに設けていた。その際、フィンピッチに関しては、フ
ィン間をつめすぎると自然対流冷却による放熱を損なう
ため、放熱性能を保ち且つ高密度にフィンを配置できる
フィンピッチとなっている。そのため、同じ冷却器構成
においては、必要な冷却容量に応じて放熱性能を得るた
めに、許容範囲内でフィンを高さ・幅方向に延ばすこと
でフィンの表面積を増やす必要性がある。しかし、その
手法ではフィンの表面積増加に伴い冷却器全体が大型な
ものとなってしまい、特に外形寸法が制約される車両の
床下機器では不適なものとなる。
【０００５】そこで本発明は、車両走行による車両用発
熱電気品の発熱特性と、それに伴う冷却器の放熱特性を
考慮したフィン構成とすることで、外形寸法が制約され
た場合においても発熱電気品の発熱量に対し、車両走行
に沿った車両用発熱電気品の冷却効率を向上し得ること
により、外径寸法の小形化が可能な車両用発熱電気品の
冷却装置を提供することを目的とする。
熱電気品の発熱特性と、それに伴う冷却器の放熱特性を
考慮したフィン構成とすることで、外形寸法が制約され
た場合においても発熱電気品の発熱量に対し、車両走行
に沿った車両用発熱電気品の冷却効率を向上し得ること
により、外径寸法の小形化が可能な車両用発熱電気品の
冷却装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、車両停止時の自然対流冷却時と、走行に
よる走行風による空冷の双方に対して効果のある一種類
のみだった第一の放熱フィン間に、主に車両走行時の走
行風による空冷時に効果を発揮する第一の放熱フィンよ
りも表面積の小さな第二の放熱フィンを設けたヒートパ
イプを用いている。
成するために、車両停止時の自然対流冷却時と、走行に
よる走行風による空冷の双方に対して効果のある一種類
のみだった第一の放熱フィン間に、主に車両走行時の走
行風による空冷時に効果を発揮する第一の放熱フィンよ
りも表面積の小さな第二の放熱フィンを設けたヒートパ
イプを用いている。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の冷却器１は図１に示すよ
うに、金属製の冷却ブロック２で形成しており、具体的
にはアルミニウム等の金属を用いて構成している。冷却
ブロックの一側面には車両に使用される大容量半導体等
の発熱量の大きい電気品３を装着しており、他側面には
ヒートパイプ挿入用の孔を設け、その孔に（銅と水で構
成された）ヒートパイプ４の受熱部４ａを取り付けてい
る。ヒートパイプの他端の放熱部４ｂには２種類の形状
（表面積が異なる）の銅フィン５、６が圧入されてい
る。
うに、金属製の冷却ブロック２で形成しており、具体的
にはアルミニウム等の金属を用いて構成している。冷却
ブロックの一側面には車両に使用される大容量半導体等
の発熱量の大きい電気品３を装着しており、他側面には
ヒートパイプ挿入用の孔を設け、その孔に（銅と水で構
成された）ヒートパイプ４の受熱部４ａを取り付けてい
る。ヒートパイプの他端の放熱部４ｂには２種類の形状
（表面積が異なる）の銅フィン５、６が圧入されてい
る。
【０００８】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明
する。図２は車両全体の断面を示している。車輪を主電
動機で駆動する鉄道車両１０では、車両運行に必要とな
る機器類をレールと客室の間となるスペースを利用し、
その大半（一部を除く）を客室の下部となる床下に配置
される。パワー半導体等の電気品を用いて主電動機を駆
動制御する車両用制御装置２０においても同様に、他の
機器類と共に車体床下に艤装される。したがって、車両
の運行に支障なく、且つ床下に艤装する他の機器との兼
ね合いから、各機器は艤装限界と呼ばれる寸法限界が設
定されている。
する。図２は車両全体の断面を示している。車輪を主電
動機で駆動する鉄道車両１０では、車両運行に必要とな
る機器類をレールと客室の間となるスペースを利用し、
その大半（一部を除く）を客室の下部となる床下に配置
される。パワー半導体等の電気品を用いて主電動機を駆
動制御する車両用制御装置２０においても同様に、他の
機器類と共に車体床下に艤装される。したがって、車両
の運行に支障なく、且つ床下に艤装する他の機器との兼
ね合いから、各機器は艤装限界と呼ばれる寸法限界が設
定されている。
【０００９】図３は車両用制御装置２０の断面を示した
ものである。制御装置は外気の流入を防ぐ密閉部３１
と、発熱箇所の冷却を目的に外気を取り入れる開放部３
２で構成されている。密閉部では各種電気品により高電
圧の回路構成がとられているため、塵埃や湿気から保護
するために外気の流入を防ぐ構造となっている。開放部
では、密閉部内の電気品が発熱するため、電気品自身が
高温となることから保護するため熱を開放部側へ移動さ
せ、開放部内へ取り入れた外気へ放熱させている。従っ
て、車両用発熱電気品の冷却装置３０は電気品が装着さ
れる一側面が密閉部内となり、他側面が放熱するための
開放部内となる。
ものである。制御装置は外気の流入を防ぐ密閉部３１
と、発熱箇所の冷却を目的に外気を取り入れる開放部３
２で構成されている。密閉部では各種電気品により高電
圧の回路構成がとられているため、塵埃や湿気から保護
するために外気の流入を防ぐ構造となっている。開放部
では、密閉部内の電気品が発熱するため、電気品自身が
高温となることから保護するため熱を開放部側へ移動さ
せ、開放部内へ取り入れた外気へ放熱させている。従っ
て、車両用発熱電気品の冷却装置３０は電気品が装着さ
れる一側面が密閉部内となり、他側面が放熱するための
開放部内となる。
【００１０】図４は従来の車両用発熱電気品の冷却装置
の側面図である。パワー半導体を始めとする発熱量の大
きな電気品は、使用温度範囲内で素子を保護するため
に、発熱電気品→冷却ブロック→ヒートパイプ→フィン
→外気という経路で熱輸送をしていき、最終的に外気へ
放熱する。ここで、従来のフィン構成は、最大発熱量に
対して最も厳しい冷却条件となる自然対流冷却を想定し
た構成としている。その際の最も効率的なフィン構成と
するため、フィンピッチは放熱フィン表面からの空気の
自然対流の境界層が、対面し合う放熱フィン同士のフィ
ン間で干渉し合わない間隔として同じ形状の放熱フィン
を密に配置している。また、発熱量に応じてフィンの長
さ（表面積）を変えることで必要な放熱量（冷却容量）
を得た。しかし、放熱量はフィンの表面積に大きく依存
されるため、電気品の発熱量が大きくなるとその分外形
が大きな冷却器を必要としてきた。しかし、主電動機を
駆動制御する車両用制御装置では、実際には車両走行に
よって電気品の発熱量が大きくなり、その際の冷却装置
の冷却状態は、最も厳しい冷却条件となる自然対流冷却
ではなく、走行によって得られる走行風によってより大
きな放熱効果を得られる空冷条件となる。
の側面図である。パワー半導体を始めとする発熱量の大
きな電気品は、使用温度範囲内で素子を保護するため
に、発熱電気品→冷却ブロック→ヒートパイプ→フィン
→外気という経路で熱輸送をしていき、最終的に外気へ
放熱する。ここで、従来のフィン構成は、最大発熱量に
対して最も厳しい冷却条件となる自然対流冷却を想定し
た構成としている。その際の最も効率的なフィン構成と
するため、フィンピッチは放熱フィン表面からの空気の
自然対流の境界層が、対面し合う放熱フィン同士のフィ
ン間で干渉し合わない間隔として同じ形状の放熱フィン
を密に配置している。また、発熱量に応じてフィンの長
さ（表面積）を変えることで必要な放熱量（冷却容量）
を得た。しかし、放熱量はフィンの表面積に大きく依存
されるため、電気品の発熱量が大きくなるとその分外形
が大きな冷却器を必要としてきた。しかし、主電動機を
駆動制御する車両用制御装置では、実際には車両走行に
よって電気品の発熱量が大きくなり、その際の冷却装置
の冷却状態は、最も厳しい冷却条件となる自然対流冷却
ではなく、走行によって得られる走行風によってより大
きな放熱効果を得られる空冷条件となる。
【００１１】図５は、本発明における車両用発熱電気品
の冷却装置の側面図で、発熱量が大となる際に必要とな
るフィンの表面積増加分を、自然対流冷却に対応して密
となっている第一の放熱フィン５間に、さらに小型の第
二の放熱フィン６を入れることで補う形をとり、冷却装
置の外形を従来構成のものに対し、よりコンパクトな形
状とした。自然対流冷却に対応して密となっているフィ
ン間に小形フィンを挿入する効果としては、フィンにお
ける冷却条件が自然対流冷却に近いとき（車両が停止状
態に近いとき）には、必要となる冷却容量もより少ない
ため自然対流冷却に対して大きな阻害とならない程度の
高さのフィンとした。また、発熱量が大きくなる車両走
行時には、走行によってフィン間に走行風が得られるた
め、フィンの表面積が増大したことにより、より大きな
放熱量を得られる構成となっている。
の冷却装置の側面図で、発熱量が大となる際に必要とな
るフィンの表面積増加分を、自然対流冷却に対応して密
となっている第一の放熱フィン５間に、さらに小型の第
二の放熱フィン６を入れることで補う形をとり、冷却装
置の外形を従来構成のものに対し、よりコンパクトな形
状とした。自然対流冷却に対応して密となっているフィ
ン間に小形フィンを挿入する効果としては、フィンにお
ける冷却条件が自然対流冷却に近いとき（車両が停止状
態に近いとき）には、必要となる冷却容量もより少ない
ため自然対流冷却に対して大きな阻害とならない程度の
高さのフィンとした。また、発熱量が大きくなる車両走
行時には、走行によってフィン間に走行風が得られるた
め、フィンの表面積が増大したことにより、より大きな
放熱量を得られる構成となっている。
【００１２】図６は実施例の他の一例で、図５について
は全体に第二の（小形）放熱フィンを挿入しているのに
対し、一部のみ第二の（小形）放熱フィンを挿入してい
ることを特徴としている。図５の場合にはフィン全体に
走行風が入り込む場合の構成であるのに対し、艤装上の
制約等からフィン間に走行風の流入しやすい部分と流入
しにくい部分が生じてしまう際に、走行風が流入しやす
い部分のみ第二の（小形）放熱フィンを挿入すること
で、自冷・空冷の両条件に対してより効率的なフィン構
成とするものである。
は全体に第二の（小形）放熱フィンを挿入しているのに
対し、一部のみ第二の（小形）放熱フィンを挿入してい
ることを特徴としている。図５の場合にはフィン全体に
走行風が入り込む場合の構成であるのに対し、艤装上の
制約等からフィン間に走行風の流入しやすい部分と流入
しにくい部分が生じてしまう際に、走行風が流入しやす
い部分のみ第二の（小形）放熱フィンを挿入すること
で、自冷・空冷の両条件に対してより効率的なフィン構
成とするものである。
【００１３】図７は実施例の他の一例で、自冷・空冷の
両条件に対してより効率的なフィン構成とする際に、一
種類の第二の（小形）放熱フィンのみを挿入するのでは
なく、複数、及び／又は複数種類の第二の（小形）放熱
フィンの組み合わせを採用するものである。
両条件に対してより効率的なフィン構成とする際に、一
種類の第二の（小形）放熱フィンのみを挿入するのでは
なく、複数、及び／又は複数種類の第二の（小形）放熱
フィンの組み合わせを採用するものである。
【００１４】
【発明の効果】本発明の車両用電気品の冷却装置は、自
冷・空冷に対してより高効率に放熱するために第二の
（小形）放熱フィンを挿入することでより高密度なフィ
ン実装とし、外形として従来構成よりコンパクトにする
ことが可能となった。また、それに伴い冷却ブロック、
ヒートパイプ等もフィンの高密度化により、縮小可能と
なり軽量化、コスト低減が可能となった。また、放熱効
率によって依存される冷却ブロック上の電気品実装が、
熱抵抗値の改善により高密度実装が可能となり、電気品
回路の回路長の縮小化にもつながる。
冷・空冷に対してより高効率に放熱するために第二の
（小形）放熱フィンを挿入することでより高密度なフィ
ン実装とし、外形として従来構成よりコンパクトにする
ことが可能となった。また、それに伴い冷却ブロック、
ヒートパイプ等もフィンの高密度化により、縮小可能と
なり軽量化、コスト低減が可能となった。また、放熱効
率によって依存される冷却ブロック上の電気品実装が、
熱抵抗値の改善により高密度実装が可能となり、電気品
回路の回路長の縮小化にもつながる。
【図１】本発明による冷却装置の一実施の形態を示す斜
視図。
視図。
【図２】車両における床下機器の艤装状態の一例を示す
車体の断面図。
車体の断面図。
【図３】車両の床下機器における発熱電気品が収納され
ている部分の断面図。
ている部分の断面図。
【図４】従来の車両用発熱電気品の冷却装置の側面図。
【図５】請求項２に対する実施例を示す図（図１の側面
図）。
図）。
【図６】請求項３に対する実施例を示す図。
【図７】請求項４に対する実施例を示す図。
１…車両用発熱電気品の冷却装置、２…冷却ブロック、
３…発熱電気品、４…ヒートパイプ、４ａ…ヒートパイ
プ受熱部、４ｂ…ヒートパイプ放熱部、５…第一の放熱
フィン、６…第二の放熱フィン、６ａ…第二の放熱フィ
ンＡ、６ｂ…第二の放熱フィンＢ、１０…鉄道車両、２
０…床下機器、３０…従来の車両用発熱電気品の冷却装
置、３１…密閉部、３２…開放部。
３…発熱電気品、４…ヒートパイプ、４ａ…ヒートパイ
プ受熱部、４ｂ…ヒートパイプ放熱部、５…第一の放熱
フィン、６…第二の放熱フィン、６ａ…第二の放熱フィ
ンＡ、６ｂ…第二の放熱フィンＢ、１０…鉄道車両、２
０…床下機器、３０…従来の車両用発熱電気品の冷却装
置、３１…密閉部、３２…開放部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水口 信章 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸事業所内 Ｆターム(参考） 5E322 AA01 BB07 DB08 EA10 5F036 AA01 BA25 BB05 BB60
Claims (4)
- 【請求項１】 発熱電気品を一側面に取り付け、他側面
にヒートパイプの受熱部を取り付けた冷却ブロックを備
え、前記ヒートパイプの放熱部に間隔をとって複数枚の
第一の放熱フィンを備えた発熱電気品の冷却装置におい
て、 前記第一の放熱フィン間に第一の放熱フィンよりも表面
積の小さな第二の放熱フィンを設けたことを特徴とする
車両用発熱電気品の冷却装置。 - 【請求項２】 前記第二の放熱フィンは、走行風と垂直
になる方向の長さを第一の放熱フィンより短くしたこと
を特徴とする請求項１記載の車両用発熱電気品の冷却装
置。 - 【請求項３】 前記第二の放熱フィンは、前記第一の放
熱フィンの設けられている範囲内の一部に設けられてい
ることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用発熱電
気品の冷却装置。 - 【請求項４】 前記第二の放熱フィンは、前記第一の放
熱フィン間に複数、及び／又は複数種類設けられている
ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の車両用発熱
電気品の冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000164722A JP3879080B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 車両用発熱電気品の冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000164722A JP3879080B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 車両用発熱電気品の冷却装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001345408A true JP2001345408A (ja) | 2001-12-14 |
| JP2001345408A5 JP2001345408A5 (ja) | 2005-04-07 |
| JP3879080B2 JP3879080B2 (ja) | 2007-02-07 |
Family
ID=18668304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000164722A Expired - Fee Related JP3879080B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 車両用発熱電気品の冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3879080B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2016110977A1 (ja) * | 2015-01-08 | 2017-06-08 | 三菱電機株式会社 | 鉄道車両用の冷却装置 |
| CN112930080A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-08 | 中车株洲电力机车有限公司 | 一种轨道车辆散热系统 |
| JP7269422B1 (ja) | 2022-07-26 | 2023-05-08 | 古河電気工業株式会社 | ヒートシンク |
-
2000
- 2000-05-30 JP JP2000164722A patent/JP3879080B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2016110977A1 (ja) * | 2015-01-08 | 2017-06-08 | 三菱電機株式会社 | 鉄道車両用の冷却装置 |
| US10202130B2 (en) | 2015-01-08 | 2019-02-12 | Mitsubishi Electric Corporation | Cooling device for railroad vehicle |
| CN112930080A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-08 | 中车株洲电力机车有限公司 | 一种轨道车辆散热系统 |
| CN112930080B (zh) * | 2021-01-20 | 2022-11-08 | 中车株洲电力机车有限公司 | 一种轨道车辆散热系统 |
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